- 0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，在X-Z平面內(nèi)順時(shí)針旋 轉(zhuǎn)后掃描被測樣品的示意圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明一種XYZ- 0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，在X-Z平面內(nèi)逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)后掃描被測樣品的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明的具體工作過程可通過附圖2、圖3和圖4的實(shí)例詳細(xì)描述。
[0024] 系統(tǒng)開始工作時(shí)，被測樣品（8)放置在XYZ-0四維掃描模塊上，通過四維掃描模 塊的平移移動(dòng)，調(diào)整樣品（8)和探針（9)的相對位置，使探針（9)和樣品（8)表面平滑區(qū)域 接觸。確定接觸后，在XYZ-0四維掃描模塊的驅(qū)動(dòng)下，首先將樣品（8)沿水平方向進(jìn)行線 性掃描，如圖2所示，微探針模塊將依次檢測樣品（8)上的表面形貌變化。
[00幼圖2中在掃描VPi點(diǎn)、P3-P4點(diǎn)和P6節(jié)點(diǎn)之間的平滑區(qū)域時(shí)，被掃描區(qū)域表面輪 廓的傾斜角基本上為零，小于探針（9)尖端的最大可探測角9,因此XYZ-0四維掃描模塊只 需保持水平方向的勻速掃描，就可W保證探針（9)準(zhǔn)確采集到相應(yīng)區(qū)域的形貌變化。
[002引在掃描P1-P3點(diǎn)和P4-Pe點(diǎn)之間具有斜率突變的區(qū)域時(shí)，由于該些區(qū)域斜坡處的傾 斜角a大于探針（9)尖端的最大可探測角cp，使探針（9)尖端與樣品（8)表面發(fā)生輪廓干 設(shè)（干設(shè)點(diǎn)分別為Ti點(diǎn)和T2點(diǎn)）。該種干設(shè)將會(huì)影響系統(tǒng)對樣品表面形貌的準(zhǔn)確測量。為 避免探針尖端與樣品表面的輪廓干設(shè)，減小測量誤差，本系統(tǒng)采取復(fù)合運(yùn)動(dòng)掃描方法測量 樣品表面形貌。
[0027] 如圖3所示，在掃描P1-P3點(diǎn)之間具有正向斜率突變的區(qū)域時(shí)（如P1點(diǎn)和P2點(diǎn)）， 旋轉(zhuǎn)軸承在X-Z平面內(nèi)按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)01角后通過位移平臺(tái)進(jìn)行線性掃描。此時(shí)， 樣品（8)表面斜坡的傾斜角變?yōu)閍1且小于探針（9)尖端最大可探測角9,可避免探針巧） 尖端與樣品表面的輪廓干設(shè)，提高測量精度。
[002引如圖4所示，在掃描P4-Pe點(diǎn)之間具有反向斜率突變的區(qū)域時(shí)（如P5點(diǎn)和Pe點(diǎn)）， 旋轉(zhuǎn)軸承在X-Z平面內(nèi)按照逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)0 2角后通過位移平臺(tái)進(jìn)行線性掃描。此時(shí)， 樣品（8)表面斜坡的傾斜角變?yōu)閍2且小于探針（9)尖端最大可探測角9,可避免探針巧） 尖端與樣品表面的輪廓干設(shè)，提高測量精度。
[0029] 最后微探針模塊將采集到的被測樣品的形貌信息，經(jīng)信號采集轉(zhuǎn)換模塊傳輸給信 號分析處理模塊，通過分析計(jì)算，可重構(gòu)樣品表面的形貌。所發(fā)明的XYZ-0四維掃描探針 微形貌測量系統(tǒng)，能有效地避免探針尖端與樣品表面的輪廓干設(shè)，提高系統(tǒng)對具有復(fù)雜面 形微形貌的測量精度。
[0030] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的思想和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種XYZ-e四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，包括：精密氣浮隔震工作臺(tái)（I)、XYZ-f3 四維掃描模塊（2)、微探針模塊（3)、龍門式橋架（4)、信號采集轉(zhuǎn)換模塊（5)、信號分析處理 模塊（6)、四維掃描控制模塊（7)等；所述的XYZ-0四維掃描模塊固定在精密氣浮隔震工 作臺(tái)（1)上，其上方放置被測樣品（8)，被測樣品（8)的正上方為所述的微探針模塊；所述 的龍門式橋架的兩個(gè)立柱分列XYZ-0四維掃描模塊（2)的兩側(cè)，并固定在精密氣浮隔震工 作臺(tái)（1)上，龍門式橋架（4)的橫梁上承載有所述的微探針模塊，所述的橫梁經(jīng)兩個(gè)立柱支 撐，橫跨在所述的XYZ-0四維掃描模塊的上方；所述的微探針模塊通過信號采集轉(zhuǎn)換模塊 (5)與信號分析處理模塊（6)連接；所述的信號分析處理模塊通過四維掃描控制模塊（7) 與XYZ-0四維掃描模塊（2)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，其特征是：所述的 精密氣浮隔震工作臺(tái)具有較低的固有頻率和較強(qiáng)的隔震性，在隔震臺(tái)面上固定有所述的龍 門式橋架和所述的XYZ-0四維掃描模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，其特征是：所述的 XYZ-0四維掃描模塊由基座（2-1)、0旋轉(zhuǎn)軸承（2-2)和XYZ微位移平臺(tái)（2-3)三部分組 成，XYZ微位移平臺(tái)（2-3)可在X、Y、Z三個(gè)方向做直線運(yùn)動(dòng)，0旋轉(zhuǎn)軸承（2-2)可在X-Z 平面內(nèi)做精密旋轉(zhuǎn)；XYZ微位移平臺(tái)（2-3)和0旋轉(zhuǎn)軸承（2-2)通過剛性連接固定在基座 (2-1)上，構(gòu)成所述的XYZ-0四維掃描模塊。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，其特征是：所述的 微探針模塊由微探針和微位移傳感器組成，可精確檢測被測樣品（8)的表面的形貌變化。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，其特征是：所述的 龍門式橋架包括兩個(gè)立柱和一個(gè)橫梁，材質(zhì)為花崗巖，所述的兩個(gè)立柱固定在精密氣浮隔 震工作臺(tái)（1)上，分列XYZ-0四維掃描模塊（2)的兩側(cè)，所述的立柱上固定設(shè)置有所述的 橫梁，所述的橫梁中間部位剛性連接有所述的微探針模塊。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，其特征是：所述的 信號分析處理模塊的一端通過信號采集轉(zhuǎn)換模塊（5)與微探針模塊（3)連接，分析微探針 模塊獲取的形貌變化信息；另一端通過四維掃描控制模塊（7)與XYZ-0四維掃描模塊（2) 連接，控制XYZ-0四維掃描模塊（2)的運(yùn)動(dòng)方式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種XYZ-β四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，涉及微結(jié)構(gòu)加工及微結(jié)構(gòu)面形質(zhì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域，主要包括：XYZ-β四維掃描模塊、微探針模塊、信號分析處理模塊等；所述的XYZ-β四維掃描模塊由基座、XYZ微位移平臺(tái)、β旋轉(zhuǎn)軸承組成，與所述的微探針模塊配合工作，能夠檢測樣品在三維空間內(nèi)的表面形貌變化；掃描信號經(jīng)過信號分析處理模塊處理后，可重構(gòu)樣品表面形貌。本發(fā)明在形貌測量過程中能夠?qū)崟r(shí)修正樣品和微探針模塊之間的相對夾角，提高形貌測量系統(tǒng)的最大可探測角，降低測量誤差對樣品斜率的敏感特性，避免被測樣品和微探針的機(jī)械損傷，能夠可靠地測量具有復(fù)雜面形特性的微形貌，并提高測量精度。
【IPC分類】G01B21-20
【公開號】CN104880169
【申請?zhí)枴緾N201510219579
【發(fā)明人】許斌, 趙世平, 劉乾乾, 陳偉, 唐海容
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月4日