[發(fā)明專利]一種跨尺度微納結構三維測量裝置及測量方法

有效

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• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111854638B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 盧文龍;劉曉軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/02;G01B9/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 宋敏

1.一種跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：該測量裝置包括原子力探針掃描顯微鏡組件、物鏡轉(zhuǎn)臺、白光干涉系統(tǒng)、納米級垂直微位移平臺、激光干涉位移計量系統(tǒng)一、測控系統(tǒng)、激光干涉位移計量系統(tǒng)二、樣件、二維壓電陶瓷掃描平臺、二維電動掃描平臺及激光干涉位移計量系統(tǒng)三；

所述物鏡轉(zhuǎn)臺通過轉(zhuǎn)動使測量裝置在白光干涉測量模式和原子力探針掃描測量模式中切換；所述白光干涉系統(tǒng)在白光干涉測量模式下通過樣件反射回來的光與通過顯微物鏡一的參考光在顯微物鏡一的分光板上會聚而產(chǎn)生白光干涉條紋，在原子力探針掃描測量模式下通過原子力探針的懸臂表面反射回來的光與所述原子力探針掃描顯微鏡組件的顯微物鏡二的參考光在原子力探針掃描顯微鏡組件的顯微物鏡二的分光板上會聚而產(chǎn)生白光干涉條紋，所述白光干涉系統(tǒng)的CCD相機用于獲取白光干涉測量模式和原子力探針掃描測量模式的白光干涉條紋圖像；

所述顯微物鏡一和所述原子力探針掃描顯微鏡組件的顯微物鏡二對稱安裝在所述物鏡轉(zhuǎn)臺上，所述顯微物鏡一和顯微物鏡二的中心線經(jīng)所述物鏡轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到測量位置后均與所述白光干涉系統(tǒng)的測量光軸重合；

所述納米級垂直微位移平臺用于白光干涉測量模式的垂直掃描和原子力探針掃描測量模式的探針標定、探針接近樣件及預壓量調(diào)節(jié)；

所述激光干涉位移計量系統(tǒng)一用于測量白光干涉測量模式下所述顯微物鏡一的垂直掃描位移和原子力探針掃描測量模式下所述原子力探針的垂直偏移量；所述激光干涉位移計量系統(tǒng)一的角錐棱鏡安裝在所述白光干涉系統(tǒng)上端；

所述測控系統(tǒng)控制驅(qū)動所述納米級垂直微位移平臺、二維壓電陶瓷掃描平臺以及二維電動掃描平臺，接收所述CCD相機獲取的所述樣件與所述原子力探針懸臂表面的白光干涉圖像和所述激光干涉位移計量系統(tǒng)一、激光干涉位移計量系統(tǒng)二和激光干涉位移計量系統(tǒng)三的激光干涉信號并處理獲得所述樣件在白光干涉與原子力探針掃描測量模式下的測量結果。

2.如權利要求1所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述白光干涉系統(tǒng)、激光干涉位移計量系統(tǒng)一的角錐棱鏡、CCD相機、物鏡轉(zhuǎn)臺、原子力探針掃描顯微鏡組件和顯微物鏡一均固定在所述納米級垂直微位移平臺上。

3.如權利要求1所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述激光干涉位移計量系統(tǒng)一的位移測量方向與所述白光干涉系統(tǒng)的測量光軸完全重合。

4.如權利要求1或3所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述角錐棱鏡的中心線與所述白光干涉系統(tǒng)的測量光軸完全重合。

5.如權利要求1所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述樣件安裝在所述二維壓電陶瓷掃描平臺上，所述二維壓電陶瓷掃描平臺固定在所述二維電動掃描平臺上。

6.如權利要求1所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述樣件、二維壓電陶瓷掃描平臺和二維電動掃描平臺的中心位置在垂直方向重合，并與所述白光干涉系統(tǒng)的測量光線的中心軸線重合。

7.如權利要求1、5、6中任一項所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述測控系統(tǒng)控制驅(qū)動所述二維電動掃描平臺拖動所述樣件進行白光干涉多個范圍拼接測量；

所述測控系統(tǒng)還控制驅(qū)動所述二維壓電陶瓷掃描平臺和二維電動掃描平臺，定位所述樣件上的目標微納結構特征區(qū)域，控制驅(qū)動所述二維壓電陶瓷掃描平臺拖動所述樣件進行原子力探針掃描測量。

8.如權利要求1、5、6中任一項所述的跨尺度微納結構三維測量裝置，其特征在于：

所述激光干涉位移計量系統(tǒng)二和激光干涉位移計量系統(tǒng)三用于所述樣件在水平面內(nèi)拖動掃描的位移計量。