以快速、准确地 重构出样品表面形貌特征。
【附图说明】
[0018] 图1是一种XYZ - β四维扫描探针微形貌测量系统，整体结构图。
[0019] 图2是本发明一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，整体流程图。
[0020] 图3(a)是本发明一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，斜率预测示 意图。
[0021] 图3(b)是本发明一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，位移修正示 意图。
【具体实施方式】
[0022] 对于本发明一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，下面结合具体实例 作进一步说明。如图3所示在测量一个具有陡峭斜坡的样品表面时，我们可以采用如下扫 描测量方法。
[0023] 首先从样品表面平滑区域开始对样品进行等间距扫描，在所述的平滑区域样品表 面被测点的斜率角，处在合适的范围内，因此不需旋转扫描就可以直接测出被测点 的形貌信息。当测得最初的三个点Pm、Pp2、Pg的形貌信息后，当前测量点P i处的斜率角 P可通过Ρμ、Ρη、Ρη点的测得值一阶拟合得出，如图3(a)所示。
[0024] 拟合完成之后根据拟合结果，将P与所述的触针的最大可探测角Θ进行比较，若 则系统默认样品表面斜率变化在一个合理范围内，此时只需对样品保持平移扫描 而不用进行旋转扫描；若Θ-Γ < ρ < Θ+Γ或在所述的β旋转轴承的 驱动下，所述的XYZ微位移平台和被测样品将会按照设定的角度逐次旋转（在本实施例中 我们将旋转角度设为Γ )。当所述的被测样品的累积旋转角γ大于最大可旋转角^时系 统将会停止测量，或者当触针在被测样品旋转过程中有向上运动的趋势时，为防止所述的 触针和被测样品损坏，系统也要停止测量。在满足上述旋转扫描要求后，所述的被测样品每 旋转Γ，系统将会对样品进行重新扫描，从而得到一组新的扫描数据。根据新的扫描数据， 可对当前测量APi处的斜率角P进行重新拟合预测，然后再将新的预测值P与最大可探 测角θ进行比较，如此重复循环进行，直到当前测量点Pi处的斜率角为止。
[0025] 被测样品旋转完成之后，其相对位置将会发生改变。如图3 (b)所示，当前测量点 ?1在所述的XYZ微位移平台的X轴方向，相对于正确的测量位置（也就是所述的触针的中 轴线O1O2)产生了一个ΔX的位移偏差。因此在测量PiA之前要先驱动XYZ微位移平台在 X轴负方向发生ΔΧ的移动，从而将当前测量点Pi调整到所述的触针的中轴线O1O2上，然后 再对Pi点进行扫描测量。
[0026] 当PiA测量完成之后，系统会自动判断样品表面扫描是否全部结束，若没有全部 结束则返回第一步继续进行扫描。若扫描已经结束，则系统中的计算机通过对触针式位移 传感器的输出值，XYZ微位移平台的移动量、β旋转轴承的旋转量和触针尖端半径大小的 综合分析计算，重构出样品表面形貌特征。
[0027] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，其特征是包括以下测量步骤： (1) 将被测样品固定在XYZ微位移平台上，通过控制XYZ微位移平台的移动调整被测 样品的相对位置，使触针与样品平滑表面区域接触，确定接触后，再在XYZ微位移平台的驱 动下使被测样品沿X轴方向匀速运动，此时所述的触针将以一定的采样频率等间距扫描样 品，当扫描几个点后，当前测量点Pi处的斜率角P可以通过已测点的值拟合得出； (2) 将当前测量点Pi处的斜率角P与触针的最大可探测角0进行比较，若P小于 或等于某一特定角度（比如1)则系统默认样品表面斜率变化在一个合理范围内，此时 只需对样品保持平移扫描，若0-r<p< 0+r，可以判定触针与样品之间发生了轮 廓干涉，触针与样品表面的接触点位于触针侧壁上而不是其尖端，因此会产生轮廓干涉误 差，此时需要对样品进行旋转扫描，若可知虽然触针与样品之间没有发生轮 廓干涉，但系统认为样品表面的斜率变化超出了一个合理的范围，需要对样品进行旋转扫 描； (3) 在上述所述的需要旋转扫描的情况下，所述的XYZ微位移平台和样品将会在0旋 转轴承的驱动下按照一个特定的小角度逐次旋转； (4) 当所述的被测样品的累积旋转角Y大于最大可旋转角P时系统将会停止测量， 或者当触针在被测样品旋转过程中有向上运动的趋势时，为防止所述的触针和被测样品损 坏，系统也要停止测量。 (5) 在满足上述旋转要求后，所述的被测样品每旋转一次，系统将会对样品进行重新扫 描，从而得到一组新的扫描数据，根据新的扫描数据，可对当前测量点Pi处的斜率角P进 行重新拟合预测，然后再将新的预测值P与最大可探测角0进行比较，如此循环进行，直 到被测点Pi处的斜率角P小于为止； (6) 最后系统通过分析，判断样品表面扫描是否结束，若没有结束则返回第一步继续进 行扫描，若扫描已经结束，则根据触针式位移传感器的输出值，XYZ微位移平台的移动量、0 旋转轴承的旋转量和触针尖端半径的大小，可重构出样品表面形貌。2. 如权利要求1所述的一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，其特征是： 所述的当前测量点Pi处的斜率角P的拟合方法为一阶拟合算法。3. 如权利要求1所述的一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，其特征是： 在所述的第二步测量中，的设定，是根据测量误差的要求人为设定的。4. 如权利要求1所述的一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，其特征是： 所述的e旋转轴承采用步进电机驱动，每一步的旋转角度为r。5. 如权利要求1所述的一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，其特征是： 所述的被测样品的累积最大旋转角度y，受限于e旋转轴承的最大可旋转角w其大小应 为〇° 一p之间。
【专利摘要】本发明公开了一种用于微结构工件的斜率自适应形貌测量方法，涉及微结构面形质量检测技术领域。该方法主要包括：斜率预测、旋转扫描、误差补偿、形貌重构等步骤，在测量样品时能够根据被测样品表面形貌变化，自动调节触针与样品间的相对夹角，使扫描触针能够适应样品表面的斜率变化，不至于发生轮廓干涉等现象，扫描结束后系统根据触针式位移传感器的输出值、XYZ微位移平台的移动量、β旋转轴承的旋转量和触针尖端半径的大小可以重构出样品表面形貌特征。与已有的形貌测量方法相比，本发明提供了一种简单、有效地测量具有复杂表面形貌特征的微结构的方法，可以在较短时间内准确地重构出样品表面形貌特征。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN104913735
【申请号】CN201510346794
【发明人】尹德强, 许斌, 方辉, 刘乾乾
【申请人】四川大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月19日