以快速、準(zhǔn)確地 重構(gòu)出樣品表面形貌特征。
【附圖說明】
[0018] 圖1是一種XYZ - β四維掃描探針微形貌測量系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，整體流程圖。
[0020] 圖3(a)是本發(fā)明一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，斜率預(yù)測示 意圖。
[0021] 圖3(b)是本發(fā)明一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，位移修正示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 對于本發(fā)明一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，下面結(jié)合具體實(shí)例 作進(jìn)一步說明。如圖3所示在測量一個(gè)具有陡峭斜坡的樣品表面時(shí)，我們可以采用如下掃 描測量方法。
[0023] 首先從樣品表面平滑區(qū)域開始對樣品進(jìn)行等間距掃描，在所述的平滑區(qū)域樣品表 面被測點(diǎn)的斜率角，處在合適的范圍內(nèi)，因此不需旋轉(zhuǎn)掃描就可以直接測出被測點(diǎn) 的形貌信息。當(dāng)測得最初的三個(gè)點(diǎn)Pm、Pp2、Pg的形貌信息后，當(dāng)前測量點(diǎn)P i處的斜率角 P可通過Ρμ、Ρη、Ρη點(diǎn)的測得值一階擬合得出，如圖3(a)所示。
[0024] 擬合完成之后根據(jù)擬合結(jié)果，將P與所述的觸針的最大可探測角Θ進(jìn)行比較，若 則系統(tǒng)默認(rèn)樣品表面斜率變化在一個(gè)合理范圍內(nèi)，此時(shí)只需對樣品保持平移掃描 而不用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描；若Θ-Γ < ρ < Θ+?；蛟谒龅摩滦D(zhuǎn)軸承的 驅(qū)動下，所述的XYZ微位移平臺和被測樣品將會按照設(shè)定的角度逐次旋轉(zhuǎn)（在本實(shí)施例中 我們將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)為Γ )。當(dāng)所述的被測樣品的累積旋轉(zhuǎn)角γ大于最大可旋轉(zhuǎn)角^時(shí)系 統(tǒng)將會停止測量，或者當(dāng)觸針在被測樣品旋轉(zhuǎn)過程中有向上運(yùn)動的趨勢時(shí)，為防止所述的 觸針和被測樣品損壞，系統(tǒng)也要停止測量。在滿足上述旋轉(zhuǎn)掃描要求后，所述的被測樣品每 旋轉(zhuǎn)Γ，系統(tǒng)將會對樣品進(jìn)行重新掃描，從而得到一組新的掃描數(shù)據(jù)。根據(jù)新的掃描數(shù)據(jù)， 可對當(dāng)前測量APi處的斜率角P進(jìn)行重新擬合預(yù)測，然后再將新的預(yù)測值P與最大可探 測角θ進(jìn)行比較，如此重復(fù)循環(huán)進(jìn)行，直到當(dāng)前測量點(diǎn)Pi處的斜率角為止。
[0025] 被測樣品旋轉(zhuǎn)完成之后，其相對位置將會發(fā)生改變。如圖3 (b)所示，當(dāng)前測量點(diǎn) ?1在所述的XYZ微位移平臺的X軸方向，相對于正確的測量位置（也就是所述的觸針的中 軸線O1O2)產(chǎn)生了一個(gè)ΔX的位移偏差。因此在測量PiA之前要先驅(qū)動XYZ微位移平臺在 X軸負(fù)方向發(fā)生ΔΧ的移動，從而將當(dāng)前測量點(diǎn)Pi調(diào)整到所述的觸針的中軸線O1O2上，然后 再對Pi點(diǎn)進(jìn)行掃描測量。
[0026] 當(dāng)PiA測量完成之后，系統(tǒng)會自動判斷樣品表面掃描是否全部結(jié)束，若沒有全部 結(jié)束則返回第一步繼續(xù)進(jìn)行掃描。若掃描已經(jīng)結(jié)束，則系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)通過對觸針式位移 傳感器的輸出值，XYZ微位移平臺的移動量、β旋轉(zhuǎn)軸承的旋轉(zhuǎn)量和觸針尖端半徑大小的 綜合分析計(jì)算，重構(gòu)出樣品表面形貌特征。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(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. 一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，其特征是包括以下測量步驟： (1) 將被測樣品固定在XYZ微位移平臺上，通過控制XYZ微位移平臺的移動調(diào)整被測 樣品的相對位置，使觸針與樣品平滑表面區(qū)域接觸，確定接觸后，再在XYZ微位移平臺的驅(qū) 動下使被測樣品沿X軸方向勻速運(yùn)動，此時(shí)所述的觸針將以一定的采樣頻率等間距掃描樣 品，當(dāng)掃描幾個(gè)點(diǎn)后，當(dāng)前測量點(diǎn)Pi處的斜率角P可以通過已測點(diǎn)的值擬合得出； (2) 將當(dāng)前測量點(diǎn)Pi處的斜率角P與觸針的最大可探測角0進(jìn)行比較，若P小于 或等于某一特定角度（比如1)則系統(tǒng)默認(rèn)樣品表面斜率變化在一個(gè)合理范圍內(nèi)，此時(shí) 只需對樣品保持平移掃描，若0-r<p< 0+r，可以判定觸針與樣品之間發(fā)生了輪 廓干涉，觸針與樣品表面的接觸點(diǎn)位于觸針側(cè)壁上而不是其尖端，因此會產(chǎn)生輪廓干涉誤 差，此時(shí)需要對樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，若可知雖然觸針與樣品之間沒有發(fā)生輪 廓干涉，但系統(tǒng)認(rèn)為樣品表面的斜率變化超出了一個(gè)合理的范圍，需要對樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃 描； (3) 在上述所述的需要旋轉(zhuǎn)掃描的情況下，所述的XYZ微位移平臺和樣品將會在0旋 轉(zhuǎn)軸承的驅(qū)動下按照一個(gè)特定的小角度逐次旋轉(zhuǎn)； (4) 當(dāng)所述的被測樣品的累積旋轉(zhuǎn)角Y大于最大可旋轉(zhuǎn)角P時(shí)系統(tǒng)將會停止測量， 或者當(dāng)觸針在被測樣品旋轉(zhuǎn)過程中有向上運(yùn)動的趨勢時(shí)，為防止所述的觸針和被測樣品損 壞，系統(tǒng)也要停止測量。 (5) 在滿足上述旋轉(zhuǎn)要求后，所述的被測樣品每旋轉(zhuǎn)一次，系統(tǒng)將會對樣品進(jìn)行重新掃 描，從而得到一組新的掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)新的掃描數(shù)據(jù)，可對當(dāng)前測量點(diǎn)Pi處的斜率角P進(jìn) 行重新擬合預(yù)測，然后再將新的預(yù)測值P與最大可探測角0進(jìn)行比較，如此循環(huán)進(jìn)行，直 到被測點(diǎn)Pi處的斜率角P小于為止； (6) 最后系統(tǒng)通過分析，判斷樣品表面掃描是否結(jié)束，若沒有結(jié)束則返回第一步繼續(xù)進(jìn) 行掃描，若掃描已經(jīng)結(jié)束，則根據(jù)觸針式位移傳感器的輸出值，XYZ微位移平臺的移動量、0 旋轉(zhuǎn)軸承的旋轉(zhuǎn)量和觸針尖端半徑的大小，可重構(gòu)出樣品表面形貌。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，其特征是： 所述的當(dāng)前測量點(diǎn)Pi處的斜率角P的擬合方法為一階擬合算法。3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，其特征是： 在所述的第二步測量中，的設(shè)定，是根據(jù)測量誤差的要求人為設(shè)定的。4. 如權(quán)利要求1所述的一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，其特征是： 所述的e旋轉(zhuǎn)軸承采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，每一步的旋轉(zhuǎn)角度為r。5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，其特征是： 所述的被測樣品的累積最大旋轉(zhuǎn)角度y，受限于e旋轉(zhuǎn)軸承的最大可旋轉(zhuǎn)角w其大小應(yīng) 為〇° 一p之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于微結(jié)構(gòu)工件的斜率自適應(yīng)形貌測量方法，涉及微結(jié)構(gòu)面形質(zhì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要包括：斜率預(yù)測、旋轉(zhuǎn)掃描、誤差補(bǔ)償、形貌重構(gòu)等步驟，在測量樣品時(shí)能夠根據(jù)被測樣品表面形貌變化，自動調(diào)節(jié)觸針與樣品間的相對夾角，使掃描觸針能夠適應(yīng)樣品表面的斜率變化，不至于發(fā)生輪廓干涉等現(xiàn)象，掃描結(jié)束后系統(tǒng)根據(jù)觸針式位移傳感器的輸出值、XYZ微位移平臺的移動量、β旋轉(zhuǎn)軸承的旋轉(zhuǎn)量和觸針尖端半徑的大小可以重構(gòu)出樣品表面形貌特征。與已有的形貌測量方法相比，本發(fā)明提供了一種簡單、有效地測量具有復(fù)雜表面形貌特征的微結(jié)構(gòu)的方法，可以在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地重構(gòu)出樣品表面形貌特征。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN104913735
【申請?zhí)枴緾N201510346794
【發(fā)明人】尹德強(qiáng), 許斌, 方輝, 劉乾乾
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月19日