[发明专利]一种跨尺度微纳结构三维测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：该测量装置包括原子力探针扫描显微镜组件、物镜转台、白光干涉系统、纳米级垂直微位移平台、激光干涉位移计量系统一、测控系统、激光干涉位移计量系统二、样件、二维压电陶瓷扫描平台、二维电动扫描平台及激光干涉位移计量系统三；

所述物镜转台通过转动使测量装置在白光干涉测量模式和原子力探针扫描测量模式中切换；所述白光干涉系统在白光干涉测量模式下通过样件反射回来的光与通过显微物镜一的参考光在显微物镜一的分光板上会聚而产生白光干涉条纹，在原子力探针扫描测量模式下通过原子力探针的悬臂表面反射回来的光与所述原子力探针扫描显微镜组件的显微物镜二的参考光在原子力探针扫描显微镜组件的显微物镜二的分光板上会聚而产生白光干涉条纹，所述白光干涉系统的CCD相机用于获取白光干涉测量模式和原子力探针扫描测量模式的白光干涉条纹图像；

所述显微物镜一和所述原子力探针扫描显微镜组件的显微物镜二对称安装在所述物镜转台上，所述显微物镜一和显微物镜二的中心线经所述物镜转台转动到测量位置后均与所述白光干涉系统的测量光轴重合；

所述纳米级垂直微位移平台用于白光干涉测量模式的垂直扫描和原子力探针扫描测量模式的探针标定、探针接近样件及预压量调节；

所述激光干涉位移计量系统一用于测量白光干涉测量模式下所述显微物镜一的垂直扫描位移和原子力探针扫描测量模式下所述原子力探针的垂直偏移量；所述激光干涉位移计量系统一的角锥棱镜安装在所述白光干涉系统上端；

所述测控系统控制驱动所述纳米级垂直微位移平台、二维压电陶瓷扫描平台以及二维电动扫描平台，接收所述CCD相机获取的所述样件与所述原子力探针悬臂表面的白光干涉图像和所述激光干涉位移计量系统一、激光干涉位移计量系统二和激光干涉位移计量系统三的激光干涉信号并处理获得所述样件在白光干涉与原子力探针扫描测量模式下的测量结果。

2.如权利要求1所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述白光干涉系统、激光干涉位移计量系统一的角锥棱镜、CCD相机、物镜转台、原子力探针扫描显微镜组件和显微物镜一均固定在所述纳米级垂直微位移平台上。

3.如权利要求1所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述激光干涉位移计量系统一的位移测量方向与所述白光干涉系统的测量光轴完全重合。

4.如权利要求1或3所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述角锥棱镜的中心线与所述白光干涉系统的测量光轴完全重合。

5.如权利要求1所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述样件安装在所述二维压电陶瓷扫描平台上，所述二维压电陶瓷扫描平台固定在所述二维电动扫描平台上。

6.如权利要求1所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述样件、二维压电陶瓷扫描平台和二维电动扫描平台的中心位置在垂直方向重合，并与所述白光干涉系统的测量光线的中心轴线重合。

7.如权利要求1、5、6中任一项所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述测控系统控制驱动所述二维电动扫描平台拖动所述样件进行白光干涉多个范围拼接测量；

所述测控系统还控制驱动所述二维压电陶瓷扫描平台和二维电动扫描平台，定位所述样件上的目标微纳结构特征区域，控制驱动所述二维压电陶瓷扫描平台拖动所述样件进行原子力探针扫描测量。

8.如权利要求1、5、6中任一项所述的跨尺度微纳结构三维测量装置，其特征在于：

所述激光干涉位移计量系统二和激光干涉位移计量系统三用于所述样件在水平面内拖动扫描的位移计量。