微纳结构三维形貌高精度测试系统

3D形貌微结构测量用什么设备好？随着科技日新月异地发展，微小结构件的微观3D形貌测量技术也在不断变化，这就责促使相关企业，不断深耕市场需求、创新产品。

也只有这样，企业生产的产品才能不断地被市场认可，与此同时，企业的创新力才能不断被激活，最终才能实现其可持续发展。

深圳市大成精密设备有限公司作为专注于锂电池极片面密度及厚度在线无损检测的企业，经过多年的累积，深切懂得市场需求对产品乃至企业发展的重要意义。

研发的3D轮廓测量及分析仪专注测量微小结构件的微观3D形貌。

利用高精度2D位移传感器对被测物进行扫描，得到被测物表面轮廓相关数据后，对其进行各种矫正和分析，得出需要的高度、锥度、粗糙度、平面度等物理量。

如焊印毛刺是否过高，防爆阀是否安全等重要问题。

下面给大家介绍下3D轮廓测量及分析仪的应用：一、系统特性：1、设备用于测量微观三维形貌和表面特征分析2、支持一键式测量及分析，并自动生成测试报告3、系统测量高度可调，以适用不同厚度样品的3D测量二、极片3D波浪边测量1、设备能适应的被测物规格：有效测量宽度≤170mm有效扫描长度≤1000mm高度变化范围≤140mm2、测量精度：重复精度: ±0.1mm（3σ）X方向分辨率：0.1mmY方向分辨率：0.1mmZ方向分辨率：5um3、应用：极片分条后的波浪边测量，改设备可帮助识别分条导致的极片波浪边是否过大三、电池极耳焊印毛刺测量1、设备能适应的被测物规格：有效测量宽度≤8mm有效扫描长度≤150mm高度变化范围≤300um2、测量精度：重复精度: ±0.1um（3σ）X方向分辨率：10umY方向分辨率：10umZ方向分辨率：0.2um3、应用：电池极耳焊接焊印毛刺形貌测量，该设备可帮助识别焊接导致的毛刺是否过大，焊接头是否需要及时维修。

大成精密3D轮廓测量及分析仪的设计与实现，为微观三维形貌和表面特征分析提供可靠依据，降低了劳动强度，提髙了生产效率。

综合评述2023年第43卷 第1期微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术霍霄，高志山*，袁群，郭珍艳，朱丹（南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094）摘 要：功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能，一般包含具有规则的几何形状，基于深度和线宽的比值，可以将其区分为高/低深宽比微结构。

目前对微结构的检测，多用有损检测中的扫描电镜（SEM ）剖面成像技术，而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。

本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展，其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测，近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。

文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例，结果表明：白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器，前者检测高深宽比小于等于4，后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌，数据结果是可信的。

显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据，将有效优化微结构的制造工艺，进一步提升有关器件的性能。

关键词：无损测量；显微干涉法；低相干；三维形貌；微纳器件中图分类号：TB9；TH741；O436.1 文献标识码：A 文章编号：1674-5795（2023）01-0070-11Dual-band microscopic interferometry for nondestructive testing ofthree-dimensional morphology of microstructuresHUO Xiao, GAO Zhishan *, YUAN Qun, GUO Zhenyan, ZHU Dan(Institute of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science andTechnology, Nanjing 210094, China)Abstract: Functional microstructure has the function of regulating light field or electronic conduction, and generally contains regular geometric shapes. Based on the ratio of depth to line width, it can be divided into high/low-aspect-ratio microstructures. At present, the detection of the geometric characteristic parameters of the microstructure is mainly conducted by SEM, which belongs to the destructive detection. The production line urgently needs non-destructive testing technology to monitor and improve its manufactur‑ing process. This article systematically summarizes the progress made by the author's research team in the low-coherence microscopic-interference technology for nondestructive testing of three-dimensional (3D) morphology of microstructures in the past ten years. The white light microscopic interferometer is used to detect the 3D topography of ultra-smooth surfaces, steps, micro optical elements, mi‑cro mechanical elements and other low aspect ratio microstructures. A near-infrared micro interferometer is used to detect the 3D mor‑phology of silicon based high aspect ratio microstructures. In this paper, the key technologies of the two band microscopic interference doi ：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.06收稿日期：2022-12-24；修回日期：2023-01-10基金项目：国家重点研发计划（2019YFB2005500）；国家自然科学基金（62175107，U1931120）；江苏省六大人才高峰项目（RJFW-019）；中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室基金（KLOMT190201）；上海在线检测与控制技术重点实验室基金（ZX2021102）引用格式：霍霄，高志山，袁群，等.微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术［J ］. 计测技术，2023，43（1）：70-80.Citation ：HUO X ， GAO Z S ， YUAN Q ， et al. Dual-band microscopic interferometry for nondestructive testingof three-dimensional morphology of microstructures ［J ］. Metrology and measurement technology ， 2023， 43（1）：70-80.··70计测技术综合评述system and the tests of typical samples are described. The results show that white light micro interferometer and near-infrared micro in‑terferometer are two kinds of high-precision nondestructive testing instruments. They can detect the 3D morphology of the microstruc‑tures with aspect ratio ≤4, and ≥20, respectively. The 3D topography data obtained by the microscopic-interference nondestructive test‑ing technology will effectively promote the optimization of the manufacturing process of the microstructure and the further improvementof the performance of related devices.Key words: nondestructive measurement; microscopic interferometry; low coherence; three-dimensional topography; micro-nanodevice0　引言功能微结构器件是一种在深度方向（一维）与横向（二维）同时存在尺度在微米或亚微米量级的纹理组织结构，在空间上一般呈现三维分布。

螺旋微型测微仪的用途螺旋微型测微仪是一种用于测量微小尺寸和表面形貌的精密仪器。

它利用激光干涉技术和高分辨率的光学系统，可以实现对微型结构的三维形貌测量，广泛应用于微电子、精密仪器、生物医学等领域。

下面我们来具体了解一下螺旋微型测微仪的用途。

首先，螺旋微型测微仪在微电子领域有着广泛的应用。

微电子器件的尺寸通常非常小，因此传统的测量方法难以满足要求。

而螺旋微型测微仪可以实现对微型芯片、集成电路等微电子器件的高精度三维形貌测量，可以帮助工程师更好地了解器件的结构和表面特征，从而提高设计和制造的精度和可靠性。

其次，螺旋微型测微仪在精密仪器制造领域也有着重要的应用。

精密仪器通常对表面形貌的要求非常严格，而螺旋微型测微仪可以实现对精密仪器零部件的微小尺寸和表面形貌的精密测量，帮助制造商确保产品的质量和性能。

此外，螺旋微型测微仪还被广泛应用于生物医学领域。

在生物医学研究中，常常需要对微观结构进行三维形貌测量，以了解细胞、组织的微观形貌特征。

螺旋微型测微仪可以帮助科研人员实现对生物样品的微小尺寸和表面形貌的高精度测量，为生物医学研究提供重要的数据支持。

此外，螺旋微型测微仪还可以应用于材料科学、纳米技术、光学等领域。

在材料科学中，螺旋微型测微仪可以用于对材料的表面形貌特征进行精密测量，帮助科研人员了解材料的微观结构和性能。

在纳米技术领域，螺旋微型测微仪可以用于对纳米结构的形貌特征进行测量，为纳米材料的研究和应用提供重要的数据支持。

在光学领域，螺旋微型测微仪可以用于对光学元件的微观形貌进行测量，帮助光学工程师设计和制造更精密的光学元件。

总的来说，螺旋微型测微仪在科研和工程领域有着广泛的应用前景。

随着科技的不断进步，对微小尺寸和表面形貌的需求将会越来越高，螺旋微型测微仪必将发挥越来越重要的作用，为各个领域的研究和应用提供精密的测量和分析手段。

基于三维微触觉测头的纳米坐标测量系统的开题报告一、研究背景随着纳米技术的快速发展和应用，纳米尺度下的精确测量成为研究和应用领域中的重要问题。

在纳米尺度下，常规的光学和机械测量方法不再适用，因此需要开发新型的高精度纳米坐标测量系统。

微触觉技术是一种基于微纳机电系统（MEMS）以及纳米尺度量测技术的新型精密测量方法。

微触觉技术通过探测物体表面微小的力和位移，实现对物体表面的形状、硬度和粗糙度等信息的测量。

而在纳米尺度下，微触觉技术的应用优势更加明显，能够实现高精度纳米坐标测量。

二、研究意义高精度纳米坐标测量系统在纳米技术领域的应用非常广泛，包括纳米制造、纳米加工、纳米测量等方面。

例如，在纳米制造和加工领域，纳米坐标测量系统可以用于监测加工工艺参数和检测产品质量；在纳米测量领域，纳米坐标测量系统可以用于量化表面形貌和结构等信息。

三、研究内容和方法本研究将基于三维微触觉测头，开发一种高精度纳米坐标测量系统。

主要包括以下研究内容和方法：1.设计制作三维微触觉测头：根据微触觉技术的基本原理和应用需求，设计制作一种三维微触觉测头，能够实现对物体表面形状、硬度和粗糙度等信息的测量。

2.开发纳米坐标测量系统：结合三维微触觉测头和纳米位移传感器等技术，开发一种高精度纳米坐标测量系统，能够实现在纳米尺度下对物体表面的三维坐标和形貌等信息进行测量。

3.性能测试和优化：对所开发的纳米坐标测量系统进行性能测试，包括分辨率、重复性等指标的测试，并对性能进行优化和改进。

四、预期结果和创新点本研究预期将开发一种高精度纳米坐标测量系统，能够实现在纳米尺度下对物体表面的形状、硬度和粗糙度等信息进行测量。

同时，该系统具有以下创新点：1.基于微触觉技术：利用微触觉技术的特点，实现对物体表面微小的力和位移的探测，从而实现高精度的纳米坐标测量。

2.三维测量：采用三维微触觉测头，能够实现对物体表面的三维坐标和形貌等信息进行测量。

3.高性能：结合纳米位移传感器等技术，能够实现高精度、高分辨率和高重复性的纳米坐标测量。

三维微纳结构的光刻及其表面形貌测量方法的研究微纳结构在现代科学技术发展中占据着非常重要的地位,它具备体积小、重量轻以及易集成等优点,对于系统的微型化、节能以及稳定性的提升都有非常大的促进作用。

在微系统的研究中,三维微纳结构器件以其独特的表面形貌以及功能特性受到了广泛的关注。

然而,由于三维微纳结构特征尺寸极小,表面形貌复杂,其在制备过程中面临着诸多难题。

为此,本文主要围绕三维微纳结构的高精度、高效率的加工与检测开展了如下相关研究。

首先,在三维微纳结构的加工方面,我们在DMD无掩模光刻的基础之上提出了单像素灰度调控三维光刻方法。

该方法比起传统的分层叠加曝光方法而言省略了不必要的切片操作,只需单次曝光,因此实现起来更加简单、高效。

另外由于调控像素点数量足够多,因此该方法能实现很高的调控精度。

在此方法基础之上,我们提出了基于灰度标定的非线性补偿方法,利用灰度与曝光深度之间的标定曲线,实现了高精度的三维微纳结构加工。

这种方法能够有效避免光刻过程中的非线性效应给加工带来的不确定性,主要避免了因计算而引入的非线性误差。

除此之外,在光刻胶的显影过程中,由于显影不均匀的影响,光刻胶上的微纳结构表面会存在一些微小的高低起伏变化,该变化会对器件的表面功能特性造成一些消极影响。

为此我们采用了适当热熔的表面形貌优化方法,通过分析光刻胶表面在不同热熔温度以及时间下的变化趋势,确定出最佳的热熔温度和时间方案,在确保光刻胶表面形变最小的前提下尽量提升微纳结构的表面粗糙度。

实验结果表明,这种基于DMD单步无掩模灰度光刻的加工方法以及基于热熔的表面形貌优化方法在实现高精度的三维微纳结构表面形貌控制以及表面形貌优化方面具备很大的应用价值。

其次,在三维微纳结构表面形貌检测方面,我们在白光干涉空间频域算法的基础之上,围绕着测量精度与测量稳定性两个方面进行了相关研究。

我们利用空间频域算法从干涉信号中同时提取出了相干形貌和相位形貌两种测量结果,其中相干形貌精度较低,却不包含2π相位模糊,相位形貌精度较高,但是包含2π模糊问题。

纳米三坐标是一种用于测量纳米尺度物体的高精度三维测量仪器。

它利用光学原理和计算机图像处理技术，能够实现对纳米物体的高精度三维测量和分析。

纳米三坐标测量仪器通常包括光学系统、样品支架、测量探头和计算机等部分。

光学系统由激光器、光束扩展器、物镜和目镜等组成，能够将激光束聚焦到样品表面，并将反射光束传输到探测器上。

样品支架用于固定纳米样品，并通过光学显微镜观察样品表面。

测量探头则用于扫描样品表面，采集反射光信号，并将信号传输到计算机上进行处理。

纳米三坐标测量仪器可以实现对纳米物体的高精度三维测量和分析，具有高分辨率、高精度和非接触式等优点。

它广泛应用于材料科学、纳米技术、生物医学、机械制造等领域，可以用于纳米材料的制备、表征和性能研究，以及纳米器件的设计和制造等方面。

用于微纳米几何量尺寸测量的三维微接触式测头李源;吴俊杰【摘要】为实现微纳尺度器件三维几何形貌测量及表征，基于电容和压阻原理，开发了两种三维微接触式测头。

其中电容测头测量范围4.5μm，轴向分辨力和横向分辨力分别为10 nm和25 nm；压阻测头测量范围4.6μm，轴向分辨力和横向分辨力分别为5 nm和10 nm。

两种测头均可集成到纳米测量机，实现微结构几何参数的测量。

%In order to realize dimensional measurement and charac-terization of miniaturized components in micro/nano scale, two 3D micro tactile probes were developed based on capacitive and piezo-resistive principle. Range of capacitive probe is 4.5 μm, with a resolution of 10 nm and 25 nm in axial and lateral direction, respectively. The piezo-resistive probe has an axial and lateral resolution of 5 nm and 10 nm in full range of 4.6 μm. The two probes can be integrated to nano measuring machine to realize measurement of geometrical parameter in microstructures.【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P2-5)【关键词】微接触式测头;电容传感器;压阻传感器;纳米测量机【作者】李源;吴俊杰【作者单位】上海市计量测试技术研究院;上海市计量测试技术研究院【正文语种】中文纳米科技、MEMS(微机电系统)技术和超精密加工技术的发展，对微小器件尺寸测量提出了更高的要求。

微纳米三坐标测量机探头等效直径测量文中微纳米三坐标测量机在外尺寸测量过程中，探头与被测件存在接触力变形、摩擦力、还有测头的各向异性等因素，因此，对最终的测量精度有一定的影响。

为了进一步提高微纳米三坐标测量机的测量精度，本文提出了通过对量块标准件进行不同角度方向测量，得到探头在测量外尺寸的不同角度方向测端等效直径。

实验结果表明通过10mm厚度量块得到的外尺寸测端等效直径补偿20mm厚度量块，可以减小一定程度的探头测端直径误差。

标签：微纳米三坐标测量机；量块；等效直径0 引言随着微细加工技术和微电子机械系统技术的快速发展，多种多样的微型器件相机被加工出来，如微型涡轮、微型针阵列、微型马达以及汽车发动机中的喷油嘴。

这些器件的尺寸形状对测量系统提出更高的要求，因此，研制高精度微纳米三坐标测量机来实现对被测件的高精度测量。

日本东京大学Kiyoshi Takamasu首次提出了区别于传统三坐标测量机的纳米三坐标测量机应具备的一些技术指标。

据此，国内外一些大学和研究所开始研制微纳米三坐标测量机，例如德国联邦物理技术研究所（PTB）研制的Special CMM、日本东京大学Takamatsu 教授于1995年开始研制的Nano-CMM、英国国家物理实验室（NPL）研制的小型三维测量机、瑞士联邦计量局（METAS）研制的Ultra precision CMM、台湾大学范光照教授研制的Nano-CMM[1]。

此外，中国精密机械研究所（303所）、中国长城计量测试研究院、天津大学、清华大学等许多科研院所和高校都对微纳米三坐标测量机进行了深入的研究。

本文研制的微纳米三坐标测量机是来源于科技部“863”计划重点项目，整个微纳米三坐标测量机系统是由微纳米接触扫描式探头[2]（测头是直径为1mm的红宝石球）、“331”原则工作台[3，4]以及激光回馈干涉仪[5]的测量系统等部分组成。

1 微纳米三坐标测量机系统文中研制一台新型微纳米三坐标测量机其测量范围为50×50×50mm，各轴测长的分辨率为1nm，测量系统设计总不确定度≤100nm。

专利名称：一种纳米结构三维形貌测量方法及装置专利类型：发明专利
发明人：刘世元,张传维,陈修国
申请号：CN201010223106.X
申请日：20100712
公开号：CN101881599A
公开日：
20101110
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纳米结构三维形貌测量方法及其装置，可以同时测量纳米结构线宽、深度、侧墙角、线缘粗糙度、线宽粗糙度等三维形貌参数的方法及装置。

本发明方法步骤如下：将波长为紫外到近红外波段的光束经分光、起偏、前后相位补偿得到的椭圆偏振光投射到待测；采集待测结构表面反射零级衍射信号，计算得到纳米结构测量穆勒矩阵；将测量穆勒矩阵与理论穆勒矩阵进行匹配，提取得到待测纳米尺寸结构的三维形貌参数值。

本发明所提供的纳米结构三维形貌参数测量装置，能为基于图形转移的批量制造方法如光刻和纳米压印等工艺中所涉及的一维和二维亚波长周期性结构，提供一种非接触、非破坏性、低成本、快速测量手段。

申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
代理人：曹葆青
更多信息请下载全文后查看。