零阿贝误差测量系统及其方法技术方案

一种零阿贝误差测量系统，其包括移动平台、检测装置以及第一与第二三维光学尺。移动平台是用以载置待测量样本。检测装置用以检测待测量样本，并测量待测量样本的待测点相对于移动平台的垂直高度。第一与第二三维光学尺分别设置在移动平台上且隔着待测量样本彼此相对，其中第一与第二三维光学尺可垂直该移动平台进行高度微调，使第一与第二三维光学尺相对于移动平台的垂直高度与待测点的垂直高度相等，以进行待测量样本的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量系统及其方法，且特别涉及一种可以消除阿贝误差的测量系统及其方法。
技术介绍
传统三维微(纳)米测量系统的架构，如扫描探针显微镜(scanning probemicroscopy，SPM)、原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)与三坐标测量机(coordinate measuring machine，CMM)等，主要以形貌检测系统及/或定位平台等次系统所组成。形貌检测系统主要工作为利用探针等方式取得待测物的表面信息。定位平台系统则负责推动探针载具或移动平台，使整个系统完成三个维度的扫描与测量动作。但是，此种定位系统中的光学尺(linear scale)或干涉仪的摆放位置以及探针或测量端点两者间会因为坐落在不同的位置，而存在某种程度上的角度偏差。此偏差会因为两点的距离增加而增加，使得测量过程产生所谓的阿贝误差(Abbe error)。此阿贝误差会影响最后实际测量结果并降低测量的精确度。 在三维测量系统中，一般是采用多组光学干涉仪做为平台定位的工具，另外也加入零阿贝误差的测量设计。但是，以干涉仪来定位时，往往会有需要较多的元件、对位复杂、光路径长以及空气干扰等问题与缺点，故精确度与系统效能不容易提高。另外也有使用光学尺来做为定位装置，其具备光路径相对较短与对位方便等优势。 图1表示公知使用干涉仪的测量系统。图1的测量系统包括三个坐标方向的光学干涉仪106x、106y、106z。在移动平台100上放置待测量样本102。另外，使用检测器104的探针等取得待测量样本102的表面形貌等信息。检测器104的探针与定位台位移测量位置间存在一小段距离，这使得在测量过程中产生所谓的阿贝误差。图2为表示公知具有零阿贝误差设计的干涉仪测量系统。图2是使图1的三组光学干涉仪106x、106y、106z的测量光束沿着XYZ三轴相交于一点，并利用阿贝误差修正部108a、108b使定位点落在测量点上，进行定位工作，使阿贝误差消除到最小。但是采用干涉仪的定位，会使系统复杂度增加，而且会使系统成本增加很多。 因此，有人提出使用光学尺的方式。图3为三维光学定位尺测量系统的示意图。如图3所示，光学尺包括光栅120与光源122，利用光源对光栅射出光束来进行定位。光栅120是设置在移动平台100的下方，此种架构会因为定位点与实际测量位置落在不同位置，而同样会产生阿贝误差。 因此，如何改善上述问题，得到一个简单、低成本且可以消除阿贝误差的测量系统，是测量技术所要突破的一环。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的就是提供一种零阿贝误差测量系统，以三维或二维光学尺为定位平台，加入新的设计方式，使测量结果达到零阿贝误差，取代一般干涉仪测量系统，并降低系统成本。 为达上述目的，本专利技术提出一种零阿贝误差测量系统，其包括移动平台、检测装置以及第一与第二三维光学尺。移动平台是用以载置待测量样本。检测装置用以检测待测量样本，并测量待测量样本的待测点相对于移动平台的垂直高度。第一与第二三维光学尺分别设置在移动平台上且隔着待测量样本彼此相对，其中第一与第二三维光学尺可垂直该移动平台进行高度微调，使第一与第二三维光学尺相对于移动平台的垂直高度与待测点的垂直高度相等，以进行待测量样本的测量。 根据本专利技术一实施方式，前述零阿贝误差测量系统的第一与第二三维光学尺还分别包括二维光栅、高度微调器与高度检测器。二维光栅设置在移动平台上，以定位移动平台。高度微调器与二维光栅连接，用以微调二维光栅的垂直高度。高度检测器设置成大致垂直于二维光栅上方，用以射出光束，检测二维光栅的垂直高度。 根据本专利技术一实施方式，前述二维光栅具有起伏状表面。此外，当前述起伏状表面为光可穿透时，二维光栅的基底还具有反射面。另外，二维光栅可以例如是全像式二维光栅。 根据本专利技术一实施方式，前述零阿贝误差测量系统可还包括控制电路，其至少包括比较器与高度微调控制器。比较器用以接收第一与第二三维光学尺的高度检测器输出的垂直高度以及检测装置输出的待测点的垂直高度，并输出两者垂直高度的差値。高度微调控制器连接至比较器的输出端，接收该差值并依据此差值控制高度微调器，进行二维光栅的垂直高度的微调。 此外，本专利技术还提出一种零阿贝误差测量系统，其包括移动平台、检测装置以及第一与第二二维光学尺。移动平台是用以载置待测量样本。检测装置用以检测待测量样本，并测量待测量样本的待测点相对于移动平台的垂直高度。第一与第二二维光学尺分别设置在移动平台上且隔着待测量样本彼此相对，其中第一与第二二维光学尺可垂直该移动平台进行高度微调，使第一与第二二维光学尺相对于移动平台的垂直高度与待测点的垂直高度相等，以进行待测量样本的测量。 根据本专利技术一实施方式，前述各二维光学尺分别包括光栅、高度微调器、光源与高度检测器。光栅设置在移动平台上，以定位移动平台。高度微调器与光栅连接，用以微调光栅的垂直高度。光源设置成大致垂直于移动平台下方，用以对光栅射出光束，以进行移动平台的定位。高度检测器设置成大致垂直于二维光栅上方，用以射出光束，检测光栅的垂直高度。前述的高度检测器例如可以是干涉仪或者高精确度位移测量器。 此外，本专利技术还提出一种零阿贝误差测量方法，用以测量载置于移动平台上的待测量样本。移动平台上还设置第一与第二光学尺。零阿贝误差测量方法至少包括以下步骤检测待测量样本的表面，并测量待测量样本的待测点相对于该移动平台的第一垂直高度；检测第一与第二光学尺相对于移动平台的第二垂直高度；以及依据第一与第二垂直高度的差値，进行第一与第二二维光学尺的垂直高度微调，使第一与第二垂直高度相等，以测量待测量样本。 综上所述，本专利技术将光学尺的光栅的XY平面放置在与待测量点相同的垂直高度上，使得定位点与测量点均保持在同样的平面上，藉以消除公知将光栅放置在样本下方时，测量点与实际定位位置不同所造成的阿贝误差。 另外，由于本专利技术不使用干涉仪做为平台定位之用，或仅使用在垂直高度测量上，所以更不需要额外的阿贝误差补偿装置，故可以降低系统的成本以及复杂度。 为让本专利技术之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1表示公知使用干涉仪的测量系统。 图2表示公知具有零阿贝误差设计的干涉仪测量系统。 图3为三维光学定位尺测量系统的示意图。 图4为依据本专利技术实施例的零阿贝误差测量系统的示意图。 图5为图4的控制电路的示意图。 图6为依据本专利技术另一实施例的零阿贝误差测量系统的示意图。 主要元件标记说明100移动平台102待测量样本104检测装置106x、106y、106z干涉仪108a、108b阿贝误差修正部120光栅(光学尺)122光源(光学尺) 200移动平台210载台212待测量样本230、240测量系统(三维光学尺)232、242高度检测器234、244二维光栅250检测装置264比较器266控制器300、310测量系统(二维光学尺)302、312高度检测器304、314光源306、316光栅306a、316a反射面308、318高度微调器具体实施方式图4为依据本专利技术实施例的零阿贝误差测量系统的示意图。为使图简化易读，系统本身的详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零阿贝误差测量系统，其特征是包括：移动平台，用以载置待测量样本；检测装置，用以检测该待测量样本，并测量该待测量样本的待测点相对于该移动平台的垂直高度；第一与第二三维光学尺，分别设置在该移动平台上且隔着该待测量样本彼此相对，其中该第一与该第二三维光学尺可垂直该移动平台进行高度微调，使该第一与该第二三维光学尺相对于该移动平台的垂直高度与该待测点的垂直高度相等，以进行该待测量样本的测量。

【技术特征摘要】
所界定者为准。权利要求1.一种零阿贝误差测量系统，其特征是包括移动平台，用以载置待测量样本；检测装置，用以检测该待测量样本，并测量该待测量样本的待测点相对于该移动平台的垂直高度；第一与第二三维光学尺，分别设置在该移动平台上且隔着该待测量样本彼此相对，其中该第一与该第二三维光学尺可垂直该移动平台进行高度微调，使该第一与该第二三维光学尺相对于该移动平台的垂直高度与该待测点的垂直高度相等，以进行该待测量样本的测量。2.根据权利要求1所述之零阿贝误差测量系统，其特征是该第一与该第二三维光学尺分别包括二维光栅，设置在该移动平台上，以定位该移动平台；高度微调器，与该二维光栅连接，用以微调该二维光栅的垂直高度；以及高度检测器，设置成大致垂直于该二维光栅上方，用以射出光束，检测该二维光栅的垂直高度。3.根据权利要求2所述之零阿贝误差测量系统，其特征是该二维光栅具有起伏状表面。4.根据权利要求3所述之零阿贝误差测量系统，其特征是该二维光栅的该起伏状表面为光可穿透，且该二维光栅的基底具有反射面。5.根据权利要求2所述之零阿贝误差测量系统，其特征是该二维光栅是全像式二维光栅。6.根据权利要求2所述之零阿贝误差测量系统，其特征是还包括控制电路，该控制电路还包括比较器，用以接收各该第一与该第二三维光学尺的该高度检测器输出的垂直高度以及该检测装置输出的该待测点的垂直高度，并输出两者垂直高度的差值；以及高度微调控制器，连接至该比较器的输出端，接收该差值，并依据该差值控制该高度微调器。7.一种零阿贝误差测量系统，其特征是包括移动平台，用以载置待测量样本；检测装置，用以检测该待测量样本，并测量该待测量样本的待测点相对于该移动平台的垂直高度；第一与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乾埼，翁汉甫，许正治，王振宇，温博浚，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]