本技術(shù)具體涉及一種壓阻自感應(yīng)原子力顯微鏡三自由掃描器。

背景技術(shù)：

1、原子力顯微鏡（atomic?force?microscope，afm）是一種可用來(lái)研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器，它通過(guò)檢測(cè)待測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，將一對(duì)微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，掃描樣品時(shí)，利用傳感器檢測(cè)這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級(jí)分辨率獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。

2、在半導(dǎo)體行業(yè)中，晶圓到芯片的加工過(guò)程中，晶圓需要經(jīng)歷各種加工制備工藝，為了提高芯片的成品率，需要各種量測(cè)表征設(shè)備對(duì)晶圓進(jìn)行在線檢測(cè)，從而優(yōu)化加工制備工藝，原子力顯微鏡通過(guò)探針尖端與被測(cè)樣品表面之間的機(jī)械力作為反饋，對(duì)被測(cè)樣品表面形貌進(jìn)行三維成像的精密量測(cè)，因此原子力顯微鏡成為晶圓加工制備過(guò)程中重要的量測(cè)表征設(shè)備。

3、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，柔性鉸鏈傳動(dòng)的掃描器是原子力顯微鏡重要定位部件，檢測(cè)用的探針安裝在掃描器上，三自由度壓電驅(qū)動(dòng)掃描器能夠使原子力顯微鏡體積緊湊，安裝工藝簡(jiǎn)化，剛度得到提高，但現(xiàn)有的三自由度壓電驅(qū)動(dòng)掃描器中的x-y方向掃描器輸出端都處于x-y方向掃描器中部位置，z-方向掃描器安裝在x-y方向掃描器輸出端，目前這種設(shè)計(jì)的掃描器安裝到原子力顯微鏡上后，探針安裝和拆取空間較小，拆裝操作困難，容易損壞探針。

4、在中國(guó)專(zhuān)利cn106195541，名稱(chēng)為：一種三自由度壓電驅(qū)動(dòng)微納定位平臺(tái)，中記載有，包括裝配于轉(zhuǎn)接基座內(nèi)的z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；所述轉(zhuǎn)接基座被xy向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)；xy向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)x向復(fù)合橋式位移放大機(jī)構(gòu)、y向復(fù)合橋式位移放大機(jī)構(gòu)及半圓鉸鏈支鏈解耦機(jī)構(gòu)裝配于底部基座中；所述xy向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上分別安裝有檢查其x方向和y方向運(yùn)動(dòng)的光柵尺，所述光柵尺分別與檢測(cè)x、y方向的光柵尺讀數(shù)頭配合共同完成納米定位平臺(tái)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)與反饋；所述x向復(fù)合橋式位移放大機(jī)構(gòu)和y向復(fù)合橋式位移放大機(jī)構(gòu)中均具有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)xy向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

5、如專(zhuān)利cn106195541中附圖所示，該專(zhuān)利中的x-y方向掃描器輸出端幾乎處于x-y方向掃描器中部位置，z-方向掃描器安裝在x-y方向掃描器輸出端，目前這種設(shè)計(jì)的掃描器安裝到原子力顯微鏡上后，探針安裝和拆取空間有限，操作困難，同時(shí)探針極易受到損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，背景技術(shù)中提及的現(xiàn)有原子力顯微鏡中掃描器上的x-y方向掃描器輸出端處于x-y方向掃描器中部位置，掃描器安裝到原子力顯微鏡上后探針安裝和拆取空間小，操作困難的同時(shí)也極易損壞探針的問(wèn)題。

2、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種壓阻自感應(yīng)原子力顯微鏡三自由掃描器；通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種壓阻自感應(yīng)原子力顯微鏡三自由掃描器，包括x-y移動(dòng)機(jī)構(gòu)、基板和z移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述x-y移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基板內(nèi)，x-y移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的x-y輸出端設(shè)置在基板的外部，所述x-y輸出端在x-y移動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)x-y彈性鉸鏈的作用下沿x、y方向移動(dòng)，z移動(dòng)機(jī)構(gòu)與x-y輸出端連接，所述z移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的z輸出端在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中z彈性鉸鏈的作用下沿z向移動(dòng)。

3、本實(shí)用新型中，利用設(shè)置在基板內(nèi)的位移放大組件中的x壓電陶瓷和設(shè)置在x-y彈性鉸鏈內(nèi)的y壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)設(shè)置在基板外部且與x-y彈性鉸鏈連接的x-y輸出端在x、y方向上的可控移動(dòng)，又把z移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在設(shè)置在基板外部的x-y輸出端上，保證了掃描器整體具備在x、y、z三個(gè)方向上可控移動(dòng)的同時(shí)也增大了探針安裝和拆取的空間，操作方便的同時(shí)也避免了探針拆裝過(guò)程中探針極易損壞的問(wèn)題。

4、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，基板包括安裝位移放大組件的位移放大組件安裝孔、安裝y壓電陶瓷的y壓電陶瓷安裝孔和多個(gè)構(gòu)成x-y彈性鉸鏈的通槽，所述位移放大組件安裝孔與y壓電陶瓷安裝孔設(shè)置在基板的同一平面內(nèi)，且分列在基板的兩端，這樣的設(shè)置便于通過(guò)位移放大組件放大x-y彈性鉸鏈在x方向上的位移距離，提高了掃描器整體在x方向上的測(cè)量距離。

5、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，構(gòu)成x-y彈性鉸鏈的通槽包括矩形槽、輸出端行程槽和鉸鏈y(cè)向行程槽，所述矩形槽、輸出端行程槽和鉸鏈y(cè)向行程槽繞y壓電陶瓷安裝孔外廓分布，所述輸出端行程槽設(shè)置在x-y輸出端處于基板的外部連通，鉸鏈y(cè)向行程槽與輸出端行程槽對(duì)向分布，矩形槽與鉸鏈y(cè)向行程槽和輸出端行程槽垂直分布設(shè)置在鉸鏈y(cè)向行程槽和輸出端行程槽的兩側(cè)，這樣的設(shè)置便于通過(guò)多個(gè)通槽組成彈性的懸空的x-y彈性鉸鏈，便于x-y彈性鉸鏈上的x-y輸出端移動(dòng)。

6、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，矩形槽繞y壓電陶瓷安裝孔外廓設(shè)置有多條，在y壓電陶瓷安裝孔的四角各設(shè)置有一條矩形槽，其中靠近鉸鏈y(cè)向行程槽的矩形槽與鉸鏈y(cè)向行程槽連通，另外兩個(gè)矩形槽與基板外部連通，在y壓電陶瓷安裝孔處靠近基板邊緣的矩形槽的一側(cè)，沿y方向設(shè)置有一條矩形槽，此矩形槽的長(zhǎng)度大于設(shè)置在y壓電陶瓷安裝孔四周的矩形槽的長(zhǎng)度，多個(gè)矩形槽和鉸鏈y(cè)向行程槽及輸出端行程槽組成了具有彈性的x-y彈性鉸鏈，這樣的設(shè)置便于通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)x-y彈性鉸鏈移動(dòng)。

7、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，x-y移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括位移放大組件、x-y彈性鉸鏈、y壓電陶瓷和x壓電陶瓷，對(duì)x-y彈性鉸鏈在x方向上位移距離進(jìn)行放大的位移放大組件設(shè)置在基板上的位移放大組件安裝孔內(nèi)，x-y彈性鉸鏈設(shè)置在基板內(nèi)與位移放大組件連接，y壓電陶瓷設(shè)置在基板中y壓電陶瓷安裝孔內(nèi)，x壓電陶瓷設(shè)置在位移放大組件內(nèi)，y壓電陶瓷和x壓電陶瓷的設(shè)置便于驅(qū)動(dòng)x-y彈性鉸鏈在x、y方向上移動(dòng)。

8、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，位移放大組件包括兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的橋式鉸鏈和設(shè)置在橋式鉸鏈上的支鏈，兩個(gè)橋式鉸鏈對(duì)向組合，中部的空腔為安裝x壓電陶瓷的空腔，橋式鉸鏈上的一個(gè)支鏈與基板邊緣接觸，另一個(gè)支鏈與x-y彈性鉸鏈接觸，位移放大組件的設(shè)置便于放大x-y彈性鉸鏈在x方向上的位移距離，提高了掃描器整體在x方向上的測(cè)量距離。

9、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，z移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、z彈性鉸鏈和z壓電陶瓷，z彈性鉸鏈設(shè)置在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)，z壓電陶瓷設(shè)置在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)，并且一端與z彈性鉸鏈接觸，z移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的z輸出端在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中z彈性鉸鏈的作用下沿z向移動(dòng)，z彈性鉸鏈的設(shè)置便于通過(guò)z彈性鉸鏈帶動(dòng)z移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的z輸出端沿z向可控移動(dòng)。

10、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有安裝z壓電陶瓷的z壓電陶瓷安裝孔和多個(gè)構(gòu)成z彈性鉸鏈的矩形槽，所述矩形槽在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上沿z輸出端四周分布，樣的設(shè)置便于通過(guò)多個(gè)矩形槽組成彈性的懸空的z彈性鉸鏈，便于z彈性鉸鏈上的z輸出端移動(dòng)，沿z向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掃描器整體在z方向上的運(yùn)動(dòng)和測(cè)量。

11、對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)選，在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的z輸出端上設(shè)置有安裝探針的探針安裝板，同時(shí)在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上還設(shè)置有對(duì)z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行防護(hù)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)封板，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)封板安裝在z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置探針安裝板的平面上，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)封板的設(shè)置便于對(duì)z移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，延長(zhǎng)了使用壽命。

12、本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：

13、本實(shí)用新型的技術(shù)方案，利用設(shè)置在基板內(nèi)的位移放大組件中的x壓電陶瓷和設(shè)置在x-y彈性鉸鏈內(nèi)的y壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)設(shè)置在基板外部且與x-y彈性鉸鏈連接的x-y輸出端在x、y方向上的可控移動(dòng)，又把z移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在設(shè)置在基板外部的x-y輸出端上，保證了掃描器整體具備在x、y、z三個(gè)方向上可控移動(dòng)的同時(shí)也增大了探針安裝和拆取的空間，操作方便的同時(shí)也避免了探針拆裝過(guò)程中探針極易損壞的問(wèn)題。