一、前言

近年來，隨著表面測量技術無論在技術成熟方面還是應用范圍方面都得到了極大的發展。因此針對那些高陡度、大臺階及深窄溝道的難度很大的面形也可以進行測量了。這些表面輪廓技術很多是由距離測量或焦距測定技術發展而來的，同時它們也往往需要進行掃描來獲得面形輪廓。以下介紹幾種輪廓儀。

二、接觸式輪廓儀

2.1 探針輪廓儀

探針輪廓儀利用一個在表面移動的小針尖，通過感知針的高度起伏來確定表面的輪廓。探針輪廓儀能夠測量的高度達1mm。這種輪廓儀工作的時候很像留聲機，通常情況下，被測表面在探針下移動，但也有可能是探針在表面移動。探針的垂直運動由-一個線性變化的差動變壓器(LVDT)測量，然后把測量的信號轉換為高度數據。圖1為帶有LVDT的探針輪廓儀結構圖。

圖1 帶有LVDT的探針輪廓儀的結構圖

2.2 掃描隧道顯微鏡

在掃描隧道顯微鏡(STM)中，金屬的針尖向待測導體或半導體表面靠近，直到能夠在針尖和待測表面之間檢測到隧道電流。為了“感知”隧道電流，必須在針尖和待測表面施加電壓。圖2表示STM的結構示意圖。

圖2 STM結構示意圖

三、光學輪廓儀

3.1 光學聚焦傳感器

當激光光源發出的一束光被聚焦到被測表面時，反射光在光軸上被棱鏡分成兩束。然后用兩個探測器分別檢測這兩束光的信號，并對其差值信號進行監控。圖3表示帶有光學聚焦傳感器的輪廓儀結構圖。

圖3 帶有光學聚焦傳感器的輪廓儀結構圖

3.2 共焦顯微鏡

共焦顯微鏡系統本身不是標準的光學顯微鏡，因為它通過使用共焦孔徑（針孔）確保了被測表面上只有在焦點處的光線才能夠進人探測器。這樣就消除了離焦和雜散光，從而具備高分辨力和高信噪比。典型的共焦顯微鏡裝置在被測對象焦平面的共軛面上放置了兩個小孔，其中一個放在光源前面，另一個放在探測器前面。如圖4所示。

圖4 經過針孔消除離焦光線的反射共焦顯微鏡

四、干涉光學輪廓儀

千涉型光學輪廓儀在標準顯微鏡上使用內置干涉儀的物鏡取代了標準物鏡。通過分析這些物鏡獲得的干涉信號，可以獲得檢測對象的定量數據。四種經典的干涉物鏡裝置是以邁克爾遜（Michelson）、米勞（Mirau）、林尼克（Llinnik）、斐索（Fizeau）干涉儀為基礎的。這些干涉物鏡結構如圖5所示。

圖5干涉物鏡結構

a）邁克爾遜干涉儀 b）米勞干涉儀 c）林尼克干涉儀 d）斐索干涉儀

邁克耳遜干涉儀如圖5 a）所示，由一個物鏡、一個分光鏡和一個獨立的參考平面組成。為了能夠在物鏡和測試表面之間放入分束器，顯微鏡物鏡必須有一個足夠長的工作距離。

米勞干涉儀如圖5 b）所示，在物鏡和被測表面中間有兩個小玻璃板。一個板上有一個小的反射點用作參考面，另一個在其一側鍍膜作為分束鏡。包含反射點的小玻璃板還可以作為一個補償板。

林尼克干涉儀如圖5 c）所示，通過兩個相同的明場物鏡，可以用任意放大倍率的物鏡來裝配干涉儀。

斐索干涉儀如圖5 d）所示，是一種非等光程干涉儀，它需要一個相干長度很長的光源，這種裝置能很好地用于單色光源或光譜相干測量，不適用于白光干涉測量。由物鏡提供一束準直光束到測試表面同時對其成像。當使用長相干長度光源時，干涉條紋會在一個很深的視場內才被觀察到，因此主要集中關注測試表面。