一、前言

近年来，随着表面测量技术无论在技术成熟方面还是应用范围方面都得到了极大的发展。因此针对那些高陡度、大台阶及深窄沟道的难度很大的面形也可以进行测量了。这些表面轮廓技术很多是由距离测量或焦距测定技术发展而来的，同时它们也往往需要进行扫描来获得面形轮廓。以下介绍几种轮廓仪。

二、接触式轮廓仪

2.1 探针轮廓仪

探针轮廓仪利用一个在表面移动的小针尖，通过感知针的高度起伏来确定表面的轮廓。探针轮廓仪能够测量的高度达1mm。这种轮廓仪工作的时候很像留声机，通常情况下，被测表面在探针下移动，但也有可能是探针在表面移动。探针的垂直运动由-一个线性变化的差动变压器(LVDT)测量，然后把测量的信号转换为高度数据。图1为带有LVDT的探针轮廓仪结构图。

图1 带有LVDT的探针轮廓仪的结构图

2.2 扫描隧道显微镜

在扫描隧道显微镜(STM)中，金属的针尖向待测导体或半导体表面靠近，直到能够在针尖和待测表面之间检测到隧道电流。为了“感知”隧道电流，必须在针尖和待测表面施加电压。图2表示STM的结构示意图。

图2 STM结构示意图

三、光学轮廓仪

3.1 光学聚焦传感器

当激光光源发出的一束光被聚焦到被测表面时，反射光在光轴上被棱镜分成两束。然后用两个探测器分别检测这两束光的信号，并对其差值信号进行监控。图3表示带有光学聚焦传感器的轮廓仪结构图。

图3 带有光学聚焦传感器的轮廓仪结构图

3.2 共焦显微镜

共焦显微镜系统本身不是标准的光学显微镜，因为它通过使用共焦孔径（针孔）确保了被测表面上只有在焦点处的光线才能够进人探测器。这样就消除了离焦和杂散光，从而具备高分辨力和高信噪比。典型的共焦显微镜装置在被测对象焦平面的共轭面上放置了两个小孔，其中一个放在光源前面，另一个放在探测器前面。如图4所示。

图4 经过针孔消除离焦光线的反射共焦显微镜

四、干涉光学轮廓仪

千涉型光学轮廓仪在标准显微镜上使用内置干涉仪的物镜取代了标准物镜。通过分析这些物镜获得的干涉信号，可以获得检测对象的定量数据。四种经典的干涉物镜装置是以迈克尔逊（Michelson）、米劳（Mirau）、林尼克（Llinnik）、斐索（Fizeau）干涉仪为基础的。这些干涉物镜结构如图5所示。

图5干涉物镜结构

a）迈克尔逊干涉仪 b）米劳干涉仪 c）林尼克干涉仪 d）斐索干涉仪

迈克耳逊干涉仪如图5 a）所示，由一个物镜、一个分光镜和一个独立的参考平面组成。为了能够在物镜和测试表面之间放入分束器，显微镜物镜必须有一个足够长的工作距离。

米劳干涉仪如图5 b）所示，在物镜和被测表面中间有两个小玻璃板。一个板上有一个小的反射点用作参考面，另一个在其一侧镀膜作为分束镜。包含反射点的小玻璃板还可以作为一个补偿板。

林尼克干涉仪如图5 c）所示，通过两个相同的明场物镜，可以用任意放大倍率的物镜来装配干涉仪。

斐索干涉仪如图5 d）所示，是一种非等光程干涉仪，它需要一个相干长度很长的光源，这种装置能很好地用于单色光源或光谱相干测量，不适用于白光干涉测量。由物镜提供一束准直光束到测试表面同时对其成像。当使用长相干长度光源时，干涉条纹会在一个很深的视场内才被观察到，因此主要集中关注测试表面。