開迴路與閉迴路掃描致動測試比較

(a)無相位補償 (b)相位補償後 圖 5. 10 相位補償效果

5.3 開迴路與閉迴路掃描致動測試比較

首先採用市售三軸位移平台 P-611.3 作為致動源，以其掃描結果作為本論文 開發之表面輪廓掃描成效之比較標準。分別進行開迴路與閉迴路模式掃描。圖 5.

11 為三軸平台 P-611.3 以 1 Hz 閉迴路模式對掃描標準樣品 TGZ3 所得

100 μm × 100 μm掃描成果，可清楚看見其柵狀台階，其波浪狀紋路應為掃描時 樣品固定不夠牢固所造成的影響，高度掃描下樣品固定方式及樣品外型都可能會 引發與掃描頻率和方式不同的振動模態。

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圖 5. 11 三軸位移平台 P-611.3 掃描標準樣品 TGZ3

圖 5. 12 為本論文開發之掃描平台在開迴路控制下對 TGZ3 樣品之掃描成果，

可將其表示為F-730 Hz 20 μm S-1.43 Hz 5 μm Forward Open-loop，代表快軸驅 動在 730 Hz，致動行程為20 μm，慢軸則是驅動在 1.43 Hz，致動行程為5 μm，

在開迴路控制下擷取快軸前進時像散式讀取頭所量得的聚焦誤差訊號𝑈_𝐹𝐸𝑆的繪 圖結果。藉由已校正過標準樣品 TGZ3 的周期數，可以得知掃描平台的致動行程。

並由圖可見柵欄狀結構在邊緣部分有些許振動條紋，此應為樣品固定方式不夠穩 固與樣品表面高低較大落差造成光漫射所導致。本實驗的樣品也採用常用表面輪 廓量測使用磁石吸引樣品的固定方式，但因共振式掃描平台的致動頻率，致使一 般的擺放方式無法穩固樣品達成高頻掃描的需求。並由圖中發現柵欄狀結構並非 直線，推估其原因可能源自慢軸階梯函數致動所產生的振動以及與快軸的交錯干 擾。

圖 5. 12 本論文開發之共振式掃描平台掃描標準片 TGZ3

𝟏𝟎 𝛍𝐦

1 𝛍𝐦

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圖 5. 13 顯示三軸位移平台 P-611.3 與本論文開發之掃描平台在相同致動行 程下掃描標準樣品 TGZ3 的掃圖截面比較，可以得知雖然標準樣品為柵狀台階結 構，但是兩者的表面輪廓掃描截面皆非如同樣品輪廓的方正波形。本論文所採用 的像散式藍光讀取頭的光斑大小約為 250 nm，而聚焦誤差訊號是擷取反射光在 四象限上的光強度差值，因此大高度差異的樣品表面會破壞光斑的形狀，進而影 響聚焦誤差訊號，使得聚焦誤差訊號無法精確呈現輪廓邊緣細節。兩者掃描標準 樣品 TGZ3 柵狀台階邊緣時都會產生模糊的現象。

圖 5. 13 標準樣品 TGZ3 掃描截面

圖 5. 14 為不同頻率下的開迴路掃描成果，藉由樣品柵欄狀結構數量可佐證 越接近共振頻率掃描時快軸致動行程越大，而相位補償量也需隨之改變。樣品柵 欄狀結構邊緣振動幅度隨致動頻率降低而有些微改善，同時也說明需要改善樣品 掃描的固定方式，且慢軸對快軸交錯干擾的影響依然存在。在此圖中因為慢軸的 致動行程不變，因此驅動頻率降低後圖形會有失真狀況，使得掃描結果的柵欄狀 結構有傾斜的變化。

TGZ3 截面 P611.3 掃描截面 共振式掃描平台 掃描截面

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圖 5. 14 不同頻率下掃描結果

圖 5. 15 為閉迴路繪圖結果，慢軸因為驅動速度低，根據電容充電曲線，慢 軸回饋訊號與慢軸軸致動位移中間因電路與壓電材料的電容值所影響，有一定量 的相位差，因此無法及時透過位移回饋訊號得知樣品載台位置。而快軸雖然並無 此問題，卻因為受限於現有程式的功能限制，無法依照位移回饋訊號決定掃描時 截取數據的時間點，完成即時的閉迴路控制。圖中的結果為繪圖完成後所蒐集到 的回饋訊號，數據大小以左端為基準，可以發現回饋訊號在邊緣並不呈一直線，

可見即使經過相位補償依然在左右邊緣部分會有些許變形問題，與預期相符。將 回饋訊號進行濾波後，將其作為位移回饋的依據，可得閉迴路繪圖成果，其柵狀 結構線條較開迴路直，減少了開迴路掃描時的失真現象。

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(d) 掃描截面快軸致動位移訊號 圖 5. 15 閉迴路掃圖成果

0 5 10 15 20 25

0 50 100 150 200 250

快軸致動位移 (μm)

位置 (pixel) 𝛿𝑥

1 𝛍𝐦

(c) 快軸位移回饋訊號

1 𝝁𝒎

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