一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统，包括底座、高度误差分离模块、二维运动机台、测量桥组件；二维运动机台包括外置基准光学平晶、位移驱动机构，外置基准光学平晶配置在位移驱动机构上，外置基准光学平晶下表面与高度误差分离模块上表面耦合形成薄膜气隙，外置基准光学平晶上表面用于放置待测工件，测量桥组件用于采集待测工件形貌值，外置基准光学平晶随位移驱动机构作二维直线运动；高度误差分离模块配置为采集外置基准光学平晶下表面与高度误差分离模块发生靠近或分离位移转值；位移转值用于补偿测量桥组件采集待测工件形貌值。旨在解决现有工件面形精度测量方案存在测量精度低，成本高昂，装调要求严苛的问题。装调要求严苛的问题。装调要求严苛的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统


[0001]本技术涉及微纳计量领域，具体涉及一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，精密及超精密加工技术是先进加工制造技术的重要发展方向和重要研究领域，作为精密及超精密加工领域的一部分，高精度形貌测量是实现超精密工件品质控制和评价的关键技术。诸如半导体产业领域，晶圆片的面形质量对于GaN等外延薄膜生长的有重要的影响，如晶圆面形初始曲率取决于晶圆加工品控，从外延生长开始到结束，晶圆初始翘曲对外延的总翘曲有一个恒定的影响。故晶圆片在线切、研磨等加工过程中需要高精度形貌测量装置对晶圆片全场面形进行追踪。
[0003]精密及超精密加工的工件对面形精度极高，特别是高度向(轴向)测量需求往往达到微纳米级。随着相关产业技术进步，超精密加工工件的尺寸往往高达百毫米量级。当前表面计量领域，共焦显微镜、白光干涉测头等具有纳米级分辨力，可用于微纳表面形貌计量领域。然而其测量范围受限于数值孔径和视场范围等因素的限制，往往在几百微米至几毫米，远不能满足工件全域测量需求。为扩展测量范围，常用导向机构搭载高精度测头进行扫描采样，但是由于运动过程中由于导向机构直线度等在运动过程中将其误差耦合到高精度测头读数中，影响整个装置的测量精度。因此大行程下机构的运动误差对测量的影响限制着测量范围的扩展，同时实现高精度的形貌计量，其机构需要进行严苛的装调要求，而用于精密微纳测量静压导轨、磁悬浮导轨价格极为昂贵。
[0004]有鉴于此，提出本申请。
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技术实现思路

[0005]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统，能够有效解决现有技术中的精密及超精密加工技术存在装置的测量精度低，装调要求严苛，成本高昂的问题。
[0006]本技术公开了一种高度向误差分离的三维形貌测量装置,包括底座、配置在所述底座上的高度误差分离模块、配置在所述高度误差分离模块上的二维运动机台以及配置在所述二维运动机台上的测量桥组件；
[0007]其中，所述二维运动机台包括外置基准光学平晶以及配置在所述底座上的位移驱动机构，所述外置基准光学平晶配置在所述位移驱动机构上，所述外置基准光学平晶的下表面与所述高度误差分离模块的上表面耦合形成薄膜气隙，所述外置基准光学平晶的上表面用于放置待测工件，所述测量桥组件用于采集待测工件的形貌值，且所述外置基准光学平晶会随着所述位移驱动机构进行二维直线运动；
[0008]其中，所述高度误差分离模块配置为采集所述外置基准光学平晶的下表面与所述高度误差分离模块发生靠近或分离的位移转值；
[0009]其中，所述位移转值用于补偿所述测量桥组件采集待测工件的形貌值。
[0010]优选地，所述位移驱动机构包括驱动组件、从动组件以及两部线性高精度光栅，所述外置基准光学平晶的第一端部配置在所述驱动组件上，所述外置基准光学平晶的第二端部配置在所述从动组件上，所述两部线性高精度光栅配置在所述驱动组件上。
[0011]优选地，所述高度误差分离模块包括激光器、棱镜、相机以及光屏，所述激光器配置在所述底座上，所述激光器的发光端与所述棱镜的第一端面邸接，所述相机配置在所述底座上，所述光屏配置在所述相机摄像头的前端，且所述光屏与所述棱镜的第二端面相对，所述棱镜的第三端面与所述外置基准光学平晶的下表面形成薄膜气隙。
[0012]优选地，测量桥组件包括测量桥架以及测头，所述测量桥架配置在所述底座上，所述测头的第一端固定在所述测量桥架的中心部，所述测头的测量端对准所述棱镜第三端面的中心部，以保证所述高度误差分离模块的测量点与所述测头的测量点轴向共线。
[0013]优选地，所述测头为ConfocalDT 2422彩色共焦测头。
[0014]本技术还提供了一种实现高度误差分离的形貌测量系统，包括终端以及如上任意一项所述的一种高度向误差分离的三维形貌测量装置，所述二维运动机台的输出端与所述终端的输入端电气连接，所述测量桥组件的输出端与所述终端的输入端电气连接，所述高度误差分离模块的输出端与所述终端的输入端电气连接。
[0015]综上所述，本实施例提供的一种高度向误差分离的三维形貌测量装置及其系统，由于设备的二维导轨在微观上是不平的，在对待测工件进行测量时，会存在高低起伏的变化，固定所述误差光学测量组件，形成了一个参照物，所述外置基准光学平晶会随着二维运动机台作二维直线运动，在二维运动的过程中通过所述误差光学测量组件采集到的由于导轨不平引入的上下移动的误差，通过高度误差的获取对所述测量桥模块采集到的待测工件的形貌值进行补偿，从而解决现有技术中的精密及超精密加工技术存在装置的测量精度低，装调要求严苛，成本高昂的问题。
附图说明
[0016]图1是本技术实施例提供的实现高度误差分离的形貌测量装置的结构示意图。
[0017]图2是本技术实施例提供的实现高度误差分离的形貌测量系统的结构示意图。
[0018]图3是本技术实施例提供的实现高度误差分离的形貌测量装置的干涉现象条纹移动的仿真图及实现测头测点与干涉感知点共线示意示意图。
[0019]图4是本技术实施例提供的实现高度误差分离的形貌测量装置的薄膜干涉原理示意图。
具体实施方式
[0020]为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
[0021]以下结合附图对本技术的具体实施例做详细说明。
[0022]请参阅图1至图4，本技术的第一实施例提供了一种高度向误差分离的三维形貌测量装置,包括底座1、配置在所述底座上的高度误差分离模块、配置在所述高度误差分离模块上的二维运动机台以及配置在所述二维运动机台上的测量桥组件；
[0023]其中，所述二维运动机台包括外置基准光学平晶2以及配置在所述底座1上的位移驱动机构3，所述外置基准光学平晶2配置在所述位移驱动机构3上，所述外置基准光学平晶2的下表面与所述高度误差分离模块的上表面形成薄膜气隙，所述外置基准光学平晶2的上表面用于放置待测工件，所述测量桥组件用于采集待测工件的形貌值，且所述外置基准光学平晶2会随着所述位移驱动机构3进行二维直线运动；
[0024]其中，所述高度误差分离模块配置为采集所述外置基准光学平晶2的下表面与所述高度误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高度向误差分离的三维形貌测量装置,其特征在于，包括底座、配置在所述底座上的高度误差分离模块、配置在所述高度误差分离模块上的二维运动机台以及配置在所述二维运动机台上的测量桥组件；其中，所述二维运动机台包括外置基准光学平晶以及配置在所述底座上的位移驱动机构，所述外置基准光学平晶配置在所述位移驱动机构上，所述外置基准光学平晶的下表面与所述高度误差分离模块的上表面耦合形成薄膜气隙，所述外置基准光学平晶的上表面用于放置待测工件，所述测量桥组件用于采集待测工件的形貌值，且所述外置基准光学平晶会随着所述位移驱动机构进行二维直线运动；其中，所述高度误差分离模块配置为采集所述外置基准光学平晶的下表面与所述高度误差分离模块发生靠近或分离的位移转值；其中，所述位移转值用于补偿所述测量桥组件采集待测工件的形貌值。2.根据权利要求1所述的一种高度向误差分离的三维形貌测量装置,其特征在于，所述位移驱动机构包括驱动组件、从动组件以及两部线性高精度光栅，所述外置基准光学平晶的第一端部配置在所述驱动组件上，所述外置基准光学平晶的第二端部配置在所述从动组件上，所述两部线性高精度光栅配置在所述驱动组件上。3.根据权利要求1所述的一种高度向误差分离的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程方，张岩，崔长彩，苏杭，周东方，陈涛，邹彤，余晚珮，余卿，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：