一种实现高度误差分离的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实现高度误差分离的形貌测量装置及其系统，包括二维运动模组、配置在二维运动模组上测量桥组件和高度误差分离模块；高度误差分离模块包括外置基准光学平晶和误差光学测量组件，外置基准光学平晶固定在误差光学测量组件上端，误差光学测量组件配置在测量桥组件第一端面，外置基准光学平晶下表面与误差光学测量组件上表面耦合形成薄膜气隙，测量桥组件随二维运动模组作二维运动，带动误差光学测量组件作二维运动；误差光学测量组件配置为将外置基准光学平晶的下表面与误差光学测量组件发生靠近或远离位移转值；位移转值用于补偿测量桥组件采集待测工件的形貌值。旨在解决现有光学三维测量方案存在测量精度低，成本高昂的问题。成本高昂的问题。成本高昂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种实现高度误差分离的形貌测量装置及其系统


[0001]本技术涉及微纳计量领域，具体涉及一种实现高度误差分离的形貌测量装置及其系统。

技术介绍

[0002]随着科技进步和产业需求增长，出现了诸如晶圆、衬底、光学窗口、手机屏幕玻璃基板等大尺寸工件三维形貌的检测。其需求是在数百毫米的测量范围内，实现微米级甚至亚微米级的测量精度，其尺度比接近106，超出了绝大多数表面计量仪器的指标范围。以LED芯片生长所用的蓝宝石衬底举例，其表面质量及形状精度是影响衬底产品质量的关键，对加工过程中的形貌测量追踪有助于工艺调整。衬底厚度(Thickness)、厚度变化(TTV)也对于外延薄膜生长和加工成本的控制有极为重要的影响。对于以上低陡峭度工件测量过程中高度向精度要求往往达到微米和亚微米等级。
[0003]超大尺寸的表面形貌测量是传统计量学的一直以来的难点。在当前表面计量领域中的光学三维测量方法，如共焦显微镜(Confocal Microscope)和扫描相干显微镜(Scanning Coherence Microscope)等，可实现亚微米至纳米级测量精度，然而其测量范围只有几百微米至几毫米，远不能满足诸如蓝宝石衬底材料的全域测量需求。因此，该领域研究的主要方向是大行程运动装置搭载高分辨率测头。为实现这一理念，在2000年加拿大维多利亚大学的Bradley等学者就提出使用三坐标测量机的大行程定位装置搭载探针轮廓仪测头，实现跨尺度测量。2020年Sensofar公司推出的新一代SWide测量装置，二维平台可实现300mm横向扫描范围，测头采用机构光投影装置，单帧测量不确定度为2.5μm。然而，以上测量装置仅考虑了行程和测量空间要求，并未考虑运动装置本身引入的测量误差。大行程运动装置不可避免地引入运动直线度误差和平面度误差，这将对装置的精度特别是高度向精度带来不利影响。而三坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine)本身具有高精度的运动和测量基准，如气浮导轨和大理石平台，因此传统三坐标测量机成本极为高昂，并且为保证精度还需要严苛的安装校正调试。
[0004]有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种实现高度误差分离的形貌测量装置及其系统，能够有效解决现有技术中的光学三维测量方案存在测量精度低，成本高昂的问题。
[0006]本技术公开了一种实现高度误差分离的形貌测量装置，包括二维运动模组、配置在所述二维运动模组上的测量桥组件、以及配置在所述测量桥组件上的高度误差分离模块；
[0007]其中，所述高度误差分离模块包括外置基准光学平晶以及误差光学测量组件，所述外置基准光学平晶独立固定在所述误差光学测量组件的上端，所述误差光学测量组件配置在所述测量桥组件的第一端面上，所述外置基准光学平晶的下表面与所述误差光学测量
组件的上表面耦合形成薄膜气隙，且所述测量桥组件会随着二维运动模组进行二维直线运动，进而带动所述误差光学测量组件进行二维直线运动；
[0008]其中，所述误差光学测量组件配置为采集所述外置基准光学平晶的下表面与所述误差光学测量组件发生靠近或远离的位移转值；
[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，所述误差光学测量组件包括激光器、棱镜、相机以及光屏，所述激光器配置在所述测量桥组件的第一端面上，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测量桥组件的第一端面上，所述光屏配置在所述相机的摄像头的前端，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耦合形成薄膜气隙。
[0011]优选地，所述测量桥组件包括配置在所述二维运动模组上的测量桥架、配置在所述测量桥架开口侧上方的第一测头以及配置在所述测量桥架开口侧下方的第二测头，待测工件放置在所述第一测头的测量端与所述第二测头的测量端之间，且所述高度误差分离模块的测量点与所述第一测头的测量点和所述第二测头的测量点轴向共线。
[0012]优选地，所述第一测头为ConfocalDT 2422彩色共焦测头。
[0013]优选地，所述第二测头为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实现高度误差分离的形貌测量装置，所述二维运动模组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实现高度误差分离的形貌测量装置及其方法、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，通过将所述外置基准光学平晶固定放置，就形成了一个参照物，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光学三维测量方案存在测量精度低，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高度误差分离模型示意图。
[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干涉现象条纹移动的仿真图及测头共线示意图。
[0020]图5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
[0021]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。
[0022]以下结合附图对本技术的具体实施例做详细说明。
[0023]请参阅图1至图3，本技术的第一实施例提供了一种实现高度误差分离的形貌测量装置，包括二维运动模组1、配置在所述二维运动模组1上的测量桥组件、以及配置在所述测量桥组件上的高度误差分离模块；
[0024]其中，所述高度误差分离模块包括外置基准光学平晶2以及误差光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现高度误差分离的形貌测量装置，其特征在于，包括二维运动模组、配置在所述二维运动模组上的测量桥组件、以及配置在所述测量桥组件上的高度误差分离模块；其中，所述高度误差分离模块包括外置基准光学平晶以及误差光学测量组件，所述外置基准光学平晶独立固定在所述误差光学测量组件的上端，所述误差光学测量组件配置在所述测量桥组件的第一端面上，所述外置基准光学平晶的下表面与所述误差光学测量组件的上表面耦合形成薄膜气隙，且所述测量桥组件会随着二维运动模组进行二维直线运动，进而带动所述误差光学测量组件进行二维直线运动；其中，所述误差光学测量组件配置为采集所述外置基准光学平晶的下表面与所述误差光学测量组件发生靠近或远离的位移转值；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所述的一种实现高度误差分离的形貌测量装置,其特征在于，所述误差光学测量组件包括激光器、棱镜、相机以及光屏，所述激光器配置在所述测量桥组件的第一端面上，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测量桥组件的第一端面上，所述光屏配置在所述相机的摄像头的前端，且所述光屏与所述棱镜的...

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