蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统

崔长彩; 杨成; 李子清; 薛步刚

doi:10.37188/OPE.20212911.2556

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蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统

现代应用光学 | 更新时间：2022-01-25

- 蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统
- Measuring and evaluating system for surface morphology of sapphire substrates
- 光学精密工程 2021年29卷第11期页码：2556-2566
- 作者机构：
  
  华侨大学制造工程研究院，福建厦门 361021
- 作者简介：
  
  [ "崔长彩（1972-），女，山东青岛人，教授，博士生导师，1996年于佳木斯大学获得学士学位，2000年、2003年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位，现为华侨大学制造工程研究院副院长，主要从事光学几何量精密测量技术与仪器、图像分析与处理、智能优化算法与应用等方面的研究。E-mail： cuichc@hqu.edu.cn" ]
  [ "杨　成（1994-），男，广西贺州人，硕士研究生，2017年于南京航空航天大学获得学士学位，主要从事白光干涉技术、三维形貌检测等方面的研究。E-mail： 996781612@qq.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51575197);福建省科技计划项目资助项目(2018I0012);厦门市科技计划资助项目(3502Z20173049)
- DOI：10.37188/OPE.20212911.2556
  中图分类号： TH742
- 收稿日期：2021-04-19，
  
  修回日期：2021-05-06，
  
  纸质出版日期：2021-11-15
- 稿件说明：
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崔长彩,杨成,李子清等.蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统[J].光学精密工程,2021,29(11):2556-2566.

CUI Chang-cai,YANG Cheng,LI Zi-qing,et al.Measuring and evaluating system for surface morphology of sapphire substrates[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(11):2556-2566.
崔长彩,杨成,李子清等.蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统[J].光学精密工程,2021,29(11):2556-2566. DOI： 10.37188/OPE.20212911.2556.

CUI Chang-cai,YANG Cheng,LI Zi-qing,et al.Measuring and evaluating system for surface morphology of sapphire substrates[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(11):2556-2566. DOI： 10.37188/OPE.20212911.2556.

摘要

为实现对蓝宝石衬底加工过程的质量监控，开发了一套蓝宝石衬底表面形貌检测和评价专用系统。基于经典垂直扫描白光干涉技术，利用其干涉图像的波动性，采用图像十字截面的灰度值方差作为清晰度评价函数，以实现系统的自动对焦；参考国家标准GB/T 29505-2013推荐的衬底测量点数及其位置分布，针对不同尺寸的蓝宝石衬底，依据同一层单位圆相邻圆心的距离来增加相应的测量点数；选取了二维、三维粗糙度评价参数作为系统评价参数，并对多点位置的粗糙度做统计参数分析。用

为0.1，0.2，0.4，0.8 μm的标准件对系统进行误差补偿，得到误差补偿方程，之后，用商业仪器3D光学轮廓仪Zygo7300进行对比实验，对

为0.8 μm标准件的5个不同位置进行了对比测量，两者测量的

值的误差为

0.012~0.011 μm；误差补偿完成后，分别对2英寸和4英寸蓝宝石衬底进行测量和评价分析。实验结果表明：该测量系统的精度为纳米级，能够实现不同尺寸蓝宝石衬底表面形貌的测量与分析，以及表面质量分布的评价。

Abstract

To monitor the quality of sapphire substrate processing， a specific system for sapphire substrate surface morphology measurement and evaluation was developed. The classic vertical scanning white light interference technology was adopted. Based on the fluctuation of the interference images， the cross-section variance calculation method was used as the definition evaluation method to realize the automatic focusing of the system. Referring to the substrate measurement points and their location distribution recommended by the national standard GB/T 29505-2013， the corresponding measurement points for different sizes of sapphire substrates were increased according to the distance between adjacent centers of the same layer unit circle. Two-dimensional and three-dimensional roughness evaluation parameters were selected as the system evaluation parameters. The multi-point location roughness statistical parameters were analyzed. The error of the system was compensated by standard parts with

values of 0.1， 0.2， 0.4， and 0.8 μm， and the error compensation equation was obtained. The commercial 3D optical profilometer Zygo7300 was used to perform comparative experiments， and five different positions of the standard part with 0.8 μm

were measured. The error range of

measured by the two interferometers is

0.012-0.011 μm. After the error compensation， the 2-inch and 4-inch sapphire substrates were measured and evaluated. The experimental results show that the accuracy of the measurement system has a nanometer level， and it can measure and analyze the surface morphology of sapphire substrates with different sizes as well as evaluate the surface quality distribution.

关键词

Keywords

references

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