[发明专利]一种双频差动厚度测量方法和设备

说明书

技术领域

本发明属于厚度测量技术领域，涉及一种双频差动厚度测量方法和设备。

背景技术

在光学、半导体、光电信息等精密工程领域中，高精度的厚度测量十分重要。例如，透镜的中心厚度是决定其光学性能的重要指标之一。半导体行业中以抛光为精密加工手段，进入抛光加工前，需要对硅单晶片根据厚度误差进行分选，选择厚度相近的晶片作为一个加工批次。

现有的高精度厚度测量技术，均建立在高精度位移传感器的基础上，应用较多的有电感传感器、磁致伸缩传感器、电涡流传感器、电容传感器、激光传感器、光纤传感器。其中，电感传感器、磁致伸缩传感器属于接触式测量，测头可能在被测件表面形成损伤，从而影响产品性能。

发明内容

本发明的第一个发明目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种双频差动厚度测量方法，其所要解决的技术问题是：如何避免测量过程中损伤被测件。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种双频差动厚度测量方法，其包括如下工序：

a、放置参照物：将参照物放置于检测头一和检测头二之间，调整检测头一和检测头二，使检测头一和检测头二分别对准该参照物的上表面和下表面；

b、测量参照物上表面与检测头一之间的距离s1：触发检测头一内的激光器一使其发射出激光一，所述激光一通过检测头一内的分光镜一分散成两束光束一，所述光束一透过物镜一照射到参照物上表面并被参照物上表面反射，被反射后的光束一依次穿过物镜一、分光镜一和目镜一照射到二象限光电池一上形成光斑一，通过二象限光电池一的输出信号测出参照物上表面与检测头一之间的距离s1；

c、测量参照物下表面与检测头二之间的距离s2：触发检测头二内的激光器二使其发射出激光二，所述激光二通过检测头二内的分光镜二分散成两束光束二，所述光束二透过物镜二照射到参照物下表面并被参照物下表面反射，被反射后的光束二依次穿过物镜二、分光镜二和目镜二照射到二象限光电池二上形成光斑二，通过二象限光电池二的输出信号测出参照物下表面与检测头二之间的距离s2；

d、计算参照物的厚度h0：假定测量检测头一和检测头二之间的距离s，则参照物的厚度h0＝s-(s1+s2)；

e、放置被测件：取下参照物，将被测件放置于参照物与检测头一之间；

f、测量被测件上表面与检测头一之间的距离s3：触发检测头一内的激光器一使其发射出激光一，所述激光一通过检测头一内的分光镜一分散成两束光束一，所述光束一透过物镜一照射到被测件上表面并被被测件上表面反射，被反射后的光束一依次穿过物镜一、分光镜一和目镜一照射到二象限光电池一上形成光斑三，通过二象限光电池一的输出信号测出被测件上表面与检测头一之间的距离s3；

g、测量被测件下表面与检测头二之间的距离s4:触发检测头二内的激光器二使其发射出激光二，所述激光二通过检测头二内的分光镜二分散成两束光束二，所述光束二透过物镜二照射到参照物下表面并被参照物下表面反射，被反射后的光束二依次穿过物镜二、分光镜二和目镜二照射到二象限光电池二上形成光斑四，通过二象限光电池二的输出信号测出被测件下表面与检测头二之间的距离s4；

h、计算被测件的厚度hi：hi＝s-s3-s4＝h0+(s1+s2)-(s3+s4)。

其工作原理如下：先通过检测头一和检测头二测出参照物上、下表面与检测头一、检测头二之间的距离，记录此时二象限光电池一和二象限光电池二上的光斑位置，光斑位置决定了光电池两路输出信号的强弱，如二象限光电池中的I象限中光斑面积较大，故而I象限输出电流大于II象限。再将被测件放于检测头一与检测头二之间、与参照物相同的位置上，检测头一发出的激光一所照射到的面则为被测件的上表面，因被测物与参照物存在厚度差，被测物上表面相对之前参照物的上表面产生位移，反射光束发生偏移，导致聚焦在二象限光电池一上的光斑产生位移，光电池一输出的两路电流信号强弱发生变化。因此，仪器经过标定后，可根据光电池输出信号的变化推断被测件位移，同理，计算出此时被测物下表面与检测头二之间的距离，最后再计算被测件的厚度hi：hi＝h0+(s1+s2)-(s3+s4)即可。本检测过程中，检测头一和检测头二都未接触到被测件，因此不会对被测件造成损伤，且精度较高。