CN111272089B - 一种原位间隙检测装置与检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位间隙检测装置与检测方法。该装置包括：用于支撑整体结构的外围框架；用于精密定位、调平、间隙控制和承载样片的工件台模块；用于装载母板、检测调平精度的承载模块；用于测量原位间隙的原位间隙检测模块；用于数据采集、处理与反馈控制的控制系统。该发明基于白光干涉间隙测量方法，通过外围三点监测母板与样片之间的间隙，并反馈控制工件台模块进行精密调平与间隙控制。同时结合白光干涉间隙测量方法与显微成像方法，对母板与样片中间工作区域进行横向分辨力高、检测精度高的原位间隙检测。
Description
技术领域
本发明属于精密检测技术领域，具体涉及一种母板与样片之间原位间隙检测装置与检测方法。
背景技术
随着技术的发展，很多领域都需要对母板和样片进行精密间隙检测与控制，但是往往检测位置都只能在非工作区域。由于母板与样片加工面形偏差、装配变形等原因，通过工作区域外围的检测数据，控制工作区域的间隙分布往往是不可行的。如何实现既不破坏工作区域状态，又能检测工作区域间隙分布的工作成为了一个重要研究方向。
对原位间隙进行检测有几个要求十分关键：一是非接触测量，不破坏工作区域状态；二是检测横向分辨力要小，最大限度检测原位间隙分布状态；三是检测完成后不影响正常工作的开展。
本发明是一种原位间隙检测装置与检测方法，结合白光干涉间隙测量方法与显微成像方法，可对母板与样片中间工作区域进行横向分辨力高、检测精度高的原位间隙检测。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：提出一种原位间隙检测装置与检测方法，该发明基于白光干涉间隙测量方法，通过外围三点监测母板与样片之间的间隙，并反馈控制工件台模块进行精密调平与间隙控制。同时结合白光干涉间隙测量方法与显微成像方法，对母板与样片中间工作区域进行横向分辨力高、检测精度高的原位间隙检测。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种原位间隙检测装置，该装置包括
用于支撑整体结构的外围框架；
用于精密定位、调平、间隙控制和承载样片的工件台模块；
用于装载母板、检测调平精度的承载模块；
用于测量原位间隙的原位间隙检测模块；
用于数据采集、处理与反馈控制的控制系统。
其中，所述的外围框架应具有较好的强度与刚度，同时应安装有隔震平台以最大程度隔离外界扰动。
其中，所述工作台模块安装在外围框架的下基板上，所述工作台模块包括：六轴精密位移台、六轴纳米位移台、承片台和样片。其中六轴精密位移台用于样片大行程范围的定位与姿态调整；六轴纳米位移台用于高精度的定位与姿态调整，主要包括精密定位、调平和间隙控制。
其中，所述的承载模块安装在外围框架的上基板上。所述的承载模块包括：母板、三路测量光纤和固定框架。其中三路测量光纤垂直于母板，安装在固定框架上，三路测量光纤应安装在非工作区域，呈三角形分布，用于总体监测母板与样片之间的间隙；母板采用真空吸附的方式安装在固定框架上。
其中，所述的原位间隙检测模块安装在外围框架的上基板上。所述的原位间隙检测模块包括：三轴精密位移台、物镜、安装板、显微成像主体、原位检测模块。其中三轴精密位移台包含X/Y水平移动轴和Z垂直升降轴，用于调节检测位置和检测焦点，同时通过大行程的三轴精密位移台还可以将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作；物镜应根据横向分辨力和工作距离限制进行选择。
其中，所述的原位检测模块安装原位间隙检测模块的显微成像主体上，所述的原位检测模块包括：转接头、光纤头和测量光纤。测量光纤可以是单路耦合进入原位检测模块进行单点测量，也可以是多路耦合进入原位检测模块进行多点测量。
一种原位间隙检测方法，利用上述的装置，包括：
步骤(a)、将母板吸附安装在固定框架上，样片吸附安装在承片台上，通过控制系统控制工作台模块定位到检测区域。
步骤(b)、控制系统采集三路测量光纤信号，分析处理出间隙值，并反馈控制工作台模块进行总体调平与间隙控制。
步骤(c)、原位间隙检测模块对中间工作区域进行小视场、高精度原位间隙检测，通过三轴精密位移台可以扫描测量整个工作区域的原位间隙分布情况。通过扫描测量数据或者多点测量数据可以控制工件台模块对调平状态和间隙进行修正，以确保原位间隙分布满足工作需求。
步骤(d)、原位间隙检测与修正完成后可以通过大行程的三轴精密位移台将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作。
本发明原理在于：
1、基于白光干涉间隙测量方法，通过外围三点监测母板与样片之间的间隙，并反馈控制工件台模块进行精密调平与间隙控制。
2、结合白光干涉间隙测量方法与显微成像方法，对母板与样片中间工作区域进行横向分辨力高、检测精度高的原位间隙检测。
本发明的有益效果是：
1、实现对中间工作区域进行小视场、高精度原位间隙检测，可以通过扫描或者多点测量方式测量整个工作区域的原位间隙分布情况。
2、可以通过扫描测量数据或者多点测量数据对调平状态和间隙进行修正，以确保原位间隙分布满足工作需求。
3、检测完成后可以将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作。
附图说明
图1为本发明的一种原位间隙检测装置的结构示意图；
图2为本发明外围框架结构示意图；
图3为本发明工件台模块结构示意图；
图4为本发明承载模块结构示意图；
图5为本发明原位间隙检测模块结构示意图；
图6为本发明原位检测模块的两种实施方式示意图。
附图标记：
1 是外围框架
2 是工件台模块
3 是承载模块
4 是原位间隙检测模块
5 是控制系统
6 是隔震平台
7 是下基板
8 是立柱
9 是上基板
10 是六轴精密位移台
11 是六轴纳米位移台
12 是承片台
13 是样片
14 是母板
15 是三路测量光纤
16 是固定框架
17 是三轴精密位移台
18 是物镜
19 是安装板
20 是显微成像主体
21 是原位检测模块
21a 是单路原位检测模块
21b 是三路原位检测模块
22 是转接头
23 是光纤头
24a 是测量光纤(单路)
24b 是测量光纤(三路)
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和装置等的优点更加清楚，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
参照图1、图2，一种原位间隙检测装置包括用于支撑整体结构的外围框架1；用于精密定位、调平、间隙控制和承载样片的工件台模块2；用于装载母板、检测调平精度的承载模块3；用于测量原位间隙的原位间隙检测模块4；用于数据采集、处理与反馈控制的控制系统5。其中外围框架1应具有较好的强度与刚度，同时应安装有隔震平台6以最大程度隔离外界扰动。
参照图3，工作台模块2安装在外围框架1的下基板7上，包括：六轴精密位移台10、六轴纳米位移台11、承片台12和样片13。其中六轴精密位移台10用于样片13大行程范围的定位与姿态调整；六轴纳米位移台11用于高精度的定位与姿态调整，主要包括精密定位、调平和间隙控制。
参照图4，承载模块3安装在外围框架1的上基板9上。包括：母板14、三路测量光纤15和固定框架16。其中三路测量光纤15垂直于母板14，安装在固定框架16上，三路测量光纤15应安装在非工作区域，呈三角形分布，用于总体监测母板与样片之间的间隙；母板14采用真空吸附的方式安装在固定框架16上。
参照图5，原位间隙检测模块4安装在外围框架1的上基板9上。包括：三轴精密位移台17、物镜18、安装板19、显微成像主体20、原位检测模块21。其中三轴精密位移台17包含X/Y水平移动轴和Z垂直升降轴，用于调节检测位置和检测焦点，同时通过大行程的三轴精密位移台17还可以将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作；物镜18应根据横向分辨力和工作距离限制进行选择。
参照图6，所示的原位检测模块21安装原位间隙检测模块4的显微成像主体20上，包括：转接头22、光纤头23和测量光纤24。测量光纤24可以是单路耦合进入原位检测模块21进行单点测量，也可以是多路耦合进入原位检测模块21进行多点测量。
参照图1、图4、图5，利用上述的装置，一种原位间隙检测方法包括：
(a)将母板14吸附安装在固定框架16上，样片13吸附安装在承片台12上，通过控制系统5控制工作台模块2定位到检测区域。
(b)控制系统5采集三路测量光纤15信号，分析处理出间隙值，并反馈控制工作台模块2进行总体调平与间隙控制。
(c)原位间隙检测模块4对中间工作区域进行小视场、高精度原位间隙检测，通过三轴精密位移台17可以扫描测量整个工作区域的原位间隙分布情况。通过扫描测量数据或者多点测量数据可以控制工件台模块2对调平状态和间隙进行修正，以确保原位间隙分布满足工作需求。
(d)原位间隙检测与修正完成后可以通过大行程的三轴精密位移台17将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作。
Claims (2)
1.一种原位间隙检测装置，其特征在于：该装置包括：
用于支撑整体结构的外围框架（1）；
用于精密定位、调平、间隙控制和承载样片的工件台模块（2）；
用于装载母板、检测调平精度的承载模块（3）；
用于测量原位间隙的原位间隙检测模块（4）；
用于数据采集、处理与反馈控制的控制系统（5）；
其中，所述的外围框架（1）应具有较好的强度与刚度，同时应安装有隔震平台（6）以最大程度隔离外界扰动；
所述工件台模块（2）安装在外围框架（1）的下基板（7）上，所述工件台模块（2）包括：六轴精密位移台（10）、六轴纳米位移台（11）、承片台（12）和样片（13），其中六轴精密位移台（10）用于样片（13）大行程范围的定位与姿态调整；六轴纳米位移台（11）用于高精度的定位与姿态调整，主要包括精密定位、调平和间隙控制；
所述的承载模块（3）安装在外围框架（1）的上基板（9）上，所述的承载模块（3）包括：母板（14）、三路测量光纤（15）和固定框架（16），其中三路测量光纤（15）垂直于母板（14），安装在固定框架（16）上，三路测量光纤（15）应安装在非工作区域，呈三角形分布，用于总体监测母板与样片之间的间隙；母板（14）采用真空吸附的方式安装在固定框架（16）上；
所述的原位间隙检测模块（4）安装在外围框架（1）的上基板（9）上，所述的原位间隙检测模块（4）包括：三轴精密位移台（17）、物镜（18）、安装板（19）、显微成像主体（20）、原位检测模块（21），其中三轴精密位移台（17）包含X/Y水平移动轴和Z垂直升降轴，用于调节检测位置和检测焦点，同时通过大行程的三轴精密位移台（17）将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作；三轴精密位移台(17)扫描测量整个工作区域的原位间隙分布情况；物镜（18）应根据横向分辨力和工作距离限制进行选择；
所述的原位检测模块（21）安装在原位间隙检测模块（4）的显微成像主体（20）上，所述的原位检测模块（21）包括：转接头（22）、光纤头（23）和测量光纤（24），测量光纤（24）是单路耦合进入原位检测模块（21）进行单点测量，或是多路耦合进入原位检测模块（21）进行多点测量。
2.一种原位间隙检测方法，利用权利要求1所述的原位间隙检测装置，其特征在于：包括：
步骤（a）、将母板（14）吸附安装在固定框架（16）上，样片（13）吸附安装在承片台（12）上，通过控制系统（5）控制工件台模块（2）定位到检测区域；
步骤（b）、控制系统（5）采集三路测量光纤（15）信号，分析处理出间隙值，并反馈控制工件台模块（2）进行总体调平与间隙控制；
步骤（c）、原位间隙检测模块（4）对中间工作区域进行小视场、高精度原位间隙检测，通过三轴精密位移台（17）扫描测量整个工作区域的原位间隙分布情况，通过扫描测量数据或者多点测量数据控制工件台模块（2）对调平状态和间隙进行修正，以确保原位间隙分布满足工作需求；
步骤（d）、原位间隙检测与修正完成后通过大行程的三轴精密位移台（17）将原位间隙检测模块移开工作区域，从而不影响母板与样片正常工作。
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