一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距装置和方法与流程

本发明涉及半导体加工设备，具体涉及一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距装置和方法。

背景技术：

1、在激光诱导前向转移、微纳制造及精密装配等精密加工工艺中，透明供体基板下表面与受体基板上表面之间的相对平行度与间隙大小，是直接决定转移稳定性、成形一致性以及最终加工质量的核心工艺参数。若供体与受体之间存在倾斜误差或局部间隙偏差，将直接导致转移行为不稳定、工艺加工窗口变窄以及加工结果重复性下降。为实现供体与受体间姿态与间隙的测量调控，现有技术通常采用多个位移传感器分别对基板的不同位置进行距离测量，再基于多点测量数据估算供体与受体之间的相对姿态参数与间隙值。

2、现有技术中，多传感器配置会显著提升系统硬件成本，同时造成装置整体结构复杂、安装标定难度大，且受传感器布设点位的限制，系统的有效测量区域通常较为有限；其次，在供体可旋转、受体需大范围平面运动的应用场景下，多传感器的空间布局难以与运动机构兼容适配。

3、基于此，需要一种新技术方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距装置和方法，以至少解决现有技术中多传感器方案系统硬件成本高、装置复杂的问题。

2、本发明实施例提供以下技术方案：

3、本发明实施例提供一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距装置，包括供体侧运动单元和受体侧运动单元，供体侧运动单元包括供体平移机构及安装于其平移输出端的供体旋转机构，供体旋转机构的旋转输出端装有供体透明玻璃；受体侧运动单元包括受体平移机构及安装于其运动输出端的调平台，调平台用于承载受体基板；

4、所述调平调距装置还包括：

5、单个光谱共焦位移传感器，其设于供体透明玻璃的供体侧并与供体旋转机构解耦设置，其测量光轴朝向受体基板，用于采集供体透明玻璃下表面反射的第一回波以及受体基板上表面反射的第二回波；

6、调平调距装置被配置为：

7、通过供体侧运动单元和受体侧运动单元，使得供体透明玻璃下表面与受体基板上表面的多个不共线采样点依次移动至与光谱共焦位移传感器的测量光轴对应；

8、在各采样点区分两路回波，并分别解析供体透明玻璃下表面的第一距离数据和受体基板上表面的第二距离数据；

9、结合各采样点平面坐标与对应的距离数据，分别构建供体透明玻璃下表面、受体基板上表面的三维数据集；

10、对两组三维数据集进行平面拟合，得到两表面的平面方程参数；

11、基于两平面方程参数计算两表面的平行度误差，以及预定参考位置处的间隙误差，所述预定参考位置为目标加工区域中心位置或预设基准位置；

12、根据平行度误差和间隙误差驱动调平台完成姿态调整和高度调整。

13、优选地，所述调平调距装置还包括控制器，控制器分别与光谱共焦位移传感器、供体侧运动单元和受体侧运动单元通信连接。

14、优选地，控制器包括：

15、数据处理模块，数据处理模块集成于控制器内；

16、数据处理模块被配置为：

17、记录各采样点对应的供体旋转角度信息和受体平移位置信息；

18、根据供体旋转角度信息和供体平面位置信息换算得到供体侧各采样点平面坐标，结合第一距离数据构建供体下表面的第一三维数据集；

19、根据受体平移位置信息换算得到受体侧各采样点平面坐标，结合第二距离数据构建受体上表面的第二三维数据集；和/或

20、控制器还包括：

21、表面参数求解模块，表面参数求解模块集成于控制器内；

22、表面参数求解模块被配置为：

23、根据第一三维数据集和第二三维数据集求解供体透明玻璃下表面的第一平面方程参数和受体基板上表面的第二平面方程参数；

24、根据第一平面方程参数和第二平面方程参数计算得到供体透明玻璃下表面与受体基板上表面之间的平行度误差，以及预定参考位置处的实际间隙与目标间隙的间隙误差；

25、控制器根据平行度误差和间隙误差驱动调平台执行对应自由度的姿态调整和高度调整。

26、优选地，控制器还包括误差补偿模块；

27、误差补偿模块被配置为：

28、预先以固定于供体旋转机构上的玻璃基准件为测量对象，采集供体旋转机构旋转过程中随旋转角度变化的标定距离数据，建立旋转相关测量误差模型，旋转相关测量误差模型用于表征旋转轴端跳、同轴度偏差或周期性安装误差引起的测量偏差；

29、根据各采样点对应的供体旋转角度信息，对第一距离数据和/或第二距离数据进行误差补偿，并将补偿后的距离数据用于平面拟合。

30、优选地，受体侧运动单元还包括实际位置反馈单元，实际位置反馈单元用于获取受体基板的实际运动轨迹以及各采样点对应的实际平面位置信息。

31、本发明实施例还提供了一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距方法，应用于上任一所述的调平调距装置，所述调平调距方法包括：

32、将光谱共焦位移传感器的测量光轴对准供体透明玻璃与受体基板之间的间隙区域，其中，光谱共焦位移传感器与供体旋转机构保持解耦设置；

33、控制供体旋转机构驱动供体透明玻璃绕预定旋转轴旋转，并控制受体平移机构驱动受体基板相对测量光轴运动，使供体透明玻璃下表面与受体基板上表面的多个不共线采样点依次与测量光轴对应；

34、在每一采样点处区分供体透明玻璃下表面反射的第一回波及受体基板上表面反射的第二回波，并分别解析得到第一距离数据与第二距离数据；

35、记录各采样点对应的供体旋转角度信息和受体平移位置信息；

36、根据供体旋转角度信息换算得到供体侧各采样点平面坐标，结合第一距离数据构建供体下表面的第一三维数据集，并根据受体平移位置信息换算得到受体侧各采样点平面坐标，结合第二距离数据构建受体上表面的第二三维数据集；

37、根据第一三维数据集和第二三维数据集求解供体透明玻璃下表面的第一平面方程参数和受体基板上表面的第二平面方程参数；

38、根据第一平面方程参数和第二平面方程参数计算得到供体透明玻璃下表面与受体基板上表面之间的平行度误差，以及预定参考位置处的实际间隙与目标间隙的间隙误差；

39、根据平行度误差和间隙误差驱动调平台执行对应自由度的姿态调整和高度调整；

40、重复调整执行多点采样、误差解算与调平台调节步骤，直至达到预设平行度和预设间隙要求。

41、优选地，控制受体平移机构驱动受体基板相对测量光轴运动包括：

42、控制受体平移机构驱动受体基板相对测量光轴沿预设轨迹运动，预设轨迹包括正圆轨迹、近似圆轨迹、螺旋轨迹、网格轨迹中的一种。

43、优选地，在根据第一三维数据集和第二三维数据集求解供体透明玻璃下表面的第一平面方程参数和受体基板上表面的第二平面方程参数之前，还包括：

44、预先以固定于供体旋转机构上的玻璃基准件为测量对象，采集供体旋转机构旋转过程中随旋转角度变化的标定距离数据，建立旋转相关测量误差模型，旋转相关测量误差模型用于表征旋转轴端跳、同轴度偏差或周期性安装误差引起的测量偏差；

45、实际采样测量时，根据各采样点对应的供体旋转角度信息，对第一距离数据和/或第二距离数据进行误差补偿，并将补偿后的距离数据用于平面拟合。

46、优选地，根据第一三维数据集和第二三维数据集求解供体透明玻璃下表面的第一平面方程参数和受体基板上表面的第二平面方程参数包括：

47、对异常距离数据进行剔除、降权处理或重采样，异常距离数据包括由回波缺失、污染遮挡、表面局部缺陷、测量超量程、误触发或运动未稳定引起的数据点；

48、分别对第一三维数据集和第二三维数据集进行平面拟合，以获得第一平面方程参数和第二平面方程参数。

49、优选地，根据第一平面方程参数和第二平面方程参数计算平行度误差包括：

50、根据第一平面方程参数和第二平面方程参数分别计算供体透明玻璃下表面的第一法向量、受体基板上表面的第二法向量；

51、根据第一法向量和第二法向量计算供体透明玻璃下表面和受体基板上表面的夹角，夹角用于表征供体透明玻璃下表面和受体基板上表面的平行度误差；或

52、在小角度工况下，计算第一平面方程参数和第二平面方程参数的斜率差，斜率差用于表征平行度误差。

53、与现有技术相比，本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的技术效果至少包括：

54、本发明的一种基于单个光谱共焦位移传感器的调平调距装置，通过将单个光谱共焦位移传感器与供体旋转机构解耦，并利用供体旋转与受体平移的协同配合使多个不共线采样点依次进入固定光轴区域，实现了仅凭单传感器即可获取上下表面多位置三维数据，在显著降低硬件成本、结构复杂度和安装标定难度的同时，有效扩展了单个传感器的有效测量范围，且通过平面拟合精确求解两表面姿态差异并驱动调平台进行姿态与高度调整，确保了平行度误差与间隙误差计算的准确性与调平调距过程的高效收敛。