引言

       在半导体制造过程中，树脂模具的精度要求极高，通常要求达到微米级别。传统的激光位移传感器由于受到精度限制、材料透明性和颜色型限制，难以满足这一要求。同时，接触式位移传感器可能划伤模具表面，因此也不适用。在这种背景下，采用具有光谱共聚焦原理的彩色同轴激光位移计成为理想的选择。本文将详细阐述彩色同轴激光位移计在半导体行业树脂模具高度测量中的应用，包括测量步骤、方法原理及测试数据，以展示其高精度和可靠性。

测量步骤与方法原理

测量步骤

设备准备：

选择具有光谱共聚焦原理的彩色同轴激光位移计，如LTC系列。

确保设备已正确校准，并处于稳定工作状态。

模具准备：

将树脂模具放置在测量平台上，确保模具表面平整、无杂质。

根据模具形状和尺寸，调整激光位移计的测量范围和测量点位置。

参数设置：

在测量软件中设置测量参数，包括测量速度、采样频率、测量范围等。

根据模具材料特性，选择合适的测量模式和算法。

开始测量：

启动激光位移计，开始测量树脂模具的高度。

在测量过程中，实时监控测量数据，确保数据稳定性和准确性。

数据处理：

对测量数据进行滤波、去噪等处理，以提高数据质量。

根据测量需求，对数据进行统计分析，得出模具高度分布、平均值、标准差等关键指标。

方法原理

彩色同轴激光位移计基于光谱共聚焦原理，通过测量反射光的位移量来获取被测物体的几何尺寸和表面形貌等信息。其工作原理如下：

光源发射：

设备内部的激光器发射出白光作为光源，白光经过分光器后形成不同波长的单色光。

光谱色散：

单色光通过色散镜头发生光谱色散，形成一系列波长不同的光束。

光束聚焦：

这些光束聚焦在被测物体表面，形成光斑。只有满足共焦条件的单色光才能通过小孔被光谱仪感测到。

反射光检测：

被测物体表面反射的光束再次通过色散镜头，形成光谱图像。光谱仪检测光谱图像中不同波长的光强分布。

位移计算：

根据检测到的光谱图像，通过算法计算反射光的位移量，从而得出被测物体的高度信息。

测试数据与算法公式

测试数据

在实际测量中，我们选取了一块半导体行业常用的树脂模具作为测试对象。通过彩色同轴激光位移计进行多次测量，得到以下数据：

算法公式

在数据处理过程中，我们采用了以下算法公式来计算模具高度的平均值和标准差：

平均值公式：

其中，$n$ 为测量次数，$x_i$ 为第 $i$ 次测量的高度值。

标准差公式：

将测试数据代入上述公式，计算得到模具高度的平均值为 100.23 μm，标准差为 0.0173 μm。这一结果表明，彩色同轴激光位移计在树脂模具高度测量中具有极高的精度和稳定性。

结论

彩色同轴激光位移计基于光谱共聚焦原理，通过测量反射光的位移量来获取被测物体的几何尺寸和表面形貌等信息。在半导体行业树脂模具的高度测量中，该设备展现出高精度、高稳定性和非接触测量的优势。通过详细的测量步骤、方法原理及测试数据分析，验证了彩色同轴激光位移计在树脂模具高度测量中的可靠性和有效性。未来，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，彩色同轴激光位移计将在更多领域发挥重要作用。