蓝宝石作为一种综合性能优良的多功能晶体材料,有着优良的力学性能、光学性能和热学性能,同时具备较好的耐腐蚀性和抗辐射性。被广泛应用于LED衬底片、激光系统、军事光学窗口以及智能手机屏幕等领域。各应用领域对其表面质量有着严格要求,高质量的表面形貌是保证后续应用的基础。目前,蓝宝石衬底生产流程中的机械加工主要包括切割、研磨、抛光等工序。对各工序表面形貌的检测和评价,对评价加工工艺、优化加工流程、有效控制表面质量,有着十分重要的意义。本文针对蓝宝石衬底表面微观形貌评价的需求,搭建了一套基于垂直扫描白光干涉原理的专用测量评价系统,包括硬件系统和软件系统。其主要研究内容有以下几个方面:(1)参考国家标准“硅片平坦表面的表面粗糙度测量方法”(GB/T29505-2013)中的五点测量法,确定了不同尺寸规格的蓝宝石衬底测量点数(位置),并进行了测量路径的规划。根据评价需求选取了典型表面形貌评价参数(二维参数Ra、Rq、Rz、Rt、三维参数Sa、Sq、Sz、Sp)。在单点评价参数基础上,研究了多点评价参数的统计参数,包括:最大值、最小值、均值、方差和标准差,用于综合分析衬底表面形貌的分布。(2)根据垂直扫描白光干涉原理,搭建了蓝宝石衬底表面形貌测量硬件系统。首先根据蓝宝石衬底测量需求,结合了衬底多尺度测试样品台,设计了龙门式整体结构。采用大理石基座,对系统所用到的光学成像、微位移扫描、位移台等所需部件进行了选型和集成。(3)开发了基于Microsoft Visual C++和OpenCV的软件模块,包括驱动和评价两部分。1)实现了压电扫描台、相机、位移台等硬件设备的驱动,完成系统的运动控制模块;2)对采集到的数据图像采用改进质心法进行处理,恢复样品表面三维形貌,进而提取出衬底表面微观形貌的二维和三维评价参数以及统计参数,完成系统的数据处理模块和评价分析模块。3)并对系统的操作界面进行了设计。(4)对系统的位移台、压电扫描台、旋转台以及相机视场进行了标定。标定后,得到系统的视场大小为0.321*0.257mm~2;压电扫描台输入0.1V电压时输出的位移约为100nm;采用Ra=0.85μm的标准件对系统进行了标定,对系统的测量性能进行了分析;在标定完成后,对2寸和4寸蓝宝石研磨衬底进行了测量。测量得到2寸蓝宝石衬底Ra的平均值为0.849μm,Sa的平均值为0.869μm;测量得到4寸蓝宝石衬底Ra的平均值为0.887μm,Sa的平均值为0.968μm。完成2寸和4寸衬底片测量分别用了11分钟和19分钟左右。