一種膜厚測量裝置及方法
2023-10-06 17:26:39 2
專利名稱：一種膜厚測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及膜厚測量領域，尤其涉及一種膜厚測量裝置及方法。
背景技術：
在薄膜場效應電晶體-液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay，TFT-IXD)生產過程中，經常會需要對半導體薄膜進行測量，現有的膜厚測量裝置，其基本結構如圖I所示，光源I發出一束光，經過準直透鏡2形成平行光束，到達第一半透半反鏡3，一半光經反射到達物鏡4，照到樣品5上，樣品5反射的光通過鏡筒到達目鏡22， 並被目鏡22處的第二半透半反鏡6透射一部分到達成像電荷耦合元件(Charge-CoupledDevice, (XD) 7，獲得樣品5的圖像信息，而另一部分反射光經過第二半透半反鏡6反射，經過收集光纖8收集，達到分光單元9中，獲得不同頻率的光強度，然後通過CCD 7將分光單元9獲得的不同頻率的光轉換為數據信號傳輸給計算機10，計算機10通過對不同頻率的光強擬合計算出膜厚。這裡，計算機10對於得到的不同頻率的光強信號，得到不同頻譜的光的反射率，進而通過下面的方法可以得到目標膜厚。反射率(Reflectance)是一條表示與波長存在一定映射關係的餘弦曲線，其數學表達式R w Acos (2nkT/ λ )其中，R-Ref lectancej-常數、n_折射率、k_吸收率，為膜厚測量裝置自身的性能參數、λ -波長、T-Thickness,即樣品的膜厚。根據上式，可以得到樣品對應的膜厚T為T = arcos (R/A) * λ / (2nk)可以看到對於同一個R存在很多解，一般通過限定T的範圍來實現單解，但是如果範圍過大也會造成多解，引起測量錯誤。其中，在測量樣品膜厚的時候，得到光強信號的具體方式，目前有兩種裝置，其中第一種膜厚測量裝置分光單元為分光計(Spectrometer)，由分光計得到反射光信號，分光單元的結構具體參考圖2，收集光纖8收集到的反射光經過準直凹面鏡11發射後，形成平行光束，再經過光柵12按波長分光後，被成像凹面鏡13收集反射成像在成像面14上，以通過在測量成像面14選取合適波長的測量點擬合計算得到目標樣品的膜厚；而第二種膜厚測量裝置的分光單元包括濾光片(Filter Wheel) 15，是由濾光片15進行旋轉一個一個地得到各波長的光信號，具體結構參考圖3，濾光片15上面分布有多個不同的收集孔16，每個孔上貼敷有可以透過不同波長的膜，用來獲得對應波長的光強度值。綜上所述，現有的膜厚測量裝置，如第一種裝置由於自身分光單元中所使用的光柵，只能分光得到特定某些波長的光強，擬合取樣點所在譜寬較窄，進而造成解析度較低的問題；而對於第二種裝置，由於其使用濾光片來獲取不同波長的光強度，而由於濾光片上收集孔個數的確定及收集孔所貼敷的膜透過光的確定，使得光強度取樣點數及位置固定的問題，精度也比較低。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種膜厚測量裝置及方法，能夠擴大取樣點頻譜範圍，實現高精度的膜厚測量。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種膜厚測量裝置，包括準直透鏡、第一半透半反鏡、物鏡、第二半透半反鏡、收集光纖、圖像傳感器、計算機，所述裝置還包括分光單元； 其中，所述分光單元，用於對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；所述計算機，用於獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。進一步地，所述分光單元包括第一準直透鏡、稜鏡和第二準直透鏡；其中，所述第一準直透鏡，用於對所述收集光纖收集到的光進行折射，形成平行光束；所述稜鏡，用於對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束；所述第二準直透鏡，用於對所述不同波長的光束進行聚焦成像。進一步地，所述分光單元，還包括聚焦平面，用於為所述第二準直透鏡提供成像平面。進一步地，所述裝置還包括光纖探針，用於通過自身位置的調整獲取所述分光單元分離得到的不同波長的光強度。其中，所述圖像傳感器為電荷耦合元件CCD，用於將所述光纖探針獲取的光強度傳輸給所述計算機。其中，所述光纖探針，具體用於根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定。一種膜厚測量方法，所述方法還包括收集光纖收集被測物反射過來的光；分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；計算機獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。其中，所述分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理為第一準直透鏡對所述收集光纖收集到的光進行折射，形成平行光束；通過稜鏡對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束；第二準直透鏡對所述不同波長的光束進行聚焦成像。其中，所述計算機獲取不同波長的光的強度為光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度，並將獲取的光強度通過圖像傳感器傳輸給所述計算機。其中，所述光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度為光纖探針根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定。本發明通過分光單元對收集光纖收集到的光進行分光，得到各個波長的光，擴大了膜厚測量裝置取樣點的頻譜範圍，提高了解析度；進一步地，還可以通過光纖探針的位置調整，靈活控制取樣點數目及取樣點位置，提高了處理數據的靈活性，實現高精度的膜厚測量。
圖I為現有的膜厚測量裝置的結構示意圖；圖2為第一種裝置的分光單元的結構示意圖；圖3為第二種裝置的分光單元的結構示意圖；圖4為本發明膜厚測量裝置的結構示意圖；圖5為圖4所示的膜厚測量裝置的分光單元的結構示意圖；圖6為本發明膜厚測量方法的實現流程示意圖。
附圖標記說明I-光源；2_準直透鏡；3_第一半透半反鏡；4-物鏡；5-樣品；6_第二半透半反鏡；7-成像CCD ;8_收集光纖；9_分光單元；10-計算機；11-準直凹面鏡；12_光柵；13-成像凹面鏡；14-成像面；15-濾光片；16_收集孔；17-第一準直透鏡；18_稜鏡；19-第二準直透鏡；20_聚焦平面；21_光纖探針；22_目鏡。
具體實施例方式由於稜鏡能夠對一束光進行光譜連續的分光，因此，在一些要求高解析度的測量系統中，可以使用稜鏡作為分光器件進行使用，以提高解析度。本發明的基本思想為一種膜厚測量裝置，包括準直透鏡、第一半透半反鏡、物鏡、第二半透半反鏡、收集光纖、計算機以及分光單元；其中，所述分光單元，用於對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；所述計算機，用於獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下舉實施例並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。圖4示出了本發明膜厚測量裝置的結構示意；圖5為圖4所示的膜厚測量裝置的分光單元的結構示意圖；下面結合圖4和圖5對本發明膜厚測量裝置進行進一步說明。如圖4所示，所述膜厚測量裝置包括準直透鏡2、第一半透半反鏡3、物鏡4、第二半透半反鏡6、收集光纖8、圖像傳感器、計算機10，所述裝置還包括分光單元9 ;其中，所述分光單元9，用於對所述收集光纖8收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；這裡，收集光纖8收集光的處理過程與現有膜厚測量裝置的處理過程相同，不再贅述。所述計算機10，用於獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。其中，圖像傳感器未在圖4中標出，其與計算機10連接，用於將分光單元9得到的不同波長的光轉換為數位訊號傳輸給計算機10。其中，所述分光單元9的具體結構參考圖5，包括第一準直透鏡17、稜鏡18、第二準直透鏡19 ;其中，所述第一準直透鏡17，用於對所述收集光纖8收集到的光進行折射，形成平行光束；所述稜鏡18，用於對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束；
所述第二準直透鏡19，用於對所述不同波長的光束進行聚焦成像。進一步地，所述分光單元9進一步包括聚焦平面20，用於為所述第二準直透鏡19提供成像平面，並可以在聚焦平面20上預先標定不同波長的光成像的具體位置。進一步地，所述裝置還包括光纖探針21，用於通過自身位置的調整獲取所述分光單元9分離得到的不同波長的光強度。進一步地，所述圖像傳感器具體可以為(XD，用於將所述光纖探針21獲取的光強度轉換為數位訊號傳輸給所述計算機10，這裡，可以將所述光纖探針21和所述CCD集成在一起，即帶有光纖探針21的CCD，應當注意，為了便於描述，圖4和圖5中僅單獨標註出了光纖探針21，而未將CXD單獨標出。其中，所述光纖探針21，具體用於根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定，從而靈活控制取樣點位置及取樣點數目；這裡，用戶 可以通過計算機輸入收集指令。本發明還提供了一種利用上述膜厚測量裝置實現的膜厚測量方法，所述方法的實現流程參考圖6，具體包括下述步驟步驟601，收集光纖收集被測物反射過來的光；這裡，收集光纖8收集光的處理過程與現有膜厚測量裝置的處理過程相同，不再贅述。步驟602，分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；其中，所述分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理可以具體為第一準直透鏡對所述收集光纖收集到的光進行折射，形成平行光束；通過稜鏡對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束；第二準直透鏡對所述不同波長的光束進行聚焦成像；其中，所述第二準直透鏡可以將不同波長的光束聚焦成像於聚焦平面上，而且，還可以預先在聚焦平面上標定出不同波長的光成像的具體位置。步驟603，計算機通過獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。具體地，本步驟中，所述計算機獲取不同波長的光的強度可以具體為光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度，並將獲取的光強度通過CCD傳輸給所述計算機。這裡，所述光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度可以具體為光纖探針根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定，從而靈活控制取樣點位置及取樣點數目；這裡，用戶可以通過計算機輸入收集指令。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種膜厚測量裝置，包括準直透鏡、第一半透半反鏡、物鏡、第二半透半反鏡、收集光纖、圖像傳感器、計算機，其特徵在於，所述裝置還包括分光單元；其中， 所述分光單元，用於對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光; 所述計算機，用於獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述分光單元包括第一準直透鏡、稜鏡和第二準直透鏡；其中， 所述第一準直透鏡，用於對所述收集光纖收集到的光進行折射，形成平行光束； 所述稜鏡，用於對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束； 所述第二準直透鏡，用於對所述不同波長的光束進行聚焦成像。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述分光單元，還包括聚焦平面，用於為所述第二準直透鏡提供成像平面。
4.根據權利要求I至3任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括光纖探針，用於通過自身位置的調整獲取所述分光單元分離得到的不同波長的光強度。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述圖像傳感器為電荷耦合元件CCD，用於將所述光纖探針獲取的光強度傳輸給所述計算機。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述光纖探針，具體用於根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定。
7.一種膜厚測量方法，其特徵在於，所述方法還包括 收集光纖收集被測物反射過來的光； 分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光； 計算機獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述分光單元對所述收集光纖收集到的光進行分光處理為 第一準直透鏡對所述收集光纖收集到的光進行折射，形成平行光束； 通過稜鏡對所述平行光束進行分光，得到不同波長的光束； 第二準直透鏡對所述不同波長的光束進行聚焦成像。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述計算機獲取不同波長的光的強度為 光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度，並將獲取的光強度通過圖像傳感器傳輸給所述計算機。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述光纖探針通過自身位置的調整獲取不同波長的光強度為 光纖探針根據用戶輸入的收集指令，進行自身位置的調整及不同波長的光的採樣點數目的確定。
全文摘要
本發明提供了一種膜厚測量裝置及方法，所述裝置包括準直透鏡、第一半透半反鏡、物鏡、第二半透半反鏡、收集光纖、圖像傳感器、計算機以及分光單元；其中，所述分光單元，用於對所述收集光纖收集到的光進行分光處理，分離得到各個波長的光；所述計算機，用於獲取不同波長的光的強度，計算得到被測物的膜厚。本發明通過分光單元對收集光纖收集到的光進行分光，得到所述光包含的各個波長的光，擴大了膜厚測量裝置取樣點的頻譜範圍，提高了解析度；進一步地，還可以通過光纖探針的位置調整，靈活控制取樣點數目及取樣點位置，提高了處理數據的靈活性，實現高精度的膜厚測量。
文檔編號G01B11/06GK102778202SQ20121008075
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者曲連傑, 朱朋舉, 王德帥, 郭建 申請人:北京京東方光電科技有限公司