專利名稱：一種膜厚測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜厚測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種膜厚測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
在薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管-液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay，TFT-IXD)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)需要對(duì)半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)有的膜厚測(cè)量裝置，其基本結(jié)構(gòu)如圖I所示，光源I發(fā)出一束光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2形成平行光束，到達(dá)第一半透半反鏡3，一半光經(jīng)反射到達(dá)物鏡4，照到樣品5上，樣品5反射的光通過鏡筒到達(dá)目鏡22， 并被目鏡22處的第二半透半反鏡6透射一部分到達(dá)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(jīng)過第二半透半反鏡6反射，經(jīng)過收集光纖8收集，達(dá)到分光單元9中，獲得不同頻率的光強(qiáng)度，然后通過CCD 7將分光單元9獲得的不同頻率的光轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)10，計(jì)算機(jī)10通過對(duì)不同頻率的光強(qiáng)擬合計(jì)算出膜厚。這里，計(jì)算機(jī)10對(duì)于得到的不同頻率的光強(qiáng)信號(hào)，得到不同頻譜的光的反射率，進(jìn)而通過下面的方法可以得到目標(biāo)膜厚。反射率(Reflectance)是一條表示與波長(zhǎng)存在一定映射關(guān)系的余弦曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式R w Acos (2nkT/ λ )其中，R-Ref lectancej-常數(shù)、n_折射率、k_吸收率，為膜厚測(cè)量裝置自身的性能參數(shù)、λ -波長(zhǎng)、T-Thickness,即樣品的膜厚。根據(jù)上式，可以得到樣品對(duì)應(yīng)的膜厚T為T = arcos (R/A) * λ / (2nk)可以看到對(duì)于同一個(gè)R存在很多解，一般通過限定T的范圍來實(shí)現(xiàn)單解，但是如果范圍過大也會(huì)造成多解，引起測(cè)量錯(cuò)誤。其中，在測(cè)量樣品膜厚的時(shí)候，得到光強(qiáng)信號(hào)的具體方式，目前有兩種裝置，其中第一種膜厚測(cè)量裝置分光單元為分光計(jì)(Spectrometer)，由分光計(jì)得到反射光信號(hào)，分光單元的結(jié)構(gòu)具體參考圖2，收集光纖8收集到的反射光經(jīng)過準(zhǔn)直凹面鏡11發(fā)射后，形成平行光束，再經(jīng)過光柵12按波長(zhǎng)分光后，被成像凹面鏡13收集反射成像在成像面14上，以通過在測(cè)量成像面14選取合適波長(zhǎng)的測(cè)量點(diǎn)擬合計(jì)算得到目標(biāo)樣品的膜厚；而第二種膜厚測(cè)量裝置的分光單元包括濾光片(Filter Wheel) 15，是由濾光片15進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一個(gè)一個(gè)地得到各波長(zhǎng)的光信號(hào)，具體結(jié)構(gòu)參考圖3，濾光片15上面分布有多個(gè)不同的收集孔16，每個(gè)孔上貼敷有可以透過不同波長(zhǎng)的膜，用來獲得對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光強(qiáng)度值。綜上所述，現(xiàn)有的膜厚測(cè)量裝置，如第一種裝置由于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(zhǎng)的光強(qiáng)，擬合取樣點(diǎn)所在譜寬較窄，進(jìn)而造成分辨率較低的問題；而對(duì)于第二種裝置，由于其使用濾光片來獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，而由于濾光片上收集孔個(gè)數(shù)的確定及收集孔所貼敷的膜透過光的確定，使得光強(qiáng)度取樣點(diǎn)數(shù)及位置固定的問題，精度也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種膜厚測(cè)量裝置及方法，能夠擴(kuò)大取樣點(diǎn)頻譜范圍，實(shí)現(xiàn)高精度的膜厚測(cè)量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種膜厚測(cè)量裝置，包括準(zhǔn)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(jì)算機(jī)，所述裝置還包括分光單元； 其中，所述分光單元，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；所述計(jì)算機(jī)，用于獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。進(jìn)一步地，所述分光單元包括第一準(zhǔn)直透鏡、棱鏡和第二準(zhǔn)直透鏡；其中，所述第一準(zhǔn)直透鏡，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束；所述棱鏡，用于對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束；所述第二準(zhǔn)直透鏡，用于對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像。進(jìn)一步地，所述分光單元，還包括聚焦平面，用于為所述第二準(zhǔn)直透鏡提供成像平面。進(jìn)一步地，所述裝置還包括光纖探針，用于通過自身位置的調(diào)整獲取所述分光單元分離得到的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。其中，所述圖像傳感器為電荷耦合元件CCD，用于將所述光纖探針獲取的光強(qiáng)度傳輸給所述計(jì)算機(jī)。其中，所述光纖探針，具體用于根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定。一種膜厚測(cè)量方法，所述方法還包括收集光纖收集被測(cè)物反射過來的光；分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；計(jì)算機(jī)獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。其中，所述分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理為第一準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束；通過棱鏡對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束；第二準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像。其中，所述計(jì)算機(jī)獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度為光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，并將獲取的光強(qiáng)度通過圖像傳感器傳輸給所述計(jì)算機(jī)。其中，所述光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度為光纖探針根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定。本發(fā)明通過分光單元對(duì)收集光纖收集到的光進(jìn)行分光，得到各個(gè)波長(zhǎng)的光，擴(kuò)大了膜厚測(cè)量裝置取樣點(diǎn)的頻譜范圍，提高了分辨率；進(jìn)一步地，還可以通過光纖探針的位置調(diào)整，靈活控制取樣點(diǎn)數(shù)目及取樣點(diǎn)位置，提高了處理數(shù)據(jù)的靈活性，實(shí)現(xiàn)高精度的膜厚測(cè)量。


圖I為現(xiàn)有的膜厚測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為第一種裝置的分光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為第二種裝置的分光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明膜厚測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所示的膜厚測(cè)量裝置的分光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明膜厚測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
附圖標(biāo)記說明I-光源；2_準(zhǔn)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(jì)算機(jī)；11-準(zhǔn)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(zhǔn)直透鏡；18_棱鏡；19-第二準(zhǔn)直透鏡；20_聚焦平面；21_光纖探針；22_目鏡。
具體實(shí)施例方式由于棱鏡能夠?qū)σ皇膺M(jìn)行光譜連續(xù)的分光，因此，在一些要求高分辨率的測(cè)量系統(tǒng)中，可以使用棱鏡作為分光器件進(jìn)行使用，以提高分辨率。本發(fā)明的基本思想為一種膜厚測(cè)量裝置，包括準(zhǔn)直透鏡、第一半透半反鏡、物鏡、第二半透半反鏡、收集光纖、計(jì)算機(jī)以及分光單元；其中，所述分光單元，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；所述計(jì)算機(jī)，用于獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉實(shí)施例并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖4示出了本發(fā)明膜厚測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意；圖5為圖4所示的膜厚測(cè)量裝置的分光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；下面結(jié)合圖4和圖5對(duì)本發(fā)明膜厚測(cè)量裝置進(jìn)行進(jìn)一步說明。如圖4所示，所述膜厚測(cè)量裝置包括準(zhǔn)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(jì)算機(jī)10，所述裝置還包括分光單元9 ;其中，所述分光單元9，用于對(duì)所述收集光纖8收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；這里，收集光纖8收集光的處理過程與現(xiàn)有膜厚測(cè)量裝置的處理過程相同，不再贅述。所述計(jì)算機(jī)10，用于獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。其中，圖像傳感器未在圖4中標(biāo)出，其與計(jì)算機(jī)10連接，用于將分光單元9得到的不同波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)10。其中，所述分光單元9的具體結(jié)構(gòu)參考圖5，包括第一準(zhǔn)直透鏡17、棱鏡18、第二準(zhǔn)直透鏡19 ;其中，所述第一準(zhǔn)直透鏡17，用于對(duì)所述收集光纖8收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束；所述棱鏡18，用于對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束；
所述第二準(zhǔn)直透鏡19，用于對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像。進(jìn)一步地，所述分光單元9進(jìn)一步包括聚焦平面20，用于為所述第二準(zhǔn)直透鏡19提供成像平面，并可以在聚焦平面20上預(yù)先標(biāo)定不同波長(zhǎng)的光成像的具體位置。進(jìn)一步地，所述裝置還包括光纖探針21，用于通過自身位置的調(diào)整獲取所述分光單元9分離得到的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。進(jìn)一步地，所述圖像傳感器具體可以為(XD，用于將所述光纖探針21獲取的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給所述計(jì)算機(jī)10，這里，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(yīng)當(dāng)注意，為了便于描述，圖4和圖5中僅單獨(dú)標(biāo)注出了光纖探針21，而未將CXD單獨(dú)標(biāo)出。其中，所述光纖探針21，具體用于根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定，從而靈活控制取樣點(diǎn)位置及取樣點(diǎn)數(shù)目；這里，用戶 可以通過計(jì)算機(jī)輸入收集指令。本發(fā)明還提供了一種利用上述膜厚測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的膜厚測(cè)量方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)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(cè)物反射過來的光；這里，收集光纖8收集光的處理過程與現(xiàn)有膜厚測(cè)量裝置的處理過程相同，不再贅述。步驟602，分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；其中，所述分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理可以具體為第一準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束；通過棱鏡對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束；第二準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像；其中，所述第二準(zhǔn)直透鏡可以將不同波長(zhǎng)的光束聚焦成像于聚焦平面上，而且，還可以預(yù)先在聚焦平面上標(biāo)定出不同波長(zhǎng)的光成像的具體位置。步驟603，計(jì)算機(jī)通過獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。具體地，本步驟中，所述計(jì)算機(jī)獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度可以具體為光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，并將獲取的光強(qiáng)度通過CCD傳輸給所述計(jì)算機(jī)。這里，所述光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度可以具體為光纖探針根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定，從而靈活控制取樣點(diǎn)位置及取樣點(diǎn)數(shù)目；這里，用戶可以通過計(jì)算機(jī)輸入收集指令。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種膜厚測(cè)量裝置，包括準(zhǔn)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(jì)算機(jī)，其特征在于，所述裝置還包括分光單元；其中， 所述分光單元，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光; 所述計(jì)算機(jī)，用于獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述分光單元包括第一準(zhǔn)直透鏡、棱鏡和第二準(zhǔn)直透鏡；其中， 所述第一準(zhǔn)直透鏡，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束； 所述棱鏡，用于對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束； 所述第二準(zhǔn)直透鏡，用于對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述分光單元，還包括聚焦平面，用于為所述第二準(zhǔn)直透鏡提供成像平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括光纖探針，用于通過自身位置的調(diào)整獲取所述分光單元分離得到的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述圖像傳感器為電荷耦合元件CCD，用于將所述光纖探針獲取的光強(qiáng)度傳輸給所述計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述光纖探針，具體用于根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定。
7.一種膜厚測(cè)量方法，其特征在于，所述方法還包括 收集光纖收集被測(cè)物反射過來的光； 分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光； 計(jì)算機(jī)獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述分光單元對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理為 第一準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行折射，形成平行光束； 通過棱鏡對(duì)所述平行光束進(jìn)行分光，得到不同波長(zhǎng)的光束； 第二準(zhǔn)直透鏡對(duì)所述不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦成像。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度為 光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，并將獲取的光強(qiáng)度通過圖像傳感器傳輸給所述計(jì)算機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述光纖探針通過自身位置的調(diào)整獲取不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度為 光纖探針根據(jù)用戶輸入的收集指令，進(jìn)行自身位置的調(diào)整及不同波長(zhǎng)的光的采樣點(diǎn)數(shù)目的確定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種膜厚測(cè)量裝置及方法，所述裝置包括準(zhǔn)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(jì)算機(jī)以及分光單元；其中，所述分光單元，用于對(duì)所述收集光纖收集到的光進(jìn)行分光處理，分離得到各個(gè)波長(zhǎng)的光；所述計(jì)算機(jī)，用于獲取不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度，計(jì)算得到被測(cè)物的膜厚。本發(fā)明通過分光單元對(duì)收集光纖收集到的光進(jìn)行分光，得到所述光包含的各個(gè)波長(zhǎng)的光，擴(kuò)大了膜厚測(cè)量裝置取樣點(diǎn)的頻譜范圍，提高了分辨率；進(jìn)一步地，還可以通過光纖探針的位置調(diào)整，靈活控制取樣點(diǎn)數(shù)目及取樣點(diǎn)位置，提高了處理數(shù)據(jù)的靈活性，實(shí)現(xiàn)高精度的膜厚測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102778202SQ20121008075
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者曲連杰, 朱朋舉, 王德帥, 郭建 申請(qǐng)人:北京京東方光電科技有限公司