厚度測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了使用滿足預(yù)定條件的兩個(gè)波長(zhǎng)來測(cè)量厚度的厚度測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法。所述厚度測(cè)量方法包括以下步驟：將第一波長(zhǎng)λ1的第一激光束照射至透明基板且測(cè)量透過所述透明基板的第一激光束的強(qiáng)度；將第二波長(zhǎng)λ2的第二激光束照射至所述透明基板且測(cè)量透過所述透明基板的第二激光束的強(qiáng)度；并且使用透過所述透明基板的第一激光束和第二激光束來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。將所述第一激光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的相位差以及所述第二激光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的相位差保持在π/2。所述厚度測(cè)量裝置包括第一激光器、第二激光器、光耦合器、光檢測(cè)器和處理單元。
【專利說明】厚度測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及厚度測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法。更加具體地，本發(fā)明旨在提供能夠使 用兩個(gè)波長(zhǎng)精確地測(cè)量厚度的變化的厚度測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 玻璃等的基板被用于諸如液晶顯示器件（LCD)和有機(jī)發(fā)光二極管（0LED)等半導(dǎo) 體器件或平板顯示器件。近年來，顯示器件正在趨向于大面積和高分辨率的顯示器件。因 此，顯示器件中包含的基板的面積在不斷增大。因?yàn)檫@樣的基板的不均勻的厚度可能對(duì)顯 示器件的分辨率有不利的影響，所以需要使基板的整個(gè)表面保持厚度均勻。
[0003] -般而言，利用從基板的前、后表面反射的光之間的干涉的反射式厚度測(cè)量裝置 被人們用來測(cè)量幾納米（nm)至幾十納米（nm)的厚度變化。然而，隨著基板的面積增大，在 測(cè)量基板的厚度時(shí)可能會(huì)使基板扭曲。當(dāng)基板扭曲時(shí)，從基板反射的光的路徑被改變，這使 得難以精確地測(cè)量基板的厚度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實(shí)施例提出了使用滿足預(yù)定條件的兩個(gè)波長(zhǎng)來測(cè)量薄膜的厚度的厚度 測(cè)量裝置和厚度測(cè)量方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的厚度測(cè)量方法可以包括：將第一波長(zhǎng)λ i的第一激光束照 射至透明基板并測(cè)量透過所述透明基板的第一激光束的強(qiáng)度；將第二波長(zhǎng)λ 2的第二激 光束照射至所述透明基板并測(cè)量透過所述透明基板的第二激光束的強(qiáng)度；并且使用透過 所述透明基板的所述第一激光束和透過所述透明基板的所述第二激光束提取利薩如圖形 (Lissajous graph)上的旋轉(zhuǎn)角。將所述第一激光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的 相位差以及所述第二激光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的相位差保持在η /2。
[0006] 在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，所述厚度測(cè)量方法還可以包括：移動(dòng)所述透明基板。
[0007] 在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，所述厚度測(cè)量方法還可以包括：去除所述旋轉(zhuǎn)角的非 線性誤差。
[0008] 在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，如下地表達(dá)透過的第一激光束Ιχ和透過的第二激光束 Iy :

【權(quán)利要求】
1. 一種厚度測(cè)量方法，其包括以下步驟： 將第一波長(zhǎng)λ i的第一激光束照射至透明基板并測(cè)量透過所述透明基板的第一激光束 的強(qiáng)度； 將第二波長(zhǎng)λ 2的第二激光束照射至所述透明基板并測(cè)量透過所述透明基板的第二激 光束的強(qiáng)度；并且 使用透過所述透明基板的所述第一激光束和透過所述透明基板的所述第二激光束提 取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角， 其中，將所述第一激光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的相位差以及所述第二激 光束的經(jīng)過多次內(nèi)反射的相鄰光線之間的相位差保持在η /2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量方法，還包括： 移動(dòng)所述透明基板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量方法，還包括： 去除所述旋轉(zhuǎn)角的非線性誤差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的厚度測(cè)量方法，其中，透過的第一激光束Ιχ和透過的第二激 光束Iy被表達(dá)如下： δ 4 =4+馬 eos〇+y ) Iv ~y4y+J5vsin(c|)^~r") JLt 其中，Ax和Ay表示DC偏移，Bx和By表示AC振幅，δ表示表明偏離90度的度數(shù)的相 位差，并且Φ表示與所述透明基板的厚度成比例的相位差，且 其中，在所述旋轉(zhuǎn)角變成^1/4的整數(shù)倍的條件下更新上述參數(shù)^!￡、'、87和6。
5. -種厚度測(cè)量方法，其包括以下步驟： 測(cè)量透過透明基板的第一位置的第一波長(zhǎng)的第一透過光束的強(qiáng)度； 在精細(xì)度系數(shù)小于1的條件下使用泰勒級(jí)數(shù)展開式展開艾里函數(shù)，以將作為艾里函數(shù) 而被給出的透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束顯示為如下相位差的 余弦函數(shù)：該相位差是由通過所述透明基板的多次內(nèi)反射而透過的相鄰光線之間的光程長(zhǎng) 度而導(dǎo)致的； 選擇第二波長(zhǎng)以將所述余弦函數(shù)變換成正弦函數(shù)； 測(cè)量透過所述透明基板的所述第一位置的具有第二波長(zhǎng)的第二透過光束的強(qiáng)度； 處理所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二透過光束的強(qiáng)度以提取利薩如圖形上的旋 轉(zhuǎn)角；并且 使用所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算所述透明基板的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的厚度測(cè)量方法，還包括： 改變所述透明基板的測(cè)量位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的厚度測(cè)量方法，還包括： 去除所述旋轉(zhuǎn)角的非線性誤差。
8. -種厚度測(cè)量方法，其包括以下步驟： 準(zhǔn)備透過透明基板的第一位置的第一波長(zhǎng)的第一透過光束的第一測(cè)量信號(hào)； 在透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束被給出為艾里函數(shù)并且精 細(xì)度系數(shù)小于1的條件下使用泰勒級(jí)數(shù)展開式展開艾里函數(shù)，以將所述第一透過光束顯示 為如下相位差的余弦函數(shù)：該相位差是由通過所述透明基板的多次內(nèi)反射而透過的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度而導(dǎo)致的； 選擇第二波長(zhǎng)以將所述余弦函數(shù)變換成正弦函數(shù)； 準(zhǔn)備透過所述透明基板的所述第一位置的第二波長(zhǎng)的第二透過光束的第二測(cè)量信 號(hào)； 處理所述第一測(cè)量信號(hào)和所述第二測(cè)量信號(hào)以提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角；并且 使用所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算所述透明基板的厚度。
9. 一種厚度測(cè)量方法，其包括： 準(zhǔn)備透過透明基板的第一位置的第一波長(zhǎng)λi的第一透過光束的第一測(cè)量信號(hào)； 準(zhǔn)備透過所述透明基板的所述第一位置的第二波長(zhǎng)λ 2的第二透過光束的第二測(cè)量信 號(hào)； 處理所述第一測(cè)量信號(hào)和所述第二測(cè)量信號(hào)以提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角；并且 使用所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算所述透明基板的厚度， 其中，所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)滿足下面的條件： /?6/c〇s(0-, )-4- λ2 λι ' _ 2 入2 =人1+ Α入 2 入I -- 8/?i/cos(62) 其中，η表示折射率、d表示所述透明基板的平均厚度且Θ 2表示折射角。
10. -種厚度測(cè)量裝置，其包括： 第一激光器，所述第一激光器輸出第一波長(zhǎng)的激光束； 第二激光器，所述第二激光器輸出第二波長(zhǎng)的激光束； 光奉禹合器，所述光f禹合器將所述第一激光器的輸出與所述第二激光器的輸出彼此f禹合 并且將合成的輸出提供至透明基板的第一位置； 二色分束器，所述二色分束器將所述第一波長(zhǎng)的第一透過光束和所述第二波長(zhǎng)的第二 透過光束彼此分離； 第一光檢測(cè)器，所述第一光檢測(cè)器測(cè)量通過所述二色分束器而被分離出的所述第一波 長(zhǎng)的所述第一透過光束； 第二光檢測(cè)器，所述第二光檢測(cè)器測(cè)量通過所述二色分束器而被分離出的所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束；和 處理單元，所述處理單元使用所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度、在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度差或者在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光線之 間的相位差來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束 的強(qiáng)度具有根據(jù)所述相位差的余弦函數(shù)，且所述第二波長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度具有 根據(jù)所述相位差的正弦函數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述光耦合器包括： 分束器，所述分束器透過所述第一波長(zhǎng)的激光束并且反射所述第二波長(zhǎng)的激光束；和 反射鏡，所述反射鏡反射所述第二波長(zhǎng)的激光束并且將反射的激光束提供至所述分束 器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的厚度測(cè)量裝置，還包括： 移動(dòng)所述透明基板的移動(dòng)單元；和 驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)單元的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。
14. 一種厚度測(cè)量裝置，其包括： 第一激光器，所述第一激光器輸出具有第一波長(zhǎng)和第一周期的第一脈沖光束； 第二激光器，所述第二激光器輸出具有第二波長(zhǎng)和所述第一周期的第二脈沖光束，所 述第二脈沖光束在與所述第一脈沖光束不同的時(shí)間振蕩； 光耦合器，所述光耦合器將所述第一激光器的輸出或所述第二激光器的輸出提供至透 明基板的第一位置； 光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器依次測(cè)量透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的第一透過光束 和透過所述透明基板的所述第二波長(zhǎng)的第二透過光束；和 處理單元，所述處理單元使用所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度、在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度差或者在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光線之 間的相位差來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束 的強(qiáng)度具有根據(jù)所述相位差的余弦函數(shù)，且所述第二波長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度具有 根據(jù)所述相位差的正弦函數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述光耦合器包括： 分束器，所述分束器透過所述第一波長(zhǎng)的所述第一脈沖光束并且反射所述第二波長(zhǎng)的 所述第二脈沖光束；和 反射鏡，所述反射鏡反射所述第二波長(zhǎng)的所述第二脈沖光束并且將反射的第二脈沖光 束提供至所述分束器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的厚度測(cè)量裝置，還包括： 移動(dòng)所述透明基板的移動(dòng)單元；和 驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)單元的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。
18. -種厚度測(cè)量裝置，其包括： 第一激光器，所述第一激光器輸出第一波長(zhǎng)的激光束； 第二激光器，所述第二激光器輸出第二波長(zhǎng)的激光束； 光學(xué)開關(guān)，所述光學(xué)開關(guān)接收所述第一激光器的輸出和所述第二激光器的輸出并且周 期性地將所述第一激光束和所述第二激光束交替地提供至透明基板的第一位置； 光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器測(cè)量透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的第一透過光束或透 過所述透明基板的所述第二波長(zhǎng)的第二透過光束；和 處理單元，所述處理單元使用所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度、在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度差或者在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光線之 間的相位差來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束 的強(qiáng)度具有根據(jù)所述相位差的余弦函數(shù)，且所述第二波長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度具有 根據(jù)所述相位差的正弦函數(shù)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的厚度測(cè)量裝置，還包括： 移動(dòng)所述透明基板的移動(dòng)單元；和 驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)單元的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。
21. -種厚度測(cè)量裝置，其包括： 第一激光器，所述第一激光器輸出第一波長(zhǎng)的第一激光束； 第二激光器，所述第二激光器輸出第二波長(zhǎng)的第二激光束； 波長(zhǎng)分割多路復(fù)用器，所述波長(zhǎng)分割多路復(fù)用器接收所述第一激光束和所述第二激光 束并且將所述第一激光束和所述第二激光束多路復(fù)用成單路輸出，并將所述單路輸出提供 至透明基板的第一位置； 光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器測(cè)量透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的第一透過光束或透 過所述透明基板的所述第二波長(zhǎng)的第二透過光束；和 處理單元，所述處理單元使用所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度、在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度差或者在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光線之 間的相位差來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的厚度測(cè)量裝置，還包括： 波長(zhǎng)分割多路分離器，所述波長(zhǎng)分割多路分離器通過單個(gè)輸入端口接收所述第一透過 光束和所述第二透過光束，將所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束輸出至第一輸出端口并將 所述第二波長(zhǎng)的所述第二透過光束輸出至第二輸出端口， 其中，所述光檢測(cè)器包括： 第一光檢測(cè)器，所述第一光檢測(cè)器連接到所述波長(zhǎng)分割多路分離器的所述第一輸出端 口；和 第二光檢測(cè)器，所述第二光檢測(cè)器連接到所述波長(zhǎng)分割多路分離器的所述第二輸出端 □。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述第一激光器的所述第一激光束 和所述第二激光器的所述第二激光束是周期性脈沖的形式，并且 其中，所述第一激光束和所述第二激光束不在時(shí)域上彼此重疊。
24. -種厚度測(cè)量裝置，其包括： 第一激光器，所述第一激光器輸出第一波長(zhǎng)的第一激光束； 第二激光器，所述第二激光器輸出第二波長(zhǎng)的第二激光束； 光耦合器，所述光耦合器接收所述第一激光束和所述第二激光束并且將所述第一激光 束和所述第二激光束輸出至單個(gè)路徑； 圖案光束發(fā)生器，所述圖案光束發(fā)生器布置于所述光耦合器與透明基板之間以生成圖 案光束； 光檢測(cè)器陣列，所述光檢測(cè)器陣列測(cè)量透過所述透明基板的所述第一波長(zhǎng)的第一透過 光束和透過所述透明基板的所述第二波長(zhǎng)的第二透過光束；和 處理單元，所述處理單元使用所述第一波長(zhǎng)的所述第一透過光束的強(qiáng)度和所述第二波 長(zhǎng)的所述第二透過光束的強(qiáng)度、在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光 線之間的光程長(zhǎng)度差或者在所述第一位置處由所述透明基板的內(nèi)反射造成的相鄰光線之 間的相位差來提取利薩如圖形上的旋轉(zhuǎn)角。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的厚度測(cè)量裝置，其中，所述圖案光束發(fā)生器包括： 衍射光柵元件，所述衍射光柵元件使接收的光束衍射以生成在恒定方向上對(duì)齊的多個(gè) 光束；和 準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡將透過所述衍射光柵元件的光線轉(zhuǎn)換成平行光線。
【文檔編號(hào)】G01B11/06GK104279969SQ201410320417
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】金在完, 金鐘安, 姜宙植, 陳宗漢 申請(qǐng)人:韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院