[发明专利]一种膜厚测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜厚测量领域，尤其涉及一种膜厚测量装置及方法。

背景技术

在薄膜场效应晶体管-液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)生产过程中，经常会需要对半导体薄膜进行测量，现有的膜厚测量装置，其基本结构如图1所示，光源1发出一束光，经过准直透镜2形成平行光束，到达第一半透半反镜3，一半光经反射到达物镜4，照到样品5上，样品5反射的光通过镜筒到达目镜22，并被目镜22处的第二半透半反镜6透射一部分到达成像电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)7，获得样品5的图像信息，而另一部分反射光经过第二半透半反镜6反射，经过收集光纤8收集，达到分光单元9中，获得不同频率的光强度，然后通过CCD 7将分光单元9获得的不同频率的光转换为数据信号传输给计算机10，计算机10通过对不同频率的光强拟合计算出膜厚。

这里，计算机10对于得到的不同频率的光强信号，得到不同频谱的光的反射率，进而通过下面的方法可以得到目标膜厚。反射率(Reflectance)是一条表示与波长存在一定映射关系的余弦曲线，其数学表达式：

R≈Acos(2nkT/λ)

其中，R-Reflectance、A-常数、n-折射率、k-吸收率，为膜厚测量装置自身的性能参数、λ-波长、T-Thickness，即样品的膜厚。

根据上式，可以得到样品对应的膜厚T为：

T＝arcos(R/A)*λ/(2nk)

可以看到对于同一个R存在很多解，一般通过限定T的范围来实现单解，但是如果范围过大也会造成多解，引起测量错误。

其中，在测量样品膜厚的时候，得到光强信号的具体方式，目前有两种装置，其中第一种膜厚测量装置分光单元为分光计(Spectrometer)，由分光计得到反射光信号，分光单元的结构具体参考图2，收集光纤8收集到的反射光经过准直凹面镜11发射后，形成平行光束，再经过光栅12按波长分光后，被成像凹面镜13收集反射成像在成像面14上，以通过在测量成像面14选取合适波长的测量点拟合计算得到目标样品的膜厚；

而第二种膜厚测量装置的分光单元包括滤光片(Filter Wheel)15，是由滤光片15进行旋转一个一个地得到各波长的光信号，具体结构参考图3，滤光片15上面分布有多个不同的收集孔16，每个孔上贴敷有可以透过不同波长的膜，用来获得对应波长的光强度值。

综上所述，现有的膜厚测量装置，如第一种装置由于自身分光单元中所使用的光栅，只能分光得到特定某些波长的光强，拟合取样点所在谱宽较窄，进而造成分辨率较低的问题；而对于第二种装置，由于其使用滤光片来获取不同波长的光强度，而由于滤光片上收集孔个数的确定及收集孔所贴敷的膜透过光的确定，使得光强度取样点数及位置固定的问题，精度也比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种膜厚测量装置及方法，能够扩大取样点频谱范围，实现高精度的膜厚测量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种膜厚测量装置，包括准直透镜、第一半透半反镜、物镜、第二半透半反镜、收集光纤、图像传感器、计算机，所述装置还包括分光单元；其中，

所述分光单元，用于对所述收集光纤收集到的光进行分光处理，分离得到各个波长的光；

所述计算机，用于获取不同波长的光的强度，计算得到被测物的膜厚。

进一步地，所述分光单元包括第一准直透镜、棱镜和第二准直透镜；其中，

所述第一准直透镜，用于对所述收集光纤收集到的光进行折射，形成平行光束；

所述棱镜，用于对所述平行光束进行分光，得到不同波长的光束；

所述第二准直透镜，用于对所述不同波长的光束进行聚焦成像。

进一步地，所述分光单元，还包括聚焦平面，用于为所述第二准直透镜提供成像平面。

进一步地，所述装置还包括光纤探针，用于通过自身位置的调整获取所述分光单元分离得到的不同波长的光强度。

其中，所述图像传感器为电荷耦合元件CCD，用于将所述光纤探针获取的光强度传输给所述计算机。

其中，所述光纤探针，具体用于根据用户输入的收集指令，进行自身位置的调整及不同波长的光的采样点数目的确定。

一种膜厚测量方法，所述方法还包括：

收集光纤收集被测物反射过来的光；

分光单元对所述收集光纤收集到的光进行分光处理，分离得到各个波长的光；