CN103673903A

CN103673903A - 薄膜厚度测量装置

Info

Publication number: CN103673903A
Application number: CN201310717708.4A
Authority: CN
Inventors: 刘飞翔; 蒲以康
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种薄膜厚度测量装置，包括：紫外单色光源；光阑，光阑垂直设置；半透半反镜，半透半反镜的中心点、光阑的中心点与紫外单色光源位于同一直线上，半透半反镜所在平面与光阑所在平面夹45°角，半透半反镜用于将紫外单色光源透过光阑的入射光向上反射到待测薄膜的内外表面，以及用于透过待测薄膜的内外表面向下射出的反射光；以及成像设备，成像设备水平设置在半透半反镜的下方。该薄膜厚度测量装置由于采用了紫外单色光源，因此可以用于高精度薄膜厚度测量，结构简单可靠、光路稳定，其安装调试和系统的维护也很方便，测量精度高。

Description

薄膜厚度测量装置

技术领域

本发明涉及光学测量仪器领域，具体涉及一种薄膜厚度测量装置。

背景技术

利用传统的等倾干涉法可以测量薄膜厚度。等倾干涉条纹形状为一组同心圆环，环纹间距从中心到边缘逐渐变密，级次从中心到边缘越来越低。若薄膜厚度增加，则环纹向旁边移动；若薄膜厚度减少，则环纹向中心移动。等倾干涉法通常需要点光源的照明来形成干涉条纹。现有技术中通常采用卤素灯，单色性差，波长长，导致测量结果不精确。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种高精度的薄膜厚度测量装置。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的薄膜厚度测量装置，包括:紫外单色光源；光阑，所述光阑垂直设置；半透半反镜，所述半透半反镜的中心点、所述光阑的中心点与紫外单色光源位于同一直线上，所述半透半反镜所在平面与所述光阑所在平面夹45°角，所述半透半反镜用于将所述紫外单色光源透过所述光阑的入射光向上反射到待测薄膜的内外表面，以及用于透过所述待测薄膜的内外表面向下射出的反射光；以及成像设备，所述成像设备水平设置在所述半透半反镜的下方。

根据本发明实施例的薄膜厚度测量装置，由于采用了紫外单色光源，因此可以用于高精度薄膜厚度测量，结构简单可靠、光路稳定，其安装调试和系统的维护也很方便，测量精度高。

另外，根据本发明实施例的薄膜厚度测量装置还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述紫外单色光源具体包括：高稳定恒流源、紫外发光二极管和极窄带滤光片。

在本发明的一个实施例中，所述成像设备具体包括：水平设置的透紫外汇聚透镜和紫外CCD面阵。

在本发明的一个实施例中，所述薄膜厚度测量装置还包括：设有熔融石英窗的光学发黑箱体。

在本发明的一个实施例中，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片用于为所述紫外单色光源降温。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的薄膜厚度测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的薄膜测量装置的测试结果的示意图。

图3是本发明第二实施例的薄膜厚度测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的薄膜厚度测量装置，可以包括：紫外单色光源1、光阑2、半透半反镜3以及成像设备4。其中：光阑2垂直设置。半透半反镜3的中心点、光阑2的中心点与紫外单色光源1位于同一直线上。半透半反镜3所在平面与光阑2所在平面夹45°角。半透半反镜3用于将紫外单色光源1透过光阑2的入射光向上反射到待测薄膜0的内外表面，以及用于透过待测薄膜0的内外表面向下射出的反射光。成像设备，成像设备水平设置在半透半反镜的下方。利用该实施例的薄膜厚度测量装置对薄膜厚度进行测量，测量结果可以入图2所示。

需要说明的是，尽管图1所示的实施例中待测薄膜位于半透半反镜上方、成像设备位于半透半反镜下方，但在本发明的其他实施例中，也可以为待测薄膜位于半透半反镜下方、成像设备位于半透半反镜上方。仅需要保证待测薄膜与成像设备分别设在半透半反镜两侧即可。

根据本发明上述实施例的薄膜厚度测量装置由于采用了紫外单色光源，因此可以用于高精度薄膜厚度测量，结构简单可靠、光路稳定，其安装调试和系统的维护也很方便，测量精度高。

在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，紫外单色光源具体包括：高稳定恒流源11、紫外发光二极管（LED）12和极窄带滤光片13。紫外LED由于其体积小，质量轻，耗能低，寿命长，发光稳定等特点。紫外LED尽管波长短，但其发射光谱是高斯型的谱带，通常半高宽在数十个纳米，所以如果直接用于干涉法测量厚度将会产生较大的误差，仅适合测量较厚的薄膜。但是紫外LED结合极窄带滤光片（目前可以做到0.1nm的带宽），则可以非常简便地获得谱带宽度为0.1nm的紫外单色光源，从而大幅度提高测量精度。此外，还可以更换不同波长的紫外LED和不同波长宽度的极窄带滤光片来实现不同精度的薄膜厚度测量。

在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，成像设备4具体包括：水平设置的透紫外汇聚透镜41和紫外CCD面阵42。结合大面积的透紫外汇聚透镜41和高灵敏的紫外CCD面阵42，则能实现在线的大面积的薄膜厚度测量。

在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，薄膜厚度测量装置还包括：设有熔融石英窗51的光学发黑箱体5。熔融石英窗51用于使光路中的光线透过。光学发光黑体5可以吸收环境中的其他光线以降低噪声。

在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，还包括半导体制冷片6。半导体制冷片6用于为紫外单色光源1降温，以使紫外单色光源1稳定地发光，不会由于温度的漂移使得工作状态发生变化。

由上可知，本发明设想了一套新的高精度便携式的薄膜厚度测量装置。该装置利用紫外LED、高稳定恒流源和半导体制冷片获得高稳定输出的紫外光源。再通过极窄带滤波片（目前半高宽可以达到0.1纳米）和带小孔的光阑得到极窄带的点状紫外光源。这种近单色的点光源照射到待测薄膜表面，利用传统的等倾干涉法和紫外透镜，将在大面积紫外CCD面阵上形成高精度的干涉环。通过定量分析干涉环的数据，我们将实时地得到大面积的高精度的薄膜厚度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种薄膜厚度测量装置，其特征在于，包括：

紫外单色光源；

光阑，所述光阑垂直设置；

半透半反镜，所述半透半反镜的中心点、所述光阑的中心点与紫外单色光源位于同一直线上，所述半透半反镜所在平面与所述光阑所在平面夹45°角，所述半透半反镜用于将所述紫外单色光源透过所述光阑的入射光向上反射到待测薄膜的内外表面，以及用于透过所述待测薄膜的内外表面向下射出的反射光；以及

成像设备，所述成像设备水平设置在所述半透半反镜的下方。

2.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，所述紫外单色光源具体包括：高稳定恒流源、紫外发光二极管和极窄带滤光片。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，所述成像设备具体包括：水平设置的透紫外汇聚透镜和紫外CCD面阵。

4.根据权利要求1-3所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，所述薄膜厚度测量装置还包括：设有熔融石英窗的光学发黑箱体。

5.根据权利要求1-4所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片用于为所述紫外单色光源降温。