CN104089582B - 金属膜光学检测装置和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属膜光学检测装置和检测方法。该装置包括承载器，在承载器的第一位置设置有斜朝向金属膜和基板的光源，在承载器的第二位置设置有接受来自金属膜或基板的反射光束的光敏感应器，处理来自光敏感应器的光信号的分析单元。分析单元根据入射光束与承载器之间的夹角、对应于金属膜的第一反射光斑与光源之间的第一长度、对应于基板的第二反射光斑与光源之间的第二长度而得到金属膜的厚度。使用这种金属膜光学检测装置能够以不与金属膜接触的方式测量金属膜的厚度，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器制造领域，特别涉及一种金属膜光学测量装置。本发明还涉及使用这种金属膜光学测量装置进行检测的方法。
背景技术
薄膜场效应晶体管液晶显示器(即，TFT-LCD)是目前最流行的显示器类型，其在电子设备中得到了广泛的应用。TFT-LCD是一种精密的显示器，需要精确控制其各个生产步骤。
在TFT-LCD的阵列基板的生产过程中，需要精确控制形成在阵列基板上的金属膜的厚度。目前通常使用段差量测机台来测量金属膜厚度。段差量测机台的测量原理为：将一根探针接触样品表面。在水平方向中移动该探针，探针会随着样品表面地貌的变化而上升或下降。通过感应装置计算出探针上升或下降的距离，从而可得出金属膜厚度。
但这种段差量测机台具有以下缺点：探针会与金属膜的接触。这种接触式量测会对金属膜表面造成一定的损伤。因此，需要一种能以不损伤金属膜表面的方式来检测金属膜的厚度的装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种金属膜光学检测装置。使用这种金属膜光学检测装置能够以不与金属膜接触的方式测量金属膜的厚度。本发明还涉及使用这种金属膜光学检测装置检测金属膜的方法。
根据本发明的第一方面，提出了一种金属膜光学检测装置，包括承载器，在承载器的第一位置设置有斜朝向金属膜和基板发射入射光束的光源，在承载器的第二位置设置有接受来自金属膜或基板的反射光束的光敏感应器，处理来自光敏感应器的光信号的分析单元，分析单元根据入射光束与承载器之间的夹角、对应于金属膜的第一反射光斑与光源之间的第一长度、对应于基板的第二反射光斑与光源之间的第二长度而得到金属膜的厚度。
本发明的装置使用光的反射来间接测得金属膜的厚度，完全避免了测量装置与金属膜的接触，从而避免了测量装置对金属膜的损伤。
在一个实施例中，光源为激光源。激光方向性很好并且发散性很小，使得第一反射光斑和第二反射光斑的直径很小，有助于准确测定第一长度和第二长度，从而测得金属膜的厚度也更准确。
在一个实施例中，分析单元包括亮度检测模块，亮度检测模块根据第一反射光斑内的暗点的数量得到金属膜的表面内的凸起的数量。通过设置亮度检测模块，在使用本发明的装置测量金属膜的厚度的同时，可以同时自动检测金属膜的表面内的凸起的数量，这降低了对金属膜的检测成本并且减少了检测流程，提高了液晶面板的生产效率。
在一个实施例中，入射光束的横截面积在25μm2到2500μm2之间。入射光束的横截面积如此小，可以得到金属膜表面非常小的面积单位内的凸起数量，从而提高了对金属膜表面凸起的分析精度。
在一个实施例中，夹角包括第一夹角和第二夹角，光源以第一夹角向金属膜发出入射光束，光敏感应器接受反射光束，分析单元计算出第一长度，并根据第一长度和第一夹角得到金属膜与承载器之间的第一距离；光源以第二夹角向基板发出入射光束，光敏感应器接受反射光束，分析单元计算出第二长度，并根据第二长度和第二夹角得到基板与承载器之间的第二距离；金属膜的厚度为第二距离与第一距离之间的差值。
在一个实施例中，承载器能沿平行于金属膜的方向移动。以实现向金属膜和向基板发射分别发射入射光束。
在一个实施例中，第一夹角与第二夹角相等。在装置的使用过程中，不需要多次调节和校准光源的方向，方便了使用者的使用。
在一个实施例中，光敏感应器为由多个光敏感应点组成的面区域。这种光敏感应器使得即使第一反射光斑和第二反射光斑的位置在较大范围内变化时，光敏感应器仍可接收到反射光束，从而使用者无需调节光敏感应器的位置，这方便了使用者的使用。
根据本发明的第二方面，提出了一种使用根据上文所述的金属膜光学检测装置检测金属膜的方法，该方法包括，步骤一：将承载器平行地设置在金属膜的上方，并且使光源和光敏感应器朝向金属膜；步骤二：光源以夹角向金属膜发出入射光束，光敏感应器接受反射光束，分析单元计算出第一长度，并根据第一长度和夹角得到金属膜与承载器之间的第一距离；步骤三：光源以夹角向基板发出入射光束，光敏感应器接受反射光束，分析单元计算出第二长度，并根据第二长度和夹角得到基板与承载器之间的第二距离；步骤四：计算第二距离和第一距离之间的差值，差值为金属膜的厚度。
在一个实施例中，在步骤三中，移动承载器，以使得光源以夹角向基板发出入射光束。
在一个实施例中，夹角包括第一夹角和第二夹角，第一夹角与第二夹角不相等，在步骤二中，夹角为第一夹角；在步骤三中，夹角为第二夹角。
在一个实施例中，分析单元包括亮度检测模块，亮度检测模块根据第一反射光斑内的暗点的数量得到金属膜的表面内的凸起的数量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的装置使用光的反射来间接测得金属膜的厚度，完全避免了测量装置与金属膜的接触，从而避免了测量装置对金属膜的损伤。(2)本发明的装置的分析单元包括亮度检测模块，亮度检测模块根据第一反射光斑内的暗点的数量得到金属膜的表面内的凸起的数量。由此，在使用本发明的装置测量金属膜的厚度的同时，可以同时自动检测金属膜的表面内的凸起的数量，这降低了对金属膜的检测成本并且减少了检测流程，提高了液晶面板的生产效率。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1和2是本发明的金属膜光学检测装置来测量金属膜厚度的第一实施例的原理图。
图3和4是本发明的金属膜光学检测装置来测量金属膜厚度的第二实施例的原理图。
图5是金属膜表面凸起的示意图。
图6到8是使用本发明的金属膜光学检测装置来检测金属膜表面的凸起数量的示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1和图2示意性地显示了使用本发明的金属膜光学检测装置10(以下称之为装置10)来测量金属膜厚度的原理图。首先来说明装置10所包括的部件：承载器21，设置在承载器21上的光敏感应器22和光源23，以及与光敏感应器22相连分析单元26。如图1或图2所示，在使用装置10时，光源23斜朝向金属膜25和基板24，以使得入射光束L1以与承载器21成θ角的方式照向金属膜25和基板24。光敏感应器22也朝向带测量的金属膜25和基板24，以接受来自金属膜25和基板24的反射光束L2。分析单元26接受来自光敏感应器22的反射光信号并处理这些信号。
下面来介绍使用装置10来测量形成在基板24上的金属膜25的厚度的原理。
图1和图2示意性地显示了使用装置10来测量金属膜25的厚度的第一实施例。在该第一实施例中，承载器21能够沿平行于金属膜25的方向移动，并且入射光束L1与承载器21之间的θ角(θ为锐角)的大小不变。为了便于操作和计算，可将夹角θ选择为45度。如图1所示，首先将承载器21平行地设置在金属膜25(或基板24)的上方，并且使光源23和光敏感应器22朝向金属膜25。接着，使光源23向金属膜25发出入射光束L1。应注意地是，入射光束L1与承载器21之间的夹角为θ。光敏感应器22接受反射光束L2。分析单元26计算出光敏感应器22上的第一反射光斑与光源23之间的第一长度S1，并根据第一长度S1和夹角θ得到金属膜25与承载器21之间的第一距离H1。
由于承载器21与金属膜25平行，因此根据光反射原理，射入光L1、反射光束L2和承载器21共同围成等腰三角形，并且射入光L1、反射光束L2是等腰三角形的两条腰。则金属膜25与承载器21之间的第一距离H1可由下式得到。
H1＝(S1/2)×tgθ
接下来，移动承载器21，使光源23向基板24发出入射光束L3。应注意地是，入射光束L3与承载器21之间的夹角仍为θ，如图2所示。光敏感应器22接受反射光束L4。分析单元26计算出光敏感应器22上的第二反射光斑与光源23之间的第二长度S2，并根据第二长度S2和夹角θ得到基板24与承载器21之间的第二距离H2。第二距离H2的获得方式与第一距离H1的获得方式相同，这里不再赘述。
由此，金属膜25的厚度H为H2和H1之间的差值。
图3和图4示意性地显示了使用装置10来测量金属膜25的厚度的第二实施例。在该第二实施例中，承载器21不移动，而入射光束L5与承载器21之间的角(该夹角为锐角)的大小为变化。如图3所示，首先，使光源23向金属膜25发出入射光束L5。应注意地是，入射光束L5与承载器21之间为第一夹角θ1。光敏感应器22接受反射光束L6。分析单元26计算出光敏感应器22上的第一反射光斑与光源23之间的第一长度S1’，并根据第一长度S1’和第一夹角θ1得到金属膜25与承载器21之间的第一距离H1’。金属膜25与承载器21之间的第一距离为H1’。第一距离H1’的获得方式与第一距离H1的获得方式相同，这里不再赘述。
接下来，调节光源23的方向，使得射向基板24的入射光束L7与承载器21之间为第二夹角θ2，如图4所示。应注意地是，第一夹角θ1与第二夹角θ2不相等。光敏感应器22接受反射光束L8。分析单元26计算出光敏感应器22上的第二反射光斑与光源23之间的第二长度S2’，并根据第二长度S2’和第二夹角θ2得到基板24与承载器21之间的第二距离H2’。第二距离H2’的获得方式与第一距离H1的获得方式相同，这里不再赘述。
由此，金属膜25的厚度H为H2’和H1’之间的差值。
在第二实施例中，由于不需要移动承载器21，因此装置10也可略去用于移动承载器21的动力装置，降低了装置10的生产成本。此外，由于承载器21的位置是固定的，因此在将承载器21设置为与基板24或金属膜25平行后，则承载器21与基板24或金属膜25始终保持为平行，这方便了使用。
还应理解地是，在实施例二中，在调节夹角的同时也可以移动承载器21，以减小第二长度S2’的长度，从而承载器21可以制造为相对小，方便了使用。
光源23为激光源。激光方向性很好并且发散性很小，使得第一反射光斑和第二反射光斑的直径很小，有助于准确测定第一长度和第二长度，从而测得金属膜25的厚度H也更准确。
光敏感应器22为由多个光敏感应点28组成的面区域，如图1到4所示。光源23可处于面区域的光敏感应器22的边缘。这种类型的光敏感应器22使得即使第一反射光斑或第二反射光斑的位置在较大范围内变化，光敏感应器22仍可接收到反射光束，从而使用者无需调节光敏感应器22的位置，这方便了使用者的使用。
分析单元26还可以包括亮度检测模块29。亮度检测模块29可根据第一反射光斑内的暗点的数量得到金属膜25的表面内的凸起31(如图5所示)的数量。这样，在测量金属膜25的厚度的同时，可以同时自动检测金属膜25表面的凸起31的数量，这降低了对金属膜25的检测成本并且减少了检测流程，提高了液晶面板(未示出)的生产效率。
图5示意性地显示了金属膜25的表面形貌。如图5所示，在金属膜25的表面的不同区域存在有不同数量的凸起31，这些凸起31会导致液晶面板的品质降低。在使用装置10测量金属膜25的厚度H的同时，凸起31所反射的反射光束L9的方向与金属膜25表面的其他区域的反射的反射光束L10的方向不同，因此在第一反射光斑70内会出现对应于凸起31的暗点62(如图7所示)。亮度检测模块29能够检测到这些暗点62，并且能计数这些暗点62的数量。也就是说，亮度检测模块29所计数的暗点62的数量反应了凸起31的数量。使用者可以由此规定金属膜25的表面品质，例如凸起数量为零，则金属膜25的表面为优(如图6所示)；凸起数量为1到4，则金属膜25的表面为良(如图7所示)；凸起数量为5或5以上，则金属膜25的表面为差(如图8所示)。
优选地，入射光束的横截面积可在25μm2到2500μm2之间。入射光束的横截面积如此小，可以分析金属膜表面非常小的面积单位内的凸起数量，也就是说装置10对金属膜25表面的凸起数量的分辨率很高，从而可更精细地观察金属膜25的表面形貌，提高了对金属膜25表面的分析精度。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (11)
1.一种金属膜光学检测装置，包括承载器，在所述承载器的第一位置设置有斜朝向金属膜和基板发射入射光束的光源，在所述承载器的第二位置设置有接受来自所述金属膜或基板的反射光束的光敏感应器，处理来自所述光敏感应器的光信号的分析单元，
其中，所述分析单元根据所述入射光束与承载器之间的夹角、对应于金属膜的第一反射光斑与光源之间的第一长度、对应于基板的第二反射光斑与光源之间的第二长度而得到所述金属膜的厚度，
所述夹角包括第一夹角和第二夹角，
所述光源以第一夹角向所述金属膜发出入射光束，所述光敏感应器接受反射光束，所述分析单元计算出第一长度，并根据第一长度和第一夹角得到所述金属膜与所述承载器之间的第一距离；
所述光源以第二夹角向所述基板发出入射光束，所述光敏感应器接受反射光束，所述分析单元计算出第二长度，并根据第二长度和第二夹角得到基板与所述承载器之间的第二距离；
所述金属膜的厚度为第二距离与第一距离之间的差值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析单元包括亮度检测模块，所述亮度检测模块根据所述第一反射光斑内的暗点的数量得到所述金属膜的表面内的凸起的数量。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述承载器能沿平行于所述金属膜的方向移动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一夹角与所述第二夹角相等。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光敏感应器为由多个光敏感应点组成的面区域。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光源为激光源。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述入射光束的横截面积在25μm2到2500μm2之间。
8.一种使用根据权利要求1到7中任一项所述的金属膜光学检测装置检测金属膜的方法，所述方法包括，
步骤一：将所述承载器平行地设置在所述金属膜的上方，并且使光源和光敏感应器朝向所述金属膜；
步骤二：所述光源以所述第一夹角向所述金属膜发出入射光束，所述光敏感应器接受反射光束，所述分析单元计算出第一长度，并根据第一长度和夹角得到所述金属膜与所述承载器之间的第一距离；
步骤三：所述光源以所述第二夹角向所述基板发出入射光束，所述光敏感应器接受反射光束，所述分析单元计算出第二长度，并根据第二长度和夹角得到所述基板与所述承载器之间的第二距离；
步骤四：计算所述第二距离和第一距离之间的差值，所述差值为所述金属膜的厚度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，移动所述承载器，以使得所述光源以所述第二夹角向所述基板发出入射光束。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述夹角包括第一夹角和第二夹角，所述第一夹角与第二夹角不相等，
在所述步骤二中，所述夹角为第一夹角；
在所述步骤三中，所述夹角为第二夹角。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述分析单元包括亮度检测模块，所述亮度检测模块根据所述第一反射光斑内的暗点的数量得到所述金属膜的表面内的凸起的数量。
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