CN104204720A - 透明基板监测装置和透明基板监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透明基板监测装置和透明基板监测方法。所述透明基板监测装置包括：用于发光的发光单元；双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以使光能够从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播方向相交；光学检测单元，所述光学检测单元测量形成在屏幕平面上的干涉图样的强度轮廓或位置；和信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学检测单元的信号以计算光学相位差或光程差。

Description

透明基板监测装置和透明基板监测方法

技术领域

本发明涉及一种厚度变化测量装置和厚度变化测量方法，更加具体地，涉及一种能够使用双狭缝精确测量厚度变化的厚度变化测量装置和厚度变化测量方法。

本发明还涉及一种透明基板监测装置和透明基板监测方法，更加具体地，涉及一种能够使用双狭缝精确监测光程差的变化的透明基板监测装置和透明基板监测方法。

背景技术

由玻璃等制成的基板用于诸如液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示器件等平板显示器件。随着最近的朝着更大面积和更高分辨率显示器件的趋势，显示器件中包含的基板的面积变得更大。这样的基板厚度的不均匀性可能对显示器件的图像质量造成不利影响。因此，保持基板的整个表面的均匀厚度是重要的。

一般而言，反射式厚度测量装置用来测量几纳米(nm)至几十纳米(nm)的厚度变化。反射式厚度测量装置利用从基板的正面反射的光和从基板背面反射的光之间的干涉。然而，大面积的基板可能导致基板在基板厚度测量期间内翘曲。根据基板的翘曲程度，从基板反射的光的路径发生改变，这使得精确地测量基板厚度变得困难。

发明内容

技术问题

本发明的实施例提供了能够通过使用双狭缝精确测量测量目标的厚度变化的厚度变化测量装置和厚度变化测量器件。

本发明的实施例还提供了这样的透明基板监测装置和透明基板监测方法：上述装置和方法使用双狭缝测量光学相位差，并且通过使透明基板在双狭缝的方向上移动双狭缝的间隔并连接所有的测量位置来提供光学相位差的空间分布。

解决该技术问题的技术方案

根据本发明实施例的透明基板监测装置可以包括：用于发光的发光单元；双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播方向相交；光学检测单元，所述光学检测单元测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的干涉图样的强度轮廓或位置，所述第一光透过布置在所述发光单元与所述双狭缝之间的透明基板的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述透明基板的第二位置并穿过所述第二狭缝；和信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学检测单元的信号以计算穿过所述透明基板的所述第一位置与所述第二位置的光线的光学相位差或光程差。

在本发明的实施例中，所述信号处理单元可以使用所述干涉图样在所述第一方向上的位置来计算所述光程差。

在本发明的实施例中，在所述第一方向上移动的所述透明基板是玻璃基板。

在本发明的实施例中，所述光学检测单元可以包括位置敏感检测器。所述透明基板监测装置还可以包括光圈，所述光圈布置在所述光学检测单元的前方以使所述干涉图样的主极大图样能够从该光圈中穿过。所述位置敏感检测器可以输出所述主极大图样的中心位置。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测装置还可以包括第一光圈和第二光圈，所述第一光圈和所述第二光圈布置在所述光学检测单元的前方并在所述第一方向上彼此间隔开。所述光学检测单元可以包括布置在所述第一光圈后方的第一光学检测单元和布置在所述第二光圈后方的第二检测单元。所述第一光圈与所述第二光圈之间的间隔可以小于所述主极大图样的宽度。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测装置还可以包括光圈，所述光圈布置在所述光学检测单元的前方。所述光学检测单元可以包括布置在所述光圈的后方并且在所述第一方向上排列的光学传感器阵列。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测装置还可以包括透镜单元，所述透镜单元布置在所述双狭缝与所述光学检测单元之间。所述光学检测单元可以布置在所述透镜单元的焦点处。

在本发明的实施例中，所述发光单元可以包括：光源；和反射组件，所述反射组件改变所述光源的输出光的光路并将光路改变的光提供至所述双狭缝。

在本发明的实施例中，所述发光单元可以包括：光源；光纤，所述光纤接收所述光源的输出光；和准直透镜，所述准直透镜将从所述光纤输出的光转换成准直光并将所述准直光提供至所述双狭缝。

在本发明的实施例中，所述发光单元可以包括：第一光源，所述第一光源发出第一波长的光；第二光源，所述第二光源发出第二波长的光，所述第一波长不同于所述第一波长；定向耦合器，所述定向耦合器将所述第一光源的光路与所述第二光源的光路耦合；和准直透镜，所述准直透镜将所述定向耦合器的输出光提供至所述双狭缝。

在本发明的实施例中，所述第一光源和所述第二光源可以以脉冲模式工作。所述第一光源和所述第二光源可以依次将输出光提供至所述双狭缝。

根据本发明实施例的透明基板监测方法可以包括：设置双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播相交；通过让具有相干性的第一波长的光相继穿过透明基板和所述双狭缝来形成第一干涉图样；测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的所述第一干涉图样的位置，所述第一光透过布置在所述双狭缝前方的所述透明基板的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述透明基板的第二位置并穿过所述第二狭缝；并且通过分析所述第一波长的光的所述第一干涉图样的位置来测量由所述透明基板造成的第一相位差。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：在狭缝分隔方向上使所述透明基板移动所述双狭缝的狭缝间隔。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：通过对在之前位置处测量的所述第一相位差求和来计算所述透明基板的第一累积相位差的空间分布。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：通过让具有相干性的第二波长的光相继通过所述透明基板和所述双狭缝来形成第二干涉图样；通过测量所述第二波长的光的所述第二图样的位置来测量由所述透明基板造成的第二相位差；并且通过使用所述第一相位差和所述第二相位差来提取出所述透明基板的所述第一位置与所述第二位置之间的折射率差和厚度差。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：在狭缝分隔方向上使所述透明基板移动所述双狭缝的狭缝间隔。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：通过对在之前位置处测量的所述折射率差求和来提取折射率差的空间分布，并且通过对在之前位置处测量的所述厚度差求和来提取厚度差的空间分布。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：在所述双狭缝的后方安装透镜以具有在所述屏幕平面上的焦点。

在本发明的实施例中，所述透明基板监测方法还可以包括：在所述屏幕平面上设置光圈以仅允许所述第一干涉图样中的主极大图样从所述光圈中穿过。

根据本发明实施例的光学相位差测量装置可以包括：用于发光的发光单元；双狭缝，其布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播相交；光学检测单元，其测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的干涉图样的强度轮廓或位置，所述第一光透过布置在所述发光单元与所述双狭缝之间的测量目标的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述测量目标的第二位置并穿过所述第二狭缝；和信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学检测单元的信号以计算穿过所述透明基板的所述第一位置和所述第二位置的光线的光学相位差。

根据本发明实施例的厚度变化测量装置可以包括：用于发光的发光单元；双狭缝，所述双狭缝包括在与光的传播方向相交的方向上彼此间隔开的第一开口和第二开口；测量目标，所述测量目标布置在所述发光单元与所述双狭缝之间以使能够透过；光学位置检测单元，所述光学位置检测单元接收由穿过所述第一开口和所述第二开口的光生成的干涉光以检测干涉图样的位置变化；和信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学位置检测单元的信号以计算所述测量目标的厚度变化。

在本发明的实施例中，所述干涉光的强度可以根据所述测量目标的与所述第一开口相对应的第一区域的厚度和所述测量目标的与所述第二开口相对应的第二区域的厚度之间的差值而变化。

在本发明的实施例中，所述厚度变化测量装置还包括移动控制单元，所述移动控制单元使所述测量目标在与从所述发光单元发出的光的传播方向相交的方向上移动。

在本发明的实施例中，所述厚度变化测量装置还可以包括正透镜，所述正透镜布置在所述双狭缝与所述光学位置检测单元之间。

在本发明的实施例中，所述厚度变化测量装置还可以包括光学组件，所述光学组件布置在所述发光单元与所述测量目标之间并将从所述发光单元发出的光转换成平行光。

在本发明的实施例中，所述光学位置检测单元可以包括第一光学检测器和第二光学检测器。所述第一光学检测器和所述第二光学检测器可以布置在与光的传播方向相交的方向上以使所述第一光学检测器和所述第二光学检测器与干涉光强度最大的位置间隔相同的距离。

根据本发明实施例的厚度变化测量方法可以包括：布置透光的测量目标以及允许光从中穿过并包括彼此间隔开的第一开口和第二开口的双狭缝；发出光以使光相继通过所述测量目标和所述双狭缝；并且令光学位置检测单元接收由穿过所述第一开口和第二开口的光产生的干涉光；并且接收来自所述光学位置检测单元的信号以计算所述测量目标的厚度变化。

在本发明的实施例中，所述测量目标可以在与所述发光单元发出的光的传播方向相交的方向上移动。

在本发明的实施例中，正透镜可以布置在所述双狭缝与所述光学位置检测单元之间以使穿过所述双狭缝的光聚焦。

在本发明的实施例中，光学组件布置在所述发光单元与所述测量目标之间以将所述发光单元发出的光转换成平行光。

在本发明的实施例中，令光学位置检测单元接收干涉光可以包括：由包括第一光学检测器和第二光学检测器的光学位置检测单元接收干涉光，所述第一光学检测器和所述第二光学检测器布置在与光的传播方向相交的方向上来使它们与干涉光强度最大的位置间隔相同的距离。

本发明的有效效果

通过上述的厚度变化测量装置和厚度变化测量方法，能够精确测量测量目标的厚度变化并且能够测量测量目标的整个表面的厚度变化的形势。

根据本发明实施例的透明基板监测装置能够抗振动地测量光学相位差。

根据本发明实施例的透明基板监测装置能够通过使用两个波长将光学相位差分离成折射率和厚度。

附图说明

参照附图及随附的详细说明，本发明将变得更加显然。通过示例的方式而非通过限制的方式提供本文中所描述的实施例，其中，相似得参考符号表示相同或相似的元件。附图未必按照比例绘制，而是将重点放在图示本发明的方面。

图1是关于本发明实施例的厚度变化测量装置的透视图。

图2是图示了通过双狭缝的光的干涉图样的曲线图。

图3是通过放大图2的A区域而图示了干涉光的强度变化的曲线图。

图4是图示了根据图1的厚度变化测量装置中的相位差的信号变化的曲线图。

图5是图示了使用图1的根据实施例的厚度变化测量装置的厚度变化测量方法的步骤的流程图。

图6A图示了根据本发明实施例的透明基板监测装置。

图6B是图6A的透明基板监测装置的立体图。

图7A图示了当图6的透明基板监测装置中存在相位差时的干涉图样。

图7B示出了依赖于时间的干涉图样移动量。

图7C将取决于时间的干涉图样移动量显示为依赖于位置的光学相位差。

图7D示出了对图7C的光学相位差进行求和的结果。

图8图示了根据本发明另一个实施例的透明基板监测装置。

图9图示了根据本发明又一个实施例的透明基板监测装置。

图10图示了根据本发明再一个实施例的透明基板监测装置。

图11是图10的透明基板监测装置的时序图。

图12图示了根据本发明实施例的透明基板监测方法。

图13示出了使用图12的方法而获得的结果。

图14是图示了根据本发明实施例的透明基板监测方法的流程图。

图15是图示了根据本发明另一个实施例的透明基板监测方法的流程图。

图16是示出了根据本发明实施例的光程差测量结果的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，如果透明基板的厚度不均匀，那么通过透明基板的光的光程长度就发生变化。因此，通过玻璃的光的相位差发生在各自的位置处。为了测量相位差，把从光源发射出的光束转换为平行光并使它们通过透明基板。通过透明基板的光束射在具有狭缝间隔“a”的双狭缝上。通过双狭缝的光被衍射以在屏幕平面上形成干涉条纹，该屏幕平面上布置有光学检测单元。如果不存在由双狭缝的各光程造成的相位差，则干涉条纹的最大峰值位于双狭缝的中心。如果存在由双狭缝的各光程造成的相位差，那么位于双狭缝中心的干涉条纹的最大峰值在x轴方向，即，狭缝间隔方向上垂直移动。因此，如果使用光学检测单元来测量干涉条纹的峰值点的位置如何变化，就能够知道透明基板的两个位置处的厚度差。

此外，通过折射率和厚度(或距离)的相乘来表达使用双狭缝测量的光程差。需要额外的测量来从光程差中分离出关于折射率和厚度的信息。如果以不同的两个波长测量同一位置的光程差，就可以获得厚度差和折射率差。

现在将在下文中参照附图更加全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来呈现且不应该被理解为限于本文中所述的实施例。确切地说，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并将本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚图示，放大了元件或组件。在全文中，相似的符号表示相似的元件。

图1是关于本发明实施例的厚度变化测量装置的透视图。

如图1所示，关于本发明实施例的厚度变化测量装置包括发出光的发光单元10、具有第一开口31和第二开口32(发光单元10发出的光穿过这两个开口)的双狭缝30、布置在发光单元10与双狭缝之间以使光能够透过的待测对象(以下被称为“测量目标”)20、接收由穿过双狭缝30的光产生的干涉光以产生信号的光学位置检测单元40以及接收光学位置检测单元40的信号以计算测量目标20的厚度变化的信号处理单元80。

发光单元10发射用来测量测量目标20的厚度变化的光。该光具有相干性。发光单元10可以被实施为激光光源。发光单元10可以是以单一波长发射激光的激光器或以两个不同波长发射激光的两个激光器。

双狭缝30在与发光单元10发射的光传播的方向相交的方向上延伸。双狭缝30具有第一开口31和第二开口32，第一开口31和第二开口32在与从发光单元10发出的光传播的方向相交的方向上彼此被间隔开，以使光能够透过。

测量目标20被布置在双狭缝30与发光单元10之间。测量目标20是发光单元10发出的光能够穿过的透光材料。

在发光单元10与测量目标20之间可以布置有光学组件15。光学组件15可以是将从发光单元10发出的光转换为平行光的准直器并且包括两个不同焦距的正透镜。

发光单元10发出的光穿过测量目标20。穿过测量目标20之后，光分别穿过开口31和32。光在穿过开口31和32的同时被衍射。衍射光彼此结合而产生干涉光。

图2所示的预定干涉图样形成虚拟屏幕表面60上，虚拟屏幕表面60被布置为与双狭缝30间隔开。当测量目标20移动时，选出一个或多个干涉图样来测量干涉图样的移动量。光学位置检测单元40被配置在虚拟屏幕表面60上并收集干涉光以测量干涉信号的位置变化量。光学位置检测单元40包括第一光学检测器41和第二光学检测器42。通过选择在测量目标20不存在的状态下由穿过第一开口31和第二开口32的光产生的干涉图样中的一个干涉图样，使第一光学检测器41和第二光学检测器42被布置为在与光传播方向相交的方向上与干涉光的最大强度位置间隔相同的距离。

光学位置检测单元40可以包括多个光电二极管，每个光电二极管具有形成有光圈的正面。

然而，本发明不限于此，且光学位置检测单元40可以包括光电二极管阵列或电荷耦合二极管(CCD)。

在双狭缝30与光学位置检测单元40之间可以布置有正透镜50，且光学位置检测单元40可以被布置在与正透镜50的焦距相对应的区域内。

测量目标20可以被布置为在与发光单元10发出的光的传播方向相交的方向上在发光单元10与双狭缝30之间是可移动的。通过连接至汽缸92的端部的加压组件93对测量目标20加压，汽缸92被驱动组件91灵活地移动。因此，测量目标20可以在与发光单元10的光传播方向相交的方向上移动。

驱动组件91可以电连接至移动控制单元90且可以被移动控制单元90施加的控制信号操作以使测量目标20能够以恒定的速度移动。

图2是图示了通过双狭缝的光的干涉图样的曲线图。

图2示出了当穿过双狭缝30的第一开口31和第二开口32的光因为去除了图1中的测量目标20或测量目标20的第一区域的厚度t1等于测量目标20的第二区域的厚度t2而具有相同相位时，形成在虚拟屏幕表面60上的干涉图样。

在图2中，θ表示表明了形成在虚拟屏幕表面60上的干涉图样的位置的角度，并且与偏离将双狭缝30的中心与虚拟屏幕表面60连接起来的垂直线的角度相对应。在图2的曲线图中，光强I(θ)由下面的方程式(1)表示。当θ是0时，干涉光的强度是最大的。

光位置检测单元40的第一光学检测器41和第二光学检测器42被布置为与干涉光的强度最大值位置(在该位置处，θ对应于0或π)间隔相同的距离。

方程式(1)

$I\left(\mathrm{\θ}\right)={4I}_0\left(\frac{{\sin }^2\mathrm{\β}}{{\mathrm{\β}}^2}\right){\cos }^2\mathrm{\α}$

在方程式(1)中，I₀代表从光源发出的光的强度、α代表下面的方程式(2)的值且β代表下面的方程式(3)。

方程式(2)

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{ka}}{2}\sin \mathrm{\θ}$

方程式(3)

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{kb}}{2}\sin \mathrm{\θ}$

在方程式(2)和(3)中，“a”代表双狭缝30的第一开口31与第二开口32之间的距离、“b”表示双狭缝30的第一开口31和第二开口32各自的宽度并且“k”对应于2π/λ(λ是使用的光的波长)。

图2所示的曲线对应于当穿过双狭缝的第一开口31和第二开口32的光具有相同相位时的曲线。然而，如图1所示，当第一区域厚度t1和第二区域厚度t2不同的测量目标20被布置在双狭缝30与发光单元10之间以造成穿过第一开口31和第二开口32的光之间的相位差时，干涉光可能改变形成在虚拟屏幕表面60上的干涉图样的形式。

图3是通过放大图2的A区域而图示了干涉光的强度变化的曲线图。

如图1所示，测量目标20的与双狭缝30的第一开口31相对应的第一区域21的厚度t1可以不同于测量目标20的与双狭缝30的第二开口32相对应的第二区域22的厚度t2。在第一区域21和第二区域22的厚度不同的情况下，通过第一开口31和第二开口32的光的相位可能彼此不同。

图3图示了由第一开口31和第二开口32之间的光的相位差造成的干涉图样变化。

第一光学检测器41和第二光学检测器42被布置为与当不存在测量目标20或通过双狭缝30的第一开口31和第二开口32的光之间不存在相位差时的干涉光的强度最大值位置间隔相同的距离Z₀。因此，当穿过第一开口31和第二开口32的光之间不存在相位差时，相同强度的干涉光100a和100b根据干涉图样100分别射在第一光学检测器41和第二光学检测器42上。

然而，如图3(a)所示，如果由于测量目标20的厚度变化而使衍射光的干涉图样转变为右移动图样101，那么就使得射在第一光学检测器41上的干涉光的强度101b小于射在第二光学检测器42上的干涉光的强度101a。

此外，如图3(b)所示，如果由于测量目标20的厚度变化而使衍射光的干涉图样转变为左移动图样102，那么就使得射在第一光学检测器41上的干涉光的强度102b大于射在第二光学检测器42上的干涉光的强度102a。

当第一开口31处的光与第二开口32处的光之间的相位差是时，可以由下面的方程式(4)来表达表明第一光学检测器41和第二光学检测器42处的干涉光的电场E的信号。

方程式(4)

$\begin{array}{c}E=\mathrm{bc}\left(\frac{\sin (\mathrm{\β}-\frac{b}{2a}{\mathrm{\φ}}_0)}{\mathrm{\β}-\frac{b}{2a}{\mathrm{\φ}}_0}\right)[\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{kR})+\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{kR}+2\mathrm{\α}-{\mathrm{\φ}}_0)]\\ =2\mathrm{bc}\left(\frac{\sin (\mathrm{\β}-\frac{b}{2a}{\mathrm{\φ}}_0)}{\mathrm{\β}-\frac{b}{2a}{\mathrm{\φ}}_0}\right)\cos (\mathrm{\α}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{kR}+\mathrm{\α}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})\end{array}$

在方程式(4)中，代表到达图1中的第一开口31的光与第二开口32的光之间的相位差、“c”代表考虑到反射或损耗的常数、“R”代表从双狭缝30到虚拟屏幕表面60的距离、“ω”代表光的角频率、“b”代表狭缝的宽度、“k”代表光的波数，“t”代表时间。在图1中，当布置测量目标20以产生穿过双狭缝30的第一开口31和第二开口32的光之间的相位差时，可以由下面的方程式(5)来表达将干涉图样形成在虚拟屏幕表面60上的干涉光的强度。

方程式(5)

$I\left(\mathrm{\θ}\right)={4I}_0\left(\frac{{\sin }^2(\mathrm{\β}-{\mathrm{\φ}}_0)}{{(\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})}^2}\right){\cos }^2(\mathrm{\α}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})$

从方程式(5)将理解的是，干涉图样(条纹图样)随着的值的变化而向右或向左移动，是到达第一开口31的光与到达第二开口32的光之间的相位差。

可以使用方程式(5)推导出下面的方程式(6)以根据双狭缝30的第一开口31和第二开口32处的光的相位差来获得第一光学检测器41与第二光学检测器42之间的信号差。

方程式(6)

$\begin{array}{c}V\left({\mathrm{\φ}}_0\right)=V(\mathrm{\θ},{\mathrm{\φ}}_0)-V(-\mathrm{\θ},{\mathrm{\φ}}_0)\\ =A|{\cos }^2(\frac{\mathrm{ka}}{2}\sin \mathrm{\θ}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})-{\cos }^2(-\frac{\mathrm{ka}}{2}\sin \mathrm{\θ}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})|\end{array}$

在方程式(6)中，“A”代表考虑到光学检测器的增益的I-V转换常数。

图4是图示了取决于图1的厚度变化测量装置的相位差的信号变化的曲线图。

图4示出了取决于双狭缝30的第一开口31和第二开口32处的光之间的相位差的第一光学检测器41和第二光学检测器42之间的信号差V

当第一光学检测器41和第二光学检测器42之间的信号差是V且第一开口31处的光和第二开口32处的光之间的相位差是时，可以由下面的方程式(7)来表达信号差V

方程式(7)

$V\left({\mathrm{\φ}}_0\right)=V(\mathrm{\θ},{\mathrm{\φ}}_0)-V(-\mathrm{\θ},{\mathrm{\φ}}_0)\≈A[{\cos }^2(\frac{\mathrm{ka}}{2}\×\frac{z_0}{F}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})-{\cos }^2(-\frac{\mathrm{ka}}{2}\×\frac{z_0}{F}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})]$

在方程式(7)中，“a”代表第一开口31和第二开口32的距离、“k”对应于2π/λ(λ是使用的光的波长)、“Z₀”对应于第一光学检测器41和第二光学检测器42之间的距离的一半、“F”表示透镜的焦距且方程式(6)和(7)中的“A”等于方程式(8)。

方程式(8)

$A={4I}_0\left(\frac{{\sin }^2(\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})}{{(\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{2})}^2}\right)$

可以从第一光学检测器41与第二光学检测器42之间的信号差计算出第一开口31处的光与第二开口32处的光的相位差可以从相位差计算出测量目标20的第一区域厚度t1与第二区域厚度t2之间的差值。

在这里，是2(n-1)π/λ(t1-t2)并且“n”表示测量目标的折射率。

如图1所示，当通过放大器70把第一光学检测器41的信号和第二光学检测器42的信号施加到信号处理单元80时，信号处理单元80可以计算测量目标20的厚度变化。因此，信号处理单元80可以处理第一光学检测器41的信号和第二光学检测器42的信号的差异以精确测量测量目标20的厚度变化。因此，可以理解测量目标20的表面处的厚度变化的图样。

图5是图示了使用图1的根据实施例的厚度变化测量装置的厚度变化测量方法的步骤的流程图。

图1所示的厚度变化测量方法包括：布置光从中穿过的测量目标和双狭缝(S110)、使光依次照射至测量目标和双狭缝(S120)、使用光位置检测单元接收穿过双狭缝的干涉光(S130)，并且通过接收来自光位置检测单元的信号计算测量目标的厚度变化(S140)。可以由连接至图1所示的厚度变化测量装置的发光单元10、信号处理单元80和移动控制单元90以控制各个元件的操作的计算机进行厚度变化测量方法的步骤S110至S140。此外，在将厚度变化测量方法的步骤S110至S140写为在计算机上可执行的程序之后，可以分别将厚度变化测量方法的步骤S110至S140记录在非易失性记录介质中。

现在将在下面详细说明根据本发明实施例的透明基板监测装置和透明基板监测方法。

以高温制造玻璃基板并使之冷却至保持处于固态。通过驱动组件传送玻璃基板或塑料基板。所述驱动组件可以是传送辊。需要研究玻璃基板的诸如厚度和折射率等等物理特性。在薄膜或杂质沉积在透明基板或玻璃基板上的情况下，需要用于监测透明基板的方法。

透明基板在被传送的同时会引发振动。因此，传统的监测方法存在因振动而导致的误差。需要一种在不发生因透明基板的振动而导致误差的情况下实时监测透明基板的性质的装置和方法。

根据本发明的实施例，干涉光通过透明基板。因此，可以抑制因透明基板的振动而导致的误差。

图6A图示了根据本发明实施例的透明基板监测装置。

图6B是图6A的透明基板监测装置的立体图。

图7A图示了当图6的透明基板监测装置中存在相位差时的干涉图样。

图7B示出了取决于时间的干涉图样的移动量。

图7C将取决于时间的干涉图样移动量示出为取决于位置的光学相位差。

图7D示出了对图7C的光学相位差进行求和的结果。

参照图6和图7，根据本发明实施例的透明基板监测装置200包括发光的发光单元210、双狭缝240、光学检测单元260和信号处理单元(未示出)；双狭缝240被布置在由与光的传播方向(z轴方向)相交的第一方向(x轴方向)和第二方向(y轴方向)确定的第一平面(xy平面)241上，并且包括在第一方向上彼此间隔开以使光能够穿过的第一狭缝242和第二狭缝244；光学检测单元260测量由第一光211a和第二光211b形成在屏幕平面261上的干涉图样，第一光211a透过布置在发光单元210与双狭缝240之间的透明基板220的第一位置x1并穿过第一狭缝240的第一光211a，第二光211b透过透明基板220的第二位置x2并穿过第二狭缝244；信号处理单元接收来自光学检测单元260的信号以计算由透明基板220导致的光学相位差或光程差。

发光单元210可以是具有相干性的光源。具体地，光源210可以是激光器、激光二极管或发光二极管(LED)。发光单元210的波长可以是可见光区域或红外光区域。发光单元210的波长可以取决于透明基板的性质。例如，在红外区域中硅基板可以是透明的。在红外区域和可见光区域中玻璃基板可以是透明的。

双狭缝240可以接收平行光。准直透镜单元(未示出)可以被布置在发光单元210与双狭缝240之间以将准直后的光提供给双狭缝240。

双狭缝240可以被布置在与入射光的传播方向(z轴方向)正交的第一平面(xy平面)241上。双狭缝240可以被布置在第一平面241上并且包括第一狭缝242和第二狭缝244。第一狭缝242和第二狭缝244均可以是带状线型狭缝。第一狭缝242和第二狭缝244可以具有恒定的宽度“b”和恒定的长度“l”。第一狭缝242和第二狭缝244可以具有恒定的间隔“a”。第一狭缝242和第二狭缝244可以被配置为在x轴方向上彼此间隔开，且第一狭缝242和第二狭缝244的长度方向可以是y轴方向。第一狭缝242和第二狭缝244之间的间隔可以是0.1mm或0.05mm。狭缝宽度“b”可以是0.01mm或0.02mm。狭缝长度“l”可以是几毫米。

穿过第一狭缝242的第一光可以被衍射，且穿过第二狭缝244的第二光可以被衍射。第一光和第二光可以在屏幕平面261上形成干涉条纹。双狭缝240允许光穿过第一狭缝242和第二狭缝244，但是阻止光通过其它的区域。因此，双狭缝240的第一狭缝242和第二狭缝244可以是通孔型狭缝。

根据本发明的变型例，双狭缝240可以具有这样的结构：在透明基板的第一狭缝和第二狭缝以外的区域，涂覆有吸收或反射光的材料。

透明基板220可以被布置在发光单元210与双狭缝240之间。透明基板220的布置平面可以是xy平面。可以以恒定的速度在x轴方向上传送透明基板230。

透明基板220可以被布置在双狭缝240的布置平面的旁边。透明基板220可以以恒定的速度在x轴方向上连续移动。透明基板220可以是玻璃基板、塑料基板、硅基板、蓝宝石基板或透明膜。透明基板220的厚度可以是从几十微米至几十毫米的范围。在透明基板220上可以布置有薄膜、图案或杂质。

根据本发明实施例的监测装置可以测量透明基板的相对光学相位差或相对光程差。此外，所述监测装置可以提供关于薄膜的信息和关于杂质的信息。

根据本发明的变型例，透明基板的布置平面和双狭缝的布置平面可以不彼此排成一行。

在光学检测单元260与双狭缝240之间可以布置有透镜单元250。优选地，透镜单元250可以被布置为向双狭缝240倾斜。双狭缝240的中心轴线和透镜单元250的中心轴线可以彼此匹配。透镜单元250可以是焦距为F的凸透镜。屏幕平面261可以被布置在透镜单元250的焦点处。光学检测单元260可以被布置在屏幕平面261上。因为双狭缝240被布置为在x轴方向上间隔开，所以干涉图样可以具有x轴方向上的条带状。

光学检测单元260检测由双狭缝240形成的干涉条纹。光学检测单元260的中心轴线可以与透镜单元250的中心轴线或双狭缝240的中心轴线匹配。

干涉条纹可以被分成主极大图样和旁瓣图样。干涉条纹可以具有在y轴方向上延伸的条带形状或可以沿着x轴方向布置。因此，光学检测单元260可以是在x轴方向上布置的光学传感器阵列或位置敏感检测器。光学检测单元260可以测量干涉图样的强度轮廓或位置。

光学传感器阵列可以是电荷耦合器件(CCD)传感器、CMOS图像传感器(CIS)或光电二极管阵列。如果光学检测单元是光学传感器阵列，那么可以不需要布置在光学检测单元前方的光圈。

可替代地，光学检测单元260可以根据干涉图样检测具体的单个图样的强度分布。可替代地，光学检测单元260可以检测具体的固定位置处的图样的强度。

上述位置敏感检测器可以是测量光斑或具体图样的位置的半导体器件。位置敏感检测器可以在x轴方向上对齐并输出光强最大的点的位置。位置敏感检测器可以是一维或二维的器件。

上述位置敏感检测器可以测量干涉图样的单个图样的位置偏移。例如，位置敏感检测器可以检测具有最大强度的主极大图样的中心位置。在光学检测单元260的前方可以布置有用于去除旁瓣图样的光圈262以根据干涉图样仅检测主极大图样。光圈262的宽度可以等于或大于主极大图样的宽度。光圈262的长度可以小于双狭缝240的长度。位置敏感检测器可以具有小于几微米的分辨率。由此，可以确定光程差或光学相位差。

根据由透镜单元的中心轴线和预定屏幕表面上的x轴的位置确定的角度θ，可以由方程式(1)至(3)给出屏幕平面上的照度I。在这里，“I₀”表示由单个狭缝形成的照度、“a”表示狭缝之间的距离、“b”表示狭缝的宽度且“k”表示波数。

如果由于透明基板220而不存在第一光211a与第二光211b之间的相位差，那么主极大图样的中心位置可以与透镜单元250的中心轴线匹配。

当在穿过第一狭缝的第一光与穿过第二狭缝的第二光之间存在相对相位差时，根据由透镜单元的中心轴线与预定屏幕平面上的x轴的位置而确定的角度θ，可以由方程式(5)给出屏幕平面上的照度。

即，干涉图样的最大值点位置或最大值点角度在屏幕平面上相对偏移了至(ka/2)sinθ。并且干涉图样的包络线可能偏移。

如果由于透明基板220而存在第一光211a与第二光211b之间的相位差那么主极大图样的中心位置可能偏离透镜单元250的中心轴线并且在x轴方向上偏移了Δx。主极大图样的中心位置的偏移量Δx可以取决于第一光211a和第二光211b的相对光学相位差可以由下面的方程式(9)近似地给出主极大图样的中心位置的偏移量Δx。

方程式(9)

$\mathrm{\Δx}\≈\frac{{\mathrm{F\φ}}_0(x1,x2)}{\left(\mathrm{ka}\right)}$

在方程式(9)中，“(x1，x2)”代表由第一位置x1和第二位置x2产生的相对光学相位差、“F”代表透镜单元250的焦距、“a”代表双狭缝之间的距离并且“k”代表波数(k＝2π/λ，λ是发光单元210发出的光的波长)。也即是，主极大图样的中心位置的偏移量Δx可以对应于相对光学相位差。

信号处理单元接收光学检测单元260的输出信号来计算由透明基板220导致的光学相位差或光程差。

具体地，如果光学检测单元260是光学传感器阵列，那么光学检测单元260输出空间光强。因此，信号处理单元接收空间光强以识别干涉条纹的图样。信号处理单元可以计算干涉条纹的具体图样的中心位置。当具体图样的中心位置偏移时，信号处理单元可以将中心位置的偏移量转换为光学相位差。

如果光学检测单元260是位置敏感检测器，那么位置敏感检测器可以直接输出主极大图样的中心位置。信号处理单元接收光学检测单元260的输出信号来计算主极大图样的中心位置的偏移量Δx。因此，信号处理单元可以计算第一光与第二光的相位差

根据本发明的变型例，光学检测单元260可以作出各种变型以进行测量。

如果在透明基板的某位置处测量第一光与第二光之间的相位差那么仅确认在一对位置之间的测得的相对相位差。

需要在参考位置x1的基础上测量光学相位差的空间分布。为了实现这一目的，用于新的测量的一对位置可以包括之前测量的一对位置之中的单个点。即，如果之前的一对位置是第一位置x1和第二位置x2，那么用于新的测量的一对位置是第二位置x2和新的第三位置x3。因此，在使透明基板移动了狭缝间隔“a”的时候进行连续测量。可以由之前测量位置处的光学相位差的和来表达累积光学相位差Φ。因此，可以计算出相对于参考位置的累积光学相位差Φ的空间分布。

可以由下面的方程式(10)给出累积光学相位差Φ。

方程式(10)

Φ(xn)＝[φ₀(x1,x2)]+[φ₀(x2,x3)]...+[φ₀(xn-1,xn)]

累积光学相位差Φ可以用于监测。即，累积光学相位差Φ与光学相位差具有一一对应关系。光学相位差是折射率和厚度的函数。假设折射率是恒定的，则累积光学相位差Φ的空间分布可以表明相对厚度的空间分布。如果累积光学相位差Φ的空间分布超过预定的临界值，那么可以将该透明基板作为不良的透明基板处理。

当透明基板上局部存在杂质或图案时，杂质或图案可能改变累积光学相位差Φ。因此，可以确认杂质形成位置。此外，可以根据薄膜形成之后的累积光学相位差的空间分布与薄膜形成之前的累积光学相位差的空间分布之间的差异来确认薄膜的相对厚度分布。

根据本发明的变型例，可以在对移动的透明基板进行沉积处理或蚀刻处理的时候针对各位置测量累积光学相位差Φ。因此，可以实现实时监测。

参照图7B至7D，当透明基板220以恒定的速度在x轴的正方向上移动时，干涉图样的移动量Δx根据时间或位置可以首先具有恒定的正值并且随后具有恒定的负值。时间可以对应于透明基板220的位置，且干涉图样的移动量Δx可以对应于光学相位差(x1，x2)。可以通过对相位差进行距离积分来获得累积光学相位差Φ(xn)。累积光学相位差Φ(xn)可以对应于累积光程差。如果透明基板220的折射率是恒定的，那么累积光程差可以对应于厚度差。

因为根据本发明实施例的透明基板监测装置采用透射式干涉光学系统，所以透明基板监测装置不受到透明基板的振动的影响。因此，即使在透明基板监测装置被安装在产生振动的传送装置上的情况下，也可以稳定地测量相对光学相位差和光学相位差的空间分布。

根据本发明的变型例，即使在诸如氧化铟(ITO)等透明电极沉积在透明基板上的情况下，也可以测量ITO的相位差。在透明基板上可以沉积有氧化硅、氮化硅、硅、杂质层或透光的导电层。即使在这种情况下，也可以应用本发明。上述透明基板可以是玻璃基板、塑料基板、硅基板或透明膜。

根据本发明的变型例，双狭缝的狭缝之间的狭缝间隔“a”可以变化。例如，具有不同间隔的双狭缝可以代替传统的双狭缝。因此，可以控制一对测量位置之间的距离。例如，当透明基板的传送速度增大时，双狭缝的狭缝之间的狭缝间隔“a”可以增大。

根据本发明的变型例，第一位置x1可以被布置在厚度和折射率已知的参考透明基板上，且第二位置x2可以被布置在待测量的透明基板上。这样，可以针对待测量的透明基板计算出绝对光学相位差或绝对光程差。

图8图示了根据本发明另一个实施例的透明基板监测装置。

参照图8，透明基板监测装置300包括发出光的发光单元310、双狭缝340、光学检测单元360和信号处理单元370；双狭缝340被布置在由与光的传播方向相交的第一方向和第二方向限定的平面上，并且包括在第一方向上彼此间隔开以使光能够穿过的第一狭缝和第二狭缝；光学检测单元360测量由第一光和第二光形成在屏幕平面上的干涉图样或干涉图样的位置偏移，所述第一光透过布置在发光单元310与双狭缝340之间的透明基板320的第一位置并穿过第一狭缝，所述第二光透过透明基板的第二位置并穿过第二狭缝；信号处理单元370接收来自光学检测单元360的信号以计算由第一位置和第二位置造成的光学相位差或光程差。

光学相位差可以是由第一位置x1造成的相位与由第二位置x2造成的相位间的相位差值。由第一位置x1造成的相位可以是透明基板的厚度和折射率的函数。

发光单元310可以包括光源312和反射组件314。反射组件314可以改变光源312的输出光的光路。

根据本发明的变型例，反射组件314可以提供x轴方向上的线性移动。在这种情况下，光源312和透明基板320可以是固定的。同时，反射组件314、双狭缝340和光学检测单元360可以在x轴方向上移动。根据反射组件314的线性移动，可以在透明基板的不同位置处测量光学相位差或光程差。

光学检测单元360可以被布置在透镜单元350的焦点处。在光学检测单元360是光学传感器阵列的情况下，该光学传感器阵列可以布置在狭缝的间隔方向(x轴方向)上。此外，可以取消光圈362。光学检测单元360可以测量干涉图样。因此，信号处理单元370可以识别干涉图样并提取干涉图样的移动量Δx。

即使在光学检测单元360是光学传感器阵列的情况下，光圈362也可以被布置在光学检测单元360的前方。光圈362可以去除不必要的图样以仅测量期望被测量的一个图样。因此，光学检测单元360可以仅测量在期望被测量的区域内的干涉图样。例如，光圈362可以仅允许干涉图样的主极大图样从中穿过。因此，可以减少信号处理单元370的计算量。

信号处理单元370可以控制驱动单元390。因此，驱动单元390可以以恒定的速度移动透明基板或停止透明基板。驱动单元390可以是使用传送辊的传送器件、使用真空吸附的传送器件或悬浮传送器件。

位置传感器单元380可以感测透明基板320的传送距离。位置传感器单元380可以是光学传感器或超声波传感器。位置传感器单元380的输出信号可以提供给信号处理单元370以校正测量位置。

图9图示了根据本发明又一个实施例的透明基板监测装置。

参照图9，透明基板监测装置400包括包括发出光的发光单元410、双狭缝440、光学检测单元460和信号处理单元470；双狭缝440被布置在由与入射光的传播方向相交的第一方向和第二方向限定的平面上，并且包括在第一方向上彼此间隔开以使光能够穿过的第一狭缝和第二狭缝；光学检测单元460测量由第一光和第二光形成在屏幕平面上的干涉图样或干涉图样的位置偏移，所述第一光透过布置在发光单元410与双狭缝440之间的透明基板420的第一位置x1并穿过第一狭缝，所述第二光透过透明基板420的第二位置x2并穿过第二狭缝；信号处理单元470接收来自光学检测单元460的信号以计算由第一位置和第二位置造成的光学相位差或光程差。

发光单元410可以包括光源412、接收光源412的输出光的光纤414和将光纤414输出的光转换为准直光并将准直光提供至双狭缝440的准直透镜416。

光学检测单元460可以包括第一光学检测单元460a和第二光学检测单元460b。第一、第二光学检测单元460a和460b可以分别布置在一对光圈462的后方。第一、第二光学检测单元460a和460b可以分别检测通过光圈462的光的强度。光圈462的宽度越小，越令人满意。然而，如果光圈462的宽度过小，那么穿过光圈462的光量可能减少。光圈462可以在y轴方向上延伸。光圈之间的距离2Z₀可以是光圈462宽度的几倍或几十倍。第一光学检测单元460a的输出信号和第二光学检测单元460b的输出信号被提供为差动放大器464的输入信号。差动放大器464可以放大第一、第二光学检测单元460a和460b的输出信号之间的差值并将放大的差值提供给信号处理单元470。

第一光圈位于与光圈的中心相距Z₀的距离处。第一光圈的角度是θ1。此外，第二光圈位于与光圈的中心相距-Z₀的距离处。第二光圈的角度是-θ1。因此，可以由方程式(6)和(7)给出在第一光圈和第二光圈处测量的照度之间的差值。角度可以近似于“θ1＝Z₀/F”。在图中，F表示透镜单元450的焦距。即，光圈462可以被布置在透镜单元450的焦点处。

如果不存在透明基板，那么差动放大器464的输出信号可以被校正为0。如果存在由透明基板造成的相位差，那么差动放大器464的输出信号可以根据相位差而变化。

方程式(6)至(8)可以用来检测干涉图样的主极大图样的移动量或相位差。光圈之间的距离2Z₀可以小于干涉图样的主极大图样的宽度。

信号处理单元470可以通过使用预定的算法来计算干涉图样的主极大图样的移动量或相位差。

根据本发明的变型例，可以在透镜单元450的中心轴线上配置单个光圈。在这种情况下，可以在单个光圈的后方布置单个光学检测单元。光学检测单元可以测量取决于主极大图样的中心位置的偏移的主极大图样的强度。可以仅从主极大图样的强度中提取主极大图样的移动量。

此外，信号处理单元470可以控制驱动单元490。因此，驱动单元490可以以恒定的速度移动透明基板或停止透明基板。驱动单元490可以是使用传送辊的传送器件、使用真空吸附的传送器件或悬浮传送器件。

位置传感器单元480可以感测透明基板420的传送距离。位置传感器单元480可以是光学传感器或超声波传感器。位置传感器单元480的输出信号可以被提供给信号处理单元470以校正测量位置。

图10图示了根据本发明又一个实施例的透明基板监测装置。

图11是图10的透明基板监测装置的时序图。

参照图10和11，透明基板监测装置500包括发出光的发光单元510、双狭缝540、光学检测单元560和信号处理单元570；双狭缝540被布置在由与入射光的传播方向相交的第一方向和第二方向限定的平面上，并且包括在第一方向上彼此间隔开以使光能够穿过的第一狭缝542和第二狭缝544；光学检测单元560测量由第一光和第二光形成在屏幕平面上的干涉图样或干涉图样的位置偏移，所述第一光透过布置在发光单元510与双狭缝440之间的透明基板520的第一位置x1并穿过第一狭缝542，所述第二光透过透明基板520的第二位置x2并穿过第二狭缝544；信号处理单元570接收来自光学检测单元560的信号以计算由第一位置和第二位置造成的光学相位差或光程差。

发光单元510可以包括发出第一波长(λ1)的光的第一光源512a、发出不同于第一波长(λ1)的第二波长(λ2)的光的第二光源512b、将第一光源512a的光路与第二光源512b的光路耦合的定向耦合器513以及将定向耦合器513的输出光提供至双狭缝540的平行光透镜516。

在下文中，将详细说明使用两个光源512a和512b的根据光程差(光学相位差)确定厚度差和折射率差的方法。

代表第一位置x1的相位与第二位置x2的相位之间的光学相位差。可以将光学相位差表达为光程差。

方程式(11)

φ₀＝(2π/λ)(ΔL)

在方程式(11)中，λ表示第一光源512a或第二光源512b在真空下的波长，ΔL代表光程差。

光程“L”是折射率“n”和厚度“l”的函数。可以将光程“L”分离为折射率和厚度。为了实现这一目的，需要测量两个不同波长的光程差ΔL。

可以由透明基板的折射率n(x，λ)和厚度l(x)来表达光程L(x，λ)。折射率n(x，λ)是透明基板的位置x和波长λ的函数，且透明基板的物理厚度l(x)是位置x的函数。

透明基板的折射率可以近似于“n(x，λ)＝n₀+g(λ)+w(x)”(n₀是透明基板的折射率的代表值，g(λ)是取决于波长的折射率且w(x)是取决于位置的折射率)。

透明基板的物理厚度是位置的函数且可以近似于“l(x)＝l₀+δ(x)”(l₀是固定厚度，δ(x)是根据位置而变化的相对厚度)。光程L(x，λ)可以近似于下面的方程式(12)。

方程式(12)

L(x,λ)≈l₀[n₀+g(λ)+w(x)]+[n₀+g(λ)]δ(x)

可以由下面的方程式(13)给出两个相邻位置x1和x2处且在第一波长λ1情况下的光程。

方程式(13)

L(x1,λ1)≈l₀[n₀+g(λ1)+w(x1)]+[n₀+g(λ1)]δ(x1)

L(x2,λ1)≈l₀[n₀+g(λ1)+w(x2)]+[n₀+g(λ1)]δ(x2)

此外，可以由下面的方程式(14)给出两个相邻位置x1和x2处且在第二波长λ2情况下的光程。

方程式(14)

L(x1,λ2)≈l₀[n₀+g(λ2)+w(x1)]+[n₀+g(λ2)]δ(x1)

L(x2,λ2)≈l₀[n₀+g(λ2)+w(x2)]+[n₀+g(λ2)]δ(x2)

可以由下面的方程式(15)给出在第一波长λ1情况下两个位置处的光程差。

方程式(15)

ΔL(λ1)＝L(x1,λ1)-L(x2,λ1)

＝l₀[w(x1)-w(x2)]+[n₀+g(λ1)][δ(x1)-δ(x2)]

此外，可以由下面的方程式(16)给出在第二波长λ2情况下两个位置处的光程差。

方程式(16)

ΔL(λ2)＝L(x1,λ2)-L(x2,λ2)

＝l₀[w(x1)-w(x2)]+[n₀+g(λ2)][δ(x1)-δ(x2)]

因此，可以由下面的方程式(17)给出[δ(x1)-δ(x2)]。

方程式(17)

[δ(x1)-δ(x2)]＝(ΔL(λ1)-ΔL(λ2))/(g(λ1)-g(λ2))

此外，可以由下面的方程式(18)给出l₀[w(x1)-w(x2)]。

方程式(18)

l₀[w(x1)-w(x2)]＝([n₀+g(λ1)]ΔL(λ2)-[n₀+g(λ2)]ΔL(λ1))/(g(λ1)-g(λ2))

即，可以获得取决于位置的厚度差(δ(x1)-δ(x2))和折射率差([w(x1)-w(x2)])。

因此，可以由下面的方程式(19)给出某一位置xn相对于参考位置x1的厚度差。

方程式(19)

δ(x1)-δ(xn)＝[δ(x1)-δ(x2)]+[δ(x2)-δ(x3)]...+[δ(xn-1)-δ(xn)]

此外，可以由下面的方程式(20)给出某一位置xn相对于参考位置x1的折射率差。

方程式(20)

w(x1)-w(xn)＝[w(x1)-w(x2)]+[w(x2)-w(x3)]...+[w(xn-1)-w(xn)]

因此，可以根据扫描位置获得厚度差分布和折射率差分布。

第一光源512a的第一波长可以是从约700nm至约2000nm的范围。第二光源512b的第二波长不同于第一光源512a的第一波长且可以是从约700nm至约2000nm的范围。第一、第二光源512a和512b均可以是二极管。具体地，第一、第二光源512a和512b均可以是超发光二极管(SLD)。

定向耦合器513可以通过它的第一输入端口接收第一光源512a的输出光且通过它的第二输入端口接收第二光源512b的输出光。定向耦合器513可以通过它的输出端口提供第一、第二光源512a和512b的输出光。定向耦合器513的输出端口可以被提供至光纤514。通过光纤514的光可以被提供至平行光透镜516。平行光透镜516可以将光纤514的输出光转换成平行光。

透明基板520可以以恒定的速度在x轴方向上移动。驱动单元590可以以恒定的速度传送透明基板520。

第一光源512a可以周期性地工作一段时间T1。第一光源512a的工作时间T1可以远小于周期T0。第二光源512b可以周期性地工作一段时间T2。第二光源512b的工作时间T2可以远小于周期T0。第一光源512a的工作时间T1可以不与第二光源512b的工作时间T2重叠。因此，可以由第一光源512将第一干涉图样形成在屏幕平面上并持续第一工作时间T1。接着，可以由第二光源512b将第二干涉图样形成在屏幕平面上并持续第二工作时间T2。

干涉图样的测量时间远小于周期T0以测量透明基板520的性质。第一光源512a和第二光源512b的脉冲工作频率可以处于MHz水平。因此，透明基板520的移动距离对于第一工作时间T1和第二工作时间T2而言可以忽略不计。

光学检测单元560可以对第一干涉图样的移动量Δx(λ1)测量第一工作时间T1。此外，光学检测单元560可以对第二干涉图样的移动量Δx(λ2)测量第二工作时间T2。光学检测单元可以是位置敏感检测器。光圈562可以被配置在光学检测单元的前方以仅测量主极大图样。

位置传感器单元580可以感测透明基板520的传送距离。位置传感器单元580可以是光学传感器或超声波传感器。位置传感器单元580的输出信号可以被提供给信号处理单元570以校正测量位置。

图12图示了根据本实施例的透明基板监测方法。

图13示出了使用图12的方法而获得的结果。

参照图12和13，可以将第一干涉图样的移动量Δx(λ1)表达为第一干涉图样的光学相位差(λ1)，且可以将第二干涉图样的移动量Δx(λ2)表达为第二干涉图样的光学相位差(λ2)(k(λ1)是波数、b是狭缝的宽度且F是透镜单元550的焦距)。在这种情况下，可以由下面的方程式(21)表达第一干涉图样的移动量Δx(λ1)和第二干涉图样的移动量Δx(λ2)。

方程式(21)

$\mathrm{\Δx}\left(\mathrm{\λ}1\right)=\frac{{\mathrm{F\φ}}_0\left(\mathrm{\λ}1\right)}{k\left(\mathrm{\λ}1\right)a}=\mathrm{F\ΔL}\left(\mathrm{\λ}1\right)/a$

$\mathrm{\Δx}\left(\mathrm{\λ}2\right)=\frac{{\mathrm{F\φ}}_0\left(\mathrm{\λ}2\right)}{k\left(\mathrm{\λ}2\right)a}=\mathrm{F\ΔL}\left(\mathrm{\λ}2\right)/a$

信号处理单元570可以通过使用上述算法来提取取决于位置的厚度差(δ(x1)-δ(x2))和折射率差([w(x1)-w(x2)])。

信号处理单元570可以通过使用干涉图样的移动量Δx(λ1)来提取相对于第一位置和第二位置且相对于第一波长λ1的光程差ΔL(λ1)。

信号处理单元570可以通过使用干涉图样的移动量Δx(λ2)来提取相对于第一位置和第二位置且相对于第二波长λ2的光程差ΔL(λ2)。信号处理单元570可以通过使用光程差ΔL(λ1)和ΔL(λ2)来提取厚度差(δ(x1)-δ(x2))和折射率差([w(x1)-w(x2)])。

其后，传送透明基板530。因此，可以在第二位置x2和第三位置x3处重复地进行上述操作以获得第三位置x3相对于参考位置x1的厚度差(δ(x1)-δ(x3))和第三位置x3相对于参考位置x1的折射率差(w(x1)-w(x3))。

其后，传送透明基板530。因此，可以在第三位置x3和第四位置x4处重复地进行上述操作以获得第四位置x4相对于参考位置x1的厚度差(δ(x1)-δ(x4))和第四位置x4相对于参考位置x1的折射率差(w(x1)-w(x4))。

图14是图示了根据本发明实施例的透明基板监测方法的流程图。

参照图6、图7和图14，透明基板监测方法包括设置双狭缝的步骤(S210)。双狭缝被布置在由与入射光的传播方向交叉的第一方向和第二方向限定的平面上，并且该双狭缝包括在第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝。

具有相干性的第一波长的光相继穿过透明基板和双狭缝以形成第一干涉图样(S220)。

由透过布置在双狭缝前方的透明基板的第一位置并穿过第一狭缝的第一光和透过该透明基板的第二位置并穿过第二狭缝的第二光在屏幕平面上形成第一干涉图样。可以使用光学检测单元来测量第一干涉图样的移动量或位置(S230)。

可以根据第一波长的光的第一干涉图样的移动量提取出由透明基板造成的第一相位差，或者可以通过所述第一干涉图样的位置分析出由透明基板造成的第一相位差(S240)。

透明基板可以借助于驱动单元而在狭缝间隔或狭缝分隔的方向上移动双狭缝的狭缝间隔(S250)。

可以对在之前位置处测量的第一相位差求和。由此，可以计算透明基板的第一相位差的空间分布(S260)。可以由在之前位置处测量的第一相位差的和来表达累积光学相位差Φ。因此，可以计算相对于参考位置的累积光学相位差的空间分布。

图15是图示了根据本发明另一个实施例的透明基板监测方法的流程图。

参照图10至13和图15，透明基板监测方法包括设置双狭缝的步骤(S310)。双狭缝被布置在由与入射光的传播方向相交的第一方向和第二方向限定的平面上，该双狭缝包括在第一方向上彼此间隔开以允许光从中通过的第一狭缝和第二狭缝。

具有相干性的第一波长的光相继通过透明基板和双狭缝以形成第一干涉图样干涉图样(S320)。

由透过布置在双狭缝前方的透明基板的第一位置并穿过第一狭缝的第一光和透过该透明基板的第二位置并穿过第二狭缝的第二光在屏幕平面上形成第一干涉图样。可以使用光学检测单元来测量第一干涉图样的移动量或位置(S330)。

可以根据第一波长的光的第一干涉图样的移动量提取出由透明基板造成的第一相位差，或者可以通过第一干涉图样的位置分析出由透明基板造成的第一相位差(S340)。

具有相干性的第二波长的光相继通过透明基板和双狭缝以形成第二干涉图样(S350)。

可以测量出第二波长的光的第二干涉图样的移动量或位置。信号处理单元可以使用第二干涉图样的移动量或位置来计算由透明基板造成的第二相位差(S360)。

可以使用第一相位差和第二相位差来提取出折射率差和厚度差(S370)。

透明基板可以借助于驱动单元而在狭缝间隔的方向上移动双狭缝的狭缝间隔(S380)。

可以通过对在之前位置处测量的折射率求和来提取出折射率差的空间分布，且可以通过对在之前位置处测量的厚度差求和来提取出厚度差的空间分布(S390)。

可以在双狭缝的后方安装透镜以使在屏幕平面上具有焦点。可以在屏幕平面上设置光圈以仅允许第一干涉图样中的主极大图样从光圈中穿过。

图16是示出了根据本发明实施例的光程差测量结果的曲线图。

参照图16，测量范围是150mm，玻璃基板的移动速度是250mm/sec并且数据获取间隔(双狭缝的狭缝间隔)是0.1mm。

“方形”代表的是通过接触测量法测量的值，“实线”是根据本发明实施例测量的值。总的来说，存在着正弦(sine)波形式的光程差。从接触测量结果中减去恒定的值以使接触测量结果与根据本发明的测量结果相匹配。在与基板的移动方向正交地移动了基板0mm、5mm和10mm的同时进行了三次根据本发明的测量。因此，可以理解，两次测量的接触测量结果(圆形和方形)与根据本发明的测量结果(实线)匹配。此外，在玻璃基板的折射率是恒定的假设下，由厚度差来表达光程差。玻璃基板的厚度以具有约200毫米的周期和约1微米的振幅的正弦波形式变化。根据本发明实施例的厚度分辨率可以小于几纳米。

通过上述的厚度变化测量装置和厚度变化测量方法，能够精确测量测量目标的厚度变化且能够测量测量目标的整个表面的厚度变化的形势。根据本发明实施例的透明基板监测装置能够抗振动地测量光学相位差。根据本发明实施例的透明基板监测装置能够通过使用两个波长将光学相位差分离成折射率和厚度。

尽管结合着附图所示的本发明的实施例已经对本发明进行了说明，但是本发明不限于此。本领域技术人员应当清楚，可以在本发明的范围和主旨内进行各种替换、变型和改变。

Claims (20)

1.一种透明基板监测装置，其包括：

用于发光的发光单元；

双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播方向相交；

光学检测单元，所述光学检测单元测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的干涉图样的强度轮廓或位置，所述第一光透过布置在所述发光单元与所述双狭缝之间的透明基板的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述透明基板的第二位置并穿过所述第二狭缝；和

信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学检测单元的信号以计算由所述透明基板的所述第一位置和所述第二位置造成的光学相位差或光程差。

2.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，所述信号处理单元使用所述干涉图样在所述第一方向上的移动位置来计算所述光程差。

3.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，在所述第一方向上移动的所述透明基板是玻璃基板。

4.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，所述光学检测单元包括位置敏感检测器，

所述透明基板监测装置还包括光圈，所述光圈布置在所述光学检测单元的前方以使所述干涉图样的主极大图样能够从穿过所述光圈，并且

其中，所述位置敏感检测器输出所述主极大图样的中心位置。

5.如权利要求1所述的透明基板监测装置，还包括：

第一光圈和第二光圈，所述第一光圈和所述第二光圈布置在所述光学检测单元的前方并且在所述第一方向上彼此间隔开，

其中，所述光学检测单元包括布置在所述第一光圈后方的第一光学检测单元和布置在所述第二光圈后方的第二检测单元，并且

其中，所述第一光圈与所述第二光圈之间的间隔小于所述干涉图样的主极大图样的宽度。

6.如权利要求1所述的透明基板监测装置，还包括：

光圈，所述光圈布置在所述光学检测单元的前方，

其中，所述光学检测单元包括布置在所述光圈的后方并且在所述第一方向上排列的光学传感器阵列。

7.如权利要求1所述的透明基板监测装置，还包括：

透镜单元，所述透镜单元布置在所述双狭缝与所述光学检测单元之间，

其中，所述光学检测单元布置在所述透镜单元的焦点处。

8.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，所述发光单元包括：

光源；和

反射组件，所述反射组件用于改变所述光源的输出光的光路并将光路改变的光提供至所述双狭缝。

9.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，所述发光单元包括：

光源；

光纤，所述光纤接收所述光源的输出光；和

准直透镜，所述准直透镜将从所述光纤输出的光转换成准直光并将所述准直光提供给所述双狭缝。

10.如权利要求1所述的透明基板监测装置，其中，所述发光单元包括：

第一光源，所述第一光源发出第一波长的光；

第二光源，所述第二光源发出第二波长的光，所述第二波长不同于所述第一波长；

定向耦合器，所述定向耦合器将所述第一光源的光路与所述第二光源的光路耦合；和

准直透镜，所述准直透镜将所述定向耦合器的输出光提供至所述双狭缝。

11.如权利要求10所述的透明基板监测装置，其中，所述第一光源和所述第二光源以脉冲模式工作，并且

其中，所述第一光源和所述第二光源依次将输出光提供给所述双狭缝。

12.一种透明基板监测方法，其包括以下步骤：

设置双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播相交；

通过让具有相干性的第一波长的光相继穿过透明基板和所述双狭缝来形成第一干涉图样；

测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的所述第一干涉图样的位置，所述第一光透过布置在所述双狭缝前方的所述透明基板的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述透明基板的第二位置并穿过所述第二狭缝；并且

通过分析所述第一波长的光的所述第一干涉图样的位置来测量由所述透明基板造成的第一相位差。

13.如权利要求12所述的透明基板监测方法，还包括：

在狭缝分隔方向上使所述透明基板移动所述双狭缝的狭缝间隔。

14.如权利要求12所述的透明基板监测方法，还包括：

通过对在之前位置处测量的所述第一相位差求和来计算所述透明基板的第一累积相位差的空间分布。

15.如权利要求12所述的透明基板监测方法，还包括：

通过让具有相干性的第二波长的光相继通过所述透明基板和所述双狭缝来形成第二干涉图样；

通过测量所述第二波长的光的所述第二干涉图样的位置来测量由所述透明基板造成的第二相位差；并且

通过使用所述第一相位差和所述第二相位差来提取出所述基板的所述第一位置与所述第二位置之间的折射率差和厚度差。

16.如权利要求15所述的透明基板监测方法，还包括：

在狭缝分隔方向上使所述透明基板移动所述双狭缝的狭缝间隔。

17.如权利要求16所述的透明基板监测方法，还包括：

通过对在之前位置处测量的所述折射率差求和来提取出折射率差的空间分布，并且通过对在之前位置处测量的所述厚度差求和来提取厚度差的空间分布。

18.如权利要求12所述的透明基板监测方法，还包括：

在所述双狭缝的后方安装透镜以具有在所述屏幕平面上的焦点。

19.如权利要求12所述的透明基板监测方法，还包括：

在所述屏幕平面上设置光圈以仅允许所述第一干涉图样中的主极大图样从所述光圈中穿过。

20.一种光学相位差测量装置，其包括：

用于发光的发光单元；

双狭缝，所述双狭缝布置于在第一方向和第二方向上限定的平面上并且包括在所述第一方向上彼此间隔开以允许光从中穿过的第一狭缝和第二狭缝，所述第一方向和所述第二方向与入射光的传播相交；

光学检测单元，所述光学检测单元测量由第一光和第二光在屏幕平面上形成的干涉图样的强度轮廓或位置，所述第一光透过布置在所述发光单元与所述双狭缝之间的测量目标的第一位置并穿过所述第一狭缝，所述第二光透过所述测量目标的第二位置并穿过所述第二狭缝；和

信号处理单元，所述信号处理单元接收来自所述光学检测单元的信号以计算穿过所述透明基板的所述第一位置和所述第二位置的光线的光学相位差。