CN107401992B - 一种线宽测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线宽测量设备和方法。该线宽测量设备至少一个超声波收发装置；位置调整装置，所述位置调整装置与所述至少一个超声波收发装置相连接，用于调整所述至少一个超声波收发装置的位置，使得所述至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；计算装置，与所述至少一个超声波收发装置相连接，用于根据所述至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。本发明解决了现有线宽测量设备受灯光强弱影响导致测量结果准确度低的问题。

Description

一种线宽测量设备和方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种线宽测量设备和方法。

背景技术

在平板显示行业阵列基板制造业中，线宽，即阵列基板上形成的布线等成膜图形的金属线的宽度或者图形之间的间隔距离，是用于衡量阵列基板工艺先进水平的主要指标。现有的用于测量线宽的设备，即线宽测量设备，是通过图像的灰阶变化来识别图形边界的，采用这样的线宽测量设备进行线宽测量时，测量结果会受到灯光强弱的影响，导致测量结果与实际值相差较大，影响测量结果的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种线宽测量设备和方法，以解决现有线宽测量设备受灯光强弱影响导致测量结果准确度低的问题。

一方面，本发明提供了一种线宽测量设备，至少一个超声波收发装置；位置调整装置，位置调整装置与至少一个超声波收发装置相连接，用于调整至少一个超声波收发装置的位置，使得至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；计算装置，与至少一个超声波收发装置相连接，用于根据至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。

在一个实施例中，至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置和第二超声波收发装置，第一超声波收发装置和第二超声波收发装置中的每一个包括超声波探头，位置调整装置调整第一超声波收发装置和第二超声波收发装置分别位于第一布线的两侧，计算装置用于根据第一超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间、第二超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及第一超声波收发装置和第二超声波收发装置之间的距离来计算第一布线的线宽。

在一个实施例中，至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置，第一超声波收发装置包括第一超声波收发单元和第二超声波收发单元，第一超声波收发单元和第二超声波收发单元中的每一个包括超声波探头，并且第一超声波收发单元的超声波探头的方向和第二超声波收发单元的超声波探头的方向被设置为相反，位置调整装置调整第一超声波收发装置位于第一布线和第二布线之间，计算装置根据第一超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及第二超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算第一布线与第二布线之间的线宽。

在一个实施例中，至少一个超声波收发装置中的每一个包括两个超声波收发单元，计算装置为与至少一个超声波收发装置通信连接的单片机，单片机选通至少一个超声波收发装置中的超声波收发单元，并统计超声波收发时间间隔，根据时间间隔输出线宽测量值。

在一个实施例中，线宽测量设备进一步包括显微镜，与位置调整装置相连接，位置调整单元与单片机通信连接，单片机与上位机通信连接，位置调整单元根据上位机的第一指令带动显微镜做左右、前后和/或升降运动，以确定至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，位置调整单元还根据上位机的第二指令带动至少一个超声波收发装置做左右、前后和/或升降运动，以使至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间。

在一个实施例中，位置调整装置进一步根据上位机的指令带动至少一个超声波收发装置做旋转运动，以使得至少一个超声波收发装置发出的超声波可以垂直于布线的边界。

在一个实施例中，至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，两个超声波收发装置的旋转方向相反。

在一个实施例中，至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，两个超声波收发装置的旋转角度相同。

另一方面，本发明提供了一种线宽测量方法，包括：调整至少一个超声波收发装置的位置，使得至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；控制每个超声波收发装置发出超声波和/或接收超声波；根据至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。

在一个实施例中，该方法还包括：利用显微镜确定至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，其中，上述调整至少一个超声波收发装置的位置，包括：根据显微镜确定的位置调整至少一个超声波收发装置的位置。

根据本发明提供的线宽测量设备，利用超声波进行线宽测量，有效避免了光照强弱的影响，提高了线宽测量的准确度。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备的结构框图。

图2所示为本发明一实施例提供的超声波收发装置的结构框图。

图3所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备的结构框图。

图4A所示为本发明一实施例提供的线宽测量过程的局部结构俯视图。

图4B所示为图4A所示线宽测量过程的侧面示意图。

图5A所示为本发明另一实施例提供的线宽测量过程的俯视图。

图5B为图5A所示线宽测量过程的侧面结构示意图。

图6所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备的机构示意图。

图7所示为本发明一实施例提供的待测阵列基板表面的布图结构示意图。

图8是根据本发明的一个实施例的线宽测量方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备的结构框图。该线宽测量设备包括：至少一个超声波收发装置10，每个超声波收发装置用于发出超声波和/或接收超声波；位置调整装置20，位置调整装置与至少一个超声波收发装置相连接，用于调整至少一个超声波收发装置的位置，使得至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；计算装置30，与至少一个超声波收发装置相连接，用于根据至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。

根据本发明实施例提供的线宽测量设备，利用超声波进行线宽测量，有效避免了光照强弱的影响，提高了线宽测量的准确度。

根据本发明的实施例，至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置和第二超声波收发装置，第一超声波收发装置和第二超声波收发装置中的每一个包括超声波探头，位置调整装置调整第一超声波收发装置和第二超声波收发装置分别位于第一布线的两侧，计算装置用于根据第一超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间、第二超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及第一超声波收发装置和第二超声波收发装置之间的距离来计算第一布线的线宽。

根据本发明的实施例，至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置，第一超声波收发装置包括第一超声波收发单元和第二超声波收发单元，第一超声波收发单元和第二超声波收发单元中的每一个包括超声波探头，位置调整装置调整第一超声波收发装置位于第一布线和第二布线之间，计算装置根据第一超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及第二超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算第一布线与第二布线之间的线宽。

可选地，作为另一实施例，至少一个超声波收发装置中的每一个包括两个超声波收发单元，计算装置为与至少一个超声波收发装置通信连接的单片机，单片机选通至少一个超声波收发装置中的超声波收发单元，并统计超声波收发时间间隔，根据时间间隔输出线宽测量值。

可选地，作为另一实施例，线宽测量装置进一步包括显微镜，与位置调整装置相连接，位置调整单元与单片机通信连接，单片机与上位机通信连接，位置调整单元根据上位机的第一指令带动显微镜做左右、前后和/或升降运动，以确定至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，位置调整单元还根据上位机的第二指令带动至少一个超声波收发装置做左右、前后和/或升降运动，以使至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间。

可选地，作为另一实施例，位置调整装置进一步根据上位机的指令带动至少一个超声波收发装置做旋转运动，以使得至少一个超声波收发装置发出的超声波可以垂直于布线的边界。

根据本发明的实施例，至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，两个超声波收发装置的旋转方向相反。

根据本发明的实施例，至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，两个超声波收发装置的旋转角度相同。

图2所示为本发明一实施例提供的超声波收发装置10的结构框图。从图2中可以看出，该超声波收发装置10包括两个超声波收发单元100，每一个超声波收发单元100包括一组平行电路，每组平行电路包括两路电路。一路为依次电连接的发射探头101和发射电路102；另一路为依次电连接的接收探头103、接收电路104、检测电路105。该两个超声波收发单元100中的超声波探头(包括发射探头101和接收探头103)可以反向设置。例如，如图2所示，图2中上侧的超声波单元的探头设置为朝向左侧，而图2中下侧的超声波单元的探头设置为朝向右侧。

发射电路102为一功率放大电路，用于抬高输入到发射探头101的电压及功率。

接收电路104包括前置放大电路和带通滤波电路，用于对接收到的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰。

检测电路105为一比较器，用于从经过接收电路104处理的信号中准确地鉴别出有用的返回波信号。

图3所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备的结构框图。从图中可以看出，该线宽测量设备200包括一对如图2所示的超声波收发装置10，以及与该一对超声波收发装置10通过SPI接口通信连接的单片机20。单片机20用于对超声波收发装置10中的超声波收发单元100进行选通，统计被选通的超声波收发单元100发射超声波到接收超声波的时间间隔，并根据该时间间隔输出线宽测量值。

具体的工作过程包括：单片机20对两个超声波收发装置10中的超声波收发单元100进行选通。然后向选通的超声波收发单元100中的发射电路102输出方波脉冲信号，同时开启内部定时器。发射电路102对方波脉冲信号进行功率放大，推动发射探头101发出足够强度的超声波。当接收探头103接收到返回波后，接收电路104对返回波信号进行放大，并抑制噪声，随后检测电路105将其中有用的返回波正弦信号转换成方波中断信号输入给单片机20，单片机20内部计数器停止计时。后续单片机20根据内部计时即可通过计算得到线宽测量值。

根据本实施方式的线宽测量设备200有两种工作模式，该两种工作模式的切换取决于单片机20的选通信号。下面结合附图对该两种工作模式的线宽测量原理进行说明。

第一种，当利用本实施方式的线宽测量设备200测量阵列基板上相邻图形之间的间隔距离时，单片机20选通一个超声波收发装置10中的两个超声波收发单元100。参阅图4A，将被选通的超声波收发装置10放置在阵列基板上待测金属线A和金属线B之间、靠近阵列基板表面的位置。

参阅图4B，被选通的超声波收发装置10中的两个反向设置的发射探头101分别向左、右各发出一束超声波a和b，相应地接收探头103分别接收超声波a的返回波和超声波b的返回波。此过程中，单片机20统计得到的超声波a经历的时间间隔为t₁，超声波b经历的时间间隔为t₂。

则金属线A和金属线B之间的线宽其中，C＝340m/s。应理解，上述线宽计算公式是假设上述两个发射探头之间的距离为零得到的，否则实际的线宽可以为CD₁加上两个发射探头之间的距离。

第二种，当利用本实施方式的线宽测量设备200测量阵列基板上成膜图形的金属线的宽度时，单片机20分别选通两个超声波收发装置10中的一个超声波收发单元100。参阅图5A，为了便于描述，将该两个超声波收发装置10分别表示为超声波收发装置221和超声波收发装置222，将超声波收发装置221和超声波收发装置222以间距D放置在阵列基板上金属线A的两侧、靠近阵列基板表面的位置，超声波收发装置221和超声波收发装置222中被选通的发射探头101正对放置。

参阅图5B，超声波收发装置221向右发出一束超声波c，超声波收发装置222向左发出一束超声波d，相应地接收探头103分别接收超声波c的返回波和超声波d的返回波。此过程中，单片机20统计得到的超声波c经历的时间间隔为t₃，超声波d经历的时间间隔为t₄。

则金属线A的线宽其中，C＝340m/s。

根据本实施方式的线宽测量设备有效避免了光照强弱的影响，可以准确测量阵列基板上的线宽。

图6所示为本发明一实施例提供的线宽测量设备200的结构示意图。从图中可以看出，该线宽测量设备200除了包括图3所示的一对超声波收发装置10(由于角度关系，图中只示出了一个，另一个超声波收发装置10位于位置调整单元40的正下方，并与图中所示的超声波收发装置10平行)和单片机20(图中未示出)，并具有相应的线宽测量功能之外，还进一步包括位置调整单元40、图像处理单元(图中未示出)，以及显微镜70。其中，一对超声波收发装置10和显微镜70分别固定在位置调整单元40上，位置调整单元40与单片机20通信连接，显微镜70、图像处理单元、单片机20依次通信连接。

该线宽测量设备200可以作为下位机，与一个上位机通过线宽测量设备200中单片机20上的RS485接口通信，当然也可以通过无线网络进行通信。本领域技术人员可以理解，当采用无线网络通信时，线宽测量设备200需要进一步设置一个无线通信单元。

这种情况下，位置调整单元40用于根据上位机的控制指令带动一对超声波收发装置10和显微镜70相对载物台50做左右、前后、升降运动。优选地，该一对超声波收发装置10的左右、前后、升降运动保持同步。这样可以简化单片机20的数据处理过程。

载物台50可以为线宽测量设备200的一部分，也可以单独设置，本发明不做限定。

参阅图6，根据本实施方式的线宽测量设备200的工作过程包括：操作人员通过上位机输入待进行线宽测量的预估目标点位C₁，并形成控制指令发送给线宽测量设备200。线宽测量设备200中的单片机20对该控制指令进行解析，控制位置调整单元40带动显微镜70做左右、前后运动，到达预估目标点位C₁；再带动显微镜70下降预定高度(该预定高度是人为设置的)，到达预估测量点位C₀。显微镜70对预估测量点位C₀进行放大，将放大区域的光学信号发送给图像处理单元，图像处理单元将该光学信号转换成图像信号，上传给上位机显示。

操作人员在显示的预估测量点位C0的图像上，标注精确测量点位C₂。本领域技术人员可以理解，当测量成膜图形的金属线的宽度时，需要选通两个超声波收发装置10，此时需要对两个超声波收发装置10进行定位，则该精确测量点位C₂为一组；当测量相邻图形之间的间隔距离时，需要选通一个超声波收发装置10，此时需要对一个超声波收发装置10进行定位，则该精确测量点位C₂为一个。

操作人员标注精确测量点位C₂的同时，会形成控制指令发送给线宽测量设备200。线宽测量设备200中的单片机20对该控制指令进行解析，控制位置调整单元40带动一对或一个超声波收发装置10运行到精确测量点位C₂。

之后，即可按照前文所述的线宽测量设备200的测量过程进行线宽测量。

如图7所示，考虑到阵列基板上的金属线的走向不一定与矩形载物台50的边(包括长和宽)平行，例如金属线C和金属线D。这种情况下，当进行线宽测量时，需要适应性调整待测金属线C或金属线D的方向，使其与矩形载物台50的长或宽平行，即像金属线A或金属线B这样，以确保超声波收发装置10发出的超声波可以垂直于金属线边界，从而实现线宽测量。

在一个实施例中，如图6所示的线宽测量设备200中的位置调整单元40进一步用于根据上位机的控制指令带动一对超声波收发装置10相对载物台50做旋转运动，该一对超声波收发装置10的旋转角度相同，方向相反。这样，就可以实现超声波收发装置10主动对准待测金属线边界，从而，提高了线宽测量设备的适应性。

超声波收发装置10的旋转角度可以是0～180度之间的任意值，本发明不做限定。

根据本实施方式的线宽测量设备200，可以提高设备的自动化程度，相对于操作员手动定位而言，定位更加精确。

图8是根据本发明的一个实施例的线宽测量方法的示意性流程图。图8的方法可以由上述实施例中的单片机来执行。图8的方法包括如下内容。

810，调整至少一个超声波收发装置的位置，使得至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间。

820，控制每个超声波收发装置发出超声波和/或接收超声波；

830，根据至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。

可选地，作为另一实施例，图8的方法还包括：利用显微镜确定至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，其中，在810中，可以根据显微镜确定的位置调整至少一个超声波收发装置的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种线宽测量设备，其特征在于，包括：

至少一个超声波收发装置；

位置调整装置，所述位置调整装置与所述至少一个超声波收发装置相连接，用于调整所述至少一个超声波收发装置的位置，使得所述至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；

计算装置，与所述至少一个超声波收发装置相连接，用于根据所述至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽；

所述至少一个超声波收发装置中的每一个包括两个超声波收发单元，所述计算装置为与所述至少一个超声波收发装置通信连接的单片机，

所述单片机选通所述至少一个超声波收发装置中的超声波收发单元，并统计超声波收发时间间隔，根据所述时间间隔输出线宽测量值；

显微镜，与所述位置调整装置相连接，所述位置调整单元与所述单片机通信连接，所述单片机与上位机通信连接，所述位置调整单元根据所述上位机的第一指令带动所述显微镜做左右、前后和/或升降运动，以确定所述至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，所述位置调整单元还根据所述上位机的第二指令带动所述至少一个超声波收发装置做左右、前后和/或升降运动，以使所述至少一个超声波收发装置位于所述显示基板的布线之间。

2.根据权利要求1所述的线宽测量设备，其特征在于，所述至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置和第二超声波收发装置，所述第一超声波收发装置和所述第二超声波收发装置中的每一个包括超声波探头，所述位置调整装置调整所述第一超声波收发装置和所述第二超声波收发装置分别位于第一布线的两侧，所述计算装置用于根据所述第一超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间、所述第二超声波收发装置发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及所述第一超声波收发装置和所述第二超声波收发装置之间的距离来计算所述第一布线的线宽。

3.根据权利要求1所述的线宽测量设备，其特征在于，所述至少一个超声波收发装置包括第一超声波收发装置，所述第一超声波收发装置包括第一超声波收发单元和第二超声波收发单元，所述第一超声波收发单元和所述第二超声波收发单元中的每一个包括超声波探头，所述位置调整装置调整所述第一超声波收发装置位于第一布线和第二布线之间，所述计算装置根据所述第一超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间以及所述第二超声波收发单元发送超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算所述第一布线与所述第二布线之间的线宽。

4.如权利要求3所述的线宽测量设备，其特征在于，所述位置调整装置进一步根据上位机的指令带动所述至少一个超声波收发装置做旋转运动，以使得所述至少一个超声波收发装置发出的超声波可以垂直于所述布线的边界。

5.如权利要求4所述的线宽测量设备，其特征在于，所述至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，所述两个超声波收发装置的旋转方向相反。

6.如权利要求5所述的线宽测量设备，其特征在于，所述至少一个超声波收发装置包括两个超声波收发装置，所述两个超声波收发装置的旋转角度相同。

7.一种线宽测量方法，用于权利要求1-6中任一所述的线宽测量设备，其特征在于，包括：

调整至少一个超声波收发装置的位置，使得所述至少一个超声波收发装置位于显示基板的布线之间；

控制每个超声波收发装置发出超声波和/或接收超声波；

根据所述至少一个超声波收发装置发出超声波的时间和接收到反射回的超声波的时间来计算线宽。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

利用显微镜确定所述至少一个超声波收发装置进行测量时所处的位置，

其中，所述调整至少一个超声波收发装置的位置，包括：

根据所述显微镜确定的位置调整所述至少一个超声波收发装置的位置。