CN109324010A - 一种测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试装置和测试方法，该测试装置包括：底座；设置在底座上的测试仪；包围测试仪的外壳罩；其中，底座与外壳罩密封连接，外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；第一开口用于向测试仪内充入第一流体，以调节测试仪内的温度；第二开口用于向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气由出气口排出。本发明实施例提供的测试装置通过对测试仪增加外壳罩，并与底座密封连接，利用第二流体排除测试环境中空气成分对测试结果的影响，从而提高膜层成分测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光谱测试分析技术和显示技术，尤其涉及一种测试装置和方法。
背景技术
在薄膜晶体管-液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)结构中，阵列基板上薄膜晶体管的形成通常需要利用物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition,PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)成膜技术。其中，CVD成膜的膜层成分直接影响薄膜晶体管的开关性能。一般采用红外光谱仪对膜层成分进行检测，为获得精准的测试结果，需采用显微红外光谱仪对膜层成分进行测试。
但是，范例技术中，显微红外光谱仪测试膜层成分在大气环境中进行，由于大气环境中水和二氧化碳的含量在不断变化，导致红外光谱的再现性较差，从而导致膜层成分测试结果的准确性较差。
发明内容
本发明提供一种测试装置和方法，以提高膜层成分测试结果的准确性。
本发明实施例提供了一种测试装置，该测试装置包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
所述第一开口用于向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
所述第二开口用于向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出。
本发明实施例还提供了一种测试方法，该测试装置包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
该测试方法包括：
通过所述第一开口向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
通过所述第二开口向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出；
获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据所述光谱及膜层厚度，确定所述待测样品的膜层成分。
本发明实施例还提供了一种测试装置，该测试装置包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
所述第一开口用于向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
所述第二开口用于向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出；
所述第一流体为液氮，所述第二流体为氮气；
所述测试仪的外边缘与所述外壳罩的第一侧面和第三侧面的距离Z1的取值范围均为0.5cm≤Z1≤4.5cm，与所述外壳罩的第二侧面和第四侧面的距离Z2的取值范围均为0.5cm≤Z2≤6.5cm，与所述外壳罩的顶面的距离Z3的取值范围为1.0cm≤Z3≤7.0cm；所述外壳罩的第一侧面和第三侧面相对设置，第二侧面和第四侧面相对设置，其中，所述外壳罩的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面为与所述底座垂直的侧面。
本发明实施例提供的测试装置，通过设置包围测试仪的外壳罩，将外壳罩与底座密封连接，并在外壳罩上设置第一开口、第二开口和出气口，第一开口用于向测试仪内充入第一流体，以调节测试仪内的温度，第二开口用于向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气由出气口排出。这样，利用第二流体可排除测试环境中空气成分对测试结果的影响，可解决测试结果的再现性较差的问题，从而提高膜层成分测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或范例技术中的技术方案，下面将对实施例或范例技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种测试装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种测试装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种测试方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种测试方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种红外光谱谱图；
图6是本发明实施例提供的另一种红外光谱谱图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例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做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是本发明实施例提供的一种测试装置的结构示意图。参照图1，该测试装置包括：底座10；设置在底座10上的测试仪20；包围测试仪20的外壳罩30；其中，底座10与外壳罩30密封连接，外壳罩30设有第一开口301、第二开口302和出气口303；第一开口301用于向测试仪20内充入第一流体，以调节测试仪20内的温度；第二开口302用于向外壳罩30内持续充入第二流体，以使外壳罩30内的空气由出气口303排出。
其中，底座10与外壳罩30可通过密封胶带密封连接，阻隔空气(尤其是二氧化碳和水气)进入外壳罩30中。
示例性的，该测试仪20为显微红外光谱测试仪，其中，第一流体和第二流体可以是同一种气体，也可以是不同种类的气体。第一流体和第二流体不存在红外吸收峰或者不存在与待测样品红外光谱的吸收峰位置相近的吸收峰，也就是第一流体和第二流体不影响待测样品的红外光谱谱图。示例性的，第一流体可为液氮或者其他可用于进行降温的流体，第二流体也可为氮气或者惰性气体。
可选的，第一流体为液氮，第二流体均为氮气。
示例性的，第一开口301用于向显微红外光谱测试仪内通入液氮，以使显微红外光谱测试仪内的温度降低，也就是使显微红外光谱测试仪的测试环境温度降到所需温度，示例性的，降温过程的时间可为1小时、2小时或3小时，以保证测试过程中温度可维持在某一特定温度。当然该降温过程的时间可以根据测试装置的测试需求设定，本实施例对此特定温度的具体数值不做特殊限定。
示例性的，第二开口302用于向外壳罩30内持续充入氮气，以使外壳罩30内的空气排出，尤其是使空气中的二氧化碳和水气从出气口303排出；当外壳罩30内的二氧化碳“排净”后，再对待测样品进行测试，可保证红外光谱的良好再现性，进而提高显微红外光谱测试膜层成分的准确性。
需要说明的是，这里的“排净”是一种理想化的表达方式，实际操作过程中，随着向外壳罩30内持续充入氮气的时间的增长，外壳罩30内的氮气含量逐渐增加，空气(尤其是二氧化碳)的含量逐渐减少，当可测到的红外光谱谱图中不体现二氧化碳的吸收峰时，可认为外壳罩30内的二氧化碳被“排净”。
示例性的，第二流体(氮气)的纯度为99.999％(体积百分数)，由此可充分排出外壳罩30内的空气(尤其是二氧化碳)，进一步提高测试准确性。
示例性的，显微红外光谱测试仪的分辨率可达到0.015cm-1，可细化光谱，提高测试精度，进而提高膜层成分测试准确性。
示例性的，显微红外光谱测试仪的型号可为Thermo IN10，但并非对本发明的限定。在其他实施方式中，显微红外光谱测试仪可为其他型号的显微红外光谱测试设备。
可选的，外壳罩30的出气口303设置在外壳罩30与底座10相对的一侧(图1中未示出)，或与底座10垂直的一侧(图1中示出)。
其中，由于氮气的密度小于空气的密度，当氮气和空气混合时，氮气上浮，空气下沉，将出气口303设置在外壳罩30的垂直于底座10的一侧，且靠近底座10的位置，可利用氮气有效排出外壳罩30内的空气。需要说明的是，本实施例图1中仅示例性的示出了出气口303位于外壳罩30与底座10垂直的一侧，并非对本发明的限定，当第二流体采用密度小于空气密度的气体时，出气口303也可以设置在外壳罩30与底座10相对的一侧。
可选的，外壳罩30还设有样品进出口304；外壳罩30的样品进出口304设置在外壳罩30靠近显微红外光谱测试仪的样品台的一侧。
如此设置，可通过外壳罩30的样品进出口304更换待测样品，而无需破坏底座10与外壳罩30的密封连接，从而可在一定程度上维持显微红外光谱测试的测试氛围，进而在一定程度上保证多个样品测试时的测试连续性。
本发明实施例提供的测试装置，通过设置包围测试仪的外壳罩，将外壳罩与底座密封连接，并在外壳罩上设置第一开口、第二开口和出气口，第一开口用于向测试仪内充入第一流体，以调节测试仪内的温度，第二开口用于向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气由出气口排出。这样，利用第二流体可排除测试环境中空气成分对测试结果的影响，可解决测试结果的再现性较差的问题，从而提高膜层成分测试结果的准确性。
同时，范例技术中，显微红外光谱测试仪因暴露在空气中，无法测试需要隔绝空气的待测样品，导致相位红外光谱仪的利用率较低。本发明实施例可解决此问题，提高显微红外光谱测试仪的利用率。
图2是本发明实施例提供的另一种测试装置的结构示意图。在上述图1的基础上，参照图2，测试仪20的外边缘与外壳罩30的第一侧面和第三侧面的距离Z1的取值范围均为0.5cm≤Z1≤4.5cm，与外壳罩的第二侧面和第四侧面的距离Z2的取值范围均为0.5cm≤Z2≤6.5cm，与外壳罩的顶面的距离Z3的取值范围为1.0cm≤Z3≤8.0cm；外壳罩30的第一侧面和第三侧面相对设置，第二侧面和第四侧面相对设置，其中，外壳罩30的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面为与底座10垂直的侧面。
示例性的，测试仪20的长L1可为63cm，宽W1可为66cm，高H1可为54cm。则外壳罩30的长L2可为68cm，宽W2可为75cm，高H2可为59cm。
如此设置，可使外壳罩30完全罩住测试仪20，使得测试在特定的气氛环境下进行；同时，外壳罩30的尺寸相对于测试仪20来说不会过大，节省整个测试装置所占用的空间的同时可避免第一流体和第二流体的过度使用。
需要说明的是，测试仪20的外边缘与外壳罩30的第一侧面的距离Z1与测试仪20的外边缘与外壳罩30的第二侧面的距离Z1的具体取值可以相等，也可以不相等；测试仪20的外边缘与外壳罩30的第二侧面的距离Z2与测试仪20的外边缘与外壳罩30的第四侧面的距离Z1的具体取值可以相等，也可以不相等；其取值均可根据测试装置的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
图3是本发明实施例提供的一种测试方法的流程示意图，其测试装置如图1所示。参照图3，该测试方法包括：
S110、通过第一开口向测试仪内充入第一流体，以调节测试仪内的温度。
可选的，第一流体为液氮。
S120、通过第二开口向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气由出气口排出。
可选的，第二流体为氮气。
利用氮气将外壳罩内的空气(尤其是二氧化碳)由出气口排出，使得测试环境氛围为稳定的氮气氛围。
需要说明的是，这里的氮气氛围，指的是测试装置内的气体属于气体动态平衡状态，仍会存在少量的二氧化碳，但此时二氧化碳不能被显微红外光谱测试仪检测到，即不会影响待测样品红外光谱测试。
S130、获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据光谱及膜层厚度，确定待测样品的膜层成分。
示例性的，通过显微红外光谱测试仪获取待测样品的红外光谱，通过轮廓仪或椭偏仪获取膜层厚度，根据红外光谱的吸收峰对应的峰面积和待测样品的膜层厚度，计算待测样品的膜层成分。可选的，待测样品为氮化硅，步骤S130可包括：根据氮化硅的红外光谱和厚度，确定Si-H键和N-H键的比例，以确定氮化硅的膜层成分。
其中，在薄膜晶体管-液晶显示器结构中，通常利用化学气相沉积形成的氮化硅作为薄膜晶体管侧的绝缘层，氮化硅的膜层成分直接影响薄膜晶体管的开关性能(电特性及稳定性)，因而利用显微红外光谱测试Si-H键和N-H键的比例对薄膜晶体管的电特性及稳定性控制非常重要。
示例性的，Si-H键和N-H键的比例的计算，可通过以下方式实现：
1)获取氮化硅的显微红外光谱-吸收率谱图
2)获取Si-H键和N-H键的峰面积
3)根据上述峰面积以及氮化硅的膜层厚度计算Si-H键和N-H键的比例。
本发明实施例提供的测试方法，通过第一开口向测试仪内通入第一流体，以调节测试仪内的温度至测试所需的环境温度；通过第二开口向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气排出，尤其是将测试环境中的二氧化碳和水气排出，使测试仪处于第二流体氛围保护的环境中，获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据光谱和膜层厚度，确定待测样品的膜层成分，可排除空气中的二氧化碳和水气对测试结果的影响，提高待测样品膜层成分的测试准确性。
图4是本发明实施例提供的另一种测试方法的流程示意图，是对图3提供的测试方法的补充和细化。参照图4，该测试方法包括：
S100、密封样品进出口。
其中，样品进出口为持续测试过程中更换样品的通道。更换(放置)好待测样品后，将样品进出口密封，以提供封闭式的测试环境，以利于测试氛围的控制。
S110、通过第一开口向测试仪内充入第一流体，以调节测试仪内的温度。
S120、通过第二开口向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气由出气口排出。
S131、获取待测样品的第一光谱。
其中，第一光谱可为第一红外光谱，第一红外光谱为向外壳罩内持续充入第二流体的过程中，由显微红外光谱测试仪量测的待测样品的红外光谱。待测样品的红外光谱可为透射率谱，也可以为吸收率谱，透射率谱和吸收率谱可通过显微红外光谱测试仪的测试软件切换。本实施例示例性的以吸收率谱为示例对第一红外光谱进行说明。
示例性的，第一红外光谱中包括待测样品的吸收峰，还可包括测试环境(主要指二氧化碳和水气)的吸收峰。
S132、当第一光谱中不存在二氧化碳的吸收峰时，获取基准光谱以及待测样品的第二光谱。
其中，基准光谱可为基准红外光谱，第二光谱可为第二红外光谱。随着向外壳罩内充入第二流体的时间的增长，外壳罩内的第二流体的含量逐渐增加，空气含量逐渐减少，即二氧化碳和水气的含量逐渐减少，对应第一红外光谱中，二氧化碳的吸收峰逐渐减弱；当第一红外光谱中不存在二氧化碳的吸收峰时，表明外壳罩内的二氧化碳被“排净”，也就是，外壳罩内的气体达到动态平衡状态，从而，测试氛围稳定，红外光谱的再现性良好。
其中，基准红外光谱为测试氛围稳定时，样品所处的测试氛围的红外光谱，，可通过在显微红外光谱测试仪的基准位置采集红外光谱获得，其中，基准位置上不放置待测样品。通过扣除基准红外光谱可将待测样品的红外光谱中非吸收峰位置的光谱拉平，用于排除测试氛围对待测样品的红外光谱测试结果的影响。
其中，第二红外光谱为测试氛围稳定时测得的待测样品的红外光谱。
可选的，待测样品为氮化硅，图5和图6为本发明实施例提供的持续充入第二流体过程中量测的红外光谱谱图。
示例性的，图5是本发明实施例提供的一种红外光谱谱图。横坐标为波数X，单位为cm-1，纵坐标为吸光度(Absorbance，Abs.)，采用归一化的坐标(纵坐标取值为0到1)，只表示相对大小(a.u.)，不代表实际物理数值。参照图5，F1-F4代表同一待测样品在不同测试环境下(随着充入第二流体的时间的增长)的第一红外光谱对比谱图，具体的，F1代表未充入第二流体时的第一红外光谱，也可以理解为充入第二流体的时间为0小时的第一红外光谱，或者未增加外壳罩，即开放式的显微红外光谱仪测得的红外光谱；F2代表充入第二流体的时间为0.5小时的第一红外光谱；F3代表充入第二流体的时间为2小时的第一红外光谱；F4代表充入第二流体的时间为3小时的第一红外光谱。图5中示例性的示出了二氧化碳(CO2)和Si-H键的吸收峰的位置，具体的，二氧化碳(CO2)的吸收峰的位置为2335cm-1和2365cm-1，Si-H键的吸收峰的位置为2100cm-1-2250cm-1，由于二氧化碳(CO2)的吸收峰的位置与Si-H键的吸收峰的位置非常接近，测试环境中二氧化碳的含量直接影响Si-H键的吸收峰，所以将环境中的二氧化碳(CO2)“排净”，可保证Si-H键的吸收峰计算准确。
示例性的，图6是本发明实施例提供的另一种红外光谱谱图。横纵坐标的含义同图5，在此不再赘述。参照图6，F5代表未充入第二流体时的第一红外光谱，F6代表充入第二流体的时间为3小时的第一红外光谱。图6中示例性的示出了氧化碳(CO2)、水气(H2O)、N-H键和Si-H键的吸收峰的位置，具体的，水气(H2O)的吸收峰的位置为3500cm-1-4000cm-1和1200cm-1-2000cm-1，N-H键的吸收峰的位置为3300cm-1-3500cm-1，二氧化碳(CO2)和Si-H键的吸收峰的位置同图5。向外壳罩内充入第二流体3小时，可完全“排净”外壳罩内的二氧化碳和水气，即可维持稳定的测试环境，使基准红外光谱的可再现性良好，提高N-H键和Si-H键的测试结果准确性。
S133、根据基准光谱、第二光谱及膜层厚度，确定待测样品的膜层成分。
其中，将第二光谱扣除基准光谱，可得到待测样品的光谱，根据待测样品的光谱中的吸收峰对应的峰面积以及待测样品的膜层厚度，可计算得到待测样品的膜层成分。
示例性的，以氮化硅为示例，根据氮化硅的红外光谱，可以得到Si-H键和N-H键的峰面积，将峰面积以及氮化硅的膜层厚度代入计算公式，可以确定Si-H键和N-H键的比例，即可以确定氮化硅的膜层成分。
示例性的，对于同一氮化硅样品，未充入第二流体时，膜层成分测试结果为：N-H键的含量为2.44E+22Atoms/cm3,Si-H的含量为1.98E+21Atoms/cm3；N-H的比例为28.24％，Si-H的比例为2.29％。充入第二流体3小时后，膜层成分测试结果为：N-H键的含量为2.88E+22Atoms/cm3,Si-H的含量为2.55E+21Atoms/cm3；N-H的比例为31.48％，Si-H的比例为2.79％。利用第二流体排除二氧化碳和水气的影响后，可使氮化硅的膜层成分测试结果更准确，从而有利于对氮化硅的膜层质量进行精准监测。
本发明是实施例提供的测试方法，通过第一开口向测试仪内通入第一流体，以调节测试仪内的温度至测试所需的环境温度；通过第二开口向外壳罩内持续充入第二流体，以使外壳罩内的空气排出，尤其是将测试环境中的二氧化碳和水气排出，使测试仪处于第二流体氛围保护的环境中，获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据光谱和膜层厚度，确定待测样品的膜层成分，可排除空气中的二氧化碳和水气对测试结果的影响，提高待测样品膜层成分的测试准确性。同时，通过测试仪获取第一光谱，来确定测试环境中的二氧化碳是否“排净”，无需引入另外的测试环境监测设备，可简化测试环境监测方法，节约成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种测试装置，其特征在于，包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
所述第一开口用于向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
所述第二开口用于向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述外壳罩的出气口设置于所述外壳罩与所述底座相对的一侧，或与所述底座垂直的一侧。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述外壳罩还设有样品进出口；
所述外壳罩的样品进出口设置在所述外壳罩靠近所述测试仪的样品台的一侧。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述第一流体为液氮，所述第二流体为氮气。
5.一种测试方法，其特征在于，测试装置包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
所述测试方法包括：
通过所述第一开口向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
通过所述第二开口向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出；
获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据所述光谱及膜层厚度，确定所述待测样品的膜层成分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取待测样品的光谱和膜层厚度，根据所述光谱及膜层厚度，确定所述待测样品的膜层成分，包括：
获取待测样品的第一光谱；
当所述第一光谱中不存在二氧化碳的吸收峰时，获取基准光谱以及所述待测样品的第二光谱；
根据所述基准光谱、所述第二光谱及所述膜层厚度，确定所述待测样品的膜层成分。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述外壳罩还设有样品进出口；通过所述第一开口向所述测试仪内充入第一流体之前，还包括：密封所述样品进出口。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待测样品为氮化硅；根据所述待测样品光谱及膜层厚度，确定所述待测样品的膜层成分，包括：
根据氮化硅的光谱和厚度，确定Si-H键和N-H键的比例，以确定所述氮化硅的膜层成分。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述第一流体为液氮，所述第二流体为氮气。
10.一种测试装置，其特征在于，包括：
底座；
设置在所述底座上的测试仪；
包围所述测试仪的外壳罩；
其中，所述底座与所述外壳罩密封连接，所述外壳罩设有第一开口、第二开口和出气口；
所述第一开口用于向所述测试仪内充入第一流体，以调节所述测试仪内的温度；
所述第二开口用于向所述外壳罩内持续充入第二流体，以使所述外壳罩内的空气由所述出气口排出；
所述第一流体为液氮，所述第二流体为氮气；
所述测试仪的外边缘与所述外壳罩的第一侧面和第三侧面的距离Z1的取值范围均为0.5cm≤Z1≤4.5cm，与所述外壳罩的第二侧面和第四侧面的距离Z2的取值范围均为0.5cm≤Z2≤6.5cm，与所述外壳罩的顶面的距离Z3的取值范围为1.0cm≤Z3≤8.0cm；所述外壳罩的第一侧面和第三侧面相对设置，第二侧面和第四侧面相对设置，其中，所述外壳罩的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面为与所述底座垂直的侧面。
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