CN114659451A - 膜厚测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

一种膜厚测量方法及测量装置，属于光学领域。膜厚测量方法包括以下步骤：采用波长为300‑1000nm光照射膜，接收来自膜的反射光并获得对应的二维图像；使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的至少部分像素的厚度值，以厚度值的平均值表征膜厚；数学模型包括：像素的灰度值与厚度值的函数关系；或，构成像素的RGB、HSV和LAB参数与厚度值的函数关系。过上述设置，操作方便且使用方便，检测速度快且测试面积大，重复性误差小，不容易产生较大的测量误差。

Description

膜厚测量方法及测量装置

技术领域

本申请涉及光学领域，具体而言，涉及一种膜厚测量方法及测量装置。

背景技术

在光伏行业的生产中，人们经常需要测量硅片表面的薄膜(薄膜包括但不局限于氧化铝和氮化硅膜中的任一种)厚度。具体地说，需要将硅片上面的每一点的膜层厚度计算出来。

目前用来测量膜厚的主要技术有以下几种：1、椭偏仪：利用光的偏振效应和数学模型拟合来计算膜厚，它的缺点是对硅片的表面要求高、硅片的放置比较麻烦、超过一定范围结果严重不准确，而且只能测量一个点的膜厚。2、利用微波进行距离差测量，它的缺点是操作过程繁琐、测量精度取决于人放置物体的准确性，而且只能测量一个点的膜厚。3、日本学者提出的利用不同波长照射多个不同样本，分别计测透射光的光量来建立与膜厚的关系。这个方法只能测量平整硅片表面的薄膜，同时还要求膜的折射率不变，对氧化铝和氮化硅膜不适用。4、华南理工大学也提出了一种基于光干涉的新型弹流润滑膜厚测量方法，但该方法只能够基于光学弹性流体动力润滑试验台。

有鉴于此，特此提出本申请。

发明内容

本申请提供了一种膜厚测量方法及测量装置，其能够有效解决上述至少一个技术问题。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种膜厚测量方法，其包括以下步骤：

采用波长为300-1000nm的光照射膜，接收来自膜的反射光并获得对应的二维图像。使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的至少部分像素对应的厚度值，以厚度值的平均值表征膜厚。

其中，数学模型包括：像素的灰度值与厚度值的函数关系；或，构成像素的RGB、HSV和LAB参数与厚度值的函数关系。

通过上述设置，操作方便且使用方便，利用波长为300-1000nm光在膜的光程推断出薄膜的厚度，其中光程等于介质折射率乘以光在薄膜中传播的路程，因此当折射率的值被认为变化很小时，可以推断出薄膜的厚度。因此，基于上述原理只需要获得二维图像，通过使用像素的灰度值与厚度值的函数关系或构成像素的RGB、HSV、LAB与厚度值的函数关系，即可计算出像素对应的厚度值，获得膜的厚度分布情况，且相比于使用椭偏仪来进行检测，检测速度快且测试面积大，重复性误差小，因为本申请是通过检测膜的表面每个点的厚度值然后取其平均值作为整个膜的膜厚，相比于现有技术采用单点的厚度值来表征整个膜的膜厚，本申请的膜厚波动性更小，准确性更高，不容易产生较大的测量误差。

结合第一方面，在本申请的一些可能的示例中，上述膜包括形成于基板的表面的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜中的任一种。

可选地，可选地，基板为表面平整或表面具有绒面结构的硅片。

也即是，氧化铝薄膜和氮化硅薄膜与特定波长的光源的合理配合，使得折射率的值变化很小，本申请提供的方法不仅能够有效表征位于硅片上的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜的膜厚，同时也可以有效表征表面具有绒面结构的硅片上形成的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜的膜厚。

结合第一方面，在本申请的一些可能的示例中，上述光的波长为的波长为300-500nm。

由于波长与膜厚之间的关系紧密，采用上述波长的光，灵敏度更高且测量精度也更高。

可选地，光为单色光或白光。进一步可选地，光为单色光，有效提高测量精度。

结合第一方面，在本申请的一些可能的示例中，产生光的光源为LED。

采用光源为LED的设置，保证光能够长效输出。

结合第一方面，在本申请的一些可能的示例中，上述二维图像包括黑白照片和彩色照片中的任一种。

通过照片的设置可精准有效获得来自膜的反射光，同时本领域技术人员也可以根据实际的需求选择黑白照片和彩色照片中的任一种均可。

结合第一方面，在本申请的一些可能的示例中，上述膜厚测量方法还包括采用：将像素对应的厚度值映射为颜色值，生成表示膜厚的彩色图像。

膜厚的彩色图像

通过上述设置，可视化表征膜的每一点对应的厚度，便于观察膜在不同处的厚度变化。

第二方面，本申请示例提供了一种用于本本申请第一方面提供的膜厚测量方法的膜厚测量装置，其包括检测核心结构以及控制系统。

检测核心结构包括：罩体、光源和相机，罩体具有第一容纳腔，第一容纳腔内具有用于容置膜的容置部。

光源设置于第一容纳腔内，光源用于产生非垂直入射于对容置部的光，相机具有能够转动的镜头，镜头位于来自膜的反射光的光路上以接收反射光并获得对应的二维图像。

控制系统用于根据数学模型计算并获得构成二维图像的像素对应的厚度值以及膜厚。

通过上述设置，操作方便且使用方便，只需要相机获得二维图像，控制系统通过数学模型即可计算出整个膜的厚度分布情况，且相比于使用椭偏仪来进行检测，检测速度快且测试面积大，重复性误差小，因为本申请是通过检测膜的表面每个点的厚度值然后取其平均值作为整个膜的膜厚，相比于现有技术采用单点的厚度值来表征整个膜的膜厚，本申请的膜厚波动性更小，准确性更高，不容易产生较大的测量误差。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，光源的发光面朝向容置部。

通过上述设置，当容置部内容置有膜时，光源发出的光能够直接照射于膜。

可选地，可选地，光源为面板光源，面板光源具有与镜头配合的安装孔。

面板光源的设置，使得光线均匀度好，光线柔和且亮度高。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，检测核心结构包括匀光板，匀光板设置于罩体内并将第一容纳腔隔为第一腔体以及第二腔体，第一腔体位于第二腔体的上方，容置部、镜头分别位于第二腔体。

光源位于第一腔体内且光源的发光面朝向远离第二腔体的一侧，以使光源发射的光线以漫反射的方式照射于容置部。

通过上述设置，利用匀光板和光源的发光面的朝向的配合，使光源发出的光最终以漫反射的方式照射于容置部。

可选地，光源围设于镜头的周向。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，光源为LED光源。

通过上述设置，利用LED光源寿命长、可频闪、亮度容易控制以及功耗小的优势，有效提高膜厚测量装置的寿命以及降低能耗，同时便于根据实际需求调节亮度。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，光源发出的光为单色光或白光，且光的波长为300-1000nm。

通过上述设置，保证最终获得的结果的精确度。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，镜头与容置部之间的距离可调。

通过上述设置，可根据实际的需求进行二者之间的距离的调节，获得较佳的照片。

可选地，相机为单色相机或彩色相机。

也即是，获得的照片为黑白照片或彩色照片。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，膜厚测量装置包括托盘，容置部设置于托盘的正面，托盘与罩体滑动配合以使容置部置于或离开第一容纳腔内。

通过托盘的设置，便于根据实际的需求，将膜放置于容置部放入或离开第一容纳腔内，便于实际的使用过程中装样。

结合第二方面，在本申请的一些可能的示例中，罩体具有容纳槽，容纳槽的开口位于罩体的底端。

膜厚测量装置包括底座，罩体与底座连接且之间形成安装间隙，底座设有位于安装间隙内的导轨，托盘滑动设置于导轨，以使托盘能够沿导轨移动且容置部选择性封闭容纳槽的开口以形成第一容纳腔。

通过上述设置，保证托盘抽拉时的稳定性，同时结构简单，有效节省空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例膜厚测量装置的结构示意图；

图2为本申请实施例膜厚测量装置的爆炸图；

图3为本申请实施例检测核心结构120a的结构示意图；

图4为本申请实施例检测核心结构120a的爆炸图；

图5为本申请实施例检测核心结构120a的剖视图；

图6为本申请其他实施例的检测核心结构120b的结构示意图；

图7为本申请实施例托盘的结构示意图；

图8为本申请实施例底座的结构示意图；

图9为在蓝光照射下获得的黑白照片；

图10为膜厚的数学模型拟合结果；

图11为两种方式测得的膜的厚度值的误差结果示意图；

图12中，A为膜的膜厚的彩色图像，B为A中被选取区域的膜的厚度值分布范围以及平均膜厚值可视化输出结果示意图。

图标：10-膜厚测量装置；101-U型罩；103-柜门；1031-散热部；105-前面盖；110-底座；111-导轨；113-限位件；120a-检测核心结构；120b-检测核心结构；121-罩体；123-第一容纳腔；125-匀光板；1231-第一腔体；1233-第二腔体；130-光源；141-相机本体；143-镜头；151-支板；153-固定板；155-腰孔；160-托盘；161-容置部；170-电控安装板。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的膜厚测量方法及测量装置进行具体说明：

本申请提供一种膜厚测量方法，其原理为：利用光在膜内的光程推断出薄膜的厚度，其中光程等于介质折射率乘以光在薄膜中传播的路程。当折射率的值可被认为变化很小时，利用光程与灰度值之间的关系，获得厚度值。

膜厚测量方法包括以下步骤：

S1.采用波长为300-1000nm的光照射膜，接收来自膜的反射光并获得对应的二维图像。

其中，光的波长为300-500nm。

其中，光为单色光或白光。

进一步可选地，光为单色光，进一步可选地，单色光为蓝光。

可选地，产生光的光源为LED。

可选地，二维图像包括黑白照片和彩色照片中的任一种。

膜包括形成于基板的表面的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜中的任一种，其中基板为表面平整或表面具有绒面结构的硅片。可选地，基板包括表面具有绒面结构的硅片。

通过上述具体薄膜的限定以及相关光源的选择，使介质折射率基本不变，使得折射率的值的变化很小。

S2.使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的至少部分像素对应的厚度值。

需要说明的是，通过数学模型计算能获得构成二维图像的每个像素对应的厚度值，然而实际的过程中，通过部分像素的厚度值，实际也可以快速获得较为精准的膜厚，因此步骤S2为获得至少部分像素对应的厚度值。

可选地，使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的每个像素对应的厚度值。

其中，数学模型包括：像素的灰度值与厚度值的函数关系；或，构成像素的RGB(红R、绿G、蓝B)、HSV(色调H、饱和度S、亮度V)和LAB(亮度L、色彩A、色彩B)参数与厚度值的函数关系。

需要说明的是，像素的灰度值与厚度值的函数关系包括黑白照片的灰度值与膜厚的一次、二次函数关系，像素的RGB、HSV、LAB与对应的厚度值的函数关系包括但不局限于多元线性、非线性函数关系。

一般而言，若获得二维图像为黑白照片，则直接利用预先建立的每个像素的灰度值与厚度值的函数关系获得像素对应的厚度值。若获得二维图像为彩色照片，则通过构成像素的RGB、HSV、LAB与对应的厚度值的函数关系计算并获得像素对应的厚度值。

除此以外，还可以在进行计算厚度值前，将获得的二维图像按照相关手段进行黑白照片与彩色照片之间互相转化，然后根据转换后的图片预先建立的数学模型进行相关厚度的计算，也属于本申请的保护范围内。

S3.以厚度值的平均值表征膜厚。

利用厚度值的平均值表征膜厚，有效降低偏差。

可选地，膜厚测量方法还包括S4，其中步骤S4可以在步骤S3之后进行，也可以在步骤S2和步骤S3之间进行。

具体地，步骤S4包括：将像素对应的厚度值映射为颜色值，生成表示膜厚的彩色图像。膜厚的彩色图像。其中，步骤S4的具体操作方式可参考相关技术，在此不做限定，只要实现上述设置即可，也即是映射采用映射规则不局限于不限定于jet、hot等规则。

可选地，步骤S4还包括：选择膜厚的彩色图像的部分区域并可视化输出区域内的膜厚值分布范围以及平均膜厚值，其中可视化输出区域内的膜厚值分布范围的方式可采用柱状图或表格方式进行。

以下结合实施例对本申请的膜厚测量方法及测量装置作进一步的详细描述。

实施例

请参阅图1以及图2，一种膜厚测量装置10，其包括壳体、检测核心结构120a以及控制系统，适于检测薄膜的厚度。

其中，薄膜例如为形成在硅片上的氧化铝薄膜或氮化硅薄膜，且硅片的表面平整或表面具有绒面结构。

其中，壳体由金属制得，具体地，壳体采用铁或者铝制成。

壳体包括壳壁以及底座110，其中壳壁以及底座110连接并共同限定第二容纳腔(图未示)。

请参阅图2，本实施例中，底座110具有互相垂直的第一预设方向以及第二预设方向，壳壁包括U型罩101、柜门103和前面盖105。

其中，U型罩101的两个侧壁分别位于第一预设方向，柜门103和前面盖105分别位于第二预设方向且与U型罩101连接共同限定并形成容纳槽，容纳槽的开口端被底座110封闭形成第二容纳腔。其中，为了便于后续进行维修，U型连接端分别与柜门103和前面盖105可拆卸连接，例如螺钉连接或卡接等，在此不做赘述。

检测核心结构120a设置于第二容纳腔内。

请参阅图2、图3、图4以及图5，检测核心结构120a包括罩体121、光源130以及相机。

罩体121用于遮光，防止外界光进入罩体121内，同时也可以防止光自罩体121向外输出，具体地，罩体121可以由铁或铝制得。

罩体121具有第一容纳腔123，第一容纳腔123内具有用于容置膜的容置部161；光源130设置于第一容纳腔123内，光源130用于产生能够照射于容置部161的光。

相机包括相机本体141以及镜头143，其中镜头143设置于相机本体141且能够相对相机本体141转动，具体例如通过螺纹连接实现转动，可参考相关技术，在此不做赘述；其中镜头143位于来自膜的反射光的光路上以接收来自膜的反射光并获得对应的二维图像。

如图4所示，光源130以及镜头143均位于容置部161的上方。

具体地，控制系统使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的至少部分像素的厚度值，以厚度值的平均值表征膜厚；也即是控制系统用于根据数学模型计算并获得构成二维图像的像素对应的厚度值以及膜厚。

其中，数学模型包括：像素的灰度值与厚度值的函数关系；或，构成像素的RGB、HSV和LAB参数与厚度值的函数关系。

也即是通过上述设置，利用光在膜的光程推断出薄膜的厚度，其中光程等于介质折射率乘以光在薄膜中传播的路程。当折射率的值可被认为变化很小时，可以推断出薄膜的厚度的原理，在折射率基本不变的条件下只需要获得二维图像，通过使用像素的灰度值与厚度值的函数关系或构成像素的RGB、HSV、LAB与厚度值的函数关系，即可计算出像素对应的厚度值，获得膜的厚度分布情况，且相比于使用椭偏仪来进行检测，检测速度快且测试面积大，重复性误差小，因为本申请膜厚测量装置10是通过检测膜的表面每个点的厚度值然后取其平均值作为整个膜的膜厚，相比于现有技术采用单点的厚度值来表征整个膜的膜厚，本申请的膜厚波动性更小，准确性更高，不容易产生较大的测量误差。

其中，光源130发出的光为单色光或白光，可选地，光源130发出的光为单色光，且光的波长为300-1000nm，可选地，光的波长为300-500nm。可选地，光源130为LED光源。

其中，光对位于容置部161的膜进行照射的方式包括光以漫反射的方式照射膜以及光直接照射膜。

第一种方式：光以漫反射的方式照射于膜的设置方式。

请参阅图6，图6为本申请提供的一些其他的检测核心结构120b，其中图6中实线箭头为光源130发射光线，虚线箭头为镜头143接收的反射光。检测核心结构120b包括匀光板125，匀光板125设置于罩体121内并将第一容纳腔123隔为第一腔体1231以及第二腔体1233，第一腔体1231位于第二腔体1233的上方，容置部161、镜头143分别位于第二腔体1233；光源130位于第一腔体1231内且光源130的发光面朝向远离第二腔体1233的一侧，以使光源130发射的光线以漫反射的方式照射于容置部161。

具体地，匀光板125水平设置于罩体121内，光源130安装于匀光板125，相机本体141安装于匀光板125且位于第一腔体1231，为了保证光线的均匀度，光源130围设于镜头143的周向。

此时，光源130例如为设置于镜头143的周向的多个间隔布置的条状光源130，本实施例中为围设于镜头143的周向的环状光源。

可选地，环状光源130可以位于膜的正上方，也即是环状光源的轴线与膜的中线重合。

同时，需要说明的是，光源130在水平面的投影的大小可以与膜的尺寸相等，也可以小于或大于膜的尺寸，在此不做限定。

第二种方式：光以直接照射的方式照射于膜。

请参阅图3至图5，光源130的发光面朝向容置部161。此时，由于没有匀光板125的设置且光源130位于容置部161的上方，因此光源130的发光面产生的光线能够直接照射于膜。

需要说明的是，发光面平面或弧面，发光面指光源130产生的光自发光面向外传递。

无论第一种设置方式还是第二种设置方式，光源130的形式包括但不局限于灯箱、面板光源、条状光源或环状光源等，本领域技术人员可根据实际的需求进行相关的选择。同时，需要说明的是，光源130可拆卸设置于第一容纳腔123内，进而可根据不同尺寸的膜配置不同面积的光源130。

需要说明的，除了上述设置方式，也可以在面板光源朝向膜的一端安装辅助光源(图未示)，其中辅助光源朝向容置部161的一端面发射光，其光线的发射方向与被其遮挡的面板光源部分的发射光线的方向相同，也即是，当面板光源水平设置时，辅助光源的轴线垂直于面板光源。

本实施例中，光源130为能够发出蓝光且蓝光波长为465-475nm的蓝色LED面板光源，其中，其中面板光源设置于罩体121内并作为第一容纳腔123的顶壁，光源130的发光面朝向容置部161，光源130的中部设有与镜头143对应的安装孔，镜头143能够设置于安装孔内并接收来自容置部161的反射光。

通过本实施例提供的光源，发现氮化硅膜越厚，其颜色越浅，因此可简单通过颜色比较可判断两个膜的厚度差异。

相机本体141可以设置于第一容纳腔123内，但为了避免因相机体积较大造成的阴影，影响测定的结果，本实施例中，相机本体141设置于第一容纳腔123外，镜头143伸入第一容纳腔123内即可。

相机可以为彩色相机或单色相机，其像素越高越好，本实施例中，采用2500万像素的单色相机，一次曝光获得一张二维图片，操作简单且空间分辨率高，同时能够以1um以下的分辨率来定量地分析膜厚分布。

可选地，镜头143与容置部161之间的距离可调。

本实施例中，为了实现上述效果，请参阅图4，检测核心结构120a包括安装架，安装架包括支板151以及固定板153，其中支板151的端部与面板光源130的背面经螺钉连接，支板151的中部向远离面板光源130的一侧突出，以使支板151的中部与面板光源130的背面不接触，防止影响面板光源130的散热，固定板153设置于支板151的中部且向远离面板光源130的一侧延伸，安装板具有竖向延伸的多个腰孔155，相机本体141经多个连接螺钉(图未示)与每个腰孔155配合以使相机本体141安装于安装架连接且能够沿腰孔155的延伸方向竖向移动，以带动镜头143竖向移动，通过调节镜头143的高度调节镜头143与容置部161之间的距离。

请参阅图2以及图7，为了在后续实际的测定过程中，便于将膜自第一容纳腔123内取放，膜厚测量装置10包括托盘160，容置部161设置于托盘160的正面，托盘160与罩体121滑动配合以使容置部161置于或离开第一容纳腔123内，其中容置部161具体例如为凹槽。

为了简化结构且提高空间利用率，可选地，罩体121具有容纳槽，容纳槽的开口位于罩体121的底端。

请参阅图2、图5以及图8，膜厚测量装置10包括底座110，罩体121与底座110连接且之间形成安装间隙，底座110设有位于安装间隙内的导轨111，托盘160滑动设置于导轨111，以使托盘160能够沿导轨111移动且容置部161选择性封闭容纳槽的开口以形成第一容纳腔123。

也即是，在托盘160移动过程中，使容置部161及膜能够完全位于容纳槽内。其中，托盘160至少对应容置部161的部分由遮光材料制得。

其中，导轨111的沿第二预设方向延伸，因此，前面盖105设有用于供托盘160进出第二容纳腔的开口，此时，通过抽拉托盘160位于前面盖105外的一端，实现托盘160沿导轨111往复移动，以将容置部161内的膜位于第一容纳腔123内或自或第一容纳腔123内取出。

其中，导轨111远离前面盖105的一端设有限位件113，限位件113用于限定托盘无法从导轨111远离前面盖105的一端脱离导轨111。

请参阅图2，控制系统包括电控安装板170、控制器(图未示)以及具有输入功能的显示面板(图未示)，其中，电控安装板170位于第二容纳腔内且设置于罩体121外，例如设置于罩体121靠近柜门103的一侧，电控安装板170与光源130、相机电连接并为二者供电，此时柜门103设有散热部1031，散热部1031例如为散热孔以及散热风扇。

控制器与电控安装板170、光源130、相机以及显示面板连接，以获得二维图像，同时利用数学模型计算并获得构成二维图像的每个像素对应的厚度值以及膜厚并在显示面板可视化输出，同时显示面板也可输入相关的指令并传递给控制器，控制器接收关于该指令的信号后进行相关操作，例如显示面板输入拍照指令(输入方式包括但不局限于触屏点击)，控制器接收该拍照信号后控制相机拍照，具体可参阅相关技术，在此不做赘述。

进一步地，膜厚测量装置还包括与控制器连接的光电开关或接触式传感器(图未示)，其中，光电开关或接触式传感器均用于监测托盘160是否运行至目标位置，当安装有膜的托盘160运动至目标位置时触发光电开关或接触式传感器，此时控制器获得光电开关或接触式传感器被触发的信号，此时控制器控制光源发光且控制相机拍照，实现自动启动测量步骤。

目标位置可根据实际的需求进行设定，例如处于容置部161封闭容纳槽的开口以形成第一容纳腔123时，托盘160所在位置作为目标位置，此时光电开关或接触式传感器可以设置于托盘远离前面盖105的一端，也可以设置于罩体远离前面盖105的一端，只要实现在托盘160到达目标位置，接触并触发接触式传感器或非接触触发光电开关，且在托盘160往外抽拉使其运动至离开目标位置时，解除光电开关或接触式传感器的触发状态，控制器停止检测即可。

其中，控制器通过编程设定，将计算得到的像素对应的厚度值映射为颜色值，生成表示膜厚的彩色图像并输出至显示面板。可选地，控制器可通过编程设定，在获得膜厚的彩色图像后，可选择膜厚的彩色图像的部分区域并可视化输出区域内的膜厚值分布范围以及平均膜厚值，其中可视化输出区域内的膜厚值分布范围的方式采用柱状图方式进行；需说明的是，上述编程设定可直接通过购买软件实现，也可根据相关技术进行自行设计，在此不做限定。

采用本实施例获得的膜厚测量装置10进行样品的膜厚测量方法，其中，样品为膜为形成于具有绒面结构的硅片上的单晶氮化硅薄膜。

膜厚测量方法包括以下步骤：

将托盘160拉出后，将氮化硅薄膜放置于容置部161后将托盘160推入，其中，氮化硅薄膜位于硅片朝向光源130的一侧。

开启光源130，光源130产生固定波长段的光对膜进行照射，相机接收来自膜的反射光并获得对应的二维图像，光源130产生的光为波长为465-475nm的蓝光，获得的黑白照片如图9所示。

控制系统使用预先建立的数学模型计算并获得构成二维图像的每个像素的厚度值。其中数学模型为像素的灰度值与厚度值的函数关系。

具体地，数学模型为y＝0.1451x+66.809，其中y表示膜厚值，单位为nm，x表示灰度值。以厚度值的平均值表征膜厚(也即是获得膜的面厚度)，计算获得膜厚为81.80nm。

其中，数学模型的获得方式包括：采用高精度的成像椭偏仪可以测量到上述样品上的多个点的膜厚值。然后采用excel、matlab、python、origin、R、SPSS、SAS等软件对膜厚值和灰度值进行数据拟合(采用最小二乘法)，如图10所示，求得如上所示的膜厚计算公式：y＝0.1451x+66.809，R²达到0.8723，拟合效果佳。

同时将上述样品的部分点采用高精度的成像椭偏仪测量的膜的厚度值与本申请测量获得膜的厚度值进行对比，获得的误差结果如图11所示。

同时将像素对应的厚度值映射为颜色值，基于颜色值对二维图像进行可视化渲染，生成膜的膜厚的彩色图像，结果如图12中A所示。

同时选择膜厚的彩色图像的部分区域(图12中A中方框所选取的区域)并可视化输出区域内的膜的厚度值分布范围以及平均膜厚值，结果图12中B所示。

以210*210mm的样品为例，采用本申请所示的方式获得膜厚的检测时间小于0.3s，而使用椭偏仪来进行检测则需要3h左右，也即是，本申请提供的膜厚检测方法有效节省检测时间，效率更高。并且椭偏仪的测量误差一般在3nm，而申请可以将误差控制在1nm以内。

综上，本申请提供的膜厚测量方法及测量装置，只需要相机拍摄一张照片，软件算法即可计算出整个膜的膜厚以及各处的厚度值的分布情况，操作简单，且测定结果波动性小，准确性高，检测速度快。

以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种膜厚测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用波长为300-1000nm光照射膜，接收来自所述膜的反射光并获得对应的二维图像；

使用预先建立的数学模型计算并获得构成所述二维图像的至少部分像素的厚度值，以所述厚度值的平均值表征所述膜厚；

其中，所述数学模型包括：所述像素的灰度值与所述厚度值的函数关系；或，构成所述像素的RGB、HSV和LAB参数与所述厚度值的函数关系。

2.根据权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述膜包括形成于基板的表面的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜中的任一种；

可选地，所述基板为表面平整或表面具有绒面结构的硅片。

3.根据权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述光的波长为300-500nm；

可选地，所述光为单色光或白光。

4.根据权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，产生所述光的光源为LED。

5.根据权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述二维图像包括黑白照片和彩色照片中的任一种。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的膜厚测量方法，其特征在于，还包括采用：将所述像素对应的厚度值映射为颜色值，生成表示所述膜厚的彩色图像。

7.一种用于实施权利要求1所述的膜厚测量方法的膜厚测量装置，其特征在于，包括检测核心结构以及控制系统；

所述检测核心结构包括：罩体、光源和相机，罩体具有第一容纳腔，所述第一容纳腔内具有用于容置所述膜的容置部；

光源设置于第一容纳腔内，所述光源用于产生能够照射于所述容置部的光，所述相机具有能够转动的镜头，所述镜头位于来自所述膜的反射光的光路上以接收所述反射光并获得对应的所述二维图像；

控制系统用于根据所述数学模型计算并获得构成所述二维图像的像素对应的厚度值以及所述膜厚。

8.根据权利要求7所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述光源的发光面朝向所述容置部；

可选地，所述光源为面板光源，所述面板光源具有与所述镜头配合的安装孔。

9.根据权利要求7所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述检测核心结构包括匀光板，所述匀光板设置于所述罩体内并将所述第一容纳腔隔为第一腔体以及第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方，所述容置部、所述镜头分别位于所述第二腔体；

所述光源位于第一腔体内且所述光源的发光面朝向远离第二腔体的一侧，以使所述光源发射的光线以漫反射的方式照射于所述容置部。

10.根据权利要求9所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述光源围设于所述镜头的周向。

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