TW201621267A - 薄膜曲率量測裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種薄膜曲率量測裝置，適用於量測薄膜的曲率，包含發光模組、第一光學模組、第二光學模組、第三光學模組、影像擷取模組與影像分析模組。發光模組發射至少一線雷射作為入射光，入射光的截面係由直線形成的幾何圖形。入射光傳播於第一光學模組形成的第一光學路徑，並經第二光學模組引導經第二光學路徑入射薄膜。薄膜反射所形成的反射光先傳播於第二光學路徑，再經第三光學模組引導沿第三光學路徑傳播，並被影像擷取模組擷取。影像分析模組根據反射光的特徵，判斷出薄膜的曲率。

Description

薄膜曲率量測裝置及其方法

本創作係有關於一種薄膜曲率量測裝置及其方法。

半導體材料在磊晶沉積的過程中，若磊晶基板的晶格常數與沉積材料差異過大時，例如使氮化鎵(Gallium nitride,GaN)成長在矽(silicon,Si)基板上，兩材料之間會存在有內建應力，而使基板彎曲形成曲面。這樣的現象會使得磊晶品質降低而影響製程品質，並且造成製造成本的提高。因此，若能在磊晶過程中，即時監控基板的曲率變化，並藉此即時掌握內建應力在哪一層結構中最為明顯，進而調整相對應的參數以降低內建應力，實乃各家廠商皆在研究之課題。

根據本揭露一實施例中的一種薄膜曲率量測裝置，此薄膜曲率量測裝置適用於量測待測薄膜的曲率。此薄膜曲率量測裝置包含發光模組、第一光學模組、第二光學模組、第三光學模組、影像擷取裝置、影像分析裝置，其中影像擷取模組電性連接影像分析模組。發光模組用以發射至少一條線雷射以作為入射光，入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的第一幾何圖 形。第一光學模組用以提供第一光學路徑，以使入射光經由第一光學路徑傳播。第二光學模組用以提供第二光學路徑，以引導沿第一光學路徑傳播的入射光經由第二光學路徑入射待測薄膜，並引導由待測薄膜反射所形成的反射光進入第三光學路徑。反射光的截面形狀係為具有至少一特徵的第二幾何圖形。第三光學模組用以提供第三光學路徑，以使行經第二光學路徑的反射光沿第三光學路徑傳播。影像擷取模組用以擷取傳播至第三光學路徑終端的反射光。影像分析模組用以根據反射光的截面形狀的至少一特徵的第二幾何圖形，判斷出待測薄膜的曲率。其中，前述至少一特徵的第二幾何圖形包含至少一線雷射對應於在不同軸向上的長度、至少一對平行線雷射間的距離、第二幾何圖形的周長與第二幾何圖形的面積至少其中之一。

根據本揭露一實施例中的一種薄膜曲率量測方法，此薄膜曲率量測方法適用於量測待測薄膜的曲率。薄膜曲率量測方法首先發射至少一條線雷射以作為一入射光，且入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的第一幾何圖形。再使入射光經由一第一光學路徑傳播，並引導沿第一光學路徑傳播的入射光經由一第二光學路徑入射待測薄膜。接著，引導行經第二光學路徑的反射光進入第三光學路徑。反射光係由待測薄膜反射入射光所形成，且反射光的截面形狀係為具有至少一特徵的第二幾何圖形。然後，使反射光沿第三光學路徑傳播，並擷取傳播至第三光學路徑終端的反射光。最後，根據反射光截面形狀的至少一特徵的第 二幾何圖形，判斷出待測薄膜的曲率。其中，前述至少一特徵的第二幾何圖形包含至少一線雷射對應於不同軸向上的長度、至少一對平行線雷射間的距離、第二幾何圖形的周長與第二幾何圖形的面積至少其中之一。

以上關於本揭露的內容及以下關於實施方式的說明係用以示範與闡明本揭露的精神與原理，並提供對本揭露的申請專利範圍更進一步的解釋。

1‧‧‧發光模組

2‧‧‧第一光學模組

21‧‧‧第一透鏡

23‧‧‧第一濾鏡

3‧‧‧第二光學模組

31‧‧‧第一全反射鏡

33‧‧‧分光鏡

35‧‧‧第二全反射鏡

4‧‧‧待測薄膜

5‧‧‧第三光學模組

51‧‧‧第二濾鏡

53‧‧‧第二透鏡

6‧‧‧影像擷取模組

7‧‧‧影像分析模組

m1~m3‧‧‧矩形之第二幾何圖形的長度

n1~n3‧‧‧矩形之第二幾何圖形的寬度

d1~d3‧‧‧平行線之第二幾何圖形中的兩平行線的距離

a1~a3‧‧‧網格之第二幾何圖形某一特定區域的面積

S801~S809‧‧‧步驟流程

第1圖係本揭露一實施例中薄膜曲率量測裝置的功能方塊示意圖。

第2圖係本揭露第1圖之薄膜曲率量測裝置的第一實施態樣。

第3圖係本揭露第1圖之薄膜曲率量測裝置的第二實施態樣。

第4A、4B、4C圖係本揭露一實施例中以線雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形的示意圖。

第5A、5B、5C圖係本揭露一實施例中以十字雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形的示意圖。

第6A、6B、6C圖係本揭露一實施例中以一對平行線雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形的示意圖。

第7A、7B、7C圖係本揭露一實施例中以網格雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形的示意圖。

第8圖係本揭露一實施例中薄膜曲率量測方法的步驟流程圖。

以下在實施方式中敘述本揭露之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本揭露之技術內容並據以實施，且依據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下實施例係進一步說明本揭露之諸面向，但非以任何面向限制本揭露之範疇。

需先一提的是，為使圖式簡明易懂，所附圖式均為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構與方法。因此，所顯示之元件並非以實際實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態可能更為複雜，先于敘明。

請參照第1圖，第1圖係本揭露一實施例中薄膜曲率量測裝置的功能方塊示意圖。如圖1所示，本揭露的薄膜曲率量測裝置適用於量測待測薄膜4的曲率，且此薄膜曲率量測裝置包含發光模組1、第一光學模組2、第二光學模組3、第三光學模組5、影像擷取模組6以及影像分析模組7。其中影像擷取模組6電性連接影像分析模組7，其餘各功能模組1、2、3、4、5並無實質的連接關係，而是以發光模組1發出的入射光行經各功能模組2、3、4、5的順序，定義出各功能模組1、2、3、4、5的相對位置關係。

簡單來說，本揭露的薄膜曲率量測裝置係先由發光 模組1發射至少一條線雷射(line laser)以作為入射光，所述入射光的截面形狀係為第一幾何圖形。此入射光依序行經第一光學模組2所提供的第一光學路徑與第二光學模組3所提供的第二光學路徑，並根據第二光學模組3的引導而入射至待測薄膜4。接著，待測薄膜4會反射所接收到的入射光而形成反射光，此反射光再根據第二光學模組3的引導而進入第三光學模組5所提供的第三光學路徑，並被影像擷取模組6所接收。為求後續行文敘述簡明，在此根據反射光在各光學路徑中的傳播順序，定義影像擷取模組6所擷取得的反射光的截面係為第二幾何圖形。第二幾何圖形的形狀同樣為具有至少一特徵的幾何圖形。影像分析模組7則根據第二幾何圖形所包含的至少一特徵判斷出待測薄膜4的曲率。以下將分別根據薄膜曲率量測裝置中的各功能模組做詳細的說明。

發光模組1用以發射至少一條線雷射(line laser)以作為入射光，此入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的第一幾何圖形。其中，上述的第一幾何圖形例如可為單一條直線、多條交錯直線(例如十字形狀、網狀)、多條平行線或多邊形(例如矩形、三角形)，本揭露在此不加以限制。於實務上，發光模組1所發射的至少一條線雷射可以為一種固態雷射或氣態雷射，且每一條線雷射的波長範圍係為可見光波長，但本揭露在此僅為舉例示範並不加以限制。

第一光學模組2可以藉由配置不同的光學部件以形成第一光學路徑，以使入射光經由第一光學路徑傳播時，可以藉 由這些光學部件調整入射光的光強度或截面形狀。光學部件例如為凹透鏡、凸透鏡、或中性衰減片(Neutral density filter,ND filter)，在此僅為舉例示範但實際上並不以此為限。第二光學模組3用以提供第二光學路徑，其功能與第一光學路徑有所類似，但第二光學路徑更用以引導沿著第一光學路徑傳播的入射光入射待測薄膜4，並引導待測薄膜4反射所形成的反射光進入第三光學模組5所提供的第三光學路徑。第三光學模組5用以提供第三光學路徑，以使行經第二光學路徑的反射光可以沿著第三光學路徑傳播，且第三光學路徑同樣具有與第一光學路徑相似的功能。於實務上，待測薄膜4例如可以為一種發光二極體(light emitting diode,LED)的晶圓(wafer)，但不以此為限。

影像擷取模組6用以擷取傳播至第三光學路徑終端的反射光，以擷取得前述的第二幾何圖形。此第二幾何圖形如前述係為具有至少一特徵的幾何圖形。於實務上，影像擷取模組6可例如是一種具有感光耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)或是具有互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)的攝影機，本揭露在此不加以限制。

影像分析模組7用以根據上述第二幾何圖形的至少一特徵，判斷出待測薄膜4的曲率。於實務上，影像分析模組7可例如是中央處理器(Central Processing Unit,CPU)或微控制器(microcontroller unit,MCU)，但不以此為限。更具體地說，由於待測薄膜4並不一定是一個理想的平面，若待測薄膜4係為凹 面或凸面時，則前述的入射光被待測薄膜4反射形成反射光的過程中，反射光的截面形狀係由入射光的截面形狀根據待測薄膜4的曲率對應地放大、縮小、歪斜或扭曲而形成。

換句話說，入射光以及反射光具有的截面形狀會因待測薄膜4的反射而有所差異。且在待測薄膜4具有不同曲率的情況下，反射光會根據不同曲率形成相對應的截面形狀。是故，所述第二幾何圖形的至少一特徵也會根據曲率不同而有所變化。而影像分析模組7根據所述第二幾何圖形的至少一特徵與曲率的對應關係，由量測得的至少一特徵反推出待測薄膜4所具有的未知曲率。每一種幾何圖形分別具有不同的幾何定義並對應形成所述至少一特徵，故所述至少一特徵的第二幾何圖形可例如為至少一線雷射對應於不同軸向上的長度、至少一對平行線雷射間的距離、第二幾何圖形的周長與第二幾何圖形的面積至少其中之一。

在一實施例中，影像分析模組7可以根據多組相異的標準數據以及影像擷取模組6所擷取到的反射光的截面形狀，判斷出待測薄膜4的曲率。前述標準數據係為預先實驗得到的數據，每一組標準數據對應到特定曲率的薄膜。更詳細地說，每一組標準數據包含基板數據以及特徵數據，而且其中基板數據相關於一標準基板的曲率。例如基板數據可以指示此標準數據係關於具有某曲率的矽基板所形成的薄膜，或具有另一曲率的藍寶石基板所形成的薄膜；而特徵數據係相關於第二幾何圖形的至少一特徵。例如當第二幾何圖形係為一矩形時，特徵數據可以指示此矩 形的長、寬或任何足以代表此矩形的特徵。是故，標準數據係用以指示：當由某材料形成的基板具有某曲率的時候，其對應第二幾何圖形係具有某特徵。

沿續前述實施例，影像分析模組7可自第二幾何圖形分析得一相關於待測薄膜4的第一特徵數據。此時，影像分析模組7可以根據多組已知的標準數據中所含的基板數據、特徵數據，連同第一特徵數據計算得待測薄膜的曲率。此計算方式可以是內插法、外插法或根據曲率以及第二幾何圖形之間的對應關係所設計的相對應演算法，例如以各已知資訊建立迴歸運算模型，此為所屬技術領域中具通常知識者可自由設計，在此並不以此為限。於此，所屬領域中具通常知識者當可明白，本揭露的精神即在於藉由以具有「特定截面形狀」的入射光入射待測薄膜4產生反射光，影像擷取模組6擷取反射光具有至少一特徵的第二幾何圖形。影像分析模組7則根據第二幾何圖形的至少一特徵，並輔以標準數據判斷出待測薄膜4的曲率。前述係為本揭露的薄膜曲率量測裝置的功能說明，然本揭露的薄膜曲率量測裝置實可具有以下的實施態樣。

請參照第2圖，第2圖係本揭露一實施例中薄膜曲率量測裝置的第一實施態樣。在第2圖所代表的實施態樣中，更以實際的光學部件實做出如第1圖所示的各功能方塊。如第2圖所示，第一光學模組2包含第一透鏡21以及第一濾鏡23，藉以形成第一光學路徑，使入射光在第一光學路徑中依序經過第一透 鏡21以及第一濾鏡23。第二光學模組3包含第一全反射鏡31以及分光鏡33，藉以形成第二光學路徑，使得入射光在第二光學路徑中依序經過第一全反射鏡31與分光鏡33，且使由待測薄膜4反射形成的反射光在第二光學路徑中藉由分光鏡33的引導進入前述第三光學路徑。第三光學模組5包含第二濾鏡51以及第二透鏡53，藉以形成第三光學路徑，使入射光在第一光學路徑中依序經過第二濾鏡51以及第二透鏡53。

其中，前述的第一透鏡21、第二透鏡53係為凸透鏡，用以聚焦入射光與反射光，藉此微調出具有所欲特徵的入射光或反射光。而於實務上，第一透鏡21、第二透鏡53也可以是凹透鏡，用以發散入射光或反射光，而使其具有所欲的特徵。前述的第一濾鏡23、第二濾鏡51可以是中性衰減片，用以控制入射光與反射光的光強度。是故，可以明白由第一透鏡21、第一濾鏡23組成的第一光學模組2以及由第二濾鏡51、第二透鏡53組成的第三光學模組5，在第2圖所對應實施例中係用以微調入射光及反射光的態樣。而第一全反射鏡31用以反射沿第一方向傳播的入射光，使其改沿第二方向傳播；分光鏡33的第一面用以供沿第二方向的入射光穿透，而分光鏡33的第二面則反射沿第二方向傳播的反射光，使其改沿第一方向傳播。是故，可以明白由第一全反射鏡31、分光鏡33組成的第二光學模組2係用以控制入射光與反射光的方向，使其偏向所欲的角度並傳播於所欲的路徑。

請同時參照第1圖及第2圖，在第2圖的對應實施 例中，發光模組1發射至少一條線雷射以做為一入射光，此入射光如前所述地依序經過第一光學模組2提供的第一光學路徑及第二光學模組3提供的第二光學路徑，其中入射光與反射光更受第二光學模組3的引導而轉換傳播方向。更詳細地說，入射光在第一光學路徑中沿第一方向(例如X軸方向)傳播，並受第二光學模組3引導而沿第二方向(例如Y軸方向)垂直入射待測薄膜4並被垂直反射而形成反射光。接著，反射光會先沿第二方向傳播於第二光學路徑中，再透過第二光學模組3之反射而轉沿第一方向進入第三光學模組5所提供的第三光學路徑。其中，如第2圖所示，第一方向係垂直於第二方向。而影像擷取模組6接收第三光學路徑終端的反射光，並擷取得如前述的第二幾何圖形。影像分析模組7根據此第二幾何圖形的至少一特徵以及前述的多個標準數據進行分析，並判斷得待測薄膜4的曲率。

請參照第3圖，第3圖係本揭露第1圖之薄膜曲率量測裝置的第二實施態樣。如圖示，第一光學模組2以第一透鏡21與第一濾鏡23形成第一光學路徑。第二光學模組3以第一全反射鏡31與第二全反射鏡35形成第二光學路徑。第三光學模組5以第二濾鏡51與第二透鏡53形成第三光學路徑。入射光在第一光學路徑係沿第一方向傳播，接著進入第二光學路徑。入射光在第二光學路徑中被第一全反射鏡31反射至第二方向，並沿第二方向入射待測薄膜4。待測薄膜4反射入射光形成反射光，此反射光係沿第三方向傳播。反射光會被第二全反射鏡35反射至第一 方向，並沿第一方向進入第三光學路徑。接著如前述，影像截取模組6在第三光學路徑的終端接收反射光，並擷取得如前述的第二幾何圖形，供影像分析模組7據以分析。

第2、3圖分別揭示了本揭露的薄膜曲率量測裝置實際上的實施態樣，惟以光學模組形成光學路徑係為所屬技術領域具有通常知識者可以根據薄膜類型、機台設計、配置位置等實際考量自由安排設計，在此並不以此為限。而如前述，本揭露的精神在於以線雷射形成具有特定截面形狀的入射光，並以此入射光入射待測薄膜4並被反射形成反射光，再自反射光擷取出具有至少一特徵的第二幾何圖形，且輔以標準數據判斷出待測薄膜4的曲率。以下將以具體實施例詳細說明。

請參照第4A、4B、4C圖，第4A、4B、4C圖係本揭露一實施例中以線雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形示意圖。得先注意的是，第4A、4B、4C圖係對應於不同的標準數據，亦即第4A、4B、4C圖係以發光模組1發射同樣形狀的線雷射，經前述光學路徑以及具不同「已知」曲率的凸面薄膜的反射，被影像擷取模組6擷取的第二幾何圖形示意圖。是故，第4A、4B、4C圖所示意的每一第二幾何圖形都對應於具有相異且已知懸浮高度的薄膜，如圖所示，第4A、4B、4C圖分別對應的懸浮高度依序為100μm、70μm、65μm。而除了從理論推得外，更可以由第4A、4B、4C圖明白，以相同的光學路徑發射相同形狀的入射光至具有不同懸浮高度的薄膜，其對應產生的 反射光會分別具有不同形狀的第二幾何圖形。

前述懸浮高度係為待測薄膜的最高點與一水平面的距離，而當固定待測薄膜與水平面的接面面積時，懸浮高度可以對應於待測薄膜的曲率以及曲率半徑。更具體地以一凸面待測薄膜來說，當懸浮高度越大時，對應的凸面待測薄膜的曲率越大、曲率半徑越小；反過來說，當懸浮高度越小時，對應的凸面待測薄膜的曲率越小、曲率半徑越大。基於實際應用上的考量，本揭露係以懸浮高度為基準對第二幾何圖形的至少一特徵進行分析。但如前述所屬領域具通常知識者應該可以理解懸浮高度、曲率、曲率半徑三者實質上係可透過運算互換。

請再參照第4A、4B、4C圖，在第4A、4B、4C圖對應實施例中，前述發光模組1係發射一條線雷射做為入射光。在適當的單位級距下觀之，此入射光的截面形狀接近一矩形。此具有矩形截面形狀的入射光經前述各「具有已知懸浮高度的凸面薄膜」反射時，其矩形截面形狀的長、寬對應各懸浮高度縮小或放大，故反射光截面形狀雖仍是矩形，但其長與寬已與入射光的截面形狀有所不同，且每一反射光的截面形狀也對應待測薄膜4的曲率而有所不同。最後分別對應形成如第4A、4B、4C圖的第二幾何圖形。

且由第4A、4B、4C圖可知，當凸面薄膜的懸浮高度越大，相對應矩形第二幾何圖形的長與寬越大。更具體地以懸浮高度為100μm的薄膜所對應的矩形第二幾何圖形來說，其長與 寬會較懸浮高度為70μm或65μm的薄膜所對應者來得大。儘管以同樣單一線雷射做為入射光，由圖可明白各矩形第二幾何圖形的長m1、m2、m3之間存在有m1>m2>m3的相對關係，且各矩形第二幾何圖形的寬n1、n2、n3之間存在有n1>n2>n3的相對關係。所屬技術領域具通常知識者應可以此類推，當待測薄膜4為一凹面薄膜時，上述的特性將會因此有所不同，於此則不再重複贅述。

當本揭露的薄膜曲率量測裝置用以量測具有未知曲率的薄膜時，亦即待測薄膜4具有未知的曲率或者可以說是未知的懸浮高度，前述影像擷取模組6擷取得一對應於此具未知懸浮高度的待測薄膜4的矩形之第二幾何圖形。前述影像分析模組7可根據此對應於未知懸浮高度的矩形之第二幾何圖形，以及前述相對應已知懸浮高度的矩形之第二幾何圖形，根據其長或寬的對應關係，利用內插法、外插法或根據其對應關係設計分析演算法，據以計算並判斷出待測薄膜4的懸浮高度，亦即待測薄膜4的曲率。

請參照第5A、5B、5C圖，第5A、5B、5C圖係本揭露一實施例中以十字雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形示意圖。在此實施例中，發光模組1發射兩條線雷射做為入射光，此兩條線雷射交錯形成一十字，此時入射光的截面形狀係為所述十字形，前述影像擷取模組6可對應擷取得一十字形的第二幾何圖形。影像分析模組7則根據此十字型之第二幾 何圖形以及多個如第5A、5B、5C圖代表的已知的標準數據，藉由反射光的兩個線雷射在不同軸向上的長度變化，判斷得待測薄膜4的懸浮高度及曲率。

第5A、5B、5C圖所對應實施例與第4A、4B、4C圖對應實施例分析第二幾何圖形的概念有所類似，兩者皆是根據第二幾何圖形在兩個軸向上的形狀、長度變化以判斷出待測薄膜4的懸浮高度。但需注意的是，第4A、4B、4C圖所對應實施例係以單一條線雷射入射待測薄膜4，並根據其對應形成的第二幾何圖形的長或寬進行判斷。而第5A、5B、5C圖對應實施例係以兩條線雷射對應於不同薄膜曲率的長度變化進行判斷，故第5A、5B、5C圖對應實施例係應用了比第4A、4B、4C圖對應實施例更多的資訊進行判斷，因此可以更精確地測量得待測薄膜4的懸浮高度和曲率。

請參照第6A、6B、6C圖，第6A、6B、6C圖係本揭露一實施例中以一對平行雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形示意圖。在此實施例中，發光模組1同樣發射兩條線雷射做為入射光，與第5A、5B、5C圖所對應的實施例不同的是，此兩條線雷射平行排列形成一對平行線。故此時入射光的截面形狀係為一對平行線，影像分析模組7則根據第二幾何圖形所包含的平行線間的距離變化判斷得待測薄膜4的懸浮高度及曲率。更詳細地說，影像分析模組7已知如各圖中的平行線距離d1、d2、d3以及每一平行線距離所對應的懸浮高度，且影像分析 模組7再自對應於待測薄膜4的第二幾何圖形取得另一個對應於未知懸浮高度的平行線距離，並根據這些資訊分析判斷得待測薄膜4的懸浮高度和曲率。

請參照第7A、7B、7C圖，第7A、7B、7C圖係本揭露一實施例中以網格雷射光源產生不同標準數據及其相對應的第二幾何圖形示意圖。在此實施例中，發光模組1發射多條線雷射做為入射光，此多條線雷射交錯排列形成網格。故此時入射光的截面形狀係為前述的網格形狀，前述影像擷取模組6可對應擷取得網格之第二幾何圖形。影像分析模組7則根據此網格之第二幾何圖形以及多個如第7A、7B、7C圖代表的已知的標準數據，藉由網格中某一特定區域的面積或其周長與不同懸浮高度的對應關係，判斷得待測薄膜4的懸浮高度及曲率。更詳細地說，影像分析模組8已知如各圖中的特定區塊的面積a1、a2、a3或其周長以及每一特定區塊所對應的懸浮高度，且影像分析模組7再自對應於待測薄膜4的第二幾何圖形取得另一個對應於未知懸浮高度的特定區塊面積或其周長，根據這些資訊分析判斷得待測薄膜4的懸浮高度和曲率。

對應上述，本揭露也提供了一種薄膜曲率量測方法，適用於量測待測薄膜的曲率。請參照第8圖，第8圖係本揭露一實施例中薄膜曲率量測方法的步驟流程圖。須先一提的是，本揭露實施例所述的薄膜曲率量測方法中的第一、第二、第三光學路徑均可對應於第1、2、3圖的相關實施例，以前述的第一m 第二、第三光學模組2、3、5分別形成所述的第一、第二、第三光學路徑。本揭露的薄膜曲率量測方法同時適用於前述的薄膜曲率量測裝置，故請同時參照第1、2、3圖配合說明，在步驟S801中，本揭露的薄膜曲率量測方法先發射至少一條線雷射以作為入射光，其中此入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的第一幾何圖形。而同時對應第4~9圖相關實施例，此幾何形狀可例如為單一條直線、多條交錯直線、多條平行線或多邊形。

接著在步驟S803中，使入射光經由第一光學路徑傳播，並引導沿第一光學路徑傳播的入射光經由第二光學路徑入射待測薄膜。然後在步驟S805中，引導行經第二光學路徑的反射光進入第三光學路徑，並使反射光沿第三光學路徑傳播，其中所述反射光係由待測薄膜反射入射光所形成，且反射光的截面形狀係為具有至少一特徵的第二幾何圖形。而在步驟S807中，擷取傳播至第三光學路徑終端的反射光。最後在步驟S809中，根據擷取得的反射光的至少一特徵的第二幾何圖形，判斷出待測薄膜的曲率。

在前述薄膜曲率量測方法的步驟中，所述至少一特徵的第二幾何圖形對應於先前第4A至第7C圖所述，包含至少一線雷射對應於在不同軸向上的長度、至少一對平行線雷射間的距離、第二幾何圖形的周長與第二幾何圖形的面積至少其中之一。且除了擷取得的至少一特徵更可輔以多個已知的標準數據，據以判斷得待測薄膜的懸浮高度和曲率。

綜合以上所述，本揭露提供了一種薄膜曲率量測裝置以及薄膜曲率量測方法，藉由發光模組發射至少一線雷射以形成入射光，並經由各光學模組形成各光學路徑，來引導入射光入射一具有未知曲率的待測薄膜，並引導待測薄膜反射形成的反射光被影像擷取裝置接收。影像擷取模組反射光，以供影像分析模組進行分析判斷出待測薄膜的曲率。其中影像分析模組可以藉由反射光的至少一特徵的第二幾何圖形輔以相對應的標準數據，判斷出待測薄膜的懸浮高度，再經簡單運算得到其曲率。藉此，本接露之薄膜曲率量測裝置以及薄膜曲率量測方法可以在各磊晶製程中，即時地監控各晶圓的曲率變化，以協助廠商明確辨認造成基板彎曲的主要因素是在哪一道製程中，進而調整參數以提高製程的良率並據以降低成本，十分具有實用性。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims (20)

1. 一種薄膜曲率量測裝置，適用於量測一待測薄膜的一曲率，該薄膜曲率量測裝置包含：一發光模組，用以發射至少一條線雷射以作為一入射光，該入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的一第一幾何圖形；一第一光學模組，用以提供一第一光學路徑，以使該入射光經由該第一光學路徑傳播；一第二光學模組，用以提供一第二光學路徑，以引導沿該第一光學路徑傳播的該入射光經由該第二光學路徑入射該待測薄膜，並引導由該待測薄膜反射所形成的一反射光進入一第三光學路徑，該反射光的截面形狀係為具有一至少一特徵的第二幾何圖形；一第三光學模組，用以提供該第三光學路徑，以使行經該第二光學路徑的該反射光沿該第三光學路徑傳播；一影像擷取模組，用以擷取傳播至該第三光學路徑終端的該反射光；以及一影像分析模組，電性連接該影像擷取模組，根據該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形，判斷出該待測薄膜的該曲率；其中，該至少一特徵的第二幾何圖形包含該至少一線雷射對應於不同軸向上的長度、至少一對平行線雷射間的距 離、該第二幾何圖形的周長與該第二幾何圖形的面積至少其中之一。
2. 如請求項1所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第一光學模組包含一第一透鏡與一第一濾鏡，該入射光於該第一光學路徑依序經過該第一透鏡與該第一濾鏡，且該第一透鏡與該第一濾鏡係用以引導該入射光沿一第一方向進入該第二光學路徑。
3. 如請求項2所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第二光學模組包含一全反射鏡與一分光鏡，該入射光於該第二光學路徑中依序經過該全反射鏡及該分光鏡，該全反射鏡用以接收沿該第一方向傳播的該入射光，並以一第二方向反射該入射光，使該入射光穿透該分光鏡並垂直入射該待測薄膜，由該待測薄膜反射形成的該反射光以該第二方向入射該分光鏡，且被該分光鏡引導而以該第一方向進入該第三光學路徑，其中該第一方向係垂直於該第二方向。
4. 如請求項2所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第二光學模組包含一第一全反射鏡與一第二全反射鏡，該第一全反射鏡用以接收沿該第一方向傳播的該入射光並以一第二方向反射該入射光，以使沿該第二方向的該入射光入射該待測薄膜，該待測薄膜於接收該入射光時係以一第三方向反射該反射光，該第二全反射鏡接收沿該第三方向傳播的該反射光並以該第一方向反射該反射光，以使該反射光沿該第一方向進入該第 三光學路徑，其中該第一方向與該第二方向不垂直，且該第一方向與該第三方向不垂直。
5. 如請求項3或4所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第三光學模組包含一第二濾鏡與一第二透鏡，該反射光於該第三光學路徑中依序經過該第二濾鏡與該第二透鏡，且該第二濾鏡與該第二透鏡係用以引導該反射光以該第一方向傳播，以使該反射光被該影像擷取模組擷取。
6. 如請求項1所述的薄膜曲率量測裝置，其中該影像分析模組係根據多組相異的標準數據對該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形進行比較分析，並以內插法或外插法計算出該待測薄膜的該曲率。
7. 如請求項6所述的薄膜曲率量測裝置，其中每一該標準數據包含一基板數據以及一特徵數據，該基板數據係相關於一標準基板的曲率，該特徵數據係相關於該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形。
8. 如請求項7所述的薄膜曲率量測裝置，其中該標準基板係為矽基板或藍寶石基板。
9. 如請求項1所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第一幾何圖形與該第二幾何圖形係為單一條直線、多條交錯直線、多條平行線或多邊形。
10. 如請求項1所述的薄膜曲率量測裝置，其中該至少一條線雷射係為固態雷射或氣態雷射，且每一該線雷射的波長範圍係為可見光波長。
11. 一種薄膜曲率量測方法，適用於量測一待測薄膜的一曲率，該薄膜曲率量測方法包含：發射至少一條線雷射以作為一入射光，該入射光的截面形狀係由至少一條直線所形成的一第一幾何圖形；使該入射光經由一第一光學路徑傳播；引導沿該第一光學路徑傳播的該入射光經由一第二光學路徑入射該待測薄膜；引導行經該第二光學路徑的一反射光進入一第三光學路徑，該反射光係由該待測薄膜反射該入射光所形成，且該反射光的截面形狀係為具有一至少一特徵的第二幾何圖形；使該反射光沿該第三光學路徑傳播；擷取傳播至該第三光學路徑終端的該反射光；以及根據該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形，判斷出該待測薄膜的該曲率；其中，該至少一特徵的第二幾何圖形包含該至少一線雷射對應於不同軸向的長度、至少一對平行線雷射間的距離、該第二幾何圖形的周長與該第二幾何圖形的面積至少其中之一。
12. 如請求項11所述的薄膜曲率量測方法，其中該入射光於該第一光學路徑時依序經過一第一透鏡與一第一濾鏡，且該第一透鏡與該第一濾鏡係用以引導該入射光沿一第一方向進入該第二光學路徑。
13. 如請求項12所述的薄膜曲率量測方法，其中該入射光於該第二光學路徑中依序經過一全反射鏡及一分光鏡，該全反射鏡用以接收沿該第一方向傳播的該入射光，並以一第二方向反射該入射光，使該入射光穿透該分光鏡並垂直入射該待測薄膜，由該待測薄膜反射形成的該反射光以該第二方向入射該分光鏡，且被該分光鏡引導而以該第一方向進入該第三光學路徑，該第一方向係垂直於該第二方向。
14. 如請求項12所述的薄膜曲率量測裝置，其中該第二光學路徑依序經過一第一全反射鏡與一第二全反射鏡，該第一全反射鏡用以接收沿該第一方向傳播的該入射光並以一第二方向反射該入射光，以使沿該第二方向的該入射光入射該待測薄膜，該待測薄膜於接收該入射光時係以一第三方向反射該反射光，該第二全反射鏡接收沿該第三方向傳播的該反射光並以該第一方向反射該反射光，以使該反射光沿該第一方向進入該第三光學路徑，其中該第一方向與該第二方向不垂直，且該第一方向與該第三方向不垂直。
15. 如請求項13或14所述的薄膜曲率量測方法，該反射光於該第三光學路徑中依序經過該第二濾鏡與該第二透鏡，該第二 濾鏡與該第二透鏡係用以引導該反射光以該第一方向傳播，以使該反射光被該影像擷取模組擷取。
16. 如請求項11所述的薄膜曲率量測方法，其中該影像分析模組係根據多組相異的標準數據對該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形進行比較分析，並以內插法或外插法計算出該待測薄膜的該曲率。
17. 如請求項16所述的薄膜曲率量測方法，其中每一該標準數據包含一基板數據以及一特徵數據，該基板數據係相關於一標準基板的曲率，該特徵數據係相關於該反射光的截面形狀的該至少一特徵的第二幾何圖形。
18. 如請求項17所述的薄膜曲率量測方法，其中該標準基板係為矽基板或藍寶石基板。
19. 如請求項11所述的薄膜曲率量測方法，其中該第一幾何圖形與該第二幾何圖形係為單一條直線、多條交錯直線、多條平行線或多邊形。
20. 如請求項11所述的薄膜曲率量測方法，其中所述該一條線雷射係為固態雷射或氣態雷射，且每一該線雷射的波長範圍係為可見光波長。