TW201627630A - 具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置及其量測方法 - Google Patents

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TW201627630A TW104102607A TW104102607A TW201627630A TW 201627630 A TW201627630 A TW 201627630A TW 104102607 A TW104102607 A TW 104102607A TW 104102607 A TW104102607 A TW 104102607A TW 201627630 A TW201627630 A TW 201627630A
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Rui-Zhang Lin
yong-cheng Wang
zhong-ping Zhang
Meng-Zhe Yang
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Univ Nat Formosa
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Abstract

本發明係一種具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置及其量測方法，該量測裝置包括一基底平台、一對位平台、兩滑塊、三點雷射位移計、兩支撐柱以及一偏擺角度展示組，該對位平台包括一基座以及一轉動台，量測時係利用該三點雷射位移計中的第一、第二點雷射位移計量測該待測物與第一、第二位移計之間的夾角，再讓該轉動台相對該底座移動及轉動，使得該轉動台的角度補正至一待測薄膜與該第一、第二點雷射位移計的連線平行，則該第一、第三點雷射位移計可量測該薄膜待測物厚度，以減少現有的人力校正所產生的誤差與改善人力量測耗時的缺點。

Description

具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置及其量測方法
本發明涉及一種薄膜厚度量測的裝置及方法，尤指一種具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置及其量測方法。
一般的薄膜厚度量測為避免接觸式量測方式損壞待側物表面或影響待側物的結構，通常會採用非接觸式量測方式，如利用一點雷射位移計的光學儀器來進行量測，現有的點雷射位移計用於量測薄膜厚度時，其校正方式主要是使用人工搭配一視準儀或其它商用機台來進行校正，因此，必須以手動方式移動待測物或點雷射位移計其中一方的位置，再經由視準儀去觀察點雷射位移計與待測物是否已經達到垂直狀態，以確保量測誤差值在容許範圍內，但若需量測的種類數量眾多時，以人工校正將會花費許多的時間，且會因操作人員的不同，其校正精度也不盡相同，故現有的薄膜厚度量測的裝置及其量測方法誠有改良之必要。
為解決現有薄膜厚度量測裝置及其量測方式中，利用人工搭配視準儀，而造成校正過程耗時，且校正精度隨著操作人員不同而改變的缺失，本發明的主要目的在於提供一種具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置及其量測方法，本發明利用三點雷射位移計中其中兩點雷射位移計量測一薄膜待測物與一對位平台上一轉動台之間的偏擺角度，後該兩點雷射位移計將訊號傳遞至該對位平台而移動及轉動該轉動台，使得該三點雷射位移計能夠準確的量測該薄膜待測物的厚度，可大幅減少量測薄膜厚度校正所需的人力及時間。
本發明解決先前技術問題所提出的具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置，其包括： 　　一基底平台，該基底平台為一水平設置的板體，該基底平台的頂面在接近兩對應側面處分別沿著該基底平台的寬度方向向下凹設形成一滑槽； 　　一對位平台，該對位平台包括一底座以及一轉動台，該底座的底面與該基底平台的頂面相互固接，該轉動台為一水平設置的板體，而該轉動台的底面貼靠於該底座的頂部，且該轉動台可相對該底座移動及轉動； 　　兩滑塊，該兩滑塊分別為一第一滑塊以及一第二滑塊，該第一滑塊以可沿著該轉動台寬度方向滑動的形式裝設於該轉動台的頂面，該第二滑塊沿著該轉動台的寬度方向與該第一滑塊間隔設置，該轉動台頂面於該兩滑塊之間形成一量測區域，該量測區域的寬度可隨該兩滑塊之間的距離調整而改變； 　　三點雷射位移計，該三點雷射位移計分別為一第一點雷射位移計、一第二點雷射位移計以及一第三點雷射位移計，該第一點雷射位移計的底面固接於該第一滑塊的頂面，該第一點雷射位移計與該轉動台的寬度方向同向的內側面設有一第一發光口，該第二點雷射位移計的底面固接於該第一滑塊的頂面，且該第二點雷射位移計沿著該轉動台的寬度方向與該第一點雷射位移計為間隔設置，該第二點雷射位移計與該轉動台的長度方向同向的內側面設有一第二發光口，該第三點雷射位移計的底面固接於該第二滑塊的頂面，該第三點雷射位移計與該轉動台的長度方向同向的內側面設有一第三發光口，該第三發光口與該第一發光口為直線相對，且該第一、第二及第三點雷射位移計與該底座相連結；以及 　　兩支撐柱，該兩支撐柱的底端分別可滑動的設置於該兩滑槽內，該兩支撐柱的頂面分別向下凹設形成一容置槽。
本發明解決先前技術問題所提出的具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測方法，其包括以下的步驟： 　　一校正步驟：確保該第一點雷射位移計的第一發光口與該第三點雷射位移計的第三發光口的光點重合，並將一標準塊規放置於該轉動台的量測區域，該標準塊規的厚度為D3 ，且該標準塊規位於該第一點雷射位移計的第一發光口與該第三點雷射位移計的第三發光口之間，則該第一點雷射位移計可量測其基準零點與該標準塊規間的距離為D1 ，以及該第三點雷射位移計可量測其基準零點與該標準塊規之間的距離為D２ ，因該第一點雷射位移計的基準零點與該第三點雷射位移計的基準零點之間的距離Dtotal 為已知，故當Dtotal -D1 -D3 =D3 時，即完成校正步驟； 　　一偏擺角度量測步驟：放置一薄膜待測物於該兩支撐柱的容置槽內，調整該兩支撐柱位置，使該薄膜待測物位於該轉動台的量測區域內，該第一點雷射位移計量測該第一發光口與該薄膜待測物之間的長度為Lc1 ，該第二點雷射位移計量測該第二發光口與該薄膜待測物之間的長度為Lc2 ，則可利用Lc1 、Lc2 與該第一發光口及該第二發光口之間的距離，計算出薄膜待測物與該第一發光口及該第二發光口連線之間的偏擺角度； 　　一角度補正步驟：該第一發光口及該第二發光口連線之間的偏擺角度值訊號傳遞至該底座的複數個驅動馬達，該複數個驅動馬達轉動及移動該轉動台至該薄膜待測物與該第一發光口及該第二發光口的連線平行；以及 　　一厚度量測步驟：該第一點雷射位移計量測該第一發光口與該薄膜待測物之間的長度為D4 ，該第二點雷射位移計量測該第二發光口與該薄膜待測物之間的長度為D5 ，則該薄膜待測物的厚度為D1 +D2 +D3 -D4 -D5 。
本發明的技術手段可獲得的功效增進及優點包括： 　　1.本發明利用該三點雷射位移計中的第一點雷射位移計及第二點雷射位移計量測該待測物與該第一、第二位移計之間的夾角，再讓該轉動台相對該底座移動及轉動，使得該轉動台的角度補正至該待測薄膜與該第一點雷射位移計及第二點雷射位移計的連線平行，則該第一、第三點雷射位移計可量測該薄膜待測物厚度，以減少現有的人力校正所產生的誤差與改善人力量測耗時的缺點。 　　2.本發明設計有一偏擺角度展示組，該偏擺角度展示組的且雷射光裝置、分光鏡以及遮光板均固接於該轉動台頂面，並在該薄膜待測物貼設該反射鏡，且該雷射光裝置、該分光鏡以及該遮光板的連線形成一直角三角形，該射鏡、該分光鏡以及該遮光板呈一直線，利用該分光鏡的入射光與反射光的夾角為90°特性，可確保本發明的補正步驟無誤以提高量測精準度。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照發明內容來實現，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后：
本發明所提供的具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置係如圖1至圖3所示，該薄膜厚度量測裝置包括一基底平台10、一對位平台20、兩滑塊30、三點雷射位移計40、兩支撐柱50以及一偏擺角度展示組60，其中：
該基底平台10為一水平設置的板體，該基底平台10的頂面在接近兩對應側面處分別沿著該基底平台10的寬度Wa 方向向下凹設形成一滑槽11，該對位平台20的底面固接於基底平台10的頂面，使該兩滑槽11位於該對位平台20的兩側，該對位平台20包括一底座21以及一轉動台22，該底座21的底面與該基底平台10的頂面相互固接，該底座21的頂端設有複數個間隔設置的驅動馬達211，該轉動台22為一水平設置的板體，而該轉動台22的底面貼靠於該底座21的頂部，且該轉動台22可透過該複數個驅動馬達211而相對該底座21移動及轉動，該兩滑塊30分別為一第一滑塊31以及一第二滑塊32，該第一滑塊31以可沿著該轉動台22寬度Wb 方向滑動的形式裝設於該轉動台22的頂面，該轉動台22寬度Wb 方向與該基底平台10的寬Wa 方向同向，該第二滑塊32沿著該轉動台22的寬Wb 方向與該第一滑塊31間隔設置，該轉動台22頂面於該兩滑塊31、32之間形成一量測區域221，該量測區域221的寬度W3 可隨該兩滑塊31、32之間的距離調整而改變；
該三點雷射位移計40分別為一第一點雷射位移計41、一第二點雷射位移計42以及一第三點雷射位移計43，該第一點雷射位移41計的底面固接於該第一滑塊31的頂面，該第一點雷射位移計41與該轉動台22的寬度Wb 方向同向的內側面設有一第一發光口411，該第二點雷射位移計42的底面固接於該第一滑塊31的頂面，且該第二點雷射位移計42沿著該轉動台22的長度Lb 方向與該第一點雷射位移計41為間隔設置，該轉動台22的長度Lb 方向與該基底平台10的長度La 方向同向，該第二點雷射位移計42與該轉動台22的長度Lb 方向同向的內側面設有一第二發光口421，該第三點雷射位移計43的底面固接於該第二滑塊32的頂面，該第三點雷射位移計43與該轉動台22的長度Lb 方向同向的內側面設有一第三發光口431，該第三發光口431與該第一發光口411為直線相對，使得該第一、第二、第三發光口411、421、431的連線形成一直角三角形，請參看圖4，該第一、第二及第三點雷射位移計41、42、43透過一電腦並經由一四軸控制器以及一驅動器與該底座21的複數個驅動馬達211連結，使得該第一、第二及第三點雷射位移計41、42、43的訊號可傳輸至該電腦，以控制該複數個驅動馬達211作動，該兩支撐柱50的底端分別可滑動的設置於該兩滑槽11內，該兩支撐柱50的頂面分別向下凹設形成一容置槽51；以及
該偏擺角度展示組60固接於該轉動台22頂面且包括一雷射光裝置61、一分光鏡62以及一遮光板63，該雷射光裝置61的底面固接於該轉動台22頂面，且該雷射光裝置61設有一雷射光口611，該雷射光口611朝向該第三點雷射位移計43，該分光鏡62的底面固接於該轉動台22頂面，該分光鏡62位於該雷射光口611朝向該第三點雷射位移計43延伸方向的位置上，該分光鏡62可讓穿透光與反射光的光強度總合接近100%，且該分光鏡62的穿透光之光強度佔50%而反射光之光強度佔50%，且該分光鏡62的入射光與反射光的夾角為90°，該遮光板63的底面固接於該轉動台22頂面，該遮光板63與該分光鏡62的連線與該轉動台22的寬度Wb 方向同向，且該遮光板63與該量測區域221之間的距離大於該分光鏡62與該量測區域221之間的距離，該雷射光裝置61、該分光鏡62以及該遮光板63位於該量測區域221的同一側，且該雷射光裝置61、該分光鏡62以及該遮光板63的連線形成一直角三角形。
本發明所提供的具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測量測方法係如圖4至圖9所示，其步驟如下：
A、校正步驟：如圖5與圖6所示，確保該第一點雷射位移計41的第一發光口411與該第三點雷射位移計43的第三發光口431的光點重合，並將一標準塊規70放置於該轉動台22的量測區域221，該標準塊規70的厚度為D3 ，且該標準塊規70位於該第一點雷射位移計41的第一發光口411與該第三點雷射位移計43的第三發光口431之間，則該第一點雷射位移計41可量測其基準零點O1 與該標準塊規70之間的距離為D1 ，以及該第三點雷射位移計43可量測其基準零點O3 與該標準塊規70之間的距離為D２ ，因該第一點雷射位移計41的基準零點O1 與該第三點雷射位移計43的基準零點O3 之間的距離Dtotal 為已知，故當Dtotal -D1 -D3 =D3 時，即完成校正步驟。
B、偏擺角度量測步驟：如圖7及圖8所示，放置一薄膜待測物80於該兩支撐柱50的容置槽51內，該薄膜待測物80的厚度為D，調整該兩支撐柱50位置，使該薄膜待測物80位於該轉動台22的量測區域221內，該第一點雷射位移計41量測該第一發光口411與該薄膜待測物80之間的距離為Dc1 ，該第二點雷射位移計42量測該第二發光口421與該薄膜待測物80之間的距離為Dc2 ，則可利用Dc1 、Dc2 與該第一發光口411及該第二發光口421之間的距離，計算出薄膜待測物80與該第一發光口411及該第二發光口421連線之間的偏擺角度θ，其中θ＝tan-1 [｜Dc1 -Dc2 ｜÷(該第一發光口411及該第二發光口421之間的距離)]。
C、角度補正步驟：如圖8至圖9所示，該第一發光口411及該第二發光口421連線之間的偏擺角度θ值訊號透過該電腦並經由該四軸控制器及該驅動器傳遞至該底座21的複數個驅動馬達211，該複數個驅動馬達211轉動及移動該轉動台22至該薄膜待測物80與該第一發光口411及該第二發光口421的連線平行，在該薄膜待測物80與該偏擺角度展示組60同側的側面貼設一反射鏡81，該反射鏡81位於該分光鏡62及該遮光板63的延伸線上，該雷射光裝置61的雷射光口611發出的入射光經由該分光鏡62的折射，因該分光鏡62的入射光與反射光的夾角為90°，該雷射光裝置61的反射光經由該反射鏡81反射而再次經由該分光鏡62穿透至該遮光板63，則當該遮光板63上僅有一光點時，可確保該薄膜待測物80與該第一發光口411及該第二發光口421的連線平行。
D、厚度量測步驟：如圖5與圖9所示，該第一點雷射位移計41量測該第一發光口411與該薄膜待測物80之間的距離為D4 ，該第三點雷射位移計43量測該第三發光口431與該薄膜待測物80之間的距離為D5 ，則該薄膜待測物80的厚度D=D1 +D2 +D3 -D4 -D5 。
10‧‧‧基底平台
11‧‧‧滑槽
20‧‧‧對位平台
21‧‧‧底座
211‧‧‧驅動馬達
22‧‧‧轉動台
221‧‧‧量測區域
30‧‧‧滑塊
31‧‧‧第一滑塊
32‧‧‧第二滑塊
40‧‧‧點雷射位移計
41‧‧‧第一點雷射位移計
411‧‧‧第一發光口
42‧‧‧第二點雷射位移計
421‧‧‧第二發光口
43‧‧‧第三點雷射位移計
431‧‧‧第三發光口
50‧‧‧支撐柱
51‧‧‧容置槽
60‧‧‧偏擺角度展示組
61‧‧‧雷射光裝置
611‧‧‧雷射光口
62‧‧‧分光鏡
63‧‧‧遮光板
70‧‧‧標準塊規
80‧‧‧薄膜待測物
81‧‧‧反射鏡
D‧‧‧薄膜待測物的厚度
Wa‧‧‧基底平台寬度
La‧‧‧基底平台長度
Wb‧‧‧轉動台寬度
Lb‧‧‧轉動台長度
W3‧‧‧量測區域寬度
O1‧‧‧基準零點
O3‧‧‧基準零點
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧標準塊規厚度
Dtotal‧‧‧距離
Dc1‧‧‧距離
Dc2‧‧‧距離(角度補正前)
D4‧‧‧距離
D5‧‧‧距離(角度補正後)
D‧‧‧薄膜待測物厚度
圖1是本發明較佳實施例的外觀立體圖。 圖2是本發明較佳實施例的外觀立體分解圖。 圖3是本發明較佳實施例的俯視圖。 圖4是本發明較佳實施例的量測方法流程圖。 圖5是本發明較佳實施例的量測系統架構示意圖。 圖6是本發明較佳實施例的校正步驟的俯視圖。 圖7是本發明較佳實施例的偏擺角度量測步驟外觀立體圖。 圖8是本發明較佳實施例的偏擺角度量測步驟及角度補正步驟的俯視圖。 圖9是本發明較佳實施例的厚度量測步驟的俯視圖。
10‧‧‧基底平台
11‧‧‧滑槽
20‧‧‧對位平台
21‧‧‧底座
211‧‧‧驅動馬達
22‧‧‧轉動台
221‧‧‧量測區域
30‧‧‧滑塊
31‧‧‧第一滑塊
32‧‧‧第二滑塊
40‧‧‧點雷射位移計
41‧‧‧第一點雷射位移計
411‧‧‧第一發光口
42‧‧‧第二點雷射位移計
421‧‧‧第二發光口
43‧‧‧第三點雷射位移計
431‧‧‧第三發光口
50‧‧‧支撐柱
51‧‧‧容置槽
60‧‧‧偏擺角度展示組
61‧‧‧雷射光裝置
611‧‧‧雷射光口
62‧‧‧分光鏡
63‧‧‧遮光板
Wa‧‧‧基底平台寬度
Wb‧‧‧轉動台寬度
Lb‧‧‧轉動台長度
W3‧‧‧量測區域寬度

Claims (5)

  1. 一種具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置，包括： 　　一基底平台，該基底平台為一水平設置的板體，該基底平台的頂面在接近兩對應側面處分別沿著該基底平台的寬度方向向下凹設形成一滑槽； 　　一對位平台，該對位平台包括一底座以及一轉動台，該底座的底面與該基底平台的頂面相互固接，該轉動台為一水平設置的板體，而該轉動台的底面貼靠於該底座的頂部，且該轉動台可相對該底座移動及轉動； 　　兩滑塊，該兩滑塊分別為一第一滑塊以及一第二滑塊，該第一滑塊以可沿著該轉動台寬度方向滑動的形式裝設於該轉動台的頂面，該第二滑塊沿著該轉動台的寬度方向與該第一滑塊間隔設置，該轉動台頂面於該兩滑塊之間形成一量測區域，該量測區域的寬度可隨該兩滑塊之間的距離調整而改變； 　　三點雷射位移計，該三點雷射位移計分別為一第一點雷射位移計、一第二點雷射位移計以及一第三點雷射位移計，該第一點雷射位移計的底面固接於該第一滑塊的頂面，該第一點雷射位移計與該轉動台的寬度方向同向的內側面設有一第一發光口，該第二點雷射位移計的底面固接於該第一滑塊的頂面，且該第二點雷射位移計沿著該轉動台的寬度方向與該第一點雷射位移計為間隔設置，該第二點雷射位移計與該轉動台的長度方向同向的內側面設有一第二發光口，該第三點雷射位移計的底面固接於該第二滑塊的頂面，該第三點雷射位移計與該轉動台的長度方向同向的內側面設有一第三發光口，該第三發光口與該第一發光口為直線相對，且該第一、第二及第三點雷射位移計與該底座相連結；以及 　　兩支撐柱，該兩支撐柱的底端分別可滑動的設置於該兩滑槽內，該兩支撐柱的頂面分別向下凹設形成一容置槽。
  2. 如請求項1所述之具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置，前述的底座的頂端設有複數個驅動馬達，該轉動台可透過該複數個驅動馬達而相對該底座移動及轉動。
  3. 如請求項2所述之具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置，前述的具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測裝置包括一該偏擺角度展示組固接於該轉動台頂面且包括一雷射光裝置、一分光鏡以及一遮光板，該雷射光裝置的底面固接於該轉動台頂面，且該雷射光裝置設有一雷射光口，該雷射光口與該轉動台的長度方向同向，該分光鏡的底面固接於該轉動台頂面，該分光鏡位於該雷射光口朝向該第三點雷射位移計延伸方向的位置上，該遮光板的底面固接於該轉動台頂面，該遮光板與該分光鏡的連線與該轉動台的寬度方向同向，且該遮光板與該量測區域之間的距離大於該分光鏡與該量測區域之間的距離，該雷射光裝置、該分光鏡以及該遮光板位於該量測區域的同一側。
  4. 一種具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測量測方法，其包括以下的步驟： 　　一校正步驟：確保該第一點雷射位移計的第一發光口與該第三點雷射位移計的第三發光口的光點重合，並將一標準塊規放置於該轉動台的量測區域，該標準塊規的厚度為D3 ，且該標準塊規位於該第一點雷射位移計的第一發光口與該第三點雷射位移計的第三發光口之間，則該第一點雷射位移計可量測其基準零點與該標準塊規間的距離為D1 ，以及該第三點雷射位移計可量測其基準零點與該標準塊規之間的距離為D２ ，因該第一點雷射位移計的基準零點與該第三點雷射位移計的基準零點之間的距離Dtotal 為已知，故當Dtotal -D1 -D3 =D3 時，即完成校正步驟； 　　一偏擺角度量測步驟：放置一薄膜待測物於該兩支撐柱的容置槽內，調整該兩支撐柱位置，使該薄膜待測物位於該轉動台的量測區域內，該第一點雷射位移計量測該第一發光口與該薄膜待測物之間的長度為Lc1 ，該第二點雷射位移計量測該第二發光口與該薄膜待測物之間的長度為Lc2 ，則可利用Lc1 、Lc2 與該第一發光口及該第二發光口之間的距離，計算出薄膜待測物與該第一發光口及該第二發光口連線之間的偏擺角度； 　　一角度補正步驟：該第一發光口及該第二發光口連線之間的偏擺角度值訊號傳遞至該底座的複數個驅動馬達，該複數個驅動馬達轉動及移動該轉動台至該薄膜待測物與該第一發光口及該第二發光口的連線平行；以及 　　一厚度量測步驟：該第一點雷射位移計量測該第一發光口與該薄膜待測物之間的長度為D4 ，該第二點雷射位移計量測該第二發光口與該薄膜待測物之間的長度為D5 ，則該薄膜待測物的厚度為D1 +D2 +D3 -D4 -D5 。
  5. 如請求項4所述之具自動校正垂直度功能之薄膜厚度量測量測方法，在該薄膜待測物與該偏擺角度展示組同側的側面貼設一反射鏡，該反射鏡位於該分光鏡及該遮光板的延伸線上，該雷射光裝置的雷射光口發出的入射光經由該分光鏡的折射，該雷射光裝置的反射光經由該反射鏡反射而再次經由該分光鏡穿透至該遮光板，則當該遮光板上僅有一光點時，可確保該薄膜待測物與該第一發光口及該第二發光口的連線平行。
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