TWI386638B - 薄膜光學檢測裝置 - Google Patents

Description

薄膜光學檢測裝置

本發明是有關於一種薄膜光學檢測裝置(thin film optical inspection apparatus)。

薄膜製程檢測在平面顯示器、半導體、印刷電路板及生物材料科學等主要科技產業上，扮演非常重要的角色。隨著薄膜製程多層化、蝕刻圖案微小化，傳統利用白光反射影像方法作線上缺陷檢測漸漸遇到瓶頸。由於透明導電膜及金屬電極(如ITO、Cr)用白光照射檢測時，反射信號不是太弱就是過飽和，常使得檢測對比度較難以有效提高。

日本Micronics公司在台灣申請之第I263041號專利便揭露此技藝，而其是利用白光光源與半反射鏡取得反射影像。儘管此裝置架構簡單，但面對多層薄膜或是表面相似的相異材質便較難以提供高對比影像。

後來雖然有螢光影像或偏光影像等方法試圖改善檢測對比，但對於多層透明薄膜、多層金屬薄膜及反射率相近薄膜仍無法判別，不符合製程線上多膜材分析、高影像對比、快速檢測之需要。

韓國LG公司在美國申請之第6940604專利便揭露此技藝，而其是使用濾鏡及偏振片的旋轉，來得到不同波長(兩個波長)下的偏光反射影像。相較於日本Micronics公司之技藝而言，韓國LG公司具有較多的可調參數，因而可提高影像對比度。但由於使用濾鏡所調變的波長無法連 續，且對多層透明薄膜或多層金屬薄膜檢測的對比度仍低，因而仍較難以對複雜膜層做連續多波長的影像對比檢測。

不同於前述技藝，利用薄膜製品改變入射光偏極化程度來檢測為一新的選擇，近年利用此原理所發展出來的影像橢偏技術(imaging ellipsometry)即具備金屬反光去除、透明薄膜高影像對比等優點，因此應用在薄膜蝕刻圖案(patterned film)檢測上有相當大的潛力。

圖1A~1B為習知之利用影像橢偏技術之檢測裝置的示意圖，而由以色列Orbotech公司於美國第5333052專利中所揭露。請參考圖1A，檢測裝置100是用於檢測薄膜製品50，其中薄膜製品50包括底材52與多層薄膜54(圖中僅繪示單層示意)，而薄膜54具有特定的厚度與材質。檢測裝置100包括光源110、起偏器(polarizer)120、相位延遲器(Phase Retarder)130、檢偏器(Analyzer)140以及感測器(Sensor)150，其中光源110所發出的光束112會依序通過起偏器120、相位延遲器130、薄膜製品50之薄膜54以及檢偏器140，最終由感測器150來感測光束112強度，而起偏器120與檢偏器140均為可調方位角度之偏振片。

承接上述，光束112在通過薄膜54時，會因為薄膜54的材質(折射率)與厚度而產生相位的變化。藉由固定相位延遲器130之方位角C與相位延遲量δc，並調整起偏器120之方位角P與檢偏器140之方位角A，便可改變光束112最終的強度。

在習知技藝中，光束112是透過多濾光片160而被過 濾成具有單一波段的光束。在任意的單一波段下，適當調整起偏器120之方位角P與檢偏器140之方位角A，可使光束112的強度從最暗與最亮之間變化。

請參考圖1B，圖1B中檢測裝置100的配置方式均與圖1A相同，其差別僅在於薄膜製品50’之薄膜56的材質或厚度與圖1A之薄膜54不同。在相同波段之光束112、112’下，同時調整起偏器120之方位角P與檢偏器140之方位角A，以儘可能提高光束112、112’的強度差異，藉此提升檢測的對比度。

當依序改變光束的波段，而在具有特定波段λ的光束112、112’下調校參數而產生最大的對比時，則此波段λ、起偏器120之方位角P以及檢偏器140之方位角A即為同時檢測薄膜54、56的較佳參數。

以同時具有薄膜54、56之薄膜製品(未繪示)而言，當欲檢測薄膜製品之薄膜54、56是否有瑕疵(包括缺陷defect、成膜厚度過厚或過薄、膜層的折射率等等)時，便以前述之較佳參數對薄膜製品的每個區域進行光學掃描。若感測器150所接收到的光強度為預定亮或是暗的程度時，即表示此區域之薄膜54、56製作良好；反之，若某些區域所反射的光強度不在預定亮或是暗的程度時，則表示這些區域便有製作上的瑕疵。

請再參考圖1A，以起偏器120－相位延遲器130－薄膜製品50－檢偏器140之橢偏架構系統而言，共有4個可調參數可用於調整光束112強度。這些可調參數包括1.起偏器120之方位角P、2.相位延遲器130之方位角C、3.相位 延遲器130之相位延遲量δc以及4.檢偏器140之方位角A。

在這4個可調參數中，可固定其中兩個可調參數，並調整另外兩個可調參數便可將光束112的強度由全亮至全暗之間變化。以習知技藝而言，由於起偏器120之方位角P與檢偏器140之方位角A比較容易調整，因此大多均調整此兩個參數。

依據本發明技術提出一實施範例之薄膜光學檢測裝置，適於檢測薄膜製品，此薄膜光學檢測裝置包括多波長光源(multi－wavelength light source)、分光準直模組(dispersion－collimation module)、多通道極化旋轉模組(multi－channel polarization rotation module)、多通道相位延遲模組(multi－channel phase retardation module)、合光準直模組(convergent－collimation module)、偏極化模組(polarization module)以及影像光譜儀(imaging spectrograph)。多波長光源適於提供光束至分光準直模組，而光束具有多個波段。分光準直模組適於將光束分為多個次光束，而這些次光束分別具有對應之波段。多通道極化旋轉模組是對應調整這些次光束偏振之方位角，而多通道相位延遲模組是對應調整這些次光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角。合光準直模組適於將這些次光束合為聚合光束(integrated beam)後入射薄膜製品，而偏極化模組適於檢偏限制聚合光束不同偏振態之穿透量，且影像光譜儀適於接收聚合光束呈多波長影像。

依據本發明技術提出另一實施範例之薄膜光學檢測裝置，適於檢測一薄膜製品，此薄膜光學檢測裝置包括多波長光源、偏極化模組、分光準直模組、多通道相位延遲模組、多通道極化旋轉模組、合光準直模組以及影像光譜儀。多波長光源適於提供光束至偏極化模組後入射薄膜製品，而分光準直模組適於將光束分為多個次光束，而這些次光束分別具有對應之波段。多通道相位延遲模組是對應調整這些次光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角，而多通道極化旋轉模組是對應調整這些次光束偏振之方位角。合光準直模組適於將這些次光束合為聚合光束後入射至影像光譜儀成像。

為讓本發明之上述特徵和特點能更明顯易懂，下文特舉諸實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2A為依據本發明技術之一實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖，而圖2B為圖2A之局部詳細示意圖。請參考圖2A與2B，薄膜光學檢測裝置200是適於檢測薄膜製品60，並用於決定出較佳的檢測參數，其中薄膜製品60之底材62上沉積形成多個不同材質與厚度之薄膜(未標示)，而較佳的檢測參數將可使這些不同材質與厚度之薄膜在橢偏光束照射下能產生最大的對比度，以利確認出這些薄膜是否有製作上的瑕疵。另，薄膜製品60之底材62底材亦可具不同材質跟透光度。

承接上述，薄膜光學檢測裝置200包括多波長光源 210、分光準直模組220、多通道極化旋轉模組230、多通道相位延遲模組240、合光準直模組250、偏極化模組260以及影像光譜儀270。多波長光源210適於產生光束212，而光束212乃是具有多個波段之光束，且這些波段特別是位於可見光波段，如400nm~750nm。在本實施例中，多波長光源210可為多波長雷射，不過多波長光源210亦可為寬帶鹵素燈光源、閃光燈光源、多波長氣體燈或是其他合適之光源。

此光束212會入射至分光準直模組220進行分光與準直，而使光束212分為多道平行的次光束214(如圖2B所示)，其中這些次光束214是可分別具有單一波段，亦即這些次光束214為不同波長光。在本實施例中，分光準直模組220包括第一光柵222與第一準直鏡224，其中當光束212入射至第一光柵222後，不同波長光便會以繞射的方式分解為多個不同方向的次光束214而入射至第一準直鏡224，且第一準直鏡224會重新準直這些次光束214的方向而使其成為平行的狀態。

在本實施例中，第一光柵222可為繞射式分光光柵或全像式分光光柵，而第一準直鏡224可為柱狀透鏡。當然，本發明技術之可能實施態樣並不限定第一光柵222與第一準直鏡224之種類。更進一步而言，本實施例之第一光柵222亦可替換為分光稜鏡(prism)，乃是利用折射率的差異將光束212分為不同波段的次光束214。不過，以實驗結果而言，光柵的分光效果會優於鏡片。

請再參考圖2A與2B，接著這些次光束214會通過多 通道極化旋轉模組230以分別決定起始偏振的方位角P，亦即多通道極化旋轉模組230是用於起偏的功用。多通道極化旋轉模組230具有多個通道(圖示中以多個小方格示意)，而這些次光束214會分別通過這些通道以改變各自的起偏狀態。在本實施例中，多通道極化旋轉模組230可為多通道微機電偏極旋轉器(Multi－Channel MEMS Polarization Rotator)，其中每個通道內均設置有微形偏振片，並利用微機電結構分別進行調整這些次光束214的方位角P。如此一來，這些次光束214便分別帶有不同起偏之方位角P資訊。當然，多通道極化旋轉模組230亦可為數位微型反射鏡元件(DMD)。

類似前述，接著這些次光束214又會通過多通道相位延遲模組240以分別決定各自的相位延遲量δc。以前述之4個可調參數而言，本實施例是固定相位延遲器之方位角C，並分別對應調整相位延遲器之相位延遲量δc，因此多通道相位延遲模組240可為多通道液晶相位可變延遲器。藉由分別以電壓調整每個通道內液晶分子的轉動角度，便可適當對應延遲這些次光束之相位延遲量δc。如此一來，這些次光束214便帶有相同相位延遲的方位角C，並分別帶有不同相位延遲之相位延遲量δc資訊。當然，本發明技術之實施態樣並不限定多通道相位延遲模組240的種類，舉例而言，多通道相位延遲模組240亦可為多通道微機電相位延遲器或其他合適的相位延遲器。

值得注意的是，在本實施例之多通道極化旋轉模組230與多通道相位延遲模組240中，其均有128個通道。換句 話說，便有128個次光束214分別對應通過這些通道。以可見光400~750nm之波段而言，每個次光束214波段的帶寬約為2nm。

再來，這些次光束214便會透過合光準直模組250合光以形成聚合光束216而入射至薄膜製品60。類似分光準直模組220，合光準直模組250可包括第二光柵252與第二準直鏡254，其中第二光柵252與第二準直鏡254之合光功用恰相反於第一光柵222與第一準直鏡224之分光功用。因此，第二光柵252與第二準直鏡254之配置方式即分別相對於第一光柵222與第一準直鏡224，其中第二準直鏡254是次光束214聚集於第二光柵252上，而第二光柵252是將次光束214合成為聚合光束216。承接上述，第二光柵252與第二準直鏡254的種類可相同於前述之第一光柵222與第一準直鏡224，於此便不再贅述。

圖3為依據本發明技術之一實施例聚合光束入射薄膜製品的立體示意圖，其中聚合光束216之截面為長條狀。請參考圖3與圖2B，在本實施例中，第一準直鏡224與第二準直鏡254可同時為柱狀準直鏡。如此一來，這些次光束214在通過第一準直鏡224與第二準直鏡254便會改變截面之形狀，接著在合光之後，便會產生截面為長條狀之聚合光束216。當然，本發明技術之實施態樣並不限制聚合光束216之形狀或是調整聚合光束216之方式。

此外，聚合光束216會照射至薄膜製品60之薄膜64、66區域，其中薄膜64、66可具有不同的材質或是厚度，而得以改變聚合光束216的偏振狀態。

在本實施例中，聚合光束216在被薄膜製品60反射後便會通過偏極化模組260，而偏極化模組260乃為檢偏之用，以限制聚合光束216不同偏振態光之穿透量。此偏極化模組260可為格蘭－湯普生偏振器(Glan－Thomson)、薄膜偏振器或是其他合適的偏振元件。本發明技術之實施態樣並不限定聚合光束216被薄膜製品60反射，而聚合光束216亦可在其他實施例中穿過薄膜製品60，並將於此後的實施例中詳述。此外，為求清楚表示，通過偏極化模組260後之聚合光束216’另以不同標號示之。

至此，聚合光束216’之各個波段λ均帶有1.不同起偏之方位角P、2.相同相位延遲之方位角C、3.不同之相位延遲量δc、4.相同檢偏之方位角A以及薄膜64、66之資訊，以瓊斯矩陣表示如下：

其中分別為光束212與聚合光束216’的電場狀態，並可換算出聚合光束216’的光強度。 分別為起偏矩陣、相位延遲矩陣以及檢偏矩陣，而則表示薄膜64或薄膜66的反射係數矩陣。

在實施例中，可固定檢偏之方位角A＝π/4(即為45度)與相位延遲之方位角C＝0，並調整起偏之方位角P與相位延遲量δc，便可對應調整聚合光束216’之各個波段的光強度。

聚合光束216’會入射影像光譜儀270呈多波長影像。適當調整起偏之方位角P與相位延遲量δc便可得到較佳對比的橢偏影像，並獲得較佳的檢測參數。

作為樣板之薄膜製品60可具有多個不同材質或厚度之薄膜(圖中僅標示薄膜64、66)，而聚合光束216之照射區域涵蓋部份薄膜。如此一來在影像光譜儀270所成之影像乃以兩個維度延展，其中一個即為空間軸向，即為聚合光束照射不同薄膜區域的分布，另一個即為光譜軸向，即不同薄膜區域反射光在各波長的光強分布。

圖4A為圖3之聚合光束216’入射影像光譜儀成像之模擬圖，而為求圖示清楚，圖4A僅繪示對應薄膜64、66部分之圖像，且圖4B繪示對應圖4A之光譜圖，其中橫軸為波長的分布，而縱軸為聚合光束216’的光強度。請先參考圖4A，以對應薄膜64、66之列向影像區域而言，分別調整每個波段對應之參數，使得薄膜64區域為消光區域，亦即對應薄膜64之影像為全暗。在此參數下，對應薄膜66之影像便會有漏光的現象，而使薄膜64、66的聚合光束216’在電荷耦合元件(CCD)上具有不同強度產生對比度。在本實施例中，薄膜64例如為厚度400nm之氮化矽(Si₃ N₄ )，而薄膜66更疊加厚度200nm之銦錫氧化物(ITO)之透明導電薄膜。

請再參考圖4A~4B，當薄膜64區域之光束呈消光狀態時，對應薄膜66之光束的光強度在兩個波段分別具有局部高點(以α、β之虛線示意)，而此兩個波段之中心波長為427nm與584nm。由於中心波長427nm所對應之薄膜66 之光束具有較大的光強度，與薄膜64的消光狀態產生最大對比，因此此時對應之參數(P、C、δc、A)可為較佳的檢測參數。當欲檢測薄膜製品之薄膜64、66是否有瑕疵(包括缺陷、成膜厚度過厚或過薄、膜層的折射率變異等等)時，便可採用前述之較佳檢測參數對薄膜製品的每個區域進行光學掃描，此部分前文已有詳述，於此便不再贅述。

如前所述，以本實施例之128通道而言，即為同時產生128道不同波段並帶有不同偏振資訊之次光束，並於影像光譜儀中成像。藉由對應調整每個波段所對應的參數以找出特定薄膜的較佳檢測參數。本發明技術可迅速調整出較佳的檢測參數，得到較佳對比影像。

此外，波段的帶寬可僅約2nm，可使薄膜消光區域與非消光區域無因帶寬引起的額外漏光之情形，藉以提升光學的對比度與精確性。不過本發明技術之實施態樣並不限定通道的數量，且通道數量愈多，更有助於提升實驗的對比度。

另外，本發明技術之實施態樣除了光譜軸向的延展外，更具有空間軸向的延展而得以一次照射多個不同區域的薄膜(請參考圖3)。因此，本發明技術之實施態樣可於這些薄膜中任選兩個薄膜，以前述之方法決定出對應此兩個薄膜的較佳檢測參數，達到較佳影像對比。

本發明可利用分光的方式將多波長光源分為多道帶有不同偏振資訊的次光束而同時進行檢測，其可調整光譜影像外，並具有較高的精準度。又如前所述，在4個參數(P、C、δc、A)中調整兩個參數便可對應調整光強度至消光狀 態，因此在1.起偏狀態2.相位延遲狀態3.檢偏狀態中，可僅有兩個裝置需要多通道的設置，而另外一個便不限定非要多通道之設置。當然，本發明技術之實施態樣亦不限定這三個裝置均為多通道的裝置。

承接上述而請再參考圖2A與2B，在其他以固定參數δc、A而調整參數P、C之實施例而言，多通道相位延遲模組240便可為多通道微機電相位延遲器(Multi－Channel Micro－Device Phase Retarder)，其中每個通道內均設置有可調方位角C之波板(對應不同波段之波板亦不同)，並以微機電系統分別進行調整這些波板之方位角C，而使這些次光束214分別帶有不同相位延遲之方位角C資訊。

再以固定參數C、A而調整參數P、δc之實施例進行說明，前述之多通道極化旋轉模組230乃為多通道微機電偏極旋轉器。儘管微機電系統已經可微調偏極片的方位角P，不過本發明技術之實施態樣之一更可藉由調整相位延遲的方式而等效調整偏極片的方位角P。

承接上述，以光學理論而言，藉由適當配置兩個波板並搭配可調相位延遲量之裝置，便可使特定之線偏振狀態旋轉至任意方位角之線偏振狀態。圖2C為依據本發明技術之一實施例之局部詳細示意圖，而圖2C與圖2B之差異僅在於多通道極化旋轉模組的組成構件不同。

請參考圖2C，本實施例之多通道極化旋轉模組230’包括第一偏極片232’、第一波板234’、多通道液晶相位可變延遲器236’與第二波板238’，本實施例中這些次光束214是依序通過第一偏極片232’、第一波板234’、多 通道液晶相位可變延遲器236’與第二波板238’，且第一波板234’與第二波板238’乃是針對多波長均適用之波板。

第一偏極片232’決定次光束214偏振的方位角，並藉由調整多通道液晶相位可變延遲器236’之相位延遲量便得以旋轉次光束214至任意起偏之方位角P。此外，多通道液晶相位可變延遲器236’之形式可與多通道液晶相位延遲模組240之多通道液晶相位可變延遲器242相同，或者，多通道液晶相位可變延遲器236’亦可以多通道微機電相位延遲器取代。

附帶一提的是，為求量測精準，前述之第一波板234’與第二波板238’亦可改用多通道波板，而多通道波板每個通道內的波板均對應特定之波段。

在圖2C之實施例中，調整參數P、δc的方式均是透過改變液晶分子旋轉角度進而改變相位延遲量，藉此以調變參數P、δc。如此即可無需以機械結構進行偏振元件之空間旋轉，藉此以進一步提高速度。請再參考圖2A，為求再更進一步提昇對焦的準確度，本實施例之薄膜光學檢測裝置200更可包括第一聚焦鏡280與第二聚焦鏡290，其中第一聚焦鏡280與第二聚焦鏡290分別配置在聚合光束216之光路上，而第一聚焦鏡280是配置於合光準直模組250與薄膜製品60之間，且第二聚焦鏡290是配置於薄膜製品60與偏極化模組260之間。

第一聚焦鏡280可將聚合光束216精準斜向入射至薄膜製品60之特定區域上，而第二聚焦鏡290是將反射後的 聚合光束216聚集起來後入射至偏極化模組260。熟悉此項技藝者當可輕易理解第一聚焦鏡280與第二聚焦鏡290之作用，於此便不再贅述。僅管前述實施例之薄膜製品60是以反射方式量測橢偏影像，不過本發明技術之實施態樣之一亦可以穿透的方式量測橢偏影像，以下將再另舉實施例並配合圖示說明。

圖5為依據本發明技術之另一實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖。請參考圖5，本實施例之薄膜光學檢測裝置500與圖2A之薄膜光學檢測裝置200相似，其差別僅在量測的方式不同。在本實施例中，聚合光束216是穿透薄膜製品60’後入射偏極化模組260，而在前述之實施例中，聚合光束216是被薄膜製品60反射後入射偏極化模組260。無論是以何種方式，聚合光束216均會被薄膜製品60、60’改變偏振狀態，藉由適當調整參數(P、C、δc、A)可求出較佳的檢測參數。附帶一提的是，本發明技術之實施態樣並不限制可量測之薄膜製品的種類，舉例而言，本發明可量測之薄膜製品可為液晶顯示器基板、電漿顯示器基板、晶圓基板或其他適合量測之薄膜製品。

本發明可利用分光的方式將多波長光源分為多道帶有不同偏振資訊的次光束而同時進行檢測，而在4個參數(P、C、δc、A)調整兩個參數便可對應調整光強度至消光狀態，因此在1.起偏狀態2.相位延遲狀態3.檢偏狀態中可僅有兩個裝置需要多通道的設置，以下將再另舉實施例並配合圖示說明。

圖6為依據本發明技術之另一實施例之薄膜光學檢測 裝置的示意圖。請參考圖6，本實施例之薄膜光學檢測裝置600與圖2A之薄膜光學檢測裝置200相似，其差別僅是本實施例是調整起偏狀態與檢偏狀態。然而為避免混餚，部分構件將從重新定義序數以及標號，不過序數僅是用來方便解說，並不具有實質上的意義。

承接上述，薄膜光學檢測裝置600包括多波長光源210、第一分光準直模組620a、第一多通道極化旋轉模組630、第一合光準直模組650a、相位延遲模組640、第二分光準直模組620b、第二多通道極化旋轉模組660、第二合光準直模組650a以及影像光譜儀270，其中第一多通道極化旋轉模組630與第二多通道極化旋轉模組660是分別作為起偏與檢偏之用。

請對照圖2A與前文所述，第一多通道極化旋轉模組630與第二多通道極化旋轉模組660可對應前述之多通道極化旋轉模組230，而第一分光準直模組620a與第二分光準直模組620b可對應前述之分光準直模組220，且第一合光準直模組650a與第二合光準直模組650a可對應前述之第二合光準直模組250。熟悉此項技藝者當可輕易理解而不至因為序數而混淆。

請再參考圖6，詳細而言，多波長光源210所發出之光束212會被第一分光準直模組620a分為多道帶有不同波段之第一次光束614，而這些第一次光束614在通過第一多通道極化旋轉模組630之通道後，會分別帶有不同起偏之方位角P資訊。接著，這些第一次光束614會經由第一合光準直模組650a進行合光而形成第一聚合光束616。

第一聚合光束616在通過相位延遲模組640後會帶有相同之相位延遲之方位角C與相位延遲量δc資訊，並接著入射薄膜製品60。以本實施例而言，相位延遲模組640可為波板相位延遲器、液晶相位延遲器或是Babinet－Soleil相位延遲器，且相位延遲模組640並不具有多通道的結構。不過若相位延遲模組640附加具有多通道的結構，則本發明技術之實施態樣之一可將相位延遲模組640配置於第一多通道極化旋轉模組630與第一合光準直模組650a之間(亦極相位延遲模組640與第一合光準直模組650a互換位置)，但也可不互換。

第一聚合光束616在被薄膜製品60反射後會被第二分光準直模組620b分為多道帶有不同波段之第二次光束618，其中這些第二次光束618之波段會對應第一次光束614的波段。第二次光束618在通過第二多通道極化旋轉模組660之通道後，會分別帶有不同檢偏之方位角A資訊。接著，這些第二次光束618會經由第二合光準直模組650b進行合光而形成第二聚合光束619。

最後，第二聚合光束619會入射至影像光譜儀270呈光譜影像，藉由調整第一多通道極化旋轉模組630與第二多通道極化旋轉模組660每個通道內偏振的方位角(即調整參數P、A)，便可同步改變影像光譜儀270之光譜影像，以使特定薄膜區域之光譜影像呈現消光狀態，特定薄膜區域之光譜影像呈現非消光狀態，進而得到較佳的檢測參數，測得較佳對比影像。類似的說明前文均已詳述，於此便不再贅述。

圖7為依據本發明技術之另一實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖。請參考圖7，本實施例之薄膜光學檢測裝置700與圖6之薄膜光學檢測裝置600相似，其差別僅是本實施例是調整相位延遲狀態與檢偏狀態。然而為避免混餚，部分構件將從重新定義序數以及標號。

承接上述，薄膜光學檢測裝置700包括多波長光源210、偏極化模組730、第一分光準直模組620a、多通道相位延遲模組240、第一合光準直模組650a、第二分光準直模組620b、多通道極化旋轉模組760、第二合光準直模組650a以及影像光譜儀270，其中偏極化模組730與多通道極化旋轉模組760是分別作為起偏與檢偏之用，而偏極化模組730可對應圖2A中之偏極化模組260，且多通道極化旋轉模組760對應圖2A中之多通道極化旋轉模組230。

詳細而言，多波長光源210所發出之光束212在通過偏極化模組730後會帶有相同起偏之方位角P資訊，並接著被第一分光準直模組620a分為多道帶有不同波段之第一次光束614，而這些第一次光束614在通過多通道相位延遲模組240之通道後，會對應調整其相位延遲的資訊。

類似前述，若多通道相位延遲模組240為多通道液晶相位可變延遲器或是多通道微機電相位延遲器而言，則多通道相位延遲模組240便是用於調整第一次光束614之相位延遲量δc。接著，這些第一次光束614會經由第一合光準直模組650a進行合光而形成第一聚合光束616以入射薄膜製品60。以本實施例而言，第一聚合光束616在被薄膜製品60反射後會被第二分光準直模組620b分為多道帶有 不同波段之第二次光束618，其中這些第二次光束618之波段會對應第一次光束614的波段。第二次光束618在通過多通道極化旋轉模組760之通道後，會分別帶有不同檢偏之方位角A資訊。接著，這些第二次光束618會經由第二合光準直模組650b進行合光而形成第二聚合光束619。

最後，第二聚合光束619會入射至影像光譜儀270成像，藉由調整多通道極化旋轉模組760與多通道相位延遲模組240中每個通道的設定(即調整參數A以及參數δc或C)，便可同步改變影像光譜儀270之影像，以使特定薄膜區域之光譜影像呈現消光狀態，進而得到較佳的檢測參數。類似的說明前文均已詳述，於此便不再贅述。

以本實施例調整相位延遲狀態與檢偏狀態之設定而言，為降低分光合光對位上的不便，本發明技術之實施態樣之一可調整多通道相位延遲模組240的位置以省略一組分光合光模組。以下將再另舉實施例並配合圖示說明。

圖8為依據本發明技術之另一實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖。請參考圖8，本實施例之薄膜光學檢測裝置800與圖2之薄膜光學檢測裝置200相似，其差別僅是本實施例是調整相位延遲狀態與檢偏狀態，而其實質為圖2中之構件的變異排列。然而為避免混餚，部分構件仍將從重新定義標號。

承接上述，薄膜光學檢測裝置800包括多波長光源210、偏極化模組830、分光準直模組220、多通道相位延遲模組240、多通道極化旋轉模組860、合光準直模組250以及影像光譜儀270，其中偏極化模組830與多通道極化 旋轉模組860是分別作為起偏與檢偏之用，並可分別對應圖2A中之偏極化模組260與多通道極化旋轉模組230。

詳細而言，多波長光源210所發出之光束212在通過偏極化模組830後會帶有相同起偏之方位角P資訊，並接著入射薄膜製品60。以本實施例而言，被薄膜製品60反射後之光束212會被分光準直模組220分為多道帶有不同波段之次光束214，而這些次光束214在通過多通道相位延遲模組240之通道後，會對應調整其相位延遲的資訊。

類似前述，若多通道相位延遲模組240為多通道液晶相位可變延遲器或是多通道微機電相位延遲器而言，則多通道相位延遲模組240便是用於調整次光束214之相位延遲量δc。次光束214在通過多通道極化旋轉模組860之通道後，會分別帶有不同檢偏之方位角A資訊。接著，這些次光束214會經由合光準直模組250進行合光而形成聚合光束216而入射至影像光譜儀270呈光譜影像。藉由調整多通道極化旋轉模組860與多通道相位延遲模組240中每個通道的設定(即調整參數A以及參數δc或C)，便可同步改變影像光譜儀270之影像，以使特定薄膜區域之光譜影像呈現消光狀態，進而得到較佳的檢測參數。

類似前述，本時實施例之架構可如以下之瓊斯矩陣表示：

其中式(2)中相關的參數可對照式(1)，而式(2)為對調式 (1)中與兩個項次。

附帶一提的是，以本實施例調整多通道相位延遲模組240之概念而言，圖6中之相位延遲模組640亦可配置於薄膜製品60與第二分光模組620b之間，或是第二分光模組620b與第二多通道極化旋轉模組660之間。熟悉此項技藝者當可依此概念而調整前述構件的相對位置，惟其仍屬本發明之範疇內。綜上所述，依據本發明技術之薄膜光學檢測裝置至少具有下列特點：一、將光束利用光柵分光而分解成多個具有單一波段的次光束，並使這些次光束帶有不同的偏振與相位資訊通過薄膜，接著利用影像光譜儀直接讀取這些次光束經薄膜製品反射或是通過薄膜製品的強度，便可得到多波長之橢偏影像。

二、藉由調整4個參數(P、C、δc、A)中的任兩個參數得到特定薄膜區域呈現消光狀態之橢偏影像，便可決定出可見光範圍的較佳檢測參數，使得薄膜消光區域與非消光區域間之橢偏影像，形成最大影像對比度。

三、次光束之波段帶寬均非常狹小，藉此可避免消光區域及非消光區域額外漏光之情形，以大幅提高實驗的精準度。

雖然本發明技術已以諸實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明技術之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50、50’、60、60’‧‧‧薄膜製品

52、62‧‧‧底材

54、56、64、66‧‧‧薄膜

100‧‧‧檢測裝置

110‧‧‧光源

112、112’‧‧‧光束

120‧‧‧起偏器

130‧‧‧相位延遲器

140‧‧‧檢偏器

150‧‧‧感測器

160‧‧‧多濾光片

200、500、600、700、800‧‧‧薄膜光學檢測裝置

210‧‧‧多波長光源

212‧‧‧光束

214‧‧‧次光束

216、216’‧‧‧聚合光束

220‧‧‧分光準直模組

222‧‧‧第一光柵

224‧‧‧第一準直鏡

230、230’‧‧‧多通道極化旋轉模組

232’‧‧‧第一偏極片

234’‧‧‧第一波板

236’‧‧‧多通道液晶相位可變延遲器

238’‧‧‧第二波板

240‧‧‧多通道相位延遲模組

250‧‧‧合光準直模組

252‧‧‧第二光柵

254‧‧‧第二準直鏡

260‧‧‧偏極化模組

270‧‧‧影像光譜儀

280‧‧‧第一聚焦鏡

290‧‧‧第二聚焦鏡

614‧‧‧第一次光束

616‧‧‧第一聚合光束

618‧‧‧第二次光束

619‧‧‧第二聚合光束

620a‧‧‧第一分光準直模組

620b‧‧‧第二分光準直模組

630‧‧‧第一多通道極化旋轉模組

640‧‧‧相位延遲模組

650a‧‧‧第一合光準直模組

650b‧‧‧第二合光準直模組

660‧‧‧第二多通道極化旋轉模組

730、830‧‧‧偏極化模組

760、860‧‧‧多通道極化旋轉模組

圖1A~1B為習知之利用影像橢偏技術之檢測裝置的示意圖。

圖2A為依據本發明技術之一實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖。

圖2B為圖2A之局部詳細示意圖。

圖2C為依據本發明技術之另一實施例之局部詳細示意圖。

圖3為依據本發明技術之一實施例聚合光束入射薄膜製品的立體示意圖。

圖4A為圖3之聚合光束入射影像光譜儀成像之模擬圖。

圖4B繪示對應圖4A之光譜圖。

圖5~8為依據本發明技術之不同態樣實施例之薄膜光學檢測裝置的示意圖。

60‧‧‧薄膜製品

62‧‧‧底材

200‧‧‧薄膜光學檢測裝置

210‧‧‧多波長光源

212‧‧‧光束

214‧‧‧次光束

216、216’‧‧‧聚合光束

220‧‧‧分光準直模組

230‧‧‧多通道極化旋轉模組

240‧‧‧多通道相位延遲模組

250‧‧‧合光準直模組

260‧‧‧偏極化模組

270‧‧‧影像光譜儀

280‧‧‧第一聚焦鏡

290‧‧‧第二聚焦鏡

Claims (19)

1. 一種薄膜光學檢測裝置，適於檢測一薄膜製品，該薄膜光學檢測裝置包括：一多波長光源，適於提供一光束，而該光束具有多個波段；一分光準直模組，適於將該光束分為多個次光束，而該些次光束分別具有對應之波段；一多通道極化旋轉模組，分別對應調整該些次光束偏振之方位角；一多通道相位延遲模組，分別對應調整該些次光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角；一合光準直模組，適於將該些次光束合為一聚合光束後入射該薄膜製品，該聚合光束入射該薄膜製品後，該聚合光束會被該薄膜製品改變偏振狀態；一偏極化模組，適於檢偏限制該聚合光束穿透量；以及一影像光譜儀，適於接收該聚合光束呈光譜影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該多通道相位延遲模組為多通道液晶相位可變延遲器或多通道微機電相位延遲器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該多通道極化旋轉模組為多通道微機電偏極旋轉器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該多通道極化旋轉模組包括：一第一偏極片； 一第一¼波板；一多通道液晶相位可變延遲器；以及一第二¼波板，而該些次光束是依序通過該第一偏極片、該第一¼波板、該多通道液晶相位可變延遲器與該第二¼波板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該分光準直模組包括：一第一光柵，適於將該光束分為該些次光束；以及一第一準直鏡，適於將該些次光束準直入射該多通道極化旋轉模組。
6. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該第一光柵為繞射式分光光柵或全像式分光光柵。
7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該合光準直模組包括：一第二準直鏡，適於聚集該些次光束；以及一第二光柵，適於將該些次光束合為該聚合光束。
8. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該第二光柵為繞射式分光光柵或全像式分光光柵。
9. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該偏極化模組為格蘭-湯普生偏振器(Glan-Thomson)或薄膜偏振器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該多波長光源為寬帶鹵素燈光源、閃光燈光源、多波長雷射或多波長氣體燈。
11. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置， 其中該薄膜製品為液晶顯示器基板、電漿顯示器基板或是晶圓基板。
12. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，其中該分光準直模組包括：一分光稜鏡，適於將該光束分為該些次光束；以及一第一準直鏡，適於將該些次光束準直入射該多通道極化旋轉模組。
13. 一種薄膜光學檢測裝置，適於檢測一薄膜製品，該薄膜光學檢測裝置包括：一多波長光源，適於提供一光束，而該光束具有多個波段；一偏極化模組，適於起偏該光束偏振之方位角，而該光束通過該偏極化模組後入射該薄膜製品，該光束入射該薄膜製品後，該光束會被該薄膜製品改變偏振狀態；一分光準直模組，適於將該光束分為多個次光束，而該些次光束分別具有對應之波段；一多通道相位延遲模組，分別對應調整該些次光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角；一多通道極化旋轉模組，分別對應調整該些次光束偏振之方位角；一合光準直模組，適於將該些次光束合為一聚合光束；以及一影像光譜儀，適於接收該聚合光束呈光譜影像。
14. 一種薄膜光學檢測裝置，適於檢測一薄膜製品，該薄膜光學檢測裝置包括： 一多波長光源，適於提供一光束，而該光束具有多個波段；一偏極化模組，適於起偏該光束偏振之方位角；一第一分光準直模組，適於將該光束分為多個第一次光束，而該些第一次光束分別具有對應之波段；一多通道相位延遲模組，分別對應調整該些第一次光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角；一第一合光準直模組，適於將該些第一次光束合為一第一聚合光束後入射該薄膜製品，該第一聚合光束入射該薄膜製品後，該第一聚合光束會被該薄膜製品改變偏振狀態；一第二分光準直模組，適於將該第一聚合光束分為多個第二次光束，而該些第二次光束分別具有對應該些第一次光束之波段；一多通道極化旋轉模組，分別對應調整該些第二次光束偏振之方位角；一第二合光準直模組，適於將該些第二次光束合為一第二聚合光束；以及一影像光譜儀，適於接收該第二聚合光束呈光譜影像。
15. 一種薄膜光學檢測裝置，適於檢測一薄膜製品，該薄膜光學檢測裝置包括：一多波長光源，適於提供一光束，而該光束具有多個波段；一第一分光準直模組，適於將該光束分為多個第一次光束，而該些第一次光束分別具有對應之波段； 一第一多通道極化旋轉模組，分別對應調整該些第一次光束偏振之方位角；一第一合光準直模組，適於將該些第一次光束合為一第一聚合光束；一相位延遲模組，適於調整第一聚合光束之相位延遲量或是相位延遲的方位角，而該第一聚合光束通過該相位延遲模組後入射該薄膜製品，該第一聚合光束入射該薄膜製品後，該第一聚合光束會被該薄膜製品改變偏振狀態；一第二分光準直模組，適於將該第一聚合光束分為多個第二次光束，而該些第二次光束分別具有對應該些第一次光束之波段；一第二多通道極化旋轉模組，分別對應調整該些第二次光束偏振之方位角；一第二合光準直模組，適於將該些第二次光束合為一第二聚合光束；以及一影像光譜儀，適於接收該第二聚合光束呈光譜影像。
16. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜光學檢測裝置，復包括一第一聚光焦鏡及一第二聚焦鏡配置在聚合光束之光路上。
17. 如申請專利範圍第13項所述之薄膜光學檢測裝置，復包括一第一聚光焦鏡及一第二聚焦鏡配置在聚合光束之光路上。
18. 如申請專利範圍第14項所述之薄膜光學檢測裝置，復包括一第一聚光焦鏡及一第二聚焦鏡配置在第一聚合光束之光路上。
19. 如申請專利範圍第15項所述之薄膜光學檢測裝置，復包括一第一聚光焦鏡及一第二聚焦鏡配置在第一聚合光束之光路上。