CN117739837A - 一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***及方法，涉及硅片厚度检测技术领域，***包括第一光谱共焦***、第二光谱共焦***和电脑；其中，第一光谱共焦***的第一光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有准直透镜、第一非球面镜和第一衍射元件，第二光谱共焦***的第二光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有第二非球面镜、第二衍射元件和折射镜，第一光谱共焦探头的出射端和第二光谱共焦探头的出射端相对设置。本申请通过使用衍射元件对光谱共焦***进行改进，从而能够校正空间姿态误差，并提高硅片的测量精度，且衍射元件的引入使得***能够更加灵活地处理入射和反射光。
Description
技术领域
本申请涉及硅片厚度检测技术领域，具体涉及一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***及方法。
背景技术
在现代高科技产业中，硅片的重要性显而易见。作为半导体设备的核心元件，硅片在集成电路、太阳能电池板、微处理器等关键领域得到广泛应用。科技迅猛发展使得对硅片质量的要求不断提升，尤其是在厚度测量上。硅片的厚度直接影响着芯片的性能与可靠性。例如，在太阳能行业中，硅片的厚度对光电转换效率有显著影响。同时，在集成电路制造中，厚度的一致性对于电路的稳定性和性能至关重要。当前，硅片厚度的标准范围大致在200微米至300微米之间，对于高性能应用，例如高速、低功耗的微处理器，这一指标更是严格。在硅片制造过程中，厚度的偏差超过标准的5%可能会导致成品率的显著下降。因此，发展高精度、高效的硅片厚度测量技术，对于提升产品质量、降低生产成本、增强市场竞争力至关重要。
光谱共焦测量技术因其高精度、高灵敏性、便携性以及轻量化等特征，在机械制造、生命科学、电子制造和化工及材料科学等众多领域得到广泛应用。光谱共焦测量技术的发展旨在提供更高效、精准且非接触式的测量方式。首先，非接触式测量能够避免因物理接触引起的样品损伤或变形，这一点对于易损或柔软材料尤其重要；其次，它能实现更快的测量速度和更优的重复性。此外，该技术还能适应更广泛的环境条件，增强测量的灵活性和适应性。在硅片等材料厚度测量方面，光谱共焦***展现了其独特优势。
传统对射光谱共焦***的探头通常使用多个折射透镜来产生轴向色散，用于测量硅片厚度。这种多透镜组合结构增加了共焦光学***的设计和制造难度，且传统的对射光谱共焦***在测量硅片时，由于夹持装置会引起空间姿态误差，所以会导致检测精度和效率降低。
发明内容
为此，本申请提供一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***及方法，以解决现有技术存在的对射光谱共焦***检测精度低的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
第一方面，一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，包括第一光谱共焦***、第二光谱共焦***和电脑；
所述第一光谱共焦***包括第一光谱共焦探头、第一光线耦合器、第一光源和第一光谱仪，所述第一光源和所述第一光谱仪均与所述第一光线耦合器连接，所述第一光线耦合器还与所述第一光谱共焦探头连接，所述第一光谱仪还与所述电脑连接；其中，所述第一光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有准直透镜、第一非球面镜和第一衍射元件，所述第一光谱共焦探头外部位于出射端的一面固定设置有三个第一物镜；
所述第二光谱共焦***包括第二光谱共焦探头、第二光线耦合器、第二光源和第二光谱仪，所述第二光源和所述第二光谱仪均与所述第二光线耦合器连接，所述第二光线耦合器还与所述第二光谱共焦探头连接，所述第二光谱仪还与所述电脑连接；其中，所述第二光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有第二非球面镜、第二衍射元件和折射镜，所述第二光谱共焦探头外部位于出射端的一面固定设置有第二物镜；
所述第一光谱共焦探头的出射端和所述第二光谱共焦探头的出射端相对设置。
作为优选，所述第一光谱共焦探头、所述第一光线耦合器、所述第一光源和所述第一光谱仪之间通过第一Y型光纤连接；所述第二光谱共焦探头、所述第二光线耦合器、所述第二光源和所述第二光谱仪之间通过第二Y型光纤连接。
作为优选，所述第一光谱仪和所述电脑通过第一网线连接，所述第二光谱仪与所述电脑通过第二网线连接。
作为优选，所述第一光源和所述第二光源发出的复色白光波长均在390-780nm之间。
作为优选，所述第一光谱共焦探头的有效直径为20mm。
第二方面，一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，所述基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法应用于所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，包括：
步骤1：调整第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头，使第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐，并使第一光谱共焦探头产生的第一厚度测量点与第二光谱共焦探头产生的第二厚度测量点在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐；
步骤2：调整第一光谱共焦探头与第二光谱共焦探头之间的距离；
步骤3：在第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头之间放置待测硅片；
步骤4：根据厚度计算公式计算待测硅片的厚度；
所述厚度计算公式为：
其中，S0表示硅片计算厚度，S表示第一光谱共焦探头与第二光谱共焦探头之间的距离，S1表示第一光谱共焦探头产生的第一厚度测量点在不同波长下对应的光轴轴向位置，S2表示第二光谱共焦探头产生的第二厚度测量点在不同波长下对应的光轴轴向位置。
作为优选，还包括：
步骤5：通过第一光谱仪采集第一光谱共焦探头的波峰个数；
步骤6：根据波峰个数判断待测硅片是否倾斜；
步骤7：若待测硅片倾斜，则根据厚度校正公式对计算出的硅片厚度进行校正；
所述厚度校正公式为：
其中，d1表示硅片实际厚度，d0表示硅片计算厚度，θ表示倾斜角，
其中，L1表示第一光谱共焦探头产生的第一校正点和第二校正点之间的距离，L2表示第一光谱共焦探头产生的第一校正点和第二校正点之间的轴向位置差。
作为优选，所述步骤6中，根据波峰个数判断待测硅片是否倾斜时，若波峰个数为3，则说明待测硅片倾斜，若波峰个数为1，则说明待测硅片不倾斜。
相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
本申请提供了一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***及方法，***包括第一光谱共焦***、第二光谱共焦***和电脑；其中，第一光谱共焦***的第一光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有准直透镜、第一非球面镜和第一衍射元件，第二光谱共焦***的第二光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有第二非球面镜、第二衍射元件和折射镜，第一光谱共焦探头的出射端和第二光谱共焦探头的出射端相对设置。本申请通过使用衍射元件对光谱共焦***进行改进，从而能够校正空间姿态误差，并提高硅片的测量精度，且衍射元件的引入使得***能够更加灵活地处理入射和反射光。
附图说明
为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元（部件）的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
图1为本申请实施例一提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***结构示意图；
图2为本申请实施例二提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法在测量厚度时的第一标定示意图；
图3为本申请实施例二提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法在测量厚度时的第二标定示意图；
图4为本申请实施例二提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法的测厚示意图；
图5为本申请实施例二提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法的第一厚度校正示意图；
图6为本申请实施例二提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法的第二厚度校正示意图。
附图标记说明：
1、第一光谱共焦探头；2、准直透镜；3、第一非球面镜；4、第一衍射元件；5、第一光源；6、第一光线耦合器；7、第一光谱仪；8、电脑；9、第二光谱仪；10、第二光源；11、第二光线耦合器；12、第二光谱共焦探头；13、第二非球面镜；14、第二衍射元件；15、折射镜；16、第二物镜；17、待测硅片；18、第一物镜；19、第一Y型光纤；20、第一网线；21、第一光谱图；22、第二光谱图；23、第二Y型光纤；24、第二网线。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。
在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义（例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调）。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”（某些单元、部件、材料、步骤等）。
本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解而就大体的相对位置关系所作的指示，并非对实际产品中位置关系的绝对限定。
实施例一
请参阅图1，本实施例提供了一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，包括第一光谱共焦***、第二光谱共焦***和电脑8。
第一光谱共焦***包括第一光谱共焦探头1、第一光线耦合器6、第一光源5和第一光谱仪7，第一光源5和第一光谱仪7均与第一光线耦合器6连接，第一光线耦合器6还与第一光谱共焦探头1连接，第一光谱仪7还与电脑8连接；其中，第一光谱共焦探头1内部从入射端到出射端依次固定设置有准直透镜2、第一非球面镜3和第一衍射元件4，第一光谱共焦探头1外部位于出射端的一面固定设置有三个第一物镜18。
第二光谱共焦***包括第二光谱共焦探头12、第二光线耦合器11、第二光源10和第二光谱仪9，第二光源10和第二光谱仪9均与第二光线耦合器11连接，第二光线耦合器11还与第二光谱共焦探头12连接，第二光谱仪9还与电脑8连接；其中，第二光谱共焦探头12内部从入射端到出射端依次固定设置有第二非球面镜13、第二衍射元件14和折射镜15，第二光谱共焦探头12外部位于出射端的一面固定设置有第二物镜16。
本实施例中，第一光谱共焦探头1的出射端和第二光谱共焦探头12的出射端相对设置。
本实施例中，第一光源5和第二光源10均发出复色白光，复色白光波长在390-780nm之间，第一光谱共焦探头1利用第一衍射元件4，使390-780nm波长的复色白光产生轴向色差，并通过标定过程确定不同波长(λ)对应的光轴轴向位置(S)；第二光谱共焦探头12基于第二衍射元件14和折射镜15，使390-780nm波长的复色白光产生轴向色差，并通过标定过程确定不同波长(λ)对应的光轴位置(S)。
具体的，在第一光谱共焦***中，第一光谱共焦探头1、第一光线耦合器6、第一光源5和第一光谱仪7之间通过第一Y型光纤19连接，第一光谱仪7和电脑8通过第一网线20连接；在第二光谱共焦***中，第二光谱共焦探头12、第二光线耦合器11、第二光源10和第二光谱仪9之间通过第二Y型光纤23连接，第二光谱仪9与电脑8通过第二网线连接。
在第一光谱共焦***中，第一光源5通过第一Y型光纤19和第一光线耦合器6将复色白光传输至第一光谱共焦探头1内，在第一光谱共焦探头1内，复色白光依次通过准直透镜2、第一非球面镜3和第一衍射元件4后射出，射出的复色白光经过三个第一物镜18后形成三个横向测量点，这三个横向测量点会聚焦于待测硅片17表面，并将光线反射回第一光谱共焦探头1，然后通过第一光线耦合器6进入第一光谱仪7，第一光谱仪7就会得到第一光谱图21。
需要说明的是，在第一光谱共焦***中基于第一衍射元件4产生的三个横向测量点分别为第一校正点a、第一厚度测量点b和第二校正点c，其中，第一厚度测量点b用于硅片厚度计算，第一校正点a和第二校正点c用于硅片倾斜校正，第一校正点a和第一厚度测量点b之间的间隔为5mm，第一厚度测量点b和第二校正点c之间的间隔也为5mm，则第一校正点a和第二校正点c之间的距离为10mm，因此，第一光谱共焦探头1的有效直径为20mm。
在第二光谱共焦***中，第二光源10通过第二Y型光纤23和第二光线耦合器11将复色白光传输至第二光谱共焦探头12内，在第二光谱共焦探头12内，复色白光依次通过第二非球面镜13、第二衍射元件14和折射镜15后射出，射出的复色白光经过第二物镜16后形成一个横向测量点，这个横向测量点也会聚焦于待测硅片17表面，并将光线反射回第二光谱共焦探头12，然后通过第二光线耦合器11进入第二光谱仪9，第二光谱仪9就会得到第二光谱图22。
需要说明的是，在第二光谱共焦***中基于第二衍射元件14和折射镜15产生的横向测量点为第二厚度测量点d，第二厚度测量点d用于硅片厚度计算。
本实施例中，第一光源5和第二光源10优选为溴钨点光源，型号为天津港东科技/GY-30A，功率连续可调，最大输出功率为：＞150W，波段范围为：350～1200nm，SMA905光纤接口输出。
第一光谱共焦探头1镜头组：镜片数量：3片（6面），适用波段：400～1200nm，口径：20mm，轴向色差：30mm（关键参数，可根据检测需求调整），物方/像方数值孔径：0.22/0.2，物距：100-170mm。
第二光谱共焦探头12镜头组：镜片数量：3片（6面），适用波段：400～1200nm，口径：20mm，轴向色差：30mm（关键参数,可根据检测需求调整），物方/像方数值孔径：0.22/0.2，物距：100-170mm。
共焦小孔：型号为大恒/GCO-P50A，孔径光阑（针孔），直径：50μm。
第一光谱仪7和第二光谱仪9：型号为上海复享光学股份有限公司/FX2000-RD，200-1100nm，分辨率：0.13nm，积分时间：1ms，SMA905光纤接口输入，支持二次开发，具有C++开发动态库。
成像透镜：品牌大恒，Φ25.4 K9双凸透镜，f=100mm，通光孔径：90%。
电脑8：型号为研华IPC-610L-701VG，处理器inter i5-2400，支持JPEG硬件编解码，内存为4G bits DDR3。支持RGB 24Bit接口及TVOUT视频输出。
本实施例通过使用衍射元件对光谱共焦***进行改进，从而能够校正空间姿态误差，并提高硅片的测量精度，且衍射元件的引入使得***能够更加灵活地处理入射和反射光。
衍射光学元件之所以能够实现更优秀的色散特性，是因为衍射光学透镜的焦距与波长呈线性关系，因而具有显著的色散效果，这有助于增强光学***的色散范围和传感器的灵敏度。此外，由于衍射光学元件具备非球面相位函数，用单个衍射透镜替代多透镜组合能消除单色像差，这样可以减少共焦光学***中的透镜数量，进而降低其体积和重量。
实施例二
本实施例提供了一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，该基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法应用于实施例一提供的的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其中，第一光谱共焦探头1和第二光谱共焦探头12通过相关标定建立波长(λ)与光轴轴向距离(S)的关系，进行硅片厚度测量，即硅片厚度是通过第一光谱共焦探头1产生的第一厚度测量点b与第二光谱共焦探头12产生的第二厚度测量点d进行计算。
请参阅图2和图3，本实施例提供的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，包括：
步骤1：调整第一光谱共焦探头1和第二光谱共焦探头12，使第一光谱共焦探头1和第二光谱共焦探头12在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐，并使第一光谱共焦探头1产生的第一厚度测量点b与第二光谱共焦探头12产生的第二厚度测量点d在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐；
具体的，本步骤是在开启设备后，未放置待测硅片前进行调试。第一光谱共焦探头1产生的第一厚度测量点b与第二光谱共焦探头12产生的第二厚度测量点的d在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐时，第一厚度测量点b与第二厚度测量点的d在光谱仪光强最高，等于两个光源的强度。
步骤2：调整第一光谱共焦探头1与第二光谱共焦探头12之间的距离；
步骤3：在第一光谱共焦探头1和第二光谱共焦探头12之间放置待测硅片17；
步骤4：根据厚度计算公式计算待测硅片17的厚度；
请参阅图4，厚度计算公式为：
其中，S0表示硅片计算厚度，S表示第一光谱共焦探头1与第二光谱共焦探头12之间的距离，S1表示第一光谱共焦探头1产生的第一厚度测量点b在不同波长(λ)下对应的光轴轴向位置(S)，S2表示第二光谱共焦探头12产生的第二厚度测量点d在不同波长(λ)下对应的光轴轴向位置(S)。
若待测硅片17不存在倾斜，则可以直接通过厚度计算公式得到待测硅片17的实际厚度。
请参阅图5和图6，若待测硅片17存在倾斜，则需要进行厚度校正，具体的厚度校正步骤为：
步骤5：通过第一光谱仪7采集第一光谱共焦探头1的波峰个数；
步骤6：根据波峰个数判断待测硅片17是否倾斜；
具体的，当第一光谱仪1采集到一个波长相同的波峰时，说明待测硅片17不存在空间姿态误差；当第一光谱仪1采集到三个不同波长的波峰时，说明待测硅片17存在空间姿态误差。
步骤7：若待测硅片17倾斜，则根据厚度校正公式对计算出的硅片厚度进行校正；
厚度校正公式为：
其中，d1表示硅片实际厚度，d0表示硅片计算厚度，θ表示倾斜角，
其中，L1表示第一光谱共焦探头1产生的第一校正点a和第二校正点c之间的距离，L2表示第一光谱共焦探头1产生的第一校正点a和第二校正点c之间的轴向位置差。
本实施例提供的一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法的基本原理在于实现聚焦位置信息与聚焦波长的一一对应，即编码功能。在***工作范围内，每个单色波的波长都与光轴上的一个位置相对应。当光谱仪获取当前位置返回的光谱信号后，从信号中提取出峰值波长，即可解码出被测物体表面的位置信息。这种编码功能使得光谱共焦***能够通过分析光谱信号来确定被测物体的表面位置，从而实现对厚度的测量。当点光源发出的复色白光经过第一光谱共焦探头1和第二光谱共焦探头12时，复色光源会被分解为单色波长在λmin至λmax范围内的单色光。单色光连续落在光轴上范围为Smin到Smax范围。
本实施例提供的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法能够准确的测量出待测硅片17的厚度，且效率高。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合（只要这些技术特征的组合不存在矛盾），为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (8)
1.一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其特征在于，包括第一光谱共焦***、第二光谱共焦***和电脑；
所述第一光谱共焦***包括第一光谱共焦探头、第一光线耦合器、第一光源和第一光谱仪，所述第一光源和所述第一光谱仪均与所述第一光线耦合器连接，所述第一光线耦合器还与所述第一光谱共焦探头连接，所述第一光谱仪还与所述电脑连接；其中，所述第一光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有准直透镜、第一非球面镜和第一衍射元件，所述第一光谱共焦探头外部位于出射端的一面固定设置有三个第一物镜；
所述第二光谱共焦***包括第二光谱共焦探头、第二光线耦合器、第二光源和第二光谱仪，所述第二光源和所述第二光谱仪均与所述第二光线耦合器连接，所述第二光线耦合器还与所述第二光谱共焦探头连接，所述第二光谱仪还与所述电脑连接；其中，所述第二光谱共焦探头内部从入射端到出射端依次固定设置有第二非球面镜、第二衍射元件和折射镜，所述第二光谱共焦探头外部位于出射端的一面固定设置有第二物镜；
所述第一光谱共焦探头的出射端和所述第二光谱共焦探头的出射端相对设置。
2.根据权利要求1所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其特征在于，所述第一光谱共焦探头、所述第一光线耦合器、所述第一光源和所述第一光谱仪之间通过第一Y型光纤连接；所述第二光谱共焦探头、所述第二光线耦合器、所述第二光源和所述第二光谱仪之间通过第二Y型光纤连接。
3.根据权利要求1所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其特征在于，所述第一光谱仪和所述电脑通过第一网线连接，所述第二光谱仪与所述电脑通过第二网线连接。
4.根据权利要求1所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源发出的复色白光波长均在390-780nm之间。
5.根据权利要求1所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，其特征在于，所述第一光谱共焦探头的有效直径为20mm。
6.一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，其特征在于，所述基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法应用于权利要求1-5任一项所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚***，包括：
步骤1：调整第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头，使第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐，并使第一光谱共焦探头产生的第一厚度测量点与第二光谱共焦探头产生的第二厚度测量点在X轴、Y轴、Z轴方向上对齐；
步骤2：调整第一光谱共焦探头与第二光谱共焦探头之间的距离；
步骤3：在第一光谱共焦探头和第二光谱共焦探头之间放置待测硅片；
步骤4：根据厚度计算公式计算待测硅片的厚度；
所述厚度计算公式为：
；
其中，S0表示硅片计算厚度，S表示第一光谱共焦探头与第二光谱共焦探头之间的距离，S1表示第一光谱共焦探头产生的第一厚度测量点在不同波长下对应的光轴轴向位置，S2表示第二光谱共焦探头产生的第二厚度测量点在不同波长下对应的光轴轴向位置。
7.根据权利要求6所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，其特征在于，还包括：
步骤5：通过第一光谱仪采集第一光谱共焦探头的波峰个数；
步骤6：根据波峰个数判断待测硅片是否倾斜；
步骤7：若待测硅片倾斜，则根据厚度校正公式对计算出的硅片厚度进行校正；
所述厚度校正公式为：
；
其中，d1表示硅片实际厚度，d0表示硅片计算厚度，θ表示倾斜角，
；
其中，L1表示第一光谱共焦探头产生的第一校正点和第二校正点之间的距离，L2表示第一光谱共焦探头产生的第一校正点和第二校正点之间的轴向位置差。
8.根据权利要求7所述的基于衍射元件的对射光谱共焦测厚方法，其特征在于，所述步骤6中，根据波峰个数判断待测硅片是否倾斜时，若波峰个数为3，则说明待测硅片倾斜，若波峰个数为1，则说明待测硅片不倾斜。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002228421A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型レーザ顕微鏡 |
| US6657216B1 (en) * | 2002-06-17 | 2003-12-02 | Nanometrics Incorporated | Dual spot confocal displacement sensor |
| WO2016092348A1 (fr) * | 2014-12-09 | 2016-06-16 | Asentys Sas | Dispositif optique integre de mesure sans contact d'altitudes et d'epaisseurs. |
| JP2018119907A (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | レーザーテック株式会社 | 測定面調整方法、膜厚測定方法及び膜厚測定装置 |
| CN108474645A (zh) * | 2015-12-25 | 2018-08-31 | 株式会社基恩士 | 共焦位移计 |
| US20190277621A1 (en) * | 2018-03-12 | 2019-09-12 | Omron Corporation | Optical measuring device |
| CN110530274A (zh) * | 2018-05-25 | 2019-12-03 | 株式会社基恩士 | 共焦位移传感器 |
| CN112082677A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-15 | 无锡卓海科技有限公司 | 一种透明晶圆薄膜应力测量*** |
| WO2020261859A1 (ja) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 株式会社Sumco | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム |
| CN114631001A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-06-14 | 科磊股份有限公司 | 高度翘曲样本的表面轮廓测量 |
| CN115930805A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-07 | 上海电机学院 | 一种透镜中心厚度的自动测量装置与检测方法 |
-
2024
- 2024-02-19 CN CN202410182564.5A patent/CN117739837B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002228421A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型レーザ顕微鏡 |
| US6657216B1 (en) * | 2002-06-17 | 2003-12-02 | Nanometrics Incorporated | Dual spot confocal displacement sensor |
| WO2016092348A1 (fr) * | 2014-12-09 | 2016-06-16 | Asentys Sas | Dispositif optique integre de mesure sans contact d'altitudes et d'epaisseurs. |
| CN108474645A (zh) * | 2015-12-25 | 2018-08-31 | 株式会社基恩士 | 共焦位移计 |
| JP2018119907A (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | レーザーテック株式会社 | 測定面調整方法、膜厚測定方法及び膜厚測定装置 |
| US20190277621A1 (en) * | 2018-03-12 | 2019-09-12 | Omron Corporation | Optical measuring device |
| CN110260784A (zh) * | 2018-03-12 | 2019-09-20 | 欧姆龙株式会社 | 光学测量装置 |
| CN110530274A (zh) * | 2018-05-25 | 2019-12-03 | 株式会社基恩士 | 共焦位移传感器 |
| WO2020261859A1 (ja) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 株式会社Sumco | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム |
| CN112082677A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-15 | 无锡卓海科技有限公司 | 一种透明晶圆薄膜应力测量*** |
| CN114631001A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-06-14 | 科磊股份有限公司 | 高度翘曲样本的表面轮廓测量 |
| CN115930805A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-07 | 上海电机学院 | 一种透镜中心厚度的自动测量装置与检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HAOJIE ZHANG等: "A Diffractive Element-Based Chromatic Confocal Thickness Measurement Device and Thickness Correction Method", SSRN, 15 March 2024 (2024-03-15) * |
| HAOJIE ZHANG等: "A Method for Measuring and Adaptively Correcting Lens Center Thickness Based on the Chromatic Confocal Principle", SSRN, 16 October 2023 (2023-10-16) * |
| 柳晓飞等: "一种新型光谱共焦位移测量***研究", 传感器与微***, no. 04, 20 April 2013 (2013-04-20) * |
| 王津楠等: "基于白光LED的光谱共焦位移传感器", 中国测试, no. 01, 31 January 2017 (2017-01-31) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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