TWI580925B - 用於使用彩色攝相機來測量厚度的方法和設備 - Google Patents

Description

用於使用彩色攝相機來測量厚度的方法和設備

本發明係關於：用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備，及本發明係更為特定地關於：用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備，其中複數個波長被同時地掃描以快速地測量薄膜層的厚度。

隨著在所有的最近的工業領域中的技術的快速的發展，已經需要將微型製造用於：半導體、微機電系統(MEMS)、平板顯示器、光學元件和類似者，以及目前需要：奈米級的超精度製造。此外，所需要的製造模式已經變得複雜，因而強調：測量細薄膜層的厚度的重要性。

已經廣泛地用於測量薄膜層的厚度和反射率的設備係根據：反射測量術。反射計(該反射計在廣義上被稱為：薄膜層測量系統)係：可測量多層薄膜的特性和直接地測量目標物體而無需特定的準備或程序的非接觸式的和非破壞性的測量設備。

第1圖係用於解釋使用傳統的反射計來測量厚度的方法的示圖。

參照至第1圖，傳統的反射計執行與就來自白色光源的光且於預先決定的間隔處的波長的數目相同的次數的掃描和經由黑白攝像機來獲取：位於分別的波長處的光強度訊號11、12，及13。然後，在分別的波長處獲取的該等複數個光強度訊號11、12，及13被合成以繪製：反射率相對於整個光譜的曲線圖，因此根據反射曲線圖來測量薄膜層的厚度係可能的。

然而，傳統的厚度-測量方法具有：獲取該等複數個光強度訊號所耗用的時間被延遲的問題(因為該等複數個光強度訊號在許多的波長處被獲取且同時相對於從白色光源發射的光的整個光譜來執行掃描)。獲取光強度訊號的時間的延遲直接地與厚度-測量設備的效能相關，因而使得厚度-測量設備具有每次的低測量-效能。

從而，構想本發明以解決前述的問題，及本發明的態樣提供：用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備，其中複數個波長在白色光的該等複數個波長範圍中被濾除，及光強度訊號同時地在分別的該等波長範圍內被獲取，藉此顯著地改善：厚度測量設備的測量速度。

根據本發明的實施例，其中提供有使用彩色攝像機來測量厚度的方法，該方法利用一白色光源、用於自從白色光源發射的光中濾除複數個離散波長的一聲-光可調濾光器(AOTF)，及該彩色攝像機用於獲取從一 物體反射的光強度訊號，及該方法包含：一濾除操作，該濾除操作用於經由該聲-光可調濾光器濾除在從該白色光源發射的光的複數個波長範圍內的複數個波長；一光強度獲取操作，該光強度獲取操作用於經由該彩色攝像機來同時地獲取在該等複數個波長範圍內的該等複數個波長的光強度訊號；一掃描操作，該掃描操作用於藉由重覆地執行濾除操作和光強度獲取操作且同時執行與在位於每一波長範圍內的預先決定的間隔處的波長的數目相同的次數的掃描來同時地獲取在該等波長範圍的每一波長範圍內的該等複數個光強度訊號；及一曲線圖繪製操作，該曲線圖繪製操作用於將該等複數個光強度訊號合成以繪製反射率相對於整個光譜的曲線圖。

濾除操作可包含：同時地濾除在紅色波長範圍、綠色波長範圍，及藍色波長範圍內的波長。

根據本發明的另一實施例，其中提供有一種用於使用攝像機來測量厚度的設備，該設備包含：一白色光源；一聲-光可調濾光器(AOTF)，該聲-光可調濾光器濾除在從該白色光源發射的光的複數個波長範圍內的複數個波長；一光束分離器，該光束分離器使得由該聲-光可調濾光器濾除的光行進至一物體；一彩色攝像機，該彩色攝像機同時地獲取在從該物體反射的光的複數個波長範圍內的複數個波長的光強度訊號；一聲-光可調濾光器控制器，該聲-光可調濾光器控制器傳送用於執行與在位於分別的該等波長範圍內的預先決定的間隔處 的波長的數目相同的次數的掃描的聲-光可調濾光器濾除訊號，以獲取在分別的該等波長範圍內的複數個光強度訊號；及一圖像處理器，該圖像處理器用於將該等複數個光強度訊號合成以繪製反射率相對於整個光譜的曲線圖。

聲-光可調濾光器可同時地濾除在紅色波長範圍、綠色波長範圍，及藍色波長範圍內的波長。

1‧‧‧基材

2‧‧‧薄膜層

3‧‧‧物體

11、12、13‧‧‧光強度訊號

100‧‧‧設備

110‧‧‧白色光源

120‧‧‧聲-光可調濾光器

130‧‧‧聲-光可調濾光器控制器

140‧‧‧光束分離器

150‧‧‧彩色攝像機

160‧‧‧圖像處理器

20‧‧‧波長範圍

21‧‧‧波長

22‧‧‧光強度訊號

30‧‧‧波長範圍

31‧‧‧波長

32‧‧‧光強度訊號

40‧‧‧波長範圍

41‧‧‧波長

42‧‧‧光強度訊號

本發明的上述的及/或其他的態樣將從示例性的實施例的後續的描述(其中該描述與隨附的圖式相結合)中變得明顯的和更為容易地理解的，其中： 第1圖係用於解釋使用反射計來測量厚度的傳統的方法的示圖。

第2圖係根據本發明的實施例的一示圖，該示圖顯示：用於使用彩色攝像機來測量厚度的設備。

第3圖係根據本發明的實施例的一示圖，該示圖顯示：使用彩色攝像機來測量厚度的方法；及第4圖係一示圖，該示圖顯示藉由使用第3圖的彩色攝像機來測量厚度的方法所繪製的反射曲線圖。

在下文中，根據本發明的用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備的實施例將參照隨附的圖式詳細地被描述。

第2圖係根據本發明的實施例的一示圖，該示圖顯示：用於使用彩色攝像機來測量厚度的設備，第3圖係根據本發明的實施例的一示圖，該示圖顯示：使用彩色攝像機來測量厚度的方法，及第4圖係一示圖，該示圖顯示：藉由使用第3圖的彩色攝像機來測量厚度的方法所繪示的反射曲線圖。

參照第2圖至第4圖，根據本發明的一種用於使用彩色攝像機來測量厚度的設備100包含：白色光源110、聲-光可調濾光器120、聲-光可調濾光器控制器130、光束分離器140、彩色攝像機150，及圖像處理器160。在此示例性的實施例中，將藉由示例的方式來描述：待由設備100測量而用以測量厚度的物體3包含：基材1和被施用至基材1的薄膜層2。

白色光源110係用於發射白色光的光源，及可包含鹵素燈、發光二極體(LED)等等。在白色光源110的背面，用於準直從白色光源110發射的白色光的準直透鏡，或類似者可被排置。

聲-光可調濾光器(AOTF)120可濾除：在從白色光源110發射的光的複數個波長範圍20、30，及40內的複數個波長21、31，及41。一般而言，聲-光可調濾光器120可濾除：相對於整個光譜的光的某個波長，或可濾除：在涉及於光中的複數個波長範圍內的複數個離散波長。

參照第3圖，根據此實施例的聲-光可調濾光器120可同時地濾除：在紅色波長範圍20內的一個波長21、在綠色波長範圍30內的一個波長31，及在藍色波長範圍40內的一個波長41。因此，具有由聲-光可調濾光器120分別地從紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40中濾除的3個離散波長21、31，及41的光行進至物體3。

光束分離器140使得具有由聲-光可調濾光器120濾除的3個離散波長21、31，及41的光行進至物體3。再者，從物體3反射的光藉由光束分離器140進入彩色攝像機150，以及前述者將隨後被描述。

彩色攝像機150被排置在物體3的上方和同時地獲取：具有在從物體3反射的光的該等複數個波長範圍20、30，及40內的該等複數個波長21、31，及41的光強度訊號。

當具有分別地在紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40內被濾除的3個離散波長21、31，及41的光從物體3反射和進入彩色攝像機150，彩色攝像機150可經由3個通道(意即：紅色通道、綠色通道，及藍色通道)同時地獲取：3個波長21、31，及41的光強度訊號。

一般而言，具有用於待進行測量的區域的適當數目的像素的電荷耦合裝置(CCD)攝像機被使用以 作為：彩色攝像機150。在彩色攝像機150的前面，聚光鏡可被排置以聚集來自光束分離器140的入射光。

聲-光可調濾光器控制器130傳送用於執行與在位於分別的波長範圍20、30，及40內的預先決定的間隔處的波長的數目相同的次數的掃描的濾除訊號至聲-光可調濾光器120。

參照第3圖，聲-光可調濾光器控制器130傳送用於同時地濾除在紅色波長範圍20內的一個波長21、在綠色波長範圍30內的一個波長31，及在藍色波長範圍40內的一個波長41的濾除訊號給聲-光可調濾光器120。然後，聲-光可調濾光器控制器130傳送用於藉由位於紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40的每一波長範圍內的預先決定的間隔來增加或減少波長的濾除訊號以為了掃描在相對應的波長範圍內的波長給聲-光可調濾光器120。

舉例而言，令700~610nm為紅色波長範圍20、令570~500nm為綠色波長範圍30，及令500~450nm為藍色波長範圍40。在此情況中，聲-光可調濾光器控制器130可傳送用於同時地濾除在紅色波長範圍20內的610nm的波長21、在綠色波長範圍30內的500nm的波長31，及在藍色波長範圍40內的450的波長41的濾除訊號給聲-光可調濾光器120。然後，聲-光可調濾光器控制器130傳送用於藉由在波長範圍20、30，及40的每一波長範圍內將波長增加10nm的濾除訊 號以為了執行在波長範圍20、30，及40的每一波長範圍內的整個波長的掃描給聲-光可調濾光器120。

利用此些程序，同時地獲取相對於在波長範圍20、30，及40的每一波長範圍中且在紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40內的10nm的間隔處的整個波長的該等複數個光強度訊號22、32，及42係可能的。

圖像處理器160將該等複數個光強度訊號22、32，及42合成以繪製：反射率相對於整個光譜的曲線圖50。

因為3個波長範圍20、30，及40的光強度訊號22、32，及42係同時地經由彩色攝像機150的紅色通道、綠色通道，及藍色通道獲取的，根據本發明的實施例的用於測量厚度的設備相較於傳統的設備可更為快速地獲取光強度訊號。

像這樣地，若從分別的波長範圍20、30，及40獲取的光強度訊號22、32，及42被合成，繪製光強度相對於從物體3反射的光的整個光譜的曲線圖係可能的。然後，若將相對於從物體3反射的光的整個光譜的光強度訊號除以相對於入射物體3的光的整個光譜的光強度訊號，繪製反射率相對於整個光譜的曲線圖50係可能的。

在繪製前述的在位於薄膜層2上的分別的位置處的反射曲線圖50之後，根據反射曲線圖50來測量薄 膜層2的位於相對應的位置的厚度係可能的。因為根據反射曲線圖50來測量薄膜層2的厚度的方法對於習知技藝者而言為熟知的，將忽略其詳細的描述。

利用前述的用於使用彩色攝像機來測量厚度的設備100，根據本發明而使用彩色攝像機來測量厚度的方法將於後文中描述。

參照第2圖至第4圖，根據此實施例的測量彩色攝像機的方法包含：濾除操作、光強度獲取操作、掃描操作，及曲線圖繪製操作。

濾除操作利用聲-光可調濾光器120以濾除在從白色光源110發射的光的該等複數個波長範圍20、30，及40內的該等複數個波長21、31，及41。

參照第3圖，根據此實施例的濾除操作同時地濾除在紅色波長範圍20內的一個波長21、在綠色波長範圍30內的一個波長31，及在藍色波長範圍40內的一個波長41。因此，具有由聲-光可調濾光器120分別地從紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40濾除的3個離散波長21、31，及41的光行進至物體3。

光強度獲取操作利用彩色攝像機150以同時地獲取在該等複數個波長範圍20、30，及40內的該等複數個波長21、31，及41的光強度訊號。

若具有分別地從紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40濾除的3個離散波長21、31，及41的光係從物體3反射和入射彩色攝像機150， 彩色攝像機150經由3個通道(意即：紅色通道、綠色通道，及藍色通道)同時地獲取3個波長21、31，及41的光強度訊號。

掃描操作同時地獲取在波長範圍20、30，及40的每一波長範圍內的該等複數個光強度訊號22、32，及42。

聲-光可調濾光器控制器130傳送用於藉由在紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40的每一波長範圍內的預先決定的間隔來增加或減少波長以藉此掃描在相對應的波長範圍內的波長的濾除訊號給聲-光可調濾光器120。

若重覆地執行濾除操作和光強度獲取操作且同時分別地掃描在3個波長範圍20、30，及40中的波長，該等複數個光強度訊號22、32，及42係同時地從在紅色波長範圍20、綠色波長範圍30，及藍色波長範圍40(特定地，從在整個波長中選擇的離散波長)內的所有的波長獲取的。

曲線圖繪製操作將該等複數個光強度訊號22、32，及42合成以繪製反射率相對於整個光譜的曲線圖50。

藉由將在分別的波長範圍20、30，及40內獲取的光強度訊號22、32，及42合成的方式，繪製光強度相對於從物體3反射的光的整個光譜的曲線圖係可能的。然後，若將相對於從物體3反射的光的整個光譜的 光強度訊號除以相對於入射物體3的光的整個光譜的光強度訊號，繪製反射率相對於整個光譜的曲線圖50係可能的。

於繪製前述的在位於薄膜層2上的分別的位置處的反射曲線圖50之後，根據反射曲線圖50來測量薄膜層2的位於相對應的位置處的厚度係可能的。因為根據反射曲線圖50來測量薄膜層2的厚度的方法對於習知技藝者為熟知的，將忽略其詳細的描述。

利用前述的用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備，該等複數個波長在白色光的該等複數個波長範圍中被濾除，及光強度訊號同時地在分別的波長範圍內被獲取，藉此顯著地改善：測量薄膜層的厚度的速度。

如同前文所描述者，用於使用彩色攝像機來測量厚度的方法和設備可顯著地改善：測量薄膜層的厚度的速度。

雖然本發明的一些示例性的實施例已經被顯示和描述，將由彼些習知技藝者理解到：可在此些實施例中作出改變而不偏離本發明的原理和精神，本發明的範疇被界定在隨附的申請專利範圍和其等效者中。

1‧‧‧基材

2‧‧‧薄膜層

3‧‧‧物體

100‧‧‧設備

110‧‧‧白色光源

120‧‧‧聲-光可調濾光器

130‧‧‧聲-光可調濾光器控制器

140‧‧‧光束分離器

150‧‧‧彩色攝像機

160‧‧‧圖像處理器

Claims (2)

1. 一種使用一彩色攝像機來測量厚度的方法，該方法利用一白色光源、用於自從該白色光源發射的光中濾除複數個離散波長的一聲-光可調濾光器(AOTF)，及該彩色攝像機用於獲取從一物體反射的一光強度訊號，及該方法包含以下步驟：一濾除操作，該濾除操作用於經由該聲-光可調濾光器同時地濾除在從該白色光源發射的光的一紅色波長範圍、一綠色波長範圍，及一藍色波長範圍內的個別波長；一光強度獲取操作，該光強度獲取操作用於經由該彩色攝像機同時地獲取在該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長範圍內的該等個別波長的該等光強度訊號；一掃描操作，該掃描操作用於藉由重覆地執行該濾除操作和該光強度獲取操作而同時執行與在位於每一波長範圍內的預先決定的間隔處的波長的數目相同的次數的掃描來獲取在該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長範圍的每一波長範圍內的該等複數個光強度訊號；及一曲線圖繪製操作，該曲線圖繪製操作用於將在該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長 範圍內分別獲取到的該等複數個光強度訊號合成以繪製反射率相對於該整個光譜的一曲線圖。
2. 一種用於使用一攝像機來測量厚度的設備，該設備包含：一白色光源；一聲-光可調濾光器(AOTF)，該聲-光可調濾光器同時地濾除在從該白色光源發射的光的一紅色波長範圍、一綠色波長範圍，及一藍色波長範圍內的個別波長；一光束分離器，該光束分離器使得由該聲-光可調濾光器濾除的光行進至一物體；一彩色攝像機，該彩色攝像機同時地獲取在從該物體反射的光的該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長範圍內的該等個別波長的光強度訊號；一聲-光可調濾光器控制器，該聲-光可調濾光器控制器傳送用於執行與在位於該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長範圍內的預先決定的間隔處的波長的數目相同的次數的掃描的濾除訊號給該聲-光可調濾光器，以獲取在分別的該等波長範圍內的複數個光強度訊號；及一圖像處理器，該圖像處理器用於將在該紅色波長範圍、該綠色波長範圍，及該藍色波長範圍內分別獲 取到的該等複數個光強度訊號合成以繪製反射率相對於該整個光譜的一曲線圖。