專利名稱：曲面膠厚全場檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對曲面基底上的光刻膠厚度進行全場測量的方法，屬于微光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光刻技術(shù)的發(fā)展，曲面激光直寫技術(shù)成為光刻技術(shù)發(fā)展的新方向。曲 面膠層的厚度分布決定了最終三維浮雕微結(jié)構(gòu)的效果。曲面基底膠厚分布在理 論上就是不均勻的，并且不均勻度與基底的曲率相關(guān)，這樣就需要得到膠層的 準確厚度分布。
現(xiàn)有的測量技術(shù)中臺階儀法和橢偏儀法較為適合膠厚的測量。臺階儀法為 應(yīng)力方式，破壞膠層表面，且只能測量平面膠層，對曲面膠層無能為力。橢偏
儀法具有較高的測量精度，適合平面膠層的檢測；但在曲面膠層的測量上，不 能保證精度與準確性，測量后需要對于結(jié)果進行修正。所以，曲面膠厚測量在 技術(shù)上是一個空白，沒有特定的方法得到光刻膠的厚度分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種曲面膠厚全場檢測裝置及其檢測方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該曲面膠厚全場檢測裝置包
括可調(diào)諧激光器、透鏡、分光棱鏡、透鏡和光電探測面陣CCD，所述可調(diào)諧激
光器的出射光線經(jīng)過透鏡后經(jīng)過分光棱鏡反射向透鏡，光線經(jīng)過透鏡后在被檢 表面反射，在被檢表面反射后的光線沿原光路返回，依次經(jīng)過透鏡和分光棱鏡，
照射在光電探測面陣CCD上。
進一步地，本發(fā)明所述可調(diào)諧激光器為穩(wěn)頻激光器。 本發(fā)明進行曲面膠厚全場檢測的方法包括如下步驟 1) 可調(diào)諧激光器輸出激光在光刻膠非感光區(qū)域； 2 )所述輸出激光依次經(jīng)過透鏡和分光棱鏡；
3) 從分光棱鏡出來后的輸出激光透過透鏡沿被檢曲面球心方向入射；4) 光線在被檢曲面反射后，沿原路返回，依次經(jīng)過透鏡和分光棱鏡照射 在光電探測面陣CCD上；
5) 根據(jù)光電探測面陣CCD上得到的反射光能量變化值計算得出膠層反 射比，并進一步計算得出膠層厚度分布。
進一步地，本發(fā)明所述膠層厚度分布的計算步驟包括
1) 通過光電探測面陣CCD測量得到被檢曲面上膠前后的兩幅圖像的灰 度變化，計算出在被檢曲面上膠前后的反射光強變化，得到膠層反射 比；
2) 通過膠層反射比計算得出膠層的厚度；
3) 通過光電探測面陣CCD的不同像點的計算得到膠層厚度分布。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)在測量光源上，選擇在光刻
膠非感光區(qū)的光源，可對膠層起到保護作用；(2)使用高精度的光電探測面陣 CCD，可保證測量精度；(3)使用本發(fā)明的檢測裝置和檢測方法，能夠?qū)崟r測 量全場范圍內(nèi)的曲面膠層的厚度，得到膠層厚度分布圖，由此可根據(jù)膠層厚度 分布圖設(shè)定曝光補償量，為光刻曝光補償作出貢獻，從而得到較為理想的微結(jié) 構(gòu)；(4)本發(fā)明使用的是非接觸式檢測方法，檢測裝置也不對光刻膠產(chǎn)生曝光 效應(yīng)，能夠?qū)Ρ粰z曲面基底上的光刻膠厚度進行無損的測量。


圖1是本發(fā)明曲面膠厚全場檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是使用本發(fā)明曲面膠厚全場檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是使用本發(fā)明曲面膠厚全場檢測裝置檢測被檢曲面的膠層厚度的原理
圖中，1-可調(diào)諧激光器，2-透鏡，3-分光棱鏡，4-透鏡，5-光電探測面 陣CCD， 6-被檢曲面的凸面膠層，7-被檢曲面的凹面膠層。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明曲面膠厚全場檢測裝置主要包括可調(diào)諧激光器1、 透鏡2、分光棱鏡3、透鏡4和光電探測面陣CCD5。其中，透鏡2置于可調(diào)諧 激光器1和分光棱鏡3之間，分光棱鏡3置于透鏡2和透鏡4之間并且該分光 棱鏡3置于透鏡4和光電探測面陣CCD5之間。由此，由可調(diào)諧激光器l輸出的出射光線經(jīng)過透鏡2擴束成面光源，以增加被檢曲面的測量范圍；擴束后的 光線經(jīng)過分光棱鏡3反射向透鏡4，光線經(jīng)過透鏡4后在被檢表面反射；在被檢 表面反射后的光線沿原光路返回，依次經(jīng)過透鏡4和分光棱鏡3，照射在光電探 測面陣CCD5上。可調(diào)諧激光器1可使用穩(wěn)頻激光器。
使用本發(fā)明的檢測裝置進行曲面膠厚全場檢測時，如圖1和圖2所示，可 調(diào)諧激光器1輸出激光在光刻膠非感光區(qū)域，使光刻膠不產(chǎn)生曝光效應(yīng)；通過 透鏡2對輸出激光進行擴束，光線由點光源變成面光源；擴束后的光束經(jīng)過分 光棱鏡3反射后照射在透鏡4上；之后光線沿被檢曲面的凸面膠層6或凹面膠 層7的圓心方向入射，均勻照射在膠層表面。膠層因凸凹不同放置在不同的位 置，具體位置如圖2所示。光線經(jīng)過被檢曲面的膠層表面反射后沿原光路返回， 依次再經(jīng)過透鏡4和分光棱鏡3,照射在光電探測面陣CCD5上。根據(jù)光電探測 面陣CCD5上得到的反射光能量比變化值計算得出膠層厚度分布。膠層厚度分 布的具體計算是通過上膠前后光電探測面陣CCD5成像圖上的灰度變化求出光 強變化，依據(jù)下述被檢曲面膠層厚度的測量原理求出膠層反射比，從而計算得 到膠層厚度分布。具體地說，膠層厚度分布的計算包括如下步驟l)通過光電 探測面陣CCD5測量得到被檢曲面上膠前后的兩幅圖像的灰度變化，計算出在 被檢曲面上膠前后的反射光強變化，得到膠層反射比；2)通過膠層反射比計算 得出膠層的厚度；3)通過光電探測面陣CCD5的不同像點的計算得到膠層厚度 分布。
關(guān)于被檢曲面膠層厚度的測量原理如下
如圖3所示，^為光線入射到被檢曲面的膠層表面的角度；"。為空氣折射 率，已知其值為1;"為未知膠層折射率；"c為已知的玻璃介質(zhì)折射率；^為被 檢曲面的膠層厚度。
由于膠厚都在幾個微米以下，吸收量極小，不計薄膜和玻璃介質(zhì)的吸收， 當光源正入射時，單層膜的反射比為
, 、22 ^ ,O"G、2 . 2 ^
("o-"G) cos丌+ H""^-") sm ; 0 =_2 M_^_
, 、22 ^ 、2 . 2 ^
("0+"G) cos ^ + ("^ + ") sin ^
22 (1)
其中^是相繼兩光束光程差引起的相位差，4;r
5 =——rt/zcos^，P = 0
上膠后的整個基片，光線總透射比為r
其中，^為膠膜透射比，^=1一\ ^為光線通過基片介質(zhì)下表面的透射比，正入射時，
(2)
(3) (4)
、2
，+ l 、"G
r2 =卜/ 2
(5)
(6)
當被檢曲面透明時，不同波長的光源透射比不同，計算出光源各自的透射 比r，應(yīng)用上述公式(3)、公式(4)、公式(5)和公式(6)求出不同的膠層反 射比p。當被檢曲面不透明時，不同波長的光源反射比也不同，可直接計算出反 射比p。再應(yīng)用公式(1)、公式(2)，可列出含有未知數(shù)"力的方程。求解方程， 即可得到被檢曲面膠層厚度A 。
可見，本發(fā)明是通過一定的光路結(jié)構(gòu)，用可調(diào)諧激光器1照明被檢曲面表 面，用光電探測面陣CCD獲得能量，根據(jù)光強能量變化得到膠厚分布。使用本 發(fā)明的檢測裝置和檢測方法可以無損地測得曲面基底的光刻膠全場厚度分布。 本發(fā)明適用于用光刻方法加工曲面基底微結(jié)構(gòu)時的膠厚檢測，也適用于其它曲 面基底的膜厚測量。
權(quán)利要求
1.一種曲面膠厚全場檢測裝置，其特征是包括可調(diào)諧激光器(1)、透鏡(2)、分光棱鏡(3)、透鏡(4)和光電探測面陣CCD(5)，所述可調(diào)諧激光器(1)的出射光線經(jīng)過透鏡(2)后再經(jīng)過分光棱鏡(3)反射向透鏡(4)，光線經(jīng)過透鏡(4)后在被檢表面反射，在被檢表面反射后的光線沿原光路返回，依次經(jīng)過透鏡(4)和分光棱鏡(3)，照射在光電探測面陣CCD(5)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面膠厚全場檢測裝置，其特征是所述可調(diào)諧 激光器(1)為穩(wěn)頻激光器。
3. —種使用權(quán)利要求1的檢測裝置進行曲面膠厚全場檢測的方法，其特征 是包括如下步驟1) 可調(diào)諧激光器(1)輸出激光在光刻膠非感光區(qū)域；2) 所述輸出激光依次經(jīng)過透鏡(2)和分光棱鏡(3);3) 從分光棱鏡(3)出來后的輸出激光透過透鏡(4)沿被檢曲面球心方向 入射；4) 光線在被檢曲面反射后，沿原路返回，依次經(jīng)過透鏡(4)和分光棱鏡(3)照射在光電探測面陣CCD (5)上；5) 根據(jù)光電探測面陣CCD (5)上得到的反射光能量變化值計算得出膠層 反射比，并進一步計算得出膠層厚度分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進行曲面膠厚全場檢測的方法，其特征是所述膠層 厚度分布的計算步驟包括1) 通過光電探測面陣CCD (5)測量得到被檢曲面上膠前后的兩幅圖像的 灰度變化，計算出在被檢曲面上膠前后的反射光強變化，得到膠層反射 比；2) 通過膠層反射比計算得出膠層的厚度；3) 通過光電探測面陣CCD (5)的不同像點的計算得到膠層厚度分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲面膠厚全場檢測裝置及其檢測方法。該檢測裝置包括可調(diào)諧激光器、透鏡、分光棱鏡、透鏡和光電探測面陣CCD，可調(diào)諧激光器的出射光線經(jīng)過透鏡后經(jīng)過分光棱鏡反射向透鏡，光線經(jīng)過透鏡后在被檢表面反射，在被檢表面反射后的光線沿原光路返回，依次經(jīng)過透鏡和分光棱鏡，照射在光電探測面陣CCD上。根據(jù)光電探測面陣CCD5上得到的反射光能量比變化值計算得出膠層厚度分布；依據(jù)測量原理求出膠層反射比，從而計算得到膠層厚度分布。本發(fā)明可無損地測得曲面基底的光刻膠全場厚度分布，適用于用光刻方法加工曲面基底微結(jié)構(gòu)時的膠厚檢測，也適用于其它曲面基底的膜厚測量。
文檔編號G01B11/06GK101598533SQ20091010111
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者張春暉, 梁宜勇, 羅劍波, 陳龍江 申請人:浙江大學(xué)