專利名稱：用于測量厚度變化的設備、使用該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于測量厚度變化的設備、使用 該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化的方法、以及使用該測量方法獲取形貌圖像(morphology image)的方法，并且更具體地，本發明涉及可以通過其準確且精確地測量微小的厚度變化或者使用低廉且簡單的配置通過其獲取形貌圖像的用于測量厚度變化的設備、使用該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化的方法、以及使用該測量方法獲取形貌圖像的方法。
背景技術：
通常，用于測量厚度變化的設備測量薄膜的厚度或厚度變化。傳統地，通過使用下述兩種代表性方法來測量薄膜的厚度。第一種是通過使用晶體振蕩器傳感器測量沉積量來實時地監測厚度變化的方法。然而，由于晶體振蕩器傳感器需要被頻繁地更換，所以需要精確地校準，并且如果沉積超過特定量，則晶體振蕩器傳感器飽和并且表現出非線性結果，上述方法不能容易地實時監測厚度變化。第二種是在薄膜完全沉積后測量薄膜厚度的方法。為此，可以根據薄膜的材料使用各種方法，如橢圓光度法、白光干涉儀、表面輪廓儀(alpha-step)、以及激光三角測量系統。然而，如果薄膜具有大約IOnm的厚度，則該厚度可能不容易精確地測量。即使在使用上述方法測量I μ m的厚度時，也可能在例如準備樣本或其他因素時存在各種問題。另外，由于諸如共焦光學器件的光學系統需要高等級的準確性以增加超薄膜的厚度的測量精度，所以要求準確的對準并因此不可避免地增加了總體部件或構成部分的價格。
發明內容
技術問題本發明提供通過其可以準確且精確地測量微小的厚度變化或者使用低廉且簡單的配置通過其獲取形貌圖像的用于測量厚度變化的設備、使用該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化的方法、以及使用該測量方法獲取形貌圖像的方法。技術方案根據本發明的一個方面，提供一種用于測量厚度變化的設備，所述設備包括光源，所述光源用于照射光束到目標物體上；彎曲反射器，所述彎曲反射器用于反射從所述目標物體反射并入射到所述彎曲反射器上的光束；以及感測單元，所述感測單元用于感測從所述彎曲反射器反射的光束。光源可以將光束以45°的角度照射到所述目標物體上。該設備還可以包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元，并且所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后直至入射到所述彎曲反射器上時逐漸減小光束寬度。該設備還可以包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元，并且所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得光束在從所述彎曲反射器反射之后直至入射到所述感測單元上時具有統一的光束寬度該設備還可以包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元，并且所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得從所述目標物體反射的光束會聚到光束在所述彎曲反射器上的入射位置處的曲率半徑的中心上。光源可以是激光光源。光源可以包括發光裝置和銷孔，所述銷孔用于使從所述發光裝置發射的光的一部分穿過所述銷孔。彎曲反射器可以是球面反射表面的至少一部分。所述設備可以根據當在所述目標物體的厚度變化之前從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第一位置與當在所述目標物體的厚度變化之后從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第二位置之差來測量所述目標物體的厚
度變化。所述設備可以根據在從所述目標物體的一個位置反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第一位置與在從所述目標物體的另一個位置反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第二位置之差來測量所述目標物體的厚度變化。所述設備還可以包括放大器管，所述放大器管用于使從所述彎曲反射器反射的光束在入射到所述感測單元上之前穿過所述放大器管，并且所述放大器管具有至少兩個相面對的反射表面。所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面可以彼此平行。所述感測單元可以設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的任何一個的端部。感測單元可以包括第一感測單元和第二感測單元，所述第一感測單元設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的任何一個的端部，所述第二感測單元設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的另一個的端部。所述設備還可以包括入射角調節單元和出射角調節單元中的至少一個，其中所述入射角調節單元用于調節從所述彎曲反射器反射的光束到所述放大器管中的入射角，所述出射角調節單元用于調節穿過所述放大器管的光束到所述感測單元上的入射角。所述設備還可以包括光源致動器，所述光源致動器用于調節從所述光源照射到所述目標物體上的光束的入射角。所述設備還可以包括用于安裝所述目標物體的階臺以及用于改變所述階臺相對于所述彎曲反射器的位置的階臺致動器。
根據本發明的另一個方面，提供一種使用上述設備的系統。根據本發明的另一個方面，提供一種形貌顯微鏡，其包括上述設備以及用于改變目標物體在平面上的位置的掃面儀。根據本發明的另一個方面，提供一種測量厚度變化的方法，該方法包括(a)在目標物體的厚度變化之前將光束照射到所述目標物體上；(b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的第一位置；(C)在所述目標物體的厚度變化 之后將光束照射到所述目標物體上；(d)限定從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并且入射到所述感測單元上的第二位置；以及(e)根據所述第一位置與所述第二位置之差確定所述目標物體的厚度變化。根據本發明的另一個方面，提供一種測量厚度變化的方法，該方法包括(a)將光束照射到目標物體的一個位置上；(b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的第一位置；(C)將光束照射到所述目標物體的另一個位置上；(d)限定從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并且入射到所述感測單元上的第二位置；以及(e)根據所述第一位置與所述第二位置之差確定所述目標物體的厚度變化。所述步驟(a)和(C)可以包括將光束以45°的角度照射到所述目標物體上。所述步驟(a)和(C)可以包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且所述透鏡單元可以使所述光束在穿過所述透鏡單元之后直至入射到所述彎曲反射器上時逐漸減小光束寬度。所述步驟(a)和(C)可以包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且所述透鏡單元可以使所述光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得光束在從所述彎曲反射器反射之后直至入射到所述感測單元時具有統一的光束寬度。所述步驟(a)和(C)可以包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且所述透鏡單元可以使所述光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得從所述目標物體反射的光束會聚到光束在所述彎曲反射器上的入射位置處的曲率半徑的中心上。光束可以是激光束。所述彎曲反射器可以是球面反射表面的至少一部分。所述步驟(b)和(d)可以包括使從所述彎曲反射器反射的光束在入射到所述感測單元上之前穿過具有至少兩個相面對的反射表面的放大器管。放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面可以彼此平行。根據本發明的另一個方面，提供一種獲取形貌圖像的方法，該方法包括(a)將光束照射到目標物體的一個位置上；(b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的位置；(C)改變所述目標物體在平面上的位置，以改變光束在所述目標物體上的入射位置，并且重復步驟(a)和(b);以及(d)通過使用關于光束在所述感測單元上的入射位置的數據來限定所述目標物體的形貌圖像。技術效果根據本發明，在用于測量厚度變化的設備、使用該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化的方法、以及使用該測量方法獲取形貌圖像的方法中，可以準確且精確地測量微小的厚度變化或者使用低廉且簡單的配置獲取形貌圖像。
圖1和圖2是根據本發明的實施例的用于測量目標物體的厚度變化的設備的概念圖；圖3和圖4是示出確定厚度變化的原理的概念圖；圖5是用于描述校準光束以使用圖I和圖2所示的設備的必要性的概念圖；圖6是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的概念圖；圖7是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的概念圖；圖8至10是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的概念圖；圖11是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的一部分的概念圖；圖12是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的一部分的概念圖；圖13是根據本發明的另一個實施例，用于測量厚度變化的設備的一部分的概念圖。
具體實施例方式現在將參照附圖更全面地描述本發明，其中在附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以通過多種不同的形式來實施，并且不應理解為限制于此處闡釋的實施例；相反，提供這些實施例是為了使本公開透徹和完整，并向本領域普通技術人員全面地表述本發明的構想。在附圖中，為了便于說明，元件的尺寸可能被夸大或簡化。圖I和圖2是根據本發明的實施例的用于測量目標物體42的厚度變化的設備的概念圖。參照圖I和圖2，根據本實施例的設備包括光源10、彎曲反射器20以及感測單元30。如果需要，該設備還可包括用于安裝目標物體42的階臺40。光源10可將光束11照射到目標物體42上。光源10可以是激光，但是不限于激光。例如，光源10可以包括發光裝置和銷孔，銷孔用于使從發光裝置發射的光的一部分穿過銷孔。也就是說，任何能夠將具有指向性的光束11照射到目標物體42上的元件都可以用作光源10。例如，任何元件都可以用作光源10，只要具有數_的寬度的光束11從該元件照射出并且即使在光束11前進IOm時該寬度也不增加即可。如果滿足上述條件，例如發光二極管(LED)、半導體激光或白光燈就可以適當地使用。另外，例如，光束11的波長或寬度可以根據目標物體42的表面上的折射率、反射率和/或吸收能力而適當地變化。由于激光束具有極佳的線性特性，所以光源10可以是激光。彎曲反射器20可以反射從目標物體42反射并然后入射到彎曲反射器20上的光束13。彎曲反射器20可以具有各種形狀。例如，如圖I所示，彎曲反射器20可以是球面反射表面。在下文中，為了方便起見，假設彎曲發射器20是球面反射表面。感測單元30可以感測從彎曲反射器20反射的光束15。感測單元30可以包括例如電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)。現在將描述使用該設備來測量厚度變化的方法。首先，如圖I所示，使用光源10將光束11照射到階臺40上的目標物體42上。圖I示出了入射角為“90° -a”時的情形。光束11從目標物體42的表面被反射。反射的光束13入射到彎曲反射器20上，并且從彎曲反射器20被再次反射。反射的光束15最終入射到感測單元30上。感測單元30可以限定反射光束15入射的位置，作為第一位置。然后，在目標物體42的厚度變化后，如圖2所示，使用光源10再次將光束11照射到階臺40上的目標物體42上。圖2示出了目標物體42的厚度減小了 t時的情形。該情形可以對應于例如薄膜被刻蝕時的情形。在這種情形下，光束11以與厚度變化前使用的相同的入射角入射到目標物體42上。光束11從目標物體42的表面被反射。反射的光束17入射到彎曲反射器20上，并且從彎曲反射器20被再次反射。反射的光束19最終入射到感測單元30上。感測單元30可以限定反射光束19入射的位置，作為第二位置。為了參照，反射光束13與反射光束17之間的距離在幾何上確定為t/sina。
所限定的第一位置與第二位置之間的距離I比I地對應于目標物體42的厚度變化t。因此，可以使用第一位置與第二位置之間的距離d來精確地測量目標物體42的厚度變化t。盡管可以使用常規的測量設備來測量目標物體42的厚度變化t，但是可能獲得不精確的結果，或者需要使用非常昂貴的測量設備來獲得精確的結果。然而，如果使用根據本實施例的設備，可以甚至使用低廉且簡單的配置實現精確的測量。特別地，如圖I和圖2所示，由于使用了彎曲反射器20并且因此由感測單元30限定的第一位置與第二位置之間的距離d比目標物體42的厚度變化t大得多，所以即使感測單元30既不高度準確也不昂貴，也可以通過測量第一位置與第二位置之間的較大距離d來準確地測量目標物體42的微小厚度變化。如上所述，第一位置與第二位置之間的距離I比I地對應于目標物體42的厚度變化t。可以根據情況以多種方式來確定這種對應關系。在下文中，為了方便起見，將參照圖I和圖2描述在目標物體42的厚度變化之前反射光束13入射到彎曲反射器20 (球面反射表面)的中線上的情形。由于光源10在上述條件下將光束11以90° -a的入射角照射到目標物體42上，所以反射光束13以90° -a的入射角入射到彎曲反射器20上，并且反射光束15以90° -a的反射角從彎曲反射器20反射。圖3和圖4是示出了確定厚度變化t的原理的概念圖。首先，彎曲反射器20(球面反射表面)的半徑被定義為R，并且反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置與反射光束17在彎曲反射器20上的入射位置之間在彎曲反射器20的中心處的角度定義為0。參照圖3，從在反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置處與彎曲反射器20相切的平面與連接入射光束17在彎曲反射器20上的入射位置和彎曲反射器20的中心的直線相遇的位置開始到反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置的距離在幾何上確定為Rtan 0。另外，從在反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置處與彎曲反射器20相切的平面與反射光束17相遇的位置開始到反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置的距離在幾何上確定為2t/tan 0。如將在以下所述的，由于9具有非常小的值，所以在反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置處與彎曲反射器20相切的平面與連接反射光束17在彎曲反射器20上的入射位置和彎曲反射器20的中心的直線相遇的位置可被認為與在反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置處與彎曲反射器20相切的平面與反射光束17相遇的位置相同。因此，可以滿足Rtan0 = 2t/tana，并且目標物體42的厚度變化t可以最終表示為 R (tan 0 tan a ) /2。
參照圖4，反射光束15與反射光束19之間的角度在幾何上表示為2 0。如果從反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC到反射光束15在感測單元30上的入射位置的距離(該距離可以近似為從反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC到感測單元30的最短距離)為L,如將在下面描述的，由于反射光束15與反射光束19會聚處的中心C非常靠近反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC并且因此可以近似為與反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC相同，所以感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d可以被認作是L2 0。盡管L2 0是具有半徑L和中心角2 0的扇段的弧長并且可以被認為不同于感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d，但如將在下面描述的，由于2 0具有非常小的值，所以可以實現近似。由于0最終滿足0 = d/2L，所以目標物體42的厚度變化t可以測得為R(tan 0 tan a)/2 在上面的測量方法中，0被認為是非常小的值并且反射光束15與反射光束19會聚處的中心C被認為與反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC相同。現在將對其詳細的描述提供具體的數值。首先，假設目標物體42的厚度變化t為10nm，光束11的入射角(90° -a)為45°，并且彎曲反射器20是具有IOmm的半徑R的球面反射表面。如果將上面的具體數值輸入到Rtan 0 = 2t/tan a中，那么tan 0 = 2x 1(T6,并且因此0計算為2x 1(T6 (單位弧度)。也就是說，0具有非常小的值。由于0具有非常小的值，所以參照圖4，清楚地示出了反射光束15與反射光束19會聚處的中心C非常靠近反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC，并且因此可以被認為與反射光束13在彎曲反射器20上的入射位置AC相同。因此，上面的描述從邏輯上得以支持。同時，在上述條件下，由感測單元30限定的第一位置與第二位置之間的距離d可以測量如下。如上所述，由于由感測單元30限定的第一位置與第二位置之間的距離d可以表示為L2 0 ,所以如果L為Im,那么d = Ix 2x 2x IO-6 = 4 u m0也就是說，目標物體42中的IOnm的厚度變化表現為感測單元30中的m。這意味著即使使用能夠感測大約4 U m(其為IOnm的幾乎400倍)的變化的感測單元來代替能夠感測大約IOnm的變化的感測單元，根據本實施例的設備也能夠感測IOnm的厚度變化。這最終意味著根據本實施例的設備可以甚至使用感測單元30的低廉且簡單的配置來非常準確地測量微小的厚度變化。盡管如上所述能夠實現近似，但也可以由幾何關系來計算精確值而代替近似。從幾何關系上清楚的是，目標物體42的厚度變化t 一比一地對應于感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d。因此，如果光源10、目標物體42、彎曲反射器20和感測單元30的位置被確定，則可以通過例如進行計算機模擬來精確且唯一地確定對應于目標物體42的厚度變化t的感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d。本發明的模式盡管上面描述了在多種條件下測量厚度變化的方法，但是本發明不局限于此。也就是說，即使在沒有上述用于從幾何關系上確定9 = d/2L和t = R(tan 0 tan a )/2的條件的情況下，也可以確定目標物體42的厚度變化t。更詳細地說，根據本實施例的設備主要使用下述原理，即微小的厚度變化t (即，直線距離變化)在光從彎曲反射器20反射時被轉化為角度變化e，微小的厚度變化t在光從彎曲反射器20行進到感測單元30時最終轉化為水平距離d，并且水平距離d的尺寸對應于通過將微小厚度變化t放大數倍獲得的值。即使當反射光束13不入射到彎曲反射器20 (其為球面反射表面)的中線上時，以及即使當彎曲反射器20是任意彎曲表面而不是球面反射表面時，也能從幾何關系上清楚，目標物體42的厚度變化t 一比一地對應于感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d。因此，在設定圖I所示的設備后，如果使用各種厚度已知的樣本獲取關于感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d的數據并且然后將數據形成數據庫，那么可以精確地測量目標物體42的任意厚度變化t。同時，如圖I和圖2所示，如果彎曲反射器20是球面反射表面，如果光源10始終 將光束11以45°的角度照射到目標物體42上，并且如果反射光束13入射到彎曲反射器20的中線上，那么可以準確地測量目標物體42的厚度變化t而無需改變感測單元30的位置。圖5是用于描述校準光束以使用圖I和圖2所示的設備的必要性的概念圖。如圖5所示，如果入射到彎曲反射器20上的入射光束il具有統一的光束寬度，那么從彎曲反射器20反射的反射光束rl的寬度遠離彎曲反射器20而增加。如果光束寬度增加，則感測單元30可能不能精確地限定第一位置和第二位置。因此，如圖6所示(圖6是根據本發明的另一個實施例的用于測量厚度變化的設備的概念圖)，所述設備還可以包括透鏡單元50，其用于使從光源10發射的光在到達目標物體42之前穿過透鏡單元50。透鏡單元50可以在從光源10發射的光束穿過透鏡單元50之后直至入射到彎曲反射器20上之前使其光束寬度逐漸減小。也就是說，透鏡單元50可以通過凹面轉變從光源10發射并且入射到透鏡單元50上的光束的波前。與統一光束寬度在圖5中反射后逐漸增大的入射光束il不同，在入射到彎曲反射器20上之前具有逐漸減小的光束寬度的光束被校準，以統一地保持或略微地減小其光束寬度，而不使光束寬度在從彎曲反射器20反射后逐漸地增大，直至入射到感測單元30上。這樣，感測單元30可以精確地限定第一位置和第二位置。關于這一點，透鏡單元50可以稱作校準透鏡單元。透鏡單元50可以在從光源10發射的光束穿過透鏡單元50之后并且直至入射到彎曲反射器20上之前逐漸地減小其光束寬度，使得光束在從彎曲反射器20反射之后直至入射到感測單元30上之前具有統一的光束寬度。也就是說，透鏡單元50可以通過凹面使入射到透鏡單元50上的光束的波前匹配于彎曲反射器20的曲率半徑而將穿過透鏡單元50的光束轉變成具有會聚在彎曲反射器20的中心部分上的波前，使得從彎曲反射器20反射的光束具有統一的光束寬度而不會發散或會聚(除光束達到衍射極限角的情形外)。如圖5所示，當具有統一光束寬度的入射光束il入射到彎曲反射器20 (球面反射表面)上時，如果入射光束il在彎曲反射器20上的圖像與彎曲反射器20的中心所成的角為那么反射光束rl以20的角度發散。因此，相反的是，如果透鏡單元50將從光源10發射的光束調節成使得入射光束il以20的會聚角入射到彎曲反射器20上，那么從彎曲反射器20反射的光束rl在光學路徑上便具有統一的光束寬度。如果當光束寬度統一時的光束寬度為w并且彎曲反射器20為圖5中的具有半徑R的球面反射表面，那么由于P非常小并且光束寬度也具有小的值，所以可以近似為W =R 3。因此,如果R = IOmm,那么^ = w/R = w x 100 ( ^的單位弧度，w的單位米)。如果從彎曲反射器20反射的光束15或19 (請參見圖2)的統一光束寬度為1mm，則P = 0. I弧度。如果從彎曲反射器20反射的光束15或19的統一光束寬度為0. 1mm，則^ = 0.01弧度。因此，如果透鏡單元50將從光源10發射的光束11調節為在前一種情形下具有0. 2弧度的角度或者在后一種情形下具有0. 02弧度的角度，那么從彎曲反射器20反射的光束15或19可以具有幾乎統一的光束寬度。透鏡單元50僅需使從光源10發射的光束在穿過透鏡單元50之后改變其光束寬度，使得光束在從彎曲反射器20反射后直至入射到感測單元30上時具有統一的光寬度。例如，盡管具有統一寬度的光束照射到目標物體42上，但如果目標物體42的表面不統一，那么從目標物體42反射的光束13或17 (請參見圖2)可能具有沿光學路徑逐漸減小的光束寬度。這里，如果光束寬度過度地減小，則光束寬度可能變得不統一，并且甚至在光束從彎 曲反射器20反射之后可能連續地減小。在這種情況下，透鏡單元50可以在光束穿過透鏡單元50時增加從光源10發射的光束的光寬度，使得從彎曲反射器20反射的光束具有統一的光束寬度，直至入射到感測單元30上。最后，透鏡單元50僅需改變從光源10發射的光束的光束寬度，使得從目標物體42反射的光束13或17會聚在光束13或17在彎曲反射器20上的入射位置處的曲率半徑的中心上。透鏡單元50可以統一地改變從光源10發射的光束的光寬度，或者可以根據情況(有源透鏡單元)而不同地改變光束寬度。例如，需要根據彎曲反射器20的曲率半徑、目標物體42以及光源10來調節光束寬度的改變程度。同時，盡管在圖I至6中彎曲反射器20是球面反射表面，但如在圖7中示出的(圖7為根據本發明的另一個實施例的用于測量厚度變化的設備的概念圖)，彎曲反射器20僅需是球面反射表面的至少一部分。如上所述，彎曲反射器20可以是任意彎曲反射表面而不是球面反射表面。例如，圓柱形表面也是可用的。也就是說，任何能夠改變目標物體42的厚度變化t (長度變化)的元件都可以用作彎曲反射器20。圖8至10是根據本發明的另一個實施例的用于測量厚度變化的設備的概念圖。在圖8和圖9中，用虛線箭頭表示的光與用實線箭頭表示的光之間的初始角是相同的。然而，感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離dl和d2是不同的。更詳細地說，圖9中的感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2大于圖8中的感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離dl。這意味著與圖8中所示的情形相比，在圖9中可以使用具有較低的精度等級的較低廉的感測單元，或者意味著，當在圖8和圖9中使用具有相同精度等級的感測單元時，與圖8中所示的情形相比，在圖9中可以更精確地測量目標物體的微小厚度變化。為了實現圖9的上述優點，如圖9所示，根據本實施例的設備還可以包括放大器管60，放大器管60用于使從彎曲反射器20反射的光束在入射到感測單元30上之前穿過放大器管60，并且放大器管60具有至少兩個相面對的反射表面61和63。放大器管60的所述至少兩個相面對的反射表面61和63可以彼此平行。這里，可以允許多種變型。例如，可以通過將放大器管60的所述至少兩個相面對的反射表面61和63設置成彼此不平行來進一步增大感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2。可替代地，如圖10所示，可以形成光束在從彎曲反射器反射后直至入射到感測單元30上時的長的光學路徑而無需使用放大器管60地增大感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2。然而，當將圖9與圖10進行比較時，圖9中的使用放大器管60的設備的尺寸(Sllx S12)小于圖10中的不使用放大器管的設備的尺寸(S21x S22)。因此，可以通過使用放大器管60來大幅地減小設備的尺寸。如果使用了放大器管60，如圖11所示(其為根據本發明的另一個實施例的用于測量厚度變化的設備的一部分的概念圖)，感測設備30可以包括第一感測單元31和第二感測單元32，其中第一感測單元31設置在放大器管60的所述至少兩個相面對的反射表面61和63中的任何一個(例如，反射表面61)的端部，并且中第二感測單元32設置在放大器管60的所述至少兩個相面對的反射表面61和63中的另一個(例如，反射表面63)的端部。可替代地，如圖12所示(其為根據本發明的另一個實施例的用于測量厚 度變化的設備的一部分的概念圖)，感測單元30可以設置在放大器管60的所述至少兩個相面對的反射表面61和63中的任何一個(例如，反射表面61)的端部。盡管在上面的描述中，光源10將光束11以統一的入射角照射到目標物體42上，但本發明不局限于此，如果需要，可以進一步包括用于調節從光源10照射到目標物體42上的光束11的入射角的光源致動器(未示出)。另外，如果需要，可以進一步包括改變用于安裝目標物體42的階臺40相對于彎曲反射器20的位置的階臺致動器(未示出)，以調節從目標物體42反射的光束13在彎曲反射器20上的入射位置。同時，如圖13所示(其為根據本發明的另一個實施例的用于測量厚度變化的設備的一部分的概念圖)，可以進一步包括入射角調節單元65和出射角調節單元67。入射角調節單元65可以調節從彎曲反射器20反射的光束到放大器管60中的入射角。出射角調節單元67可以調節穿過放大器管60的光束到感測單元30上的入射角。如果目標物體42具有非常小的厚度變化，那么從彎曲反射器20反射的光束15與19之間的角度可以非常小。在這種情況下，可以使用放大器管60來增加感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2。另外，如果入射角調節單元65調節從彎曲反射器20反射的光束到放大器管60中的入射角，那么即使使用具有相同長度的放大器管60，最終也可以大幅地增加感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2。出射角調節單元67也可以通過調節穿過放大器管60的光束到感測單元30上的入射角來最終大幅地增加感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2。然而，本發明并不局限于此，并且這里可以允許多種變型。例如，可以包括入射角調節單元65和出射角調節單元67中的至少一個。另外，入射角調節單元65和/或出射角調節單元67也可以用于除增加感測單元30上第一位置與第二位置之間的距離d2的目的以外的目的。例如，入射角調節單元65可以被用來改變從彎曲反射器20反射的光束的光學路徑，使得光束適當地入射到放大器管60上，并且出射角調節單元67可以被用來改變穿過放大器管60的光束的光學路徑，使得光束適當地入射到感測單元30上。上面描述了如圖I和圖2所示的目標物體42的厚度減小的情形。這種情形可以例如對應于薄膜被刻蝕時的情形。然而，本發明并不局限于此，并且本發明也可以應用于目標物體42的厚度增大的情形。在這種情形下，在目標物體42的厚度變化后反射光束入射到感測單元30上的位置可與圖2中反射光束19相對于反射光束15的情況相反。用于測量厚度變化的方法或設備也可以被用來測量薄膜的厚度。例如，如果在薄膜沉積之前相對于用于沉積薄膜的表面限定了第一位置，如圖I所示，并且然后在薄膜沉積之后限定了第二位置，如圖2所示，則可以最終測量所沉積的薄膜的厚度。另外，根據本發明的實施例的用于測量厚度變化的方法或設備可以以多種方式修改。
使用所述設備的系統的示例可以是用于測量薄膜的厚度統一性的系統。也就是說，可以根據在從目標物體42的一個位置反射的光束從彎曲反射器20反射并入射到感測單元30上時由感測單元30感測的第一位置與在從目標物體42的另一個位置反射的光束從彎曲反射器20反射并入射到感測單元30上時由感測單元30感測的第二位置之差來測量目標物體42的厚度變化。這里，可以允許多種變型。例如，為了在照射光束到目標物體42的一個位置上之后照射光束到目標物體42的另一個位置上，可以進一步包括用于改變目標物體42在平面上的位置的掃面儀(例如，xy掃面儀)。通過這種方式，也可以實現測量薄膜的厚度統一性的方法。使用所述設備的系統的另一個示例是形貌顯微鏡。也就是說，如果使用用于改變目標物體42在平面上的位置的掃面儀(例如，xy掃面儀)，那么可以通過改變目標物體42在平面上的位置以改變光束在目標物體42上的入射位置以及獲取關于入射到感測單元30上的光束的入射位置變化的數據來限定目標物體42的形貌圖像。通過這種方式，也可以實現獲取形貌圖像的方法。盡管已經參照本發明的示例性實施例具體地示出并描述了本發明，但本領域普通技術人員應當理解，可以在不偏離由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下對本發明進行形式和細節上的各種變化。工業應用性可以實現用于測量厚度變化的設備、使用該設備的系統、使用該設備的形貌顯微鏡、測量厚度變化的方法、以及使用該測量方法獲取形貌圖像的方法，可以通過其準確且精確地測量微小的厚度變化或者可以使用低廉且簡單的配置通過其獲取形貌圖像。
權利要求
1.一種用于測量厚度變化的設備，所述設備包括 光源，所述光源用于照射光束到目標物體上； 彎曲反射器，所述彎曲反射器用于反射從所述目標物體反射并入射到所述彎曲反射器上的光束；以及 感測單元，所述感測單元用于感測從所述彎曲反射器反射的光束。
2.根據權利要求I所述的設備，其中，所述光源將光束以45°的角度照射到所述目標物體上。
3.根據權利要求I所述的設備，還包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光束在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元， 其中，所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后直至入射到所述彎曲反射器上時逐漸減小光束寬度。
4.根據權利要求I所述的設備，還包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光束在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元， 其中，所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得光束在從所述彎曲反射器反射之后直至入射到所述感測單元上時具有統一的光束覽度。
5.根據權利要求I所述的設備，還包括透鏡單元，所述透鏡單元用于使從所述光源發射的光束在到達所述目標物體之前穿過所述透鏡單元， 其中，所述透鏡單元使從所述光源發射的光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得從所述目標物體反射的光束會聚到光束在所述彎曲反射器上的入射位置處的曲率半徑的中心上。
6.根據權利要求I所述的設備，其中，所述光源是激光光源。
7.根據權利要求I所述的設備，其中，所述光源包括 發光裝置；和 銷孔，所述銷孔用于使從所述發光裝置發射的光的一部分穿過所述銷孔。
8.根據權利要求I所述的設備，其中，所述彎曲反射器是球面反射表面的至少一部分。
9.根據權利要求I所述的設備，其中，所述設備根據當在所述目標物體的厚度變化之前從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第一位置與當在所述目標物體的厚度變化之后從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第二位置之差來測量所述目標物體的厚度變化。
10.根據權利要求I所述的設備，其中，所述設備根據在從所述目標物體的一個位置反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第一位置與在從所述目標物體的另一個位置反射的光束從所述彎曲反射器反射并入射到所述感測單元上時由所述感測單元感測的第二位置之差來測量所述目標物體的厚度變化。
11.根據權利要求I所述的設備，還包括放大器管，所述放大器管用于使從所述彎曲反射器反射的光束在入射到所述感測單元上之前穿過所述放大器管，并且所述放大器管具有至少兩個相面對的反射表面。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面彼此平行。
13.根據權利要求11所述的設備，其中，所述感測單元設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的任何一個的端部。
14.根據權利要求11所述的設備，其中，所述感測單元包括 第一感測單元，所述第一感測單元設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的任何一個的端部；和 第二感測單元，所述第二感測單元設置在所述放大器管的所述至少兩個相面對的反射表面中的另一個的端部。
15.根據權利要求11所述的設備，還包括以下調節單元中的至少一個 入射角調節單元，所述入射角調節單元用于調節從所述彎曲反射器反射的光束到所述放大器管中的入射角；和 出射角調節單元，所述出射角調節單元用于調節穿過所述放大器管的光束到所述感測單元上的入射角。
16.根據權利要求I所述的設備，還包括光源致動器，所述光源致動器用于調節從所述光源照射到所述目標物體上的光束的入射角。
17.根據權利要求I所述的設備，還包括 用于安裝所述目標物體的階臺；和 用于改變所述階臺相對于所述彎曲反射器的位置的階臺致動器。
18.一種使用根據權利要求I至17中任一項所述的設備的系統。
19.一種形貌顯微鏡,包括 根據權利要求I至8以及11至16中任一項所述的設備；和 用于改變目標物體在平面上的位置的掃面儀。
20.一種測量厚度變化的方法，所述方法包括 (a)在目標物體的厚度變化之前將光束照射到所述目標物體上； (b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的第一位置； (c)在所述目標物體的厚度變化之后將光束照射到所述目標物體上； (d)限定從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并且入射到所述感測單元上的第二位置；以及 (e)根據所述第一位置與所述第二位置之差確定所述目標物體的厚度變化。
21.一種測量厚度變化的方法，所述方法包括 (a)將光束照射到目標物體的一個位置上； (b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的第一位置； (c)將光束照射到所述目標物體的另一個位置上； (d)限定從所述目標物體反射的光束從所述彎曲反射器反射并且入射到所述感測單元上的第二位置；以及 (e)根據所述第一位置與所述第二位置之差確定所述目標物體的厚度變化。
22.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述步驟(a)和(c)包括將光束以45°的角度照射到所述目標物體上。
23.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述步驟(a)和(c)包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且， 其中，所述透鏡單元使所述光束在穿過所述透鏡單元之后直至入射到所述彎曲反射器上時逐漸減小光束寬度。
24.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述步驟(a)和(c)包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且， 其中，所述透鏡單元使所述光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得光束在從所述彎曲反射器之后直至入射到所述感測單元時具有統一的光束寬度。
25.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述步驟(a)和(c)包括照射光束使其在到達所述目標物體之前穿過透鏡單元，并且， 其中，所述透鏡單元使所述光束在穿過所述透鏡單元之后改變光束寬度，使得從所述目標物體反射的光束會聚到光束在所述彎曲反射器上的入射位置處的曲率半徑的中心上。
26.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述彎曲反射器是球面反射表面的至少一部分。
27.根據權利要求20或21所述的方法，其中，所述步驟(b)和(d)包括使從所述彎曲反射器反射的光束在入射到所述感測單元上之前穿過具有至少兩個相面對的反射表面的放大器管。
28.一種獲取形貌圖像的方法，所述方法包括 (a)將光束照射到目標物體的一個位置上； (b)限定從所述目標物體反射的光束從彎曲反射器反射并且入射到感測單元上的位置； (C)改變所述目標物體在平面上的位置，以改變光束在所述目標物體上的入射位置，并且重復步驟(a)和(b);以及 (d)通過使用關于光束在所述感測單元上的入射位置的數據來限定所述目標物體的形貌圖像。
全文摘要
本發明提供一種厚度變化測量設備，其能夠通過低廉且簡單的配置以準確且精確的方式測量微小的厚度變化，本發明還涉及使用該設備的系統、使用該設備的表面顯微鏡、厚度變化測量方法、以及使用該測量方法的表面圖像獲取方法。為此，厚度變化測量設備包括光源，所述光源用于照射光束到要測量的物體上；彎曲反射器，所述彎曲反射器反射被要測量的物體反射的光束；以及感測單元，所述感測單元感測被所述彎曲反射器反射的光束。
文檔編號G01B11/16GK102625902SQ201080038383
公開日2012年8月1日 申請日期2010年6月22日 優先權日2009年6月23日
發明者徐逢敏 申請人:徐逢敏