[发明专利]利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统。

背景技术

随着半导体产业的发展，玻璃衬底已经被越来越多地应用到工业生产中。尤其在大尺寸显示平板FPD和太阳能PV领域增长迅速，带来了巨大市场需求。更多的应用也在不断扩展中，例如，Sapphire,Quartz,Aluminum Nitride,and Borosilicate Glass等材料也更多的被使用。随着技术的进步，玻璃的质量和加工工艺也逐步提高。

工业制造的AOI（Automatic Optic Inspection，自动光学检测）过程中，玻璃衬底在一定光谱范围内的反射率和透射率，是评价玻璃性能的重要技术指标；这些特性的均匀性也是考核的关键点。测量平板玻璃的在较宽波段内的反射率和透射率，更有助于了解玻璃的性能，并能够增加测量准确度和精确度。由于通常玻璃衬底的厚度在毫米量级，容易产生较强的色散和多次反射造成的光束偏移，现有的检测技术不能很好的解决测量中造成的偏差。现有技术中，反射率测量光路多为一定入射角下测量反射率，如典型的“V-W”型反射率计和“N”型反射率计。例如：中国专利申请号为03210473，发明名称为绝对法反射率测试装置；中国专利申请号为200510072536，发明名称为一种光学参数绝对值测量仪及其测量方法，美国专利申请号为US2001006419A1，发明名称为用于倾向测量的布置和方法等。非垂直入射光路，由于光的反射率随入射角不同而变化，并且不同偏振态（s光和p光）的反射率和透射率各不相同。光的偏振影响反射率的测量精度，而且透射率T和反射率R测量角度不同，造成测量结果不相关，测量数据可能出现T+R≥1的情况，使光吸收率A出现不合理的负值。而且，非垂直入射光路，在测量一定厚度底衬底时，如图1，由于光在衬底中的上下表面的多次反射和透射，反射光包含一次反射光R1，二次反射光R2，三次反射光R3……不同次反射光间隔ΔL=2dtanθ_t cosθ_i，反射光间隔随着衬底厚度的增大而增大。所以在测量厚衬底时，会出现采集不全的问题，造成斜入射测量的较大误差。

现有技术中，在会聚光束垂直入射的情况下，例如，如图2所示，中国专利申请号为02158728，发明名称为光学参数测量装置，即使入射光束的数值孔径（光束反射角为2θ_i）不大，由于平板玻璃较厚，入射光进入玻璃后会发生多次反射，从而使反射光采集困难，造成测量误差。而且，当探测光束为宽光谱时，色差造成的偏差由于较大厚度的而更为明显。此外，该发明中透射率和反射率不能同时测量，需要移动样品位置，并且不易校准探测光垂直入射的精度。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种利用无色差的平行光垂直入射的，可测量厚衬底反射率和透射率的光学量测系统。

该光学量测系统包括：

光源、第一分光元件、准直单元及探测单元；

所述准直单元，将光源产生的光会聚成平行光；

所述平行光通过所述第一分光元件入射至样品上；

经所述样品透射的平行光入射至所述探测单元；

经样品反射的光通过第一分光元件反射至所述探测单元；

所述探测单元，测量入射光谱及反射光谱。

此外，该光学量测系统还包括第二分光元件和垂直入射校准单元，用于校准探测光束的入射方向，使其垂直入射到样品表面。

本发明提供的利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统，避免了会聚光束测量时，入射角存在一定分布范围造成的误差，以及测量较厚衬底时，斜入射光束在衬底内多次反射容易引起的系统误差，并解决了垂直入射时入射角度不易校准的问题，可在宽光谱范围内实现厚衬底的透射率和反射率测量，提高了测量精度。

附图说明

图1为厚衬底斜入射光路示意图；

图2为会聚光束在平板玻璃入射的光路示意图；

图3为平行光垂直入射在衬底表面的光路示意图；

图4为光束经离轴抛物面反射镜反射的光路示意图；

图5为十字光阑的结构示意图；

图6为异形光阑的结构示意图；

图7为四象限探测器标定原理示意图；

图8为本发明实施例一提供的利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统的结构示意图；

图9为本发明实施例二提供的利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统的结构示意图。

具体实施方式