[發明專利]一種旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統與方法

在審

• 申請號: 202010529973.X
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111665202A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 霍樹春;胡春光;王浩;武飛宇;沈萬福;胡曉東;胡小唐
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統及方法，包括依次連接的光源模塊(100)、入射光束調節模塊(200)、反射光束調節模塊(300)、光束收集模塊(400)和光譜采集模塊(500)，所述光源模塊(100)輸出復色非偏振光，經所述入射光束調節模塊(200)形成具有設定照明面積的照明光束；由照明光束產生的反射光束經所述反射光束調節模塊(300)調整傳播方向，經由所述光束收集模塊(400)耦合到所述光譜采集模塊(500)。與現有技術相比，本發明通過調整光譜儀的采樣頻率，匹配不同轉速的旋涂工藝設備；并且，采用大口徑光纖準直器與粗芯徑多模光纖的配合使用，有效地提高了樣品反射光束的收集能力；光路結構簡單，擴展性好，光器件互換性好。

技術領域

本發明涉及旋涂工藝制備薄膜的在線檢測技術領域，尤其涉及一種旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統與方法。

背景技術

旋轉涂覆是OLED、IC、薄膜太陽能等半導體工業中關鍵制膜方法，也是鈣鈦礦、二維材料等新興材料研究和未來規模化生產的首選工藝。特別是在當今半導體“后摩爾時代”，科研與產業界投入了大量精力與持續熱情研究旋涂工藝，以期獲得更高品質、更低成本的二維材料、鈣鈦礦材料等納米薄膜器件，推動納米技術的再次革新。

目前，旋涂法通過調整工藝參數，對比分析所制備薄膜的特性來確定工藝優劣，工藝調控時效性與可控性非常低，不能滿足制備高品質納米薄膜的迫切需求。同時，受限于旋涂工藝較高的轉速(通常3000rpm以上)，薄膜制備過程難以實時測量，相關在線檢測技術與設備還未有公開，導致成膜過程仍然是一個“黑匣子”。旋涂設備的高端市場被歐美日韓等頂尖半導體企業壟斷，國產設備主要占據了中低端市場。經過深入調研發現，旋涂過程的精確監控和工藝實時調整，已成為未來高端旋涂工藝發展的重要方向。因此，在線檢測技術的缺失，成為制約精密旋涂工藝發展的關鍵，極大阻礙了納米薄膜器件/產品的品質性能提升與成本控制。

發明內容

本發明旨在提出一種旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統與方法，實現了結構簡單、易于調整光譜采集模塊參數和匹配多種轉速的旋涂工藝的旋涂工藝制備薄膜的在線光譜測量。

本發明的一種旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統，該系統包括依次連接的光源模塊100、入射光束調節模塊200、反射光束調節模塊300、光束收集模塊400和光譜采集模塊500，所述光源模塊100輸出復色非偏振光，經所述入射光束調節模塊200形成具有設定照明面積的照明光束；由照明光束產生的反射光束經所述反射光束調節模塊300調整傳播方向，經由所述光束收集模塊400耦合到所述光譜采集模塊500，其中：

所述光源模塊100用于輸出復色可見非偏振光，由多模光纖連接輸出至入射光束調節模塊；

所述入射光束調節模塊200用于調整光源模塊的輸出光的傳播方向及其在樣品表面的照明位置與面積；

所述反射光束調節模塊300用于初步調整樣品的反射光束發散角，并調整反射光束的傳播方向；

所述光束收集模塊400用于調整反射光束發散角并將反射光束通過光纖耦合到光譜采集模塊；

所述光譜采集模塊500用于將反射光束轉換成光譜數據，并將光譜數據傳送給計算機。

利用旋涂工藝制備薄膜的在線光學測量系統所實現的測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟A：獲得樣品并安裝于旋涂工藝設備上；

步驟B：調整入射光束調節模塊以控制樣品的光譜測量位置與區域；

步驟C：調整反射光束調節模塊以提高反射光束的進入光譜采集模塊的耦合效率。

步驟D：根據旋涂工藝設備的轉速設定光譜采集模塊的采樣頻率，啟動旋涂工藝設備與光譜采集模塊，獲取旋涂工藝過程的在線光譜數據。