实施方案
[0027] 以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0028] 如图1所示，本发明提供了一种微晶硅薄膜生长过程的可视化观测系统，包括光源1、针孔3、起偏器5、 1/4波片6、汇聚透镜、分光棱镜8、垂直物镜9、样品10、载物台11、检偏器
12、CCD相机14、计算机15。其中，照明光源1采用单色大功率平行光源，其波长为460nm，输出功率46μw。针孔直径100μm。所述汇聚透镜均为凸透镜，具体包括第一汇聚透镜2、第二汇聚透镜4、第三汇聚透镜7、第四汇聚透镜13，焦距分别为30mm，60mm，90mm，和200mm。物镜9放大倍数为50倍，物镜焦距为3.6mm，有效直径6.8mm。所述第一汇聚透镜2、针孔3、第二汇聚透镜
4、起偏器5、1/4波片6、第三汇聚透镜7以及分光棱镜8沿光源1出射方向依次设置在平行光源1的前方，同时，分光棱镜8的分光平面向光源1倾斜并且与水平方向成45度，所述针孔3位于第一汇聚透镜2的前焦平面上，所述光源1、第一汇聚透镜2、针孔3、第二汇聚透镜4、起偏器5、1/4波片6、第三汇聚透镜7各光轴重合，所述垂直物镜9设置在分光棱镜8的正下方，载物台11设置在垂直物镜9的正下方，所述检偏器12设置在分光棱镜8的正上方，第四汇聚透镜13设置在检偏器45的正上方， CCD相机水平14设置在第四汇聚透镜13的正上方，所述CCD相机14的光轴、第四汇聚透镜13的光轴、分光棱镜8的竖直光轴、垂直物镜9的光轴重合，所述平行光源1、针孔2、第一汇聚透镜3、第二汇聚透镜4、起偏器5、1/4波片6以及第三汇聚透镜7的光轴偏离与分光棱镜8的光轴重合的主光轴，上述平行光源1～第三汇聚透镜7共轴且都偏离分光棱镜的主光轴，这样可以减小这些部件中透镜，偏振片的直径，从而降低成本。
本例中，光源1光轴与分光棱镜中心距离为3.1mm。所述CCD相机14与计算机15相连。
[0029] 作为改进，所述载物台11与计算机连接，载物台11高度由计算机控制自动对焦。
[0030] 第一汇聚透镜2沿平行光源1的出射方向设置在针孔3与平行光源1之间，平行光源1、第一汇聚透镜2、针孔3三者共轴，第二汇聚透镜4设置在针孔3前方，且其与针孔3的距离等于第二汇聚透镜4的焦距，这样经过第二汇聚透镜4的发散光线转为平行光束，从而使入射光线以极大的光能量通过起偏器5和1/4波片6。所述第三汇聚透镜7设置在1/4波片6与分光棱镜8之间，其光轴与1/4波片6光轴重合，偏离分光棱镜8的水平光轴，同时第三汇聚透镜
7的前焦平面与分光棱镜8下的物镜9后焦平面重合，从而使光源成像于垂直物镜9的后焦平面。所述第四汇聚透镜13水平设置在CCD相机14与检偏器12之间并且第四汇聚透镜13的光轴与分光棱镜8的竖直光轴重合，同时第四汇聚透镜13的前焦平面和分光棱镜8下的垂直物镜9后焦平面重合。通过上述方法设置的第一汇聚透镜2、第二汇聚透镜4、第三汇聚透镜7、第四汇聚透镜13有利于在生产检测中保证焦平面的一致性和稳定性，从而提高光源的使用效率以及设备系统的稳定性和检测的精度和检测效果。
[0031] 优选的，可视化观测系统采用高感光CCD相机作为信号接收单元，设计尺寸为8×8mm2。
[0032] 本发明还提供了一种基于上述观测系统的微晶硅薄膜厚度测量方法，包括如下步骤：
[0033] 首先根据微晶硅的复折射率计算出可视化观测系统在消光条件下起偏器，检偏器的角度值；
[0034] 当倾斜的入射光通过微晶硅薄膜后，由基底反射的光线由于薄膜厚度不同而呈现明暗变化，因此通过检测偏振光强信息可以获得微晶硅薄膜的膜厚信息。在本发明提供的可视化观测系统中进行模拟计算，通过改变起偏器和检偏器的角度可以改变CCD检测到的光强与微晶硅薄膜厚度的对应关系。我们可以利用MATLAB拟合，利用2×2矩阵算法对膜厚测量进行模拟计算，推导出膜厚与偏振元件角度之间的关系。但这样计算出来的仅仅是理论值，在实际操作中需要通过反复试验才能够获得更为精确的关系公式：首先固定检偏器的角度，通过旋转起偏器，轻微改变起偏器的角度（例如一次改变0.1度），并在每个角度下在载物台上放置多组不同厚度薄膜（这些薄膜厚度可预先用其他方式进行测量），调整载物台的高度，观察CCD相机的实时图像进行对焦，通过电脑获取图像信息，并进行图像处理和存储，获取图像各点的光强信息，进行图像处理后获得平均光强数据，分析在起偏器不同角度下CCD相机采集到的薄膜厚度测量数值和光强信息，并绘制曲线，得到使光强与薄膜厚度成正比的起偏器角度，并获得正比公式。
[0035] 由于微晶硅薄膜在初生长过程中存在非晶孵化层，且对薄膜的性质影响很大。为了接近实际情况，在调试步骤中，采用三层膜结构对其进行模拟。
[0036] 如图2所示，首先调整1/4波片和检偏器的角度分别为45°和-50.1°，分段调整起偏器角度，并分别进行不同厚度三层膜的图像光强信息采集，经过数据分析，最终将起偏器角度调整为54.8°，此时薄膜厚度与CCD相机接收到的光强度成正比。
[0037] 进行样品厚度测量时，首先放置样品微晶硅薄膜于载物台上，调整起偏器角度为步骤B中得到的令光强与薄膜厚度成正比时的角度值；
[0038] 调整载物台高度，观察CCD相机的实时图像进行对焦；
[0039] 获取图像信息；
[0040] 图像处理和存储；
[0041] 获取图像各点的光强信息，进行图像处理后获得平均光强数据，根据上述正比公式快速计算出相应的膜厚。
[0042] 图3为由可视化观测系统观察到的1951 USAF分辨力测试图, 图4为分辨力拟合结果示意图，从图中可以看出，可视化观测系统最大测量范围为160×160μm2，分辨力可达到0.34μm。本发明有效地改善了传统薄膜厚度检测方法所面临的扫描问题，实现了薄膜的连续动态检测，提高了检测的效率和精度，分辨率高。此外，本发明提供的观测系统结构简单，方法简便易行，便于推广。
[0043] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
