本发明公开了一种测量膜厚的装置及方法，所述光源发出的光束经过所述光束整形器形成线状光束，所述线状光束依次经过所述固定起偏器和旋转起偏器进入晶圆表面的膜层，并在晶圆表面的膜层中发生反射和折射，线状光束经过膜层反射之后进入所述聚焦光栅单元，所述聚焦光栅单元将反射之后的线状光束色散为二维光谱，所述二维光谱经过所述检偏器进入所述图像传感器，得到关于光强信号的二维光谱图像，根据所述二维光谱图像上的光强信号得到晶圆表面对应位置的膜层厚度。本发明中一种测量膜厚的装置及方法，能够同时测量多个点的反射信号，既能提高测量速度，又大大减少了测量过程中的机械运动。