CN110823145A - 用于测量厚度的设备和用于测量厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于测量厚度的设备和用于测量厚度的方法，用于测量厚度的设备包括：腔室；声波发送器，在腔室中发送声波；声波接收器，在腔室中接收从声波发送器发送的声波；以及支撑器，位于声波发送器与声波接收器之间。

Description

用于测量厚度的设备和用于测量厚度的方法
本申请要求于2018年8月13日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2018-0094214号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明构思的实施例涉及一种用于测量厚度的设备和一种用于测量厚度的方法。
背景技术
用于测量厚度的方法的示例可以包括直接测量方法、光学方法、X射线方法和超声波方法。然而，用于测量厚度的传统方法会造成诸如损伤待测量的物体和因放射性导致的环境安全问题的问题，并且难以精确地测量具有相对大的厚度的待测量的物体的厚度。
将理解的是，该技术部分的背景意在提供用于理解技术的有用背景，并且如此处所公开的，该背景技术部分可以包括想法、构思或认知，该想法、构思或认知不是在这里公开的主题的相应有效申请日之前所属领域的技术人员已知或理解的想法、构思或认知的一部分。
发明内容
本发明构思的实施例的方面可以涉及一种用于测量厚度的设备和一种用于测量厚度的方法，所述设备和所述方法能够精确地测量厚度。
根据实施例，用于测量厚度的设备包括：腔室；声波发送器，在腔室中发送声波；声波接收器，在腔室中接收从声波发送器发送的声波；以及支撑器，位于声波发送器与声波接收器之间。
用于测量厚度的设备还可以包括在腔室中的温度计。
用于测量厚度的设备还可以包括用于冷却腔室的冷却器。
腔室的内壁可以包括吸声材料。
用于测量厚度的设备还可以包括控制器。控制器可以连接到声波发送器、声波接收器、温度计和冷却器，控制声波发送器和声波接收器的同步，并且根据从温度计接收的温度信号来控制冷却器。
声波发送器可以与声波接收器分隔开预定距离。
声波发送器可以发送具有可听频率的声波，并且声波接收器可以接收具有可听频率的声波。
支撑器可以与声波接收器分隔开预定距离。
支撑器可以具有定位为对应于声波发送器和声波接收器的孔。
冷却器可以包括液氮(LN2)、液氧(LO2)、液氩(LAr)、液氢(LH2)和液氦(LHe)中的至少一种。
根据实施例，用于测量厚度的方法包括：将腔室冷却到具有等于或低于预定温度的温度；使用声波发送器发送声波；使用声波接收器接收通过声波发送器发送的声波；以及基于通过声波发送器发送声波的步骤与通过声波接收器接收发送的声波的步骤之间的时间差以及腔室的温度来计算膜的厚度，其中，预定温度为约负170℃。
腔室的内壁可以包括吸声材料。
声波发送器可以与声波接收器分隔开预定距离。
声波发送器可以发送具有可听频率的声波，并且声波接收器可以接收具有可听频率的声波。
根据实施例，用于测量厚度的设备包括：腔室；声波发送和接收器，在腔室中发送声波并且接收声波；温度计，位于腔室中；冷却器，用于冷却腔室；以及控制器，连接到声波发送和接收器、温度计和冷却器，并且根据从温度计接收的温度信号控制冷却器。腔室的内壁包括吸声材料。
声波发送和接收器可以发送并且接收具有可听频率的声波。
用于测量厚度的设备还可以包括设置为与声波发送和接收器相对的支撑器。支撑器可以与声波发送和接收器分隔开预定距离。
根据实施例，用于测量厚度的方法包括：将腔室冷却到具有等于或低于预定温度的温度；测量已经冷却的腔室的温度；使用声波发送器发送声波并且接收声波；以及基于通过声波发送器发送声波的步骤与通过声波发送器接收发送的声波的步骤之间的时间差以及腔室的温度来计算金属膜的厚度。预定温度为约负170℃。
腔室的内壁可以包括吸声材料。
腔室可以被冷却器围绕。
前述内容仅是说明性的并且不意在以任何方式限制。除了上面描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参照附图和以下的详细描述，其他方面、实施例和特征将变得明显。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的实施例，本发明构思的更完整的理解将变得更清楚，其中：
图1是示出根据实施例的用于测量厚度的设备的图；
图2是示出根据实施例的用于测量厚度的设备的框图；
图3是示出根据实施例的用于测量厚度的方法的流程图；
图4、图5和图6是示出根据实施例的用于测量厚度的方法的图；
图7是示出根据另一实施例的用于测量厚度的设备的图；
图8是示出根据另一实施例的用于测量厚度的设备的框图；
图9是示出根据另一实施例的用于测量厚度的方法的流程图；以及
图10至图11是示出根据另一实施例的用于测量厚度的方法的图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述实施例。虽然发明构思可以以各种方式修改并且具有几个实施例，但是实施例在附图中示出并且将主要地在说明书中描述。然而，发明构思的范围不限于实施例，并且应该被解释为包括在发明构思的精神和范围中包括的所有的改变、等同物和替换物。
在附图中，为了清楚和其描述简便起见，多个层和区域的厚度以放大的方式示出。当层、区域或板被称为“在”另一层、区域或板“上”时，所述层、区域或板可以直接在另一层、区域或板上，或者在它们之间可存在中间层、区域或板。相反，当层、区域或板被称为“直接在”另一层、区域或板“上”时，在它们之间可以没有中间层、区域或板。此外，当层、区域或板被称为在另一层、区域或板“下方”时，所述层、区域或板可以是直接在另一层、区域或板下方，或者在它们之间可存在中间层、区域或板。相反，当层、区域或板被称为“直接”在另一层、区域或板“下方”时，在它们之间可以没有中间层、区域或板。
空间相对术语“在……下方”、“在……之下”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等，为了描述简便，在这里可用于描述如在附图中所示的一个元件或组件与另一元件或组件之间的关系。将理解，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的使用或操作中的装置的不同方位。例如，在附图中示出的装置被翻转的情况下，位于另一装置的“下方”或“之下”的装置可以放置在另一装置“上方”。因此，说明性术语“在……下方”可以包括下面的和上面的位置。装置还可以在另一方向上定位，因此可以根据方位不同地解释空间相关术语。
贯穿说明书，当元件被称为“连接”到另一元件时，所述元件“直接连接”到另一元件，或者在一个或更多个中间元件介于它们之间的情况下“间接连接”到另一元件。还将理解，当用在说明书中时，术语“包含”和/或“包括”说明存在所阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
将理解，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在此可被用于描述各种元件，但是这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅被用于将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”可被命名为“第二元件”或“第三元件”，并且“第二元件”和“第三元件”可同样地被命名。
在此所使用的“大约”或“近似”包括陈述的值，并且意味着在由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的变化范围内(考虑到讨论的测量和与具体的量的测量相关的误差(即，测量系统的限制))。例如，“大约”可以意味着在一个或更多个标准变化内，或在所陈述的值的±30％、20％、10％、5％内。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与发明构思所属的领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非在本说明书中明确地定义，否则诸如在通用字典中定义的术语应被解释为具有与在相关领域的上下文中的含义一致的含义，不应被解释为理想的或过于形式化的意义。
为了具体描述本发明构思的实施例，不会提供与说明书无关的一些部分，并且相同的附图标记贯穿说明书表示相同的元件。
在下文中，将参照图1和图2详细描述根据第一实施例的用于测量厚度的设备。
图1是示出根据实施例的用于测量厚度的设备的图，图2是示出根据实施例的用于测量厚度的设备的框图。
参照图1和图2，根据第一实施例的用于测量厚度的设备包括腔室100、声波发送器110、声波接收器120、支撑器130、温度计140、控制器150和冷却器200。
腔室100容纳声波发送器110、声波接收器120、支撑器130和温度计140。
腔室100的内壁可以包括吸声材料。包括吸声材料的腔室100的内壁可以吸收从声波发送器110发送的声波。换句话说，除了沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径行进的声波之外，从声波发送器110发送的一些声波被包括在腔室100的内壁中的吸声材料吸收。因此，根据第一实施例的用于测量厚度的设备可以通过减小由从声波发送器110发送的声波造成的噪声产生来更精确地测量物体(例如，金属膜500)的厚度。
腔室100可以在其内部充满空气或特定气体。根据腔室100中充满的气体，声波的传播速度可以变化，这将参照图3至图6在下面详细描述。
声波发送器110可以设置在支撑器130的一侧处，例如，腔室100的上部。
声波发送器110可以产生声波，并且将声波发送到腔室100中。在这样的实施例中，声波可以是具有约20000Hz或更高的频率的超声波，或者可以是具有约20Hz或更低的非常低的频率的次声波。此外，声波可以是具有约20Hz或更高和约20000Hz或更低的可听频率的声波。
声波接收器120可以设置在支撑器130的另一侧处，例如，腔室100的下部。在这样的实施例中，声波接收器120与声波发送器110分隔开，并且与声波发送器110相对。具体地，声波接收器120与声波发送器110分隔开预定距离(图4中的D1)。
声波接收器120可以接收从声波发送器110发送的声波。具体地，声波接收器120可以接收沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径传输的声波。
在接收声波时，声波接收器120将声波接收信号发送到控制器150。
声波接收器120可以与声波发送器110同步，使得可以精确地测量通过声波发送器110发送声波与通过声波接收器120接收已发送的声波之间的时间差。
声波接收器120可以与声波发送器110一起水平移动。因此，不管金属膜500的位置如何，都可以测量厚度。
虽然在附图中未示出，但是为了在各种位置处测量金属膜500的厚度，多个声波发送器110和多个声波接收器120可以设置在腔室100中。
支撑器130可以设置在声波发送器110和声波接收器120之间，并且可以设置为与声波发送器110和声波接收器120中的每个相对。
支撑器130支撑要测量其厚度的金属膜500。从声波发送器110发送的声波可以穿过设置在支撑器130上的金属膜500或支撑器130，并且穿过金属膜500或支撑器130的声波被声波接收器120接收。在这样的实施例中，穿过支撑器130的声波可以具有与未穿过支撑器130的声波的速度不同的速度。例如，穿过支撑器130的声波可以具有比未穿过支撑器130的声波的速度大的速度。虽然未示出，但是其上设置有金属膜500的基底可以位于支撑器130与金属膜500之间。在这样的实施例中，可以考虑其上设置有金属膜500的基底的厚度以及包括在基底中的材料中的声波的速度而计算金属膜500的厚度。
不管金属膜500的位置如何，支撑器130与设置在支撑器130上的金属膜500水平移动以测量金属膜500的厚度。
支撑器130可以在其至少部分中具有孔。孔可以定位为对应于声波发送器110和声波接收器120。当声波发送器110发送声波时，声波接收器120接收声波并测量金属膜500的厚度。具体而言，当测量金属膜500的厚度时，孔可以定位为对应于从声波发送器110到声波接收器120的最短路径。因此，在从声波发送器110发送的声波之中的沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径行进的声波不穿过支撑器130，因此可以更精确地测量金属膜500的厚度。
虽然未在附图中示出，但是其上形成有金属膜500的基底还可以设置在支撑器130与金属膜500之间。基底可以包括材料并且具有厚度，使得声波可以通过基底传输。例如，基底可以包括具有约0.5mm的厚度的玻璃。
温度计140可以设置在腔室100中。虽然在图1中描述了温度计140设置在腔室100中且在腔室100的上部处，但是实施例不限于此。在实施例中，温度计140可以设置在腔室100中且在腔室100的下部或中部处。然而，温度计140可以设置在从声波发送器110到声波接收器120的最短路径处。
温度计140可以测量金属膜500的温度以更精确地测量金属膜500的厚度。在这样的实施例中，为了更精确地测量金属膜500的厚度，温度计140可以移动以测量金属膜500的温度。随着温度升高，声波的速度增大，并且用于测量厚度的设备的厚度分辨率减小，这将参照图3至图6在下面详细描述。
控制器150连接到声波发送器110、声波接收器120、支撑器130、温度计140和冷却器200中的每个。
控制器150连接到声波发送器110和声波接收器120中的每个以控制声波发送器110和声波接收器120的同步。
控制器150可以连接到声波发送器110、声波接收器120和支撑器130以控制声波发送器110、声波接收器120和支撑器130的水平移动。
控制器150可以根据从温度计140接收到的温度控制信号来控制冷却器200以调节腔室100中的温度。
控制器150从声波接收器120接收声波接收信号。
控制器150基于在由声波发送器110发送声波与由声波接收器120接收已发送的声波之间的时间差来计算金属膜500的厚度，这将参照图3至图6在下面详细描述。
冷却器200可以包括气体管210和冷却控制器220。
气体管210可以被设置以便紧密地接触腔室100的外表面并且围绕腔室100的外部。超低温度气体(即，低温气体)流过气体管210以冷却腔室100的内部。具体地，超低温气体可以包括在约负170摄氏度(-170℃)或更低的极端低温下以液体的状态存在的各种类型的气体，例如，液氮(LN2)、液氧(LO2)、液氩(LAr)、液氢(LH2)和液氦(LHe)。
冷却控制器220可以位于腔室100的外部。冷却控制器220可以连接到气体管210并且将超低温气体供应到气体管210以将腔室100冷却到超低温。例如，冷却后的腔室100内部的温度可以是约负170℃或更低。
虽然未示出，冷却控制器220可以包括用于将超低温气体供应到气体管210的气体调节器、气体阀、气体存储罐等。气体调节器被构造为精细调节超低温气体的流速，并且可以是诸如质量流量计的流量控制装置。气体阀是用于调节气体存储罐的打开和关闭的阀，并且气体存储罐存储超低温气体。
然而，冷却器200不限于此，并且可以具有各种形式以降低腔室100中的温度。
以下，将参照图3至图6详细描述根据第二实施例的用于测量厚度的方法。
图3是示出根据第二实施例的用于测量厚度的方法的流程图，并且图4至图6是示出根据第二实施例的用于测量厚度的方法的图。
参照图3和图4，首先，测量腔室100内部的温度(S11)。在这种情况下，可以测量金属膜500的温度和腔室100内部的温度。
当测量的腔室100的内部的温度(Tm)高于预定温度时，为了冷却腔室100的内部和金属膜500，控制器150将温度控制信号发送到冷却器200。根据从控制器150接收到的温度控制信号，冷却器200冷却腔室100的内部(S121)。具体地，当测量的腔室100的内部的温度基本高于约负170℃时，控制器150将温度控制信号发送到冷却控制器220。根据从控制器150接收的温度控制信号，冷却控制器220控制气体调节器和气体阀以将存储在气体存储罐中的超低温气体供应到围绕腔室100的气体管210，从而冷却腔室100的内部和金属膜500。
当测量的腔室100的内部的温度(Tm)等于或低于预定温度时，控制器150使声波发送器110和声波接收器120同步(S122)。例如，预定温度可以基本等于或小于约负170℃。
控制器150使声波发送器110和声波接收器120同步，然后声波发送器110发送声波(S13)。
因为金属膜500的厚度d2是基于沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径D1行进的声波来计算的，因此关于这样的声波的路径给出了在此下面的描述。在这样的实施例中，如以下的等式1所示，从声波发送器110到声波接收器120的距离D1是声波发送器110与金属膜500的上表面之间的距离d1、金属膜500的厚度d2以及金属膜500的下表面与声波接收器120之间的距离d3的总和，并且具有恒定值。
[等式1]
D1＝d1+d2+d3
如图4中所示，从声波发送器110发送的声波以声波在空气中的速度Cair持续时间t1的第一时段行进了声波发送器110与金属膜500的上表面之间的距离d1。
在这样的实施例中，声波在气体中的速度Cgas可以通过以下的等式2表示。
[等式2]
Figure BDA0002164838320000091
在等式2中，K是理想气体的气体膨胀系数，ρ是密度，γ是比热容比，R是气体常数，m是分子量，T是温度。气体膨胀系数、比热容比和分子量可以具有取决于气体类型的值。根据等式2，声波在气体中的传播速度Cgas可以根据温度和气体的类型而变化。例如，根据温度和气体的类型，声波的速度可以如以下的表1中所示而变化。
[表1]
气体的类型 温度(℃) 速度(m/s)
二氧化碳 18 265.8
水蒸气 100 404.8
玻璃 20 5440
空气 20 343
氦气 20 965
如图5中所示，已经行进了从声波发送器110到金属膜500的上表面的距离d1的声波以声波在包括在金属膜500中的材料中的速度Cm持续时间t2的第二时段穿过金属膜500。在这样的实施例中，声波在固体中的传播速度Csolid可以通过以下的等式3表示。
[等式3]
Figure BDA0002164838320000092
在等式3中，E是杨氏模量，σ是泊松比，ρ是密度。在这种情况下，杨氏模量和泊松比具有取决于材料的不同的值，并且密度可以具有取决于温度的不同的值。根据上面的等式3，声波在固体中的传播速度Csolid可以根据固体的温度和类型而变化。
如图6中所示，已经穿过金属膜500的声波以声波在空气中的速度Cair持续时间t3的第三时段行进了金属膜500的下表面与声波接收器120之间的距离d3。
在这样的实施例中，因为根据第一实施例的用于测量厚度的设备的腔室100的内壁包括吸声材料，所以从声波发送器110发送的声波被吸收到腔室100的内壁中。因此，可以减小由从声波发送器110发送的声波造成的噪声产生，并且可以更精确地计算金属膜500的厚度。
声波接收器120接收从声波发送器110发送的声波(S14)。
基于在声波接收器120处接收的声波来计算金属膜500的厚度(S15)。具体地，为了精确地计算金属膜500的厚度，基于沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径而行进的声波来计算金属膜500的厚度。更具体地，控制器150基于声波沿着从声波发送器110到声波接收器120的最短路径行进所花费的最短的时间tmin计算金属膜500的厚度d2。在这样的情况下，金属膜500的厚度d2根据以上描述的等式1或以下的等式4来计算。
[等式4]
Figure BDA0002164838320000101
根据本发明构思的第一实施例和第二实施例，因为随着腔室100的内部的温度和金属膜500的温度降低，声波的速度降低，因此用于测量厚度的设备的厚度分辨率增大。因此，随着腔室100的内部的温度和金属膜500的温度降低，可以更精确地测量金属膜500的厚度。
以下，将参照图7和图8详细描述根据第三实施例的用于测量厚度的设备。
图7是示出根据另一实施例的用于测量厚度的设备的图，图8是根据另一实施例的用于测量厚度的设备的框图。
参照图7和图8，根据第三实施例的用于测量厚度的设备包括腔室100、声波发送器110、支撑器130、温度计140、控制器150和冷却器200。
腔室100容纳声波发送器110、支撑器130和温度计140。
腔室100的内壁可以包括吸声材料。包括吸声材料的腔室100的内壁可以吸收从声波发送器110发送的声波。换句话说，除了沿着从声波发送器110到金属膜500或支撑器130的最短路径行进的声波之外，从声波发送器110发送的一些声波被包括在腔室100的内壁中的吸声材料吸收。因此，根据第三实施例的用于测量厚度的设备可以通过减少由从声波发送器110发送的声波而造成的噪声产生来更精确地测量金属膜500的厚度(见图4中的“d2”)。
腔室100可以在其内部充满空气或特定气体。根据腔室100中充满的气体，声波的传播速度可以变化。
声波发送器110可以设置在腔室100内且在腔室100的上部处。
声波发送器110可以产生声波并且将声波发送到腔室100中。在这样的实施例中，声波可以是具有约20000Hz或更高的频率的超声波，或者可以是具有约20Hz或更低的非常低的频率的次声波。此外，声波可以是具有约20Hz或更高且约20000Hz或更低的可听频率的声波。
声波发送器110可以接收沿着从声波发送器110发送、从金属膜500反射并且被声波发送器110接收的最短路径行进的声波。在接收声波时，声波发送器110将声波接收信号发送到控制器150。
声波发送器110可以水平移动。因此，不管金属膜500的位置如何，都可以测量厚度。
虽然未在附图中示出，但是为了在各种位置处测量金属膜500的厚度，多个声波发送器110可以设置在腔室100中。
支撑器130可以设置在腔室100的下部处，并且可以设置为与声波发送器110相对。
支撑器130支撑要测量其厚度的金属膜500。从声波发送器110发送的声波可以从设置在支撑器130上的金属膜500反射。
支撑器130可以与设置在支撑器130上的金属膜500水平移动以测量金属膜500的厚度，而不管金属膜500的位置如何。
支撑器130可以具有不变的厚度。因此，不管支撑器的位置如何，都可以精确地测量金属膜500的厚度。
支撑器130可以与声波发送器110分隔开预定距离。具体地，支撑器130可以与声波发送器110相对并且分隔开预定距离。
温度计140可以设置在腔室100中。虽然图7中描述了温度计140设置在腔室100中且在腔室100的上部处，但是实施例不限于此。在实施例中，温度计140可以设置在腔室100中且在腔室100的下部或中部处。然而，温度计140可以不设置在从声波发送器110到金属膜500或支撑器130的最短路径处。
温度计140可以测量金属膜500的温度以更精确地测量金属膜500的厚度。在这样的实施例中，为了更精确地测量金属膜500的厚度，温度计140可以移动以测量金属膜500的温度。随着温度增大，声波的速度增大，并且用于测量厚度的设备的厚度分辨率减小。
控制器150连接到声波发送器110、支撑器130、温度计140和冷却器200中的每个。
控制器150接收来自声波发送器110的声波接收信号，并且基于接收到声波接收信号所花费的时间来计算金属膜500的厚度，这将参照图9至图11在下面详细描述。
控制器150可以连接到声波发送器110和支撑器130以控制声波发送器110和支撑器130的水平移动。
控制器150可以根据从温度计140接收的温度控制信号控制冷却器200以调节腔室100中的温度。
冷却器200可以包括气体管210和冷却控制器220。
气体管210可以设置为紧密接触腔室100的外表面，并且围绕腔室100的外部。超低温气体(即，低温气体)流过气体管210以冷却腔室100的内部。具体地，超低温气体可以包括在极低温度下以液体的状态存在的各种类型的气体，例如，液氮(LN2)、液氧(LO2)、液氩(LAr)、液氢(LH2)和液氦(LHe)。
冷却控制器220可以位于腔室100的外部。冷却控制器220可以连接到气体管210，并且将超低温气体供应到气体管210以将腔室100冷却到超低温。因为如上述等式2所示，随着腔室100内部的温度和金属膜500的温度降低，声波的速度减小，因此根据本实施例的用于测量厚度的设备的厚度分辨率增大。因此，随着腔室100内部的温度和金属膜500的温度降低，可以更精确地测量金属膜500的厚度。
虽然未示出，但是冷却控制器220可以包括气体调节器、气体阀、气体存储罐等以将超低温气体供应到气体管210。气体调节器被构造为精细地调节超低温气体的流速，并且可以是诸如质量流量计的流量控制装置。气体阀是用于调节气体存储罐的打开和关闭的阀，并且气体存储罐存储超低温气体。
然而，冷却器200不限于此，并且可以具有各种形式以降低腔室100中的温度。
以下，根据第四实施例的用于测量厚度的方法将参照图9至图11详细描述。
图9是示出根据第四实施例的用于测量厚度的方法的流程图，图10至图11是示出根据第四实施例的用于测量厚度的方法的图。
参照图9和图10，首先，测量腔室100内部的温度(S21)。在这样的情况下，可以测量金属膜500的温度和腔室100内部的温度。
当测量的腔室100的内部的温度高于预定温度(Tm)时，为了冷却腔室100的内部，控制器150将温度控制信号发送到冷却器200。根据从控制器150接收的温度控制信号，冷却器200冷却腔室100的内部(S221)。具体地，当测量的腔室100的内部的温度高于约负170℃时，控制器150将温度控制信号发送到冷却控制器220。根据从控制器150接收的温度控制信号，冷却控制器220控制气体调节器和气体阀以将存储在气体存储罐中的超低温气体供应到围绕腔室100的气体管210，从而冷却腔室100的内部。
当测量的腔室100的内部的温度等于或低于预定温度时，声波发送器110发送声波(S222)。例如，测量的腔室100内部的温度可以基本等于或小于约负170℃。
因为基于从声波发送器110发送、被支撑器130上的金属膜500反射且被声波发送器110接收的声波来计算金属膜500的厚度d2，所以关于在从声波发送器110朝向支撑器130上的金属膜500发送的声波之中的沿着最短路径行进的声波给出了在下文的描述。在这样的情况下，如以下的等式5所示，从声波发送器110到支撑器130上的金属膜500的最短距离D2是声波发送器110与金属膜500的上表面之间的距离d1以及金属膜500的厚度d2的总和，且具有恒定值。
[等式5]
D2＝d1+d2
如图10中所示，从声波发送器110发送的声波以声波在空气中的速度Cair持续时间t5的第五时段行进了声波发送器110与金属膜500的上表面之间的距离d1。
如图11中所示，声波从金属膜500的上表面反射。从金属膜500的上表面反射的声波以声波在空气中的速度Cair持续时间t5的第五时段行进了声波发送器110与金属膜500的上表面之间的距离d1。
在这样的实施例中，因为根据第三实施例的用于测量厚度的设备的腔室100的内壁包括吸声材料，所以从声波发送器110发送的声波被吸收到腔室100的内壁中。因此，可以降低由从声波发送器110发送的声波造成的噪声产生，并且可以更精确地计算金属膜500的厚度。
声波发送器110接收从金属膜500反射的声波(S23)。
基于由声波发送器110接收的声波计算金属膜500的厚度(S24)。具体地，为了精确地计算金属膜500的厚度，基于在从声波发送器110发送、从支撑器130上的金属膜500反射且被声波发送器110接收的声波之中的沿着最短路径行进的声波计算金属膜500的厚度。更具体地，控制器150基于声波在从声波发送器110发送、从金属膜500反射且被声波发送器110接收的同时沿着最短路径行进所花费的最短时间tmin计算金属膜500的厚度d2。具体地，金属膜500的厚度d2根据上述等式5或以下的等式6来计算。
[等式6]
Figure BDA0002164838320000141
根据本发明构思的第三实施例和第四实施例，因为随着腔室100内部的温度和金属膜500的温度降低，声波的速度减小，所以用于测量厚度的设备的厚度分辨率增大。因此，随着腔室100内部的温度和金属膜500的温度降低，可以更精确地测量金属膜500的厚度。
如上所述，可以更精确地测量待测量的物体的厚度。
虽然已参照本发明构思的实施例示出和描述了本发明构思，但对本领域的普通技术人员将明显的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种用于测量厚度的设备，所述设备包括：
腔室；
声波发送器，在所述腔室中发送声波；
声波接收器，在所述腔室中接收从所述声波发送器发送的所述声波；以及
支撑器，位于所述声波发送器与所述声波接收器之间。
2.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，所述设备还包括在所述腔室中的温度计。
3.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，所述设备还包括用于冷却所述腔室的冷却器。
4.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，其中，所述腔室的内壁包括吸声材料。
5.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，所述设备还包括控制器，
其中，所述控制器连接到所述声波发送器、所述声波接收器、在所述腔室中的温度计和用于冷却所述腔室的冷却器，控制所述声波发送器和所述声波接收器的同步，并且根据从所述温度计接收的温度信号来控制所述冷却器。
6.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，其中，所述声波发送器与所述声波接收器分隔开预定距离。
7.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，其中，所述声波发送器发送具有可听频率的声波，并且
所述声波接收器接收具有可听频率的所述声波。
8.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，其中，所述支撑器与所述声波接收器分隔开预定距离。
9.根据权利要求1所述的用于测量厚度的设备，其中，所述支撑器具有定位为对应于所述声波发送器和所述声波接收器的孔。
10.根据权利要求3所述的用于测量厚度的设备，其中，所述冷却器包括液氮(LN2)、液氧(LO2)、液氩(LAr)、液氢(LH2)和液氦(LHe)中的至少一种。
11.一种用于测量厚度的方法，所述方法包括：
将腔室冷却到具有等于或低于预定温度的温度；
使用声波发送器发送声波；
使用声波接收器接收通过所述声波发送器发送的所述声波；以及
基于通过所述声波发送器发送声波的步骤与通过所述声波接收器接收所述发送的声波的步骤之间的时间差以及所述腔室的所述温度来计算膜的厚度，
所述预定温度为负170℃。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述腔室的内壁包括吸声材料。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述声波发送器与所述声波接收器分隔开预定距离。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述声波发送器发送具有可听频率的声波，并且
所述声波接收器接收具有可听频率的所述声波。
15.一种用于测量厚度的设备，所述设备包括：
腔室；
声波发送器，在所述腔室中发送声波并且接收所述声波；
温度计，位于所述腔室中；
冷却器，用于冷却所述腔室；以及
控制器，连接到所述声波发送器、所述温度计和所述冷却器，并且根据从所述温度计接收的温度信号控制所述冷却器，
其中，所述腔室的内壁包括吸声材料。
16.根据权利要求15所述的用于测量厚度的设备，其中，所述声波发送器发送并且接收具有可听频率的声波。
17.根据权利要求15所述的用于测量厚度的设备，所述设备还包括设置为与所述声波发送器相对的支撑器，
其中，所述支撑器与所述声波发送器分隔开预定距离。
18.一种用于测量厚度的方法，所述方法包括：
将腔室冷却到具有等于或低于预定温度的温度；
使用声波发送器发送声波并且接收所述声波；以及
基于通过所述声波发送器发送声波的步骤与通过所述声波发送器接收所述发送的声波的步骤之间的时间差以及所述腔室的所述温度来计算金属膜的厚度，
其中，所述预定温度为负170℃。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述腔室的内壁包括吸声材料。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述腔室被冷却器围绕。
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