JP2003075128A - 光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその方法 - Google Patents
光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバレンズから出る光が物質に焦点を
合わせる時、焦点距離から反射される光の強さが一番大
きいという点を用いて物質の厚さを測定する、光ファイ
バレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びそ
の方法を提供する。 【解決手段】 強度分布がガウス分布を示すいわゆるガ
ウシアンビームを射出し、基板上のコーティングされた
物質の表面にガウシアンビームが焦点を合わせるよう
に、光ファイバレンズがＰＺＴに付着して垂直に動く
際、前記光ファイバレンズの端を通して、基板で反射さ
れる光の量を検出し、これを分析して物質の厚さを測定
する構成とする。
合わせる時、焦点距離から反射される光の強さが一番大
きいという点を用いて物質の厚さを測定する、光ファイ
バレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びそ
の方法を提供する。 【解決手段】 強度分布がガウス分布を示すいわゆるガ
ウシアンビームを射出し、基板上のコーティングされた
物質の表面にガウシアンビームが焦点を合わせるよう
に、光ファイバレンズがＰＺＴに付着して垂直に動く
際、前記光ファイバレンズの端を通して、基板で反射さ
れる光の量を検出し、これを分析して物質の厚さを測定
する構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバレンズ
の焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその方法に
関するものであり、より詳しくは、光ファイバレンズか
ら射出される光が物質に焦点を合わせる時、焦点距離か
ら反射される光の強さを用いて物質の厚さを測定しよう
とする技術に関するものである。
の焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその方法に
関するものであり、より詳しくは、光ファイバレンズか
ら射出される光が物質に焦点を合わせる時、焦点距離か
ら反射される光の強さを用いて物質の厚さを測定しよう
とする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、物質の厚さを測定する方法として
は、物質から反射される光の干渉縞を分析する方法か
ら、物質をエッチングした後に生じる高さの差を用いる
方法まで、様々な形態の技術が用いられている。
は、物質から反射される光の干渉縞を分析する方法か
ら、物質をエッチングした後に生じる高さの差を用いる
方法まで、様々な形態の技術が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような、干渉縞を分析する方法は、外部環境に敏感で
あるので、最も安定した状態で実験を行わなければなら
ないという短所があり、また、得られた結果をコンピュ
ーター分析することでしか厚さを判定することができな
いため、測定の過程が複雑であるという短所がある。ま
た、エッチング（etching）を用いた厚さ測定方法は、
半導体工程で多く使用されるが、手順が複雑であり、し
かも体に悪い化学薬品を使用しなくてはならないという
短所がある。従って、本発明は、前述した問題点を解決
するためのものであって、光ファイバレンズから出る光
が物質に焦点を合わせる時、焦点距離から反射される光
の強さが一番大きいという点を用いて物質の厚さを測定
する、光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ
測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
たような、干渉縞を分析する方法は、外部環境に敏感で
あるので、最も安定した状態で実験を行わなければなら
ないという短所があり、また、得られた結果をコンピュ
ーター分析することでしか厚さを判定することができな
いため、測定の過程が複雑であるという短所がある。ま
た、エッチング（etching）を用いた厚さ測定方法は、
半導体工程で多く使用されるが、手順が複雑であり、し
かも体に悪い化学薬品を使用しなくてはならないという
短所がある。従って、本発明は、前述した問題点を解決
するためのものであって、光ファイバレンズから出る光
が物質に焦点を合わせる時、焦点距離から反射される光
の強さが一番大きいという点を用いて物質の厚さを測定
する、光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ
測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための技術的思想として、本発明は、強度分布がガウス
分布を示すいわゆるガウシアンビームを射出し、基板上
のコーティングされた物質の表面にガウシアンビームが
焦点を合わせるように、光ファイバレンズがＰＺＴに付
着して垂直に動く際、前記光ファイバレンズの端を通し
て、基板で反射される光の量を検出し、これを分析して
物質の厚さを測定することを特徴とする、光ファイバレ
ンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定方法を提供する
ものである。
ための技術的思想として、本発明は、強度分布がガウス
分布を示すいわゆるガウシアンビームを射出し、基板上
のコーティングされた物質の表面にガウシアンビームが
焦点を合わせるように、光ファイバレンズがＰＺＴに付
着して垂直に動く際、前記光ファイバレンズの端を通し
て、基板で反射される光の量を検出し、これを分析して
物質の厚さを測定することを特徴とする、光ファイバレ
ンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定方法を提供する
ものである。
【０００４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に対する構
成及びその作用を、添付した図面を参照しながら詳細に
説明する。図１は、本発明に従って光ファイバレンズか
ら射出される光がガウス分布を示しつつ、コーティング
物質の表面に焦点を合わせる課程を説明するための図面
であって、図２は、光ファイバレンズが測定しようとす
る物質の層に対して垂直に動く時の、測定される光の強
さを説明するためのグラフである。図３は、図２に示さ
れた互いに異なる物質の境界面で反射される光の強さ
が、二つのピーク値を有して分布することを示すための
グラフであって、図４は、図３で得られる光の強さの変
化が、干渉縞を有することを示すためのグラフである。
図１に示すように、光ファイバレンズ１０からの光はガ
ウシアンビーム（Gaussian Beam; GB）であり、基板４
０上のコーティング物質４２表面に焦点（focusing）を
合わせる構成となっている。
成及びその作用を、添付した図面を参照しながら詳細に
説明する。図１は、本発明に従って光ファイバレンズか
ら射出される光がガウス分布を示しつつ、コーティング
物質の表面に焦点を合わせる課程を説明するための図面
であって、図２は、光ファイバレンズが測定しようとす
る物質の層に対して垂直に動く時の、測定される光の強
さを説明するためのグラフである。図３は、図２に示さ
れた互いに異なる物質の境界面で反射される光の強さ
が、二つのピーク値を有して分布することを示すための
グラフであって、図４は、図３で得られる光の強さの変
化が、干渉縞を有することを示すためのグラフである。
図１に示すように、光ファイバレンズ１０からの光はガ
ウシアンビーム（Gaussian Beam; GB）であり、基板４
０上のコーティング物質４２表面に焦点（focusing）を
合わせる構成となっている。
【０００５】この時、前記光ファイバレンズ１０を通過
する光は、強度分布がガウス分布を示しつつ進行するの
で、物質の表面がレンズの焦点距離に位置する時、反射
される光の強さが一番大きくなる。このような方法によ
り、多層（複数層）からなる物質で反射される光の強さ
を通して、物質の厚さを測定することができる。また、
図２において、光ファイバレンズ１０が測定しようとす
る物質の層に対して垂直に動く時、測定される光の強さ
を示しており、一番目の物質から反射され得られる光の
強さと、二番目の物質から反射され得られる光の強さを
それぞれ示している。一般に、一番目の物質から反射さ
れる光の強さよりも、二番目の物質から反射される光の
強さが小さい。これは、一番目の物質を通過した光が途
中で吸収され、二番目の物質に達するまでに、光の強さ
が弱くなるためである。前記光ファイバレンズ１０の焦
点距離が、使用する光のコヒーレント(coherent)長さよ
り長くなると、光の経路差から発生する干渉縞を除くこ
とができる。従って、焦点距離が長い光ファイバレンズ
１０を用いると、光ファイバレンズ１０が動いた距離に
従って、干渉縞がない線形的な光の強さの変化を得るこ
とができる。図３に示すように、図２で説明した互いに
異なる物質の境界面で反射される光の強さ分布が、二つ
のピーク値を有している。このように、光ファイバレン
ズ１０の焦点距離が、使用する光のコヒーレント（cohe
rent）長さより長くなると、光の経路差から発生する干
渉縞を除くことができる。
する光は、強度分布がガウス分布を示しつつ進行するの
で、物質の表面がレンズの焦点距離に位置する時、反射
される光の強さが一番大きくなる。このような方法によ
り、多層（複数層）からなる物質で反射される光の強さ
を通して、物質の厚さを測定することができる。また、
図２において、光ファイバレンズ１０が測定しようとす
る物質の層に対して垂直に動く時、測定される光の強さ
を示しており、一番目の物質から反射され得られる光の
強さと、二番目の物質から反射され得られる光の強さを
それぞれ示している。一般に、一番目の物質から反射さ
れる光の強さよりも、二番目の物質から反射される光の
強さが小さい。これは、一番目の物質を通過した光が途
中で吸収され、二番目の物質に達するまでに、光の強さ
が弱くなるためである。前記光ファイバレンズ１０の焦
点距離が、使用する光のコヒーレント(coherent)長さよ
り長くなると、光の経路差から発生する干渉縞を除くこ
とができる。従って、焦点距離が長い光ファイバレンズ
１０を用いると、光ファイバレンズ１０が動いた距離に
従って、干渉縞がない線形的な光の強さの変化を得るこ
とができる。図３に示すように、図２で説明した互いに
異なる物質の境界面で反射される光の強さ分布が、二つ
のピーク値を有している。このように、光ファイバレン
ズ１０の焦点距離が、使用する光のコヒーレント（cohe
rent）長さより長くなると、光の経路差から発生する干
渉縞を除くことができる。
【０００６】従って、焦点距離が長い光ファイバレンズ
１０を用いると、光ファイバレンズ１０が動いた距離に
従って、干渉縞がない線形的な光の強さの変化を得るこ
とができる。即ち、それぞれのピーク値を距離軸に対比
すると、二つのピーク値に該当する距離の差が物質の厚
さになることが判る。図４に示すように、同図では図３
で得られる光の強さの変化が干渉縞を有している。即
ち、使用する光のコヒーレント長さがレンズの焦点距離
より長くなると、干渉縞が現れることになる。しかし、
この場合でも、干渉縞が反射される光の強さに対する情
報を有しているので、ピーク値を見出すことで物質の厚
さを測定することができる。これらの干渉縞の平均値の
差を自乗すると、一番目のピーク値と二番目のピーク値
を見出すことができ、これらの二つのピーク値の距離の
差がコーティング物質の厚さになる。即ち、全体的な干
渉縞が大きくなり、小さくなり、再度大きくなるが、こ
れは光の強さが大きくなり、小さくなり、再度大きくな
ることを表わす。このような光の強さの変化に基づい
て、これらの干渉縞の平均値の差を自乗すると、ピーク
値を有するグラフを見ることができる。
１０を用いると、光ファイバレンズ１０が動いた距離に
従って、干渉縞がない線形的な光の強さの変化を得るこ
とができる。即ち、それぞれのピーク値を距離軸に対比
すると、二つのピーク値に該当する距離の差が物質の厚
さになることが判る。図４に示すように、同図では図３
で得られる光の強さの変化が干渉縞を有している。即
ち、使用する光のコヒーレント長さがレンズの焦点距離
より長くなると、干渉縞が現れることになる。しかし、
この場合でも、干渉縞が反射される光の強さに対する情
報を有しているので、ピーク値を見出すことで物質の厚
さを測定することができる。これらの干渉縞の平均値の
差を自乗すると、一番目のピーク値と二番目のピーク値
を見出すことができ、これらの二つのピーク値の距離の
差がコーティング物質の厚さになる。即ち、全体的な干
渉縞が大きくなり、小さくなり、再度大きくなるが、こ
れは光の強さが大きくなり、小さくなり、再度大きくな
ることを表わす。このような光の強さの変化に基づい
て、これらの干渉縞の平均値の差を自乗すると、ピーク
値を有するグラフを見ることができる。
【０００７】また、前記測定しようとする物質が多層
（複数層）である場合、それぞれの層に該当する反射さ
れた光のピーク値などを通して、多層のそれぞれの厚さ
を測定することができる。この時、前記光ファイバレン
ズ１０に代えて、一般レンズを使用し、物質の厚さを測
定することもできる。図５は、本発明の実施例に従っ
て、光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さを
測定するための装置構成図である。同図において、厚さ
を測定しようとする物質と垂直に動く圧電変換器（Piez
oElectric Transducer; ＰＺＴ）１２と、前記ＰＺＴ１
２に固定されてガウシアンビームを出力するための光フ
ァイバレンズ１０と、光源を発生するためのレーザ１４
と、光出力がリターンされることを防ぐための光隔離器
１６と、前記光ファイバレンズ１０とレーザ１４から出
力される光強さを５０対５０に分離させる３ｄＢ光ファ
イバカプラ１８とが接続されている。また、前記光ファ
イバレンズ１０の端で反射される光の強さを検出する光
検出器２０と、前記検出された光をフィルタリングする
ためのＲＣフィルタ２２と、前記検出された光の強さを
分析するためのマイクロプロセッサ２４と、前記マイク
ロプロセッサ２４の制御に従って電気信号の強さを増幅
する増幅器２６と、前記増幅器２６から増幅された電気
の強さに従ってＰＺＴ１２を駆動するＰＺＴ駆動器２８
とが接続されている。さらに、前記マイクロプロセッサ
２４の制御に従ってＸ軸とＹ軸のスキャナーを駆動する
ためのＸ−Ｙ軸スキャナー駆動器３０と、前記Ｘ−Ｙ軸
スキャナー駆動器３０の駆動に従ってＸ軸が駆動される
Ｘ軸スキャナー３２と、前記Ｘ−Ｙ軸スキャナー駆動器
３０の駆動に従ってＹ軸が駆動されるＹ軸スキャナー３
４とがとが接続され、構成されている。
（複数層）である場合、それぞれの層に該当する反射さ
れた光のピーク値などを通して、多層のそれぞれの厚さ
を測定することができる。この時、前記光ファイバレン
ズ１０に代えて、一般レンズを使用し、物質の厚さを測
定することもできる。図５は、本発明の実施例に従っ
て、光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さを
測定するための装置構成図である。同図において、厚さ
を測定しようとする物質と垂直に動く圧電変換器（Piez
oElectric Transducer; ＰＺＴ）１２と、前記ＰＺＴ１
２に固定されてガウシアンビームを出力するための光フ
ァイバレンズ１０と、光源を発生するためのレーザ１４
と、光出力がリターンされることを防ぐための光隔離器
１６と、前記光ファイバレンズ１０とレーザ１４から出
力される光強さを５０対５０に分離させる３ｄＢ光ファ
イバカプラ１８とが接続されている。また、前記光ファ
イバレンズ１０の端で反射される光の強さを検出する光
検出器２０と、前記検出された光をフィルタリングする
ためのＲＣフィルタ２２と、前記検出された光の強さを
分析するためのマイクロプロセッサ２４と、前記マイク
ロプロセッサ２４の制御に従って電気信号の強さを増幅
する増幅器２６と、前記増幅器２６から増幅された電気
の強さに従ってＰＺＴ１２を駆動するＰＺＴ駆動器２８
とが接続されている。さらに、前記マイクロプロセッサ
２４の制御に従ってＸ軸とＹ軸のスキャナーを駆動する
ためのＸ−Ｙ軸スキャナー駆動器３０と、前記Ｘ−Ｙ軸
スキャナー駆動器３０の駆動に従ってＸ軸が駆動される
Ｘ軸スキャナー３２と、前記Ｘ−Ｙ軸スキャナー駆動器
３０の駆動に従ってＹ軸が駆動されるＹ軸スキャナー３
４とがとが接続され、構成されている。
【０００８】測定の際は、先ず、光ファイバレンズ１０
をＰＺＴ１２に固定して、測定しようとする物質に対し
て垂直に動かす。この時、光ファイバレンズ１０の端で
反射される光の量の情報を、検出器２０を通してマイク
ロプロセッサ２４に伝達し、データを分析すると、図３
及び図４で示す結果を得ることができる。もし、測定し
ようとする物質の厚さが大きい場合は、ＰＺＴ１２に代
えて、その厚さと同等の範囲を動くことができる線形ス
テージを使用すると良い。また、測定しようとする物質
をＸ軸スキャナー３２とＹ軸スキャナー３４に固定して
動かすと、物質のＸ，Ｙ軸の何れの方向に対しても物質
の厚さを測定することができる。
をＰＺＴ１２に固定して、測定しようとする物質に対し
て垂直に動かす。この時、光ファイバレンズ１０の端で
反射される光の量の情報を、検出器２０を通してマイク
ロプロセッサ２４に伝達し、データを分析すると、図３
及び図４で示す結果を得ることができる。もし、測定し
ようとする物質の厚さが大きい場合は、ＰＺＴ１２に代
えて、その厚さと同等の範囲を動くことができる線形ス
テージを使用すると良い。また、測定しようとする物質
をＸ軸スキャナー３２とＹ軸スキャナー３４に固定して
動かすと、物質のＸ，Ｙ軸の何れの方向に対しても物質
の厚さを測定することができる。
【０００９】
【発明の効果】以上のように、本発明による光ファイバ
レンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその
方法に従うと、光ファイバレンズを通過した光が物質の
表面で反射される量が異なるという事実を用いて、物質
の厚さを測定することができる。このような方法によれ
ば、既存のコーティング厚さを測定することができると
ともに、多層構造の物質の厚さを測定する用途にも使う
ことができる。
レンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその
方法に従うと、光ファイバレンズを通過した光が物質の
表面で反射される量が異なるという事実を用いて、物質
の厚さを測定することができる。このような方法によれ
ば、既存のコーティング厚さを測定することができると
ともに、多層構造の物質の厚さを測定する用途にも使う
ことができる。
【図１】本発明において、光ファイバレンズから射出さ
れる光がガウス分布を示しつつ、コーティング物質の表
面に焦点を合わせる過程を説明するための図。
れる光がガウス分布を示しつつ、コーティング物質の表
面に焦点を合わせる過程を説明するための図。
【図２】本発明において、光ファイバレンズが測定しよ
うとする物質の層に対して垂直に動く時の、測定される
光の強さを説明するためのグラフ。
うとする物質の層に対して垂直に動く時の、測定される
光の強さを説明するためのグラフ。
【図３】図２に示された互いに異なる二つの物質の境界
面で反射される光の強さが、二つのピーク（peak）値を
有して分布することを示すためのグラフ。
面で反射される光の強さが、二つのピーク（peak）値を
有して分布することを示すためのグラフ。
【図４】図３で得られる光の強さの変化が、干渉縞を有
することを示すためのグラフ。
することを示すためのグラフ。
【図５】本発明の実施例に従って、光ファイバレンズの
焦点距離を用いた物質の厚さを測定するための装置構成
図。
焦点距離を用いた物質の厚さを測定するための装置構成
図。
１０ 光ファイバレンズ
１２ ＰＺＴ
１４ レーザ
１６ 光隔離器
１８ ３ｄＢ光ファイバカプラ
２０ 光検出器
２２ ＲＣフィルタ
２４ マイクロプロセッサ
２６ 増幅器
２８ ＰＺＴ駆動器
３０ Ｘ−Ｙスキャナー駆動器
３２ Ｘ軸スキャナー
３４ Ｙ軸スキャナー
４０ 基板
４２ コーティング物質
フロントページの続き
(72)発明者 朴 用 雨
大韓民国ソウル特別市瑞草区瑞草洞1562番
地２号
(72)発明者 成 樂 鉉
大韓民国忠清南道公州市灘川面加尺里31
Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB13 BB17 FF51 GG04
HH04 LL02 LL10 LL21 LL53
LL67 MM14 PP02 PP12 PP22
Claims (7)
- 【請求項１】 厚さを測定しようとする物質に対して垂
直に動くＰＺＴと、前記ＰＺＴに固定されてガウシアン
ビームを出力するための光ファイバレンズと、光源を発
生するためのレーザと、光出力がリターンすることを防
ぐための光隔離器と、前記光ファイバレンズとレーザか
ら出力される光の強さを5０対5０に分離させる３ｄB光
ファイバカプラと、前記光ファイバレンズの端で反射さ
れる光の強さを検出する光検出器と、前記検出された光
をフィルタリングするためのＲＣフィルタと、前記検出
された光の強さを分析するためのマイクロプロセッサ
と、前記マイクロプロセッサの制御に従って検出された
電気信号の強さを増幅する増幅器と、前記増幅器から増
幅された光の強さに従ってＰＺＴを駆動するＰＺＴ駆動
器と、前記マイクロプロセッサの制御に従ってＸ軸とＹ
軸のスキャナーを駆動するためのＸ−Ｙ軸スキャナー駆
動器と、前記Ｘ−Ｙ軸スキャナー駆動器の駆動に従って
Ｘ軸が駆動されるＸ軸スキャナーと、前記Ｘ−Ｙ軸スキ
ャナー駆動器の駆動に従ってＹ軸が駆動されるＹ軸スキ
ャナーと、を備えたことを特徴とする光ファイバレンズ
の焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置。 - 【請求項２】 ガウシアンビームを射出し、基板上のコ
ーティングされた物質の表面に該ガウシアンビームが焦
点を合わせるように、光ファイバレンズがＰＺＴに固定
されて垂直に動く際、前記光ファイバレンズの端に反射
される光の量を検出してこれを分析し、物質の厚さを測
定することを特徴とする光ファイバレンズの焦点距離を
用いた物質の厚さ測定方法。 - 【請求項３】 前記物質の厚さを測定する際、前記光フ
ァイバレンズの焦点距離が使用する光のコヒーレント長
さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の光ファ
イバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定方法。 - 【請求項４】 前記光ファイバレンズの焦点距離が使用
する光のコヒーレント長さより短い時に現れる干渉縞の
平均値の差を自乗することにより、厚さを計算すること
を特徴とする請求項２に記載の光ファイバレンズ焦点距
離を用いた物質の厚さ測定方法。 - 【請求項５】 前記光ファイバレンズに代えて一般レン
ズを使用して物質の厚さを測定することを特徴とする請
求項２乃至４のいずれかに記載の光ファイバレンズの焦
点距離を用いた物質の厚さ測定方法。 - 【請求項６】 前記物質の表面に反射される光の強さが
二つのピーク値を表わすことを用いて、厚さを測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバレンズの
焦点距離を用いた物質の厚さ測定方法。 - 【請求項７】 前記測定しようとする物質が複数層であ
る場合、夫々の層に該当する反射された光のピーク値に
より、該複数層のそれぞれの厚さを測定することを特徴
とする請求項２に記載の光ファイバレンズの焦点距離を
用いた物質の厚さ測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-51016 | 2001-08-23 | ||
| KR1020010051016A KR20030016935A (ko) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 광섬유 렌즈의 초점거리를 이용한 물질의 두께 측정장치및 그 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075128A true JP2003075128A (ja) | 2003-03-12 |
Family
ID=19713487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001383965A Pending JP2003075128A (ja) | 2001-08-23 | 2001-12-18 | 光ファイバレンズの焦点距離を用いた物質の厚さ測定装置及びその方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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