KR101254297B1 - 형상 및 두께 측정시스템과 형상 및 두께 측정방법 - Google Patents

형상 및 두께 측정시스템과 형상 및 두께 측정방법 Download PDF

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KR101254297B1 KR1020110116189A KR20110116189A KR101254297B1 KR 101254297 B1 KR101254297 B1 KR 101254297B1 KR 1020110116189 A KR1020110116189 A KR 1020110116189A KR 20110116189 A KR20110116189 A KR 20110116189A KR 101254297 B1 KR101254297 B1 KR 101254297B1
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Abstract

본 발명은 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 광분할기; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 상기 기준광을 반사시키는 기준미러; 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너; 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부; 및 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부를 포함하는 두께 측정시스템과 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 광분할기; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 상기 기준광을 반사시키는 기준미러; 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너; 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부; 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부; 상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상환산부를 더 포함하는 두께 및 형상 측정시스템에 관한 것이다.

Description

형상 및 두께 측정시스템과 형상 및 두께 측정방법{Method and system for measuring thickness and surface profile }
본 발명은 측정물의 두께 또는 두께 및 형상 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 근적외선 간섭법을 이용하여 불투명 박막층의 두께 및 그 박막층의 형상을 측정할 수 있는 두께 측정시스템 또는 두께 및 형상 측정시스템에 관한 것이다
근래들어, 반도체와 평면 디스플레이 및 미소 정밀 부품 등의 가공과 제조 상태를 확인하기 위해서 위 반도체 등의 미소 정밀 부품의 두께, 형상, 표면조도에 대한 높은 정밀도의 측정이 이루어져야 한다.
특히 미소 정밀 부품의 제조 과정에서 물체 표면에 여러 형태의 박막을 제조하게 되었다. 여기서, 박막이란 어떤 모재 혹은 기질의 표면에 형성시킨 매우 미세한 두께를 가지는 층들을 말한다. 일반적으로 이 박막의 두께는 제품의 성능에 매우 밀접한 영향을 미치게 되므로, 제조 공정에서 이 박막의 두께를 정밀하게 측정하여 공정에 반영할 필요가 발생하였다.
또한, 근래들어 예전의 투명 박막뿐 아니라, 가시광선에서는 불투명한 물질로 구성된 불투명박막의 미세한 영역에서의 박막 두께 측정에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다.
상기 미소 정밀 부품의 형상과 두께는 제품의 성능에 매우 밀접한 영향을 미치게 되므로, 제조 공정에서 이 두께를 정밀하게 측정하여 공정에 반영할 필요가 발생하였다.
또한 산업이 발전함에 따라 이전의 투명 박막뿐 아니라, 가시광선에서는 불투명한 물질로 구성된 불투명 박막의 미세한 영역에서의 박막 형상과 두께 측정에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다.
현재 사용 되고 있는 광학식 비 접촉 박막 두께 측정방식은 크게 반사광의 편광 특성을 이용한 엘립소미터(Ellipsometer) 방식과 반사광의 분광 특성을 이용한 리플렉토미터(Reflectometer)로 나눌 수 있다.
엘립소미터 방식의 경우 여러층의 박막 두께를 반복하여 측정할 수 있다는 장점과 사용하는 빔의 면적으로 인하여 미세한 영역의 박막두께를 측정하지 못하고, 조사된 빔의 면적에 해당하는 면적의 두께 평균을 측정할 수 밖에 없는 단점을 가지고 있으며, 리플렉토미터 방식의 경우, 현미경 렌즈를 사용하여 미세한 영역의 박막 두께를 측정할 수 있으나, 동시에 1~2 층의 박막 두께만 측정 가능하다는 단점을 가지고 있다.
두 측정 방식은 각각의 위에서 기술한 바와 같은 장/단점을 보유하고 있으나, 현재 산업계의 특수한 분야에서 요청되고 있는 가시광선에서의 불투명 재질에 대한 미세한 영역의 박막 두께 측정에서는 엘립소미터 방식에서는 렌즈를 사용할 수 없다. 또한, 리플렉토미터에서는 분광 특성을 이용해야 하므로 넓은 영역의 빛의 파장을 사용해야 한다는 단점으로 인하여 두 가지 방법 모두 사용하기가 불가능하다.
상기에 제시한 두 가지 방법 모두 사용하기에는 한계성이 있어서 기존에는 불투명 재질의 박막 두께를 측정하기 위해서는 자재를 샘플링으로 추출해서 절단(Section)함으로서 절단면의 이미지를 가지고 두께를 산출하였으며, 한 단면의 이미지를 이용하여 전체 영역의 박막 두께로 나타내기 때문에 데이터의 신뢰성이 낮다는 단점과 파괴 검사에 따른 한계성이 존재하게 된다.
한국공개특허 2009-0007172 (2009.01.16 공개)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 불투명한 측정물의 형상을 측정하고, 불투명한 측정물의 두께를 면적 단위로 측정하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다. 또한 본 발명은 측정물의 두께 및 형상을 동시에 측정하는 두께 및 형상 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
적외선의 영역의 광을 생성하는 광원; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 광분할기; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 상기 기준광을 반사시키는 기준미러; 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너; 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부; 및 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부를 포함하는 두께 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께환산부에서 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00001
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리임.)
에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)인 두께 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캐너는 등속도로 수직이동하는 두께 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캐너의 구동을 제어하는 스캐너 제어부를 더 포함하는 두께 측정시스템을 특징으로 한다.
적외선의 영역의 광을 생성하는 광원; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 광분할기; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 상기 기준광을 반사시키는 기준미러; 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너; 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부; 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부; 상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상환산부를 더 포함하는 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께환산부에서 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00002
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리임.)
에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 형상환산부는 기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정하는 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)인 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캐너는 등속도로 수직이동하는 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캐너의 구동을 제어하는 스캐너 제어부를 더 포함하는 두께 및 형상 측정시스템을 특징으로 한다.
광원에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계 ; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈에서 상기 광이 통과하는 단계; 광분할기에 의해 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 단계; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 기준미러에 의해 상기 기준광이 반사되는 단계; 스캐너에 의해 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 단계; 적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계; 및 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 단계를 포함하는 두께 측정방법을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00003
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리임.)에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 측정방법을 특징으로 한다.
광원에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계 ; 상기 광원 전방에 구비되는 렌즈에서 상기 광이 통과하는 단계; 광분할기에 의해 상기 렌즈를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여 각각 기준미러와 측정물로 조사하는 단계; 상기 광분할기에서 분배된 기준광이 진행하며, 기준미러에 의해 상기 기준광이 반사되는 단계; 스캐너에 의해 상기 측정물의 표면에서 반사된 상기 측정광과 상기 반사된 기준광이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면에서 반사된 측정광과 상기 기준미러에서 반사된 상기 기준광이 간섭된 다수의 제2간섭무늬가 검출되는 단계; 적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계; 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 단계; 및 상기 두께로부터 형상을 환산하는 단계를 포함하는 두께 및 형상 측정방법을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00004
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리임.)에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 및 형상 측정방법을 특징으로 한다.
또한, 상기 형상을 환산하는 단계는, 기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정하는 두께 및 형상 측정방법을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 간섭효과를 이용한 두께 측정시스템 또는 두께 및 형상 측정 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래에 광 간섭현상을 이용하여 투명한 재질의 측정물에 대한 두께측정만 가능했던 것과는 달리 본 발명은 투명한 재질의 측정물 뿐만 불투명한 재질의 측정물에 대한 두께 및 형상을 측정할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 광 간섭 현상을 이용하여 투명한 박막 또는 불투명한 박막에 대한 두께 및 형상을 한꺼번에 측정할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 측정물의 두께를 점단위로 측정했던 것과는 달리 본 발명은 박막의 두께를 점 단위가 아닌 면적 단위로 측정할 있어, 넓은 범위의 측정물 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 투명한 측정물 뿐만 아니라 불투명 측정물까지 형상에 관계없이 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 본 발명은 수 um~수십 um 이상의 두께를 가지는 불투명 박막의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리와 상기 측정물의 굴절률을 통하여 측정물의 두께를 측정하여, 높은 속도로 두께를 측정함과 동시에, 고정밀도로 측정물의 두께를 측정할 수 있어 장치의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 두께 측정시스템.
도 2는 본 실시예에 따른 두께 및 형상 측정시스템.
도 3은 본 실시예에 따른 두께 측정방법 또는 두께 및 형상 측정방법.
도 4(A)는 본 실시예에 따른 도 3에 도시한 측정물의 내부 경계면의 형상 ①에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리를 도시한 도면
도 4(B)는 본 실시예에 따른 도 3에 도시한 측정물의 내부 경계면의 형상 ②에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리를 도시한 도면
도 5는 본 실시예에 따른 도 4(A)와 도4(B)에 도시한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(A, B)를 두께로 환산하여 도시한 도면
도 6은 본 실시예에 따른 기준선에 대한 두께의 위치를 측정물의 높이로 설정한 도면.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 두께 측정 시스템, 두께 및 형상 측정시스템, 두께 측정방법, 두께 및 형상 측정방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시예인 두께 측정시스템(1000)을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 두께 측정시스템(1000)은 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원(10); 상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20); 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 광분할기(30); 상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 상기 기준광(121)을 반사시키는 기준미러(40); 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너(50); 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라(60); 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부(70); 및 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부(80)를 포함한다. 바람직하게 상기 광원(10)은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)이며, 상기 스캐너(50)와 상기 근적외선 카메라(60) 사이에 광을 굴절시켜 초점을 만들어 결상하는 FOV(Field Of View) 렌즈(90),스캐너(50)의 구동을 제어하는 스캐너 제어부(51)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 이용되는 광원(10)은 적외선 영역대의 광을 생성한다. 이 적외선은 파장에 따라 가시광선 영역에 가까운 짧은 파장의 근적외선(Near IR), 중간 적외선(IR), 긴 파장의 원적외선 영역(far IR) 등 크게 세 영역으로 나눌 수 있다. 본 발명에서는 가시광선 영역에 가까운 근적외선을 생성하는 광원(10)이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 측정물의 밀도가 높은 경우, 근적외선이 아닌 중간 적외선을 사용할 수도 있고, 상황에 따라 측정물의 밀도가 매우 높은 경우, 원적외선 영역대의 적외선을 생산하는 광원(10)을 이용할 수도 있다.
가시광선 영역대가 아닌 긴 파장을 갖는 적외선 영역대의 광을 생성하는 광원을 사용함으로써, 투명한 재질의 측정물 뿐만 아니라 빛이 투과되지 않는 불투명한 재질의 측정물의 형상도 측정할 수 있다. 바람직하게, 투명한 박막뿐만 아니라 불투명한 박막의 내부 형상도 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 제1실시예의 광원(10)은 바람직하게 적외선의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)일 수 있다.이 초발광다이오드는 레이저에 비해 간섭 길이(coherency length)가 짧고 낮은 동작 전류에서 높은 이득을 갖는 장점이 있다.
도 1을 계속 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 적외선 영역의 광을 생성하는 광원(10) 전방에 렌즈(20)가 구비된다. 상기 렌즈(20)는 바람직하게는 시준렌즈(20)일 수 있다. 상기 시준렌즈(20)를 이용함으로써, 광원(10)에서 생성된 광이 평행광으로 변환된다.
도 1을 계속 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 이용되는 광분할기(30)를 통해, 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부는 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배되어 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사된다. 이 기준미러(40)는 기준면으로 이용되며, 단면이 무한히 편평한 것이라 가정한다.
도 1을 계속 참조하면, 상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하여 기준미러(40)에 입력되고, 반사된다. 동시에, 광분할기(30)에서 분배된 측정광(122, 123)이 진행하여 측정물의 표면(101)과 측정물의 내부 경계면(102)에 입력되고 반사된다. 반사된 기준광(121)과, 측정물의 표면(101) 및 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)은 상호 합파되어 간섭되어 간섭무늬를 생성하게 된다. 상세히 설명하면, 측정물의 표면(101)에서 반사된 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭되어 제1간섭무늬를 생성하고, 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭되어 제2간섭무늬를 생성한다.
도 1은 편의상 측정물의 표면(101) 및 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(122, 123)을 각각 1개로 표현했으나, 실제로는 상기 측정물 전체 면적을 포괄하는 다수의 측정광(122, 123)이 존재한다. 따라서 다수의 측정광(122, 123)과 기준광(121)이 간섭되어 다수의 제1간섭무늬와 다수의 제2간섭무늬를 생성한다.
상기 측정광(122, 123)과 기준광(121)은 동일한 광원(10)에서 생성된 것이므로 빛의 가간섭성에 의해 간섭무늬를 생성하기 위해서는 광분할기(30)에서 기준미러(40)까지의 광경로 길이와 광분할기(30)에서 측정물까지의 광경로 길이인 같아야 한다. 종래 기술에서는 기준미러(40)를 이동시키거나, 측정물의 위치를 이동시켜 반사된 측정광(122, 123)과 기준광(121)의 광경로 길이를 일치시켰으나, 본 발명에서는 스캐너(50)가 등속으로 수직하게 이동하여, 측정광(122, 123)과 기준광(121)의 광경로 길이를 일치시킨다.
본 발명에서 측정물의 표면(101)에서 측정광(122)이 반사되고, 기준미러(40)에서 반사된 기준광(121)의 광경로 길이와 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 측정광(122)의 광경로 길이와 일치하는 경우 상기 측정광(122)과 기준광(121)이 상호 간섭되어 측정물 표면의 제1간섭무늬를 형성한다. 또한 측정광(123)이 측정물 내부에 통과되어 측정물의 내부 경계면(102)에서도 반사가 일어난다. 스캐너(50)가 등속으로 수직으로 이동하므로 반사된 기준광(121)의 광경로 길이도 변하게 된다. 이때 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과, 기준미러(40)에서 반사된 기준광(121)의 광경로 길이가 일치되는 경우 반사된 상기 측정광(123)과 기준광(121)이 상호 간섭되어 또 다른 간섭무늬인 측정물 내부 경계면의 간섭무늬인 제2간섭무늬를 형성하게 된다. 가시광선 영역의 광은 투명한 재질의 측정물인 경우, 측정물 내부까지 측정광(123)이 통과하기 용이하나, 불투명 재질의 측정물인 경우, 측정물 표면에서 측정광(123)이 흡수되거나 반사되어 측정물 내부까지 측정광(123)이 투과하지 못 한다. 즉 가시광선 영역의 측정광(123)은 파장이 짧아 불투명한 측정물 내부까지 투과하지 못 한다. 따라서 본 발명에서는 적외선 영역의 광원(10)을 이용하여, 측정광(123)의 파장을 길게 하여 불명한 측정물 내부까지 광이 투과하도록 할 수 있다.
본 발명의 제1실시예인 두께 측정시스템(1000)에서 스캐너(50)의 구동을 제어하는 스캐너 제어부(51)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 스캐너 제어부(51)는 MPU(Micro Process Unit)일 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 스캐너(50)가 등속으로 수직이동하며, 측정물의 표면(101)에서 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 측정물의 내부 경계면(102)에서 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출한다. 또한 적외선 카메라(60)에서 상기 간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정한다.
수치연산부(70)에서는 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 수치연산하여, 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(peak)(132)를 구하여, 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 산출한다.
도 3과 도 4를 참조하여 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 산출하는 단계를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 광원은 파장이 긴 적색광이므로, 측정물의 표면(101) 뿐만 아니라 측정물의 내부 경계면(102)까지 측정광이 조사되어 반사된다. 측정물의 표면에서 측정광(122)이 반사되고, 기준미러(40)에서 반사된 기준광(121)의 광경로 길이와 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 측정광(122)의 광경로 길이와 일치하는 경우 상기 측정광(122)과 기준광(121)이 상호 간섭되어 측정물 표면의 제1간섭무늬를 형성한다. 또한, 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과, 기준미러(40)에서 반사된 기준광(121)의 광경로 길이가 일치되는 경우 반사된 상기 측정광(123)과 기준광(121)이 상호 간섭되어 측정물 내부 경계면의 간섭무늬인 제2간섭무늬를 형성하게 된다.
도 3의 측정물의 내부 경계면의 형상 ①에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리를 도 4(A)에서 A로 도시하였다. 또한 측정물의 내부 경계면의 형상 ②에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리를 도 4(B)에서 B로 도시하였다. 도 3의 측정물의 내부 경계면의 형상 ①보다 ②의 두께가 더 두껍게 형성된 경우, 도 4에 도시한 바와 같이 A보다 B의 제1간섭무늬와 제2간섭무늬 사이의 거리가 더 긴 것을 알 수 있다.
두께환산부(80)에서는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하여, 측정물의 두께를 측정한다.
측정물의 두께를 환산하는 과정은 다음과 같다. 실제 광경로상에서 불투명 박막의 내부에서 진행되는 광경로는 실제 스캔거리와 차이가 발생하게 된다. 그 차이의 원인은 측정물의 굴절률 n1 만큼 광경로의 영향이 발생되어 실제 산출되어진 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)와 오차가 발생한다. 따라서 측정 박막의 굴절률에 의한 피크 간의 거리를 표현하게 되면 아래와 같이 나타난다.
S2 = Tⅹn1
(여기서 T는 측정물의 실제 두께이며, n1은 측정물의 굴절률이며, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리이다.)
실제 수 um 이내의 미세 박막에서는 이 오차율의 영향이 실제 측정값에 미치는 영향이 극히 미미하므로 무시하게 되지만 본 발명에서는 수십 um 이상 형성된 불투명 박막에 대한 두께 측정법으로 실제 적용값에 미치는 영향이 크게 나타나게 된다.
따라서 실제 물질의 굴절률만 정확히 알고 있다면 두께 T 는
Figure 112011088271169-pat00005
(여기서 T는 측정물의 실제 두께이며, n1은 측정물의 굴절률이며, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리이다.)
로 두께를 계산할 수 있으며, 측정되어진 측정물의 정확한 두께의 산출이 가능하게 된다. 이러한 방식은 100um 이상의 측정물에 대하여 카메라 영상 전체 영역의 넓은 면적단위로 두께를 측정할 수 있다.
위 식을 사용하여, 본 발명에 따른 두께 측정시스템(1000)은 바람직하게 불투명 박막의 두께를 측정할 수 있다. 불투명 박막의 두께를 측정시, 두께 T는 박막의 두께로, n1은 박막의 굴절률로 하여, 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(peak)(132)를 구하여, 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 산출한 뒤, 아래의 식
Figure 112011088271169-pat00006
(여기서 T는 불투명 박막의 실제 두께이며, n1은 박막의 굴절률이며, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리이다.)
에 의해 불투명 박막의 두께를 면적단위로 측정할 수 있다. 또한, 박막의 표면과 내부의 형상에 관계없이 용이하게 측정이 가능하며 신뢰성 있는 두께 데이터를 산출할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 불투명 박막 뿐만 아니라 투명 박막의 두께를 상기 식을 사용하여 면적단위로 측정할 수도 있다.
도 5에서 두께환산부(80)에서는 상기 식을 이용해, 측정물의 내부 경계면의 형상 ①에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(A)와 , 측정물의 내부 경계면의 형상 ②에 대한 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리(B)를 두께로 환산하여, 각각 A’와 B’로 도시하였다.
바람직하게 상기 수치연산부(70)와 두께환산부(80)는 PC 본체에 포함될 수 있으며, PC 본체에서 수치연산과 두께환산을 행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예인 두께 및 형상 측정시스템(2000)이다. 본 발명의 제2실시예인 두께 및 형상 측정시스템(2000)은 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원(10); 상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20); 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 광분할기(30); 상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 상기 기준광(121)을 반사시키는 기준미러(40); 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너(50); 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라(60); 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부(70); 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부(80); 및 상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상환산부(90)를 더 포함한다. 바람직하게 상기 광원(10)은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)이며, 상기 스캐너(50)와 상기 근적외선 카메라(60) 사이에 광을 굴절시켜 초점을 만들어 결상하는 FOV(Field Of View) 렌즈(90),스캐너(50)의 구동을 제어하는 스캐너 제어부(51)를 더 포함할 수 있다. 또한 바람직하게 상기 두께환산부(80)에서 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00007
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)
에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 형상환산부(90)는 기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정한다. 바람직하게 상기 측정물의 높이는 측정물의 내부 경계면의 높이일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 기준선에 대한 두께 A’의 위치를 측정물의 내부 경계면의 높이 a로 표현한다. 또한 기준선에 대한 두께 B’의 위치를 측정물의 내부 경계면의 높이 b로 표현된다. 바람직하게 상기 기준선은 측정물의 표면에서 간섭된 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)을 연결한 선일 수 있다.
도 5를 계속 참조하면, 두께가 얇은 A’에 대한 측정물의 내부 경계면의 높이는 a로 표현되어, 두께가 두꺼운 B’보다 측정물의 내부 경계면의 높이가 높아, 본래의 측정물 내부 경계면의 형상과 동일하게 표현됨을 알 수 있다. 제2실시예에서 제1실시예의 구성과 중복되는 구성은 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 의하면, 단일의 두께 및 형상측정시스템(2000)에 의하여 측정물의 내부 형상 및 측정물의 두께를 한번에 측정할 수 있어, 제조공정 및 부품수가 감소하고, 시간상 매우 경제적이다.
또한 본 발명은 제3실시예로 측정물 특히 박막의 두께를 측정하는 방법을 포함할 수 있다. 본 발명의 제3실시예인 두께 측정방법은 광원(10)에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계 ; 상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20)에서 상기 광이 통과하는 단계; 광분할기에 의해 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 단계; 상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 기준미러(40)에 의해 상기 기준광(121)이 반사되는 단계; 스캐너(50)에 의해 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 단계; 적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계; 및 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00008
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산할 수 있다. 본 발명의 제3실시예에서 제1실시예의 구성과 중복되는 구성은 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
또한 본 발명은 제4실시예로 측정물 특히 박막의 두께 및 형상을 측정하는 방법을 포함할 수 있다. 본 발명의 제4실시예인 두께 및 형상 측정방법은 광원(10)에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계; 상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20)에서 상기 광이 통과하는 단계; 광분할기에 의해 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 단계; 상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 기준미러(40)에 의해 상기 기준광(121)이 반사되는 단계; 스캐너(50)에 의해 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬가 검출되는 단계; 적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계; 상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계; 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 환산 단계; 및 상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상 환산 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
Figure 112011088271169-pat00009
(여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산된다.
또한 상기 형상을 환산하는 단계는, 기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정할 수 있다.
제4실시예에서 제1실시예 및 제2실시예의 구성과 중복되는 구성은 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
10: 광원
20: 렌즈
30: 광분할기
40: 기준미러
50: 스캐너 51: 스캐너 제어부
60: 적외선 카메라
70: 수치연산부
80: 두께환산부
90: FOV 렌즈
101: 측정물의 표면 102: 측정물의 내부 경계면
121: 기준광
122, 123: 측정광
131: 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)
132: 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)
n1: 측정물의 굴절률
S2: 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)와 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak) 사이의 거리
1000: 두께 측정시스템
2000: 두께 및 형상 측정시스템

Claims (16)

  1. 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원(10);
    상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20);
    상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 광분할기(30);
    상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 상기 기준광(121)을 반사시키는 기준미러(40);
    상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너(50);
    상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라(60);
    상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부(70); 및
    상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정시스템(1000).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두께환산부(80)에서 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
    Figure 112011088271169-pat00010

    (여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)
    에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 것을 특징으로 하는 두께 측정시스템(1000).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원(10)은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)인 것을 특징으로 하는 두께 측정시스템(1000).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너(50)는 등속도로 수직이동하는 것을 특징으로 하는 두께 측정시스템(1000).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너(50)의 구동을 제어하는 스캐너 제어부(51)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정시스템(1000).
  6. 적외선의 영역의 광을 생성하는 광원(10);
    상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20);
    상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 광분할기(30);
    상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 상기 기준광(121)을 반사시키는 기준미러(40);
    상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 스캐너(50);
    상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정하는 적외선 카메라(60);
    상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 수치연산부(70);
    상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께환산부(80); 및
    상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상환산부(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는두께 및 형상 측정시스템(2000).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 두께환산부(80)에서 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
    Figure 112011088271169-pat00011

    (여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)
    에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정시스템(2000).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 형상환산부(90)는 기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정시스템(2000).
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광원(10)은 적외선 영역의 광을 생성하는 초발광다이오드(SLD: Super-Luminescent Diode)인 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정시스템(2000).
  10. 제6항에 있어서,
    상기 스캐너(50)는 등속도로 수직이동하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정시스템(2000).
  11. 제6항에 있어서,
    상기 스캐너(50)의 구동을 제어하는 스캐너 제어부(51)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정시스템(2000).
  12. 광원(10)에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계 ;
    상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20)에서 상기 광이 통과하는 단계;
    광분할기에 의해 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 단계;
    상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 기준미러(40)에 의해 상기 기준광(121)이 반사되는 단계;
    스캐너(50)에 의해 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬를 검출하는 단계;
    적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계;
    상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계; 및
    상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 단계를 포함하는 두께 측정방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
    Figure 112011088271169-pat00012

    (여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)
    에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 것을 특징으로 하는 두께 측정방법.
  14. 광원(10)에서 적외선 영역의 광을 생성하는 단계 ;
    상기 광원(10) 전방에 구비되는 렌즈(20)에서 상기 광이 통과하는 단계;
    광분할기에 의해 상기 렌즈(20)를 통과하여 나온 광 중 일부를 기준광(121)으로 나머지는 측정광(122, 123)으로 분배하여 각각 기준미러(40)와 측정물로 조사하는 단계;
    상기 광분할기(30)에서 분배된 기준광(121)이 진행하며, 기준미러(40)에 의해 상기 기준광(121)이 반사되는 단계;
    스캐너(50)에 의해 상기 측정물의 표면(101)에서 반사된 상기 측정광(122)과 상기 반사된 기준광(121)이 간섭된 다수의 제1간섭무늬 및 상기 측정물의 내부 경계면(102)에서 반사된 측정광(123)과 상기 기준미러(40)에서 반사된 상기 기준광(121)이 간섭된 다수의 제2간섭무늬가 검출되는 단계;
    적외선 카메라에 의해 상기 다수의 제1간섭무늬와 상기 다수의 제2간섭무늬 전체를 등간격의 카메라 프레임(Frame) 단위로 획득하여 각 픽셀(pixel)별로 측정되는 단계;
    상기 각 픽셀들의 위치 순서대로 측정된 값을 배열하고 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 수치연산하는 단계;
    상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 두께 환산 단계; 및
    상기 두께로부터 형상을 환산하는 형상 환산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 두께는 상기 측정물의 굴절률을 사용하여 하기식
    Figure 112011088271169-pat00013

    (여기서, T는 상기 측정물의 두께이고, n1은 상기 측정물의 굴절률이고, S2는 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리임.)
    에 의해 상기 제1간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(131)과 제2간섭무늬의 광강도 최고값(peak)(132) 사이의 거리(S2)를 두께로 환산하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 형상을 환산하는 단계는,
    기준선에 대한 상기 두께의 위치를 상기 측정물의 높이로 설정하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101457303B1 (ko) * 2013-10-07 2014-11-04 조선대학교산학협력단 근적외선을 이용한 웨이퍼 형상, 두께, 굴절률 3d 측정 장치 및 방법
CN113670213A (zh) * 2021-07-05 2021-11-19 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种基于红外成像的涂层厚度检测方法、系统及装置
CN114061467A (zh) * 2021-12-10 2022-02-18 迈得特光学(安徽)有限公司 一种透镜厚度测量装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785802B1 (ko) 2007-05-29 2007-12-13 (주) 인텍플러스 입체 형상 측정장치
KR100916593B1 (ko) 2007-06-25 2009-09-11 주식회사 나노시스템 실시간 3차원 형상 측정 시스템
KR100939538B1 (ko) 2007-12-14 2010-02-03 (주) 인텍플러스 입체 형상 측정 장치
KR100947464B1 (ko) 2008-02-13 2010-03-17 에스엔유 프리시젼 주식회사 두께 측정장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785802B1 (ko) 2007-05-29 2007-12-13 (주) 인텍플러스 입체 형상 측정장치
KR100916593B1 (ko) 2007-06-25 2009-09-11 주식회사 나노시스템 실시간 3차원 형상 측정 시스템
KR100939538B1 (ko) 2007-12-14 2010-02-03 (주) 인텍플러스 입체 형상 측정 장치
KR100947464B1 (ko) 2008-02-13 2010-03-17 에스엔유 프리시젼 주식회사 두께 측정장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101457303B1 (ko) * 2013-10-07 2014-11-04 조선대학교산학협력단 근적외선을 이용한 웨이퍼 형상, 두께, 굴절률 3d 측정 장치 및 방법
CN113670213A (zh) * 2021-07-05 2021-11-19 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种基于红外成像的涂层厚度检测方法、系统及装置
CN114061467A (zh) * 2021-12-10 2022-02-18 迈得特光学(安徽)有限公司 一种透镜厚度测量装置及方法

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