KR101424840B1 - 광탄성 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

측정 대상물(W)로 향해서 조사되어 반사하여 돌아오는 반사광을 BDP(12)에 투과시켜, 유리 기판 W1, W2에 작용하고 있는 응력에 의해서 편광 상태가 복굴절에 의해 변화한 제2편광 B와 초기의 광로로 돌아오는 제1편광 A로 분리한다. 이 제2편광 B를, 또한 핀홀(15)로 통과시키고, 소정의 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 제2편광 B만을 제2 포토다이오드(9b)에서 수광한다. 또한, 광학계 유니트(5)를 광축회전으로 회전시켜, 소정의 회전각마다 같은 처리를 행하지 않고, 취득한 제2편광의 일군의 광강도 값으로부터 소정의 유리 기판에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 연산처리부(24)가 구한다.

광탄성, 측정, 투과성, 대상물, 응력, 왜력(歪力), 회전, 렌즈, 편광

Description

광탄성 측정방법 및 그 장치{PHOTOELASTICITY MEASURING METHOD, AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 액정패널이나 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 투과성을 가지는 측정 대상물에 작용하는 응력이나 왜력(歪力) 등을 측정하기 위한 광탄성 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 미소 간극(間隙)을 두어 배치된 2매의 붙여 합친 기판의 각각의 기판에 작용하고 있는 응력을 정밀하게 측정하는 기술에 관한 것이다.

유리 기판과 같은 투과성을 가지는 측정 대상물에 작용하고 있는 응력을 구하는 방법으로서 다음과 같은 방법이 알려져 있다. 제1의 방법으로서, 평탄한 테이블에 평면 유지된 측정 대상물에 광을 조사(照射)하여, 측정 대상물의 표면 및 이면으로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 측정한다. 이 때, 그 반사광의 변화로부터 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하고 있다. 또한, 제2의 방법으로서 측정 대상물을 향해서 조사한 광 가운데, 측정 대상물을 투과한 투과광의 변화로부터 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하고 있다(비특허문헌1 참조).

또한, 모두 초점 방식으로, 동시에 반사 방식의 광학계가 제안되어 있다(비 특허문헌2 참조).

비특허문헌1: 최신 응력·비대칭 측정·평가기술(제49 페이지-제66 페이지), 감수：카와다 코조(河田幸三), 발행：주식회사 종합기술센터.

비특허문헌2: 2003년도 박사 논문 "반사형 레이저 광탄성 실험장치의 개발과 피막의 응력 평가에의 응용", 토쿄 전기대학 대학원 연구과·기계시스템공학 전공 박사과정 시마 야스시욱(島 靖郁).

[발명이 해결하고자하는 과제]

그러나, 종래의 각 방법에서는 다음과 같은 문제가 있다.

제1 및 제2의 방법의 모두 1매의 투과성을 가지는 측정 대상물인 기판에 대해서는, 유효하게 기능한다. 그렇지만, 광학 특성, 특히 굴절률이 다른 광학 특성을 가지는 복수의 소재가 적층된 기판을, 미소 간극을 두어 배치한 2매의 붙여 합친 기판에 대하여 주응력의 차이와 그 방향을 측정하는 경우, 2매의 기판의 어느 기판에, 또는 양쪽 모두의 기판에 작용하는 주응력의 차이와 그 방향을 정밀하게 구할 수 없다는 문제가 있다.

즉, 상기 붙여 합친 기판에 대해서, 2매의 기판의 어느 기판, 또는 양쪽 모두의 기판에 작용하는 주응력의 차이와 그 방향을 측정하기 위해서 제1의 방법을 적용했을 경우, 붙여 합친 기판으로부터 반사하여 돌아오는 반사광은, 각 기판의 표면 및 이면으로부터 돌아오는 것이 모두 합성된다. 그 때문에, 주응력의 차이와 그 방향을 아는데 필요한 각각의 기판의 이면으로부터의 반사광만을 취득하고 싶어도, 개개로 용이하게 분리할 수 없다. 또한, 제2의 방법을 적용했을 경우, 붙여 합친 기판을 투과한 투과광은, 모두가 합성되어 기판마다 투과한 투과광을 개개로 분리할 수 없다.

또한, 비특허문헌2의 방법에서는, 측정에 중심적인 역할을 담당한 소자로서 비편광 빔스플리터(beam splitter)를 사용하지 않을 수 없다. 그 일이 광탄성 신호(복굴절)의 소광비(消光比)를 현저하게 열화(劣化)시켜, 미소한 복굴절을 검출 할 수 없다는 문제점이 있다.

이 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 광학 특성으로서 굴절률이 다른 복수의 소재가 적층된 기판, 특히 미소 간극을 두어 적층된 붙여 합친 기판에 대해서, 응력이 작용하고 있는 기판을 정확하게 분별하는 것과 동시에, 그 기판에 작용하는 응력으로 생기는 복굴절의 변화량 및 주응력의 차이와 그 방향을 정밀하게 구할 수 있는 광탄성 측정방법 및 그 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

그래서 이 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 취한다.

즉, 제1의 발명은 광탄성 측정방법으로서, 조사 수단으로부터의 조사광을 광학 수단을 통하여 직선 편광으로 하는 과정과, 복수의 층으로 이루어지는 투과성을 가지는 측정 대상물에 렌즈를 통하여 상기 직선 편광을 조사하면서, 렌즈와 측정 대상물을 광축 방향에 따라서 상대적으로 전후 이동시켜 층끼리가 접촉하는 복수의 접촉계면 중 소정의 접촉계면에 초점을 맞추는 과정과, 상기 측정 대상물로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 상기 광학 수단에 투과시켜 초기의 광로를 되돌리는 제1편광과, 이 제1편광과 직교하는 제2편광을 다른 광로로 분리하여 출력하는 분리과정과, 분리된 상기 제2편광 내의 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 핀홀(pin hole)에 통과시켜 검출하는 편광검출과정을 1사이클 처리로 하여, 상기 1사이클 처리 후에, 상기 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축 회전으로 상대적으로 회전시켜, 적어도 소정의 3개소마다 상기 1사이클 처리를 행하고, 각 사이클 처리시에 검출된 상기 편광의 광강도의 변화량과 검출 각도의 위치정보에 근거하여 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파(正弦波)의 2승으로 이루어지는 sin의 2승 커브(curve)로서 구하여, 이 sin의 2승 커브로부터 측정 대상물의 각층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하는 연산과정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 측정방법에 의하면, 직선 편광이 측정 대상물에 조사되면, 초점을 맞춘 접촉 계면(초점면)으로부터 반사하여 돌아오는 반사광과 그 이외의 계면 등으로부터 반사하여 돌아오는 반사광이 합쳐져 광학 수단에 되돌려진다. 이 반사광은, 광학 수단에 의해서 초기의 광로로 돌아오는 제1 편광과, 제1 편광과는 개별 광로로 출력되는 제1 편광과 직교하는 제2 편광으로 분리된다. 그리고 광학 수단으로부터 출력되는 제2 편광은, 핀홀을 통과할 때에 소정의 접촉 계면의 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만이 추출된다. 환언하면, 소정층만을 투과하여 돌아오는 편광만이 추출되어, 이 편광의 광강도가 층마다 검출되는 1사이클의 처리가 종료된다.

1사이클 처리가 종료되면, 직선 편광과 측정 대상물을 상대적으로 회전시켜, 적어도 소정의 3개소의 회전 각도마다, 1사이클 처리를 행하여 각 사이클 처리시의 제2 편광의 광강도의 변화량을 취득한다. 취득한 복수개의 광강도의 변화량과 그 회전 각도의 위치정보에 근거하여 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 이루어지는 sin의 2승 커브로서 구하고, 이 sin의 2승 커브로부터 측정 대상물의 각층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구할 수 있다.

즉, 회전 각도마다 추출된 편광의 광강도로부터 측정 대상물의 소정층에서 복굴절에 의해 변화를 받은 편광의 변화 정보가 취득된다. 이 때 주응력의 차이는, 회전 각도마다의 위치정보와 광강도의 변화로부터 도출되는 sin의 2승 커브의 진폭이 최대로 되는 개소를 복굴절량이 최대로 되는 각도로서 구할 수 있다. 또한, 이 때 구해지는 각도가 최대 주응력의 차이의 방향에 대응한다. 이 sin의 2승 커브가 최대로 되는 각도를 구하는 연산식에는, 복굴절에 의한 광학적 길이, 즉, 복굴절 량 = 주응력의 차이×측정 대상물의 두께×광탄성 계수의 관계를 이용한다. 이 연산식 내의 3개의 파라미터(parameter)가 이미 알려져 있으면, 나머지의 미지 파라미터를 구할 수 있다. 일반적으로, 측정 대상물의 두께, 광탄성계수는 다른 수단으로 용이하게 구할 수가 있으므로, 미지 파라미터로서 복굴절량을 구하는 것에 의해 복수층 중 소정층의 주응력의 차이와 그 방향을 구할 수 있다.

또한, 1사이클 처리 시에 있어서, 측정 대상물과 렌즈를 광축 방향에 따라서 상대적으로 전후 이동시키는 것에 의해서, 복수층 간의 각 접촉 계면에 초점을 맞출 수 있다. 그리고, 측정 대상물로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 핀홀에 통과하는 것에 의해, 각계면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 추출할 수 있다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 상기 분리 과정에서 분리되어 초기의 광로를 돌아오는 제1 편광 중 상기 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 핀홀에 통과시켜 검출하는 반사광 검출 과정을 구비하고,

상기 연산 과정은, 또한 미리 구한 상기 조사 수단으로부터의 반사광의 광강도에 대한 상기 편광 검출과정으로 검출된 편광 및 상기 반사광 검출과정으로 검출된 편광의 양광강도의 변화량을 구하고, 이 변화량에 따라 실측에 의해 구해지는 제2 편광으로부터 검출한 편광의 광강도를 보정하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 광학 수단으로 분리된 제1 편광 중 초점면에서 반사하여 돌아오는 편광만이 추출된다. 따라서, 제1 편광과 제2 편광으로부터 추출한 양편광의 광강도로부터 측정 대상물을 투과하는 과정에서 편광이 응력에 의해 받은 변화량이 판명된다. 또한, 이 변화량을 보정하는 보정량을 구해 보정처리를 할 수 있다. 또한, 측정 대상물의 조사측을 제1층의 제1면으로 정의하고, 이 순서로 번호를 붙이면, 제1층의 제1면으로부터의 반사광의 광강도의 변화량은, 복굴절의 변화량을 포함하지 않는다. 따라서, 이 제1면으로부터 반사하는 반사광의 광강도를 이용하여 광량으로 실측에 의해 구해지는 제2편광을 보정할 수 있어, 측정정밀도를 올릴 수 있다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 상기 반사광이 상기 광학 수단에 입사하기 전에, 복굴절의 변화량을 미리 결정할 수 있던 광학소자에 반사광을 투과시키는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 반사광을 분리하기 전에 광학소자에 투과시키는 것에 의해, 소정층을 통과 했을 때에 작용하고 있는 복굴절의 변화량에 광학소자가 가지는 미리 정해진 복굴절의 변화량이 합산된다. 따라서, 소정층에 작용하고 있는 복굴절의 변화량의 값이 작아도, 기준이 되는 역치(threshold value) 레벨을 높이고 있기 때문에, 용이하게 그 값을 구할 수 있고, 더 나아가서는 소정층에 작용하고 있는 미소한 주응력의 차이와 그 방향을 정밀하게 구할 수 있다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 상기 측정 대상물에 조사한 편광과, 이 측정 대상물과의 광축 회전의 상대적인 회전은, 상기 편광을 광축 회전으로 회전시키는 광학소자를 상기 광학 수단과 렌즈의 사이에 배치하여 행하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 직선 편광을 만드는 광학계와 분리 과정의 광학계만을 회전시키면 좋기 때문에, 측정 대상물 등을 회전시키거나 광학계를 회전시키거나 하는 큰 비용이 드는 구동 기구 등이 불필요해진다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 상기 측정 대상물의 최외측의 층에 압압(押壓)을 건 압압 상태와 비압압 상태 때의 각 주응력의 차이를 구해, 두 값의 편차에 근거하여, 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이 상태를 특정 하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 측정대상인 소정층에 작용하고 있는 응력이 압축응력일까 인장응력일까를 용이하게 특정할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판 등의 판상물에 응력이 작용하고 있는 경우, 통상, 휘어짐이 발생하고 있다. 이 상태로 요입(凹入) 만곡하고 있는 내측에는 압축응력이 작용하고 있고, 휘어져 있는 외측에는 인장응력이 작용하고 있다. 또한, 복수층이 적층되어 있는 경우는, 같은 현상이 발생하고 있다. 즉, 요입 만곡측에 위치하는 층에 압축응력이 작용하고, 외측의 층에 인장응력이 작용한다.

여기서, 비압압상태로 구한 소정층의 주응력의 차이의 방향에 대해서는, 90°의 부정성이 있다. 그래서, 최외측의 층을 압압상태로 측정했을 때, 그 층의 응력 차이가 커지면, 그 층은 인장 상태인 것이 판명된다. 반대로, 응력 차이가 작아지면, 압축 상태이다고 판명된다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 또한 상기 1사이클 처리를 측정 대상물의 중앙 근처의 미리 결정한 위치로부터 단테두리(端緣) 방향으로 간헐적 또는 연속적으로 행하고, 이 1사이클 처리를 편광과 측정 대상물과의 광축 회전으로 회전시켜 적어도 3개소에서 행하며, 상기 연산처리 과정은, 복수회의 1사이클처리마다 동일 초점면 상의 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향을 구하고, 또한 이 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향으로부터 2개의 분포곡선을 근사하여, 이 곡선으로부터 소정층에 작용하는 주응력의 차이가 압축인가 인장인가를 특정하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 구해지는 분포곡선으로부터 초점면마다 작용하는 응력의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 2개의 분포곡선으로부터 초점면에 작용하는 주응력의 차이가 압축인가 인장인가를 특정할 수 있다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 또한 상기 측정 대상물과 같은 시료를 이용하여 해당 시료에 압축 및 인장 응력을 작용시켜, 상기 시료로부터의 반사광을 광탄성 변조기에 입력시키고, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조 하여, 상기 분리 과정에서 분리된 변조 후의 제2 편광을 락인 앰프(lock-in amp.)에 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 미리 기준 정보를 취득하며, 상기 측정 대상물의 실측에 있어서, 해당 측정 대상물로부터의 반사광을 광탄성 변조기에 입력시켜, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조하고, 상기 분리 과정에서 분리된 변조 후의 제2 편광을 락인 앰프에 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 실측 정보를 취득하며, 상기 실측 정보와 기준 정보를 비교하여, 주응력의 차이 상태를 특정하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 소정의 주파수의 변조를 광탄성 변조기를 이용하여 제2 편광에 걸치는 것과 동시에, 해당 제2 편광을 락인 앰프에 입력시키는 것에 의해, sin의 2승 커브로부터 직류 성분을 제거하여, 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 추출할 수 있다. 따라서, 동일 시료로 구한 압축 및 인장의 기준 정보와 실측에 의해 구해지는 실측 정보를 비교하는 것에 의해서, 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이가 압축인지, 그렇지 않으면 인장인지를 용이하게 특정할 수 있다.

또한, 상기 발명의 광탄성 측정방법에 있어서, 초점을 맞추는 렌즈를 고정하고, 상기 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축회전으로 상대적으로 0으로부터 180°회전시켜, 구해지는 복굴절량이 최소로 되는 각도를 미리 검출하여 해당 각도에 광축을 맞추는 과정과, 상기 1사이클 처리를 행하는 소정 회전 각도로의 이동에 동기시켜 상기 렌즈를 회전시키는 과정을 구비하는 것이 바람직하다.

이 광탄성 측정 발명에 의하면, 렌즈 자체가 가지는 잔류응력을 무시할 수 있다. 즉, 렌즈를 고정한 상태로 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축회전으로 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 렌즈 자체가 가지는 잔류응력의 영향으로 발생하는 복굴절량의 변화를 구할 수 있다. 환언하면, 해당 복굴절량이 최소로 되는 각도에 광축을 맞춘 후에, 제1광학 수단과 동기를 취하면서 회전시켰을 경우, 렌즈가 가지는 복굴절량이 항상 최소의 값이 된다. 따라서, 해당 복굴절량을 무시하고, 측정 대상물에 발생하고 있는 복굴절량의 변화만을 이용할 수 있다. 따라서, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 이 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 취한다.

즉, 광탄성 측정장치로서, 복수의 층으로 구성되는 투과성을 가지는 측정 대상물을 유지하는 유지수단과, 상기 측정 대상물로 향해서 광을 조사하는 조사수단과, 상기 광을 투과시켜 직교하는 2방향의 편광성분으로 구성되는 편광으로 하는 제1 광학수단과, 상기 편광을 투과시켜 상기 측정 대상물의 소정층의 계면에 초점을 맞추는 렌즈와, 상기 측정 대상물의 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광 중 초기의 광로를 돌아오는 제1편광과, 이 제1편광과 직교하는 제2편광을 다른 광로 로 분리하여 출력하는 분리수단과, 분리된 상기 제2편광 중 상기 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 통과시키는 핀홀이 형성된 부재와, 상기 핀홀을 통과 한 제2편광의 광강도를 검출하는 제1검출수단과, 상기 렌즈와 유지수단을 편광의 광축 방향에 따라서 상대적으로 전후 이동시키는 이동수단과, 상기 유지수단과 상기 제1 광학수단을 광축회전으로 상대적으로 회전시키는 회전수단과, 상기 회전수단에 의해 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축회전으로 상대적으로 회전시켜, 적어도 소정의 3개소마다 상기 제1검출수단으로 검출된 상기 편광의 광강도의 변화량과 검출각도의 위치정보에 근거하여 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브로서 구하고, 이 sin의 2승 커브로부터 측정 대상물의 각층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 광탄성 측정장치에 의하면, 유지수단에 유지된 측정 대상물로 향해서 조사수단으로부터 조사된 광이, 광학수단에 의해서 직선편광으로 된다. 이 편광을 조사하면서 이동기구에 의해서 유지수단과 측정 대상물이 광축 방향에 따라서 전후로 이동하게 되는 것에 의해, 소정의 계면에 초점이 합쳐진다. 그 초점면 및 다른 계면 등에서 편광이 반사하여 제1광학수단으로 되돌려져, 각층을 투과할 경우에 복굴절에 의한 변화량이 작용하고 있지 않는 편광이, 제1편광으로서 초기 광로로 되돌려진다. 복굴절에 의한 변화량이 작용하여 생긴 반사광은, 제2편광으로서 광학수단에 의해서 제1편광과는 다른 광로로 출력된다.

제1 광학수단으로부터 출력된 제2편광이 핀홀을 통과할 경우에, 초점이 합쳐진 소정의 계면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만이 추출되어, 이 편광이 제1검출 수단에 의해 검출된다. 이 처리를 1사이클 처리로 하여, 직선 편광과 측정 대상물을 상대적으로 회전시켜, 임의의 적어도 3개소의 회전 각도마다, 1사이클 처리를 행하여 각 사이클 처리시의 제2편광의 광강도의 변화량을 취득한다.

연산수단은, 사이클 처리마다 취득한 복수개의 광강도의 변화량과 그 회전 각도의 위치정보로부터 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브를 구하고, 이 sin의 2승 커브로부터 측정 대상물의 각층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구할 수 있다. 즉, 제1의 방법 발명을 호적(好適)으로 실현할 수 있다.

또한, 이 장치 발명에 의하면, 분리수단으로 분리된 제1편광 중 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 통과시키는 핀홀이 형성된 부재와, 핀홀을 통과 한 편광의 광강도를 검출하는 제2검출수단을 구비하고, 연산수단은, 제1검출수단에 의해 검출된 편광의 광강도를 이용하여 제2검출수단에 의해 검출된 편광의 광강도를 제산(除算)하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제1 및 제2 편광으로부터 응력에 의해 받은 변화량이 판명되는 것과 동시에, 이 변화량을 보정하는 보정량을 구할 수 있다. 또한, 제1층의 제1면으로부터의 반사광의 광강도의 변화량은, 복굴절의 변화량을 포함하지 않는 측정 대상물의 제1면으로부터 반사하는 광량으로 보정할 수 있어, 측정정밀도를 올릴 수 있다. 즉, 제2의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 이 장치 발명에 의하면, 반사광이 상기 분리수단에 입사하는 전단에, 복굴절의 변화량이 미리 결정된 제2광학수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제3의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 이 장치 발명의 회전수단으로서, 예를 들면, 제1광학수단으로부터 측정 대상물로 향하는 편광을 투과시켜, 그 광축회전으로 회전시키는 광학소자를 이용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 회전 각도마다 구해지는 편광의 광강도의 값으로부터 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브로서 구하고, 이 sin의 2승 커브로부터 응력 차이의 방향이 산출된다. 최저 3종의 각도에 의해 편광 강도로부터 sin의 2승커브를 견적할 수 있다. 즉, 제4의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 이 장치 발명에 의하면, 또한 이하의 구성을 포함하는 것에 의해, 측정 대상물에 작용하는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정할 수 있다.

즉, 상기 구성은 압압 부재의 선단을 측정 대상물의 최외측의 층에 접촉시켜 압압하는 작용 위치와 비접촉 상태로 이간(離間)한 대기 위치에 걸쳐서 압압 부재를 이동시키는 이동기구를 더 구비하고, 상기 연산수단은 측정 대상물의 최외측의 층에 압압을 건 압압상태와 비압압상태 때의 각 주응력의 차이를 구해, 두 값의 편차에 근거하여 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제5의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 상기 구성은 측정 대상물로 향하는 편광을 측정 대상물의 중앙근처 소정 위치로부터 단테두리 방향으로 간헐적 또는 연속적으로 주사하는 주사수단을 구비하고, 상기 연산수단은 상기 주사수단의 편광의 주사에 의해 검출되는 제2편광을 이용하여 동일 초점면 위의 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향을 구하며, 또한 이 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향으로부터 2개의 분포곡선을 근사하여, 이 곡선으로부터 소정층에 작용하는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 판단할 수 있다. 이 구성에 의하면, 제6의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 상기 구성은 상기 측정 대상물로부터의 반사광을 입력시켜, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조하는 광탄성 변조기와, 변조되어 핀홀을 통과한 제2편광을 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 실측 정보를 추출하는 락인 앰프를 구비하며, 상기 연산수단은 상기 측정 대상물과 같은 시료를 이용하여 해당 시료에 압축 및 인장 응력을 작용시켰을 때의 각 주응력의 차이를 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 미리 기준 정보를 취득하여 두고, 해당 기준 정보와 실측 정보를 비교하여, 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이 상태를 특정하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제7의 방법 발명을 호적으로 실현할 수 있다.

또한, 이 장치 발명에 의하면, 상기 유지수단을 경사(傾斜)시키는 구동수단과 상기 검출수단에 의해서 검출된 편광의 위치에 따라 유지수단에 유지된 측정 대상물의 경사량이 상기 연산수단에 의해 구해지고, 이 경사량에 따라서 상기 구동 수단을 작동시켜 상기 유지수단의 평행도를 유지시키는 구동 제어수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 유지수단으로 유지된 측정 대상물의 평행도가 유지되므로, 측정 대상물에서 반사하여 돌아오는 제1편광이, 초기의 직선 편광과 광로와 중첩된다. 즉, 광로가 어긋나지 않고, 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 제1 및 제2편광을 각 핀홀로 확실하게 통과시킬 수 있어 측정대상의 편광을 정밀하게 검출할 수 있다.

또한, 이 장치 발명에 의하면, 상기 렌즈를 편광의 광축회전으로 회전시키는 렌즈 회전 수단과 상기 구동 수단은, 상기 렌즈를 고정하고, 조사 수단으로부터 측정 대상물에 광을 조사하면서 유지수단과 제1 광학수단을 광축회전으로 상대적으로 0으로부터 180°회전시켜, 구해지는 복굴절량이 최소로 되는 각도를 미리 검출하고, 렌즈와 제1 광학수단을 상대적으로 회전시켜 검출된 해당 각도에 위치를 맞추며, 회전수단을 조작하여 유지수단과 제1 광학수단을 광축회전으로 상대적으로 회전시키는 것에 동기시켜 렌즈회전수단을 회전조작하여 렌즈를 광축회전으로 회전시키도록 구성하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 렌즈 자체가 가지는 잔류응력을 무시할 수 있다. 즉, 렌즈를 고정한 상태에서 유지수단과 제1 광학수단을 상대적으로 0~180°회전시키는 것에 의해, 렌즈 자체가 가지는 잔류응력의 영향으로 발생하는 복굴절량의 변화를 구할 수 있다. 환언하면, 해당 복굴절량이 최소로 되는 각도에 광축을 맞춘 후에, 제1 광학수단과 동기를 취하면서 회전시켰을 경우, 렌즈가 가지는 복굴절량이 항상 최소의 값으로 된다. 따라서, 해당 복굴절량을 무시한 상태로 측정 대상물에 생기고 있는 복굴절량의 변화만을 이용할 수 있다. 그 결과, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[발명의효과]

본 발명에 관련되는 광탄성 측정방법 및 그 장치에 의하면, 측정 대상물의 범위 내 초점을 맞춘 소정층으로부터 반사하여 돌아오는 반사광 중 편광 상태의 변화한 편광성분만을 추출하고, 이 편광성분의 광강도의 변화량을 참조하는 것에 의해, 임의의 층에 작용하고 있는 응력의 영향으로 생기는 복굴절의 변화량을 추출 할 수 있는 것과 동시에, 이 복굴절의 변화량으로부터 임의의 층에 작용하고 있는 주응력의 차이 및 그 방향을 정밀하게 구할 수 있다. 또한, 검출하는 편광의 광강도의 변화 상태로부터 응력이 작용하고 있는 층도 분별할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 관련되는 광탄성 측정방법을 실현하는 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 평행도 검출부에 의한 편광의 수광 상태를 나타내는 평면도이다.

도 3은 주응력의 차이와 그 방향을 측정하는 일순(一巡)의 처리 및 동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 4는 측정 대상물의 각 초점면에서 반사하는 반사광의 상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 제2 편광의 광강도의 검출 상태를 나타내는 도면이다.

도 6은 실시예 2에 관련되는 광탄성 측정방법을 실현하는 장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 변형예 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 8은 변형예 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9는 락인 앰프에 의해 얻어지는 탄성 신호의 출력 도면이다.

도 10은 유리 기판에 작용하고 있는 탄성 응력 상태를 나타내는 비교도이다.

도 11은 측정 대상물에 작용하는 주응력 차이의 방향을 측정하는 모식도이다.

도 12는 차광판의 평면도이다.

도 13은 변형예 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 14는 변형예 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1…광원 3…제1 편광 검출부

4…반사 미러 5…광학계 유니트

6…대물렌즈 7…가동대

8…재치대(載置臺) 9…제2 편광 검출부

10…제1 비편광 빔 스플리터 11…편광판

12...BDP 13…λ／4파장판

15…핀홀 19…핀홀

22…평행도 검출기 23…제어 유니트

24…연산처리부 25…구동제어부

27…구동 기구 28…액츄에이터

(실시예 1)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 광탄성 측정방법을 이용한 실시예 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이 실시예 장치는 액정패널이나 플라즈마 디스플레이와 같이 2매의 투과성을 가지는 유리기판(W1,W2)을 미소 간격을 두어 중첩된 측정 대상물(W)과, 중앙에 개구(開口)(H)가 형성된 재치대(8)에 평면유지한 측정 대상물(W)로 향해서 광을 조사하는 광원(1)이 배치되어 있다. 또한, 이 광원(1)으로부터 측정 대상물(W)까지의 광로 상에 대물렌즈(2), 제1 편광 검출부(3), 반사 미러(4), 광학계 유니트(5), 대물렌즈(6)을 구비하여 전후로 이동하는 가동대(7), 및 제2 편광 검출부(9)가 배치되어 있다. 이하, 이것들 각 구성에 대하여 상술한다.

광원(1)은 근적외선 영역의 SLD(Super Luminescent Diode)나 반도체 레이저나 백색 LED(Light emitting diode) 등의 랜덤(random) 편광의 것이 이용된다. 이 광원(1)으로부터 출력된 광은 대물렌즈(2)에 의해 집광되어 제1 편광 검출부(3)를 구성하는 제1 비편광 빔 스플리터(beam splitter)(10)로 향한다. 또한 광원(1)은 본 발명의 조사 수단에 상당한다.

제1 비편광 빔 스플리터(10)는 무극성의 것이다. 다시 말하면, 광원(1)으로부터의 광을 직진 방향과 직교 방향으로 2분(分)한다. 한 편은 측정계의 밖(도 1 중의 일점쇄선의 화살표로 나타내는 방향)으로 나온다. 또한, 이 실시예에서는, 측정 대상물(W)로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 2분하여, 한 편을 제1 편광 검출부(3)의 제1 포토다이오드(21)로 향하게 한다. 다른 편은 광원 측으로 돌아온다.

다시 말하면, 제1 비편광 빔 스플리터(10)는 측정 대상물(W)로부터 반사한 광을 직각 방향으로 분기하여 제1 편광검출부(3)의 제1포토다이오드(21)로 향하게 한다. 즉, 측정 대상물(W)의 각 유리 기판 W1, W2의 각 표면 및 각 이면에서 반사 하여 초기의 직선 편광과 동일 광로로 돌아오는 직선 편광(이하, '제1편광 A'라고 한다) 중, 편광면이 초기의 편광 상태와 같은 편광성분이 제1 비편광 빔 스플리터 (10)로 되돌려진다.

반사 미러(4)는 중앙에 구멍(H)이 형성된 링 형상이고, 그 경면을 측정 대상물(W)로 향한 경사 자세로 배치되어 있다. 즉, 광원(1)으로부터의 한 편의 직선 편광 및 측정 대상물(W)로부터 반사하여 동일 광로를 돌아오는 제1편광 A를 구멍(H)으로 통과시킨다. 또한, 측정 대상물(W)로 반사하여 돌아오는 직선 편광 가운데, 측정 대상물(W)을 투과하는 과정에서 응력의 영향에 의해 편광 상태가 변화한 성분을 후술하는 광학계 유니트(5)를 구성하는 Beam Displacing Prism(12)(이하, 'BDP(12)'라고 한다)를 통과시켰을 때, 초기상태의 제1편광 A와 다른 방향으로 출력되는 다른 편의 제2편광 B를 반사시켜 제2편광 검출부(9)로 향하게 한다. 구체적으로는, 광학계 유니트(5)를 직선 편광의 광축 회전으로 회전시켰을 때, BDP(12)로부터 출력되는 제2편광 B는 소정의 원형궤도를 통과한다. 반사 미러(4)는 이 제2편광 B의 원형궤도에 맞춘 링 형상이며, 제2편광 B를 제2편광 검출부(9)를 향해서 반사할 수 있도록 구성되어 있다.

광학계 유니트(5)는 광원(1) 측으로부터 순서대로 편광판(11), BDP(12), λ／4 파장판(13), 및 BDP(12)에 입사한 반사광 중 분리 출력되는 제2편광 B의 광로 상에 핀홀(15)이 형성된 판상물(16)이 배치된 구성으로 되어 있다.

편광판(11)은 제1 비편광 빔 스플리터(10)로부터 도달한 랜덤 편광을 투과시켜, 그것을 편광판(11)을 통하는 것으로, 직선 편광으로 하여 BDP(12)로 향하게 한다. 또한, 편광판(11)은 본 발명의 제1광학 수단에 상당한다.

BDP(12)는 도달한 직선 편광을 전투과시켜 하류측으로 향하게 한다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여 돌아오는 편광을 투과시켰을 때, 입사 때와 같은 편광면을 가지는 직선 편광(수직성분인 제1편광 A)을 동일 광로로 되돌리고, 측정 대상물(W)을 투과하는 과정에서 측정 대상물(W)에 작용하고 있는 응력의 영향을 받아 편광 상태가 변화한 성분(수평성분의 제2편광 B)만을 추출하여, 제1편광 A와는 다른 방향으로 출력한다. 즉, 제2편광 B는 상류측에 배치된 반사 미러(4)를 향해서 출력된다. 또한, BDP(12)는 본 발명의 분리 수단에 상당한다.

λ／4 파장판(13)은 BDP(12)에 대해서 광축 회전에 미소각(예를 들면, 0.001라디안) 기울여 배치되고, BDP(12)로부터 입사하는 직선 편광을 타원편광으로 한다. 또한, 측정 대상물(W)의 각면으로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 그 내부로 통과시키는 것에 의해, 거의 직선 편광으로 되돌린다. 즉, 측정 대상물(W)의 유리 기판 W1이나 W2에 응력이 작용하고 있는 경우, 광탄성에 의해 편광성분의 위상이 변화하고, 이 변화가 생긴 타원편광을 통과시켜, 복굴절의 변화량을 포함한 직선 편광으로 변환한다.

또한, λ／4 파장판(13)은 미리 정해진 복굴절의 변화량을 가지는 광학 부재이며, 제2 편광 검출부(9)에서 검출되는 제2편광 B의 광강도의 검출신호 Is의 값을 크게 하고 있다. 즉, λ／4 파장판(13)은 본 발명의 제2광학 수단으로서 기능한다.

환언하면, 측정 대상물(W)에 작용하고 있는 응력의 영향을 받은 제2편광 B의 광강도의 검출신호 Is는 초기 광의 광강도의 신호에 비해 미소한 경우가 있다. 이와 같은 경우, 외란의 영향으로 발생하는 노이즈 성분이 더해져 제2편광 B의 검출신호 Is를 정밀하게 구할 수 없다. 그래서, 미리 정해진 복굴절의 변화량을 가지는λ／4 파장판(13)을 개재(介在)시켜, 광강도의 검출신호 Is를 의도적으로 증가시키는 것에 의해, 제2편광 B의 검출신호 Is의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, λ／4 파장판(13)은 본 발명의 제2광학 수단에 상당한다.

판상물(16)의 핀홀(15)은 하류측에 배치한 대물렌즈(6)를 광축에 따라서 전후로 이동시켜, 측정 대상물(W)을 구성하는 유리 기판 W1, W2의 각층의 표면이나 이면에 초점을 맞추었을 때의 각 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 반사광 가운데, BDP(12)로 분리된 제2편광만이 통과하도록 되어 있다. 또한, 이 실시예의 초점면은, 유리 기판 W1의 표면과 그 표면에 접하는 공기층과의 접촉 계면, 유리 기판 W1, W2의 간극에 있는 공기층과 접촉하는 유리 기판 W1의 이면 또는 유리 기판 W2의 표면과의 접촉 계면, 및, 유리 기판 W2의 이면과 재치대(8)의 표면과의 접촉 계면이 있다.

대물렌즈(6)은 가동대(7)에 장착되어 있다. 즉, 가동대(7)의 전후 이동에 연동하여 광학계 유니트(5)로부터 측정 대상물(W)로 향하게 하는 타원편광의 초점위치를 변위 가능하게 구성되어 있다.

재치대(8)는 구형(矩形) 모양의 측정 대상물(W)의 단테두리 부분을 유지하면 서, 중앙 부분에서는 광을 통과시키도록 구멍이 형성되어 있다.

제2 편광 검출부(9)는 렌즈(9a)와 제2 포토다이오드(9b) 등으로 구성되어 있다. 즉, 반사 미러(4)로 반사된 제2 편광 B가 렌즈(9a)로 집광되어 제2 포토다이오드(9b)로 수광된다. 이 수광된 광강도를 검출신호 Is로 변환하여 제어 유니트(23)로 송신한다. 또한, 제2 편광 검출부(9)는 본 발명의 제1 검출 수단에 상당한다.

제1 편광 검출부(3)는 제1 비편광 빔 스플리터(10), 제2 비편광 빔 스플리터 (17), 렌즈(18), 핀홀(19)이 형성된 판상물(20), 및 제1 포토다이오드(21)로 구성 되어 있다. 또한, 제1 편광 검출부(3)는 본 발명의 제2 검출 수단에 상당한다.

제2 비편광 빔 스플리터(17)는 무극성의 것이며, 광을 직진 방향과 직교 방향으로 2분한다. 즉, 제1 비편광 빔 스플리터(10)로부터 도달한 광을 분기한다. 각각의 광을 제1 포토다이오드(21)와 평행도 검출기(22)로 향하게 한다.

렌즈(18)는 제2 비편광 빔 스플리터(17)로부터 도달한 직선 편광을 집광하여, 판상물에 형성된 핀홀(19)에 초점이 맞추어지고 있다.

제1 포토다이오드(21)는 핀홀(19)을 통과한 제1편광 A를 수광하고, 광강도의 검출신호 Ir로 변환하여 제어 유니트(23)로 송신한다.

평행도 검출부(22)는 재치대(8)에 유지된 측정 대상물(W)의 변형이나 휘어짐의 발생상태를 검출한다. 도 2에 나타낸 것과 같이, 평행도 검출부(22)는 4개의 포토다이오드(22a∼22d)가 2차원 배열 상태로 인접 배치되어 있고, 제2 비편광 빔 스플리터(17)로부터 도달하는 직선 편광의 광축이 서로 인접하여 합쳐지는 중심점 C에 위치하여, 4개의 포토다이오드(22a∼22d)에 걸쳐서 균등하게 수광되도록 되어 있다.각 포토다이오드(22a∼22d)에서 수광한 직선 편광을 광강도의 검출신호로 변환하여 제어 유니트(23)로 송신한다. 즉, 평행도 검출부(22)는 반사광의 광로의 엇갈림을 검출하고 있다. 또한, 평행도 검출부(22)는 본 발명의 검출 수단에 상당한다.

제어 유니트(23)는 연산처리부(24), 구동제어부(25), 및 조작부(26) 등을 포함한다. 이하, 각 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

연산처리부(24)는 주로 2종류의 처리를 행하고 있다. 제1의 처리로서, 재치대(8)에 유지된 측정 대상물(W)의 휘어짐 등의 영향에 의해서, 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광이, 제1 및 제2 편광 검출부(9)(3)의 양 포토다이오드(9b,21)로 수광되도록 광로의 엇갈림의 보정량을 산출한다. 제2의 처리로서, 측정 대상물 (W)의 소정의 유리 기판 W1 또는 W2에 작용하고 있는 응력에 의해서 발생하는 복굴절의 변화량, 광탄성계수, 및 유리 기판의 두께 중 미지 파라미터, 및 소정의 유리 기판에 작용하는 주응력의 차이와 그 방향을 구한다. 이러한 것들의 구체적인 처리에 대해서는 동작설명으로 상술한다. 또한 연산처리부(24)는 본 발명의 연산 수단에 상당한다.

구동제어부(25)는 조작부(26)에 의해서 설정된 조건에 근거하는 구동신호를 회전구동기구(27)나 액츄에이터(28)에 송신한다. 즉, 회전구동기구(27)가 광원(1)으로부터의 초기광의 광축회전으로 광학계 유니트(5)를 소정의 회전각도로 회전이동 하도록 제어한다. 또한, 재치대(8)를 XY 평면 상에서 틸트(tilt)시킨다. 또한, 회전구동기구(27)는 본 발명의 회전 수단에, 액츄에이터(28)는 구동 수단에 각각 상당한다.

이러한 것들의 각 구성을 포함한 제어 유니트(23)는 상기의 처리 이외에 초기의 설정 조건에 근거하여 각 구동 기구 등의 동작을 제어한다.

다음으로, 상기 실시예 장치를 이용하여, 측정 대상물(W)의 각 유리 기판 W1, W2에 작용하는 주응력의 차이와 주응력의 차이의 작용하고 있는 방향을 측정 하는 일순의 동작 및 처리에 대해서, 도 3에 나타내는 플로우차트에 따라서 설명한다. 또한, 측정 대상물(W)을 구성하는 유리 기판 W1, W2의 양쪽 모두에 응력이 작용하고 있는 경우를 예로 하여 설명한다.

오퍼레이터(operator)는 조작부(26)를 조작하여 측정 대상물(W)의 총두께, 광학계 유니트(5)의 회전각과 측정 회수 등의 측정 조건을 설정 입력한다(스텝 S1). 또한, 이 실시예의 경우, 회전각은, 기준 0°, 45°, 90°의 3개소에서 측정 대상물(W)의 각 유리 기판 W1, W2에 작용하는 주응력의 차이와 그 방향의 측정을 행하도록 설정한다.

조건 설정이 완료되면, 재치대(8)에 측정 대상물(W)이 재치 유지되는 것과 동시에, 각 구동 기구가 작동 제어되어 측정개시할 수 있는 상태로 된다. 이 시점에서 가동대(7)가 작동하여, 대물렌즈(6)에 의한 초점위치가 측정 대상물(W)의 최표면에 맞추어질 수 있다. 이러한 측정 조건이 갖추어지면, 오퍼레이터는 테스트 조사를 한다(스텝 S2). 이 때, 광원(1)으로부터 측정 대상물(W)로 향해서 직선 편광이 조사되고, 반사하여 돌아오는 제1편광 A를 평행도 검출기(22)로 수광하여, 포토다이오드(22a∼22d)마다의 광강도의 검출신호를 제어 유니트(23)의 연산처리부 (24)로 송신한다.

연산처리부(24)는 포토다이오드(22a∼22d)마다의 광강도 값과 평균치로부터 광원(1)으로부터 측정 대상물(W)까지의 광로의 엇갈림의 유무를 판단한다(스텝 S3). 광로의 엇갈림이 있는 것이 확인가능한 경우, 연산처리부(24)는 측정 대상물 (W)의 휘어짐 등의 영향으로 일어나는 여파를 보정하기 위한 보정량을 구하여 신호 변환한다(스텝 S4). 이 보정 신호에 근거하여, 구동제어부(25)는 액츄에이터(28)를 작동시켜 재치대(8)를 틸트시키고, 반사광이 평행도 검출기(22)의 각 포토다이오드 (22a∼22d)에 균등하게 조사하도록 한다(스텝 S5).

광로 엇갈림의 여파 보정 처리가 완료되면, 재차 테스트 조사를 행한다. 이 시점에서 광로 엇갈림이 해소되어 있으면, 소정의 설정 각도로의 1회째의 제1측정을 개시한다(스텝 S6). 광로 엇갈림이 해소되어 있지 않으면, 스텝 S2로부터의 여파 보정 처리가 반복하여 행해진다.

제1 측정에서는 광학계 유니트(5)를 X, Y 축의 기준 0°에 위치가 맞추어진 상태로 측정을 개시한다. 구체적으로는, 광원(1)으로부터 측정 대상물(W)로 향해서 광을 조사한다. 광은 대물렌즈(2)로 집광되어 제1 비편광 빔 스플리터(10)로 분기 되어 직진한다. 이 광은 편광판(11)에서 직교성분으로 되는 직선 편광으로 되어 BDP(12)를 전투과하여 측정 대상물(W)에 도달한다.

이 광을 조사하면서 측정 대상물(W)의 두께분만큼 가동대(7)를 전진시켜, 유리 기판 W1, W2의 각 표리(表裏)면에서 반사하여 돌아오는 제1편광 A와 제2편광 B를 제1 및 제2 포토다이오드(9b)(21)으로 수광한다. 이러한 각 광강도의 변화를 실 시간으로 검출신호 Is, Ir로 변환하여 연산처리부(24)로 송신한다.

이 때, 유리 기판 W1, W2에 응력이 작용하고 있는 경우, 각 초점면에서 반사하여 돌아오는 반사광에 제2편광 B가 포함되어 있다. 즉, 도 4에 나타내는 것과 같이, 유리 기판 W1의 표면과 공기층과의 접촉계면(초점면 P1)에서 반사하여 돌아오는 반사광 R1, 유리 기판 W1과 유리 기판 W2와의 미소 간극의 공기층과 유리 기판 W1의 이면과의 접촉계면(초점면 P2)에서 반사하여 돌아오는 반사광 R2, 공기층과 유리 기판 W2의 표면과의 접촉계면(초점면 P3)에서 반사하여 돌아오는 반사광 R3, 및 유리 기판 W2와 재치대(8)과의 접촉계면(초점면 P4)에서 반사하여 돌아오는 반사광 R4의 각각에, 제2편광 B의 광강도의 검출신호 Is의 성분이 포함되어 있다.

각 초점면 P1∼P4에서 반사하여 돌아오는 반사광은 초기 광과 동일 광로로 되돌려져 다시 BDP(12)를 투과하게 된다. 이 때, 응력의 영향을 받아 생긴 제2편광 B와 영향이 없는 제1편광 A로 분리된다. 분리된 제1편광 A는 상류측의 제1포토다이오드(21)로 수광된다. 제2편광 B는 제1편광 A와는 다른 광로로 출력되어 핀홀(15)을 통과하여 반사 미러(4)에 도달하고, 반사 미러(4)에 의해서 반사되어 제2 포토다이오드(9b)로 향한다. 제2 포토다이오드(9b)로 수광된 각 초점면 P1∼P4로부터 반사하여 돌아오는 제2편광 B의 광강도는 도 5에 나타내는 것과 같이, 3개의 정점 (peak)으로서 나타내어진다.

이 실시예에서는 초점면 P1∼P4가 4개소가 있기 때문에 4개의 정점이 발생해야 하지만, 3개의 정점으로 되어 나타내어진다. 이 현상은 공기층의 전후의 유리 면에서 반사하는 광에서 간섭이 발생하여 광강도가 높아지는 초점면 P2 및 P3에서 반사하여 돌아오는 반사광 R2 및 R3가 합성된 것으로 되어 있는 것이 새로운 식견으로서 얻어졌다. 이 도 5에서 나타내는 실선이 검출 대상의 광탄성 신호이고, 파선이 측정 대상물(W)에서 반사하여 돌아오는 반사광의 신호이다.

따라서, 연산처리부(24)는 우선, 이러한 제1 및 제2 포토다이오드(9b)(21)로부터의 검출신호의 범위내 초점면 P2, P3에서 반사하여 돌아오는 합성된 반사광에 포함되는 검출신호와 초점면 P2에서 반사하여 돌아오는 검출신호를 추출하여, 양검출신호 Is의 값을 보정한다. 즉, 제2편광 B의 검출신호 Is를 제1편광 A의 검출신호 Ir로 나눗셈한 Is/Ir로 보정한다. 그리고, 이 보정 후의 광강도 값과 측정 때의 광학계 유니트(5)의 회전각의 위치정보를 관련지어 기억시켜 둔다. 이상으로 제1 측정이 종료된다.

제1측정이 종료되면, 구동제어부(25)는 가동대(7)를 측정 개시위치로 복귀시키면서 동시에 광학계 유니트(5)를 광축회전으로 45°회전시켜 제1측정과 같은 처리의 제2측정을 행하고(스텝 S7), 또한 제2측정이 종료되면, 제3측정을 계속하여 행한다(스텝 S8).

제1측정∼제3측정이 종료되면, 연산처리부(24)는 유리 기판 W1, W2에 작용하고 있는 각 주응력의 차이와 그 방향을 구한다(스텝 S9). 구체적으로, 연산처리부(24)는 기억하여 둔 3개의 회전각의 광강도 값과 위치정보를 같은 초점면마다 일군(一群)의 데이터로서 정리하고, 데이터군마다 광강도 값을 XY 평면 상에의 플롯(plot)하여, 이 플롯상태로부터 광학계 유니트(5)를 1회전시켰을 때에 얻어지는 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브를 시뮬레이 션(simulation)에 의해 모델을 작성하고, 이 모델과 실측치를 최소 2승법에 의해 오차를 최소로 하도록 모델을 최적화 한다. 이하, 「시뮬레이션에 의한 근사」를 이 의미로 사용한다. 그리고, 얻어지는 sin의 2승 커브의 진폭이 최대치를 주응력의 차이로서 구한다. 또한, 이 때의 각도를 최대주응력 차이의 방향으로서 특정한다. 이상으로, 측정 대상물(W)의 각 유리 기판 W1, W2에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향(최대주응력 차이의 방향±45도)의 측정이 완료된다.

상술의 구성을 가지는 광탄성 측정장치에 의하면, 측정 대상물(W)의 유리 기판 W1의 표면에 초점을 맞추고, 측정 대상물(W)의 층 두께정도 대물렌즈(6)를 전진 이동시켜, 각 유리 기판 W1, W2에 대한 초점을 변위시키는 것에 의해, 각 초점면 P1∼P4로부터 반사하여 돌아오는 반사광 가운데, 유리 기판 W1, W2를 투과하는 과정에서 양유리 기판 W1, W2에 작용하고 있는 응력의 영향으로 편광 상태가 변화하여 발생한 수직성분의 제2편광 B만을 BDP(12)로 분리하여 꺼낼 수 있다. 이 BDP(12)로 분리한 제2편광 B를, 또한 핀홀(15)을 통과시키는 것에 의해, 유리 기판 W1의 이면(초점면 P2)과 유리 기판 W2의 표면(초점면 P3)으로부터 반사하여 돌아오는 유리 기판 W1의 응력의 영향을 받은 제2편광 B와, 유리 기판 W2의 이면(초점면 P4)으로부터 반사하여 돌아오는 유리 기판 W2의 응력의 영향을 받은 제2편광 B만을 추출할 수 있다. 환언하면, 모두 초점을 이용하는 것에 의해, 임의의 유리 기판(층)에 작용하고 있는 응력의 영향을 받은 제2편광을 측정할 수 있다.

그리고, 광학계 유니트(5)를 광축회전으로 회전시켜, 적어도 3개소의 소정의 회전각으로부터 같은 조건으로 취득한 일군의 제2편광 B의 광강도 값을 초점면 마 다 정리하여, XY 평면 상에의 플롯한다. 이 플롯 상태로부터 광학계 유니트(5)를 1회전 시켰을 때에 얻어지는 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브를 시뮬레이션에 의해 근사한다. 즉, 이 sin의 2승 커브로부터 진폭이 최대로 되는 개소를 복굴절량이 최대가 되면 특정하여, 그 때의 복굴절량을 이용하여 주응력의 차이를 구할 수 있다. 또한, 이 때의 각도를 최대주응력 차이의 방향으로서 특정할 수 있다.

또한, 평행도 검출기(22)를 이용하는 것에 의해, 측정광의 광로 엇갈림을 보정할 수 있어, 제1편광 A 및 제2편광 B를 제1 및 제2 포토다이오드(21)(9b)에서 정밀하게 수광할 수 있다.

또한, 복굴절량이 기지(旣知)의 λ／4 파장판(13)을 광학계 유니트(5)에 개재시켜 두는 것에 의해, 제2편광 B의 검출신호가 미소해도 증폭시킬 수 있다. 즉, 유리 기판 W1, W2에 작용하고 있는 미소한 응력에서도 정밀하게 측정할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예는 상기 실시예 1과 광학소자 등의 레이아웃을 변경하고, 광원으로부터 조사되는 모든 광을 측정에 기여하도록 구성하고 있다. 따라서, 같은 구성부분에는 동일 부호를 붙여 남겨두고 다른 부분에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 실시예 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이 실시예 장치는 광원(1A)으로부터 측정 대상물(W)까지의 광로 상에 제1 편광 검출부(3A), 편광판(40), 직선 편광판(41), λ／2 파장판(42), 제3 편광 빔 스플리터(43), λ／4 파장판(44), 광학계 유니트(5A), 및 대물렌즈(6)를 구비하여 전 후로 이동하는 가동대(7)가 배치되어 있다. 또한, 제3 편광 빔 스플리터(43)에서 분기된 광을 초기 광로와는 다른 광로로 향하는 그 광로 상에 렌즈(9a), 핀홀(16), 제2 포토다이오드(9b)가 배치되어 있다. 이하, 각 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

광원(1A)은 소정의 중심 주위의 광을 발생시킨다. 예를 들면, 본 실시예의 경우, 중심 주위가 635 nm의 반도체레이저가 이용된다. 이 광원(1A)은 출력되는 레이저 광이 수평성분으로 되도록 설치되어, 이 광은 제1 편광 검출부(3A)를 구성하는 제1 편광 빔 스플리터(10A)로 향한다. 또한 광원(1A)은 본 발명의 조사 수단에 상당한다.

제1 편광 빔 스플리터(10A)는 수평성분만을 투과시키는 극성을 가진다. 본 실시예의 경우, 광원(1A)으로부터의 모든 광을 직진 방향으로 투과시켜 편광판(40)으로 향하게 한다.

편광판(40)은 Faraday Rotator이며, 제1 편광 빔 스플리터(10A)로부터의 수평 편광을 45°회전시킨다. 이 편광을 직선 편광판(41)으로 향하게 한다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 45°거듭 회전시켜, 이 광학계에서는 수직 편광성분만으로 변환한다. 그 결과 반사광의 전 광량이 제1 편광 빔 스플리터(10A)를 직진 투과하지 않고, 초기 광과 직교하는 제2 포토다이오드(21)로 향하게 된다.

직선 편광판(41)은 왕복 투과하는 초기 광과 반사광을 직선 편광으로 한다.

λ／2 파장판(42)은 직선 편광판(41)으로부터 입사하는 45°의 직선 편광을 투과시키는 과정에서, 또한, 45°되돌려, 초기의 수평성분인 직선 편광으로 되돌려서 제3 편광 빔 스플리터(43)로 향하게 한다. 또한, 반사광에 대해서도 45°되돌려, 이 λ／2 파장판(42) 및 하류측의 λ／4 파장판(44)과의 협동에 의해 편광 방향을 90°회전시켜 제1 편광 빔 스플리터(10A)에의 반사광을 수직성분만으로 한다.즉, 전 광량의 반사광으로 한다.

제3 편광 빔 스플리터(43)는 초기 광로 및 하류측의 BDP(12)로 분리 출력되는 2개의 직선 편광의 광로에 걸쳐 배치되어 있다. 또한, 제3 편광 빔 스플리터 (43)는 극성을 가져, 수평성분의 직선 편광을 직진시키고, 수직성분은 직교하는 방향으로 향하게 한다. 즉, λ／2 파장판(42)으로부터의 직선 편광은 모두 투과시켜 하류측의 λ／4 파장판(44)으로 향하게 하고, 반사광 중 측정 대상물(W)을 투과하는 과정에서 응력의 영향을 받아 발생한 수평성분은 초기 광로와 직교하는 방향으로 향하게 한다. 즉, 제2 포토다이오드(9b)로 향하게 한다.

λ／4 파장판(44)은 초기 광로 및 하류측의 BDP(12)로 분리 출력되는 2개의 직선 편광의 광로에 걸쳐 배치되어 있다. 즉, 제3 편광 빔 스플리터(43)로부터 도달하는 직선 편광을 투과시켜, 또한, 45°기울게 하여, 원형편광으로 한다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여, BDP로 분리되어 상류측의 λ／4 파장판(13a)을 투과하여 돌아오는 2개의 제1 및 제2 원형편광 A, B의 양측으로도, 또한, 45°회전시켜 원형편광으로부터 직선 편광으로 되돌린다. 즉, 측정 대상물(W)의 유리 기판 W1나 W2에 응력이 작용하고 있는 경우, 광탄성에 의해 편광의 위상이 변화하고, 이 변화가 생긴 타원편광을 통과시켜, 복굴절의 변화량을 포함한 직선 편광으로 변환 한다.

광학계 유니트(5A)는 광원(1A)측으로부터 순서대로 λ／4 파장판(13A), BDP(12), 및 광탄성 변조기(45)로 구성되어 있다.

λ／4 파장판(13A)은 초기 광로 및 하류측의 BDP(12)로 분리 출력되는 2개의 직선 편광의 광로에 걸쳐 배치되어 있다. 즉, 상류측으로부터의 원형편광을 투과시켜, 또한, 45°회전시켜 직선 편광으로 되돌린다. 또한, 측정 대상물(W)로부터의 반사광인 타원편광을 그 내부로 통과시키는 것에 의해, 또한, 45°기울여 원형편광으로 한다.

BDP(12)는 도달한 직선 편광을 전투과시켜 하류측의 광탄성 변조기(45)로 향하게 한다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여 돌아오는 편광을 투과시켰을 때, 입사 때와 같은 편광면을 가지는 직선 편광(수직성분인 제1편광 A)을 동일 광로로 되돌려, 측정 대상물(W)을 투과하는 과정에서 측정 대상물(W)에 작용하고 있는 응력의 영향을 받아 편광 상태가 변화한 성분(수평성분의 제2편광 B)만을 추출하여, 제1편광 A와는 다른 방향으로 출력한다. 즉, 제1편광 A 및 제2편광 B는, BDP(12)의 같은 면의 다른 위치로부터 출력된다. 또한, BDP(12)는 본 발명의 분리 수단에 상당한다.

광탄성 변조기(45)는 측정 대상물(W)로 향하는 직선 편광을 타원편광으로 한다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여, 측정 대상물(W)에 작용하고 있는 응력의 영향으로 타원편광의 방향이 광축회전으로 미소하게 회전한 타원편광을 그대로 전투과시킨다.

또한, 광탄성 변조기(45)는 미리 정해진 복굴절의 변화량을 가지므로, 제2 편광 검출부(9)로 검출되는 제2편광 B의 광강도의 검출신호 Is의 값을 크게 한다.즉, 광탄성 변조기(45)는 본 발명의 제2 광학 수단으로서 기능한다.

재치대(8)는 구형상(矩形狀)의 측정 대상물(W)의 단테두리 부분을 유지하면서, 중앙 부분에서는 광을 통과시키도록 구멍 H가 형성되어 있다.

제2 편광 검출부(9)는 렌즈(9a), 핀홀(15)이 형성된 판상물(16), 제2 포토다이오드(9b) 등으로 구성되어 있다. 즉, 제3 편광 빔 스플리터(43)에서 광로가 변경 된 수직성분의 제2편광 B가 렌즈(9a)로 집광되어, 핀홀(15)에 의해 초점으로부터 반사하여 돌아오는 편광만이 추출된다. 이 편광은 제2 포토다이오드(9b)에서 수광 되어 광강도의 검출신호 Is로 변환되어 제어 유니트(23)으로 송신된다. 또한, 제2 편광 검출부(9)는 본 발명의 제1 검출 수단에 상당한다.

제1 편광 검출부(3)는 제1 편광 빔 스플리터(10A), 제2 비편광 빔 스플리터 (17A), 핀홀(19)이 형성된 판상물(20), 및 제2 포토다이오드(21)로 구성되어 있다. 또한, 제1 편광 검출부(3)는 본 발명의 제2 검출 수단에 상당한다.

제2 비편광 빔 스플리터(17A)는 광을 직진방향과 직교방향으로 2분한다. 즉, 제1 편광 빔 스플리터(10A)로부터 도달한 광을 분기한다. 각각의 광을 제1 포토다이오드(21)와 평행도 검출기(22)로 향하게 한다.

제1 포토다이오드(21)는 핀홀(19)을 통과한 제1편광 A를 수광하고, 광강도의 검출신호 Ir로 변환하여 제어 유니트(23)로 송신한다.

평행도 검출부(22)는 재치대(8)에 유지된 측정 대상물(W)의 변형이나 휘어짐 의 발생 상태를 검출한다. 도 2에 나타낸 것과 같이, 평행도 검출부(22)는 4개의 포토다이오드(22a∼22d)가 2차원 배열 형태로 인접 배치되고, 제2 비편광 빔 스플리터(17A)로부터 도달하는 직선 편광의 광축이 서로 인접하여 합쳐진 근사점 C에 위치하여, 4개의 포토다이오드(22a∼22d)에 걸쳐 균등하게 수광되도록 되어 있다.각 포토다이오드(22a∼22d)에서 수광한 직선 편광을 광강도의 검출신호로 변환하여 제어 유니트(23)로 송신한다. 즉, 평행도 검출부(22)는 반사광의 광로의 엇갈림을 검출하고 있다. 또한, 평행도 검출부(22)는 본 발명의 검출 수단에 상당한다.

제어 유니트(23)는 상기 실시예 1과 마찬가지로 연산처리부(24), 구동제어부(25), 및 조작부(26) 등을 포함하며, 같은 처리 및 기능을 한다.

다음으로, 상기 실시예의 측정 대상물(W)에 작용하는 응력을 측정하는 일순의 처리에 대하여 설명한다.

광원(1A)으로부터 출력된 수평성분의 레이저광은 제1 편광 빔 스플리터(10A)를 전투과하여 편광판(40)에 도달한다. 이 편광판(40)을 투과할 때, 광은, 편광면이 45°회전하여, 직선 편광판(41)으로 향한다.

직선 편광판(41)을 투과하는 광은 45°의 직선 편광으로 되어, λ／2 파장판(42)으로 향한다. λ／2 파장판(42)을 투과할 때, 직선 편광의 편광면이 45°되돌려져 초기의 수평성분의 직선 편광으로 되돌려진다.

이 직선 편광은 제3 편광 빔 스플리터(43)를 전투과하여, 다음의 λ／4 파장판(44)을 투과하는 과정에서 45°경사져, 원형편광으로 된다.

이 원형편광은 광학계 유니트(5A)의 λ／4 파장판(13A)를 투과하는 과정에서 수직성분으로 되어, BDP(12)를 그대로 전투과하여 광탄성 변조기(45)를 투과한다.이 때, 수직성분으로 되는 직선 편광이 타원편광으로 변경되어 대물렌즈(6)에서 집광되고, 소정의 층의 초점면에서 반사하여 동일 광로로 되돌려진다.

반사광은 응력이 작용하고 있는 층을 투과하여 소정의 초점면에서 반사하여 돌아올 때, 광탄성에 의해 편광의 위상이 변화하여 되돌려진다.

이 반사광은 대물렌즈(6), 광탄성 변조기(45)를 그대로 투과하여, BDP(12)를 투과한다. 이 때, 초기 광로를 돌아오는 수직성분의 제1편광 A와, 편광면에 변화가 생긴 수평성분으로 되는 제2편광 B로 분리된다. 제1편광 A는 초기 광로를 돌아오고, 제2편광 B는 다른 광로로 출력된다.

제2편광 B는 수평성분으로 되어, λ／4 파장판(13A)를 투과하여 45°경사져, 원형편광으로 되고, 또한, λ／4 파장판(44)을 투과하고, 또한, 45°경사져, 수직성분의 편광으로 된다. 이 제2편광 B는 제3 빔 스플리터(43)에서 초기 광로와 직교 하는 방향에 있는 제2 포토다이오드(9b)로 전량이 향하게 된다. 이 과정에서 핀홀(15)에 의해서 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만이 추출되어 제2 포토다이오드(9b)에 의해 수광된다. 이 광강도의 검출신호 Is가 제어 유니트(23)의 연산처리부(24)로 송신된다.

또한, BDP(12)에서 분리된 제1편광 A는 수직성분으로 되고, 초기 광로의 λ／4 파장판(13A)에서 원형편광으로 되어, 그 뒤의 λ／4 파장판(44)에서 수평성분으로 되고, 제3 편광 빔 스플리터(43)를 전량이 투과한다. 또한, 이 제1편광 A는,λ／2 파장판(42), 직선 편광판(41)을 전투과하고, 45°의 직선 편광으로 되어, 편 광판(40)을 투과할 때에 45°회전하여 수직성분만으로 되어 전반사하여 제1 편광 빔 스플리터(3A)로 향한다.

제1 편광 빔 스플리터(3A)에 도달한 제1편광 A는 초기의 수평성분의 광과 직교하는 제1 포토다이오드(21)의 방향으로 전반사되어, 제2 비편광 빔 스플리터 (17A)로 향한다. 이 제2 비편광 빔 스플리터(17A)에서 제1 포토다이오드(21)와 평행도 검출기(22)로 향하는 편광으로 분기된다. 이러한 제1 포토다이오드(21) 및 평행도 검출기(22)에서 수광된 각 검출신호는 제어 유니트(23)의 연산처리부(24)로 송신된다.

이상으로 1회의 측정이 종료되고, 이 처리를 측정 대상물(W)의 두께분만큼 대물렌즈(6)를 주사시켜 1사이클 처리를 행하고, 또한, 적어도 3개소의 소정 각도 마다 1사이클 처리를 반복적으로 행하여, 실시예 1과 같게 각 층에 작용하는 주응력의 차이와 그 방향을 구한다.

상기 실시예 2의 장치에 의하면, 실시예 1의 장치와 같게 측정 대상물(W)의 각층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구할 수 있는 것과 동시에, 응력이 작용하고 있는 층을 특정할 수 있다.

또한, 본 실시예 장치는, 광원(1A)으로 반도체 레이저를 이용하고, 또한, 광학계 유니트(5A)에 광탄성 변조기(45)를 이용하는 것에 의해, 광학계 유니트(5A)의 구성 부재를 줄여 소형화가 가능하다. 따라서, 광학계 유니트(5A)를 광축회전으로회전시키는 회전구동기구(27)를 소형 또한 저출력의 것을 이용하는 것이 가능하다.

또한, 제1 편광 검출부(3A)에 제1 편광 빔 스플리터(10A)를 이용하는 것에 의해, 광원(1A)으로부터 출력되는 레이저광을 모두 측정 대상물로 향하게 할 수 있다. 또한, 측정 대상물(W)로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 광원(1A)측에 되돌리는 일 없이, 제1 포토다이오드(21)에서 검출할 수 있다. 즉, 출력된 초기광과 반사광의 충돌에 의한 광원의 불안정성을 억제하여, 주응력의 차이와 그 방향의 측정을 정밀하게 행할 수 있다.

또한, 광원(1A)으로부터의 광은 수평성분으로 되므로, 제1 편광 빔 스플리터 (10A)에 투과시키는 것에 의해, 광원(1A)로부터의 광을 측정 대상물(W)에 100% 입사시킬 수 있는 것과 동시에, 측정 대상물(W)로부터의 반사광을 100% 이용할 수 있다. 그 결과, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정하지 않고, 다음과 같이 변형 실시할 수 있다.

(1) 상기 실시예 1에서는 측정 대상물(W)로부터의 반사광 중 응력이 작용하고 있는 제2편광 B를 분리하여 다른 광로로 출력하기 위해서, 광학계 유니트(5) 내에서 BDP(12)를 이용하고 있었지만, 다른 광학계의 프리즘, 예를 들면, 그란 레이저 프리즘(이하, 단지 「GLP」라고 한다)으로 치환해도 좋다.

GLP로 치환한 경우, 상기 실시예의 BDP(12)에서는 제1편광 A와 제2편광 B는 같은 면으로부터 출력되는 것에 대해, GLP는 도 7에 나타내는 것과 같이, 제2편광 B가 GLP(29)의 측면으로부터 출력된다. 따라서, 제2 포토다이오드(9b)를 광학계 유니트(5)와 일체화하여, 광학계 유니트(5)가 회전해도 항상 제2 포토다이오드(9b)에서 제2편광 B를 수광할 수 있도록 광학계 유니트(5)의 내부에 제2편광 B를 제2 포 토다이오드(9b)로 향하는 반사 미러(4a)와 핀홀(15)을 구비한 구성이면 좋다. 이 구성에 있어서도, 상기 실시예와 같은 효과를 나타낸다.

(2) 상기 실시예 1의 장치 및 변형예 장치의 λ／4 파장판(13)에 대신하여, 광탄성 변조기를 이용해도 좋다. 또한 실시예 2의 경우, 도 6의 광탄성 변조기(45)가 거기에 상당한다. 따라서, 이하는 도 6의 광학계에도 적응하고 있다. 이 광탄성 변조기를 이용했을 경우, 도 8에 나타내는 것과 같이, 측정 대상물(W)로부터의 반사광을 광탄성 변조기(30)에 입사시켜, 반사광의 편광성분의 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조한다. 변조 후의 주파수를 참조 신호로서 락인 앰프(31)에 입력하는 것과 동시에, 제2 포토다이오드(9b)로부터의 제2편광 B의 검출신호 Is를 락인 앰프 (31)에 입력한다. 이 때, 제2편광 B의 검출신호 Is로부터 직류 성분이 제거되어 교류 성분만이 추출된다. 따라서, 복굴절의 변화량의 산출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시예의 전면 유리기판 W1의 복굴절의 변화량은 다음의 식(1)로 나타낼 수 있다.

전면 유리기판 W1의 복굴절의 변화량 = K(4Φ² - 2ρΦsin(2(θ＋θf)))…(1)

다만, 2매의 유리기판의 복굴절량은 극히 적은 경우를 상정하고 있어, 그 2승의 항은 생략한다.

여기서,ρ는 유리기판 W1의 복굴절량, θ는 주응력 차이의 방향, θf는 복굴 절의 방향과 크기를 검출하기 위한 유리기판 W1에 대한 회전각, Φ는 광탄성 변조기에 의한 변조량의 진폭의 반, K는 광원의 강도에 관한 값이다. 또한, 상기 식(1)은 본 발명의 sin의 2승 커브에 상당한다.

그리고, 도 8의 검출신호 Is를 락인 앰프(31)로 통과시키면, 전면 유리기판의 복굴절의 변화량은 다음의 식(2)의 1차식으로 나타낼 수 있다.

전면유리의 복굴절량 = 2 K·ρΦsin(2(θ＋θf))…(2)

즉, 교류 성분인 복굴절의 정보를 포함한 ρ과 θ의 신호성분만이 추출된다.이후, 상술의 실시예와 같게, 추출 후의 신호성분을 회전각마다 정리하고, 광강도 값을 XY 평면상에 플롯하여, 이 플롯 상태로부터 광학계 유니트(5)를 1회전시켰을 때에 얻어지는 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승커브를 시뮬레이션에 의해 근사한다. 그리고, 이 sin의 2승 커브로부터 진폭이 최대로 되는 개소를 복굴절량이 최대로 되는 각도로 특정하여, 그 때의 복굴절량을 이용하여 주응력의 차이로서 구한다. 2매째의 유리기판 W2에 대해서도 전면의 유리 기판 W1과 같은 연산식을 이용하여, 그 주응력의 차이 및 그 방향을 구할 수 있다.

또한, 이 변형예에 있어서, 이하의 방법을 적용하는 것에 의해, 주응력의 차이와 그 방향을 한층 더 용이하게 또한 정밀하게 구할 수 있다.

즉, 상기 식(2)는 도 9에 나타내는 것과 같이, 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파(이하, 적당하게 「1차-정현파」라고 한다)로서 구할 수 있다. 다만, 식(2)에서 구해지는 sin 커브에 있어서, 원점 위치가 어긋나는 경우가 있다. 따라서, 상기 식(2)에 있어서 원점 위치의 어긋남량을 오프세트(offset)하는 것을 고려하면, 다음의 식(3)에 의해서 나타낼 수 있다.

전면유리의 복굴절량 = 2 K·ρΦsin(2(θ＋θf))＋C…(3)

또한, 해당식의 C는 오프세트 양이다. 여기서, 도 9에 나타내는 것처럼, 렌즈등의 광학계의 잔류 복굴절에 의해, 원점 위치가 어긋난 회전각의 2배를 변수로 하는 1차-정현파로부터 복굴절량의 최대치 및 최소치를 구한다. 두 값의 평균치를 기준치(0(zero))로서 결정하는 것에 의해, 두 값으로부터 얻어지는 최대진폭 V를 주응력의 차이로서 구할 수 있다. 또한, 주응력 차이의 방향은 복굴절량의 최대치와 최소치의 중앙에서 기준치와 교차하는 각도 α로 특정할 수 있다. 이 각도는 복굴절이 최대로 되는 각도±45°이다.

또한, 동일 시료를 이용하여 작용하는 탄성응력 상태, 즉, 인장 상태와 압축 상태를 캘리브레이션(calibration)하여 미리 구해 둔다. 예를 들면, 도 9 및 10에 나타내는 위상이 반전한 회전각의 2배를 변수로 하는 2개의 1차-정현파가 얻어진다. 이러한 두 1차-정현파를 기준 모델로서 기억하여 두고, 측정대상인 유리 기판으로부터 얻어지는 1차-정현파와 기준 모델을 피팅(fitting)하는 것에 의해, 유리 기판에 작용하고 있는 탄성응력이 인장인지, 그렇지 않으면 압축인지를 용이하게 특정할 수 있다.

또한, 실측에 의해 구하는 1차-정현파에는 노이즈 성분이 많이 포함되어 있다. 그래서, 상기 식(3)을 이용하여 얻어진 데이터에 최소 2승 방법을 적용하는 것에 의해, 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 따라서, 주응력의 차이와 그 방향, 및 오프세트 양의 측정 정밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예 2의 장치의 경우, 도 6에 나타내는 연산처리부(23)에 락인 앰프(31)를 배치하고, 이 락인 앰프(31)에 검출신호 Is를 입력시키도록 구성하면, 도8에 나타내는 상기 실시예 1의 변형예 장치와 같은 측정 결과 및 효과를 얻을 수 있다.

(3) 상기 실시예 장치 및 변형예 장치에 있어서, sin의 2승 커브를 근사하여, 구하는 진폭이 최대로 되는 개소를 복굴절량이 최대로 되는 각도와 그 방향을 보다 정확하게 구하기 위해서, 다음에서와 같이 하여 구하는 것이 유효하다.

제1의 수법으로서, 각 회전각의 측정 후에, 선단이 후술하는 형상의 압압 부재로, 그 선단을 유리 기판 W1의 표면에 압압시킨 상태로, 같은 측정을 실시해도 좋다. 이 경우, 각 유리 기판 W1, W2의 주응력의 차이는 sin의 2승 커브의 진폭(크기)과 진폭이 최대로 되는 방향(각도)의 방향을 가진 벡터(vector)로서, 제2편광 B가 통과한 유리 기판에 작용하고 있는 응력을 벡터의 합으로서 구할 수 있다. 그래서, 응력의 방향을 분배한 최표면의 유리 기판 W1으로부터 유리 기판 W로 작용하는 주응력의 차이와 그 방향을 차례로 특정할 수 있다.

또한, 유리 기판 W1의 표면을 압압시키는 구성으로서는, 예를 들면, 도 1의 이점쇄선으로 나타내 보이는 것과 같이, 선단에 선단형상이 수mm 정도의 등방적인 원형, 혹은 이방적 장방형의 거의 편평면을 가지는 압압부재(50)를 구비한 로봇 핸드 (51)를 재치대(8)에 인접 배치하여 구성하면 좋다. 즉, 압압부재(50)의 선단이 유리 기판 W1의 표면을 압압하는 작용 위치와, 유리 기판 W1의 표면으로부터 벗어난 대기 위치로 진퇴 및 승강하도록 로봇 핸드(51)를 작동제어할 수 있도록 구성하 면 좋다. 또한, 유리 기판의 사이즈가 작은 경우는 유리 기판의 대향하는 양단변으로부터 압압 또는 인장력을 작용할 수 있도록 해도 좋다.

제2의 수법으로서, 도 11에 나타내는 것과 같이, 측정 대상물(W)의 초점면의 중앙 근처의 소정 위치 P0의 주응력 차이를 구하고, 또한 같은 면의 단테두리 P1로부터 소정 위치 P0까지의 사이의 복수 개의 점(P2, P3,…, Pi)의 응력을 간헐적 또는 연속적으로 구한다. 즉, 응력은 소정 위치 P0로부터 단테두리 방향으로 향하여 매끄럽게 변화하고 있고, 각 점에서의 측정 결과를 곡선 상태로 근사하는 것에 의해, 이 곡선으로부터 그 주응력의 차이가 인장인지, 압축인지를 특정할 수 있다.

(4) 상기 실시예 장치 및 변형예 장치는 광학계 유니트(5)를 광축회전으로 회전시키고 있었지만, 재치대(8)를 회전시키는 구성일지라도 좋다.

(5) 상기 각 실시예에서는 2매의 유리 기판 W1, W2를 간극을 두어 배치한 측정 대상물(W)을 이용했지만, 측정 대상물(W)은 이 형태로 한정되는 것은 아니고, 간극을 없애고 복수매의 투과성을 가지는 측정 대상물을 밀착시켜 적층한 것일지라도 좋다. 예를 들면, 유리기판끼리, 유리기판과 필름 등과 같이 굴절률이 다른 측정 대상물의 조합 등이 있다.

(6) 상기 각 실시예에서는 측정 대상물(W)의 평행도가 유지되고 있는 경우에는 제2 비편광 빔 스플리터(17) 및 평행도 검출기(22)를 생략한 구성일지라도 좋다.

(7) 상기 각 실시예에서는, 중앙에 구멍 H가 형성된 재치대(8)를 이용했지만, 구멍 H가 형성되어 있지 않은 평탄한 것으로 구성해도 좋다.

(8) 상기 실시예 1, 2에서는 제2편광 B가 제2 포토다이오드(9b)에서 검출될 때까지의 광로상에서, 다른 광학부재에서 반사 또는 투과할 때에 생기는 산란 등의 검출 대상 이외의 미광(迷光)을 제거하는 차광판을 렌즈(9a)의 상류측에 배치한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

차광판(52)은 도 12에 나타내는 것과 같이, 원반상의 판재의 중심으로부터 반경방향으로 떨어진 위치에 원호상의 개구부(53)가 형성되어 있고, 측정대상의 제2편광 B가 이 개구부(53)를 통과한다. 즉, 실시예 장치는 BDP(12)의 입사광과 동일 광로를 통과하고 돌아오는 제1편광 A의 광축 주위로 BDP(12)가 회전한다. 이 회전에 수반하여, BDP(12)의 제1편광 A와 동일 면의 이간(離間)한 위치로부터 출력되는 제2편광 B는 제1편광 A 주위의 원호 궤도를 통과하게 된다. 따라서, 차광판(52)의 개구부(53)는 제2편광 B의 이동하는 궤도에 따라서 형성되어 있다. 상기 실시예에서는 0∼90°의 범위로 광학계 유니트(5)를 광축회전으로 회전시키고 있기 때문에, 차광판(52)의 개구부(53)는 거의 반원 반원호 모양으로 형성되어 있다. 또한, 회전각도가 변경되면, 이 개구부(53)의 원주도 적당하게 설정 변경된다.

(9) 상기 각 실시예에 있어서, 장치 세팅 및 유지보수(maintenance) 시에 이하와 같이 장치 조정하는 것이 바람직하다.

즉, 광학계의 하나인 대물렌즈(6)가 가지는 잔류응력의 영향이 캔슬(cancel)되도록 세팅한다. 예를 들면, 먼저 주응력의 차이가 기지의 시료를 미리 재치대(8)에 재치하여 초점을 맞춘다. 그 후에 기준치 0°로부터 180°의 범위로 시계방향회전으로 광학계 유니트(5)를 회전시키면서 소정 각도마다, 또는 선형적으로 (linearly) 측정을 행한다.

측정의 결과로부터 얻어지는 복굴절의 변화량이 최소로 되는 회전각도를 구하고, 광학계 유니트(5)를 초기위치로 복귀시킨다. 또한, 실시예 1의 장치의 경우, 도 13에 나타내는 것과 같이, 대물렌즈(6)를 광축회전으로 회전가능한 렌즈 회전 구동기구(55)를 설치하여, 구한 해당 회전각도분만큼 광축회전으로 반시계방향으로 회전시켜, 광학계 유니트(5)와 대물렌즈(6)의 광축 합침을 행한다. 또한, 렌즈 구동기구(55)는 본 발명의 렌즈 회전 수단에 상당한다.

실측 시에는, 구동제어부(25)에 의해서 회전구동기구(27)와 렌즈 회전구동 기구(55)를 같은 회전속도로 동일 방향으로 동기를 취하면서 회전시킨다. 이 회전제어에 의해서, 대물렌즈(6)가 가지는 복굴절량이 항상 최소값으로 된다. 따라서, 해당 복굴절량을 무시하고, 측정대상인 유리 기판에 생기고 있는 복굴절량의 변화만을 이용할 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

실시예 2의 장치의 경우, 예를 들면, 먼저 가동대(7)와 대물렌즈(6)를 고정 배치한다. 그 상태대로 주응력의 차이가 기지의 시료를 미리 재치대(8)에 재치하여 초점을 맞춘다. 그 후에 기준치 0°로부터 180°의 범위로 시계방향회전으로 광학계 유니트(5A)를 회전시키면서 소정 각도마다, 또는 선형적으로 측정을 행한다.

측정의 결과로부터 얻어지는 복굴절의 변화량이 최소로 되는 회전각도를 구하고, 해당 회전각도로 광학계 유니트(5A)를 회전시켜 대물렌즈(6)와의 광축의 위치 맞춤을 행한다. 광축 위치 맞춤이 완료되면, 도 14에 나타내는 것과 같이, 대물렌즈(6)와 가동대(7)를 광학계 유니트(5A)에 짜넣어, 광학계 유니트(5A)와 일체로 되어 편광의 광축회전으로 회전가능하게 구성한다. 이 구성에 있어서, 가동대(7)는 대물렌즈(6)를 구비한 채로, 광학계 유니트(5A)내에서 승강 가능하게 제어된다. 또한, 이 변형예 장치의 경우, 회전구동기구(27)가 본 발명의 렌즈 회전수단으로서 기능한다.

이상과 같이, 본 발명은 액정패널이나 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 투과성을 가지는 측정 대상물에 작용하는 응력이나 왜력 등을 측정하는데 적합하다.

Claims (18)

1. 조사(照射)수단으로부터의 조사광을 광학수단을 통하여 직선편광으로 하는 과정과;

   복수의 층으로 이루어지는 투과성을 가지는 측정 대상물에 렌즈를 통하여 상기 직선편광을 조사하면서, 렌즈와 측정 대상물을 광축 방향에 따라서 상대적으로 전후 이동시켜 층끼리가 접촉하는 복수의 접촉 계면 중 소정의 접촉 계면에 초점을 맞추는 과정과;

   상기 측정 대상물로부터 반사하여 돌아오는 반사광을 분리수단에 투과시켜 초기의 광로를 돌아오는 제1편광과, 이 제1편광과 직교하는 제2편광을 다른 광로로 분리하여 출력하는 분리과정과;

   분리된 상기 제2편광 중 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 핀홀 (pin hole)로 통과시켜 검출하는 편광 검출과정을 1사이클 처리로 하며,

   상기 1사이클 처리 후에, 상기 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축회전으로 상대적으로 회전시켜, 적어도 소정의 3개소마다 상기 1사이클 처리를 행하고, 각 사이클 처리시에 검출된 상기 편광의 광강도의 변화량과 검출각도의 위치정보에 근거하여 회전각의 2배를 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브로서 구하며, 이 sin의 2승 커브로부터 측정 대상물의 각 층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하는 연산과정을 구비한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분리과정에서 분리되어 초기의 광로를 돌아오는 제1편광 중 상기 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 핀홀로 통과시켜 검출하는 반사광 검출과정을 구비하고,

   상기 연산과정은 또한 미리 구한 상기 조사수단으로부터의 반사광의 광강도에 대한 상기 편광 검출과정에서 검출된 편광 및 상기 반사광 검출과정에서 검출 된 편광의 양광강도의 변화량을 구하여, 이 변화량에 따라 실측에 의해 구해지는 제2편광으로부터 검출한 편광의 광강도를 보정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 반사광이 상기 광학수단에 입사하기 전에, 복굴절의 변화량이 미리 결정된 광학소자에 반사광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물과의 광축회전의 상대적인 회전은, 상기 편광을 광축회전으로 회전시키는 광학소자를 상기 광학수단과 렌즈의 사이에 배치하여 행하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측정 대상물의 최외측의 층에 압압(押壓)을 건 압압상태와 비압압상태 때의 각 주응력의 차이를 구하고, 두 값의 편차에 근거하여, 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 1사이클 처리를 측정 대상물의 중앙근처의 미리 결정한 위치로부터 단테두리(端緣) 방향으로 간헐적 또는 연속적으로 행하고, 이 1사이클 처리를 상기 편광과 측정 대상물을 광축회전으로 회전시켜 적어도 3개소에서 행하며,

   상기 연산과정은 복수회의 1사이클 처리마다 동일 초점면 상의 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향을 구하고, 또한, 이 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향으로부터 2개의 분포곡선을 근사(近似)하며, 이 곡선으로부터 소정층에 작용하는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측정 대상물과 같은 시료를 이용하여 해당 시료에 압축 및 인장 응력을 작용시키고,

   상기 시료로부터의 반사광을 광탄성 변조기에 입력시켜, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조하며,

   상기 분리과정에서 분리된 변조 후의 제2편광을 락인 앰프(lock-in amp.)에 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 미리 기준 정보를 취득하며,

   상기 측정 대상물의 실측에 있어서, 해당 측정 대상물로부터의 반사광을 광탄성 변조기에 입력시켜, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조하고,

   상기 분리과정에서 분리된 변조 후의 제2편광을 락인 앰프에 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 실측 정보를 취득하며,

   상기 실측 정보와 기준 정보를 비교하여, 주응력의 차이 상태를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   초점을 맞추는 렌즈를 고정하고, 상기 측정 대상물에 조사한 편광과 이 측정 대상물을 광축회전으로 상대적으로 0°로부터 180°회전시켜, 구해지는 복굴절량이 최소로 되는 각도를 미리 검출하여, 해당 각도에 광축을 맞추는 과정과,

   상기 1사이클 처리를 행하는 소정 회전 각도로의 이동에 동기시켜 상기 렌즈를 회전시키는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정방법.
9. 복수의 층으로 이루어지는 투과성을 가지는 측정 대상물을 유지하는 유지수 단과;

   상기 측정 대상물로 향해서 광을 조사하는 조사수단과;

   상기 광을 투과시켜 직교하는 2방향의 편광성분으로 되는 편광으로 하는 제1광학수단과;

   상기 편광을 투과시켜 상기 측정 대상물의 소정층의 계면에 초점을 맞추는 렌즈와;

   상기 측정 대상물의 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광 중 초기의 광로를 돌아오는 제1편광과, 이 제1편광과 직교하는 제2편광을 다른 광로로 분리하여 출력하는 분리수단과;

   분리된 상기 제2편광 중 상기 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 통과시키는 핀홀이 형성된 부재와;

   상기 핀홀을 통과한 제2편광의 광강도를 검출하는 제1검출수단과;

   상기 렌즈와 유지수단을 편광의 광축 방향에 따라서 상대적으로 전후 이동 시키는 이동수단과;

   상기 유지수단과 상기 제1광학수단을 광축회전으로 상대적으로 회전시키는 회전수단과;

   상기 회전수단에 의해 측정 대상물에 조사한 편광과, 이 측정 대상물을 광축 회전으로 상대적으로 회전시켜, 적어도 소정의 3개소마다 상기 제1검출수단에서 검출된 상기 편광의 광강도의 변화량과 검출각도의 위치정보에 근거하여 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파의 2승으로 되는 sin의 2승 커브로서 구하고, 이 sin의 2 승 커브로부터 측정 대상물의 각 층에 작용하고 있는 주응력의 차이와 그 방향을 구하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 분리수단에서 분리된 제1편광 중 상기 초점면으로부터 반사하여 돌아오는 편광만을 통과시키는 핀홀이 형성된 부재와,

    상기 핀홀을 통과한 편광의 광강도를 검출하는 제2검출수단을 구비하며,

    상기 연산수단은 상기 제1검출수단에 의해 검출된 편광의 광강도를 이용하여 상기 제2검출수단에 의해 검출된 편광의 광강도를 나눗셈하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    반사광이 상기 분리수단에 입사하는 전단에, 복굴절의 변화량이 미리 결정된제2광학수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 회전수단은 상기 제1광학수단으로부터 측정 대상물로 향하는 편광을 투과시키고, 그 광축회전으로 회전시키는 광학소자인 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    압압부재의 선단을 측정 대상물의 최외측의 층에 접촉시켜 압압하는 작용위치와 비접촉 상태로 이간(離間)한 대기위치에 걸쳐서 압압부재를 이동시키는 이동기구를 더 구비하고,

    상기 연산수단은 측정 대상물의 최외측의 층에 압압을 건 압압상태와 비압압 상태 때의 각 주응력의 차이를 구하고, 두 값의 편차에 근거하여 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
14. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    측정 대상물로 향하는 편광을 측정 대상물의 중앙근처 소정 위치로부터 단테두리 방향으로 간헐적 또는 연속적으로 주사(走査)하는 주사수단을 구비하며,

    상기 연산수단은 상기 주사수단의 편광의 주사에 의해 검출되는 제2편광을 이용하여, 동일 초점면 상의 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향을 구하고, 또한, 이 복수 개소의 주응력의 차이와 그 방향으로부터 2개의 분포곡선을 근사하여, 이 곡선으로부터 소정층에 작용하는 주응력의 차이가 압축인지 인장인지를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
15. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 측정 대상물로부터의 반사광을 입력시켜, 그 광강도를 미리 결정한 주파수로 변조하는 광탄성 변조기와,

    변조되어 핀홀을 통과한 제2편광을 입력시켜 직류 성분을 제거하고, 교류 성분인 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 실측 정보를 추출하는 락인 앰프를 구비하며,

    상기 연산수단은 상기 측정 대상물과 같은 시료를 이용하여 해당 시료에 압축 및 인장 응력을 작용시켰을 때의 각 주응력의 차이를 회전각의 2배를 변수로 하는 정현파로서 미리 기준 정보를 취득하여 두고, 해당 기준 정보와 실측 정보를 비교하여, 측정 대상물에 작용하고 있는 주응력의 차이 상태를 특정하는 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
16. 제10항에 있어서,

    상기 분리수단에서 분리된 제1편광을 핀홀로 향하는 편광과 다른 방향으로 향하는 편광으로 분리하는 제1 편광분리수단과, 상기 제1 편광분리수단에서 다른 방향으로 분리된 편광을 검출하는 복수개의 수광소자를 2차원 배열형태로 배치하여 구성한 검출수단과,

    상기 유지수단을 경사(傾斜)시키는 구동수단과, 상기 검출수단에 의해서 검출된 편광의 위치에 따라 유지수단에 유지된 측정 대상물의 경사량이 상기 연산수단에 의해 구해지고, 이 경사량에 따라서 상기 구동수단을 작동시켜 상기 유지수단의 평행도를 유지시키는 구동제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 렌즈를 편광의 광축회전으로 회전시키는 렌즈 회전수단과,

    상기 구동수단은 상기 렌즈를 고정하고, 조사수단으로부터 측정 대상물로 광을 조사하면서 유지수단과 제1광학수단을 광축회전으로 상대적으로 0°로부터 180°회전시켜, 구해지는 복굴절량이 최소로 되는 각도를 미리 검출하여, 렌즈와 제1광학수단을 상대적으로 회전시켜 검출된 해당 각도에 위치 맞춤하고,

    회전수단을 조작하여 유지수단과 제1광학수단을 광축회전으로 상대적으로 회전시키는데 동기시켜 렌즈 회전수단을 회전조작하여 렌즈를 광축회전으로 회전시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광탄성 측정장치.
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