KR101544962B1 - Transmission-type Interference Apparatus using Optical Fibers for Measuring Geometrical Thickness and Refractive index - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 측정 대상의 광학 두께를 측정하는 광학 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, 광대역 펄스 레이저 광원을 이용함으로써, 연속 발진 레이저 광원를 이용하는 산출 시스템 보다 간단한 작업으로 정확도가 높은 광학 두께를 산출할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an optical apparatus for measuring an optical thickness of an object to be measured. More specifically, by using a broadband pulsed laser light source, it is possible to calculate an optical thickness with high accuracy by a simpler operation than a calculation system using a continuous oscillation laser light source Technology.
일반적으로 디스플레이 산업, 광통신, 정밀광학 소자 분야의 지속적인 발전에 따라 웨이퍼 등과 같은 측정 대상의 특성(광학 두께, 두께, 및 굴절률)의 정확한 측정 및 평가 기술이 요구되고 있다. 다양한 방법으로 물질의 두께 및 굴절률을 측정하는 시스템이 개발되었다.BACKGROUND ART [0002] Generally, as the display industry, optical communication, and precision optical devices are continuously developed, accurate measurement and evaluation techniques of properties (optical thickness, thickness, and refractive index) of a measurement object such as a wafer are required. A system has been developed to measure the thickness and refractive index of a material in a variety of ways.
최근, 반도체 기판은 실장을 위하여 기판의 뒷면을 연마한다. 이러한, 연마된 기판은 서로 적층되어 실장된다. 따라서, 연마된 기판의 두께 측정이 요구된다. 또한, 디스플레이 소자는 유리 기판 또는 유연성 재질의 기판 상에 형성된다. 따라서, 상기 유리 기판의 두께 모니터링이 요구된다.Recently, a semiconductor substrate is polished on the back side of a substrate for mounting. These polished substrates are stacked and mounted on each other. Therefore, measurement of the thickness of the polished substrate is required. Further, the display element is formed on a glass substrate or a substrate made of a flexible material. Therefore, monitoring of the thickness of the glass substrate is required.
연속 발진 레이저 투사에 따른 물질 두께 및 굴절률 산출 시스템은 첨두 출력(peak power)이 적다. 따라서, 연속 발진 레이저 투사에 따른 물질 두께 및 굴절률 산출시스템은 펄스 레이저를 사용하는 시스템에 비해 간섭신호의 가시도(visibility) 및 신호대 잡음비(signal to noise)가 떨어진다. 따라서, 연속 발진 레이저 투사에 따른 물질 두께 및 굴절률 산출시스템은 두께 및 굴절률의 측정이 불가능하거나 정확도가 낮아지는 문제점을 가진다.The material thickness and refractive index calculation system for continuous oscillation laser projection has low peak power. Therefore, the system for calculating the material thickness and the refractive index according to the continuous oscillation laser projection has lower visibility and signal to noise of the interference signal as compared with the system using the pulse laser. Therefore, the system for calculating the material thickness and the refractive index according to the continuous oscillation laser projection has a problem that the measurement of the thickness and the refractive index is impossible or the accuracy is low.
또한 연속 광대역 IR 광원은 공간 가간섭성이 떨어져 측정 영역이 넓은 물체에 시준(colimation)하여 그의 특성을 산출하기 어려운 문제점이 있다.In addition, the continuous wide-band IR light source has a problem that it is difficult to calculate its characteristics by collimating the object with a wide measurement area because the space is not coherent.
또한, 연속 광대역 IR 광원은 시간 가간섭성 또한 떨어져 가간섭거리가 작아지므로, 굴절률이 큰 실리콘 웨이퍼의 간섭 신호를 얻기 힘들 수 있다.In addition, since the continuous wide-band IR light source also has a small coherence distance when time coherence is reduced, interference signals of a silicon wafer having a large refractive index may be difficult to obtain.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 컴팩트한 구조를 가지고 안정적이고 정밀한 광학 두께 측정을 제공하는 두께 측정 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thickness measurement apparatus that has a compact structure and provides stable and precise optical thickness measurement.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 광학 장치는 광대역 레이저 광을 출력하는 광대역 레이저 광원; 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할하는 제1 광섬유 커플러; 상기 제1 광섬유 커플러의 제2 포트에서 출력되는 광을 제1 포트로 입력받고 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력된 광을 측정 대상을 경유하여 제2 포트로 입력받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제3 포트로 출력하는 제2 광섬유 커플러; 및 상기 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 제1 스펙트럼 분석기를 포함한다. 상기 제1 스펙트럼 분석기는 파장에 따라 간섭 신호를 측정한다.A thickness measuring optical apparatus according to an embodiment of the present invention includes a broadband laser light source for outputting broadband laser light; A first optical fiber coupler for dividing the output light of the wideband laser light source into a second port and a third port by being provided to a first port; A first port for receiving light output from a second port of the first optical fiber coupler and a second port for receiving light output from a third port of the first optical fiber coupler through a measurement object, A second optical fiber coupler coupling the input light and the light input to the second port and outputting the combined light to a third port; And a first spectrum analyzer for measuring light output to a third port of the second optical fiber coupler according to a wavelength. The first spectrum analyzer measures an interference signal according to a wavelength.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력되는 광을 평행광으로 변환하여 측정 대상에 제공하는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈 및 측정 대상을 투과한 광을 집속하는 제2 렌즈를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a first lens converts a light output from a third port of the first optical fiber coupler into parallel light and provides the light to a measurement object; And a second lens for focusing the light transmitted through the first lens and the measurement object.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광섬유 커플러의 제2 포트와 제3 포트의 출력광의 세기의 비는 9:1일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ratio of the intensities of the output light of the second port and the third port of the first optical fiber coupler may be 9: 1.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광섬유 커플러의 4 포트에 연결된 스펙트럼 분석기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 광섬유 커플러의 4 포트는 상기 측정 대상에서 반사된 광을 제공받을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus may further comprise a spectrum analyzer connected to four ports of the first optical fiber coupler. And four ports of the first optical fiber coupler may receive the light reflected from the measurement object.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 스펙트럼 분석기의 출력신호를 제공받아 푸리에변환하고, 상기 측정 대상에 기인한 광 경로 차이 또는 광학 두께를 추출하는 처리부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus may further include a processing unit for receiving the output signal of the first spectrum analyzer, subjecting the output signal to Fourier transform, and extracting a light path difference or an optical thickness due to the measurement object.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광대역 레이저 광원은 펨토초 펄스 레이저일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the broadband laser light source may be a femtosecond pulse laser.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 대상을 이동시키는 이동 스테이지를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus may further include a movement stage for moving the measurement object.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트로부터 광을 입력단으로 제공받아 시간에 따라 순차적으로 스위칭하는 다중화기; 상기 다중화기의 복수의 출력단에서 출력되는 광을 각각 평행광으로 변환하여 측정 대상에 제공하는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 상기 측정 대상을 투과한 광을 집속하는 제2 렌즈; 및 상기 제2 렌즈에 정렬된 입력단으로 제공되는 광을 하나의 출력단으로 제공하는 역다중화기를 포함할 수 있다. 상기 다중화기의 출력단은 상기 역다중화기의 입력단에 각각 대응할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a multiplexer for receiving light from an input port of the first port of the first optical fiber coupler and sequentially switching the input port according to time; A first lens for converting light output from a plurality of output terminals of the multiplexer into parallel light and providing the parallel light to an object to be measured; A second lens that focuses the light transmitted through the first lens and the measurement object; And a demultiplexer for providing the light provided to the input end aligned with the second lens as one output terminal. The output of the multiplexer may correspond to the input of the demultiplexer.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광대역 레이저 광원의 파장은 적외선 대역일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the wavelength of the broadband laser light source may be an infrared band.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 광학 장치는 광대역 레이저 광을 출력하는 광대역 레이저 광원; 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할하는 제1 광섬유 커플러; 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력되는 광을 평행광으로 변환하여 측정 대상에 제공하는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 측정 대상을 투과한 광을 집속하는 제2 렌즈; 상기 제1 광섬유 커플러의 제2 포트에서 출력되는 광을 제1 포트로 입력받고 상기 제2 렌즈에 의하여 집속된 광을 제2 포트로 입력받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제3 포트로 출력하는 제2 광섬유 커플러; 및 상기 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 스펙트럼 분석기를 포함한다.A thickness measuring optical apparatus according to an embodiment of the present invention includes a broadband laser light source for outputting broadband laser light; A first optical fiber coupler for dividing the output light of the wideband laser light source into a second port and a third port by being provided to a first port; A first lens for converting light output from a third port of the first optical fiber coupler into parallel light and providing the parallel light to an object to be measured; A second lens for focusing the light transmitted through the first lens and the measurement object; A first port for receiving light output from a second port of the first optical fiber coupler and a second port for receiving light focused by the second lens, A second optical fiber coupler for coupling the optical signals to the third port; And a spectrum analyzer for measuring light output to the third port of the second optical fiber coupler according to a wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 방법은 복수의 파장에서 동시에 발진하는 광대역 레이저 광을 제1 광섬유 커플러의 제1 포트를 통하여 제공받아 제2 포트 및 제3 포트에 분할하여 전달하는 단계; 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트를 통하여 제공된 광대역 레이저 광을 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 측정 대상, 및 제2 렌즈를 통하여 제공하는 단계; 제1 광섬유 커플러의 제2 포트를 통하여 제공된 광을 제2 광섬유 커플러의 제1 포트로 제공받고, 상기 제2 렌즈를 투과한 광을 제2 광섬유 커플러의 제2 포트로 제공받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 투과 간섭 신호를 출력하는 단계; 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력된 광을 제공받아 상기 투과 간섭 신호의 파장에 따른 스펙트럼 측정하는 단계; 및 상기 측정된 투과 간섭신호를 푸리에 변환하는 단계를 포함한다.A method of measuring thickness according to an embodiment of the present invention includes the steps of dividing and delivering broadband laser light oscillating at a plurality of wavelengths to a second port and a third port through a first port of a first optical fiber coupler; Providing a broadband laser light provided through a third port of the first optical fiber coupler through a sequentially arranged first lens, a measurement object, and a second lens; The light provided through the second port of the first optical fiber coupler is provided to the first port of the second optical fiber coupler and the light transmitted through the second lens is provided to the second port of the second optical fiber coupler, Coupling the input light and the light input to the second port to output a transmission interference signal to a third port of the second optical fiber coupler; Receiving a light output from the third port of the second optical fiber coupler and measuring a spectrum according to a wavelength of the transmission interference signal; And Fourier transforming the measured transmission interference signal.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광섬유 커플러의 제4 포트를 통하여 상기 측정 대상의 전면 및 후면에서 반사된 광을 제공받아 파장에 따른 반사 간섭 신호 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include measuring reflected interference signals according to wavelengths by receiving light reflected from the front and rear surfaces of the measurement object through the fourth port of the first optical fiber coupler.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사 간섭 신호 및 상기 투과 간섭 신호를 이용하여 상기 측정 대상의 굴절률 및 두께를 산출하는 단계; 상기 측정 대상을 이동시키는 단계; 및 이동된 위치에서 반사 간섭 신호 측정을 이용하여 상기 측정 대상의 광학 두께를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.Calculating a refractive index and a thickness of the measurement object by using the reflection interference signal and the transmission interference signal in an embodiment of the present invention; Moving the measurement object; And calculating the optical thickness of the measurement object using the reflection interference signal measurement at the moved position.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 방법은 복수의 파장에서 동시에 발진하는 광대역 레이저 광을 제1 광섬유 커플러의 제1 포트를 통하여 제2 포트 및 제3 포트에 전달하는 단계; 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트를 통하여 제공된 광대역 레이저 광을 시간에 따라 순차적 다중화하여 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 측정 대상, 및 제2 렌즈를 통하여 제공하는 단계; 상기 제2 렌즈를 투과한 광을 역다중화하는 단계; 제1 광섬유 커플러의 제2 포트를 통하여 제공된 광을 제2 광섬유 커플러의 제1 포트로 제공받고, 상기 역다중화된 광을 제2 광섬유 커플러의 제2 포트로 제공받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 투과 간섭 신호를 출력하는 단계; 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력된 광을 제공받아 상기 투과 간섭 신호의 파장에 따른 스펙트럼 측정하는 단계; 및 상기 측정된 투과 간섭신호를 푸리에 변환하는 단계를 포함한다.The thickness measurement method according to an embodiment of the present invention includes: transmitting broadband laser light oscillating simultaneously at a plurality of wavelengths to a second port and a third port through a first port of a first optical fiber coupler; Providing a broadband laser beam provided through a third port of the first optical fiber coupler sequentially through a first lens, an object to be measured, and a second lens, which are sequentially arranged; Demultiplexing the light transmitted through the second lens; The optical fiber coupler of claim 1, wherein the first port of the first optical fiber coupler is provided with a first port of the second optical fiber coupler, and the second port of the second optical fiber coupler receives the demultiplexed light of the second port of the second optical fiber coupler, And outputting a transmission interference signal to a third port of the second optical fiber coupler by coupling light inputted into the second port; Receiving a light output from the third port of the second optical fiber coupler and measuring a spectrum according to a wavelength of the transmission interference signal; And Fourier transforming the measured transmission interference signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 0.1 초 이내에 안정적이고 정밀한 광학 두께를 산출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 빛이 투과하는 방식으로 샘플의 기울기에 민감하여 신호를 안정적으로 얻을 수 있어, 진동이 심한 공정에서의 측정에 유리하다.The optical device according to an embodiment of the present invention can produce stable and precise optical thickness within 0.1 second. The optical device according to an embodiment of the present invention is sensitive to the slope of the sample in a manner that transmits light, thereby stably obtaining a signal, which is advantageous for measurement in a process with severe vibration.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 두께 측정 범위는 0~300 mm 일 수 있다. 상기 두께의 측정 불확도(measurement uncertainty of the thickness)는 100 nm 이내일 수 있다. 또한, 접촉식 측정 방법(contact-type method)과 본 발명의 측정 방법은 0.1 μm 이내의 범위에서 서로 동일한 결과를 보였다.The thickness measurement range of the optical device according to one embodiment of the present invention may be 0 to 300 mm. The measurement uncertainty of the thickness may be within 100 nm. In addition, the contact-type method and the measuring method of the present invention showed the same results in the range of 0.1 μm or less.
도 1은 다파장 마이켈슨 간섭계를 설명하는 도면이다.
도 2는 다파장 마이켈슨 간섭계의 간섭 신호 및 푸리에 변환을 설명하는 도면이다.
도 3은 측정 대상을 측정하는 다파장 마이켈슨 간섭계를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3의 다파장 마이켈슨 간섭계의 푸리에 변환을 설명하는 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 광학 장치를 설명하는 개념도이다.
도 6은 도 5의 광학 장치의 간섭 신호를 푸리에 변환한 결과이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 개념도이다.1 is a view for explaining a multi-wavelength Michelson interferometer.
2 is a view for explaining an interference signal and a Fourier transform of a multi-wavelength Michelson interferometer.
3 is a view for explaining a multi-wavelength Michelson interferometer for measuring an object to be measured.
4 is a diagram illustrating Fourier transform of the multi-wavelength Michelson interferometer of FIG.
5 is a conceptual diagram illustrating a thickness measuring optical apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a result of Fourier transforming the interference signal of the optical device of Fig.
7 is a view for explaining an optical device according to another embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating an optical device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
본 발명자는 한국 등록특허(KR 10-1105449)에서 펨토초 펄스 레이저를 사용한 마이켈슨 간섭계를 제안하였다.The present inventor has proposed a Michelson interferometer using a femtosecond pulsed laser in Korean patent (KR 10-1105449).
마이켈슨 간섭계는 빛의 간섭 원리를 이용하여 길이를 측정할 수 있다. 광원에서 나온 빛은 광분할기를 거쳐 기준 경로와 측정경로로 분할된다. Michelson interferometers can measure length using the principle of interference of light. The light from the light source is split through a beam splitter into a reference path and a measurement path.
간섭 신호의 위상은 상기 광분할기를 기준으로 기준 경로와 측정 경로 사이의 광경로차의 함수로 주어진다. 상기 광경로차가 파장의 반이 될 때마다 상기 간섭 신호는 주기적으로 변동한다. 따라서, 위상의 모호성에 기인하여, 길이 측정을 할 경우, 상기 측정 경로를 변경하면서, 간섭 신호의 개수가 검출될 수 있다. The phase of the interference signal is given as a function of the optical path difference between the reference path and the measurement path with respect to the optical splitter. The interference signal fluctuates periodically every time the optical path difference becomes half the wavelength. Therefore, due to the ambiguity of the phase, when the length measurement is performed, the number of interference signals can be detected while changing the measurement path.
도 1은 다파장 마이켈슨 간섭계를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a multi-wavelength Michelson interferometer.
도 2는 다파장 마이켈슨 간섭계의 간섭 신호 및 푸리에 변환을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining an interference signal and a Fourier transform of a multi-wavelength Michelson interferometer.
도 1 내지 도 2을 참조하며, 다파장 간섭계(100)는 광대역 광원(110) 및 마이켈슨 간섭계를 사용하고, 간섭신호는 스펙트럼 분석기(150)를 통하여 파장별로 측정될 수 있다. 상기 파장에 따른 상기 간섭 신호(I(z,t))는 푸리에 변환된다. 상기 간섭 신호의 푸리에 변환의 진폭은 공간 주파수 도메인에서 피크를 가질 수 있다. 상기 피크의 위치에 대응하는 공간 주파수에서, 상기 피크의 위상은 광경로 차이에 관한 정보를 제공할 수 있다. 1 and 2, a
여기서, I(z,f)는 간섭 신호이고, I 0 는 배경광의 신호이고, z는 기준 경로와 측정 경로의 광 경로 차이고, c는 진공에서의 빛의 속도이고, f는 광의 주파수이다. 따라서, 광대역 광원의 주파수에 따른 간섭 신호가 얻어진다. L1은 광분할기(120)와 기준 거울(140) 사이의 거리이고, L2는 광분할기(120)와 측정 거울(130) 사이의 거리이다. z는 광 경로 차이이다. n은 매질의 굴절율이다.Here, I (z, f) is an interfering signal, I 0 is the background light signal, z is the optical path of the reference path and measurement path coach, c is the speed of light in a vacuum, f is the frequency of light. Thus, an interference signal according to the frequency of the broadband light source is obtained. L 1 is the distance between the
한편, 상기 간섭 신호는 스펙트럼 분석기(150)에 의하여 위치(주파수에 대응)에 따라 측정된다. 상기 간섭 신호의 푸리에 변환은 소정의 공간 주파수에서 피크를 가질 수 있다. 상기 소정의 공간 주파수는 상기 광 경로 차이(z)로 표시될 수 있다. 따라서, 상기 피크에서 공간 주파수(SF_A)는 상기 광 경로 차이(z)를 제공할 수 있다.Meanwhile, the interference signal is measured according to the position (corresponding to the frequency) by the
도 3은 측정 대상을 측정하는 다파장 마이켈슨 간섭계를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining a multi-wavelength Michelson interferometer for measuring an object to be measured.
도 4는 도 3의 다파장 마이켈슨 간섭계의 푸리에 변환을 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating Fourier transform of the multi-wavelength Michelson interferometer of FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 다파장 마이켈슨 간섭계(100a)는 측정 대상(10)의 굴절률 및 두께를 측정할 수 있다. 상기 광원(110)은 펨토초 펄스 레이저(femtosecond pulse laser)일 수 있다. 상기 광원(110)은 다중 모드에서 발진할 수 있다. 또한, 상기 광원은 펄스 모드로 동작할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원의 첨부 전력은 증가할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the multi-wavelength michelson interferometer 100a can measure the refractive index and thickness of the
측정 대상(10)이 상기 측정 경로에 배치될 수 있다. 이 경우, 다양한 광 경로 차이(A,B,C,D)가 발생할 수 있다. 따라서, 간섭 신호의 푸리에 변환은 공간 주파수 도메인에서 복수의 피크들(P_A,P_B,P_C,P_D)을 보인다. 상기 피크들은 광 경로 차이에 기인할 수 있다. 구체적으로, 제1 피크(P_A)의 제1 공간 주파수(SF_A)는 기준 경로(광분할기와 기준 거울 사이의 경로;L1)와 측정 경로(광분할기(120)와 측정 거울(140) 사이의 경로;L2) 사이의 제1 광 경로 차이(A=L2-L1)에 기인한다. 즉, 측정 대상이 제거된 상태에서, 상기 간섭 신호의 측정이 요구된다.The
제2 피크 내지 제4 피크(P_B, P_C, P_D)는 측정 대상이 배치된 상태에서 간섭 신호를 푸리에 변환을 통하여 얻어질 수 있다. 제2 피크(P_B)의 제2 공간 주파수(SF_B)는 광분할기(120)와 측정 대상(10)의 전면 사이의 경로(L3)와 상기 기준 경로(L1) 사이의 제2 광 경로 차이(B=L3-L1)에 기인한다.The second to fourth peaks P_B, P_C and P_D can be obtained through Fourier transform of the interference signal in a state where the object to be measured is arranged. The second spatial frequency SF_B of the second peak P_B is the difference between the second optical path difference B between the path L3 between the
제3 피크(P_C)의 제3 공간 주파수(SF_C)는 상기 광분할기(120)와 측정 대상(10)의 후면 사이의 경로(L3 + n T)와 상기 기준 경로(L1) 사이의 제3 광 경로 차이(C=L3+nT-L1)에 기인한다. The third light between the third spatial frequency (SF_C) is the path (L3 + n T) between the rear surface of the
제4 피크(P_D)의 제4 공간 주파수(SF_D)는 측정 경로(광분할기와 측정 경로 거울 사이의 경로;L2)와 기준 경로(광분할기와 기준 거울 사이의 경로;L1) 사이의 광 경로 차이(L2-L1)와 상기 측정 대상의 두께에 기인한 순 경로 차이( (n-1)T)의 차이(D= L2-L1-(n-1)T)로 주어질 수 있다. 제4 광 경로 차이 D는 D= L2-L1-(n-1)T)로 주어질 수 있다. The fourth spatial frequency SF_D of the fourth peak P_D is the sum of the optical path difference between the measurement path (path between the optical splitter and the measurement path mirror L2 ) and the reference path (path between the optical splitter and the reference mirror L1 ) It can be given to the (L2-L1) to the difference (D = L2-L1- (n -1) T) of the net path difference ((n-1) T) due to the thickness of the object to be measured. The fourth optical path difference D can be given by D = L2-L1- (n-1) T.
상기 제1 내지 제4 공간 주파수(SF_A,SF_B,SF_C,SF_D)는 상기 제1 내지 제4 광경로차이(A,B,C,D)로 각각 변환될 수 있다. The first through fourth spatial frequencies SF_A, SF_B, SF_C and SF_D may be converted into the first through fourth optical path differences A, B, C and D , respectively.
이에 따라, 상기 측정 대상(10)의 두께(T)와 상기 측정 대상(10)의 굴절률(n)은 다음과 같이 주어질 수 있다.Accordingly, the thickness T of the
상기 측정 대상(10)의 두께(T)를 구하기 위하여, 수학식 2와 같은 연산이 필요하다. 위의 연산은 오차 또는 불확도를 증가시킨다. 또한, 마이켈슨 간섭계 구조는 기준 거울(130)과 측정 거울(140)의 정렬에 어려움을 가진다. 따라서, 또한, 상기 마이켈슨 간섭계는 진동에 취약하다. 상기 마이켈슨 간섭계 구조는 많은 공간을 점유한다. 따라서, 산업에 응용하기 위하여, 마이켈슨 간섭계 구조는 용이하지 않다. 따라서, 본 발명은 새로운 구조의 분광형 간섭계를 제안한다.In order to obtain the thickness T of the
안정적인 동작 및 정렬의 어려움을 극복하기 위하여, 측정 거울은 제거되었다. 또한, 광섬유를 사용하여 기준 경로와 측정 경로는 서로 일부분 중첩되도록 설계되었다. 이에 따라, 측정 장치의 공간 활용도가 증가하였다.To overcome the difficulty of stable operation and alignment, the measuring mirrors were removed. Also, using the optical fiber, the reference path and the measurement path were designed to partially overlap each other. This has increased the space utilization of the measuring device.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 측정 대상의 광경로차만에 기인한 푸리에 변환된 피크를 연산을 통하지 않고 직접 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 대상의 광경로차 또는 광학 두께는 고속으로 연산될 수 있다.The optical device according to the embodiment of the present invention can directly provide the Fourier transformed peak due to only the optical path difference of the object of measurement without operating it. Accordingly, the optical path difference or the optical thickness of the measurement object can be calculated at a high speed.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 광학 장치를 설명하는 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a thickness measuring optical apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 광학 장치의 간섭 신호를 푸리에 변환한 결과이다.Fig. 6 is a result of Fourier transforming the interference signal of the optical device of Fig.
도 5 및 도 6을 참조하면, 두께 측정 광학 장치(300)는 광대역 레이저 광을 출력하는 광대역 레이저 광원(310), 상기 광대역 레이저 광원(310)의 출력광을 제1 포트(320a)로 제공받아 제2 포트(320b) 및 제3 포트(320b)로 분할하는 제1 광섬유 커플러(320), 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제2 포트(320b)에서 출력되는 광을 제1 포트(330a)로 입력받고 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제3 포트(320c)에서 출력된 광을 측정 대상(10)을 경유하여 제2 포트(330b)로 입력받아 상기 제1 포트(330a)로 입력된 광과 상기 제2 포트(330b)로 입력된 광을 결합하여 제3 포트(330c)로 출력하는 제2 광섬유 커플러(330), 및 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제3 포트(330c)로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 제1 스펙트럼 분석기(350)를 포함한다. 상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 파장에 따라 간섭 신호를 측정한다.5 and 6, the thickness measuring
상기 광대역 레이저 광원(310)은 펨토초 펄스 레이저 또는 광대역 광원일 수 있다. 상기 광대역 레이저 광원(310)의 가간섭 거리는 기준 경로와 측정 경로 사이의 거리보다 클 수 있다. 상기 기준 경로는 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제2 포트(320b)와 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제1 포트(330a) 사이의 거리일 수 있다. 상기 측정 경로는 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제3 포트(320b)와 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제2 포트(330b) 사이의 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제3 포트(330c)에서 출력된 광은 상호 간섭할 수 있다. 상기 광대역 레이저 광원(310)의 파장은 가시 광선 대역 또는 적외선 대역일 수 있다. 상기 광대역 레이저 광원(310)의 이득 커브의 주파수 반치폭(full width at half maximum, FWHM)은 파장에 따라 적어도 2개의 사인파를 생성할 수 있다. 상기 광대역 레이저 광원(310)은 모드 록킹 수단(mode-locking means) 또는 스위칭 수단(switching means)에 의하여 펄스 발진할 수 있다. 또한, 상기 광대역 레이저 광원(310)은 광 공진기(optical resonator)를 이용하여 광주파수 빛(optical frequency comb)을 출력할 수 있다. 상기 광대역 레이저 광원(310)의 펄스 동작은 첨부 전력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 광대역 레이저 광원(310)은 복수의 주파수 모드(frequency mode)를 가진 광대역 광을 제공할 수 있다.The broadband
상기 제1 광섬유 커플러(320)는 입력단으로 제1 포트(320a)를 포함하고, 출력단으로 제2 포트(320b)와 제3 포트(320c)를 포함할 수 있다. 상기 제1 광섬유 커플러(320)는 상기 광대역 레이저 광원(310)의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할할 수 있다. 제2 포트(320b)와 제3 포트(320b)의 광의 분배비는 1: 9일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제3 포트(320c)로 대부분의 광이 진행할 수 있다. The first
상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제1 포트(320a)는 광섬유를 통하여 상기 광대역 레이저 광원(310)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러(320)의 제2 포트(320b)는 광섬유를 통하여 제2 광섬유 커플러(330)의 제1 포트(330a)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러(320)의 상기 제3 포트(320c)는 광섬유를 통하여 제1 렌즈(342)에 연결될 수 있다.The
제1 렌즈(342)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 제1 렌즈(342)의 초점에 제1 광섬유 커플러(320)의 상기 제3 포트(320c)에 연결된 광섬유의 일단이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 광섬유에서 출력된 광은 상기 제1 렌즈(342)를 통하여 평행광으로 변형될 수 있다. The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈(342)의 후단에서는 빔사이즈 변환부(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 빔사이즈 변환부는 빔의 사이를 축소 또는 확대시킬 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, a beam size conversion unit (not shown) may be disposed at the rear end of the
상기 제1 렌즈(342)를 통하여 형성된 평행광은 측정 대상(10)에 제공될 수 있다. 상기 광섬유의 일단과 상기 제1 렌즈(342)는 일체형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 광학 정렬이 용이할 수 있다.The parallel light formed through the
측정 대상(10)은 상기 제1 렌즈(342)와 상기 제2 렌즈(344) 사이 배치될 수 있다. 상기 측정 대상(10)은 실리콘 반도체 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 측정 대상(10)은 상기 광대역 레이저 광원(310)의 출력광이 투과할 수 있는 재질일 수 있다.The object to be measured 10 may be disposed between the
상기 측정 대상(10)을 투과한 광은 제2 렌즈(344)를 통하여 집속될 수 있다. 상기 제2 렌즈(344)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 제2 렌즈(344)의 초점에 광섬유의 일단이 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(344)와 상기 광섬유는 일체형으로 제작될 수 있다. 이에 따라, 광학 정렬이 용이할 수 있다.The light transmitted through the
제2 광섬유 커플러(330)는 입력단으로 제1 포트(330a) 및 제2 포트(330b)를 포함하고, 출력단으로 제3 포트(330c)를 포함할 수 있다. 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제1 포트(330a)는 광섬유를 통하여 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제2 포트(320b)에 연결될 수 있다. 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제2 포트(330b)는 광섬유를 통하여 상기 제2 렌즈(344)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광섬유 커플러(330)는 제1 포트를 통하여 제공된 기준광과 상기 제2 포트를 통하여 제공된 측정광을 결합하여 제3 포트(330c)로 투과 간섭 신호를 출력할 수 있다.The second
상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제3 포트(330c)에 연결될 수 있다. 상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 입력되는 광을 파장 별로 분해하여 동시에 복수의 파장에서 투과 간섭 신호를 동시에 측정할 수 있다. 이에 따서, 하나의 측정 위치에서 측정 시간은 광의 주파수 스캔을 하지 않기 때문에 0.1 초 미만일 수 있다.The
상기 측정 대상(10)이 상기 제1 렌즈(342)와 상기 제2 렌즈(344) 사이에서 제거된 경우, 상기 기준광과 측정광은 기준 간섭 신호를 제공할 수 있다. 상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 상기 기준광과 상기 측정광에 의한 기준 간섭 신호를 측정할 수 있다. 상기 기준 간섭 신호는 2차원 광센서를 통하여 동시에 파장 또는 주파수에 따라 측정될 수 있다. 즉, 상기 2차원 광센서의 위치는 광원의 주파수(또는 파장)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 상기 기준 간섭 신호는 광센서의 위치(광원의 주파수)에 따른 광의 세기로 표시될 수 있다. 상기 기준 간섭 신호는 디지털 신호로 변환되어 처리부(370)에 제공될 수 있다. 상기 처리부(370)는 디지털 간섭 신호를 공간 주파수 도메인에서 푸리에 변환할 수 있다. 이에 따라, 상기 푸리에 변환된 간섭 신호의 진폭은 특정한 공간 주파수에서 기준 피크(P_AA)를 보일 수 있다. 상기 기준 피크(P_AA)를 보이는 공간 주파수(SF_AA)는 상기 기준광과 상기 측정광 사이의 광 경로 차이에 의존할 수 있다.When the
상기 측정 대상(10)이 상기 제1 렌즈(342)와 상기 제2 렌즈(344) 사이에서 배치된 경우, 상기 제2 광섬유 커플러(330)의 제3 포트는 투과 간섭 신호를 제공할 수 있다. 상기 투과 간섭 신호는 공간 주파수 도메인에서 수정 기준 피크(P_BB)를 보일 수 있다. 상기 기준 피크(P_AA)의 위치(SF_AA)는 상기 수정 기준 피크(P_BB)의 위치(SF_BB)와 다를 수 있다. 상기 수정 기준 피크의 위치(P_BB)는 상기 측정 대상에 의한 경로차이에 의한 변경될 수 있다. 상기 측정 대상(10)이 존재하는 경우, 상기 투과 간섭 신호는 푸리에 변환되어 공간 주파수 영역에서 복수의 피크들를 보일 수 있다. 상기 피크들의 위치는 간섭계의 구조 및 측정 대상에 의존할 수 있다. The third port of the second
위에 설명한 마이켈슨 간섭계 구조인 경우, 간섭 신호의 푸리에 변환은 공간 주파수 영역에서 복수의 피크를 보인다. 그러나, 상기 측정 대상의 전면에서 반사된 광과 상기 측정 대상의 후면에서 반사된 광의 간섭에 의한 피크는 직접적으로 관측되지 않았다.In the case of the Michelson interferometer structure described above, the Fourier transform of the interfering signal exhibits multiple peaks in the spatial frequency domain. However, the peak due to the interference between the light reflected from the front surface of the measurement object and the light reflected from the back surface of the measurement object was not directly observed.
그러나, 두개의 광섬유 커플러를 이용한 구조인 경우, 상기 측정 대상(10) 만에 의한 광 경로 차이는 상기 기준 피크(P_AA)의 위치(SF_AA)와 상기 수정 기준 피크(P_BB)의 위치(SF_BB)의 차이로 주어질 수 있다. 따라서, 상기 측정 대상의 광두께(optical thickness)가 산출될 수 있다. 또한, 다른 피크들의 공간 주파수들을 이용하면, 상기 측정 대상의 굴절률과 두께가 산출될 수 있다.However, in the case of a structure using two optical fiber couplers, the optical path difference due to only the
또한, 수정 기준 피크(P_BB)는 수정 기준 피크(P_BB)와 동등한 수준의 세기를 가질 수 있다. 따라서, 높은 신호대노이즈비가 얻어질 수 있다.In addition, the modification reference peak P_BB may have an intensity equivalent to that of the modification reference peak P_BB. Therefore, a high signal-to-noise ratio can be obtained.
측정 대상 이동부(360)는 상기 측정 대상(10)의 위치를 변경할 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 대상의 측정 위치는 스캔될 수 있다. 상기 측정 대상 이동부(360)는 스테이지일 수 있다. 상기 측정 대상 이동부(360)는 상기 처리부(370)에 의하여 제어될 수 있다.The measurement
상기 처리부(370)는 컴퓨터일 수 있다. 상기 처리부(370)는 제1 스펙트럼 분석기(350)의 측정 신호를 제공받아 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 신호를 처리하여 상기 측정 대상(10)의 광학 두께, 두께, 또는 굴절률을 산출할 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께 측정 범위는 0~300 mm 일 수 있다. 상기 두께의 측정 불확도(measurement uncertainty of the thickness)는 100 nm 이내 일 수 있다. 또한, 접촉식 측정 방법(contact-type method)과 본 발명의 측정 방법은 0.1 μm 이내의 범위에서 서로 동일한 결과를 보였다.According to one embodiment of the present invention, the thickness measurement range may be 0 to 300 mm. The measurement uncertainty of the thickness may be within 100 nm. In addition, the contact-type method and the measuring method of the present invention showed the same results in the range of 0.1 μm or less.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining an optical device according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 두께 측정 광학 장치(300a)는 광대역 레이저 광을 출력하는 광대역 레이저 광원; 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할하는 제1 광섬유 커플러(320), 상기 제1 광섬유 커플러의 제2 포트에서 출력되는 광을 제1 포트로 입력받고 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력된 광을 측정 대상을 경유하여 제2 포트로 입력받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제3 포트로 출력하는 제2 광섬유 커플러(330), 및 상기 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 제1 스펙트럼 분석기(350)를 포함한다. 상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 파장에 따라 간섭 신호를 측정한다.7, the thickness measuring
제1 광섬유 커플러(320)는 입력단으로 제1 포트를 포함하고, 출력단으로 제2 포트, 제3 포트, 제4 포트를 포함할 수 있다. 제1 광섬유 커플러는 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할할 수 있다. 제2 포트와 제3 포트의 광의 분배비는 조절할 수 있다. 이에 따라, 제1 광섬유 커플러의 제3 포트로 대부분의 광이 진행할 수 있다. 제1 광섬유 커플러의 제1 포트(320a)는 광섬유를 통하여 상기 광대역 레이저 광원(310)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러의 제2 포트(320b)는 광섬유를 통하여 제2 광섬유 커플러의 제1 포트(330a)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러의 상기 제3 포트(320c)는 광섬유를 통하여 제1 렌즈에 연결될 수 있다.The first
다중화기(380)는 상기 제1 광섬유 커플러(320)의 제3 포트(320c)로부터 광을 입력단(380a)으로 제공받아 시간에 따라 순차적으로 스위칭하여 복수의 출력단(380b)으로 출력한다. 상기 다중화기(380)는 시간을 분할하여 차례로 입력단의 입력 신호를 선택된 출력단에 제공할 수 있다. The
제1 렌즈(342)는 상기 다중화기(380)의 복수의 출력단에서 출력되는 광을 각각 평행광으로 변환하여 측정 대상(10)에 제공한다. 상기 제1 렌즈(342)는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. The
제2 렌즈(344)는 상기 제1 렌즈 및 상기 측정 대상을 투과한 광을 집속한다. 상기 제2 렌즈(344)는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. The
역다중화기(390)는 상기 제2 렌즈에 정렬된 복수의 입력단(390a)으로 제공되는 광을 하나의 출력단(390b)으로 출력한다. 상기 다중화기(380)의 출력단(380b)은 상기 역다중화기(390)의 입력단(390a)에 각각 대응할 수 있다.The
이에 따라, 복수의 위치에서 투과 간섭 신호가 측정될 수 있다. 물리적인 이동없이 상기 측정 대상(10)의 위치별 광학 두께, 두께, 또는 굴절률이 구해질 수 있다.Thereby, the transmission interference signal can be measured at a plurality of positions. The optical thickness, thickness, or refractive index can be obtained for each position of the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating an optical device according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 두께 측정 광학 장치(400)는 광대역 레이저 광을 출력하는 광대역 레이저 광원(310), 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할하는 제1 광섬유 커플러(420), 상기 제1 광섬유 커플러의 제2 포트에서 출력되는 광을 제1 포트로 입력받고 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력된 광을 측정 대상을 경유하여 제2 포트로 입력받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제3 포트로 출력하는 제2 광섬유 커플러(330), 및 상기 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 제1 스펙트럼 분석기(350)를 포함한다. 상기 제1 스펙트럼 분석기(350)는 파장에 따라 간섭 신호를 측정한다.8, the thickness measuring
제1 광섬유 커플러(420)는 2X2 구조일 수 있다. 상기 제1 광섬유 커플러(420)는 입력단으로 제1 포트(420a)를 포함하고, 출력단으로 제2 포트(420b), 제3 포트(420c), 제4 포트(420d)를 포함할 수 있다. 제1 광섬유 커플러(420)는 상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트(420a)로 제공받아 제2 포트(420b) 및 제3 포트(420c)로 분할할 수 있다. 제2 포트(420b)와 제3 포트(420c)의 광의 분배비는 1: 9일 수 있다. 이에 따라, 제1 광섬유 커플러(420)의 제3 포트(420c)로 대부분의 광이 진행할 수 있다. 제1 광섬유 커플러(420)의 제1 포트(420a)는 광섬유를 통하여 상기 광대역 레이저 광원(310)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러의 제2 포트(420b)는 광섬유를 통하여 제2 광섬유 커플러(330)의 제1 포트(330a)에 연결될 수 있다. 제1 광섬유 커플러(420)의 상기 제3 포트(420c)는 광섬유를 통하여 제1 렌즈(342)에 연결될 수 있다.The first
상기 측정 대상(10)의 전면 및 후면에 반사된 광(W1,W2)은 상기 제1 광섬유 커플러(420)의 제3 포트(420c)를 통하여 진행할 수 있다. 상기 반사된 광(W1,W2)은 제1 광섬유 커플러(420)의 제1 포트(420a) 및 제4 포트(420d)를 통하여 진행할 수 있다. 따라서, 상기 반사된 광(W1,W2)은 상기 제1 광섬유 커플러의 제1 포트를 통하여 상기 광대역 레이저 광원(310)에 제공될 수 있다. 따라서, 상기 제1 포트와 상기 광대역 레이저 광원(310) 사이에 아이솔레이터(312)가 배치될 수 있다. 상기 아이솔레이터(312)는 측정 대상에서 반사된 광의 진행을 억제할 수 있다. 상기 아이솔레이터(312)는 일방향의 광 진행을 제공할 수 있다.The lights W1 and W2 reflected on the front and rear surfaces of the
상기 제4 포트(420d)를 통하여 제공된 반사된 광(W1,W2)은 제2 스펙트럼 분석기(352)에 제공될 수 있다. 상기 제2 스펙트럼 분석기(352)는 상기 측정 대상의 전면 및 후면에 반사된 광(W1,W2)의 반사 간섭 신호를 측정할 수 있다. 상기 반사 간섭 신호는 처리부(370)에 제공될 수 있다. 상기 처리부(370)는 상기 반사 간섭 신호를 푸리에 변환할 수 있다. 푸리에 변환된 반사 간섭 신호는 공간 주파수 도메인에서 상기 측정 대상만에 의한 광 경로 차이에 기인한 피크를 제공할 수 있다. 상기 피크의 위치는 상기 측정 대상의 광두께를 제공할 수 있다.The reflected light W1, W2 provided through the
제1 스펙트럼 분석기(350)는 상기 측정 대상을 투과한 투과광과 기준광에 의한 투과 간섭신호를 측정할 수 있다. 상기 투과 간섭 신호는 처리부에 의하여 푸리에 변환될 수 있다. 상기 처리부(370)는 푸리에 변환된 투과 간섭 신호를 이용하여 광두께, 두께, 굴절률을 산출할 수 있다. The
제2 스펙트럼 분석기(352)는 상기 측정 대상의 소정 위치에서 반사 간섭 신호를 측정할 수 있다. 처리부(370)는 상기 반사 간섭 신호를 처리하여 광두께를 산출할 수 있다. 또한, 상기 측정 대상의 굴절률이 산출되거나 이미 알려진 경우, 상기 광학 두께는 상기 측정 대상의 두께로 변환될 수 있다. The
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
310: 광대역 레이저 광원
320: 제1 광섬유 커플러
330: 제2 광섬유 커플러
342: 제1 렌즈
344: 제2 렌즈
350: 스펙트럼 분석기310: broadband laser light source
320: first optical fiber coupler
330: second optical fiber coupler
342: first lens
344: Second lens
350: spectrum analyzer
Claims (10)
상기 광대역 레이저 광원의 출력광을 제1 포트로 제공받아 제2 포트 및 제3 포트로 분할하는 제1 광섬유 커플러;
상기 제1 광섬유 커플러의 제2 포트에서 출력되는 광을 제1 포트로 입력받고 상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트에서 출력된 광을 측정 대상을 경유하여 제2 포트로 입력받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제3 포트로 출력하는 제2 광섬유 커플러;
상기 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력되는 광을 파장에 따라 측정하는 제1 스펙트럼 분석기;
상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트로부터 광을 입력단으로 제공받아 시간에 따라 순차적으로 스위칭하는 다중화기;
상기 다중화기의 복수의 출력단에서 출력되는 광을 각각 평행광으로 변환하여 측정 대상에 제공하는 제1 렌즈;
상기 제1 렌즈 및 상기 측정 대상을 투과한 광을 집속하는 제2 렌즈; 및
상기 제2 렌즈에 정렬된 입력단으로 제공되는 광을 하나의 출력단으로 제공하는 역다중화기를 포함하고,
상기 다중화기의 출력단은 상기 역다중화기의 입력단에 각각 대응하고,
상기 제1 스펙트럼 분석기는 파장에 따라 간섭 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 광학 장치.A broadband laser light source for outputting a broadband laser beam;
A first optical fiber coupler for dividing the output light of the wideband laser light source into a second port and a third port by being provided to a first port;
A first port for receiving light output from a second port of the first optical fiber coupler and a second port for receiving light output from a third port of the first optical fiber coupler through a measurement object, A second optical fiber coupler coupling the input light and the light input to the second port and outputting the combined light to a third port;
A first spectrum analyzer for measuring light output to a third port of the second optical fiber coupler according to a wavelength;
A multiplexer for receiving light from a third port of the first optical fiber coupler and sequentially switching the received light according to time;
A first lens for converting light output from a plurality of output terminals of the multiplexer into parallel light and providing the parallel light to an object to be measured;
A second lens that focuses the light transmitted through the first lens and the measurement object; And
And a demultiplexer for providing the light provided to the input end aligned with the second lens as one output end,
An output terminal of the multiplexer corresponds to an input terminal of the demultiplexer,
Wherein the first spectrum analyzer measures an interference signal according to a wavelength.
상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트를 통하여 제공된 광대역 레이저 광을 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 측정 대상, 및 제2 렌즈를 통하여 제공하는 단계;
제1 광섬유 커플러의 제2 포트를 통하여 제공된 광을 제2 광섬유 커플러의 제1 포트로 제공받고, 상기 제2 렌즈를 투과한 광을 제2 광섬유 커플러의 제2 포트로 제공받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 투과 간섭 신호를 출력하는 단계;
제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력된 광을 제공받아 상기 투과 간섭 신호의 파장에 따른 스펙트럼 측정하는 단계;
상기 측정된 투과 간섭신호를 푸리에 변환하는 단계; 및
상기 제1 광섬유 커플러의 제4 포트를 통하여 상기 측정 대상의 전면 및 후면에서 반사된 광을 제공받아 파장에 따른 반사 간섭 신호 측정하는 단계;
상기 반사 간섭 신호 및 상기 투과 간섭 신호를 이용하여 상기 측정 대상의 굴절률 및 두께를 산출하는 단계;
상기 측정 대상을 이동시키는 단계; 및
이동된 위치에서 상기 반사 간섭 신호 측정를 이용하여 상기 측정 대상의 광학 두께를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.Receiving a broadband laser beam oscillating at a plurality of wavelengths simultaneously through a first port of a first optical fiber coupler and dividing the broadband laser beam into a second port and a third port for transmission;
Providing a broadband laser light provided through a third port of the first optical fiber coupler through a sequentially arranged first lens, a measurement object, and a second lens;
The light provided through the second port of the first optical fiber coupler is provided to the first port of the second optical fiber coupler and the light transmitted through the second lens is provided to the second port of the second optical fiber coupler, Coupling the input light and the light input to the second port to output a transmission interference signal to a third port of the second optical fiber coupler;
Receiving a light output from the third port of the second optical fiber coupler and measuring a spectrum according to a wavelength of the transmission interference signal;
Performing Fourier transform on the measured transmission interference signal; And
Receiving reflected light from a front surface and a rear surface of the measurement object through a fourth port of the first optical fiber coupler and measuring a reflection interference signal according to a wavelength;
Calculating a refractive index and a thickness of the measurement object using the reflection interference signal and the transmission interference signal;
Moving the measurement object; And
And calculating the optical thickness of the measurement object using the reflection interference signal measurement at the moved position.
상기 제1 광섬유 커플러의 제3 포트를 통하여 제공된 광대역 레이저 광을 시간에 따라 순차적 다중화하여 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 측정 대상, 및 제2 렌즈를 통하여 제공하는 단계;
상기 제2 렌즈를 투과한 광을 역다중화하는 단계;
제1 광섬유 커플러의 제2 포트를 통하여 제공된 광을 제2 광섬유 커플러의 제1 포트로 제공받고, 상기 역다중화된 광을 제2 광섬유 커플러의 제2 포트로 제공받아 상기 제1 포트로 입력된 광과 제2 포트로 입력된 광을 결합하여 제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 투과 간섭 신호를 출력하는 단계;
제2 광섬유 커플러의 제3 포트로 출력된 광을 제공받아 상기 투과 간섭 신호의 파장에 따른 스펙트럼 측정하는 단계; 및
상기 측정된 투과 간섭신호를 푸리에 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.Transmitting broadband laser light oscillating at a plurality of wavelengths simultaneously to a second port and a third port through a first port of a first optical fiber coupler;
Providing a broadband laser beam provided through a third port of the first optical fiber coupler sequentially through a first lens, an object to be measured, and a second lens, which are sequentially arranged;
Demultiplexing the light transmitted through the second lens;
The optical fiber coupler of claim 1, wherein the first port of the first optical fiber coupler is provided with a first port of the second optical fiber coupler, and the second port of the second optical fiber coupler receives the demultiplexed light of the second port of the second optical fiber coupler, And outputting a transmission interference signal to a third port of the second optical fiber coupler by coupling light inputted into the second port;
Receiving a light output from the third port of the second optical fiber coupler and measuring a spectrum according to a wavelength of the transmission interference signal; And
And performing a Fourier transform on the measured transmission interference signal.
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