KR101554203B1 - Thickness Measuring Apparatus and Thickness Measuring Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법을 제공하는 것이다. 이 두께 측정 장치는 제1 파장 및 제2 파장의 레이저 빔을 순차적으로 투명 기판의 제1 위치에 조사하는 파장 가변 레이저; 상기 투명 기판을 투과한 투과 빔을 검출하는 광 검출기;및 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리자주 그래프에서 회전각, 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length), 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출하는 처리부를 포함한다.The present invention provides a thickness measuring apparatus and a thickness measuring method. The thickness measuring apparatus includes a tunable laser for sequentially irradiating a laser beam of a first wavelength and a second wavelength to a first position of a transparent substrate; A light detector for detecting a transmission beam transmitted through the transparent substrate, a rotation angle calculating unit for calculating a rotation angle in the re-circulation graph using the intensity of the first transmission beam of the first wavelength and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength, The difference in optical path length between neighboring lasers due to the internal reflection of the transparent substrate at the first position or the difference in optical path length between neighboring lasers rays of the light beam.

Description

두께 측정 장치{Thickness Measuring Apparatus and Thickness Measuring Method}[0001] The present invention relates to a thickness measuring apparatus,

본 발명은 두께 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 파장을 이용하여 두께의 변화를 정밀하게 측정할 수 있는 두께 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thickness measuring apparatus, and more particularly, to a thickness measuring apparatus capable of precisely measuring a thickness change using two wavelengths.

반도체 장치나 LCD(liquid crystal display), OLED(organic lightemitting diode)디스플레이와 같은 평판 표시 장치에는 유리 등으로 구성된 기판이 사용된다. 최근, 표시 장치는 점점 대면적화, 고화질화되고 있다. 이에 표시 장치에 포함되는 기판 또한 대면적화되고 있으며, 이러한 기판의 두께가 불균일한 경우 표시 장치의 화질에 악영향을 미칠 수 있으므로 기판의 전면에 걸쳐 두께를 균일하게 유지하는 것이 중요하다.A substrate made of glass or the like is used for a flat panel display device such as a semiconductor device, a liquid crystal display (LCD), and an organic lightemitting diode (OLED) display. 2. Description of the Related Art In recent years, display devices have become increasingly large-sized and high-quality. Therefore, the substrate included in the display device is also made large in size, and if the thickness of the substrate is uneven, the image quality of the display device may be adversely affected. Therefore, it is important to maintain the thickness uniformly over the entire surface of the substrate.

수 내지 수십 nm 정도의 두께 변화를 측정하기 위하여, 일반적으로 기판의 전면과 후면에서 반사되는 광 사이의 간섭 현상을 이용한 반사형 두께 측정 장치가 이용된다. 그러나, 기판이 대면적화되면서 기판의 두께 측정 과정에서 기판이 휘어질 수 있으며, 기판의 휘어짐 정도에 따라 기판에서 반사되는 광의 경로가 변화되어 기판의 두께를 정밀하게 측정하기 어려운 문제가 발생한다.In order to measure a thickness variation of several to several tens of nanometers, a reflection type thickness measuring apparatus using interference phenomenon generally reflected from the front and back surfaces of the substrate is used. However, as the substrate becomes larger, the substrate may be bent in the process of measuring the thickness of the substrate, and the path of the light reflected by the substrate changes according to the degree of warpage of the substrate, which makes it difficult to accurately measure the thickness of the substrate.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 소정의 조건을 만족하는 두 개의 파장을 이용하여 박막 두께를 측정하는 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thickness measuring apparatus and method for measuring a thickness of a thin film using two wavelengths satisfying predetermined conditions.

본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치는 제1 파장 및 제2 파장의 레이저 빔을 순차적으로 투명 기판의 제1 위치에 조사하는 파장 가변 레이저; 상기 투명 기판을 투과한 투과 빔을 검출하는 광 검출기;및 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리자주 그래프에서 회전각, 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length), 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출하는 처리부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a thickness measuring apparatus comprising: a tunable laser which sequentially irradiates a laser beam of a first wavelength and a second wavelength onto a first position of a transparent substrate; A light detector for detecting a transmission beam transmitted through the transparent substrate, a rotation angle calculating unit for calculating a rotation angle in the re-circulation graph using the intensity of the first transmission beam of the first wavelength and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength, The difference in optical path length between neighboring lasers due to the internal reflection of the transparent substrate at the first position or the difference in optical path length between neighboring lasers rays of the light beam.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 코사인 함수를 가지고, 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 사인 함수를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the intensity of the first transmission beam of the first wavelength has a cosine function according to a phase difference, and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength has a sine function according to a phase difference. .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 파장 가변 레이저는 주기적으로 제1 파장과 제2 파장을 교번하면서 출력할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tunable laser can periodically output the first wavelength and the second wavelength alternately.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 기판를 이동시키는 이송부; 및 상기 이송부를 구동하는 이송 구동부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a transport unit for moving the transparent substrate; And a feed driving unit for driving the feed unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 방법은 제1 파장의 레이저 빔을 투명 기판의 제1 위치에 조사하는 단계; 투명 기판을 투과한 제1 파장의 제1 투과 빔을 검출하는 단계; 상기 레이저 빔의 파장을 제2 파장으로 변경하여 제2 파장의 레이저 빔을 상기 투명 기판의 상기 제1 위치에 조사하는 단계; 상기 투명 기판을 투과한 제2 파장의 제2 투과 빔을 검출하는 단계; 및 상기 제1 파장의 상기 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 상기 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리자주 그래프에서 회전각, 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length), 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring a thickness, comprising: irradiating a laser beam of a first wavelength to a first position of a transparent substrate; Detecting a first transmission beam of a first wavelength transmitted through the transparent substrate; Changing a wavelength of the laser beam to a second wavelength and irradiating the laser beam of the second wavelength to the first position of the transparent substrate; Detecting a second transmission beam of a second wavelength transmitted through the transparent substrate; And a rotation angle in a re-circulation graph using the intensity of the first transmission beam at the first wavelength and the intensity of the second transmission beam at the second wavelength, Extracting the phase difference between the optical path lengths between the lasers or the neighboring lasers due to the internal reflection of the transparent substrate at the first position, .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 기판의 상기 제1 위치를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include changing the first position of the transparent substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치 및 방법은 제1 파장과 제2 파장을 투명 기판에 투과시키고, 투과 빔을 측정하여 용이하게 투명 기판의 두께 변화를 측정할 수 있다. 특히, 상기 두께 측정 장치는 이송 롤러와 같이 진동을 유발하는 환경 또는 전체적으로 휨이 있는 환경에서도 안정적으로 두께를 측정할 수 있다. The thickness measuring apparatus and method according to an embodiment of the present invention can easily measure the thickness change of the transparent substrate by transmitting the first wavelength and the second wavelength through the transparent substrate and measuring the transmission beam. Particularly, the thickness measuring apparatus can stably measure the thickness even in an environment that causes vibration like a conveying roller or an environment in which there is a bending as a whole.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 cos(ψ)를 소정의 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)에서, 기판의 두께(d)에 따라 도시한 그래프이다.
도 3은 제1 파장의 투과 빔의 세기와 제2 파장의 투과 빔의 세기를 서로 다른 축으로 하여 도시한 리사주(Lissajous) 그래프이다.
도 4는 리사주 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5는 각 매개 변수 값의 추정 오차로 인하여 발생되는 위상 차이 계산의 비선형 오차를 나타낸 그래프이다.
도 6은 FPGA를 이용한 처리부의 구성을 나타낸다.
도 7은 리사주 궤적(Lissajous trajectory)에서 허용 오차 범위(tolerance)를 설정하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 타이밍 차트이다.
도 9a는 도 8a의 제1 측정 신호(Ix)의 AC 성분과 제2 측정 신호(Iy)의 AC 성분을 표시하는 그래프이다.
도 9b는 도 9a의 제1 측정 신호의 AC 성분과 제2 측정 신호의 AC 성분을 이용한 리사주 그래프이다.
도 9c는 도 9b의 리사주 그래프 및 비선형 오차 제거를 통하여 얻어진 두께 변화를 표시하는 그래프이다.1 is a view for explaining a thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing cos () at a predetermined first wavelength lambda 1 and a second wavelength lambda 2 in accordance with the thickness d of the substrate.
3 is a Lissajous graph showing the intensities of the transmission beams of the first wavelength and the transmission beams of the second wavelength on different axes.
4 is a diagram showing a Lisa's main graph.
5 is a graph showing the nonlinear error of the phase difference calculation caused by the estimation error of each parameter value.
6 shows a configuration of a processing unit using an FPGA.
7 is a graph showing setting of a tolerance in the Lissajous trajectory.
8A is a view for explaining a thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
8B is a timing chart of Fig. 8A.
FIG. 9A is a graph showing the AC component of the first measurement signal Ix and the AC component of the second measurement signal Iy in FIG. 8A.
FIG. 9B is a graph showing the Lissajous figure using the AC component of the first measurement signal and the AC component of the second measurement signal of FIG. 9A.
FIG. 9C is a graph showing the thickness variation obtained through the Lissajous graph and nonlinear error elimination of FIG. 9B. FIG.

가간섭성 광(Coherent Light)이 투명 기판에 입사하면, 다중 내부 반사(multiple internal reflection)을 통하여 상기 투명 기판을 투과한 투과 빔은 간섭 신호를 생성할 수 있다. 상기 투과 빔의 간섭 신호는 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length) 또는 위상 차이에 의존할 수 있다. 투명 기판의 두께가 다르면, 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이 또는 위상 차이가 변할 수 있다. 상기 투과 빔의 간섭 신호는 에어리 함수(Airy Function)를 가질 수 있다. 상기 에어리 함수(Airy Function)는 위상 차이에 따라 2π 모호성(ambiguity)를 가진다. 따라서, 상기 투과 빔의 간섭 신호는 상기 투명 기판의 두께를 특정할 수 없다.When a coherent light is incident on a transparent substrate, a transmission beam transmitted through the transparent substrate through multiple internal reflection can generate an interference signal. The interference signal of the transmission beam may depend on the difference in optical path length or phase difference between neighboring lasers due to internal reflection. If the thickness of the transparent substrate is different, the difference in optical path or phase difference between neighboring lasers due to internal reflection may change. The interference signal of the transmission beam may have an airy function. The Airy function has 2? Ambiguity depending on the phase difference. Therefore, the interference signal of the transmission beam can not specify the thickness of the transparent substrate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2π 모호성(ambiguity)을 제거하기 위하여, 상기 간섭 신호의 위상 차이(phase difference)의 궤적을 추적한다. 이를 위상 차이의 궤적(trajectory of phase difference)을 추적하기 위하여, 새로운 간섭 신호가 요구된다. 구체적으로, 1 보다 작은 피네스 계수(coefficient of finesse; F <1 )인 경우, 상기 에어리 함수(Airy Function)는 상기 위상 차이에 따라 코사인 함수(Cosine Function)로 근사될 수 있다. 상기 코사인 함수는 상기 위상 차이에 의존한다. 상기 위상 차이는 파장에 의존한다. 따라서, 상기 파장을 변경하면, 상기 코사인 함수는 사인 함수로 변경될 수 있다. 따라서, 제1 파장에서 코사인 함수와 제2 파장에서 사인 함수(Sine Function)는 상기 위상 차이 및 상기 위상 차이의 궤적을 특정할 수 있다. 또한, 상기 위상 차이의 궤적 또는 회전 방향이 결정될 수 있다. 따라서, 상기 위상 차이에서 2π 모호성(ambiguity)이 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 투명 기판의 두께 변이(Thickness Variation)가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기판의 위치에 따른 두께 변이 또는 투명 기판의 위치에 따른 상대 두께가 측정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the trajectory of the phase difference of the interference signal is tracked to eliminate 2? Ambiguity. In order to track the trajectory of the phase difference, a new interference signal is required. Specifically, when the coefficient of finesse (F <1) is smaller than 1, the airy function can be approximated to a cosine function according to the phase difference. The cosine function depends on the phase difference. The phase difference is dependent on the wavelength. Therefore, if the wavelength is changed, the cosine function can be changed to a sine function. Therefore, the cosine function at the first wavelength and the sine function at the second wavelength can specify the phase difference and the trajectory of the phase difference. Further, the trajectory or the direction of rotation of the phase difference can be determined. Thus, 2 [pi] ambiguity can be eliminated in the phase difference. Accordingly, the thickness variation of the transparent substrate can be determined. According to an embodiment of the present invention, the thickness variation depending on the position of the transparent substrate or the relative thickness depending on the position of the transparent substrate can be measured.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 투명한 기판(10)에 레이저 광원이 입사한다. 상기 레이저 광원의 입사각은 θ1이고, 상기 레이저 광원의 굴절각은 θ2이다. 상기 투명 기판의 두께는 d이고, 상기 투명 기판의 굴절률은 n이다. 공기의 굴절률은 1로 가정한다. 입사광의 전기장의 세기는 E0이다. 상기 입사광은 상기 투명 기판(10) 내에서 다중 내부 반사를 수행한다. 입사면 및 투과면에서의 반사 계수는 r이고, 상기 입사면 및 투과면을 투과하는 투과 계수는 t이다. λ1는 진공에서 상기 레이저 광원의 파장이다. Referring to FIG. 1, a laser light source is incident on a transparent substrate 10. The incident angle of the laser light source is? 1 , and the refraction angle of the laser light source is? 2 . The thickness of the transparent substrate is d, and the refractive index of the transparent substrate is n. The refractive index of air is assumed to be 1. The intensity of the electric field of incident light is E 0 . The incident light performs multiple internal reflection in the transparent substrate 10. The reflection coefficient on the incident surface and the transmission surface is r, and the transmission coefficient through the incident surface and the transmission surface is t. lambda 1 is the wavelength of the laser light source in vacuum.

E0t2과 E0r2t2 는 서로 이웃한 레이(ray)이다. 이웃한 두 개의 레이(ray) 사이의 경로 위상 차이(ψ)는 다음과 같이 주어질 수 있다.E 0 t 2 and E 0 r 2 t 2 are neighboring rays. The path phase difference (ψ) between two adjacent rays can be given as follows.

Figure 112013060558260-pat00001
Figure 112013060558260-pat00001

다중 반사에 의한 총 투과 빔의 전기장은 다음과 같이 주어질 수 있다.The electric field of the total transmission beam due to multiple reflections can be given as follows.

Figure 112013060558260-pat00002
Figure 112013060558260-pat00002

상기 총 투과 빔의 세기는 다음과 같이 에어리 함수(Airy Function)로 주어질 수 있다.The intensity of the total transmission beam can be given as an Airy function as follows.

Figure 112013060558260-pat00003
Figure 112013060558260-pat00003

ψr/2은 한 번의 반사에 의한 반사 위상 변화(reflection phase change)이다. R은 반사도(reflectance), T는 투과도(transmittance)이다. Ψ는 총 위상 차이다. F는 피네스 계수(coefficient of finesse)이다.ψ r / 2 is a reflection phase change due to one reflection. R is the reflectance and T is the transmittance. Ψ is the total phase difference. F is the coefficient of finesse.

F < 1 인 경우, 상기 투과 빔의 세기를 테일러 시리즈 전개(Tayler Series Expansion)하고, 2차 급수 항 이상을 무시하면, 상기 투과 빔의 세기는 다음과 같이 표시될 수 있다.If F < 1, the intensity of the transmitted beam is Tayler series expansion (Tayler series expansion), and if the second order term or more is ignored, the intensity of the transmitted beam can be expressed as follows.

Figure 112013060558260-pat00004
Figure 112013060558260-pat00004

상기 투과 빔의 세기는 총 위상 차이에 대한 코사인 함수로 표시된다. 한편, 총 위상 차이(Ψ)의 궤적을 추적하기 위하여, 상기 투과 빔의 세기에 대한 사인 함수가 요구된다. The intensity of the transmitted beam is expressed as a cosine function for the total phase difference. On the other hand, in order to track the trajectory of the total phase difference (?), A sine function for the intensity of the transmitted beam is required.

상기 투과 빔의 세기(IT)로부터 총 위상 차이(Ψ)를 구하기 위하여, IT(Ψ),와 IT(Ψ+π/2)의 두 개의 신호가 필요하다. 예를 들어, 반사 위상 변화(ψr)가 영인 경우, IT(ψ),와 IT(ψ+π/2)이 요구된다. 상기 투과 빔의 코사인 위상 항(cosine phase term)은 다음과 같이 표시된다.Two signals, I T (Ψ), and I T (Ψ + π / 2), are required to obtain the total phase difference (Ψ) from the intensity (I T ) of the transmitted beam. For example, if the reflection phase change (ψ r ) is zero, I T (ψ), and I T (ψ + π / 2) are required. The cosine phase term of the transmission beam is expressed as follows.

Figure 112013060558260-pat00005
Figure 112013060558260-pat00005

제1 파장(λ1)을 제2 파장(λ2)으로 변경하면, ψ가 π/2 만큼 변하게 만들 수 있다. 따라서, 상기 투과 빔의 세기는 제1 파장에서 상기 투명 기판의 두께(d)에 따라 코사인 함수를 가지고, 제2 파장에서 상기 투명 기판의 두께(d)에 따라 사인 함수를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 차이의 궤적이 추적될 수 있다. 따라서, 상기 위상 차이의 2π 모호성(ambiguity)이 제거될 수 있다.By changing the first wavelength? 1 to the second wavelength? 2 ,? Can be changed by? / 2. Therefore, the intensity of the transmission beam has a cosine function according to the thickness d of the transparent substrate at the first wavelength, and a sine function according to the thickness d of the transparent substrate at the second wavelength. Thus, the trajectory of the phase difference can be traced. Thus, the ambiguity of 2 [pi] of the phase difference can be eliminated.

도 2는 cos(ψ)를 소정의 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)에서, 기판의 두께(d)에 따라 도시한 그래프이다. 2 is a graph showing cos () at a predetermined first wavelength lambda 1 and a second wavelength lambda 2 in accordance with the thickness d of the substrate.

도 2를 참조하면, 제2 파장(λ2)은 ψ가 Nπ+ π/2 만큼 변하도록 선택될 수 있다. 여기서, N은 정수이다. 예를 들어, ψ가 π/2 만큼 변하도록 제2 파장이 선택된 경우, 제2 파장(λ2)은 다음과 같이 주어질 수 있다.Referring to FIG. 2, the second wavelength? 2 can be selected such that? Changes by N? +? / 2. Here, N is an integer. For example, when the second wavelength is selected so that? Changes by? / 2, the second wavelength? 2 can be given as follows.

Figure 112013060558260-pat00006
Figure 112013060558260-pat00006

한편, 제2 파장은 상기 투명 기판의 두께(d)에 의존한다. 그럼에도 불구하고, 상기 투명 기판의 두께(d)는 제1 파장이 비하여 현저히 크다. 통상적으로, 상기 투명 기판의 두께는 수백 마이크로미터 정도이고, 상기 제1 파장의 수 마이크로미터 수준이다. 따라서, 상기 투명 기판의 두께 변화에 따른 주기의 오차는 무시할 수 있다. 상기 제1 파장은 1.5 μm이고, d=700 μm이고, n은 1.5이고, θ2가 90도 인 경우, Δλ=0.00027 μm일 수 있다. Δλ는 제1 파장에 비하여 매우 작다. 따라서,두께에 대한 반복 주기는 제1 파장 및 제2 파장에 대하여 실질적으로 동일하다.On the other hand, the second wavelength depends on the thickness d of the transparent substrate. Nevertheless, the thickness d of the transparent substrate is significantly larger than the first wavelength. Typically, the thickness of the transparent substrate is on the order of a few hundred micrometers, and is on the order of a few micrometers of the first wavelength. Therefore, the error of the period due to the thickness change of the transparent substrate can be neglected. The first wavelength is 1.5 μm, d = 700 μm, n is 1.5, and θ 2 is 90 °, Δλ = 0.00027 μm. DELTA lambda is very small compared to the first wavelength. Thus, the repetition period for the thickness is substantially the same for the first wavelength and the second wavelength.

두께(d)가 변하는 상황에서, 투과 빔의 위상 항에서 π/2의 위상 차이의 조건을 만족하는 λ1 과 λ2인 경우, 투과 빔의 세기는 다음과 같이 주어질 수 있다.In the case where the thickness d varies, in the case of? 1 and? 2 satisfying the condition of the phase difference of? / 2 in the phase term of the transmission beam, the intensity of the transmission beam can be given as follows.

Figure 112013060558260-pat00007
Figure 112013060558260-pat00007

IT(λ1)는 제1 파장에서 제1 투과 빔의 세기이고, IT(λ2)는 제2 파장에서 제2 투과 빔의 세기이다. IT(λ1)는 투명 기판의 두께에 따라 코사인 함수를 포함하고, IT(λ2)는 투명 기판의 두께에 따라 사인 함수를 포함한다. I0 1, I0 2는 상수이다.I T (λ 1 ) is the intensity of the first transmission beam at the first wavelength, and I T (λ 2 ) is the intensity of the second transmission beam at the second wavelength. I T (λ 1 ) includes a cosine function according to the thickness of the transparent substrate, and I T (λ 2 ) includes a sine function according to the thickness of the transparent substrate. I 0 1 and I 0 2 are constants.

도 3은 제1 파장의 투과 빔의 세기와 제2 파장의 투과 빔의 세기를 서로 다른 축으로 하여 도시한 리사주(Lissajous) 그래프이다. 3 is a Lissajous graph showing the intensities of the transmission beams of the first wavelength and the transmission beams of the second wavelength on different axes.

도 3을 참조하면, 상기 제1 파장의 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 투과 빔의 세기의 하여 정의된 위치(A)는 중심점(I0 1, I0 2)으로 기준으로 원 운동 또는 타원 운동할 수 있다. 상기 위치(A)의 회전각은 상기 총 위상 차이(Ψ)와 동일할 수 있다. 따라서, 위치(A)는 투명 기판의 두께가 연속적으로 변함에 따라, 상기 리사주(Lissajous) 그래프에서 연속적으로 회전 운동할 수 있다. 따라서, 상기 회전각을 추적하여, 투명 기판의 두께가 계산될 수 있다.Referring to FIG. 3, a position A defined by the intensity of the transmission beam of the first wavelength and the intensity of the transmission beam of the second wavelength may be a circular motion or a circular motion based on the center points I 0 1 and I 0 2 , You can exercise elliptical. The rotation angle of the position A may be equal to the total phase difference [Psi]. Accordingly, the position A can be continuously rotated in the Lissajous graph as the thickness of the transparent substrate continuously changes. Thus, by tracking the rotation angle, the thickness of the transparent substrate can be calculated.

Figure 112013060558260-pat00008
Figure 112013060558260-pat00008

수학식 6의 조건을 충족하는 λ1 과 λ2에서, 투과 빔의 세기(IT(λ1),IT(λ2))를 검출하고, 수학식 8을 이용하면, 투명 기판의 두께가 산출된다. 총 회전각은 M x 2π + Ψ으로 주어진다. M은 회전한 회수를 나타내는 정수이다. 이에 따라, 상대 두께(D)는 D= d+ M x λ1/(2n cos(θ2))로 주어진다.At λ 1 and λ 2 that satisfy the condition of equation (6), the intensity of the transmitted beam (I T (λ 1), I T (λ 2)) detecting, and, using the equation (8), the thickness of the transparent substrate . The total rotation angle is given by M x 2π + Ψ. M is an integer representing the number of rotations. Accordingly, the relative thickness D is given by D = d + M x? 1 / (2n cos (? 2 )).

도 4는 리사주 그래프를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a Lisa's main graph.

도 4를 참조하면, 측정 신호의 리사주(Lissajous) 그래프는 편광 섞임, 레이저 강도 드리프트(drift), 전자 회로의 불완전성 등으로 인해 이상적인 원에서 벗어날 수 있다. 따라서, 비선형 오차가 발생된다. 수학식 7의 제1 투과 빔과 제2 투과 빔은 광 검출기를 통하여 측정 신호로 변환될 수 있다. 상기 측정 신호 (Ix, Iy)는 다음 수식과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 4, a Lissajous graph of a measurement signal can be deviated from an ideal circle due to polarization mixing, laser intensity drift, imperfections in an electronic circuit, and the like. Therefore, a nonlinear error occurs. The first transmission beam and the second transmission beam in Equation (7) can be converted into a measurement signal through a photodetector. The measurement signal (I x , I y ) may be expressed as:

Figure 112013060558260-pat00009
Figure 112013060558260-pat00009

위 수식에서 Ax와 Ay는 DC 오프셋(offset)이고, Bx와 By는 AC 진폭이고, δ는 90 도에서 벗어난 정도를 나타내는 위상차, φ는 투명 기판의 두께에 비례하는 위상 차이를 각각 나타낸다. φ는 수학식 4에서 총 위상 차이(Ψ)에 대응할 수 있다.In the above equation, A x and A y are DC offsets, B x and B y are AC amplitudes, δ is a phase difference indicating a deviation from 90 degrees, and φ is a phase difference proportional to the thickness of the transparent substrate . ? can correspond to the total phase difference (?) in Equation (4).

수학식 8을 참조하면, 두 측정 신호의 리사주(Lissajous) 그래프는 일반적으로 타원 형태로 나타나고, 측정되는 위상 차이(φ)는 다음과 같이 계산될 수 있다. Referring to equation (8), the Lissajous graph of the two measurement signals generally appears in the form of an ellipse, and the measured phase difference (?) Can be calculated as follows.

Figure 112013060558260-pat00010
Figure 112013060558260-pat00010

따라서, 위상 차이와 투명 기판의 두께를 비선형 오차 없이 정확하게 얻기 위해서는 두 측정 신호를 나타내는 매개 변수 값들(Ax, Bx, Ay, By, δ)을 정확히 알아야 한다.Therefore, in order to accurately obtain the phase difference and the thickness of the transparent substrate without nonlinear errors, it is necessary to know the parameter values (A x , B x , A y , B y , and δ) representing the two measurement signals.

도 5는 각 매개 변수 값의 추정 오차로 인하여 발생되는 위상 차이 계산의 비선형 오차를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the nonlinear error of the phase difference calculation caused by the estimation error of each parameter value.

도 5를 참조하면, 이러한 비선형 오차는 주기적인 특성을 가지고 반복적으로 그 크기가 영이 되는 위치를 갖는다. Referring to FIG. 5, this nonlinear error has a periodic characteristic and a position where the magnitude thereof is repeatedly zero.

여러 개의 매개 변수가 추정 오차를 가질 때에는 비선형 오차가 영이 되는 위치가 조금 변화하지만 위상 차이(φ)가 π/4의 배수인 위치에서 비선형 오차는 계속 작은 값을 유지한다. 따라서 π/4의 배수인 위치에서의 측정 신호를 이용하여 매개 변수들을 정확히 추정할 수 있다.When several parameters have estimation errors, the position where the nonlinear error is zero changes slightly, but the nonlinear error keeps a small value at the position where the phase difference (φ) is a multiple of π / 4. Therefore, the parameters can be accurately estimated using the measurement signal at a position that is a multiple of pi / 4.

2개의 측정 신호를 나타내는 5개의 매개 변수 값들은 위상이 n x π/4 (n = 0...7)인 위치에서의 얻어진 12개의 기준 측정 신호 값 (Ix0, Ix1, Ix3, Ix4, Ix5, Ix7; Iy1, Iy2, Iy3, Iy5, Iy6, Iy7)을 이용하여 구할 수 있다. The five parameter values representing the two measurement signals are the twelve reference measurement signal values (I x0 , I x1 , I x3 , I x4 ) obtained at the position where the phase is nx? / 4 (n = 0 ... 7) , I x5 , I x7 , I y1 , I y2 , I y3 , I y5 , I y6 , I y7 ).

표 1은 계산에 사용된 12개의 기준 측정 신호를 나타낸 것으로 수학식 9를 이용하여 유도되었고, 도 4의 리사주(Lissajous) 그래프 상에 표시되어 있다.Table 1 shows the 12 reference measurement signals used in the calculation and is derived using Equation 9 and is shown on the Lissajous graph in FIG.

Figure 112013060558260-pat00011
Figure 112013060558260-pat00011

5개의 매개 변수 값들은 다음과 같이 계산될 수 있다.The five parameter values can be calculated as follows.

Figure 112013060558260-pat00012
Figure 112013060558260-pat00012

각 매개 변수는 비선형 오차에 대한 각 매개 변수의 추정 오차의 영향이 최소화되는 위상에서의 기준 측정 신호들만을 이용하여 계산되었다.Each parameter was calculated using only the reference measurement signals at the phase where the effect of the estimation error of each parameter on nonlinear error is minimized.

이러한 매개 변수들은 위상 차이가 π/4의 배수와 일치할 때마다 갱신되며 투명 기판의 두께(d)에 비례하는 위상 차이(Ψ) 또는 위상 차이(φ)는 갱신된 매개 변수를 이용하여 계산된다. 따라서 다음 단계에서는 보다 정확한 위상 차이가 얻어질 수 있고, 이를 이용한 매개 변수의 추정 오차도 감소될 것이다. 이러한 보정 과정은 반복적으로 수행되기 때문에, 반복 횟수에 따라 매개 변수의 추정 오차는 감소되고, 매개 변수 값의 추정 오차로 인한 비선형성 오차는 제거될 수 있다. 또한 매개 변수 값은 간단한 산술적인 계산을 통하여 구할 수 있기 때문에 비선형 오차의 실시간 보정이 가능하다.These parameters are updated each time the phase difference coincides with a multiple of pi / 4 and the phase difference (?) Or phase difference (?) Proportional to the thickness d of the transparent substrate is calculated using the updated parameters . Therefore, a more accurate phase difference can be obtained in the next step, and the estimation error of the parameter using this will also be reduced. Since this calibration process is repeatedly performed, the estimation error of the parameter is decreased according to the number of iterations, and the nonlinearity error due to the estimation error of the parameter value can be eliminated. In addition, since the parameter values can be obtained through simple arithmetic calculations, real-time correction of nonlinear errors is possible.

두께 측정 장치의 비선형성의 실시간 보정을 위한 디지털 신호 처리 모듈은 FPGA(field programmable gate array)를 이용하여 구현될 수 있다. 사용된 데이터 획득 보드 (NI PCI-7831R, National Instruments)는 FPGA(field programmable gate array)를 이용하여 재구성이 가능한 입력/출력부와 높은 정밀도를 갖는 동기가 가능하다. 이 보드는 200 kHz의 샘플링 속도를 갖는 8채널의 16비트 ADC (analogue to digital converter)를 가지고 있고 25 ns 분해능으로 동기 제어를 수행할 수 있다. A digital signal processing module for real-time correction of the non-linearity of a thickness measuring apparatus can be implemented using a field programmable gate array (FPGA). The data acquisition board (NI PCI-7831R, National Instruments) used can be synchronized with reconfigurable input / output with high accuracy using FPGA (field programmable gate array). The board has eight channels of 16-bit analogue to digital converters (ADCs) with sampling rates of 200 kHz and can perform synchronous control with 25 ns resolution.

도 6은 FPGA를 이용한 처리부의 구성을 나타낸다.6 shows a configuration of a processing unit using an FPGA.

도 6을 참조하면, 처리부(130)는 제1 측정 신호(Ix)와 제2 측정 신호(Iy)를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부(131), 디지털 변환 제1 측정 신호와 제2 측정 신호를 이용하여 비선형 보정하는 비선형 보정부(132), 매개 변수를 갱신하는 매개 변수 저장부(134), 일치점(Check Point) 확인부(135), 위상 계산부(133)를 포함할 수 있다.6, the processing unit 130 includes an AD conversion unit 131 for converting the first measurement signal Ix and the second measurement signal Iy into digital signals, A nonlinear correction unit 132 for performing nonlinear correction using the parameter storage unit 134, a parameter storage unit 134 for updating parameters, a check point confirmation unit 135, and a phase calculation unit 133.

상기 비선형 보정부는 AD 변환부(131)로부터 획득한 2개의 측정 신호(Ix, Iy)와 매개 변수 추정 값(Ax, Bx, Ay, By, δ)을 이용하여 비선형성이 보정된 위상 출력 값(tan(φ))을 계산할 수 있다. 수학식 10의 아크탄젠트(arctan) 함수의 인수(parameter)는 획득된 측정 신호(Ix, Iy)와 현재의 매개 변수 추정 값들(Ax, Bx, Ay, By, δ)을 이용하여 계산된다. 아크탄젠트 함수를 이용한 위상(φ) 계산은 룩업테이블(look-up table;LUT)를 위상 계산부(133)에서 수행될 수 있다. 2π 위상 범위를 1024 등분하여 계산될 수 있다. The nonlinear correction unit uses the two measurement signals I x and I y obtained from the A / D conversion unit 131 and the parameter estimation values A x , B x , A y , and B y , The corrected phase output value tan (?) Can be calculated. The parameters of the arctan function of Equation (10) are obtained by multiplying the obtained measured signal (I x , I y ) and the current parameter estimates (A x , B x , A y , B y , . The calculation of the phase? Using the arc tangent function can be performed in the phase calculator 133 using a look-up table (LUT). 2 &lt; / RTI &gt; phase range into 1024 equal parts.

일치점 확인부(135)는 매 회 위상 계산 과정에서 계산된 위상 차이가 π/4의 정수 배가 되는지 확인하고, 이 조건을 만족할 때에는 수학식 11을 이용하여 매개 변수들을 갱신한다. 갱신된 매개 변수들은 매개 변수 갱신부(134)에 저장되고, 다음 회의 비선형성 보정에 사용된다.The matching point check unit 135 checks whether the phase difference calculated in the phase calculation process every time becomes an integer multiple of? / 4, and updates the parameters using Equation (11) when this condition is satisfied. The updated parameters are stored in the parameter updating unit 134 and used for the next nonlinearity correction.

이러한 과정에서 높은 속도의 위상 변화에 대응하고 획득된 측정 신호의 잡음에 의한 매개 변수 추정 값의 우연 효과를 감소시키기 위한 절차가 추가적으로 도입될 수 있다. 고속 두께 측정 시에는 측정 신호가 매우 빠르게 변화하기 때문에 위상 차이가 π/4의 정수 배가 되는 위치를 정확히 찾기는 어렵다. 따라서 이러한 일치점(check point)의 판단 기준을 조절하기 위해 허용 오차 범위(tolerance)가 도입될 수 있다. In this process, a procedure for decreasing the chance effect of the parameter estimation value due to the noise of the measured signal corresponding to the high-speed phase change can be additionally introduced. It is difficult to accurately find the position where the phase difference becomes an integral multiple of π / 4 because the measurement signal varies very rapidly during high speed thickness measurement. Therefore, a tolerance may be introduced to adjust the criterion of such a check point.

도 7은 리사주 궤적(Lissajous trajectory)에서 허용 오차 범위(tolerance)를 설정하는 것을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing setting of a tolerance in the Lissajous trajectory.

도 7을 참조하면, 허용 오차 범위(tolerance)가 넓어질수록 일치점을 찾기 쉬워지지만 허용 오차 범위 내에 모든 위상 값들이 일치점(check-point)으로 판단되기 때문에 매개 변수 추정 값의 정확도는 감소되고, 허용 오차 범위가 좁아질수록 반대의 경향이 나타난다. 따라서 측정되는 변위의 속도에 따라 허용 오차 범위를 조절하는 방법이 적용 될 수도 있을 것이다.Referring to FIG. 7, as the tolerance increases, the coincidence becomes easy to find. However, since all the phase values within the tolerance range are determined as check-points, the accuracy of the parameter estimation value is decreased, The narrower the error range, the more the opposite tendency appears. Therefore, a method of adjusting the tolerance range may be applied depending on the velocity of the measured displacement.

매개 변수 추정 값이 한 일치점의 측정 신호 값만을 이용하여 계산된다면 획득된 위상 신호의 잡음은 매개 변수 추정 값의 정확도에 직접적으로 영향을 미친다. 이러한 우연효과를 감소시키기 위해 허용 오차 범위와 함께 세부 구역 (sub-sectional region)을 도입하였다.If the parameter estimate is calculated using only the measurement signal value of one coincidence point, the noise of the acquired phase signal directly affects the accuracy of the parameter estimate. To reduce this random effect, a sub-sectional region was introduced with a tolerance range.

세부 구역은 전체 2π 위상을 중심이 n x π/4이고 범위가 (2n ± 1) >π/8인 8개의 영역으로 나눈다. 위상 값이 설정된 일치점에 도달하였을 때, 그 때의 위상 신호 값을 이용하여 매개 변수 값을 바로 갱신하지 않고, 위상 값이 현재 속해있는 세부 구역을 벗어날 때 그 때까지 누적하여 얻어진 매개 변수 추정 값의 평균을 이용하여 새로운 매개 변수 값으로 갱신한다. 따라서 이와 같은 방법으로 위상 신호의 잡음이 매개 변수 추정 값의 우연 효과로 직접적으로 나타나는 것으로 억제할 수 있다. The detail region divides the entire 2π phase into eight regions whose center is n x π / 4 and whose range is (2n ± 1)> π / 8. When the phase value reaches the set coincidence point, the parameter value is not immediately updated by using the phase signal value at that time, but the parameter value obtained by accumulating until the phase value deviates from the sub- The average is used to update with the new parameter value. In this way, it can be suppressed that the noise of the phase signal appears directly as a random effect of the parameter estimation value.

도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 장치를 설명하는 도면이다.8A is a view for explaining a thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 8b는 도 8a의 타이밍 차트이다.8B is a timing chart of Fig. 8A.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 두께 측정 장치(100)는 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)의 레이저 빔을 순차적으로 투명 기판(10)의 제1 위치에 조사하는 파장 가변 레이저(110), 상기 투명 기판(110)을 투과한 투과 빔을 검출하는 광 검출기(120),및 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리사주 그래프에서 회전각을 추출하는 처리부(130)를 포함한다. 또는, 상기 처리부(130)는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판(10)의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length) 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판(10)의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출할 수 있다.8A and 8B, the thickness measuring apparatus 100 includes a thickness measuring apparatus 100 for measuring a wavelength of a laser beam for sequentially irradiating a laser beam of a first wavelength lambda 1 and a second wavelength lambda 2 to a first position of the transparent substrate 10, A variable laser 110, a photodetector 120 for detecting a transmission beam transmitted through the transparent substrate 110, and an intensity detector for detecting the intensity of the first transmission beam of the first wavelength and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength, And a processing unit 130 for extracting a rotation angle from the used Lisa main graph. Alternatively, the processing unit 130 may determine the difference in optical path length between neighboring lasers due to internal reflection of the transparent substrate 10 at the first position, The phase difference between neighboring lasers due to internal reflection of the transparent substrate 10 can be extracted.

수학식 6 및 수학식 7을 참조하면, 상기 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 코사인 함수를 가지고, 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 사인 함수를 가질 수 있다. 제1 파장과 제2 파장은 수학식 6을 충족하도록 선택된다.Referring to Equations (6) and (7), the intensity of the first transmission beam of the first wavelength has a cosine function according to a phase difference, and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength is a sine function Lt; / RTI &gt; The first wavelength and the second wavelength are selected to satisfy Equation (6).

상기 파장 가변 레이저(110)는 주기적으로 제1 파장과 제2 파장을 교번하면서 출력할 수 있다. 상기 파장 가변 레이저(110)는 흐르는 전류를 제어하여 파장을 변경하는 레이저 다이오드일 수 있다. 상기 파장 가변 레이저(110)의 파장 대역은 가시 광선 영역 내지 적외선 영역일 수 있다.The wavelength tunable laser 110 may periodically output the first wavelength and the second wavelength alternately. The tunable laser 110 may be a laser diode that changes a wavelength by controlling a current flowing therethrough. The wavelength band of the tunable laser 110 may be a visible light region to an infrared region.

상기 제1 파장은 펄스 형태로 출력되고, 상기 제1 파장의 펄스 폭은 주기(T)에 비하여 작을 수 있다. 또한, 상기 제2 파장은 펄스 형태로 출력되고, 상기 제2 파장의 펄스 폭은 주기(T)에 비하여 작을 수 있다. 상기 제1 파장에 의한 제1 투과 빔은 상기 광 검출기(120)를 통하여 측정되고, 다른 시각에 상기 제2 파장에 의한 제2 투과 빔은 동일한 광 검출기(120)를 통하여 측정될 수 있다. 상기 광 검출기(120)의 출력은 파장에 따라 제1 측정 신호(Ix)와 제2 측정 신호(Ix)로 분리될 수 있다. 한 주기(T) 내의 이웃한 한 쌍의 측정 신호는 위상 차이 또는 투명 기판의 두께를 산출하기 위하여 처리될 수 있다. 신호 처리 과정은 수학식 9 내지 수학식 11 에서 설명한 것과 동일하다.The first wavelength is output in a pulse form, and the pulse width of the first wavelength may be smaller than the period (T). Also, the second wavelength may be output in a pulse form, and the pulse width of the second wavelength may be smaller than the period (T). The first transmission beam with the first wavelength is measured through the photodetector 120 and the second transmission beam with the second wavelength at another time can be measured through the same photodetector 120. The output of the photodetector 120 may be divided into a first measurement signal Ix and a second measurement signal Ix depending on the wavelength. A pair of neighboring measurement signals within one period T may be processed to calculate the phase difference or the thickness of the transparent substrate. The signal processing procedure is the same as that described in Equations (9) to (11).

집속 렌즈(160)는 상기 광 검출기(120)와 상기 투명 기판(10) 사이에 배치될 수 있다. 상기 집속 렌즈(160)는 상기 투과 빔을 집속하여 상기 광 검출기(120)에 제공할 수 있다. 상기 광 검출기(120)는 응답속도가 빠른 포토 다이오드일 수 있다.The focusing lens 160 may be disposed between the photodetector 120 and the transparent substrate 10. The focusing lens 160 may focus the transmitted beam and provide the focused beam to the photodetector 120. The photodetector 120 may be a photodiode having a high response speed.

상기 투명 기판(10)은 일정한 속도로 이송될 수 있다. 이 경우, 이송부(140)는 상기 투명 기판(10)을 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 이송부(140)는 이송 롤러 또는 진공 흡착 이송 장치일 수 있다. 이송 구동부(150)는 상기 이송부(140)를 구동시킬 수 있다.The transparent substrate 10 can be transported at a constant speed. In this case, the transfer unit 140 can move the transparent substrate 10 in the z-axis direction. The transfer unit 140 may be a transfer roller or a vacuum adsorption transfer apparatus. The feed driving unit 150 may drive the feed unit 140.

상기 투명 기판(10)이 이동함에 따라, 측정 위치가 변경될 수 있다. 한편, 제1 측정 신호와 제2 측정 신호는 상기 투명 기판이 이동함에 따라 서로 다른 위치에서 얻어진 신호일 수 있다. 그러나, 상기 제1 측정 신호가 발생하는 위치와 상기 제2 측정 신호가 발생하는 위치는 실질적으로 동일하도록 이송 속도는 조절될 수 있다.As the transparent substrate 10 moves, the measurement position can be changed. The first measurement signal and the second measurement signal may be signals obtained at different positions as the transparent substrate moves. However, the feed rate can be adjusted so that the position at which the first measurement signal is generated and the position at which the second measurement signal occurs are substantially the same.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 이송부는 상기 투명 기판을 이동 동작 및 정지 동작을 반복적으로 수행하고, 정지된 상태에서 제1 측정 신호와 제2 측정 신호가 측정될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the transfer unit repeatedly performs the movement operation and the stop operation of the transparent substrate, and the first measurement signal and the second measurement signal can be measured in the stopped state.

상기 투명 기판(10)이 이동함에 따라, 복수의 제1 측정 신호와 제2 측정 신호가 발생한다. 이 측정 신호들은 리사주 그래프 상에서 회전할 수 있다. 한편, 이웃한 측정 위치 사이의 회전각의 차이가 2π 또는 이웃한 측정 위치 사이의 두께 차이가 대략 λ1/2 을 초과하는 경우, 회전각의 궤도의 추적이 어려울 수 있다. 따라서, 이웃한 측정 위치 사이의 두께 차이가 반 파장(λ1/2) 이내로 유지될 수 있다.As the transparent substrate 10 moves, a plurality of first measurement signals and second measurement signals are generated. These measured signals can be rotated on the Lisa's graph. On the other hand, when the difference in rotational angle between neighboring measurement positions is 2 pi or the thickness difference between neighboring measurement positions exceeds approximately lambda 1/2 , tracing of the rotational angle trajectory may be difficult. Therefore, there is a thickness difference between neighboring measuring position may be maintained to within half a wavelength (λ 1/2).

다시 도 6을 참조하면, 처리부(130)는 제1 측정 신호(Ix)와 제2 측정 신호(Iy)를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부(131), 디지털 변환 제1 측정 신호와 제2 측정 신호를 이용하여 비선형 보정하는 비선형 보정부(132), 매개 변수를 갱신하는 매개 변수 저장부(134), 일치점(Check Point) 확인부(135), 위상 계산부(133)를 포함할 수 있다.6, the processing unit 130 includes an AD conversion unit 131 for converting the first measurement signal Ix and the second measurement signal Iy into digital signals, A nonlinear correction unit 132 for performing nonlinear correction using a signal, a parameter storage unit 134 for updating parameters, a check point confirmation unit 135, and a phase calculation unit 133.

도 9a는 도 8a의 제1 측정 신호(Ix)의 AC 성분과 제2 측정 신호(Iy)의 AC 성분을 표시하는 그래프이다.FIG. 9A is a graph showing the AC component of the first measurement signal Ix and the AC component of the second measurement signal Iy in FIG. 8A.

도 9b는 도 9a의 제1 측정 신호의 AC 성분과 제2 측정 신호의 AC 성분을 이용한 리사주 그래프이다.FIG. 9B is a graph showing the Lissajous figure using the AC component of the first measurement signal and the AC component of the second measurement signal of FIG. 9A.

도 9c는 도 9b의 리사주 그래프 및 비선형 오차 제거를 통하여 얻어진 두께 변화를 표시하는 그래프이다.FIG. 9C is a graph showing the thickness variation obtained through the Lissajous graph and nonlinear error elimination of FIG. 9B. FIG.

도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 제1 파장과 제2 파장은 각각 1.5 μm와 1.5 0027μm이고, 파장 가변 레이저 다이오드가 사용되었다. 투명 기판으로 700 μm의 유리 기판이 사용되었다. 상기 투명 기판은 일정한 속도로 이송되었다.Referring to FIGS. 9A to 9C, the first wavelength and the second wavelength are 1.5 μm and 1.5 0027 μm, respectively, and a wavelength tunable laser diode is used. A 700 μm glass substrate was used as the transparent substrate. The transparent substrate was transported at a constant speed.

제1 측정 신호와 제2 측정 신호에 의한 리사주 그래프 상의 위치에서, 회전각은 실시간으로 측정되었다. 상기 회전각은 수학식 1을 사용하여 투명 기판의 두계로 변환될 수 있다.At the position on the Lisa's graph by the first measurement signal and the second measurement signal, the rotation angle was measured in real time. The rotation angle can be converted into a pair of transparent substrates using Equation (1).

투명 기판의 두께 변이는 시작 위치(y=0)를 기준으로 측정된다. 따라서, 상기 투명 기판의 절대 두께를 계산하기 위하여, 상기 시작 위치의 두께가 별도로 측정될 필요가 있다.The thickness variation of the transparent substrate is measured based on the starting position (y = 0). Therefore, in order to calculate the absolute thickness of the transparent substrate, the thickness of the starting position needs to be separately measured.

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 exemplary 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.

10: 투명 기판
110: 파장 가변 레이저
120: 광 검출기
130: 처리부
140: 이송부
150: 이송 구동부10: transparent substrate
110: wavelength tunable laser
120: photodetector
130:
140:
150:

Claims (5)

제1 파장 및 제2 파장의 레이저 빔을 순차적으로 투명 기판의 제1 위치에 조사하는 파장 가변 레이저;
상기 투명 기판을 투과한 투과 빔을 검출하는 광 검출기;및
제1 파장의 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리자주 그래프에서 회전각, 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length), 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 장치.A wavelength tunable laser for sequentially irradiating a laser beam of a first wavelength and a second wavelength to a first position of a transparent substrate;
A photodetector for detecting a transmission beam transmitted through the transparent substrate;
A rotation angle in a recurrence graph using the intensity of the first transmission beam of the first wavelength and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength, a rotation angle of the neighboring lasers by the internal reflection of the transparent substrate at the first position, And a processing unit for extracting a phase difference between neighboring lanes due to internal reflection of the transparent substrate at the first position or a difference in optical path length between the first position and the second position, . 제1 항에 있어서,
상기 제1 파장의 제1 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 코사인 함수를 가지고, 상기 제2 파장의 제2 투과 빔의 세기는 위상 차이에 따라 사인 함수를 가지는 것을 특징으로 하는 두께 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the intensity of the first transmission beam of the first wavelength has a cosine function according to a phase difference and the intensity of the second transmission beam of the second wavelength has a sine function according to a phase difference. 제1 항에 있어서,
상기 투명 기판를 이동시키는 이송부; 및
상기 이송부를 구동하는 이송 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 장치.The method according to claim 1,
A transfer unit for moving the transparent substrate; And
And a feed driving unit for driving the feed unit. 제1 파장의 레이저 빔을 투명 기판의 제1 위치에 조사하는 단계;
투명 기판을 투과한 제1 파장의 제1 투과 빔을 검출하는 단계;
상기 레이저 빔의 파장을 제2 파장으로 변경하여 제2 파장의 레이저 빔을 상기 투명 기판의 상기 제1 위치에 조사하는 단계;
상기 투명 기판을 투과한 제2 파장의 제2 투과 빔을 검출하는 단계; 및
상기 제1 파장의 상기 제1 투과 빔의 세기와 상기 제2 파장의 상기 제2 투과 빔의 세기를 이용한 리자주 그래프에서 회전각, 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 광 경로의 차이(the difference in optical path length), 또는 상기 제1 위치에서 상기 투명 기판의 내부 반사에 의한 이웃한 레이들(rays) 사이의 위상 차이를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.Irradiating a laser beam of a first wavelength to a first position of a transparent substrate;
Detecting a first transmission beam of a first wavelength transmitted through the transparent substrate;
Changing a wavelength of the laser beam to a second wavelength and irradiating the laser beam of the second wavelength to the first position of the transparent substrate;
Detecting a second transmission beam of a second wavelength transmitted through the transparent substrate; And
A rotation angle in a recurrence graph using the intensity of the first transmission beam at the first wavelength and the intensity of the second transmission beam at the second wavelength; And extracting a phase difference between neighboring lasers due to internal reflection of the transparent substrate at the first position or a difference in optical path length between the first and second positions, And the thickness of the substrate is measured. 제4 항에 있어서,
상기 투명 기판의 상기 제1 위치를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.5. The method of claim 4,
Further comprising changing the first position of the transparent substrate.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107765090B (en) * 2017-10-16 2020-05-19 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） Phase sequence calibration method for 3x3 coupler

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100631060B1 (en) 2004-11-10 2006-10-04 한국과학기술원 Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin-film by white-light interferometry
JP2009080038A (en) 2007-09-26 2009-04-16 Kobe Steel Ltd Heterodyne interference measurement method, heterodyne interference device, thickness measuring device, and thickness measurement method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4314486C2 (en) * 1993-05-03 1998-08-27 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Absolute interferometric measurement method and suitable laser interferometer arrangement
EP2264707A3 (en) * 2000-05-12 2012-03-07 Konica Minolta Opto, Inc. Optical pick-up apparatus
US7027377B2 (en) * 2001-11-27 2006-04-11 Sankyo Seiki Mfg. Co., Ltd. Optical head device and objective lens
JP4072466B2 (en) * 2002-12-27 2008-04-09 日本板硝子株式会社 Apparatus and method for evaluating optical distortion of plate-like body
US7271921B2 (en) * 2003-07-23 2007-09-18 Kla-Tencor Technologies Corporation Method and apparatus for determining surface layer thickness using continuous multi-wavelength surface scanning
DE102007011425A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Projection device for scanning projecting
CN101571376A (en) * 2009-02-03 2009-11-04 上海亮兴电子技术有限公司 Phase grating displacement sensor
CN101788267B (en) * 2010-01-26 2011-06-15 浙江大学 Optical micrometric displacement sensor based on two sets of sub-wavelength gratings

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100631060B1 (en) 2004-11-10 2006-10-04 한국과학기술원 Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin-film by white-light interferometry
JP2009080038A (en) 2007-09-26 2009-04-16 Kobe Steel Ltd Heterodyne interference measurement method, heterodyne interference device, thickness measuring device, and thickness measurement method

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