KR102180113B1 - 두께 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 두께 측정 장치는 시편을 지지하는 서포터, 전자기파를 상기 시편 방향으로 조사하는 방출부, 상기 시편을 둘러싸는 챔버, 상기 챔버가 위치하는 방향에서부터 출력되는 전자기파를 수신하는 수신부 및 상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 두께를 산출하는 제어부를 포함한다. 상기 챔버의 적어도 일영역은 상기 전자기파의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킨다. 상기 수신부는 제1 피크를 가지는 제1 전자기파 및 제2 피크를 가지는 제2 전자기파를 수신하고, 상기 제1 피크는 제1 시점에서 나타나고, 상기 제2 피크는 제2 시점에서 나타나며, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점은 제1 기간 이상의 차이를 가진다.

Description

두께 측정 장치{Thickness measuring device}
본 발명은 두께 측정 장치에 관한 것으로서, 전자기파를 이용하여 챔버 내부 시편의 두께를 측정하는 장치에 관한 것이다.
현재 반도체 산업 분야 또는 디스플레이 산업 분야와 같은 최첨단 산업이 발전함에 따라 고밀도화 및 소형화 기술이 각광받고 있어, 비파괴 검사 기술에 대한 발전 역시 요구되고 있다.
특히 반도체 산업 분야 또는 디스플레이 산업 분야에서는 미소 정밀 부품에 사용되는 여러 두께 및 형태를 가지는 시편들이 제조되고 있다. 상기 시편들은 박막에 해당될 수 있다. 상기 시편들은 제품의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에, 상기 시편의 두께가 고르게 형성되도록 제조할 필요성이 있다. 따라서, 상기 시편의 제조 과정에서 상기 시편의 두께를 정밀하게 측정할 필요가 있다.
또한, 상기 시편의 제조 공정에 있어서, 상기 시편의 표면은 회로의 정밀도에 영향을 미치기 때문에 결함이나 오염이 없어야 한다. 상기 시편의 제조 공정에서, 보호장치인 챔버가 상기 시편을 외부 불순물로부터 보호한다. 다만 상기 챔버의 존재에 의해 시편의 두께를 측정하지 못하는 문제점이 있다.
실시 예들은 전자기파를 이용한 시편의 두께 측정 장치를 제공한다.
실시 예들은 전자기파를 이용한 챔버로부터 보호되는 시편의 두께 측정 장치를 제공한다.
실시 예들은 전자기파를 이용하여 측정되는 전자기파들의 피크 시점을 이용하여 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치를 제공한다.
실시 예들은 전자기파를 이용하여 챔버로부터 보호되는 시편의 표면과 배면에서 각각 반사된 전자기파의 피크 시점간의 시간 차를 통해 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치를 제공한다.
실시 예들은 전자기파를 이용하여 챔버로부터 보호되는 시편의 표면과 배면에서 각각 반사된 전자기파의 피크와 챔버에서 반사된 전자기파의 피크 사이의 중첩효과를 최소화하여 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치를 제공한다.
실시 예들은 전자기파를 이용하여 챔버로부터 보호되는 시편의 표면과 배면에서 각각 반사된 전자기파의 피크와 챔버에서 반사된 전자기파, 챔버 내부에서 다중반사된 전자기파 및 챔버와 시편 사이에서 다중반사된 전자기파의 피크 사이의 중첩효과를 최소화하여 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
두께 측정 장치에 대한 일 실시 예에 따르면, 상기 두께 측정 장치는 시편을 지지하는 서포터, 전자기파를 상기 시편 방향으로 조사하는 방출부, 상기 시편을 둘러싸는 챔버, 상기 챔버가 위치하는 방향에서부터 출력되는 전자기파를 수신하는 수신부, 및 상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 두께를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 챔버의 적어도 일영역은 상기 전자기파의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킬 수 있다. 상기 수신부는 제1 피크를 가지는 제1 전자기파 및 제2 피크를 가지는 제2 전자기파를 수신한다. 상기 제1 피크는 제1 시점에서 나타나고, 상기 제2 피크는 제2 시점에서 나타나며, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점은 제1 기간 이상의 차이를 가질 수 있다.
실시 예들에 따른 두께 측정 장치는 시편에 대해 전자기파를 조사하여 상기 시편의 두께를 측정할 수 있어, 상기 시편에 대한 비파괴 검사를 수행할 수 있는 효과가 있다. 상기 전자기파가 테라헤르츠파인 경우 가시광선이나 적외선보다 강한 투과력을 가져, 외부 빛이 존재하는 곳에서도 이용 가능하며, 외부 빛을 차단하는 별도의 공정이 없어도 시편의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
실시 예들에 따른 두께 측정 장치는 챔버로부터 보호되는 시편을 향해 전자기파를 조사하여 상기 시편을 외부 불순물로부터 보호하는 챔버를 제거하지 않고도 상기 시편의 두께를 측정할 수 있어, 상기 시편의 제작 공정에서 편리하게 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
실시 예들에 따른 두께 측정 장치는 시편에 대해 전자기파를 조사하여, 상기 시편의 표면에서 반사되는 제1 반사파의 수신 시간 및 상기 시편의 배면에서 반사되는 제2 반사파의 수신 시간의 차이를 고려하여 상기 시편의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 실시 예에 따른 두께 측정 장치는 비접촉 및 비파괴 방식으로 시편에 대한 두께를 측정할 수 있다. 또한, 시편의 굴절률을 미리 알고 있는 경우, 상기 시편의 전자기파 반사 시간 차이를 통해 두께를 측정할 수 있어, 상기 시편의 두께를 측정하는 시간을 단축할 수 있다. 또한 시편에 대한 굴절률을 모르는 경우, 상기 시편의 전자기파 투과 시간 차이 및 반사 시간 차이를 통해 각 층의 굴절률을 측정할 수 있고, 이와 동시에 상기 시편의 전자기파 투과 시간 차이 또는 반사 시간 차이를 통해 시편의 두께도 측정하여 높은 활용도를 갖는 효과가 있다.
또한 실시 예들에 따른 두께 측정 장치에서, 상기 시편으로부터 반사되는 전자기파와 상기 챔버 내부 및 상기 챔버와 상기 시편 사이에서 일어나는 다중반사로 인한 전자기파 사이의 중첩효과를 최소화 하여 상기 시편의 전자기파 투과 시간 차이 또는 반사 시간 차이를 통해 시편의 두께를 측정할 수 있어 상기 챔버의 영향을 최소화하여 정확한 두께 측정을 할 수 있는 효과가 있다. 시편의 두께를 측정함으로써, 시편의 전체의 균일도도 측정할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 두께 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제어부, 방출부 및 수신부를 나타내는 블록도이다.
도 3 은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치에서 단층의 시편과, 반사되어 출력되는 전자기파 및 투과되어 출력되는 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 상기 수신부에서 수신된 전자기파를 시간에 대한 그래프로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 제1 전자기파와 제2 전자기파의 중첩을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 제1 전자기파 및 상기 제2 전자기파를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이다.
도 6은 상기 제1 전자기파, 상기 제2 전자기파 및 상기 제1 전자기파와 상기 제2 전자기파가 중첩되어 나타나는 중첩된 파장을 시간에 따라 나타낸 도면이다.
도 7은 상기 수신부가 수신하는 중첩된 파장을 나타낸 도면이다.
도 8은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 수신부에 의해 수신되는 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 10은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 11은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 12은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 13은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 상기 두께 측정 장치에서 단층의 상기 챔버 및 상기 서포터를 나타내는 도면이다.
도 15는 상기 챔버로 인한 중첩효과의 원인 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제1 수신부가 수신하는 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제2 수신부가 수신하는 전자기파를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
본 출원의 일 실시 예에 따르면, 시편을 지지하는 서포터; 전자기파를 상기 시편 방향으로 조사하는 방출부; 상기 시편을 둘러싸는 챔버- 상기 챔버의 적어도 일영역은 상기 전자기파의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킴-; 상기 챔버가 위치하는 방향에서부터 출력되는 전자기파를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 두께를 산출하는 제어부; 포함하고, 상기 수신부는 제1 피크를 가지는 제1 전자기파 및 제2 피크를 가지는 제2 전자기파를 수신하고, 상기 제1 피크는 제1 시점에서 나타나고, 상기 제2 피크는 제2 시점에서 나타나며, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점은 제1 기간 이상의 차이를 가지는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은, 상기 제1 시점 이후에서부터 상기 제2 시점 이전까지 있는 모든 시점에서의 값이 상기 제1 피크 및 상기 제2 피크 중 적어도 어느 하나의 값보다 작은 것을 만족하게 하는 기간인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간에 대응되는 기간이고, 상기 제1 전자기파의 지속시간은 상기 제1 전자기파의 값이 0이 되는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 두 시점 사이의 기간인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간에 대응되는 기간이고, 상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고, 상기 제1 주기점 및 상기 제2 주기점에서의 값은 0이며, 상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다 작은 값이고 양의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다 큰 값이고 음의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간의 절반값에 대응되는 기간이고, 상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고, 상기 제1 주기점 및 상기 제2 주기점에서의 값은 0이며, 상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다 작은 값이고 양의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다 큰 값이고 음의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간에 대응되는 기간이고, 상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고, 상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다는 작은 값이고, 2차 미분값이 0인 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다는 큰 값이고, 2차 미분값이 0인 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간에 대응되는 기간이고, 상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고, 상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다 작은 값이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다 큰 값이고, 상기 제1 주기점은 상기 제1 전자기파의 2차 미분값의 부호가 양에서 음으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 전자기파의 2차 미분값의 부호가 음에서 양으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고, 상기 제4 시점은 상기 제1 시점 및 상기 제3 시점보다 느리며, 상기 제1 기간은 상기 제3 시점과 상기 제4 시점의 시간차에 대응되는 기간인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고, 상기 제2 전자기파는 상기 제2 피크의 절반인 제2 중앙값을 제5 시점과 제6 시점에서 가지고, 상기 제4 시점은 상기 제3 시점보다 늦은 시점이고, 상기 제6 시점은 상기 제5 시점보다 늦은 시점이고, 상기 제1 기간은 상기 제5 시점이 상기 제4 시점보다 느린 것을 만족하게 하는 기간인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고, 상기 제2 전자기파는 상기 제2 피크의 절반인 제2 중앙값을 제5 시점과 제6 시점에서 가지고, 상기 제3 시점 및 상기 제5 시점의 기울기는 양의 값을 가지고, 상기 제4 시점 및 상기 제6 시점의 기울기는 음의 값을 가지며, 상기 제1 기간은 상기 제5 시점이 상기 제4 시점보다 느린 것을 만족하게 하는 기간인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 시편 방향으로 상기 전자기파를 조사하도록 상기 방출부를 제어하고, 상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 굴절률 및 상기 시편의 두께를 산출하는 연산부를 포함하고, 상기 연산부에서 산출된 결과값을 저장하는 저장부를 포함하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 전자기파는 상기 챔버에 반사되어 출력되는 파장을 포함하고, 상기 제2 전자기파는 상기 시편의 표면에서 반사된 제1 반사파, 상기 시편의 배면에서 반사된 제2 반사파 및 상기 시편을 투과하여 출력되는 제1 투과파를 포함하고, 상기 제1 반사파의 피크는 제1 반사시점에서, 상기 제2 반사파의 피크는 제2 반사시점에서, 상기 제1 투과파의 피크는 제1 투과시점에서 발생하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 챔버를 통과하여 상기 서포터에 반사된 후 다시 챔버를 통해 출력되는 파장의 피크가 나타나는 시점인 제1 레퍼런스시점을 미리 저장하고, 상기 챔버의 일측과 타측을 통과하여 출력되는 파장의 피크가 나타나는 시점인 제2 레퍼런스시점을 미리 저장하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 반사시점, 상기 제2 반사시점, 상기 제1 투과시점 및 상기 제2 레퍼런스시점을 기초로 하여,
Figure 112019044619626-pat00001
(n : 시편의 그룹굴절률, tT : 제1 투과시점, tt,ref : 제2 레퍼런스시점, tR1 : 제1 반사시점, tR2 : 제2 반사시점) 식을 이용하여 상기 시편의 그룹굴절률을 산출하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 반사시점, 및 상기 제1 레퍼런스시점을 기초로 하여
Figure 112019044619626-pat00002
(dsi : 시편의 두께, tn,ref : 제1 레퍼런스시점, tR1 : 제1 반사시점, C : 빛의 속력) 식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 반사시점, 상기 제2 반사시점 및 상기 시편의 그룹굴절률을 기초로 하여
Figure 112019044619626-pat00003
(dsi : 시편의 두께, n : 시편의 그룹굴절률, tR1 : 제1 반사점, tR2 : 제2 반사시점, C : 빛의 속력) 식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 투과시점, 상기 시편의 그룹굴절률 및 상기 제2 레퍼런스시점을 기초로 하여
Figure 112019044619626-pat00004
(dsi : 시편의 두께, n : 시편의 그룹굴절률, tT : 제1 투과점, tt,ref : 제2 레퍼런스시점, C : 빛의 속력) 식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 기간은 3ps인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률, 상기 챔버와 상기 시편 사이의 거리 및 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수에 기초하여,
Figure 112019044619626-pat00005
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수) 의 식을 만족하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률, 상기 챔버와 상기 시편 사이의 거리, 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수 및 상기 챔버와 상기 시편 사이에서의 다중 반사 횟수에 기초하여
Figure 112019044619626-pat00006
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, m : 챔버와 시편 사이에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률) 의 식을 만족하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률 및 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수와 상기 제어부에서 도출된 상기 시편의 두께 및 상기 시편의 그룹굴절률에 기초하여
Figure 112019044619626-pat00007
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률) 의 식을 만족하는 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 챔버의 상기 일영역은 사파이어 또는 쿼츠로 이루어진 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 전자기파 및 상기 제2 전자기파는 테라헤르츠파인 두께 측정 장치가 제공될 수 있다.
이하에서는 본 출원의 일 실시 예에 다른 두께 측정 장치에 대해 설명한다.
본 출원의 일 실시 예에 따른 두께 측정 시스템에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 두께 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 두께 측정 시스템(1)은 두께 측정 장치(5), 챔버(10), 시편(30) 및 서포터(50)를 포함할 수 있다.
상기 두께 측정 시스템(1)은 상기 챔버(10) 내에 위치하는 상기 시편(30)의 특성을 측정하기 위한 시스템이다. 상기 두께 측정 시스템(1)은 상기 챔버(10) 내부에 상기 서포터(50) 상에 배치되는 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)는 제어부(100), 방출부(200), 수신부(300) 및 빔스플리터(400)를 포함할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)는 상기 제어부(100)의 제어에 의해 상기 방출부(200)에서 전자기파를 방출하여 상기 챔버(10) 내부에 상기 서포터(50)에 의해 지지되는 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 두께 측정 장치(5)는 상기 챔버(10)에 의해 보호되는 상기 시편(30)에서 반사 또는 투과되어 상기 빔스플리터(400)를 거치는 전자기파를 상기 수신부(300)에서 수신하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)는 상기 시편(30)의 두께를 반사모드 및 투과모드로 나누어 측정할 수 있다. 상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 시편(30)의 표면 및 배면에서 반사된 전자기파에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 두께 측정 장치(50)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 시편(30)을 투과하는 전자기파에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 챔버(10) 내부에는 상기 시편(30) 및 상기 서포터(50)가 위치할 수 있다. 상기 챔버(10) 내부에는 상기 서포터(50) 상에 배치된 상기 시편(30)이 위치할 수 있다.
상기 챔버(10)는 상기 시편(30) 및 상기 서포터(50)를 외부의 불순물로부터 보호할 수 있다. 상기 챔버(10)는 상기 방출부(200)에서 조사된 광의 적어도 일부가 반사 또는 투과하는 영역의 적어도 일부분은 사파이어, 쿼츠 또는 유리로 이루어진 부분일 수 있다. 상기 챔버(10)는 소정의 두께를 가질 수 있다. 상기 챔버(10)의 내부는 진공상태로 유지될 수 있다. 상기 서포터(50)의 배면과 접촉하는 상기 챔버(10)의 영역 중 상기 방출부(200)에서 조사된 광의 적어도 일부가 투과하는 영역의 적어도 일부분에는 구멍이 있을 수 있다.
상기 시편(30)은 상기 챔버(10)로부터 보호될 수 있다. 상기 시편(30)의 표면과 상기 챔버(10) 사이에는 소정의 거리만큼의 간격이 있다. 상기 시편(30)의 적어도 일영역은 상기 서포터(50)와 접촉될 수 있다.
상기 시편(30)에 증착되는 화합물은 질화규소 또는 다른 물질이 될 수 있다. 상기 시편(30)은 상기 서포터(50)에 고정될 수 있다. 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부가 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 시편(30)의 표면에 도달한 경우, 상기 시편(30)은 상기 챔버(10)를 통과한 전자기파의 적어도 일부를 반사 또는 투과시킬 수 있다. 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부가 상기 시편(30)의 배면에 도달한 경우, 상기 시편(30)은 상기 시편(30)의 배면에 도달한 전자기파의 적어도 일부를 반사 또는 투과시킬 수 있다. 상기 시편(30)은 상기 서포터(50)에 고정될 수도 있고, 고정되지 않은 채로 놓여질 수도 있다.
상기 서포터(50) 상에는 상기 시편(30)이 위치할 수 있다. 상기 서포터(50)는 상기 챔버(10) 내부에 놓여질 수 있다.
상기 서포터(50)는 상기 시편(30)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 상기 서포터(50)는 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파를 반사 또는 투과시킬 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 상기 서포터(50)는 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부가 상기 시편(30)을 투과하여 상기 서포터(50)에 도달한 경우, 상기 서포터(50)는 상기 시편(30)을 투과한 전자기파의 적어도 일부는 반사 또는 투과시킬 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 방출부(200)에 의해 전자기파를 상기 챔버(10)의 방향으로 조사하여 상기 챔버(10) 내부의 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)에 의해 상기 챔버(10) 및 상기 시편(30)으로부터 출력되는 전자기파를 수신할 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)에 의해 수신된 파장에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)가 수신한 파장 중 상기 챔버(10)에 의한 파장과 상기 시편(30)에 의한 파장을 구별하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)가 수신한 파장의 소정의 시간 영역에 해당하는 파장에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)가 수신한 파장 중 일정 시간 간격에 포함되는 전자기파의 피크 발생 시점에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)에 의해 수신된 전자기파의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)에 의해 수신된 전자기파의 피크 발생 시점에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 저장된 상기 시편(30)의 굴절률에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 수신부(300)에 의해 수신된 전자기파의 피크 발생 시점 또는 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 시편(30)의 두께를 산출하여 출력할 수 있다.
상기 방출부(200)는 상기 챔버(10)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 방출부(200)는 상기 챔버(10)에 대해 수직 방향으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 방출부(200)는 상기 챔버(10)를 향할 수 있다.
상기 방출부(200)는 전자기파를 방출할 수 있다. 상기 방출부(200)는 테라헤르츠파를 방출할 수 있다. 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 파장은 3mm 내지 30um일 수 있다. 상기 전자기파는 연속형 또는 펄스형일 수 있다. 상기 전자기파의 광원은 1개 또는 복수일 수 있다. 상기 전자기파의 주파수는 0.1 THz 내지 10 THz 일 수 있다. 상기 방출부(200)는 상기 주파수 범위 내의 전자기파를 방출하여, 가시 광선 또는 적외선 보다 강한 투과력을 가질 수 있다.
또한, 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파는 외부 빛이 존재하는 곳에서도 이용할 수 있어, 외부 빛을 차단하는 별도의 공정 없이도 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파는 강한 투과력을 가져 상기 챔버(10)의 적어도 일영역에서 반사 또는 투과되어 상기 시편(30)까지 도달할 수 있다.
상기 수신부(300)는 상기 시편(30)에 반사되는 전자기파를 수신하는 제1 수신부(310) 및 상기 시편(30)를 투과하는 전자기파를 수신하는 제2 수신부(320)를 포함할 수 있다. 상기 제1 수신부(310) 및 상기 제2 수신부(320)는 상기 빔스플리터(400)에 이격되어 위치할 수 있다.
상기 수신부(300)는 상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 제1 수신부(310)에 의해 전자기파를 수신할 수 있다. 상기 수신부(300)는 상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 제2 수신부(320)에 의해 전자기파를 수신할 수 있다. 상기 두께 측정 장치(5)의 상기 수신부(300)는 상기 제1 수신부(310) 및 상기 제2 수신부(320)를 모두 포함할 수도 있고, 상기 제1 수신부(310) 및 상기 제2 수신부(320) 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수도 있다.
상기 제1 수신부(310)는 상기 시편(30)에서 반사된 전자기파가 상기 빔스플리터(400)를 통해 반사되는 경로 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 챔버(10)에서 반사된 전자기파가 상기 빔스플리터(400)를 통해 반사되는 경로 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 시편(30)에서 반사된 전자기파가 상기 챔버(10)를 통과하는 경로 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 수신부(310)는 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 서포터(50) 상의 시편(30)의 표면에 의해 반사된 제1 반사파를 수신할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 서포터(50) 상의 시편(30)의 배면에 의해 반사된 제2 반사파를 수신할 수 있다.
상기 제2 수신부(320)는 전자기파가 상기 시편(30)을 투과하는 경로 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 수신부(320)는 상기 챔버(10)의 하단에 위치할 수 있다.
상기 제2 수신부(320)는 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 시편(30)을 투과하여 출력되는 제1 투과파를 수신할 수 있다.
상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)와 상기 챔버(10) 사이에 위치할 수 있다. 상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)에서 상기 시편(30) 방향으로 방출되는 전자기파의 경로 상에 위치할 수 있다. 상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)와 상기 제1 수신부(310)가 상기 챔버(10) 상에 위치하게 할 수 있다. 상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)와 상기 제2 수신부(320) 사이에 상기 챔버(10) 및 상기 시편(30)이 위치하게 할 수 있다.
상기 빔스플리터(400)는 입사되는 광의 일부를 반사 또는 투과할 수 있다. 상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)에서 조사되는 광의 일부를 투과시킬 수 있고, 투과된 광이 상기 챔버(10)를 통과해 상기 서포터(50) 상의 시편(30)에 의해 반사되며, 반사된 광의 일부가 상기 빔스플리터(400)에 의해 반사되어 상기 제1 수신부(310)에 수신될 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 방출부(200)에서 조사되는 광은 상기 빔스플리터(400)로 조사될 수 있다. 상기 방출부(200)에서 조사된 광의 적어도 일부는 상기 빔스플리터(400)를 투과할 수 있다. 상기 방출부(200)로부터 상기 빔스플리터(400)를 투과한 광은 상기 챔버(10)에 조사될 수 있다. 상기 챔버(10)에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 챔버(10) 상에서 반사될 수 있다.
상기 챔버(10)에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 서포터(50) 상에 배치된 상기 시편(30)의 표면에서 반사될 수 있다. 상기 챔버(10)를 투과한 광의 적어도 일부는 상기 서포터(50) 상에 배치된 상기 시편(30)의 배면에서 반사될 수 있다. 상기 시편(30)의 배면에서 반사된 광의 적어도 일부는 상기 시편(30)을 투과할 수 있다. 상기 시편(30)을 투과한 광은 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 빔스플리터(400)로 조사될 수 있다. 상기 챔버(10)에서 반사된 광의 적어도 일부는 상기 빔스플리터(400)에서 반사될 수 있다. 상기 빔스플리터(400)에서 반사된 광은 상기 제1 수신부(310)에 수신될 수 있다.
상기 제1 수신부(310)는 상기 챔버(10)에 반사되는 전자기파를 제1 전자기파의 형태로 수신할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 시편(30)에 반사되어 상기 챔버(10)를 통과하는 전자기파를 제2 전자기파의 형태로 수신할 수 있다.
상기 제1 수신부(310)는 상기 제2 전자기파 중 상기 시편(30)의 표면에서 반사되어 상기 챔버(10)를 통과하는 전자기파를 상기 제1 반사파의 형태로 수신할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 제2 전자기파 중 상기 시편(30)의 배면에서 반사되어 상기 챔버(10)를 통과하는 전자기파를 상기 제2 반사파의 형태로 수신할 수 있다. 상기 제2 전자기파는 상기 제1 반사파 및 상기 제2 반사파를 포함할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 빔스플리터(400)는 상기 방출부(200)에서 조사되는 광의 일부를 투과시킬 수 있고, 투과된 광이 상기 챔버(10)에 의해 투과되어 상기 시편(30) 및 상기 서포터(50)를 투과하여 상기 제2 수신부(320)에 수신될 수 있다.
상기 방출부(200)에서 조사되는 광은 상기 빔스플리터(400)로 조사될 수 있다. 상기 방출부(200)에서 조사된 광의 적어도 일부는 상기 빔스플리터(400)를 투과할 수 있다. 상기 방출부(200)로부터 상기 빔스플리터(400)를 투과한 광은 상기 챔버(10)에 조사될 수 있다. 상기 챔버(10)에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 투과할 수 있다.
상기 챔버(10)에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 투과하여 상기 서포터(50) 상에 배치된 상기 시편(30)을 투과할 수 있다. 상기 시편(30)을 투과한 광의 적어도 일부는 상기 서포터(50)를 투과할 수 있다. 상기 서포터(50)를 투과한 광의 적어도 일부는 상기 챔버(10)의 하단을 투과할 수 있다. 상기 챔버(10)의 하단을 투과한 광은 상기 제2 수신부(320)에 수신될 수 있다. 상기 제2 수신부(320)는 상기 시편(30)을 투과하는 전자기파를 상기 제1 투과파의 형태로 수신할 수 있다. 상기 제2 전자기파는 상기 제1 투과파를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제어부, 방출부 및 수신부를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 상기 두께 측정 장치(5)는 상기 제어부(100), 상기 방출부(200) 및 상기 수신부(300)를 포함한다. 상기 제어부(100)는 구동부(110), 수신제어부(130), 피크 검출부(150), 굴절률 저장부(160), 두께 산출부(170), 데이터 저장부(180) 및 데이터 출력부(190)를 포함할 수 있다. 상기 수신부(300)는 상기 제1 수신부(310) 및 상기 제2 수신부(320)를 포함할 수 있다.
상기 구동부(110)는 상기 방출부(200)가 전자기파를 방출하도록 제어할 수 있다. 상기 구동부(110)는 상기 방출부(200)에 대응되는 위치에 상기 시편(30)이 위치하는 경우 전자기파를 방출하도록 제어할 수 있다. 상기 구동부(110)는 상기 방출부(200)에 대응되는 위치에 상기 시편(30)의 두께 측정 영역이 위치하는 경우 전자기파를 방출하도록 제어할 수 있다.
상기 수신 제어부(130)는 상기 수신부(300)가 전자기파를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 수신부(300)는 상기 수신 제어부(130)의 제어에 의해 전자기파를 수신할 수 있다. 상기 수신부(300)는 수신한 파장의 결과를 상기 수신 제어부(130)에 전달할 수 있다. 상기 수신 제어부(130)는 상기 수신부(300)가 수신한 파장의 결과를 전달하도록 제어할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 수신 제어부(130)는 상기 제1 수신부(310)가 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 수신 제어부(130)는 상기 제1 수신부(310)가 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)에서 반사된 반사 전자기파를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 수신 제어부(130)는 상기 제1 수신부(310)가 상기 시편(30)의 표면에서 반사된 상기 제1 반사파를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 수신 제어부(130)는 상기 제1 수신부(310)가 상기 시편(30)의 배면에서 반사된 상기 제2 반사파를 수신하도록 제어할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 수신 제어부(130)는 상기 제2 수신부(320)가 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 수신 제어부(130)는 상기 제2 수신부(320)가 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10), 상기 시편(30) 및 상기 서포터(50)를 투과하여 출력되는 제1 투과파를 수신하도록 제어할 수 있다.
상기 피크 검출부(150)는 상기 수신부(300)에 수신된 전자기파의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 수신부(300)에 수신된 다수의 전자기파 각각의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 전자기파의 피크 발생 시점을 검출하여 그 결과를 상기 두께 산출부(170) 및 상기 데이터 저장부(180)로 전달할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 피크 검출부(150)는 상기 제1 수신부(310)가 수신한 전자기파를 기초로 하여 상기 제1 반사파 및 상기 제2 반사파의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 제1 반사파의 피크 발생 시점인 제1 반사시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 제2 반사파의 피크 발생 시점인 제2 반사시점을 검출할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 피크 검출부(150)는 상기 제2 수신부(320)가 수신한 전자기파를 기초로 하여 상기 제1 투과파의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 제1 투과파의 피크 발생 시점인 제1 투과시점을 검출할 수 있다.
상기 굴절률 저장부(160)는 상기 챔버(10)의 굴절률을 저장할 수 있다. 상기 굴절률 저장부(160)는 상기 챔버(10)의 미리 정해진 굴절률을 저장할 수 있다. 상기 굴절률 저장부(160)는 상기 시편(30)의 굴절률을 저장할 수 있다. 상기 굴절률 저장부(160)는 상기 시편(30)의 미리 정해진 굴절률을 저장할 수 있다. 상기 굴절률 저장부(160)는 상기 시편(30)에 대해 획득된 굴절률을 저장할 수 있다.
상기 두께 산출부(170)는 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 두께 산출부(170)는 상기 피크 검출부(150)로부터 전달된 결과를 이용하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 두께 산출부(170)는 상기 피크 검출부(150)에서 검출된 전자기파의 피크 발생 시점에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출부(170)는 상기 시편(30)의 두께를 미리 정해진 연산식에 기초하여 산출할 수 있다. 상기 두께 산출부(170)는 상기 시편(30)의 두께를 상기 피크 검출부(150)에서 얻어진 전자기파의 피크 발생 시점 및 상기 굴절률 저장부(160)에 저장된 굴절률 중 적어도 어느 하나에 기초하여 산출할 수 있다.
상기 데이터 저장부(180)는 상기 피크 검출부(150)에서 검출된 전자기파의 피크 발생 시점에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 저장부(180)는 상기 두께 산출부(170)에서 산출된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 데이터 저장부(180)는 상기 제1 반사파의 피크가 발생하는 시점인 제1 반사시점 및 상기 제2 반사파의 피크가 발생하는 시점인 제2 반사시점에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 저장부(180)는 상기 제1 반사시점, 상기 제2 반사시점 및 상기 시편(30)의 굴절률 중 적어도 어느 하나에 기초하여 연산된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 저장부(180)는 상기 두께 산출부(170)에 의해 연산된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 데이터 저장부(180)는 상기 제1 투과파의 피크가 발생하는 시점인 제1 투과시점에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 저장부(180)는 상기 제1 투과시점 및 상기 시편(30)의 굴절률 중 적어도 어느 하나에 기초하여 연산된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 저장부(180)는 상기 두께 산출부(170)에 의해 연산된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
상기 데이터 출력부(190)는 상기 두께 산출부(170)에 의해 연산된 상기 시편(30)의 두께에 대한 데이터를 출력할 수 있다.
도 3 은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치에서 단층의 시편과, 반사되어 출력되는 전자기파 및 투과되어 출력되는 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 챔버(10)는 상기 방출부(200)로부터 방출파장(w0)을 수신한다. 상기 방출파장(w0)은 상기 챔버(10)에 의해 반사 또는 투과될 수 있다. 상기 방출파장(w0)의 일부는 상기 챔버(10)에 의해 반사되어 제1 전자기파(w1)의 형태로 출력될 수 있다. 상기 방출파장(w0)의 일부는 상기 챔버(10)를 투과하여 상기 챔버(10)의 내부로 출력될 수 있다.
상기 방출파장(w0)의 일부가 상기 챔버(10)를 투과하여 상기 챔버(10) 내부로 출력된 경우, 상기 챔버(10)를 투과한 상기 방출파장(w0)의 일부는 상기 시편(30)의 표면에 도달할 수 있다. 상기 챔버(10)를 투과한 상기 방출파장(w0)의 일부는 상기 시편(30)의 표면에 반사되어 상기 제1 반사파(r1)의 형태로 출력되고, 상기 방출파장(w0)의 일부는 상기 시편(30)의 표면을 투과하여 상기 제1 투과파(k1)의 형태로 상기 시편(30)의 배면에 도달할 수 있다. 상기 제1 반사파(r1)는 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 제2 전자기파(w2)의 형태로 상기 수신부(300)에 수신된다.
상기 제1 투과파(k1)의 일부는 상기 시편(30)의 배면에 반사되어 상기 제2 반사파(r2)의 형태로 출력되고, 상기 제1 투과파(k1)의 일부는 상기 서포터(50)를 투과하여 출력될 수 있다. 상기 제2 반사파(r2)는 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 제2 전자기파(w2)의 형태로 상기 수신부(300)에 수신된다. 상기 제1 투과파(k1)는 상기 서포터(50)를 투과하여 상기 제2 전자기파(w2)의 형태로 상기 수신부(300)에 수신된다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 제1 수신부(310)는 상기 제1 전자기파(w1)를 수신할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 제1 반사파(r1) 및 상기 제2 반사파(r2)를 수신할 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제1 반사파(r1) 및 상기 제2 반사파(r2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 제2 전자기파(w2)를 수신할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 제2 수신부(320)는 상기 제1 투과파(k1)를 수신할 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제1 투과파(k1)를 포함할 수 있다. 상기 제2 수신부(320)는 상기 제2 전자기파(w2)를 수신할 수 있다.
상기 챔버(10)에서 출력되는 상기 방출파장(w0)의 일부, 상기 제1 전자기파(w1) 및 상기 제2 전자기파(w2)는 상기 챔버(10)에서 다중반사가 발생된 이후에 출력될 수 있다. 상기 챔버(10)에 의한 다중반사는 후술하기로 한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 상기 수신부에서 수신된 전자기파를 시간에 대한 그래프로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 방출부(200)는 상기 챔버(10)를 향하는 방향으로 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 의해 반사된 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제어부(100)의 수신 제어부(130)의 제어에 의해 상기 제1 수신부(310)에 의해 수신된다. 상기 제1 전자기파(w1)는 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)가 발생되는 시점은 제1 시점(t1)이다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 수신부(310)에 의해 수신될 수 있다.
상기 방출부(200)는 상기 제어부(100)의 상기 구동부(110)의 제어에 의해 상기 챔버(10)로 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 시편(30)에 의해 반사된 상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제어부(100)의 수신 제어부(130)의 제어에 의해 상기 제1 수신부(310)에 의해 수신될 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)는 제2 피크(p2)를 가지고, 상기 제2 피크(p2)가 발생되는 시점은 제2 시점(t2)이다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 방출부(200)에서 조사된 파장이 상기 챔버(10)를 투과한 후 상기 서포터(50)를 투과한 파장일 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 제2 레퍼런스파일 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)가 발생되는 시점은 제1 시점(t1)이다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제2 수신부(320)에 의해 수신될 수 있다.
상기 방출부(200)는 상기 챔버(10)를 향하는 방향으로 전자기파를 방출한다. 상기 방출부(200)에서 조사된 전자기파는 상기 챔버(10)를 투과한 후 상기 시편(30)을 투과하여, 제2 전자기파(w2)의 형태로 상기 제2 수신부(320)에 의해 수신될 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)는 제2 피크(p2)를 가지고, 상기 제2 피크(p2)가 발생되는 시점은 제2 시점(t2)이다.
상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)은 제1 기간(s1) 이상의 간격을 가진다. 상기 제1 기간(s1)은 미리 정의된 기간일 수 있다. 상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)은 상기 제1 기간(s1) 이상의 간격을 가지므로, 서로 구별되어 나타날 수 있다. 상기 제어부(100)의 상기 피크 검출부(150)는 상기 제1 기간(s1)만큼 이격된 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)을 검출할 수 있다.
상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)이 상기 제1 기간(s1) 이상의 간격을 가지므로, 상기 두께 측정 장치(5)는 상기 시편(30)의 두께를 측정하는 과정에서 상기 챔버(10)로부터 반사 또는 투과되어 출력되는 전자기파에 의한 중첩효과를 최소화할 수 있다. 상기 챔버(10)로 인한 중첩효과에 대한 자세한 사항은 후술한다.
도 5 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 제1 전자기파와 제2 전자기파의 중첩을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 제1 전자기파 및 상기 제2 전자기파를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이다. 도 6은 상기 제1 전자기파, 상기 제2 전자기파 및 상기 제1 전자기파와 상기 제2 전자기파가 중첩되어 나타나는 중첩된 파장을 시간에 따라 나타낸 도면이다. 도 7은 상기 수신부가 수신하는 중첩된 파장을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)에 반사되어 출력되는 상기 제1 전자기파(w1)와 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파가 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 시편(30)에 반사되어 출력되는 상기 제2 전자기파(w2)는 적어도 일부분이 서로 중첩되어 중첩된 파장(w3)의 형태로 나타날 수 있다. 상기 수신부(300)는 상기 제어부(100)의 상기 수신 제어부(130)의 제어에 의해 상기 중첩된 파장(w3)을 수신할 수 있다.
상기 두께 측정 시스템(1)에서, 상기 시편(30)에 반사 또는 투과되어 출력되는 상기 제2 전자기파(w2)가 상기 수신부(300)에 수신되기 전에 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과되어 출력되는 상기 제1 전자기파(w1)가 상기 수신부(300)에 먼저 수신될 수 있다.
상기 수신부(300)는 상기 제1 전자기파(w1) 및 상기 제2 전자기파(w2)를 수신할 수 있다. 상기 수신부(300)는 상기 제1 전자기파(w1)를 상기 제2 전자기파(w2)보다 더 빨리 수신할 수 있다.
상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제1 전자기파(w1)에 비해 상기 수신부(300)로 도달하는 거리가 길어지므로, 상기 수신부(300)는 상기 제1 전자기파(w1)를 상기 제2 전자기파(w2)보다 더 빨리 수신할 수 있다.
상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제1 전자기파(w1)에 비해 상기 수신부(300)로 도달하기까지 다수의 매질을 통과하여 도달하므로 상기 수신부(300)는 상기 제1 전자기파(w1)를 상기 제2 전자기파(w2)보다 더 빨리 수신할 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)와 상기 제2 전자기파(w2)는 중첩될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)와 상기 제2 전자기파(w2)가 중첩되어 중첩된 파장(w3)을 형성할 수 있다. 상기 수신부(300)는 중첩된 파장(w3)을 수신할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)는 상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)이 적어도 상기 제1 기간(s1)만큼의 간격을 가지도록 구성될 수 있다. 상기 제어부(100)의 상기 피크 검출부(130)는 상기 제1 기간(s1)만큼 이격된 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)을 검출할 수 있다. 상기 제어부(100)의 상기 두께 산출부(170)는 검출된 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)을 기초로 하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다.
상기 피크 검출부(130)가 상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)을 구별하기 위해서는 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)이 상기 제1 기간(s1)만큼 이격되어야 한다. 상기 제1 기간(s1)은 상기 챔버(10)와 상기 시편(30) 사이의 간격으로부터 초래된 것일 수 있다.
상기 챔버(10)와 상기 시편(30) 사이의 거리는 미리 설정될 수 있다. 상기 챔버(10)와 상기 시편(30) 사이의 거리가 클수록 상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)이 명백히 구별될 수 있다. 상기 챔버(10)와 상기 시편(30) 사이의 거리를 키우기 위해서는 상기 챔버(10)의 높이가 커져야 한다.
그러나, 상기 챔버(10)의 크기를 키우는 것은 제조 단가를 높일 수 있으므로 비용적으로 한계가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 제1 전자기파(w1)와 상기 제2 전자기파(w2)가 중첩되더라도, 상기 시편(30)의 두께를 산출하기 위해 필요한 상기 제2 시점(t2)을 상기 제1 시점(t1)과 구별할 수 있도록 한다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 수신부(300)가 수신하는 중첩된 파장(w3)은 상기 제1 시점(t1)과 상기 제2 시점(t2)이 상기 제1 기간(s1)만큼의 간격을 가져 서로 구별될 수 있다. 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 시점(t1) 이후에서부터 상기 제2 시점(t2) 이전까지의 모든 시점에서의 값이 상기 제1 피크(p1) 및 상기 제2 피크(p2) 중 적어도 어느 하나의 값보다 작은 것을 만족하게 하는 기간일 수 있다.
상기 수신부(300)가 수신하는 상기 중첩된 파장(w3)에서, 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)를 포함하는 상기 제1 기간(s1) 동안의 가장 큰 피크와 그 다음의 피크를 가지는 시점은 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 시점(t2)일 수 있다.
도 8은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(100)의 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 수신될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다. 상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)과 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간에 대응되는 기간이 될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 상기 제1 전자기파(w1)의 값이 0이되는 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 값을 갖는 두 시점 사이의 시간이 될 수 있다.
또는, 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 상기 제1 전자기파(w1)의 양의 피크 값인 제1 피크(p1)와 음의 피크 값의 중앙 값을 가지는 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 값을 갖는 두 시점 사이의 시간이 될 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 수신부에 의해 수신되는 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(100)의 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 수신될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다. 상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)와 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간의 절반 값에 대응되는 기간이 될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 제1 주기점(a1)부터 제2 주기점(a2)까지의 시간에 해당한다. 상기 제1 주기점(a1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 값이 0이고 기울기가 양의 부호를 갖는 시점 중 상기 제1 시점(t1)보다 작고 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다. 상기 제2 주기점(a2)은 상기 제1 전자기파(w1)의 값이 0이고 기울기가 음의 부호를 갖는 시점 중 상기 제1 시점(t1)보다 크고 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다.
또는, 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 상기 제1 전자기파(w1)의 양의 피크 값인 제1 피크(p1)와 음의 피크 값의 중앙 값을 가지는 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 값을 갖는 두 시점 사이의 시간이 될 수 있다.
도 10은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(100)의 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 수신될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다. 상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)와 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간에 대응되는 기간이 될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 제1 주기점(a1)부터 제2 주기점(a2)까지의 시간에 해당한다. 상기 제1 주기점(a1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 값이 0이고 기울기가 양의 부호를 갖는 시점 중 상기 제1 시점(t1)보다 작고 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다. 상기 제2 주기점(a2)은 상기 제1 전자기파(w1)의 값이 0이고 기울기가 음의 부호를 갖는 시점 중 상기 제1 시점(t1)보다 크고 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다.
도 11은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(100)의 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 수신될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다. 상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)와 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간에 대응되는 기간이 될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 지속시간은 제1 주기점(a1)부터 제2 주기점(a2)까지의 시간에 해당한다. 상기 제1 주기점(a1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 2차 미분값이 0이고, 상기 제1 시점(t1)보다 작은 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다. 상기 제2 주기점(a2)은 상기 제1 전자기파(w1)의 2차 미분값이 0이고, 상기 제1 시점(t1)보다 큰 시점 중 상기 제2 시점(t2)과 가장 가까운 시점이다.
또는, 상기 제1 주기점(a1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 상기 제1 시점(t1)보다 작고 상기 제1 전자기파(w1)의 2차 미분값의 부호가 양에서 음으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다. 상기 제2 주기점(a2)은 상기 제1 전자기파(w1)의 상기 제1 시점(t1)보다 크고 상기 제1 전자기파(w1)의 2차 미분값의 부호가 음에서 양으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점(t1)과 가장 가까운 시점이다.
도 12은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 상기 제1 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(100)의 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 수신될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다. 상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)와 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM(Full Width at Half Maximum)에 대응되는 기간이 될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM은 제3 시점(t3) 및 제4 시점(t4)으로 결정될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)에는 제1 피크(p1)값의 절반 값인 중앙값(m1)을 갖는 시점이 존재할 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)의 제1 피크(p1)값의 절반 값인 중앙값(m1)은 상기 제3 시점(t3) 및 상기 제4 시점(t4)에서 발생하고, 상기 제4 시점(t4)은 상기 제3 시점(t3)보다 늦은 시점이다. 상기 제1 기간(s1)은 상기 제3 시점(t3) 및 상기 제4 시점(t4)의 시간 차이에 대응되는 기간이다. 상기 제2 전자기파(w2)의 상기 제2 피크(p2)가 발생하는 상기 제2 시점(t2)는 상기 제1 시점(t1)과 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM은 의미 있는 값인 상기 제1 피크(p1)가 보장될 수 있는 간격이다. 상기 제1 피크(p1)가 발생하는 상기 제1 시점(t1)이 FWHM의 간격만큼 상기 제2 시점(t2)과 이격되어야 상기 제1 전자기파(w1) 및 상기 제2 전자기파(w2)가 중첩 되더라도 상기 제1 피크(p1)가 발생하는 상기 제1 시점(t1)이 보장될 수 있다.
도 13은 상기 두께 측정 장치의 일 실시 예에 따른 것으로, 상기 수신부에 의해 수신되는 전자기파를 나타내는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)에 반사 또는 투과된 전자기파는 상기 수신부(300)에 상기 제1 전자기파(w1)의 형태로 상기 수신부(300)에 수신될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제1 피크(p1)를 가지고, 상기 제1 피크(p1)는 상기 제1 시점(t1)에서 발생할 수 있다.
상기 방출부(200)가 상기 챔버(10)를 향해 전자기파를 방출하고, 상기 챔버(10)를 통과한 전자기파는 상기 시편(30)에 반사 또는 투과되어 상기 제2 전자기파(w2)의 형태로 상기 수신부(300)에 수신될 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)는 상기 제2 피크(p2)를 가지고, 상기 제2 피크(p2)는 상기 제2 시점(t2)에서 발생할 수 있다.
상기 제1 시점(t1)은 상기 제2 시점(t2)와 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있고, 상기 제1 기간(s1)은 상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM(Full Width at Half Maximum)과 상기 제2 전자기파(w2)의 FWHM이 겹치지 않게 하는 기간이 될 수 있다.
상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM은 제3 시점(t3) 및 제4 시점(t4)으로 결정될 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)에는 제1 피크(p1)값의 절반 값인 중앙값(m1)을 갖는 시점이 존재할 수 있다. 상기 제1 전자기파(w1)의 제1 피크(p1)값의 절반 값인 중앙값(m1)은 상기 제3 시점(t3) 및 상기 제4 시점(t4)에서 발생하고, 상기 제4 시점(t4)은 상기 제3 시점(t3)보다 늦은 시점이다. 상기 제1 전자기파(w2)의 FWHM은 제5 시점(t5) 및 제6 시점(t6)으로 결정될 수 있다.
상기 제2 전자기파(w2)에는 제2 피크(p2)값의 절반 값인 중앙값(m2)을 갖는 시점이 존재할 수 있다. 상기 제2 전자기파(w2)의 제2 피크(p2)값의 절반 값인 중앙값(m2)은 상기 제5 시점(t5) 및 상기 제6 시점(t6)에서 발생하고, 상기 제6 시점(t6)은 상기 제5 시점(t5)보다 늦은 시점이다. 상기 제1 기간(s1)은 상기 제5 시점(t5)이 상기 제 제4 시점(t4)보다 늦은 시점인 것을 만족하게 하는 기간이다. 상기 제2 전자기파(w2)의 상기 제2 피크(p2)가 발생하는 상기 제2 시점(t2)는 상기 제1 시점(t1)과 상기 제1 기간(s1)만큼 떨어져 있다.
또는 상기 제3 시점(t3) 및 상기 제5 시점(t5)은 양의 기울기를 갖는 값이고, 상기 제4 시점(t4) 및 상기 제6 시점(t6)은 음의 기울기를 갖는 시점일 수 있다. 상기 제1 기간(s1)은 상기 제5 시점(t5)이 상기 제4 시점(t4)보다 늦은 시점인 것을 만족하게 하는 기간이다.
상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM은 의미 있는 값인 상기 제1 피크(p1)가 보장될 수 있는 간격이다. 상기 제1 전자기파(w2)의 FWHM은 의미 있는 값인 상기 제2 피크(p2)가 보장될 수 있는 간격이다.
상기 제1 전자기파(w1)의 FWHM과 상기 제2 전자기파(w2)의 FWHM이 서로 이격되어야 상기 제1 전자기파(w1) 및 상기 제2 전자기파(w2)가 중첩 되더라도 상기 제1 피크(p1)가 발생하는 상기 제1 시점(t1) 및 상기 제2 피크(p2)가 발생하는 상기 제2 시점(t2)이 보장될 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따른 상기 두께 측정 장치에서 단층의 상기 챔버 및 상기 서포터를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 서포터(50)에 반사되어 제1 레퍼런스파(ref1)의 형태로 출력된다. 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 서포터(50)를 투과하여 제2 레퍼런스파(ref2)의 형태로 출력된다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 제1 수신부(310)는 제1 레퍼런스파(ref1)를 수신할 수 있다.
상기 두께 측정 장치(5)가 투과모드로 동작하는 경우, 상기 제1 전자기파(w1)는 상기 제2 레퍼런스파(ref2)를 포함할 수 있다. 상기 제2 수신부(320)는 상기 제2 레퍼런스파(ref2)를 포함하는 상기 제1 전자기파(w1)를 수신할 수 있다.
도 15는 상기 챔버로 인한 중첩효과의 원인 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 상기 챔버(10)는 소정의 두께를 가질 수 있다. 상기 제어부(100)의 상기 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부는 상기 챔버(10)의 내부에서 다중반사를 일으킬 수 있다.
상기 제어부(100)의 상기 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 시편(30)의 표면과 상기 챔버(10) 사이에서 다중반사를 일으킬 수 있다.
상기 제어부(100)의 상기 구동부(110)의 제어에 의해 상기 방출부(200)에서 방출된 전자기파의 적어도 일부는 상기 챔버(10)를 통과하여 상기 시편(30)의 표면에서 반사된 후 상기 챔버(10)의 내부에서 다중반사를 일으킬 수 있다. 상기 챔버(10)로 인한 중첩효과의 원인은 이에 한정되지 않는다.
이하에서는, 상기 두께 측정 장치(5)의 반사모드에서 상기 시편(30)의 두께를 측정하는 방법에 대해 설명하고자 한다.
상기 두께 측정 장치(5)가 반사모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(100)는 상기 구동부(110)에서 상기 방출부(200)를 제어하여 전자기파를 방출시키고, 상기 제어부(100)는 상기 제1 수신부(310)에서 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파가 상기 시편(30)에 반사되어 출력되는 전자기파를 수신하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 제1 반사파(r1) 및 상기 제2 반사파(r2)에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 피크가 발생하는 시점에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 제1 반사파(r1)의 피크가 발생하는 상기 제1 반사시점(rt1)과 상기 제2 반사파(r2)의 피크가 발생하는 상기 제2 반사시점(rt2)의 차이에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 제1 반사파(r1)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 적어도 일부가 상기 챔버(10)를 통과하고 상기 시편(30)의 표면에서 반사되어 형성될 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 시편(30)의 표면에서 반사된 상기 제1 반사파(r1)를 수신할 수 있다.
상기 제2 반사파(r2)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 적어도 일부가 상기 챔버(10)를 통과한 후 상기 시편(30)을 투과하여, 상기 시편(30)의 배면에서 반사되어 형성될 수 있다. 상기 제1 수신부(310)는 상기 시편(30)의 배면에서 반사된 상기 제2 반사파(r2)를 수신할 수 있다.
상기 피크 검출부(150)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파가 상기 시편(30)에 의해 반사되는 전자기파의 피크 발생 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 시편(30)의 표면에 의해 반사되어 출력되는 상기 제1 반사파(r1)의 피크가 발생하는 시점인 제1 반사시점(rt1)을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 시편(30)의 배면에 의해 반사되어 출력되는 상기 제2 반사파(r2)의 피크가 발생하는 시점인 제2 반사시점(rt2)을 검출할 수 있다.
상기 제1 반사시점(rt1) 및 상기 제2 반사시점(rt2)은 특징점들에 의해 결정될 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 반사파(r1)의 세기 및 상기 제2 반사파(r2)의 세기가 급격히 변경되는 점일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 반사파(r1)의 세기 및 상기 제2 반사파(r2)의 세기가 미리 정해진 임계 범위를 벗어나는 점일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 반사파(r1)의 세기 및 상기 제2 반사파(r2)의 세기의 극대값 또는 극소값일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 반사파(r1)의 세기 및 상기 제2 반사파(r2)의 세기의 피크값일 수 있다.
이하에서는, 상기 두께 측정 장치(5)의 투과모드에서 상기 시편(30)의 두께를 측정하는 방법에 대해 설명하고자 한다.
상기 제어부(100)는 상기 구동부(110)에서 상기 방출부(200)를 제어하여 전자기파를 방출시키고, 상기 제어부(100)는 상기 제2 수신부(320)에서 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파가 상기 시편(30)에 투과되어 출력되는 전자기파를 수신하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 제1 투과파(k1)에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 피크가 발생하는 시점에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 제어부(100)는 상기 제1 투과파(k1)의 피크가 발생하는 상기 제1 투과시점(kt1) 에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 측정할 수 있다.
상기 제1 투과파(k1)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파의 적어도 일부가 상기 챔버(10)를 통과하고 상기 시편(30)을 투과하여 형성될 수 있다. 상기 제2 수신부(320)는 상기 시편(30)을 투과하여 출력되는 상기 제1 투과파(k1)를 수신할 수 있다.
상기 피크 검출부(150)는 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파가 상기 시편(30)을 투과하는 전자기파의 피크가 발생하는 시점을 검출할 수 있다. 상기 피크 검출부(150)는 상기 시편(30)을 투과하여 출력되는 상기 제1 투과파(k1)의 피크가 발생하는 시점인 제1 투과시점(kt1)을 검출할 수 있다.
제1 투과시점(kt1)은 상기 제1 투과파(k1)의 특징점들에 의해 결정될 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 투과파(k1)의 세기가 급격히 변경되는 점일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 투과파(k1)의 세기가 미리 정해진 임계 범위를 벗어나는 점일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 투과파(k1)의 세기의 극대값 또는 극소값일 수 있다. 상기 특징점은 상기 제1 투과파(k1)의 세기의 피크값일 수 있다.
이하에서는, 상기 두께 측정 장치(5)의 상기 시편(30)의 두께를 측정하는 수학식에 대해 설명하고자 한다.
도 16은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제1 수신부가 수신하는 전자기파를 나타내는 도면이다.
상기 시편(30)의 두께는 상기 두께 산출부(170)에 의해 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파, 상기 제1 반사파(r1), 상기 제2 반사파(r2)
및 반사 시간 중 적어도 어느 하나에 기초하여 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019044619626-pat00008
(C: 빛의 속력,
Figure 112019044619626-pat00009
: 시편의 두께, n: 시편의 그룹굴절률,
Figure 112019044619626-pat00010
: 제2 반사시점(rt2),
Figure 112019044619626-pat00011
: 제1 반사시점(rt1))
도 17은 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 제2 수신부가 수신하는 전자기파를 나타내는 도면이다.
상기 시편(30)의 두께는 상기 두께 산출부(170)에 의해 상기 방출부(200)에서 방출되는 전자기파, 상기 제1 투과파(k1), 상기 제2 레퍼런스파(ref2) 및 투과 시간 중 적어도 어느 하나에 기초하여 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019044619626-pat00012
(C: 빛의 속력,
Figure 112019044619626-pat00013
: 시편의 두께, n: 시편의 그룹굴절률,
Figure 112019044619626-pat00014
: 제2 레퍼런스시점(ret2),
Figure 112019044619626-pat00015
: 제1 투과시점(kt1))
상기 두께 측정 장치(5)의 상기 두께 산출부(170)는 상기 제1 반사시점(rt1), 상기 제2 반사시점(rt2), 상기 제1 투과시점(kt1) 및 상기 제2 레퍼런스시점(ret2) 중 어느 하나에 기초하여 상기 시편(30)의 그룹굴절률을 산출할 수 있다. 상기 두께 산출부(170)는 상기 수학식 3에 기초하여 상기 시편(30)의 그룹굴절률을 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019044619626-pat00016
(n : 시편의 그룹굴절률,
Figure 112019044619626-pat00017
: 제1 투과시점,
Figure 112019044619626-pat00018
: 제2 레퍼런스시점,
Figure 112019044619626-pat00019
: 제1 반사시점,
Figure 112019044619626-pat00020
: 제2 반사시점)
상기 두께 측정 장치(10)의 상기 두께 산출부(170)는 상기 제1 반사시점(rt1) 및 상기 제1 레퍼런스시점(ret1) 중 어느 하나에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다. 상기 제어부(100)는 수학식 4에 기초하여 상기 시편(30)의 두께를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019044619626-pat00021
(dsi : 시편의 두께, tn,ref : 제1 레퍼런스시점, tR1 : 제1 반사시점, C : 빛의 속력)
상기 수학식 1 내지 4를 통해, 상기 시편의 그룹굴절률을 모르는 경우에도, 상기 실시 예에 따른 두께 측정 장치에 따라 시편의 두께를 측정할 수 있다. 상기 실시 예에 따른 두께 측정 장치는 시편의 굴절률 및 두께를 일체로 측정할 수 있다. 또한, 상기 두께 측정 장치는 투과력이 높은 테라헤르츠파를 이용하여, 비파괴식 검사를 수행할 수 있다.
또한, 상기 두께 및 굴절률 연산을 위해 상기 수학식 1 내지 4에 대입되는 정보들은 반복적으로 획득될 수 있다. 상기 두께 연산을 위해 상기 수학식 1 내지 수학식 4에 대입되는 정보들이 반복적으로 획득된 경우, 상기 정보들은 반복적으로 획득된 값의 평균값을 이용하여 상기 수학식 1 내지 4에 대입될 수 있어, 상기 시편의 두께를 보다 정확히 측정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 기간은 소정의 수치로 정해질 수 있다. 상기 제1 기간은 전자기파 하나의 지속시간일 수 있다. 상기 제1 기간은 테라헤르츠파 하나의 펄스 지속시간일 수 있다. 상기 제1 기간은 3ps일 수 있다.
상기 제1 기간이 3ps일 경우, 상기 두께 측정 장치(5)는 하기의 식 1 내지 식 3을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure 112019044619626-pat00022
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수)
[식 2]
Figure 112019044619626-pat00023
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, m : 챔버와 시편 사이에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률)
[식 3]
Figure 112019044619626-pat00024
(dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률)
1 : 두께 측정 시스템
5 : 두께 측정 장치
10 : 챔버
30 : 시편
50 : 서포터
100 : 제어부
200 : 방출부
300 : 수신부
400 : 빔스플리터

Claims (23)

  1. 챔버 내부에 위치하는 시편의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치에 있어서,
    전자기파를 상기 시편 방향으로 조사하는 방출부;
    상기 챔버가 위치하는 방향에서부터 출력되는 전자기파를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 두께를 산출하는 제어부; 포함하고,
    상기 수신부는 제1 피크를 가지는 제1 전자기파 및 제2 피크를 가지는 제2 전자기파를 수신하고,
    상기 제1 피크는 제1 시점에서 나타나고, 상기 제2 피크는 제2 시점에서 나타나며, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점은 제1 기간 이상의 차이를 가지고,
    상기 챔버의 적어도 일영역은 상기 전자기파의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시키고,
    상기 제1 기간은 상기 제1 전자기파의 지속시간에 대응되는 기간이고,
    상기 제1 전자기파의 지속시간은 상기 제1 전자기파의 값이 0이 되는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 두 시점 사이의 기간인
    두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기간은,
    상기 제1 시점 이후에서부터 상기 제2 시점 이전까지 있는 모든 시점에서의 값이 상기 제1 피크 및 상기 제2 피크 중 적어도 어느 하나의 값보다 작은 것을 만족하게 하는 기간인
    두께 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고,
    상기 제1 주기점 및 상기 제2 주기점에서의 값은 0이며,
    상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다 작은 값이고 양의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고,
    상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다 큰 값이고 음의 기울기를 갖는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인
    두께 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고,
    상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다는 작은 값이고, 2차 미분값이 0인 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고,
    상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다는 큰 값이고, 2차 미분값이 0인 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인
    두께 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파의 지속시간은 제1 주기점 및 제2 주기점의 차이에 대응되는 기간이고,
    상기 제1 주기점은 상기 제1 시점보다 작은 값이고, 상기 제2 주기점은 상기 제1 시점보다 큰 값이고,
    상기 제1 주기점은 상기 제1 전자기파의 2차 미분값의 부호가 양에서 음으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점이고,
    상기 제2 주기점은 상기 제1 전자기파의 2차 미분값의 부호가 음에서 양으로 바뀌는 시점 중 상기 제1 시점과 가장 가까운 시점인
    두께 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고,
    상기 제4 시점은 상기 제1 시점 및 상기 제3 시점보다 느린 시점인
    두께 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고,
    상기 제2 전자기파는 상기 제2 피크의 절반인 제2 중앙값을 제5 시점과 제6 시점에서 가지고,
    상기 제4 시점은 상기 제3 시점보다 늦은 시점이고, 상기 제6 시점은 상기 제5 시점보다 늦은 시점이고,
    상기 제5 시점은 상기 제4 시점보다 느린 시점인
    두께 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 상기 제1 피크의 절반인 제1 중앙값을 제3 시점과 제4 시점에서 가지고,
    상기 제2 전자기파는 상기 제2 피크의 절반인 제2 중앙값을 제5 시점과 제6 시점에서 가지고,
    상기 제3 시점 및 상기 제5 시점의 기울기는 양의 값을 가지고, 상기 제4 시점 및 상기 제6 시점의 기울기는 음의 값을 가지며,
    상기 제5 시점은 상기 제4 시점보다 느린 시점인
    두께 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시편 방향으로 상기 전자기파를 조사하도록 상기 방출부를 제어하고,
    상기 수신부로부터 신호를 받아 상기 시편의 굴절률 및 상기 시편의 두께를 산출하는 연산부를 포함하고,
    상기 연산부에서 산출된 결과값을 저장하는 저장부를 포함하는
    두께 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 상기 챔버에 반사되어 출력되는 파장을 포함하고,
    상기 제2 전자기파는 상기 시편의 표면에서 반사된 제1 반사파, 상기 시편의 배면에서 반사된 제2 반사파 및 상기 시편을 투과하여 출력되는 제1 투과파를 포함하고,
    상기 제1 반사파의 피크는 제1 반사시점에서, 상기 제2 반사파의 피크는 제2 반사시점에서, 상기 제1 투과파의 피크는 제1 투과시점에서 발생하는
    두께 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 챔버를 통과하여 서포터에 반사된 후 다시 챔버를 통해 출력되는 파장의 피크가 나타나는 시점인 제1 레퍼런스시점을 미리 저장하고,
    상기 챔버의 일측과 타측을 통과하여 출력되는 파장의 피크가 나타나는 시점인 제2 레퍼런스시점을 미리 저장하는
    두께 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 반사시점, 상기 제2 반사시점, 상기 제1 투과시점 및 상기 제2 레퍼런스시점을 기초로 하여,
    Figure 112019044619626-pat00025

    (n : 시편의 그룹굴절률, tT : 제1 투과시점, tt,ref : 제2 레퍼런스시점, tR1 : 제1 반사시점, tR2 : 제2 반사시점)
    식을 이용하여 상기 시편의 그룹굴절률을 산출하는
    두께 측정 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 반사시점, 및 상기 제1 레퍼런스시점을 기초로 하여
    Figure 112019044619626-pat00026

    (dsi : 시편의 두께, tn,ref : 제1 레퍼런스시점, tR1 : 제1 반사시점, C : 빛의 속력)
    식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는
    두께 측정 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 반사시점, 상기 제2 반사시점 및 상기 시편의 그룹굴절률을 기초로 하여
    Figure 112019044619626-pat00027

    (dsi : 시편의 두께, n : 시편의 그룹굴절률, tR1 : 제1 반사점, tR2 : 제2 반사시점, C : 빛의 속력)
    식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는
    두께 측정 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 투과시점, 상기 시편의 그룹굴절률 및 상기 제2 레퍼런스시점을 기초로 하여
    Figure 112019044619626-pat00028

    (dsi : 시편의 두께, n : 시편의 그룹굴절률, tT : 제1 투과점, tt,ref : 제2 레퍼런스시점, C : 빛의 속력)
    식을 이용하여 상기 시편의 두께를 산출하는
    두께 측정 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기간은 3ps인
    두께 측정 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률, 상기 챔버와 상기 시편 사이의 거리 및 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수에 기초하여,
    Figure 112019044619626-pat00029

    (dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수)
    의 식을 만족하는
    두께 측정 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률, 상기 챔버와 상기 시편 사이의 거리, 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수 및 상기 챔버와 상기 시편 사이에서의 다중 반사 횟수에 기초하여
    Figure 112019044619626-pat00030

    (dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, dair : 챔버와 시편 사이의 거리, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, m : 챔버와 시편 사이에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률)
    의 식을 만족하는
    두께 측정 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제어부에 미리 저장된 상기 챔버의 두께, 상기 챔버의 굴절률 및 상기 챔버 내에서의 다중 반사 횟수와 상기 제어부에서 도출된 상기 시편의 두께 및 상기 시편의 그룹굴절률에 기초하여
    Figure 112019044619626-pat00031

    (dq : 챔버의 두께, nq : 챔버의 굴절률, n : 챔버 내에서의 다중 반사 횟수, dsi : 시편의 두께, nsi : 시편의 그룹굴절률)
    의 식을 만족하는
    두께 측정 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 상기 일영역은 사파이어 또는 쿼츠로 이루어진
    두께 측정 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파 및 상기 제2 전자기파는 테라헤르츠파인
    두께 측정 장치.
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