KR20130043577A - 간섭식 막두께 측정기 - Google Patents

간섭식 막두께 측정기 Download PDF

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KR20130043577A
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히로시 요코타
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구라시키 보세키 가부시키가이샤
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Abstract

온라인 측정에 있어서 안정된 측정을 할 수 있는 간섭식 막두께 측정기를 제공한다. 투수광 프로브(5)로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점 위치인 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시키는 초점 위치 주사부(7)가 설치되어 있다. 연산부(13)는, 투수광 프로브(5)가 수광한 빛의 분광 스펙트럼 데이터를 취득하는 분광 데이터 취득부(15)와, 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 파워 스펙트럼을 산출하는 파워 스펙트럼 산출부(17)와, 파워 스펙트럼의 데이터에 근거하여 측정 대상 막(23)의 막두께를 산출하는 막두께 산출부(19)와, 분광 스펙트럼 데이터 또는 파워 스펙트럼의 데이터 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 임계값 이상의 데이터를 추출하는 데이터 추출부(21)를 구비하고 있다. 막두께 산출부(19)는 데이터 추출부(21)가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력한다.

Description

간섭식 막두께 측정기{INTERFERENCE THICKNESS METER}
본 발명은 간섭식 막두께 측정기에 관한 것이다.
막의 막두께를 측정하는 장치로서, 빛의 간섭현상을 이용한 간섭식 막두께 측정기가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1을 참조). 간섭식 막두께 측정기의 측정원리에 대해 설명한다. 투명한 측정 대상에 빛이 조사되면, 표면 및 이면으로부터 반사광이 되돌아온다. 이때 각각의 반사광이 간섭하여, 어떤 파장에서는 서로 강화하고, 어떤 파장에서는 서로 약화시킨다. 서로 강화하는 파장과 서로 약화시키는 파장은 측정 대상 막의 막두께와 굴절률에 의해 결정된다. 이에 따라 반사 스펙트럼의 간섭 무늬의 간격으로부터 막두께가 계산된다.
도 18은 종래의 간섭식 막두께 측정기의 개략적인 구성도이다.
막두께 측정기는, 광원(101), 투광(投光)용 광화이버(103), 투수광부(投收光部)(105), 수광용 광화이버(107), 분광기(109), 연산부(111)를 구비하고 있다. 연산부(111)는, 분광 데이터 취득부(113), 파워 스펙트럼 산출부(115), 막두께 산출부(117)를 구비하고 있다.
광원(101)으로부터 조사된 백색광은, 투광용 광화이버(103)에 의해 투수광부(105)로 이끌어지고, 집광되어 측정 대상 막(119)에 조사된다. 측정 대상 막(119)의 표면과 이면에서 반사한 빛은, 투수광부(105)에 입사하고, 수광용 광화이버(107)에 의해 분광기(109)로 이끌어진다. 분광기(109)는, 수광용 광화이버(107)로부터의 빛을 분광해서 반사 분광 스펙트럼을 얻고, 이것을 전기신호로 변환해서 출력한다.
연산부(111)는, 분광기(109)로부터의 전기신호에 근거하여 측정 대상 막(119)의 막두께를 연산한다. 분광 데이터 취득부(113)는, 분광기(109)로부터의 전기신호에 근거하여 분광 스펙트럼 데이터를 취득한다. 분광 데이터 취득부(113)는, 분광 스펙트럼 데이터를 파워 스펙트럼 산출부(115)에 출력한다.
파워 스펙트럼 산출부(115)는, 분광 스펙트럼 데이터에 대해 전처리 및 푸리에 변환을 실시하여, 파워 스펙트럼을 산출한다. 파워 스펙트럼 산출부(115)는 파워 스펙트럼의 데이터를 막두께 산출부(117)에 출력한다.
막두께 산출부(117)는, 파워 스펙트럼의 피크 위치 및 측정 대상 막(119)의 굴절률에 근거하여 측정 대상 막(119)의 막두께를 산출한다.
도 18의 종래기술은 측정 대상 막(119)으로부터의 반사광의 분광 스펙트럼에 근거하여 측정 대상 막(119)의 막두께를 산출하고 있지만, 간섭식 막두께 측정기는 측정 대상 막으로의 투과광의 분광 스펙트럼에 근거하여 측정 대상 막의 막두께를 산출할 수도 있다.
도 19는 종래의 간섭식 막두께 측정기의 개략적인 구성도이다. 도 19에 있어서, 도 18과 같은 기능을 하는 부분에는 동일한 부호가 붙여져 있다.
막두께 측정기는, 광원(101), 투광용 광화이버(103), 투광부(121), 수광부(123), 수광용 광화이버(107), 분광기(109), 연산부(111)를 구비하고 있다. 연산부(111)는, 분광 데이터 취득부(113), 파워 스펙트럼 산출부(115), 막두께 산출부(117)를 구비하고 있다.
투광부(121)과 수광부(123)는 측정 대상 막(119)을 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있다.
광원(101)으로부터의 빛은 투광용 광화이버(103) 및 투광부(121)를 거쳐 측정 대상 막(119)에 조사된다. 측정 대상 막(119)을 투과한 빛은, 수광부(123)에 입사하고, 수광용 광화이버(107)에 의해 분광기(109)로 이끌어진다. 분광기(109)는, 수광용 광화이버(107)로부터의 빛을 분광해서 투과 분광 스펙트럼을 얻고, 이것을 전기신호로 변환해서 출력한다. 연산부(111)는, 분광기(109)로부터의 전기신호에 근거하여 측정 대상 막(119)의 막두께를 연산한다.
일본국 특개평 7-280520호 공보
예를 들면, 폴리이미드, 폴리에틸렌, PET(Polyethylene terephthalate) 등으로 이루어진 필름이나 시이트의 제조공정에 있어서, 간섭식 막두께 측정기는 온라인 측정에 사용되는 일이 있다. 온라인 측정에서는, 측정 대상 막이 연속적으로 이송된다. 이 경우, 측정 대상 막이 진동하거나 휘어진다. 측정 대상 막이 진동하거나 휘면, 투광부 및 수광부와 측정 대상 막 사이의 거리와, 투광부 및 수광부와 측정 대상 막이 이루는 각도가 변화한다.
우선, 도 19에 나타낸 것과 같이, 투광부와 수광부가 별개로 되어 있는 경우에 대해 설명한다. 투광부에서 조사되는 빛의 초점 위치 및 수광부에 입사하는 빛의 초점 위치가 측정 대상 막으로부터 벗어나면, 간섭식 막두께 측정기는 측정 대상 막의 막두께를 산출할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 본원 발명자들은 그 원인을 조사한 결과, 초점 위치가 측정 대상 막으로부터 벗어나면, 측정 대상 막에 있어서 측정 스폿이 커지기 때문에 측정할 수 없게 된다고 하는 지견을 얻었다.
측정 스폿이 커지면, 측정 스폿 내에 있어서 측정 대상 막의 두께의 균일성이 저하한다. 예를 들면, 도 20에 나타낸 것과 같이 측정 스폿 내에 있어서의 측정 위치 A와 측정 위치 B에서 측정 대상 막(119)의 막두께가 다르면, 측정 위치 A를 투과한 빛과 측정 위치 B를 투과한 빛이 수광부에 입사한다. 측정 위치 A를 투과한 빛과 측정 위치 B를 투과한 빛은, 서로 강화하는 파장과 서로 약화시키는 파장이 서로 조금씩 다르다. 이들 빛이 합쳐지면, 도 21에 나타낸 것과 같이, 간섭 무늬가 평균화되어 없어져 버린다. 이와 같은 이유에서, 초점 위치가 측정 대상 막으로부터 벗어나면, 간섭식 막두께 측정기는 측정 대상 막의 막두께를 산출할 수 없다.
다음에, 도 18에 나타낸 것과 같이, 투광부 및 수광부가 투수광부로 구성되어 있는 경우에 대해 설명한다. 이 경우에 대해서도, 본원 발명자들은 조사하여, 투수광부에서 조사되는 빛 및 투수광부에 입사하는 빛의 초점 위치가 측정 대상 막으로부터 벗어나면, 측정 대상 막으로부터의 빛이 투수광부에 입사하지 않게 되는 것이 원인으로 측정을 할 수 없게 되는 것을 발견하였다.
예를 들면, 도 22에 나타낸 것과 같이, 측정 대상 막(119)의 위치가 파선 위치로부터 실선 위치로 변화하여 투수광부(105)와 측정 대상 막(119)의 거리가 변화하면, 반사광(파선)이 투수광부(105)에 입사하지 않게 된다.
또한, 도 23에 나타낸 것과 같이, 측정 대상 막(119)의 위치가 파선 위치로부터 실선 위치로 변화하여 투수광부(105)로부터 조사되는 빛의 광축과 측정 대상 막(119)이 이루는 각도가 변화하면, 반사광(파선)이 투수광부(105)에 입사하지 않게 된다.
측정 대상 막(119)으로부터의 반사광이 투수광부(105)에 입사하지 않는 경우, 간섭식 막두께 측정기는 측정 대상 막(119)의 막두께를 산출할 수 없다. 따라서, 종래의 간섭식 막두께 측정기는, 온라인 측정에 있어서 안정된 측정을 할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 이때, 이 문제는, 측정 대상 막으로부터의 투과광의 분광 스펙트럼에 근거하여 측정 대상 막의 막두께를 산출하는 간섭식 막두께 측정기에 있어서도 생긴다.
본 발명은, 온라인 측정에 있어서 안정된 측정을 할 수 있는 간섭식 막두께 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 간섭식 막두께 측정기는, 광원으로부터의 빛을 측정 대상 막에 조사하는 투광부와, 상기 측정 대상 막으로부터의 반사광 또는 투과광을 수광하는 수광부와, 상기 투광부로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 상기 수광부에 입사하는 빛의 초점 위치이기도 한 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시키는 초점 위치 주사부와, 상기 수광부가 수광한 빛의 분광 스펙트럼 데이터를 취득하는 분광 데이터 취득부와, 상기 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 파워 스펙트럼을 산출하는 파워 스펙트럼 산출부와, 상기 파워 스펙트럼의 데이터에 근거하여 상기 측정 대상 막의 막두께를 산출하는 막두께 산출부와, 상기 분광 스펙트럼 데이터 또는 상기 파워 스펙트럼의 데이터 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 상기 임계값 이상의 데이터를 추출하는 데이터 추출부를 구비하고 있다. 상기 막두께 산출부는 상기 데이터 추출부가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력한다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 초점 위치 주사부는, 투광부로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 수광부에 입사하는 빛의 초점 위치이기도 한 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시킨다. 이에 따라, 투광부 및 수광부와 측정 대상 막 사이의 거리가 변화한 경우와, 투광부로부터 조사되는 빛의 광축 및 수광부에 입사하는 빛의 광축과 측정 대상 막이 이루는 각도가 변화한 경우에도, 투광부로부터 측정 대상 막에 적절한 빛이 조사되는 동시에 측정 대상 막으로부터 적절한 반사광 또는 투과광이 수광부에 입사한다.
더구나, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 데이터 추출부는, 분광 스펙트럼 데이터 또는 파워 스펙트럼의 데이터 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 임계값 이상의 데이터를 추출한다. 상기 공통 초점 위치가 주사되면, 불필요한 데이터도 취득된다. 데이터 추출부는 적절한 데이터만을 추출한다. 그리고, 막두께 산출부는 데이터 추출부가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력한다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 투광부 및 상기 수광부는, 예를 들면, 상기 광원으로부터의 빛을 상기 측정 대상 막에 조사하는 동시에 상기 측정 대상 막으로부터의 반사광을 수광하는 투수광부로 구성되어 있다. 단, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 투광부 및 상기 수광부는 별개로 설치되어 있어도 된다.
상기 투수광부를 구비한 본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 초점 위치 주사부의 일례는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 두께 또는 굴절률 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 투명 평행 평판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 미러를 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 미러와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 두께 또는 굴절률 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 투명 평행 평판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 투명 평행 평판을, 상기 투수광부에 입사하는 빛의 초점으로부터의 빛의 광축과 상기 투명 평행 평판이 이루는 각도가 변화하도록 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 미러를 연동해서 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 초점거리가 서로 다른 복수의 렌즈를 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에, 웨지(wedge)각 또는 경사면의 배치 방향 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 웨지 기판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
상기 초점 위치 주사부의 또 다른 예는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 2개의 웨지 기판을 구비하고 있다. 상기 2개의 웨지 기판은, 동일한 웨지각을 갖고, 또한 경사면이 대향배치된다. 초점 위치 주사부는, 상기 광로에 위치하는 상기 2개의 웨지 기판의 합계의 두께가 변화하도록 이동시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 투광부 및 상기 수광부는, 예를 들면, 상기 측정 대상 막을 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있다. 이 구성에 있어서, 상기 수광부는 상기 측정 대상 막으로부터의 투과광을 수광한다. 이 구성에 있어서, 상기 초점 위치 주사부는, 예를 들면, 상기 투광부와 상기 수광부의 거리 및 각도를 유지하면서 상기 투광부 및 상기 수광부를 상기 측정 대상 막에 대해 이동시켜 상기 공통 초점 위치를 변화시킨다.
이때, 상기 초점 위치 주사부는, 상기에서 예를 든 구성예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 초점 위치 주사부는, 상기 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시킬 수 있는 구성이면 어떤 구성이어도 된다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 상기 데이터 추출부의 일례는, 상기 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도에 상기 임계값을 설치한다.
상기 데이터 추출부의 다른 예는, 상기 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이에 상기 임계값을 설치한다.
상기 데이터 추출부의 또 다른 예는, 상기 파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이에 상기 임계값을 설치한다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서, 초점 위치 주사부는, 투광부로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 수광부에 입사하는 빛의 초점 위치이기도 한 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시킨다. 더구나, 데이터 추출부는, 분광 스펙트럼 데이터 또는 파워 스펙트럼의 데이터 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 임계값 이상의 데이터를 추출한다. 그리고, 막두께 산출부는 데이터 추출부가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력한다.
이에 따라, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기는, 측정 대상 막이 진동하거나 휘어도 측정 대상 막의 막두께 측정을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기는, 온라인 측정에 있어서 안정된 측정을 할 수 있다. 단, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기의 용도는 온라인 측정에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 간섭식 막두께 측정기는, 소정의 위치에 배치된 측정 대상 막의 막두께 측정에도 적용할 수 있다.
도 1은 간섭식 막두께 측정기의 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예를 구성하는 투수광 프로브 및 초점 위치 주사부와, 측정 대상 막을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 실시예에서 공통 초점 위치가 변화되는 모양을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 데이터 추출부가 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 데이터 추출부가 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6은 데이터 추출부가 파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 도 1의 실시예에 의한 막두께 측정 결과의 일례를 나타낸 그래프다.
도 8은 종래기술에 의한 막두께 측정 결과의 일례를 나타낸 그래프다.
도 9는 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 16은 간섭식 막두께 측정기의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 17은 도 16의 실시예에서 공통 초점 위치가 변화되는 모양을 설명하기 위한 개략도이다.
도 18은 종래의 간섭식 막두께 측정기의 개략적인 구성도이다.
도 19는 종래의 간섭식 막두께 측정기의 개략적인 구성도이다.
도 20은 도 19의 종래의 간섭식 막두께 측정기의 문제를 설명하기 위한 개략도이다.
도 21은 도 19의 종래의 간섭식 막두께 측정기의 문제를 설명하기 위한 개략도이다.
도 22는 도 18의 종래의 간섭식 막두께 측정기의 문제를 설명하기 위한 개략도이다.
도 23은 도 18의 종래의 간섭식 막두께 측정기의 문제를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1은, 간섭식 막두께 측정기의 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 2는, 본 실시예를 구성하는 투수광 프로브 및 초점 위치 주사부와, 측정 대상 막을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
막두께 측정기는, 광원(1), 투광용 광화이버(3), 투수광 프로브(5), 초점 위치 주사부(7), 수광용 광화이버(9), 분광기(11), 연산부(13)를 구비하고 있다. 투수광 프로브(5)는 본 발명의 간섭식 막두께 측정기에 있어서의 투수광부, 투광부 및 수광부를 구성한다. 연산부(13)는, 분광 데이터 취득부(15), 파워 스펙트럼 산출부(17), 막두께 산출부(19), 데이터 추출부(21)를 구비하고 있다.
광원(1)은 예를 들면, 백색 LED(Light Emitting Diode)에 의해 실현된다. 광원(1)으로부터 조사된 백색광은, 투광용 광화이버(3)에 의해 투수광 프로브(5)로 이끌어진다. 투수광 프로브(5)로 이끌어진 백색광은, 투수광 프로브(5)에 설치된 집광렌즈(도시는 생략)와 초점 위치 주사부(7)의 투명 평행 평판(7a)을 통해 측정 대상 막(23)에 조사된다.
측정 대상 막(23)의 표면과 이면에서 반사한 빛은, 투명 평행 평판(7a)을 통해 투수광 프로브(5)에 입사하고, 수광용 광화이버(9)에 의해 분광기(11)로 이끌어진다. 분광기(11)는, 수광용 광화이버(9)로부터의 빛을 분광해서 반사 분광 스펙트럼을 얻고, 이것을 전기신호로 변환해서 출력한다. 분광기(11)의 파장 범위는 예를 들면 약 400nm(나노미터)～700nm이다. 분광기(11)의 수광소자는 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device)이다. 분광기(11)는 예를 들면 2kHz로 반사 스펙트럼을 측정하고 있다.
연산부(13)는, 분광기(11)로부터의 전기신호에 근거하여 측정 대상 막(23)의 막두께를 연산한다. 분광 데이터 취득부(15)는, 분광기(11)로부터의 전기신호에 근거하여 분광 스펙트럼 데이터를 취득한다. 분광 데이터 취득부(15)는, 분광 스펙트럼 데이터를 파워 스펙트럼 산출부(17) 또는 데이터 추출부(21) 또는 그들 양쪽에 출력한다.
파워 스펙트럼 산출부(17)는, 분광 스펙트럼 데이터에 대해 전처리 및 푸리에 변환을 실시하여, 파워 스펙트럼을 산출한다. 파워 스펙트럼 산출부(17)는 파워 스펙트럼의 데이터를 막두께 산출부(19) 또는 데이터 추출부(21) 또는 그들 양쪽에 출력한다.
데이터 추출부(21)는, 분광 데이터 취득부(15)로부터의 분광 스펙트럼 데이터, 또는 파워 스펙트럼 산출부(17)로부터의 파워 스펙트럼의 데이터, 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 임계값 이상의 데이터를 추출한다.
막두께 산출부(19)는, 파워 스펙트럼의 피크 위치 및 측정 대상 막(23)의 굴절률에 근거하여, 측정 대상 막(23)의 막두께를 산출한다. 막두께 산출부(19)는, 데이터 추출부(21)가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 초점 위치 주사부(7)는, 복수의 투명 평행 평판(7a), 회전판(7b) 및 모터(7c)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 7매의 투명 평행 평판(7a)이 설치되어 있다. 7매의 투명 평행 평판(7a)은 굴절률이 동일하고 서로 두께가 다르다. 7매의 투명 평행 평판(7a)의 두께는, 예를 들면, 1mm(밀리미터), 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm이다. 투명 평행 평판(7a)은 예를 들면 붕규산 크라운 글래스(굴절률은 약 1. 52)로 형성되어 있다.
회전판(7b)은 회전축을 중심으로 하는 원주 위에 8개소의 개구를 구비하고 있다. 투명 평행 평판(7a)은 회전판(7b)의 개구 내에 1매씩 배치된다. 회전판(7b)의 개구 중 1개소는 투명 평행 평판(7a)이 배치되어 있지 않다.
모터(7c)는 회전판(7b)을 회전시킨다. 회전판(7b)이 회전됨으로써, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에, 투명 평행 평판(7a)이 배치되어 있지 않은 개구와 7매의 투명 평행 평판(7a)이 순차 삽입된다. 이에 따라, 초점 위치 주사부(7)는, 측정 대상 막(23)의 기준 위치에 대해, 투수광 프로브(5)로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점 위치인 공통 초점 위치를 광축 방향으로 소정 범위 내에서 주사시킨다.
도 3은, 본 실시예에서 공통 초점 위치가 변화되는 모양을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1 내지 도 3을 참조해서 이 모양을 설명한다.
모터(7c)에 의해 회전판(7b)이 회전되어, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 투명 평행 평판(7a)이 배치되어 있지 않은 개구가 배치되었을 때(평행 평판 없음), 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점은 측정 대상 막(23)의 기준 위치에 위치하고 있다. 투수광 프로브(5)와 기준 위치 사이의 거리는 예를 들면 27mm이다.
투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 비교적 두께가 얇은 투명 평행 평판(7a)이 배치되었을 때(평행 평판(얇음)), 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점은 기준 위치에 대해 플러스(+)측으로 이동된다.
투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 비교적 두께가 두꺼운 투명 평행 평판(7a)이 배치되었을 때(평행 평판(두꺼움)), 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점은 기준 위치에 대해 더 플러스(+)측으로 이동된다.
이와 같이 하여, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점이 기준 위치에 대해 이동되어, 공통 초점 위치가 변화된다.
투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점이 측정 대상 막(23)의 근방에 있을 때, 투수광 프로브(5)에 적절한 반사광이 입사한다.
도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하여, 데이터 추출부의 동작에 대해 설명한다.
도 4는, 데이터 추출부가 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
데이터 추출부(21)는, 분광 데이터 취득부(15)로부터 입력된 분광 스펙트럼 데이터에 대해, 수광 강도가 임계값 이상인지 아닌지를 판정한다.
분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도가 임계값 이상일 때, 데이터 추출부(21)는 추출 데이터로서 취급한다.
분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도가 임계값보다도 작을 때, 데이터 추출부(21)는 배제 데이터로서 취급한다.
데이터 추출부(21)는 추출 데이터라고 판정한 분광 스펙트럼 데이터를 파워 스펙트럼 산출부(17)에 출력한다. 파워 스펙트럼 산출부(17)는 추출된 분광 스펙트럼 데이터에 대해 푸리에 변환을 실시해서 파워 스펙트럼의 데이터를 얻는다. 파워 스펙트럼 산출부(17)는 파워 스펙트럼의 데이터를 막두께 산출부(19)에 출력한다. 막두께 산출부(19)는 파워 스펙트럼의 데이터에 근거하여 측정 대상 막(23)의 막두께를 산출하고, 그 막두께 데이터를 출력한다.
이에 따라, 연산부(13)는, 투수광 프로브(5)에 적절한 반사광이 입사했을 때의 막두께 데이터만을 얻을 수 있다.
도 5는, 데이터 추출부가 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
데이터 추출부(21)는, 분광 데이터 취득부(15)로부터 입력된 분광 스펙트럼 데이터에 대해, 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이가 임계값 이상인지 아닌지를 판정한다.
분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이가 임계값 이상일 때, 데이터 추출부(21)는 추출 데이터로서 취급한다.
분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이가 임계값보다도 작을 때, 데이터 추출부(21)는 배제 데이터로서 취급한다.
이후의 연산부(13)의 막두께 산출 동작은 도 4를 참조해서 설명한 동작과 같다.
이에 따라, 연산부(13)는, 투수광 프로브(5)에 적절한 반사광이 입사했을 때의 막두께 데이터만을 얻을 수 있다.
도 6은, 데이터 추출부가 파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이에 임계값을 설치했을 때의 데이터 추출 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
파워 스펙트럼 산출부(17)는 분광 데이터 취득부(15)로부터 입력된 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 파워 스펙트럼을 얻는다. 파워 스펙트럼 산출부(17)는 파워 스펙트럼의 데이터를 데이터 추출부(21)에 출력한다.
데이터 추출부(21)는, 파워 스펙트럼 산출부(17)로부터 입력된 파워 스펙트럼의 데이터에 대해, 피크 높이가 임계값 이상인지 아닌지를 판정한다.
파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이가 임계값 이상일 때, 데이터 추출부(21)는 추출 데이터로서 취급한다.
파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이가 임계값보다도 작을 때, 데이터 추출부(21)는 배제 데이터로서 취급한다.
데이터 추출부(21)는 추출 데이터라고 판정한 파워 스펙트럼의 데이터를 막두께 산출부(19)에 출력한다. 막두께 산출부(19)는 추출된 파워 스펙트럼의 데이터에 근거하여 측정 대상 막(23)의 막두께를 산출하고, 그 막두께 데이터를 출력한다.
이에 따라, 연산부(13)는, 투수광 프로브(5)에 적절한 반사광이 입사했을 때의 막두께 데이터만을 얻을 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조해서 설명한 데이터 추출 동작에 있어서, 데이터 추출부(21)는 임계값을 1개만 사용하고 있지만, 본 발명은 이것들에 한정되지 않는다. 데이터 추출부(21)는, 상기 3종류의 임계값 중 복수의 임계값을 사용하여, 상기 3종류의 데이터 추출 동작을 조합해서 데이터 추출 동작을 행해도 된다. 이에 따라, 적절한 데이터의 추출 정밀도가 향상된다.
도 7은, 도 1의 실시예에 따른 막두께 측정 결과의 일례를 나타낸 그래프다. 도 8은, 도 18의 종래기술에 따른 막두께 측정 결과의 일례를 나타낸 그래프다. 도 7 및 도 8의 종축은 막두께값(단위는 ㎛(마이크로미터))을 나타낸다. 도 7 및 도 8의 횡축은 측정 대상 막의 위치(단위는 mm)를 나타낸다.
측정 대상 막의 위치에 대해, 기준 위치는 투수광 프로브와 측정 대상 막 사이의 광로에 투명 평행 평판이 배치되어 잇지 않을 때의 초점 위치이다. 기준 위치에 있어서의 측정 대상 막의 위치는 0mm이다. 측정 대상 막의 위치는 -1mm, 기준 위치, +1mm, +2mm, +3mm로 설정되었다(기준 위치에 대한 플러스 방향 및 마이너스 방향에 대해서는 도 2를 참조).
측정 대상 막의 샘플은 막두께가 약 12㎛인 PET 필름이다.
도 1의 실시예에 대해, 초점 위치 주사부(7)는, 모터(7c)의 구동에 의해, 회전판(7b)을 15Hz의 속도로 회전시켰다.
도 18의 종래의 간섭식 막두께 측정기는, 투수광부(105)에 입사되는 빛의 초점이 기준 위치로 고정되어 있다. 따라서, 도 8에 나타낸 것과 같이, 종래의 간섭식 막두께 측정기는 기준 위치에 있어서의 샘플의 막두께를 측정할 수 있었다. 그러나, 측정 대상 막의 위치가 기준 위치로부터 1mm라도 어긋나면, 종래의 간섭식 막두께 측정기는 막두께 측정을 할 수 없었다.
도 1의 실시예의 간섭식 막두께 측정기는, 초점 위치 주사부(7)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시킨다. 이에 따라, 도 7에 나타낸 것과 같이, 실시예의 간섭식 막두께 측정기는 기준 위치, +1mm, +2mm에 있어서의 측정 대상 막의 막두께를 측정할 수 있었다.
기준 위치에 있어서의 샘플의 막두께는, 투명 평행 평판(7a)이 배치되어 있지 않은 개구가 투수광 프로브(5)와 샘플 사이의 광로에 배치되었을 때의 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 산출되었다. +1mm의 위치에 있어서의 샘플의 막두께는, 두께가 3mm인 투명 평행 평판(7a)이 투수광 프로브(5)와 샘플 사이의 광로에 배치되었을 때의 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 산출되었다. +2mm의 위치에 있어서의 샘플의 막두께는, 두께가 6mm인 투명 평행 평판(7a)이 투수광 프로브(5)와 샘플 사이의 광로에 배치되었을 때의 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 산출되었다.
이와 같이, 도 1의 실시예의 간섭식 막두께 측정기는, 측정 대상 막의 위치가 기준 위치로부터 어긋나도, 측정 대상 막의 막두께를 산출할 수 있다.
도 1의 실시예에서는, 투명 평행 평판(7a)이 배치되어 있지 않은 개구가 투수광 프로브(5)의 광로에 배치되었을 때의 초점 위치를 측정 대상 막(23)의 기준 위치로 하고 있지만, 기준 위치는 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에 있어서, 측정 대상 막의 기준 위치는, 공통 초점 위치가 주사되었을 때, 측정 대상 막으로부터 적절한 반사광 또는 투과광이 수광부에 입사하는 측정 대상 막의 위치이면 어느 위치라도 된다.
또한, 도 1의 실시예에서는, 복수의 투명 평행 평판(7a)으로서 서로 두께가 다른 것을 사용하고 있지만, 복수의 투명 평행 평판은 두께가 같고 서로 굴절률이 다른 것이라도 된다. 또한, 복수의 투명 평행 평판은 서로 두께 및 굴절률이 다른 것이라도 된다. 또한, 회전판(7b)의 모든 개구에 투명 평행 평판이 배치되어 있어도 된다.
그런데, 측정 대상 막에 스크래치 등의 결함이 있으면, 결함 부분으로부터는 측정광이 되돌아오지 않으므로 막두께 데이터가 누락되어 버린다.
본 발명의 간섭식 막두께 측정기는, 측정광이 되돌아온 데이터만을 추출하고 있으므로, 이와 같은 결함을 제외한 측정이 가능해지는 효과도 있다.
도 9는, 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(25)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 배치된 미러(25a)를 구동기구(도시는 생략)에 의해 회전시킴으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(25)의 동작에 의해, 측정 대상 막(23)의 기준 위치에 대해, 미러(25a)에 입사하는 빛의 광축과 측정 대상 막(23)이 이루는 각도가 변화한다. 미러(25a)는 예를 들면 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)으로 제작된 틸트 미러나 폴리곤 미러로 구성된다.
도 10은, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(27)는, 도 1에 도시된 초점 위치 주사부(7)와 도 9에 도시된 초점 위치 주사부(25)가 조합된 것이다. 초점 위치 주사부(27)는, 복수의 투명 평행 평판(7a), 회전판(7b), 모터(7c), 미러(25a), 미러(25a)를 회전시키는 구동기구(도시는 생략)를 구비하고 있다. 더구나, 초점 위치 주사부(27)는, 미러(25a)의 회전에 맞춰서 회전판(7b) 및 모터(7c)의 배치 위치를 회전시키는 구동기구(도시는 생략)를 구비하고 있다. 미러(25a)로부터의 빛의 광축과 투명 평행 평판(7a)의 평면은 90도의 각도를 이룬다.
초점 위치 주사부(27)의 동작에 의해, 측정 대상 막(23)의 기준 위치에 대해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 광축과 측정 대상 막(23)이 이루는 각도와, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리가 변화한다.
본 실시예에서는, 회전판(7b) 및 모터(7c)가 미러(25a)의 회전에 맞춰서 회전되고 있지만, 회전판(7b) 및 모터(7c)의 배치 위치는 고정되어 있어도 된다. 이 경우, 미러(25a)로부터의 빛의 광축과 투명 평행 평판(7a)의 평면이 이루는 각도는 변화한다.
도 11은, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(29)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 배치된 투명 평행 평판(29a)을, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점으로부터의 빛의 광축과 투명 평행 평판(29a)이 이루는 각도가 변화하도록 구동기구(도시는 생략)에 의해 회전시킴으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(29)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리가 변화한다.
도 12는, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(31)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 미러(31a, 31b)를 구동기구(도시는 생략)에 의해 연동해서 회전시킴으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(31)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리가 변화한다. 미러 31a, 31b는 예를 들면 MEMS로 제작된 틸트 미러나 폴리곤 미러로 구성된다.
도 13은, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(33)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에, 초점거리가 서로 다른 복수의 렌즈(33a)와 렌즈가 배치되어 있지 않은 개구(33b)를 순차 삽입함으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(33)는, 예를 들면, 도 1에 도시된 초점 위치 주사부(7)에 있어서 투명 평행 평판(7a) 대신에 렌즈(33a)가 배치됨으로써, 실현된다. 초점 위치 주사부(33)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리가 변화한다. 이때, 회전판의 모든 개구에 렌즈가 배치되어 있어도 된다. 또한, 회전판에 배치되는 복수의 렌즈는, 볼록 렌즈만이어도 되고, 오목렌즈만이어도 된다.
도 14는, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(35)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에, 웨지각 또는 경사면의 배치 방향 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 웨지 기판(35a)과 웨지 기판이 배치되어 있지 않은 개구(35b)를 순차 삽입함으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(35)는, 예를 들면 도 1에 도시된 초점 위치 주사부(7)에 있어서의 투명 평행 평판(7a) 대신에 웨지 기판(35a)이 배치됨으로써, 실현된다. 초점 위치 주사부(35)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리와, 웨지 기판(35a)에 입사하는 빛의 광축과 측정 대상 막(23)이 이루는 각도가 변화한다. 이때, 회전판의 모든 개구에 웨지판이 배치되어 있어도 된다.
도 15는, 또 다른 실시예에 있어서의 초점 위치 주사부의 구성 및 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 초점 위치 주사부 이외의 구성은 도 1을 참조해서 설명한 실시예와 같다.
초점 위치 주사부(37)는, 투수광 프로브(5)와 측정 대상 막(23) 사이의 광로에 배치된 2개의 웨지 기판(37a, 37b)을 구비하고 있다. 2개의 웨지 기판(37a, 37b)은, 동일한 웨지각을 갖고, 또한 경사면이 대향 배치되어 있다. 초점 위치 주사부(37)는, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 광로에 위치하는 웨지 기판(37a, 37b)의 합계의 두께가 변화하도록 구동기구(도시는 생략)에 의해 이동시킴으로써, 공통 초점 위치를 변화시킨다. 초점 위치 주사부(37)의 동작에 의해, 투수광 프로브(5)에 입사하는 빛의 초점거리가 변화한다.
상기 실시예에서는, 투광부 및 수광부로서 투수광 프로브(5)를 사용하고 있지만, 투광부와 수광부는 별개로 설치되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 측정 대상 막으로부터의 반사광의 분광 스펙트럼을 얻어 측정 대상 막의 막두께를 구하고 있지만, 본 발명의 간섭식 막두께 측정기는 측정 대상 막을 통과한 투과광의 분광 스펙트럼을 얻어 측정 대상 막의 막두께를 구해도 된다.
도 16은, 간섭식 막두께 측정기의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 16에 있어서, 도 1과 같은 기능을 하는 부분에는 동일한 부호가 붙여져 있다. 도 1과 같은 기능을 하는 부분의 상세한 설명은 생략된다.
막두께 측정기는, 광원(1), 투광용 광화이버(3), 투광부(39), 수광부(41), 수광용 광화이버(9), 분광기(11), 연산부(13), 초점 위치 주사부(43)를 구비하고 있다. 연산부(13)는, 분광 데이터 취득부(15), 파워 스펙트럼 산출부(17), 막두께 산출부(19), 데이터 추출부(21)를 구비하고 있다.
투광부(39)와 수광부(41)는 측정 대상 막(23)을 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있다. 투광부(39)로부터 조사되는 빛의 초점 위치와 수광부에 입사되는 빛의 초점 위치는 동일한 위치(공통 초점 위치)로 설정되어 있다. 투광부(39)로부터 조사되는 빛의 광축과 수광부에 입사되는 빛의 광축은 동일 직선 상에 배치되어 있다.
광원(1)으로부터 조사된 백색광은, 투광용 광화이버(3)에 의해 투광부(39)로 이끌어진다. 투광부(39)에 이끌어진 백색광은, 투광부(39)에 설치된 집광렌즈(도시는 생략)를 거쳐 측정 대상 막(23)에 조사된다.
측정 대상 막(23)을 투과한 빛은, 수광부(41)에 입사하고, 수광용 광화이버(9)에 의해 분광기(11)로 이끌어진다. 분광기(11)는, 수광용 광화이버(9)로부터의 빛을 분광해서 반사 분광 스펙트럼을 얻고, 이것을 전기신호로 변환해서 출력한다. 연산부(13)는, 분광기(11)로부터의 전기신호에 근거하여 측정 대상 막(23)의 막두께를 연산한다.
도 17은, 본 실시예에서 공통 초점 위치가 변화되는 모양을 설명하기 위한 개략도이다. 도 16 및 도 17을 참조해서 이 모양을 설명한다.
초점 위치 주사부(43)는 투광부(39)와 수광부(41)의 거리 및 각도를 유지하면서 투광부(39) 및 수광부(41)를 측정 대상 막(23)에 대해 이동시킨다. 이에 따라, 투광부(39)로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 수광부(41)에 입사하는 빛의 초점 위치인 공통 초점 위치가 소정 범위 내에서 주사된다. 예를 들면, 초점 위치 주사부(43)는, 투광부(39) 및 수광부(41)를, 투광부(39)로부터 조사되는 빛 및 수광부(41)에 입사하는 빛의 광축에 평행한 방향으로 이동시킨다.
도 16에 나타낸 것과 같이, 투광부(39)로부터 조사되는 빛 및 수광부(41)에 입사하는 빛의 초점이 기준 위치에 대해 이동되어, 공통 초점 위치가 변화된다.
투광부(39)로부터 조사되는 빛 및 수광부(41)에 입사하는 빛의 초점이 측정 대상 막(23)의 근방에 있을 때, 수광부(41)에 적절한 반사광이 입사한다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 재료, 형상, 배치, 치수 등은 일례이며, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
1 광원
5 투수광 프로브
7, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 43 초점 위치 주사부
7a, 29a 투명 평행 평판
15 분광 데이터 취득부
17 파워 스펙트럼 산출부
19 막두께 산출부
21 데이터 추출부
23 측정 대상 막
25a, 31a, 31b 미러
33a 렌즈
35a 웨지 기판
37a, 37b 웨지 기판
39 투광부
41 수광부

Claims (14)

  1. 광원으로부터의 빛을 측정 대상 막에 조사하는 투광부와,
    상기 측정 대상 막으로부터의 반사광 또는 투과광을 수광하는 수광부와,
    상기 투광부로부터 조사되는 빛의 초점 위치이며, 또한 상기 수광부에 입사하는 빛의 초점 위치이기도 한 공통 초점 위치를 소정 범위 내에서 주사시키는 초점 위치 주사부와,
    상기 수광부가 수광한 빛의 분광 스펙트럼 데이터를 취득하는 분광 데이터 취득부와,
    상기 분광 스펙트럼 데이터에 근거하여 파워 스펙트럼을 산출하는 파워 스펙트럼 산출부와,
    상기 파워 스펙트럼의 데이터에 근거하여 상기 측정 대상 막의 막두께를 산출하는 막두께 산출부와,
    상기 분광 스펙트럼 데이터 또는 상기 파워 스펙트럼의 데이터 또는 그들 양쪽에 임계값을 설치하고, 상기 임계값 이상의 데이터를 추출하는 데이터 추출부를 구비하고,
    상기 막두께 산출부는 상기 데이터 추출부가 추출한 데이터에 대응하는 막두께 데이터를 출력하는 간섭식 막두께 측정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투광부 및 상기 수광부는 상기 광원으로부터의 빛을 상기 측정 대상 막에 조사하는 동시에 상기 측정 대상 막으로부터의 반사광을 수광하는 투수광부로 구성되어 있는 간섭식 막두께 측정기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 두께 또는 굴절률 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 투명 평행 평판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 미러를 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 미러와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 두께 또는 굴절률 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 투명 평행 평판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 투명 평행 평판을, 상기 투수광부에 입사하는 빛의 초점으로부터의 빛의 광축과 상기 투명 평행 평판이 이루는 각도가 변화하도록 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 미러를 연동해서 회전시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 초점거리가 서로 다른 복수의 렌즈를 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에, 웨지각 또는 경사면의 배치 방향 또는 그들 양쪽이 서로 다른 복수의 웨지 기판을 순차 삽입하여, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 투수광부와 상기 측정 대상 막 사이의 광로에 배치된 2개의 웨지 기판을 구비하고,
    상기 2개의 웨지 기판은, 동일한 웨지각을 갖고, 또한 경사면이 대향배치되고,
    상기 초점 위치 주사부는, 상기 광로에 위치하는 상기 2개의 웨지 기판의 합계의 두께가 변화하도록 이동시킴으로써, 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 투광부와 상기 수광부는 상기 측정 대상 막을 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있고,
    상기 수광부는 상기 측정 대상 막으로부터의 투과광을 수광하는 것이고,
    상기 초점 위치 주사부는 상기 투광부와 상기 수광부의 거리 및 각도를 유지하면서 상기 투광부 및 상기 수광부를 상기 측정 대상 막에 대해 이동시켜 상기 공통 초점 위치를 변화시키는 간섭식 막두께 측정기.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부는, 상기 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도에 상기 임계값을 설치하는 간섭식 막두께 측정기.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부는, 상기 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 수광 강도의 최대값과 최소값의 차이에 상기 임계값을 설치하는 간섭식 막두께 측정기.
  14. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부는, 상기 파워 스펙트럼의 데이터에 있어서의 피크 높이에 상기 임계값을 설치하는 간섭식 막두께 측정기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104315987A (zh) * 2014-11-05 2015-01-28 国家电网公司 输电线覆冰的监测与测量

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107339944B (zh) * 2017-07-04 2018-05-08 信丰县包钢新利稀土有限责任公司 一种稀土钕铁硼表面镀膜厚度在线测量系统及测量方法
CN107607051B (zh) * 2017-10-26 2019-07-30 京东方科技集团股份有限公司 一种膜厚检测装置
CN112129235A (zh) * 2020-04-28 2020-12-25 北京环境特性研究所 一种基于透过率光谱的快速无损获得透明薄膜厚度的方法
CN113884015A (zh) * 2021-09-23 2022-01-04 苏州微创关节医疗科技有限公司 金属氧化陶瓷层测厚系统及其测厚方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10311708A (ja) * 1997-05-13 1998-11-24 Tokyo Seimitsu Co Ltd 干渉式膜厚計
JPH11173813A (ja) * 1997-12-11 1999-07-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板上の光スポットの位置決め方法および膜厚測定方法
JP2003130614A (ja) * 2001-10-29 2003-05-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 膜厚測定方法および膜厚測定装置
JP2005140726A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Omron Corp 薄膜測定方法及び薄膜測定装置
JP2007183143A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Moritex Corp 光学式膜厚測定装置
KR20090132537A (ko) * 2008-06-20 2009-12-30 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법
JP2011038968A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Yokogawa Electric Corp 膜厚測定装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2937004B2 (ja) * 1994-04-11 1999-08-23 東レ株式会社 薄膜の膜厚測定方法および測定装置ならびに光学フィルターの製造方法ならびに高分子フィルムの製造方法
JP2006030070A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Opto One Kk 膜厚検査装置
CN101523171A (zh) * 2005-07-11 2009-09-02 瑞沃瑞公司 用于非破坏性地确定薄膜中元素的分布轮廓的方法和系统
JP4796161B2 (ja) * 2009-02-27 2011-10-19 三菱重工業株式会社 薄膜検査装置及びその方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10311708A (ja) * 1997-05-13 1998-11-24 Tokyo Seimitsu Co Ltd 干渉式膜厚計
JPH11173813A (ja) * 1997-12-11 1999-07-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板上の光スポットの位置決め方法および膜厚測定方法
JP2003130614A (ja) * 2001-10-29 2003-05-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 膜厚測定方法および膜厚測定装置
JP2005140726A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Omron Corp 薄膜測定方法及び薄膜測定装置
JP2007183143A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Moritex Corp 光学式膜厚測定装置
KR20090132537A (ko) * 2008-06-20 2009-12-30 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법
JP2011038968A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Yokogawa Electric Corp 膜厚測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104315987A (zh) * 2014-11-05 2015-01-28 国家电网公司 输电线覆冰的监测与测量

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Publication number Publication date
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