KR20140014466A - 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법 관한 것이며, 본 발명의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법은 광을 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광을 반사시키거나 또는 측정대상물에 의하여 반사된 광을 투과시키는 광분할기, 광분할기에 의해 반사된 광을 상기 측정대상물에 집속시키는 렌즈부, 광분할기로부터 투과된 광을 선택적으로 반사시키는 반사형 광경로 변환부, 반사형 광경로 변환부로부터 반사되는 광을 분석하여 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 분광기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 광의 반사를 이용함으로써 광의 손실을 최소화시킬 수 있으며 할 수 있으며 복수개의 측정 영역의 두께를 동시에 측정할 수 있는 [디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법이 제공된다.

Description

디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING A THICKNESS USING DIGITAL LIGHT PROCESSING AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광분할기로부터 투과된 광을 반사형 광경로 변환부를 통해 반사시켜 광 손실을 최소화하고, 반사각을 조절하여 여러 지점의 두께를 동시에 측정할 수 있는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 공정 및 FPD 공정에서 품질을 결정하는 여러 요인 가운데 박막층의 두께의 제어가 차지하는 비중이 크기 때문에 이를 공정 중에서 직접 모니터링하는 것이 필수적이라고 할 수 있다. '박막층' 이란 기저층 즉, 기판의 표면에 형성시킨 매우 미세한 두께를 가지는 층으로서 일반적으로 두께가 수 ㎚ ~ 수 ㎛ 의 범위를 말한다. 이들 박막층을 특정한 용도로 응용하기 위해서는 박막층의 두께, 조성, 조도 및 기타 물리적, 광학적인 특성을 알 필요가 있다,.
특히, 최근에는 반도체 소자의 집적도를 높이기 위해 기판 위에 초박막층을 다층으로 형성하는 것이 일반적인 추세이다. 이러한 고집적 반도체 소자를 개발하기 위해서는 특성에 커다란 영향을 주는 인자인 박막층의 두께를 포함한 막의 물성을 정확하게 제어해야 한다.
종래의 두께 측정 장치는 광분할기로부터 투과된 광이 광을 투과시키는 엘시디를 투과한 후에 분광기로 입사시키는 구성을 갖는다..
이러한 종래 발명은 광이 엘시디를 투과함으로써 손실이 발생하게 되어 측정대상물의 두께에 대한 정확한 정보를 획득하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 측정대상물의 일부에 대한 두께 정보를 획득하고자 할 경우에도 측정대상물 전체에 대하여 두께를 조사해야 하며, 하나의 측정대상물이 각각의 측정 영역마다 박막구조가 상이하다면 복수 회의 측정이 요구되어 측정 시간이 늘어날 수 있는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광의 반사를 이용함으로써 광의 손실을 최소화시킬 수 있는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 반사형 광경로 변환부를 제어하여 서로 다른 복수개의 측정 영역으로부터 입사되는 광을 서로 다른 분광기로 입사하게 함으로써 동시에 복수개의 측정 영역의 두께를 측정할 수 있는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 광을 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광을 반사시키거나 또는 측정대상물에 의하여 반사된 광을 투과시키는 광분할기, 광분할기에 의해 반사된 광을 상기 측정대상물에 집속시키는 렌즈부, 광분할기로부터 투과된 광을 선택적으로 반사시키는 반사형 광경로 변환부, 반사형 광경로 변환부로부터 반사되는 광을 분석하여 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치에 의해 달성된다.
여기서, 분광기는 복수개로 마련되며, 반사형 광경로 변환부는 측정대상물의 서로 다른 복수개의 측정 영역으로부터 반사되는 광을 각각의 분광기로 반사시키는 것 바람직하다.
또한, 광분할기로부터 투과된 광을 기준으로 측정대상물의 영상을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 표시부는 반사형 광경로 변환부로부터 반사된 광을 입력받아 상기 측정대상물의 영상을 표시하는 것이 바람직하다.
또한, 광분할기와 반사형 광경로 변환부 사이의 광 경로 상에 배치되어 광분할기로부터 투과된 광을 반사시키거나 투과시키는 보조 광분할기를 더 포함하며, 표시부는 보조 광분할기로부터 투과된 광을 입력받아 측정 대상물의 영상을 표시할 수 있다.
여기서, 반사형 광경로 변환부로부터 분광기로 반사되는 광 이외의 광을 흡수하여 제거하는 광 흡수부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 3항에 기재된 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 이용하며, 측정대상물의 이미지를 저장하는 이미지 저장단계, 이미지 저장단계에서 저장된 이미지와 상기 표시부에 표시되는 영상을 비교하여 측정 영역이 표시부에 표시되는지 여부를 판단하는 매칭단계, 서로 다른 복수개의 측정 영역으로부터 반사되는 광이 각각 복수개의 분광기로 반사되도록 반사형 광경로 변환부의 반사각을 조절하는 반사각 조절단계, 분광기에서 획득한 광을 기초로 상기 측정대상물의 두께를 측정하는 두께 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법에 의하여 달성된다.
또한, 매칭단계는 측정 영역이 표시부에 전부 표시될 때까지 반복 수행되며,측정 영역의 일부만이 표시부에 표시되는 경우 표시부에 표시되는 영상에 측정 영역이 전부 표시되도록 측정대상물을 이동시킨 후 매칭단계를 재수행하는 센터링 단계와 측정 영역이 표시부에 표시되지 않는 경우 측정대상물을 나선방향을 표시부에 측정 영역이 일부 또는 전부 표시될 때까지 이동시킨 후 매칭단계를 재수행하는 측정영역 서치단계를 포함할 수 있다.
여기서, 두께 측정 단계는 분광기로부터 획득한 광의 스펙트럼으로부터 광의 반사도를 측정하는 반사도 측정단계와 측정된 반사도와 이론적 모델링으로 마련된 반사도를 비교하여 가장 유사한 모델링을 검색하는 반사도 비교단계와 반사도 비교단계에서 검색된 모델링에 해당하는 두께값을 출력하는 두께 출력 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광의 반사를 이용함으로써 광의 손실을 최소화하여 측정 효율을 향상시킬 수 있는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법이 제공된다.
또한, 반사형 광경로 변환부의 극소 거울을 제어하여 서로 다른 측정 영역에서 반사되는 광을 각각의 분광기로 입사시킴으로써 측정 영역들의 박막구조가 상이하더라도 측정 영역들의 두께를 동시에 측정할 수 있다.
또한, 표시부를 통해 두께 측정 장치로부터 측정되는 측정대상물의 영상을 시각적으로 확인할 수 있다.
또한, 광흡수부를 통해 반사형 광경로 변환부로부터 분광기로 반사되는 광 이외의 광을 흡수하여 제거할 수 있다.
또한, 측정 범위 내에 측정 영역이 전부 존재하지 않는 경우, 자동적으로 측정 영역이 전부 포함되도록 렌즈부 또는 측정대상물의 위치를 변경하여 측정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고,
도 2는 도 1의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치에서 반사형 광경로 변환부의 반사각을 변경하는 모습을 개략적으로 도시한 개념도이고,
도 3은 도 1의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치에서 반사형 광경로 변환부의 일부 영역의 반사각을 변경하여 박막구조가 상이한 2개의 측정 영역에서의 반사도를 측정하는 모습을 개략적으로 도시한 도면으로서, (a)는 디지털 마이크로 미러에서 광이 동시에 3개의 장치로 반사되는 모습을 개략적으로 도시한 개념도이고, (b)는 측정대상물의 모습을 개략적으로 도시한 평면도이고, (c)는 제1 측정영역과 제2 측정영역의 박막구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, (d)는 디지털 마이크로 미러에서 각 영역마다 반사도를 달리 제어하는 모습을 개략적으로 도시만 저면도이고, (e)는 박막구조가 상이한 2 영역을 동시에 측정한 후의 반사도 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 방법를 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 6은 도 5의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 방법에서 매칭 단계를 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 7은 도 6의 측정영역 서치단계에서 측정 영역을 서치하는 방향을 개략적으로 도시한 개념도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치는 광원(110)과 광분할기(120)와 렌즈부(130)와 반사형 광경로 변환부(140)와 분광기(150)와 표시부(160)을 포함한다.
상기 광원(110)은 측정대상물(105)의 두께를 측정하기 위한 광을 방출하는 것으로서, 할로겐 램프를 포함한 다양한 소스의 램프가 사용될 수 있다. 또한 백색광원으로 구비될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광분할기(120)는 광원(110)으로부터 입사되는 광을 반사시켜 후술할 렌즈부(130)로 입사되도록 하거나, 측정대상물(105)로부터 반사되는 광을 투과시킴으로써 후술할 반사형 광경로 변환부(140)로 입사되도록 광 경로를 안내한다.
상기 렌즈부(130)는 광분할기(120)로부터 반사된 광을 측정대상물(105)에 집속시킨다. 렌즈부(130)의 구체적 구성은 주지한 기술이므로 여기서 자세한 설명은 생략한다.
상기 반사형 광경로 변환부(140)는 측정대상물(105)의 두께 정보를 가진 광인 광분활기(120)로부터 투과된 광을 반사시켜 후술할 분광기(150) 또는 표시부(160)로 입사되도록 광 경로를 안내한다. 반사형 광경로 변환부(140)에서 반사가 일어나는 표면은 각각 개별적으로 제어가능한 극소의 거울로 구비되어 광의 반사각을 조절가능하다. 본 발명의 제1실시예(100)에 따르면 반사형 광경로 변환부(140)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device: DMD)로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니며, 광을 개별적인 영역마다 다른 각도를 갖도록 반사시킬 수 있는 모든 장치가 여기에 포함될 수 있다.
도 2는 도 1의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치에서 반사형 광경로 변환부의 반사각을 변경하는 모습을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 3은 도 1의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치에서 반사형 광경로 변환부의 일부 영역의 반사각을 변경하여 박막구조가 상이한 2개의 측정 영역에서의 반사도를 측정하는 모습을 개략적으로 도시한 도면으로 (a)는 디지털 마이크로 미러에서 광이 동시에 3개의 장치로 반사되는 모습을 개략적으로 도시한 개념도이고, (b)는 측정대상물의 모습을 개략적으로 도시한 평면도이고, (c)는 제1 측정영역과 제2 측정영역의 박막구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, (d)는 디지털 마이크로 미러에서 각 영역마다 반사도를 달리 제어하는 모습을 개략적으로 도시만 저면도이고, (e)는 박막구조가 상이한 2 영역을 동시에 측정한 후의 반사도 곡선을 나타낸 그래프이다.
다시 설명하면, 반사형 광경로 변환부(140)의 거울의 반사각이 전부 동일하도록 조절할 수도 있으며, 또한 반사형 광경로 변환부(140)의 거울마다 서로 다른 반사각을 갖도록 조절할 수 있다. 특히, 서로 다른 반사각을 갖도록 조절함으로써 측정대상물(105) 상에 측정하고자 하는 서로 다른 복수개의 영역이 존재하더라도 해당 영역에 대응하는 반사형 광경로 변환부(140)의 거울을 조절하여 각각의 분광기(150)로 입사시킬 수 있게 된다. 이로 인해, 측정대상물(105) 상에 존재하는 서로 다른 복수개의 영역마다 박막구조가 상이하더라도 각각의 영역에서 반사되는 광을 별개의 분광기(150)로 분석하게 됨으로써 동시에 측정가능하게 되는 것이다.
상기 분광기(150)는 측정대상물(105)로부터 반사되는 광의 스펙트럼을 검출하는 장치이다. 본 발명의 제1실시예(100)에 따르면 제1 분광기(151)와 제2 분광기(152)를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니며 사용자의 필요에 따라 3개 이상의 구성도 가능하다.
도 3 (a)를 참조하면, 제1 분광기(151)는 광이 반사형 광경로 변환부(140)로부터 100°의 반사각을 이루며 반사되는 광 경로상에 배치되며, 제2 분광기(152)는 광이 반사형 광경로 변환부(140)로부터 80°의 반사각을 이루며 반사되는 광 경로상에 배치된다. 다만, 이러한 각도에 제한되는 것은 아니며, 각각의 분광기(150)가 반사형 광경로 변환부(140)로부터 서로 다른 반사각을 이루는 광 경로 상에 배치되면 충분하다.
예를 들어, 도면 3 (b)와 같이 측정대상물(105) 상에 존재하는 제1 측정영역(106)과 제2 측정영역(107)을 동시에 측정한다면, 도면 3 (d)와 같이, 제1 측정영역(106)에 대응되는 반사형 광경로 변환부(140) 상의 제1 반사부(141)는 100°의 반사각을 이루도록 제어하며, 제2 측정영역(107)에 대응되는 제2 반사부(142)는 80 °의 반사각을 이루도록 제어하여, 제1 측정영역(106) 및 제1 반사부(141)로부터 반사되는 광은 제1 분광기(151)로 입사되고, 제2 측정영역(107) 및 제2 반사부(142)로부터 반사되는 광은 제2 분광기(152)로 입사된다. 이로 인해, 도 3 (c)와 같이, 제1 측정영역(106)과 제2 측정영역(107)의 박막구조가 상이하다 하더라도, 도 3 (e)와 같이 제1 분광기(151) 및 제2 분광기(152)에서 광의 스펙트럼을 동시에 측정할 수 있기 때문에 동시에 2 영역에서의 두께를 측정할 수 있게 된다.
상기 표시부(160)는 측정대상물(105)에 대한 형상을 촬영하여 외부로 영상을 제공하는 장치이다. 표시부(160)에 의해 촬영되는 영역은 본 발명의 제1실시예(100)에서 두께를 측정하려는 측정 영역과 동일하며, 후술할 매칭단계(S120)에서 표시부(160)에 촬영되는 영역과 측정대상물(105)의 저장된 이미지를 비교하여 측정 영역이 본 발명의 제1실시예(100)의 측정 범위 내에 포함되는지 여부를 판단할 수 있게 된다.
광원(110)으로부터 방출되는 광의 광 경로를 기준으로 본 발명의 제1실시예(100)의 배치를 자세히 설명하면, 광은 광원(110)으로부터 방출되어 광분할기(120)에 의해 반사되어 렌즈부(130)를 통과한다. 렌즈부(130)를 통과한 광은 측정대상물(105)에 입사한 후에 반사되어 광분할기(120)를 투과한다. 광분할기(120)로부터 투과된 광은 반사형 광경로 변환부(140)에 입사한 후 반사되어 분광기(150) 또는 표시부(160)로 입사된다.
한편, 광분할기(120)와 반사형 광경로 변환부(140) 사이에는 집광 렌즈가 마련되어 광분할기(120)로부터 투과된 광을 집속시켜 반사형 광경로 변환부(140) 측으로 입사시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 반사형 광경로 변환부(140)와 분광기(150) 사이에는 광 경로를 안내하는 광 파이버 또는 각각의 분광기(150)로 입사되는 광을 집속시키는 집속 렌즈가 마련될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
지금부터는 상술한 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치의 제1실시예의 작동방법(S100)에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 방법를 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 6은 도 5의 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 방법에서 매칭 단계를 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 7은 도 6의 측정영역 서치단계에서 측정 영역을 서치하는 방향을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 방법(S100)는 이미지 저장단계(S110)와 매칭단계(S120)와 반사각 조절단계(S130)와 두께 측정 단계(S140)를 포함하며, 이들 과정을 수행함으로써 측정대상물(105)의 두께를 측정할 수 있게 된다.
상기 이미지 저장단계(S110)는 측정 영역을 인식하기 위하여 두께 측정을 하기 이전에 측정대상물(105)의 이미지를 저장하는 단계이다. 즉, 측정대상물(105)에서 측정 영역을 포함하는 영역을 광학계로 촬영하여 획득한 이미지 자체를 표준 모델로 저장시켜 놓고, 후술할 매칭단계(S120)에서 활용하게 된다.
상기 매칭단계(S120)는 이미지 저장단계(S110)에서 저장된 표준 모델과 표시부(160) 상으로 촬영되는 영상을 비교하여 측정 영역이 본 발명의 제1실시예(100)의 측정 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하는 단계이다.
도 6을 참조하면, 매칭단계(S120)는 측정 영역이 표시부(160)에 전부 표시될 때까지 반복 수행되는 것이 바람직하며, 표시부(160)에 측정 영역이 일부만 표시되거나 또는 전혀 표시되지 않는 경우에는 센터링 단계(S121) 또는 측정영역 서치단계(S122)를 수행한다.
상기 센터링 단계(S121)는 측정 영역의 일부만이 표시부(160)에 표시되는 경우에 수행되며, 측정 영역이 표시부(160)에 전부 표시되도록 측정대상물(105) 또는 렌즈부(130)의 위치를 이동시키는 단계이다.
본 발명의 제1실시예(100)에 따르면, 센터링 단계(S121)는 이미지 저장단계(S110)에서 저장된 표준 모델과 표시부(160)에 표시되는 영상을 비교하여, 현재 측정되는 위치를 계산하고, 계산된 위치값을 이용하여 측정 영역과의 위치 차를 계산하여 측정대상물(105) 또는 렌즈부(130)을 이동시키게 된다.
도 7을 참조하면, 상기 측정영역 서치단계(S122)는 측정 영역이 표시부(160)에 전혀 표시되지 않는 경우에 수행되며, 이미지 저장단계(S110)에서 저장된 표준 모델을 활용하기 어렵기 때문에 본 과정을 수행하게 된다.
측정영역 서치단계(S122)는 표시부에 표시되는 영역으로부터 가장 근접한 지역을 나선방향을 따라 측정대상물(105) 또는 렌즈부(130)의 위치를 이동시키며 측정영역을 서치하는 단계이다. 본 발명의 제1실시예(100)에 따르면, 표시부(160)에 측정 영역이 표시되지 않으면 반시계방향을 따라 측정대상물(105) 또는 렌즈부(130)를 이동시키며 영상을 촬영한다.
여기서, 측정 영역의 전부 또는 일부가 표시부(160)에 표시되는 경우까지 반복수행하며, 전부 표시되는 경우에는 반사각 조절단계(S130)을 수행하며 일부 표시되는 경우에는 센터링 단계(S121)를 수행하게 된다.
한편, 측정 영역이 2 영역 이상인 경우에도 상술한 매칭단계(S120)를 동일하게 수행하게 된다. 복수개의 측정 영역이 측정 범위 내에 모두 포함될 수 있다면, 복수개의 측정영역이 측정 범위 내에 모두 포함될 때까지 매칭단계(S120)를 수행하게 되며, 복수개의 측정 영역이 측정 범위 내에 모두 포함될 수 없다면 측정영역마다 개별적으로 매칭단계(S120)를 수행하게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 반사각 조절단계(S130)는 측정 영역으로부터 반사되는 광이 분광기(150)로 반사되도록 반사형 광경로 변환부(140)의 반사각을 조절하게 된다. 즉, 반사형 광경로 변환부(140)의 반사각을 100°로 조절하면 제1 분광기(151)로 광이 입사되고, 반사각을 80°로 조절하면 제2 분광기(152)로 광이 입사된다.
또한, 도 3을 참조하면 측정 영역이 2 영역이고 동시에 2개의 분광기(150)로 광을 입사시키는 경우도 마찬가지이다. 상술한 것처럼 반사형 광경로 변환부(140)의 반사면은 무수히 많은 극소 거울을 포함하며, 각각의 거울을 개별적으로 제어가 가능하다. 이를 이용하면, 제1 반사부(141)의 반사각을 100°로 조절하고 제2 반사부(142)의 반사각을 80°로 조절하면 제1 측정영역(106)으로부터 반사되는 광은 제1 분광기(151)로 입사되고, 제2 측정영역(107)으로부터 반사되는 광은 제2 분광기(152)로 입사되는 것이다. 물론, 측정 영역이 2 영역인 경우뿐만 아니라 3개 이상인 경우에도, 분광기(150)를 더 추가하고 반사형 광경로 변환부(140) 일부의 반사각을 제1 반사면(141) 및 제2 반사면의 반사각과 상이한 반사각을 갖도록 형성하여 동시에 두께 측정이 가능하다.
상기 두께 측정 단계(S140)는 분광기(150)로 입사된 광의 스펙트럼을 조사하여 광의 반사도를 측정하고 이를 기초로 측정대상물(105)의 두께를 측정하는 단계이다. 본 발명의 제1실시예(S100)에 따르면 두께 측정 단계(S140)는 반사도 측정단계(S141)와 반사도 비교단계(S142)와 두께 출력 단계(S143)을 포함한다. 다만 두께 측정 단계(S140)가 상술한 단계들로 제한되는 것은 아니다.
상기 반사도 측정단계(S141)는 분광기로 입사된 광의 스펙트럼을 분석하여 광의 파장별 광량 데이터를 이용하여 측정 영역의 반사도를 계산하게 된다.
상기 반사도 비교단계(S142)는 반사도 측정단계(S141)에서 획득한 측정 영역의 반사도를 이론적 모델링으로 획득한 반사도와 비교하여 동일하거나 또는 동일한 모델링이 없는 경우 가장 유사한 반사도를 갖는 모델링을 검색하는 단계이다.
상기 두게 출력 단계(S143)는 반사도 비교단계(S142)에서 검색된 모델링에 해당하는 두께 값을 출력하는 단계이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 두께 측정 방법(S100)은 측정 범위 내에 측정 영역이 포함되도록 매칭단계(S120)를 수행하여, 두께 측정의 정확도를 향상시키며 특히 이를 자동화하는 경우에는 그 효과가 더욱 향상될 수 있을 것이다.
또한, 반사형 광경로 변환부(140)에 포함된 극소 거울 전부의 반사각을 조절하거나 일부의 반사각만을 조절할 수도 있으며, 특히 일부의 반사각만을 조절하는 경우 복수개의 측정 영역의 두께를 동시에 측정할 수 있으므로 측정 시간을 단축시킬 수 있을 것이다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치(200)는 광원(110)과 광분할기(120)와 렌즈부(130)와 반사형 광경로 변환부(Digital Micromirror Device, 이하 "반사형 광경로 변환부")(140)와 분광기(150)와 표시부(160)와 보조 광분할기(225)와 광흡수부(270)를 포함한다.
상기 보조 광분할기(225)는 광분할기(120)와 반사형 광경로 변환부(140) 사이의 광 경로 상에 배치되어 광분할기(120)로부터 투과된 광을 표시부(160) 측으로 반사시키거나, 반사형 광경로 변환부(140) 측으로 투과시키게 된다.
즉, 제1실시예와는 달리, 보조 광분할기(225)를 배치하여 반사형 광경로 변환부(140)에서 반사되는 광을 표시부(160)로 입사시키는 것이 아니라 보조 광분할기(225)를 통해 광분할기(120)에서 투과된 광을 표시부(160) 측으로 반사시키게 되는 것이다.
상기 표시부(160)는 제1실시예(100)에서의 표시부(160)와 동일한 구성으로 마련되나, 위치가 제1실시예(100)처럼 반사형 광경로 변환부(140)에서 반사되는 광이 입사되는 위치에 배치되는 것이 아니라 보조 광분할기(225)에서 반사되는 광이 입사되는 위치에 배치된다. 이러한 배치를 함으로써, 표시부(160)는 반사형 광경로 변환부(140)의 반사각에 영향을 받지 않고 항상 측정 범위에 대한 영상을 표시하게 된다.
상기 광흡수부(270)는 반사형 광경로 변환부(140)로부터 분광기(150)로 반사되는 광을 제외한 광을 흡수하여 제거하는 장치이다. 이는 반사형 광경로 변환부(140)가 제1 반사부(141) 및 제2 반사부(142)를 형성하여 동시에 제1 분광기(151) 또는 제2 분광기(152)로 제1 측정영역(106) 또는 제2 측정영역(107)에서 반사되는 광을 반사시키는 경우, 반사형 광경로 변환부(140)의 제1 반사부(141) 또는 제2 반사부(142) 이외의 면에서 반사되는 광이 광흡수부로 반사되어 광을 제거시키게 된다.
상술한 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치의 제2실시예의 작동방법(S200)은 제1실시예의 작동방법(S100)과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 즉, 제2실시예(200)는 반사형 광경로 변환부(140)로 입사되기 이전의 광으로부터 측정대상물(105)의 위치를 변경하였으며, 측정 영역 이외에서 반사되는 광을 흡수하여 제거하는 광흡수부(270)를 추가한 것으로 각 구성의 배치만이 상이할 뿐, 제1실시예(100)와 동일한 기능을 수행하며, 측정대상물(105)의 두께를 측정하는 방법은 동일하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 두께 측정 장치 110: 광원
120: 광분할기 130: 렌즈부
140: 반사형 광경로 변환부 150: 분광기
160: 표시부 200: 두께 측정 장치
225: 보조 광분할기 270: 광흡수부
S100: 두께 측정 방법 S110: 이미지 저장단계
S120: 매칭단계 S121: 센터링 단계
S122: 측정영역 서치단계 S130: 반사각 조절단계
S140: 두께 측정 단계 S141: 반사도 측정단계
S142: 반사도 비교단계 S143: 두께 출력 단계

Claims (9)

  1. 광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 방출된 광을 반사시키거나 또는 측정대상물에 의하여 반사된 광을 투과시키는 광분할기;
    상기 광분할기에 의해 반사된 광을 상기 측정대상물에 집속시키는 렌즈부;
    상기 광분할기로부터 투과된 광을 선택적으로 반사시키는 반사형 광경로 변환부;
    상기 반사형 광경로 변환부로부터 반사되는 광을 분석하여 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 분광기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분광기는 복수개로 마련되며,
    상기 반사형 광경로 변환부는 상기 측정대상물의 서로 다른 복수개의 측정 영역으로부터 반사되는 광을 각각의 분광기로 반사시키는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광분할기로부터 투과된 광을 기준으로 상기 측정대상물의 영상을 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 반사형 광경로 변환부로부터 반사된 광을 입력받아 상기 측정대상물의 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 광분할기와 상기 반사형 광경로 변환부 사이의 광 경로 상에 배치되어 상기 광분할기로부터 투과된 광을 반사시키거나 투과시키는 보조 광분할기를 더 포함하며,
    상기 표시부는 보조 광분할기로부터 투과된 광을 입력받아 상기 측정 대상물의 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 반사형 광경로 변환부로부터 상기 분광기로 반사되는 광 이외의 광을 흡수하여 제거하는 광 흡수부를 더 포함하는 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 디지털 광학 기술을 이용한 두께 측정 장치를 이용하며,
    상기 측정대상물의 이미지를 저장하는 이미지 저장단계;
    상기 이미지 저장단계에서 저장된 이미지와 상기 표시부에 표시되는 영상을 비교하여 상기 측정대상물에서 측정 영역이 상기 표시부에 표시되는지 여부를 판단하는 매칭단계;
    상기 서로 다른 복수개의 측정 영역으로부터 반사되는 광이 각각 상기 복수개의 분광기로 반사되도록 상기 반사형 광경로 변환부의 반사각을 조절하는 반사각 조절단계;
    상기 분광기에서 획득한 광을 기초로 상기 측정대상물의 두께를 측정하는 두께 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 매칭단계는 상기 측정 영역이 상기 표시부에 전부 표시될 때까지 반복 수행되며,
    상기 측정 영역의 일부만이 상기 표시부에 표시되는 경우 상기 표시부에 표시되는 영상에 상기 측정 영역이 전부 표시되도록 상기 측정대상물 또는 상기 렌즈부를 이동시킨 후 매칭단계를 재수행하는 센터링 단계; 상기 측정 영역이 상기 표시부에 표시되지 않는 경우 상기 측정대상물 또는 상기 렌즈부를 나선방향을 따라 상기 표시부에 상기 측정 영역이 일부 또는 전부 표시될 때까지 이동시킨 후 매칭단계를 재수행하는 측정영역 서치단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 두께 측정 단계는 상기 분광기로부터 획득한 광의 스펙트럼으로부터 광의 반사도를 측정하는 반사도 측정단계; 상기 측정된 반사도와 이론적 모델링으로 마련된 반사도를 비교하여 가장 유사한 모델링을 검색하는 반사도 비교단계; 상기 반사도 비교단계에서 검색된 모델링에 해당하는 두께값을 출력하는 두께 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 방법.








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