KR20210141571A - 화학적으로 강화된 투명 기판의 응력을 특성화하는 하이브리드 시스템 및 방법 - Google Patents

화학적으로 강화된 투명 기판의 응력을 특성화하는 하이브리드 시스템 및 방법 Download PDF

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피에르 마이클 보우지
윌리엄 존 퍼나스
제레미아 로버트 제이콥슨
글렌 아브람 뉴커머
에반 루이스 올슨
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로스티슬라브 바체브 로우쎄브
빅토르 스테파노브
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Abstract

하이브리드 측정 시스템은 EPCS 서브-시스템과 LSP 서브-시스템을 포함한다. EPCS 서브-시스템은 EPCS 결합 프리즘을 통해 EPCS 감지기 시스템에 광학적으로 결합된 EPCS 광원을 포함한다. LSP 서브-시스템은 광학 보상기에 광학적으로 결합된 LSP 광원을 포함하고, 이는 결국 LSP 결합 프리즘을 통해 LSP 감지기 시스템에 광학적으로 결합된다. 지지 구조는 측정 위치에서 두 개의 프리즘을 지지하는 결합 프리즘 조립체를 규정하기 위해 EPCS 및 LSP 결합 프리즘을 지지한다. EPCS 및 LSP 서브-시스템을 사용하여 수행한 응력 측정은 투명한 화학적으로 강화된 기판의 응력 성질을 완전히 특성화하기 위해 조합된다. 측정 정확도를 개선시키기 위해 EPCS 및 LSP 측정을 처리하는 방법이 또한 개시된다.

Description

화학적으로 강화된 투명 기판의 응력을 특성화하는 하이브리드 시스템 및 방법
본 출원은 35 USC § 119(e) 하에 2019년 3월 22일자로 제출된 미국 가출원 번호 제62/822,437호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 본원에 참고로 병합된다.
본 개시는 투명한 화학적으로 강화된 기판의 응력을 특성화하는 것에 관한 것으로, 특히 화학적으로 강화된 투명 기판의 응력을 특성화하기 위한 하이브리드 시스템(hybrid systems) 및 방법에 관한 것이다.
화학적 강화 공정을 거친 투명 기판은 긁힘 및 파단에 대한 저항성이 증가한다. 이러한 기판은 텔레비전 화면에서 컴퓨터 화면, 휴대폰 장치 화면 및 시계에 이르는 다양한 디스플레이 적용 분야에 매우 유용하다. 실시예의 화학 강화 공정은 이온 교환(IOX) 공정으로서, 유리-기반 기판의 표면 근접 영역의 이온이, 예를 들어, 염욕조(salt bath)로부터 외부 이온으로 교환된다.
투명한 화학적으로 강화된(CS) 기판을 제조하려면 CS 기판이 주어진 적용 분야에 적합한 원하는 수준의 화학적 강화를 갖도록 응력 특성을 특성화하는 것이 필요하다. 특성화는 통상적으로 표면 압축 응력, 무릎 응력(knee stress), 층의 스파이크 깊이(spike depth of layer), 층의 총 깊이, 압축 깊이, 및 중심 인장과 같은, 관련된 응력 매개변수와 함께, 표면에서 중심으로 CS 기판의 응력 프로파일을 측정하는 것이 필요하다. 다른 응력 관련 매개변수는 CS 기판으로의 깊이를 통한 복굴절의 변화를 포함한다.
투명 CS 기판의 응력을 특성화하는 데 사용되는 두 가지 주요 방법이 있다. 첫 번째는 소산 프리즘 커플링 분광법(EPCS, Evanescent Prism Coupling Spectroscopy)을 활용한다. 커플링 프리즘을 사용하는 EPCS 방법은 광을, 예컨대, IOX 공정에 의해 기판에 형성된 표면-근접 도파관(NSWG, near-surface waveguide)에 의해 지지되는 가이드 모드(guided modes)로 결합시킨다. 커플링 프리즘은 또한 NSWG에서 나오는 광을 결합하여 가이드 모드 스펙트럼(guided mode spectrum)을 형성하는 데 사용된다. 가이드 모드 스펙트럼은 횡단 전기(TE) 모드 라인(mode lines)을 가진 TE 모드 스펙트럼과 횡단 자기(TM) 모드 라인을 가진 TM 스펙트럼을 포함한다. TE 및 TM 모드 라인은 응력 프로파일을 포함하여, 응력 관련 특성화를 추출하도록 분석된다. EPCS 방법은 CS 기판의 표면-근접 영역의 응력(예컨대, 표면 압축 응력 및 층의 스파이크 깊이)을 특성화하는 데 특히 유용하지만 기판 내부에 더 깊숙이 존재하는 중심 인장(CT) 및 압축 깊이(DOC) 특성화에는 유용하지 않다.
두 번째 주요 방법은 광-산란 편광 측정법(LSP, light-scattering polarimetry)을 사용한다. LSP에서, CS 기판은 커플링 프리즘을 통해 상대적으로 얕은 각도로 입력 레이저 광으로 조사된다. 레이저 광 편광은 광학 보상기(optical compensator)를 사용하여 다른 편광 상태들 사이에서 연속적으로 변경된다. 산란된 광은 이미지 센서에 의해 감지된다. CS 기판의 응력은 광 경로를 따라 광학 지연을 유발하며, 응력의 양은 광학 지연의 미분에 비례한다. 광학 지연의 양은 감지된 광의 다른 유효 경로 길이에 대한 구조적이고 파괴적인 간섭으로 인해 달라지는, 감지된 산란 광 강도 분포로부터 결정될 수 있다. LSP 방법은 중심 인장(CT) 및 압축 깊이(DOC)와 같은 특정 응력 관련 성질을 측정하는 데 유용하지만 표면-근접 응력-관련 성질을 측정하는 데는 유용하지 않다.
현재, 표면에서 중심까지 CS 기판의 응력 프로파일을 완전히 특성화하기 위해, CS 기판은 먼저 EPCS 측정 시스템을 사용하여 측정되고 이들을 LSP 측정 시스템으로 이동시키고 두 측정이 함께 봉합된다(stitched). 이는 시간 소모적이며 두 측정 시스템 사이에서 CS 기판을 이동할 때 CS 기판을 취급해야 하므로 파손 위험을 도입한다.
그러므로 EPCS 및 LSP 측정을 모두 수행할 수 있는 단일 측정 시스템을 갖는 것이 더 바람직할 것이다.
여기에 개시된 하이브리드 측정 시스템 및 방법은 표면 응력 S(0), 무릎 응력 Sk = S(xk)를 포함하는 표면-근접 압축 응력 프로파일 S(x), 층의 깊이(DOL), 중심 인장(CT), 및 압축 깊이(DOC)를 포함하는, 투명 CS 기판의 전체 응력 특성화를 가능하게 한다. 전체 응력 특성화는 EPCS 및 LSP 측정을 모두 사용하여 응력 계산을 조합하여 얻어진다.
본 개시의 구현예는 상단 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은: EPCS 커플링 표면을 갖는 EPCS 커플링 프리즘을 통해 광 통신하는 EPCS 광원 시스템 및 EPCS 감지기 시스템을 포함하는 EPCS 서브-시스템; LSP 커플링 표면을 갖는 LSP 커플링 프리즘을 통해 광학 보상기와 광 통신하는 LSP 광원 시스템, 광학 보상기 및 LSP 감지기 시스템을 포함하는 LSP 서브-시스템; EPCS 및 LSP 커플링 표면이 실질적으로 공통 평면에 위치하도록 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 작동 가능하게 지지하도록 구성된 프리즘 지지 프레임을 포함하는 커플링 프리즘 조립체; 및 표면 및 측정 구멍(measurement aperture)을 갖는 지지 플레넘(support plenum);을 포함하며, 상기 지지 플레넘은 EPCS 및 LSP 커플링 표면이 측정 평면에 실질적으로 존재하도록, 측정 구멍에서 측정 평면에서 CS 기판을 지지하고, 측정 구멍에서 커플링 프리즘 조립체를 작동 가능하게 지지도록 구성된다.
본 개시의 다른 구현예는 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은: 측정 위치에서 커플링 프리즘 조립체에 관하여 CS 기판의 표면을 작동 가능하게 배치하는 단계로서, 상기 커플링 프리즘 조립체는 인접한 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스를 각각 규정하기 위한 EPCS 커플링 프리즘 및 LSP 커플링 프리즘을 포함하며; 제1 응력 특성을 얻기 위해 EPCS 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 EPCS 측정을 수행하고, 측정 위치로부터 커플링 프리즘 조립체 또는 CS 기판을 제거하지 않고 제2 응력 특성을 얻기 위해 LSP 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 LSP 측정을 수행하는 단계; 및 CS 기판의 전체 응력 특성을 수립하기 위해 제1 및 제2 응력 특성을 조합하는 단계를 포함한다.
제1 구현예에서, 상단 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 화학적으로 강화된(CS) 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템은:
소산 프리즘 커플링 분광법(EPCS) 커플링 표면을 갖는 EPCS 커플링 프리즘을 통해 광 통신하는 EPCS 광원 시스템 및 EPCS 감지기 시스템을 포함하는 EPCS 서브-시스템;
광-산란 편광 측정법(LSP) 커플링 표면을 갖는 LSP 커플링 프리즘을 통해 광학 보상기와 광 통신하는 LSP 광원 시스템, 광학 보상기 및 LSP 감지기 시스템을 포함하는 LSP 서브-시스템; 및
EPCS 및 LSP 커플링 표면이 실질적으로 공통 평면에 존재하도록 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 작동 가능하게 지지하도록 구성된 프리즘 지지 프레임을 포함하는 커플링 프리즘 조립체; 및
표면 및 측정 구멍을 갖는 지지 플레넘, 상기 지지 플레넘은 측정 구멍에 측정 평면에서 CS 기판을 지지하고, EPCS 및 LSP 커플링 표면이 실질적으로 측정 평면에서 존재하도록 측정 구멍에서 커플링 프리즘 조립체를 작동 가능하게 지지하도록 구성됨;을 포함한다.
제2 구현예에서, 제1 구현예에 대해, 상기 CS 기판은 투명하고 유리 재료, 유리-세라믹 재료 또는 결정질 재료를 포함한다.
제3 구현예에서, 제1 내지 제2 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 적어도 하나의 이온 교환(IOX) 영역에 의해 규정된다.
제4 구현예에서, 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 표면-근접 스파이크 영역 및 깊은 영역에 의해 규정된다.
제5 구현예에서, 제1 내지 제4 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 프리즘 지지 프레임은 몰딩된 단일 구조를 포함한다.
제6 구현예에서, 제1 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘은 공통 커플링 프리즘의 제1 및 제2 섹션으로 구성된다.
제7 구현예에서, 제1 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 프리즘 지지 프레임은 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘 중 적어도 하나를 이동시키도록 조정 가능하다.
제8 구현예에서, 제1 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 프리즘 지지 프레임은 다음 중 적어도 하나인 격리 부재를 포함한다:
i) EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 서로 유동적으로 격리시킨다;
ii) EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 서로 광학적으로 격리시킨다.
제9 구현예에서, 제1 내지 제8 구현예 중 어느 하나에 대해,
상기 CS 기판의 상단 표면이 각각의 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스를 규정하기 위해 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 EPCS 및 LSP 커플링 표면과 인터페이스하도록 지지 플레넘의 표면 상에 또는 표면에 인접하여 작동 가능하게 지지되는 CS 기판, 여기서 상기 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스는 공통 지수-매칭 유체(index-matching fluid)를 공유함;을 더욱 포함하고,
여기서 CS 기판은 표면 굴절률 nS를 갖는 표면-근접 스파이크 영역 및 상기 스파이크 영역에 바로 인접하고 CS 기판의 상단 표면에 대향하는 깊은 영역을 포함하고, 여기서 상기 지수-매칭 유체는 굴절률 nf를 갖고, 여기서 Δn = nf - nS는 0.02 내지 0.06 범위임;
여기서 λ는 측정 파장이고, n(z)는 표면-근접 스파이크 영역의 굴절률 프로파일이며, 여기서 CS 기판의 표면-근접 스파이크 영역은 정규화된 기울기 Sn = |(λ/n)dn(z)/dz| < 0.0005을 갖는다.
제10 구현예에서, 제1 내지 제9 구현예 중 어느 하나에 대해,
Figure pct00001
는 표면-근접 스파이크 영역의 TM 및 TE 굴절률이고, 여기서 nf = noil이고, 여기서
Figure pct00002
는 각각 TM 임계 굴절률 및 TE 임계 굴절률이며, 여기서 지수-매칭 유체 굴절률 noil은 다음 조건들 중 적어도 하나를 만족하도록 선택된다:
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
제11 구현예에서, 제1 내지 제10 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판은 지지 플레넘의 표면을 따라 이동하도록 구성된 이동식 기판 홀더에 의해 작동 가능하게 지지된다.
제12 구현예에서, 제1 내지 제11 구현예 중 어느 하나의 시스템은 압력-진공(PV, pressure-vacuum) 소스, 및 상기 PV 소스에 공압적으로 결합되고 측정 평면에 근접한 측정 구멍 내에 배치되고 CS 기판이 지지 플레넘의 표면에 의해 지지될 때 CS 기판과 공압식으로 맞물리도록 커플링 프리즘 조립체에 배치된 PV 바(bars)의 어레이(array)를 더욱 포함한다.
제13 구현예에서, 제1 내지 제12 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 EPCS 감지기 시스템은 반사광으로서 EPCS 커플링 프리즘에 의해 표면-근접 도파관 안팍으로 결합된 광원으로부터의 광에 기초하여 표면-근접 도파관의 모드 스펙트럼을 캡처하도록 구성되며, 여기서 EPCS 감지기 시스템은 디지털 감지기에 대해 광학 경로에 작동 가능하게 배열된 초점 렌즈(focusing lens)를 포함하고, 상기 모드 스펙트럼은 대비(contrast)를 갖고, 상기 초점 렌즈는 모드 스펙트럼의 대비를 조정하기 위한 조정 가능한 위치 및 조정 가능한 초점 길이 중 적어도 하나를 갖는다.
제14 구현예에서, 제13 구현예의 경우, 상기 초점 렌즈는 초점 렌즈 중 선택된 하나를 광학 경로로 삽입하도록 이동될 수 있는 지지 부재에 의해 지지되는 다른 초점 길이의 다중 초점 렌즈 중 하나이다.
제15 구현예에서, 제1 내지 제14 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판은 지지 플레넘의 표면을 따라 이동하도록 구성된 이동식 기판 홀더에 의해 작동 가능하게 지지된다.
제16 구현예에서, 제1 내지 제15 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 LSP 광원 시스템은 이동식 광 확산기를 포함한다.
제17 구현예에서, 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 화학적으로 강화된(CS) 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법은:
측정 위치에서 커플링 프리즘 조립체에 대해 상기 CS 기판의 표면을 작동 가능하게 배치하는 단계, 상기 커플링 프리즘 조립체는 인접한 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스를 각각 규정하기 위해 소산 프리즘 커플링 분광법(EPCS) 커플링 프리즘 및 LSP(light-scattering polarimetry) 커플링 프리즘을 포함함;
제1 응력 특성을 얻기 위해 상기 EPCS 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 EPCS 측정을 수행하고 상기 측정 위치로부터 커플링 프리즘 조립체 또는 CS 기판을 제거하지 않고 제2 응력 특성을 얻기 위해 LSP 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 LSP 측정을 수행하는 단계; 및
상기 CS 기판의 전체 응력 특성화를 규정하기 위해 제1 및 제2 응력 특성을 결합하는 단계, 여기서 상기 제1 응력 특성은 표면 압축 응력 S(0), 총 층의 깊이(DOLT), 층의 스파이크 깊이(DOLsp), 무릎 응력(CSk) 및 복굴절(B)을 포함하는 제1 응력 특성의 그룹으로부터 선택되고 상기 제2 응력 특성은 압축 깊이(DOC) 및 중심 인장(CT) 중 적어도 하나를 포함함;를 포함한다.
제18 구현예에서, 제17 구현예에 대해, 상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
원시 디지털 LSP 이미지를 규정하기 위해 디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
가우스-블러링된(Gaussian-blurred) LSP 이미지를 형성하기 위해 원시 디지털 LSP 이미지의 가우스 블러링을 수행하는 단계;
임계값 이미지를 규정하기 위해 가우스 블러링된 이미지에 대해 오츠(Otsu) 임계값 처리를 수행하는 단계; 및
상기 제2 응력 특성을 얻기 위해 광학 지연 대 CS 기판으로의 깊이를 계산하기 위해 임계 이미지를 사용하는 단계;를 포함한다.
제19 구현예에서, 제17 구현예에 대해, 상기 LSP 측정을 수행하는 단계:
원시 디지털 LSP 이미지를 규정하기 위해 디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
가우스 블러링된 LSP 이미지를 형성하기 위해 원시 디지털 LSP 이미지의 가우스 블러링을 수행하는 단계;
이미지 윤곽을 규정하기 위해 가우스 블러링된 LSP 이미지에 대해 이진화 방법(binarizing method)을 수행하는 단계; 및
제2 응력 특성을 얻기 위해 광학 지연 대 CS 기판으로의 깊이를 계산하도록 상기 이미지 윤곽을 사용하는 단계;를 포함한다.
제20 구현예에서, 제17 구현예에 대해, 상기 LSP 측정을 수행하는 단계:
디지털 감지기에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하기 위해 LSP 이미지를 처리하는 단계;
OR 데이터 지점에 대해 피팅된 곡선(fitted curve)을 얻기 위해 선형 및 이차 함수의 조합을 사용하는 단계;를 포함한다.
제21 구현예에서, 제17 내지 제20 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 제1 응력 특성 중 하나는 측정된 무릎 응력(CSK)를 포함하고:
상기 무릎 응력 CSK(ind)의 독립적인 측정을 수행하는 단계;
캘리브레이션 계수(calibration factor) Kcal = CSk/CSk(ind)를 규정하는 단계; 및
상기 캘리브레이션 계수 Kcal을 제1 응력 특성 중 적어도 하나에 적용하는 단계;를 더욱 포함한다.
제22 구현예에서, 제17 구현예에 대해, 상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
제1 및 제2 굽힘 지점(bend points)를 포함하는 OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하기 위해 상기 LSP 이미지를 처리하는 단계; 및 다음 중 적어도 하나를 수행하는 단계:
i) 상기 OR 데이터 지점에 대해 피팅된 곡선을 얻기 위해 파워-스파이크 함수를 이용하는 단계; 및
ii) 상기 제1 및 제2 굽힘 지점이 CS 기판의 중간 평면에 대해 대칭이 되도록 OR 데이터 지점을 시프트하여, 시프트된 OR 데이터 지점을 규정하는 단계; 및 상기 CS 기판에 대한 압축 깊이(DOC) 측정을 얻기 위해 상기 시프트된 OR 데이터 지점을 이용하는 단계;를 포함한다.
제23 구현예에서, 제17 구현예에서, 상기 방법은:
디지털 감지기에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 굽힘 지점 및 제1 및 제2 단부 영역을 규정하는 OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하도록 LSP 이미지를 처리하는 단계; 및 다음 중 적어도 하나를 수행하는 단계,
i) 상기 CS 기판에 대한 중심 인장(CT)을 결정하기 위해 제1 및 제2 굽힘 지점을 각각 규정하는 OR 데이터 지점의 제1 및 제2 곡선 피팅;
ii) 상기 CS 기판에 대한 압축 깊이(DOC)를 결정하기 위해 제1 및 제2 굽힘 지점 사이의 OR 데이터 지점의 곡선 피팅(curve fitting);
iii) 상기 OR-피팅된 곡선을 규정하기 위해 제1 및 제2 단부 영역을 제외한 폭(span)에 걸쳐 OR 데이터 지점에 대한 곡선 피팅을 수행하고, 상기 CS 기판을 위한 중심 인장(CT) 및 압축 깊이(DOC) 중 적어도 하나를 결정하기 위해 OR 피팅된 곡선을 사용하는 것;를 더욱 포함한다.
제24 구현예에서, 제17 내지 제23 구현예 중 임의의 것에 대해, 상기 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스는 다른 지수-매칭 유체를 포함하고 다른 지수-매칭 유체를 유동적으로 격리시킨다.
제25 구현예에서, 제17 내지 제24 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 방법은 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 광학적으로 격리시키는 단계를 더욱 포함한다.
제26 구현예에서, 제17 구현예에 대해, 상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘은 공통 커플링 프리즘의 제1 및 제2 섹션으로 구성된다.
제27 구현예에서, 제17 내지 제26 구현예 중 임의의 것에 대해, 상기 LSP 측정은 LSP 광 빔을 활용하고, 상기 LSP 결합 인터페이스의 광학적으로 상류에 배치된 회전 확산기를 통해 LSP 광 빔을 통과시키는 단계를 더욱 포함한다.
제28 구현예에서, 제17 내지 제27 구현예 중 어느 하나는 다음을 더욱 포함한다:
이동식 기판 홀더로 CS 기판을 지지하는 단계;
상기 지지 플레넘의 측정 구멍에서 지지 플레넘으로 커플링 프리즘 조립체를 장착하는 단계, 여기서 상기 지지 플레넘은 표면을 가짐; 및
상기 지지 플레넘의 표면 위로 이동식 기판을 이동시키는 단계.
제29 구현예에서, 제17 내지 제28 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판은 유리 재료, 유리-세라믹 재료 또는 결정질 재료를 포함한다.
제30 구현예에서, 제17 내지 제29 구현예 중 임의의 것에 대해, 상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 적어도 하나의 이온 교환(IOX) 영역에 의해 규정된다.
제31 구현예에서, 제17 내지 제30 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 표면-근접 스파이크 영역 및 깊은 영역에 의해 규정된다.
제32 구현예에서, 제17 내지 제31 구현예 중 임의의 것은 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 각각의 EPCS 및 LSP 커플링 표면에 대해 CS 기판을 누르기 위해 측정 위치에서 CS 기판에 진공을 적용하는 단계를 더욱 포함한다.
제33 구현예에서, 제17 내지 제32 구현예 중 어느 하나에 대해, 상기 EPCS 측정을 수행하는 단계는:
적어도 하나의 초점 렌즈와 디지털 감지기를 포함하는 EPCS 감지기 시스템을 사용하여 표면-근접 도파관의 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계, 여기서 상기 모드 스펙트럼은 대비를 갖고 적어도 하나의 초점 렌즈는 광학 경로에 존재함; 및
상기 모드 스펙트럼의 대비를 개선하기 위해 적어도 하나의 초점 렌즈의 초점 렌즈 위치 및 초점 렌즈 초점 길이 중 적어도 하나를 조정하는 단계;를 포함한다.
제34 구현예에서, 제33 구현예의 경우, 적어도 하나의 초점 렌즈는 이동식 지지 부재에 의해 작동 가능하게 지지되고 다른 초점 길이를 갖는 다중 초점 렌즈를 포함하고, 상기 조정 단계는 광학 경로의 다중 초점 렌즈 중 선택한 하나를 위치시키도록 이동식 지지 부재를 이동시키는 단계를 포함한다.
설명된 구현예는 임의의 적절한 조합으로 조합될 수 있다. 추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에 기재되며, 부분적으로는 상기 설명으로부터 당업자에게 명백하거나 또는 기재된 설명 및 청구범위에 설명된 구현예뿐만 아니라 첨부된 도면을 실시함으로써 인식될 것이다. 전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 단지 예시일 뿐이며, 청구범위의 성격과 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
첨부된 도면은 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 병합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예(들)를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 동작을 설명한다. 이와 같이, 본 개시는 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1a는 평면 시트 형태의 실시예의 투명 CS 기판의 사시도이다.
도 1b는 실시예의 굴절률 프로파일 n(z) 대 영역 R1과 R2 사이의 전이에서 무릎(KN)을 갖는 표면-근접 스파이크 영역(R1), 더 깊은 영역(R2) 및 벌크 영역(R3)을 나타내는 실시예의 투명 CS 기판 의 z이다.
도 2a는 투명 CS 기판의 응력을 완전히 특성화하기 위해 본원에 개시된 하이브리드 EPCS-LSP 측정 시스템의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 하이브리드 EPCS-LSP 시스템의 보다 상세한 개략도이며, EPCS 측정 서브-시스템 및 LSP 측정 서브-시스템에 대한 실시예의 구성을 나타낸다.
도 3a는 도 2a의 하이브리드 EPCS-LSP 시스템의 실시예의 EPCS 서브-시스템의 개략도이다.
도 3b는 EPCS 서브-시스템에 의해 얻어진 실시예의 EPCS 모드 스펙트럼의 개략도이며, 여기서 EPCS 모드 스펙트럼은 TM 모드 라인(프린지(fringes))을 갖는 TM 모드 스펙트럼 및 TE 모드 라인(프린지)을 갖는 TE 모드 스펙트럼을 포함한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2a의 하이브리드 EPCS-LSP 시스템의 실시예의 LSP 서브-시스템의 개략도이다.
도 4d는 LSP 서브-시스템의 디지털 감지기 상에 형성된 LSP 이미지의 확대도이며, LSP 이미지는 십자형 또는 "X"자 패턴을 형성하는 2개의 라인 이미지를 포함하고, LSP 이미지 및 디지털 감지기는 디지털 LSP 이미지를 형성한다.
도 5a는 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 지지하기 위한 실시예의 프리즘 지지 구조의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 프리즘 지지 구조 상에 장착된 커버 플레이트의 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 안정 플랫폼(stable platform) 상에 지지된 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 측면도이며 커플링 프리즘 조립체를 위한 단일 몰딩된 프리즘 지지 구조를 형성하는 실시예의 방법을 예시한다.
도 6c는 프리즘 지지 구조가 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘 중 적어도 하나가 다른 방향에 대해 한 방향(예컨대, 도시된 바와 같이 z-방향)으로 이동 가능하도록 구성된 실시예의 커플링 프리즘 조립체의 측면도이다.
도 6d는 2개의 개별 커플링 프리즘 대신에 단일 커플링 프리즘이 EPCS 서브-시스템 및 LSP 서브-시스템에 사용되는 실시예의 하이브리드 EPCS-LSP 측정 시스템의 개략도이다.
도 7은 하이브리드 시스템의 실시예의 지지 플레넘에 부착되고 CS 기판 상의 측정 위치를 조정하는 데 사용되는 실시예의 이동식 기판 홀더를 나타내는 실시예의 프리즘 지지 구조의 단면도이다.
도 8a는 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 커플링 표면 상으로 CS 기판을 당기기 위해 CS 기판을 공압식으로 맞물리기 위해 측정 구멍 내에 작동 가능하게 배치된 진공 시스템의 측정 구멍 및 압력-진공(PV) 바를 나타내는 지지 플레넘의 사시도이다.
도 8b는 커플링 프리즘 조립체 및 진공 시스템의 실시예의 구성을 나타내는 지지 플레넘 및 측정 구멍의 확대 단면도이다.
도 9는 시스템 제어기에 의해 제시되는 실시예의 사용자 인터페이스의 개략도이며, 상기 사용자 인터페이스는 EPCS 모드 스펙트럼을 나타내는 EPCS 섹션 및 디지털 LSP 이미지의 LSP 라인 이미지를 나타내는 LSP 섹션을 포함한다.
도 10a는 실시예의 디지털 LSP 이미지 및 디지털 LSP 이미지의 강도 막대 그래프를 나타내는 실시예의 사용자 인터페이스의 LSP 섹션이다.
도 10b는 가우스 블러링된("블러링") LSP 이미지와 함께 실시예의 초기 또는 원시 디지털 LSP 이미지를 도시한다.
도 10c는 도 10b의 가우스 블러링된 이미지에 오츠(Ostu) 임계값을 적용함으로써 얻은 실시예의 임계값 이미지를 나타낸다.
도 10d 및 10e는 실시예의 가우스 블러링된 LSP 이미지에 대해 윤곽 검출을 수행하는 실시예를 나타낸다.
도 11a는 CS 기판 및 초점 맞춰진 LSP 광 빔의 방향의 확대도이다.
도 11b는 CS 기판의 에지 부분의 확대도이며 초점 맞춰진 LSP 광 빔에 대한 LSP 감지기 시스템의 시야각을 나타낸다.
도 11c는 도 11b와 유사하며 LSP 감지기 시스템에 도달하고 라인 이미지를 형성하는 산란된 광 빔을 나타낸다.
도 11d는 LSP 감지기 시스템 및 초점 맞춰진 LSP 광 빔을 갖는 CS 기판의 다른 모습을 나타낸다.
도 11e는 CS 기판 두께를 결정하는 데 사용되는 치수 및 각도를 나타내는 개략도이다.
도 11f 및 11g는 대표적인 빔 경로를 나타낸다.
도 12a는 노이즈 LSP 신호의 위상(φ)을 추출하기 위해 필요한 밀리초(ms)의 평균 계산 시간(T) 대 로크-인 방법(lock 또는 L) 및 사인 방법(sine 또는 S) 모두에 대한 노이즈 지수(N)의 플롯이다.
도 12b는 절대 위상차 |Δφ| 대 노이즈 LSP 신호를 처리하기 위한 로크-인 방법(lock 또는 L) 및 사인 방법(sine 또는 S)에 대한 잡은 지수의 플롯이다.
도 13a 및 13b는 광학 지연 OR(라디안) 대 CS 기판 내로의 깊이 D(mm)의 플롯("OR 대 D 플롯")이고, 도 13a는 스펙클(speckle) 감소를 사용하지 않고 LSP 서브-시스템에 의해 수집된 OR 데이터를 나타내며, 도 13b는 스펙클 감소를 사용하여 LSP 서브-시스템에 의해 수집된 OR 데이터를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 굽힘 지점(BP1 및 BP2)가 CS 기판의 중간 평면 주위에서 대칭이 되도록 하기 위해 OR 데이터를 시프트(shift)시키는 실시예의 방법을 예시하는 OR 대 D 플롯이다.
도 15a는 이산 데이터 지점(원) 및 OR 대 D 데이터 지점에 대한 피팅된 라인을 포함하는 실시예의 OR 대 D 플롯이고, 여기서 피팅된 라인은 본원에 개시된 "린쿼드(LinQuad)" 방법을 사용하여 형성된다.
도 15b는 도 15a의 OR 대 D 데이터 지점에 대한 린쿼드 피팅에 기초한 응력 S(MPa) 대 깊이 D(mm)의 플롯이다.
도 16a는 이산 데이터 지점(원) 및 OR 대 D 데이터 지점에 대한 피팅된 라인을 포함하는 실시예의 OR 대 D 플롯이고, 여기서 피팅된 라인은 본원에 개시된 파워-스파이크 방법을 사용하여 형성된다.
도 16b는 도 16a의 OR 대 D 데이터 지점에 대한 파워-스파이크 피팅에 기초한 응력 S(MPa) 대 깊이 D(mm)의 플롯("S 대 D 플롯")이다.
도 17a 및 17b는 원래의(원시) OR 대 D 데이터 지점(도 17a) 및 대칭 구성요소가 제거된 OR 대 D 데이터(도 17b)에 대한 린쿼드 곡선 피팅을 나타내는 OR 대 D 플롯이다.
도 18a 및 18b는 선택 응력 매개변수를 계산할 때 감소된 구역 피팅 영역을 사용하는 것을 예시하는 OR 대 D 플롯이고, 도 18a는 압축 깊이(DOC)를 계산하기 위해 굽힘 지점(BP1 및 BP2)에서 감소된-구역 피팅 영역을 나타내며, 도 18b는 중심 인장(CT)을 계산하기 위해 굽힘 지점(BP1, BP2) 사이의 감소된-구역 피팅 영역을 나타낸다.
도 19a는 OR 대 D 플롯이고 도 19b는 상응하는 S 대 D 플롯이고, 여기서 곡선 피팅은 OR 데이터의 전체 세트에 대해 수행된다.
도 19c는 OR 대 D 플롯이고 도 19d는 상응하는 S 대 D 플롯이며, 곡선 피팅은 대향하는 단부 지점 근처의 데이터 부분을 제외하는 감소된 OR 데이터 세트에 대해 수행된다.
도 20은 도 3a와 유사하며, 감지기 시스템이 조정 가능한 초점 렌즈를 포함하는 EPCS 서브-시스템의 구현예를 예시하고, 여기서 조정 가능성은 축방향 이동 및 초점 길이 변경 중 적어도 하나를 포함한다.
도 21a 및 21b는 캡처된 모드 스펙트럼의 대비를 조정하기 위한 수단을 제공하기 위해 EPCS 서브-시스템용 초점 렌즈 조립체를 형성하기 위해 사용되는 실시예의 지지 부재의 개략도이다.
이제 본 개시의 다양한 구현예를 상세히 참조하며, 그 실시예는 첨부 도면에 예시된다. 가능하면 동일하거나 유사한 참조 번호 및 기호가 도면 전체에 걸쳐 사용되어 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다. 도면이 반드시 축척에 맞춰진 것은 아니며, 당업자는 도면이 본 개시의 주요 측면을 예시하기 위해 단순화된 경우를 인식할 것이다.
아래에 설명된 청구범위는 이 상세한 설명에 통합되어 그 일부를 구성한다.
직교 좌표는 참조를 위해 일부 도면에 표시되며 방향 또는 배향에 대해 제한하려는 의도가 아니다.
논의의 일부에서는 z 좌표가 기판으로의 깊이 방향에 대해 사용되는 반면, 논의의 다른 부분에서는 다른 좌표가 사용된다.
"IOX"라는 약어는 논의의 맥락에 따라 "이온 교환" 또는 "이온 교환된"을 의미한다.
기판의 유형을 설명하는 데 사용되는 약어 "CS"("CS 기판"에서와 같이)는 "화학적으로 강화된"을 의미한다. 약어 CS는 또한 "압축 응력"을 의미할 수 있으며, 이 약어에 어떤 의미가 사용되는지는 논의의 맥락에서 분명해질 것이다.
본원에서 고려되는 CS 기판에 대한 "강화"라는 용어는 원래 CS 기판이 다양한 형상을 가질 수 있는 일부 응력 프로파일을 생성하기 위해 공정을 거쳤음을 의미하며, 이는 통상적으로 CS 기판을 더 강하게 하고 따라서 깨지기 어렵게 만들기 위한 의도이다. 강화 공정 실시예는 이온 교환, 템퍼링(tempering), 어닐링(annealing) 및 이와 유사한 열 공정이 포함된다.
CS 기판과 관련하여 사용된 "투명한"이라는 용어는 주어진 측정과 관련된 응력 특성의 충분히 정확한 측정을 산출하는 CS 기판의 만족스러운 측정(즉, EPCS 측정 또는 LSP 측정)을 하게 하도록 주어진 측정 파장(즉, EPCS 파장 λA 또는 LSP 파장 λB)에서 충분한 광 투과성을 갖는 CS 기판을 의미한다.
약어 "ms"는 "밀리초"를 나타냅니다.
약어 "nm"는 "나노미터"를 나타냅니다.
CS 기판의 표면-근접 도파관 또는 표면-근접 스파이크 영역을 언급할 때와 같은 "표면-근접"이라는 용어는 CS 기판의 주어진 표면(예컨대, 상단 또는 측정 표면)에 마로 인접하게 존재한 기판 바디의 부분을 나타낸다.
하나의 실시예에서, 유리-기반 기판은 CS 기판을 형성하는 데 사용된다. 본원에 사용된 용어 "유리-기반 기판"은 유리 및 비유리 재료의 라미네이트, 유리 및 결정질 재료의 라미네이트, 및 유리-세라믹(비정질상 및 결정질상 포함)과 같은 유리의 전체 또는 일부로 만들어진 임의의 물체를 포함한다. 따라서, 실시예에서, "유리-기반 CS 기판"은 전체적으로 유리 재료로 구성될 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 유리-세라믹 재료로 전체적으로 구성될 수 있다.
"이미지" 및 "라인 이미지"라는 용어는 LSP 서브-시스템에 의해 디지털 감지기(CCD 카메라 또는 CMOS 센서, 등)에서 산란된 광에 의해 형성되는 X-형상의 LSP 이미지의 일부분의 광의 분포(즉, 강도 분포)를 설명하는 데 사용되며, 이미징 시스템은 본원에서 고려되는 LSP 이미지를 형성하는 데 필요하지 않다.
아래 논의에서, LSP 서브-시스템은 둘 이상의 편광 상태(또는 간단히 "편광(polarizations)") 사이에서 사이클(cycle)하도록 구성된다. 실시예에서, 당업계에 공지된 바와 같이 선형, 타원형 및 원형 편광을 결합하는 사이클 당 최대 8개의 다른 편광 상태가 있을 수 있다. 더 많은 편광, 예를 들어 최대 100개 이상의 편광이 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "응력(stress)"은 일반적으로 압축 응력 또는 인장 응력을 의미할 수 있다. 도 15b, 16b, 19b 및 19d의 플롯에서, 압축 응력은 음(negative)인 반면 인장 강도는 양(positive)이다. 응력이 압축인지 인장인지 여부는 고려 중인 CS 기판의 위치 또는 깊이 영역에 따른다. 압축 응력에 대한 양의 값은 압축 응력의 크기를 의미하는 것으로 이해된다. 응력은 S 또는 σ로 표시되며 달리 언급되지 않거나 논의의 맥락에서 달리 이해되지 않는 한 압축 응력을 참조하는 것으로 간주된다. 일부 실시예에서, 압축 응력은 무릎 응력 CSk와 같이 CS로 표시된다. 응력 프로파일은 CS 기판으로의 깊이의 함수로서의 응력 S이고 깊이 좌표는 임의의 로컬 좌표(local coordinate)가 될 수 있으며, 아래 논의에서 z와 x가 모두 로컬 좌표로 사용된다.
하나의 실시예에서, CS 기판의 "특성화(characterizing)"는 응력 프로파일 S(z), 층 깊이(DOL), 표면 응력 S(0), 압축 깊이(DOC), 중심 인장(CT) 및 복굴절 프로파일 B(z)과 같은 CS 기판의 하나 이상의 응력-기반 성질을 결정하는 것을 포함한다. 하나의 실시예에서 특성화는 결합될 때 CS 기판의 응력 특성의 "전체 특성화"를 제공하는 제1 및 제2 응력 특성을 각각 제공하는 EPCS 및 LSP 측정을 모두 활용하며, 여기서 "전체 특성화"라는 용어는 EPCS 측정의 제1 응력 특성만으로 또는 LSP 측정의 제2 응력 특성만으로 가능한 것보다 응력 및 응력 관련 성질의 더욱 완전한 특성화를 의미한다.
약어 "OR"은 "광학 지연"을 나타내며 달리 명시되지 않는 한 라디안("rads")으로 측정된다. 광학 지연 대 CS 기판으로의 깊이의 플롯은 아래에서 "OR 대 D" 곡선 또는 플롯으로 지칭되며, 여기서 D는 상단(측정) 표면으로부터 CS 기판 바디로의 깊이인 것으로 이해된다.
"지수-매칭 유체(index-matching fluid)"라는 용어는 광학 커플링을 용이하게 하기 위해 다른 재료와 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는 유체를 의미한다. 하나의 실시예에서, 지수-매칭 유체는 오일(oil) 또는 오일의 혼합물을 포함한다. 지수-매칭 유체의 굴절률은 nf 또는 noil로 나타낸다, 즉, 이 두 표현은 아래에서 상호 교차가능하게 사용된다.
CS 기판
도 1a는 평면 시트 형태의 실시예의 유형의 CS 기판(10)의 사시도이다. CS 기판(10)은 바디(11), 상단 표면(12), 하단 표면(14) 및 측면(16)을 갖는다. CS 기판(10)은 두께(TH) 및 상단 표면(12)과 하단 표면(14) 사이 중간에 이에 평행한 중간-평면(MP)을 갖는다.
일부 경우에, 두께 TH는 0.020mm ≤ TH ≤ 2mm, 예컨대 0.050mm ≤ TH ≤ 2mm, 0.20mm ≤ TH ≤ 2mm, 0.25mm ≤ TH ≤ 2mm, 0.3mm ≤ TH ≤ 2mm 또는 0.3mm ≤ TH ≤ 1mm, 그리고 이들 끝점 사이에 형성된 임의의 모든 하위 범위에 있을 수 있다.
CS 기판(10)의 실시예의 유형은 유리-기반이고, 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터, GPS 장치 등과 같은 모바일 장치용 디스플레이 및/또는 하우징의 보호 커버로 사용된다. 이러한 CS 기판(10)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 얇고 평면인 경향이 있다.
CS 기판(10)은 상단 표면(12)에 근접한 바디(11)에 존재하는 표면-근접 도파관(NSWG)(18)을 포함한다. 하나의 실시예에서, NSWG(18)는 IOX 공정을 사용하여 형성되고 굴절률이 변화하는 적어도 하나의 IOX 영역에 의해 규정된다.
도 1b는 굴절률 n 대 실시예의 NSWG(18)에 대한 CS 기판으로의 깊이 Z의 플롯이다. 표면 굴절률은 nS로 나타내지만 벌크 굴절률, 즉, 화학 강화 공정에 의해 영향을 받지 않은 기판 재료의 굴절률은 nB로 나타낸다.
도 1b의 플롯은 2개의 (IOX) 영역, 즉 제1 표면-근접 스파이크 영역(R1) 및 제2 깊은 영역(R2)을 규정하는 실시예의 굴절률 프로파일 n(z)을 나타낸다. 또한, 제2 깊은 영역보다 더 깊은 제3 영역(R3)이 있으며, 이는 본원에서 굴절률 nB 를 갖는 "벌크(bulk)" 영역으로 지칭된다. 표면-근접 스파이크 영역(R1)은 표면에서 최대 굴절률 nS를 가지며 제1 층의 "스파이크" 깊이(DOLSP)를 규정하는 상대적으로 얕은 깊이 z = D1에 걸쳐 값 nk으로 깊이(z)에 따른 굴절률의 급격한 감소를 갖는다. 깊은 영역(R2)은 제3 벌크 영역(R3)이 시작하는 층의 총 깊이(DOLT)를 규정하는 깊이(D2)까지 nk에서 아래로 굴절률의 더 느린 감소를 갖는다. 제1 및 제2 영역(R1 및 R2)은 z = zk에서 무릎 KN에서 만나고(따라서 정의되고), 여기서 위에서 언급된 바와 같이 굴절률 n = nk이고 무릎(압축) 응력 CSk와 연관된다.
NSWG(18)의 두 개의 고유한 굴절률 영역(R1 및 R2) 때문에, 특정 가이드 모드(guided modes)는 최상위 스파이크 영역 R1에서만 전파되는 반면 다른 가이드 모드는 R1 및 R2 영역 모두에서 이동하는 반면 또 다른 가이드 모드는 깊은 영역(R2)에서만 이동한다. 다른 굴절률 프로파일 n(z)는 굴절률의 더 균일한 변화를 포함한다. 일부 깊은 가이드 모드는 벌크 영역(R3)으로 확장될 수 있다.
도 1b의 굴절률 프로파일 n(z)는 하나의 IOX 공정이 깊은 영역(R2)을 형성하고 제1 IOX 공정과 다른 다른 IOX 공정이 스파이크 영역(R1)을 형성하는 이중 IOX(DIOX) 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 1b의 플롯은 Li-함유 유리 기판(10)에서 수행되는 DIOX 공정을 나타내며, 여기서 Li 이온은 2개의 별개의 IOX 공정에서 칼륨 및 나트륨 이온과 교환되고, 칼륨 IOX 공정은 스파이크 영역(R1)을 생성한다.
하이브리드 EPCS - LSP 시스템
도 2a는 실시예의 CS 기판(10)과 함께 본원에 개시된 하이브리드 EPCS-LSP 측정 시스템("하이브리드 시스템")(20)의 개략도이다. 하이브리드 시스템(20)은 커플링 프리즘 조립체(40), EPCS 측정 서브-시스템( "EPCS 서브-시스템")(100), LSP 측정 서브-시스템("LSP 서브-시스템")(200) 및 시스템 제어기(400)를 포함한다. 커플링 프리즘 조립체(40)는 CS 기판(10) 상의 측정 위치(ML)를 규정한다.
EPCS 서브-시스템(100)은 NSWG(18)의 가이드 모드의 모드 스펙트럼으로 구현되는 측정 위치(ML)에서 CS 기판의 제1 응력 특성을 나타내는 EPCS 측정 신호(SA)를 발생시킨다. 제1 응력 특성은 다음 중 하나 이상을 포함한다: 표면 압축 응력 S(0), 총 층의 깊이(DOLT), 층의 스파이크 깊이(DOLsp), 무릎 응력(CSk) 및 복굴절(B).
LSP 서브-시스템(100)은 깊은 영역(R2)을 포함하는 CS 기판으로의 깊이의 함수로서 광학 지연(OR) 정보로 구현되는 측정 위치(ML)에서의 CS 기판의 제2 응력 특성을 나타내는 LSP 측정 신호(SB)를 발생시킨다. 제2 응력 특성은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 응력 프로파일, 압축 깊이(DOC), 및 중심 인장(CT).
하나의 실시예에서, 측정 위치(ML)를 이동하지 않고 제1 및 제2 응력 특성의 EPCS 및 LSP 측정이 이루어진다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 응력 특성의 EPCS 및 LSP 측정은 EPCS 및 LSP 측정이 커플링 프리즘 조립체의 구성에 의해 규정된 측정 위치에서 기판의 약간 이격된 부분 위치가 아니라 기판 상의 동일한 위치에서 이루어지도록 커플링 프리즘 조립체(40)를 병진시킴으로써 이루어진다.
하나의 실시예에서, 제1 및 제2 응력 특성의 EPCS 및 LSP 측정은 측정 위치(ML)로부터 커플링 프리즘 조립체(40) 또는 CS 기판(10)을 제거하지 않고 이루어진다. 이는 EPCS 및 LSP 측정 모두가 CS 기판을 제거하거나 다른 측정 시스템으로 가져오기 위해 CS 기판을 처리할 필요 없이 단일 시스템에서 이루어질 수 있다는 점에서 종래 기술에 비해 이점을 나타낸다.
EPCS 및 LSP 측정 신호 SA 및 SB는 처리를 위해 시스템 제어기(400)로 보내진다. 시스템 제어기(400)는 예를 들어 마이크로-제어기, 컴퓨터, 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC) 등을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시스템 제어기(400)는 EPCS 및 LSP 측정 신호 SA 및 SB에 기초하여 하이브리드 시스템(20)의 동작을 제어하고 CS 기판(10)의 제1 및 제2 응력 특성을 결정하도록 계산을 수행하기 위해 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 소프트웨어)에서 구현되는 명령을 통해 구성된다.
하나의 실시예에서, 시스템 제어기(400)는 CS 기판(10)의 상단 표면(12)으로부터 깊은 영역(R2)의 적어도 하단으로 응력 프로파일 및 관련 응력 특성을 규정하기 위해 EPCS 및 LSP 측정 신호 SA 및 SB를 처리한다. 다시 말해서, 시스템 제어기는 EPCS 서브-시스템(100)과 LSP 서브-시스템(200)에서 얻은 제1 및 제2 응력 특성을 결합하여 측정 서브-시스템들 중 단지 하나로 가능한 것보다 CS 기판의 더 완전하거나 "전체의" 응력 프로파일을 발생한다.
커플링 프리즘 조립체(40)는 프리즘 지지 구조체(46)에 의해 작동 가능하게 지지되는 EPCS 커플링 프리즘(42A) 및 LSP 커플링 프리즘(42B)을 포함한다. 커플링 프리즘 조립체(40)는 CS 기판(10)의 상단 표면(12) 상에 또는 근접하여 작동 가능하게 배치된다. 아래에 논의된 실시예에서, EPCS 커플링 프리즘(42A) 및 LSP 커플링 프리즘(42B)은 별개의 커플링 프리즘 또는 단일 (공통) 커플링 프리즘의 다른 섹션일 수 있다.
계속해서 도 2a를 참조하면, 하이브리드 시스템(20)은 치수(L1 및 L2)를 갖는 실시예의 하우징(21)을 포함한다. 실시예의 치수(L1 및 L2)는 하이브리드 시스템(20)의 상대적으로 컴팩트한 구현예에 대해 8인치 내지 12인치 범위에 있다.
EPCS 서브-시스템(100)은 EPCS 커플링 프리즘(42A)을 통해 광학적으로 결합된 EPCS 광원 시스템(110) 및 EPCS 감지기 시스템(140)을 포함한다. LSP 서브-시스템(200)은 LSP 커플링 프리즘(42B)을 통해 광학 보상기(230)에 광학적으로 결합된 LSP 광원 시스템(210), 광학 보상기(230) 및 LSP 감지기 시스템(240)을 포함한다. 감지기 시스템(140, 240)은 시스템 제어기(400)에 작동 가능하게 연결된다. EPCS 서브-시스템(100)의 실시예는 미국 특허 제9,534,981호 및 미국 특허 제9,696,207호에 기술되어 있으며, 이들은 본원에 참조로 포함된다. LSP 서브-시스템(100)의 실시예는 미국 특허 제4,655,589호 및 미국 가출원 제62/753,388호에 기술되어 있으며, 이들은 여기에 참조로 포함된다.
도 2b는 도 2a의 하이브리드 EPCS-LSP 시스템의 보다 상세한 개략도이며, EPCS 측정 서브-시스템(100) 및 LSP 측정 서브-시스템(200)에 대한 실시예의 구성을 나타낸다. 도 3a는 실시예의 EPCS 서브-시스템(100)의 개략도이다. 도 4a 내지 도 4c는 실시예의 LSP 서브-시스템(200)의 개략도이다.
EPCS 서브-시스템
도 2b 및 도 3a를 참조하면, EPCS 서브-시스템(100)의 EPCS 광원 시스템(110)은 제1 축(A1)을 따라 제1 파장(λA)에서 EPCS 광 빔(116)을 발생시키는 EPCS 광원(112)을 포함한다. 제1 파장(λA)은 또한 EPCS 파장이라고도 할 수 있다.
EPCS 광원 시스템(110)은 또한 제1 광학 축(A1)을 따라: 선택적 편광기(118), EPCS 광원(112)의 하류에 존재하는 광 확산기(122), 및 광 확산기의 하류에 존재하는 초점 렌즈(120)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 광원은 발광 다이오드(LED)를 포함하고, 추가로 하나의 실시예에서 LED는 365nm 의 EPCS 측정 파장(λA)에서 작동한다. EPCS 감지기 시스템(140)은 제2 축(A2)을 따라 존재하고 제2 축을 따라: 초점 렌즈(142), 파장(λA)에 중심을 둔 대역-통과 필터(144), 감쇠기(146), TM-TE 편광기(148)(이는 TM 및 TE 섹션을 가짐, 미도시) 및 TM-TE 편광기(148)에 의해 규정된 TM 및 TE 섹션(미도시)을 갖는 디지털 감지기(예컨대, 디지털 카메라, 이미지 센서, CCD 어레이 등)(150)를 순서대로 포함한다.
EPCS 광원(112)으로부터의 EPCS 광 빔(116)은 광 확산기(120)에 의해 확산되고 초점 렌즈(120)에 의해 초점이 맞춰져, 초점 맞춰진 EPCS 광 빔(116F)을 형성한다. 초점 맞춰진 EPCS 광 빔(116F)은 입력 표면(43A)에서 EPCS 커플링 프리즘(42A)에 입사된다. 이는 CS 기판의 상단 표면(12)과 EPCS 커플링 프리즘(42A)의 하단 또는 "결합" 표면(45A)에 의해 규정된 제1 (EPCS) 커플링 인터페이스(INT1)에서 EPCS 초점 맞춰진 광 빔을 NSWG(18)로 결합시킨다. 제1 커플링 인터페이스(INT1)는 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 지수-매칭 유체(5A)를 포함할 수 있다.
반사된 EPCS 광 빔(116R)은 제1 EPCS 커플링 인터페이스(INT1)에서 초점 맞춰진 EPCS 광 빔(116F)으로부터 형성되고 제2 축(A2)을 따라 이동하기 위해 EPCS 커플링 프리즘(42A)의 출력 표면(44A)을 빠져나간다. 제1 및 제2 축(A1, A2)은 공통 평면(예컨대, 도 3a의 x-z 평면)에 존재한다. 반사된 EPCS 광 빔(116R)은 NSWG(18)의 가이드 모드의 모드 스펙트럼에 대한 정보를 포함한다. 반사된 EPCS 광 빔(116R)은 EPCS 감지기 시스템(140)의 초점 렌즈(142)에 의해 초점이 맞춰져 EPCS 디지털 감지기(150)에서 가이드 광의 모드 스펙트럼의 이미지를 형성한다.
대역 통과 필터(144)는 반사된 EPCS 광 빔(116R)만이 디지털 감지기(150)를 통과하도록 보장한다. 감쇠기(146)는 감지된 반사된 EPSC 광 빔(116R)이 효율적인 디지털 감지를 위한 적절한 강도 분포를 갖도록 보장한다. TM-TE 편광기(148)는 TM 및 TE 모드 스펙트럼이 디지털 감지기(150)에 의해 캡처될 수 있도록 디지털 감지기에 대한 TM 및 TE 섹션을 규정한다. TM 및 TE 모드 스펙트럼은 처리를 위해 시스템 제어기(400)로 보내지는 제1 감지기 신호(SA)에서 구현된다. 대역 통과 필터(144), 감쇠기(146) 및 초점 렌즈(142)의 순서는 중요하지 않으며, 이 지점을 예시하기 위해 도 2b 및 3a 사이에 차이가 있다는 것을 의도적으로 나타낸다.
도 3b는 디지털 감지기(150)에 의해 캡처된 이상적인 모드 스펙트럼(160)의 개략도이다. 로컬(x,y) 직교 좌표는 참조용으로 나타낸다. 모드 스펙트럼(160)은 TM 및 TE 가이드 모드와 각각 관련된 TM 및 TE 전반사(TIR, total-internal-reflection) 섹션(161TM 및 161TE), 및 TM 및 TE 방사 모드 및 누출 모드와 각각 관련된 비-TIR 섹션(162TM 및 TE)을 갖는다. TIR 섹션(161TM)은 하나 이상의 TM 모드 라인 또는 TM "프린지"(163TM)를 포함하는 반면, TIR 섹션(161TE)은 하나 이상의 TE 모드 라인 또는 TE "프린지"(163TE)를 포함한다. TM 및 TE 모드 라인(163TM, 163TE)은 일반적으로 x 방향으로 정렬되고 y 방향으로 이격된다.
TIR 섹션(161TM, 161TE)과 비-TIR 섹션(162TM, 162TE) 사이의 전이 영역("전이(transitions)")(166TM 및 166TE)은 TM 및 TE 편광된 광에 대한 CS 기판(10)의 NSWG(18) 안팎으로의 광학 결합을 위한 임계각을 규정하고 임계각 전이로서 나타낸다. 임계각 전이(166TE, 166TM)의 시작 위치의 차이는 무릎 응력(CSk)에 비례하고 이는 도 3b의 "~CSk"로 표시된 비례이다.
TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)은 EPCS 서브-시스템(100)의 구성에 따라, 밝은 라인 또는 어두운 라인일 수 있다. 도 3b에서, TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)은 예시의 편의를 위해 어두운 라인으로 나타낸다.
EPCS 측정을 위한 응력 특성은 모드 스펙트럼(160)에서 TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)의 y 위치의 차이를 기반으로 계산된다. 복굴절(B)은 TM 및 TE 편광의 유효 지수(effective indices) 사이의 차이이며, 여기서 유효 지수는 모드 라인의 y 위치로 표시된다. 표면 압축 응력 S(0) = CS는 모드 라인(유효 지수)과 B/SOC 비율 사이의 y 거리로 계산되며, 여기서 SOC는 응력 광학 계수이다. 적어도 두 개의 TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)이 표면 응력 S(0)을 계산하는 데 필요하다. 추가 모드 라인이 압축 응력 프로파일 S(z)를 계산하는 데 필요하다. 층의 깊이(DOLT)는 CS 기판(10)의 바디(11)로의 응력 침투 또는 이온 침투 길이의 척도이며, IOX 공정의 경우, y-위치 및 모드 라인(163TM, 163TE)의 수에 의해 계산될 수도 있다. 따라서 y 축을 따른 TM 및 TE 모드 라인 위치는 CS 기판(10)의 응력 관련 특성을 추론하기 위한 가장 기본적인 측정이다. EPCS 서브-시스템(100)을 사용한 EPCS 측정에 기초한 CS 기판(10)의 응력 특성을 결정하기 위한 계산은 시스템 제어기(400)에서 수행된다.
LSP 서브-시스템
이제 도 2b 및 도 4a 내지 4c를 참조하면, LSP 서브-시스템(200)의 LSP 광원 시스템(210)은 제3 축(A3)을 따라 파장(λB)의 LSP 광 빔(216)을 발생시키는 LSP 광원(212)을 포함한다. 하나의 실시예에서, LSP 광원(212)은 제2 파장 λB = 415nm에서 동작하는 레이저 다이오드로 구성된다. 제2 파장(λB)은 LSP 파장이라고도 나타낼 수 있다.
LSP 광원 시스템(210)은 제3 축(A3)을 따라 순서대로: 선택적인 중성 밀도 필터(218)(도 2b 및 4a에 도시됨), 제1 초점 렌즈(220), 이동식 광 확산기(222), 및 제2 초점 렌즈(224)를 포함한다. 이동식 광 확산기(222)는 파장(λB)에서 광 확산을 수행하도록 구성된 홀로그래픽(holographic) 요소를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이동식 광 확산기는 회전 광 확산기 또는 진동 광 확산기(oscillating light diffuser)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 접힘 거울(FM)이 LSP 서브-시스템(200)을 더 컴팩트하게 만들기 위해 LSP 서브-시스템(200)을 접기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 중성 밀도 필터(218)는 PBS에서 더 많거나 더 적은 회전이 있을 수 있도록 편광의 지배 축을 제어할 반파장 플레이트로 대체될 수 있다.
광학 보상기(230)는 (접힌) 제3 축(A3)을 따라 존재하고 편광 빔 스플리터(PBS, polarizing beam splitter)의 형태일 수 있는 편광기(232)를 포함한다. 광학 보상기(230)는 반 파장 플레이트(234H) 및 1/4 파장 플레이트(234Q)를 포함하며, 파장 플레이트 중 하나는 LSP 광 빔(216)의 편광 상태를 변경하기 위해 다른 하나에 대해 회전될 수 있다. 하나의 실시예에서, 광학 보상기(230)는 액정 기반 변조기 또는 강유전성(ferroelectric) 액정-기반 변조기 또는 이와 유사한 변조기와 같은 전자적으로 제어되는 편광 변조기를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 광학 보상기(230)는 광학 보상기에 의해 수행되는 편광 스위칭 동작(polarization switching operation)을 제어하는 제어기(미도시)에 작동 가능하게 연결되거나 그렇지 않으면 이를 포함한다. 하나의 실시예에서, 광학 보상기(230)는 단일 액정 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 보상기(230)는 편광기, 파장 플레이트, 필터, 프리즘(예컨대, 웨지 프리즘) 등과 같은 여러 요소를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 광학 보상기(230)는 LSP이 광 빔(216)이 1초 미만에서 10초 사이의 전체 편광 사이클을 통과하게(즉, 둘 이상의 선택 편광들 사이의 변경) 한다. 하나의 실시예에서, 광학 보상기(240)는 시스템 제어기(400)에 작동 가능하게 연결되고 시스템 제어기(400)에 의해 제어될 수 있다.
제3 초점 렌즈(236)는 광학 보상기(230)의 하류에 존재하고 LSP 커플링 프리즘(42B)으로 지향되는 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)을 형성하는 데 사용된다. LSP 커플링 프리즘은 각각의 입력 및 출력 표면(43B, 44B)과 바닥 또는 "결합" 표면(45B)을 갖는다. CS 기판(10)의 커플링 표면(45B) 및 상단 표면(12)은 제2 (LSP) 커플링 인터페이스(IF2)를 규정한다. 하나의 실시예에서, 제2 커플링 인터페이스(INT2)는 아래에서 논의되는 바와 같이 지수-매칭 유체(5B)를 포함한다.
LSP 감지기 시스템(240)은 제3 축(A3)에 직교하는 제4 축(A4)을 따라 존재하며, 즉, 제4 축(A4)은 YZ 평면에 위치한다.
하나의 실시예에서, LSP 감지기 시스템(240)은 수집 광학 시스템(243) 및 디지털 감지기(예컨대, CCD 카메라)(246)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 수집 광학 시스템(243)은 텔레센트릭(telecentric)이고 단위 배율(unit magnification)을 갖는다. LSP 감지기 시스템(240)은 또한 제2 파장(λB)에 중심을 둔 대역 통과 필터(344)를 포함할 수 있다. 도 4c에 나타낸 실시예에서, 디지털 감지기(246)는 이미징 픽셀(247)의 어레이(array of imaging pixels)를 포함하고, 이는 하나의 실시예에서 1.1 미크론과 10 미크론 사이, 또는 1.8 미크론과 10 미크론 사이의 치수를 가질 수 있다.
LSP 서브-시스템(200)의 작동에서, 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)은 LSP 커플링 프리즘(42B)의 입력 표면(43B)에 입사되고 커플링 표면(45B)으로 이동한 이후 지수-매칭 유체(5B)를 통과해 CS 기판(10)의 상단 표면(12)으로 이동하여 CS 기판의 바디(11)에 들어간다. 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)은 광학 보상기(230)에 의해 규정된 바와 같이 임의의 주어진 시간에서 선택 편광을 갖는다. (편광된) 입력 LSP 광 빔(216F)은 CS 기판(10)의 바디(11)의 피처(features)에 의해 산란되어 산란된 LSP 광 빔(216S)를 형성한다. 산란된 LSP 광 빔(216S)은 상단 표면(12)에서 CS 기판(10)을 빠져나가고, 제2 커플링 인터페이스(INT2)를 다시 통과한 다음 출력 표면(44B)에서 LSP 커플링 프리즘(42B)을 빠져나간다. 산란된 LSP 광 빔(216S)은 LSP 감지기 시스템(240)으로 이동하고 수집 광학 시스템(243)에 의해 디지털 감지기(246)로 지향된다. 도 4d의 확대도에 나타낸 바와 같이, 산란된 LSP 광 빔(216S)은 디지털 감지기(246) 상에 LSP 이미지(248)를 형성한다. 이는 디지털 LSP 이미지를 규정한다. 아래에서 논의되는 LSP 이미지(248)는 달리 언급되지 않는 한 디지털 LSP 이미지로 간주된다. LSP 이미지(248)의 특징적인 "X" 형상은 LSP 기술 분야에 알려져 있으며 CS 기판(10), LSP 커플링 프리즘(242B) 및 지수-매칭 유체(5B)에 의해 규정된 바와 같이 LSP 인터페이스(INT2)와 연관된 다른 인터페이스로부터 산란된 광 빔(216S)의 반사로 인한 것이다.
도 4d에 나타낸 바와 같이, LSP 이미지(248)의 X 형상은 각각 그 길이를 따라 로컬 길이 좌표(xL)를 갖는 2개의 십자 라인 이미지(LI)에 의해 규정된다. 각각의 라인 이미지(LI)는 라인 이미지와 일치하는 픽셀(247)에 의해 측정되는 강도 분포 I(xL)를 갖는다. 디지털 감지기는 강도 분포 I(xL)를, 시스템 제어기(400)로 전송되는 제2 감지기 신호(SB)로 변환한다. 라인 이미지(LI) 중 하나만이 측정을 수행하기 위해 필요하다. 하나의 실시예에서, 이미지 처리는 아래에 설명된 바와 같이 광학 지연 정보를 추출하기 위한 후속 처리를 사용하기 위해 LSP 이미지(248)의 일부를 식별하는 데 사용된다.
하나의 실시예에서, LSP 서브-시스템(200)을 사용하는 CS 기판(10)의 주어진 측정은 1초와 10초 사이의 측정 시간(tM) 동안 측정하는 것을 포함한다. 측정 시간(tM)동안, LSP 광 빔(216)의 편광 상태는 다른 편광 상태들 사이에서 변하며, 바람직하게는 편광 상태를 통해 하나 이상의 사이클을 만든다. 한편, 각각의 편광 상태에 대해, 디지털 감지기(246)는 노출 시간(tE) 동안 LSP 이미지(248)를 캡처한다. 하나의 실시예에서, 노출 시간(tE)은 디지털 감지기(246)의 프레임 레이트(FR)와 거의 동일하다. 실시예의 노출 시간 tE = 50ms이며, 이는 초당 프레임 레이트 FR = 20프레임에 상응한다. 노출 시간(tE)은 프레임 속도보다 작을 수도 있다.
전자적으로 캡처된 LSP 이미지(248)는 입력 LSP 광 빔(216R)의 편광 상태 및 빔 경로를 따라 발생하는 응력 유도 광학 지연에 따라 강도 분포 I(xL)가 다르다. 이 차이는 다른 편광 상태들 사이에서 CS 기판(10)으로의 깊이(D)의 함수로서 산란된 LSP 광 빔(216S)의 길이를 따른 상쇄 및 보강 간섭의 차이로 인한 것이다. 다른 편광 상태에 대한 다중 강도 분포 I(xL) 사이의 차이는 시스템 제어기(400)에 의해 사용되어 당업계에 잘 알려진 관계를 사용하여 CS 기판 바디(11)로의 깊이(D)의 함수로서 광학 지연(OR)을 계산한다. 마찬가지로, 다중 광학 지연 곡선(OR) 대 깊이(D)("OR 대 D 플롯")는 강도 분포 I(xL)의 차이를 사용하여 계산된다. 예를 들어, 이미지 센서 프레임 속도 FR이 20 프레임/초인 3초 측정 시간(tM)에 대해 I(xL) 대 D의 총 60개 플롯이 발생되어 OR 대 D를 계산하고 CS 기판(10)의 하나 이상의 응력 관련 특성을 계산하는 데 사용된다.
LSP 이미지(248)에 대한 강도 분포 I(xL)은 CS 기판(10)에 응력이 존재할 때 입력 광 빔(112)의 편광 상태 사이에서 필연적으로 다르지만, 측정된 강도 분포로부터 계산된 OR 대 D 곡선(플롯) 차이는 응력 프로파일이 (이상적으로) 일정한 CS 기판에 대해 주어진 측정 위치에서 주어진 CS 기판에 대해 이상적으로 동일해야 한다.
LSP 측정 기술은 응력 프로파일 S(Z)를 발생시킬 수 있지만, 일반적으로 CS 기판(10)의 표면-근접 영역에서 응력 프로파일의 정확한 표현을 생성하지 않는다. LSP 서브시스템(200)으로부터 LSP 측정을 사용하여 CS 기판(10)에 대한 표면-근접 응력 프로파일의 정확한 특성화를 추출하기 위한 도전을 제시하는 적어도 두 가지 문제적 효과가 있다. 한 가지 문제적 효과는 LSP 인터페이스(INT2)에서 과도한 광 산란으로 인해 발생하는 "파이어볼(fireball)" 효과로 나타내는 것이다. 과도한 광 산란은 노이즈를 발생하고, 이는 하나의 실시예에서 CS 기판(10)의 상단 표면(12) 아래의 처음 60 미크론 내지 100 미크론인 표면-근접 영역에 대한 LSP 측정 데이터를 손상시킨다.
다른 문제적 효과는 서로 다른 깊이에서 산란된 광자가 특정 깊이에 상응하는 신호로의 콘볼루션(convolution)에 의해 야기된다. 이 콘볼루션은, 보통 표면-근접 압축 영역, 가장 자주 처음 80 미크론, 100 미크론 또는 150 미크론이지만 때로는 200 미크론만큼 높은 영역에 있는, 응력이 빠르게 변하는 영역에서 신호를 크게 변경한다. 빠른 변화 영역은 Li-기반 유리의 더 두꺼운 두께에 대해 더 두껍다.
일부 선행 기술 LSP 시스템은 빔 직경이 10미크론만큼 작은 CS 기판 표면 근처에 매우 초점 맞춰진 빔을 사용하여 이러한 콘볼루션 효과를 감소시키려고 시도한다. 불행히도, 이는 다른 문제, 예컨대 동일한 깊이 영역에서의 증가된 레이저 노이즈(예컨대, 스펙클)과 같은 문제를 야기하며, 표면-근접 영역에서 추출된 응력 프로파일이 신뢰성이 훨씬 떨어지게 만든다.
커플링 프리즘 조립체
하이브리드 시스템(20)은 CS 기판(10)의 EPCS 측정 및 LSP 측정을 할 때 EPCS 서브-시스템(100)과 LSP 서브-시스템(200)을 위한 프리즘 커플링을 제공하기 위해 EPCS 커플링 프리즘(42A) 및 LSP 커플링 프리즘(42B)을 작동 가능하게 지지하는 전술한 커플링 프리즘 조립체(40)를 활용한다.
도 5a는 실시예의 지지 프레임(48)을 나타내는 실시예의 커플링 프리즘 조립체(40)의 상단 부분의 사시도이다. 도 5b는 도 5a와 유사한 사시도이이며 커버 플레이트(60)를 추가로 포함한다. 실시예의 지지 프레임(48)은 또한 EPCS 및 LSP 결합 프리즘(42A, 42B)을 광학적으로 격리하도록 구성된 EPCS 프레임 섹션(48A)과 LSP 프레임 섹션(48B) 사이에 배치된 격리 부재(50)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 격리 부재(50)는 또한 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A 및 42B)과 함께 각각 사용되는 지수-매칭 유체(5A, 5B)의 혼합을 방지한다. 다른 실시예에서, 격리 부재(50)는 단일 지수-매칭 유체가 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B) 모두와 함께 사용될 수 있게 하며, 즉, 단일 지수-매칭 유체는 두 개의 다른 프리즘에 의해 규정된 제1 및 제2 인터페이스(INT1 및 INT2) 사이에서 흐를 수 있다. 하나의 실시예에서, 격리 부재(50)는 지지 프레임(48)과 별개의 부분이고 그에 부착된다. 다른 실시예에서, 격리 부재(50)는 지지 프레임(48)의 일부이며, 즉, 지지 프레임의 형성 동안 그와 일체로 형성된다.
하나의 실시예에서, EPCS 및 LSP 프레임 섹션(48B) 및 격리 부재(50)는 고정 부재(미도시)를 사용하여 프레임 섹션에 커버 플레이트(60)를 고정할 수 있게 하는 장착 홀(53)을 포함하는 고정 탭(52, securing tabs)을 포함한다. 커버 플레이트(60)는 EPCS 커플링 프리즘(42A)의 커플링 표면(45A)을 수용하는 크기의 제1 구멍(62A) 및 LSP 커플링 프리즘(42B)의 커플링 표면(45B)을 수용하는 크기의 제2 구멍(62B)을 포함한다.
도 6a 및 6b는 EPCS 및 LSP 프레임 섹션(48A, 48B)이 수지 몰드 공정을 사용하여 형성되는 실시예의 방법을 예시한다. 이 공정은 EPCS와 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)의 정밀한 정렬을 제공한다. 하나의 실시예에서, 몰딩 공정은 안정 플랫폼(75)에서 제자리에 있는 실시예의 EPCS 및 LSP 프리즘(42A, 42B)으로 수행된다. 이 공정은 아래에서 더 자세히 논의된다.
도 7은 고정 탭 (52)과 장착 홀(53)을 관통하는 나사 등의 고정 부재(54)를 사용하여 하이브리드 시스템 (20)의 실시예의 지지 플레넘(70)에 부착된 실시예의 프리즘 지지 구조체(46)의 X-Z 단면도이다. 지지 플레넘(70)은 상단 표면(71) 및 측정 구멍(72)을 갖는다. 상단 표면(71)은 측정 구멍(72)에서 예시적인 측정 평면(MP)을 규정한다. 프리즘 지지 구조(46)는 EPCS 및 LSP 결합 프리즘이 측정 구멍(72)에 존재하도록 지지 플레넘(70)에 의해 지지된다.하나의 실시예에서, EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)의 EPCS 및 LSP 커플링 표면(45A, 45B)은 측정 평면(MP)에 또는 실질적으로 측정 평면에 존재한다.
하나의 실시예에서, CS 기판(10)은 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)이 CS 기판의 상단 표면(12)과 인터페이스되어 측정 평면(MP)에서 또는 실질적으로 측정 평면(MP)에서 제1 및 제2 커플링 인터페이스(INT1 및 INT2)를 설정하도록 측정 구멍(72) 위에 CS 기판을 유지하는 이동식 기판 홀더(80)에 의해 작동 가능하게 지지된다. 하나의 실시예에서, 이동식 기판 홀더(80)는 롤러, 휠, 슬라이더, 베어링 등의 운반 요소(73)를 사용하여 지지 플레넘(70)의 상단 표면(71) 위에서 이송된다. 하나의 실시예에서, CS 기판(10)은 CS 기판의 상단 표면(12)의 외측(주변) 부분을 지지하는 내부 립(82, lip)에서 이동식 기판 홀더(80)에 의해 지지된다. 하나의 실시예에서, 내부 립(82)의 평면은 실시예의 측정 평면(MP)을 규정한다. 따라서, 도 7은 측정 평면(MP)의 두 개의 다른 실시예의 위치를 나타낸다.
도 8a는 지지 플레넘(70)이 압력-진공(PV) 도관 또는 PV 요소(90)(예컨대, PV 바)를 포함하는 플레이트의 형태인 실시예를 예시하는 사시도로서, 이는 CS 기판을 진공(음압)을 통해 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A 및 42B)의 커플링 표면(45A 및 45B)으로 당기고 이후 압력(양압)을 통해 프리즘으로부터 CS 기판을 해제하기 위해 CS 기판(10)과 공압으로 맞물리는 데 사용된다. 도 8b는 PV 소자(PV 바)(90) 및 진공 소스(92)를 포함하는 실시예의 진공 시스템(91)을 나타내는 도 8a의 구성의 지지 플레넘 및 측정 구멍의 단면도이다.
이동식 기판 홀더(80)의 내부 립(82)은 진공 시스템(91)을 통해 CS 기판에 진공이 적용될 때 CS 기판(10)의 수직 이동을 제한하기 위한 정지 부재를 규정한다는 점에 유의한다.
단일 지수-매칭 유체를 사용하는 하이브리드 시스템
도 6d에 나타낸 바와 같은 하이브리드 시스템(20)의 실시예의 구현예는 EPCS 및 LSP 서브-시스템(100, 200) 모두에 대해 굴절율(nf)의 단일 지수-매칭 유체(5)를 이용한다. 이것은 단일 지수-매칭 유체(5)가 적어도 다음과 같은 이유로 동시에 두 서브-시스템에서 좋은 측정 결과를 생성할 수 없는 것으로 통상적으로 고려될 것이기 때문에 직관적이지 않은 접근 방식이다.
지수-매칭 유체가 EPCS 측정 고려 사항에 기초하여 선택되는 경우, 지수-매칭 유체는 광을 가이드 모드로 연결하는 것을 용이하게 하고 캡처된 TM 및 TE 모드 스펙트럼에서 좋은 프린지 대비(fringe contrast)를 얻기 위해 CS 기판의 표면 굴절률(nS)보다 실질적으로 더 높은(예컨대, 0.1 이상만큼) 굴절률(nf)을 갖는다.
한편, 지수-메칭 유체(5)의 굴절률과 CS 기판(10)의 표면(12) 사이의 굴절율 대비(차이)(ΔN)의 이러한 수준은 표면의 미세-거칠기와 관련된 지수 미스메치(mismach)에서의 빔 편향으로부터 커플링 인터페이스(INT2)에서 충분한 표면 산란을 야기한다. 이는 CS 기판에서 산란된 광을 수신하고 처리하는 것을 기반으로 하는 적당한 깊이에서 지연 및 응력 측정의 정확한 추출에 문제가 있다. 높은 각도의 표면 산란은 "파이어볼", 예컨대, 디지털 감지기(CCD 카메라)(246)의 픽셀(247)이 광자로 포화되는(saturated) 산란된 광 빔의 이미지 상의 큰 밝은 점을 생성한다. 이로 인해 상당한 양의 응력 관련 정보가 손실된다. 잘 연마된 표면 또는 깨끗한 표면(예컨대 퓨전 인발로 형성된 표면)은 산란이 적은 경향이 있다.
지수-매칭 유체(nf)가 낮은 표면 산란을 보장하기 위해 CS 기판(10)의 표면 굴절률(nS)과 대략적으로 매칭되면(예컨대, 유사하거나, 약간 높거나, 약간 더 낮음), 모드 스펙트럼(160)의 프린지 대비는 보통 표면 근처, 예컨대, IOX 공정에 의해 생성된 K2O 농도의 얕은 집중 스파이크에 의해 야기되는 스파이크 영역(R1)(도 1b 참고)에서 급격한 변화가 있는 경우 좋지 않다. 더욱이, TM 및 TE 프린지(163TM 및 163TE)의 위치와 대비는 지수-매칭 유체의 두께에 따른다. 이러한 두 가지 효과는 EPCS 서브-시스템(100)을 사용하여 표면 CS 및 스파이크 DOL을 정확하게 측정하는 것을 매우 어렵게 만든다.
지수-매칭 유체(5)가 CS 기판(10)의 기판(벌크) 굴절률(nB)보다 낮은 굴절률(nf)를 갖도록 선택되면(이는 또한 일반적으로 표면 굴절률보다 낮음을 의미함), 이때 지수-매칭 유체의 두께는 표면 CS 측정을 위해 NSWG(18)의 표면-근접 부분(스파이크 영역(R1))의 도파관 모드로의 광 커플링을 가능하게 하기 위해 매우 작아야 한다(예컨대, 0.4 마이크론 미만). 또한 표면 스파이크 영역(R1)과 벌크 영역(R3) 사이의 깊은 영역(R2)에서 이동하는 광을 커플링하기 위한 임계각을 측정하기 위해 얇은 두께가 필요하다. 이것은 작은 입자 오염 문제로 인해 생산 환경에서 일관되게 달성하기 어렵다. 이러한 문제는 이중 IOX Li-함유 유리 및 유리 세라믹에 대한 표면 굴절률 스파이크 영역(R1)의 바닥에서 표면(압축) 응력 S(0) 및 "무릎 응력(Sk)"을 정확하게 측정하는 데 문제를 일으킨다.
EPCS 및 LSP 측정 모두에 대한 단일 지수-매칭 오일(5)은 CS 기판(10)의 스파이크 영역(R1)이 정규화된 기울기 Sn = |(λ/n)dn(z)/dz|< 0.0005, 또는 더 바람직하게는 Sn < 0.0004(여기서 λ는 측정 파장이고 n(z) 는 측정 파장에서 CS 기판(10)의 굴절률)를 갖는 선택 조건하에서 사용될 수 있음이 밝혀졌다.
하나의 구현예에서, 0.02 내지 0.06의 범위의 Δn = nf - nS 만큼 CS 기판(10) 유리의 표면 굴절률(nS)보다 더 높은(더 큰) 굴절률(nf)을 가진 지수-매칭 유체(5)는 EPCS 및 LSP 측정 모두에 대한 결과인 적절한 측정을 생성하는 것으로 밝혀졌다. Sn < 0.0004일 때, Δn은 위에서 언급한 범위, 예컨대, 0.05 내지 0.06의 상한에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 관점에서, EPCS 측정을 위한 측정 파장(λA)은 전술한 조건들을 보다 용이하게 만족시키기 위해 정규화된 기울기(Sn)를 감소시키기 위해 감소된다. 하나의 실시예에서, EPCS 측정의 측정 파장(λA)은 LSP 측정의 측정 파장(λB)보다 5% 이상 짧아, 더 작은 정규화 기울기(Sn)를 달성하는 데 도움이 된다. 하나의 실시예에서, 하나 이상의 광 블록(도시되지 않음)은 더 높은 유효 지수에 상응하는 더 큰 입사각으로 전파하는 광선을 우선적으로 차단하기 위해 EPCS 서브-시스템(100)의 빔 경로 상에 선택적으로 위치될 수 있다. 이것은 NSWG(18)의 표면-근접 스파이크 영역(R1)에 대한 가이드 모드의 캡처된 TM 및 TE 프린지의 대비를 향상시킨다.
다른 구현예에서, 표면 스파이크 영역(R1)은 정규화된 기울기 Sn > 0.0005를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 지수-매칭 유체는 EPCS 측정 파장(λB)에서 무릎(KN)의 z 위치, 즉, 스파이크 영역(R1)의 바닥에서 유효 굴절률에 매우 가까운 굴절률(nf)을 갖도록 선택될 수 있다. 이 경우, nf
Figure pct00011
ncrit이며, 여기서 ncrit는 스파이크 영역의 임계각, 즉 광이 스파이크 영역(R1) 내에서 가이드 파로 이동하지 않는 각도와 관련된 굴절률이다.
많은 실제적인 관심의 경우, 표면 스파이크 영역(R1)의 바닥에 상응하는 위치에서 TM과 TE 가이드 파(guided wave) 사이의 유효 지수 차이는 상대적으로 작다. 예를 들어, 실제 관심이 있는 대부분의 경우 차이는 0.0006 RIU(굴절률 단위) 미만이고, 가장 자주 0.00015에서 0.0005 RIU 사이이다. 하나의 실시예에서,
Figure pct00012
이다.
일부 실시예에서,
Figure pct00013
및/또는
Figure pct00014
를 의미하는 n f
Figure pct00015
n crit 를 명시하는 것이 적절하다. 더 구체적으로 말하면, nf는 TM 및 TE 임계 지수 중 작은 것보다 실질적으로 작지 않으며, TM 및 TE 임계 지수 중 가장 큰 것보다 크게 크지도 않다. 따라서, 하나의 실시예에서(그리고 위를 수학적으로 표현하기 위해):
Figure pct00016
이다.
바로 위 수식의 상한은 지수-매칭 유체가 없을 때 nf를 그 프린지의 유효 지수보다 크게 만들어 스파이크 영역(R1)과 관련된 프린지를 누락할 가능성을 줄이도록 규정된다. 따라서, 표면 스파이크 영역(R1)의 깊이(하나의 실시예에서 칼륨 IOX 공정에 의해 규정된)의 정확한 계산을 위해 모든 모드에 대한 적절한 계산을 할 수 있도록, nf는 TM 및 TE 임계 지수(
Figure pct00017
) 중 더 큰 것보다 크게 크지 않지만, 두 임계 지수들 중 작은 것보다 이상적으로는 크게 크지 않은 것이 바람직하다.
하나의 구현예에서, 스파이크 영역(R1)과 관련된 TM 및 TE 모드 스펙트럼의 모드 프린지는 특정 편광 상태(TM 또는 TE)에서 마지막 프린지의 유효 지수와 해당 임계 지수(
Figure pct00018
또는
Figure pct00019
) 사이에 상당한 유효 지수 차이가 있을 때 유효 지수 공간에서, 예컨대, 0.0015 RIU 이상 또는 바람직하게는 0.002 RIU 이상 또는 훨씬 더 바람직하게는 0.0025 RIU 이상만큼 이격되어 있다. 이 구현예에서, 지수-매칭 유체 굴절률(noil)은 2개의 임계 지수 중 더 높은 것에 더 가깝게 선택될 수 있고, 가능하게는 다음 중 더 큰 것보다 더 높을 수 있다:
Figure pct00020
또는
Figure pct00021
유효 지수의 이러한 차이는 임계각의 위치 차이를 측정함으로써 EPCS 서브-시스템(100)을 사용하여 쉽게 설정할 수 있으며, 이는 센서 상에서 밝은 전반사에서 어두운(부분 반사)으로의 강도 전이(166TM 및 166TE), 및/또는 프린지 위치에 해당하며, 기기의 캘리브레이션(RIU당 각도, 또는 RIU당 픽셀, 또는 RIU당 센서 평면 상의 지점 간격)을 고려한다.
보다 일반적인 적용을 갖는 다른 구현예에서, 지수-매칭 유체의 굴절률(noil)은 TM 및 TE 유효 지수 중 더 낮은 값에 더 가깝게 선택된다. 이는 임계 지수에 대해 유효 지수에 가까울 수 있지만, EPCS 커플링 프리즘(42A)의 커플링 표면(45A)과 CS 기판(10)의 상단 표면(12)(예컨대, 몇 파장) 사이에서 상대적인 인접성(close proximity)을 요구할 수 있는 TM 및 TE 프린지의 캡처를 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 이 구현예에서 바람직하게는
Figure pct00022
또는
Figure pct00023
이다.
더욱이, 임계각 전이의 형태에서 상당한 변화를 줄이기 위해 다음과 같이 하는 것이 바람직할 수 있다.
Figure pct00024
또는
Figure pct00025
실제 관심의 일부 경우에, 가장 낮은 유효 지수를 갖는 가이드 모드는 약 0.0002 RIU 내에서 임계 지수의 것에 매우 근접한 유효 지수를 갖는다. 이 경우, 다음 이상으로부터 제한되는 지수-매칭 유체 굴절률에 대한 더 엄격한 요구 사항을 부과하는 것이 이상적일 수 있다.
Figure pct00026
noil이 두 개의 임계 지수 중 적어도 하나보다 작은 경우, 임계 지수 ncrit의 적절한 측정을 위해 높은-대비 전이를 얻는 것은 EPCS 커플링 프리즘(42A)의 커플링 표면(45A)과 CS 기판(10)의 상단 표면(12) 사이의 전술한 인접성(예컨대, 몇몇 파장)을 요구할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 인접성은 PV 소스(92)에 공압으로 연결된 PV 도관(90)을 통해 프리즘을 향해 시편을 끌어당기는 진공 시스템의 사용에 의해 가능하다.
다른 구현예에서, 지수-매칭 유체 굴절률 noil이 표면 압축 응력(CS)을 계산하는 데 사용되는 가이드 광학 모드의 유효 지수와 크게 다르지 않은 경우 표면 압축 응력 S(0) = CS의 계산에서 계통 오차(systematic error)에 대한 보정이 이루어진다. 특히, 이러한 보정은 다음과 같은 경우에 활용하는 것이 바람직할 수 있다.
Figure pct00027
하나의 실시예의 구현예에서, 보정은 예컨대, 바람직한 본 발명의 이중-용도 지수-매칭 유체를 사용하여 측정된 표면 압축 응력(CS)과 1.45 내지 1.55 범위의 벌크 굴절률(nB)을 갖는 CS 기판(10)을 측정하기 위해 사용되는 λA = 590nm에서 noil = 1.72인 오일과 같은 상대적으로 큰 굴절률(noil)을 가진 더 종래의 지수-매칭 유체를 사용하여 측정된 CS의 비교에 의해, 계통 오차를 캘리브레이션함으로써 규정된다.
관련된 구현예에서, 계통 오차는 또한 TM 및 TE 프린지(163TM, 163TE)의 너비에 대해 캘리브레이션될 수 있으며, 이는 너비가 지수-매칭 유체의 두께와 관련될 수 있고 동시에 표면 압축 응력(CS)의 측정에서의 계통 오차의 양과 관련될 수 있기 때문이다. 이는 계통 오차가 또한 CS 기판(10)의 표면 스파이크 영역(R1)의 굴절률 프로파일의 지수 경사(Sn)에 의존함을 유의해야 한다. 이는 상대적으로 좁은 범위에 속하는 표면 굴절률 기울기(Sn)를 갖는 특정 유형의 CS 기판에 대해 계통 오차가 규정될 수 있음을 의미한다. 이러한 좁은 범위는 IOX 공정을 사용하여 강화된 Li-기반 유리를 이용하는 CS 기판에 대해 일반적이다.
두 가지 다른 지수-매칭 유체를 사용하는 하이브리드 시스템
하이브리드 시스템(20)의 실시예의 구현예는 EPCS 및 LSP 서브-시스템(100, 200) 각각에 대해 2개의 다른 지수-매칭 유체(5)(5A 및 5B로 표시됨)를 이용하며, 2개의 다른 지수-매칭 유체(5A, 5B)는 각각의 굴절률(nfA 및 nfB)(또는 noil -A 및 noil -B)을 갖는다.
두 개의 다른 지수-매칭 유체(5A, 5B)를 이용하는 것은 두 지수-매칭 유체가 서로 혼합되지 않도록 분리된 상태를 유지하는 것을 필요로 한다. 도 5a 및 5b와 관련하여 위에서 논의된 하나의 실시예에서, 프리즘 지지 구조(46)는 EPCS 커플링 프리즘(42A)과 LSP 커플링 프리즘(42B) 사이에 배치되어 2개의 지수-매칭 유체(5A, 5B)가 유체 분리된 상태, 즉 서로 유체 격리 상태를 유지하도록 하는 격리 부재(50)를 포함한다.
다른 구현예에서, CS 기판(10)이 하이브리드 시스템(20)에서 측정되는 동안 지수-매칭 유체(5A, 5B)가 다른 것과 상호 작용하지 않는 것을 보장하는 "에어 커튼"(30)(도 2b 참고)을 규정하기 위해, 압축 가스(예컨대, 공기)는 EPCS 커플링 프리즘(42A)과 LSP 커플링 프리즘(42B) 사이의 작은 갭으로 도입된다. 이 분리는 이때 동시에 각각의 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A)에 각각의 지수-매칭 유체(5A 및 5B)의 자동 드리핑(dripping)을 가능하게 하며, 따라서 동시 측정을 하게 한다. 하나의 실시예에서, 에어 커튼(30)은 PV 시스템(91)을 사용하여 형성될 수 있다(예컨대, 도 8b 참조).
혼선(cross-talk)이 감소된 하이브리드 시스템
EPCS 커플링 프리즘(42A)과 LSP 커플링 프리즘(42B)의 근접성을 고려하면, EPCS 서브-시스템(100)과 LSP 서브-시스템(200) 사이의 혼선이 발생할 수 있다. 이러한 혼선은 각 서브-시스템의 응력 측정 정확도를 감소시킬 수 있다. 아래에서 설명하는 혼선을 감소(제거 포함)하기 위한 다양한 구현예는 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, EPCS 서브-시스템(100)을 위한 EPCS 감지기 시스템(140)은 EPCS 측정 파장(λA)에 중심을 둔 전술한 대역 통과 필터(144)를 포함한다. 한편, LSP 서브-시스템(200)을 위한 LSP 감지기 시스템(240)은 LSP 측정 파장(λB)에 중심을 둔 대역 통과 필터(244)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 대역 통과 필터(144, 244)의 각각의 대역폭은 다른 서브-시스템 측정 파장을 실질적으로 걸러내기에 충분히 좁다. 대역 통과 필터는 매우 좁게(예컨대, 수 나노미터) 만들 수 있기 때문에, 측정 파장의 작은 차이(예컨대, 10nm)만으로도 대역 통과 필터를 사용하여 혼선을 줄이거나 제거하기에 충분하다. 하나의 실시예에서, 주어진 대역 통과 필터는 상응하는 커플링 프리즘과 감지기 시스템 사이의 아무 곳에나 삽입될 수 있다.
다른 구현예에서, 측정 EPCS 및 LSP 파장(λA, λB)에 대해 광학적으로 불투명한 장벽은 EPCS 커플링 프리즘(42A)과 LSP 커플링 프리즘(42B) 사이에 배치된다. 하나의 실시예에서, 장벽은 도 5a와 관련하여 위에서 논의된 바와 같은 격리 부재(50)의 형태를 취한다. 격리 부재(50)는 EPCS와 LSP 측정 광이 EPCS와 LSP 커플링 프리즘 사이에서 통신하는 것을 차단할 수 있는 한, 알루미늄과 같은 강성 재료, 또는 고무와 같은 비강성 재료로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 격리 부재(50)는 광학적 격리 및 액체 격리의 이중 목적을 제공하도록 구성될 수 있다.
커플링 프리즘 정렬
하이브리드 시스템(20)은 EPCS와 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)이 서로에 대해 그리고 공통 평면에 존재하는 커플링 표면(45A, 45B)과 정렬될 때 가장 정확한 측정을 제공한다.
이러한 정렬을 달성하기 위해, 커플링 프리즘 조립체(40)는 전술한 프리즘 지지 구조(46)를 이용한다. 프리즘 지지 구조(40)를 형성하는 실시예에서, EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)의 커플링 표면(45A, 45B)은 높은 수준의 평탄도 및 수직도로 먼저 연마되고 폴리싱된다. 다시 도 6a를 참조하면, EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B)은 이후 정밀 편평한 화강암 바(bar)와 같은 안정 플랫폼(75)에 배치되고, 커플링 표면(45A, 45B)은 안정 플랫폼의 표면(76) 상에 놓인다.
이제 도 6b를 참조하면, 몰드(49)는 표면(76)에서 안정 플랫폼(75)에 설치되고 수지(49R, resin)는 이후 몰드에 부어진다. 수지가 경화되면, 몰드(49)의 벽이 제거되어 도 5b에 나타낸 바와 같이 커플링 프리즘 조립체(40)의 프리즘 지지 구조(46)를 규정한다. 하나의 실시예에서, 몰딩된 프리즘 지지 구조(46)는 도 6c에 나타낸 바와 같이, EPCS와 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B) 사이에 얇은 벽(47) 형태의 격리 부재(50)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 몰딩된 프리즘 지지 구조(46)는 프리즘들 중 적어도 하나가 혼선을 피하기 위해 부분적으로 둘러싸이도록 형성된다. 하나의 실시예에서, 몰딩된 프리즘 지지 구조(46)는 단일 몰드 구조를 포함하거나 이것으로 구성되며, 즉, 단일 재료로 만들어진 단일 피스(즉, 피스 모놀리식(piece monolithic))이므로 2개 이상의 구성요소를 결합함으로써 형성되지 않는다.
하나의 실시예에서, 몰딩된 프리즘 지지 구조(46)는 프리즘 지지 구조(46)를 지지 플레넘(70)에 고정하기 위한 장착 홀(53)을 포함하는 고정 탭(52)을 포함한다(도 5a 참조). 도 7에 나타내고 전술한 바와 같은 이동식 기판 홀더(82)의 사용은 EPCS 및 LSP 측정이 CS 기판(10)의 동일한 위치에서 이루어질 수 있게 한다. 이동식 기판 홀더(82)는 EPCS 및 LSP 서브-시스템(100, 200)에 대한 측정 위치를 설정하기 위해 정밀 선형 모터(예컨대, 압전 액추에이터(piezoelectric actuators))를 사용하여 시스템 제어기(40)의 작동 하에 이동될 수 있다.
하나의 실시예에서, 프리즘 지지 구조(46)는 EPCS 및 LSP 프리즘(42A, 42B)이 서로에 대해, 예컨대, 도 6c에 나타낸 바와 같이 축방향 또는 z-방향으로 이동될 수 있도록 서로에 대해 이동 가능한 섹션을 포함한다. 하나의 실시예에서, 프리즘 지지 구조의 지지 프레임(48)은 하나의 벽이 제어된 방식으로 다른 벽에 대해 미끄러질 수 있도록 구성된 인접 벽(47)을 포함한다. 도 6v의 실시예에서, EPCS 커플링 프리즘(42A)은 LSP 프리즘(42B)에 대해 z-방향으로 이동한 것으로 나타낸다.
도 6d는 도 4c와 유사하며 EPCS 서브-시스템(100)과 LSP 서브-시스템(200)이 공통 커플링 프리즘(42)을 공유하는, 즉 공통 커플링 프리즘(42)이 ECSP 커플링 프리즘(42A) 및 LSP 커플링 프리즘(42B) 모두로서 작용하는, 하이브리드 시스템(20)의 구현예를 예시한다. 단일 지수-매칭 유체(5)가 또한 사용된다. 커플링 프리즘(42)의 다양한 표면은 이중 목적을 가지며, 예컨대, 커플링 표면은 EPCS 커플링 및 LSP 커플링을 수행하는 이중 목적을 수행하기 때문에 커플링 표면이 45A 및 45B로 표시된다. 하나의 실시예에서, EPCS 서브-시스템(100) 및 LSP 서브-시스템(200)의 대역 통과 필터(144, 244)는 서브-시스템들 사이의 혼선을 실질적으로 감소하거나 제거하기 위해 다른 파장(λA 및 λB)(예컨대, 적어도 대역 통과 필터(144, 244) 중 하나의 대역폭만큼 파장이 분리됨)과 함께 사용된다. 공통 커플링 프리즘(42)의 실시예에서, 커플링 프리즘은 ECSP 섹션(PS1) 및 LSP 섹션(PS2)을 가질 수 있고, 추가로 실시예에서 섹션은 분리될 수 있다, 즉, ECSP 측정 광(116) 및 LSP 측정 광(216)은 일반적으로 소량의 산란 광을 제외하고는 각각의 섹션에 머무른다.
기판 휨 감소
CS 기판(10)은 정확한 EPCS 및 LSP 응력 측정이 문제가 되게 만드는 지점까지 휘어질(warp) 수 있을 만큼 충분히 클 수 있다. 특히, 휘어진 CS 기판(10)은 EPCS 및 LSP 측정을 수행하는 데 필요한 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스(INT1, INT2)를 설정하는 것을 어렵게 만들 수 있다.
다시 도 8a 및 도 8b를 참조하면, PV 시스템(91)은 기판 휨을 감소 또는 제거하기 위해 사용된다. PV 도관(PV 바)(90)은 실질적으로 측정 평면(MP)에서 상단 표면(12)이 존재하도록 CS 기판을 지지하는 지지 플레넘(70)의 구멍(72)을 통한 CS 기판(10)의 상단 표면(12)과 공압 연통된다. PV 소스(92)의 활성화는 PV 바(90)를 통해 커플링 프리즘 조립체(40) 근처에서 감소된 압력을 생성하고, 결과적으로 두 개의 큰 화살표로 도시된 바와 같이, 주변의 고압에 의해 CS 기판 상에 하향력(FD)을 야기한다. PV 바(90)는 지지 플레넘(70)의 상단 표면(72)에 대한(따라서 측정 평면(MP)에 대한) ±5 미크론의 정확도 내의 CS 기판의 높이 제어를 가능하게 한다. PV 시스템(91)의 사용은 또한 진동을 감소시키고 진공 척(vacuum chuck) 상에서 CS 기판을 안정화할 필요 없이 동적 처리 및 검사를 위해 CS 기판의 비접촉 제어를 가능하게 한다.
PV 바(90)는 상업적으로 입수가능하고 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이 휨을 감소시키도록 구성될 수 있다. 커플링 프리즘 조립체(40)에 인접한 PV 바(90) 중 일부는 EPCS 및 LSP 측정 광 빔(116, 216)과의 간섭 및 지지 플레넘(70) 바로 아래에 존재하는 EPCS 및 LSP 서브-시스템(100, 200)의 다양한 구성요소와의 간섭을 피하기 위해 생략될 필요가 있을 수 있다. 하나의 실시예에서, 하나 이상의 정지 부재(94)는 지지 플레넘(70) 상의 자리에 CS 기판(10)을 보유하는 데 사용될 수 있다.
일부 경우에, EPCS 및 LSP 커플링 프리즘(42A, 42B) 중 적어도 하나가 다른 것과 독립적으로 조정될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 커플링 프리즘 조립체(40)는 2개의 개별 프리즘 지지 구조(46)를 포함할 수 있고, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 조정 가능하다. 하나의 실시예에서, EPCS 커플링 프리즘(42A)은 모드 스펙트럼에서 TM 및 TE 모드 프린지의 대비를 최적화하기 위해 z-방향으로 조정 가능하다. 이것은 EPCS 커플링 프리즘을 이동식 구성으로 보유하는 프리즘 지지 구조(46)에 작동 가능하게 부착된 단일-축 마이크로-포지셔너(micro-positioner)를 사용하여 달성될 수 있다.
EPCS 및 LSP 측정 처리
도 9는 하이브리드 시스템(20)의 시스템 제어기(400)에 의해 디스플레이되는 실시예의 사용자 인터페이스(410)의 개략도이다. 사용자 인터페이스(410)는 EPCS 서브-시스템(100)에 의해 발생된 모드 스펙트럼(160)을 나타내는 EPCS 섹션(412A) 및 LSP 서브-시스템(200)에 의해 발생된 디지털 LSP 이미지(248)를 나타내는 LSP 섹션(412B)을 포함한다. 시스템 제어기(400)의 소프트웨어는 EPCS 서브-시스템(100)(즉, 모드 스펙트럼(160))으로부터 EPCS 측정을 사용하여 CS 기판의 제1 응력 특성을 계산하고 LSP 서브-시스템(200)으로부터의 LSP 측정치(즉, 디지털 LSP 이미지(248D))를 사용하여 CS 기판의 제2 응력 특성을 계산하고 이후 CS 기판의 완전한 또는 총 응력 특성화를 발생시키도록 측정들을 조합하도록 구성된다.
LSP 측정 처리
하나의 실시예에서, 시스템 제어기(400)는 LSP 서브-시스템(200)으로부터 얻은 "제2" 또는 LSP 응력 특성을 추출하기 위해 LSP 이미지(248)를 처리하도록(예컨대, 소프트웨어를 통해) 구성된다. 이는 광학 지연 대 깊이(OR 대 D)의 계산을 용이하게 하기 위해 윤곽 감지 방법의 일부로서 사용되는 가우스 블러링된 오츠 임계값을 사용하여 LSP 이미지(248)를 디지털적으로 특성화하는 것을 포함한다.
도 10a는 사용자 인터페이스(410)의 LSP 섹션(412B)에 나타낸 LSP 이미지(248)의 실시예의 표현이다. 디지털 감지기(246)에 의한 LSP 이미지(248)의 감지는 원시 LSP 이미지 또는 원시 디지털 LSP 이미지로 지칭될 수 있는 디지털 LSP 이미지(248D)를 형성한다. 사용자 인터페이스의 LSP 섹션(412B)은 또한 디지털 LSP 이미지(248D)를 구성하는 산란 광 강도의 히스토그램과 더불어 일부 관련 통계 측정을 나타낸다. 이 실시예의 도면에서, CS 기판으로의 1차 빔 입구는 우측 하단에서 십자형 중심까지이다. 십자형 중앙에서 우측 상단까지, 디지털 카메라는 전반사로 인해 빔의 측면(아래 도 11c 참고)의 CS 기판 공기 표면에서 반사된 것을 본다. 십자형 중앙에서 좌측 아래로, 직접 빔은 CS 기판 공기 표면에서 반사되어 CS 기판 두께를 통해 LSP 커플링 프리즘을 향해 다시 횡단한다. 중앙에서 좌측 상단으로, 디지털 카메라는 반사된 빔의 반사를 본다.
디지털 LSP 이미지(248D)는 대부분 매우 밝은 픽셀과 노출이 거의 또는 전혀 없는 픽셀로 구성된다. 도 10b를 참조하면, 윤곽 감지 방법의 일부로서, 가우스 블러가 원래의(원시) 디지털 LSP 이미지에 적용되어 임의의 잔류 노이즈를 감소시킨다. 결과는 블러링된 LSP 이미지이다. 이미지(248D)는 원래의(원시) 디지털 LSP 이미지의 실시예이다. 이미지(248B)는 블러링된 LSP 이미지의 예이다. 가우스 블러링은 디지털 LSP 이미지(248D)의 강도 변화에 인코딩된 광학 지연 정보를 모호하게 하지 않는 방식으로 적용된다.
이제 도 10c를 참조하면, 오츠 임계값은 임계값 LSP 이미지(248T)를 얻기 위해 도 10b의 (가우스) 블러링된 LSP 이미지(248B)에 적용된다. 오츠 임계값 메커니즘은 모든 픽셀이 0으로 설정되는 강도 값을 선택하기 위해 이미지 히스토그램(도 10a 참조)을 사용한다. 도 10c의 밝은 섹션은 그 임계값 이상의 강도를 갖는 모든 픽셀을 나타낸다.
도 10d는 다음 공정 단계를 나타내며, 이는 예컨대 오픈-소스 이미지-처리 알고리즘(예컨대, 오픈 CV를 통해)으로부터 이용 가능한, 예컨대 공지된 오픈-소스 이진화 알고리즘(open-source binarizing algorithm)의 적용에 의해, 이진화 방법을 사용하여 LSP 이미지 윤곽(248C)을 규정하기 위해 임계값 LSP 이미지(248T)를 사용하는 것을 포함한다. 이 실시예는 상부 좌측에서 0.0이고 우측(x) 방향과 아래(y) 방향으로 값이 증가하는 이미지 좌표계를 사용한다. LSP 이미지 윤곽(248C)은 십자형 이미지의 다음 5가지 임계 지점을 찾기 위해 사분면으로 분할될 수 있는 지점의 어레이로 구성된다: 좌측 위, 우측 위, 좌측 아래, 우측 아래 및 중앙. 도 10d의 확대는 구역에서 가장 낮은 X 및 가장 높은 Y 값을 찾아 얻어진 좌측 아래 지점 감지의 실시예를 나타낸다. 동일한 공정은 네 코너 모두에 대해 반복되고, 코너 X 및 Y 값을 평균하여 중심이 결정된다.
도 10e는 완전히 규정된 윤곽 및 처리된 구역을 갖는 최종 LSP 이미지 윤곽(248C)을 나타낸다. 하나의 실시예에서, 처리된 "X" LSP 이미지 윤곽(248C)(사다리꼴 구역 참조)의 우측 아래 다리는 이때 LSP 응력 특성을 계산하는 데 사용된다. 도 10e의 LSP 이미지 윤곽(248C)의 수평선은 일정한 깊이에 있다. 광원의 편광이 변조되는 동안 획득된 이미지 각각으로부터 수평선을 가로지른 강도(예컨대, 합, 피크, 또는 평균) 가우스 블러는 OR 대 D 데이터를 얻기 위해 후속 분석을 위한 입력으로 사용된다.
따라서, 임계값 LSP 이미지(248T) 및 LSP 이미지 윤곽(248C)은 전술한 바와 같이, CS 기판(10)으로의 깊이(D)의 함수로서 광학 지연 (OR)을 계산하기 위해 사용될 캡처된 또는 가우스-평탄화된(Gaussian-smoothed) LSP 이미지(248B)의 일부분 또는 일부분들을 식별하는 "마스크(mask)"를 규정하는 데 사용된다.
CS 기판 두께 추출 및 빔 각도 계산
도 11a는 CS 기판(10)의 도면이다. 도 11a는 또한 LSP 커플링 프리즘(42B)(미도시)을 통과한 후 CS 기판(10)의 바디(11) 내부의 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)의 일부의 빔 경로를 나타낸다. 도 11b는 CS 기판 두께(TH)를 계산하기 위한 관심 구역으로서 CS 기판(10)의 가장자리 부분을 나타낸 확대도이다. 도 11c 내지 도 11e는 CS 기판 내의 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)의 경로의 추가 도면이다. LSP 커플링 프리즘(42B)은 예시의 편의를 위해 도시되지 않는다.
초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)의 전파 방향을 따라 CS 기판(10)의 가장자리를 관찰함으로써, LSP 감지기 시스템(240)의 디지털 감지기(246)에 의해 보여지는 CS 기판(10)의 두께는 도 11b에 나타낸 바와 같이 강조될 수 있다. 디지털 감지기(246)가 각진 LSP 커플링 프리즘(42B)(예컨대, 45˚로 각진)을 통해 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)을 보고 있기 때문에 CS 기판(10)의 실제 두께(TH)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
TH = x/{Cos(45˚)
여기서 x 는 디지털 감지기(246)의 평면에서 경로 길이를 나타낸다.
두께(TH)가 계산되면, CS 기판(도 11e 참조) 내의 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)의 전파 각도(A)는 디지털 감지기(246)의 방향을 따라 CS 기판(10)의 에지를 관찰함으로써 결정될 수 있으며, 도 11e의 개략도를 사용하여, 다음을 사용하여 전파 각도(A)를 결정한다:
A = ArcTan(W/TH)
여기서 W는 이미지 윤곽(248C)의 중심 십자형(C)과 전술한 윤곽 감지 방법으로부터 얻은 이미지 윤곽의 우측 아래(LR) 임계 지점 사이의 수평 거리이다. 처리된 구역이 선택되면, 디지털 감지기(246)는 입력 편광의 함수로서 여러 이미지(248)를 기록한다. 이후 CS 기판으로의 깊이의 함수로서의 광학 지연 정보는 당업계에 공지된 기술을 사용하여 추출된다.
로크-인 감지 방법
로크-인 감지 방법은 노이즈로 모호하게 된 신호를 검색하는 데 매우 능숙하고 빠른 것으로 입증된 신호 분석 기술이다. 이 방법이 작동하려면 신호의 주기를 알아야 한다.
LSP 서브-시스템(200)으로부터의 측정(감지기) 신호(SB)는 광학 보상기(230)에 의한 편광 회전 속도에 의존하는 주기를 갖는다. 광학 보상기(150)에서 회전하는 반파장 플레이트(234H)를 사용할 때, 하나의 완전한 회전은 산란된 광(216S)의 편광 상태의 4개의 진동에 상응한다.
LSP 측정 신호 SB = s(t)에 적용된 로크-인 방법의 유도는 다음과 같으며, 여기서 t 는 시간이다. LSP 측정 신호 s(t)가 0을 중심으로 하고 노이즈의 양("노이즈 팩터") N을 갖는 것으로 간주한다. 시스템 제어기(400)에 의해 수신된 측정 데이터 D(t)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
D(t) = s(t) + N
측정 신호 s(t)는 다음 형식으로 일반화될 수 있다.
s(t) = A cos(ft + φ)
여기서 φ는 추출될 위상 값이고 f는 공지된 신호 주파수이다. 이 신호는 다음의 수식을 산출하기 위해 동일하고 음의 주기(및 임의 위상) W(t) = cos(-ft - θ)의 일반적인 테스트 파형(test wave)와 곱하여 "로크될(locked)" 수 있다:
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
Figure pct00031
바로 위에 있는 D(t)*W(t) 방정식의 처음 두 항은 시간 변수 t에 따라 진동한다. 그러나, 마지막 항은 곱 파형(product wave)의 강력한 저역 통과 필터링을 통해 추출될 수 있는 정수이다. 파형의 평균이 여러 진동에 걸쳐 해당 파형의 오프셋 값에 접근하기 때문에, 이는 곱 파형을 평균화하여 달성된다.
이 근사치는 측정 신호 s(t)가 많은 진동을 갖지 않거나 (예컨대, 하나의 전체 진동 미만) 또는 신호가 반-사이클(half-cycles)의 비-정수를 갖는 경우 약간의 오차가 발생한다. 이 오차는 신호에서 가장 큰 양의 반-사이클에 대해서만 신호의 평균을 취함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 신호가 약 3.7 진동을 갖는 경우, 이때 3.5 사이클까지 신호의 평균을 취한다.
공지된 수단을 사용하여 저역 통과 필터링이 수행되면, 곱 D(t)*W(t)는 정수 항 [A/2]cos(-θ + φ) 로 감소된다. φ가 원하는 위상 값인 것을 상기하고, θ는 시험 파형의 임의의 위상이다. 따라서, θ가 일련의 수를 통해 증가되면, 각 증가에 대한 곱 파형의 저역 통과 필터링으로부터 야기되는 정수는 시간에 따라 변하지 않는 코사인 함수 [A/2]cos(-θ + φ)에 따라 진동할 것이다. 이 코사인파의 파형은 -1의 파형 수, A/2의 진폭, 및 φ의 위상을 갖는다. 이를 알면, 코사인은 이러한 정수에 피팅될 수 있고(예컨대, 최소 제곱 피팅 사용), 위상 φ이 추출될 수 있다. 신호 A의 진폭도 또한 추출될 수 있다.
신호 추출을 위한 로크-인 방법은 일반 사인 피팅(sine fitting)보다 훨씬 빠른 것으로 입증된다. 도 12a는 로크-인 방법(L 또는 검은색 곡선)과 사인 방법(S 또는 회색 곡선) 모두에 대해 노이즈 신호 대 노이즈 계수(N)의 위상(φ)을 추출하기 위해 필요한 밀리 초(ms)의 평균 계산 시간(T)의 플롯이다. 도 12a에 대한 데이터는 일련의 테스트를 통해 수집된다. 이 테스트에서, 랜덤 노이즈(random noise)는 사인 피팅 및 로크-인 감지 방법 모두가 위상을 추출하는 데 사용되는 설정 신호로 추가된다. 각각의 노이즈 수준에서 100번의 테스트는 랜덤 노이즈로 수행된다. 로크-인 방법은 사인 피팅 방법에 비해 거의 절반의 시간으로 계산을 수행한다.
도 12b는 로크-인 방법(L 또는 검은색 곡선) 및 사인 방법(S 또는 회색 곡선)에 대한 절대 위상차 |Δφ| 대 노이즈 계수(N)의 플롯이다. 도12b는 두 방법 모두 모든 테스트에 대해 거의 동일한 수준의 정확도와 정밀도를 보유했음을 나타낸다.
로크-인 방법은 피팅을 위한 사인 매개변수를 예측할 필요성을 제거한다. 수행된 유일한 피팅은 저역 통과 필터링 정수에 대한 코사인 파형의 것이며, 이는 너무 제한되어 거의 잘못된 피팅을 생성하지 않는다. 그러나, 사인 피팅이 사용되면, 데이터에 피팅된 사인 파형이 일정한 주기를 가질 때 훨씬 더 정확하게 수행됨을 발견했다. 기간이 다른 매개변수와 함께 피팅될 수 있는 경우, 처리 시간은 더 오래 걸리고 결과가 종종 정확하지 않다.
LSP 측정 시 노이즈 감소
LSP 서브-시스템(200)으로부터 LSP 측정을 사용하여 제2 응력 특성의 추출은 데이터 획득 부분과 데이터 분석 부분의 두 가지 주요 부분으로 구성된다. 측정 데이터 획득 부분에서, 산란 광(216S)은 LSP 광원(212)으로부터의 초기 LSP 광 빔(216)의 입력 편광 상태의 함수로서 이미지화된다. 이미지화는 IOX 공정 또는 공정들로 인해 바디 CS 기판(10) 내의 피처(예컨대, 입자, 굴절률 변동)로부터 산란된 광의 강도를 디지털 감지기(246)에서 기록함으로써 얻어진다.
기록된 이미지(248)는 시스템 제어기(400)에 의해 처리되어 레이저 빔을 따라 강도를 추출하고, 이는 입력 편광에 대해 분석되어 광 빔의 두 직교 상태 사이의 광학 지연의 양을 추출한다. 응력 프로파일은 관찰된 지연을 모델링하여 재구성된다. 결과적으로, LSP 측정 응력 프로파일의 품질은 통상적으로 레이저-기반 노이즈에 의해 지배되는 이미징 공정의 노이즈에 의해 근본적으로 제한된다. 이러한 레이저-기반 노이즈의 하나의 실시예는 LSP 광원(212)의 고도의 간섭성(coherence), 및 광학 표면의 불완전성(거칠기, 평탄도 등) 및 광학 요소의 체적 성질(불순물, 밀도의 불균일성 및 불균일성 등)으로부터 유래하는 스펙클이다.
LSP 서브-시스템(200)을 통한 LSP 광 빔(216)의 전파 동안, 시스템 불완전성과 광(레이저) 빔(216)의 상호작용은 광 빔 파면 내에서 랜덤 진폭 및 위상 변화를 초래한다. LSP 광 빔(116)이 레일리 산란(Rayleigh scattering)에 의해 일관되게 이미지화(imaged)될 때, 파면 왜곡은 원하는 신호 상에 겹쳐진 높은 공간 주파수를 통해 큰 강도 변화를 특징으로 하는 스펙클 패턴이라고 하는 이미지 평면에서의 정적 간섭 패턴으로 이어진다. 원하는 신호의 강도 편차는 LSP 측정에서 노이즈로 간주된다. 레이저 스펙클의 영향을 줄이기 위해, 이미지화(imaging)는 빔 파면의 편광, 진폭 또는 위상의 변조에 의해 독립적인 스펙클 패턴에 대해 평균화될 수 있다.
하나의 구현예에서, 레이저-기반 노이즈는 실시예에서 홀로그래픽 확산기를 포함할 수 있는 이동식 광 확산기(222)를 통해 초기 광(레이저) 빔(216)을 통과시킴으로써 LSP 서브-시스템(200)에서 감소된다. 이는 확산기의 국부 구조에 따라 확산 각도 내에서 광 빔 광선을 "교란(stirs)"한다. 이 "광선 교란(ray stirring)"에 의해 야기되는 빔 발산을 최소화하기 위해, 도 4a의 실시예의 구성에 나타낸 바와 같이, 광 확산기(222)는 케플러 망원경 구성(Keplerian telescope configuration)의 이미지 평면에 놓인다. LSP 광 빔(216)은 먼저 제1 초점 렌즈(220)에 의해 광 확산기(222)로 초점 맞춰지고 투과된 광 빔은 제2 초점 렌즈(224)에 의해 재-시준된다.
광 확산을 겪은 후 LSP 광 빔(216)의 발산을 완화하는 것은 CS 기판에서 보다 효율적인(즉, 수차가 덜한) 초점 맞춰진 LSP 광 빔(216F)을 제공한다. 이동식 광 확산기(222)를 사용하여, 디지털 감지기(246)에서의 레이저-기반의 노이즈(예컨대, 스펙클 패턴)의 변화는 스피닝 확산기(spinning diffuser)의 회전 속도(νD)에서 생성된다. 노이즈 평균화의 최대 효과는 νDτC > 1 조건에서 얻어지며, 여기서 τC는 디지털 감지기(246)의 노출 시간이다. 이 조건은 또한 광 확산기(222)를 가로지른 광학 투과 변동으로 야기된 이미지화의 잠재적 블링킹(blinking)을 제거한다. 확산기-기반 노이즈 감소의 구현은 광학 지연의 측정을 개선한다. 이는 도 13a 내지 도 13b에 예시되며, 이는 CS 기판으로의 광학 지연 OR(라디안) 대 깊이 D(mm)의 플롯이다. 도 13a의 플롯은 전술한 노이즈 감소 기기 및 방법을 사용하지 않고 얻어진다. 도 13b의 플롯은 전술한 노이즈 감소 기기 및 방법을 사용하여 얻어졌다. 도 13b의 플롯의 평탄도(smoothness)는 본원에 개시된 노이즈 감소 기기 및 방법의 적용의 직접적인 결과이다.
노이즈를 줄이는 또 다른 방법은 기판을 이동하는 것이다.
굽힘 지점과 CS 기판 중간-평면을 사용한 OR 플롯의 시프트
CS 기판(10)의 표면(12)의 위치는 LSP 이미지(248)로부터 결정하기 어려울 수 있기 때문에, 응력 프로파일은 지연 곡선의 일반적인 형상(OR 대 D)에 기초한 위치로 시프트될(shifted) 수 있다. OR 지연 곡선은 도함수(derivative)가 0인 두 개의 굽힘 지점을 갖는다. 실시예의 실제 OR 대 D 곡선은 두 개의 굽힘 지점(BP1, BP2)과 함께 도 14a에 나타낸다. 데이터 지점은 열린 원으로 나타낸다. 두 개의 굽힘 지점은 응력 프로파일이 압축에서 인장으로, 또는 그 반대로 변경되는 위치에 상응한다.
응력 프로파일이 대칭인 경우, 이때 2개의 굽힘 지점(BP1, BP2)은 또한 CS 기판의 중간-평면(MP) 주위에서 대칭이어야 한다(도 1a 참조). 그러므로, CS 기판(10)의 두께(TH)가 알려져 있고 광학 지연(OR) 곡선의 두 굽힘 지점(BP1, BP2)을 찾을 수 있는 경우, OR 프로파일은 보정 위치로 수평으로 시프트될 수 있다. 이는 CS 기판(10)의 표면(12)의 위치가 CS 기판의 알려진 대칭 및 두께에 기초하여 선택되기 때문에 압축 깊이(DOC)가 보다 정확하게 결정되게 한다. 도 14b는 도 14b와 유사하지만, 전술한 플롯-시프트(데이터-시프트) 기술을 사용하는 도 14a와 비교하여 좌측으로 시프트된 OR 곡선을 나타낸다.
곡선 피팅을 사용하는 OR 플롯의 시프트
대칭 응력 프로파일에 대해 DOC를 추출하는 대안의 방법은 지연 프로파일의 형태, 즉 OR 대 D 곡선을 분석하는 것을 포함한다. CS 기판의 두께(TH)가 알려져 있고 굽힘 지점(BP1, BP2)의 상대 위치가 다항식 피팅을 통해 결정될 수 있는 경우, 이때 CS 기판의 압축 깊이(DOC)는 다음 식으로 결정될 수 있다:
DOC = [TH - (BP2 - BP1)]/2
여기서 BP1과 BP2는 굽힘 지점의 상대적 깊이 위치이다.
OR 대 D 곡선에 대한 곡선 피팅
본 개시의 구현예는 OR 대 D 곡선의 데이터에 대한 우수한 피팅을 얻는 방법에 관한 것이다. 방법은 곡선 피팅을 얻기 위해 선형 및 이차 함수의 조합을 이용하는 것을 포함한다. 이 방법은 아래에서 린쿼드 방법이라고 지칭한다.
도 15a는 OR 대 D 데이터(원)의 플롯이고 린쿼드 방법을 사용하여 OR 데이터에 대한 실시예의 피팅된 곡선 FC(실선)를 나타낸다. 린쿼드 방법은 다음의 모델 응력 함수를 가정하며, 여기서 σ는 응력이고, x는 CS 기판(10)으로의 깊이 좌표이고 R은 아래에 규정된 바와 같다.
Figure pct00032
하나는 상응하는 지연을 추출하고 응력 프로필을 다시 만들기 위해관심 있는 원시 데이터에 피팅할 수 있다. 여기서, C는 CS 기판에서 이온의 정규화된 모델링 농도를 나타낸다. 그들의 표현은 다음과 같다.
Figure pct00033
Figure pct00034
여기서 dl은 선형 영역의 깊이, dc는 곡선 영역의 깊이, C0는 상수 승수(constant multiplier), t는 CS 기판 두께이다.
대안의 표현은 다음과 같이 제공된다.
Figure pct00035
여기서, CT 는 응력 프로파일의 중심 인장이며,
Figure pct00036
는 약
Figure pct00037
의 (부분적으로 임의의) 정수이다. 진정한 린쿼드 함수는 위에서 오직 dC, dl, C0 이 피팅된 것으로 규정된다. 그러나, σ(x)에 대한 이 최근 표현은 네 번째 매개변수, 즉 중심 인장(CT)을 변경할 수 있도록 하여, 함수가 데이터에 더 가깝게 피팅되는 데 도움이 될 수 있다.
도 15b는 도 14a의 OR 대 D 곡선에 대한 린쿼드 피팅에 기초한 응력 S(x) = σ(x) 대 깊이 D(mm)(또는 x 좌표)의 플롯이다.
파워-스파이크 함수
파워-스파이크 함수는 다음과 같이 규정된다:
Figure pct00038
Figure pct00039
Figure pct00040
Figure pct00041
여기서 CTsp는 스파이크 영역(R1)의 스파이크의 중심 인장이고, mid는 두께(TH)의 절반이고, CSsp는 스파이크의 압축 응력이고, DOLsp는 스파이크에 대한 층의 깊이이다. 매개변수 Leff는 스파이크 영역(R1)의 유효 길이(깊이)이다. 이 함수는 끝에서 두 개의 오차 함수 스파이크가 있는 파워 프로파일의 봉합이다. CSsp 및 DOLsp 값은 각 유리 유형에 따라 다르며 정수로 입력된다. 피팅될 필요가 있는 유일한 매개변수는 함수 p의 파워와 피크 중심 인장 CTp이다.
도 16a는 파워-스파이크 함수를 사용하는 실시예의 피팅 곡선 FC를 예시하는 OR 대 D 플롯이다. 도 16b는 도 16a의 OR 대 D 곡선에 피팅된 파워-스파이크 함수에 기초한 CS 기판(10)으로의 응력 프로파일 S(x)(MPa) 대 깊이 D의 플롯이다.
대칭 응력 프로파일을 준수하기 위한 계통 오차 제거
LSP 측정 데이터를 사용한 CS 기판의 응력 프로파일은 OR 대 D 곡선을 미분하여 얻어진다. 이와 같이, 대칭 응력 프로파일은 항상 비대칭 OR 대 D 곡선에 상응한다. 그러나, LSP 서브-시스템(200)의 다양한 구성요소로부터의 계통 오차는 OR 대 D 지연 데이터로 대칭 구성요소를 도입하여, 응력 프로파일의 정확한 추출을 저해할 수 있다. 이 효과는 지연 데이터를 대칭 및 반-대칭 구성 요소로 분해하고, 반-대칭 부분(즉, 비대칭 데이터 지점)만 피팅함으로써 완화될 수 있다.
함수 f(x) 형태의 광학 지연(OR)이 주어지면, 분해는 다음과 같이 달성될 수 있다.
Figure pct00042
여기서 fs 와 fa는 지연 f의 대칭 및 반-대칭 성분이며, 다음 수식으로 표현된다.
Figure pct00043
Figure pct00044
도 17a는 원래의 OR 데이터에 기초한 OR 대 D 플롯에 피팅되는 반면 도 17b는 전술한 기술을 사용하여 제거된 데이터의 대칭 구성요소를 갖는 OR 대 D 플롯에 대한 피팅이다. 도 17b의 측정 데이터에 대한 피팅된 곡선(FC)의 피팅 오차는 0.006이고 반면 도 17a에서는 약 0.46이다.
정확한 CT 및 DOC를 위한 조정 가능한 피팅 영역
OR 대 D 곡선에 대한 단일 피팅은 중심 인장(CT)과 압축 깊이(DOC)를 모두 정확하게 결정하는 데 항상 적절하지 않을 수 있다. 이는 LSP 커플링 프리즘(42B) 또는 커플링 인터페이스(INT2)로부터의 산란이 CS 기판(10)의 상단 표면(12)에 가까운 데이터 수집을 저해할 수 있기 때문이다.
하나의 실시예에서, OR 대 D 곡선에 대한 피팅은 중심 인장(CT) 및 압축 깊이(DOC)와 각각 관련된 곡선의 개별 영역에 대한 피팅을 사용하여 수행되고 정확한 CT 및 DOC 추출을 위해 OR 데이터의 피팅 범위를 조정한다.
도 18a 및 18b는 데이터(원)에 의해 규정된 굽힘 지점(BP1, BP2) 주위의 영역이 압축 깊이(DOC)를 추출하기 위해 피팅되는 실시예의 OR 대 D 곡선을 나타낸다. 도 18b는 중심 인장(CT)을 추출하기 위해 피팅된 굽힘 지점(BP1, BP2)들 사이의 중심 선형 영역을 나타낸다. 두 경우 모두에서, OR 대 D 데이터의 범위는 주어진 응력 매개변수와 관련된 OR 대 D 곡선의 부분으로 상당히 줄어든다.
도 19a 내지 도 19d는 피팅 품질에 대한 데이터 범위 선택(수직 점선으로 나타냄)의 효과를 추가로 예시한다. 도 19a는 전체 데이터 범위가 고려되고 피팅된 곡선이 굽힘 지점(BP1, BP2)에 매우 가까이 피팅되지 않는 OR 대 D 플롯이다. 도 19b는 대응하는 플롯이다. 압축 응력(CT)과 압축 깊이(DOC)를 나타내는 응력 S(x) 대 D(깊이)의 도 19a에 대한 상응하는 플롯이다.
도 19c는 데이터 범위가 수직 점선 사이의 영역으로 감소되어 측정 데이터의 제1 및 제2 "종료 영역"(ER1, ER2)을 생략한다는 점을 제외하고 도 19a와 유사한 OR 대 D 플롯이다. 도 19c의 피팅된 곡선(FC)은 굽힘 지점(BP1, BP2)을 가까이 따른다. 상응하는 S(x) 대 D 플롯이 도 19c에 나타나며 압축 응력(CT) 및 압축 깊이(DOC)에 대한 값은 데이터의 전체 범위가 사용되는 도 19b의 값과 실질적으로 다르다.
동시 EPCS 및 LSP 측정 고려 사항
LSP 서브-시스템(200)을 사용하여 압축 깊이(DOC)의 측정을 위한 우수한 정밀도를 얻는 한 가지 방법은 CS 기판(10)의 상단 표면(12)이 z=0의 깊이로 지정될 수 있는 미리-규정된 표면과 공동 평면에 있는 것을 보장하기 위해 CS 기판(10)을 정지 표면(예컨대, 지지 플레넘(70))에 대고 누르는 것이다. 이러한 가압은 정지부에 대해 CS 기판(10)을 누르거나, 또는 주변 대기압이 z = 0에서 자리로 CS 기판(10)의 상단 표면(12)을 누르는 힘을 제공하도록(예컨대, 도 8a, 8b 참고) 진공을 적용함으로써 달성될 수 있다.
다른 한편으로, NSWG(18)의 표면-근접 영역(R1)의 정확한 응력 측정을 얻기 위해 EPCS 서브-시스템(10)을 사용하여 샤프(sharp)(즉, 고대비) 모드 스펙트럼(160)을 달성하는 것은 또한 보통 EPCS 측정 구역에서 우수한 CS 기판 평탄도를 요구하며, 이는 또한 진공 시스템(91)의 사용으로 달성될 수도 있다.
EPCS 및 LSP 측정 영역이 CS 기판의 다른 위치에 있기 때문에, LSP 측정 구역에서 진공을 적용하는 것은 일부 경우 EPCS 측정 구역에서 CS 기판을 변형시킬 수 있으며, 결과적으로 EPCS 측정 영역에서 차선의, 또는 매우 불량한 평탄도 또는 크게 변형된 표면을 야기할 수 있다. 이는 불량한 대비를 가지며 "초점이 맞지 않는" EPCS 모드 스펙트럼(160)을 초래한다. 이러한 조건은 불량한 대비가 시스템 제어기가 응력 계산을 수행하는 데 사용되는 모드 스펙트럼(160)의 일부 타겟 피처(target features)를 식별하지 못하게 할 수 있기 때문에 측정에 대한 실패뿐만 아니라 정확도 감소 및 정밀도 감소로 이어질 수 있다.
하나의 실시예의 구현예에서, EPCS 서브-시스템(100)의 EPCS 감지기 시스템(140)은 CS 기판이 LSP 서브-시스템(200)에 대한 최상의 LSP 측정을 위해 정렬될 때 EPCS 서브-시스템을 사용하여 최상의(가장 정확한) DOC 측정 및 표면-근접 응력 측정을 위한 지지 플레넘(70) 상의 CS 기판(10)의 적절한 정렬을 가능하게 하도록 적응식 초점(adaptive focusing)을 활용한다.
도 20에 예시된 하나의 구현예에서, 이는 EPCS 감지기 시스템(140)의 초점 렌즈(142)를 조정 가능하게 함으로써, 예컨대, 하나의 실시예에서 시스템 제어기(400)에 의해 작동 가능하게 연결되고 이에 의해 제어되는 병진 스테이지(143) 상에 초점 렌즈를 장착함으로써 축방향으로 이동가능하게 함으로써 달성된다. 하나의 실시예에서, 병진 스테이지(143, translation stage)는 압전 액추에이터(piezoelectric actuator)와 같은 정밀 선형 액추에이터를 포함한다. 다른 실시예에서, 병진 스테이지(143)는 볼 스크류 액츄에이터를 포함한다. 이는 디지털 감지기(150)에 의해 캡처된 모드 스펙트럼(160)의 대비를 개선하거나 최대화하기 위해 초점 렌즈(142)가 제2 광학 축(A2)을 따라 병진되게 한다. 하나의 실시예에서, 모드 스펙트럼(160)의 대비는 TM 및 TE 프린지(163TM, 163TE) 및 임계각 전이(166TM, 166TE)와 같은 타겟 스펙트럼 피처를 향상시키기 위해 개선된다.
축방향 이동식 초점 렌즈(142)의 위치는 "광 경로 길이(optical path length)" 또는 OPL, 예컨대, 초점 렌즈(142)에서 디지털 감지기(150)까지의 거리를 고려하여 EPCS 서브-시스템 캘리브레이션을 보정하기 위해 시스템 제어기(400)에 의해 전자적으로 모니터링될 수 있다. 하나의 구현예에서, OPL이 사전-규정된 허용 범위를 벗어나지 않는 한 이러한 고려가 단순화되어, 원래 보정이 정확하게 유지될 수 있다. 다른 구현예에서, 캘리브레이션은 OPL에 기초하여 보정되고, 표면 응력 S(0) = CS 및/또는 층의 깊이(DOL)는 보정된 캘리브레이션에 기초하여 계산된다.
다른 구현예에서, 초점 렌즈(f1)는 LSP를 서브 시스템(200)에 대한 압축 깊이(DOC)의 가장 정확하거나 정확한 측정을 보장하기 위해 시편이 정렬될 때 고-대비(high-contrast) 모드 스펙트럼(160)을 얻기 위해 시스템 제어기(400)에 의해 능동적으로 제어되는 가변 유효 초점 길이를 갖는다. 가변 초점 길이 초점 렌즈(142)는 (하나 이상의 광학 요소를 가진 사진 다중-복합 렌즈와 유사한) 복합 렌즈를 포함할 수 있고, 또는 유체의 압력이 렌즈의 형태를 변화시켜 초점 거리를 변경하는 유체-채움 렌즈(fluid-filled lens)와 같은 조정 렌즈(adaptive lens)를 포함할 수 있다. 가변 초점 길이 렌즈(142)를 사용할 때, 많은 경우 초점 길이의 변경이 LSP-측정 구역에서의 최적 측정을 위해 시편을 정렬하는 것의 결과로서 EPCS 측정 구역에서의 시편 형태의 변형에 대한 보상을 위해 충분할 수 있기 때문에, 초점 렌즈(142)의 위치를 시프트하는 것은 필요하지 않을 수 있다.
다른 구현예에서, 초점 렌즈(142)의 유효 초점 길이의 변화는 CS 기판 정렬이 LSP 서브-시스템(200)에 대해 최적화되는 경우에도 고-대비 모드 스펙트럼(160)을 생성하기 충분한 범위에 걸쳐 변경될 수 있는 순(net) 유효 초점 길이를 생성하기 위해 고정된 단순 렌즈와 조합될 수 있는 거울 표면 형태로 조정 렌즈 표면에 의해 가능해질 수 있다.
CS 기판(10)의 변형은 매우 크지 않은 경향이 있기 때문에, 가변 초점 초점 렌즈(142)에 대한 굴절력(refractive power)의 변화는 보상을 위해 특별히 클 필요는 없다. 하나의 실시예에서, 초점 렌즈(142)의 초점 길이는 최대 15%까지, 또는 다른 실시예에서 최대 10%까지 변경될 수 있다.
한편, CS 기판(10)의 두께가 0.6mm 미만인 경우, 굴절력을 15% 보다 크게, 최대 20% 또는 심지어 25%까지 변경해야 할 수 있다. 따라서, 하나의 실시예에서, 초점 렌즈(142)의 초점 길이를 변경하기 위한 조정 시스템은 평균 초점 길이의 25%를 나타내는 초점 길이 범위에 걸쳐 초점 길이를 변경하도록 구성되지만, 많은 경우에 평균 초점 길이의 20%, 15%, 또는 심지어 10% 범위가 조정될 수 있다.
유사하게, 평평한 CS 기판의 측정에 대해, 초점 렌즈(142) 시스템은 무한대에 초점 맞춰지기 때문에, 초점 렌즈(142)가 고정된 초점 길이를 갖고 초점 렌즈의 위치가 고-대비 모드 스펙트럼(160)을 생성하기 위해 축 방향으로 조정될 때, 초점 렌즈에 의해 접근 가능한 축방향 위치의 범위가 렌즈의 초점 길이의 약 25%를 이상적으로 나타내지만, 일부 경우에는, 초점 길이의 20%, 15% 또는 심지어 10%가 적절한 위치 범위를 나타낼 수 있다.
도 21a 및 도 21b는 약간 다른 초점 길이의 두 개 이상의 초점 렌즈(142)가 초점 렌즈 조립체(153)를 규정하기 위해 지지 부재(152) 상에 장착되는 실시예의 구현예의 개략도이다. 지지 부재(152)는 반사된 광 빔(116R)의 광학 경로(즉, 제2 축(A2)를 따라)에 초점 렌즈(142) 중 선택된 하나를 위치시키기 위해 이동 가능하다. 이는 사용자가 초점 길이의 별개 세트로부터 초점 렌즈(142)의 초점 길이를 선택할 수 있게 한다. 도 21a는 지지 부재(152)가 회전축(AW)을 중심으로 회전 가능한 회전 가능한 휠(rotatable wheel)의 형태인 실시예를 나타낸다. 도 21b는 지지 부재(152)가 선형 병진 가능한 지지 프레임의 형태인 실시예를 나타낸다. 4개의 실시예의 초점 렌즈(142)가 나타난다. 일반적으로, 초점 렌즈 조립체(153)는 2개 이상의 초점 렌즈(142)를 지지할 수 있다.
모드 스펙트럼(160)에서 관심 있는 피처의 대비(예컨대, TM 및 TE 모드 라인(163TM, 163TE), TM 및 TE 임계각 전이(166TM, 166TE) 등)가 적절한 것으로 간주되는 경우, 측정이 평소와 같이 처리된다. 관심 있는 피처의 대비가 부적절한 것으로 간주되면, 이때 다른 초점 길이의 초점 렌즈(142)는 반사 광 빔(116R)의 광학 경로로 이동되고 새로운 모드 스펙트럼(160)이 EPCS 디지털 감지기(150)에 의해 캡처되고 대비를 분석한다. 이 공정은 적절한 대비의 모드 스펙트럼(160)이 얻어질 때까지 반복된다.
하나의 실시예에서, 초점 렌즈(142)의 초점 길이의 차이는 초점 길이 적용 범위의 총 원하는 범위 및 지지 부재 상의 렌즈의 총 수에 의해 설정될 수 있다. 하나의 실시예에서, 지지 부재에 의해 지지되는 6개의 초점 렌즈가 있고, 초점 렌즈는 전체 초점 렌즈 세트에 대한 평균 초점 길이의 20%와 30% 사이의 범위를 커버하고, 초점 길이의 간격은 평균 초점 길이의 3% 내지 7%이다.
다른 실시예에서, 초점 길이는 이웃하는 초점 길이의 각 쌍의 간격이 이웃하는 초점 길이의 평균의 대략 고정된 백분율이 되도록 불균일하게 이격되며, 여기서 그 백분율은 2% 내지 20%이고, 더 바람직하게는 3% 내지 10%이다.
다른 관련 구현예에서, 초점 렌즈(142)의 일부 또는 전부는 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)를 포함한다. 다른 구현예에서, 초점 렌즈(142)는 다른 초점 길이를 가질 필요는 없지만, 선택의 초점 렌즈가 광 경로에 배치되는 경우, 디지털 감지기(150)로부터의 거리가 다른 초점 렌즈와 다른 방식으로 이동식 지지 부재 상에 위치될 수 있다. 이 구현예에서, 관심 있는 피처에 대한 적절한 대비를 가지는 스펙트럼을 얻는 것은 별개의 조밀하게 이격된 맞춤-선택된 초점 길이의 완전한 세트를 가짐으로써, 그러나 디지털 감지기 및/또는 사용 가능한 초점 길이까지의 거리의 세트에 의해 반드시 보장되는 것은 아니다. 이는 표준 기성품 초점 렌즈를 활용하고, CS 기판(10)의 특정 범위의 휨/곡률에 대한 선명한 이미지를 생성하기 위해 각 초점 렌즈를 위치 결정함으로써 EPCS 서브-시스템(100)의 비용을 줄일 수 있다.
하나의 실시예에서, 시스템 제어기(400)는 캡처된 모드 스펙트럼(160)의 관심 있는 피처의 대비의 측정에 기초하여 초점 렌즈(142) 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다.
다른 구현예에서, 측정은 모든 캡처된 모드 스펙트럼 중에서 가장 우수한 대비를 가진 둘 또는 셋의 바람직한 모드 스펙트럼(160)을 사용하여 이루어질 수 있고, 이후 바람직한 결과는 둘 또는 셋의 바람직한 모드 스펙트럼의 평균으로서 계산될 수 있다. 하나의 실시예에서, 바람직한 결과는 둘 또는 셋의 바람직한 모드 스펙트럼의 가중 평균으로서 계산될 수 있다. 관련 실시예에서, 각각의 바람직한 스펙트럼 중량은 바람직한 모드 스펙트럼의 관심 있는 피쳐의 대비에 비례할 수 있다.
응력 측정 캘리브레이션을 위한 독립적인 응력 측정 사용
EPCS 서브-시스템(100)은 Li-기반 유리를 사용하여 IOX 공정에 의해 형성된 CS 기판에 대한 고-대비 모드 스펙트럼(160)을 얻는 데 매우 우수할 수 있으며, 예컨대, 여기서 K 이온은 표면-근접 영역의 유리로부터 Li 및/또는 Na 이온을 대체한다. 이는 결국 TM 및 TE 임계각 전이(166TM, 166TE)의 상대 위치에 기초하여 복굴절을 측정함으로써 무릎 응력(CSk)의 매우 우수한 측정을 허용한다(도 3b 참조).
다른 한편, 무릎 응력(CSk)의 EPCS 측정은 보통 표면 응력 S(0)의 측정보다 상대적으로 정밀도가 낮다. 특히, 무릎 응력(CSk)의 측정의 표준 편차는 보통 평균 값의 몇 %인 반면, 표면 응력 S(0)의 표준 편차는 보통 평균 값의 1%에서 2% 정도이다. 게다가, 감지된 임계값과 응력-광학 계수(SOC)의 복굴절(B)의 비율로서 단순히 얻어진 무릎 응력(CSk)의 값은 응력 프로파일의 파괴적인 RNF 측정으로부터 얻어진 무릎 응력(CSk)의 값과 약간 다르다.
무릎 응력(CSk)의 EPCS 측정이 정확할 수 있거나 정확해야 하는 것보다 덜 정확한 것으로 여겨지는 경우, 임계각의 복굴절 측정에서의 계통 오차 때문일 수 있다. 이 계통 오차는 TM 및 TE 모드 라인(163TM, 163TE)이 TM 및 TE 임계각 전이(166TM, 166TE)에 너무 가깝고 추가로 TM 및 TE 굴절률 프로파일의 특정 형태에 의해 야기될 수 있다.
품질-제어 측정을 수행할 때, 이 계통 오차는 무릎 응력(CSk) 측정의 EPCS-기반 측정을 상응하는 독립적인 기준 응력 측정으로 캘리브레이션함으로써 완화되며, 이는 동일한 공정을 사용하여 형성된 CS 기판의 세트로부터 또는 같은 동일한 공정 동안 같은 배치(batch)로부터 취해진 CS 기판 상의 파괴적인 측정일 수 있다. 하나의 실시예에서, 이는 다음 관계를 통해 독립적인 측정을 기초한 캘리브레이션 승수 Kcal를 적용하여 수행된다:
CSk(EPCS, 캘리브레이션됨) = Kcal·CSk(독립).
하나의 실시예에서, 캘리브레이션 승수 Kcal는 다음 수식을 통해 EPCS 서브-시스템(100)에 의해 계산된 응력 프로파일에 대한 일반적인 캘리브레이션 인자로서 사용될 수 있다:
S(EPCS, 캘리브레이션됨) = Kcal·S(원래의)
여기서 S(원래의)는 원래 측정된(캘리브레이션되지 않은) 응력 프로파일 S(z)이다.
인장 존 응력 프로파일 추출
CS 기판(10)을 형성하는 데 사용되는 IOX 공정은 NSWG(18)를 규정하는 압축 존을 형성한다. 이 압축 존은 기판으로 연장되고 압축 깊이(DOC)를 규정하는 0 값에 도달한다. DOC에서, 압축 존이 끝나고 인장 존이 시작된다.
인장 존의 응력 프로파일이 정확하게 추출될 수 있는 경우, 이는 압축 존의 응력 프로파일의 실질적으로 정확한 표현을 추출하는 데 도움이 되는 강력한 도구로서 제공될 수 있다. 이는 전체 CS 기판(10) 또는 CS 기판의 절반(즉, "절반의 힘 균형(half force balancing)")에서 응력의 힘-균형을 활용함으로써 수행될 수 있다.
하나의 구현예에서, 인장 존의 응력 프로파일 구역(한 압축 깊이에서 대향-측 압축 깊이까지 인장 응력의 깊이 적분으로 표시됨) 외에, 신뢰할 수 있는 기울기 추출의 깊이에서 응력 프로파일의 기울기의 신뢰할 수 있는 값은 LSP-기반 측정으로부터 또한 얻어진다.
하나의 실시예에서, 신뢰할 수 있는 기울기 추출의 깊이는 압축 깊이(DOC)일 수 있다. 압축 응력 존에서, 표면 압축 응력은 EPCS 방법에 의해 결정된다. 일부 경우, 압축 응력 프로파일의 일부는 신뢰할 수 있는 IWKB 추출을 위한 충분한 가이드 모드가 없는 경우 IWKB 또는 선형 프로파일, erfc-형태 프로파일, 지수 프로파일, 또는 린쿼드 프로파일 근사와 같은 종래 기술을 사용하여 EPCS 방법으로부터 추출된다. 이후 EPCS-기반 방법은, 응력 프로파일 S(z)의 표면 부분이 EPCS 측정으로부터 추출될 수 있는, 표면 응력 값이 S(0)인 표면, 또는 더 깊은 연결 지점(예컨대, 무릎 깊이 zk; 도 1b 참조)에서, 목표 연결 지점을 제공한다. 후자의 경우, 무릎 응력(CSk)은 EPCS 측정의 한계로 인해 높은 정확도로 명시되지 않을 수 있다.
그럼에도 불구하고, 무릎 응력(CSk)의 값은 반복적인 개선에 의해 압축 존(zone)(예컨대, 실질적으로 도 1b의 존 R1 및 R2)에서의 응력 프로파일의 추출을 추진하기 위한 적절한 시작 지점을 제공할 수 있다. 제1 반복에서, 표면 응력 값 S(0)을 가진 표면-근접 연결 지점은 2차 다항식을 사용하여 신뢰할 수 있는 추출된 응력 기울기를 가진 깊이 연결 지점(예컨대, 무릎 응력(CSk) 또는 압축 깊이(DOC))과 연결될 수 있다. 이는 제1 연결 지점까지(즉, 무릎 깊이 zk에서) EPCS로부터 얻어진 제1 부분 및 두 연결 지점들 사이의 다항식 보간법(polynomial interpolation)을 통해 얻어진 제2 부분을 가진 압축 존에서의 응력 프로파일의 제1 근사치를 결정하며, 여기서 제2 연결 지점뿐만 아니라 응력 프로파일 기울기도 매치되지 않는다.
특정 실시예에서, 제2 연결 지점은 반드시 그렇지는 않지만, 압축 깊이(DOC)일 수 있다. 응력 프로파일 S(z)의 제1 근사치는 통합된다(integrated). 응력 프로파일이 비대칭이면, EPCS 측정은 시편의 측면들 모두 상에서 수행되고, 응력 프로파일의 제1 근사치는 각 측면에 대해 위에서와 같이 얻어진다. 응력 프로파일 S(z)이 디자인 및 구현에 의해 대칭인 경우, 이때 이는 시편의 후면 측이 전면 측 압축 영역과 같이 후면 측 압축 영역에서 동일한 응력 프로파일을 갖는 것으로 가정될 수 있다.
전면 측 및 후면 측 압축 영역 모두에서의 응력 프로파일의 제1 근사치는 각 압축 존에 걸쳐 깊이에 대해 통합되고, 및 인장 존에 걸쳐 인장의 깊이 통합과 비교된다. 그 차이가 사전-규정된 허용 가능한 한계보다 절대 값에서 큰 경우, 보정 단계는 차이를 줄이기 위해 수행된다. 하나의 실시예에서, 사전-규정된 허용 가능한 한계는 인장 응력-존 구역의 5%이지만, 순차적으로 더 허용 가능한 한계는 3%, 2%, 1%, 및 0.5%를 포함한다.
허용 한계는 인장 존 응력 프로파일의 추출의 정확성의 정도의 추정에 기초하여 결정될 수 있다. 하나의 구현예에서, 응력 프로파일에 대한 여러 제1 근사치는 다양한 방법으로 얻어지며, 그 모두는 제1 연결 지점에서 무릎 응력(CSk)과, 그리고 제2 연결 지점에서, 즉 압축 깊이(DOC)에서 응력 값 및 응력 기울기와 매치된다. 제1 근사치의 다른 유형은 제2, 제3, 및 제4 차 다항식, 지수 프로파일, erfc-형태의 프로파일, 가우스 프로파일, 및 로렌츠(Lorentzian) 프로파일을 포함할 수 있다. 이때, 이들 제1 근사치 각각에 대해, 차이는 제1 근사치 압축 존에서의 응력의 구역 및 LSP-기반 측정을 사용하여 추출된 인장 존의 응력 구역 사이에서 발견된다. 이때 이들 제1 근사치 응력 프로파일의 선형 조합이 발견되므로, 선형 조합 응력 프로파일의 응력 구역은 인장 존 응력 구역과 동일하다.
다른 구현예에서, 상기 무릎 응력(CSk)에서의 EPCS-기반 측정의 제한된 정확성은 무릎 응력(CSk)의 초기 EPCS-기반 추측 주위에서 타겟팅될 무릎 응력(CSk)의 범위를 허용함으로써 고려된다. 응력 프로파일의 압축 응력 부분의 제1 근사치에서, 연결은 압축 존의 보간 영역에 대해 바람직한 타겟 형태 함수를 사용하여 무릎 응력(CSk)의 EPCS-기반 초기으로 이루어진다. 하나의 실시예에서, 바람직한 타겟 형태는 2차 다항식이다.
각 반복 후, 두 개의 조합된 압축 영역(시편의 각 측면에 하나)으로부터 압축 응력 프로파일의 응력 구역은 인장 존의 응력 구역으로부터 뺀다. 차이가 사전-규정된 타겟 허용 한계보다 절대 값에서 더 크면, 무릎 응력(CSk)의 타겟 값은 EPCS-기반 방법에서 사용할 수 있는 무릎 응력 측정의 추정된 정밀도에 따라 결정된 무릎 응력(CSk)에 대해 사전-규정된 허용 범위 내에서 변경될 수 있다.
하나의 실시예에서, 추정된 무릎 응력 정밀도는 약 10MPa이지만, 어떤 경우에는 7MPa 또는 5MPa 또는 3MPa가 더 좋다. 표면 스파이크가 존재하지 않고, 가이드 모드를 사용할 수 없을 때, 동일한 기술은 표면 응력 측정의 정밀도에 의해 결정되는 범위 내에서 변화하도록 허용되는 타겟 표면 응력 S(0)에 연결하기 위해 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 타겟 표면 응력 S(0) 또는 무릎 응력(CSk)에 대한 허용 가능한 값의 범위는 표면 응력 또는 무릎 응력의 측정 값의 양쪽에서 최대 6 표준 편차 폭까지, 예컨대, 3 표준 편차일 수 있다. 하나의 구현예에서, 타겟 표면 값 S(0)은 반복적으로 변경될 필요는 없지만, 제1 근사치 응력 프로파일과 인장-존 응력 프로파일 사이의 구역에서 측정된 차이 및 압축 응력 영역의 보간 부분에 대해 선택된 바람직한 기능적 형식을 활용하여, 대수적 계산에 의해 결정될 수 있다.
첨부된 청구범위에 규정된 바와 같이 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본원에 기술된 본 개시의 바람직한 구현예에 대한 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그에 상응하는 범위 내에 있는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (34)

  1. 상단 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 화학적으로 강화된(CS) 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템은:
    소산 프리즘 커플링 분광법(EPCS) 커플링 표면을 갖는 EPCS 커플링 프리즘을 통해 광 통신하는 EPCS 광원 시스템 및 EPCS 감지기 시스템을 포함하는 EPCS 서브-시스템;
    광-산란 편광 측정법(LSP) 커플링 표면을 갖는 LSP 커플링 프리즘을 통해 광학 보상기와 광 통신하는 LSP 광원 시스템, 광학 보상기 및 LSP 감지기 시스템을 포함하는 LSP 서브-시스템; 및
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 표면이 실질적으로 공통 평면에 존재하도록 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 작동 가능하게 지지하도록 구성된 프리즘 지지 프레임을 포함하는 커플링 프리즘 조립체; 및
    표면 및 측정 구멍을 갖는 지지 플레넘, 상기 지지 플레넘은 측정 구멍에 측정 평면에서 CS 기판을 지지하고, 상기 EPCS 및 LSP 커플링 표면이 실질적으로 측정 평면에 존재하도록 측정 구멍에서 커플링 프리즘 조립체를 작동 가능하게 지지하도록 구성됨;을 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 CS 기판은 투명하고 유리 재료, 유리-세라믹 재료 또는 결정질 재료를 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 적어도 하나의 이온-교환(IOX) 영역에 의해 규정되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 표면-근접 스파이크 영역 및 깊은 영역에 의해 규정되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘 지지 프레임은 몰딩된 단일 구조를 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘은 공통 커플링 프리즘의 제1 및 제2 섹션으로 구성되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘 지지 프레임은 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘 중 적어도 하나를 이동시키도록 조정 가능한, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  8. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘 지지 프레임은:
    i) 상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 서로로부터 유동적으로 격리시킴; 및
    ii) 상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 서로로부터 광학적으로 격리시킴;
    이 중 적어도 하나인 격리 부재를 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판의 상단 표면이 각각의 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스를 규정하기 위해 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 EPCS 및 LSP 커플링 표면과 인터페이스하도록 지지 플레넘의 표면 상에 또는 표면에 인접하여 작동 가능하게 지지되는 CS 기판, 여기서 상기 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스는 공통 지수-매칭 유체(index-matching fluid)를 공유함;을 더욱 포함하고,
    여기서 상기 CS 기판은 표면 굴절률 nS를 갖는 표면-근접 스파이크 영역 및 상기 스파이크 영역에 바로 인접하고 CS 기판의 상단 표면에 대향하는 깊은 영역을 포함하고, 여기서 상기 지수-매칭 유체는 굴절률 nf를 갖고, 여기서 Δn = nf - nS는 0.02 내지 0.06 범위이며;
    여기서 λ는 측정 파장이고, n(z)는 표면-근접 스파이크 영역의 굴절률 프로파일이며, 여기서 CS 기판의 표면-근접 스파이크 영역은 정규화된 기울기 Sn = |(λ/n)dn(z)/dz| < 0.0005을 갖는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00045
    는 표면-근접 스파이크 영역의 TM 및 TE 굴절률이고, 여기서 nf = noil이고, 여기서
    Figure pct00046
    는 각각 TM 임계 굴절률 및 TE 임계 굴절률이며, 여기서 지수-매칭 유체 굴절률 noil은:
    Figure pct00047

    Figure pct00048

    Figure pct00049

    Figure pct00050

    Figure pct00051

    Figure pct00052

    Figure pct00053

    Figure pct00054

    상기 조건들 중 적어도 하나를 만족시키도록 선택되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판은 지지 플레넘의 표면을 따라 이동하도록 구성된 이동식 기판 홀더에 의해 작동 가능하게 지지되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    압력-진공(PV, pressure-vacuum) 소스, 및 상기 PV 소스에 공압적으로 결합되고 측정 평면에 근접한 측정 구멍 내에 배치되고 CS 기판이 지지 플레넘의 표면에 의해 지지될 때 CS 기판과 공압식으로 맞물리도록 커플링 프리즘 조립체에 배치된 PV 바(bars)의 어레이(array)를 더욱 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 감지기 시스템은 반사광으로서 EPCS 커플링 프리즘에 의해 표면-근접 도파관 안팍으로 결합된 광원으로부터의 광에 기초하여 표면-근접 도파관의 모드 스펙트럼을 캡처하도록 구성되며, 여기서 상기 EPCS 감지기 시스템은 디지털 감지기에 대해 광학 경로 내에 작동 가능하게 배열된 초점 렌즈를 포함하고, 상기 모드 스펙트럼은 대비(contrast)를 갖고, 상기 초점 렌즈는 모드 스펙트럼의 대비를 조정하기 위해 조정 가능한 위치 및 조정 가능한 초점 길이 중 적어도 하나를 갖는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 초점 렌즈는 초점 렌즈 중 선택된 하나를 광학 경로로 삽입하도록 이동될 수 있는 지지 부재에 의해 지지되는 다른 초점 길이의 다중 초점 렌즈 중 하나인, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판은 지지 플레넘의 표면을 따라 이동하도록 구성된 이동식 기판 홀더에 의해 작동 가능하게 지지되는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LSP 광원 시스템은 이동식 광 확산기를 포함하는, CS 기판의 응력을 특성화하기 위한 시스템.
  17. 표면 및 표면-근접 도파관을 갖는 화학적으로 강화된(CS) 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법은:
    측정 위치에서 커플링 프리즘 조립체에 대해 CS 기판의 표면을 작동 가능하게 배치하는 단계, 상기 커플링 프리즘 조립체는 인접한 소산 프리즘 커플링 분광법(EPCS) 및 광-산란 편광 측정법(LSP) 커플링 인터페이스를 각각 규정하기 위해 EPCS 커플링 프리즘 및 LSP 커플링 프리즘을 포함함;
    제1 응력 특성을 얻기 위해 EPCS 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 EPCS 측정을 수행하고 측정 위치로부터 커플링 프리즘 조립체 또는 CS 기판을 제거하지 않고 제2 응력 특성을 얻기 위해 LSP 커플링 인터페이스를 사용하여 CS 기판의 LSP 측정을 수행하는 단계; 및
    상기 CS 기판의 전체 응력 특성화를 규정하기 위해 상기 제1 및 제2 응력 특성을 조합하는 단계, 여기서 상기 제1 응력 특성은 표면 압축 응력 S(0), 총 층의 깊이(DOLT), 층의 스파이크 깊이(DOLsp), 무릎 응력(CSk) 및 복굴절(B)을 포함하는 제1 응력 특성의 그룹으로부터 선택되고 상기 제2 응력 특성은 압축 깊이(DOC) 및 중심 인장(CT) 중 적어도 하나를 포함함;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
    원시 디지털 LSP 이미지를 규정하기 위해 디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
    가우스-블러링된(Gaussian-blurred) LSP 이미지를 형성하기 위해 상기 원시 디지털 LSP 이미지의 가우스 블러링을 수행하는 단계;
    임계값 이미지를 규정하기 위해 상기 가우스-블러링된 이미지 상에 오츠(Otsu) 임계값 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 제2 응력 특성을 얻기 위해 광학 지연 대 CS 기판으로의 깊이를 계산하도록 상기 임계 이미지를 사용하는 단계;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
    원시 디지털 LSP 이미지를 규정하기 위해 디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
    가우스 블러링된 LSP 이미지를 형성하기 위해 상기 원시 디지털 LSP 이미지의 가우스 블러링을 수행하는 단계;
    이미지 윤곽을 규정하기 위해 상기 가우스 블러링된 LSP 이미지 상에 이진화 방법(binarizing method)을 수행하는 단계; 및
    제2 응력 특성을 얻기 위해 광학 지연 대 CS 기판으로의 깊이를 계산하도록 상기 이미지 윤곽을 사용하는 단계;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
    디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
    OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하기 위해 LSP 이미지를 처리하는 단계;
    상기 OR 데이터 지점에 대해 피팅된 곡선(fitted curve)을 얻기 위해 선형 및 이차 함수의 조합을 이용하는 단계;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  21. 청구항 17 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 응력 특성 중 하나는 측정된 무릎 응력(CSK)를 포함하고:
    상기 무릎 응력 CSK(ind)의 독립적인 측정을 수행하는 단계;
    캘리브레이션 계수(calibration factor) Kcal = CSk/CSk(ind)를 규정하는 단계; 및
    상기 캘리브레이션 계수 Kcal을 제1 응력 특성 중 적어도 하나에 적용하는 단계;를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 LSP 측정을 수행하는 단계는:
    디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
    제1 및 제2 굽힘 지점을 포함하는 OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하기 위해 상기 LSP 이미지를 처리하는 단계; 및 다음 중 적어도 하나를 수행하는 단계:
    i) 상기 OR 데이터 지점에 대해 피팅된 곡선을 얻기 위해 파워-스파이크 함수를 이용하는 단계; 및
    ii) 상기 제1 및 제2 굽힘 지점이 CS 기판의 중간 평면에 대해 대칭이 되도록 OR 데이터 지점을 시프트하여, 시프트된 OR 데이터 지점을 규정하는 단계; 및 상기 CS 기판에 대한 압축 깊이(DOC) 측정을 얻기 위해 시프트된 OR 데이터 지점을 이용하는 단계;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    디지털 감지기 상에 LSP 이미지를 형성하는 단계;
    제1 및 제2 굽힘 지점 및 제1 및 제2 단부 영역을 규정하는 OR 데이터 지점을 포함하는 광학 지연(OR) 대 깊이(D) 곡선을 형성하도록 LSP 이미지를 처리하는 단계; 및
    i) 상기 CS 기판에 대한 중심 인장(CT)을 결정하기 위해 제1 및 제2 굽힘 지점을 각각 규정하는 OR 데이터 지점의 제1 및 제2 곡선 피팅;
    ii) 상기 CS 기판에 대한 압축 깊이(DOC)를 결정하기 위해 제1 및 제2 굽힘 지점 사이의 OR 데이터 지점의 곡선 피팅(curve fitting); 및
    iii) 상기 OR-피팅된 곡선을 규정하기 위해 제1 및 제2 단부 영역을 제외한 폭에 걸쳐 OR 데이터 지점에 대한 곡선 피팅을 수행하고, 상기 CS 기판을 위한 중심 인장(CT) 및 압축 깊이(DOC) 중 적어도 하나를 결정하기 위해 OR 피팅된 곡선을 사용하는 것; 이 중 적어도 하나를 수행하는 단계;를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  24. 청구항 17 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 인터페이스는 다른 지수-매칭 유체를 포함하고 다른 지수-매칭 유체를 유동적으로 격리하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  25. 청구항 17 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘을 광학적으로 격리시키는 단계를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  26. 청구항 17에 있어서,
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘은 공통 커플링 프리즘의 제1 및 제2 섹션으로 구성되는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  27. 청구항 17 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LSP 측정은 LSP 광 빔을 활용하고, 상기 LSP 결합 인터페이스의 광학적으로 상류에 배치된 회전 확산기를 통해 LSP 광 빔을 통과시키는 단계를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  28. 청구항 17 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    이동식 기판 홀더로 CS 기판을 지지하는 단계;
    지지 플레넘의 측정 구멍에서 지지 플레넘으로 커플링 프리즘 조립체를 장착하는 단계, 여기서 상기 지지 플레넘은 표면을 가짐; 및
    상기 지지 플레넘의 표면 위로 이동식 기판을 이동시키는 단계;를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  29. 청구항 17 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판은 유리 재료, 유리-세라믹 재료 또는 결정질 재료를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  30. 청구항 17 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 적어도 하나의 이온 교환(IOX) 영역에 의해 규정되는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  31. 청구항 17 내지 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CS 기판의 표면-근접 도파관은 표면-근접 스파이크 영역 및 깊은 영역에 의해 규정되는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  32. 청구항 17 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 및 LSP 커플링 프리즘의 각각의 EPCS 및 LSP 커플링 표면에 대해 CS 기판을 누르기 위해 측정 위치에서 CS 기판에 진공을 적용하는 단계를 더욱 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  33. 청구항 17 내지 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EPCS 측정을 수행하는 단계는:
    적어도 하나의 초점 렌즈와 디지털 감지기를 포함하는 EPCS 감지기 시스템을 사용하여 표면-근접 도파관의 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계, 여기서 상기 모드 스펙트럼은 대비를 갖고 적어도 하나의 초점 렌즈는 광학 경로에 존재함; 및
    상기 모드 스펙트럼의 대비를 개선하기 위해 적어도 하나의 초점 렌즈의 초점 렌즈 위치 및 초점 렌즈 초점 길이 중 적어도 하나를 조정하는 단계;를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초점 렌즈는 이동식 지지 부재에 의해 작동 가능하게 지지되고 다른 초점 길이를 갖는 다중 초점 렌즈를 포함하고, 여기서 상기 조정 단계는 광학 경로의 다중 초점 렌즈 중 선택한 하나를 위치시키도록 이동식 지지 부재를 이동시키는 단계를 포함하는, CS 기판의 제1 및 제2 응력 특성을 측정하는 방법.
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