KR20230056667A - Optical measuring system, optical measuring method and measuring program - Google Patents
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Abstract
샘플에 포함되는 층의 두께인 막 두께를 측정하는 광학 측정 시스템이 제공된다. 광학 측정 시스템은, 측정광을 발생시키는 광원과, 측정광을 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광으로서 수광하는 수광부와, 광원 및 수광부와 광학적으로 접속되고, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브와, 수광부에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터 샘플의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출부와, 막 두께 산출부에 의해 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 신뢰도 산출부를 포함한다.An optical measuring system for measuring film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample, is provided. The optical measurement system includes a light source that generates measurement light, a light receiver that receives reflected or transmitted light generated by irradiating the sample with the measurement light as observation light, and a probe that is optically connected to the light source and the light receiver and can be placed at any position. And, a film thickness calculation unit for calculating the film thickness of the sample from the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result by the light receiving unit, and how appropriately the film thickness calculated by the film thickness calculation unit is measured. and a reliability calculation unit that calculates measurement reliability.
Description
본 발명은, 가반형의 광학 측정 시스템, 그 광학 측정 시스템에 있어서의 광학 측정 방법, 그리고 그 광학 측정 방법을 실현하기 위한 측정 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to a portable optical measurement system, an optical measurement method in the optical measurement system, and a measurement program for realizing the optical measurement method.
제조된 제품의 막 두께를 관리하고 싶다는 요구가 존재한다. 이와 같은 요구에 대해, 막 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법이 알려져 있다.There is a need to manage the film thickness of manufactured products. In response to such a demand, a measuring device and a measuring method for measuring the film thickness are known.
일례로서, 전자 유도 또는 와전류를 이용한 측정 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평07-332916호 (특허문헌 1) 는, 실용적인 주파수의 전류를 사용하여 자성 피막의 막 두께를 양호한 정밀도로 계측하는 막후계를 개시한다. 또, 일본 공개특허공보 평06-317401호 (특허문헌 2) 는, 철 기판 상의 비철 도장 및 도전성의 비철 기판 상의 비도전성 도장의 쌍방의 두께의 측정이 가능한 핸드헬드식의 병용 도장 두께 게이지를 개시한다.As an example, a measuring device using electromagnetic induction or eddy current is known. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 07-332916 (Patent Document 1) discloses a film thickness gauge that measures the film thickness of a magnetic film with good precision using a current of a practical frequency. Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-317401 (Patent Document 2) discloses a hand-held combined coating thickness gauge capable of measuring the thickness of both non-ferrous coating on an iron substrate and non-conductive coating on a conductive non-ferrous substrate. do.
또, 초음파를 이용한 측정 장치도 알려져 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평07-167639호 (특허문헌 3) 는, 피복 내에 초음파를 방사함과 함께 초음파를 수신하고, 그 초음파 신호에 비례한 변환 신호를 생성하는 변환기를 구비한 두께 게이지를 개시한다.In addition, a measuring device using ultrasonic waves is also known. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 07-167639 (Patent Document 3) discloses a thickness gauge provided with a transducer that emits ultrasonic waves into a coating, receives ultrasonic waves, and generates a conversion signal proportional to the ultrasonic signal. Initiate.
또한, 광을 이용한 측정 장치도 알려져 있다. 예를 들어, 국제 공개 2010/013429호 (특허문헌 4) 는, 기재면에 형성된 막의 막 두께를, 분광 반사율을 측정함으로써 구하는 막 두께 측정 장치를 개시한다.In addition, a measuring device using light is also known. For example, International Publication No. 2010/013429 (Patent Document 4) discloses a film thickness measuring device for obtaining the film thickness of a film formed on a substrate surface by measuring spectral reflectance.
이들 막 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법 중, 전자 유도 또는 와전류를 이용한 장치, 그리고, 초음파를 이용한 장치의 측정 정밀도는, 광을 이용한 장치와 비교하여 떨어진다. 그 때문에, 막 두께의 측정에는, 광을 이용한 측정 장치를 사용하는 것이 바람직하다.Among the measuring devices and measuring methods for measuring these film thicknesses, the measurement accuracy of devices using electromagnetic induction or eddy current and devices using ultrasonic waves is lower than that of devices using light. Therefore, it is preferable to use a measuring device using light to measure the film thickness.
상기 서술한 특허문헌 4 에 개시되는 막 두께 측정 장치는, 광원으로부터의 광이, 막을 구비한 측정 대상면에 수직으로 입사하고, 측정 대상면에서 반사된 광이 분광 센서에 입사하도록 구성되어 있다. 광원으로부터의 광을 측정 대상면에 수직으로 입사시키기 위해, 거치형의 구성을 전제로 하고 있다.The film thickness measuring device disclosed in
제품의 품질 관리 등을 실시하기 위해서는, 예를 들어, 제조 라인의 임의의 위치에서 손쉽게 측정하고 싶다는 요구가 존재한다. 또, 표면이 곡면인 샘플이나 복잡한 형상의 샘플을 간편하게 측정하고 싶다는 요구도 존재한다. 그러나, 상기 서술한 선행 기술은, 이와 같은 요구를 만족하는 해결 수단을 제공하는 것은 아니다.In order to perform product quality control and the like, there is a demand for easy measurement at an arbitrary position on a production line, for example. In addition, there is also a need to easily measure a sample with a curved surface or a sample with a complicated shape. However, the prior art described above does not provide a solution that satisfies such a demand.
본 발명의 하나의 목적은, 샘플의 막 두께를 적절히 측정할 수 있는 광학 측정 시스템 등을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an optical measuring system or the like capable of appropriately measuring the film thickness of a sample.
본 발명의 어느 국면에 따르면, 샘플에 포함되는 층의 두께인 막 두께를 측정하는 광학 측정 시스템이 제공된다. 광학 측정 시스템은, 측정광을 발생시키는 광원과, 측정광을 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광으로서 수광하는 수광부와, 광원 및 수광부와 광학적으로 접속되고, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브와, 수광부에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터 샘플의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출부와, 막 두께 산출부에 의해 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 신뢰도 산출부를 포함한다.According to one aspect of the present invention, an optical measurement system for measuring film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample, is provided. The optical measurement system includes a light source that generates measurement light, a light receiver that receives reflected or transmitted light generated by irradiating the sample with the measurement light as observation light, and a probe that is optically connected to the light source and the light receiver and can be placed at any position. And, a film thickness calculation unit for calculating the film thickness of the sample from the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result by the light receiving unit, and how appropriately the film thickness calculated by the film thickness calculation unit is measured. and a reliability calculation unit that calculates measurement reliability.
광학 측정 시스템은, 신뢰도 산출부에 의해 산출된 측정 신뢰도를 통지하는 출력부를 추가로 포함하고 있어도 된다.The optical measurement system may further include an output unit for notifying the measurement reliability calculated by the reliability calculation unit.
출력부는, 측정 신뢰도의 높이에 대응한 통지음을 발생시키도록 해도 된다.The output unit may generate a notification sound corresponding to the height of the measurement reliability.
출력부는, 측정 신뢰도를 나타내는 광 및 화상의 적어도 일방을 출력하도록 해도 된다.The output unit may output at least one of light and an image indicating measurement reliability.
광학 측정 시스템은, 측정 신뢰도가 소정 조건을 만족하는 시점의 막 두께를 측정 결과로서 결정하는 결정부를 추가로 포함하고 있어도 된다.The optical measurement system may further include a determination unit that determines, as a measurement result, the film thickness at the time when the measurement reliability satisfies a predetermined condition.
막 두께 산출부는, 분광 반사율 또는 분광 투과율을 주파수 변환하여 산출되는 스펙트럼에 나타나는 피크에 기초하여, 샘플의 막 두께를 산출해도 된다. 신뢰도 산출부는, 스펙트럼에 나타나는 피크의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출해도 된다.The film thickness calculation unit may calculate the film thickness of the sample based on a peak appearing in a spectrum calculated by frequency-converting the spectral reflectance or spectral transmittance. The reliability calculator may calculate the measurement reliability based on the size of a peak appearing in the spectrum.
막 두께 산출부는, 분광 반사율 또는 분광 투과율을 나타내는 모델의 파라미터를, 관측광에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율과 일치하도록 피팅함으로써, 샘플의 막 두께를 산출해도 된다. 신뢰도 산출부는, 막 두께 산출부에 의해 결정된 피팅의 결과에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출해도 된다.The film thickness calculation unit may calculate the film thickness of the sample by fitting a parameter of a model representing the spectral reflectance or spectral transmittance to match the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the observed light. The reliability calculation unit may calculate measurement reliability based on the result of the fitting determined by the film thickness calculation unit.
프로브는, 샘플에 따라 상이한 종류로 변경 가능하게 구성되어 있어도 된다.The probe may be configured to be changeable into different types depending on the sample.
적어도 막 두께 산출부 및 신뢰도 산출부는, 프로브와는 독립된 케이싱에 실장되어 있어도 된다.At least the film thickness calculation unit and the reliability calculation unit may be mounted in a casing independent of the probe.
적어도 프로브, 광원 및 수광부는, 단일의 케이싱에 실장되어 있어도 된다.At least the probe, light source and light receiving unit may be mounted in a single casing.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 샘플에 포함되는 층의 두께인 막 두께를 측정하는 광학 측정 방법이 제공된다. 광학 측정 방법은, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 통하여, 광원이 발생시킨 측정광을 샘플에 조사하는 스텝과, 측정광을 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광으로서 수광부에서 수광하고, 수광부에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터 샘플의 막 두께를 산출하는 스텝과, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 스텝을 포함한다.According to another aspect of the present invention, an optical measurement method for measuring a film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample, is provided. The optical measurement method includes irradiating a sample with measurement light generated by a light source through a probe that can be placed at an arbitrary position, irradiating the sample with the measurement light, and receiving reflected or transmitted light as observation light in a light receiving unit, A step of calculating the film thickness of the sample from the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result by the light receiving unit, and a step of calculating measurement reliability indicating how properly the calculated film thickness is measured.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 샘플에 포함되는 층의 두께인 막 두께를 측정하는 측정 프로그램이 제공된다. 측정 프로그램은, 컴퓨터에, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 통하여, 광원이 발생시킨 측정광을 샘플에 조사했을 때에 발생하는 반사광 또는 투과광을 수광하여 얻어지는 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터, 샘플의 막 두께를 산출하는 스텝과, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 스텝을 실행시킨다.According to another aspect of the present invention, a measurement program for measuring a film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample, is provided. The measurement program is configured to receive the reflected light or transmitted light generated when the sample is irradiated with measurement light generated by a light source through a probe that can be placed at an arbitrary position in a computer, and the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result. From this, a step of calculating the film thickness of the sample and a step of calculating the reliability of measurement indicating how properly the calculated film thickness is measured are executed.
본 발명의 어느 실시형태에 의하면, 샘플의 막 두께를 적절히 측정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the film thickness of the sample can be appropriately measured.
도 1 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 기능 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 실시형태에 따르는 측정 장치에 포함되는 연산 처리부의 기능 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 프로브의 외관의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 프로브의 단면 구조의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 펜형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 펜형의 프로브에 장착되는 어태치먼트의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 8 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 V 홈형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 9 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 L 자형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 비접촉형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 비접촉형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 12 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 선단 가동식의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 13 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 곡면용의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 14 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 액체용의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 15 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 유막용의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 16 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 복수 각도의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 17 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 장치 및 프로브의 사용 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18 은, 본 실시형태의 변형예에 따르는 광학 측정 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 19 는, 본 실시형태의 다른 변형예에 따르는 광학 측정 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 20 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템이 막 두께 측정의 대상으로 하는 샘플의 단면 구조의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 21 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 22 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 다른 요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 또 다른 요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 24 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 26 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 27 은, 도 21 에 나타내는 프로브의 각 상태에 있어서 측정되는 분광 반사율의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 탐색 지원 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 29 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 탐색 지원 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 30 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 자동 측정 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 31 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 자동 측정 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 32 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 33 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템의 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 34 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 신뢰도의 통지 형태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 35 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템이 제공하는 기능 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of functional configuration of the optical measurement system according to the present embodiment.
3 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration of an arithmetic processing unit included in the measuring device according to the present embodiment.
Fig. 4 is a schematic diagram showing an example of the external appearance of a probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
5 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of a probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 6 is a schematic diagram showing an example of a pen-shaped probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 7 is a schematic diagram showing an example of an attachment attached to a pen-shaped probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 8 is a schematic diagram showing an example of a V-groove probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 9 is a schematic diagram showing an example of an L-shaped probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of a non-contact type probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 11 is a schematic diagram showing an example of a non-contact type probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of a tip movable probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 13 is a schematic diagram showing an example of a probe for a curved surface used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 14 is a schematic diagram showing an example of a liquid probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 15 is a schematic diagram showing an example of an oil film probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
16 is a schematic diagram showing an example of a multi-angle probe used in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 17 is a diagram showing an example of a usage mode of a measuring device and a probe in the optical measuring system according to the present embodiment.
Fig. 18 is a schematic diagram showing an optical measurement system according to a modified example of the present embodiment.
Fig. 19 is a schematic diagram showing an optical measurement system according to another modified example of the present embodiment.
20 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of a sample to be measured by the optical measurement system according to the present embodiment.
21 is a diagram for explaining factors that cause film thickness measurement to become unstable in the optical measurement system according to the present embodiment.
22 is a diagram for explaining other factors that cause film thickness measurement to become unstable in the optical measurement system according to the present embodiment.
23 is a diagram for explaining another factor that causes film thickness measurement to become unstable in the optical measurement system according to the present embodiment.
24 is a diagram for explaining an example of a method for calculating measurement reliability in the optical measurement system according to the present embodiment.
25 is a diagram for explaining another example of a method for calculating measurement reliability in the optical measurement system according to the present embodiment.
26 is a diagram for explaining another example of a method for calculating measurement reliability in the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 27 is a diagram showing an example of the spectral reflectance measured in each state of the probe shown in Fig. 21;
Fig. 28 is a diagram for explaining processing in the search support mode of the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 29 is a flowchart showing the processing procedure in the search support mode of the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 30 is a diagram for explaining processing in the automatic measurement mode of the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 31 is a flowchart showing the processing procedure in the automatic measurement mode of the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 32 is a diagram for explaining processing in the automatic measurement mode with search support of the optical measurement system according to the present embodiment.
Fig. 33 is a flow chart showing the processing procedure in the automatic measurement mode with search support of the optical measurement system according to the present embodiment.
34 is a schematic diagram showing an example of a form of notification of measurement reliability in the optical measurement system according to the present embodiment.
35 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration provided by the optical measurement system according to the present embodiment.
본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중의 동일 또는 상당 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of this invention is described in detail, referring drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same or equivalent part in drawing, and the description is not repeated.
<A. 광학 측정 시스템><A. Optical measuring system>
먼저, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 구성예에 대해 설명한다. 광학 측정 시스템 (1) 은, 광을 이용하여 샘플의 막 두께를 측정하는 광학식의 막 두께 측정 장치이다. 보다 구체적으로는, 광학 측정 시스템 (1) 은, 분광 간섭식의 막 두께 측정 장치이다.First, a configuration example of the
본 명세서에 있어서,「막 두께」는, 임의의 샘플에 포함되는 특정한 층 혹은 막의 두께를 의미한다. 즉, 광학 측정 시스템 (1) 은, 샘플에 포함되는 층의 두께인 막 두께를 측정한다.In this specification, "film thickness" means the thickness of a specific layer or film included in an arbitrary sample. That is, the
이하의 설명에 있어서는, 샘플에 광을 조사하여 그 반사광을 관측하는 광학계 (반사광 관측계) 에 대해 주로 설명하지만, 샘플에 광을 조사하여 그 투과광을 관측하는 광학계 (투과광 관측계) 에도 당연히 적용 가능하다. 그 때문에, 이하의 설명에 있어서, 특별한 설명이 없는 한,「반사광」이라는 용어는, 본래의「반사광」에 더하여「투과광」도 포함한다. 마찬가지로,「반사율」이라는 용어는, 본래의「반사율」에 더하여「투과율」도 포함한다.In the following description, an optical system (reflection light observation system) that irradiates light on a sample and observes the reflected light is mainly described, but it can naturally be applied to an optical system (transmitted light observation system) that irradiates light on a sample and observes the transmitted light. do. Therefore, in the following description, unless otherwise specified, the term "reflected light" includes "transmitted light" in addition to the original "reflected light". Similarly, the term "reflectance" includes "transmittance" in addition to the original "reflectance".
(a1 : 시스템 구성예)(a1: example of system configuration)
도 1 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 구성예를 나타내는 모식도이다. 광학 측정 시스템 (1) 은, 측정 장치 (100) 와, 측정 장치 (100) 와 광학적으로 접속된 프로브 (200) 를 포함한다.1 is a schematic diagram showing a configuration example of an
특히, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 은, 임의의 위치에서 측정이 가능한 가반형으로서 구성된다. 도 1 에 나타내는 구성예에서는, 사용자는, 일방의 손으로 측정 장치 (100) 를 파지하면서, 타방의 손으로 프로브 (200) 를 파지하여, 임의의 샘플을 임의의 위치에서 측정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 측정 중에 있어서, 사용자가 측정 장치 (100) 및/또는 프로브 (200) 를 항상 파지해 둘 필요는 없다. 이와 같이, 프로브 (200) 는, 임의의 위치에 배치 가능하게 되어 있다.In particular, the
측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 사이는, 광 파이버 (10) 및 광 파이버 (20) 를 통하여 접속되어 있다. 광 파이버 (10) 의 일단과 광 파이버 (20) 의 일단은, 커플러 (28) 를 통하여 착탈 가능하게 접속되어 있다.The measuring
샘플의 형상 및 특성에 따라 복수 종류의 프로브 (200) 가 준비되어도 된다. 이 경우에는, 프로브 (200) 를 용이하게 교환할 수 있도록 커플러 (28) 를 형성해도 된다. 커플러 (28) 는, 예를 들어, 원터치로 프로브 (200) 를 착탈할 수 있는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 커플러 (28) 는, 접속, 탈리, 교체 등에 의해 측정에 대한 영향이 없는 구조가 바람직하다. 단, 1 종류의 프로브 (200) 만을 이용하는 구성으로 하는 경우에는, 커플러 (28) 를 생략해도 된다.A plurality of types of
광 파이버 (10) 는 Y 형 광 파이버이고, 광 파이버 (10) 의 분기부 (16) 로부터는, 분기 파이버 (12) 및 분기 파이버 (14) 가 신장되어 있다.The
(a2 : 측정 장치 (100) 의 구성예)(a2: configuration example of measuring device 100)
도 2 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 기능 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 2 를 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 샘플에 광을 조사하고, 샘플에 광을 조사함으로써 발생하는 광 (반사광 또는 투과광) 을 수광한다. 이하의 설명에 있어서는, 샘플에 조사하는 광을「측정광」(도 2 에 나타내는 측정광 (22)) 이라고 칭하고, 샘플에 광을 조사함으로써 발생하는 광을「관측광」(도 2 에 나타내는 관측광 (24)) 이라고도 칭한다.2 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration of the
보다 구체적으로는, 측정 장치 (100) 는, 전형적인 구성 요소로서, 광원 (102) 과, 분광 측정부 (104) 와, 출력부 (106) 와, 조작부 (108) 와, 연산 처리부 (110) 와, 전원부 (130) 를 포함한다. 측정 장치 (100) 에 포함되는 구성 요소는 패키지화되어 케이싱에 수납되어 있다. 도 2 에 나타내는 구성예에 있어서는, 연산 처리부 (110) 는, 프로브 (200) 와는 독립된 케이싱에 실장되어 있다.More specifically, the measuring
프로브 (200) 는, 광원 (102) 및 분광 측정부 (104) 와 광학적으로 접속된다. 보다 구체적으로는, 분기 파이버 (12) 는, 광원 (102) 과 광학적으로 접속되고, 분기 파이버 (14) 는, 분광 측정부 (104) 와 광학적으로 접속된다. 분기 파이버 (12) 는, 광원 (102) 으로부터의 측정광 (22) 을 샘플에 조사 (투광) 함과 함께, 샘플로부터의 관측광 (24) 을 분광 측정부 (104) 에 유도한다.The
광원 (102) 은, 예를 들어, 백색 LED 나 자연광 LED 등의 발광체를 갖고 있고, 측정광 (22) 을 발생시킨다. 광원 (102) 이 발생시키는 측정광 (22) 은, 소정의 파장 범위에 걸친 성분을 갖고 있는 브로드한 광인 것이 바람직하다. 측정 장치 (100) 를 소형화하기 위해, 광원 (102) 은, 비교적 저전압으로도 동작하는 것이 바람직하다.The
분광 측정부 (104) 는, 측정광 (22) 을 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광 (24) 으로서 수광하는 수광부에 상당한다. 분광 측정부 (104) 는, 관측광 (24) 의 파장마다의 강도를 출력한다. 전형적으로는, 분광 측정부 (104) 는, 분기 파이버 (14) 를 통하여 입사하는 관측광 (24) 을 회절하는 회절 격자와, 회절 격자에 대응시켜 배치되는 복수 채널을 갖는 수광 소자를 포함한다. 수광 소자는, 라인 센서 혹은 2 차원 센서 등으로 구성되고, 파장 성분마다의 강도를 검출 결과로서 출력할 수 있다.The
분광 측정부 (104) 의 광학계로는, 예를 들어, Czerny-Turner 형, Fastie-Ebert 형, Paschen-Runge 형 등을 채용할 수 있다.As the optical system of the
출력부 (106) 는, 연산 처리부 (110) 에 의한 연산 결과를 사용자에게 출력한다. 특히, 출력부 (106) 는, 연산 처리부 (110) 에 의해 산출된 측정 신뢰도를 통지한다. 출력부 (106) 로는, 정보를 화상이나 광으로 사용자에게 통지하는 디스플레이, 터치 패널, LED 를 채용해도 되고, 정보를 음성으로 사용자에게 통지하는 음성 발생부 (스피커) 를 채용해도 되고, 정보를 진동으로 사용자에게 통지하는 진동자를 채용해도 된다.The
조작부 (108) 는, 사용자 조작을 받아들인다. 조작부 (108) 는, 터치 패널, 키보드, 마우스, 펜 태블릿, 버튼 등의 임의의 입력 디바이스를 채용해도 된다.The
연산 처리부 (110) 는, 막 두께 산출 기능으로서, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 에 기초하여 산출되는 분광 반사율 (혹은, 분광 투과율) 로부터 샘플의 막 두께를 산출한다. 연산 처리부 (110) 는, 막 두께 산출 기능에 더하여, 신뢰도 산출 기능을 갖고 있다. 즉, 연산 처리부 (110) 는, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출한다. 또한, 연산 처리부 (110) 는, 후술하는 바와 같은 각종 처리도 실행한다.The
샘플의 막 두께를 결정하는 알고리즘으로는, FFT (Fast Fourier Transform) 법이나 최적화법 등을 채용할 수 있다.As an algorithm for determining the film thickness of the sample, an FFT (Fast Fourier Transform) method, an optimization method, or the like can be employed.
전원부 (130) 는, 연산 처리부 (110) 를 포함하는 측정 장치 (100) 의 각 구성 요소에 전력을 공급한다. 전원부 (130) 는, 외부 전원으로부터 공급되는 전력의 전압을 조정하여, 측정 장치 (100) 의 각 구성 요소에 제공한다. 전원부 (130) 는, 외부 전원으로부터의 전력 공급이 차단되어도, 측정 장치 (100) 의 각 구성 요소에 대한 전력 공급을 계속할 수 있도록, 배터리 (132) 를 내장하고 있어도 된다.The
도 3 은, 본 실시형태에 따르는 측정 장치 (100) 에 포함되는 연산 처리부 (110) 의 기능 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 3 을 참조하여, 연산 처리부 (110) 는, 프로세서 (112) 와, 주메모리 (114) 와, 내부 인터페이스 (116) 와, 범용 인터페이스 (117) 와, 네트워크 인터페이스 (118) 와, 스토리지 (120) 를 포함한다.3 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration of the
프로세서 (112) 는, 전형적으로는, CPU (Central Processing Unit) 나 GPU (Graphics Processing Unit) 등의 연산 처리부이고, 스토리지 (120) 에 격납되어 있는 하나 또는 복수의 프로그램을 주메모리 (114) 에 판독 출력하여 실행한다. 주메모리 (114) 는, DRAM (Dynamic Random Access Memory) 또는 SRAM (Static Random Access Memory) 과 같은 휘발성 메모리이고, 프로세서 (112) 가 프로그램을 실행하기 위한 워킹 메모리로서 기능한다.The
스토리지 (120) 는, 하드 디스크나 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리로 이루어지고, 각종 프로그램이나 데이터를 격납한다. 보다 구체적으로는, 스토리지 (120) 는, 오퍼레이팅 시스템 (122) (OS : Operating System) 과, 측정 프로그램 (124) 과, 검출 결과 (126) 와, 측정 결과 (128) 를 격납한다.The
오퍼레이팅 시스템 (122) 은, 프로세서 (112) 가 프로그램을 실행하는 환경을 제공한다. 측정 프로그램 (124) 은, 프로세서 (112) 에 의해 실행됨으로써, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 방법 등을 실현한다. 검출 결과 (126) 는, 분광 측정부 (104) 가 출력하는 관측광 (24) 의 파장마다의 강도의 데이터를 포함한다. 측정 결과 (128) 는, 측정 프로그램 (124) 의 실행에 의해 얻어지는 샘플의 막 두께의 측정 결과를 포함한다.The
내부 인터페이스 (116) 는, 측정 장치 (100) 에 포함되는 구성 요소와의 사이의 데이터 전송을 중개한다.The
범용 인터페이스 (117) 는, 예를 들어, USB (Universal Serial Bus) 등에 의해 구성되고, 외부 장치와의 사이의 데이터 전송을 중개한다. 네트워크 인터페이스 (118) 는, 예를 들어, 유선 LAN 혹은 무선 LAN 등에 의해 구성되고, 외부 장치와의 사이의 데이터 전송을 중개한다. 범용 인터페이스 (117) 및/또는 네트워크 인터페이스 (118) 는, 스토리지 (120) 에 격납되어 있는 검출 결과 (126) 의 다른 정보 처리 장치로의 송신, 및, 다른 정보 처리 장치에 의해 처리된 측정 결과 (128) 의 수신 등을 실시해도 된다. 이와 같은 다른 정보 처리 장치와의 인터페이스를 준비함으로써, 다른 정보 처리 장치가 필요한 해석 처리의 전부 또는 일부를 담당할 수 있다.The general-
스토리지 (120) 에 격납된 측정 프로그램 (124) 등은, 임의의 기록 매체 (예를 들어, 광학 디스크 등) 등을 통하여 인스톨되어도 되고, 네트워크 인터페이스 (118) 등을 통하여 서버 장치로부터 다운로드되어도 된다.The
측정 프로그램 (124) 은, 오퍼레이팅 시스템 (122) 의 일부로서 제공되는 프로그램 모듈 중, 필요한 모듈을 소정의 배열로 소정의 타이밍에 호출하여 처리를 실행시키는 것이어도 된다. 그와 같은 경우, 당해 모듈을 포함하지 않는 측정 프로그램 (124) 에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 측정 프로그램 (124) 은, 다른 프로그램의 일부에 도입되어 제공되는 것이어도 된다.The
또한, 연산 처리부 (110) 의 프로세서 (112) 가 프로그램을 실행함으로써 제공되는 기능의 전부 또는 일부를 하드 와이어드 로직 회로 (예를 들어, FPGA (field-programmable gate array) 나 ASIC (application specific integrated circuit) 등) 에 의해 실현해도 된다. 또, CPU 나 GPU 등의 프로세서에 더하여, DSP (Digital Signal Processor) 및 ISP (Image Signal Processor) 등을 일체화한 SoC (System on Chip) 를 사용하여 실현해도 된다.In addition, all or part of the functions provided by the
(a3 : 프로브 (200) 의 구성예)(a3: configuration example of probe 200)
도 4 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에서 이용되는 프로브 (200) 의 외관의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 4 에 나타내는 프로브 (200) 는, 측정 장치 (100) 로부터 공급되는 측정광 (22) 을 조사함과 함께, 샘플에서 발생하는 관측광 (24) 을 수광하는 투수광부 (202) 를 갖고 있다. 프로브 (200) 의 단면은 평탄한 원형으로 되어 있고, 원형의 중심 부분에 형성된 오목부에 투수광부 (202) 가 형성되어 있다.4 is a schematic diagram showing an example of the external appearance of the
도 5 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에서 이용되는 프로브 (200) 의 단면 구조의 일례를 나타내는 모식도이다.5 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of a
도 5(A) 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (200) 의 내부에는, 광 파이버 (20) 와 광학적으로 접속된 도광로 (204) 가 형성되어 있다. 도광로 (204) 는, 광 파이버 (20) 를 통하여 공급된 광을 투수광부 (202) 에 유도함과 함께, 투수광부 (202) 에 입사한 광을 광 파이버 (20) 에 유도한다.As shown in FIG. 5(A), inside the
측정 상태에 있어서, 도 5(A) 에 나타내는 프로브 (200) 의 단면을 샘플 (4) 에 접촉시킨 상태에서, 샘플 (4) 에 측정광 (22) 을 조사한다. 샘플 (4) 에서 발생하는 관측광 (24) 이 측정 장치 (100) 에서 해석 처리되어, 샘플 (4) 의 막 두께가 측정된다.In the measurement state, the
도 5(B) 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (200) 에 장착되는 레퍼런스 캡 (30) 이 준비되어도 된다. 레퍼런스 캡 (30) 은, 광학 측정 시스템 (1) 의 교정을 위해 사용된다. 또, 레퍼런스 캡 (30) 은, 프로브 (200) 의 보관시에 먼지 등의 침입을 방지하기 위해 사용할 수도 있다.As shown in FIG. 5(B) , a
레퍼런스 캡 (30) 은, 프로브 (200) 에 장착한 상태에서, 프로브 (200) 의 투수광부 (202) 와 대향하는 위치에 미러 (32) 가 형성되어 있다. 미러 (32) 는, 투수광부 (202) 로부터 조사되는 측정광 (22) 을 반사하여, 관측광 (24) 으로서 투수광부 (202) 에 되돌린다. 프로브 (200) 에 레퍼런스 캡 (30) 을 장착한 상태에서 측정되는 관측광 (24) 은, 반사율의 기준 (레퍼런스) 으로서 사용된다. 즉, 프로브 (200) 에 레퍼런스 캡 (30) 을 장착한 상태에서 측정되는 관측광 (24) 은, 레퍼런스 시그널로서 취득된다.In the state where the
상기 서술한 바와 같이, 샘플 (4) 의 형상 및 특성에 따라 복수 종류의 프로브 (200) 가 준비되어도 된다. 사용자는, 샘플 (4) 에 따라, 복수 종류의 프로브 (200) 중 적절한 프로브 (200) 를, 커플러 (28) 를 통하여 측정 장치 (100) 와 광학적으로 접속시킨다. 이와 같이, 프로브 (200) 는, 샘플 (4) 에 따라 상이한 종류로 변경 가능하게 구성되어 있다.As described above, a plurality of types of
복수 종류의 프로브 (200) 의 일례로는, (1) 청진기형 프로브, (2) 펜형 프로브, (3) V 홈형 프로브, (4) L 자형 프로브, (5) 미니 스폿 프로브, (6) 비접촉 프로브, (7) 선단 가동식 프로브, (8) 곡면용 프로브, (9) 액체 중 프로브, (10) 유막용 프로브, (11) 복수 각도 프로브 등을 들 수 있다.As an example of the plurality of types of
(1) 청진기형 프로브는, 상기 서술한 도 4 에 나타내는 바와 같은 형상을 갖고 있고, 측정면에 갖다 댈 수 있는 샘플 (4) 의 막 두께를 측정하는 데에 적합하다. 예를 들어, 투명 혹은 반투명한 평면상 샘플 (예를 들어, 식품 포장용 랩, PET 필름, 유리 기판, 반도체 등의 평면상 기판, 평면상 기판 상에 형성된 코팅층 등) 의 막 두께를 측정하기 위해 사용할 수 있다. 청진기형 프로브는, 평탄한 단면을 갖고 있기 때문에, 샘플 (4) 에 갖다 댐으로써, 측정면에 대한 광 조사 각도의 수직 내기 (입사각 및 반사각을 0°로 하는 광축 조정) 를 용이하게 실현할 수 있다. 즉, 사용자가 의식하지 않고, 측정광 (22) 을 측정면에 대해 수직으로 조사할 수 있다.(1) The stethoscope-type probe has a shape as shown in Fig. 4 described above, and is suitable for measuring the film thickness of the
(2) 펜형 프로브는, 주로, 샘플 (4) 의 국소적인 막 두께를 측정하기 위해 사용된다.(2) The pen-shaped probe is mainly used to measure the local film thickness of the
도 6 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 펜형의 프로브 (200C) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 6 을 참조하여, 프로브 (200C) 는, 포함되는 국소적인 입체 구조를 갖는 샘플 (4) 의 막 두께를 측정한다. 펜과 동일한 형상으로 함으로써, 사용자의 파지성 및 작업성을 높일 수 있다.6 is a schematic diagram showing an example of a pen-shaped
프로브 (200C) 의 선단에는, 샘플 (4) 에 따른 어태치먼트를 장착할 수 있도록 해도 된다.An attachment according to the
도 7 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 펜형의 프로브 (200C) 에 장착되는 어태치먼트의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 7(A) 에는, 선단일수록 넓어지는 어태치먼트 (210) 의 예를 나타낸다. 어태치먼트 (210) 를 장착함으로써, 샘플 (4) 의 측정면이 평탄한 경우에, 프로브 (200C) 를 갖다 대기 쉬워진다. 도 7(B) 에는, 선단일수록 가늘어지는 어태치먼트 (212) 의 예를 나타낸다. 어태치먼트 (212) 를 장착함으로써, 샘플 (4) 의 측정면이 좁은 경우에도, 프로브 (200C) 를 갖다 대기 쉬워진다. 이와 같이, 프로브 (200C) 의 선단에 장착 가능한 어태치먼트를 준비함으로써, 다양한 형상의 샘플 (4) 에 대응할 수 있다.Fig. 7 is a schematic diagram showing an example of an attachment attached to a pen-shaped
(3) V 홈형 프로브는, 주로, 원통상의 샘플 (4) (예를 들어, 카테터나 금속관 등) 의 외측에 형성된 코팅층의 막 두께를 측정하기 위해 사용된다.(3) The V-grooved probe is mainly used to measure the film thickness of a coating layer formed on the outer side of a cylindrical sample 4 (for example, a catheter or a metal tube).
도 8 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 V 홈형의 프로브 (200D) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 8 을 참조하여, 프로브 (200D) 는, 샘플 (4) 을 지지하는 1 쌍의 서포트 부재 (214) 를 포함한다. 서포트 부재 (214) 사이에는, 측정광 (22) 및 관측광 (24) 이 통과하는 간격이 형성되어 있다.Fig. 8 is a schematic diagram showing an example of a V-
V 홈형의 프로브 (200D) 의 서포트 부재 (214) 로 샘플 (4) 을 지지함으로써, 샘플 (4) 의 곡면 상의 측정 영역 부분 (미소면) 에 대한 광 조사 각도의 수직 내기를 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 샘플 (4) 의 곡률에 맞추어, 서포트 부재 (214) 의 개구 각도를 조정할 수 있는 기구를 채용해도 된다. 구체적으로는, V 자상의 홈을 구성하는 서포트 부재 (214) 사이에 스프링 등을 배치하여, 샘플 (4) 을 갖다 대는 힘의 크기에 따라 개구 각도를 조정할 수 있는 기구를 채용해도 된다.By supporting the
(4) L 자형 프로브는, 주로, 원통상 샘플의 내측에 형성된 코팅층의 막 두께를 측정하기 위해 사용된다. L 자형 프로브는, 샘플의 상부에 한정된 공간밖에 없는 경우에도 액세스할 수 있도록 절곡 형상으로 구성되어 있다.(4) The L-shaped probe is mainly used to measure the film thickness of a coating layer formed on the inside of a cylindrical sample. The L-shaped probe is configured in a bent shape so that it can be accessed even when there is only a limited space above the sample.
도 9 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 L 자형의 프로브의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 9(A) 를 참조하여, L 자형의 프로브 (200E) 의 내부에는, 광 파이버 (20) 와 광학적으로 접속된 도광로 (204) 와, 미러 (216) 가 형성되어 있다. 도광로 (204) 로부터 조사된 측정광 (22) 은, 미러 (216) 에서 전파 방향이 90°변화하여, 샘플 (4) 의 측정면에 조사된다. 마찬가지로, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 은, 미러 (216) 에서 전파 방향이 90°변화하여 도광로 (204) 에 유도된다.Fig. 9 is a schematic diagram showing an example of an L-shaped probe used in the optical measurement system according to the present embodiment. Referring to FIG. 9(A), inside the L-shaped
도 9(B) 에는, 도 9(A) 에 나타내는 프로브 (200E) 의 외주측에 서포트 부재 (218) 가 형성된 프로브 (200F) 를 나타낸다. 프로브 (200F) 의 서포트 부재 (218) 는, 샘플 (4) 의 내경에 맞추어 선택됨으로써, 원통상의 샘플 (4) 내에서 프로브 (200F) 를 용이하게 회전시킬 수 있다. 이로써, 샘플 (4) 의 내측에 형성된 코팅층의 막 두께를 전체 둘레에 걸쳐 측정할 수 있다.In FIG. 9(B),
(5) 미니 스폿 프로브는, 주로, 청진기형 프로브에서는, 표면이 거칠어진 샘플, 표면에 요철이 있는 샘플, 표면이 광 확산성인 샘플 등의 막 두께를 측정하기 위해 사용된다. 미니 스폿 프로브는, 측정광 (22) 의 조사 영역 (수광 영역) 이 미소한 스폿으로 되어 있기 때문에, 관측광 (24) 에 포함되는 노이즈 성분을 저감시킬 수 있다.(5) A mini-spot probe is mainly used in a stethoscope-type probe to measure the film thickness of a sample with a rough surface, a sample with irregularities on the surface, a sample with a light diffusive surface, or the like. In the mini-spot probe, since the irradiation area (light-receiving area) of the
(6) 비접촉 프로브는, 샘플 상의 측정 위치에서 프로브까지의 거리가 비교적 길어도 측정 가능하게 설계된 광학계를 갖고 있어, 샘플에 직접 접촉하지 않고 측정이 가능하게 되어 있다.(6) The non-contact probe has an optical system designed to enable measurement even when the distance from the measurement position on the sample to the probe is relatively long, and allows measurement without direct contact with the sample.
도 10 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 비접촉형의 프로브 (200G) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 10 을 참조하여, 프로브 (200G) 는, 렌즈 (220) 및 렌즈 (222) 를 포함하고, 도광로 (204) 로부터 조사된 측정광 (22) 을 샘플 (4) 상에 수속시킨다. 마찬가지로, 렌즈 (220) 및 렌즈 (222) 는, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 을 도광로 (204) 에 유도한다. 이와 같은 광학계를 채용함으로써, 프로브 (200G) 를 샘플 (4) 에 직접 접촉시키지 않아도, 샘플 (4) 의 막 두께를 측정할 수 있다.Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of a
비접촉 프로브는, 사용자에 의해 파지되어 사용되기 때문에, 광학 측정 시스템 (1) 에 의해 제공되는 측정 모드 (후술한다) 가 보다 유효하다.Since the non-contact probe is held and used by the user, the measurement mode provided by the optical measurement system 1 (to be described later) is more effective.
또한, 도 10 에는, 초점 위치가 고정된 구성예를 나타내지만, 초점 위치를 가변으로 해도 된다.10 shows a configuration example in which the focus position is fixed, but the focus position may be variable.
도 11 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 비접촉형의 프로브 (200H) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 11(A) 및 도 11(B) 를 참조하여, 프로브 (200H) 에 있어서, 렌즈 (222) 는 광축 방향의 위치를 변경 가능하게 구성된다. 렌즈 (222) 를 렌즈 (220) 로부터 멀리 함으로써, 초점 위치는 길어지고 (도 11(A) 참조), 렌즈 (222) 를 렌즈 (220) 에 가까이 함으로써, 초점 위치는 짧아진다 (도 11(B) 참조).Fig. 11 is a schematic diagram showing an example of a
(7) 선단 가동식 프로브는, 예를 들어, 입구가 좁은 구조체의 내부의 막 두께나 액세스 경로가 구부러져 있는 샘플의 막 두께 등을 측정하기 위해 사용된다.(7) The tip movable probe is used to measure, for example, the film thickness of the inside of a structure with a narrow entrance or the film thickness of a sample in which an access path is bent.
도 12 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 선단 가동식의 프로브 (200I) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 12 를 참조하여, 프로브 (200I) 의 선단은, 도 9 에 나타내는 L 자형의 프로브와 마찬가지로, 측정광 (22) 및 관측광 (24) 의 전파 방향을 변화시키는 미러 (도시하지 않음) 가 형성되어 있다. 그리고, 도 12(A) 및 도 12(B) 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (200I) 의 선단부는, 사용자가 조작함으로써 선단이 자유자재로 구부러지는 구조로 되어 있다. 이로써, 사용자가 프로브를 직접 갖다 댈 수 없는 경우에 유효하다.Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of a tip movable probe 200I used in the optical measurement system according to the present embodiment. Referring to FIG. 12 , the tip of the probe 200I is provided with a mirror (not shown) for changing the propagation directions of the
(8) 곡면용 프로브는, 주로, 측정 위치가 곡면으로 되어 있는 샘플의 막 두께 등을 측정하기 위해 사용된다.(8) The curved surface probe is mainly used for measuring the film thickness and the like of a sample whose measuring position is a curved surface.
도 13 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 곡면용의 프로브 (200J) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 13 을 참조하여, 프로브 (200J) 의 선단에는, 굴곡 가능한 플렉시블부 (226) 가 형성되어 있다. 플렉시블부 (226) 는, 부드러운 소재로 구성되어 있다. 사용자는, 프로브 (200J) 를 샘플 (4) 의 임의의 측정 위치에 대해 갖다 댐으로써, 플렉시블부 (226) 가 변형되어, 적절한 상태 (즉, 측정면에 대한 광 조사 각도의 수직 내기가 된 상태) 를 실현할 수 있다.Fig. 13 is a schematic diagram showing an example of a
플렉시블부 (226) 의 선단에는, 샘플 (4) 과 접촉하는 접촉부 (228) 가 형성되어 있다. 접촉부 (228) 의 중심부에는 투수광부 (202) 가 형성됨과 함께, 접촉부 (228) 의 노출면의 외주에는 고무 패킹 (230) 이 형성되어 있다. 고무 패킹 (230) 을 형성함으로써, 샘플 (4) 과의 접촉성을 높일 수 있다.A
(9) 액체 중 프로브는, 주로, 액체 중에 존재하는 샘플의 막 두께 등을 측정하기 위해 사용된다.(9) The in-liquid probe is mainly used to measure the film thickness and the like of a sample present in a liquid.
도 14 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 액체용의 프로브 (200K) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 14 를 참조하여, 프로브 (200K) 는, 일례로서, 청진기형 프로브와 동일한 형태를 채용하고 있지만, 액체 중에서도 사용할 수 있도록 각 부가 밀봉되어 있다.Fig. 14 is a schematic diagram showing an example of a
(10) 유막용 프로브는, 프로브 선단의 측정 위치와 접촉하는 부분이 침상으로 형성되어 있고, 유막을 비롯한 액체의 막의 막 두께를 용이하게 측정할 수 있다.(10) The oil film probe has a needle-shaped portion at the tip of the probe that contacts the measuring position, and can easily measure the film thickness of a liquid film including an oil film.
도 15 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 유막용의 프로브 (200L) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 15 를 참조하여, 프로브 (200L) 는, 일례로서, 청진기형 프로브와 동일한 형태를 채용하고 있지만, 유막에 대한 영향을 저감시킬 수 있도록, 침부 (234) 가 형성되어 있다.Fig. 15 is a schematic diagram showing an example of an
(11) 복수 각도 프로브는, 샘플 (4) 에 대한 측정광 (22) 의 입사각을 상이하게 할 수 있는 구성을 채용한다.(11) The multi-angle probe employs a structure capable of making the angle of incidence of the
도 16 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에서 이용되는 복수 각도의 프로브 (200M) 의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 16 을 참조하여, 프로브 (200M) 는, 샘플 (4) 의 측정면에 대해 수직이 아닌 각도로 측정광 (22) 을 입사할 수 있도록 되어 있다. 또, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 도 샘플 (4) 의 측정면에 대해 수직이 아닌 각도로 전파되므로, 그러한 관측광 (24) 도 수신할 수 있도록 구성되어 있다.Fig. 16 is a schematic diagram showing an example of a
상기 서술한 도 1 및 도 2 에는, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 가 별체로 되어 있는 구성예를 나타냈지만, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 를 연결할 수 있도록 해도 되고, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 를 일체화해도 된다.1 and 2 described above show a configuration example in which the
도 17 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서의 측정 장치 (100) 및 프로브 (200) 의 사용 형태의 일례를 나타내는 도면이다.Fig. 17 is a diagram showing an example of a usage mode of the measuring
도 17(A) 에는, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 를 연결하여 일체화하는 구성예를 나타낸다. 프로브 (200) 가 측정광 (22) 을 상방향으로 조사하도록 구성함으로써, 필름 등의 샘플 (4) 의 막 두께를 측정하는 데에 적합한 탁상형의 광학 측정 시스템을 실현할 수 있다.17(A) shows a configuration example in which the
도 17(B) 를 참조하여, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 를 일체화한 구성예를 나타낸다. 이와 같은 일체화한 구성을 채용함으로써, 광학 측정 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.Referring to FIG. 17(B), an example of a configuration in which the
(a4 : 변형예 그 첫번째 : 일체형)(a4: modified example, the first: integral type)
도 18 은, 본 실시형태의 변형예에 따르는 광학 측정 시스템 (1A) 을 나타내는 모식도이다. 도 18 을 참조하여, 광학 측정 시스템 (1A) 은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 의 기능을 패키지화한 측정 장치 (100A) 를 포함한다.Fig. 18 is a schematic diagram showing an
보다 구체적으로는, 측정 장치 (100A) 는, 전형적인 구성 요소로서, 광원 (102) 과, 분광 측정부 (104) 와, 출력부 (106) 와, 조작부 (108) 와, 연산 처리부 (110) 와, 전원부 (130) 와, 프로브 (200) 를 포함한다. 프로브 (200) 는, 샘플과 접촉할 수 있도록, 측정 장치 (100A) 의 케이싱으로부터 노출된 부분에 배치되어 있다. 이와 같이, 도 18 에 나타내는 구성예에 있어서, 프로브 (200), 광원 (102) 및 분광 측정부 (104) 는, 단일의 케이싱에 실장되어 있다.More specifically, the measuring
도 18 에 나타내는 각 구성 요소는, 도 2 에 나타내는 동일한 참조 부호가 부여된 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖고 있으므로, 여기서는 상세한 설명은 실시하지 않는다. 단, 광원 (102) 은, 측정 장치 (100A) 의 케이싱 내에 배치된 광 파이버 (52) 를 통하여 프로브 (200) 와 광학적으로 접속되어 있고, 분광 측정부 (104) 는, 측정 장치 (100A) 의 케이싱 내에 배치된 광 파이버 (54) 를 통하여 프로브 (200) 와 광학적으로 접속되어 있다.Each component shown in FIG. 18 has substantially the same function as the component with the same reference numerals shown in FIG. 2, and therefore detailed description is not performed here. However, the
(a5 : 변형예 그 두번째 : 무선 접속 구성)(a5: modified example 2nd: wireless connection configuration)
상기 서술한 도 1 및 도 2 에는, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 가 광학적으로 접속된 구성예를 나타냈지만, 측정 장치 (100) 와 프로브 (200) 를 무선화해도 된다.1 and 2 described above show configuration examples in which the
도 19 는, 본 실시형태의 다른 변형예에 따르는 광학 측정 시스템 (1B) 을 나타내는 모식도이다. 도 19 를 참조하여, 광학 측정 시스템 (1B) 은, 측정 장치 (100B) 와 고기능화 프로브 (200B) 를 포함한다.Fig. 19 is a schematic diagram showing an
측정 장치 (100B) 는, 전형적인 구성 요소로서, 출력부 (106) 와, 조작부 (108) 와, 연산 처리부 (110) 와, 전원부 (130) 와, 통신부 (134) 를 포함한다. 측정 장치 (100B) 에 포함되는 구성 요소는 패키지화되어 케이싱에 수납되어 있다.The measuring
고기능화 프로브 (200B) 는, 프로브 (200) 에 더하여, 광원 (102) 과, 분광 측정부 (104) 와, 전원부 (130) 와, 통신 처리부 (136) 를 포함한다. 고기능화 프로브 (200B) 에 포함되는 구성 요소는 패키지화되어 케이싱에 수납되어 있다. 이와 같이, 도 19 에 나타내는 구성예에 있어서, 프로브 (200), 광원 (102) 및 분광 측정부 (104) 는, 단일의 케이싱에 실장되어 있다.In addition to the
측정 장치 (100B) 의 통신부 (134) 와 고기능화 프로브 (200B) 의 통신 처리부 (136) 는, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 를 무선 통신에 의해 주고받는다. 무선 통신으로는, 무선 LAN, Bluetooth (등록상표), 적외선 통신, 4G 나 5G 등의 공중 무선 회선 등의 임의의 방식을 채용할 수 있다.The
통신 처리부 (136) 는, 고기능화 프로브 (200B) 에 있어서의 각종 처리에 더하여, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과를 무선 송신한다. 통신부 (134) 는, 통신 처리부 (136) 에 의해 무선 송신된 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과를 연산 처리부 (110) 에 출력한다.The
도 19 에 나타내는 그 밖의 각 구성 요소는, 도 2 에 나타내는 동일한 참조 부호가 부여된 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖고 있으므로, 여기서는 상세한 설명은 실시하지 않는다.Each of the other components shown in FIG. 19 has substantially the same functions as the components with the same reference numerals shown in FIG. 2 , and therefore detailed descriptions are not performed here.
고기능화 프로브 (200B) 의 동작 상태를 측정 장치 (100B) 로부터의 지령에 의해 제어할 수 있도록 해도 된다. 예를 들어, 측정 장치 (100B) 로부터의 지령에 따라, 고기능화 프로브 (200B) 의 광원 (102) 으로부터의 측정광 (22) 의 조사를 유효화/무효화하도록 해도 되고, 고기능화 프로브 (200B) 의 통신 처리부 (136) 의 무선 송신을 유효화/무효화하도록 해도 된다.The operating state of the highly
고기능화 프로브 (200B) 를 사용할 때에는, 외부 전원으로부터의 전력 공급이 아니라, 전원부 (130) 의 배터리 (132) 로부터의 전력 공급으로 동작하도록 해도 된다.When using the highly
(a6 : 실장 방법)(a6: mounting method)
상기 서술한 측정 장치 (100, 100A, 100B) 는, 소형의 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 실장해도 된다. 이 경우, 측정 장치 (100, 100A, 100B) 에 포함되는 많은 구성 요소는, 퍼스널 컴퓨터에 포함되게 된다. 혹은, 상기 서술한 측정 장치 (100, 100A, 100B) 를 스마트폰이나 태블릿 등을 사용하여 실장해도 된다.You may mount using the above-mentioned
본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 실장 방법은, 어떠한 형태여도 되고, 각 시대에 있어서 이용 가능한 기술을 사용하여 적절히 실장하면 된다.The mounting method of the
<B. 막 두께 측정의 처리예><B. Process example of film thickness measurement>
다음으로, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 의한 막 두께 측정의 처리예에 대해 설명한다.Next, processing examples of film thickness measurement by the
도 20 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 이 막 두께 측정의 대상으로 하는 샘플 (4) 의 단면 구조의 일례를 나타내는 모식도이다. 설명의 편의상, 도 20 에는, 기판층 (42) 상에 코팅층 (41) 이 형성된 샘플 (4) 을 나타낸다. 코팅층 (41) 은, 공기층 (40) 과 접해 있는 것으로 한다.20 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of a
도 20 을 참조하여, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 이 코팅층 (41) 과 기판층 (42) 의 계면에서 반사되어 발생하는 반사광에 대해 생각한다. 이하의 설명에서는, 첨자 i 를 사용하여 각 층을 표현한다. 즉, 공기층 (40) 을 첨자「0」, 샘플의 코팅층 (41) 을 첨자「1」, 기판층 (42) 을 첨자「2」로 한다. 또, 각 층에 있어서의 굴절률을 첨자 i 를 사용하여, 굴절률 ni 로 나타낸다.Referring to FIG. 20 , consider the reflected light generated when the
서로 상이한 굴절률 ni 를 갖는 층의 계면에서는 광의 반사가 발생하기 때문에, 굴절률이 상이한 i 층과 i+1 층 사이의 각 경계면에서의 P 편광 성분 및 S 편광 성분의 진폭 반사율 (Fresnel 계수) r(P) i,i+1, r(S) i,i+1 은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Since light is reflected at the interface between the layers having different refractive indices n i , the amplitude reflectance (Fresnel coefficient) r (P) of the P-polarized component and the S-polarized component at each interface between the i layer and the i+1 layer having different refractive indices i,i+1 , r (S) i,i+1 can be expressed as follows.
여기서, φi 는 i 층에 있어서의 입사각이다. 이 입사각 φi 는, 이하와 같은 Snell 의 법칙에 의해, 최상층의 공기층 (40) 에 있어서의 측정광 (22) 의 입사각으로부터 계산할 수 있다.Here, φ i is the incident angle in the i layer. This angle of incidence φi can be calculated from the angle of incidence of the
N0sinφ0 = Nisinφi N 0 sinφ 0 = N i sinφ i
광이 간섭 가능한 막 두께를 갖는 층 내에서는, 상기 식으로 나타내는 진폭 반사율로 반사되는 광이 층 내를 몇 번이나 왕복한다. 그 때문에, 인접하는 층과의 계면에서 직접 반사된 광과 층 내를 다중 반사된 후의 광 사이에서는 그 광로 길이가 상이하기 때문에, 위상이 서로 상이한 것이 되고, 코팅층 (41) 의 표면에 있어서 광의 간섭이 발생한다. 이와 같은, 각 층 내에 있어서의 광의 간섭 효과를 나타내는 위해, i 층의 층 내에 있어서의 광의 위상각 βi 를 도입하면, 이하와 같이 나타낼 수 있다.In a layer having a film thickness in which light can interfere, light reflected with an amplitude reflectance represented by the above equation travels through the layer many times. Therefore, since the optical path lengths are different between the light reflected directly at the interface with the adjacent layer and the light after multiple reflection in the layer, the phases are different from each other, and light interference occurs on the surface of the
여기서, di 는 i 층의 막 두께를 나타내고, λ 는 입사광의 파장을 나타낸다.Here, d i represents the film thickness of the i layer, and λ represents the wavelength of the incident light.
보다 단순화하기 위해, 샘플 (4) 에 대해 수직으로 광이 조사되는 경우, 즉 입사각 φi = 0 으로 하면, P 편광과 S 편광의 구별은 없어지고, 각 층 사이의 계면에 있어서의 진폭 반사율 및 막 두께의 위상각 β1 은 이하와 같이 된다.For further simplification, when light is irradiated perpendicularly to the
또한, 도 20 에 나타내는 샘플 (4) 에 대한 반사율 R 은, 이하와 같이 된다.In addition, the reflectance R with respect to the
상기 식에 있어서, 위상각 β1 에 대한 주파수 변환 (푸리에 변환) 을 생각하면, 위상 인자 (Phase Factor) 인 cos2β1 은 반사율 R 에 대해 비선형이 된다. 그래서, 이 위상 인자 cos2β1 에 대해 선형성을 갖는 함수로의 변환을 실시한다. 일례로서, 이 반사율 R 을 이하의 식과 같이 변환하고, 독자적인 변수인 파수 변환 반사율 R' 를 정의한다.In the above equation, considering the frequency transformation (Fourier transform) for the phase angle β 1 , the phase factor cos2β 1 becomes nonlinear with respect to the reflectance R. Therefore, conversion into a function having linearity is performed for this phase factor cos2β 1 . As an example, this reflectance R is converted according to the following formula, and a unique variable wavenumber conversion reflectance R' is defined.
이 파수 변환 반사율 R' 는, 위상 인자 cos2β1 에 대한 1 차식이 되고, 선형성을 갖게 된다. 여기서, 식 중의 Ra 는 파수 변환 반사율 R' 에 있어서의 절편이고, Rb 는 파수 변환 반사율 R' 에 있어서의 기울기이다. 즉, 이 파수 변환 반사율 R' 는, 각 파장에 있어서의 반사율 R 의 값을 주파수 변환에 관련된 위상 인자 cos2β1 에 대해 선형화하기 위한 함수이다. 또한, 이와 같은 위상 인자에 대해 선형화하기 위한 함수로는, 1/(1-R) 이라는 함수를 사용해도 된다.This wavenumber conversion reflectance R' becomes a linear expression for the phase factor cos2β 1 and has linearity. Here, R a in the formula is an intercept in the wave number conversion reflectance R', and R b is a slope in the wave number conversion reflectance R'. That is, this wavenumber conversion reflectance R' is a function for linearizing the value of reflectance R at each wavelength with respect to the phase factor cos2β 1 related to frequency conversion. Also, as a function for linearizing such a phase factor, a function of 1/(1-R) may be used.
따라서, 대상으로 하는 코팅층 (41) 내의 파수 K1 은 이하와 같이 정의할 수있다.Therefore, the wave number K 1 in the
여기서, 코팅층 (41) 내의 전자파의 전파 특성은 파수 K1 에 의존한다. 즉, 진공 중에 있어서 파장 λ 를 갖는 광은, 층 내에서는 그 광 속도가 저하되기 때문에, 파장도 λ 에서 λ/n1 까지 길어지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 파장 분산 현상을 고려하여, 파수 변환 반사율 R' 를 이하와 같이 정의한다.Here, propagation characteristics of electromagnetic waves in the
이 관계로부터, 파수 변환 반사율 R' 를 파수 K 에 대해 주파수 변환 (푸리에 변환) 하면, 코팅층 (41) 의 막 두께 d1 에 상당하는 주기 성분에 피크가 나타나는 것에 의해, 이 피크 위치를 특정함으로써, 코팅층 (41) 의 막 두께 d1 을 산출할 수 있다.From this relationship, when the wave number transform reflectance R' is subjected to frequency transformation (Fourier transform) with respect to the wave number K, a peak appears in the period component corresponding to the film thickness d 1 of the
즉, 샘플 (4) 로부터 측정되는 분광 반사율과 각 파장에 있어서의 반사율의 대응 관계를, 각 파장으로부터 산출되는 파수와 상기 서술한 관계식에 따라 산출되는 파수 변환 반사율 R' 의 대응 관계 (파수 분포 특성) 로 변환하고, 이 파수 K 를 포함하는 파수 변환 반사율 R' 의 함수를 파수 K 에 대해 주파수 변환하여 스펙트럼을 산출하고, 이 산출된 스펙트럼에 나타나는 피크에 기초하여, 샘플 (4) 을 구성하는 코팅층 (41) 의 막 두께 d1 을 산출한다. 이것은, 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭값을 취득하고, 이 중 진폭값이 큰 파수 성분에 기초하여, 코팅층 (41) 의 막 두께 d1 을 산출하는 것을 의미한다.That is, the correspondence relationship between the spectral reflectance measured from the
파수 분포 특성으로부터 진폭값이 큰 파수 성분을 해석하는 방법으로는, FFT 등의 이산적인 푸리에 변환을 사용하는 FFT 법이나, 최대 엔트로피법 (Maximum Entropy Method) 등의 최적화법을 사용하는 방법을 채용할 수 있다.As a method of analyzing the wavenumber component having a large amplitude value from the wavenumber distribution characteristics, an FFT method using a discrete Fourier transform such as FFT or a method using an optimization method such as the Maximum Entropy Method can be adopted. can
<C. 측정 신뢰도><C. Measurement Reliability >
다음으로, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 이 제공하는 측정 신뢰도에 대해 설명한다.Next, measurement reliability provided by the
본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 은, 사용자가 파지하여 임의의 위치에서 측정이 가능한 가반형으로서 구성된다. 또, 광학 측정 시스템 (1) 이 채용하는 반사광 관측계를 사용한 분광 간섭식에서는, 프로브 (200) 로부터 조사되는 측정광 (22) 이 샘플 (4) 에서 발생할 수 있는 관측광 (24) 을 프로브 (200) 에서 수광할 필요가 있다. 그 때문에, 사용자가 파지하는 상태에 따라 측정이 불안정해질 수 있다. 이하, 막 두께 측정을 불안정하게 하는 몇 가지 요인에 대해 설명한다.The
도 21 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 요인을 설명하기 위한 도면이다. 도 21 에는, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 측정광 (22) 의 입사각이 부적절해지는 예를 나타낸다.Fig. 21 is a diagram for explaining factors that cause film thickness measurement instability in the
도 21 을 참조하여, 프로브 (200) 가 샘플 (4) 의 측정면에 대해 정면으로 마주하고 있는 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 에 의해 발생하는 관측광 (24) 은, 프로브 (200) 에 입사하게 된다.Referring to FIG. 21 , when the
그러나, 프로브 (200) 가 샘플 (4) 의 측정면에 대해 기울어져 있는 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 에 의해 발생하는 관측광 (24) 이 프로브 (200) 에 적절히 입사할 수 없다.However, when the
특히, 비접촉 프로브나 곡면용 프로브를 사용하는 경우에는, 사용자는 측정 중에 프로브 (200) 를 파지해 두어야 하기 때문에, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 측정광 (22) 의 입사각을 적절히 유지해 두는 것이 어려우므로, 측정이 불안정해질 수 있다.In particular, when using a non-contact probe or a probe for a curved surface, since the user must hold the
또, 샘플 (4) 의 표면이 곡면인 경우나 복잡한 형상인 경우에도 마찬가지로, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 측정광 (22) 의 입사각을 적절히 유지해 두는 것이 어려우므로, 측정이 불안정해질 수 있다.In addition, similarly when the surface of the
도 22 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 다른 요인을 설명하기 위한 도면이다. 도 22 에는, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 측정광 (22) 의 초점이 부적절해지는 예를 나타낸다.Fig. 22 is a diagram for explaining other factors that cause film thickness measurement instability in the
도 22 를 참조하여, 프로브 (200) 와 샘플 (4) 의 측정면의 거리가 적절한 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 은, 샘플 (4) 의 측정면에서 초점을 맺으므로, 샘플 (4) 로부터는 적절한 관측광 (24) 이 발생하여, 프로브 (200) 에 입사하게 된다.Referring to FIG. 22 , when the distance between the
그러나, 프로브 (200) 와 샘플 (4) 의 측정면의 거리가 지나치게 멀거나 혹은 지나치게 가까운 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 은, 샘플 (4) 의 측정면으로부터 떨어진 위치에서 초점을 맺으므로, 적절한 관측광 (24) 을 발생시키지 않는다.However, when the distance between the
특히, 비접촉 프로브나 곡면용 프로브를 사용하는 경우에는, 사용자는 측정 중에 프로브 (200) 를 파지해 두어야 하기 때문에, 프로브 (200) 와 샘플 (4) 의 측정면의 거리를 적절히 유지해 두는 것이 어려우므로, 측정이 불안정해질 수 있다.In particular, when using a non-contact probe or a probe for a curved surface, since the user must hold the
또, 샘플 (4) 의 표면이 곡면인 경우나 복잡한 형상인 경우에도 마찬가지로, 프로브 (200) 와 샘플 (4) 의 측정면의 거리를 적절히 유지해 두는 것이 어려우므로, 측정이 불안정해질 수 있다.In addition, even when the surface of the
도 23 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 막 두께 측정을 불안정하게 하는 또 다른 요인을 설명하기 위한 도면이다. 도 23 에는, 샘플 (4) 의 미세 구조에서 기인하는 예를 나타낸다.Fig. 23 is a diagram for explaining another factor that makes film thickness measurement unstable in the
도 23 을 참조하여, 기판층 (42) 상에 코팅층 (41) 이 형성된 샘플 (4) 을 상정하면, 코팅층 (41) 에 미세한 요철이 존재하는 경우가 있다. 혹은, 코팅층 (41) 의 표면에도 미세한 요철이 존재하는 경우가 있다. 또한, 일부의 영역만이 측정 가능한 구조를 갖고 있는 샘플 (4) 등도 상정된다.Referring to FIG. 23 , assuming a
샘플 (4) 에서 발생할 수 있는 관측광 (24) 을 프로브 (200) 에서 수광할 필요가 있기 때문에, 이와 같은 샘플 (4) 에서는, 측정 위치에 따라서는, 막 두께를 적절히 측정할 수 없는 경우가 있다.Since the
도 23 을 참조하여, 샘플 (4) 의 측정면이 프로브 (200) 의 단면과 거의 평행인 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 에 의해 발생하는 관측광 (24) 은, 프로브 (200) 에 입사하게 된다.Referring to FIG. 23, when the measurement surface of the
그러나, 샘플 (4) 의 측정면이 프로브 (200) 의 단면으로부터 크게 기울어져 있는 경우에는, 프로브 (200) 로부터 조사된 측정광 (22) 에 의해 발생하는 관측광 (24) 이 프로브 (200) 에 적절히 입사할 수 없다.However, when the measurement surface of the
그래서, 상기 서술한 바와 같은 불안정한 상태에서 측정된 막 두께가 출력되는 것을 방지하기 위해, 광학 측정 시스템 (1) 은, 막 두께 측정에 관련된 측정 신뢰도를 산출한다.Therefore, in order to prevent output of the measured film thickness in an unstable state as described above, the
본 명세서에 있어서,「측정 신뢰도」는, 측정 혹은 산출되는 측정 결과 (예를 들어, 막 두께) 가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 정도를 의미한다.In this specification, "measurement reliability" means the degree to which a measured or calculated measurement result (eg, film thickness) is appropriately measured.
측정 신뢰도의 산출 방법으로는, 임의의 방법을 채용할 수 있지만, 전형예로서, 몇 가지 산출 방법에 대해 설명한다.Although any method can be employed as a method for calculating the measurement reliability, some calculation methods will be described as typical examples.
(c1 : FFT 법에 의한 측정 신뢰도의 산출 방법)(c1: Calculation method of measurement reliability by FFT method)
먼저, FFT 법에 의한 막 두께를 산출하는 경우에 적합한 방법을 설명한다.First, a method suitable for calculating the film thickness by the FFT method will be described.
도 24 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 24 에는, FFT 법에 의해 샘플의 막 두께를 산출하는 경우에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법을 나타낸다.24 is a diagram for explaining an example of a method for calculating measurement reliability in the
도 24 를 참조하여, 샘플 (4) 로부터 측정된 관측광 (24) 으로부터 분광 반사율을 산출하고, 상기 서술한 바와 같은 파수 변환 반사율 R' 로 변환한 후에, 파수 K 에 대해 주파수 변환 (푸리에 변환) 함으로써, 가로축을 막 두께로 하고, 세로축을 파워로 하는 스펙트럼 (이하,「파워 스펙트럼」이라고도 칭한다.) 을 산출할 수 있다.Referring to Fig. 24, the spectral reflectance is calculated from the observation light 24 measured from the
이와 같이, FFT 법에서는, 분광 반사율 또는 분광 투과율을 주파수 변환하여 산출되는 스펙트럼에 나타나는 피크에 기초하여, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다.In this way, in the FFT method, the film thickness of the
산출된 파워 스펙트럼에 대해, 샘플 (4) 의 막 두께에 상당하는 위치에 나타나는 피크에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다. 즉, 적절한 측정 상태일수록, 파워 스펙트럼에는 크고 또한 날카로운 피크가 나타난다. 그래서, 피크의 크기 혹은 날카로움에 따라 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.With respect to the calculated power spectrum, based on a peak appearing at a position corresponding to the film thickness of the
예를 들어, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 샘플 (4) 의 막 두께에 상당하는 위치에 나타나는 피크가 나타내는 면적 (피크 면적) 과, 그 이외의 부분의 면적 (노이즈 면적) 을 산출하고, 산출한 면적의 비를 측정 신뢰도로 해도 된다. 구체적으로는, 이하와 같은 식에 따라 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.For example, as shown in FIG. 24 , the area of a peak appearing at a position corresponding to the film thickness of sample 4 (peak area) and the area of other parts (noise area) are calculated and calculated. The area ratio may be regarded as the measurement reliability. Specifically, measurement reliability can be calculated according to the following formula.
측정 신뢰도 = 피크 면적/노이즈 면적Measurement Reliability = Peak Area/Noise Area
혹은, 이하에 나타내는 어느 식을 채용해도 된다.Alternatively, any formula shown below may be employed.
측정 신뢰도 = 피크 면적/(피크 면적 + 노이즈 면적)Measurement Reliability = Peak Area/(Peak Area + Noise Area)
측정 신뢰도 = (피크 면적 - 노이즈 면적)/(피크 면적 + 노이즈 면적)Measurement Reliability = (Peak Area - Noise Area)/(Peak Area + Noise Area)
또한 혹은, 피크의 높이 (파워의 크기) 에 기초하여 측정 신뢰도를 산출해도 된다. 구체적으로는, 이하에 나타내는 어느 식에 따라 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.Alternatively, the measurement reliability may be calculated based on the height of the peak (magnitude of power). Specifically, measurement reliability can be calculated according to any formula shown below.
측정 신뢰도 = 피크 높이/노이즈 높이Measurement Reliability = Peak Height/Noise Height
측정 신뢰도 = 피크 높이/(피크 높이 + 노이즈 높이)Measurement Reliability = Peak Height/(Peak Height + Noise Height)
측정 신뢰도 = (피크 높이 - 노이즈 높이)/(피크 높이 + 노이즈 높이)Measurement Reliability = (Peak Height − Noise Height)/(Peak Height + Noise Height)
이와 같이, FFT 법에 의해 샘플의 막 두께를 산출하는 경우에는, 산출되는 파워 스펙트럼에 나타나는 피크의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, when the film thickness of the sample is calculated by the FFT method, the measurement reliability can be calculated based on the size of the peak appearing in the calculated power spectrum.
(c2 : 최적화법에 의한 측정 신뢰도의 산출 방법)(c2: Calculation method of measurement reliability by optimization method)
다음으로, 최적화법에 의한 막 두께를 산출하는 경우에 적합한 방법을 설명한다.Next, a method suitable for calculating the film thickness by the optimization method will be described.
최적화법은, 분광 반사율을 나타내는 모델의 파라미터를, 실측된 분광 반사율 (혹은, 실측된 분광 반사율을 변환하여 얻어진 파수 변환 반사율 R') 과 일치하도록 피팅하는 방법이다.The optimization method is a method of fitting the parameters of a model representing the spectral reflectance to match the actually measured spectral reflectance (or the wavenumber converted reflectance R' obtained by converting the actually measured spectral reflectance).
이와 같이, 최적화법에서는, 분광 반사율 또는 분광 투과율을 나타내는 모델의 파라미터를, 관측광 (24) 에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율과 일치하도록 피팅함으로써, 샘플의 막 두께를 산출한다.In this way, in the optimization method, the film thickness of the sample is calculated by fitting the parameter of the model representing the spectral reflectance or spectral transmittance to match the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the
최적화법에 의해 결정된 파라미터에 의해 정의된 모델에 의해 산출되는 분광 반사율 (이론값) 이 실측된 분광 반사율과 어느 정도 일치하고 있는지 (즉, 실측된 분광 반사율과의 일치도, 혹은, 실측된 분광 반사율로부터의 괴리 정도) 에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.To what extent the spectral reflectance (theoretical value) calculated by the model defined by the parameters determined by the optimization method agrees with the actually measured spectral reflectance (i.e., the degree of agreement with the actually measured spectral reflectance, or from the actually measured spectral reflectance) Based on the degree of deviation), measurement reliability can be calculated.
보다 구체적으로는, 실측된 분광 반사율과 최적화법에 의해 결정된 파라미터에 의해 정의된 모델에 의해 산출되는 분광 반사율 (이론값) 의 상관 계수를 측정 신뢰도로서 결정해도 된다.More specifically, a correlation coefficient between the measured spectral reflectance and the spectral reflectance (theoretical value) calculated by a model defined by parameters determined by an optimization method may be determined as the measurement reliability.
혹은, 실측된 분광 반사율과 최적화법에 의해 결정된 파라미터에 의해 정의된 모델에 의해 산출되는 분광 반사율 (이론값) 사이의 제곱 오차의 역수를 측정 신뢰도로서 결정해도 된다.Alternatively, the reciprocal of the square error between the measured spectral reflectance and the spectral reflectance (theoretical value) calculated by a model defined by the parameters determined by the optimization method may be determined as the measurement reliability.
이와 같이, 최적화법에 의해 샘플의 막 두께를 산출하는 경우에는, 결정된 파라미터에 의해 정의된 모델에 의해 산출되는 분광 반사율과 실측된 분광 반사율의 일치의 정도에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다. 즉, 최적화법에 의해 샘플의 막 두께를 산출하는 경우에는, 결정된 피팅의 결과에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, when the film thickness of the sample is calculated by the optimization method, the measurement reliability can be calculated based on the degree of agreement between the spectral reflectance calculated by the model defined by the determined parameters and the actually measured spectral reflectance. . That is, when the film thickness of the sample is calculated by the optimization method, the measurement reliability can be calculated based on the determined fitting result.
(c3 : 반사율에 기초하는 측정 신뢰도의 산출 방법)(c3: Calculation method of measurement reliability based on reflectance)
도 25 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.25 is a diagram for explaining another example of a method for calculating measurement reliability in the
도 25(A) 에는, 측정 상태가 나쁜 경우의 분광 반사율의 일례를 나타내고, 도 25(B) 에는, 측정 상태가 적절한 경우의 분광 반사율의 일례를 나타낸다. 도 25 에 나타내는 바와 같이, 적절한 측정 상태에 있어서는, 분광 반사율의 진폭 (반사율의 최댓값와 최솟값의 차) 은, 상대적으로 커진다. 그 때문에, 분광 반사율의 진폭의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다. 예를 들어, 레퍼런스 캡 (30) 을 장착한 상태에서 측정되는 분광 반사율의 진폭을 기준으로 하여, 기준이 되는 진폭에 대한 비율을 측정 신뢰도로서 산출해도 된다.Fig. 25(A) shows an example of the spectral reflectance when the measurement state is bad, and Fig. 25(B) shows an example of the spectral reflectance when the measurement state is appropriate. As shown in Fig. 25, in an appropriate measurement state, the amplitude of the spectral reflectance (difference between the maximum and minimum reflectance values) becomes relatively large. Therefore, the measurement reliability may be calculated based on the amplitude of the spectral reflectance. For example, on the basis of the amplitude of the spectral reflectance measured with the
이와 같이, 샘플의 막 두께를 산출하는 알고리즘에 의존하지 않고, 측정된 분광 반사율의 진폭에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, the measurement reliability can be calculated based on the measured amplitude of the spectral reflectance without depending on the algorithm for calculating the film thickness of the sample.
또, 반사율 (진폭 반사율) 의 값으로부터 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다. 예를 들어, 반사율을 그대로 측정 신뢰도로서 출력해도 되고, 반사율을 소정의 함수 (예를 들어, 반사율에 대해 출력이 단조 증가하는 함수) 에 입력하여 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.Moreover, you may make it calculate measurement reliability from the value of reflectance (amplitude reflectance). For example, the reflectance may be output as measurement reliability as it is, or the measurement reliability may be calculated by inputting the reflectance into a predetermined function (for example, a function in which the output monotonically increases with respect to the reflectance).
샘플에 대한 프로브 (200) 의 각도 혹은 거리가 적절하지 않은 경우나, 샘플 표면에서의 광 확산이 큰 경우 등에는, 산출되는 반사율 (진폭 반사율) 은 작아지며, 이것은 측정 신뢰도가 낮은 것을 의미한다.When the angle or distance of the
이와 같이, 샘플의 막 두께를 산출하는 알고리즘에 의존하지 않고, 측정된 반사율 (진폭 반사율) 의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, the measurement reliability can be calculated based on the magnitude of the measured reflectance (amplitude reflectance) without depending on the algorithm for calculating the film thickness of the sample.
또한, 반사율 (진폭 반사율) 의 편차로부터 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다. 예를 들어, 사용자의 프로브 (200) 의 파지가 안정되어 있지 않아, 프로브 (200) 의 각도 혹은 거리가 변동되는 경우나, 샘플 표면에 미세한 막 두께 분포가 존재하는 경우 등에는, 산출되는 반사율 (진폭 반사율) 의 편차는 커지며, 이것은 측정 신뢰도가 낮은 것을 의미한다.Alternatively, the measurement reliability may be calculated from the variation in the reflectance (amplitude reflectance). For example, when the user's grip of the
도 26 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 측정 신뢰도를 산출하는 방법의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.26 is a diagram for explaining another example of a method for calculating measurement reliability in the
도 26(A) 에는, 측정이 불안정한 경우의 반사율의 일례를 나타내고, 도 26(B) 에는, 측정이 안정되어 있는 경우의 반사율의 일례를 나타낸다. 도 26 에 나타내는 바와 같이, 측정이 안정되어 있는 경우에는, 측정되는 반사율도 안정되므로, 편차는 상대적으로 작아진다. 그 때문에, 반사율의 편차의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.Fig. 26(A) shows an example of the reflectance when the measurement is unstable, and Fig. 26(B) shows an example of the reflectance when the measurement is stable. As shown in Fig. 26, when the measurement is stable, the measured reflectance is also stable, so the deviation is relatively small. For this reason, the measurement reliability may be calculated based on the size of the variation in reflectance.
보다 구체적으로는, 최근의 측정으로부터 소정 횟수분의 반사율의 표준 편차 혹은 분산으로부터, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.More specifically, the measurement reliability may be calculated from the standard deviation or dispersion of the reflectance for a predetermined number of times from recent measurements.
이와 같이, 샘플의 막 두께를 산출하는 알고리즘에 의존하지 않고, 측정된 반사율 (진폭 반사율) 의 편차에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, the measurement reliability can be calculated based on the deviation of the measured reflectance (amplitude reflectance) without depending on the algorithm for calculating the film thickness of the sample.
(c4 : 레퍼런스 시그널에 기초하는 측정 신뢰도의 산출 방법)(c4: Calculation method of measurement reliability based on reference signal)
프로브 (200) 에 레퍼런스 캡 (30) 을 장착한 상태에서 측정되는 관측광 (24) 인 레퍼런스 시그널에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.Measurement reliability may be calculated based on a reference signal that is the observation light 24 measured in a state where the
예를 들어, 사용에 의한 광원 (102) 의 열화 등이 있으면, 광원 (102) 이 발생시키는 측정광의 광량이 저하된다. 이와 같은 상태가 되면, 측정 신뢰도가 저하되어 있는 것으로 간주할 수 있다. 그래서, 제품 출하 전 혹은 제품 출하 직후의 레퍼런스 시그널의 크기와, 실제로 측정할 때의 레퍼런스 시그널의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출해도 된다.For example, when the
보다 구체적으로는, 제품 출하 전 혹은 제품 출하 직후의 레퍼런스 시그널의 크기에 대한 실제로 측정할 때의 레퍼런스 시그널의 크기의 비율을 측정 신뢰성으로서 산출해도 된다.More specifically, the ratio of the magnitude of the reference signal during actual measurement to the magnitude of the reference signal before product shipment or immediately after product shipment may be calculated as measurement reliability.
이와 같이, 샘플의 막 두께를 산출하는 알고리즘에 의존하지 않고, 측정된 레퍼런스 시그널의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, measurement reliability can be calculated based on the magnitude of the measured reference signal without depending on an algorithm for calculating the film thickness of the sample.
(c5 : 측정 결과의 편차에 기초하는 측정 신뢰도의 산출 방법)(c5: Calculation method of measurement reliability based on deviation of measurement results)
측정 결과 (예를 들어, 막 두께) 의 편차로부터 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다. 예를 들어, 사용자의 프로브 (200) 의 파지가 안정되어 있지 않아, 프로브 (200) 의 각도 혹은 거리가 변동되는 경우나, 샘플 표면에 미세한 막 두께 분포가 존재하는 경우 등에는, 측정 혹은 산출되는 측정 결과의 편차는 커지며, 이것은 측정 신뢰도가 낮은 것을 의미한다.Measurement reliability may be calculated from variations in measurement results (eg, film thickness). For example, when the user's grip of the
상기 서술한 도 26(A) 및 도 26(B) 와 마찬가지로, 측정이 안정되어 있는 경우에는, 측정 혹은 산출되는 측정 결과도 안정되므로, 편차는 상대적으로 작아진다. 그 때문에, 측정 혹은 산출되는 측정 결과의 편차의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.Similar to Fig. 26(A) and Fig. 26(B) described above, when the measurement is stable, the measured or calculated measurement result is also stable, so the deviation is relatively small. For this reason, the measurement reliability may be calculated based on the size of the deviation of the measured or calculated measurement results.
보다 구체적으로는, 최근의 측정으로부터 소정 횟수분의 측정 결과의 표준 편차 혹은 분산으로부터, 측정 신뢰도를 산출하도록 해도 된다.More specifically, the measurement reliability may be calculated from the standard deviation or variance of the measurement results for a predetermined number of times from the most recent measurement.
이와 같이, 샘플의 막 두께를 산출하는 알고리즘에 의존하지 않고, 측정 혹은 산출되는 측정 결과의 편차에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출할 수 있다.In this way, the measurement reliability can be calculated based on the deviation of the measured or calculated measurement result without depending on the algorithm for calculating the film thickness of the sample.
(c6 : 복수 종류의 측정 신뢰도를 이용하는 방법)(c6: method using multiple types of measurement reliability)
상기 서술한 바와 같이, 측정 신뢰도는, 복수의 방법으로 산출할 수 있다. 그 때문에, 상이한 방법으로 산출된 복수의 측정 신뢰도를 조합하여 최종적인 측정 신뢰도로서 산출하도록 해도 된다. 이 경우, 대상의 복수의 측정 신뢰도를 정규화한 후에, 단순 평균함으로써, 최종적인 측정 신뢰도로서 산출해도 된다.As described above, measurement reliability can be calculated by a plurality of methods. Therefore, it may be calculated as the final measurement reliability by combining a plurality of measurement reliability calculated by different methods. In this case, the final measurement reliability may be calculated by simple averaging after normalizing a plurality of measurement reliability of the target.
혹은, 대상의 복수의 측정 신뢰도에 대해, 각각 대응하는 가중 계수를 곱하여, 최종적인 측정 신뢰성으로서 산출해도 된다. 또한 혹은, 조건에 따라 가중 계수를 변화시켜도 된다.Alternatively, the final measurement reliability may be calculated by multiplying a plurality of target measurement reliability by a respective corresponding weighting factor. Alternatively, the weighting coefficient may be changed according to conditions.
이와 같이, 복수 종류의 측정 신뢰도를 이용하여, 최종적인 측정 신뢰성을 결정함으로써, 측정 신뢰성의 정확성을 높일 수 있다.In this way, by determining the final measurement reliability using a plurality of types of measurement reliability, the accuracy of the measurement reliability can be increased.
<D. 막 두께의 측정 모드><D. Film thickness measurement mode>
본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서는, 상기 서술한 바와 같은 측정 신뢰도를 이용하여, 이하와 같은 측정 모드를 실장해도 된다.In the
(d1 : 탐색 지원 모드)(d1: navigation assistance mode)
탐색 지원 모드는, 측정 신뢰도를 실시간으로 산출함과 함께, 산출한 측정 신뢰도를 사용자에게 통지함으로써, 사용자가 적절한 측정 상태를 발견하기 쉽게 하는 측정 모드이다.The search support mode is a measurement mode that makes it easy for the user to find an appropriate measurement state by calculating the measurement reliability in real time and notifying the user of the calculated measurement reliability.
도 27 은, 도 21 에 나타내는 프로브 (200) 의 각 상태에 있어서 측정되는 분광 반사율의 일례를 나타내는 도면이다. 도 27(A) 및 도 27(C) 에 나타내는 막 두께 측정이 불안정한 상태에 있어서는, 측정되는 분광 반사율의 진폭도 작아진다. 이에 반해, 도 27(B) 에 나타내는 바와 같은 적절한 측정 상태이면, 측정되는 분광 반사율의 진폭도 커진다.FIG. 27 is a diagram showing an example of the spectral reflectance measured in each state of the
사용자는, 프로브 (200) 로부터 측정광 (22) 이 조사되고 있는 상태에서, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 프로브 (200) 의 각도, 거리, 위치 (측정 위치) 를 변화시킨다. 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 에서 발생하는 관측광 (24) 으로부터 분광 반사율을 산출하고, 푸리에 변환 등을 거쳐 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 처리를 반복한다. 아울러, 측정 장치 (100) 는, 측정 신뢰도도 산출한다. 또한, 측정 장치 (100) 는, 산출된 측정 신뢰도를 사용자에게 순차 통지한다.The user changes the angle, distance, and position (measurement position) of the
사용자에 대한 측정 신뢰도의 통지는, 어떠한 방법이어도 되지만, 사용자가 프로브 (200) 를 파지하여 주사하고 있는 상태에 있어서 측정 신뢰도를 인식하기 쉽도록, 측정 신뢰도를 나타내는 통지음을 사용해도 된다. 예를 들어, 이하와 같이, 측정 신뢰도의 높이를 통지음의 발생 주기 혹은 발생 빈도에 대응시켜도 된다.Although any method may be used to notify the user of the measurement reliability, a notification sound indicating the measurement reliability may be used so that the user can easily recognize the measurement reliability while holding and scanning the
측정 신뢰도 : 저 삐 (무음) 삐Measurement Reliability: Low Beep (Silent) Beep
측정 신뢰도 : 중 삐삐 (무음) 삐삐Measurement reliability: medium beep (silent) beep
측정 신뢰도 : 고 삐삐삐 (무음) 삐삐삐Measurement Reliability: High beep beep beep (silent) beep beep beep
이와 같이, 측정 신뢰도의 높이에 대응한 통지음을 발생시켜도 된다. 이와 같은 통지음에 의해, 사용자는, 측정 신뢰도를 실시간으로 파악할 수 있으므로, 프로브 (200) 를 적절한 각도, 거리, 위치 (측정 위치) 로 조정할 수 있다. 이와 같은 조정에 의해, 적절한 측정 상태에 있어서의 샘플 (4) 의 막 두께를 취득할 수 있다.In this way, a notification sound corresponding to the height of measurement reliability may be generated. With such a notification sound, the user can grasp the measurement reliability in real time, so that the
또한, 사용자는, 적절한 측정 상태인 것으로 판단한 시점에서, 조작부 (108) (예를 들어, 트리거 스위치) 에 대한 조작을 실시하도록 해도 된다. 측정 장치 (100) 는, 사용자에 의해 조작부 (108) 가 조작된 시점의 막 두께를 적절한 측정 결과로서 출력 혹은 격납한다.In addition, the user may operate the operation unit 108 (eg, trigger switch) at the time of determining that the measurement state is appropriate. The measuring
도 28 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 탐색 지원 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 28 을 참조하여, 사용자는, 통지음 (38) 에 의해 측정 신뢰도를 확인하면서, 프로브 (200) 를 파지한 상태에서 각도, 거리, 위치 (측정 위치) 를 조정한다. 이 때, 프로브 (200) 로부터는 측정광 (22) 이 연속적 또는 간헐적으로 조사되고 있는 것으로 한다. 그리고, 사용자는, 측정 신뢰도가 충분히 높은 것으로 판단한 상태로 프로브 (200) 를 유지하여, 샘플 (4) 의 막 두께를 측정한다.Fig. 28 is a diagram for explaining processing in the search support mode of the
이상과 같은 측정 모드를 이용함으로써, 사용자는, 적절한 측정 상태에서 샘플 (4) 의 막 두께를 측정할 수 있다.By using the above measurement mode, the user can measure the film thickness of the
도 29 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 탐색 지원 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 29 에 나타내는 각 스텝은, 전형적으로는, 측정 장치 (100) 의 연산 처리부 (110) 의 프로세서 (112) 가 측정 프로그램 (124) 을 실행함으로써 실현된다.Fig. 29 is a flowchart showing the processing procedure in the search support mode of the
도 29 를 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시가 지시되면 (스텝 S100 에 있어서 예), 광원 (102) 에 구동 지령을 부여하여, 광원 (102) 으로부터의 측정광 (22) 의 조사를 유효화한다 (스텝 S102). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브 (200) 를 통하여, 광원 (102) 이 발생시킨 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사한다.Referring to FIG. 29 , the
그리고, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 이 분광 측정부 (104) 에 입사하여 출력되는 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 에 기초하여, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다 (스텝 S104). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사하여 발생하는 반사광 (혹은, 투과광) 을 관측광으로서 분광 측정부 (104) 에서 수광하고, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 (혹은, 분광 투과율) 로부터 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다.Then, the measuring
또, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 과정에서 이용한 데이터에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출한다 (스텝 S106). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출한다. 그리고, 측정 장치 (100) 는, 산출한 측정 신뢰도의 높이에 대응하는 통지음을 발생시킨다 (스텝 S108).In addition, the
측정 장치 (100) 는, 트리거 스위치 등에 의한 측정 결과의 출력이 지시되면 (스텝 S110 에 있어서 예), 금회의 연산 주기에 있어서 산출한 샘플 (4) 의 막 두께를 측정 결과로서 결정한다 (스텝 S112). 측정 결과의 출력이 지시되지 않으면 (스텝 S110 에 있어서 아니오), 스텝 S112 의 처리는 스킵된다.When the output of the measurement result by the trigger switch or the like is instructed (YES in step S110), the measuring
측정 장치 (100) 는, 측정 종료가 지시되면 (스텝 S114 에 있어서 예), 막 두께 측정의 처리를 종료하고, 그렇지 않으면 (스텝 S114 에 있어서 아니오), 스텝 S104 이하의 처리를 반복한다.The measuring
이상과 같은 탐색 지원 모드를 이용함으로써, 사용자는, 적절한 측정 상태를 탐색할 수 있다.By using the above search support mode, the user can search for an appropriate measurement state.
(d2 : 자동 측정 모드)(d2: automatic measurement mode)
자동 측정 모드는, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에서 측정 신뢰도가 높은 측정 결과를 자동적으로 추출하는 측정 모드이다.The automatic measurement mode is a measurement mode that automatically extracts measurement results with high measurement reliability from the start of measurement to the end of measurement.
사용자는, 프로브 (200) 로부터 측정광 (22) 이 조사되고 있는 상태에서, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 프로브 (200) 의 각도, 거리, 위치 (측정 위치) 를 변화시킨다. 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 에서 발생하는 관측광 (24) 으로부터 분광 반사율을 산출하고, 푸리에 변환 등을 거쳐 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 처리를 반복한다. 아울러, 측정 장치 (100) 는, 각각의 막 두께에 대응하는 측정 신뢰도도 산출한다.The user changes the angle, distance, and position (measurement position) of the
일련의 막 두께 측정이 완료되면, 측정 장치 (100) 는, 산출된 막 두께 중, 대응하는 측정 신뢰도가 높은 것을 측정 결과로서 결정한다.When a series of film thickness measurements are completed, the measuring
도 30 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 자동 측정 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 30 을 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에 샘플 (4) 의 막 두께 및 대응하는 측정 신뢰도를 산출함과 함께, 산출된 측정 신뢰도 중 소정 조건 (예를 들어, 측정 신뢰도가 높다) 을 만족하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출한다. 측정 장치 (100) 는, 추출한 하나 또는 복수의 측정 신뢰도에 대응하는 막 두께를 측정 결과로서 결정한다.30 is a diagram for explaining processing in the automatic measurement mode of the
도 30 에 나타내는 바와 같이, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에 산출된 측정 신뢰도의 최댓값 (즉, 1 개의 측정 신뢰도) 을 추출해도 되고, 소정의 임계값을 초과하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출하도록 해도 된다. 또, 측정 신뢰도의 최댓값을 추출하는 경우에도, 측정 신뢰도의 최댓값이 소정의 임계값을 초과하는 것을 추가의 조건으로 해도 된다.As shown in Fig. 30, the maximum value of measurement reliability calculated between the start of measurement and the end of measurement (that is, one measurement reliability) may be extracted, or one or a plurality of measurement reliability values exceeding a predetermined threshold value may be extracted. you can do it In addition, even when extracting the maximum value of measurement reliability, it is good also as an additional condition that the maximum value of measurement reliability exceeds a predetermined threshold value.
이와 같이, 측정 신뢰도의 추출은, 어떠한 방법을 채용해도 된다.In this way, any method may be employed to extract the measurement reliability.
도 31 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 자동 측정 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 31 에 나타내는 각 스텝은, 전형적으로는, 측정 장치 (100) 의 연산 처리부 (110) 의 프로세서 (112) 가 측정 프로그램 (124) 을 실행함으로써 실현된다.Fig. 31 is a flowchart showing the processing procedure in the automatic measurement mode of the
도 31 을 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시가 지시되면 (스텝 S200 에 있어서 예), 광원 (102) 에 구동 지령을 부여하여, 광원 (102) 으로부터의 측정광 (22) 의 조사를 유효화한다 (스텝 S202). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브 (200) 를 통하여, 광원 (102) 이 발생시킨 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사한다.Referring to FIG. 31 , when a measurement start is instructed (YES in step S200), the
그리고, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 이 분광 측정부 (104) 에 입사하여 출력되는 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 에 기초하여, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다 (스텝 S204). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사하여 발생하는 반사광 (혹은, 투과광) 을 관측광으로서 분광 측정부 (104) 에서 수광하고, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 (혹은, 분광 투과율) 로부터 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다.Then, the measuring
또, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 과정에서 이용한 데이터에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출한다 (스텝 S206). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출한다.In addition, the measuring
측정 장치 (100) 는, 측정 종료가 지시되면 (스텝 S208 에 있어서 예), 스텝 S210 이하의 처리를 실행하고, 그렇지 않으면 (스텝 S208 에 있어서 아니오), 스텝 S204 이하의 처리를 반복한다.The measuring
스텝 S208 에 있어서, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시부터 측정 종료까지 산출된 측정 신뢰도 중 소정 조건을 만족하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출한다 (스텝 S210). 그리고, 측정 장치 (100) 는, 추출한 하나 또는 복수의 측정 신뢰도에 각각 대응하는 막 두께를 측정 결과로서 출력한다 (스텝 S212). 그리고, 처리는 종료된다.In step S208, the
이상과 같은 자동 측정 모드를 이용함으로써, 사용자는, 측정 신뢰도 등을 의식하지 않고, 적절한 측정 상태에서 막 두께를 측정할 수 있다.By using the automatic measurement mode as described above, the user can measure the film thickness in an appropriate measurement state without being aware of measurement reliability or the like.
(d3 : 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드)(d3: automatic measurement mode with navigation assistance)
탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드는, 측정 신뢰도의 개선을 사용자에게 통지하면서, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에서 측정 신뢰도가 높은 측정 결과를 자동적으로 추출하는 측정 모드이다.The automatic measurement mode with search support is a measurement mode that automatically extracts measurement results with high measurement reliability from the start of measurement to the end of measurement while notifying the user of the improvement in measurement reliability.
사용자는, 프로브 (200) 로부터 측정광 (22) 이 조사되고 있는 상태에서, 샘플 (4) 의 측정면에 대한 프로브 (200) 의 각도, 거리, 위치 (측정 위치) 를 변화시킨다. 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 에서 발생하는 관측광 (24) 으로부터 분광 반사율을 산출하고, 푸리에 변환 등을 거쳐 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 처리를 반복한다. 아울러, 측정 장치 (100) 는, 각각의 막 두께에 대응하는 측정 신뢰도도 산출한다. 또한, 측정 장치 (100) 는, 산출된 측정 신뢰도가 개선 방향에 있는지의 여부를 사용자에게 순차 통지한다.The user changes the angle, distance, and position (measurement position) of the
사용자에 대한 측정 신뢰도가 개선 방향에 있는지의 여부의 통지는, 어떠한 방법이어도 되지만, 사용자가 프로브 (200) 를 파지하여 주사하고 있는 상태에 있어서 측정 신뢰도의 개선을 인식하기 쉽도록, 측정 신뢰도의 높이를 나타내는 통지음을 사용해도 된다. 예를 들어, 측정 신뢰도가 그 이전의 측정 신뢰도보다 높은 방향으로 변화한 경우에 한하여, 통지음을 발생시키도록 해도 된다. 또한, 발생시키는 통지음에 대해서도 산출된 측정 신뢰도의 높이에 따른 것으로 해도 된다.Any method may be used to notify the user of whether or not the measurement reliability is in the direction of improvement, but the height of the measurement reliability is such that it is easy to recognize the improvement in the measurement reliability in a state where the user is scanning while holding the
혹은, 측정 신뢰도가 개선됐을 때에 통지음을 발생시킴과 함께, 측정 신뢰도가 저하됐을 때에는 다른 통지음을 발생시키도록 함으로써, 사용자는, 자신의 조정에 의해, 측정 신뢰도가 개선 방향에 있는지의 여부를 용이하게 인식할 수 있다.Alternatively, by generating a notification sound when the measurement reliability is improved and generating another notification sound when the measurement reliability is lowered, the user can determine whether or not the measurement reliability is in the direction of improvement through his/her own adjustments. easily recognizable.
일련의 막 두께 측정이 완료되면, 측정 장치 (100) 는, 산출된 막 두께 중, 대응하는 측정 신뢰도가 높은 것을 측정 결과로서 결정한다.When a series of film thickness measurements are completed, the measuring
도 32 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드에 있어서의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 32 를 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에 샘플 (4) 의 막 두께 및 대응하는 측정 신뢰도를 산출함과 함께, 산출된 측정 신뢰도가 개선된 경우에 사용자에게 통지한다.Fig. 32 is a diagram for explaining processing in the automatic measurement mode with search support of the
일련의 막 두께 측정이 완료되면, 측정 장치 (100) 는, 산출된 측정 신뢰도 중 소정 조건 (예를 들어, 측정 신뢰도가 높다) 을 만족하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출한다. 측정 장치 (100) 는, 결정한 하나 또는 복수의 측정 신뢰도에 대응하는 막 두께를 측정 결과로서 결정한다.When a series of film thickness measurements are completed, the
도 32 에 나타내는 바와 같이, 측정 개시부터 측정 종료까지의 사이에 산출된 측정 신뢰도에 나타나는 피크를 추출해도 되고, 소정의 임계값을 초과하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출하도록 해도 된다. 또, 측정 신뢰도에 나타나는 피크를 추출하는 경우에도, 피크의 값이 소정의 임계값을 초과하는 것을 추가의 조건으로 해도 된다.As shown in Fig. 32, a peak appearing in measurement reliability calculated between the start of measurement and the end of measurement may be extracted, or one or a plurality of measurement reliability values exceeding a predetermined threshold may be extracted. Also, when extracting a peak that appears in the measurement reliability, it is good as an additional condition that the value of the peak exceeds a predetermined threshold value.
이와 같이, 측정 신뢰도의 추출은, 어떠한 방법을 채용해도 된다.In this way, any method may be employed to extract the measurement reliability.
도 33 은, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 의 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드에 있어서의 처리 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 33 에 나타내는 각 스텝은, 전형적으로는, 측정 장치 (100) 의 연산 처리부 (110) 의 프로세서 (112) 가 측정 프로그램 (124) 을 실행함으로써 실현된다.Fig. 33 is a flowchart showing the processing procedure in the automatic measurement mode with search support of the
도 33 을 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시가 지시되면 (스텝 S300 에 있어서 예), 광원 (102) 에 구동 지령을 부여하여, 광원 (102) 으로부터의 측정광 (22) 의 조사를 유효화한다 (스텝 S302). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브 (200) 를 통하여, 광원 (102) 이 발생시킨 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사한다.Referring to FIG. 33 , the
그리고, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 로부터의 관측광 (24) 이 분광 측정부 (104) 에 입사하여 출력되는 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 에 기초하여, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다 (스텝 S304). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 측정광 (22) 을 샘플 (4) 에 조사하여 발생하는 반사광 (혹은, 투과광) 을 관측광으로서 분광 측정부 (104) 에서 수광하고, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 (혹은, 분광 투과율) 로부터 샘플 (4) 의 막 두께를 산출한다.Then, the measuring
또, 측정 장치 (100) 는, 샘플 (4) 의 막 두께를 산출하는 과정에서 이용한 데이터에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출한다 (스텝 S306). 이와 같이, 측정 장치 (100) 는, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출한다.In addition, the measuring
측정 장치 (100) 는, 산출된 측정 신뢰도가 개선 방향에 있으면 (스텝 S308 에 있어서 예), 측정 신뢰도가 개선 방향에 있는 것을 나타내는 통지음을 발생시킨다 (스텝 S310). 산출된 측정 신뢰도가 개선 방향에 없으면 (스텝 S308 에 있어서 아니오), 스텝 S310 의 처리는 스킵되어도 된다.If the calculated measurement reliability is in the improvement direction (YES in step S308), the
그리고, 측정 장치 (100) 는, 측정 종료가 지시되면 (스텝 S312 에 있어서 예), 스텝 S314 이하의 처리를 실행하고, 그렇지 않으면 (스텝 S312 에 있어서 아니오), 스텝 S304 이하의 처리를 반복한다.Then, the
스텝 S310 에 있어서, 측정 장치 (100) 는, 측정 개시부터 측정 종료까지 산출된 측정 신뢰도 중 소정 조건을 만족하는 하나 또는 복수의 측정 신뢰도를 추출한다 (스텝 S314). 그리고, 측정 장치 (100) 는, 추출한 하나 또는 복수의 측정 신뢰도에 각각 대응하는 막 두께를 측정 결과로서 출력한다 (스텝 S316). 그리고, 처리는 종료된다.In step S310, the
이상과 같은 탐색 지원이 포함된 자동 측정 모드를 이용함으로써, 사용자는, 적절한 측정 상태를 탐색할 수 있다.By using the automatic measurement mode including search support as described above, the user can search for an appropriate measurement state.
(d4 : 통지의 방법)(d4: notification method)
상기 서술한 설명에 있어서는, 측정 신뢰도의 높이를 통지음의 발생 주기 혹은 발생 빈도에 대응시킨 통지 형태에 대해 예시했지만, 이것에 한정되지 않고 임의의 통지 방법을 채용할 수 있다.In the above description, the notification form in which the height of the measurement reliability is associated with the generation period or frequency of notification sound has been exemplified, but it is not limited to this, and any notification method can be adopted.
소리에 의해 측정 신뢰도를 통지하는 경우 (즉, 사용자가 청각으로 측정 신뢰도를 인식하는 경우) 에는, 산출되는 측정 신뢰도의 높이에 따라, 음량, 음정, 음색 중 하나 또는 복수를 변화시키도록 해도 된다. 사용자는, 통지음의 음량, 음정, 음색 중 어느 것이 변화함으로써, 측정 신뢰도의 변화를 용이하게 인식할 수 있다.When the measurement reliability is notified by sound (ie, when the user recognizes the measurement reliability by hearing), one or more of volume, pitch, and timbre may be changed according to the height of the calculated measurement reliability. The user can easily recognize a change in measurement reliability by changing any of the volume, pitch, and timbre of the notification sound.
또한, 소리에 의한 통지에 한정되지 않고, 진동, 광, 화상 등에 의한 통지를 채용할 수도 있다.In addition, notification by vibration, light, image, etc. can also be adopted, not limited to notification by sound.
예를 들어, 진동에 의해 측정 신뢰도를 통지하는 경우 (즉, 사용자가 촉각으로 측정 신뢰도를 인식하는 경우) 에는, 측정 장치 (100) 및/또는 프로브 (200) 에 진동자를 형성함과 함께, 산출되는 측정 신뢰도의 높이에 따라, 진동자의 진동 강도, 진동 주기, 진동 간격 중 하나 또는 복수를 변화시키도록 해도 된다. 사용자는, 자신이 느끼는 진동이 변화함으로써, 측정 신뢰도의 변화를 용이하게 인식할 수 있다.For example, when the measurement reliability is notified by vibration (that is, when the user recognizes the measurement reliability with a tactile sense), a vibrator is formed in the
또, 광 혹은 화상에 의해 측정 신뢰도를 통지하는 경우 (즉, 사용자가 시각으로 측정 신뢰도를 인식하는 경우) 에는, 측정 장치 (100) 및/또는 프로브 (200) 에 임의의 발광 디바이스를 형성함과 함께, 산출되는 측정 신뢰도의 높이에 따라, 발광 디바이스의 발광 상태를 변화시키도록 해도 된다. 즉, 출력부 (106) 로부터 측정 신뢰도를 나타내는 광 및 화상의 적어도 일방을 출력하도록 해도 된다. 사용자는, 눈에 들어오는 광이나 화상에 의해, 측정 신뢰도의 변화를 용이하게 인식할 수 있다.In addition, when the measurement reliability is notified by light or an image (that is, when the user recognizes the measurement reliability visually), forming an arbitrary light emitting device in the
도 34 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 에 있어서의 측정 신뢰도의 통지 형태의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 34(A) ∼ 도 34(C) 에는, 측정 장치 (100) 의 출력부 (106) 로서, 디스플레이 (1060) 를 채용한 경우의 통지 형태의 일례를 나타낸다.34 is a schematic diagram showing an example of a form of notification of measurement reliability in the
도 34(A) 에 나타내는 측정 장치 (100) 의 디스플레이 (1060) 에는, 막 두께의 측정값 (1062) 과, 측정 신뢰도를 나타내는 스테이터스 바 (1064) 가 표시되어 있다. 사용자는, 측정 신뢰도를 나타내는 스테이터스 바 (1064) 를 확인함으로써, 측정 신뢰도를 인식하면서, 막 두께의 측정값 (1062) 을 얻을 수 있다.On the
도 34(B) 에 나타내는 측정 장치 (100) 의 디스플레이 (1060) 에는, 막 두께의 측정값 (1062) 과, 측정 신뢰도를 나타내는 수치 (1066) 가 표시되어 있다. 사용자는, 측정 신뢰도를 나타내는 수치 (1066) 를 확인함으로써, 측정 신뢰도를 인식하면서, 막 두께의 측정값 (1062) 을 얻을 수 있다.On the
도 34(C) 에 나타내는 측정 장치 (100) 의 디스플레이 (1060) 에는, 막 두께의 측정값 (1062) 이 표시됨과 함께, 측정 장치 (100) 에는 측정 신뢰도를 나타내는 인디케이터 (1068) 가 형성되어 있다. 인디케이터 (1068) 는, 산출되는 측정 신뢰도의 높이에 따른 수만큼 점등된다. 사용자는, 측정 신뢰도를 나타내는 인디케이터 (1068) 를 확인함으로써, 측정 신뢰도를 인식하면서, 막 두께의 측정값 (1062) 을 얻을 수 있다.A measured
도 34(A) ∼ 도 34(C) 에 나타내는 통지 형태에 한정되지 않고, 임의의 형태로 측정 신뢰도를 사용자에게 통지할 수 있다.The user can be notified of the measurement reliability in any form, not limited to the form of notification shown in Figs. 34(A) to 34(C).
<E. 기능 블록도><E. Function block diagram>
도 35 는, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템 (1) 이 제공하는 기능 구성의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 35 에 나타내는 각 기능은, 전형적으로는, 측정 장치 (100) 의 연산 처리부 (110) 의 프로세서 (112) 가 측정 프로그램 (124) 을 실행함으로써 실현된다.Fig. 35 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration provided by the
도 35 를 참조하여, 측정 장치 (100) 는, 기능 구성으로서, 버퍼 (150) 와, 파수 변환부 (152) 와, 푸리에 변환부 (154) 와, 피크 탐색부 (156) 와, 막 두께 결정부 (158) 와, 측정 신뢰도 산출부 (160) 와, 출력 처리부 (162) 를 포함한다.Referring to FIG. 35 , the
버퍼 (150) 는, 분광 측정부 (104) 로부터의 검출 결과 (관측광 (24) 의 파장마다의 강도) 를 격납한다.The
파수 변환부 (152) 는, 버퍼 (150) 에 격납되는 관측광 (24) 의 파장마다의 강도로부터 분광 반사율을 산출하고, 산출한 분광 반사율로부터 파수 변환 반사율을 산출한다.The
푸리에 변환부 (154) 는, 파수 변환부 (152) 에 의해 산출된 파수 변환 반사율을 푸리에 변환한다.The
피크 탐색부 (156) 는, 푸리에 변환부 (154) 에 의한 푸리에 변환에 의해 산출된 파워 스펙트럼에 포함되는 피크를 탐색하고, 탐색한 피크에 대응하는 파워 스펙트럼의 위치 (막 두께) 를 출력한다. 즉, 피크 탐색부 (156) 는, 분광 측정부 (104) 에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 (혹은, 분광 투과율) 로부터 샘플의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출부에 상당한다.The
측정 신뢰도 산출부 (160) 는, 피크 탐색부 (156) 에 의해 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출한다. 보다 구체적으로는, 측정 신뢰도 산출부 (160) 는, 푸리에 변환부 (154) 에 의한 푸리에 변환에 의해 산출된 파워 스펙트럼에 기초하여 측정 신뢰도를 산출한다.The measurement
막 두께 결정부 (158) 는, 소정 조건이 만족되면, 피크 탐색부 (156) 로부터 출력되는 막 두께를 측정 결과로서 결정한다. 소정 조건으로는, 사용자가 조작부 (108) 를 조작한 것, 소정 기간에 있어서의 측정 신뢰도가 최댓값이 되는 것, 측정 신뢰도가 소정의 임계값을 초과하는 것 등을 포함하고 있어도 된다. 이와 같이, 막 두께 결정부 (158) 는, 전형적으로는, 측정 신뢰도가 소정 조건을 만족하는 시점의 막 두께를 측정 결과로서 결정한다.The film
출력 처리부 (162) 는, 피크 탐색부 (156) 로부터 출력되는 막 두께, 측정 신뢰도 산출부 (160) 로부터 출력되는 측정 신뢰도, 막 두께 결정부 (158) 로부터 출력되는 측정 결과 (막 두께) 등을 출력부 (106) 로부터 출력하는 처리를 담당한다. 출력 처리부 (162) 는, 측정 신뢰도 산출부 (160) 에 의해 산출된 측정 신뢰도를 출력부 (106) 에 의해 사용자에게 통지한다.The
또한, 도 35 에는, 전형예로서 FFT 법에 의한 막 두께를 산출하는 경우의 구성예를 나타냈지만, 최적화법에 의한 막 두께를 측정하는 경우에는, 샘플의 막 두께를 파라미터로서 포함하는 모델과, 실측된 반사율 (혹은, 투과율) 을 피팅하는 피팅부를 형성해도 된다.35 shows a configuration example in the case of calculating the film thickness by the FFT method as a typical example, but in the case of measuring the film thickness by the optimization method, a model including the film thickness of the sample as a parameter; A fitting portion for fitting the actually measured reflectance (or transmittance) may be provided.
<F. 변형예><F. Modified example>
상기 서술한 설명에 있어서는, 광학 측정 시스템 (1) 의 측정 장치 (100) 가 필요한 처리를 실행하는 구성예에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 복수의 처리 장치로 처리를 분담해도 되고, 일부의 처리를 프로브 (200) 가 담당하도록 해도 된다. 또한, 도시하지 않는 네트워크상의 컴퓨팅 리소스 (이른바 클라우드) 가 필요한 처리의 전부 또는 일부를 담당하도록 해도 된다.In the above description, a configuration example in which the
많은 컴퓨팅 리소스를 이용할 수 있는 경우에는, 과거에 취득된 측정 결과, 및/또는, 다른 광학 측정 시스템 (1) 에 의해 취득된 측정 결과를 이용하여 기계 학습을 실시하고, 기계 학습에 의해 얻어진 학습 완료 모델을 사용하여, 막 두께 측정에 관련된 최적의 조건을 사용자에게 통지하도록 해도 된다.When many computing resources are available, machine learning is performed using measurement results obtained in the past and/or measurement results obtained by another
<G. 정리><G. summary>
본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서는, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 통하여 취득되는 관측광에 기초하여 광학적으로 샘플의 막 두께를 산출하기 때문에, 막 두께의 측정 정밀도를 높일 수 있다.In the optical measurement system according to the present embodiment, since the film thickness of the sample is optically calculated based on the observation light acquired through the probe that can be placed at any position, the measurement accuracy of the film thickness can be increased.
또, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템에 있어서는, 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 아울러 산출하므로, 샘플의 막 두께를 보다 적절히 측정할 수 있다.In addition, in the optical measuring system according to the present embodiment, since the measurement reliability indicating how properly the calculated film thickness is measured is also calculated, the film thickness of the sample can be more appropriately measured.
또한, 본 실시형태에 따르는 광학 측정 시스템은, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 임의의 샘플을 배치하여 측정할 수 있으므로, 생산 현장이나 제조 라인 등에 있어서 손쉽게 막 두께를 측정할 수 있다. 또, 표면이 곡면인 샘플이나 복잡한 형상의 샘플이어도, 간편하게 측정할 수 있다.In addition, since the optical measurement system according to the present embodiment can measure a sample by arranging a probe that can be placed at an arbitrary position, the film thickness can be easily measured at a production site or a production line. Moreover, even if it is a sample with a curved surface or a sample with a complicated shape, it can measure simply.
금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 하는 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구의 범위에 의해 나타내고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.Embodiment disclosed this time should be considered as an illustration and not restrictive at all points. The scope of the present invention is shown by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims are included.
1, 1A, 1B : 광학 측정 시스템
4 : 샘플
10, 20, 52, 54 : 광 파이버
12, 14 : 분기 파이버
16 : 분기부
22 : 측정광
24 : 관측광
28 : 커플러
30 : 레퍼런스 캡
32, 216 : 미러
38 : 통지음
40 : 공기층
41 : 코팅층
42 : 기판층
100, 100A, 100B : 측정 장치
102 : 광원
104 : 분광 측정부
106 : 출력부
108 : 조작부
110 : 연산 처리부
112 : 프로세서
114 : 주메모리
116 : 내부 인터페이스
117 : 범용 인터페이스
118 : 네트워크 인터페이스
120 : 스토리지
122 : 오퍼레이팅 시스템
124 : 측정 프로그램
126 : 검출 결과
128 : 측정 결과
130 : 전원부
132 : 배터리
134 : 통신부
136 : 통신 처리부
150 : 버퍼
152 : 파수 변환부
154 : 푸리에 변환부
156 : 피크 탐색부
158 : 막 두께 결정부
160 : 측정 신뢰도 산출부
162 : 출력 처리부
200, 200C, 200D, 200E, 200F, 200G, 200H, 200I, 200J, 200K, 200L, 200M : 프로브
200B : 고기능화 프로브
202 : 투수광부
204 : 도광로
210, 212 : 어태치먼트
214, 218 : 서포트 부재
220, 222 : 렌즈
226 : 플렉시블부
228 : 접촉부
230 : 고무 패킹
234 : 침부
1060 : 디스플레이
1062 : 측정값
1064 : 스테이터스 바
1066 : 수치
1068 : 인디케이터1, 1A, 1B: optical measurement system
4: sample
10, 20, 52, 54: optical fiber
12, 14: branch fiber
16: branch
22: measurement light
24 : observation light
28 : Coupler
30: reference cap
32, 216: mirror
38: notification sound
40: air layer
41: coating layer
42: substrate layer
100, 100A, 100B: Measuring device
102: light source
104: spectroscopic measurement unit
106: output unit
108: control panel
110: calculation processing unit
112: processor
114: main memory
116: internal interface
117: universal interface
118: network interface
120: storage
122: operating system
124: measurement program
126: detection result
128: measurement result
130: power supply
132: battery
134: communication department
136: communication processing unit
150: buffer
152: wave number conversion unit
154: Fourier transform unit
156: peak search unit
158 film thickness determining unit
160: measurement reliability calculation unit
162: output processing unit
200, 200C, 200D, 200E, 200F, 200G, 200H, 200I, 200J, 200K, 200L, 200M: probe
200B: Highly functional probe
202: transmission/receiving unit
204: light guide
210, 212: attachment
214, 218: support member
220, 222: lens
226: flexible part
228: contact
230: rubber packing
234: sleep
1060: display
1062: measured value
1064: Status bar
1066: shame
1068: indicator
Claims (12)
측정광을 발생시키는 광원과,
상기 측정광을 상기 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광으로서 수광하는 수광부와,
상기 광원 및 상기 수광부와 광학적으로 접속되고, 임의의 위치에 배치 가능한 프로브와,
상기 수광부에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터 상기 샘플의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출부와,
상기 막 두께 산출부에 의해 산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 신뢰도 산출부를 구비하는, 광학 측정 시스템.As an optical measurement system for measuring the film thickness, which is the thickness of the layer included in the sample,
a light source for generating measurement light;
A light receiving unit configured to receive reflected light or transmitted light generated by irradiating the sample with the measurement light as observation light;
a probe that is optically connected to the light source and the light receiving unit and can be disposed at an arbitrary position;
a film thickness calculation unit for calculating the film thickness of the sample from the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result by the light receiving unit;
and a reliability calculation unit that calculates a measurement reliability indicating how appropriately the film thickness calculated by the film thickness calculation unit is measured.
상기 신뢰도 산출부에 의해 산출된 측정 신뢰도를 통지하는 출력부를 추가로 구비하는, 광학 측정 시스템.According to claim 1,
The optical measuring system further comprises an output unit for notifying the measurement reliability calculated by the reliability calculation unit.
상기 출력부는, 상기 측정 신뢰도의 높이에 대응한 통지음을 발생시키는, 광학 측정 시스템.According to claim 2,
The output unit generates a notification sound corresponding to the height of the measurement reliability.
상기 출력부는, 상기 측정 신뢰도를 나타내는 광 및 화상의 적어도 일방을 출력하는, 광학 측정 시스템.According to claim 2 or 3,
The optical measurement system, wherein the output unit outputs at least one of light and an image representing the measurement reliability.
상기 측정 신뢰도가 소정 조건을 만족하는 시점의 막 두께를 측정 결과로서 결정하는 결정부를 추가로 구비하는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 4,
and a determination unit for determining, as a measurement result, a film thickness at a point in time when the measurement reliability satisfies a predetermined condition.
상기 막 두께 산출부는, 상기 분광 반사율 또는 상기 분광 투과율을 주파수 변환하여 산출되는 스펙트럼에 나타나는 피크에 기초하여, 상기 샘플의 막 두께를 산출하고,
상기 신뢰도 산출부는, 상기 스펙트럼에 나타나는 피크의 크기에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 5,
The film thickness calculator calculates the film thickness of the sample based on a peak appearing in a spectrum calculated by frequency-converting the spectral reflectance or the spectral transmittance,
Wherein the reliability calculation unit calculates the measurement reliability based on the size of a peak appearing in the spectrum.
상기 막 두께 산출부는, 분광 반사율 또는 분광 투과율을 나타내는 모델의 파라미터를, 상기 관측광에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율과 일치하도록 피팅함으로써, 상기 샘플의 막 두께를 산출하고,
상기 신뢰도 산출부는, 상기 막 두께 산출부에 의해 결정된 피팅의 결과에 기초하여, 측정 신뢰도를 산출하는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 5,
The film thickness calculation unit calculates the film thickness of the sample by fitting a parameter of a model representing spectral reflectance or spectral transmittance to match the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the observation light,
The optical measurement system of claim 1 , wherein the reliability calculation unit calculates measurement reliability based on a result of the fitting determined by the film thickness calculation unit.
상기 프로브는, 상기 샘플에 따라 상이한 종류로 변경 가능하게 구성되어 있는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 7,
The optical measuring system, wherein the probe is configured to be changeable into different types according to the sample.
적어도 상기 막 두께 산출부 및 상기 신뢰도 산출부는, 상기 프로브와는 독립된 케이싱에 실장되어 있는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 8,
At least the film thickness calculation unit and the reliability calculation unit are mounted in a casing independent of the probe.
적어도 상기 프로브, 상기 광원 및 상기 수광부는, 단일의 케이싱에 실장되어 있는, 광학 측정 시스템.According to any one of claims 1 to 8,
The optical measuring system, wherein at least the probe, the light source and the light receiving unit are mounted in a single casing.
임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 통하여, 광원이 발생시킨 측정광을 상기 샘플에 조사하는 스텝과,
상기 측정광을 상기 샘플에 조사하여 발생하는 반사광 또는 투과광을 관측광으로서 수광부에서 수광하고, 상기 수광부에 의한 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터 상기 샘플의 막 두께를 산출하는 스텝과,
산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 스텝을 구비하는, 광학 측정 방법.As an optical measurement method for measuring the film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample,
irradiating the sample with measurement light generated by a light source through a probe that can be placed at an arbitrary position;
Receiving reflected light or transmitted light generated by irradiating the sample with the measurement light as observation light at a light receiving unit, and calculating the film thickness of the sample from the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result by the light receiving unit; ,
An optical measuring method, comprising: a step of calculating a measurement reliability indicating how appropriately the calculated film thickness is measured.
임의의 위치에 배치 가능한 프로브를 통하여, 광원이 발생시킨 측정광을 상기 샘플에 조사했을 때에 발생하는 반사광 또는 투과광을 수광하여 얻어지는 검출 결과에 기초하여 산출되는 분광 반사율 또는 분광 투과율로부터, 상기 샘플의 막 두께를 산출하는 스텝과,
산출되는 막 두께가 어느 정도 적절히 측정된 것인지를 나타내는 측정 신뢰도를 산출하는 스텝을 실행시키는, 측정 프로그램.A measurement program for measuring a film thickness, which is the thickness of a layer included in a sample, in a computer,
From the spectral reflectance or spectral transmittance calculated based on the detection result obtained by receiving reflected light or transmitted light generated when the sample is irradiated with measurement light generated by a light source through a probe that can be placed at an arbitrary position, the film of the sample Steps for calculating the thickness;
A measurement program that executes a step for calculating a measurement reliability indicating how properly the calculated film thickness is measured.
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