KR20240021877A - 차-광 부재를 이용한 프리즘 커플링 시스템 및 방법 - Google Patents

차-광 부재를 이용한 프리즘 커플링 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20240021877A
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비토르 마리노 슈나이더
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Abstract

표면 및 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판에서 적어도 하나의 응력 특성을 결정하도록 구성된 프리즘 커플링 시스템은 측정 광을 발생시키는 광원 시스템을 갖는다. 커플링 프리즘은 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 측정 광의 광학 커플링을 제공한다. 검출기 시스템은 모드 스펙트럼 이미지를 검출하기 위해 커플링 프리즘으로부터 측정 광을 수신하도록 배열된다. 차-광 부재는 모드 스펙트럼 이미지의 콘트라스트를 증가시키거나 최적화하기 위해 높은-각도 영역으로 연장되지 않고 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 작동 가능하게 배치된다.

Description

차-광 부재를 이용한 프리즘 커플링 시스템 및 방법
본 출원은 2021년 6월 18일에 출원된 미국 가출원 제63/212,246호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 참조로 본원에 인용되고 병합된다.
본 개시는 부품의 응력을 측정하기 위한 프리즘 커플링 시스템(prism coupling systems)에 관한 것으로, 특히 차-광 부재(light-blocking members)를 이용한 프리즘-커플링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화학적으로 강화된 유리 및 유리-세라믹 부품은, 탄성, 내-비산성(shatter-resistant) 및 내-스크래치성의, 터치-가능한, 스마트폰 및 태블릿용 보호 커버 윈도우(cover windows)를 포함하는, 다양한 적용들에서 중요해졌다. 이들 유리 부품 및 유리-세라믹 부품은 열 강화 유리보다 얇고 가벼우면서도 이온-교환 공정을 통해 달성할 수 있는 높은 표면 압축으로 인해 더 견고하다.
이러한 부품의 신속한 채택, 지속적인 개선 및 극적인 시장 성장은, 표면 압축 응력(SC) 및 층의 깊이(DOL)와 같은, 부품의 주요 응력 특성을 측정하기 위한 빠른 비파괴 기술의 유효성으로 인해 촉진되었다. 이러한 측정은, 일본의 Orihara Industrial Co., Ltd에 의해 제조되고 일본의 Luceo에 의해 판매되는, FSM-6000LE와 같은, 상업적으로 이용가능한 고-해상도 감쇠(evanescent) 프리즘 커플링 시스템을 사용하여 평평한 부품에 대해 이루어질 수 있다. 응력 특성인, 중심 장력(CT)은, 주어진 부품의 압축력과 인장력 사이에 힘 균형 요건을 호출(invoking)하여 추론될 수 있다.
프리즘 커플링 시스템은 이온-교환 영역에 의해 정의된 근-표면 도파관(near-surface waveguide)의 횡-전기(TE) 및 횡-자기(TM) 광학 전파 모드의 모드 스펙트럼(mode spectrum)을 캡쳐한다. 응력 특성은 응력-광학 계수(SOC)를 사용하여 TM과 TE 모드 스펙트럼들 사이에 차이로부터 끌어낸다. SOC가 작기 때문에, 응력-유도 복굴절(TM 굴절률과 TE 굴절률 사이에 차이)은 2개의 훨씬 더 큰 지수(index numbers) 사이에 작은 차이를 나타낸다. 결과적으로, 복구된 응력 프로파일(recovered stress profile)의 크기와 형상은 복구된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에서 작은 오차에 의해 크게 영향을 받는다.
이러한 오차를 최소화하기 위해, TE 및 TM 모드 스펙트럼의 고-해상도 캡쳐가 필요하다. 불행하게도, 이는 상업적으로 이용가능한 감쇠 프리즘 커플링 시스템의 표준 구성에서는 항상 가능하지 않다. 이는 급격한 굴절률 프로파일을 갖고 및/또는 매우 얇은 부품의 경우 특히 그렇다.
급격한 굴절률 프로파일을 갖거나 매우 얇은 부품의 모드 스펙트럼(즉, TE 및 TM 모드 스펙트럼)은, 기존(종래의) 감쇠 프리즘 커플링 시스템을 사용하여 적절하게 이미지화 및 캡쳐되지 않는다. 예를 들어, 200 microns 미만의 두께를 갖는 얇은 유리 부품을 측정하는 경우, 모드 스펙트럼 콘트라스트(contrast)는 응력-관련 특성의 정확한 특성화가 불가능하지는 않더라도 매우 어려운 지점까지 감소된다.
본원에 개시된 시스템 및 방법은, 압축 응력(SC) 및 층의 깊이(DOL)와 같은, 응력-관련 특성의 충분히 정확한 특성화가 얻어질 수 있는 모드 스펙트럼을 얻기 위해 프리즘 커플링 시스템에 작동 가능하게 배치된 하나 이상의 차-광 부재를 이용한다. 따라서, 본원에 개시된 시스템 및 방법은, 이제 더 넓은 범위의 화학적으로 강화된 유리 부품이 측정되고 특성화될 수 있으므로 프리즘 커플링 측정 기술에서 실질적인 개선을 나타낸다. 이는 더 나은 공정 제어로 이어지며, 결과적으로 측정의 정확성과 정밀도가 개선되어 더 나은 품질 및 더 높은 수율을 결과한다.
본 개시의 구현예는 표면 및 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판에서 적어도 하나의 응력 특성을 결정하도록 구성된 프리즘 커플링 시스템에 관한 것이다. 상기 프리즘 커플링 시스템은, 측정 광을 발생시키는 광원 시스템 및 상기 측정 광의 광학 커플링을 낮은-각도 영역(low-angle region) 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 제공하는 커플링 프리즘을 갖는다. 검출기 시스템(detector system)은 모드 스펙트럼 이미지를 검출하기 위해 커플링 프리즘으로부터 측정 광을 수신하도록 배열된다. 차-광 부재는 높은-각도 영역으로 연장되지 않고 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 작동 가능하게 배치된다.
본 개시의 다른 구현예는 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 측정하는데 사용되는 프리즘 커플링 시스템용 프리즘 커플링 어셈블리(assembly)에 관한 것이다. 상기 프리즘 커플링 어셈블리는: 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 측정 광의 광학 커플링을 제공하는 커플링 프리즘; 및 상기 커플링 프리즘에 대해 작동 가능하게 배열되어 높은-각도 영역으로는 연장되지 않고 적어도 부분적으로 낮은-각도 영역으로 연장되는 차-광 부재를 포함한다.
본 개시의 또 다른 구현예는, 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 갖는 광학 경로를 통하여 이동하는 광을 사용하여 화학적으로 강화된 기판의 모드 스펙트럼 이미지를 디지털 방식으로 캡쳐하는 단계; 및 높은-각도 영역에서 이동하는 광을 실질적으로 차단하지 않으면서 낮은-각도 영역에서 이동하는 광의 적어도 일부를 차단하는 단계를 포함한다.
본원에 개시된 다양한 시스템, 어셈블리 및 방법은, 가파른 굴절률 프로파일을 갖고 및/또는 매우 얇은 화학적으로 강화된 기판에 특히 유용하다. 아래에서 논의는 차-광 부재가 사용되지 않을 때와 비교하여 모드 스펙트럼 이미지의 콘트라스트를 개선하거나 최적화하기 위해 적절한 차-광 부재 또는 이러한 부재의 조합을 선택하는 방법에 대한 설명을 포함한다.
관점(1)에 따르면, 표면 및 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판에서 적어도 하나의 응력 특성을 결정하도록 구성된 프리즘 커플링 시스템은 제공된다. 상기 프리즘 커플링 시스템은: 측정 광을 발생시키는 광원 시스템; 상기 측정 광의 광학 커플링을 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 제공하는 커플링 프리즘; 상기 커플링 프리즘으로부터 측정 광을 수신하도록 배열되어 모드 스펙트럼 이미지를 검출하는 검출기 시스템; 및 상기 높은-각도 영역으로 연장되지 않고 상기 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 작동 가능하게 배치된 차-광 부재를 포함한다.
관점(2)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 제2 낮은-각도 영역에 배치되는 제2 차-광 부재를 더욱 포함한다.
관점(3)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 차-광 부재는 불투명하다.
관점(4)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 반-불투명하다.
관점(5)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 차-광 부재는 커플링 프리즘으로부터 조정 가능한 높이 및 조정 가능한 거리 중 적어도 하나를 갖는다.
관점(6)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 여기서 상기 모드 스펙트럼 이미지는 제1 콘트라스트를 갖고, 상기 차-광 부재는 상기 제1 콘트라스트가 차-광 부재 없이 캡쳐된 모드 스펙트럼 이미지의 제2 콘트라스트보다 적어도 10% 더 크도록 구성된다.
관점(7)에 따르면, 관점(1)에 따른 프리즘 커플링 시스템이 제공되며, 여기서 상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는다.
관점(8)에 따르면, 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 측정하는데 사용되는 프리즘 커플링 시스템용 프리즘 커플링 어셈블리는 제공된다. 상기 프리즘 커플링 어셈블리는: 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 측정 광의 광학 커플링을 제공하는 커플링 프리즘; 및 상기 높은-각도 영역으로 연장되지 않고, 상기 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 커플링 프리즘에 대해 작동 가능하게 배열된 차-광 부재를 포함한다.
관점(9)에 따르면, 관점(8)에 따른 프리즘 커플링 어셈블리가 제공되며, 제2 차-광 부재를 더욱 포함하고, 여기서, 상기 차-광 부재는 적어도 부분적으로 커플링 프리즘의 업스트림의 광학 경로 내에 존재하고, 상기 제2 차-광 부재는 적어도 부분적으로 커플링 프리즘의 다운스트림의 광학 경로 내에 존재한다.
관점(10)에 따르면, 관점(8)에 따른 프리즘 커플링 어셈블리가 제공되며, 여기서, 상기 차-광 부재는 조정 가능한 높이 및 조정 가능한 위치 중 적어도 하나를 갖는다.
관점(11)에 따르면, 관점(8)에 따른 프리즘 커플링 어셈블리가 제공되며, 여기서, 상기 차-광 부재는 불투명하다.
관점(12)에 따르면, 관점(8)에 따른 프리즘 커플링 어셈블리가 제공되며, 여기서, 상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는다.
관점(13)에 따르면, 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 갖는 광학 경로를 통하여 이동하는 광을 사용하여 화학적으로 강화된 기판의 모드 스펙트럼 이미지를 디지털 방식으로 캡쳐하는 단계; 및 상기 높은-각도 영역에서 이동하는 광을 실질적으로 차단하지 않고, 낮은-각도 영역에서 이동하는 광의 적어도 일부를 차단하는 단계를 포함한다.
관점(14)에 따르면, 관점(13)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 디지털 방식으로 캡쳐된 모드 스펙트럼은, 상기 차단이 없는 경우 제1 콘트라스트를 갖고, 상기 차단으로 인해 제2 콘트라스트를 가지며, 여기서, 상기 제2 콘트라스트는 제1 콘트라스트보다 적어도 10% 더 크다.
관점(15)에 따르면, 관점(14)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 제1 콘트라스트는 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는데 불충분하고, 상기 제2 콘트라스트는 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는데 충분하다.
관점(16)에 따르면, 관점(13)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 적어도 하나의 응력 특성은 표면 압축 응력 및 층의 깊이 중 적어도 하나를 포함한다.
관점(17)에 따르면, 관점(13)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 차단은 차-광 부재를 사용하여 수행된다.
관점(18)에 따르면, 관점(17)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 차-광 부재는 측정 광을 화학적으로 강화된 기판의 근-표면 도파관에 광학적으로 커플링시키는데 사용되는 커플링 프리즘으로부터 광학적으로 업스트림에 작동 가능하게 배치된다.
관점(19)에 따르면, 관점(18)에 따른 방법이 제공되며, 상기 커플링 프리즘으로부터 광학적으로 다운스트림에 작동 가능하게 배치된 제2 차-광 부재를 더욱 포함한다.
관점(20)에 따르면, 관점(13)에 따른 방법이 제공되며, 여기서, 상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는다.
부가적인 특색 및 장점은 하기 상세한 설명에 서술되며, 부분적으로는 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해지거나 하기 상세한 설명 및 이의 청구범위, 뿐만 아니라 첨부된 도면에 기재된 구현예를 실시하여 인식될 것이다. 전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적일 뿐이며, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.
수반되는 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 병합되어 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예(들)을 예시하고, 하기 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 그래서, 본 개시는, 첨부된 도면과 함께 취해진, 하기 상세한 설명으로부터 좀더 완전하게 이해될 것이다:
도 1은, 본원에 개시된 시스템 및 방법을 사용하여 측정될 수 있는 부품의 대표 타입으로서 대표 평평한 화학적으로 강화된(CS) 기판의 입면도이다.
도 2a 및 2b는, 근-표면 도파관을 형성하는 상대적으로 급격한 근-표면 굴절률 프로파일을 발생시키는 IOX 공정을 사용하여 형성된 대표 CS 기판에 대한 대표 굴절률 프로파일(n(z)) 대 z(기판 내로의 깊이)의 플롯이다.
도 3a는, CS 기판의 적어도 하나의 응력-관련 특성을 특성화하기 위해 본원에 개시된 측정 방법을 수행하는데 사용되는 프리즘 커플링 시스템의 예에 대한 개략도이다.
도 3b는, 도 3a의 프리즘 커플링 시스템의 프리즘 커플링 어셈블리의 확대도이다.
도 4a는, 도 3의 감쇠 프리즘 커플링 시스템에 의해 얻어진 대표 CS 기판에 대한 대표 모드 스펙트럼(또는 모드 스펙트럼 이미지)의 개략도이며, 로컬(local) x-y 좌표계의 x-방향으로 이격된 모드 라인(프린지)(mode lines(fringes))을 나타낸다.
도 4b는, 모드 스펙트럼 이미지의 중심 위치(xcenter)에서 알려진 유효 굴절률(n eff = ncenter)이 모드 스펙트럼 이미지에서 전파 상수(β=βcenter) 및 기타 유효 굴절률(n eff (x))을 계산하는데 사용될 수 있는 방법의 예를 나타내는 대표 모드 라인의 확대도이다.
도 5a는, 차-광 부재가 없는 프리즘 커플링 어셈블리의 확대도이며, 광학 경로의 낮은-각도 영역과 함께 이동하는 상대적으로 낮은-각도 측정 광이 모드 스펙트럼 이미지에서 저-차(low-order) 모드 라인의 콘트라스트에 실질적으로 악영향을 주고 중첩될 수 있는 배경 광(background light)을 생기게 할 수 있는 방법을 나타낸다.
도 5b는, 높은-각도 영역에서 상대적으로 큰-각도 측정 광이 모드 스펙트럼 이미지의 고-차 모드에 실질적으로 영향을 미치지 않는 상대적으로 적은 양의 배경 광을 일으키는 방법을 나타낸다.
도 5c는, 모드 스펙트럼 정보를 포함하는 반사된 측정 광을 나타내고, 또한 제2 낮은-각도 영역에서 반사된 측정 광과 중첩되는 배경 광을 나타내는 개략도이며, 또한 이러한 광이 디지털 검출기 상에 입사되는 방법을 보여준다.
도 5d는, 제1 낮은-각도 영역으로 연장되고 관련 기하학적 파라미터를 나타내는 차-광 부재를 포함하는 프리즘 커플링 어셈블리의 대표 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5e는 도 5b와 유사하고, 어떻게 차-광 부재가 배경 광을 포함하는 낮은-각도 광을 차단하기 위해 제2 낮은-각도 영역에서 커플링 프리즘의 다운스트림에 배치될 수 있는지를 나타낸다.
도 5f는, 제1 및 제2 낮은-각도 영역 내로 연장되도록 각각 배치된 제1 및 제2 차-광 부재를 포함하는 커플링 프리즘 어셈블리의 확대도를 나타낸다.
도 6a 내지 6f는, 모드 스펙트럼 이미지의 콘트라스트에 대한 차-광 부재의 영향을 확립하기 위해 CS 기판의 실험 측정 동안 얻은 실제 캡쳐된 모드 스펙트럼 이미지이다.
도 7a는, 각 구성에 대해 측정된 CS 값의 분포를 예시하는 3개의 다른 구성의 차-광 부재에 대하여 샘플 CS 기판에 대한 압축 응력(SC)(MPa)의 측정 플롯이다.
도 7b는, 도 7a의 동일한 3개의 다른 구성의 차-광 부재에 대하여 샘플 CS 기판에 대한 평균 층의 깊이(DOL)(microns)의 측정의 플롯이며, 각 구성에 대해 측정된 DOL 값의 분포를 예시한다.
도 8a는, 제1 및 제2 차-광 부재를 포함하는 대표 차-광 구조물이다.
도 8b는, 대표 차-광 부재의 입면도이다.
도 8c는, 대부분의 저-차 측정 광이 커플링 프리즘을 통과하는 구멍(aperture)을 정의하기 위해 2개의 수직 블라인드와 함께 본원에 개시된 바와 같은 "수평" 차-광 부재의 사용을 나타내는 대표 프리즘 커플링 어셈블리의 입력-단면도(input-end view)이다.
이제 언급은 본 개시의 다양한 구현예에 대해 상세하게 이루어질 것이며, 이의 실시예는 수반되는 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일하거나 같은 참조 번호는 동일하게나 또는 같은 부품을 지칭하는 것으로 도면 전반에 걸쳐 사용될 것이다. 도면은 반드시 일정한 비율로 작성된 것은 아니며, 당업자는 도면이 본 개시의 주요 관점을 예시하기 위해 단순화되었음을 인식할 것이다.
아래에 서술된 청구범위는 본 상세한 설명에 통합되어 그 일부를 구성한다.
데카르트 좌표(Cartesian coordinates)는 참조를 위해 몇몇의 도면들에 나타내며, 방향 또는 배향을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
용어 "기판"은 일반적으로 기판의 하나 이상의 응력-관련 특성을 얻기 위해 본원에 개시된 프리즘 커플링 시스템 및 방법을 사용하여 측정되는 대상인, 부품, 샘플, 구성요소, 요소, 부재, 등을 지칭하는 것으로 본원에서 사용된다. 기판은 근-표면 광도파관에 의해 정의된 도파 모드 스펙트럼(guided mode spectrum)(또는 유효 굴절률의 각도 스펙트럼)을 얻고 처리하기 위해 감쇠 프리즘 커플링 시스템의 사용을 가능하게 하는 근-표면 도파관을 갖는 것으로 가정된다.
용어 "CS 기판"은 이온-교환(IOX) 공정과 같은 화학 강화 공정을 사용하여 형성된 기판의 일례로서 "화학적으로 강화된 기판"에 대한 약칭이다.
용어 "유리"는 유리-세라믹, 비정질 유리 및 결정질 유리를 포함한다.
약어 NSWG는 "근-표면 도파관"을 의미한다.
약어 "㎛"는 "micron" 또는 "micrometer"를 나타낸다.
용어 "저-차 모드"는 NSWG에 의해 지원되는 전체 모드 중 처음 몇 개(예를 들어, 3개) 모드를 의미한다. 이러한 저-차 모드는 도파관에서 허용되는 더 높은 유효 굴절률(n eff ) 및 가장 높은 전파 상수(β)를 갖는다. 용어 "고-차 모드"는 저-차 모드를 넘어서는(보다 높은) 임의의 모드를 의미한다. 이러한 고-차 모드는, 저-차 모드에 비해, 도파관에서 허용되는 더 낮은 유효 굴절률 및 더 낮은/가장 낮은 전파 상수를 갖는다.
용어 "제1 낮은-각도 영역" 및 "입력 낮은-각도 영역"은 동의어이며, CS 기판의 평면과 제1 축(A1) 사이에 프리즘 커플링 시스템에서 각도 영역을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "고도각(elevation angle)"은, 고전 광학에서와 같이, 광의 입사 표면에 수직인 선에 대해 정의된 각도와는 반대로, 기판(예를 들어, 커플링 표면)에 평행한 선 또는 면에 대해 측정되는 각도를 지칭한다. 곡률을 갖는 CS 기판의 예에서, 고도각은 커플링 위치에서 CS 기판 표면에 접하는 선에 대해 정의될 수 있다.
용어 "제2 낮은-각도 영역" 및 "출력 낮은-각도 영역"은 CS 기판 표면의 평면과 제2 축(A2) 사이에 프리즘 커플링 시스템에서 각도 영역을 의미한다.
용어 "낮은-각도 영역"은 제1 낮은-각도 영역 및/또는 제2 낮은-각도 영역을 의미할 수 있다.
용어 "낮은-각도 광"은 제1 및 제2 낮은-각도 영역 중 하나 또는 둘 모두 내에서 이동하는 광(광선 또는 광빔)을 의미한다. 낮은-각도 광은 측정 광이나 배경 광을 포함할 수 있다.
용어 "콘트라스트"는 이미지의 선명도를 측정하는 표준 의미를 가지며, 예를 들어, C = [Imax - Imin]/[Imax + Imin]으로 정량화될 수 있어서 0 내지 1의 범위를 갖는다.
상부, 하부, 전면, 후면, 측면, 등과 같은, 용어는, 논의의 편의를 위해 사용된 상대적인 용어이며, 배향 및 방향을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
화학적으로 강화된(CS) 기판
도 1은 대표 화학적으로 강화된(CS) 기판(10)의 입면도이다. CS 기판(10)은, 논의의 편의를 위해 상부 및 하부 표면으로 지칭되는, 제1 및 제2 대향 표면(12 및 14)을 정의하는 본체(11)를 갖는다. CS 기판(10)은 또한 대향 에지(16) 및 상부 표면과 하부 표면(12 및 14) 사이의 중간에 위치되고 대표 평평한 CS 기판에 대한 평면 표면인 중간 표면(MS)을 갖는다.
CS 기판(10)의 대표 타입은 유리-계이며, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 컴퓨터, GPS 장치, 등과 같은, 모바일 장치용 디스플레이 및/또는 하우징용 보호 커버로 사용된다. 이러한 CS 기판(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 얇고 평면인 경향이 있지만, 곡률을 가질 수 있다.
몇몇 경우에, CS 기판(10)의 두께(TH)는, 400 ㎛ 미만 또는 200 ㎛ 미만 또는 100 ㎛ 미만일 수 있고, 몇몇 실시예에서, 0.010 ㎜ ≤ TH ≤ 2 ㎜, 예컨대, 0.20 ㎜ ≤ TH ≤ 2 ㎜, 0.25 ㎜ ≤ TH ≤ 2 ㎜, 0.3 ㎜ ≤ TH ≤ 2 ㎜, 또는 0.3 ㎜ ≤ TH ≤ 1 ㎜, 및 이들 말단값들 사이에 형성된 임의의 및 모든 서브-범위일 수 있다. 얇은 CS 기판은 250 microns 미만, 즉, 0.25 ㎜ 미만의 두께를 갖는 기판이다.
일 실시예에서, CS 기판(10)은 유리로 만들어지고, 이온-교환(IOX) 공정을 거쳐서 적어도 하나의 타입의 이온이 상부 및 하부 표면(12 및 14) 중 하나 또는 둘 모두를 통해 본체(11)내로 교환되었다. IOX 공정은, 입사면에 평행하게 편광되는, P-편광된(횡 자기, TM) 광의 경우 보다 S-편광된(횡 전기, TE) 광에 대해 다를 수 있는 굴절률 프로파일(n(z))을 갖는 (상부 표면(12)에 나타나는) 근-표면 도파관(NSWG)(18)을 형성한다.
도 2a 및 2b는, 근-표면 도파관을 형성하는 상대적으로 급격한 근-표면 굴절률 프로파일을 발생시키는 2개의 다른 IOX 공정을 사용하여 형성된 대표 CS 기판(10)에 대한 대표 굴절률 프로파일(n(z)) 대 z(기판 내로의 깊이)의 플롯이다. 도 2a의 굴절률 프로파일(n(z))은, 예를 들어, 단일 IOX 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 오차 함수(error function) 타입의 프로파일을 가질 수 있다. 표면 굴절률은 z = 0에서 ns이고, 기판의 벌크 굴절률은 nB이다. 층의 깊이(DOL)는 또한 나타낸다. 층의 깊이(DOL)는 이온 교환의 깊이와 관련된다.
도 2b의 굴절률 프로파일(n(z))은, 이중 IOX 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 깊이(zk)에서 굴절률(nk)을 갖는 "무릎(knee)"(KN)을 포함하고 무릎 응력(SCk)과 연관된 2-부분 프로파일을 갖는다.
NSWG(18)는, 저-차 모드(예를 들어, 처음 몇 가지 모드) 및 고-차 모드(예를 들어, 처음 몇 가지 모드 위의 모드)로 나누어질 수 있는, 선택 도파 모드를 지원하며, 후자는 NSWG로부터 더 멀리 연장된다.
CS 기판(10)에 이온-교환 영역(18)을 형성하는 이온-교환 공정은 통상적으로 소정의 양의 복굴절(B)을 생기게 한다. 이러한 복굴절(B)은, 공지된 기술을 사용하여, 외부 표면(12)에서(및 근처에서) 응력(예를 들어, 압축 응력(SC)), 및/또는 응력 프로파일(S(z))을 계산하는데 사용될 수 있다. 응력 프로파일(S(z))은 S(z)=B(z)/SOC를 통해 복굴절(B)와 관련되며, 여기서, SOC는 응력-광학 계수이고, B(z) = [n TM(z) - n TE(z)]이다. 여기서, n TM(z) 및 n TE(z)는 굴절률 프로파일(n(z))의 횡 자기(TM) 및 횡 전기(TE) 편광 구성요소이다.
감쇠 프리즘 커플링 시스템
도 3a는 대표 감쇠 프리즘 커플링 시스템("시스템")(100)의 개략도인 반면, 도 3b는 아래에서 기재되는 바와 같은 시스템의 프리즘 커플링 어셈블리(40)의 확대도이다. 강화된 감쇠 프리즘 커플링 시스템(100)은 본원에 개시된 강화된 측정 방법을 수행하는데 사용될 수 있다. 시스템(100)은, 복굴절(B), 표면 압축 응력(SC = S(0)), 층의 깊이(DOL), 뿐만 아니라, 다른 실시예에서, 층의 스파이크 깊이(DOLsp), CS 기판(10)에 대한 무릎 응력(SCk)과 같은, 하나 이상의 응력 특성을 얻기 위해 CS 기판(10)을 정확하게 측정할 수 있게 하는 하나 이상의 차-광 부재(200)를 이용하는 아래에서 기재되는 바와 같은 강화된 또는 변경된 구성을 갖는다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 시스템(100)은 광원 시스템(110)이 존재하는 제1 시스템 축('제1 축')(A1)을 포함하고, 또한 검출기 시스템(140)이 존재하는 제2 시스템 축('제2 축')(A2)을 포함한다. 제1 및 제2 축(A1 및 A2)은 실질적으로 공통 평면(예를 들어, 나타낸 바와 같이 x-z 평면)에 존재한다.
광원 시스템(110)은 측정 파장(λA)에서 광빔(116)을 발생시키는 광원(112)을 포함하고, 상기 광빔은 제1 축(A1)을 따라 제1 광학 경로(OP1)를 통하여 이동한다. 시스템(100)은, 굴절률(n p), 입력 표면(43), 출력 표면(45) 및 CS 기판(10)의 상부 표면(12)과 계면을 이루는 커플링 표면(44)을 갖는 커플링 프리즘(42)을 포함하여 커플링 계면(coupling interface)(INT)을 형성한다. 일 실시예에서, 굴절률 매칭 유체(index matching fluid: 50)는, 아래에서 기재되는 바와 같이, NSWG(18) 안팎으로 측정 광의 광학 커플링을 용이하게 하기 위해 CS 기판의 상부 표면(12)과 커플링 표면(44) 사이에서 사용될 수 있다. 커플링 프리즘(40) 및 차-광 부재(200)는 커플링 프리즘 어셈블리를 구성한다.
시스템(100)은, 아래에서 기재된 바와 같은 측정된 커플링 스펙트럼 및/또는 모드 스펙트럼 파라미터에 기초하여 CS 기판의 응력-관련 특성을 계산하는 것을 포함하여, 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 구현된 명령어를 실행하도록 구성된 컴퓨터와 같은, 시스템 컨트롤러("컨트롤러")(130)를 포함한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(130)는 프로세서 유닛("프로세서")(402) 및 메모리 유닛("메모리")(404)을 포함한다. 컨트롤러는 컴퓨터를 포함할 수 있고, 컴퓨터에서 또는 컴퓨터와 함께 사용되는 공지된 판독 장치 중 임의의 하나, 예를 들어, 플로피 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD 드라이브, 자기 광학 디스크(MOD) 장치(도시되지 않음), 솔리드-스테이트 드라이브(solid-state drive) 또는 네트워크-연결 장치, 예컨대, 이더넷 장치(Ethernet device)(도시되 않음)를 포함하는 임의의 기타 디지털 장치를 포함하여, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD, MOD, 플래시 드라이브 또는 네트워크나 인터넷과 같은 또 다른 디지털 소스와 같은, 컴퓨터 판독가능한 매체로부터의 명령어 및/또는 데이터를 판독할 수 있다. 컨트롤러(130)는 본원에 개시된 표면 복굴절/응력 측정을 수행하기 위한 신호-처리 명령어를 포함하여, 펌웨어 및/또는 소프트웨어(미도시)에 저장된 명령어를 실행하도록 구성된다. 실시예에서, 용어 "컨트롤러" 및 "컴퓨터"는 상호교환적으로 사용된다.
컨트롤러(130)는, 표면 응력, 응력 프로파일, 압축 응력, 층의 깊이, 굴절률 프로파일 및 복굴절과 같은, 측정된 만곡된 부분의 적어도 하나의 특성의 측정에 도달하기 위해 시스템(100)의 작동 및 이미지 신호(SI)의 전술한 신호 처리를 포함하는, 본원에 기재된 기능을 수행하도록 프로그래밍 가능하다.
본원에서 사용된 바와 같은, 용어 "컴퓨터"는, 당업계에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로에만 제한되지 않고, 컴퓨터, 프로세서, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, 프로그래밍 가능한 논리 컨트롤러, 주문형 집적 회로 및 기타 프로그래밍 가능한 회로를 광범위하게 지칭하며, 이들 용어는 본원에서 상호교환적으로 사용된다.
소프트웨어는, 전술한 신호 처리를 포함하여, 본원에 개시된 시스템(10)의 작동의 수행을 이행하거나 지원할 수 있다. 소프트웨어는, 컨트롤러(130), 특히, 프로세서(402) 및 메모리(404)에 작동 가능하게 설치될 수 있다. 소프트웨어 기능은, 실행 가능한 코드를 포함하여, 프로그래밍을 포함할 수 있으며, 이러한 기능은 본원에 개시된 방법을 이행하는데 사용될 수 있다. 이러한 소프트웨어 코드는, 범용 컴퓨터, 예를 들어, 프로세서(402)에 의해 실행 가능하다.
작동시, 코드 및 가능하면 관련 데이터 기록은, 범용 컴퓨터 플랫폼 내에, 프로세서(402) 내에 및/또는 메모리(404)에 저장된다. 그러나, 다른 때에는, 소프트웨어는 다른 위치에 저장되거나 및/또는 적절한 범용 컴퓨터 시스템에 로딩되기 위해 전송될 수 있다. 본원에서 논의되는 구현예는, 적어도 하나의 기계-판독가능한 매체에 의해 전달되는 코드의 하나 이상의 모듈의 형태로 하나 이상의 소프트웨어 제품을 포함한다. 컴퓨터(130)의 프로세서(402)에 의한 이러한 코드의 실행은, 플랫폼이 본원에서 논의되고 예시된 구현예에서 본질적으로 수행되는 방식으로 카탈로그 및/또는 소프트웨어 다운로딩 기능을 이행하는 것을 가능하게 한다.
컨트롤러(130) 및/또는 프로세서(402)는 각각 컴퓨터-판독가능한 매체 또는 기계-판독가능한 매체(예를 들어, 메모리(404))를 이용할 수 있으며, 이는, 예를 들어, CS 기판(10)의 응력 프로파일(S(x)) 또는 표면 복굴절/응력의 양을 결정하는 것을 포함하여, 실행을 위한 프로세서에 명령어를 제공하는데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다. 메모리(404)는 컴퓨터-판독가능한 매체를 구성한다. 이러한 매체는, 비-휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 다양한 형태를 취할 수 있다. 비-휘발성 매체는, 예를 들어, 위에서 논의된 서버 플랫폼 중 하나로 작동하는 임의의 컴퓨터(들)의 저장 장치 중 어느 하나와 같은, 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는, 컴퓨터 플랫폼의 주 메모리와 같은, 동적 메모리를 포함한다. 물리적 전송 매체는, 컴퓨터 시스템 내에 버스(bus)를 포함하는 전선을 포함하여, 동축 케이블, 구리선 및 광섬유를 포함한다.
따라서, 컴퓨터-판독가능한 매체의 보통의 형태는, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 플래시 드라이브 및 임의의 기타 자기 매체; CD-ROM, DVD 및 임의의 기타 광학 매체; 펀치 카드, 종이 테이프 및 구멍 패턴을 갖는 임의의 기타 물리적 매체와 같이 덜 흔히 사용되는 매체; RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM 및 임의의 기타 메모리 칩 또는 카트리지; 및 데이터나 명령어를 전송하는 반송파(carrier wave), 이러한 반송파를 전송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 기타 매체를 포함한다. 이러한 형태의 컴퓨터-판독가능한 매체 중 다수는 실행을 위해 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(402)에 전달하는 것과 관련될 수 있다.
시스템(10)은 일본, 도쿄의 Orihara Industrial Co., Ltd.에 의해 제조 및 판매되고 본원에 기재된 바와 같이 변경된 FSM-6000LE 프리즘-커플링 기구와 같은, 전술한 상업용 프리즘-커플링 기구의 버전일 수 있다.
광원 시스템(110)은, 또한 제1 광학 축(A1)을 따라: 선택적 편광기(118), 광원(112)의 다운스트림에 존재하는 선택적 광 확산기(122), 및 상기 광 확산기의 다운스트림에 존재하는 선택적 조명 시스템 초점 렌즈(120)를 포함한다. 일 실시예에서, 광원(112)은 발-광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드를 포함한다.
검출기 시스템(140)은, 제2 시스템 축(A2)을 따라 순서대로: 검출기 광학 시스템(142), 파장(λA)에 중심을 둔 대역-통과 필터(144), 선택적 감쇠기(146), TM-TE 편광기(148)(나란한 TM 및 TE 섹션(도시되지 않음)을 가짐) 및 TM-TE 편광기(148)에 의해 정의되는 바와 같은 TM 및 TE 섹션(도시되지 않음)을 갖는 디지털 검출기(예를 들어, 디지털 카메라, 이미지 센서, CCD 어레이, 등)(150)를 포함한다. 디지털 검출기(150)는, 실시예에서, 검출기 광학 시스템(142)의 이미지 평면(IP)에 존재하는, 검출기 표면(152)을 갖는다. 실시예에서, 디지털 검출기는 디지털 카메라를 포함하고, 그래서, 몇몇 경우에, "카메라"로 불리어질 수 있다.
광원(112)으로부터의 광빔(116)은 광 확산기(118)에 의해 확산되고, 광원 시스템 초점 렌즈(120)에 의해 집속되어 집속된 광빔(116F)을 형성한다. 집속된 광빔(116F)은, 입력 표면(43)에서 커플링 프리즘(42) 상에 입사하고, 집속된 광빔의 일부가 기판 및/또는 NSWG(18) 내로 광학적으로 커플링되어 기판 및/또는 NSWG 내에서 이동하는 반면, 집속된 광빔의 일부는 커플링 계면로부터 반사되어 반사된 광빔(116R)을 형성하는, 커플링 계면(INT)으로 이동한다. 반사된 광빔은 커플링 프리즘(42)의 출력 표면(45)에서 빠져나와 제2 시스템 축(A2)을 따라 제2 광학 경로(OP2)를 통하여 검출기 시스템(140)으로 이동한다. 반사된 광빔(116R)은 NSWG(18)의 도파 모드의 각도 반사 스펙트럼 및/또는 모드 스펙트럼에 대한(즉, 스펙트럼을 구현하는) 정보를 포함한다. 반사된 광빔(116R)은 검출기 광학 시스템(142)에 의해 집속되어 디지털 검출기(150)에서 도파 광(guided light)의 각도 반사 스펙트럼 및 모드 스펙트럼의 이미지를 형성한다.
제1 및 제2 광학 경로(OP1 및 OP2)는 전체 시스템 광학 경로 또는 오직 시스템(100)에 대한 "광학 경로"(OP)를 정의한다(도 3b 참조).
대역-통과 필터(144)는 시스템이 도파 광학 모드의 커플링 공진에 상응하는 스펙트럼에서 프린지의 분산-유도 확장, 뿐만 아니라 임계각 주위로 반사-강도 전환(reflectance-intensity transition)의 분산-유도 확장(평활화)을 실질적으로 억제하는 것을 가능하게 한다. 부가하여, 대역-통과 필터(144)가 A2를 따라 디지털 검출기(150)에 가깝게 배치되는 경우, 반사된 광빔(116R)만이 디지털 검출기(150)로 전달되도록 하여 측정 편의성을 제공할 수 있다.
계속해서 도 3a 및 3b를 참조하면, 시스템(100)은 제1 및 제2 광학 경로(OP1 및 OP2) 내에서 커플링 프리즘(45)의 입력 및 출력 표면(43 및 43)에 인접하게 제1 및 제2 축(A1 및 A2)을 따라 각각 배열된 제1 또는 제1 및 제2 차-광 부재(200)를 포함할 수 있다. 상기 차-광 부재(200)는 아래에서 좀더 자세히 논의된다.
선택적 감쇠기(146)는, 픽셀의 포화(saturation)가 측정 정확도에 해로운 것으로 고려될 수 있는 경우, 검출된 반사된 광빔(116R)이 픽셀의 포화를 실질적으로 방지하면서 효율적인 디지털 검출을 위한 적절한 강도 분포를 갖는 것을 보장하는데 도움이 된다. 그러나, 아래에 논의되는 바와 같이, CS 기판(10)이 급격한 굴절률 프로파일(n(z))을 갖거나 CS 기판(10)이 매우 얇은 경우에 광빔(116)을 감쇠시키는 것은 모드 스펙트럼 콘트라스트를 개선시키지 못한다.
TM-TE 편광기(148)는 TM 및 TE 모드 스펙트럼이 디지털 검출기(150)의 인접한 섹션에 의해 동시에 캡쳐될 수 있도록 디지털 검출기에 대한 인접한 TM 및 TE 섹션을 정의한다. TM 및 TE 모드 스펙트럼은 처리를 위해 컨트롤러(130)로 전송되는 제1 검출기 신호(SA)에 구현된다. 대역-통과 필터(144), 감쇠기(146) 및 검출기 광학 시스템(142)의 순서는 변경될 수 있으며, 나타낸 순서는 예에 불과하다는 점에 주의한다.
부가적인 구성 및 변경은 시스템(100)에 대해 이루어질 수 있으며, 이의 몇몇은 본원에 개시된 강화된 측정 방법을 수행하는 것과 관련하여 아래에서 좀더 자세히 기재된다.
모드 스펙트럼
도 4a는 디지털 검출기(150)에 의해 캡쳐된 이상적인 모드 스펙트럼(160)의 개략도이다. 로컬(x,y) 데카르트 좌표는 참조를 위해 나타낸다. 모드 스펙트럼(160)은 TM 및 TE 도파 모드와 각각 연관된 TM 및 TE 내부 전반사(TIR) 섹션(161TM 및 161TE), 및 TM 및 TE 방사 모드 및 누설 모드와 각각 연관된 비-TIR 섹션(162TM 및 162TE)을 포함한다. 일 구현예에서, TIR 섹션(161TM)은 하나 이상의 TM 모드 라인 또는 TM "프린지"(163TM)를 포함하는 반면, TIR 섹션(161TE)은 하나 이상의 TE 모드 라인 또는 TE "프린지"(163TE)를 포함한다. TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)은 일반적으로 y 방향으로 정렬되고, x로 표시된 다른 양만큼 x 방향으로 이격되어 있다. 모드 스펙트럼(160)은, 디지털 검출기(150)에 의해 캡쳐된 다음 처리되는 모드 스펙트럼을 논의할 때, 본원에서 "모드 스펙트럼 이미지"로도 지칭된다. 또 다른 구현예에서, TIR 섹션 중 적어도 하나는 모드 라인을 포함하지 않으며, 시스템은 모드 라인에 의존하지 않고, 예를 들어, 밝은 TIR 섹션과 어두운 비-TIR 섹션 사이에 반사-강도 전환의 선명도에 의존하여 작동될 수 있다.
TIR 섹션(161TM, 161TE)과 비-TIR 섹션(162TM, 162TE) 사이에 전환 영역("전환")(166TM 및 166TE)은, TM 및 TE 편광된 광에 대한 CS 기판(10)의 NSWG(18) 안팎으로 광학 커플링에 대한 임계각을 정의하고, 임계각 전환으로 지칭된다. 임계각 전환(166TM 및 166TE)의 시작의 위치에서 차이는 무릎(압축) 응력(SCk)에 비례하며, 이러한 비례성은 도 3b에서 "~SCk"로 표시된다.
TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)은, 시스템(100)의 구성에 따라, 밝은 라인 또는 어두운 라인일 수 있다. 도 4a에서, TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)은 예시의 편의를 위해 어두운 라인으로 나타낸다.
측정을 위한 응력 특성은, 모드 스펙트럼(160)에서 TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)의 x 위치에서 차이에 기초하여 계산된다. 깊이의 함수에 따른 복굴절(B)은, 깊이의 함수에 따른 TM 지수 분포와 TE 지수 분포 사이에 차이이다. 복굴절은 TM 및 TE 모드의 유효 굴절률의 함수에 따라 정의될 수도 있으며, 여기서, 유효 굴절률은 센서 상에 캡쳐된 스펙트럼에서 모드 라인의 x 위치로 표시된다. 표면 압축 응력(S(0) = SC)은 모드 라인들(유효 굴절률들) 사이에 x 거리(Δx)의 외삽법으로부터 구하여 얻은 외삽된 표면 TM 및 TE 굴절률에 의해 얻어진 표면 복굴절(B(0))에 의해 계산되어, 비율 B(0)/SOC를 형성하며, 여기서, SOC는 응력 광학 계수이다.
표면 압축 응력(S(0))을 계산하기 위해 적어도 2개의 TM 및 TE 모드 라인(163TM 및 163TE)이 요구된다. 부가적인 모드 라인은 압축 응력 프로파일(S(z))의 계산을 가능하게 한다. 층의 깊이(DOL)는, CS 기판(10)의 본체(11) 내로 응력 침투 또는 이온 침투 길이의 척도일 수 있고, IOX 공정의 경우에서, x-위치 및 모드 라인(163TM 및 163TE)의 수에 의해 계산될 수도 있다. 따라서, x 축을 따른 TM 및 TE 모드 라인 위치는, CS 기판(10)의 응력-관련 특성을 추론하기 위한 가장 기본적인 파라미터이며, CS 기판의 응력-관련 특성의 최상의(가장 정확한) 측정을 얻기 위해 가능한 가장 큰 정확도로 결정되어야 한다. CS 기판(10)의 응력-관련 특성을 결정하기 위한 계산은 컨트롤러(130)에서 수행된다.
편광에 따라, 샘플이 복굴절로 인해 다른 값을 가질 수 있음에 따라 프린지(163TM 또는 163TE)의 위치는 변경될 수 있다. 도 4b는, 모드 스펙트럼 이미지의 중심 위치(xcenter)에서 알려진 유효 굴절률(n eff = ncenter)이 모드 스펙트럼 이미지에서 전파 상수(β = βcenter) 및 기타 유효 굴절률(n eff (x))을 계산하는데 사용될 수 있는 방법의 예를 나타내는 (TM 또는 TE 모드 라인일 수 있는) 대표 모드 라인(163)의 확대도이다.
이러한 지식에 기초하여, 커플링 프리즘(42)에 의해 투영된 유효 굴절률(n eff )은 하기 수학식 1 및 2를 사용하여 계산될 수 있다:
[수학식 1]
[수학식 2]
여기서, F는 검출기 광학 시스템(142)의 초점 거리이다. 수학식 1 및 2는 편광에 독립적이다. 샘플의 굴절률에 따라, 위치는 다르게 매핑되고 중심에 대해 시프팅된다. 따라서, 이들 수학식은 xcenter에서 알려진 굴절률에 대하여 굴절률(n eff (x))에 대한 위치(x)로부터 도파 모드의 모드 라인(163)을 매핑하는데 사용될 수 있다.
CS 기판 표면(12) 근처의 굴절률에서 급격한 변화를 갖는 매우 얇은 CS 기판(10) 또는 CS 기판을 측정하는 경우, 캡쳐된 모드 스펙트럼 프린지(163)가 흐릿하거나 약하여, 감소된-콘트라스트 모드 스펙트럼(160)을 결과하는 것으로 관찰되었다. 이는 검출할 수 없는 프린지(163) 또는 반복 측정시 매우 높은 편차로 이어지는 약한 신호 대 잡음 비율을 나타낸다.
모드 스펙트럼 콘트라스트에서 이러한 감소는 배경 광으로서 디지털 검출기(150)에 도달하는 상당한 양의 측정 광(116)(예를 들어, 집속된 측정 광(116F))에 기인하는 것으로 보이다. 도 5a는 차광 부재(200)가 없는 프리즘 커플링 어셈블리(40)의 확대도이다. 프리즘 커플링 어셈블리는 CS 기판(10)의 표면(12)으로부터 제1 축(A1)으로 연장되는 제1 또는 입력 낮은-각도 영역(LA1)을 포함한다. 프리즘 커플링 어셈블리는 또한 CS 기판(10)의 표면(12)으로부터 제2 축(A2)으로 연장되는 제2 또는 출력 낮은-각도 영역(LA2)을 포함한다. 프리즘 커플링 어셈블리는 CS 기판(10)으로부터 멀어지는 방향으로 제1 축(A1)으로부터 연장되는 제1 또는 입력 높은-각도 영역(HA1)을 더욱 포함한다. 프리즘 커플링 어셈블리는 CS 기판(10)으로부터 멀어지는 방향으로 제2 축(A2)으로부터 연장되는 제2 또는 출력 높은-각도 영역(HA2)을 더욱 포함한다.
제1 및 제2 낮은-각도 영역(LA1 및 LA2)은 조합되어 (시스템) 광학 경로(OP)에 대한 시스템 낮은-각도 영역을 형성한다. 마찬가지로, 제1 및 제2 높은-각도 영역(HA1 및 HA2)은 조합되어 (시스템) 광학 경로(OP)에 대한 시스템 높은-각도 영역을 형성한다. 광학 경로(OP)는 또한 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함한다고 할 수 있다.
도 5a는, 제1 낮은-각도 영역(LA1)에서 이동하고 제2 낮은-각도 영역(LA2)에서 이동하는 배경 광(116B)으로서 CS 기판 표면(12)으로부터 반사되는 측정 광(116F)을 나타낸다. 이러한 배경 광(116B)은 측정 광의 확산 특성으로 인해 다양한 각도를 가지며 모드 스펙트럼 이미지의 저-차 모드 라인과 연관된 각도와 중첩될 수 있다. 이는 결국 모드 스펙트럼 이미지(160)의 저-차 모드 라인의 콘트라스트에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 낮은-각도 측정 광(116F)은 CS 기판(10)으로부터 강하게 반사될 것이라는 점에 유의한다.
도 5b는 제1 높은-각도 영역에 및 심지어 최대 고도 입사각(θr-max)을 넘어서 존재하는 상대적으로 높은-각도 측정 광(116F)을 나타낸다. 이러한 광이 또한 디지털 검출기(150)에 도달할 수 있는 배경 광(116B)을 일으키지만, 대부분의 광은 CS 기판(10)을 통해 투과되어서 상대적으로 적은 양의 배경 광(116B)만이 발생된다. 이는 제2 낮은-각도 영역(LA2) 내에 배경 광(116B)이 모드 스펙트럼 이미지(160)에 가장 큰 악영향을 미친다는 것을 의미한다. 따라서, 이하에서 사용되는, 용어 "배경 광"(116B)은, 낮은-각도 배경 광 또는 제2 낮은-각도 영역(LA2) 내에서 이동하는 배경 광을 의미한다.
배경 광(116B)이 모드 커플링에 대한 최소 고도 입사각(θr-min) 아래이고 이러한 최소 각도보다 높은 집속된 측정 광(116F)으로부터 발생될 수 있다는 점에 유의한다. 이것은 보통 집속된 측정 광(116F)이 NSWG(18)의 커플링 각도의 범위를 과도하게 채워서 측정 광이 모든 이용가능한 도파관 모드 내로 커플링되는 것을 보장하기 때문에 중요한 점이다.
도 5c는, 모드 스펙트럼 정보를 포함하는 반사된 측정 광(116R)을 나타내고, 또한 제2 낮은-각도 영역(LA2)에서 반사된 측정 광과 중첩되는 배경 광(116B)을 나타내는 개략도이다. 디지털 검출기 표면(152)은 저-차 모드 라인(163)이 검출되는 저-차 모드 영역(152L) 및 고-차 모드 라인(163)이 검출되는 고-차 모드 영역(152H)을 갖는다. 배경 광(116B)은 디지털 검출기 표면(152)의 저-차 모드 영역(152L)에 입사되는 반사된 측정 광(116R)의 일부와 중첩되는 것으로 나타낸다. 모드 스펙트럼 이미지의 콘트라스트를 감소시키고 감소 또는 제거될 필요가 있는 것은 이러한 배경 광(116B)이다.
차-광 부재
도 5d는 차-광 부재(200)를 포함하는 프리즘 커플링 어셈블리(40)의 대표 구성을 나타내고, 관련 기하학적 파라미터, 즉, 커플링 계면(INT)로부터의 거리(D) 및 높이(H)를 나타내는 개략도이다. 차-광 부재(200)는 CS 기판의 표면(12)의 평면(또는 평면 부근)으로부터 제1 낮은-각도 영역(LA1)으로 연장된다. 실시예에서, 이러한 연장은 표면(12)의 평면에 실질적으로 직교한다. 이러한 배향의 이점은 차-광 부재(200)로부터 반사된 임의의 광이 광학 경로로부터 멀리 향하고 광원(112)을 향해 되돌아가지 않는다는 점이다.
차-광 부재는 제1 높은-각도 영역(HA1)으로 연장되지 않음에 유의한다. 일반적으로, 차-광 부재(200)는 낮은-각도 영역에 한정되어 낮은-각도 광만을 차단한다, 즉, 높은-각도 영역에서의 높은-각도 광을 차단하지 않는다. 몇몇 경우에, 낮은-각도 광의 일부만이 차단된다.
차-광 부재(200)에 의해 차단되는 낮은-각도 측정 광(116F)의 양은 높이(H)뿐만 아니라 거리(D)에도 의존한다. 고도 차-광 각도(θ B )는 하기 수학식 3을 사용하여 정의할 수 있다:
[수학식 3]
고도 차-광 각도(θ B )가 증가함에 따라, 커플링 계면(INT)에 입사되는 낮은-각도 측정 광이 더 많이 차단되거나 감쇠된다. NSWG(18)의 허용 가능한 도파관 모드에 해당하는 주어진 고도 입사각(θr)은 시험 계면하에서 프리즘/유리의 시스템 기하학적 구조와 굴절 법칙에 의해 정의되며 하기 수학식 4A로 기재된다:
[수학식 4A]
여기서, nm는 m번째 모드 라인의 유효 굴절률(즉, neff-m으로도 표현될 수 있는, NSWG(18)의 모드 유효 굴절률)이고, np는 프리즘의 굴절률이다. 프리즘 굴절률(np)이 고정된 수이기 때문에, 이들 더 높은 고도 입사각(θr)은 더 낮은 유효 굴절률에 해당한다. 고도 임계각(θr = θc)은 하기 수학식 4B에 의해 다음과 같이 주어진다:
[수학식 4B]
여기서, ns는 기판의 굴절률 또는 측정된 도파관의 가장 낮은 굴절률이다(리튬 유리에서 다중 이온의 확산의 경우에 발생할 수 있음). 여기서, 임계각이 발생하기 위해서는 np > ns이다.
도 5e는, 차-광 부재(200)의 부가한 것을 제외하고는, 도 5a와 유사하고, 제2 낮은-각도 영역(LA2)에서 낮은-각도 광의 적어도 일부를 차단하기 위해 차-광 부재(200)가 어떻게 커플링 프리즘(42)의 다운스트림에 작동 가능하게 배치될 수 있는지를 나타내며, 여기서, 이러한 낮은-각도 광의 일부는 배경 광(116B)뿐만 아니라 모드 스펙트럼 이미지(160)의 모드 라인을 정의하는 반사된 측정 광(116R)의 낮은-각도 부분도 포함한다.
도 5f는 도 5b와 유사하고, 측정 동안에 시스템(100) 내에서 낮은-각도 광의 차단을 강화시키기 위해 각각 제1 및 제2 낮은-각도 영역에서 2개의 차-광 부재(200)가 어떻게 커플링 프리즘(200)의 업스트림 및 다운스트림에 작동 가능하게 배치될 수 있는지를 나타낸다.
측정 광빔(116R) 단독의 보통 타입의 감쇠가 급격한 굴절률 프로파일 및/또는 얇은 CS 기판에 대한 감소된 모드 스펙트럼 콘트라스트의 문제를 해결하는데 불충분하다는 점에 유의해야 하는데, 이는 이러한 감쇠가 측정 광의 모든 각도를 통하여, 따라서 모든 도파 모드를 통하여 작동하기 때문이다. 본 발명은 모드 스펙트럼 이미지(160)의 콘트라스트를 강화시키거나 심지어 최적화하기 위해 하나 이상의 차-광 부재(200)를 선택적으로 사용하여 낮은-각도 영역(LA1 및 LA2) 중 하나 또는 둘 모두에서 낮은-각도 광의 목표된 감소에 관한 것이다. 이는 배경 광(116B)이 모드 스펙트럼 이미지의 저-차 모드 라인의 형성을 방해하지 않음을 보장하고, 이에 따라 충분한 정확도로 적어도 하나의 응력-관련 특성을 측정하는 것을 가능하게 하는 CS 기판(10)의 측정을 수행하기에 충분히 높은 콘트라스트를 갖는 모드 스펙트럼 이미지(160)를 제공한다. 이것은 CS 기판의 응력-관련 특성의 측정이 저-차 모드에만 기초될 수 있기 때문에 가능하다. 그러나, 단순히 모드 스펙트럼 이미지 품질에 대한 이해 없이 시스템 광학 경로(OP)에 임의의 차-광 부재를 부가하는 것은 도움이 되지 않을 것이다. 본원에 개시된 시스템, 어셈블리 및 방법은, 적절한 고-콘트라스트 모드 스펙트럼 이미지를 얻는데 어려움이 있을 때 가장 유용하다. 이러한 상황은 가파른 굴절률 프로파일을 갖는 CS 기판(10) 및/또는 매우 얇은 CS 기판에 대해 종종 발생한다.
또한, 얇은 CS 기판(10)의 경우에, CS 기판(18)의 반대면들 상에 NSWGs(18)이 다른 NSWG와 상호작용할 만큼 NSWGs(18) 중 하나에 커플링된 저-차 모드에 대해 충분히 근접할 수 있어서, 모드 스펙트럼(160)의 콘트라스트에 부정적인 영향을 미치는 것으로 믿어진다.
일 실시예에 있어서, 하나 이상의 차-광 부재(200)를 사용하여 얻은 모드 스펙트럼 이미지(160)는 하나 이상의 차-광 부재를 사용하지 않고 얻은 모드 스펙트럼 이미지에 비해 적어도 10%의 콘트라스트에서 증가를 갖는다. 다르게 말하면, 적어도 하나의 차-광 부재는 적어도 하나의 차-광 부재를 사용하여 얻은 모드 스펙트럼 이미지의 제1 콘트라스트가 적어도 하나의 차-광 부재 없이 캡쳐된 모드 스펙트럼 이미지의 제2 콘트라스트보다 적어도 10% 더 크도록 구성된다.
계속해서 도 5f 뿐만 아니라 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 차-광 부재(200)는, 커플링 프리즘(42)의 입력면 상의 제1 (입력) 광학 경로(OP1) 및 제1 낮은-각도 영역(LA1) 내에 배치된다. 제2 차-광 부재(200)는, 제2 낮은-각도 영역(LA2) 내에 제2 (출력) 광학 경로(OP2)에서 커플링 프리즘의 출력면 상에 배치된다. 차-광 부재(200)는 일면만 위치될 수 있고, 양면에 대칭적으로 또는 양면에 비대칭적으로 위치될 수 있다. 제공되는 차-광 부재(200)는, 불투명, 즉, 완전히 차-광할 수 있거나, 또는 부분적으로 투과, 즉 부분적으로 불투명할 수 있다. 부분 투과성 차-광 부재(200)의 경우, 이의 두께(TB)는 광 투과량에 따라 선택될 수 있다.
본원에 개시된 시스템 및 방법의 하나의 관점은, 낮은-각도 광을 차단하거나 감소시키기 위한 실질적으로 최적의 구성을 얻는 것을 포함하여, 하나 이상의 차-광 부재(200)에 대한 적합한 구성을 선택하는 것에 관한 것이다. 커플링 프리즘 굴절률(np) = 1.72 및 굴절률(nb) = 1.5를 갖는 대표 CS 기판(10)을 고려하면, 수학식 5에 따라 고도 입사각(θr ~ 30°)을 산출한다. 커플링 프리즘(42)의 입력 표면(43)에서의 굴절을 무시하면, 고도 차-광 각도((θB≤30°)는 낮은-각도의 광을 차단하거나 감쇠시키고 콘트라스트를 개선시키는데 사용될 수 있다.
차-광 부재(200)의 최대 높이(Hmax)를 어떻게 정의하는지를 보다 잘 이해하기 위해 실험은 수행되었다. 하기 수학식 6은 최대 높이(Hmax)를 결정하는 하나의 방법을 제공한다:
[수학식 6]
H max = K·D·tan[90°- sin-1(n m /n p )]
여기서, 보정 계수(K) = 1.1은 경험적으로 결정되었으며, 커플링 프리즘(42)에서 측정 광(116)의 제1 굴절이 무시되었다는 사실 및 측정 광(116)의 확산 성질을 설명한다. 수학식 6에서 각도는 도(degrees)로 제공된다. 보정 계수(K)는 시스템(100)의 특정 구성 및 측정되는 CS 기판(10)의 타입에 따라 약간 달라질 수 있다.
도 6a 내지 6f는, 모드 스펙트럼 이미지의 콘트라스트에 대한 차-광 부재의 영향을 확립하기 위해 CS 기판(10)의 실험 측정 동안에 얻은 실제 캡쳐된 모드 스펙트럼 이미지(160)이다. 실험은 높이(H) = 3.0 ㎜, 4.0 ㎜, 5.0 ㎜, 6.0 ㎜, 7.0 ㎜ 및 7.8 ㎜의 다른 차-광 부재(200)를 포함한다. 제1 및 제2 차-광 부재(200)는, 제1 및 제2 낮은-각도 영역(LA1 및 LA2) 내에 제1 및 제2 광학 경로(OP1 및 OP2)에 각각 배치되었다. 거리(D)는 D = 12.7㎜로 설정되었다. 50 ㎛, 75 ㎛ 및 100 ㎛의 두께(TB)(도 5d 참조)의 차-광 부재(200)는 또한 차-광 부재의 다른 수준의 불투명도에 해당하는 다른 두께와 함께 나타낸다. 프리즘의 굴절률(np) = 1.72이다. CS 기판은 100 microns의 두께(TH)를 가졌다.
도 6a 내지 6f는, 높이(H)가 초기에 증가함에 따라, 프린지(모드 라인)가 초기에 더 가시적으로 된다는 것을 나타낸다. 그러나, 높이(H)가 너무 커지면, 특히, 커플링 프리즘(42)의 반대면들 상에 제1 및 제2 차-광 부재(200)가 사용되는 경우, 측정 광(116)을 완전히 차단한다. 시스템(100)의 특정 구성의 경우, 4 ㎜ 내지 6 ㎜의 높이(H)를 갖는 차-광 부재(200)가 프린지 가시성과 이미지 균일성 사이에서 최상의 균형을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
제1 및 제2 낮은-각도 영역(LA1 및 LA2) 내에 제1 및 제2 광학 경로(OP1 및 OP2)에서 2개의 대칭 차-광 부재(200)를 적용한 경우에 대한 실험 결과를 정리하면 하기 표 1과 같다.
H(㎜) θ B (deg) SC(MPa) DOL(㎛)
3.0 13.2 불가능 불가능
4.0 17.4 834 16.2
5.0 21.4 818 16.9
6.0 25.3 822 16.3
7.0 28.8 불가능 불가능
7.8 31.6 불가능 불가능
표 1은, H < 3㎜의 경우, 압축 응력(SC) 및 층의 깊이(DOL)의 측정이 불량한 모드 스펙트럼 콘트라스트에 기인하여 불가능하다는 것을 나타낸다. H = 4㎜, 5㎜ 및 6㎜의 경우, 모드 스펙트럼 콘트라스트는 압축 응력(SC) 및 층의 깊이(DOL) 측정을 수행하는데 적합한 것으로 간주되었다. H > 7 ㎜의 경우, 선택적 감쇠가 너무 커서 측정이 불가능했다.
등가 고도 차-광 각도(θB)를 계산하면, 이러한 각도가, 예측 한계에 가까운, 30도 쪽으로 증가하는 것을 알 수 있다. H = 7㎜ 또는 7.8㎜의 단일 차-광 부재(200)의 경우, 측정은 디지털 검출기(150)의 콘트라스트를 증가시켜 가능하게 이루어졌다. 이것은 수학식 6에서 K = 1.1의 보정 계수의 사용으로 이어진다.
도 7a는 3개의 다른 차-광 구성, 즉: a) H = 4㎜의 단면 비대칭 차-광 부재(200), b) H = 5㎜의 양-면 차-광 부재, 및 c) 제1 광학 경로(OP1)에서 H = 7.65㎜의 제1 차-광 부재(200) 및 제2 광학 경로(OP2)에서 H = 3㎜의 제2 비대칭 차-광 부재(200)에 대한 압축 응력(SC)(MPa)의 측정 분포의 플롯이다. 데이터는 양면 대칭 및 양면 비대칭 구성이 단면 비대칭 구성보다 더 작은 표준 편차를 제공하는 것처럼 보임을 나타낸다. 그러나, 그 차이는 여전히 상대적으로 작다.
도 7b는 도 7a와 유사하고, 층의 깊이(DOL)(㎜)의 측정에서 변화를 분석하기 위해 동일한 구성을 사용한다. 여기서, 대칭 양-면 구성은 가장 작은 표준 편차를 제공하는 것처럼 보이지만, 모든 측정 결과는 공정 제어 목적을 위해 충분한 정확도를 갖는다.
도 8a는, 커플링 프리즘(205)이 존재할 수 있는, 중앙 영역(205)을 정의하는 2개의 가로-부재(205)에 의해 지지되는 2개의 차-광 부재(200)를 포함하는 대표 차-광 구조물(201)의 입면도이다. 차-광 부재(200)는 높이(H)가 반드시 동일할 필요는 없으며, 서로 다른 거리(D)에 배치될 수 있다. 차-광 부재에 대한 대표 물질은 금속 및 플라스틱을 포함한다. 몇몇 경우에, 차-광 부재(200)는 미광(stray light)의 발생을 방지하기 위해 가능한 한 무-반사 및 비-산란성인 것이 도움이 된다. 도 8b는 대표 차-광 부재(200)의 입면도이다.
일 실시예에서, 차-광 부재(200)는 최적의 측정 성능을 위한 시스템(100) 설정을 용이하게 하기 위해 조정 가능한 높이(H) 및/또는 조정 가능한 거리(D)를 가질 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 높이(H)는 일정할 필요는 없다. 일 실시예에서, 하나 이상의 차-광 부재는, 병진 스테이지 또는 리니어 모터(linear motor)와 같은 이동 장치(미도시)에 의해 이동될 수 있으며, 컨트롤러(130)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 구성은, 급격한 굴절률 프로파일 및 작은 기판 두께 중 적어도 하나로 인해 측정할 수 없는 CS 기판을 측정할 때, 시스템(100)에 대한 개선되거나 최적화된 측정 능력을 얻기 위해 하나 이상의 차-광 부재의 실시간 조정을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 8c는, 본원에 개시된 "수평" 차-광 부재(200)의 사용을 나타내는 대표 프리즘 커플링 어셈블리(40)의 입력-단면도이다. 또한, 차-광 부재(200)와 함께 개구(230)를 정의하는 2개의 수직 블라인드(220)를 나타낸다. 낮은-각도 영역(LA1)(또는 LA2) 및 높은-각도 영역(HA1)(또는 HA2)은 또한 나타낸다. 개구(230)는 높은-각도 영역(HA1)(또는 HA2)에서 측정 광을 모두 통과시키는 반면, 낮은-각도 영역(LA1)(또는 LA2)에서 광의 일부를 차단한다는 점에 유의한다. 또한, 각 수직 블라인드(220)는 낮은-각도 영역(LA1)(또는 LA2) 및 높은-각도영역(HA1)(또는 HA2) 모두를 이동하는 광의 일부를 차단하는 반면, 차-광 부재(200)는 낮은-각도 영역(LA1)(또는 LA2)과 관련된 낮은-각도 광만을 차단한다는 점에 유의한다.
첨부된 청구범위에 정의된 본 개시의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고, 본원에 기재된 본 개시의 바람직한 구현예에 대해 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 이의 균등물의 범주 내에 속한다면, 변경 및 변화를 포괄한다.

Claims (20)

  1. 표면 및 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판에서 적어도 하나의 응력 특성을 결정하도록 구성된 프리즘 커플링 시스템으로서, 상기 프리즘 커플링 시스템은:
    측정 광을 발생시키는 광원 시스템;
    상기 측정 광의 광학 커플링을 낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 제공하는 커플링 프리즘;
    상기 커플링 프리즘으로부터 측정 광을 수신하도록 배열되어 모드 스펙트럼 이미지를 검출하는 검출기 시스템; 및
    상기 높은-각도 영역으로 연장되지 않고, 상기 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 작동 가능하게 배치된 차-광 부재를 포함하는, 프리즘 커플링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제2 낮은-각도 영역에 배치되는 제2 차-광 부재를 더욱 포함하는, 프리즘 커플링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차-광 부재는 불투명한, 프리즘 커플링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차-광 부재는 반-불투명한, 프리즘 커플링 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 차-광 부재는 커플링 프리즘으로부터 조정 가능한 높이 및 조정 가능한 거리 중 적어도 하나를 갖는, 프리즘 커플링 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 모드 스펙트럼 이미지는 제1 콘트라스트를 갖고, 상기 차-광 부재는 상기 제1 콘트라스트가 차-광 부재 없이 캡쳐된 모드 스펙트럼 이미지의 제2 콘트라스트보다 적어도 10% 더 크도록 구성되는, 프리즘 커플링 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는, 프리즘 커플링 시스템.
  8. 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 측정하는데 사용되는 프리즘 커플링 시스템용 프리즘 커플링 어셈블리로서, 상기 프리즘 커플링 어셈블리는:
    낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 포함하는 광학 경로를 통하여 근-표면 도파관 안팎으로 측정 광의 광학 커플링을 제공하는 커플링 프리즘; 및
    상기 높은-각도 영역으로 연장되지 않고, 상기 낮은-각도 영역으로 적어도 부분적으로 연장되도록 커플링 프리즘에 대해 작동 가능하게 배열된 차-광 부재를 포함하는, 프리즘 커플링 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제2 차-광 부재를 더욱 포함하고, 상기 차-광 부재는 적어도 부분적으로 커플링 프리즘의 업스트림의 광학 경로 내에 존재하고, 상기 제2 차-광 부재는 적어도 부분적으로 커플링 프리즘의 다운스트림의 광학 경로 내에 존재하는, 프리즘 커플링 어셈블리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 차-광 부재는 조정 가능한 높이 및 조정 가능한 위치 중 적어도 하나를 갖는, 프리즘 커플링 어셈블리.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 차-광 부재는 불투명한, 프리즘 커플링 어셈블리.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는, 프리즘 커플링 어셈블리.
  13. 근-표면 도파관을 갖는 화학적으로 강화된 기판의 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    낮은-각도 영역 및 높은-각도 영역을 갖는 광학 경로를 통하여 이동하는 광을 사용하여 화학적으로 강화된 기판의 모드 스펙트럼 이미지를 디지털 방식으로 캡쳐하는 단계; 및
    높은-각도 영역에서 이동하는 광을 실질적으로 차단하지 않고 낮은-각도 영역에서 이동하는 광의 적어도 일부를 차단하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 디지털 방식으로 캡쳐된 모드 스펙트럼은, 상기 차단이 없는 경우 제1 콘트라스트를 갖고, 상기 차단으로 인해 제2 콘트라스트를 가지며, 상기 제2 콘트라스트는 제1 콘트라스트보다 적어도 10% 더 큰, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 콘트라스트는 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는데 불충분하고, 상기 제2 콘트라스트는 적어도 하나의 응력 특성을 결정하는데 충분한, 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 응력 특성은 표면 압축 응력 및 층의 깊이 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 차단은 차-광 부재를 사용하여 수행되는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 차-광 부재는 측정 광을 화학적으로 강화된 기판의 근-표면 도파관에 광학적으로 커플링시키는데 사용되는 커플링 프리즘으로부터 광학적으로 업스트림에 작동 가능하게 배치되는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 커플링 프리즘으로부터 광학적으로 다운스트림에 작동 가능하게 배치된 제2 차-광 부재를 더욱 포함하는, 방법.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 기판은 250 microns 미만의 두께를 갖는, 방법.
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