KR960015053B1 - 평면도 측정장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

평면도 측정장치

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타내는 구성도.

제2도는 광각이 작은 레이저 광원을 이용하는 경우의 일예를 나타내는 구성도.

제3도는 본 발명의 실시예를 나타내는 구성도.

제4도는 제3도의 있어서 광각이 작은 레이저광원을 이용하는 경우의 일예를 나타내는 요부 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 레이저광원 3 : 콜리메이터 렌즈

4 : 기준기 4b : 참조면

5 : 피검물 5a : 피측정면

8, 9 : 렌즈 10 : 짐광렌즈

11 : 회전확산판 12 : 평면거울

13 : 구면거울

본 발명은 간섭 줄무늬에 의해서 피검물의 평면도를 측정하는 평면도 측정장치에 관한 것이다.

본 발명에 관련한 종래 기술의 한가지로서, 본 출원인이 앞서 제안한 일본 특허 공개번호 소63-122909호 공보에 기재한 평면도 측정장치가 있다.

이것은, 기준기의 참조면(參照面)에 피측정면을 대향시켜 피검물을 배치시킨 측정부에 단일의 가간섭광을 조사(照射)하고, 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬를 발생시키며, 피검물의 피측정면의 평면도를 측정하도록 한 것이다.

이와같은 장치에서는 기준기의 참조면과 피검출의 피측정면 사이의 광로차, 즉 간격에 대응한 간섭 줄무늬만을 발생시키는 것이 요구된다.

기준기의 참조면과 피검물이 피측정면 사이 간격을 대하여 피검물의 두께가 매우 크면, 종래 기술과 같은 레이저광의 단일 광을 이용한 가간섭 거리가 긴경우에도 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이 간격을 대응한 간섭 줄무늬만을 발생시킬 수가 있다.

반면에, 피검물의 두께가 얇으면 종래 기술과 같은 단일 광으로는 가간섭 거리가 길게 됨에 따라 피검물의 피측정면과 반대면 사이의 광로차 즉, 피검물의 두께에 의한 간섭 줄무늬가 발생하게 되고 이 줄무늬가 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이 간격에 대응한 줄무늬와 오버랩(overlap)되어 원하는 줄무늬를 판별할 수 없게 되며 피검물의 피측정정면의 평면도 측정이 곤란하게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 인출한 것으로, 피검물의 두께를 측정하고자 하는 간격의 간극과 같은 정도로 얇게하고, 또 그 간격의 간극보다 두꺼운 경우 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만을 발생시킬 수 있는 평면도 측정장치를 제공하는데 목적이 있는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 기준기의 참조면에 피측정면을 대향시키고 피검물을 배치시킨 측정부에 기간섭 광을 조사하며 상기 기준기의 참조면과 상기 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬를 발생시켜 상기 피측정면의 평면도를 측정하는 평면도 측정장치에 있어서, 파장이 같은 복수개의 레이저광을 발생하는 발생수단과, 각각의 레이저광을 오버랩시켜 상기 가간섭 광으로서 상기 측정부에 조사하는 조사수단을 가진 평면도 측정장치에 의해서 달성된다.

또, 상기 조사수단은 회전확산판을 포함하고 이 회전확산판을 통하여 상기 오버랩된 각각의 레이저광을 상기 가간섭 광으로서 상기 측정부에 조사하도록 해도 좋다.

복수개의 레이저광을 오버랩 시킴에 따라 가간섭 거리를 짧게하고, 피검물이 얇은 경우에도 피검물의 두께에 따른 간섭 줄무늬를 발생시키지 않으며 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만을 발생시킨다.

더욱이, 회전확산판 표면상의 거칠기와 그 집광상태에 따라 간섭 줄무늬의 투영상에 얼룩져 나타나는 스팩클 패턴(Speckle Pattern)을 시각적으로 보기 어려우며, 간섭 줄무늬의 투영상에 있어서의 노이즈 방지를 도모하고, 복수개의 레이저광을 오버랩시키는 것과 함께 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만의 투영상을 발생시키는 가간섭거리 조정작용을 할 수 있다.

[실시예]

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타내는 구성도이다.

도면에 있어서, 1 및 2는 위상이 같고 파장이 동일한 레이저광(L₁)(L₂)을 발생하는 레이저광원, 3은 레이저광원(1)(2)의 전방에 배치된 콜리메이터(Collimator)렌즈이다.

레이저광원(1)(2)은 본 실시예에서는 광각(光角)이 큰 것으로, 예를들면 반도체 레이저이다. 각각의 레이저광원(1)(2)의 레이저광(L₁)(L₂)은 콜리메이터렌즈(3)을 통해서 오버래된 평행광이 되고, 가간섭광(L)으로써 기준기(4)의 입사면(4a)에 상기 압시면(4a)의 수선(垂線)에 대하여 각도(θ)로 경사지게 입사하도록 되어있다.

기준기(4)는 평행평면 유리등의 투광성 광학부재이고 입사면(4a)과 참조면(4b)이 서로 평행평면으로 되어 있다.

기준기(4)는 참조면(4b)측에는 액정유리, 반도체 마스트등의 두광성의 피검물(5)이 배치되어 있다.

피검물(5)은 피측정면(5a)이 기준기(4)의 참조면(4b)과 대향하고 있고, 피측정면(5a)의 비평면성에 기인하는 기준기(4)의 참조면(4b)과 피측정면(5a) 사이의 간격(6)에 지장을 초래하지 않도록 기준기(4)의 참조면(4b)과 아주 조금의 간극을 가지며, 또 기준기(4)의 참조면(4b)상에 단순히 올려지는 상태가 되도록 한 모양으로 배치되어 있다.

간격(6)의 간극은 피검물(5)의 두께보다도 작고 피검물(5)의 두께는 기준기(4)의 두께보다도 작다.

레이저광(L₁)(L₂)를 오버랩시킨 가간섭광(L)은 단일 오버랩광(L₁) 또는 (L₂)와 비교하여 가간섭 거리가 짧게 되게 함으로써 이것에 의해 피검물(5)의 두께 및 기준기(4)의 두께에 따른 광로차에 의한 간섭줄무늬는 발생되지 않으며, 가장 거리가 짧은 간격(6)에 의한 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만이 발생하도록 되어 있다.

이 이유는 레이저광(L₁)(L₂)을 오버랩시킨 가간섭 강(L)은 TEM₀(TEM은 트랜스퍼 일렉트로 마그네틱 : Transfer Electro Magnetic의 약자)에서 다른 TEM모드로 옮겨지고, 가간섭 거리가 짧게 되는 현상과 유사한 효과에 의해 가간섭 거리가 짧게 되기 때문이다.

피검물(5)의 피측정면(5)과 반대의 면(5b)에는 종이등의 스크린(7)이 배치되어 있고, 발생한 간섭 줄무늬가 투영되도록 되어 있다.

이상과 같은 구성에서 레이저광원(1)(2)이 구동되면 각 레이저광(L₁)(L₂)이 콜리메이터렌즈(3)를 통해서 오버랩된 평행광이 되며, 가간섭광(L)으로써 기준기(4)의 입사면(4a)에 각도(θ)로 경사지게 입사되고, 경사지게 입사한 가간섭광(L)에 의해서 기준기(4)의 참조면(4b)과 피검물(5)의 피측정면(5a) 사이의 광로차, 즉 간격(6)에 의한 간섭 줄무늬가 발생하여 스크린(7)에 투영된다.

즉, 기준기(4)를 통한 광(L_A)과 기준기(4) 및 간격(6)을 통해 피검물(5)의 피측정면(5a)에서 반사하여 참조면(4b)으로 향하는 광(Lb)의 반사광이 오버랩되며 양자의 광로차에 의해서 간격(6)의 간격 얼룩에 대응한 간섭 줄무늬가 발생한다.

가간섭광(L)은 레이저광(L₁)(L₂)의 오버랩에 의해서 가간섭 거리가 짧게 되기 때문에 간격(6)의 간극보다도 큰 피검물(5)의 두께 및 기준기(4)의 두께에 의한 광로차에서는 간섭 줄무늬가 생기지 않는다.

관찰자(a)는 스크린(7)에 투영된 간섭 줄무늬에서 피검물(5)의 피측정면(5a)의 평면도를 측정할 수 있다. 스크린(7)상에 투영된 간섭 줄무늬는 관찰자(A)만이 아니고 스크린(7)에 대하여 반대측에 위치한 관찰자(B)에서도 볼 수 있다.

더욱이 제1도에 실시예에 있어서, 레이저광원(1)(2)으로서 광각이 작은 렌즈를 이용하는 것도 물론 가능하며, 이와같은 경우에는 제2도에 나타낸 바와같이 렌즈(8)(9)를 통해서 각각의 레이저광의 광각을 크게했고 콜리메이터렌즈(3)를 통해서 오버랩된 평행광으로 하며 이것을 가간섭공(L)으로서 조사하도록 하면 좋다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 구성도이며, 제1도와 동일한 부호의 것은 동일물을 나타내고 있다.

이것은 레이저광원(1)(3)에서의 위상이 동일하고 파장이 동일한 레이저광(L₁)(L₂)을 집광렌즈(10)에 의해 오버랩시켜 회전확산판(11)상에 집광시키며, 이 회전확산판(11)을 통과한 광속을 평면거울(12)을 통하여 구면거울(13)에 의해 평행광으로 하고, 이것을 가간섭광(L)으로써 기준기(4)의 입사면(4a)에 이 입사면(4a)의 수선(垂線)에 대해 각도(θ)로 경사지게 입사시키도록 한 것이다.

회전확산판(11)은 원형의 확산판(1la)과 모터(1lb)를 가지며 모터(1lb)에 의해서 확산판(1la)이 회전구동되도록 되어있다.

이와같은 회전확산판(11)은 간섭 줄무늬의 투영상에 얼룩으로 되어 나타나는 스펙클 패턴을 시각적으로 보기 어렵게 함과 동시에 가간섭 거리를 짧게 하는 기능을 가지고 있다.

즉 확산판(1la)상에서의 집광렌즈(10)에 의한 광속의 스폿트(spot) 직경을 크게하면 할수록 스팩클 패턴을 보기 어렵게 되며 가간섭 거리가 짧게 된다.

확산판(1la)상의 스폿트 직경은 스펙클 패턴이 보기 어렵고 또 기준기(4)의 참조면(4)과 피검물(5)의 피측정면(5a) 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만이 집광렌즈(10)를 광축에 연하여 이동시키도록 하여 설정된다. 기타의 구성은 제1도에서 상술한 바와 같다.

본 실시예에 의하면 스크린(7)에 투명된 간섭 줄무늬로 얼룩이 되어 나타는 스펙클 패턴이 시각적으로 보이지 않게 되고, 간섭 줄무늬의 투영상에 있어서의 노이즈 방지가 이루어지며, 복수개의 레이저광을 오버랩 시킴과 함께 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만의 투영상의 스크린(7)에 부여된다.

또한, 제3도의 실시예에 있어서, 레이저광원(1)(2)으로서 광각이 작은 레이저를 이용한 경우에는 제4도에 나타낸 바와같이 집광렌즈(10)에 의해 회전확산판(11)상에서 오버랩 되도록 하거나 혹은 제2도에서 상술한 바와같이 렌즈를 통해서 각각의 레이저광의 광각을 크게한 다음에 집광렌즈(10)에 의해 오버랩하여 집광시킬 수 있도록 하면 좋다.

이상 상술한 각 실시예에서는 2개의 레이저광원을 예로 설명했지만 이것에 한정하는 것은 아니다. 레이저 광원의 수를 더욱 많게 하면 각 레이저광의 오버랩으로서 더욱 가간섭 거리를 짧게할 수 있기 때문에 피검물의 두께에 의한 광로차에서는 간섭 줄무늬를 발생시키지 않고, 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 간격에 의해 간섭 줄무늬만을 발생시키도록 피검물의 두께에 대응하여 레이저광원의 수를 설정할 수 있다.

또, 상기 실시예에서는 복수개의 레이저광원을 이용할 경우에 대해서 상술했지만 단일 레이저광원에서의 레이저광을 광학수단에 의해서 복수개의 레이저광으로 하고 이것들을 오버랩하도록 해도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 평행 평면을 가진 기준기(4)를 예로 설명했지만 프리즘의 경우에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 레이저광을 오버랩시키고 가간섭 광으로서 조사하도록 했기 때문에 측정면에 조사하는 레이저광의 가간섭 거리가 짧게되고, 피검물이 얇은 경우에도 피검물의 두께에 의한 간섭 줄무늬를 발생시키지 않고, 기준기의 참조면과 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만을 발생시킬 수 있으며, 또 회전확산판을 이용하므로 간섭 줄무늬의 투영상에 있어서의 노이즈 방지가 도모되고 복수개의 레이저광을 오버랩 시킴과 함께 기준기의 참조면과 피건물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬만의 투영상의 얻을 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있는 평면도 측정장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 기준기의 참조면에 피측정면을 대향시키며 피검물을 배치시킨 측정부에 가간섭광을 조사하고, 상기 기준기의 참조면과 상기 피검물의 피측정면 사이의 광로차에 대응한 간섭 줄무늬를 발생시키며, 상기 피측정면의 평면도를 측정하는 평면도 측정장치에 있어서, 위상이 동일하며 파장이 동일한 복수개의 레이저광을 발생하는 발생수단과, 각 레이저광을 오버랩(overlap)시켜 상기 가간섭광으로서 상기 측정부에 조사하는 조사수단을 가진 것을 특징으로 하는 평면도 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조사수단은 회전확산판을 포함하며, 이 회전확산판을 통해서 상기 오버랩된 각 레이저광을 상기 가간섭광으로서 상기 측정부에 조사하는 것을 특징으로 하는 평면도 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 각 레이저광을 오버랩한 가간섭광을 상기 기준기의 입사면에 대하여 경사지게 입사시키는 것을 특징으로 하는 평면도 측정장치.

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