KR20230027798A - System for measuring film thickness having warpage correction function - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a film thickness measurement technology robust to changes in the material properties of a film and the distance from the film. A film thickness measurement system with a warpage compensation function according to the present invention comprises: a thickness measurement optical system in which a first lens, a thin film, and a second lens are sequentially disposed on the vertical axis of the thin film so that measurement light is irradiated vertically to the thin film, and which comprises a reflected light detector generating reflected interference light using different reflected lights reflected and received from the surface and bottom of the thin film from the first lens, respectively, and a transmitted light detector generating transmitted interference light by receiving the transmitted light passing vertically through the thin film from the second lens and the transmitted light passing through after forming a reflection path in the thin film; a tilt measurement optical system which comprises a line laser light source radiating a line laser of a certain length to the thin film at a certain inclination angle, and a position detection sensor placed opposite the line laser light source on the same side surface of the thin film to detect the reception position of laser reflected light reflected from the thin film; and a thickness measurement device which calculates a primary thickness value of the thin film by analyzing the reflected interference light and the transmitted interference light received from the interference light detector and the transmitted light detector, calculates a tilt correction value based on the laser reflected light position information received from the position detection sensor, and determines the thickness value of the thin film by applying the tilt correction value to the primary thickness value.

Description

휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템 {System for measuring film thickness having warpage correction function}Film thickness measuring system having warpage correction function {System for measuring film thickness having warpage correction function}

본 발명은 필름의 재질 특성 및 필름과의 거리 변화에 강인한 필름 두께값 측정 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a film thickness measurement technology that is robust to changes in material characteristics of a film and distance from the film.

플라스틱 필름과 같이 유연성을 가지고 폭에 비해 두께가 얇고 긴 소재를 여러 대의 구동부와 Roll 등의 구성부품을 이용하여 이송시키며 소재상에 필요한 일련의 공정을 연속적으로 수행하는 공정을 roll to roll 공정이라 한다.The roll-to-roll process refers to the process of continuously carrying out a series of processes required for the material by transporting a material that has flexibility and is thin and long compared to its width, such as a plastic film, using several driving units and component parts such as rolls. .

이러한 roll to roll 공정은 전통적인 인쇄, 섬유 생산 등의 산업에서 광범위하게 사용되고 있던 기술이었는데 최근에는 디스플레이, 태양 전지, 2차 전지, FPCB, 전자 소자(RFID, OLED, MLCC 등) 등과 같은 인쇄 전자 기술의 한 분야로 적용 분야가 지속 확대되고 있다. This roll to roll process has been widely used in industries such as traditional printing and textile production, but recently it has been used in printed electronics technologies such as displays, solar cells, secondary batteries, FPCBs, and electronic devices (RFID, OLED, MLCC, etc.). The field of application is continuously expanding.

이와 같이 반도체 및 평판표시장치에 사용되는 기능성 필름은 산업 현장에서 사용될 때 빛 투과도, 전기적 특성, 강도, 박리성 등 다양한 품질 상태가 요구되며, 가장 중요한 항목 중 하나는 필름의 두께의 균일성이다. As such, functional films used in semiconductors and flat panel displays require various quality conditions such as light transmittance, electrical properties, strength, and peelability when used in industrial fields, and one of the most important items is the uniformity of the film thickness.

일반적으로 필름의 두께를 측정하기 위한 방법으로 X-Ray, Beta-Ray, Infrared, 초음파 등 다양한 측정 방법이 적용되고 있다.In general, various measurement methods such as X-Ray, Beta-Ray, Infrared, and ultrasonic waves are applied as a method for measuring the thickness of a film.

이 중 필름 두께 측정에 가장 보편적으로 사용되었던 기술은 X-Ray 기반의 XRF라는 기법이다. 그러나, X-Ray 투과방식은 비교적 두껍거나, 매질이 가시광선이 투과하기 어려운 금속성 재질에 주로 사용되는 것으로, 얇고 밀도가 낮은 필름에서는 정밀계측이 제대로 이루어지지 않거나 제품의 층간 분리가 안되는 문제가 있다.Among them, the most commonly used technique for measuring film thickness is a technique called XRF based on X-Ray. However, the X-Ray transmission method is mainly used for metallic materials that are relatively thick or the medium is difficult for visible light to pass through. .

이에 반해 OCT(optical coherence tomography) 기술은 필름과 같이 얇고 밀도가 낮고, 투명한 시료를 높은 정밀도로 계측이 가능하며, 제품에 있는 코팅면의 층간 분리가 가능해 개별로 두께 측정이 가능하여 이러한 OCT 방식의 측정 기법의 최근 선호되고 있다.On the other hand, OCT (optical coherence tomography) technology can measure thin, low-density, transparent samples such as films with high precision, and separate the layers of the coating surface on the product to measure the thickness individually. This measurement technique is currently favored.

특히, 필름을 생산하는 Roll to Roll 공정에서는 필름의 물성치에 맞는 적절한 장력을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해 Roll to Roll 장비에는 필름의 장력을 유지하기 위해 다양한 기구 및 제어 모듈이 장착된다. In particular, in the roll-to-roll process that produces films, it is very important to maintain proper tension according to the physical properties of the film. To this end, various mechanisms and control modules are installed in the roll-to-roll equipment to maintain the film tension.

그러나, Roll to Roll 공정시 물성치에 맞는 적당한 장력이 유지 되지 않을 경우, 필름이 주름지거나 또는 출렁임 등의 휨(Warpage)현상이 발생할 수 있으며, 정밀 두께 측정기를 이용한 두께 측정에 있어서 측정물(필름)의 자세/위치 변화에 따라 두께 측정결과가 변화한다. However, if proper tension is not maintained according to the physical properties during the roll-to-roll process, warpage such as wrinkling or sloshing of the film may occur. The thickness measurement result changes according to the posture/position change of

도1에 도시된 바와 같이 두께 측정기에 대해 필름이 정위치에 배치된 상태에서, 필름에 주름이 생기지 않은 부분(1)의 두께(D1)보다 주름이 생긴 부분(2)의 두께(D2)는 동일 필름 두께임에도 불구하고, 주름이 생긴 부분(2)의 두께(D2)가 보다 크게 측정된다. As shown in FIG. 1, in a state where the film is placed in place with respect to the thickness meter, the thickness D2 of the wrinkled portion 2 is greater than the thickness D1 of the non-wrinkled portion 1 of the film. In spite of the same film thickness, the thickness D2 of the wrinkled portion 2 is measured to be larger.

즉, 필름에 휨이 발생할 경우, 휨에 따른 기울기에 변화에 따라 필름의 측정 두께가 커지는 현상이 발생한다.That is, when warpage occurs in the film, a phenomenon in which the measured thickness of the film increases according to the change in the slope according to the warpage occurs.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 2020년 10월 29일자로 등록된 한국등록특허 제10-2174505호(명칭 : 기울기 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템)를 출원하였다.In order to solve this problem, the present applicant has applied for Korean Patent Registration No. 10-2174505 (name: film thickness measurement system with tilt correction function) registered on October 29, 2020.

그러나, 상기 한국등록특허 제10-2174505호에 개시된 필름의 기울기 측정방식은 두께 측정 광축과 기울기 측정 광축이 동축 구조로 이루어지도록 구성되는 바, 필름과의 거리 변화가 위치 검출 센서의 광점 위치에 영향을 주어 필름의 정확한 기울어짐 측정에 어려움이 있다.However, in the method for measuring the tilt of a film disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2174505, the thickness measurement optical axis and the tilt measurement optical axis are configured in a coaxial structure, so a change in distance from the film affects the position of the light spot of the position detection sensor. , it is difficult to accurately measure the tilt of the film.

즉, 도2에 도시된 바와 같이 레이저 광원에서 스플리터(B.S.)를 통해 동축 구조로 스팟 레이저를 필름에 조사하고 필름에서 반사되어 위치검출센서(PSD)에 수신된 스팟 레이저의 광점 위치를 근거로 필름의 기울기를 측정하는 경우, 동일 거리에서 도2의 수평상태 필름(A)의 광점 위치와 기울어짐 상태 필름(B)의 광점 위치가 다르게 측정된다. 그러나, 도2의 (B)와 (C)에 의하면 필름의 기울어짐이 동일하더라도 그 측정 거리에 따라서도 광점 위치가 달라지게 된다.That is, as shown in FIG. 2, a spot laser is irradiated onto a film in a coaxial structure through a splitter (B.S.) from a laser light source, and based on the location of the light spot of the spot laser reflected from the film and received by the position detection sensor (PSD), the film In the case of measuring the slope of , the position of the light spot of the horizontal film (A) and the light spot position of the tilted film (B) of FIG. 2 are measured differently at the same distance. However, according to (B) and (C) of FIG. 2, even if the inclination of the film is the same, the position of the light spot varies according to the measurement distance.

한편, 기능성 필름은 플라스틱 필름 위에 다른 성분을 코팅하거나 증착하는 등의 가공 과정을 통해 필름 원료 자체가 가지지 못한 기능이 추가되고, 이에 따라 필름의 특성 특히, 광 투과 특성 또는 광 반사 특성이 변화될 수 있다.On the other hand, the functional film is added with a function that the film raw material itself does not have through a processing process such as coating or depositing other components on the plastic film, and accordingly, the properties of the film, in particular, light transmission properties or light reflection properties may be changed. there is.

그러나, 현재 필름 두께를 측정하는 OCT는 반사형 OCT 나 투과형 OCT 중 하나의 광학계로만 구성되어 있어 필름 재질의 변경에 따라 두께 측정이 불가능한 문제가 있다. However, the current OCT for measuring film thickness consists of only one optical system, either a reflective OCT or a transmissive OCT, and thus there is a problem in that it is impossible to measure the thickness according to a change in film material.

1. 한국등록특허 제10-2174505호(명칭 : 기울기 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템)1. Korean Patent Registration No. 10-2174505 (Name: Film thickness measurement system with tilt correction function) 2. 국내등록특허 제10-116158호 (명칭 : 필름두께 측정시스템 및 그 측정방법)2. Domestic Patent No. 10-116158 (Name: Film thickness measurement system and its measurement method)

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 반사형 OCT와 투과형 OCT를 일체화한 복합 광간섭계 구조를 통해 필름의 재질 변화에 적응적인 두께 측정을 수행함과 더불어, 필름과의 거리 변화에 상관없이 기울기 변화에만 반응하는 위치 검출 구성을 통해 필름 기울기에 대응되게 두께값을 보정함으로써, 보다 정확한 필름 두께값을 측정할 수 있도록 해 주는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템을 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Therefore, the present invention was created in view of the above circumstances, and through a complex optical interferometer structure in which a reflection type OCT and a transmission type OCT are integrated, thickness measurement is performed adaptively to changes in the material of the film, as well as the distance change with the film. Its technical purpose is to provide a film thickness measurement system with a warpage correction function that enables a more accurate film thickness measurement by correcting the thickness value corresponding to the film tilt through a position detection configuration that responds only to the tilt change regardless of there is

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 제1 렌즈와 박막 필름 및 제2 렌즈가 박막 필름의 수직축선상에 순차로 배치되어 박막 필름으로 측정광이 수직하게 조사하도록 구성되고, 상기 제1 렌즈로부터 박막 필름의 표면과 밑면에서 각각 반사되어 수신되는 서로 다른 반사광을 이용하여 반사 간섭광을 생성하는 반사광 디텍터와, 제2 렌즈로부터 박막 필름을 수직하게 투과한 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 형성한 후 투과한 투과광을 수신하여 투과 간섭광을 생성하는 투과광 디텍터를 포함하여 구성되는 두께 측정 광학계와, 일정 길이의 라인 레이저를 일정 경사각을 갖도록 박막 필름으로 조사하는 라인 레이저 광원과, 박막 필름의 동일측면에 라인 레이저 광원과 대향되게 배치되어 박막 필름으로부터 반사되는 레이저 반사광의 수신 위치를 검출하는 위치 검출 센서를 포함하여 구성되는 기울기 측정 광학계 및, 상기 간섭광 디텍터와 투과광 디텍터로부터 수신된 반사 간섭광과 투과 간섭광을 분석하여 박막 필름의 1차 두께값을 산출하고, 위치 검출 센서로부터 수신된 레이저 반사광 위치정보를 근거로 기울기 보정값을 산출하며, 1차 두께값에 기울기 보정값을 적용하여 해당 박막 필름의 두께값을 결정하는 두께 측정장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a first lens, a thin film, and a second lens are sequentially disposed on a vertical axis of the thin film so that measurement light is vertically irradiated to the thin film, A reflected light detector that generates reflective interference light using different reflected lights that are reflected and received from the surface and bottom of the thin film from the first lens, respectively, and the transmitted light perpendicularly transmitted through the thin film from the second lens and the reflection path within the thin film A thickness measuring optical system including a transmitted light detector for generating transmitted interference light by receiving the transmitted light after forming a thickness measurement optical system, a line laser light source for irradiating a line laser of a predetermined length to a thin film to have a predetermined inclination angle, and a thin film film A tilt measurement optical system comprising a position detection sensor disposed on the same side opposite to the line laser light source to detect a receiving position of the reflected laser light reflected from the thin film, and reflection interference received from the interference light detector and the transmitted light detector. The first thickness value of the thin film is calculated by analyzing the light and transmission interference light, the tilt correction value is calculated based on the location information of the laser reflected light received from the position detection sensor, and the tilt correction value is applied to the first thickness value. There is provided a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that it is configured to include a thickness measuring device for determining the thickness value of the thin film.

또한, 상기 위치 검출 센서는 박막 필름의 기울기에 따라 레이저 반사광의 수신 위치가 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템이 제공된다.In addition, the position detection sensor is provided with a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that the receiving position of the laser reflection light is moved up and down according to the inclination of the thin film.

또한, 상기 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각을 갖도록 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 경사 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 경사 투과광에 의해 생성된 경사 간섭광 정보를 출력하는 경사 OCT 광학계를 추가로 구비하여 구성되고, 상기 두께 측정장치는 상기 경사 간섭광 정보를 푸리에 변환하여 획득한 수직 차수와 경사 차수를 이용하여 박막 필름의 굴절률을 산출하고, 상기 투과광 디텍터로부터 수신된 투과 간섭광 정보를 푸리에 변환하여 획득한 주 파장 및 차수정보와 경사 간섭광 정보에 의해 산출된 굴절률을 이용하여 투과 간섭광에 의한 투과광 두께를 산출하되, 상기 박막 필름의 투과광 두께(d)는 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템이 제공된다.

Figure pat00001
여기서, λ는 주 파장, m 은 차수, n 은 굴절률임.In addition, the measurement light for thickness measurement is irradiated with the thin film to have a certain inclination angle, and the first oblique transmitted light directly transmitted through the thin film and the second oblique transmitted light transmitted while having a reflection path in the thin film generated by It is configured to further include an oblique OCT optical system that outputs oblique coherence light information, and the thickness measuring device calculates the refractive index of the thin film using a vertical order and an oblique order obtained by Fourier transforming the oblique coherence light information, Calculate the transmitted light thickness by the transmitted interference light using the refractive index calculated by the dominant wavelength and order information obtained by Fourier transforming the transmitted interference light information received from the transmitted light detector and the oblique interference light information, The thickness (d) is provided with a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that calculated by the following equation.
Figure pat00001
where λ is the dominant wavelength, m is the order, and n is the refractive index.

또한, 상기 박막 필름의 굴절률(n)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템이 제공된다.

Figure pat00002
여기서, m1 은 수직 차수, m2 는 경사 차수, θ1은 경사각임.In addition, the refractive index (n) of the thin film is provided with a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that calculated by the following equation.
Figure pat00002
Here, m 1 is the vertical degree, m 2 is the inclination degree, and θ 1 is the inclination angle.

또한, 상기 두께 측정장치는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 푸리에 변환하여 진폭값을 각각 획득하고, 보다 큰 진폭값을 갖는 반사 간섭광 또는 투과 간섭광 중 하나의 간섭광을 이용하여 산출된 두께값을 제1 두께값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템이 제공된다.In addition, the thickness measuring device obtains an amplitude value by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light, and the thickness value calculated using one of the reflection interference light and the transmission interference light having a larger amplitude value. There is provided a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that for calculating the first thickness value.

또한, 상기 두께 측정장치는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 푸리에 변환하여 진폭값을 각각 획득하고, 진폭값에 대응되는 반사 가중치와 투과 가중치를 생성하며, 반사 간섭광을 이용하여 산출된 반사 두께값에 반사 가중치를 적용하고 투과 간섭광을 이용하여 산출된 투과 두께값에 투과 가중치를 적용한 후 이들을 합 연산하여 제1 두께값을 산출하는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템이 제공된다.In addition, the thickness measuring device obtains an amplitude value by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light, generates a reflection weight and a transmission weight corresponding to the amplitude value, and a reflection thickness value calculated using the reflection interference light. A film thickness measuring system having a warpage correction function is provided, which is characterized by calculating a first thickness value by applying a reflection weight and applying a transmission weight to a transmission thickness value calculated using transmission interference light and then calculating a sum of them. .

본 발명에 의하면, 반사형 OCT와 투과형 OCT를 일체화한 복합 광간섭계 구조를 통해 필름의 재질 변화에 적응적인 두께 측정을 수행할 수 있다.According to the present invention, it is possible to perform thickness measurement adaptive to changes in the material of a film through a composite optical interferometer structure in which a reflection type OCT and a transmission type OCT are integrated.

또한, 본 발명은 라인 레이저를 필름으로 측면 조사하여 라인 레이저 광원의 대향면에 배치된 위치 검출 센서에서 필름으로부터 반사된 레이저 반사광의 수신 위치를 검출함으로써, 필름과의 거리 변화에 상관없이 기울기 변화에 대응되게 필름 두께값을 보정할 수 있다. In addition, the present invention side-irradiates the line laser to the film and detects the receiving position of the reflected laser light reflected from the film in the position detection sensor disposed on the opposite surface of the line laser light source, thereby detecting the tilt change regardless of the change in distance from the film. Correspondingly, the film thickness value may be corrected.

도1은 필름에 형성된 주름 여부에 따른 필름 두께값 차이를 설명하기 위한 도면.
도2는 종래 필름 기울기 측정 구조의 문제를 설명하기 위한 도면.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도4는 도3에 도시된 두께 측정 광학계(100)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도5는 도4에서 투과형 디텍터(150)로 수신되는 투과광을 설명하기 위한 도면.
도6은 도3에 도시된 기울기 측정 광학계(200) 구조 및 레이저 반사광 수신 특성을 설명하기 위한 도면.
도7은 본 발명에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 장치 형상을 예시한 도면.
도8은 도3에 도시된 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도10은 도9에 도시된 경사 OCT 광학계(400)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도11은 도10에 도시된 경사광 디텍터(420)로 수신되는 경사 투과광을 설명하기 위한 도면.
도12는 도9에 도시된 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
도13은 입사광의 서로 다른 매질에서의 굴절률 특성을 설명하기 위한 도면. 1 is a view for explaining the difference in film thickness values depending on whether or not wrinkles are formed on the film.
Figure 2 is a view for explaining the problem of the conventional film tilt measurement structure.
3 is a diagram showing a schematic configuration of a film thickness measuring system having a warpage correction function according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the thickness measurement optical system 100 shown in Fig. 3;
FIG. 5 is a view for explaining transmitted light received by the through-type detector 150 in FIG. 4;
FIG. 6 is a view for explaining the structure of the tilt measuring optical system 200 shown in FIG. 3 and reception characteristics of reflected laser light;
Figure 7 is a view illustrating the device shape of the film thickness measuring system having a warpage correction function according to the present invention.
Figure 8 is a view for explaining the operation of the film thickness measuring system having a warpage correction function shown in Figure 3;
Figure 9 is a diagram showing a schematic configuration of a film thickness measuring system having a warpage correction function according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an oblique OCT optical system 400 shown in Fig. 9;
Fig. 11 is a diagram for explaining the obliquely transmitted light received by the oblique light detector 420 shown in Fig. 10;
Figure 12 is a view for explaining the operation of the film thickness measuring system having a warpage correction function shown in Figure 9;
Fig. 13 is a diagram for explaining the refractive index characteristics of incident light in different media;

본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The embodiments described in the present invention and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so the scope of the present invention is limited to the embodiments and drawings described in the text. should not be construed as being limited by That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as being consistent with meanings in the context of related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings that are not clearly defined in the present invention.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a film thickness measuring system having a warpage correction function according to a first embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, 본 발명에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템은 두께 측정 광학계(100)와 기울기 측정 광학계(200) 및 두께 측정장치(300)를 포함한다.Referring to Figure 3, the film thickness measuring system having a warp correction function according to the present invention includes a thickness measuring optical system 100, a tilt measuring optical system 200, and a thickness measuring device 300.

두께 측정 광학계(100)는 필름(10)에 대해 반사형 OCT장치와 투과형 OCT장치가 일체로 구성된 복합 광학 구조로 이루어진다.The thickness measuring optical system 100 is composed of a composite optical structure in which a reflective OCT device and a transmissive OCT device are integrated with respect to the film 10 .

이러한 두께 측정 광학계(100)는 도4에 도시된 바와 같이, 측정 광원(110)과 제1 렌즈(120), 제2 렌즈(130), 반사광 디텍터(140) 및 투과광 디텍터(150)를 포함하여 구현된 복합 광 간섭계로 이루어지고, 측정 광원(110)과 제1 렌즈(120), 제2 렌즈(130)는 박막 필름(10)의 수직축선상에 순차로 배치되어 측정광이 박막 필름(10)으로 수직하게 조사되도록 구성된다. 여기서, 반사광 디텍터(140)와 투과광 디텍터(150)는 빛을 분산시켜 스텍트럼을 생성하고, 각 파장에 대한 스텍트럼 강도를 정량적으로 측정하는 분광기(spectrometer)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the thickness measurement optical system 100 includes a measurement light source 110, a first lens 120, a second lens 130, a reflected light detector 140, and a transmitted light detector 150. It is composed of a complex optical interferometer implemented, and the measurement light source 110, the first lens 120, and the second lens 130 are sequentially arranged on the vertical axis of the thin film 10 so that the measurement light is transmitted through the thin film 10. It is configured to be irradiated vertically with Here, the reflected light detector 140 and the transmitted light detector 150 may be composed of a spectrometer that generates a spectrum by dispersing light and quantitatively measures the intensity of the spectrum for each wavelength.

즉, 측정 광원(110)은 측정광을 제1 렌즈(120)를 통해 박막 필름(10)으로 수직하게 조사한다. That is, the measurement light source 110 vertically irradiates the measurement light to the thin film 10 through the first lens 120 .

제1 렌즈(120)는 측정 광원(110)과 박막 필름(10) 사이에 배치되어 측정광을 박막 필름(10)으로 출력함과 더불어, 박막 필름(10)으로부터 입력되는 반사광을 반사광 디텍터(140)로 출력한다.The first lens 120 is disposed between the measurement light source 110 and the thin film 10 to output the measurement light to the thin film 10, and transmits the reflected light input from the thin film 10 to the reflected light detector 140. ) is output as

이러한 제1 렌즈(120)는 초점 거리가 비교적 짧은 15mm 의 단초점 렌즈로 구성된다. 이는 초점 거리가 긴 50mm 렌즈의 경우 박막 필름(10)에 기울기가 0°인 경우에는 신호대 잡음비(S/N비)가 높지만, 기울기가 커질수록 신호대잡음비가 급격히 낮아져 간섭신호의 세기를 분석하는데 무리가 있는데 반하여, 15mm 렌즈의 경우 4°이상의 기울기에 대해서는 전체적으로 유사한 신호대잡음비 특성을 갖는 것을 고려한 것이다. The first lens 120 is composed of a 15 mm single vision lens having a relatively short focal length. In the case of a 50 mm lens with a long focal length, the signal-to-noise ratio (S/N ratio) is high when the slope of the thin film 10 is 0°, but as the slope increases, the signal-to-noise ratio rapidly decreases, making it difficult to analyze the strength of the interference signal. On the other hand, in the case of the 15mm lens, it is considered that it has a similar signal-to-noise ratio characteristic as a whole for an inclination of 4° or more.

또한, 측정 광원(110)으로부터 출력되는 측정광은 제1 광섬유(160)를 통해 제1 렌즈(120)로 인가되고, 제1 렌즈(120)로부터 출력되는 반사광은 제1 광섬유(160)를 통해 반사광 디텍터(150)로 출력될 수 있다. In addition, the measurement light output from the measurement light source 110 is applied to the first lens 120 through the first optical fiber 160, and the reflected light output from the first lens 120 passes through the first optical fiber 160. It may be output to the reflected light detector 150.

이때, 박막 필름(10)에서 반사되는 반사광은 제1 경계면(필름의 표면)에서 반사된 제1 반사광과 박막 필름(10)의 제2 경계면(필름의 밑면)에서 반사되어 제1 경계면을 투과한 제2 반사광으로 이루어지며, 반사광 디텍터(150)는 제1 반사광과 제2 반사광의 간섭에 의해 생성되는 반사 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 출력한다. At this time, the reflected light reflected from the thin film 10 is the first reflected light reflected from the first interface (film surface) and the second interface (bottom of the film) reflected from the thin film 10 and transmitted through the first interface. It is composed of the second reflected light, and the reflected light detector 150 outputs reflective interference light information generated by interference of the first reflected light and the second reflected light to the thickness measuring device 300 .

한편, 박막 필름(10)으로 수직 입사되는 측정광은 박막 필름(10)에서 반사되어 제1 렌즈(120)를 통해 반사광 디텍터(140)로 입력되거나, 박막 필름(10)을 투과하여 제2 렌즈(130)를 통해 투과광 디텍터(150)로 입력된다.On the other hand, measurement light that is normally incident to the thin film 10 is reflected from the thin film 10 and input to the reflected light detector 140 through the first lens 120 or passes through the thin film 10 and is input to the second lens. It is input to the transmitted light detector 150 through 130.

제2 렌즈(130)는 박막 필름(10)의 하측에 배치되어 박막 필름(10)을 투과한 측정광을 투과광 디텍터(150)로 출력한다. 이때, 박막 필름(10)으로부터 출력되는 투과광은 제2 광섬유(170)를 통해 투과광 디텍터(150)로 입력될 수 있다. The second lens 130 is disposed below the thin film 10 and outputs measurement light transmitted through the thin film 10 to the transmitted light detector 150 . At this time, transmitted light output from the thin film 10 may be input to the transmitted light detector 150 through the second optical fiber 170 .

이때, 투과광 디텍터(160)로 입력되는 투과광은 도5에 도시된 바와 같이 박막 필름(10)의 제1 경계면(필름의 표면)에서 제2 경계면(필름의 밑면)으로 바로 투과되는 제1 투과광(X)과 박막 필름(10) 내에서 반사 경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 투과광(Y)으로 이루어지며, 투과광 디텍터(150)는 제1 투과광(X)과 제2 투과광(Y)의 간섭에 의해 생성되는 투과 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 출력한다.At this time, the transmitted light input to the transmitted light detector 160 is the first transmitted light transmitted directly from the first boundary surface (film surface) to the second boundary surface (bottom surface of the film) of the thin film 10 as shown in FIG. X) and the second transmitted light (Y) transmitted to the second interface after forming a reflection path within the thin film 10. The transmitted light detector 150 includes the first transmitted light (X) and the second transmitted light (Y). ) Outputs transmission interference light information generated by the interference of the thickness measuring device 300.

한편, 기울기 측정 광학계(200)는 박막 필름(10)의 기울기 정보를 획득하여 두께 측정장치(300)로 제공한다. 이때, 기울기 측정 광학계(200)는 박막 필름(10)으로 기 설정된 경사각을 갖도록 일징 길이를 갖는 라인 레이저를 조사하고, 이에 대해 박막 필름(10)에서 반사되는 레이저 반사광의 수신 위치 정보를 두께 측정장치(300)로 출력한다.Meanwhile, the tilt measuring optical system 200 acquires tilt information of the thin film 10 and provides it to the thickness measuring device 300 . At this time, the tilt measurement optical system 200 irradiates the thin film 10 with a line laser having a predetermined inclination angle, and receives position information of the reflected laser light reflected from the thin film 10 as a thickness measuring device. output to (300).

이러한 기울기 광학계(200)는 도6에 도시된 바와 같이 라인 레이저 광원(210)에서 박막 필름(10)으로 조사된 라인 레이저가 박막 필름(10)에서 반사되어 위치 검출 센서(220)로 수신될 수 있도록 라인 레이저 광원(210)과 위치 검출 센서(220)가 박막 필름(10)의 동일 측면상에 상호 대향되게 배치된다. 여기서, 위치 검출 센서는 거리 측정을 위한 PSD(Position Sensitive Device)로 이루어진다. As shown in FIG. 6, in the tilt optical system 200, the line laser irradiated from the line laser light source 210 to the thin film 10 is reflected from the thin film 10 and received by the position detection sensor 220. The line laser light source 210 and the position detection sensor 220 are disposed facing each other on the same side of the thin film 10 so as to be. Here, the position detection sensor is composed of a PSD (Position Sensitive Device) for distance measurement.

도6에는 박막 필름(10)의 기울기와 위치 검출 센서(220)와 박막 필름(10)간 거리에 따른 위치 검출 센서(230)에서의 레이저 반사광 수신 특성이 예시되어 있다.FIG. 6 illustrates laser reflected light reception characteristics of the position detection sensor 230 according to the inclination of the thin film 10 and the distance between the position detection sensor 220 and the thin film 10 .

도6에서 (A)는 검사 대상 박막 필름(10)의 기울기가 0°인 수평 상태로서, 위치 검출 센서(220)의 기준 라인(L) 중앙부분에 라인 형태의 레이저 반사광의 중심점이 위치된다.6 (A) is a horizontal state in which the inclination of the thin film 10 to be inspected is 0°, and the central point of the line-shaped laser reflected light is located at the center of the reference line (L) of the position detection sensor 220.

이에 반하여, 도6의 (B)와 (C)는 검사 대상 박막 필름(10)에 기울기가 형성된 상태로서, 위치 검출 센서(220)의 기준 라인(L)의 하측부분에 라인 형태의 레이저 반사광의 중심점이 위치된다. 이때, 도6의 (B)와 (C)는 박막 필름(10)의 기울기는 동일하나 위치 검출 센서(220)와 박막 필름(10)간의 거리는 다른 상태로서, 거리의 변화에 상관없이 박막 필름(10)의 기울기 변화에만 위치 검출 센서(220)의 레이저 반사광 수신 위치가 상하 이동됨을 알 수 있다. 즉, 위치 검출 센서(220)는 박막 필름(10)의 제1 경계면과 제2 경계면에서 반사된 레이저 반사광에 대해 동일한 기울기에 대해 동일한 레이저 반사광 위치 정보를 수신하게 된다. On the other hand, in (B) and (C) of FIG. 6, the thin film 10 to be inspected is tilted, and the line-shaped laser reflected light is reflected at the lower part of the reference line (L) of the position detection sensor 220. The center point is located. At this time, in (B) and (C) of FIG. 6, the slope of the thin film 10 is the same, but the distance between the position detection sensor 220 and the thin film 10 is different, regardless of the change in the distance, the thin film ( 10), it can be seen that the laser reflection light receiving position of the position detection sensor 220 moves up and down only when the tilt changes. That is, the position detection sensor 220 receives the same laser reflection light position information with respect to the same slope for the laser reflection light reflected at the first boundary surface and the second boundary surface of the thin film 10 .

이때, 위치 검출 센서(220)는 레이저 반사광의 중심점 위치값에 해당하는 전류 또는 전압을 두께 측정장치(300)로 제공한다.At this time, the position detection sensor 220 provides a current or voltage corresponding to the position value of the central point of the reflected laser light to the thickness measuring device 300 .

한편, 두께 측정장치(300)는 두께 측정 광학계(100)로부터 인가되는 간섭광 정보를 근거로 박막 필름(10)의 두께값을 산출하고, 상기 기울기 측정 광학계(200)로부터 인가되는 위치값을 근거로 기울기 보정값을 획득한 후, 상기 박막 필름(10)의 두께값에 상기 기울기 보정값을 적용하여 해당 박막 필름(10)에 대한 두께 측정값을 결정하도록 구성된다. Meanwhile, the thickness measuring device 300 calculates the thickness value of the thin film 10 based on the interference light information applied from the thickness measuring optical system 100, and based on the position value applied from the tilt measuring optical system 200. After obtaining a tilt correction value with , the thickness measurement value for the thin film 10 is determined by applying the tilt correction value to the thickness value of the thin film 10 .

이때, 두께 측정장치(300)는 박막 필름(10)의 반사 간섭광과 투과 간섭광을 푸리에 변환하여 각 간섭광에 대한 진폭값을 산출하고, 보다 큰 진폭값을 갖는 간섭광을 이용하여 두께값을 산출할 수 있다.At this time, the thickness measuring device 300 calculates an amplitude value for each interference light by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light of the thin film 10, and uses the interference light having a larger amplitude value to obtain a thickness value. can be calculated.

또한, 두께 측정장치(300)는 반사 간섭광의 투과 간섭광간의 진폭값 차이에 대응되는 반사 가중치와 투과 가중치를 산출하고, 반사 간섭광에 의해 산출된 반사 두께값과 투과 간섭광에 의해 산출된 두께값에 반사 가중치와 투과 가중치를 각각 적용하여 두께값을 산출할 수 있다. 이때, 반사 가중치와 투과 가중치의 합은 "1"이다. 예컨대, 반사 간섭광의 진폭값이 투과 간섭광의 진폭값보다 20% 작은 경우, 반사 가중치는 "0.4" 투과 가중치는 "0.6"으로 설정될 수 있다.In addition, the thickness measuring device 300 calculates a reflection weight and a transmission weight corresponding to a difference in amplitude between the reflection interference light and the transmission interference light, and calculates the reflection thickness value calculated by the reflection interference light and the thickness calculated by the transmission interference light. A thickness value may be calculated by applying a reflection weight and a transmission weight to the value, respectively. At this time, the sum of the reflection weight and the transmission weight is "1". For example, when the amplitude value of the reflection interference light is 20% smaller than the amplitude value of the transmission interference light, the reflection weight may be set to "0.4" and the transmission weight may be set to "0.6".

또한, 두께 측정장치(300)는 위치 검출 센서(220)의 레이저 반사광 위치값별 기울기 보정값이 저장된 룩업테이블을 구비하고, 상기 위치 검출센서(220)로부터 인가되는 위치값에 대응되는 기울기 보정값을 룩업테이블에서 호출하여 두께 측정 광학계(100)를 통해 수신된 간섭광에 의해 산출된 박막 필름의 두께값을 보정할 수 있다. In addition, the thickness measuring device 300 is provided with a look-up table in which the tilt correction value for each position value of the laser reflection light of the position detection sensor 220 is stored, and the tilt correction value corresponding to the position value applied from the position detection sensor 220 It is possible to correct the thickness value of the thin film calculated by the interference light received through the thickness measuring optical system 100 by calling the lookup table.

도7에는 본 발명에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 장치 형상이 예시되어 있다.Figure 7 illustrates the device shape of the film thickness measuring system having a warpage correction function according to the present invention.

이어, 상기한 구성으로 된 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 동작을 도8을 참조하여 설명한다.Subsequently, the operation of the film thickness measurement system having the warpage correction function configured as described above will be described with reference to FIG. 8 .

먼저, 두께 측정장치(300)는 두께 측정 광학계(100)를 통해 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하도록 제어하고, 이에 대한 반사 간섭광정보와 투과 간섭광정보를 각각 수신한다(ST110). First, the thickness measuring device 300 controls the measurement light to be irradiated to the thin film 10 through the thickness measuring optical system 100, and receives reflection interference light information and transmission interference light information for this, respectively (ST110).

이어, 두께 측정장치(300)는 기울기 측정 광학계(200)를 통해 일정 길이를 갖는 라인 레이저를 박막 필름(10)으로 일정 입사각을 가지면서 조사하도록 제어하고, 이에 대한 레이저 반사광의 위치값을 수신한다(ST120). Subsequently, the thickness measuring device 300 controls to irradiate a line laser having a certain length to the thin film 10 at a certain angle of incidence through the tilt measuring optical system 200, and receives a position value of the laser reflected light therefor. (ST120).

이때, 레이저 반사광의 위치값은 박막 필름(10)과의 거리에 상관없이 기울기에 대응하여 그 수신 위치가 변화된다. 예컨대, 박막 필름(10)의 수평축을 기준으로 박막 필름(10)의 우측면이 수평축 아래측으로 기울어진 경우, 레이저 반사광의 중심점은 위치 검출 센서 기준라인(L)의 상측으로 이동되고, 박막 필름(10)의 좌측면이 수평축 아래측으로 기울어진 경우, 레이저 반사광의 중심점은 위치 검출 센서 기준라인(L)의 하측으로 이동되며, 그 이동량은 즉 기준 라인과의 레이저 반사광의 중심점 이격 거리는 기울기 각도에 대응된다. At this time, the position value of the reflected laser light changes its reception position corresponding to the inclination regardless of the distance to the thin film 10 . For example, when the right side of the thin film 10 is tilted downward on the horizontal axis with respect to the horizontal axis of the thin film 10, the center point of the laser reflected light is moved to the upper side of the reference line L of the position detection sensor, and the thin film 10 ) is tilted downward on the horizontal axis, the center point of the laser reflection light is moved to the lower side of the reference line L of the position detection sensor, and the distance of the center point of the laser reflection light from the reference line corresponds to the inclination angle. .

즉, 박막 필름(10)의 기울기가 클수록 위치 검출센서(220)에서 수신되는 기준 라인과의 레이저 반사광의 중심점 이격 거리가 더 커지게 된다. That is, the larger the inclination of the thin film 10 is, the larger the center point separation distance of the laser reflection light from the reference line received from the position detection sensor 220 becomes.

상기 ST120 단계에서 기울기 측정 광학계(200)는 위치 검출 센서 기준 라인(L)과 레이저 반사광의 중심점간 이격 거리정보를 두께 측정장치(300)로 제공할 수 있다.In the ST120 step, the tilt measurement optical system 200 may provide information on the separation distance between the reference line L of the position detection sensor and the center point of the laser reflected light to the thickness measuring device 300 .

한편, 두께 측정장치(300)는 두께 측정 광학계(100)를 통해 수신된 간섭광에 대응되는 두께값을 산출한다(ST130). 이때, 두께 측정장치(300)는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 각각 푸리에 변환하여 각 진폭값을 산출하고, 진폭값을 근거로 반사 간섭광과 투과 간섭광 중 어느 하나의 간섭광을 이용하여 두께값을 산출하거나, 각 간섭광에 해당 진폭값의 차이에 대응되는 가중치를 적용하여 두께값을 산출할 수 있다. Meanwhile, the thickness measuring device 300 calculates a thickness value corresponding to the interference light received through the thickness measuring optical system 100 (ST130). At this time, the thickness measuring device 300 calculates each amplitude value by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light, respectively, and uses any one of the reflection interference light and the transmission interference light based on the amplitude value to measure the thickness A value may be calculated, or a thickness value may be calculated by applying a weight corresponding to a difference in amplitude values to each interfering light.

이어, 두께 측정장치(300)는 기울기 측정 광학계(200)를 통해 수신된 레이저 반사광 위치값을 근거로 두께 보정값을 획득한다(ST140). 이때, 박막 필름(10)의 기울기가 클수록 두께 보정값은 크게 설정된다. Subsequently, the thickness measuring device 300 obtains a thickness correction value based on the laser reflected light position value received through the tilt measuring optical system 200 (ST140). At this time, the larger the slope of the thin film 10 is, the larger the thickness correction value is set.

그리고, 두께 측정장치(300)는 상기 ST130 단계에서 산출된 두께값에 기울기에 따른 두께 보정값을 적용하여 해당 박막 필름(10)의 최종 두께 측정값을 결정한다(ST150).Then, the thickness measuring device 300 determines the final thickness measurement value of the thin film 10 by applying a thickness correction value according to the slope to the thickness value calculated in the step ST130 (ST150).

한편, 박막 필름(10)을 투과한 측정값을 이용하여 산출되는 투과 두께값은 박막 필름(10)의 굴절률에 영향을 많이 받는다. 이에, 본 발명에서는 박막 필름(10)의 굴절률을 근거로 투과 두께값을 보정하도록 실시할 수 있다.Meanwhile, a transmission thickness value calculated using a measurement value transmitted through the thin film 10 is greatly affected by the refractive index of the thin film 10 . Accordingly, in the present invention, the transmission thickness value may be corrected based on the refractive index of the thin film 10 .

도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a film thickness measuring system having a warpage correction function according to a second embodiment of the present invention.

도9를 참조하면, 본 발명에 따른 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템은, 두께 측정 광학계(100)와 기울기 측정 광학계(200), 경사 OCT 광학계(400) 및 두께 측정장치(500)를 포함하여 구성된다. 여기서, 두께 측정 광학계(100)와 기울기 측정 광학계(200)는 도1과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 9, the film thickness measurement system having a warpage correction function according to the present invention includes a thickness measurement optical system 100, a tilt measurement optical system 200, an inclined OCT optical system 400, and a thickness measurement device 500 It is composed by Here, since the thickness measurement optical system 100 and the tilt measurement optical system 200 are the same as those in FIG. 1, detailed description thereof will be omitted.

도9에서 경사 OCT 광학계(400)는 도10에 도시된 바와 같이, 측정 광원(410)에서 박막 필름(10)으로 일정 경사각을 갖도록 광원을 조사하여 경사 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하고, 박막 필름(10)을 투과한 경사 투과광이 경사 디텍터(420)를 통해 두께 측정장치(300)로 인가되도록 구성된다. In FIG. 9, the tilt OCT optical system 400, as shown in FIG. , the inclined transmitted light transmitted through the thin film 10 is applied to the thickness measuring device 300 through the inclined detector 420.

이때, 경사 OCT 광학계(400)는 측정 광원(410)과 박막 필름(10) 사이와 박막 필름(10) 하측에는 제1 및 제2 렌즈(430,440)가 추가로 구비될 수 있고, 측정 광원(410)으로부터 출력되는 경사 측정광은 제3 광섬유(450)를 통해 박막 필름(10)으로 인가될 수 있다. 그리고, 박막 필름(10)을 투과한 경사 투과광은 제4 광섬유(460)를 통해 집속되어 경사 디텍터(420)로 인가될 수 있다.At this time, in the inclined OCT optical system 400, first and second lenses 430 and 440 may be additionally provided between the measurement light source 410 and the thin film 10 and below the thin film 10, and the measurement light source 410 ) may be applied to the thin film 10 through the third optical fiber 450 . In addition, the inclined transmitted light transmitted through the thin film 10 may be focused through the fourth optical fiber 460 and applied to the inclined detector 420 .

여기서, 박막 필름(10)을 통해 출력되는 경사 투과광은 도11에 도시된 바와 같이, 박막 필름(10)의 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과된 제1 경사 투과광(R)과 박막 필름(10) 내에서 반사 경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 경사 투과광(Q)으로 이루어진다. 이때, 경사 디텍터(420)는 제1 경사 투과광(R)과 제2 경사 투과광(Q)의 간섭에 의해 생성되는 경사 간섭광정보를 출력한다.Here, the obliquely transmitted light output through the thin film 10 is, as shown in FIG. 10) is composed of the second obliquely transmitted light Q transmitted to the second interface after forming a reflection path in the interior. At this time, the tilt detector 420 outputs oblique interference light information generated by interference of the first obliquely transmitted light R and the second obliquely transmitted light Q.

두께 측정장치(500)는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 이용하여 두께값을 산출하되, 투과 간섭광을 이용한 두께값 산출시 경사 OCT 광학계(400)로부터 수신된 경사 간섭광을 이용하여 굴절률 및 이 굴절률에 의해 보정된 두께값을 산출한다.The thickness measurement device 500 calculates the thickness value using the reflection interference light and the transmission interference light, and when calculating the thickness value using the transmission interference light, the refractive index and the A thickness value corrected by the refractive index is calculated.

이때, 두께 측정 광학계(100)의 투과광 디텍터(150)로부터 수신된 투과 간섭광은 박막 필름(10)에 수직 입사된 측정광의 수직 OCT 투과광에 대한 간섭광이다.At this time, the transmitted interference light received from the transmitted light detector 150 of the thickness measurement optical system 100 is the interference light of the measurement light that is normally incident on the thin film 10 and the perpendicular OCT transmitted light.

이에, 두께 측정장치(500)는 두께 측정 광학계(100)의 투과광 디텍터(150)로부터 수신된 투과 간섭광과 경사 OCT 광학계(400)로부터 수신된 경사 간섭광의 파자열 빛의 강도 데이터를 획득하고, 이 강도 데이터를 푸리에 변환하여 결정된 주 파장 및 광경로 차수를 이용하여 투과 두께값을 산출하되, 경사 간섭광에 의해 산출된 박막 필름의 굴절률을 투과 두께값 산출시 반영함으로써, 박막 필름의 굴절률에 의해 보정된 투과 두께값을 산출한다.Accordingly, the thickness measuring device 500 obtains the transmission interference light received from the transmitted light detector 150 of the thickness measurement optical system 100 and the intensity data of the wave pattern of the oblique interference light received from the oblique OCT optical system 400, The intensity data is Fourier-transformed to calculate the transmission thickness value using the determined dominant wavelength and optical path order, and the refractive index of the thin film calculated by the oblique interference light is reflected when calculating the transmission thickness value, thereby determining the refractive index of the thin film. Calculate the corrected transmission thickness value.

도12는 도9에 도시된 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 도12에는 투과 두께값 산출 과정이 도시되어 있다.12 is a flowchart for explaining the operation of the film thickness measurement system having a warpage correction function shown in FIG. 9, and a process for calculating a transmission thickness value is shown in FIG.

먼저, 두께 측정장치(300)는 두께 측정 광학계(100)를 통해 투과 간섭광정보를 수신한다(ST210).First, the thickness measuring device 300 receives transmission interference light information through the thickness measuring optical system 100 (ST210).

즉, 두께 측정 광학계(100)는 측정 광원(110)으로부터 출력되는 수직 측정광이 박막 필름(10)을 투과하여 출력되고, 박막 필름(10)의 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과되는 제1 투과광과 박막 필름(10) 내에서 반사 광경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 투과광간의 간섭에 의해 생성되는 투과 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 제공한다. That is, the thickness measurement optical system 100 outputs the vertical measurement light output from the measurement light source 110 through the thin film 10 and transmits directly from the first boundary surface to the second boundary surface of the thin film 10. After forming a reflective optical path in the thin film 10 and the first transmitted light, transmitted interference light information generated by interference between the second transmitted light transmitted through the second interface is provided to the thickness measuring device 300 .

또한, 두께 측정장치(300)는 경사 OCT 광학계(400)를 통해 경사 간섭광정보를 수신한다(ST220)In addition, the thickness measuring device 300 receives oblique coherence light information through the oblique OCT optical system 400 (ST220).

즉, 두께 측정장치(300)는 경사 OCT 측정장치(400)를 통해 박막 필름(10)의 제1 경계면에 대해 일정 경사각을 갖는 경사 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하도록 제어하고, 경사 측정광은 박막 필름(10)을 투과하는 바, 경사 OCT 측정장치(400)는 박막 필름(10)의 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과되는 제1 경사 투과광과 박막 필름(10) 내에서 반사 광경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 경사 투과광간의 간섭에 의해 생성되는 경사 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 제공한다. That is, the thickness measurement device 300 controls the inclination measurement light having a predetermined inclination angle with respect to the first boundary surface of the thin film 10 to be irradiated to the thin film 10 through the inclination OCT measurement device 400, and the inclination measurement is performed. Since the light passes through the thin film 10, the oblique OCT measuring device 400 transmits the first oblique transmitted light directly transmitted from the first boundary surface of the thin film 10 to the second boundary surface and is reflected within the thin film 10. After the optical path is formed, oblique interference light information generated by interference between the second oblique transmitted light transmitted through the second boundary surface is provided to the thickness measuring device 300 .

상기한 상태에서, 두께 측정장치(300)는 경사 간섭광을 분석하여 박막 필름(10)의 굴절률을 산출한다(ST230). In the above state, the thickness measuring device 300 analyzes the oblique interference light to calculate the refractive index of the thin film 10 (ST230).

먼저, 도13과 같이 서로 다른 매질에서의 굴절률은 수학식1과 같은 성질을 갖는다.First, as shown in FIG. 13, the refractive indices in different media have the same properties as Equation 1.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, θ1은 입사각, θ2는 굴절각, v1은 대기중에서의 입사 속도, v2는 매질에서의 속도, n1 은 공기의 굴절률, n2는 매질의 굴절률이다.Here, θ 1 is the angle of incidence, θ 2 is the angle of refraction, v 1 is the incident speed in the air, v 2 is the speed in the medium, n 1 is the refractive index of air, and n 2 is the refractive index of the medium.

이러한 원리를 적용하여 상기 ST230 단계에서 굴절률은 하기 수학식2를 통해산출될 수 있다. Applying this principle, the refractive index in step ST230 can be calculated through Equation 2 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, θ1은 입사각, θ2는 굴절각, m1은 수직 차수, m2는 경사 차수, n1 은 공기의 굴절률, n2는 필름의 굴절률이다. 이때, 수직 차수(m1)과 경사 차수(m2)는 경사 간섭광의 파장별 빛의 강도 데이터를 퓨리에 변환하여 획득할 수 있고, 입사각(θ1)과 공기의 굴절률(n1)은 미리 설정된다. 그리고, 굴절각(θ2)은 도4에서 "r"이다.Here, θ 1 is the incident angle, θ 2 is the refraction angle, m 1 is the vertical order, m 2 is the oblique order, n 1 is the refractive index of air, and n 2 is the refractive index of the film. At this time, the vertical order (m 1 ) and the oblique order (m 2 ) can be obtained by Fourier transforming light intensity data for each wavelength of the oblique coherent light, and the incident angle (θ 1 ) and the refractive index of air (n 1 ) are preset. do. And, the angle of refraction (θ 2 ) is “r” in FIG. 4 .

이어, 두께 측정장치(300)는 투과 간섭광을 분석하여 주 파장과 차수를 획득하고, 주 파장과 차수 및 상기 ST230 단계에서 산출된 굴절률을 이용하여 박막 필름(10)의 투과 두께값을 산출한다(ST240). 이때, 측정 광원(110)으로부터 박막 필름(10)으로 조사되는 측정광은 입사각이 0°로 박막 필름(10)내에서의 굴절각 또한 0°가 된다. 이에 도5와 같은 수직 측정광의 경우, 제1 투과광(X)과 제2 투과광(Y)간의 광경로차(OPD)는 필름 두께의 2배로 설정할 수 있다. Subsequently, the thickness measuring device 300 analyzes the transmitted interference light to obtain a main wavelength and order, and calculates a transmission thickness value of the thin film 10 using the main wavelength and order and the refractive index calculated in the step ST230. (ST240). At this time, the measurement light irradiated from the measurement light source 110 to the thin film 10 has an incident angle of 0° and a refraction angle within the thin film 10 also becomes 0°. Accordingly, in the case of vertical measurement light as shown in FIG. 5, the optical path difference (OPD) between the first transmitted light (X) and the second transmitted light (Y) may be set to twice the film thickness.

즉, 상기 ST240 단계에서 투과 두께값 산출식은 하기 수학식3과 같다.That is, the permeation thickness value calculation formula in the step ST240 is as shown in Equation 3 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, OPD 는 광경로차, d 는 필름의 두께값, m 은 차수, n 은 필름의 굴절률, λ는 광경로차의 주 파장, m 은 주 파장의 차수이다.Here, OPD is the optical path difference, d is the thickness of the film, m is the order, n is the refractive index of the film, λ is the dominant wavelength of the optical path difference, and m is the order of the dominant wavelength.

이때, 박막 필름 내에서의 광경로차는 파장의 배수(차수, m)로 반복하여 발생하는 바, 두께 측정장치(300)는 투과 간섭광의 파장별 빛의 강도 데이터를 퓨리에 변환하여 가장 높은 스펙트럼을 갖는 주파수를 추출하고, 이 주파수를 주 파장(λ)으로 설정하며, 스펙트럼으로부터 이 주 파장(λ)의 차수(m)를 획득한다. At this time, the light path difference in the thin film repeatedly occurs as a multiple of the wavelength (order, m), and the thickness measuring device 300 Fourier transforms the light intensity data for each wavelength of the transmission interference light to have the highest spectrum. The frequency is extracted, this frequency is set as the dominant wavelength (λ), and the order (m) of this dominant wavelength (λ) is obtained from the spectrum.

즉, 상기 ST240 단계에서 두께 측정장치(300)는 박막 필름(10)의 굴절률에 대응되게 보정된 박막 필름(10)의 투과 두께값을 산출한다. That is, in the ST240 step, the thickness measuring device 300 calculates the corrected transmission thickness value of the thin film 10 to correspond to the refractive index of the thin film 10 .

이후, 두께 측정장치(300)는 반사 간섭광에 의해 산출된 반사 두께값과 투과 간섭광에 의해 산출된 투과 두께값 중 어느 하나 또는 이들 두께값에 해당 가중치를 각각 부여하여 합 연산하여 두께값을 산출한다.Thereafter, the thickness measuring device 300 calculates a thickness value by adding a corresponding weight to either one of the reflection thickness value calculated by the reflection interference light and the transmission thickness value calculated by the transmission interference light, or to these thickness values, respectively. yield

그리고, 두께 측정장치(300)는 이와 같이 산출된 두께값에 기울기 측정 광학계(200)로부터 수신된 레이저 반사광 위치값에 의해 결정된 기울기 보정값을 적용하여 최종 박막 필름 두께값을 결정한다.Then, the thickness measuring device 300 determines the final thin film thickness value by applying a tilt correction value determined by the laser reflected light position value received from the tilt measuring optical system 200 to the calculated thickness value.

100 : 두께 측정 광학계, 200 ; 기울기 측정 광학계,
300, 500 : 두께 측정장치, 400 : 경사 OCT 광학계,
110, 410 : 측정 광원, 120,130, 430, 440 : 렌즈,
140 : 반사광 디텍터, 150 : 투과광 디텍터,
160, 170, 450, 460 : 광섬유, 210 : 라인 레이저 광원,
220 : 위치검출센서, 420 : 경사광 디텍터. 100: thickness measurement optical system, 200; tilt measurement optics,
300, 500: thickness measuring device, 400: inclined OCT optical system,
110, 410: measurement light source, 120,130, 430, 440: lens,
140: reflected light detector, 150: transmitted light detector,
160, 170, 450, 460: optical fiber, 210: line laser light source,
220: position detection sensor, 420: inclined light detector.

Claims (6)

제1 렌즈와 박막 필름 및 제2 렌즈가 박막 필름의 수직축선상에 순차로 배치되어 박막 필름으로 측정광이 수직하게 조사하도록 구성되고, 상기 제1 렌즈로부터 박막 필름의 표면과 밑면에서 각각 반사되어 수신되는 서로 다른 반사광을 이용하여 반사 간섭광을 생성하는 반사광 디텍터와, 제2 렌즈로부터 박막 필름을 수직하게 투과한 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 형성한 후 투과한 투과광을 수신하여 투과 간섭광을 생성하는 투과광 디텍터를 포함하여 구성되는 두께 측정 광학계와,
일정 길이의 라인 레이저를 일정 경사각을 갖도록 박막 필름으로 조사하는 라인 레이저 광원과, 박막 필름의 동일측면에 라인 레이저 광원과 대향되게 배치되어 박막 필름으로부터 반사되는 레이저 반사광의 수신 위치를 검출하는 위치 검출 센서를 포함하여 구성되는 기울기 측정 광학계 및,
상기 간섭광 디텍터와 투과광 디텍터로부터 수신된 반사 간섭광과 투과 간섭광을 분석하여 박막 필름의 1차 두께값을 산출하고, 위치 검출 센서로부터 수신된 레이저 반사광 위치정보를 근거로 기울기 보정값을 산출하며, 1차 두께값에 기울기 보정값을 적용하여 해당 박막 필름의 두께값을 결정하는 두께 측정장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템.
A first lens, a thin film, and a second lens are sequentially disposed on a vertical axis of the thin film so that measurement light is vertically irradiated to the thin film, and is reflected from the first lens on the surface and bottom of the thin film and received. A reflected light detector that generates reflective interference light using different reflected light, and transmits the light transmitted vertically through the thin film from the second lens and forms a reflective path in the thin film and receives the transmitted light to obtain the transmitted interference light. A thickness measurement optical system comprising a transmitted light detector to generate;
A line laser light source for irradiating a line laser of a certain length onto a thin film with a certain inclination angle, and a position detection sensor disposed on the same side of the thin film opposite to the line laser light source and detecting a receiving position of reflected laser light reflected from the thin film. A tilt measurement optical system comprising a; and
The first thickness of the thin film is calculated by analyzing the reflected interference light and the transmission interference light received from the interference light detector and the transmitted light detector, and a tilt correction value is calculated based on the location information of the laser reflected light received from the position detection sensor. , A film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that it comprises a thickness measuring device for determining the thickness value of the thin film by applying a slope correction value to the primary thickness value.
 제1항에 있어서,
상기 위치 검출 센서는 박막 필름의 기울기에 따라 레이저 반사광의 수신 위치가 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정시스템.
According to claim 1,
The position detection sensor is a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that the receiving position of the laser reflected light is moved up and down according to the slope of the thin film.
 제1항에 있어서,
상기 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각을 갖도록 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 경사 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 경사 투과광에 의해 생성된 경사 간섭광 정보를 출력하는 경사 OCT 광학계를 추가로 구비하여 구성되고,
상기 두께 측정장치는 상기 경사 간섭광 정보를 푸리에 변환하여 획득한 수직 차수와 경사 차수를 이용하여 박막 필름의 굴절률을 산출하고, 상기 투과광 디텍터로부터 수신된 투과 간섭광 정보를 푸리에 변환하여 획득한 주 파장 및 차수정보와 경사 간섭광 정보에 의해 산출된 굴절률을 이용하여 투과 간섭광에 의한 투과광 두께를 산출하되,
상기 박막 필름의 투과광 두께(d)는 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템.
Figure pat00006

여기서, λ는 주 파장, m 은 차수, n 은 굴절률임.
According to claim 1,
Measurement light for thickness measurement is radiated to the thin film at a predetermined inclination angle, and oblique interference generated by the first obliquely transmitted light directly transmitted through the thin film and the second obliquely transmitted light having a reflection path within the thin film and transmitted through the thin film It is configured by further comprising an oblique OCT optical system that outputs optical information,
The thickness measuring device calculates the refractive index of the thin film using the vertical order and the oblique order obtained by Fourier transforming the gradient interference light information, and the main wavelength obtained by Fourier transforming the transmission interference light information received from the transmission light detector. And calculating the thickness of the transmitted light by the transmitted interference light using the refractive index calculated by the order information and the oblique coherent light information,
The film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that the transmitted light thickness (d) of the thin film is calculated by the following equation.
Figure pat00006

where λ is the dominant wavelength, m is the order, and n is the refractive index.
 제3항에 있어서,
상기 박막 필름의 굴절률(n)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템.
Figure pat00007

여기서, m1 은 수직 차수, m2 는 경사 차수, θ1은 경사각임.
According to claim 3,
The refractive index (n) of the thin film is a film thickness measuring system having a warpage correction function, characterized in that calculated by the following equation.
Figure pat00007

Here, m 1 is the vertical degree, m 2 is the inclination degree, and θ 1 is the inclination angle.
 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 두께 측정장치는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 푸리에 변환하여 진폭값을 각각 획득하고, 보다 큰 진폭값을 갖는 반사 간섭광 또는 투과 간섭광 중 하나의 간섭광을 이용하여 산출된 두께값을 제1 두께값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템.
According to claim 1 or 3,
The thickness measuring device obtains an amplitude value by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light, and controls the thickness value calculated using one of the reflection interference light and the transmission interference light having a larger amplitude value. 1 A film thickness measurement system with a warpage correction function, characterized in that it is calculated as a thickness value.
 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 두께 측정장치는 반사 간섭광과 투과 간섭광을 푸리에 변환하여 진폭값을 각각 획득하고, 진폭값에 대응되는 반사 가중치와 투과 가중치를 생성하며, 반사 간섭광을 이용하여 산출된 반사 두께값에 반사 가중치를 적용하고 투과 간섭광을 이용하여 산출된 투과 두께값에 투과 가중치를 적용한 후 이들을 합 연산하여 제1 두께값을 산출하는 것을 특징으로 하는 휨 보정 기능을 갖는 필름 두께 측정 시스템.
According to claim 1 or 3,
The thickness measuring device obtains an amplitude value by Fourier transforming the reflection interference light and the transmission interference light, respectively, generates a reflection weight and a transmission weight corresponding to the amplitude value, and reflects the reflection thickness value calculated using the reflection interference light. A film thickness measurement system having a warpage correction function, characterized in that the first thickness value is calculated by applying the weight and applying the transmission weight to the transmission thickness value calculated using the transmission interference light and then summing them.
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