KR102797555B1

KR102797555B1 - Optical sensor module having inclined band-pass filter and process monitoring system having the same

Info

Publication number: KR102797555B1
Application number: KR1020230139355A
Authority: KR
Inventors: 이진영; 강우석; 임미경; 전성재; 김현돈; 김광섭; 전수완
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2023-10-18
Filing date: 2023-10-18
Publication date: 2025-04-22
Anticipated expiration: 2043-10-18

Abstract

경사 배치된 대역 투과필터를 포함하는 광센서 모듈 및 이를 포함하는 공정 모니터링 시스템에서, 상기 광센서 모듈은 광 검출부, 투과 필터부 및 필터 홀더부를 포함한다. 상기 광 검출부는 서로 이격되도록 배치되는 적어도 2개 이상의 광 검출기들을 포함한다. 상기 투과 필터부는 상기 광 검출부의 상부에 배치되며, 적어도 2개 이상의 투과필터들을 포함한다. 상기 필터 홀더부는 상기 광 검출부의 상부에 위치하며, 상기 투과 필터부가 실장된다. 이 경우, 상기 투과필터들 각각은, 상기 광 검출기들 각각의 상부에 서로 이격되도록 배치되고, 입사되는 광에 대하여 서로 다른 경사각으로 배치된다. An optical sensor module including an inclined arrangement of a band-pass filter and a process monitoring system including the same, wherein the optical sensor module includes a light detection unit, a transmission filter unit, and a filter holder unit. The light detection unit includes at least two or more light detectors that are arranged to be spaced apart from each other. The transmission filter unit is arranged above the light detection unit and includes at least two or more transmission filters. The filter holder unit is located above the light detection unit and has the transmission filter unit mounted thereon. In this case, each of the transmission filters is arranged to be spaced apart from each other above each of the light detectors and is arranged at a different inclination angle with respect to incident light.

Description

{OPTICAL SENSOR MODULE HAVING INCLINED BAND-PASS FILTER AND PROCESS MONITORING SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 광센서 모듈 및 이를 포함하는 공정 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경사지도록 배치된 대역 투과필터를 포함하여, 모니터링 대상의 광신호 파장 및 배경 신호 파장의 대역 투과용 필터를 별도로 제작하지 않으면서도, 상기 대역 투과필터의 경사각 조절을 통해 배경 신호의 효과적인 제거가 가능한 경사 배치된 대역 투과필터를 포함하는 광센서 모듈 및 이를 포함하는 공정 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor module and a process monitoring system including the same, and more particularly, to an optical sensor module including an inclined band-pass filter capable of effectively removing background signals by adjusting the inclination angle of the band-pass filter without separately manufacturing filters for band-passing wavelengths of a light signal to be monitored and wavelengths of a background signal, and a process monitoring system including the same.

대역 투과 필터(band-pass filter)를 이용한 분광 방식의 센서의 경우, 광 검출기의 대면적화와 고전압 인가를 통한 광전자 증폭을 통해, 신호 취득 노이즈 및 암전류 노이즈 대비 상대적으로 큰 세기의 신호를 획득할 수 있는 장점이 있다. 이에, 미국 등록특허 제8817267호 등과 같이 다양한 기술이 개발되고 있다. In the case of a spectral sensor using a band-pass filter, there is an advantage in that a signal with a relatively large intensity can be obtained compared to signal acquisition noise and dark current noise through a large-area photodetector and amplification of photoelectrons by applying a high voltage. Accordingly, various technologies are being developed, such as those described in U.S. Patent No. 8,817,267.

그러나, 이러한 대역 투과 필터 방식의 분광 센서는, 관찰하고자 하는 신호와 동일한 파장 대역에 존재하는 신호를 구분하기 어려운 문제가 있다. However, these band-pass filter type spectral sensors have the problem of making it difficult to distinguish signals existing in the same wavelength band as the signal to be observed.

이에, 대한민국 특허출원 제10-2022-0041282호에서와 같이, 입사되는 신호에 대하여, 배경신호를 제거하여 순수하게 모니터링 대상이 되는 방출 신호만 획득하는 기술이 개발되고 있다. 특히, 대한민국 특허출원 제10-2022-0041282호를 통해서는, 배경신호와 노이즈 파장변화에 대한 세기 변화폭이 상대적으로 작은 경우, 선형 근사를 통해 상기 순수한 방출 신호를 획득하는 기술을 개시하고 있다. Accordingly, as in Korean Patent Application No. 10-2022-0041282, a technology is being developed to remove the background signal from the incident signal and obtain only the emission signal that is to be monitored purely. In particular, Korean Patent Application No. 10-2022-0041282 discloses a technology to obtain the pure emission signal through linear approximation when the intensity change range for the background signal and noise wavelength change is relatively small.

그러나, 이러한 선형 근사를 통한 배경 신호의 제거를 위해서는, 방출 광신호 대역과 이에 인접한 배경 신호 대역만을 선택적으로 투과시키기 위한 초협대역 투과 필터가 요구되는데, 선정된 특정 파장 대역에 대하여, 상기 초협대역 투과 필터를 정확하게 제조하는 것은 제조 난이도가 상대적으로 매우 높은 문제가 있다. However, in order to remove the background signal through this linear approximation, an ultra-narrow band pass filter is required to selectively transmit only the emission optical signal band and the background signal band adjacent thereto. However, there is a problem in that the manufacturing difficulty is relatively high in accurately manufacturing the ultra-narrow band pass filter for a selected specific wavelength band.

미국 등록특허 제8817267호U.S. Patent No. 8817267 대한민국 특허출원 제10-2022-0041282호Republic of Korea Patent Application No. 10-2022-0041282

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 경사지도록 배치된 대역 투과필터를 포함하여, 모니터링 대상의 광신호 파장 및 배경 신호 파장의 대역 투과용 필터를 별도로 제작하지 않으면서도, 상기 대역 투과필터의 경사각 조절을 통해 배경 신호의 효과적인 제거가 가능한 경사 배치된 대역 투과필터를 포함하는 광센서 모듈을 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention was conceived from this point, and the purpose of the present invention is to provide an optical sensor module including an inclined band-pass filter capable of effectively removing a background signal by adjusting the inclination angle of the band-pass filter without separately manufacturing a band-pass filter for the wavelength of a light signal to be monitored and the wavelength of a background signal, including an inclined band-pass filter.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 광센서 모듈을 포함하는 공정 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a process monitoring system including the optical sensor module.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 광센서 모듈은 광 검출부, 투과 필터부 및 필터 홀더부를 포함한다. 상기 광 검출부는 서로 이격되도록 배치되는 적어도 2개 이상의 광 검출기들을 포함한다. 상기 투과 필터부는 상기 광 검출부의 상부에 배치되며, 적어도 2개 이상의 투과필터들을 포함한다. 상기 필터 홀더부는 상기 광 검출부의 상부에 위치하며, 상기 투과 필터부가 실장된다. 이 경우, 상기 투과필터들 각각은, 상기 광 검출기들 각각의 상부에 서로 이격되도록 배치되고, 입사되는 광에 대하여 서로 다른 경사각으로 배치된다. According to one embodiment of the present invention for realizing the above-described object, a light sensor module includes a light detection unit, a transmission filter unit, and a filter holder unit. The light detection unit includes at least two or more light detectors that are arranged to be spaced apart from each other. The transmission filter unit is arranged above the light detection unit and includes at least two or more transmission filters. The filter holder unit is located above the light detection unit and has the transmission filter unit mounted thereon. In this case, each of the transmission filters is arranged to be spaced apart from each other above each of the light detectors and is arranged at different inclination angles with respect to incident light.

일 실시예에서, 상기 필터 홀더부는, 일체로 형성되며, 상면은 상기 투과필터들 각각이 실장되도록 서로 다른 경사각으로 연장될 수 있다. In one embodiment, the filter holder portion is formed integrally, and the upper surface can extend at different angles of inclination so that each of the transmission filters can be mounted.

일 실시예에서, 상기 투과필터들 각각은, 상기 투과필터의 법선이 상기 입사되는 광에 대하여 예각을 형성할 수 있다. In one embodiment, each of the transmission filters may have a normal of the transmission filter forming an acute angle with respect to the incident light.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 광센서 모듈은 모듈 수납부, 스플릿터부, 광 검출부 및 투과 필터부를 포함한다. 상기 모듈 수납부는 내부에 소정의 수납 공간을 형성하고, 제1 측면에 광이 입사되는 입사부가 형성된다. 상기 스플릿터부는 상기 수납 공간상에 배치되며, 상기 입사되는 광을 분파하는 적어도 하나 이상의 스플릿터를 포함한다. 상기 광 검출부는 상기 제1 측면에 마주하는 제2 측면, 및 상기 제1 측면에 인접하는 제3 측면에 각각 배치되는 광 검출기들을 포함한다. 상기 투과 필터부는 상기 스플릿터와 상기 광 검출기의 사이에 배치되고, 각각은 상기 광 검출기에 대하여 서로 다른 경사각을 가진다. According to one embodiment of the present invention to achieve the above-described object, an optical sensor module includes a module storage unit, a splitter unit, a light detection unit, and a transmission filter unit. The module storage unit has a predetermined storage space formed therein, and an incident unit formed on a first side through which light is incident. The splitter unit is disposed on the storage space, and includes at least one splitter that splits the incident light. The light detection unit includes light detectors disposed on a second side facing the first side, and a third side adjacent to the first side. The transmission filter unit is disposed between the splitter and the light detector, and each has a different inclination angle with respect to the light detector.

일 실시예에서, 상기 스플릿터 각각은, 프리즘 형상을 가질 수 있다. In one embodiment, each of the splitters may have a prism shape.

일 실시예에서, 상기 스플릿터 각각은, 상기 입사되는 광을 향하여 배치되는 입사면, 상기 제3 측면을 향하여 배치되는 제1 면, 및 상기 제2 측면을 향하여 배치되는 제2 면을 포함할 수 있다. In one embodiment, each of the splitters may include an incident face positioned toward the incident light, a first face positioned toward the third side, and a second face positioned toward the second side.

일 실시예에서, 상기 투과 필터부는, 상기 제3 측면에 평행하게 연장되며 배치되는 제1 투과필터, 및 상기 제2 측면에 대하여 소정 각도로 경사지도록 배치되는 제2 투과필터를 포함할 수 있다. In one embodiment, the transmission filter section may include a first transmission filter disposed so as to extend parallel to the third side, and a second transmission filter disposed so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the second side.

일 실시예에서, 상기 스플릿터부는, 상기 광의 입사 방향을 따라 복수개로 배열되는 복수의 스플릿터들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the splitter portion may include a plurality of splitters arranged along the incident direction of the light.

일 실시예에서, 상기 투과 필터부는, 상기 제3 측면에 대하여, 경사지도록 배치되는 복수의 제1 투과필터들, 및 상기 제2 측면에 대하여 평행하게 연장되며 배치되는 제2 투과필터를 포함할 수 있다. In one embodiment, the transmission filter section may include a plurality of first transmission filters arranged to be inclined with respect to the third side, and a second transmission filter arranged to extend parallel to the second side.

일 실시예에서, 상기 제1 투과필터들 각각이 상기 제3 측면에 대하여 배치되는 경사각은 서로 다를 수 있다. In one embodiment, the angles at which each of the first transmission filters is positioned with respect to the third side may be different.

일 실시예에서, 상기 광 검출부는, 상기 스플릿터들의 개수와 동일한 개수로 상기 제3 측면 상에 서로 이격되도록 배치되는 복수의 제1 광 검출기들, 및 상기 스플릿터들의 개수와 무관하게 상기 제2 측면 상에 배치되는 하나의 제2 광 검출기를 포함할 수 있다. In one embodiment, the light detection unit may include a plurality of first light detectors spaced apart from each other on the third side in a number equal to the number of the splitters, and one second light detector arranged on the second side regardless of the number of the splitters.

일 실시예에서, 상기 제1 투과필터가 상기 제3 측면에 대하여 형성하는 경사각은, 예각일 수 있다. In one embodiment, the angle of inclination formed by the first transmission filter with respect to the third side may be an acute angle.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 의한 공정 모니터링 시스템은 상기 광센서 모듈을 포함하며, 서로 다른 경사각을 가지는 투과필터들 중, 제1 경사각을 가지는 투과필터는 방출 광신호 대역의 방출 광신호를 투과시키고, 제2 경사각을 가지는 투과필터는 배경신호 대역의 배경신호를 투과시키며, 상기 방출 광신호 및 상기 배경신호를 바탕으로, 상기 배경신호가 제거된 순수 방출 광신호를 연산하는 신호 처리부를 포함한다. According to another embodiment of the present invention for realizing the purpose of the present invention described above, the process monitoring system includes the optical sensor module, and among the transmission filters having different inclinations, the transmission filter having the first inclination angle transmits an emission optical signal in an emission optical signal band, the transmission filter having the second inclination angle transmits a background signal in a background signal band, and includes a signal processing unit for calculating a pure emission optical signal from which the background signal is removed based on the emission optical signal and the background signal.

일 실시예에서, 상기 방출 광신호 대역 및 상기 배경신호 대역에 따라, 상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 서로 가변되도록 설정될 수 있다. In one embodiment, the first tilt angle and the second tilt angle can be set to vary with each other depending on the emission light signal band and the background signal band.

방출 광신호에서 배경 신호를 제외한 순수 방출 광신호만 추출하기 위해서는, 방출 광신호 대역과 배경 신호 대역의 신호를 각각 검출하는 것이 필요한데, 이를 위한 종래의 초협대역 투과 필터의 제작은 제작 공정 상의 한계가 있었다. In order to extract only the pure emission optical signal excluding the background signal from the emission optical signal, it is necessary to detect the signals in the emission optical signal band and the background signal band, respectively. However, the production of a conventional ultra-narrow-band pass filter for this purpose had limitations in the production process.

이에, 본 발명의 실시예들에서와 같이, 서로 인접하도록 배치되는 투과필터들이 입사되는 광에 대하여 형성하는 각을 서로 다르게, 즉 투과 필터들의 법선이 입사광과 형성하는 각을 서로 다르게 형성함으로써, 하나의 입사광을 통해 다양한 대역의 광신호를 검출할 수 있으며, 이를 통해 배경 신호 대역의 신호만을 제거하는 것으로, 순수 방출 광신호의 정확하고 용이한 검출이 가능하다. Accordingly, as in the embodiments of the present invention, by forming angles between the transmission filters arranged adjacent to each other with respect to the incident light differently, that is, by forming angles between the normals of the transmission filters and the incident light differently, it is possible to detect optical signals of various bands through a single incident light, thereby removing only the signal of the background signal band, and thus enabling accurate and easy detection of the purely emitted optical signal.

즉, 서로 다른 경사각을 가지도록 투과 필터들을 서로 이격하도록 형성하는 것으로, 초협대역 투과 필터의 제작을 생략하면서도 순수 방출 광신호에 대한 정확한 검출이 가능하여, 광센서 모듈의 제작 공정이 용이하며 광신호 검출을 위한 신호 처리도 용이하게 수행될 수 있다. That is, by forming the transmission filters so as to have different inclinations and spaced apart from each other, the production of an ultra-narrow band transmission filter is omitted while enabling accurate detection of a purely emitted optical signal, facilitating the production process of the optical sensor module and facilitating signal processing for optical signal detection.

이 경우, 상기 투과필터들은 일 방향으로 연속적으로 서로 이격되도록 배치될 수도 있으나, 이와 달리, 소정의 수납 공간 상에서 서로 위치를 달리하여 배치될 수도 있다. In this case, the above-mentioned penetration filters may be arranged to be spaced apart from each other in a continuous manner in one direction, but alternatively, they may be arranged at different positions in a given storage space.

즉, 입사되는 광을 분파시켜 서로 수직인 2개의 면으로 제공하는 스플릿터부를 구비하여, 복수의 방향으로 광을 분파시켜 제공한 상태에서, 각각의 분파되는 광을 투과시키는 투과필터들을 입사되는 광에 대하여 서로 다른 경사각, 즉 법선의 각이 입사광과 서로 다르도록 형성함으로써, 하나의 광으로부터 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 검출할 수 있다. 또한, 이렇게 검출되는 신호들로부터 배경신호를 제거하여 순수 방출 광신호를 간단한 연산만으로 용이하게 검출할 수 있다. That is, by providing a splitter section that splits incident light into two planes that are perpendicular to each other, and splitting the light into multiple directions and providing it, and forming transmission filters that transmit each of the split light at different inclination angles, that is, normal angles, with respect to the incident light, thereby detecting signals of different frequency bands from a single light. In addition, by removing background signals from the signals detected in this manner, the purely emitted optical signal can be easily detected with a simple operation.

특히, 이상과 같이 분파를 통해 광을 서로 수직인 방향으로 분리하여 제공함으로써, 방출 광신호 대역의 광 신호를 투과시키는 투과필터와, 배경 신호 대역의 배경 신호를 투과시키는 투과필터의 사이에서의 신호 중첩이나 간섭을 최소화할 수 있어, 검출되는 광신호의 정확도가 보다 향상된다. In particular, by providing light by separating it into directions perpendicular to each other through the splitting as described above, signal overlap or interference between the transmission filter that transmits the light signal of the emission light signal band and the transmission filter that transmits the background signal of the background signal band can be minimized, thereby further improving the accuracy of the detected light signal.

또한, 상기 모듈 수납부의 일 측면을 따라서는, 서로 다른 각도를 형성하도록 복수의 투과필터들을 서로 이격되도록 배치할 수 있고, 이에 광을 제공하기 위한 스플릿터들도 서로 이격되도록 배치할 수 있으므로, 다양한 입사각 변화에 따라 다양한 투과 대역의 신호들을 검출할 수 있으므로, 배경 신호의 필터링을 보다 정확하게 구현할 수 있다. In addition, along one side of the module storage section, a plurality of transmission filters can be arranged spaced apart from each other to form different angles, and splitters for providing light thereto can also be arranged spaced apart from each other, so that signals of various transmission bands can be detected according to various changes in the incident angle, so that filtering of background signals can be implemented more accurately.

나아가, 방출 광신호의 대역이나 배경 신호의 대역을 고려하여, 상기 투과필터들이 형성하는 경사각을 다양하게 설정할 수 있으므로, 다양한 공정의 특성에 부합하여 방출 광신호를 최적으로 검출할 수 있어, 공정 모니터링의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있다. Furthermore, since the angles of inclination formed by the transmission filters can be set in various ways by considering the bandwidth of the emission optical signal or the bandwidth of the background signal, the emission optical signal can be optimally detected according to the characteristics of various processes, thereby improving the efficiency and accuracy of process monitoring.

도 1a는 광센서 모듈에서, 파장에 따른 방출 신호의 세기와 필터 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 1b는 도 1a의 투과 광신호와 투과 배경신호를 검출하는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 광센서 모듈의 측면도이다.
도 3은 도 2a의 광센서 모듈에서, 광 신호의 필터 입사각에 따른 파장 변화를 도시한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 광센서 모듈의 평면도이다.
도 5는 도 4a의 광센서 모듈을 포함하는 공정 모니터링 시스템에서, 광 신호의 필터 입사각에 따른 파장 변화를 이용하여, 방출 신호의 세기와 필터 투과율의 정보를 획득하는 방법을 예시한 그래프이다.
도 6은 도 4a의 광센서 모듈을 포함하는 공정 모니터링 시스템을 이용하여, 투과 광신호와 투과 배경신호를 검출하는 방법을 예시한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 광센서 모듈의 평면도이다. Fig. 1a is a graph showing the intensity of an emission signal and filter transmittance according to wavelength in a light sensor module, and Fig. 1b is a graph showing a state of detecting a transmitted light signal and a transmitted background signal of Fig. 1a.
FIG. 2a is a perspective view illustrating a light sensor module according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2b is a side view of the light sensor module of FIG. 2a.
Figure 3 is a graph showing the wavelength change according to the filter incidence angle of the light signal in the light sensor module of Figure 2a.
FIG. 4a is a perspective view illustrating a light sensor module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4b is a plan view of the light sensor module of FIG. 4a.
FIG. 5 is a graph illustrating a method of obtaining information on the intensity of an emission signal and filter transmittance by using a change in wavelength according to the filter incidence angle of an optical signal in a process monitoring system including the optical sensor module of FIG. 4a.
FIG. 6 is a graph illustrating a method of detecting a transmitted light signal and a transmitted background signal using a process monitoring system including the optical sensor module of FIG. 4a.
FIG. 7a is a perspective view illustrating a light sensor module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7b is a plan view of the light sensor module of FIG. 7a.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. The present invention can be modified in various ways and can take various forms, and thus embodiments are described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, it should be understood that terms such as “comprise” or “consist of” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

다만, 본 발명의 실시예들에 대한 설명에 앞서, 광센서 모듈에서 투과 광신호와 투과 배경신호를 검출하는 예에 대하여 설명한다. However, prior to describing embodiments of the present invention, an example of detecting a transmitted light signal and a transmitted background signal in a light sensor module will be described.

도 1a는 광센서 모듈에서, 파장에 따른 방출 신호의 세기와 필터 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 1b는 도 1a의 투과 광신호와 투과 배경신호를 검출하는 상태를 나타낸 그래프이다. Fig. 1a is a graph showing the intensity of an emission signal and filter transmittance according to wavelength in a light sensor module, and Fig. 1b is a graph showing a state of detecting a transmitted light signal and a transmitted background signal of Fig. 1a.

플라즈마 공정과 같은 공정에서 방출되는 방출 신호(OS)에 대하여 서로 다른 파장 대역의 신호를 투과하는 투과 필터들을 구비한 광센서 모듈을 이용하면, 최종적으로 검출이 필요한 순수 방출 광신호를 추출할 수 있다. By using an optical sensor module equipped with transmission filters that transmit signals of different wavelength bands for the emission signal (OS) emitted from a process such as a plasma process, the pure emission optical signal that ultimately requires detection can be extracted.

즉, 플라즈마 방출신호의 경우 파장에 대하여 불연속적이며, 분자 방출 신호(MES), 적외선 히터 신호(IR) 등의 배경 신호와, 암전류(DCN), 신호 취득 노이즈(RON)는 파장에 대하여 연속적임을 활용하여 제거가 가능하다. That is, in the case of the plasma emission signal, it is discontinuous with respect to the wavelength, and background signals such as the molecular emission signal (MES), infrared heater signal (IR), dark current (DCN), and signal acquisition noise (RON) can be removed by utilizing the fact that they are continuous with respect to the wavelength.

즉, 도 1a에서와 같이, 관찰하고자 하는 원자 방출 신호(OS1)만을 선택적으로 투과하는 대역 투과 필터(OF)와, 이와 인접하는 파장 대역만을 선택적으로 투과하는 대역 투과 필터(BF1, BF2)를 통해, 플라즈마 방출 신호+배경신호+노이즈(BS1)와, 배경신호+노이즈가 중첩된 신호(LBS2, RBS2)를 각각 취득할 수 있다. That is, as in Fig. 1a, through a band pass filter (OF) that selectively transmits only the atomic emission signal (OS1) to be observed, and band pass filters (BF1, BF2) that selectively transmit only adjacent wavelength bands, the plasma emission signal + background signal + noise (BS1) and the signal in which the background signal + noise are superimposed (LBS2, RBS2) can be acquired, respectively.

이 때, 상기 배경신호와 노이즈의 파장변화(Δλ)에 대한 세기 변화폭(Δl)이 작은 경우, 선형 근사를 통해, 하기 식 (1)이 성립한다. At this time, when the intensity change range (Δl) for the wavelength change (Δλ) of the background signal and noise is small, the following equation (1) is established through linear approximation.

식 (1)

Equation (1)

이 때, 상기 대역 투과 필터들(OF, BF1, BF2)을 통해 해당 대역이 투과된 신호들 사이의 연산을 통해, 관찰하고자 하는 플라즈마 방출 신호의 파장 대역 신호(OS1) 중, 배경 신호가 제거된 순수 방출 신호(OS2)만을 획득할 수 있다. At this time, through an operation between signals transmitted through the corresponding bands through the above-mentioned band pass filters (OF, BF1, BF2), only a pure emission signal (OS2) with the background signal removed can be obtained among the wavelength band signals (OS1) of the plasma emission signal to be observed.

이러한 도 1a 및 도 1b의 대역 투과필터들을 이용한 순수 방출 신호의 획득에 대한 내용은 대한민국 특허출원 제10-2022-0041282호(2022.04.01.출원)를 통해 설명되고 있는 내용을 참조할 수 있다. For details on obtaining a pure emission signal using the band pass filters of FIGS. 1A and 1B, refer to the contents described in Korean Patent Application No. 10-2022-0041282 (filed on April 1, 2022).

즉, 이상과 같이, 플라즈마 방출 신호(OS)에 포함되는 신호들 중, 배경 신호를 제외한 순수 방출 신호만을 획득하는 것은, 서로 다른 대역의 신호를 필터링하는 대역 투과 필터들과, 해당 신호들에 대한 연산을 통해 수행될 수 있다. 결국, 서로 다른 대역의 신호를 필터링할 수 있는 대역 투과 필터들을 정확하게 구현하는 것이 필요하다. That is, as described above, among the signals included in the plasma emission signal (OS), obtaining only the pure emission signal excluding the background signal can be performed through band pass filters that filter signals of different bands and operations on the corresponding signals. Ultimately, it is necessary to accurately implement band pass filters that can filter signals of different bands.

이에, 본 발명의 실시예들은, 이상과 같은 플라즈마 방출 신호로부터 최종적으로 순수 방출 신호만을 획득하기 위한 대역 투과필터들을 정확하게 구현한 광센서 모듈 및 이를 포함하는 공정 모니터링 시스템에 관한 것으로, 이하에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Accordingly, embodiments of the present invention relate to an optical sensor module that accurately implements band pass filters for ultimately obtaining only a pure emission signal from the plasma emission signal as described above, and a process monitoring system including the same, which will be described in detail below with reference to the drawings.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 광센서 모듈의 측면도이다. FIG. 2a is a perspective view illustrating a light sensor module according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2b is a side view of the light sensor module of FIG. 2a.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 광센서 모듈(10)은 베이스 부(20), 광 검출부(30), 필터 홀더부(40) 및 투과 필터부(50)를 포함한다. Referring to FIGS. 2a and 2b, the light sensor module (10) according to the present embodiment includes a base portion (20), a light detection portion (30), a filter holder portion (40), and a transmission filter portion (50).

상기 베이스 부(20)는 도시된 바와 같이, 일 방향으로 연장되며 소정의 면적을 형성하는 플레이트 형상을 가지며, 상기 광 검출부(30)가 실장되는 베이스를 구성한다. As shown, the above base part (20) has a plate shape that extends in one direction and forms a predetermined area, and constitutes a base on which the light detection part (30) is mounted.

상기 광 검출부(30)는 상기 베이스 부(20) 상에 형성되는 것으로, 광을 검출하는 복수의 광 검출기들(31, 32, 33)을 포함하며, 각각의 광 검출기들(31, 32, 33)은 동일한 형상과 구조를 가지면서 서로 소정 거리 이격되도록 배치된다. The above light detection unit (30) is formed on the base unit (20) and includes a plurality of light detectors (31, 32, 33) that detect light, and each of the light detectors (31, 32, 33) has the same shape and structure and is arranged to be spaced apart from each other by a predetermined distance.

예를 들어, 도시된 바와 같이, 각각의 광 검출기들(31, 32, 33)은 소정의 면적을 가지는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 상기 면적보다는 작은 이격 거리로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. For example, as illustrated, each of the photodetectors (31, 32, 33) may have a rectangular shape having a predetermined area and may be arranged to be spaced apart from each other by a distance smaller than the area.

이 때, 상기 광 검출기들(31, 32, 33) 각각의 면적은 물론, 이격 거리는 다양하게 가변 설계될 수 있다. 특히, 상기 면적은 후술되는 상기 투과 필터부(50)의 면적을 고려하여 설계될 수 있으며, 상기 이겨 거리의 경우, 서로 다른 파장 대역의 신호를 수신함에 있어 간섭이나 중첩이 발생하지 않을 정도의 이격 거리이면 충분하다. At this time, the area of each of the photodetectors (31, 32, 33) as well as the separation distance can be designed to be variable. In particular, the area can be designed in consideration of the area of the transmission filter unit (50) described below, and in the case of the separation distance, a separation distance that does not cause interference or overlapping when receiving signals of different wavelength bands is sufficient.

상기 각각의 광 검출기들(31, 32, 33)은, 후술되는 상기 투과 필터부(50)의 각각의 투과 필터들을 투과하여 필터링된 신호를 검출하는 것으로, 이 때 각각의 광 검출기들을 통해 검출되는 신호는, 서로 다른 파장 대역을 가지는 신호에 해당된다. Each of the above photodetectors (31, 32, 33) detects a filtered signal that passes through each of the transmission filters of the transmission filter unit (50) described below, and at this time, the signal detected through each of the photodetectors corresponds to a signal having a different wavelength band.

한편, 상기 광 검출기들은 도면을 통해서는 3개가 일렬로 배열된 것을 예시하였으나, 2개 또는 4개 이상의 광 검출기들이 일렬로 배열될 수 있다. Meanwhile, the above photodetectors are illustrated as being arranged in a row of three in the drawing, but two or four or more photodetectors may be arranged in a row.

이와 달리, 복수개가 매트릭스의 형상을 가지면서 배열될 수도 있으며, 이 때 매트릭스 배열에서의 행과 열의 개수는 2개 이상이면 충분하고 다양한 조합이 가능할 수 있다. Alternatively, a plurality of them may be arranged in the shape of a matrix, in which case the number of rows and columns in the matrix arrangement needs to be at least two, and various combinations may be possible.

이와 같이, 상기 광 검출기들의 개수 및 배열 형태가 가변됨에 따라, 상기 필터 홀더부(40) 및 상기 투과 필터부(50)의 개수 및 배열 형태도 가변되지만, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 3개의 광 검출기들과 이에 대응되는 개수 및 배열 형태로 상기 필터 홀더부 및 상기 투과 필터부가 형성되는 것에 대하여 설명한다. In this way, as the number and arrangement of the photodetectors are varied, the number and arrangement of the filter holder part (40) and the transmission filter part (50) are also varied. However, for convenience of explanation, the following description will describe the filter holder part and the transmission filter part being formed with three photodetectors and the corresponding number and arrangement.

상기 필터 홀더부(40)는 상기 광 검출부(30)의 상부에 배치되는 일체로 형성되는 구조체인 것으로, 전체적으로는 일 방향으로 길게 연장되는 사각 블록 형상을 가질 수 있다. The above filter holder part (40) is a structure formed integrally and placed on top of the light detection part (30), and may have a square block shape that extends in one direction as a whole.

즉, 상기 광 검출기들(31, 32, 33)은 서로 이격되도록 배치되지만, 상기 필터 홀더부(40)는 하나의 일체화된 구조로 형성될 수 있다. That is, the photodetectors (31, 32, 33) are arranged to be spaced apart from each other, but the filter holder part (40) can be formed as a single integrated structure.

이 때, 상기 필터 홀더부(40)는 상면에 실장되는 상기 투과 필터부(50)를 고정하는 고정용 구조체인 것으로, 하면은 도시된 바와 같이 상기 베이스 부(20)의 연장방향과 평행하게 연장되는 평면을 형성한다. At this time, the filter holder part (40) is a fixing structure that fixes the transmission filter part (50) mounted on the upper surface, and the lower surface forms a plane that extends parallel to the extension direction of the base part (20) as illustrated.

상기 필터 홀더부(40)는 소정의 높이 또는 두께를 가지는 것으로, 상기 베이스 부(20)와 평행하게 연장되는 하면과 달리, 상면은 상기 투과 필터부(50)가 실장되는 면으로, 복수의 경사면을 형성한다. The above filter holder part (40) has a predetermined height or thickness, and unlike the lower surface that extends parallel to the base part (20), the upper surface is the surface on which the transmission filter part (50) is mounted, and forms a plurality of inclined surfaces.

즉, 상기 필터 홀더부(40)의 상면은 상기 광 검출기들(31, 32, 33)의 개수와 동일한 개수의 구분되는 면들을 포함하며, 각각의 면들은 도시된 바와 같이, 서로 다른 각을 형성한다. That is, the upper surface of the filter holder portion (40) includes a number of distinct surfaces equal to the number of the photodetectors (31, 32, 33), and each surface forms a different angle as illustrated.

이에, 상기 필터 홀더부(40)의 서로 다른 각을 형성하는 상면들 각각에는 상기 투과 필터부(50)의 투과필터들(51, 52, 53)이 각각 실장된다. Accordingly, the transmission filters (51, 52, 53) of the transmission filter unit (50) are mounted on each of the upper surfaces forming different angles of the filter holder unit (40).

상기 각각의 투과필터들(51, 52, 53)은 면적은 서로 동일하게 형성되는 플레이트 형상을 가지는 필터일 수 있으나, 각각이 배치되는 경사각은 서로 다르다. Each of the above-mentioned transmission filters (51, 52, 53) may be a plate-shaped filter having the same area, but the angles of inclination at which each is positioned are different.

즉, 도시된 바와 같이 플라즈마 장치(PS)와 같이 공정이 수행되며 광을 방출하는 장치로부터 상기 광센서 모듈(10)을 향해 수직으로 광이 입사되는 경우, 상기 각각의 투과필터들(51, 52, 53)의 법선 방향은 상기 입사된 광과 서로 다른 각을 형성한다. That is, when a process is performed, such as a plasma device (PS) as illustrated, and light is incident vertically toward the light sensor module (10) from a device that emits light, the normal directions of each of the transmission filters (51, 52, 53) form different angles with respect to the incident light.

예를 들어, 제1 투과필터(51)의 법선 방향은 상기 입사광과 제1 각(θ₁)을 형성할 수 있으며, 제2 투과필터(52)의 법선 방향은 상기 입사광과 제2 각(θ₂)을 형성할 수 있으며, 제3 투과필터(53)의 법선 방향은 상기 입사광과 제3 각(θ₃)을 형성할 수 있다. For example, the normal direction of the first transmission filter (51) can form a first angle (θ ₁ ) with the incident light, the normal direction of the second transmission filter (52) can form a second angle (θ ₂ ) with the incident light, and the normal direction of the third transmission filter (53) can form a third angle (θ ₃ ) with the incident light.

이상과 같은 상기 제1 내지 제3 각(θ₁, θ₂, θ₃)은 결국 제1 내지 제3 투과필터들(51, 52, 53)로 입사되는 광의 입사각으로 정의될 수 있다. The above first to third angles (θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ ) can ultimately be defined as the incident angles of light incident on the first to third transmission filters (51, 52, 53).

이 때, 상기 제1 내지 제3 각들 사이에서는 하기 식 (2)의 관계가 성립될 수 있다. At this time, the relationship of the following equation (2) can be established between the first to third angles.

식 (2)

Equation (2)

즉, 상기 제1 내지 제3 각들은 서로 다른 각을 형성하며, 제1 및 제2 각은 예각이고, 제3 각은 0도 이상의 예각일 수 있다. 이 때, 제3 각이 0도라면, 상기 제3 투과 필터(53)는 상기 입사광에 대하여 수직으로 연장되는 평면 형상을 가지게 된다. That is, the first to third angles form different angles, the first and second angles are acute angles, and the third angle can be an acute angle of 0 degrees or more. In this case, if the third angle is 0 degrees, the third transmission filter (53) has a plane shape extending perpendicularly to the incident light.

이상과 같이, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53)은 상기 입사되는 광에 대하여 서로 다른 각을 가지면서 상기 입사광에 대하여 서로 다른 대역의 신호에 대하여만 투과를 수행하게 된다. As described above, the first to third transmission filters (51, 52, 53) have different angles with respect to the incident light and transmit only signals of different bands with respect to the incident light.

그리하여, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53) 각각은 투과하여 입사되는 광은 제1 내지 제3 광 검출기들(31, 32, 33) 각각에서 광 신호로 검출된다.Thus, the light transmitted through each of the first to third transmission filters (51, 52, 53) is detected as an optical signal by each of the first to third light detectors (31, 32, 33).

나아가, 후술되는 신호 처리부를 통해, 서로 다른 대역의 파장을 가지는 신호에 대하여 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 소정의 연산을 통해 최종적으로 순수 방출 광신호를 획득할 수 있다. Furthermore, through the signal processing unit described below, a pure emission optical signal can be finally obtained through a predetermined operation described with reference to FIGS. 1a and 1b for signals having wavelengths of different bands.

이에 대한 구체적인 내용은 후술되는 도면을 참조하여 설명한다. Specific details about this are explained with reference to the drawings described later.

한편, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53) 각각은, 예를 들어, 브래그 미러(bandpass filter based on Brag Reflector)로 구현될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53) 각각은, 가시광선 대역에서 수 nm 수준 이하의 좁은 투과 반치폭(FWHM)을 가지는 초협대역 투과 필터로서, 공진층을 포함하는 브래그 미러로 구현되며, 이러한 구조는 굴절률이 다른 이종의 박막을 수십 nm 두께로 번갈아 적층함으로써 제작될 수 있다. Meanwhile, each of the first to third transmission filters (51, 52, 53) may be implemented as, for example, a Bragg mirror (bandpass filter based on a Brag Reflector). That is, each of the first to third transmission filters (51, 52, 53) is an ultra-narrow band transmission filter having a narrow transmission full width at half maximum (FWHM) of several nm or less in the visible light band, and is implemented as a Bragg mirror including a resonant layer, and this structure can be manufactured by alternately stacking heterogeneous thin films having different refractive indices to a thickness of several tens nm.

도 3은 도 2a의 광센서 모듈에서, 광 신호의 필터 입사각에 따른 파장 변화를 도시한 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the wavelength change according to the filter incidence angle of the light signal in the light sensor module of Figure 2a.

도 2b의 상기 광센서 모듈(10)에 대하여 상기 투과 필터(51, 52, 53)의 경사각(θ₁, θ₂, θ₃)이 가변됨에 따라 투과되는 파장도 가변되며, 이러한 투과 파장의 가변 상태가 도 3에 도시된다. As the inclination angles (θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ ) of the transmission filters (51, 52, 53) of the optical sensor module (10) of Fig. 2b are varied, the transmitted wavelength also varies, and this variation state of the transmitted wavelength is illustrated in Fig. 3.

즉, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53) 각각은 앞서 설명한 바와 같이, 브래그 미러에 기반한 대역 투과 필터인 것으로, 하기 식 (3)과 같이 광의 필터 입사각에 대한 투과 중심 파장과의 관계가 정의된다. That is, each of the first to third transmission filters (51, 52, 53) is a band transmission filter based on a Bragg mirror as described above, and the relationship between the transmission center wavelength and the filter incidence angle of light is defined as in Equation (3) below.

식 (3)

Equation (3)

이 때, λ_θ는 경사지도록 설치된 투과 필터의 투과 중심 파장, λ₀는 수직으로 입사되는 광 신호에 대한 투과 중심 파장, n₀는 공기의 굴절율, n_*는 투과 필터의 굴절률, θ는 투과 필터를 통과한 광신호의 입사각이다. Here, λ _θ is the central wavelength of transmission of the transmission filter installed obliquely, λ ₀ is the central wavelength of transmission for a vertically incident light signal, n ₀ is the refractive index of air, n _* is the refractive index of the transmission filter, and θ is the incident angle of the light signal passing through the transmission filter.

결국, 경사지도록 설치된 투과 필터의 투과 중심 파장(λ_θ)은 설계 파장 대비 단파장 쪽으로 이동하게 됨을 확인할 수 있으며, 이는 도 3을 통해서도 확인된다. Finally, it can be confirmed that the transmission center wavelength (λ _θ ) of the transmission filter installed at an angle shifts toward a shorter wavelength compared to the design wavelength, which is also confirmed through Fig. 3.

이러한 특성을 활용하면, 상기 제1 내지 제3 투과 필터들(51, 52, 53)이 배치되는 경사각을 다양하게 조절하여 설치함으로써, 투과가 필요한 대역의 광 신호만 투과할 수 있도록 투과 광신호의 파장을 설정할 수 있다. By utilizing these characteristics, the wavelength of the transmitted optical signal can be set so that only the optical signal in the band where transmission is required can be transmitted by adjusting the angle of inclination at which the first to third transmission filters (51, 52, 53) are positioned in various ways.

즉, 플라즈마 공정과 같은 플라즈마 발생 공정에서, 방출되는 방출 광에서 순수 방출 광 신호와 배경 신호의 대역을 바탕으로, 상기 제1 내지 제3 투과필터들(51, 52, 53)이 형성하는 경사각을 설정하여 설치한다면, 앞선 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같이, 검출되는 각 대역의 광 신호를 바탕으로, 최종적으로 상기 방출 광으로부터 순수 방출 광신호만 검출할 수 있다. That is, in a plasma generation process such as a plasma process, if the angles of inclination formed by the first to third transmission filters (51, 52, 53) are set and installed based on the bands of the pure emission light signal and the background signal in the emitted emission light, as described with reference to the above FIGS. 1A and 1B, only the pure emission light signal can be ultimately detected from the emitted light based on the optical signal of each band detected.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 광센서 모듈의 평면도이다. FIG. 4a is a perspective view illustrating a light sensor module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4b is a plan view of the light sensor module of FIG. 4a.

본 실시예에 의한 상기 광센서 모듈(100)은, 광 검출부 및 투과 필터부의 배열 상태, 및 스플릿터부를 더 포함하는 것과 같이 구조적으로는 도 2a 및 도 2b의 광센서 모듈(10)과는 차이가 있으나, 그 외 투과되는 신호의 대역을 고려하여 투과 필터들의 경사각을 가변시키고 이를 통해 최종적으로 순수 방출 광신호를 검출하는 구성은 실질적으로 동일하다. 이에, 상기 광센서 모듈(100)의 구조 및 배열 상태를 중심으로 설명한다. The optical sensor module (100) according to the present embodiment is structurally different from the optical sensor module (10) of FIGS. 2A and 2B in that it further includes the arrangement of the optical detection section and the transmission filter section, and a splitter section, but the configuration of varying the inclination angle of the transmission filters in consideration of the bandwidth of the transmitted signal and thereby ultimately detecting the pure emission optical signal is substantially the same. Accordingly, the structure and arrangement of the optical sensor module (100) will be described.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 광센서 모듈(100)은 모듈 수납부(200), 스플릿터부(300), 투과 필터부(400) 및 광 검출부(500)를 포함한다. Referring to FIGS. 4a and 4b, the optical sensor module (100) according to the present embodiment includes a module storage unit (200), a splitter unit (300), a transmission filter unit (400), and a light detection unit (500).

상기 모듈 수납부(200)는 도시된 바와 같이, 사각 프레임 형상을 가지는 것으로, 제1 방향(X)으로 서로 마주하는 제1 및 제2 측면들(210, 220), 및 상기 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 서로 마주하는 제3 및 제4 측면들(230, 240)을 포함하며, 상기 제1 내지 제4 측면들(210, 220, 230, 240)에 의해 내부에 소정의 수납 공간(201)이 형성된다. As illustrated, the above module storage portion (200) has a square frame shape and includes first and second side surfaces (210, 220) facing each other in a first direction (X), and third and fourth side surfaces (230, 240) facing each other in a second direction (Y) perpendicular to the first direction (X), and a predetermined storage space (201) is formed inside by the first to fourth side surfaces (210, 220, 230, 240).

이 때, 상기 모듈 수납부(200)는 상부가 개방되는 구조로 도시하였으나, 이는 내부의 구조를 설명하기 위한 것이며, 실질적으로는 상부도 밀폐되어 내부는 모두 밀폐되는 구조일 수 있다. At this time, the module storage unit (200) is illustrated as having an open top, but this is only to explain the internal structure, and in reality, the top may also be sealed, so that the entire interior is sealed.

상기 모듈 수납부(200)의 제1 측면(210)으로는, 플라즈마 장치(PS)로부터의 방출 광이 입사되는 입사부(211)가 형성되고, 상기 입사부(211)는 투명 윈도우로 구성될 수 있다. An incident portion (211) into which light emitted from a plasma device (PS) is incident is formed on the first side (210) of the module storage portion (200), and the incident portion (211) may be configured as a transparent window.

한편, 상기 제1 측면(21)은 상기 플라즈마 장치의 가시창에 직접 장착되는 구조로서, 상기 입사부(211)는 상기 플라즈마 장치의 가시창에 해당되는 투명 윈도우일 수도 있다. Meanwhile, the first side (21) is a structure directly mounted on the visible window of the plasma device, and the entrance portion (211) may be a transparent window corresponding to the visible window of the plasma device.

상기 스플릿터부(300)는 상기 수납공간(201)의 내부에 수납되며 위치하고, 도시된 바와 같이 상기 제1 방향(X)을 따라 순차적으로 배치되는 제1 및 제2 스플릿터들(310, 320)을 포함할 수 있다. The above splitter part (300) is stored and positioned inside the storage space (201) and may include first and second splitters (310, 320) sequentially arranged along the first direction (X) as illustrated.

본 실시예에서는, 상기 스플릿터부(300)가 2개의 스플릿터들을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 방향(X)을 따라 순차적으로 3개 이상의 스플릿터들이 배치될 수도 있다. In this embodiment, it is exemplified that the splitter section (300) includes two splitters, but it is not limited thereto, and three or more splitters may be arranged sequentially along the first direction (X).

즉, 상기 스플릿터들은 상기 제1 방향(X)을 따라, 즉 상기 방출 광이 입사되는 방향을 따라, 2개 이상이 배치되면 충분하며, 그 개수는 제한되지는 않는다. 나아가, 이상과 같이 상기 스플릿터들이 3개 이상으로 배치된다면, 후술되는 상기 광 검출부(500) 및 상기 투과 필터부(400)의 광 검출기들 및 투과 필터들도 상기 스플릿터들의 개수와 동일한 개수로 정렬되며 배치될 수 있다. That is, it is sufficient if the splitters are arranged in two or more along the first direction (X), i.e., along the direction in which the emitted light is incident, and the number is not limited. Furthermore, if the splitters are arranged in three or more as described above, the light detectors and transmission filters of the light detection unit (500) and the transmission filter unit (400) described below can also be aligned and arranged in the same number as the number of splitters.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 2개의 스플릿터들(310, 320)이 상기 제1 방향(X)을 따라 배열되는 것을 설명한다. However, for convenience of explanation, it is described below that two splitters (310, 320) are arranged along the first direction (X).

상기 각각의 스플릿터들(310, 320)은 소위, 프리즘(prism) 형상을 가지는 것으로, 경사면이 상기 광의 입사 방향을 따라 배치된다. Each of the above splitters (310, 320) has a so-called prism shape, with the inclined surface being arranged along the incident direction of the light.

즉, 상기 제1 스플릿터(310)의 제1 면(311)은 상기 제1 방향(X)과 평행하게 연장되고, 상기 제1 스플릿터(310)의 입사면(313)은 상기 제2 방향(Y)과 평행하게 연장되며, 상기 제1 스플릿터(310)의 제2 면(312)은 상기 광의 입사 방향에 대하여 경사지도록 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 면(312)은 상기 광의 입사 방향인 제1 방향(X)에 대하여 45도의 경사각을 가지는 경사면으로 형성될 수 있다. That is, the first surface (311) of the first splitter (310) extends parallel to the first direction (X), the incident surface (313) of the first splitter (310) extends parallel to the second direction (Y), and the second surface (312) of the first splitter (310) is formed to be inclined with respect to the incident direction of the light. For example, the second surface (312) may be formed as an inclined surface having an inclination angle of 45 degrees with respect to the first direction (X), which is the incident direction of the light.

또한, 상기 제2 스플릿터(320)는 상기 제1 스플릿터(310)로부터 상기 광의 입사 방향으로 후측에 소정 거리 이격되도록 배치되며, 제1 면(321), 제2 면(322) 및 입사면(323)의 배치는 상기 제1 스플릿터(310)와 실질적으로 동일하다. 즉, 상기 제2 스플릿터(320)의 제1 면(321)은 상기 제1 방향(X)에 평행하고, 입사면 면(323)은 상기 제2 방향(Y)에 평행하며, 제2 면(322)은 상기 제1 방향(X)에 경사지도록 예를 들어 45도의 경사각을 가지도록 형성될 수 있다. In addition, the second splitter (320) is positioned to be spaced a predetermined distance rearward from the first splitter (310) in the direction of incidence of the light, and the arrangement of the first surface (321), the second surface (322), and the incidence surface (323) is substantially the same as that of the first splitter (310). That is, the first surface (321) of the second splitter (320) is parallel to the first direction (X), the incidence surface (323) is parallel to the second direction (Y), and the second surface (322) may be formed to have an inclination angle of, for example, 45 degrees to be inclined to the first direction (X).

이상과 같이, 상기 제1 및 제2 스플릿터들(310, 320)이 연속적으로 배치됨에 따라, 상기 입사부(211)를 통해 입사되는 방출 광은, 도 4b에서 화살표로 도시된 바와 같이, 연속적으로 분파된다. As described above, as the first and second splitters (310, 320) are arranged sequentially, the emitted light incident through the incident portion (211) is sequentially split as shown by the arrows in Fig. 4b.

즉, 상기 입사부(211)를 통해 입사되는 광은, 상기 입사면(313)으로 입사된 후 상기 제1 스플릿터(310)를 통해 분파되어 상기 제1 면(311)을 통해 후술되는 제1 투과필터(410)를 향하도록 제공되고, 상기 제2 면(312)을 통해 상기 제2 스플릿터(320)의 입사면(323)으로 제공된다. That is, light incident through the incident portion (211) is incident on the incident surface (313), then split through the first splitter (310) and provided toward the first transmission filter (410) described later through the first surface (311), and then provided to the incident surface (323) of the second splitter (320) through the second surface (312).

또한, 상기 제2 스플릿터(320)의 입사면(323)으로 입사된 광은, 상기 제2 스플릿터(320)를 통해 분파되어, 상기 제1 면(321)을 통해 후술되는 제2 투과필터(420)를 향하도록 제공되고, 상기 제2 면(322)을 통해 후술되는 제3 투과필터(430)를 향하도록 제공된다. In addition, light incident on the incident surface (323) of the second splitter (320) is split through the second splitter (320) and provided toward the second transmission filter (420) described later through the first surface (321) and toward the third transmission filter (430) described later through the second surface (322).

이상과 같이, 복수의 스플릿터들을 통해 입사광은 투과필터가 위치하는 위치로 분파되어 제공된다. As described above, incident light is split and provided to the location where the transmission filter is located through multiple splitters.

상기 광 검출부(500)는 상기 투과 필터부(400)를 통과한 광 신호를 검출하는 것으로, 앞선 도 2a를 참조하여 설명한 상기 광 검출부(30)와 그 배치 및 배열만 다를 뿐 기능은 실질적으로 동일하다. The above light detection unit (500) detects a light signal that has passed through the transmission filter unit (400), and is substantially the same in function as the light detection unit (30) described with reference to the above-described FIG. 2a, except for the arrangement and configuration.

상기 광 검출부(500)는 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 광 검출기들(510, 520, 530)을 포함한다. 이 때, 상기 제1 및 제2 광 검출기들(510, 520)은 상기 제3 측면(230) 상에 서로 이격되도록 배치되며, 상기 제3 광 검출기(530)는 상기 제2 측면(220) 상에 배치된다. As illustrated, the above-described light detection unit (500) includes first to third light detectors (510, 520, 530). At this time, the first and second light detectors (510, 520) are arranged spaced apart from each other on the third side (230), and the third light detector (530) is arranged on the second side (220).

상기 제1 내지 제3 광 검출기들(510, 520, 530)의 면적은 서로 동일하게 형성될 수 있다. The areas of the first to third photodetectors (510, 520, 530) can be formed to be identical to each other.

상기 제3 광 검출기(530)는 상기 제2 측면(220) 상에 고정되도록 배치됨에 따라, 상기 제1 측면(210)의 입사부(211)를 관통하여 입사된 광이, 상기 제1 및 제2 스플릿터들(310, 320)을 통과하여 그대로 상기 제1 방향(X)으로 제공될 때, 해당 광의 광 신호를 검출하게 된다. 이 때, 상기 제3 투과필터(430)를 통해 특정 대역만 투과된 신호를 검출하게 된다. As the third photodetector (530) is positioned to be fixed on the second side (220), when light incident through the incident portion (211) of the first side (210) passes through the first and second splitters (310, 320) and is provided as is in the first direction (X), the optical signal of the corresponding light is detected. At this time, a signal transmitted only through a specific band is detected through the third transmission filter (430).

이와 달리, 상기 제1 광 검출기(510)는 상기 제3 측면(220) 상에 고정되도록 배치되는 것으로, 상기 제1 스플릿터(310)의 제1 면(311)과 서로 마주하도록 평행하게 배치된다. In contrast, the first photodetector (510) is positioned to be fixed on the third side (220) and is positioned parallel to the first side (311) of the first splitter (310) so as to face each other.

그리하여, 상기 입사부(211)를 통해 입사된 광이, 상기 제1 스플릿터(310)를 통해 분파되어 상기 제1 면(311)으로 제공되는 경우, 해당 광의 광 신호를 검출하게 된다. 이 때, 상기 제1 투과필터(410)를 통해 특정 대역만 투과된 신호를 검출하게 된다. Thus, when light incident through the incident portion (211) is split through the first splitter (310) and provided to the first surface (311), the optical signal of the corresponding light is detected. At this time, a signal transmitted only through a specific band is detected through the first transmission filter (410).

한편, 상기 제2 광 검출기(520)는 상기 제3 측면(220) 상에 고정되되, 상기 제1 광 검출기(510)에 인접하도록 서로 이격되어 배치되는 것으로, 상기 제2 스플릿터(320)의 제1 면(321)과 서로 마주하도록 평행하게 배치된다. Meanwhile, the second photodetector (520) is fixed on the third side (220), but is positioned spaced apart from the first photodetector (510) so as to be adjacent to it, and is positioned parallel to the first side (321) of the second splitter (320) so as to face each other.

그리하여, 상기 제1 스플릿터(310)의 제2 면(312)을 통해 분파된 광이, 상기 제2 스플릿터(320)에 의해 다시 분파되어 상기 제1 면(323)으로 제공되는 경우, 해당 광의 광 신호를 검출하게 된다. 이 때, 상기 제2 투과필터(420)를 통해 특정 대역만 투과된 신호를 검출하게 된다. Thus, when the light split through the second face (312) of the first splitter (310) is split again by the second splitter (320) and provided to the first face (323), the light signal of the light is detected. At this time, a signal transmitted only through a specific band is detected through the second transmission filter (420).

상기 투과 필터부(400)는 특정 대역의 신호를 투과시키는 것으로, 복수의 제1 내지 제3 투과필터들(410, 420, 430)을 포함한다. 이 때, 상기 제1 내지 제3 투과필터들(410, 420, 430) 각각의 기능은 앞선 도 2a에서 설명한 상기 제1 내지 제3 투과필터들(51, 52, 53)과 실질적으로 동일하다. The above-described transmission filter unit (400) transmits signals of a specific band and includes a plurality of first to third transmission filters (410, 420, 430). At this time, the function of each of the first to third transmission filters (410, 420, 430) is substantially the same as the first to third transmission filters (51, 52, 53) described in the preceding FIG. 2a.

상기 제1 투과필터(410)는 상기 제1 스플릿터(310)의 제1 면(311)과 상기 제1 광 검출기(510)의 사이에 배치되며, 상기 제1 면(311)과 평행한 방향, 즉 상기 제3 측면(230)과 평행한 방향인 상기 제1 방향(X)에 대하여 제1 각(θ₁)을 형성하며 경사지도록 배치된다. The first transmission filter (410) is positioned between the first face (311) of the first splitter (310) and the first photodetector (510), and is positioned so as to form a first angle (θ 1 ) with respect to the first direction (X), which is a direction parallel to the first face ( ₃₁₁ ), that is, a direction parallel to the third side surface (230).

그리하여, 상기 제1 투과필터(410)의 법선 방향은, 상기 제1 면(311)을 투과하여 제공되는 광의 입사방향과 제1 각(θ₁)을 형성한다. Thus, the normal direction of the first transmission filter (410) forms a first angle (θ ₁ ) with the incident direction of light provided by transmitting through the first surface (311).

또한, 상기 제2 투과필터(420)는 상기 제2 스플릿터(320)의 제1 면(321)과 상기 제2 광 검출기(520)의 사이에 배치되며, 상기 제1 면(321)과 평행한 방향, 즉 상기 제3 측면(230)과 평행한 방향인 상기 제1 방향(X)에 대하여 제2 각(θ₂)을 형성하며 경사지도록 배치된다. In addition, the second transmission filter (420) is arranged between the first face (321) of the second splitter (320) and the second light detector (520), and is arranged to be inclined at a second angle (θ 2 ) with respect to the first direction (X), which is a direction parallel to the first face (321), that is, a direction parallel to the third side surface ( ₂₃₀ ).

그리하여, 상기 제2 투과필터(420)의 법선 방향은, 상기 제1 면(321)을 투과하여 제공되는 광의 입사방향과 제2 각(θ₂)을 형성한다. Thus, the normal direction of the second transmission filter (420) forms a second angle (θ ₂ ) with the incident direction of light provided by transmitting through the first surface (321).

나아가, 상기 제3 투과필터(430)는 상기 제2 스플릿터(320)의 제2 면(322)과 상기 제3 광 검출기(530)의 사이에 배치되며, 상기 제2 측면(220)과 평행한 방향, 즉 상기 제2 방향(Y)을 따라 형성되어, 별도의 경사각을 형성하지는 않는다. Furthermore, the third transmission filter (430) is positioned between the second side (322) of the second splitter (320) and the third photodetector (530), and is formed in a direction parallel to the second side (220), i.e., along the second direction (Y), so as not to form a separate inclination angle.

이에, 상기 제3 투과필터(430)의 법선 방향은, 상기 제2 면(322)을 투과하여 제공되는 광의 입사방향과 제3 각(θ₃)을 형성하되, 이 경우, 상기 제3 각은 0도일 수 있다. Accordingly, the normal direction of the third transmission filter (430) forms a third angle (θ ₃ ) with the incident direction of light provided by transmitting through the second surface (322). In this case, the third angle may be 0 degrees.

이와 달리, 상기 제3 투과필터(430)가 형성하는 제3 각(θ₃)이 0이 아닐 수도 있다. In contrast, the third angle (θ ₃ ) formed by the third transmission filter (430) may not be 0.

한편, 본 실시예에서는 상기 제1 내지 제3 각들(θ₁, θ₂, θ₃)은 예를 들어, 하기 식 (4)의 관계를 만족시킬 수 있다. 다만, 하기 식 (4)의 관계는 예시에 불과하며, 각각의 각들이 0도 이상의 예각을 만족시킨다면 서로 크기가 다르게 형성되는 조건을 충족시키며, 상호간의 크기 관계는 다양하게 가변될 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the first to third angles (θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ ) may satisfy, for example, the relationship of the following equation (4). However, the relationship of the following equation (4) is merely an example, and if each angle satisfies an acute angle of 0 degrees or more, they satisfy the condition that the sizes are formed differently from each other, and the size relationship between them may vary.

식 (4)

Equation (4)

이상과 같이, 상기 제1 내지 제3 투과필터들(410, 420, 430)이 서로 다른 각을 가지도록 배치됨에 따라, 상기 제1 내지 제3 투과필터들은 서로 다른 대역의 파장을 투과시키며, 이를 통해 최종적으로 순수 방출 광신호에 대한 정보를 획득할 수 있다. As described above, since the first to third transmission filters (410, 420, 430) are arranged to have different angles, the first to third transmission filters transmit wavelengths of different bands, thereby ultimately obtaining information about the pure emission optical signal.

도 5는 도 4a의 광센서 모듈을 포함하는 공정 모니터링 시스템에서, 광 신호의 필터 입사각에 따른 파장 변화를 이용하여, 방출 신호의 세기와 필터 투과율의 정보를 획득하는 방법을 예시한 그래프이다. 도 6은 도 4a의 광센서 모듈을 포함하는 공정 모니터링 시스템을 이용하여, 투과 광신호와 투과 배경신호를 검출하는 방법을 예시한 그래프이다. FIG. 5 is a graph illustrating a method for obtaining information on the intensity of an emission signal and filter transmittance by using a change in wavelength according to an incident angle of a filter of an optical signal in a process monitoring system including the optical sensor module of FIG. 4a. FIG. 6 is a graph illustrating a method for detecting a transmitted optical signal and a transmitted background signal by using a process monitoring system including the optical sensor module of FIG. 4a.

우선, 도 5를 참조하면, 상기 광센서 모듈(100)을 포함하는 공정 모니터링 시스템에서는, 신호 처리부(600)를 더 포함하는데, 상기 신호 처리부(600)를 통해서는, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같은 신호 처리를 수행하여, 최종적으로 순수 방출 광신호를 획득하게 된다. First, referring to FIG. 5, the process monitoring system including the optical sensor module (100) further includes a signal processing unit (600), through which signal processing is performed as described with reference to FIGS. 1a and 1b, to ultimately obtain a pure emission optical signal.

도 4a의 광센서 모듈(100)에서, 제3 투과필터(430)의 제3 각(θ₃)을 0도로 설정하고, 제1 투과필터(410)의 제1 각(θ₁)을 5도로 설정하고, 제2 투과필터(420)의 제2 각(θ₂)을 9도로 설정한다면, 서로 다른 파장 대역의 신호들을 제1 내지 제3 광 검출기들(510, 520, 530)을 통해 검출할 수 있다. In the light sensor module (100) of FIG. 4a, if the third angle (θ ₃ ) of the third transmission filter (430) is set to 0 degrees, the first angle (θ ₁ ) of the first transmission filter (410) is set to 5 degrees, and the second angle (θ ₂ ) of the second transmission filter (420) is set to 9 degrees, signals of different wavelength bands can be detected through the first to third light detectors (510, 520, 530).

예를 들어, 상기 제3 각(θ₃)을 가지는 제3 투과필터(430)는 배경신호 투과 필터(BF2)로서, 배경 신호 파장 대역의 신호가 투과되어 상기 제3 광 검출기(530)를 통해 배경 신호가 검출될 수 있다. For example, the third transmission filter (430) having the third angle (θ ₃ ) is a background signal transmission filter (BF2), through which a signal in the background signal wavelength band is transmitted, so that the background signal can be detected through the third photodetector (530).

또한, 상기 제1 각(θ₁)을 가지는 제1 투과필터(410)는 원자 방출 신호(OS1)를 선택적으로 투과하는 대역 투과 필터(OF)로서, 원자 방출 신호가 투과되어 상기 제1 광 검출기(510)를 통해 원자 방출신호가 검출될 수 있다. In addition, the first transmission filter (410) having the first angle (θ ₁ ) is a band-pass filter (OF) that selectively transmits the atomic emission signal (OS1), so that the atomic emission signal is transmitted and the atomic emission signal can be detected through the first photodetector (510).

나아가, 상기 제2 각(θ₂)을 가지는 제2 투과필터(420)는 배경신호 투과 필터(BF1)로서, 다른 파장의 배경 신호 파장 대역의 신호가 투과되어 상기 제2 광 검출기(520)를 통해 다른 파장의 배경 신호가 검출될 수 있다. Furthermore, the second transmission filter (420) having the second angle (θ ₂ ) is a background signal transmission filter (BF1), through which signals of a background signal wavelength band of a different wavelength are transmitted, so that background signals of a different wavelength can be detected through the second photodetector (520).

그리하여, 도 6에서와 같이, 상기 제1 내지 제3 각들(θ₁, θ₂, θ₃)이 상기 식 (4)를 만족시키도록 설계된 상기 광센서 모듈(100)에서(θ₃=0˚), 상기 스플릿터 부(300)를 통해, 관찰 대상 광 신호 파장 대역(OF)으로 1/2, 배경 신호 파장 대역(BF1, BF2)으로 1/4씩 입사하도록 설계한다면, 상기 제1 내지 제3 광 검출기들(510, 520, 530)을 통해 검출되는 신호들을 바탕으로, 상기 신호 처리부(600)는 배경 신호들이 제거된 순수 방출 광신호를 획득할 수 있다. Thus, as shown in FIG. 6, if the first to third angles (θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ ) are designed in the optical sensor module (100) to satisfy the equation (4) (θ ₃ = 0˚), and the splitter unit (300) is designed to incident 1/2 into the observation target optical signal wavelength band (OF) and 1/4 into the background signal wavelength band (BF1, BF2), the signal processing unit (600) can obtain a pure emission optical signal with the background signals removed based on the signals detected through the first to third optical detectors (510, 520, 530).

이 경우, 상기 신호 처리부(600)는, 상기 광 검출기들에서 검출되는 신호들 사이의 단순한 사칙연산(OS2-(1/2)(LBS2+RBS2))을 통해 순수 방출 광신호를 획득할 수 있다. In this case, the signal processing unit (600) can obtain a pure emission optical signal through a simple arithmetic operation (OS2-(1/2)(LBS2+RBS2)) between the signals detected by the photodetectors.

이상과 같이, 상기 투과 필터부(400)가 포함하는 투과 필터들(410, 420, 430)이 입사되는 광에 대하여 소정의 경사각을 형성하도로 배치하고, 각각의 경사각을 다양하게 가변시킴으로써, 서로 다른 대역의 신호들을 검출할 수 있으며, 이를 통해 입사되는 광에서 배경 신호를 제외한 순수 방출 광신호에 대한 정보를 용이하게 획득할 수 있다. As described above, the transmission filters (410, 420, 430) included in the transmission filter unit (400) are arranged to form a predetermined inclination angle with respect to the incident light, and by varying each inclination angle, signals of different bands can be detected, and through this, information on the pure emission optical signal excluding the background signal from the incident light can be easily obtained.

도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광센서 모듈을 도시한 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 광센서 모듈의 평면도이다. FIG. 7a is a perspective view illustrating a light sensor module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7b is a plan view of the light sensor module of FIG. 7a.

본 실시예에 의한 상기 광센서 모듈(200)은, 스플릿터의 개수가 1개로 구성되며 이에 따라 광 검출기 및 투과 필터의 개수 및 배열이 가변되는 것을 제외하고는, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 상기 광센서 모듈(100)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다. The optical sensor module (200) according to the present embodiment is substantially the same as the optical sensor module (100) described with reference to FIGS. 4A and 4B, except that the number of splitters is 1, and accordingly, the number and arrangement of the optical detectors and transmission filters are changed. Therefore, the same reference numbers are used for the same components, and redundant descriptions are omitted.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 광센서 모듈(200)은 모듈 수납부(200), 스플릿터 부(301), 투과 필터부(401) 및 광 검출부(501)를 포함한다. Referring to FIGS. 7a and 7b, the light sensor module (200) according to the present embodiment includes a module storage unit (200), a splitter unit (301), a transmission filter unit (401), and a light detection unit (501).

상기 모듈 수납부(200)는 앞서 설명한 도 6a에서와 동일하지만, 내부에 스플릿터는 1개만 구비되어도 충분하므로, 전체적은 수납 공간(201)의 크기는 작게 형성될 수 있다. The above module storage section (200) is the same as that described above in FIG. 6a, but since only one splitter is provided inside, the overall storage space (201) can be formed to be small in size.

상기 스플릿터 부(301)는 하나의 스플릿터만을 포함하는 것으로, 상기 제1 방향(X)을 따라 연장되는 제1 면(311), 상기 제2 방향(Y)을 따라 연장되는 입사면(313), 및 경사면으로 상기 제1 방향(X)에 대하여 45도의 경사각을 가지도록 연장되는 제2 면(312)으로 구성되는 것은 앞서 설명한 바와 동일하다. The above splitter portion (301) includes only one splitter, and is composed of a first surface (311) extending along the first direction (X), an incident surface (313) extending along the second direction (Y), and a second surface (312) extending as an inclined surface at an angle of 45 degrees with respect to the first direction (X), as described above.

그리하여, 상기 입사부(211)를 통해 입사되는 광은, 상기 입사면(313)으로 입사된 후 상기 스플릿터 부(301)를 통해 분파되어 상기 제1 면(311)을 통해 후술되는 제1 투과필터(411)를 향하도록 제공되고, 상기 제2 면(312)을 통해 후술되는 제2 투과필터(421)를 향하도록 제공된다. Thus, light incident through the incident portion (211) is incident on the incident surface (313), split through the splitter portion (301), and provided toward the first transmission filter (411) described later through the first surface (311), and toward the second transmission filter (421) described later through the second surface (312).

상기 광 검출부(501)는 제3 측면(230)에 고정되는 제1 광 검출기(511), 및 제2 측면(220)에 고정되는 제2 광 검출기(521)를 포함한다. The above light detection unit (501) includes a first light detector (511) fixed to the third side (230) and a second light detector (521) fixed to the second side (220).

이 때, 상기 제1 광 검출기(511)와 상기 제2 광 검출기(521)는 서로 다른 대역의 신호들을 검출하며, 이렇게 검출된 신호는 앞서 설명한 상기 신호 처리부(600)를 통해 신호가 연산되어 최종적으로 순수 방출 광신호로 획득된다. At this time, the first photodetector (511) and the second photodetector (521) detect signals of different bands, and the signals detected in this manner are processed through the signal processing unit (600) described above to ultimately obtain a pure emission optical signal.

상기 투과 필터부(401)는 상기 제1 광 검출기(511)와 상기 제1 면(311)의 사이에 배치되는 제1 투과필터(411), 및 상기 제2 광 검출기(521)와 상기 제2 면(312)의 사이에 배치되는 제2 투과필터(421)를 포함한다. The above-mentioned transmission filter unit (401) includes a first transmission filter (411) positioned between the first light detector (511) and the first surface (311), and a second transmission filter (421) positioned between the second light detector (521) and the second surface (312).

이 때, 상기 제1 투과필터(411)는 상기 스플릿터 부(301)의 제1 면(311)과 상기 제1 광 검출기(511)의 사이에 배치되며, 상기 제1 면(311)과 평행한 방향, 즉 상기 제3 측면(230)과 평행한 방향인 상기 제1 방향(X)에 대하여 제1 각(θ₁)을 형성하며 경사지도록 배치된다. At this time, the first transmission filter (411) is arranged between the first surface (311) of the splitter portion (301) and the first photodetector (511), and is arranged to be inclined at a first angle (θ 1 ) with respect to the first direction (X), which is a direction parallel to the first surface ( ₃₁₁ ), that is, a direction parallel to the third side surface (230).

그리하여, 상기 제1 투과필터(411)의 법선 방향은, 상기 제1 면(311)을 투과하여 제공되는 광의 입사방향과 제1 각(θ₁)을 형성할 수 있는데, 이 경우, 상기 제1 각(θ₁)은 0도일 수 있다. Thus, the normal direction of the first transmission filter (411) can form a first angle (θ 1 ) with the incident direction of light provided by transmitting through the first surface (311). In this case, _{the first angle (θ 1} ₎ can be 0 degrees.

이와 달리, 상기 제1 투과필터(411)가 형성하는 제1 각(θ₁)이 0이 아닐 수도 있다. In contrast, the first angle (θ ₁ ) formed by the first transmission filter (411) may not be 0.

또한, 상기 제2 투과필터(421)는 상기 스플릿터 부(301)의 제2 면(312)과 상기 제2 광 검출기(521)의 사이에 배치되며, 상기 제2 측면(220)과 평행한 방향, 즉 상기 제2 방향(Y)을 따라 형성된다. In addition, the second transmission filter (421) is placed between the second side (312) of the splitter portion (301) and the second photodetector (521), and is formed in a direction parallel to the second side (220), i.e., along the second direction (Y).

그리하여, 상기 제2 투과필터(421)의 법선 방향은, 상기 제2 면(312)을 투과하여 제공되는 입사방향과 제2 각(θ₂)을 형성할 수 있는데, 이 경우, 상기 제2 각(θ₂)은 예각일 수 있다. Thus, the normal direction of the second transmission filter (421) can form a second angle (θ 2 ) with the incident direction provided by transmitting through the second surface ( ₃₁₂ ), and in this case, the second angle (θ ₂ ) can be an acute angle.

즉, 상기 제2 투과필터(421)의 법선 방향은, 상기 제2 면(312)을 투과하여 제공되는 광의 입사방향과 제2 각(θ₂)을 형성한다. That is, the normal direction of the second transmission filter (421) forms a second angle (θ ₂ ) with the incident direction of light provided by transmitting through the second surface (312).

한편, 본 실시예에서는 상기 제1 각 및 제2 각(θ₁, θ₂)은 예를 들어, 하기 식 (5)의 관계를 만족시킬 수 있다. 다만, 하기 식 (5)의 관계는 예시에 불과하며, 각각의 각들이 0도 이상의 예각을 만족시킨다면 서로 크기가 다르게 형성되는 조건을 충족시키며, 상호간의 크기 관계는 다양하게 가변될 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the first angle and the second angle (θ ₁ , θ ₂ ) may satisfy, for example, the relationship of the following equation (5). However, the relationship of the following equation (5) is merely an example, and if each angle satisfies an acute angle of 0 degrees or more, they satisfy the condition that the sizes are formed differently from each other, and the size relationship between them may vary in various ways.

식 (5)

Equation (5)

이상과 같이, 상기 제1 및 제2 투과필터들(411, 421)이 서로 다른 각을 가지도록 배치됨에 따라, 상기 제1 및 제2 투과필터들은 서로 다른 대역의 파장을 투과시키며, 이를 통해 최종적으로 순수 방출 광신호에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이러한 순수 방출 광신호의 획득은 상기 신호 처리부(600)를 통해 수행되며, 세부적인 내용은 앞선 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같다. As described above, since the first and second transmission filters (411, 421) are arranged to have different angles, the first and second transmission filters transmit wavelengths of different bands, thereby ultimately obtaining information on the pure emission optical signal. The acquisition of the pure emission optical signal is performed through the signal processing unit (600), and the details are as described with reference to the above-described FIGS. 5 and 6.

한편, 본 실시예에서의 상기 광센서 모듈(200)은, 2개의 투과 필터를 통해 서로 다른 파장 대역의 신호를 투과시키는 것으로, 측정하고자 하는 공정에서 방출되는 신호에서 있어, 배경신호의 세기가 방출 광신호의 세기에 비하여 상대적으로 미약한 경우, 적용될 수 있다. Meanwhile, the optical sensor module (200) in the present embodiment transmits signals of different wavelength bands through two transmission filters, and can be applied when the intensity of the background signal is relatively weak compared to the intensity of the emitted light signal in the signal emitted from the process to be measured.

즉, 방출 광신호 주변 대역의 배경신호의 세기가 상대적으로 미약하므로, 하나의 투과 필터를 통해 획득되는 배경 신호를 제거하는 것으로, 순수 방출 광신호를 효과적으로 할 수 있기 때문이다. That is, since the intensity of the background signal in the band surrounding the emission optical signal is relatively weak, the background signal obtained through a single transmission filter can be removed, effectively obtaining a pure emission optical signal.

동일한 측면에서, 만약 측정하고자 하는 공정에서 방출되는 신호에서 있어, 배경신호의 세기가 방출 광신호의 세기에 비하여 상대적으로 강한 경우라면, 상기 투과 필터의 개수를 증가시켜 다채널로 신호를 획득하는 것이 필요하다. In the same aspect, if the intensity of the background signal is relatively strong compared to the intensity of the emitted light signal in the signal emitted from the process to be measured, it is necessary to increase the number of transmission filters to acquire signals in multiple channels.

이를 위해서는 도 4a 및 도 4b에서와 같은 3개의 채널 외에, 4개 이상의 채널이 요구될 수 있으며, 이에 따라 3개 이상의 스플릿터들, 3개 이상의 투과필터들, 및 3개 이상의 광 검출기들이 앞서 설명한 배치와 유사한 배치로 구비될 수 있다. For this purpose, in addition to the three channels as in FIGS. 4a and 4b, four or more channels may be required, and accordingly, three or more splitters, three or more transmission filters, and three or more photodetectors may be provided in a similar arrangement to the arrangement described above.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 방출 광신호에서 배경 신호를 제외한 순수 방출 광신호만 추출하기 위해서는, 방출 광신호 대역과 배경 신호 대역의 신호를 각각 검출하는 것이 필요한데, 이를 위한 종래의 초협대역 투과 필터의 제작은 제작 공정 상의 한계가 있었다. According to the embodiments of the present invention as described above, in order to extract only the pure emission optical signal excluding the background signal from the emission optical signal, it is necessary to detect signals in the emission optical signal band and the background signal band, respectively. However, the production of a conventional ultra-narrow band pass filter for this purpose had limitations in the production process.

이 경우, 상기 투과필터들은 일 방향으로 연속적으로 서로 이격되도록 배치될 수도 있으나, 이와 달리, 소정의 수납 공간 상에서 서로 위치를 달리하여 배치될 수도 있다. In this case, the above-mentioned penetration filters may be arranged to be spaced apart from each other continuously in one direction, but alternatively, they may be arranged at different positions in a given storage space.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.

10, 100, 101 : 광센서 모듈 20 : 베이스 부
30, 500, 501 : 광 검출부
31, 32, 33, 510, 520, 530, 511, 521 : 광 검출기
40 : 필터 홀더부 41, 42, 43 : 필터 홀더
50, 400, 401 : 투과 필터부
51, 52, 53, 410, 420, 430, 411, 421 : 투과 필터
200 : 모듈 수납부 211 : 입사부
300, 301 : 스플릿터부 310, 320 : 스플릿터
600 : 신호처리부10, 100, 101: Light sensor module 20: Base part
30, 500, 501 : Light detection unit
31, 32, 33, 510, 520, 530, 511, 521 : Photodetector
40: Filter holder part 41, 42, 43: Filter holder
50, 400, 401: Transmission filter section
51, 52, 53, 410, 420, 430, 411, 421 : Transmission Filter
200: Module storage section 211: Entry section
300, 301: Splitter part 310, 320: Splitter
600 : Signal processing unit

Claims

delete

A module storage unit having a predetermined storage space formed inside and an incident portion formed on the first side through which light is incident;
A splitter section, which is arranged on the storage space at a predetermined distance from the incident section, does not include a separate filter, and each splitter has a prism shape and includes at least one splitter for splitting the incident light;
A light detection unit including light detectors respectively arranged on a second side facing the first side and a third side adjacent to the first side; and
An optical sensor module including a transmission filter section, which is arranged between the splitter and the photodetector and is spaced apart from the splitter and the photodetector, and each of the transmission filters has a different inclination angle with respect to the photodetector.

delete

In the fourth paragraph, each of the splitters,
An incident surface arranged toward the incident light;
A first side arranged toward the third side; and
An optical sensor module characterized by including a second surface arranged toward the second side.

In the sixth paragraph, the transmission filter part,
A first transmission filter arranged and extending parallel to the third side; and
An optical sensor module characterized by including a second transmission filter arranged to be inclined at a predetermined angle with respect to the second side.

In the sixth paragraph, the splitter part,
An optical sensor module characterized by including a plurality of splitters arranged in a plurality along the incident direction of the light.

In the 8th paragraph, the transmission filter part,
A plurality of first transmission filters arranged so as to be inclined with respect to the third side; and
An optical sensor module characterized by including a second transmission filter that extends and is arranged parallel to the second side.

An optical sensor module according to claim 9, characterized in that the angles of inclination at which each of the first transmission filters is arranged with respect to the third side are different.

In the 8th paragraph, the light detection unit,
A plurality of first photodetectors spaced apart from each other on the third side in a number equal to the number of the splitters; and
An optical sensor module characterized by comprising one second photodetector disposed on the second side regardless of the number of the splitters.

In Article 10,
An optical sensor module, characterized in that the angle of inclination formed by the first transmission filter with respect to the third side is an acute angle.

In a process monitoring system including an optical sensor module according to any one of claims 4 and 6 to 12,
Among the transmission filters having different inclinations, the transmission filter having the first inclination angle transmits the emission light signal in the emission light signal band, and the transmission filter having the second inclination angle transmits the background signal in the background signal band.
A process monitoring system characterized by including a signal processing unit that calculates a pure emission optical signal from which the background signal has been removed based on the emission optical signal and the background signal.

In Article 13,
A process monitoring system, characterized in that the first inclination angle and the second inclination angle are set to vary with each other according to the emission light signal band and the background signal band.