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KR200355431Y1 - Prism coupler - Google Patents

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KR200355431Y1
KR200355431Y1 KR20-2004-0011380U KR20040011380U KR200355431Y1 KR 200355431 Y1 KR200355431 Y1 KR 200355431Y1 KR 20040011380 U KR20040011380 U KR 20040011380U KR 200355431 Y1 KR200355431 Y1 KR 200355431Y1
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KR
South Korea
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measuring
angle
prism
signal light
light
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Application number
KR20-2004-0011380U
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Korean (ko)
Inventor
최태일
김한수
김동호
전건익
Original Assignee
케이 비 광통신 주식회사
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Publication date
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    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Abstract

본 고안은 광학박막의 굴절률과 두께 및 광의 전파손실을 측정하는 장치로서 두께가 1~30㎛인 유전체 박막의 경우에는 두께와 굴절률 및 전파손실을 동시에 정밀하게 측정할 수 있고, 두께가 1~150㎛에 이르는 두꺼운 후막과 일반 벌크(Bulk)형 재료나 액체 재료인 경우는 굴절률을 측정할 뿐만 아니라 광학 부품의 각도를 측정할 수 있는 프리즘 커플러에 관한 것이다.The present invention is a device for measuring the refractive index, thickness and light propagation loss of an optical thin film. In the case of a dielectric thin film having a thickness of 1 to 30 μm, the thickness, refractive index, and propagation loss can be precisely measured at the same time, and the thickness is 1 to 150. Thick thick films up to [mu] m and general bulk materials or liquid materials relate to prism couplers capable of measuring the refractive index as well as the angle of the optical component.

본 고안은 신호광을 회전시키면서 입력하는 신호광원 입력부(100)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 프리즘을 통해 피측정물에 입사시키고 반사된 출력광을 측정하는 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 광분배기(140)를 통해 분배하여 두꺼운 피측정물(후막)의 두께를 측정하는 각도측정부(200)가 포함되며, 상기 각도측정부(200)는 피측정물인 박막, 후막, 벌크막 또는 각도를 측정하기 위한 광학부품등이 놓여지는 각도측정대(220)와, 상기 각도측정대(220)의 높낮이를 조절하는 높이조절용 레버(230)와, 상기 각도측정대(220)의 피측정물에 반사되는 반사광을 검출하는 각도측정용 수광부(210)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a signal light source input unit 100 for inputting while rotating a signal light and a prism and a loss measuring support 300 for incident the signal light of the signal light source input unit 100 through a prism and measuring the reflected output light 300 And an angle measuring unit 200 for distributing the signal light of the signal light source input unit 100 through the optical splitter 140 to measure the thickness of the thick object (thick film), and the angle measuring unit 200 ) Is an angle measuring table 220, a thin film, a thick film, a bulk film or an optical component for measuring an angle, and a height adjusting lever 230 for adjusting the height of the angle measuring table 220. The angle measuring light receiving unit 210 detects the reflected light reflected on the object to be measured.

Description

프리즘 커플러{PRISM COUPLER}Prism Coupler {PRISM COUPLER}

본 고안은 프리즘 커플러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학박막의 굴절률과 두께 및 광의 전파손실을 측정하는 장치로서 두께가 1~30㎛인 유전체 박막의 경우에는 두께와 굴절률 및 전파손실을 동시에 정밀하게 측정할 수 있고, 두께가 1~150㎛에 이르는 두꺼운 후막과 일반 벌크(Bulk)형 재료나 액체 재료인 경우는 굴절률을 측정할 뿐만 아니라 광학 부품의 각도를 측정할 수 있는 프리즘 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to a prism coupler, and more particularly, a device for measuring the refractive index, thickness, and light propagation loss of an optical thin film. In the case of a dielectric thin film having a thickness of 1 to 30 μm, the thickness, refractive index, and propagation loss are precisely simultaneously. In the case of a thick thick film having a thickness of 1 to 150 µm and a general bulk material or a liquid material, it is possible to measure a refractive index as well as a prism coupler capable of measuring an angle of an optical component.

프리즘 커플러는 유기물 또는 무기물을 박막형태로 제작하였을 경우에 박막의 굴절률 및 두께를 레이져빔 및 광학부품을 이용하여 비파괴적으로 측정하는 장치이다. 상기 레이져빔을 이용한 신호광의 입사각을 달리하면서 프리즘의 사면을 통과한 후 프리즘의 바닥에 도달하게 되는데, 이 때 바닥에서 전반사를 하여 대부분은 프리즘의 맞은편에 위치한 검출기에서 전반사된 광을 검출한다. 그러나 특정한 입사각에서는 프리즘 밑면에서 전반사되는게 아니라 곧바로 아래의 피측정체(주로 박막임)로 광이 세어나가게 된다. 이른바 피측정체인 박막으로의 광의 결합(coupling)현상이 발생하면, 광의 누설로 말미앎아 검출기에 도달하는 광은 그 세기가 급격히 감소하게 된다. 이것은 프리즘에서 박막안으로의 광의 결합현상에의해 일어나는데, 특정 입사각으로 들어온 광은 박막에서 광의 도파조건을 만족하게 되며, 이 때문에 광검출기에서 검출되는 광의 강도가 현저히 줄어들게 된다. 상기 광의 결합현상은 여러개의 특정한 입사각도에서 만족하게 되므로 광의 강도가 현저히 줄어드는 극소점은 여러개 존재하게 된다. 광의 강도가 극소점이 되는 여러개의 수치를 얻은 후 이를 도파조건을 만족하는 수식에 대입하여 수치해석적인 방법으로 굴절률과 두께를 계산하여 측정한다.The prism coupler is a device for non-destructively measuring the refractive index and thickness of a thin film when an organic material or an inorganic material is manufactured in the form of a thin film. After passing through the slope of the prism while reaching the angle of incidence of the signal light using the laser beam, the bottom of the prism is reached. At this time, the total reflection is performed at the bottom to detect light totally reflected by a detector located opposite the prism. However, at a specific angle of incidence, light is not totally reflected at the bottom of the prism, but rather light is directed to the object under test (usually a thin film). When a phenomenon of coupling of light into a thin film, which is a measurement target, occurs, the intensity of the light reaching the detector due to the leakage of light rapidly decreases. This is caused by the coupling of light from the prism into the thin film. The light entering at a certain angle of incidence satisfies the waveguide conditions of the light in the thin film, thereby significantly reducing the intensity of light detected by the photodetector. Since the coupling phenomenon of light is satisfied at several specific angles of incidence, there are several minimum points where the intensity of light is significantly reduced. After obtaining several values where the intensity of light is the minimum point, substitute them into a formula that satisfies the waveguide condition and calculate the refractive index and thickness by numerical method.

국내 등록특허 제0352585호(발명의 명칭: 프리즘 커플러 장치 및 제어방법)는 프리즘 커플러에 관한 것으로, 특히 리니어 트랜스레이터(Linear Translator)를 이용하여 피측정물에 대하여 프리즘과 레이져를 정확히 배치시켜, 피측정물의 굴절률과 두께를 정확히 측정할 수 있는 장치 및 방법이 개시되어 있다.Korean Registered Patent No. 0352585 (Invention name: Prism coupler device and control method) relates to a prism coupler, in particular, by using a linear translator (Linear Translator) to accurately place the prism and the laser to be measured, An apparatus and method are disclosed that can accurately measure the refractive index and thickness of water.

상기와 같은 종래의 프리즘 커플러를 사용하여 굴절률을 측정하는 경우에는 프리즘에 피측정물을 부착한 후, 프리즘 밑면에서 광이 피측정체로 결합되지 않으면 전반사되어 광세기가 최대로 검출된 반면에 광이 피측정체에 결합되어 누설되면 검출기에서 광이 급속이 저하되는 원리를 이용하고 있다. 그러므로 광의 세기가 급속히 떨어지는 입사각을 결정하는 것이 무엇보다 중요하지만 입사광을 설정하는 기준점을 명확하게 설정하기가 어려운 문제점이 있다.In the case of measuring the refractive index using the conventional prism coupler as described above, after the measurement object is attached to the prism, if the light is not coupled to the object under the prism, the total reflection is detected to maximize the light intensity while the light is When the light leaks from the detector when it is coupled to the object under test, it uses the principle. Therefore, it is important to determine the angle of incidence in which the intensity of light falls rapidly, but it is difficult to clearly set the reference point for setting the incident light.

한편 종래의 프리즘 커플러는 프리즘 각도를 측정하는 기능이 없으며, 두꺼운 박막인 후막의 두께를 측정할 수 있는 기능이 복잡하다. 다시 말해 종래의 프리즘 커플러는 후막의 두께를 측정하기 위하여 프리즘을 프리즘 커플러로부터 제거하고, 측정할 후막을 공기흡입기를 사용하여 공기흡입기에 부착하여야 되는 번거로움이 있고, 두께를 측정하기 위한 기준점이 후막의 표면에 정확히 일치해야 되지만, 공기흡입기로 박막을 지탱하면 상기 기준점을 설정하기 매우 어려운 문제점이 있다.On the other hand, the conventional prism coupler has no function of measuring the prism angle, and the function of measuring the thickness of the thick film, which is a thick thin film, is complicated. In other words, the conventional prism coupler has the trouble of removing the prism from the prism coupler to measure the thickness of the thick film, and attaching the thick film to be measured to the air intake using the air inhaler. It should be exactly coincident with the surface of, but if the support of the thin film with the air intake is very difficult to set the reference point.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 레이져빔의 입사원점을 명확히 잡고, 두꺼운 박막인 후박을 측정함에 있어서 기존의 광학부품을 제거하고 새로운 장치를 부착하는 번거로움을 제거하고, 벌크재료의 굴절률을 TM 모두드의 브루스터각을 이용하여 구하며 광학부품의 모서리진 부분의 각도를 측정하기 위하여 신호광(입사광)의 광경로상에 광분배기(Beam splitter)를 두어 하나의 분배된 광으로는 박막의 두께 및 굴절률을 측정하고, 나머지 하나의 분배된 광으로는 두꺼운 두께를 갖는 후막의 두께, 벌크재료의 굴절률 및 광학부품의 모서리진 부분의 각도를 측정할 수 있는 프리즘 커플러를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to clearly determine the incident point of the laser beam, to eliminate the hassle of removing the existing optical components and attaching a new device in measuring the thick thin film thickness The refractive index of the bulk material is obtained using the Brewster's angle of TM mode, and a beam splitter is placed on the optical path of the signal light (incident light) in order to measure the angle of the edge of the optical component. It provides a prism coupler that can measure the thickness and refractive index of a thin film with light, and the thickness of a thick film with a thick thickness with the other distributed light, the refractive index of a bulk material, and the angle of a corner of an optical component. It is.

도1은 본 고안의 일실시예에 의한 프리즘 커플러의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a prism coupler according to an embodiment of the present invention;

도2는 본 고안의 일실시예에 의한 프리즘 커플러에서 신호광의 광경로를 설명하기 위한 설명도,2 is an explanatory diagram for explaining an optical path of a signal light in a prism coupler according to an embodiment of the present invention;

도3은 본 고안에 의한 프리즘 커플러의 박막과 후막의 두께측정 및 광학부품의 모서리 부분의 각도측정을 위한 설명도,3 is an explanatory view for measuring the thickness of the thin film and the thick film of the prism coupler according to the present invention and the angle measurement of the corners of the optical component;

도4는 본 고안에 의한 프리즘 커플러의 굴절률 및 박막의 두께측정을 위한 설명도.Figure 4 is an explanatory diagram for measuring the refractive index and the thickness of the thin film of the prism coupler according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 신호광원 입력부 110: 회전가이드100: signal light source input unit 110: rotation guide

120: 광원 130: 1차반사부120: light source 130: primary reflection part

140: 광분배기 145: 영점 수광부140: light splitter 145: zero light receiving unit

150: 2차반사부 160: 로터리 스테이지150: secondary reflection unit 160: rotary stage

200: 각도측정부 210: 각도측정용 수광부200: angle measuring unit 210: angle measuring light receiving unit

220: 각도측정대 230: 높이조절용 레버220: angle measuring table 230: height adjustment lever

300: 프리즘 및 손실측정 지지대 310: 굴절률 및 두께측정대300: prism and loss measuring support 310: index of refraction and thickness

320: 반사광 수광부 325: 전파손실측정 수광부320: reflected light receiver 325: radio wave loss measurement receiver

330: 피스톤 340: 프리즘330: piston 340: prism

345: 피측정물345: measured object

본 고안은 일정한 파장을 갖는 신호광(입사광)을 피측정물에 입사시키고, 프리즘 밑면에서 반사되는 출력광을 측정하여 굴절률과 두께를 컴퓨터에 의해 계산측정하는 프리즘 커플러로써 상기 신호광을 회전시키면서 입력하는 신호광원 입력부(100)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 프리즘을 통해 피측정물에 입사시키고 반사된 출력광을 측정하는 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 광분배기(140)를 통해 분배하여 두꺼운 피측정물(후막)의 두께를 측정하는 각도측정부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a signal input (incident light) having a constant wavelength is incident on an object to be measured, and a signal input while rotating the signal light as a prism coupler which measures the output light reflected from the bottom of the prism and calculates and measures the refractive index and thickness by a computer. A light source input unit 100, a prism and a loss measuring support 300 for incident the signal light of the signal light source input unit 100 through a prism and measuring the reflected output light, and the signal light source input unit 100. It is characterized in that it comprises an angle measuring unit 200 for measuring the thickness of the thick to-be-measured object (thick film) by distributing the signal light through the optical splitter 140.

또한 바람직하게는 상기 각도측정부(200)에 상기 신호광원 입력부(100)의 회전축상에 피측정물인 박막, 후박, 벌크막 및 각도를 측정하고자 하는 광학부품이 놓여지는 각도측정대(220)와, 상기 각도측정대(220)의 높낮이를 조절하는 높이조절용 레버(230)와, 상기 각도측정대(220)의 피측정물에 반사되는 반사광을 검출하는 각도측정용 수광부(210)가 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, the angle measuring unit 220 is preferably placed on the rotation axis of the signal light source input unit 100, the thin film, thick film, bulk film and the optical component to measure the angle on the angle measuring unit 200 and A height adjusting lever 230 for adjusting the height of the angle measuring table 220 and an angle measuring light receiving unit 210 for detecting reflected light reflected from the object to be measured of the angle measuring table 220 are included. It features.

본 고안은 일정한 파장의 신호광을 피측정물에 입사하여 반사되는 반사광을 검출하여 박막의 굴절률과 두께를 측정하는 프리즘 커플러로써, 상기 신호광의 경로상에 광분배기를 두어 입사광의 기준점을 정밀하게 설정하고, 동시에 후막의 두께, 벌크막의 굴절률, 광학부품의 각도를 측정하는 각도측정부를 구비하여 새로운 부품을 갈이끼우는 불편함이 없이 박막의 굴절률과 두께, 후막의 두께, 벌크재료의 굴절률 및 광학부품의 각도만을 측정할 수 있는 프리즘 커플러를 특징으로 한다.The present invention is a prism coupler for measuring the refractive index and the thickness of a thin film by detecting the reflected light reflected by the incident light to the target object to reflect the signal light of a constant wavelength, by setting the reference point of the incident light precisely by placing an optical splitter on the path of the signal light At the same time, it is equipped with an angle measuring unit that measures the thickness of the thick film, the refractive index of the bulk film, and the angle of the optical part, and the refractive index and thickness of the thin film, the thickness of the thick film, the refractive index of the bulk material, and the angle of the optical part without the inconvenience of changing a new part. It features a prism coupler that can measure bays.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 프리즘 커플러를 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the prism coupler of the present invention. In adding reference numerals to the components of each drawing, the same components, even if displayed on the other drawings to have the same reference numerals as possible, it is known that it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention Detailed description of functions and configurations will be omitted.

도1은 본 고안의 일실시예에 의한 프리즘 커플러의 개략적인 구성도이고, 도2는 본 고안의 일실시예에 의한 프리즘 커플러에서 신호광의 광경로를 설명하기 위한 설명도이며, 도3은 본 고안에 의한 프리즘 커플러의 박막과 후막의 두께측정 및 광학부품의 모서리 부분의 각도측정을 위한 설명도이고, 도4는 본 고안에 의한프리즘 커플러의 굴절률 및 박막의 두께측정을 위한 설명도이다.1 is a schematic configuration diagram of a prism coupler according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an explanatory diagram for explaining the optical path of the signal light in the prism coupler according to an embodiment of the present invention, Figure 3 It is an explanatory view for measuring the thickness of the thin film and thick film of the prism coupler and the angle measurement of the edge portion of the optical component according to the present invention, Figure 4 is an explanatory diagram for measuring the refractive index and the thickness of the thin film of the prism coupler according to the present invention.

본 고안의 바람직한 실시예에 의한 프리즘 커플러는 상기 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 일정한 크기의 프레임(50)에, 일정한 파장을 갖는 신호광을 회전시키면서 입력하는 신호광원 입력부(100)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 프리즘을 통해 피측정물에 입사시키고 반사된 출력광을 측정하는 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 광분배기를 통해 분배하여 두꺼운 박막의 두께, 벌크재료의 굴절률 그리고 광학부품의 각도를 측정하는 각도측정부(200)를 포함하여 구성된다. 이 때 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광의 종류는 선택적으로 할 수 있고, 상기 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와 각도측정부(200)를 통한 검출신호에 의해 박막의 굴절률과 두께의 수치해석은 도시되지 않은 컴퓨터를 통해 수행한다.Prism coupler according to a preferred embodiment of the present invention is a signal light source input unit 100 for inputting while rotating a signal light having a predetermined wavelength, in a frame 50 of a predetermined size, as shown in Figure 1 to 4, The prism and loss measuring support 300, which inputs the signal light of the signal light source input unit 100 through a prism and measures the reflected output light, and the signal light of the signal light source input unit 100 through an optical splitter. It is configured to include an angle measuring unit 200 to measure the thickness of the thick thin film, the refractive index of the bulk material and the angle of the optical component by dispensing. In this case, the type of the signal light of the signal light source input unit 100 may be selectively selected, and numerical analysis of the refractive index and thickness of the thin film may be performed by the detection signals through the prism and the loss measuring support 300 and the angle measuring unit 200. Is done through a computer not shown.

상기 신호광원 입력부(100)는, 상기 프레임(50)에 고정되는 로터리 스테이지(160)와, 상기 로터리 스테이지(160)의 일측에 연결되어 상기 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와 각도측정부(200)에 일정한 신호광을 출력하며, 상기 로터리 스테이지(160)의 제어에 의해 일정 속도로 회전되는 회전가이드(110)로 구성된다. 또한 상기 회전가이드(110)에는 상기 신호광을 출력하는 복수개의 광원(120)과, 상기 광원(120)의 신호광을 전반사시키는 제1반사부(130)와, 상기 제1반사부(130)를 통한 신호광을 일부분은 상기 각도측정부(200)에 출력시키고 일부분은 통과되도록 분배시키는 광분배기(Beam spliter:140)와, 상기 광분배기(140)를 통한 신호광을 상기 프리즘 및 손실측정 지지대(300)에 출력되도록 전반사시키는 제2반사부(150)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 광분배기(140)의 일측에는 상기 제2반사부(150)를 통해 반사된 신호광을 검출하는 영점 수광부(145)가 더 포함되어 구성된다. 상기 신호광원 입력부(100)는 외부의 컴퓨터에 의해 제어되며, 상기 광원(120)은 635㎚, 1310㎚, 1350㎚의 파장등 다양한 광원을 사용할 수 있다.The signal light source input unit 100 is connected to one side of the rotary stage 160 and the rotary stage 160 fixed to the frame 50, and the prism and loss measuring support 300 and the angle measuring unit 200. ) And outputs a constant signal light and rotates at a constant speed under the control of the rotary stage 160. In addition, the rotation guide 110 includes a plurality of light sources 120 for outputting the signal light, a first reflection unit 130 for total reflection of the signal light of the light source 120, and the first reflection unit 130. A beam splitter 140 for outputting part of the signal light to the angle measuring part 200 and distributing part of the signal light to the angle measuring part 200 and a signal light through the light splitter 140 to the prism and loss measuring support 300. It is configured to include a second reflecting unit 150 for total reflection to be output. In addition, one side of the optical splitter 140 is configured to further include a zero point receiving unit 145 for detecting the signal light reflected through the second reflecting unit 150. The signal light source input unit 100 is controlled by an external computer, and the light source 120 may use various light sources such as wavelengths of 635 nm, 1310 nm, and 1350 nm.

상기 각도측정부(200)는 피측정물인 박막, 후막, 벌크막 또는 각도를 측정하기 위한 광학부품등이 놓여지는 각도측정대(220)와, 상기 각도측정대(220)의 높낮이를 조절하는 높이조절용 레버(230)와, 상기 각도측정대(220)의 피측정물에 반사되는 반사광을 검출하는 각도측정용 수광부(210)를 포함하여 구성된다.The angle measuring unit 200 is an angle measuring table 220 on which a thin film, a thick film, a bulk film or an optical component for measuring an angle is placed, and a height for adjusting the height of the angle measuring table 220. The adjustment lever 230 and the angle measuring light receiving unit 210 for detecting the reflected light reflected on the object to be measured of the angle measuring table 220 is configured.

상기 피측정물은 두께가 0.1㎛에서 30㎛인 것을 박막이라 칭하고, 두께가 박막의 영역에서부터 약 150㎛에 이르는 두꺼운 막을 후막이라 칭한다. 상기 각도측정대(220)에 놓인 피측정물은 도2에 도시된 바와 같이 로터리 스테이지(160)의 회전축과 일치되도록 먼저 높이조절용 레버(230)을 조절하게 된다. 그 후 회전축과 일치되면, 상기 로터리 스테이지(160)를 회전시키면서 광원(120)으로부터 신호광을 출력시키며, 출력된 신호광은 광분배기(140)를 통해 피측정물에 입사된다. 입사된 신호광은 반사되어 각도측정용 수광부(210)에 의해 광의 세기를 측정하게 된다. 이 때 상기 두께의 측정은 VAMFO(Variable Angle Monochromatic Fringe Observation)방법으로 박막에 입사한 단색광의 각도를 변화시키면서 발생한 간섭무늬의 최대값과 최소값의 위치로부터 두꺼운 박막인 후막의 두께를 측정하게 된다. 한편 여기에 벌크막을 두면 TM모우드의 특정한 회전각에서 반사율이 최소로 측정 되는데, 이 각을 브루스터각(brewster angle)이라 하며, 상기 브루스터각으로부터벌크막의 굴절률이 결정된다. 그리고 동일한 위치에 측정하고자 하는 광학부품을 두면 모서리의 2면에 광이 수직하게 입사되면 약 4%가 반사되는데, 이 반사광을 2면에서 측정하면 모서리의 각도도 측정할 수 있게 된다.The object to be measured is called a thin film having a thickness of 0.1 μm to 30 μm, and a thick film having a thickness of about 150 μm from the region of the thin film is called a thick film. The object to be placed on the angle measuring table 220 first adjusts the height adjusting lever 230 to coincide with the rotation axis of the rotary stage 160 as shown in FIG. 2. Then, when coinciding with the rotation axis, the rotary stage 160 is rotated to output the signal light from the light source 120, the output signal light is incident on the object to be measured through the optical splitter 140. The incident signal light is reflected to measure the intensity of the light by the angle measuring light receiving unit 210. In this case, the thickness is measured by measuring the thickness of the thick film, which is a thick thin film, from the maximum and minimum positions of the interference fringe generated while varying the angle of the monochromatic light incident on the thin film by the Variable Angle Monochromatic Fringe Observation (VAMFO) method. On the other hand, when the bulk film is placed thereon, the reflectance is measured to the minimum at a specific rotation angle of the TM mode, which is called a brewster angle, and the refractive index of the bulk film is determined from the Brewster angle. When the optical component to be measured at the same position is placed, the light is incident on two sides of the corner perpendicularly, and about 4% is reflected. When the reflected light is measured on the two sides, the angle of the corner can be measured.

상기 프리즘 및 손실측정 지지대(300)는 피측정물이 프리즘에 밀착되도록 장착되는 굴절률 및 두께측정대(310)와, 상기 프리즘에 의해 반사되는 반사광을 검출하는 반사광 수광부(320)와, 상기 피측정물을 통해 반사되는 반사광을 검출하는 전파손실실측정 수광부(325)와, 상기 피측정물을 일정한 압력으로 상기 프리즘에 밀착시키는 피스톤(330)을 포함하여 구성된다. 상기 피스톤(330)은 도2에 도시된 바와 같이 일정한 압력으로 피측정물(345)을 프리즘(340)에 밀어주기 때문에 피측정물(345)에 관계없이 프리즘(340)에 밀착시킬 수 있다.The prism and loss measuring support 300 includes a refractive index and a thickness measuring table 310 mounted to closely adhere to the prism to be measured, a reflected light receiving unit 320 for detecting reflected light reflected by the prism, and the measured object And a piston 330 for closely contacting the object to be measured at a predetermined pressure with the radio wave loss measurement light receiver 325 for detecting the reflected light reflected through the water. Since the piston 330 pushes the object 345 to the prism 340 at a constant pressure as shown in FIG. 2, the piston 330 may be in close contact with the prism 340 regardless of the object 345.

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작 효과를 설명하면, 먼저 피측정물의 두께와 굴절률을 측정하기 위해 프리즘 및 손실측정 지지대(300)에 피측정물(345)을 피스톤(330)을 작동시켜 프리즘(340)에 밀착되도록 안착시킨다. 이 때 프리즘(340)에 입사되는 입사각이 0도가 되도록 기준점을 먼저 정하게 된다. 일반적으로 프리즘(340)에 기준점이 수직되게 되는 경우에는 입사광의 약 4%가 반사된다. 상기 반사된 반사광은 2차반사부(150)를 통해 광분배기(140)로 조사되고, 조사된 반사광은 영점 수광부(145)를 통해 검출하여 정확한 기준점(14)을 설정하게 된다.Referring to the operation effect of the present invention configured as described above, first to measure the thickness and refractive index of the object to be measured, the prism 340 by operating the piston 330 to the object 345 to the prism and loss measuring support 300 ) So that it is in close contact with In this case, the reference point is first determined such that an incident angle incident on the prism 340 is 0 degrees. In general, about 4% of incident light is reflected when the reference point is perpendicular to the prism 340. The reflected reflected light is irradiated to the optical splitter 140 through the secondary reflector 150, and the reflected reflected light is detected through the zero light receiver 145 to set an accurate reference point 14.

그 후 도4에 도시된 바와 같이 기준점(14)에 대하여 입사광(16)을 입사각(θi)에 따라 변화시키면서 입사하면, 프리즘의 굴절률(np)에 따라프리즘(340)의 외부의 반사광 수광부(320)를 통해 프리즘(340)의 밑면에서 전반사된 광을 검출한다.Thereafter, when the incident light 16 is incident on the reference point 14 while changing the incident light 16 in accordance with the incident angle θ i , the reflected light receiving part outside the prism 340 according to the refractive index np of the prism ( The light totally reflected from the bottom of the prism 340 is detected through 320.

그리고 프리즘(340)에서 Z축(박막에서 수평축)방향으로의 레이저빔의 전파상수 kZ는 박막(12)에서의 고유전파상수와 같을 때, 반사광 수광부(320)에서 검출된 빛의 세기는 극소치로써 피크(peak)를 이루게 된다.When the propagation constant k Z of the laser beam in the Z axis (thin film to horizontal axis) direction of the prism 340 is equal to the high propagation constant of the thin film 12, the intensity of light detected by the reflected light receiving unit 320 is extremely small. As a result, a peak is achieved.

kZ= kOnPsin[θP- sin-1(sin (θi/nP))]k Z = k O n P sin [θ P -sin -1 (sin (θ i / n P ))]

여기서, kO는 광원의 파장이고, nP는 프리즘의 굴절률, θP는 프리즘의 각도, θi는 입사각(16)이다.Where k O is the wavelength of the light source, n P is the refractive index of the prism, θ P is the angle of the prism, and θ i is the angle of incidence 16.

다시 말해 신호광의 광파의 전이가 프리즘(340)으로부터 박막(12)으로 발생한다는 원리에 기반을 두고 있다. 이 때에 광이 박막(12)으로 전이되기 위하여 프리즘의 굴절률이 반드시 박막의 굴절률 보다 커야 한다는 것이다. 이것은 전자기 경계조건에 의한 이미 알려진 결과이어서 자세한 설명은 생략한다.In other words, it is based on the principle that the light wave transition of the signal light occurs from the prism 340 to the thin film 12. At this time, the refractive index of the prism must be larger than the refractive index of the thin film in order for the light to be transferred to the thin film 12. This is a known result due to electromagnetic boundary conditions, so detailed description thereof is omitted.

상기와 같이 측정값을 통해 극소 피크(peak)점을 적어도 두 개이상 구하여 그 피크점에 해당되는 값을 상기 수학식1을 통해 박막의 굴절률 n과 두께 T를 구할 수 있다.As described above, at least two minimum peak points may be obtained through the measured values, and the refractive index n and the thickness T of the thin film may be obtained through Equation 1 using a value corresponding to the peak points.

한편, 박막, 후막 또는 벌크막의 두께를 측정하는 경우에는 피측정물을 각도측정대(220)에 안착시키고, 광분배기(140)를 통해 신호광을 입사시킨다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 두께가 T인 박막(12)에 기준점(14)을 기준으로 입사광(16)을 입사각(θi)에 따라 입사시키면 박막(12)에 반사되는 반사광(18)을 각도측정용 수광부(210)에서 검출한다. 이러한 것은 위층에서 반사된 광과 아래층에서 반사된 광 간에 소멸 및 보강간섭 조건을 사용하여 박막의 두께를 수치해석하여 측정한다. 한편, 여기에 벌크막을 두면 TM모우드의 특정한 회전각에서 반사율이 최소로 측정되는데, 이각을 브루스터각이라 하며, 브루스터각으로부터 벌크막의 굴절률이 결정된다. 그리고 동일한 위치에 모서리의 각도를 측정하고자 하는 광학부품을 두면 모서리의 2면에 광이 수직하게 입사되면 약 4%가 반사되는데 이 반사광을 2면에서 측정하면 모서리의 각도도 측정할 수 있게 된다.On the other hand, in the case of measuring the thickness of the thin film, thick film or bulk film, the measurement object is placed on the angle measuring table 220 and the signal light is incident through the optical splitter 140. That is,, the thin film 12 to the reference point 14. When the incident according to the angle of incidence (θ i) the incident light (16) based on the reflected light (18, which is reflected in the thin film 12 to a thickness of T, as shown in Fig. 3 ) Is detected by the angle measuring light receiving unit 210. This is measured by numerical analysis of the thickness of the thin film using the extinction and constructive interference conditions between the light reflected from the upper layer and the light reflected from the lower layer. On the other hand, when the bulk film is placed therein, the reflectance is measured at the minimum rotation angle of the TM mode, which is called the Brewster angle, and the refractive index of the bulk film is determined from the Brewster angle. If the optical component to measure the angle of the corner is placed at the same position, when light is incident vertically on two sides of the edge, about 4% is reflected. When the reflected light is measured on the two sides, the angle of the edge can be measured.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따르면 첫째 광분배기를 신호광의 경로상에 삽입하므로써 정확한 입사원점의 위치를 정할 수 있고, 둘째 후막에서 두께를 측정함에 있어서 정밀도증가 및 방법의 편리함을 추구하며, 셋째 벌크막의 굴절률을 브루스터각을 이용하여 측정할 수 있는 편리함이 있고, 광학부품의 각도를 로터리 스테이지의 분해능의 한계까지 측정할 수 있으며, 네째 부품을 갈이 끼울 필요가 없어서 측정기계로서의 기구적 안전성을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, by inserting the first optical splitter on the path of the signal light, it is possible to determine the exact position of the incidence point, and in the second thick film, to increase the precision and the convenience of the method, and to seek the convenience of the third bulk. The refractive index of the film can be measured using Brewster's angle, the angle of the optical part can be measured to the limit of the resolution of the rotary stage, and the fourth part does not need to be grounded to increase the mechanical safety as a measuring machine. Can be.

Claims (1)

일정한 파장을 갖는 신호광을 피측정물에 입사시키고, 프리즘 밑면에서 반사되는 출력광을 측정하여 굴절률과 두께를 컴퓨터에 의해 계산측정하는 프리즘 커플러에 있어서,A prism coupler in which a signal light having a constant wavelength is incident on an object to be measured and the output light reflected from the bottom of the prism is measured to calculate and measure the refractive index and thickness by a computer. 상기 신호광을 회전시키면서 입력하는 신호광원 입력부(100)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 프리즘을 통해 피측정물에 입사시키고 반사된 출력광을 측정하는 프리즘 및 손실측정 지지대(300)와, 상기 신호광원 입력부(100)의 신호광을 광분배기(140)를 통해 분배하여 두꺼운 피측정물(후막)의 두께를 측정하는 각도측정부(200)가 포함되며,A signal light source input unit 100 for inputting while rotating the signal light, a prism and a loss measuring support 300 for incident the signal light of the signal light source input unit 100 to the object to be measured through a prism and measuring the reflected output light; And an angle measuring unit 200 for measuring the thickness of the thick object to be measured (thick film) by distributing the signal light of the signal light source input unit 100 through the optical splitter 140. 상기 각도측정부(200)는 피측정물인 박막, 후막, 벌크막 또는 각도를 측정하기 위한 광학부품등이 놓여지는 각도측정대(220)와, 상기 각도측정대(220)의 높낮이를 조절하는 높이조절용 레버(230)와, 상기 각도측정대(220)의 피측정물에 반사되는 반사광을 검출하는 각도측정용 수광부(210)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리즘 커플러.The angle measuring unit 200 is an angle measuring table 220 on which a thin film, a thick film, a bulk film or an optical component for measuring an angle is placed, and a height for adjusting the height of the angle measuring table 220. A prism coupler comprising an adjustment lever 230 and an angle measuring light receiving unit 210 for detecting the reflected light reflected by the object to be measured of the angle measuring table 220.
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