KR20130084718A - Three dimensional surface measuring device and method using spectrometer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-dimensional surface measurement apparatus and method using a spectrometer.
평면 디스플레이, 반도체, 미세 정밀 부품 등의 공정 모니터링과 결함을 검출하기 위해, 물체의 표면을 검사하고 3차원 형상을 측정할 필요가 있으며, 일반적으로 간섭계적인 방법이 이용되고 있다. 측정 대상이 되는 물체의 표면에 대한 간섭계 패턴을 생성하고 분석함으로써 물체의 입체 형상을 얻을 수 있다. In order to monitor processes and detect defects of flat panel displays, semiconductors and fine precision parts, it is necessary to inspect the surface of an object and measure three-dimensional shape, and interferometric methods are generally used. The three-dimensional shape of the object can be obtained by generating and analyzing an interferometer pattern on the surface of the object to be measured.
이러한 방법 중 하나로 백색광 주사 간섭 측정법(WSI: White light Scanning Interferometry)이 있다. 1990년 이후부터 활발히 연구되고 있는 백색광 주사 간섭 측정법은 위상 천이 간섭법(phase-shifting interferometry)의 위상 모호성을 극복하기 위하여 개발되었으며, 현재 수 um의 큰 단차를 가지는 형상에 대해서도 수 nm의 분해능으로 측정할 수 있는 장점을 가진다.One such method is White Light Scanning Interferometry (WSI). The white light scanning interferometry, which has been actively studied since 1990, has been developed to overcome the phase ambiguity of phase-shifting interferometry and is now measured at several nm resolution even for shapes with large steps of several um. It has the advantage to do it.
백색광 주사 간섭법이란 조명으로 백색광을 이용하여, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축 방향으로 미소 간격씩 상대 이동하는 것에서 유래된 말이다. The white light scanning interferometry is a term derived from the relative movement by minute intervals in the optical axis direction to obtain an interference signal using white light as illumination.
도 1은 백색광 주사 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 백색광원(10), 광분할기(20), 기준미러(30), 측정물체(40), 검출기(50)를 포함하는 백색광 주사 간섭계가 도시되어 있다. 이러한 백색광 주사 간섭계는 일반적으로 리닉(Linnik), 마이켈슨(Michelson), 미라우(Mirau), 트와이만-그린(Twyman-GreeN) 방식 중 하나를 사용한다. 1 is a conceptual diagram for explaining the basic principle of the white light scanning interference method. Referring to FIG. 1, a white light scanning interferometer including a
백색광원(10)에서 나온 조명광(예를 들어, 백색광(white light))은 광분할기(20)에 의해 측정광과 기준광으로 분리되고, 측정면(측정물체(40)의 표면)과 기준면(기준미러(30)의 표면)에 각각 조사된다. 각 면에서 반사된 광은 동일한 광경로를 거쳐 간섭 신호를 생성한다. 이러한 백색광 주사 간섭계의 특징은 백색광의 짧은 가간섭성(coherence length)을 이용하는 것으로, 레이저와 같은 단색광은 수 m에 걸쳐서 간섭 신호를 발생시킬 수 있지만, 백색광은 수 um 이내에서만 간섭 신호를 발생시키는 특성을 이용한다. The illumination light (for example, white light) emitted from the
도 1에서와 같이 측정물체를 광축 방향(z축 방향)으로 미소 간격씩 이동하면서 한 측정점에서의 간섭 신호를 관찰하면, 그림에서와 같이 측정점과 기준면의 위치 차이가 가간섭 길이 내의 짧은 거리에 있는 경우, 즉 측정점이 기준면과 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서만 간섭 신호가 나타난다. 그러므로 측정 영역내의 모든 측정점에 대한 간섭 신호를 획득하고, 각 간섭 신호의 정점에서의 광축 방향위치를 높이값으로 설정하면, 기준면에 대한 측정면의 3차원 표면 형상을 측정할 수 있다. 이러한 백색광 주사 간섭계에 대해서는 공개특허 10-2000-0061037호 등에 개시되어 있다. As shown in FIG. 1, when the measuring object is observed at an interference signal at one measuring point while moving in small intervals in the optical axis direction (z-axis direction), as shown in the figure, the position difference between the measuring point and the reference plane is within a short distance within the interference length. In other words, the interference signal appears only at the point where the measurement path occurs at the same optical path difference as that of the reference plane. Therefore, by acquiring the interference signals for all the measurement points in the measurement area and setting the optical axis direction position at the vertex of each interference signal as the height value, the three-dimensional surface shape of the measurement surface with respect to the reference plane can be measured. Such a white light scanning interferometer is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2000-0061037.
하지만 백색광 주사 간섭계의 경우, 측정물체를 광축 방향으로 미소 간격씩 이동시켜야 하기 때문에, 평면 디스플레이 기판 전체 면적에 대하여 측정을 하고자 하는 경우 많은 시간이 소요되어 측정 속도가 느리며, 기계적인 이송 구동부(예를 들어, 측정물체를 거치하는 스테이지)의 광축 방향으로의 구동에 의해 발생하는 진동에 민감하여 측정 결과가 부정확한 문제점이 있었다. However, in the case of a white light scanning interferometer, the measurement object has to be moved at a small interval in the direction of the optical axis. Therefore, when measuring the entire area of the flat display substrate, it takes a lot of time and the measurement speed is slow. For example, there is a problem in that the measurement result is inaccurate because it is sensitive to vibration generated by driving in the optical axis direction of the stage on which the measurement object is mounted.
백색광 간섭법의 또 다른 응용으로는, 파장가변레이저나 음향광학변조기, 또는 액상결정공진기 등을 사용하여 광원의 파장을 다양하게 변조시킴으로써 광범위하게 파장을 생성시켜 사용하는 것이 있다. 백색광 주사 간섭법과는 달리 별도의 기계적인 이송 구동부 없이 빠르게 파장을 주사시키기 때문에 측정속도가 빠르다는 장점이 있다. 하지만 실제로 광원을 변조시킬 수 있는 대역폭이 한정되어 있기 때문에 넓은 파장대역에 걸친 간섭 신호를 얻기에는 문제가 있다.Another application of the white light interference method is to use a wavelength variable laser, an acoustic optical modulator, a liquid crystal resonator, or the like to variously modulate the wavelength of a light source to generate and use a wide range of wavelengths. Unlike the white light scanning interference method, the measurement speed is fast because the wavelength is scanned quickly without a separate mechanical transfer driver. However, there is a problem in obtaining an interference signal over a wide wavelength band because the bandwidth that can actually modulate the light source is limited.
이러한 점을 극복하기 위해 많이 시도되고 있는 방법이 간섭된 백색광 신호를 회절격자나 프리즘 등과 같은 광 분산장치를 이용하여 직접 분광시키는 분산 백색광 간섭법(DWI: Dispersive White light Interferometry)이다.In order to overcome this problem, Dispersive White Light Interferometry (DWI) is used to directly spectroscopically interfer an interference white light signal using a light diffusing device such as a diffraction grating or a prism.
분산 백색광 간섭법은 백색광의 넓은 분광대역폭을 사용하여 측정물체와 기준면광의 광경로차에 의해 생기는 간섭신호를 파장 별로 분광시키기 때문에 실시간 측정이 가능하고, 외부 진동이나 환경에 둔감한 장점이 있다. 분산형 백색광 간섭계에 대해서는 공개특허 10-2006-0052004호 등에 개시되어 있으며, 분산 백색광 간섭법의 기본원리가 도 2에 도시되어 있다. The distributed white light interference method uses a wide spectral bandwidth of white light and spectroscopy the interference signal generated by the optical path difference between the measurement object and the reference plane light for each wavelength, thereby real-time measurement and insensitive to external vibration or environment. The distributed white light interferometer is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2006-0052004 and the like, and the basic principle of the distributed white light interferometry is illustrated in FIG. 2.
도 2는 분산 백색광 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 백색광원(110), 광분할기(120), 측정면(140), 기준면(130), 분산장치(160), 검출기(170)를 포함하는 분산 백색광 간섭계가 도시되어 있다. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the basic principle of the distributed white light interference method, and includes a
백색광원(110)에서 나온 조명광(예를 들어, 백색광)은 광분할기(120)에 의해 측정광과 기준광으로 분리되고, 측정면(140)과 기준면(130)에 각각 조사된다. 각 면에서 반사된 광은 동일한 광경로를 거쳐 간섭 신호를 생성한다. 여기서, 기준면(130)은 기준미러의 표면일 수 있다. 이 경우 측정면(140)과 기준면(130)과의 광경로차에 의해 발생하는 간섭 신호를 파장 별로 분광하여 측정면(140)에 대한 거리정보를 얻는다. Illumination light (for example, white light) emitted from the
이를 위해 분산 백색광 간섭계는 예를 들어 회절격자나 프리즘 등과 같은 분산장치(160)와 예를 들어 CCD나 CMOS와 같은 검출기(170)로 이루어진 분광기를 사용하여 사용 광원인 백색광의 광대역에 걸친 파장을 분광시켜 스펙트럼을 분석하게 된다. To this end, a distributed white light interferometer uses a spectrometer composed of, for example, a
분산형 백색광 간섭계에서는 대물렌즈의 시야(field of view, FOV)의 한 라인을 분광하여 영역 카메라(area camera)로 영상을 획득하는 것이 보편적이다. 따라서 측정면 전체에 대한 면 정보를 획득하기 위해서는 스캐닝 동작이 필요하게 되는데, 이 경우 측정물체를 이동시키거나 혹은 간섭계를 측정물체에 대하여 상대적으로 이동시키게 된다. 이 과정에서 기계적인 이송 구동부의 구동에 의해 발생하는 진동 때문에 측정 결과가 부정확해져 간섭계에 대하여 내진동 설계 및 정밀 제어가 필요한 문제점이 있다.
In a distributed white light interferometer, it is common to acquire an image with an area camera by spectroscopy a line of a field of view (FOV) of an objective lens. Therefore, in order to acquire surface information on the entire measurement surface, a scanning operation is required. In this case, the measurement object is moved or the interferometer is moved relative to the measurement object. In this process, the measurement result is inaccurate due to the vibration generated by the driving of the mechanical feed drive, and thus there is a problem that vibration design and precise control are required for the interferometer.
본 발명은, 샘플 혹은 간섭계 전체의 이동 대신에 광경로를 변경하는 광학요소(광분할기, 편광 광분할기, 미러 등)만을 이동시킴으로써 검출기에 입사되는 빔의 위치를 바꾸어 샘플의 이동 없이도 샘플의 면 정보를 획득하는 것이 가능한 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention changes the position of a beam incident on a detector by moving only an optical element (a light splitter, a polarized light splitter, a mirror, etc.) that changes an optical path instead of the entire sample or the interferometer. It is to provide a three-dimensional surface measuring apparatus and method using a spectrometer capable of obtaining a.
또한, 본 발명은 광학요소 이송장치의 이동 정보를 실시간으로 동기화하여 검출기에서의 정밀도를 높일 수 있는 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a three-dimensional surface measuring apparatus and method using a spectroscope that can increase the accuracy in the detector by synchronizing the movement information of the optical element transfer device in real time.
또한, 본 발명은 샘플을 이동시키는 경우에 비해 광학요소 이송장치의 정밀도가 대물렌즈의 배율에 상응하게 조정 가능하여 장치 제작이 용이하고 경제성이 우수한 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention provides a three-dimensional surface measuring apparatus and method using a spectrometer that is easy to manufacture the device and excellent in economic efficiency because the precision of the optical element transfer device can be adjusted according to the magnification of the objective lens compared to the case of moving the sample It is for.
또한, 본 발명은 검출기 전단에서 텔레센트릭 렌즈로 배율 변경이 가능하여 다양한 해상도로 가변하며 측정이 가능한 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a three-dimensional surface measuring apparatus and method using a spectrometer capable of changing the magnification to a telecentric lens in front of the detector is variable at various resolutions and can be measured.
또한, 본 발명은 기준면으로 향하는 광의 경로를 변경하는 광학요소(예를 들어, 미러, 프리즘 등)를 이용하여 광원으로부터의 광 변화를 실시간으로 검출하여 측정 결과에 반영함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있고, 광원으로 피드백하여 광원의 출력을 안정화시킬 수 있으며, 기준면으로 가는 광을 선택적으로 온/오프(ON/OFF)시켜 하이브리드 기능(형상 및 두께 측정)을 구현할 수 있는 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention can improve the accuracy by detecting the change in light from the light source in real time by using an optical element (for example, a mirror, a prism, etc.) that changes the path of the light directed to the reference plane, Three-dimensional surface measuring apparatus using a spectrometer capable of stabilizing the output of the light source by feeding back to the light source, and by selectively turning on / off the light to the reference plane to implement a hybrid function (shape and thickness measurement); It is to provide a method.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 표면 측정 장치로서, 광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 경로를 변경하는 간섭광 경로 변경부, 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 광학요소 이송부 및 선형 이동하는 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 간섭광의 구간들이 순차적으로 입사되고, 간섭광의 각 구간에 대한 분광 영상을 획득하는 검출부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, as a three-dimensional surface measurement apparatus, the white light from the light source is separated into the reference light and the measurement light to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and the light reflected from the reference mirror and the sample to interfere with each other By a first light splitter for generating light, an interference light path changing unit for changing the path of the interference light emitted from the first light splitter, an optical element transfer unit for linearly moving the interference light path changing unit, and a linear moving interference light path changing unit. Provided are a three-dimensional surface measuring apparatus including a detector configured to sequentially inject sections of the routed interfering light and obtain a spectroscopic image of each section of the interfering light.
간섭광의 각 구간은 샘플과 제1 광분할기 사이에 개재되는 대물렌즈의 시야에 상응하는 측정영역 내에 포함되는 라인에 대응될 수 있다. 검출부에서 획득한 분광 영상을 해석하고, 광학요소 이송부의 출력에 실시간으로 동기화하여 해석된 결과에 상응하는 라인 넘버를 결정하여 순차적으로 정합함으로써 샘플의 면 정보를 획득하는 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다.Each section of the interference light may correspond to a line included in the measurement area corresponding to the field of view of the objective lens interposed between the sample and the first light splitter. The method may further include a data processor configured to analyze the spectroscopic image acquired by the detector, determine the line number corresponding to the analyzed result in real time by synchronizing with the output of the optical element transfer unit, and sequentially match the obtained sample. .
간섭광 경로 변경부는 광분할기 또는 미러일 수 있다.The interfering light path changing unit may be a light splitter or a mirror.
광학요소 이송부는 간섭광 경로 변경부에 입사되는 간섭광의 입사 광경로에 평행하거나 수직하거나 사선인 방향으로 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시킬 수 있다.The optical element transfer part may linearly move the interference light path changing part in a direction parallel to, perpendicular to, or oblique to the incident light path of the interference light incident on the interference light path changing part.
검출부의 전단에는 간섭광의 한 구간만이 통과 가능한 슬릿이 배치되어 있을 수 있다.In front of the detector may be a slit that can pass only one section of the interference light.
검출부의 전단에 배치되며, 임의의 배율에 비례하게 수광되는 광의 빔 폭을 감소시켜 출광하는 배율 조정부를 더 포함할 수 있다. 배율 조정부의 수광부 및 발광부는 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈로 이루어질 수 있다. 또한, 배율 조정부는 선택적으로 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 간섭광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입일 수 있다.The electronic device may further include a magnification adjusting unit disposed at the front end of the detection unit and reducing the beam width of the light received in proportion to an arbitrary magnification. The light receiving unit and the light emitting unit of the magnification adjusting unit may be formed of one or more telecentric lenses. In addition, the magnification adjusting unit may be a movement type that is selectively disposed on or removed from the optical path of the interference light changed by the interference light path changing unit.
제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되어 기준광의 광경로를 변경시키는 기준광 경로 변경부와, 기준광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 기준광을 수광하여 기준광의 상태 변화에 대한 실시간 모니터링 결과를 생성하는 모니터링부와, 모니터링 결과에 따라 광원의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 및 분광 영상의 해석 과정에서 스펙트럼을 보정하는 보정 명령 중 하나 이상을 생성하여 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 기준광 경로 변경부는 선택적으로 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입일 수 있다. 기준광 경로 변경부가 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우, 분광 영상으로부터 샘플의 두께에 대한 정보 획득이 가능하며, 기준광 경로 변경부는 미러, 프리즘 혹은 AOM일 수 있다.
A reference light path changing unit interposed between the first light splitter and the reference mirror to change the optical path of the reference light, and a monitoring unit receiving the reference light changed by the reference light path changing unit to generate a real-time monitoring result of the state change of the reference light; And a controller configured to generate and output one or more of a light source control command for controlling the output of the light source and a correction command for correcting the spectrum during an analysis process of the spectroscopic image according to the monitoring result. The reference light path changing unit may be a movement type that is selectively disposed on or removed from the optical path of the reference light. When the reference light path changing unit is disposed on the optical path of the reference light, information about the thickness of the sample may be obtained from the spectroscopic image, and the reference light path changing unit may be a mirror, a prism, or an AOM.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 3차원 표면 측정 장치로서, 광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되며, 기준광이 제1 편광성분만을 가지도록 편광시키는 제1 편광기, 제1 광분할기와 샘플 사이에 개재되며, 측정광이 제1 편광성분과 제2 편광성분을 모두 가지도록 편광시키는 제2 편광기, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 경로를 변경하는 간섭광 경로 변경부, 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 광학요소 이송부 및 선형 이동하는 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 간섭광의 구간들이 순차적으로 입사되고, 간섭광의 각 구간에 대한 분광 영상을 획득하는 검출부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치가 제공된다. On the other hand, according to another aspect of the present invention, as a three-dimensional surface measuring apparatus, the white light from the light source is separated into the reference light and the measurement light to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and the light reflected from the reference mirror and the sample to interfere with each other A first light splitter for generating interference light, a first light splitter interposed between the first light splitter and the reference mirror, a first polarizer for polarizing the reference light so as to have only a first polarization component, interposed between the first light splitter and the sample, and measuring light A second polarizer for polarizing both the first polarization component and the second polarization component, an interference light path changing unit for changing a path of interference light emitted from the first light splitter, and an optical element transfer unit for linearly moving the interference light path changing unit And sections of the interference light, which are changed by the linearly shifting interference light path changing unit, are sequentially input, and a spectral image of each section of the interference light is captured. There is provided a three-dimensional surface measurement apparatus including a detection unit.
간섭광 경로 변경부는 간섭광의 제1 편광성분과 제2 편광성분을 공간적 및 시간적으로 구분되도록 출사시킬 수 있다.The interference light path changing unit may emit the first polarization component and the second polarization component of the interference light to be spatially and temporally separated.
간섭광 경로 변경부는, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 제1 편광성분 및 제2 편광성분 중 어느 하나의 편광성분은 소정 방향으로 반사시키고 나머지 편광성분은 투과시키는 편광 광분할기와, 편광 광분할기에서 투과된 나머지 편광성분을 소정 방향으로 반사시키는 광경로 변경부를 포함할 수 있다.The interference light path changing unit includes a polarization light splitter configured to reflect one polarization component of the first polarization component and the second polarization component of the interference light emitted from the first optical splitter in a predetermined direction and transmit the remaining polarization components; It may include a light path changing unit for reflecting the remaining polarization component transmitted in a predetermined direction.
3차원 표면 측정 장치는 간섭광의 제1 편광성분으로부터 샘플의 표면 형상에 대한 정보를 획득함과 함께 간섭광의 제2 편광성분으로부터 샘플의 두께에 대한 정보를 획득할 수 있다.The three-dimensional surface measuring apparatus may acquire information on the surface shape of the sample from the first polarization component of the interference light and may acquire information on the thickness of the sample from the second polarization component of the interference light.
간섭광의 각 구간은 샘플과 제1 광분할기 사이에 개재되는 대물렌즈의 시야에 상응하는 측정영역 내에 포함되는 라인에 대응될 수 있다. 검출부에서 획득한 분광 영상을 해석하고, 광학요소 이송부의 출력에 실시간으로 동기화하여 해석된 결과에 상응하는 라인 넘버를 결정하여 순차적으로 정합함으로써 샘플의 면 정보를 획득하는 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다.
Each section of the interference light may correspond to a line included in the measurement area corresponding to the field of view of the objective lens interposed between the sample and the first light splitter. The method may further include a data processor configured to analyze the spectroscopic image acquired by the detector, determine the line number corresponding to the analyzed result in real time by synchronizing with the output of the optical element transfer unit, and sequentially match the obtained sample. .
한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 3차원 표면 측정 장치로서, 광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 간섭광의 분광 영상을 획득하는 검출부, 제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되어 기준광의 광경로를 변경시키는 기준광 경로 변경부, 기준광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 기준광을 수광하여 기준광의 상태 변화에 대한 실시간 모니터링 결과를 생성하는 모니터링부 및 모니터링 결과에 따라 광원의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 및 분광 영상의 해석 과정에서 스펙트럼을 보정하는 보정 명령 중 하나 이상을 생성하여 출력하는 제어부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치가 제공된다. On the other hand, according to another aspect of the present invention, a three-dimensional surface measurement apparatus, which separates the white light from the light source into the reference light and the measurement light to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and the light reflected from the reference mirror and the sample interfere with each other A first light splitter for generating interference light, a detector for acquiring spectroscopic images of the interference light, a reference light path changing unit interposed between the first light splitter and the reference mirror to change an optical path of the reference light, and a path of the reference light path changing unit. At least one of a monitoring unit for receiving the changed reference light and generating a real-time monitoring result of the change in the state of the reference light, a light source control command for controlling the output of the light source according to the monitoring result, and a correction command for correcting the spectrum during the interpretation of the spectroscopic image. There is provided a three-dimensional surface measurement apparatus including a control unit for generating and outputting.
기준광 경로 변경부는 선택적으로 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입일 수 있다. 기준광 경로 변경부가 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우, 분광 영상으로부터 샘플의 두께에 대한 정보 획득이 가능하며, 기준광 경로 변경부는 미러, 프리즘 혹은 AOM일 수 있다. The reference light path changing unit may be a movement type that is selectively disposed on or removed from the optical path of the reference light. When the reference light path changing unit is disposed on the optical path of the reference light, information about the thickness of the sample may be obtained from the spectroscopic image, and the reference light path changing unit may be a mirror, a prism, or an AOM.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 샘플 혹은 간섭계 전체의 이동 대신에 광경로를 변경하는 광학요소(광분할기, 편광 광분할기, 미러 등)만을 이동시킴으로써 검출기에 입사되는 빔의 위치를 바꾸어 샘플의 이동 없이도 샘플의 면 정보를 획득하는 것이 가능하다. According to a preferred embodiment of the present invention, instead of moving the sample or the entire interferometer, the sample is moved by changing the position of the beam incident on the detector by moving only the optical elements (light splitter, polarized light splitter, mirror, etc.) that change the optical path. It is possible to obtain the face information of the sample without.
또한, 광학요소 이송장치의 이동 정보를 실시간으로 동기화하여 검출기에서의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있으며, 샘플을 이동시키는 경우에 비해 광학요소 이송장치의 정밀도가 대물렌즈의 배율에 상응하게 조정 가능하여 장치 제작이 용이하고 경제성이 우수한 효과가 있다. In addition, the accuracy of the detector can be increased by synchronizing the movement information of the optical element feeder in real time, and the precision of the optical element feeder can be adjusted according to the magnification of the objective lens compared to the case of moving the sample. The device is easy to manufacture and has an excellent economic effect.
또한, 검출기 전단에서 텔레센트릭 렌즈로 배율 변경이 가능하여 다양한 해상도로 가변하며 측정이 가능하다. In addition, the magnification can be changed to a telecentric lens in front of the detector, which can be measured at various resolutions.
또한, 기준면으로 향하는 광의 경로를 변경하는 광학요소(예를 들어, 미러, 프리즘 등)를 이용하여 광원으로부터의 광 변화를 실시간으로 검출하여 측정 결과에 반영함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있고, 광원으로 피드백하여 광원의 출력을 안정화시킬 수 있으며, 기준면으로 가는 광을 선택적으로 온/오프시켜 하이브리드 기능(형상 및 두께 측정)을 구현할 수 있는 효과가 있다.
In addition, by using optical elements (eg, mirrors, prisms, etc.) that change the path of the light toward the reference plane, the light change from the light source is detected in real time and reflected in the measurement result, thereby improving accuracy, and feeding back to the light source. It is possible to stabilize the output of the light source, there is an effect that can implement a hybrid function (shape and thickness measurement) by selectively turning on / off the light to the reference plane.
도 1은 백색광 주사 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 2는 분산 백색광 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치에 포함되는 배율 조정부를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도. 1 is a conceptual diagram illustrating a basic principle of a white light scanning interference method;
2 is a conceptual diagram illustrating a basic principle of the distributed white light interference method;
3 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectroscope according to a first embodiment of the present invention;
4 is a view for explaining a scanning method according to a first embodiment of the present invention;
5 is a view showing a magnification adjusting unit included in the three-dimensional surface measurement apparatus using a spectroscope according to the first embodiment of the present invention,
6 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectroscope according to a second embodiment of the present invention;
7 is a view for explaining a scanning method according to a second embodiment of the present invention;
8 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectroscope according to a third embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .
본 명세서에서 3차원 표면 측정 장치는 측정 대상이 되는 샘플의 표면 형상, 두께 중 하나 이상을 측정하는 장치를 의미한다.
In the present specification, the 3D surface measuring apparatus means an apparatus for measuring one or more of the surface shape and thickness of a sample to be measured.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치에 포함되는 배율 조정부를 나타낸 도면이다. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectrometer according to a first embodiment of the present invention, Figure 4 is a view for explaining a scanning method according to a first embodiment of the present invention 5 is a diagram illustrating a magnification adjusting unit included in a three-dimensional surface measuring apparatus using a spectroscope according to a first embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214), 제1 광분할기(218), 제1 및 제2 대물렌즈(220, 224), 기준미러(222), 샘플(226), 오토 포커싱부(228), 간섭광 경로 변경부(230), 광학요소 이송부(232), 검출부(240), 분광기(236), 카메라(238), 배율 조정부(242), 리뷰 카메라(234), 슬릿(250), 수광부(262), 발광부(264)가 도시되어 있다. 3 to 5, the
본 발명의 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 분산 백색광 간섭법을 이용하여 고속으로 샘플의 표면 형상을 입체적으로 측정한다. 특히 간섭광의 광경로를 변경하는 광학요소(간섭광 경로 변경부)를 입사광에 평행/수직/사선인 방향으로 이동시킴으로써 대물렌즈의 시야(FOV) 범위 안에서 순차적으로 라인 단위의 간섭광 분광 영상 검출이 가능하다. 이에 의하면, 샘플 자체 혹은 측정 장치 자체를 이동시키지 않고서도 라인 단위로 스캐닝이 이루어질 수 있어 측정 장치의 내진동 특성이 향상되고 정밀 제어 요건이 완화되어 효과적인 3차원 형상 또는/및 두께의 측정이 가능한 특징을 가진다. The three-dimensional surface measuring apparatus using the spectroscope according to the first embodiment of the present invention three-dimensionally measure the surface shape of the sample at high speed using a distributed white light interference method. In particular, by moving the optical element (interfering light path changing part) that changes the optical path of the interfering light in the direction parallel, vertical, and oblique to the incident light, the interfering light spectroscopic image detection in a line unit is sequentially performed within the field of view (FOV) of the objective lens. It is possible. This allows scanning to be carried out on a line-by-line basis without moving the sample itself or the measuring device itself, improving the vibration resistance of the measuring device and reducing the requirements for precise control, thus enabling effective three-dimensional shape or / and thickness measurement. Has
또한, 본 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 검출부 전단에 배율 조정부(242)가 이동 타입(moving type)으로 배치되어 있어 다양한 배율로 자유롭게 조정이 가능하여 간섭광에 대하여 여러 해상도로 가변하면서 측정하는 것이 가능하다. In addition, in the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the present embodiment, the
본 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 광원(210), 제1 광분할기(218), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 대물렌즈(224), 간섭광 경로 변경부(230), 광학요소 이송부(232), 검출부(240)를 기본 골격으로 한다. 실시예에 따라 배율 조정부(242) 및 리뷰 카메라(234)가 더 포함될 수 있다. In the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the present embodiment, the
광원(210)은 샘플의 표면 형상에 관한 데이터를 획득하기 위한 조명광을 조사하는 광원으로서, 예를 들어 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프, 백색 발광다이오드 등 중 하나일 수 있으며, 조명광은 예를 들어 광대역의 백색광일 수 있다. The
광원(210)에서 출사된 조명광은 광섬유(optical fiber)(212)를 통해 시준부(collimating unit)(214)로 전달되며, 시준부(214)에서 평행광으로 시준되어 제1 광분할기(218)로 입사된다. 이 과정 중에 장치의 소형화를 위해서 광경로를 변경시키는 미러(216)가 필요에 따라 더 포함될 수 있다. The illumination light emitted from the
제1 광분할기(218)는 시준부(214)로부터 입사된 광의 일부는 그대로 투과시키고 나머지는 소정 방향으로 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter)이다. 도면에서는 투과된 광이 기준미러(222)에 조사되는 기준광으로서 기능하고, 반사된 광이 샘플(226)에 조사되는 측정광으로서 기능하는 것으로 도시되어 있으며, 이하에서는 이를 가정하여 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 반사광이 기준광으로서 기능하고 투과광이 측정광으로서 기능할 수도 있음은 당연하다. The
기준광의 광경로 상에는 제1 대물렌즈(220)가 배치되어 있어 기준광을 집광함으로써 기준미러(222)의 표면(기준면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역(기준영역)에 기준광이 조사되도록 한다. 또한, 측정광의 광경로 상에는 제2 대물렌즈(224)가 배치되어 있어 측정광을 집광함으로써 샘플(226)의 표면(측정면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역(측정영역)에 측정광이 조사되도록 한다. 여기서, 기준영역은 제1 대물렌즈(220)의 시야(FOV)에 상응하고, 측정영역은 제2 대물렌즈(224)의 시야(FOV)에 상응하는 영역으로서, 후술하는 검출부(240)에 의해 분해 검출될 수 있는 최소 단위인 라인(line)이 둘 이상 포함되어 있을 수 있다. The first
본 실시예에서, 샘플(226)은 기계적 이송 구동부(예를 들어, 스테이지) 상에 거치되어 있어 XY 평면 상에서는 측정영역이 변경되도록 이동할 수 있지만, Z축(광축) 방향으로의 이동은 불필요하게 된다. 또한, XY 평면 상에서의 이동 역시 일 측정 영역 내에서 라인 단위로 순차적인 검출이 수행된 이후 이웃하는 다른 측정 영역으로 이동하면 충분하기 때문에, 기존에 라인 단위로 이동하는 것과는 달리 기계적 이동 횟수가 감소하여 진동에 의한 영향을 줄일 수 있다. In this embodiment, the
샘플(226)에서 반사된 측정광(측정면의 반사광)은 다시 제1 광분할기(218)에 입사되어 그대로 투과되며, 기준미러(222)에서 반사된 기준광(기준면의 반사광) 역시 다시 제1 광분할기(218)에 입사되어 측정광이 투과되는 방향으로 반사된다. 즉, 제1 광분할기(218)는 광원(210)으로부터의 백색광을 기준광과 측정광으로 분리시키고, 분리되었던 기준광과 측정광이 반사되어 되돌아오면 동일 방향으로 진행되도록 함으로써 기준면의 반사광과 측정면의 반사광을 간섭시켜 간섭광으로 만든다. The measurement light reflected from the sample 226 (reflected light on the measurement surface) is incident on the
간섭광은 오토 포커싱부(228)를 거쳐 자동 초점 조정이 된 후 간섭광 경로 변경부(230)로 입사되고 소정 방향으로 경로 변경되어 검출부(240)를 향하게 된다. 오토 포커싱부(228)는 필요에 따라 생략 가능하다. 도면에서는 간섭광 경로 변경부(230)의 일 예시로 빔 스플리터인 제2 광분할기가 도시되어 있다. The coherent light is autofocused through the
이 경우 간섭광은 제2 광분할기로 입사되며, 일부는 투과되어 리뷰 카메라(234)로 입사되고 나머지는 소정 방향으로 반사되어 검출부(240)로 입사된다. 리뷰 카메라(234)는 현재 측정광이 조사된 측정영역의 표면 형상을 촬영하여 표면 형상에 대한 영상을 획득하며, 추후 데이터 처리부(미도시)에서 라인 단위의 분광 영상 해석 및 데이터 정합에 활용되도록 할 수 있다. In this case, the interference light is incident on the second light splitter, a part of which is transmitted to the
실시예에 따라 리뷰 카메라(234)가 생략되는 경우에는 간섭광 경로 변경부(230)는 간섭광을 소정 방향으로 향하게 하여 검출부(240)로 입사시키는 미러일 수도 있다. When the
검출부(240)의 전단에는 간섭광의 일부 구간만이 통과 가능한 슬릿(250)이 배치되어 있어 간섭광 경로 변경부(230)에서 반사된 간섭광의 일부 구간(예를 들면, 하나의 라인)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 전달될 수 있다. In front of the
여기서, 간섭광 경로 변경부(230)는 광학요소 이송부(232)에 의해 간섭광이 입사되는 경로와 평행하거나 수직이거나 사선인 방향으로 전후 이동될 수 있다. 광학요소 이송부(232)에는 광학 인코더(encoder)에서 변위를 측정할 수 있고, 간섭광 경로 변경부(230)의 이동 변위에 상응하여 이동하는 스케일(scale)이 부착되어 있을 수 있다. 이와 같은 간섭광 경로 변경부(230)의 이동에 의해 슬릿(250)을 통과하는 간섭광의 구간이 변경되어 대물렌즈(220, 224)의 시야 범위에 포함되는 복수의 라인이 순차적으로 검출부(240)로 입사되는 효과가 있다. Here, the interference light
도 4를 참조하면, 검출부(240)의 전단에 슬릿(250)이 배치되어 있어 간섭광 경로 변경부(230)가 A 방향(간섭광 경로 변경부(230)로 간섭광이 입사되는 반대 방향)으로 이동하면 측정영역에 상응하는 간섭광에 대하여 서로 구분되는 구간들이 순차적으로 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사된다. 물론 간섭광 경로 변경부(230)가 A 방향과 반대 방향으로 이동할 수도 있음은 당연하다. Referring to FIG. 4, the
예를 들어, 간섭광 경로 변경부(230)가 P1 위치에 있는 경우 간섭광 중 제1 구간(S1)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되며(도 4의 (a) 참조), P2 위치에 있는 경우 간섭광 중 제2 구간(S2)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되고(도 4의 (b) 참조), P3 위치에 있는 경우 간섭광 중 제3 구간(S3)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사된다(도 4의 (c) 참조). For example, when the interfering light
따라서, 간섭광 경로 변경부(230)가 이동함에 따라 임의의 측정영역에 대한 간섭광의 서로 구분되는 구간들(제1~제3 구간(S1~S3))이 순차적으로 검출부(240)로 입사됨으로써, 각 구간에 해당하는 라인에 대하여 순차적으로 분광 및 영상 획득을 수행함으로써 라인 단위의 분광 영상 획득이 가능하다. 즉, 샘플 또는/및 장치 자체를 이동시키지 않고서도 간섭광 경로 변경부의 이동만으로 복수의 라인에 대하여 샘플의 표면 형상의 측정을 위한 스캐닝이 가능하게 되는 효과가 있다. Therefore, as the interference light
다시 도 3을 참조하면, 검출부(240)는 입사된 간섭광의 일부 구간을 분광시키고 이를 영상으로 촬영하여 데이터 처리부(미도시)에 전송한다. 검출부(240)는 입사된 간섭광의 일부 구간을 분광시키는 분광기(236)와, 분광기(236)에 의한 분광 영상을 촬영하는 카메라(238)를 포함하며, 카메라(238)는 예를 들어 CCD 혹은 CMOS 타입의 이미지 센서일 수 있다. Referring to FIG. 3 again, the
데이터 처리부에서는 획득된 라인 단위의 분광 영상에 대하여 소정의 영상 해석을 통해 샘플(226)의 표면 형상에 대한 라인 단위의 데이터를 생성할 수 있다. 표면 형상 데이터 생성을 위한 영상 해석은 통상의 영상 해석 기법이 이용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. The data processor may generate line-specific data on the surface shape of the
데이터 처리부는 광학요소 이송부(232)의 출력과 실시간 동기화하여 현재 처리중인 데이터에 해당하는 라인을 결정함으로써 정밀도를 높일 수 있다. 즉, 광학요소 이송부(232)의 출력에 따라 현재 처리중인 데이터가 몇번째 라인에 대한 정보(라인 넘버)인지를 구별하고, 데이터 정합을 통해 복수의 라인에 대한 샘플의 면 정보를 획득할 수 있게 된다. 여기서, 광학요소 이송부(232)의 출력은 간섭광 경로 변경부(230)의 이동 변위에 대응되는 광학요소 이송부(232)의 변위를 측정하기 위한 광학 인코더에서 생성 출력되는 선형 변위값에 상응하는 정보일 수 있다. The data processor may increase accuracy by determining a line corresponding to the data currently being processed by real-time synchronization with the output of the optical
실시예에 따라, 도 3에 도시된 분광기를 사용한 측정 장치에는 검출부(240) 전단에 배율을 변경하기 위한 배율 조정부(242)가 배치될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the
종래 배율 변경을 하고자 하는 경우에는 간섭계 렌즈 혹은 고가의 렌즈를 배율 별로 사용해야 하기 때문에, 제조 원가가 높아져 가격 부담이 증가하고 정밀 설치의 부담 역시 증가하는 문제점이 있었다. In case of changing the conventional magnification, since the interferometer lens or the expensive lens must be used for each magnification, there is a problem in that the manufacturing cost increases and the cost burden increases and the burden of precision installation also increases.
따라서, 본 실시예에서는 검출부(240)에 포함되는 카메라(238)의 시야는 제2 대물렌즈(224)의 시야보다 작은 것이 일반적이며, 이러한 제2 대물렌즈(224)의 시야를 전체적으로 활용하기 위해서 수광부 및 발광부가 모두 텔레센트릭 렌즈로 이루어지는 배율 조정부(242)를 간섭광 경로 변경부(230)와 검출부(240) 사이에 배치시킬 수 있다. Therefore, in this embodiment, the field of view of the
도 5를 참조하면, 수광부(262)에 입사되는 입사광의 빔 폭(BW1)에 비해 발광부(264)를 통해 출사되는 출사광의 빔 폭(BW2)이 작아 검출부(240)에서는 실질적으로 BW2/BW1에 상응하여 배율이 변경된 것과 같은 효과를 누릴 수 있다. 배율 변경으로 인해 광학요소 이송부(232)의 정밀도의 허용 범위가 이에 비례하여 조정될 수 있어 장치 제작이 용이한 장점이 있다. Referring to FIG. 5, the beam width BW2 of the outgoing light emitted through the
여기서, 수광부(262)는 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈로 이루어지며, 발광부(264) 역시 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈로 이루어진다. 이러한 배율 조정부(242)는 이동 타입으로 설치되어, 필요한 경우에만 간섭광 경로 변경부(230)에서 경로 변경된 간섭광이 검출부(240)로 입사되는 광경로 상에 배치되도록 함으로써 간단한 구조를 통해 원하는 배율로의 변경이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 이동 타입으로는 선형 이동, 회전 이동 등으로 다양한 이동 방법이 적용될 수 있을 것이다. Here, the
본 실시예에 따르면, 간섭광 경로 변경부를 광학요소 이송부를 이용하여 일정 단위 만큼씩 이동시킴으로써, 샘플이나 측정 장치 자체를 움직이지 않고서도 라인 단위의 스캐닝이 이루어지도록 하여 샘플의 면 정보 획득이 가능하면서도 내진동 특성이 우수한 장점이 있다. According to the present embodiment, by moving the interference light path changing unit by a predetermined unit by using the optical element transfer unit, it is possible to acquire the surface information of the sample by scanning the line unit without moving the sample or the measuring device itself. Vibration resistance is excellent.
본 실시예에서 광원(210), 시준부(214), 제1 광분할기(218), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 대물렌즈(224), 샘플(226), 간섭광 경로 변경부(230), 검출부(240)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.In the present embodiment, the
이상에서는 샘플의 면 정보 중 표면 형상에 대한 정보를 획득하는 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1 대물렌즈(220)와 기준미러(222)를 생략함으로써 샘플의 면 정보 중 두께에 대한 정보만을 획득할 수도 있다. 이 경우 간섭광은 측정면에서 반사된 광만으로 이루어지며, 이를 간섭광 경로 변경부의 이동에 따라 라인 단위로 검출부로 입사되도록 하여 라인 단위의 스캐닝이 이루어지도록 할 수도 있을 것이다.
In the above, obtaining information about the surface shape of the surface information of the sample has been described, but according to another embodiment of the present invention, the thickness of the surface information of the sample is omitted by omitting the first
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectrometer according to a second embodiment of the present invention, Figure 7 is a view for explaining a scanning method according to a second embodiment of the present invention .
도 6을 참조하면, 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214), 제3 광분할기(316), 오토 포커싱부(228), 제1 광분할기(218), 제1 편광기(310), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 편광기(320), 제2 대물렌즈(224), 샘플(226), 제3 광분할기(316), 간섭광 경로 변경부(330), 편광 광분할기(332), 제2 광분할기(334), 광학요소 이송부(232), 검출부(240), 분광기(236), 카메라(238), 배율 조정부(242), 리뷰 카메라(234)가 도시되어 있다. 6, the
본 발명의 제2 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 분산 백색광 간섭법 및 편광을 이용하여 고속으로 샘플의 표면 형상 및 두께를 입체적으로 측정한다. 특히 측정면에는 양 방향의 편광성분을 모두 가지는 광이 조사되지만 기준면에는 일 방향의 편광성분만을 가지는 광이 조사되기 때문에, 간섭광 중 일 방향의 편광성분에는 기준면과 측정면의 차이에 따른 형상 정보가 포함되어 있고, 타 방향의 편광성분에는 측정면에 대한 두께 정보가 포함되어 있어 샘플의 표면 형상 및 두께를 일시에 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다. The three-dimensional surface measuring apparatus using the spectroscope according to the second embodiment of the present invention three-dimensionally measure the surface shape and thickness of the sample at high speed by using a distributed white light interference method and polarized light. In particular, since light having both polarization components in both directions is irradiated to the measurement plane, light having only one polarization component is irradiated to the reference plane, so that the shape information according to the difference between the reference plane and the measurement plane is applied to the polarization component of one direction among the interference lights. Is included, the polarization component in the other direction is characterized in that the thickness information on the measurement surface is included so that the surface shape and thickness of the sample can be measured at one time.
또한, 특히 간섭광의 광경로를 변경하는 광학요소(본 실시예에서는 제2 광분할기(334) 및 편광 광분할기(332))를 입사광에 평행/수직/사선인 방향으로 이동시킴으로써 대물렌즈의 시야 범위 안에서 순차적으로 라인 단위의 간섭광 검출이 가능하다. 이에 의하면, 샘플 자체 혹은 측정 장치 자체를 이동시키지 않고서도 라인 단위로 스캐닝이 이루어질 수 있어 측정 장치의 내진동 특성이 향상되고 정밀 제어 요건이 완화되어 효과적인 3차원 형상 및 두께의 측정이 가능한 특징을 가진다. In addition, the field of view of the objective lens is moved by moving the optical elements (in this embodiment, the second
또한, 본 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 검출부 전단에 배율 조정부(242)가 이동 타입으로 배치되어 있어 다양한 배율로 자유롭게 조정이 가능하여 샘플에 대하여 간섭광에 대하여 여러 해상도로 가변하면서 측정하는 것도 가능하다.In addition, in the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the present embodiment, the
본 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 광원(210), 제3 광분할기(316), 제1 광분할기(218), 제1 편광기(310), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 편광기(320), 제2 대물렌즈(224), 간섭광 경로 변경부(330), 검출부(240)를 기본 골격으로 한다. In the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the present embodiment, the
도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치와 비교할 때, 제2 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 제1 편광기(310), 제2 편광기(320), 편광 광분할기(332)가 더 포함된 구성을 가지며, 나머지 구성요소들은 도 3에 도시된 서로 대응되는 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 바, 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다. Compared with the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectroscope according to the first embodiment shown in FIG. 3, the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the second embodiment includes a
광원(210)에서 조사된 백색광은 광섬유(212)를 거쳐 시준부(214)로 전달되고, 시준부(214)에서 시준되어 평행광으로서 제3 광분할기(316)에 입사되고, 소정 방향으로 반사되어 제1 광분할기(218)를 향하게 된다. 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214) 및 제3 광분할기(316)에 이르는 광경로는 도 3에 도시된 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214) 및 미러(216)에 이르는 광경로와 유사하며 단순한 구조적 설계 변경에 해당하는 부분으로서, 설계자의 선택에 따라 취사 선택될 수 있는 부분이다. The white light irradiated from the
제1 광분할기(218)에 입사된 백색광의 일부는 소정 방향으로 반사되고 나머지는 그대로 투과된다. 도면에서는 반사된 광이 기준미러(222)에 조사되는 기준광으로서 기능하고, 투과된 광이 샘플(226)에 조사되는 측정광으로서 기능하는 것으로 도시되어 있으며, 이하에서는 이를 가정하여 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 투과광이 기준광으로서 기능하고 반사광이 측정광으로서 기능할 수도 있음은 당연하다. A part of the white light incident on the
기준광의 광경로 상에는 편광방향이 0도인 제1 편광기(310) 및 제1 대물렌즈(220)가 배치되어 있어 일 방향의 편광성분(이하, 제1 편광성분이라 함)만을 가지는 기준광이 집광되어 기준미러(222)의 표면(기준면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역(기준영역)에 조사되도록 한다. 여기서, 제1 편광기(310)를 통과한 기준광은 P 편광성분 혹은 S 편광성분 중 하나의 편광성분만을 가질 수 있으며, 도면에서는 P 편광성분을 가지는 것으로 예시되어 있다. On the optical path of the reference light, a
또한, 측정광의 광경로 상에는 편광반향이 45도인 제2 편광기(320) 및 제2 대물렌즈(224)가 배치되어 있어 P 편광성분뿐만 아니라 S 편광성분도 가지는 측정광이 집광되어 샘플(226)의 표면(측정면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역(측정영역)에 조사되도록 한다. Also, on the optical path of the measurement light, the
여기서, 기준영역은 제1 대물렌즈(220)의 시야에 상응하고, 측정영역은 제2 대물렌즈(224)의 시야에 상응하는 영역으로서, 검출부(240)에 의해 분해 검출 가능한 최소 단위에 해당하는 라인이 둘 이상 포함되어 있을 수 있다. Here, the reference region corresponds to the field of view of the first
샘플(226)에서 반사된 측정광(측정면의 반사광)은 다시 제1 광분할기(218)에 입사되어 그대로 투과되며, 기준미러(222)에서 반사된 기준광(기준면의 반사광) 역시 다시 제1 광분할기(218)에 입사되어 측정광이 투과되는 방향으로 반사된다. 즉, 제1 광분할기(218)는 광원(210)으로부터의 백색광을 기준광과 측정광으로 분리시키고, 분리되었던 기준광과 측정광이 반사되어 되돌아오면 동일 방향으로 진행되도록 함으로써 기준면의 반사광과 측정면의 반사광을 간섭시켜 간섭광으로 만든다. The measurement light reflected from the sample 226 (reflected light on the measurement surface) is incident on the
간섭광은 제3 광분할기(316)를 투과하여 간섭광 경로 변경부(330)로 입사되고 편광성분에 따라 공간적 및 시간적으로 구분되어 소정 방향으로 경로 변경되어 검출부(240)를 향하게 된다. 도면에서는 간섭광 경로 변경부(330)에는 편광 광분할기(332) 및 제2 광분할기(334)가 포함되는 것으로 예시되어 있으나, 실시예에 따라 제2 광분할기(334)는 미러 혹은 기타 경로 변경 소자(예를 들면, 프리즘 등)로 대체될 수 있다. The interfering light passes through the third
간섭광은 P 편광성분과 S 편광성분을 모두 가지고 있으며, P 편광성분에는 기준면과 측정면의 차이에 대한 정보(표면 형상 정보)가 실려 있고, S 편광성분에는 측정면에 대한 정보(두께 정보)가 실려 있다. The interfering light has both a P polarization component and an S polarization component, and the P polarization component contains information on the difference between the reference plane and the measurement surface (surface shape information), and the S polarization component contains information on the measurement surface (thickness information). Is listed.
따라서, 편광 광분할기(332)는 일 방향의 편광성분(도면에서는 S 편광성분)은 소정 방향으로 반사시키고 나머지 편광성분(도면에서는 P 편광성분)은 그대로 투과시키며, 제2 광분할기(334)는 편광 광분할기(332)를 투과한 나머지 편광성분의 간섭광을 소정 방향으로 반사시키게 된다. 제2 광분할기(334)는 필요에 따라 나머지 편광성분의 간섭광 중 일부를 그대로 투과시켜 후단의 리뷰 카메라(234)에 입사되도록 할 수도 있다. Accordingly, the
검출부(240)의 전단에는 슬릿(250)이 배치되어 있어 편광 광분할기(332)에서 반사된 일 방향의 편광성분의 간섭광 중 일부 구간(예를 들면, 하나의 라인) 혹은 제2 광분할기(334)에서 반사된 타 방향의 편광성분의 간섭광 중 일부 구간만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 전달될 수 있다. A
예를 들어, 간섭광 경로 변경부(330)가 P1 위치에 있는 경우 편광 광분할기(332)에서 반사된 간섭광의 S 편광성분 중 제1 구간(SS1)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되며(도 7의 (a) 참조), P2 위치에 있는 경우 간섭광의 S 편광성분 중 제2 구간(SS2)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되고(도 7의 (b) 참조), P3 위치에 있는 경우 간섭광의 S 편광성분 중 제3 구간(SS3)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사된다(도 7의 (c) 참조). For example, when the interference light
그리고 간섭광 경로 변경부(330)가 P4 위치에 있는 경우 제2 광분할기(334)에서 반사된 간섭광의 P 편광성분 중 제1 구간(SP1)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되며(도 7의 (d) 참조), P5 위치에 있는 경우 간섭광의 P 편광성분 중 제2 구간(SP2)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사되고(도 7의 (e) 참조), P6 위치에 있는 경우 간섭광의 P 편광성분 중 제3 구간(SP3)만이 슬릿(250)을 통과하여 검출부(240)로 입사된다(도 7의 (f) 참조).When the interference light
임의의 측정영역에 대해서 순차적으로 간섭광의 S 편광성분 및 P 편광성분에 대하여 구간 단위(영역에서는 라인 단위에 대응됨)로 스캐닝을 수행함으로써 두께 정보 및 표면 형상 정보를 동시에 획득하게 된다. By sequentially scanning the S-polarized component and the P-polarized component of the interference light with respect to an arbitrary measurement area in section units (corresponding to line units in the region), thickness information and surface shape information are simultaneously acquired.
도면에서는 하나의 검출부(240)가 예시되어 있어 편광 광분할기(332) 및 제2 광분할기(334)가 전체적으로 이동되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 편광 광분할기(332) 및 제2 광분할기(334)의 간격에 상응하는 간격으로 2개의 검출부가 설치되어 있어 검출부에서 간섭광 중 일 방향의 편광성분 및 타 방향의 편광성분에 대하여 각각 개별적으로 분광 및 영상 획득이 이루어지도록 할 수도 있을 것이다. 이 경우 검출 속도는 2배 향상되고, 편광 광분할기(332) 및 제2 광분할기(334)의 이동 변위는 1/2로 줄어들 수 있을 것이다. Although one
또한, 도면에서는 편광 광분할기(332)와 제2 광분할기(334)가 하나의 광학요소 이송부(232)에 의해 일체로 이동하는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 별도의 광학요소 이송부에 의해 개별적으로 이동할 수도 있을 것이다. In addition, although the
다시 도 6을 참조하면, 검출부(240)는 입사된 간섭광의 각 편광성분 중 일부 구간을 분광시키고 이를 영상으로 촬영하여 데이터 처리부에 전송한다. Referring back to FIG. 6, the
데이터 처리부에서는 획득된 라인 단위의 분광 영상에 대하여 소정의 영상 해석을 통해 샘플(226)의 두께 및 표면 형상에 대한 라인 단위의 데이터를 생성할 수 있다. 두께 데이터 및 표면 형상 데이터의 생성을 위한 영상 해석은 통상의 영상 해석 기법이 이용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. The data processor may generate line-specific data on the thickness and surface shape of the
데이터 처리부는 광학요소 이송부(232)의 출력과 실시간 동기화화여 현재 처리중인 데이터에 해당하는 라인을 결정함으로써 정밀도를 높일 수 있다. 즉, 광학요소 이송부(232)의 출력에 따라 현재 처리중인 데이터가 몇번째 라인에 대한 정보인지를 구별하고, 데이터 정합을 통해 복수의 라인에 대한 샘플의 면 정보(두께 데이터 및 표면 형상 데이터)를 획득할 수 있게 된다. 여기서, 광학요소 이송부(232)의 출력은 간섭광 경로 변경부의 이동 변위에 대응되는 광학요소 이송부(232)의 변위를 측정하기 위한 광학 인코더에서 생성 출력되는 선형 변위값에 상응하는 정보일 수 있다. The data processor may increase the precision by determining the line corresponding to the data currently being processed by real-time synchronization with the output of the optical
실시예에 따라, 도 6에 도시된 분광기를 사용한 측정 장치는 검출부(240) 전단에 배율을 변경하기 위한 배율 조정부(242)가 배치될 수 있다. 배율 조정부(242)에 대해서는 앞서 도 5를 참조하여 설명하였는 바 그 설명을 생략하기로 한다. According to an exemplary embodiment, in the measuring apparatus using the spectrometer shown in FIG. 6, a
본 실시예에 따르면, 간섭광 경로 변경부를 광학요소 이송부를 이용하여 일정 단위 만큼씩 이동시킴으로써, 샘플이나 측정 장치 자체를 움직이지 않고서도 라인 단위의 스캐닝이 이루어지도록 하여 샘플의 두께 및 표면 형상에 관한 정보를 동시에 획득할 수 있으면서도 내진동 특성이 우수한 장점이 있다.According to this embodiment, by moving the interference light path changing unit by a predetermined unit by using the optical element transfer unit, so that the scanning in the line unit can be performed without moving the sample or the measuring device itself to the thickness and surface shape of the sample While the information can be obtained at the same time, the vibration resistance is excellent.
본 실시예에서 광원(210), 시준부(214), 제1 광분할기(218), 제1 편광기(310), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 편광기(320), 제2 대물렌즈(224), 샘플(226), 편광 광분할기(332), 제2 광분할기(334), 검출부(240)는 광학적으로 연결되어 있다.
In the present embodiment, the
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional surface measurement apparatus using a spectroscope according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 광원 상태를 모니터링하여 광원의 출력을 안정화하고, 분산 백색광 간섭법을 이용하여 고속으로 샘플의 표면 형상을 입체적으로 측정하는 경우에 광원 상태의 모니터링 결과를 이용하여 측정 데이터를 보정할 수 있고, 기준광을 선택적으로 온/오프할 수 있어 샘플의 두께만을 측정하거나 두께 및 표면 형상을 동시에 측정하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다. The three-dimensional surface measuring apparatus using the spectroscope according to the third embodiment of the present invention is to stabilize the output of the light source by monitoring the state of the light source, and in the case of measuring the surface shape of the sample in three dimensions at high speed using a distributed white light interference method. The measurement data may be corrected using the monitoring result of the light source state, and the reference light may be selectively turned on / off, so that only the thickness of the sample may be measured or the thickness and the surface shape may be simultaneously measured.
본 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 광원(210), 제1 광분할기(218), 제1 대물렌즈(220), 기준미러(222), 제2 대물렌즈(224), 검출부(240), 기준광 경로 변경부(410), 모니터링부(420), 제어부(430)를 기본 골격으로 한다. 실시예에 따라 간섭광 경로 변경부(230), 광학요소 이송부(232), 배율 조정부(242), 리뷰 카메라(234) 중 하나 이상이 더 포함될 수 있다. In the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the present embodiment, the
도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치는 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치에 비해 기준광 경로 변경부(410), 모니터링부(420) 및 제어부(430)가 더 포함되어 있는 구조를 가지며, 나머지 구성요소들은 도 3에 도시된 서로 대응되는 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 바, 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 8, the three-dimensional surface measuring apparatus using the spectrometer according to the third embodiment includes a reference light
광원(210)에서 조사된 백색광은 광섬유(212)를 거쳐 시준부(214)로 전달되고, 시준부(214)에서 시준되어 평행광으로서 제1 광분할기(218)에 입사된다. 제1 광분할기(218)로 입사되기 이전에 장치의 소형화 등을 위한 경로 변경이 필요한 경우 미러(216) 등을 이용하여 광경로 변경이 이루어질 수도 있다. 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214) 및 미러(216)에 이르는 광경로 대신에 도 6에 도시된 광원(210), 광섬유(212), 시준부(214) 및 제3 광분할기(316)에 이르는 광경로가 이용될 수도 있으며, 이는 단순한 구조적 설계 변경에 해당하는 부분으로서, 설계자의 선택에 따라 취사 선택될 수 있는 부분이다. The white light irradiated from the
기준광 경로 변경부(410)는 후단의 검출부(240)에서의 검출 과정에서 간섭광의 광량이 줄어들지 않도록 제1 광분할기(218)와 제1 대물렌즈(220) 사이에 배치시켜 사용할 수 있다. The reference light
기준광의 광경로 상에 기준광 경로 변경부(410)가 선택적으로 배치될 수 있다. 즉, 기준광 경로 변경부(410)가 선형 혹은 회전 방식으로 이동 가능하여, 사용자 입력 혹은 미리 정해진 주기에 따라 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거될 수 있다. The reference light
기준광 경로 변경부(410)가 기준광의 광경로 상에 배치된 경우에는 간섭광이 측정면의 반사광만으로 이루어지게 되어 샘플의 두께에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 기준광 경로 변경부(410)가 기준광의 광경로 상에서 제거된 경우에는 간섭광이 기준광 및 측정광으로 이루어지게 되어 샘플의 표면 형상에 대한 정보를 획득할 수 있게 된다. 즉, 기준광 경로 변경부(410)의 배치에 따라 기준광이 선택적으로 온/오프되어 샘플의 두께 및 표면 형상에 대한 정보를 선택적으로 측정할 수 있는 장점이 있다. When the reference light
기준광 경로 변경부(410)가 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우, 기준광 경로 변경부(410)는 기준광이 기준미러(222)가 아닌 모니터링부(420)로 입사되도록 기준광의 광경로를 변경할 수 있다. 이러한 기준광 경로 변경부(410)는 예를 들어 미러, 프리즘, AOM(Acoustic Optic Modulator) 중 하나일 수 있다. When the reference light
모니터링부(420)는 기준광 경로 변경부(410)에 의해 경로 변경된 기준광을 센싱하여 기준광 변화에 대하여 모니터링한다. 기준광 변화는 광원의 상태 변화에 기인한다. The
광원으로 대역폭이 넓은 파장을 얻기 위해 할로겐 램프 등이 이용되는데, 수명이 짧고 광량 변동이 있는 단점이 있으며, 스펙트럼의 변화도 있을 수 있다. 이를 보완하기 위해 모니터링부(420)에서 기준광 상태를 모니터링하고, 이를 제어부(430)로 전달하여 측정 결과에 반영되거나 광원 제어용으로 피드백(feedback)되도록 한다.Halogen lamps and the like are used to obtain a wide bandwidth wavelength as a light source, but there are shortcomings of short lifespan and fluctuation in quantity of light, and there may be a change in spectrum. To compensate for this, the
제어부(430)는 모니터링부(420)에서 출력되는 모니터링 결과에 기초하여, 광원(210)의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 혹은 데이터 처리부에서의 영상 해석 시 간섭광의 분광 영상에 대한 스펙트럼 보정을 수행하기 위한 보정 명령을 생성하여 출력한다. The
모니터링 결과에 따라 광원의 출력이 불안정한 것으로 판단되는 경우 광원 제어 명령을 통해 광원(210)의 출력을 안정화시킬 수 있다. 또한, 시간 경과에 따른 광원 상태 변화 중 스펙트럼 변화를 모니터링 결과로부터 추출하고, 이를 데이터 처리부에 보정 명령과 함께 제공하여 분광 영상의 해석 시 모니터링된 스펙트럼 변화가 측정 결과 생성에 반영되도록 할 수도 있다. When it is determined that the output of the light source is unstable according to the monitoring result, the output of the
기준광 경로 변경부(410), 모니터링부(420) 및 제어부(430)는 제1 실시예 이외에도 도 6에 도시된 제2 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다. The reference light
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
210: 광원 212: 광섬유
214: 시준부 216: 미러
218: 제1 광분할기 220: 제1 대물렌즈
222: 기준미러 224: 제2 대물렌즈
226: 샘플 228: 오토 포커싱부
230: 간섭광 경로 변경부 232: 광학요소 이송부
234: 리뷰 카메라 236: 분광기
238: 카메라 240: 검출부
250: 슬릿 262: 수광부
264: 발광부 316: 제3 광분할기
310: 제1 편광기 320: 제2 편광기
330: 간섭광 경로 변경부 332: 편광 광분할기
334: 제2 광분할기 410: 기준광 경로 변경부
420: 모니터링부 430: 제어부
242: 배율 조정부210: light source 212: optical fiber
214: collimator 216: mirror
218: first optical splitter 220: first objective lens
222: reference mirror 224: second objective lens
226
230: interference light path changing unit 232: optical element transfer unit
234: review camera 236: spectrometer
238: camera 240: detection unit
250: slit 262: light receiver
264: light emitting unit 316: third light splitter
310: first polarizer 320: second polarizer
330: interference light path changing unit 332: polarized light splitter
334: second light splitter 410: reference light path changing unit
420: monitoring unit 430: control unit
242: scaling unit
Claims (33)
광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 경로를 변경하는 간섭광 경로 변경부;
상기 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 광학요소 이송부; 및
선형 이동하는 상기 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 상기 간섭광의 구간들이 순차적으로 입사되고, 상기 간섭광의 각 구간에 대한 분광 영상을 획득하는 검출부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
As a three-dimensional surface measuring device,
A first light splitter which separates the white light from the light source into a reference light and a measurement light so as to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and interferes with the light reflected from the reference mirror and the sample to generate interference light;
An interference light path changing unit for changing a path of interference light emitted from the first optical splitter;
An optical element transfer unit for linearly moving the interference light path changing unit; And
And a detector configured to sequentially input sections of the interference light, which are changed by the linearly shifting interference light path changing unit, and obtain a spectroscopic image for each section of the interference light.
상기 간섭광의 각 구간은 상기 샘플과 상기 제1 광분할기 사이에 개재되는 대물렌즈의 시야(FOV)에 상응하는 측정영역 내에 포함되는 라인(line)에 대응되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
Each section of the interference light corresponds to a line included in a measurement area corresponding to a field of view (FOV) of an objective lens interposed between the sample and the first light splitter.
상기 검출부에서 획득한 분광 영상을 해석하고, 상기 광학요소 이송부의 출력에 실시간으로 동기화하여 해석된 결과에 상응하는 라인 넘버를 결정하여 순차적으로 정합함으로써 상기 샘플의 면 정보를 획득하는 데이터 처리부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 2,
And a data processor for analyzing the spectroscopic image acquired by the detector and determining the line number corresponding to the analyzed result in real time by synchronizing with the output of the optical element transfer unit and sequentially matching the obtained surface information. 3D surface measuring apparatus.
상기 간섭광 경로 변경부는 광분할기 또는 미러인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
The interference light path changing unit is a three-dimensional surface measuring apparatus, characterized in that the light splitter or mirror.
상기 광학요소 이송부는 상기 간섭광 경로 변경부에 입사되는 간섭광의 입사 광경로에 평행하거나 수직이거나 사선인 방향으로 상기 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
And the optical element transfer part linearly moves the interference light path changing part in a direction parallel to, perpendicular to, or oblique to the incident light path of the interference light incident on the interference light path changing part.
상기 검출부의 전단에는 상기 간섭광의 한 구간만이 통과 가능한 슬릿이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
3D surface measuring apparatus, characterized in that the front end of the detection unit is arranged with a slit that can pass only one section of the interference light.
상기 검출부의 전단에 배치되며, 임의의 배율에 비례하게 수광되는 광의 빔 폭을 감소시켜 출광하는 배율 조정부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
3. The apparatus of claim 3, further comprising a magnification adjusting unit disposed at a front end of the detection unit and reducing the beam width of light received in proportion to an arbitrary magnification.
상기 배율 조정부의 수광부 및 발광부는 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 7, wherein
And a light receiving unit and a light emitting unit of the magnification adjusting unit.
상기 배율 조정부는 선택적으로 상기 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 간섭광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 7, wherein
And the magnification adjusting unit is a movement type that is selectively disposed on or removed from the optical path of the interference light changed by the interference light path changing unit.
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되어 상기 기준광의 광경로를 변경시키는 기준광 경로 변경부와;
상기 기준광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 기준광을 수광하여 상기 기준광의 상태 변화에 대한 실시간 모니터링 결과를 생성하는 모니터링부와;
상기 모니터링 결과에 따라 상기 광원의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 및 상기 분광 영상의 해석 과정에서 스펙트럼을 보정하는 보정 명령 중 하나 이상을 생성하여 출력하는 제어부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 1,
A reference light path changing unit interposed between the first light splitter and the reference mirror to change an optical path of the reference light;
A monitoring unit which receives the reference light changed by the reference light path changing unit and generates a real-time monitoring result of the state change of the reference light;
And a controller configured to generate and output one or more of a light source control command for controlling the output of the light source and a correction command for correcting the spectrum during the analysis of the spectroscopic image according to the monitoring result.
상기 기준광 경로 변경부는 선택적으로 상기 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 10,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the movement type is selectively disposed or removed on the optical path of the reference light.
상기 기준광 경로 변경부가 상기 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우,
상기 분광 영상으로부터 상기 샘플의 두께에 대한 정보 획득이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
12. The method of claim 11,
When the reference light path changing unit is disposed on the optical path of the reference light,
3D surface measurement apparatus, characterized in that for obtaining information about the thickness of the sample from the spectroscopic image.
상기 기준광 경로 변경부는 미러, 프리즘 혹은 AOM(Acoustic Optic Modulator)인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 10,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the mirror, prism or AOM (Acoustic Optic Modulator).
광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되며, 상기 기준광이 제1 편광성분만을 가지도록 편광시키는 제1 편광기;
상기 제1 광분할기와 상기 샘플 사이에 개재되며, 상기 측정광이 제1 편광성분과 제2 편광성분을 모두 가지도록 편광시키는 제2 편광기;
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 경로를 변경하는 간섭광 경로 변경부;
상기 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 광학요소 이송부; 및
선형 이동하는 상기 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 상기 간섭광의 구간들이 순차적으로 입사되고, 상기 간섭광의 각 구간에 대한 분광 영상을 획득하는 검출부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
As a three-dimensional surface measuring device,
A first light splitter which separates the white light from the light source into a reference light and a measurement light so as to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and interferes with the light reflected from the reference mirror and the sample to generate interference light;
A first polarizer interposed between the first light splitter and the reference mirror and polarizing the reference light so as to have only a first polarization component;
A second polarizer interposed between the first light splitter and the sample and polarizing the measurement light to have both a first polarization component and a second polarization component;
An interference light path changing unit for changing a path of interference light emitted from the first optical splitter;
An optical element transfer unit for linearly moving the interference light path changing unit; And
And a detector configured to sequentially input sections of the interference light, which are changed by the linearly shifting interference light path changing unit, and obtain a spectroscopic image for each section of the interference light.
상기 간섭광 경로 변경부는 상기 간섭광의 제1 편광성분과 제2 편광성분을 공간적 및 시간적으로 구분되도록 출사시키는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
The interference light path changing unit emits a first polarization component and a second polarization component of the interference light so as to be spatially and temporally separated.
상기 간섭광 경로 변경부는,
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광의 제1 편광성분 및 제2 편광성분 중 어느 하나의 편광성분은 소정 방향으로 반사시키고 나머지 편광성분은 투과시키는 편광 광분할기와;
상기 편광 광분할기에서 투과된 나머지 편광성분을 소정 방향으로 반사시키는 광경로 변경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
The interference light path changing unit,
A polarization light splitter configured to reflect one polarization component of the first polarization component and the second polarization component of the interference light emitted from the first optical splitter in a predetermined direction and transmit the remaining polarization components;
And a light path changing unit for reflecting the remaining polarization components transmitted by the polarized light splitter in a predetermined direction.
상기 3차원 표면 측정 장치는 상기 간섭광의 제1 편광성분으로부터 상기 샘플의 표면 형상에 대한 정보를 획득함과 함께 상기 간섭광의 제2 편광성분으로부터 상기 샘플의 두께에 대한 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
The three-dimensional surface measuring apparatus may obtain information on the surface shape of the sample from the first polarization component of the interference light and obtain information on the thickness of the sample from the second polarization component of the interference light. 3D surface measuring device.
상기 간섭광의 각 구간은 상기 샘플과 상기 제1 광분할기 사이에 개재되는 대물렌즈의 시야(FOV)에 상응하는 측정영역 내에 포함되는 라인(line)에 대응되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
Each section of the interference light corresponds to a line included in a measurement area corresponding to a field of view (FOV) of an objective lens interposed between the sample and the first light splitter.
상기 검출부에서 획득한 분광 영상을 해석하고, 상기 광학요소 이송부의 출력에 실시간으로 동기화하여 해석된 결과에 상응하는 라인 넘버를 결정하여 순차적으로 정합함으로써 상기 샘플의 면 정보를 획득하는 데이터 처리부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
19. The method of claim 18,
And a data processor for analyzing the spectroscopic image acquired by the detector and determining the line number corresponding to the analyzed result in real time by synchronizing with the output of the optical element transfer unit and sequentially matching the obtained surface information. 3D surface measuring apparatus.
상기 간섭광 경로 변경부는 광분할기 또는 미러인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
The interference light path changing unit is a three-dimensional surface measuring apparatus, characterized in that the light splitter or mirror.
상기 광학요소 이송부는 상기 간섭광 경로 변경부에 입사되는 간섭광의 입사 광경로에 평행하거나 수직이거나 사선인 방향으로 상기 간섭광 경로 변경부를 선형 이동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
And the optical element transfer part linearly moves the interference light path changing part in a direction parallel to, perpendicular to, or oblique to the incident light path of the interference light incident on the interference light path changing part.
상기 검출부의 전단에는 상기 간섭광의 한 구간만이 통과 가능한 슬릿이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
3D surface measuring apparatus, characterized in that the front end of the detection unit is arranged with a slit that can pass only one section of the interference light.
상기 검출부의 전단에 배치되며, 임의의 배율에 비례하게 수광되는 광의 빔 폭을 감소시켜 출광하는 배율 조정부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
3. The apparatus of claim 3, further comprising a magnification adjusting unit disposed at a front end of the detection unit and reducing the beam width of light received in proportion to an arbitrary magnification.
상기 배율 조정부의 수광부 및 발광부는 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
24. The method of claim 23,
And a light receiving unit and a light emitting unit of the magnification adjusting unit.
상기 배율 조정부는 선택적으로 상기 간섭광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 간섭광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
24. The method of claim 23,
And the magnification adjusting unit is a movement type that is selectively disposed on or removed from the optical path of the interference light changed by the interference light path changing unit.
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되어 상기 기준광의 광경로를 변경시키는 기준광 경로 변경부와;
상기 기준광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 기준광을 수광하여 상기 기준광의 상태 변화에 대한 실시간 모니터링 결과를 생성하는 모니터링부와;
상기 모니터링 결과에 따라 상기 광원의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 및 상기 분광 영상의 해석 과정에서 스펙트럼을 보정하는 보정 명령 중 하나 이상을 생성하여 출력하는 제어부를 더 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
A reference light path changing unit interposed between the first light splitter and the reference mirror to change an optical path of the reference light;
A monitoring unit which receives the reference light changed by the reference light path changing unit and generates a real-time monitoring result of the state change of the reference light;
And a controller configured to generate and output one or more of a light source control command for controlling the output of the light source and a correction command for correcting the spectrum during the analysis of the spectroscopic image according to the monitoring result.
상기 기준광 경로 변경부는 선택적으로 상기 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
The method of claim 26,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the movement type is selectively disposed or removed on the optical path of the reference light.
상기 기준광 경로 변경부가 상기 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우,
상기 분광 영상으로부터 상기 샘플의 두께에 대한 정보 획득이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
28. The method of claim 27,
When the reference light path changing unit is disposed on the optical path of the reference light,
3D surface measurement apparatus, characterized in that for obtaining information about the thickness of the sample from the spectroscopic image.
상기 기준광 경로 변경부는 미러, 프리즘 혹은 AOM인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
28. The method of claim 27,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the mirror, prism or AOM.
광원으로부터의 백색광을 기준광 및 측정광으로 분리하여 기준미러 및 샘플에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 샘플로부터 반사된 광을 서로 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 간섭광의 분광 영상을 획득하는 검출부;
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되어 상기 기준광의 광경로를 변경시키는 기준광 경로 변경부;
상기 기준광 경로 변경부에 의해 경로 변경된 기준광을 수광하여 상기 기준광의 상태 변화에 대한 실시간 모니터링 결과를 생성하는 모니터링부; 및
상기 모니터링 결과에 따라 상기 광원의 출력을 제어하는 광원 제어 명령 및 상기 분광 영상의 해석 과정에서 스펙트럼을 보정하는 보정 명령 중 하나 이상을 생성하여 출력하는 제어부를 포함하는 3차원 표면 측정 장치.
As a three-dimensional surface measuring device,
A first light splitter which separates the white light from the light source into a reference light and a measurement light so as to be irradiated to the reference mirror and the sample, respectively, and interferes with the light reflected from the reference mirror and the sample to generate interference light;
A detector for obtaining a spectroscopic image of the interference light;
A reference light path changing unit interposed between the first light splitter and the reference mirror to change an optical path of the reference light;
A monitoring unit which receives the reference light changed by the reference light path changing unit and generates a real-time monitoring result of the state change of the reference light; And
And a controller configured to generate and output one or more of a light source control command for controlling the output of the light source and a correction command for correcting the spectrum in the process of interpreting the spectroscopic image according to the monitoring result.
상기 기준광 경로 변경부는 선택적으로 상기 기준광의 광경로 상에 배치되거나 제거되는 이동 타입인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
31. The method of claim 30,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the movement type is selectively disposed or removed on the optical path of the reference light.
상기 기준광 경로 변경부가 상기 기준광의 광경로 상에 배치되는 경우,
상기 분광 영상으로부터 상기 샘플의 두께에 대한 정보 획득이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치.
32. The method of claim 31,
When the reference light path changing unit is disposed on the optical path of the reference light,
3D surface measurement apparatus, characterized in that for obtaining information about the thickness of the sample from the spectroscopic image.
상기 기준광 경로 변경부는 미러, 프리즘 혹은 AOM인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 측정 장치. 31. The method of claim 30,
The reference light path changing unit is a three-dimensional surface measurement apparatus, characterized in that the mirror, prism or AOM.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020120005473A KR20130084718A (en) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Three dimensional surface measuring device and method using spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120005473A KR20130084718A (en) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Three dimensional surface measuring device and method using spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130084718A true KR20130084718A (en) | 2013-07-26 |
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|---|---|---|---|
| KR1020120005473A KR20130084718A (en) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | Three dimensional surface measuring device and method using spectrometer |
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