KR20140104667A - A three dimensional shape measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a three dimensional shape measuring device and, more specifically, to a three dimensional shape measuring device capable of measuring the accurate shape even when the inclination of the surface of a sample (08) is higher than the numerical aperture (NA) of an optical system without mutual influence, even when light is not well reflected due to the very high roughness of the surface, and even when the light is not well reflected due to the characteristics of a material in spite of the smooth surface by coupling a white scanning interferometer (WSI) for acquiring light interference data on the sample (08) and an extended depth of focus (EDF) for acquiring noninterference light data on the sample (08) with multiple light splitters (02, 04, 09) and linear polarizers (01, 05, 07, 10, 14). The present invention can accurately measure the shape even when the inclination of the surface of the sample is higher than the NA of the optical system, even when the light is not well reflected due to the very high roughness of the surface, and even when the light is not well reflected due to the characteristics of the material in spite of the smooth surface since the present invention enables large area measurement, satisfies the faster inspection time than a confocal device, and has the higher spatial resolution than a Moire or laser-based inspection solution.

Description

3차원 형상 측정장치{A THREE DIMENSIONAL SHAPE MEASURING APPARATUS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a three-

본 발명은 3차원 형상 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샘플 표면의 기울기가 광학계의 NA(Numerical Aperture) 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우, 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우에도 3차원 형상 측정을 정확하고 빠르게 검사할 수 있어 모아레나 레이저 기반의 검사 솔루션보다 높은 공간 분해능을 갖도록 한 3차원 형상 측정장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus, and more particularly, to a three-dimensional shape measuring apparatus, in which, when a slope of a sample surface is larger than a numerical aperture (NA) of an optical system, Dimensional shape measurement apparatus capable of accurately and rapidly inspecting a three-dimensional shape measurement even when reflection is not performed due to the nature of materials, thereby achieving a spatial resolution higher than that of a moiré laser-based inspection solution.

현재 반도체, 디스플레이, 스마트 폰, LED 등 여러 산업 분야에 걸쳐 경제적, 기술적인 관점에서 고도의 집적화 및 미세화가 진행 중이다.Currently, integration and miniaturization of semiconductor, display, smart phone, LED and other industrial fields are progressing from the economic and technical point of view.

이러한 집적화 및 미세화 공정을 이용하여 만들어지는 제품의 수율 개선은 생산 비용의 절감 측면에서 매우 중요하다.Improvement of the yield of products made by using such an integration and refinement process is very important in terms of reduction of production cost.

생산 수율 개선은 불량을 최소화 함으로써 이루어 지는데 이를 위해서는 공정이 제대로 진행되고 있는지에 대한 적절한 검사가 필수이다. 하지만 미세화에 따른 적합한 검사 기술은 아직 만족스럽지 못한 것이 현실이다.Improvement of production yield is achieved by minimizing defects, and it is essential to properly check whether the process is proceeding properly. However, it is a reality that the proper inspection technique according to the miniaturization is still unsatisfactory.

특히, 표면의 형상은 형성된 소자의 특성에 영향을 줄 수 있는 중요한 인자이다. 따라서, 형상 검사는 양품과 불량을 판단 할 수 있는 하나의 중요한 지표이다.In particular, the shape of the surface is an important factor that can affect the properties of the formed device. Therefore, the shape inspection is an important indicator for judging good products and defects.

예컨대, 웨이퍼 레벨 패키지분야의 솔더볼 형상 검사, PCB상에 형성된 비아(via) 홀 검사, LED 공정으로 사파이어 기판에 형성된 범프의 형상 검사 등 삼차원 검사에 대한 요구는 증가하는 추세이지만 분해능, 정밀도, 검사 속도, 샘플 표면 상태에 따른 검사 가능 여부 등 주요한 검사 스팩을 만족하는 검사 솔루션은 현재 부족한 실정이다.For example, demand for three-dimensional inspection such as solder ball shape inspection in a wafer level package field, via hole inspection on a PCB, and shape inspection of a bump formed on a sapphire substrate by an LED process is increasing, but the resolution, , And the ability to test according to the surface condition of the sample.

통용되고 있는 주요한 비 접촉 형상 검사 솔루션으로는 WSI(White Scanning Interferometer)(예. 등록특허 제0785802호), 공 초점 현미경(예. 등록특허 제0992029호), 모아레(예. 등록특허 제0663323호), 레이저 삼각법(예. 등록특허 제0406843호) 등을 들 수 있다.Commonly used non-contact shape inspection solutions include WSI (White Scanning Interferometer) (eg, No. 0785802), confocal microscope (eg, No. 0992029), moiré (eg, No. 0663323) , Laser triangulation (for example, patent No. 0406843), and the like.

이 중에서, WSI는 일반적으로 텅스텐 할로겐, LED를 광원으로 사용하며, 현미경 기반의 광학 구조를 가지고 있는데, 대 면적 측정을 위해 낮은 광학 배율로 구성되는 경우 낮은 수치 구경(Numerical Aperture, 이하 "NA"라고 함)로 인해 샘플 표면의 기울기가 크거나 표면이 거칠어 반사가 잘 일어나지 않는 경우 측정이 거의 불가능하다.Among them, WSI generally uses tungsten halogen and LED as a light source and has a microscope-based optical structure. When it is configured with a low optical magnification for large area measurement, a numerical aperture (hereinafter referred to as "NA" ), It is almost impossible to measure the sample if the surface of the sample is tilted or the surface is rough and the reflection does not occur well.

또한, 정밀도는 서브 나노미터에서 서브 마이크로 미터로 정도로 매우 높지만 기계적 스캔을 하면서 수백 장의 영상을 얻으므로 검사 시간이 다소 느리고 빛의 간섭 현상을 이용하므로 외부의 진동에 취약한 단점이 있다.In addition, the precision is as high as sub-nanometer to sub-micrometer, but since it takes hundreds of images while performing mechanical scanning, the inspection time is somewhat slow and it is vulnerable to external vibration because it uses light interference phenomenon.

그리고, 공 초점 현미경의 경우는 빛의 세기만을 측정하므로 진동에 비교적 강인하지만 역시 수평, 수직 방향으로 스캔을 해야 하므로 검사 시간이 상당히 느리며 정밀도는 서브 마이크로 미터 수준으로 비교적 높고, 광원으로는 레이저를 사용하지만 검출기 앞 단에 위치한 미세한 핀 홀로 인해 빛의 세기가 많이 감소된다.In contrast, the confocal microscope measures only the intensity of light, so it is relatively robust to vibration, but the scanning time is relatively slow because of the scanning in the horizontal and vertical directions. The precision is relatively high at the submicrometer level and the laser is used as the light source However, the intensity of the light is greatly reduced by the fine pinhole located at the front end of the detector.

때문에, 검출력 향상을 위해 포토 다이오드나 PMT(Photo Multiplier Tube)를 검출기로 사용하며, 원리적으로 공 초점(Co-focal)을 이용하므로 NA가 높은 대물렌즈들이 사용되고, 수평 방향으로 스캔을 할 수 있으므로 FOV(Field of View)에 대한 제약은 거의 없다.For this reason, a photodiode or a photomultiplier tube (PMT) is used as a detector for improving the detection power. In principle, since co-focal is used, objective lenses with high NA are used and scanning is possible in the horizontal direction There are few restrictions on the field of view (FOV).

아울러, 모아레 및 레이저 삼각법은 전술한 WSI나 공초점 현미경에 비해 측정 영역이 넓고 검사 시간이 빠르다는 장점이 있지만 공간 분해능이 낮아 범프나 미세 구조물을 검사하기엔 아직 기술적으로 부족한 면이 많다.In addition, Moiré and laser triangulation have advantages over WSI or confocal microscopy, which have a wide measurement range and fast inspection time, but there are many technical deficiencies to inspect bumps and microstructures due to low spatial resolution.

공간 분해능과 검사 시간은 상충적인 특성을 지니고 있으므로 높은 공간 분해능과 고속 검사를 위한 광학구조에서는 어느 정도의 타협점이 필요하다.Since spatial resolution and inspection time have conflicting characteristics, some compromise is needed in the optical structure for high spatial resolution and high speed inspection.

한편, EDF(Extended Depth of Focus)는 주요한 삼차원 측정 솔루션에 비해 상대적으로 덜 알려져 있으며 정밀도의 경우 서브 마이크로 미터 정도로 볼 수 있으며, WSI나 공 초점과 마찬가지로 수직 축으로 스캔을 수행한다. EDF에서는 획득한 획득한 2D 영상들로부터 각 픽셀마다 최적의 포커스 상태에 해당되는 영상의 위치를 찾게 되는데, 이 영상의 위치는 측정하고자 하는 물체의 상대적인 높이에 대응된다.On the other hand, the EDF (Extended Depth of Focus) is relatively less known than the main three-dimensional measurement solution, and can be seen in terms of sub-micrometer accuracy and performs scanning on the vertical axis as well as WSI or confocal. In the EDF, the position of the image corresponding to the optimum focus state is found for each pixel from the acquired 2D images, and the position of the image corresponds to the relative height of the object to be measured.

EDF는 비 간섭성 2D 영상을 사용하므로 진동에 상대적으로 강인하며 표면에 기울기가 심하고 거칠어 반사가 잘 되지 않는 경우에도 비 동축 외부 조명을 사용 할 수 있어 측정이 가능하다. 단, 시료 표면에 질감(texture)이 존재해야 포커스의 정도를 이용할 수 있다.
Since EDF uses non-coherent 2D images, non-coaxial external illumination can be used even when the surface is relatively strong, tilted and rough, and does not reflect well. However, the degree of focus can be used only if there is a texture on the surface of the sample.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 대면적 측정(10mm x 10mm 이상)이 가능하며 공 초점 보다는 빠른 검사 시간을 만족하면서도 모아레나 레이저 기반 검사 솔루션보다는 높은 공간 분해능을 갖는 WSI기반 광학 시스템으로서, 샘플 표면의 기울기가 광학계의 NA 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우 그리고 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우 원리적으로 측정이 되지 않는데 이를 극복하여 형상을 측정 할 수 있도록 한 3차원 형상 측정장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring a large area (10 mm x 10 mm or more) A WSI-based optical system having a high spatial resolution. When the slope of the sample surface is larger than the NA of the optical system, the surface roughness is too large and the reflection is not good. Dimensional shape measuring device that can not measure the shape of a target object but can overcome it and measure a shape.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 샘플(08)에 대한 광 간섭 데이터를 취득하는 WSI(White Scanning Interferometer), 샘플(08)에 대한 무간섭 광 데이터를 취득하는 EDF(Extended Depth of Focus)를 다수의 광분할기(02,04,09)와 선형편광기(01,05,07,10,14)로 결합하여 상호 영향없이 샘플(08) 표면의 기울기가 광학계의 NA(Numerical Aperture) 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우, 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우에도 정확한 형상을 측정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치를 제공한다.The present invention provides a WSI (White Scanning Interferometer) for acquiring optical interference data for the sample (08), an EDF (Extended Depth of Field) for acquiring interferenceless optical data for the sample (08) Focus) is combined with a plurality of optical splitters (02,04,09) and linear polarizers (01,05,07,10,14) so that the slope of the sample (08) surface is less than the numerical aperture (NA) Dimensional shape measuring apparatus is characterized in that when the surface roughness is too large and the reflection is not good, the surface is smooth but the accurate shape can be measured even when the reflection is not good due to the nature of the material. to provide.

이때, 상기 WSI는, 동축 조명계(Coaxial illumination)로부터 방사된 무편광 빛을 선형 편광시키는 제1선형편광기(01); 선형 편광된 빛을 일부 투과시키고, 일부 반사시는 제1광분할기(02); 상기 제1광분할기(02)를 투과한 빛을 모으는 대물렌즈(03); 상기 대물렌즈(03)를 투과한 빛을 반사, 투과시키는 제2광분할기(04); 상기 제2광분할기(04)를 투과한 빛을 선형평광시켜 샘플(08)로 조사시키는 제2선형편광기(07); 상기 제2광분할기(04)에서 반사된 빛을 선형편광시키는 제4선형편광기(05); 상기 제4선형편광기(05)를 통과한 빛을 반사시켜 상기 제2광분할기(04)를 투과한 빛과의 광로차를 발생시켜 광 간섭을 유도하는 기준거울(06); 상기 샘플(08)과 상기 기준거울(06)로부터 반사된 빛을 선형편광시켜 제1이미징렌즈(11)를 통해 제1검출기(12)로 안내하는 제3선형편광기(10);를 포함하여 구성되는 것에도 그 특징이 있다.At this time, the WSI includes a first linear polarizer 01 for linearly polarizing unpolarized light radiated from a coaxial illumination; A part of the linearly polarized light is transmitted, and a part of the light is reflected by the first light splitter (02); An objective lens 03 for collecting light transmitted through the first optical splitter 02; A second light splitter (04) for reflecting and transmitting the light transmitted through the objective lens (03); A second linear polarizer (07) for linearly polarizing the light transmitted through the second light splitter (04) and irradiating it with a sample (08); A fourth linear polarizer (05) for linearly polarizing the light reflected by the second light splitter (04); A reference mirror (06) for reflecting light passing through the fourth linear polarizer (05) to generate an optical path difference with light transmitted through the second optical splitter (04) to induce optical interference; And a third linear polarizer (10) for linearly polarizing the light reflected from the sample (08) and the reference mirror (06) and guiding the light to the first detector (12) through the first imaging lens (11) It is also characterized by being.

뿐만 아니라, 상기 제1,3선형편광기(01,10)는 45°방향의 빛만 투과시키는 편광기이고; 상기 제2선형편광기(07)는 90°방향의 빛만 투과시키는 편광기이며; 상기 제4선형편광기(05)는 0°방향의 빛만 투과시키는 편광기;인 것에도 그 특징이 있다.In addition, the first and third linear polarizers (01, 10) are polarizers which transmit only light in a 45 ° direction; The second linear polarizer 07 is a polarizer that transmits only light in the 90 占 direction; The fourth linear polarizer 05 is a polarizer that transmits only light in the 0 占 direction.

또한, 상기 EDF는, 상기 제3광분할기(09)에서 반사된 빛 중 샘플(08)로부터 반사된 빛만을 통과시키도록 선형편광시키는 제5선형편광기(14); 상기 제5선형편광기(14)를 통해 편광된 빛을 수직하게 반사시키는 거울(15); 상기 거울(15)을 통해 반사된 빛을 모아 제2검출기(17)를 통해 검출 가능하게 하는 제2이미징렌즈(16);를 포함하여 구성되는 것에도 그 특징이 있다.The EDF further includes a fifth linear polarizer (14) for linearly polarizing the light reflected from the sample (08) of the light reflected from the third optical splitter (09) so as to pass therethrough; A mirror 15 for vertically reflecting the polarized light through the fifth linear polarizer 14; And a second imaging lens 16 which collects the light reflected through the mirror 15 and makes it detectable through the second detector 17. [

아울러, 상기 제5선형편광기(14)는 0°방향의 빛만 투과시키는 편광기;인 것에도 그 특징이 있다.
The fifth linear polarizer 14 is also a polarizer that transmits only light in the 0 ° direction.

본 발명에 따르면, 대면적 측정이 가능하며 공 초점 보다는 빠른 검사 시간을 만족하면서도 모아레나 레이저 기반 검사 솔루션보다는 높은 공간 분해능을 가져 샘플 표면의 기울기가 광학계의 NA 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우, 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우에도 정확한 형상을 측정할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, it is possible to measure a large area and satisfy the inspection time faster than the confocal, but has a higher spatial resolution than the Moirena or laser-based inspection solution, and if the slope of the sample surface is larger than the NA of the optical system, When the reflection is not good, the surface is smooth, but it has an advantage that the accurate shape can be measured even when the reflection is not good due to the nature of the material.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상 측정장치의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Before describing the present invention, the following specific structural or functional descriptions are merely illustrative for the purpose of describing an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

설명에 앞서, 만일 표면 형상 검사용 WSI 광학 시스템의 광학 배율이 비교적 높고 NA가 샘플 표면의 기울기보다 높은 경우에는 형상 측정이 용이하다.Prior to explanation, shape measurement is easy if the optical magnification of the WSI optical system for surface shape inspection is relatively high and the NA is higher than the slope of the sample surface.

하지만, 보통 대면적을 측정하기 위해 구성되는 광학계의 경우 배율이 낮고 상대적인 NA가 낮아 기울기를 갖는 표면은 측정이 잘 되지 않는다.However, in the case of an optical system configured to measure a large area, a surface having a low magnification and a low relative NA is not well-measured.

이를 테면, 곡면 형태의 표면을 갖는 소위 라운드 범프(round bump)와 같은 경우이다.Such as a so-called round bump with a curved surface.

이 같은 문제는 원리적으로 측정이 잘 되지 않는 것이기 때문에 본 발명에서는 또 다른 형상 측정 방법인 EDF(Extended Depth of Focus)를 결합하여 이 문제를 해결하도록 구성된다.Since such a problem is not a good measure in principle, the present invention is configured to solve this problem by combining EDF (Extended Depth of Focus), which is another shape measuring method.

즉, EDF 역시 현미경 기반의 광학 구조를 가지고 있기 때문에 전술한 바와 같이 시스템의 NA에 영향을 받을 수 밖에 없다. 다만, EDF는 원리적으로 간섭 혹은 비 간섭성의 빛을 이용하여 형상을 측정하는 방식이기 때문에 WSI와는 다르게 외부 조명계를 사용할 수 있다.That is, the EDF also has a microscopic-based optical structure, and therefore, it is inevitably affected by NA of the system as described above. However, the EDF is principally a method of measuring the shape using interference or non-coherent light, so an external illumination system can be used differently from WSI.

이러한 개념을 전제로, 도 1을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.With this concept in mind, a preferred embodiment according to the present invention will be described with reference to Fig.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정장치는 WSI와 EDF가 결합된 형태로서, 다수의 광분할기와 편광기를 포함하며, WSI의 기본 광학계를 따른다.As shown in FIG. 1, a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention is a combination of a WSI and an EDF, including a plurality of optical splitters and a polarizer, and follows a basic optical system of WSI.

때문에, 이하 설명은 광의 경로를 따라 순차 설명하는 형태로 본 발명 3차원 형상 측정장치를 설명한다.Therefore, the following description explains the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention in a form of sequentially explaining along the light path.

즉, 동축 조명계(Coaxial illumination)로부터 출발한 빛은 제1선형편광기(01)를 통해 45°를 유지하여 무 편광 입사된 빛을 선형 편광시킨다.That is, the light originating from the coaxial illumination maintains 45 degrees through the first linear polarizer 01 to linearly polarize the non-polarized incident light.

그리고, 선형 편광된 빛은 제1광분할기(02)를 통해 반사되고 대물렌즈(03)를 통과하게 된다.Then, the linearly polarized light is reflected through the first optical splitter 02 and passes through the objective lens 03.

이후, 마이켈슨 광학계를 구성하고 있는 제2광분할기(04)에서 반사, 투과가 이루어져 하나의 빛은 두 개로 나누어진다.Thereafter, reflection and transmission are performed in the second optical splitter 04 constituting the Michelson optical system, and one light is divided into two.

이때, 설명의 편의상 투과된 빛을 제1광선이라 하고, 반사된 빛을 제2광선이라 칭하기로 한다.Here, for convenience of explanation, the transmitted light is referred to as a first light ray, and the reflected light is referred to as a second light ray.

그러면, 투과된 제1광선은 90°로 위치된 편광기(07)에 의해 진동 방향이 90°로 변하게 되고, 측정을 위한 샘플(08)로 입사된 후 재반사되어 제2선형편광기(07), 제2광분할기(04), 대물렌즈(03), 제1광분할기(02), 제3광분할기(09)를 순서대로 통과한 후 45°로 위치된 제3선형편광기(10)에 다다른다.Then, the transmitted first light beam is changed to 90 degrees by the polarizer 07 positioned at 90 degrees, incident on the sample 08 for measurement, and then re-reflected to the second linear polarizer 07, Passes through the second light splitter 04, the objective lens 03, the first light splitter 02 and the third light splitter 09 in order and reaches the third linear polarizer 10 positioned at 45 degrees.

또한, 상기 제2광분할기(04)에서 반사된 제2광선은 0°로 위치된 제4선형편광기(05)를 통과하면서 0°로 진동하게 되고, 기준거울(06)에서 반사되어 제4선형편광기(05), 제2광분할기(04), 대물렌즈(03), 제1광분할기(02), 제3광분할기(09)를 순서대로 지나면서 제3선형편광기(10)에 도착한다.The second light beam reflected by the second light splitter 04 is transmitted through the fourth linear polarizer 05 positioned at 0 占 and oscillates at 0 占 and is reflected by the reference mirror 06, Reaches the third linear polarizer 10 while sequentially passing through the polarizer 05, the second optical splitter 04, the objective lens 03, the first optical splitter 02 and the third optical splitter 09 in this order.

이 시점의 제1광선은 90°로 진동하며 제2광선은 0°로 진동한다.The first ray of light at this point oscillates at 90 [deg.] And the second ray oscillates at 0 [deg.].

그리고, 제3선형편광기(10)는 45°로 위치되어 있어 제3선형편광기(10)를 통과한 후 제1광선과 제2광선은 모두 45° 방향으로 진동하게 되고, 광 경로차에 의해 간섭을 하게 되며, 제1이미징렌즈(11)에 의해 제1검출기(12)에 촬상된다.After passing through the third linear polarizer 10, the third linear polarizer 10 is positioned at 45 degrees, and both the first light beam and the second light beam are vibrated in the direction of 45 degrees. And is picked up by the first detector 12 by the first imaging lens 11. [

즉, WSI 장치에 의한 광 간섭 데이터가 획득된다.That is, optical interference data by the WSI device is obtained.

이 경우, 비 동축 조명(13)에 의해 샘플(08) 표면으로부터 반사되는 빛의 일부가 제1검출기(12)로 입사되긴 하지만 간섭에는 영향을 주진 못하고 다만 배경광(background)의 크기를 일부 변화시킨다.In this case, although part of the light reflected from the surface of the sample 08 is incident on the first detector 12 by the non-coaxial illumination 13, it does not affect the interference, .

한편, EDF 장치에 대한 구성은 다음과 같은데, 전술된 것처럼 제1광선과 제2광선은 샘플(08)과 기준거울(06)로 부터 각각 반사되어 제3광분할기(09)에 이르게 된다.On the other hand, the configuration for the EDF apparatus is as follows. As described above, the first light beam and the second light beam are respectively reflected from the sample 08 and the reference mirror 06 to reach the third optical splitter 09.

이때, 투과된 제1,2광선은 제1검출기(12)로 향하게 되며, 반사된 일부 제1,2광선은 제5선형편광기(14)로 향한다.At this time, the transmitted first and second light beams are directed to the first detector 12, and the reflected first and second light beams are directed to the fifth linear polarizer 14.

여기에서, 상기 제1광선과 제2광선은 상호 간섭성을 가지고 있지만 진동 방향이 수직을 유지하고 있기 때문에 간섭하지 아니한다.Here, the first light ray and the second light ray have mutual coherence but do not interfere with each other because the vibration direction is kept perpendicular.

따라서, 상기 제5선형편광기(14)가 없어도 제2검출기(17)에서는 비 간섭 영상을 얻을 수 있다.Therefore, even if the fifth linear polarizer 14 is not provided, the second detector 17 can obtain a non-interference image.

하지만, 기준거울(06)에 의한 제2광선은 배경광(background)으로 작용하여 전체적인 영상의 선명도를 떨어뜨린다. 결국, 선명한 2D 영상을 획득하기 위해서는 제2광선을 제거해야 하므로 제5선형편광기(14)는 0°방향으로 위치되어 제1광선만 통과시키고 제2광선은 제거시키게 된다.However, the second light beam by the reference mirror 06 acts as a background light, which reduces the overall sharpness of the image. As a result, in order to obtain a clear 2D image, the second linear beam must be removed, so that the fifth linear polarizer 14 is positioned in the 0 ° direction to pass only the first beam and remove the second beam.

이후, 거울(15), 제2이미징 렌즈(16)를 통과한 제2광선은 제2검출기(17)에 도달하여 찰상된다.Then, the second light beam passing through the mirror 15 and the second imaging lens 16 reaches the second detector 17 and is scratched.

이때, 비 동축 조명(13)에 의해 샘플(08)로 부터 반사된 빛은 제2검출기(17)에 의해 검출 될 수 있는데, 특히 샘플(08)의 표면 기울기가 광학계의 NA, 혹은 대물렌즈(03)의 NA 보다 큰 영역으로부터 반사된 빛은 2D 영상을 이용하는 EDF라는 방식에 의해 활용 될 수 있어 기존의 WSI의 한계를 극복할 수 있게 된다.At this time, the light reflected from the sample 08 by the non-coaxial illumination 13 can be detected by the second detector 17, and in particular, the surface tilt of the sample 08 can be detected by the NA of the optical system, 03) can be utilized by an EDF method using a 2D image, thereby overcoming the limitations of the existing WSI.

또한, 본 발명은 2개의 검출기를 사용하면서도 동일한 샘플(08)의 영역을 측정해야 된다. 따라서 제2검출기(17) 정렬을 위한 정렬 장치(18)가 제2검출기(17)에 추가 될 수 있다.In addition, the present invention requires the use of two detectors while measuring the area of the same sample (08). Thus, an alignment device 18 for alignment of the second detector 17 can be added to the second detector 17.

이와 같이, 본 발명에 따른 장치, 즉 광학 시스템은 WSI(백색광 주사 간섭계)와 EDF(Extended Depth of Focus)라고 불리는 표면 형상 측정 장치를 결합한 것으로서, 단순히 주합해서는 구현될 수 없고, 광로상에서 발생되는 불필요한 정보들을 제거하기 위해 다수의 선형편광기를 응용하여 면밀히 계획된 설계를 통해서만 얻어질 수 있다. 다시 말해, 기존 두 광학계를 단순히 붙여 놓는다고 해서 얻어질 수 없다는 것이다.As described above, the apparatus according to the present invention, that is, the optical system is a combination of a WSI (white light scanning interferometer) and a surface shape measuring device called EDF (Extended Depth of Focus), which can not simply be realized, Can be obtained only through carefully planned designs by applying a number of linear polarisers to remove unnecessary information. In other words, it can not be obtained simply by pasting two existing optical systems.

정리하자면, WSI는 잘 알려진 것처럼 빛의 간섭을 이용한 것으로 광 축(여기서는 수직축)을 따라 광학계를 서브 마이크로 미터 간격으로 이동하면서 촬영한 일련의 간섭 영상들로부터 각 픽셀 단위로 간섭 신호가 가장 강한 위치를 그 픽셀에 해당하는 샘플 표면의 높이로 산출하는 비 접촉 형상 측정 방법이며, EDF 역시 광 축으로 광학계 전체 혹은 일부를 이동 하면서 촬영된 비 간섭성 영상들을 이용하여 각 픽셀 단위로 초점이 가장 잘 맞은 것으로 판단되는 위치를 찾아냄으로써 표면의 형상을 측정하는 시스템인 바, 본 발명은 이들의 장점만이 기능할 수 있도록 상호 결합시 특수한 연결구성을 갖춤으로써 대면적 측정이 가능하며 공 초점 보다는 빠른 검사 시간을 만족하면서도 모아레나 레이저 기반 검사 솔루션보다는 높은 공간 분해능을 가져 샘플 표면의 기울기가 광학계의 NA 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우, 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우에도 정확한 형상을 측정할 수 있도록 한 것이다.
To summarize, WSI uses well-known interference of light, which is the strongest interfering signal in each pixel from a series of interference images taken along the optical axis (here, vertical axis) And the height of the sample surface corresponding to the pixel. The EDF is also the best focusing point for each pixel using non-coherent images taken while moving the optical system or a part of the optical system along the optical axis The present invention is capable of measuring the shape of the surface by finding the position to be judged. The present invention is capable of measuring a large area by having a special connection structure for mutual coupling so that only these advantages can function, Although satisfactory, it has higher spatial resolution than Moirner laser based inspection solution. If the slope of the surface is larger than the optical system NA, if the surface roughness is too large reflection does not easily achieved, but a so that the correct shape even if the nature of the reflection of only the material surface is smooth and does not easily made to measure.

01:제1선형편광기 02:제1광분할기
03:대물렌즈 04:제2광분할기
05:제4선형편광기 06:기준거울
07:제2선형편광기 08:샘플
09:제3광분할기 10:제3선형편광기
11:제1이미징렌즈 12:제1검출기
14:제5선형편광기 15:거울
16:제2이미징렌즈 17:제2검출기
18:정렬장치
01: first linear polarizer 02: first light splitter
03: objective lens 04: second optical splitter
05: fourth linear polarizer 06: reference mirror
07: second linear polarizer 08: sample
09: Third optical splitter 10: Third linear polarizer
11: first imaging lens 12: first detector
14: fifth linear polarizer 15: mirror
16: second imaging lens 17: second detector
18: Alignment device

Claims (5)

샘플(08)에 대한 광 간섭 데이터를 취득하는 WSI(White Scanning Interferometer), 샘플(08)에 대한 무간섭 광 데이터를 취득하는 EDF(Extender Depth of Focus)를 다수의 광분할기(02,04,09)와 선형편광기(01,05,07,10,14)로 결합하여 상호 영향없이 샘플(08) 표면의 기울기가 광학계의 NA(Numerical Aperture) 보다 클 경우, 표면의 거칠기가 너무 커 반사가 잘 이루어지지 않는 경우, 표면이 매끄럽지만 재질의 특성상 반사가 잘 이루어지지 않는 경우에도 정확한 형상을 측정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
A WSI (White Scanning Interferometer) for acquiring optical interference data for the sample 08 and an EDF (Extender Depth of Focus) for acquiring interferenceless optical data for the sample 08 are divided into a plurality of optical splitters 02, ) And the linear polarizers (01, 05, 07, 10, 14), and the slope of the sample (08) surface is larger than the NA (Numerical Aperture) of the optical system without mutual influence, the surface roughness is too large, Dimensional shape measuring device is configured so that the accurate shape can be measured even when the surface is smooth but the reflection is not good due to the nature of the material.
청구항 1에 있어서;
상기 WSI는,
동축 조명계(Coaxial illumination)로부터 방사된 무편광 빛을 선형 편광시키는 제1선형편광기(01);
선형 편광된 빛을 일부 투과시키고, 일부 반사시는 제1광분할기(02);
상기 제1광분할기(02)를 투과한 빛을 모으는 대물렌즈(03);
상기 대물렌즈(03)를 투과한 빛을 반사, 투과시키는 제2광분할기(04);
상기 제2광분할기(04)를 투과한 빛을 선형평광시켜 샘플(08)로 조사시키는 제2선형편광기(07);
상기 제2광분할기(04)에서 반사된 빛을 선형편광시키는 제4선형편광기(05);
상기 제4선형편광기(05)를 통과한 빛을 반사시켜 상기 제2광분할기(04)를 투과한 빛과의 광로차를 발생시켜 광 간섭을 유도하는 기준거울(06);
상기 샘플(08)과 상기 기준거울(06)로부터 반사된 빛을 선형편광시켜 제1이미징렌즈(11)를 통해 제1검출기(12)로 안내하는 제3선형편광기(10);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
The method of claim 1,
In the WSI,
A first linear polarizer (01) for linearly polarizing unpolarized light emitted from a coaxial illumination;
A part of the linearly polarized light is transmitted, and a part of the light is reflected by the first light splitter (02);
An objective lens 03 for collecting light transmitted through the first optical splitter 02;
A second light splitter (04) for reflecting and transmitting the light transmitted through the objective lens (03);
A second linear polarizer (07) for linearly polarizing the light transmitted through the second light splitter (04) and irradiating it with a sample (08);
A fourth linear polarizer (05) for linearly polarizing the light reflected by the second light splitter (04);
A reference mirror (06) for reflecting light passing through the fourth linear polarizer (05) to generate an optical path difference with light transmitted through the second optical splitter (04) to induce optical interference;
And a third linear polarizer 10 for linearly polarizing the light reflected from the sample 08 and the reference mirror 06 and guiding the light through the first imaging lens 11 to the first detector 12, Dimensional shape measuring device.
청구항 2에 있어서;
상기 제1,3선형편광기(01,10)는 45°방향의 빛만 투과시키는 편광기이고;
상기 제2선형편광기(07)는 90°방향의 빛만 투과시키는 편광기이며;
상기 제4선형편광기(05)는 0°방향의 빛만 투과시키는 편광기;인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
The method of claim 2,
The first and third linear polarizers (01, 10) are polarizers that transmit only light in a 45 ° direction;
The second linear polarizer 07 is a polarizer that transmits only light in the 90 占 direction;
And the fourth linear polarizer (05) is a polarizer that transmits only light in the 0 占 direction.
청구항 2에 있어서;
상기 EDF는,
상기 제3광분할기(09)에서 반사된 빛 중 샘플(08)로부터 반사된 빛만을 통과시키도록 선형편광시키는 제5선형편광기(14);
상기 제5선형편광기(14)를 통해 편광된 빛을 수직하게 반사시키는 거울(15);
상기 거울(15)을 통해 반사된 빛을 모아 제2검출기(17)를 통해 검출 가능하게 하는 제2이미징렌즈(16);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
The method of claim 2,
The EDF,
A fifth linear polarizer 14 for linearly polarizing the light reflected from the sample 08 among the light reflected from the third optical splitter 09 so as to pass only the light reflected from the sample 08;
A mirror 15 for vertically reflecting the polarized light through the fifth linear polarizer 14;
And a second imaging lens (16) that collects the light reflected through the mirror (15) and makes it detectable through the second detector (17).
청구항 4에 있어서;
상기 제5선형편광기(14)는 0°방향의 빛만 투과시키는 편광기;인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
The method of claim 4,
And the fifth linear polarizer (14) is a polarizer that transmits only light in the 0 占 direction.
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