KR100641885B1 - 수평 방향 스캐닝 방식의 광위상 간섭측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정물의 표면 형상을 정밀하게 측정하는 데에 이용되는 광위상 간섭 측정 방법 및 이를 이용한 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치는 광경로차를 발생시켜 간섭 광강도를 획득함에 있어서 기준이 되는 기준면을 측정면에 대하여 일정한 각도를 갖도록 하고, 측정면이 측정광에 대하여 수직방향으로 이동하도록 하여, 기준면에 별도의 기계적 위상 변화를 가하지 않더라도 위상 천이가 발생되는 방법 및 장치이다.

본 발명의 기준면 배치 및 측정면 이동 방법 및 측정 장치를 적용함으로써 기존의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치가 갖고 있던 단점, 즉 간섭 신호를 획득하는 센서의 감지 영역별로 측정하기 때문에 넓은 측정 영역을 측정하기 위해서 서로 중첩되는 여러 개의 감지 영역을 측정한 후 정합시키는 과정을 거쳐야만 하는 번거로움이 해소될 수 있다.

본 발명은 수평 방향의 스캐닝으로 넓은 측정 영역을 측정할 수 있는 스캔 측정 방식으로서 각각의 감지 영역에서 얻은 결과들을 정합시켜서 최종적인 결과를 얻는 종래의 기술보다 그 응용 범위가 매우 넓은 유용한 기술이다.

광위상 간섭 측정, 스캔 측정, 반도체 가공 공정, 검사 장비, 기준면 경사, 위상 천이

Description

수평 방향 스캐닝 방식의 광위상 간섭측정방법 및 장치{light phase interferrometry method and system for horizontal scanning type}

도1은 종래의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치(미국등록특허 제4,639,139호)

도2는 종래의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치(대한민국등록특허 제173509호)

도3은 종래의 광위상 간섭 측정 방법의 기본 개념도

도4는 종래의 광위상 간섭 측정 방법에서의 위상 천이 개념도

도5는 본 발명의 광위상 간섭 측정 방법에서의 위상 천이 개념도

도6는 본 발명의 광위상 간섭 측정 방법의 개념도

도7은 본 발명의 광위상 간섭 측정의 주요 구성 요소인 경사진 기준 미러

도8은 본 발명의 광위상 간섭 측정 장치

본 발명은 측정물의 표면 형상을 정밀하게 측정하는 데에 이용되는 광위상 간섭 측정 방법 및 이를 이용한 측정 장치에 관한 것으로서, 측정 기준면에 별도의 기계적 위상 변화를 가하지 않고도 간섭 광강도를 획득할 수 있는 유용한 기술이다.

최근의 산업계 전분야에 걸친 급속한 기술 발전은 반도체, MEMS, 평판 디스플레이, 광부품 등의 분야에서 미세가공을 요구하고 있으며, 더 나아가 현재는 나노 단위의 초정밀 제조 기술을 요구하는 단계로 진입하고 있다.

이러한 가공에 있어서 요구되는 가공의 형상도 단순한 2차원 패턴에서 이제는 복잡한 3차원 형상으로 변화하고 있으며, 이에 따라 3차원 미세 형상을 측정하는 기술의 중요성은 더욱 부각되고 있다.

정밀 부품의 미세한 표면 형상을 측정하는 방법으로는 촉침식(Stylus type) 측정법, 주사식 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 측정법, 주사식 촉침 현미경(Scanning Probe Microscope) 측정법, 광위상 천이 간섭계(Phase Shifting Interferometry) 측정법, 백색광 주사 간섭계(White-Light Scanning Interferometry) 측정법, 동초점 주사 현미경(Confocal Scanning Microscope) 측정법 등이 있다.

이러한 측정법들은 주로 2차원 평면상의 기하학적 형상, 예를 들어 원이나 선, 각도, 선폭 등을 측정하거나 패턴의 결함, 이물질, 비대칭성 등을 검사하며, 주로 광학 현미경, 조명, 그리고 CCD 카메라로 대표되는 촬상소자로 구성된 프로브 시스템과 영상처리기술에 그 바탕을 두고 있다.

이러한 측정기술은 현재 산업계 전반에 걸쳐 주요한 측정 및 검사기술로 자 리를 잡고 있으며, 고속검사 정밀측정이라는 기치 아래 많은 기술 발전이 이루어지고 있다.

이들 측정법 중에서 백색광 주사 간섭계 측정법 및 광위상 천이 간섭계 측정법은 반도체 패턴 측정에서부터 연질재료의 표면거칠기 측정, BGA(Ball Grid Array) 볼 측정, 레이저 마킹 패턴 측정, Via Hole 측정 등 미세형상에 대한 3차원 측정 전반에 폭넓게 적용되는 비접촉식 측정법으로서 각광을 받고 있다.

이들 두 가지 측정법은 서로 다른 측정 원리에 기초한 것이지만 다중파장과 단색파장을 이용한다는 점을 제외하고는 동일한 광학 및 측정 시스템에서 구현할 수 있으므로 상용화된 측정 시스템에서는 이 두 가지 측정법을 함께 이용할 수 있다.

종래의 백색광 주사 간섭계 측정법으로는 도1의 미국등록특허 제4,639,139호의 기술이나 도2의 대한민국등록특허 제173509호의 기술이 대표적이다.

이들 측정법은 광 간섭 신호를 이용하는데, 광 간섭 신호란, 임의의 기준점에서 동시에 출발한 광이 각기 다른 광경로(Optical Path)를 이동한 후 합쳐질 때 두 개의 광이 지난 거리차(Optical Path Difference)에 따라 빛이 밝고 어두운 형태로 표현되는 것을 말한다.

두 개의 광 중에서 한 개의 광은 기준광으로서 고정밀도로 가공된 기준면(Reference Plane) 또는 기준미러에 입사되고, 다른 광은 측정광으로서 측정하고자 하는 면에 조사된다.

종래의 측정법에서 기준면은 완벽한 평면으로서 백색광 주사 간섭계 및 광위 상 천이 간섭계의 광 검출소자를 통해 획득되는 영상의 간섭신호는 이 기준면에 대한 상대적인 높이 정보를 포함하게 된다.

이러한 간섭신호는 사용하는 광원의 파장과 밀접한 관계가 있는데, 일반적으로는 간섭신호 간격, 즉 간섭신호의 주기는 사용하는 광원 파장의 반 파장에 해당한다.

백색광 주사 간섭계 및 광위상 천이 간섭계는 이러한 기본적인 간섭신호의 원리에 디지털 신호 처리 기술을 이용해 더욱 상세히 해석함으로써 측정면의 3차원 형상을 측정할 수 있는 것이다.

광위상 천이 간섭계 및 백색광 주사 간섭계의 기본적인 측정원리는 도3에 도시되어 있는 바와 같이 기본적으로는 광원으로부터의 조명광을 각각 기준면과 측정면에 조사한 후, 광분할기를 이용해 합쳐서 측정면의 영상과 줄무늬의 간섭신호를 획득하는 것이다.

이러한 복수 개의 광 간섭신호 영상을 획득한 후, 광 검출소자에서 발생하는 간섭신호의 위상(Phase)을 계산함으로써 높이를 측정한다.

초기의 위상 간섭 측정법은 간섭신호 추적법이라고 해서 간섭신호의 간격이 광원 파장의 반파장에 해당하는 점과 그 사이의 간섭신호 변화를 조화함수로 보간해 간접적으로 간섭신호의 위상을 계산하는 방법을 사용하였다.

그러나 이 방법은 측정면이 복잡한 구조를 가질 경우 간섭신호 추적이 불가능하고, 보간법을 이용하기 때문에 측정오차 및 분해능에서 상당한 제약이 있었다.

하지만 간섭신호 해석법에 있어서 위상 천이법(Phase Shifting Method)이 개 발되면서 nm 이하의 측정 분해능을 구현할 수 있게 되었다.

이 방법은 간섭신호의 위상을 강제로 이동시키는 방법으로서 도면 제3도에 나타낸 바와 같이 기준미러에 압전 구동기(PZT, Piezoelectric Transducer)와 같은 미세 구동기를 장착해 기준면을 이동시키면서 여러 장의 간섭신호를 획득하고, 이로부터 영상 내의 각 측정점에서의 간섭신호의 형태와 높이와의 수학적 관계를 해석하는 것이다.

이 방법은 1960년대에 개발되어 ‘Wyko’사에서 처음으로 산업계에 적용할 수 있는 측정기를 출시하였다.

그러나 이 방법은 빠른 측정속도, 높은 측정 분해능 등의 장점이 있지만, 단색 파장 조명광을 이용함에 따른 2π 모호성으로 인해 인접한 두 측정점의 높이차가 광원 파장의 1/4 이상일 경우에는 측정오차가 발생하는 단점을 갖고 있었다.

백색광 주사 간섭법은 이러한 광위상 천이 간섭법의 단점을 극복하고 nm 수준의 높은 분해능을 가지는 새로운 측정법으로서 1990년대 이후부터 상용화되기 시작했다.

이 방법은 전술한 광위상 천이 간섭법과는 달리 다중 파장의 광이 갖는 짧은 결맞춤(Coherence) 길이를 이용하는 방법이다.

결맞춤 길이란, 사용하는 광원의 특성으로서 간섭신호가 발생하는 광 경로 길이를 의미하며, 기준광과 측정광이 지나는 물리적인 거리차로 표현된다.

레이저와 같은 광원은 이 결맞춤 길이가 수 km에 해당하므로 어떠한 상황에서도 간섭신호를 쉽게 얻을 수 있지만, 텅스텐 할로겐 램프와 같은 다중 파장의 빛 은 여러 빛에 의한 간섭신호들이 서로 상호작용을 하기 때문에 대략 수 μm 이내의 거리차에서만 간섭신호가 발생하는 특징을 갖는다.

백색광 주사 간섭계는 백색광의 이러한 짧은 결맞춤 길이를 이용한 것으로서, 쉽게 생각하면 카메라의 자동초점 기능과 유사하다고 보면 된다.

단지 카메라에서는 자동초점을 카메라 영상의 선명도(Contrast)를 이용하며, 백색광 주사 간섭계에서는 각 화소에서 발생하는 간섭신호를 이용한다.

프로브 시스템이 광축 방향으로 수십 nm의 미소 간격으로 이동하면서 영상 내의 모든 화소에서 간섭신호 발생여부를 점검한다.

임의의 화소점에서의 높이는 간섭신호가 최대로 커지는 위치로 설정되며, 이를 전체 영상내의 화소에 대해 수행함으로써 3차원 형상을 산출하는 것이다.

백색광 주사 간섭계는 수 μm 에 이르는 단차를 나노미터 분해능의 고정밀도로 측정할 수 있다는 장점과 위상 모호성이 없다는 장점으로 인해 최근에 그 수요가 증가하는 추세이다.

종래의 백색광 주사 간섭계나 광위상 천이 간섭계 측정법들은 특정 측정점에서 위상이 다른 광강도를 얻기 위하여 앞서 설명한 바와 같이 광축에 수직한 방향으로 기준 미러를 미소 간격씩 움직이는 위상 천이법(Phase Shifting method)을 공통적으로 이용한다.

이하에서는 이들 간섭계 측정법의 특징을 도4에 도시된 내용을 중심으로 설명하고자 한다.

예를 들어 도4에 나타낸 바와 같이 3개의 광강도만을 가지고 측정물의 표면 형상을 측정하는 방법을 고려하자. 이 알고리즘을 사용하기 위해서 위상이 각각 0도, 90도, 180도인 광강도값이 필요하다고 가정한다.

이를 얻기 위해서 먼저 미소 구동 메커니즘이 작동되지 않은 기준 상태에서 영상을 1장 획득하고, 다음으로 사용하는 광원의 파장(λ)의 1/8 거리 만큼 이동시킨 상태에서 2번째 영상을, 그리고 마지막으로 파장의 1/4 거리 만큼 이동시킨 후 3번째 영상을 획득한다.

이렇게 하면 광 검출 소자에 대응하는 화소점은 위상이 다른 3개의 광강도 값을 가지며, 이를 이용하여 측정면의 3차원 형상을 복원할 수 있고, CCD(전하 결합 소자, Charge Coupled Device)와 같은 광 검출소자의 화소점(pixel)으로 이루어진 전체 감지 영역(FOV, Field of View)에서 측정 신호가 발생되는 것이다.

이때 획득하는 영상의 개수(N)는 사용하고자 하는 알고리즘에 따라 다르며, 이에 따른 기준면의 이동량은 사용하는 광원 파장를 N등분한 값에 해당한다.

각각의 알고리즘으로는 1963년 프랑스의 카레(Carre')가 제시한 방법으로부터 최근의 A-버킷(Bucket)에 이르기까지 다양한 위상 계산 수식이 존재한다.

3개의 영상을 이용하는 가장 단순한 3점 측정법(Three Measurement)에 의하면 위상차 φ는 1번째 영상의 광강도가 I₁, 2번째 영상의 광강도가 I₂, 3번째 영상의 광강도가 I₃ 인 경우, 다음의 수학식으로 결정된다.

[수학식 1]

측정점의 높이는 다음 수학식으로 산출된다.

[수학식 2]

기타 4점 측정(Four Measurement), Hariharan 5점 측정, Carre' 방정식 등의 수식들에 대해서는 교과서나 논문 등에 자세히 기재되어 있고, 본 발명은 알고리즘의 전개 형태에 특징이 있는 기술은 아니므로 여기에서는 상세한 알고리즘의 적용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

기존의 광위상 간섭법에서의 위상 천이(phase shifting) 방법은 기준면 또는 측정면을 광축 방향(또는 측정에 사용되는 광이 진행하는 방향)으로 미소 간격씩 이동(스테핑 또는 스캐닝)시키는 것을 기본으로 하고 있다.

종래의 방법은 기준면 또는 측정면을 광축 방향으로 미소 간격 이동시키기 위하여 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이 압전 구동기(PZT, Piezoelectric transducer)와 PZT 드라이버를 사용하며, 기준 미러의 위치를 정밀하게 제어해야만 한다.

또한 이러한 측정 위상 천이 방법을 사용한 광위상 간섭 측정법은 간섭 신호를 획득하는 광 검출 소자(일반적으로 CCD 카메라)의 감지 영역(FOV, Field of View)만큼을 한번에 측정하며, 넓은 영역을 측정하기 위해서는 서로 중첩되는 여러 감지 영역을 측정한 후 정합(stitching)이란 과정을 통하여 넓은 영역의 측정 데이터를 맵핑하는 스텝 측정 방식을 사용한다.

그러나, 이러한 측정 방법은 LCD, PDP, 유기 EL 등의 디스플레이 장치와 같 이 넓은 영역의 표면이 측정되어져야만 하는 경우에는 매우 비효율적인 방법으로서 신속한 표면 측정을 근본적으로 저해하는 요인이 된다.

또한, 중첩되는 영역만큼은 불필요하게 이중으로 측정되는 단점을 갖는 것이고, 정합의 과정 또한 별도의 데이터 처리 시간을 요하기 때문에 스캐닝을 하며 표면을 측정할 수 있는 혁신적인 기술의 도입이 절실이 요구된다.

본 발명은 기존의 기준 미러 또는 측정물의 기계적 위상 변화 방식을 탈피하여 기계적 메커니즘이 필요하지 않는 위상 천이 방식을 제시하며, 이를 통하여 기존의 스텝 측정 방식이 아닌 수평방향의 스캐닝을 통하여 대영역을 측정할 수 있는 스캔(scan) 측정 방식을 구현한 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 임의의 한 측정점의 높이 정보를 계산하기 위해서는 최소 3개 이상의 위상차가 나는 광강도(intensity)값이 필요하다.

이를 기계적인 광경로차(optical path difference)의 변화없이 획득하기 위해서 본 발명에서는 2차원 공간상에 광경로차가 발생하도록 하는 기준미러 형상을 도입하고, 이 영역 내에 임의의 한 측정점을 추적하여 원하는 광경로차가 발생할 때 광 강도를 획득하도록 한다.

획득된 복수개의 광 강도는 종래의 알고리즘에 따라 해석함으로서 해당 측정점의 높이값을 계산한다.

반도체 Wafer, LCD 판넬 등과 같이 전 영역 혹은 일부 선택 영역에서 고속 측정과 스캐닝에 의한 연속 측정이 가능하도록 하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 가장 중요한 기술적 과제이다.

본 발명의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치는 광경로차를 발생시켜 간섭 광강도를 획득함에 있어서 도5에 나타낸 바와 같이 기준이 되는 기준면 또는 기준미러를 측정면에 대하여 일정한 각도를 갖도록 하고, 측정물의 측정면이 측정광에 대하여 수직방향으로 이동하도록 하여 기준면에 별도의 기계적 위상 변화가 가하여지지 않더라도 위상 천이가 발생될 수 있도록 하는 방법 및 장치이다.

본 발명의 기준면 배치 및 측정면 이동 방법 및 장치를 적용함으로써 기존의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치가 갖고 있던 단점, 즉 간섭 신호를 획득하는 광 검출 소자의 감지 영역(FOV)만큼만 측정할 수 있어, 넓은 영역을 측정하기 위해서는 서로 중첩되는 여러 개의 감지 영역을 측정한 후 정합시키는 스텝 측정 과정을 거쳐야만 하는 단점을 근본적으로 극복할 수가 있다.

앞에서도 설명한 바와 같이 임의의 특정 측정점의 높이 정보를 계산하기 위해서는 최소 3개 이상의 위상차가 나는 광 강도(intensity)값이 필요하다.

본 발명에서는 이를 기계적인 광 경로차(optical path difference)의 변화없이 획득할 수 있도록 2차원 공간상에 광 경로차가 발생하게 기준 미러 형상을 도입하고, 이 영역 내에 임의의 한 측정점을 추적하면서 원하는 광경로차가 발생할 때 광강도를 획득하여, 이를 알고리즘에 따라 복수개로 획득/해석함으로서 해당 측정 점의 높이값을 계산하는 방식을 안출하였다.

이하 도6을 참조하여 본 발명의 측정 원리를 설명한다.

먼저 설명을 간단하게 하기 위하여 3개의 위상변화만을 이용하여 높이를 계산하는 알고리즘을 이용한다고 가정하고, 이를 위하여 각각의 위상이 0도, 90도, 180도 차이가 나는 3개의 광 강도 정보를 추출한다고 가정한다.

도6에서 측정점 A가 광 강도를 획득하고자 하는 위치라고 할 때, 1단계에서 첫번째 광 강도값을 획득한다. 그리고 측정면이 그림에서와 같이 스캐닝 축으로 일정 거리(ι)만큼 이동한 후 두번째 광 강도값을 획득하고, 다시 측정면이 일정거리 이동하였을 때 3번째 광 강도값을 획득한다.

이때 측정점 A로부터 기준면까지의 광축방향 이동거리는 첫번째 광 강도값 획득위치를 기준으로 할 때 사용하는 광원 파장(λ)의 1/8이 되어야 한다.

기준면이 그림에서와 같이 측정면이 놓인 평면에 대하여 θ의 기울기를 가지는 경우 이송거리 ι은

[수학식 3]

의 관계를 가진다.

즉 측정점 A는 그림에서와 같이 스캐닝 축으로 등속으로 이동하면서, 상기 수식을 만족하는 지점에서 광강도 정보를 획득한 후 마지막 지점에서 계산된다.

그리고 측정면 상의 A 다음에 위치한 측정점도 이와 같은 방법으로 높이를 계산한다. 즉 측정물을 스캐닝 축으로 등속 이동하면서 센서 내에 위치한 모든 측 정점의 높이 정보를 추출할 수 있게 된다.

수학식1을 좀 더 포괄적으로 기술하면, 사용하고자 하는 알고리즘에서 변화시켜야 하는 위상 변화량이 φ(radian)일 경우 수학식 3은 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 4]

위 수식에서 θ값은 기준면과 광축에 수직한 평면이 이루는 기울기를 나타내는 것으로서, 사용하는 알고리즘에 해당하는 처음과 마지막 광 강도 획득위치의 관계로부터 계산할 수 있다.

이 값은 수학식 4와 관련이 있으며 기준면이 가져야 하는 설계 요소에 해당한다.

[수학식 5]

수학식 5에서

는 광원의 파장, φ는 각 광강도값 사이에서 가져야 하는 위상 변화량, ι은 각 광강도 획득 위치 사이의 물리적 거리에 해당한다.

이와 같이 본 발명의 가장 중요한 부분은 측정면에 대하여 각도를 가지는 기준면을 생성하는 것이다.

종래의 기술은 기준면이 측정면에 대하여 평행하게(θ=0°) 되도록 설치한 것이었다.

본 발명에 있어서는 광경로차를 발생시켜 간섭 광강도를 획득함에 있어서 도5 및 도6에 나타낸 바와 같이 기준이 되는 기준면 또는 기준 미러를 측정면에 대하여 일정한 각도를 갖도록 하고, 측정면은 측정광에 대하여 수직방향으로 이동하도록 하여 위상차가 발생하도록 한다.

본 발명에서는 위상차를 발생시키는 기준면을 여러가지 형태로 하여 광 강도값을 측정할 수 있는데, 실시예 1은 도7의 (a)에 나타낸 바와 같이 블레이즈(Blaze) 격자를 이용하는 것이다.

블레이즈 격자란 도7 (a)에 나타낸 바와 같이 격자 면이 좌우 대칭 구조가 아니라 격자면에 대하여 각도를 가진 것을 말한다.

이 격자를 이용하여 블레이즈 격자의 파셋(facet) 면이 측정광 진행 방향에 대하여 수직이 되도록 설치할 경우 기준면은 측정면에 대하여 θ의 각도를 가지게 되는 것이다.

이때 격자 패턴의 피치 간격은 센서의 분해능보다 작게 제작하여야 한다.

이 방법을 이용할 경우 측정광이 파셋 면에 수직으로 입사한 후 반사되므로 기준면의 각도에 상관없이 최대의 광효율을 사용할 수 있다는 장점을 가진다.

다음으로 실시예2는 평면 미러를 기울이는 방법으로서, 이 방법은 도7 (b)에 나타낸 바와 같이 기존의 평면 미러를 측정광의 진행 방향에 대하여 일정한 각도(θ)만큼 기울여 설치하는 것이다.

이 방법은 θ값이 작을 때 적용 가능하며,기존의 광위상 간섭 시스템의 평면형 기준 미러를 사용할 수 있기 때문에 간편하게 구현이 가능한 방법이다.

또다른 실시예는 쐐기 형태의 미러를 사용하는 방법으로서 도7 (c)에 나타낸 바와 같다.

본 발명의 경사진 기준 미러의 채택은 도1에 나타낸 미국등록특허 4,639,139호의 구성 중에서 광로상에 놓인 기준 미러를 일정 경사각을 갖도록 배치하는 형태로도 적용이 가능하다.

그 밖에 본 발명의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치가 갖는 특징인 기준미러 또는 기준면을 측정면에 대하여 일정한 각도를 갖도록 하는 구성으로서 위에서 언급한 실시예 이외의 방식으로서 해당 기술 분야의 종사자가 통상적으로 채택할 수 있는 구성 또한 본 발명의 기술 내용에 포함되는 것이다.

본 발명의 요부 구성으로 측정 시스템을 구축함에 있어서는 도1이나 도2에 나타낸 바와 같이 컴퓨터, 영상보드, 인터페이스 회로, 그리고 모니터로 이루어진 신호처리부 등의 구성이 필요하며, 측정물을 이송하는 이송 수단도 갖추어야 한다.

통상 종래의 광위상 간섭 측정 장치에서는 측정물을 놓아 두는 스테이지가 수평방향으로 움직일 수 있도록 스텝 모터 등의 구동 수단을 구비하고 있으므로, 본 발명의 측정면이 측정광에 대하여 수직 방향으로 이동되도록 하는 구성도 도8에 나타낸 바와 같이 X방향 이송 스테이지와 Y방향 이송 스테이지로 용이하게 구현할 수가 있다.

위상차를 발생시키는 방향, 즉 기준 미러가 기울어진 방향으로 측정 대상물을 이송하는 Y방향 이송 스테이지의 구성은 본 발명에서 매우 중요한 요소이며, 특히 Y방향 이송 스테이지의 정밀한 이송 제어를 위한 이송 수단의 도입이 필요하다.

이송 수단의 세부 구성은 각종 측정 장비나 초정밀 기계 가공 장치 등에서 통상 채택되는 공지된 리니어 모터 이송 수단, 벨트 구동 메커니즘 등이 필요에 따라 선택되어질 수 있다.

또한 도8에 나타낸 본 발명의 광위상 간섭 측정 장치에 있어서, 광원은 종래의 단일 파장 광원이나 다중 파장 광원이 필요에 따라 선택적으로 사용되어 단일 파장 광원을 사용하는 경우에는 광위상 천이 간섭계 방식의 해석이, 다중 파장 광원을 사용하는 경우에는 백색광 주사 간섭계 방식의 해석이 적용 될 수 있으며, 광 검출소자도 평면형 CCD나 복수개의 리니어 CCD 또는 Photo Detector Array 등이 필요에 따라 채택될 수 있다.

광 검출소자로서 CCD 이외에 공지된 광 센서류를 채택하는 등의 해당 기술 분야 종사자가 통상 행할 수 있는 설계 변경 사항 또한 본 발명이 청구하고자 하는 권리의 범위에 포함되는 것이다.

본 발명의 광위상 간섭 측정 장치는 측정 대상물의 표면을 Y방향으로 수평 방향 스캐닝한 후 측정 대상물의 양단부 중에서 한 곳에 이르면 X방향으로 일정 위치 이송시켜 다시금 수평방향 스캐닝하고, 측정 대상물의 다른 단부에 이르면 X방향으로 다시금 일정 위치 이송시켜 스캐닝하는 과정을 순차적으로 진행함으로써 넓은 측정 영역을 용이하게 측정할 수가 있다.

본 발명은 기준면에 별도의 기계적 위상 변화를 가하지 않더라도 위상 천이 를 발생시킬 수 있는 방법 및 장치이다.

본 발명의 기준면 배치 및 측정면 이동 방법 및 측정 장치를 적용함으로써 기존의 광위상 간섭 측정 방법 및 장치가 갖고 있던 단점, 즉 간섭 신호를 획득하는 센서의 감지 영역별로 측정하기 때문에 넓은 측정 영역을 측정하기 위해서는 서로 중첩되는 여러 개의 감지 영역을 측정한 후 정합시키는 과정을 거쳐야만 하는 번거로움을 근본적으로 극복할 수가 있다.

즉, 본 발명은 각각의 감지 영역에서 얻은 결과들을 정합시켜서 최종적인 결과를 얻는 기존의 스텝 측정 방식이 아닌 수평 방향의 스캐닝으로 넓은 측정 영역을 측정할 수 있는 스캔 측정 방식으로서 그 응용 범위가 매우 넓다.

또한 본 발명은 위상 천이 발생을 위하여 압전 구동기를 필요로 하지 않으며 따라서 압전 구동기 드라이버의 구성도 배제할 수 있고, 기존의 광위상 간섭 측정 장치에 사용되는 이송 수단과 이송 제어 수단을 위상 천이 발생을 위한 기본 구성으로서 병용할 수가 있어, 구성 부품의 수를 줄일 수 있는 효과도 갖는다.

Claims (7)

1. 측정물의 표면에서 반사된 측정광과 기준 미러에서 반사된 기준광을 광분할기를 이용하여 합치는 경우에 발생하는 광 간섭 신호를 이용하여 측정물의 표면 형상을 측정하는 방법에 있어서, 광축에 수직한 평면에 대하여 일정 각도 경사진 기준면에 입사된 후 반사되어 나온 기준광과 광축에 대하여 수직하게 이동하는 측정물의 표면에서 반사되어 나온 측정광을 합하여 위상 천이를 발생시킴으로써 얻어진 광 간섭 신호를 이용하여 측정물의 표면 형상을 측정하는 광위상 간섭 측정 방법.
2. 조명광을 발하는 광원과; 상기 광원으로부터 입사된 광을 기준미러로 향하는 기준광과 측정물의 표면으로 향하는 측정광으로 분할하고 기준미러와 측정물 표면에서 반사된 빛을 합하여 광 검출 소자 측으로 보내는 분광기와; 기준광을 반사시키기 위하여 설치한 기준 미러와; 합쳐친 빛의 간섭 무늬 강도를 감지하는 광 검출 소자와; 광 검출 소자에서 감지된 광 강도 신호를 디지털 값으로 처리하기 위한 신호 처리부와; 디스플레이 장치와; 측정물 이송 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광위상 간섭 측정 장치에 있어서, 기준면을 이루는 기준미러는 광축에 수직한 평면에 대하여 일정 각도 경사지게 설치하고, 기준미러에서 반사되어 온 기준광과 측정물 표면에서 반사되어온 측정광 사이에 광위상 천이가 발생되도록 측정물을 광축에 대하여 수직하게 이동시키는 수평방향 스캐닝을 위한 이송수단을 구비함으로써 측정물의 표면 형상을 측정하는 광위상 간섭 측정 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 기준미러는 계단 모양의 다수개의 단턱면을 갖도록 구성하되 반사면이 측정광의 입사방향에 수직하게 되도록 형성한 광위상 간섭 측정 장치
4. 제2항에 있어서, 상기 기준미러는 통상의 편평한 기준 미러를 기울여 설치한 것을 특징으로 하는 광위상 간섭 측정 장치
5. 제2항에 있어서, 상기 기준미러는 쐐기형 미러인 것을 특징으로 하는 광위상 간섭 측정 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 광원은 단일 파장 광원인 것을 특징으로 하는 광위상 간섭 측정 장치
7. 제2항에 있어서, 상기 광원은 다중 파장 광원인 것을 특징으로 하는 광위상 간섭 측정 장치

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