KR101294145B1 - 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 파장이 서로 다른 파장을 갖는 레이저를 동시에 발진시켜서, 이를 빔 스플리터 및 렌즈를 이용하여 측정물체의 간섭무늬를 분석함으로써, 측정 물체의 정밀 형상을 보다 신속하게 측정할 수 있는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계에 관한 것이다.

Description

다파장을 이용한 위상 천이 간섭계{SPATIAL PHASE SHIFTING INTERFEROMETER USING MULTIWAVELENGTH}
본 발명은 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 파장이 서로 다른 레이저를 동시에 발진시켜서, 이를 빔 스플리터 및 렌즈를 이용하여 측정물체의 간섭무늬를 분석함으로써, 측정 물체의 정밀 형상을 보다 신속하게 측정할 수 있는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계에 관한 것이다.
최근 연구소나 산업현장에서 미세 3차원 측정 및 검사장비의 요구가 높아지고 있으며 특히 반도체 생산 공정에서 소형화 및 고집적화의 추세에 따라 나노 단위 이하의 구조물까지 측정 가능한 3차원 검사장비의 수요가 급증하고 있다. 전자현미경이나 원자현미경 등은 속도가 느리기 때문에 한계가 있어서, 생산 공정에서는 주로 간섭계(Interferometer)처럼 광학식으로 형상을 측정하는 기술이 널리 사용된다. 대표적인 광학식 형상 측정방법으로는 광위상 간섭계(Phase Shifting Interferometer, 이하 PSI), 백색광 주사 간섭계(White-Light Scanning Interferometer, 이하 WLSI), 공초점 현미경(confocal microscope) 등이 있다.
이런 광학식 측정방법 중에서 PSI는 표면의 형상을 나노미터 이내의 분해능으로 측정할 수 있는 장점이 있지만, 1 파장보다 작은 1/4 파장 높이로 측정 영역이 제한되는 단점이 있다. 그러므로 거울의 표면처럼 넓은 면적의 부드러운 곡선 형상을 측정해야 하는 경우에 널리 사용된다. 도 1은 트와이만-그린(Twyman-Green) 간섭계를 꾸며 표면의 형상을 측정하는 방법을 설명하고 있다. 광원(1)에서 발진한 빛이 렌즈(2)를 통과하여 빔 스플리터(3)를 투과하거나 반사하게 된다. 투과된 빛은 기준 거울(4)로 입사하고, 입사된 빛은 다시 반사되어 빔 스플리터(3)로 입사하게 된다. 상기 빔 스플리터(3)에서 반사된 빛은 측정물체(5)로 입사되고, 측정물체(4)에서 다시 반사되어, 빔 스플리터(3)로 입사하게 된다. 이와 같이 빔 스플리터(3)로 다시 입사된 빛은 재투과 혹은 재반사되어 서로 다른 위상 조건에서 간섭무늬 영상(6)을 획득하고 이를 분석하면 각 지점의 위상 Φ(x,y)를 구할 수 있고, 이를 분석함으로써, 측정물체의 형상을 알 수 있다.
간섭계의 기본원리는 하나의 광을 광분할기에 의해 두 개의 광으로 나누고, 그 중 하나의 광은 기준광으로, 나머지 하나의 광은 물체광으로 사용하며, 측정물체에 입사시켜 반사된 물체광을 상기 기준광과 간섭시켜 간섭무늬를 획득하고 상기 간섭무늬를 해석함으로써 측정물체의 표면정보를 얻는다. 위상 Φ(x,y)를 구하기 위해서는 여러 장의 영상이 필요하므로 이를 빠르고 정확하게 구하는 여러 가지 방법이 제시되고 있다. 이에 대한 한 가지 방법으로, 한 장의 영상으로 위상을 구할 수 있는 방법이 제시되는데, 이에 의하면, 여러 장의 영상이 필요한 다른 방법에 비해 빠르게 위상을 구할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 형상이 계단처럼 생긴 불연속 면을 측정하는 경우에는 PSI의 공통적인 단점인 측정영역이 파장의 1/4로 제한되는 한계는 남아 있다.
측정 영역을 넓히는 방법으로는 두 개 이상의 파장을 이용하여 PSI를 구현하는 방법이 알려져 있다. 보통 먼저 하나의 파장(λ1)을 이용하여 형상을 측정하여 위상정보를 얻고 다음에 두 번째 파장(λ2)을 이용하여 위상 정보를 얻어 이 두 가지 정보를 이용하여 측정 영역을 확장한다. 이 방법은 측정시간이 최소한 2배로 걸리게 되므로 측정 속도를 빠르게 하기 위해서는 새로운 방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 두 개의 파장을 사용하여 동시에 2개의 위상 정보를 측정함으로써, 측정영역을 확장하고, 보다 빠르게 나노 단위 이하의 구조물을 측정하고자 하는 것이다.
본 발명인 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계는, 파장이 서로 다른 다수의 레이저를 발진시키는 레이저 발진부와, 레이저 발진부에서 발진된 레이저 파장의 결맞춤을 짧게 만들기 위한 모드 믹서부와, 모드 믹서부에서 나와서 렌즈와 선 편광기를 거친 상기 레이저를 투과 및 반사시키는 제1 빔 스플리터와, 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저에 의해서 측정 물체를 측정하는 미라우 렌즈부와, 미라우 렌즈부에서 반사된 레이저는 제1 빔 스플리터를 투과하고, 제1 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 사분의 일 파장판을 투과하고, 사분의 일 파장판을 투과한 레이저가 다수의 파장으로 분리되는 파장 분리기부와, 파장 분리기부에서 분리된 파장이 사분의 일 파장판을 투과하여 간섭무늬를 나타내는 다수의 픽셜레이티드 CCD 카메라부와, 픽셜레이티드 CCD카메라부에서의 간섭무늬를 이용하여 정밀형상을 분석하는 PC부를 포함한다.
또한, 파장이 서로 다른 레이저는 광섬유 커플러에서 하나로 모아진 후 멀티모드 광섬유로 입사되며, 멀티모드 광섬유에 입사된 레이저는 진동자를 이용하여 레이저 파장의 결맞춤이 짧아지는 것을 특징으로 하고, 진동자는 스피커 또는 압전소자인 것을 특징으로 한다. 아울러, 미라우 렌즈부는 대물렌즈와, 대물렌즈의 하부에 위치하는 기준거울과, 기준거울의 하부에 위치하는 제2 빔 스플리터와, 제2 빔 스플리터의 하부에 위치하는 사분의 일 파장판을 구비하며, 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 대물렌즈를 통하여 입사되고, 제2 빔 스플리터에서 투과 및 반사되고, 제2 빔 스플리터의 하부에 위치하는 사분의 일 파장판은 제2 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 미라우 렌즈부는 대물렌즈와, 대물렌즈의 하부에 위치하는 기준거울과, 기준거울의 하부에 위치하는 제2 빔 스플리터와, 제2 빔 스플리터의 상부에 위치하는 사분의 일 파장판을 구비하며, 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 상기 대물렌즈를 통하여 입사되고, 상기 제2 빔 스플리터에서 투과 및 반사되고, 제2 빔 스플리터의 상부에 위치하는 사분의 일 파장판은 제2 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 파장 분리기부는 다이크로익 빔 스플리터 또는 색 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 한다.
본 발명인 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계는, 파장이 서로 다른 다수의 레이저를 발진시키는 레이저 발진부와, 레이저 발진부에서 발진된 파장이 서로 다른 파장의 결맞춤을 짧게 만들기 위한 모드 믹서부와, 모드 믹서부에서 나와서 렌즈와 선 편광기를 거친 상기 레이저를 투과 및 반사시키는 편광 빔 스플리터와, 편광 빔 스플리터에서 반사된 레이저는 측정물체로 입사되고, 편광 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 기준거울로 입사되고, 편광 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 기준거울로 입사되며 편광 빔 스플리터는 측정물체에서 반사된 레이저와 기준거울에서 반사된 레이저를 재투과 및 재반사시키는 현미경 간섭계부와, 편광 빔 스플리터에서 재투과 및 재반사된 레이저의 일부를 다수의 파장으로 분리시키는 파장 분리기부와, 파장 분리기부에서 분리된 파장이 사분의 일 파장판을 투과하여 간섭무늬를 나타내는 다수의 픽셜레이티드 CCD 카메라부와, 픽셜레이티드 CCD카메라부에서의 간섭무늬를 이용하여 정밀형상을 분석하는 PC부를 포함한다. 또한, 파장이 서로 다른 레이저는 광섬유 커플러에서 하나로 모아진 후 멀티모드 광섬유로 입사되며, 멀티모드 광섬유에 입사된 레이저는 진동자를 이용하여 레이저 파장의 결맞춤이 짧아지는 것을 특징으로 하고, 진동자는 스피커 또는 압전소자인 것을 특징으로 한다. 아울러, 현미경 간섭계부는 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 사분의 일 파장판을 구비하며, 편광 빔 스플리터에서 반사 또는 투과된 레이저가 상기 사분의 일 파장판을 투과하는 것을 특징으로 하고, 편광 빔 스플리터는 상기 측정물체에서 반사된 레이저와 기준거울에서 반사된 레이저를 재투과 및 재반사시키고, 재투과 및 재반사된 레이저의 일부는 대물렌즈 및 사분의 일 파장판을 투과하여 파장 분리기부로 입사되는 것을 특징으로 한다. 더욱이, 파장 분리기부는 다이크로익 빔 스플리터 또는 색 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 한다.
간섭계로 측정하는 경우에는 물체가 움직이면 측정의 오차를 유발하거나 아예 측정이 불가능하게 된다. 그러므로 형상정보를 얻는 동안은 물체와 현미경 간섭계가 정지한 상태를 유지해야 한다. 기존의 간섭계는 측정 시간이 오래 걸리기 때문에 물체를 이동하였다가 정지시키는 데 많은 시간이 필요하다.
그러나 본 발명의 장치는 형상을 측정하기 위해 필요한 데이터를 동시에 얻을 수 있기 때문에 한 화면의 측정에 소요되는 시간은 CCD 카메라의 노출시간만큼만 필요하다. 카메라의 노출시간은 수 ms나 수 μs로 짧게 만들 수 있으므로 형상을 측정하는데 필요한 시간 동안은 측정물체가 천천히 움직이더라도 정지한 것과 같은 효과를 볼 수 있다. 그러므로 기존의 간섭계와 비교하여, 외부의 진동에 둔감하고 측정시 측정 물체를 이동하는 방법이 더 자유롭다. 이 특성은 본 발명을 생산라인에 적용시키는 경우에 기존의 방법에 비해 뛰어난 생산성 향상 효과를 가져올 수 있다.
도 1은 간섭계의 원리를 설명하기 위한 간섭계의 개략도를 나타내고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 간섭계의 구성도를 나타내고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미라우 렌즈를 이용한 간섭계의 개략도를 나타내고,
도 4는 미라우 렌즈의 변형된 실시예를 나타내고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 간섭계의 개략도를 나타낸다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명인 다파장을 이용한 위상천이 간섭게에 대해서 상세하게 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계는 도 2에서와 같은 구성요소에 의해 동작하게 된다. 도 2를 참조하면, 레이저 발진부(100)에서는 파장이 서로 다른 λ1,λ2인 파장을 발진시킨다. 상기 발진된 레이저는 광섬유를 통해 광섬유 커플러에서 모아진 후 하나의 멀티모드 광섬유로 입사되며, 멀티모드 광섬유로 입사된 레이저는 진동자를 이용하여 레이저 파장의 결맞춤을 짧게 만들 수 있다. 상기와 같이 파장이 모드 믹서부(200)를 거친 후, 레이저는 미라우 렌즈부(300)로 입사되어 측정 물체를 측정한다. 측정 물체에서 반사된 레이저는 두 파장을 분리하는 장치인 파장 분리기부의 일종인 다이크로익 빔 스플리터(400)를 통해 파장이 분리되고, 분리된 파장은 각각 사분의 일 파장판을 투과하여 픽셜레이티드 CCD 카메라(Pixelated CCD Camera)(500)로 입사되고 각각의 카메라에서 얻어진 영상 정보는 PC부(600)에서 처리하여 형상 정보로 변환된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미라우 렌즈(Mirau)를 이용한 간섭계의 개략도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 두 개의 레이저(110, 120)에서 나온 빛은 섬유 콜리메이팅 렌즈(Fiber Colimating Lens, FCL)(130)와 광섬유 결합기(Optical Fiber Coupler, OFC)(140)를 통해 다중모드광섬유(multi-mode fiber)(220)로 입사된다. 다중모드광섬유(220)는 진동자(예컨데, 스피커나 압전소자 등)(210)를 이용하여 고속으로 흔들어서 내부의 모드가 섞여서 나오도록 만든다. 이 과정은 다중모드광섬유(220)의 출력단에서 나오는 레이저가 옆의 위치의 레이저와 서로 공간결맞춤(spatial coherence)을 짧게 만드는 작업이다. 다중모드광섬유(220)에서 나온 레이저는 콜리메이션 렌즈(Collimation lens, CL)(310)와 선 편광기(320)를 거쳐서 제1 빔 스플리터(350)에서 투과 및 반사된다. 제1 빔 스플리터(350)를 통해 레이저는 기준빔과 검사빔으로 나뉘게 되는데, 기준빔은 제2 빔 스플리터(350')에서 반사되어 사분의 일 파장판(340)을 두 번 통과하게 되어서 편광각은 90도 회전되고, 검사빔과 서로 90도 각도를 이루게 된다. 다시 제1 빔 스플리터(350)를 거쳐서 사분의 일 파장판(341)을 통과할 때 90°각도를 이루는 기준빔과 검사빔은 각각 반대방향으로 원편광된다. 검사빔과 기준빔은 처음에 파장이 서로 다른 레이저를 사용하므로, 다이크로익 빔 스플리터(400)는 기준빔과 검사빔과는 별개로 처음 사용했던 각각의 레이저를 분리한다. 즉, 다중모드광섬유(220)에서 나온 레이저는 콜리메이션 렌즈(310)를 통해 평행광이 되고, 평행광은 선 편광기(320)에서 편광방향이 조절된다. 선 편광기(320)는 미라우 렌즈의 변형에 사용한 사분의 일 파장판(340)의 축방향과 결합하여 사분의 일 파장판(340)을 두 번 통과한 빛의 편광방향을 90도 회전시켜야 한다. 그러므로, 선 편광기(320)의 편광방향과 사분의 일 파장판의 광축은 서로 연동해서 정렬해야 한다. 선 편광기(320)를 지난 레이저는 제1 빔 스플리터(350)에서 투과 및 반사되고, 그 중 반사된 레이저는 미라우 렌즈부에서의 대물렌즈(330)를 통과하고, 미라우 렌즈부의 제2 빔 스플리터(350')에 입사된다. 제2 빔 스플리터(350')에서도 역시 레이저의 반사 및 투과 현상이 발생하고, 그 중 투과된 레이저는 측정 물체(360) 표면에 입사되고, 반사된 레이저는 기준거울(370)로 입사된다. 기준거울로 입사되는 레이저는 사분의 일 파장판(340)을 지난 후 기준거울(370)에서 반사되어 다시 사분의 일 파장판(340)을 지나므로 편광이 90°회전된다. 편광이 90°회전된 상태로 제2 빔 스플리터(350')에서 반사되어 대물렌즈(330)에 입사되고, 제1 빔 스플리터(350)로 다시 입사된다. 이에 반해, 측정 물체(360) 표면으로 투과되는 레이저는 물체 표면에 반사되어 편광의 변화가 없이 제2 빔 스플리터(350')를 투과한 후 대물렌즈(330)에 입사되며, 다이크로익 빔 스플리터(400)로 입사된다. 다이크로익 빔 스플리터(Dichroic beam splitter, DBS)(400)는 코팅을 해서 특정 파장은 반사시키고 다른 파장은 투과시키도록 만든 광학소자이다. 파장을 분리하기 위해서, 다이크로익 빔 스플리터(Dichroic beam splitter, DBS)나 각각의 파장만 투과시키는 색 밴드패스 필터(Color Band Pass Filter, CF)를 사용할 수 있다. 다이크로익 빔 스플리터(400)로 입사된 레이저는 다이크로익 빔 스플리터(400)에서 다시 분리되고, 분리된 레이저는 간섭무늬를 픽셜레이티드 CCD 카메라부(500)인 두 대의 CCD 카메라(510, 520)에 각각 형성하고, 형성된 픽셜레이티드 CCD 카메라(510, 520)의 간섭무늬 형상을 PC(600)에서 분석하여 형상을 측정할 수 있다. 픽셜레이티드 CCD 카메라부(500) 전방에는 사분의 일 파장판이 놓이는데, 이를 투과하여 픽셜레이티드 CCD 카메라부(500)로 레이저가 입사하게 된다.
아울러, 상기 픽셜레이티드 CCD 카메라부(500)는 사분의 일 파장판을 통과한 파장은 픽셜레이티드 위상 마스크를 통과하여 픽셜레이티드 CCD 카메라에 투영되되, 상기 픽셜레이티드 CCD 카메라부(500)는 레이저의 수와 동일한 수로 다수개 구비되는 것을 특징으로 한다.
도 4는 미라우 렌즈의 변형된 실시예를 나타내는 개략도이다. 도 4(a)는 기존의 미라우 렌즈 구조를 나타내는 것이고, 도 4(b) 및 도 4(c)는 본 발명에 따른 변형된 미라우 렌즈 구조를 나타내는 것이다. 변형된 미라우 렌즈 구조는 기준거울(370)의 하부에 위치하는 제2 빔 스플리터(350')의 상부 또는 하부에 사분의 일 파장판(Quater Wave Plate, QWP)(340, 340')이 구비된다. 사분의 일 파장판(340, 340')은 측정 물체에서 반사된 레이저와 기준거울(370)에서 반사된 레이저의 편광이 서로 수직이 되도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 간섭계의 개략도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 다중모드광섬유에서 나온 빛이 콜리메이션 렌즈(310)를 통해 평행광이 되고 다시 편광방향을 조절하기 위해 선 편광기(320)를 통과한다. 선 편광기(320)는 편광빔 스플리터(polarizing beam splitter, PBS)(610)의 편광축에 45°가 되도록 편광 방향을 조절한다. 편광 빔 스플리터(610)는 편광축에 대해 45°선평광된 빛이 편광 빔 스플리터(610)에 입사되면 이 빛은 편광 빔 스플리터(610)의 편광축에 대하여 동일한 크기의 x축 성분과 y축 성분의 빛의 합성이기 때문에 측정물체와 기준거울(370)에 각각 동일한 크기의 서로 수직한 성분의 빛이 입사하게 된다. 각각의 빛은 기준거울과(370)과 측정물체의 전방에 위치한 사분의 일 파장판(371, 372)에 입사할 때와 반사될 때 총 두 번을 지나면서 처음과 수직하게 편광된다. 따라서 각 빔은 처음과 위상이 직교한 상태로 다시 편광 빔 스플리터(610)로 입사하게 되고 이전에 투과되었던 기준빔은 반사되고, 이전에 반사되었던 검사빔은 투과되어, 파장 분리기부 기능을 하는 다이크로익 빔 스플리터(400)로 입사된다. 즉, 편광 빔 스플리터(610)에서 입사된 레이저는 투과 및 반사되는데, 편광 빔 스플리터(610)에서 반사된 레이저는 측정물체로 입사되고, 편광 빔 스플리터(610)에서 투과된 레이저는 기준거울(370)로 입사된다. 이 때, 기준거울(370)로 입사된 레이저는 사분의 일 파장판(371)을 두 번 통과하여 편광방향이 90도 회전하여 편광 빔 스플리터(610)로 되돌아 간 후 재반사되어 파장 분리기부로 입사되고, 편광 빔 스플리터(610)에서 반사되어 측정물체로 입사된 레이저는 사분의 일 파장판(372)을 두 번 통과하여 편광방향이 90도 회전하여 편광 빔 스플리터(610)로 되돌아 간 후 재투과되어 파장 분리기부로 입사된다. 이 때, 재투과된 레이저는 대물렌즈(650)를 지난다. 대물렌즈(330)를 지난 레이저는 사분의 일 파장판(370) 및 이미징 렌즈(710)를 거친 후 다이크로익 빔 스플리터(Dichroic beam splitter, DBS)(400)에서 파장이 분리된다. 다이크로익 빔 스플리터(Dichroic beam splitter, DBS)(400)는 코팅을 해서 특정 파장은 반사시키고 다른 파장은 투과시키도록 만든 광학소자이다. 파장을 분리하기 위해서, 다이크로익 빔 스플리터(Dichroic beam splitter, DBS)나 각각의 파장만 투과시키는 색 밴드패스 필터(Color Band Pass Filter, CF)(720, 721)를 사용할 수 있다. 사분의 일 파장판(370)은 픽셜레이티드 CCD 카메라가 동작하기 위해 필요한 것으로, CCD 카메라 전방에는 픽셜레이티드 위상 마스크(pixealted phase mask)가 위치하며 그 전방에 사분의 일 파장판이 위치하게 된다. 위상 마스크의 한 픽셀은 각각 0°, 45°, 90°, -45°의 편광판으로 구성된 네 장의 어레이(Array)로 이루어져 있다. PSI 방식에서 한 지점의 높이 정보를 구하기 위해서는 위상차가 서로 달리했을 때의 4개의 간섭신호가 필요하므로, 픽셜레이티드 위상 마스크는 미세 픽셀로 이루어져 있으며, 네 개의 픽셀이 하나의 어레이를 구성하는 것이다. 기준빔과 검사빔이 현미경간섭계부를 지나면서 서로에게 수직이 되게 편광되었기 때문에 사분의 일 파장판을 지나면서 서로 반대 방향으로 원편광 되고 분리되어 위상 마스크를 지나면서 각각 반대편 방향으로 원편광 되는 동시에 분리되면서 각각 0°, 45°, 90°, -45°로 선편광된다.
간섭신호의 광량식에서 기준빔의 광량을 I r, 검사빔의 광량을 I t라고 할 때
Figure 112011087157116-pat00001
로 나타낼 수 있다. 이때 ΔΦ는 두 빔의 위상차, α는 각 화소의 편광각이다. 네 개의 어레이에서 얻을 수 있는 신호는 다음과 같다.
Figure 112011087157116-pat00002
Figure 112011087157116-pat00003
Figure 112011087157116-pat00004
Figure 112011087157116-pat00005
여기서 얻은 네 개의 신호로 I t, I r, ΔΦ 값을 산술적으로 계산할 수 있으며 두 개의 CCD 카메라에서 얻어낸 신호를 분석하면 맥놀이 파장을 계산할 수 있고 이 파장만큼 넓어진 범위에서의 형상을 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
레이저부 : 100 모드 믹서부 : 200
렌즈 : 310 선 편광기 : 320
제1 빔 스플리터: 350 제2 빔 스플리터: 350'
대물렌즈 : 330 사분의 일 파장판 : 340
다이크로익 빔 스플리터 : 400
픽셜레이티드 CCD 카메라 : 500
PC : 600

Claims (12)

  1. 파장이 서로 다른 다수의 레이저를 발진시키는 레이저 발진부와;
    상기 레이저 발진부에서 발진된 레이저 파장의 결맞춤을 짧게 만들기 위한 모드 믹서부와;
    상기 모드 믹서부에서 나와서 렌즈와 선 편광기를 거친 상기 레이저를 투과 및 반사시키는 제1 빔 스플리터와;
    상기 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저에 의해서 측정 물체를 측정하는 미라우 렌즈부와;
    상기 미라우 렌즈부에서 반사된 레이저는 상기 제1 빔 스플리터를 투과하고, 상기 제1 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 사분의 일 파장판을 투과하고, 상기 사분의 일 파장판을 투과한 레이저가 다수의 파장으로 분리되는 파장 분리기부와;
    상기 파장 분리기부에서 분리된 파장이 사분의 일 파장판을 투과하고, 사분의 일 파장판을 통과한 파장은 픽셜레이티드 위상 마스크를 통과하여 픽셜레이티드 CCD 카메라에 투영되되, 상기 픽셜레이티드 CCD 카메라는 레이저의 수와 동일한 수로 다수개 구비되는 픽셜레이티드 CCD 카메라부와;
    상기 픽셜레이티드 CCD카메라부에서의 간섭무늬를 이용하여 정밀형상을 분석하는 PC부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장이 서로 다른 레이저는 광섬유 커플러에서 하나로 모아진 후 멀티모드 광섬유로 입사되며, 상기 멀티모드 광섬유에 입사된 레이저는 진동자를 이용하여 레이저 파장의 결맞춤이 짧아지는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동자는 스피커 또는 압전소자인 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미라우 렌즈부는 대물렌즈와, 상기 대물렌즈의 하부에 위치하는 기준거울과 상기 기준거울의 하부에 위치하는 제2 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터의 하부에 위치하는 사분의 일 파장판을 구비하며, 상기 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 상기 대물렌즈를 통하여 입사되고, 상기 제2 빔 스플리터에서 투과 및 반사되며,
    상기 제2 빔 스플리터의 하부에 위치하는 사분의 일 파장판은 상기 제2 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미라우 렌즈부는 대물렌즈와, 상기 대물렌즈의 하부에 위치하는 기준거울과 상기 기준거울의 하부에 위치하는 제2 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터의 상부에 위치하는 사분의 일 파장판을 구비하며, 상기 제1 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 상기 대물렌즈를 통하여 입사되고, 상기 제2 빔 스플리터에서 투과 및 반사되며,
    상기 제2 빔 스플리터의 상부에 위치하는 사분의 일 파장판은 상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 레이저가 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파장 분리기부는 다이크로익 빔 스플리터 또는 색 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  7. 파장이 서로 다른 다수의 레이저를 발진시키는 레이저 발진부와;
    상기 레이저 발진부에서 발진된 레이저 파장의 결맞춤을 짧게 만들기 위한 모드 믹서부와;
    상기 모드 믹서부에서 나와서 렌즈와 선 편광기를 거친 상기 레이저를 투과 및 반사시키는 편광 빔 스플리터와;
    상기 편광 빔 스플리터에서 반사된 레이저는 측정물체로 입사되고, 상기 편광 빔 스플리터에서 투과된 레이저가 기준거울로 입사되고, 상기 편광 빔 스플리터는 측정물체에서 반사된 레이저와 기준거울에서 반사된 레이저를 재투과 및 재반사시키는 현미경 간섭계부와;
    상기 편광 빔 스플리터에서 재투과 및 재반사된 레이저의 일부를 다수의 파장으로 분리시키는 파장 분리기부와;
    상기 파장 분리기부에서 분리된 파장이 사분의 일 파장판을 투과하여 간섭무늬를 나타내는 다수의 픽셜레이티드 CCD 카메라부와;
    상기 픽셜레이티드 CCD카메라부에서의 간섭무늬를 이용하여 정밀형상을 분석하는 PC부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파장이 서로 다른 레이저는 광섬유 커플러에서 하나로 모아진 후 멀티모드 광섬유로 입사되며, 상기 멀티모드 광섬유에 입사된 레이저는 진동자를 이용하여 레이저 파장의 결맞춤이 짧아지는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진동자는 스피커 또는 압전소자인 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 현미경 간섭계부는 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준 거울에서 반사된 레이저의 편광이 수직이 되도록 사분의 일 파장판을 구비하며, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사 또는 투과된 레이저가 상기 사분의 일 파장판을 투과하는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터는 상기 측정물체에서 반사된 레이저와 상기 기준거울에서 반사된 레이저를 재투과 및 재반사시키고, 상기 재투과 및 재반사된 레이저의 일부는 대물렌즈 및 사분의 일 파장판을 투과하여 상기 파장 분리기부로 입사되는 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 파장 분리기부는 다이크로익 빔 스플리터 또는 색 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 하는 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계.
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