KR101375731B1 - 표면 형상 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 표면 형상 검사 장치는 검사 대상물의 표면 형상을 검사하기 위한 것으로, 광원부, 광 분배부, 부분반사막, 지지부, 구동부 및 감지부를 포함한다. 광원부는 복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출하고, 광 분배부는 광원부로부터의 광을 검사 대상물이 위치한 방향으로 전달한다. 부분반사막은 광 분배부로부터의 광들 중 일부인 제1 광을 반사시키고, 지지부는 광 분배부로부터의 광들 중 부분반사막에서 반사되지 않은 제2 광이 상기 검사 대상물에서 반사되도록 검사 대상물을 지지한다. 구동부는 제1 광과 제2 광의 경로차에 의하여 간섭이 일어날 수 있도록 부분반사막과 지지부 사이의 거리를 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작게 형성되도록 부분반사막 및 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절한다. 감지부는 간섭 신호를 생성하는 제1 광 및 제2 광을 수신하고, 간섭 신호를 통하여 검사 대상물의 표면 형상에 관한 정보를 획득한다. 따라서 표면 형상 검사 장치는 대면적의 검사 대상물의 표면 형상 정보를 빠른 시간 내에 고 해상도로 획득할 수 있다.

Description

표면 형상 검사 장치{DEVICE OF INSPECTING SAMPLE'S SURFACE}

본 발명은 표면 형상 검사 장치에 관한 것으로서, 대면적의 검사 대상물 표면의 형상을 빠른 시간 내에 고 해상도의 정보를 획득할 수 있는 표면 형상 검사 장치에 관한 것이다.

빛의 중심파장 스캔 가변을 이용한 측정 시스템은 빛의 결맞음(coherence) 현상을 이용하여 샘플의 표면 형상을 획득하는 장비인 기존의 백색광 주사 간섭계 (Whitelight scanning interferometry: WSI)의 단점을 극복하기 위한 것이다.

상기 백색광 주사 간섭계는 샘플의 표면 형상 정보를 획득할 수 있는 고 해상도 이미징 시스템이다. 상기 백색광 주사 간섭계는 가시광 및 근적외선 파장대 광원의 간섭 거리를 이용한 기기이다. 특히, 상기 백색광 주사간섭계는 샘플의 표면을 비접촉 하여 조영하는 영상 기법으로 이와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 상기 백색광 주사 간섭계에서 2차원 씨씨디(CCD)를 이용하여 3차원 표면 형상을 구하기 위하여, 진행하는 광들의 경로차 발생시켜야 한다. 이를 위한 깊이 방향 정보 획득은 고정된 기준단 거울의 시간에 따른 반복적 이송 속도의 한계와 기계적 광 경로차 반복 안정성의 한계에 의하여 성능이 제한된다.

한편, 분산형 백색광 주사 간섭계(Dispersive WSI)에서는 2차원 CCD의 한쪽 축을 분광 정보를 얻는 데에 사용함으로써, 기준단의 반복 이송 없이 광경로차 정보를 얻을 수 있다.

그러나 분산형 백색광 주사 간섭계(Dispersive WSI)에서 최종적인 3차원 표면 형상을 구하기 위해서 표면에 노출되는 광을 가로축 혹은 세로축으로의 스캐닝(scanning)하여야 한다. 따라서 대면적의 스캐닝을 하는 경우, 가로축과 세로축의 스캐닝 동작에 의하여 샘플의 정보 획득 속도가 현저하게 낮아지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 시간에 따라 중심 파장이 스캔 가변하여 변함으로써 광학 간섭 정보를 얻을 수 있는 레이저를 광원부로 사용하고, 상기 광원부에서 방출되는 광을 면의 형태 또는 선의 형태로 공간 확장하여 검사 대상물의 표면을 대면적으로 조영하여 표면 형상의 정보를 획득할 수 있는 표면 형상 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 검사 대상물의 표면 형상을 검사하기 위한 것으로, 광원부, 부분반사막, 지지부, 구동부 및 감지부를 포함한다. 상기 광원부는 복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출한다. 상기 부분반사막은 상기 광 광원부로부터의 광들 중 일부인 제1 광을 반사시킨다. 상기 지지부는 상기 광 광원부로부터의 광들 중 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 제2 광이 상기 검사 대상물에서 반사되도록 상기 검사 대상물을 지지한다. 상기 구동부는 상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로차에 의하여 간섭이 일어날 수 있도록 상기 부분반사막과 상기 지지부 사이의 거리를 상기 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작게 형성되고 상기 부분반사막과 상기 지지부가 서로 평행하게 위치하도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절한다. 상기 감지부는 간섭 신호를 생성하는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 수신하고, 상기 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면 형상에 관한 정보를 획득한다.

본 발명의 다른 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 검사 대상물의 표면 형상을 검사하기 위한 것으로, 광원부, 부분반사막, 지지부, 구동부 및 감지부를 포함한다. 상기 광원부는 복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출한다. 상기 부분반사막은 상기 광원부로부터의 광들 중 일부인 제1 광을 반사시킨다. 상기 지지부는 상기 광 광원부로부터의 광들 중 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 제2 광이 상기 검사 대상물에서 반사되도록 상기 검사 대상물을 지지한다. 상기 구동부는 상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로차에 의하여 간섭이 일어날 수 있도록 상기 부분반사막과 상기 지지부 사이의 거리를 상기 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작게 형성되도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절한다. 상기 감지부는 간섭 신호를 생성하는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 수신하고, 상기 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면 형상에 관한 정보를 획득한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 검사 대상물이 복수개의 층으로 이루어진 경우에는 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 광들 중 상기 검사 대상물의 표면에서 반사되지 않은 제3 광이 상기 검사 대상물의 표면 아래에 있는 층들 중 적어도 하나 층의 표면에서 반사된다. 이 때, 상기 구동부는 상기 부분반사막과 상기 제3 광이 반사되는 표면 사이의 거리가 상기 광의 가간섭거리보다 작도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 지지부는 상기 검사 대상물을 안착시켜 상기 검사 대상물의 하부를 지지하기 위한 제1 지지대, 및 상기 지지대의 가장자리에 위치하고, 상기 검사 대상물의 높이보다 더 높게 형성된 기둥 형상의 제2 지지대를 포함할 수 있다. 그리고 상기 구동부는 상기 부분반사막의 하부면 가장자리가 상기 제2 지지대의 상부면과 접하도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 감지부는 상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로차에 의하여 생성된 상기 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면 형상을 상기 검사 대상물의 표면의 각 위치에 대응하는 픽셀 별로 감지한다.

이상에서 설명한 바와 같은 표면 형상 검사 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 광원으로부터 광의 가간섭거리보다 부분반사막과 검사 대상물 사이의 거리가 작아 부분반사막과 검사 대상물에서 각각 반사하는 광이 간섭을 일으켜, 이 간섭 신호를 이용하여 검사 대상물의 표면 형상 정보를 획득할 수 있다.

둘째, 광원으로부터 방출된 광을 면 형태 또는 선 형태로 공간 확장함으로써, 대면적의 검사 대상물의 표면 형상을 빠른 시간 내에 효율적으로 획득할 수 있다.

셋째, 광의 가간섭거리보다 부분반사막과 검사 대상물 사이의 간격이 작은 상태로 유지되도록 부분반사막과 검사 대상물을 지지하는 지지대의 위치를 조절함으로써 안정된 환경에서 검사 대상물의 표면 형상 정보를 획득할 수 있다.

넷째, 광이 반사되는 부분반사막의 위치를 변화시키는 것이 아니라 광원의 중심 파장을 순차적으로 스캔하여 광 간섭 신호를 발생시킬 수 있으므로, 기계적인 속도의 제한을 받지 않고 실시간으로 검사 대상물의 표면 형상 정보를 획득할 수 있다.

다섯째, 검사 대상물의 표면 형상 뿐만 아니라 검사 대상물의 표면 내부의 반사면에 대한 형상 정보를 획득할 수 있다.

[도 1]은 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치에 관한 개략적인 구성도
[도 2]는 도 1에 도시된 부분반사막과 검사대상물의 표면에 광이 각각 반사되어 광 경로차에 의한 간섭 현상을 설명하기 위한 도면
[도 3]은 도 1에 도시된 부분반사막과 지지부의 위치를 조절하는 예를 설명하기 위한 도면
[도 4]는 도 1에 도시된 감지부가 수신하는 간섭 신호와 그에 대응하는 스펙트럼 신호를 설명하기 위한 도면
[도 5a] 및 [도 5b]는 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 정보의 획득 결과를 설명하기 위한 이미지와 사진

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치에 관한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 광의 간섭 현상을 이용하여 검사 대상물(130)의 표면의 형상을 파악하고 이를 이용하여 표면 검사를 하기 위한 것이다. 이를 위하여, 표면 형상 검사 장치는 광원부(100), 광 분배부(110), 부분반사막(120), 지지부(131), 감지부(140)를 포함한다.

광원부(100)는 복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출한다. 예를 들어, 광원부(100)는 시간에 따라 중심 파장이 스캔 가변하여 변함으로써 광학 간섭 정보를 얻을 수 있는 레이저를 포함한다.

광 분배부(110)는 광원부(100)로부터 방출되는 광을 검사 대상물(130)이 위치한 방향으로 전달한다. 예를 들어, 광원부(100)가 방출하는 광의 직선 경로 상에 검사 대상물(130)이 위치하지 않은 경우에는, 광 분배부(110)가 광원부(100)로부터 방출된 광의 경로를 변경시켜 검사 대상물(130)이 위치한 방향으로 향하도록 한다. 이와 달리, 광원부(100)가 방출하는 광의 직선 경로 상에 검사 대상물(130)이 위치하는 경우, 광 분배부(110)는 광을 통과시키는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 광 분배부(110)는 부분반사막(120)과 검사 대상물(130)에서 반사되는 광들을 감지부(140)가 위치한 방향으로 향하도록 한다. 이 때, 광 분배부(110)는 부분반사막(120)과 검사 대상물(130)에서 반사되는 광들이 감지부(140)의 축으로 합쳐지도록 한다.

부분반사막(120)은 광 분배부(110)로부터의 광들 중 일부인 제1 광을 반사시킨다. 즉, 부분반사막(120)은 광 분배부(110)을 통과한 광들 중 일부인 제1 광을 반사시키고, 상기 제1 광을 제외한 나머지 광을 통과시켜서 검사 대상물(130)의 방향으로 향하도록 한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 부분반사막(120)의 표면은 광의 반사율과 반사 위치를 조절이 가능한 재질로 코팅될 수 있다. 또한, 부분반사막(120)의 표면 중 검사 대상물(130)로 향한 표면은 광의 반사를 억제시키는 재질로 코팅될 수 있다.

즉, 부분반사막(120)은 제1 광을 반사시키기 위한 표면에는 반사율이 높은 재질로 코팅되고, 반대쪽의 표면에는 검사 대상물(130)에서 반사되는 광이 투과되어 감지부(140) 방향으로 진행되어야 하므로 반사율이 낮거나 반사율이 거의 없는 재질로 코팅될 수 있다.

지지부(131)는 검사 대상물(130)을 지지한다. 예를 들어, 지지부(131)는 검사 대상물(130)을 안정적으로 지지하기 위하여 검사 대상물(130)의 크기보다 더 큰 면적을 가진다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 지지부(131)에 의하여 지지되는 검사 대상물(130)의 표면에서 광 분배부(110)를 통과한 광들 중 부분반사막(120)에서 반사되지 않은 제2 광이 반사된다.

따라서 광원부(100)로부터 방출된 광들 중 부분반사막(120)에서 반사되는 제1 광이 진행되는 경로와 검사 대상물(130)에서 반사되는 제2 광의 경로의 차이가 발생한다. 이 때, 상기 제1 광과 제2 광의 경로 차이가 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작은 경우에, 상기 제1 광과 제2 광 사이에 간섭 현상이 일어날 수 있다. 다시 설명하면, 상기 제1 광이 진행하는 제1 소요시간과 상기 제2 광이 진행하는 제2 소요시간의 차이가 상기 광의 가간섭시간(coherence time)보다 작아져서 상기 제1 광과 제2 광이 간섭 신호를 생성할 수 있다.

감지부(140)는 간섭 신호를 생성하는 상기 제1 광 및 제2 광을 수신한다. 이에 감지부(140)는 상기 간섭 신호를 통하여 검사 대상물(130)의 표면 형상에 대한 정보를 획득할 수 있다. 특히, 감지부(140)는 상기 간섭 신호를 통하여 검사 대상물(130)의 표면 형상을 검사 대상물(130)의 표면의 각 위치에 대응하는 픽셀 별로 감지할 수 있다. 예를 들어, 감지부(140)는 카메라 기능을 갖는 다양한 종류의 촬영 장비로 구비될 수 있다.

감지부(140)가 간섭 신호를 통하여 표면 형상에 대한 정보를 획득하는 부분에 대해서는 도 4 및 도 5를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

구동부(180)는 부분반사막(120)과 지지부(131)를 구동시켜 그 위치 및 자세를 조절한다. 이에 구동부(180)는 부분반사막의 위치를 제어하는 제1 구동부(181) 및 지지부(131)의 위치를 제어하는 제2 구동부(182)로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 구동부(180)는 상기 제1 광과 제2 광 사이에 간섭 현상이 일어나기 위하여 상기 제1 광과 제2 광의 경로 차이가 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작아지도록 부분반사막(120)과 지지부(131) 중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동부(181)가 부분반사막(120)의 위치를 조절하여 부분반사막(120)과 지지부(131) 사이의 간격이 광의 가간섭거리보다 작아지도록 하거나, 제2 구동부(182)가 지지부(131)의 위치를 조절하여 부분반사막(120)과 지지부(131) 사이의 간격이 광의 가간섭거리보다 작아지도록 할 수 있다. 나아가, 제1 구동부(181)와 제2 구동부(182)가 동시에 또는 순차적으로 부분반사막(120)과 지지부(131)의 위치를 각각 조절할 수 있다.

또한, 구동부(180)는 부분반사막(120)과 지지부(131)가 서로 평행하게 위치하도록 부분반사막(120)과 지지부(131) 중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 표면 형상 검사 장치가 부분반사막(120)과 검사대상물(130)에서 반사되는 광의 경로차를 이용한 검사 대상물(130)의 표면 형상을 정확하게 검사하기 위한 것이므로, 구동부(180)가 부분반사막(120)과 지지부(131)가 평행하게 위치하도록 자세를 조절하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 검사 대상물(130)이 복수개의 층으로 이루어진 경우에는 부분반사막(120)에서 반사되지 않은 광들 중 검사 대상물(130)의 표면에서 반사되지 않은 제3 광이 검사 대상물(130)의 표면 아래에 있는 층들 중 적어도 하나 층의 표면에서 반사될 수 있다. 예를 들어, PCB, 반도체 칩, LCD, LED, 태양 전지 등과 같이 복수의 층으로 이루어진 소자의 경우에, 상기 복수의 층에 대한 표면을 검사할 필요가 있다. 이를 위하여, 감지부(140)는 검사 대상물(130)의 상부 표면에서 반사되지 않고 상부 표면의 아래에 있는 표면에서 반사되는 제3 광을 수신하고, 상기 제1 광과 제3 광 사이의 간섭 현상을 이용하여 검사 대상물(130)의 내부 표면에 대해서 형상 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 감지부(140)가 검사 대상물의 내부 표면에 대한 형상 정보를 획득하기 위해서는, 상기 제1 광과 제3 광의 경로 차이가 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작아져야 한다. 따라서 구동부(180)가 부분반사막(120)과 상기 제3 광이 반사되는 내부 표면 사이의 거리가 상기 광의 가간섭거리보다 작도록 부분반사막(120) 및 지지부(131) 중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 감지부(140)가 일차적으로 인식하는 영역이 검사 대상물(130)의 크기보다 작거나 인식하는 형상이 검사 대상물(130)의 형상과 다른 경우에는 감지부(140)가 인식하지 못한 영역을 이차적으로 인식하기 위하여, 구동부(180) 또는 다른 구동 수단(도시되지 않음)이 지지부(131) 또는 광원부(100), 광 분배부(110), 부분반사막(120) 및 감지부(140)의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 감지부(140)가 제1 광과 제2 광 사이의 간섭 신호를 이용하여 검사 대상물(130)의 표면 형상 정보를 일차적으로 획득한 이후에, 의 위치를 조절할 수 있다. 이와 달리, 별개로 구비된 구동 수단이 구동부(180)가 감지부(140)가 감지하지 못한 검사 대상물(130)의 나머지 영역의 표면 형상을 감지하기 위하여 지지부(131)를 제외한 다른 구성 수단, 즉 광원부(100), 광 분배부(110), 부분반사막(120) 및 감지부(140)의 위치를 조절할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 광원부(100)에서 간섭 신호를 일으키기 위한 광들을 방출하는 방식 아니라, 부분반사막(120)을 이용하여 광원부(100)에서 방출된 광들의 경로차를 유도하고, 부분반사막(120)과 검사 대상물(130) 사이의 거리를 광의 가간섭거리 이하로 조절함으로써, 안정적으로 광 간섭 신호를 획득할 수 있을 뿐 아니라 상기 광 간섭 신호를 이용하여 검사 대상물(130)의 표면 형상을 효율적으로 확보할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 광원부(100)와 광 분배부(110)의 사이에 위치한 제1 광학계(150)를 더 포함한다. 제1 광학계(150)는 광원부(100)로부터 방출된 광을 검사 대상물(130)의 크기에 대응되는 선의 형태 또는 면의 형태로 공간 확장시킨다.

또한, 본 발명의 표면 형상 검사 장치는 광 분배부(110)와 부분반사막(120)의 사이에 위치한 제2 광학계(160)를 더 포함한다. 제2 광학계(160)는 광 분배부(110)를 통과한 광을 검사 대상물(130)의 크기에 대응되는 선의 형태 또는 면의 형태로 공간 확장시킨다.

나아가, 본 발명의 표면 형상 검사 장치는 광 분배부(110)와 감지부(140)의 사이에 위치한 제3 광학계(170)를 더 포함한다. 제3 광학계(170)는 부분반사막(120)과 검사 대상물(130)로부터 반사되고 광 분배부(110)를 통과한 광을 선의 형태 또는 면의 형태로 공간 확장시킨다.

이를 위하여 제1 광학계(150), 제2 광학계(160), 제3 광학계(170)는 단일 경로의 광을 선 또는 면의 형태로 확장하기 위한 렌즈(도시되지 않음)를 구비한다. 그리고, 제1 광학계(150), 제2 광학계(160), 제3 광학계(170)에 구비된 렌즈의 배율은 검사 대상물(130)의 크기에 대응하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 검사 대상물(130)의 크기가 변하는 경우에는, 검사 대상물(130)의 크기 변화에 대응하여 상기 렌즈의 배율이 조절될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 표면 형상 검사 장치는 제1 광학계(150), 제2 광학계(160), 제3 광학계(170)에 구비된 상기 렌즈에 의하여 경로가 확장된 광을 평행하게 진행시키기 위한 콜리메이터(도시되지 않음)를 더 포함한다.

따라서 제1 광학계(150), 제2 광학계(160), 제3 광학계(170)가 검사 대상물(130)의 크기에 대응하여 전달받은 광을 공간 확장하여 진행시킴으로써, 검사 대상물(130)이 대면적인 경우에도 효율적으로 표면 형상을 획득할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 부분반사막과 검사대상물의 표면에 광이 각각 반사되어 광 경로차에 의한 간섭 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 있어서 광원부로부터 방출된 광이 부분반사막(200)과 검사 대상물의 표면(202), 검사 대상물의 기판면(204), 검사 대상물의 내부 기판면(206)에 각각 반사될 수 있다. 이 때, 진행하는 광들 사이에 간섭 신호를 발생하기 위해서는 광들 간의 경로 차이가 광의 가간섭거리보다 작아야 할 것이다. 다시 말하면, 진행하는 광들 사이의 경로 차에 의하여 소요되는 시간 차이가 광의 가간섭시간보다 짧아야 한다.

구체적으로, 광이 ① 경로로 진행하는 경우, 광은 부분반사막(200)에서 반사되는 제1 광(210)과 검사 대상물의 기판면(204)에서 반사되는 제2 광(212)과 검사 대상물의 내부 기판면(206)에서 반사되는 제3 광(214)으로 나누어진다.

이 때, 감지부에서 광의 간섭 신호를 이용하여 검사 대상물의 표면 형상 정보를 획득하기 위해서는 수신하는 광들 사이에 간섭이 발생하여야 한다. 이에 검사 대상물의 기판면(204)의 형상을 획득하기 위해서는 제1 광(210)과 제2 광(212) 사이에 간섭이 일어나야 하고, 검사 대상물의 내부 기판면(206)의 형상을 획득하기 위해서는 제1 광(210)과 제3 광(214) 사이에 간섭이 일어나야 할 것이다. 이에 제1 광(210)과 제2 광(212) 사이의 경로차 및 제1 광(210)과 제3 광(214) 사이의 경로차는 광의 가간섭거리(240)보다 작아야 할 것이다.

또한, ② 경로로 진행하는 경우, 광은 부분반사막(200)에서 반사되는 제4 광(220)과 검사 대상물의 표면(202)에서 반사되는 제5 광(222)과 검사 대상물의 내부 기판면(206)에서 반사되는 제6 광(224)으로 나누어진다.

마찬가지로, 감지부에서 검사 대상물의 표면(202)의 형상을 획득하기 위해서는 제4 광(220)과 제5 광(222) 사이에 간섭이 일어나야 하고, 검사 대상물의 내부 기판면(206)의 형상을 획득하기 위해서는 제4 광(220)과 제6 광(224) 사이에 간섭이 일어나야 할 것이다. 이에 제4 광(220)과 제5 광(222) 사이의 경로차 및 제4 광(220)과 제6 광(224) 사이의 경로차는 광의 가간섭거리(240)보다 작아야 할 것이다.

여기서, ① 경로로 진행하는 경우에서 제1 광(210)과 제2 광(212) 사이의 경로차는 ② 경로로 진행하는 경우에서 제4 광(220)과 제5 광(222) 사이의 경로차와 비교하여 상대적으로 긴 경로차를 갖는다. 이에 상대적으로 긴 경로차를 갖는 제1 광(210)과 제2 광(212) 사이에 발생하는 간섭 신호와 상대적으로 짧은 경로차를 갖는 제4 광(220)과 제5 광(222) 사이에 발생하는 간섭 신호는 서로 다른 파형을 갖는다. 이에 감지부가 서로 다른 파형의 간섭 신호를 통하여 검사 대상물의 형상을 파악할 수 있다.

또한, ① 경로로 진행하는 경우에서 제1 광(210)과 제3 광(214) 사이의 경로차는 ② 경로로 진행하는 경우에서 제4 광(220)과 제6 광(224) 사이의 경로차와 비교하여 상대적으로 긴 경로차를 갖는다. 이에 상대적으로 긴 경로차를 갖는 제1 광(210)과 제3 광(214) 사이에 발생하는 간섭 신호와 상대적으로 짧은 경로차를 갖는 제4 광(220)과 제6 광(224) 사이에 발생하는 간섭 신호의 차이를 통하여 감지부가 검사 대상물의 내부 기판면에 대한 형상 정보도 획득할 수 있다.

위와 같이, 부분반사막과 검사 대상물 사이의 거리에 의하여 서로 다른 경로를 갖는 광들 간에 간섭 신호가 생성되고, 감지부가 상기 간섭 신호를 통하여 검사 대상물의 표면, 기판면, 내부 기판면의 형상 정보를 획득할 수 있는 것이다.

도시되지는 않았지만, 상기 광의 가간섭거리가 변경하는 경우에는 상기 변경된 광의 가간섭거리에 대응하여, 부분반사막과 검사 대상물 사이의 간격이 상기 광의 가간섭거리보다 작게 조절될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 부분반사막과 지지부의 위치를 조절하는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 지지부는 검사 대상물(301)을 지지하기 위한 제1 지지대(302)와 제2 지지대(303)를 포함한다.

제1 지지대(302)는 검사 대상물(301)을 안착시켜 검사 대상물(301)의 하부를 지지한다.

제2 지지대(303)는 제1 지지대(302)의 가장자리에 위치하여 부분반사막(300) 방향으로 연장되어 형성된다. 제2 지지대(303)는 기둥 형상을 갖고, 검사 대상물(301)의 높이보다 더 높게 형성된다.

이 때, 부분 반사막에서 반사되는 광(기준신호)과 검사 대상물의 상위 표면에서 반사되는 광(외부 샘플신호)와 검사 대상물의 하위 표면에서 반사되는 광(내부 샘플신호) 사이에서 광 간섭이 일어나서, 감지부가 광 간섭 신호를 수신하기 위해서는 상기 광들 사이의 경로차가 광의 가간섭거리보다 작아야 한다.

이에 구동부(도시되지 않음)가 부분반사막(300)의 하부면 가장자리가 제2 지지대(303)의 상부면과 접하도록 부분반사막(300) 및 지지부(302, 303)중 적어도 하나의 위치를 조절할 수 있다.

위와 같이, 상기 구동부가 광의 가간섭거리보다 작은 범위에서 부분반사막(300)과 제2 지지대(303)를 접하도록 제어하는 경우, 부분반사막(300)과 지지부(302, 303)가 진동적으로 일체화됨으로써 광 간섭신호의 발생과 진동과 잡음에 의한 영향의 최소화를 통하여 검사 대상물에 대한 보다 정확한 검사가 이루어질 수 있다.

도시되지는 않았지만, 검사 대상물의 표면 가장 자리에 지지대를 형성하고, 상기 지지대의 상부면에 부분반사막이 접하도록 함으로써, 진동적으로 일체화 시켜 광 간섭신호의 발생과 진동과 잡음에 의한 영향의 최소화를 통하여 검사 대상물에 대한 보다 정확한 검사가 이루어질 수도 있을 것이다.

도 4는 도 1에 도시된 감지부가 수신하는 간섭 신호와 그에 대응하는 스펙트럼 신호를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 감지부는 부분 반사막에서 반사되는 제1 광과 검사 대상물의 표면, 기판면, 내부 반사면에서 반사되는 복수개의 제2 광의 경로차에 의하여 생성된 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면, 기판면, 내부 반사면 형상을 획득한다. 이 때, 상기 감지부는 검사 대상물의 표면의 각 위치에 대응하는 픽셀 별로 감지한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 감지부는 상기 검사 대상물의 표면의 높낮이에 따라 수신하는 광들의 경로차가 상이하여 서로 다른 간섭 신호를 수신하게 된다. 또한, 상기 감지부는 구조물이 형성된 검사 대상물의 표면과 구조물이 형성되지 않은 검사 대상물의 표면에 따라 수신하는 광들의 경로차가 상이하여 서로 다른 간섭 신호를 수신하게 될 것이다.

도 4에서와 같이 상대적으로 짧은 광 경로차를 거친 광 간섭 신호는 파장별 광세기의 주기가 길게 나타나고, 상대적으로 긴 광 경로차를 거친 광 간섭 신호는 파장별 광세기의 주기가 짧게 나타난다.

이에 상기 감지부에서는 광 간섭 신호를 통하여 수신한 광들의 광 경로차를 파악할 수 있고, 이를 통하여 검사 대상물의 표면 형상을 파악할 수 있는 것이다.

한편, 상기 감지부는 상기 광 세기의 변화를 갖는 간섭 신호의 광 세기의 한 주기보다 적어도 절반 이하의 시간 간격마다 각 픽셀에서 새로운 광 세기를 획득한다. 한편, 감지부의 촬영속도(frame rate)는 일정 속도(frame/sec)로 꺼지고 켜지는 동작을 반복하면서 영상을 받아들이는 속도를 말한다. 이에 Nyquist theory에 따라, 광 세기 신호에서 광 세기의 커지고 작아지는 반복 시간보다 2배 이상 더 짧은 시간동안 꺼지고 켜지는 동작을 반복하여야 주기 값을 잊어버리지 않고 측정할 수 있다. 예를 들어, 1000 Hz 주파수의 광 신호는 0.001초 마다 깜빡거리는데, 감지부가 0.01초애 한 번 깜박거리면 광신호의 주기를 전혀 파악할 수 없는 것이므로, 최소한 0.0005초 이하의 시간 간격으로 깜빡거리는 감지부를 사용하여야 광 신호의 주파수를 파악하는 것이다.

또한, 상기 감지부는 중심 파장의 스캔에 의하여 주기적인 광 세기의 변화를 갖는 상기 광 간섭 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)하여 상기 주기 값에 대응하는 스펙트럼 신호를 획득한다.

이 때, 파장별 광세기의 주기가 긴 광간섭 신호의 스펙트럼 신호는 낮은 주파수 상에 피크를 가지고, 파장별 광세기의 주기가 짧은 광 간섭 신호의 스펙트럼 신호는 높은 주파수 상에 피크를 가지게 되므로, 광 간섭 신호의 주파수로부터 광경로차를 대응시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 감지부가 부분반사막의 평평한 표면에서 반사되는 광과 높낮이가 서로 다른 검사 대상물의 표면에서 반사되는 각각 2개 광으로부터 광 간섭 신호를 수신하는 경우에, 높은 표면형상에 해당하는 짧은 광 경로차의 신호는 긴 주기 광 간섭 신호가 되므로 낮은 주파수 상에 피크를 가지는 스펙트럼 신호로 나타날 수 있다. 마찬가지로, 상기 감지부는 낮은 표면형상에 해당하는 긴 광 경로차의 신호는 짧은 주기 광 간섭 신호가 되므로 높은 주파수 상에 피크를 가지는 스펙트럼 신호로 나타난다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 감지부는 상기 광의 복수의 파장에 대한 스캔에 소요되는 한 주기 이상의 시간 동안 각 픽셀에서 상기 간섭 신호를 연속적으로 획득한다. 예를 들어, 스펙트럼 신호에서의 중심 주파주를 알기 위하여, 복수개의 파장(wavelength number)을 스캔하는 동안 연속하여 감지부(카메라)의 각 픽셀은 광세기의 커지고 작아지는 반복적인 광 세기 신호를 얻어야 한다. 이 때, 감지부가 인식하는 영역이 검사 대상물의 전체 면적을 커버하지 못하는 경우에는, 검사 대상물의 다른 영역에 대응하는 위치로 이동하기 전에, 감지부의 각 픽셀은 지속적으로 최소한 파장의 스캔 주기가 끝날 때 까지 고정된 상태로 지속되어야 하는 것이다.

따라서 상기 감지부는 상기 스펙트럼 신호를 통하여 광 경로차를 파악할 수 있고, 이를 통하여 검사 대상물의 표면 형상 정보를 획득할 수 있는 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 정보의 획득 결과를 설명하기 위한 이미지와 사진이다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 표면 형상 검사 장치를 이용하고, 검사 대상물의 일 예로 슬라이드 글라스(Slide Glass)를 적층한 이미지와 상기 이미지에 대한 사진을 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 검사 대상물은 일정한 두께를 갖는 제1 글라스(501) 상에 일정한 간격을 두고 제2 글라스(502)와 제3 글라스(503)를 적층한 구조로 형성된다. 제2 글라스(502)와 제3 글라스(503)는 서로 일정 거리 이격되어 제1 글라스(501)에 구비된다. 이 때, 제2 글라스(502)와 제3 글라스(503)는 제1 글라스(501)의 두께보다 얇은 두께로 형성된다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 제2 글라스(502)와 제3 글라스(503)는 서로 다른 대상물이 이격된 상태로 형성된 것에 한정되는 것이 아니라, 제2 글라스(502)와 제3 글라스(503)가 하나의 글라스 인데 균열(crack)된 상태로 가정할 수도 있을 것이다.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치를 사용하여 일정 영역에 광(Lime beam)을 조사하여 상기 검사 대상물에 대한 표면 형상을 획득한 결과에 따르면, 도 5a에 도시된 이미지 형상이 사진으로 그대로 나타나 있다.

구체적으로, 제1 글라스(501)가 제2 글라스(502) 및 제3 글라스(503)보다 상대적으로 더 두께운 두께로 하부에 위치하며, 제2 글라스(502) 및 제3 글라스(503)가 일정 간격을 두고 제1 글라스(501) 상에 적층됨을 확인할 수 있다. 또한, 제2 글라스(502) 및 제3 글라스(503)의 사이에도 균열된 정도의 간격으로 서로 이격된 것을 확인할 수 있으며, 제2 글라스(502) 및 제3 글라스(503)의 두께가 제1 글라스(501)의 두께보다 얇은 것도 확인이 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표면 형상 검사 장치는 가정한 이미지의 표면 형상에 대한 정보를 동일한 영상으로 획득할 수 있고, 검사 대상물이 복수의 층으로 이루어진 경우에도 상기 복수의 층에 대한 표면 형상에 관한 정보를 모두 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.

위에서 설명한 실시예들은 구체적인 설명을 위하여 기본적인 표면 형상 검사 장치의 구조 및 기능을 예를 들어 서술한 것일 뿐, 그에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

100 : 광원부 110 : 광 분배부
120 : 부분반사막 130 : 검사 대상물
131 : 지지부 140 : 감지부

Claims (2)

1. 검사 대상물의 표면 형상을 검사하기 위한 검사 장치에 있어서,
   복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출하는 광원부;
   상기 광원부로부터 방출된 광들 중 일부인 제1 광을 반사시키기 위한 부분반사막;
   상기 광원부로부터 방출된 광들 중 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 제2 광이 상기 검사 대상물에서 반사되도록 상기 검사 대상물을 지지하기 위한 지지부;
   상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로차에 의하여 간섭이 일어날 수 있도록 상기 부분반사막과 상기 지지부 사이의 거리를 상기 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작게 형성되고 상기 부분반사막과 상기 지지부가 서로 평행하게 위치하도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절하는 구동부; 및
   간섭 신호를 생성하는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 수신하고, 상기 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면 형상에 관한 정보를 획득하는 감지부를 포함하되,
   상기 검사 대상물이 복수개의 층으로 이루어진 경우에는 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 광들 중 상기 검사 대상물의 표면에서 반사되지 않은 제3 광이 상기 검사 대상물의 표면 아래에 있는 층들 중 적어도 하나 층의 표면에서 반사되고,
   상기 구동부는 상기 부분반사막과 상기 제3 광이 반사되는 표면 사이의 거리가 상기 광의 가간섭거리보다 작도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 검사 장치.
2. 검사 대상물의 표면 형상을 검사하기 위한 검사 장치에 있어서,
   복수의 파장을 순차적으로 스캔하여 파장 가변이 반복되는 광을 방출하는 광원부;
   상기 광원부로부터 방출된 광들 중 일부인 제1 광을 반사시키기 위한 부분반사막;
   상기 광원부로부터 방출된 광들 중 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 제2 광이 상기 검사 대상물에서 반사되도록 상기 검사 대상물을 지지하기 위한 지지부;
   상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로차에 의하여 간섭이 일어날 수 있도록 상기 부분반사막과 상기 지지부 사이의 거리를 상기 광의 가간섭거리(coherence length)보다 작게 형성되도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절하는 구동부; 및
   간섭 신호를 생성하는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 수신하고, 상기 간섭 신호를 통하여 상기 검사 대상물의 표면 형상에 관한 정보를 획득하는 감지부를 포함하되,
   상기 검사 대상물이 복수개의 층으로 이루어진 경우에는 상기 부분반사막에서 반사되지 않은 광들 중 상기 검사 대상물의 표면에서 반사되지 않은 제3 광이 상기 검사 대상물의 표면 아래에 있는 층들 중 적어도 하나 층의 표면에서 반사되고,
   상기 구동부는 상기 부분반사막과 상기 제3 광이 반사되는 표면 사이의 거리가 상기 광의 가간섭거리보다 작도록 상기 부분반사막 및 상기 지지부 중 적어도 하나의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 검사 장치.

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