KR101392311B1 - 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치 - Google Patents

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최성욱
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장현주
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Abstract

본 발명은 테라헤르츠파 영역의 광원에 의한 비파괴적인 방법으로 높은 검출 분해능과 긴 초점 심도를 가져 동작 거리가 확장된 물체 검사 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 물체 검사 장치는, 테라파 베셀 빔을 이용하여 물체를 검사하는 장치로서, 테라파를 생성하여 공급하는 테라파 공급부; 상기 테라파 공급부에 의해 공급된 테라파를 평행하게 만드는 콜리메이팅부; 상기 콜리메이팅부에 의해 평행해진 테라파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 테라파 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부; 상기 피검물을 투과하여 발산하는 테라파를 집광시키는 집광부; 및 상기 집광부에 의해 집광된 테라파를 수집하여 검출하는 테라파 검출부를 포함한다.

Description

테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치{Object inspection apparatus using terahertz wave Bessel beam}
본 발명은 물체를 검사하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테라헤르츠파 영역의 광원에 의한 비파괴적인 방법으로 높은 검출 분해능과 긴 초점 심도를 가져 동작 거리가 확장된 물체 검사 장치에 관한 것이다.
테라헤르츠파(Terahertz wave), 즉 테라파는 적외선과 마이크로파의 사이 영역에 위치한 전자기파로서, 일반적으로 0.1THz에서 10THz 사이의 진동수를 가진다.
이러한 테라파에 대해서는 지속적인 연구 개발이 이루어져 왔으나, 아직까지 다른 파장 대역의 전자기파에 비해 그 연구는 상대적으로 미진한 상태이다. 따라서, 이러한 파장 대역을 테라헤르츠 갭(terahertz gap)이라 부르기도 한다.
하지만, 지속적인 개발 노력과 함께 다른 여러 기술 분야, 이를테면 광자 공학이나 나노기술 등의 발전이 동반되면서, 최근 이러한 테라파에 대한 기술은 더욱 향상되고 있다.
특히, 테라파는 직진성, 물질에 대한 투과성, 생체에 대한 안전성, 정성적 확인 가능성 등 여러 우수한 특성으로 인해, 비파괴적인 방법으로 감추어진 물체나 물질에 대해 정성적으로 확인하는 분야에서 관심이 계속해서 높아져 가고 있다.
이로 인해 테라파는, 최근에는, 공항이나 보안 시설의 검색 장치, 식품이나 제약 회사의 품질 검사 장치, 반도체 검사 장치, 치과용 검사 장비, 가스 검출 장치, 폭발물 검사 장치, Lab-on-a-chip 검출기 등 여러 분야에 적용시키고자 하는 노력이 행해지고 있다.
특히, 이처럼 비파괴적인 방법으로 물체나 물질을 검사하기 위해서는 영상학적인 방법이 주로 활용되는데, 크게 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법과 분광학적인 방법을 이용한 영상 검출법의 두 가지 방법이 주류를 이룬다. 이러한 방법들은, 각각 장단점을 갖고 있으나, 투과 이미지와 같이 상대적으로 고출력을 요구하는 분야에서는 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법이 보다 널리 이용되고 있다.
테라파를 이용한 영상 검출 방법은, Hu와 Nuss에 의해 처음 시도되었으며, 이후로 지속적인 연구에 의해 검출 분해능, 검출 속도, 검출 면적 등 주요한 성능 지수들 측면에서 많은 향상을 보이고 있다. 하지만, 여전히 상업적으로 활용하기에는 많은 한계를 가지고 있어서 여러 가지 방법으로 성능을 개선하려는 노력이 이루어지고 있다. 이 가운데, 검출 분해능을 향상시키기 위해 근접장(near field)을 이용하여 파장 이하의 분해능에 도달하려는 시도가 행해지고 있다. 하지만, 분해능이 개선되면 상대적으로 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하는 문제로 인해, 종래 기술들은 여전히 한계점을 갖고 있다.
특히, 분해능이 높은 광학계의 경우 초점 심도가 짧기 때문에 일정한 부피를 가진 물체의 경우 내부 구조를 비파괴적인 방법으로 검사하기 위해서는 초점이 맺히는 점을 피검물 내에서 깊이 방향으로도 스캐닝을 해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제는 투영된 흡수 이미지를 바탕으로 3차원 CT(Computerized Tomography)를 만드는 경우 더 많은 시간이 소요되고, 이러한 깊이 방향의 스캐닝을 생략하게 되면 정확도가 크게 떨어지는 투영 영상이 만들어져 영상의 품질이 떨어지는 문제가 있다.
최근 광학 분야에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 베셀 빔(Bessel beam)을 이용하는 기술이 시도되고 있다. 베셀 빔은 1987년 Durnin에 의해 제안된 것으로 비회절 빔(non-diffracting beam)으로서, 초점 심도를 길게 하면서 동시에 분해능을 향상시킬 수 있는 기술로 알려져 있다.
하지만, 이러한 베셀 빔에 대해서는 아직까지 테라파 영상 분야에 제대로 활용되고 있지 못한 실정이다. 더욱이, 테라파 영상 장치에 있어서, 검출 분해능은 렌즈가 갖는 초점 거리가 짧을수록 높아지는데, 이처럼 분해능을 개선하기 위해서는 피검물과 렌즈 사이의 거리가 매우 가까워야 하는 문제가 있다. 따라서, 이 경우 동작 거리(working distance)가 많이 제한되는 문제가 있다.
또한, 베셀 빔을 얻기 위해 사용되는 기존 광학계는 주로 형광 영상이나 라만 산란, 비선형 광학, 입자 포획(particle trapping)과 같은 분야에 활용될 목적으로 개발된 것이 대부분으로, 투과법에 의한 영상을 얻기 위한 것은 아니어서 그대로 테라파 영상을 얻기 위해 차용하기에는 많은 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 성분, 재질, 크기 등이 다른 다양한 종류의 피검물에 대하여 테라파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 정확하게 투과 영상을 검사할 수 있도록, 검출 분해능이 높으면서도 초점 심도가 길어서 동작 거리를 확장할 수 있는 물체 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물체 검사 장치는, 테라파 베셀 빔을 이용하여 물체를 검사하는 장치로서, 테라파를 생성하여 공급하는 테라파 공급부; 상기 테라파 공급부에 의해 공급된 테라파를 평행하게 만드는 콜리메이팅부; 상기 콜리메이팅부에 의해 평행해진 테라파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 테라파 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부; 상기 피검물을 투과하여 발산하는 테라파를 집광시키는 집광부; 및 상기 집광부에 의해 집광된 테라파를 수집하여 검출하는 테라파 검출부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 집광부는, 상기 피검물을 투과하여 발산하는 테라파의 직경 이상의 직경을 갖는다.
또한 바람직하게는, 상기 베셀 빔 형성부는 교체 가능하게 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 베셀 빔 형성부와 상기 집광부 사이의 거리는 조절 가능하게 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 콜리메이팅부는, 평행해진 테라파의 크기가 상기 베셀 빔 형성부의 직경의 0.5배 이하가 되도록 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 베셀 빔 형성부에 의해 형성된 테라파 베셀 빔 영역에 피검물을 위치시키는 피검물 장착부를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 콜리메이팅부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 집광부 중 적어도 하나 이상은, 폴리에틸렌, TPX, 테프론 및 COC 중 적어도 하나 이상의 재질로 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 테라파 검출부에 의해 검출된 테라파를 이용하여 영상 이미지를 제공하는 디스플레이부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 테라파에 의한 비파괴 영상 검출을 위해서 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 테라파를 이용한 물체의 검사 성능이 효과적으로 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 초점 심도가 길어지면서 영상 검출을 위한 동작 거리(working distance)가 확장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 베셀 빔을 생성하는 렌즈의 성질을 조절함으로써 파장 이하의 분해능을 갖도록 하면서도 초점 심도가 길어지도록 할 수 있다.
더욱이, 짧은 초점 심도를 갖는 렌즈의 경우에는 선명한 영상을 얻기 위하여 초점 거리를 이동하며 측정해야 하므로 번거롭다는 문제점이 있으나, 본 발명의 이러한 측면에 의할 경우, 긴 초점 심도 때문에 투과법을 이용하여 초점 심도 내에 피검물이 위치하게 되면, 피검물 내에 존재하는 흡수체 혹은 반사체의 투영 영상을 선명하게 획득할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 측면에 의하면, 긴 초점 심도 때문에 비파괴적인 방법으로 테라파에 대한 흡수가 적고 부피나 두께가 큰 물체 내부에 존재하는 물질이나 물체를 검사하는 곳에서도 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 높은 분해능과 긴 초점 심도로 인해, 테라파를 이용한 3차원 컴퓨터 단층 촬영(3-D Computerized Tomography)시, 보다 선명한 3차원 영상을 얻을 수 있다.
더욱이, 테라파의 경우, 기존의 X-레이보다 이온화 방사선이 없으므로, 생체 관련 물체나 물질의 3차원 컴퓨터 단층 촬영에 적용시, 안전성이 확보되어 의료와 같은 여러 응용 분야에서 보다 유용하게 이용될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 검사 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치의 배치 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부에 의해 베셀 빔이 형성되는 구성을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부에 의해 형성된 베셀 빔의 유한차분 시간영역법으로 계산된 2-D 필드 강도 분포(field intensity distribution)를 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4에서 필드 강도가 최대인 z 지점에 대해 x 방향으로 자른 강도 분포(radial intensity distribution)를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 4에서 x=0인 지점에 대해 z 방향으로 자른 강도 분포(axial intensity distribution)를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 베셀 빔 형성부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 도 2의 구성에서 집광부로 입사되는 테라파의 크기와 집광부의 크기를 비교하여 나타내는 측면도이다.
도 9는, 피검물 장착부가 포함된 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치를 구현한 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 10은, 도 9의 구성에서 피검물 장착부에 의해 피검물이 테라파 베셀 빔 영역 내에서 이동하는 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은, 도 10의 구성에서 피검물 장착부에 의해 테라파 베셀 빔이 피검물에 대하여 래스터 주사 방식으로 입사되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명하기 위한 이물질의 실물 사진을 나타내는 도면이다.
도 13은, 도 12의 이물질에 라면가루를 덮은 실물 사진을 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예로서 엑시콘 렌즈를 이용하여 얻은 테라파 투과 이미지를 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 14의 실시예와 비교하기 위한 비교예로서 엑시콘 렌즈 대신에 일반 렌즈를 사용하여 얻은 테라파 투과 이미지를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 검사 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치의 배치 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 물체 검사 장치는, 테라파 베셀 빔을 이용하여 물체를 검사할 수 있는 장치로서, 테라파 공급부(100), 콜리메이팅부(200), 베셀 빔 형성부(300), 집광부(400) 및 테라파 검출부(500)를 포함한다.
상기 테라파 공급부(100)는, 피검물(1)로 입사되기 위한 테라파를 생성하고 생성된 테라파를 공급한다. 여기서, 테라파란 테라헤르츠(terahertz) 영역의 전자기파를 의미하는 것으로, 바람직하게는, 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라파로 인정될 수 있음은 물론이다.
이러한 테라파 공급부(100)는, 테라파를 생성 및 공급하기 위해 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이러한 기능을 가진 것이라면, 테라파 광원, 테라파 소스 등과 같이 여러 가지 다양한 용어로 대체될 수 있다.
상기 콜리메이팅부(200)는, 테라파 공급부(100)에 의해 공급된 테라파를 평행하게 만든다. 따라서, 테라파 공급부(100)에서 출사된 가우시안 빔은, 콜리메이팅부(200)를 지나면서 평행광이 된다.
바람직하게는, 상기 콜리메이팅부(200)는, 볼록 렌즈로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 콜리메이팅부(200)는, 비구면 렌즈로 구현되어, 입사된 테라파를 굴절시켜 굴절된 테라파가 평행하게 진행하도록 할 수 있다.
한편, 이외에도 콜리메이팅부(200)는, 테라파 공급부(100)에서 공급된 테라파를 콜리메이팅(collimating)시키기 위해, 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다.
일례로, 상기 콜리메이팅부(200)는, 포물면경(parabolic reflector)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 포물면경은 테라파 공급부(100)로부터 공급된 테라파의 입사 경로에 대략 직각이 되는 각도로 테라파를 평행하게 반사할 수 있다.
상기 베셀 빔 형성부(300)는, 콜리메이팅부(200)에 의해 평행해진 테라파를 이용하여 베셀 빔(Bessel beam)이 형성되도록 한다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(300)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다. 이러한 베셀 빔 형성부(300)에 의한 베셀 빔 형성 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부(300)에 의해 베셀 빔이 형성되는 구성을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 베셀 빔 형성부(300)는, 엑시콘(axicon) 렌즈를 구비함으로써 구현될 수 있다. 도 3에서, R은 엑시콘 렌즈의 반지름, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각, α0는 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 빔의 교차각의 절반을 나타내며, w0는 엑시콘 렌즈로 입사하는 평행광의 반지름을 나타낸다. 또한, 베셀 빔이 형성되는 구간은 도 3에서 Zmax로 나타나 있으며, 엑시콘 렌즈로 입사한 테라파는 이러한 구간 영역에서 보강 간섭을 통해 z축을 따라 중심부로 에너지가 모이게 된다.
이때, 엑시콘 렌즈로 입사하는 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은, 축대칭(axial symmetry)으로 분포되어 있으며, z축을 따라 원형 모양으로 필드가 분포하고 있다. 즉, 도 3을 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 바라보았을 때, 엑시콘 렌즈 앞쪽의 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈 뒤쪽의 베셀 빔은 모두 원형 모양으로 형성된다. 특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은 엑시콘 렌즈에서 멀어지며 링 모양의 원형 빔으로 퍼져나가게 된다.
한편, 래스터 주사(raster scanning)와 같이 한 점 한 점 움직이며 얻어지는 투과 이미지에 있어서, 이미지의 분해능을 결정하는 가장 중요한 요소는, 피검물(1)에 입사하는 빔의 직경이다.
특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔의 경우, 그 직경은 테라파의 파장 및 α0에 의해 결정되는데, 여기서 α0는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 1을 이용하여 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012092471369-pat00001
여기서, n0는 공기 중의 굴절률을 나타내고, n은 엑시콘 렌즈의 굴절률을 나타내며, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 나타낸다.
한편, Zmax는 초점 심도에 해당하는데, 이러한 초점 심도는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Zmax = w0/tanα0
여기서, w0는, 도 3에 표시된 바와 같이, 엑시콘 렌즈로 입사하는 빔의 반경을 나타낸다. 이러한 식을 참조하면, 초점 심도 역시 α0에 의존하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이러한 점들을 종합하면, 이미지의 분해능과 초점 심도는, 주로 α0의 값에 의해 크게 변화된다고 볼 수 있다.
이러한 점을 기초로, 도 3에 도시된 구조의 엑시콘 렌즈에 대해, n0는 1.0, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm라고 가정하고, α0와 초점 심도를 계산하면 다음과 같다.
먼저, 상기 수학식 1을 이용하여 α0를 계산하면, α0는 8.5°로 계산될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2를 이용하여 초점 심도(Zmax)를 계산하면, Zmax는 40.2mm로 계산될 수 있다.
한편, 베셀 빔이 공간 상에서 전파되어가며 형성되는 테라파의 세기 분포를 좀 더 엄밀하게 계산하기 위하여 유한차분 시간영역법(FDTD)을 이용할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부(300)에 의해 형성된 베셀 빔의 유한차분 시간영역법으로 계산된 2-D 필드 강도 분포(field intensity distribution)를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 도 4에서 필드 강도가 최대인 z 지점에 대해 x 방향으로 자른 강도 분포(radial intensity distribution)를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4에서 x=0인 지점에 대해 z 방향으로 자른 강도 분포(axial intensity distribution)를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6에서 사용된 베셀 빔 형성부(300)는, 도 3에 도시된 엑시콘 렌즈가 이용되었으며, 상기 수학식 1 및 수학식 2와의 결과 비교를 위해, 상기와 마찬가지로, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 유한차분 시간영역법을 이용하면, 베셀 빔의 프로파일이 보다 정밀하게 계산될 수 있으며, 특히, 베셀 빔의 직경과 초점 심도는 보다 정확하게 계산될 수 있다. 이러한 계산 결과에 의하면, 베셀 빔의 직경은, 반치폭(Full Width of Half Maximum; FWHM) 기준으로 약 2.5mm로 계산되며, 초점 심도는 약 48.0mm로 계산될 수 있다. 따라서, 이 경우, 초점 심도가 매우 길게 형성된다는 것을 알 수 있다.
앞선 수학식 1 및 수학식 2를 이용한 초점 심도의 계산 결과(40.2mm)는, 기하학적인 방법으로 계산된 것으로, 이러한 계산 방법에 비해, 유한차분 시간영역법을 이용한 초점 심도의 계산 결과(48.0mm)가, 여러 가지 파동적인 특성이 고려된 보다 정확한 결과라고 할 수 있다.
이처럼, 베셀 빔 형성부(300)는, 콜리메이팅부(200)에 의해 평행해진 테라파를 이용하여 베셀 빔이 형성되도록 하는데, 특히, 본 발명에서는, 이러한 베셀 빔 형성부(300)가, 피검물(1)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 한다.
즉, 본 발명에 있어서 피검물(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400) 사이의 베셀 빔이 형성되는 영역(도 3의 Zmax구간)에 위치하게 된다. 따라서, 베셀 빔 형성부(300)에 의해 형성된 테라파 베셀 빔은 피검물(1)로 입사하게 되고, 이러한 테라파 베셀 빔은 피검물(1)을 투과하게 된다.
상기 실시예와 같이, 베셀 빔 형성부(300)로 엑시콘 렌즈가 이용되는 경우, 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 작게 만들면 초점 심도도 일정하게 유지하면서 분해능을 거의 파장 이하 수준까지 더 높일 수 있으므로, 기존 렌즈로는 어려운 측정이 가능해질 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 베셀 빔 형성부(300)가 엑시콘 렌즈로 구현되는 구성에 대해 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 베셀 빔 형성부(300)로 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예로, 상기 베셀 빔 형성부(300)는, 다수의 원형 홈이 동심원 형태로 형성된 플레이트 및 볼록 렌즈를 구비함으로써 구현될 수도 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 베셀 빔 형성부(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 베셀 빔을 형성하기 위한 베셀 빔 형성부(300)는, 다수의 원형 홈(311)이 동심원 형태로 배치된 플레이트(310) 및 볼록 렌즈(320)를 구비할 수 있다. 이때, 플레이트에 형성된 원형 홈(311)은, 플레이트(310)를 관통하거나 오목하게 파여진 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 볼록 렌즈(320)는 플레이트(310)에 대하여 평행광이 입사되는 방향의 반대편에 배치된다.
이 밖에도, 상기 베셀 빔 형성부(300)는, 컴퓨터로 생성한 홀로그램을 이용하는 방법 등에 의해 테라파 베셀 빔을 생성할 수도 있다.
한편, 상기 베셀 빔 형성부(300)로 입사되는 평행 빔의 크기는, 베셀 빔 형성부(300)의 직경보다 충분하게 작은 것이 좋다. 이를 위해, 상기 콜리메이팅부(200)는, 평행해진 테라파의 크기가 베셀 빔 형성부(300)의 직경에 대하여 0.5배 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 3의 실시예를 참조하면, 콜리메이팅부(200)는 평행 빔의 중심이 베셀 빔 형성부(300)(엑시콘 렌즈)의 중심과 일치하도록 평행 빔을 형성하며, 평행 빔의 반지름을 w0, 베셀 빔 형성부(300)의 반지름을 R이라 하면, 이들은 다음과 같은 관계를 갖는 것이 좋다.
w0 ≤ (1/2)R
이와 같이, 콜리메이팅부(200)에 의해 평행해진 테라파의 크기가 베셀 빔 형성부(300)의 직경보다 절반 이하가 되도록 하는 실시예에 의하면, 엑시콘 렌즈와 같은 베셀 빔 형성부(300)의 가장자리에서 발생할 수 있는 회절 효과를 최소화할 수 있어, 투과 이미지 검출 성능이 향상될 수 있다.
상기 집광부(400)는, 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파를 집광시킨다. 즉, 콜리메이팅부(200)를 통과한 평행한 가우시안 빔은 엑시콘 렌즈와 같은 베셀 빔 형성부(300)를 통과하여 테라파 베셀 빔으로 변환되어 피검물(1)을 투과하게 되고, 베셀 빔 형성부(300)로부터 멀어지면서 링 모양의 원형 빔 형태로 퍼져나가게 되는데, 상기 집광부(400)는 이와 같이 원형으로 퍼져나가는 테라파를 집광시켜 집광된 테라파가 테라파 검출부(500)로 향할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 집광부(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 볼록 렌즈로 구현될 수 있다. 볼록 렌즈의 경우, 발산하는 빛을 굴절시켜 집광시킬 수 있다.
이때, 볼록 렌즈는, 가급적 큰 구경을 가지고, 높은 개구수(Numerical Aperture;NA)를 가짐으로써, 검출기의 유효 검출 면적 안으로 가급적 많은 테라파 빔을 집광시키는 것이 좋다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 볼록 렌즈로 구현된 집광부(400) 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 집광부(400)는, 오목 거울로 구현될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 집광부(400)는, 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파를 모두 잡아내어 집광시키는 것이 좋다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 피검물(1)을 투과하여 발산되는 테라파는 집광부(400)를 거쳐 테라파 검출부(500)로 모두 집광되는 것이 좋다. 이처럼, 피검물(1)을 투과한 모든 테라파에 대하여 테라파 검출부(500)로 집광되는 경우, 테라파 투과 이미지를 보다 정확하게 얻을 수 있고 재현성 또한 좋아질 수 있기 때문이다. 이를 위해 집광부(400)는, 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파의 직경 이상의 직경을 갖는 것이 좋다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은, 도 2의 구성에서 집광부(400)로 입사되는 테라파의 크기와 집광부(400)의 크기를 비교하여 나타내는 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 피검물(1)을 통과한 테라파는 원형 형태로 계속해서 퍼져나가므로, 그 크기가 계속해서 커질 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 집광부(400)로 입사되는 부분에서의 테라파의 직경(크기)을 D1이라 하고, 집광부(400)의 직경(크기)을 D2라 하면, D2는 D1 이상의 값을 갖는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, D2는 D1보다 충분히 큰 값을 갖는 것이 좋다.
만일, D2가 D1보다 작은 값을 갖고 있다면, 다시 말해 집광부(400)가 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파를 모두 집광시키지 못하면, 정확한 투과 이미지를 얻는 것이 매우 어려울 수 있다. 테라파 베셀 빔은 피검물(1)을 지나 링 모양으로 퍼져나가기 때문에, 빔이 교차한 후 일정한 거리가 지나면 중심부에서는 테라파 빔을 전혀 검출할 수 없게 된다. 따라서, 상기 집광부(400)는, 피검물(1)을 투과하는 테라파 빔을 가급적 모두 잡아 집광시켜 테라파 검출부(500)로 향하도록 하는 것이 좋다.
이처럼, 집광부(400)가 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파의 직경 이상의 직경을 갖도록 하기 위해서는, 다시 말해 피검물(1)을 투과하여 발산하는 모든 테라파를 집광시키기 위해서는, 집광부(400)의 직경을 직접 조절하거나, 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400) 사이의 거리를 조절함으로써 달성될 수 있다.
일례로, 도 2의 구성에서, 도 3의 실시예와 같이 베셀 빔 형성부(300)로 엑시콘 렌즈가 사용되고, 엑시콘 렌즈의 n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm이며, 엑시콘 렌즈로 입사되는 평행 빔의 반경을 6mm라고 하면, 상기 집광부(400)는, n이 1.54이고 High Density Polyethylene 재질로 이루어지며, 반경이 25mm이고, 엑시콘 렌즈로부터의 이격 거리가 120mm이며, 초점 거리가 약 23mm인 볼록 렌즈가 이용될 수 있다.
한편, 콜리메이팅부(200), 베셀 빔 형성부(300) 및 집광부(400) 중 적어도 어느 하나는, 테라파의 흡수를 줄일 수 있는 재질로 이루어지는 것이 좋다. 바람직하게는, 콜리메이팅부(200), 베셀 빔 형성부(300) 및 집광부(400) 중 적어도 어느 하나는, 폴리에틸렌, TPX, 테프론 및 COC 중 적어도 어느 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 테라파 검출부(500)는, 집광부(400)에 의해 집광된 테라파를 수집하여 검출한다. 특히, 본 발명에 따른 테라파 검출부(500)는, 베셀 빔 형태로 피검물(1)을 투과한 테라파를 수집하여 검출한다. 이때, 상기 테라파 검출부(500)는, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 구비하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 테라파 검출부(500)는, 해상도를 향상시키기 위해, 집광부(400)에 의해 집광된 테라파를 모두 수집하여 검출하는 것이 좋다. 다시 말해, 집광부(400)는, 테라파 검출부(500)의 유효 면적 안으로 테라파를 모두 집광시키는 것이 좋다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피검물 장착부(600)를 더 포함할 수 있다.
도 9는, 피검물 장착부(600)가 포함된 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치를 구현한 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치는, 테라파 공급부(100), 콜리메이팅부(200), 베셀 빔 형성부(300), 집광부(400) 및 테라파 검출부(500)와 함께, 피검물 장착부(600)를 포함한다.
상기 피검물 장착부(600)는, 물체 검사 장치 내에서, 피검물(1)을 장착하는 구성요소이다. 특히, 상기 피검물 장착부(600)는, 베셀 빔 형성부(300)에 의해 형성된 테라파 베셀 빔 영역에 피검물(1)을 위치시킨다. 테라파 베셀 빔 형성 영역은, 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400) 사이에 형성되므로, 상기 피검물 장착부(600)는, 장착된 피검물(1)을 이러한 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400) 사이에 위치시킨다. 따라서, 피검물 장착부(600)에 장착된 피검물(1)은, 적어도 일부분에 테라파 베셀 빔이 입사될 수 있다.
도 9를 참조하면, 피검물(1)이 장착된 피검물 장착부(600)는, 화살표 a로 표시된 바와 같이, 베셀 빔 형성부(300) 및 집광부(400)의 상부에서 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400)의 사이로 개재되어, 피검물(1)의 적어도 일부가 베셀 빔 영역에 위치하도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 피검물 장착부(600)는, 테라파 베셀 빔 영역 내에서 피검물(1)을 이동시키는 것이 좋다.
도 10은, 도 9의 구성에서 피검물 장착부(600)에 의해 피검물(1)이 테라파 베셀 빔 영역 내에서 이동하는 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 10에서는 설명의 편의를 위해, 도 9에서 피검물 장착부(600)의 구성만을 나타내도록 한다.
도 10을 참조하면, 피검물 장착부(600)는, 도면에서 B로 표시된 바와 같이, 베셀 빔 형성부(300)에 의해 형성된 베셀 빔에 피검물(1)의 적어도 일부가 위치하도록 한다. 이때, 베셀 빔의 형성 위치는 고정되어 있을 수 있다. 그리고, 피검물 장착부(600)는, 화살표 c 및 d로 표시된 바와 같이 수평 및 수직 방향으로 이동함으로써, 베셀 빔이 피검물 장착부(600)의 표면 전체에 입사되도록 할 수 있다.
이 경우, 피검물 장착부(600)는, 테라파 베셀 빔이 상기 피검물(1)에 대하여 래스터 주사(raster scanning) 방식으로 입사되도록 피검물(1)을 이동시키는 것이 좋다.
도 11은, 도 10의 구성에서 피검물 장착부(600)에 의해 테라파 베셀 빔이 피검물(1)에 대하여 래스터 주사 방식으로 입사되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 11은, 도 10에서 베셀 빔이 입사되는 측에서 피검물(1)을 정면으로 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 화살표 g로 표시된 바와 같이, 피검물 장착부(600)는, 베셀 빔이 피검물(1)에 대하여, 상부에서 하부 방향으로 이동하면서 조사되도록 하고, 베셀 빔이 피검물(1)의 하부에 다다르게 되면 약간 우측 방향으로 이동한 후, 다시 하부에서 상부 방향으로 이동하면서 조사되도록 한다. 그리고, 베셀 빔이 피검물(1)의 상부에 다다르게 되면 약간 우측 방향으로 이동한 후, 다시 상부에서 하부 방향으로 이동하면서 조사되도록 한다. 그리고, 이와 같은 방식의 베셀 빔 조사를 계속해서 수행하면, 피검물(1)의 전체 표면에 대하여 베셀 빔이 조사되도록 할 수 있다.
한편, 도 10에서 e로 표시된 바와 같이, 피검물 장착부(600)는, 피검물(1)을 베셀 빔 형성부(300)로 가까워지도록 하는 방향, 또는 그로부터 멀어지도록 하는 방향으로 이동시킬 수 있다. 본 발명에서 이용되는 테라파 베셀 빔은 초점 심도가 깊으므로 두께가 두꺼운 피검물(1)에 대해서도 전 두께에 대해 베셀 빔이 조사되도록 할 수 있다.
또한, 피검물 장착부(600)는, 도 10에서 h로 표시된 바와 같이, 베셀 빔이 형성되는 영역 내에서 피검물(1)을 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 다양한 형태의 피검물(1)에 대해서도 전체 부분에 베셀 빔이 조사되도록 하는 것이 용이하다.
한편, 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치에서, 상기 베셀 빔 형성부(300)는, 교체 가능하게 구성될 수 있다. 베셀 빔 형성부(300)는, 그 형태나 재질, 종류 등에 따라 분해능 및 초점 심도가 변화될 수 있다. 예를 들어, 엑시콘 렌즈가 베셀 빔 형성부(300)로 사용되는 경우, 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)이나 재질 등을 달리함으로써 베셀 빔이 형성되는 구간을 변화시킬 수 있다. 이와 같이 베셀 빔 형성부(300)가 교체 가능하게 구성되면, 피검물(1)의 크기나 종류 등 필요에 따라 베셀 빔 형성부(300)를 다르게 함으로써, 피검물(1)에 따라 최적의 베셀 빔 형성부(300)가 이용되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치에서, 상기 베셀 빔 형성부(300)와 상기 집광부(400) 사이의 거리는 조절 가능하게 구성되는 것이 좋다. 특히, 상기 실시예와 같이 베셀 빔 형성부(300)가 교체 가능하게 구성되는 경우, 베셀 빔 형성부(300)에 따라 피검물(1)을 투과한 테라파의 퍼져 나가는 크기가 달라질 수 있는데, 이때에는 베셀 빔 형성부(300)와 집광부(400) 사이의 거리를 조절함으로써, 피검물(1)을 투과하여 발산하는 테라파가 집광부(400)에 의해 모두 집광될 수 있도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 베셀 빔 형성부(300)나 집광부(400), 또는 이들 모두 수평 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 베셀 빔 형성부(300)나 집광부(400) 이외에도, 테라파 공급부(100), 콜리메이팅부(200) 및 테라파 검출부(500) 중 어느 하나 이상이 수평 방향으로 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 콜리메이팅부(200), 베셀 빔 형성부(300), 집광부(400) 및 검출부는 동일 수평면 상에 설치된 레일에 구비되어, 이러한 레일을 따라 상호 간격이 조절되도록 구성될 수 있다.
또한, 이러한 실시예의 경우, 베셀 빔 형성부(300)나 집광부(400), 테라파 공급부(100), 콜리메이팅부(200) 및 테라파 검출부(500) 중 어느 하나 이상의 이동은, 테라파 검출부(500)에 의해 수집된 정보에 따라 피드백 제어될 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치에 구비된 각 구성요소의 형태나 배치 등은 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 형태나 배치 등으로 한정되는 것은 아니다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(700)는, 테라파 검출부(500)에 의해 검출된 테라파를 이용하여 영상 이미지를 제공할 수 있다. 이를 위해, 디스플레이부(700)는 테라파 검출부(500)와 연결되어 정보를 송수신할 수 있다.
상기 디스플레이부(700)는 프리 앰프(Pre-Amplifier), 락인 앰프(Lock in Amplifier), A-D 컨버터 및 신호처리 유닛을 포함할 수 있다. 이 경우, 테라파 검출부(500)에 의해 검출된 테라파는, 프리-앰프 및 락인 앰프를 거쳐 증폭된 후, A-D 변환되어 신호처리 유닛으로 전송될 수 있다. 그러면, 신호처리 유닛은 이와 같이 전송된 신호를, 소프트웨어를 통해 영상 좌표에 맞는 픽셀값으로 바꾸어 이를 모니터 등에 2차원 영상 등으로 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 이와 같이 표시된 2차원 영상 등을 관찰함으로써, 물체 검사를 실시간으로 정확하면서도 신속하게 수행할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 물체 검사 장치는, 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 물체 검사 장치의 각 구성요소를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예에서 디스플레이부(700)의 신호처리 유닛이 테라파 검출부(500)에 의해 검출된 테라파를 이용하여 검사 결과를 2차원 영상 이미지로 표시할 때, 테라파 검출부(500)에 의해 검출된 테라파가 2차원 영상으로 표시하기에 적절한지에 대한 정보를 신호처리 유닛으로부터 수신할 수 있다. 이 경우, 테라파 검출부(500)에 의해 검출된 테라파가 2차원 영상으로 표시하기에 적절하지 않다는 정보를 신호처리 유닛으로부터 수신하면, 상기 제어부는 베셀 빔 형성부(300), 집광부(400), 검출부 및 피검물 장착부(600) 중 하나 이상을 이동시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명하기 위한 이물질의 실물 사진을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 이물질에 라면가루를 덮은 실물 사진을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 12에 도시된 바와 같이, 100mm×100mm의 알루미늄 시료 홀더 내에 만들어진 직경 50mm의 구멍 안에 이물질로서 귀뚜라미를 넣은 다음, 도 13에 도시된 바와 같이 라면 가루를 채워 이물질이 보이지 않게 덮어 시료가 제작되도록 하였다. 이때, 이물질로 사용된 귀뚜라미의 길이는 좌측의 경우 35mm, 우측의 경우 50mm였고, 두께는 좌측의 경우 5.5mm, 우측의 경우 7mm였다. 또한, 도 13에서 시료는 상하 방향으로 100um의 두께를 가지는 투명 아크릴 시트로 덮어지도록 하였다.
실시예
이와 같이 제작된 시료를 도 9에 도시된 바와 같은 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치의 피검물 장착부(600)에 장착하고, 베셀 빔 형성 영역에 이러한 시료가 위치되도록 하였다. 이때, 테라파 공급부(100)는, 출력이 75mW인 amplified Gunn Diode Oscillator를 사용하여, 0.21THz의 주파수를 갖는 테라파를 공급하도록 하였다.
또한, 테라파 검출부(500)에는, Horn이 장착된 Schottky Diode가 이용되도록 하였고, 여기에서 나오는 신호는 프리 앰프에서 노이즈를 필터링하고 증폭시켜 AD 컨버터를 지난 다음 PC로 입력되도록 하였다.
그리고, 콜리메이팅부(200)는, 반지름이 25mm이고, TPX 재질로 이루어지며, n은 1.465이고, f=38mm인 볼록 렌즈가 사용되었다. 또한, 베셀 빔 형성부(300)는, 상기 도 3의 실시예에서 설명한 엑시콘 렌즈(n=1.54, High Density Polyethylene 재질, τ= 150°, R=25mm)가 사용되었다.
실시예에서는, 이러한 계측 시스템을 바탕으로, 시료를 0.5mm 간격으로 x 방향(도 9에서 테이블과 수평하며 광축에 수직한 방향)으로 80mm, y 방향(도 9에서 테이블과 수직한 방향)으로 60mm만큼 이동하면서 스캐닝하도록 하였으며, 스캐닝한 투과 이미지는 도 14에 나타내도록 하였다.
비교예
상기 실시예와 비교하기 위하여, 상기 실시예에 사용된 물체 검사 장치의 구성에서 엑시콘 렌즈 대신에 콜리메이팅부(200)와 동일한 렌즈(반지름=25mm, TPX 재질, n=1.465, f=38mm)가 사용되도록 하였다. 그리고, 피검물 장착부(600)에 상기 실시예에서 이용된 시료가 장착되도록 한 후, 상기 실시예에서와 마찬가지의 방식으로, 시료를 스캐닝한 후, 그 투과 이미지를 도 15에 나타내었다.
즉, 도 14는 본 발명의 일 실시예로서 엑시콘 렌즈를 이용하여 얻은 테라파 투과 이미지를 나타내는 도면이고, 도 15는 도 14의 실시예와 비교하기 위한 비교예로서 엑시콘 렌즈 대신에 일반 렌즈를 사용하여 얻은 테라파 투과 이미지를 나타내는 도면이다.
도 14에서는 엑시콘 렌즈의 꼭지점에서부터 시료까지의 거리(d)를 10mm에서부터 차례로 10mm씩 90mm까지 이동하면서 측정한 투과 이미지를 나타내고 있고, 도 15에서도 이와 유사하게 렌즈 표면에서부터 시료까지의 거리(d)를 10mm에서부터 차례로 10mm씩 90mm까지 이동하면서 측정한 투과 이미지를 나타내고 있다.
도 14 및 도 15에 도시된 이미지에서, 가장 밝은 부분은 흰색, 다음으로 밝은 부분은 노란색, 그 다음으로 밝은 부분은 붉은 색, 그리고 가장 어두운 부분은 검은 색으로 광세기를 색깔로 나타내고 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 14는 베셀 빔의 포커싱 투과 이미지를 나타낸다고 할 수 있다. 이 결과를 참조하면, 시료에 투입된 2개의 이물질 모두, 전체 영역에서 식별이 가능하다는 것이 확인될 수 있다. 특히, 시료의 이물질 중, 좌측의 작은 이물질에 대해서도, d가 10mm에서부터 90mm에 이르기까지, 모두 식별이 용이하였다. 그리고, 이러한 전체적인 이미지의 선명도는, 도 4의 빔 프로파일과 거의 유사한 경향을 보이고 있다.
이에 반해, 비교예에 따른 도 15는 가우시안 빔의 포커싱 투과 이미지를 나타낸다고 할 수 있다. 이 결과를 참조하면, 초점 거리 근방인 d=40mm 부근에서는 선명한 투과 이미지가 검출되었으나, 이 점을 중심으로 일정한 거리를 지나면 상이 급격하게 흐려지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 시료에 포함된 좌측의 작은 이물질의 경우, 초점 거리에서 멀어질수록 식별이 어려웠으며, d=70mm 이상인 지점에서는 그 식별이 거의 불가능해졌다.
이러한 결과를 보면, 본 발명에 의할 경우, 테라파 베셀 빔으로 인해 초점 심도가 깊게 형성되어, 동작 거리를 길게 확보하면서도 고 분해능의 테라파 투과 이미지 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 도 15에서 선명한 투과 이미지가 검출된 d=40mm 및 d=50mm 부근의 경우, 도 14에서는 그와 동일하거나 그보다 더 밝은 색을 나타내고 있다. 이는 곧, 본 발명에 의할 경우, 깊은 초점 심도를 가지면서도, 일반 렌즈가 양호한 성능을 갖는 부분에서조차 일반 렌즈와 유사하거나 그보다 나은 분해능을 갖는다는 점을 의미한다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 초점 심도보다 높은 분해능을 유지하면서도 초점 심도도 길게 만들 수 있는 장점이 있다고 할 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 '테라파 공급부', '콜리메이팅부', '베셀 빔 형성부', '집광부', '테라파 검출부' 등과 같은 '부'라는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
1: 피검물
100: 테라파 공급부
200: 콜리메이팅부
300: 베셀 빔 형성부
400: 집광부
500: 테라파 검출부
600: 피검물 장착부
700: 디스플레이부

Claims (17)

  1. 테라파를 생성하여 공급하는 테라파 공급부;
    상기 테라파 공급부에 의해 공급된 테라파를 평행하게 만드는 콜리메이팅부;
    상기 콜리메이팅부에 의해 평행해진 테라파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 테라파 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부;
    상기 피검물을 투과하여 발산하는 테라파를 집광시키는 집광부; 및
    상기 집광부에 의해 집광된 테라파를 수집하여 검출하는 테라파 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 상기 피검물을 투과하여 발산하는 테라파의 직경 이상의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 집광된 테라파가 상기 테라파 검출부에 모두 수집될 수 있도록 테라파를 집광시키는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 오목 거울인 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부는, 엑시콘 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부는, 다수의 원형 홈이 동심원 형태로 형성된 플레이트 및 볼록 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부는 교체 가능한 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부와 상기 집광부 사이의 거리는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 콜리메이팅부는, 평행해진 테라파의 크기가 상기 베셀 빔 형성부의 직경의 0.5배 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 콜리메이팅부는, 입사된 테라파를 평행하게 굴절시키는 볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 콜리메이팅부는, 입사된 테라파를 평행하게 반사시키는 포물면경인 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부에 의해 형성된 테라파 베셀 빔 영역에 피검물을 위치시키는 피검물 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피검물 장착부는, 상기 테라파 베셀 빔 영역 내에서 피검물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 피검물 장착부는, 테라파 베셀 빔이 상기 피검물에 대하여 래스터 주사 방식으로 입사되도록 상기 피검물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 콜리메이팅부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 집광부 중 적어도 하나 이상은, 폴리에틸렌, TPX(Polymethylpentene), 테프론 및 COC(Cyclic Olefin Copolymer) 중 적어도 하나 이상의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 테라파 검출부에 의해 검출된 테라파를 이용하여 영상 이미지를 제공하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라파 베셀 빔을 이용한 물체 검사 장치.
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