KR101941579B1 - 표면형상 측정장치 및 그 제어방법 - Google Patents

표면형상 측정장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

표면형상 측정장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치는 레이저광을 출사하는 레이저광원과, 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 샘플의 표면을 스캔하는 갈바노 스캐너와, 갈바노 스캐너를 구동시키는 구동기와, 샘플에 반사된 레이저광을 검출하는 광 검출기 및 구동기를 통해 갈바노 스캐너를 작동시켜 샘플의 표면 전체를 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔하고, 등속 스캔하는 동안 광 검출기를 통해 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 검출된 레이저광을 이용하여 샘플의 각 표면높이를 측정하고, 등속 스캔 과정에서 측정된 각 표면높이에 따라 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하고, 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교하고, 비교결과에 따라 샘플의 표면 구간 중 재측정구간을 선정하고, 선정된 재측정구간을 미리 설정된 제1 속도보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔하고, 재측정구간을 등속 스캔하는 동안 광 검출기를 통해 재측정구간의 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 재측정구간에서 검출된 레이저광을 이용하여 재측정구간의 샘플의 표면높이를 측정하고, 측정된 표면높이들을 근거로 샘플의 표면형상을 인식하는 제어기를 포함한다.

Description

표면형상 측정장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR MEASURING SURFACE PROFILE AND CONTROL METHOD OF THEREOF}
본 발명은 표면형상 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 갈바노 스캐너를 이용하여 샘플의 표면형상을 측정하는 표면형상 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 갈바노 스캐너는 일정한 각도범위 내에서만 회전하도록 마련된 회전축에 미러를 장착한 것으로서, 레이저광을 이용한 장비 산업분야 등에서 레이저광의 경로를 컨트롤하는 수단으로 사용되고 있다.
표면형상 측정장치는 샘플의 높이를 측정하기 위해서는 갈바노 스캐너를 이용하여 레이저광을 수평방향으로 스캔한다.
하지만, 기존에는 샘플의 높이 변화에 관계없이 샘플의 모든 구간에 대하여 레이저광을 샘플의 수평방향으로 등속으로 스캔하기 때문에 샘플의 높이 변화가 적을 경우에는 상관없지만, 샘플의 높이 변화가 클 경우에는 해당 구간을 스캔하지 못하고 지나쳐 샘플의 표면형상을 정확히 측정하기 어려운 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2009-0106249호(2009.10.08.공개) 공개특허공보 제10-2013-0105333호(2013.09.25.공개)
본 발명의 실시예는 갈바노 스캐너의 스캔속도를 가변하여 표면형상을 보다 정확히 측정하는 표면형상 측정장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저광을 출사하는 레이저광원; 상기 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 샘플의 표면을 스캔하는 갈바노 스캐너; 상기 갈바노 스캐너를 구동시키는 구동기; 상기 샘플에 반사된 레이저광을 검출하는 광 검출기; 및 상기 구동기를 통해 상기 갈바노 스캐너를 작동시켜 상기 샘플의 표면 전체를 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔하고, 상기 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 검출된 레이저광을 이용하여 상기 샘플의 각 표면높이를 측정하고, 등속 스캔 과정에서 측정된 각 표면높이에 따라 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하고, 상기 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 샘플의 표면 구간 중 재측정구간을 선정하고, 상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제1 속도보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔하고, 상기 재측정구간을 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 재측정구간의 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 재측정구간에서 검출된 레이저광을 이용하여 상기 재측정구간의 샘플의 표면높이를 측정하고, 상기 측정된 표면높이들을 근거로 상기 샘플의 표면형상을 인식하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 샘플의 표면 전체를 상기 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔할 때는 일방향으로 스캔하고, 상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔할 때는 반대방향으로 스캔하도록 상기 구동기를 통해 상기 갈바노 스캐너를 작동시키고, 상기 제어기는 상기 선정된 재측정구간을 제외한 나머지 구간은 상기 미리 설정된 제1 속도보다 높도록 미리 설정된 제3 속도로 가속 스캔하고, 상기 제어기는 상기 선정된 재측정구간이 복수일 경우 상기 선정된 재측정구간 중 상기 산출된 높이차이 변화율이 높은 구간의 스캔속도를 다른 구간보다 감소시키는 표면형상 측정장치가 제공될 수 있다.
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본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 샘플의 표면을 스캔하는 갈바노 스캐너를 이용하여 샘플 표면 전체를 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔하고, 상기 등속 스캔하는 동안 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하는 광 검출기를 통해 상기 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 검출된 레이저광을 이용하여 상기 샘플의 각 표면높이를 측정하고, 등속 스캔 과정에서 측정된 각 표면높이에 따라 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하고, 상기 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 샘플의 표면 구간 중 재측정구간을 선정하고, 상기 선정된 재측정구간을 제외한 나머지 구간은 상기 미리 설정된 제1 속도보다 높도록 미리 설정된 제3 속도로 가속 스캔하고, 상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제1 속도보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔하되, 상기 선정된 재측정구간이 복수일 경우 상기 선정된 재측정구간 중 상기 산출된 높이차이 변화율이 높은 구간의 스캔속도를 다른 구간보다 감소시키고, 상기 재측정구간을 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 재측정구간의 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 재측정구간에서 검출된 레이저광을 이용하여 상기 재측정구간의 샘플의 표면높이를 측정하고, 상기 측정된 표면높이들을 근거로 상기 샘플의 표면형상을 인식하는 표면형상 측정장치의 제어방법이 제공될 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예는 샘플의 높이 변화에 따라 갈바노 스캐너의 스캔속도를 가변함으로써 샘플의 높이 변화가 크더라도 스캔할 수 있어 샘플의 표면형상을 보다 정확히 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전체 형상 측정시간을 유지하면서도 보다 정확한 샘플 표면형상을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 레이저광을 샘플 표면의 좌측에서 우측으로 등속 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 샘플 높이차이 변화율이 미리 설정된 변화율보다 큰 재측정구간들을 대상으로 레이저광을 샘플 표면의 우측에서 좌측으로 감속된 속도로 등속 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 재측정구간들에 대한 등속 스캔시 서로 다른 스캔 속도로 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 표면형상 측정장치는 레이저광원(10), 갈바노 스캐너(20), 집속렌즈인 fθ렌즈(30)를 포함할 수 있다.
레이저광원(10)는 레이저광을 출사한다.
갈바노 스캐너(20)는 회전미러(21), 이 회전미러(21)를 회전시키는 모터(22)를 포함한다.
회전미러(21)는 모터(22)의 회전축에 회전 가능하게 마련되어 있다. 회전미러(21)는 모터(22)의 회전방향을 따라 회전한다.
모터(22)는 시계 방향 회전과 시계 반대 방향 회전을 할 수 있는 정역 회전 가능한 모터이다. 모터(22)는 회전미러(21)를 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전시킨다.
fθ렌즈(30)는 갈바노 스캐너(20)를 경유한 레이저광이 샘플(S)의 원하는 위치에 포커싱 될 수 있도록 레이저광의 초점을 조절하는 역할을 할 수 있다.
fθ렌즈(30)는 샘플(S)의 표면에 레이저광을 집속하여 수직 입사시킨다.
레이저광원(10)로부터 출사된 레이저광은 갈바노 스캐너(20)와 fθ렌즈(30)를 경유하여 측정대상물인 샘플(S)에 입사된다.
갈바노 스캐너(20)는 샘플(S)의 표면에 있어서 레이저광의 입사점을 샘플(S)의 수평방향(예를 들면, 샘플(S)의 표면을 XY 면이라고 가정하면, X축 방향 또는 Y축 방향)으로 이동시킨다. fθ렌즈(30)는 샘플(S)의 표면에 갈바노 스캐너(20)에 의해 입사된 레이저광을 집광하여 수직 입사시킨다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 제어블록도이다.
도 2를 참조하면, 표면형상 측정장치는 전반적인 제어를 수행하는 제어기(40)를 포함한다. 제어기(40)는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
제어기(40)의 출력측에는 구동기(50)가 전기적으로 연결되어 있다. 구동기(50)는 갈바노 스캐너(20)를 구동시킨다. 구동기(50)는 갈바노 스캐너(20)의 모터(22)를 정역 회전시킨다.
제어기(40)의 입력측에는 광 검출기(60)가 전기적으로 연결되어 있다. 광 검출기(60)는 샘플(S)에 반사된 레이저광을 검출한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.
도 3을 참조하면, 표면형상 측정장치는 갈바노 스캐너(20)를 이용하여 레이저광을 샘플 표면으로 등속 스캔하는 단계(100), 등속 스캔하는 동안 광 검출기(60)를 통해 레이저광 검출하는 단계(102), 검출된 레이저광을 이용하여 샘플의 각 표면 높이를 측정하는 단계(104), 등속 스캔을 정지하는 단계(106), 등속 스캔 과정에서 측정된 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하는 단계(108), 산출된 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 비교하는 단계(110), 비교결과에 따라 다시 측정이 필요한 재측정구간을 선정하는 단계(112), 재측정구간에서 감속된 속도로 등속 스캔하는 단계(114), 재측정구간에서 샘플의 표면높이를 측정하는 단계(116), 샘플 표면형상을 인식하는 단계(118)를 수행할 수 있다.
단계 100에서, 제어기(40)는 갈바노 스캐너(20)의 모터(22)를 시계 방향으로 미리 설정된 제1 속도(V1)로 회전시켜 레이저광원(10)으로부터 출사된 레이저광을 샘플(S)의 수평방향(예를 들면, 샘플(S)의 좌측에서 우측으로 진행하는 방향)으로 스캔시킨다. 즉, 제어기(40)는 갈바노 스캐너(20)의 작동을 제어하여 레이저광을 샘플(S)의 좌측에서 우측으로 미리 설정된 제1 속도(V1)로 스캔한다.
제어기(40)는 갈바노 스캐너(20)의 모터(22)를 시계 방향으로 일정한 속도로 회전시킴으로써 레이저광을 샘플 표면의 수평방향으로 등속으로 스캔시킬 수 있다.
단계 102에서, 제어기(40)는 샘플(S)을 미리 설정된 제1 속도(V1)로 스캔하는 동안 샘플 표면으로부터 반사된 레이저광을 광 검출기(60)를 통해 검출한다.
단계 104에서, 제어기(40)는 광 검출기(60)를 통해 검출된 레이저광을 분석하여 샘플 표면의 높이들을 측정한다.
제어기(40)는 제어주기마다 샘플 표면의 높이를 각각 측정한다. 즉, 레이저광이 샘플 표면을 좌측에서 우측으로 등속 스캔하는 동안 제어주기마다 해당 샘플 표면의 높이를 측정한다.
단계 106에서, 제어기(40)는 등속 스캔이 완료되면, 갈바노 스캐너(20)의 모터(22)를 정지시킨다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 레이저광을 샘플 표면의 좌측에서 우측으로 등속 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 갈바노 스캐너(20)를 이용하여 레이저광을 샘플(S)의 좌측에서 우측으로 미리 설정된 제1 속도(V1)로 등속 스캔하고, 등속 스캔하는 동안 제어주기마다 샘플 표면상의 포인트 P1, P2, P3, P4, P5, P6에서 반사된 레이저광을 검출하여 해당 포인트에서의 높이를 검출할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 단계 108에서, 제어기(40)는 등속 스캔하는 동안 측정된 각 샘플 높이값을 근거로 하여 측정된 해당 샘플 표면들간의 높이차이 변화율을 각각 산출한다. 예를 들면, 샘플 표면에서 검출된 포인트 P1, P2, P3, P4, P5, P6 간의 높이차이 변화율을 산출한다(도 4에서 각 포인트를 연결하는 기울기 변화 참조).
단계 110에서, 제어기(40)는 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교한다.
단계 112에서, 제어기(40)는 비교결과 높이차이 변화율들 중 미리 설정된 변화율보다 높은 높이차이 변화율을 가진 구간을 재측정구간으로 선정한다(도 4의 P3-P4 구간, P5-P6 구간 참조).
단계 114에서, 제어기(40)는 선정된 재측정구간을 대상으로 갈바노 스캐너(20)를 이용하여 레이저광을 미리 설정된 제1 속도(V1)보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도(V2)로 스캔시킨다.
제어기(40)는 선정된 재측정구간에서 갈바노 스캐너(20)의 모터(22)를 시계 반대 방향으로 미리 설정된 제2 속도(V2)로 회전시켜 레이저광원(10)으로부터 출사된 레이저광을 샘플(S)의 우측에서 좌측으로 진행하는 방향으로 스캔시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 샘플 높이차이 변화율이 미리 설정된 변화율보다 큰 재측정구간들을 대상으로 레이저광을 샘플 표면의 우측에서 좌측으로 감속된 속도로 등속 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 산출된 높이차이 변화율들 중 미리 설정된 변화율보다 높은 높이차이 변화율을 가진 구간인 P3-P4 구간과 P5-P6 구간을 재측정구간으로 선정한다.
재측정구간인 P3-P4 구간과 P5-P6 구간을 대상으로 미리 설정된 제1 속도(V1)보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도(V2)로 등속 스캔한다.
재측정구간을 제외한 나머지 구간에 대해서는 레이저광을 미리 설정된 제1 속도(V1)보다 높도록 미리 설정된 제3 속도(V3)로 스캔시킨다. 이 스캔 동안에는 광 검출기(60)를 통해 검출된 레이저광을 이용하여 해당 구간의 샘플 높이를 측정하지 않을 수 있다. 이와 같이, 샘플의 스캔 방향을 변경하면서 스캔 속도를 다단으로 변경하면서 샘플 높이를 측정하더라도 감속 스캔과 함께 가속 스캔이 이루어지기 때문에 전체 표면형상 측정시간을 유지하면서도 보다 정확한 샘플 표면형상을 측정할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 단계 116에서, 제어기(40)는 재측정구간에서 레이저광을 감속된 속도로 등속 스캔을 하는 동안 광 검출기(60)를 이용하여 해당 구간의 샘플 높이를 측정한다. 이와 같이, 재측정구간에 대하여 미리 설정된 제1 속도(V1)보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도(V2)로 스캔하여 해당 구간의 샘플 높이를 측정할 수 있기 때문에 샘플의 높이 변화가 크더라도 스캔할 수 있어 샘플의 표면형상을 보다 정확히 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 표면형상 측정장치에서 재측정구간들에 대한 등속 스캔시 서로 다른 스캔 속도로 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 높이차이 변화율이 미리 설정된 변화율보다 높을수록 스캔 속도를 더욱 느리게 할 수 있다.
재측정구간 중 상대적으로 높이차이 변화율이 높은 구간의 스캔 속도를 다른 구간보다 낮출 수 있다.
P5-P6 구간의 스캔 속도(V2-1)를 P3-P4 구간과 스캔 속도(V2-2)보다 느리게 함으로써 P5-P6 구간의 샘플 높이값들을 더욱 촘촘히 측정할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 단계 118에서, 제어기(40)는 샘플 표면 전체에 대한 등속 스캔(V1)을 이용하여 측정한 샘플 표면 높이와 재측정구간에 대한 감속된 등속 스캔(V2)을 이용하여 측정한 샘플 표면 높이를 종합하여 샘플 표면형상을 인식한다.
10 : 레이저광원 20 : 갈바노 스캐너
21 : 회전미러 22 : 모터
30 : fθ렌즈 40 : 제어기
50 : 구동기 60 : 광 검출기

Claims (5)

  1. 레이저광을 출사하는 레이저광원;
    상기 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 샘플의 표면을 스캔하는 갈바노 스캐너;
    상기 갈바노 스캐너를 구동시키는 구동기;
    상기 샘플에 반사된 레이저광을 검출하는 광 검출기; 및
    상기 구동기를 통해 상기 갈바노 스캐너를 작동시켜 상기 샘플의 표면 전체를 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔하고, 상기 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 검출된 레이저광을 이용하여 상기 샘플의 각 표면높이를 측정하고, 등속 스캔 과정에서 측정된 각 표면높이에 따라 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하고, 상기 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 샘플의 표면 구간 중 재측정구간을 선정하고, 상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제1 속도보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔하고, 상기 재측정구간을 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 재측정구간의 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고, 상기 재측정구간에서 검출된 레이저광을 이용하여 상기 재측정구간의 샘플의 표면높이를 측정하고, 상기 측정된 표면높이들을 근거로 상기 샘플의 표면형상을 인식하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 샘플의 표면 전체를 상기 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔할 때는 일방향으로 스캔하고, 상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔할 때는 반대방향으로 스캔하도록 상기 구동기를 통해 상기 갈바노 스캐너를 작동시키고,
    상기 제어기는 상기 선정된 재측정구간을 제외한 나머지 구간은 상기 미리 설정된 제1 속도보다 높도록 미리 설정된 제3 속도로 가속 스캔하고,
    상기 제어기는 상기 선정된 재측정구간이 복수일 경우 상기 선정된 재측정구간 중 상기 산출된 높이차이 변화율이 높은 구간의 스캔속도를 다른 구간보다 감소시키는 표면형상 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 샘플의 표면을 스캔하는 갈바노 스캐너를 이용하여 샘플 표면 전체를 미리 설정된 제1 속도로 등속 스캔하고,
    상기 등속 스캔하는 동안 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하는 광 검출기를 통해 상기 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고,
    상기 검출된 레이저광을 이용하여 상기 샘플의 각 표면높이를 측정하고,
    등속 스캔 과정에서 측정된 각 표면높이에 따라 샘플 표면의 각 높이차이 변화율을 산출하고,
    상기 산출된 각 높이차이 변화율과 미리 설정된 변화율을 각각 비교하고,
    상기 비교결과에 따라 상기 샘플의 표면 구간 중 재측정구간을 선정하고,
    상기 선정된 재측정구간을 제외한 나머지 구간은 상기 미리 설정된 제1 속도보다 높도록 미리 설정된 제3 속도로 가속 스캔하고,
    상기 선정된 재측정구간을 상기 미리 설정된 제1 속도보다 낮도록 미리 설정된 제2 속도로 등속 스캔하되, 상기 선정된 재측정구간이 복수일 경우 상기 선정된 재측정구간 중 상기 산출된 높이차이 변화율이 높은 구간의 스캔속도를 다른 구간보다 감소시키고,
    상기 재측정구간을 등속 스캔하는 동안 상기 광 검출기를 통해 상기 재측정구간의 샘플 표면에 반사된 레이저광을 검출하고,
    상기 재측정구간에서 검출된 레이저광을 이용하여 상기 재측정구간의 샘플의 표면높이를 측정하고,
    상기 측정된 표면높이들을 근거로 상기 샘플의 표면형상을 인식하는 표면형상 측정장치의 제어방법.
  5. 삭제
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