KR102305190B1 - Device for measuring 3d step height of sample surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 샘플 표면의 3D 단차 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 단차 측정 장치는 단차 측정기로부터 검출된 간섭무늬 신호를 미리 설정된 변환식을 이용해서 전처리하는 신호 전처리부, 간섭무늬 신호에 대하여 전처리부에서 산출한 진동수별 진폭값을 이용해서 신뢰도 값을 산출하는 신뢰도 검출부, 신뢰도 검출부에서 산출된 간섭무늬 신호의 신뢰도 값으로 신뢰도 범위를 분석하는 신뢰도 분석부, 및 간섭무늬 신호 중 신뢰도 값이 미리 설정된 고신뢰도 및 중신뢰도 범위에 해당되는 간섭무늬 신호를 Band-pass HRIDCT 를 통하여 보간하여 고해상도로 복원하는 간섭무늬 신호 복원 처리부를 포함하는바, 진동이 있는 측정 환경 및 복잡한 샘플 표면의 기하구조로 인하여 간섭무늬의 피크(Peak) 위치로 샘플표면의 높이를 측정하기 어려운 상황에서도 샘플의 표면의 높이를 측정함에 있어 간섭무늬의 세기를 가중치로 하여 높이 값들을 가중평균하는 방법으로 샘플 표면의 높이를 결정할 수 있는 장치이다. 그리고 저신뢰도로 분류된 간섭무늬에 대해서는 해당 간섭무늬로부터 샘플 표면의 높이 값을 결정하지 않고 주변의 중신뢰도 이상의 간섭무늬로부터 측정한 샘플 표면의 높이 값을 이용한 보간 방법으로 높이 값을 결정하는 장치이다.The present invention relates to a device for measuring the 3D step of a sample surface. The 3D step measuring apparatus according to an embodiment of the present invention uses a signal pre-processing unit that pre-processes the interference fringe signal detected from the step measuring device using a preset conversion formula, and the amplitude value for each frequency calculated by the pre-processing unit for the interference fringe signal. A reliability detector that calculates a reliability value, a reliability analyzer that analyzes a reliability range with the reliability value of the interference fringe signal calculated by the reliability detector, and an interference fringe corresponding to a range of high and medium reliability in which reliability values are preset among the interference fringe signals. It includes an interference fringe signal restoration processor that interpolates the signal through band-pass HRIDCT and restores it with high resolution. In measuring the height of the surface of the sample even in a situation where it is difficult to measure the height, it is an apparatus that can determine the height of the surface of the sample by using the intensity of the interference fringe as a weight and averaging the height values. And for the interference fringes classified as low reliability, the height value of the sample surface is not determined from the interference fringe, but the height value is determined by interpolation using the height value of the sample surface measured from the surrounding interference fringes of medium reliability or higher. .
Description
본 발명은 WLSI(White Light Scanning Interferometer)의 간섭무늬 신호 또는 샘플 표면 높이 값을 가중평균 방법으로 보간 처리해서 샘플표면의 높이를 결정하는 장치에 관한 것으로, WLSI 간섭무늬의 피크(Peak) 위치를 결정하기 어려운 상황에서도 최적의 높이로 결정할 수 있는 샘플 표면의 3D 단차 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for determining the height of a sample surface by interpolating an interference fringe signal or a sample surface height value of a WLSI (White Light Scanning Interferometer) by a weighted average method, and determining the peak position of a WLSI interferometer. It relates to a device for measuring the 3D step of the sample surface that can determine the optimal height even in difficult situations.
디스플레이 분야를 포함한 많은 분야의 제조 업계에서 샘플 표면의 높이 단차를 측정하는 일은 제조 공정 관리상의 매우 중요한 과정 중 하나이다. 이에, 비파괴 방식으로 시료나 샘플 표면의 높이를 측정하기 위해 WLSI(White Light Scanning Interferometer) 등과 같은 3D 단차 측정기가 주로 이용되고 있다. In the manufacturing industry in many fields including the display field, measuring the height difference of the sample surface is one of the most important processes in manufacturing process management. Accordingly, a 3D step measuring instrument such as a White Light Scanning Interferometer (WLSI) is mainly used to measure the height of a sample or a sample surface in a non-destructive manner.
일 예로, WLSI는 간섭 렌즈를 높이 방향으로 움직이면서 각 높이에서 백색광을 조사하고, 측정 시료나 샘플의 표면에서 반사된 측정 광과 기준 미러에서 반사된 기준 광과의 광 경로 차에 의한 간섭무늬 신호(Interferogram)를 순차적으로 검출한다. 그리고 순차적으로 검출된 간섭무늬 신호를 분석 및 처리하여, 비파괴 방식으로 표면 높이를 측정하고 측정 결과 데이터를 도출하게 된다. 이러한 WLSI는 간섭무늬 신호의 피크 위치, 즉 간섭무늬 신호의 진폭이 가장 높게 출력된 시점과 위치를 검출해서 시료 표면의 높이를 비롯해 공간적인 위치를 도출하고, 이를 2D 또는 3D 형상 배치하여 결과 데이터를 도출한다. As an example, the WLSI irradiates white light at each height while moving the interference lens in the height direction, and the interference fringe signal ( Interferogram) is detected sequentially. Then, by sequentially analyzing and processing the detected interference fringe signal, the surface height is measured in a non-destructive manner, and measurement result data is derived. This WLSI detects the peak position of the interference fringe signal, that is, the time and position at which the amplitude of the interference fringe signal is the highest, derives the spatial position including the height of the sample surface, and arranges the result data in 2D or 3D shape. derive
하지만, 종래의 WLSI 등은 진동에 매우 민감하여 높이 측정 시 진동이 발생하면 간섭렌즈가 높이 방향으로 움직일 때 간섭렌즈와 샘플표면간의 거리가 일정하게 변하지 않으므로 높이 측정에 어려움이 있었다. However, the conventional WLSI is very sensitive to vibration, and when vibration occurs during height measurement, when the interference lens moves in the height direction, the distance between the interference lens and the sample surface does not change constantly, so it is difficult to measure the height.
또한, 종래의 WLSI 등은 시료나 샘플 표면의 구조적인 특성에 영향을 크게 받기 때문에, 경사나 굴곡이 많은 구조의 시료나 샘플들의 높이 측정 결과는 그 신뢰도가 크게 저하되는 문제들이 있었다. In addition, since the conventional WLSI is greatly affected by the structural characteristics of the sample or the sample surface, there is a problem in that the reliability of the height measurement result of the sample or the samples having a structure with many inclinations or curves is greatly reduced.
도 1은 종래의 WLSI를 통해 측정한 특정 시료의 높이 측정 결과를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the measurement result of the height of a specific sample measured through the conventional WLSI.
도 1에 도시된 바와 같이, 시료나 샘플 표면이 간섭무늬 신호의 검출 방향과 수직인 평면의 경우에는 측정된 간섭무늬로부터 산출한 높이 값의 신뢰도가 높기 때문에 일정한 결과를 얻을 수 있지만 불연속적으로 측정된 간섭무늬로부터 고정밀도로 높이를 측정하기 위해서는 특별한 알고리즘이 필요하다. As shown in FIG. 1 , in the case of a plane in which the sample or the sample surface is perpendicular to the detection direction of the interference fringe signal, since the reliability of the height value calculated from the measured interference fringe is high, a constant result can be obtained, but the measurement is discontinuous. A special algorithm is required to measure the height with high precision from the interferometric fringes.
그리고, 시료나 샘플 표면의 기울기가 큰 굴곡 부분에서는 간섭무늬 신호의 난반사 비율이 높아지므로, 경사나 굴곡 부분에서 검출되는 간섭무늬 신호로부터 측정한 샘플 표면 높이 값의 오차율은 높아질 수밖에 없게 된다. 이에, 종래에는 샘플 표면의 높이 데이터를 특정 필터(예를 들어, Median Filter) 등으로 필터링 처리해서 높이 측정에 이용하기도 했지만, 오차율이 높아진 상태에서 필터링하기 때문에 필터링 효과는 미비할 수밖에 없었고 그 신뢰성은 낮을 수밖에 없었다. Also, since the diffuse reflection ratio of the interference fringe signal is increased in the curved portion of the sample or the sample surface having a large slope, the error rate of the sample surface height value measured from the interference fringe signal detected in the inclined or curved portion is inevitably increased. Therefore, in the prior art, the height data of the sample surface was filtered with a specific filter (eg, Median Filter) and used for height measurement. had to be lower.
본 발명에서는 간섭무늬 데이터로부터 신뢰도를 평가할 수 있는 방법을 고안하여, 이를 기준으로 적절한 높이 결정 방법을 적용하여 높이를 결정하고 신뢰하기 어려운 간섭무늬 데이터는 주변의 유효한 데이터로부터 내삽하여 샘플표면의 높이를 결정하는 방법을 적용함으로써 신뢰도 높은 데이터를 얻고자 한다.In the present invention, a method for evaluating reliability from interference fringe data is devised, and the height is determined by applying an appropriate height determination method based on this. We want to obtain reliable data by applying the decision method.
구체적으로, 본 발명은 WLSI의 간섭무늬 신호(Interferogram)를 FFT(Fast Fourier Transform) 및 Band-pass HRIDCT(High Resolution Inverse Discrete Cosine Transform)를 통하여 양질의 신호로 복원하고, 가중평균을 이용하여 샘플 표면의 높이를 결정해서 샘플 표면 높이 측정 데이터로 이용할 수 있는 3D 단차 측정 장치를 제공하는 것이다. Specifically, the present invention restores an interferogram of WLSI to a high-quality signal through FFT (Fast Fourier Transform) and Band-pass HRIDCT (High Resolution Inverse Discrete Cosine Transform), and uses a weighted average to restore the sample surface It is to provide a 3D step measuring device that can be used as sample surface height measurement data by determining the height of the .
또한, 본 발명은 간섭무늬 신호의 신뢰도를 평가할 수 있는 기준을 마련하여 신뢰하기 어려운 간섭무늬에 대해서는 주변의 신뢰도 높은 높이 값으로부터 보간하여 높이 값을 결정하고, 샘플 표면 높이 측정 데이터로 이용할 수 있는 3D 단차 측정 장치를 제공하는 것이다. In addition, the present invention provides a standard for evaluating the reliability of an interference fringe signal, and for an interference fringe that is difficult to trust, interpolates from a high reliable height value in the vicinity to determine a height value, and 3D that can be used as sample surface height measurement data To provide a step difference measuring device.
본 발명의 목적은 상기에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기와 같은 기술 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3D 단차 측정 장치는 단차 측정기로부터 검출된 간섭무늬 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 및 Band-pass HRIDCT(High Resolution Inverse Discrete Cosine Transform) 통하여 양질의 신호로 복원하고 가중평균을 이용하여 샘플 표면의 위치를 결정한다. 그리고. 오계측을 예상할 수 있는 기준을 마련하여 Interpolation 방법으로 높이 값을 결정한다. 3D step measuring apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem as described above through the interference fringe signal detected from the step measuring device through FFT (Fast Fourier Transform) and Band-pass HRIDCT (High Resolution Inverse Discrete Cosine Transform) Reconstruct a high-quality signal and determine the location of the sample surface using a weighted average. and. The height value is determined by the interpolation method by preparing a standard that can predict erroneous measurement.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 3D 단차 측정 장치는 단차 측정기로부터 검출된 간섭무늬 신호를 미리 설정된 변환식을 이용해서 전처리하는 신호 전처리부, 간섭무늬 신호에 대하여 전처리부에서 산출한 진동수별 진폭값을 이용해서 신뢰도 값을 산출하는 신뢰도 검출부, 신뢰도 검출부에서 산출된 간섭무늬 신호의 신뢰도 값으로 신뢰도 범위를 분석하는 신뢰도 분석부, 간섭무늬 신호 중 신뢰도 값이 미리 설정된 고신뢰도 및 중신뢰도 범위에 해당되는 간섭무늬 신호를 Band-pass HRIDCT 하여 고해상도로 복원하는 간섭무늬 신호 복원 처리부, 고신뢰도 및 중신뢰도 데이터에 대해서 미리 정해진 신호 세기 이상의 값을 가지는 간섭무늬 신호의 세기를 가중치로 위치 가중평균을 계산하여 높이를 결정하는 데이터 산출부, 및 간섭무늬 신호 중 신뢰도 값이 미리 설정된 저신뢰도 범위에 해당되는 간섭무늬 신호에 대해서는 그 간섭무늬로 높이 측정이 어려우므로 주변의 고신뢰도 및 중신뢰도 간섭무늬로부터 산출한 높이 값을 이용하여 보간하여 해당위치의 높이를 결정하는 저신뢰도 데이터 처리부를 포함해서 구성될 수 있다. To this end, the 3D step measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a signal preprocessing unit that pre-processes the interference fringe signal detected from the step measuring device using a preset conversion equation, and the amplitude value for each frequency calculated by the preprocessing unit for the interference fringe signal. A reliability detector that calculates a reliability value using The interference fringe signal restoration processing unit that performs band-pass HRIDCT on the interference fringe signal to restore high resolution, calculates the position weighted average by weighting the strength of the interference fringe signal having a value greater than or equal to the predetermined signal strength for high and medium reliability data. Since it is difficult to measure the height of the interference fringe signal corresponding to the low reliability range in which the reliability value of the interference fringe signal is set in advance, the height calculated from the surrounding high-reliability and medium-reliability fringes is difficult to measure. It may be configured to include a low-reliability data processing unit that interpolates using a value to determine the height of the corresponding position.
상기와 같은 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 표면의 3D 단차 측정 장치는 높이를 결정하기 어려웠던 WLSI 간섭무늬에서도 샘플 표면의 높이 정보를 얻을 수 있다. 다시 말해, WLSI 간섭무늬 측정 시 진동이 발생하여 간섭무늬 피크 위치 값의 편차가 발생하더라도 피크 신호 주변의 간섭무늬 세기를 가중치로 가중평균하여 샘플표면 높이의 대표값을 결정함으로써 진동과 같은 Noise에 덜 민감하게 높이값을 결정할 수 있다. The apparatus for measuring the 3D step of the sample surface according to an embodiment of the present invention having the above technical characteristics can obtain information on the height of the sample surface even in the WLSI interference fringe, in which it is difficult to determine the height. In other words, even if vibration occurs during WLSI interference fringe measurement and there is a deviation in the interference fringe peak position, the weighted average of the interference fringe strength around the peak signal is weighted to determine the representative value of the sample surface height to reduce noise such as vibration. The height value can be determined sensitively.
또한, 샘플 표면이 광축에 수직하지 않고 기울어져서 연속적인 높이 변화에 의해 만들어진 간섭무늬라도 가중평균 방법으로 샘플 표면 높이의 대표값을 결정할 수 있다. 그리고, 샘플 표면이 거칠어서 여러 높이의 표면에 의해 형성된 간섭무늬에서도 가중평균 방법으로 샘플 표면 높이의 대표값을 결정할 수 있다. In addition, even if the sample surface is inclined rather than perpendicular to the optical axis and thus an interference fringe produced by successive height changes, a representative value of the sample surface height can be determined by the weighted average method. In addition, since the sample surface is rough, the representative value of the sample surface height can be determined by the weighted average method even in the interference fringes formed by the surfaces of various heights.
이와 더불어, 샘플 표면에 투명 박막이 있는 구조에 의해 형성된 간섭무늬에서 가중평균 방법으로 샘플 표면 높이의 대표값을 결정함으로써 위치별 두께 분포의 경향성도 관찰할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 측정 불가 영역은 주변 유효한 영역의 높이 값으로부터 보간하여 그 위치의 높이를 결정할 수 있다.In addition, it is expected that the tendency of thickness distribution for each location can be observed by determining the representative value of the sample surface height using the weighted average method in the interference fringes formed by the structure with the transparent thin film on the sample surface. In particular, the non-measurable area may determine the height of the location by interpolating from the height value of the surrounding valid area.
도 1은 종래의 WLSI를 통해 측정한 특정 시료의 높이 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 단차 측정 장치를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 WLSI 스캐너의 간섭무늬 신호 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 WLSI 스캐너에서 검출되어 신호 전처리부로 입력되는 간섭무늬 신호를 나타낸 파형도이다.
도 5는 도 4에 도시된 고신뢰도, 중신뢰도, 저신뢰도 간섭무늬를 신호 복원 처리부에서 고해상도로 각각 복원한 간섭무늬 신호이다.
도 6은 도 5에 도시된 고신뢰도, 중신뢰도 간섭무늬 신호의 세기를 가중치로 이용한 위치 가중평균으로 샘플 표면 높이의 대표값을 결정한 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 데이터 산출부 및 저신뢰도 데이터 처리부에서 도출된 3D 단차 측정 결과를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a height measurement result of a specific sample measured through a conventional WLSI.
2 is a block diagram specifically illustrating a 3D step difference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of detecting an interference fringe signal of the WLSI scanner shown in FIG. 2 .
4 is a waveform diagram illustrating an interference fringe signal detected by the WLSI scanner shown in FIG. 2 and input to a signal preprocessor.
5 is an interference fringe signal obtained by reconstructing the high-reliability, medium-reliability, and low-reliability interference fringes shown in FIG. 4 at high resolution by the signal restoration processing unit.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a representative value of a sample surface height is determined by a position weighted average using the strength of the high reliability and medium reliability interference fringe signal shown in FIG. 5 as a weight.
FIG. 7 is a diagram illustrating a 3D step measurement result derived from the data calculating unit and the low-reliability data processing unit of FIG. 2 .
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, the configurations shown in the embodiments and drawings described in the present specification are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so they can be substituted at the time of the present application It should be understood that various equivalents and modifications may be made.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 샘플 표면의 3D 단차 측정 장치에 관하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, an apparatus for measuring a 3D step of a sample surface according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 단차 측정 장치를 구체적으로 나타낸 블록도이다. 그리고, 도 3은 WLSI 스캐너의 간섭무늬 신호 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a block diagram specifically showing a 3D step difference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram for explaining a method of detecting an interference fringe signal of a WLSI scanner.
먼저, 도 2를 참조하면, 3D 단차 측정 장치(200)는 신호 전처리부(210), 신뢰도 검출부(220), 신뢰도 분석부(230), 간섭무늬 신호 복원 처리부(240), 데이터 산출부(250), 및 저신뢰도 데이터 처리부(260)를 포함한다. First, referring to FIG. 2 , the 3D
구체적으로, 신호 전처리부(210)는 WLSI 스캐너(100) 등의 단차 측정기로부터 검출된 간섭무늬 신호(Interferogram)를 미리 설정된 변환 식을 이용해서 전처리함으로써, 간섭무늬 신호의 진폭과 위상 성분들을 추출하게 된다. 여기서, WLSI 스캐너(100) 등의 단차 측정기는 표면 높이 측정 대상인 시료나 샘플 등의 표면 높이 검출 신호로 간섭무늬 신호를 검출한다. Specifically, the
도 3을 참조하면, WLSI 스캐너(100) 등의 단차 측정기는 간섭 렌즈를 높이 방향으로 움직이면서 시료나 샘플들의 표면으로 미리 설정된 높이에서 백색광을 조사한다. 이때, WLSI 스캐너(100) 등은 위치 또는 타이머 등에 따라 미리 설정된 각각의 인덱스 포인트들에서 백색광을 조사하며, 측정 시료나 샘플의 표면에서 반사된 측정 광과 기준 미러에서 반사된 기준 광과의 광 경로 차에 의해 생성된 간섭무늬 신호를 검출한다. 이렇게 WLSI 스캐너(100) 등으로부터 검출된 간섭무늬 신호는 신호 전처리부(210)로 전송된다. Referring to FIG. 3 , the step measuring device such as the
이에, 신호 전처리부(210)는 단차 측정기에서 검출된 간섭무늬 신호를 하기의 미리 설정된 수학식 1에 따른 방식(예를 들어, Discrete Fourier Transform 방식)으로 1차 전처리하여, 각각의 인덱스별(또는, 진동수별)로 간섭무늬 신호의 진폭(fk의 절대 값)과 위상(fk의 편각)을 계산한다. Accordingly, the signal pre-processing
[수학식 1][Equation 1]
여기서, k는 간섭무늬 신호의 진동수이다. Here, k is the frequency of the interference fringe signal.
상기의 수학식 1에 의해 구한 인덱스 또는 진동수별로 검출된 간섭무늬 신호의 Fourier 계수 fk에 따라 인덱스별로 설정된 위치에 따른 간섭무늬의 세기 값을 하기의 수학식 2의 Inverse Discrete Fourier Transform을 통하여 복원할 수 있다. According to the Fourier coefficient f k of the interference fringe signal detected by the index or frequency obtained by Equation 1 above, the intensity value of the interference fringe according to the position set for each index can be restored through the Inverse Discrete Fourier Transform of Equation 2 below. can
[수학식 2][Equation 2]
신뢰도 검출부(220)는 간섭무늬 신호에 대하여 신호 전처리부(210)에서 산출한 진동수별 진폭 값을 이용해서 신뢰도 값을 산출한다. 즉, 신뢰도 검출부(220)는 신호 전처리부(210)에서 계산한 진동수별 진폭 값을 이용하여 미리 설정된 신뢰도 산출식을 적용함으로써, 획득한 간섭무늬 신호의 신뢰도 값을 산출할 수 있다. The
신뢰도 검출부(220)는 간섭무늬 신호의 신뢰도 값을 산출하기 위해, 미리 설정된 하기의 수학식 3을 이용해서 간섭무늬 신호의 신뢰도 값(C)을 산출한다. In order to calculate the reliability value of the interference fringe signal, the
[수학식 3][Equation 3]
여기서, Ak(Absolute Value(Amplitude) of fk)은 간섭무늬 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)해서 얻은 인덱스별 진폭 값이다. 아울러, A0는 측정된 간섭무늬 신호의 세기를 모두 합한 값이다. 이에, 획득한 간섭무늬 신호의 세기 값의 개수로 나누면 해당 간섭무늬 신호의 평균 세기가 될 수 있다. 여기서, 간섭무늬 신호를 검출한 평면 이미지 상태의 밝기가 픽셀 위치별로 다르더라도 Ao를 이용하는 정규화(Normalization)된 값을 분류 기준으로 사용하게 됨으로써, 전체에 영역에 대하여 일관된 기준을 적용할 수 있다. Here, A k (Absolute Value (Amplitude) of f k ) is an amplitude value for each index obtained by FFT (Fast Fourier Transform) of the interference fringe signal. In addition, A 0 is the sum of the strengths of the measured interference fringe signals. Accordingly, when divided by the number of intensity values of the obtained interference fringe signal, the average intensity of the corresponding interference fringe signal may be obtained. Here, even if the brightness of the plane image state in which the interference fringe signal is detected is different for each pixel position, the normalized value using A o is used as the classification standard, so that a consistent standard can be applied to the entire area.
신뢰도 분석부(230)는 신뢰도 검출부(220)에서 산출한 간섭무늬 신호의 신뢰도 값(C)으로 신뢰도 범위를 분석한다. 이때, 신뢰도 분석부(230)는 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정 값(C)을 미리 설정된 신뢰도 지수 값과 비교해서, 간섭무늬 신호의 신뢰도 범위를 고신뢰도, 중신뢰도, 및 저신뢰도 범위로 각각 분석 및 분류할 수 있다. The
도 4는 도 2에 도시된 WLSI 스캐너에서 검출되어 신호 전처리부로 입력되는 간섭무늬 신호를 나타낸 파형도이다. 4 is a waveform diagram illustrating an interference fringe signal detected by the WLSI scanner shown in FIG. 2 and input to a signal preprocessor.
도 4와 함께 하기의 표 1을 참조하면, 신뢰도 분석부(230)는 전처리된 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정 값(C)이 미리 설정된 고신뢰도의 지수 값 범위(예를 들어, 0.075 이상의 범위)에 포함되면, 해당 간섭무늬 신호를 고신뢰도의 데이터로 분류 및 설정한다. Referring to Table 1 below together with FIG. 4 , the
[표 1][Table 1]
그리고, 신뢰도 분석부(230)는 전처리된 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정 값(C)이 중신뢰도 지수 값 범위, 예를 들어, 0.05 이상 0.075 미만이면 해당 간섭무늬 신호를 중신뢰도의 데이터로 분류 및 설정한다. And, if the reliability measurement value (C) of the preprocessed interference fringe signal is in a range of medium reliability index values, for example, 0.05 or more and less than 0.075, the
또한, 신뢰도 분석부(230)는 전처리된 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정 값(C)이 미리 설정된 저신뢰도의 지수 값 범위, 예를 들어, 0.05 미만의 범위에 포함되면, 해당 간섭무늬 신호를 저신뢰도의 데이터로 분류 및 설정한다. In addition, when the reliability measurement value (C) of the preprocessed interference fringe signal is included in a preset index value range of low reliability, for example, less than 0.05, the
여기서, 신뢰도 분류 기준 값은 적어도 하나의 WLSI를 이용해서 미리 설정된 샘플로써, 예를 들어 디스플레이 패널(Display Panel)의 컬럼 스페이서(Column Spacer)나 포토 스페이서(Photo Spacer)의 표면을 산출한 결과에 따른 실험치나 평균치를 고려해서 미리 설정될 수 있다. Here, the reliability classification criterion value is a sample preset using at least one WLSI, for example, according to a result of calculating the surface of a column spacer or a photo spacer of a display panel. It may be preset in consideration of an experimental value or an average value.
본 발명에서는 신뢰도 분류 기준 값으로 0.075 내지 0.05 범위가 적용된 예를 제시하였지만, 이러한 신뢰도 분류 기준 값은 특정 샘플이나 시료의 상태에 따라 레시피(Recipe)로 미리 설정하여 사용 및 변경할 수 있다. In the present invention, an example in which the range of 0.075 to 0.05 is applied as the reliability classification reference value is presented, but the reliability classification reference value can be used and changed by presetting a specific sample or a recipe according to the state of the sample.
간섭무늬 신호 복원 처리부(240)는 고신뢰도 및 중신뢰도 데이터로 분류된 간섭무늬 신호의 신뢰도 분류 범위에 따라 간섭무늬 신호를 미리 설정된 변환식에 따른 방식으로 보간 처리하고 복원한다. The interference fringe signal
도 5는 도 4에 도시된 고신뢰도, 중신뢰도, 저신뢰도 간섭무늬를 신호 복원 처리부에서 고해상도로 복원한 간섭무늬 신호이다. FIG. 5 is an interference fringe signal obtained by reconstructing the high-reliability, medium-reliability, and low-reliability interference fringes shown in FIG.
신호 복원 처리부(240)는 고신뢰도 및 중신뢰도 데이터로 분류된 간섭무늬 신호를 하기의 수학식 4에 따른 방식으로 보간 및 변환 처리해서 고해상도로 복원한다. 여기서, 사용된 수학식 4에 따른 신호 복원 방법을 Band-pass HRIDCT(High Resolution Inverse Discrete Cosine Transform)라고 하자. 또한, 수학식 4는 수학식 1과 수학식 2로부터 N이 짝수이고 xj가 실수인 조건에서 유도될 수 있다.The signal
[수학식 4][Equation 4]
간섭무늬 신호 복원 처리부(240)는 상기의 수학식 4에 따른 방식으로 신호 전처리부에서 산출한 진동수별의 진폭과 위상을 이용하여 연속적인 실수 j로 대변되는 위치에 따른 간섭무늬 신호를 고해상도로 복원할 수 있다. 본 발명에서는 k(진동수)가 85 ~ 140까지의 범위로 취해진 예를 도시하였으나 그 적용 범위는 광원의 특성이나 샘플의 종류와 상태에 따라 변경해서 적용할 수 있다. The interference fringe signal
도 6은 도 5에 도시된 고신뢰도, 중신뢰도 간섭무늬 신호의 세기를 가중치로 이용한 위치 가중평균으로 샘플 표면 높이의 대표값을 결정한 예를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 도 5에 도시된 고신뢰도, 중신뢰도 간섭무늬 신호를 각각 하기의 수학식 5, 수학식 6을 이용하여 높이의 가중평균 위치를 계산한 값을 도시하였다. FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a representative value of a sample surface height is determined by a position weighted average using the strength of the high reliability and medium reliability interference fringe signal shown in FIG. 5 as a weight. Specifically, FIG. 6 shows the values obtained by calculating the weighted average position of the high reliability and medium reliability interference fringe signals shown in FIG. 5 by using Equations 5 and 6 below, respectively.
도 6을 참조하면, 데이터 산출부(250)는 고신뢰도 및 중신뢰도 데이터로 분류된 간섭무늬 신호에 대하여, 간섭무늬 신호 복원 처리부에서 고해상도로 복원된 간섭무늬 신호를 각각 수학식 5와 수학식 6에 따른 가중평균 방식으로 높이 값을 산출한다. Referring to FIG. 6 , the
[수학식 5][Equation 5]
여기서, d 값은 dark level로써 일정 세기 이하인 간섭무늬 신호는 가중평균값에 영향을 주지 않도록 하기 위하여 설정하는 값이다. 본 실시 예에서는 고신뢰도 데이터에 대하여 0.02 값으로 설정하였다. Here, the d value is a dark level, which is set to prevent an interference fringe signal having a predetermined intensity or less from affecting the weighted average value. In this embodiment, a value of 0.02 is set for high reliability data.
데이터 산출부(250)는 샘플표면의 위치를 결정할 때 간섭무늬 최대값 주변의 높이 값을 가중평균하여 그 높이들의 대표값으로 결정함으로써, 노이즈에 덜 민감하게 높이 값을 결정할 수 있다. When determining the location of the sample surface, the
중신뢰도 데이터는 일반적으로 샘플표면의 기울기나 거칠기에 의해 여러 높이의 표면에 의해서 형성된 간섭무늬로 고신뢰도 간섭무늬 신호에 비하여 세기가 약하며 더 넓은 높이 값 범위에 퍼져 있는 것이 특징이다. Medium-reliability data are generally interference fringes formed by surfaces of several heights due to the slope or roughness of the sample surface, and are characterized by weaker strength than high-reliability interference fringe signals and spread over a wider range of height values.
[수학식 6][Equation 6]
여기서, d(Dark Level) 값은 중신뢰도 데이터에 대하여 0.009로 설정한 예인데, 고신뢰도 데이터에 비하여 작은 값으로 설정하는 것이 좋다. 그 이유는 도 5에 도시된 바와 같이 중신뢰도의 간섭무늬 신호는 상대적으로 세기가 약하며 넓은 높이 값 범위에 퍼져있기 때문이다. Here, the d (Dark Level) value is an example of setting 0.009 for medium-reliability data, but it is preferable to set it to a small value compared to high-reliability data. The reason is that, as shown in FIG. 5 , the interference fringe signal of medium reliability has relatively weak strength and is spread over a wide range of height values.
한편, 저신뢰도 데이터 처리부(260)는 저신뢰도로 분류된 간섭무늬가 위치한 곳의 높이 값을 주변의 고신뢰도 또는 중신뢰도로 분류된 간섭무늬 신호가 위치한 곳에서 측정한 높이 값을 이용해서 하기 수학식 7에 적용하여 보간함으로써 결정한다. On the other hand, the low reliability
이에, 간섭무늬 신호의 신뢰도를 분석하여 오계측이 예상되는 경우에 저신뢰도 간섭무늬 데이터를 이용하여 높이를 측정하지 않고 주변의 고신뢰도나 중신뢰도 간섭무늬로부터 측정한 높이 데이터로부터 보간하여 결정함으로써 전체데이터의 신뢰도를 향상 시킬 수 있다. Therefore, when erroneous measurement is expected by analyzing the reliability of the interference fringe signal, the height is not measured using the low-reliability fringe data, but interpolated from the height data measured from the surrounding high-reliability or medium-reliability fringes to determine the total data. can improve the reliability of
[수학식 7][Equation 7]
여기서, here,
이다. am.
도 7은 도 2의 데이터 산출부 및 저신뢰도 데이터 처리부에서 도출된 3D 단차 측정 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a 3D step measurement result derived from the data calculating unit and the low-reliability data processing unit of FIG. 2 .
도 7을 참조하면, 데이터 산출부(250)는 신뢰도가 중신뢰도 이상으로 높은 간섭무늬가 측정된 위치에서는 해당 간섭무늬를 고해상도로 복원 후 가중 평균하여 샘플 표면의 높이를 측정하고, 신뢰도가 낮은 간섭무늬 데이터가 측정된 위치에서는 주변의 고신뢰도 및 중신뢰도 간섭무늬로부터 측정한 높이 데이터를 이용하여 보간하여 높이 값을 결정한 3D 단차 측정 결과를 볼 수 있다. Referring to FIG. 7 , the
이러한 방법을 통하여, 진동에 의해 간섭무늬의 피크(Peak) 위치 오차가 발생했을 때나 샘플 표면의 기하구조가 복잡하여 간섭무늬의 피크 위치로 샘플 표면의 높이를 결정하기 어려운 상황에서도 최적의 높이 값을 결정하여 3D 단차를 측정할 수 있다.Through this method, the optimal height value can be obtained even when it is difficult to determine the height of the sample surface by the peak position of the interference fringe when the peak position error of the interference fringe occurs due to vibration or the geometric structure of the sample surface is complicated. It can be determined to measure the 3D step.
이상 상술한 바에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 샘플 표면에 대한 3D 단차 측정 장치는 WLSI의 간섭무늬 신호를 미리 설정된 변환 식에 따라 전처리하여 그 신뢰도를 판단하고, 판단 결과에 따라 고신뢰도와 중신뢰도의 간섭무늬가 측정된 위치에서는 간섭무늬 신호를 고해상도로 복원하고 높이 값들의 가중평균으로 샘플 표면 높이 값을 결정할 수 있다. 이에 따라서, 측정 시 진동이나 샘플 표면의 복잡한 기하 구조에 따른 난반사 영향으로 해당 위치의 간섭무늬 신호의 피크 위치에 따른 샘플표면의 높이 측정이 어려운 경우에도 최적의 높이 값을 결정하여 3D 단차를 측정할 수 있다. As described above, the 3D step difference measuring apparatus for the sample surface according to an embodiment of the present invention pre-processes the WLSI interference fringe signal according to a preset conversion equation to determine its reliability, and determines the reliability of the WLSI interference fringe signal according to the result of the determination. At the location where the interference fringes of reliability are measured, the interference fringe signal can be restored with high resolution and the height value of the sample surface can be determined by the weighted average of the height values. Accordingly, even when it is difficult to measure the height of the sample surface according to the peak position of the interference fringe signal at the corresponding position due to vibration or diffuse reflection caused by the complex geometry of the sample surface during measurement, it is possible to determine the optimal height value to measure the 3D step. can
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention will be indicated by the appended claims rather than the foregoing detailed description. And all changes and modifications derived from the meaning and scope of the claims to be described later as well as equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: WLSI 스캐너
200: 3D 단차 측정 장치
210: 신호 전처리부
220: 신뢰도 검출부
230: 신뢰도 분석부
240: 간섭무늬 신호 복원 처리부
250: 데이터 산출부
260: 저신뢰도 데이터 처리부 100: WLSI Scanner
200: 3D step measuring device
210: signal preprocessor
220: reliability detection unit
230: reliability analysis unit
240: interference fringe signal restoration processing unit
250: data output unit
260: low-reliability data processing unit
Claims (7)
상기 간섭무늬 신호에 대하여 상기 전처리부에서 산출한 진동수별 진폭값을 이용해서 신뢰도 값을 산출하는 신뢰도 검출부;
상기 신뢰도 검출부에서 산출된 간섭무늬 신호의 신뢰도 값으로 신뢰도 범위를 분석하는 신뢰도 분석부; 및
상기 간섭무늬 신호 중 신뢰도 값이 미리 설정된 고신뢰도와 중신뢰도 범위에 해당되는 간섭무늬 신호를 Band-pass HRIDCT 하여 고해상도로 복원하는 간섭무늬 신호 복원 처리부;
상기 간섭무늬 신호 중 신뢰도 값이 미리 설정된 고신뢰도 및 중신뢰도 범위에 해당되는 간섭무늬 신호의 고해상도 복원 신호를 가중평균하여 높이값을 결정하는 데이터 산출부를 포함하는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
a signal pre-processing unit for pre-processing the interference fringe signal detected from the step measuring device using a preset conversion equation;
a reliability detection unit for calculating a reliability value for the interference fringe signal by using the amplitude value for each frequency calculated by the preprocessor;
a reliability analysis unit for analyzing a reliability range with the reliability value of the interference fringe signal calculated by the reliability detection unit; and
an interference fringe signal restoration processing unit for performing band-pass HRIDCT on an interference fringe signal corresponding to a range of high reliability and medium reliability in which a reliability value is preset among the interference fringe signals to restore a high resolution;
and a data calculator configured to determine a height value by weighted average of high-resolution reconstructed signals of interference fringe signals corresponding to high and medium reliability ranges in which reliability values are preset among the interference fringe signals;
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 신호 전처리부는
상기 단차 측정기에서 검출된 간섭무늬 신호를 미리 설정된 하기의 수학식 1에 따른 방식으로 전처리하여 각각의 진동수별(인덱스별)로 상기 간섭무늬 신호의 Fourier 계수 fk 및 fk 의 진폭과 위상을 추출하며,
[수학식 1]
여기서, 상기 k는 간섭무늬 신호의 진동수 성분으로서, 검출된 간섭무늬 신호의 진동수별(인덱스별) 진폭과 위상 정보를 이용하여 측정 데이터의 신뢰도를 평가하거나, 설정된 위치나 타이밍별로 간섭무늬의 세기 값을 검출하는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
The method of claim 1,
The signal preprocessor
The interference fringe signal detected by the step measuring device is pre-processed in a manner according to Equation 1 below, and the amplitude and phase of the Fourier coefficients f k and f k of the interference fringe signal are extracted for each frequency (by index). and
[Equation 1]
Here, k is the frequency component of the interference fringe signal, and the reliability of the measured data is evaluated using amplitude and phase information for each frequency (index) of the detected interference fringe signal, or the intensity value of the interference fringe for each set position or timing. to detect,
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 신뢰도 검출부는
하기의 수학식 2를 이용해서 상기 수학식 1에 따라 전처리된 간섭무늬 신호의 진동수별 Fourier 계수 fk의 절대값 Ak를 이용하여 신뢰도 측정 값(C)을 산출하며,
[수학식 2]
상기 A0는 z 축으로 이동시키면서 측정한 간섭무늬 세기를 모두 합한 값으로써 x, y 축의 위치에 따라 간섭무늬들의 평균 세기가 다르더라도 그 합 또는 평균 세기로 정규화하여 간섭무늬의 신뢰도를 산출하는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The reliability detection unit
Using Equation 2 below, the reliability measurement value (C) is calculated using the absolute value A k of the Fourier coefficient f k for each frequency of the interference fringe signal preprocessed according to Equation 1 above,
[Equation 2]
The A 0 is the sum of all interference fringe strengths measured while moving the z-axis, and even if the average strengths of the interference fringes are different depending on the positions of the x and y axes, the reliability of the interference fringes is calculated by normalizing to the sum or average strength,
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 신뢰도 분석부는
상기 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정값이 미리 설정된 고신뢰도의 지수 값 범위에 포함되면 상기 간섭무늬 신호를 고신뢰도의 데이터로 분류 및 설정하고,
상기 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정값이 중신뢰도의 지수 값 범위에 포함되면 상기 간섭무늬 신호를 중신뢰도의 데이터로 분류 및 설정하며,
상기 간섭무늬 신호의 신뢰도 측정값이 미리 설정된 저신뢰도 분류 기준 값 미만이면 상기 간섭무늬 신호를 저신뢰도의 데이터로 분류 및 설정하는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
4. The method of claim 3,
The reliability analysis unit
When the reliability measurement value of the interference fringe signal is included in a preset index value range of high reliability, classifying and setting the interference fringe signal as high reliability data;
When the reliability measurement value of the interference fringe signal is included in the index value range of medium reliability, classifying and setting the interference fringe signal as data of medium reliability,
classifying and setting the interference fringe signal as low-reliability data when the reliability measurement value of the interference fringe signal is less than a preset low-reliability classification reference value;
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 간섭무늬 신호 복원 처리부는
상기 고신뢰도 및 중신뢰도로 데이터로 분류된 간섭무늬 신호에 대하여, 하기의 수학식 4에 따른 방식(Band-pass HRIDCT)으로 보간 및 변환 처리해서 고해상도로 복원하며,
[수학식 4]
상기 N은 짝수이고 상기 j는 연속된 실수인 조건에서 복원되는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The interference fringe signal restoration processing unit
The interference fringe signal classified as data with high and medium reliability is interpolated and transformed by the method (Band-pass HRIDCT) according to Equation 4 below to restore high resolution,
[Equation 4]
Restored under the condition that N is an even number and j is a continuous real number,
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 데이터 산출부는
상기 고신뢰도 데이터 및 중신뢰도로 데이터로 분류된 간섭무늬 신호에 대하여, 고해상도로 복원된 고신뢰도 및 중신뢰도의 간섭무늬 신호를 각각 하기의 수학식 5와 수학식 6을 이용하여, 가중평균 위치를 구해서 높이 데이터를 검출하며,
[수학식 5]
여기서, d 값은 dark level로써 일정 세기 이하인 간섭무늬 신호는 가중평균값에 영향을 주지 않도록 하기 위하여 설정하는 값으로 고신뢰도 데이터에 대하여 0.02로 설정되었으며,
[수학식 6]
여기서, d 값은 dark level로써 일정 세기 이하인 간섭무늬 신호는 가중평균값에 영향을 주지 않도록 하기 위하여 설정하는 값으로 중신뢰도 데이터에 대하여 0.009로 설정된,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The data calculation unit
With respect to the interference fringe signal classified into the high-reliability data and the medium-reliability data, the weighted average positions of the high-reliability and medium-reliability interference fringe signals reconstructed at high resolution are calculated using Equations 5 and 6 below, respectively. to detect the height data,
[Equation 5]
Here, the d value is a dark level, which is set to prevent the interference fringe signal having a certain intensity or less from affecting the weighted average value. It was set to 0.02 for high reliability data,
[Equation 6]
Here, the d value is a dark level, which is set to prevent the interference fringe signal of less than a certain intensity from affecting the weighted average value. It is set to 0.009 for medium reliability data,
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
상기 간섭무늬 신호에 대하여 산출한 신뢰도 값이 저신뢰도 범위에 해당하는 간섭무늬 신호에 대하여 주변의 고신뢰도 및 중신뢰도 간섭무늬로부터 측정된 높이 값을 이용하여 보간하는 저신뢰도 데이터 처리부를 더 포함하고,
[수학식 6]
상기 저신뢰도 데이터 처리부는
상기 신뢰도 분석부에 의해 저신뢰도로 데이터로 분류된 간섭무늬에 대하여,
상기 간섭무늬 신호가 측정된 위치의 높이를 결정함에 있어 상기 수학식 6을 이용하여 주변의 고신뢰도 및 중신뢰도 간섭무늬로부터 산출한 높이 값을 포함한 높이 데이터를 이용해 보간하여 높이를 결정하는,
샘플 표면의 3D 단차 측정 장치.
5. The method of claim 4,
A low reliability data processing unit for interpolating the interference fringe signal whose reliability value calculated for the interference fringe signal is in the low reliability range using the height values measured from the surrounding high and medium reliability interference fringes;
[Equation 6]
The low-reliability data processing unit
With respect to the interference fringes classified as data with low reliability by the reliability analysis unit,
In determining the height of the position where the interference fringe signal is measured, the height is determined by interpolating using the height data including the height values calculated from the surrounding high and medium reliability interference fringes using Equation 6,
A device for measuring the 3D step of the sample surface.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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