KR102368468B1 - 자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초점 위치로부터 서로 반대방향으로 동일 거리 이격된 2개의 초점 조절용 수광부가 대물렌즈의 배율에 따라 가변되는 자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치에 관한 것으로, 본 발명의 자동 광 초점 조절장치는 대물렌즈의 배율이 증감하여 초점 맞춤 범위가 감소 또는 증가해도 초점 위치로부터 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부까지의 거리를 용이하게 조절할 수 있어서, 구조를 단순하게 하면서도 광학장치의 정밀도와 분해능을 높일 수 있다.

Description

자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치{Automatic Optical Focus Control Device and Optical Instrument Comprising The Same}

본 발명은 자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치에 관한 것으로 특히 상세하게는, 초점 위치로부터 서로 반대방향으로 동일 거리 이격된 2개의 초점 조절용 수광부가 대물렌즈의 배율에 따라 가변되는 자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치에 관한 것이다.

반도체 소자는 실리콘으로 대표되는 웨이퍼 표면에 식각, 증착, 노광, 세정, 검사와 같은 단위 공정을 반복적으로 수행함으로써 제조되며, 단위 공정을 수행할 때마다 발생할 수 있는 웨이퍼 상의 결함은 반도체 소자의 제조 수율을 저하시키는 원인이 된다. 또한, 반도체 소자의 집적화가 고도화됨에 따라 심각한 불량을 초래하는 결함의 크기도 미세화되고 있다. 그러므로 반도체 소자 제조공정 중 불량 발생을 최소화하기 위해서는 미세 결함을 신속하고 정확하게 검사해야 한다.

이러한 제조 및 검사 공정에서 결함을 측정하기 위해서 광학현미경 등을 통해 얻은 영상 정보를 이용하며 미세한 결함까지 분석하기 위해서는 고배율, 고해상도의 광학 이미지를 얻는 것이 요구된다. 또한, 정확한 초점의 위치를 검출하여 정확한 영상 이미지를 얻는 것이 중요하다. 또한, 결함의 종류 및 크기에 따라 다양한 배율을 이용하며, 배율의 변경에도 신속하고 정확하게 검사할 것이 요구되고 있다.

이를 위해 자동 광 초점 조절장치가 사용되는데, 종래기술의 자동 광 초점 조절장치는 시료에서 반사되는 광을 수광하는 두 개의 수광부를 초점 위치로부터 전방과 후방으로 같은 간격만큼 이격시켜 배치하였다. 즉, 하나의 수광부는 초점 위치에서 일정 거리만큼 초점 앞으로, 다른 수광부는 초점 위치에서 동일한 일정 거리만큼 초점 뒤로 옮겨져 있다. 이와 같은 배열에서는, 시료가 초점에 맞춰졌을 때 두 수광부의 동일한 면적에서 검출되는 광량값은 서로 같다. 이 때, 시료를 초점 위치로부터 이동시키면 두 개의 수광부 중 어느 하나의 광량값이 더 커지게 되므로, 시료 위치를 조절하여 두 수광부의 값이 동일한 값에서 초점을 맞춘다.

이와 같은 종래의 기술은 배율에 따라 초점거리로부터 수광부의 거리가 고정되기 때문에, 대물렌즈의 배율이 변경되는 경우에는 정확도와 분해능이 제한되는 문제점이 있다. 일반적으로 자동 초점 맞춤 장치에서 대물렌즈의 배율이 증가하면 초점 위치와 수광부의 위치가 가까워지는데, 대물렌즈의 배율이 증가할수록 초점 맞춤 범위가 감소하게 되므로 높은 정밀도와 분해능을 얻으려면 대물렌즈의 배율이 증가할수록 수광부와 초점 위치 간격이 좁아져야 하기 때문이다. 일본 공개특허 JP2003-131116호는 [초점 검출 장치]에 관한 것으로, 배율에 따라 수광부를 쌍으로 배치하여 이를 해결하고자 하였으나 초점 맞춤 장치의 크기가 커지고 복잡해지는 문제가 있다.

일본 공개특허 JP2003-131116호

본 발명은 대물렌즈의 배율이 변경되더라도 초점 위치로부터 자동초점 조절용 수광부 2개의 거리를 동일한 거리만큼 앞뒤로 가변시킬 수 있도록 하여, 초점 맞춤의 정확도와 분해능을 향상시키는 자동 광 초점 조절장치 및 이를 포함하는 광학장치를 제공하고자 한다.

본 발명은, 광을 출사하는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광을 대물렌즈를 통해 시료 표면으로 입사시키는 입사광학계; 상기 입사광학계로부터 입사되는 입사광을 반사하여 상기 대물렌즈로 보내도록 시료의 위치를 제어하는 시료스테이지; 상기 대물렌즈를 통과한 반사광을 제1 반사광과 제2 반사광으로 분할하는 제1 광 분할기; 상기 제1 반사광을 검출하는 검출부; 상기 제2 반사광을 집속하는 집속렌즈; 상기 집속렌즈를 통과한 상기 제2 반사광의 일부를 반사시켜 제3 반사광을 만들고, 반사되지 않은 나머지는 통과시켜 제4 반사광을 만드는 제2 광 분할기; 상기 제4 반사광을 반사시켜 상기 제3 반사광과 광 경로차를 가지며 평행한 방향으로 진행하게 하는 거울부; 상기 제3 반사광, 상기 제3 반사광과 평행한 상기 제4 반사광을 각각 수광하여 광량정보를 검출하는 제1 수광부 및 제2 수광부를 포함하는 위치조절 수광부; 및 상기 제1 수광부를 통해 검출된 제1 광량 정보, 상기 제2 수광부를 통해 검출된 제2 광량 정보 및 상기 대물렌즈와 상기 집속렌즈의 초점거리비로 결정되는 배율 정보를 이용하여, 광 초점 조절을 수행하기 위한 제어 신호를 생성 하는 제어부를 포함하는 포함하고, 상기 제2 광 분할기 및 상기 거울부는 상기 집속렌즈를 통과한 광의 초점거리보다 가까운 위치에 배열되고, 상기 제1 수광부는 상기 제4 반사광의 경로상에 초점 위치보다 미리 정한 거리만큼 뒤쪽에 배열되며, 상기 제2 수광부는 상기 제3 반사광의 경로상에 초점 위치보다 상기 미리 정한 거리만큼 앞쪽에 배열되되, 상기 미리 정한 거리는 상기 배율 정보에 따라 조절가능한, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 입사광학계는, 광원으로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 입사광은 통과시키고, 반사광은 직각 방향으로 반사시키는 하프미러; 상기 하프미러를 통과한 입사광은 직각 방향으로 반사시키고, 반사광은 제1 반사광과 제2 반사광으로 분할하는 제1 광 분할기; 및 상기 제1 광 분할기를 통과한 입사광을 통과시켜 시료로 보내고, 시료에서 반사되는 반사광을 받아들이는 대물렌즈를 포함하는, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 제1 반사광은 상기 반사광 중 상기 제1 광 분할기를 통과한 것이고, 상기 제2 반사광은 상기 반사광 중 상기 제1 광 분할기에서 반사된 것이며, 상기 제2 반사광이 상기 집속렌즈를 통과하기 전에 상기 하프미러에서 반사되는, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 위치조절 수광부는 각각 핀홀과 포토다이오드를 포함하는 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 서로 연동되어 움직이도록 구성되고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록, 각각 상기 제3 반사광과 상기 제4 반사광의 정면에서 전후방향으로 동일거리만큼 이동하는, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 위치조절 수광부는, 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 양단에 위치하고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록 회전축을 중심으로 회전하는 라인센서인, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 광원은 레이저 다이오드, LED 또는 할로겐 램프인, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 시료 스테이지 또는 상기 대물렌즈는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 시료 또는 상기 대물렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 초점 조절을 수행하는 액튜에이터를 포함하는, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 수광부는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부의 미리 정한 거리를 변화시킬 수 있도록 액튜에이터를 포함하는, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 검출부는 제2 집속렌즈를 포함하는 영상 검출부인, 자동 광 초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 어느 한 항의 자동 광 초점 조절장치를 광학 현미경부의 초점 조절부로 채택한 광학장치를 제공한다.

본 발명의 자동 광 초점 조절장치는 대물렌즈의 배율이 증감하여 초점 맞춤 범위가 감소 또는 증가해도 초점 위치로부터 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부까지의 거리를 용이하게 조절할 수 있어서, 구조를 단순하게 하면서도 광학장치의 정밀도와 분해능을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 자동 광 초점 조절장치의 개념도로, (a)는 자동 광 초점 조절장치의 구성을 나타내고 (b)는 초점거리가 서로 다른 복수개의 대물렌즈를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 각각 핀홀과 포토다이오드를 포함하는 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 서로 연동되어 움직이도록 구성된 위치조절 수광부의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 양단에 위치하고, 회전축을 중심으로 회전하는 라인센서로 구성된 위치조절 수광부의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 시료 표면이 초점 위치로부터 멀어지는 거리에 따라 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부가 검출하는 광량세기의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 위치조절 수광부가 라인센서일 때 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부의 광량세기를 나타내는 그래프로, (a)는 시료표면이 초점 위치보다 안쪽에 있는 경우, (b)는 시료표면이 초점 위치에 있는 경우, (c)는 시료표면이 초점 위치보다 바깥쪽에 있는 경우를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 대물렌즈의 배율변화에 따른 초점 위치와 광량세기 변화를 비교하여 나타내는 그래프이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 자동 광 초점 조절장치의 개념도이다. 본 발명은 자동 광 초점 조절장치에 관한 것으로, 상기 자동 광 초점 조절장치는: 광을 출사하는 광원(10); 상기 광원으로부터 출사되는 광을 시료 표면으로 입사시키는 입사광학계; 상기 입사광학계로부터 입사되는 입사광(1)을 반사하여 대물렌즈(50)로 보내는 시료의 위치를 제어하는 시료스테이지(60); 상기 대물렌즈를 통과한 반사광(2)을 제1 반사광(3)과 제2 반사광(4)으로 분할하는 제1 광 분할기(40); 상기 제1 반사광을 검출하는 검출부(200); 상기 제2 반사광을 집속하는 집속렌즈(70); 상기 집속렌즈를 통과한 상기 제2 반사광(4)의 일부를 반사시켜 제3 반사광(5)을 만들고, 반사되지 않은 나머지는 통과시켜 제4 반사광(6)을 만드는 제2 광 분할기(80); 상기 제4 반사광을 반사시켜 상기 제3 반사광과 광 경로차를 가지며 평행한 방향으로 진행하게 하는 거울부(90); 상기 제3 반사광, 상기 제3 반사광과 평행한 상기 제4 반사광을 각각 수광하여 광량정보를 검출하는 제1 수광부 및 제2 수광부를 포함하는 위치조절 수광부(100); 및 상기 제1 수광부를 통해 검출된 제1 광량 정보, 상기 제2 수광부를 통해 검출된 제2 광량 정보 및 상기 대물렌즈와 상기 집속렌즈의 초점거리비로 결정되는 배율 정보를 이용하여, 광 초점 조절을 수행하기 위한 제어 신호를 생성 하는 제어부(미도시)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 검출부는 제2 집속렌즈(150)를 포함하는 영상 검출부이다. 상기 영상 검출부는 카메라, CCD, CMOS 소자 등 영상을 획득할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다.

본 발명의 일 구현예에서 상기 입사광(1)은 입사광학계를 통해서 시료에 입사하고, 시료에서 반사된 반사광(2)은 상기 입사광학계의 대물렌즈를 통과하여 제1 광 분할기를 거쳐 검출부로 향하는 제1 반사광(3)과, 위치조절 수광부로 향하는 제2 반사광(4)으로 분할된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제2 반사광은 집속렌즈(70)를 통과한 뒤 제2 광분할기(80)에서 제3 반사광(5)과 제 4반사광(6)으로 다시 분할된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제3 반사광(5)은 상기 제2 광분할기에서 반사되어 위치조절 수광부(100)의 제1 수광부(120, 125)를 향하고, 상기 제4 반사광(6)은 상기 제2 광분할기(80)를 통과하여 특정거리(L)를 진행한 뒤 거울부(90)에서 반사되어 상기 제3 반사광과 평행한 방향을 취하여 위치조절 수광부의 제2 수광부(110, 115)를 향한다. 이때 상기 특정거리(L)는 집속렌즈의 초점거리보다 짧으며 따라서 제3 반사광(5)과 제4 반사광(6)의 초점 위치는 제1 수광부(120, 125)와 제2 수광부 위치(110, 115)와 가까운 지점에서 형성된다. 본 발명의 일 구현예에서 더 긴 경로를 거쳐서 제3 반사광과 같은 방향을 향하게 된 제4 반사광(6)의 초점위치는 두 광선이 각각 반사된 제2 광분할기(80)와 거울부(90)를 연결하는 선에서 볼 때 제3 반사광(5)에 비해 가까운 지점에서 형성된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광원은 레이저 다이오드, LED 또는 할로겐 램프로 선택될 수 있으나 일정한 밝기와 직진성을 만족하는 것이면 상기 제시된 광원을 포함한 어느 것이라도 사용 가능하다.

도 1(a)는 자동 광 초점 조절장치의 일 구현예를 나타내되, 반사광이 통과하는 대물렌즈와 제1 광분할기(40)를 입사광학계와 공유하는 구성을 표시한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 입사광학계는, 광원으로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈(20); 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 입사광(1)은 통과시키고, 반사광은 직각 방향으로 반사시키는 하프미러(30); 상기 하프미러를 통과한 입사광은 직각 방향으로 반사시키고, 반사광은 제1 반사광(3)과 제2 반사광(4)으로 분할하는 제1 광 분할기(40); 및 상기 제1 광 분할기를 통과한 입사광을 통과시켜 시료로 보내고, 시료에서 반사되는 반사광(2)을 받아들이는 대물렌즈(50)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제2 반사광(4)은 상기 제1 광분할기(40)에서 직각 방향으로 반사된 뒤, 다시 상기 하프미러(30)에서 직각방향으로 반사되어 상기 집속렌즈(70)와 제2 광분할기(80)로 향한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1 반사광(3)은 상기 반사광(2) 중 상기 제1 광 분할기(40)를 통과한 것이고, 상기 제2 반사광(4)은 상기 반사광(2) 중 상기 제1 광 분할기(40)에서 반사된 것이며, 상기 제2 반사광(4)이 상기 집속렌즈(70)를 통과하기 전에 상기 하프미러(30)에서 반사된다.

도 1(b)는 초점거리가 서로 다른 복수개의 대물렌즈(55)를 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 초점거리가 다른 복수개의 대물렌즈 중 어느 하나가 선택되면 자동 광 초점 조절장치의 배율도 결정된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제2 광 분할기 및 상기 거울부는 상기 집속렌즈를 통과한 광의 초점거리보다 가까운 위치에 배열되고, 상기 제2 수광부는 상기 제4 반사광의 경로상에 초점 위치보다 미리 정한 거리만큼 뒤쪽에 배열되며, 상기 제1 수광부는 상기 제3 반사광의 경로상에 초점 위치보다 상기 미리 정한 거리만큼 앞쪽에 배열된다. 이 경우, 상기 미리 정한 거리는 상기 대물렌즈 선택에 따라 정해지는 배율 정보에 따라 조절 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 각각 핀홀과 포토다이오드를 포함하는 상기 제1 수광부(120)와 상기 제2 수광부(110)가 서로 연동되어 움직이도록 구성된 위치조절 수광부의 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제1 수광부에 도달하는 제3 반사광과 상기 제2 수광부에 도달하는 제4 반사광의 경로차는 상기 특정거리 L이 된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 위치조절 수광부는 각각 핀홀과 포토다이오드를 포함하는 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 서로 연동되어 움직이도록 구성되고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록, 각각 상기 제3 반사광과 상기 제4 반사광의 정면에서 전후방향으로 동일거리만큼 이동한다. 즉, 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부는 핀홀을 통과해 상기 제3 반사광과 상기 제4 반사광이 상기 포토다이오드에 입사할 수 있도록, 상기 제3 및 제4 반사광의 진행방향과 직각으로 배열된다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 방향을 유지한 채 서로 반대방향으로 동일한 이동거리(d)를 이동할 수 있는 것이면, 회전기어(105) 또는 어떤 알려진 기계장치든 사용하는 것이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 양단에 위치하고, 회전축을 중심으로 회전하는 라인센서로 구성된 위치조절 수광부의 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제1 수광부에 도달하는 제3 반사광과 상기 제2 수광부에 도달하는 제4 반사광의 경로차는 상기 특정거리 L이 된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 위치조절 수광부(100)는, 상기 제1 수광부(125)와 상기 제2 수광부(115)가 양단에 위치하고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록 회전축을 중심으로 회전하는 라인센서이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 라인센서는 회전축을 중심으로 회전하므로, 회전축이 제1 수광부와 제2 수광부 중 하나가 전진하면 다른 하나는 후퇴하게 되며 그 이동거리도 동일하게 되도록 회전축 위치를 정한다.

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 시료 표면이 초점 위치로부터 멀어지는 거리에 따라 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부가 검출하는 광량세기의 변화를 나타내는 그래프이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 시료 스테이지 또는 상기 대물렌즈는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 시료 또는 상기 대물렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 초점 조절을 수행하도록 액튜에이터(미도시)를 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이 측정시료의 표면이 대물렌즈에 의해 초점이 형성된 경우 상기 위치조절수광부의 제1 수광부와 제2 수광부에 의해 검출된 광 신호의 세기는 동일하게 된다. 만약 측정시료의 표면이 대물렌즈의 초점 거리보다 안쪽에 있는 경우 제2 수광부에 의해 검출된 광량의 세기는 증가하고 제1 수광부에 의해 검출된 광량의 세기는 감소하게 된다. 반대로 측정시료의 표면이 대물렌즈의 초점 거리보다 바깥쪽에 있는 경우 제2 수광부에 의해 검출된 광량의 세기는 감소하고 제1 수광부에 의해 검출된 광량의 세기는 증가하게 된다. 따라서 제1 수광부와 제2 수광부에 의해 검출된 두 광량의 세기를 비교하여 측정시료의 표면 위치가 초점 위치로부터의 방향과 거리를 확인할 수 있다. 이를 통해 대물렌즈 또는 측정 시료의 높이를 조절하여 초점을 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 위치조절 수광부가 라인센서일 때 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부의 광량세기를 나타내는 그래프로, (a)는 시료표면이 초점 위치보다 안쪽에 있는 경우, (b)는 시료표면이 초점 위치에 있는 경우, (c)는 시료표면이 초점 위치보다 바깥쪽에 있는 경우를 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에 따른, 라인 센서를 이용하는 경우 측정시료의 표면이 대물렌즈에 의해 초점이 형성되면 라인 센서에 의해 검출된 두 영역의 광량의 세기가 동일하게 된다. 측정시료의 표면이 초점 거리 안쪽 또는 바깥쪽에 있게 되면, 라인 센서에 의해 검출된 두 영역의 광량의 세기가 변화하게 된다. 라인센서를 사용하는 경우에도 두 개의 수광부를 구비하는 경우와 동일하게 두 영역의 광량의 세기를 비교하여 측정 시료의 표면 위치가 초점 위치로부터의 방향과 거리를 확인할 수 있으며, 대물렌즈 또는 측정 시료의 높이를 조절하여 초점을 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 대물렌즈의 배율변화에 따른 초점 위치와 광량세기 변화를 비교하여 나타내는 그래프이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 수광부는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 제1 수광부(120, 125) 및 상기 제2 수광부(110, 115)의 이동거리(d)를 변화시킬 수 있도록 액튜에이터(미도시)를 포함한다. 일반적으로 자동 초점 맞춤 장치에서 대물렌즈의 배율이 증가하면 초점 위치와 수광부의 위치가 가까워져야 한다. 도 6과 같이 대물렌즈의 배율이 증가할수록 초점 맞춤 범위가 감소하게 되므로 높은 정밀도와 분해능을 얻으려면 대물렌즈의 배율이 증가할수록 수광부와 초점 위치는 가까워져야 한다. 따라서 기존 대물렌즈의 배율에 따라 초점 위치와 거리를 달리한 위치조절 수광부를 각각 배치한 초점 맞춤 장치와 비교하여 구조가 단순해지는 이점이 발생한다.

본 발명의 위치조절 수광부는 배율이 변화하는 정보에 맞추어 핀홀과 포토다이오드를 포함하든 라인센서이든 전후방향으로 위치조절 수광부의 제1 수광부와 제2 수광부가 동일한 거리만큼 서로 반대방향으로 이동하도록 제어되어 초점 맞춤 범위를 조절한다.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.

1. 입사광
2. 반사광
3. 제1 반사광
4. 제2 반사광
5. 제3 반사광
6. 제4 반사광
10. 광원
20. 콜리메이팅 렌즈
30. 하프미러
40. 제1 광 분할기
50. 대물렌즈
55. 초점거리가 서로 다른 복수개의 대물렌즈
60. 시료스테이지
70. 집속렌즈
80. 제2 광 분할기
90. 거울부
100. 수광부
105. 회전기어
110, 115. 제2 수광부
120, 125. 제1 수광부
150. 제2 집속렌즈
200. 검출부

Claims (10)

1. 광을 출사하는 광원;
   상기 광원으로부터 출사되는 광을 대물렌즈를 통해 시료 표면으로 입사시키는 입사광학계;
   상기 입사광학계로부터 입사되는 입사광을 반사하여 상기 대물렌즈로 보내도록 시료의 위치를 제어하는 시료스테이지;
   상기 대물렌즈를 통과한 반사광을 제1 반사광과 제2 반사광으로 분할하는 제1 광 분할기;
   상기 제1 반사광을 검출하는 검출부;
   상기 제2 반사광을 집속하는 집속렌즈;
   상기 집속렌즈를 통과한 상기 제2 반사광의 일부를 반사시켜 제3 반사광을 만들고, 반사되지 않은 나머지는 통과시켜 제4 반사광을 만드는 제2 광 분할기;
   상기 제4 반사광을 반사시켜 상기 제3 반사광과 광 경로차를 가지며 평행한 방향으로 진행하게 하는 거울부;
   상기 제3 반사광, 상기 제3 반사광과 평행한 상기 제4 반사광을 각각 수광하여 광량정보를 검출하는 제1 수광부 및 제2 수광부를 포함하는 위치조절 수광부; 및
   상기 제1 수광부를 통해 검출된 제1 광량 정보, 상기 제2 수광부를 통해 검출된 제2 광량 정보 및 상기 대물렌즈와 상기 집속렌즈의 초점거리비로 결정되는 배율 정보를 이용하여, 광 초점 조절을 수행하기 위한 제어 신호를 생성 하는 제어부를 포함하고,
   상기 제2 광 분할기 및 상기 거울부는 상기 집속렌즈를 통과한 광의 초점거리보다 가까운 위치에 배열되고, 상기 제1 수광부는 상기 제4 반사광의 경로상에 초점 위치보다 미리 정한 거리만큼 뒤쪽에 배열되며, 상기 제2 수광부는 상기 제3 반사광의 경로상에 초점 위치보다 상기 미리 정한 거리만큼 앞쪽에 배열되되, 상기 미리 정한 거리는 상기 배율 정보에 따라 조절가능하고,
   상기 수광부는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부의 미리 정한 거리를 변화시킬 수 있도록 액튜에이터를 포함하는,
   자동 광 초점 조절장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 입사광학계는, 광원으로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈;
   상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 입사광은 통과시키고, 반사광은 직각 방향으로 반사시키는 하프미러;
   상기 하프미러를 통과한 입사광은 직각 방향으로 반사시키고, 반사광은 제1 반사광과 제2 반사광으로 분할하는 제1 광 분할기; 및
   상기 제1 광 분할기를 통과한 입사광을 통과시켜 시료로 보내고, 시료에서 반사되는 반사광을 받아들이는 대물렌즈를 포함하는,
   자동 광 초점 조절장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 반사광은 상기 반사광 중 상기 제1 광 분할기를 통과한 것이고,
   상기 제2 반사광은 상기 반사광 중 상기 제1 광 분할기에서 반사된 것이며,
   상기 제2 반사광이 상기 집속렌즈를 통과하기 전에 상기 하프미러에서 반사되는,
   자동 광 초점 조절장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 위치조절 수광부는 각각 핀홀과 포토다이오드를 포함하는 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 서로 연동되어 움직이도록 구성되고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록, 각각 상기 제3 반사광과 상기 제4 반사광의 정면에서 전후방향으로 동일거리만큼 이동하는,
   자동 광 초점 조절장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 위치조절 수광부는, 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부가 양단에 위치하고, 상기 제1 수광부의 미리 정한 거리와 제2 수광부의 미리 정한 거리가 동일하게 유지되도록 회전축을 중심으로 회전하는 라인센서인,
   자동 광 초점 조절장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 광원은 레이저 다이오드, LED 또는 할로겐 램프인,
   자동 광 초점 조절장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 시료 스테이지 또는 상기 대물렌즈는 상기 제어부로부터 제어 신호를 받아 상기 시료 또는 상기 대물렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 초점 조절을 수행하는 액튜에이터를 포함하는,
   자동 광 초점 조절장치.
   
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 검출부는 제2 집속렌즈를 포함하는 영상 검출부인,
   자동 광 초점 조절장치.
   
10. 제 1항 내지 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항의 자동 광 초점 조절장치를 광학 현미경부의 초점 조절부로 채택한 광학장치.

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