KR102420177B1 - 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 파장이 서로 다른 다중의 광원을 사용하여 샘플의 표면 형상 정보의 깊이 측정 범위를 확장시킬 수 있도록 하는 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치는, 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부; 상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터; 제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부; 상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터; 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 이를 샘플로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성시키는 샘플광 형성부; 상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제1기준광과 상기 제3분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치{APPARATUS FOR OBTAINING SUFACE SHAPE INFORMATION USING MULTIPLE LIGHT SOURCES}
본 발명은 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장이 서로 다른 다중의 광원을 사용하여 웨이퍼 표면의 미세 형상 정보를 획득할 수 있도록 하는 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에 관한 것이다.
반도체 소형화에 대한 요구가 증가함에 따라 인접하는 전극과의 간격이나 선폭을 최대한으로 줄여 집적도를 올리고 있다.
그러나, 이것도 한계에 도달하여 이제는 수직 방향으로 적층하여 집적도를 올리고 있다.
이에 따라, 수평으로 패키징하던 반도체를 수직으로 쌓고 축간 위 아래에 관통홀(Through Silicon Via:TSV)을 뚫어 직접 연결하는 방식으로 회로 설계를 한다.
관통홀 기술은 여러 개의 반도체 칩에 형성된 회로 패턴들을 전기적으로 연결시키기 위하여, 실리콘 웨이퍼 기판을 수직으로 관통하는 미세홀을 형성한 후, 홀 내부에 전도성 물질을 충진시켜 칩 내부에 전기적 연결 통로를 확보하는 3차원 기술이다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼 기판에 형성되는 관통홀은 정해진 규격에 맞도록 형성되어야 하며, 규격에 맞지 않는 경우에는 반도체 패키지의 오동작을 유발할 수 있다.
따라서, 실리콘 웨이퍼 기판을 수직으로 관통하는 관통홀이 정해진 깊이 및 형상에 맞게 형성되었는지 검사할 필요가 있다.
이를 위해서는 대량 생산을 위한 정밀하고 고속으로 시료의 파괴없이 측정할 수 있는 기술이 필수적이다.
이의 대안으로, 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic Microscopy; 이하, DHM이라 한다.) 기술을 제안하였다.
DHM은 빛의 위상을 기록 및 복원할 수 있는 홀로그래피(Holography) 기술을 이용하여 3차원 계측이 가능하다.
즉, 레이저 광을 이용한 광학 간섭계를 기반으로 3차원 물체의 위상을 검출한 후, 검출된 위상으로부터 3차원 형상 정보를 복원하는 과정을 통해 3차원 계측이 가능하다.
DHM 기술을 이용하여 웨이퍼 기판 표면의 형상 정보를 획득하는 경우, 광원의 파장과 광학계 구성에 의해 웨이퍼 기판 표면의 미세 형상 정보의 깊이 측정 범위가 결정된다.
종래에는 DHM이 단일 광원을 이용하여 웨이퍼 기판 표면의 형상 정보를 획득한다.
구체적으로, 단일의 광원부에서 입사되는 하나의 광을 빔 스플리터를 이용해 기준광과 샘플광으로 분할하고, 카메라 단에서 광 길이를 맞추어 샘플 정보를 3차원 복원한다.
그러나, 종래와 같이 단일 광원을 이용하는 경우에는 샘플(웨이퍼)의 깊이 측정 범위(lateral resolutin)가 제한적이게 되어, 반도체 웨이퍼의 표면 형상 정보의 깊이, 미세 불량을 검출하는 데에는 한계가 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0040209호(2020.04.17. 공개)
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 파장이 서로 다른 다중의 광원을 사용하여 샘플의 표면 형상 정보의 깊이 측정 범위를 확장시킬 수 있도록 하는 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치는, 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부; 상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터; 제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부; 상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터; 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 이를 샘플로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성시키는 샘플광 형성부; 상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제1기준광과 상기 제3분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 샘플광 형성부는, 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 결합시키는 제3빔 스플리터; 상기 제3빔 스플리터에서 결합된 제2분할광 및 제4분할광을 샘플로 입사시키고, 상기 제2분할광 및 상기 제4분할광이 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광 및 제2샘플광을 상기 촬상부 측으로 입사시키는 제4빔 스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 샘플광 형성부는, 상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며, 상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 샘플광 형성부는, 상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며, 상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 상기 제4빔 스플리터로 전달하는 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 샘플광 형성부는, 상기 제4빔 스플리터와 샘플 사이에 배치되며, 상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 평행광 형태로 변환하여 상기 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광과 제2샘플광을 집속시켜 상기 제4빔 스플리터로 입사시키는 대물 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치는, 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부; 상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터; 상기 제1분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제1분할광을 기준 미러로 입사시켜 제1기준광을 형성시키는 제1광 길이 조절부; 제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부; 상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터; 상기 제3분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제3분할광을 기준 미러로 입사시켜 제2기준광을 형성시키는 제2광 길이 조절부; 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 이를 샘플로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성시키는 샘플광 형성부; 상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1기준광 및 상기 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제1광 길이 조절부는, 상기 제1샘플광의 광 길이에 맞춰 상기 제1분할광의 광 길이를 조절하고, 와 상기 제2광 길이 조절부는, 상기 제2샘플광의 광 길이에 맞춰 상기 제3분할광의 광 길이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제1광 길이 조절부와 상기 제2광 길이 조절부는 각각, 입사되는 광의 일부를 반사시키는 제1하프 미러; 상기 제1하프 미러로부터 입사되는 광을 반사하는 제1기준 미러; 상기 제1기준 미러로부터 입사되는 광을 반사하는 제2기준 미러; 상기 제2기준 미러로부터 입사되는 광의 일부를 반사시키는 제2하프 미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제1광 길이 조절부로부터 입사되는 제1기준광의 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부; 상기 제2광 길이 조절부로부터 입사되는 제2기준광의 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치는, 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부; 상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터; 상기 제1분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제1분할광을 기준 미러로 입사시켜 제1기준광을 형성시키는 제1광 길이 조절부; 제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부; 상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터; 상기 제3분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제3분할광을 기준 미러로 입사시켜 제2기준광을 형성시키는 제2광 길이 조절부; 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 결합시키는 제3빔 스플리터; 상기 제3빔 스플리터에서 결합된 제2분할광 및 제4분할광을 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성되는 제1샘플광 및 제2샘플광을 촬상부 측으로 입사시키는 제4빔 스플리터; 상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 평행광 형태로 변환하여 상기 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광과 제2샘플광을 집속시켜 상기 제4빔 스플리터로 입사시키는 대물 렌즈부; 상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1기준광 및 상기 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하되, 상기 제3빔 스플리터로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 집속시키는 대물 렌즈; 상기 대물 렌즈로부터 입사되는 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하는 공간 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며, 상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 상기 제4빔 스플리터로 전달하는 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서, 상기 제1광 길이 조절부로부터 입사되는 제1기준광의 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부; 상기 제2광 길이 조절부로부터 입사되는 제2기준광의 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부; 상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 제1샘플광과 제2샘플광을 평행광 형태로 변환하여 출력하는 튜브 렌즈; 상기 튜브 렌즈로부터 입사되는 제1샘플광 및 제2샘플광과, 상기 제2노이즈 제거부로부터 입사되는 제2기준광을 상기 촬상부가 위치한 방향으로 출력하는 제5빔 스플리터; 상기 제5빔 스플리터로부터 입사되는 제1샘플광, 제2샘플광, 제2기준광, 상기 제1노이즈 제거부로부터 입사되는 제1기준광을 상기 찰상부로 입사시키는 제6빔 스플리터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 파장이 서로 다른 다중 광원을 사용하여 샘플의 표면 형상 정보의 깊이 측정 범위를 확장할 수 있게 되고, 광학계의 구조를 단순화할 수 있게 된다.
또한, 깊이 측정 범위를 확장할 수 있게 됨에 따라, 샘플의 양/불 판정 확인에 정확성을 높일 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치에서의 샘플광 획득 과정을 보여주기 위한 도면.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치는 제1광원부(110), 제1빔 스플리터(120), 제1반사부(130), 제1광 길이 조절부(140), 제2반사부(150), 제1노이즈 제거부(160), 제3반사부(170), 제2광원부(210), 제2빔 스플리터(220), 제4반사부(230), 제2광 길이 조절부(240), 제5반사부(250), 제2노이즈 제거부(260), 샘플광 형성부(310), 튜브 렌즈(320), 제5빔 스플리터(330), 제6빔 스플리터(340), 촬상부(350) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제1광원부(110)는 제1파장(
Figure 112021149795349-pat00001
)을 갖는 제1광을 생성하여 출력한다.
제1빔 스플리터(120)는 제1광원부(110)로부터 입사되는 제1광을 두 방향으로 분할하여 출력한다.
구체적으로, 제1광원부(110)로부터 입사되는 제1광의 일부를 제1광 경로(①)로 반사시키고, 나머지 일부를 입사되는 광이 직진하는 제2광 경로(②)로 투과시켜, 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할한다.
제1빔 스플리터(120)에 의해 제1광 경로(①)로 진행하는 제1분할광은 추후 기준 미러로 입사되어 기준광을 형성하고, 제1빔 스플리터(120)에 의해 제2광 경로(②)로 진행하는 제2분할광은 추후 샘플로 입사되어 샘플광을 형성한다.
제1반사부(130)는 제1광 경로(①)를 통해 제1빔 스플리터(120)로부터 입사되는 제1분할광을 반사시켜 제1분할광을 제1광 길이 조절부(140)로 향하게 한다.
제1광 길이 조절부(140)는 제1반사부(130)로부터 입사되는 제1분할광의 광 길이를 조절하여 출력한다.
전술한, 제1광 길이 조절부(140)는 제1하프 미러(141), 제1기준 미러(143), 제2기준 미러(145), 제2하프 미러(147)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제1하프 미러(141)는 제1반사부(130)로부터 입사되는 제1분할광의 일부를 반사시킨다.
제1기준 미러(143)는 제1하프 미러(141)로부터 입사되는 광을 완전 반사시킨다.
제2기준 미러(145)는 제1기준 미러(143)와 마주보도록 설치될 수 있으며, 제1기준 미러(143)로부터 입사되는 광을 완전 반사시킨다.
여기서, 제1하프 미러(141)로부터 입사되는 제1분할광은 제1기준 미러(143)와 제2기준 미러(145)를 거치면서 제1기준광을 형성하게 된다.
제2하프 미러(147)는 제1하프 미러(141)와 등을 지게 설치될 수 있으며, 제2기준 미러(145)로부터 입사되는 제1기준광의 일부를 반사시킨다.
사용자는 제1광 길이 조절부(140)를 구성하는 각 미러(141, 143, 145, 147)의 기울기 등을 조절하여 제1기준광의 광 길이를 조절할 수 있다.
한편, 제2반사부(150)는 제1광 길이 조절부(140)로부터 입사되는 제1기준광을 반사시켜, 제1기준광을 제1노이즈 제거부(160)로 향하게 한다.
제1노이즈 제거부(160)는 제2반사부(150)로부터 입사되는 제1기준광의 노이즈를 제거한다.
전술한, 제1노이즈 제거부(160)는 대물 렌즈(161), 평행광 렌즈(163)를 포함하여 이루어질 수 있다.
대물 렌즈(161)는 제2반사부(150)로부터 입사되는 제1기준광을 집속시킨다.
평행광 렌즈(163)는 대물 렌즈(161)로부터 입사되는 제1기준광을 평행광 형태로 변환하여 제6빔 스플리터(340)로 입사시킨다.
제3반사부(170)는 제2광 경로(②)를 통해 제1빔 스플리터(120)로부터 입사되는 제2분할광을 반사시켜, 제2분할광을 샘플광 형성부(310)로 향하게 한다.
제2광원부(210)는 제2파장(
Figure 112021149795349-pat00002
)을 갖는 제2광을 생성하여 출력한다.
제1파장(
Figure 112021149795349-pat00003
)과 제2파장(
Figure 112021149795349-pat00004
)은 서로 다른 파장이다.
제2빔 스플리터(220)는 제2광원부(210)로부터 입사되는 제2광을 두 방향으로 분할하여 출력한다.
구체적으로, 제2광원부(210)로부터 입사되는 제2광의 일부를 제3광 경로(③)로 반사시키고, 나머지 일부를 입사되는 광이 직진하는 제4광 경로(④)로 투과시켜, 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할한다.
제2빔 스플리터(220)에 의해 제3광 경로(③)로 진행하는 제3분할광은 추후 기준 미러로 입사되어 기준광을 형성하고, 제2빔 스플리터(220)에 의해 제4광 경로(④)로 진행하는 제4분할광은 추후 샘플로 입사되어 샘플광을 형성한다.
제4반사부(230)는 제3광 경로(③)를 통해 제2빔 스플리터(220)로부터 입사되는 제3분할광을 반사시켜 제3분할광을 제2광 길이 조절부(240)로 향하게 한다.
제2광 길이 조절부(240)는 제4반사부(230)로부터 입사되는 제3분할광의 광 길이를 조절하여 출력한다.
제2광 길이 조절부(240)는 앞서 설명한 제1광 길이 조절부(140)와 동일하게 제1하프 미러(241), 제1기준 미러(243), 제2기준 미러(245), 제2하프 미러(247)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 각각의 구성 요소에서 담당하는 동작도 제1광 길이 조절부(140)와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제2광 길이 조절부(240)에서 출력되는 광은 제1기준 미러(243) 및 제2기준 미러(245)를 거쳐 형성된 제2기준광이다.
제5반사부(250)는 제2광 길이 조절부(240)로부터 입사되는 제2기준광을 반사시켜, 제2기준광을 제2노이즈 제거부(260)로 향하게 한다.
제2노이즈 제거부(260)는 제5반사부(250)로부터 입사되는 제2기준광의 노이즈를 제거한다.
제2노이즈 제거부(260)는 앞서 설명한 제1노이즈 제거부(160)와 동일하게 대물 렌즈(261), 평행광 렌즈(263)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 각각의 구성 요소에서 담당하는 동작도 제1노이즈 제거부(160)와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 평행광 렌즈(263)에서 출력되는 제2기준광은 제5빔 스플리터(330)로 입사된다.
샘플광 형성부(310)는 제3반사부(170)로부터 입사되는 제2분할광과 제2빔 스플리터(220)로부터 입사되는 제4분할광을 샘플(S)로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성한다.
샘플광 형성부(310)는 제3빔 스플리터(311), 제3노이즈 제거부(313), 렌즈부(315), 제4빔 스플리터(317), 대물 렌즈부(319)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제3빔 스플리터(311)는 제3반사부(170)로부터 입사되는 제2분할광과 제2빔 스플리터(220)로부터 입사되는 제4분할광을 결합하여 출력한다.
구체적으로, 제3반사부(170)로부터 입사되는 제2분할광을 투과시켜 제2분할광을 제3노이즈 제거부(313)로 향하게 하고, 제2빔 스플리터(220)로부터 입사되는 제4분할광을 반사시켜 제4분할광을 제3노이즈 제거부(313)로 향하게 한다.
이와 같이, 제3빔 스플리터(311)는 제3반사부(170)로부터 입사되는 제2분할광과 제2빔 스플리터(220)로부터 입사되는 제4분할광을 제3노이즈 제거부(313)로 향하게 하여, 제2분할광과 제4분할광을 결합하게 된다.
제3노이즈 제거부(313)는 제3빔 스플리터(311)를 거쳐 결합된 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거한다.
제3노이즈 제거부(313)는 대물 렌즈(313a), 공간 필터(313b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
대물 렌즈(313a)는 제3빔 스플리터(311)로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 집속시킨다.
공간 필터(313b)는 대물 렌즈(313a)로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거한다.
서로 다른 파장을 갖는 제2분할광과 제4분할광은 공간 필터(313b)에 의해 빛의 가우시안 분포를 따라 노이즈가 제거될 수 있다.
렌즈부(315)는 제3노이즈 제거부(313)의 공간 필터(313b)로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 제4빔 스플리터(317)로 전달한다.
제4빔 스플리터(317)는 렌즈부(315)로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 샘플(S)로 입사시키기 위해 대물 렌즈부(315)가 위치한 방향으로 투과시키고, 대물 렌즈부(315)로부터 입사되는 제1샘플광 및 제2샘플광을 촬상부(350)로 입사시키기 위해 튜브 렌즈(320)가 위치한 방향으로 반사시킨다.
대물 렌즈부(319)는 제4빔 스플리터(317)로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 평행광 형태로 변환하여 샘플(S)로 입사시키고, 제2분할광과 제4분할광이 샘플(S)로부터 반사되어 형성된 제1샘플광과 제2샘플광을 집속시켜 제4빔 스플리터(317)로 다시 입사시킨다.
전술한 바와 같이, 제1샘플광과 제2샘플광은 제2분할광과 제4분할광이 샘플(S)로부터 반사되어 형성되므로, 샘플(S)의 표면 형상에 대한 정보를 가지게 된다.
튜브 렌즈(320)는 제4빔 스플리터(317)로부터 입사되는 제1샘플광과 제2샘플광을 평행광 형태로 변환하여 출력한다.
제5빔 스플리터(330)는 튜브 렌즈(320)로부터 입사되는 제1샘플광과 제2샘플광을 촬상부(350)로 입사시키기 위해 제6빔 스플리터(340)가 위치한 방향으로 투과시키고, 제2노이즈 제거부(260)로부터 입사되는 제2기준광을 촬상부(350)로 입사시키기 위해 제6빔 스플리터(340)가 위치한 방향으로 반사시킨다.
제6빔 스플리터(340)는 제5빔 스플리터(330)로부터 입사되는 제1샘플광 및 제2샘플광, 제2기준광을 촬상부(350)가 위치한 방향으로 투과시키고, 제1노이즈 제거부(160)로부터 입사되는 제1기준광을 촬상부(350)가 위치한 방향으로 반사시킨다.
촬상부(350)는 제6빔 스플리터(340)로부터 입사되는 광의 정보를 이미지로 촬상한다.
구체적으로, 촬상부(350)는 제6빔 스플리터(340)를 통해 입사되는 기준광(제1기준광 및 제2기준광)과 샘플광(제1샘플광 및 제2샘플광) 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭 무늬(간섭광)을 촬상한다.
촬상부(350)는 영상의 촬상이 가능한 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 일 예로 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 형태로 구현될 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치의 동작에 대해 설명한다.
우선, 제1광원부(110)에서 생성되어 제1빔 스플리터(120)로 입사된 제1광은 제1빔 스플리터(120)에 의해 제1광 경로(①)로 진행하는 제1분할광과 제2광 경로(②)로 진행하는 제2분할광으로 분할된다.
제1광 경로(①)로 진행하는 제1분할광은 제1반사부(130)를 거쳐 제1광 길이 조절부(140)로 입사되어 광 길이가 조절된 제1기준광으로 출력된다.
여기서, 제1분할광은 제1광 길이 조절부(140)에 구비된 제1, 2기준 미러(, )를 거치면서 제1기준광을 형성하게 된다.
제1광 길이 조절부(140)에서 출력된 제1기준광은 제2반사부(150)를 거쳐 제1노이즈 제거부(160)로 입사되어 노이즈가 제거된 후, 제6빔 스플리터(340)를 거쳐 촬상부(350)에 입사된다.
한편, 제2광 경로(②)로 진행하는 제2분할광은 제3반사부(170)를 거쳐 샘플광 형성부(310)로 입사되어 제1샘플광으로 출력된다.
여기서, 제2분할광은 샘플광 형성부(310)에 구비된 제3빔 스플리터(311), 제3노이즈 제거부(313), 렌즈부(315), 제4빔 스플리터(317), 대물 렌즈부(319)를 거쳐 샘플(S)로 입사되고, 샘플(S)로부터 반사되어 제1샘플광을 형성하게 된다.
샘플(S)로부터 반사되어 형성된 제1샘플광은 대물 렌즈부(319)를 통해 제4빔 스플리터(317)로 다시 입사된 후, 튜브 렌즈(320), 제5빔 스플리터(330), 제6빔 스플리터(340)를 거쳐 촬상부(350)에 입사된다.
한편, 제2광원부(210)에서 생성되어 제2빔 스플리터(220)로 입사된 제2광은 제2빔 스플리터(220)에 의해 제3광 경로(③)로 진행하는 제3분할광과 제4광 경로(④)로 진행하는 제4분할광으로 분할된다.
제3광 경로(③)로 진행하는 제3분할광은 제4반사부(230)를 거쳐 제2광 길이 조절부(240)로 입사되어 광 길이가 조절된 제2기준광으로 출력된다.
여기서, 제3분할광은 제2광 길이 조절부(240)에 구비된 기준 미러(, )로부터 반사되어 제2기준광을 형성하게 된다.
제2광 길이 조절부(240)에서 출력된 제2기준광은 제5반사부(250)를 거쳐 제2노이즈 제거부(260)로 입사되어 노이즈가 제거된 후, 제5빔 스플리터(330)와 제6빔 스플리터(340)를 거쳐 촬상부(350)에 입사된다.
한편, 제4광 경로(④)로 진행하는 제4분할광은 샘플광 형성부(310)로 입사되어 제2샘플광으로 출력된다.
여기서, 제4분할광은 샘플광 형성부(310)에 구비된 제3빔 스플리터(311), 제3노이즈 제거부(313), 렌즈부(315), 제4빔 스플리터(317), 대물 렌즈부(319)를 거쳐 샘플(S)로 입사되고, 샘플(S)로부터 반사되어 제2샘플광을 형성하게 된다.
샘플(S)로부터 반사되어 형성된 제2샘플광은 대물 렌즈부(319)를 통해 제4빔 스플리터(317)로 다시 입사된 후, 튜브 렌즈(320), 제5빔 스플리터(330), 제6빔 스플리터(340)를 거쳐 촬상부(350)에 입사된다.
촬상부(350)는 제6빔 스플리터(340)로부터 입사되는 제1기준광, 제2기준광, 제1샘플광, 제2샘플광으로부터 샘플의 간섭 무늬를 획득한다.
구체적으로, 제1기준광과 제1샘플광 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭광의 이미지와 제2기준광과 제2샘플광 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭광의 이미지를 촬상한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 파장이 서로 다른 다중 광원을 사용하여 샘플의 표면 형상 정보의 깊이 측정 범위를 확장할 수 있게 되고, 파장이 서로 다른 다중 광원이 샘플광 형성부를 공통적으로 사용하도록 광학계의 구조를 단순화할 수 있게 된다.
또한, 깊이 측정 범위를 확장할 수 있게 됨에 따라, 샘플의 양/불 판정 확인에 정확성을 높일 수 있게 된다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
110. 제1광원부,
120. 제1빔 스플리터,
130. 제1반사부,
140. 제1광 길이 조절부,
141, 241. 제1하프 미러,
143, 243. 제1기준 미러,
145, 245. 제2기준 미러,
147, 247. 제2하프 미러,
150. 제2반사부,
160. 제1노이즈 제거부,
161, 261. 대물 렌즈,
163, 263. 평행광 렌즈,
170. 제3반사부,
210. 제2광원부,
220. 제2빔 스플리터,
230. 제4반사부,
240. 제2광 길이 조절부,
250. 제5반사부,
260. 제2노이즈 제거부,
310. 샘플광 형성부,
311. 제3빔 스플리터,
313. 제3노이즈 제거부,
313a. 대물 렌즈,
313b. 공간 필터,
315. 렌즈부,
317. 제4빔 스플리터,
319. 대물 렌즈부,
320. 튜브 렌즈,
330. 제5빔 스플리터,
340. 제6빔 스플리터,
350. 촬상부

Claims (13)

  1. 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부;
    상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터;
    제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부;
    상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터;
    상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 이를 샘플로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성시키는 샘플광 형성부;
    상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제1기준광과 상기 제3분할광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하며,
    상기 샘플광 형성부는,
    상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 결합시키는 제3빔 스플리터;
    상기 제3빔 스플리터에서 결합된 제2분할광 및 제4분할광을 샘플로 입사시키고, 상기 제2분할광 및 상기 제4분할광이 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광 및 제2샘플광을 상기 촬상부 측으로 입사시키는 제4빔 스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 샘플광 형성부는,
    상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며,
    상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샘플광 형성부는,
    상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며,
    상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 상기 제4빔 스플리터로 전달하는 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샘플광 형성부는,
    상기 제4빔 스플리터와 샘플 사이에 배치되며,
    상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 평행광 형태로 변환하여 상기 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광과 제2샘플광을 집속시켜 상기 제4빔 스플리터로 입사시키는 대물 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  6. 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부;
    상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터;
    상기 제1분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제1분할광을 기준 미러로 입사시켜 제1기준광을 형성시키는 제1광 길이 조절부;
    제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부;
    상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터;
    상기 제3분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제3분할광을 기준 미러로 입사시켜 제2기준광을 형성시키는 제2광 길이 조절부;
    상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 이를 샘플로 입사시켜 제1샘플광 및 제2샘플광을 형성시키는 샘플광 형성부;
    상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1기준광 및 상기 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하며,
    상기 샘플광 형성부는,
    상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 결합시키는 제3빔 스플리터;
    상기 제3빔 스플리터에서 결합된 제2분할광 및 제4분할광을 샘플로 입사시키고, 상기 제2분할광 및 상기 제4분할광이 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광 및 제2샘플광을 상기 촬상부 측으로 입사시키는 제4빔 스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1광 길이 조절부는,
    상기 제1샘플광의 광 길이에 맞춰 상기 제1분할광의 광 길이를 조절하고,
    와 상기 제2광 길이 조절부는,
    상기 제2샘플광의 광 길이에 맞춰 상기 제3분할광의 광 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1광 길이 조절부와 상기 제2광 길이 조절부는 각각,
    입사되는 광의 일부를 반사시키는 제1하프 미러;
    상기 제1하프 미러로부터 입사되는 광을 반사하는 제1기준 미러;
    상기 제1기준 미러로부터 입사되는 광을 반사하는 제2기준 미러;
    상기 제2기준 미러로부터 입사되는 광의 일부를 반사시키는 제2하프 미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1광 길이 조절부로부터 입사되는 제1기준광의 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부;
    상기 제2광 길이 조절부로부터 입사되는 제2기준광의 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  10. 제1파장의 제1광을 생성하여 출력하는 제1광원부;
    상기 제1광원부로부터 입사되는 상기 제1광을 제1분할광과 제2분할광으로 분할하는 제1빔 스플리터;
    상기 제1분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제1분할광을 기준 미러로 입사시켜 제1기준광을 형성시키는 제1광 길이 조절부;
    제2파장의 제2광을 생성하여 출력하는 제2광원부;
    상기 제2광원부로부터 입사되는 상기 제2광을 제3분할광과 제4분할광으로 분할하는 제2빔 스플리터;
    상기 제3분할광의 광 길이를 조절하되, 상기 제3분할광을 기준 미러로 입사시켜 제2기준광을 형성시키는 제2광 길이 조절부;
    상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 입사받아 결합시키는 제3빔 스플리터;
    상기 제3빔 스플리터에서 결합된 제2분할광 및 제4분할광을 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성되는 제1샘플광 및 제2샘플광을 촬상부 측으로 입사시키는 제4빔 스플리터;
    상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 평행광 형태로 변환하여 상기 샘플로 입사시키고, 상기 샘플로부터 반사되어 형성된 제1샘플광과 제2샘플광을 집속시켜 상기 제4빔 스플리터로 입사시키는 대물 렌즈부;
    상기 제1샘플광 및 상기 제2샘플광을 수광하고, 상기 제1기준광 및 상기 제2기준광을 수광하여 간섭신호를 생성하는 촬상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하되,
    상기 제3빔 스플리터로부터 입사되는 제2분할광과 제4분할광을 집속시키는 대물 렌즈;
    상기 대물 렌즈로부터 입사되는 상기 제2분할광과 제4분할광의 노이즈를 제거하는 공간 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3빔 스플리터와 상기 제4빔 스플리터 사이에 배치되며,
    상기 제3빔 스플리터를 거쳐 결합된 상기 제2분할광과 상기 제4분할광을 상기 제4빔 스플리터로 전달하는 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1광 길이 조절부로부터 입사되는 제1기준광의 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부;
    상기 제2광 길이 조절부로부터 입사되는 제2기준광의 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부;
    상기 제4빔 스플리터로부터 입사되는 제1샘플광과 제2샘플광을 평행광 형태로 변환하여 출력하는 튜브 렌즈;
    상기 튜브 렌즈로부터 입사되는 제1샘플광 및 제2샘플광과, 상기 제2노이즈 제거부로부터 입사되는 제2기준광을 상기 촬상부가 위치한 방향으로 출력하는 제5빔 스플리터;
    상기 제5빔 스플리터로부터 입사되는 제1샘플광, 제2샘플광, 제2기준광, 상기 제1노이즈 제거부로부터 입사되는 제1기준광을 상기 찰상부로 입사시키는 제6빔 스플리터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중 광원을 이용한 표면 형상 정보 획득 장치.
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