KR102509303B1 - Apparatus for measuring surface profile and control method of thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면형상 측정장치에 있어서, 광을 방출하는 광원; 상기 광을 상기 측정 대상물로 향하게 하는 광 분할부; 상기 광 분할부로부터의 광을 상기 측정 대상물에 조사하고, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광에 기초하여 간섭무늬를 형성하는 광간섭모듈; 상기 광간섭모듈로부터 방출되는 상기 간섭무늬를 촬상부로 결상시키는 결상모듈; 상기 결상모듈을 통하여 결상된 간섭무늬를 촬상하는 촬상부; 상기 결상모듈과 상기 촬상부 간의 이격 거리가 조절되도록 상기 촬상부를 접근 및 이격시키는 제1 이송유닛; 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 간섭무늬에 기초하여 상기 측정 대상물의 표면 형상 데이터를 생성하고 분석하여 상기 이송유닛을 피드백 제어하는 제어모듈;을 포함하는 표면형상 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 표면형상 측정장치는 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로의 차이를 용이하게 보상할 수 있으며, 측정 신뢰도가 우수하다.The present invention is a surface shape measuring device for measuring the surface shape of a measurement object, comprising: a light source for emitting light; a light splitting unit directing the light to the object to be measured; an optical interference module for irradiating light from the light splitting unit onto the object to be measured and forming an interference fringe based on the light reflected from the object to be measured; an imaging module for forming an image of the interference fringe emitted from the optical interference module with an imaging unit; an imaging unit that captures an image of an interference fringe formed through the imaging module; a first transfer unit that approaches and separates the imaging unit so that a separation distance between the imaging module and the imaging unit is adjusted; It relates to a surface shape measuring device including a control module that generates and analyzes surface shape data of the object to be measured based on the interference fringes captured by the imaging unit and feedback-controls the transfer unit. The surface shape measuring device of the present invention can easily compensate for the difference in light path caused by the change in the working distance of the imaging lens, and has excellent measurement reliability.
Description
본 발명은 표면형상 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는데 보다 정밀한 측정이 가능하고, 측정 시간을 단축할 수 있는 표면형상 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface shape measuring device and a control method thereof, and more particularly, to a surface shape measuring device capable of more precise measurement and shortening the measurement time for measuring the surface shape of a measurement object, and a control method thereof It is about.
일반적으로, 반도체 및 LCD(Liquid Crystal Display) 제조공정 중에서 불투명한 금속 층의 표면상에 박막 층을 도포하는 공정이 존재하는데, 이 때 박막 층의 두께나 그 표면 형상에 대한 정보를 측정하는 몇 가지 방법들이 제안되었다.In general, there is a process of applying a thin film layer on the surface of an opaque metal layer among semiconductor and LCD (Liquid Crystal Display) manufacturing processes. methods have been proposed.
이러한 박막층의 표면 형상을 측정하는 방법의 하나로, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)이 제안되었다.As one of the methods for measuring the surface shape of the thin film layer, white-light scanning interferometry (WSI) has been proposed.
백색광 주사 간섭법의 기본 측정 원리는 백색광의 짧은 가간섭(Short Coherence Length) 특성을 이용한다. 이는 광분할기인 빔 스플리터(Beam splitter)에서 분리되는 기준광과 측정광이 거의 동일한 광경로차(Optical path difference)를 겪을 때에만 간섭신호(Interference signal)가 발생하는 원리를 이용한다.The basic measurement principle of white light scanning interferometry uses short coherence length characteristics of white light. This uses the principle that an interference signal is generated only when the reference light and the measurement light separated by a beam splitter, which is an optical splitter, experience almost the same optical path difference.
그러므로, 측정물을 광축 방향으로 PZT 액츄에이터와 같은 이송수단으로 수 나노미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동하면서 측정 영역 내의 각 측정점에서의 간섭신호를 관찰하면, 각 점이 기준미러와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭신호가 발생한다.Therefore, when observing the interference signal at each measurement point in the measurement area while moving the measurement object in the direction of the optical axis by a transport means such as a PZT actuator at minute intervals of several nanometers, the optical path difference at each point is the same as that of the reference mirror. A short interfering signal is generated at the point where
이러한 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 측정대상물의 표면 형상을 측정하게 된다When the location of the interference signal is calculated at all measurement points within the measurement area, information on the 3D shape of the measurement surface is obtained, and the surface shape of the measurement object is measured from the obtained 3D information.
가장 널리 알려진 백색광 주사 간섭법에 사용되는 간섭렌즈의 구조로 마이켈슨간섭계, 미라우간섭계 및 리닉간섭계가 있다.The structure of the interference lens used in the most widely known white light scanning interferometry includes the Michelson interferometer, the Mirau interferometer, and the Linick interferometer.
통상의 백색광 주사 간섭법을 이용한 표면형상 측정장치는 하나의 결상렌즈를 통하여 간섭렌즈를 통하여 형성된 간섭무늬를 촬상부로 집광하고 있으나, 경우에 따라서는 간섭무늬의 배율을 확대하거나 축소하기 위하여 2개 이상의 결상렌즈가 채용될 수 있다. 일 예로서 2개의 결상렌즈가 채용되는 경우, 하부에는 고정형 결상렌즈가 설치되고 상부에는 조절형 결상렌즈가 설치될 수 있다. 고정형 결상렌즈를 거쳐 집광된 간섭무늬는 고정형 결상렌즈와 조절형 결상렌즈의 거리 및 곡률반지름 등의 상이한 조건을 기초로 배율 조정이 가능하다. A surface shape measuring device using a conventional white-light scanning interferometry collects interference fringes formed through an interference lens through a single imaging lens into an imaging unit, but in some cases, two or more An imaging lens may be employed. As an example, when two imaging lenses are employed, a fixed imaging lens may be installed at the bottom and an adjustable imaging lens may be installed at the top. The magnification of the interference fringes collected through the fixed imaging lens can be adjusted based on different conditions such as distance and radius of curvature between the fixed imaging lens and the adjustable imaging lens.
한국등록특허 제10-0943406호는 "간섭렌즈에 있어서 온도 변화에 따른 대물렌즈의 작동거리변화로 발생하는 광 경로의 차이를 보상하기 위한 간섭생성부 위치의 자기보상장치"에 관한 발명으로 온도변화에 따라 간섭렌즈의 작동거리 변화가 생긴 경우 광 경로의 차이를 보상하기 위한 방법에 관한 발명이다. Korean Patent Registration No. 10-0943406 is an invention related to "a self-compensation device at the location of an interference generator for compensating for a difference in an optical path caused by a change in the working distance of an objective lens according to a change in temperature in an interference lens." It is an invention related to a method for compensating for a difference in an optical path when a change in the working distance of an interference lens occurs according to
간섭렌즈와 결상렌즈를 포함하는 표면형상 측정장치는 상술한 한국등록특허 제10-0943406호에서 언급한 간섭렌즈의 작동거리 변화에 따른 광 경로 차이를 보상하는 방법 뿐만 아니라 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로 차이를 어떻게 보상할 것인지에 대한 해결책 역시 필요하다.A surface shape measuring device including an interference lens and an imaging lens is not only the method for compensating for the optical path difference according to the change in the working distance of the interference lens mentioned in Korean Patent Registration No. 10-0943406, but also the change in the working distance of the imaging lens. A solution for how to compensate for the optical path difference occurring along the way is also needed.
본 발명자는 결상렌즈의 작동거리 변화에 따른 광 경로의 차이를 보다 용이하게 보상할 수 있는 표면형상 측정장치를 제공하고가 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have completed the present invention by providing a surface shape measuring device capable of more easily compensating for a difference in an optical path according to a change in the working distance of an imaging lens.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로의 차이를 보상함으로써 정밀하게 측정이 가능한 표면형상 측정장치 및 그 제어방법을 제공하기 위함이다.An object to be solved by the present invention is to provide a surface shape measuring device capable of precisely measuring by compensating for a difference in an optical path caused by a change in the working distance of an imaging lens and a control method thereof.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로의 차이를 용이하게 보상할 수 있는 표면형상 측정장치 및 그 제어방법을 제공하기 위함이다.An object to be solved by the present invention is to provide a surface shape measuring device capable of easily compensating for a difference in an optical path caused by a change in the working distance of an imaging lens and a control method thereof.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
본 발명의 하나의 관점은 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면형상 측정장치에 있어서, 광을 방출하는 광원; 상기 광을 상기 측정 대상물로 향하게 하는 광 분할부; 상기 광 분할부로부터의 광을 상기 측정 대상물에 조사하고, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광에 기초하여 간섭무늬를 형성하는 광간섭모듈; 상기 광간섭모듈로부터 방출되는 상기 간섭무늬를 촬상부로 결상시키는 결상모듈; 상기 결상모듈을 통하여 결상된 간섭무늬를 촬상하는 촬상부와; 상기 결상모듈과 상기 촬상부 간의 이격 거리가 조절되도록 상기 촬상부를 접근 및 이격시키는 제1 이송유닛; 및 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 간섭무늬에 기초하여 상기 측정 대상물의 표면 형상 데이터를 생성하고 분석하여 상기 이송유닛을 피드백 제어하는 제어모듈;을 포함하는 표면형상 측정장치를 제공하기 위함이다.One aspect of the present invention is a surface shape measuring device for measuring the surface shape of a measurement object, comprising: a light source for emitting light; a light splitting unit directing the light to the object to be measured; an optical interference module for irradiating light from the light splitting unit onto the object to be measured and forming an interference fringe based on the light reflected from the object to be measured; an imaging module for forming an image of the interference fringe emitted from the optical interference module with an imaging unit; an imaging unit that captures an image of an interference fringe formed through the imaging module; a first transfer unit that approaches and separates the imaging unit so that a separation distance between the imaging module and the imaging unit is adjusted; and a control module that generates and analyzes surface shape data of the object to be measured based on the interference fringes captured by the imaging unit and feedback-controls the transfer unit.
또한, 상기 결상모듈은 고정형 결상렌즈와 하나 이상의 조절형 결상렌즈를 포함하며, 상기 조절형 결상렌즈는 간섭무늬의 배율 조정을 위하여 상기 광간섭모듈 내에서 z축 방향으로 이동할 수 있다.In addition, the imaging module includes a fixed imaging lens and one or more adjustable imaging lenses, and the adjustable imaging lens can move in the z-axis direction within the optical interference module to adjust the magnification of the interference fringe.
또한, 상기 제1 이송유닛은 상기 광간섭모듈과 상기 촬상부 간의 작동거리(T)를 감지하는 위치센서; 상기 촬상부를 상기 광간섭모듈에 접근 및 이격시키는 액츄에이터; 및 상기 액츄에이터의 구동을 제어하며, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 작동거리에 대한 정보를 상기 제어부에 출력하는 출력부;를 포함할 수 있다.In addition, the first transfer unit includes a position sensor for detecting a working distance (T) between the optical interference module and the imaging unit; an actuator that approaches and separates the imaging unit from the optical interference module; and an output unit which controls driving of the actuator and outputs information on the operating distance detected by the position sensor to the control unit.
또한, 상기 광간섭모듈과 상기 측정 대상물 간의 이격 거리가 조절되도록 상기 광간섭모듈 및 상기 측정 대상물 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 접근 및 이격시키는 제2 이송유닛을 포함할 수 있다.In addition, it may include a second transfer unit that approaches and separates one of the optical interference module and the measurement object from the other so that the separation distance between the optical interference module and the measurement object is adjusted.
또한, 상기 제어모듈은 백색광 주사 간섭법(White-light Scanning Interferometry : WSI)에 따라 상기 표면 형상 데이터가 생성되도록 상기 광원, 상기 촬상부, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛을 제어할 수 있다.In addition, the control module controls the light source, the imaging unit, the first transfer unit, and the second transfer unit so that the surface shape data is generated according to white-light scanning interferometry (WSI). can
본 발명의 다른 관점은 상술한 표면형상 측정장치를 제어하는 방법에 있어서, 광간섭모듈의 초점 형성 단계(S10); 광결상모듈의 배율 조절 단계(S20); 및 광 경로 차이를 보상하는 단계(S30)를 포함하며, 상기 광 경로 차이를 보상하는 단계(S30)는 상기 광결상모듈의 결상거리(T)와 작동거리(L)가 일치되도록 상기 촬상부를 상기 광결상모듈에 대하여 수직 방향으로 이동시켜 광 경로 차이를 보상하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정장치의 제어방법을 제공하기 위함이다.Another aspect of the present invention is a method for controlling the above-described surface shape measuring device, comprising: forming a focus of an optical interference module (S10); Adjusting the magnification of the optical imaging module (S20); and compensating for the optical path difference (S30), wherein the compensating for the optical path difference (S30) causes the imaging unit to match the imaging distance (T) and the working distance (L) of the optical imaging module. It is to provide a control method of a surface shape measuring device characterized in that the light path difference is compensated for by moving in a vertical direction with respect to the optical imaging module.
본 발명의 표면형상 측정장치 및 그 제어방법은 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로의 차이를 용이하게 보상할 수 있으며, 측정 신뢰도가 우수하다.The surface shape measuring device and its control method of the present invention can easily compensate for the difference in optical path caused by the change in the working distance of the imaging lens, and has excellent measurement reliability.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 표면형상 측정장치를 나타낸 것이다.
도 2는 광결상모듈의 결상거리(T)와 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부까지의 작동거리(L1)가 동일한 구체예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 광결상모듈의 결상거리(T) 보다 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부까지의 작동거리(L2)가 큰 구체예를 도시한 것이다
도 4는 광결상모듈의 결상거리(T)가 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부(50)까지의 작동거리(L3) 보다 큰 구체예를 도시한 것이다1 shows a surface shape measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 schematically shows a specific example in which the imaging distance T of the optical imaging module and the working distance L1 from the center of the adjustable imaging lens to the imaging unit are the same.
3 shows a specific example in which the working distance L2 from the center of the adjustable imaging lens to the imaging unit is greater than the imaging distance T of the optical imaging module.
4 shows a specific example in which the imaging distance T of the optical imaging module is greater than the working distance L3 from the center of the adjustable imaging lens to the
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명을 설명하는데 있어서 그 실시예가 상이하더라도 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하며 필요에 따라 그 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in describing the present invention, even if the embodiments are different, the same reference numerals are used for the same components, and the descriptions are omitted if necessary.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 표면형상 측정장치(100)를 나타낸 것이다. 도 1을 참고하면, 표면형상 측정장치(100)는 광원(10), 광분할부(20), 광간섭모듈(40), 광결상모듈(60), 촬상부(50), 제1 이송유닛(70), 제2 이송유닛(90) 및 제어부(80)를 포함한다.1 shows a surface
광원(10)은 광을 방출한다. 여기서, 본 발명에 따른 광원(10)은 백색광을 방출하는 적어도 하나의 LED(12)(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. The
광원(10)으로부터 방출된 광은 고정부재에 형성된 핀홀(미도시), 볼록렌즈(11)를 거쳐 광분할부(20)로 입사된다. 광분할부(20), 예컨대, 빔 스플리터(Beam Splitter)는 입사된 광을 입사방향에 대해 약 45° 정도로 반사하여 측정 대상물(30)을 향하게 한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 광분할부(50)는 입사되는 광을 대략 50:50의 비율로 분리시킬 수 있는 무편광 튜브(Non Polarized Cube) 형태를 가질 수 있다.The light emitted from the
광분할부(20)에 의해 반사되어 측정 대상물(30)을 향하는 광은 광간섭모듈(40)에 입사된다. 여기서, 본 발명에 따른 광간섭모듈(40)은 마이켈슨(Michelson) 광간섭모듈, 리닉(Linnik) 광간섭모듈 및 미라우(Mirau) 광간섭모듈 중 어느 하나를 사용할 수 있다.Light reflected by the
광간섭모듈(40)은 광분할부(20)로부터 입사되는 광을 기준미러와 측정 대상물(30)을 향하게 한다. 그리고, 광간섭모듈(40)은 측정 대상물(30)과 기준미러로부터 반사된 광에 의해 간섭무늬를 형성하고, 형성된 간섭무늬를 촬상부(50)로 입사시킨다. The
촬상부(50)는 광간섭모듈(40)로부터 생성되며 광분할부(20)를 거쳐 출광되는 간섭무늬를 촬상한다. 여기서, 광분할부(20)와 촬상부(50) 사이에는 간섭무늬를 촬상부(50)로 집광시키는 광결상모듈(60)이 마련될 수 있다.The
제어부(50)는 촬상부(40)로부터 전달된 데이터를 이용하여, 측정 대상물(30)의 표면 형상 데이터를 생성한다. 여기서, 본 발명에 따른 제어부(80)는 백색광 주사 간섭법(White-light Scanning Interferometry : WSI)에 따라 측정 대상물(30)의 표면 형상에 대한 표면 형상 데이터를 생성하는데, 이를 위해 광원(10), 촬상부(50), 후술되는 제1 이송유닛(70) 및 제2 이송유닛(90)을 제어한다.The
제2 이송유닛(90)은 광간섭모듈(40)을 측정 대상물(30)에 접근 및 이격시키는 PZT 액츄에이터와 제어부(80)의 명령에 따라 PZT 엑츄에이터의 이동을 제어하는 PZT 드라이버를 포함한다. 일 예로 위치센서는 PZT 엑츄에이터의 위치에 대한 정보, 즉 광간섭모듈(40)과 측정 대상물(30) 간의 이격 거리에 대한 정보를 감지하고, 제어부(80)는 위치센서에 의해 감지된 이격 거리에 대한 정보를 이용하여 제2 이송유닛(90)을 피드백 제어하게 된다.The
제어부(80)는 백색광 주사 간섭법의 적용을 위해 PZT 액츄에이터가 광간섭모듈(40)을 수직 방향, 즉 측정 대상물(30)에 접근 및 이격되는 방향으로 나노급의 스캔 제어를 수행하게 되는데, 표면형상 측정장치의 정밀도 및 측정 속도의 향상을 위해서는 제2 이송유닛(90)의 제어에 있어 스캔 정밀도와 빠른 제어속도가 요구된다.For the application of the white light scanning interferometry, the
광결상모듈(60)은 고정형 결상렌즈(61)와 조절형 결상렌즈(62)로 구성된다. 광간섭모듈(40)로부터 생성된 간섭무늬는 광결상모듈(60)을 통하여 촬상부(40)로 결상된다. 고정형 결상렌즈(61)는 단배율 렌즈로서 광결상모듈(60)의 경통에 고정 결합될 수 있고, 조절형 결상렌즈(62)는 간섭무늬의 배율 조정을 위하여 광간섭모듈(60) 내에서 z축 방향으로 움직일 수 있다. 조절형 결상렌즈(62)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 다양한 결상렌즈의 조합을 통해 간섭무늬의 배율을 용이하게 조정할 수 있다.The
도 2 내지 도 4를 참고하여 광결상모듈과 촬상부의 결상거리를 조절하여 광 경로 차이를 보상하는 방법을 설명하기로 한다. 본 발명에서 결상거리(T)는 조절형 결상렌즈(62)의 중심으로부터 간섭무늬가 결상되는 지점까지의 거리를 의미하며, 작동거리(L)는 조절형 결상렌즈(62)의 중심으부터 촬상부(50)까지의 이격된 거리를 의미한다.A method of compensating for an optical path difference by adjusting an imaging distance between an optical imaging module and an imaging unit will be described with reference to FIGS. 2 to 4 . In the present invention, the imaging distance (T) means the distance from the center of the
도 2는 광결상모듈의 결상거리(T)와 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부까지의 작동거리(L1)가 동일한 구체예를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 3은 광결상모듈의 결상거리(T) 보다 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부까지의 작동거리(L2)가 큰 구체예를 도시한 것이며, 도 4는 광결상모듈의 결상거리(T)가 조절형 결상렌즈의 중심부터 촬상부까지의 작동거리(L3) 보다 큰 구체예를 도시한 것이다FIG. 2 schematically shows a specific example in which the imaging distance T of the optical imaging module and the working distance L1 from the center of the adjustable imaging lens to the imaging unit are the same, and FIG. 3 is the imaging distance T of the optical imaging module. ) shows a specific example in which the working distance L2 from the center of the adjustable imaging lens to the imaging unit is greater than that of the adjustable imaging lens, and FIG. It shows a specific example greater than the working distance (L3) of
도 2를 참고하면, 결상거리(T)와 작동거리(L1)이 동일한 경우에는 촬상부에 원하고자 하는 배율의 간섭무늬가 형성되며, 촬상 후 선명한 간섭무늬 이미지를 확보할 수 있다.Referring to FIG. 2 , when the imaging distance T and the working distance L1 are the same, an interference fringe having a desired magnification is formed in the imaging unit, and a clear interference fringe image can be secured after imaging.
반면, 도 3과 같이 광결상모듈(60)의 결상거리(T)보다 작동거리(L2)가 큰 경우, 또는 도 4와 같이 광결상모듈(60)의 결상거리(T)보다 작동거리(L3)가 작은 경우에는 원하고자 하는 배율의 선명한 간섭무늬 이미지를 확보할 수 없다. 따라서, 광 경로 차이를 보상하기 위해서는 광결상모듈(60)과 촬상부(50)의 거리, 즉 작동거리(L2, L3)를 조정할 필요가 있다. 일 예로서, 도 3과 같이 광결상모듈(60)의 결상거리(T)보다 작동거리(L2)가 큰 경우에는 광결상모듈(60)의 결상거리(T)와 이격거리(L2)를 동일하게 하기 위하여 광결상모듈(60)을 촬상부(50)가 있는 방향으로 수직 이동시켜 광 경로 차이를 보상할 수 있다. 그러나, 이와 같이 광결상모듈(60)의 위치를 변화시키는 것은 미크론급 이하의 미세한 조정이 요구되므로 수동으로 제어하는 것에는 한계가 있고, 설사 수동 제어가 가능하더라도 광결상모듈과 광 경로에 서로 영향을 미치는 광간섭모듈의 초점 위치가 변하게 되므로 원하고자 하는 표면형상의 정밀한 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.On the other hand, when the working distance L2 is greater than the imaging distance T of the
다른 예로서, 도 4와 같이 광결상모듈(60)의 결상거리(T)가 작동거리(L3)보다 큰 경우 역시 원하고자 하는 배율의 선명한 간섭무늬 이미지를 확보할 수 없으며, 광결상모듈(60)의 결상거리(T)와 작동거리(L3)를 동일하게 하기 위하여 광결상모듈(60)을 광분할부(20)가 있는 방향으로 수직 이동시켜 광 경로 차이를 보상할 수 있으나, 도 3의 경우와 마찬가지로 광간섭모듈의 초점 위치가 변하게 되므로 원하고자 하는 표면형상의 정밀한 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.As another example, when the imaging distance T of the
본 발명의 표면형상 측정장치(100)는 광간섭모듈(40)의 초점거리를 유지하면서 동시에 광결상모듈(60)의 광 경로 차이를 보상하기 위하여 촬상부(50)를 광결상모듈(60)이 있는 수직방향으로 접근시키거나 이격시키는 제1 이송유닛(70)이 구비된다. 제어부(80)는 촬상부(50)로부터 수신된 간섭무늬 이미지를 분석하여 광 경로차이의 보상이 필요하다고 판단되는 경우에는 제1 이송유닛(70)을 피드백 제어하게 된다. 제어부의 피드백 제어는 제1 이송유닛의 구동을 통하여 광결상모듈(60)의 결상거리(T)와 작동거리(L)가 동일하게 되기까지 반복 수행되며, 피드백 제어가 완료되면 측정자가 원하고자 하는 배율의 선명한 간섭무늬 이미지를 얻을 수 있게 된다.The surface
일 구체예로서, 제1 이송유닛(70)은 광간섭모듈과 촬상부 간의 작동거리(T)를 감지하는 위치센서와; 촬상부(50)를 광간섭모듈(60)에 접근 및 이격시키는 액츄에이터와; 액츄에이터의 구동을 제어하며, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 작동거리에 대한 정보를 상기 제어부(80)로 출력하는 출력부;를 포함할 수 있다.As one specific example, the
본 발명의 일 구체예에 따른 표면형상 측정장치를 제어하는 방법은 광간섭모듈의 초점 형성 단계(S10); 광결상모듈의 배율 조절 단계(S20); 제어부의 피드백 제어단계(S30); 및 광경로 차이 보상 단계(S40)를 포함할 수 있다.A method for controlling a surface shape measuring device according to an embodiment of the present invention includes forming a focus of an optical interference module (S10); Adjusting the magnification of the optical imaging module (S20); Feedback control step of the control unit (S30); and an optical path difference compensating step (S40).
광간섭모듈의 초점 형성 단계(S10)에서 제어부는 광간섭모듈이 측정 대상물의 측정영역 내의 각 측정점에서의 간섭신호를 관찰하면서, 각 점이 기준미러와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭신호가 발생하도록 제2 이송유닛(90)의 구동을 제어함으로써 간섭무늬를 생성하는 단계이다. 이때, 광간섭모듈(40)의 초점이 측정 기준면에 정확하게 ?혀야 정밀하게 측정할 수 있는 간섭무늬를 확보할 수 있다. 이를 위하여 제어부(80)는 광간섭모듈과 측정 대상물 간의 이격 거리에 대한 정보를 이용하여 제2 이송유닛(90)을 피드백 제어하게 된다.In the step of forming the focus of the optical interference module (S10), while the control unit observes the interference signal at each measurement point within the measurement area of the object to be measured by the optical interference module, a short interference signal is generated at each point where the same optical path difference as that of the reference mirror occurs. This step is to generate an interference fringe by controlling the driving of the
광결상모듈(60)의 배율 조절 단계(S20)는 광결상모듈(60)의 조절형 결상렌즈(62)를 제어하여 광간섭모듈(40)에서 생성된 간섭무늬의 배율을 조정하는 단계이다. Adjusting the magnification of the optical imaging module 60 (S20) is a step of adjusting the magnification of the interference fringe generated by the
광 경로 차이 보상 단계(S30)는 광결상모듈의 결상거리(T)와 작동거리(L)를 동일하게 하기 위하여 촬상부(50)를 광결상모듈(60)이 있는 방향으로 수직이동시켜 광 경로 차이를 보상하는 단계이다. 제어부(80)는 촬상부(50)로부터 수신된 간섭무늬 이미지를 분석하여 광 경로차이의 보상이 필요하다고 판단되는 경우에는 제1 이송유닛(70)을 피드백 제어하게 된다. 제어부(80)의 피드백 제어는 제1 이송유닛(70)을 구동시켜 광결상모듈(60)의 결상거리(T)와 작동거리(L)가 일치되기까지 반복 수행하며, 피드백 제어가 완료되면 측정자가 원하고자 하는 배율의 선명한 간섭무늬 이미지를 얻을 수 있게 된다.In the optical path difference compensating step (S30), in order to make the imaging distance T and the working distance L of the optical imaging module the same, the
광 경로 차이를 보상하는 단계 이후에는 촬상부로부터 얻어진 간섭무늬 이미지로부터 형상 데이터를 검출함으로써 표면형상의 측정은 완료된다.After the step of compensating for the optical path difference, the measurement of the surface shape is completed by detecting shape data from the interference fringe image obtained from the imaging unit.
상술한 바와 같이, 본 발명의 표면형상 측정장치는 결상렌즈의 작동거리 변화에 따라 발생하는 광 경로의 차이를 용이하고 신속하게 보상할 수 있으며, 측정 신뢰도가 우수하다.As described above, the surface shape measuring device of the present invention can easily and quickly compensate for the difference in light path caused by the change in the working distance of the imaging lens, and has excellent measurement reliability.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. should be interpreted
10 : 광원 11 : 볼록렌즈
20 : 광분할부 30 : 측정 대상물
40 : 광간섭모듈 50 : 촬상부
60 : 광결상모듈 61 : 고정형 결상렌즈
62 : 조절형 결상렌즈 70 : 제1 이송유닛
80 : 제어부 90 : 제2 이송유닛10: light source 11: convex lens
20: light splitter 30: object to be measured
40: optical interference module 50: imaging unit
60: optical imaging module 61: fixed imaging lens
62: adjustable imaging lens 70: first transfer unit
80: control unit 90: second transfer unit
Claims (6)
상기 표면형상 측정장치는,
광을 방출하는 광원;
상기 광을 상기 측정 대상물로 향하게 하는 광분할부;
상기 광 분할부로부터의 광을 상기 측정 대상물에 조사하고, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광에 기초하여 간섭무늬를 형성하는 광간섭모듈;
상기 광간섭모듈로부터 방출되는 상기 간섭무늬를 촬상부로 결상시키는 광결상모듈;
상기 광결상모듈을 통하여 결상된 간섭무늬를 촬상하는 촬상부;
상기 광결상모듈과 상기 촬상부 간의 이격 거리가 조절되되, 상기 촬상부가 상기 광결상모듈로 접근 및 이동하여 이격 거리가 조절되는 제1 이송유닛;
상기 광간섭모듈과 상기 측정 대상물 간의 이격 거리가 조절되도록 상기 광간섭모듈 및 상기 측정 대상물 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 접근 및 이격시키는 제2 이송유닛; 및
상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 간섭무늬에 기초하여 상기 측정 대상물의 표면 형상 데이터를 생성하고 분석하여 상기 제1 이송유닛을 피드백 제어하는 제어모듈;을 포함하며,
상기 광결상모듈은 고정형 결상렌즈 및 하나 이상의 조절형 결상렌즈를 포함하되, 상기 조절형 결상렌즈는 간섭무늬의 배율 조정을 위해 상기 광결상모듈 내에서 이동 가능한 구조를 가지며,
상기 제1 이송유닛은,
상기 광간섭모듈과 상기 촬상부 간의 작동거리를 감지하는 위치센서;
상기 촬상부를 상기 광결상모듈에 접근 및 이동시키는 액츄에이터; 및
상기 액츄에이터의 구동을 제어하며, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 작동거리에 대한 정보를 상기 제어모듈로 출력하는 출력부;를 포함하며,
상기 제어모듈은 백색광 주사 간섭법에 따라 상기 표면 형상 데이터가 생성되도록 상기 광원, 상기 촬상부, 상기 제1 이송유닛 및 상기 제2 이송유닛을 제어하되, 하기 결상거리 및 하기 작동거리가 동일해지도록 상기 제1 이송유닛의 이동을 반복 수행하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정장치:
결상거리 : 상기 조절형 결상렌즈의 중심으로부터 간섭무늬가 결상되는 지점까지의 거리
작동거리 : 상기 조절형 결상렌즈의 중심으로부터 상기 촬상부까지의 이격 거리.
In the surface shape measuring device for measuring the surface shape of a measurement object,
The surface shape measuring device,
a light source that emits light;
a light splitting unit directing the light to the object to be measured;
an optical interference module for irradiating light from the light splitting unit onto the object to be measured and forming an interference fringe based on the light reflected from the object to be measured;
an optical imaging module for forming an image of the interference fringe emitted from the optical interference module with an imaging unit;
an imaging unit that captures an image of an interference fringe formed through the optical imaging module;
a first transfer unit configured to adjust a separation distance between the optical imaging module and the imaging unit, and adjust the separation distance by moving the imaging unit to and from the optical imaging module;
a second transfer unit which approaches and separates one of the optical interference module and the measurement object from the other so that a separation distance between the optical interference module and the measurement object is adjusted; and
A control module for feedback-controlling the first transfer unit by generating and analyzing surface shape data of the object to be measured based on the interference fringes captured by the imaging unit;
The optical imaging module includes a fixed imaging lens and one or more adjustable imaging lenses, wherein the adjustable imaging lens has a movable structure within the optical imaging module to adjust the magnification of an interference fringe;
The first transfer unit,
a position sensor for detecting a working distance between the optical interference module and the imaging unit;
an actuator for moving the imaging unit to and from the optical imaging module; and
An output unit which controls driving of the actuator and outputs information on the operating distance detected by the position sensor to the control module;
The control module controls the light source, the imaging unit, the first transfer unit and the second transfer unit so that the surface shape data is generated according to the white light scanning interferometry, so that the following imaging distance and the following working distance are the same Surface shape measuring device, characterized in that feedback control by repeatedly performing the movement of the first transfer unit:
Imaging distance: the distance from the center of the adjustable imaging lens to the point where the interference fringe is formed
Working distance: the separation distance from the center of the adjustable imaging lens to the imaging unit.
상기 광결상모듈의 조절형 결상렌즈는 간섭무늬의 배율 조정을 위하여 상기 광간섭모듈 내에서 z축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정장치.
According to claim 1,
The surface shape measuring device, characterized in that the adjustable imaging lens of the optical imaging module moves in the z-axis direction within the optical interference module to adjust the magnification of the interference fringes.
광간섭모듈의 초점 형성 단계(S10); 광결상모듈의 배율 조절 단계(S20); 및 광 경로 차이를 보상하는 단계(S30)를 포함하며,
상기 광 경로 차이를 보상하는 단계(S30)는 상기 광결상모듈의 결상거리(T)와 작동거리(L)가 일치되도록 상기 촬상부를 상기 광결상모듈에 대하여 수직 방향으로 이동시켜 광 경로 차이를 보상하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정장치의 제어방법.As a control method of the surface shape measuring device of claim 1 or 2,
Focus formation step of the optical interference module (S10); Adjusting the magnification of the optical imaging module (S20); And compensating for the optical path difference (S30),
In the step of compensating for the optical path difference (S30), the optical path difference is compensated for by moving the imaging unit in a vertical direction with respect to the optical imaging module so that the imaging distance T and the working distance L of the optical imaging module match. A control method of a surface shape measuring device, characterized in that for.
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