KR20060087714A - System for measurement of thickness and surface profile - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두께 및 형상 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 두께 및 형상 측정 시스템은 광을 방출하는 광원과; 기준 미러와, 상기 광원으로부터의 광을 측정 대상물 및 상기 기준 미러로 분리 조사하는 광 분할부와, 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이에 배치되어 다 파장 범위의 광을 투과하는 간섭 필터를 갖는 광 간섭모듈과; 상기 다 파장 범위를 포함하는 파장 분산 범위를 가지며, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광과 상기 기준 미러로부터 반사되는 광을 분광하는 분광부와; 상기 분광부에 의해 분광된 광이 결상되는 결상부와; 상기 결상부에 결상된 광의 파장 범위 중 상기 다 파장 범위를 제외한 파장 범위의 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 두께에 대한 정보를 산출하고, 상기 산출된 두께에 대한 정보와 상기 결상부에 결상된 광 중 상기 다 파장 범위 내의 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상에 대한 정보를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 두께 및 형상을 측정하는데 소요되는 시간을 감소시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있다.The present invention relates to thickness and shape measurement systems. The thickness and shape measurement system according to the present invention comprises a light source for emitting light; A light having a reference mirror, a light splitting unit for separately irradiating light from the light source to a measurement object and the reference mirror, and an interference filter disposed between the reference mirror and the light splitting unit and transmitting light in a multi-wavelength range An interference module; A spectroscope having a wavelength dispersion range including the multi-wavelength range and spectroscopy light reflected from the measurement object and light reflected from the reference mirror; An imaging unit in which light spectroscopically formed by the spectroscope is formed; The information on the thickness of the measurement target is calculated based on light in a wavelength range excluding the multi-wavelength range among the wavelength ranges of the light formed on the imaging unit, and the information on the calculated thickness and the light formed on the imaging unit And a control unit for calculating information on the shape of the measurement target based on the light within the multi-wavelength range. Accordingly, the manufacturing cost can be reduced while reducing the time required for measuring thickness and shape.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 두께 및 형상 시스템의 구성을 도시한 도면이고,1 is a view showing the configuration of a thickness and shape system according to a first embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 두께 및 형상 측정 시스템에 따라 그 두께 및 형상이 측정되는 측정 대상물의 일 예를 도시한 도면이고,FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a measurement object whose thickness and shape are measured according to the thickness and shape measurement system of FIG. 1.
도 3은 도 1의 두께 및 형상 측정 시스템을 통해 측정된 광을 분석한 도면이고,3 is a view analyzing light measured by the thickness and shape measurement system of FIG.
도 4는 도 1의 두께 및 형상 측정 시스템에서 형상에 대한 정보를 산출하는 과정을 설명하기 위한 그래프이고,FIG. 4 is a graph illustrating a process of calculating information about a shape in the thickness and shape measuring system of FIG. 1.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이고,5 is a view showing the configuration of a thickness and shape measurement system according to a second embodiment of the present invention,
도 6은 도 5의 두께 및 형상 측정 시스템의 단일 플레이트의 일 예를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a single plate of the thickness and shape measurement system of FIG. 5.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 광원 20 : 빔 스플리터10: light source 20: beam splitter
30 : 간섭모듈 31 : 간섭 필터30: interference module 31: interference filter
34 : 기준 미러 40 : 분광부34: reference mirror 40: spectroscopic portion
50 : 결상부 60 : 제어부50: imaging unit 60: control unit
70 : 단일 플레이트 80 : 플레이트 구동부70: single plate 80: plate driving unit
본 발명은 두께 및 형상 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 두께 및 형상을 측정하는데 소요되는 시간을 감소시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있고, 다양한 측정 모드를 제공할 수 있는 두께 및 형상 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thickness and shape measurement system, and more particularly, a thickness and shape measurement system which can reduce manufacturing costs while reducing the time required for measuring thickness and shape, and can provide various measurement modes. It is about.
일반적으로 반도체 제조 공정 중에서 불투명한 금속 층의 표면상에 투명한 박막 층을 도포하는 공정이 존재하는데, 이 때 투명한 박막 층의 두께 및 그 표면 형상에 대한 정보를 측정하는 몇가지 방법들이 제안되었다.In general, there is a process of applying a transparent thin film layer on the surface of the opaque metal layer in the semiconductor manufacturing process, several methods for measuring the information about the thickness and the surface shape of the transparent thin film layer has been proposed.
이러한 투명한 박막층의 두께와 그 표면 형상을 측정하는 방법의 하나로, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)이 제안되었는데, 종래의 위상 천이 간섭법(PSI : Phase Shifting Interferometry)이 가지는 2π-모호성(2π ambiguity)을 극복하여 거친면이나 고단차를 가지는 측정면도 고 분해능으로 측정할 수 있게 되었다.As a method of measuring the thickness of the transparent thin film layer and its surface shape, White-light Scanning Interferometry (WSI) has been proposed, and 2π- of the conventional Phase Shifting Interferometry (PSI) has been proposed. Overcoming the ambiguity (2π ambiguity), it is possible to measure the rough surface or the measuring surface having a high step with high resolution.
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 utilizes the short coherence length characteristic of white light. This uses the principle that the interference signal is generated only when the reference light and the measurement light separated by the 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 the measured object is observed in the direction of the optical axis by the transmission means such as the PZT actuator at small intervals of several nanometers, the interference signal at each measuring point in the measuring area is observed, the optical path difference of each point is equal to the reference mirror. At this point, a short interference signal is generated.
이러한 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 박막층의 두께 및 형상을 측정하게 된다.When the generation position of the interference signal is calculated at all measurement points in the measurement area, information on the three-dimensional shape of the measurement surface is obtained, and the thickness and shape of the thin film layer are measured from the obtained three-dimensional information.
한편, 투명한 박막층의 두께와 그 표면 형상을 측정하는 방법으로는 음향광학변조필터(AOTF : Acoustic Optics Tunable Filter)를 사용하는 방법이 있다. 음향광학변조필터를 사용하는 방법은 음향광학변조필터가 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 투과함으로써, 백색광 주사 간섭법에서 PZT 액츄에이터가 측정물을 광축 방향으로 미소 간격씩 이동시키는 것과 동일한 효과를 얻는다.On the other hand, there is a method of measuring the thickness of the transparent thin film layer and its surface shape using an Acoustic Optics Tunable Filter (AOTF). In the method using the acoustooptic modulation filter, the acoustooptic modulation filter selectively transmits light of a specific wavelength band, thereby obtaining the same effect as the PZT actuator in the white light scanning interferometry to move the measurement object by minute intervals in the optical axis direction.
상기와 같은 두 방법의 일 예로 한국특허공개공보 제2000-0061037호와 한국특허공개공보 제2004-0004825호에 개시되어 있는바 구체적인 설명은 본 명세서에서 생략한다.Examples of the two methods as described above are disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0061037 and Korean Patent Publication No. 2004-0004825, which will not be described in detail.
그런데, 박막층의 두께 및 형상을 측정하기 위한 상기의 두 방법은 모두 측정시간이 길고, 측정된 데이터의 량이 많으며, 측정된 데이터를 분석하기 위한 데 이터의 처리시간 또한 많이 소요되는 문제점이 제기되고 있다.However, the above two methods for measuring the thickness and shape of the thin film layer have a long measurement time, a large amount of measured data, a problem that takes a lot of processing time of data for analyzing the measured data has been raised. .
예컨대, 백색광 주사 간섭법의 경우에는 한 픽셀에 대해 PZT 액츄에이터가 측정물을 광축 방향으로 경우에 따라 수백 나노미터를 수 나노미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동시키면서 CCD 카메라으로 촬영하게 되어 그 촬영에 소요되는 시간이 길고, 이에 따른 데이터의 량이 많아진다.For example, in the case of the white light scanning interference method, a PZT actuator moves a measurement object in a direction of an optical axis to a pixel by several hundreds of nanometers at a small interval of several nanometers (nanometer). The time required is long, and accordingly the amount of data becomes large.
또한, 음향광학변조필터를 이용한 방법은 고가의 음향광학변조필터를 사용하여야 하는 단점이 있다.In addition, the method using the acoustic optical modulation filter has a disadvantage that an expensive acoustic optical modulation filter should be used.
따라서, 본 발명의 목적은 두께 및 형상을 측정하는데 소요되는 시간을 감소시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있고, 다양한 측정 모드를 제공할 수 있는 두께 및 형상 측정 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thickness and shape measurement system that can reduce manufacturing time while reducing the time required to measure thickness and shape and can provide various measurement modes.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 광을 방출하는 광원을 갖는 두께 및 형상 측정 시스템에 있어서, 기준 미러와, 상기 광원으로부터의 광을 측정 대상물 및 상기 기준 미러로 분리 조사하는 광 분할부와, 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이에 배치되어 다 파장 범위의 광을 투과하는 간섭 필터를 갖는 광 간섭모듈과; 상기 다 파장 범위를 포함하는 파장 분산 범위를 가지며, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광과 상기 기준 미러로부터 반사되는 광을 분광하는 분광부와; 상기 분광부에 의해 분광된 광이 결상되는 결상부와; 상기 결상부에 결상된 광의 파장 범위 중 상기 다 파장 범위를 제외한 파장 범위의 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 두께에 대한 정보를 산출하고, 상기 산출된 두께에 대한 정보와 상기 결상부에 결상된 광 중 상기 다 파장 범위 내의 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상에 대한 정보를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정 시스템에 의해 달성될 수 있다.According to the present invention, there is provided a thickness and shape measurement system having a light source for emitting light, comprising: a reference mirror, a light splitting unit for separately irradiating light from the light source to a measurement object and the reference mirror, and An optical interference module disposed between a reference mirror and the optical splitter and having an interference filter transmitting light in a multi-wavelength range; A spectroscope having a wavelength dispersion range including the multi-wavelength range and spectroscopy light reflected from the measurement object and light reflected from the reference mirror; An imaging unit in which light spectroscopically formed by the spectroscope is formed; The information on the thickness of the measurement target is calculated based on light in a wavelength range excluding the multi-wavelength range among the wavelength ranges of the light formed on the imaging unit, and the information on the calculated thickness and the light formed on the imaging unit It can be achieved by the thickness and shape measurement system, characterized in that it comprises a control unit for calculating information on the shape of the measurement object based on the light in the multi-wavelength range.
여기서, 상기 분광부는, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 광과 상기 기준 미러로부터 반사되는 광이 통과하여 분광되는 회절격자와; 상기 회절격자를 통과한 광이 상기 결상부를 향하도록 투과 또는 반사하는 빔 스플리터를 포함할 수 있다.Here, the spectroscope includes: a diffraction grating in which light reflected from the measurement object and light reflected from the reference mirror pass and are spectroscopically; It may include a beam splitter for transmitting or reflecting the light passing through the diffraction grating toward the image forming portion.
그리고, 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이에 배치되는 블로킹 플레이트와, 상기 간섭 필터와 상기 블로킹 플레이트 중 적어도 어느 하나가 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이의 광 경로 상에 배치되도록 상기 간섭 필터 및/또는 상기 블로킹 플레이트를 이동시키는 플레이트 구동부를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 블로킹 플레이트가 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이의 광 경로 상에 배치되는 경우, 상기 결상부에 결상된 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 두께를 측정할 수 있다.And a blocking plate disposed between the reference mirror and the light splitting unit, at least one of the interference filter and the blocking plate is disposed on an optical path between the reference mirror and the light splitting unit. / Or further comprises a plate drive for moving the blocking plate; When the blocking plate is disposed on an optical path between the reference mirror and the light splitter, the controller may measure the thickness of the measurement object based on light formed in the imaging unit.
그리고, 상기 간섭 필터 및 상기 블록킹 플레이트는 하나의 단일 플레이트에 마련되고; 상기 구동부는 상기 단일 플레이트에 마련된 상기 간섭 필터 및 상기 블록킹 플레이트 중 어느 하나가 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이의 광 경로 상에 배치되도록 상기 단일 플레이트를 이동시킬 수 있다.And the interference filter and the blocking plate are provided in one single plate; The driving unit may move the single plate such that any one of the interference filter and the blocking plate provided on the single plate is disposed on an optical path between the reference mirror and the light splitter.
그리고, 상기 구동부는 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이의 광 경로 상에 상기 간섭 필터 및 상기 블록킹 플레이트가 배치되지 않는 상태가 되도록 상기 단일 플레이트를 이동 가능하게 마련되고; 상기 제어부는 상기 기준 미러와 상기 광 분할부 사이의 광 경로 상에 상기 간섭 필터 및 상기 블로킹 플레이트가 배치되지 않은 상태인 경우, 상기 결상부에 결상된 광에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있다.The driving unit is provided to move the single plate such that the interference filter and the blocking plate are not disposed on an optical path between the reference mirror and the light splitting unit. When the interference filter and the blocking plate are not disposed on the optical path between the reference mirror and the light splitter, the controller may measure the shape of the measurement object based on light formed in the imaging unit. Can be.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1 실시예에 따른 두께 및 형상 측정장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10), 빔 스플리터(20)(Beam splitter), 간섭모듈(30), 측정부(100), 분광부(40), 결상부(50) 및 제어부(60)를 포함할 수 있다.Thickness and shape measurement apparatus according to a first embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, the
광원(10)은 단색광, 예컨대 백생광을 방출하며, 대략 70W 정도의 텅스텐-할로겐 램프를 사용할 수 있다. 여기서, 광원(10)으로부터 출광된 광은 출광방향으로 광 파이버(11)의 일측에 연결된다.The
광 파이버(11)는 그 일측을 통해 입사되는 광을 타측으로 전송된다. 광 파이버(11)의 타측은 고정부재(12)에 의해 고정된다. 여기서, 고정부재(12)의 중앙에는 핀홀이 마련되어 광 파이버(11)의 타측이 연결될 수 있다. 그리고, 핀홀을 통해 출사되는 광은 핀홀을 중심으로 펴져나간다.The
고정부재(12)와 빔 스플리터(20) 사이에는 제1 볼록렌즈(13)가 배치된다. 여기서, 광 파이버(11)로부터 출사되는 광은 제1 볼록렌즈(13)를 투과하면서 일정한 폭으로 정렬된다.The
제1 볼록렌즈(13)를 투과한 광은 제1 볼록렌즈(13)로부터 소정 거리를 두고 위치하는 빔 스플리터(20)에 입사된다. 여기서, 빔 스플리터(20)는 입사되는 광을 대략 50:50의 비율로 분리시킬 수 있는 무편광 튜브(Non Polarized Cube) 형태를 가질 수 있다. 여기서, 빔 스플리터(20)의 반사각은 광의 입사방향에 대해 약 45ㅀ 정도이므로, 반사되는 광은 입사방향에 수직하게 반사된다.The light transmitted through the first
빔 스플리터(20)에 의해 반사되어 측정 대상물(200)로 향하는 광은 간섭모듈(30)에 입사된다. 여기서, 본 발명에 따른 간섭모듈(30)은 마이켈슨(Michelson) 간섭모듈 형태의 간섭모듈(30)을 사용하는 것을 일 예로 한다.Light reflected by the
간섭모듈(30)은 광 분할부(31), 기준 미러(34) 및 간섭 필터(32)를 포함할 수 있다.The
광 분할부(31)는 광원(10)으로부터 방출되어 빔 스플리터(20)를 거쳐 간섭모듈(30)로 입사되는 광을 측정 대상물(200) 및 기준 미러(34)로 분리 조사한다. 여기서, 광 분할부(31)는 무편광 튜브(Non Polarized Cube) 형태의 빔 스플리터일 수 있다.The
광 분할부(31)로부터 출광되어 측정 대상물(200) 및 기준 미러(34)를 향하는 광 경로 상에는 광 분할부(31)로부터 출광된 광을 집광하는 제2 볼록렌즈(33) 및 제3 볼록렌즈(35)가 배치된다.The second
간섭 필터(32)는 광 분할부(31)와 제2 볼록렌즈(33) 사이에 배치된다. 여기서, 간섭 필터(32)는 다 파장 범위의 광을 선택적으로 투과시킨다. 본 발명에서는 간섭 필터(32)가 550nm ~ 633nm의 다 파장 범위의 광 만을 선택적으로 투과시키는 것을 일 예로 하여 설명한다. 여기서, 간섭 필터(32)는 제2 볼록렌즈(33)와 기준 미러(34) 사이에 배치될 수 있음은 물론이다.The
간섭 필터(32)를 통과한 550nm ~ 633nm의 파장의 광은 제2 볼록렌즈(33)를 거쳐 기준 미러(34)에서 반사되어 다시 제2 볼록렌즈(33) 및 간섭 필터(32)를 거쳐 광 분할부(31)를 향한다.Light having a wavelength of 550 nm to 633 nm passing through the
제3 볼록렌즈(35)를 통과한 광은 측정 대상물(200)로부터 반사될 때 그 파장의 변화를 일으킨다. 여기서, 측정 대상물(200)로부터 반사되는 광의 파장의 변화는 측정 대상물(200)의 두께 및 형상에 대한 정보를 갖게 된다.The light passing through the third
측정 대상물(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 등의 판면에 소정의 불투명의 금속 패턴(201)이 형성되어 있고, 금속 패턴(201) 및 판면에는 투명 박막(202)이 도포되어 있다. 여기서, 도 2의 미설명 참조번호 RS는 두께 및 형성 측정에 있어서의 기준면이다.As shown in FIG. 2, the
한편, 측정 대상물(200) 및 기준 미러(34)로부터 각각 반사되어 광 분할부(31)로 입사된 광은 광 분할부(31) 및 빔 스플리터(20)를 거쳐 분광부(40)에 입력된다.On the other hand, the light reflected from the
분광부(40)는 간섭 필터(32)의 다 파장 범위를 포함하는 파장 분산 범위로 입사되는 광을 분광한다. 여기서, 간섭 필터(32)의 다 파장 범위의 상한치는 분광부(40)의 파장 분산 범위의 상한치와 일치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 간섭 필터(32)의 다 파장 범위가 633nm인 경우, 분광부(40)의 파장 분산 범위의 상한치도 대략 633nm가 된다. 본 발명에서는 분광부(40)의 파장 분산 범위가 400nm ~ 633nm 인 것을 일 예로 하여 설명한다.The
여기서, 분광부(40)는 회절격자(42), 빔 스플리터(41), 제4 볼록렌즈(43)를 포함할 수 있다.The
빔 스플리터(20)로부터 회절격자(42)로 입사되는 광을 회절격자(42)를 통과하여 파장대별로 분광되어 빔 스플리터(41)로 향한다. 그리고, 회절격자(42)로부터의 광은 빔 스플리터(42)로부터 반사되어 결상부(50)로 향하게 된다. 여기서, 빔 스플리터(42)로부터 결상부(50)로 향하지 않는 파장의 광은 차단부재(44)에 흡수되어 소멸한다.The light incident on the
여기서, 도 1에 도시된 미설명 참조번호 43은 차단부재(44)를 향하는 광을 차단부재로 모으는 볼록렌즈이다.Here,
분광부(40)에 의해 400nm ~ 633nm의 파장 분산 범위로 분광된 광은 결상부(50)에 결상된다. 결상부(50)는, 예컨대, CCD 카메라는 분광부(40)에 마련된 제4 볼록렌즈에 의해 초점이 맞춰지는 광을 결상하며, 결상된 광을 스켄하여 각 정보를 추출한다.Light spectroscopically distributed by the
여기서, 분광부(40)에 의해 400nm ~ 633nm의 파장으로 분광된 광 중 간섭 필터(32)의 다 파장 범위인 550nm ~ 633nm의 파장 범위를 갖는 광은 기준 미러(34)로부터 반사된 광과 측정 대상물(200)로부터 반사된 광 간의 간섭이 발생한 파장 범위에 해당하여, 측정 대상물(200)의 형상에 대한 정보를 포함한다. 그리고, 400nm ~ 633nm의 파장으로 분광된 광 중 다 파장 범위를 이외의 400nm ~ 550nm의 파장의 광은 측정 대상물(200)로부터 반사된 광으로 측정 대상물(200)의 두께에 대한 정보를 포함한다.Here, the light having the wavelength range of 550 nm to 633 nm, which is the multi-wavelength range of the
도 3은 분광부(40)에 의해 분광되어 결상부(50)에 결상된 광을 제어부(60)가 파장 단위로 분석한 그래프이다. 여기서, 도 3의 그래프의 x축은 측정 대상물(200)에 대해 측정된 한 라인의 좌표이고, λ축은 광의 파장의 좌표이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 간섭 모듈(30)의 간섭 필터(32)에 의한 광의 선택적 투과를 이용하여, 결상부에 의해 결상된 광을 두께에 대한 정보를 포함하는 파장 범위와 형상에 대한 정보를 포함하는 파장 범위로 구분할 수 있게 된다.3 is a graph in which the
이하에서는, 도 3을 참조하여 제어부(60)가 결상부(50)를 통해 결상된 광에 포함된 정보에 기초하여 측정 대상물(200)의 두께 및 형상에 대한 정보를 산출하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of calculating information on the thickness and shape of the
먼저, 제어부(60)는 결상부(50)를 통해 결상된 광 중 400nm ~ 550nm의 파장의 광을 분석하여, [수학식 1]을 이용하여 측정 대상물(200)의 두께에 대한 정보를 산출한다.First, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, d는 두께에 대한 정보이고, k1 및 k2는 인접하는 두 최대점에 대한 전파상수이고, n(k1) 및 n(k2)은 각각 k1 및 k2 에서의 복소 굴절률의 흡수 계수이다.Where d is information on thickness, k 1 and k 2 are propagation constants for two adjacent maximum points, and n (k 1 ) and n (k 2 ) are the complex refractive indices of k 1 and k 2 , respectively. Absorption coefficient.
그런 다음, 제어부(60)는 결상부(50)를 통해 결상된 광 중 550nm ~ 633nm의 광과 [수학식 1]을 통해 산출된 두께에 대한 정보에 기초하여, 산출된다.Then, the
이하에서는, 제어부(60)가 Spectral carrier frequency 개념을 이용하여 측정 대상물(200)의 형상에 대한 정보를 산출하는 과정을 설명한다. 여기서, 결상부(50)를 통해 결상된 광의 간섭 정보에 기초하여, Spectral Carrier Frequency 개념을 이용하여 전체 위상 함수 φ(k)를 다음과 같은 과정을 통해 k에 대한 함수로 정의할 수 있다.Hereinafter, the process of the
먼저, Spectral scanning profilometry 에서 두께 및 형상에 대한 정보는 [수학식 2]를 만족한다.First, information on thickness and shape in spectral scanning profilometry satisfies [Equation 2].
[수학식 2][Equation 2]
여기서, I0(k), ψ(k)를 a(k) 및 b(k)로 치환하고, Spectral carrier frequency h0를 인가하면, 간섭신호 I(k)는 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.Here, if I 0 (k), ψ (k) is replaced with a (k) and b (k), and the spectral carrier frequency h 0 is applied, the interference signal I (k) is expressed as shown in [Equation 3]. Can be.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, 이다.here, to be.
여기서, h0은 전체 위상함수 φ(k)가 k에 대해 매우 느리게 변화하는 함수라는 가정하에 φ(k)에 높은 Spectral carrier frequency를 인가해 주는 역할을 한 다.Here, h 0 plays a role of applying a high spectral carrier frequency to φ (k) under the assumption that the overall phase function φ (k) changes very slowly with respect to k.
한편, [수학식 3]을 FFT(Fast Fourier Transform)시키면, [수학식 4]의 Spectral frequency fk 영역으로 변환된 주파수 특성 함수를 얻을 수 있다. 여기서, fk의 물리적 단위는 전파상수 k의 역수인 길이를 나타낸다.On the other hand, if FFT (Fast Fourier Transform) is used, a frequency characteristic function transformed into the Spectral frequency f k region of
[수학식 4][Equation 4]
여기서, A(fk)는 a(k)의 FFT 결과로 dc 성분을 나타내며, C(fk)는 c(k)의 FFT 결과로 궁극적으로 얻고자 하는 전체 위상 함수 φ(k) 정보를 포함한다.Where A (f k ) represents the dc component as a result of the FFT of a (k), and C (f k ) contains the total phase function φ (k) information that is ultimately obtained as the FFT result of c (k). do.
그리고, C*(fx)는 C(fx)의 컨쥬게이트(Conjugate)를 나타낸다.C * (f x ) represents a conjugate of C (f x ).
상기 [수학식 4]에서와 같이, Spectral carrier frequency h0에 의한 dc 성분 A(fk)와 C(fk-h0)가 분리될 수 있으며, 전체 위상 함수 φ(k)를 얻기 위해 C(fk-h0)가 필터링되어야 한다.As in
도 4는 간섭신호를 FFT 시켜서 사각 윈도우(Rectangular window)에 의해 필터링한 실험 결과를 도시한 도면이다. 그리고, 가능한 근사적으로 C(fk)로 센터링(Centering)한다. 실질적으로 Spectral carrier frequency h0을 얼만큼 인가하였는지 정확히 알 수 없지만, h(x,y)에 h0을 인가하고 다시 센터링하는 과정에서 실제로 hd의 더미(dummy) h가 추가되지만 hd 및 h0은 모드 x, y에 대한 상수이므로 h(x,y)의 위치별 형상 정보를 얻는데는 측정 에러를 유발하지 않는다.FIG. 4 is a diagram illustrating an experiment result obtained by filtering an interference signal by FFT and filtering by a rectangular window. And center as C (f k ) as approximately as possible. Actually, it is not known exactly how much the Spectral carrier frequency h 0 is applied, but in the process of applying h 0 to h (x, y) and centering again, a dummy h of h d is actually added, but h d and h Since 0 is a constant for modes x and y, it does not cause measurement error in obtaining positional shape information of h (x, y).
그런 다음, 최종적으로 센터링 된 C(fk-hd)를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)시킴으로서, 더미(dummy) hd를 포함한 [수학식 5]를 얻을 수 있다.Then, by finally inverting the centered C (f k -h d ) by Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), Equation 5 including a dummy h d can be obtained.
[수학식 5][Equation 5]
이와 같이, 전체 위상 함수 φ(k)가 산출되면, [수학식 6]을 통해 형상 정보 h(x)를 구할 수 있다.In this way, when the total phase function? (K) is calculated, the shape information h (x) can be obtained through Equation (6).
[수학식 6][Equation 6]
전술한 실시예에서는, 간섭 필터(32a)의 다 파장 범위가 550nm~630nm인 것을 일 예로 하여 설명하였으나, 측정 대상물(200)의 두께 및 형상의 특성에 따라 가변적일 수 있다.In the above-described embodiment, the multi-wavelength range of the
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 시스템을 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 시스템을 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하며, 필요에 따라 그 설명은 생략한다.Hereinafter, the thickness and shape measurement system according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5. Here, in the description of the thickness and shape measurement system according to the second embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the same configuration as the above-described first embodiment, and description thereof will be omitted as necessary.
본 발명의 제2 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 시스템은 블로킹 플레이트(71)와, 구동부(80)를 더 포함한다.The thickness and shape measurement system according to the second embodiment of the present invention further includes a blocking
블로킹 플레이트(71)는 간섭 모듈(30)의 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이에 배치된다. 그리고, 구동부(80)는 간섭 필터(32a)와 블로킹 플레이트(71) 중 적어도 어느 하나가 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이의 광 경로 상에 배치되도록 간섭 필터(32a) 및/또는 블로킹 플레이트(71)를 이동시킨다.The blocking
구동부(80)에 의해 블로킹 플레이트(71)가 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사에에 배치되는 경우, 광 분할부(31)로부터 기준 미러(34)로 향하는 광을 차단한다.When the blocking
블로킹 플레이트(71)는 입사되는 광을 모두 흡수하는 특성을 갖는다. 이에 따라, 블로킹 플레이트(71)에서는 입사되는 광이 반사되지 않게 되어, 결상부(50)에 의해 결상되는 광은 측정 대상물(200)로부터 반사되는 광만을 포함하게 된다. 따라서, 블로킹 플레이트(71)가 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이에 배치되는 경우, 제어부(60)는 결상부(50)에 의해 결상된 광에 기초하여 측정 대상물(200)의 두께에 대한 정보를 산출하게 된다.The blocking
이에 따라, 사용자는 구동부(80)에 의해 블로킹 플레이트(71)와 간섭 필터(32a) 중 어느 하나를 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이에 배치시킴으로서, 두가지 측정 모드에 따라 측정 대상물(200)을 측정할 수 있게 된다. 예컨대, 간섭 필터(32a)가 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이에 배치되는 경우에는 전술한 제1 실시에에서와 같이, 측정 대상물(200)의 두께 및 형상을 동시에 측정할 수 있게 된 다.Accordingly, the user arranges one of the blocking
반면, 블로킹 플레이트(71)가 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사에에 배치되는 경우, 측정 대상물(200)의 두께만을 측정하게 되지만, 두께 측정을 위한 광의 파장의 범위가 넓어져 보다 정확한 두께 측정이 가능하게 되고, 측정 가능한 두께의 범위도 넓어지게 된다.On the other hand, when the blocking
여기서, 구동부(80)는 블로킹 플레이트(71)와 기준 미러(34)를 모드 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 간의 광 경로에서 벗어나게 할 수 있다. 이 경우, 측정 대상물(200)에서 반사된 광과 기준 미러(34)에서 반사된 광은 전 파장 범위에서 간섭이 발생하여, 측정 대상물(200)의 형상에 대한 정보를 얻는데 그 측정 범위를 넓힐 수 있게 된다.Here, the driving
도 6은 블로킹 플레이트(71)와 기준 미러(34)가 하나의 단일 플레이트(70) 내에 마련된 것을 일 예로 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 대략 판 형상의 단일 플레이트(70) 상의 제1 관통공(73)에 간섭 필터(32a)가 설치되고, 일측에는 제2 관통공(72)이 형성된다. 그리고, 일 영역은 차단된 블로킹 플레이트(71) 영역을 형성한다. 이에 따라, 구동부(80)는 단일 플레이트(70)를 판면 방향으로 이동시켜, 단일 플레이트(70), 간섭 필터(32a) 및 제2 관통공(72)을 기준 미러(34)와 광 분할부(31) 사이의 광 경로상에 선택적으로 위치시킴으로, 측정 모드를 달리할 수 있게 된다.FIG. 6 illustrates an example in which the blocking
상기 제2 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 시스템의 각 측정 모드에서 결상부(50)를 통해 결상된 광에 기초하여 두께 및/또는 형상에 대한 정보를 산출하는 방법은, 전술한 제1 실시예에서의 두께 및 형상에 대한 정보를 산출하는 방법에 대응하는 바, 그 설명은 생략한다.A method of calculating information on thickness and / or shape based on light formed through the
전술한 실시예들에서는 간섭 모듈(30)이 마이켈슨 간섭모듈 형태로 마련되는 것을 일 예로 하였다. 이 외에도, 리닉(Linnik) 간섭모듈 및 미라우(Mirau) 간섭모듈 등 다른 간섭 모듈의 형태에도 적용 가능함은 물론이다.In the above-described embodiments, the
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그리고 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.Although some embodiments of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made to the embodiment without departing from the spirit or spirit of the invention. . And the scope of the invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 두께 및 형상을 측정하는데 소요되는 시간을 감소시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있고, 다양한 측정 모드를 제공할 수 있는 두께 및 형상 측정 시스템이 제공된다.As described above, the present invention provides a thickness and shape measurement system that can reduce manufacturing costs while reducing the time required for measuring thickness and shape, and can provide various measurement modes.
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