KR20100015199A - 측정 대상물의 높이 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면 측정 대상물의 높이를 측정하는 장치에 있어서, 광을 출사하는 조명 광원; 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광의 광경로 상에 위치하며, 상기 측정 대상물에 투영시키고자 하는 기준 패턴이 마킹된 패턴 시트; 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광을 입력받아 상기 측정 대상물로 집광시키고, 상기 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 입력받는 렌즈부; 상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격을 변화시키기 위한 높이 조절부; 상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격의 변화에 상응하여 상기 기준 패턴이 상기 측정 대상물에 실제 투영되어 나타나는 투영 패턴을 촬상한 패턴 이미지를 생성하는 촬상부; 및 상기 이격 간격의 변화에 따라 촬상된 패턴 이미지들을 상기 기준 패턴과 패턴 매칭시킨 결과에 근거하여, 상기 기준 패턴과 매칭되는 투영 패턴으로부터 상기 측정 대상물의 높이를 산출하는 패턴 매칭부를 포함하는 측정 대상물의 높이 측정 장치가 제공된다.

높이 측정, 패턴 매칭, 투명체, 이형물.

Description

측정 대상물의 높이 측정 장치{Height measuring apparatus of an object to be measured}

본 발명은 반도체, 기판, LCD 등의 제조 공정 상에서의 검사 장치 및 방법에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 그 제조 과정에서 측정 대상이 되는 대상체의 표면 높이를 측정하는 장치에 관한 것이다.

반도체, 기판, LCD 등의 제조 공정에 있어서 높이 또는 체적을 가지는 측정 대상물에 대한 높이, 체적 또는 형상의 측정(검사) 공정은 제작된 제품의 정밀성 및 신뢰성 판단과 직결되는 매우 중요한 공정에 해당하는 바, 측정 대상물에 대한 정확한 높이 측정이 가능한 방법 또는 장치가 요구된다.

측정 대상물의 높이를 측정하기 위한 종래의 방식에는 광 간섭 방식, 광 삼각 방식, 오토 포커싱 방식이 있다.

광 간섭 방식은 측정 대상물의 표면에 간섭광을 투영시켰을 때, 측정 대상물의 높이 또는 형상에 따라 구분되어 나타나는 모아레 패턴의 간섭 무늬의 밝기 차 이를 이용하여 측정 대상물의 높이를 측정하는 방법이다. 그러나 광 간섭 방식은 측정 대상물에 의해 반사되는 빛의 반사율의 분포 변화가 큰 경우에는 간섭 무늬의 밝기 차이에 의한 농담(濃淡) 인식이 어려우며, 측정 대상물의 경사면의 경사가 큰 경우에도 간섭 무늬의 간격이 극히 좁아져 정확한 높이 측정이 어려운 문제점이 있다.

광 삼각 방식은 레이저를 이용하여 슬릿광을 측정 대상물의 표면에 투영시켜 그 측정 대상물의 형상, 높이에 상응하여 반사됨으로써 변형된 슬릿광을 획득하고, 이를 기초로 그 기하학적 관계로부터 측정 대상물의 형상에 관한 삼차원 좌표를 산출하는 방법이다. 이러한 광 삼각 방식은 앞서 설명한 광 간섭 방식과 같이 간섭 무늬의 밝기 차이를 이용하는 것이 아니므로 반사율 분포 변화에 강한 특징을 가지고 있기는 하나, 그 삼차원 좌표의 산출 및 연산 과정이 복잡하고 그 장비가 고가라는 단점이 있다.

오토 포커싱 방식은 그리드 타입 패턴(grid type pattern)을 측정 대상물에 투영시킴과 함께 광학계를 z축을 따라 높이 변화시키면서 획득된 이미지가 가장 선명하게 나타나는 포커싱 위치(focusing point)를 이용하여 높이를 산출하는 방법이다(도 1 참조). 그러나 오토 포커싱 방식은 측정 대상물에 투영된 그리드 타입 패턴의 에지(edge) 부분에 인광 물질(phosphor)과 같은 이형물이 존재하는 경우, 그 이형물의 에지 값에 의해 높이 산출의 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 상술한 바와 같은 종래의 높이 측정 방식들은 특히, 측정 대상물이 투명체에 해당하는 경우, 그 투명체의 높이를 정확히 측정해내기 어려운 문제점이 있 다. 이는 상술한 방식들이 간섭 무늬의 밝기 차이를 이용(광 간섭 방식)하거나, 획득된 변형 슬릿광을 분석(광 삼각 방식)하거나, 획득 이미지의 선명도를 판단(오토 포커싱 방식)하는 방식이어서, 대상체의 투명 정도, 투명체에 이형물(예를 들어, 불투명의 이물, 다른 밝기를 갖는 인광 또는 형광 물질 등)이 혼재, 이형물의 사이즈, 위치 등에 따라 측정 결과가 불확실해질 수 밖에 없는 한계를 갖고 있다.

따라서, 상술한 높이 측정 방식만으로는 액상 투명체를 포함하는 LCD 표면, 인광 또는 형광 물질을 포함하는 LED 표면, 유리 기판 등의 형상, 높이를 정확하고 신뢰성있게 측정하기 어려운 문제점이 있는 바, 이를 해결할 수 있는 높이 측정 장치 및 방법이 요구된다.

따라서, 본 발명은 보다 간단하고 손쉬운 방법으로 측정 대상물의 높이 등을 정확히 측정해낼 수 있는 측정 대상물의 높이 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 이형물이 혼재하는 투명체에 대해서도 보다 정확하고 신뢰성있게 그 높이 등을 측정해낼 수 있는 측정 대상물의 높이 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 측정 대상물의 높이를 측정하는 장치에 있어 서, 광을 출사하는 조명 광원; 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광의 광경로 상에 위치하며, 상기 측정 대상물에 투영시키고자 하는 기준 패턴이 마킹된 패턴 시트; 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광을 입력받아 상기 측정 대상물로 집광시키고, 상기 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 입력받는 렌즈부; 상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격을 변화시키기 위한 높이 조절부; 상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격의 변화에 상응하여 상기 기준 패턴이 상기 측정 대상물에 실제 투영되어 나타나는 투영 패턴을 촬상한 패턴 이미지를 생성하는 촬상부; 및 상기 이격 간격의 변화에 따라 촬상된 패턴 이미지들을 상기 기준 패턴과 패턴 매칭시킨 결과에 근거하여, 상기 기준 패턴과 매칭되는 투영 패턴으로부터 상기 측정 대상물의 높이를 산출하는 패턴 매칭부를 포함하는 측정 대상물의 높이 측정 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치는 상기 렌즈부의 광축과 동일한 광축 상에 위치하여 입력광을 2개의 광진행방향으로 분기(分岐)시키는 광분기기를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 촬상부는 상기 광분기기에 의해 분기된 어느 일 진행방향의 광을 수광할 수 있는 위치에 구비되고, 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광은 다른 일 진행방향으로부터 상기 광분기기로 입력될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치에서 상기 촬상부 및 상기 조명 광원 중 어느 하나는 상기 렌즈부의 광축 상에 위치하고, 다른 하나는 상기 렌즈부의 광축과 평행한 광축 상에 위치할 수 있다. 이때, 상기 렌즈부의 광축과 평행한 광축 상에 위치하는 상기 다른 하나와 상기 광분기기 사이에는 광진행경로를 수직 방 향으로 전환시키는 반사 미러가 더 포함될 수 있다.

여기서, 상기 패턴 시트에 마킹된 상기 기준 패턴은 중심점을 기준으로 대칭성을 갖는 패턴으로 형성될 수 있고, 상기 기준 패턴은 원형 대칭성을 갖도록 원형 테두리 안에 존재하는 크로스 무늬를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 패턴 매칭부는, 상기 촬상된 패턴 이미지에서 상기 투영 패턴과 관련된 정보만을 추출하는 패턴 추출부; 상기 추출된 투영 패턴과 상기 기준 패턴 간의 정합 정도를 산출하는 정합부; 상기 정합부로부터 산출된 결과에 근거하여 상기 정합 정도가 가장 높게 나타나는 투영 패턴에 상응하여 상기 측정 대상물의 높이를 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 측정 대상물은 이형물이 혼재된 투명체일 수 있고, 상기 이형물은 인광 또는 형광 물질일 수 있다.

본 발명에 실시예에 따른 높이 측정 장치는 일반 광학계를 그대로 이용하는 간단한 구성만으로도 노이즈의 영향이 적어 측정치에 관한 별도의 캘리브레이션 과정이 필요없는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치는 이형물이 혼재하는 투명체에 대해서도 보다 정확하고 신뢰성있게 그 높이 등을 측정해낼 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 측정 대상물의 높이 측정 장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치 및 이를 이용한 측정 대상물의 높이 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조할 때, 본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치는 조명 광원(133), 패턴 시트(134), 반사 미러(135), 광분기기(136), 렌즈부(132), 경통부(131), 촬상부(130)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치는 도 2를 통해 도시된 구성 이외에도 패턴 매칭부(미도시) 및 높이 조절부(미도시)를 더 포함한다.

본 발명의 높이 측정 장치를 이용한 측정 대상물의 높이 측정 원리를 전반적 으로 설명하면 아래와 같다.

본 발명에서, 높이 측정의 대상이 되는 측정 대상물은 임의의 일 기준면 상에 놓이게 되며, 높이 측정 장치의 조명 광원(133)으로부터 출사된 광이 렌즈부(132)를 거쳐 측정 대상물의 일 위치로 프로젝션된다(도 2의 참조번호 30 참조).

이때, 조명 광원(133)으로부터 출사된 출사광이 렌즈부(132)까지 이동하는 광경로 상에는 패턴 시트(134)가 삽입 위치함으로써, 패턴 시트(134)에 마킹된 소정의 기준 패턴이 상기와 같은 프로젝션 과정에서 측정 대상물에 함께 투영되도록 한다. 여기서, 상기 기준 패턴이 측정 대상물에 실제로 투영됨으로써 얻어지는 패턴을 이하 '투영 패턴'이라 명명한다.

측정 대상물에 프로젝션된 광은 측정 대상물의 표면을 통해 반사된 반사광은 다시 렌즈부(132)으로 재입력되어 촬상부(130)에 수광됨으로써(도 2의 참조번호 40 참조), 촬상부(130)는 상기 투영 패턴을 포함하는 패턴 이미지를 획득할 수 있다.

본 발명에서는 전술한 과정을 거쳐 획득된 패턴 이미지를 본래의 기준 패턴과 패턴 매칭시킴으로써 그 매칭 결과를 이용하여 측정 대상물의 높이를 측정하는 방법을 채용한다. 이때의 패턴 매칭은 본 발명의 높이 측정 장치의 높이를 변화(보다 정확하게는 높이 측정 장치의 렌즈부(132)와 측정 대상물 간의 이격 간격(d)을 변화)시켜가면서 반복 수행하게 된다.

이하, 본 발명의 높이 측정 장치를 구성하는 각 구성부에 관하여 차례차례 설명하되, 도 2 내지 도 5를 함께 참조하기로 한다.

여기서, 도 3은 본 발명의 실시예에 적용 가능한 높이 측정 장치의 구현례로서의 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 포커싱 상태 및 디포커싱 상태에서 각각 촬상된 투영 패턴을 비교한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 실제 촬상된 패턴 이미지 중 기준 패턴과 정합되는 투영 패턴의 예를 보여주는 이미지이다.

조명 광원(133)은 측정 대상물에 프로젝션될 광을 생성 출사시키기 위한 구성으로서, 다양한 상용 광원이 그대로 이용될 수 있음은 물론이나, 장치 구성의 소형화, 컴팩트화를 고려한다면 LD(laser diode), LED(light emitting diode) 등이 바람직할 수 있다.

측정 대상물은 반도체 제조 공정, 기판 제조 공정, LCD 혹은 LED 제조 공정 등등의 공정 상에서 형상, 높이, 체적 등의 검사 및 표면 검사가 필요한 대상체를 의미하며, 이외에도 특별히 제한되는 것은 아니나, 본 발명에 의한 높이 측정 장치를 이용한 측정 대상물의 높이 측정 방식에 의하면 인광 혹은 형광 물질 등과 같은 이형물이 혼재된 투명체 표면의 높이 측정에도 정확도를 크게 높일 수 있는 이점이 있으며, 이는 후술할 내용들을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 측정 대상물은 예를 들어 x축 및 y축 상의 수평 이동이 가능하도록 설치된 스테이지(stage) 상에 로딩(loading)됨으로써, 높이 측정 장치에 의해 그 대상물의 표면 높이가 측정되게 될 것이다. 물론, 높이 측정 장치 자체가 z축 상의 수직 이동뿐만 아니라 x축 및 y축 상의 수평 이동까지 가능하도록 설치되는 경우, 스테이지 상에 로딩된 측정 대상물의 측정 위치로 높이 측정 장치가 수평 이동함으 로써 표면의 높이 측정이 이루어질 수 있음은 자명하다.

조명 광원(133)의 전단에는 패턴 시트(134)가 위치한다. 패턴 시트(134)에는 측정 대상물에 투영시키고자 하는 소정의 기준 패턴이 마킹되어 있다. 기준 패턴은 임의의 일 중심점을 기준으로 대칭성을 갖는 패턴이면 특별한 제한 없이 적용 가능함은 물론이나, 본 발명을 통해 패턴 매칭의 간편성 및 정확성을 고려할 때 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 원형 대칭성(circular symmetry)을 갖도록 원형의 테두리 안에 존재하는 크로스(cross) 무늬가 선택될 수 있다.

상기와 같이 원형 대칭성을 갖는 기준 패턴을 채용하게 되면, 높이 측정 장치의 포커싱 여부에 따라 측정 대상물에 상기 기준 패턴이 실제로 투영되어 나타나는 투영 패턴에 의한 상(image)이 각각 다르게 획득되게 되므로, 본래의 기준 패턴과 정합(matching)되는 투영 패턴을 선별해냄으로써 측정 대상물의 정확한 표면 높이를 측정해내는 것이 가능하다.

이는 도 4를 통해 쉽게 확인할 수 있다. 도 4에서 높이 측정 장치의 렌즈부(132)로부터 측정 대상물의 표면까지의 이격 간격이 그 렌즈부(132)의 초점 거리와 동일해지는 포커싱 상태에서 획득된 투영 패턴(51)은 본래의 기준 패턴과 완전히 정합되는 형태를 가지게 되는 반면, 그 이격 간격이 렌즈부(132)의 초점 거리와 맞지 않는 디포커싱 상태에서 획득된 투영 패턴(52)의 경우에는 본래의 기준 패턴과 비교할 때 그 크로스 무늬가 뒤틀린 형태를 가지게 됨이 그것이다.

따라서, 높이 측정 장치의 높이(즉, 렌즈부(132)와 측정 대상물 표면 간의 이격 간격)를 계속적으로 변화시켜가되, 측정 대상물에 의해 형성되는 투영 패턴에 의한 상(이하, 이를 패턴 이미지라 명명함)을 촬상부가 그 높이 변화에 맞추어 일정 시간 간격마다 획득해낸 후, 그 획득된 패턴 이미지들로부터 추출되는 각각의 투영 패턴들과 본래의 기준 패턴을 비교하는 과정을 반복(즉, 측정 대상물에 결상되는 스폿의 초점이 맞을때까지 반복)하다보면, 본래의 기준 패턴과 정확히 정합되는 투영 패턴을 얻어낼 수 있으며 이에 근거하여 측정 대상물의 표면 높이를 산출해내는 것이 가능하다.

예를 들어, 렌즈부(132)를 통해 프로젝션되는 광의 초점 거리가 일정 값(도 2를 참조할 때, d로 고정)을 갖는다고 하고 최초에 그 초점 거리를 도 2의 기준면까지의 거리로 셋팅시키는 경우를 가정하면, 상술한 패턴 매칭 과정을 통해 측정 대상물의 어느 일 표면 위치에서 포커싱이 맞았을 때의 높이 변화가 z축 상의 윗 방향으로 최초보다 h만큼 증가하였다면, 그 일 위치에서의 측정 대상물의 표면 높이는 h임을 쉽게 산출해낼 수 있을 것이기 때문이다.

상기와 같은 높이 측정 장치의 높이 변화(즉, z축 상의 수직 이동)는 높이 조절부(미도시)를 통해 실행될 수 있으며, 이에 관해서는 별도로 도시 및 설명하지는 않으나, 이러한 높이 조절은 앞서 배경 기술의 설명을 통해 설명한 오토 포커싱 방식에서와 동일한 방식, 장치 구성으로서 가능한 것이며, 첨부한 도 3의 실제 장치 구성 사진을 통해서도 쉽게 짐작할 수 있는 것인 바, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 2에서는 기준 패턴이 마킹된 패턴 시트(134)가 조명 광원(133)의 전단에 위치하고 있지만, 패턴 시트(134)의 삽입 위치는 반드시 이와 같을 필요는 없다. 즉, 패턴 시트(134)는 조명 광원(133)으로부터 출사된 출사광의 광진행경로 상에 삽입됨으로써, 그 기준 패턴이 실제로 측정 대상물에 투영될 수 있기만 하면 그 삽입 위치에 특별한 제한이 없음은 물론이다.

예를 들어, 도 2에서는 장치 구성의 부피 및 크기를 줄이기 위한 방편으로서, 반사 미러(135) 및 광분기기(136)를 더 구비시키고 있는 바, 이 경우 패턴 시트(134)는 조명 광원(133)으로부터 출사한 출사광의 광경로(도 2의 참조번호 30 참조) 상에 위치하되, 광분기기(136)에 의해 분기될 반사광의 광경로(도 2의 참조번호 40 참조)에 방해 및 영향을 주지 않을 수 있는 위치(예를 들어, 반사 미러(135)와 광분기기(136)의 사이)에 삽입될 수 있을 것이다.

또한 여기서, 패턴 시트(134)는 조명 광원(133)으로부터 출사된 출사광에 기준 패턴을 함께 실어 측정 대상물에 투영시키는 것이 수월하도록, 광 투과성 재질로 제작되는 것이 바람직할 수 있다.

반사 미러(135) 및 광분기기(136)는 전술한 바와 같이 장치 구성의 부피, 크기를 줄이기 위해 구비되는 것으로서, 본 발명의 높이 측정 장치에서 반드시 없어서는 안될 필수적 구성에는 해당하지 않는다.

즉, 본 발명에서 반사 미러(135)는 조명 광원(133)으로부터 생성 출사된 출사광의 광경로가 수직 방향으로 전환될 수 있도록 보조함으로써, 조명 광원(133)과 촬상부(130)가 상호간 평행한 광축(도 2의 참조번호 20 및 10 참조)을 가질 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 이에 따라 본 발명의 높이 측정 장치의 폭, 부피는 대폭적으로 축소될 수 있게 된다.

이와 유사하게, 본 발명에서 광분기기(136)는 렌즈부(132)의 광축과 동일한 광축 상에 삽입 위치함으로써, 조명 광원(133)으로부터 출사된 후 반사 미러(135)를 거쳐 일 방향에서 입력된 출사광이 다시 그와는 수직한 타 방향으로 분기(分岐)되어 측정 대상물로 프로젝션되도록 보조함과 아울러, 프로젝션된 후 측정 대상물에 의해 반사되어 렌즈부(132)를 통해 재입력된 반사광이 그 광축을 따라 촬상부(130)에 의해 수광될 수 있도록 보조하여, 전체적인 프로젝션 과정에서 상기와 같은 출사광 및 반사광이 보다 짧은 광경로를 가져 장치 구성의 부피, 폭, 크기가 더더욱 축소되도록 한다.

이와 같이, 입력된 광을 2개의 다른 방향으로 분기시키는 광분기기(136)로는 빔 스플리터(beam splitter), 다이크로익 미러(dichroic mirror) 등이 상용적으로 이용될 수 있을 것이다.

도 2에서는 촬상부(130)가 렌즈부(132)와 동일 광축 상에 위치하고, 조명 광원(133)이 그와 평행한 광축 상에 위치하는 것으로 도시되고 있지만, 상호간의 위치는 바뀌어도 무방하다. 다만, 이 경우에도 패턴 시트(134)는 조명 광원(133)의 광 진행경로 상에 삽입되어야 함은 물론이며, 도 2의 경우 광분기기(136)와 참조번호 130 사이의 위치에 삽입될 것이다.

촬상부(130)는 높이 측정 장치의 높이 변화에 상응하여 기준 패턴이 측정 대상물에 실제 투영되었을 때의 투영 패턴에 관한 정보를 담고 있는 상기 반사광을 수광함으로써, 투영 패턴에 관한 촬상 이미지(즉, 패턴 이미지)를 생성한다. 이러한 촬상부(130)로는 CCD 이미지 센서 혹은 CMOS 이미지 센서 등을 포함하는 카메라 장치가 이용될 수 있다.

이와 같이 높이 측정 장치의 높이 변화에 맞추어 촬상부(130)에 의해 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 패턴 매칭부(미도시)는 본래의 기준 패턴과 패턴 매칭시킨 후, 그 매칭 결과에 근거함으로써 기준 패턴과 정확히 매칭되는 투영 패턴을 찾아내고 이에 따라 측정 대상물의 표면 높이를 산출해낸다.

패턴 매칭부(미도시)는 반드시 도 3에서와 같은 장치 구성 내에 구비될 필요는 없으며, 유선 혹은 무선을 통해 촬상부(130)를 통해 획득된 패턴 이미지들이 전송될 수 있는 외부 장치에 존재할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 패턴 매칭부는 하기와 같은 이미지 처리 과정 및 연산 과정을 통해 측정 대상물의 표면 높이를 측정해낼 수 있을 것이다.

먼저, 획득된 패턴 이미지에서 투영 패턴과 관련된 정보(예를 들어, 형태 정보, 외곽선 정보 등)만을 추출해낸 후, 그 추출된 투영 패턴과 본래의 기준 패턴 간의 정합 정도를 산출한다. 이후, 그 정합 정도에 대한 산출 결과에 근거하여 정합 정도가 가장 높게 나타나는 투영 패턴에 상응하는 측정 대상물의 높이를 산출해내는 방식이 이용될 수 있을 것이다. 추출된 특정 투영 패턴이 기준 패턴과 정확히 정합되었을 때 그에 상응하는 높이를 산출해내는 예에 대해서는 이미 앞서 설명하였는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5에는 본래의 기준 패턴과 정확히 정합되는 총 6개의 투영 패턴(물론, 이는 정확하게는 투영 패턴만을 추출해내기 전의 패턴 이미지를 나타낸 것임)의 예를 도시하고 있다. 그 6개의 투영 패턴을 살펴보면, 각각 이미지의 명암, 선명도, 밝 기 면에서 차이가 있기는 하나, 원형 테두리 안의 크로스 무늬에 뒤틀림 등은 전혀 발생되지 않고 그 본래의 원형 대칭성을 그대로 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 이는 포커싱이 제대로 맞았다는 것을 의미하며, 이러한 패턴 매칭 방식을 이용하면 명암의 차이, 선명도의 차이, 밝기 분포의 차이 등과는 전혀 무관하게 투영 패턴의 형상만을 그 대비 대상으로서 판단하게 되므로 정확한 높이 측정이 가능하다.

따라서, 본 발명의 높이 측정 장치를 이용한 패턴 매칭의 방식을 통하여 측정 대상물의 표면 높이를 측정하게 되면, 앞서 설명한 바와 같이 인광 물질 혹은 형광 물질 등의 이형물이 측정 대상물의 표면에 혼재함으로써 그러한 이형물들이 촬상 이미지의 그밝기 분포, 선명도, 명암 등에 큰 영향을 주는 경우에도 정확하고 신뢰성 높은 높이 측정이 가능한 이점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 오토 포커싱 방식을 이용한 측정 대상물의 높이 측정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 높이 측정 장치 및 이를 이용한 측정 대상물의 높이 측정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 적용 가능한 높이 측정 장치의 구현례로서의 사진.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 포커싱 상태 및 디포커싱 상태에서 각각 촬상된 투영 패턴을 비교한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 실제 촬상된 패턴 이미지 중 기준 패턴과 정합되는 투영 패턴의 예를 보여주는 이미지.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

130 : 촬상부 132 : 렌즈부

133 : 조명 광원 134 : 패턴 시트

135 : 반사 미러 136 : 광분기기

Claims (8)

1. 측정 대상물의 높이를 측정하는 장치에 있어서,

   광을 출사하는 조명 광원;

   상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광의 광경로 상에 위치하며, 상기 측정 대상물에 투영시키고자 하는 기준 패턴이 마킹된 패턴 시트;

   상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광을 입력받아 상기 측정 대상물로 집광시키고, 상기 측정 대상물에 의해 반사된 반사광을 입력받는 렌즈부;

   상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격을 변화시키기 위한 높이 조절부;

   상기 렌즈부와 상기 측정 대상물 간의 이격 간격의 변화에 상응하여 상기 기준 패턴이 상기 측정 대상물에 실제 투영되어 나타나는 투영 패턴을 촬상한 패턴 이미지를 생성하는 촬상부; 및

   상기 이격 간격의 변화에 따라 촬상된 패턴 이미지들을 상기 기준 패턴과 패턴 매칭시킨 결과에 근거하여, 상기 기준 패턴과 매칭되는 투영 패턴으로부터 상기 측정 대상물의 높이를 산출하는 패턴 매칭부

   를 포함하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈부의 광축과 동일한 광축 상에 위치하여 입력광을 2개의 광진행방향으로 분기(分岐)시키는 광분기기를 더 포함하되,

   상기 촬상부는 상기 광분기기에 의해 분기된 어느 일 진행방향의 광을 수광할 수 있는 위치에 구비되고, 상기 조명 광원으로부터 출사된 출사광은 다른 일 진행방향으로부터 상기 광분기기로 입력되는 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 촬상부 및 상기 조명 광원 중 어느 하나는 상기 렌즈부의 광축 상에 위치하고, 다른 하나는 상기 렌즈부의 광축과 평행한 광축 상에 위치하되,

   상기 렌즈부의 광축과 평행한 광축 상에 위치하는 상기 다른 하나와 상기 광분기기 사이에는 광진행경로를 수직 방향으로 전환시키는 반사 미러가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 패턴 시트에 마킹된 상기 기준 패턴은 중심점을 기준으로 대칭성을 갖는 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 기준 패턴은 원형 대칭성을 갖도록 원형 테두리 안에 존재하는 크로스 무늬를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 패턴 매칭부는,

   상기 촬상된 패턴 이미지에서 상기 투영 패턴과 관련된 정보만을 추출하는 패턴 추출부;

   상기 추출된 투영 패턴과 상기 기준 패턴 간의 정합 정도를 산출하는 정합부;

   상기 정합부로부터 산출된 결과에 근거하여 상기 정합 정도가 가장 높게 나타나는 투영 패턴에 상응하여 상기 측정 대상물의 높이를 산출하는 산출부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 측정 대상물은 이형물이 혼재된 투명체인 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 이형물은 인광 또는 형광 물질인 것을 특징으로 하는 측정 대상물의 높이 측정 장치.

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