KR20100126017A - 입체 형상 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최고점과 최저점 단차를 가지는 측정 대상물에 대한 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리 및 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리를 조절할 수 있도록 빔분할기 이동수단을 빔분할기에 설치하여 빔분할기의 위치를 조절함에 의해 반사거리가 조절될 수 있게 함으로써, 전체적인 구조를 단순화시킬 수 있게 한 입체 형상 측정장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 입체 형상 측정장치는 광원과, 상기 광원으로부터의 조명광을 분할시켜 측정 대상물에 조명광을 조사하는 빔분할기와, 상기 빔분할기로부터의 조명광이 조사되는 기준미러와, 측정 대상물의 표면과 상기 기준미러로부터 반사되어 합쳐진 간섭무늬를 촬영하는 촬영장치, 및 상기 촬영장치를 통해 촬영된 영상을 처리하는 제어 컴퓨터를 포함하는 입체 형상 측정장치에 있어서, 상기 빔분할기에는 상기 측정 대상물의 최고점의 반사거리 및 상기 측정 대상물의 최저점 반사거리와 각각 동일한 반사거리를 제공할 수 있도록 빔분할기의 위치를 조절하기 위한 빔분할기 이동수단을 더 구비함을 특징으로 한다.

입체 형상, 간섭무늬, 반사거리, 빔분할기 이동수단, 빔분할기

Description

입체 형상 측정장치{APPARATUS FOR MEASURMENT OF THREE-DIMENSIONAL SHAPE}

본 발명은 입체 형상 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 최고점과 최저점 단차를 가지는 측정 대상물에 대한 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리 및 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리를 조절할 수 있도록 빔분할기 이동수단을 빔분할기에 설치하여 빔분할기의 위치를 조절함에 의해 반사거리가 조절될 수 있게 함으로써, 전체적인 구조를 단순화시킬 수 있게 한 입체 형상 측정장치에 관한 것이다.

정밀 부품의 미세한 표면 형상을 측정하는 방법으로는 촉침식(Stylus type) 측정법, 주사식 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 측정법, 주사식 촉침 현미경(Scanning Probe Microscope) 측정법, 광위상 천이 간섭계(Phase Shifting Interferometry) 측정법, 백색광 주사 간섭계(White-Light Scanning Interferometry) 측정법, 동초점 주사 현미경(Confocal Scanning Microscope) 측정법 등이 있다.

이러한 측정법들은 주로 2차원 평면상의 기하학적 형상, 예를 들어 원이나 선, 각도, 선폭 등을 측정하거나 패턴의 결함, 이물질, 비대칭성 등을 검사하며, 주로 광학 현미경, 조명, 그리고 CCD 카메라로 대표되는 촬상소자로 구성된 프로브 시스템과 영상처리기술에 그 바탕을 두고 있다.

이들 측정법 중에서 백색광 주사 간섭계 측정법 및 광위상 천이 간섭계 측정법은 반도체 패턴 측정에서부터 연질재료의 표면 거칠기 측정, BGA(Ball Grid Array) 볼 측정, 레이저 마킹 패턴 측정, Via Hole 측정 등 미세형상에 대한 3차원 측정 전반에 폭넓게 적용되는 비접촉식 측정법으로서 각광을 받고 있다.

이들 두 가지 측정법은 서로 다른 측정 원리에 기초한 것이지만 다중파장과 단색파장을 이용한다는 점을 제외하고는 동일한 광학 및 측정 시스템에서 구현할 수 있으므로 상용화된 측정 시스템에서는 이 두 가지 측정법을 함께 이용할 수 있다.

이들 측정법은 임의의 기준점에서 동시에 출발한 광이 각기 다른 광경로(Optical Path)를 이동한 후 합쳐질 때 두 개의 광이 지난 거리차(Optical Path Difference)에 따라 빛이 밝고 어두운 형태로 표현되는 광 간섭 신호를 이용한다.

도 2는 기존의 입체 형상 측정장치의 구성도로서, 광원(100)으로부터의 조명광이 빔분할기(200)를 통해 분할되어 각각 기준면(이하, "기준미러"라 통칭함)(300)와 측정 대상물의 측정 대상면(이하, "측정면"이라 통칭함)에 조사되고, 기준미러(300)와 측정면에서 반사된 후 빔분할기를 통해 합쳐진다.

이렇게 합쳐진 간섭무늬를 CCD 카메라와 같은 촬영장치(400)를 통해 검출하고 제어 컴퓨터(500)에서 간섭 무늬의 위상 계산하거나, 또는 간섭 무늬의 포락 선(envelope)으로부터 가간섭성이 최대인 점을 추출해서 높이 측정을 한다.

이러한 입체 형상 측정장치에서 간섭무늬는 빔분할기로부터 측정면과의 거리 및 빔분할기로부터 기준미러와의 거리가 일치하는 지점에서 나타나고, 이에 따라, 단차를 가지는 측정 대상에 대해서는 높이 정보에 따라 간섭무늬 획득 구간을 일정하게 분할한 후, 분할된 구간별로 기준미러나 측정 대상을 미소 이동시키면서 간섭무늬를 획득해한 후 획득된 다수의 간섭무늬를 합성하여 표면 형상을 측정해야 한다.

이렇게 빔분할기로부터 측정면과의 거리 및 빔분할기로부터 기준미러와의 거리를 조절하기 위한 수단으로 도시한 바와 같이 기준미러를 이동 가능하게 지지하기 위한 지지수단(틸팅스테이지 등)(310)에 설치한 상태에서 액츄에이터(미도시)를 이용하여 지지수단 전체를 이용시켜 빔분할기와 기준미러 사이의 거리를 조절할 수 있게 구성되어 있으며, 이렇게 기준미러를 이동가능하게 지지하는 지지수단과 지지수단을 이동시키기 위한 액츄에이터를 설치하기 위해서는 많은 공간이 요구될 뿐만 아니라 이들을 다른 구성요소와 연결하기 위해서는 입체 형상 측정 장치 전체의 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 전체 크기가 지나치게 커는 단점이 있었다.

본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, 빔분할기에 빔분할기를 이동시킬 수 있는 빔분할기 이동수단을 설치하여 빔분할기를 이동시켜 반사거리를 조절할 수 있게 구성함으로써 전체구조를 단순화시킬 수 있게 한 입체 형상 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 입체 형상 측정장치는 광원과, 상기 광원으로부터의 조명광을 분할시켜 측정 대상물에 조명광을 조사하는 빔분할기와, 상기 빔분할기로부터의 조명광이 조사되는 기준미러와, 측정 대상물의 표면과 상기 기준미러로부터 반사되어 합쳐진 간섭무늬를 촬영하는 촬영장치, 및 상기 촬영장치를 통해 촬영된 영상을 처리하는 제어 컴퓨터를 포함하는 입체 형상 측정장치에 있어서, 상기 빔분할기에는 상기 측정 대상물의 최고점의 반사거리 및 상기 측정 대상물의 최저점 반사거리와 각각 동일한 반사거리를 제공할 수 있도록 빔분할기의 위치를 조절하기 위한 빔분할기 이동수단을 더 구비함을 특징으로 한다.

본 발명은 기준미러는 고정시키고, 빔분할기 이동수단을 통해 빔분할기를 이동시켜 측정 대상물에 대한 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리 및 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리를 조절할 수 있도록 구성함으로써 입체 영상 측정 장치의 전체적인 구조를 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 입체 형상 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 형상 측정장치의 구성도이고, 도 2는 통상의 입체 형상 측정장치의 구성도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 입체 형상 측정장치는 빔분할기(2)를 이동시키기 위한 빔분할기 이동수단(20)을 구비하고 있다.

즉, 본 발명은 측정 대상물에 대한 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리 및 최저점 반사거리와 동일한 기준면 반사거리를 조절하기 위해서 빔분할기(2)를 이동시킬 수 있도록 구성하였으며, 이러한 빔분할기(2)의 이동에 의해 빔분할기와 기준미러(3) 사이의 거리가 조절되어 반사거리가 조절될 수 있는 것이다.

이러한 본 발명의 입체 영상 측정 장치는 광원(1)과, 상기 광원(1)으로부터의 조명광을 분할시켜 측정 대상물에 조명광을 조사하는 빔분할기(2)와, 상기 빔분할기(2)로부터의 조명광이 조사되는 기준미러(3)와, 측정 대상물의 표면과 상기 기준미러(3)로부터 반사되어 합쳐진 간섭무늬를 촬영하는 촬영장치(4), 및 상기 촬영장치(4)를 통해 촬영된 영상을 처리하는 제어 컴퓨터(5)를 포함하여 구성되며, 상기 빔분할기(2)에는 상기 측정 대상물의 최고점의 반사거리 및 상기 측정 대상물(3)의 최저점 반사거리와 각각 동일한 반사거리를 제공할 수 있도록 빔분할기(2)의 위치를 조절하기 위한 빔분할기 이동수단(20)을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 입체 영상 측정장치를 구성하는 각 구성요소는 종래의 입체 영상 측정장치와 동일한 것으로 동일한 작용을 하는 것이나 이를 약술하면 아래와 같다.

즉, 상기 광원(1)은 측정 대상물에 빛을 조사하기 위한 수단으로 이 빛의 반사에 형성된 간섭무늬로부터 측정 대상물의 측정면의 형상을 측정할 수 있다.

상기 광원(1)에서 조사된 빛에 의해 형성되는 간섭무늬는 기준미러(3)와 측 정 대상물의 측정면에서 반사된 후 빔분할기(2)를 통해 합쳐진 무늬로서 이렇게 간섭무늬를 얻기 위해서는 빔분할기(2)로부터 측정면과의 거리 및 빔분할기(2)로부터 기준미러(3)와의 거리가 일치시켜야 하며, 이에 따라, 단차를 가지는 측정 대상에 대해서는 높이 정보에 따라 간섭무늬 획득 구간을 일정하게 분할한 후, 분할된 구간별로 기준미러(3)나 측정 대상물을 세밀하게 이동시키면서 간섭무늬를 획득해한 후 획득된 다수의 간섭무늬를 합성하여 표면 형상을 측정해야 한다.

따라서, 본 발명은 이렇게 빔분할기(2)와 기준미러(3) 사이의 거리를 조절하기 위한 수단으로 상기 빔분할기 이동수단(20)을 구비하고 있는 것이다.

상기 빔분할기 이동수단(20)를 통해 기준미러(3)와의 빈분할기(2) 사이에서 조절되어야 하는 거리는 아주 미세하므로 빔분할기(2)는 아주 미세하게 이동될 수 있어야 하며, 이렇게 빔분할기(2)를 미세하게 이동시키기 위해서는 상기 빔분할기 이동수단(20)으로 미소 구동기를 사용할 수 있다.

이와 같이 빔분할기(2)를 미세하게 이동시킬 수 있는 미소 구동기로는 많은 것이 개발되어 있으므로 이를 어느 하나로 한정할 수는 없으나 그 일예로 미세한 위치조절에 많이 사용되는 압전 구동기가 바람직하다 할 것이다.

상기 빔분할기는 큐픽(Cubic)형, 박막(Pellicle)형 또는 평판형(Plate) 중 어느 하나를 사용하여 구성할 수 있으며, 이러한 빔 분할기는 이미 개잘되어 사용되고 있는 것 중 의 하나로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 빔분할기(2)를 이동시키기 위한 수단으로 구비된 빔분할기 이동수단(20)을 빔분할기(2)와 기준미러(3) 사이의 거리를 조절하는 것만으로 설명하였 으나, 이는 빔분할기(2)와 측정대상물 사이의 거리를 조절하기 위한 수단으로도 사용될 수 있으며, 이러한 빔분할기 이동수단(20)이 설치되는 위치는 빔분할기(2)를 통과하는 빛이 기준미러(3), 측정대상물 및 촬영장치(4)로 전달되는 데 방해가 되지 않는 위치에 설치되면 족하다.

즉, 상기 빔분할기는 기준미러를 향한 좌우 방향(도면상) 또는 측정대상물을 향한 상하방향(도면상) 방향으로 이동하여 측정대상물로부터 반사되는 간섭신호를 획득할 수 있는 것이다.

미설명부호 11은 광원의 빛을 빔분할기로 전달하는 시준렌즈이고, 미설명부호 41은 반사된 빛을 촬영장치로 집광시키는 이미징렌즈이다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 형상 측정장치의 구성도이고,

도 2는 통상의 입체 형상 측정장치의 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 광원

11 : 시준렌즈

2 : 빔분할기

20 : 빔분할기 이동수단

3 : 기준미러

4 : 촬영장치

41 : 이미징렌즈

5 : 제어 컴퓨터

Claims (4)

1. 광원(1)과, 상기 광원(1)으로부터의 조명광을 분할시켜 측정 대상물에 조명광을 조사하는 빔분할기(2)와, 상기 빔분할기(2)로부터의 조명광이 조사되는 기준미러(3)와, 측정 대상물의 표면과 상기 기준미러(3)로부터 반사되어 합쳐진 간섭무늬를 촬영하는 촬영장치(4), 및 상기 촬영장치(4)를 통해 촬영된 영상을 처리하는 제어 컴퓨터(5)를 포함하는 입체 형상 측정장치에 있어서,

   상기 빔분할기(2)에는 상기 측정 대상물의 최고점의 반사거리 및 측정 대상물의 최저점 반사거리와 각각 동일한 반사거리를 제공할 수 있도록 빔분할기(2)의 위치를 조절하기 위한 빔분할기 이동수단(20)을 더 구비함을 특징으로 하는 입체 형상 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 빔분할기 이동수단(20)은 미세구동기임을 특징으로 하는 입체 형상 측정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 빔분할기 이동수단(20)는 빔분할기(2)를 기준미러를 향한 방향 또는 측정대상물을 향한 방향으로 이동시킬 수 있게 하여 간섭신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 입체 형상 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 빔분할기(2)는 큐픽(Cubic)형, 박막(Pellicle)형 또는 평판형(Plate) 중 어느 하나임을 특징으로 하는 입체 형상 측정장치.

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