KR20140004943A - 홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부; 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 상기 광이 입사되는 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사하는 피측정물; 상기 피측정물에서 반사된 광이 제1 및 제2 경로로 진행하도록 상기 반사된 광을 분할하는 빔 분할기(beam splitter); 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 간섭 신호로부터 상기 홀의 깊이를 측정하는 제1 광 검출기; 및 상기 제2 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 상기 홀의 형상을 측정하는 제2 광 검출기;를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 제공한다.

Description

홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring hole shape and depth}
본 발명은 홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세홀의 형상 및 깊이를 동시에 고속으로 측정할 수 있는 홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전자 제품이 소형화 및 고성능화됨에 따라 초소형 대용량의 반도체 메모리에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라, 하나의 반도체 패키지에 여러 개의 반도체 칩을 실장하는 멀티 칩 패키지(Multi Chip Package)를 통하여 반도체 메모리 소자의 저장 용량을 증대시킴으로써 소형화 및 고성능화를 구현하고 있다.
이러한, 여러 개의 반도체 칩에 형성된 회로 패턴들을 전기적으로 연결시키기 위하여 실리콘 웨이퍼 기판을 수직으로 관통하는 비아홀(TSV; Through Silicon Via)을 형성한다.
이때, 비아홀은 정해진 규격에 맞도록 형성되어야 하며, 이러한 규격에 맞지 않는 경우 반도체 패키지의 오동작을 유발할 수 있다.
따라서, 비아홀이 설정된 깊이 및 형상에 맞게 형성되었는지 검사할 필요가 증대되고 있다. 특히, 다량의 반도체 칩을 빠른 속도로 검사하기 위하여 고속으로 정밀하게 비아홀의 깊이 및 형상을 측정하는 장치가 요구된다.
하기 특허문헌1은 3차원 형상을 측정하는 공초점 현미경(Confocal Microscope)에 관하여 기재하고 있다. 그러나, 공초점 현미경을 이용하여 비아홀의 깊이를 측정하는 경우, 홀의 지름이 작고 종횡비(Aspect Ratio)가 큰 비아홀의 특성상 비아홀의 측면 및 바닥면에서 빛이 난반사되어 정확한 깊이 측정이 곤란하다는 문제가 발생한다.
KR 2011-0101537A, 2011.09.16
본 발명은 홀의 깊이, 홀의 형상 및 홀이 구비된 피측정물의 형상을 동시에 고속으로 측정할 수 있는 홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부; 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 상기 광이 입사되는 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사하는 피측정물; 상기 피측정물에서 반사된 광이 제1 및 제2 경로로 진행하도록 상기 반사된 광을 분할하는 빔 분할기(beam splitter); 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 간섭 신호로부터 상기 홀의 깊이를 측정하는 제1 광 검출기; 및 상기 제2 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 상기 홀의 형상을 측정하는 제2 광 검출기;를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 광대역의 가간섭 광은 복수 개의 주파수 성분을 포함하며, 상기 제1 광 검출기는 상기 복수 개의 주파수 성분에 각각 대응되는 간섭광들을 검출하는 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 반사하며, 상기 피측정물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 광 검출기는, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광 및 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호로부터 상기 홀의 깊이를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 검출기는, 상기 기준광을 수광하지 않고 상기 피측정물에서 반사된 광만을 수광할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 피측정물을 이동시키는 구동부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 피측정물의 제1 면에 적어도 하나의 홀이 배치되고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 제1 면 방향으로 입사되며, 상기 입사된 광은 상기 제1 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 피측정물의 제1 면에 적어도 하나의 홀이 배치되고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 제1 면에 대향하는 제2 면 방향으로 입사되며, 상기 입사된 광은 상기 제1 면, 상기 제2 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 피측정물의 상기 발광부로부터의 광이 입사되는 방향에 배치된 제1 집속 렌즈와, 상기 제2 검출기의 상기 피측정물에서 반사된 광이 입사되는 방향에 배치된 제2 집속 렌즈를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 빔 분할기와 상기 제2 집속 렌즈 사이에 배치되며, 입사광의 편광 상태에 따라 상기 입사광을 반사 또는 투과하는 편광 빔 분할기(polarization beam splitter)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 집속 렌즈와 상기 제2 검출기의 사이에 배치된 핀홀(pinhole)을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부로부터, 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 상기 광이 입사되는 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사하는 피측정물에 광을 조사하는 단계; 상기 피측정물에서 반사된 광을 빔 분할기(beam splitter)에 의해, 제1 및 제2 경로로 진행하도록 분할하는 단계; 제1 광 검출기에 의해, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광에 의해 형성된 간섭광을 수광하는 단계; 및 제2 광 검출기에 의해, 상기 제2 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하는 단계;를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 광을 조사하는 단계는, 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 상기 광대역의 가간섭 광을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 제1 광 검출기에 의해 간섭광을 수광하는 단계는, 광 스펙트럼 분석(optical spectrum analyzer)에 의해 상기 복수 개의 주파수 성분에 각각 대응되는 간섭광들을 수광하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 피측정물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울에 광을 조사하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 광 검출기에 의해 간섭광을 수광하는 단계는, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광과, 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭광을 수광하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 광 검출기에 의해 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하는 단계는, 상기 제2 광 검출기에 의해 상기 기준광을 수광하지 않고 상기 피측정물에서 반사된 광만을 수광하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 구성에 의한 홀 형상 및 깊이 측정 장치 및 방법에 의해, 홀의 깊이, 홀의 형상 및 홀이 구비된 피측정물의 형상을 동시에 측정할 수 있다.
또한, 기준 거울을 이동시킬 필요가 없어 고속으로 홀의 깊이, 홀의 형상 및 홀이 구비된 피측정물의 형상을 측정할 수 있다.
또한, 외부 진동으로 인한 측정 오차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치에 구비된 피측정물에서 반사되는 광을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 4의 홀 형상 및 깊이 측정 장치에 구비된 피측정물에서 반사되는 광을 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치를 이용하여 홀의 형상 및 깊이를 동시에 측정하는 방법의 단계들을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)를 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)에 구비된 피측정물(20)을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)는 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부(10)와, 적어도 하나의 홀(25)을 구비하며 발광부(10)로부터 입사되는 광을 제1 면(27) 및 홀(hole, 25)의 바닥면(25a)에서 반사하는 피측정물(20)과, 피측정물(20)에서 반사된 광이 제1 경로(81) 및 제2 경로(82)로 진행하도록 광을 분할하는 빔 분할기(beam splitter, 50)와, 제1 경로(81)로 진행된 광을 수광하여 간섭 신호로부터 홀(25)의 깊이(d)를 측정하는 제1 광 검출기(30)와, 제2 경로(82)로 진행된 광을 수광하여 홀(25)의 형상을 측정하는 제2 광 검출기(40)를 포함한다. 또한, 본 실시예의 홀 측정 장치(1)는 발광부(10)로부터 입사되는 광을 반사하며 피측정물(20)에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울(reference mirror, 60)을 더 구비할 수 있다.
발광부(10)는 광대역의 가간섭 광을 방출하며, 펨토초 펄스 레이저(femtosecond pulse laser) 및 증폭기로 구성될 수 있으며, 증폭기는 패브리-페로 에탈론(FPE; Fabry-Perot Etalon) 등일 수 있다.
펨토초 펄스 레이저는, 펄스폭(pulse width)이 수 내지 수백 펨토초를 가지며, 일정한 반복율(repetition rate)로 레이저 광을 방출하는 레이저이다. 펨토초 펠스 레이저는 가간섭성(coherence)을 가지며, 주파수 도메인에서 광대역의 폭 내에 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 주파수 성분을 포함할 수 있다.
그러나, 발광부(10)의 구성은 이에 제한되지 않으며 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 광대역의 가간섭 광을 방출할 수 있는 다른 구성을 포함한다. 예를 들면, 발광부(10)는 단일 파장의 광을 방출하는 시드 레이저(seed laser)와, 시드 레이저로부터 입사되는 광으로부터 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 광대역 레이저를 방출하도록 해주는 주파수 발생기와, 증폭기를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 주파수 발생기의 반복률은 기준 클럭(Rb-reference clock)에 잠금되어 안정화될 수 있으며 광섬유(optical fiber)로 구성될 수도 있다.
발광부(10)에서 방출된 광은 콜리메이션 렌즈(collimation lens, 11)에 의해 평행광이 되며, 편광 성분에 따라 빔을 분할하는 편광 빔 분할기(polarization beam splitter, 70)에 의해 분할되어 피측정물(20)과 기준 거울(reference mirror, 60)에 각각 입사할 수 있다.
이때, 콜리메이션 렌즈(11)와 편광 빔 분할기(70)의 사이에 편광자(polarizer, 미도시)를 추가적으로 배치할 수 있으며, 편광자의 각도를 조절함으로써 피측정물(20)과 기준 거울(60)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다.
편광 빔 분할기(70)와 피측정물(20)의 사이 및 편광 빔 분할기(70)와 기준 거울(60)의 사이에는 각각 제1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate, 23) 및 제2 1/4 파장판(61)이 배치될 수 있다.
제1 1/4 파장판(23)은 피측정물(20)에 입사되는 광과 피측정물(20)로부터 반사되는 광의 편광축이 90도만큼 차이나도록 위상 지연을 일으킴으로써, 편광 빔 분할기(70)을 투과하여 피측정물(20)에 입사된 광이, 피측정물(20)에 의해 반사된 후 다시 편광 빔 분할기(70)로 입사되어 편광 빔 분할기(70)에 의해 반사되도록 해준다.
제2 1/4 파장판(23)도 제1 1/4 파장판(23)과 동일한 역할을 하므로 그 기재를 생략한다.
본 실시예의 홀 측정 장치(1)는, 편광 빔 분할기(70), 제1 및 제2 1/4 파장판(23, 61)을 구비하도록 구성되지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 편광 빔 분할기(70)는 광의 경로를 분할할 수 있는 다른 구성으로 대체될 수 있으며 제1 및 제2 1/4 파장판(23, 61)은 생략 가능하다.
그러나, 홀 측정 장치(1)가 편광 빔 분할기(70), 제1 및 제2 1/4 파장판(23, 61)을 구비하도록 구성하는 경우, 원하지 않는 영역으로 광이 진행하여, 제1 및 제2 검출기(30, 40)에 도달하는 광량을 감소시키는 것을 최소화할 수 있다.
본 실시예의 피측정물(20)은 적어도 하나의 홀(25)을 구비하며, 발광부(10)로부터 입사되는 광의 일부를 제1 면(27) 및 홀(25)의 바닥면(25a)에서 반사시킬 수 있다. 이때, 피측정물(20)의 발광부로부터 광이 입사되는 방향에는 제1 집속 렌즈(21)가 배치될 수 있다.
또한, 피측정물(20)에는 피측정물(20)을 이동시키는 구동부(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 구동부에 의해 피측정물(20)을 X, Y 및 Z 축으로 이동시킬 수 있다. 도 2에서, X축은 Y 및 Z 축에 수직한 축을 의미한다.
이때, 피측정물(20)의 제1 면(27)에서 반사된 광과 기준 거울(60)에서 반사된 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호 및 피측정물(20)에 구비된 홀(25)의 바닥면(25a)에서 반사된 광과 기준 거울(60)에서 반사된 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호를 제1 검출기(30)에서 수광하여, 홀(25)의 깊이(d)를 산출할 수 있다.
또한, 피측정물(20)을 X, Y 또는 Z축으로 이동시키면서 제2 검출기(30)에서 피측정물(20)에 의해 반사된 광을 수광함으로써 홀(25)이 배치된 피측정물(20)의 형상을 정확하게 측정할 수 있다.
일반적으로, 피측정물(20)의 홀(25)이 배치된 면은 평탄하지 않을 수 있으며 평탄하지 않은 피측정물(20)의 제1 면(27)의 어느 부분을 기준으로 하느냐에 따라 홀(25)의 깊이(d)가 다르게 측정될 수 있다. 이는, 홀(25)의 깊이(d)의 측정 오차를 유발할 수 있으므로, 피측정물(20)의 형상을 홀(25)의 깊이와 함께 측정함으로써 정확한 홀(25)의 깊이를 측정할 수 있다. 또한, 피측정물(20)의 형상 측정은 홀(25)의 형상, 즉 홀(25)의 지름이나 형태 등의 측정을 포함할 수 있음은 물론이다.
홀(25)의 깊이(d) 및 피측정물(20)의 형상 측정에 관한 자세한 설명은 후술한다.
피측정물(20)에서 반사된 광은 빔 분할기(beam splitter, 50)에서 제1 경로(81) 및 제2 경로(82)로 진행하도록 분할된다. 또한, 기준 거울(60)에 의해 반사된 기준광도 빔 분할기(beam splitter)에 의해 분할되며, 제1 광 검출기(30)는 제1 경로(81)로 진행된 피측정물(20)에서 반사된 광과 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호를 수광한다.
이때, 제1 광 검출기(30)의 광이 입사되는 방향에는 편광자(31)가 추가적으로 배치될 수 있으며, 편광자(31)는 서로 수직으로 편광되어 있는, 피측정물(20)에서 반사된 광과 기준광의 편광을 원편광으로 바꿔줌으로써 두 광의 간섭이 가능하도록 해준다.
그러나, 상술한 바와 같이 편광 빔 분할기(70)를 사용하지 않고 빔을 분할할 수 있는 다른 구성을 사용하는 경우, 편광자(31)는 생략될 수 있다.
이하, 간섭 신호를 이용한 홀(25)의 깊이 측정 방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
일반적으로 간섭 신호(I)는 광경로차(L)에 관한 함수이며, 하기의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure pat00001
여기서, I1, I2는 간섭을 일으키는 두 개의 광 각각의 조도(intensity)이며, c는 광속, f는 주파수를 나타낸다.
일반적으로 단일 파장을 갖는 광을 사용한 간섭계의 경우, 기준 거울을 이동시키면서 간섭 신호를 획득하고 이를 분석함으로써, 광경로차(L)를 구할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 홀 측정 장치(1)는, 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 광대역 레이저 광을 사용하므로, 기준 거울(60)을 이동시킬 필요 없이 각각의 주파수(f)에 대응되는 복수 개의 간섭 신호로부터 광경로차(L)를 구할 수 있다.
이때, 제1 광 검출기(30)는 광 스펙트럼 분석기(OSA; optical spectrum analyzer)일 수 있으며, 각각의 주파수에 대응되는 간섭 신호의 주기를 구함으로써 광경로차(L), 즉 홀(25)의 깊이(d)를 산출할 수 있다.
상기 구성에 의해, 빠르고 정확하게 홀(25)의 깊이를 측정할 수 있다.
피측정물(20)에서 반사되어 빔 분할기(50)에 의해 제2 경로(82)로 진행된 광은 편광 빔 분할기(45)에 의해 반사되어 제2 광 검출기(40)에 의해 검출될 수 있다.
이때, 기준 거울(60)에서 반사된 기준광은 편광 빔 분할기(45)를 투과하므로, 제2 광 검출기(40)는 기준광을 수광하지 않고 피측정물에서 반사된 광만을 수광할 수 있다.
제2 광 검출기(40)의 광이 입사되는 방향에는 제2 집속 렌즈(41)가 배치될 수 있으며, 제2 집속 렌즈(41)와 제2 광 검출기(40) 사이에는 핀홀(pinhole, 43)이 배치될 수 있다.
제2 광 검출기(40)는 피측정물(20) 및 홀(25)의 형상을 측정하기 위한 것으로 포토다이오드(photodiode) 등의 1차원 광 검출 장치일 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 제2 광 검출기(40)는 CCD(charge coupled device) 등의 2차원의 광 검출 장치일 수 있다.
이하, 제2 광 검출기(40)에 의한 피측정물(20)의 형상 측정 방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
제1 집속 렌즈(21)에 의해 집속된 광은 피측정물(20)에서 반사되며, 제2 집속 렌즈(21)에 의해 집속되어 제2 광 검출기(40)에 수광된다. 이때, 제1 집속 렌즈(21)의 초점 위치와 피측정물(20)의 반사면 사이의 거리에 따라 제2 집속 렌즈(41)를 지나 제2 광 검출기(40)로 입사되는 광의 경로가 달라지며, 제2 집속 렌즈(41)와 제2 광 검출기(40) 사이에 배치된 핀홀(43)에 의해 일부 광이 차단되는 현상이 발생한다.
즉, 핀홀(43)에 의해 차단되는 광량이 커질수록 제2 광 검출기(40)에 도달하는 광량은 줄어든다.
이러한 원리를 이용하여, 피측정물(20)의 Z축 방향의 위치를 변화시키면서 제2 광 검출기(40)에 도달하는 광량이 최대가 되는 점, 즉 Z축 방향(깊이 방향)의 형상 정보를 얻고, 피측정물(20)을 XY 평면 상에서 이동시키면서 동일한 과정을 반복한다.
최종적으로, X 및 Y축 좌표와 Z축 형상 정보를 대응시킴으로써 3차원 형상을 복원할 수 있다.
이러한, 피측정물(20)의 형상 정보는 당연히 피측정물(20)에 배치된 홀(25)의 형상 정보를 포함하며, 이로부터 홀(25)의 지름 및 형태를 알 수 있다.
본 실시예의 홀 측정 장치(1)는, 상술한 바와 같이 제1 광 검출기(30)에 의해 홀(25)의 깊이를 빠르고 정확하게 측정하고, 이와 동시에 피측정물(20)의 형상 및 홀(25)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(2)를 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(2)는 다른 구성은 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)와 동일하며, 도 1의 기준 거울(60)을 구비하지 않는다는 차이점만 존재한다. 따라서, 이하에서는 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)와 동일한 구성에 관한 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(2)는, 피측정물(20)의 제1 면(도 2, 27) 및 홀(도 2, 25)의 바닥면(도 2, 25a)에서 반사되는 두 광의 중첩에 의한 간섭 신호로부터 홀(25)의 깊이(d)를 측정할 수 있다.
상기 구성에 의해, 기준 거울(60)의 진동 등에 의한 측정 오차를 줄일 수 있으므로, 홀(25)의 깊이(d) 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 간섭을 일으키는 두 광이 모두 피측정물(20)에서 반사되므로, 피측정물(20)의 진동 등에 의한 오차는 서로 상쇄되므로, 측정 결과에 영향을 미치지 않는다.
또한, 피측정물(20)의 형상을 측정하는 제2 검출기(40)에 기준 거울(60)에서 반사된 기준광이 개재될 여지가 없으므로, 빔 분할기(50)와 제2 집속 렌즈(41) 사이에 배치되었던 편광 빔 분할기(도 1, 45)를 생략할 수 있으므로, 구성을 간소화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(3)를 나타낸 구성도이고, 도 5는 도 4의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(3)에 구비된 피측정물(20)에서 반사되는 광을 나타낸 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(3)는 다른 구성은 도 1의 홀 측정 장치(1)와 동일하며, 피측정물(20)의 배치에만 차이점이 존재한다. 따라서, 이하에서는 도 1의 홀 측정 장치(1)와 동일한 구성에 관한 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(3)에 구비된 피측정물(20)은 적어도 하나의 홀(25)이 배치된 제1 면(27)과, 이에 대향하는 제2 면(29)을 구비하며, 발광부(10)로부터 방출된 광은 제2 면(29) 방향으로 입사될 수 있다.
발광부(10)에서 방출되는 광은 피측정물(20)을 투과하는 특성을 가지며, 피측정물(20)에 입사된 광은, 제1 면(27), 제2 면(29) 및 홀(25)의 바닥면(25a)에서 반사될 수 있다.
기준 거울(60)에서 반사된 기준광과 제1 면(27)에서 반사된 광, 기준광과 제2 면(29)에서 반사된 광 및 기준광과 홀(25)의 바닥면(25a)에서 반사된 광 사이의 간섭 신호 및 피측정물(20)의 굴절률로부터 제1 면(27)과 제2 면(29) 사이의 거리, 즉 피측정물(20)의 두께(t1)와, 제2 면(29)과 홀(25)의 바닥면(25a) 사이의 거리(t2), 및 홀(25)의 깊이(d)를 측정할 수 있다.
제2 검출기(40)에 의한 피측정물(20) 및 홀(25)의 형상 측정 방법은 도 1의 홀 측정 장치(1)와 동일하며, 다만, 본 실시예의 경우, 제1 집속 렌즈(21)에 의해 집속되는 광의 위치가 피측정물(20)의 제1 면(27)에 대응되도록 피측정물(20)의 Z축 방향의 위치를 조절하여야 하며, 피측정물(20)의 형상 복원시 피측정물(20)의 굴절률을 고려하여야 한다.
도 6은 도 1의 실시예에 관한 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)를 이용하여 홀의 형상 및 깊이를 동시에 측정하는 방법의 단계들을 나타낸 순서도이다.
본 실시예의 홀 형상 및 깊이 측정 방법은, 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부(10)로부터, 적어도 하나의 홀(25)을 구비하며 발광부(25)로부터 입사되는 광을 제1 면(27) 및 홀(25)의 바닥면(25a)에서 반사하는 피측정물(20)에 광을 조사하는 단계(S110) 및 피측정물(20)에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울(60)에 광을 조사하는 단계(S120)와, 빔 분할기(50)에 의해 피측정물(20)에서 반사된 광이 제1 경로(81) 및 제2 경로(82)로 진행하도록 분할하는 단계(S130)와, 제1 광 검출기(30)에 의해 제1 경로(81)로 진행된 피측정물(20)에서 반사된 광과 기준광의 중첩에 의한 간섭광을 수광하는 단계(S140)와, 제2 광 검출기(40)에 의해 제2 경로로 진행된 피측정물(20)에서 반사된 광을 수광하는 단계를 포함한다.
또한, 제1 검출기(30)에서 수광된 간섭 신호로부터 홀(25)의 깊이를 산출하는 단계(S160)와 제2 검출기(30)로부터 수광된 피측정물(20)로부터 반사된 광으로부터 홀(25) 및 피측정물(20)의 형상을 복원하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)에 의한 홀 형상 및 깊이 측정 방법에 관한 것으로, 도 3의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(2)에 의해 홀을 측정하는 경우, 기준 거울에 광을 조사하는 단계(S120)가 생략될 수 있으며, 제1 검출기(30)에서 의해 피측정물(20)에서 반사된 광과 기준광의 중첩에 의한 간섭광을 수광하는 단계(S140)는 피측정물(20)에서 반사된 광들의 중첩에 의한 간섭광을 수광하는 단계로 대체될 수 있다.
또한, 광을 조사하는 단계(S110, S120)는, 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 광대역의 가간섭 광을 조사하는 단계를 포함하며, 제1 광 검출기(30)에 의해 간섭광을 수광하는 단계(S140)는, 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)에 의해 복수 개의 주파수 성분에 각각 대응되는 간섭광들을 수광하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제2 광 검출기(40)에 의해 피측정물(20)에서 반사된 광을 수광하는 단계(S150)는, 제2 광 검출기(40)에 의해 기준광을 수광하지 않고 피측정물(20)에서 반사된 광만을 수광하는 단계를 포함할 수 있다.
홀 형상 및 깊이 측정 방법에 관해서는, 도 1의 홀 형상 및 깊이 측정 장치(1)에 관한 설명과 함께 기술되었으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1, 2, 3: 홀 형상 및 깊이 측정 장치
10: 발광부 11: 콜리메이션 렌즈
20: 피측정물 21: 제1 집속 렌즈
23: 제1 1/4 파장판 25: 홀
25a: 홀의 바닥면 27: 제1 면
29: 제2 면 30: 제1 광 검출기
31: 편광자 40: 제2 광 검출기
41: 제2 집속 렌즈 43: 핀홀
45, 70: 편광 빔 분할기 50: 빔 분할기
60: 기준 거울 61: 제2 1/4 파장판
81: 제1 경로 82: 제2 경로

Claims (14)

  1. 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부;
    적어도 하나의 홀(hole)을 구비하며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 상기 광이 입사되는 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사하는 피측정물;
    상기 피측정물에서 반사된 광이 제1 및 제2 경로로 진행하도록 상기 반사된 광을 분할하는 빔 분할기(beam splitter);
    상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 간섭 신호로부터 상기 홀의 깊이를 측정하는 제1 광 검출기; 및
    상기 제2 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하여, 상기 홀의 형상을 측정하는 제2 광 검출기;를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광대역의 가간섭 광은 복수 개의 주파수 성분을 포함하며, 상기 제1 광 검출기는 상기 복수 개의 주파수 성분에 각각 대응되는 간섭광들을 검출하는 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)인 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 발광부로부터 입사되는 광을 반사하며, 상기 피측정물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울을 더 구비하며,
    상기 제1 광 검출기는, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광 및 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호로부터 상기 홀의 깊이를 측정하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 검출기는, 상기 기준광을 수광하지 않고 상기 피측정물에서 반사된 광만을 수광하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항에 있어서,
    상기 피측정물을 이동시키는 구동부를 더 구비하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  6. 제1 항 내지 제4 항에 있어서,
    상기 피측정물의 제1 면에 적어도 하나의 홀이 배치되고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 제1 면 방향으로 입사되며, 상기 입사된 광은 상기 제1 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사되는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  7. 제1 항 내지 제4 항에 있어서,
    상기 피측정물의 제1 면에 적어도 하나의 홀이 배치되고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 제1 면에 대향하는 제2 면 방향으로 입사되며, 상기 입사된 광은 상기 제1 면, 상기 제2 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사되는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  8. 제1 항 내지 제4 항에 있어서,
    상기 피측정물의 상기 발광부로부터의 광이 입사되는 방향에 배치된 제1 집속 렌즈와, 상기 제2 검출기의 상기 피측정물에서 반사된 광이 입사되는 방향에 배치된 제2 집속 렌즈를 더 구비하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 빔 분할기와 상기 제2 집속 렌즈 사이에 배치되며, 입사광의 편광 상태에 따라 상기 입사광을 반사 또는 투과하는 편광 빔 분할기(polarization beam splitter)를 더 구비하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 집속 렌즈와 상기 제2 검출기의 사이에 배치된 핀홀(pinhole)을 더 구비하는 홀 형상 및 깊이 측정 장치.
  11. 광대역의 가간섭 광을 조사하는 발광부로부터, 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 상기 광이 입사되는 면 및 상기 홀의 바닥면에서 반사하는 피측정물에 광을 조사하는 단계;
    상기 피측정물에서 반사된 광을 빔 분할기(beam splitter)에 의해, 제1 및 제2 경로로 진행하도록 분할하는 단계;
    제1 광 검출기에 의해, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광에 의해 형성된 간섭광을 수광하는 단계; 및
    제2 광 검출기에 의해, 상기 제2 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하는 단계;를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계는, 복수 개의 주파수 성분을 포함하는 상기 광대역의 가간섭 광을 조사하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 광 검출기에 의해 간섭광을 수광하는 단계는, 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)에 의해 상기 복수 개의 주파수 성분에 각각 대응되는 간섭광들을 수광하는 단계를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 피측정물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울에 광을 조사하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 광 검출기에 의해 간섭광을 수광하는 단계는, 상기 제1 경로로 진행된 상기 피측정물에서 반사된 광과, 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭광을 수광하는 단계를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 광 검출기에 의해 상기 피측정물에서 반사된 광을 수광하는 단계는, 상기 제2 광 검출기에 의해 상기 기준광을 수광하지 않고 상기 피측정물에서 반사된 광만을 수광하는 단계를 포함하는 홀 형상 및 깊이 측정 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533997B1 (ko) * 2014-02-03 2015-07-06 한국표준과학연구원 유체 렌즈를 이용한 다층 구조 측정 장치 및 그 측정 방법
WO2016076626A1 (ko) * 2014-11-13 2016-05-19 주식회사 고영테크놀러지 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101551609B1 (ko) 2015-06-10 2015-09-08 한국기초과학지원연구원 웨이퍼 홀 특성 분석 장치 및 그 제어 방법
KR101678891B1 (ko) * 2015-12-24 2016-11-23 조선대학교산학협력단 분산판을 이용한 방향판별 분산간섭계 및 이를 이용한 측정시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09145330A (ja) * 1995-11-20 1997-06-06 Nikon Corp 段差測定装置
KR101056926B1 (ko) * 2009-02-20 2011-08-12 전북대학교산학협력단 Ｏｆｆ-ａｘｉｓ 방식의 이중 파장 디지털 홀로그래피를 이용한 3Ｄ 측정장치
KR101091111B1 (ko) * 2010-03-09 2011-12-09 한국표준과학연구원 광축주사 과정을 제거한 공초점 현미경 및 초점검출 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533997B1 (ko) * 2014-02-03 2015-07-06 한국표준과학연구원 유체 렌즈를 이용한 다층 구조 측정 장치 및 그 측정 방법
WO2016076626A1 (ko) * 2014-11-13 2016-05-19 주식회사 고영테크놀러지 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치
EP3220100A4 (en) * 2014-11-13 2017-09-20 Koh Young Technology Inc. Three-dimensional shape measuring apparatus using diffraction grating
US10533844B2 (en) 2014-11-13 2020-01-14 Koh Young Technology Inc. Three-dimensional shape measuring apparatus using diffraction grating

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