KR20170103418A

KR20170103418A - 패턴광 조사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170103418A
Application number: KR1020160026310A
Authority: KR
Inventors: 홍종규
Original assignee: 주식회사 고영테크놀러지
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-13
Also published as: EP3876017A1; EP3425437A4; CN108780208A; EP3876017B1; US20200333135A1; CN108780208B; EP3425437B1; EP3425437A1; WO2017150948A1; US11002534B2; KR102079181B1

Abstract

패턴광 조사 장치가 개시된다. 패턴광 조사 장치는 광원과 패턴 격자 및 조리개를 포함하고, 패턴 격자는 투과부와 차단부가 반복되는 형태의 줄무늬 형상을 포함하며, 조리개는 개구부의 단면이 사인파의 곡선 형태를 포함한다. 패턴광 조사 장치로부터의 패턴광을 대상물에 조사할 때 디포커싱을 함으로써 이상적인 시누소달 형태의 패턴광을 대상물에 조사할 수 있고, 이에 따라 우수한 품질의 3차원 영상을 획득하는 것이 가능하다.

Description

패턴광 조사 장치 및 방법 {PATTERN LIGHTING APPARTUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 패턴광 조사 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광원으로부터의 빛을 격자를 통과시켜 디포커싱하여 측정 대상물에 패턴광을 조사하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 형상 측정 장치는 격자를 이용한 패턴광을 조사하여, 상기 격자 패턴광의 반사 이미지를 촬영함으로써 상기 측정 대상물의 3차원 형상을 측정한다. 패턴광을 조사하기 위한 광 조사 장치는, 광원 앞에 일정한 패턴, 예를 들면 시누소달(sinusoidal) 형태의 패턴광(또는, 사인파 형태의 패턴광)을 형성하기 위한 용도의 격자(grating)을 위치시켜, 광원으로부터의 광이 격자를 통과하여 패턴광 형태로 조사되는 방식을 활용하고 있다.

예를 들어, 도 1에는 종래의 기판 검사 장치에 있어서, 기판에 대한 영상을 측정하기 위한 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부 및 영상을 측정하기 위한 측정부의 구성이 도시되어 있다. 패턴광 조사 장치(110)는 광원(111), 격자(112, 또는 "패턴 격자"라고도 함), 격자 이송 도구(113) 및 렌즈(114)를 포함하고, 광원(111)로부터 조사되는 광이 격자(112)를 통과하여 생성되는 패턴광이 검사 대상 기판(170)에 조사되며, 조사된 영상이 카메라부(120)에 의해 측정된다. 패턴광의 위상을 변화시켜 가면서 조사함으로써, 위상이 다른 여러 패턴광이 검사 대상 기판에 조사되어 발생되는 모아레 무늬로부터 3차원 영상을 형성하는 기술이 활용되고 있으며, 패턴광의 위상을 변화시키기 위한 방법으로는, 압전 소자(piezoelectric transducer: PZT)를 포함하는 격자 이송 도구(113)가 격자(112)에 미세 진동을 전달함으로써 패턴광의 위상을 변동하는 방법이 활용된다.

최근에는 광원으로부터의 광을 패턴 격자를 통과시켜 패턴광을 형성하는 방식의 패턴광 조사 장치를 활용하는 대신, 광학 패널을 이용하여 패턴 영상을 대상물에 조사하는 방법 또한 활용되고 있다. 광학 패널을 활용하는 경우에는, 서로 다른 복수의 패턴 영상을 순차적으로 조사하는 것만으로도 위상이 변화하는 패턴광을 대상물에 조사할 수 있어, 패턴 격자나 PZT를 활용한 기계적인 구조의 격자 이송 도구와 같은 구성이 필요하지 않다. 특히, 디지털 방식의 패턴광 조사 장치는 패턴광의 디지털 이미지를 변경하는 것만으로 상기한 패턴광의 위상차뿐만 아니라 패턴의 폭, 즉 패턴의 피치(pitch)를 편리하게 조정할 수 있는 등의 장점이 있어 널리 활용되고 있다.

이상과 같이 설명된 바에 따르는 기판 검사 장치에 있어서는, 일정한 형태의 패턴광을 대상물에 조사하고, 조사된 패턴광이 대상물에서 형성하는 이미지를 측정하고, 이미지의 각 화소에 대해 버킷 알고리즘 적용을 통하여 높이를 측정하는 방식을 통해 3차원 영상을 생성한다. 여기서 패턴광이 갖는 명암 패턴이 시누소달 형태의 줄무늬, 즉 밝은 부분과 어두운 부분의 명암의 변화가 사인파 곡선을 따르는 형태의 패턴을 갖는 경우에 3차원 영상의 측정 품질을 높일 수 있어, 기판의 검사를 위한 3차원 영상 측정에 있어서 이와 같은 시누소달 형태의 패턴광을 생성 및 조사하는 것이 기술적 과제로 남아 있다.

그런데, 광원과 격자를 이용하여 패턴광을 형성하는 경우, 빛의 직진성으로 인해 물리적으로는 단순한 줄무늬 형태의 격자를 이용하여 시누소달 형태의 패턴광을 형성하는 것이 불가능하다. 투과부와 개구부가 교번하여 형성되는 형태의 일반적인 줄무늬 격자를 사용한다면 투과부(개구부)를 통해서는 빛이 통과하고, 차단부에서는 빛이 차단됨으로써, 패턴광을 조사하는 영역에는 단순한 줄무늬의 패턴광이 형성될 뿐이며, 3차원 영상의 획득을 위한 시누소달 형태의 패턴광은 단순한 줄무늬 모양의 격자를 사용하는 방식으로는 획득하는 것이 불가능하다.

따라서, 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위한 용도로, 도 2에 도시된 것과 같은 패턴 격자가 활용되고 있다. 광원으로부터의 광을 도 2의 패턴 격자(220)를 통과시키면 세로 방향으로 사인파와 유사하게 명암이 변화하는 가로 줄무늬를 갖는 패턴광(240)을 조사할 수 있는데, 이는 세로 방향에 따라, 패턴 격자의 각 부분의 투과율을 서로 다르게 함으로써 가능하다. 도 2의 패턴 격자(220)는 빛의 투과율을 4단계로 다르게 한 경우의 예시로서, 빛을 가장 많이 투과시킬 수 있는 중앙 부분(221)과, 빛을 가장 많이 차단하는 부분(224)가 있고, 그 사이에는 투과율이 중앙 부분(221)과 차단 부분(224)의 중간 정도에 해당하는 부분들(222, 223)이 배치되어 있다. 광을 차단하는 부분(224)를 중심으로 하여, 대칭적으로 투과율이 중간 정도에 해당하는 부분(223, 222)가 배치된다.

광원으로부터의 광이 도 2에 나타난 것과 같은 패턴 격자를 통과하는 경우, 패턴 격자의 각 부분을 통과하는 빛의 양이 달라짐에 따라 측정 대상물에서 명암이 변화하는 패턴이 형성된다. 광원으로부터의 광은 패턴 격자(220)의 부분(221)은 전량 통과할 수 있기 때문에 대상물 표면에서는 패턴의 가장 밝은 부분(231)을 형성하고, 부분(224)에서는 모든 광이 차단되므로 가장 어두운 부분(234)를 형성하며, 부분(222)와 부분(223)은 각각 투과율에 따라 다소 어두워진 패턴을 형성하므로, 최종적으로 대상 영역에는 세로 방향에 따라 주기적으로 명암이 변화하는 패턴광(240)이 조사된다.

이러한 패턴 격자(220)를 이용하면 줄무늬 형상의 격자(112)보다 명암의 변화가 뚜렷한 패턴광을 조사할 수 있다. 그러나, 패턴 격자(220)를 통하여 생성한 패턴광도 패턴의 명암 변화가 4단계에 그쳐, 실제 패턴광의 명암 변화가 사인파와는 여전히 상이한 형태를 갖는 한계가 존재하고, 이를 사인파와 유사하게 만들기 위해서는 명암의 단계를 더욱 세분화할 필요가 있으므로, 격자의 제작 비용과 난이도가 상승한다. 특히, 격자를 제작할 때 가공이 가능한 최소 크기가 존재하기 때문에, 명암 변화를 세분화하고자 하는 경우 한 주기의 명암 변화를 나타내기 위한 크기, 즉 패턴의 피치를 일정 수준 이하로는 줄일 수 없는 문제점이 존재한다. 또한, 고정된 패턴 격자를 사용하여 패턴광을 조사하여야 하므로, 피치를 다르게 한 패턴광을 조사하기 위해서는 촬영을 중단하고 격자를 교체하거나, 복수의 패턴광 조사 장치를 활용하여야 하는 등의 불편함이 존재한다.

한편, 최근에는 LCD, LCOS, DMD 등을 이용한 디지털 프로젝터를 이용하여 패턴광을 조사하는 방법이 활용되기도 한다. 이 경우, 별도의 패턴 격자를 사용하지 않더라도 단순히 프로젝터에서 패턴 영상을 조사함으로써 대상 영역에 패턴광을 조사하는 것이 가능하고, 앞서 패턴 격자를 사용하는 방식과 비교하였을 때 격자를 가공 및 제작하기 위해 필요한 비용이 줄어들고, 다양한 피치를 갖는 패턴광을 보다 손쉽게 형성 및 조사할 수 있다는 부분에서 장점을 갖는다.

그러나 이러한 방식 또한 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위해서는 많은 수의 픽셀들을 필요로 하게 되는 문제점이 있다. 앞서 줄무늬 격자(112)와 패턴 격자(220)의 비교에서와 마찬가지로, 명암이 변화하는 시누소달 형상의 패턴광을 조사하기 위해서는 패턴의 명암이 변화하는 정도를 세분화하면 할수록 패턴 이미지가 많은 픽셀을 사용하여 패턴을 표현하여야 하므로, 활용 가능한 최소 피치가 증가하거나 또는 패턴 영상의 용량이 증가하는 것과 같은 문제점으로 이어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 효율적으로 이상적인 시누소달 형태의 패턴광을 형성하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 광원으로부터의 광속들이 격자와 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서, 상기 격자는 광원으로부터의 빛을 투과하는 투과부와, 광원으로부터의 빛을 차단하는 차단부가 교번하여 배치되는 줄무늬 형상이고, 상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개 및 상기 격자를 조정하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴을 시누소달 형태로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 광원으로부터의 광속들이 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서, 상기 광원은 줄무늬 이미지를 조사하고, 상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개를 조절하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴이 시누소달 형태의 명암을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 패턴광의 시누소달 형태가, 상기 조리개의 개구부의 크기를 변경함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 패턴광의 시누소달 형태가, 상기 광원과 상기 격자 사이의 거리, 상기 격자와 상기 격자와 상기 광원 사이의 거리 또는 상기 조리개와 상기 광원 사이의 거리를 변경함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 패턴광의 시누소달 형태가, 상기 조리개와 상기 광원 사이의 거리를 변경함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 조리개의 개구부가, 곡선을 상호 대칭으로 결합한 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 결합한 형상은 원형이거나 타원형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 조리개의 개구부는 상기 줄무늬에 수직하는 방향을 기준으로 두 개의 반주기 사인파 형상을 상호 대칭으로 결합한 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 조리개의 개구부는 다각형 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 조리개의 위치에서 형성되는 상기 격자의 차단부에 의한 그림자의 세로 폭은 상기 조리개의 개구부의 세로 폭과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 상기 조리개의 위치에서 형성되는 상기 줄무늬의 어두운 부분의 세로 폭은 상기 조리개의 개구부의 세로 폭과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 광원이 DMD 소자를 사용하는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing) 방식의 광원, LED 광원, LCD 광원 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치는, 광원이 광원으로부터의 광을 마이크로미러를 포함하는 DMD 소자에 반사시켜 줄무늬 이미지를 조사하는 디지털 광원 처리 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 기판 검사 장치는, 광조사부 및 측정부를 포함하고, 상기 광조사부는, 광원으로부터의 광속들이 격자와 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서, 상기 격자는 광원으로부터의 빛을 투과하는 투과부와, 광원으로부터의 빛을 차단하는 차단부가 교번하여 배치되는 줄무늬 형상이고, 상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개 및 상기 격자를 조정하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴을 시누소달 형태로 하는 패턴광 조사 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 기판 검사 장치는, 광조사부 및 측정부를 포함하고, 상기 광조사부는, 광원으로부터의 광속들이 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서, 상기 광원은 줄무늬 이미지를 조사하고, 상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개를 조절하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴이 시누소달 형태의 명암을 갖도록 하는 패턴광 조사 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 방법은, 본 발명에 따르는 패턴광 조사 장치로부터 조사되는 패턴광을 디포커싱하여 상기 대상물에 시누소달 형태의 패턴광을 조사하는 디포커싱조사단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 방법은, 상기 디포커싱에 앞서 상기 패턴광 조사 장치로부터 조사되는 패턴광이 상기 대상물에 초점이 맞도록 상기 시누소달 형태의 패턴광을 조사하는 포커싱조사단계를 더 포함하고, 상기 디포커싱조사단계는 상기 포커싱조사단계 이후 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위하여 상기 광원과 상기 조리개의 위치 관계를 조절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 패턴광 조사 장치를 통해서, 단순한 온-오프 형태만을 갖는 줄무늬 격자를 이용하더라도 3차원 형상의 측정에 필요한 패턴광의 명암 패턴이 이상적인 사인파를 따르는 시누소달 패턴광을 형성 및 조사하는 것이 가능하고, 이에 따라 대상물의 정밀한 3차원 형상을 획득하는 것이 가능하다.

본 발명의 패턴광 조사 장치에 따라, 종래 명암이 변화하는 패턴광을 조사하기 위해 활용하던 복잡한 형태의 격자를 사용하지 않고, 단순한 온-오프 형태의 줄무늬 격자를 사용하더라도 명암이 변화하는 패턴광을 조사할 수 있어, 격자의 제조에 따르는 비용을 줄일 수 있으며, 더욱 정교한 패턴광을 조사하는 것이 가능하다.

본 발명의 패턴광 조사 장치에 의해, 광학 패널을 이용하는 패턴광 조사 장치의 경우에 종래의 방식에 비해 보다 월등한 해상도를 갖는 패턴광을 조사하는 것이 가능하다.

본 발명의 패턴광 조사 장치에 의해, 동일한 주사 조건에서도 격자의 위치를 변경하는 것만으로도 다양한 주기를 갖는 패턴을 조사하는 것이 가능하다.

본 발명의 패턴광 조사 장치에 의해, 패턴광의 밝은 부분과 어두운 부분의 명암비(contrast)의 차를 극대화함으로써 더욱 정밀한 3차원 영상을 획득하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 패턴광 조사 장치를 활용한 3차원 형상 측정 장치를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 패턴광 조사 장치가 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위해 사용하고 있는 격자 및 이로부터 발생된 패턴광의 모습을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치와 이를 이용한 패턴광의 조사를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치에 사용될 수 있는 조리개의 형상의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치가 패턴광을 조사할 때 조리개와 격자 및 광원 사이의 거리 변동의 영향을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치와 이를 이용한 패턴광의 조사를 도시한 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 특정한 단어들이 사용되었으나, 당업자는 이러한 단어가 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 3차원 영상 측정을 위한 이상적인 모양의 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위한 발명으로서, 여기서의 시누소달 형태의 패턴광은 경우에 따라 시누소달 패턴광, 사인파 패턴광, 사인파 형상의 패턴광, 사인파 형태의 패턴광 등으로 표현되는 경우가 있으나, 모두 동일한 형태의 패턴광을 가리키는 것임을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 빛을 완전히 차단하는 차단부와, 빛을 완전히 투과시키는 투과부가 번갈아가면서 나타나는 줄무늬 모양의 패턴 격자를 사용하여 사인파 형태의 패턴광을 조사하는 방법을 포함한다. 본 명세서를 통해서 "줄무늬 모양의 격자"라고 지칭되는 구조는 차단부와 투과부가 교번하는 형태의 패턴 격자를 말하는 것이다. 본 명세서에서는 상기 줄무늬 모양의 패턴 격자를 지칭하는 용어로, "온-오프 형태의 패턴 격자"를 사용할 수 있으며, 그 외에도 상기 차단부와 투과부가 교번하는 형상의 패턴 격자를 나타내는 다른 용어 또한 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치(300)는 광원(310), 격자(320), 조리개(330) 및 렌즈(350)로 구성되어 있으며, 상기 조리개(330)는 개구부(340)를 포함한다.

패턴광 조사 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 광원(310)으로부터의 광은 격자(320)를 통과하고 이후 조리개(330)의 개구부(340)을 통해 렌즈(350)에 입사하고, 최종적으로 결상면인 검사 대상물(380), 예를 들면 반도체용 기판의 표면에 조사된다. 광원으로부터의 광은 격자(320)의 차단부(324)에 의해 일부 광속이 차단되어 결상면에 그림자, 즉 패턴의 어두운 부분을 형성하고, 격자(320)의 투과부(322)를 통과하는 광속은 결상면에서 패턴의 밝은 부분을 형성한다.

광원(310)은 패턴광을 조사하기 위해 활용되는 종래의 광원을 이용하는 것이 가능하다. 광원(310)은 단순한 백색광원이나, 앞서 설명된 바와 같이 광학 패널 등을 사용한 디지털 프로젝터일 수 있다.

격자(320)는 투과부(322)와 차단부(324)를 갖는 줄무늬 형상의 격자이다. 투과부(322)는 격자의 개구부로서 광원으로부터의 광을 투과시켜 대상물 방향으로 조사되어 검사 대상물의 표면(결상면)에 조사될 수 있게 한다. 차단부(324)는 광원으로부터의 광을 차단시키며, 차단부(324)에 의해 광이 차단당한 대상물의 영역에는 그림자가 생긴다. 격자는 투과부와 차단부가 교번하여 배치되는 형태를 갖는다. 격자의 투과부와 차단부의 각 폭은 조사하고자 하는 패턴광의 피치에 따라 다양할 수 있다.

조리개(330)는 개구부(340)를 갖고, 격자(320)를 통과한 광이 조리개(330)의 개구부(340)를 통과하여, 렌즈(350)를 거쳐 대상물로 조사될 수 있게 한다. 격자의 투과부(322)와 차단부(324)가 교번하고 있기 때문에, 투과부(322)를 통과한 광이 조리개(330)의 개구부(340)를 통과할 수 있고(A), 차단부(324)에 의해 광이 투과하지 못한 경우 그림자가 생겨, 조리개(330)의 개구부(340)에서도 대응되는 위치에는 음영이 생긴다(B).

렌즈(350)을 통과한 광이 결상면(380)에 도달할 때, 광원(310), 격자(320), 렌즈(350) 및 결상면(380) 상호간의 거리와 조리개(330)의 개구부(340)의 크기를 조절하는 등의 방법을 통하여 초점이 맞는 범위 즉 피사계의 심도를 조정할 수 있다. 이 때, 광원으로부터의 광(310)은 격자(320)에 의해 일부가 차단되어 줄무늬 모양의 그림자가 형성되므로, 결상면(380)에 정확히 초점이 맞도록 패턴광 조사 장치의 각 구성 요소들을 조정하면 결상면에는 정확한 줄무늬 모양의 패턴이 형성된다. 따라서, 정확히 상이 맺히는 조건에서 일부 구성요소의 거리 관계나 조리개의 크기 등을 조정함으로써 피사계 심도를 바꾸면, 검사 대상물에 상이 정확히 맺히지 않고 반대로 흐려지는 형태로 맺히도록 하는 이른바 디포커싱이나 아웃포커싱을 행하거나 보케 효과를 얻는 것이 것이 가능하다.

결상면에 초점이 정확히 맞도록 하는 대신, 패턴광 조사 장치의 각 구성 요소들을 조절하여 결상면에 대해 디포커싱되도록 하면, 광원(310)으로부터의 광이 패턴 격자(320)의 투과부(322)를 통과하여 조사면에 생성되는 밝은 부분과, 패턴 격자(320)의 차단부(324)에 의해 차단됨으로써 조사면에 생성되는 그림자 부분이, 각각 초점이 흐려짐에 따라서 밝기가 변화하고, 각 부분이 확장되면서 서로 일부 겹치게 됨에 따라, 패턴의 밝기 변화가 사인파와 유사하게 되는 시누소달 형태의 패턴광을 조사하는 것이 가능하다.

이 때, 조리개의 개구부의 형상은 다양할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 개구부는 일반적인 조리개의 형상과 유사한 원형 개구부(340)일 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 조리개(430)의 개구부(440) 외곽선이 세로 방향을 기준으로 할 때 대칭인 사인파 곡선 형상을 갖는 조리개를 사용할 수 있다. 특히, 조리개의 개구부가 도 4와 같은 형상을 취하는 경우 가장 이상적인 시누소달 형태의 패턴광을 조사할 수 있다. 그러나 반드시 사인파 형태의 조리개를 사용할 필요는 없으며, 획득하고자 하는 3차원 영상의 품질이나 조리개의 가공 비용 등을 고려하면 앞서 설명된 원형 조리개나 타원형, 또는 기타 유사 곡선이나 다각형과 같은 적절한 다른 형상의 조리개를 활용하는 것이 가능하다.

이상과 같은 본 발명의 패턴광 조사 장치를 통하여, 단순한 형태의 줄무늬 격자만을 사용하더라도 이상적인 사인파 형태의 패턴광을 조사하여 3차원 영상의 품질을 높이는 것이 가능하다. 또한, 줄무늬 격자를 만들 때에는, 격자를 가공함에 있어서 가공 가능한 최소한의 단위만을 사용하더라도 온-오프 형태의 줄무늬 격자를 만들 수 있어, 가장 미세한 피치를 갖는 패턴광을 형성하는 것이 가능하고, 격자의 크기를 최소화하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴광 조사 장치에서 조리개와 격자 사이의 거리 관계를 설명하기 위한 도면이다. 이상적인 시누소달 패턴광의 경우, 패턴광에 의해 형성되는 결상면에서의 패턴의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분 사이의 명암(contrast)의 차이가 최대가 되어야 하며, 동시에 가장 밝은 부분과 어두운 부분 사이에서 패턴광의 명암이 변화하는 형태가 사인파의 곡선과 동일 혹은 유사한 형태여야 한다. 사인파의 곡선과 동일한 형태의 명암 변화는 앞서 설명된 바와 같이 단면이 사인파의 곡선 형태를 갖는 형상의 개구부를 갖는 조리개를 통과시킨 패턴광을 대상물에 디포커싱시켜 조사함으로써 획득하는 것이 가능하다. 한편 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분 사이의 명암의 차이를 최대화하기 위해서는 격자의 차단부의 그림자에 의해 빛이 차단되는 경우에는 조리개를 통과하는 빛이 전혀 없어야 하고, 격자의 투과부를 통과하는 빛은 손실 없이 전체가 조리개의 개구부를 통과할 수 있어야 한다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 격자(520)의 차단부(524)에 의해 형성되는 그림자(528)의 세로 폭이, 조리개(530)의 위치에서 개구부(540)의 높이, 즉 세로 방향의 폭(a)보다 커서, 그림자(528)가 개구부(540) 전체를 덮을 수 있는 경우에 시누소달 패턴광의 밝은 부분과 어두운 부분의 명암의 차이가 극대화되는 것이 가능하다. 상기한 바와 같은 위치 관계를 설정하는 방법은 조리개의 개구부의 크기와 격자의 차단부/투과부의 크기를 조절함으로써 가능하고, 격자와 조리개 사이의 거리를 조절하는 것에 의해서도 또한 가능하다. 즉, 격자와 조리개 사이의 거리가 넓어지면 격자의 차단부의 그림자가 커지게 되고, 반대로 격자와 조리개 사이의 거리를 좁히면 격자의 차단부의 그림자가 작아지게 되므로, 차단부의 그림자가 조리개의 개구부를 덮도록 격자와 조리개의 위치 관계를 조절함으로써, 본 발명에 따르는 패턴광 조사 장치는 밝은 부분과 어두운 부분 사이의 명암의 차이가 최대가 되는 패턴광을 조사하는 것이 가능하다.

이상의 실시예를 통해 광원으로부터의 광이 차단부와 투과부를 포함하는 격자를 통과하고 결상면에서 디포커싱되면서 사인파 패턴광을 조사하는 패턴광 조사 장치가 설명되었다. 그러나, 광원으로부터의 광을 격자를 통과시키는 대신 LCD, LCOS, 또는 DMD 소자 등을 사용하는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing) 방식의 디지털 프로젝터를 이용하여 패턴광을 조사하는 방식 또한 가능하다. 일례로, DMD 소자를 사용하는 디지털 프로젝터를 이용하면, 광원으로부터 조사된 광을 미세 구동거울을 포함하는 칩에 반사시켜 패턴이나 이미지를 조사하도록 할 수 있다. 이와 같이 디지털 프로젝터를 사용하는 경우에는 종래 방식에서처럼 격자를 필요로 하지 않는 대신 줄무늬 이미지를 조사함으로써 패턴광을 조사할 수 있음은 앞서 설명된 바와 같으며, 특히 본 발명의 디포커싱 원리를 활용하여 사인파 패턴광을 조사하는 것은 디지털 프로젝터를 사용하는 패턴광 조사 장치에서도 유사하게 활용이 가능하다.

도 6은 상기와 같이 디지털 프로젝터를 통해 패턴 영상을 조사하여 패턴광을 형성하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴광 조사 장치를 도시한 것이다. 도 6의 패턴광 조사 장치는 광원을 DMD 소자를 사용하여 디지털 광원 처리 방식으로 패턴광을 조사하는 프로젝터(610)를 포함한다. 프로젝터(610)는 광원(611)과 미러(612) 및 렌즈(613)를 포함하며, 구성되어 있으며, 미러(612)는 마이크로미러가 집적된 DMD 소자일 수 있다. DMD 소자의 제어에 의해서, 별도의 격자를 포함하지 않더라도 격자를 통과시키는 것과 같은 형태의 줄무늬 패턴광을 바로 조리개로 조사하는 것이 가능하다. 예시를 위하여 DMD 소자를 사용한 프로젝터만이 설명되었으나, LCD나 LCOS 소자를 사용하는 경우 등 디지털 영상을 조사할 수 있는 다른 형태의 프로젝터들 또한 활용될 수 있음은 자명하다. 패턴 이미지가 격자를 통과하면서 초점이 결상면에서 정확히 맞지 않도록 디포커싱을 행하여 결상면에 사인파 패턴광을 형성하는 구성, 그리고 패턴 이미지가 조리개의 개구부의 세로 폭과 같거나 그보다 큰 상태에서 조사된 패턴의 밝은 부분과 어두운 부분의 명함비가 최대화되는 점 등은 앞서 도 3 내지 도 5와 관련하여 설명한 원리와 동일하므로 이하에서는 생략한다.

본 발명은 이상과 같이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었다. 그러나, 당업자라면 이상의 명세서에서 설명된 패턴광 조사 장치가 조리개와 렌즈를 1개씩만 포함하고 있는 구성은 단순히 예시를 위한 것에 불과하고 이들 각각이 복수로 구성될 수 있다는 점을 비롯한 본 발명의 구성이, 이하 청구 범위의 사항 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

110: 패턴광 조사 장치
120: 카메라
220: 패턴 격자
310: 광원
320: 패턴 격자
330, 430, 630: 조리개
340, 440, 540, 640: 개구부

Claims

광원으로부터의 광속들이 격자와 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서,
상기 격자는 광원으로부터의 빛을 투과하는 투과부와, 광원으로부터의 빛을 차단하는 차단부가 교번하여 배치되는 줄무늬 형상이고,
상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개 및 상기 격자를 조정하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴을 시누소달 형태로 하는,
패턴광 조사 장치.
광원으로부터의 광속들이 조리개를 통과하여 조사면에 모이도록 광 경로 상에 위치하는 렌즈를 포함하는 패턴광 조사 장치로서,
상기 광원은 줄무늬 이미지를 조사하고,
상기 광원으로부터의 광속들이 통과하게 되는 상기 조리개를 조절하여, 상기 조사면에 형성되는 광의 패턴이 시누소달 형태의 명암을 갖도록 하는,
패턴광 조사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시누소달 형태는, 상기 조리개의 개구부의 크기를 변경함으로써 조정 가능한,
패턴광 조사 장치.
제1항에 있어서,
상기 시누소달 형태는, 상기 광원과 상기 격자 사이의 거리, 상기 격자와 상기 광원 사이의 거리 또는 상기 조리개와 상기 광원 사이의 거리를 변경함으로써 조정 가능한,
패턴광 조사 장치.
제2항에 있어서,
상기 시누소달 형태는, 상기 조리개와 상기 광원 사이의 거리를 변경함으로써 조정 가능한,
패턴광 조사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조리개의 개구부는, 곡선을 상호 대칭으로 결합한 형상인 것을 특징으로 하는,
패턴광 조사 장치.
제6항에 있어서,
상기 결합한 형상은 원형이거나 타원형인 것을 특징으로 하는,
패턴광 조사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조리개의 개구부는 상기 줄무늬에 수직하는 방향을 기준으로 두 개의 반주기 사인파 형상(441, 442)을 상호 대칭으로 결합한 형상(440)인 것을 특징으로 하는,
패턴광 조사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조리개의 개구부는 다각형 형상인 것을 특징으로 하는,
패턴광 조사 장치
제1항에 있어서,
상기 조리개의 위치에서 형성되는 상기 격자의 차단부에 의한 그림자(528)의 세로 폭은 상기 조리개의 개구부의 세로 폭과 같거나 그보다 큰 것인,
패턴광 조사 장치.
제2항에 있어서,
상기 조리개의 위치에서 형성되는 상기 줄무늬의 어두운 부분의 세로 폭은 상기 조리개의 개구부의 세로 폭과 같거나 그보다 큰 것인,
패턴광 조사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광원은 DMD 소자를 사용하는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing) 방식의 광원, LED 광원, LCD 광원 중 어느 하나인,
패턴광 조사 장치.
제2항에 있어서,
상기 광원은 광원으로부터의 광을 마이크로미러를 포함하는 DMD 소자에 반사시켜 줄무늬 이미지를 조사하는 디지털 광원 처리 방식을 이용하는,
패턴광 조사 장치.
3차원 기판 검사 장치로서,
광조사부 및 측정부를 포함하고,
상기 광조사부는, 제1항 또는 제2항에 따르는 패턴광 조사 장치를 포함하는,
3차원 기판 검사 장치.
제1항 또는 제2항에 따르는 패턴광 조사 장치를 이용하여 대상물에 패턴광을 조사하는 방법으로서,
상기 패턴광 조사 장치로부터 조사되는 패턴광을 디포커싱하여 상기 대상물에 시누소달 형태의 패턴광을 조사하는 디포커싱조사단계를 포함하는,
패턴광 조사 방법.
제15항에 있어서,
상기 디포커싱에 앞서 상기 패턴광 조사 장치로부터 조사되는 패턴광이 상기 대상물에 초점이 맞도록 상기 시누소달 형태의 패턴광을 조사하는 포커싱조사단계를 더 포함하고,
상기 디포커싱조사단계는 상기 포커싱조사단계 이후 시누소달 형태의 패턴광을 조사하기 위하여 상기 광원과 상기 조리개의 위치 관계를 조절하는 것을 포함하는,
패턴광 조사 방법.