KR20210157969A - Imaging system and method for measuring fault of composite membrane - Google Patents

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김민경
임세준
유태현
주철민
성백천
허선웅
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

Disclosed are an imaging system for measuring the fault of a composite membrane and a method thereof. According to an embodiment of the present invention, an imaging system for measuring the fault of a composite membrane of a sample moved in an in-line process comprises: a light generation module for converting a linearly polarized state of a light source into a circularly polarized state through a quarter wave plate (QWP), and irradiating light in a line illumination manner in the width direction (X-axis) of the sample and light in point beam form in the longitudinal direction (Y-axis) of the sample through a cylindrical lens; a light irradiation module for splitting the light source through a beam splitter and irradiating the same to a mirror and the sample positioned to be perpendicular to each other; an image measurement unit for measuring both interference spectral signals of a vertical polarization component and a horizontal polarization component for all points in the width direction of the sample by using a polarization splitter and an imaging spectrometer; and a control unit for analyzing the fault image information acquired by the image spectrometer and extracting the fault structure and birefringence characteristics of the sample. Therefore, the imaging system can be optimized for high-speed large-area fault imaging inspection.

Description

복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템 및 그 방법{IMAGING SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING FAULT OF COMPOSITE MEMBRANE}Imaging system and method for measuring composite membrane tomography

본 발명은 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다층 복합 박막에 광원을 조사하여 검출된 복굴절 특성을 통해 단층 별 두께와 구조를 측정하는 박막 측정을 위한 영상 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an imaging system and method for measuring a single layer of a composite film, and more particularly, to an imaging system for measuring the thickness and structure of each tomographic layer through birefringence properties detected by irradiating a light source to a multilayer composite thin film. and to a method therefor.

일반적으로 광학 단층 촬영 기술의 한 종류인 OCT(Optical Coherence Tomography; OCT)는 반사된 빛의 간섭 현상을 이용해 비침습적으로 단층의 구조적 영상을 고해상도로 취득하는 촬영 기술을 의미한다.In general, OCT (Optical Coherence Tomography; OCT), which is a type of optical tomography technology, refers to an imaging technique that uses the interference phenomenon of reflected light to non-invasively acquire a tomographic structural image with high resolution.

OCT 기술은 기존 의료영상분야뿐만 아니라 산업계 생산기술 분야에서의 검사기술로 확대되고 있으며, 생산공정 중에 생산 및 사용되는 시편 등의 단층 두께와 구조적 특성을 검사하기 위해서는 반사된 빛의 편광 상태 변화까지 측정 할 수 있어야 한다.OCT technology is expanding to inspection technology not only in the existing medical imaging field but also in the industrial production technology field. should be able to

이에 편광자를 이용하여 기존 OCT의 단층 영상뿐만 아니라 시편의 복굴절 특성과 같은 구조적 특성으로 인한 반사광의 편광 상태 변화를 측정해 추가적인 대조비 영상을 취득하는 PS-OCT(Polarization Sensitive OCT) 기술이 개발되었다.Therefore, PS-OCT (Polarization Sensitive OCT) technology was developed that uses a polarizer to obtain additional contrast images by measuring changes in the polarization state of reflected light due to structural characteristics such as birefringence characteristics as well as tomographic images of conventional OCT using a polarizer.

한편, 종래의 PS-OCT 구현 방법으로는 레퍼런스 암(Reference Arm) 혹은 샘플(Sample)을 촬영하는 대물렌즈를 기계적으로 움직여 한 점에서의 깊이 방향 정보를 취득하는 TD-OCT(Time Domain OCT)와 라인스캔 카메라(Line-scan Camera)로 여러 파장의 간섭 신호를 한 번에 취득하여 주파수 영역에서의 신호처리로 영상을 복원하는 SD-OCT(Spectral Domain OCT)가 있다.On the other hand, as a conventional PS-OCT implementation method, TD-OCT (Time Domain OCT) and TD-OCT (Time Domain OCT) that acquires depth direction information at a point by mechanically moving an objective lens that captures a reference arm or a sample There is SD-OCT (Spectral Domain OCT), which acquires interference signals of multiple wavelengths at once with a line-scan camera and restores the image by signal processing in the frequency domain.

예컨대, 도 1은 종래의 TD-OCT와 SD-OCT의 구성을 각각 개략적으로 나타낸다.For example, FIG. 1 schematically shows the configuration of a conventional TD-OCT and SD-OCT, respectively.

도 1(A)를 참조하면, TD-OCT는 레퍼런스 암(Reference Arm)에서 미러(Mirror)에 의해 반사된 빛과 샘플에서 반사된 빛의 간섭 신호를 광 검출기(Photo Detector)로 검출한다. Referring to FIG. 1A , the TD-OCT detects an interference signal between light reflected by a mirror from a reference arm and light reflected from a sample with a photo detector.

그러나, TD-OCT는 레퍼런스 암(Reference Arm에)서 미러(Mirror)의 위치를 기계적으로 바꿔가며 한 점의 깊이 스캔(Depth Scan)을 해야 하므로 영상 취득 속도가 느린 단점이 있다.However, the TD-OCT has a disadvantage in that the image acquisition speed is slow because it is necessary to perform a depth scan of one point while mechanically changing the position of the mirror on the reference arm.

또한, TD-OCT는 미러(Mirror)가 대물렌즈(Objective Lens)의 초점심도(Depth of Focus) 내에서만 움직일 수 있어, 깊이 스캔(Depth Scan)의 깊이에 한계가 있으며, 샘플 2D 영역 단층 촬영을 하기 위해서는 기계적인 2D 스캐팅 미러(Scanning Mirror)를 이용해야 한다.In addition, in TD-OCT, the mirror can only move within the depth of focus of the objective lens, so there is a limit to the depth of the depth scan, and sample 2D area tomography is not available. To do this, you need to use a mechanical 2D scanning mirror.

도 1(B)를 참조하면, SD-OCT는 레퍼런스 암(Reference Arm)에서 미러(Mirror)에 의해 반사된 빛과 샘플에서 반사된 빛의 간섭 신호를 그레이팅(Grating)과 라인스캔 카메라(Line-Scan Camera)를 이용해 파장에 따른 간섭 신호를 검출한다.Referring to FIG. 1(B), SD-OCT is a grating and line scan camera (Line-) of the interference signal between the light reflected by the mirror from the reference arm and the light reflected from the sample. Scan Camera) to detect the interference signal according to the wavelength.

SD-OCT는 파장에 따른 간섭 신호를 주파수 영역에서 신호처리 하여 깊이 방향에 대한 기계적 스캔 없이 단층 영상을 취득한다.SD-OCT acquires tomographic images without mechanical scanning in the depth direction by processing the interference signal according to the wavelength in the frequency domain.

SD-OCT는 레퍼런스 암(Reference Arm)에서 미러(Mirror)의 위치를 기계적으로 바꿔가며 깊이 스캔(Depth Scan)을 하는 TD-OCT에 비해 영상취득이 빠르다.SD-OCT has faster image acquisition than TD-OCT, which performs depth scan by mechanically changing the position of the mirror on the reference arm.

그러나, TD-OCT와 마찬가지로 샘플 2D 영역 단층 촬영을 하기 위해서는 기계적인 2D 스캐냉 미러(Scanning Mirror)를 이용해야 한다.However, like TD-OCT, a mechanical 2D scanning mirror must be used for sample 2D area tomography.

이러한, OCT 기술은 기존 의료영상분야뿐만 아니라 산업계 생산기술 분야에서의 검사기술로 활용되고 있으며, 산업계의 검사기술분야에서는 생체기관과 달리 면적이 넓은 대면적 소재가 많고 생산공정의 인라인(In line) 공정에서 검사/측정이 이루어지는 등의 적용환경을 고려한 시스템 구성이 필요하다.This OCT technology is being used not only in the existing medical imaging field but also as an inspection technology in the industrial production technology field. It is necessary to configure the system considering the application environment such as inspection/measurement in the process.

그러나, 상기 TD-OCT와 SD-OCT 두 기술 모두 2차원 취득 영역(X, Y축)에서의 단층 촬영 영상을 취득하기 위해서는 2D 스캐닝 미러와 같은 광학 기구를 활용한 물리적 스캐닝이 필요하고 점 조명(Point Illumination) 측정 방식에 따른 검사/측정 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 또한, 제한된 공정시간에 검사/측정을 수행하는 경우 측정범위/검사면적이 제한되어 대면적 시료의 측정/검사에 적합하지 않은 문제점이 있다.However, in both the TD-OCT and SD-OCT technologies, physical scanning using an optical instrument such as a 2D scanning mirror is required to acquire tomography images in the two-dimensional acquisition area (X, Y axes), and point illumination ( There is a problem that it takes a long time for inspection/measurement according to the point illumination) measurement method. In addition, when inspection/measurement is performed in a limited process time, there is a problem in that the measurement range/inspection area is limited, making it unsuitable for measurement/inspection of a large-area sample.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in this background section are prepared to improve understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.

본 발명의 실시 예는 인라인(In line) 공정에서 박막 시료의 2차원 스캐닝을 1차원 스캐닝으로 변경하여 취득시간을 단축하고 반사광의 편광 상태 변화를 동시에 측정하여 고속 단층별 영상과 복굴절 특성을 취득할 수 있는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, the acquisition time is shortened by changing the two-dimensional scanning of a thin film sample to one-dimensional scanning in the in-line process, and the polarization state change of the reflected light is simultaneously measured to obtain high-speed tomographic images and birefringence characteristics. An object of the present invention is to provide an imaging system and method for measuring a composite membrane tomography.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인라인(In line) 공정에서 이동되는 시료의 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템은, 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환하고, 원주렌즈(Cylindrical Lens)를 통해 시료의 폭 방향(X축)으로 라인 조명(Line Illumination) 및 시료의 길이방향(Y축)으로 포인트 빔(Point Beam) 형태로 조사하는 광 발생모듈; 빔 스플리터(Beam Splitter)를 통해 상기 광원을 분리하여 서로 수직방향에 위치한 미러와 상기 시료에 각각 조사하는 광 조사모듈; 편광 분리기와 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)를 이용하여 상기 시료의 폭 방향의 모든 지점에 대한 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 분광신호를 동시에 측정하는 영상 측정부; 및 상기 영상 분광 측정부에서 취득된 단층 영상 정보를 분석하여 상기 시료의 단층 구조와 복굴절 특성을 특성을 추출하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, an imaging system for measuring a composite film tomography of a sample moved in an in-line process converts a light source in a linearly polarized state to a circularly polarized state through a QWP (Quarter Wave Plate), A light generating module irradiating a line illumination (Line Illumination) in the width direction (X-axis) of the sample through a cylindrical lens and a point beam (Point Beam) in the longitudinal direction (Y-axis) of the sample; a light irradiation module that separates the light source through a beam splitter and irradiates the mirror and the sample located perpendicular to each other; an image measurement unit for simultaneously measuring an interference spectral signal of the vertical polarization component and the horizontal polarization component for all points in the width direction of the sample using a polarization splitter and an imaging spectrometer; and a control unit that analyzes the tomographic image information acquired by the image spectroscopy measurement unit to extract characteristics of the tomographic structure and birefringence characteristics of the sample.

또한, 상기 영상 분광 측정기는 상기 편광 분리기와 수직한 위치에 정렬된 회절격자와 단일 2D 영상 센서를 포함할 수 있다.In addition, the image spectrometer may include a diffraction grating and a single 2D image sensor aligned at a position perpendicular to the polarization splitter.

또한, 상기 편광 분리기는 상기 시료에서 반사된 제1 반사광과 상기 미러에서 반사된 제2 반사광의 간섭광을 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분리할 수 있다.In addition, the polarization splitter may separate the interference light of the first reflected light reflected from the sample and the second reflected light reflected from the mirror into the vertically polarized component and the horizontally polarized component.

또한, 상기 편광 분리기는 월라스톤 프리즘(Wollaston Prism)으로 구성되어 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 상기 회절격자를 통해 상기 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑할 수 있다.In addition, the polarization splitter is composed of a Wollaston prism, so that the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component can be mapped to coordinate regions in different spaces of the single 2D image sensor through the diffraction grating. have.

또한, 상기 편광 분리기는 45도 회전된 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter)로 구성되어 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 상기 회절격자를 통해 상기 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑할 수 있다.In addition, the polarization splitter is composed of a polarization beam splitter rotated by 45 degrees so that the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component is transmitted through the diffraction grating to coordinates in different spaces of the single 2D image sensor. It can be mapped to an area.

또한, 상기 광 발생모듈은 상기 선형 편광 상태가 아닌 광원 소스를 사용하는 경우 콜리메이터(Collimator, COL)와 상기 QWP 사이에 선형 편광기(Linear Polarizer)가 더 구성될 수 있다.In addition, the light generating module may further include a linear polarizer between a collimator (COL) and the QWP when a light source source other than the linear polarization state is used.

또한, 상기 빔 스플리터와 미러 사이에는 레퍼런스 암(Reference Arm)에서 빛이 반사될 때 반 파장만큼 편광 상태가 이동하므로 분광 전 상태와 같게 만들기 위하여 상기 미러의 앞에 있는 대물렌즈 앞에 편광기(Polarizer)를 배치할 수 있다.In addition, since the polarization state shifts by half a wavelength when light is reflected from the reference arm between the beam splitter and the mirror, a polarizer is placed in front of the objective lens in front of the mirror to make it the same as the state before the spectroscopy can do.

또한, 상기 제어부는 상기 단층 영상 정보를 기반으로 상기 시료의 단층별 물리적 두께를 추산할 수 있다.In addition, the controller may estimate the physical thickness of each tomographic layer of the sample based on the tomographic image information.

또한, 상기 제어부는 상기 단층 영상 정보를 상기 X축 방향으로 평균하여 공기와 박막 및 박막과 박막의 경계면에서 반사신호가 나타나는 X축 방향 평균치 그래프를 도출하고, 특정 임계값 이상의 강한 반사신호를 나타내는 위치를 경계면 근처 지점으로 추정할 수 있다.In addition, the control unit averages the tomographic image information in the X-axis direction to derive an X-axis-direction average value graph in which a reflected signal appears at the interface between air and the thin film and the thin film and the thin film, and a position showing a strong reflection signal above a specific threshold can be estimated as a point near the boundary.

또한, 상기 제어부는 상기 경계면 근처 지점을 기준한 위아래의 복수의 N개 지점을 대상으로 질량 중심(Center of Mass)과 가우시안 핏팅법을 사용으로 계산하여 보다 정확한 경계면 위치를 파악할 수 있다.In addition, the control unit may determine a more accurate boundary surface position by calculating a center of mass and a Gaussian fitting method for a plurality of N points above and below based on a point near the boundary surface.

또한, 상기 제어부는 상기 경계면 사이의 거리가 개별 박막의 광경로에 해당하며, 상기 광경로는 물질의 물리적 두께와 굴절률의 곱으로 정의되므로 상기 광경로를 해당 물질의 굴절률로 나누어 개별 박막의 물리적 두께를 추산할 수 있다.In addition, in the controller, the distance between the interfaces corresponds to the optical path of the individual thin film, and since the optical path is defined as the product of the physical thickness of the material and the refractive index, the optical path is divided by the refractive index of the material to the physical thickness of the individual thin film. can be estimated.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 영상 시스템이 인라인(In line) 공정에서 이동되는 시료의 복합막 단층을 측정하는 방법은, a) 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환하고, 원주렌즈(Cylindrical Lens)를 통해 시료의 폭 방향(X축)으로 라인 조명(Line Illumination) 및 시료의 길이방향(Y축)으로 포인트 빔(Point Beam) 형태로 조사하는 단계; b) 빔 스플리터(Beam Splitter)를 통해 상기 광원을 분리하여 서로 수직방향에 위치한 미러와 상기 시료에 각각 조사하는 단계; c) 편광 분리기와 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)를 이용하여 상기 시료의 폭 방향의 모든 지점에 대한 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 분광신호를 동시에 측정하는 단계; 및 d) 상기 영상 분광 측정부에서 취득된 단층 영상 정보를 분석하여 상기 시료의 단층 구조와 복굴절 특성을 특성을 추출하는 단계;를 포함한다.On the other hand, according to an aspect of the present invention, the imaging system is a method of measuring a composite film monolayer of a sample moved in an in-line process, a) a light source in a linearly polarized state through a QWP (Quarter Wave Plate) circular Converting to a polarized state, and irradiating in the form of line illumination in the width direction (X-axis) of the sample through a cylindrical lens and a point beam in the longitudinal direction (Y-axis) of the sample ; b) separating the light source through a beam splitter and irradiating the mirror and the sample located in a vertical direction to each other; c) simultaneously measuring the interference spectral signal of the vertical polarization component and the horizontal polarization component for all points in the width direction of the sample using a polarization splitter and an imaging spectrometer; and d) analyzing the tomographic image information acquired by the image spectroscopy measuring unit to extract characteristics of the tomographic structure and birefringence characteristics of the sample.

또한, 상기 b) 단계와 c) 단계 사이에, 상기 시료에서 반사된 제1 반사광과 상기 미러에서 반사된 제2 반사광이 서로 간섭되어 간섭광 형태로 상기 편광 분리기를 향하여 입사되는 단계를 포함할 수 있다.Also, between steps b) and c), the first reflected light reflected from the sample and the second reflected light reflected from the mirror interfere with each other and are incident toward the polarization splitter in the form of interference light. have.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 편광 분리기를 통해 상기 미러와 상기 시료에서 반사된 간섭광을 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 각각 분광하여 상기 영상 분광 측정기의 회절격자를 통해 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 영역에 맵핑하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in step c), the interfering light reflected from the mirror and the sample through the polarization separator is divided into the vertical polarization component and the horizontal polarization component, respectively, through the diffraction grating of the image spectrometer. It may include mapping to different regions.

또한, 상기 편광 분리기는 월라스톤 프리즘(Wollaston Prism) 또는 45도 회전된 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter)로 구현될 수 있다.In addition, the polarization splitter may be implemented as a Wollaston prism or a polarization beam splitter rotated by 45 degrees.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 단층 영상 정보를 기반으로 상기 시료의 단층별 물리적 두께를 추산하는 단계를 포함할 수 있다.Also, step d) may include estimating the physical thickness of each tomography layer of the sample based on the tomographic image information.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 이동수단에 의해 상기 길이방향(Y축)으로 이동되는 상기 시료의 폭(X축)을 연속으로 촬영하여 상기 시료의 2차원 영역(X, Y)에 대한 상기 단층 영상 정보를 연속적으로 취득 및 그 단층 구조와 복굴절 특성을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after step d), the width (X-axis) of the sample that is moved in the longitudinal direction (Y-axis) by the moving means is continuously photographed for the two-dimensional area (X, Y) of the sample. The method may further include continuously acquiring tomographic image information and analyzing its tomographic structure and birefringence characteristics.

본 발명의 실시 예에 따르면, 라인 조명(Line Illumination) 방식을 사용하여 단일 측정을 통한 시료의 폭 라인(X축) 공간상의 단층정보를 동시에 측정 할 수 있어 고속 대면적 단층 영상 검사에 최적화 될 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, tomography information on the width line (X-axis) space of the sample can be simultaneously measured through a single measurement using the line illumination method, so it can be optimized for high-speed large-area tomography imaging. there is an effect

또한, 길이방향(Y축)으로 이동되는 시료(S)의 일정 폭(X축)을 연속적으로 촬영하여 고속으로 시료(S)의 2차원 영역(X, Y)에 대한 단층 영상 취득할 수 있는 효과가 있다.In addition, a tomographic image of the two-dimensional region (X, Y) of the sample S can be acquired at high speed by continuously shooting a certain width (X-axis) of the sample S moving in the longitudinal direction (Y-axis). It works.

또한, 편광 분리기를 이용하여 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭광을 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑함으로써 부품의 수와 인라인 공정 설비 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the number of parts and inline process equipment cost can be reduced by mapping the interference light of the vertical polarization component and the horizontal polarization component to the coordinate regions of different spaces of a single 2D image sensor using a polarization splitter.

도 1은 종래의 TD-OCT와 SD-OCT의 구성을 각각 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 월라스톤 프리즘(WP)을 이용한 영상 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 취득된 단층 영상 정보와 단층별 물리적 두께 추산 정보의 예시를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용한 영상 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 시스템의 복합막 단층 측정 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.1 schematically shows the configurations of a conventional TD-OCT and an SD-OCT, respectively.
2 is a block diagram schematically showing the configuration of an imaging system for measuring a composite membrane tomography according to an embodiment of the present invention.
3 schematically shows the configuration of an imaging system using a Wollaston prism (WP) according to a first embodiment of the present invention.
4 shows an example of tomographic image information and physical thickness estimation information for each tomography obtained according to an embodiment of the present invention.
5 schematically shows the configuration of an imaging system using a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45 degrees according to a second embodiment of the present invention.
6 is a flowchart schematically illustrating a method for measuring a composite membrane tomography in an imaging system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. have.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Throughout the specification, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms.

명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Throughout the specification, when a certain element is referred to as 'connected' or 'connected' to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but another element may exist in between. It should be understood that there may be On the other hand, when it is said that a certain element is 'directly connected' or 'directly connected' to another element, it should be understood that another element does not exist in the middle.

명세서 전체에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Throughout the specification, terms used are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

명세서 전체에서 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 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise throughout the specification, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as being consistent with the contextual meaning of the related art, and are not to be construed in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present specification.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, an imaging system and method for measuring a composite membrane tomography according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of an imaging system for measuring a composite membrane tomography according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템(100)은 공장의 인라인(In line) 공정에 설비된 기구물(미도시)에 의해 장착되며 이동수단에 의해 길이방향으로 이동되는 시료(S)의 일면에 위치된다.Referring to FIG. 2 , the imaging system 100 for measuring a composite membrane tomography according to an embodiment of the present invention is mounted by a device (not shown) installed in an in-line process of a factory, and the length is moved by means of movement. It is located on one side of the sample (S) moving in the direction.

이하 설명에 있어서, 상기 시료(S)의 이동방향/길이방향을 Y축, 시료(S)의 폭 방향을 X축 및 시료(S)의 깊이(Depth, 즉, 높이) 방향을 Z축으로 정의한다. In the following description, the movement direction/length direction of the sample S is defined as the Y-axis, the width direction of the sample S is defined as the X-axis, and the depth (ie, height) direction of the sample S is defined as the Z-axis. do.

또한, 상기 시료(S)는 광 투과성 재질의 다층 복합 박막 구조를 가지며, 필요에 따라 박막 시편, 박막 소재, 박막 소자, 박막 필름, 박막 시트 및 박막 패널 등으로 명명될 수 있다. In addition, the sample S has a multilayer composite thin film structure made of a light-transmitting material, and may be named as a thin film specimen, a thin film material, a thin film device, a thin film, a thin film sheet, or a thin film panel, if necessary.

영상 시스템(100)은 고속 광 간섭 단층 촬영을 위한 조사부(110), 영상 측정부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. The imaging system 100 includes an irradiation unit 110 , an image measurement unit 120 , and a control unit 130 for high-speed optical coherence tomography.

조사부(110)는 광 발생모듈(111) 및 광 조사모듈(112)를 포함한다.The irradiation unit 110 includes a light generating module 111 and a light irradiation module 112 .

광 발생모듈(111)은 광원 소스(Wave Guide)에서 발생된 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환하고, 원주렌즈(Cylindrical Lens, CL)를 통해 X축 상으로는 라인 조명(Line Illumination), Y축 상으로는 포인트 빔(Point Beam) 형태로 광원을 조사한다.The light generating module 111 converts the light source of the linear polarization state generated from the light source source (Wave Guide) into the circular polarization state through the QWP (Quarter Wave Plate), and on the X-axis through the Cylindrical Lens (CL). Line Illumination, on the Y-axis, irradiates a light source in the form of a point beam.

광 조사모듈(112)은 빔 스플리터(Beam Splitter, BS)를 통해 상기 광원을 분리하여 서로 수직방향에 위치한 미러(M)와 시료(S)에 각각 조사한다.The light irradiation module 112 separates the light source through a beam splitter (BS) and irradiates the mirror M and the sample S in the vertical direction to each other.

영상 측정부(120)는 2D 영상 센서(121a)와 회절격자(Diffraction Grating)(121b)를 포함하는 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)(121)와 편광 분리기(122)가 결합된 구조로 모듈화된다. 영상 측정부(120)는 단일 영상 분광 측정기(121)를 이용하여 상기 X축 상의 모든 지점에 대한 수평 및 수직 상태 간섭 분광신호를 동시에 측정하여 시료(S)의 단층 정보를 취득한다.The image measurement unit 120 is modularized in a structure in which an Imaging Spectrometer 121 including a 2D image sensor 121a and a diffraction grating 121b and a polarization separator 122 are combined. The image measurement unit 120 acquires tomographic information of the sample S by simultaneously measuring the horizontal and vertical state interference spectral signals for all points on the X-axis using the single image spectrometer 121 .

편광 분리기(122)은 상기 시료(S)에서 반사된 빛(이하, 제1 반사광이라 명명함)과 상기 미러(M)에서 반사된 빛(이하, 제2 반사광이라 명명함)의 간섭광을 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 각각 분리할 수 있다. The polarization separator 122 vertically separates the interference light of the light reflected from the sample S (hereinafter, referred to as first reflected light) and the light reflected from the mirror M (hereinafter referred to as second reflected light). It can be separated into a polarization component and a horizontal polarization component, respectively.

영상 측정부(120)는 편광 분리기(122)와 수직한 위치에 정렬된 단일 2D 영상 센서(121a)를 통해 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 빛을 동시에 검출할 수 있다.The image measurement unit 120 may simultaneously detect the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component through a single 2D image sensor 121a aligned at a position perpendicular to the polarization separator 122 .

이러한, 영상 측정부(120)는 이동수단에 의해 길이방향(Y축)으로 이동되는 시료(S)의 일정 폭(X축)을 연속으로 촬영하여 고속으로 시료(S)의 2차원 영역(X, Y)에 대한 단층 영상 취득할 수 있다.The image measurement unit 120 continuously captures a predetermined width (X-axis) of the sample S that is moved in the longitudinal direction (Y-axis) by means of a moving means, thereby rapidly capturing the two-dimensional area X of the sample S. , Y) for tomographic images can be acquired.

제어부(130)는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 시스템으로 이를 위한 적어도 하나의 프로그램 및 데이터를 포함한다. 나아가 제어부(130)는 시료(S) 이동수단 등 인라인(In line) 설비들과 연동되어 시료(S)의 이송 중 단층검사 공정을 수행할 수 있다.The controller 130 is a computing system that controls the overall operation of the imaging system 100 for measuring a composite membrane tomography, and includes at least one program and data for this. Furthermore, the control unit 130 may be interlocked with in-line facilities such as a moving means of the sample S to perform a tomography inspection process during the transfer of the sample S.

제어부(130)는 영상 측정부(120)에서 취득된 단층 정보를 기반으로 시료(S)의 단층별 물리적 두께를 추산한다.The control unit 130 estimates the physical thickness of each tomographic layer of the sample S based on the tomography information acquired by the image measurement unit 120 .

즉, 제어부(130)는 상기 단층 정보를 분석하여 반사광의 편광 상태 변화를 동시에 측정하고 고속 단층별 구조와 복굴절 특성 영상을 취득할 수 있다.That is, the controller 130 may analyze the tomographic information to simultaneously measure a change in the polarization state of the reflected light, and obtain a high-speed tomographic structure and birefringence characteristic image.

한편, 본 발명의 영상 시스템(100)은 편광 분리기(122)를 월라스톤 프리즘(Wollaston Prism, WP) 또는 45도 회전된 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter, PBS)를 이용하여 구현할 수 있다.Meanwhile, the imaging system 100 of the present invention may implement the polarization splitter 122 using a Wollaston Prism (WP) or a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45 degrees.

예컨대, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 월라스톤 프리즘(WP)을 이용한 영상 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.For example, FIG. 3 schematically shows the configuration of an imaging system using a Wollaston prism (WP) according to a first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 월라스톤 프리즘(WP)를 이용한 영상 시스템(100)의 정면도(A)와 우측면도(B)를 각각 보여준다.Referring to FIG. 3 , a front view (A) and a right side view (B) of the imaging system 100 using the Wollaston prism (WP) according to the first embodiment of the present invention are respectively shown.

영상 시스템(100)은 인라인(In line) 공정에 설비된 기구물에 의해 장착되며 이동수단에 의해 Y축 방향으로 이동되는 박막 시료(S)의 일면에 수직으로 정렬되며, 조사부(110) 및 영상 측정부(120)및 제어부(130, 미도시)를 포함한다.The imaging system 100 is mounted by a device installed in an in-line process and is vertically aligned on one surface of the thin film sample S that is moved in the Y-axis direction by a moving means, the irradiation unit 110 and the image measurement It includes a unit 120 and a control unit 130 (not shown).

조사부(110)는 광원 소스(Wave Guide)에서 발생된 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환한다. 여기서, 조사부(110)는 위에 한정되지 않고 상기 선형 편광 상태가 아닌 광원 소스를 사용하는 경우 콜리메이터(Collimator, COL)와 QWP 사이에 선형 편광기(Linear Polarizer)가 더 구성될 수 있다.The irradiator 110 converts the light source of the linear polarization state generated from the light source source (Wave Guide) into the circular polarization state through the QWP (Quarter Wave Plate). Here, the irradiation unit 110 is not limited to the above, and when a light source that is not in the linear polarization state is used, a linear polarizer may be further configured between the collimator (COL) and the QWP.

조사부(110)는 원주 렌즈(Cylindrical Lens, CL)를 이용하여 박막 시료(S)의 폭 방향(X축)으로는 라인 빔(Line Beam, LB) 형태의 광원을 조사하고, 박막 시료(S)의 이동방향(Y축)으로는 포인트 빔(Point Beam, PB) 형태로 광원을 조사한다. The irradiation unit 110 irradiates a light source in the form of a line beam (Line Beam, LB) in the width direction (X-axis) of the thin film sample S by using a cylindrical lens (Cylindrical Lens, CL), and the thin film sample S The light source is irradiated in the form of a point beam (PB) in the moving direction (Y axis).

그리고, 조사부(110)는 빔 스플리터(Beam Splitter, BS)를 통해 상기 광원을 분광하여 서로 수직방향에 위치한 미러(M)와 시료(S)에 각각 조사할 수 있다. In addition, the irradiator 110 may split the light source through a beam splitter (BS) to irradiate the mirrors M and the sample S that are positioned perpendicular to each other, respectively.

상기 광원은 빔 스플리터(BS)를 이용해 미러(M)에 의해 반사되어 돌아오는 레퍼런스 암(Reference Arm)과 시료를 조사하는 샘플 암(Sample Arm)으로 분광된다. 여기서, 상기 빔 스플리터(BS)와 미러(M) 사이에는 상기 레퍼런스 암(Reference Arm)에서 빛이 반사될 때 반 파장만큼 편광 상태가 이동하므로 분광 전 상태와 같게 만들기 위하여 미러(M)의 앞에 있는 대물렌즈(Objective lens)앞에 편광기(Polarizer, P)를 배치 할 수 있다.The light source is split into a reference arm that is reflected and returned by the mirror M using a beam splitter BS and a sample arm that irradiates the sample. Here, between the beam splitter BS and the mirror M, when light is reflected from the reference arm, the polarization state moves by half a wavelength, so the A polarizer (P) can be placed in front of the objective lens.

한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 측정부(120)는 단일 영상 분광 측정기(121)를 활용하여 라인 조명에 대한 단층 복굴절 특성의 영상을 취득하되, 편광 분리기(122)를 월라스톤 프리즘(WP)으로 구성하여 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭광을 2D 영상 센서(121a)의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the image measurement unit 120 according to the first embodiment of the present invention acquires an image of tomographic birefringence for line illumination by using a single image spectrometer 121, but uses the polarization separator 122 with a Wollaston prism. (WP) is characterized in that the interference light of the vertical polarization component and the horizontal polarization component is mapped to coordinate regions of different spaces of the 2D image sensor 121a.

영상 측정부(120)는 시료(S)의 X축 공간 좌표별 각각 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 신호 측정을 위해 월라스톤 프리즘(WP)을 사용하여 편광상태 별로 분광한다. 이후 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 회절격자(121b)를 통해 단일 2D 영상 센서(121a)의 서로 다른 공간에 맵핑함으로써 공간별 및 편광상태 별 간섭 분광신호를 동시에 측정할 수 있다. 여기서, 상기 2D 영상 센서(121a)가 LxM의 픽셀로 구성된 센서인 경우 L 픽셀은 공간 좌표에 맵핑되고, 가로축 M픽셀은 반으로 나누어 각각 다른 편광신호의 분광신호를 측정할 수 있다.The image measurement unit 120 uses a Wollaston prism (WP) to measure an interference signal of a vertical polarization component and a horizontal polarization component, respectively, for each X-axis spatial coordinate of the sample S for each polarization state. Then, by mapping the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component to different spaces of the single 2D image sensor 121a through the diffraction grating 121b, the interference spectral signal for each space and each polarization state can be simultaneously measured. . Here, when the 2D image sensor 121a is a sensor composed of LxM pixels, the L pixels are mapped to spatial coordinates, and the M pixels on the horizontal axis are divided in half to measure spectral signals of different polarization signals.

제어부(130)는 2D 영상 센서(121a)에서 동시에 취득된 정보를 공간별 좌표와 편광상태 별로 분리하여 분석처리하고 이를 통해 시료(S)의 단층 구조와 복굴절 정보를 추출할 수 있다. The controller 130 may analyze and process the information simultaneously acquired from the 2D image sensor 121a by spatial coordinates and polarization state, and extract the tomographic structure and birefringence information of the sample S through this.

이 때, 제어부(130)는 영상 측정부(120)에서 취득된 단층 영상 정보를 기반으로 시료(S)의 단층별 물리적 두께를 추산할 수 있다.In this case, the controller 130 may estimate the physical thickness of each tomographic layer of the sample S based on the tomographic image information acquired by the image measurement unit 120 .

예컨대, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 취득된 단층 영상 정보와 단층별 물리적 두께 추산 정보의 예시를 나타낸다.For example, FIG. 4 shows an example of tomographic image information obtained according to an embodiment of the present invention and physical thickness estimation information for each tomography.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 취득된 시편(S)의 단층 영상 정보(A)와 취득된 신호의 X축 방향 평균치 그래프(B)를 보여준다. 단층 영상 정보(A)는 깊이에 따른 지수 함수적 신호 감소를 고려하여 신호를 로그(Log) 스케일로 변환하였다.Referring to FIG. 4 , tomographic image information (A) of the acquired specimen (S) according to an embodiment of the present invention and an X-axis direction average value graph (B) of the acquired signal are shown. The tomographic image information (A) was converted to a log scale in consideration of exponential signal reduction according to depth.

제어부(130)는 취득된 단층 영상 정보(A)를 X축 방향으로 평균하여 분석할 경우 공기와 박막, 박막과 박막의 경계면에서 강한 반사신호가 나타나는 X축 방향 평균치 그래프(B)를 도출할 수 있다.When the obtained tomographic image information (A) is averaged and analyzed in the X-axis direction, the control unit 130 can derive an X-axis-direction average value graph (B) in which a strong reflection signal appears at the interface between the air and the thin film and the thin film and the thin film. have.

제어부(130)는 상기 경계면의 정확한 위치를 도출하기 위하여, 사용자에 지정된 경계면 근방의 위치나, 별도의 알고리즘을 통해 특정 임계값 이상의 강한 반사신호를 나타내는 위치를 선택한 후 깊이 방향 미분값이 특정값이 이상이 되는 부분을 경계면 근처 지점으로 추정할 수 있다.In order to derive the exact position of the boundary surface, the control unit 130 selects a position near the boundary specified by the user or a position showing a strong reflection signal above a specific threshold value through a separate algorithm, and then sets the depth direction differential value to a specific value. The abnormal part can be estimated as a point near the boundary surface.

제어부(130)는 경계면의 보다 정확한 위치 파악을 위하여, 상기 경계면 근처 지점을 기준한 위/아래의 복수의 N개 지점을 대상으로 아래의 수학식 1과 같은 질량 중심(Center of Mass)과 가우시아 핏팅 법을 사용으로 계산하여 보다 정확한 경계면 위치를 파악할 수 있다.In order to more accurately determine the location of the boundary surface, the control unit 130 includes a center of mass and Gaussian as shown in Equation 1 below for a plurality of N points above and below the boundary surface based on a point near the boundary surface. By calculating using the fitting method, it is possible to determine the location of the boundary surface more accurately.

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서,

Figure pat00002
는 m번째 경계면 픽셀 위치,
Figure pat00003
는 i+m 픽셀의 반사신호,
Figure pat00004
은 m+i 번째 픽셀을 의미한다.)(here,
Figure pat00002
is the mth boundary pixel position,
Figure pat00003
is the reflected signal of i+m pixels,
Figure pat00004
denotes the m+i-th pixel.)

위에서 파악된 경계면 사이의 거리가 개별 박막의 광경로에 해당하며(

Figure pat00005
), 광경로는 물리적 두께와 굴절률의 곱으로 정의된다. The distance between the interfaces identified above corresponds to the optical path of each thin film (
Figure pat00005
), the optical path is defined as the product of the physical thickness and refractive index.

그러므로, 제어부(130)는 박막의 물리적 두께는 아래의 수학식 2와 같이 상기 광경로를 해당 물질의 굴절률로 나누어 추산할 수 있다.Therefore, the controller 130 can estimate the physical thickness of the thin film by dividing the optical path by the refractive index of the material as shown in Equation 2 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

(여기서, tm은 박막 m층의 물리적 두께, nm은 박막 m층의 굴절률을 의미한다.)(Here, t m is the physical thickness of the m layer of the thin film, and n m is the refractive index of the m layer of the thin film.)

한편, 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용한 영상 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.Meanwhile, FIG. 5 schematically shows the configuration of an imaging system using a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45 degrees according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용한 영상 시스템(100)의 정면도(A)와 우측면도(B)를 각각 보여준다. Referring to FIG. 5 , a front view (A) and a right side view (B) of an imaging system 100 using a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45° according to a second embodiment of the present invention is shown, respectively.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 시스템(100)은 앞서 설명된 제1 실시 예와 유사하며 편광 분리기(122)를 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)로 구성한 점만 다르므로 중복되는 설명은 생략하고 다른 구성을 위주로 설명한다.The imaging system 100 according to the second embodiment of the present invention is similar to the first embodiment described above, and the only difference is that the polarization splitter 122 is a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45 degrees. It will be omitted and the description will be focused on other configurations.

영상 측정부(120)는 시료(S)의 X축 공간 좌표별 각각 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 신호 측정을 위해 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)를 사용하여 편광상태 별로 분광한다. 여기서, 기존 기술과 같이 편광 빔 스플리터(PBS)를 45도 회전시키지 않을 경우, 수직 및 수평 편광 성분으로 분리 된 광이 수직방향(Z)과 수평 방향(Y)으로 조사되므로 이에 대응되는 두 개의 영상 검출기를 필요로 하여 부품 및 비용이 늘어나고 설비가 복잡해지는 단점이 있다.The image measurement unit 120 uses a polarization beam splitter (PBS) rotated 45 degrees to measure an interference signal of a vertical polarization component and a horizontal polarization component, respectively, for each X-axis spatial coordinate of the sample S for each polarization state. Here, if the polarization beam splitter (PBS) is not rotated by 45 degrees as in the conventional technology, the light separated into vertical and horizontal polarization components is irradiated in the vertical direction (Z) and horizontal direction (Y), so two images corresponding to it are irradiated in the vertical direction (Z) and horizontal direction (Y) There are disadvantages in that a detector is required, which increases parts and costs and complicates the equipment.

이에, 본 발명의 제2 실시 예와 같이, 편광 빔 스플리터(PBS)를 45도 회전하여 편광 분리기(122)를 구현한 경우 단일 영상 분광 측정기(121)를 활용하여 두 개의 편광상태 정보를 동시 측정 가능한 이점이 있다.Accordingly, when the polarization splitter 122 is implemented by rotating the polarization beam splitter (PBS) by 45 degrees as in the second embodiment of the present invention, information on two polarization states is simultaneously measured using a single image spectrometer 121 There are possible advantages.

즉, 영상 측정부(120)는 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 회절격자(121b)를 통해 단일 2D 영상 센서(121a)의 서로 다른 공간에 맵핑함으로써 공간별 및 편광상태 별 간섭 분광신호를 동시에 측정할 수 있다. That is, the image measurement unit 120 maps the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component to different spaces of the single 2D image sensor 121a through the diffraction grating 121b, thereby interfering with each space and polarization state. Spectral signals can be measured simultaneously.

한편, 전술한 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템(100)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 복합막 시료의 단층 측정 방법을 설명한다.Meanwhile, a method for measuring a tomography of a composite membrane sample according to an embodiment of the present invention will be described based on the configuration of the imaging system 100 for measuring a composite membrane tomography described above.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 시스템의 복합막 단층 측정 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a method for measuring a composite membrane tomography in an imaging system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 시스템(100)은 공정 내 이동수단을 통해 시료(S)가 로딩되면 광섬유(Optical Fiber)와 같은 광원 소스(Wave Guide)를 선형 편광 상태의 광원을 발생한다(S1).Referring to FIG. 6 , the imaging system 100 according to an embodiment of the present invention provides a light source such as an optical fiber (Wave Guide) in a linear polarization state when a sample S is loaded through a moving means within the process. A light source is generated (S1).

영상 시스템(100)은 상기 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 이용하여 원형 편광 상태로 변환한다(S2).The imaging system 100 converts the light source of the linear polarization state into a circular polarization state using a quarter wave plate (QWP) (S2).

영상 시스템(100)은 원주 렌즈(CL)를 통해 시료(S)의 폭 방향(X축)으로는 라인 빔(LB) 형태의 광원을 조사하고, 박막 시료(S)의 이동방향(Y축)으로는 포인트 빔(PB) 형태의 광원을 조사한다(S3).The imaging system 100 irradiates a light source in the form of a line beam LB in the width direction (X-axis) of the sample S through the cylindrical lens CL, and the moving direction (Y-axis) of the thin film sample S As a result, a light source in the form of a point beam PB is irradiated (S3).

이 때, 영상 시스템(100)은 빔 스플리터(Beam Splitter, BS)를 통해 상기 광원을 분광하여 서로 수직방향에 위치한 미러(M)와 시료(S)에 각각 조사한다. 즉, 상기 광원은 빔 스플리터(BS)를 이용해 미러(M)에 의해 반사되어 돌아오는 레퍼런스 암(Reference Arm)과 시료를 조사하는 샘플 암(Sample Arm)으로 분광된다. At this time, the imaging system 100 splits the light source through a beam splitter (BS) and irradiates the mirrors M and the sample S located in a vertical direction to each other, respectively. That is, the light source is split into a reference arm that is reflected and returned by the mirror M using a beam splitter BS and a sample arm that irradiates the sample.

상기 시료(S)에서 반사된 제1 반사광과 상기 레퍼런스 암(Reference Arm)의 미러(M)에서 반사된 제2 반사광은 서로 간섭되어 간섭광 형태로 편광 분리기(122)를 향하여 입사된다. 상기 편광 분리기(122)는 월라스톤 프리즘(WP) 또는 45도 회전된 편광 빔 스플리터(PBS)로 구성될 수 있다.The first reflected light reflected from the sample S and the second reflected light reflected from the mirror M of the reference arm interfere with each other and are incident toward the polarization splitter 122 in the form of interference light. The polarization splitter 122 may be formed of a Wollaston prism (WP) or a polarization beam splitter (PBS) rotated by 45 degrees.

영상 시스템(100)은 편광 분리기(122)를 통해 상기 제1 반사광과 제2 반사광을 포함하는 간섭광을 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 각각 분광하여 영상 분광 측정기(121)의 회절격자(121b)를 통해 단일 2D 영상 센서(121a)의 서로 다른 영역에 맵핑한다(S4).The imaging system 100 separates the interference light including the first reflected light and the second reflected light into a vertical polarization component and a horizontal polarization component through a polarization splitter 122, respectively, to form a diffraction grating 121b of the image spectrometer 121 is mapped to different regions of the single 2D image sensor 121a through (S4).

영상 시스템(100)은 편광 분리기(122)로부터 수직 위치에 배치된 단일 2D 영상 센서(121a)에서 촬영된 시료(S)의 단층 영상 정보를 공간별 좌표와 편광상태 별로 분리하여 분석처리하고 이를 통해 시료(S)의 단층 구조와 복굴절 특성을 추출하고 이를 메모리에 저장한다(S5). The imaging system 100 separates and analyzes the tomographic image information of the sample S photographed by the single 2D image sensor 121a disposed at a vertical position from the polarization separator 122 by spatial coordinates and polarization state, and analyzes them through this The monolayer structure and birefringence characteristics of the sample S are extracted and stored in the memory (S5).

이 때, 제어부(130)는 상기 단층 영상 정보를 기반으로 시료(S)의 단층별 물리적 두께를 추산할 수 있다.In this case, the controller 130 may estimate the physical thickness of each tomographic layer of the sample S based on the tomographic image information.

이후, 영상 시스템(100)은 위와 같은 방식으로 이동수단에 의해 길이방향(Y축)으로 이동되는 시료(S)의 일정 폭(X축)을 연속으로 촬영하여 고속으로 시료(S)의 2차원 영역(X, Y)에 대한 단층 영상을 연속 취득 및 그 구조를 분석할 수 있다(S6).Thereafter, the imaging system 100 continuously captures a predetermined width (X-axis) of the sample S that is moved in the longitudinal direction (Y-axis) by the moving means in the same manner as described above to obtain a two-dimensional image of the sample S at high speed. Tomographic images of the regions (X, Y) may be continuously acquired and the structure may be analyzed (S6).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 라인 조명(Line Illumination) 방식을 사용하여 단일 측정을 통한 시료의 폭 라인(X축) 공간상의 단층정보를 동시에 측정 할 수 있어 고속 대면적 단층 구조 검사에 최적화 되는 효과가 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, tomographic information on the width line (X-axis) space of the sample can be simultaneously measured through a single measurement using the line illumination method, which is useful for high-speed large-area tomographic structure inspection. There is an optimization effect.

또한, 길이방향(Y축)으로 이동되는 시료(S)의 일정 폭(X축)을 연속적으로 촬영하여 고속으로 시료(S)의 2차원 영역(X, Y)에 대한 단층 영상 취득할 수 있다.In addition, a tomography image of the two-dimensional region (X, Y) of the sample S can be acquired at high speed by continuously photographing a certain width (X-axis) of the sample S moving in the longitudinal direction (Y-axis). .

또한, 편광 분리기를 이용하여 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭광을 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑함으로써 부품의 수와 인라인 공정 설비 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the number of parts and inline process equipment cost can be reduced by mapping the interference light of the vertical polarization component and the horizontal polarization component to the coordinate regions of different spaces of a single 2D image sensor using a polarization splitter.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiment of the present invention is not implemented only through the apparatus and/or method described above, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium in which the program is recorded, etc. Also, such an implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

100: 영상 시스템 110: 조사부
111: 광 발생모듈 112: 광 조사모듈
120: 영상 측정부 121: 영상 분광 측정기
121a: 2D 영상 센서 121b: 회절격자
122: 편광 분리기 130: 제어부
S: 시료100: imaging system 110: irradiation unit
111: light generating module 112: light irradiation module
120: image measurement unit 121: image spectrometer
121a: 2D image sensor 121b: diffraction grating
122: polarization separator 130: control unit
S: sample

Claims (17)

인라인(In line) 공정에서 이동되는 시료의 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템에 있어서,
선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환하고, 원주렌즈(Cylindrical Lens)를 통해 시료의 폭 방향(X축)으로 라인 조명(Line Illumination) 및 시료의 길이방향(Y축)으로 포인트 빔(Point Beam) 형태로 조사하는 광 발생모듈;
빔 스플리터(Beam Splitter)를 통해 상기 광원을 분리하여 서로 수직방향에 위치한 미러와 상기 시료에 각각 조사하는 광 조사모듈;
편광 분리기와 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)를 이용하여 상기 시료의 폭 방향의 모든 지점에 대한 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 분광신호를 동시에 측정하는 영상 측정부; 및
상기 영상 분광 측정부에서 취득된 단층 영상 정보를 분석하여 상기 시료의 단층 구조와 복굴절 특성을 특성을 추출하는 제어부;
를 포함하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.In the imaging system for measuring a composite membrane tomography of a sample moved in an in-line process,
The light source in the linear polarization state is converted to the circular polarization state through the QWP (Quarter Wave Plate), and through a cylindrical lens, the width direction (X-axis) of the sample is lined with Line Illumination and the length direction of the sample ( a light generating module that irradiates a point beam in the form of a Y-axis);
a light irradiation module that separates the light source through a beam splitter and irradiates the mirror and the sample located perpendicular to each other;
an image measurement unit for simultaneously measuring an interference spectral signal of the vertical polarization component and the horizontal polarization component for all points in the width direction of the sample using a polarization splitter and an imaging spectrometer; and
a control unit that analyzes tomographic image information acquired by the image spectroscopy unit to extract characteristics of a tomographic structure and birefringence characteristics of the sample;
An imaging system for measuring a composite membrane tomography comprising a. 제1항에 있어서,
상기 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)는
상기 편광 분리기와 수직한 위치에 정렬된 회절격자와 단일 2D 영상 센서를 포함하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.According to claim 1,
The Imaging Spectrometer is
An imaging system for measuring a composite membrane tomography, comprising a diffraction grating aligned at a position perpendicular to the polarization separator and a single 2D image sensor. 제2항에 있어서,
상기 편광 분리기는
상기 시료에서 반사된 제1 반사광과 상기 미러에서 반사된 제2 반사광의 간섭광을 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분리하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.3. The method of claim 2,
The polarization separator
An imaging system for measuring a composite film tomography that separates the interference light of the first reflected light reflected from the sample and the second reflected light reflected from the mirror into the vertically polarized component and the horizontally polarized component. 제2항에 이어서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 항 있어서,
상기 편광 분리기는
월라스톤 프리즘(Wollaston Prism)으로 구성되어 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 상기 회절격자를 통해 상기 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.Subsequent to claim 2,
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The polarization separator
Composite film tomography measurement image that is composed of a Wollaston prism and maps the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component to coordinate regions in different spaces of the single 2D image sensor through the diffraction grating system. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 항 있어서,
상기 편광 분리기는
45도 회전된 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter)로 구성되어 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분광 된 광을 상기 회절격자를 통해 상기 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 공간의 좌표영역에 맵핑하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The polarization separator
Composite film composed of a polarization beam splitter rotated by 45 degrees to map the light split into the vertical polarization component and the horizontal polarization component to coordinate regions in different spaces of the single 2D image sensor through the diffraction grating Imaging system for tomography measurements. 제1항에 있어서,
상기 광 발생모듈은
상기 선형 편광 상태가 아닌 광원 소스를 사용하는 경우 콜리메이터(Collimator, COL)와 상기 QWP 사이에 선형 편광기(Linear Polarizer)가 더 구성되는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.According to claim 1,
The light generating module is
When using a light source other than the linear polarization state, a linear polarizer (Linear Polarizer) between the collimator (Collimator, COL) and the QWP is further configured to measure the composite membrane tomography imaging system. 제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터와 미러 사이에는
레퍼런스 암(Reference Arm)에서 빛이 반사될 때 반 파장만큼 편광 상태가 이동하므로 분광 전 상태와 같게 만들기 위하여 상기 미러의 앞에 있는 대물렌즈 앞에 편광기(Polarizer)를 배치하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.According to claim 1,
Between the beam splitter and the mirror
Since the polarization state is shifted by half a wavelength when light is reflected from the reference arm, an imaging system for measuring a composite membrane tomography in which a polarizer is placed in front of the objective lens in front of the mirror to make it the same as the state before spectroscopy . 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 단층 영상 정보를 기반으로 상기 시료의 단층별 물리적 두께를 추산하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.According to claim 1,
the control unit
An imaging system for measuring a composite membrane tomography for estimating the physical thickness of each tomographic layer of the sample based on the tomographic image information. 제8항에 있어서,
상기 제어부는
상기 단층 영상 정보를 상기 X축 방향으로 평균하여 공기와 박막 및 박막과 박막의 경계면에서 반사신호가 나타나는 X축 방향 평균치 그래프를 도출하고, 특정 임계값 이상의 강한 반사신호를 나타내는 위치를 경계면 근처 지점으로 추정하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.9. The method of claim 8,
the control unit
The tomographic image information is averaged in the X-axis direction to derive an X-axis-direction average graph in which a reflected signal appears at the interface between air and the thin film and the thin film and the thin film, and the position showing the strong reflection signal above a specific threshold is taken as a point near the boundary. Imaging system for presumptive composite membrane tomography measurement. 제9항에 있어서,
상기 제어부는
상기 경계면 근처 지점을 기준한 위아래의 복수의 N개 지점을 대상으로 질량 중심(Center of Mass)과 가우시안 핏팅 법을 사용으로 계산하여 보다 정확한 경계면 위치를 파악하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.10. The method of claim 9,
the control unit
An imaging system for measuring a complex membrane tomography that more accurately identifies the location of the interface by calculating using the center of mass and Gaussian fitting method for a plurality of N points above and below the point near the interface. 제10항에 있어서,
상기 제어부는
상기 경계면 사이의 거리가 개별 박막의 광경로에 해당하며, 상기 광경로는 물질의 물리적 두께와 굴절률의 곱으로 정의되므로 상기 광경로를 해당 물질의 굴절률로 나누어 개별 박막의 물리적 두께를 추산하는 복합막 단층 측정을 위한 영상 시스템.11. The method of claim 10,
the control unit
The distance between the interfaces corresponds to the optical path of the individual thin film, and the optical path is defined as the product of the physical thickness of the material and the refractive index, so a composite film that divides the optical path by the refractive index of the material to estimate the physical thickness of the individual thin film Imaging system for tomography measurements. 영상 시스템이 인라인(In line) 공정에서 이동되는 시료의 복합막 단층을 측정하는 방법에 있어서,
a) 선형 편광 상태의 광원을 QWP(Quarter Wave Plate)를 통해 원형 편광 상태로 변환하고, 원주렌즈(Cylindrical Lens)를 통해 시료의 폭 방향(X축)으로 라인 조명(Line Illumination) 및 시료의 길이방향(Y축)으로 포인트 빔(Point Beam) 형태로 조사하는 단계;
b) 빔 스플리터(Beam Splitter)를 통해 상기 광원을 분리하여 서로 수직방향에 위치한 미러와 상기 시료에 각각 조사하는 단계;
c) 편광 분리기와 영상 분광 측정기(Imaging Spectrometer)를 이용하여 상기 시료의 폭 방향의 모든 지점에 대한 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분의 간섭 분광신호를 동시에 측정하는 단계; 및
d) 상기 영상 분광 측정부에서 취득된 단층 영상 정보를 분석하여 상기 시료의 단층 구조와 복굴절 특성을 특성을 추출하는 단계;
를 포함하는 복합막 단층 측정 방법.In the method of measuring a composite membrane monolayer of a sample moved in an in-line process by an imaging system,
a) The light source in the linear polarization state is converted to the circular polarization state through the QWP (Quarter Wave Plate), and the length of the sample and the line illumination in the width direction (X-axis) of the sample through the cylindrical lens irradiating in the form of a point beam in a direction (Y-axis);
b) separating the light source through a beam splitter and irradiating the mirror and the sample located in a vertical direction to each other;
c) simultaneously measuring the interference spectral signal of the vertical polarization component and the horizontal polarization component for all points in the width direction of the sample using a polarization splitter and an imaging spectrometer; and
d) extracting characteristics of the tomographic structure and birefringence characteristics of the sample by analyzing the tomographic image information acquired by the image spectroscopy measuring unit;
A method for measuring a single layer of a composite membrane comprising a. 제12항에 있어서,
상기 b) 단계와 c) 단계 사이에,
상기 시료에서 반사된 제1 반사광과 상기 미러에서 반사된 제2 반사광이 서로 간섭되어 간섭광 형태로 상기 편광 분리기를 향하여 입사되는 단계를 포함하는 복합막 단층 측정 방법.13. The method of claim 12,
Between steps b) and c),
and interfering with the first reflected light reflected from the sample and the second reflected light reflected from the mirror to be incident toward the polarization splitter in the form of interference light. 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 편광 분리기를 통해 상기 미러와 상기 시료에서 반사된 간섭광을 상기 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 각각 분광하여 상기 영상 분광 측정기의 회절격자를 통해 단일 2D 영상 센서의 서로 다른 영역에 맵핑하는 단계를 포함하는 복합막 단층 측정 방법.14. The method of claim 12 or 13,
Step c) is,
The step of dividing the interference light reflected from the mirror and the sample through the polarization separator into the vertical polarization component and the horizontal polarization component, respectively, and mapping them to different regions of a single 2D image sensor through the diffraction grating of the image spectrometer Composite membrane monolayer measurement method comprising. 제14항에 있어서,
상기 편광 분리기는
월라스톤 프리즘(Wollaston Prism) 또는 45도 회전된 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter)로 구현되는 복합막 단층 측정 방법.15. The method of claim 14,
The polarization separator
Composite film tomography measurement method implemented with a Wollaston prism or a polarization beam splitter rotated by 45 degrees. 제12항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 단층 영상 정보를 기반으로 상기 시료의 단층별 물리적 두께를 추산하는 단계를 포함하는 복합막 단층 측정 방법.13. The method of claim 12,
Step d) is,
and estimating the physical thickness of each tomographic layer of the sample based on the tomographic image information. 제12항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
이동수단에 의해 상기 길이방향(Y축)으로 이동되는 상기 시료의 폭(X축)을 연속으로 촬영하여 상기 시료의 2차원 영역(X, Y)에 대한 상기 단층 영상 정보를 연속적으로 취득 및 그 단층 구조와 복굴절 특성을 분석하는 단계를 더 포함하는 복합막 단층 측정 방법.13. The method of claim 12,
After step d),
By continuously photographing the width (X-axis) of the sample moved in the longitudinal direction (Y-axis) by a moving means, the tomographic image information for the two-dimensional region (X, Y) of the sample is continuously acquired and the Composite film monolayer measurement method further comprising the step of analyzing the monolayer structure and birefringence characteristics.
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