KR20220072691A - 서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용한 오브젝트 스캔 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

오브젝트를 스캔하기 위해, 제1 파장을 갖도록 방출된 제1 레이저 광 및 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖도록 방출된 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성하고, 합성 광을 제2 빔 스플리터를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하고, 제1 광학계를 통해 전달되는 제1 합성 광을 카메라를 통해 수신하고, 제2 광학계를 통해 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하고, 제2 합성 광이 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라를 통해 수신하고, 제1 합성 광 및 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고, 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 오브젝트를 스캔한다.

Description

서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용한 오브젝트 스캔 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SCANNING OBJECT USING LIGHT SYNTHESIZED OF LIGHTS HAVING DIFFERENT WAVELENGTHS}
아래의 실시예들은 오브젝트를 스캔하는 기술에 관한 것이고, 구체적으로 서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 기술에 관한 것이다.
한국특허공개번호 제2020-0120056호(2029.10.21 공개)에는 일반 스캐너에 사용하는 광원과 광원을 움직이는 장치 대신에, 반사된 빛을 투과할 수 있을 정도로 투명한 투명 디스플레이와 같은 넓이의 센서를 이용하여 스캐너에 사용함으로써, 투명 디스플레이와 센서가 광원과 광원을 움직이는 장치의 기능을 함께 함으로, 광원을 움직이는 장치가 필요가 없으며 스캔 속도와 스캔의 안정성을 높이고 및 스캐너의 크기를 줄일 수 있는 스캐너가 개시되어 있다.
일 실시예는 서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예는 서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 전자 시스템을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른, 전자 시스템에 의해 수행되는, 오브젝트 스캔 방법은, 제1 파장을 갖도록 방출된 제1 레이저 광 및 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖도록 방출된 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성하는 단계, 상기 합성 광을 제2 빔 스플리터를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하는 단계, 제1 광학계를 통해 전달되는 상기 제1 합성 광을 카메라를 통해 수신하는 단계, 제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하는 단계, 상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라를 통해 수신하는 단계 - 상기 제2 반사 합성 광은 제3 광학계를 통해 상기 카메라로 전달됨 -, 상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하는 단계, 및 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계를 포함한다.
상기 제1 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 카메라까지 진행한 거리는, 상기 제2 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제2 반사 합성 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일할 수 있다.
제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하는 단계는, TS(translation stage)를 통해 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지의 상기 제2 합성 광이 진행하는 거리를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 TS를 통해 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지의 상기 제2 합성 광이 진행하는 거리가 조절됨으로써 상기 카메라에 수신되는 제1 합성 광의 위상과 상기 제2 반사 합성 광 간의 위상 간의 차이가 발생할 수 있다.
상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계는, 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하는 단계, 및 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간을 스캔하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하는 단계는, 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 내부 공간의 최대 깊이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최대 깊이는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 간의 차이에 의해 미리 결정되는 상기 전자 시스템의 최대 깊이 측정 범위 이하일 수 있다.
다른 일 측면에 따른, 전자 시스템 내의 전자 장치는, 오브젝트를 스캔하는 프로그램이 기록된 메모리, 및 상기 프로그램을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로그램은, 제1 파장을 갖도록 방출된 제1 레이저 광 및 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖도록 방출된 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성하도록 되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 상기 합성 광을 제2 빔 스플리터를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 제1 광학계를 통해 전달되는 상기 제1 합성 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계는 단계, 제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계 - 상기 제2 반사 광은 제3 광학계를 통해 상기 카메라로 전달됨 -, 상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 및 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계를 수행한다.
또 다른 일 측면에 따른, 전자 시스템은, 제1 파장을 갖는 제1 레이저 광을 생성하는 제1 레이저 광원, 제2 파장을 갖는 제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원, 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 병합함으로써 합성 광을 생성하기 위한 제1 빔 스플리터, 상기 합성 광을 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하기 위한 제2 빔 스플리터, 상기 제1 합성 광을 카메라로 전달하는 제1 광학계, 상기 제1 광학계를 통해 전달된 상기 제1 합성 광을 수신하는 카메라, 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제2 광학계, 상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 상기 카메라로 전달하는 제3 광학계, 및 상기 전자 시스템의 동작을 제어하는 전자 장치를 포함하고, 상기 카메라는, 상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고, 상기 전자 장치는, 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔한다.
상기 제1 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 카메라까지 진행한 거리는, 상기 제2 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제2 반사 합성 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일할 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하고, 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간을 스캔할 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 내부 공간의 최대 깊이를 결정하고, 상기 최대 깊이는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 간의 차이에 의해 미리 결정되는 상기 전자 시스템의 최대 깊이 측정 범위 이하일 수 있다.
서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 방법이 제공될 수 있다.
서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 전자 시스템이 제공될 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 스캔하고자 하는 오브젝트의 단면도를 도시한다.
도 2은 일 예에 따른 서로 다른 파장을 갖는 광들에 대해 나타나는 컴플렉스 필드가 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 시스템의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 시스템의 전자 장치의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 예에 따른 오브젝트의 내부 공간을 스캔하는 방법의 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 예에 따른 스캔하고자 하는 오브젝트의 단면도를 도시한다.
최근 전자기기의 소형화, 박형화에 따라 전자기기에 포함되는 회로의 고밀도화가 진전되어 인접하는 전극과의 간격이나 전극의 폭이 좁아지고 있으며, 이에 따라 반도체 패키지의 박형화나 소형화에 대한 요구가 증가하고 있다. 반도체 적층 방법으로서 많이 사용되는 현재의 적층 방법은 와이어 본딩(wire bonding)이 주류를 이루고 있으나, 전자기기의 고사양화 및 경박단소화에 대응하기 위해 관통 홀(through silicon via: TSV) 기술이 점차 확대되고 있다. 특히, TSV 기술은 실리콘 웨이퍼를 관통하는 미세 홀을 형성한 후, 홀 내부에 전도성 물질을 충전시킴으로써 반도체 내부의 전기적 연결 통로를 확보하는 기술이다. 다만, TSV 기술은 형성된 미세 홀의 검사가 어려워서 수율이 낮으며, 이에 따라, 반도체의 제작 단가가 높아 TSV 기술에 대한 수요가 많음에도 불구하고, 널리 사용되지 못하고 있다.
TSV 기술을 이용하기 위해서는, 정밀하고 고속으로 시료의 파괴 없이 미세 홀을 측정 할 수 있는 기술이 필수적이나 개발 또는 상용화된 측정 기술이 아직 없다.
일 측면에 따른, 디지털 홀로그래픽 현미경 기술은 홀로그래피 기술과 현미경 기술을 융합한 3차원 측정/검사 기술로서, 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경은 간섭계 방식의 광학계와 복원 알고리즘으로 구성되어 있고, 오브젝트의 정량적 2차원 형상 정보 계산 및 위상 정보 맵핑 기술을 이용하여 오브젝트의 정량적 두께(또는, 깊이) 정보 계산이 가능하다.
그러나, 상기의 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경 기술은 오브젝트의 깊이를 측정할 수 있는 범위가 제한적이라는 단점이 있다. 오브젝트의 깊이 측정 범위(axial resolution)는 광원이 지니고 있는 코히어런스 길이(coherence length)에 의해 결정된다. 예를 들어, 642 nm의 파장을 갖는 단일 광원(예를 들어, 선폭 2 nm)을 이용하는 경우, 현미경에 의해 측정될 수 있는 오브젝트의 깊이 범위는 0 ~ 87 um 정도일 수 있다.
도 1에 도시된 일 예에 따르면, 오브젝트(100)의 TSV(110)의 깊이 범위(△Z)를 측정하기 위해 현미경(120)이 이용될 수 있다. 깊이 범위(△Z)가 단일 광원을 이용하여 측정될 수 있는 범위를 초과하는 경우, 단일 광원만을 이용하는 기술이 아닌 복수의 광원들을 이용하는 기술이 사용될 수 있다. 복수의 광원들이 이용되는 경우, 현미경(120)이 측정할 수 있는 깊이 범위가 단일 광원을 이용하는 것 보다 증가될 수 있다.
아래에서, 도 2 내지 도 6을 참조하여 서로 다른 파장을 갖는 광들을 합성한 광을 이용한 오브젝트 스캔 방법에 대해 상세히 설명된다.
도 2은 일 예에 따른 서로 다른 파장을 갖는 광들에 대해 나타나는 컴플렉스 필드가 도시한다.
서로 다른 파장들(λ1과 λ2)을 갖는 두 개의 광들(201 및 202)을 합성하는 경우, λ1과 λ2 간의 차이에 따라 오브젝트의 깊이 측정 범위가 늘어나는 효과가 발생한다. 제1 광의 주파수와 제2 광 간의 주파수가 다르기 때문에, 특정 시각을 기준으로 제1 광의 위상과 제2 광의 위상 간의 차이(△λ)가 발생한다. △λ에 의해 합성 광의 공간 주파수(spatial frequency)가 변화될 수 있다. △λ가 0인 경우, 해당 시각에 대한 제1 광 및 제2 광의 진행 거리에 대응하는 위치가 컴플렉스 필드(complex field)(220)로 명명될 수 있다. 컴플렉스 필드(220)는 λ1의 및 λ2의 간의 최소 공배수에 대응하는 위치에서 반복적으로 나타날 수 있다.
이에 따라, 합성 광에 따른 오브젝트의 두께 측정 범위는 λ1 및 λ2의 간의 최소 공배수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, λ1 및 λ2를 630 nm 및 631 nm로 각각 설정하는 경우, 현미경의 깊이 측정 범위(Λ)는 0 ~ 198.77 um로 계산될 수 있다. 0 ~ 198.77 um의 깊이 측정 범위는 단일 광원을 이용하는 현미경의 깊이 측정 범위에 비해 크게 증가한 범위이다. 예를 들어, λ1 및 λ2 간의 최소 공배수가 커질수록 깊이 측정 범위가 증가할 수 있다.
아래에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 서로 다른 파장을 갖는 광들을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 방법에 대해 상세히 설명된다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 시스템의 구성도이다.
일 측면에 따른, 전자 시스템(370)은 이미징 장치(350) 및 전자 장치(360)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치(350)는 제1 파장을 갖는 제1 레이저 광(또는, 빔)을 생성하는 제1 레이저 광원(301), 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖는 제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원(302), 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광을 병합함으로써 합성 광을 생성하기 위한 제1 빔 스플리터(303), 합성 광을 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하기 위한 제2 빔 스플리터(305), 제1 합성 광을 카메라(320)로 전달하는 제1 광학계(310), 제1 광학계를 통해 전달된 제1 합성 광을 수신하는 카메라(320), 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제2 광학계(330), 제2 합성 광이 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라(320)로 전달하는 제3 광학계(342)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 전자 시스템(370)은 제1 빔 스플리터(303) 및 제2 빔 스플리터(305) 사이에 배치되는 파장판(wave plate)(304)을 더 포할 할 수 있다.
예를 들어, 제1 광학계(310)는 대물렌즈(311), 핀-홀(312), 렌즈들(313, 314) 및 빔 스플리터(315)를 포함할 수 있다. 대물렌즈(311) 및 핀-홀(312)은 제1 합성 광에 발생하는 노이즈를 제거하기 위해 이용될 수 있다.
예를 들어, 제2 광학계(330)는 편광 빔 스플리터(331), 미러(332), 뉴트럴 덴서티(neutral density: ND) 필터(333), 파장판(334), 대물렌즈(335), 핀-홀(336), 렌즈들(337, 338), 빔 스플리터(339) 및 대물렌즈(340)를 포함할 수 있다. 대물렌즈(335) 및 핀-홀(336)은 제2 합성 광에 발생하는 노이즈를 제거하기 위해 이용될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전자 시스템(100)은 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템일 수 있다.
전자 시스템(370)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 시스템의 전자 장치의 구성도이다.
전자 장치(400)는 통신부(410), 프로세서(420), 및 메모리(430)를 포함할 수 있다. 전자 장치(400)는 도 3을 참조하여 전술된 전자 장치(360)일 수 있다.
통신부(410)는 프로세서(420) 및 메모리(430)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 통신부(410)는 외부의 다른 장치와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 이하에서 "A"를 송수신한다라는 표현은 "A를 나타내는 정보(information) 또는 데이터"를 송수신하는 것을 나타낼 수 있다.
통신부(410)는 전자 장치(400) 내의 회로망(circuitry)으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신부(410)는 내부 버스(internal bus) 및 외부 버스(external bus)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 통신부(410)는 전자 장치(400)와 외부의 장치를 연결하는 요소일 수 있다. 통신부(410)는 인터페이스(interface)일 수 있다. 통신부(410)는 외부의 장치로부터 데이터를 수신하여, 프로세서(420) 및 메모리(430)에 데이터를 전송할 수 있다.
프로세서(420)는 통신부(410)가 수신한 데이터 및 메모리(430)에 저장된 데이터를 처리한다.
"프로세서"는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(420)는 메모리(예를 들어, 메모리(430))에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(420)에 의해 유발된 인스트럭션들을 실행한다.
메모리(430)는 통신부(410)가 수신한 데이터, 프로세서(420)가 처리한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리(430)는 프로그램(또는 애플리케이션, 소프트웨어)을 저장할 수 있다. 저장되는 프로그램은 오브젝트를 스캔하도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있도록 코딩되어 프로세서(420)에 의해 실행 가능한 신텍스(syntax)들의 집합일 수 있다.
일 측면에 따르면, 메모리(430)는 하나 이상의 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브 및 광학 디스크 드라이브를 포함할 수 있다.
메모리(430)는 전자 장치(400)를 동작 시키는 명령어 세트(예를 들어, 소프트웨어)를 저장한다. 전자 장치(400)를 동작 시키는 명령어 세트는 프로세서(420)에 의해 실행된다. 예를 들어, 메모리(430)는 미리 설정된 동작들이 수행되도록 제작된 레지스터일 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
통신부(410), 프로세서(420) 및 메모리(430)에 대해, 아래에서 도 5 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
도 5는 일 실시예에 따른 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.
아래의 단계들(510 내지 580)은 도 3을 참조하여 전술된 전자 시스템(370)에 의해 수행된다.
단계(510)에서, 전자 시스템(370)은 제1 레이저 광원(301) 및 제2 레이저 광원(302) 통해 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광을 각각 방출한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 제1 레이저 광원(301)이 제1 레이저 광을 방출하고, 제2 레이저 광원(302)이 제2 레이저 광을 방출하도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다. 제1 레이저 광의 제1 파장 및 제2 레이저 광의 제2 파장은 서로 상이하다.
예를 들어, 제1 레이저 광원(301) 및 제2 레이저 광원(302) 각각은 다이오드 레이저 광원일 수 있고, 서로 다른 파장을 갖는 단색 광을 각각 방출할 수 있다.
단계(520)에서, 전자 시스템(370)은 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터(303)를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광이 제1 빔 스플리터(303)를 통해 병합됨으로써 합성 광이 생성되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
단계(530)에서, 전자 시스템(370)은 합성 광을 제2 빔 스플리터(305)를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리한다. 예를 들어, 합성 광이 제2 빔 스플리터(305)를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
제1 빔 스플리터(305)는 합성 광을 제1 경로를 통해 진행하는 제1 합성 광 및 제2 경로를 통해 진행하는 제2 합성 광으로 분리한다. 제1 경로는 제1 광학계(310)의 경로를 통해 정의되고, 제2 경로는 제2 광학계(330)의 경로 및 제3 광학계(342)의 경로를 통해 정의될 수 있다.
단계(540)에서, 전자 시스템(370)은 제1 광학계(310)를 통해 전달되는 제1 합성 광을 카메라(320)를 통해 수신한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 제1 광학계(310)를 통해 전달되는 제1 합성 광이 카메라(320)를 통해 수신되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
단계(550)에서, 전자 시스템(370)은 제2 광학계(320)를 통해 제2 합성 광을 오브젝트(341)에 조사한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 제2 광학계(320)를 통해 제2 합성 광이 오브젝트(341)에 조사되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
일 측면에 따르면, 제2 광학계(320)의 미러(332)는 TS(translation stage)를 포함할 수 있다. TS는 제2 빔 스플리터(305)로부터 오브젝트(341)까지의 제2 합성 광이 진행하는 거리를 조절할 수 있다. TS를 통해 제2 빔 스플리터(305)로부터 오브젝트(341)까지의 제2 합성 광이 진행하는 거리가 조절됨으로써 카메라(320)에 수신되는 제1 합성 광의 위상과 상기 제2 반사 합성 광 간의 위상 간의 차이가 발생할 수 있다.
일반적으로, 분할된 레이저 광들이 간섭하여 발생하는 홀로그래픽 간섭 패턴은 레이저 광들 각각의 진행 거리가 동일한 경우, 강하게 발생한다. 이에 따라, 제1 합성 광이 제1 경로를 통해 진행하는 제1 거리에 대응하도록, 제2 합성 광 및 제2 반사 합성 광이 제2 경로 및 제3 경로 통해 진행하는 제2 거리 중 제2 합성 광이 진행하는 제2 경로의 거리의 일부를 조절하게 되면, 비교적 선명한 홀로그래픽 간섭 패턴을 획득할 수 있게 된다.
단계(560)에서, 전자 시스템(370)은 제2 합성 광이 오브젝트(341)에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라(320)를 통해 수신한다. 제2 반사 합성 광은 제3 광학계(342)를 통해 카메라(320)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제2 합성 광이 오브젝트(341)에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광이 카메라(320)를 통해 수신되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
제1 합성 광이 제2 빔 스플리터로(305)부터 카메라(320)까지 진행한 거리는, 제2 합성 광이 제2 빔 스플리터로(305)부터 오브젝트(341)까지 진행한 거리 및 제2 반사 합성 광이 오브젝트(341)로부터 카메라(320)까지 진행한 거리의 합과 동일할 수 있다.
단계(570)에서, 전자 시스템(370)은 제1 합성 광 및 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 카메라(320) 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 제1 합성 광 및 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 카메라(320) 상에 나타나는 간섭 패턴이 촬영되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
서로 다른 경로들로 전달된 제1 합성 광 및 제2 반사 합성 광이 카메라(320)의 평면에서 간섭될 수 있고, 간섭에 의해 나타내는 간섭 패턴이 카메라(320)를 통해 촬영 또는 이미징될 수 있다.
제1 파장 및 제2 파장 간의 파장 차이에 의해, 카메라(320)의 평면에서 수신되는 제1 합성 광의 공간 주파수 및 제2 반사 합성 광의 공간 주파수가 서로 다를 수 있다. 또한, TS를 통해 제2 합성 광이 진행하는 거리가 조절되는 경우, 카메라(320)의 평면에서 제1 합성 광 및 제2 반사 합성 광 간의 위상 차이가 발생할 수 있고, 이러한 구성들을 통해 오브젝트의 깊이 측정 범위가 확대될 수 있다.
단계(580)에서, 전자 시스템(370)은 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트(341)에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 오브젝트(341)를 스캔한다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트(341)에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 오브젝트(341)(예를 들어, 오브젝트(341)의 TSV)가 스캔되도록 전자 시스템(370)을 제어할 수 있다.
일 측면에 따르면, 스캔의 결과는 오브젝트(341)의 내부 공간에 대한 3차원 이미지로 나타날 수 있다. 내부 공간이 깊이 범위를 통해 표현될 수 있다. 예를 들어, 스캔의 결과로서 내부 공간의 최대 깊이가 나타날 수 있다.
카메라(320)의 이미지 평면에서 합성 광에 대한 간섭 패턴이 발생할 수 있으나, 제1 레이저 광의 제1 파장 및 제2 레이저 광의 제2 파장 간의 차이에 따라 이미지 평면에서는 컴플렉스 필드가 나타나지 않을 수 있다.
이에 따라, 오브젝트(341)를 스캔하기 위한 후처리가 수행될 수 있다. 오브젝트(341)를 스캔하는 방법에 대해 아래에서 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
추가적인 실시예로서, 무빙 스테이지(moving stage)를 통해 오브젝트(341)가 대물렌즈(340)에 대비하여 미세하게 이동될 수 있다. 예를 들어, 오브젝트(341)가 이동되는 경우, 오브젝트(341)의 스캔을 통해 오브젝트(341)의 TSV의 바닥 표면의 상태(또는, 형상)가 결정될 수 있다. 예를 들어, TSV의 바닥 표면의 상태가 평평한지 여부가 결정될 수 있다.
예를 들어, 오브젝트(341)가 적층된 반도체이고, 반도체 내부에 TSV가 형성된 경우, TSV가 의도한 대로 형성되었는지 여부가 결정될 수 있다. 의도한 TSV의 최대 깊이가 150 um 였으나, 측정된 TSV의 최대 깊이가 120 um인 경우 제작된 반도체가 불량품으로 결정될 수 있다. 다른 예로, TSV의 바닥 표면이 평평하지 못한 경우에도 제작된 반도체가 불량품으로 결정될 수 있다.
도 6은 일 예에 따른 오브젝트의 내부 공간을 스캔하는 방법의 흐름도이다.
일 측면에 따르면, 도 5를 참조하여 전술된 단계(580)는 아래의 단계들(610 및 620)을 포함할 수 있다.
단계(610)에서, 전자 시스템(370)은 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트(341)의 내부 공간(예를 들어, 도 1의 오브젝트(100)의 TSV(110))에 대한 깊이 정보를 획득한다.
일 측면에 따르면, 오브젝트(341)를 스캔하는 방법이 수행되기 전에, 제1 파장 및 제2 파장에 대한 컴플렉스 필드가 미리 결정될 수 있고, 결정된 컴플렉스 필드에 따라 전자 시스템(370)의 최대 깊이 측정 범위가 미리 결정될 수 있다.
예를 들어, 전자 시스템(370)은 간섭 패턴을 촬영한 이미지를 제1 파장(예를 들어, 제1 파장의 주기)에 기초하여 후처리하고, 간섭 패턴을 촬영한 이미지를 제2 파장(예를 들어, 제2 파장의 주기)에 기초하여 후처리함으로써 오브젝트(341)의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득할 수 있다.
간섭 패턴 내의 신호들은 광의 세기 정보 및 위상 정보를 포함할 수 있고, 그 중에서 위상 정보에 기초하여 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보가 획득될 수 있다.
전자 시스템(370)은 깊이 정보에 기초하여 내부 공간의 최대 깊이를 결정할 수 있다. 결정된 최대 깊이는 제1 파장 및 제2 파장 간의 차이에 의해 미리 결정되는 전자 시스템(370)의 최대 깊이 측정 범위 이하일 수 있다.
단계(620)에서, 전자 시스템(370)은 오브젝트(341)의 내부 공간에 대한 깊이 정보에 기초하여 오브젝트의 내부 공간을 스캔한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
350: 이미징 장치
360: 전자 장치
370: 전자 시스템

Claims (13)

  1. 전자 시스템에 의해 수행되는, 오브젝트 스캔 방법은,
    제1 파장을 갖도록 방출된 제1 레이저 광 및 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖도록 방출된 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성하는 단계;
    상기 합성 광을 제2 빔 스플리터를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하는 단계;
    제1 광학계를 통해 전달되는 상기 제1 합성 광을 카메라를 통해 수신하는 단계;
    제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하는 단계;
    상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라를 통해 수신하는 단계 - 상기 제2 반사 합성 광은 제3 광학계를 통해 상기 카메라로 전달됨 -;
    상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계
    를 포함하는,
    오브젝트 스캔 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 카메라까지 진행한 거리는, 상기 제2 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제2 반사 합성 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일한,
    오브젝트 스캔 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하는 단계는,
    TS(translation stage)를 통해 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지의 상기 제2 합성 광이 진행하는 거리를 조절하는 단계
    를 포함하는,
    오브젝트 스캔 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 TS를 통해 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지의 상기 제2 합성 광이 진행하는 거리가 조절됨으로써 상기 카메라에 수신되는 제1 합성 광의 위상과 상기 제2 반사 합성 광 간의 위상 간의 차이가 발생하는,
    오브젝트 스캔 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계는,
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간을 스캔하는 단계
    를 포함하는,
    오브젝트 스캔 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하는 단계는,
    상기 깊이 정보에 기초하여 상기 내부 공간의 최대 깊이를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    오브젝트 스캔 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최대 깊이는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 간의 차이에 의해 미리 결정되는 상기 전자 시스템의 최대 깊이 측정 범위 이하인,
    오브젝트 스캔 방법.
  8. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  9. 전자 시스템 내의 전자 장치는,
    오브젝트를 스캔하는 프로그램이 기록된 메모리; 및
    상기 프로그램을 수행하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로그램은,
    제1 파장을 갖도록 방출된 제1 레이저 광 및 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장을 갖도록 방출된 제2 레이저 광을 제1 빔 스플리터를 통해 병합함으로써 합성 광을 생성하도록 되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    상기 합성 광을 제2 빔 스플리터를 통해 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    제1 광학계를 통해 전달되는 상기 제1 합성 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계는 단계;
    제2 광학계를 통해 상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계 - 상기 제2 반사 광은 제3 광학계를 통해 상기 카메라로 전달됨 -;
    상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계
    를 수행하는,
    전자 장치.
  10. 전자 시스템은,
    제1 파장을 갖는 제1 레이저 광을 생성하는 제1 레이저 광원;
    제2 파장을 갖는 제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 병합함으로써 합성 광을 생성하기 위한 제1 빔 스플리터;
    상기 합성 광을 제1 합성 광 및 제2 합성 광으로 분리하기 위한 제2 빔 스플리터;
    상기 제1 합성 광을 카메라로 전달하는 제1 광학계;
    상기 제1 광학계를 통해 전달된 상기 제1 합성 광을 수신하는 카메라;
    상기 제2 합성 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제2 광학계;
    상기 제2 합성 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제2 반사 합성 광을 상기 카메라로 전달하는 제3 광학계; 및
    상기 전자 시스템의 동작을 제어하는 전자 장치
    를 포함하고,
    상기 카메라는, 상기 제1 합성 광 및 상기 제2 반사 합성 광 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고,
    상기 전자 장치는, 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 깊이 정보를 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는,
    전자 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 카메라까지 진행한 거리는, 상기 제2 합성 광이 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제2 반사 합성 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일한,
    전자 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전자 장치는,
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보를 획득하고,
    상기 오브젝트의 내부 공간에 대한 깊이 정보에 기초하여 상기 오브젝트의 내부 공간을 스캔하는,
    전자 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 내부 공간의 최대 깊이를 결정하고,
    상기 최대 깊이는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 간의 차이에 의해 미리 결정되는 상기 전자 시스템의 최대 깊이 측정 범위 이하인,
    전자 시스템.
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