WO2013105822A1 - 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법 - Google Patents

다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법 Download PDF

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WO2013105822A1
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light
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강신일
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연세대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a multi-parallel confocal system and a surface measuring method using the same.
  • a confocal microscope is a system that allows light from a specimen to pass through a confocal aperture such as a pinhole while irradiating light of a certain wavelength to a sample, It is a device that detects by photoelectric detector (PD, photo-detector).
  • PD photoelectric detector
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a confocal optical system shown to explain the principle of a general confocal microscope.
  • the confocal microscope comprises a light source 11 for irradiating a laser beam, a beam splitter 13 for converting the traveling path of the incident light, an objective lens 13 for focusing the light illuminated by the light source 11 on the sample, (17) interposed between the beam splitter (13) and the photoelectric detector (19) so that only an image whose focal point matches is directed to the photoelectric detector (19) is disposed between the beam splitter (13) .
  • the light source 11 irradiates a laser beam of a wavelength band suitable for the fluorescent substance labeled with the sample to induce the emission of the fluorescent material.
  • the emitted fluorescent signal is focused by the objective lens 15, and is transmitted through the beam splitter 13 And is focused on the photoelectric detector 19. At this time, since the image of the unfocused portion is blocked by the aperture 17, only the image of the focused fluorescence signal is detected by the photoelectric detector 19.
  • the confocal microscope Since the light reflected outside the focal plane of the objective lens can not pass through the aperture and is not detected by the photoelectric detector, the confocal microscope not only has high resolution in the direction of the optical axis, but also in the direction perpendicular to the optical axis It has higher resolution than conventional optical microscope.
  • confocal optical systems Due to its high resolution and ability to acquire three-dimensional images, confocal optical systems have recently become increasingly popular in the aerospace industry, including cell biology and semiconductor chip inspection, as well as large diameter lenses and mirrors It is widely used in quality inspection not only in professional field but also in life-related fields such as semiconductor display parts, automobile parts, portable camera and copier parts.
  • the laser light irradiated from the light source is converged so as to form a phase on the surface of the specimen through the microlens, which is an objective lens located at the lower part of the confocal optical system.
  • the light L incident on the microlens 15 is incident on the sample surface in the form of a parallel light, is focused through the spherical shape of the microlens 15, and irradiated onto the surface of the sample.
  • the focal length of the light incident on the parallel light state and converged through the microlens 15, that is, the focal length f of the microlens 15 is very short, A sufficient working distance can not be secured from the surface, so that the measurement system may contact with the surface of the sample.
  • the topsheet S of the sample 20 is not flat and has a large curvature, the surface of the sample is measured while the microlens 15 positioned at the lower end of the measurement system and the surface S are brought into contact with each other to cause contamination or scratch on the surface S of the microlens 15 or the sample.
  • an actuator for finely moving a nano stage on which a sample is placed is used.
  • each light spot is divided into areas reduced in inverse proportion to the number of light spots macrocell) (x0, y0 region in Fig. 5).
  • the optical multi-optical probe optical system is capable of shortening the copper spots of the optical spots compared to the case of the conventional single optical spots.
  • a multi-optical probe optical system is capable of spanning the light spots in the longitudinal direction (y direction) and in the lateral direction
  • the multi-optical probe is moved and stopped as a whole to another adjacent area, (Y direction) and the lateral direction (x direction).
  • the present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to overcome the problem that the working distance from the microlens to the surface of the sample can be increased so that the micro lens or the surface of the sample is contaminated or scratches occur
  • the present invention provides a multi-parallel confocal system and a surface measuring method using the multi-parallel confocal system, which enables surface measurement of an object to be measured at high speed over not only a multi-optical probe array region but also a large region exceeding the multi-optical probe array region.
  • a light emitting device including: a light source for emitting light; A relay lens unit including at least one lens for directing light reflected by the object to be measured and directed to the object to be measured, and focusing the light emitted from the light source; A multi-optical probe in which a plurality of microlenses, through which the light converged through the relay lens unit is incident, are arranged to form a microlens array, and light is focused on the surface of the object to be measured through the microlens array; And a photo detector for detecting light incident through the microlens and the relay lens unit after being reflected from the object to be measured, wherein the focal distance of the microlens and the distance between the microlens and the object to be measured And a back focus determined by the distance and a focus dl of the relay lens unit are coplanar.
  • the back focal length (BFL) may be determined by the following equation when the focal length of the microlens is f and the distance between the microlens and the object is f + x.
  • the relay lens unit may include an aperture.
  • the relay lens unit may have a telecentric lens.
  • the light source may be disposed on the upper optical axis of the telecentric lens.
  • the light source may be disposed on the lower optical axis of the telecentric lens.
  • the light source may further include a beam splitter capable of changing a traveling path of light emitted from the light source.
  • an aperture having a pinhole may be provided on the focal plane where the focal point of the relay lens unit meets the rear focal point of the microlens.
  • the multi-optical probe including the microlens array includes a first row 111 in which microlenses M1 are arranged in a row; And a microlens M2 are arranged in a column with the first row 111 and a second row in which a part is located between the microlenses M1 constituting the first row 111, (112) having a plurality of optical probes.
  • the second row 112 may have a microlens array having the same spacing as the first row 111, and may be arranged to have a lateral relative position with respect to the first row 111.
  • the second row 112 may have a microlens array having a spacing different from that of the first row 111.
  • the first row 111 is disposed at a distance smaller than the size of the microlenses M1 and the second row 112 is disposed at a distance from the microlenses M1
  • a transverse end or an intermediate portion may be disposed so as to protrude or cross between the spacing intervals of the microlenses M1 constituting the first row 111.
  • a microlens M3 is arranged in a row with the first row 111 and the second row 112, and the microlenses M3 are arranged in the first row 111 or the second row 112 And a third row 113 partially positioned between the microlenses M1 and M2.
  • the present invention provides a light emitting device comprising: a light source for emitting light; A relay lens unit including at least one lens for directing light reflected by the object to be measured and directed to the object to be measured, and focusing the light emitted from the light source; A multi-optical probe in which a plurality of microlenses, through which the light converged through the relay lens unit is incident, are arranged to form a microlens array, and light is focused on the surface of the object to be measured through the microlens array; And a photo detector for detecting light incident through the microlens and the relay lens unit after being reflected from the object to be measured, wherein the focal distance of the microlens and the distance between the microlens and the object to be measured The rear focal point determined by the distance and the focal point of the relay lens unit are located on the same plane, and the multi-optical probe including the micro lens array includes a first row 111 formed by arranging the microlenses M1 in a row, A multi-par
  • the present invention having the above-described configuration, by increasing the working distance (WD) of the object to be measured of the microlens array applied to the multiple parallel confocal system, contamination of the surface of the object to be inspected, Damage can be reduced. Also, optical pinhole effect is obtained by using the optical path of the relay lens, so that a confocal system can be realized without a physical pinhole.
  • the multi-optical probe or the object to be measured is moved in the longitudinal direction
  • the object to be measured can be continuously scanned over a rectangular or linear area covering the lateral width of the microlens constituting a plurality of rows while moving continuously.
  • Scanning in scanning the unit unit area of the multi-optical probe, in comparison with a conventional multi-optical probe optical system in which light spots are moved in the longitudinal direction and the transverse direction over the entire two-dimensional area designated in units of light spots, Scanning can be performed at high speed while moving the multi-optical probe in one direction.
  • the surface filling movement of the light spot and the unit-unit position movement and the stop of the multi-optical probe are repeated in the existing multi- It is possible to scan at high speed while moving the multi-optical probe continuously in one direction.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a principle of a conventional confocal microscope
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a conventional confocal system
  • Fig. 3 is a conceptual diagram showing a measured object measurement using a conventional confocal system
  • Figure 4 Schematic diagram illustrating a method of scanning using a single optical probe
  • Figure 5 Schematic diagram illustrating a method of scanning using a multi-optical probe
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a scanning area by the multi-optical probe shown in FIG. 5
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration of a multiple parallel confocal microscope system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view of a microlens portion of the optical probe of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a relay lens unit which is an optical system including a telecentric lens and a beam splitter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a configuration in which a pinhole aperture is additionally provided on a focal plane where a relay lens unit and a microlens meet in focus, according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a state in which the surface of a workpiece is inspected using a confocal system with improved working distance (WD) according to the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a state in which the surface of a workpiece is inspected using a confocal system with improved working distance (WD) according to the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a scanning method using a micro lens array of a multi-optical probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the first lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a micro lens array of the multi-optical probe according to the second lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the third lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • 16 is a conceptual diagram showing a micro lens array of the multi-optical probe according to the fourth lens array embodiment of the present invention and a scanning region therefor
  • 17 is a conceptual diagram showing a microlens array of a multi-optical probe according to an embodiment of the fifth lens array of the present invention and a scanning area therefor
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the sixth lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • 19 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the seventh lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • 20 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the eighth lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the nineteenth lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • FIG. 22 is a conceptual diagram showing a microlens array of the multi-optical probe according to the tenth lens array embodiment of the present invention and a scanning area therefor
  • a multi-optical probe optical system (e.g., a confocal microscope, a confocal sensor, etc.) including multiple optical probes may be used to select, combine, shape, , And the like.
  • the present invention relates to a multi-optical probe which can be widely applied to such a multi-optical probe optical system, and more particularly to a multi-optical probe having a surface-emitting laser emitting a plurality of laser beams, A photo-detector (PD) such as a confocal aperture, a focusing micro lens, a collimator lens, and a CCD, in which a plurality of pinholes through which a large number of laser beams pass are formed, Or a combination of two or more of them.
  • PD photo-detector
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a multiple parallel confocal system according to an embodiment of the present invention.
  • a multi-parallel confocal system includes a light source (not shown) for irradiating light, a light source A microlens array 102 in which a plurality of microlenses 104 to which light focused through the relay lens unit 102 is incident are arranged in a matrix form, And an optical sensor 103 for focusing the light onto the surface of the object to be measured 105 through the microlens array and for reflecting the light from the object to be measured 105, And a photo detector 106 for detecting light incident through the photodetector 102.
  • the relay lens unit 102 is an optical system for focusing the light incident on the microlens 104.
  • the relay lens unit 102 includes a telecentric lens for compensating for the perspective of the surface of the object to be measured when measuring the object, .
  • the telecentric lens 105 includes two condenser lenses 108a and 108c for focusing the light directed toward the object 105 or reflected by the object 105, And an aperture 105b that is disposed between the light emitting portions 108a and 108c.
  • the relay lens unit 102 converges the light incident from the light source into a focused light beam rather than a parallel light beam as the conventional one, and then focuses the light beam on the microlens 104 of the optical probe 103 located on the lower side To enter.
  • FIG 8 is an enlarged view of a portion of the microlens 104 provided in the microlens array in the optical probe 103 of the present invention.
  • the condensed light is incident on the microlens 104 through the upper relay lens unit 102.
  • a focal point is formed on the distance WD longer than the focal distance f of the microlens 104 when the light is incident on the conventional parallel light type optical path (indicated by the dotted line)
  • the reflected light again passes through the microlens 104 and is focused on the rear side of the microlens 104.
  • the focal point of the relay lens unit 102 and the focal point determined by the focal distance f of the microlens 104 and the distance WD between the microlens 104 and the measured object 105 are The coplanar focal plane is located on the same plane as shown in Fig.
  • the back focal length BFL determined by the focal distance f of the microlens 104 and the distance WD between the microlens 104 and the measured object 105 can be determined by the micro lens 104, F is the focal distance of the micro lens 104, and f + x is the distance between the microlens 104 and the measured object 105, the following formula is used.
  • FIG. 9 shows a relay lens unit 102 as an optical system including a telecentric lens and a beam splitter as another embodiment of the present invention.
  • the relay lens unit 102 which is an optical system for focusing light, includes two condenser lenses 108a and 108c and an aperture 108b (108b) disposed between the condenser lenses 108a and 108c And a beam splitter 107 disposed on the lower optical axis of the telecentric lens 108 so as to change the traveling path of the light emitted from the light source .
  • the light source may be arranged on the lower optical axis with respect to the telecentric lens 108 as shown in FIG. 9, or may be arranged on the upper side of the telecentric lens 108.
  • the beam splitter is disposed on the upper side of the telecentric lens 108.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of another embodiment of the present invention in which a pinhole 142 is formed on a focal plane where the focal point of the relay lens unit 102 meets the back focus of the microlens 104 140) are additionally installed. If the aperture 140 in which the plurality of pinholes 142 are formed on the focal plane where the rear side focal point of the microlens 104 and the front side focal point of the relay lens unit 102 meet are provided, The imaging performance can be further improved.
  • FIG. 11 is a view illustrating a state in which the surface of the measured object 105 is inspected using the confocal system of the present invention.
  • the working distance The surface scanning operation can be performed without contacting the surface of the object 105 with the microlens 104 when the object 105 is measured using the confocal system of the present invention having the object WD, Accordingly, contamination and scratch damage due to contact between the confocal system device and the object to be measured can be prevented.
  • a separate device configuration for moving the confocal device or the object to be measured in the Z-axis direction in order to avoid contact between the confocal device and the object to be measured, It is advantageous that it can be simplified and compactly implemented.
  • FIGS. 13 to 21 are views showing a multi-optical probe according to various embodiments of the present invention. And a microlens array structure for the scanning region.
  • each of the microlens arrays of the multi-optical probe according to the embodiment of the present invention shows the arrangement of light spots passing through each of a plurality of microlenses M constituting the microlens array and reaching the surface of the object to be measured.
  • a multi-optical probe includes a first row 111 in which microlenses M1 are arranged in a row (x direction), a first row 111 in which microlenses M2 And a second row (112) in which a part of the microlens (M2) is positioned between the first row (111) and the spacing between the microlenses (M1) Structure.
  • the microlenses M 2 constituting the second row 112 partially protrude between the microlenses M 1 constituting the first row 111, or the microlenses M 1, M1). ≪ / RTI >
  • the multi-optical probe according to the first lens array embodiment of the present invention includes a single-dot chain line having the same size as the area (unit unit area of the multi-optical probe) indicated by the dashed line in the prior art shown in FIG.
  • the first row 111 and the second row 112 are formed in the display region.
  • the first row 111 has an arrangement of the same shape as the columns arranged at the uppermost one of the microlens arrays shown in the prior art of FIG. 6, and the second row 111
  • the column 112 has a microlens array having the same spacing as the first column 111 and has a lateral relative position relative to the first column 111 unlike the prior art shown in FIG. .
  • the beam spot of the second row 112 is arranged so as to completely fill the space between the beam spots of the first row 111.
  • Fig. 12 By continuously moving the probe in the longitudinal direction (the arrow direction), it is possible to scan the entire one-dot chain line display area at a high speed.
  • the multi-optical probe in order to scan the entire one-dot chain line display area, the multi-optical probe has a 6 ⁇ 5 array, and a light spot is projected in the longitudinal direction over the entire two-dimensional area (dotted line display area)
  • the first lens array embodiment of the present invention it is necessary to move the multi-optical probe or the object to be measured continuously in the longitudinal direction (unidirectional) with a simple arrangement of 5 to 6 ⁇ 2
  • the entire one-dot chain line display area can be easily scanned at a high speed.
  • the multi-optical probe according to the second lens array embodiment of the present invention is different from the first lens array embodiment of the present invention shown in FIG. 13 in that the beam spot of the second row 112 Are arranged so as to completely fill the spacing between beam spots of the first row (111).
  • the multi-optical probe according to the second lens array embodiment of the present invention a multi-optical probe array more uniformly distributed as compared with the first lens array embodiment can be realized.
  • the entire single-dot chain line display area can be scanned at a high speed by continuously moving the multi-optical probe in the longitudinal direction (arrow direction).
  • the multi-optical probe according to the third lens array embodiment of the present invention is different from the first lens array embodiment of the present invention shown in Fig. 13 in that the beam spot of the second row 112
  • the right end or the right end of the first row 111 is arranged to fill only a part of the spacing between the beam spots of the first row 111.
  • the multi-optical probe according to the third lens array embodiment of the present invention by moving the multi-optical probe continuously in the longitudinal direction (arrow direction) as shown in Fig. 12, It is possible to continuously scan a part of the stripe (continuous in the longitudinal direction) shape having a width corresponding to the horizontal direction integral width of the beam spot by the micro lenses M1 and M2 in the first and second columns at high speed.
  • the multi-optical probe of the third lens array embodiment In scanning the entire one-dot chain line display area using the multi-optical probe of the third lens array embodiment, the multi-optical probe of the third lens array embodiment is moved in the longitudinal direction (the arrow direction) continuously, (In the direction opposite to the arrow), and then moving it in the longitudinal direction again (in the direction opposite to the arrow).
  • the multi-optical probe according to the fourth lens array embodiment of the present invention is different from the third lens array embodiment shown in FIG. 15 in that the microlenses M3 are arranged in the first and second columns 111 and 112 and a part of the microlens M3 is disposed between the microlenses M1 and M2 constituting the first row 111 or the second row 112 And another column portion including the third column 113 is additionally formed.
  • the majority of the microlenses M3 constituting the other columns including the third column 113 are protruded or spaced apart from the spacing between the microlenses M1 and M2 constituting the first and second columns do.
  • the fourth lens array embodiment of the present invention further includes the third column 113 and / or the fourth column (not shown in the drawing), so that the third lens array embodiment is configured such that, in the one-dot chain line display area, The single dot chain line display area can be easily scanned at high speed by the operation of moving the multi-optical probe or the object to be measured continuously in the longitudinal direction (unidirectional).
  • a microlens M1 located at the leftmost end of the first row 111 shown in FIG. 16 is referred to as a reference
  • the microlenses located at the leftmost end of the other column portion including the second row 112 and the like are arranged so as to have the same lateral phase difference as shown by an alternate long and short dash line in Fig. By arranging the parts, a uniform microlens distribution can be realized.
  • the microlenses located at the leftmost end of the last row among the plurality of rows are arranged at the same lateral spacing.
  • the multi-optical probe according to the fifth lens array embodiment of the present invention is different from the first lens array embodiment shown in FIG. 13 in that the first and second columns 111 and 112 are arranged in a row And the entire single-dot chain line display area can be easily scanned at a high speed by the operation of moving the multi-optical probe or the object to be measured continuously in the lateral direction (unidirectional).
  • the multi-optical probe according to the sixth lens array embodiment of the present invention is different from the first lens array embodiment shown in FIG. 13 in that the first and second columns 111 and 112 are arranged at the first (A) direction (unidirectional) by the operation of moving the multi-optical probe or the object to be measured continuously in a tilting direction (unidirectional) by using a structure having an oblique line corresponding to the slope (-a) on the equation
  • the whole of the chain line display area can be easily scanned at a high speed.
  • the multi-optical probe according to the seventh lens array embodiment of the present invention is different from the first to sixth lens array embodiments of the first to sixth lens array embodiments in that the first and second In the construction of a plurality of columns including the columns 111 and 112, the number of the micro lenses M constituting each column is the same as the number of the micro lenses M constituting the columns.
  • each row including the first and second columns 111 and 112 has the same arrangement, when the optical information is obtained by using the multi-optical probe or when manufacturing the multi-optical probe, They can be produced and used in batches, not in individual units, but in columns (columns).
  • the multi-optical probe according to the eighth lens array embodiment of the present invention is different from the embodiments shown in FIGS. 13 to 19 in that the micro lenses (first lens array) M1 and the spacing between the microlenses M2 constituting the second row 112 are different from each other.
  • the first row 111 and the second row 111 may be arranged such that the microlens M2 is positioned between the microlenses M1 of the first row 111,
  • the second row 112 may be denser than the first row 111.
  • the second row 112 may be composed of a plurality of columns including the relatively less dense second row 112 have.
  • the multi-optical probe according to the ninth lens array embodiment of the present invention includes the first and second columns 111 and 112, respectively, as compared with the embodiments shown in FIGS.
  • the spacing between the microlenses M1 and M2 is not the same and is applied differently.
  • the microlenses Ml constituting the first row 111 have an arrangement in which the distance between the microlenses M1 gradually increases toward one side in the transverse direction.
  • the spacing between the microlenses M2 gradually decreases toward one side of the microlenses M2. It is possible to maximally enlarge the lateral width capable of scanning at the same time.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram illustrating a scanning region by a multi-optical probe according to an embodiment of the tenth lens array of the present invention and a micro lens array structure therefor.
  • the multi-optical probe according to the tenth lens array embodiment of the present invention includes a first unit 110 having a micro lens array according to the first to ninth lens array embodiments, And a second unit having a microlens array structure in which microlenses M are arranged in rows and columns and are arranged in series with the first unit 110, (120).
  • the second unit 120 may be configured to have a microlens array having the same shape as that of the first unit 110, It may be configured to have another microlens array.
  • the microlens MF2 positioned at one lateral end of the second unit 120 May be disposed so as to have a designated lateral relative position with respect to the microlens ML1 located at the other lateral end of the first unit 110.
  • the one end or the middle portion of the microlens MF2 in the transverse direction has a phase partially overlapping the microlens ML1 on the longitudinal continuous line, and according to the tenth lens array embodiment of the present invention
  • the first unit 110 and the second unit 112 may be arranged in parallel to each other so that the first unit 111 and the second unit 112 do not have to be continuous in the horizontal direction over a large area
  • the second unit 120 may be a multi-row multi-optical probe.
  • the number of the first unit 110, the number of the second unit 120 (the number of the first units), the number of the second units 120 It is possible to realize a large area simultaneous scanning more simply and efficiently.
  • the first unit 110 includes a first unit 110a and a second unit 110b which are mutually spaced apart from each other in a transverse direction, And may be disposed between the first unit 110a and the first unit 110 so that the first unit 110a and the first unit 110b have a designated lateral relative position.
  • the microlens MF2 located at one transversely opposite end of the second unit 120 is spaced apart from the microlens ML1 located at the other transversely opposite end of the first unit 110a in a specified lateral direction
  • the micro lens ML2 located at the other lateral end of the second unit 120 has a relative position to the microlens MF1 located at one end in the transverse direction of the first- ) And the designated lateral relative positions, it is possible to simultaneously scan over the lateral width covering the entire micro lenses M constituting the first units 110 and the second units 120 .
  • the multi-optical probe or the object to be measured is moved in the longitudinal direction and the first row 111 and the second row 112, Alternatively, the object to be measured can be continuously scanned over a rectangular or linear area corresponding to the lateral width of the entire microlens M constituting the first unit 110 and the second unit 120.

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Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈에서 시료 표면까지의 작업거리를 높여 측정시 마이크로 렌즈나 시료 표면이 오염되거나 손상되는 것을 방지하고, 대영역에 걸쳐 보다 고속으로 피측정물의 표면 측정이 가능하게 하는 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법
본 발명은 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법에 관한 것이다.
공초점 현미경(confocal microscope)은 시료(sample)에 일정 파장의 빛을 조사하면서 시료로부터 반사되는 빛을 핀홀과 같은 공초점 어퍼쳐(confocal aperture)에 통과시킴으로써, 대물렌즈의 초점에서 발산된 빛만을 광전검출기(PD, photo-detector)로 검출하는 장치이다.
도 1은 일반적인 공초점 현미경의 원리를 설명하고자 도시한 공초점 광학시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 공초점 현미경은 레이저 광을 조사하는 광원(11)과, 입사광의 진행경로를 변환하는 빔스프리터(13)와, 광원(11)에서 조명된 광을 샘플에 집속시키는 대물렌즈(15)와, 광전검출기(19)를 포함하며, 빔스프리터(13)와 광전검출기(19) 사이에는 초점이 일치하는 상만이 광전검출기(19)로 향하도록 단속하는 어퍼쳐(17)가 배치되어 있다.
광원(11)은 시료에 표지된 형광물질에 적합한 파장대의 레이저 광을 조사하여 형광물질의 발산을 유도하며, 발산된 형광신호는 대물렌즈(15)에 의해 집속되고, 빔스프리터(13)를 경유하여 광전검출기(19)에 집속된다. 이때, 초점이 맞지 않는 부분의 상은 어퍼쳐(17)에 의하여 차단되므로, 초점이 맞는 형광신호의 상만이 상기 광전검출기(19)에서 검출된다.
대물렌즈의 초점평면(focal plane) 외부에서 반사된 빛은 어퍼쳐를 통과하지 못하여 광전검출기에서 검출되지 않기 때문에, 공초점 현미경은 광축방향으로 높은 분해능을 가질 뿐만 아니라, 광축에 수직한 방향으로도 기존의 광학 현미경에 비하여 높은 분해능을 가진다.
시료의 기계적인 절단 없이 레이저 광원을 사용하여 광 절편으로 상을 구성할 수 있어, 시료의 지정 평면을 관찰하는 것과 시료의 입체적인 3차원 영상을 얻는 것도 가능하며, 다양한 영상처리가 가능하고, 살아있는 재료를 대상으로 하여 이온, pH의 변화 등을 관찰할 수도 있고, 형광물질의 특성을 이용하여 세포 내물질간의 상호 연관성을 분석할 수도 있다.
공초점 광학시스템은 이러한 높은 분해능과 3차원 영상 획득 능력으로 인해, 최근에 세포 생물학 분야와 반도체 칩 검사분야를 포함하여, 항공우주산업의 인공위성에 쓰이는 대구경 렌즈(lens)나 미러(mirror)와 같은 전문적인 분야에서뿐만 아니라, 반도체 디스플레이부품, 자동차 부품, 휴대용 카메라와 복사기의 부품과 같이 생활과 밀접한 다양한 분야에 걸쳐 품질 검사에 광범위하게 활용되고 있다.
한편, 전술된 공초점 현미경 시스템에 있어서, 광원에서 조사되는 레이저 광은 공초점 현지경 시스템의 하부에 위치한 대물렌즈인 마이크로 렌즈를 통해 시료의 표면에 상이 맺도록 집속하게 되는데, 도 2에서 보는 바와 같이 마이크로 렌즈(15)에 입사되는 광(L)은 평행광 형태로 입사되어 마이크로 렌즈(15)의 구면형상을 통해 집속되어 시료 표면에 조사된다.
그러나, 이러한 구성의 공초점 광학 시스템은 평행광 상태로 입사되어 마이크로 렌즈(15)를 통해 집속되는 광의 초점거리, 즉 마이크로 렌즈(15)의 초점거리(f)가 매우 짧아서 시료의 측정시 시료의 표면으로부터 충분한 작업거리(working distance)가 확보되지 못하기 때문에 측정시스템과 시료 표면과의 접촉이 발생할 우려가 있다. 특히, 도 3에서와 같이, 시료(20)의 표편(S)이 평탄하지 못하고 굴곡이 많은 경우 시료의 표면을 측정하는 과정에서 측정시스템의 하단부에 위치된 마이크로 렌즈(15)와 시료의 표면(S)이 접촉되어 마이크로 렌즈(15)나 시료의 표면(S)에 오염(contamination)이나 스크래치(scratch)가 발생되는 문제가 있었다.
이와 같은 측정 시스템과 시료 표면과의 접촉을 방지하기 위하여 측정 시스템이나 시료를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있는 별도의 스테이지(stage)를 적용하는 경우도 있었으나, 이러한 경우에는 측정시스템의 Z축 방향으로 제어하기 위한 높은 정밀도가 요구되며 추가적인 장치구성으로 인하여 전체 시스템 장치가 복잡해지는 문제가 있었다.
또한, 전술된 공초점 광학 시스템을 이용하여 시료의 표면을 스캐닝(scanning)함에 있어서는, 시료 표면의 측정 영역 전체에 걸쳐 하나의 광 스폿(beam spot) 또는 광 프로브(optical probe)를 위치시키기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 시료가 안착된 스테이지(nano stage)를 미세 이동시키는 액츄에이터(actuator)가 사용되고 있다.
그러나, 하나의 광 스폿을 전 측정 영역에 걸쳐 이동시키는데 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 액츄에이터의 구동에 따른 진동으로 인해 전체 광학시스템의 성능 저하를 유발하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 광 스폿(beam spot) 또는 광 프로브(optical probe)를 동시에 조사하여 광전검출기에서 동시에 광 스폿 개수만큼의 정보를 페이지(page) 단위로 획득할 수 있도록 하는 멀티 광 프로브 광학시스템이 고려될 수 있다.
도 6을 참조하여 멀티 광 프로브 광학시스템에 대해 설명하면, 전 측정 영역(도 5의 일점 쇄선 영역)의 표면 정보를 획득함에 있어서, 각각의 광 스폿이 광 스폿의 갯수에 반비례하여 축소된 영역(macrocell)(도 5의 x0,y0 영역) 내에서만 이동하면 되는 장점이 있다.
기존의 단일 광 스폿의 경우와 비교해 광 스폿의 동선이 단축되기는 하는 것이나, 이러한 멀티 광 프로브 광학시스템은 지정된 2차원 영역 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향(y방향) 및 횡방향(x방향)으로 일정 스텝으로 이동시키는데 여전히 장시간이 소요되며, 현재 측정 중인 멀티 광 프로브 배열 영역(유닛) 내에서 스캐닝이 완료되면 인접한 다른 영역으로 멀티 광 프로브를 전체적으로 이동, 정지시킨 후 다시 상기와 같이 광 스폿을 종방향(y방향) 및 횡방향(x방향)으로 일정 스텝으로 이동시키는 것을 반복하여야 한다.
최근 산업계의 동향을 보면 피측정물의 대형화 등으로 인해 고분해능으로 대영역을 측정하는 것이 불가피한 실정이나, 종래의 멀티 광 프로브 광학시스템에 의하면 상기와 같이 광 스폿의 면 채움 이동, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 위치 이동 및 정지를 일일이 반복하면서 측정이 이루질 수 밖에 없어 대영역 측정 시 장시간이 소요되므로 품질 검사의 효율성 향상 등을 위해 그 개선이 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 마이크로 렌즈에서 시료 표면까지의 작업거리(working distance)를 높일 수 있어 측정시 마이크로 렌즈나 시료 표면이 오염되거나 스크래치가 발생되는 문제를 극복할 수 있으며, 멀티 광 프로브 배열 영역뿐만 아니라 이를 초과하는 대영역에 걸쳐 보다 고속으로 피측정물의 표면 측정이 가능하게 하는 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점(back focus)과 상기 릴레이 렌즈부의 초점dl 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 후초점의 거리 (back focal length, 이하 BFL)는 마이크로 렌즈의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리를 f+x라 할 때 아래의 산출식에 의해 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2013000256-appb-I000001
아울러, 상기 릴레이 렌즈부는 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 릴레이 렌즈부는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 가질 수 있다.
상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 상부 광축상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 하부 광축상에 배치될 수도 있다.
아울러, 상기 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있는 빔스프리터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 릴레이 렌즈부의 초점과 상기 마이크로 렌즈의 후초점이 만나는 초점면상에는 핀홀을 갖는 어퍼쳐가 설치될 수 있다.
한편, 상기한 마이크로렌즈 어레이(microlens array)로 이루어진 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(microlens)(M1)가 횡렬로 배치되는 제1열(111); 및 마이크로렌즈(microlens)(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬로 배치되어 형성되며, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1) 사이에 일부가 위치되는 제2열(112);을 포함하는 멀티 광 프로브를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지고, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 다른 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1열(111)은, 상기 마이크로렌즈(M1)가 상기 마이크로렌즈(M1)의 사이즈보다 작은 이격 간격으로 배치되며, 상기 제2열(112)은, 상기 마이크로렌즈(M2)의 횡방향 단부 또는 중간부가 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈(M1)의 이격 간격 사이로 돌출되거나 가로지르도록 배치될 수 있다.
또한, 마이크로렌즈(microlens)(M3)가 상기 제1열(111), 제2열(112)과 종렬로 배치되어 형성되되, 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 일부가 위치되는 제3열(113);을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지며, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(M1)가 횡렬로 배치되어 형성되는 제1열(111)과, 상기 제1열(111)과 횡방향 상대위치를 가지고 종렬로 배치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112)을 포함하는 횡방향 너비를 가지는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝하는 다중 병렬 공초점 시스템을 이용한 표면 측정방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다중 병렬 공초점 시스템에 적용되는 마이크로 렌즈 어레이의 피측정물의 측정거리(Working distance;WD)를 길게 함으로써 검사할 대상면의 표면과 렌즈 표면의 오염 및 손상을 줄일 수 있다. 또한 릴레이 렌즈의 광경로를 이용하여 광학적 핀홀 효과를 얻음으로써 물리적 핀홀 없이도 공초점 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 열(종렬)을 구성하는 마이크로렌즈간 이격 간격 사이에, 다른 열(종렬)의 마이크로렌즈가 위치되는 마이크로렌즈 어레이 구조에 의해, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키면서 다수열을 구성하는 마이크로렌즈의 횡방향 너비를 포괄하는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 피측정물을 연속적으로 스캐닝할 수 있다.
이에 따라, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역을 스캐닝함에 있어서, 기존의 멀티 광 프로브 광학시스템에서 광 스폿 단위로 지정된 2차원 영역 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향 및 횡방향으로 이동시키며 이루어지던 것과 비교해, 멀티 광 프로브를 단방향으로 이동시키면서 고속으로 스캐닝할 수 있다.
또한, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역을 초과하는 대영역을 스캐닝함에 있어서, 기존의 멀티 광 프로브 광학시스템에서 광 스폿의 면 채움 이동, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 위치 이동 및 정지를 일일이 반복하며 이루어지던 것과 비교해, 멀티 광 프로브를 단방향으로 연속하여 이동시키면서 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 1 - 종래의 공초점 현미경의 원리를 설명하고자 도시한 개념도
도 2 - 종래의 공초점 시스템의 요부 단면도.
도 3 - 종래의 공초점 시스템을 이용한 피측정물 측정모습을 도시한 개념도
도 4 - 단일 광 프로브를 이용하여 스캐닝하는 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 5 - 멀티 광프로브를 이용하여 스캐닝하는 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 6 - 도 5에 도시된 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 7 - 본 발명의 실시 예에 따른 다중 병렬 공초점 현미경 시스템의 구성을 보여주는 개념도.
도 8 - 본 발명의 광 프로브의 마이크로 렌즈 부분을 확대 도시한 단면도.
도 9 - 본 발명의 다른 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈와 빔스프리터를 포함하는 광학계인 릴레이 렌즈부의 구성을 나타낸 구성도.
도 10 - 본 발명의 또 다른 실시 예로서 릴레이 렌즈부와 마이크로 렌즈의 초점이 만나는 초점면 상에 핀홀 어퍼쳐가 부가적으로 설치된 구성을 보여주는 도면.
도 11 - 본 발명의 작업거리(WD)가 향상된 공초점 시스템을 이용하여 피측정물의 표면을 검사하는 모습을 예시한 개념도.
도 12 - 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이를 이용한 스캐닝 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 13 - 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 14 - 본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 15 - 본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 16 - 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 17 - 본 발명의 제5 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 18 - 본 발명의 제6 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 19 - 본 발명의 제7 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 20 - 본 발명의 제8 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 21 - 본 발명의 제19 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 22 - 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
멀티 광 프로브를 포함하는 멀티 광 프로브 광학시스템(예를 들어, 공초점 현미경(confocal microscope), 공초점 센서(confocal sensor) 등)은 그 목적에 따라 광학 구성요소들의 선택, 조합, 형상, 설치 구조, 갯수 등에 따라 다양한 실시예로 구현가능하다.
본 발명은 이러한 멀티 광 프로브 광학시스템에 광범위하게 적용가능한 멀티 광 프로브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 레이저광을 발산하는 면 발광 레이저(laser), 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사되는 다수의 레이저광이 통과하는 다수의 핀홀이 형성된 공초점 어퍼쳐(confocal aperture), 포커싱 마이크로 렌즈(focusing micro lens), 콜리메이터 렌즈(collomator lens), CCD와 같은 광전검출기(PD, photo-detector)의 수광부 중 하나 또는 둘 이상이 조합된 구조체일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 병렬 공초점 시스템의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 병렬 공초점 시스템은, 광을 조사하는 광원(미도시)과, 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부(102)와, 상기 릴레이 렌즈부(102)를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈(104)가 다수 개 배열된 마이크로 렌즈 어레이(array)를 가지며 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광을 피측정물(105)의 표면에 포커싱하는 광 프로브(103)와, 상기 피측정물(105)로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈(104) 및 릴레이 렌즈부(102)를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector)(106)를 포함하여 구성된다.
상기 릴레이 렌즈부(102)는 마이크로 렌즈(104)로 입사되는 광을 집속시키기 위한 광학계로서, 피측정물의 측정시 피측정물 표면의 위치에 따른 원근감을 보상하도록 하는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 포함한다.
이때, 텔레센트릭 렌즈(105)는 피측정물(105)로 향하거나 피측정물(105)에서 반사되는 광을 집속시키기 위한 2개의 집광렌즈(108a)(108c)와, 상기 2개의 집광렌즈(108a)(108c) 사이에 배치되는 어퍼쳐(aperture)(105b)를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 릴레이 렌즈부(102)는 광원에서 입사되는 광을 기존과 같은 평행광 형태가 아닌 포커싱(focusing)된 집속광 형태로 집속시킨 후 하부측에 위치한 광 프로브(103)의 마이크로 렌즈(104)에 입사시킨다.
도 8은 본 발명의 광 프로브(103)에 있어서 마이크로 렌즈 어레이에 구비된 마이크로 렌즈(104) 부분을 확대 도시한 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)에는 상부 측 릴레이 렌즈부(102)를 통해 집속된 광이 입사된다. 이러한 경우 기존의 평행광 형태(점선으로 표시된 광경로)로 입사될 때의 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)보다 긴 거리(WD)상에 초점이 맺혀되고, 상기 피측정물의 표면을 통해 반사된 광은 다시 마이크로 렌즈(104)를 통과하여 마이크로 렌즈(104)의 후방측에 초점이 맺혀진다.
이때, 상기 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)와 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리(WD)에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부(102)의 초점은 도 7에 나타낸 바와 같이 동일 평면상의 초점면(focal plane)동일 평면상에 위치된다.
여기서, 상기 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)와 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리(WD)에 의해서 정해지는 후초점 길이(BFL;back focal length)는 마이크로 렌즈(104)의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리를 f+x라 할 때, 아래의 산출식에 의해 결정된다.
Figure PCTKR2013000256-appb-I000002
즉, 릴레이 렌즈부(102)에 의해 광이 마이크로 렌즈(104)에 집속광 형태로 입사될 경우 피측정물이 위치한 마이크로 렌즈(104)의 전방에 원초점거리(f)에 x만큼 늘어난 작업거리(WD; working distance)가 형성된다.
이렇게 구성하게 되면, 마이크로 렌즈(104) 어레이의 결상면(object plane)까지의 거리가 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)보다 길어지는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 마이크로 렌즈(104)로부터 피측정물(105)까지의 측정거리(WD)가 늘어나기 때문에 피측정물의 스캐닝 과정시 피측정물(105)의 표면의 굴곡에 영향을 받지 않고서 안정적으로 스캐닝 검사작업을 실시할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예로서, 텔레센트릭 렌즈 및 빔스프리터를 포함하는 광학계인 릴레이 렌즈부(102)의 구성을 나타낸 것이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 광을 집속하기 위한 광학계인 릴레이 렌즈부(102)는 2개의 집광렌즈(108a)(108c) 및 상기 집광렌즈(108a)(108c) 사이에 배치되는 어퍼쳐(108b)를 포함하는 텔레센트릭 렌즈(108)와, 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있도록 상기 텔레센트릭 렌즈(108)의 하부 광축 상에 배치되는 빔스프리터(107)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 광원은 도 9와 같이 텔레센트릭 렌즈(108)를 기준으로 하부의 광축상에 배치하여 구성하거나, 혹은 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 배치하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 광원이 배치되는 경우 빔스프리터를 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 배치하여 구성한다.
한편, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 릴레이 렌즈부(102)의 초점과 마이크로 렌즈(104)의 후초점이 만나는 초점면(focal plane) 상에 핀홀(142)이 형성된 어퍼쳐(140)를 부가적으로 설치된 구성을 보여주고 있다. 이와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 후방측 초점과 릴레이 렌즈부(102)의 전방측 초점이 만나는 초점면 상에 다수의 핀홀(142)이 형성된 어퍼쳐(140)를 설치하게 되면 공초점 시스템의 결상 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 공초점 시스템을 이용하여 피측정물(105)의 표면을 검사하는 모습을 예시한 것으로서, 도 11에서 보는 것과 같이, 기존의 마이크로 렌즈의 초점거리(f)보다 길어진 작업거리(WD)를 갖는 본 발명의 공초점 시스템을 이용하여 피측정물(105)을 측정하는 경우 피측정물(105)의 표면과 마이크로 렌즈(104)가 접촉되지 않고서 표면 스캐닝 작업이 가능해지고, 이에 따라, 공초점 시스템 장치와 피측정물 상호 간의 접촉으로 인한 오염 및 스크래치 손상을 방지할 수 있다. 아울러, 기존 공초점 시스템과 같이 공초점 장치와 피측정물 사이의 접촉을 회피하기 위해 공초점 장치나 피측정물을 Z축 방향으로 이송하기 위한 별도의 장치구성이 필요 없기 때문에 전체 시스템의 구성이 간단해지고 콤펙트하게 구현될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이를 이용한 스캐닝 방법을 설명하고자 도시한 개념도이고, 도 13 내지 도 21는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역 및 이를 위한 마이크로렌즈 어레이 구조를 도시한 개념도이다.
도 13 내지 도 21에 도시된 도면 각각은, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제10 렌즈 어레이 실시예에 대응되며, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 나타냄과 동시에, 이러한 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 다수의 마이크로렌즈(microlens)(M) 각각을 통과하여 피측정물의 표면에 도달된 광 스폿의 배열을 나타낸다.
도 13 내지 도 21를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(M1)가 횡렬(x방향)로 배치되는 제1열(111)과, 마이크로렌즈(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬(y방향)로 배치되되 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)의 일부가 위치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이 구조를 가진다.
이에 따라, 상기 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M2)는, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격 사이로 일부가 돌출되거나, 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격을 완전히 가로지르도록 배치된다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 6에 도시된 종래기술상에 일점쇄선으로 표시된 영역(멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역)과 동일한 크기의 일점쇄선 표시 영역 내에, 상기 제1열(111)과, 제2열(112)이 형성된 구조를 가진다.
도 6에 도시된 종래기술과 비교하여 설명하면, 상기 제1열(111)은, 도 6의 종래기술에 도시된 마이크로 렌즈 어레이 중 최상부에 위치하는 종렬과 동일한 형상의 배열을 가지며, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지되, 도 6에 도시된 종래기술과 달리, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치된다.
상기 제1, 2열의 마이크로렌즈(M1, M2)에 의한 빔 스폿간 횡방향 이격 간격이 상기 빔 스폿의 사이즈 보다 작은 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 좌측단부 또는 우측단부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격을 완전히 채우도록 배열하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해, 일점쇄선 표시 영역 전체를 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 6에 도시된 종래기술에 의하면 일점쇄선 표시 영역 전체를 스캐닝하기 위해 멀티 광 프로브가 6×5 배열을 가지며, 광 스폿 단위로 지정된 2차원 영역(점선 표시 영역) 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향 및 횡방향으로 이동시켜야 하였으나, 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 의하면, 5~6×2의 간결한 배열을 가지며 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 것만으로 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 중간부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격을 완전히 채우도록 배열된다.
본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해 보다 균일하게 분포된 멀티 광 프로브 어레이를 구현할 수 있으며, 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 마찬가지로, 도 12에 도시된 바와 같이 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 좌측단부 또는 우측단부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격 중 일부만을 채우도록 배열된다.
본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 도 12에 도시된 바와 같이 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해, 일점쇄선 표시 영역 내에서 상기 제1, 2열의 마이크로렌즈(M1, M2)에 의한 빔 스폿간 횡방향 통합 너비에 대응되는 너비를 가지는 줄무늬(종방향으로 연속) 형상의 일부 영역을 고속으로 연속하여 스캐닝할 수 있다.
상기 제3 렌즈 어레이 실시예의 멀티 광 프로브를 이용하여 일점쇄선 표시 영역 전체를 스캐닝함에 있어서는, 상기 제3 렌즈 어레이 실시예의 멀티 광 프로브를 종방향(화살표 방향)으로 연속하여 이동시킨 후, 스캐닝 되지 않은 영역에 빔 스폿이 위치되도록 횡방향으로 이동시키고, 다시 종방향(화살표 반대 방향)으로 연속하여 이동시킴으로써 이루어질 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 15에 도시된 상기 제3 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 마이크로렌즈(M3)가 상기 제1, 2열(111, 112)과 종렬로 배치되어 형성되고 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 상기 마이크로렌즈(M3)의 일부가 위치되는 제3열(113)을 포함한 다른 종열부가 추가로 형성된 구조를 가진다.
상기 제3열(113)을 포함한 다른 종렬부를 구성하는 상기 마이크로렌즈(M3) 다수는, 상기 제1, 2열을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이의 이격간격 사이로 돌출되거나 가로질러 위치된다.
상기 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예는 상기 제3열(113) 및/또는 제4열(도면부호 미표기)을 추가로 구비함으로써, 상기 제3 렌즈 어레이 실시예가 일점쇄선 표시 영역 내에서 일부 영역만 스캐닝가능한 것과 비교해, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 다수의 종렬부를 가지는 마이크로렌즈 어레이를 구성함에 있어서는, 예를 들어, 도 16에 도시된 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈(M1)를 기준으로 하는 경우, 상기 제2열(112) 등을 포함한 다른 종렬부의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와, 도 16에 일점쇄선으로 경사지게 도시된 바와 같이, 동일한 횡방향 위상차를 가지도록, 각각의 종렬부를 배치하면 균일한 마이크로렌즈 분포를 구현할 수 있다.
각각의 종렬부를 상호 동일한 횡방향 위상차를 가지도록 배치함에 있어서는, 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈(M1)와 가장 인접한 다른 마이크로렌즈(M1)의 중심점 사이에, 상기 제2열(112)을 포함한 다수의 종렬부의 최좌측 마이크로렌즈가 위치되도록 하면, 다수의 종열부 전부가 서로 다른 횡방향 위상을 가지게 된다.
여기서, 상기 제1열(111), 제2열(112) 등을 포함한 다수의 열 중, 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와 가장 인접한 다른 마이크로렌즈(M1)는 상기 다수의 열 중 마지막 열의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와도 동일한 횡방향 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈의 중심점간 간격을 5로 하고, 마이크로렌즈 어레이를 5개의 종열부로 구성하는 경우, 종렬부간 횡방향 위상차가 1이 되도록 구성하면 상기와 같은 균일한 마이크로렌즈 분포를 구현할 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제5 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112)이 횡렬로 배치된 구조를 가지며, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 횡방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
도 18를 참조하면, 본 발명의 제6 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112)이 일차 방정식(y=ax+b)상의 기울기(-a)에 해당되는 사선으로 배치된 구조를 가지며, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 기울기(a)방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제7 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제6 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 일점쇄선 표시 영역 내부에 상기 제1, 2열(111, 112)을 포함한 다수열을 구성함에 있어서, 각각의 열(종렬)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M)의 갯수와 간격이 동일한 특징을 가진다.
상기 제1, 2열(111, 112)을 포함한 각 열이 동일한 형태의 배열을 가짐에 따라, 멀티 광 프로브 제작 시, 또는 멀티 광 프로브를 이용한 광정보 획득 시, 상기 마이크로렌즈(M) 각각의 개별 단위가 아닌 열(종렬) 단위로 일괄적으로 제작, 이용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제8 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13 내지 도 19에 도시된 실시예들과 비교해, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격과, 상기 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M2)간 이격간격이 서로 다르게 적용되는 차이점을 가진다.
상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)를 위치시킴에 있어서, 상기 제9 렌즈 어레이 실시예와 같이, 상기 제1열(111)에 비해 상기 제2열(112)을 보다 조밀하게 구성할 수도 있으며, 상기 제1열(111)이 조밀한 경우, 상대적으로 덜 조밀한 상기 제2열(112)을 포함한 다수열로 구성할 수도 있다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 제9 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13 내지 도 19에 도시된 실시예들과 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112) 각각을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2)간 이격간격이 동일하지 않고 서로 다르게 적용되는 차이점을 가진다.
도 21에 도시된 바와 같이, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)가 횡방향 일측으로 갈수록 그 이격 간격이 점차 확장되는 배열을 가지는 경우, 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)를 위치시킴에 있어서는, 횡방향 일측으로 갈수록 상기 마이크로렌즈(M2)간 이격 간격이 점차 축소되는 배열을 가지도록 구성하면, 상기 마이크로렌즈(M1, M2)들에 의해 동시에 스캐닝가능한 횡방향 너비를 최대한 확대형성할 수 있다.
도 22는 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역 및 이를 위한 마이크로렌즈 어레이 구조를 도시한 개념도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제9 렌즈 어레이 실시예에 해당되는 마이크로렌즈 어레이를 가지는 제1유닛(110)과, 마이크로렌즈(M)가 횡렬 및 종렬로 배치된 마이크로렌즈 어레이 구조를 가지고 상기 제1유닛(110)과 종렬로 배치되되, 상기 제1유닛(110)과 횡방향 상대위치를 가지는 제2유닛(120)을 포함하는 구조를 가진다.
상기 제2유닛(120)을 구성함에 있어서는, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 제1유닛(110)과 동일한 형상의 마이크로렌즈 어레이를 가지도록 구성할 수도 있으며, 상기 제1유닛(110)과 다른 마이크로렌즈 어레이를 가지도록 구성할 수도 있다.
상기 제1유닛(110)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 상기 제2유닛(120)을 위치시킴에 있어서는, 상기 제2유닛(120)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF2)가, 상기 제1유닛(110)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 배치할 수 있다.
이에 따라, 상기 마이크로렌즈(MF2)의 횡방향 일단부 또는 중간부가, 종방향 연속선상에서 상기 마이크로렌즈(ML1)와 일부 중첩된 위상을 가지게 되며, 상기 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 의하면, 대면적의 동시 스캐닝 영역을 구현함에 있어서, 상기 제1열(111), 제2열(112) 각각을 대면적에 걸쳐 횡방향으로 연속되게 구성할 필요없이, 상기 제1유닛(110), 제2유닛(120) 각각으로 이루어지는 다수열로 멀티 광 프로브를 구성할 수 있다.
이에 따라, 피측정물상의 스캐닝 영역의 면적(너비)에 따라, 일일이 다른 사이즈의 일체화된 멀티 광 프로브를 제작, 적용할 필요없이, 상기 제1유닛(110), 제2유닛(120)의 갯수를 증감 조정하면서 보다 간단하고 효율적으로 대면적 동시 스캐닝을 구현할 수 있다.
상기 제1유닛(110)은 횡방향으로 상호 이격된 제1-1유닛(110a)과 제1-2유닛(110b)을 포함하여 다수가 횡렬로 이격 배치되며, 상기 제2유닛(120)은 상기 제1-1유닛(110a)과 제1-2유닛(110b)과 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 상기 제1유닛(110) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2유닛(120)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF2)가, 상기 제1-1유닛(110a)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지고, 상기 제2유닛(120)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML2)가, 상기 제1-2유닛(110b)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 하면, 상기 다수의 제1유닛(110) 및 제2유닛(120)을 구성하는 마이크로렌즈(M) 전체를 포괄하는 횡방향 너비에 걸쳐 동시에 스캐닝할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 상기 멀티 광 프로브, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112), 또는 상기 제1유닛(110) 및 제2유닛(120)을 구성하는 마이크로렌즈(M) 전체의 횡방향 너비에 대응되는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 광을 조사하는 광원;
    피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부;
    상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브;
    상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되,
    상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 후초점은 마이크로 렌즈의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리를 f+x라 할 때 아래의 산출식에 의해 결정되는 다중 병렬 공초점 시스템
    Figure PCTKR2013000256-appb-I000003
  3. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부는 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템
  4. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템
  5. 제4항에 있어서, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 상부 광축상에 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  6. 제4항에 있어서, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 하부 광축상에 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있는 빔스프리터를 더 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템
  8. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부의 초점과 상기 마이크로 렌즈의 후초점이 만나는 초점면상에는 핀홀을 갖는 어퍼쳐가 설치된 다중 병렬 공초점 시스템
  9. 제1항에 있어서, 마이크로렌즈 어레이(microlens array)로 이루어진 멀티 광 프로브는,
    마이크로렌즈(microlens)(M1)가 횡렬로 배치되는 제1열(111); 및
    마이크로렌즈(microlens)(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬로 배치되어 형성되며, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1) 사이에 일부가 위치되는 제2열(112);
    을 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2열(112)은,
    상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지고, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2열(112)은,
    상기 제1열(111)과 다른 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1열(111)은,
    상기 마이크로렌즈(M1)가 상기 마이크로렌즈(M1)의 사이즈보다 작은 이격 간격으로 배치되며,
    상기 제2열(112)은,
    상기 마이크로렌즈(M2)의 횡방향 단부 또는 중간부가 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈(M1)의 이격 간격 사이로 돌출되거나 가로지르도록 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    마이크로렌즈(microlens)(M3)가 상기 제1열(111), 제2열(112)과 종렬로 배치되어 형성되되, 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 일부가 위치되는 제3열(113);
    을 더 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템.
  14. 광을 조사하는 광원;
    피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부;
    상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브;
    상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지며,
    상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 멀티 광 프로브는,
    마이크로렌즈(M1)가 횡렬로 배치되어 형성되는 제1열(111)과, 상기 제1열(111)과 횡방향 상대위치를 가지고 종렬로 배치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112)을 포함하는 횡방향 너비를 가지는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝하는 다중 병렬 공초점 시스템을 이용한 표면 측정방법.
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