WO2024071533A1 - 3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법 - Google Patents

3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치는, 광원 및 상기 광원으로부터 수신된 광을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함하여 측정 대상물의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성된 광 조사부; 상기 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 구성되는 광학계; 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키도록 구성되고, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키도록 구성된 광 스플리터; 상기 광 스플리터에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출부; 및 상기 광 스플리터에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출부를 포함하고, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 중 어느 하나인 필터 검출부는 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부를 포함하여 상기 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하도록 구성된다.

Description

3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법
본 개시는 3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법에 관한 것이다.
공초점 현미경(confocal microscopy) 또는 공초점 레이저 주사현미경(confocal laser scanning microscopy, CLSM)은 초점을 벗어난 광을 핀 홀로 제거하는 방식의 현미경으로서, 초점 이외의 영역에서 발생하는 광의 간섭을 제거하여 고해상도 및 고배율을 얻을 수 있는 현미경이며, 생명과학, 반도체, 재료과학 등의 분야에서 이용되고 있다.
공초점 현미경 중 색수차를 이용하여 측정 대상물의 3D 검사를 진행하는 채색적 공초점 현미경(chromatic confocal microscopy)이 알려져 있다. 채색적 공초점 현미경은 광원에서 방출된 백색광을 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시키고, 굴절된 광을 측정 대상물의 표면으로 조사한다. 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물의 표면 상에서 포커싱되어 반사된 광을 핀 홀로 투과시키고, 분광기를 통해 투과된 광의 파장을 검출하는 방식으로 검사가 진행된다. 채색적 공초점 현미경은 포커싱되는 광의 파장 정보와 대응되는 광학계의 초점 거리 정보를 미리 테이블화하여, 검출된 광의 파장 정보에 기초하여 측정 대상물의 높이를 측정하는 방식으로 3D 검사를 진행한다.
종래의 채색적 공초점 현미경은 광원에서 방출된 광이 측정 대상물의 표면 상에 한 지점만을 조사하여 반사되는 광을 검출하여 3D 검사를 수행하므로, 스캔(Point Scan) 방식 또는 미소 길이의 라인 스캔(Line Scan) 방식만이 가능하므로, 검사 속도가 매우 느리다는 한계가 존재한다. 본 개시의 실시예들은 상술한 종래기술의 문제를 해결한다.
또한, 종래의 채색적 공초점 현미경은 측정 대상물에 투명체가 포함된 경우, 투명체의 굴절률에 대한 정보가 사전에 있어야만 측정 대상물에 대한 검사가 가능한 문제가 존재한다. 또한, 투명체가 포함된 측정 대상물의 시편 형상에 따라 검사가 불가능한 경우가 있어, 시편 형상에 따라 검사의 가능 여부가 달라지는 문제가 존재한다. 본 개시의 실시예들은 상술한 종래기술의 문제를 해결한다.
본 개시의 일 측면은 3차원 형상 검사 장치의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치는, 광원 및 상기 광원으로부터 수신된 광을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함하여 측정 대상물의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성된 광 조사부; 상기 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 구성되는 광학계; 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키도록 구성되고, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키도록 구성된 광 스플리터; 상기 광 스플리터에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출부; 및 상기 광 스플리터에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출부를 포함하고, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 중 어느 하나인 필터 검출부는 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부를 포함하여 상기 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치는, 상기 제1 검출부에서 검출된 정보 및 상기 제2 검출부에서 검출된 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터 검출부는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치는, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및 상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 초점 조절부를 제어하여 상기 측정 구간을 변경시키도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 측정 대상물에 더 짧은 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부를 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치는, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및 상기 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 초점 조절부를 제어하여 상기 측정 구간을 변경시키도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 측정 대상물에 더 긴 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부를 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치는, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및 상기 광의 강도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 상기 측정 구간을 변경시키도록 상기 초점 조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는, 상기 측정 구간을 변경한 상태에서, 다시 광의 파장에 대한 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, (i) 상기 측정 구간을 변경하기 전인 제1 상태에서, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 중 상기 필터 검출부가 아닌 노필터 검출부에서 검출된 제1 정보를 획득하고, 상기 필터 검출부에서 검출된 제2 정보를 획득하도록 구성되고, (ii) 상기 측정 구간을 변경한 후인 제2 상태에서, 상기 노필터 검출부에서 검출된 제3 정보 및 상기 필터 검출부에서 검출된 제4 정보를 획득하도록 구성되고, (iii) 상기 제1 정보, 상기 제2 정보, 상기 제3 정보, 및 상기 제4 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학계로부터 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치까지의 거리의 평균값에 비례하는 값을 작업 거리로 정의할 때, 상기 제어부는, 상기 제1 상태에서의 작업 거리, 상기 제2 상태에서의 작업 거리, 상기 제1 정보 및 상기 제3 정보에 기초하여 상기 투명체의 굴절률을 측정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학계는 색수차에 의해 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값을 가지고, 상기 광학계로부터 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치까지의 거리의 평균값에 비례하는 값을 작업 거리로 정의할 때, 상기 제어부는, 상기 제1 상태에서의 작업 거리에서 상기 제2 상태에서의 작업 거리를 차감한 값을, 상기 제3 정보에 대응되는 제3 초점 시프트 값에서 상기 제1 정보에 대응되는 제1 초점 시프트 값을 차감한 값으로 나눈 값인 굴절률을 측정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 정보, 상기 제2 정보, 상기 제3 정보, 상기 제4 정보 및 상기 굴절률에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 초점 조절부는, 인가되는 전류에 기초하여 상기 측정 구간을 변경 가능하도록 구성된 가변형 렌즈를 포함하고, 상기 인가되는 전류가 클수록, 상기 제1 상태에서의 작업 거리에서 상기 제2 상태에서의 작업 거리를 차감한 값이 커지도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터 검출부는 상기 제2 검출부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 공간 광 변조기는, 상기 광원으로부터 수신된 광을 반사시킴으로써 변조하도록 구성되고, 어레이 형식으로 배치된, 복수의 디지털 마이크로미러 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는, 상기 파장별로 굴절된 광 중 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 또는 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 컬러 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광 조사부는 상기 측정 대상물의 상기 표면 상으로 상하 방향에 수직한 수평 방향으로 복수의 초점을 가진 상기 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면은, 3차원 형상 검사 방법의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 3차원 형상 검사 방법은 측정 대상물의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 조사하도록 광원으로부터 수신된 광을 변조하는 광 변조 단계; 상기 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 하측으로 조사하는 광 조사 단계; 광 스플리터에 의해, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키고, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키는 광 경로 형성 단계; 및 상기 광 경로 형성 단계에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출 단계; 상기 광 경로 형성 단계에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출 단계를 포함하고, 상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계 중 어느 하나는 특정 파장 이상의 광을 차단하여 상기 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하는 필터 검출 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터 검출 단계는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성되고, 3차원 형상 검사 방법은, 상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하 또는 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터 검출 단계는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성되고, 3차원 형상 검사 방법은, 상기 광의 광도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 더 포함하고, 상기 측정 구간을 변경한 상태에서 상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계가 다시 진행될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 공간 광 변조기 및 광의 컬러 정보를 검출하는 이미지 센서를 이용하여 측정 대상물의 대면적(large area)을 보다 빠른 속도로 3D 검사하는 것이 가능하다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 측정 대상물에 투명체가 포함된 경우에도, 투명체의 굴절률에 대한 정보 없이도, 측정 대상물에 대한 검사가 가능한 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 측정 대상물이 투명체를 포함하는 경우에도, 측정 대상물의 형상에 관계 없이, 측정 대상물의 검사가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 구동 방식을 나타내는 개략도이다.
도 2는 측정 대상물의 베이스 상에 투명체가 배치된 경우, 도 1의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 문제점을 설명하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 상황에서 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 분광기에서 검출되는 광의 파장 및 광도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 베이스 및 투명체의 형상에 따라 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 검사 상황에서 발생하는 문제점을 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 전체 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A1-A1`선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 이용되는 디지털 마이크로미러 장치를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 이용되는 전하결합소자(CCD)를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 3-전하결합소자가 광의 RGB 정보를 획득하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 10은 도 9에서 획득한 RGB 정보를 HSV 좌표계로 변환하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 작동하는 모습을 도시한 개략도이다.
도 12는 도 11의 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부의 작동 방식을 설명하는 그래프이다.
도 13은 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물의 베이스의 높이 또는 베이스 상에 배치된 투명체의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광을 나타내는 개략도이다.
도 14는 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단하는 상황을 나타내는 그래프이다.
도 15는 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단하는 상황을 나타내는 그래프이다.
도 16은 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 기준을 만족하는 상황을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 베이스 및 투명체의 형상에 관계 없이 검사가 가능한 것을 보여주는 개략도이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 측정 대상물의 베이스의 높이 및 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하는 방식을 설명하는 개략도이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 광학계의 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값을 도시한 그래프이다.
도 20은 본 개시의 3차원 형상 검사 방법의 일 실시 형태의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 측정 대상물에 투명체가 포함된 경우의 본 개시의 3차원 형상 검사 방법의 일 실시 형태의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서 사용되는 용어 "부"는, 소프트웨어, 또는 FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세서, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 더 분리될 수 있다
본 개시에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되며, 이 표현은 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 "하방", "하" 등의 방향지시어는 첨부된 도면에서 측정 대상물이 3차원 형상 검사 장치에 대해 위치하는 방향을 기준으로 하고, "상방", "상" 등의 방향지시어는 그 반대 방향을 의미하나, 이는 어디까지나 본 개시가 명확하게 이해될 수 있도록 설명하기 위한 것이며, 기준을 어디에 두느냐에 따라 각 방향들을 다르게 정의할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 구동 방식을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하여, 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치(50)의 작동 방식을 설명하면 다음과 같다.
3차원 형상 검사 장치(50)는 광원(52)에서 방출된 광을 빔 스플리터(54)에 투과 시킴으로써 측정 대상물(20)의 표면 상으로 광을 조사할 수 있다. 광원(52)은 복수의 파장을 가진 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 측정 대상물(20)은 생명과학, 반도체, 재료과학 등의 분야에서 사용되는 세포, 금속 및 비금속의 재료 및 반도체 기판 등 여러 피검사대상을 포함할 수 있다. 또한, 측정 대상물(20)은 투명체 등의 물질을 포함할 수 있으며, 반도체 등의 경면(C4-bump, μ-bump, Die 등)을 포함할 수 있다.
빔 스플리터(54)에 투과된 광은 광학계(56)에 의해 굴절될 수 있다. 광학계(56)는 색수차에 의해 입사된 광을 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시키도록 구성될 수 있다. 광학계(56)는 색수차에 의해, 파장이 긴 광을 광학계(56)의 먼 곳에 초점이 생기도록, 파장이 짧은 광을 광학계(56)의 가까운 곳에 초점이 생기도록 광을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 복수의 파장을 가진 광이 서로 다른 굴절률로 광학계(56)에 의해 굴절되는 모습이 도시되어 있으며, 상기 복수의 파장 중 가장 짧은 파장(λ1)을 가진 광이 가장 광학계(56)에 가까운 곳에 초점이 생기고, 상기 복수의 파장 중 가장 긴 파장(λn)을 가진 광이 가장 광학계(56)에 먼 곳에 초점이 생기는 모습이 도시되어 있다. 복수의 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 높이 대응 파장(λm)을 가진 광이 존재할 수 있다. 상기 높이 대응 파장(λm)은 가장 짧은 파장(λ1)과 가장 긴 파장(λn) 사이의 값을 가질 수 있다.
복수의 파장별로 굴절된 광은 측정 대상물(20)의 표면 상에서 반사되어 빔 스플리터(54)에서 반사되도록 구성될 수 있다. 빔 스플리터(54)는 측정 대상물(20)의 표면에서 반사된 복수의 파장을 가진 각각의 광을 핀 홀(58)을 향하도록 반사시킬 수 있다. 빔 스플리터(54), 광학계(56) 및 핀 홀(58)은 복수의 파장을 가진 각각의 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 높이 대응 파장(λm)을 가진 광만을 핀 홀(58)로 투과하도록 구성될 수 있다. 핀 홀(58)을 투과하는 광 경로 상에는 분광기(Spectrometer, 60)가 형성될 수 있다. 분광기(60)는 광을 파장에 따른 스펙트럼으로 검출하여, 광의 파장에 따른 강도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
3차원 형상 검사 장치(50)는 분광기(60)를 통해 측정 대상물(20)의 표면 상에서 포커싱 되는 광의 파장 성분을 검출함으로써, 측정 대상물(20)의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다. 3차원 형상 검사 장치(50) 또는 측정 대상물(20)을 수평 방향으로 이동시켜 검사를 진행함으로써, 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 검사하는 3D 검사가 수행될 수 있다. 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치(50)는 광원(52)에서 방출된 광이 측정 대상물의 표면 상에 한 지점만을 조사하여 3D 검사가 수행되는 점 스캔(Point Scan) 방식 또는 미소 길이의 라인 스캔(Line Scan) 방식만이 가능하므로, 검사 속도가 매우 느리다는 한계가 존재한다. 비교 실시예의 3차원 형상 검사 장치(50)의 점 스캔 방식의 검사 속도는 1mm2 미만일 수 있다.
도 2는 측정 대상물의 베이스 상에 투명체가 배치된 경우, 도 1의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 문제점을 설명하는 개략도이다. 도 3은 도 2의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 분광기에서 검출되는 광의 파장 및 광도를 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하여, 측정 대상물(20)은 베이스(22) 및 투명체(24)를 포함할 수 있다. 투명체(24)는 베이스(22) 상에 배치될 수 있다. 투명체(24)는 광이 매질 속을 진행하며 투과하는 매질이다. 투명체(24)의 굴절률(n)은 공간 속에 배치되어 투명체(24)의 투과 전에 광이 진행하는 공간과 굴절률이 서로 상이할 수 있다. 투명체(24)의 굴절률(n)은 다른 공간과의 굴절률이 상이하므로, 투명체(24)에 입사되는 광은 굴절되어 투명체(24)를 투과한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 3차원 형상 검사 장치(50)는 측정 대상물(20)의 표면 상에서 포커싱 되는 광의 파장 성분을 검출함으로써, 측정 대상물(20)의 높이를 측정하는 장치이다. 측정 대상물(20)의 베이스(22) 상에 투명체(24)가 배치된 경우, 측정 대상물(20)의 표면상에 포커싱 되어 반사되는 광의 파장 성분이 두 가지 성분으로서 존재할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물(20)의 투명체(24)의 표면 상에서 포커싱 되어 반사되는 광의 파장(λ1) 성분과 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 표면 상에서 포커싱 되어 반사되는 광의 파장(λ2) 성분이 존재할 수 있다. 만약, 측정 대상물(20)의 투명체(24)의 표면 상에서 포커싱 되어 반사되는 광의 파장(λ1) 성분을 검출한다면, 광학계로부터 투명체의 표면까지의 거리(h0)를 측정할 수 있다. 그러나, 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 표면 상에서 포커싱 되어 반사되는 광의 파장(λ2) 성분을 검출한다면 광의 파장(λ2)에 대응되는 거리인 h0 + h1 거리가 측정될 수 있다. 베이스(22)의 표면 상에서 반사되어 검출된 광의 파장(λ2)에 기초하여 측정된 거리(h0 + h1)는, 광학계로부터의 실제로 위치한 베이스까지의 거리(h0 + h1 + h2)와 상이하므로, 3차원 형상 검사 장치의 검사 정확성이 저하될 수 있다. 따라서, 투명체의 굴절률(n)에 대한 정보가 없다면, 측정된 거리(h0 + h1)를 광학계로부터의 실제로 위치한 베이스까지의 거리(h0 + h1 + h2)로 보정하는 작업이 수행될 수 없다.
도 4는 베이스 및 투명체의 형상에 따라 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치에 발생하는 문제점을 설명하는 개략도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 복수의 파장을 가진 광이 서로 다른 굴절률로 광학계(56)에 의해 굴절되는 모습이 도시되어 있으며, 상기 복수의 파장 중 가장 짧은 파장(λ1)을 가진 광이 광학계(56)에 가장 가까운 곳에 초점이 생기고, 상기 복수의 파장 중 가장 긴 파장(λn)을 가진 광이 광학계(56)에 가장 먼 곳에 초점이 생기는 모습이 도시되어 있다. 또한, 복수의 파장은 가장 짧은 파장(λ1) 및 가장 긴 파장(λn) 사이의 값을 가지는 임의의 파장(λp, λq)을 포함할 수 있다.
도 4의 (a)에서 도시된 바와 같이, 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광이 존재하며, 상기 포커싱되는 광의 파장은 가장 짧은 파장(λ1) 및 가장 긴 파장(λn) 사이의 값을 가지는 파장(λp, λq) 값을 가진다. 따라서, 도 4의 (a)와 같은 상황에서는, 검출되는 파장(λp, λq)에 대응되는 높이에 기초하여 검사가 가능하다. 그러나, 도 4의 (b) 및 (c)와 같은 상황에서는, 시편의 형태에 따라 검사가 불가능할 수 있다.
도 4의 (b)에서 도시된 바와 같이, 측정 대상물(20)은 베이스(22)가 매우 두꺼운 형태의 시편일 수 있다. 베이스(22)가 매우 두껍기 때문에, 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광만 존재하고, 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광은 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 도 4의 (b)와 같은 상황에서는, 투명체(24)의 검사가 불가능하므로 측정 대상물(20)의 검사가 불가능한 상황이 될 수 있다.
도 4의 (c)에서 도시된 바와 같이, 측정 대상물(20)은 투명체(24)가 매우 두꺼운 형태의 시편일 수 있다. 투명체(24)가 매우 두껍기 때문에, 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광만 존재하고, 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광은 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 도 4의 (c)와 같은 상황에서는, 베이스(22)의 검사가 불가능하므로 측정 대상물(20)의 검사가 불가능한 상황이 될 수 있다.
이에 비해, 이하 도 5 내지 도 21을 참고하여 설명하는 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법은, 공간 광 변조기 및 광의 컬러 정보를 검출하는 이미지 센서를 이용하여 측정 대상물의 고속 대면적 3D 검사가 가능한 효과가 있다. 또한, 투명체를 포함한 측정 대상물의 검사시에, 투명체의 굴절률을 모르는 경우에도 검사가 가능하며, 측정 대상물의 시편 형상에 관계 없이 검사가 가능한 3차원 형상 검사 장치 및 3차원 형상 검사 방법을 제공한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치의 전체 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 A1-A1`선을 따라 취한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 3차원 형상 검사 장치(10)는 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 검사하도록 구성될 수 있다. 3차원 형상 검사 장치(10)는 측정 대상물(20)에 광을 조사하여, 반사되는 광의 정보를 검출하여 측정 대상물(20)의 형상을 검사하도록 구성될 수 있다. 3차원 형상 검사 장치(10) 또는 측정 대상물(20)의 위치를 옮겨가며 측정 대상물(20)의 여러 표면상의 위치 및 높이를 검출함으로써, 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 검사할 수 있다. 도 5에서는, 설명의 편의상 3차원 형상 검사 장치(10) 및 측정 대상물(20)이 일 지점에 위치한 상태를 도시하였으나, 본 개시는 이에 제한되지 않으며, 3차원 형상 검사 장치(10) 및 측정 대상물(20)은 상하 방향 또는 수평 방향으로 이동하여 검사가 진행될 수 있다.
3차원 형상 검사 장치(10)는 광 조사부(100), 광학계, 광 스플리터(230) 및 이미지 센서(400)를 포함할 수 있다.
광 조사부(100)는 측정 대상물(20)의 표면 상으로 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 광 조사부(100)는 측정 대상물(20)이 위치한 하측 방향으로 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
광 조사부(100)는 광원(미도시) 및 공간 광 변조기(110)를 포함할 수 있다. 광원은 복수의 파장을 가진 백색 광원일 수 있다. 광원은 LED, 할로겐 램프 또는 제논 램프 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 광원은 썬라이크 조명(Sunlike LED)을 포함할 수 있다. 본 개시는 이에 제한되지 않으며, 복수의 파장을 가진 광을 방출할 수 있는 광원이라면 본 개시에 사용될 수 있다.
광 조사부(100)는 광원의 광(L)을 3차원 형상 검사 장치(10)의 내부로 받아들이는 광 조사부 케이스(150)를 포함할 수 있다. 광 조사부 케이스(150)는 내부에 공간이 형성되어 있어, 광원의 광(L)을 수신하도록 구성될 수 있다. 광 조사부 케이스(150)의 내부 공간은 광원의 광(L)이 측정 대상물(20)까지 조사되는 경로의 경유지일 수 있다. 광 조사부 케이스(150)는 홀이 형성되고 외부로 돌출된 광 수신부(152)를 포함할 수 있다. 광원의 광(L)은 광 수신부(152)를 통해 3차원 형상 검사 장치(10)의 내부로 수신될 수 있다.
공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, 120)는 광원으로부터 수신된 광(L)을 변조하도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기(110)는 입사되는 광의 진폭이나 위상 정보를 위치에 따라 변화시킬 수 있는 모든 장치를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(110)는 광의 공간적 분포를 제어함으로써, 3차원 공간에서의 광 이미지를 형성할 수 있고, 광의 공간 분포를 제어하는 장치일 수 있다.
공간 광 변조기(110)는 광원으로부터 수신된 광을 복수의 초점을 가지도록 광을 변조하도록 구성될 수 있다. 광 조사부(100)는 복수의 초점을 가진 복수의 광을 측정 대상물(20)의 표면 상으로 조사하도록 구성될 수 있다. 도 5 및 도 6에서는, 단일의 초점을 가진 단일의 광을 측정 대상물(20)의 표면 상으로 조사하는 것을 도시하나, 이는 설명에 편의를 위한 것이며, 도 7과 함께 후술할 공간 광 변조기의 일 실시예인, 복수의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 이용하여, 복수의 초점을 가진 복수의 광을 측정 대상물(20)의 표면 상으로 조사하도록 구성될 수 있다.
광학계는 색수차를 이용하여 광을 복수의 파장별로 굴절시킬 수 있다. 광학계는 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 광을 굴절시킬 수 있다. 광학계는 공간 광 변조기(110)에서 변조된 각각의 광을 굴절시킬 수 있다. 광학계는 복수의 파장을 가지는 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써, 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 측정 구간을 형성하도록 구성될 수 있다. 측정 구간은 상하 방향으로 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6에서는, 단일의 초점을 가진 단일의 광을 측정 대상물(20)의 표면 상으로 조사하는 것을 도시하나, 도 1에서 도시된 바와 같이, 변조된 광은 광학계를 통해 광원에서 수신된 광(L)을 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 상하 방향의 측정 구간을 형성할 수 있다.
광학계는 복수의 렌즈(211, 212, 213, 214, 215, 241)를 포함할 수 있다. 렌즈는 수신된 광을 굴절시킴으로써 광을 모으거나 발산시키는 모든 광학 장치를 포함할 수 있다. 렌즈는 곡률이 조절되는 가변형 렌즈(241)를 포함할 수 있다. 가변형 렌즈(241)에 대해서는, 후술할 초점 조절부(240)와 함께 후술한다.
3차원 형상 검사 장치(10)는 광을 반사시켜 광의 이동 경로를 변경하는 반사부(220)를 포함할 수 있다. 반사부(220)는 수신된 광을 반사시킴으로써 광이 다른 경로로 전송되도록 구성된 광학 장치를 포함할 수 있다.
3차원 형상 검사 장치(10)는 광의 일부를 반사시키고 광의 다른 일부를 투과시켜 광의 이동 경로를 2개의 경로로 분할하는 광 스플리터(230)를 포함할 수 있다. 광 스플리터(230)는 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 광 스플리터(230)는 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
이미지 센서(400)는 광의 컬러 정보를 검출할 수 있다. 이미지 센서(400)는 측정 대상물(20)에 반사된 광을 검출할 수 있다. 이미지 센서(400)는 측정 대상물(20)에 반사된 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광을 검출할 수 있다. 상기 표면 상의 높이는 측정 대상물(20)의 베이스(22) 또는 투명체(24)의 높이일 수 있다. 이미지 센서(400)는 복수의 광이 측정 대상물(20)의 표면 상에서 포커싱되어 반사된 복수의 광의 컬러 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치(10)는 측정 대상물(20)의 표면의 높이를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 프로그램 및/또는 정보를 저장하는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 제어부는 이미지 센서(400)에 의해 검출된 컬러 정보에 기초하여 측정 대상물(20)의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다. 이미지 센서(400)에 의해 검출된 복수의 광의 컬러 정보에 기초하여, 복수의 광이 반사된 측정 대상물(20)의 높이를 측정할 수 있다. 이미지 센서(400)는 복수의 광이 반사된 측정 대상물(20)의 표면 상의 각각의 높이를 측정할 수 있다. 본 개시의 3차원 형상 검사 장치(10)의 이미지 센서(400)는 측정 대상물(20)의 여러 표면 상의 높이를 한번에 측정할 수 있어, 측정 대상물의 고속 대면적 검사가 가능한 효과가 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 이용되는 디지털 마이크로미러 장치를 도시한 개략도이다. 도 7을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 공간 광 변조기(110)의 예시인 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device, 이하 DMD라고 함)에 관하여 설명한다.
공간 광 변조기(110)는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing, 이하 DLP라고 함) 기술을 이용한 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 포함할 수 있다. 디지털 마이크로미러 장치(DMD)는 어레이 형식으로 배치된 복수의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 포함할 수 있다. 디지털 마이크로미러 장치(DMD)는 미세전자기계시스템(MEMS)으로 제작된 미소 크기의 거울일 수 있다. 즉, 복수의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 각각은 화소(pixel)의 역할을 할 수 있다. 도 6의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)는 18행과 19열의 어레이를 이루고 있으나, 어레이를 구성하는 행과 열의 숫자는 예시적인 것이며, 임의의 다른 숫자의 열과 행을 가질 수 있다.
디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 하부에는 전극이 있어 외부로부터 전기 신호를 수신할 수 있고, 상부에는 반사경이 있어 광이 반사되도록 구성될 수 있다. 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 하부의 전극에 전기 신호가 인가되어 반사경의 각도가 조절됨으로써, 반사된 광은 외부의 투사 렌즈(미도시)로 반사되어 방출되거나 또는 흡광판(미도시)로 반사되어 방출되지 않고 흡수될 수 있다. 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 하부의 전극을 조절함으로써, 개별 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 광을 온/오프(on/off) 상태로 조절 할 수 있다. 공간 광 변조기(110)는, 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 각 화소를 온/오프 상태로 조절할 수 있으므로, 광원으로부터 수신된 광(L)을 원하는 모양 및 형태를 가진 광으로 변조하도록 구성될 수 있다. 도 7에서는, 어레이의 4n+1 행 및 4n+1 열의 디지털 마이크로미러 장치가 on 상태인 것을 도시하나(n은 0이상의 정수), 본 개시는 이에 제한되지 않고, 개별 어레이의 요소들의 디지털 마이크로미러 장치를 온/오프 상태로 임의로 조절할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 광 조사부(100)는 측정 대상물(20)의 표면 상으로 상하 방향에 수직한 수평 방향으로 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성될 수 있다. 복수의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)의 각각을 온/오프 상태로 조절할 수 있고, 온 상태의 디지털 마이크로미러 장치(DMD)에서 반사된 광은 측정 대상물(20)로 방출될 수 있다. 따라서, 복수의 디지털 마이크로미러 장치(DMD) 각각에서 방출되어 변조된 복수의 광은 복수의 초점을 가지도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치(10)는, 복수의 초점을 가진 복수의 광을 측정 대상물(20)의 표면 상으로 조사하도록 구성될 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 이용되는 전하결합소자(CCD)를 도시한 개략도이다. 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 3-전하결합소자가 광의 RGB 정보를 획득하는 과정을 도시한 개략도이다. 도 10은 도 8에서 획득한 RGB 정보를 HSV 좌표계로 변환하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 8을 참조한 일 실시예에서, 이미지 센서는 전하결합소자(Charged Coupled Device, 이하 CCD라고 함)를 포함할 수 있다. 전하결합소자(CCD)는 광을 전하로 변환시켜 광의 정보를 얻어내는 센서를 의미할 수 있다. 전하결합소자(CCD)는 픽셀(pixel) 형태의 칩으로 구성되어 내부에 광자의 양에 따라 전자가 발생하는 광다이오드가 배치되어 있어, 전자 또는 전류의 양을 측정하여 재구성함으로써, 광의 강도 정보를 얻어낼 수 있다.
전하결합소자(CCD)는 어레이 형식으로 배치된, 복수의 전하결합소자(CCD)를 포함할 수 있다. 전하결합소자(CCD)의 각각은 화소(pixel)의 역할을 할 수 있다. 복수의 전하결합소자(CCD)는 복수의 초점을 가진 변조된 광이 측정 대상물(20)의 표면 상에서 포커싱되어 반사된 복수의 광의 컬러 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 전하결합소자(CCD)에 의해 검출된 복수의 광의 컬러 정보에 기초하여, 복수의 광이 반사된 측정 대상물(20)의 표면 상의 각각의 높이를 측정할 수 있다.
전하결합소자(CCD)는 1개의 전하결합소자로 구성된 1-전하결합소자(1CCD) 또는 3 개의 분리된 전하결합소자를 가진 3-전하결합소자(Three Charged Coupled Device, 이하 3CCD라고 함)일 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하여, 3-전하결합소자(3CCD)는 세 개의 분리된 전하결합소자(3CCD-R, 3CCD-G, 3CCD-B)를 포함할 수 있다. 세 개의 분리된 전하결합소자(3CCD-R, 3CCD-G, 3CCD-B) 각각은 프리즘(A, B, C)으로부터 R, G, B 성분으로 분리된 광의 경로 상에 위치하여, 광의 R, G, B 성분을 검출할 수 있다. 3-전하결합소자(3CCD)는 프리즘(A, B, C)으로부터 분리된 R, G, B 성분을 각각의 전하결합소자로 검출하게 되어, 1-전하결합소자(1CCD) 방식에 비해 높은 색의 재현성 및 화질을 제공할 수 있다.
도시되어 있지 않은 다른 실시예에 있어서, 이미지 센서(400)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있다. CMOS는 복수의 픽셀(pixel)로 구성될 수 있다. 각각의 픽셀에 도달한 광은 포토 다이오드에 집광되어 전자를 발생시킬 수 있고, 발생된 전자는 전압 형태로 변환하여 광의 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
이미지 센서(400)는 컬러 카메라, 다중 분광 카메라 또는 밴드 패스 필터를 가진 모노 카메라 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 개시의 이미지 센서(400)는 이에 국한되지 않고, 광의 RGB 정보를 검출할 수 있는 모든 장치를 포함한다.
이미지 센서(400)에 의해 검출된 광의 컬러 정보는 RGB 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(400)의 3-전하결합소자(3CCD)에 의해 검출된 광의 컬러 정보는 RGB 정보를 포함할 수 있다. 상기 RGB 정보는 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 RGB 정보일 수 있다.
이미지 센서(400)는 검출된 RGB 정보에 기초하여 광의 파장 정보를 획득하도록 구성될 수 있다.
도시되어 있지 않은 일 실시예에서, RGB 정보에 대응되는 파장 정보를 미리 테이블화 해둔 룩업 테이블(Look up Table)을 만들어 놓음으로써, 이미지 센서(400)에 의해 검출된 RGB 정보를 광의 파장 정보로 변환할 수 있다.
도 10을 참조한 다른 실시예에서, 이미지 센서(400)는 RGB 정보를 다른 좌표계로 변환하여 측정 대상물(20)의 표면 상에서 포커싱되어 반사된 광의 파장 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 상기 다른 좌표계는 HSV 좌표계 또는 CIE XYZ 좌표계일 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(400)에서 검출된 RGB 정보를 하기의 수학식 1, 2, 및 3을 통해 HSV 좌표계로 변환함으로써, HSV 정보를 통해 광의 파장 정보를 획득할 수 있다. H는 색상(Hue)을 의미하는 값으로서, 0˚~ 360˚값을 가지며, 0˚및 360˚는 빨간색의 색상을 가리킬 수 있다. S는 채도(Saturation)를 의미하는 값으로서, 가장 진한 상태를 100%로 가정할 때, 0%는 같은 명도의 무채색을 나타낼 수 있다. V는 명도(Value)를 의미하는 값으로서, 흰색을 100%, 검은색을 0%라고 하였을 때의 밝은 정도를 나타낼 수 있다. 광원의 H값에 따른 광원의 파장 정보는 미리 결정된 값이므로(예를 들어, H가 0˚또는 360˚일 때, 빨간 빛의 파장은 625~740nm), HSV 좌표계 변환을 통해 얻은 H값을 통해 광원의 파장 정보가 검출될 수 있다.
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또한, RGB 정보를 CIE XYZ 좌표계로 변환하여 얻은 CIE 색도 다이어그램에서, 광원의 색도 좌표에 가장 가까운 위치의 단색광의 파장인 주 파장(Dominant Wavelength)이 검출될 수 있다. 상술한 HSV 좌표계 및 CIE XYZ 좌표계는 본 개시를 설명하기 위한 예시에 불과하며, 광의 파장 정보를 획득할 수 있는 모든 좌표계가 사용될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 작동하는 모습을 도시한 개략도이다. 도 12는 도 11의 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부의 작동 방식을 설명하는 그래프이다. 도 5, 도 6, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 개시의 3차원 형상 검사 장치(10)의 검사 방식을 설명하면 다음과 같다.
도 11을 참조하여, 공간 광 변조기(110)는 광원으로부터 수신된 광(L)을 변조하여 측정 대상물(20)의 표면 상으로 광을 조사한다. 공간 광 변조기(110)에서 측정 대상물(20)까지 광이 조사되기까지의 경로 상에 광을 전달하기 위한 광학계가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계는 상기 경로 상에 배치된 복수의 렌즈(211, 212, 214, 241)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(110)에서 측정 대상물(20)까지 광이 조사되기까지의 경로 상에 광 스플리터(231)가 배치될 수 있다. 광 스플리터(231)는 수신된 광을 반사시킴으로써 공간 광 변조기(110)에서 측정 대상물(20)까지의 광 경로를 형성할 수 있다. 광학계는 측정 대상물(20)에 조사되기 전에 위치한 렌즈(242)(미도시)를 포함할 수 있다. 렌즈(242)는 복수의 렌즈로 이루어질 수 있다. 렌즈(242)는 대물렌즈(objective lens)일 수 있다. 측정 대상물(20)의 표면 상에서 반사된 광은 이미지 센서(400)로 전달되도록 구성된다. 이미지 센서(400)는 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)를 포함할 수 있다.
측정 대상물(20)에서 반사된 광이 제1 검출부(410)까지의 경로 상에 광을 전달하기 위한 광학계가 배치될 수 있다. 측정 대상물(20)에서 반사된 광이 제2 검출부(420)까지의 경로 상에 광을 전달하기 위한 광학계가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계는 제1 검출부(410)까지의 경로 상에 배치된 복수의 렌즈(241, 214, 212, 215)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학계는 제2 검출부(420)까지의 경로 상에 배치된 복수의 렌즈(241, 214, 212, 216)를 포함할 수 있다. 측정 대상물(20)에서 제1 검출부(410) 또는 제2 검출부(420)까지 광이 도달하기까지의 경로 상에 광 스플리터(231)가 배치될 수 있다. 광 스플리터(231)는 수신된 광을 투과시킴으로써 측정 대상물(20)에서 제1 검출부(410) 또는 제2 검출부(420)까지의 광 경로를 형성할 수 있다.
3차원 형상 검사 장치(10)는, 광 스플리터(231)에서 제1 검출부(410)또는 제2 검출부(420)까지 광이 도달하기까지의 경로 상에 배치된 광 스플리터(232)를 포함할 수 있다. 광 스플리터(232)는 측정 대상물(20)에서 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키도록 구성되고, 측정 대상물(20)에서 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 광 스플리터(232)는 수신된 광을 투과시킴으로써 광 스플리터(231)에서 제1 검출부(410)까지의 광 경로를 형성할 수 있다. 광 스플리터(232)에서 투과된 광의 정보는 제1 검출부(410)에 의해 검출될 수 있다. 광 스플리터(232)는 수신된 광을 반사시킴으로써 광 스플리터(231)에서 제2 검출부(420)까지의 광 경로를 형성할 수 있다. 광 스플리터(232)에서 반사된 광의 정보는 제2 검출부(420)에 의해 검출될 수 있다.
제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)는 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 정보를 검출함으로써, 측정 대상물(20)의 높이를 측정할 수 있다. 상기 광의 정보는 광의 파장에 대한 정보일 수 있다. 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)는, 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 또는 베이스(22) 상에 배치된 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 컬러 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 3차원 형상 검사 장치(10)는 제1 검출부에서 검출된 정보 및 제2 검출부에서 검출된 정보에 기초하여 측정 대상물의 베이스의 높이 및 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.
광원에서 방출된 광(L)이 측정 대상물(20)에서 반사되어 제1 검출부(410) 또는 제2 검출부(420)까지 전달될 수 있도록 형성되는 광의 경로는 이에 제한되지 않으며, 렌즈, 반사부(220), 및 광 스플리터(231, 232)를 배치함으로써 임의의 광 경로를 형성할 수 있다.
3차원 형상 검사 장치(10)는, 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 변경 가능하게 구성되는 초점 조절부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초점 조절부는, 후술하는 실시예에 따라, 광학계의 위치를 변경할 수 있는 수단으로 구현될 수도 있고, 광학계의 일부를 구성하여 광이 포커싱 되는 위치를 변경시킬 수 있는 수단으로 구현될 수도 있다.
초점 조절부는 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 변경할 수 있다. 초점 조절부는 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경할 수 있다. 초점 조절부는 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 측정 구간을 변경 가능하게 구성될 수 있다. 초점 조절부는 파장별로 굴절된 광 중 가장 짧은 파장이 포커싱 되는 지점을 상하 방향으로 변경할 수 있다. 초점 조절부는 파장별로 굴절된 광 중 가장 긴 파장이 포커싱 되는 지점을 상하 방향으로 변경할 수 있다. 초점 조절부는 파장별로 굴절된 광 중 가장 짧은 파장과 가장 긴 파장 사이의 파장을 가진 광이 포커싱 되는 지점을 상하 방향으로 변경할 수 있다.
도시하지 않은 일 실시예에서는, 초점 조절부는, 광학계의 위치를 조절하여 상기 측정 구간을 변경하는 기계적 수단을 통해 작동될 수 있다. 초점 조절부는 광학계를 상하 방향으로 이동시킴으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성될 수 있다.
도 11을 참고한 다른 실시예에서는, 초점 조절부(240)는 광학계의 일부를 구성할 수 있다. 이하. 도 11에 따른 실시예를 기준으로 설명한다.
광학계는 초점 조절부(240)를 포함할 수 있다. 초점 조절부(240)는 전류 등의 인가를 통해 측정 구간을 변경하는 전자적 수단을 통해 작동될 수 있다. 초점 조절부(240)는 인가되는 전류에 기초하여 측정 구간을 변경 가능하도록 구성된 가변형 렌즈(241)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 초점 조절부(240)가 측정 대상물(20)에 조사되기 바로 전의 광 경로상에 배치된 것을 도시하나, 이에 제한되지 않고, 초점 조절부(240)는 광원부터 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)까지의 광 경로 상의 어느 경로 상에 배치될 수 있다.
도 12를 참조하여, 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부(430)에 대하여 설명한다.
제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420) 중 어느 하나는 필터 검출부일 수 있다. 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 이상의 광을 차단하는 필터부(430)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 파장은 도 12에 도시된 바와 같이 임의의 파장(λ0)일 수 있다. 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 미만의 광의 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 본 개시는 제2 검출부(420)가 필터 검출부이고, 제2 검출부(420)가 필터부(430)를 포함하는 것을 기준으로 설명하나, 본 개시는 이에 제한되지 않고 제1 검출부(410)가 필터부를 포함하는 필터 검출부인 실시예도 가능하다. 본 개시는 필터부(430)가 제2 검출부(420)로 향하는 광 경로상에 배치된 실시예를 도시하나 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 필터부(43)는 광 경로 상에 배치되어 작동하는 기계적 수단의 광학 필터 또는 광 경로 상에 배치되지 않고 전자식 수단을 통해 작동되는 광학 필터를 포함한다. 광학 필터는 숏 패스 필터(short pass filter)일 수 있다.
제1 검출부 및 제2 검출부는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 필터 검출부는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 13은 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물의 베이스의 높이 또는 베이스 상에 배치된 투명체의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광을 나타내는 개략도이다. 도 14는 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단하는 상황을 나타내는 그래프이다. 도 15는 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단하는 상황을 나타내는 그래프이다. 도 16은 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 기준을 만족하는 상황을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 16을 참조하여, 측정 대상물(20)에 투명체(24)가 포함된 경우, 3차원 형상 검사 장치의 검사 방식을 설명한다.
측정 대상물(20)이 베이스(22) 및 투명체(24)를 포함하는 경우, 광학계에 의해 파장별로 굴절된 광 중 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광이 존재할 수 있다. 도 13 내지 도 16에 도시된 λ1은 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광의 파장이고, λ2는 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광의 파장으로 정의한다.
제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)는, 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 또는 베이스(22) 상에 배치된 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420) 중 어느 하나인 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 이상의 광을 차단하는 필터부(430)에 의해 특정 파장(λ0) 미만의 광의 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 도 14 내지 도 16의 (a)는 제1 검출부 및 제2 검출부 중 필터 검출부가 아닌 노필터(no-filter) 검출부에서 검출된 광의 정보를 도시하는 그래프일 수 있다. 도 14 내지 도 16의 (b)는 제1 검출부 및 제2 검출부 중 필터 검출부에서 검출된 광의 정보를 도시하는 그래프일 수 있다. 도 14 내지 도 16의 (c)는 필터 검출부와 노필터 검출부에서 검출된 광의 정보를 함께 도시한 그래프일 수 있다.
도 14 내지 도 16의 (a)를 참조하면, 노필터 검출부는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ1)과, 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ2)을 검출할 수 있다. 노필터 검출부에서 검출되는 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ2)의 강도와 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ1)의 강도는 차이가 있을 수 있다. 본 개시에서 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ1)의 강도는 매우 작은 값을 가져, 도 14 내지 도 16의 (a)에 도시되어 있지 않은 실시예를 기준으로 설명하나 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광의 파장(λ1), 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되는 광의 파장(λ2), 필터부의 특정 파장 값의 대소에 따라, (1) λ0 < λ1 < λ2 (2) λ1 < λ2 < λ0 (3) λ1 < λ0 < λ2와 같은 3가지 상황이 존재할 수 있다.
도 14를 참조하여, 상황 1에 대하여 설명한다. 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 모두 특정 파장(λ0)보다 큰 파장을 가진다. 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 이상의 광을 차단하는 필터부(430)를 포함하므로, 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 필터부(430)에 의해 차단될 수 있다(도 14의 (b) 참조). 필터 검출부와 노필터 검출부에서 검출된 광의 정보를 함께 도시한 그래프를 살펴보면(도 14의 (c) 참조), 베이스의 표면에서 포커싱되어 반사되는 하나의 파장(λ2)에 대한 정보만을 검출할 수 밖에 없어, 측정 대상물(20)에 대한 검사가 불가능하다.
도 15를 참조하여, 상황 2에 대하여 설명한다. 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 모두 특정 파장(λ0)보다 작은 파장을 가진다. 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 이상의 광을 차단하는 필터부(430)를 포함하므로, 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 및 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 모두 필터부(430)에 의해 차단되지 않을 수 있다(도 15의 (b) 참조). 필터 검출부와 노필터 검출부에서 검출된 광의 정보를 함께 도시한 그래프를 살펴보면(도 15의 (c) 참조), 필터 검출부는 필터부(430)에 의해 차단되지 않은 두 가지 파장(λ1, λ2)에 대한 정보를 함께 검출하므로, 두 가지 파장(λ1, λ2)이 혼합된 파장(λmix)에 대한 광의 정보가 검출될 수 있다. 혼합된 파장(λmix)은 두 가지 파장(λ1, λ2)에 대한 정보가 혼합되어 혼합된 파장(λmix)에 대응되는 광의 강도 값은 특정 포화 강도(S) 이상의 강도를 가질 수 있다. 필터 검출부와 노필터 검출부에서 검출된 광의 파장 정보가 혼합된 파장(λmix)을 포함하고 있어, 특정 파장에 대응되는 높이의 측정이 불가능하여 측정 대상물(20)에 대한 검사가 불가능하다.
도 16을 참조하여, 상황 3에 대하여 설명한다. 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ2)은 특정 파장(λ0)보다 크고, 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ1)은 특정 파장(λ0)보다 작을 수 있다. 필터 검출부는 특정 파장(λ0) 이상의 광을 차단하는 필터부(430)를 포함하므로, 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 필터부(430)에 의해 차단될 수 있다. 예를 들어, 필터 검출부는 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광은 차단하고, 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ1)에 대한 정보를 검출할 수 있다(도 16의 (b) 참조). 필터 검출부와 노필터 검출부에서 검출된 광의 정보를 함께 도시한 그래프를 살펴보면(도 16의 (c) 참조), 노필터 검출부에서 검출된 베이스(22)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ2) 정보 및 필터 검출부에서 검출된 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ1) 정보에 기초하여 검사가 수행될 수 있다.
도 14의 상황 1에서, 제어부는, 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 수 있다. 소정의 제1 특정 강도는 매우 작은 임의의 값일 수 있다. 제어부는, 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 초점 조절부(240)를 제어하여 측정 구간을 변경시키도록 구성될 수 있다. 제어부는, 초점 조절부(240)를 제어하여 상기 상황 3의 조건이 되도록 측정 구간을 변경시키도록 구성될 수 있다.
제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 측정 대상물(20)에 더 짧은 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 투명체(24)에 더 짧은 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 측정 구간을 하측으로 이동시켜 투명체(24)에 더 짧은 파장의 광이 반사되도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 측정 구간을 하측으로 이동시켜 투명체(24)에 특정 파장(λ0)보다 작은 파장의 광이 반사되도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 베이스(22)에 특정 파장(λ0)보다 큰 파장의 광이 반사되는 지점까지 상기 측정 구간을 하측으로 이동시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다.
도 15의 상황 2에서, 제어부는, 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도(S) 이상이라고 판단할 수 있다. 소정의 제2 특정 강도는 임의의 값일 수 있다. 제어부는, 필터 검출부에 의해 검출된 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 초점 조절부(240)를 제어하여 측정 구간을 변경시키도록 구성될 수 있다. 제어부는, 초점 조절부(240)를 제어하여 상기 상황 3의 조건이 되도록 측정 구간을 변경시키도록 구성될 수 있다.
제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 측정 대상물(20)에 더 긴 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 베이스(22)에 더 긴 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 측정 구간을 상측으로 이동시켜 투명체(24)에 더 긴 파장의 광이 반사되도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 측정 구간을 상측으로 이동시켜 베이스(22)에 특정 파장(λ0)보다 긴 파장의 광이 반사되도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 제어부는 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 투명체(24)에 특정 파장(λ0)보다 작은 파장의 광이 반사되는 지점까지 상기 측정 구간을 상측으로 이동시키도록, 상기 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다.
도 16의 상황 3에서, 제어부는, 광의 강도 정보가 제1 특정 강도 이상 및 제2 특정 강도 이하일 때, 소정의 기준을 만족한다고 판단할 수 있다. 제어부는, 광의 강도 정보가 제1 특정 강도 이하 또는 제2 특정 강도 이상일 때, 소정의 기준을 만족하지 않는다고 판단할 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 베이스 및 투명체의 형상에 관계 없이 검사가 가능한 것을 보여주는 개략도이다.
도 4 및 도 17을 참조하여, 도 4의 비교 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치(50)는, 별도의 초점 조절부를 포함하고 있지 않으므로, 시편의 형상에 따라 검사가 불가능한 문제가 존재한다. 그러나, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치(10)는 초점 조절부(240)를 포함함으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 변경 가능하게 구성된다.
도 17의 (a)와 같이 일반적으로 파장별로 굴절된 광 중 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ11, λ12)이 존재하는 경우 뿐만 아니라, 도 17의 (b)와 같이 베이스(22)가 매우 두꺼운 형태의 시편 뿐만 아니라, 도 17의 (c)와 같은 투명체(24)가 매우 두꺼운 형태의 시편의 경우에도 초점 조절부(240)를 통해 측정 구간을 상하 방향으로 변경함으로써 검사가 가능하다. 도 4의 (b)와 같은 상황에서는, 초점 조절부(240)를 통해 측정 구간을 상측 방향으로 변경하여, 도 17의 (b)와 같이 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ21, λ22)의 정보를 검출할 수 있다. 또한, 도 4의 (c)와 같은 상황에서는, 초점 조절부(240)를 통해 측정 구간을 하측 방향으로 변경하여, 도 17의 (c)와 같이 베이스(22)의 높이 또는 투명체(24)의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사되는 광의 파장(λ31, λ32)의 정보를 검출할 수 있다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 형상 검사 장치가 측정 대상물의 베이스의 높이 및 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하는 방식을 설명하는 개략도이다. 도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 광학계의 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값을 도시한 그래프이다.
도 18을 참조하여, 제어부는 광의 강도 정보가 도 16의 상황 3인 소정의 기준을 만족할 때, 측정 구간을 변경시키도록 초점 조절부(240)를 제어할 수 있다. 소정의 기준을 만족하여 측정 구간이 변경되기 전인 제1 상태는 도 18의 (a)에 도시되고, 소정의 기준을 만족하여 측정 구간이 변경된 후인 제2 상태는 도 18의 (b)에 도시되어 있다. 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)는 측정 구간이 변경된 상태에서, 다시 광의 파장에 대한 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)는 측정 구간이 변경된 상태에서, 베이스(22) 및 투명체(24)에 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ3, λ4) 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
제어부는, 측정 구간을 변경하기 전인 제1 상태에서, 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420) 중 필터 검출부가 아닌 노필터 검출부에서 검출된 제1 정보를 획득하고, 필터 검출부에서 검출된 제2 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 제1 정보는 베이스(22)에 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ1) 정보일 수 있다. 제2 정보는 투명체(24)에 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ2) 정보일 수 있다. 상기 제어부는, 측정 구간을 변경한 후인 제2 상태에서, 노필터 검출부에서 검출된 제3 정보 및 필터 검출부에서 검출된 제4 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 본 개시는, 제1 상태에서 측정 구간을 상측 방향으로 변경하여 제2 상태가 된 것을 기준으로 설명하나, 본 개시는 이에 제한되지 않고, 측정 구간을 하측 방향으로 변경하여 제 2상태가 되는 실시예도 가능하다. 제3 정보는 베이스(22)에 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ3) 정보일 수 있다. 제4 정보는 투명체(24)에 포커싱되어 반사된 광의 파장(λ4) 정보일 수 있다. 제3 정보의 파장(λ3)은 제1 정보의 파장(λ1) 보다 클 수 있다. 제4 정보의 파장(λ4)은 제2 정보의 파장(λ2) 보다 클 수 있다.본 개시에서 노필터 검출부가 제1 검출부(410), 필터 검출부가 제2 검출부(420)인 것을 기준으로 설명하나, 본 개시는 이에 제한되지 않고, 노필터 검출부가 제2 검출부(420), 필터 검출부가 제1 검출부(410)인 실시예도 가능하다.
제어부는, 제1 정보, 제2 정보, 제3 정보, 제4 정보 및 굴절률에 기초하여 측정 대상물(20)의 베이스(22)의 높이 및 베이스(22) 상에 배치된 투명체(24)의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다.
제어부는, 제1 정보, 제2 정보, 제3 정보, 및 제4 정보에 기초하여 측정 대상물의 베이스(22)의 높이 및 베이스(22) 상에 배치된 투명체(24)의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다. 제어부는, 제1 상태에서의 작업 거리, 제2 상태에서의 작업 거리, 제1 정보 및 제3 정보에 기초하여 투명체의 굴절률(n)을 측정하도록 구성될 수 있다. 작업 거리는 광학계로부터 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치까지의 거리의 평균값에 비례하는 값으로 정의될 수 있다. 즉, 초점 조절부(240)에 의해 광학계로부터 파장별로 굴절된 광이 포커싱되는 지점까지의 평균 거리의 변화에 따라, 작업 거리도 함께 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 제2 상태는 제1 상태보다 광학계로부터 파장별로 굴절된 광이 포커싱되는 지점까지의 평균 거리가 작은 상태일 수 있다. 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)는 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)보다 작을 수 있다. 작업 거리는 초점 조절부(240)에 인가되는 전류에 따라 커지는 값일 수 있다.
광학계는 색수차에 의해 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값(Chromatic Focal Shift)을 가질 수 있다(도 19 참조). 광학계는 각각 설계되는 방법에 따라 고유의 초점 시프트 값을 가질 수 있다. 색수차에 의한 고유의 초점 시프트는 색수차를 측정하는 척도로서, 각각의 광학계별로 복수의 파장이 포커싱되는 초점의 위치 변화 정도를 정량화한 값일 수 있다.
제1 상태에서의 작업 거리(WD1), 제2 상태에서의 작업 거리(WD2), 및 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값(Chromatic Focal Shift)은 하기의 수학식 4, 5, 및 6을 만족한다. 수학식 6은 수학식 5에서 투명체의 굴절률(n)에 대하여 항 정리를 한 수학식이다.
수학식 4를 참조하면, 제4 정보에 대응되는 제4 초점 시프트 값(Focal shift(λ4))에서 제2 정보에 대응되는 제2 초점 시프트 값 Focal shift(λ1)을 차감한 값은 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)에서 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)를 차감한 값일 수 있다. 수학식 5를 참조하면, 제3 정보에 대응되는 제3 초점 시프트 값(Focal shift(λ3))에서 제1 정보에 대응되는 제1 초점 시프트 값 Focal shift(λ1)을 차감한 값에 굴절률을 곱한 값은 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)에서 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)를 차감한 값일 수 있다.
수학식 6을 참조하면, 굴절률은 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)에서 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)를 차감한 값을, 제3 정보에 대응되는 제3 초점 시프트 값(Focal shift(λ3))에서 제1 정보에 대응되는 제1 초점 시프트 값 Focal shift(λ1)을 차감한 값으로 나눈 값일 수 있다. 초점 조절부(240)에 인가되는 전류가 클수록, 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)에서 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)를 차감한 값이 커지도록 구성될 수 있다. 즉, 초점 조절부(240)에 인가되는 전류에 대응되는 작업 거리의 값을 테이블화함으로써, 초점 조절부(240)에 인가되는 전류의 값을 기초로 제1 상태에서의 작업 거리(WD1)에서 제2 상태에서의 작업 거리(WD2)를 차감한 값을 알아낼 수 있다.
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Figure PCTKR2023001246-appb-img-000007
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도 20은 본 개시의 3차원 형상 검사 방법의 일 실시 형태의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5, 도 6, 도 11 및 도 20을 참조하면, 3차원 형상 검사 방법(S10)은 백색광 조사 단계(S101), DLP 복수 패턴 조사 단계(S102), 측정 대상물 조사 단계(S103) 및 측정 대상물 높이에 대응되는 파장 신호의 반사 단계(S104)를 포함할 수 있다.
백색광 조사 단계(S101)는 측정 대상물(20)의 표면 상으로 광을 조사하기 위한 광(L)을 광원으로부터 조사하는 단계이다. DLP 복수 패턴 조사 단계(S102)는 상기 백색광 조사 단계(S101)에서 수신된 광을 변조하는 단계일 수 있다. DLP 복수 패턴 조사 단계(S102)는 측정 대상물(20)의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 조사하도록 광원으로부터 수신된 광(L)을 변조하도록 구성될 수 있다. DLP 복수 패턴 조사 단계(S102)에서 공간 광 변조기(110)를 통해 광 변조가 이루어질 수 있다. DLP 복수 패턴 조사 단계(S102)는 광 변조 단계에 대응될 수 있다.
측정 대상물 조사 단계(S103)는 DLP 복수 패턴 조사 단계(S102)에서 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 하측으로 조사하도록 구성될 수 있다. 측정 대상물 조사 단계(S103)에서, 변조된 광은 광학계에 의해 상기 측정 구간을 형성할 수 있다. 측정 대상물 조사 단계(S103)는 광 조사 단계에 대응될 수 있다.
측정 대상물 높이에 대응되는 파장 신호의 반사 단계(S104)는 상기 측정 대상물 조사 단계(S103)에서 측정 대상물로 조사된 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱된 광이 반사되는 단계일 수 있다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키고, 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키는 광 경로 형성 단계를 포함할 수 있다. 광 경로 형성 단계는 광 스플리터(230)에 의해 수행될 수 있다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 측정 구간의 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 컬러 정보를 검출하는 정보 획득 단계를 포함할 수 있다. 정보 획득 단계는 상기 광 경로 형성 단계에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출 단계를 포함할 수 있다. 정보 획득 단계는 상기 광 경로 형성 단계에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출 단계를 포함할 수 있다. 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계는 제1 검출부(410) 및 제2 검출부(420)에 의해 수행될 수 있다.
정보 획득 단계는 이미지 획득 단계(S105), RGB 정보 획득 단계(S106), 좌표계 변환 단계(S107) 및 파장 정보 확인 단계(S108)를 포함할 수 있다. 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계는 이미지 획득 단계(S105), RGB 정보 획득 단계(S106), 좌표계 변환 단계(S107) 및 파장 정보 확인 단계(S108)를 포함할 수 있다.
이미지 획득 단계(S105)는 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱된 광이 반사된 광의 이미지 또는 정보를 수신하는 단계일 수 있다. 이미지 획득 단계(S105)는 이미지 센서(400)에 의해 측정 대상물(20)에서 반사된 광을 수신하도록 구성될 수 있다. RGB 정보 획득 단계(S106)는 상기 이미지 획득 단계(S105)에서 수신된 광의 RGB 정보를 획득하는 단계일 수 있다. RGB 정보 획득 단계(S106)는 이미지 센서(400)의 3-전자결합소자(3CCD)를 통해 광의 RGB 정보를 획득하도록 구성될 수 있다.
좌표계 변환 단계(S107)는 상기 RGB 정보 획득 단계(S106)에서 획득한 RGB 정보를 다른 좌표계(예를 들어, HSV 좌표계 또는 CIE XYZ 좌표계)로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 파장 정보 확인 단계(S108)는 상기 좌표계 변환 단계(S107)에서 얻은 정보에 기초하여 광의 파장 정보를 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 파장 정보 확인 단계(S108)는 전술한 바와 같이, HSV 좌표계의 H값 또는 CIE XYZ 좌표계의 주 파장 정보를 이용하여 광의 파장 정보를 확인할 수 있다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 정보 획득 단계에서 검출된 컬러 정보에 기초하여 측정 대상물의 표면의 높이를 측정하는 측정 대상물 높이 확인 단계(S109)를 포함할 수 있다. 측정 대상물 높이 확인 단계(S109)에서는, 파장별로 굴절된 광 중 측정 대상물(20)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 컬러 정보를 검출함으로써, 측정 대상물의 높이를 측정할 수 있다. 측정 대상물 높이 확인 단계(S109)에서 검출된 광의 정보는 측정 대상물(20)의 베이스(22) 및 투명체(24)의 표면 상의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 정보일 수 있다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 측정 대상물 높이 확인 단계 이후 3D 검사 진행 단계(S110)를 포함할 수 있다. 3D 검사 진행 단계는 전술한 단계들(S101~S109) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 단계들(S101~S109)이 여러 번 수행됨으로써, 측정 대상물(20)의 여러 표면 상에서 검사가 진행될 수 있다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 포함할 수 있다. 초점 조절 단계는 초점 조절부(240)에 의해 측정 구간이 변경되는 단계일 수 있다. 초점 조절 단계는 백색광 조사 단계(S101) 전에 수행되거나, 적어도 하나 이상의 횟수로 수행되는 3D 검사 진행 단계(S110)에서의 백색광 조사 단계 전에 수행됨으로써, 초점 조절 단계는 여러 번 반복되어 수행될 수 있다.
도 21은 측정 대상물에 투명체가 포함된 경우의 본 개시의 3차원 형상 검사 방법의 일 실시 형태의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
3차원 형상 검사 방법(S10)은 투명체 시편 배치 단계(S201), 상하 방향 스캔 단계(S202), 소정의 기준 판단 단계(S203), 측정 구간 설정 단계(S204), 투명체 굴절률 확인 단계(S205) 및 전체 측정 대상물 측정 단계(S206)를 포함할 수 있다.
투명체 시편 배치 단계(S201)는 베이스(22) 상에 투명체(24)를 배치하는 단계일 수 있다. 상하 방향 스캔 단계(S202)는 초점 조절 단계를 포함할 수 있다. 상하 방향 스캔 단계(S202)는 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 상하 방향으로 변경하는 단계일 수 있다.
소정의 기준 판단 단계(S203)는 광 경로 형성 단계에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출 단계 및 광 경로 형성 단계에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출 단계를 포함할 수 있다. 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계 중 어느 하나는 특정 파장 이상의 광을 차단하여 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하는 필터 검출 단계를 포함할 수 있다. 필터 검출 단계는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
소정의 기준 판단 단계(S203)는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하 또는 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단하는 단계일 수 있다. 소정의 기준 판단 단계(S203)는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하 또는 소정의 제2 특정 강도 이상일 때, 다시 상하 방향 스캔 단계(S202)가 수행될 수 있다. 소정의 기준 판단 단계 (S203)는 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하 또는 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 포함할 수 있다. 소정의 기준 판단 단계(S203)에서 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하일 때, 이후 수행되는 초점 조절 단계는 상기 측정 구간을 하측으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 소정의 기준 판단 단계(S203)에서 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상일 때, 이후 수행되는 초점 조절 단계는 상기 측정 구간을 상측으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
측정 구간 설정 단계(S204)는, 상기 소정의 기준 판단 단계(S203)에서 광의 강도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 수행될 수 있다. 소정의 기준은 상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이상 및 소정의 제2 특정 강도 이하인 상태일 수 있다. 측정 구간 설정 단계(S204)는 광의 광도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 포함할 수 있다. 측정 구간 설정 단계(S204)에서 측정 구간을 변경한 상태에서, 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계가 다시 진행될 수 있다.
측정 구간 설정 단계(S204)는 측정 구간을 변경하기 전인 제1 상태에서, 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계 중 필터 검출 단계가 아닌 노필터 검출 단계에서 검출된 제1 정보를 획득하고, 필터 검출 단계에서 검출된 제2 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 측정 구간 설정 단계(S204)는 측정 구간을 변경한 후인 제2 상태에서, 노필터 검출 단계에서 검출된 제3 정보 및 필터 검출 단계에서 검출된 제4 정보를 획득하도록 구성될 수 있다.
투명체 굴절률 확인 단계(S205)는 제1 상태에서의 작업 거리, 제2 상태에서의 작업 거리, 제1 정보 및 제3 정보에 기초하여 투명체의 굴절률(n)을 측정하도록 구성될 수 있다. 투명체 굴절률 확인 단계(S205)의 굴절률(n) 측정 방식은 3차원 형상 검사 장치(10)에서의 굴절률 측정 방식과 동일하게 수행될 수 있다.
전체 측정 대상물 측정 단계(S206)는 상기 측정 구간 설정 단계(S204)에서 획득된 제1 정보, 제2 정보, 제3 정보, 제4 정보 및 상기 투명체 굴절률 확인 단계(S205)에서 측정된 굴절률에 기초하여 측정 대상물의 베이스의 높이 및 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하도록 구성될 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

Claims (20)

  1. 광원 및 상기 광원으로부터 수신된 광을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함하여 측정 대상물의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성된 광 조사부;
    상기 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 구성되는 광학계;
    상기 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키도록 구성되고, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키도록 구성된 광 스플리터;
    상기 광 스플리터에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출부; 및
    상기 광 스플리터에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출부를 포함하고,
    상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 중 어느 하나인 필터 검출부는 특정 파장 이상의 광을 차단하는 필터부를 포함하여 상기 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검출부에서 검출된 정보 및 상기 제2 검출부에서 검출된 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하는 제어부를 더 포함하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터 검출부는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성되는,
    3차원 형상 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및
    상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 초점 조절부를 제어하여 상기 측정 구간을 변경시키도록 구성된 제어부를 더 포함하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하라고 판단할 때, 상기 측정 대상물에 더 짧은 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부를 제어하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및
    상기 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 초점 조절부를 제어하여 상기 측정 구간을 변경시키도록 구성된 제어부를 더 포함하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광의 강도 정보가 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 측정 대상물에 더 긴 파장의 광이 반사되게 상기 측정 구간을 변경시키도록, 상기 초점 조절부를 제어하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경 가능하게 구성된 초점 조절부; 및
    상기 광의 강도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 상기 측정 구간을 변경시키도록 상기 초점 조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는, 상기 측정 구간을 변경한 상태에서, 다시 광의 파장에 대한 정보를 검출하도록 구성되는,
    3차원 형상 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    (i) 상기 측정 구간을 변경하기 전인 제1 상태에서, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 중 상기 필터 검출부가 아닌 노필터 검출부에서 검출된 제1 정보를 획득하고, 상기 필터 검출부에서 검출된 제2 정보를 획득하도록 구성되고,
    (ii) 상기 측정 구간을 변경한 후인 제2 상태에서, 상기 노필터 검출부에서 검출된 제3 정보 및 상기 필터 검출부에서 검출된 제4 정보를 획득하도록 구성되고,
    (iii) 상기 제1 정보, 상기 제2 정보, 상기 제3 정보, 및 상기 제4 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학계로부터 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치까지의 거리의 평균값에 비례하는 값을 작업 거리로 정의할 때,
    상기 제어부는,
    상기 제1 상태에서의 작업 거리, 상기 제2 상태에서의 작업 거리, 상기 제1 정보 및 상기 제3 정보에 기초하여 상기 투명체의 굴절률을 측정하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 색수차에 의해 각각의 파장별로 고유의 초점 시프트 값을 가지고,
    상기 광학계로부터 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치까지의 거리의 평균값에 비례하는 값을 작업 거리로 정의할 때,
    상기 제어부는,
    상기 제1 상태에서의 작업 거리에서 상기 제2 상태에서의 작업 거리를 차감한 값을, 상기 제3 정보에 대응되는 제3 초점 시프트 값에서 상기 제1 정보에 대응되는 제1 초점 시프트 값을 차감한 값으로 나눈 값인 굴절률을 측정하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 정보, 상기 제2 정보, 상기 제3 정보, 상기 제4 정보 및 상기 굴절률에 기초하여 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 및 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이를 측정하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 초점 조절부는, 인가되는 전류에 기초하여 상기 측정 구간을 변경 가능하도록 구성된 가변형 렌즈를 포함하고,
    상기 인가되는 전류가 클수록, 상기 제1 상태에서의 작업 거리에서 상기 제2 상태에서의 작업 거리를 차감한 값이 커지도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 필터 검출부는 상기 제2 검출부인,
    3차원 형상 검사 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는,
    상기 광원으로부터 수신된 광을 반사시킴으로써 변조하도록 구성되고, 어레이 형식으로 배치된, 복수의 디지털 마이크로미러 장치를 포함하는,
    3차원 형상 검사 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부는, 상기 파장별로 굴절된 광 중 상기 측정 대상물의 베이스의 높이 또는 상기 베이스 상에 배치된 투명체의 높이에 대응되는 위치에서 포커싱되어 반사된 광의 컬러 정보를 검출하도록 구성된,
    3차원 형상 검사 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광 조사부는 상기 측정 대상물의 상기 표면 상으로 상하 방향에 수직한 수평 방향으로 복수의 초점을 가진 상기 복수의 광을 하측으로 조사하도록 구성되는,
    3차원 형상 검사 장치.
  18. 측정 대상물의 표면 상으로 복수의 초점을 가진 복수의 광을 조사하도록 광원으로부터 수신된 광을 변조하는 광 변조 단계;
    상기 변조된 각각의 광을 색수차에 의해 복수의 파장별로 서로 다른 굴절률로 굴절시킴으로써 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 상하 방향으로의 측정 구간을 형성하도록 하측으로 조사하는 광 조사 단계;
    광 스플리터에 의해, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 일부의 광을 투과시키고, 상기 측정 대상물에 반사된 광 중 다른 일부의 광을 반사시키는 광 경로 형성 단계; 및
    상기 광 경로 형성 단계에서 투과된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제1 검출 단계;
    상기 광 경로 형성 단계에서 반사된 광의 파장에 대한 정보를 검출하는 제2 검출 단계를 포함하고,
    상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계 중 어느 하나는 특정 파장 이상의 광을 차단하여 상기 특정 파장 미만의 광의 정보를 검출하는 필터 검출 단계를 포함하는,
    3차원 형상 검사 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 필터 검출 단계는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성되고,
    상기 광의 강도 정보가 소정의 제1 특정 강도 이하 또는 소정의 제2 특정 강도 이상이라고 판단할 때, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 더 포함하는,
    3차원 형상 검사 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 필터 검출 단계는 광의 강도 정보를 검출하도록 구성되고,
    상기 광의 광도 정보가 소정의 기준을 만족할 때, 상기 파장별로 굴절된 광이 포커싱 되는 위치를 상하 방향으로 변경함으로써 상기 측정 구간을 변경하는 초점 조절 단계를 더 포함하고,
    상기 측정 구간을 변경한 상태에서 상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계가 다시 진행되는,
    3차원 형상 검사 방법.
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