KR101658982B1 - 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 광원부로부터 발생된 광의 진행방향에 설치되어 광의 일부를 제1경로로 반사시키고, 광의 일부를 제2경로로 투과시키는 광 분할기, 상기 제1경로로 진행되어 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하는 측정 대상물에 반사된 광을 수광하여, 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 센서 및 상기 광원부와 상기 광 분할기 사이의 광 경로, 상기 측정 대상물과 상기 광 분할기 사이의 광 경로 및 상기 측정 대상물과 상기 이미지 센서 사이의 광 경로 중 하나 이상의 광 경로에 배치되는 회절 격자를 포함하는 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치가 개시된다.

Description

회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치{3-DIMENSION IMAGE MEASUREMENT APPARATUS USING DEFFRACTION GRATING}
본 발명은 3차원 형상 측정 장치에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 활용한 3차원 형상 측정 장치에 회절 격자를 적용하여 각기 다른 시차를 갖는 2차원 및 3차원 영상들을 얻음으로써 미세 홀의 형상 및 깊이를 측정할 수 있는 3차원 형상 측정 장치에 관한 것이다.
최근 초소형 대용량의 반도체 메모리에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라서 하나의 반도체 패키지에 여러 개의 반도체 칩을 실장하는 멀티칩 패키지를 통하여 반도체 메모리 소자의 저장 용량을 증대시키는 기술이 개발되고 있다.
이와 같이 여러 개의 반도체 칩에 형성된 회로 패턴들을 전기적으로 연결시키기 위해서는 실리콘 웨이퍼 기판을 수직으로 관통하는 비아홀(TSV; Through Silicon Via)을 형성하게 된다. 이러한 비아홀은 정해진 규격으로 형성되어야 하며, 그렇지 않은 경우 반도체 패키지의 고장을 야기시킬 수 있다. 따라서 이러한 비아홀의 깊이 및 형상이 정상적으로 형성되었는지 검사할 필요성이 존재한다.
기존의 방식에 있어서는 홀의 깊이를 측정하기 위해서는 필수적으로 동축광을 이용하는 FSI, WSI, confocal 방식이 이용되고 있다. 그러나 confocal 방식의 경우 렌즈에 의해 빛이 공간적으로 모아지는 점을 이용하는 것이므로, 좁고 깊은 홀을 측정할 때, 입구에서 초점으로 모이는 광을 가리는 문제점이 있다.
또한 기존에는 단일 카메라를 이용하여 측정하고 있으나, 이러한 단일 카메라 방식의 경우, 빛의 반사도 작아 경사면을 측/검사 하기가 어렵다. 또한 여러 카메라를 이용하여 홀의 측면을 관찰하는 경우 동시에 초점이 맞추기도 어려울 뿐만 아니라 영상에 왜곡이 생기는 문제점이 있다. 이는 카메라가 보는 각도에 대해 측정 대상물(flat한 wafer, hole 하나가 아니라 여러개를 동시 측정해야 하므로)이 수직하지 않고 기울어진 상태가 되기 때문이며, 이에 따라서 가까운 곳은 크게, 먼 곳은 작게 왜곡 되고, 결상면 또한 기울어져 FOV 전체에 걸쳐 초점을 동시에 맞추기 어려운 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1407482호
Applicability of diffraction grating to parallax image array generation in integral imaging : Jang-Il Ser, Jae-Young Jang, Sungdo Cha, and Seung-Ho Shin, Department of Physics, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, South Korea
본 발명은 홀의 깊이, 홀의 형상(내벽) 및 홀이 형성된 측정 대상물을 고속으로 정확하게 측정할 수 있는 3차원 형상 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치는, 광원부로부터 발생된 광의 진행방향에 설치되어 광의 일부를 제1경로로 반사 시키고, 광의 일부를 제2경로로 투과시키는 광 분할기, 상기 제1경로로 진행되어 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하는 측정 대상물에 반사된 광을 수광하여, 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 센서 및 상기 광원부와 상기 광 분할기 사이의 광 경로, 상기 측정 대상물과 상기 광 분할기 사이의 광 경로 및 상기 측정 대상물과 상기 이미지 센서 사이의 광 경로 중 하나 이상의 광 경로에 배치되는 회절 격자를 포함한다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 이미지 센서로 수광되는 광이 서로 다른 시차정보를 갖도록 상기 회절 격자로 입사되는 광을 회절시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 이미지 센서는, 단일 결상렌즈를 통하여 상기 서로 다른 시차정보를 갖는 광을 수신하고, 상기 서로 다른 시차정보 각각에 따른 복수개의 이미지를 생성하는 복수개의 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 측정 대상물은, 상기 제1경로로 반사된 광을, 상기 홀이 형성된 전면 또는 후면에서 반사시키도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 측정 대상물이 상기 후면에서 상기 제1경로로 반사된 광을 반사시키도록 배치된 경우, 상기 이미지 센서는 상기 측정 대상물의 후면에 반사된 광과 상기 측정 대상물의 후면 내부에 위치한 상기 홀의 바닥면에 반사된 광을 간섭시켜 수신함으로써, 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 제2경로로 투과된 광의 진행방향에 배치되어 상기 측정 대상물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울을 더 포함하고, 상기 이미지 센서는 상기 측정 대상물에서 반사된 광과 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 회절 격자는, 렌즈어레이(lens array), 렌티큘라(lenticular), 프리즘어레이(prism array), 와이어그리드(wire grid)), 요철, 직각삼각형, 이등변 삼각형 중 적어도 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치는, 기판의 비아 홀을 측정 대상물로 하여 3차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치를 이용하면, 홀의 수직면 등 단일의 관찰각도에서 측정할 수 없는 사각 지역에 대한 영상을 획득하여 측정 및 검사 할 수 있으며, 진동으로 인한 측정 오차를 줄이며 검사속도를 향상시킬 수 있다.
상기 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치는 회절격자를 사용함으로써 3차원 측정 대상물의 영상 왜곡 및 초점 상에 문제 없이 카메라 한대로 다시점의 영상을 얻을 수 있는 이점이 있다.
따라서 상기 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치는 홀의 입구가 수um 에서 수백 um에 이르고, aspect ratio(홀의 구경 대비 깊이)가 1:10 정도에 달하는 매우 얇고 깊은 비아홀(예컨대 through silicon via)을 측정하기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 회절 격자의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 다른 시차정보를 가지는 광이 측정 대상물에 입사되는 형태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 12(4 x 3)개의 홀을 포함하는 측정 대상물의 일부분에 대하여 서로 다른 시차를 가지고 생성된 9개의 영상을 나타낸다.
도 5는 이미지 센서(400)가 측정 대상물(300)에서 반사된 광만을 이용하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용한다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치의 개념도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)는 주파수 주사 간섭계(200), 이미지 센서(400) 및 적어도 하나의 회절 격자(10-30)를 포함할 수 있으며, 다른 실시예에서는 광원부(100)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 광원부(100)는 광 다이오드(110)를 포함할 수 있으며 또는 콜레메이트 렌즈(120)를 더 포함할 수 있다. 광 다이오드(110)는 레이저 광을 출력할 수 있으며, 광 다이오드(110)로부터 출력된 광은 콜리메이트 렌즈(120)로 입사된다. 콜리메이트 렌즈(120)는 광 다이오드(110)로부터 출력되어 퍼지는 광을 수렴하여 평행한 광을 출력시킬 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 광원부(100)에서 출력된 광은 광 경로(L)을 따라 주파수 주사 간섭계(200)로 진행할 수 있다.
일 실시예에서 주파수 주사 간섭계(200)는 도 1에 나타난 바와 같이 광원부(100)의 전방에 배치될 수 있으며, 광원부(100)로부터 발생된 광의 진행방향에 설치되어 광의 일부를 제1경로(L1)로 반사 시키고, 광의 일부를 제2경로(L2)로 투과시키는 광 분할기(210)를 포함할 수 있다.
예컨대 광 분할기(210)는 빔 스플리터(BS; Beam splitter) 또는 편광 빔 스플리터(PBS; Polarizing beam splitter)를 포함할 수 있다.
측정 대상물(300)은 제1경로(L1)로 반사된 광의 진행방향에 배치될 수 있다. 측정 대상물(300)은 적어도 하나의 홀(hole; 301)이 배치되는 전면(310)과 상기 전면(320)의 반대면에 배치되는 후면(320)을 포함할 수 있다. 또는 상기 측정 대상물(300)은 적어도 하나의 비아 홀(via hole)을 포함하는 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 대상물(300)은 반도체 패키징에 사용되는 실리콘 웨이퍼일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 광 경로(L1)와 같이 광 분할기(210)에 반사되어 제1경로(L1)로 진행된 광은 측정 대상물(300)로 진행되어 반사된 후 이미지 센서(400)로 진행될 수 있다.
이미지 센서(400)는 제1경로(L1)로 진행되어 상기 측정 대상물(300)에 반사된 광을 수광하여 측정 대상물(300)의 형상을 측정될 수 있다. 구체적으로 이미지 센서(400)는 수광된 광을 통해 측정 대상물(300)의 이미지를 생성할 수 있으며, 관찰자는 이와 같이 생성된 이미지를 통해 측정 대상물(300)의 형태를 관찰할 수 있다. 또한 이미지 센서(400)는 단일 결상렌즈를 통하여 상기 서로 다른 시차정보를 갖는 광을 수신하고, 상기 서로 다른 시차정보 각각에 따른 복수개의 이미지를 생성하는 복수개의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이에 대하여는 하기에서 구체적으로 설명하도록 한다.
일반적인 주파수 주사 간섭계를 이용하는 경우, 측정 대상물에 입사되는 광을 수직으로 입사되는 광만을 포함하고 있으나, 본 발명의 형상 측정 장치는 회절 격자를 이용하여 다양한 각도에서 측정 대상물에 입사되어 반사되는 광을 이용한다. 이와 같이 다양한 각도를 가지고 입사되고 반사되는 광을 이용하여 측정 대상물의 홀의 깊이 및 홀의 내벽을 다양한 각도에서 동시에 관찰할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 회절 격자의 기능을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해서 본 발명에서 실현 가능한 다양한 회절 격자의 위치 중에서 도 1의 회절 격자(10-30) 중에서 회절 격자(20)만이 구비된 경우를 예로 하여 설명하도록 한다. 도 2를 참조하면 회절 격자에 입사된 광(a)는 회절 격자를 통과하여 서로 다른 시차정보를 갖는 다수개의 경로(a1, a2, a3)로 진행하게 한다. 이렇게 진행된 광은 서로 다른 시차를 가지고 측정 대상물(300)에 입사되어 반사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 광원부(100)와 상기 광 분할기(210) 사이의 광 경로에 배치된 회절 격자(10), 상기 측정 대상물(300)과 상기 광 분할기(210) 사이의 광 경로에 배치된 회절 격자(20) 또는 상기 측정 대상물(300)과 상기 이미지 센서(400) 사이의 광 경로에 배치된 회절 격자(30) 중 하나 이상의 회절 격자(30)를 포함할 수 있다. 즉 도 1의 회절 격자(10-30) 중 적어도 하나가 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(100)에 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)가 상기 광원부(100)와 상기 광 분할기(210) 사이의 광 경로에 배치된 회절 격자(10)를 포함하는 경우, 광원부(210)에서 발생된 광을 다양한 각도로 진행시킴 으로써 여러 각도에서 조명한 효과를 가질 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)가 상기 이미지 센서(400) 앞의 광 경로에 배치된 회절 격자(30)를 포함하는 경우, 이미진 센서 전면부에 배치됨으로 인하여 장치 제작이 용이한 이점이 있다. 상기 회절 격자(10-30)는 도 1에서 요철 형태를 가지는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 상기 회절 격자는 렌즈어레이(lens array), 렌티큘라(lenticular), 프리즘어레이(prism array), 와이어그리드(wire grid), 요철, 직각 삼각형 어레이, 이등변 삼각형 어레이 중 하나의 형태 등을 가질 수도 있다.
도 3은 다른 시차정보를 가지는 광이 측정 대상물에 입사되는 형태를 설명하기 위한 개념도이다. 도 3을 참조하면 회절된 광(a31, a32, a33)이 측정 대상물(300)의 홀 및 상부에 입사되어 도 3에 나타난 바와 같이 측정 대상물(300)에 입사되는 광이 일정한 각도를 가짐으로써 홀의 내벽으로 광이 진행될 수 있게 된다. 이미지 센서(400)는 이미지 센서(400)로 입사되는 광을 이용하여 측정 대상물(300)의 홀 내벽에 대한 이미지를 획득할 수 있으며, 이미지 센서(400)는 시차 정보가 다른 다수개의 광이 입사됨으로써 다양한 각도에서 보여지는 홀 내벽의 이미지를 복수개 획득할 수 있게 된다.
도 3의 경우 광(a32)는 홀의 내벽에 입사되어 이미지 센서(400)는 광(a32)의 반사 광을 통해서 홀 의 내벽에 존재하는 크랙(x)에 대한 영상을 획득할 수 있다.
또한 이미지 센서(400)에 수광되는 광은 a31, a32, a33 등 서로 다른 시차정보를 갖는 광을 포함하므로 상기 서로 다른 시차정보 각각에 따른 복수개의 이미지를 생성할 수 있다. 이와 같이 시차 정보가 다른 복수의 광을 수신하여 이미지를 생성하기 위해 이미지 센서(400)는 시차 이미지 어레이(parallax image array)를 구비할 수 있다.
도 4는 12(4 x 3)개의 홀을 포함하는 측정 대상물의 동일한 일 부분에 대하여 서로 다른 시차를 가지고 획득된 9개의 영상 배열을 나타낸다. 본 발명에 있어서 회절 격자에 의해 회절된 광으로 인하여 이미지 센서(400)에 생성되는 이미지는 도 4에 나타난 바와 같이 서로 다른 시차정보를 갖는 복수의 영상을 포함할 수 있게 된다. 도 4에서 수직으로 입사된 광으로 획득된 영상(I5)에서는 홀 내벽이 나타나지 않으나 그 외에 다른 영상(I1-I4, I6-I9)을 통해서 홀의 내벽의 모습이 서로 다른 관점에서 관찰될 수 있음을 알 수 있다.
측정 대상물(300)의 이미지를 생성하기 위해서 이미지 센서(400)는 측정 대상물(300)에서 반사된 광만을 이용하거나 측정 대상물(300)에서 반사된 광 외에 다른 광(기준 광)을 함께 이용하여 측정 대상물(300)의 이미지를 생성할 수 있다.
도 5는 이미지 센서(400)가 측정 대상물(300)에서 반사된 광만을 이용하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5를 참조하면 광 분할기(210)에서 입사된 광이 측정 대상물(300)의 홀이 형성되어 나타난 전면(310)이 아니라 후면(320)으로 입사되도록 측정 대상물(300) 배치될 수 있다.
발광부(100)에서 방출되어 광 분할기(201)에서 반사된 광은 측정 대상물(300)을 투과하는 특성을 가지며, 측정 대상물(300)에 입사된 광은 전면(310), 후면(320) 및 홀(301)의 바닥면에서 반사될 수 있다. 따라서 측정 대상물(300)의 후면(320)에 반사된 광(b1), 홀의 바닥면에 반사된 광(b2) 및 전면에 반사된 광(b3)의 경로가 생성되며, 각 반사된 광은 이미지 센서(400)에서 수광될 수 있다. 이미지 센서(400)는 상기 측정 대상물의 후면 내부에 위치한 상기 홀의 바닥면에 반사 광을 간섭시켜 수신함으로써 상기 광(b1-b3 중 적어도 하나를 이용하여 측정 대상물(300)의 홀의 깊이를 측정할 수 있다. 즉, 이미지 센서(400)는 상기 측정 대상물의 후면 내부에 위치한 상기 홀의 바닥면에 반사된 광을 간섭시켜 수신함으로써 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있다. 이 경우, 별도의 기준 거울을 사용하지 않아 진동에 큰 영향을 받지 않으며 이동 속도를 높일 수 있으며 신호 안정성이 향상되는 장점이 있다.
다른 실시예에 따른 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)는 상기 제2경로(L2)로 투과된 광의 진행방향에 배치되어 상기 측정 대상물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울(220)을 더 포함할 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 상기 기준광의 광 경로는 도 1의 L2일 수 있다. 상기 기준 거울(220)을 더 포함하는 경우, 이미지 센서(400)는 상기 측정 대상물(300)에서 반사된 광과 상기 기준광의 간섭 신호로를 이용하여 상기 측정 대상물(300)의 형상을 측정할 수 있다.
또한 일 실시예에 있어서, 시차영상들이 서로 겹치는 것을 방지하기 위해서 상기 주파수 주사 간섭계(200)는 광 분할기(210)에서 투과되거나 반사된 광이 일정한 폭으로 측정 대상물(300) 또는 기준 거울(220)에 입사되도록 광차단부(230)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 측정 대상물(300)로 입사되는 광의 폭을 제한하는 광 차단부(230)의 개방된 영역의 폭(d)은 회절 격자(20)와 측정 대상물(300)사이의 거리(예컨대, 측정 대상물과 광 분할기 사이에 회절 격자가 배치된 경우), 측정 대상물(300)의 관찰 영역의 FOV(Field Of View)의 크기, 및 광 차단부(230)와 측정 대상물(300) 사이의 거리 중 적어도 하나를 이용하여 결정할 수 있다.
한편 선행문헌 Applicability of diffraction grating to parallax image array generation in integral imaging은 간섭계를 이용하는 본 발명과는 그 이용분야가 상이하다. 또한 본 발명에 있어서 광 분할기와 광원부 사이에 배치된 회절 격자(10) 및 측정 대상물에 반사된 광과 기준 거울을 반사한 광을 수신하여 회절 시키는 회절 격자(30)는 종래 기술에 개시되지 않은 본 발명의 주요한 특징 중 하나에 속한다.
회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)는 레이저가 활용되는 외관 검사 광학계에 있어, 왜곡 없이 여러시점의 영상들을 얻어 단일 시점만을 갖는 기존 검사 시스템이 해결할 수 없는 사각지역 정보를 획득할 수 있으며, 시차정보를 활용하여 보다 정밀한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
또한 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치(1000)는 홀의 입구가 수um 에서 수백 um에 이르고, aspect ratio(홀의 구경 대비 깊이)가 1:10 정도에 달하는 매우 얇고 깊은 비아홀(예컨대 through silicon via)을 측정하기에 적합하다.
또한 본 발명은 회절격자를 사용함으로써 3차원 측정 대상물의 영상 왜곡 및 초점 상에 문제 없이 카메라 한대로 다시점의 영상을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 ~ 30 : 회절 격자
100 : 광원부
200 : 주파수 주사 간섭계
300 : 측정 대상물
400 : 이미지 센서
1000 : 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 홀(hole)을 구비하는 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하기 위한 3차원 형상 측정 장치로서,
    광원부로부터 발생된 광의 진행방향에 설치되어 상기 광의 일부를 제1경로로 반사시키고, 상기 광의 일부를 제2경로로 투과시키는 광 분할기;
    상기 제1경로로 진행되어 상기 측정 대상물로부터 반사된 광을 수광하여, 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 센서; 및
    상기 광원부와 상기 광 분할기 사이의 광 경로 및 상기 측정 대상물과 상기 광 분할기 사이의 광 경로 중 하나 이상의 광 경로에 배치되거나 또는
    상기 광원부와 상기 광 분할기 사이의 광 경로 및 상기 측정 대상물과 상기 광 분할기 사이의 광 경로 중 하나 이상의 광 경로 및 상기 측정 대상물과 상기 이미지 센서 사이의 광 경로에 배치되는 회절 격자를 포함하고,
    상기 광은 상기 회절 격자를 통과하여 회절되는, 3차원 형상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 이미지 센서로 수광되는 광이 서로 다른 시차정보를 갖도록 상기 회절 격자로 입사되는 광을 회절시키는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    단일 결상렌즈를 통하여 상기 서로 다른 시차정보를 갖는 광을 수신하고, 상기 서로 다른 시차정보 각각에 따른 복수개의 이미지를 생성하는 복수개의 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상물은,
    상기 제1경로로 반사된 광을, 상기 홀이 형성된 전면 또는 후면에서 반사시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정 대상물이 상기 후면에서 상기 제1경로로 반사된 광을 반사시키도록 배치된 경우, 상기 이미지 센서는 상기 측정 대상물의 후면에 반사된 광과 상기 측정 대상물의 후면 내부에 위치한 상기 홀의 바닥면에 반사된 광을 간섭시켜 수신함으로써 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2경로로 투과된 광의 진행방향에 배치되어 상기 측정 대상물에서 반사된 광과 간섭을 일으키는 기준광을 형성하는 기준 거울을 더 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 측정 대상물에서 반사된 광과 상기 기준광의 중첩에 의한 간섭 신호를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자는,
    렌즈어레이(lens array), 렌티큘라(lenticular), 프리즘어레이(prism array), 와이어그리드(wire grid), 요철, 직각 삼각형 어레이, 이등변 삼각형 어레이 중 적어도 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자를 이용한 3차원 형상 측정 장치는, 기판의 비아 홀을 측정 대상물로 하여 3차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 측정 장치.
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