KR101833245B1 - METHOD AND SYSTEM FOR CALIBRATION OF SURFACE MEASUREMENT DEVICE USING Phase measuring deflectometry - Google Patents

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KR101833245B1 KR1020160149670A KR20160149670A KR101833245B1 KR 101833245 B1 KR101833245 B1 KR 101833245B1 KR 1020160149670 A KR1020160149670 A KR 1020160149670A KR 20160149670 A KR20160149670 A KR 20160149670A KR 101833245 B1 KR101833245 B1 KR 101833245B1
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현상원
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김승현
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Abstract

The present invention provides a method and a system for calibrating a surface inspection device using a phase measuring deflectometry, which has measurement accuracy close to an interferometer measurement method and can measure a measurement object of a large area at a high speed. The method for calibrating a surface inspection device which includes a screen, a camera and a shape measurement device and measures a surface shape of the measurement object by using a phase measuring deflectometry comprises: a camera calibration step of calibrating an error factor generated by the camera by using an ideal grid pattern structure; a temporary measurement step of locating a reference flat at a measurement position, and measuring the surface shape of the reference flat through the surface inspection device; a measurement object alignment step of defining a shape measurement reference plane based on the reference flat, and locating the measurement object at the measurement position to align the measurement object along the defined shape measurement reference plane; and a real measurement step of measuring the surface shape of the aligned measurement object through the surface inspection device.

Description

위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CALIBRATION OF SURFACE MEASUREMENT DEVICE USING Phase measuring deflectometry} Technical Field [0001] The present invention relates to a method and a system for a surface inspection apparatus using a phase measurement beam deflection method,

본 발명은 표면 형상 측정 기술에 관한 것으로, 위상측정 광선편향법(PMD, Phase Measuring Deflectometry)을 이용한 형상 측정 결과의 정확도를 보다 향상시킬 수 있는 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 방법 및 시스템관한 것이다.The present invention relates to a surface shape measurement technique, and more particularly, to a method of calibrating a surface inspection apparatus using a phase measurement light beam deflection method capable of further improving the accuracy of a shape measurement result using phase measurement beam deflection (PMD) System.

생산 공정에서 품질 평가를 위한 보다 정교한 3차원 형상 측정 공정은 필수적이며, 이러한 요구에 따라 다양한 3차원 형상 측정 기술이 활용되고 있다. 이들 중 광학적 측정 기술인 간섭계를 이용한 방법은 정확도 측면에서 우수한 성능을 보이나, 측정 면적이 제한됨에 따라 대면적의 대상물을 측정하는데 시간적인 한계가 있다. 또한, 특정 문양을 대상물에 조사하고, 조사된 문양의 변형 정도를 측정하여 3차원의 형상을 측정하는 방식인 모아레 방식은, 표면에 산란이 잘 일어나거나 또는 불투명한 소재 특성을 가지는 대상물에만 적용되어야 하는 한계가 있다.A more sophisticated 3D shape measurement process for quality evaluation in the production process is indispensable, and various 3D shape measurement techniques are utilized in response to this demand. Among these, the method using an interferometer, which is an optical measurement technique, shows excellent performance in terms of accuracy, but there is a time limit in measuring a large area object as the measurement area is limited. In addition, the moire method, which is a method of measuring a shape of a three-dimensional shape by irradiating a specific pattern to an object and measuring the degree of deformation of the irradiated pattern, should be applied only to an object having scattered material on the surface or having opaque material characteristics There is a limit.

이러한 종래의 기술들의 한계를 극복하기 위하여 제안된 3차원 형상 측정 방법으로 위상측정 광선편향법(PMD, Phase Measuring Deflectometry)이 제공되고 있다. 위상측정 광선편향법은 시료에서 반사되는 문양이 표면 형상에 영향을 받는다는 원리를 기초로, 특정 패턴광을 시료에 반사시키고 반사되는 패턴광을 카메라로 측정하여, 측정된 영상을 분석하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방식이다. 이러한 방식의 측정법을 이용함으로써, 위상측정 광선편향법은 표면에서 산란이 거의 일어나지 않는 대면적의 측정 대상물을 보다 신속하게 측정할 수 있는 장점이 있다. In order to overcome the limitations of the conventional techniques, a phase measuring beam deflectometry (PMD) method is proposed as a three-dimensional shape measuring method. Phase measurement The beam deflection method is based on the principle that the pattern reflected by the sample is influenced by the surface shape. It reflects the specific pattern light to the sample, measures the reflected pattern light with the camera, analyzes the measured image, Information is generated. By using such a measurement method, the phase measurement light beam deflection method has an advantage that a large-area measurement object in which scattering hardly occurs on the surface can be measured more quickly.

다만, 위상측정 광선편향법은 간섭계 방식과 비교하여 측정 정확도 측면에서 한계가 있어, 어느 정도의 오차 범위를 용인하는 대면적의 시료를 고속으로 측정하는데 주로 활용되고 있으며, 예를 들어, 자동차 제조 공정에서 단차 측정 등 외관 품질 검사 분야에 활용되고 있다. However, the phase measurement beam deflection method has a limitation in terms of measurement accuracy as compared with the interferometer method, and is mainly utilized for measuring a large area sample at a high speed allowing a certain error range. For example, And is used in the field of appearance quality inspection such as step measurement.

즉, 위상측정 광선편향법은 고속 측정이라는 장점에도 불구하고, 대구경 렌즈 제조 공정 등 높은 측정 정확도를 요구하는 기술 분야에는 활용되고 있지 못하는 실정이다. 인공위성용 결상 광학계에 적용되는 렌즈는 직경이 1000mm 이상으로, 최근에는 2000mm급 대구경 렌즈에 대한 설계 요구가 나타나고 있다. 이 정도의 대구경 렌즈를 간섭계를 통하여 전 영역을 측정하는데는 시간적으로 한계가 있으므로, 고속 측정이라는 위상측정 광선편향법을 장점을 그대로 이용하되 간섭계에 근접하는 수준의 측정 정확도를 가질 수 있는 기술이 제공된다면, 광학계 설계 기술 분야에서 국가 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.That is, despite the advantage of high-speed measurement, the phase measurement beam deflection method is not utilized in a technical field requiring high measurement accuracy such as a manufacturing process of a large diameter lens. The lens used for the artificial imaging optical system has a diameter of 1000 mm or more, and recently, a design requirement for a 2000 mm-diameter large-diameter lens has appeared. Since there is a time limit in measuring the entire area of the large-diameter lens through the interferometer, a technique capable of obtaining the measurement accuracy close to that of the interferometer using the advantages of the phase measurement light beam deflection method It will be able to secure national competitiveness in the field of optical system design technology.

미국등록특허 제9,109,976호U.S. Patent No. 9,109,976

본 발명은 위상측정 광선편향법이 가지는 측정 정확도의 한계를 극복하여, 간섭계 측정 방식에 근접하는 수준의 측정 정확도를 가지는 동시에 대면적의 측정 대상물을 고속으로 측정할 수 있도록 하는, 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention overcomes the limitations of the measurement accuracy of the phase measurement light beam deflection method and provides a measurement accuracy of a level close to that of an interferometer measurement method, To provide a method and system for calibrating a surface inspection apparatus using the apparatus.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스크린, 카메라 및 형상 측정 장치를 포함하며, 위상측정 광선편향법을 이용하여 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 검사 장치의 교정 방법은, 이상적 격자 패턴(ideal grid pattern) 구조체를 이용하여 상기 카메라에 의하여 발생되는 오차 인자를 교정하는 카메라 교정 단계; 참조 기준면(reference flat)을 측정 위치에 배치하고, 상기 표면 검사 장치를 통해 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 가-측정 단계; 상기 참조 기준면을 기초로 형상 측정 기준면(reference plane)을 정의하고, 상기 측정 대상물을 상기 측정 위치에 배치하여 상기 정의된 형상 측정 기준면에 따라 정렬하는 측정 대상물 정렬 단계; 상기 표면 검사 장치를 통해 상기 정렬된 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 실-측정 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a calibration method of a surface inspection apparatus that includes a screen, a camera, and a shape measuring device, and measures a surface shape of a measurement object using a phase measurement light beam deflection method, A camera calibration step of calibrating an error factor generated by the camera using a structure; Measuring a reference shape of the reference plane through the surface inspection apparatus by placing a reference flat at a measurement position; A measurement object alignment step of defining a shape measurement reference plane based on the reference reference plane and arranging the measurement object at the measurement position and aligning the measurement plane according to the defined shape measurement reference plane; And measuring the surface shape of the aligned measurement object through the surface inspection apparatus.

일 실시예에서, 상기 카메라 교정 단계는 상기 이상적 격자 패턴 구조체를 상기 카메라로 촬영하고, 촬영된 격자 패턴의 왜곡 정보를 기초로 상기 카메라의 반경 수차(radial distortion)을 교정하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the camera calibration step may include photographing the ideal grid pattern structure with the camera and calibrating the camera's radial distortion based on distortion information of the captured grid pattern .

일 실시예에서, 상기 카메라 교정 단계는 상기 이상적 격자 패턴 구조체를 기설정된 거리만큼 위치 이동시키고, 상기 상기 이상적 격자 패턴 구조체의 위치 이동에 따른 격자 패턴의 위치 정보를 기초로, 상기 카메라의 각 화소로 입사하는 광선의 방향 벡터 및 상기 측정 대상물의 스케일 인자(scale factor) 중 적어도 하나를 교정하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the camera calibration step positions the ideal lattice pattern structure by a predetermined distance, and based on the position information of the lattice pattern according to the movement of the ideal lattice pattern structure, And correcting at least one of a direction vector of the incident light beam and a scale factor of the measurement object.

일 실시예에서, 상기 표면 검사 장치의 교정 방법은 상기 카메라 교정 단계 이후에, 기정의된 배율의 현미경을 이용하여 상기 스크린을 구성하는 복수의 픽셀들을 확대 촬영하고, 확대 촬영 결과를 기초로 상기 스크린을 구성하는 복수의 픽셀들의 피치(pitch)를 교정하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the method of calibrating the surface inspection apparatus may include, after the camera calibration step, enlarging a plurality of pixels constituting the screen using a microscope having a predetermined magnification, And correcting the pitch of the plurality of pixels constituting the pixel.

일 실시예에서, 상기 가-측정 단계는 상기 참조 기준면을 상기 측정 위치에 배치하고, 상기 참조 기준면을 이용한 크로스헤어 패턴(crosshair pattern) 정렬을 통해 상기 스크린, 카메라 및 참조 기준면 중 적어도 하나에 대한 방향 또는 변위를 정렬한 이후, 위상측정 광선편향법을 이용하여 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the meta-measurement step includes placing the reference plane at the measurement location, and determining a direction to at least one of the screen, the camera, and the reference plane through a crosshair pattern alignment using the reference plane Or measuring the surface shape of the reference reference surface using the phase measurement ray deflection method after aligning the displacement.

일 실시예에서, 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 단계는 상기 스크린을 이용해, 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 상기 참조 기준면으로 출력하는 단계; 상기 카메라를 이용해, 상기 참조 기준면으로부터 반사되는 반사광을 측정하는 단계; 및 상기 형상 측정 장치를 이용해, 상기 측정된 반사광을 기초로 상기 참조 기준면의 표면 형상 정보를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of measuring the surface shape of the reference reference surface includes the steps of phase-shifting the predetermined pattern light using the screen and outputting the phase shift to the reference plane; Measuring reflected light reflected from the reference plane using the camera; And generating the surface shape information of the reference reference surface based on the measured reflected light, using the shape measuring apparatus.

일 실시예에서, 상기 표면 검사 장치의 교정 방법은 상기 참조 기준면의 이상적 표면 형상 정보를 획득하고, 상기 가-측정에 의한 참조 기준면의 표면 형상 정보와 상기 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)을 기초로, 상기 실-측정에 의한 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method of calibrating the surface inspection apparatus includes obtaining the ideal surface shape information of the reference reference surface, and calculating a difference between the surface shape information of the reference reference surface by the a-measurement and the ideal surface shape information The method may further include the step of correcting the surface shape information of the measurement object by the seal-measurement.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 표면 검사 장치의 교정 시스템은 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 측정 대상물로 출력하는 스크린, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 반사광을 측정하는 카메라 및 상기 측정된 반사광을 기초로 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 생성하는 형상 측정 장치를 포함하며, 위상측정 광선편향법을 이용해 상기 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 검사 장치; 및 상기 표면 검사 장치를 통한 표면 형상 측정 과정에서 발생하는 오차 인자를 교정하는 교정 장치;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a calibration system of a surface inspection apparatus includes a screen for outputting a phase shift of a predetermined pattern light to a measurement object, a camera for measuring reflected light reflected from the measurement object, A surface inspection device for measuring a surface shape of the measurement object using a phase measurement light beam deflection method; And a calibration device for calibrating an error factor occurring in the surface shape measurement process through the surface inspection apparatus.

일 실시예에서, 상기 교정 장치는 이상적 격자 패턴(ideal grid pattern) 구조체를 이용하여 상기 카메라에 의하여 발생되는 오차 인자를 교정하는 카메라 교정부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the calibration apparatus may include a camera calibration unit that calibrates an error factor generated by the camera using an ideal grid pattern structure.

일 실시예에서, 상기 표면 검사 장치는 참조 기준면(reference flat)이 측정 위치에 배치되면, 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 가-측정을 수행할 수 있다.In one embodiment, the surface inspection apparatus may perform an a-measurement to measure a surface shape of the reference plane when a reference flat is disposed at a measurement position.

일 실시예에서, 상기 교정 장치는 상기 참조 기준면을 기초로 형상 측정 기준면(reference plane)을 정의하고, 상기 측정 대상물을 상기 측정 위치에 배치하여 상기 정의된 형상 측정 기준면에 따라 정렬하는 정렬부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the calibration apparatus further includes an alignment unit for defining a shape measurement reference plane based on the reference plane, arranging the measurement object at the measurement position, and aligning the measurement plane according to the defined shape measurement plane can do.

일 실시예에서, 상기 표면 검사 장치는 상기 정렬된 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 실-측정을 수행할 수 있다.In one embodiment, the surface inspection apparatus can perform real-time measurement of the surface shape of the aligned measurement object.

일 실시예에서, 상기 교정 장치는 상기 참조 기준면의 이상적 표면 형상 정보를 획득하고, 상기 가-측정에 의한 참조 기준면의 표면 형상 정보와 상기 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)을 기초로, 상기 실-측정에 의한 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 보정하는 표면 형상 정보 보정부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the calibration apparatus obtains ideal surface shape information of the reference reference surface, and based on the difference between the surface shape information of the reference reference surface by the a-measurement and the ideal surface shape information, And a surface shape information correcting unit for correcting surface shape information of the measurement object by actual measurement.

본 발명에 따르면, 위상측정 광선편향법이 가지는 측정 정확도의 한계를 극복하여, 간섭계 측정 방식에 근접하는 수준의 측정 정확도를 가지는 동시에 대면적의 측정 대상물을 고속으로 측정할 수 있도록 한다.The present invention overcomes the limitations of the measurement accuracy of the phase measurement light beam deflection method and has a measurement accuracy close to that of the interferometer measurement method and allows a large-area measurement object to be measured at high speed.

도 1은 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 기술을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 종래의 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 과정에서 발생될 수 있는 오차 인자를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 교정 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가-측정 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상물 정렬 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실-측정 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 1 is a reference diagram for explaining a surface inspection technique using a phase measurement light beam deflection method.
FIG. 2 is a reference diagram for explaining an error factor that can be generated in a surface inspection process using a conventional phase measurement light beam deflection method.
3 is a block diagram illustrating a calibration apparatus for a surface inspection apparatus using a phase measurement light beam deflection method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of calibrating a surface inspection apparatus using a phase measurement light beam deflection method according to the present invention.
5 is a reference diagram for explaining a camera calibration process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a reference diagram for explaining a measurement procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a reference diagram for explaining a measurement object sorting process according to an embodiment of the present invention.
8 is a reference diagram for explaining a yarn-measuring process according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 도 1 내지 8을 참조하여 본 발명에 따른 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치의 교정 기술에 대하여 상세하게 설명하며, 우선적으로 도 1 및 2를 참조하여, 위상측정 광선편향법에 의한 표면 검사 기술을 설명한다. Hereinafter, a calibration technique of the surface inspection apparatus using the phase measurement light beam deflection method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8. First, referring to FIGS. 1 and 2, Describe the surface inspection technique.

도 1은 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 기술을 설명하기 위한 참고도이고, 도 2는 종래의 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 과정에서 발생될 수 있는 오차 인자를 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 1 is a reference view for explaining a surface inspection technique using a phase measurement light beam deflection method, and FIG. 2 is a reference diagram for explaining an error factor that can be generated in a surface inspection process using a conventional phase measurement light beam deflection method .

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 시스템(10)은, 위상측정 광선편향법을 이용해 3차원 표면 형상 정보를 생성하여 표면 검사를 수행하는 표면 검사 장치(100)와, 표면 검사 대상인 측정 대상물(200)을 포함한다.1A and 1B, a surface inspection system 10 using a phase measurement light beam deflection method includes a surface inspection apparatus 100 for generating three-dimensional surface shape information using a phase measurement light beam deflection method and performing surface inspection, And a measurement object 200 which is a surface inspection object.

여기에서, 표면 검사 장치(100)는 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 측정 대상물(200)로 출력하는 스크린(110), 측정 대상물(200)로부터 반사되는 반사광을 측정하는 카메라(120) 및 측정된 반사광을 기초로 측정 대상물(200)의 표면 형상 정보를 생성하는 형상 측정 장치(130)를 포함한다. Here, the surface inspection apparatus 100 includes a screen 110 for phase-shifting predetermined pattern light to output to the measurement object 200, a camera 120 for measuring reflected light reflected from the measurement object 200, And a shape measuring device 130 for generating surface shape information of the measurement object 200 based on the reflected light.

한편, 형상 측정 장치(130)는 카메라(120)로부터 획득된 영상을 수신하여, 기정의된 알고리즘에 따라 측정 대상물(200)의 3차원 표면 형상 정보를 생성하는 컴퓨팅 장치로서, 그 종류 및 동작에 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 본 발명에서 기술하는 표면 검사 시스템(10)은 위상측정 광선편향법을 이용하여 측정 대상물(200)의 표면 검사를 수행하기 위한 목적에 따라, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 구성될 수 있으며, 이러한 목적에 따라 구성되는 시스템이라면 본 발명에서 기술하는 표면 검사 시스템(10)에 해당하는 것으로 보아야 할 것이다.On the other hand, the shape measuring apparatus 130 is a computing apparatus that receives an image obtained from the camera 120 and generates three-dimensional surface shape information of the measurement object 200 according to a predetermined algorithm. But should be construed as non-limiting. The surface inspection system 10 according to the present invention can be configured by a combination of hardware and software for the purpose of performing the surface inspection of the measurement object 200 using the phase measurement light beam deflection method. It should be understood that the present invention corresponds to the surface inspection system 10 described in the present invention.

이하, 위상측정 광선편향법을 이용한 형상 측정 과정에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the shape measurement process using the phase measurement light beam deflection method will be described in detail.

위상측정 광선편향법은 스크린(110)에서 발생하는 광선이 측정하고자 하는 측정대상물(200)의 표면에서 반사되는 반사각을 기초로, 특정 위치에서의 측정 대상물(200) 표면 기울기를 측정하고 이를 적분함으로써 측정대상물(200)의 표면 형상을 측정하는 방식이다. The phase measurement light beam deflection method measures a surface inclination of a measurement object 200 at a specific position based on a reflection angle at which light rays generated from the screen 110 are reflected from the surface of the measurement object 200 to be measured and integrates them And the surface shape of the measurement object 200 is measured.

이러한 위상측정 광선편향법은 기존의 광학적 측정방법인 레이저 간섭계에 비하여 매우 넓은 측정영역을 갖고 다양한 형상의 측정 대상물(200)에 대해 적용이 가능하며, 스크린(110)의 크기에 대응하여 대면적의 측정이 가능하다.The phase measurement light beam deflection method has a very wide measurement area as compared with the laser interferometer, which is a conventional optical measurement method, and can be applied to the measurement object 200 of various shapes. In addition, Measurement is possible.

도 1c 및 1d를 참조하면, 측정 대상물(200)에서 반사되는 반사광을 측정하기 위한 셋업은 일정한 패턴광(패턴 영상)을 생성할 수 있는 스크린(110)과 카메라(120)로 구성될 수 있다. 여기에서, 카메라(120)에 입사되는 반사광은 카메라(120)에 구성되는 광학렌즈의 화각(field-of-view) 및 카메라(120)의 화소에 따라, 3차원 공간 상에서 특정한 방향으로 퍼져나가는 방향 벡터의 매트릭스 맵으로 표현될 수 있으며, 예를 들어, 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.1C and 1D, the setup for measuring the reflected light reflected by the measurement object 200 may include a screen 110 and a camera 120 that can generate a certain pattern light (pattern image). Here, the reflected light incident on the camera 120 is directed in a direction that spreads in a specific direction on the three-dimensional space according to the field-of-view of the optical lens formed on the camera 120 and the pixels of the camera 120 Can be expressed by a matrix map of a vector, and can be expressed, for example, by the following equation (1).

Figure 112016110071674-pat00001
Figure 112016110071674-pat00001

위상측정 광선편향법에 따르면, 스크린(110)에서 생성하는 패턴광(패턴 영상)의 위상천이를 발생시킴으로써, 측정 대상물(200) 표면 상의 특정한 지점에서 반사되는 광선이 생성된 위치를 스크린(110) 상에서 측정할 수 있으며, 위치정보는 반사된 패턴광의 초기 위상의 형태로 정량적으로 획득될 수 있다. According to the phase measurement light beam deflection method, by generating a phase shift of the pattern light (pattern image) generated on the screen 110, the position where the light beam reflected at a specific point on the surface of the measurement object 200 is generated is displayed on the screen 110, And the position information can be quantitatively obtained in the form of the initial phase of the reflected pattern light.

또한, P1 및 P2 두 개의 기정의된 지점에서 광선의 위상 측정을 수행함으로써, 스크린(110)에서 측정 대상물(200)로 진행하는 광선의 방향 벡터를 정량적으로 측정할 수 있으며, 예를 들어, 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.It is also possible to quantitatively measure the direction vector of the ray traveling from the screen 110 to the measurement object 200 by performing the phase measurement of the ray at two predetermined points P1 and P2, Can be expressed by Equation (2).

Figure 112016110071674-pat00002
Figure 112016110071674-pat00002

즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 스크린(110)은 P1 위치에서 수평 패턴 영상(111) 및/또는 수직 패턴 영상(112)을 측정 대상물(200)을 향해 출력하되, 각각의 패턴 영상을 위상 천이시키며 출력하고, 이후 스크린(110)은 P2 위치로 이동되어 동일한 방식으로 패턴 영상을 위상 천이시키며 출력할 수 있다. 이를 통해, 스크린(110)에서 측정 대상물(200)로 진행하는 광선의 방향 벡터를 정량적으로 측정할 수 있으며, 카메라(120)에서 측정되는 반사광(121, 122)을 통해 카메라(120)로 입사되는 광선의 방향 벡터를 정량적으로 측정할 수 있는 것이다.1C, the screen 110 outputs the horizontal pattern image 111 and / or the vertical pattern image 112 toward the measurement object 200 at the P1 position, And then the screen 110 is moved to the P2 position to phase-shift and output the pattern image in the same manner. The directional vector of the light beam traveling from the screen 110 to the measurement object 200 can be quantitatively measured and the reflected light 121 and 122 measured by the camera 120 can be incident on the camera 120 It is possible to quantitatively measure the direction vector of the ray.

도 1d를 참조하면, 스넬의 반사 법칙(Snell’s law of reflection)에 의해 스크린(110)에서 발생한 패턴광이 측정 대상물(200)에서 반사될 때, 입사광 및 반사광의 방향벡터인 w 및 v 벡터와 반사면의 법선벡터인 N 사이에 하기 수학식 3과 같은 관계가 성립되며, 이를 기초로 측정 대상물(200) 표면의 법선벡터를 매트릭스 맵의 형태로 정량적으로 획득이 가능하다.1D, when the pattern light generated in the screen 110 by the Snell's law of reflection is reflected by the measurement object 200, the w and v vectors, which are the direction vectors of the incident light and the reflected light, The normal vector of the surface of the measurement object 200 can be quantitatively obtained in the form of a matrix map based on the following equation (3).

Figure 112016110071674-pat00003
Figure 112016110071674-pat00003

상기와 같은 방법으로 획득된 측정 대상물(200)의 표면에 대한 법선 벡터 정보를 기초로, 다양한 2차원 적분법을 적용하여 도 1e와 같은 측정 대상물(200)의 표면 형상을 획득할 수 있다. 대표적으로 Southwell’s integration 또는 Simpson integration 등의 방법이 사용 가능하며, 이러한 적분법은 수학적 혹은 공학적 매트릭스 해석 분야에서 널리 이용되고 있는 방법이다. 한편, 측정 대상물(200)의 표면에 대한 법선 벡터 정보를 기초로 표면 형상 정보를 생성하는 구성은 본 발명의 핵심적인 기술적 사상의 범위를 벗어나는 것으로 자세한 설명은 생략한다. The surface shape of the measurement object 200 as shown in FIG. 1E can be obtained by applying various two-dimensional integration methods based on the normal vector information about the surface of the measurement object 200 obtained in the above-described manner. Typically, methods such as Southwell's integration or Simpson integration are available, and these integration methods are widely used in the field of mathematical or engineering matrix analysis. The configuration for generating the surface shape information based on the normal vector information on the surface of the measurement object 200 is outside the scope of the technical spirit of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.

위상측정 광선편향법은 다양한 형상(예를 들어, 자유 곡면 등)을 가지는 측정 대상물(200)에 적용 가능한 방법이지만, 측정의 기준이 모호하고 측정 시에 발생할 수 있는 오차 인자를 제거하는 것이 매우 어려운 특징이 있다. 이에, 현재까지 제공되고 있는 위상측정 광선편향법을 이용한 형상 측정 기술은, 상술한 바와 같이 어느 정도의 오차 범위를 용인하는 대면적의 시료를 고속으로 측정하는데 주로 활용되고 있는 실정이다. The phase measurement light beam deflection method is applicable to the measurement object 200 having various shapes (e.g., free-form surfaces and the like), but it is very difficult to remove the error factors that may occur in the measurement, Feature. Therefore, the shape measurement technique using the phase measurement light beam deflection method, which has been provided so far, is mainly utilized for measuring a large-sized sample at a high speed, which tolerates a certain error range as described above.

본 출원인은 위상측정 광선편향법을 이용한 형상 측정 기술의 오랜 연구 끝에, 형상 측정 결과의 품질을 저하시키는 오차 인자들을 도출하였으며, 이러한 오차 인자를 모두 제거(또는 최소화)할 수 있는 교정 기술을 안출하였다. The Applicant has found out the error factors that degrade the quality of the shape measurement result after a long study of the shape measurement technique using the phase measurement ray deflection method and found a correction technique that can eliminate (or minimize) such error factors .

도 2를 참조하면, 위상측정 광선편향법을 이용한 형상 측정 과정에서 나타날 수 있는 오차 인자는 하기와 같다. Referring to FIG. 2, error factors that may appear in the shape measurement process using the phase measurement ray deflection method are as follows.

① 카메라(120)의 왜곡(distortion) 및 기타 수차(aberrations) (1) Distortion of the camera 120 and other aberrations

② 카메라(120)의 초점 심도(depth of focus)로 인한 이미지 품질 저하(blurred image)(2) a blurred image due to the depth of focus of the camera 120,

③ 스크린(110)의 화소 배치 불규칙성(irregularity)(3) Pixel arrangement irregularity of the screen 110

④ 스크린(110)의 방향(orientation) 및 정렬 오차(4) orientation of the screen 110 and alignment error

⑤ 스크린(110)을 P1에서 P2로 이동할 때의 변위 오차(크기, 방향)(5) Displacement error (size, direction) when moving the screen 110 from P1 to P2

⑥ 측정 대상물(200)의 방향 및 정렬오차(6) Direction and alignment error of the measurement object 200

⑦ 카메라(120)의 화각에 따른 측정 대상물(200)의 스케일 인자(scale factor) 오차(7) Scale factor error of the measurement object 200 according to the angle of view of the camera 120

위상측정 광선편향법을 이용하여 형상 측정을 수행하는 과정에서, 간편한 셋업을유지하는 동시에 상기 ① 내지 ⑦의 오차 인자들을 모두 제거(또는 최소화)할 수 있는 기술이 제공된다면, 위상측정 광선편향법으로도 높은 정확도를 가지며 대면적의 시료를 고속으로 측정할 수 있을 것이다.If a technique is provided to maintain (or minimize) the error factors of (1) to (7) while maintaining a simple setup in the process of performing shape measurement using the phase measurement light beam deflection method, It is possible to measure a large area sample at high speed with high accuracy.

이하, 도 3 내지 8을 참조하여 본 발명에 따른 위상측정 광선편향법을 이용한 표면 검사 장치(이하, 표면 검사 장치)의 교정 기술에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a calibration technique of a surface inspection apparatus (hereinafter referred to as a surface inspection apparatus) using the phase measurement light beam deflection method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 검사 장치의 교정 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 표면 검사 장치의 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 3 is a block diagram for explaining a calibration apparatus of a surface inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart for explaining a calibration method of the surface inspection apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 표면 검사 장치의 교정 시스템은 위상측정 광선편향법을 이용해 측정 대상물(200)의 표면 형상을 측정하는 표면 검사 장치(100) 및 표면 검사 장치(100)를 통한 표면 형상 측정 과정에서 발생하는 오차 인자를 교정하는 교정 장치(300)를 포함하여 구성된다. The calibration system of the surface inspection apparatus according to the present invention is used in a surface inspection apparatus 100 for measuring a surface shape of a measurement object 200 using a phase measurement ray deflection method and in a surface shape measurement process through a surface inspection apparatus 100 And a correcting device 300 for correcting the error factors.

한편, 본 발명에서 기술하는 교정 장치(300)는 이하 설명되는 카메라(120) 교정 과정, 변위 정렬 과정 및 표면 형상 정보 교정 과정을 수행하기 위한 목적에 따라, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구성될 수 있으며, 이러한 목적에 따라 구성되어 동작하는 객체라면 본 발명에서 기술하는 교정 장치(300)에 해당하는 것으로 보아야 할 것이다.Meanwhile, the calibration apparatus 300 described in the present invention may be configured by a combination of hardware and software for the purpose of performing the calibration process of the camera 120, the displacement alignment process, and the surface shape information correction process described below And if it is an object configured and operated according to this object, it should be regarded as corresponding to the calibration apparatus 300 described in the present invention.

도 3을 참조하면, 교정 장치(300)는 카메라 교정부(310), 정렬부(320), 표면 형상 정보 보정부(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 제어부(340)는 카메라 교정부(310), 정렬부(320) 및 표면 형상 정보 보정부(330)의 동작을 제어한다. Referring to FIG. 3, the calibration apparatus 300 includes a camera calibration unit 310, an alignment unit 320, a surface shape information correction unit 330, and a control unit 340. The control unit 340 controls the operation of the camera calibration unit 310, the alignment unit 320, and the surface shape information correction unit 330.

카메라 교정부(310)는 이상적 격자 패턴(ideal grid pattern) 구조체를 이용하여 카메라(120)에 의하여 발생되는 오차 인자를 교정한다(단계 S410). 여기에서, 이상적 격자 패턴(311)은 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 기정의된 간격 및 크기를 가지는 격자 패턴이 새겨진 구조체에 해당할 수 있다. The camera calibration unit 310 calibrates an error factor generated by the camera 120 using an ideal grid pattern structure (step S410). Here, the ideal grid pattern 311 may correspond to a structure in which a grid pattern having a predetermined gap and size is engraved, as shown in Figs. 5A and 5B.

일 실시예에서, 카메라 교정부(310)는 이상적 격자 패턴 구조체가 카메라(120)에의하여 촬영되면, 촬영된 격자 패턴의 왜곡 정보를 기초로 카메라(120)의 반경 수차(radial distortion)을 교정할 수 있다. In one embodiment, the camera calibration unit 310 corrects the radial distortion of the camera 120 based on the distortion information of the captured grid pattern when the ideal grid pattern structure is photographed by the camera 120 .

도 5c를 참조하면, 카메라 교정부(310)는 카메라(120)에 의하여 촬영된 영상이 (a)와 같은 형태로 나타나 negative radial distortion의 왜곡이 발생되는 경우, 또는 (c)와 같은 형태로 나타나 positive radial distortion의 왜곡이 발생되는 경우, 그 왜곡을 보정하여 (b)와 같은 형태의 영상(no distortion)이 출력되도록 카메라를 교정할 수 있다. Referring to FIG. 5C, the camera calibration unit 310 determines whether the image photographed by the camera 120 is distorted by negative radial distortion as shown in (a) or in the form of (c) When distortion of positive radial distortion occurs, the camera can be calibrated so as to compensate for the distortion and output no distortion of the form (b).

일 실시예에서, 카메라 교정부(310)는 이상적 격자 패턴 구조체(311)를 기설정된 거리만큼 위치 이동시키고, 상기 이상적 격자 패턴 구조체(311)의 위치 이동에 따른 격자 패턴의 위치 정보를 기초로, 카메라(120)의 각 화소로 입사하는 광선의 방향 벡터(v 벡터) 및 측정 대상물(200)의 스케일 인자(scale factor) 중 적어도 하나를 교정할 수 있다. In one embodiment, the camera calibration unit 310 positions the ideal grid pattern structure 311 by a predetermined distance, and based on the position information of the grid pattern according to the positional displacement of the ideal grid pattern structure 311, It is possible to correct at least one of a direction vector (v vector) of a light ray incident on each pixel of the camera 120 and a scale factor of the object to be measured 200.

도 5d를 참조하면, 카메라 교정부(310)는 이상적 격자 패턴 구조체(311)를 linear stage를 통해 수평 방향으로 일정 거리만큼 이동시키며, 각 격자의 위치 이동에 따른 방향 벡터를 획득할 수 있다. 여기에서, 도출된 방향 벡터를 기초로 카메라(120)로 입사되는 광선의 방향 벡터(v 벡터)를 교정할 수 있으며, 촬영되는 격자의 면적을 기초로 하여 카메라(120)의 화각에 따른 스케일 인자를 교정할 수 있다. Referring to FIG. 5D, the camera calibration unit 310 moves the ideal grid pattern structure 311 by a predetermined distance in the horizontal direction through a linear stage, and obtains a direction vector according to the positional shift of each grid. Here, the direction vector (v vector) of the light ray incident on the camera 120 can be corrected based on the derived direction vector, and the scale factor according to the angle of view of the camera 120 Can be calibrated.

일 실시예에서, 카메라 교정부(310)는 기정의된 배율의 현미경(미도시)을 이용하여 스크린(110)을 구성하는 복수의 픽셀들이 확대 촬영되면, 확대 촬영 결과를 기초로 스크린(110)을 구성하는 복수의 픽셀들의 피치(pitch)를 교정할 수 있다. (스크린(110)에 대한 교정 과정은 설명의 편의를 위하여 카메라 교정 과정에 포함하여 설명함)In one embodiment, the camera calibration unit 310 uses a microscope (not shown) of a predetermined magnification to magnify a plurality of pixels constituting the screen 110, The pitch of the plurality of pixels constituting the pixel can be calibrated. (The calibration process for the screen 110 will be described in the camera calibration process for convenience of explanation)

도 5e는 현미경을 통하여 상이한 복수의 스크린을 확대촬영한 것으로, 각 스크린 마다 픽셀들이 상이하게 배치되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크린(110) 화소의 배치 불규칙성에 의한 영향을 배제하기 위하여, 현미경을 통해 표면 검사 장치(100)에 구성되는 스크린(110)을 확대촬영하고, 촬영 영상을 기초로 픽셀들의 피치를 보정할 수 있다. FIG. 5E is a magnified photograph of a plurality of different screens through a microscope, and it can be confirmed that the pixels are arranged differently on each screen. According to one embodiment of the present invention, in order to eliminate the influence of arrangement irregularity of the pixels of the screen 110, the screen 110 constituted by the surface inspection apparatus 100 is enlarged and photographed through a microscope, The pitch of the pixels can be corrected.

이상에서 설명한 카메라(110) 및 스크린(120)의 교정 과정을 통하여, 상기 오차 인자들 중, ① 카메라(120)의 왜곡(distortion) 및 기타 수차(aberrations), ③ 스크린(110)의 화소 배치 불규칙성(irregularity) 및 ⑦ 카메라(120)의 화각에 따른 측정 대상물(200)의 스케일 인자(scale factor) 오차가 제거될 수 있다. (1) the distortion and other aberrations of the camera 120, (3) the pixel arrangement irregularity of the screen 110, and the irregularity of the measurement object 200 and the scale factor error of the measurement object 200 according to the angle of view of the camera 120 can be eliminated.

표면 검사 장치(100)는 참조 기준면(reference flat)이 측정 위치에 배치되면, 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 가-측정을 수행한다(단계 S420). When the reference flat is placed at the measurement position, the surface inspection apparatus 100 performs an A-measurement to measure the surface shape of the reference reference surface (step S420).

여기에서, 참조 기준면은 잘 정의된(well defined) 표면 프로파일을 가지는, 측정 대상물(200)과 구별되는 별도의 구조체에 형성되는 표면에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 참조 기준면은 기정의된 표면 형상 정보를 가지는 구조체의 표면 또는 기측정된 표면 형상 정보를 가지는 구조체의 표면에 해당할 수 있다. Here, the reference plane may correspond to a surface formed on a separate structure different from the measurement object 200, having a well-defined surface profile. In one embodiment, the reference surface may correspond to a surface of a structure having predefined surface shape information or a surface of a structure having pre-measured surface shape information.

한편, 이하 설명에서는 참조 기준면이 평면 구조체의 표면에 해당하는 것을 예시로서 설명하나, 이러한 예시는 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 기술하는 참조 기준면은 평면 이외에 곡면으로도 변경될 수 있으며, 기정의되거나 또는 기측정된 표면 형상 정보를 가지는 구조체의 표면이라면, 그 표면의 형상에 한정되지 않고 본 발명에 따른 참조 기준면에 해당하는 것으로 해석되어야 할 것이다. In the following description, the reference plane corresponds to the surface of the planar structure. However, these examples are not intended to limit the scope of the present invention. That is, the reference surface described in the present invention can be changed to a curved surface other than a plane, and if the surface of the structure having the predetermined or previously measured surface shape information is not limited to the shape of the surface, It should be interpreted that it corresponds to the reference plane.

도 6을 참조하면, 참조 기준면(500)은 측정 대상물(200)의 형상 측정 과정 이전에측정 위치에 배치되어 가-측정될 수 있다. Referring to FIG. 6, the reference plane 500 may be placed at the measurement position before the measurement of the shape of the measurement object 200, and may be measured.

일 실시예에서, 가-측정 과정 이전에, 정렬부(320)는 스크린(110), 카메라(120) 및 참조 기준면(500) 중 적어도 하나에 대한 방향 또는 변위를 정렬할 수 있다. In one embodiment, prior to the metrology process, the alignment unit 320 may align the direction or displacement to at least one of the screen 110, the camera 120, and the reference plane 500.

일 실시예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 정렬부(320)는 참조 기준면(500)이 측정 위치에 배치되면, 스크린(110)에 의하여 출력되는 패턴광의 중심과 참조 기준면(500)의 중심과 카메라(120)의 중심이 일치되도록 스크린(110), 카메라(120) 및 참조 기준면(500) 중 적어도 하나에 대한 방향 또는 변위를 정렬할 수 있다. 6A, when the reference plane 500 is disposed at the measurement position, the alignment unit 320 aligns the center of the pattern light output by the screen 110 with the center of the reference plane 500 The camera 120 and the reference plane 500 so that the center of the camera 120 and the center of the camera 120 coincide with each other.

다른 일 실시예에서, 정렬부(320)는 참조 기준면(500)이 측정 위치에 배치되면 참조 기준면(500)을 이용한 크로스헤어 패턴(crosshair pattern) 정렬을 통해 각 구성 중 일부에 대한 방향 또는 변위를 정렬할 수 있다. In another embodiment, the alignment unit 320 may provide a direction or displacement for some of the configurations through a crosshair pattern alignment using the reference plane 500 when the reference plane 500 is placed at the measurement location You can sort.

도 6b를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 스크린(110)은 크로스 헤어 패턴을 참조 기준면(500)을 향해 출력하고, 카메라(120)는 참조 기준면(500)을 촬영할 수 있다. 여기에서, (b)에 도시된 바와 같이, 정렬부(320)는 촬영 이미지를 기초로 크로스 해어 패턴 정렬을 수행하여 카메라 이미지의 중심(Center of camera image)과 반사된 크로스 헤어 패턴(reflected crosshair pattern)을 일치시키는 교정을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 6B, the screen 110 outputs the cross hair pattern toward the reference plane 500, and the camera 120 can photograph the reference plane 500, as shown in FIG. 6A. Here, as shown in (b), the aligning unit 320 performs cross-hatched pattern alignment on the basis of the photographed image to detect a center of the camera image and a reflected crosshair pattern ) Can be performed.

이상에서 설명한 정렬 과정을 통하여, 상기 오차 인자들 중, ④ 스크린(110)의 방향(orientation) 및 정렬 오차 및 ⑤ 스크린(110)을 P1에서 P2로 이동할 때의 변위 오차(크기, 방향)가 제거될 수 있다. Through the alignment process described above, the orientation and alignment error of the screen 110 and the displacement error (size, direction) when moving the screen 110 from P1 to P2 are eliminated .

정렬부(320)에 의한 정렬 과정 이후, 표면 검사 장치(100)는 위상측정 광선편향법을 이용하여 참조 기준면(500)의 표면 형상을 측정하는 가-측정 과정을 수행할 수 있다. After the alignment process by the alignment unit 320, the surface inspection apparatus 100 can perform a measurement process of measuring the surface shape of the reference plane 500 using the phase measurement ray deflection method.

도 6c를 참조하면, 스크린(110)은 P1 및 P2 각각의 위치에서 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 참조 기준면(500)으로 출력할 수 있다. 이후, 카메라(120)는 참조 기준면(500)으로부터 반사되는 반사광을 측정(도 6c의 (a), (b))할 수 있다. 이후, 형상 측정 장치(130)는 측정된 반사광을 기초로 기정의된 알고리즘에 따라 참조 기준면(500)의 표면 형상 정보(도 6c의 (c))를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 6C, the screen 110 may phase-shift the predetermined pattern light at the positions of P1 and P2 to output to the reference plane 500. Then, the camera 120 may measure the reflected light reflected from the reference plane 500 (FIGS. 6A and 6B). Thereafter, the shape measuring apparatus 130 can generate the surface shape information (FIG. 6C (c)) of the reference plane 500 according to a predetermined algorithm based on the measured reflected light.

이후, 정렬부(320)는 형상 측정 기준면(reference plane)을 정의하고, 측정 대상물(200)을 측정 위치에 배치하여, 정의된 형상 측정 기준면에 따라 측정 대상물(200)을 정렬할 수 있다(단계 S430). 여기에서, 형상 측정 기준면은 가-측정 과정에서 참조 기준면(500)이 정렬된 위치 및 방향에 의하여 결정되는 기준면을 의미할 수 있다. Thereafter, the aligning unit 320 may define a shape measurement plane, arrange the measurement object 200 at the measurement position, and align the measurement object 200 according to the defined shape measurement plane (step S430). Here, the shape measurement reference plane may refer to a reference plane determined by the position and direction in which the reference plane 500 is aligned in the a-measurement process.

일 실시예에서, 도 7 a를 참조하면, 정렬부(320)는 측정 대상물(200)이 측정 위치에 배치되면, 스크린(110)에 의하여 출력되는 패턴광의 중심과 측정 대상물(200)의 중심과 카메라(120)의 중심이 일치되도록 스크린(110), 카메라(120) 및 측정 대상물(200) 중 적어도 하나에 대한 방향 또는 변위를 정렬할 수 있다. 7A, when the measurement object 200 is disposed at the measurement position, the alignment unit 320 aligns the center of the pattern light output by the screen 110 with the center of the measurement object 200 The direction or displacement of at least one of the screen 110, the camera 120, and the measurement object 200 can be aligned so that the center of the camera 120 is matched.

다른 일 실시예에서, 정렬부(320)는 측정 대상물(200)이 측정 위치에 배치되면, 크로스헤어 패턴(crosshair pattern) 정렬을 통해 각 구성 중 일부에 대한 방향 또는 변위를 정렬할 수 있다. In another embodiment, the alignment unit 320 may align the direction or displacement for a portion of each configuration through a crosshair pattern alignment when the measurement object 200 is placed at the measurement location.

도 7b를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 스크린(110)은 크로스 헤어 패턴을 측정 대상물(200)을 향해 출력하고, 카메라(120)는 측정 대상물(200)을 촬영할 수 있다. 여기에서, (b)에 도시된 바와 같이, 정렬부(320)는 촬영 이미지를 기초로 크로스 해어 패턴 정렬을 수행하여 카메라 이미지의 중심(Center of camera image)과 반사된 크로스 헤어 패턴(reflected crosshair pattern)을 일치시키는 교정을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 7B, the screen 110 outputs the cross hair pattern toward the measurement object 200, and the camera 120 can capture the measurement object 200, as shown in FIG. 7 (a). Here, as shown in (b), the aligning unit 320 performs cross-hatched pattern alignment on the basis of the photographed image to detect a center of the camera image and a reflected crosshair pattern ) Can be performed.

이후, 표면 검사 장치(100)는 정렬된 측정 대상물(200)의 표면 형상을 측정하는 실-측정을 수행한다(단계 S440).Thereafter, the surface inspection apparatus 100 performs seal-measurement to measure the surface shape of the aligned measurement object 200 (step S440).

도 8을 참조하면, 스크린(110)은 P1 및 P2 각각의 위치에서 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 측정 대상물(200)로 출력할 수 있다. 이후, 카메라(120)는 측정 대상물(200)로부터 반사되는 반사광을 측정(도 8의 (a), (b))할 수 있다. 이후, 형상 측정 장치(130)는 측정된 반사광을 기초로 기정의된 알고리즘에 따라 측정 대상물(200)의 표면 형상 정보(도 8의 (c))를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 8, the screen 110 may phase-shift the predetermined pattern light at positions P1 and P2 and output the phase-shifted pattern to the measurement object 200. FIG. Thereafter, the camera 120 can measure the reflected light reflected from the measurement object 200 (FIGS. 8A and 8B). Thereafter, the shape measuring apparatus 130 can generate the surface shape information (FIG. 8 (c)) of the measurement object 200 according to a predetermined algorithm based on the measured reflected light.

일 실시예에서, 표면 형상 정보 보정부(330)는 참조 기준면(500)의 이상적 표면 형상 정보를 획득하고, 가-측정에 의한 참조 기준면(500)의 표면 형상 정보와 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)을 도출할 수 있다. 여기에서, 표면 형상 정보 보정부(330)는 도출된 차분값을 기초로 실-측정에 의한 측정 대상물(200)의 표면 형상 정보를 보정할 수 있다. In one embodiment, the surface shape information correcting unit 330 obtains the ideal surface shape information of the reference reference surface 500 and calculates the difference value between the surface shape information of the reference reference surface 500 and the ideal surface shape information a difference can be derived. Here, the surface shape information correcting unit 330 can correct the surface shape information of the measurement object 200 by yarn measurement based on the derived difference value.

본 발명에서 기술하는 참조 기준면(500)의 이상적 표면 형상 정보는 위상측정 광선편향법 보다 높은 정확도를 가지는 방식에 의하여 획득되는 3차원 표면 형상 정보를 의미하는 것으로, 예를 들어, 간섭계를 이용하여 획득된 참조 기준면(500)에 대한 3차원 표면 형상 정보를 의미할 수 있다. 즉, 가-측정에 의한 참조 기준면(500)의 표면 형상 정보와 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)은 표면 검사 장치(100) 자체의 특성에 따른 오차를 나타내며, 실-측정에 의한 측정 대상물(200)의 표면 형상 정보에서, 참조 기준면(500)의 가-측정 결과 및 이상적 표면 형상 정보의 차분값을 제거하면, 표면 검사 장치(100) 자체의 특성에 따른 오차를 제거할 수 있는 것이다. The ideal surface shape information of the reference reference plane 500 described in the present invention means three-dimensional surface shape information obtained by a method having a higher accuracy than the phase measurement ray deflection method. For example, Dimensional surface profile information for the reference reference plane 500. [ That is, the difference between the surface shape information of the reference reference surface 500 and the ideal surface shape information due to the measurement is an error according to the characteristics of the surface inspection apparatus 100 itself, It is possible to eliminate an error according to the characteristics of the surface inspection apparatus 100 itself by removing the difference between the measurement result of the reference surface 500 and the ideal surface shape information in the surface shape information of the surface inspection apparatus 200. [

또한, 상술한 측정 대상물(200)의 정렬 과정 및 표면 형상 정보 보정 과정을 통하여, 상기 오차 인자들 중, ② 카메라(120)의 초점 심도(depth of focus)로 인한 이미지 품질 저하(blurred image) 및 ⑥ 측정 대상물(200)의 방향 및 정렬오차를 제거할 수 있다. In addition, through the alignment process and the surface shape information correction process of the measurement object 200 described above, a blurred image due to the depth of focus of the camera 120, (6) The direction and alignment error of the measurement object 200 can be eliminated.

이상에서 설명한 위상측정 편향법을 이용한 표면 검사 장치(100)의 교정 기술은 상기에서 기술한 ① 내지 ⑦의 오차 인자를 제거할 수 있으며, 상술한 교정 방법을 반복하여 평균값을 도출하는 경우 측정 정확도를 더욱 높일 수 있을 것이다. The calibration technique of the surface inspection apparatus 100 using the phase measurement deflection method described above can remove the error factors of 1 to 7 described above. When the average value is derived by repeating the above-described calibration method, It will be possible to increase it further.

본 발명에 따르면, 위상측정 광선편향법이 가지는 측정 정확도의 한계를 극복하여, 마이크로미터 이하 수준의 해상도로 대면적의 측정 대상물을 고속으로 측정할 수 있어, 대면적 광학계의 설계 과정에서 충분히 활용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to overcome the limitation of the measurement accuracy of the phase measurement light beam deflection method and to measure a large-sized measurement object at a high resolution with a sub-micrometer resolution, .

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The appended claims are to be considered as falling within the scope of the following claims.

10 : 표면 검사 시스템
100: 표면 검사 장치
110: 스크린
120: 카메라
130: 형상 측정 장치
200: 측정 대상물
300: 교정 장치
310: 카메라 교정부
311: 이상적 격자 패턴 구조체
320: 정렬부
330: 표면 형상 정보 보정부
340: 제어부
500: 참조 기준면10: Surface inspection system
100: Surface inspection apparatus
110: Screen
120: camera
130: Shape measuring device
200: object to be measured
300: Calibration device
310:
311: Ideal grid pattern structure
320:
330: Surface shape information correction section
340:
500: reference plane

Claims (13)

스크린, 카메라 및 형상 측정 장치를 포함하며, 위상측정 광선편향법을 이용하여 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 검사 장치의 교정 방법에 있어서,
이상적 격자 패턴(ideal grid pattern) 구조체를 이용하여 상기 카메라에 의하여 발생되는 오차 인자를 교정하는 카메라 교정 단계;
참조 기준면(reference flat)을 측정 위치에 배치하고, 상기 표면 검사 장치를 통해 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 가-측정 단계;
상기 참조 기준면을 기초로 형상 측정 기준면(reference plane)을 정의하고, 상기 측정 대상물을 상기 측정 위치에 배치하여 상기 정의된 형상 측정 기준면에 따라 정렬하는 측정 대상물 정렬 단계; 및
상기 표면 검사 장치를 통해 상기 정렬된 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 실-측정 단계;
를 포함하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
A method of calibrating a surface inspection apparatus that includes a screen, a camera, and a shape measuring device and measures a surface shape of the measurement object using a phase measurement light beam deflection method,
A camera calibration step of correcting an error factor generated by the camera using an ideal grid pattern structure;
Measuring a reference shape of the reference plane through the surface inspection apparatus by placing a reference flat at a measurement position;
A measurement object alignment step of defining a shape measurement reference plane based on the reference reference plane and arranging the measurement object at the measurement position and aligning the measurement plane according to the defined shape measurement reference plane; And
Measuring a surface shape of the aligned measurement object through the surface inspection apparatus;
Wherein the surface inspection apparatus comprises:
제1항에 있어서, 상기 카메라 교정 단계는
상기 이상적 격자 패턴 구조체를 상기 카메라로 촬영하고, 촬영된 격자 패턴의 왜곡 정보를 기초로 상기 카메라의 반경 수차(radial distortion)을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
The method of claim 1, wherein the camera calibration step
Photographing the ideal grid pattern structure with the camera, and correcting radial distortion of the camera based on the distortion information of the grid pattern photographed.
제1항에 있어서, 상기 카메라 교정 단계는
상기 이상적 격자 패턴 구조체를 기설정된 거리만큼 위치 이동시키고, 상기 상기 이상적 격자 패턴 구조체의 위치 이동에 따른 격자 패턴의 위치 정보를 기초로, 상기 카메라의 각 화소로 입사하는 광선의 방향 벡터 및 상기 측정 대상물의 스케일 인자(scale factor) 중 적어도 하나를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
The method of claim 1, wherein the camera calibration step
Wherein the ideal grid pattern structure is moved by a predetermined distance and a direction vector of a light ray incident on each pixel of the camera based on the position information of the grid pattern according to the positional shift of the ideal grid pattern structure, And a scale factor of the surface inspection apparatus.
제1항에 있어서, 상기 표면 검사 장치의 교정 방법은
상기 카메라 교정 단계 이후에, 기정의된 배율의 현미경을 이용하여 상기 스크린을 구성하는 복수의 픽셀들을 확대 촬영하고, 확대 촬영 결과를 기초로 상기 스크린을 구성하는 복수의 픽셀들의 피치(pitch)를 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
The method according to claim 1, wherein the calibration method of the surface inspection apparatus
After the camera calibration step, magnifying a plurality of pixels constituting the screen using a microscope of a predetermined magnification and correcting a pitch of a plurality of pixels constituting the screen based on the enlarged photographing result Further comprising the step of:
제1항에 있어서, 상기 가-측정 단계는
상기 참조 기준면을 상기 측정 위치에 배치하고, 상기 참조 기준면을 이용한 크로스헤어 패턴(crosshair pattern) 정렬을 통해 상기 스크린, 카메라 및 참조 기준면 중 적어도 하나에 대한 방향 또는 변위를 정렬한 이후, 위상측정 광선편향법을 이용하여 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
2. The method of claim 1, wherein the subtracting step
Placing the reference reference plane at the measurement location and aligning the direction or displacement for at least one of the screen, the camera and the reference plane through a crosshair pattern alignment using the reference plane, And measuring the surface shape of the reference reference surface by using the method of the present invention.
제5항에 있어서, 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 단계는
상기 스크린을 이용해, 기정의된 패턴광을 위상 천이하여 상기 참조 기준면으로 출력하는 단계;
상기 카메라를 이용해, 상기 참조 기준면으로부터 반사되는 반사광을 측정하는 단계; 및
상기 형상 측정 장치를 이용해, 상기 측정된 반사광을 기초로 상기 참조 기준면의 표면 형상 정보를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
6. The method of claim 5, wherein measuring the surface shape of the reference reference surface
Phase-shifting the predetermined pattern light using the screen and outputting the phase-shifted pattern light to the reference plane;
Measuring reflected light reflected from the reference plane using the camera; And
Generating surface shape information of the reference reference surface based on the measured reflected light using the shape measuring apparatus;
Wherein the surface inspection apparatus further comprises:
제6항에 있어서, 상기 표면 검사 장치의 교정 방법은
상기 참조 기준면의 이상적 표면 형상 정보를 획득하고, 상기 가-측정에 의한 참조 기준면의 표면 형상 정보와 상기 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)을 기초로, 상기 실-측정에 의한 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 방법.
The method according to claim 6, wherein the calibration method of the surface inspection apparatus
And obtaining an ideal surface shape information of the reference object by acquiring the ideal surface shape information of the reference reference surface, based on the difference between the surface shape information of the reference reference surface by the a-measurement and the ideal surface shape information, Further comprising the step of correcting the surface shape information.
기정의된 패턴광을 위상 천이하여 측정 대상물로 출력하는 스크린, 상기 측정 대상물로부터 반사되는 반사광을 측정하는 카메라 및 상기 측정된 반사광을 기초로 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 생성하는 형상 측정 장치를 포함하며, 위상측정 광선편향법을 이용해 상기 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 검사 장치; 및
상기 표면 검사 장치를 통한 표면 형상 측정 과정에서 발생하는 오차 인자를 교정하는 교정 장치;
를 포함하고,
상기 교정 장치는
이상적 격자 패턴(ideal grid pattern) 구조체를 이용하여 상기 카메라에 의하여 발생되는 오차 인자를 교정하는 카메라 교정부를 포함하며,
상기 표면 검사 장치는
참조 기준면(reference flat)이 측정 위치에 배치되면, 상기 참조 기준면의 표면 형상을 측정하는 가-측정을 수행하는 표면 검사 장치의 교정 시스템.
And a shape measuring device for generating surface shape information of the object to be measured on the basis of the measured reflected light and a camera for measuring light reflected from the object to be measured A surface inspection device for measuring a surface shape of the measurement object using a phase measurement light beam deflection method; And
A calibration device for calibrating an error factor occurring in a surface shape measuring process through the surface inspection apparatus;
Lt; / RTI >
The calibration device
And a camera calibration unit for calibrating an error factor generated by the camera using an ideal grid pattern structure,
The surface inspection apparatus
A calibration system of a surface inspection apparatus that performs a measurement of the surface shape of a reference plane when a reference flat is placed at a measurement position.
삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서, 상기 교정 장치는
상기 참조 기준면을 기초로 형상 측정 기준면(reference plane)을 정의하고, 상기 측정 대상물을 상기 측정 위치에 배치하여 상기 정의된 형상 측정 기준면에 따라 정렬하는 정렬부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 시스템.
9. The apparatus of claim 8, wherein the calibrating device
Further comprising an alignment unit for defining a reference plane based on the reference plane and arranging the measurement object at the measurement position and aligning the measurement plane according to the defined shape measurement plane. Calibration system.
제11항에 있어서, 상기 표면 검사 장치는
상기 정렬된 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 실-측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 시스템.
The apparatus of claim 11, wherein the surface inspection apparatus
And performing real-measurement for measuring a surface shape of the aligned measurement object.
제12항에 있어서, 상기 교정 장치는
상기 참조 기준면의 이상적 표면 형상 정보를 획득하고, 상기 가-측정에 의한 참조 기준면의 표면 형상 정보와 상기 이상적 표면 형상 정보의 차분값(difference)을 기초로, 상기 실-측정에 의한 상기 측정 대상물의 표면 형상 정보를 보정하는 표면 형상 정보 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치의 교정 시스템.
13. The apparatus of claim 12, wherein the calibrating device
And obtaining an ideal surface shape information of the reference object by acquiring the ideal surface shape information of the reference reference surface, based on the difference between the surface shape information of the reference reference surface by the a-measurement and the ideal surface shape information, And a surface shape information correcting unit for correcting the surface shape information.
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