KR20120016419A - Method for measuring width of sample using 3d shape measuring unit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광의 간섭현상을 이용하여 시료에 대한 너비를 정확하게 측정할 수 있도록 개선된 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for measuring the width of a sample using a 3D tester, and more particularly, to a method for measuring the width of a sample using an improved 3D tester to accurately measure a width of a sample using an interference phenomenon of light. .
일반적으로, LCD, PDP, OLED 등과 같은 디스플레이; 반도체; MEMS(Wafer, Bump); 섬유, 필름, 포일 등과 같은 시료를 가공할 때 선폭이나 너비(폭), 높이 등의 정보를 정확하게 측정하는 것은 제품의 품질과 직접적인 관계를 갖는다.In general, displays such as LCD, PDP, OLED and the like; semiconductor; MEMS (Wafer, Bump); When processing samples such as fibers, films, and foils, accurate measurement of information such as line width, width and height is directly related to product quality.
이를 위해, 종래에는 이들 시료의 표면을 카메라로 촬상한 다음 촬상된 영상을 2D로 분석하여 선폭이나 너비, 높이 등에 대한 정보를 취득하였다.To this end, conventionally, the surface of these samples were photographed with a camera, and the captured images were analyzed in 2D to obtain information on line width, width, height, and the like.
예컨대, 도 1의 예시와 같은 형태로 영상을 얻은 다음 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 프로파일링하여 시료에 대한 정보를 분석하였다.For example, an image was obtained in the form of the example of FIG. 1 and then profiled in the form as shown in FIG. 2 to analyze information about the sample.
그런데, 이와 같은 방식은 영상의 잡음과 시료에 붙은 이물 등에 따라 측정화면이 불분명한 경우 오차 발생 및 측정이 불가한 경우가 발생되어 품질을 확인할 수 없는 단점이 발생되었다.However, in this method, when the measurement screen is unclear due to the noise of the image and the foreign matter attached to the sample, an error occurs and a case where the measurement is impossible occurs, which causes a disadvantage in that the quality cannot be confirmed.
특히, 2D 영상은 도시와 같이 단순히 평면 형상만 보이기 때문에 시료의 측정 높이에 따라 선 폭의 너비에 차이가 발생되는 문제(선두께에 따라 높이가 달라짐)를 비롯하여 경계선에 대한 기준이 불분명하고, 또 경계선이 완만할 경우 경계선을 관찰하기 어렵다는 한계를 가졌다.In particular, since the 2D image simply shows a flat shape as shown in the drawing, the reference for the boundary line is unclear, including the problem that the width of the line width varies depending on the measurement height of the sample (the height varies depending on the line thickness). If the borderline is gentle, it is difficult to observe the borderline.
이를 개선하기 위한 일환으로, 최근에는 3차원 영상을 이용한 시료 분석방법이 다수 개시되었다.In order to improve this, recently, a number of sample analysis methods using three-dimensional images have been disclosed.
개시된 3차원 영상 분석법으로는 광삼각법(optical triangulation), 광촉침식(optical profilometry), 동촛점현미경(confocal microscopy), 모아레(moire) 무늬 등을 들 수 있다.Disclosed three-dimensional image analysis includes optical triangulation, optical profilometry, confocal microscopy, moire patterns, and the like.
이들 형상 분석법은 시료의 표면에 일정 형태를 가지는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐지는 간섭 무늬를 형성하고, 간섭 무늬를 측정 및 해석하여 물체 표면의 높이에 대한 정보를 얻는 형태이다.These shape analysis forms an interference fringe overlapping two or more periodic patterns having a certain shape on the surface of a sample, and obtains information on the height of the object surface by measuring and analyzing the interference fringe.
하지만, 개시된 다수의 3차원 영상 분석법에도 불구하고, 본 발명이 원하는 분야인 선 폭에 대한 정확한 너비의 측정에 대한 기술 구현은 개시되지 못하였다.
However, despite a number of three-dimensional image analysis methods disclosed, no technical implementation has been disclosed for the measurement of accurate width to line width, which is a field of interest for the present invention.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 개선점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 3차원 형상 측정기를 이용하여 간섭현상을 통해 시료의 선 폭에 대한 너비를 정확하게 측정하고 분석할 수 있도록 하여 제품의 품질 향상에 기여할 수 있도록 한 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
The present invention was made in view of the above-described improvement in the prior art, and was created to solve this problem, so that the width of the line width of the sample can be accurately measured and analyzed through interference using a three-dimensional shape measuring device. Its main purpose is to provide a method for measuring the width of a sample using a 3D inspection machine that can contribute to quality improvement.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 3차원 형상측정기를 통한 광 간섭현상을 이용하여 시료의 표면 가공부의 너비를 측정하는 방법에 있어서; 광원으로부터 광이 출사되는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 출사된 광이 메인빔스플리트를 통해 분할되고, 분할된 광 중 일부가 간섭렌즈를 거쳐 시료에 조사되는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 광이 시료에 조사될 때 상기 간섭렌즈 내부에 구비된 서브빔스플리트를 통해 다시 분할되어 기준면(reference mirror)과 시료의 표면에 각각 조사된 후 반사되는 경로차에 의해 간섭줄무늬를 생성하고 이를 CCD카메라가 촬상한 후 메모리에 저장하는 제3단계와; 상기 제3단계 후 상기 간섭렌즈의 높이 조절수단인 PZT 엑추에이터를 통해 나노 단위로 높이 조절되는 제4단계와; 상기 제4단계 후 높이 조절된 상태에서 제1,2,3단계가 반복되어 높이 조절된 상태에서의 시료 표면을 다시 촬상하고 메모리에 저장하는 제5단계와; 상기 제5단계까지를 수회 반복한 후 메모리에 저장된 영상정보를 조합하여 3차원 형상을 얻고, 얻어진 3차원 형상을 토대로 선 폭을 감안한 정확한 너비를 산출하는 제6단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법을 제공한다.The present invention provides a means for achieving the above object, in the method for measuring the width of the surface processing portion of the sample using the optical interference through a three-dimensional shape measuring device; A first step of emitting light from the light source; A second step in which the light emitted through the first step is split through the main beam split, and a part of the split light is irradiated onto the sample through an interference lens; When the light is irradiated to the sample through the second step, the interference stripe is divided by the sub-beam split provided in the interference lens and irradiated on the reference mirror and the surface of the sample, respectively, Generating a digital camera and storing the same in a memory after the CCD camera captures the image; A fourth step of adjusting the height in nano units through the PZT actuator which is a height adjusting means of the interference lens after the third step; A fifth step of repeating the first, second and third steps in the height-adjusted state after the fourth step and re-imaging the specimen surface in the height-adjusted state and storing it in a memory; And repeating the fifth step several times to obtain a three-dimensional shape by combining the image information stored in the memory, and calculating a correct width considering the line width based on the obtained three-dimensional shape. It provides a method for measuring the width of the sample using a 3D inspection machine.
이때, 상기 제3,5단계에서 촬상되는 영상은 간섭렌즈가 광축방향으로 미소 이동하면서 영상 내 모든 화소에서의 간섭 신호가 최대로 커지는 위치를 촛점위치로 하고, 그 상태에서 촬상되는 것에도 그 특징이 있다.In this case, the image picked up in the third and fifth steps may be taken as the focal position where the interference lens is the largest in the optical axis direction while the interference lens is moved finely in the optical axis direction. There is this.
또한, 상기 3,5단계에서 영상이 촬상될 때 간섭렌즈가 장착된 터렛을 돌려 배율을 조절하는 것에도 그 특징이 있다.
In addition, it is also characterized in that the magnification is adjusted by turning the turret equipped with the interference lens when the image is captured in steps 3 and 5.
본 발명에 따르면, 3차원 높이 정보를 이용하여 경계면을 정확하게 파악할 수 있고, 또 2D 영상에서는 확인할 수 없는 곡면이나 높이가 다른 면의 폭을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 얻을 수 있다.
According to the present invention, it is possible to accurately determine the boundary surface using three-dimensional height information, and the effect of accurately measuring the width of a curved surface or a surface having a different height can be obtained accurately.
도 1은 종래 기술에 따른 시료의 2D 영상과 그 분석기법을 보인 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 시료의 2D 영상과 그 프로파일을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 너비측정방법에 사용되는 3차원 형상측정기의 예시적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 너비측정방법에 사용되는 3차원 형상측정기의 예시적인 광경로를 보인 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 너비측정방법에 의해 획득된 3D 영상의 예시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 너비측정방법에 의해 획득된 3D 영상을 보인 샘플사진이다.1 is an exemplary view showing a 2D image of a sample according to the prior art and an analysis method thereof.
Figure 2 is an exemplary view showing a 2D image and a profile of a sample according to the prior art.
3 is an exemplary perspective view of a three-dimensional shape measuring instrument used in the width measuring method according to the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing an exemplary optical path of the three-dimensional shape measuring device used in the width measuring method according to the present invention.
5 and 6 are exemplary views of 3D images obtained by the width measuring method according to the present invention.
7 and 8 are sample pictures showing a 3D image obtained by the width measuring method according to the present invention.
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.
본 발명에 대한 구체적인 설명에 앞서, 간섭기술(interferometric techniques)은 보통 시료 표면의 프로파일(profile)을 측정하는 데 사용된다.Prior to the detailed description of the present invention, interferometric techniques are commonly used to measure the profile of a sample surface.
그렇게 하기 위해, 간섭계는 시료 표면으로부터 반사된 측정 파면(measurement wavefront)을 기준 표면으로부터 반사된 기준 파면(reference wavefront)과 결합하여 인터페로그램(interferogram)를 생성한다.To do so, the interferometer combines the measurement wavefront reflected from the sample surface with the reference wavefront reflected from the reference surface to produce an interferogram.
이 인터페로그램의 프린지(fringe)는 시료 표면과 기준 표면 사이의 공간 변동(spatial variation)을 보여준다.The fringe of this interferogram shows the spatial variation between the sample surface and the reference surface.
특히, 스캐닝 간섭계는 간섭 파면들의 가간섭성 길이(coherence length)와 비교 가능한 범위 또는 그 보다 넓은 범위에 걸쳐 상기 간섭계의 기준 레그(reference leg) 및 측정 레그(measurement leg) 사이의 광 경로차(optical path length difference, OPD)를 스캐닝하여, 인터페로그램을 측정하는 데 사용된 카메라 화소 각각에 대한 스캐닝 간섭 신호(scanning interferometry signal)를 생성한다.In particular, a scanning interferometer is an optical path difference between a reference leg and a measurement leg of the interferometer over a range comparable to or wider than the coherence length of the interference wavefronts. path length difference (OPD) is scanned to generate a scanning interferometry signal for each of the camera pixels used to measure the interferogram.
예를 들어, 한정된 가간섭성 길이는, 백색 광원(white-light source)을 사용함으로써 생성될 수 있다. 보통, 저 가간섭성 스캐닝 간섭(low-coherence scanning interferometry)은 스캐닝 백색광 간섭(scanning white light interferometry)으로 불린다.For example, the limited coherence length can be generated by using a white-light source. Usually, low-coherence scanning interferometry is called scanning white light interferometry.
이러한 신호는 제로(zero) 광 경로차(OPD) 위치 근처에 국한된 프린지가 약간 있다. 신호는 전형적으로 종형의 프린지 콘트라스트 포락선(bell-shaped fringe-contrast envelope)을 갖는 사인파형 캐리어 변조(sinusoidal carrier modulation)(즉, 프린지)에 의해 특징지어진다.These signals have some fringes localized near the zero optical path difference (OPD) position. The signal is typically characterized by sinusoidal carrier modulation (ie, fringe) with a bell-shaped fringe-contrast envelope.
본 발명은 이러한 개념에 기반하여 3차원 광갑섭 측정기를 통해 측정하고, 이를 3D 영상으로 구현함으로써 선 폭에 대한 오차없는 정확한 너비를 구할 수 있도록 한 것이다.The present invention is based on this concept to measure through a three-dimensional optical coarse measuring device, and by implementing this as a 3D image to obtain an accurate width without error for the line width.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 3차원 형상측정기를 활용하는데, 이를 간략히 설명하면 다음과 같다.More specifically, as shown in Figures 3 and 4, the present invention utilizes a three-dimensional shape measuring device, briefly described as follows.
도시된 바와 같이, 3차원 형상측정기는 본체(100)와, 상기 본체(100)의 선단 하면에 구비된 터렛(110)과, 상기 터렛(110)에 구비된 간섭렌즈(120)를 포함한다.As shown, the three-dimensional shape measuring instrument includes a
그리고, 상기 본체(100)의 후단측에는 광원(130)이 구비되고, 본체(100) 내부에는 CCD카메라(140)가 구비되며, 또한 굴절용 미러(150) 및 메인빔스플리터(Beam Splitter, 광 분할기)(160)를 기본 구성으로 포함한다.A
본 발명에서는 이러한 3차원 형상측정기를 이용하여 비접촉식 3차원 영상을 획득하게 되는데, 이때 사용되는 광은 백색광 간섭계이고, 나노미터 표준 정밀도를 갖는다.In the present invention, a non-contact three-dimensional image is obtained by using the three-dimensional shape measuring instrument, wherein the light used is a white light interferometer and has a nanometer standard accuracy.
이때, 나노미터 표준 정밀도는 PZT(lead zirconium titanate) 엑추에이터(170)를 이용하여 시료(S)의 높이 변위에 따라 분해도를 선택할 수 있고 이로써 nm 단위의 높이 차이에서부터 mm 단위의 높이 차이까지 선택적으로 측정할 수 있다.In this case, the nanometer standard precision can be selected according to the height displacement of the sample (S) using the lead zirconium titanate (PZT)
또한, 본 발명에서는 상기 터렛(110)를 조절하여 배율변경을 자유롭게 할 수 있어 측정작업을 더욱 편리하게 할 수 있다.In addition, in the present invention, the
뿐만 아니라, 상기 간섭렌즈(120) 내부에는 서브빔스플리트(122)가 더 구비된다.In addition, the
이러한 3차원 형상측정기를 이용하여 본 발명에 따른 시료의 너비측정방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the width measurement method of the sample according to the present invention using such a three-dimensional shape measuring machine as follows.
먼저, 광원(130)으로부터 광이 출사되어 빔스플린트(160)에 조사되는 단계가 수행된다.First, a step of emitting light from the
빔스플리트(160)에 조사된 광은 나뉘어진 다음 서로 다른 경로로 진행하게 되는데, 일부는 시료(S)를 향해, 나머지 일부는 CCD카메라(14)를 향해 분할되어 진행하게 된다.The light irradiated to the
이때, 시료(S)를 향해 분할된 광은 간섭렌즈(120) 내부에 구비된 기준면(reference mirror)과 측정면(시편)에 조사된 후 반사된 광이 다시 서브빔스플리트(122)에서 만나게 되는데 이 경우 두 광이 지나간 거리가 동일하게 되는 위치에서 측정면의 영상과 줄무늬의 간섭신호가 획득되게 된다.At this time, the light split toward the sample (S) is irradiated to the reference mirror (measurement surface) and the measurement surface (sample) provided inside the
그리고, 이렇게 하여 CCD카메라(140)를 향해 조사되는데, 그때 촬상단계가 수행된다.Then, it is irradiated toward the
촬상된 영상은 메모리에 저장되고, 이어 PZT 엑추에이터(170)를 통한 높이 조절단계가 수행된다.The captured image is stored in a memory, and then a height adjustment step through the
높이 조절은 나노(nano) 단위로 이루어지며, 높이 조절 후 다시 광원(130)으로부터 광이 출사되고, 앞서 설명한 것과 동일한 방식으로 2차 촬상이 이루어진다.Height adjustment is made in nano units, and after height adjustment, light is emitted from the
이 경우, 촛점 조절이 이루어질 수 있는데, 촛점 조절은 간섭렌즈(120)가 광축방향으로 수 nm의 미소 간격으로 이동하면서 영상내의 모든 화소에서의 간섭 신호 발생 여부를 점검하게 된다.In this case, focus adjustment may be performed. The focus adjustment checks whether an interference signal is generated in all pixels in the image while the
이때, 임의 화소에서의 높이는 간섭 신호가 최대로 커지는 위치로 설정됨이 바람직하며, 이를 전체 영상내의 모든 화소에 대하여 수행함으로써 화면 전영역에 대하여 3차원 형상을 산출하도록 안내하게 된다.In this case, it is preferable that the height of an arbitrary pixel is set to a position where the interference signal is maximized, and this is performed for all the pixels in the entire image to guide the calculation of the three-dimensional shape for the entire screen area.
이러한 과정을 거쳐 높이차에 따른 다수회의 촬상이 이루어지고, 촬상된 영상이 메모리에 저장되면 제어부(미도시)는 저장된 메모리의 영상을 서로 조합하여 높이를 갖는 3차원 영상, 즉 도 5와 같은 형상을 추출할 수 있게 되며, 도 6과 같이 원하는 정보를 측정할 수 있게 된다.Through this process, a plurality of images are taken according to the height difference, and when the captured image is stored in the memory, the controller (not shown) combines the images of the stored memory with each other to have a three-dimensional image having a height, that is, a shape as shown in FIG. 5. It will be possible to extract the, it is possible to measure the desired information as shown in FIG.
더 구체적으로, 도 7 및 도 8과 같이 기존 2D에 비해 본 발명 3D 방식을 통하면 경계와 선폭을 더욱 확실히 구분할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, the boundary and the line width can be more clearly distinguished through the 3D method of the present invention compared to the existing 2D.
이와 같이, 본 발명은 3차원 형상측정기를 이용하여 시료(S)의 표면에 대한 분석 영상을 입체적으로 구현할 수 있어 정확성이 향상되고, 선 폭을 고려한 정확한 너비를 측정해 낼 수 있어 제품의 품질 향상에 기여하게 된다.
In this way, the present invention can be implemented three-dimensional analysis image of the surface of the sample (S) using a three-dimensional shape measuring device to improve the accuracy, and to measure the exact width in consideration of the line width to improve the quality of the product Will contribute to
100 : 본체 110 : 터렛
120 : 간섭렌즈 122 : 서브빔스플리트
130 : 광원 140 : CCD카메라
150 : 굴절용 미러 160 : 메인빔스플리트
170 : PZT 엑추에이터 S : 시료100: body 110: turret
120: interference lens 122: sub-beam split
130: light source 140: CCD camera
150: refraction mirror 160: main beam split
170: PZT actuator S: sample
Claims (3)
광원(130)으로부터 광이 출사되는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 출사된 광이 메인빔스플리트(160)를 통해 분할되고, 분할된 광 중 일부가 간섭렌즈(120)를 거쳐 시료(S)에 조사되는 제2단계와;
상기 제2단계를 통해 광이 시료(S)에 조사될 때 상기 간섭렌즈(120) 내부에 구비된 서브빔스플리트(122)를 통해 다시 분할되어 기준면(reference mirror)과 시료(S)의 표면에 각각 조사된 후 반사되는 경로차에 의해 간섭줄무늬를 생성하고 이를 CCD카메라(140)가 촬상한 후 메모리에 저장하는 제3단계와;
상기 제3단계 후 상기 간섭렌즈(120)의 높이 조절수단인 PZT 엑추에이터(170)를 통해 나노 단위로 높이 조절되는 제4단계와;
상기 제4단계 후 높이 조절된 상태에서 제1,2,3단계가 반복되어 높이 조절된 상태에서의 시료(S) 표면을 다시 촬상하고 메모리에 저장하는 제5단계와;
상기 제5단계까지를 수회 반복한 후 메모리에 저장된 영상정보를 조합하여 3차원 형상을 얻고, 얻어진 3차원 형상을 토대로 선 폭을 감안한 정확한 너비를 산출하는 제6단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법.
In the method for measuring the width of the surface processing portion of the sample using the optical interference phenomenon through the three-dimensional shape measuring device;
A first step in which light is emitted from the light source 130;
A second step in which the light emitted through the first step is split through the main beam split 160, and a part of the split light is irradiated onto the sample S through the interference lens 120;
When the light is irradiated to the sample S through the second step, the light is again split through the sub-beam split 122 provided in the interference lens 120 to the reference mirror and the surface of the sample S. A third step of generating an interference stripe by the path difference reflected after each irradiation and capturing it by the CCD camera 140 and storing it in a memory;
A fourth step of adjusting the height in nano units through the PZT actuator 170 which is a height adjusting means of the interference lens 120 after the third step;
A fifth step of re-imaging the surface of the specimen S in the height-adjusted state by repeating the first, second and third steps in the height-adjusted state after the fourth step;
And repeating the fifth step several times to obtain a three-dimensional shape by combining the image information stored in the memory, and calculating a correct width considering the line width based on the obtained three-dimensional shape. Method for measuring the width of the sample using a 3D inspection machine.
상기 제3,5단계에서 촬상되는 영상은 간섭렌즈(120)가 광축방향으로 미소 이동하면서 영상 내 모든 화소에서의 간섭 신호가 최대로 커지는 위치를 촛점위치로 하고, 그 상태에서 촬상되는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법.
The method according to claim 1;
The image photographed in the third and fifth steps may be photographed in such a state that the interference lens 120 is moved finely in the optical axis direction and the interference signal of all the pixels in the image is maximized. Method for measuring the width of the sample using a 3D inspection machine.
상기 3,5단계에서 영상이 촬상될 때 간섭렌즈(120)가 장착된 터렛(110)을 돌려 배율을 조절하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 검사기를 이용한 시료의 너비측정방법.The method according to claim 1;
When the image is imaged in the step 3, 5, the width of the sample using a 3D tester, characterized in that for adjusting the magnification by rotating the turret (110) equipped with an interference lens (120).
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20120016419A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107468222A (en) * | 2017-09-15 | 2017-12-15 | 王庆亚 | High-precision fast-response dynamic 3 D pulse detector |
| CN112964179A (en) * | 2021-02-05 | 2021-06-15 | 合肥清溢光电有限公司 | Linewidth measurement error compensation method for CD measuring machine |
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2010
- 2010-08-16 KR KR1020100078759A patent/KR20120016419A/en not_active Application Discontinuation
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| CN112964179B (en) * | 2021-02-05 | 2022-10-14 | 合肥清溢光电有限公司 | Linewidth measurement error compensation method for CD measuring machine |
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