다파장·편광 기반 광학 간섭계(Interferometer) 기반 3D 형상(높이/단차) 측정, 단일 영상 고속 형상 검출
기술분류
반도체·디스플레이 등 첨단제조 공정용 정밀 광학계측/형상측정 장치 기술
◆ 기술 설명
기술개요
본 기술은 서로 다른 두 파장 광원을 동일 광경로로 결합한 뒤, 편광 기반 공간 위상천이 간섭무늬를 단일 편광카메라 영상에서 4종(I0/I45/I90/I135)으로 동시에 획득하고, 이를 이용해 대상물의 3차원 형상을 고속·정밀하게 측정하는 방법/장치이다. 등가파장 간섭 원리를 적용해 짧은 등가파장(파장 합 기반)과 긴 등가파장(파장 차 기반)의 위상을 산출하여 측정 범위 확장 및 위상 모호성 보상을 수행한다.
수요설명
반도체·디스플레이 제조 공정에서는 미세 결함/단차를 빠르게 판단하기 위한 3D 형상 측정 수요가 크다. 기존 저간섭성 주사 간섭계는 축방향 스캐닝으로 속도 한계가 있고, 위상천이 간섭계는 시간적 위상천이로 고속 측정이 어렵고 2π 위상 모호성 및 측정영역 한계가 발생한다. 다파장 위상천이 간섭계는 파장 분리를 위한 별도 시간/공간 방식이 필요하다는 한계가 있다.
해결방안
본 발명은 서로 다른 파장의 광을 각각 획득한 뒤 동일 경로로 출력하고, 해당 광들을 미리 설정된 주축에 대해 45도 편광된 직선편광으로 변환한다. 이후 변환된 광을 기준 거울로 입사되는 참조광과 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 분할하고, 기준 거울/대상물에서 반사된 참조광과 측정광을 다시 획득한다. 이렇게 획득된 참조광·측정광은 소정의 편광 패턴이 형성된 편광 필터로 필터링하여, **4종류의 위상 천이된 간섭무늬 강도(I0, I45, I90, I135)**를 광원별로 동시에 얻도록 구성된다. 다음으로 상기 간섭 강도를 입력으로 하여, 두 파장의 합에 따른 제1 등가파장 위상과 차에 따른 제2 등가파장 위상을 각각 결정하고, 이들 위상 중 적어도 하나에 기초하여 형상을 검출한다. 특히 제1 등가파장 위상에서 2π 모호성이 발생하는 경우, 제2 등가파장 위상을 이용해 제1 등가파장 위상을 보상함으로써 대상물의 형상을 보다 정확하게 복원하도록 설계된다.
적용분야 및 장점
본 기술은 반도체·디스플레이 등 첨단 산업의 공정/검수 장비에서 3D 형상 및 결함 검사를 위한 계측 모듈로 적용 가능하다. 장점은 ① 단일 영상으로 형상 검출(고속), ② 서로 다른 파장의 간섭 신호가 합쳐진 영상에서 동시 위상 산출(파장 분리용 별도 절차 축소), ③ 등가파장 기반으로 측정영역 확대 + 2π 모호성 해결이 가능하다는 점이다.
개발단계 및 TRL
공보에는 장치 구성(광원부/간섭계/형상검출부), 처리 절차(단계 흐름도), 수학식 기반 위상/높이 계산 로직이 구체적으로 제시된다. 반면, 실제 장비 시제품 성능지표나 공정 현장 실증 데이터는 공보에서 확인되지 않으므로, TRL 3 수준(원리·개념 검증/알고리즘·시스템 설계 확립 단계)으로 정리하는 구성이 적절하다.
◆ 기술 설명
◆ 기술이전 조건
◆ 첨부문서