KR20170023363A - 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 방법 - Google Patents

디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 방법 Download PDF

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KR20170023363A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 시스템은, 서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 합성파를 방출하는 합성파 방출부와, 상기 방출된 합성파를 기준 빔 경로(R)와 측정 빔 경로(O)로 분할하여 출력하는 빔 스플리터와, 상기 측정 빔 경로(O)로 출력된 합성파를 반사시켜 시료로 향하게 하는 미러와, 상기 시료에 의해 반사된 합성파를 입사시키는 대물렌즈 및 상기 대물렌즈를 통과한 상기 합성파의 이미지를 촬상하는 카메라를 포함하여 구성된다.

Description

디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING HIGH HEIGHT BY DIGITAL HOLOGRAPHY MICROSCOPE}
본 발명은 단차 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용하여 시료의 고단차 높이를 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Gabor (1948)에 의해 제안된 홀로그래피(Holography)는 시편을 통과하고 난 빛의 파면을 기록하고 이를 재현(reconstruction)하여 시편의 3차원 정보를 재구성하는 기술로, 결맞음 광원인 레이저의 발명, CCD를 이용한 홀로그램의 기록과 컴퓨터를 이용한 재현 기술의 발전에 힘입어 다양한 분야에서 사용되고 있다.
특히, 디스플레이 패널 상의 결함(defect)을 검출하는데 있어서, 디스플레이 패널의 평면(기준면)으로부터 소정 높이 돌출된 결함을 검출하기 위해 상기 기준면으로부터 결함 상부까지의 단차를 구하는 데에 디지털 홀로그래피 마이크로스코프(DHM: Digital Holography Microscope)가 이용된다. 즉, 디스플레이 패널을 검사하는 데에 DHM을 이용함으로써, 결함을 통과하고 난 빛의 파면을 기록하고 이를 재현하여 결함의 3차원 정보를 재구성할 수 있다.
일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 시편에 평면파가 투과하는 경우, 시편의 두께 h(x,y)와 굴절률 nC에 의해 빛의 파면(wave front)의 왜곡이 위상차
Figure pat00001
(x,y)로 나타난다. 도 1은 평면파로 입사하는 빛이 시편을 지난 후, 파면의 왜곡이 생기는 것을 보여준다. 여기서 단파장에 대한 위상차는 식(1)과 같이 표현된다.
Figure pat00002
식(1)
이때, 샘플을 지난 후의 광학장(optical field)을 정밀하게 측정하면 위상차 정보를 추출할 수 있으며, 상기 식(1)에 따라 시편의 두께 또는 시편의 굴절률 정보를 구할 수 있다.
한편, 큰 단차의 시료를 측정하기 위해서 서로 다른 파장인 두 파형의 간섭에 의해 두 개의 합성파를 형성하여, 원 파장보다 파장이 큰 합성파를 이용한다. 그러나 이러한 합성파를 이용한 시료 측정방법도 100um 이상의 고단차를 측정하는 것은 불가능하다.
대한민국 등록특허 10-0611078호 대한민국 공개특허 10-2013-0102311호
따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 합성파를 이용하여 100um 이상의 고단차를 가지는 시료를 측정하기 위한 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 시스템은, 서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 합성파를 방출하는 합성파 방출부와, 상기 방출된 합성파를 기준 빔 경로(R)와 측정 빔 경로(O)로 분할하여 출력하는 빔 스플리터와, 상기 측정 빔 경로(O)로 출력된 합성파를 반사시켜 시료로 향하게 하는 미러와, 상기 시료에 의해 반사된 합성파를 입사시키는 대물렌즈 및 상기 대물렌즈를 통과한 상기 합성파의 이미지를 촬상하는 카메라를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법은, 서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 상기 합성파를 획득하는 단계와, 상기 합성파를 이용하여 상기 대물렌즈의 초점을 상기 시료의 기준면에 맞추는 단계와, 상기 기준면에 맞춘 상기 대물렌즈의 초점을 상기 시료의 단차 상부에 맞추기 위해 초점를 이동하는 단계와, 상기 초점 이동거리를 산출하는 단계 및 상기 산출된 초점 이동거리에 기반하여 상기 단차의 높이를 계산하는 단계를 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고 단차 측정방법에 의하면, 합성파를 이용하여 시료의 고 단차를 측정할 수 있다.
도 1은 일반적으로 시편에 평면파가 투과하는 형상을 도시하는 도면이다.
도 2는 일반적인 반사형 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 단차 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 합성파를 만드는 원리에 대한 이해를 돕기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 측정 및 불측정 영역을 도시하는 도면이다.
도 6은 시편의 기준면으로부터 결점 간의 단차를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단차 측정 시스템을 이용한 단차 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
먼저, 본 발명의 설명에 앞서 디지털 홀로그래피 마이크로스코프(DHM)에 관한 일반적인 설명을 명시하기로 한다.
광학장을 정밀하게 측정하기 위해 사용되는 기술인 홀로그래피는 기본적으로 시편을 통과하여 산란된 파면(sample field, S)과 시편을 통과하지 않은 기준 파면(reference field, R)의 간섭을 통해 구성된다. 이때 두 파면을 간섭시키는 여러 방식들이 있는데 본 발명은, 기준 파면(R)과 산란 파면(S)이 광학 축 기준으로 작은 각도 차이를 가지고 간섭이 되는 공간 변조(spatial modulation) 방법 중 하나의 방법인 off-axis holography를 이용하여 시편의 홀로그램을 측정하고, 이를 이용하여 시편의 3차원 측정을 하는 디지털 홀로그래피 마이크로스코프(DHM)에 관한 것이다.
시편을 투과한 광학장을 정량적으로 측정하기 위해, 시편을 투과하지 않은 평면파와 작은 각도 차를 가지고 간섭시키면, 광학 카메라(CCD)가 위치한 면에서의 광학장은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00003
식(2)
상기 식(2)에서 |E0| 와 |E1|은 각각 기준 파면과 산란 파면의 진폭이고,
Figure pat00004
(x,y)는 시편에서 발생한 위상차, uO, vO 는 작은 각도 차에 의한 x, y축 방향 공간 주파수이다. 상기 식(1)로 표현되는 광학장은 아래 식(3)으로 표현되는 간섭 빛의 세기(intensity)로 카메라를 통해 측정된다.
Figure pat00005
상기 식(3)은 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
이다.
CCD 카메라에서 측정되어 저장된 2차원 간섭광의 세기 정보로부터 공간 푸리에 변환(Spatial Fourier Transform)을 사용하여 광학장 정보를 다음과 같은 푸리에 스펙트럼(Fourier Spectrum)으로 추출할 수 있다.
Figure pat00008
식(5)로 표현되는 푸리에 스펙트럼 중 측정하고자 하는 시편의 광학정보는
Figure pat00009
이다.
이 정보만을 추출하기 위해 푸리에 스펙트럼 정보에서
Figure pat00010
에 해당하는 부분만 선택한 후 중앙으로 이동하고 이를 역 푸리에 변환을 하게 되면 다음 식 (6)과 같이 시편에서의 광학장을 정량적으로 추출할 수 있게 된다.
Figure pat00011
추출된 시편 광학장 정보 중에서 위상차에 단위인 Radian을 사용하면, 이 물리량은 샘플의 굴절률을 알고 있을 때, 다음 식(1)을 이용해서 시편의 절대적인 두께 정보로 변환될 수 있다.
Figure pat00012
식(1)
도 2는 일반적인 반사형 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 단차 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 파장 λ인 단파장 반사형 디지털 홀로그래피 마이크로스코프에서, 광학장의 파면은 시편에서 반사되어 변형되며, 입사파 대비 변형은 위상변위로 측정된다. 시편 반사에 의한 위상변위는 다음 식에 의해 3D 위상 측정에 이용된다.
Figure pat00013
식(2)
이때 Δh는 시편의 높이,n은 시편을 담고있는 물질의 굴절률이다. (공기의 n=1, 물의 n=1.33) 디지털 홀로그래피 마이크로스코프에서는 위상차 실제값을 다음 식과 같이 modulo 2π로 측정한다.
Figure pat00014
식(3)
이는 지도에서 등고선과 같은 표현방식이다. 360도(2π)의 등고선은 아래와 같다.
Figure pat00015
완만한 높이 차를 가지는 시료는 위상펼침(phase unwrapping)을 이용하여 modulo 2π 등고선으로부터 3D 높이 정보를 얻어낼 수 있다. 이 위상펼침 기능은 높이의 단차가 상기의 식 equidistance 이하여야 한다.
이상인 경우, 위상 변위가 몇 번의 2π를 포함하고 있는지를 알 수 없기 때문에 측정이 불가능(이하 '2π 모호성' 이라 칭한다)하다.
따라서 본 발명에서는 고단차를 측정할 수 있는 시스템 및 방법에 대해 제시하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 단차 측정 시스템은 구체적으로, 디스플레이 패널(Display panel) 위의 결점(defect)을 검출하기 위해 시료의 단차를 측정하는데 이용하되, 예를 들어, 100um 단차 이상의 고단차를 가지는 시료를 측정하기 위한 방법을 개시한다. 참고로 기존의 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용해서는 100um 단차 이상의 고단차를 측정하는 것이 불가능하였으나, 이를 측정하기 위한 본 발명의 실시 예를 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 합성파를 만드는 원리에 대한 이해를 돕기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 측정 가능한 높이 단차의 크기를 키우기 위해서 다파장을 사용한다. 이를 위해 서로 다른 파장 λ1, λ2 인 두 파형의 간섭을 통해 두 개의 합성파를 만든다.
상기 두 개의 합성파 중 파장이 긴 합성파의 파장
Figure pat00016
은 원 파장 λ1, λ2 보다 매우 크다.
이 합성파를 사용할 경우, 매우 긴 파장을 이용하는 것과 동일한 효과를 얻기 때문에 큰 단차를 가지는 시료의 측정이 가능하다. 예를 들어, λ1=682.5nm, λ2 =758.5nm인 경우 합성파는 6.8um가 되어 3.4um의 단차를 가지는 시료까지 측정이 가능하다.
본 발명은 이와 같이 서로 다른 파장을 가진 두 파형의 간섭을 통해 획득한 합성파 중 파장이 더 긴 합성파를 획득한다.
이와 같이 획득된 합성파를 이용하여 고단차를 가지는 시료를 측정하는 시스템 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 시편의 기준면으로부터 결점 간의 단차를 도시하는 도면으로서, 설명에 참고한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고단차 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 고단차 측정 시스템은 합성파 방출부(10), 공간 필터(spatial filter, 12), 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens, 13), 제1 빔 스플리터(14), 렌즈(15), 제2 빔 스플리터(17), 미러(M), 대물렌즈(30) 및 카메라(40)를 포함한다.
먼저, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프의 대물렌즈(30)의 선정은 측정하고자 하는 결점(defect, 여기서는 시편)을 포함할 수 있는 FOV(Field of View)를 갖는 최대배율을 선정한다. 배율이 높을수록 DoF(Depth of Focus)가 짧아 측정 오차가 작아진다.
단차 경사면의 기울기가 대물렌즈(30)의 NA(numerical aperture)의 반을 넘는 경우, 도 5에 도시된 바와 같은 측정 불가 영역이 생기므로 렌즈의 배율 선정에 참고해야 한다. (100um 단차의 경우 20배 배율이 적합하다.)
이와 같이 렌즈를 선정하고 나서, 합성파 방출부(10)를 통해 방출된 합성파를 이용하여 단차의 높이를 위상펼침(unwrapping) 기능 없이 구하면 되는 것이다.
구체적으로, 대물렌즈(30)의 초점은 기준면(예를 들어, 패널의 면)에 맞춘다. 듀얼 파장 길이(dual wavelength: 665um, 678um)를 사용하는 경우, 상기 합성파의 파장은 (665 x 678)/(678-665)=34.682nm가 되고, 측정 가능한 단차의 높이는 17.3um가 된다. 위상펼침(unwrapping)을 하지 않은 경우, 단차 측정값 h(e)는 17.3um이내가 된다.
여기서 상기 합성파는 앞서 설명한 서로 다른 파장 λ1, λ2 인 두 파형의 간섭을 통해 획득한 두 개의 합성파 중 파장이 더 긴 합성파로서 합성파 방출부(10)를 통해 방출된다. 상기 합성파는 제1 빔 스플리터(14)로 입사되어 기준 빔 경로(R)와 측정 빔 경로(O)로 분할되어 출력된다. 측정 빔 경로(O)로 출력된 합성파는 미러(M)에 의해 반사되어 렌즈(15)를 통과하여, 샘플(sample)로부터 반사되고 대물렌즈(30)와 제2 빔 스플리터(17)를 거쳐 카메라(40)를 통해 촬상됨으로써, 샘플(sample)에 대한 이미지를 획득한다.
다음으로, 기준면에 맞추었던 초점를 단차의 상부에 맞추기 위해 초점를 이동한다.
여기서, 초점 이동방법은 수동, ROI(Region of interest) 영상 분석 기계적 작동, ROI 입력세기 분석 기계적 작동, 디지털 포커싱과 같은 세 가지 방법이 있다.
초점 이동 시, 서술한 세 가지 모든 경우에 카메라(40) CCD면과 작은 각도차를 갖는 기준파(reference optical path)를 닫고, 산란파(sample field, object optical path)만을 통과시키며 측정한다.
구체적으로, 첫 번째 수동을 통한 초점 이동방법은, 단차 상부의 이미지를 눈으로 확인하며 렌즈를 움직여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾은 다음 렌즈의 이동 거리를 구하는 방법이다. 이 방법은 기존의 디지털 홀로그래피 마이크로스코프 장치를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있으나, 자동 검사 장비에 사용이 불가하다.
두 번째, ROI(Region of interest) 영상 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은 단차 상부를 ROI로 설정한 후, 초점을 변화시키며 영상 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는다. 이때 카메라 오토초점(camera autofocus) 기능의 정확도가 중요하다.
세 번째, ROI(Region of interest) 입력세기 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은 단차 상부를 ROI로 설정한 후 초점을 변화시키며 입력세기 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는다. 이때 CCD pixel의 입력에 대한 감도가 중요하다.
다음으로, 초점 이동거리를 산출한다. 디지털 홀로그래피 마이크로스코프의 경우, 단일 파장의 coherent laser를 광원으로 사용하며, 사용되는 렌즈의 설계함수를 정확히 인지하고 있으므로, Ray tracing에 의해서 초점이 변할 때 맺혀지는 상을 계산할 수 있다. 이를 디지털 포커싱이라 한다. 이 기능에 의해서 기준면 초점에서 단차 상부 초점까지의 렌즈 이동 거리를 산출하며 이때산출 된 값을 h(f)라 한다. 이는 자동으로 이루어지며 물리적인 렌즈의 이동이 없으므로 자동 검사 장치에 사용이 용이하다.
다음으로, 최종적으로 단차의 높이를 계산한다. 즉, 앞서 산출한 포커싱 이동거리에 기반하여 단차의 높이를 계산하는데 여기서 산출된 초점 이동거리 h(f)는 도 6에 도시된 바와 같이 ±DoF만큼의 오차를 갖는다.
단차의 실제 높이 h(r) 에 대한 계산은 다음과 같이 구할 수 있다.
h(f)- DoF ≤ h(r) ≤ h(f)+DoF 식(4)
h(r)=h(e)+N x λ/2 식(5)
여기서 h(f)는 단차의 높이를 초점이동거리를 통해 측정한 값이며, h(e)는 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 통해 측정된 값이다. 이때 상기 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 통해 측정된 h(e)은 2π 모호성을 갖는다. DoF는 대물렌즈(30)의 특성값으로 알고 있으므로, 결국 식(5)의 h(r)을 식(4)에 대입하여 계산하면 단차에 의한 위상(phase) 불연속으로 생긴 N값을 계산할 수 있다. 이때의 계산조건은. N은 자연수이고, DoF < λ/2 이므로 결국 N, 값은 한 개의 N만이 존재한다. 예를 들어, 20배 대물렌즈의 경우 DoF는 3um, 본 발명에서 사용된 측정의 경우 λ/2=17.3um이다.
즉 식(4) 및 식(5)를 통해, 한 개의 N 을 구할 수 있으며, 구해진 N 과 h(e)를 대입하여 식(5)를 통해 실제 높이 h(r)을 구한다.
상기 측정시에 DHM에 단파장을 적용하여 측정할 경우 λ 는 적용하는 파장이 되고, 합성파장(λ1, λ2)을 적용하여 측정할 경우 합성파장
Figure pat00017
가 된다.
실제적인 실험으로서 여러 가지 높이의 단차를 갖는 표준 시편을 본 발명의 단차 측정 시스템을 통해 측정한 결과는,
10um: 측정값(평균값):8.5um
20um: 측정값(평균값):18.3um
30um: 측정값(평균값):31.1um
50um: 측정값(평균값):51.3um
100um: 측정값(평균값):101um와 같으며, 오차는 단차 높이와 관계없이 DoF 이내임을 알 수 있다.
단차 상부가 실제로 평평(flat)하지만, 노이즈의 영향으로 약간의 높이차가 있는 것으로 측정되었고, 최대, 최소 측정값 모두 오차 범위인 DoF를 벗어나지 않는다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단차 측정 시스템을 이용한 고단차 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고단차 측정 방법은, 먼저 S710 단계에서 서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 합성파를 획득한다.
듀얼 파장 길이(dual wavelength: 665um, 678um)를 사용하는 경우, 합성파의 파장은 (665 x 678)/(678-665)=34.682nm가 되고, 측정 가능한 단차의 높이는 17.3um가 된다. 위상펼침(unwrapping)을 하지 않은 경우, 단차 측정값 h(e)는 17.3um이내가 된다.
그리고 S720 단계에서 상기 합성파를 이용하여 대물렌즈의 초점을 시료의 기준면에 맞춘다.
S730 단계에서 상기 기준면에 맞춘 상기 대물렌즈의 초점을 상기 시료의 단차 상부에 맞추기 위해 카메라의 초점을 이동한다.
여기서, 초점 이동방법은 수동, ROI(Region of interest) 영상 분석 기계적 작동, ROI 입력세기 분석 기계적 작동, 디지털 포커싱과 같은 세 가지 방법이 있다. 초점 이동 시, 서술한 세 가지 모든 경우에 카메라 CCD면과 작은 각도차를 갖는 기준파(reference optical path)를 닫고, 산란파(sample field, object optical path)만을 통과시키며 측정한다.
구체적으로, 첫 번째 수동을 통한 초점 이동방법은, 단차 상부의 이미지를 눈으로 확인하며 렌즈를 움직여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾은 다음 렌즈의 이동 거리를 구하는 방법이다. 이 방법은 기존의 디지털 홀로그래피 마이크로스코프 장치를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있으나, 자동 검사 장비에 사용이 불가하다.
두 번째, ROI 영상 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은 단차 상부를 ROI로 설정한 후, 초점을 변화시키며 영상 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는다. 이때 카메라 오토초점(camera autofocus) 기능의 정확도가 중요하다.
세 번째, ROI 입력세기 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은 단차 상부를 ROI로 설정한 후 초점을 변화시키며 입력세기 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는다. 이때 CCD pixel의 입력에 대한 감도가 중요하다.
S740 단계에서 상기 포커스 이동거리를 산출한다.
디지털 홀로그래피 마이크로스코프의 경우, 단일 파장의 coherent laser를 광원으로 사용하며, 사용되는 렌즈의 설계함수를 정확히 인지하고 있으므로, Ray tracing에 의해서 초점이 변할 때 맺혀지는 상을 계산할 수 있다. 이를 디지털 포커싱이라 한다. 이 기능에 의해서 기준면 초점에서 단차 상부 초점까지의 렌즈 이동 거리를 산출한다. 이는 자동으로 이루어지며 물리적인 렌즈의 이동이 없으므로 자동 검사 장치에 사용이 용이하다.
S750 단계에서 상기 산출된 초점 이동거리에 기반하여 상기 단차의 높이를 계산하며 그 단계는 위에서 설명하였다.
단차 상부가 실제로 평평(flat)하지만, 노이즈의 영향으로 약간의 높이차가 있는 것으로 측정되었고, 최대, 최소 측정값 모두 오차 범위인 DoF를 벗어나지 않는다.
한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10:　합성파 방출부 12：공간 필터(spatial filter）
13: 콜리메이팅 렌즈 14: 제1 빔 스플리터
15: 렌즈 17: 제2 빔 스플리터
30: 대물렌즈 40: 카메라

Claims (9)

  1. 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 단차 측정 시스템에 있어서,
    서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 합성파를 방출하는 합성파 방출부;
    상기 방출된 합성파를 기준 빔 경로(R)와 측정 빔 경로(O)로 분할하여 출력하는 빔 스플리터;
    상기 측정 빔 경로(O)로 출력된 합성파를 반사시켜 시료로 향하게 하는 미러;
    상기 시료에 의해 반사된 합성파를 입사시키는 대물렌즈; 및
    상기 대물렌즈를 통과한 상기 합성파의 이미지를 촬상하는 카메라;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 시스템.
  2. 제1항의 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용하여 단차를 측정하되 상기 단차는 상기 홀로그래피 마이크로스코프에 적용하는 합성파의 파장보다 큰 단차를 측정하는 측정시스템을 이용한 단차 측정 방법에 있어서,
    서로 다른 파장의 간섭에 의해 원 파장보다 긴 파장을 갖는 상기 합성파를 획득하는 단계;
    상기 합성파를 이용하여 상기 대물렌즈의 초점을 상기 시료의 기준면에 맞추는 단계;
    상기 기준면에 맞춘 상기 대물렌즈의 초점을 상기 시료의 단차 상부에 맞추기 위해 초점를 이동하는 단계;
    상기 초점 이동거리를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 초점 이동거리에 기반하여 상기 단차의 높이를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합성파를 이용하여 단차의 높이를 위상 펼침(unwrapping) 기능을 적용하지 않고 측정하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 초점 이동방법은,
    수동에 의한 작동, ROI(Region of interest) 영상 분석 기계적 작동, ROI (Region of interest)입력세기 분석 기계적 작동, 디지털 포커싱 중 하나의 방법을 이용하고, 상기 초점 이동 시, 상기 세 가지 모든 경우에 카메라 CCD면과 작은 각도차를 갖는 기준파(reference optical path)를 닫고, 산란파(sample field, object optical path)만을 통과시키며 측정하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수동을 통한 초점 이동방법은,
    상기 단차 하부와 상부의 이미지를 이미지 프로세싱을 통해 렌즈를 통해 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾은 다음 하부에서 상부단차까지 렌즈의 이동 거리를 구하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 ROI 영상 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은,
    상기 단차 상부를 ROI로 설정한 후, 렌즈의 위치를 변화시키며 영상 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 ROI 입력세기 분석 기계적 작동을 이용한 초점 이동방법은,
    상기 단차 상부를 ROI로 설정한 후 렌즈의 위치를 변화시키며 입력세기 분석을 통하여 초점이 가장 잘 맞는 위치를 찾는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 초점 이동거리 산출 단계는,
    상기 디지털 홀로그래피 마이크로스코프의 경우, 단일 파장의 coherent laser를 광원으로 사용하며, Ray tracing에 의해서 초점이 변할 때 맺혀지는 상을 계산하는 디지털 포커싱 기능에 의해서 상기 기준면 초점에서 상기 단차 상부 초점까지의 렌즈 이동 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 단차의 높이 h(r)를 계산하는 단계는,
    h(f) - DoF(Depth of Focus) ≤ h(r) ≤ h(f)+DoF 및
    h(r)=h(e)+Nㅧλ/2의 식으로 구하되,
    여기서,
    h(f): 단차의 높이를 초점이동거리를 통해 측정한 값,
    h(e): 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 통해 측정한 값으로 2π 모호성을 갖는 값,
    DoF: 대물렌즈(30)의 특성값으로 알고 있는 값,
    N : 자연수, DoF < λ/2 의 조건을 적용하여, 한 개의 N 을 구하며, 상기 구한 N을 통해 h(r)을 계산하는 것을 특징으로 하는, 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정방법.

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