백색광 위상 천이 간섭계에서의 칼라 카메라를 이용한 간섭 무늬 차수 결정 오차 보정 :Correction of Fringe Order Determination Error using Color CCD Camera in White-Light Phase-Shifting Interferometer

현창홍

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자료유형: 학위논문

저자정보: 현창홍 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

지도교수: 박희재

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

백색광 간섭계를 이용한 TSV Bottom CD 측정 방법에 관한 연구

현창홍 , 김성룡 , 김광락 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2015.10 학술대회자료

백색광 위상 천이 간섭계에서의 칼라 카메라를 이용한 간섭 무늬 차수 결정 오차 보정

현창홍 기계항공공학부 2015.01 학위논문

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본 논문에서는 백색광 위상 천이 간섭법에서의 안정적인 간섭 무늬 차수 결정 방법에 관한 연구를 수행하였다. 백색광 위상 천이 간섭계에서는 측정물의 물성, 렌즈의 개구수, 측정물의 기울기, 외부 진동 등에 의해 간섭 신호가 왜곡될 수 있는데 이로 인해 가시도 함수 또한 왜곡되어 위상 모호성에 의한 간섭 무늬 차수 결정 오차 문제가 발생하게 된다. 하지만 흑백 CCD 카메라로부터 획득된 간섭 신호만을 이용하는 기존의 간섭계로는 안정적인 간섭 무늬 차수 결정에 한계가 있기 때문에 칼라 CCD 카메라를 사용하여 추가로 획득한 칼라 간섭 신호를 이용한 안정적인 간섭 무늬 차수 결정 방법을 제안하였다.
웨이블릿 변환을 이용하여 칼라 CCD 카메라로부터 획득한 칼라 간섭 신호로부터 위상 정보를 추출한 후, 칼라 간 위상 차 정보를 이용하여 간섭 무늬 차수를 결정하고 이를 흑백 CCD 카메라에서 획득한 간섭 신호에 적용하여 최종 높이를 구하였다. 이때 칼라 간섭 신호 분석으로부터 얻어진 간섭 무늬 차수 정보를 흑백 간섭 신호에 적용하기 위해 격자무늬 시편을 이용하여 하드웨어 및 소프트웨어적으로 카메라 간 정렬 오차를 보정함으로써 오측정 발생 빈도를 최소화하였다.
또한 제조 현장에서의 빠른 측정 속도 요구 조건을 만족시키기 위하여 1CCD 칼라 카메라를 사용하여 고속 측정이 가능한 간섭계를 구성하였다. 1CCD 칼라 카메라를 사용할 경우 발생되는 칼라 정확도 저하 문제를 보완하기 위해 픽셀 간 간섭 보정 및 에지 방향성 칼라 보간 방법을 적용하여 간섭 무늬 차수 결정의 안정성을 향상시켰다.
본 논문에서 제안된 측정 방식의 성능을 검증하기 위해 기존의 백색광 위상 천이 간섭법과의 비교 실험을 수행하였다. 모의 실험을 통하여 제안된 측정 방식이 랜덤 노이즈에 대한 억제력이 매우 우수함을 확인하였고, 랜덤 외부 진동 조건에서의 실제 샘플의 반복 측정 실험을 통하여 제안된 측정 방식의 안정성을 검증하였다.

#백색광 위상 천이 간섭계 #간섭 무늬 차수 #1CCD 칼라 카메라 #카메라 간 정렬 오차 #픽셀 간 간섭 #칼라 보간

국문 초록 1
목차 3
그림 목차 6
표 목차 9
기호 설명 10
약어 설명 13
1. 서론 14
1.1. 연구 배경 14
1.2. 연구 동향 16
1.3. 연구 내용 18
2. 배경 이론 20
2.1. 간섭계 측정 이론 20
2.1.1. 단색광 위상 천이 간섭법 22
2.1.2. 백색광 주사 간섭법 25
2.1.3. 백색광 위상 천이 간섭법 29
2.2. 웨이블릿 변환 (Wavelet Transform) 31
2.2.1. 연속 웨이블릿 변환 33
2.2.2. 웨이블릿 모듈러스와 위상 36
3. 웨이블릿 변환을 이용한 간섭 신호 분석 40
3.1. 모 웨이블릿 선정 40
3.2. 칼라 카메라를 이용한 간섭 무늬 차수 결정 42
3.3. 최종 높이 계산 46
4. 하드웨어 오차 보정 48
4.1. 카메라 간 정렬 오차 보정 48
4.2. 칼라 간섭 신호 보정 52
4.2.1. 1CCD vs 3CCD 칼라 카메라 비교 53
4.2.2. 픽셀 간 간섭 보정 60
4.2.3. 칼라 보간 65
5. 실험 66
5.1. 모의 실험 67
5.1.1. 간섭 신호 모델링 67
5.1.2. 실험 조건 72
5.1.3. 렌즈 개구수 조건 실험 77
5.1.4. 진동 조건 실험 79
5.1.5. 노이즈 조건 실험 81
5.2. 실제 샘플 측정 85
5.2.1. 하드웨어 구성 85
5.2.2. 측정 조건 86
5.2.3. 카메라 간 정렬 오차 보정 정밀도 검증 88
5.2.4. 평면 시편 측정 89
5.2.5. 단차 시편 측정 92
5.2.6. 컬럼 스페이서 측정 95
6. 결론 98
REFERENCE 100
APPENDIX 106
A.1. 에지 방향성 칼라 보간 106
A.1.1. 채널 내 기울기 값을 이용한 일반 에지 영역 분류 107
A.1.2. 채널 간 기울기 값을 이용한 패턴 에지 및 평탄 영역 분류 111
A.1.3. G 채널 보간 113
A.1.4. R, B 채널 보간 116
Abstract 118

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