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1. 광학의 원리

WT-CHR의 광학 설정은 공초점 법을 이용하여 확장된 Z축으로 설정된다. Z축의 스펙트럼 코딩으로 Z축을 확장할 수 있다.

모든 포인트가 동시에 그려내는 보편적인 현미경 검사법과 달리, 공초점 검사는 한번에 한 포인트만 그려낸다. 이 뷰는 (x, y)스캐닝으로 재구성된다. 공초점 검사는 이중 공간 필터링으로된 일반적인 검사법으로 얻어질 수 있다. 첫 번째 필터는 주어진 위치에, 필드의 한 포인트를 방사하게 한다; 두 번째 필터는 물체에서 되돌아오는 빛이 감지기에 도달하도록 한다.

이러한 구성은 Fig 1a에 나타나듯이, 대물렌즈 L로 만들어진 점광원 (포인트소스) S는 검사물의 포인트 M에 위치한다. 반사되는 빛은 광학렌즈 L를 통하여 다시 돌아온 다음, Beam Splitter(빔 분열기)에 의해 감지기로 곧바로 간다. L로 만들어진 M의 이미지에 위치한 그림 P는 광학 축에 위치한 M주위의 위/아래 포인트 즉 M을 제외한 모든 포인트에서 나오는 빛을 멈추게 하는 중요한 역할을 한다.

(Fig 1b) (x, y)스캐닝이 공초점 구성에 추가되었을 때, 이 영역의 외부에 존재하는 외부포인트의 방해없이 대물렌즈의 L의 정확한 거리에 위치한 이미지를 얻을 수 있다. 이 영역을 광학 절편(Optical Sectioning)이라고 부르며, 이것은 공초점 검사의 주요한 이점이다. 또 다른 추가적인 이점은 축의 분해능에 있다. 일반적인 검사법으로 얻어지는 분해능의 30%이상 더 정교한 분해능을 보인다.      

               

       < Fig 1a : 공초점 구성 >       < Fig 1b : 공초점 구성과 함께 광학 구역 > 

 

샘플의 마이크로-토포그라피(microtopography)는 샘플의 표면에서 각 포인트의 높이(Z좌표)를 측정함으로써 그려진다. 이것은 동적 초점 맞추기(dynsmic focusing) 방법으로 얻어지거나, 혹은 Z축을 따라 이동함으로써 얻을 수 있다. 측정공간의 비-시제 코딩(Non-temporal Coding)은 움직이는 파트를 제거할 필요 없는 대안적인 접근이다. WT-CHR 측정에서 공간(space)은 대물렌즈의 색수차(파장에 따른 굴절률의 차이에 의해 생기는 수차)를 이용하여 스펙트럼 식으로 코드 된다. 일반적 광학 시스템에서, 색수차는 수차로 간주되며, 광학 엔지니어들은 이것을 보정하기 힘들다. 렌즈의 분광에서 얻어진 색수차(파형길이로써 반사되는 인덱스의 변동)는 광학 시스템에 사용된다. 파형길이에 따라 대물렌즈의 광학특징이 달라질 때, white light를 제거하는 점광원(포인트소스)의 이미지는 일반적으로 광학축을 따라 나타나는 단일파장의 연속체이다. (Fig 2)

   

< Fig 2: 색수차 코딩의 원리 >

실제적으로 White Light 소스는 측정공간에서 단색포인트이미지들을 연속으로 확장된 축의 색수차와 함께 대물렌즈로 이미지된다. 측정된 샘플이 M포인트에서 측정공간을 침투할 때,모든 단색 포인트 이미지들은 각각 M에 초점화된다. 공초점 구성 때문에, 다른 파형들은 초점 밖에 있게 되지만, 파형길이 M만이 공간 필터링을 통해서 지나갈 수 있다.

-색수차: 파장에 따른 굴절률이 차이에 의해 생기는 수차

이제 몇 개의 투명층으로 구성된, 혹은 반투명의 얇은 층으로 구성된 물체가 있다고 가정하자. 층들 사이의 각각의 경계면은 다른 파형길이로 빛을 반사하게 되고, 감지된 빛의 스펙트럼이 스펙트럼의 피크들이 연속적으로 나타난다. 다른 의미에서, 모든 경계면들은 감지되었으며, 그것들의 위치도 동시에 측정되었다.

< Fig 3: 확장된 Z축 부분과 함께 공초점 마이크로스코피의 레이아웃 >

 

다음 단계는 모아진 빛에서 M포인트의 Z좌표 축에 대한 정보를 축출하기 위해 해독하는 단계이다. 이것은 스펙트럼 분석으로 실행될 수 있다. 렌즈를 통하여 통과한 후, 라이트 빔은 다른 방향에서 개별 파형이 빗나가는 회절격자(회절과 간섭을 이용하여 빛의 스펙트럼을 얻기 위한 장치)로 곧바로 향한다. 만약 CCD 라인이 회절격자에서 나오는 빛을 차단하면, CCD신호의 최대크기위치가 직접적으로 M포인트의 위치(Z-좌표)와 관계가 있다.

WT-CHR 센서의 특징은 다음의 측정원리로 결정된다:

- 공초점 이미지의 원리는 주변 조도와 관계없이 정교한 공간 분해능을 산출한다.

-   색수차 코딩은 반사성 진동에 대한 측정이 이루어지지 않도록 하며, 모든 종류의 물질; 투명, 불투명, 반사하는, 분산되는, 광택 혹은 무광택 등의 물질에 대해 측정 전 샘플테스트가 필요 없도록 한다.

-   레이저와 같은 응집성 소스가 아니 white light 소스의 사용은 얼룩무늬와 관련된 모든 어려움들을 완전히 제거한다.