스마트 장치의 발전과 수요증가로 인해 내부 부속품 중에 하나인 인쇄회로기판 (printed circuit board ; PCB)을 고속으로 검사하는 방법이 중요시되고 있다. 또한 PCB는 스마트 장치의 직접화와 소형화로 인해 광학 리소그래피(lithography)나 이온 에칭방법으로 패턴 가공이 미세하고 정밀하게 이루어진다. 이러한 PCB의 미세 패턴을 검사하는 방법에는 샘플의 일부를 훼손하는 파괴적인 방법과 샘플을 훼손하지 않고 광 을 이용하는 비파괴적인 방법이 있다. 하지만 샘플을 고속으로 검사하기 위해서는 파 괴적인 검사방법은 적합하지 못하고 비파괴적인 방법이 적합하다[88,89].
광을 이용하는 간섭계의 경우 비접촉 및 비파괴적인 방법으로 샘플의 미세 패턴을 검사할 수 있고, 고속으로 실시간 검사가 가능한 장점을 가지고 있다. 기본적으로 검 사하고자 하는 샘플에 광을 조사시켜 반사되어 돌아오는 광을 수광소자를 이용하여 획 득하여 분석함으로써 검사할 수 있다.일반적인 간섭계의 경우 광원에서 발광된 광이 광분할 소자를 통과 후 기준단과 샘플단으로 광세기가 분배되어 진행하다 다시 광결합 소자를 이용하여 중첩되어 진행하면서 간섭무늬가 발생된다. 이때 샘플단으로 진행하 는 광은 외부의 영향에 의해 광경로 변화, 광의 분산, 그리고 편광 등의 원인으로 인 해서 미세하게 위상이 변화되어 간섭무늬가 유지되지 못하고 광세기가 연속적으로 변 하면서 안정화가 되지 못한다. 이러한 점은 대량 생산을 위한 자동화 설비로 인하여 외부 진동에 취약한 환경에서 샘플을 실시간으로 검사하기에는 어려움을 갖는다.
공통경로(common path) 간섭계는 기존 간섭계가 가지는 이러한 단점을 개선하기 위한 방법으로 기준단을 별도로 두지 않고 샘플단과 경로를 같이 하면서 샘플단 경로 에 부분 반사체를 위치시켜 간섭계를 구성한다. 공통경로 간섭계는 외부 환경 조건과 는 무관하게 광출력의 안정성을 이룰 수 있으면서 동시에 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다. 기존의 공통경로 간섭계의 경우 그림 4-6과 같이 샘플
단의 콜리메이션 렌즈(Collimation lens; CL)와 샘플 사이에 빔분할기(beam splitter;
BS)의 역할을 하는 부분 반사체를 위치시켜 이 부분 반사체의 표면에서 반사되는 신 호를 기준단 반사광을 만든다. 그리고 이 반사광이 샘플에서 반사되는 반사광과 중첩 되어 간섭신호를 발생시킨다[90]. 이러한 공통경로 간섭계의 경우 부분 반사체의 유한 한 두께로 인한 다중 반사가 발생하여 고스트 영상이 발생할 수 있고 기준단 반사도가 가변이 되지 않고 고정되어 있어 간섭무늬의 visibility를 최적화하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
그림 4-6. 공통경로 간섭계의 개략도
부분 반사체가 없이도 공통경로 간섭계의 역할을 할 수 있는 원리에 대해서 설명 하고자 한다. 간섭신호를 발생시키기 위해서는 광경로차를 가지는 기준단과 샘플단을 가지고 있어야 한다. 공통경로 간섭계에서는 기준단의 역할을 부분 반사체가 수행하였 다. 하지만 제안한 방법에서는 이러한 부분 반사체도 사용하지 않았다. 단지 입사광은 샘플단으로 향하였고, 샘플에서만 반사하는 구조이다. 그러나 그림 4-7에서 보듯이 샘 플이 단차를 가지고 있게 되면 가공되지 않은 곳과 가공된 곳이 자연스럽게 광경로차 를 가지게 된다. 이러한 광경로차를 가지는 가공되지 않은 표면에서 반사된 광과 가공 된 단차를 가지는 깊이 아래의 표면에서 반사된 광을 동시에 측정할 수 있다면 이 자 체가 광경로차를 가지는 간섭신호를 발생시킬 수 있을 것이다. 하지만 이 방법의 장점
은 부분 반사체가 필요하지 않은 구조뿐만 아니라 단차가 발생한 위치에서 광이 분할 되어야만 간섭이 일어나는 특징이다. 단차가 없는 표면의 경우 광경로차가 어디에서도 발생하지 않기 때문에 간섭이 발생하지 않고 일반 간섭계에서 얻는 DC 신호가 될 것 이다. 그러기 때문에 단차에서만 간섭신호가 발생하므로, 단차가 있는 곳만 선택적으 로 구분할 수 있다. 그러므로, 제안한 방법은 한 번의 스캔만으로도 가공된 경계면만 을 손쉽게 확인할 수 있는 장점을 가진다. 제안한 방법은 기준단 뿐만 아니라 부분 반 사체를 필요로 하지 않으면서도 샘플 자체의 OPD를 이용하기 때문에 간섭계 및 단층 영상을 위한 시스템을 최소화할 수 있는 방법으로 활용이 가능하다.
그림 4-7. 제안한 부분 반사체를 이용하지 않는 공통경로 간섭계의 원리. a의 경우 OPD에 해당하는 간섭신호가 발생하지만 b의 경우 간섭이 발생하지 않고 DC 신호가 된다.
본 논문에서는 비파괴적이며 비접촉인 방법으로 실시간 가공물의 형상 측정을 수
행하기 위해서 OCT를 이용하였다. 기존 공통경로를 이용하는 OCT를 이용한 측정방법 과는 달리 단차 정보를 얻기 위한 방법으로 기준단 역할을 하는 부분 반사체를 사용하 지 않는 공통경로 간섭계를 구성하였다. OCT 시스템에서 기준단을 사용하지 않고도 간섭계를 구성하였다. 이렇게 기준단이나 부분 반사체가 없이 샘플단만을 이용하여 샘 플의 단차 정보를 획득한 결과를 제시하고자 한다.