KR100400455B1 - 검사기판 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 검사기판 조명장치가 제2 프레넬 렌즈를 움직일 수 없어 장비의 전체적인 높이를 불필요하게 높이게 되고, 조명의 균일성의 확보가 곤란하여 주변부의 결함을 발견하기가 어려울 뿐만 아니라 검사기판의 크기 변환에 대한 대응이 어렵고 장비 제작의 제한이 많아지는 문제점이 있기 때문에, 광원과, 상기 광원에서 발생된 빛을 기판측으로 반사시키는 미러와, 상기 미러에 의해 반사된 확산광을 집광하여 투과시켜 스테이지에 안착된 기판으로 집광하는 프레넬 렌즈로 구성된 검사기판 조명장치에 있어서, 상기 광원은 좌우조도의 균일성을 확보할 수 있도록 좌우로 설치되어 상기 프레넬 렌즈의 광을 중첩되게 조사하는 2개의 조명 램프로 구성되어, 상기 프레넬 렌즈의 초점거리에 비해 먼 거리에 위치된 것을 특징으로 한다.

Description

검사기판 조명장치{ lighting apparatus for inspected board}

본 발명은 대형 기판을 육안으로 검사할 때 결함의 발견이 용이하도록 빛을 조사하는 검사기판 조명장치에 관한 것으로서, 특히 단순 렌즈 이론을 사용하여 하나의 프레넬 렌즈만으로 조명계를 구성하고 2개의 조명램프를 사용하여 광원의 조도를 밝고, 균일하게하여 검사결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 검사기판 조명장치에 관한 것입니다.

일반적으로 반도체 웨이퍼나 LCD, PDP,EL 등의 대형 기판을 생산할 때 기판에 남아 있는 이물이나 얼룩 등의 결함을 발견하기 위하여 목시검사, 즉 육안으로 결함을 검사한다. 이때, 결함의 발견을 용이하게 하기 위하여 기판 전체를 균일하게 조명하여 주는 조명장치가 개발되었다. 검사기판 조명장치는 프레넬 렌즈의 집광기술을 이용한 것으로서, 광원으로부터 발생된 빛을 프레넬 렌즈를 투과시켜 검사기판으로 조사함으로써 검사기판이 균일한 조명을 받도록 하고 있다.

종래의 검사기판 조명장치는 도 1에 도시된 바와 같이 대물렌즈와 경통부 및 대안렌즈로 구성된 현미경의 원리를 적용한 것이다. 상기 검사기판 조명장치는 광원(11)으로부터 발생된 빛을 반사시키는 미러(12)와, 미러(12)에서 반사되는 확산광을 평행광으로 집광하는 제1 프레넬 렌즈(13)와, 상기 제1 프레넬 렌즈(13)를 통과한 평행광을 집광하여 스테이지(20)에 안착되어 있는 기판(10)에 조영하는 제2 프레넬 렌즈(14)와, 상기 제2 프레넬 렌즈(14)에 부착되고 전원의 인가 여부에 따라 투명 또는 불투명 상태로 절환되어 직사광 또는 산란광이 발생되도록 하는 액정판(15)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 제1 프레넬 렌즈(13)는 그 초점을 포함하여 현미경의 대안렌즈의 역할을 수행하고, 제2프레넬 렌즈(14)는 역시 초점을 포함하여 대물렌즈, 그리고 제1 프레넬 렌즈(13)와 제2 프레넬 렌즈(14) 사이의 간격은 현미경의 경통과 유사한 역할을 수행한다고 볼 수 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 검사기판 조명장치는 광원에서 빛이 발생될 경우 제2 프레넬 렌즈를 통과한 빛이 기판을 조영하여 작업자로 하여금 기판의 결함을 찾을 수 있도록 하고 있다.

광원(11)에서 발생된 빛은 기본적으로 확산광이며, 이 확산광은 미러(12)에 의해 제1 프레넬 렌즈(13)측으로 반사된다. 미러(12)에 의해 반사된 확산광은 제1 프레넬 렌즈(13)를 통과하면서 평행광으로 집광되고, 평행광은 다시 제2 프레넬 렌즈(14)를 통과하면서 다시 집광되어 스테이지(20) 상에 있는 기판(10)을 조영하게 된다. 따라서, 작업자는 균일하게 조영된 기판(10)을 바라보면서 기판(10)의 결함을 찾게 된다. 이때, 상기 제2 프레넬 렌즈(14)에 설치된 액정판(15)은 전원의 인가 여부에 따라 투명 또는 불투명 상태로 절환되는데, 스위치(16)가 오프되어 배터리(17)의 전원이 인가되지 않으면 빛을 산란시켜 기판(10)이 밝게 조영되지 않게 하고 스위치(16)가 온되어 전원이 인가될 경우에만 직사광이 형성되도록 하여 기판(10)이 밝게 조영되도록 한다. 이는 작업자가 기판(10)을 주시할 때만 기판(10)이 조영되도록 하여 검사의 효과를 상승시키기 위한 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 검사기판 조명장치는 제2 프레넬 렌즈를 움직일 수 없어 장비의 전체적인 높이를 불필요하게 높이게 되고, 조명의 균일성의 확보가 곤란하여 주변부의 결함을 발견하기가 어려울 뿐만 아니라 검사기판의 크기변환에 대한 대응이 어렵고 장비 제작의 제한이 많아지는 문제점이 있다.

일반적인 현미경의 설계에 있어서, 경통부의 역할은 대물렌즈의 정확한 초점거리를 맞추기 위하여 대물렌즈를 위/아래로 움직이더라도 영상이 잘리지 않고 배율의 차이가 없게 하기 위한 것으로 평행광 설계가 필수적이나, 광폭조명용으로 제작된 현재의 조명방법에서 제2 프레넬 렌즈가 현미경의 대물렌즈처럼 위/아래로 움직일 수 없어 경통부가 존재하는 구조는 장비의 높이를 불필요하게 높아지게 한다.

또, 작업자가 기판에 존재하는 결함의 유무를 목시로 검사하기 위해서는 조도를 1000 ㏓ 이상 확보하여야 하나, 중심으로부터 멀어질수록 기하급수적으로 조명의 조도가 떨어지게 되므로 조명의 균일성을 확보할 수 없게 된다. 특히, 주로 4:3의 비율로 형성된 LCD 등의 경우에는 가로방향의 길이가 세로방향에 비해 더욱 멀어지게 되므로 주변부의 결함을 발견하기는 더욱 어렵게 된다.

또한, 검사기판의 사이즈가 조금이라도 커질 경우 이에 대응하기가 힘이 들고, 검사기판에 비해 프레넬 렌즈의 크기가 반드시 커야 하는 등 장비 제작의 제한이 많아지게 된다, 특히, 검사자가 최적의 조명상태에서 검사기판의 결함을 발견하기 위해 검사기판을 상하좌우로 회전시키면서 검사하는 것을 감안하면, 기판의 크기가 1m 정도 되는 현재의 공정상 프레넬 렌즈가 기판보다 커야 한다는 것은 프레넬 렌즈의 처짐 및 개발비 과다 등의 단점을 초래한다.

이외에도, 반사광에 의한 광로의 초점이 작업자의 바로 위쪽에 위치하게 되어 작업자의 눈에 해를 줄 수 있는 다른 문제점이 있다. 즉, 기판상의 광량을 늘리기 위해 광원의 조도를 높일 경우 반사광으로 인해 작업자의 눈에 피해가 발생될수도 있다.

상기한 종래기술의 문제점들은 TV나 OHP 및 프로젝트 등의 특성을 가지는 광폭조명에 현미경의 원리를 적용한 대물/대안렌즈로 구성된 개념으로 설계함으로써 발생된 것으로, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출되었다. 따라서, 본 발명은 종래기술과는 달리 경통부가 생기지 않도록 하나의 프레넬 렌즈만을 사용하고 광원을 좌우로 서로 이격되게 2개로 구성하여 상기 2개의 광원으로 부터 조사된 빛이 상기 프레넬 렌즈에 중첩되게 조사되도록 함으로써, 검사기판의 형상에 관계없이 검사를 수행할 수 있도록 함과 동시에 기판상의 좌우 조도를 균일화하여 검사결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 검사기판 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 검사기판 조명장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 검사기판 조명장치가 도시된 구성도,

도 3a 내지 도 3e는 프레넬 렌즈를 이용한 집광상태를 도시한 도면,

도 4a와 도 4b는 본 발명의 요부 구성인 액정판의 기능이 도시된 도면,

도 5는 본 발명의 요부구성인 조명절환용 액정유리의 구성이 도시된 도면,

도 6a와 도 6b는 액정유리에서 전원과 빛의 투과관계가 도시된 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 기판 51 : 광원

52 : 광원거리 조정레일 53 : 미러

54 : 프레넬 렌즈 55 : 액정판

57 : 스위치 60 : 스테이지

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광원과, 상기 광원의 일측에 상기 광원과 이격되게 설치되어 상기 광원으로부터 조사된 빛을 하측방향으로 반사시키는 미러와, 상기 미러에 의해 반사된 빛을 스테이지에 안착된 기판으로 집광하여 투과시키는 프레넬 렌즈로 구성된 검사기판 조명장치에 있어서,상기 광원은 기판의 좌우조도의 균일성을 확보하기 위하여 좌우로 이격되게 설치되어 상기 프레넬 렌즈에 광을 중첩되게 조사하는 2개의 조명 램프로 구성되어, 상기 프레넬 렌즈의 초점거리에 비해 먼 거리에 위치된 것을 특징으로 한다.이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 검사기판 조명장치는 도 2에 도시된 바와 같이 광원(51)을 전후이동시키는 광원거리 조정레일(52)과, 상기 광원(51)에서 발생된 빛을 기판(50)측으로 반사시키는 미러(53)와, 상기 미러(53)에 의해 반사된 확산광을 집광하여 투과시켜 스테이지(60)에 안착된 기판(50)으로 집광하는 프레넬 렌즈(54)와, 상기 프레넬 렌즈(54)에 설치되고 전원의 인가 여부에 따라 투명 또는 불투명 상태로 절환되어 직사 또는 산란광이 발생되도록 하는 액정판(55)과, 상기 액정판(55)에 전원을 인가하는 배터리(56) 및 스위치(57)로 구성된다. 이때, 상기 광원(51)은 좌우조도의 균일성을 확보할 수 있도록 좌우 각각 1개씩 모두 2개 설치되어 상기 프레넬 렌즈에 광을 중첩되게 조사한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 검사기판 조명장치는 2개의 조명을 이용하여 충분한 조도를 얻을 수 있도록 함과 동시에 광원거리의 조절을 통해 최적의 조명 상태를 유지시킬 수 있게 한다.

광원(51)에서 발생된 빛은 미러(53)에 의해 반사된 후 프레넬 렌즈(54)를 통과하면서 집광되어 스테이지(60) 상에 있는 기판(50)을 비추게 된다. 따라서, 작업자는 스테이지(60)에 안착된 기판(50)을 살펴 봄으로써 기판(50)의 결함유무를 확인할 수 있다.

이때, 상기 프레넬 렌즈(54) 만이 설치되므로 현미경의 원리를 적용할 수 없어 단순 렌즈 이론이 적용되며, 그 결과로 광원(51)의 위치에 따라 광로가 달라지게 되고 반사광의 초점 위치도 달라지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 광원(51)과 미러(53)의 이격거리 및 미러(53)와 프레넬 렌즈(54)의 이격거리의 합인 광원의 위치(f')가 광원(51)을 프레넬 렌즈(54)의 초점거리(f)보다 길게 되도록 광원(51)을 위치시켜 빛의 집광도를 향상시킴과 동시에 반사광의 초점이 작업자의 눈에서 멀어지게 한다. 상기 광원거리 조정레일(52)을 이용하여 광원(51)의 위치를 조절하는 것은 검사기판(50)의 크기에 관계없이 최적의 조명상태를 유지할 수 있도록 하는 역할도 수행한다.

여기서, 도 3을 참고하면 광원의 위치(f')에 따라 조도가 달라지는 것을 알 수 있다. 도 3a와 같이 광원의 위치(f')가 중앙일 경우에는 중앙부의 조도가 가장 크고, 도 3b와 같이 광원의 위치(f')가 좌측인 경우에는 우측부의 조도가 가장 크며, 도 3c와 같이 광원의 위치(f')가 우측인 경우에는 좌측부의 조도가 가장 커진다. 결국, 현재와 같이 4:3 정도의 비를 가지는 현재의 검사 기판(10)의 형태에서는 광원(51)이 하나인 경우 조도가 약한 부분이 발생하게 되며, 조도의 불균일로 검사의 신뢰성이 떨어지게 된다. 따라서, 도 3e에 도시된 바와 같이 좌측과 우측에 각각 하나씩 모두 2개의 광원(51)을 설치하게 되면 조도가 약한 부분을 서로 보완하여 비교적 균일한 조도를 얻을 수 있게 된다.

또한, 프레넬 렌즈(54)의 초점거리(f)와 광원의 위치(f') 관계를 살펴보면 광원의 위치(f')가 초점거리(f)에 비해 멀 수록 집광도가 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 3a와 같이 광원(51)이 프레넬 렌즈(54)의 초점거리(f)에 비해 먼 위치(f')에 있는 경우 빛이 중앙으로 수렴되고, 도 3d와 같이 광원(51)이 프레넬 렌즈(54)의 초점거리(f)에 비해 가까운 거리(f")에 있는 경우 빛이 가장자리측으로 발산된다. 따라서, 광원(51)은 프레넬 렌즈(54)의 초점거리(f)에 비해 멀리 있도록 하는 것이 유리하다. 결국, 본원발명의 검사기판 조명장치는 프레넬 렌즈(54)가 하나만 사용되므로 경통부가 없어지게 되어 높이가 낮은 장비의 설계가 가능하게 되며, 프레넬 렌즈를 하나만 사용하더라도 광폭조명이 가능하게 된다.

상기 프레넬 렌즈(54)에 설치된 액정판(55)은 스위치(57)의 온/오프에 따라빛을 직사광 또는 산란광으로 절환시켜 기판(50)의 조명 상태를 조절한다. 즉, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 스위치(57)가 온 상태인 경우에만 조도가 높은 직사광이 기판(50)에 도달하도록 하고, 스위치(57)가 오프 상태인 경우에는 빛이 산란되도록 하여 조도를 낮춤으로써 기판(50)이 밝게 조영되지 않게 한다. 여기서, 액정판(55)의 구조를 살펴보면 도 5와 같이 액정시트(55a)의 양측에 중간막(55b)을 개재한 상태로 플로트 유리(55c)가 결합된 형태가 되며, 플로트 유리(55c) 사이에 있는 액정분자(55')는 전기공급의 여부에 따라 1/1000초만에 투명과 불투명의 상태로 자유롭게 절환하게 된다.

즉, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이 투명 도전막(55") 내에 있는 액정분자(55')가 전원이 공급될 때에는 일렬로 정렬되어 빛이 투과되도록 함으로써 직사광이 되도록 하고, 전원이 차단된 경우에는 액정분자(55')가 정렬되지 않고 빛을 난반사시킴으로써 산란광이 발생되도록 한다. 따라서, 작업자는 필요에 따라 전원 스위치(57)를 온/오프함으로써 기판에 이르는 빛의 조도를 조절할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 검사기판 조명장치는 광원을 좌우로 서로 이격되게 2개 설치하고, 광원을 프레넬 렌즈의 초점거리보다 멀리 위치되도록 설치하여, 검사 기판의 형상 및 크기에 무관하게 최적의 조명도를 유지할 수 있음을 물론 기판상의 좌우 조도가 균일화되므로 검사의 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 광원과, 상기 광원의 일측에 상기 광원과 이격되게 설치되어 상기 광원으로부터 조사된 빛을 하측방향으로 반사시키는 미러와, 상기 미러에 의해 반사된 빛을 스테이지에 안착된 기판으로 집광하여 투과시키는 프레넬 렌즈로 구성된 검사기판 조명장치에 있어서,

   상기 광원은 기판의 좌우조도의 균일성을 확보하기 위하여 상기 프레넬 렌즈에 빛이 중첩되게 조사되도록 좌우로 서로 이격되게 설치된 2개의 조명 램프로 구성되고, 상기 광원과 상기 미러의 이격거리 및 상기 미러와 상기 프레넬 렌즈의 이격거리의 합이 상기 프레넬 렌즈의 초점거리에 비해 길게 되도록 상기 광원이 위치된 것을 특징으로 하는 검사기판 조명장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 검사기판 조명장치는 상기 스테이지에 안착된 기판의 크기에 따라 광원의 조사되는 면적이 조절되도록 상기 광원의 위치를 이동시키는 광원거리 조정수단이 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 검사기판 조명장치.
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