KR101164208B1 - 기판 검사장치 - Google Patents

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KR101164208B1
KR101164208B1 KR1020100035594A KR20100035594A KR101164208B1 KR 101164208 B1 KR101164208 B1 KR 101164208B1 KR 1020100035594 A KR1020100035594 A KR 1020100035594A KR 20100035594 A KR20100035594 A KR 20100035594A KR 101164208 B1 KR101164208 B1 KR 101164208B1
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Abstract

검사기판의 표면을 정확하게 검사할 수 있는 기판 검사장치가 개시된다. 기판 검사장치는 검사기판으로 광들을 제공하는 복수의 조명모듈들 및 검사기판에서 반사된 광들을 촬상하는 촬상모듈을 포함한다. 이때, 조명모듈들의 광축들 중 적어도 두 개가 동일한 조명 기준면에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있다. 이와 같이, 복수의 조명모듈들이 서로 다른 각도로 검사기판에 광들을 제공함에 다라, 다양한 각도로 입사된 광들에 의해 촬상된 이미지들을 통해 검사기판을 보다 정확하게 검사할 수 있다.

Description

기판 검사장치{BOARD INSPECTION APPARATUS}
본 발명은 기판 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 표면의 3차원 형상을 검사할 수 있는 기판 검사장치에 관한 것이다.
기판 표면의 3차원 형상을 검사할 수 있는 기판 검사장치는 검사기판으로 광을 제공하는 조명모듈 및 상기 조명모듈에서 발생되어 상기 검사기판에서 반사된 광을 촬상하는 촬상모듈을 구비하고 있다. 이때, 상기 조명모듈은 상기 검사기판에 대하여 소정의 각도로 기울여져 광을 제공한다. 즉, 상기 조명모듈의 광축은 상기 검사기판에 대하여 상기 소정의 각도로 기울어져 배치된다.
이와 같이, 상기 조명모듈이 상기 소정의 각도로 기울여져 광을 제공함에 따라, 상기 촬상모듈은 상기 검사기판에 대하여 상기 소정의 각도로 기울여져 입사된 광에 의한 촬상 이미지를 획득하고, 이러한 촬상 이미지를 이용하여 상기 검사기판의 표면의 3차원 형상을 검사할 수 있다.
그러나, 상기 검사기판으로 입사되는 광의 각도가 달라짐에 따라, 상기 촬상 이미지에서 획득되는 이미지가 달라질 수 있기 때문에, 상기 소정의 각도로 기울어져 입사된 광에 의한 촬상 이미지만으로 상기 검사기판의 표면의 3차원 형상을 정밀하게 검사하는 데에는 한계가 있다. 즉, 일정한 각도로 조사되는 광을 이용하여 형성된 이미지만으로 상기 검사기판의 표면을 검사할 경우, 검사능력 또는 검사 정확도가 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 검사 정확도를 향상시켜 검사기판의 표면을 정확하게 검사할 수 있는 기판 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기판 검사장치은 검사기판으로 광들을 제공하는 복수의 조명모듈들 및 상기 검사기판에서 반사된 광들을 촬상하는 촬상모듈을 포함한다. 상기 조명모듈들의 광축들 중 적어도 두 개가 동일한 조명 기준면에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있다.
상기 촬상모듈은 상기 검사기판에서 반사된 광들을 촬상하는 카메라, 및 상기 검사기판 및 상기 카메라 사이에 배치되어 상기 검사기판에서 반사된 광들을 상기 카메라로 투과시키는 결상렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 상기 결상렌즈의 기준면은 상기 조명 기준면과 실질적으로 평행할 수 있다.
상기 조명모듈들은 다각형의 각 꼭지점에 배치될 수 있다. 또한, 상기 검사기판의 중심은 상기 다각형의 중심에 실질적으로 일치할 수 있다.
한편, 상기 기판 검사장치는 상기 촬상모듈과 전기적으로 연결되어 제어하고, 상기 조명모듈들에서 발생되어 상기 검사기판에서 반사된 광들에 의해 촬상된 이미지들을 교정(calibration)하여 합성하는 제어시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 검사장치은 적어도 하나의 조명모듈, 촬상모듈 및 광학모듈을 포함한다.
상기 조명모듈은 검사기판으로 광을 제공하고, 상기 촬상모듈은 상기 검사기판에서 반사된 광을 촬상하는 복수의 카메라들을 포함한다. 상기 광학모듈은 상기 검사기판에서 반사된 광을 서로 다른 경로로 분할하여 상기 카메라들 각각으로 제공하는 복수의 광경로 분할부들을 포함한다.
상기 광경로 분할부들 각각은 상기 검사기판에서 반사된 광을 분할하여 통과시키기 위한 분할통로를 갖는 통로유닛을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광경로 분할부들 각각은 상기 통로유닛 내에 배치되고, 상기 검사기판에서 반사된 광을 반사시켜 상기 카메라들 각각으로 제공하는 적어도 하나의 반사거울을 더 포함할 수 있다.
상기 제어시스템은 상기 촬상모듈과 전기적으로 연결되어 제어하고, 상기 카메라들에서 촬상된 이미지들을 교정(calibration)하여 합성하는 제어시스템을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 기판 검사장치에 따르면, 검사기판을 향하여 광들을 서로 다른 각도로 인가하는 조명모듈들 또는 상기 검사기판에서 반사되는 광을 서로 다른 경로로 분할하는 광학모듈을 통해 다양한 각도에서의 촬상 이미지를 추출하고, 이러한 촬상 이미지를 이용하여 상기 검사기판의 표면의 3차원 형상을 검사함에 따라, 상기 기판 검사장치의 검사능력 또는 검사 정확도를 종래에 비해 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 검사장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 기판 검사장치 중 복수의 조명모듈들과 검사기판 간의 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 검사장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 검사장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 기판 검사장치 중 복수의 조명모듈들과 검사기판 간의 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 기판 검사장치는 스테이지(미도시)에 배치된 검사기판(10)의 표면의 3차원 형상을 검사하는 검사장치로, 조명시스템(100), 촬상모듈(200) 및 제어시스템(300)을 포함한다.
상기 조명시스템(100)은 상기 검사기판(10)의 상부에 배치되어 광을 제공할 수 있는 복수의 조명모듈들을 포함하고, 상기 조명모듈들의 광축들 중 적어도 두 개는 동일한 조명 기준면(RP)에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있다. 여기서, 상기 조명모듈의 개수가 2개일 때, 상기 조명모듈들은 상기 검사기판(10)을 중심으로 양측에 서로 마주보도록 배치될 수 있고, 상기 조명모듈의 개수가 3개 이상일 때, 상기 조명모듈들은 상기 검사기판(10)을 중심으로 다각형의 각 꼭지점에 배치될 수 있다.
상기 조명시스템(100)은 예를 들어, 도 2와 같이 제1 내지 제4 조명모듈들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 조명모듈들(110, 120, 130, 140)은 정사각형의 네 꼭지점에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 조명모듈들(110, 120)은 상기 정사각형의 서로 마주보는 두 꼭지점에 배치되고, 상기 제3 및 제4 조명모듈들(130, 140)은 상기 정사각형의 서로 마주보는 다른 두 꼭지점에 배치될 수 있다. 또한, 상기 정사각형의 중심에는 상기 검사기판(10)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 검사기판(10)의 중심은 상기 정사각형의 중심과 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 상기 제1 조명모듈(110)의 광축이 상기 조명 기준면(RP)과 이루는 각을 제1 조명각(θ1)이라 하고, 상기 제2 조명모듈(120)의 광축이 상기 조명 기준면(RP)과 이루는 각을 제2 조명각(θ2)이라 하며, 상기 제3 조명모듈(130)의 광축이 상기 조명 기준면(RP)과 이루는 각을 제3 조명각(θ3)이라 하고, 상기 제4 조명모듈(140)의 광축이 상기 조명 기준면(RP)과 이루는 각을 제4 조명각(θ4)이라 할 때, 상기 제1 내지 제4 조명각들(θ1, θ2, θ3, θ4) 중 적어도 두 개는 서로 다른 값을 갖는다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 조명각들(θ1, θ2)이 서로 다른 값을 갖고, 상기 제3 내지 제4 조명각들(θ3, θ4)이 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또는, 상기 제1 내지 제4 조명각들(θ1, θ2, θ3, θ4) 모두가 서로 다른 값을 가질 수 있다.
본 실시예에서의 상기 조명모듈들 각각은 조명유닛, 격자유닛, 투사렌즈 및 격자 이송유닛을 포함할 수 있다. 상기 조명유닛은 조명원과 적어도 하나의 렌즈로 구성되어 광을 발생시키고, 상기 격자유닛은 상기 조명유닛의 하부에 배치되어 상기 조명유닛에서 발생된 광을 격자무늬 패턴을 갖는 격자 패턴광으로 변경시킨다. 상기 투사렌즈는 상기 격자유닛의 하부에 배치되어 상기 격자유닛으로부터 출사된 상기 격자 패턴광을 투과시킨다. 상기 격자 이송유닛은 상기 격자유닛을 사전에 정해된 획수만큼 일정 피치씩 이동시킨다.
상기 촬상모듈(200)은 카메라(210) 및 결상렌즈(220)를 포함한다. 상기 카메라(210)는 상기 조명모듈들에서 발생되어 상기 검사기판(10)에서 반사된 광들을 촬상하여 촬상 이미지들을 획득한다. 상기 카메라(210)는 상기 검사기판(10)에서 반사된 광들을 촬상하기 위한 촬상소자(212)를 포함하며, 일례로, CCD 카메라나 CMOS 카메라 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 상기 결상렌즈(220)는 상기 검사기판(10) 및 상기 카메라(210) 사이에 배치되어, 상기 검사기판(10)에서 반사된 광들을 상기 카메라(210)로 투과시킨다. 이때, 상기 결상렌즈(220)의 기준면은 상기 조명 기준면(RP)과 실질적으로 평행하게 배치되고, 상기 결상렌즈(220)의 기준면의 법선 방향과 평행한 상기 결상렌즈(220)의 광축은 상기 검사기판(10)의 중심과 실질적으로 일치할 수 있다.
한편, 상기 촬상모듈(200)은 광학필터(미도시) 및 원형램프(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 상기 광학필터는 상기 결상렌즈(220)의 하부에 배치되어, 상기 검사기판(10)에서 반사되는 광들을 여과시켜 상기 결상렌즈(220)로 제공하고, 일례로 주파수 필터, 컬러필터 및 광세기 조절필터 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 원형램프는 상기 광학필터의 하부에 배치되어, 상기 검사기판(10)의 표면의 2차원 형상과 같은 특이영상을 촬영하기 위해 상기 검사기판(10)으로 광을 제공할 수 있다.
상기 제어시스템(300)은 상기 찰상모듈(200), 즉 상기 카메라(210)에서 획득된 상기 촬상 이미지들을 이용하여 상기 검사기판(10)의 표면의 3차원 형상 등을 검사한다. 여기서, 상기 검사기판(10)으로 입사되는 광의 입사각에 따라 상기 카메라(210)에서 촬상되는 이미지가 달라지므로, 상기 카메라(210)에서 획득된 상기 촬상 이미지들을 보정하여 서로 일치시키는 과정이 필요하다. 따라서, 본 실시예에 의한 상기 제어시스템(300)은 상기 촬상 이미지들을 교정(calibration)하여 합성한 후, 합성된 결과를 이용하여 상기 검사기판(10)을 검사하는 기능을 더 수행할 수 있다.
상기 제어시스템(300)은 예를 들어, 영상 획득부, 모듈 제어부 및 중앙 제어부를 포함할 수 있다. 상기 영상 획득부는 상기 카메라(210)와 전기적으로 연결되어 상기 카메라(210)로부터 상기 촬상 이미지들을 획득하여 저장한다. 상기 모듈 제어부는 상기 검사기판(10)을 지지하는 스테이지, 상기 카메라(210) 및 상기 조명모듈들 등과 전기적으로 연결되어 제어하고, 일례로, 상기 조명유닛을 제어하는 조명 콘트롤러, 상기 격자 이송유닛을 제어하는 격자 콘트롤러 및 상기 스테이지를 제어하는 스테이지 콘트롤러를 포함할 수 있다. 상기 중앙 제어부는 상기 영상 획득부 및 상기 모듈 제어부와 전기적으로 연결되어 각각을 제어하고, 예를 들어, 이미지처리 보드, 제어 보드 및 인터페이스 보드를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 기판 검사장치가 상기 검사기판(10)을 향하여 광들을 서로 다른 각도로 인가하는 조명모듈들을 구비함에 따라, 다양한 각도에서의 촬상 이미지들을 획득할 수 있고, 상기 촬상 이미지들을 이용하여 상기 검사기판(10)의 표면의 3차원 형상을 정확하게 검사할 수 있다. 그로 인해, 상기 기판 검사장치의 검사능력 또는 검사 정확도를 종래에 비해 향상할 수 있다.
<실시예 2>
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 검사장치를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 기판 검사장치는 적어도 하나의 조명모듈(400), 촬상모듈(500), 광학모듈(600) 및 제어시스템(700)을 포함한다.
상기 조명모듈(400)은 상기 검사기판(10)의 상부에 배치되어 광을 제공한다. 상기 조명모듈(400)의 개수는 도 3과 같이 1개일 수 있으나, 2개 이상일 수 있다. 여기서, 상기 조명모듈(400)의 개수가 2개일 때, 상기 조명모듈들(400)은 상기 검사기판(10)을 중심으로 양측에 서로 마주보도록 배치되고, 상기 조명모듈(400)의 개수가 3개 이상일 때, 상기 조명모듈들(400)은 상기 검사기판(10)을 중심으로 다각형의 각 꼭지점에 배치될 수 있다.
상기 조명모듈(400)은 조명유닛, 격자유닛, 투사렌즈 및 격자 이송유닛을 포함할 수 있다. 상기 조명유닛은 조명원과 적어도 하나의 렌즈로 구성되어 광을 발생시키고, 상기 격자유닛은 상기 조명유닛의 하부에 배치되어 상기 조명유닛에서 발생된 광을 격자무늬 패턴을 갖는 격자 패턴광으로 변경시킨다. 상기 투사렌즈는 상기 격자유닛의 하부에 배치되어 상기 격자유닛으로부터 출사된 상기 격자 패턴광을 투과시킨다. 상기 격자 이송유닛은 상기 격자유닛을 사전에 정해된 획수만큼 일정 피치씩 이동시킨다.
상기 촬상모듈(500)은 서로 인접하여 배치되어 상기 검사기판(10)에서 반사된 광을 촬상하는 복수의 카메라들(510)을 포함한다. 상기 카메라들(510) 각각은 상기 검사기판(10)에서 반사된 광을 촬상하여 촬상 이미지를 형성하는 촬상소자(512)를 포함하며, 일례로, CCD 카메라나 CMOS 카메라 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
상기 광학모듈(600)은 상기 검사기판(10)에서 반사된 광을 서로 다른 경로로 분할하여 상기 카메라들(510) 각각으로 제공하는 복수의 광경로 분할부들(610)을 포함한다. 상기 광경로 분할부들(610) 각각은 상기 검사기판(10)에서 반사된 광을 분할하여 통과시키기 위한 분할통로를 갖는 통로유닛(612), 및 상기 통로유닛(612) 내에 배치되고 상기 검사기판(10)에서 반사된 광을 반사시켜 상기 카메라들(510) 각각으로 제공하는 적어도 하나의 반사거울(614)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사거울(614)은 상기 통로유닛(612) 내에서 서로 마주보는 위치에 한 쌍이 배치될 수 있다.
상기 제어시스템(700)은 상기 찰상모듈(500), 즉 상기 카메라들(510)에서 획득된 상기 촬상 이미지들을 이용하여 상기 검사기판(10)의 표면의 3차원 형상 등을 검사한다. 여기서, 상기 검사기판(10)으로부터 반사되어 상기 광경로 분할부들(610)을 통해 분할된 광들은 상기 카메라들(510)로 각각 제공되어 촬상 이미지들을 형성할 때, 상기 촬상 이미지들은 분할 경로에 따라 서로 다른 이미지를 가짐으로, 상기 촬상 이미지들을 보정하여 서로 일치시키는 과정이 필요하다. 따라서, 본 실시예에 의한 상기 제어시스템(700)은 상기 촬상 이미지들을 교정(calibration)하여 합성한 후, 합성된 결과를 이용하여 상기 검사기판(10)을 검사하는 기능을 더 수행할 수 있다.
상기 제어시스템(700)은 예를 들어, 영상 획득부, 모듈 제어부 및 중앙 제어부를 포함할 수 있다. 상기 영상 획득부는 상기 카메라(510)와 전기적으로 연결되어 상기 카메라(510)로부터 상기 촬상 이미지들을 획득하여 저장한다. 상기 모듈 제어부는 상기 검사기판(10)을 지지하는 스테이지, 상기 카메라(510) 및 상기 조명모듈(400)과 전기적으로 연결되어 제어하고, 일례로, 상기 조명유닛을 제어하는 조명 콘트롤러, 상기 격자 이송유닛을 제어하는 격자 콘트롤러 및 상기 스테이지를 제어하는 스테이지 콘트롤러를 포함할 수 있다. 상기 중앙 제어부는 상기 영상 획득부 및 상기 모듈 제어부와 전기적으로 연결되어 각각을 제어하고, 예를 들어, 이미지처리 보드, 제어 보드 및 인터페이스 보드를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 기판 검사장치가 상기 검사기판(10)에서 반사되는 광을 서로 다른 경로로 분할하는 광학모듈(600)을 구비함에 따라, 다양한 경로로 분할된 광들에 의한 촬상 이미지들을 획득할 수 있고, 상기 촬상 이미지들을 이용하여 상기 검사기판(10)의 표면의 3차원 형상을 정확하게 검사할 수 있다. 그로 인해, 상기 기판 검사장치의 검사능력 또는 검사 정확도를 종래에 비해 향상할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 검사기판 100 : 조명시스템
200 : 촬상모듈 210 : 카메라
220 : 결상렌즈 RP : 조명 기준면
300 : 제어시스템 400 : 조명모듈
500 : 촬상모듈 510 : 카메라
600 : 광학모듈 610 : 광경로 분할부
612 : 통로유닛 614 : 반사거울
700 : 제어시스템

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  7. 검사기판으로 광을 제공하는 적어도 하나의 조명모듈;
    상기 검사기판에서 반사된 광을 촬상하는 복수의 카메라들을 포함하는 촬상모듈; 및
    상기 검사기판에서 반사된 광을 상기 촬상모듈로 제공하는 광학모듈을 포함하고,
    상기 광학모듈은 상기 검사기판에서 반사되어 상기 광학모듈로 입사되는 입사각에 따라 서로 다른 경로로 분할하여 상기 카메라들 각각으로 제공하는 복수의 광경로 분할부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사기판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광경로 분할부들 각각은
    상기 검사기판에서 반사된 광을 분할하여 통과시키기 위한 분할통로를 갖는 통로유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광경로 분할부들 각각은
    상기 통로유닛 내에 배치되고, 상기 검사기판에서 반사된 광을 반사시켜 상기 카메라들 각각으로 제공하는 적어도 하나의 반사거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사기판.
  10. 제7항에 있어서, 상기 촬상모듈과 전기적으로 연결되어 제어하고, 상기 카메라들에서 촬상된 이미지들을 교정(calibration)하여 합성하는 제어시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사기판.
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