KR101177163B1 - 조명용 광원 및 그를 이용한 패턴 검사 장치 - Google Patents

Abstract

촬상하는 영역의 임의의 점에서 광이 입사하는 조건이 같은 조명 수단 및 피트의 양부 판정을 행할 수 있는 패턴 검사 장치를 제공하는 것이다.

다수의 LED(2)를 LED 지지 부재(3) 상에 나열하고 LED(2)로부터 조명광이 평행한 상태로 출사(出射)하고, 촬상 영역(R)에 소정의 입사 각도(θ)로 입사하도록 각 면광원(가~아)을 구성한다. LED(2)를 나열하는 영역의 크기는, 촬상 영역(R)의 크기보다 크게 한다. 8개의 면광원(가~아)으로부터는 조명광이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역(R)의 전체에 소정의 각도(θ)로 입사한다. 따라서, 촬상 영역(R)의 BAC 상의 임의의 점에서, 모든 방향으로부터 같은 각도의 조명광이 같은 조사 강도로 입사하고, 촬상 영역의 어느 점에서도, 그 조건이 같게 된다. 이 때문에, 검사를 행하는 모든 영역에서 피트의 밝음(휘도)의 차이에 의해 양부를 판정할 수 있다.

Description

조명용 광원 및 그를 이용한 패턴 검사 장치 {LIGHT SOURCE FOR ILLUMINATION AND PATTERN INSPECTION APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 대상물의 표면 상태의 검사를 행하기 위해, 이 표면에 대해 비스듬히 조명광을 조사하는 조명용의 광원 및 기판에 형성되어 있는 패턴에 조명광을 조사하여, 조명된 패턴 화상을 취득하여 자동으로 검사를 행하는 패턴 검사 장치에 관한 것이다.

광투과성의 기판상에 형성된 패턴에 조명광을 조사하여 촬상한 화상에 의거해 패턴의 양부(良否)를 판정하는 패턴 검사 장치가 알려져 있다.

이러한 패턴 검사 장치에서는, 기판의 패턴이 형성되어 있는 측으로부터 반사 조명 수단에 의해, 검사 영역에 대해 비스듬히 입사하도록 조명하고, 촬상 수단에 의해, 기판의 패턴을 촬상하고, 촬상되는 화상의 휘도 분포 패턴으로부터, 패턴상의 피트(오목부나 결락)의 유무를 검출할 수 있다. 패턴상에 피트가 있으면 단선이 일어날 경우가 있으므로, 불량품으로서 검출해야 한다.

상기의 조명 수단처럼, 검사 대상에 대해 모든 방향으로부터 비스듬히 조명광을 조사하기 위한 조명 수단으로서, 링 조명 수단이 잘 사용된다. 링 조명 수단 을 이용한 검사 수단으로서 예를 들면 특허 문헌 1이 있다.

상기 공보에 의하면, 종래의 링 조명은, 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, 얇은 원통 도넛 형상의 본체 용기(102) 내에 다수의 LED(103)를 동심원상으로 배열한 것이다.

또, 각 LED(103)는, 동 도(a)의 나 화살표도인 동 도(b), 및 로 화살표도인 동 도(c)에 나타낸 바와같이, 원의 중심 O방향으로 각도를 가지고 배치되어 있고, 검사를 행하는 워크에 대해, 비스듬히 조명광을 조사할 수 있도록 되어 있다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 2002-328094호 공보]

상기 패턴 검사 장치에서 반사 조명광은, 워크의 검사를 행하는 영역의 임의의 점에서 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같아야 한다.

또한, 검사 영역의 어느 점에서도, 이 조건(모든 방향으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도가 같을 것)은 같아야 한다. 이하에 그 이유를 설명한다.

(1) 상기의 패턴 검사 장치에서는, 패턴 상에 피트가 존재하면, 밝은(휘도가 높은) 부분으로서 촬상된다. 밝음(휘도)이 크면 피트의 크기는 크고, 밝음(휘도)이 작으면 피트는 작다.

작은 피트라면, 불량으로 하지 않아도 될 경우도 있고, 그 경우, 피트의 밝음(휘도)의 크기에 의해 양부를 판정한다.

(2) 검사 영역의 어떤 점에서, 그 점으로 입사하는 조명광의 강도가 방향에 따라 상이하면 피트(결락)의 크기가 같아도, 결락이 생긴 방향에 의해, 밝음(휘도)이 바뀐다.

예를 들면, 도 15에 나타낸 바와 같이, 조명광이, 우측으로부터는 강한 강도로, 좌측으로부터는 약한 강도로 조사되고 있는 것으로 한다. 패턴(P)의 우측에 있는 피트는, 강도가 강한 조명광을 반사하므로 밝아지고, 반대로 패턴(P)이 좌측에 있는 피트는, 강도가 약한 조명광을 반사하므로 어두워진다.

즉, 결락(피트)의 크기가 같아도, 밝음(휘도)이 다르게 되어 올바른 검사(양부 판정)를 할 수 없다. 따라서, 조명광은, 검사 영역의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 같은 강도로 조명되어야 한다.

또, 패턴의 표면에는 돌기가 생길 경우가 있다. 돌기는, 단선을 일으킬 가능성이 낮기 때문에 불량으로 검출할 필요가 없다. 패턴 표면에 생긴 피트와 돌기를 구별해 검출하기 위해서는, 반사 조명광을 조명하지만 각도에 따라서는, 피트와 돌기를 구별하여 검출하는 것이 어렵다. 패턴 표면의 피트를 돌기와 구별하여 검출하기 위해서는, 조명광을 최적 각도 범위에서 조사할 필요가 있다. 상기와 같이, 결락이 생긴 방향에 의해 피트와 돌기를 구별할 수 없게 되는 것은 안 된다. 따라서, 검사 영역의 어떤 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사해야 한다.

그리고, 검사 영역 전체에서, 각 방향으로부터의 조명광의 강도나 입사 각도에 흐트러짐이 있으면, 같은 크기의 피트라도 장소에 따라 밝음(휘도)의 크기가 바뀌거나, 돌기와 구별할 수 없게 되므로, 올바른 검사(양부 판정)를 할 수 없다. 따라서, 검사 영역의 어느 장소(점)에서도, 모든 방향 (360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도도 같아야 한다.

상기 패턴 검사 장치에서는, CCD 라인 센서인 촬상 수단을, 라인 센서가 신장하는 방향과 직교하는 방향으로 주사(스캔)하고, 검사 영역 전체를 촬상한다.

도 16은, CCD 라인 센서(도시하지 않음)가 한번으로 촬상하는 가는 영역의 평면도이다. 촬상 영역의 크기는, 예를 들면 길이 18㎜이고 폭은 2㎛이다.

동 도에 모식적으로 나타내지만, 상기에서 설명한 바와 같이, 예를 들면, 촬상 영역의 중심부 A에서도, 또 좌단부 B나 우단부 C에서도, 입사하는 조명광은, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도이고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같아야 한다.

그러나, 도 14에서 나타낸 종래의 링 조명에서는, 각 LED(103)는, 원의 중심 O방향으로 각도를 가지고 배치되어 있다. 그 때문에, 도 17에 나타낸 바와 같이, 각 LED로부터의 광은 평광(平光)이 아니고 조명광은 촬상 영역의 중심부 A를 향한다.

따라서, 검사 영역이 도 16처럼 어떤 크기를 가질 경우, 중심부 A에서는, 모든 방향으로부터 균일한 강도와 각도의 광이 조사되지만, 그 이외의 점, 예를 들면 양단부 B나 C에서는 입사하는 광의 강도가 방향에 따라 다르다

도 17에서 촬상 영역의 B, C에서는, 예를 들면 CCD 라인 센서가 신장하는 방향에 대해 직교하는 방향으로부터 입사하는 조명광(가, 나)(도중 점선으로 나타냄)은 없다. 이 때문에 B, C의 위치에, 결락이 (가)나 (나)의 방향을 향한 피트가 있다고 해도, 그 방향으로부터 조명광이 입사하지 않기 때문에, 피트를 검출할 수가 없다.

즉, 상기 패턴 검사 장치에서는, 반사 조명 수단으로서 종래의 링 조명을 그대로 사용할 수는 없다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 촬상하는 영역의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같고, 또한, 촬상 영역의 어느 점에서도, 그 조건이 같은 반사 조명 수단을 얻는 것과 더불어, 이 반사 조명 수단을 이용한, 피트의 올바른 검사(양부 판정)를 행할 수 있는 패턴 검사 장치를 제공하는 것이다.

발명자들은, 예의 검토의 결과, 촬상하는 영역의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같고, 또한, 검사 영역의 어느 점에서도, 그 조건(모든 방향으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도가 같을 것)이 같기 위해, 촬상하는 영역의 가로 세로의 크기에 대해, 그와 같거나 그보다 크고 또한 평행한 광을 출사하는 면광원을 하나의 단위로 하고, 이 면광원을, 촬상 영역의 상부의 동일 평면 상에, 복수 환 형상으로, 촬상 영역을 둘러싸도록 배치하면 되는 것을 발견했다.

도 1을 이용하여 해결 수단의 원리를 설명한다.

도 1(a)은, 선 형상의 촬상 영역(R)을 위로부터 본 평면도이고, 촬상 영역(R)과 같은 길이와 폭의 6개의 선 형상의 광원(가, 나, 다, 라, 마, 바)을 준비하고, 촬상 영역(R)의 위쪽의 동일 평면 상에 촬상 영역(R)을 둘러싸도록 배치한 상태를 나타낸 것이다. 또, 도 1(b)은, 도 1(a)을 옆으로부터 본 측면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 선 형상의 광원(가~바)으로부터는 조명광이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역(R)의 각 점(BAC)에 소정의 입사 각도로 입사한다. 즉, 각 광원의 중앙부 A'로부터 출사한 광은 촬상 영역(R)의 중앙부 A로 입사한다. 또 각 광원의 좌단부 B'로부터 출사한 광은 촬상 영역(R)의 좌단부 B로 입사한다. 또한 각 광원의 우단부 C'로부터 출사한 광은 촬상 영역(R)의 오른쪽 단부 C로 입사한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 조명광의 광로인 A-A'와 B-B'와 C-C'는 서로 평행하고, 각각의 길이(광원으로부터 촬상 영역까지의 거리)도 동일하기 때문에, 촬상 영역(R)의 A, B, C의 각 점에서, 각 방향(도 1의 경우 6방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같다. 또, 촬상 영역(R)의 어느 점에서도, 모든 방향으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같다.

도 1에서는, 도면이 번잡하지 않도록, 촬상 영역(R)의 주위에 배치하는 광원의 수를 6개로 했지만, 그 수는 많을수록 모든 방향으로부터 균일한 강도와 각도의 조명광이 입사한다.

도 2는, 촬상 영역이 사각형 형상인 경우의 예이다.

도 2(a, b)는 도 1(a)과 같이, 장방형 형상의 촬상 영역(R)을 위로부터 본 평면도이고, 촬상 영역(R)과 같은 크기의 8개의 장방형 형상의 면광원(가~아)을 준비하고 촬상 영역(R)의 위쪽의 동일 평면 상에 촬상 영역(R)을 둘러싸도록 배치한 상태를 나타낸 것이다. 또, 도 3은, 도 2(a)를 옆으로부터 본 측면도이다.

면광원(가~아)의 A' B' C' D'로부터는 조명광이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역(R)의 ABCD 각 점에 소정 입사 각도로 입사한다. 예를 들면, 도 2(a)에 나 타낸 바와 같이, 촬상 영역(R)의 도면 중 좌하(左下)D에는 각 면광원의 좌하 D'로부터의 광(도면 중 점선으로 나타냄)이 입사한다. 또, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 촬상 영역(R)의 우상(右上) B에는, 각 면광원의 우상 B'로부터의 광(도면 중 일점 쇄선으로 나타냄)가 입사한다.

마찬가지로 촬상 영역(R)의 우하(右下) C에는 면광원의 우하 C'로부터의 조명광이, 촬상 영역(R)의 좌상(左上) A에는 면광원 좌상 A'로부터의 조명광이 각각 입사한다.

도 3은, 면광원(가)와 면광원(라)의 D'로부터는 촬상 영역(R)의 D로, C'로부터는 촬상 영역(R)의 C로, 각각 조명광이 입사하는 상태를 나타낸다.

조명광의 광로인 A-A'와 B-B'와 C-C'와 D-D'는 서로 평행하고, 각각의 길이(광원으로부터 촬상 영역까지의 거리)도 같기 때문에, 촬상 영역(R)의 A, B, C, D의 각 점에서, 각 방향(도 2의 경우 8방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같다. 또, 촬상 영역(R)의 어느 점에서도, 모든 방향으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같다.

촬상 영역(R)의 주위에 배치하는 면광원의 수는, 많을수록 모든 방향으로부터 균일한 강도와 각도의 조명광이 입사하게 된다. 그러나, 후술한 바와 같이, 면광원의 수를 늘리면 그 만큼 조명 수단의 직경(크기)이 커지게 되고, 장치가 대형화한다.

이상에 의거하여, 본 발명에서는, 상기 과제를 다음과 같이 해결한다.

(1) 조명용 광원에서, 피조사 영역에 평행한 광을 조사하는 면광원을, 동일 평면 상에 복수의 환 형상으로 배치하고, 각 면광원의 크기를, 피조명 영역 상에 조사되는 각 면광원으로부터의 광의 조사 영역이, 피조명 영역 전체를 포함하는 크기로 한다.

(2) 상기(1)에서, 상기 복수의 면광원을, 복수의 LED를 동일 평면 상에 복수 나열한 것으로 구성한다. 그리고, 각 면광원 내의 LED를, 각 면광원으로부터의 평행한 광이, 피조명 영역에 조명되도록, 각 면광원이 배치된 환 형상의 내측을 향해 기울여 나열한다.

(3) 상기(1)에서, 상기 복수의 면광원을, 복수의 LED의 광출사측에 복수의 LED로부터 출사한 광을 평행한 광으로서 출사하는 프리즘 시트를 복수 환상으로 배치한 것으로 구성하고, 각 면광원을 구성하는 프리즘 시트는, 각 프리즘 시트로부터의 평행광이 피조명 영역에 조명되도록, 각 LED로부터 출사한 광을, 각 면광원이 배치된 환상의 내측에 굴절시킨다.

(4) 패턴이 형성된 워크에 대해 비스듬히 반사 조명광을 조사하는 암시야 조명 수단과, 상기 암시야 조명 수단에 의해 조명된 상기 패턴을 촬상하는 촬상 수단과, 워크를 유지하는 워크 유지 수단과, 상기 촬상 수단에 의해 촬상된 패턴 상(像)에 의거하여 패턴의 양부를 판정하는 제어부를 구비한 패턴 검사 장치에 있어서, 상기 암시야 조명 수단으로서, 상기 (1)~(3)의 조명용 광원을 이용한다.

본 발명에서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 촬상하는 영역의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도는 같고, 또한, 검사 영역의 어느 점에서도, 그 조건이 같도록 즉, 모든 방향으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도가 같도록 조명할 수 있다.

이 때문에 촬상하는 영역 내의 밝음(휘도)이 장소에 따라 바뀌어 버리는 일이 없고, 검사 영역의 어느 점에서도, 동일한 조건으로 촬상할 수 있다.

(2) 본 발명의 조명광원을 패턴 검사 장치의 암시야 조명 수단으로 이용함으로써 검사를 행하는 모든 영역에서, 촬상한 화상으로부터, 피트와 돌기를 구별하고, 피트의 밝음(휘도)의 차이에 의해 양부를 판정할 수 있다.

이하 본 발명의 실시 형태인 조명 수단의 광원부의 구체적인 구성예에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예의 조명 수단을 구성하는 면광원의 구성을 나타내는 도면이고, 복수의 LED의 방향이 평행해지도록 기울여 나열하고, 조명광이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역에 소정의 입사 각도로 입사하는 면광원의 실시예를 나타낸다.

도 4(a)는, 조명용의 면광원을 하측(촬상 영역측)으로부터 본 평면도, 도 4(b)는, 도 4(a)의 광원을 A방향으로부터 본 측면도, 도 4(c)는, 도 4(a)의 광원을 B방향으로부터 본 정면도이다. 또한, 이들 도면은, 알기 쉽게 설명하기 위한 모식도이고, 실제 LED는 다수 간격을 채워 나열되어 있다.

본 실시예에서는, 동 도에 나타낸 바와 같이 각 LED(2)로부터의 조명광의 주광선이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역(R)에 소정의 입사 각도(θ)로 입사하도록 면광원(1)을 구성한다. 또한, LED(2)와 촬상 영역(R) 사이에, 동 도의 점선으로 나타내는 바와 같이 확산판(4)을 설치해도 된다.

도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 다수의 LED(2)를 각 LED(2)로부터 출사하는 광중에, 가장 강한 광의 성분(주광선)이 서로 평행해지도록 LED 지지 부재(3) 상에 나열한다. 또한, 촬상 영역(R)에는, 이 면광원(1)으로부터 평행광이 입사해야 하기 때문에, LED(2)를 나열하는 영역의 크기는, 촬상 영역(R)의 크기보다 크게 한다.

이와 같이 구성한 면광원(1)을, 복수, 블록적으로 촬상 영역 상의 평면 내에, 촬상 영역을 둘러싸도록 환 형상으로 배치한다. 이 때문에, 지지 부재(3)는 부채형으로 형성하면 편리하다.

도 4(b)에 나타낸 바와 같이, LED(2)는, 조명광의 촬상 영역(R)으로의 입사 각도가 원하는 각도(θ)가 되도록, 촬상 영역(R)을 향해 기울여 배치한다.

LED(2)로부터 출사하는 광은 지향성이 높기 때문에, 각 LED(2)로부터의 광은 거의 평행한 상태로 촬상 영역(R)으로 입사한다.

이와 같이 하여 구성한 면광원(1)을, 복수, 촬상 영역(R) 상의 동일 평면 내에 촬상 영역(R)을 둘러싸도록 환 형상으로 배치한다.

도 5, 도 6은, 도 4의 면광원을 8개, 45°로 균등하게 배치한 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 5(a)와 도 6은 평면도이고, 도 5(b)는 측면도이다. 또한, LED(2)와 촬상 영역(R) 사이에, 도 4와 마찬가지로, 동 도의 점선으로 나타낸 바와 같이 확산판(4)을 설치해도 좋다.

도 5는, 선 형상의 촬상 영역(R)에 대해, 8개의 각 면광원(1-가~1-아)으로부터 조명광이 조사되고 있는 상태를 나타낸다. 도 1~도 3에서는, 촬상 영역(R)과 면광원(1)의 크기를 같은 것으로 설명했지만 본 도면에서는, 촬상 영역(R)의 면적보다 면광원(1)의 면적이 크다.

실제로는, 촬상 영역(R)의 크기와 면광원(1)의 크기를 일치시키는 것은 어렵고, 촬상 영역(R) 전체에 평행한 광을 균일한 조도로 입사시키기 위해서는, 면광원(1)의 면적을 촬상 영역의 면적보다 약간 크게 하는 것이 유리하기 때문이다.

도 5에서 8개의 면광원으로부터는 조명광이 평행한 상태에서 출사하고 촬상 영역(R)의 전체에 소정의 각도(θ)로 입사한다. 따라서, 촬상 영역(R)의 BAC 상의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 같은 각도의 조명광이 같은 조사 강도로 입사하고, 촬상 영역의 어느 점에서도, 그 조건(모든 방향 (360°방향)으로부터 같은 각도의 조명광이 같은 조사 강도로 입사할 것)이 같게 된다.

도 6은, 사각형 형상의 촬상 영역(R)에 대해, 8개의 각 면광원(가~아)로부터 조명광이 조사되고 있는 상태를 나타낸다. 도 5의 경우와 같이, 8개의 면광원으로부터는, 조명광이 평행한 상태로 출사하고, 촬상 영역(R)의 전체에 소정의 각도(θ)로 입사한다.

따라서, 촬상 영역(R)의 ABCD로 둘러싸이는 영역의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 같은 각도의 조명광이 같은 조사 강도로 입사하고, 촬상 영역(R)의 어느 점에서도, 그 조건과 같게 된다. 즉, 모든 방향(360°방향)으로부터 같은 각도의 조명광이 같은 조사 강도로 입사한다.

다음으로 본 발명의 제2 실시예의 조명 수단에 대해 설명한다.

본 실시예에서는, LED와 프리즘 시트를 조합하여 사용한다.

제1 실시예와 마찬가지로 다수의 LED를 평면의 지지 부재 상에서 환 형상으로 나열하고 촬상 영역 상에 배치한다. 그러나 LED는 각도를 주지 않고 각각 바로 밑을 향하도록 배치한다. 따라서, 각 LED로부터 출사하는 광 중에, 가장 강한 광의 성분(주광선)은, 서로 평행하게 된다.

도 7(a)은 이와 같이 배치한 광원을 아래로부터 본 평면도이고, 도 7(b)은 도 7의 A-A측 단면도이다. 또한, 동 도는, 알기 쉽게 설명하기 위한 모식도이고, 실제로는, LED는 다수 간격을 채워 나열되어 있다.

도 7(b)에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서는, LED(2)는 지지 부재(3)에 대해, LED(2)로부터 출사하는 광의 주광선이 촬상 영역이 포함되는 평면에 대해 직교하도록 설치된다.

이 광원의 광출사측에 프리즘 시트를 분할하여 설치한다. 후술한 바와 같이, 분할하는 프리즘 시트는, 촬상 영역보다 크고, 광출사부를 균등한 각도로 분할하는 형상으로 한다.

프리즘 시트란, 투명한 시트의 한쪽에, 단면이 삼각형의 프리즘을 다수의 장축(長軸) 방향이 평행해지도록 배열한 것으로서, 이른바 산과 골짜기가 직선 형상으로 연속적으로 형성된 것이다. 프리즘 시트는, 예를 들면, 액정 표시 화면에서, 액정 패널의 밝음을 균일하게 하기 위해 백라이트와 액정 파넬 사이에 설치된다.

이러한 프리즘 시트를, 도 8에 나타낸 바와 같이, 형성하고자 하는 면광원의 크기로 잘라내어 이를 복수 준비한다. 프리즘 시트는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 프리즘 시트(5)로 형성된 프리즘의 장축 방향이 부채형의 면광원의 중심축 r-r과 대략 직교하는 방향으로 잘라내어진다.

즉, 프리즘 시트를 상기 광원에 설치했을 때, 프리즘 시트로부터 출사하는 평행광이, 촬상 영역(R)에 대략 같은 입사 각도로 입사하도록 잘라내어진다.

그리고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 도 7에 나타낸 광원의 광출사측에 설치된다. 도 9에서는, 8장의 프리즘 시트(5)가 설치되고 조명 수단은 제1 실시예와 마찬가지로, 8개의 면광원을 45°로 균등하게 배치한 상태가 된다.

도 10은, 광원의, 1장의 프리즘 시트가 장착된 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 10(a)은, 조명 광원을 하측으로부터 본 평면도이고, 도 10(b)은, 도 10(a)의 광원을 A방향으로부터 본 측면도이고, 도 10(c)은, 도 10(a)의 광원을 B방향으로부터 본 정면도이다.

도 10(b, c)에 나타낸 바와 같이, 프리즘 시트(5)는 LED 지지 부재(3)에 대해 지주(6)를 통해 설치된다. 또한, 동 도의 점선에 나타낸 바와 같이 프리즘 시트(5)와 LED(2) 사이에 확산판(4)을 설치해도 된다.

도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 각 LED(2)로부터 출사한 주광선이 평행한 조명광은, 프리즘 시트(5)의 프리즘의 사면(斜面)에 입사하여 굴절하고, 평행한 상태를 유지한 채로 2방향으로 분기한다. 분기한 한쪽 광의 성분이, 촬상 영역(R)을 입사 각도(θ)로 조명한다. 분기한 다른쪽 광의 성분은 사용되지 않는다. 프리즘 시 트(5)의 프리즘의 각도는, 입사 각도(θ)가 원하는 값이 되도록 설계한다.

도 11은 도 10에서 이용한 프리즘 시트의 변형예이다. 도 10일 경우, 프리즘 시트(5)에 입사한 광은 2방향으로 나누어지므로, LED(2)로부터 출사하는 광 중에 반은 사용하지 않는다. 그 때문에 광의 이용 효율이 나쁘다.

이 문제를 해결하기 위해, 프리즘 시트(5)의 프리즘의 단면 형상을 직각 삼각형으로 한다. 이에 의해, 프리즘에 입사한 광은 한 방향으로만 굴절하고, LED(2)로부터 출사하는 모든 광을 이용할 수 있다.

도 12에, 도 10에 나타낸 제2 실시예의 조명 수단을 이용하여, 패턴상에 생긴 피트를 관찰한 실험 결과를 나타낸다. 또한, 본 실험예에서는, 도 12(c)에 나타낸 바와 같이 프리즘 시트(5)를 이용해 분할한 조명 광원의 수는 12개이고, 즉, 12개의 면광원을 30° 균등하게 배치한 상태이다.

도 12(a)는 어느 패턴에서 생긴 피트(관찰물)를, 촬상 수단(CCD 라인 센서)의 시야의 왼쪽(상기 촬상 영역(R)의 B의 위치에 상당), 시야의 중앙(촬상 영역(R)의 A의 위치에 상당), 시야의 오른쪽(촬상 영역(R)의 C의 위치에 상당)의, 각각 위치에서 360° 회전시켰을 때, 촬상 수단이 수상(受像)하는 피트의 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.

동 도에서, 세로축은 휘도(상대값)이고, 횡축은 피트(관찰물)의 회전 각도이다.

촬상 영역(R)의 임의의 점에서, 모든 방향(360°방향)으로부터 동일한 입사 각도의 광이 입사하고, 각 방향으로부터 입사하는 광의 강도가 같으면, 회전시켜 도, 피트의 휘도는 변화하지 않을 것이다.

도 14에 나타낸 종래예의 조명 수단에 의해 조명했을 경우, 시야의 중앙(A)에서 피트를 회전시키면, 휘도의 변화는 대략 ±8%였다. 이에 대해, 본 발명에서는, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 피트를 회전시켜도, 시야 왼쪽(B), 시야 중앙(A), 시야 오른쪽(C)의 어느 장소에서도, 휘도의 변화가 적다. 휘도의 변화는 어느 위치에서도 대략 ±3%이고 종래예에 비해 반 이하로 저감되어 있다.

도 12(b)는, 어느 패턴에 생긴 피트(관찰물)를, 촬상 수단의 시야 왼쪽(B), 시야 중앙(A), 시야 오른쪽(C)으로 옮겨 바꾸었을 때의 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다. 동 도에서 세로축은 휘도(상대값)이고, 가로축은 촬상 수단에서의 위치를 나타낸다. 플롯한 점의 왼쪽으로부터, 시야 왼쪽(B), 시야 중앙(A), 시야 오른쪽(C)이다. 즉, 같은 피트를, 시야 왼쪽(B)에서 보았을 때와, 시야 중앙(A)에서 보았을 때와, 시야 오른쪽(C)에서 보았을 때의 휘도의 차이이다.

검사 영역 전체가 같은 조건으로 조명되고 있으면, 피트(관찰물)를 놓는 위치를 바꾸어도 (촬상 수단의 시야의 어느 위치에서도), 보고 있는 것은 같은 피트이므로 그 휘도는 변함없을 것이다.

또한, 동 도 중에 일점 쇄선으로 나타낸 「(구(

))의 그래프는, 도 14에 나타낸 종래예의 조명 수단에 의해. 조명한 경우의 실험 결과이다.

도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 종래예일 경우, 피트의 위치를 이동시키면, 휘도가 크게 변화한다. 특히, 시야 중앙(A)에서는 휘도가 상승하고, 시야 왼쪽(B), 시야 오른쪽(C)과 같이 시야(촬상 영역)의 가장자리가 되면 휘도가 저하한다. 휘도 의 변화는 대략 ±8%이다.

이에 대해, 본 발명에 있어서는, 시야 중앙(A)에서는 휘도가 상승하고 시야왼쪽(B), 시야 오른쪽(C)에서는 저하하는 경향이 있지만, 그 변화는 대략 ±4.5%이고, 종래예에 비해 반 정도로까지 저감되어 있다.

또한, 조명광원을 프리즘 시트로 분할하는 수 즉, 면광원의 수는, 많으면 많을수록, 촬상 영역에 대해, 모든 방향으로부터 균일한 조명광을 조사할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같이, 촬상 영역 전체에 평행한 광을 조사해야 하기 때문에, 면광원의 크기는, 촬상 영역의 크기와 같거나 그보다 크지 않으면 안 된다.

따라서, 면광원의 수를 증가시키면, 그 만큼 조명 수단의 직경(크기)이 커지게 되고, 장치가 대형화한다. 따라서, 조명 수단을 분할하는 수(면광원의 수)에는, 장치의 대형화를 막는다는 관점에서 한계가 있고, 상기 실험예에서 나타낸 12분할(12개의 면광원)이 적절하다고 생각된다.

본 발명의 조명광원은, 대상물의 표면 상태를 검사하기 위한 검사 장치에 적용할 수 있고, 이하, 본 발명의 조명용 광원을 패턴 검사 장치에 적용한 경우에 대해 설명한다.

도 13은 본 발명의 조명 수단을 패턴 검사 장치에 적용했을 경우의 실시예를 나타내는 도면이고, 동 도는 본 실시예의 검사 장치를 측면으로부터 본 도면이다.

도 13에서, 반사 조명광을 조사하는 암시야 조명 수단(반사 조명 수단)(10)은, 상기 제1 혹은 제2 실시예에 나타낸 조명광원으로서 촬상 유닛(11)의 주위에 링 형상으로 설치되어 촬상 유닛의 360°모든 방위로부터 워크(W)를 조명한다.

촬상 유닛(11)은 촬상 소자인 CCD 라인 센서(11a)와, 이 CCD 라인 센서(11a) 상에 워크(W) 상의 패턴을 결상(結像)시키는 광학 소자를 갖는 렌즈 유닛(11b)으로 구성되어 있다.

촬상 유닛(11)에는, 촬상 유닛 구동 기구(12)가 설치되어 있고, 주사 수단(13)에 의해 촬상 유닛 구동 기구(12)를 구동함으로써, 촬상 유닛(11)은 동 도 화살표 방향으로 주사(스캔)된다.

검사 대상인 배선 등의 패턴이 설치된 워크(W)는, 워크 유지 수단(워크 스테이지)(14) 상에 얹어놓게 되고, 촬상 유닛(11)이 워크(W) 상에 주사됨으로써, 워크(W) 상에 형성되어 있는 배선 등의 패턴이 촬상된다.

상기 주사 수단(13), 촬상 유닛(11), 암시야 조명 수단(10) 등은 제어부(15)에 의해, 제어된다.

도 13에서, 워크(W)가 워크 유지 수단(워크 스테이지)(14) 상에 얹어 놓게 되면, 암시야 조명 수단(반사 조명 수단)(10)이 점등한다.

이어서, 촬상 유닛(11)이, 주사 수단(13)에 의해, 워크(W)의 폭방향으로, 한쪽에서 다른쪽으로(동 도 오른쪽에서 왼쪽으로) 주사된다. 암시야 조명 수단(10)에 의해 조명된 워크(W) 상의 배선 패턴상이, 촬상 유닛(11)의 CCD 라인 센서(11a)에 수상되어 제어부(15)에서 기억된다.

배선 패턴의 촬상이 끝나면, 암시야 조명 수단(10)이 소등한다.

제어부(15)는, 촬상 유닛(11)에 의해 촬상된 화상 패턴을 화상 처리하고, 패턴 상의 결함의 유무를 검출한다. 그리고, 이상이 있으면 알람 등을 출력한다.

그 패턴의 검사가 끝나면, 다음에 검사를 행하는 워크(W)가 워크 유지 수단(14) 상에 얹어 놓게 되고 이하, 상술한 동작이 반복된다.

또한, 상기에서는, 기판의 패턴 검사에 대해 설명했지만, 필름 형상 워크의 패턴 검사일 경우에도, 필름 형상 워크의 이송 기구가 설치되는 점에서 다르지만, 같은 장치로 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하는 도면(촬상 영역이 선 형상일 경우)이다.

도 2는 본 발명의 원리를 설명하는 도면(촬상 영역이 사각형 형상일 경우)이다.

도 3은 도 2(a)의 측면도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 조명 수단을 구성하는 면광원의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5는 도 4의 면광원을 8개로 균등하게 배치했을 경우를 나타내는 도면이다.

도 6은 사각형 형상의 촬상 영역(R)에 대해, 8개의 각 면광원으로부터 조명광을 조사하는 경우를 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예인 조명 수단을 구성하는 광원의 구성을 설명하는 도면이다

도 8은 프리즘 시트를 잘라내는 것을 설명하는 도면이다.

도 9는 도 7에 나타낸 광원으로의 프리즘 시트의 설치를 설명하는 도면이다.

도 10은 제2 실시예의 조명 수단을 구성하는 면광원을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 11은 도 10에서 이용한 프리즘 시트의 변형예를 나타내는 도면이다.

도 12는 제2 실시예의 조명 수단을 이용하여 피트를 관찰한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 조명 수단을 패턴 검사 장치에 적용했을 경우의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 14는 종래의 링 조명 수단을 설명하는 도면이다.

도 15는 피트(결락)의 크기가 같아도, 결락이 생긴 방향에 의해 밝음(휘도)이 바뀔 경우를 설명하는 도면이다.

도 16은 CCD 라인 센서가 한 번에 촬상하는 가는 영역의 평면도이다.

도 17은 종래의 링 조명 수단에 대해 조명광이 촬상 영역의 중심부를 향하는 것을 설명하는 도면이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 면광원 2 LED

3 지지 부재 4 확산판

5 프리즘 시트 6 지주

10 암시야 조명 수단(반사 조명 수단) 11 촬상 유닛

11a CCD 라인 센서 11b 렌즈 유닛

12 촬상 유닛 구동 기구 13 주사 수단

14 워크 유지 수단(워크 스테이지) 15 제어부

R 촬상 영역 W 워크

가~아 면광원

Claims (4)

1. 피조사 영역에 평행한 광을 조사하는 면광원이, 동일 평면 상에 복수 환 형상으로 배치되고,

   각 면광원의 크기는, 피조명 영역면 상에 조사되는 각 면광원으로부터의 광의 조사 영역이, 피조명 영역 전체를 포함하는 크기인 것을 특징으로 하는 조명용 광원.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 면광원은, 복수의 LED를 동일 평면 상에 복수 나열한 것으로 구성되고,

   각 면광원 내의 LED는, 각 면광원으로부터의 평행한 광이, 피조명 영역에 조명되도록, 각 면광원이 배치된 환 형상의 내측을 향해 기울여 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 조명용 광원.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 면광원은, 복수의 LED의 광출사측에, 상기 복수의 LED로부터 출사한 광을 평행한 광으로서 출사하는 프리즘 시트를 복수 환 형상으로 배치한 것으로 구성되고,

   각 면광원을 구성하는 프리즘 시트는, 각 프리즘 시트로부터의 평행광이 피 조명 영역에 조명되도록, 각 LED로부터 출사한 광을, 각 면광원이 배치된 환 형상의 내측으로 굴절시키는 것인 것을 특징으로 하는 조명용 광원.
4. 패턴이 형성된 워크에 대해 비스듬히 반사 조명광을 조사하는 암시야 조명 수단과, 상기 암시야 조명 수단에 의해 조명된 상기 패턴을 촬상하는 촬상 수단과,

   워크를 유지하는 워크 유지 수단과,

   상기 촬상 수단에 의해 촬상된 패턴 상(像)에 의거하여 패턴의 양부를 판정하는 제어부를 구비한 패턴 검사 장치에 있어서,

   암시야 조명 수단은, 청구항 1, 2 또는 3에 기재된 조명용 광원인 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.

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