KR101376831B1 - 표면결함 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 피검물을 상부면에 마련한 스테이지부, 검사 조건에 따라 위치 조정되어 상기 피검물의 표면에 검사용 광을 조사하는 적어도 하나의 광원부, 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광을 수광하여 상기 피검물의 표면 이미지를 촬상하는 촬상부, 상기 광원부와 촬상부에 연결되어 상기 검사 조건을 설정하고 제어하며, 상기 촬상부에 의해 획득한 이미지를 이용하여 상기 피검물의 표면 결함을 검출하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 표면 결함을 검출한 이미지 정보를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

표면결함 검사방법{SURFACE DEFECT DETECTING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 표면결함 검사장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래에 표면결함 검사장치는 국내특허출원 제 2006-0080306호(2006년 8월 24 출원)에 기재된 바와 같이 측정하고자 하는 피검물, 조명을 위한 광원부, 및 피검물의 이미지 획득을 위한 검출 카메라 등을 포함하고, 이러한 검출 카메라를 통해 획득한 이미지를 영상처리 기법을 통해 피검물의 표면에 대한 결함 유무를 판별하는 장치를 의미한다.
이러한 표면결함 검사장치의 광원부를 이용하여 표면 결함을 검사하는 방법의 유형으로는 명시야 조명법(Bright Field Illumination)과 암시야 조명법(Dark Field Illumination)으로 크게 구분할 수 있다.
먼저, 명시야 조명법은 카메라 광학계에 광이 수직 입사하도록 정렬된 광원부, 및 광원부의 광이 피검물 표면으로 수직 입사하도록 돕는 필터 등으로 구성된 구조에서, 피검물 평면에 매우 밝은 조명광의 조사가 수행되는 방법이다. 이러한 명시야 조명법은 이물의 그림자 등에 의한 왜곡이 비교적 양호하여, 표면 결함을 용이하게 파악할 수 있는 질 좋은 이미지의 획득이 가능하다는 장점이 있다.
암시야 조명법은 광원부가 카메라 광학계에 대해 임의의 기울기를 갖고 피검면 표면에 조명광을 조사하는 방법으로, 임의의 각도를 갖는 조명광은 피검물 표면에서 재반사되어 사라진다. 이때, 피검물 평면이 이상적인 상태(양질의 표면 거칠기)라면 획득한 이미지는 검거나 어둡게 표현되지만, 피검물 표면에 미세한 이물이 존재할 경우에 이물의 에지(edge)에 의해 재반사되어 산란된 광만이 밝게 검출되어 도드라지게 보여지도록 하는 효과를 갖는다.
그러나, 이와 같은 명시야 조명법 또는 암시야 조명법을 이용한 표면검사방법은 예컨대 규칙적인 격자 패턴(Grating Pattern)을 갖는 DOE(Diffractive Optical Element)의 표면 등을 검사할 경우, 표면 결함(defect)에 의한 반사 검출광 뿐만 아니라 피검물 표면으로부터 백그라운드 노이즈(background noise) 및 백라이트 효과(backlight effect)에 의한 노이즈 등을 발생시킨다.
이에 따라, 피검물의 표면 결함에 의한 반사 검출광과 함께 노이즈가 광학계 내부로 동시에 전달되어, 콘트라스트(contrast) 저하 및 영상 이미지의 해상력 저해 요소로 작용한다.
본 발명의 관점은 상기의 문제점을 해소하기 위해 피검물 표면으로부터 생성되어 전달되는 노이즈를 차단하여 고해상도에서 표면결함 검사를 수행할 수 있는 표면결함 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기의 문제점을 해소하기 위해 노이즈를 차단하여 고해상도에서 표면결함 검사를 수행하는 표면결함 검사장치의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 피검물을 상부면에 마련한 스테이지부; 검사 조건에 따라 위치 조정되어 상기 피검물의 표면에 검사용 광을 조사하는 적어도 하나의 광원부; 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광을 수광하여 상기 피검물의 표면 이미지를 촬상하는 촬상부; 상기 광원부와 촬상부에 연결되어 상기 검사 조건을 설정하고 제어하며, 상기 촬상부에 의해 획득한 이미지를 이용하여 상기 피검물의 표면 결함을 검출하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 표면 결함을 검출한 이미지 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 광원부는 램프 광원, 및 상기 램프 광원의 광을 직선광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 광원부와 상기 피검물 사이의 광 경로에 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 파장 범위의 광을 차단하는 적어도 하나의 광 차단 필터를 더 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 상기 촬상부와 상기 피검물 사이의 광 경로 상에 광 노이즈 차단용 광학필터를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 광원부는 단색 광(mono color)의 광원을 포함하고, 상기 광원은 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광 노이즈의 파장과는 다르게 설정한 파장의 단색 광을 출사한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 광원은 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광 노이즈의 파장과는 다르게 설정한 파장의 단색 광을 출사하는 레이저; 및 상기 레이저의 광을 확대시켜 상기 피검물의 표면으로 조사하는 빔 익스팬더(beam expander); 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 검사 조건은 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광 노이즈를 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키는 조건으로, 상기 피검물의 규칙적인 격자 패턴의 격자 간격(d)과 회절 차수(m)에 따라 상기 광 노이즈를 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키도록 설정된 상기 검사용 광의 입사각(θ)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 상기 검사 조건은 상기 촬상부를 기준으로한 상기 광원부의 회전각을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법은 스테이지부의 상부면에 마련된 피검물의 표면에 검사용 광을 조사하는 적어도 하나의 광원부, 및 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광을 수광하여 상기 피검물의 표면 이미지를 촬상하는 촬상부를 포함한 표면결함 검사장치에 대해, 표면결함을 검사하기 위한 검사 조건을 설정하는 단계; 상기 검사 조건에 따라 상기 피검물에 대한 표면 결함 검사를 수행하여, 상기 피검물의 표면에 관한 이미지 정보를 획득하는 단계; 상기 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 판단하는 단계; 상기 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 없는 불량 이미지 정보로 판단함에 따라, 상기 검사 조건을 재설정하는 단계; 상기 재설정된 검사 조건에 따라 상기 피검물에 대한 표면 결함 검사를 다시 수행하여, 상기 피검물의 표면에 관한 이미지 정보를 다시 획득하는 단계; 상기 다시 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 다시 판단하는 단계; 및 상기 다시 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보로 판단함에 따라, 상기 다시 획득한 이미지 정보로부터 표면 결함의 정보를 검출하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 검사 조건은 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광 노이즈를 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키는 조건을 포함하고, 상기 피검물의 규칙적인 격자 패턴의 격자 간격(d)과 회절 차수(m)에 따라 상기 광 노이즈를 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키기 위해 설정된 상기 검사용 광의 입사각(θ)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 입사각(θ)은
Figure 112012024398520-pat00001
(n': 출사광 영역의 굴절률, θ': 출사광의 출사각, n: 조사광 영역의 굴절률, θ: 조사광의 입사각, m: 출사광의 회절 차수, λ: 조사광의 파장, d: 피검물의 격자 간격)
의 관계를 만족하도록 설정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 이미지 정보를 획득하는 단계는 광 노이즈 차단용 광학필터를 이용하여 상기 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환된 광 노이즈를 차단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 검사 조건을 재설정하는 단계는 상기 피검물의 규칙적인 격자 패턴의 격자 간격(d)에 대해, 상기 회절 차수(m), 상기 검사용 광의 파장(λ), 및 상기 검사용 광의 입사각(θ) 중 적어도 하나를 재설정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 검사 조건을 재설정하는 단계는 상기 촬상부를 기준으로한 상기 광원부의 회전각을 재설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 상기 표면 결함의 정보를 검출하는 단계는 상기 피검물의 표면 결함이 검출된 영역의 정보를 번호와 함께 디스플레이하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 표면결함 검사장치는 피검물로부터 발생하는 광 노이즈를 차단하여 피검물의 표면 결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출하고, 고해상도에서 피검물의 표면결함 검사를 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 표면결함 검사장치를 이용한 검사 제어 방법은 콘트라스트(contrast)의 저하없이 이미지의 해상력을 향상시키며 피검물의 표면 결함에 관한 정보를 검출하여 피검물의 양품을 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 정면도.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 구성과 검사 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 구성과 검사 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 2c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 구성과 검사 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 2d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 구성과 검사 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 회절 차수를 설정하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 검사조건에 따른 광 노이즈의 광 색상을 나타낸 색상도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에서 표면결함정보와 광 노이즈의 처리를 설명하기 위한 예시도.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법에 의해 표면 결함을 디스플레이한 이미지.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 정면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)는 피검물(200)을 상부면에 마련한 스테이지부(110), 후방의 지지판(101) 일측 또는 양측에 장착되고 검사 조건에 따라 위치 조정되어 피검물(200)의 표면에 검사용 광을 조사하는 적어도 하나의 광원부(131,132), 후방의 지지판(101)에 장착되어 피검물(200)의 표면으로부터 출사되는 광을 수광하여 피검물(200)의 표면 이미지를 촬상하는 촬상부(120), 광원부(131,132)와 촬상부(120) 등에 연결되어 검사장치(100)의 전반적인 제어를 수행하고 촬상부(120)에 의해 획득한 이미지를 이용하여 표면 결함을 검출하는 제어부(140), 및 제어부(140)로부터 표면 결함을 검출한 이미지 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(150)를 포함한다. 여기서, 피검물(200)은 CMOS 이미지센서와 CCD 이미지센서 등과 같이 규칙적인 격자 패턴을 갖는 광학 소자를 그 대상으로 할 수 있다.
촬상부(120)는 수광 렌즈, 편광 필터, 및 CCD 촬상 소자를 포함하여 구성되고, 스테이지부(110)의 피검물(200)에 대응하여 지지판(101)의 상부에 구비된다. 이러한 촬상부(120)에서 CCD 촬상 소자는 피검물의 전체 표면에 대한 이미지를 일괄적으로 촬상할 수 있다.
광원부(131,132)는 피검물(200)을 상부면에 마련한 스테이지부(110)를 중심으로 후방의 지지판(101)에 일측 또는 양측에 장착된다. 이때, 광원부(131,132)는 검사 조건에 따른 제어부(140)의 제어 정보에 따라 피검물(200)에 대해 소정의 입사각(θ)으로 광을 조사하기 위해 위치가 변동될 수 있다.
여기서, 도 1에서는 광원부(131,132)가 스테이지부(110)를 중심으로 후방의 지지판(101) 양측에 장착되지만, 이에 한정되지 않고 좌측의 광원부(131) 만이 구비되어 소정의 입사각(θ)으로 촬상부(120)를 기준으로 회전하면서 피검물(200)의 표면에 검사용 광을 조사할 수 있다.
제어부(140)는 피검물(200)의 표면결함을 검사하기 위해 설정된 검사 조건에 따라 검사장치(100)의 전반적인 제어를 수행하여, 예를 들어 광원부(131,132)의 위치 및 회절 차수를 변경함에 따라 피검물(200)로 입사되는 광원부(131,132)의 광을 설정된 입사각과 촬상부(120)를 기준으로한 회전각으로 조사하도록 한다.
이후, 제어부(140)는 촬상부(120)에서 획득한 이미지 정보가 노이즈가 차단되고 피검물(200)의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 사용자의 명령 또는 자체적으로 판단한다. 이러한 판단 결과에 따라, 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보이면 제어부(140)는 자동으로 이미지 정보로부터 표면 결함을 검출한다.
이때, 제어부(140)는 검출되는 표면 결함 정보를 디스플레이부(150)를 통해 먼지 등의 이물질 또는 볼록 형상이거나 오목 형상인 흠집 등의 결함을 표시하여 디스플레이한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)는 피검물(200)로부터 발생하는 광 노이즈, 예컨대 피검물(200)의 반복 패턴으로부터 발생하는 회절광과 같은 광 노이즈를 설정된 검사 조건에 따라 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시킬 수 있다.
이렇게 동일한 주파수로 변환된 광 노이즈에 대해 표면결함 검사장치(100)는 차단 필터 또는 광 노이즈 차단용 광학필터, 예를 들어 밴드 필터(band filter), 노치 필터(notch filter), 다이크로익 필터(dichroic filter) 등을 선택적으로 구비하여 광 노이즈를 차단할 수 있다.
또는, 표면결함 검사장치(100)는 광원부 자체의 구성을 변경하여, 피검물(200)에서 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 파장을 제거한 조사광을 조사함으로써, 광 노이즈의 발생을 원천적으로 방지할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)는 광 노이즈 차단용 광학필터 또는 차단 필터를 이용하여 발생한 광 노이즈를 차단하거나, 또는 광 노이즈 자체의 발생을 원천적으로 방지하므로, 피검물(200)의 표면 결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출하고, 고해상도에서 피검물(200)의 표면결함 검사를 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 표면결함 검사장치의 구체적인 구성 및 검사 원리에 대해 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 구성과 검사 원리를 설명하기 위한 예시도들이다.
도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 광 노이즈 차단용 광학필터(161)를 촬상부(120)와 피검물(200) 사이에 장착한 형태로서, 광 노이즈 차단용 광학필터(161)에 의해 피검물(200)에서 발생하여 촬상부(120)로 입사되는 동일 파장의 광 노이즈를 차단할 수 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광원부(131)는 메탈할라이드 램프, 수은 램프, 할로겐 램프 등과 같은 광원(131-1), 및 광원(131-1)의 광을 직선광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(collimator lens: 131-3) 등을 포함할 수 있다.
이러한 광원부(131)는 제어부(140)의 제어에 따라 광원(131-1)의 광을 소정의 입사각(θ)으로 피검물(200)로 조사하여, 피검물(200)에서 발생하여 촬상부(120)로 입사되는 광 노이즈가 동일한 파장을 갖게 할 수 있다. 물론, 광원부(131)는 촬상부(120)를 기준으로 설정된 회전각도로 광원(131-1)의 광을 피검물(200)로 조사할 수 있다.
이에 따라, 피검물의 반복 패턴으로 발생되는 회절광과 동일한 파장을 갖는 광 노이즈가 촬상부(120)에 입사되기 전에 광 노이즈 차단용 광학필터(161)에서 차단되므로, 촬상부(120)는 광 노이즈가 없이 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)의 제어에 따라, 광원부(131)가 소정의 입사각(θ)으로 광을 피검물(200)로 조사하여, 피검물(200)로부터 파란색 파장 만을 갖는 광 노이즈를 발생시킬 수 있다. 물론, 광원부(131)의 입사각(θ) 또는 촬상부(120)를 기준으로한 회전각을 조정하여, 피검물(200)로부터 파란색 이외에 적색, 녹색 등의 파장 만을 갖는 광 노이즈를 발생시킬 수 있다.
이렇게 발생한 파란색 파장의 광 노이즈에 대해, 광 노이즈 차단용 광학필터(161)는 파란색 파장의 광 노이즈를 차단함으로써, 촬상부(120)는 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보를 검출하게 된다.
상기의 제 1 실시예의 구성과는 반대로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 파장 범위의 광을 원천적으로 차단하는 구성을 가질 수 있다.
도 2b에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 피검물(200)에서 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 파장 범위의 광을 원천적으로 차단하는 광차단 필터(365)를 광원부(331)와 피검물(200) 사이의 광 경로에 추가 구비한 형태이다.
이러한 제 2 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 광차단 필터(365)가 콜리메이터 렌즈(331-3)와 피검물(200) 사이의 광 경로에 위치하지만, 이에 한정되지 않고 광원(331-1)과 콜리메이터 렌즈(331-3) 사이의 광 경로에 위치할 수도 있다.
이렇게 구성된 제 2 실시예에 따른 표면결함 검사장치에서 제어부(140)의 제어에 따라 광원부(331)는 피검물(200)에서 동일 파장의 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 광을 소정의 입사각(θ)으로 조사한다.
이때, 동일 파장의 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 광원부(331)의 광은 광차단 필터(365)에 의해 차단되고, 이에 따라 촬상부(320)는 광 노이즈가 발생하지 않고 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)의 제어에 따라, 광원부(331)가 피검물(200)로부터 파란색 파장 만을 갖는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 소정의 입사각(θ) 또는 촬상부(320)를 기준으로한 광원부(331)의 회전각으로 광을 피검물(200)로 조사하는 경우, 광차단 필터(365)는 파란색 파장 대역의 광을 차단한다.
이에 따라, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 광이 원천적으로 조사되지 않으므로, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈가 발생하지 않고 촬상부(320)가 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
여기서, 광차단 필터(365)는 파란색 파장 대역의 광을 차단하는 필터에 한정되지 않고, 광원부(331)의 입사각(θ) 또는 촬상부(320)를 기준으로한 광원부(331)의 회전각에 따라 결정되는 적색, 녹색 등의 광 노이즈 파장에 따라 상기 광 노이즈의 파장에 대응하는 적색, 녹색 등의 광원부(331)의 파장을 차단하는 필터를 적용할 수 있다.
또는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 광원(531-1) 자체가 단색 광(mono color)을 발생시키는 구조의 광원부(531)를 구비할 수 있다.
제 3 실시예에 따른 광원부(531)가 단색 광의 광원(531-1)을 구비하는 경우, 단색광의 광원(531-1)은 광원부(531)의 입사각(θ) 또는 촬상부(520)를 기준으로한 광원부(531)의 회전각에 따라 결정되는 광 노이즈 파장을 제외한 다른 파장의 단색 광을 발생시킨다.
이에 따라, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 광이 원천적으로 조사되지 않으므로, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈가 발생하지 않고 촬상부(520)가 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)의 제어에 따라, 광원부(531)가 피검물(200)로부터 파란색 파장 만을 갖는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 소정의 입사각(θ)으로 광을 피검물(200)로 조사하는 경우, 단색광의 광원(531-1)은 광원부(531)의 입사각(θ) 또는 촬상부(520)를 기준으로한 광원부(531)의 회전각에 따라 결정되는 파란색 파장을 제외한 다른 파장의 단색 광, 즉 적색 또는 녹색 등의 단색광을 발생시키도록 구비된다.
이렇게 적색 또는 녹색 등의 단색광을 발생시켜 피검물(200)로 조사함에 따라, 파란색 파장의 광 노이즈가 피검물(200)의 표면에 원천적으로 발생하지 않으므로, 촬상부(520)는 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 광원부(531)의 입사각(θ)에 따라 결정되는 광 노이즈 파장을 제외한 다른 파장의 단색 광을 이용하므로, 전술한 광 노이즈 차단용 광학필터(161) 또는 광차단 필터(365)가 구비될 필요가 없고, 콜리메이터 렌즈(531-2)를 거친 단색 광이 직접 피검물(200)에 조사될 수 있다.
상기의 실시예들에 따른 표면결함 검사장치와 별개로 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 램프를 광원으로 사용하지 않고, CO2 레이저 또는 엑시머 레이저(excimer laser) 등과 같은 레이저를 광원(731-1)으로 구비한 형태이다.
제 4 실시예에 따른 표면결함 검사장치가 레이저를 광원(731-1)으로 구비함에 따라, 광원부는 광원(731-1)에서 출사하는 레이저광의 단파장을 확대하여 피검물(200)로 조사하기 위한 빔 익스팬더(beam expander: 731)를 포함한다.
빔 익스팬더(731)는 레이저 등과 같은 광원(731-1)에서 조사된 평행 광선속을 굵은 평행 광선속으로 변환시키기 위해서, 초점 위치를 일치시킨 2개의 렌즈(731-2, 731-3) 또는 프리즘을 포함할 수 있다.
이때, 광원(731-1)의 레이저 파장은 광원부(531)의 입사각(θ) 또는 촬상부(720)를 기준으로한 광원부(531)의 회전각에 따라 결정되는 광 노이즈 파장을 제외한 다른 파장의 단색 파장이며, 이러한 단색 파장의 레이저 광이 빔 익스팬더(731)를 거쳐 피검물(200)로 조사된다.
이에 따라, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 광이 원천적으로 조사되지 않으므로, 피검물(200)의 표면에는 광 노이즈가 발생하지 않고 촬상부(720)가 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)의 제어에 따라, 피검물(200)로부터 파란색 파장 만을 갖는 광 노이즈를 발생시킬 수 있는 소정의 입사각(θ)으로 광원(731-1)의 레이저 광을 피검물(200)로 조사하는 경우, 광원(731-1)은 파란색 파장을 제외한 다른 파장으로 적색 파장 또는 녹색 파장 등의 레이저 광을 발생시키도록 구비될 수 있다.
이렇게 적색 또는 녹색 등의 레이저 광을 빔 익스팬더(731)를 거쳐 피검물(200)로 조사함에 따라, 파란색 파장의 광 노이즈가 피검물(200)의 표면에 원천적으로 발생하지 않으므로, 촬상부(720)는 피검물(200)의 표면결함에 관한 정보가 포함된 이미지 정보만을 검출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표면결함 검사장치는 전술한 편광 필터(131-2), 광 노이즈 차단용 광학필터(161) 또는 광차단 필터(365)가 구비될 필요가 없이, 빔 익스팬더(731)를 이용하여 소정의 입사각(θ)으로 광 노이즈를 원천적으로 발생시키지 않는 레이저 광을 피검물(200)의 전체 표면에 전면조사할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치를 이용한 검사 제어 방법을 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)를 이용한 검사 제어 방법은 먼저 CMOS 이미지센서와 CCD 이미지센서 등과 같이 규칙적인 격자 패턴을 갖는 피검물(200)을 스테이지부(110)의 상부면에 장착하고 표면결함을 검사하기 위한 검사 조건을 설정한다(S310).
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 검사 제어 방법에서 검사 조건은 피검물(200)의 반복된 패턴 격자 간격(d)으로부터 발생하는 광 노이즈를 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키기 위한 조건을 포함한다.
즉, 검사 조건은 피검물(200)의 반복된 격자 간격(d), 회절 차수(m) 등에 따라 동일한 주파수의 광 노이즈를 생성하기 위한 입사각(θ)을 설정하는 조건을 포함할 수 있다. 물론, 검사 조건은 촬상부(120)를 기준으로한 광원부(131)의 회전각을 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원부(131)로부터 조사된 광이 반복된 격자 간격(d)을 갖는 피검물(200)에서 반사되어 출사된 광은 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 회절 차수(m)를 갖는 광으로 검출될 수 있다.
이때, 촬상부(120)의 방향으로 출사되는 광에 해당하는 회절 차수(m)를 설정하고, 아래의 격자 간격(d), 회절 차수(m) 및 광원부(131)로부터 조사되는 광의 파장(λ)에 따른 [수학식 1]을 이용하여, 입사각(θ)을 설정할 수 있다.
Figure 112012024398520-pat00002
(n': 출사광 영역의 굴절률, θ': 출사광의 출사각, n: 조사광 영역의 굴절률, θ: 조사광의 입사각, m: 출사광의 회절 차수, λ: 조사광의 파장, d: 피검물(200)의 격자 간격)
이러한 [수학식 1]에서 공기의 굴절률이 1이므로 n' = n = 1이고, θ'는 피검물(200)의 수직 상방에 위치한 촬상부(120)의 방향이므로 θ'= 0 으로 놓을 수 있다.
이에 따라 조사광의 입사각(θ)을 설정함에 있어, 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 입사각(θ)에 따라 피검물(200)로부터 발생하는 광 노이즈의 색상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 피검물(200)의 격자 간격(d)이 1.5㎛이고 회절 차수(m)가 2인 경우, 입사각(θ)이 35 ~ 40도인 범위에서는 광 노이즈의 색상이 청색으로 동일하게 검출되고, 입사각(θ)이 58 ~ 63도인 범위에서는 광 노이즈의 색상이 적색으로 동일하게 검출된다.
입사각(θ)의 설정값을 포함한 검사 조건을 설정한 후, 제어부(140)는 설정된 검사 조건에 따라 피검물(200)에 대한 표면 결함 검사를 수행하고, 이에 따른 피검물(200)의 표면에 관한 이미지 정보를 획득한다(S320).
설정된 입사각(θ)을 포함한 검사 조건에 따라 피검물(200)에 대한 표면 결함 검사를 수행하면, 피검물(200)로부터 표면 결함(defect)에 의한 반사 검출광 뿐만 아니라 피검물 표면으로부터 백그라운드 노이즈(background noise) 및 백라이트 효과(backlight effect)에 의한 노이즈 등이 동시에 발생한다.
이때, 설정된 입사각(θ)에 의해 노이즈의 주파수는 동일한 값으로 생성될 수 있고, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 광 노이즈의 색상이 동일한 색상으로 검출된다.
이러한 동일한 색상의 광 노이즈는 도 6에 도시된 바와 같이 광 노이즈 차단용 광학필터(161)에 의해 차단되고, 표면 결함에 의한 반사광만이 투과되어 촬상부(120)에서 촬상되며, 피검물(200)의 표면에 관한 이미지 정보를 획득한다.
피검물(200)의 표면에 관한 이미지 정보를 획득한 후, 제어부(140)는 촬상부(120)에서 획득한 이미지 정보가 피검물(200)의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 사용자의 명령에 따라 또는 자체적으로 판단한다(S330).
예를 들어, 제어부(140)는 촬상부(120)에서 획득한 이미지 정보가 도 7a에 도시된 이미지에서 "A" 영역과 "B" 영역에서 서로 명도의 차이를 갖고 표면 결함을 검출할 수 없는 불량 이미지이면, 불량 이미지로 판단하여 디스플레이부(150)를 통해 불량을 표시한다. 여기서, 도 7a에 도시된 이미지는 광 노이즈 차단용 광학필터(161)가 없이 촬상부(120)에서 검출된 이미지를 예시적으로 도시한 이미지이다.
불량 이미지로 판단하면, 제어부(140)는 표면결함 검사장치(100)를 이용한 검사 조건을 사용자의 명령 또는 자동으로 다시 설정한다(S340).
예를 들어, 제어부(140)는 검사 조건을 설정하는 단계(S310)에서 설정한 입사각(θ)을 다른 색상의 광 노이즈 색상을 갖는 각도로 다시 설정한다. 즉, 제어부(140)는 광원부(131)의 위치 및 각도를 변경하여, 다시 설정된 입사각(θ) 또는 촬상부(120)를 기준으로 다시 설정한 광원부(131)의 회전각으로 광원부(131)의 조사광을 투사한다.
물론, 광원부(131)의 입사각(θ)과 광원부(131)의 회전각 이외에 회절 차수(m) 및 광원부(131)로부터 조사되는 광의 파장(λ) 등을 변경하여 조건을 다시 설정할 수 있다.
검사 조건을 사용자의 명령 또는 자동으로 다시 설정한 후, 재설정된 검사 조건에 따라 피검물(200)의 표면에 관한 검사를 수행하여, 피검물(200)의 표면에 관한 이미지 정보를 다시 획득한다(S350).
이렇게 다시 획득한 이미지 정보에 대해, 제어부(140)는 다시 획득한 이미지 정보가 피검물(200)의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 다시 판단한다(S360).
이때, 촬상부(120)에서 다시 획득한 이미지 정보가 도 7a에 도시된 불량 이미지처럼 표면 결함을 검출할 수 없는 이미지 정보로 검출되면, 제어부(140)는 검사 조건을 재설정하는 단계(S340)를 수행한다.
반면에, 다시 획득한 이미지 정보가 피검물(200)의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보이면, 제어부(140)는 다시 획득한 이미지 정보로부터 표면 결함의 정보를 검출한다(S370).
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이, 촬상부(120)에서 다시 획득한 이미지 정보가 "C"와 같은 피검물(200)의 표면 결함을 포함한 이미지 정보이면 제어부(140)는 다시 획득한 이미지 정보로부터 표면 결함의 정보를 검출한다.
이에 따라 제어부(140)는 검출된 피검물(200)의 표면 결함에 관한 정보를 디스플레이부(150)를 통해 디스플레이한다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 제어부(140)는 디스플레이부(150)를 통해 피검물(200)의 표면 결함이 발견된 영역을 번호와 함께 표시하여 피검물(200)의 표면 결함에 관한 정보를 디스플레이한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)를 이용한 검사 제어 방법은 피검물(200)에 의한 회절광과 같은 광 노이즈를 설정된 검사 조건에 따라 동일한 색상을 갖는 동일 주파수의 광 노이즈로 생성시키고, 이러한 광 노이즈를 광 노이즈 차단용 광학필터를 이용하여 일거에 제거하므로, 피검물(200)의 표면 결함에 관한 정보만을 고해상도로 검출할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 표면결함 검사장치(100)를 이용한 검사 제어 방법은 콘트라스트(contrast)의 저하없이 이미지의 해상력을 향상시키며 피검물(200)의 표면 결함에 관한 정보를 검출하여 피검물(200)의 양품을 검사할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표면결함 검사장치 101: 지지판
110: 스테이지부 120: 촬상부
131,132: 광원부 131-1: 광원
131-3: 콜리메이터 렌즈 140: 제어부
150: 디스플레이부 161: 광 노이즈 차단용 광학필터
165: 광차단 필터

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  10. 스테이지부의 상부면에 마련된 피검물의 표면에 검사용 광을 조사하는 적어도 하나의 광원부, 및 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광을 수광하여 상기 피검물의 표면 이미지를 촬상하는 촬상부를 포함한 표면결함 검사장치에 대해, 상기 피검물의 표면으로부터 출사되는 광 노이즈를 상기 피검물의 반복 패턴으로 발생되는 회절광과 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시켜 표면결함을 검사하기 위한 검사 조건을 설정하는 단계;
    상기 검사 조건에 따라 상기 피검물에 대한 표면 결함 검사를 수행하여, 상기 피검물의 표면에 관한 이미지 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 판단하는 단계;
    상기 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 없는 불량 이미지 정보로 판단함에 따라, 상기 검사 조건을 재설정하는 단계;
    상기 재설정된 검사 조건에 따라 상기 피검물에 대한 표면 결함 검사를 다시 수행하여, 상기 피검물의 표면에 관한 이미지 정보를 다시 획득하는 단계;
    상기 다시 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보인지를 다시 판단하는 단계; 및
    상기 다시 획득한 이미지 정보가 상기 피검물의 표면 결함을 검출할 수 있는 이미지 정보로 판단함에 따라, 상기 다시 획득한 이미지 정보로부터 표면 결함의 정보를 검출하는 단계;
    를 포함하는 표면결함 검사방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 검사 조건을 설정하는 단계에서,
    상기 피검물의 규칙적인 격자 패턴의 격자 간격(d)과 회절 차수(m)에 따라 상기 광 노이즈를 회절광과 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환시키기 위해 설정된 상기 검사용 광의 입사각(θ)을 포함하는 표면결함 검사방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 검사 조건은 상기 촬상부를 기준으로한 상기 광원부의 회전각을 포함하는 표면결함 검사방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 입사각(θ)은
    Figure 112013103164137-pat00003

    (n': 출사광 영역의 굴절률, θ': 출사광의 출사각, n: 조사광 영역의 굴절률, θ: 조사광의 입사각, m: 출사광의 회절 차수, λ: 조사광의 파장, d: 피검물의 격자 간격)
    의 관계를 만족하도록 설정되는 표면결함 검사방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 이미지 정보를 획득하는 단계는
    광 노이즈 차단용 광학필터를 이용하여 상기 피검물의 반복 패턴으로 발생되는 회절광과 동일한 주파수의 광 노이즈로 변환된 광 노이즈를 차단하는 단계를 더 포함하는 표면결함 검사방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 검사 조건을 재설정하는 단계는
    상기 피검물의 규칙적인 격자 패턴의 격자 간격(d)에 대해, 상기 회절 차수(m), 상기 검사용 광의 파장(λ), 및 상기 검사용 광의 입사각(θ) 중 적어도 하나를 재설정하는 표면결함 검사방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 검사 조건을 재설정하는 단계는
    상기 촬상부를 기준으로한 상기 광원부의 회전각을 재설정하는 단계를 더 포함하는 표면결함 검사방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 표면 결함의 정보를 검출하는 단계는
    상기 피검물의 표면 결함이 검출된 영역의 정보를 번호와 함께 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 표면결함 검사방법.
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