KR101678169B1 - 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치 - Google Patents

초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), PDP(Plasma Display Panel) 등과 같은 FPD(Flat Panel Display)에 사용되는 유리 기판(Glass substrate) 또는 일부의 반도체에 사용되는 사파이어 웨이퍼 등의 빛을 통과시키는 투명한 기판의 제조 공정 및 투명 기판을 사용한 FPD와 반도체 제조 공정 중 패턴 형성 공정에서 기판 하면의 이물을 제외하면서 표면 이물만을 검출하기 위한 이물 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히 본 발명은 0.3T 이하의 두께를 갖는 초박판 투명기판의 표면 이물만을 검출하기 위한 이물 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치{Upper Surface Foreign Matter Detection Device of Ultra-Thin Transparent Substrate}
본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), PDP(Plasma Display Panel) 등과 같은 FPD(Flat Panel Display)에 사용되는 유리 기판(Glass substrate) 또는 일부의 반도체에 사용되는 사파이어 웨이퍼 등의 빛을 통과시키는 투명한 기판의 제조 공정 및 투명 기판을 사용한 FPD와 반도체 제조 공정 중 패턴 형성 공정에서 기판 하면의 이물을 제외하면서 표면 이물만을 검출하기 위한 이물 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히 본 발명은 0.3T 이하의 두께를 갖는 초박판 투명기판의 표면 이물만을 검출하기 위한 이물 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
얇은 두께의 투명 기판의 제조 공정, 포장 공정 및 이를 사용한 패턴 형성 공정 등에서 여러 가지 이유로 이물이 발생할 수 있다. 이들 공정 환경에서 발생된 이물들이 기판의 상면에 부착될 경우, 이 이물들은 이후의 공정에서 상면에 형성될 화소용 미세 패턴의 형성을 방해하여 해당 위치에 화소 생성용 회로 패턴이 형성되지 못하게 하므로 불량 화소로 되어 공정 수율을 떨어뜨리게 된다. 따라서 제작 공정 중간이나 공정 이후에 상면의 이물을 검사하는 단계를 가져야 한다.
FPD 와 반도체 제조 공정에서 기판을 반송하기 위해서 하면은 반송 수단에 접촉하게 되므로 하면에는 상면보다 훨씬 많은 이물들이 부착될 수 있는데, 하면의 이물들은 화소크기보다 크기가 작은 미세 이물의 경우, 화소의 특성에 아무 영향을 주지 않으므로 하면의 작은 이물은 허용되어 진다. 따라서 투명기판의 제조 공정 및 이 기판을 사용한 FPD 및 반도체의 제조 공정에서 상면 이물만을 엄격히 검사하고 있다.
FPD 및 반도체 제조 공정에서는 이물을 검사하기 위해서 기판면에 손상이 가지 않는 비접촉검사방법 중에서 주로 빛을 조사하고 반사광을 카메라로 촬상해서 얻은 이미지를 이용한 비전 검사방법을 사용하고 있는데, 투명 기판을 사용할 경우 하면까지 빛이 도달하여 하면 이물에서의 반사광도 전달되므로 하면의 이물도 촬상되게 되어 과도한 불량 판정을 하게 되고 제조 수율에 영향을 줄 수 있으므로, 하면의 이물에는 영향을 받지 않고 상면의 이물만을 검사하는 방법이 필요하다.
도 1에는 종래의 0.3T를 초과하는 두께를 갖는 투명기판의 이물 검출장치(10)의 개략도가 도시되어 있다. 도면을 참조하여 투명기판(G)의 상면(UG) 이물을 검출하기 위한 기존의 방법들을 살펴보면, 투명기판(G)의 상면(UG) 및 하면(LG)에 모두 조사되도록 광(L)을 경사(θ) 조사하여 투명기판(G)의 상면(UG)에 조사되는 제1 조사면(I1)의 산란광을 검사하는 상면검출부(UD)와 투명기판(G)의 제1 조사면(I1)을 지나 굴절하여 하면(LG)에 조사되는 제2 조사면(I2)의 산란광을 검사하는 하면검출부(LD)를 통해 투명기판(G)의 상면이물과 하면이물을 구분하여 판별하게 된다.
도시된 바와 같이 투명기판(G)의 굵기가 0.3T를 초과하는 경우 제1 조사면(I1)과 제2 조사면(I2) 사이에 투명기판(G)에 수직한 방향으로 중복되는 구간이 발생하지 않고, 특히 하면(LG)에서 반사된 광이 투명기판(G)의 상면(UG)에 조사되는 제3 조사면(I3)과 제2 조사면(I2) 사이에도 중복되는 구간이 발생하지 않기 때문에 상면검출부(UD)와 하면검출부(LD)를 통해 상면이물과 하면이물을 명확히 구분할 수 있었다.
그러나 상기와 같은 종래의 이물 검출장치를 투명기판의 두께가 0.3T 이하인 초박판으로 이루어질 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.
도 2에는 0.3T 이하의 두께에 적용한 종래의 투명기판의 이물 검출장치(20)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 투명기판(G)의 두께가 초박판으로 이루어진 경우 투명기판(G)의 상면(UG)에 조사되는 제1 조사면(I1)과, 투명기판(G)의 제1 조사면(I1)을 지나 굴절하여 하면(LG)에 조사되는 제2 조사면(I2) 및 제2 조사면(I2)과 제2 조사면(I2)에서 반사되어 상면(UG)에 조사되는 제3 조사면(I3) 사이에 중복되는 부위(OL)가 발생하게 된다. 특히 중복부위(OL)는 제2 조사면(I2)을 모두 커버하기 때문에 하면검출부(LD)로 제2 조사면(I2)을 조사할 경우 제1 및 제3 조사면(I1, I3)과 중복되어 투명기판의 상면(UG)에 있는 이물인지 하면(LG)에 있는 이물인지 구분이 불가한 문제가 발생된다.
따라서 0.3T 이하의 두께를 갖는 투명기판의 상면 이물만을 검출하기 위한 장치의 개발이 요구되고 있다.
1. 일본 공개특허공보 특개평5-196579호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 투명기판의 하면에서 반사되는 빛을 제거함에 따라 광의 상부조사면과 하부조사면의 중복 부위를 최소화하여 투명기판의 상부이물과 하부이물의 구분이 불가한 영역을 최소화한 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치를 제공함에 있다.
특히 편광의 투과율 특성을 이용하여 투명기판의 하면에서 반사되는 빛을 제거한, 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치는, 투명 기판에 광을 조사하되, 상기 투명 기판의 재질에 대응되는 브류스터각(Brewster angle)으로 경사지게 광을 조사하는 광원부; 상기 조사된 광에 의한 상기 기판의 상면에 부착된 이물 산란광을 검출하는 제1 검출부; 상기 조사된 광에 의한 상기 기판의 하면에 부착된 이물의 산란광을 검출하는 제2 검출부; 및 상기 제1 검출부를 통해 검출된 산란광의 밝기와 상기 제2 검출부를 통해 검출된 산란광의 밝기를 비교하여 상기 기판의 상면에 부착된 이물과 상기 기판의 하면에 부착된 이물을 구분하는 제어부; 를 포함한다.
이때, 상기 광원부는, 상기 투명기판이 유리인 경우 입사각이 54~60도로 경사지게 광을 조사한다.
또한, 상기 검출 장치는, 상기 투명기판의 상면에 광이 조사되는 제1 조사면과, 상기 제1 조사면에서 굴절된 광이 상기 투명기판의 하면에 조사되는 제2 조사면을 포함하며, 상기 투명기판에 수직한 방향을 기준으로 제1 조사면과 제2 조사면에 중복 부위가 존재할 경우 상기 제1 검출부는 상기 중복 부위를 제외한 제1 조사면의 산란광을 검출하고, 상기 제2 검출부는 상기 중복 부위를 제외한 제2 조사면의 산란광을 검출한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치는, 통상의 상면검출부 및 하면검출부를 이용하여 투명기판의 상면 이물 및 하면 이물을 구분하는 기존의 이물 검사 장치로는 구분이 불가능한 0.3T 이하의 초박판 투명기판의 상면 이물 및 하면 이물을 구분하여 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 이물 검출 장치 개념도
도 2는 초박판 투명기판에 적용한 종래의 이물 검출 장치 개념도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 검출 장치 개념도
도 4는 광의 입사각에 따른 P편광과 S편광의 투과율을 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 검출 장치 개략도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 검출 장치를 이용한 상면 및 하면 이물 검출 시 개략도
도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치(100, 이하 "검출 장치")의 개념도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 초박판 투명기판(G)의 상면 이물을 검출하기 위한 방법에 대하여 살펴보면, 본 발명의 검출장치(100)는 투명기판(G)의 상면(UG) 및 하면(LG)에 모두 조사되도록 광(L)을 경사(θ) 조사하되, 상면(UG)에서 굴절된 광이 하면(LG)에서 반사되지 않고, 모두 굴절 투과되도록 구성하였다.
따라서 투명기판(G)의 상면(UG)에 조사되는 제1 조사면(I1)의 산란광을 검사하는 상면검출부(UD)와 투명기판(G)의 제1 조사면(I1)을 지나 굴절되고, 하면(LG)에서 굴절 투과되는 제2 조사면(I2)의 산란광을 검사하는 하면검출부(LD)를 통해 투명기판(G)의 상면이물과 하면이물을 구분하여 판별하게 된다.
즉 초박판 투명기판(G)이기 때문에 제1 조사면(I1)과 제2 조사면(I2) 사이에 중복부위(OL)가 존재하게 되나, 하면(LG)에서 반사되는 광이 투명기판(G)의 상면에 조사되는 제3 조사면(I3, 배경기술참조)을 제거했기 때문에 중복부위(OL)를 제외한 제1 조사면(I1-1)에 상면검사장치(UD)를 배치하고, 중복부위(OL)를 제외한 제2 조사면(I2-1)에 하면검사장치(LD)를 배치하여 투명기판(G)의 상면이물과 하면이물을 구분하여 판별하게 된다.
이때 본 발명은 하면(LG)에서 반사되는 광을 제거하기 위해 다음과 같은 특성을 이용한다.
도 4에는 투명기판이 유리재질인 경우 광의 입사각에 따른 P편광과 S편광의 투과율을 나타낸 그래프가 도시되어 있다. (가로축이 광의 입사각, 세로축이 투과율, 붉은색이 P편광, 푸른색이 S편광) 도시된 바와 같이 입사각이 55도 부근에서 P편광의 투과율이 1.0 인 것을 알 수 있다. 즉 P편광을 입사각 55도로 하여 투명기판에 조사하게 되면, 투명기판의 하면에 조사된 광이 반사되지 않고 100% 투과됨을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 검출장치(100)는 광원으로 P편광을 사용하며, 입사각을 50~60도 보다 바람직하게 55도로 제한하여 투명기판의 하면에서 반사되는 빛을 제거하였다. 상술한 바는 투명기판(G)이 유리재질로 이루어진 경우에 해당되며, 투명기판(G)이 유리재질 이외에 다른 투명재질로 이루어진 경우 각각의 기판 재질의 브류스터각(Brewster angle)에 대응되는 입사각으로 광을 조사할 경우 상술된 효과를 이끌어낼 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 검출 장치(100)의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 검출 장치(100)는 광원부(110), 광학렌즈(111), 미러(112), 제1 검출부(120), 제2 검출부(130) 및 투명기판(G)을 포함하여 구성된다.
광원부(110)는 투명기판(G)에 광을 조사하기 위한 구성으로 P편광을 투명기판(G)에 조사하는 P편광 광원을 포함하여 이루어진다. 광원부(110)에서 조사된 광은 광학렌즈(111)를 통해 집적되며, 미러(112)를 통해 입사각이 조절될 수 있다. 이때 입사각은 상술한 바와 같이 55도 일 수 있다.
제1 검출부(120)는 투명기판(G)의 상면(UG)에 형성된 제1 조사면(I1)에 조사된 광의 산란광을 검출하기 위해 구성된다.
제2 검출부(130)는 투명기판(G)의 하면(LG)에 형성된 제2 조사면(I2)에 조사된 광의 산란광을 검출하기 위해 구성된다.
상기와 같은 구성의 제1 검출부(120) 및 제2 검출부(130)를 통해 투명기판(G)에 이물이 없는 상태에서 광을 조사하게 되면, 광은 투명기판(G)을 그대로 통과하기 때문에 산란광이 발생되지 않으며, 제1 검출부(120)와 제2 검출부(130)에서 산란광이 검출되지 않고, 상기 제1 검출부(120) 및 제2 검출부(130)의 검출 신호를 판단하는 제어부를 통해 투명기판(G) 상에 이물이 없는 것으로 판단하게 된다.
반면, 투명기판(G)의 상면 또는 하면에 이물이 부착된 상태에서 광을 조사하게 되면, 조사된 광에 의해 이물에서 산란광이 발생되고 이를 제1 검출부(120) 또는 제2 검출부(130)에서 산란광이 검출되며, 상기 제1 검출부(120) 및 제2 검출부(130)의 검출 신호를 판단하는 제어부를 통해 투명기판(G) 상에 이물이 검출된 것으로 판단하게 된다.
이때 도 6에 도시된 바와 같이 상면(UG)에 제1 이물(P1)이 존재하고, 하면(LG)에 제2 이물(P2)이 존재할 경우 제1 검출부(120)를 통해 검출된 제1 이물의 이미지(도 6a의 P1)가 제2 이물의 이미지(도 6a의 P2) 보다 크게 검출되며, 제2 검출부(130)를 통해 검출된 제1 이물의 이미지(도 6b의 P1)가 제2 이물의 이미지(도 6b의 P2) 보다 작게 검출되어 상면이물과 하면이물의 구분이 가능하게 된다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 검출 장치
110 : 광원부 111 : 광학렌즈
112 : 미러
120 : 제1 검출부
130 : 제2 검출부
G : 투명기판
P1 : 상면 이물 P2 : 하면 이물

Claims (3)

  1. 투명 기판에 광을 조사하되, 상기 투명 기판의 재질에 대응되는 브류스터각(Brewster angle)으로 경사지게 광을 조사하는 광원부;
    상기 조사된 광에 의한 상기 기판의 상면에 부착된 이물 산란광을 검출하는 제1 검출부;
    상기 조사된 광에 의한 상기 기판의 하면에 부착된 이물의 산란광을 검출하는 제2 검출부; 및
    상기 제1 검출부를 통해 검출된 이물의 크기가 상기 제2 검출부를 통해 검출된 이물의 크기 보다 클 경우 상기 이물은 상기 기판의 상면에 부착된 이물로 판단하고, 상기 제1 검출부를 통해 검출된 이물의 크기가 상기 제2 검출부를 통해 검출된 이물의 크기보다 작을 경우 상기 이물은 상기 기판의 하면에 부착된 이물로 판단하는 제어부;
    를 포함하는, 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는, 상기 투명기판이 유리인 경우 입사각이 54~60도로 경사지게 광을 조사하는, 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 장치는,
    상기 투명기판의 상면에 광이 조사되는 제1 조사면과, 상기 제1 조사면에서 굴절된 광이 상기 투명기판의 하면에 조사되는 제2 조사면을 포함하며, 상기 투명기판에 수직한 방향을 기준으로 제1 조사면과 제2 조사면에 중복 부위가 존재할 경우 상기 제1 검출부는 상기 중복 부위를 제외한 제1 조사면의 산란광을 검출하고, 상기 제2 검출부는 상기 중복 부위를 제외한 제2 조사면의 산란광을 검출하는, 초박판 투명기판 상면 이물 검출 장치.
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