KR102166526B1

KR102166526B1 - 원형 타겟과 ccd 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102166526B1
Application number: KR1020190089178A
Authority: KR
Inventors: 이응석; 김재환; 이종훈; 이상훈
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-10-15

Abstract

본 발명은 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 원형 타겟의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟을 촬영하는 제1 단계; 상기 CCD 카메라가 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟을 촬영하는 제2 단계; 및 각도 산출부가 상기 제1 단계 또는 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 단축과, 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 장축을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는 제3 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING ANGLE USING CIRCULAR TARGET AND CCD CAMERA}

본 발명은 각도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용하여 CCD 카메라 자체의 기울어짐을 계산하여, 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치와 각도를 정확하게 산출할 수 있는 각도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템 연구의 진단 과정은 각 단위 공정을 수행하는 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치에 정확하고 안정적으로 위치하도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 각 단위 공정에서의 공정 수행 위치가 정확하지 않은 경우, 공정불량은 물론, 물리적인 작용으로부터 웨이퍼의 이탈하여 웨이퍼의 손상이나 파손 및 제조설비의 오염을 초래할 수 있다.

따라서, 이와 같은 각 공정 수행 위치를 정확하도록 하기 위하여 종래에는 카메라를 이용한 캘리브레이션 방법이 사용되었으나, 카메라의 내부 파라미터 추정을 위한 영상 획득 과정이 번거롭고 힘들 뿐만 아니라, 정확하고 용이한 위치 산출이 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법은 CCD 카메라를 통해 원형 타겟을 촬영하여 CCD 카메라의 기울어진 각도를 계산하여 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치와 각도를 정확하게 산출하고자 한다.

또한, 본 발명에 따르면 CCD 카메라 자체의 기울어짐을 쉽게 파악하여 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치를 더욱 정확하고 안정적으로 산출하여 적용하도록 하고자 한다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 원형 타겟의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟을 촬영하는 제1 단계; 상기 CCD 카메라가 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟을 촬영하는 제2 단계; 및 각도 산출부가 상기 제1 단계 또는 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 단축과, 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 장축을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는 제3 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제3 단계는 하기의 수학식을 통해 상기 기울어진 일정 각도를 산출하며,

[수학식]

이때, 상기 'θ'는 상기 기울어진 일정 각도이고, 상기 'a'는 상기 원형 타겟의 장축이고, 상기 'b'는 상기 원형 타겟의 단축으로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 원형 타겟은 복수개의 원형 타겟으로 이루어진 도트 그리드로 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치는 원형 타겟의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟을 촬영하고, CCD 카메라가 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟을 촬영하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라; 및 상기 촬영된 원형 타겟의 단축과, 상기 촬영된 원형 타겟의 장축을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는 각도 산출부;를 포함한다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 각도 산출부는 하기의 수학식을 통해 상기 기울어진 일정 각도를 산출하며,

[수학식]

본 발명에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법은 CCD 카메라를 통해 원형 타겟을 촬영하여 CCD 카메라의 기울어진 각도를 계산하여 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치와 각도를 정확하게 산출할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 CCD 카메라 자체의 기울어짐을 쉽게 파악하여 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치를 더욱 정확하고 안정적으로 산출하여 적용하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각도 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 원형 타겟으로 이루어진 도트 그리드를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템 연구의 진단 시에는 각 단위 공정을 수행하는 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치에 정확하고 안정적으로 위치하도록 해야 한다.

이와 같은 각 단위 공정에서의 공정 수행 위치가 정확하지 않은 경우에는, 공정불량은 물론, 물리적인 작용으로부터 웨이퍼의 이탈하여 웨이퍼의 손상이나 파손 및 제조설비의 오염을 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치 및 방법은 CCD 카메라를 통해 원형 타겟을 촬영하여 CCD 카메라의 기울어진 각도를 계산하여 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치와 각도를 정확하게 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각도 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이후부터는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치의 구성과 각도 측정 원리를 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치(100)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(110) 및 각도 산출부(120)를 포함하여 구성된다.

CCD 카메라(110)는 원형 타겟(circular target: 115)을 촬영한다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 CCD 카메라(110)는 원형 타겟(115)의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟(115)을 촬영한다.

또한, 상기 CCD 카메라(110)는 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟(115)을 촬영한다.

이와 같이, CCD 카메라(110)를 원형 타겟(115)의 상부에서 수직 방향으로 촬영하면 상기 원형 타겟(115)은 원형으로 촬영되며, CCD 카메라(110)를 상기 원형 타겟(115)에 대하여 일정 각도로 기울여 촬영하면 상기 원형 타겟(115)은 타원으로 촬영된다.

따라서, 각도 산출부(120)는 상기 원형으로 촬영된 원형 타겟(115)과 상기 타원으로 촬영된 원형 타겟(115)을 비교하여, CCD 카메라(110)의 기울어진 각도를 산출할 수 있다.

즉, 상기 각도 산출부(120)는 상기 촬영된 원형 타겟(115)의 단축(b)과, 상기 촬영된 원형 타겟(115)인 타원의 장축(a)을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출할 수 있다.

이때, 상기 원형 타겟(115)의 단축(b)은 상기 CCD 카메라(110)에서 촬영된 원형의 원형 타겟(115)의 반지름에 해당하며, 상기 원형 타겟(115)의 장축(a)은 상기 CCD 카메라(110)에서 촬영된 타원의 원형 타겟(115)의 보다 긴 축의 길이의 1/2의 길이에 해당한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 CCD 카메라(110)에서 촬영된 원형 타겟(115)의 단축(b)과 장축(a)의 길이를 통해 CCD 카메라(110)의 기울어진 각도를 산출할 수 있다.

이후부터는 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 각도 측정 원리를 설명하기로 한다.

'θ'는 상기 기울어진 일정 각도이고, 'a'는 상기 원형 타겟의 장축이고, 'b'는 상기 원형 타겟의 단축이다.

,

(조건 1)인 경우,

,

를 만족시켜야 한다.

이고,

일 때,

이므로,

을 대입하면,

이 도출된다.

다시, 양변에

을 곱하면

이 된다.

의 성립을 위하여,

이며,

이므로

도출되어,

(조건 2)가 된다.

따라서, 조건 1을 만족하면, 조건 2가 만족하고, 그에 따라

가 성립한다.

삼각형의 닮은꼴로 인해

가 된다.

따라서, 원형 타겟의 장축(a)과 단축(b)의 길이만 알면, CCD 카메라의 기울어진 각도(θ)를 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 원형 타겟으로 이루어진 도트 그리드를 도시한 도면이다.

이후부터는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법을 설명하기로 한다.

먼저, CCD 카메라(110)가 원형 타겟(circular target: 115)을 촬영한다(S310).

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 CCD 카메라(110)는 원형 타겟(115)의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟(115)을 촬영하며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 원형 타겟(115)은 복수개의 원형 타겟으로 이루어진 도트 그리드 중에서 선택되는 원형 타겟(115)을 촬영하여 사용할 수 있다.

이후, 상기 CCD 카메라(110)는 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟(115)을 촬영한다(S320).

CCD 카메라(110)를 원형 타겟(115)의 상부에서 수직 방향으로 촬영하면 상기 원형 타겟(115)은 원형으로 촬영되며, CCD 카메라(110)를 상기 원형 타겟(115)에 대하여 일정 각도로 기울여 촬영하면 상기 원형 타겟(115)은 타원으로 촬영된다.

그에 따라, 각도 산출부(120)는 상기 원형으로 촬영된 원형 타겟(115)과 상기 타원으로 촬영된 원형 타겟(115)을 비교하여, CCD 카메라(110)의 기울어진 각도를 산출할 수 있다(S330).

따라서, 본 발명에 따른 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법에 따르면 CCD 카메라를 통해 원형 타겟을 촬영하여 CCD 카메라의 기울어진 각도를 계산하여 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치와 각도를 정확하게 산출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 CCD 카메라 자체의 기울어짐을 쉽게 파악하여 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치를 더욱 정확하고 안정적으로 산출하여 적용하도록 할 수 있다.

상술한 본 발명인, 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법을 구현하는 기능구성과 구현 방법은 프로그램으로 구현이 가능하다. 즉, 본 발명에서의 방법을 수행하는 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다.

본 발명에의 방법 수행을 위한 기능블록의 과정인 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치
110: CCD(Charge Coupled Device) 카메라
115: 원형 타겟(circular target)
120: 각도 산출부

Claims

CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 원형 타겟의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟을 촬영하는 제1 단계;
상기 CCD 카메라가 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟을 촬영하는 제2 단계; 및
각도 산출부가 상기 제1 단계 또는 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 단축과, 상기 제2 단계에서 촬영된 상기 원형 타겟의 장축을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는 제3 단계;
를 포함하는 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 단계는,
하기의 수학식을 통해 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는,
[수학식]

원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법.
(이때, 상기 'θ'는 상기 기울어진 일정 각도이고, 상기 'a'는 상기 원형 타겟의 장축이고, 상기 'b'는 상기 원형 타겟의 단축으로 정의한다.)
청구항 1에 있어서,
상기 원형 타겟은 복수개의 원형 타겟으로 이루어진 도트 그리드로 구성되는 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 방법.
원형 타겟의 상부에서 수직 방향으로 상기 원형 타겟을 촬영하고, CCD 카메라가 일방향으로 일정 각도로 기울어져, 상기 원형 타겟을 촬영하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라; 및
상기 촬영된 원형 타겟의 단축과, 상기 촬영된 원형 타겟의 장축을 이용하여, 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는 각도 산출부;
를 포함하는 원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 각도 산출부는,
하기의 수학식을 통해 상기 기울어진 일정 각도를 산출하는,
원형 타겟과 CCD 카메라를 이용한 각도 측정 장치.
[수학식]

(이때, 상기 'θ'는 상기 기울어진 일정 각도이고, 상기 'a'는 상기 원형 타겟의 장축이고, 상기 'b'는 상기 원형 타겟의 단축으로 정의한다)
청구항 1에 따른 각도 측정 방법의 3단계를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독이 가능한 기록매체.