KR102260167B1 - 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박형의 디스플레이 패널(Flat Panel Display)을 제조하는 공정에서 커버 윈도우(Cover Window)와 디스플레이 패널 사이에 부착되는 편광판과 같은 박막의 경계면 결함을 검사할 수 있도록 하는, 디스플레이 패널의 경계면 불량 검사 시스템 및 방법에 대하여 개시한다.
개시된 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템은, 적어도 하나 이상의 층에 따라 적어도 하나 이상의 경계면을 갖는 대상 시료; 상기 대상 시료에 광을 조사하는 광원부; 및 상기 대상 시료로부터 반사된 광을 수광하여 각 경계면의 결함을 검출하는 결함 검출부를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법{Method and system for inspecting defect of boundary surface in multi-layer of display panel}
본 발명은 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박형의 디스플레이 패널(Flat Panel Display)을 제조하는 공정에서 커버 윈도우(Cover Window)와 디스플레이 패널 사이에 부착되는 편광판과 같은 박막의 경계면 결함을 검사할 수 있도록 하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 다수의 기판이 합착되어 하나의 디스플레이 장치로 만들어 진다. 다수의 기판들 중 하나인 편광판은 LCD, OLED 등에 필수로 들어가야 하는 소재이다.
편광판은 외광 반사를 최소화 하여 야외 시인성을 높이고 블랙을 정확하게 표현하는 역할을 한다. 현재 양산 라인에서 사용되고 있는 편광판(POL)은 약 100~150 ㎛의 두께를 갖는다. 커버 윈도우(Cover Window)와 편광판은 PSA(Pressure Sensitive Adhensive Application)의 한 종류인 OCA(Optical Clear Adhensive)를 이용하여 합착된다.
이러한 합착 재료를 이용하여 커버 윈도우(CW)와 편광판을 합착시킬 때 편광판 위에 이물질이 있는 경우 이러한 이물질 위에 커버 윈도우(CW)가 위치하게 되므로 편광판에 결함이 발생되는 문제점이 있다.
관련 선행 특허 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1987402호(2019.06.03 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 광학 장치를 이용하여 박막 표면의 형상을 측정하는 방법이 기재되어 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 박형의 디스플레이 패널을 제조하는 공정에서 커버 윈도우와 디스플레이 패널 사이에 부착되는 편광판과 같은 박막의 경계면 결함을 검사할 수 있도록 하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템은, 적어도 하나 이상의 층에 따라 적어도 하나 이상의 경계면을 갖는 대상 시료; 상기 대상 시료에 광을 조사하는 광원부; 및 상기 대상 시료로부터 반사된 광을 수광하여 각 경계면의 결함을 검출하는 결함 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료의 각 경계면으로부터 반사된 광에 의해 각 경계면 이미지를 생성하고, 각 경계면 이미지 중 결함이 존재하는 이미지를 구분하여 각 경계면의 결함을 검출할 수 있다.
또한, 상기 대상 시료는, 공기층과 접촉하는 제1층, 상기 제1층 아래 제2층, 상기 제2층 아래 제3층, 상기 제3층 아래 제4층을 포함하고, 상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료에 입사되어 상기 제1층 및 상기 공기층과의 경계면에서 반사된 광에 의해 가성 결함에 대한 제1 이미지를 생성하고, 상기 대상 시료에 입사되어 상기 제1층에서 굴절되어 상기 제2층을 투과하고 이물질 및 가성 결함 그림자가 존재하는 상기 제2층 및 상기 제3층의 경계면에서 반사되어 상기 제2층 및 상기 제1층을 투과하여 수광된 광에 의해 가성 결함 그림자 및 진성 결함에 대한 제2 이미지를 생성한 후, 상기 제2 이미지에서 상기 제1 이미지를 차연산하고, 차연산된 제2 이미지에서 가성 결함 그림자를 제거하여 얻은 진성 결함 이미지에 근거하여 상기 제3층의 결함을 검출할 수 있다.
또한, 상기 대상 시료는, 표시 패널, 상기 표시 패널 위에 편광판, 상기 편광판 위에 점착제, 상기 점착제 위에 커버 글래스(Cover Glass)가 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원부는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력된 광의 진동 방향 중 편광축 방향의 광을 통과시키고, 소광축 방향의 광을 흡수하는 편광자; 상기 편광자를 통과하여 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시키는 위상 지연자; 및 상기 위상 지연자에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 상기 대상 시료에 입사시키는 제1 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료로부터 반사되는 광을 집광하는 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석자; 및 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득하는 편광 검출기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 편광 분석자의 각도를 A 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 상기 제1층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되고, 상기 편광 검출기는 상기 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제1층의 상면 이미지와 상기 제1층의 상면에 위치한 가성 결함에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 상기 편광 분석자의 각도를 B 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 상기 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되어, 상기 편광 검출기는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자에 대한 이미지와, 상기 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 결함 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 상기 대상 시료에 입사되는 광의 입사 각도에 해당하는 브루스터각이 일정하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 특성이 일정함에 따라, 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지는, 상기 가성 결함에 대한 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치할 수 있다.
그리고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는, 모두 더블 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법은, (a) 편광자가 광원에서 출력된 광의 진동 방향 중 소광축 방향의 광을 흡수하고 편광축 방향의 광을 통과시키는 단계; (b) 위상 지연자가 상기 편광자를 통과한 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시키는 단계; (c) 제1 렌즈가 상기 위상 지연자에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상 시료에 입사시키는 단계; (d) 제2 렌즈가 상기 대상 시료로부터 반사되는 광을 집광하는 단계; (e) 편광 분석자가 상기 제2 렌즈를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시키는 단계; 및 (f) 편광 검출기가 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계에서 상기 편광 분석자의 각도를 A 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 제1층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되고, 상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는 상기 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제1층의 상면 이미지와 상기 제1층의 상면에 위치한 가성 결함에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계에서 상기 편광 분석자의 각도를 B 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 제3층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되며, 상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자에 대한 이미지와, 상기 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 이미지를 포함하는 결함 이미지를 획득하고, 상기 제1층 상면에 위치한 가성 결함에 의해 차단된 광에 의하여 가성 결함에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는, 상기 결함 이미지에서 상기 가성 결함에 대한 이미지를 차연산하여 가성 결함을 제거하고, 제거된 상기 가성 결함의 모양을 마스크(Mask)로 설정하고, 상기 가성 결함 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치하는 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지를 제거하기 위해, 상기 마스크로부터 상기 결함 이미지를 특정 거리(δL) 만큼 이동하여 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지를 제거하여 상기 이물질에 대한 이미지만 남길 수 있다.
그리고, 상기 대상 시료에서 상기 제1층은 공기층과의 접촉면에 제1 경계면을 갖고, 상기 제1층의 아래에 제2층이 위치하고, 상기 제2층의 아래에 상기 제3층이 위치하며, 상기 대상 시료에 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사된 광은 상기 제1 경계면에서 첫번째 반사가 일어나고, 상기 제1 경계면에서 반사 및 흡수되지 않은 나머지 광들은 굴절되어 상기 제2층과 상기 제3층의 제3 경계면으로 진행하며, 상기 제1 경계면에서 굴절되어 진행된 광은 일정 두께(d')를 가지는 상기 제1층 및 상기 제2층을 지나면서 위상 변화를 일으키고, 상기 제3 경계면에서 두번째 반사가 일어나며, 상기 제1 경계면에서 첫번째 반사된 광과 상기 제3 경계면에서 두번째 반사된 광은 모두 상기 결함 검출부를 향해 진행하다가, 상기 편광 분석자의 조절 각도에 따라 상기 제1 경계면에서 첫번째 반사된 광만 상기 편광 분석자를 통과하거나, 상기 제3 경계면에서 두번째 반사된 광만 상기 편광 분석자를 통과하여 상기 결함 검출부에 도달할 수 있다.
본 발명에 의하면, 커버 윈도우(CW)의 아래에 위치한 편광판에 존재하는 불량이 커버 윈도우(CW) 및 편광판 중 어느 면에 위치한 것인지 정확하게 검출할 수 있다. 따라서 이를 이용하여 LCD, OLED 디스플레이를 생산할 때 발생되는 불량을 줄 일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 대상 시료의 최상면에서 반사되어 편광 검출기로 들어오는 빛을 차단하고 편광판의 경계면에서 반사되어 오는 빛만으로 이미징을 하기 때문에 편광판의 경계면에 위치한 결함의 콘트라스트(Contrast)를 극대화 하는 효과가 발생한다.
그리고, 본 발명에서는 커버 글래스의 상면에 이물질이 위치해 있는 경우에도 편광판의 경계면에 위치해 있는 이물질 결함과 구분할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 원리를 설명하기 위한 광학적 현상을 나타낸 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도를 A도(°)로 기울이고 대상 시료의 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도를 B도(°)로 기울이고 대상 시료의 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 검출기에서 대상 시료의 가성 결함과 가성 결함 그림자에 의해 반사된 광을 수광하여 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도에 따라 동일 위치에서 실제 획득한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도에 따라 획득한 이미지에서 가성 결함 및 가성 결함 그림자를 제거하여 편광판 결함만을 검출하는 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 원리를 설명하기 위한 광학적 현상을 나타낸 도면들이다.
도 1에서는 굴절률이 다른 두 매질 사이에 입사하는 입사광(4), 경계면(3)에서 굴절되는 굴절광(5), 및 경계면(3)에서 반사되는 반사광(6)이 표현되어 있다.
입사면(1)은 도 1에서처럼 입사하는 입사광(4)과 반사되는 반사광(5)이 지나가는 면이 되는데, 입사면(1)은 경계면1(3)에 수직하게 된다. 입사각(2)은 경계면1(3)에 수직인 방향으로부터 정의하므로 광(光)이 경계면1(3)에 수직으로 입사할 경우 입사각(2)은 0도가 된다.
입사하는 입사광(4)의 편광방향, 즉 전기장의 진동면이 입사면(1)에 위치할 경우 p-파(평행파), 입사면(1)에 수직일 때를 s-파(수직파)라고 부른다. 도 1에서 p-파의 경우
Figure 112020103789824-pat00001
, s-파의 경우
Figure 112020103789824-pat00002
로 나타내었다.
브루스터 각의 경우 편광각 또는 주 입사각으로 불린다. 도 2는 전형적인 유전체인 유리의 입사각에 따른 p-파와 s-파의 반사율을 나타내고 있다. 굴절률이 1인 공기에서 굴절률이 1.5인 유리로 빛이 입사될 때 입사각이 약 56도 일 때 p-파의 반사율이 0이 된다. 이때의 입사각이 바로 브루스터 각이 된다. 즉 도 3 에서처럼 빛이 굴절률이 n1인 매질에서 n2인 매질로 진행할 때 n2/n1 = tan(입사각)인 경우 입사각이 브루스터 각(9)이 되어 반사되는 반사광(6)은 p-파에 대한 반사가 완전히 사라지고 s-파에 대해서는 부분적인 반사가 있게 된다. 이 경우 굴절되는 굴절광(5)과 반사되는 반사광(6)의 사이각이 90도가 된다. 다시 말하자면 이때 반사되는 반사광(6)은 전부 s-파이므로 완전 편광되었다. 도 2에서 p-파에 대한 반사율이 s-파에 대한 반사율보다 항시 작음을 알 수 있다. 즉 굳이 브루스터 각이 아니더라도 비스듬히 반사된 빛의 상당량이 s-파 임을 알 수 있다. 반면 굴절되는 굴절광(5)은 p-파와 s-파 중 반사되지 않는 나머지가 혼합된 부분 편광된 상태이다.
도 4에서는 단층 구조에서의 광의 반사를 나타내었다. 단층 구조를 가질 경우 도 4에서와 같이 두 개의 경계면1, 2(3, 3a)에서 반사가 이루어 진다. 이때 입사각(2)이 브루스터 각 또는 브루스터 각에 가까운 각으로 빛이 입사되었다면 도 3에서와 동일하게 경계면1(3)에서 반사되는 반사광(6)은 완전 편광된 빛이고 굴절되는 굴절광(5)은 부분 편광되어 있다. 부분 편광되고 굴절되어 진행하는 굴절광(5)은 굴절률이 n2이고 두께 d를 갖는 단층을 지나게 된다. 일반적으로 진공에서의 파장(λ)을 가진 빛이 두께 d의 단층을 한번 뚫고 지나갈 때는 아래와 같은 위상 변화(δ)가 일어난다.
Figure 112020103789824-pat00003
이때, n1이 공기층이라면 n1 = 1 이 되어 진공에서와 같은 굴절률을 갖게 된다. 따라서 경계면1(3)에서 굴절된 굴절광(5)은 굴절률 n2이고 두께 d인 단층을 지나면서 위상변화 δ가 발생하고 다시 경계면2(3a)에서 반사되어 진행할 때 위상변화 δ가 다시 발생한다. 총 위상변화는 2δ 만큼 발생하며 2δ는 경계면1(3)에서 반사되는 제1 반사광(6)과 경계면2(3a)에서 반사되는 제2 반사광(6a)이 만날 때 위상 차이다. 경계면2(3a)에서 반사되는 제2 반사광(6a)은 경계면1(3)에서 반사되는 제1 반사광(6)과 다른 편광 상태를 갖게 된다.
일반적으로 편광을 이용한 광학 Application에서는 광원으로 Collimation된 빛을 사용한다. 빛은 흐트러지게 하기는 쉽지만 모으기는 어렵다. Collimation된 빛을 사용하는 가장 중요한 이유는 빛을 모아 밝기를 키우기도 하지만 입사각이 정의가 되어야 하기 때문이다.
따라서 본 발명에서는 더블 텔레센트릭 렌즈를 사용하였으며, 텔레센트릭 렌즈는 빛의 진행방향(주축)에 평행한 빛만 받아들이거나 진행시키기 때문에 Collimated 되었다고 하여도 무방하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템(100)은, 스테이지(Stage, 50), 광원부(60), 결함 검출부(70), 및 대상 시료(80)를 포함할 수 있다.
아래 본 발명의 실시 예에서는 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템을 간단히 측정 시스템(100) 또는 검사 시스템(100)으로 표기하여 설명할 수 있다.
스테이지(50)는 검사 대상으로서 대상 시료(80)를 배치하여 고정시키는 장치로서, x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동할 수 있다. 그에 따라, 스테이지(50)를 xyz 스테이지라고 칭할 수 있다. 즉, 스테이지(50)는 광원부(60)로부터 출력된 광이 입사되는 대상 시료(80)가 배치되는 장치이다.
스테이지(50)는 모터를 통해 전기적으로 이동할 수 있다. 스테이지(50)를 통해 대상 시료(80)가 이동함으로써, 이동된 위치에서 대상 시료(80)의 각 경계면에 대한 불량 검사가 수행될 수 있다. 검사 대상은 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등이 검사의 대상이 될 수 있다. 여기서, 웨이퍼는 상면 상에 주기적인 패턴이 형성된 웨이퍼이거나 또는 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼일 수 있다.
광원부(60)는 광을 출력하여 대상 시료(80)에 광을 조사한다.
결함 검출부(70)는 대상 시료(80)로부터 반사된 광을 수광하여 각 경계면의 결함을 검출할 수 있다. 즉, 결함 검출부(70)는, 대상 시료(80)의 각 경계면으로부터 반사된 광에 의해 각 경계면 이미지를 생성하고, 각 경계면 이미지 중 결함이 존재하는 이미지를 구분하여 각 경계면의 결함을 검출할 수 있다.
대상 시료(80)는 스테이지(50) 상에 고정되고, 적어도 하나 이상의 층에 따라 적어도 하나 이상의 경계면을 갖는다. 즉, 대상 시료(80)는, 공기층과 접촉하는 제1층, 제1층 아래 제2층, 제2층 아래 제3층, 제3층 아래 제4층을 포함한다.
예를 들면, 대상 시료(80)는, 표시 패널(11), 표시 패널 위에 편광판(POL, 12), 편광판(12) 위에 점착제(13), 점착제(13) 위에 커버 글래스(Cover Glass, 14)가 배치될 수 있다. 여기서, 커버 글래스(14)는 커버 윈도우(Cover Window, 14)라고 칭할 수 있다.
또한, 광원부(60)는, 광원(15), 편광자(16), 위상 지연자(17) 및 제1 렌즈(20)를 포함한다.
광원(15)은 광을 출력하여 대상 시료(80)에 조사한다. 광원(15)은 넓은 파장대의 광, 예컨대, 250 ~ 1700㎚의 광을 생성하는 광대역(broadband) 광원, 또는 다파장(multi-wavelength) 광원일 수 있다. 또한, 광원(15)은 파장을 가변할 수 있는 파장 가변(tunable) 광원일 수 있다. 물론, 광원(15)이 광대역 광원에 한정되는 것은 아니다. 또한, 광원(15)은 한 개의 파장의 광을 생성하는 단일 파장 레이저 광원일 수 있다. 만약, 광원(15)이 단일 파장 레이저 광원인 경우, 본 발명의 측정 시스템(100)은 서로 다른 파장의 광을 생성하는 다수의 레이저 광원들을 구비할 수 있고, 요구되는 파장에 따라 광원들을 교체하면서 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(15)은 자외선 레이저 빔을 방출하는 레이저와 같은 광원으로서, 248nm, 193nm 또는 157nm의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
편광자(16)는 광원(15)에서 출력된 광의 진동 방향 중 편광축 방향의 광을 통과시키고, 소광축 방향의 광을 흡수한다.
위상 지연자(17)는 fast축 방향과 slow축 방향으로 진동하는 빛에 대해 위상차를 발생시킨다. 즉, 위상 지연자(17)는 편광자(16)를 통과하여 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시켜 원형 편광 또는 타원 편광 상태로 출력한다.
편광자(16) 및 위상 지연자(17)를 포함하여 편광 발생부라 칭할 수 있다. 편광 발생부는 광원(15)에서 출력된 광을 편광시키고 보정하여 출력한다. 이를 위해, 편광 발생부는 광원에서 출력된 광을 편광시키는 편광자(polarizer, 16); 및 편광자에 의해 편광된 광을 보정하는 광 보정자(compensator)로서 위상 지연자(17)를 포함할 수 있다. 이에, 위상 지연자(17)를 광 보정자(17)라고 칭할 수 있다.
편광자(16)는, 편광축 방향의 광을 통과시키고 소광축 방향의 광을 흡수하여, 광원에서 출력된 광을 편광시킨다.
광 보정자(17)는, 편광자(16)에 의해 편광된 광을 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 λ/4 위상차를 발생시켜 보정한다.
따라서 광 보정자(17)에 의해 보정된 광은 브루스터각(9) 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상 시료(80)에 입사될 수 있다.
편광자(16)는 광원(15)으로부터 입력된 광을 선형 편광(linear polarization)시켜 출력할 수 있다. 예컨대, 편광자(16)는 입사된 광에서 P 편광성분(또는 수평성분), 또는 S 편광성분(또는 수직성분)만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다.
광 보정자(17)는 편광자(16)로부터의 광을 원형 편광(circular polarization) 또는 타원 편광(elliptical polarization)시켜 출력할 수 있다. 광 보정자(17)는 선형 편광된 광에 위상차를 줌으로써, 직선 편광을 원 편광이나 타원 편광으로, 또는 원 편광을 직선 편광으로 변화시킬 수 있다. 그에 따라, 광 보정자(17)는 위상 지연자(phase retarder)라고 칭할 수 있다. 예컨대, 광 보정자(17)는 1/4 파장판(quater-wave plate)일 수 있다.
제1 렌즈(20)는 위상 지연자(17)에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각(9) 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상 시료(80)에 입사시킬 수 있다.
또한, 결함 검출부(70)는, 제2 렌즈(21), 편광 분석자(18) 및 편광 검출기(19)를 포함한다.
제2 렌즈(21)는 대상 시료(80)로부터 반사되는 광을 집광하여 편광 분석자(18)로 전달한다.
편광 분석자(18)는 제2 렌즈(21)를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 편광 분석자(18)는 편광자(16)와 동일하게 특정 편광 성분만 통과시키고 나머지 성분들은 차단하는 선형 편광기 역할을 한다.
대상 시료(80)와 편광 분석자(18) 사이에 저배율 광학계가 배치되는 경우에, 편광 분석자(18)는 저배율 광학계의 후단에 배치될 수도 있다.
저배율 광학계는 결상 광학계(imaging optics)의 일종으로, 편광 분석자(14)로부터의 광을 등배율 또는 저배율로 결상시킬 수 있다. 여기서, 저배율은 1:1의 등배율을 포함하여 1:100 이하의 배율을 의미할 수 있다. 한편, 1:100을 초과하는 배율은 고배율로 분류될 수 있다. 본 발명의 측정 시스템(100)은 저배율 광학계를 이용함으로써, 기존의 SE 또는 SIE에 비해 획기적으로 넓은 FOV(Field of View)를 가지고 결함 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 예컨대, 1:100의 저배율 광학계가 A/100의 면적에 해당하는 FOV를 갖는다고 하면, C 면적을 갖는 검사 대상의 결함 검사를 위해 적어도 100번의 샷(shot)이 필요할 수 있다. 그에 반해, 1:10의 저배율 광학계는 C 면적에 해당하는 FOV를 가지게 되므로, 단 한 번의 샷으로 C 면적을 갖는 검사 대상의 결함을 검사할 수 있다. 저배율 광학계는 검사 대상의 표면이 반사광에 대해 기울어짐으로 인해 발생하는 영상의 왜곡을 보정하여, 검사 대상의 표면을 카메라부에 평행하게 결상시킬 수 있다. 예컨대, 샤임플러그(Scheimpflug) 광학계로 구현될 수 있다. 저배율 광학계는 광의 경로 변경이나 왜곡 방지를 위한 적어도 하나의 반사 거울을 포함할 수 있다. 저배율 광학계는 1:1 에서 1:M(1<M=100)으로 배율을 자유롭게 조절할 수 있는 줌 렌즈 시스템(zoom lens system)으로 구현될 수 있다.
참고로, 본 발명의 측정 시스템(100)과 같이 편광자(16), 광 보정자인 위상 지연자(17), 및 편광 분석자(18)를 구비한 시스템을 PCSA 타원계(ellipsometer) 시스템이라고 한다. 여기서, P는 선형 편광자를, C는 광 보정자를, S는 샘플을, 그리고 A는 편광 분석자를 의미할 수 있다. 한편, 본 발명의 측정 시스템(100)은 PCSA 타원계 시스템에 한정되지 않고, PSA 타원계 시스템, PSCA 타원계 시스템, 또는 PCSCA 타원계 시스템으로 구현될 수도 있다. 더 나아가, 본 발명의 측정 시스템(100)은 광 보정자(17) 대신 위상 변조기(phase modulator)를 구비할 수도 있다. 위상 변조기를 채용하는 경우, 기계적인 지터(jitter)를 제거하여 정확하고 안정적인 검사 결과를 얻을 수 있다.
편광 검출기(19)는 편광 분석자(18)에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 편광 검출기(19)는 편광 분석자(18)에서 편광된 빛을 받아들여 이미지를 획득한다. 이를 위해, 편광 검출기(19)는 카메라를 포함 할 수 있다. 카메라는 대상 시료(80)를 고속으로 검사하기 위한 Line Scan 카메라일 수도 있고, 정지 상태에서 검사하는 Area Scan 카메라일 수도 있다. 입사각이 90도가 아닌 경사를 갖는 광학 시스템의 경우 두 가지 문제점이 발생한다.
첫 번째, 카메라의 센서 면에 렌즈 화각에 해당하는 검사대상 전체의 초점을 맞출 수 없다. 이런 경우 샤임 플러그 원리를 적용하여 카메라 센서면을 특정 각도(θ)로 기울여 준다면 렌즈 화각에서 검사대상 전체의 초점을 맞출 수 있게 된다. 즉 편광 검출기(19)는 이미지를 획득할 때 특정 각도(θ)로 기울여진 상태에서 편광 분석자(18)에서 오는 빛을 받아들인다.
두 번째, 검사 대상에서 반사되어 편광 검출기(19)로 진행하는 빛들의 거리가 달라지게 된다. 이는 거리에 따른 배율 차이를 발생하게 되어 이미지의 왜곡을 발생시킨다. 일반적인 텔레센트릭 렌즈들은 다른 렌즈들과 마찬가지로 배율 차이가 발생하지만 더블(Double)-텔레센트릭 렌즈의 경우 물체측(검사대상부터 렌즈 앞단까지) 뿐만 아니라 상측(렌즈 뒷단에서부터 카메라 센서면까지)에서도 배율 변화가 발생되지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 제1 렌즈(20), 제2 렌즈(21)로 모두 더블-텔레센트릭 렌즈가 사용되었다.
검사 대상은 스테이지(50)에 위치하고 있는데 본 발명에서 검사할 대상은 예컨대, 편광판(12)이며, 편광판(12)의 아래에 위치한 디스플레이 패널(11)은 본 발명의 검사 대상이 아니다. 커버 글래스(14)와 편광판(12)을 합착하는데 사용되는 OCA(13)는 디스플레이 패널(11)에서 나오는 빛의 광량 손실을 피하기 위하여 커버 글래스(14)와의 굴절률 차이가 작은 물질이 사용되므로 커버 글래스(14)와 OCA(13) 사이에서 반사되는 빛의 양은 매우 작다. 따라서 커버 글래스(14)와 OCA(13) 사이 경계면에서의 반사는 무시하도록 한다.
대상 시료(80)에서 제1층은 공기층과의 접촉면에 제1 경계면을 갖고, 제1층의 아래에 제2층이 위치하고, 제2층은 제1층과의 접촉면에 제2 경계면을 갖고, 제2층의 아래에 제3층이 위치하며, 제3층은 제2층과의 접촉면에 제3 경계면을 갖는다.
대상 시료에 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사된 광은 제1 경계면에서 첫번째 반사가 일어나고, 제1 경계면에서 반사 및 흡수되지 않은 나머지 광들은 굴절되어 제2층과 제3층의 제3 경계면으로 진행한다.
제1 경계면에서 굴절되어 진행된 광은 일정 두께(d')를 가지는 제2층을 지나면서 위상 변화를 일으키고, 제3 경계면에서 두번째 반사가 일어난다.
제1 경계면에서 첫번째 반사된 광과 제3 경계면에서 두번째 반사된 광은 모두 결함 검출부를 향해 진행하다가, 편광 분석자의 편광 조절 각도에 따라 제1 경계면에서 첫번째 반사된 광만 편광 분석자를 통과하거나, 제3 경계면에서 두번째 반사된 광만 편광 분석자를 통과하여 결함 검출부에 도달할 수 있다.
즉, 편광 분석자의 편광 각도를 A 도에 위치시키면, 대상 시료(80)의 제1층의 상면에서 반사된 광만 편광 검출기로 진행하게 되고, 편광 검출기(19)는 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 제1층의 상면 이미지와 제1층의 상면에 위치한 가성 결함에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 편광 분석자의 편광 각도를 B 도에 위치시키면, 대상 시료(80)의 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 제3층의 상면에서 반사된 광만 편광 검출기로 진행하게 되어, 편광 검출기(19)는 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자에 대한 이미지와, 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 결함 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 대상 시료에 입사되는 광의 입사 각도에 해당하는 브루스터각(9)이 일정하고, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 특성이 일정함에 따라, 가성 결함 그림자에 대한 이미지는, 가성 결함에 대한 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 결함 검출부(70)는, 대상 시료(80)에 입사되어 제1층 및 공기층과의 경계면에서 반사된 광에 의해 가성 결함에 대한 제1 이미지를 생성하고, 대상 시료(80)에 입사되어 제1층에서 굴절되어 제2층을 투과하고 이물질 및 가성 결함 그림자가 존재하는 제3층의 경계면에서 반사되어 제2층 및 제1층을 투과하여 수광된 광에 의해 가성 결함 그림자 및 진성 결함에 대한 제2 이미지를 생성한 후, 제2 이미지에서 제1 이미지를 차연산하고, 차연산된 제2 이미지에서 가성 결함 그림자를 제거하여 얻은 진성 결함 이미지에 근거하여 제3층의 결함을 검출할 수 있다.
결함 검출부(70)는 예를 들면, 컴퓨터로 구현할 수 있다. 결함 검출부(70)는 편광 검출기(19)에서 입력된 광 이미지에 대한 정보를 분석할 수 있다. 예컨대, 결함 검출부(70)는 분석 프로세스를 구비한 일반 PC(Personal Computer), 워크스테이션(workstation), 슈퍼 컴퓨터 등일 수 있다. 결함 검출부(70)는 광 이미지의 분석을 통해 검사 대상에 결함이 존재하는지를 판단할 수 있다. 여기서, 결함 검출부(70)는 컴퓨터로서 본 발명의 측정 시스템(100)을 전반적으로 제어할 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도를 A도(°)로 기울이고 대상 시료의 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이고, 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도를 B도(°)로 기울이고 대상 시료의 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이며, 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 검출기에서 대상 시료의 가성 결함과 가성 결함 그림자에 의해 반사된 광을 수광하여 경계면 불량을 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템(100)은, 광원부(60)를 통하여 편광되어 대상 시료(80)에 입사된 광이 다시 반사되어 결함 검출부(70)로 진행하여 결함 이미지를 획득하는 과정에 대해서 도6a에 구체적으로 나타내었다.
광원부(60)를 통해서 편광되어 브루스터 각(9) 또는 브루스터 각에 가까운 입사각을 가지면서 검사 대상으로 진행하는 빛은 공기층을 지나 커버 글래스(14)와 공기층과의 제1 경계면(14a)에서 첫번째 반사가 일어난다.
제1 경계면(14a)에서 반사 및 흡수 되지 않은 나머지 빛들은 굴절되어 제3 경계면(12a)으로 진행한다. 굴절되어 진행한 빛은 제1 경계면(14a)에서 반사되지 않는 나머지가 혼합된 부분 편광된 상태의 빛이다. 굴절되어 진행한 빛은 일정 두께(d')를 가지는 OCA(13)의 단층을 지나면서 위상 변화를 일으킨다. 그리고 편광판(12)과 OCA(13) 사이의 제3 경계면(12a)에서 두번째 반사가 일어난다.
제1 경계면(14a)에서 반사된 제1 경계면 반사광(30)의 편광 상태(A)와 제3 경계면(12a)에서 반사된 제3 경계면 반사광(40)의 편광 상태(B)는 다르다.
각 경계면에서 다른 편광 상태를 가지는 빛들이 결함 검출부(70)로 진행하는데, 편광 분석자(18)의 방향을 조절하여 선택적으로 빛을 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 편광 분석자(18')의 방향을 B 각도로 조절한다면 커버 글래스(14)에서 반사되는 빛은 차단하고 편광판(12)에서 반사되어 오는 빛만 통과 시킬 수 있는 것이다. 편광 검출기(19)는 편광 분석자(18)를 통과한 빛을 받아들여서 이미지를 획득하게 된다.
제1 경계면(14a)에서 반사되어 편광 검출기(19)로 들어오는 제1 경계면 반사광(30)을 차단하였기 때문에 편광 검출기(19)는 제3 경계면(12a)에서 반사되어 들어오는 제3 경계면 반사광(40)만 받아들이게 된다.
본 발명의 실시 예에 따라 편광판(12)을 검사하기 위해서는 제1 경계면(14a)에서 들어오는 빛을 없애는 것이 유리하다. 동일 광원에서 출발하여 다른 경로로 진행한 빛이 위상차를 가지고 다시 만나게 될 경우 빛의 간섭 현상이 발생한다.
도 6a에서와 같이 결함 검출부(70)로 진행하는 빛은 서로 간섭 현상을 일으켜 편광판 결함(110)의 콘트라스트(Contrast)를 떨어트릴 수 있다. 하지만 본 발명에서는 제1 경계면(14a)에서 반사되어 편광 검출기(19)로 들어오는 제1 경계면 반사광(30)을 차단하고 제3 경계면(12a)에서 반사되어 들어오는 제3 경계면 반사광(40)만으로 이미징을 하기 때문에 편광판 결함(110)의 콘트라스트(Contrast)를 극대화 하는 효과가 발생한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 편광 검출기(19)는 커버 글래스(14)의 상면에 이물질이 위치해 있을 경우에도 편광판 결함(110)과 구분할 수 있다. 여기서 커버 글래스(14)의 상면에 위치한 이물질은 공장의 부유성 이물로 가성 결함(101)으로 편광판 결함(110)인 진성 결함과는 다른 의미의 결함이다. 도 6c에서는 이를 구분하는 내용을 나타내었다.
광원부(60)에서 출발한 빛이 제1 경계면(14a)에 위치한 부유성 이물을 만날 경우 빛은 산란되어 결함 검출부(70)로 진행할 수 없다. 따라서 편광 검출기(19)로 들어가는 빛의 양이 극도로 줄어들게 되어 어두운 이미지를 얻게 된다. 즉, 제1 경계면(14a)에서 반사된 제1 경계면 반사광(30)들은 가성 결함(101)이 위치한 영역을 제외하고는 편광 상태 A를 가지고 정상적인 경로로 빛이 진행하기 때문에 편광 분석자(18)의 편광 각도가 A도(18a)에 위치해 있다면 편광 검출기(19)에서 일정하고 동일한 밝기로 이미지를 얻을 수 있다.
또한 검사 대상이 단층 구조이고 가성 결함(101)이 정상적인 빛의 경로를 차단하기 때문에 가성 결함(101)에 대한 가성 결함 그림자(102)가 제3 경계면(12a)에 발생한다.
가성 결함 그림자(102)는 제3 경계면(12a)에 발생하므로, 가성 결함 그림자(102)가 없는 위치에서 반사된 제3 경계면 반사광(40)과 가성 결함 그림자(102)에서 반사된 가성결함 그림자 반사광(41)의 편광 상태는 B로 같다.
따라서 편광 분석자(18)의 편광 각도를 A도에 위치시키면 커버 글래스(14)의 상면에서 반사된 빛만 편광 검출기(19)로 진행하게 되어 커버 글래스(14)의 상면과 가성 결함(101)만의 이미지를 획득할 수 있다.
만약, 편광 분석자(18)의 편광 각도를 B도에 위치시키면 커버 글래스(14)의 상면에서 반사된 빛은 차단되고 편광판(12)의 상면에서 반사된 빛들만 편광 검출기(19)로 진행하기 때문에 편광판(12)과 편광판 결함(110) 및 커버 글래스(14)의 상면에 위치한 가성 결함 그림자(102)의 이미지를 획득할 수 있다. 여기서 편광 각도 A, B도는 샤임플러그 각도일 수 있다.
하지만 커버 글래스(14)의 상면에 위치한 가성 결함(101)은 빛의 진행 경로를 차단하기 때문에, 편광 검출기(19)는 편광 분석자(18)의 편광 각도를 A에 위치시키든지 또는 B에 위치시키든지 어느 이미지든지 획득할 수 있다.
도 6c에 도시된 가성 결함 그림자(102)의 위치 δL 은 조명의 입사각, 즉 브루스터 각(9), 그리고 렌즈의 특성에 따라서 결정된다. 조명의 입사각도는 브루스터 각(9)으로 고정이고, 렌즈의 특성 또한 일정하기 때문에 가성 결함 그람자(102)의 위치는 불변이다.
따라서, 편광 검출기(19)는 대상 시료(80)에 입사되어 제1층 및 공기층과의 경계면에서 반사된 광에 의해 가성 결함에 대한 제1 이미지를 생성하고, 대상 시료(80)에 입사되어 제1층에서 굴절되어 제2층을 투과하고 이물질 및 가성 결함 그림자가 존재하는 제3층의 경계면에서 반사되어 제2층 및 제1층을 투과하여 수광된 광에 의해 가성 결함 그림자 및 진성 결함에 대한 제2 이미지를 생성한 후, 제2 이미지에서 제1 이미지를 차연산하고, 차연산된 제2 이미지에서 δL 만큼 이동하여 가성 결함 그림자를 제거하여 얻은 진성 결함 이미지에 근거하여 제3층(편광판)의 결함을 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템(100)은, 편광자(16)가 광원에서 출력된 광의 진동 방향 중 소광축 방향의 광을 흡수하고 편광축 방향의 광을 통과시킨다(S810).
이어, 위상 지연자(17)가 편광자(16)를 통과한 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시킨다(S820).
이어, 제1 렌즈(20)가 위상 지연자(17)에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상 시료(80)에 입사시킨다(S830).
이어, 제2 렌즈(21)가 대상 시료(80)로부터 반사되는 광을 집광한다(S840).
이어, 편광 분석자(18)가 제2 렌즈(21)를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시킨다(S850).
이어, 편광 검출기(19)는 편광 분석자(18)에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득한다(S860).
즉, 편광 분석자(18)의 편광 각도를 A 도에 위치시키면, 대상 시료의 제1층의 상면에서 반사된 광만 편광 검출기로 진행하게 되고, 편광 검출기(19)는 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 도 7에 도시된 바와 같이 제1층의 상면 이미지와 제1층의 상면에 위치한 가성 결함(101)에 대한 이미지1을 획득할 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도에 따라 동일 위치에서 실제 획득한 이미지를 나타낸 도면이다. 이미지1에서 볼 수 있듯이 편광 분석자(18)의 편광 각도가 A에 위치할 경우 가성 결함(101)만 보인다.
또한, 편광 분석자(18)의 편광 각도를 B 도에 위치시키면, 대상 시료의 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 제3층의 상면에서 반사된 광만 편광 검출기(19)로 진행하게 되며, 편광 검출기(19)는 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 도 7에 도시된 바와 같이 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자(102)에 대한 이미지와, 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 이미지를 포함하는 결함 이미지(110)를 획득하고, 제1층 상면에 위치한 가성 결함에 의해 차단된 광에 의하여 가성 결함(101)에 대한 이미지2를 획득할 수 있다. 편광 분석자(18)의 각도를 B에 위치시켰을 때는 이미지2에서처럼 가성 결함(101), 가성결함 그림자(102), 편광판 결함(110) 모두가 이미지에 나타나게 된다.
따라서, 편광 검출기(19)는, 결함 이미지(이미지2)에서 가성 결함에 대한 이미지(이미지1)를 차연산하여 가성 결함을 제거하고, 제거된 가성 결함의 모양을 마스크(Mask)로 설정하고, 가성 결함(101) 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치하는 가성 결함 그림자(102)에 대한 이미지를 제거하기 위해, 마스크로부터 결함 이미지를 특정 거리(δL) 만큼 이동하여 가성 결함 그림자에 대한 이미지를 제거하여 이물질에 대한 이미지만 남길 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 편광 분석자의 편광 각도에 따라 획득한 이미지에서 가성 결함 및 가성 결함 그림자를 제거하여 편광판 결함만을 검출하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 편광 검출기(19)는, 편광 분석자(18)의 편광 각도 A, B 도(°)에 따라 획득한 2 장의 이미지를 가지고 커버 글래스(14) 위에 위치한 가성 결함(101)을 구분하고 편광판 결함(110)만 검출한다.
즉, 편광 검출기(19)가 이미지 2에서 이미지 1을 차연산 함으로써 이미지 2에는 가성결함(101)은 없어지고 가성 결함 그림자(102), 편광판 불량(110)만 남게 된다.
이때, 편광 검출기(19)는 이미지 2에서 없어진 가성 결함(101)의 모양을 Mask로 설정하고, 해당 위치에서 항상 일정한 거리 δL 에서 발생하는 가성 결함 그림자(102)에 대해 이미지 2를 δL만큼 이동하여 가성 결함 그림자(102)를 제거하고 편광판 결함(110)만 남기게 된다. 이렇게 획득한 편광판 결함(110)에 의하여 편광판 불량을 검출하는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 박형의 디스플레이 패널(Flat Panel Display)을 제조하는 공정에서 커버 윈도우(Cover Window)와 디스플레이 패널 사이에 부착되는 편광판과 같은 박막의 경계면 결함을 검사할 수 있도록 하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
1 : 입사면 2 : 입사각
3 : 경계면1 3a : 경계면2
4 : 입사광 5 : 굴절광
6 : 제1 반사광 6a : 제2 반사광
7 : 경계면1의 법선 8 : 굴절각
9 : 브루스터 각 11 : 디스플레이 패널
12 : 편광판 12a : 제3 경계면
13 : 점착제 14 : 커버 글래스(CG)
14a : 제1 경계면 15 : 광원
16 : 편광자 17 : 위상 지연자
18 : 편광 분석자 18a : 편광각 A
18b : 편광각 B 19 : 편광 검출기
20 : 제1 렌즈 21 : 제2 렌즈
30 : 제1 경계면 반사광 40 : 제3 경계면 반사광
41 : 가성 결함 그림자 반사광 50 : 스테이지
60 : 광원부 70 : 결함 검출부
100 : 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템
101 : 가성 결함 102 : 가성 결함 그림자
110 : 편광판 결함(이물질)

Claims (15)

  1. 표시 패널, 상기 표시 패널 위에 편광판, 상기 편광판 위에 점착제, 상기 점착제 위에 커버 글래스가 배치됨에 따라 적어도 하나 이상의 경계면을 갖는 대상 시료;
    상기 대상 시료에 광을 조사하는 광원부; 및
    상기 대상 시료로부터 반사된 광을 수광하여 각 경계면의 결함을 검출하는 결함 검출부;
    를 포함하고,
    상기 광원부는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력된 광의 진동 방향 중 편광축 방향의 광을 통과시키고, 소광축 방향의 광을 흡수하는 편광자; 상기 편광자를 통과하여 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시키는 위상 지연자; 및 상기 위상 지연자에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 상기 대상 시료에 입사시키는 제1 렌즈를 포함하고,
    상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료로부터 반사되는 광을 집광하는 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석자; 및 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득하는 편광 검출기를 포함하고,
    상기 커버 글래스의 상면에 위치한 이물질은 공장의 부유성 이물인 가성 결함으로 편광판 결함인 진성 결함과 다르고, 상기 광원부에서 조사된 빛은 제1 경계면에 위치한 상기 부유성 이물을 만날 경우 산란되어 상기 결함 검출부로 진행되지 않고 빛의 양이 줄어들게 되어 상기 결함 검출부는 어두운 이미지를 얻게 되고, 상기 가성 결함이 정상적인 빛의 경로를 차단하여 상기 가성 결함에 대한 가성 결함 그림자가 제3 경계면에 발생되고, 상기 가성 결함 그림자가 없는 위치에서 반사된 제3 경계면 반사광과 상기 가성 결함 그림자에서 반사된 가성결함 그림자 반사광의 편광 상태는 동일하고,
    상기 커버 글래스의 상면에서 반사된 빛만 상기 결함 검출부로 진행하게 되어, 상기 결함 검출부는 상기 커버 글래스의 상면과 상기 가성 결함의 이미지를 획득하고, 상기 커버 글래스의 상면에서 반사된 빛이 차단되고 상기 편광판의 상면에서 반사된 빛들만 상기 결함 검출부로 진행하게 되어, 상기 결함 검출부는 상기 제3 경계면에서 반사되어 수광된 광에 의해 상기 편광판 결함에 대한 상기 진성 결함의 이미지 및 상기 가성 결함 그림자의 이미지를 획득하고, 상기 가성 결함의 이미지 및 상기 가성 결함 그림자의 이미지를 제거하여 얻은 상기 진성 결함의 이미지에 근거하여 상기 편광판의 결함을 검출하고,
    상기 대상 시료의 제1 경계면에서 반사되는 반사광은 완전 편광된 빛이고 굴절되는 굴절광은 굴절률이 n2이고 두께 d를 갖는 단층을 지나며, 상기 제1 경계면에서 굴절된 상기 굴절광은 진공에서의 파장(λ)을 가지며 굴절률이 n2이고 두께 d를 갖는 단층을 지나면서 아래 수학식에 따라 위상변화(δ)가 발생하고 다시 제2 경계면에서 반사되어 진행할 때 위상변화(δ)가 발생하며, 총 위상변화 2δ는 상기 제1 경계면에서 반사되는 제1 반사광과 상기 제2 경계면에서 반사되는 제2 반사광이 만날 때의 위상 차이를 나타내는 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
    Figure 112021024115516-pat00015

    여기서, d는 두께, λ는 파장, n2는 굴절률을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료의 각 경계면으로부터 반사된 광에 의해 각 경계면 이미지를 생성하고, 각 경계면 이미지 중 결함이 존재하는 이미지를 구분하여 각 경계면의 결함을 검출하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상 시료는, 공기층과 접촉하는 제1층, 상기 제1층 아래 제2층, 상기 제2층 아래 제3층, 상기 제3층 아래 제4층을 포함하고,
    상기 결함 검출부는, 상기 대상 시료에 입사되어 상기 제1층 및 상기 공기층과의 경계면에서 반사된 광에 의해 가성 결함에 대한 제1 이미지를 생성하고, 상기 대상 시료에 입사되어 상기 제1층에서 굴절되어 상기 제2층을 투과하고 이물질 및 가성 결함 그림자가 존재하는 상기 제2층 및 상기 제3층의 경계면에서 반사되어 상기 제2층 및 상기 제1층을 투과하여 수광된 광에 의해 가성 결함 그림자 및 진성 결함에 대한 제2 이미지를 생성한 후, 상기 제2 이미지에서 상기 제1 이미지를 차연산하고, 차연산된 제2 이미지에서 가성 결함 그림자를 제거하여 얻은 진성 결함 이미지에 근거하여 상기 제3층의 결함을 검출하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 편광 분석자의 각도를 A 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 상기 제1층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되고, 상기 편광 검출기는 상기 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제1층의 상면 이미지와 상기 제1층의 상면에 위치한 가성 결함에 대한 이미지를 획득하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 편광 분석자의 각도를 B 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 상기 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되어, 상기 편광 검출기는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자에 대한 이미지와, 상기 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 결함 이미지를 획득하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 대상 시료에 입사되는 광의 입사 각도에 해당하는 브루스터각이 일정하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 특성이 일정함에 따라, 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지는, 상기 가성 결함에 대한 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는, 모두 더블 텔레센트릭 렌즈인 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 시스템.
  11. (a) 편광자가 광원에서 출력된 광의 진동 방향 중 소광축 방향의 광을 흡수하고 편광축 방향의 광을 통과시키는 단계;
    (b) 위상 지연자가 상기 편광자를 통과한 선형 편광된 광의 위상을 지연 변화시키는 단계;
    (c) 제1 렌즈가 상기 위상 지연자에서 출력된 광을 콜리메이션(Collimation)하여 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상 시료에 입사시키는 단계;
    (d) 제2 렌즈가 상기 대상 시료로부터 반사되는 광을 집광하는 단계;
    (e) 편광 분석자가 상기 제2 렌즈를 통해 집광된 광에 대해 편광 상태가 변한 반사광을 선택적으로 통과시키는 단계; 및
    (f) 편광 검출기가 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 수광하여 결함 이미지를 획득하는 단계;
    를 포함하고,
    커버 글래스의 상면에 위치한 이물질은 공장의 부유성 이물인 가성 결함으로 편광판 결함인 진성 결함과 다르고, 광원부에서 조사된 빛은 제1 경계면에 위치한 상기 부유성 이물을 만날 경우 산란되어 상기 결함 검출부로 진행되지 않고 빛의 양이 줄어들게 되어 결함 검출부는 어두운 이미지를 얻게 되고, 상기 가성 결함이 정상적인 빛의 경로를 차단하여 상기 가성 결함에 대한 가성 결함 그림자가 제3 경계면에 발생되고, 상기 가성 결함 그림자가 없는 위치에서 반사된 제3 경계면 반사광과 상기 가성 결함 그림자에서 반사된 가성결함 그림자 반사광의 편광 상태는 동일하고,
    상기 커버 글래스의 상면에서 반사된 빛만 상기 결함 검출부로 진행하게 되어, 상기 결함 검출부는 상기 커버 글래스의 상면과 상기 가성 결함의 이미지를 획득하고, 상기 커버 글래스의 상면에서 반사된 빛이 차단되고 상기 편광판의 상면에서 반사된 빛들만 상기 결함 검출부로 진행하게 되어, 상기 결함 검출부는 상기 제3 경계면에서 반사되어 수광된 광에 의해 상기 편광판 결함에 대한 상기 진성 결함의 이미지 및 상기 가성 결함 그림자의 이미지를 획득하고, 상기 가성 결함의 이미지 및 상기 가성 결함 그림자의 이미지를 제거하여 얻은 상기 진성 결함의 이미지에 근거하여 상기 편광판의 결함을 검출하고,
    상기 대상 시료의 제1 경계면에서 반사되는 반사광은 완전 편광된 빛이고 굴절되는 굴절광은 굴절률이 n2이고 두께 d를 갖는 단층을 지나며, 상기 제1 경계면에서 굴절된 상기 굴절광은 진공에서의 파장(λ)을 가지며 굴절률이 n2이고 두께 d를 갖는 단층을 지나면서 아래 수학식에 따라 위상변화(δ)가 발생하고 다시 제2 경계면에서 반사되어 진행할 때 위상변화(δ)가 발생하며, 총 위상변화 2δ는 상기 제1 경계면에서 반사되는 제1 반사광과 상기 제2 경계면에서 반사되는 제2 반사광이 만날 때의 위상 차이를 나타내는 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법.
    Figure 112021501461598-pat00016

    여기서, d는 두께, λ는 파장, n2는 굴절률을 나타낸다.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 편광 분석자의 각도를 A 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 제1층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되고,
    상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는 상기 제1층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제1층의 상면 이미지와 상기 제1층의 상면에 위치한 가성 결함에 대한 이미지를 획득하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 편광 분석자의 각도를 B 도에 위치시키면, 상기 대상 시료의 제1층 상면에서 반사된 광이 차단되고, 이물질이 존재하는 제3층의 상면에서 반사된 광만 상기 편광 검출기로 진행하게 되며,
    상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는 상기 제3층의 상면에서 반사된 광에 의하여, 상기 제3층의 상면에 위치한 가성 결함 그림자에 대한 이미지와, 상기 제3층의 상면에 위치한 이물질에 대한 이미지를 포함하는 결함 이미지를 획득하고, 상기 제1층 상면에 위치한 가성 결함에 의해 차단된 광에 의하여 가성 결함에 대한 이미지를 획득하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 상기 편광 검출기는, 상기 결함 이미지에서 상기 가성 결함에 대한 이미지를 차연산하여 가성 결함을 제거하고, 제거된 상기 가성 결함의 모양을 마스크(Mask)로 설정하고, 상기 가성 결함 이미지로부터 특정 거리(δL)에 이격되어 위치하는 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지를 제거하기 위해, 상기 마스크로부터 상기 결함 이미지를 특정 거리(δL) 만큼 이동하여 상기 가성 결함 그림자에 대한 이미지를 제거하여 상기 이물질에 대한 이미지만 남기는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 대상 시료에서 상기 제1층은 공기층과의 접촉면에 제1 경계면을 갖고, 상기 제1층의 아래에 제2층이 위치하고, 상기 제2층의 아래에 상기 제3층이 위치하며,
    상기 대상 시료에 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사된 광은 상기 제1 경계면에서 첫번째 반사가 일어나고, 상기 제1 경계면에서 반사 및 흡수되지 않은 나머지 광들은 굴절되어 상기 제2층과 상기 제3층의 제3 경계면으로 진행하며,
    상기 제1 경계면에서 굴절되어 진행된 광은 일정 두께(d')를 가지는 상기 제1층 및 상기 제2층을 지나면서 위상 변화를 일으키고, 상기 제3 경계면에서 두번째 반사가 일어나며,
    상기 제1 경계면에서 첫번째 반사된 광과 상기 제3 경계면에서 두번째 반사된 광은 모두 상기 결함 검출부를 향해 진행하다가, 상기 편광 분석자의 조절 각도에 따라 상기 제1 경계면에서 첫번째 반사된 광만 상기 편광 분석자를 통과하거나, 상기 제3 경계면에서 두번째 반사된 광만 상기 편광 분석자를 통과하여 상기 결함 검출부에 도달하는, 디스플레이 패널의 다층 경계면 불량 검사 방법.
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