KR102265540B1 - 초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템 - Google Patents

초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템 Download PDF

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최성진
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Abstract

초점 보정 장치는 Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 영상 취득부와, 복수의 스텝 각각으로 이동되도록 대상체 및 영상 취득부 중 하나를 구동하는 구동부와, 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정될 수 있다.

Description

초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템{Device of adjusting the focus, method of adjusting the focus and defect-detecting system}
실시예는 초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템에 관한 것이다.
다양한 산업 분야에서 대상체에 대한 결함을 검출하는 장치나 시스템이 사용되고 있다.
이러한 장치에서 결함을 분석하기 위해서는 결함에 대한 우수한 분해능이 요구된다.
우수한 분해능을 얻기 위해서는 대상체의 표면에 초점이 위치되어야 한다. 하지만, 대상체의 표면의 형상이 불균일한 관계로 대상체의 표면에 초점이 위치되지 않게 된다. 이러한 경우 대상체의 표면으로 초점이 위치되도록 초점이 조정되어야 한다.
따라서, 대상체 표면이 불균일한 경우, 대상체의 표면에 초점이 결상되도록 신속하고 정확하게 초점을 조정하기 위한 장치의 개발이 시급하다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 영상 기반으로 초점을 조정하는 초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 초점 보정 장치는, Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 영상 취득부; 상기 복수의 스텝 각각으로 이동되도록 상기 대상체 및 상기 영상 취득부 중 하나를 구동하는 구동부; 및 상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 상기 결정된 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정될 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 초점 보정 방법은, 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 단계; 상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 보정값에 따라 구동부를 제어하는 단계를 포함한다. 상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정될 수 있다.
실시예의 또 다른 측면에 따르면, 결함 검출 시스템은, 대상체의 결함을 검사하는 검사기; 및 상기 대상체의 결함을 확대하는 확대 장치를 포함한다. 상기 확대 장치는 초점 보정 장치를 포함한다. 상기 초점 보정 장치는, Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 영상 취득부; 상기 복수의 스텝 각각으로 이동되도록 상기 대상체 및 상기 영상 취득부 중 하나를 구동하는 구동부; 및 상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 상기 결정된 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정될 수 있다.
실시예에 따른 초점 보정 장치, 초점 보정 방법 및 결함 검출 시스템의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 스텝 각각에서 취득된 영상 정보에 기초하여 최적의 초점이 위치된 지점, 즉 보정값을 결정하고, 그 결정된 보정값에 따라 영상 취득부를 이동시켜, 최적의 초점이 위치된 지점에서 영상 정보를 취득하여 대상체의 표면에 위치된 결함에 대한 검출 능력을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제로 스텝에 근접할수록 음의 스텝 간의 간격 및/또는 양의 스텝 간의 간격이 작음으로써, 스캔 범위 내에서 초점이 위치되지 않을 것으로 추정되는 영역보다는 초첨이 위치될 것으로 추정되는 영역에서 보다 많은 영상 정보를 취득함으로써, 영상 취득 횟수를 줄여 영상 처리부에서의 처리 부하를 경감시켜 보다 신속한 보정값 산출이 가능하다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 대상체 표면이 불균일하더라도, 영상 기반으로 최적의 초점 위치(보정값)을 찾아 해당 초점 위치로 영상 취득부를 신속하고 정확하게 이동시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 초점 보정 장치를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 대상체에 대한 초점을 보여준다.
도 3은 Z축 방향에 따른 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 모습을 보여준다.
도 4 및 도 5는 도 3에서 취득된 복수의 영상 정보를 보여준다.
도 6 및 도 7은 스텝에 따른 복수의 영상 정보의 대표값에 의한 가우스 함수를 도시한다.
도 8은 복수의 스텝 간격을 보여준다.
도 9은 실시예에 따른 초점 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10는 도 9의 S400를 상세히 설명하는 순서도이다.
도 11은 에러값이 설정값 이하가 될 때까지 반복적으로 업데이트된 보정 매개 변수가 반영된 그래프이다.
도 12은 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 초점 보정 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 초점 보정 장치(100)는 영상 취득부(110), 제어부(120) 및 구동부(130)를 포함할 수 있다.
아울러, 실시예에 따른 초점 보정 장치(100)는 영상 처리부(115)를 포함할 수 있다. 영상 처리부(115)는 영상 취득부에서 취득된 영상을 처리하여 영상 정보를 산출할 수 있다.
실시예에 따른 초점 보정 장치(100)는 이보다 더 많은 구성 요소를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
영상 취득부(110)는 복수의 스텝 각각에서 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다. 각 스텝은 Z축 방향에 따른 이동 거리일 수 있다.
영상 취득부(110)는 광원(111), 광학계(112) 및 센서(117)를 포함할 수 있다.
광원(111)은 광을 광학계(112)로 조사할 수 있다. 광원(112)는 발광소자를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
광학계는 제1 렌즈(114), 빔 스플리터(113) 및 제2 렌즈(115)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(114)는 광원(111)의 광이 대상체(12)에 초점(F)이 결상되도록 한다. 제2 렌즈(115)는 대상체(12)에서 반사된 광이 센서(117)에 모아지도록 한다. 빔 스플리터(113)는 광원(111)의 광을 제1 렌즈(114)로 진행되도록 하고, 대상체(12)에서 반사된 광이 제2 렌즈(115)로 진행되도록 할 수 있다.
센서(117)는 영상을 촬상하는 소자로서, 예컨대 CCD(charged coupled device) 소자 어레이를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
구동부(130)는 영상 취득부(110)는 Z축 방향을 따라 이동하도록 구동할 수 있다.
도 1에서는 제어부(120)는 영상 취득부(110)를 Z축 방향을 따라 이동하도록 제어하는 것이 도시되고 있지만, 영상 취득부(110) 대신에 대상체(12)를 Z축 방향을 따라 이동되도록 제어할 수도 있다. 즉, 대상체(12)가 안착된 스테이지(10)에 구동부(미도시)가 구비되어, 제어부(120)는 대상체(12)가 안착된 스테이지(10)가 Z축 방향을 따라 이동하도록 해당 구동부를 제어할 수 있다.
제어부(120)는 실시예에 따른 초점 보정 장치(100)를 전체적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 영상 취득부(110)로부터 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 그 결정된 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 구동부(130)를 제어할 수 있다. 예컨대, 보정값은 최적의 초점을 위한 이동 거리일 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 에러값이 설정값 이하가 될 때에서 보정값을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 에러값이 설정값 이하가 될 때까지 일련의 과정을 반복적으로 수행하는데, 이에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
영상 취득부(110)는 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다. 예컨대, 영상 취득부(110)는 기 설정된 초점 거리(F)에 기초하여 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다. 예컨대, 대상체(12)는 스테이지(10) 상에 안착될 수 있다. 기 설정된 초점 거리는 예컨대, 제1 렌즈(114)와 초점 사이의 거리일 수 있다. 초점(F)은 제1 렌즈(114)를 투과하여 모인 점일 수 있다.
통상, 대상체(12)의 표면의 결함을 검출하기 위해서는 초점이 대상체(12)의 표면에 위치되는 것이 바람직하다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 제2 렌즈에 의해 형성된 초점이 대상체(12)의 표면에 위치되는 경우, 영상 취득부(110)는 대상체(12)의 표면에 대한 영상 정보를 취득하여 해당 대상체(12)의 표면에 존재하는 결함이 검출될 수 있다.
하지만, 대상체(12)의 두께나 대상체(12)의 표면의 굴곡 등에 의해 초점이 대상체(12)의 표면에 위치되지 않을 수 있다.
예컨대, 도 2b에 도시한 바와 같이, 대상체(12)의 표면에 돌출부가 형성된 경우, 초점이 대상체(12)의 내부에 위치될 수 있다. 이러한 경우 초점이 대상체(12)의 표면에 위치되지 않으므로 대상체(12)의 표면에 대해 취득된 영상 정보의 화질 또는 해상도가 불량할 수 있다.
예컨대, 도 2c에 도시한 바와 같이, 대상체(12)의 표면에 오목부가 형성된 경우, 초점이 대상체(12)의 표면인 오목부의 바닥이 아닌 오목부의 공간 상에 위치될 수 있다. 이러한 경우 초점이 대상체(12)의 표면에 위치되지 않으므로 대상체(12)의 표면에 대해 취득된 영상 정보의 화질 또는 해상도가 불량할 수 있다.
실시예에서, 영상 취득부(110)는 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝 각각에서 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다. 예컨대, 각 스텝은 Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타낼 수 있다. 예컨대, 각 스텝은 초점이 위치된 지점일 수 있다. 예컨대, Z축 방향은 대상체(12)에 대한 상하 방향일 수 있다.
복수의 스텝은 기준점인 제로 스텝(Rev), 제로 스텝(Rev)으로부터 음의 Z축 방향으로의 거리를 나타내는 복수의 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …) 및 제로 스텝(Rev)으로부터 양의 Z축 방향으로의 거리를 나타내는 양의 스텝(+x1, +x2, …)을 포함할 수 있다. 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …)은 제로 스텝(Rev)으로부터 음의 Z축 방향으로의 이동 거리로 정의되고, 양의 스텝(+x1, +x2, …)은 제로 스텝(Rev)으로부터 양의 Z축 방향으로의 이동 거리로 정의될 수 있다. 예컨대, 제2 양의 스텝(+x2)은 제로 스텝(Rev)과 제1 양의 스텝(+x1) 간의 간격과 제1 양의 스텝(+x1)과 제2 양의 스텝(+x2) 간의 간격을 합산한 거리일 수 있다.
영상 취득부(110)는 복수의 스텝 각각에서 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다. 이와 같이 취득된 영상 정보는 도 4 및 도 5에 도시될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 영상 정보를 취득하기 위한 스캔 범위가 -1,000㎛ 내지 +1,000㎛일 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 영상 정보를 취득하기 위한 스캔 범위가 -100㎛ 내지 +100㎛일 수 있다.
스캔 범위는 조정 가능할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝 간의 간격은 예컨대, 100㎛일 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝 간의 간격은 예컨대, 10㎛일 수 있다.
복수의 스텝 간의 간격은 조정 가능할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝 각각에서 취득된 영상 정보의 화질 또는 해상도가 서로 상이할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝 각각에서 취득된 영상 정보의 화질 또는 해상도가 서로 상이할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 각 스텝에서 취득된 영상 정보 중에서 제로 스텝에서 취득된 영상 정보(focusing.bmp)나 제로 스텝에 인접한 양의 스텝(+x1, +x2, …)이나 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …)에서 취득된 영상 정보의 화질이 우수함을 알 수 있다. 이로부터, 제로 스텝이나 제로 스텝에 인접한 양의 스텝(+x1, +x2, …)이나 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …)에서 최적의 초점이 위치되고 있음을 알 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 각 스텝에서 취득된 영상 정보 중에서 제로 스텝에서 취득된 영상 정보(focusing.bmp)나 제로 스텝에 인접한 양의 스텝(+x1, +x2, …)이나 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …)에서 취득된 영상 정보의 화질이 우수함을 알 수 있다. 이로부터, 제로 스텝이나 제로 스텝에 인접한 양의 스텝(+x1, +x2, …)이나 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …)에서 최적의 초점이 위치되고 있음을 알 수 있다.
아울러, 제로 스텝을 기준으로 비교적 좁은 스캔 범위 내의 복수의 스텝에서 취득된 영상 정보(도 5)가 제로 스텝을 기준으로 비교적 넓은 스캔 범위 내의 복수의 스텝에서 취득된 영상 정보(도 4)보다 화질이 우수함을 알 수 있다.
도 4 및 도 5로부터, 대상체(12)에 대한 영상 정보의 취득을 넓은 범위의 스캔 범위에서 좁은 범위의 스캔 범위를 조절함으로써, 최적의 초점이 위치된 지점을 추적하기가 용이할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 취득된 영상 정보의 밝기값은 하기의 표 1로 나타낼 수 있다.
Group1 Group2
x y x y
1000 93.827 100 207.08
900 103.59 90 207.33
800 116.14 80 207.39
700 132.38 70 207.65
600 154.16 60 208.1
500 172.58 50 208.99
400 181.59 40 210.61
300 191.37 30 211.63
200 200.03 20 212.15
100 206.36 10 212.2
0 212.17 0 214.07
-100 209.36 -10 212.23
-200 204.15 -20 211.83
-300 195.29 -30 211.09
-400 183.11 -40 210.12
-500 169.59 -50 209.51
-600 149.3 -60 209.32
-700 127.09 -70 209.53
-800 105.61 -80 209.75
-900 89.114 -90 209.85
-1000 76.561 -100 209.8
여기서, x는 스텝을 나타내고 단위는 ㎛일 수 있다, y는 밝기값을 나타낼 수 있다.예컨대, 밝기값은 영상 정보에 포함된 복수의 화소의 평균 밝기값일 수 있다. 예컨대, 밝기값은 영상 정보에 포함된 복수의 화소 중 일부 영역에 포함된 적어도 2개 이상의 화소의 평균 밝기값일 수 있다. 예컨대, 일부 영역은 100*100의 화소를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
표 1에 기재된 복수의 스텝과 밝기값은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 가우스 함수로 나타낼 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 각 도트는 각 스텝에서 취득된 영상 정보의 밝기값을 나타낼 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제로 스텝이나 제로 스텝에 인접한 음의 스텝(-x1, -x2, -x3, …) 또는 양의 스텝(+x1, +x2, …)에서 가장 큰 밝기값을 가질 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7로부터 가장 큰 밝기값을 갖는 스텝이나 그 주변의 지점에서 최적의 초점이 위치될 수 있음을 알 수 있다.
실시예는 복수의 스텝 각각에서 취득된 영상 정보에 기초하여 최적의 초점이 위치된 지점, 즉 보정값을 결정하고, 그 결정된 보정값에 따라 영상 취득부(110)를 이동시켜, 최적의 초점이 위치된 지점에서 영상 정보를 취득하여 대상체(12)의 표면에 위치된 결함에 대한 검출 능력을 향상시킬 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 복수의 스텝 간의 간격이 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 동일할 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 복수의 스텝 간의 간격이 상이할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 기 설정된 스캔 범위(15 내지 18) 내에서 제로 스텝(Rev)를 기준으로 음의 Z축 방향을 따라 복수의 음의 스텝(-x1 내지 -x6)이 구비되고, 양의 Z축 방향을 따라 복수의 양의 스텝(+x1 내지 +x6)이 구비될 수 있다.
제로 스텝(Rev)에 근접할수록 양의 스텝(+x1 내지 +x6) 간의 차이가 작아질 수 있다.
예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 양의 스텝(+x1 내지 +x6) 간의 차이는 선형적으로 작아질 수 있다. 예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 양의 스텝(+x1 내지 +x6) 간의 차이는 비선형적으로 작아질 수 있다. 예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 양의 스텝(+x1 내지 +x6) 간의 차이는 계단식으로 작아질 수 있다.
예컨대, 제6 양의 스텝(+x6)과 제5 양의 스텝(+x5) 간의 간격(d16)보다 제5 양의 스텝(+x5)과 제4 양의 스텝(+x4) 간의 간격(d15)이 더 작을 수 있다. 예컨대, 제2 양의 스텝(+x2)과 제1 양의 스텝(+x1) 간의 간격(d12)보다 제1 양의 스텝(+x1)과 제로 스텝(Rev) 간의 간격(d11)이 더 작을 수 있다.
제로 스텝(Rev)에 근접할수록 음의 스텝(-x1 내지 -x6) 간의 차이가 작아질 수 있다.
예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 음의 스텝(-x1 내지 -x6) 간의 차이는 선형적으로 작아질 수 있다. 예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 음의 스텝(-x1 내지 -x6) 간의 차이는 비선형적으로 작아질 수 있다. 예컨대, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 음의 스텝(-x1 내지 -x6) 간의 차이는 계단식으로 작아질 수 있다.
예컨대, 제5 음의 스텝(-x5)과 제4 음의 스텝(-x4) 간의 간격(d15)보다 제4 음의 스텝(-x4)과 제3 음의 스텝(-x3) 간의 간격(d14)가 더 작을 수 있다. 예컨대, 제2 음의 스텝(-x2)과 제1 음의 스텝(-x1) 간의 간격(d22)보다 제1 음의 스텝(-x1)과 제로 스텝(Rev) 간의 간격(d21)이 더 작을 수 있다.
예컨대, 제1 스캔 범위(15)에서의 스텝 간격 각각은 제2 스캔 범위(16)에서의 스텝 간격 각각보다 좁을 수 있다. 예컨대, 제3 스캔 범위(17)에서의 스텝 간격 각각은 제4 스캔 범위(18)에서의 스텝 간격 각각보다 좁을 수 있다.
예컨대, 제1 스캔 범위(15)에서의 스텝 간격은 제3 스캔 범위(17)에서의 스텝 간격과 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제2 스캔 범위(16)에서의 스텝 간격은 제4 스캔 범위(18)에서의 스텝 간격과 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 제로 스텝(Rev)에 근접할수록 음의 스텝(-x1 내지 -x6) 간의 간격(d21 내지 d26) 및/또는 양의 스텝(+x1 내지 +x6) 간의 간격(d11 내지 d16)이 작음으로써, 스캔 범위(15 내지 18) 내에서 초점이 위치되지 않을 것으로 추정되는 영역보다는 초첨이 위치될 것으로 추정되는 영역에서 보다 많은 영상 정보를 취득함으로써, 영상 취득 횟수를 줄여 영상 처리부(115)에서의 처리 부하를 경감시켜 보다 신속한 보정값 산출이 가능하다.
도 9은 실시예에 따른 초점 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 영상 취득부(110)는 복수의 스텝 각각에서 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득할 수 있다(S300).
제어부(120)는 상기 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정할 수 있다(S400).
제어부(120)는 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 구동부(130)를 제어할 수 있다(S500). 이러한 구동부(130)의 제어에 의해 영상 취득부(110)가 최적의 초점을 갖는 지점으로 Z축 방향으로 이동되고 그 지점에서 영상 정보가 취득됨으로써, 화질이나 해상도가 우수한 영상 정보의 취득으로 인해 결함 검출 능력이 현저히 향상될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 S400을 보다 상세히 설명한다.
도 10는 도 9의 S400를 상세히 설명하는 순서도이다.
도 1, 도 9 및 도 10을 참조하면, 제어부(120)는 복수의 영상 정보 각각에서 대표값을 산출할 수 있다(S410).
예컨대, 대표값은 밝기값, 컨트라스트(contrast)값 및 샤프니스(sharpness)값 중 하나를 포함할 수 있다.
제어부(120)는 가우스 함수의 비선형식에서 변환된 선형식을 이용하여 보정 매개 변수를 산출할 수 있다(S420).
도시되지 않았지만, S420을 수행하기 전에 초기 매개 변수가 설정될 수 있다.
매개 변수는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020042927460-pat00001
여기서, [a]는 매개 변수를 나타내고, A는 크기를 나타내고, x0은 보정값을 나타내며, σ는 표준 편차를 나타낼 수 있다.
도 6 및 7에 도시한 바와 같이, 복수의 스텝에 따른 복수의 영상 정보 각각의 대표값은 가우스 함수로 나타낼 수 있다.
실시예에서는 보정 매개 변수를 산출하기 위해 가우스-뉴턴 방식이 이용될 수 있다.
이하에서 가우스-뉴턴 방식을 이용하여 보정 매개 변수를 산출하는 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 6 및 도 7에 도시된 가우스 함수의 비선형식은 테이러 급수 전개(Taylor series expansion)하여 선형식으로 변환될 수 있다. 이러한 선형식은 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020042927460-pat00002
예컨대, y1은 제1 스텝과 만나는 가우스 함수의 접선에 대응하는 선형식이고, y2는 제2 스텝과 만나는 가우스 함수의 접선에 대응하는 선형식일 수 있다.
수학식 2를 행렬식으로 정리하면, 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020042927460-pat00003
수학식 3은 수학식 4로 정리될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020042927460-pat00004
여기서, 에러(e)가 없다고 가정하고, 수학식 4를 정리하면, 수학식 5로 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020042927460-pat00005
여기서, [d]는 [y]에서 [f]를 감한 값일 수 있다.
수학식 5를 정리하여, 수학식 6과 같은 보정 매개 변수가 산출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020042927460-pat00006
제어부(120)는 보정 매개 변수를 이용하여 에러값(ε)을 산출할 수 있다(S430).
에러값(ε)은 수학식 7로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020042927460-pat00007
a1는 이전 매개 변수를 나타내고, ai+1는 현재 매개 변수를 나타낼 수 있다.
ai+1-ai는 Δa이므로, 에러값은 현재 매개 변수에 대한 보정 매개 변수의 비율로 정의될 수 있다.
제어부(120)는 에러값(ε)이 설정값보다 작은지를 결정할 수 있다(S440).
제어부(120)는 에러값(ε)이 설정값보다 큰 경우, 수학식 8을 이용하여 매개 변수를 업데이트할 수 있다(S450).
[수학식 8]
[a]i+1 = [a]i + [Δa]i
이후, S420로 이동하여 보정 매개 변수가 산출된 후, 다시 에러값(ε)이 설정값보다 작은지가 결정될 수 있다.
에러값(ε)이 설정값보다 작을 때까지, S420 내지 S450이 반복적으로 수행될 수 있다.
한편, 제어부(120)는 에러값(ε)이 설정값 이하인 경우, 보정 매개 변수에 포함된 보정값으로 초점을 조정할 수 있다(S460).
에러값(ε)이 설정값 이하이면, 보정 매개 변수에서 보정값(x0)이 획득될 수 있다. 여기서, 보정값(x0)은 가장 큰 크기를 갖는 대표값을 갖는 Z축 방향의 이동 거리일 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 복수의 영상 정보에 대한 대표값으로 이루어진 가우스 함수에 대해 가우스-뉴턴 방식으로 이용하여 보정 매개 변수가 산출될 수 있다.
제1 과정(1st)에서 산출된 보정 매개 변수에 의한 에러값이 설정값보다 큰 경우, 제2 과정(2nd)이 진행될 수 있다.
제2 과정(2nd)에서 산출된 보정 매개 변수에 의한 에러값이 설정값보다 큰 경우, 제3 과정(3rd)이 진행될 수 있다.
제3 과정(3rd)에서 산출된 보정 매개 변수에 의한 에러값이 설정값보다 큰 경우, 제4 과정(4th)이 진행될 수 있다.
제4 과정(4th)에서 산출된 보정 매개 변수에 의한 에러값이 설정값보다 큰 경우, 제5 과정(5th)이 진행될 수 있다.
제5 과정(5th)에서 산출된 보정 매개 변수에 의한 에러값이 설정값보다 작은 경우, 제5 과정(5th)에서 산출된 보정 매개 변수에서 보정값이 획득되고, 이 획득된 보정값이 최적의 초점이 위치된 Z축 방향으로의 이동 거리일 수 있다.
따라서, 제어부(120)는 최적의 초점이 위치된 보정값을 획득하기 위해 에러값이 설정값보다 작을 때까지 보정 매개 변수를 산출하는 과정을 반복 수행할 수 있다. 제어부(120)는 이와 같은 반복 수행을 통해 획득된 보정값에 기초하여 최적의 초점이 위치된 Z축 방향의 이동 거리로 이동되도록 영상 취득부(110)를 제어함으로써, 최적의 초점에서 우수한 화질이나 해상도를 영상 정보를 취득할 수 있어 결함 검출 성능이 향상될 수 있다.
도 12은 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 결함 검출 시스템(200)은 검사기(210) 및 확대 장치(220)를 포함할 수 있다.
검사기(210)는 대상체(12)의 결함을 검사할 수 있다. 검사기(210)는 고속 스캔 기능을 가지고 있어, 대상체(12)에 결함이 존재하는지 여부를 신속히 검사할 수 있다.
확대 장치(220)는 검사기(210)에 의해 검사된 결함을 상세하게 분석할 수 있다. 즉, 확대 장치(220)는 대상체(12)의 결함을 확대하여 결함의 크기, 두께, 형상 등의 정보를 획득할 수 있다.
확대 장치(220)는 초점 보정 장치(도 1의 100)를 포함할 수 있다. 초점 보정 장치(100)는 이미 상세하게 상술한 바 있으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
확대 장치(220)는 대상체(12)의 결함을 확대하기 전에 초점 보정 장치(100)를 통해 우수한 화질이나 해상도를 갖는 영상 정보를 획득하기 위한 최적의 초점을 위한 이동 거리인 보정값을 산출할 수 있다. 확대 장치(220)는 그 산출된 보정값에 따라 영상 취득부(110)나 대상체(12)를 이동시켜 대상체(12)의 표면에 초점이 결상되도록 한 다음, 대상체(12)에 대한 영상 정보를 취득함으로써, 우수한 화질이나 해상도를 갖는 영상 정보에 기초하여 보다 세밀하고 정확하게 결함을 분석할 수 있어 결함 검출 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
10: 스테이지
12: 대상체
100: 초점 보정 장치
110: 영상 취득부
120: 제어부
130: 구동부
200: 결함 검출 시스템
210: 검사기
220: 확대 장치

Claims (24)

  1. Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 영상 취득부;
    상기 복수의 스텝 각각으로 이동되도록 상기 대상체 및 상기 영상 취득부 중 하나를 구동하는 구동부; 및
    상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 상기 결정된 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 취득된 복수의 영상 정보 각각에서 대표값을 산출하고,
    상기 복수의 대표값을 가우스 함수에서 변환된 선형 함수에 대입하여 상기 보정값을 결정하고,
    상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정되는
    초점 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정값은 최적의 초점을 위한 이동 거리인
    초점 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스텝은 기준점인 제로 스텝, 상기 기준점으로부터 음의 Z축 방향으로의 거리를 나타내는 복수의 음의 스텝 및 상기 기준점으로부터 양의 Z축 방향으로의 거리는 나타내는 복수의 양의 스텝을 포함하는
    초점 보정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제로 스텝에 근접할수록 양의 스텝 간 차이가 작아지는
    초점 보정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제로 스텝에 근접할수록 음의 스텝 간 차이가 작아지는
    초점 보정 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 영상 정보는 설정된 스캔 범위 내에서 상기 복수의 스텝 각각으로 이동되어 취득되는
    초점 보정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 설정된 스캔 범위는,
    상기 복수의 음의 스텝 중 상기 제로 스텝에 인접한 적어도 둘 이상의 음의 스텝을 포함하는 제1 스텝 범위;
    상기 복수의 음의 스텝 중 나머지 음의 스텝을 포함하는 제2 스텝 범위;
    상기 복수의 양의 스텝 중 상기 제로 스텝에 인접한 적어도 둘 이상의 양의 스텝을 포함하는 제3 스텝 범위; 및
    상기 복수의 양의 스텝 중 나머지 음의 스텝을 포함하는 제4 스텝 범위를 포함하는
    초점 보정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스텝 범위에서의 스텝 간격은 상기 제2 스텝 범위에서의 스텝 간격보다 좁은
    초점 보정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3 스텝 범위에서의 스텝 간격은 상기 제4 스텝 범위에서의 스텝 간격보다 좁은
    초점 보정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스텝 범위에서의 스텝 간격은 상기 제3 스텝 범위에서의 스텝 간격과 동일한
    초점 보정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스텝 범위에서의 스텝 간격은 상기 제4 스텝 범위에서의 스텝 간격과 동일한
    초점 보정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 가우스-뉴턴 방식을 이용하여 상기 보정값을 결정하는
    초점 보정 장치.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 대표값을 가우스 함수의 비선형식에서 변환된 선형식에 대입 및 정리하여 보정 매개 변수를 산출하고,
    상기 산출된 보정 매개 변수에 기초하여 상기 보정값을 결정하는
    초점 보정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 보정 매개 변수에 기초하여 상기 에러값을 산출하고,
    상기 산출된 에러값이 설정값 이하인 경우, 상기 산출된 보정 매개 변수에 포함된 보정값을 상기 보정값으로 결정하는
    초점 보정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산출된 에러값이 상기 설정값을 초과하는 경우, 상기 산출된 보정 매개 변수를 이용하여 매개 변수를 업데이트하는
    초점 보정 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 대표값은 밝기값, 컨트라스트값 및 샤프니스값 중 하나를 포함하는
    초점 보정 장치.
  18. Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 단계;
    상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 보정값에 따라 구동부를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 보정값을 결정하는 단계는,
    상기 취득된 복수의 영상 정보 각각에서 대표값을 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 대표값을 가우스 함수에서 변환된 선형 함수에 대입하여 상기 보정값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정되는
    초점 보정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 보정값을 결정하는 단계는,
    상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 가우스 함수를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 가우스 함수를 가우스-뉴턴 방식을 이용하여 상기 보정값을 결정하는 단계를 포함하는
    초점 보정 방법.
  20. 삭제
  21. 제18항에 있어서,
    상기 보정값을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 대표값을 가우스 함수에서 변환된 선형 함수에 대입하여 보정 매개 변수를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 보정 매개 변수에 기초하여 상기 보정값을 결정하는 단계를 포함하는
    초점 보정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 보정값을 결정하는 단계는,
    상기 산출된 보정 매개 변수에 기초하여 상기 에러값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 에러값이 설정값 이하인 경우, 상기 산출된 보정 매개 변수에 포함된 보정값을 상기 보정값으로 결정하는 단계를 포함하는
    초점 보정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 산출된 에러값이 상기 설정값을 초과하는 경우, 상기 산출된 보정 매개 변수를 이용하여 매개 변수를 업데이트하는
    초점 보정 방법.
  24. 대상체의 결함을 검사하는 검사기; 및
    상기 대상체의 결함을 확대하는 확대 장치를 포함하고,
    상기 확대 장치는 초점 보정 장치를 포함하고,
    상기 초점 보정 장치는,
    Z축 방향에 따른 이동 거리를 나타내는 복수의 스텝 각각에서 대상체에 대한 영상 정보를 취득하는 영상 취득부;
    상기 복수의 스텝 각각으로 이동되도록 상기 대상체 및 상기 영상 취득부 중 하나를 구동하는 구동부; 및
    상기 취득된 복수의 영상 정보에 기초하여 보정값을 결정하고, 상기 결정된 보정값에 따라 초점을 조정하기 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 취득된 복수의 영상 정보 각각에서 대표값을 산출하고,
    상기 복수의 대표값을 가우스 함수에서 변환된 선형 함수에 대입하여 상기 보정값을 결정하고,
    상기 보정값은 에러값이 설정값 이하가 될 때에 결정되는
    결함 검출 시스템.
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