KR102355523B1 - 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬릿형상의 광을 발생시키고 피사체에 조사하는 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치에 관한 것이다.
본 발명은, 광을 발생시키는 광원부(100)와; 상기 광원부(100)에서 발생된 광을 미리 설정된 배율로 집광하여 슬릿광을 형성하는 광학계(200)를 포함하며, 상기 광학계(200)는, 상기 광원부(100)에서 발산된 광을 평행광으로 변환하기 위한 평행광형성렌즈부(210)와, 상기 평행광형성렌즈부(210)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20)을 개시한다.

Description

슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치 {Slit light source and vision inspection apparatus having the same}
본 발명은 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬릿형상의 광을 발생시키고 피사체에 조사하는 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치에 관한 것이다.
반도체 소자 등은 공정수율의 향상 등을 위하여 공정 중, 공정 후에 다양한 검사가 수행된다.
그리고 반도체 소자 등 피검사대상에 대한 검사 중 피검사대상에 광을 조사하고 광이 조사된 피검사대상에 대한 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 분석하여 2D검사 및 3D 검사 중 적어도 하나의 비전검사가 있다.
여기서 비전검사의 수행을 위한 비전검사장치는, 광원에서 소정 패턴의 광을 발생시켜 피검사대상에 광을 조사하는 광원과, 광원에 의하여 광이 조사된 피검사대상에 대한 이미지를 획득하는 이미지획득장치(카메라 또는 스캐너)를 포함하여 구성됨이 일반적이다.
그리고 상기 광원은, 검사형태에 따라서 점광원, 슬릿광원 등이 사용될 수 있다.
그런데 광원 중 슬릿광원은, 한국 공개특허공보 제10-2011-17158호에 개시된 바와 같이, 광원부, 텔레센트릭렌즈 및 그 사이에 개재되는 슬릿부재로 구성됨이 일반적이다.
그러나, 종래의 슬릿광원은 슬릿부재를 사용함으로써 슬릿부재에 의해 광의 일부가 차단되어 광손실이 발생하므로 출력이 큰 광원을 사용해야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 슬릿광원은 백색광을 사용하는 경우 색수차에 의해 슬릿광의 경계가 선명하게 형성되지 못하고 슬릿광의 폭을 줄이는데 한계가 있는 문제점이 있다.
마지막으로, 종래의 슬릿광원은 슬릿광의 용도에 따라 슬릿광의 빔폭을 변경하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 인식하여, 복수의 실린더렌즈를 이용해 배율광학계를 구성함으로써 광손실이 없으며, 백색광의 경우에도 색수차 없이 조사영역의 경계가 선명한 슬릿광을 형성할 수 있는 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 광원에서 나온 광의 빔폭을 조정하는 빔폭조정렌즈부를 광경로 상에서 이동가능하게 설치함으로써 슬릿광 형성을 위한 배율광학계 배율을 보다 용이하게 조정할 수 있는 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 광을 발생시키는 광원부(100)와; 상기 광원부(100)에서 발생된 광을 미리 설정된 배율로 집광하여 슬릿광을 형성하는 광학계(200)를 포함하며, 상기 광학계(200)는, 상기 광원부(100)에서 발산된 광을 평행광으로 변환하기 위한 평행광형성렌즈부(210)와, 상기 평행광형성렌즈부(210)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20)을 개시한다.
상기 광원부(100)는, 일렬로 배치되어 미리 설정된 발산각으로 백색광을 발생시키는 복수의 LED광원(110)들을 포함할 수 있다.
상기 광학계(200)는, 상기 평행광형성렌즈부(210)와 상기 집광렌즈부(220) 사이의 광경로 상에 설치되어 상기 평행광의 빔폭을 조정하는 빔폭조정렌즈부(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 평행광형성렌즈부(210)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(212)를 포함할 수 있다.
상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(232)를 포함할 수 있다.
상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 복수의 실린더렌즈(232)들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나는, 상기 광학계(200)의 배율을 조정하기 위하여 상기 광축을 따라 이동가능하게 설치될 수 있다.
상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 순차적으로 배채된 복수의 실린더렌즈들(232)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나는, 교체가능하게 설치될 수 있다.
상기 집광렌즈부(220)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(222)를 포함할 수 있다.
상기 광원부(100)는, 백색광을 발생시키며, 상기 집광렌즈부(220)는, 상기 집광렌즈부(220)를 통과한 백색광의 색수차를 감소시키기 위하여 순차적으로 배치된 복수의 실린더렌즈(222)들을 포함할 수 있다.
본 발명은, 피사체(10)에 광을 조사하는 광원으로서 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 따른 슬릿광원(20)과; 상기 슬릿광원(20)에 의하여 슬릿광이 조사된 피사체(10)에 대한 이미지를 획득하는 이미지획득부(30)를 포함하는 비전검사장치를 개시한다.
본 발명에 따른 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치는, 복수의 실린더렌즈를 이용해 배율광학계를 구성함으로써 광손실이 없으며, 백색광의 경우에도 색수차 없이 조사영역의 경계가 선명한 슬릿광을 형성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치는, 광원에서 나온 광의 빔폭을 조정하는 빔폭조정렌즈부를 광경로 상에서 이동가능하게 설치함으로써 슬릿광 형성을 위한 배율광학계 배율을 보다 용이하게 조정할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 배율광학계의 구조에 색수차보정 가능한 복수의 실린더렌즈들을 적용함으로써 매우 작은 폭의 슬릿광도 선명하게 형성할 수 있으며, 배율광학계를 구성하는 구성요소들을 교체하지 않더라도 배율광학계의 배율조정을 통해 슬릿광의 폭을 필요에 따라 조정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전검사장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿광원을 보여주는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 슬릿광원을 보여주는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 슬릿광원에 색수차보정 가능한 복수의 실린더렌즈들을 적용하였을 때 형성되는 슬릿광을 보여주는 사진이다.
이하 본 발명에 따른 슬릿광원 및 이를 포함하는 비전검사장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 비전검사장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피사체(10)에 광을 조사하는 광원인 슬릿광원(20)과; 슬릿광원(20)에 의하여 슬릿광이 조사된 피사체(10)에 대한 이미지를 획득하는 이미지획득부(30)를 포함한다.
상기 슬릿광원(20)은, 피사체(10)에 슬릿광을 조사하는 구성으로서 자세한 설명은 후술한다.
상기 이미지획득부(30)는, 슬릿광원(20)에 의하여 슬릿광이 조사된 피사체(10)에 대한 이미지를 획득하는 구성으로서, 디지털카메라, 스캐너 등 이미지를 획득할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 비전검사장치는, 슬릿광원(20)에 의하여 슬릿광의 조사 및 이미지획득부(30)에 의한 이미지의 획득을 수행하고, 이미지획득부(30)와 통합되거나 별도의 제어부(미도시)를 통하여 획득된 이미지를 분석하여 평면 형상 등 2D검사, 범프의 높이, 크랙형성 여부 등 3D 검사 등을 수행할 수 있다.
일예로서, 상기 피사체(10)는, 상기 슬릿광원(20)에 대하여 수평방향으로 상대선형이동 가능하며, 비전검사장치는, 이미지획득부(30)에 의하여 획득된 이미지로부터 피사체(10)의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
한편 상기와 같은 비전검사장치 등 피사체(10)에 대한 슬릿광의 조사가 필요한바 피사체(10)의 종류, 검사종류 등에 따라서 최적화된 슬릿광을 조사하기 위한 슬릿광원(20)이 필요하다.
이에 본 발명에 따른 슬릿광원(20)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광을 발생시키는 광원부(100)와; 광원부(100)에서 발산된 을 미리 설정된 배율로 집광하여 슬릿광을 형성하는 광학계(200)를 포함한다.
상기 광원부(100)는, 슬릿광의 형성을 위한 광을 발생하는 구성으로서, 광을 발생시킬 수 있는 구성이면 레이저빔발생장치, 엘이디조명장치 등 어떠한 구성도 가능하다.
예로서, 상기 광원부(100)는, 하나 이상의 엘이디소자의 사용이 가능하며, 기판(미도시) 상에 슬릿광의 길이방향을 따라서 배치된 복수의 LED광원(110)들을 포함할 수 있다.
상기 기판은, LED광원(110)을 구성하는 LED소자가 설치될 수 있는 기판이면 어떠한 기판도 가능하며, PCB, FPCB, 메탈PCB 등이 사용될 수 있다.
상기 LED광원(110)은, 기판 상에 슬릿광의 길이방향을 따라서 복수로 배치되고 미리 설정된 발산각(예로서, 120°의 발산각)으로 단색광 또는 백색광을 발생시킴으로써 슬릿광을 형성할 수 있다.
한편 상기 광원부(100)에서 발생된 광은, 슬릿광의 길이방향을 따라서 광량(휘도)가 달라질 수 있는바 이의 개선을 위하여, 광원부(100)의 전방에는 광원부(100)에 발생된 빛을 확산시키는 광확산부재(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 광확산부재는, 투과되는 광을 산란시켜 슬릿광의 길이방향을 따라서 균일하게 하는 구성으로서, 광확산필름, 광확산물질이 도포된 투명부재 등 다양한 구성이 가능하다.
상기 광학계(200)는, 광원부(100)에서 발생된 광을 미리 설정된 배율로 집광하여 슬릿광을 형성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 광학계(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광원부(100)에서 발산된 광을 평행광으로 변환하기 위한 평행광형성렌즈부(210)와, 상기 평행광형성렌즈부(210)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈부(220)를 포함할 수 있다.
상기 평행광형성렌즈부(210)는, 광원부(100)에서 발산된 광을 평행광으로 변환하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 평행광형성렌즈부(210)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(212)를 포함할 수 있다.
상기 실린더렌즈(212)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광축을 지나는 광의 진행방향(X축방향)에 수직한 길이(Y축방향)을 가질 수 있고, 광원부(100)와의 거리 또는 배율에 따라 적절한 곡률을 가지는 렌즈면을 형성할 수 있다.
상기 실린더렌즈(212)는, 균일한 슬릿광형성을 위하여, 복수의 LED광원(110)들의 배치방향을 길이방향으로 설치됨이 바람직하다.
상기 실린더렌즈(212)는, 콜리메이터 렌즈(collimator lens)로서 광원부(100)에서 발생된 광을 집광함으로써 발생된 광의 발산각을 감소시켜 광을 평행광 내지 평행광에 가까운 근접평행광으로 변환할 수 있다.
상기 집광렌즈부(220)는, 빔폭조정렌즈부(300)를 통과한 광을 집광하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 집광렌즈부(220)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(222)를 포함할 수 있다.
상기 실린더렌즈(222)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광축을 지나는 광의 진행방향(X축방향)에 수직한 길이(Y축방향)을 가질 수 있고, 광원부(100)와의 거리 또는 배율에 따라 적절한 곡률을 가지는 렌즈면을 형성할 수 있다.
상기 실린더렌즈(222)는, 균일한 슬릿광형성을 위하여, 복수의 LED광원(110)들의 배치방향을 길이방향으로 설치됨이 바람직하다.
상기 광원부(100)가 백색광을 발생시키는 경우, 집광렌즈부(220)는, 집광렌즈부(220)를 통과한 백색광의 색수차를 감소시키기 위하여 단일 실린더렌즈(222)가 아닌 순차적으로 배치된 복수의 실린더렌즈(222)들을 포함함이 바람직하다.
예로서, 상기 집광렌즈부(220)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 4개 이상의 파장에 대한 초점거리를 일치시키는 4개의 실린더렌즈(222)들을 포함할 수 있다.
이러한 경우, 백색광에서 파장 별 굴절률 차이에 의해 발생되는 색수차가 감소됨으로써, 집광된 슬릿광의 폭이 100μm 이하인 경우에도 집광렌즈부(200)를 통과한 슬릿광의 경계가 선명하게 형성되므로 슬릿광을 이용한 비전검사가 보다 정확하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.
도 4는, 단일한 실린더렌즈(222)로 집광렌즈부(220)를 구성하였을 때 형성되는 슬릿광과 4개 이상의 파장에 대한 초점거리를 보정할 수 있는 복수의 실린더렌즈(222)로 집광렌즈부(220)를 구성하였을 때 형성되는 슬릿광의 사진으로, 복수의 실린더렌즈(222)로 집광렌즈부(220)를 구성하였을 때 보다 색수차가 개선되어 보다 선명한 슬릿광이 형성됨을 확인할 수 있다.
상기 평행광형성렌즈부(210)는 배율광학계의 접안렌즈에 대응되고 집광렌즈부(220)는 배율광학계의 대물렌즈에 대응되어 전체 광학계(200)가 배율광학계(결상광학계)와 대응되는 구조로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 광학계(200)의 배율은 평행광형성렌즈부(210) 및 집광렌즈부(220)의 배율의 곱으로 정의될 수 있다.
한편, 상기 광학계(200)의 슬릿광이 BGA(Ball grid array) 소자의 범프(bump)를 검사하기 위해 사용되는 경우, BGA 소자에 형성된 범프의 크기, 높이에 따라 사용되는 슬릿광의 폭이 달라질 필요가 있다.
그러나, 광원부(100)와 평행광형성렌즈부(210) 사이의 거리 및 집광렌즈부(220)와 피사체(10) 사이의 거리가 고정된 상태로 설치되는 경우, 전체 광학계(200)의 배율이 고정되므로 피사체(10)가 달라지는 경우 평행광형성렌즈부(210) 또는 집광렌즈부(220) 자체를 교체해야 하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 광학계(200)는, 평행광형성렌즈부(210)와 집광렌즈부(220) 사이의 광경로 상에 설치되어 평행광의 빔폭을 조정하는 빔폭조정렌즈부(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 평행광형성렌즈부(210)에서 나온 평행광 또는 근접평행광을 폭방향(Z축방향)으로 발산시키거나 집광하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(232)를 포함할 수 있다.
상기 실린더렌즈(232)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광축을 지나는 광의 진행방향(X축방향)에 수직한 길이(Y축방향)을 가질 수 있고, 광원부(100)와의 거리 또는 배율에 따라 적절한 곡률을 가지는 렌즈면을 형성할 수 있다.
상기 실린더렌즈(232)는, 균일한 슬릿광형성을 위하여, 복수의 LED광원(110)들의 배치방향을 길이방향으로 설치됨이 바람직하다.
상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 복수의 실린더렌즈(232)들을 포함함이 바람직하다.
상기 복수의 실린더렌즈(232)들은 광경로 상에 순차적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나는, 광학계(200)의 배율을 조정하기 위하여 광축(또는 광경로)을 따라 이동가능하게 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 순차적으로 배치된 4개의 실린더렌즈(232)들을 포함하고, 4개의 실린더렌즈(232)들 중 양 끝단의 2개의 렌즈(232a, 232d)는 고정되고 내측의 2개의 실린더렌즈(232b, 232c) 중 적어도 하나는 광축(또는 광경로)를 따라 이동가능하게 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나의 실린더렌즈(232)를 광경로 상에서 이동가능하게 설치함으로써, 집광렌즈부(220)를 교체하지 않더라도 전체 광학계(200)의 배율을 간단하게 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 슬릿광원(20)은 광의 일부를 차단하는 슬릿부재를 사용하지 않고 배율광학계에 실린더렌즈를 적용해 슬릿광원을 형성함으로써 광손실이 없고 렌즈교체 없이도 조사되는 슬릿광의 폭을 조정할 수 있으며, 백색광에 대한 초점거리 보정을 통해 100μm 이하의 매우 작은 폭의 슬릿광도 선명하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 슬릿광원(20)은, 도 1의 비전검사장치에 한정되지 않고 다양한 조명시스템의 광원으로 적용될 수 있다.
예로서 본 발명에 따른 슬릿광원(20)은, line scan camera의 광원으로 활용될 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 피사체 20: 슬릿광원
100: 광원부 200: 광학계

Claims (10)

  1. 광을 발생시키는 광원부(100)와;
    상기 광원부(100)에서 발생된 광을 미리 설정된 배율로 집광하여 슬릿광을 형성하는 광학계(200)를 포함하며,
    상기 광학계(200)는, 상기 광원부(100)에서 발산된 광을 평행광으로 변환하기 위한 평행광형성렌즈부(210)와, 상기 평행광형성렌즈부(210)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈부(220)를 포함하며,
    상기 광원부(100)는,
    일렬로 배치되어 미리 설정된 발산각으로 백색광을 발생시키는 복수의 LED광원(110)들을 포함하며,
    상기 광학계(200)는,
    상기 평행광형성렌즈부(210)와 상기 집광렌즈부(220) 사이의 광경로 상에 설치되어 상기 평행광의 빔폭을 조정하는 빔폭조정렌즈부(230)를 더 포함하며,
    상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 복수의 상기 LED광원(110)들의 배치방향을 길이방향으로 설치되며,
    상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 상기 길이방향을 따라서 동일한 곡률의 렌즈면이 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 평행광형성렌즈부(210)는,
    광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔폭조정렌즈부(230)는,
    광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(232)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 복수의 실린더렌즈(232)들을 포함하며,
    상기 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나는, 상기 광학계(200)의 배율을 조정하기 위하여 상기 광축을 따라 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 빔폭조정렌즈부(230)는, 순차적으로 배채된 복수의 실린더렌즈들(232)을 포함하며,
    상기 복수의 실린더렌즈(232)들 중 적어도 하나는, 교체가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광렌즈부(220)는,
    광축을 지나 통과하는 광의 진행방향에 수직한 길이를 가지는 하나 이상의 실린더렌즈(222)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광원부(100)는, 백색광을 발생시키며,
    상기 집광렌즈부(220)는, 상기 집광렌즈부(220)를 통과한 백색광의 색수차를 감소시키기 위하여 순차적으로 배치된 복수의 실린더렌즈(222)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬릿광원(20).
  10. 피사체(10)에 광을 조사하는 광원으로서 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 따른 슬릿광원(20)과;
    상기 슬릿광원(20)에 의하여 슬릿광이 조사된 피사체(10)에 대한 이미지를 획득하는 이미지획득부(30)를 포함하는 비전검사장치.
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