KR20000035264A

KR20000035264A - 형태불량 검사방법

Info

Publication number: KR20000035264A
Application number: KR1019990048919A
Authority: KR
Inventors: 김명진
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2000-06-26
Also published as: KR100354396B1

Abstract

본 발명은 형태불량 검사방법에 관한 것으로, 검사대상으로부터 얻어진 검사영상을 통해 상기 검사대상의 형태불량을 검사하기 위한 방법에 있어서, 상기 검사대상의 형태불량판단을 위해 형태허용오차가 감안된 기준영상을 마련하는 단계; 상기 검사대상으로부터 검사영상을 얻는 단계; 상기 기준영상과 상기 검사영상의 상호 대응하는 적어도 일부영역의 농담을 비교하는 단계; 상기 농담비교의 결과에 기초하여 상기 검사대상의 형태불량여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 물체의 형태불량 검사에 소요되는 시간을 대폭 감축할 수 있고, 물체의 전체영역에 걸쳐 형태 불량을 검출할 수 있다.

Description

형태불량 검사방법{METHOD FOR INSPECTING INFERIORITY IN SHAPE}

본 발명은 반도체 제조공정 등에 채용되는 칩, 리드 등과 같은 물체의 형태불량 검사방법에 관한 것으로, 더 상세히는 영상의 밝기 비교연산을 응용한 농담 비교연산을 통해 물체의 형태불량을 검사함으로써 검사에 소용되는 시간을 줄이고, 검사의 수행에 있어서의 숙련자 의존도를 낮출 수 있는 물체의 형태불량 검사방법에 관한 것이다.

물체의 형태에 대한 2차원적인 측정방법은, 반도체 등과 같은 제품의 생산 자동화를 위해 널리 이용되고 있다. 물체의 형태에 대한 이상 여부를 검사하기 위해 종래에는 물체의 형태의 측정을 위한 경계영역을 검출하고, 소정의 측정 알고리즘을 사용하여 분석적으로 물체의 형태에 대한 이상 유무를 판별하였다.

그러나, 이와 같은 종래 방식은 검사하고자 하는 모든 검사대상에 대해 상기 과정을 거쳐야 하므로 많은 시간이 소요될 뿐더러 검사대상의 형태에 따라 그에 적합한 검사 알고리즘을 구현해야 하는 단점이 있다.

도 1은 종래의 측정-비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법을 설명하는 개요도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 측정-비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법은 '측정'과 '비교'라는 2단계의 과정을 통해 물체의 형태불량을 검사하는 알고리즘에 의하는 바, 다음과 같다.

먼저 영상의 밝기 분포를 이용하여 검사대상(12)의 형태 데이터를 측정한다. 예컨대, 도시된 것처럼 검사대상(12)의 외관의 소정방향의 사이즈(e)를 측정하는 것이다. 다음으로, 측정된 데이터와, 기준모델(11)의 기준데이터(d)를 비교하여, 측정된 사이즈(e)가 기준데이터(d)에 대한 허용오차 ±△d의 범위에 포함될 때 검사대상(12)은 양호한 것으로 그렇지 않는 경우는 불량으로 판정한다.

이와 같은 종래 측정-비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법은 초화소(subpixel) 단위의 정밀도를 가지고 있지만, 검사대상의 형태특성을 나타내는 모든 측정요소에 대해 상기의 과정을 반복적으로 수행해야 하므로 측정 알고리즘에 따른 계산에 많은 시간이 소요된다. 이에 따라, 검사시간을 줄이기 위해 형태특성을 나타내는 모든 측정요소 중 일부요소만을 측정하여 형태불량검사가 행해지게 되는 바, 이에 형태불량여부를 정확히 검출할 수 있는 측정요소를 설정하는 것은 숙련과 경험에 크게 의존하게 된다. 즉, 종래 측정-비교법에 의한 형태불량여부 검사는, 숙련자에 대한 의존도가 높다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 비숙련자도 단시간 내에 물체의 형태불량을 검출할 수 있는 물체의 형태불량 검사방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 측정-비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법을 설명하는 개요도,

도 2는 본 발명에 따른 농담비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법을 설명하는 개요도,

도 3a 및 도 3b는 검사대상의 경계선의 위치에 따른 화소의 밝기 변화를 설명하기 위한 그래프,

도 4a 및 도 4b는 화소잡음이 존재하는 경우 이에 따른 허용오차를 포함하는 밝기범위 를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프,

도 5에 형태불량검사에 사용된 리드프레임의 영상을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 21 : 기준모델 12, 23 : 검사대상

22 : 기준영상 24 : 검사영상

P : 단위화소 ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃: 검사대상의 경계선

상기 목적은 본 발명에 따라 검사대상으로부터 얻어진 검사영상을 통해 상기 검사대상의 형태불량을 검사하기 위한 방법에 있어서, 상기 검사대상의 형태불량판단을 위해 형태허용오차가 감안된 기준영상을 마련하는 단계; 상기 검사대상으로부터 검사영상을 얻는 단계; 상기 기준영상과 상기 검사영상의 상호 대응하는 적어도 일부영역의 농담을 비교하는 단계; 상기 농담비교의 결과에 기초하여 상기 검사대상의 형태불량여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 농담비교단계는, 상기 검사영상과 상기 기준영상의 각 대응화소의 밝기값을 비교하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기준영상을 마련하는 단계는, 상기 검사대상의 경계선의 위치값의 변화에 따른 상기 화소의 밝기변화의 함수관계에 기초하여 상기 경계선의 위치값의 허용위치오차범위에 상응하는 상기 화소의 밝기범위를 구하는 단계; 각 화소의 밝기값이 상기 밝기범위의 최소값으로 이루어진 최소영상 및 상기 밝기범위의 최대값으로 이루어진 최대영상을 기준영상으로서 설정등록하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 함수관계는 화소잡음이 고려되는 것이 바람직한 바, 예컨대 화소잡음을 가감할 수 있다.

한편, 상기 농담비교단계를 위한 농담비교연산은 다음과 같은 수학식으로 표현되는 것이 효과적이다;

(여기서, C(Q:U,L)는 검사영상 Q가 주어질 때, 기준영상 U, L을 사용하여 물체의 형태불량을 판별하는 함수이고, 여기서, l(i,j)는 최소영상 L의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이고, q(i,j)는 검사영상 Q의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이며, u(i,j)는 최대영상 U의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이다)

또한, 상기 검사영상과 기준영상은 그레이스케일(grayscale)로 표현되는 것이 효과적이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 농담비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법을 설명하는 개요도이다.

도 2를 참조하면, 농담비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법은 다음과 같다.

먼저, 형태불량검사의 기준으로서 기준모델(21)에 대한 영상으로서 그레이스케일로 표현된 기준영상(22)의 설정등록한다. 여기서, 기준영상(22)은 형태허용오차범위내의 최소밝기값을 갖는 화소들로 이루어진 최소영상 및 오차허용범위내의 최대밝기값을 갖는 화소들로 이루어진 최대영상을 의미한다.

다음으로, 카메라(도시않음)를 통해 얻어진 검사대상(23)의 검사영상(24)의 각 화소의 밝기값과 설정등록된 기준영상(22)의 각 대응화소의 밝기값과의 비교를 통해 검사대상(23)의 형태불량여부를 검사한다. 검사영상(24)의 각 화소의 밝기값이 기준모델(21)의 기준영상(22)으로서 최소영상과 최대영상에 의해 지정되는 각 대응화소의 밝기값의 허용범위내에 포함될 때, 검사대상(23)의 형태는 양호한 것으로 판정하고, 그렇지 않은 경우는 불량한 것으로 판정한다.

한편, 형태불량 검사기준으로 사용되는 기준영상(22)은 다음과 같은 과정에 의해 얻어진다.

도 3a 및 3b는 검사대상의 형태를 이루는 경계선의 위치에 따른 화소의 밝기변화를 보여주는 그래프이다.

도3a에 있어, 점선으로 표시된 원(P)은 단위화소를 나타내며, 사선(ℓ₁,ℓ₂,ℓ₃)은 검사대상(23)의 경계선을 의미한다. 경계선(ℓ₁)이 화소(P)에 외접하여 화소(P)가 검사대상(23)에 포함되지 않는 경우 위치값 X를 0으로, 경계선(ℓ₂)이 화소(P)의 중심영역을 지나는 경우의 위치값 X를 0.5로, 검사대상(23)에 화소(P)가 완전히 포함되도록 경계선(ℓ₃)이 화소(P)에 접하는 경우의 위치값 X를 1로 보면, 위치값 X에 대한 밝기(I)는 도3b와 같이 변화한다. 따라서 밝기값 b가 주어지면, 도3b의 그래프를 통해 대응되는 영역에서 경계선의 위치 X를 추정할 수 있다. 즉, 밝기값을 통해 화소가 검사대상에 속하는지, 속하지 않는지 또는 경계선 상에 존재하는지 판별할 수 있게 된다.

먼저, 검사대상(23)의 경계선(ℓ₂)이 단위화소(P)의 중심영역을 지나는 경우에, 검사대상(23)의 경계선(ℓ₂)이 허용오차범위 △X에 위치하는지 여부를 판별하는 방법은 다음과 같다.

도3b에 도시된 화소밝기그래프 I(x)를 통해 기준모델(21)의 경계선위치 X를 파악한 후, 도 4a에 도시된 바와 같이 허용오차범위 △X에 대응하는 밝기범위 △b를 구한다. 이어, 검사대상(23)에 대한 형태불량검사를 행할 때, 검사영상(24)의 대응화소의 밝기값이 밝기범위 △b에 포함되는지를 살핀다. 다시 말해, 검사영상(24)의 대응화소의 밝기값이 기준영상의 대응화소의 밝기범위 △b에 포함되면 양호한 것으로, 그렇지 않으면 불량한 것으로 판단한다.

한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 영상에 존재하는 화소잡음(noise)은형태불량 검사작업의 수행에 오차를 야기한다. 도 4b는 화소잡음이 존재하는 경우 이를 고려한 밝기범위 즉, △b'를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프로서, 화소잡음 △n이 존재할 경우, 도4a의 화소밝기값 I(x)와 함께 여기서 화소잡음 ±△n을 더한 값 I(x) ±△n을 나타낸 그래프이다.

화소잡음 △n이 존재할 경우, 밝기 b'에 대응하는 경계선 위치 X는 도 4b에 도시된 바와 같이 범위 △X₁로 주어진다. 여기서, 위치허용오차 △X를 고려하면, 경계선의 위치는 범위 △X1+△X인 △X₂가 되고, 이에 따라 위치허용오차 △X를 포함하는 밝기의 범위는 △b'가 된다.

범위 △b'를 사용할 때에 화소잡음으로 인해 실제 구별가능한 경계선의 위치는 △X'이다. 따라서, 화소잡음으로 인해 판별가능한 위치범위가 △X에서 △X'로 증대된다. 화소잡음이 작을수록 판별범위 △X'는 △X로 근접된다.

상기와 같은 과정을 통해 구해진 밝기범위 △b'의 최대값과 최소값은 최대영상 U 및 최소영상 L을 만드는데 사용된다. 앞서 언급한 바 있듯이, 이들 두영상은 검사영상(24)의 형태불량여부를 판별하기 위한 기준영상(22)으로 사용된다.

검사영상을 Q로, 기준영상으로서 최대영상을 U, 최소영상을 L로 표시하면, 물체의 형태불량을 판별하는 함수 C(Q;U,L)는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.

여기서, l(i,j)는 최소영상 L의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이고, q(i,j)는 검사영상 Q의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이며, u(i,j)는 최대영상 U의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이다.

화소(P)가 검사대상(24)의 배경에 속하는 경우, 즉 검사대상(23)의 경계선이 ℓ₁인 경우 및 화소(P)가 검사대상(24)에 속하는 경우, 즉 검사대상(23)의 경계선이 ℓ₃인 경우에도 물체의 형태불량을 계산하는 방법은 검사대상의 경계선이 화소상에 위치하는 경우와 동일한 과정에 따른다.

재언하면, 도 3b에 도시된 위치에 따른 화소밝기 I(x)의 그래프 - 화소잡음이 있는 경우에는 도 4b에 도시된 그래프 - 로부터 허용위치오차에 따른 밝기범위를 구하고, 구해진 밝기범위에 검사대상의 대응화소의 밝기값이 포함되는지 여부에 따라 검사대상의 형태양부가 판단된다. 즉, 구해진 밝기범위의 최소밝기값과 최대밝기값은 각각 최소영상 및 최대영상을 만드는데 사용된다.

상기와 같은 과정을 통해 만들어진 기준영상인 최대영상과 최소영상의 화소밝기값과 검사영상의 대응화소의 밝기값을 비교하여 검사대상의 형태양부를 판단한다.

검사대상의 형태양부를 판단함에 있어, 검사영역에 속하는 모든 화소의 밝기값이 상기 최소영상과 최대영상에 의해 결정되는 허용오차범위 내에 속하는 밝기값을 가지면 검사대상은 양호한 것으로, 그렇지 않으면 불량으로 판단한다.

단, 검사대상의 검사영상 중 밝기비교가 행해지는 화소의 집합인 검사영역은 필요에 따라, 검사영상의 전영역 혹은 일부영역만으로 설정할 수 있으며, 기준영상, 즉 최대영상 및 최소영상 또한 필요한 검사영역의 화소밝기값만을 갖도록 할 수 있다.

한편, 검사대상이 무엇인지에 따라서 검사대상에 대한 최종적인 양부판단기준은 필요에 따라 다르게 정할 수 있다. 예를 들면, 검사영역에 속하는 80%이상의 화소가 허용오차범위내의 밝기값을 가질 때, 검사대상은 양호한 것으로 결론내릴 수 있다.

다음의 표1은 종래의 측정-비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법과 본 발명에 따른 농담비교방식에 의한 물체의 형태불량 검사방법에 의해 도 5에 도시된 바와 같은 리드프레임 영상을 이용하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.

종래 측정-비교방식과 본 발명에 따른 농담비교방식에 의한 실험결과

검사방법	종래방법	본 발명의 방법
계산시간	6msec/1회 측정	0.4μsec/1회 측정
검사영역	국소영역	전체영역
기 타	측정위치 : 숙련자의 경험에 의존	1. 다양한 적용이 가능2. 이물질 및 오염성 검사

상기 표1에서도 알 수 있듯이, 종래의 방법은 1회 측정시 6msec가 소요된 반면, 본 발명의 방법은 0.4μsec가 소요되었다. 따라서, 상기 도 5의 리드 프레임의 300,000 화소의 전체영상을 검사할 경우 본 발명의 방법은 적용할 시에는 최대 20부위 측정에 약 120msec가 소요되나, 종래방법을 적용할 시에는 최대 20부위 측정에1,800sec(30분)가 소요된다. 이와 같이 종래방법은 검사에 많은 시간이 소요되며, 그에 따라 검사영역이 물체의 전체영역이 아닌 국소영역으로 한정될 수 밖에 없다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 형태 불량 검사방법은 종래 측정 및 비교의 두 단계 과정을 대응화소의 농담을 비교하는 한 단계과정으로 줄여검사를 수행하므로, 물체의 형태불량 검사에 소요되는 시간을 대폭 감출할 수 있고, 물체의 전체영역에 걸쳐 형태불량을 검출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 형태불량 검사방법은 초화소 단위의 허용오차를 갖는 물체의 형태불량 검출에 대응할 수 있으므로, 고속고정밀을 요구하는 반도체 제조공정에 적용될 수 있다. 더욱이, 형태불량이외에도 반도체 제조공정에서 발생되는 오염 및 이물질에 의한 제품불량을 검출할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

검사대상으로부터 얻어진 검사영상을 통해 상기 검사대상의 형태불량을 검사하기 위한 방법에 있어서,

상기 검사대상의 형태불량판단을 위해 형태허용오차가 감안된 기준영상을 마련하는 단계;

상기 검사대상으로부터 검사영상을 얻는 단계;

상기 기준영상과 상기 검사영상의 상호 대응하는 적어도 일부영역의 농담을 비교하는 단계;

상기 농담비교의 결과에 기초하여 상기 검사대상의 형태불량여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.
제1항에 있어서,

상기 농담비교단계는,

상기 검사영상과 상기 기준영상의 각 대응화소의 밝기값을 비교하는 단계인 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.
제2항에 있어서,

상기 기준영상을 마련하는 단계는,

상기 검사대상의 경계선의 위치값의 변화에 따른 상기 화소의 밝기변화의 함수관계에 기초하여 상기 경계선의 위치값의 허용위치오차범위에 상응하는 상기 화소의 밝기범위를 구하는 단계;

각 화소의 밝기값이 상기 밝기범위의 최소값으로 이루어진 최소영상 및 상기 밝기범위의 최대값으로 이루어진 최대영상을 기준영상으로서 설정등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.
제3항에 있어서,

상기 함수관계는 화소잡음이 고려된 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.
제3항에 있어서,

상기 함수관계는 화소잡음을 가감한 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.
제2항에 있어서,

상기 농담비교단계를 위한 농담비교연산은 다음과 같은 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법;

(여기서, C(Q:U,L)는 검사영상 Q가 주어질 때, 기준영상 U, L을 사용하여 물체의 형태불량을 판별하는 함수이고, 여기서, l(i,j)는 최소영상 L의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이고, q(i,j)는 검사영상 Q의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이며, u(i,j)는 최대영상 U의 좌표(i,j)에 위치하는 화소의 밝기값이다)
제1항에 있어서,

상기 검사영상과 기준영상은 그레이스케일(grayscale)로 표현되는 것을 특징으로 하는 형태불량 검사방법.