KR20040099600A - 기판 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LCD 기판 등의 외관 검사를 수행하는 기판 검사장치에 관한 것으로, 기판을 사용자가 원하는 임의의 자세로 운동시킬 수 있도록 함과 더불어 장치의 구성을 단순화시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 베이스와; 테스트 대상 기판이 장착되는 스테이지와; 상기 스테이지가 회전가능하게 설치되는 가동프레임과; 하단부가 상기 베이스에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되고, 상단부가 상기 가동프레임에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되며, 상기 베이스에 대해 상하로 소정량 승강 운동하며 가동프레임을 원하는 방향으로 운동시키는 6개의 승강 액츄에이터를 구비하는 6-자유도 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)를 포함하여 구성된 기판 검사장치를 제공한다.

Description

기판 검사장치{Apparatus for inspection of substrate}

본 발명은 기판을 검사하는 장치에 관한 것으로, 특히 다자유도 운동 메커니즘을 구현할 수 있는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)를 이용하여 액정표시장치(LCD) 기판 등을 원하는 자세로 용이하게 운동시키면서 기판의 표면 검사를 수행할 수 있도록 한 기판 검사장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 액정표시장치(LCD) 또는 플라즈마표시장치(PDP) 등의 평판형 표시장치의 기판의 표면 결함을 검사하는 매크로(macro) 기판 검사장치는 유리기판 표면을 다양한 각도로 경사지게 함과 더불어 회전시킬 때 나타나는 광의 변화로부터 기판 표면의 흠이나 얼룩 등 결함부분을 관찰할 수 있도록 하는 장치이다.

상기와 같은 종래의 매크로 기판 검사장치는 기판을 스테이지에 고정시킨 후, X-Y-Z-θ구동기구를 이용하여 스테이지를 X,Y,Z 방향으로 선형 이동시키고 θ각도로 회전시킴으로써 기판을 다양한 각도로 움직일 수 있는 구성으로 되어 있다. 이러한 스테이지의 운동은 사용자가 장치 외부에서 조이스틱을 조작하는 것에 의해 원하는 상태로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 매크로 기판 검사장치는 하나의 장치 내에 X방향 구동기구와 Y방향 구동기구, Z방향 구동기구 및 θ방향 구동기구를 별도로 구성해주어야 하므로 장치의 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 장치의 크기가 매우 큰 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 X-Y-Z-θ구동기구들은 4개의 자유도(degree of freedom)를 가지므로 이 구동기구들을 이용하여 구현할 수 있는 스테이지의 운동 메커니즘에 한계가 있고, 따라서 스테이지의 상태가 관찰자가 원하는 자세로 되지 않는 경우가 많아 검사 시간이 많이 소요되고, 기판의 표면 결함을 발견하기가 어려운 문제가 수반되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 6-자유도 운동을 구현할 수 있는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)를 이용하여 기판을 사용자가 원하는 임의의 자세로 운동시킬 수 있도록 함과 더불어 장치의 구성을 단순화시킬 수 있도록 한 기판 검사장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 기판 검사장치의 다른 목적은 상기와 같이 기판을 임의의 자세로 운동시킬 때 충분한 지지 강도를 보장하여 안정적인 자세 변환이 가능하도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 검사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 정면도

도 2는 도 1의 기판 검사장치의 측면도

도 3은 도 1의 기판 검사장치의 스테이지 고정용 가동프레임의 평면도

도 4는 도 1의 기판 검사장치의 승강 액츄에이터의 구조를 개략적으로 나타낸 요부 단면도

도 5와 도 6은 각각 도 1의 기판 검사장치의 작동례를 설명하는 정면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 베이스 2 : 가동프레임

21 : 수평프레임 22 : 수직프레임

3 : 스테이지 7 : 회전모터

10 : 승강 액츄에이터 11 : 고정부

12 : 볼스크류 13 : 너트부

14 : 엘엠가이드 15 : 승강부

16 : 구동모터 G : 기판

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스와; 테스트 대상 기판이 장착되는 스테이지와; 상기 스테이지가 회전가능하게 설치되는 가동프레임과; 하단부가 상기 베이스에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되고, 상단부가 상기 가동프레임에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되며, 상기 베이스에 대해 상하로 소정량 승강 운동하며 가동프레임을 원하는 방향으로 운동시키는 6개의 승강 액츄에이터를 구비하는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)를 포함하여 구성된기판 검사장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 기판 검사장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 기판 검사장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면들로, 도면에 도시된 바와 같이, 기판 검사장치의 베이스(1) 상에 가동프레임(2)이 설치되고, 이 가동프레임(2)에는 검사 대상 기판이 장착되는 스테이지(3)가 회전가능하게 설치되며, 상기 베이스(1)와 가동프레임(2) 사이에는 상기 가동프레임(2)을 원하는 방향으로 운동시키기 위하여 독립적으로 구동하는 6개의 승강 액츄에이터(10)를 구비하는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)가 설치된다. 또한, 상기 베이스(1)와 가동프레임(2) 사이에는 상기 패러렐 매니퓰레이터의 작동에 의한 가동프레임(2)의 자세 변환시 가동프레임(2)을 비롯한 상측 기구들의 하중을 지탱하기 위한 한 쌍의 댐퍼(9)가 상호 대향되게 설치되어 있다.

여기서, 상기 패러렐 매니퓰레이터의 승강 액츄에이터(10)는 하단부가 볼조인트(17)를 매개로 상기 베이스(1)에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되고, 상단부가 볼조인트(18)를 매개로 상기 가동프레임(2)에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되며, 상기 베이스(1)에 대해 독립적으로 상하로 소정량 승강 운동하며 가동프레임(2)을 운동시키는 6-자유도(6-DOF) 운동 메커니즘을 구현한다.

한편, 상기 가동프레임(2)은 상기 승강 액츄에이터(10)들의 상단부가 결합되는 수평프레임(21)과 이 수평프레임(21)의 양측에 수직하게 형성된 수직프레임(22)으로 구성되며, 상기 스테이지(3)의 양단부가 상기 수직프레임(22)의 상단에 회전축(6)을 매개로 회전가능하게 설치된다.

상기 가동프레임(2)에 대해 상기 스테이지(3)를 원하는 각도로 회전시키기 위해, 상기 수직프레임(22)의 일편에 스테이지(3)의 회전축(6)을 회전시키는 회전모터(7)가 설치된다. 따라서, 상기 회전모터(7)의 회전력이 상기 회전축(6)에 전달되면서 스테이지(3)가 수직프레임(22)에 대해 원하는 각도로 회전할 수 있게 된다.

그리고, 상기 가동프레임(2)의 수평프레임(21)에는 120°간격으로 3개의 고정부재(23)가 설치되고, 이들 각각의 고정부재(23)에는 상기 승강 액츄에이터(10)들의 상단부가 2개씩 결합된다. 상기 베이스(1) 상에서 각각의 승강 액츄에이터(10)의 하단부는 다른 쪽 고정부재(23)에 결합된 이웃한 승강 액츄에이터(10)의 하단부와 근접하도록 설치된다. 따라서, 상기 각 승강 액츄에이터(10)들은 정면에서 보았을 때 베이스(1) 상부에서 연속된 'V'형 배치구조를 이루게 된다.

이러한 승강 액츄에이터(10)의 배치 구조는 가동프레임(2)의 지지 강도를 충분히 확보하면서 6-자유도 운동 메커니즘을 효과적으로 구현할 수 있는 구조이다. 즉, 상기와 같이 승강 액츄에이터(10)들을 배치할 경우 가동프레임(2)이 어느 한 쪽으로 기울어지는 운동을 할 때 기울어지는 쪽의 승강 액츄에이터(10)가 이웃한 승강 액츄에이터와 함께 쌍을 이루면서 하중을 지탱하게 되므로 하중이 분산되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 각 승강 액츄에이터(10)는 외부에서 인가되는 제어신호에 의해 소정량만큼 선형적으로 승강 운동할 수 있는 임의의 운동기구를 채택하여 구성할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시한 것처럼, 상기 승강 액츄에이터(10)는 하단부가 베이스(1) 상면에 임의의 각도로 회전가능하게 설치되는 고정부(11)와, 이 고정부(11) 내부에 상하방향으로 설치된 볼스크류(12)와, 상기 볼스크류(12)의 회전에 의해 볼스크류를 따라 이동하도록 된 너트부(13)와, 상기 고정부(11)에 상하방향으로 설치되어 상기 너트부(13)의 이동을 안내하는 엘엠가이드(14)(LM Guide) 및, 일단이 상기 너트부(13)에 고정되고 타단이 상기 가동프레임(2)에 회전가능하게 결합되어 상기 너트부(13)의 이동에 의해 상하로 이동하게 되는 승강부(15)로 구성된다.

상기 고정부(11)의 일측에는 볼스크류(12)를 양방향으로 선택적으로 회전시키기 위한 구동모터(16)가 설치되며, 이 구동모터(16)는 타이밍벨트(미도시)에 의해 상기 볼스크류(12)의 하단부와 연결되어 볼스크류(12)에 회전력을 전달한다.

상기와 같이 구성된 기판 검사장치의 작동을 도 5와 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

기판이 장착되기 전 스테이지(3)는 가동프레임(2) 상에 수평한 자세로 되어 있다. 외부의 반송로봇(미도시)이 스테이지(3) 상으로 검사 대상 기판(G)을 반송하여 장착하면, 회전모터(7)의 작동에 의해 스테이지(3)가 회전하여 기판(G)을 경사진 상태 또는 수직한 상태로 만든다.

이어서, 작업자가 외부에서 조이스틱(미도시) 또는 조종레버와 같은 조종기구를 조작하면, 이 조종기구의 조작에 의한 제어신호가 상기 승강 액츄에이터(10)들의 작동을 제어하는 콘트롤유니트(미도시)에 입력되고, 콘트롤유니트에서는 미리입력된 프로그램에 따라 상기 제어신호에 해당하는 가동프레임(2)의 자세를 산출하여 이에 해당하는 모터 제어신호를 각각의 승강 액츄에이터(10)들의 구동모터(16)에 인가하게 된다.

따라서, 각각의 승각 액츄에이터(10)들은 구동모터(16)의 작동에 의해 볼스크류(12)가 소정량 정회전(시계방향) 또는 역회전(반시계방향)하게 되고, 너트부(13)는 볼스크류(12)의 회전에 의해 상승 또는 하강하여 가동프레임(2)을 원하는 자세로 운동시키게 된다.

예를 들어, 도 5에 도시된 것과 같이 기판(G)을 도면상 왼편으로 기울이고자 할 경우에는 도면의 오른편에 위치하고 있는 승강 액츄에이터(10)들은 구동모터(16)가 볼스크류(12)를 정방향 회전시켜 너트부(13) 및 이에 결합된 승강부(15)들을 상승시킴과 동시에, 도면의 왼편에 위치하고 있는 승강 액츄에이터(10)들은 구동모터(16)가 볼스크류(12)를 역방향 회전시켜 너트부(13) 및 이에 결합된 승강부(15)들을 하강시키게 된다.

이 때, 상기 승강 액츄에이터(10)들의 상반되는 작동에 의해 도면상 우측의 승강 액츄에이터(10)들은 오른편으로 기울어져 대체로 직립하는 운동을 하게 됨과 동시에, 도면상 좌측의 승강 액츄에이터(10)들 역시 오른편으로 더욱 기울어지는 운동을 하게 되어, 결과적으로 가동프레임(2)이 왼편으로 기울어지게 된다.

반대로, 도 6에 도시된 도시된 것과 같이 기판(G)을 도면상 오른편으로 기울이고자 할 경우에는 도면의 왼편에 위치하고 있는 승강 액츄에이터(10)들의 승강부(15)들이 상승하면서 오른편으로 기울어지는 운동을 하게 됨과 동시에, 도면의 왼편에 위치하고 있는 승강 액츄에이터(10)들의 승강부(15)들은 하강하면서 오른편으로 더욱 기울어지는 운동을 하게 된다.

또한, 도면에 나타내지는 않았으나, 기판(G)을 앞으로 기울이거나 뒤로 기울이고자 할 경우에도 전술한 것과 유사하게 승강 액츄에이터(10)들이 작동하면서 가동프레임(2) 및 스테이지(3)를 원하는 각도로 기울일 수 있다.

물론, 전술한 6개의 승강 액츄에이터(10)들을 이용한 패러렐 매니퓰레이터는 각각의 승강 액츄에이터(10)들을 독립적으로 승하강 작동시키는 것에 의해 6-자유도 운동을 구현할 수 있기 때문에, 가동프레임(2)이 좌우 및 전후의 모든 방향으로 복합적인 운동이 가능하고, 따라서 기판(G)을 어떠한 자세로든지 원하는 자세로 운동시키며 검사를 수행할 수 있다.

한편, 상기와 같이 가동프레임(2)이 원하는 자세로 변환될 때 상기 승강 액츄에이터(10)들은 서로 'V'형의 트러스트 구조를 이루고 있기 때문에 하중을 지탱하는 충분한 지지 강도를 보장할 수 있으며, 가동프레임(2)의 양측에 설치되어 있는 댐퍼(9)들의 작용에 의해서도 안전성을 충분히 보장할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 기판이 장착된 스테이지 및 가동프레임이 6-자유도 운동 메커니즘을 구현할 수 있는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)에 의해 자세가 제어되므로, 간단한 구성으로 기판을 작업자가 원하는 자세로 제어하여 검사를 수행할 수 있게 되고, 따라서 기판 표면의 얼룩이나 흠결을 짧은 시간 내에 거의 완벽하게 검사할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판 검사장치의 패러렐 매니퓰레이터는 각 승강 액츄에이터의 상,하단부가 인접한 이웃 승강 액츄에이터들의 상,하단부와 상호 인접하도록 배치되므로 가동프레임의 자세 변환시 무거운 하중을 효과적으로 지탱할 수 있고, 안정된 자세 변환을 보장하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 베이스와;

   검사 대상 기판이 장착되는 스테이지와;

   상기 스테이지가 회전가능하게 설치되는 가동프레임과;

   하단부가 상기 베이스에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되고, 상단부가 상기 가동프레임에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되며, 상기 베이스에 대해 상하로 소정량 승강 운동하며 가동프레임을 원하는 방향으로 운동시키는 6개의 승강 액츄에이터를 구비하는 패러렐 매니퓰레이터(parallel manipulator)를 포함하여 구성된 기판 검사장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 승강 액츄에이터는, 하단부가 상기 베이스에 회전가능하게 설치되는 고정부와, 상기 고정부에 상하방향으로 설치되는 볼스크류와, 상기 볼스크류를 양방향으로 선택적으로 회전시키는 구동모터와, 상기 볼스크류의 회전에 의해 볼스크류를 따라 이동하는 너트부와, 상기 고정부에 상하방향으로 설치되어 너트부의 이동을 안내하는 가이드부재와, 일단이 상기 너트부에 고정되고 타단이 상기 가동프레임에 회전가능하게 결합되어 상기 너트부의 이동에 의해 상하로 이동하는 승강부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 검사장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가동프레임에 120°간격으로 3개의 고정부재가 설치되고, 각 고정부재에 상기 승강 액츄에이터들이 2개씩 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 기판 검사장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 승강 액츄에이터들의 각 하단부는, 상단부가 다른 고정부재에 결합되어 있는 이웃한 승강 액츄에이터의 하단부와 서로 인접하도록 베이스 상면에 결합된 것을 특징으로 하는 기판 검사장치.
5. 제 1항에 있어서, 일단이 상기 베이스에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되고, 타단이 상기 가동프레임에 임의의 방향으로 회전가능하게 결합되도록 설치되어, 상기 승강 액츄에이터의 작동에 의한 가동프레임의 운동시 상기 가동프레임에 댐핑력을 제공하는 댐퍼를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 검사장치.