KR20070115067A - 광학식 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단차가 형성된 검사 대상물의 정반사면에서의 영상 정확도가 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 정반사면의 정반사도를 낮춘 영상과 주변의 격자면이 잘보이는 영상을 각각 획득하여 이를 이용함으로써, 검사 영상의 정확도를 향상시킬 수 있는 광학식 검사 장치 및 그를 이용한 광학식 검사 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 광학식 검사 장치는 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 장치에 있어서, 광원과 밴드 패스 필터와 격자 수단과 상기 광원으로부터의 빛을 집광시키는 투영 광학계 및 반사 미러로 구성되어 검사면에 기준 격자무늬를 조사하는 조명 수단과, 상기 검사 대상 표면에서 반사되는 영상을 촬영하는 촬영 수단과, 상기 촬영 수단으로부터의 촬영 영상을 전달 받아 기준 영상과 촬영 영상을 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 분석 수단을 포함하여 구성된다.
이를 위한 본 발명의 광학식 측정 방법은 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 측정 방법에 있어서, 상기 검사 대상의 입체면의 정반사도가 낮아지도록 조명 값을 조절하여 제 1 영상을 획득하는 단계와(S100), 상기 검사 대상의 입체면 주변 영역에 격자무늬가 뚜렷하게 나타나도록 조명 값을 조절하여 제 2 영상을 획득하는 단계와(S200), 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성하는 단계(S300), 및 상기 합성 영상 분석을 통해 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 단계(S400)를 포함한다.
패키지, 볼, 라운딩면, 바닥면, 정반사, 합성

Description

광학식 검사 장치 및 광학식 검사 방법{APPARATUS FOR OPTICAL VISUAL EXAMINATION AND METHOD FOR OPTICAL VISUAL EXAMINATION}
도 1은 본 발명에 따른 광학식 검사 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 광학식 검사 방법에 이용되는 광학식 검사 장치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 광학식 검사 방법의 입체면의 포화도를 감소시킨 사진.
도 4는 본 발명에 따른 광학식 검사 방법의 입체면 주변 영역의 포화도를 감소시킨 사진.
도 5는 본 발명에 따른 광학식 검사 방법에 따라 획득된 영상의 합성 영상을 나타낸 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 조명 수단
11 : 광원, 12 : 밴드 패스 필터, 13 : 격자수단
14 : 투영 광학계, 15 : 반사 미러
2 : 검사 대상
3 : 촬영 수단
31 : 이미지 광학계, 32 : CCD 카메라
4 : 분석 수단
본 발명은 광학식 검사 장치 및 그를 이용한 광학식 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단차가 형성된 검사 대상 정반사면에서의 영상 정확도가 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여, 정반사면의 정반사도가 낮춘 영상과 정반사면 주변의 격자면이 잘보이는 주변 영상을 각각 획득하여 이를 이용함으로써, 측정 영상의 정확도를 향상시킬 수 있는 광학식 검사 장치 및 그를 이용한 광학식 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 메모리 모듈과 같이 임의의 형상을 갖는 각종 부품은 제조 상태를 확인하기 위하여 치수, 형상, 표면 조도의 정밀도 측정이 이루어져야한다.
이에, 최근에는 3차원 입체 형상을 측정하기 위하여 광원에서 발생하는 광을 기준 패턴화하여 측정물에 영사하고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 측정물에 대한 형상을 측정하는 광학식 3차원 입체 형상 측정 방법이 이용되고 있다.
이러한 광학식 3차원 입체 형상 측정 방법은 고속, 고정밀, 비접촉 측정이 요구되는바, 이러한 조건에 부합되는 3차원 입체 형상 측정 방법의 일례로 모아레(Moire) 무늬를 이용한 광학식 3차원 입체 형상 측정 방식이 제안된바 있다.
모아레 무늬는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 발생되는 간섭무늬를 말하며, 모아레 방식은 모아레 무늬를 형성하는 방법에 따라 그림자식 모아레(Shadow Moire)와 영사식 모아레(Projection Moire)로 구분된다.
상기 영사식 모아레는 광을 조사하여 측정 대상물에 격자 패턴을 주사하고, 물체의 형상에 따라 변형되어진 격자 이미지를 주사한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준 격자에 겹침으로써 모아체 무늬를 얻는 방법이다.
그런데, 이와 같은 광학식 입체 형상 측정 방법을 이용하는 경우 입체면의 정반사에 의하여 정반사면의 영상을 정확하게 획득하기 어려운 문제점이 있다.
예를 들어, BGA 패키지을 검사할 경우 BGA 패키지는 볼(Ball)의 중앙 라운딩 면에서의 반사가 심하기 때문에 중앙 라운딩면에서의 영상을 정확하게 획득하기 어려운 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 필터나 광량 조절을 통해 정반사면의 정반사도를 줄여 영상을 획득하는 방법을 이용하기도 하지만, 이 경우 정반사도가 높은 입체면의 격자무늬는 잘나타나는 반면 주변 영역에는 격자무늬가 잘 나타나지 않게 되어, 측정 정확도가 떨어지는 문제점을 유발하였다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 정반사도가 높은 입체면의 조명 포화 영역을 감소시킨 제 1 영상을 획득하고, 연속하여 입 체면 주변 영역의 격자 영상이 잘 보이는 제 2 영상을 획득한 후, 제 1 영상과 제 2 영상을 합성한 다음 기준 영상과 합성 영상을 비교하여 입체 형상이 형성된 검사 대상의 결함 유무를 판단함으로써 정확한 영상 획득을 할 수 있는 광학식 검사 장치 및 그를 이용한 광학식 검사 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학식 검사 장치는 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 장치에 있어서, 광원과 밴드 패스 필터와 격자 수단과 상기 광원으로부터의 빛을 집광시키는 투영 광학계 및 반사 미러로 구성되어 검사면에 기준 격자무늬를 조사하는 조명 수단과, 상기 검사 대상 표면에서 반사되는 영상을 촬영하는 촬영 수단과, 상기 촬영 수단으로부터의 촬영 영상을 전달 받아 기준 영상과 촬영 영상을 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 분석 수단을 포함하여 구성된다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학식 검사 방법은, 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 방법에 있어서, 상기 검사 대상의 입체면의 정반사도가 낮아지도록 조명 값을 조절하여 제 1 영상을 획득하는 단계와(S100), 상기 검사 대상의 입체면 주변 영역에 격자무늬가 뚜렷하게 나타나도록 조명 값을 조절하여 제 2 영상을 획득하는 단계와(S200), 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성하는 단계(S300), 및 상기 합성 영상 분석을 통 해 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 단계(S400)를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 광학식 검사 방법의 순서도로, 본 발명은 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 방법에 있어서, 상기 검사 대상의 입체면의 정반사도가 낮아지도록 조명 값을 조절하여 제 1 영상을 획득하는 단계와(S100), 상기 검사 대상의 입체면 주변 영역에 격자무늬가 뚜렷하게 나타나도록 조명 값을 조절하여 제 2 영상을 획득하는 단계와(S200), 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성하는 단계(S300), 및 상기 합성 영상 분석을 통해 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 획득하기 위한 조명 값 조절은 단일 조명을 이용하여 광량을 조절하거나, 특정 밴드 패스 필터를 이용하여 포화 영역을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
상기 특정 밴드 패스 필터를 이용한 조명 값을 조절은 컬러 필터 또는 편광 필터를 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 각 영상 획득시 조명 값 조절을 광량 조절로 할 경우, 상기 제 1 영상은 상기 제 2 영상 획득에 조사되는 광량보다 적은 광량을 조사하여 획득하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 광학식 검사 방법에 이용되는 광학식 검사 장치를 나타낸 구성도로, 도면을 참조하면 검사 시스템은 조명 수단(1)과, 검사 대상(2)과 촬영 수단(3)과 분석 수단(4)으로 분리된다.
상기 조명 수단(1)은 검사하고자 하는 검사 대상(2)에 광을 조사하는 수단으로, 광원(11)과 밴드 패스 필터(12)와 격자수단(13)과, 상기 광원(11)으로부터의 빛을 집광시키는 투영 광학계(14) 및 반사 미러(15) 등으로 구성될 수 있다.
상기 밴드 패스 필터로 컬러 필터 또는 편광 필터일 수 있다.
상기 검사 대상(2)은 예를 들어 볼(Ball)이 형성된 반도체 패키지 등이 있으며 도면에는 도시되지 않았으나 이송 수단을 통해 이송되어 검사 테이블에 놓이게 된다.
상기 촬영 수단(3)은 상기 검사 대상(2) 표면에서 반사되는 영상을 촬상하는 촬상 소자로서, CCD 카메라(32)와 상기 CCD 카메라로 빛을 집광시키는 이미지 광학계(31)로 구성되어, CCD 카메라(32)에 촬상된 영상을 분석 수단(4)으로 전송한다.
상기 분석 수단(4)은 상기 촬영 수단(3)에서 촬상된 영상 아날로그 신호가 프레임 그레버를 통해 디지털 신호로 변환되어 입력되면, 해당 신호를 분석하여 분석된 영상과 기설정된 기준 영상을 상호 비교하여 해당 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 컴퓨터를 나타낸다.
이러한 광학식 측정 장치를 이용한 검사 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같으며, 이때 검사 대상을 볼(Ball)이 형성된 반도체 패키지로 일례로 하였다.
우선, 도 3을 참조하면 검사 테이블에 이송된 검사 대상(2)의 입체면, 즉 정반사가 많이 일어나는 부분의 정반사 점이 없도록 (가)에 나타난 바와 같이 조명 값을 조절하고, (나) 및 (다)에 나타난 바와 같이 CCD 카메라(32)로 촬상되는 영상을 획득하여 위상 맵(Phase Map)과 가시도 맵(Visibility Map)을 각각 그려본다.
이때, 조명 값의 조절은 광원(11)에서 발생하는 광량 또는 필터(12) 조절을 통해 실시될 수 있다.
그리고, 도 4를 참조하면 입체면 주변 영역의 격자 영상이 잘 보이도록 (가)에 나타난 바와 같이 조명 값을 조절하고, CCD 카메라(32)로 촬상되는 영상을 획득하여 (나) 및 (다)에 나타난 바와 같이 위상 맵(Phase Map)과 가시도 맵(Visibility Map)을 각각 그려본다.
그런 다음, 분석 수단(4)을 통해 가시도가 좋은 입체면 영상을 찾아 제 1 영상을 선택하고, 가시도가 좋은 입체면 주변 영역의 영상을 찾아 제 2 영상을 선택하여 각 영상의 위상 맵을 계산하고, 각 영상의 위상 맵을 도 5에 도시된 바와 같이 합성 한 후 합성 영상을 분석하여 해당 검사 대상의 결함 유무를 판단하도록 한다.
이때, 검사 대상의 촬영 영상과 기준 영상을 이용한 결함 유무 판단 방법은 이미 공지되어 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에게는 자명한 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 입체면의 반짝이는 부분에 의한 정반사점이 없 도록 광량 또는 필터를 이용하여 조명 값을 조절을 통해 조명 포화 영역이 줄어즌 입체면 영상을 획득하고, 입체면 주변의 격자 영상이 잘 보이도록 광량 또는 필터를 이용하여 조명 값을 조절하여 주변 영역의 영상을 획득한 후, 각각의 영상 중 가시도가 좋은 영상을 선택하여 해당 영상을 합성한 후 기준 영상과 합성 영상을 비교하여 결함 유무를 판단함으로써 입체면의 정반사에 의해 검사 정확도가 저하되는 문제점을 해결하여 검사 신뢰도를 향상시킬 있는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (7)

  1. 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상(2)의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 장치에 있어서,
    광원(11)과 밴드 패스 필터(12)와 격자 수단(13)과 상기 광원(11)으로부터의 빛을 집광시키는 투영 광학계(14) 및 반사 미러(15)로 구성되어 검사면에 기준 격자무늬를 조사하는 조명 수단(1)과,
    상기 검사 대상 표면에서 반사되는 영상을 촬영하는 촬영 수단(3)과,
    상기 촬영 수단(3)으로부터의 촬영 영상을 전달 받아 기준 영상과 촬영 영상을 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 분석 수단(4)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터(12)는 컬러 필터 또는 편광 필터인 것을 특징으로 하는 광학식 검사 장치.
  3. 입체 형상이 형성된 검사 대상에 격자무늬를 투영시키고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 검사하는 광학식 검사 방법에 있어서,
    상기 검사 대상의 입체면의 정반사도를 낮춰 포화 영역이 감소하도록 조명 값을 조절하여 제 1 영상을 획득하는 단계와(S100),
    상기 검사 대상의 입체면 주변 영역에 격자무늬가 뚜렷하게 나타나도록 조명 값을 조절하여 제 2 영상을 획득하는 단계와(S200),
    상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성하는 단계(S300), 및
    상기 합성 영상 분석을 통해 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 영상과 제 2 영상을 획득하기 위한 조명 값 조절은 광량 조절을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 상기 제 2 영상 획득에 조사되는 광량보다 적은 광량을 조사하여 획득하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 영상과 제 2 영상을 획득하기 위한 조명 값 조절은 밴드 패스 필터를 이용하여 포화 영역을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터는 컬러 필터 또는 편광 필터를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 방법.
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