KR20080097626A - 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치 - Google Patents

빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치 Download PDF

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KR20080097626A
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Abstract

본 발명은 실제 작업장에서 자동으로 보정작업을 수행할 수 있는 캘리브레이션 장치에 관한것으로, 광을 발생하는 광원부와, 상기 광원부에서 발생하는 광을 반사하는 스캔부와 상기 스캔부에서 반사된 광을 스테이지부에 주사시키는 투광부와 패턴정보부에서 전송받은 전기적 신호에 의해 원하는 패턴을 형성하도록 상기 광원부, 스캔부 및 스테이지부를 조정하여 광의 궤적을 조절하는 제어부와 상기 광의 궤적을 촬상하는 카메라부를 포함하는 캘리브레이션 장치에 있어서, 상기 카메라부는 상기 패턴정보부에 저장된 표준이미지에 대응되는 광의 경로를 따라 좌표 이동하도록 상기 스테이지부상에 장착된 것을 특징으로 하여, 실제 현장 작업중에도 광경로의 보정을 가능하도록 구성하여 제품의 작업성과 편의성을 향상시키는 효력을 발휘하는 발명이다.
캘리브레이션, 에칭장치

Description

빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치 {Calibration device with buil-in camera}
도 1은 일반적인 레이저 에칭시의 렌즈부 투과상태를 나타내는 사시도,
도 2의 (a)는 이상적인 에칭상태를 나타내는 사시도,
도 2의 (b)는 일반적인 레이저 에칭시의 에칭상태를 나타내는 사시도,
도 3은 종래기술에 의한 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의
개략적인 구성도,
도 5는 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의
일 실시예를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의
다른 실시예를 나타내는 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 스테이지부 20 : 광원부
30 : 스캔부 40 : 투광부
50 : 수광부 60 : 제어부
70 :패턴정보부 180 : 카메라부
181 : 촬영부 182 : 지지부
183 : 필터부
본 발명은 레이저 에칭 작업시 이용되는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치에 관한 것으로, 레이저 에칭장치의 표준 패턴에 따라 좌표 변경이 가능하도록 스테이지부상에 카메라를 장착하고, 카메라에 의해 촬상된 광괘적과 미리 저장된 표준패턴과의 편차를 측정하는 비교부를 제어부내에 구비하여 현장 작업중에도 광경로의 보정을 자동으로 수행할 수 있도록 구성하여 제품의 작업성과 편의성 향상시키는 효력을 발휘하는 발명이다.
근래 레이저 기술의 발달로 레이저를 이용한 산업설비의 수요가 증가되고, 각종 레이저 장비가 반도체, LCD등의 마킹 및 패턴공정 등 광범위한 분야에 이용되고 있다. 특히 패턴공정의 경우, 과거에는 마스크패턴에 의해 노광된 레지스트막을 에칭공정에 의해 제거하는 왯(wet) 에칭방법을 주로 이용하였으나 최근 들어 레이저를 이용한 드라이(dry) 에칭방법이 주류를 이루고 있다.
이러한 레이저 에칭장치는 광을 발생하는 광원과, 제어부에 의해 상기 광원에서 발생되는 광의 경로를 조절하여 원하는 위치에 상기 광을 투사하는 스캐너 및 반사렌즈등으로 구성되는데 레이저 에칭장치를 사용하는 경우 기존의 방법에 비하여 작업 공정이 간이하며 스테이지부에 원하는 정밀한 패턴을 형성시키는 장점이 있다.
다만 이러한 장점에 불구하고 레이저 에칭장치는 레이저의 굴절각에 따라 목표좌표에 도달하기 위한 경로길이가 달라지게 되고(도 1의 d1과 d참조) 이러한 경로길이의 차이가 축적되어 의도하였던 표준 패턴(도 2의(a))과는 상이한 왜곡된 패턴(도 2의 (b))을 형성하는 단점이 있었다.
상기 단점을 보완하기 위해 많은 방법이 제안되었는데, 이에 대한 일 예로 주사된 광의 실제위치를 결정하기 위해 테스트된 광의 괘적을 측정하고 계획된 표준 이미지와 실제 측정된 이미지를 비교하여 그 차이를 보정인자로 이용하는 방법을 이용하는 캘리브레이션 장치들이 개시되어 왔다.
이하 첨부한 도면에 의하여 종래 기술에 의한 캘리브레이션 장치에 대해 상술한다.
도 3은 종래기술에 의한 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성도인데, 상기 도면에서 도시하는 바와 같이 종래의 캘리브레이션 장치는 광을 발생하는 광원부(20)과, 상기 광원부(20)에서 발생하는 광을 반사하는 스캔부(30)와 상기 스캔부(30)에서 반사된 광을 스테이지부(10)에 주사시키는 투광부(40)와 패턴정보부(70)에서 전송받은 전기적 신호에 의해 원하는 패턴을 형성하도록 상기 광원부(20), 스캔부(30) 및 스테이지부(10)를 조정하여 원하는 패턴을 형성하도록 광의 궤적을 조절하는 제어부(60)와 상기 주사된 광의 궤적을 촬상하는 비젼카메라(80)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(60)는 광원부(20), 스캔부(30), 스테이지부(10) 및 비젼카메라(80)를 순차적으로 제어하게 되는데, 먼저 스테이지부(10)상에 LCD패널, 스테이지부 등의 작업 대상물을 로딩 후 패턴정보원(70)에서 미리 입력된 패턴정보를 소정의 알고리즘과 함께 제어부(60)로 전달하면 상기 제어부(60)에서 광원부(20), 스캔부(30) 및 투광부(40)를 순차적으로 조절하여 테스트 단계의 패턴 작업을 실시한다.
상기 테스트 단계의 패턴작업이 완료되면 비젼카메라(80)를 이용하여 상기 스테이지부상의 패턴을 촬상하고 촬상된 패턴이미지와 이상적인 패턴이미지를 비교하여 편차량을 측정하고 측정된 편차량을 반영하여 패턴정보원을 수정함으로써 보정작업을 실시하였다.
상기와 같은 캘리브레이션 장치의 경우 비교적 정확한 패턴 작업을 가능하게 하는 장점이 있으나, 비젼카메라 및 편차의 측정장비가 구비된 작업장 내지 실험실에 한하여 보정작업이 가능하였고 별도로 패턴정보원을 수정하는 단계를 거친 후에야 보정작업이 완료되어, 비젼카메라가 구비되지 않은 작업장 또는 작업 환경이 변화하여 작업중 새로운 편차가 발생한 경우 신속하게 보정작업을 수행하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 에칭장치의 표준 패턴에 따라 좌표 변경이 가능하도록 스테이지부상에 카메라를 장착하고 카메라부에 의해 촬상된 광괘적과 미리 저장된 표준패턴과의 편차를 비교하는 비교부를 제어부상에 구비하여 현장에서 작업중에도 광경로의 보정을 가능하게 하여 효율적인 작업이 가능하도록 구성함으로써 작업성과 편의성을 향상시키는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 광을 발생하는 광원부와, 상기 광원부에서 발생하는 광을 반사하는 스캔부와 상기 스캔부에서 반사된 광을 스테이지부에 주사시키는 투광부와 패턴정보부에서 전송받은 전기적 신호에 의해 원하는 패 턴을 형성하도록 상기 광원부, 스캔부 및 스테이지부를 조정하여 광의 궤적을 조절하는 제어부와 상기 광의 궤적을 촬상하는 카메라부를 포함하여 형성된 캘리브레이션 장치에 있어서, 상기 카메라부는 상기 패턴정보부에 저장된 표준이미지에 대응되는 광의 경로를 따라 좌표 이동하도록 상기 스테이지부상에 장착된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면에 따라 본 발명의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 의한 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 4 내지 도 6에서 도시하는 바와 같이 본 발명은 광을 발생하는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 발생하는 광을 반사하는 스캔부(30)와 상기 스캔부(30)에서 반사된 광을 스테이지부(10)에 주사시키는 투광부(40)와 패턴정보부(70)에서 전송받은 전기적 신호에 의해 원하는 패턴을 형성하도록 상기 광원부(20), 스캔부(30) 및 스테이지부(10)를 조정하여 광의 궤적을 조절하는 제어부(60)와 상기 광의 궤적을 촬상하는 카메라부를 포함하여 형성된 캘리브레이션장치에 있어서, 상기 카메라부(180)는 상기 패턴정보부(70)에 저장된 표준이미지에 대응되는 광의 경로를 따라 좌표 이동하도록 상기 스테이지부(10)상에 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 광을 발생시키는 광원부(20)는 점광의 레이저 광을 출사하는 레이저 다이오드를 사용하여 실시할 수 있고, 광의 굴절각을 변경시켜 광경로를 조정하는 스캔부(30)의 경우, 그 일 예로 광을 반사하도록 회전가능하게 장착된 미러부와, 상기 미러부를 회동시키는 구동부로 구성된 통상적인 갈바노미터스캐너를 장착하여 실시할 수 있다. 이러한 경우 2기의 갈바노스캐너를 각 미러부가 직교하도록 구성하여 광 경로의 X좌표 및 Y좌표를 조절하도록 실시할 수 있다. (도 5 참조)
상기 스캔부(30)의 또 다른 예로, 도 6에서 도시하는 바와 같이 폴리곤스캐너(31)와 갈바노미터스캐너(32)를 결합하여 실시하는 경우 상기 폴리곤스캐너(31)는 6개의 반사면이 등 간격으로 배치되어 지지프레임에 결합된 스핀들모터(미도시)에 의해 회전 가능하도록 구성하고 여기에 통상적인 갈바노미터스캐너(32)를 장착하여 실시함이 타당하다.
이러한 경우 상기 광원부(20)의 광발생부(21)는 점광의 레이저 광을 출사하는 레이저 다이오드를 사용하되, 광발생부(21)와 스캔부(30)사이의 광경로에는 콜리메이팅렌즈(22) 및 촛점렌즈(232)가 설치되어 상기 광발생부(21)에서 출사된 광을 선형으로 결상시켜 사용한다.
상기 스캔부(30)에 의해 반사된 광은 투광부(40)를 통하여 스테이지부(10)상에 입사되는데, 도 5에서 도시하는 바와 같이 갈바노미터스캐너(30)를 사용하는 경우 상기 투광부(40)는 에프쎄타렌즈(F-theta lens)를 사용하여 갈바노미터스캐너(30)에서 반사된 광의 초점거리를 일정하게 조절하여 주사된 광을 스테이지부(10)로 결상시킨다.
또한, 도 6에서 도시하는 바와 같이 스캔부(30)를 폴리곤스캐너(31)와 갈바노미터스캐너(32)를 결합하여 사용하는 경우 상기 투광부(40)는 주주사방향으로 스캔되는 광을 상기 스테이지부(10)에 초점이 맞추어지도록 결상시키는 이미징렌즈(41)와 이미징렌즈(41)에서 결상되는 광을 소정 경로로 반사하는 반사미러(42)로 구성할 수 있으며, 스캔부(30)에서 반사되는 광의 유효 광경로를 수광하여 제어부(60)로 전달하는 광로인식부(51, 52)를 구비하여 실시할 수 있다. 이때 상기 광로인식부(51, 52)는 통상적인 포토다이오드를 사용하여 실시함이 타당하다.
상기 스테이지부(10)는 LCD 패널, 기판등의 작업물이 로딩되는 작업대로, 로딩된 작업물이 주주사 방향(Y) 내지 부주사방향(X)으로 이동되도록 제어부(60)에 의해 조정되고, 작업물에 형성될 패턴정보를 제공하는 패턴정보원(70)은 미리 설정된 데이터를 패턴정보로 프로그래밍하여 소정의 알고리즘과 함께 상기 제어부(60)로 공급하는 일반적인 컴퓨터 등을 사용할 수 있다.
상기 스테이지부(10)상에는 상기 투광부(40)를 통하여 스테이지부(10)에 결상되는 광의 괘적을 촬영하는 카메라부(180)가 구비되는데, 상기 카메라부(180)는 광의 괘적을 촬상하는 촬영부(181)와 상기 촬영부(181)를 스테이지부(10)에 장착시키는 지지부(182)로 이루어진다.
상기 촬영부(181)의 일예로는 CCD카메라를 사용할 수 있는데, 특히 그 시야(field of view)는 5~70mm, 해상도(resolution)는 1024 x 768이상의 사양을 가진 CCD카메라를 사용함이 타당하다.
참고로 CCD(charge coupled device)란 빛을 전기 신호로 변환하는 광전변환 센서인데, 광원부(20)에서 출사한 광이 카메라부(180) 전단의 촬영부(181)로 입사하면 입사한 광의 세기는 CCD에 기록되어 촬영된 영상이 CCD에 붙은 RGB색필터에 의해 각기 다른 색으로 분리된다. 이때 분리된 색은 CCD를 구성하는 수십 만 개의 광센서(화소에 대응하는)에서 전기적 신호로 변환되는데, CCD에서 나온 아날로그 신호는 0과 1의 디지털 신호로 변환되어 영상 신호가 출력된다. 상기 과정에 의해 촬영부(181)는 입사된 광을 수광하여 전기적 영상신호를 형성한다.
상기 지지부(182)를 통상적인 브라켓 및 고정수단을 사용하여 실시하는 경우 지지부(182)에 의해 상기 촬영부(181)를 스테이지부(10)상에 고정 설치하며, 이러한 경우 상기 카메라부(180)는 스테이지부(10)의 이동에 의해 좌표변경을 시킬 수 있는데 패턴정보부(70)에서 제공하는 표준이미지에 따라 제어부(60)가 제어하는 지지드라이버(63)에 의해 스테이지부(10)의 X좌표 및 Y좌표를 이동하여 상기 스테이지부(10)에 장착된 카메라부(180)가 광의 입사좌표에 위치하도록 실시할 수 있다.
또한 상기 지지부(182)에 대한 다른 실시예로 상기 스테이지부(10)의 이동 이외에 상기 카메라부(180)를 스테이지부(10) 상에서 평면이동 할 수 있도록 장착하여 실시할 수 있는데, 이러한 경우 상기 지지부(182)는 통상적인 리니어모터 및 슬라이딩휠 등으로 구성된 구동수단을 사용할 수 있으며, 지지대(10)상에 격자형의 레일을 설치하고 상기 레일 위를 슬라이딩 이동하도록 구성하여 상기 촬영부(181)를 상기 패턴정보부(70)에 저장된 표준이미지에 대응되는 광의 경로를 따라 상기 스테이지부(10)상에서 좌표 이동하도록 설정하여 실시할 수 있다.
특히 상기 카메라부(180)의 전단부, 즉 광이 입사하는 상기 촬영부(181)를 구성하는 렌즈의 전단부에는 통상적인 광학렌즈 또는 광학필터로 구성된 필터부(183)를 장착하여 상기 광은 필터부(183)를 거쳐 촬영부(181)로 입사할 수 있도록 구성하여 실시함이 타당하다.
상기 제어부(60)는 상기 광원부(20)를 구동하는 구동하는 광원 드라이버(61)와, 상기 스캔부(30)를 구동하는 스캔드라이버(62)와, 스테이지부(10)를 구동하는 지지드라이버(63)를 구비하며, 특히 본 실시예의 경우 상기 카메라부(180)를 구동 시키는 카메라드라이버(164)와 함께 상기 카메라부(180)에 의해 촬상된 광의 궤적을 전송받아 전송된 이미지와 저장된 표준 이미지 사이의 편차를 측정하는 비교부(165)를 포함하여 실시할 수 있다.
이하 본 발명의 작동을 설명한다.
원하는 패턴작업을 위해 패턴정보원(70)에서 설정된 데이터를 패턴정보로 프로그래밍하여 상기 제어부(60)로 공급하면, 상기 제어부(60)는 패턴정보원(70)에서 제공되는 패턴정보를 근거로 하여, 상기 광원부(20)의 온/오프 제어 및 그 온/오프 시간을 제어하며 광의 출력을 조정한다.
또한 상기 제어부(60)는 모터드라이버(62) 및 지지드라이버(63)를 조정하여 미리 저장된 표준 패턴을 반영하여 스캔부(30), 투광부(40)를 통하여 스테이지부(10)로 광을 분사하는데, 이때 분사되는 광은 필터부(183)를 거쳐 촬영부(181)로 입사하게 되므로 광에 의한 촬영부(181)의 손상을 방지한다. 만일 필터부(183)를 구비하지 않고 실시하는 경우에는 상기 광원드라이버(61)에 의해 광원부(20)를 조절하여 광의 출력을 조정함으로써 상기 촬영부(182)를 보호한다.
상기 스테이지부(10)로 광이 입사하는 경우 상기 카메라부(180) 역시 제어부(60)에 의해 저장된 표준패턴에 의해 광의 입사좌표로 위치하는데, 상기 카메라 부(180)가 스테이지부(10)에 고정 장착된 경우는 상기 지지드라이버(63)의 구동에 의해, 또한 상기 카메라부(180)가 스테이지부(10) 상에서 구동하는 경우는 상기 지지드라이버(63)에 의한 스테이지부(10)의 구동과 함께 촬영부(181)의 센서 중앙을 스테이지부(10)의 좌표값과 일치시켜 카메라의 위치를 판별 후, 카메라드라이버(164)에 의해 카메라부(180)를 구동시켜 입사되는 광의 괘적에 맞춰 카메라부(180)의 좌표를 변경하여 입사광의 괘적을 상기 카메라부(180)의 촬영부(181)에서 촬상한다.
상기 카메라부(180)로 부터 촬상된 광의 실제 좌표는 비교부(165)로 전송되고 비교부(165)에서 제어부(60)에 미리 저장되어 있는 보상 알고리즘을 통하여 패턴정보부(70)에 저장되어 있는 표준 패턴의 이미지와 직접 촬상되어 전송된 실제 패턴 이미지를 비교하여 양 이미지 사이에 발생하는 편차를 측정하고 측정된 편차량을 분석한다.
카메라부(180)의 영상정보가 일정한 해상도를 지니고 있는 경우 표준 패턴 이미지에 의해 입사되어야 하는 광의 위치와 실제로 입사된 광의 중심 위치 사이의 픽셀 수를 측정하여 오차를 결정하는데, 측정된 픽셀 수는 출사 높이 및 광의 절대 좌표값을 매개로 삼각법을 이용하여 절대거리로 환산하여 편차량을 산출하고 산출된 편차량의 검토 결과 상기 광원부(20) 또는 스캔부(30)의 조정이 필요하다고 판단되는 경우 상기 제어부(60)에서는 편차량에 따라 광원드라이버(61) 및 구동드라 이버(62)를 제어하여 상기 광의 X좌표값 및 Y좌표값을 보정한다.
광경로의 보정 완료된 후, 스테이지부(10)상에 작업물을 로딩하고 보정된 제어부(60)에서는 보정된 패턴이미지에 따라 광의 분사 및 스캔작업을 조정하여 의도하였던 표준 패턴 이미지와 동일한 패턴을 작업물에 형성할 수 있도록 한다.
이러한 구성을 가지는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션에 장치에 의해 에칭작업을 실시하는 경우 실제 현장 작업시에서도 표준 패턴과 실제 작업 패턴의 편차측정 및 분석이 가능하게 되고 이에 따라 다양한 작업상의 이점이 발생한다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 에칭 작업시 이용되는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치에 관한 것으로, 레이저 에칭장치의 표준 패턴에 따라 좌표 변경이 가능하도록 스테이지부상에 카메라를 장착하고, 카메라에 의해 촬상된 광괘적과 미리 저장된 표준패턴과의 편차를 비교하는 비교부를 제어부상에 구비하여 현장 작업중에도 광경로의 보정을 자동으로 수행할 수 있도록 구성하여 제품의 작업성과 편의성 향상시키는 탁월한 효력을 발휘하는 발명이다.

Claims (4)

  1. 광을 발생하는 광원부와, 상기 광원부에서 발생하는 광을 반사하는 스캔부와 상기 스캔부에서 반사된 광을 스테이지부에 주사시키는 투광부와 패턴정보부에서 전송받은 전기적 신호에 의해 원하는 패턴을 형성하도록 상기 광원부, 스캔부 및 스테이지부를 조정하여 광의 궤적을 조절하는 제어부와 상기 광의 궤적을 촬상하는 카메라부를 포함하여 형성된 캘리브레이션 장치에 있어서,
    상기 카메라부는 상기 패턴정보부에 저장된 표준이미지에 대응되는 광의 경로를 따라 좌표 이동하도록 상기 스테이지부상에 장착된 것을 특징으로 하는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬상된 광의 궤적을 전송받아 전송된 이미지와 저장된 표준 이미지 사이의 편차를 측정하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라부는 CCD카메라로 형성되어 광의 괘적을 촬상하는 촬영부와,
    휠을 구동하는 리니어모터를 포함하여 상기 촬영부의 좌표 위치를 변경시키는 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    광이 입사하는 상기 카메라부의 전단부에는 필터부가 장착된 것을 특징으로 하는 빌트인 카메라를 이용한 캘리브레이션 장치.
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