KR20090006662A - 표면 결함 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 결함 검사 장치에 관한 것으로, 상세하게는 슬릿광원에서 나온 빛을 노마르스키 프리즘과 대물렌즈를 통해 서로 간섭하여 콘트라스트를 발생하는 미분간섭현미경으로 대상물의 결함을 측정하는 표면 결함 검사 장치에 있어서, 상기 미분간섭현미경을 통해 발생한 콘트라스트를 촬영하여 디지털 신호로 변환하고 이를 출력하는 라인스캔카메라와; 대상물의 심도에 따라 상기 대물렌즈를 나노단위로 미세이동시키는 압전소자와; 상기 대상물과 상기 대물렌즈의 간격을 자동으로 파악하고, 이에 따라 상기 압전소자에 제어신호를 전달하여 상기 대물렌즈를 상하로 미세하게 이동시키게 되는 제어부; 및 상기 라인스캔카메라에서 입력된 콘트라스트와 정상적인 제품의 콘트라스트를 비교분석하여 대상물 표면의 결함여부를 판단하고 이를 출력하게 되는 분석부;를 포함하여 이루어져, 측정시료가 갖는 결함을 간섭무늬 형태로 가시화할 수 있도록 압전소자를 이용하여 대물렌즈의 이동을 나노단위까지 제어하여 대상물의 높이를 고밀도로 촬영하고 영상에 대한 정보를 화상처리하므로 검사 대상물의 미세한 결함 유무를 검사하여 불량률을 효율적으로 검사할 수 있는 효과가 있다.

결함 검사, 미분간섭현미경, 미분간섭현미경, 압전소자, 미세구동, 간섭

Description

표면 결함 검사 장치{DEVICE FOR INSPECTION OF SURFACE DEFECT}

본 발명은 표면 결함 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전소자를 이용하여 대물렌즈를 미세하게 이동시켜 대상물의 미세한 결함 유무를 검사하여 불량률을 효율적으로 검사할 수 있는 표면 결함 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 대상물의 결함을 검사하는 장치 분야에서 평판 디스플레이의 결함을 검사하는 현미경은 LCD 패널과 TCP(Tape Carrier Package)의 접합의 불량 상태 또는 PCB(Printed Cricuit Board)와 TCP의 접합, 또는 베이칩(Bare Chip)과 LCD 패널의 접합, 그리고 FPCB(Film PCB)와 패널의 접합 등의 결함을 검사하여 접속 불량을 판별할 수 있도록 한다.

기존의 2차원 검사장비는 에리어 카메라, 라인스캔카메라를 사용한 표면결함 사이즈를 LCD분야의 GLASS 기판 검사장비, 어레이(Array) 검사장비, Color Filter 검사장비, 점등검사장비, 환경시험 검사장비, Repair 검사장비, STN-LCD 분양의 COG검사장비, PDP패턴검사장치등 다양한 분야에서 결함을 검사하는 장비가 사용되고 있다.

검사 현미경과 관련된 종래 기술로는 2006년 1월 23일을 등록일자로한 대한 민국특허청 등록특허공보 등록번호 제0547439호로 등록된 "평판 디스플레이 검사 현미경"과, 2006년 12월 13일을 등록일자로 한 대한민국특허청 등록실용신안공보 제0434341호로 등록된 "단일 경통으로 이루어진 미분간섭현미경"이 개시되어 있다.

도 1은 종래의 단일 경통으로 이루어진 미분간섭현미경의 구성을 설명하기 위한 분해도이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 "평판 디스플레이 검사 현미경"은 현미경 경통(240)과 부착부(247)로 이루어진 현미경 유닛(249)이 상기 부착부(247)를 통하여 지지대에 설치된 현미경 모듈을 구비하는 평판 디스플레이용 기판의 전영역을 빠르게 검사하여, 종래의 직선 또는 병진 운동검사 거리 및 검사 시간을 단축시키는 장점이 있는 반면에 갈수록 콤팩트화하는 자동화 설비에 적당하지 못할 정도로 현미경의 크기와 무게가 무겁다는 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 고안된 "단일 경통으로 이루어진 미분간섭현미경"이 제시되었다. 도 2는 종래의 평판 디스플레이 검사 현미경의 개략적인 구성도이다. 단일 경통으로 이루어진 렌즈경통부(30)와, 카메라부(10)와, 상기 렌즈경통부(30) 측면에 결합하며 0°에서 180°까지 회전하고 대상물의 입체적인 이미지를 생성하는 에널라이져필터부(20)와, 무편광 빔스프리터를 사용하는 빔스프리터부(40)와 조명부(60)와, 편광 필터부(50)와, 편광프리즘의 일종으로 슬라이드 바형태의 DIC프리즘을 적용하는 DIC프리즘부(70) 및 아크로매틱 렌즈를 적용한 대물렌즈부(80)로 구성되어 자동화 설비에서 적절하게 적용시킬 수 있는 콤팩트한 구조로 하나의 단일 경통을 적용시킴으로 광학계가 장치의 진동에 영향을 받지 않고 정밀하게 이미지를 획득할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 물체의 깊이 즉, 높낮이가 있는 입체감을 나타낸 영상으로는 대략적인 정보만 얻을 수 있고, 구체적인 높이에 대한 정보를 얻지 못하여 정밀한 결함을 검사할 때에는 적절하지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 검사 대상물의 높낮이의 구분을 명확히 하여, 측정 대상물이 갖는 결함을 간섭무늬로 가시화한 후, 화상 처리를 하여 고밀도의 결함 유무와 경향을 파악하는 표면 결함 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 현미경에 부착시에 중량과 크기를 최소화시켜 검사장비의 소형화할 수 있는 표면 결함 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 슬릿광원에서 나온 빛을 노마르스키프리즘과 대물렌즈를 통해 서로 간섭하여 콘트라스트를 발생하는 미분간섭 현미경으로 대상물의 결함을 측정하는 표면 결함 검사 장치에 있어서, 상기 미분간섭현미경을 통해 발생한 콘트라스트를 촬영하여 디지털 신호로 변환하고 이를 출력하는 라인스캔카메라; 대상물의 심도에 따라 상기 대물렌즈를 나노단위로 미세이동시키는 압전소자와; 상기 대상물과 상기 대물렌즈의 간격을 자동으로 파악하고, 이에 따라 상기 압전소자에 제어신호를 전달하여 상기 대물렌즈를 상하로 미세하게 이동시키게 되는 제어부; 및 상기 라인스캔카메라에서 입력된 콘트라스트와 정상적인 제품의 콘트라스트를 비교분석하여 대상물 표면의 결함여부를 판단하고 이를 출력하게 되는 분석부;를 포함하여 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 압전소자는, 미세 조정단위가 0.3㎚ ~ 0.7㎚이며, 전체가동 이 동거리는 300㎛ ~ 700㎛인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬릿광원과 미분간섭현미경과 압전소자는 상하에 각각 하나씩 구비되어 대상물의 상하를 동시에 검사하게 되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 미분간섭현미경은 상기 슬릿광원에 편광소자를 구비하여 편광을 만든 후 노마르스키 프리즘을 사용하여 상기 편광을 분리하고 다시 합치도록 구성되는 노마르스키 미분간섭현미경인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 노마르스키 미분간섭현미경은 하나의 굴절프리즘을 이용하여 빛을 분리하고 합치도록 한 반사형 노마르스키 미분간섭현미경 또는 투과형 노마르스키 미분간섭현미경인 것을 특징으로 한다.

상기 분석부를 통해 분석된 영상정보는 디지털 이미지 프로세싱을 통하여 화질을 분석하는 것이 바람직하다.

본 발명은 빛이 가지고 있는 파동적 특성인 진폭요소와 위상 요소를 이용하여 측정시료가 갖는 결함을 간섭무늬 형태로 가시화할 수 있도록 압전소자를 이용하여 대물렌즈의 이동을 나노단위까지 제어하여 대상물의 높이를 고밀도로 촬영하여 영상에 대한 정보를 화상처리하여 3차원 정보를 구할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자동화 검사 장치에 부착되어 3차원 정보인 막의 두께와 깊이, 폭 등을 실시간으로 측정 관리하여 검사 대상물의 미세한 결함 유무를 검사하여 불량률을 효율적으로 검사할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 제1실시예에 관한 블럭도이다.

도 3에서 나타난 바와 같이, 표면 결함 검사 장치는 슬릿광원(100), 미분간섭현미경(200), 라인스캔카메라(300), 압전소자(400), 제어부(500), 분석부(600)로 구성된다.

상기 슬릿광원(100)은 여러가지 방향으로 진동하면서 직진하는 일반 광선이 슬릿을 통과하여 방출되도록 구성된다. 광원은 상대적으로 값이 싸고 수명이 긴 텅스텐-할로겐 램프를 쓰는 것이 바람직하다.

상기 미분간섭현미경(200)은 DIC현미경(Differential Interference Contrast Microscope)이라고도 불리며, 편광현미경의 원리에서 진보된 현미경으로서 종래의 빛의 간섭을 이용하여 측정한 평면영상을 높이가 있는 입체감을 나타낼 수 있도록 고안된 현미경이며, 일측에 형성된 편광소자(210)과 반사경(220)과 노마르스키 프리즘(230)과 편광필터(미도시)로 이루어져 있다.

상기 편광소자(210)는 상기 슬릿광원(100)에서 나온 빛이 통과되면 어느 일정한 방향으로 진동하는 빛만이 통과되어 편광을 형성한다. 상기 반사경(220)은 상기 편광소자(210)를 통과한 빛이 직각으로 꺽어지도록 소정각도로 기울어져 있으며, 상기 편광소자(210)에서 일정거리만큼 떨어져 형성된다.

상기 반사경(220)의 하부에는 노마르스키 프리즘(230)이 설치되며, 상기 노마르스키 프리즘(230)을 통과한 빛은 매우 근접한 두 갈래의 빛으로 나누어지게 된다. 이를 좀더 자세히 살펴보면, 편광된 빛이 노마르스키 프리즘(230)의 특성에 의해 통과된 빛은 2개의 분리되는데 이중 하나의 빛은 진동면에 평행한 방향의 빛이고, 다른 하나의 빛은 굴절면에 평행한 빛으로 편광면이 90°회전되어 진행된다. 이렇게 분리된 2개의 편광은 서로 직각의 위상을 가지게 된다. 이 2개의 빛은 대물렌즈(240)를 통과한 다음 대상물의 높이 변화에 따라 위상차가 발생되어 다른 굴절률로 굴절되어 다시 노마르스키 프리즘(230)을 통과하여 합쳐지며, 선택적으로 2번째 편광필터(미도시)를 추가로 구성하여 상기 편광필터를 지나면서 위상차에 의한 간섭현상을 일으키게 된다.

그리고, 상기 미분간섭현미경(200)은 투과형과 반사형으로 나누어지는데 투과형은 2개의 노마르스키 프리즘(230)이 사용된다. 그에 반해 반사형은 1개의 노마르스키 프리즘만이 사용되며, 상기 노마르스키 프리즘(230)을 통과한 빛이 반사 후 반대방향으로 다시 동일한 노마르스키 프리즘(230)을 통과하게 된다. 따라서 반사형은 투과형에 비해 구조가 단순해지는 이점을 가지게 된다.

다음으로 라인스캔카메라(300)는 비접촉식으로 상기 미분간섭현미경(200)을 통과한 빛을 수집하여, 고속으로 대상물의 결함을 촬영하여 후술할 분석부(600)에서 보내도록 한다. 이러한 라인스캔카메라(300)는 대상물의 상 하에서 측정이 가능하며 실시간으로 이를 분석부(600)에 전송하여 고속으로 대상물의 결함을 스캔할 수 있도록 한다.

다음으로 압전소자(400)는 나노단위에서 조정가능한 것으로, 상기 압전소자(400)는 상기 미분간섭현미경(200)의 대물렌즈(240)의 일측에 설치되어 외부에서 주어지는 전압에 따라 압전소자(400)의 길이가 변화하여 Z축의 방향으로 상기 대물 렌즈(240)를 이동시킨다. 따라서 종래의 미동나사(미도시)에 의한 조정은 보통 1㎛의 정밀도를 가지고 조정이 가능하지만, 압전소자의 정밀도(400)는 0.3㎚~0.7㎚이다.

따라서, 이러한 대물렌즈(240)의 미세조정은 상기 대물렌즈(240)와 연결된 제어부(500)로 입력된 수치로서 조정되며, 일반 미동나사를 통한 1단계 미세조정은 1㎛의 정밀도를 가지고 수 ㎜까지 조정이 가능하며, 2단계 미세조정으로 0.3㎚~0.7㎚의 단위로 외부에서 입력시키는 압전소자(400)를 이용하여 세밀하게 측정하여 나노단위까지 미세하게 대물렌즈(240)를 조정하여 측정할 수 있으며, 바람직하게는 0.5㎚로 하여 대물렌즈(240)를 조정하면 대상물의 높이에 대한 정보를 간섭무늬로 수집하여 대상물의 높이에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다.

그리고, 전체가동 이동거리는 300㎛ ~ 700㎛까지 가능하나, 바람직하게는 압전소자(400)의 전체가동 이동거리는 500㎛로 이루어져 미동나사와 조합하여 대상물의 높이를 정확하게 측정할 수 있다.

상기 압전소자(400)에 가해지는 외부의 전압은 프로그램상으로 제어가 가능하며, 미리 정해진 값으로 피사체의 심도에 따라 오토포커스 역할을 할 수 있다.

상기 압전소자(400)가 0.3㎚~0.7㎚까지 변위되는 특성을 이용하여 이를 후술할 제어부(500)에 의해 전자적으로 통제조절하도록 한다.

이때, 압전소자(400)의 변위는 후술할 디지털 이미지 프로세싱에 관련된 알고리즘에 피드백하여, 콘트라스트를 높일 수 있는 거리로 조정이 되며, 이에 따라, 종래의 현미경이 갖는 2차원 영상정보와 더불어 검사 대상물의 깊이에 대한 정보를 제공하는 역할을 함으로써 3차원 영상처리가 가능하도록 한다.

다음으로 제어부(500)는 상기 압전소자(400)를 제어할 수 있는 회로로 이루어지며, 상기 압전소자(400)의 위치를 나노 단위까지 조정하는 것과 아울러 전원이 갑자기 꺼지는 경우와 같이 돌발상황이 발생하였을 때, 검사 장치의 손상을 막을 수 있는 프로그램상 회로도를 구성한다.

다음으로 분석부(600)는 미세조정으로 높이에 관련된 영상정보를 보다 세밀하게 분석하여 전자적 데이터로 저장하며, 영상을 수정보완하여 콘트라스트가 높아질 수 있도록 디지털 이미지 프로세싱을 한다. 상기 디지털 이미지 프로세싱은 프로그램상 이루어지는 이미지 보정이며, 이와 관련된 프로그램이 내장된 칩으로 구현하여 영상의 입력과 함께 동시에 이루어질 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 따라 대상물의 상부와 하부를 검사하는 제2실시예에 관한 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 대상물의 상, 하에 압전소자(400)가 구비된 미분간섭현미경(200)을 형성하여 실시간으로 대상물의 결함을 검사할 수 있도록 하여 검사 시간을 단축하고, 상부와 하부의 결함을 동시에 볼 수 있도록 하는 것이 가능하다.

본 발명은 빛의 간섭과 미세한 수직상의 정보를 이용하기 때문에 평면상으로만 보이던 물체를 높낮이가 있는 입체상으로 보이도록 하므로 반도체 회로, 금속조직의 합금상태, 금속표면, 세포의 형태 등을 관찰할 때 유용하게 이용이 가능하다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

도 1 - 종래의 단일 경통으로 이루어진 미분간섭현미경의 구성을 설명하기 위한 분해도.

도 2 - 종래의 평판 디스플레이 검사 현미경의 개략적인 구성도.

도 3 - 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 제1실시예에 관한 블럭도.

도 4 - 본 발명에 따라 대상물의 상부와 하부를 검사하는 제2실시예에 관한 블럭도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 슬릿광원 200 : 미분간섭현미경

210 : 편광소자 220 : 반사경

230 : 노마르스키 프리즘 240 : 대물렌즈

300 : 라인스캔카메라 400 : 압전소자

500 : 제어부 600 : 분석부

Claims (6)

1. 슬릿광원(100)에서 나온 빛을 노마르스키 프리즘(230)과 대물렌즈(240)을 통해 서로 간섭하여 콘트라스트를 발생하는 미분간섭현미경(200)으로 대상물의 결함을 측정하는 표면 결함 검사 장치에 있어서,

   상기 미분간섭현미경(200)을 통해 발생한 콘트라스트를 촬영하여 디지털 신호로 변환하고 이를 출력하는 라인스캔카메라(300)와;

   대상물의 심도에 따라 상기 대물렌즈(240)를 나노단위로 미세이동시키는 압전소자(400)와;

   상기 대상물과 상기 대물렌즈(240)의 간격을 자동으로 파악하고, 이에 따라 상기 압전소자(400)에 제어신호를 전달하여 상기 대물렌즈(240)를 상하로 미세하게 이동시키게 되는 제어부(500); 및

   상기 라인스캔카메라(300)에서 입력된 콘트라스트와 정상적인 제품의 콘트라스트를 비교분석하여 대상물 표면의 결함여부를 판단하고 이를 출력하게 되는 분석부(600);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압전소자(400)는,

   미세 조정단위가 0.3㎚~0.7㎚이며, 전체가동 이동거리는 300㎛~ 700㎛인 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 라인스캔카메라(300)는,

   대상물의 상하에 각각 하나씩 구비되어 대상물의 상하를 동시에 검사하게 되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 미분간섭현미경(200)은 상기 슬릿광원(100)에 편광소자(210)를 구비하여 편광을 만든 후 노마르스키 프리즘(230)을 사용하여 상기 편광을 분리하고 다시 합치도록 구성되는 노마르스키 미분간섭현미경인 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 노마르스키 미분간섭현미경은,

   하나의 노마르스키 프리즘(230)을 이용하여 빛을 분리하고 합치도록 하는 반사형 노마르스키 미분간섭현미경 또는 투과형 노마르스키 미분간섭현미경인 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분석부(600)을 통해 분석된 영상정보는 디지털 이미지 프로세싱으로 화질을 분석하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.

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