KR20110087551A - 형상 검사장치 및 형상 검사방법 - Google Patents

형상 검사장치 및 형상 검사방법 Download PDF

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Abstract

2차원 및 3차원형상을 동시에 측정할 수 있는 형상 검사장치 및 형상 검사방법이 개시된다. 이러한 형상 검사장치는 워크-스테이지(work stage), 투영부, 결상부 및 제어부를 포함한다. 상기 워크-스테이지는 베이스 부재를 고정하한다. 상기 투영부는 광원, 상기 광원에서 조사된 빛을 투과시키는 격자부 및 상기 격자부의 격자 이미지광을 상기 베이스 부재의 측정 대상물에 결상시키는 투영렌즈부를 포함한다. 상기 결상부는 상기 베이스 부재의 측정 대상물에서 반사되는 상기 격자이미지 광을 수신한다. 상기 제어부는 상기 워크-스테이지, 상기 투영부 및 상기 결상부를 제어하고, 상기 결상부에서 수신된 격자이미지에 대한 신뢰지수와 상기 측정대상물에 대한 위상값을 산출하며, 상기 산출된 위상값과 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 측정대상물을 검사한다.

Description

형상 검사장치 및 형상 검사방법{Image Sensing System and Method}
본 발명은 형상 검사장치 및 형상 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세히 2차원 및 3차원형상을 동시에 측정할 수 있는 형상 검사장치 및 형상 검사방법에 관한 것이다.
전자장비들은 눈부신 발전을 거듭하며, 점차 경량화 소형화가 진행되어 왔다. 따라서, 이들 전자장비들의 제조공정에서 오류가 발생될 가능성이 증대되고 있으며, 이를 검출하기 위한 장비들 또한 이에 발맞추어 개량되고 있다.
최근들어 3차원 형상측정 기술은 공학분야에만 국한되지 않고, 그 응용분야를 다양한 범위로 확장하고 있다. 이러한 분야의 요구를 만족시킬 수 있는 3차원 형상측정기술로 과거에는 3차원좌표 측정기(CMM)를 이용한 접촉식 측정법이 있었으나, 광학이론을 바탕으로 하는 비접촉 3차원 형상측정기술에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.
대표적인 비접촉 측정법의 하나인 모아레 현상을 이용한 3차원 형상 측정법은 1970년 메도우스(Meadows)와 타카사키(Takasaki)에 의해 그림자식 모아레법이 처음 제안되었다. 이후, 요시노(Yoshino)는 측정영역을 확대할 수 있는 영사식 모아레법을 제안하여, 그림자식 모아레법의 단점이었던 측정에 사용되는 격자의 크기가 측정대상물보다 커야하는 제한접과, 격자와 측정물 사이의 거리제한에 관한 문제를 해결하였다. 또한, 쿠자윈스카(Kujawinska)는 3차원 형상정보를 포함하는 모아레무늬 해석법으로 광간섭무늬해석에 사용되는 위상천이법을 적용함으로써 측정분해능이 괄목할만하게 향상되었고 무아레 무늬형태에 영향을 받지않는 측정이 가능하게 되었다.
이러한 3차원 형상 측정기술은 인쇄회로기판 등의 검사에 이용될 수 있으며 검사의 정확성을 향상시킬 수 있는 다양한 기술이 개발되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 2차원적 형상과 3차원적 형상을 동시에 측정할 수 있으며, 또한 검사의 정확성을 향상시킬 수 있는 형상 검사장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 2차원적 형상과 3차원적 형상을 동시에 측정할 수 있으며, 또한 검사의 정확성을 향상시킬 수 있는 형상 검사방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 형상 검사장치는 워크-스테이지(work stage), 투영부, 결상부 및 제어부를 포함한다. 상기 워크-스테이지는 베이스 부재를 고정하한다. 상기 투영부는 광원, 상기 광원에서 조사된 빛을 투과시키는 격자부 및 상기 격자부의 격자 이미지광을 상기 베이스 부재의 측정 대상물에 결상시키는 투영렌즈부를 포함한다. 상기 결상부는 상기 베이스 부재의 측정 대상물에서 반사되는 상기 격자이미지 광을 수신한다. 상기 제어부는 상기 워크-스테이지, 상기 투영부 및 상기 결상부를 제어하고, 상기 결상부에서 수신된 격자이미지에 대한 신뢰지수와 상기 측정대상물에 대한 위상값을 산출하며, 상기 산출된 위상값과 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 측정대상물을 검사한다.
예컨대, 상기 제어부는, 턴온된 투영부의 격자부를 소정의 횟수만큼 이동시켜가며 격자이미지를 촬영하도록 제어하며, 이렇게 촬영된 격자이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물을 검사한다.
이때, 상기 신뢰지수는 신호패턴의 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상이다.
또한, 이러한 형상 검사장치는, 상기 측정대상물이 외부 기기와 전기적으로 연결하는 패드인 경우, 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 패드의 표면상태를 검사한다.
이 경우에도, 상기 신뢰지수는 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상이다. 이때, 상기 패드에 대한 신뢰지수가 설정값의 범위를 벗어날 경우, 상기 제어부는 상기 패드를 불량으로 판단한다.
한편, 이러한 형상 검사장치는 상기 베이스 부재의 측정 대상물의 2차원 형상을 측정하기 위한 보조광원을 더 포함하고, 상기 패드의 신뢰지수가 정상으로 판단되어도, 상기 보조광원에서 조사된 빛에 의해 검출된 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부는 측정 대상물을 불량으로 판정한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 형상 검사방법은 소정의 횟수만큼 격자를 이동시켜가며, 측정 대상물에서 반사된 격자이미지들을 획득하는 단계와, 상기 격자이미지들을 이용하여 격자이미지들에 대한 신뢰지수를 획득하는 단계 및
획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위인 경우 상기 측정 대상물이 양호한 것으로 판단하고, 획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위를 벗어나는 경우 상기 측정 대상물이 불량인 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 신뢰지수는 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 형상 검사방법은 상기 측정대상물이 외부 기기와 전기적으로 연결하는 패드이면, 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 패드의 표면상태를 검사한다.
이때, 이러한 형상 검사방법은 상기 측정 대상물의 2차원 형상이미지를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 패드의 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위내인 경우에도, 상기 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 패드를 불량으로 판정할 수 있다.
본 발명에 의한 형상 검사장치에 의하면, 3차원 형상측정 데이터를 활용하여 2차원 형상을 측정하게 되므로, 2차원 형상측정을 위한 별도의 데이터를 수집해야 하는 등의 낭비적 요소를 제거할 수 있다.
또한, 2차원 형상과 3차원 형상의 데이터를 동시에 측정하여 인쇄회로기판 등의 불량을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 별도로 2차원 형상의 휘도를 이용하여 검사의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 형상 검사장치의 개략적인 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 형상 검사장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 베이스 부재를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 형상 검사장치가 3차원 이미지를 측정하는 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 형상 검사장치가 2차원 이미지를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 형상 검사장치의 개략적인 개략적인 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 형상 검사장치(100)는 워크-스테이지(work stage, 130)), 투영부(110), 결상부(150) 및 제어부(140)를 포함한다. 부가적으로 상기 형상 검사장치(100)는 제1 보조광원(160) 및 제2 보조광원(170)을 포함할 수 있다.
상기 워크-스테이지(130)는 측정대상물(A)이 형성된 베이스 부재(120)를 고정한다. 또한, 상기 워크-스테이지(130)는 측정대상물(A)을 x축 또는 y축 방향으로 이송시킨다. 상기 워크-스테이지(130)는 상기 제어부(140)에 의해 제어되어 상기 측정 기판(120)을 이송 및 고정 후,　제1 보조광원(160) 및 제2 보조광원(170)이 베이스 부재(120)의 측정 대상물(A)에 광을 조사하고, 베이스 부재(120)에 표시된 인식 마크를 이용하여 베이스 부재(120)의 전체 측정영역을 설정한다.
상기 투영부(110)는 상기 측정 대상물(A)을 향해서 격자이미지를 조사한다.　 상기 투영부(110)는 다수개가 설치되어, 다수의 투영부(110)는 상기 베이스 부재(120)의 법선에 대해서 일정한 각도로 광을 조사하도록 배치될 수 있다. 또한, 다수의 투영부(110)는 상기 법선에 대해서 대칭적으로 배열될 수 있다.　 각각의 상기 투영부(110)는 광원(111), 격자부(112) 및 투영렌즈부(113)를 포함한다. 예컨대, 투영부(110)는 상기 측정 대상물(A)을 중심으로 서로 대칭이 될 수 있다.
상기 광원(111)은 상기 측정대상물(A)을 향해서 광을 조사한다.
상기 격자부(112)는 상기 광원(111)에서 조사된 빛을 투과시켜 격자이미지를 생성한다. 상기 격자부(112)는 차단부(도시안됨)와 투과부(도시안됨)를 포함한다. 차단부는 상기 광원(111)에서 조사된 광을 차단하고, 상기 투과부는 광을 투과시킨다.　 상기 격자부(112)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 격자부(112)는 유리기판 위에 차단부 및 투과부를 갖는 격자무늬를 패터닝하여 형성될 수 있으며, 또한, 액정표시패널을 이용하여 형성될 수도 있다.
상기 유리기판 위에 차단부 및 투과부를 갖는 격자무늬를 패터닝하여 형성된 격자부(112)의 경우에, 상기 형상 검사장치(100)는 상기 격자부(112)를 미세 이동시키기 위한 엑추에이터(도시안됨)을 더 포함하고, 액정표시패널을 이용하여 형성된 격자부(112)의 경우에는, 액정표시패널을 이용하여 격자무늬 패턴의 형상을 미세이동시킬 수 있으므로, 상기 형상 검사장치(100)는 엑추에이터를 필요로 하지 않는다.
상기 투영렌즈부(113)는 상기 격자부(112)의 격자 이미지광을 상기 베이스 부재(120)의 측정 대상물(A)에 결상시킨다. 상기 투영렌즈부(113)는 예컨대 다수의 렌즈 조합으로 형성될 수 있으며, 상기 격자부(112)를 통하여 형성된 격자이미지를 포커싱하여 상기 베이스 부재(120) 상부에 배치된 측정 대상물(A)에 결상시킨다.
상기 결상부(150)는 상기 베이스 부재(120)의 측정 대상물(A)에서 반사되는 상기 격자이미지 광을 수신한다. 상기 결상부(150)는 예컨대 카메라(151) 및 수광렌즈부(152)를 포함한다.　 상기 측정대상물(A)에 의해 반사된 격자이미지는 상기 수광렌즈부(152)를 거쳐 상기 카메라(151)에 의해 캡쳐된다.
상기 제어부(140)는 상기 워크-스테이지(130), 투영부(110) 및 결상부(150)의 동작을 제어하고, 상기 결상부(150)에서 수신된 격자이미지에 대한 신뢰지수와 상기 측정대상물(A)에 대한 위상값을 산출하며, 상기 결상부(150)에서 수신된 격자이미지를 처리하여, 2차원 형상 및 3차원 형상을 측정한다. 상기 제어부(140)가 2차원 형상 및 3차원 형상을 측정하는 프로세스에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
상기 제어부(140)는 또한, 상기 산출된 위상값과 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 측정대상물을 검사한다. 이때, 상기 위상값은 측정대상물(A)의 3차원 형상에 이용될 수 있으며, 상기 신뢰지수는 측정 대상물의 불량여부 판단에 이용될 수 있다. 이러한 신뢰지수는 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상이 사용될 수 있다. 여기서, 신호강도는 아래의 수학식 14 및 15에서 설명될 것이고, 가시도는 수학식 16 또는 17에 기술되어 있으며, 신호대잡음비는, 결상부(150)에서 N-버킷 알고리즘이 적용된 이미지들을 수신받아 필터링 과정을 통해서 생성된 주기함수와 실제 수신된 신호와의 상대적인 비 또는 차이를 의미한다.
제어부(140)는 이러한 신뢰지수 값이 설정값의 범위를 벗어날 경우, 측정대상물(A)을 불량으로 판단한다.
예컨대, 상기 제어부(140)는 아래에서 기술된 수학식 16 또는 17을 통해서 산출된 상기 형상이미지의 특정 영역의 가시도(γ)와 주변부의 가시도(γ) 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부(140)는 상기 측정 대상물을 불량으로 판정한다.
또한, 상기 제1 보조광원(160) 및 제2 보조광원(170) 중 어느 하나는 2차원 형상을 측정하는 용도로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 보조광원(160) 및 제2 보조광원(170) 중 어느 하나를 이용하여 베이스 부재(120)의 측정 대상물(A)에 광을 조사하고, 반사된 빛은 상기 결상부(150)의 상기 카메라(151)에 의해 캡쳐되어 2차원 형상이미지가 획득된다.
또한, 상기 제어부(140)는 이러한 신뢰지수 값이 상기 설정값의 범위내인 경우에도 상기 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우에 측정대상물(A)을 불량으로 판정할 수 있으며, 또한 측정 대상물(A)의 전체 영역 중 일부 영역의 휘도가 설정값의 범위를 벗어나는 경우 상기 측정 대상물(A)을 불량으로 판정할 수 있다.
예컨대, 아래의 수학식 16 또는 17을 통해서 산출된 특정 영역의 가시도(γ)와 주변부의 가시도(γ) 차이가 상기 설정값 범위 내인 경우에도, 상기 제1 보조광원(160) 또는 제2 보조광원(170)에서 조사된 빛에 의해 검출된 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도(또는 인텐시티)와 주변부의 휘도(인텐시티)의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우 또는 전체 영역 중 일부 영역이 상기 설정값의 범위를 넘어가는 경우, 상기 제어부(140)는 측정 대상물을 불량으로 판정한다.
상기 제어부(140)는 매트릭스 형상으로 배열된 다수의 검사영역(FOV)으로 분할된 상기 베이스 부재의 상기 검사영역들을 내부의 2차원 형상 및 3차원 형상을 순차적으로 검사한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 형상 검사장치의 개략적인 평면도이다. 본 실시예에 의한 형상 검사장치는 도 1에서 도시된 형상검사장치(100)과 투영부를 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 형상 검사장치는 격자부(112)를 포함하는 다수개의 투영부(110)를 포함하며, 상기 다수개의 투영부(110)는 정다각형의 꼭지점의 위치에 배열된다. 도 2에서, 다수개의 투영부(110)는 예컨대 정사각형의 꼭지점에 배열되었으나, 정육각형, 정팔각형 등의 꼭지점에 배열될 수도 있다.
격자이미지를 일측에서만 캡쳐하는 경우, 측정대상물(A)이 돌출된 입체형상이므로 측정대상물(A)의 타측은 격자이미지가 조사되지 못하는 영역이 발생되므로, 정확한 3차원 형상이 측정되지 못한다.　 따라서, 반대측에서 다시 측정함으로써, 보다 정확한 3차원 형상이 측정될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(140)는, 상기 측정 대상물(A)이 4각형인 경우, 서로 반대 방향의 2개의 투영부(110)를 턴온시킬 수 있으며, 상기 제어부(140)에서 파악된 상기 측정 대상물(A)이 복잡한 형상인 경우, 그 이상의 투영부(110)를 턴온시킬 수 있다.
도 3은 도 1에서 도시된 베이스 부재를 도시하는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 인쇄회로기판(PCT)와 같은 베이스 부재(120)에는 예컨대, 패드부(121)와 소자부(122)가 형성된다.
상기 패드부(121)는 외부와의 전기적 접속을 위한 패드가 형성되는 영역이며, 소자부(122)는 각종 소자들이 부착되는 영역이다.
소자부(122)에는 솔더페이스트와 같은 접착부재를 통해서 소자가 실장되는데, 상기 솔더페이스트의 모양이나 양이 잘못 조절된 경우, 이웃하는 소자에 단락될 수 있어 오류를 야기한다. 따라서, 이를 검출하기 위해서, 솔더페이스트가 부착된 모양이나 높이를 측정하여 정량 여부를 판단한다. 따라서, 솔더페이스트의 3차원적 형상을 측정하게 된다.
패드부(121)는 또한, 이웃하는 패드부와 단락여부를 체크할 필요가 있다. 이 경우, 아래의 수학식 14 또는 수학식 15를 이용하여 2차원 형상을 측정함으로써 패드부들의 단락여부를 체크할 수 있다.
또한, 패드부(또는 팬아웃부, 121)의 표면이 평평하게 형성되어야 한다. 패드부(121)는 외부와 전기적 접속을 하는 부분이기 때문에, 상기 패드부(121) 표면에 미세한 스크래치(scratch)가 발생한 경우에도 심각한 불량이 초래할 수 있기 때문에 상기 패드부 표면 상태검사는 중요하다.
이를 검사하기 위해서, 상기 패드부(121)의 신뢰지수를 조사하여 특정 영역의 신뢰지수가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 오류로 판단한다. 또한, 특정 영역의 신뢰지수가 설정값의 범위내에 있는 경우에도, 2차원 형상 측정용 조명, 즉 도 1의 상기 제1 보조광원(160) 및 제2 보조광원(170) 중 어느 하나에 의해 측정된 2차원 형상의 특정 영역의 휘도가 주변부의 휘도 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 패드에 스크래치 등의 불량이 발생한 것으로 판단한다.
한편, 이러한 패드부(121)는 평평한 금속면으로서, 이러한 패드부(121)에서 반사된 빛에 의해서 도 1의 결상부(150)의 카메라(151)에서 수신된 값이 포화(saturation)되어 위상값 자체가 측정이 안되는 경우가 발생될 수도 있다. 이에 비해 신뢰지수는 측정이 가능하며, 이경우, 이러한 신뢰지수를 이용하면 패드부(121)의 검사가 가능하다. 또한, 각 투영부(110)에 대한 신뢰지수를 각 투영부에 의해 측정된 높이값에 대한 가중치 값으로 사용할 수도 있다.
이상에서는 형상 검사장치에 대하여 기술되었다. 본 발명에 의한 형상 검사방법은 앞서 설명된 형상 검사장치에 의한 검사방법이 그대로 적용된다. 즉, 본 발명에 의한 형상 검사방법에 의하면, 먼저 소정의 횟수만큼 격자를 이동시켜가며, 측정 대상물에서 반사된 격자이미지들을 획득한다. 이후, 상기 격자이미지들을 이용하여 격자이미지들에 대한 신뢰지수를 획득하고, 획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위인 경우 상기 측정 대상물이 양호한 것으로 판단하고, 획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위를 벗어나는 경우 상기 측정 대상물이 불량인 것으로 판단한다. 이때, 상기 측정 대상물의 2차원 형상이미지를 더 획득하고, 상기 패드의 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위내인 경우에도, 상기 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 패드를 불량으로 판정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 형상 검사장치가 3차원 및 2차원 이미지를 측정하는 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
격자 이미지를 도1의 상기 베이스 부재(120)에 조사하여 결상부(150)에서 수신되는 측정광의 강도(I)는 아래의 수학식 1과 같은 모아레 간섭무늬의 지배방정식으로 표현된다.
Figure pat00001
이 식에서, I는 측정광의 강도, D는 신호패턴의 신호강도(즉, DC광 강도(조명 광 강도) 및 물체의 반사율의 함수), γ는 가시도(visibility, 물체의 반사율 및 격자주기의 함수), Λ는 모아레 등가파장(배율, 격자주기 및 θ의 함수)임.
수학식 1에서 측정광의 강도(I)는 높이(h)의 함수이므로, 거꾸로, 측정광의 강도(I)를 이용하면 높이(h)를 알수 있게 된다.
위상을 변이시켜(phase shift) 도 1의 결상부(150)에서 측정광의 강도를 측정하면 모아레 간섭무늬의 지배 방정식인 아래의 수학식 2로 표현된다.
Figure pat00002
이식에서, δk는 위상 변이량임.
상기 수학식 2를 적용하여 높이(h)를 구하기 위해서는 최소한 3번의 쉬프트(shift)가 필요하다.
즉, 3번의 쉬프트를 적용하는 3 버켓(bucket) 알고리즘을 적용하는 경우에 높이(h)를 구해보기로 한다. 먼저 수학식 2의 δ1에 0라디안(0도)을 대입하여 I1을 구하면, 아래의 수학식 3으로 표현된다.
Figure pat00003
수학식 2의 δ2에 2π/3 라디안(120도)을 대입하여 I2를 구하면, 아래의 수학식 4로 표현된다.
Figure pat00004
수학식 2의 δ2에 4π/3 라디안(240도)을 대입하여 I3를 구하면, 아래의 수학식 5로 표현된다.
Figure pat00005
상기 수학식 3 내지 5로부터 아래의 수학식 6을 얻을 수 있다.
Figure pat00006
상기 수학식 6으로부터 높이 h를 구하면 아래의 수학식 7로 표현된다.
Figure pat00007
한편, 4번의 쉬프트를 적용하는 4 버켓 알고리즘을 적용하는 경우에 높이(h)를 구해보기로 한다. 먼저, 상기 수학식 2의 δ1에 0라디안(0도)을 대입하여 I1을 구하면, 아래의 수학식 8로 표현된다.
Figure pat00008
상기 수학식 2의 δ2에 π/2 라디안(90도)을 대입하여 I2를 구하면, 아래의 수학식 9로 표현된다.
Figure pat00009
상기 수학식 2의 δ3에 π 라디안(180도)을 대입하여 I3를 구하면, 아래의 수학식 10으로 표현된다.
Figure pat00010
상기 수학식 2의 δ4에 3π/2 라디안(270도)을 대입하여 I4를 구하면, 아래의 수학식 11로 표현된다.
Figure pat00011
수학식 8 내지 11로부터, 아래의 수학식 12를 얻을 수 있다.
Figure pat00012
위의 수학식 12로부터 높이 h를 구하면, 아래의 수학식 13으로 표현된다.
Figure pat00013
이상에서 기술된 수학식을 이용하여, 줄무늬 격자에 물체의 3차원 형상의 주름 같이 겹치면 3차원의 위치값을 얻으며, 이 작업을 반복하여 상을 여러번 이동하면서 촬영하면 3차원 전체 형상의 윤곽을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 형상 검사장치가 2차원 이미지를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 도시된 그래프들은 수학식 8, 9, 10 및 11의 I1 I2, I3 및 I4를 그래프로 도시한 것이다.
I1 I2, I3 및 I4의 산술평균값 Iave를 구하면, 아래의 수학식 14로 기술된다.
Figure pat00014
따라서, 격자무늬에 의한 효과는 서로 상쇄되어, 2차원적 형상을 측정할 수 있다.
3버켓 알고리즘의 경우에도, 수학식 수학식 3, 4 및 5의 I1 I2 및 I3의 산술평균값 Iave를 구하면, 아래의 수학식 15로 기술된다.
Figure pat00015
한편, 수학식 2에서의 가시도(visibility) γ는 3버켓 알고리즘의 경우에, 수학식 3, 4, 5 및 15를 이용하면 다음의 수학식 16과 같이 표현된다.
Figure pat00016
또한, γ는 4버켓 알고리즘의 경우에, 수학식 8, 9, 10, 11 및 14를 이용하면 다음의 수학식 17과 같이 표현된다.
Figure pat00017
본 발명에 따르면, 3차원 형상측정 데이터를 활용하여 2차원 형상을 측정하게 되므로, 2차원 형상측정을 위한 별도의 데이터를 수집해야 하는 등의 낭비적 요소를 제거할 수 있다.
또한, 2차원 형상과 3차원 형상의 데이터를 동시에 측정하여 인쇄회로기판 등의 불량을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
100: 형상 검사장치 110: 투영부
111: 광원 112: 격자부
113: 투영렌즈부 120: 베이스 부재
121: 패드영역 121: 소자영역
130: 워크-스테이지 140: 제어부
150: 결상부 151: 카메라
152: 수광렌즈부 160: 제1 보조광원
170: 제2 보조광원

Claims (11)

  1. 베이스 부재를 고정하는 워크-스테이지(work stage);
    광원, 상기 광원에서 조사된 빛을 투과시키는 격자부 및 상기 격자부의 격자 이미지광을 상기 베이스 부재의 측정 대상물에 결상시키는 투영렌즈부를 포함하는 투영부;
    상기 베이스 부재의 측정 대상물에서 반사되는 상기 격자이미지 광을 수신하는 결상부; 및
    상기 워크-스테이지, 상기 투영부 및 상기 결상부를 제어하고, 상기 결상부에서 수신된 격자이미지에 대한 신뢰지수와 상기 측정대상물에 대한 위상값을 산출하며, 상기 산출된 위상값과 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 측정대상물을 검사하는 제어부를 포함하는 형상 검사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 투영부의 격자부를 소정의 횟수만큼 이동시켜가며 격자이미지를 촬영하도록 제어하며,
    이렇게 촬영된 격자이미지들을 이용하여 상기 측정대상물을 3차원 검사하는 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신뢰지수는 신호패턴의 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상인 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 측정대상물이 외부 기기와 전기적으로 연결하는 패드이면, 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 패드의 표면상태를 검사하는 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신뢰지수는 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상인 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패드에 대한 신뢰지수가 설정값의 범위를 벗어날 경우, 상기 제어부는 상기 패드를 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 베이스 부재의 측정 대상물의 2차원 형상을 측정하기 위한 보조광원을 더 포함하고,
    상기 패드의 신뢰지수가 정상으로 판단되어도, 상기 보조광원에서 조사된 빛에 의해 검출된 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부는 측정 대상물을 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 형상 검사장치.
  8. 소정의 횟수만큼 격자를 이동시켜가며, 측정 대상물에서 반사된 격자이미지들을 획득하는 단계;
    상기 격자이미지들을 이용하여 격자이미지들에 대한 신뢰지수를 획득하는 단계; 및
    획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위인 경우 상기 측정 대상물이 양호한 것으로 판단하고, 획득된 상기 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위를 벗어나는 경우 상기 측정 대상물이 불량인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 측정대상물에 대한 형상 검사방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신뢰지수는 신호강도, 가시도(visibility) 및 신호대잡음비(Signal Noise Ratio) 중 적어도 1개 이상인 것을 특징으로 하는 형상 검사방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 측정대상물이 외부 기기와 전기적으로 연결하는 패드이면, 상기 신뢰지수를 이용하여 상기 패드의 표면상태를 검사하는 것을 특징으로 하는 형상 검사방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정 대상물의 2차원 형상이미지를 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패드의 신뢰지수의 범위가 설정값의 범위내인 경우에도, 상기 2차원 형상이미지에서 특정 영역의 휘도와 주변부의 휘도의 차이가 설정값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 패드를 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 형상 검사방법.
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