KR20170131085A - 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치 - Google Patents

다중 광학계를 이용한 복합 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치에 관한 것으로서, 제 1 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 1 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 1 측정광 입력부와, 상기 제 1 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 광학필터와, 상기 제 1 광학필터를 통과한 제 1 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 1 측정 시스템 및 상기 제 1 광학 측정 방식과 다른 제 2 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 2 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 2 측정광 입력부와, 상기 제 2 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 2 광학필터와, 상기 제 2 광학필터를 통과한 제 2 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 2 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 동시에 여러 종류의 광학 검사장치를 동시에 구동할 수 있어 검사속도가 현저하게 향상되고, 구성이 간단하여 제조단가 측면에서 매우 우수한 검사장치를 제공할 수 있어 3차원 광학식 형상 검사장치 시장이 보다 활성화될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

다중 광학계를 이용한 복합 검사장치{Intergrated Inspection Apparatus Using Multi Optical System}
본 발명은 광학 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 광학계를 이용하여 2가지 이상의 측정법을 이용하면서도 측정 시간을 단축시킬 수 있음과 아울러 측정기 구성을 간단하게 함으로써 제조단가를 절감할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
전자회로기판에는 다양한 종류의 부품들이 실장되며, 외관의 3D 검사를 위해서 광학식 3D 측정법이 주로 이용되고 있다.
광학식 3D 측정법으로는 모아레 방식, 백색광 주사 간섭방식, 공초점 방식 등이 이용되고 있으며, 각 측정법마다 장점과 단점을 갖고 있다.
예를 들어 모아레 방식의 경우 상대적으로 대면적 부품에 대한 높이 및 표면 측정이 용이한 장점이 있는 반면 2파이 모호성이 발생하고 광포화가 발생하는 경면 검사가 어렵고 미세 패턴 측정이 곤란하며 투명한 물체를 검사하기 어려운 단점이 있다.
그리고 백색광 주사 간섭방식의 경우에는 초정밀 표면 측정이 가능하고 경면 검사가 가능한 장점이 있으나 진동에 민감하고 모아레 방식과 동일하게 2파이 모호성이 발생하며, 연산 속도가 느려 검사속도가 지연되는 단점이 있다.
또한 공초점 방식의 경우에는 투명체의 높이와 두께 측정이 용이하고 와이어 루프 높이 측정이 가능한 장점이 있는 반면, 제한된 측정범위와 특정각에 따른 경사면 측정이 곤란한 문제점이 발생한다.
따라서, 부품들 표면의 광학적 특성(반사고, 색상, 표면거칠기, 경사도 등)에 따라서 가장 효과적인 측정법들이 적용되어야 하며, 다양한 부품들이 실장되는 전자회로는 1가지 방식의 광학식 3D 측정법으로는 만족스러운 결과를 얻기 어려운 경우가 많다.
이에 한국등록특허 제0870922호에는 모아레 간섭계와 동축광 간섭계로서 백색광 주사 간섭계를 이용하여 경면 반사가 발생되는 검사대상물의 3차원 형상을 츨정할 수 있도록 하는 기술이 제시되어 있다.
도 1은 상기 한국등록특허 제0870922호에 따른 다중 간섭계를 이용한 3차원형상 측정시스템의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면에 수직한 방향의 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한국등록특허 제0870922호에 따른 다중 간섭계를 이용한 3차원형상 측정시스템은 검사대상물(1)에서 반사되는 반사영상을 촬상하는 촬상부(10)와, 촬상부(10)의 일측에 설치되어 반사영상이 발생되도록 검사대상물(1)로 백색조명을 조사하는 동축조명부(20)와, 촬상부(10)의 일측과 타측에 각각 설치되어 반사영상이 발생되도록 검사대상물로 격자무늬패턴조명을 조사하는 격자무늬패턴투영부(40)와, 촬상부(10)의 다른 일측에 설치되어 동축조명부(20)에서 검사대상물(1)로 조사되는 백색조명을 분리 및 여과하여 여과된 광을 기준거울에 입사시키고 반사되는 광을 촬상부로 재조사하는 기준면발생부(30)을 포함하여 구성된다.
그리고, 기준면발생부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 블록필터(31), 블록필터이송기구(31a), 기준거울(32) 및 거울이송기구(32a)로 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 한국등록특허 제0870922호에 따른 3차원 형상 측정방법을 설명하면 다음과 같다.
현재 측정모드가 측면 모아레 간섭계 측정모드인 경우에는 블록필터(31)가 ON 즉, 블록필터(31)가 기준거울(32)의 전면에 위치하여, 모아레 간섭계의 카메라(11)의 초점을 조정하거나 기준거울(32)로 입사되는 동축조명을 여과하거나 흡수함으로써 검사대상물(1)의 난반사에 따른 3차원형상을 측정할 수 있게 된다. 반대로, 현재 측정모드가 동축 간섭계 측정모드인 경우에는 블록필터(31)가 오프되어 동축 간섭계의 카메라(11)의 초점을 조정하거나 기준거울(32)에서 반사되는 반사영상과 경면반사에 따른 반사영상을 카메라(11)로 반사시킴으로써 검사대상물(1)의 경면반사에 따른 3차원형상을 측정할 수 있게 되어 있다.
상기 등록특허에 의하면 난반사가 발생하는 물체는 모아레 측정방법을 이용하여 형상을 측정하고, 경면 반사가 발생하는 물체는 백색광 간섭계를 이용하여 측정함으로써 물체 표면의 광학적 특성에 따라 적절한 간섭계를 이용하여 물체 표면을 검사할 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 등록특허는 2가지 종류의 광학 검사를 위해 측정모드를 변경해가면서 검사를 수행하여야 하는 바, 단일 광학 검사 시스템에 비해 검사속도가 현저하게 지연되는 단점이 발생하게 된다.
한국등록특허 제 10-0870922호 “다중 간섭계를 이용한 3차원형상 측정시스템”
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 광학계를 이용하여 2가지 이상의 측정법을 이용하면서도 측정 시간을 단축시킬 수 있고 구성이 간단한 검사장치의 구성을 구현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 제 1 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 1 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 1 측정광 입력부와, 상기 제 1 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 광학필터와, 상기 제 1 광학필터를 통과한 제 1 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 1 측정 시스템 및 상기 제 1 광학 측정 방식과 다른 제 2 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 2 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 2 측정광 입력부와, 상기 제 2 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 2 광학필터와, 상기 제 2 광학필터를 통과한 제 2 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 2 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치가 제공된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 광학 측정 방식과 다른 제 3 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 3 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 3 측정광 입력부와, 상기 제 3 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 3 광학필터와, 상기 제 3 광학필터를 통과한 제 3 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 3 측정 시스템을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 제 1 파장대역의 제 1 측정광을 시료에 조사하는 제 1 측정광 입력부, 제 2 파장대역의 제 2 측정광을 시료에 조사하는 제 2 측정광 입력부 및 상기 시료에서 반사된 이미지를 획득한 후, 제 1 파장대역의 이미지와 제 2 파장대역의 이미지를 분리하여 출력하는 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치가 제공된다.
여기서, 제 1 광학 측정방식의 알고리즘을 이용하여 상기 제 1 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하고, 상기 제 1 광학 측정방식과 상이한 제 2 광학 측정방식을 이용하여 상기 제 2 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하는 PC가 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고, 제 3 파장대역의 제 3 측정광을 시료에 조사하는 제 3 측정광 입력부가 더 포함되고, 상기 영상 획득부는 상기 시료에서 반사된 이미지를 획득한 후, 제 1 파장대역의 이미지, 제 2 파장대역의 이미지 및 제 3 파장대역의 이미지를 분리하여 출력하고, 상기 PC는 제 1 ~ 3 광학 측정방식의 알고리즘을 이용하여 상기 제 1 ~ 3 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하도록 하는 것도 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 동시에 여러 종류의 광학 검사장치를 동시에 구동할 수 있어 검사속도가 현저하게 향상되고, 구성이 간단하여 제조단가 측면에서 매우 우수한 검사장치를 제공할 수 있어 3차원 광학식 형상 검사장치 시장이 보다 활성화될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 상기 한국등록특허 제0870922호에 따른 다중 간섭계를 이용한 3차원형상 측정시스템의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면에 수직한 방향의 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 발명의 주요한 특징만을 압축적으로 설명하기 위해 전체 검사장치 중에서 핵심적인 구성만을 간략하게 도시하고 상세 광학계 구성 및 이에 대한 상세한 설명 또한 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치는 제 1 측정 시스템(100)과 제 2 측정 시스템(200)을 포함하여 구성되고, 각 측정 시스템(100, 200)을 이용하여 시료(300)의 3차원 형상을 측정한다.
여기서, 제 1 측정 시스템(100)과 제 2 측정 시스템(200)은 모아레 방식, 백색광 주사 간섭방식, 공초점 방식 중 어느 하나일 수 있으며, 각 측정 시스템(100, 200)은 서로 다른 방식의 광학 측정 시스템이 사용된다.
그리고, 제 1 측정 시스템(100)과 제 2 측정 시스템(200)은 동시에 구동될 수 있도록 서로 다른 파장대역의 측정광이 이용된다.
제 1 측정 시스템(100)은 제 1 측정광 입력부(110), 제 1 광학필터(120) 및 제 1 영상 획득부(130)를 포함하여 구성된다.
제 1 측정광 입력부(110)는 제 1 파장대역의 측정광을 조사하는 광원일 수 있고, 이 경우 제 1 광학필터(120)는 제 1 파장대역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 특성을 갖는 광학필터가 사용될 수 있다.
제 1 영상 획득부(130)는 시료(300)에서 반사되어 제 1 광학필터(120)를 통과한 제 1 파장대역의 반사광의 영상을 획득한다.
본 실시예에서 제 1 파장대역은 예를 들어 적색 파장대역일 수 있다.
동일하게, 제 2 측정 시스템(200)은 제 2 측정광 입력부(210), 제 2 광학필터(220) 및 제 2 영상 획득부(230)를 포함하여 구성된다.
제 2 측정광 입력부(210)는 제 2 파장대역의 측정광을 조사하는 광원이고, 제 2 광학필터(220)는 제 2 파장대역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 특성을 갖는 광학필터가 사용될 수 있다.
제 2 영상 획득부(230)는 시료(300)에서 반사되어 제 2 광학필터(220)를 통과한 제 2 파장대역의 반사광의 영상을 획득한다.
본 실시예에서 제 2 파장대역은 예를 들어 청색 파장대역일 수 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에서는 서로 다른 광학 방식을 갖는 2개의 측정 시스템이 서로 다른 파장 대역의 측정광을 동시에 시료에 측정하고, 각 측정 시스템은 자신이 조사한 파장대역의 반사광만을 투과시켜 영상을 획득함으로써 각 측정 시스템에 독립적으로 동시 측정이 가능하게 된다.
영상 획득부(110, 210)는 획득한 영상을 후단의 PC로 전송하고, PC는 수신된 이미지를 분석하여 시료의 3차원 형상을 측정한다. 예를 들어, 제 1 측정 시스템이 백색광 간섭계 방식이고 제 2 측정 시스템이 모아레 간섭계 방식인 경우 PC는 적색 이미지에 대하여 백색광 간섭계 방식의 알고리즘을 이용하여 시료의 형상을 측정하고, 청색 이미지에 대하여 모아레 간섭계 방식의 알고리즘을 이용하여 시료의 형상을 측정할 수 있다.
제 1 실시예에서 각 측정 시스템은 측정광 입력부, 광학필터 및 영상 획득부의 구성만이 간략하게 기재되어 있으나, 측정 시스템의 측정 방식에 따라 부가적인 광학계의 구성을 포함하며 설명의 간단을 위해 이러한 부가적인 광학계의 구성은 생략되었다. 예를 들어, 제 1 측정 시스템(100)이 모아레 간섭계이고 제 2 측정 시스템(200)이 백색광 주사 간섭계인 경우 광분리기, 기준거울, 시료 Z축 구동장치 등이 필요할 것이다. 그리고 각 영상 획득부에서 결상렌즈 등의 구성도 생략되었다.
그리고, 제 1 실시예에서 2개의 측정 시스템만이 도시되어 있으나, 모아레 간섭방식, 백색광 간섭 방식 및 공초점 방식을 동시에 구동하고자 하는 경우 제 3 파장대역의 측정광을 사용하는 제 3 측정 시스템이 추가적으로 설치될 수 있으며, 이때 제 3 파장대역의 빛은 녹색 파장대역일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치는 2개의 측정광 입력부(400, 500)와 1개의 영상 획득부(600)를 포함하여 제 1 실시예에 비해 더욱 간단한 구성을 갖는다.
도 4의 실시예에서는 제 1 측정광 입력부(400)가 백색광 간섭계인 경우를 나타낸 것으로서, 백색광 간섭계의 광학계 구성 중에서 광분리기(410)만이 도시되어 있다.
제 2 실시예에서도 제 1 및 제 2 측정광 입력부(400, 500)는 서로 다른 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 것으로서, 예를 들어 제 1 측정광 입력부(400)에서 조사되는 측정광은 적색 파장대역, 제 2 측정광 입력부(500)에서 조사되는 측정광은 청색 파장대역일 수 있다.
영상 획득부(600)는 컬러 이미지 센서와 결상 렌즈 등의 구성을 포함한다. 즉, 영상 획득부(600)는 2개의 측정광 입력부(400, 500)에서 조사되어 시료(700)에서 반사된 이미지들을 획득한 후, 이를 파장대역별로 분리한다. 각 측정광이 적색과 청색 파장대역인 경우 획득한 영상을 적색 이미지와 청색 이미지로 분리하여 후단의 PC로 전송하고, PC는 수신된 이미지를 분석하여 시료의 3차원 형상을 측정한다.
예를 들어, 도 4의 실시예에서, PC는 적색 이미지에 대하여 백색광 간섭계 방식의 알고리즘을 이용하여 시료의 형상을 측정하고, 청색 이미지에 대하여 모아레 간섭계 방식의 알고리즘을 이용하여 시료의 형상을 측정할 수 있다.
제 1 실시예와 동일하게, 제 2 실시예에서도 2개의 서로다른 파장대역의 측정광을 이용하는 방법만이 도시되어 있으나, 모아레 간섭방식, 백색광 간섭 방식 및 공초점 방식을 동시에 구동하고자 하는 경우 제 3 파장대역의 측정광을 조사하는 제 3 측정광 입력부가 추가적으로 설치될 수 있으며, 이때 제 3 파장대역의 빛은 녹색 파장대역일 수 있다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100 : 제 1 측정 시스템 110, 400 : 제 1 측정광 입력부
120 : 제 1 광학필터 130 : 제 1 영상 획득부
200 : 제 2 측정 시스템 210, 500 : 제 2 측정광 입력부
220 : 제 2 광학필터 230 : 제 2 영상 획득부
300, 700 : 시료 600 : 영상 획득부

Claims (5)

  1. 제 1 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 1 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 1 측정광 입력부와, 상기 제 1 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 광학필터와, 상기 제 1 광학필터를 통과한 제 1 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 1 측정 시스템; 및
    상기 제 1 광학 측정 방식과 다른 제 2 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 2 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 2 측정광 입력부와, 상기 제 2 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 2 광학필터와, 상기 제 2 광학필터를 통과한 제 2 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 2 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 측정 방식과 다른 제 3 광학 측정 방식을 이용하여 물체의 3차원 형상을 측정하는 것으로서, 제 3 파장대역의 측정광을 시료에 조사하는 제 3 측정광 입력부와, 상기 제 3 파장대역의 측정광만을 선택적으로 투과시키는 제 3 광학필터와, 상기 제 3 광학필터를 통과한 제 3 파장대역 반사광 이미지를 획득하는 제 3 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 파장대역의 제 1 측정광을 시료에 조사하는 제 1 측정광 입력부;
    제 2 파장대역의 제 2 측정광을 시료에 조사하는 제 2 측정광 입력부; 및
    상기 시료에서 반사된 이미지를 획득한 후, 제 1 파장대역의 이미지와 제 2 파장대역의 이미지를 분리하여 출력하는 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 광학 측정방식의 알고리즘을 이용하여 상기 제 1 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하고, 상기 제 1 광학 측정방식과 상이한 제 2 광학 측정방식을 이용하여 상기 제 2 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하는 PC가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 3 파장대역의 제 3 측정광을 시료에 조사하는 제 3 측정광 입력부가 더 포함되고,
    상기 영상 획득부는 상기 시료에서 반사된 이미지를 획득한 후, 제 1 파장대역의 이미지, 제 2 파장대역의 이미지 및 제 3 파장대역의 이미지를 분리하여 출력하고,
    상기 PC는 제 1 ~ 3 광학 측정방식의 알고리즘을 이용하여 상기 제 1 ~ 3 파장대역의 이미지로부터 시료의 3차원 형상을 분석하는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 이용한 복합 검사장치.
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