KR20180095466A - 투명판을 검사하기 위한 광학 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

투명판을 검사하기 위한 광학 시스템은 입사광을 상기 투명판의 면에 보내어 상기 투명판의 면으로부터 1차 반사광 및 2차 반사광이 있게 되는 광원, 상기 투명판의 면으로부터 광을 수신하기 위한 광센서, 및 상기 1차 반사광이 상기 광센서에 도달하도록 허용하는 한편 상기 2차 반사광을 막기 위한 방어 요소를 포함한다.

Description

투명판을 검사하기 위한 광학 시스템 및 방법{OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING A TRANSPARENT PLATE}
본 발명은 투명판의 광학적 검사에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 투명판의 면 상의 오염을 검출하기 위한 광학 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마스크-검사 장치는 광원(L) 및 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)와 같은, 광 센서(C)를 포함한다. 광원(L)은 투명판(P)의 면(P1) 상에 광(입사광)(Lo)을 보낸다. 면(P1)은 입사광(Lo)을 반사하고 반사광(Lr)(1차 반사광(Lr1))을 광 센서(C)로 전달한다. 입사광(lo)과 면(P1)의 법선 사이에는 입사각(θ1)이 있고 1차 반사광(Lr1)과 면(P1)의 법선 사이에는 반사각(θ2)가 있다. 입사각(θ1)은 반사각(θ2)과 동일하다. 광 센서(C)는 면(P1) 상의 오염을 검출하기 위해 면(P1)으로부터 1차 반사광(Lr1)을 수신하여 처리한다.
하지만, 스넬의 법칙에 따르면, 입사광(Lo)의 일부("광(Lc)")는 면(P1)으로 보내지고 굴절되어, 그후 투명 평면(P)의 다른 면(P2)에 도달한다. 광(Lc)의 일부는 면(P2)으로부터 반사된다. 면(P2)으로부터 반사된 광의 일부는 면(P1)에 의해 굴절되고 2차 반사광(Lr2)이 된다. 이러한 프로세스는 광이 광 센서(C)에 의해 검출되기에 너무 약해질 때까지 계속된다.
도 2를 참조하면, 광 센서(C)가 1차 반사광(Lr1)에 더하여 2차 반사광(Lr2) 또는 면(1)에 의해 굴절되고 면(P2)으로부터 반사된 다른 광을 수신하기 때문에 중첩된 이미지들이 있다. 예를 들어, 면(P1) 상에 오염(A)이 있고 면(P2) 상에 오염(B)이 있다. 광 센서(C)는 오염들(A 및 B) 모두를 검출한다. 따라서, 면(P1) 상의 오염(A)은 효과적으로 검출될 수 없다. 이에 더하여, 판(P)이 기준점 없는 투명한 요소이기 때문에, 촛점 거리를 결정하기가 어렵고, 또한 이것은 검사의 효율성을 더 감소시킨다.
상기에서 언급된 문제를 극복하기 위해, 투명판(P) 상에 광을 보내기 위해 선형적인 광원을 제공하는 것에 의해 스캔되는 범위를 확대하고 중첩된 이미지들을 삭제하고자 하는 시도가 있어 왔는데, 이때 입사각(θ1)은 대략 85 도로 설정된다. 즉, 입사광(Lo)은 면(P1)에 근접한다. 이 접근법은 광 센서(C)를 2차 반사광으로부터 숨긴다. 하지만, 오염의 그림자는 입사각(θ1)이 작아지면 작아질수록 더 길어지고, 긴 그림자는 오염의 크기를 결정하는 것을 어렵게 만든다. 게다가, 입사광이 무화(atomization), 기름 또는 지문과 같은 평면적인 오염의 이미지를 생성하는 것은 어렵다.
상기의 문제점을 해결하기 위해, 2 개의 광원들을 가지는 마스크-검사 장치를 제공하려는 시도가 있어 왔다. 이 접근법은 오염의 크기의 오판의 문제를 해결한다. 하지만, 이것은 마스크-검사 장치의 비용을 불가피하게 증가시킨다.
본 발명은 그러므로 종래 기술이 직면한 문제점들을 제거 또는 적어도 경감시키고자 한다.
본 발명의 목적은 2 개의 면들을 포함하는 투명판을 검사하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 상기 광학적 방법은 상기 투명판의 상기 제1 면 근처에 광원 및 광 센서를 마련하는 단계를 포함한다. 상기 광원은 상기 투명판의 상기 제1 면 상에 입사광을 보낸다. 상기 광 센서는 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 광을 수신한다. 격자는 상기 투명판의 상기 제1 면과 상기 광원 및 상기 광 센서 모두 사이에 위치된다. 상기 격자는 입사 경로 및 반사 경로를 포함한다. 상기 입사광은 상기 입사 경로를 통해 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달한다. 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터의 1차 반사광만 상기 반사 경로를 통해 상기 광 센서에 도달하는 한편, 2차 반사광 및 상기 투명판의 상기 제2 면으로부터 반사되고 상기 투명판의 상기 제1 면에 의해 굴절되는 다른 광은 상기 격자에 의해 막힌다. 그후, 상기 투명판은 상기 광원, 상기 광 센서 및 상기 격자에 대하여 움직여서, 이로써 상기 제1 면 상에 오염이 있는지 결정하기 위해 상기 전체 제1 면을 스캐닝하게 된다.
본 발명의 다른 목적은 2 개의 면들을 포함하는 투명판을 검사하기 위한 광학 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 상기 광학 시스템은 상기 투명판의 상기 제1 면 상에 광을 보내기 위한 광원, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 광을 수신하기 위한 광 센서, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 상기 광의 일부를 막기 위한 격자를 포함한다. 상기 광 센서는 상기 투명판이 상기 광원, 상기 광 센서 및 상기 격자에 대하여 움직일 때 상기 투명판의 상기 제1 면의 영역들을 연속적으로 스캔한다. 상기 광원 및 상기 광 센서는 상기 격자의 일 측 상에 위치되는 한편 상기 투명 판은 상기 격자의 다른 측 상에 위치된다. 상기 격자는 입사 경로와 반사 경로를 포함한다. 상기 입사광은 상기 입사 경로를 통해 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달한다. 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터의 1차 반사광만이 상기 반사 경로를 통해 상기 광 센서에 도달하는 한편 2차 반사광 및 상기 투명판의 상기 제2 면으로부터 반사되고 상기 투명판의 상기 제1 면에 의해 굴절되는 다른 광은 상기 격자에 의해 막힌다.
본 발명의 다른 목적들, 장점들, 및 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 도면들을 참조하여 종래 기술의 측면에서 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 기술될 것이다.
도 1은 종래의 마스크-검사 장치의 전면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 마스크-검사 장치에 의해 획득되는 투명판의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명판을 검사하기 위한 광학 시스템의 전면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 광학 시스템에 의해 획득되는 투명판의 이미지이다.
도 5는 도 3에 도시된 광학 시스템에서 실행되는 광학적 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 반도체 제품, 패널 또는 패키지에서 사용되기 위한 투명판(80)을 검사하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원(10), 광 센서(20) 및 격자(30)를 포함하는 광학적 시스템이 제공되어 있다. 투명판(80)은 제1 면(81) 및 제2 면(82)을 포함한다. 광원(10)은 할로겐 램프, LED 램프, 고주파 형광 램프, 금속 램프, 제논 램프 또는 보이는 또는 보이지 않는 광을 방출하는 레이저 램프일 수 있다. 광 센서(20)는 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementrary metal-oxide semiconductor) 요소일 수 있다. 격자(30)는 광을 막는다.
광원(10) 및 광 센서(20)는 투명판(80)의 제1 면(81) 측에 위치된다. 광원(10) 및 광 센서(20)는 제1 면(81)의 법선(In)의 2 개의 서로 다른 측면들 상에 위치된다.
격자(30)는 광원(10) 및 광 센서(20)가 격자(30)의 일 측 상에 있는 한편, 투명판(80)은 격자(30)의 다른 측 상에 있도록 배치된다. 격자(30)는 법선(In)으로부터 동일한 거리에 있는, 입사 경로(31) 및 반사 경로(32)를 포함한다.
광원(10)은 투명판(80)의 제1 면(81) 상에 입사광(Lo)을 보낸다. 투명판(80)의 제1 면(81)은 입사광(Lo)을 반사시켜 1차 반사광(Lr1)을 광 센서(20)로 보낸다. 입사광(Lo)의 입사각(θ1)은 1차 반사광(Lr1)의 반사각(θ2)과 동일하다. 입사각(θ1)은 바람직하게 15 내지 45 도이다. 보다 바람직하게, 입사각(θ1)은 27 내지 33 도이다.
입사 경로(31)의 폭은 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm이다. 반사 경로(32)의 폭은 1차 반사광(Lr1)과 투명판(80)의 제2 면(82)으로부터의 2차 반사광(Lr2) 사이의 거리보다 작다. 그러므로, 1차 반사광(Lr1)이 반사 경로(32)를 지날 때 2차 반사광(Lr2) 및 제2 면(82)으로부터 반사되고 제1 면(81)에 의해 굴절된 다른 광은 격자(30)에 의해 막히게 된다. 그러므로, 광 센서(20)는 2차 반사광(Lr2) 및 제2 면(82)으로부터 반사되고 제1 면(81)에 의해 굴절된 다른 광은 수신되지 않는다. 반사 경로(32)의 폭은 바람직하게 0.2 내지 20 mm이다.
그러므로, 광원(10)으로부터 투명판(80) 상에 보내진 입사광(Lo)은 소정의 각으로 한정되는데, 이로써 투명판(80)으로부터 1차 반사광(Lr1)은 광 센서(20)에 도달하는 것이 허용되지만 광 센서(20)를 2차 반사광(Lr2)으로부터 숨기게 된다.
도 4를 참조하면, 제1 면(81) 상에 오염(A)이 있고, 제2 면(82) 상에 오염(B)이 있다. 하지만, 광 센서(20)는 단지 1차 반사광(Lr1)만 수신하고 오염(A)의 이미지를 제공하지만, 2차 반사광(Lr2)을 수신하지 않거나 오염(B)의 이미지를 제공하지 않는다.
도 5를 참조하면, 광학적 방법은 투명판(80)을 검사하는 것이 실행된다. 투명판(80)의 두께는 2 개의 면들(81 및 82) 사이의 거리이다.
(a)에서, 광원(10)은 예를 들어 투명판(80)의 제1 면(81) 근처에 위치된다. 광원(10)은 제1 면(81) 상에 광을 보낸다.
(b)에서, 입사 경로(31)는 광원(10)과 투명판(80) 사이에 위치되는 격자(30) 내에서 만들어진다. 입사 경로(31)의 폭은 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm이다. 광원(10)은 입사 경로(31)를 통해 투명판(80)의 제1 면(81) 상에 입사광(Lo)을 보낸다. 입사광(Lo)과 제1 면(81)의 법선 사이에는 입사각(θ1)이 있다. 입사각(θ1)은 바람직하게 15 내지 45 도이고, 보다 바람직하게, 27 내지 33 도이다. 투명판(80)의 제1 면(81)은 입사광(Lo)의 일부를 반사시키고 이로써 1차 반사광(Lr1)을 제공한다.
(c)에서, 격자(30)는 반사 경로(32)를 가지게 만들어진다. 반사 경로(32) 및 입사 경로(31)는 제1 면(81)의 법선의 2 개의 서로 다른 측면들 상에 위치된다. 1차 반사광(Lr1)은 반사 경로(32)를 통해 투명판(80)의 제2 면(82)에 도달한다. 반사 경로(32)의 폭은 1차 반사광(Lr1)과 2차 반사광(Lr2) 사이의 거리보다 작다. 그러므로, 2차 반사광(Lr2) 및 2차 반사광(Lr2) 이후의 다른 광은 1차 반사광(Lr1)이 반사 경로(32)를 지날 때 격자(30)에 의해 막히게 된다. 그러므로, 광 센서(20)는 2차 반사광(Lr2) 및 2차 반사광(Lr2) 이후의 어떤 다른 광을 수신하지 않는다. 반사 경로(32)의 폭은 바람직하게 0.2 내지 20 mm이다.
(d)에서, 반사 경로(32)를 통해 제1 면(81)으로부터 1차 반사광을 수신하기 위한 광 센서(20)가 마련된다. 광 센서(20)는 투명판(80)의 제1 면(81) 근처에 위치된다. 광 센서(20) 및 광원(10)은 투명판(80)의 제1 면(81)의 법선(In)의 서로 다른 측면들 상에 위치된다. 광 센서(20)는 격자(30)의 반사 경로(32)를 통해 투명판(80)의 제1 면(81)으로부터 1차 반사광(Lr1)을 수신한다. 광 센서(20)는 2차 반사광(Lr2) 또는 제2 면(82)으로부터 반사되고 제1 면(81)에 의해 굴절되는 다른 광을 수신하지 않는데, 이것들은 격자(30)에 의해 막힌다.
(e)에서, 투명판(80)은 투명판(80)의 제1 면(81) 상에 오염이 있는지 여부를 결정하기 위해 투명판(80)의 제1 면(81) 전체의 이미지를 제공하기 위해 광원(10), 광 센서(20) 및 격자(30)에 대하여 움직이게 된다. 광원(10), 광 센서(20) 및 격자(30)가 제 자리를 유지하고 작동하는 동안 투명판(80)은 법선(In)에 수직한 방향으로 움직이게 된다. 이로써, 광 센서(20)는 투명판(80)의 제1 면(81) 내의 모든 영역들로부터 1차 반사광(Lr1)을 연속적으로 수신한다. 광 센서(20)는 1차 반사광(Lr1)을 전하로 변환시킨다. 1차 반사광(Lr1)이 강하면 강할수록, 전하는 커진다. 전하는 1차 반사광(Lr1)의 세기를 결정하는 데 사용된다. 그러므로, 제1 면(81) 내의 영역 상에 오염이 있다면 제1 면(81)의 일 영역으로부터 1차 반사광(Lr1)은 상대적으로 약해질 것이다. 따라서, 광 센서(20)는 투명판(80)의 제1 면(81) 내의 모든 영역들로부터 1차 반사광(Lr1)을 연속적으로 수신하고 이에 따라 투명판(80)의 전제 제1 면(81)의 이미지를 제공한다. 그러므로, 투명판(80)의 제1 면(81) 상의 오염의 크기, 형태 및 종류는 결정될 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 격자(30)는 2차 반사광(Lr2) 및 제2 면(82)으로부터 반사되고 제1 면(81)에 의해 굴절되는 다른 광을 막는다. 이로써, 투명판(80)의 제1 면(81)으로부터 반사된, 1차 반사광(Lr1)만 광 센서(20)에 도달한다. 따라서, 제1 면(81)의 이미지는 제2 면(82)의 이미지로 방해받지 않는다. 따라서, 본 발명의 광학 시스템은, 원자화, 기름 또는 지문조차도, 투명판(80)의 제1 면(81) 상의 오염의 크기, 형태 및 종류를 효과적으로 결정한다.
게다가, 광 센서(20)는 검사될 것으로 예상되는, 투명판(80)의 제1 면(81)으로부터 1차 반사광(Lr1)만 수신하고, 반사광은 특정되고, 촛점은 빠르고, 검사는 효율적이다. 동시에, 보통의 광원이 본 발명의 광학 시스템에 사용될 수 있어, 광학 시스템의 비용이 이로써 낮다.
본 발명은 바람직한 실시예의 설명을 통해 기술되었다. 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 바람직한 실시예로부터 변형들을 유도할 수 있다. 그러므로, 바람직한 실시예는 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 한정하지 않아야 한다.

Claims (11)

  1. 검사될 제1 면 및 제2 면을 포함하는 투명판을 검사하기 위한 방법에 있어서,
    상기 투명판의 상기 제1 면 근처에 광원을 마련하는 단계. 상기 광원은 상기 투명판의 상기 제1 면 상에 입사광을 보내고;
    상기 투명판의 상기 제1 면 근처에 광 센서를 마련하는 단계. 상기 광 센서는 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 광을 수신하고;
    상기 투명판의 상기 제1 면과 상기 광원 및 상기 광 센서 모두 사이에 격자를 마련하는 단계. 상기 격자는 입사 경로 및 반사 경로를 포함하고, 상기 입사광은 상기 입사 경로를 통해 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달하고, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터의 1차 반사광만 상기 반사 경로를 통해 상기 광 센서에 도달하는 한편, 2차 반사광 및 상기 투명판의 상기 제2 면으로부터 반사되고 상기 투명판의 상기 제1 면에 의해 굴절되는 다른 광은 상기 격자에 의해 막히고; 및
    상기 광원, 상기 광 센서 및 상기 격자에 대하여 상기 투명판을 이동시켜, 이로써 상기 제1 면 상에 오염이 있는지 결정하기 위해 상기 전체 제1 면을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입사광은 15 내지 45 도의 입사각에서 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 경로는 0.1 내지 0.5 mm의 폭을 가지게 만들어지는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 경로는 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광 사이의 거리보다 작은 폭을 가지게 만들어지는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 반사 경로의 폭은 0.2 내지 20 mm인, 방법.
  6. 검사될 제1 면 및 제2 면을 포함하는 투명판을 검사하기 위한 광학 시스템에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 투명판의 상기 제1 면 상에 광을 보내기 위한 광원, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 광을 수신하기 위한 광 센서, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터 상기 광의 일부를 막기 위한 격자를 포함하고;
    상기 광 센서는 상기 투명판이 상기 광원, 상기 광 센서 및 상기 격자에 대하여 움질일 때 상기 투명판의 상기 제1 면의 영역들을 연속적으로 스캔하고;
    상기 광원 및 상기 광 센서는 상기 격자의 일 측 상에 위치되는 한편 상기 투명 판은 상기 격자의 다른 측 상에 위치되고;
    상기 격자는 입사 경로와 반사 경로를 포함하고, 상기 입사광은 상기 입사 경로를 통해 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달하고, 상기 투명판의 상기 제1 면으로부터의 1차 반사광만이 상기 반사 경로를 통해 상기 광 센서에 도달하는 한편 2차 반사광 및 상기 투명판의 상기 제2 면으로부터 반사되고 상기 투명판의 상기 제1 면에 의해 굴절되는 다른 광은 상기 격자에 의해 막히는, 광학 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 입사광은 15 내지 45 도의 입사각에서 상기 투명판의 상기 제1 면에 도달하는, 광학 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 입사 경로는 0.1 내지 0.5 mm의 폭을 가지게 만들어지는, 광학 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 반사 경로는 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광 사이의 거리보다 작은 폭을 가지게 만들어지는, 광학 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 반사 경로의 폭은 0.2 내지 20 mm인, 광학 시스템.
  11. 투명판을 검사하기 위한 광학 시스템에 있어서, 상기 투명판의 일 면에 입사광을 보내어 상기 투명판의 상기 면으로부터 1차 반사광 및 2차 반사광이 있게 되는 광원, 상기 투명판의 상기 면으로부터 광을 수신하기 위한 광 센서, 및 상기 1차 반사광이 상기 광 센서에 도달하도록 허용하는 한편 상기 2차 반사광을 막기 위한 방어 요소를 포함하는, 광학 시스템.
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