KR20180095467A - 광학 스크리닝 장치를 가지는 광학 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

광학적 스크리닝 장치는 박스 및 광원을 포함한다. 상기 박스는 2 개의 챔버들을 포함한다. 제1 챔버는 출구를 가지고 만들어지는 입사 경로를 포함한다. 제2 챔버는 입구 및 출구를 가지고 만들어지는 반사 경로를 포함한다. 상기 광원은 상기 제1 챔버로 삽입되고 상기 입사 경로의 출구를 통해 상기 박스 외부에 위치되는 검사되는 물체의 제1 면 상에 입사광을 보내기에 적합하여 1차 반사광이 상기 검사되는 물체의 상기 제1 면으로부터 상기 반사 경로의 입구를 거쳐 상기 제2 챔버로 들어가고 또한 상기 반사 경로의 출구를 통해 상기 제2 챔버로부터 나온다. 상기 반사 경로의 입구는 상기 1차 반사광만 상기 제2 챔버로 들어가는 것을 허용하기 위해 작은 폭을 가지고 만들어진다.

Description

광학적 스크리닝 장치를 가지는 광학적 검사 장치{OPTICAL INSPECTING APPARATUS WITH AN OPTICAL SCREENING DEVICE}
본 발명은 광학적 검사에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평면으로부터 1차 반사광만 수신하는 광학적 검사 장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마스크-검사 장치에는 광원(L) 및 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)와 같은, 광 센서(C)를 포함하는 광학적 검사 장치가 구비되어 있다. 광원(L)은 투명판(P)의 면(P1) 상에 광(입사광)(Lo)을 보낸다. 면(P1)은 입사광(Lo)을 반사시키고 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)을 지나 굴절되고, 그후 투명판(P)의 다른 면(P2)에 도달한다. 광(Lc)의 일부는 면(P2)으로부터 반사되게 된다. 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(P2)으로부터 반사되고 면(P1)에 의해 굴절된 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 원자화(atomization), 기름 또는 지문과 같은 평면적인 오염의 이미지를 생성하는 것은 어렵다.
상기의 문제점을 해결하기 위해, 2 개의 광원들을 가지는 광학적 검사 장치를 제공하려는 시도가 있어 왔다. 이 접근법은 오염의 크기의 오판의 문제를 해결한다. 하지만, 이것은 광학적 검사 장치의 비용을 불가피하게 증가시킨다.
본 발명은 그러므로 종래 기술이 직면한 문제점들을 제거 또는 적어도 경감시키고자 한다.
본 발명의 목적은 광학적 검사 장치에 광학적 스크리닝 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 광학적 스크리닝 장치는 박스 및 광원을 포함한다. 상기 박스는 2 개의 챔버들을 포함한다. 제1 챔버는 출구를 가지게 만들어지는 입사 경로를 포함한다. 제2 챔버는 입구 및 출구를 가지게 만들어지는 반사 경로를 포함한다. 상기 광원은 상기 제1 챔버로 삽입되고 상기 입사 경로의 출구를 통해 상기 박스 외부에 위치되는 검사되는 물체의 제1 면 상에 입사광을 보내기에 적합하여 1차 반사광이 상기 검사되는 물체의 상기 제1 면으로부터 상기 반사 경로의 입구를 거쳐 상기 제2 챔버로 들어가고 또한 상기 반사 경로의 출구를 통해 상기 제2 챔버로부터 나온다. 상기 반사 경로의 입구는 상기 1차 반사광만 상기 제2 챔버로 들어가는 것을 허용하기 위해 작은 폭을 가지게 만들어진다.
본 발명의 다른 목적은 효과적인 검사 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 광학적 검사 장치는 광원, 광 센서 및 광학적 스크리닝 장치를 포함한다. 광원은 검사되는 물체의 일 면 상에 입사광을 보내어 상기 검사되는 물체의 면이 1차 반사광 및 적어도 2차 반사광을 제공하게 한다. 광학적 스크리닝 장치는 1차 반사광이 광 센서에 도달하도록 허용하지만 2차 반사광은 막는다.
본 발명의 다른 목적들, 장점들, 및 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 도면들을 참조하여 종래 기술의 측면에서 실시예들의 상세한 설명을 통해 기술될 것이다.
도 1은 종래의 광학적 검사 장치의 전면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 광학적 검사 장치에 의해 획득되는 투명판의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학적 검사 장치의 전면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학적 검사 장치의 전면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 광학적 검사 장치를 포함하는 기계의 전면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 2 개의 광학적 검사 장치들을 포함하는 다른 기계의 전면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 광학적 검사 장치에 의해 검사되는 투명판의 전면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 광학적 검사 장치에 의해 획득되는 투명판의 이미지이다.
도 3을 참조하면, 반도체 장치, 패널 또는 패키지에서 사용되기 위한 물체(60)가 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학적 스크리닝 장치(10)를 포함하는 광학적 장치에 의해 검사될 수 있다. 검사되는 물체(60)는 마스크, 기판 또는 유리 또는 석영으로 만들어진 패널일 수 있다. 광학적 스크리닝 장치(10)는 박스(11) 및 광원(12)을 포함한다.
박스(11)는 2 개의 챔버들(111 및 112), 챔버 내의 입사 경로(13), 및 챔버(112) 내의 반사 경로(16)를 포함한다. 입사 경로(13)는 챔버(111)와 소통하는 출구(131)를 포함한다. 입사 경로(13)의 출구(131)는 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm이다. 반사 경로(16)는 챔버(112)와 소통하는 입구(161) 및 챔버(112)와 소통하는 출구(162)를 포함한다. 반사 경로(16)의 입구(161)는 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm의 폭을 가지게 만들어진다. 반사 경로(16)의 출구(162)는 바람직하게 0.2 내지 20 mm의 폭을 가지게 만들어진다.
광학적 스크리닝 장치(10)는 바람직한 실시예에 있어서 2 개의 챔버들(111 및 112)을 포함하는 단일 박스(11)를 포함한다. 하지만, 다른 실시예에 있어서 광학적 스크리닝 장치(10)는 2 개의 박스들을 포함할 수 있고, 박스들 각각이 단일 챔버를 포함할 수 있다.
광원(12)은 할로겐 램프, LED 램프, 고주파 형광 램프, 금속 램프, 제논 램프 또는 CCD 또는 CMOS에 의해 검출될 수 있는 보이는 또는 보이지 않는 광선을 방출하는 레이저 램프일 수 있다. 광원(12)은 챔버(111) 내에 삽입된다.
광원(12)은 광을 보낸다. 광원으로부터 보내지는 광의 일부는 입사 경로(13)의 출구(131)를 통해 챔버(111)로부터 나오고 이하의 설명에서 "입사광(Lo)"으로 지칭될 것이다. 그후, 입사광(Lo)은 검사되는 물체(60)의 제1 면의 법선으로부터 측정되는 입사각(θ1)에서 검사되는 물체(60)의 제1 면에 도달한다. 입사각(θ1)은 바람직하게 15 내지 45 도이고, 보다 바람직하게는 27 내지 33 도이다. 입사 경로의 출구(131)의 폭은 0.1 내지 0.5 mm이다.
검사되는 물체(60)의 제1 면은 입사광(Lo)의 일부를 반사시키고 이로써 입사각(θ1)과 동일한 반사각(θ2)에서 1차 반사광(Lr1)을 제공한다. 1차 반사광(Lr1)은 반사 경로(16)의 입구(161)를 거쳐 챔버(112)로 진입한다. 검사되는 물체(60)가 투명판일 때, 반사 경로(16)의 입구(161)는 1차 반사광(Lr1)을 투명판(P)의 제1 면으로부터 챔버(112)로 들어가도록 할 만큼만 충분히 넓다. 박스(11)는 2차 반사광(Lr2) 또는 검사되는 물체(60)의 제2 면으로부터 반사되고 검사되는 물체(60)의 제1 면에 의해 굴절되는 다른 광을 막는다. 반사 경로(16)의 출구(162)의 폭은 입구(161)의 폭 및 위치에 따라 만들어진다. 바람직하게, 반사 경로(16)의 출구(162)의 폭은 입구(161)보다 더 크게 만들어진다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학적 스크리닝 장치(10)가 있다. 제2 실시예는 이에 더하여 2 개의 조정 유닛들을 포함하는 것을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 제1 조정 유닛은 출구(131)의 폭 및 위치를 제어하기 위해 챔버(111) 내에 위치된다. 제2 조정 유닛은 입구(161)의 폭 및 위치를 제어하기 위해 챔버(112) 내에 위치된다.
제1 조정 유닛은 2 개의 연장가능한 바이저들(visors, 141 및 142) 및 적어도 하나의 구동 요소(145)를 포함한다. 연장가능한 바이저들(141 및 142) 각각은 구동 요소(145)에 의해 이동가능하다. 그러므로, 입사 경로(13)의 출구(131)의 위치 및 폭은 조정가능하다. 따라서, 입사각(θ1)은 입사 경로(13)의 출구(131)의 위치를 변경하는 것에 의해 조정될 수 있다. 입사 경로(13)의 출구(131)의 위치는 입사각(θ1)이 15 내지 45 도가 되도록 설정된다. 입사광(Lo)의 폭은 입사 경로(13)의 출구(131)의 폭을 변경하는 것에 의해 조정될 수 있다. 입사 경로(13)의 출구(131)의 폭은 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm이다.
유사하게, 제2 조정 유닛은 2 개의 연장가능한 바이저들(171 및 172) 및 적어도 하나의 구동 요소(175)를 포함한다. 연장가능한 바이저들(171 및 172) 각각은 구동 요소(175)에 의해 이동가능하다. 그러므로, 반사 경로(16)의 입구(161)의 위치 및 폭은 조정가능하다. 따라서, 반사각(θ2)은 반사 경로(16)의 입구(161)의 위치를 변경하는 것에 의해 조정될 수 있다. 반사 경로(16)의 입구(161)의 위치는 반사각(θ2)이 15 내지 45 도가 되도록 설정된다. 1차 반사광(Lr1)의 폭은 반사 경로(16)의 입구(161)의 폭을 변경하는 것에 의해 조정될 수 있다. 반사 경로(16)의 입구(161)의 폭은 바람직하게 0.1 내지 0.5 mm이다.
도 5를 참조하면, 광학적 검사 기계는 프레임(50), 프레임(50) 상에 지지되는 작업테이블(51), 작업테이블(51) 상에서 이동가능한 캐리어(52), 및 작업테이블(51) 상에 위치되는 단일의 광학적 검사 장치(55)를 포함한다. 검사되는 물체(60)는 캐리어(52) 위에 놓이게 된다. 검사되는 물체(60)의 상부면만 한번에 검사된다.
광학적 검사 장치(55)는 광학적 스크리닝 장치(10) 및 광 센서(56)를 포함한다. 광 센서(56)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 요소이다. 광학적 스크리닝 장치(10)의 광원(12)으로부터 보내지는 입사광과 검사되는 물체(60)의 상부면의 법선 사이의 입사각(θ1)이 있다. 법선과 광 센서(56)에 의해 수신되는 반사광의 반사각(θ2)이 있다. 입사각(θ1)은 반사각(θ2)과 동일하다. 광원(12)과 광 센서(56)는 데이터를 계산, 비교 및 분석하기 위한 프로세싱 유닛(70)에 전기적으로 연결되어 있다. 프로세싱 유닛(70)은 디스플레이(75)를 포함한다. 프로세싱 유닛(70)은 광원(12)으로부터 보내지는 입사광의 세기를 제어하고 디스플레이(75) 상에 광 센서(56)에 의해 수신되는 반사광에 기초하여 검사되는 물체(60)의 이미지를 보여준다. 따라서, 검사되는 물체(60) 상의 오염의 위치, 크기, 형태 및 종류는 결정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 광학적 검사 기계에는 2 개의 광학적 검사 장치들(55)이 구비되어 있을 수 있다. 광학적 검사 장치들(55) 중 하나는 작업테이블(51) 상에 위치되는 한편 다른 광학적 검사 장치(55)는 작업테이블(51) 아래에 위치된다. 따라서, 검사되는 물체(60)의 상부 및 하부 면들은 동시에 검사된다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 광학적 검사 기계는 검사되는 물체(60)의 상부면 상의 오염을 검출하는 데 사용된다. 상기에서 언급되는 바와 같이, 검사되는 물체(60)는 프레임(50)의 캐리어(52) 상에 위치되어 캐리어(52)가 작업테이블(51) 상에서 이동가능하게 된다. 프로세싱 유닛(70)은 광학적 스크리닝 장치(10)의 광원이 광을 보내도록 하는 데 사용된다. 광의 일부는 입사 경로(13)의 출구(131)를 통해 박스(11)의 챔버(111)로부터 나오고 검사되는 물체(60)의 상부면 상에 보내지는 입사광(Lo)이 된다. 입사광(Lo)의 일부는 검사되는 물체(60)의 상부면으로부터 반사되어 1차 반사광(Lr1)이 된다. 입사각(θ1)은 반사각(θ2)과 동일하다. 1차 반사광(Lr1)은 반사 경로(16)의 입구(161)를 거쳐 박스(11)로 진입하고 챔버(112)의 반사 경로(16)의 출구(162)를 통해 박스(11)를 빠져나온다. 광 센서(56)는 1차 반사광(Lr1)을 수신한다. 반사 경로(16)의 입구(161)의 한정된 폭으로 인해, 박스(11)의 챔버(112)는 2차 반사광(Lr2) 및 검사되는 물체(60)의 하부면으로부터 반사되고 검사되는 물체(60)의 상부면에 의해 굴절되는 다른 광으로부터 피해져 있다. 따라서, 2차 반사광(Lr2) 및 검사되는 물체(60)의 하부면으로부터 반사되고 검사되는 물체(60)의 상부면에 의해 굴절되는 다른 광은 막히게 된다. 검사되는 물체(60)의 상부면 상의 오염(A)만이 광 센서(56)에 의해 생성되는 검사되는 물체(60)의 이미지 상에 보여진다. 검사되는 물체(60)의 하부면 상의 오염은 광 센서(56)에 의해 생성되는 검사되는 물체(60)의 이미지 상에 보이지 않는다.
광 센서(56)는 캐리어(52)가 검사되는 물체(60)가 연속적으로 움직이는 동안 검사되는 물체(60)의 상부면의 모든 영역으로부터 1차 반사광(Lr1)을 수신한다. 1차 반사광(Lr1)의 모든 에너지는 전하로 변환된다. 1차 반사광(Lr1)이 강하면 강할수록, 전하는 커진다. 1차 반사광(Lr1)의 세기는 전하의 양에 따라 결정된다. 일 영역 상에 오염이 있다면 검사되는 물체(60)의 상부면의 그 영역으로부터 1차 반사광(Lr1)의 세기는 상대적으로 낮다. 따라서, 검사되는 물체(60)의 상부면의 모든 영역들로부터 광 센서(56)로 보내지는 1차 반사광(Lr1)의 세기는 검사되는 물체(60)의 상부면 상의 오염의 위치, 크기, 형태 및 종류를 결정하기 위해 검사되는 물체(60)의 전체 상부면의 이미지를 제공하도록 프로세싱된다.
상기에서 설명된 바와 같이, 광학적 스크리닝 장치(10)의 입사 경로(13) 및 반사 경로(16)를 가지고, 검사되는 물체(60)의 상부면으로부터 1차 반사광(Lr1)만 도달하고, 검사되는 물체(60)의 하부면으로부터 반사되고 검사되는 물체(60)의 상부면에 의해 굴절되는 광은 차단된다. 이로써, 검사되는 물체(60)의 하부면 상의 오염은 검사되는 물체(60)의 상부면의 이미지 상에 보이지 않는다. 따라서, 검사되는 물체(60)의 상부면 상의 오염의 위치, 크기, 형태, 위치 및 종류는 효과적으로 결정될 수 있다. 게다가, 원자화, 기름, 지문 또는 갈라짐들과 같은 평면적인 오염물이 검출될 수 있다.
본 발명은 실시예들의 설명을 통해 기술되었다. 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실시예들로부터 변형들을 유도할 수 있다. 그러므로, 실시예들은 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 한정하지 않아야 한다.

Claims (14)

  1. 광학적 스크리닝 장치에 있어서,
    출구를 가지게 만들어진 입사 경로를 포함하는 제1 챔버; 및 입구 및 출구를 가지게 만들어진 반사 경로를 포함하는 제2 챔버를 포함하는 박스;
    상기 제1 챔버 내에 삽입되고 입사광을상기 입사 경로의 출구를 통해 상기 박스 외부에 위치되는 검사되는 물체의 일 면 상에 보내어 1차 반사광이 상기 반사 경로의 입구를 거쳐 상기 검사되는 물체의 상기 면으로부터 상기 제2 챔버로 들어가고 상기 반사 경로의 출구를 통해 상기 제2 챔버로부터 나가기에 적합한 광원을 포함하고,
    상기 반사 경로의 입구는 상기 1차 반사광이 상기 제2 챔버로 진입하는 것을 허용하기 위해 작은 폭을 가지게 만들어지는, 광학적 스크리닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 할로겐 램프, LED 램프, 고주파 형광 램프, 금속 램프, 제논 램프 또는 레이저 램프로 구성된 군으로부터 선택되는, 광학적 스크리닝 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 경로는 상기 입사광이 입사각 15 내지 45 도에서 상기 검사되는 물체의 상기 면에 도달하도록 배치되는, 광학적 스크리닝 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 챔버 내에 마련되고 상기 입사 경로의 출구의 폭과 위치를 조정하도록 작동가능한 조정 유닛을 더 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 2 개의 연장가능한 바이저들을 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 상기 연장가능한 바이저들을 구동시키기 위한 모터를 더 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 경로의 출구는 0.1 내지 0.5 mm의 폭을 가지게 만들어지는, 광학적 스크리닝 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 챔버 내에 마련되고 상기 반사 경로의 입구의 위치 및 폭을 조정하도록 작동가능한 조정 유닛을 더 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 2 개의 연장가능한 바이저들을 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 상기 연장가능한 바이저들을 구동시키기 위한 모터를 더 포함하는, 광학적 스크리닝 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 경로의 입구는 0.1 내지 0.5 mm의 폭을 가지게 만들어지는, 광학적 스크리닝 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 경로의 출구는 0.2 내지 20 mm의 폭을 가지게 만들어지는, 광학적 스크리닝 장치.
  13. 광학적 검사 기계에 있어서,
    프레임;
    상기 프레임 상에 지지되는 작업테이블;
    상기 작업테이블 상에 검사되는 물체를 나르기 위해 작동가능한 캐리어; 및
    상기 검사되는 물체의 적어도 일 면을 검사하기 위한 적어도 하나의 광학적 검사 장치를 포함하고, 상기 광학적 검사 장치는 제 1 항에 따른 광학적 스크리닝 장치 및 상기 광학적 스크리닝 장치를 통해 상기 검사되는 물체로부터 1차 반사광을 수신하기 위한 광 센서를 포함하는, 광학적 검사 기계.
  14. 광학적 검사 장치에 있어서,
    검사되는 물체의 일 면 상에 입사광을 보내어 상기 검사되는 물체의 면이 1차 반사광 및 적어도 2차 반사광을 제공하도록 하는 광원;
    광 센서; 및
    상기 1차 반사광이 상기 광 센서에 도달하는 것을 허용하지만 상기 2차 반사광은 막는 광학적 스크리닝 장치를 포함하는, 광학적 검사 장치.
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