KR20230144833A - 스테이지 평탄도를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법 - Google Patents

스테이지 평탄도를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테이지 상에 안착된 검사 대상 기판의 불량 여부를 검사하는 방법에 있어서, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 스테이지를 스캔하는 단계, 검사 스테이지 상의 모든 검사 영역별 복수 개의 초점 거리에 대한 스캔 이미지를 분석하여 각 영역별 최적 초점 거리를 결정하고 저장하는 단계, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 영역별 이미지를 촬영하는 단계, 상기 검사 영역의 위치에 따라 미리 설정된 최적 초점 거리의 이미지를 추출하는 단계 및 상기 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 검사 대상 기판이 안착되는 스테이지의 평탄도가 균일하지 않은 경우에도 별도의 기구 장치를 추가하지 않으며, Z 축 방향 이동 없이도 균일한 해상도의 최적의 검사 이미지를 획득할 수 있어 검사 속도를 높이고 검사 정확도를 높임으로써 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

스테이지 평탄도를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법{Inspection Method Based on Optimal Focus Length Considering Flatness of Stage}
본 발명은 기판 검사 방법으로서, 보다 상세하게는 스테이지의 각 부분의 평탄도 차이를 고려하여 스테이지 상에 위치한 검사 대상물에 대하여 각 검사 영역별로 최적의 초점 거리 이미지를 획득할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)은 각종 전자부품을 표면에 실장하여 최종 회로를 구성하는 기판으로 반도체, 멀티미디어 기기, 통신기기, 각종 전자제품, 자동차 등 관련 산업에서 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 인쇄회로기판의 일반적인 제조 과정을 간략히 언급하자면, 안팎으로 동을 붙인 적층판을 재료로 하여 배선 패턴 필름을 사용하여 표면을 감광성 수지막에 노광하고, 이 감광성 수지의 특성을 사용하여 동을 원하는 패턴으로 에칭하여 배선 패턴(도금 패턴)을 형성한다. 이후 프레스기를 이용하여 패턴측과 절연층을 적층하고, 패턴층간의 전기적 접속을 위해 구멍을 형성한 후, 상기 구멍을 통하여 적층된 여러 층 사이를 전기적으로 연결시킨다. 이후 공기에 접해 동이 산화하는 것을 막거나 외적인 충격으로 동이 볏겨지는 것을 막거나 금속으로 인한 쇼트방지를 위해 포토 솔더 레지스트(PSR부, Photo-imageable Solder Resist)를 사용하여 배선 부분 등을 커버한다.
이후 인쇄회로기판을 검사하는 단계를 수행하게 된다.
한편, 반도체 기술 발달에 따라 반도체 배선 폭이 나노(Nano) 단위까지 감소되고 있어 반도체를 안착시키는 인쇄회로기판의 배선 폭은 더욱 감소하게 되었으며, 반도체의 다양한 기능 확대로 인하여 반도체 핀의 수는 증가하게 되면서 이러한 반도체 PCB에 대하여 정상/불량을 명확하게 검사하는 것이 반도체가 포함된 전체 시스템의 신뢰성 향상을 위하여 매우 중요하게 되었다.
통상적으로 인쇄회로기판은 제조가 완료되면 CO2 등을 이용한 클리닝 공정을 거친 후 프린팅된 회로패턴에 대한 검사가 수행되고, 검사가 완료된 기판은 불량 여부에 따라 양품과 불량품으로 분류된 후에 양품에 대한 레이저 마킹 공정을 수행하게 된다.
이러한 PCB 검사는 일반적으로 비전 검사 방식으로 이루어지는데, 검사대상 PCB를 스테이지 상에 안착시킨 후 카메라를 이용하여 해당 검사대상 PCB을 양품과 불량품으로 분류하게 된다.
한편, 반도체 칩은 매우 메사한 회로가 형성되거나 전자 부품이 실장되기 때문에 높은 수준의 치수 정밀도가 요구되는데, 측정 치수 정밀도와 심도는 반비례 관계이므로 측정 치수 정밀도를 높이면 심도가 작아지게 된다.
심도가 작으면 정확한 초점이 맺히는 구간이 작아지게 되어 정확한 초점거리가 요구된다.
이러한 높은 수준의 치수 정밀도의 검사에서는 스테이지의 평탄도의 불균일도 큰 문제가 될 수 있다. 즉, 평탄도의 불균일로 인해 측정 대상물의 측정 높이가 가변되면 평탄면을 기준으로 설정된 초점거리에서 촬영된 영상의 해상도가 낮아져서 정확한 검사가 이루어지지지 못하는 문제가 발생한다.
이와 관련하여, 검사 정확도 향상을 위한 스테이지의 평탄도 확보 기술로 한국공개특허 제2011-0075587호와 한국등록특허 제1618849가 제안된바 있다.
한국공개특허 제2011-0075587호는 스테이지의 각 위치별 테두리의 평탄도를 측정하는 검출 수단과 스테이지를 하부에서 지지하며, 높이 조절이 가능한 복수의 지지부재를 이용하여 스테이지의 각 위치별 평탄도에 따라 높이 스테이지의 각 위치별 높이를 조절함으로써 스테이지의 평탄도를 확보하는 방식을 적용하고 있다.
한국등록특허 제1618849호는 레이저 센서로 스테이지의 평탄도를 측정하고, 평탄도에 이상이 있으면 스테이지의 하부에 위치한 교정판을 교정 높이만큼 상부로 이동시켜 스테이지의 평탄도를 정상으로 교정하는 방식을 적용하고 있다.
그런데, 종래의 이러한 평탄도 교정 방식은 스테이지의 높이를 조절하기 위한 별도의 높이 조절 장치를 설치해야 하므로 장치 구성이 복잡해지고, 스테이지의 높이 조절을 위한 시간이 많이 소용됨에 따라 검사 시간이 길어지는 단점이 있다.
한국공개특허 제2011-0075587호 "기판검사장치 및 스테이지의 평탄도 보정방법" 한국등록특허 제1618849호 "스테이지의 평탄도 교정이 용이한 반도체 검사 장치"
종래의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 별도의 기구 장치의 추가나 Z축 이동 없이 초점 거리를 가변시키면서 스테이지의 평탄도를 보상한 최적의 검사 이미지를 획득할 수 있는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리에 기반한 검사 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 스테이지를 스캔하는 단계, 검사 스테이지 상의 모든 검사 영역별 복수 개의 초점 거리에 대한 스캔 이미지를 분석하여 각 영역별 최적 초점 거리를 결정하고 저장하는 단계, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 영역별 이미지를 촬영하는 단계, 상기 검사 영역의 위치에 따라 미리 설정된 최적 초점 거리의 이미지를 추출하는 단계 및 상기 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법이 제공된다.
여기서, 상기 최적 초점 거리의 이미지는 최적 초점 거리에 해당하는 이미지의 프레임 번호를 중심으로 전후 1 개 이상의 프레임 이미지를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르면, 스테이지 평탄도 오차 예상값에 기초하여 초점 거리의 범위를 결정하는 단계, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치를 통해 검사 영역별로 다수개의 초점 거리에서 촬영된 검사대상 기판의 이미지를 획득하는 단계, 상기 촬영된 검사대상 기판의 이미지 중에서 상기 초점 거리의 범위에 속하는 이미지를 추출하는 단계 및 상기 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 검사 대상 기판이 안착되는 스테이지의 평탄도가 균일하지 않은 경우에도 별도의 기구 장치를 추가하지 않으며, Z 축 방향 이동 없이도 균일한 해상도의 최적의 검사 이미지를 획득할 수 있어 검사 속도를 높이고 검사 정확도를 높임으로써 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리에 기반한 검사를 위한 장치 구성도.
도 2는 도 1의 다중 광학 어레이의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리에 기반한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 스테이지 평탄도를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사장치의 구성도로, 광원(10), 촬영 장치(20), 다중 광학 어레이 시스템(30)을 포함한다.
광원(10)은 스테이지(40)에 안착되는 검사 대상 기판(50)의 검사를 위한 광을 조사하기 위한 수단으로서, 예를 들면 백생광을 조사할 수 있다.
촬영 장치(20)는 검사 대상 기판(50)의 표면에서 반사된 광을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서(미도시함)를 포함하고, 검사 대상 기판(50)을 복수의 검사 영역으로 구획하여 검사 영역별로 이미지를 획득한다.
또한, 촬영 장치(20)는 스테이지(40)의 각 검사 영역에 대하여 초점 거리가 가변되는 복수의 이미지를 촬영한다.
다중 광학 어레이 시스템(30) 일정하게 배열된 복수의 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 개별적으로 구동됨에 따라 Z-축의 이동이 없이도 초고속으로 초점을 가변하는 시스템이다.
이를 위하여, 다중 광학 어레이 시스템(30)은 제 1 빔 스플리터(31), 대물렌즈(32), 제 2 빔 스플리터(33), 다중 광학 어레이(34), 낙사 조명(35)을 포함할 수 있다.
광원(10)에서 방출된 빛의 일부는 제 1 빔 스플리터(31)에서 반사되어 대물렌즈(32)를 통해 검사 대상 기판(50)으로 입사되고, 검사 대상 기판(50)에서 반사된 빛이 대물렌즈(32), 제1 빔 스플리터(31)를 통과한 후 제 2 빔 스플리터(33)로 입사된다.
제 2 빔 스플리터(33)로 입사된 빛의 일부가 광학 어레이(34)로 입사되고, 광학 어레이(34)로부터 반사된 빛의 일부가 제 2 빔 스플리터(33)에서 반사되어 촬영 장치(20)로 입사된다.
도 2는 도 1의 다중 광학 어레이의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 실시예에서는 다중 광학 어레이(34)로서 곡률을 갖는 마이크로 미러가 조각으로 나누어 반도체 웨이퍼 상에 배치된 마이크로 미러 어레이를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 광학 어레이(34)는 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로 미러 어레이가 각각 개별 회전함에 따라 광 반사 경로가 가변된다.
즉, 다중 광학 어레이(34)는 별도의 초점 조절 수단과 Z 축 방향의 이동이 없이도 초고속으로 초점 거리(f1, f2, ··· fn)를 가변할 수 있다.
아울러, 도면에는 도시되지 않았으나 본 발명은 다중 광학 어레이 시스템(30)을 제어하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치(20)로 검사 스테이지를 스캔하고, 검사 스테이지 상의 모든 검사 영역별 복수 개의 초점 거리에 대한 스캔 이미지를 분석하여 각 영역별 최적 초점 거리를 결정하고 저장하는 제어부를 포함한다.
또한, 제어부는 다중 광학 어레이 시스템(20)을 제어하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치(20)가 검사 영역별 이미지를 촬영하도록 하고, 검사 영역의 위치에 따라 미리 설정된 최적 초점 거리의 이미지 또는 최적 초점 거리를 중심으로 일정 초점 거리값 범위의 이미지를 추출하고 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리에 기반한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 도 3의 스테이지 스캔 단계를 설명하기 위한 참고 도면이다.
우선, 광원(10)을 구동시켜 검사 광을 출사시킨 후, 도 4에 도시된 바와 같이 다중 광학 어레이 시스템(30)의 구동을 제어하여 초점 거리를 가변하면서 스테이지(40)이 상면을 스캔한다(S100).
이때, 초점 거리는 다중 광학 어레이(34)의 각 미러의 반사 각도를 개별적으로 회전시킴으로써 Z축 이동없이 조절할 수 있으며 연속적으로 변화한다.
촬영 장치(20)는 다중 광학 어레이 시스템(30)의 동작과 동기화되어 검사영역에 대한 이미지를 촬영한다.
이어서, 제어부는 스테이지 상의 모든 검사 영역별 복수 개의 초점 거리에 대한 스캔 이미지를 분석(S104)하고, 각 영역별로 해상도가 가장 높은 이미지에 해당하는 초점 거리를 최적의 초점 거리로 결정하고 저장한다(S106).
즉, 스테이지의 평탄도가 균일하지 않을 경우 동일한 초점 거리로 검사 이미지를 획득하는 경우 검사 영역별로 해상도 차이가 발생하고 이로 인하여 검사 정확도가 저하될 수 있다.
이에 본 발명은 스테이지의 각 영역별 최적의 해상도를 갖는 이미지에 대응되는 최적 초점 거리를 사전에 결정하고 저장한다.
이때, 최적의 초점 거리는 촬영 이미지에 대한 프레임 넘버 정보 등이 될 수 있다.
이어서, 제어부는 다중 광학 어레이 시스템(30)을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치(20)를 통해 검사 영역별 이미지를 촬영하도록 한다(S108).
다음으로, 촬영 장치(20)를 통해 획득된 검사 영역별 이미지 중에 검사 영역의 위치에 따라 미리 설정된 최적 초점 거리에 해당하는 이미지를 추출한다(S110). 이 때 이미지는 상술한 바와 같이, 최적 초점 거리에 해당하는 이미지의 프레임 번호를 중심으로 복수 개의 프레임 이미지일 수 있다. 즉, 예를 들어 최적 초점 거리에 해당하는 이미지의 프레임 번호가 10번인 경우 9,10,11번의 3개 이미지, 8,9,10,11,12번의 5개 이미지를 검사 이미지로 결정할 수 있다.
이후, 제어부는 추출된 최적 초점 거리에 해당하는 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단한다(S112).
본 발명의 다른 일 실시예에서는 초점 거리를 가변하면서 스테이지(40)이 상면을 스캔하는 과정을 생략할 수 있다. 이 경우, 스테이지 평탄도 오차를 예상하여, 오차값에 대응되는 초점 거리의 범위를 결정하고, 제어부가 다중 광학 어레이 시스템(30)을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치(20)를 통해 검사 영역별로 다수개의 초점 거리에서 촬영된 이미지가 획득되면, 다수개의 이미지 중에서 미리 결정된 초점 거리의 범위에 해당하는 이미지들만을 선별하여 기판의 검사를 수행하는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명은 스테이지의 평탄도가 균일하지 않을 경우 스테이지의 평탄도 보정과 같은 복잡한 구성이나 초점 거리 가변수단, 촬영장치 Z축 방향 이동 등을 통한 검사 시간 지연 없이도 초고속으로 초점 거리를 가변시키면서 검사 이미지를 획득할 수 있어 검사 속도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
10 : 광원 20 : 촬영 장치
30 : 다중 광학 어레이 시스템
31 : 제 1 빔 스플리터 32 : 대물렌즈
33 : 제 2 빔 스플리터 34 : 다중 광학 어레이
35 : 낙사 조명
40 : 스테이지
50 : 검사 대상 기판
f1, f2, fn : 초점 거리

Claims (3)

  1. 스테이지 상에 안착된 검사 대상 기판의 불량 여부를 검사하는 방법에 있어서,
    다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 스테이지를 스캔하는 단계;
    검사 스테이지 상의 모든 검사 영역별 복수 개의 초점 거리에 대한 스캔 이미지를 분석하여 각 영역별 최적 초점 거리를 결정하고 저장하는 단계;
    다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 검사 영역별 이미지를 촬영하는 단계;
    상기 검사 영역의 위치에 따라 미리 설정된 최적 초점 거리의 이미지를 추출하는 단계;
    상기 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적 초점 거리의 이미지는 최적 초점 거리에 해당하는 이미지의 프레임 번호를 중심으로 전후 1 개 이상의 프레임 이미지를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법.
  3. 스테이지 평탄도 오차 예상값에 기초하여 초점 거리의 범위를 결정하는 단계;
    다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치를 통해 검사 영역별로 다수개의 초점 거리에서 촬영된 검사대상 기판의 이미지를 획득하는 단계;
    상기 촬영된 검사대상 기판의 이미지 중에서 상기 초점 거리의 범위에 속하는 이미지를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 이미지를 검사 이미지로 사용하여 검사 대상 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 평탄도 오차를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110075587A (ko) 2009-12-28 2011-07-06 엘아이지에이디피 주식회사 기판검사장치 및 스테이지의 평탄도 보정방법
KR101618849B1 (ko) 2015-01-23 2016-05-09 아메스산업(주) 스테이지의 평탄도 교정이 용이한 반도체 검사 장치

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