KR20230144843A - 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법 - Google Patents

다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 트레이에 수납한 상태에서 기판의 불량 여부를 검사하는 방법에 있어서, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 Z축 이동없이 초점거리를 가변하면서 트레이에 수납된 검사 기판의 각 검사영역에 대하여 N개의 이미지를 촬영하는 단계, 상기 각 검사영역에 대한 N개의 이미지 중 M(N보다 작은 자연수)개의 이미지를 추출하는 단계, 상기 M개의 이미지 중에서 검사 이미지를 결정하는 단계 및 상기 결정된 검사 이미지들을 이용하여 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 검사 대상 기판을 트레이에 수납한 상태로 초점 조절 장치 또는 카메라 등의 Z 축 방향 이동 없이도 검사 대상 기판의 최적 검사 이미지를 획득할 수 있어 검사 속도를 높이고 검사 정확도를 높임으로써 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법{In-tray Inspection Method Using Multi Optical Array System}
본 발명은 기판 검사 방법으로서, 보다 상세하게는 기판을 트레이에 수납한 상태에서 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 Z축 이동 없이 초점거리를 가변시키면서 최적의 검사 이미지를 획득할 수 있는 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법에 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 기판은 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.
통상의 검사장치는 사출 성형된 트레이에 기판이 수납된 상태로 이를 이송하면서 검사를 수행하는데, 플라스틱 트레이는 약 200ㅅm의 평탄도 오차가 발생한다.
이러한 트레이의 평탄도 오차로 인하여 트레이에 담긴 기판의 높이 차가 발생할 수 있고, 이로 인하여 기판의 이미지를 고해상도로 촬영할 경우 측정 영역별로 심도 차가 커져 검사 오류를 발생시키는 문제가 있다.
이러한 트레이의 평탄도 오차 또는 기판의 휨 등에 의한 검사 오류를 방지하기 위하여 한국등록특허 제1436573호는 트레이에 수납된 기판과의 거리를 측정하고, 기판과의 거리 정보를 기초로 촬영 유닛의 초점을 조절하면서 기판을 검사하는 방식을 적용하고 있다.
한편, 한국등록특허 제1169982호는 이전 관측영역의 높이 추세 정보를 이용하여 대상 관측영역에 대한 측정 모듈의 높이를 조정하여 기판의 높이 변위량 만큼 카메라의 높이를 보정해 주는 방식을 적용하고 있다.
그러나, 한국등록특허 제1436573호는 거리에 따라 초점 초절부가 Z 축 방향으로 이동하면서 초점을 조절해야 하고, 한국등록특허 제1169982호는 기판의 높이 변위량 만큼 카메라를 Z축으로 이동시켜야 하므로 검사 시간이 증가 되는 문제가 발생한다.
한국등록특허 제1436573호 "기판 검사장치" 한국등록특허 제1169982호 "기판 검사방법"
종래의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 복수의 기판을 트레이에 수납한 상태에서 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 Z축 이동 없이 초점거리를 가변시키면서 최적의 검사 이미지를 획득할 수 있어, 트레이의 평탄도가 균일하지 않아도 균일한 초점 거리를 갖는 검사 이미지를 획득할 수 있는 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법은 복수의 기판을 트레이에 수납한 상태에서 기판의 불량 여부를 검사하는 방법에 있어서, 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 Z축 이동없이 초점거리를 가변하면서 트레이에 수납된 검사 기판의 각 검사영역에 대하여 N개의 이미지를 촬영하는 단계, 각 검사영역에 대한 N개의 이미지 중 M(N보다 작은 자연수)개의 이미지를 추출하는 단계, M개의 이미지 중에서 검사 이미지를 결정하는 단계 및 상기 결정된 검사 이미지들을 이용하여 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이때, M개의 이미지는 미리 결정된 초점거리 간격에 대응되는 이미지들이 선택될 수 있다.
또한, 초점거리 간격은 촬영 이미지의 픽셀 해상도 값에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면 검사 대상 기판을 트레이에 수납한 상태로 초점 조절 장치 또는 카메라 등의 Z 축 방향 이동 없이도 검사 대상 기판의 최적 검사 이미지를 획득할 수 있어 검사 속도를 높이고 검사 정확도를 높임으로써 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사를 위한 장치 구성도.
도 2는 도 1의 다중 광학 어레이의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 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 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사를 위한 장치 구성도로, 광원(10), 촬영 장치(20), 다중 광학 어레이 시스템(30)을 포함한다.
광원(10)은 트레이(40)에 수납된 검사 기판(50) 검사를 위한 광을 조사하기 위한 수단으로서, 예를 들면 백색광을 조사할 수 있다.
촬영 장치(20)는 트레이(40)에 수납된 검사 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 각 검사 영역별로 초점이 가변된 N개의 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 예시로 한다.
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 촬영 장치(20)를 통해 검사 기판의 각 검사 영역에 대하여 N개의 이미지를 획득하고 이를 이용하여 검사 기판(50)의 불량 여부를 판단하기 위한 제어부를 포함한다.
이때, 제어부는 각 검사영역에 대한 N개의 이미지 중 M(N보다 작은 자연수)개의 이미지를 추출하고, M개의 이미지 중에서 검사 이미지를 결정한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 광원(10)을 구동시켜 검사 광을 출사시킨 후 다중 광학 어레이 시스템(30)의 구동을 제어하여 검사 기판(50) 표면의 각 검사 영역에 입사되는 광의 초점 거리를 조절한다(S100).
이때, 초점 거리는 다중 광학 에레이(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(102).
이어서, 미리 설정된 검사 이미지의 개수(N개)가 획득되었는지 판단(S104)하고, N개 이미지가 획득 될 때까지 초점 거리 조절 단계(S100)와 이미지 촬영 단계(S102)를 반복한다.
제어부는 각 검사영역에 대한 N개의 이미지 촬영이 완료되면 N개의 이미지 중에 N보다 작은 자연수인 M개의 이미지를 추출한다(S106).
즉, N개 이미지를 모두 추출할 경우 연산 시간이 오래 걸리는 단점이 있으므로 연산 속도 개선을 위하여 미리 설정된 M개의 이미지만을 추출할 수 있다.
이때, M개의 이미지는 미리 결정된 초점거리 간격에 대응되고, 초점거리 간격은 촬영 이미지의 픽셀 해상도 값에 의해 결정될 수 있다.
이어서, M개의 검사 이미지 중에 최적의 검사 이미지를 결정하고(S108), 검사 기판(50)의 다른 검사 영역에 대한 상술한 최적 검사 이미지 결정 과정을 반복한다.
이후, 검사 영역별로 최적의 검사 이미지가 결정이 완료되면 이를 연산 처리하여 검사 기판(50)의 불량 여부를 판단한다.
이와 같이 본 발명은 트레이의 평탄도가 균일하지 않을 경우 Z축 방향으로의 이동이 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 : 트레이
50 : 검사 기판
f1, f2, fn : 초점 거리

Claims (3)

  1. 기판을 트레이에 수납한 상태에서 기판의 불량 여부를 검사하는 방법에 있어서,
    다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 Z축 이동없이 초점거리를 가변하면서 트레이에 수납된 검사 기판의 각 검사영역에 대하여 N개의 이미지를 촬영하는 단계;
    상기 각 검사영역에 대한 N개의 이미지 중 M(N보다 작은 자연수)개의 이미지를 추출하는 단계;
    상기 M개의 이미지 중에서 검사 이미지를 결정하는 단계;
    상기 결정된 검사 이미지들을 이용하여 기판의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 M개의 이미지는 미리 결정된 초점거리 간격에 대응되는 이미지들이 선택되는 것을 특징으로 하는 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 초점거리 간격은 촬영 이미지의 픽셀 해상도 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법.


KR1020220044030A 2022-04-08 2022-04-08 다중 광학 어레이 시스템을 이용한 인-트레이 검사 방법 KR20230144843A (ko)

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