KR20240074984A - 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치 - Google Patents

다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240074984A
KR20240074984A KR1020220153451A KR20220153451A KR20240074984A KR 20240074984 A KR20240074984 A KR 20240074984A KR 1020220153451 A KR1020220153451 A KR 1020220153451A KR 20220153451 A KR20220153451 A KR 20220153451A KR 20240074984 A KR20240074984 A KR 20240074984A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
substrate
inspected
inspection
focus
Prior art date
Application number
KR1020220153451A
Other languages
English (en)
Inventor
김성현
유상혁
Original Assignee
주식회사 크레셈
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 크레셈 filed Critical 주식회사 크레셈
Publication of KR20240074984A publication Critical patent/KR20240074984A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/40—Optical focusing aids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8809—Adjustment for highlighting flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8854—Grading and classifying of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N2021/95638—Inspecting patterns on the surface of objects for PCB's

Abstract

본 발명은 검사 대상 기판으로 광을 조사하여 검사 대상 기판과 초점 거리를 가변시키면서 검사 대상 기판에서 반사된 광을 촬영 장치로 제공하는 가변 초점 광학계와, 상기 가변 초점 광학계와 연동하여 검사 대상 기판에 대해 초점 거리가 가변되는 복수의 이미지를 촬영하는 촬영 장치, 상기 촬영 장치로부터 인가되는 이미지를 일정 주기 단위로 캡쳐하여 서로 다른 다수의 초점거리에 대응되는 초점 이미지를 추출하고, 각 초점 이미지의 선명도를 산출하여 최대 선명도를 갖는 초점 이미지를 최적 이미지로 결정하여 이미지 저장부에 저장하는 이미지 그래버, 상기 이미지 그래버로부터 제공되는 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판에 대응되게 저장하는 이미지 저장부 및, 상기 이미지 저장부에 저장된 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판의 검사 이미지로 사용하여 불량 여부를 결정하는 검사 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 이미지 그래버에서 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수의 이미지들 중 선명도가 최대인 이미지를 메모리에 저장하고, 검사 제어부에서 메모리에 저장된 이미지를 검사 이미지로 이용하여 기판 불량 검사를 수행함으로써, 검사 속도와 선명도를 높여 기판의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치 {Board Inspection Apparatus Using Multi Variable-Focus Optical System}
본 발명은 서로 다른 초점 거리의 이미지를 이용하여 기판 검사를 수행하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미지 그래버에 탑재된 FPGA 로직에서 서로 다른 초점 거리에서 촬영된 다수의 이미지들 중 선명도가 최대인 1개의 이미지만을 메모리에 저장하고, 검사부에서 메모리에 저장된 1개의 이미지를 이용하여 보다 신속하게 기판 검사를 수행할 수 있는 기술에 관한 것이다.
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 PCB를 양품과 불량품으로 분류하게 된다.
한편, 반도체 기판은 매우 미세한 회로가 형성되거나 전자 부품이 실장되기 때문에 높은 수준의 치수 정밀도가 요구되는데, 측정 치수 정밀도와 심도는 반비례 관계이므로 측정 치수 정밀도를 높이면 심도가 작아지게 된다.
이에, 심도가 작으면 정확한 초점이 맺히는 구간이 작아지게 되어 정확한 초점거리가 요구된다.
이와 관련하여, 초점 거리를 가변하여 검사 이미지를 획득하는 일본 특허등록 제7047725호와 일본 특허등록 제5851200호가 제안된 바 있다.
일본 특허등록 제7047725호에는 초점 위치가 가변인 광학계와, 광학계를 통해 대상물로부터의 빛을 받는 것에 의해서 화상을 생성하는 촬상 소자와, 초점 위치를 조절하는 초점 조절부와, 초점 조절부에 의해서 초점 위치가 조절되었을 때에 생성된 검사 화상 중의 제1 영역에 근거하여 대상물을 검사하고, 검사 결과를 출력하는 검사부와, 검사 화상 중의 제2 영역에 근거하여 대상물의 검사 대상 개소에 대한 신뢰성을 평가하고, 평가 결과를 출력하는 평가부를 구비하는 검사 시스템이 개시되어 있다.
일본 특허등록 제5851200호에는 검사 대상과 측정점을 포함한 평면상의 기판에 대해서 서로 방향이 다른 제1 조사 방향 및 제2 조사 방향으로 방사선이 조사되도록, 기판이 유지되는 유지 기준 위치와 방사선 발생기의 초점 위치 중 적어도 한편을 이동시키는 이동 제어 수단과, 기판에 대해서 제1 조사 방향으로 방사선을 조사했을 경우에 상대 초점 위치와 상대 투영 위치를 연결하는 직선과, 기판에 대해서 제2 조사 방향으로 방사선을 조사했을 경우에 상대 초점 위치와 상대 투영 위치를 연결하는 직선과의 교점의 위치를 측정점의 위치로서 특정하는 측정점 위치 특정 수단과, 측정점의 위치에 근거하여 특정한 검사 대상의 위치에 대해서 검사를 실행하는 검사 수단을 구비하는 검사 시스템이 개시되어 있다.
그런데, 이러한 초점 가변 방식을 이용한 기판 검사 시스템은 초점 가변을 위해 별도의 초점 조절을 위한 이동 수단을 구비해야 하므로, 장치 구성이 복잡해지고, 초점 위치 조절을 위한 시간이 많이 소요됨에 따라 검사 시간이 길어지는 단점이 있다.
이에 본 출원인은 다중 광학 어레이 시스템을 이용하여 검사 대상 기판과의 초점 거리를 가변시키면서 서로 다른 초점 거리에 대한 이미지를 복수개 촬영하고, 이들 중 최적 초점 거리의 이미지를 선택하여 기판 검사를 수행하는 방법을 개발하여 한국특허출원 제2022-0044001호와 한국특허출원 제2022-0044030호로 2022년 4월 8일에 출원한 바 있다.
이러한 기판 검사 시스템은 촬영된 서로 다른 초점 거리의 촬영 이미지들을 모두 메모리에 저장하고, 검사부에서 메모리에 저장된 모든 촬영 이미지를 이미지 처리하여 최적 초점 거리의 이미지를 결정한 후, 결정된 최적 초점 이미지를 사용하여 해당 검사 대상 기판에 대한 불량 여부를 판단한다.
그러나, 하나의 검사 대상 기판에 대한 불량 여부 판단을 위해 메모리에 저장된 다수의 이미지들을 각각 이미지 처리하여 최적 초점 거리의 이미지를 결정하기 위해서는 많은 시간과 부하가 요구된다.
즉, 다수의 이미지들 중 최적 초점 거리의 이미지를 결정하고, 이후 최적 초점 거리의 이미지로 결정된 이미지를 사용하여 불량 여부 판단을 수행하는 절차를 모두 검사부에서 수행함에 따라 검사부에 부하가 집중되어 기판 검사 처리 속도가 늦어지는 문제가 발생될 수 있다.
일본등록특허 제7047725호 "검사 시스템, 검사 방법 및 프로그램" 일본등록특허 제5851200호 "기판 검사 장치, 기판 검사 방법 및 기판 검사 프로그램"
종래의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 이미지 그래버에서 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수의 이미지들 중 선명도가 최대인 이미지를 메모리에 저장하고, 이미지 처리부에서 메모리에 저장된 이미지를 검사 이미지로 이용하여 보다 신속하게 기판 불량 검사를 수행할 수 있도록 해 주는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치는, 서로 다른 초점 거리의 이미지들 중 최적 초점 거리의 이미지를 이용하여 검사 대상 기판에 대한 불량 검사를 수행하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치에 있어서, 검사 대상 기판으로 광을 조사하여 검사 대상 기판과 초점 거리를 가변시키면서 검사 대상 기판에서 반사된 광을 촬영 장치로 제공하는 가변 초점 광학계와, 상기 가변 초점 광학계와 연동하여 검사 대상 기판에 대해 초점 거리가 가변되는 복수의 이미지를 촬영하는 촬영 장치, 상기 촬영 장치로부터 인가되는 이미지를 일정 주기 단위로 캡쳐하여 서로 다른 다수의 초점거리에 대응되는 초점 이미지를 추출하고, 각 초점 이미지의 선명도를 산출하여 최대 선명도를 갖는 초점 이미지를 최적 이미지로 결정하여 이미지 저장부에 저장하는 이미지 그래버, 상기 이미지 그래버로부터 제공되는 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판에 대응되게 저장하는 이미지 저장부 및, 상기 이미지 저장부에 저장된 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판의 검사 이미지로 사용하여 불량 여부를 결정하는 검사 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가변 초점 광학계는 곡률을 갖는 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 조각으로 나누어 일정하게 배열되어 구성되고, 상기 검사 제어부에 제어에 따라 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 개별적으로 구동되어 검사 대상 기판의 광 반사 경로를 가변시킴으로써, 검사 대상 기판과의 초점 거리가 가변되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 초점 광학계는 상부 박막과 하부 박막 사이에 공기보다 큰 굴절률을 갖는 일정량의 액체가 충전된 형태로 구성되어 외부로부터 인가되는 전류 신호 레벨에 따라 액체의 테두리측으로 인가되는 압력이 가변되어 박막의 곡률을 변화시킴으로써, 검사 대상 기판과의 초점 거리가 가변되는 튜너블 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 초점 광학계는 Z방향으로 이동하는 초점 거리 이동수단을 통해 검사 대상 기판과의 초점 거리를 가변시킴으로써, 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 촬영 장치는 검사 대상 기판의 각 검사 영역별 서로 다른 다수 초점 거리의 이미지를 촬영하고, 상기 이미지 그래버는 각 검사 영역별 최적 이미지를 추출하며, 상기 이미지 저장부에는 검사 대상 기판의 각 검사 영역별로 최적 이미지가 저장되고, 상기 검사 제어부는 각 검사 영역별 검사 이미지를 이용하여 하나의 검사 대상 기판에 대한 불량 여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이미지 그래버에서 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수의 이미지들 중 선명도가 최대인 이미지를 메모리에 저장하고, 검사 제어부에서 메모리에 저장된 이미지를 바로 검사 이미지로 이용하여 기판 불량 검사를 수행함으로써, 검사 속도와 선명도를 높여 기판의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치의 개략적인 구성도.
도2과 도3은 도1에 도시된 초점 가변 광학계(100)를 예시한 도면.
도4는 도1의 이미지 그래버(300)에서 획득된 다수의 초점 이미지와 이미지 저장부(400)에 저장되는 최적 이미지를 예시한 도면.
도5는 도1에 도시된 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치의 개략적인 구성도로, 초점 가변 광학계(100)와 촬영 장치(200), 이미지 그래버(300), 이미지 저장부(400) 및, 기판 검사부(500)를 포함한다.
초점 가변 광학계(100)는 검사 대상 기판(1)으로 광을 조사하여 검사 대상 기판(1)에서 반사된 광을 촬영 장치(20)로 제공하는 장치로서, 검사 대상 기판(1)과의 초점 거리를 가변시키면서 검사 대상 기판(1)에서 반사된 광을 촬영 장치(200)로 제공한다.
이때, 초점 가변 광학계(100)는 검사 대상 기판(1)의 검사를 위한 광을 조사하기 위한 광원을 구비하는데, 이 광원은 예를 들면 백색광을 조사할 수 있다.
도2와 도3은 초점 가변 광학계(100)를 예시한 도면으로, 도2에는 다중 광학 어레이 구조의 초점 가변 광학계가 도시되어 있고, 도3에는 튜너블 렌즈 구조의 초점 가변 광학계가 도시되어 있다.
먼저, 다중 광학 어레이 구조의 초점 가변 광학계(100)는 도2 (A)에 도시된 바와 같이, 일정하게 배열된 복수의 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 개별적으로 구동됨에 따라 Z-축의 이동이 없이도 초고속으로 초점을 가변하는 장치로서, 제1 빔 스플리터(111), 대물렌즈(112), 제2 빔 스플리터(113), 다중 광학 어레이(114), 낙사 조명(115) 및 광원(116)을 포함할 수 있다.
즉, 광원(116)에서 방출된 빛의 일부는 제1 빔 스플리터(111)에서 반사되어 대물렌즈(112)를 통해 검사 대상 기판(1)으로 입사되고, 검사 대상 기판(1)에서 반사된 빛이 대물렌즈(112), 제1 빔 스플리터(111)를 통과한 후 제2 빔 스플리터(113)로 입사된다. 그리고, 제2 빔 스플리터(113)로 입사된 빛의 일부가 다중 광학 어레이(114)로 입사되고, 다중 광학 어레이(114)로부터 반사된 빛의 일부가 제2 빔 스플리터(113)에서 반사되어 촬영 장치(20)로 입사된다.
도2 (B)는 도2의(A) 다중 광학 어레이(114)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예시도에서는 곡률을 갖는 마이크로 미러가 조각으로 나누어 배치된 마이크로 미러 어레이가 도시되어 있다.
즉, 다중 광학 어레이(114)는 도2(B)에 도시된 바와 같이 마이크로 미러 어레이가 각각 개별 회전함에 따라 광 반사 경로가 가변된다. 이에 따라 다중 광학 어레이(14)는 별도의 초점 조절 수단과 Z 축 방향의 이동이 없이도 초고속으로 초점 거리(f1, f2, ··· fn)를 가변할 수 있다.
또한, 튜너블 렌즈 구조의 초점 가변 광학계는 도3 (A)에 도시된 바와 같이, 제1 빔 스플리터(121), 대물렌즈(122), 튜너블 렌즈(123), 릴레이 렌즈(124) 및, 광원(125)을 포함할 수 있다.
즉, 광원(125)에서 방출된 빛의 일부는 제1 빔 스플리터(121)에서 반사되어 대물렌즈(122)를 통해 검사 대상 기판(1)으로 입사되고, 검사 대상 기판(1)에서 반사된 빛이 대물렌즈(122), 제1 빔 스플리터(121)를 통과한 후 튜너블 렌즈(123)로 입사된다. 그리고, 튜너블 렌즈(123)로 입사된 빛이 릴레이 렌즈(124)를 통해 촬영 장치(200)로 입사된다.
도3(B)는 튜너블 렌즈(123)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 튜너블 렌즈(123)는 검사 제어부(500)로부터 인가되는 전기 신호에 따라 렌즈의 곡률 반경이 변화됨으로써, 검사 대상 기판(1)과의 초점 거리를 가변시킨다.
이러한 튜너블 렌즈(123)는 상부 박막(1231)과 하부 박막(1232) 사이에 공기보다 큰 굴절률을 갖는 일정량의 액체(1233)가 충전된 형태로 구성되고, 외부로부터 인가되는 전류 신호 레벨에 따라 액체(1233)의 테두리측으로 인가되는 압력이 가변되어 상,하부 박막의 곡률을 변화시킴으로써 굴절능이 만들어지고, 이로 인해 빛의 초점 거리를 가변시키게 된다.
이때, 보다 큰 제1 레벨의 전류(I1)가 인가되는 경우에는 박막의 곡률 반경이 보다 크게 형성되어 초점(F1)이 튜너블 렌즈(123)로부터 보다 가깝게 형성되고, 보다 작은 레벨의 전류(I2)가 인가되는 경우에는 박막의 곡률반경이 보다 작게 형성되어 초점(F2)이 튜너블 렌즈(123)로부터 보다 멀게 형성된다.
즉, 튜너블 렌즈(123)로 인가되는 전류의 세기가 클수록 튜너블 렌즈(123)의 곡률 반경이 크게 되어 검사 대상 기판(1)과의 초점 거리가 짧아지는 바, 튜너블 렌즈(123)는 별도의 초점 조절 수단과 Z 축 방향의 이동이 없이도 초고속으로 초점 거리(d1,d2)를 가변할 수 있다.
한편, 도1에서 촬영 장치(200)는 검사 대상 기판(1)의 표면에서 반사된 광을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서(미도시함)를 포함하고, 가변 초점 광학계(100)와 동기하여 검사 대상 기판(1)을 촬영한다. 이때, 촬영 장치(200)는 검사 대상 기판(1)을 복수의 검사 영역으로 구획하여 검사 영역별로 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 촬영 장치(200)는 검사 대상 기판(1)에 대해 초점 거리가 가변되는 복수의 이미지를 촬영한다. 이때, 하나의 검사 대상 기판(1)이 다수의 검사 영역으로 구분된 경우, 각 검사 영역에 대하여 초점 위치가 다른 복수의 이미지를 촬영한다.
이미지 그래버(300 : image grabber)는 촬영 장치(200)로부터 인가되는 이미지를 일정 주기 단위로 캡쳐하여 서로 다른 다수의 초점거리에 대응되는 초점 이미지를 추출하고, 각 초점 이미지의 선명도를 산출하여 최대 선명도를 갖는 초점 이미지를 해당 검사 대상 기판(1)에 대한 최적 이미지로 결정하여 이미지 저장부(400)에 저장한다. 여기서, 선명도는 예컨대, 콘트라스트가 될 수 있다.
이때, 이미지 그래버(300)에는 각 초점 이미지에 대한 선명도를 산출하고, 최대 선명도를 갖는 초점 이미지를 이미지 저장부(400)에 저장하는 기능의 최적 이미지 결정모듈(미도시함)이 PC의 CPU를 거치기 전에 FPGA 등의 로직 반도체 형태로구현되어 설치될 수 있다.
즉, 이미지 그래버(300)는 검사 제어부(500)로부터 수신되는 인코더 신호를 이용하여, 촬영 장치(200)에 촬영 신호를 발생시키고, 이러한 촬영 신호에 따라 촬영 장치(200)는 초점 가변 광학계(100)를 통해 입사된 광에 대응되는 이미지를 생성하여 이미지 그래버(300)로 전송하는데, 이미지 그래버(300)는 연속적으로 입력되는 스캔 이미지를 기 설정된 초점 거리에 대응되는 주기 단위로 캡쳐하여 다수의 초점 이미지를 추출하게 된다.
또한, 이미지 그래버(300)는 촬영 장치(200)로부터 하나의 검사 대상 기판(1)에 대해 구획된 각 검사 영역별 다수의 초점 이미지를 수집하고, 각 검사 영역별 최적 이미지를 추출하여, 이를 이미지 저장부(400)에 검사 영역에 대응되게 저장할 수 있다.
도4에는 이미지 그래버(300)에서 추출한 초점 거리별 다수의 초점 이미지(A)와 최적 이미지(B)가 예시되어 있다. 즉, 도4 (A)는 이미지 그래버(300)에서 일정 검사 영역에 대해 추출한 10개의 초점 이미지(Input Image1 ~ Input Image10)이고, 도4 (B)는 이들 10개의 초점 이미지(Input Image1 ~ Input Image10) 중 선명도가 최대인 제10 초점 이미지(Input Image10)가 최적 이미지(Result Image)로 결정되어 이미지 저장부(400)에 저장된 이미지이다.
이미지 저장부(400)는 이미지 그래버(300)에서 결정된 최적 이미지를 저장한다. 즉, 이미지 저장부(400)에는 도4 (A)와 같이 하나의 검사 대상에 대한 서로 다른 초점 거리의 10개 이미지 중 도4 (B)와 같이 하나의 최적 초점 거리에 해당하는 이미지만이 저장된다.
검사 제어부(500)는 초점 가변 광학계(100)를 제어하여 초점 거리를 가변하면서 촬영 장치(200)로 검사 대상 기판(1)을 스캔하도록 제어하고, 이미지 저장부(400)에 저장된 최적 이미지를 분석하여 해당 검사 대상 기판(1)에 대한 불량 여부를 판단한다. 이때, 검사 제어부(500)는 검사 대상 기판(1)의 각 검사 영역별로 획득한 다수의 서로 다른 초점 거리의 이미지들 중 각 검사 영역별 최적 초점 거리의 이미지를 결정하고, 각 검사 영역별 최적 초점 거리의 이미지를 이용하여 하나의 검사 대상 기판(1)에 대한 불량 여부를 판단할 수 있다.
도5는 도1에 도시된 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 검사 제어부(500)는 광원을 구동시켜 검사 광을 출사시킨 후, 초점 가변 광학계(100)의 구동을 제어하여 초점 거리를 가변하면서 검사 대상 기판(1)을 스캔한다(ST100). 즉, 촬영 장치(200)는 초점 가변 광학계(100)의 동작과 동기화되어 검사 대상 기판(1)를 촬영하는 바, 초점 가변 광학계(100)에 의해 시간에 따라 서로 다른 초점 거리를 갖는 이미지로 이루어지는 스캔 이미지를 출력하게 된다.
이때, 촬영 장치(200)에서 촬영된 영상은 이미지 그래버(300)로 전송되고, 이미지 그래버(300)는 촬영 장치(200)를 통해 수신되는 스캔 이미지로부터 서로 다른 각 초점 거리별 다수의 초점 이미지를 캡쳐하여 내부 메모리에 일시 저장한다(ST200). 즉, 이미지 그래버(300)는 스캔 이미지에서 기 설정된 시간 단위로 이미지를 캡쳐하여 서로 다른 초점 거리를 갖는 초점 이미지들을 획득한다.
이어, 이미지 그래버(300)는 내부 메모리에 저장된 각 초점 이미지별 선명도값을 산출한다(ST300). 이때, 이미지 그래버(300)는 초점 이미지를 이진화 처리한 후, 해당 이진화 이미지를 이용하여 선명도 값을 산출할 수 있다.
이후, 이미지 그래버(300)는 상기 ST300 단계에서 산출된 초점 이미지별 선명도를 비교하여 선명도가 최대인 초점 이미지를 추출하고, 이를 최적 이미지로서 이미지 저장부(400)에 저장한다(ST400). 이때, 이미지 그래버(300)는 최적 이미지를 상기 ST100 단계에서 촬영된 검사 대상 기판(1)에 대응되게 저장한다.
그리고, 검사 제어부(500)는 이미지 저장부(400)에 저장된 해당 검사 대상 기판의 최적 이미지를 호출하여 일련의 이미지 처리를 수행하고, 이를 분석하여 검사 대상 기판(1)에 대한 불량 여부를 결정한다(ST500).
또한, 본 발명은 초점 가변 광학계(100)를 통해 획득한 서로 다른 초점 거리의 다수개 이미지를 처리하는 방법에 주된 특징이 있는 것으로, Z방향으로 이동하는 서보모터, 스텝모터, DC모터, 피에조모터 등의 초점 거리 이동수단을 구비하고 이 초점 거리 이동수단을 통해 검사 대상 기판과의 초점 거리를 가변시킴으로써 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수 이미지를 획득하도록 구성된 초점 가변 광학계에도 적용하여 실시할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 초점 거리 가변 장치를 통해 촬영장치를 수집된 다수의 초점 거리별 이미지 중 이미지 그래버에서 선명도가 최대인 최적 초점 거리의 이미지를 미리 결정하여 이미지 저장부에 저장함으로써, 검사 제어부에서 이미지 저장부에 저장된 하나의 검사 이미지만을 이미지 처리하여 보다 신속하게 검사 대상 기판에 대한 불량 검사를 수행할 수 있게 된다.
100 : 초점 가변 광학계, 200 : 촬영 장치,
300 : 이미지 그래버, 400 : 이미지 저장부,
500 : 검사 제어부,
111, 121 : 제1 빔 스플리터 112, 122, : 대물렌즈,
113 : 제2 빔 스플리터 114 : 다중 광학 어레이,
115 : 낙사 조명, 116, 125 : 광원,
123 : 튜너블 렌즈, 124 : 릴레이 렌즈,
1 : 검사 대상 기판.

Claims (5)

  1. 서로 다른 초점 거리의 이미지들 중 최적 초점 거리의 이미지를 이용하여 검사 대상 기판에 대한 불량 검사를 수행하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치에 있어서,
    검사 대상 기판으로 광을 조사하여 검사 대상 기판과 초점 거리를 가변시키면서 검사 대상 기판에서 반사된 광을 촬영 장치로 제공하는 가변 초점 광학계와,
    상기 가변 초점 광학계와 연동하여 검사 대상 기판에 대해 초점 거리가 가변되는 복수의 이미지를 촬영하는 촬영 장치,
    상기 촬영 장치로부터 인가되는 이미지를 일정 주기 단위로 캡쳐하여 서로 다른 다수의 초점거리에 대응되는 초점 이미지를 추출하고, 각 초점 이미지의 선명도를 산출하여 최대 선명도를 갖는 초점 이미지를 최적 이미지로 결정하여 이미지 저장부에 저장하는 이미지 그래버,
    상기 이미지 그래버로부터 제공되는 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판에 대응되게 저장하는 이미지 저장부 및,
    상기 이미지 저장부에 저장된 최적 이미지를 해당 검사 대상 기판의 검사 이미지로 사용하여 불량 여부를 결정하는 검사 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 초점 광학계는, 곡률을 갖는 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 조각으로 나누어 일정하게 배열되어 구성되고, 상기 검사 제어부에 제어에 따라 마이크로 미러 또는 마이크로 렌즈 어레이가 개별적으로 구동되어 검사 대상 기판의 광 반사 경로를 가변시킴으로써, 검사 대상 기판과의 초점 거리가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 초점 광학계는, 상부 박막과 하부 박막 사이에 공기보다 큰 굴절률을 갖는 일정량의 액체가 충전된 형태로 구성되어 외부로부터 인가되는 전류 신호 레벨에 따라 액체의 테두리측으로 인가되는 압력이 가변되어 박막의 곡률을 변화시킴으로써, 검사 대상 기판과의 초점 거리가 가변되는 튜너블 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 초점 광학계는 Z방향으로 이동하는 초점 거리 이동수단을 통해 검사 대상 기판과의 초점 거리를 가변시킴으로써, 서로 다른 초점 거리를 갖는 다수 이미지를 획득하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촬영 장치는 검사 대상 기판의 각 검사 영역별 서로 다른 다수 초점 거리의 이미지를 촬영하고,
    상기 이미지 그래버는 각 검사 영역별 최적 이미지를 추출하며,
    상기 이미지 저장부에는 검사 대상 기판의 각 검사 영역별로 최적 이미지가 저장되고,
    상기 검사 제어부는 각 검사 영역별 검사 이미지를 이용하여 하나의 검사 대상 기판에 대한 불량 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치.
KR1020220153451A 2022-11-16 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치 KR20240074984A (ko)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240074984A true KR20240074984A (ko) 2024-05-29

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5276643B2 (ja) 弱い光及び蛍光の光の用途において信号対ノイズ比、解像度、又は合焦品質を犠牲にすることなく検査速度を最適化するための方法
KR100793182B1 (ko) 라인센서 카메라를 이용한 반도체 기판의 결함검출장치 및방법
US9606071B2 (en) Defect inspection method and device using same
KR101656045B1 (ko) 웨이퍼 검사 시스템 및 방법
JP3729154B2 (ja) パターン欠陥検査方法及びその装置
US7301620B2 (en) Inspecting apparatus, image pickup apparatus, and inspecting method
US8681211B2 (en) High speed optical inspection system with adaptive focusing
JP2016166789A (ja) 検査装置および検査方法
JP4852098B2 (ja) レーザ加工装置
JP5208896B2 (ja) 欠陥検査装置およびその方法
JP2007205828A (ja) 光学画像取得装置、パターン検査装置、光学画像取得方法、及び、パターン検査方法
KR20240074984A (ko) 다중 초점 가변 광학계를 이용한 기판 검사 장치
JPWO2010137637A1 (ja) 形状測定装置、形状測定方法、および、製造方法
JP2017009514A (ja) 突起検査装置及びバンプ検査装置
KR101423276B1 (ko) 표면형상 측정장치
KR102024112B1 (ko) 검사 방법
KR101394436B1 (ko) 3차원 표면 형상 측정장치 및 3차원 표면 형상 측정방법
WO2011056976A1 (en) High speed optical inspection system with adaptive focusing
KR20240074985A (ko) 튜너블 렌즈를 이용한 초점 가변 검사장치 및 이를 이용한 검사방법
JP2011069676A (ja) 検査装置及び検査方法
KR100340013B1 (ko) 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼 시스템
KR101138648B1 (ko) 고속기판검사장치 및 이를 이용한 고속기판검사방법
KR101566347B1 (ko) 기판검사장치
KR20230144833A (ko) 스테이지 평탄도를 고려한 최적 초점 거리 기반 검사 방법
CN115576074B (zh) 用于半导体表面检测的实时对焦装置及自动对焦方法