KR101881752B1

KR101881752B1 - 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치

Info

Publication number: KR101881752B1
Application number: KR1020160157325A
Authority: KR
Inventors: 정세채
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-08-24
Also published as: KR20180058399A

Abstract

본 발명의 목적은 라인빔(sheet beam)을 기반으로 함으로써 측정 정밀도는 유지하면서도 측정 속도를 획기적으로 증가시킬 수 있는, 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치를 제공함에 있다.

Description

라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치 {defect sensing module based on line-beam and defect sensing device using its arrays for detection of the defects on surface}

본 발명은 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치에 관한 것으로, 높은 공간 정밀도하에서 평판 표면에서의 결함(defect)을 비파괴적인 방법으로서 고속으로 측정할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 평판소자 등과 같은 제품의 생산에 있어서, 고품질 유지를 통한 기술경쟁력 확보 및 불량률 감소에 의한 원가 경쟁력 확보를 위하여, 각 단계별로 전수조사를 할 필요가 있다. 구체적으로 설명하자면, 특히 블랭크마스크(blankmask)나 유리 등과 같은 유전체(dielectric) 소재를 채택하는 평판소자, 고분자 재료를 채택하는 유연소자 등과 같은 소자의 경우, 최종 수요 측인 소자 생산 단계에서 공정 선폭의 지속적인 감소 및 최종 생산물의 고품위의 품질 관리를 위하여 소자의 품질 관리가 점점 엄격해지고 있다. 또한 소자의 제품 단가에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 쿼츠(quartz) 등 고가의 기판(substrate)을 사용하는 블랭크마스크를 소다석회(sodalime)와 같은 저가의 기판으로 변경하기 위하여 다양한 기술 개발을 시도하고 있다. 이러한 수요 측의 요구에 부응하고 동시에 경쟁력을 확보하기 위하여 저가의 평판소재를 기반으로 하는 평판소자 제조공정에서 각 공정 단계별 전수조사가 반드시 선행되어야만 한다.

상술한 바와 같은 평판소자(블랭크마스크, 유리 등 유전체 소재로 됨), 유연소자(고분자 재료로 됨) 등과 같은 소자의 표면 검사에 있어서, 주로 120,000 Lux (yellow line)의 할로겐 램프를 표면으로부터 15cm 떨어진 상태에서 조사하고 육안으로 검사하는 방식이 표준화된 표면 검사 방식으로 채택되어 왔다. 그러나 이러한 방식은 검사자에 따라 결과가 달라질 가능성이 크므로, 검사 공정을 자동화하고 검사자간의 변수를 배제하기 위하여 크게는 다음과 같은 두 가지의 다른 방법이 제안되었고, 이러한 방법에 의한 장비가 생산 품질 관리를 위하여 현재 여러 생산 공정에서 사용되고 있다.

첫째, 라인 스캔 카메라(line scan camera) 응용 방법이 있는데, 이 방법은 완성된 소자의 패턴이나 지도의 형상 등에 대한 이미지를 목적으로 개발된 기술로서, 고가의 라인 스캔 카메라 및 라인광(line light)을 기반으로 한다. 한국등록특허 제0914897호("롤링 및 프로세싱 설비에서 표면 형상을 광학적으로 측정하고 이동하는 스트립들의 광학적 표면 검사를 위한 방법 및 장치", 2009.08.25) 등이 바로 이러한 라인 스캔 카메라를 이용한 검출 기술의 예시이다. 그런데 이러한 라인 스캔 카메라 응용 방법은 장치 구성 비용도 고가일 뿐만 아니라, 고속 데이터 송수신 및 데이터 처리 등 기술이 일본 등 관련 선진국에 종속되어 고액의 라이센스 비용을 지불해야 하여, 실제 현장에 적용하기에 경제적인 부담이 크다는 문제가 있다. 한편 블랭크마스크의 경우 평탄 표면을 가짐과 동시에 매우 낮은 밀도의 결함을 가지는 특성이 있는데, 상술한 방법은 모든 표면을 분석하기 때문에 이를 블랭크마스크에 적용한다고 할 때, 평판 소자의 개발 시 공정 문제점을 분석하기 위한 연구 장비로는 매우 우수하나, 전수 조사에 의한 블랭크마스크 양산 공정 적용으로써는 효율성이 매우 떨어진다.

둘째, 레이저 스캐닝 응용 방법이 있는데, 이 기술은 상술한 라인 스캔 카메라 응용 방법에서 사용하였던 라인광 대신 레이저를 갈바노-스캐너를 이용하여 스캐닝하면서 각각의 지점에서의 반사광을 검출하여 표면의 결함을 검출하는 기술이다. 이 방법 또한 상술한 기술과 마찬가지로, 완성된 소자의 패턴이나 형상 등에 대한 이미지를 목적으로 개발된 기술로서, 고가의 갈바노-스캐너 및 아르곤 이온 레이저를 기반으로 한다. 이 방법 역시 장비 구성 비용이 고가이고, 데이터 송수신 및 처리 기술 등에 대한 라이센스 비용을 지불해야 하여 경제적 부담이 크다는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 라인 스캔 카메라 응용 방법에서와 마찬가지로, 원래 소자 패턴, 형상 검출을 위한 기술이기 때문에 모든 표면의 지점을 분석하게 되어, 역시 연구 장비로서는 우수하겠으나 블랭크마스크 양산 공정에 적용하기에는 효율성 측면에서 크게 문제가 있다.

이처럼 라인 스캔 카메라, 레이저 스캐닝 등을 응용한 장비들이 생산 품질 관리를 위하여 생산 공정에서 사용되고 있기는 하나, 상술한 바와 같은 문제로 인하여 측정 속도가 느리기 때문에, 전수 검사를 실시하지 못하고 있다. 즉 종래에는 샘플링을 하거나 혹은 불량이 발생하였을 경우에만 이의 원인 분석을 위하여 표면 검사를 실시하고 있는 실정이다.

1. 한국등록특허 제0914897호("롤링 및 프로세싱 설비에서 표면 형상을 광학적으로 측정하고 이동하는 스트립들의 광학적 표면 검사를 위한 방법 및 장치", 2009.08.25)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 라인빔(sheet beam)을 기반으로 함으로써 측정 정밀도는 유지하면서도 측정 속도를 획기적으로 증가시킬 수 있는, 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 라인빔을 사용하는 결함검출모듈(100)은, 라인빔을 생성하는 라인빔조사부(110); 상기 라인빔조사부(110)에서 조사되는 라인빔의 일부를 통과시키고 나머지 일부는 반사시키는 빔스플리터(120); 상기 빔스플리터(120)에서 반사되어 온 라인빔을 측정하는 기준광측정부(130); 상기 빔스플리터(120)에서 통과되어 온 라인빔을 검출대상(S)의 표면에 집속하는 집속렌즈(140); 상기 검출대상(S)의 표면 및 상기 빔스플리터(120)에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 측정하는 검출광측정부(150); 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호 및 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 사용하여, 라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상(S)의 표면상의 결함 유무를 판단하는 모듈판단부(160); 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 때 상기 모듈판단부(160)는, 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 사용하여, 상기 검출대상(S)의 표면상에 결함이 존재할 경우 발생되는 산란광이 검출되면, 상기 검출대상(S)의 표면상에 결함이 존재하는 것으로 판단하도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 라인빔조사부(110)는, 레이저 다이오드로 이루어지는 광원(111), 상기 광원(111)에서 방출된 광을 라인빔화시키는 실린더렌즈(112), 상기 실린더렌즈(112)에서 통과되어 온 라인빔의 일부만을 통과시키는 광원측핀홀(113)을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 기준광측정부(130)는, 상기 빔스플리터(120)에서 반사되어 온 라인빔을 측정하는 기준광측정소자를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 검출광측정부(150)는, 상기 검출대상(S)의 표면 및 상기 빔스플리터(120)에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 입사받는 접안렌즈(151), 상기 접안렌즈(151)에서 통과되어 온 라인빔을 통과시키는 검출측핀홀(152), 상기 핀홀에서 통과되어 온 검출광을 측정하는 검출광측정소자(153)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치(500)는, 상술한 바와 같은 라인빔을 사용하는 복수 개의 결함검출모듈(100)을 포함하여 이루어지는 결함검출장치(500)로서, 복수 개의 상기 결함검출모듈(100)이 일렬로 배열되어 형성되며, 복수 개의 상기 결함검출모듈 어레이(510) 각각에서 조사되는 복수 개의 라인빔들이 합쳐져 이루어지는 어레이-라인빔을 조사하는 결함검출모듈 어레이(510); 각각의 상기 결함검출모듈(100)에 대하여, 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호로 나누어 노멀라이징하는 복수 개의 신호표준화부(520); 복수 개의 상기 신호표준화부(520)에서 출력된 노멀라이징된 광신호를 사용하여, 어레이-라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상(S)의 표면상의 결함 유무를 판단하는 판단부(530); 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 상기 검출대상(S)에 대하여 X축 및 Y축 방향으로 상대이동시켜 2차원 스캔을 수행하는 2차원스캔부(540); 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 때, 각각의 상기 결함검출모듈(100)은 블록 형태로 형성되되 외측에 체결부가 형성되고, 상기 결함검출장치(500)는, 상기 체결부와 결합 가능하게 형성되는 고정부가 복수 개 일렬로 배열되어 형성되는 어레이지지부(550); 를 더 포함하여 이루어져, 상기 체결부 및 상기 고정부 결합에 의하여 상기 결함검출모듈(100)이 상기 어레이지지부(550)에 결합되어 상기 결함검출모듈 어레이(510)가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 평판소자 표면에 있는 결함의 존재 유무 및 위치를 고속으로 측정할 수 있다는 큰 효과가 있다. 좀더 구체적으로는, 본 발명에서는 라인빔을 사용하여 검출대상 표면의 결함을 검출하되, CCD 어레이와 같이 수천 개 이상의 광검출소자들로 이루어지는 검출기를 사용하는 대신 PD와 같은 단일 광검출소자를 사용한다. 이에 따라 본 발명에 의하면 종래에 비해 신호처리 계산부하가 훨씬 저감되며, 따라서 궁극적으로는 측정속도를 비약적으로 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

특히 본 발명에 의하면, 평판소자의 표면 상태를 비침습적인 방법으로 측정해 낼 수 있음을 보여준다는 점에서 큰 기술적 진보의 의미가 있다.

본 발명은 또한 광원 세기 변화에 대한 광신호를 노멀라이징함으로써 측정의 신뢰도 및 정밀도를 대폭적으로 증대하는 효과도 있다. 또한 본 발명에서 제안된 검출 기술은 기본적으로 모듈화된 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 장비화하여 다양한 평판소자의 생산공정에 인라인 적용할 수 있다는 점에서 높은 호환성이 있다는 장점도 있다. 또한 본 발명에서는 결함검출모듈이 블록 형태로 모듈화되도록 하고, 블록 장난감의 체결과 같은 방식의 간단한 체결을 통해 다양한 폭의 평판소자로의 적용이 가능하여, 장비적인 호환성 뿐만 아니라 검사대상 크기별 호환성 또한 극대화된다는 장점도 있다.

이처럼 본 발명에 의하면 생산된 제품의 표면 검사를 고속으로 측정할 수 있기 때문에, 평판소자를 이용하는 산업계에서 공정을 실시간으로 감시 가능함으로 제품의 품질을 획기적으로 향상할 수 있는 산업적 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 결함검출모듈의 한 실시예.
도 2는 본 발명에 따른 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치의 검출 원리 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 결함검출장치의 한 실시예.
도 4는 본 발명에 따른 결함검출장치를 이용한 결함검출과정 예시.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 및 상기 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 결함검출모듈의 한 실시예를 간략히 도시한 것이다. 본 발명에 따른 결함검출모듈(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 라인빔조사부(110), 빔스플리터(120), 기준광측정부(130), 집속렌즈(140), 검출광측정부(150), 모듈판단부(160)를 포함하여 이루어진다.

상기 라인빔조사부(110)는 라인 형태로 된 빔을 만들어서 조사하는 역할을 한다. 도 1의 예시에서는, 상기 라인빔조사부(110)가, 레이저 다이오드로 이루어지는 광원(111), 상기 광원(111)에서 방출된 광을 라인빔화시키는 실린더렌즈(112), 상기 실린더렌즈(112)에서 통과되어 온 라인빔의 일부만을 통과시키는 광원측핀홀(113)을 포함하여 이루어지는 예시를 도시하고 있다. 상기 광원(111)은 특히 안정화 레이저 다이오드(stabilized laser diode)를 채택하는 것이 바람직한데, 이렇게 할 경우 넓은 파장선택폭, 높은 파워, 높은 모드안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 광원에서 방출된 광이 실린더렌즈를 통과하여 라인빔화되는 원리는 널리 알려져 있으므로 여기에서는 설명을 생략한다. 한편 상기 광원(111)이 상술한 바와 같이 레이저 다이오드(LD)로 이루어지는 경우, 그 구성상 상기 광원(111)에서 방출되는 광은 빔 프로파일(beam profile)이 직사각형 형태를 갖는 라인빔이 되는데, 상기 광원측핀홀(113)은 이렇게 형성된 라인빔의 너비를 원하는 만큼으로 조절하기 위해 구비되는 것이다. 상기 광원(111), 상기 실린더렌즈(112) 등의 사양이 이상적으로는 모듈마다 정확히 동일해야 하겠으나, 실제 제작 과정에서 미세한 차이가 발생하는 것은 불가피하며, 이에 따라 상기 광원측핀홀(113)이 없을 경우 최종적으로 생성되는 라인빔의 너비가 모듈마다 조금씩 달라질 우려가 있다. 그러나 상기 광원측핀홀(113)이 구비됨으로써 생성되는 라인빔의 너비를 쉽게 표준화할 수 있게 된다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 상기 라인빔조사부(110)는 라인 형태의 빔을 만들어 조사할 수 있는 구성이기만 하면 다양한 다른 구성을 채용할 수 있다.

상기 빔스플리터(120)는, 상기 라인빔조사부(110)에서 조사되는 라인빔의 일부를 통과시키고 나머지 일부는 반사시키는 역할을 한다.

상기 기준광측정부(130)는, 상기 빔스플리터(120)에서 반사되어 온 라인빔을 측정한다. 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호는 상기 라인빔조사부(110)에서 조사되어 온 라인빔 그대로이므로, 이것이 바로 기준광이 된다. 상기 기준광측정부(130)는 도시된 바와 같이 기준광측정소자 단일 구성요소로 이루어질 수 있으며, 상기 기준광측정소자는 보다 구체적으로는 PD(Photo Detector)일 수 있다.

상기 집속렌즈(140)는, 상기 빔스플리터(120)에서 통과되어 온 라인빔을 검출대상(S)의 표면에 집속하는 역할을 한다. 이렇게 집속된 라인빔은 상기 검출대상(S)의 표면에서 반사되는데, 상기 검출대상(S)의 표면에 결함이 존재할 경우 산란광(scattering light)이 발생되게 된다.

상기 검출광측정부(150)는, 상기 검출대상(S)의 표면 및 상기 빔스플리터(120)에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 측정한다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 라인빔은 상기 집속렌즈(140)에 의해 상기 검출대상(S)의 표면에 집속되어 반사되어 다시 상기 빔스플리터(120)를 향해 진행하며, 상기 빔스플리터(120)에서 다시 반사되어 상기 검출광측정부(150)로 입사되게 된다. 상기 검출광측정부(150) 구성의 구체적인 한 예시로서, 상기 검출광측정부(150)는, 상기 검출대상(S)의 표면 및 상기 빔스플리터(120)에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 입사받는 접안렌즈(151), 상기 접안렌즈(151)에서 통과되어 온 라인빔을 통과시키는 검출측핀홀(152), 상기 핀홀에서 통과되어 온 검출광을 측정하는 검출광측정소자(153)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 검출광측정소자(153)는 보다 구체적으로는 PD(Photo Detector)일 수 있다.

일반적으로 광원을 사용되는 광원들, 예를 들어 본 발명에서 사용된 LD의 경우 온도 및 전류 등과 같은 외부 환경의 변화에 의하여 그 출력이 상당히 민감하게 변화한다는 점이 잘 알려져 있다. 일반 LD는 이처럼 상당히 불안정하며, 이러한 문제 때문에 앞서 광원으로서 안정화 LD를 사용한다는 해결책을 제시하기는 하였으나, 안정화 LD를 사용한다 하더라도 이러한 불안정성을 완전히 해소하기는 어려울 수 있다. 또한 본 발명의 결함검출장치는 고속으로 광의 변화를 측정하여야 하는데, 이렇게 측정된 변화량이 광원 자체에 의한 것인지 또는 검출대상 표면의 결함에 의한 것인지의 판단을 위해, 광원 자체의 변화량을 측정하여야 할 필요가 있다. 이에 따라 상기 기준광측정부(130)는 상기 빔스플리터(120)에서 반사되어 온 라인빔 전체 광의 신호를 얻으면 된다. 따라서 상기 기준광측정부(130)는 핀홀과 같은 부품을 더 구비하지 않아도 된다. 반면 상기 검출광측정부(150)의 경우, 초점의 맞는 부위에서의 광의 변화에 대한 민감도를 향상하기 위하여 상기 검출측핀홀(152)이 더 구비되는 것이다.

상기 모듈판단부(160)는, 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호 및 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 사용하여, 라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상(S)의 표면상의 결함 유무를 판단한다. 상술한 바와 같이 상기 검출대상(S)의 표면에 결함이 존재하면 산란광이 발생되는 바, 상기 모듈판단부(160)에서는 이러한 산란광이 검출되면 상기 검출대상(S)의 표면상에 결함이 존재하는 것으로 판단하게 된다. 산란광의 검출은 기준광 및 검출광의 비교를 통해 이루어질 수 있으며, 이는 광학 기술에서 다양한 실시예들로 구현되며 널리 알려진 기술인 바 적절한 실시예를 채용하면 되므로, 여기에서는 그 원리에 대한 자세한 설명은 생략한다.

앞서 설명한, 라인 스캔 카메라 응용 방법이나 레이저 스캐닝 응용 방법을 이용한 종래의 결함 검출 방법의 경우, 검출대상의 표면에서 반사되어 온 광을 입사받아 감지하는 소자가 CCD(Charge Coupled Device) 어레이 형태로 되어 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 일반적으로 이러한 종래기술에서의 광검출기는 CCD 어레이로 이루어지는데, 이는 세부적으로 볼 때 1024개 또는 2048개의 독립적인 소자들로 이루어져 있다. 즉 종래기술에서는 라인빔이 조사된 영역을 측정하는 데에 수천 개의 광검출소자를 사용하게 되며, 이는 신호처리 계산부하를 늘려 측정속도를 저하시키는 원인이 된다.

그러나 본 발명에서는, 상술한 바와 같이 라인빔이 조사된 영역을 측정함에 있어서 PD 형태로 된 단일 개의 광검출소자를 사용한다. (앞서 설명한 바와 같이 기준광검출부(130)는 광원의 변화를 감지하기 위하여 구비되는 구성이며, 실질적으로 결함 검출을 위해 사용되는 것은 검출광측정부(150)에 포함되는 PD 형태의 검출광측정소자(153) 단일 개 뿐이다.) 따라서 본 발명에 의하면 종래와는 달리 훨씬 신호처리 계산부하를 줄일 수 있으며, 따라서 훨씬 고속으로 측정할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 결함검출모듈(100)은, 상기 검출대상(S)의 표면에 라인빔을 조사하여 산란광을 검출함으로써 표면에 결함이 존재하는지의 여부를 판단한다. 즉 상기 결함검출모듈(100)에서 조사되는 라인빔의 폭가 바로 상기 결함검출모듈(100)의 결함검출 가능범위가 된다.

현재 기술적으로 구현이 가능한 라인빔 폭는 1인치 가량인 것으로 알려져 있다. 이 때 상기 결함검출모듈(100)은 평판소자 표면의 결함을 검출하기 위한 것으로서, 즉 실제 현장에 적용하고자 할 경우 평판소자 크기를 고려하여야 한다. 그런데 일반적으로 실제 생산되는 평판소자의 가로 또는 세로 길이는 1인치보다 훨씬 큰 경우가 대부분이다. 상술한 바와 같이 라인빔 폭를 확장하는 데에는 기술적인 한계가 있고, 상기 결함검출모듈(100)의 결함검출 가능범위는 이 라인빔 폭로 한정된다. 이에 따라 실제 현장에 적용하기 위한 본 발명의 결함검출장치(500)는, 상술한 바와 같이 라인빔을 사용하는 복수 개의 상기 결함검출모듈(100)이 일렬로 배열되어 형성되는 결함검출모듈 어레이(510)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치의 검출 원리 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 결함검출장치의 한 실시예이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 결함검출장치(500)는, 결함검출모듈 어레이(510), 신호표준화부(520), 판단부(530), 2차원스캔부(540)를 포함하여 이루어지며, 여기에 구성상의 편의성을 향상시키도록 어레이지지부(550)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 결함검출모듈 어레이(510)는, 상술한 바와 같이 복수 개의 상기 결함검출모듈(100)이 일렬로 배열되어 형성된다. 이 때 복수 개의 상기 결함검출모듈 어레이(510) 각각에서 조사되는 복수 개의 라인빔들이, 복수 개의 상기 결함검출모듈(100)의 일렬 배열에 의하여 합쳐져 하나의 긴 라인빔을 형성하게 된다. 이하에서는, 복수 개의 라인빔들이 합쳐져 이루어지는 긴 라인빔을 '어레이-라인빔'이라고 칭하기로 한다. 즉 상기 결함검출모듈 어레이(510)에서 조사되는 어레이-라인빔의 폭는, 상기 결함검출모듈(100) 하나에서 조사되는 라인빔 폭에 상기 결함검출모듈(100)의 개수를 곱한 만큼의 크기가 된다.

상기 신호표준화부(520)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 상기 결함검출모듈(100)에 대하여, 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호로 나누어 노멀라이징하는 역할을 한다. 상기 신호표준화부(520)는 상기 결함검출모듈(100) 하나당 한 개씩 구비되는 바, 즉 상기 신호표준화부(520)의 개수는 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 구성하는 상기 결함검출모듈(100)의 개수와 동일하다.

상기 판단부(530)는, 복수 개의 상기 신호표준화부(520)에서 출력된 노멀라이징된 광신호를 사용하여, 어레이-라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상(S)의 표면상의 결함 유무를 판단하는 역할을 한다. 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 구성하는 각각의 상기 결함검출모듈(100)에서 조사되는 각각의 라인빔이, 서로 광특성(광량, 주파수, 파장 등)이 모두 동일하다면 가장 이상적이 될 것이다. 그러나 실제로는 각각의 상기 결함검출모듈(100)에 각각 포함된 광원에서 방출되는 광이 조금씩 다를 수 있다. 각각의 상기 결함검출모듈(100)에서 측정된 광신호를 노멀라이징하지 않을 경우, 측정된 광신호의 변화량 값이 산란광의 발생에 의한 것인지, 아니면 각 결함검출모듈 광원 간의 차이에 의한 것인지 판단하기 어려워질 수 있다. 그러나 각각의 상기 결함검출모듈(100)마다 상기 신호표준화부(520)를 구비함으로써, 상술한 바와 같이 상기 검출광측정부(150)에서 측정된 광신호를 상기 기준광측정부(130)에서 측정된 광신호로 나누어 노멀라이징하게 되면, 각 결함검출모듈 광원 간의 차이가 완전히 상쇄되므로, 산란광의 발생 여부를 더욱 정확하게 검출해 낼 수 있다.

상기 2차원스캔부(540)는, 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 상기 검출대상(S)에 대하여 X축 및 Y축 방향으로 상대이동시켜 2차원 스캔을 수행하는 역할을 한다. 한 예로써 상기 2차원스캔부(540)는, 상기 검출대상(S)은 항상 고정되어 있되 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시킬 수 있도록 구현될 수 있다. 이 경우 상기 2차원스캔부(540)는, X축 방향으로 스캔한 후 다음에 Y축 방향 스캔을 할 수 있도록 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 90도 회전시키는 동작을 구현하도록 이루어질 수 있다. 또다른 예로써 상기 2차원스캔부(540)는, 상기 결함검출모듈 어레이(510)를 어느 한 방향으로만 이동시킬 수 있도록 구현될 수 있다. 이 때 상기 2차원스캔부(540)의 이동 방향을 X축 방향에 맞추어 놓고 스캔을 수행하면 X축 방향 스캔이 이루어지게 되며, 이후 상기 검출대상(S)을 90도 회전시키고 스캔을 수행하면 Y축 방향 스캔이 이루어지게 된다. 즉 이 경우에는 상기 2차원스캔부(540)가 상기 검출대상(S)을 회전시키는 동작을 구현하도록 이루어질 수 있다. 또는 상기 2차원스캔부(540)는, 상기 결함검출모듈 어레이(510)는 항상 고정되어 있되, 상기 검출대상(S)만을 이동시키도록 형성될 수도 있다. 물론 이러한 설명으로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 상기 2차원스캔부(540)는 상기 결함검출모듈 어레이(510)로 상기 검출대상(S) 전체를 스캔할 수 있도록 이루어지기만 하다면 다른 어떤 구성으로 이루어져도 무방하다.

상기 어레이지지부(550)는, 상기 결함검출모듈(100)의 배열이 보다 용이하게 이루어질 수 있게 하여 사용자 편의성을 향상시켜 준다. 즉 각각의 상기 결함검출모듈(100)은 블록 형태로 형성되되 외측에 체결부가 형성되고, 상기 어레이지지부(550)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 체결부와 결합 가능하게 형성되는 고정부가 복수 개 일렬로 배열되어 형성됨으로써, 상기 체결부 및 상기 고정부 결합에 의하여 상기 결함검출모듈(100)이 상기 어레이지지부(550)에 결합되어 상기 결함검출모듈 어레이(510)가 형성될 수 있게 한다. 이와 같은 구성을 통해 본 발명의 검출 기술을 다양한 평판소자의 생산공정에 인라인 적용하는 것이 더욱 용이해진다.

도 4는 본 발명에 따른 결함검출장치를 이용한 결함검출과정의 한 예시를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 어레이-라인빔 폭은 복수 개의 라인빔 폭을 모두 합친 크기가 되는 바, 상기 2차원스캔부(540)에서는 단번에 어레이-라인빔 폭만큼의 영역에서의 결함 검출이 가능하다. 도 4의 예시에서, 상기 검출대상(S)의 X축 방향(가로) 길이 및 Y축 방향(세로) 길이는, 어레이-라인빔 폭의 2배로 서로 동일하다.

먼저 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 2차원스캔부(540)는 상기 검출대상(S)의 한 끝단에서부터 화살표 방향과 같이 X축 스캔을 수행한다. 도 4(A)의 예시에서 어두운 색깔로 표시된 부분이 검출영역으로, 이 때 결함 1, 2, 3의 X축 위치(x1, x2, x3)가 검출된다.

다음으로 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 상기 2차원스캔부(540)는 나머지 검출영역에 대하여 화살표 방향과 같이 X축 스캔을 수행한다. 이 때 결함 4, 5, 6의 X축 위치(x4, x5, x6)가 검출된다.

다음으로 도 4(C)에 도시된 바와 같이, 상기 2차원스캔부(540)는 이제 화살표 방향과 같이 Y축 스캔을 수행한다. 이 때 상기 2차원스캔부(540)는, 상기 검출대상(S)을 90도 회전시킴으로써 상기 결함검출모듈 어레이(510) 자체의 이동 방향은 변함이 없되 상대적 이동에 의해 Y축 스캔이 수행되도록 이루어질 수도 있고, 또는 상기 결함검출모듈 어레이(510) 자체를 90도 회전시켜 Y축 방향으로 이동시킴으로써 Y축 스캔이 수행되도록 이루어질 수도 있다. 이 때 결함 1, 4, 5의 Y축 위치(y1, y4, y5)가 검출된다.

마지막으로 도 4(D)에 도시된 바와 같이 나머지 영역에 대해 Y축 스캔을 수행한다. 이 때 결함 2, 3, 6의 Y축 위치(y2, y3, y6)가 검출됨으로써, 모든 결함들의 위치가 완전히 검출된다.

이와 같은 원리로 이루어지는 본 발명의 기술은, 기존에 비해 검출속도를 비약적으로 향상시킬 수 있다. 기존의 검출 기술과 본 발명의 기술의 검출속도 차이를 구체적인 예시를 통해 설명하면 다음과 같다. 이해를 편리하게 하기 위하여 100 mm x 100 mm 크기의 블랭크마스크를 구체적인 예로 든다. 실제 산업 현장에서 블랭크마스크는 크기에 상관없이 3 마이크로미터 이상의 크기를 갖는 결함이 전혀 없어야 한다. 즉 [100 mm x 100 mm 크기의 블랭크마스크의 표면을 검사한다]는 조건과, [3 마이크로미터 이상의 크기를 갖는 결함이 없어야 한다]는 조건, 이 두 조건을 모두 만족하는 표면 결함검출이 이루어져야 한다.

앞서 설명한 바와 같은 종래 방법(라인 스캔 카메라, 레이저 스캐닝 등을 이용하는 방법)을 사용하는 경우, 3 마이크로미터의 크기의 분해능을 갖도록 하면 총 100/0.003 x 100/0.003 (= 1.11 x 10⁹) 의 개수의 데이터를 취하게 된다. 즉 종래 방법을 이용할 경우 1.11 x 10⁹ 개의 데이터를 분석함으로써 소자 표면상의 결함 유무를 판명하여야 하여, 계산량이 엄청나게 많아짐으로써 시스템 부하가 커지고 계산 시간이 오래 걸리게 됨이 당연하다.

한편 본 발명에 따르면, 100 mm 측정폭을 갖는 모듈을 이용하여 측정하는 경우, X 축을 스캔하는데 필요한 측정 데이터 수는 100/0.003 (3.3x10⁴)이며 Y 축을 스캔하는데 필요한 측정 데이터 수는 100/0.003 (3.3x10⁴)로서, 이들의 합만큼의 데이터만이 필요하다. 즉 100 mm x 100 mm 크기의 평판소자 표면의 결함을 검출하는데 필요한 총 데이터 양은 6.67 x 10⁴ 개이다.

현재 최고 수준의 데이터 전송속도는 1 x 10⁸Hz인 것으로 알려져 있다. 종래 방법을 이용하는 경우 [데이터 개수(1.11 x 10⁹) / 데이터 전송속도(1 x 10⁸)]로 계산하였을 때 11.1 sec의 시간이 필요하다. 반면 본 발명의 경우 [데이터 개수(6.67 x 10⁴) / 데이터 전송속도(1 x 10⁸)]로 계산하였을 때 6.67 x 10^-4 sec, 즉 0.000667 sec의 시간이 필요하다. 즉 본 발명을 이용하면, 측정 정밀도는 유지하면서도, 이상적으로는 종래에 비해 0.17 x 10⁵ 배, 즉 약 17000배나 검출속도를 향상시킬 수 있는 획기적인 속도 향상 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: 결함검출모듈
110: 라인빔조사부 111: 광원
112: 실린더렌즈 113: 광원측핀홀
120: 빔스플리터 130: 기준광측정부
140: 집속렌즈
150: 검출광측정부 151: 접안렌즈
152: 검출측핀홀 153: 검출광측정소자
160: 모듈판단부
500: 결함검출장치 510: 결함검출모듈 어레이
520: 신호표준화부 530: 판단부
540: 2차원스캔부 550: 어레이지지부

Claims

라인빔을 생성하는 라인빔조사부; 상기 라인빔조사부에서 조사되는 라인빔의 일부를 통과시키고 나머지 일부는 반사시키는 빔스플리터; 상기 빔스플리터에서 반사되어 온 라인빔을 측정하는 기준광측정부; 상기 빔스플리터에서 통과되어 온 라인빔을 검출대상의 표면에 집속하는 집속렌즈; 상기 검출대상의 표면 및 상기 빔스플리터에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 측정하는 검출광측정부; 상기 기준광측정부에서 측정된 광신호 및 상기 검출광측정부에서 측정된 광신호를 사용하여, 라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상의 표면상의 결함 유무를 판단하는 모듈판단부; 를 포함하여 이루어지는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 복수 개를 포함하여 이루어지는 결함검출장치로서,
복수 개의 상기 결함검출모듈이 일렬로 배열되어 형성되며, 복수 개의 상기 결함검출모듈들의 어레이 각각에서 조사되는 복수 개의 라인빔들이 합쳐져 이루어지는 어레이-라인빔을 조사하는 결함검출모듈 어레이; 상기 결함검출모듈들의 어레이를 상기 검출대상에 대하여 X축 및 Y축 방향으로 상대이동시켜 2차원 스캔을 수행하는 2차원스캔부; 각각의 상기 결함검출모듈에 대하여, 상기 검출광측정부에서 측정된 광신호를 상기 기준광측정부에서 측정된 광신호로 나누어 노멀라이징하는 복수 개의 신호표준화부; 복수 개의 상기 신호표준화부에서 출력된 노멀라이징된 광신호를 사용하여, 어레이-라인빔 폭 범위 내 상기 검출대상의 표면상의 결함 유무를 판단하는 판단부;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.
제 1항에 있어서, 상기 모듈판단부는,
상기 검출광측정부에서 측정된 광신호를 사용하여, 상기 검출대상의 표면상에 결함이 존재할 경우 발생되는 산란광이 검출되면, 상기 검출대상의 표면상에 결함이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.
제 1항에 있어서, 상기 라인빔조사부는,
레이저 다이오드로 이루어지는 광원,
상기 광원에서 방출된 광을 라인빔화시키는 실린더렌즈,
상기 실린더렌즈에서 통과되어 온 라인빔의 일부만을 통과시키는 광원측핀홀
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.
제 1항에 있어서, 상기 기준광측정부는,
상기 빔스플리터에서 반사되어 온 라인빔을 측정하는 기준광측정소자
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.
제 1항에 있어서, 상기 검출광측정부는,
상기 검출대상의 표면 및 상기 빔스플리터에서 순차적으로 반사되어 온 라인빔을 입사받는 접안렌즈,
상기 접안렌즈에서 통과되어 온 라인빔을 통과시키는 검출측핀홀,
상기 검출측핀홀에서 통과되어 온 검출광을 측정하는 검출광측정소자
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.
삭제
제 1항에 있어서,
각각의 상기 결함검출모듈은 블록 형태로 형성되되 외측에 체결부가 형성되고,
상기 결함검출장치는,
상기 체결부와 결합 가능하게 형성되는 고정부가 복수 개 일렬로 배열되어 형성되는 어레이지지부;
를 더 포함하여 이루어져,
상기 체결부 및 상기 고정부 결합에 의하여 상기 결함검출모듈이 상기 어레이지지부에 결합되어 상기 결함검출모듈 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 라인빔을 사용하는 결함검출모듈 어레이를 이용한 결함검출장치.