KR0171690B1 - 단층 및 투시 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단층 및 투시 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 특히 다층회로기판의 기판 내부 결함 및 납땜 결함 등을 검사하는데 있어서, 간단한 기계 장치 및 연산 알고리즘으로 실시간에 단층영상을 얻을 수 있어 고속, 고정밀 검사가 가능하도록 검사대상물을 투과할 수 있는 소정파장의 빛을 발생시키는 점광원형태의 광발생수단과, 광발생수단의 하부에 검사대상물을 안착하는 대상물안착수단과, 대상물 안착수단의 하부에 위치하여, 검사대상물을 투과한 소정파장의 빛으로 얻어지는 제1영상을 검출하여 가시 가능한 파장의 제2영상을 얻는 가시영상획득수단과, 가시영상획득수단을 통하여 얻어진 제2영상을 확대 또는 축소하는 베율조절수단과, 배율조절수단을 통하여 제2영상을 촬상하는 촬상수단을 포함하는 광검출수단과, 광발생수단과 광검출수단 및 대상물안착수단을 제어하는 제어 및 신호처리 수단을 포함하여 이루어지며, 광발생수단과 검사대상물의 상대적 위치 관계가 변화하도록 광발생수단 또는 대상물안착수단을 구동하여 상기 제1영상을 축소 또는 확대하는 것을 특징으로 한다.

Description

단층 및 투시 검사장치 및 검사방법

제1도는 종래의 x선 투광 영상을 이용한 검사장치를 도시한 개략도.

제2도는 종래의 X선 투광 영상을 이용한 검사장치의 검사방법을 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명의 단층 및 투시 검사장치의 장치개략도.

제4도는 본 발명에서 채택한 중공형 3축 이송장치의 구조를 설명하기 위한 도면.

제5도는 본 발명의 광검출수단의 구체적인 구조를 설명하기 위한 도면.

제6도는 본 발명의 단층 및 투시 검사장치의 검사알고리즘을 도시한 흐름도.

제7도는 X선에 의한 확대의 원리를 설명한 도면.

제8도는 줌 렌즈와 기판 수직 이송을 이용한 단층촬영원리를 설명한 도면.

제9도는 데드 존 축소원리를 설명하기 위하여 예시한 도면.

본 발명은 단층 및 투시 검사장치에 관한 것으로, 특히 다층회로기판의 기판내부 결함 및 납땜 결함 등을 검사하는 데 있어서, 간단한 기계 장치 및 연산 알고리즘으로 실시간에 단층영상을 얻을 수 있어 고속, 고정밀 검사가 가능한 단층 및 투시 검사장치에 관한 것이다.

전자 기기의 소형화, 경량화, 다기능화 추세에 발맞추어 회로기판 및 전자부품의 집적도도 빠른 속도로 향상되고 있다. 즉, 인쇄회로기판은 점차 다층화되고, 인쇄회로기판에 형성되는 패턴 역시 축소되는 경향에 있다. 또한, 인쇄회로기판에 실장되는 부품 역시 집적도가 높은 부품들이 채택되고 있어서, 인쇄회로기판을 제조할 때나, 부품들을 인쇄회로기판상에 실장할 때 세밀한 주의를 기울이지 않으면 불량이 발생할 가능성이 매우 커지고 있다. 따라서, 회로기판 제조 및 부품실장시, 각각의 공정 중 발생하는 불량을 제때에 정확히 검출하는 작업이 점차 중요시되고 되고 있다.

먼저, 인쇄회로기판에 전자부품을 실장하여 회로를 완성하는 단계를 살펴보면, 기판을 생산하는 단계와, 기판상에 납크림을 도포하는 단계와, 회로 부품을 기판상에 실장하는 단계와 각 회로부품을 기판상에 솔더링하는 단계 및 최종적으로 납땜 상태를 검사하는 단계로 구분할 수 있다.

이들 각각의 공정에서 발생될 수 있는 불량을 후속공정을 진행하기 이전에 제거 및 후처리하는 것은 시간과 비용 절감에 따른 생산성을 향상시키고, 불량에 의한 기업이미지 실추의 위험을 사전에 방지할 수 있으므로, 공정불량을 검사하는 방법의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

이러한 검사방법으로는 가장 간단하게는 레이저, 다이오드 또는 일반광원을 이용하는 검사방법이 있는데, 이 방법들은 가시광원을 이용한 외형검사용으로, 기판 및 납땜 등의 내부검사가 불가능한 단점이 있다.

그리고, 다른 방법으로는 써모그램(thermogram)에 의한 검사방법과 X선에 의한 검사방법이 있다. 먼저, 써모그램을 이용한 검사방법은 물질의 체적에 따라서 물질의 온도 반응 특성이 변하는 성질을 이용한 방법으로서, 실험실 내부의 온도변화에 민감하고, 불량유무만을 확인할 수 있을 뿐 어떤 종류의 불량인지를 알 수 없다는 단점이 있으며, 기준이 되는 온도변화곡선 패턴을 얻기 위해서는 많은 시간이 필요하여 실시간 검사의 어려움이 있다.

반면, X선을 이용한 검사 방법음 기본적으로 X선의 물질 투과 특성, 즉 피투과 물체의 두께와 밀도와 투과되는 X선의 강도가 반비례하는 성질을 이용한 것으로, 대상물의 외부 형상뿐만이 아니라 내부 결함 요인을 검사할 수 있는 장점을 가지고 있고, 전자부품의 납땜부의 경우 두께의 변화 요인인 기공이나 내부 납부족 상태 등을 민감하게 검사할 수 있으므로 부품의 형상이나 부품의 다리 형상에 대한 제약이 없다. 따라서 최근들어 X선을 이용한 검사 장치를 연구, 개발하려는 노력이 많이 있어 왔다.

X선을 이용한 검사방법 중에서도 X선 투시 영상(Radiography)을 이용한 방법이 많이 연구되고 있는데, 기본적으로 제1도와 같은 기본 구조를 가진다.

제1도와 같이, X선 관원(1)과 X선 감지기(4)사이에 검사대상물인 회로기판(3)을 놓고, X선을 회로기판(3)에 조사하면 X선이 투과하는 부위의 두께에 따라서 X선 감지기(4)에 감지되는 밝기 값이 달라지므로, 납땜부위의 투과 결과를 재현성있게 시각화할 뿐 아니라, 내부의 기포와 같은 결함을 포착하기 용이하고, 부품의 미삽(未揷), 역삽(逆揷), 캐패시터(capacitor)의 극성 판별 등이 가능하다.

하지만, 다층인쇄회로기판 예를 들어, 양면에 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 부품을 실장하는 경우 등에서는 검출력이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 그 이유는 x선의 경우, 회로기판 및 이에 실장된 부품 일체를 그대로 투과하는 성질을 가지고 있어서 기판의 양면에 부품을 실장하는 경우에는 윗면과 아랫면의 영상이 서로 겹쳐서 구별하기 어렵기 때문이다.

제2도는 위와 같은 해결하기 위하여 제안된 X선 트시 영상을 이용한 검사방법들로서, 먼저, 제2도의 (a)와 같이 인쇄회로기판(11)의 양면에 각각 랜드의 방향을 달리 하는 패턴을 형성함으로서 두 면에서 얻어지는 영상을 구별하여 검사하는 방법이 있다. 이와 같은 방법으로 기판을 검사하고자 기판 윗면의 패턴(12)과 아랫면의 패턴(13)을 서로 교차하는 방향으로 형성하면 양면에서 얻어지는 영상이 겹쳐서 감지되더라도, 랜드 방향에 따라서 불량면의 판단이 용이하게 된다.

제2도의 (b)는 또다른 방법으로, X선 발생기(14)와 X선 검출기(19) 사이에 인쇄회로기판(16)을 비스듬히 기울여서 안착하면, 기판(16) 윗면에 형성된 패턴(17-1)과 하면에 형성된 패턴(17-2)을 투과한 X선이 X선 검출기(19)상에 서로 어긋나게 상(18-1)(18-2)이 형성되어 구별이 가능하다.

그러나, 제2도의 (a) 및 제2도의 (b)에 예시된 방법 모두 기판상에 형성되는 패턴의 집적도가 높아짐에 따라서, 결함 검사율이 떨어지며, 검사의 정확성 및 적용에 한계를 가지고 있다.

이와는 달리, 단층촬영기법(CT)을 이용한 영상획득장치의 경우는 위에서 언급한 문제들을 해결할 수 있지만, 이것 역시, 복잡한 기계 장치 및 전기 장치를 갖추어야 하고, 연산에 걸리는 시간이 매우 길어서 산업에서 필요로 하는 속도와 비용을 맞추기 어려워 산업상 적용이 어렵다.

그래서, 산업상 이용가능하도록 개량된 단층촬영기법을 이용한 영상획득장치가 일련의 미국특허(미국특허 3,928,769; 미국특허 4.211.927; 미국특허 4,516,252; 미국툭허 2,667,585; 미국특허 4,926,452)에서 제안된 바 있는데, 이들 장치는 라미노그래피(laminography)라고 하는 원리를 이용하여 고속 촬영이 가능하도록 한 것으로, 이 가운데, 미국특허 4,926,452(automated laminography system for inspection of electronics)를 살펴보면, 원주 방향으로 일정하게 경사진 타겟을 사용하여 전자적으로 굴절된 X선이 강도를 항상 일정하게 유지시키고, 형광판과 경사진 반사경을 사용한 영상획득장치를 X선의 굴절 경로와 일치시켜 정밀하게 회전시켜서, 단층화상을 비교적 정밀하게 얻을 수 있도록 한 장치이다. 하지만, X선을 굴절시키기 위한 정교한 장치와 부피가 큰 영상 획득 장치를 동기회전시키는 장치들이 필요하는 등 복잡한 장치들이 요구되고, 이들 장비들은 항상 단층 영상만을 추출할 수 있게 되어 있어서, 투시영상을 얻기 위해서는 별도의 장비를 이용해야 하는 단점을 가지고 있다. 이러한, 위에서 언급한 일련의 미국특허가 공통적으로 가지고 있는 문제점이다.

다시 말하면, 종래에 제안된 X선 투시 영상을 이용하는 방법은 양면 기판 등에의 적용이 어려운 문제접을 가지고 있고, 단층촬영기법을 이용한 영상획득장치인 라미노그라피들은 장비 및 연산 알고리즘이 복잡한 문제점을 가지고 있다.

그래서, 본 발명은 고속 고정밀 촬영이 가능한, 간단한 구조 및 연산 알고리즘을 가지며, 필요에 따라 투시영상과 단층영상을 선택적으로 얻을 수 있는 단층 및 투시 검사장치 및 이의 연산 알고리즘을 제안하고자 안출된 것이다.

이러한 본 발명은 검사대상물을 투과할 수 있는 소정파장의 빛을 발생시키는 점광원형태의 광발생수단과, 광발생수단의 하부에 검사대상물을 안착하는 대상물안착수단과, 대상물 안착수단의 하부에 위치하여, 검사대상물을 투과한 소정파장의 빛으로 얻어지는 제1영상을 검출하여 가시가능한 파장의 제2영상을 얻는 가시영상획득수단과, 가시영상획득수단을 통하여 얻어진 제2영상을 확대 또는 축소하는 배율조절수단과, 배율조절수단을 통하여 상기 제2영상을 촬상하는 촬상수단을 포함하는 광검출수단과, 광발생수단과 상기 광검출수단 및 상기 대상물안착수단을 제어하는 제어 및 신호처리 수단을 포함하여 이루어지며, 광발생수단과 검사대상물의 상대적 위치관계가 변화하도록 광발생수단 또는 대상물착안수단을 구동하여 제1영상을 축소 또는 확대하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치이다.

또한, 본 발명은 위와 같은 단츨 및 투시 검사장치를 이용하여, 1) 검사 대상물을 대상물안착수단에 로드하는 단계와, 2)오프셋값을 보정하여, 대상물안착수단을 구동하여 검사대상물의 검사영역을 광발생수단의 하부로 옮기는 단계와, 3) 검사위치를 확인하고, 광발생수단으로부터 소정파장의 빛을 발생하여 검사대상물을 투과시켜 광검출수단에서 영상을 검출하되, 검사대상물의 조건에 따라서 단층영상 또는 투시영상을 선택적으로 얻는 단계와, 4) 광검출수단을 통하여 얻어진 영상을 제어 및 신호처리 수단에서 분석 검사하는 단계와, 5) 검사대상물의 모든 검사대상영역을 검사했는지 여부를 판단하여, 5-1) 검사대상물의 모든 검사대상영역이 검사를 마친 경우에는 검사대상물을 대상물안착수단으로부터 언로드하거나, 5-2) 검사대상물의 검사를 마치지 못한 검사대상영역이 남아있는 경우에 2)단계로부터 공정을 진행하도록 하는 단계와, 6) 검사대상물의 검사결과를 출력하는 단계와, 7) 검사대상물이 최종 검사대상물인지를 판단하여, 7-1) 검사대상물이 최종 검사대상물인 경우, 검사를 종료하거나, 7-2) 검사대상물이 최종 검사대상물이 아닌 경우, 1)단계로부터 공정을 진행하도록 하는 단계를 포함하는 검사방법이다.

제3도는 본 발명에 따른 단층 및 투시 검사장치의 일 실시예에서 구조와 동작을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 구조도이다.

제3도의 단층 및 투시 검사장치는 실제검사를 수행하는 장치들을 납으로 만들어진 차폐공간(20) 내부에 설치하였다. 이는 검사광원으로 사용하는 X선으로부터 작업자를 보호하기 위한 것이다. 차폐공간(20)내부에는 먼저, 검사 대상물인 회로기판(22)을 안착하고, 필요에 따라서, 상하 및 전후좌우로 회로기판(22)을 이송할 수 있는 대상물이송장치인 중공형(中空型) 3축 이송장치(21)가 설치되어 있다. 중공형 3축 이송장치(21)는 회로기판(22)의 가장 자리만을 고정하도록 구성되어 있는데. 이는 중공형 3축 이송장치(21)에 의하여 회로기판(22)을 통과한 X선이 차폐되는 것을 방지하기 위한 것이다. 중공형 3축 이송장치(21)의 상부에는 광발생장치로서 초점의 크기가 10㎛ 정도인 마이크로 포커스 X선 발생장치(23)가 설치되어 있다, 마이크로 포커스 X선 발생장치(23)를 광발생장치로 채택한 이유는 리드간의 피치가 0.5㎜ 혹은 그 이하고 작아지는 추세로 인해, 광발생장치인 X선 발생장치(23)를 초점의 크기가 1㎜에 이르는 일반적인 X선 발생장치를 사용할 경우에는 검사가 어렵기 때문이다.

그리고, 중공형 3축 이송장치(21)의 하부에는 마이크로 포커스 X선 발생장치(23)로부터 발생되어 중공향 3축 이송장치(21)에 안착된 회로기판(22)을 투과하여 나온 X선을 검출하는 광검출수단으로, X선 영상인 1차영상을 형성하는 스크린(도면 미도시)이 상면에 형성되어 있고, 하면에 가시 영상이 2차영상이 형성된 형광층(도면 미도시)이 형성된 영상증배관(24)과, 영상증배관(24)의 하면에 설치된 구경이 큰 릴레이 렌즈(25)와, 릴레이 렌즈(25) 하부에 설치된 포커스 전동 줌렌즈(26)와, 전동 줌렌즈(26)하부에 설치된 고체촬상장치(CCD : charge-coupled device)가 있다.

이외에, 차폐공간(20)내부에 설치된 검사장치들을 구동 조작하는 제어 및 신호처리수단들이 차폐공간(20) 외부에 설치되어 있는데, 고체촬상장치(27)로부터 신호를 인가받아서 영상처리하는 영상처리모듈(image process)(31)과, 고체촬상장치(27)로부터 신호를 인가받아서 가시적인 화상을 표시하는 화상표시장치(monitor)(32)와, 고체촬상장치(27)로부터 신호를 인가받아서 연산하는 메인 컴퓨터(main computer)(33)와, 영상처리모듈(31)과 화상표시장치(32)와, 메인 컴퓨터(33) 및 중공형 3축 이송장치(21)의 동작을 제어하며, 이들의 상태를 인가받는 조작판 컨트롤 유닛(manipulator control unit)(34)과, 고체촬상장치(27)로부터 신호를 인가받아 조작판 컨트롤 유닛(34)의 동작을 제어하는 컨트롤 유닛(35)과, 컨트롤유닛(35)과 마이크로 포커스 X선 발생장치(23)에 전원을 공급하는 고전압 전원공급기(high voltage power suply)(36)가 있다. 여기서, 영상처리모듈은 고체촬상장치로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 처리기(digital signal processor)가 내장되어 있다.

제4도의 (a)와 (b) 및 (다)는 본 발명의 실시예에서 대상물이송장치로 사용한 중공형 3축 이송장치의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 소정영역이 관통한 형태인 지지대(41)의 상부에 XY방향으로 구동이 가능하며 중앙부위가 관통된 XY테이블(42)(43)이 설치되어 있고, XY테이블(42)(43)위 상부에는 Z축 테이블지지대(45) 설치되어 있다. Z축 테이블 지지대(45)에는 기어결합으로 연결된 레일(47)과 포스트(46)가 있고, 여기에 회로기판이 안착되는 고정 플레이트(fixture plate)(44)가 설치되어 있다.

대상물이송장치를 도면과 같이 중공형태 즉 가운데 영역이 비어있는 ?자 형태로 형성한 이유는 x선이 회로기판을 통과한 후, 이송기구에 의하여 차단되지 않도록 하기 위해서이다. 그리고, 이송기구는 마이크로스테핑 모터와 별도의 프로세서를 지닌 콘트롤러를 사용하여 시간제약없이 제어 및 신호처리 수단에서 고속제어가 가능하도록 구성하였다. 그러나, 중공형태는 ?가 아니더라도, 인쇄회로기판을 고정하면서 검사영역이 관통된 형태이면 무관하다.

제5도는 본 발명의 실시예에서 광검출수단으로 사용한 가시영상획득수단으로 영상 증배관(24)과 릴레이 렌즈(25)와 전동 줌렌즈(26) 그리고 고체 촬상장치(27)의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 먼저, 영상 증배관(24)는 X선을 검출하는 쪽 면(상면)이 넓고, 그 반대면(하면)이 좁은 형태를 가지는 진공관의 일종으로서, 상면에는 형광스크린(24a)이 있어서, 회로기판을 투과한 X선을 검출하여 X선 영상인 1차 영상을 형광스크린(24a)상에서 형성하도록 되어 있다. 형광스크린(24a)에 형성된 1차 영상은 광전층(24b)을 거치면서 전자 신호로 변환되는데, 이들 전자 신호를 집광하여 하면에 있는 형광층(24c)에 가시영상인 2차 영상을 형성하도록 구성되어 있다. 여기서 영상 증배관(24)의 상면이 하면보다 크게 형성된 이유는 빛을 집광하여 상질을 개선하기 위한 것이다.

그리고 릴레이 렌즈(25)는 형광층(24c)에 형성된 가시영상으로부터 나온 가시광을 효율적으로 집광시켜서 광손실을 최소화하기 위하여 구경이 큰 렌즈를 사용한다. 또한, 릴레이 렌즈(25)는 형광층(24c)에 있는 가시영상을 렌즈 앞쪽으로 옮기어 배율조절수단 즉 전동 줌렌즈(26)가 수월하게 포커싱을 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

또한, 가시영상 획득수단으로 이메이저(Imager) 또는 X선 비디콘 튜브(Xray vidicon tube)를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 배율조절수단을 고정배율을 가지는 렌즈를 사용하지 않고, 배율이 변동되는 줌렌즈를 사용하고 있는데, 이 줌렌즈는 전동으로 구동될 수 있도록 제어 및 신호처리수단으로부터 미리 정해진 경로를 따라 움직이도록 하모닉드라이브가 부착된 스테핑 모터를 장착하였다. 이러한 전동 줌렌즈(26)는 영상증배관(24)의 형광층(24c)에 형성된 2차 영상을 보는 것이 아니라, 릴레이 렌즈(25)가 만든 상을 보도록 되어 있어 초점 조절이 매우 수월하다. 그리고, 전동 줌렌즈(26)는 중공형 3축 이송장치에 의한 회로기판의 수직이송운동에 대응하도록 구동되어 단층촬영이 가능하도록 한다. 이 방법외에 배율조절수단으로 소프트웨어적 방법을 채택할 수 있다.

제6도는 본 발명의 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사 방법을 설명하기 위하여 예시한 알고리즘의 플로우 차트(flow chart)이다.

먼저, 작업이 시작(100)되면, 회로기판을 대상물이송수단에 로드한다(110). 회로기판이 완전히 로드되면 제어 및 신호처리 수단은 검사영역을 회로기판상에 기준위치 표시마크(fiducial mark) 위치로 옮기라는 명령을 내리면, 회로기판의 기준위치 표시마크를 광발생수단의 하부로 옮긴 후(120), 기준위치 표시마크를 감지하여 기준위치 표시마크의 실제 위치와 예상위치의 차이값을 측정하여, 제어 및 신호처리 수단에서 상기 대상물안착 수단의 오프셋값을 계산한다(130). 다음으로, 오프셋값을 보정하여, 대상물 안착수단을 구동하여 회로기판의 검사영역을 상기 광발생수단의 하부로 옮겨서 검사대기 상태를 만든 후(140), 검사위치를 확인하고, 광발생수단으로부터 소정파장의 빛을 발생하여 회로기판을 투과시켜 광검출수단에서 영상을 검출하되, 회로기판의 조건에 따라서 단층영상 또는 투시영상을 선택적으로 얻은 다음 광검출수단을 통하여 얻어진 영상을 상기 제어 및 신호처리 수단에서 분석 검사한다(150). 다음으로, 회로기판의 모든 검사대상영역을 검사했는지 여부를 판단하여(160), 회로기판의 모든 검사대상영역이 검사를 마친 경우에는 회로기판을 대상물안착수단으로부터 언로드하거나(170), 회로기판의 검사를 마치지 못한 검사대상영역이 남아있는 경우에 도면부호 140의 단계로부터 공정을 진행하도록 한다. 다음으로, 도면부호 170의 단계를 수행하였으며, 회로기판의 검사결과를 출력한다(180). 이어서, 회로기판이 최종 회로기판인지를 판단하여, 회로기판이 최종 회로기판인 경우, 검사를 종료하거나, 회로기판이 최종 회로기판이 아닌 경우, 도면 부호 110의 단계를 진행하도록 한다.

제7도는 본 발명의 단층 및 투시 검사장치를 이용하여 단층영상을 얻는 방법을 설명하기에 앞서, X선에 의한 회로기판상의 패턴의 상이 확대되는 원리를 설명하기 위하여 예시한 도면이다.

X선 발생장치(71)로부터 조사된 X선은 회로기판을 투과하여 광검출수단의 검출면(74)에 도달하여 상을 맺는다. 이 때, X선 발생장치(71)는 점광원과 같이 동작하여 방사적으로 X선이 조사된다. 그러나, 검사영역의 원하는 최대크기 이상의 영역에 X선이 조사되는 것은 바람직하지 못하므로, 지향성을 주면 제7도에 도시된 것과 같은 형태의 X선이 조사될 것이다.

그러면, 도면과 같이, X선 발생장치(71)로부터 회로기판(72)의 위치 x, 기판의 두께를 t, 초점으로부터 광검출수단의 검출면가지의 거리를 d, 기판상면의 물체 길이를 u, 하면의 물체 길이를 l, 상면 물체상의 길이를 U, 하면 물체상의 길이를 L이라고 하면, X선 초점위치로부터 회로기판(72)의 위치 x와 상면 물체상의 길이 및 하면 물체상의 길이와의 관계는 다음과 같이 성립된다.

즉, 검출면에 생성되는 상의 크기는 X선 초점으로부터 검출기까지의 거리 d와 X선 초점과 기판사이의 거리 x에 의해 결정된다. 만일 기판의 위치 x가 x₁에서 x₂로 바뀌었다면, 다음과 같이 상의 크기가 바뀌게 된다.

위의 식을 정리히면, 기판의 위치가 변경됨으로 인해 만들어지는 상의 변화는 아래와 같다.

위의 식에서 보는 바와 같이 초점위치로부터 기판의 위치가 변화함에 따라서 즉, 기판을 상승 또는 하강 시킬 때 상면 물체에 대한 상과 하면 물체에 대한 상의 확대율이 다르게 된다. 예를들어 초기에 x₁=30㎜에서 x₂=15㎜로, 기판을 15㎜ 상방으로 이송시켰을 때, 기판 하면과 상면사이의 간격(t)이 2㎜라면 확대율은 아래와 같이 계산된다.

즉 상면은 2배 확대될 때 하면은 1.88배 확대가 일어나므로, 상면의 물체에 대한 상과 하면의 물체에 대한 상 사이에 약 6%의 확대율 차이가 발생한다. X선 초점쪽으로 기판이 이송될수록 확대율의 차이는 더욱 커져서 상면과 하면의 확대율의 차이는 더 커진다.

제8도는 제7도의 확대원리와 더불어 줌렌즈에 의한 확대 및 축소를 통하여 단층영상을 구체적인 모습을 보여주고 있다. 위에서 설명한 X선에 의한 물체의 확대현상과는 달리 줌렌즈에 의한 확대 및 축소는 완전히 2차원적이므로 물체의 공간덕 위치에 대한 관계없이 우너래 영사으이 크기를 일정하게 확대 및 축소시킬 수 있다. 따라서, 제8도와 같이 줌렌즈(84)를 구동하여 검출기(83)에 만들어지는 확대상을 적절히 조정한다면 원하는 층의 영상 배율을 고정시킬 수 있게 된다. 앞서의 예와 같이, 기판(82)을 상승시켜서 검출기(83)에 생성되는 상의 크기를 이송운동과 동기되어 줌렌즈(84)를 구동하여 영상을 반대로 축소시킨다. 만일 원하는 면이 상면일 경우 기판(82)의 이송으로 검출기(83) 상면에서 상이 2배로 확대되면 줌렌즈로 1/2로 하여 CCD(85)에 들어오는 영상의 크기는 항상 일정하도록 유지할 수 있다. 이럴 경우 하면의 패턴 등은 기판의 이송으로 인하여 1.88배의 확대가 되고 이어서 줌렌즈에 의해 1/2배 되므로 최종적으로 0.94배가 된다. 결국 하면의 패턴 등은 기판의 이송과 더불어 1배에서 0.94배로 확대율이 변하게 되어 상이 초점을 잃는 것과 같아, 결론적으로 말하면 이것은 원하는 층(상면)의 상은 기판의 이송에 관계없이 일정한 상을 만들게 하고 원치 않는 층의 상은 마치 초점을 잃은 것과 같이 흐려지게 하는 효과를 얻는다. 이런 효과로 원하는 단면이 하면일 경우는 줌렌즈의 구동을 이 층에 맞게하여 상면의 배율이 기판의 이송에 따라 달라지게하여 초점을 잃게 만들면 된다.

또한, 본 발명에서는 기판상에 기준위치 표시마크를 새겨서, 이를 통하여 오프셋값을 결정하는데, 이는 촬상수단인 CCD화면의 모든 부분을 검사하고자 할 경우, 회로기판의 장착에러, 기준위치 표시마크의 위치 인식 에러, 대상물안착수단의 장착위치 에러, 대상물안착수단의 구동에러 등에 의하여 대상물인 CCD화면을 벗어나게 되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 CCD의 외곽부분을 여유로 남겨 두는데, 이 공간을 데드 존(Dead zone)이라고 한다. 이러한 데드 존은 위에서 말한 모든 에러들의 합에 의해 결정되는데, 특히, 회로기판 장착에러의 값이 가장 큰 영향을 미친다. 그래서, 본 발명에서는 이와같은 데드 존을 장착에러값을 오프셋값을 계산하여 보정함으로 축소하는 방법을 채택하고 있다.

제9도는 이와 같은 데드 존 축소방법을 설명하기 위하여 도시한 도면으로, 회로기판(210)이 대상물안착수단의 구동방향인 XY축에 대하여 그림과 같이 안착되었다고 하면, 검사대상물의 X방향으로의 장착에러를 ΔX, 검사대상물의 Y방향으로의 장착에러를 ΔY, 검사대상물이 X방향의 기준측과 Y방향의 기준축에 대하여 기울어진 정도를 Δθ라 하고, 기준위치 표시마크로부터 현재 검사를 요하는 검사용역으로의 X방향으로의 변위를 X, Y방향으로의 변위를 Y라할 때, X방향으로의 오프셋값인 X_offset과, Y방향으로 오프셋값인 Y_offset를,

와 같이 계산한다.(식5-1)과 (식5-2)와 같은 값으로, 오프셋 값을 계산하여 대상물안착수단을 구동하면 장착에러가 1/10이하의 값으로 줄일 수 있어서, 데드 존을 그만큼 축소할 수 있다.

한편, 본 발명은 검사영역의 조건에 따라서, 단층영상 또는 투시영상을 선택적으로 얻을 수 있는데, 먼저, 단층영상을 얻기 위해서는 광발생수단과 대상물안착수단 중 하나 또는 둘을 구동하여 광발생수단과 대상물안착수단에 안착된 검사대상물과의 거리를 조절하여 가시영상획득수단에 검출되는 1차영상을 확대(또는 축소)하면서, 동시에 배율조절수단을 조절하여 검사대상물의 원하는 층의 영상이 항상 일정한 크기를 가지도록 2차영상을 역으로 축소(또는 확대)하여, 촬상수단에서 영상을 촬상함으로써, 얻을 수 있다.

또한, 투시영상을 얻기 위해서는, 광발생수단과 대상물안착수단의 상대 위치를 고정한 후, 광발생수단으로부터 소정파장의 발생하여 가시영상획득 수단에서 1차영상을 검출한 후, 이로부터 2차영상을 얻으면서, 이와 동시 또는 순차적으로, 배율조절수단을 일정배율로 고정한 후, 2차 영상을 촬상수단에서 촬상하는 단계를 동시 또는 순차적으로 진행하여 얻을 수 있다.

이상에서, 설명한 본 발명의 단층 및 투시 검사장치는 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

첫째, 다른 장치에서 사용되었던 바와 같이 회전하는 X선 구조를 만들 필요가 없으므로 이를 제어하기 위한 각동 제어장치 및 복잡한 구조의 X선 발생장치가 일반적인 X선 발생 장치로 단순화되고 제작 및 설치가 용이하므로 경제성이 높아진다. 또한, 단순한 장치를 사용하므로 장치 전체에 대한 신뢰성이 높아지게 된다.

둘째, 부피가 큰 회전 구조의 검출기를 만들 필요가 없으므로 회전 X선 장치와 정확한 동기를 유지하도록 하는 복잡한 제어기구가 필요없어지게 된다. 물론 이 장치에서도 기판의 움직임에 따라 줌렌즈를 동기시켜야 하지만 고전압의 X선과 부피가 큰 검출기를 동기시키기 보다는 회로기판의 이송과 줌렌즈의 구동을 동기시키는 것이 훨씬 더 단순하게 당성될 수 있다. 특히, 질량이 큰 부분의 움직임이 없으므로 보다 안정된 움직임제어가 가능하다. 특히 수직방향의 이송기구는 기존의 단층 촬영장치에서도 원하는 초점면에 기판을 이송시키기 위해 사용되는 것으로 이 장치에서도 별로도 필요한 장비가 아니다.

셋째, 일반적으로 회로기판을 검사할 때 모든 부분에서 단층을 촬영하여야 하는 것은 아니다. 양면 기판의 경우에도 서로 겹침이 발생하는 부분은 일부분에만 존재하므로 이런 부분에서만 단층 촬영을 통해 검사하고 겹치지 않는 부분은 투시영상 자체만으로 충분히 검사가 가능하다. 일반적으로 단층촬영은 여러장의 화상을 얻어 처리하여야 하므로 시간이 투시영상 처리보다는 많이 걸리는 단점이 있다. 기존의 단층처리 시스템에서는 투시영상과 단층 영상을 번갈아 얻기가 불편한 단점이 있었지만, 이 시스템에서는 일반적으로 투시 영상을 얻다가 필요한 부분에서 가판의 수직이송과 여기에 동기된 줌렌즈의 구동으로 단층영상을 얻을 수 있으므로, 이의 전환이 매우 효과적으로 이루어질 수 있다.

넷째, 위의 장치를 구성하는데 있어서, 별도로 필요한 장치는 일반적인 투시 영상처리 장치에 단순히 줌렌즈를 더한 것 뿐이어서 장치에 부담되는 비용이 매우 저렴한 장점이 있다. 또한, 켈리브레이션을 통하여 정확한 구동을 하는 것이 다른 장비보다 더 유연하게 이루어질 수 있는 장점을 가진다.

Claims (20)

1. 단층 및 투시검사장치에 있어서, 검사대상물을 투과할 수 있는 소정파장의 빛을 발생시키는 점광원형태의 광발생수단과, 상기 발생수단의 하부에 상기 검사대상물을 안착하는 대상물안착수단과, 상기 대상물 안착수단의 하부에 위치하여, 상기 검사대상물을 투과한 상기 소정파장의 빛으로 얻어지는 제1영상을 검출하여 가시가능한 파장의 제2영상을 얻는 가시영상획득수단과, 상기 가시영상획득수단을 통하여 얻어진 상기 제2영상을 확대 또는 축소하는 배율조절수단과, 상기 배율조절수단을 통하여 상기 제2영상을 촬상하는 촬상수단을 포함하는 광검출수단과, 상기 광발생수단과 상기 광검출수단 및 상기 대상물안착수단을 제어하는 제어 및 신호처리 수단을 포함하여 이루어지며, 상기 광발생수단과 상기 검사대상물의 상대적 위치관계가 변화하도록 상기 광발생수단 또는 상기 대상물안착수단을 구동하여 상기 제1영상을 축소 또는 확대하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광발생수단과 상기 광검출수단 및 상기 대상물안착수단이 상기 광발생수단으로부터 발생된 빛을 차폐할 수 있는 차폐공간 내부에 설치된 것이 특징인 단층 및 투시검사장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광발생수단이 X선 파장의 광을 발생하는 X선 발생장치인 것을 특징으로하는 단층 및 투시검사장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 X선 발생장치가 마이크로미터(㎛)단위의 초점크기를 가지는 마이크로 포커스 X선 발생장치인 것을 특징으로 하는 단층 및 투시검사장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가시영상획득수단이, 상기 대상물안착수단에 대응하는 제1면이 상기 배율조절수단에 대응하는 제2면보다 크게 형성되며, 상기 제1면이 제1영상이 형성되는 형광스크린이 있고, 상기 제1영상을 전기적신호로 변환하는 광전층과, 상기 전기적신호를 집광하여 상기 제2영상을 형성하는 형광층을 포함하는 진공관형태의 영상증배관과, 상기 제2면에 접하여 설치된 직경이 큰 릴레이 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 가시영상획득수단이, X선 비디콘 튜브(Xray vidicon tube) 또는 이메이저(Imager)인 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 배율조절수단이 전동 줌렌즈인 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 전동 줌렌즈가 상기 제어 및 신호처리 수단으로부터 미리 정해진 경로를 따라 움직이도록 하모닉드라이브를 부착한 스테핑 모터를 이용하여 구동하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시검사장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 촬상수단이 상기 제2영상을 촬상하여 전기적인 신호로 변환하는 고체촬상장치(CCD)인 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 대상물안착수단이 상기 검사대상물의 가장자리를 고정안착하는 안착부를 가지며, 상기 검사대상물의 검사대상영역은 관통된 형태의 중공형 안착기구인 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 중공형 안착기구가 속이 빈 □자 형태의 안착부를 가지는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 대상물안착수단이 상기 광발생수단으로의 방향과 이에 수직한 평면상의 서로 직교하는 두 방향으로의 구동이 가능한 3축 이송수단을 가지는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 대상물안착수단이 상기 제어 및 신호처리 수단에 의하여 시간제약 없이 고속제어될 수 있는 마이크로 스테핑 모터가 연결되어 구동되는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 제어 및 신호처리 수단이 장치 전체의 기본적인 구동을 제어하는 컨트롤 유닛과, 상기 광검출수단으로부터 신호를 인가 받아, 상기 신호를 영상으로 처리하는 영상처리모듈과, 상기 광검출수단으로부터 신호를 인가 받아, 가시적인 화상을 표시하는 화상표시장치와, 상기 광검출수단으로부 신호를 인가 받아, 상기 신호에 의해 연산하는 메인 컴퓨터와, 상기 영상처리모듈과 상기 화상표시장치와 상기 메인 컴퓨터 및 상기 대상물안착수단의 동작을 제어하며, 이들의 상태를 인가받는 조작판 컨트롤 유닛과, 상기 광검출수단으로부터 신호를 인가 받아 상기 조작판 컨트롤 유닛의 동작을 제어하는 컨트롤 유닛과, 상기 컨트롤 유닛과 상기 광발생수단에 전원을 공급하는 고전압 전원공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 영상처리모듈에 상기 광검출수단으부터의 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 처리기(digital signal processor)가 내장된 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치.
16. 기준위치 표시마트가 표시된 검사대상물에 특정파장의 빛을 조사하는 광발생수단과, 상기 광발생수단의 하부에 상기 검사대상물을 안착하는 대상물안착수단과, 상기 검사대상물을 투과한 상기 소정파장의 빛으로 얻어지는 제1영상을 검출하여 가시가능한 파장의 제2영상을 얻는 가시영상획득 수단과, 상기 가시영상획득수단을 통하여 얻어진 상기 제2영상을 확대 또는 축소하는 배율조절수단과, 상기 배율조절수단을 통하여 상기 제2영상을 촬상하는 촬상수단을 포함하는 광검출수단과, 상기 광발생수단과 상기 광검출수단 및 상기 대상물안착수단을 제어하는 제어 및 신호처리 수단을 포함하여 이루어지는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법에 있어서, 1) 상기 검사대상물을 상기 대상물안착수단에 로드하는 단계와, 2) 오프셋값을 보정하여, 상기 대상물안착수단을 구동하여 상기 검사대상물의 검사영역을 상기 광발생수단의 하부로 옮기는 단계와, 3) 검사위치를 확인하고, 광발생수단으로부터 소정파장의 빛을 발생하여 상기 검사 대상물을 투과시켜 상기 광검출수단에서 영상을 검출하되, 상기 검사대상물의 조건에 따라서 단층영상 또는 투시영상을 선택적으로 얻는 단계와, 4) 상기 광검출수단을 통하여 얻어진 영상을 상기 제어 및 신호처리 수단에서 분석 검사하는 단계와, 5) 상기 검사대상물의 모든 검사대상영역을 검사했는지 여부를 판단하여, 5-1) 상기 검사대상물의 모든 검사대상영역이 검사를 마친 경우에는 상기 검사대상물을 상기 대상물안착수단으로부터 언로드하는 단계와, 5-2) 상기 검사대상물의 검사를 마치지 못한 검사대상영역이 남아있는 경우에 상기 2)단계로부터 공정을 진행하도록 하는 단계와, 6) 상기 검사대상물의 검사결과를 출력하는 단계와, 7) 상기 검사대상물이 최종 검사대상물인지를 판단하여, 7-1) 상기 검사대상물이 최종 검사대상물인 경우, 검사를 종료하는 단계와, 7-2) 상기 검사대상물이 최종 검사대상물이 아닌 경우, 상기 1)단계로부터 공정을 진행하도록 하는 단계를 포함하는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 3)단계에서, 상기 단층영상을 얻기 위하여, 상기 광발생수단과 대상물안착수단 중 하나 또는 둘을 구동하여 상기 광발생수단과 상기 대상물안착주산에 안착된 검사대상물과의 거리를 조절하여 상기 가시영상획득수단에 검출되는 상기 1차영상을 확대(또는 축소)하는 단계와, 상기 배율조절수단을 조절하여 상기 검사대상물의 원하는 층의 영상이 항상 일정한 크기를 가지도록 상기 2차영상을 역으로 축소(또는 확대)하여, 상기 촬상수단에서 영상을 촬상하는 단계를 동시진행하는 것을 특지으로 하는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 3)단계에서, 상기 투시영상을 얻기 위하여, 상기 광발생수단과 상기 대상물안착수단의 상대위치를 고정한 후, 상기 광발생수단으로부터 소정파장의 발생하여 상기 가시영상획득수단에서 상기 1차영상을 검출한 후, 이로부터 2차영상을 얻는 단계와, 상기 배율조절수단을 일정배율로 고정한 후, 상기 2차영사을 상기 촬상수단에서 촬상하는 단계를 동시 또는 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 2)단계에서, 오프셋값을 보정하기 위하여, 상기 1)단계를 진행한 후, 1a) 상기 제어 및 신호처리 수단에서 명령을 받아, 상기 검사대상물의 상기 기준위치 표시마크를 상기 광발생수단의 하부로 옮기는 단계와, 1b) 상기 기준위치 표시마크를 감지하여 상기 기준위치 표시마크의 실제위치와 예상위치의 차이값을 측정하여, 상기 제어 및 신호처리 수단에서 상기 대상물안착수단의 오프셋값을 계산하는 단계를 포함하여, 상기 2)단계 이후의 공정을 진행함으로써, 상기 촬상수단의 유효 촬상면적을 최대화하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 검사대상물의 X방향으로의 장착에러를 ΔX, 상기 검사대상물의 Y방향으로의 장착에러를 ΔY, 검사대상물이 X방향의 기준측과 Y방향의 기준축에 대하여 기울어진 정도를 Δθ라 하고, 기준위치 표시마크로부터 현재 검사를 요하는 검사영역으로의 X방향으로의 변위를 X, Y방향으로의 변위를 Y라할 때, X방향으로의 오프셋값인 X_offset과, Y방향으로 오프셋값인 Y_offset를,

    와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 단층 및 투시 검사장치를 이용한 검사방법.