KR101033855B1

KR101033855B1 - 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템과 그 방법

Info

Publication number: KR101033855B1
Application number: KR1020100085897A
Authority: KR
Inventors: 김태진; 김현석; 이상주; 황용운
Original assignee: 노바테크 (주); 주식회사 투아이스펙트라
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-05-16
Also published as: CN102384722B; TWI445919B; TW201211500A; CN102384722A

Abstract

본 발명은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 유리기판의 로딩 및 언로딩, 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업이 동시에 자동으로 이루어지기 때문에 작업 시간을 크게 줄일 수 있고 작업 능률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템은, 유리기판(20)을 로딩 및 언로딩 하는 로딩 및 언로딩부(100)와, 상기 유리기판(20)을 세정하는 세정부(200)와, 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 검출하고 두께를 측정하는 측정부(300)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)에 상기 유리기판(20)을 순차적으로 동시에 이송하도록 중앙의 회전축(30)에 의해 회전하는 3개의 안착대(40)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 상기 측정부(300)의 이미지 센서(321)에서 촬영된 이미지 영상과 2D 코드를 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 검출하는 측정 단말기(400)를 포함하며, 상기 측정부(300)는: 상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 구비한 상부 측정기(320)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(332)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(331)를 구비한 하부 측정기(330); 및 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 촬영하는 2D 코드 이미지 센서(342)와, 상기 2D 코드 이미지 센서(342)의 동작시 상기 유리기판(20)의 2D 코드 부분으로 조명을 조사하는 조명기기(341)를 구비한 2D 코드 검출기(340);를 포함하고 있다.

Description

유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템과 그 방법{System of 2D code detection and Thickness measurement for glass substrate, and method of the same}

본 발명은 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드(이하, '2D 코드'라 한다) 검출 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리기판의 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading), 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업을 동시에 자동으로 수행하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

또한, 레이저를 이용하여 비접촉식으로 유리기판의 두께 및 2D 코드(Code)를 자동으로 측정하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diodes), 디지털 카메라, 휴대폰 카메라 등의 디스플레이 산업에서 다양한 유리가 얇은 기판 형태로 제조 공정에 널리 이용되고 있다. 그 중에서도 유리 기판(웨이퍼)은 최근 성장하고 있는 고온 폴리(poly) TFT-LCD, OLED, 디지털 카메라, 휴대폰 카메라 등에 사용되는 주요 광학 필터 기판 및 광통신용 소재로 고품질의 사양을 요구하는 분야에 널리 사용되고 있다.

또한, 실리콘 웨이퍼와의 본딩(bonding), MEMS, fiber optics device의 MEMS, Bio-medical 분야, Micro-mirror, polarized beam splitters, dichroic filter 기판, micro glass- block 및 Lens, DVD, CDP 등의 pick-up 프리즘 분야 등에 다양한 소재의 유리 웨이퍼가 사용되고 있다.

이처럼 유리 웨이퍼는 현재 급속히 성장하고 있는 디스플레이 산업, 광통신 및 정밀 광학 소자 분야 등에서 널리 사용되는 소재산업으로써 앞으로 지속적으로 높은 성장이 기대되는 분야이다. 지속적인 성장을 유지하기 위해서는 유리 웨이퍼에 대한 항상 정확한 품질관리와 품질향상이 요구되며, 이를 위해서 유리 웨이퍼의 특성 즉 평탄도 및 두께변화에 대한 정확한 평가 및 측정기술이 요구된다.

기존의 유리 웨이퍼의 평탄도 측정방법에는 플랫(flat) 평판 위에 놓인 유리웨이퍼의 윗면의 형상을 3차원 형상측정기로 스캔(scan) 측정하여 평탄도를 측정하는 방법과 Fizeau 간섭계로 평행 빔을 사용하여 유리 웨이퍼와 크기가 같거나 큰 Reference Flat과 유리 웨이퍼 윗면의 간섭무늬를 관측하여 평탄도를 측정하는 방법이 있다.

2차원 형상측정기로는 일직선의 형상만 측정이 가능하며 2차원 형상을 얻기 위해서는 3차원 형상측정기로 전 영역을 스캔하여야 한다. 많은 종류의 형상 측정기가 있지만 대부분 작은 영역만 측정할 수 있으며, 200㎜ 이상의 유리 웨이퍼를 측정하기 위해서는 대형 측정기가 필요하다. 그러나 대형일수록 측정정확도가 떨어지며 가격도 고가이다.

도 1은 평판의 평탄도를 측정을 위해 만들어진 기존의 상업용 Fizeau 간섭계를 나타낸 제품 사진이다.

도 1을 참조하면, 평판의 평탄도를 측정하기 위해서는 최소한 같은 크기의 Reference Lens가 필요하다. 따라서 유리웨이퍼의 크기가 커질수록 측정 장치도 커지게 된다. 그러나 이 측정 장치는 레이저빔을 사용하기 때문에 간섭 거리가 길어서 투명한 얇은 박막인 유리웨이퍼를 측정하면 유리웨이퍼의 상하면과 기준면 사이에 발생하는 모든 간섭무늬가 중첩하여 보이는 문제가 있다. 실리콘웨이퍼 측정에는 적합하나 유리웨이퍼 측정에는 문제가 있다. 이러한 문제는 일반적인 상업용 Fizeau 간섭계에서 모두 나타나는 문제점이다.

도 2는 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계 및 이 간섭계의 작동원리를 나타낸 도면이고, 도 3은 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계로 유리 웨이퍼를 측정한 측정결과를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, Zygo사의 VeriFire MST 간섭계는 특수한 알고리즘을 사용하여 유리 웨이퍼의 상하면과 기준면 사이에 발생하는 모든 간섭무늬가 중첩하여 보이는 문제를 제거하기 위한 간섭계이다. 이러한 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계는 웨이퍼의 상하면의 Flatness, 두께변화, 굴절률 등 많은 것을 측정할 수 있다. 그러나 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계는 현재 측정 가능한 크기(직경 100 mm)가 유리 웨이퍼의 크기에 비해 작고 유리 웨이퍼의 두께가 얇을수록 두께 측정이 어려우며(광학적인 두께가 최소 1.2 mm 이상이어야 측정 가능함), 가격이 고가여서 산업체에서 사용하기에는 어려운 문제점이 있다.

또한, 시료의 두께를 측정하는 종래의 두께측정장치로는 마이크로미터가 대표적이며, 일정한 압력의 공기를 내뿜게 하여 그 유출량(流出量)과 압력변화를 매개로 두께를 측정하는 공기 마이크로미터나, 도막이나 도금 부분과 기재(基材)와의 전자기적 성질의 차를 이용해서 두께를 측정하는 전기 마이크로미터 등이 있다.

종래에는 주로 마이크로미터를 이용하여 판유리의 두께를 측정하고 있다. 하지만, 상기 마이크로미터는 판유리의 두께를 접촉 방식에 의해 측정하기 때문에 정밀하게 폴리싱(Polishing) 된 유리표면이 간섭에 의해서 손상되거나 더럽혀지는 문제가 있다.

또한, 상기 마이크로미터를 이용한 판유리의 두께 측정방법은 측정자의 수작업에 의한 측정방식이므로, 측정작업이 번거로울 뿐만 아니라, 측정값에 대한 신뢰도가 낮을 수밖에 없다.

이하, 유리기판의 형상 및 두께를 측정하는 종래의 선행기술들은 다음과 같다.

국내 공개특허 제2009-0031852호(이하, '종래기술 1'이라 한다)는 TFT-디스플레이를 제조하기 위한 기판으로 사용되는 것과 같은 대면적 디스크의 두께를 연속적으로 신속하게 측정할 수 있는 대면적 유리기판의 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 종래기술 1은 도 4에 나타낸 바와 같이, 두 개의 크로스-오버 유닛을 구비한 하나의 크로스-오버 장치 및 두 개 이상의 측정 헤드, 그리고 하나의 제어 장치 및 평가 장치를 포함하는, 투명하고 평평한 기판의 두께를 측정하기 위한 장치로서, 상기 크로스-오버 유닛에는 측정 헤드가 고정되어 있고, 상기 크로스-오버 유닛은 기판 위로 유리 디스크의 이송 방향에 대하여 횡단방향으로 이동할 수 있으며, 상기 크로스-오버 유닛들은 상호 독립적으로 이동할 수 있으며, 상기 제어 장치가 크로스-오버 유닛의 동작을 제어함으로써, 크로스-오버 유닛이 작동 중에 위상 변이된 상태로 기판의 이송 방향에 대하여 횡단방향으로 한쪽 가장자리에서부터 반대쪽 가장자리로 이동하게 되며, 상기 평가 장치는 측정 헤드의 데이터를 참조하여 두께 프로파일을 작성하도록 구성된 기판의 두께를 측정하기 위한 장치에 대해 개시되어 있다.

국내 공개특허 제2007-0100618호(이하, '종래기술 2'라 한다)는 화학 연마 처리 등에 의해서 박형화된 유리기판을 반송하면서 판 두께를 정확히 측정할 수 있는 유리기판의 판 두께 측정 장치에 관한 것이다.

상기 종래기술 2는 도 5에 나타낸 바와 같이, 박형화 처리된 유리기판을 수용하여 그 유리기판에 대해서 복수 지점의 판 두께를 계측하는 판 두께 측정 장치로서, 상기 유리기판이 반송되는 반송로에 직교하여 상기 유리기판의 표면 측과 이면 측에 배치되는 복수 조의 센서와, 상기 센서로부터의 출력 신호에 기초하여 각 센서와 상기 유리기판의 표면과의 이격 거리를 산출하는 제1 수단과, 상기 제1 수단의 산출치와 미리 특정되어 있는 한 쌍의 센서의 이격 거리에 기초하여 반송중인 상기 유리기판의 판 두께를 산출하는 제2 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이용 유리기판의 판 두께 측정 장치에 대해 개시되어 있다.

국내 공개특허 제0074514호(이하, '종래기술 3'이라 한다)는 레이저에 의한 비접촉식 방법을 이용하여 난반사 물체의 표면에 대해서 높은 정밀도로 측정할 수 있고 뿐만 아니라 유리와 같은 정반사 물체의 표면에 대해서도 정확한 반사각을 고려할 수 있어 유리 등 경면물체를 대상으로 경면물체의 형상측정과 함께 두께를 동시에 측정 가능한 레이저에 의한 비접촉식 경면물체의 형상 및 두께 측정시스템에 관한 것이다.

상기 종래기술 3은 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기에 의해 발진된 레이저 광이 렌즈를 통하여 경면 표면에 집광되고 경면 표면에 의해 반사된 빛이 다시 대물렌즈를 통하여 빔 스플리터에 반사된 후 광 검출기에 입력된다. 상기 광 검출기에서 입력 광을 검출하여 물체의 형상 즉 거칠기나 높이의 정보를 갖고 있는 광 강도 분포를 산출해 낸다. 또한 구동부에 해당하는 translation stage를 정밀 이송하게 되면 대물렌즈를 통해 일정 반사각을 갖는 레이저광은 유리 경면의 뒷면에 집광되고 뒷면에 반사되어 진 광은 다시 유리 경면을 통과한 후 대물렌즈와 빔 스플리터를 거치고 광 검출기로 되돌아와 검출되게 된다. 이렇게 검출되어 진 두 신호를 분석하여 측정물체의 동일 축 상의 형상과 두께를 동시에 측정하는 비접촉식 경면 물체의 형상 및 두께 측정시스템에 대해 개시되어 있다.

국내 등록특허 제0867197호(이하, '종래기술 4'라 한다)는 다층의 박막(Thin Film)이 코팅되어 있는 평판형 유리의 두께를 광학적으로 측정하기 위한 다층막 코팅 유리의 두께 측정장치에 관한 것이다.

상기 종래기술 4는 도 7에 나타낸 바와 같이, 유리의 좌우 측 하단이 전방으로 미끄러지도록 지지하는 경사면을 갖는 한 쌍의 받침대와, 상기 받침대의 전면에 상기 유리의 좌우 측 가장자리를 지지할 수 있도록 수직 하게 장착되어 있는 한 쌍의 지지대로 구성되는 고정수단과, 상기 유리가 초점에 위치할 때 포커스 에러신호를 출력하는 홀로그램 광학계와, 상기 유리에 대하여 상기 홀로그램 광학계를 직교좌표운동시키는 직교좌표운동수단과, 상기 홀로그램 광학계로부터의 포커스 에러신호를 프로그램에 의하여 처리하여 상기 유리의 두께를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 다층막 코팅 유리의 두께 측정장치에 대해 개시되어 있다.

국내 등록특허 제0908639호(이하, '종래기술 5'라 한다)는 광을 이용하여 비접촉식으로 유리 웨이퍼의 형상을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

상기 종래기술 5는 도 8에 나타낸 바와 같이, 광원으로부터 방출된 광을 유리 웨이퍼에 조사하는 광 조사단계와, 상기 유리 웨이퍼의 하면에서 반사된 제 1 광 및 상기 유리 웨이퍼의 하면을 투과하여 기준면에서 반사된 제 2 광을 중첩하여 간섭무늬를 생성하는 간섭무늬생성단계와, 상기 생성된 간섭무늬를 광 검출부로 검출하는 검출단계와, 상기 검출된 간섭무늬를 기초로 상기 유리 웨이퍼의 하면의 평탄도를 산출하는 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 웨이퍼 형상 측정 방법에 대해 개시되어 있다.

하지만, 종래의 기술들은 유리 판과 같은 측정 대상물체의 두께를 비접촉식에 의해 측정하는 방법에 대해서는 개시되어 있으나, 측정 대상물체의 두께를 측정하기 위해 측정장비에 측정 대상물체를 수작업으로 일일이 세팅해야 하기 때문에 작업시간이 많이 소요되고 불편한 문제점이 있다.

또한, 종래의 기술에서는 측정 대상물체의 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading), 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업을 동시에 자동으로 처리하는 시스템 및 방법에 대해서는 전혀 언급 및 개시되어 있지 않다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 유리기판의 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading), 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업이 동시에 자동으로 이루어지는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 레이저(Laser)를 이용하여 유리기판의 두께를 비접촉으로 자동 측정할 수 있는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 2D 매트릭스(Matrix)의 트리거 신호(Trigger Signal)를 이용하여 두께 측정과 동시에 매트릭스(Matrix)를 읽을 수 있는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 유리기판을 박형화하더라도 정확히 판 두께를 계측할 수 있는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법을 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 2에 기재된 발명은, 「유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템에 있어서, 유리기판(20)을 로딩 및 언로딩 하는 로딩 및 언로딩부(100)와, 상기 유리기판(20)을 세정하는 세정부(200)와, 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 검출하고 두께를 측정하는 측정부(300)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)에 상기 유리기판(20)을 순차적으로 동시에 이송하도록 중앙의 회전축(30)에 의해 회전하는 3개의 안착대(40)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 상기 측정부(300)의 이미지 센서(321)에서 촬영된 이미지 영상과 2D 코드를 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 검출하는 측정 단말기(400)를 포함하며, 상기 측정부(300)는: 상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 구비한 상부 측정기(320)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(332)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(331)를 구비한 하부 측정기(330); 및 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 촬영하는 2D 코드 이미지 센서(342)와, 상기 2D 코드 이미지 센서(342)의 동작시 상기 유리기판(20)의 2D 코드 부분으로 조명을 조사하는 조명기기(341)를 구비한 2D 코드 검출기(340);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.」을 제공한다.

삭제

청구항 3에 기재된 발명은, 「제 2 항에 있어서, 상기 레이저 발진기(322,332)의 레이저가 확장 레이저인 경우 상기 상부 및 하부 측정기(320,330)의 내부에 상기 확장 레이저를 직선(점) 레이저로 변환하는 투과렌즈(323,333)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.」을 제공한다.

청구항 4에 기재된 발명은, 「제 2 항에 있어서, 상기 측정 단말기(400)는: 상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템의 동작 명령을 입력하는 키보드(411) 및 마우스(412)와, 상기 측정부(300)의 X축 및 Y축을 조절하여 상기 2D 코드를 찾는 조이스틱(413)을 구비한 입력부(410)와; 상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램 화면과 상기 이미지 센서(321)에서 촬영한 이미지 영상과 2D 코드를 화면에 출력하는 모니터(431)와, 상기 측정 단말기(400)에서 측정한 데이터 정보를 통신망을 통해 송수신하는 통신 포트(432)를 구비한 출력부(430); 및 상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램을 저장 및 구동하고 상기 입력부(410)를 통해 입력된 명령에 의해 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 이미지 센서(321) 및 2D 코드 이미지 센서에서 각각 촬영된 이미지 영상을 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 측정하는 제어부(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.」을 제공한다.

청구항 5에 기재된 발명은, 「제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템은: 상기 측정 단말기에서, 상기 유리기판(20)의 상부 및 하부에서 각각 촬영된 영상 이미지를 영상 처리하여, 측정 시료인 상기 유리기판(20)의 반사광의 위치 변화량을 하기의 수학식 1에 의해 산출하고,

(수학식 1)

(여기서, 상기

및

는 기준 유리기판(K)의 두께(d)와 비교할 때 상기 유리기판(20)의 두께 변화량이고, 상기

및

는 상기 이미지 센서(321,331)에서 상기 유리기판(20)으로 입사하는 입사광의 각도이다.)

(수학식 2)

(여기서, 상기

는 기준 유리기판(K)의 두께(d)이다.)

상기 수학식 1에 의해 상기

및

를 산출한 다음, 상기의 수학식 2와 같이 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 구하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.」을 제공한다.

또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 6에 기재된 발명은, 「유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법에 있어서, (a) 유리기판(20)을 안착하여 로딩 및 언로딩부(100), 세정부(200), 측정부(300)를 동시에 회전 순회하는 3개의 안착대(40)를 구비한 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템을 제공하는 단계와; (b) 상기 로딩 및 언로딩부(100)의 안착대(40)에 상기 유리기판(20)을 안착하는 단계와; (c) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 세정부(200)로 이송하는 단계와; (d) 상기 세정부(200)에서 상기 유리기판(20)을 세정하는 단계와; (e) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 측정부(300)로 이송하는 단계와; (f) 상기 측정부(300)에서 상기 유리기판(20)을 정렬 및 진공 압착한 후 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하고 동시에 2D 코드를 검출하는 단계와; (g) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 상기 로딩 및 언로딩부(100)로 이송하는 단계와; (h) 상기 로딩 및 언로딩부(100)에서 상기 유리기판(20)의 언로딩 및 외관검사를 하는 단계; 및 (i) 상기 (b) 내지 (h) 단계를 반복 수행하는 단계;를 포함하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.」을 제공한다.

청구항 7에 기재된 발명은, 「제 6 항에 있어서, 상기 (f)단계에서 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하는 방법은: 상기 유리기판(20)의 상부 및 하부 면으로 레이저 빔을 조사하여 상기 유리기판(20)으로부터 반사되는 반사광의 위치 변화량을 하기의 수학식 1로부터 산출하고,

(수학식 1)

(여기서, 상기

및

는 이미지 센서(321,331)에서 상기 유리기판(20)으로 입사하는 입사광의 각도이다.)

(수학식 2)

(여기서, 상기

는 기준 유리기판(K)의 두께(d)이다.)

상기의 수학식 2를 이용하여 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 구하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.」을 제공한다.

청구항 8에 기재된 발명은, 「제 6 항에 있어서, 상기 (f)단계에서 2D 코드를 검출하는 방법은: 상기 유리기판의 2D 코드를 촬영한 영상이미지를 영상 처리하여 상기 2D 코드를 검출하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.」을 제공한다.

본 발명에 따르면, 유리기판의 로딩 및 언로딩, 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업이 동시에 자동으로 이루어지기 때문에 작업 시간을 크게 줄일 수 있고 작업 능률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 유리기판의 상부에 배치되는 레이저 발진기와 이미지 센서를 이용해서 비접촉식으로 유리기판의 두께를 측정하는 방식을 사용함으로써, 특정 위치에 제한되지 않고, 유리기판의 모든 곳을 자유롭게 두께 측정할 수 있다.

또한, 정밀하게 폴리싱 된 유리 표면이 간섭에 의해서 손상되거나 더럽혀지는 문제가 초래되지 않으며, 두께 측정 작업의 자동화가 가능하고, 두께 측정 작업의 정밀도가 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 레이저(Laser)를 이용하여 유리기판의 두께를 비접촉으로 자동 측정할 수 있고, 2D 매트릭스(Matrix)의 트리거 신호(Trigger Signal)를 이용하여 두께 측정과 동시에 매트릭스(Matrix)를 읽을 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 평판 평탄도를 측정하는 상업용 Fizeau 간섭계의 제품 사진
도 2는 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계 및 작동원리를 나타낸 도면
도 3은 Zygo사의 VeriFire MST 간섭계로 유리 웨이퍼를 측정한 측정결과를 나타낸 도면
도 4는 종래 기술에 따른 대면적 유리기판의 두께 측정 장치의 구성도
도 5는 종래 기술에 따른 유리기판의 판 두께 측정 장치의 구성도
도 6은 종래 기술에 따른 레이저에 의한 비접촉식 경면물체의 형상 및 두께 측정시스템의 구성도
도 7은 종래 기술에 따른 다층막 코팅 유리의 두께 측정장치의 구성도
도 8은 종래 기술에 따른 유리 웨이퍼 형상 측정 장치의 구성도
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템의 구성도
도 10은 본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템의 설계도
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 측정부(300)의 구성도
도 12는 유리기판(20)의 측정 위치 및 2D 코드 위치를 나타낸 도면
도 13 및 도 14는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기의 제 1 실시 예를 개략적으로 나타낸 사시도 및 단면도
도 15는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기의 내부 구성과 두께 측정 방법을 설명하기 위한 설명도
도 16은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 1 방법을 설명하기 위한 설명도
도 17 및 도 18은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 2 방법을 설명하기 위한 설명도
도 19 및 도 20은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 3 방법을 설명하기 위한 설명도
도 21은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법에 대한 동작 흐름도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템

도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템의 구성도 및 설계도이다.

본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 유리기판(20)을 로딩 및 언로딩 하는 로딩 및 언로딩부(100)와, 상기 유리기판(20)을 세정하는 세정부(200)와, 상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드를 측정하는 측정부(300)와, 상기 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)에 상기 유리기판(20)을 순차적으로 동시에 이송하도록 중앙의 회전축(30)에 의해 회전하는 3개의 안착대(40)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고 상기 측정부(300)의 이미지 센서(도 14의 321 참조)에서 촬영된 이미지 영상과 2D 코드를 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 검출하는 측정 단말기(400)를 포함하고 있다.

상기 측정 단말기(400)는, 상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템의 동작 명령을 입력하는 키보드(411) 및 마우스(412)와, 상기 측정부(300)의 X축 및 Y축을 조절하여 상기 2D 코드를 찾는 조이스틱(413)을 구비한 입력부(410)와; 상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램 화면과 상기 이미지 센서(321)에서 촬영한 이미지 영상과 2D 코드를 화면에 출력하는 모니터(431)와, 상기 측정 단말기(400)에서 측정한 데이터 정보를 통신망을 통해 송수신하는 통신 포트(432)를 구비한 출력부(430)와, 상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램을 저장 및 구동하고 상기 입력부(410)를 통해 입력된 명령에 의해 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 상기 이미지 센서(321)에서 촬영된 이미지 영상과 2D 코드를 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 검출하는 제어부(420)를 포함하고 있다.

상기 로딩 및 언로딩부(100)는 작업자(10)가 두께를 측정하고자 하는 유리기판(20)을 상기 안착대(40)에 로딩(Loading)하고, 상기 측정부(300)에서 두께 및 2D 코드 측정이 완료된 유리기판(20)을 언로딩(Unloading) 및 외관검사하는 곳이다. 상기 로딩 및 언로딩부(100)에는 상기 유리기판(20)을 언로딩(Unloading) 하기 전에 이물질 등을 검사할 수 있는 자재(유리기판) 걸대 및 라이트(light)가 설치되어 있다.

상기 로딩 및 언로딩부(100)에서 상기 작업자(10)가 상기 유리기판(20)을 상기 안착대(40)에 안착하면(또는, 상기 측정 단말기(400)의 입력부(410)를 통해 측정 명령을 입력하면) 상기 안착대(40)가 자동 회전하여 상기 유리기판(20)을 상기 세정부(200)로 이송하게 된다. 이때, 상기 안착대(40)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 로딩 및 언로딩부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)에 각각 하나씩 위치하도록 세 개로 구성되어 있으며, 중앙의 회전축(30)에 의해 세 개의 안착대(40)가 동시에 회전하여 상기 로딩 및 언로딩부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)를 회전 순환하도록 되어 있다. 상기 안착대(40)는 일 측이 상기 회전축(30)과 연결되어 있고 타 측에 안착 다리(41)가 일정 간격으로 형성된 포크 모양을 하고 있다.

상기 세정부(200)에서는 상기 로딩 및 언로딩부(100)에서 이송되어 온 상기 유리기판(20)을 세정하는 작업을 한다. 세정 작업이 완료된 후 상기 안착대(40)의 회전에 의해 상기 세정부(200)에서 상기 측정부(300)로 상기 유리기판(20)이 이송된다.

상기 측정부(300)에서는 상기 세정부(200)로부터 상기 유리기판(20)이 이송되어 오면, 먼저 상기 XY 정렬장치(310)에 의해 상기 유리기판(20)의 X축 및 Y축을 정렬한다. 그리고, 상기 측정부(300)에서는 2D 코드 검출기(340)를 통해 2D 코드를 찾는다. 이때, 상기 2D 코드를 발견하지 못하면 상기 작업자(20)가 상기 조이스틱(413)을 이용하여 상기 2D 코드 검출기(340)를 X축 및 Y축으로 이동하면서 2D 코드를 찾는다. 상기 2D 코드가 발견되면 상기 2D 코드 검출기(340)에서 상기 2D 코드를 영상이미지로 촬영하고 상기 제어부(420)에서 촬영된 2D 코드의 영상이미지를 영상 처리하여 2D 코드를 검출하게 된다. 이때, 2D 코드의 검출 방법은 이미 공지된 기술로서 여기서는 그 원리에 대해 자세하게 설명하지 않는다.

상기 2D 코드 검출기(340)에서 2D 코드가 촬영되면, 상기 측정부(300)에서는 상부 측정기(320)와 하부 측정기(330)를 이용하여 상기 유리기판(20)의 두께를 자동 측정하게 된다. 이때, 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하는 방법에 대해서는 후술하는 도 15 내지 도 20에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 측정부(300)에서 상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드 측정이 완료되면 상기 안착대(40)가 자동 회전하여 상기 유리기판(20)을 상기 로딩 및 언로딩부(100)로 이송하게 된다.

상기 로딩 및 언로딩부(100)에서는 상기 측정부(300)로부터 이송되어 온 상기 유리기판(20)을 상기 작업자(10)가 육안으로 외관검사(이물질 등 검사)를 실시한 후 언로딩(Unloading)한 다음, 두께를 측정할 새로운 유리기판(20)을 상기 안착대(40)에 로딩(Loading) 한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템은 유리기판(20)의 로딩 및 언로딩, 세정 작업, 두께 및 2D 코드 측정 작업이 동시에 자동으로 이루어지기 때문에 작업 시간을 크게 줄일 수 있고 작업 능률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

측정부(300)의 구성 예

도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 측정부(300)의 구성도이다.

상기 측정부(300)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 구비한 상부 측정기(320)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(332)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(331)를 구비한 하부 측정기(330)와, 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 촬영하는 2D 코드 이미지 센서(342)와, 상기 2D 코드 이미지 센서(342)의 동작시 상기 유리기판(20)의 2D 코드 부분으로 조명을 조사하는 조명기기(341)를 구비한 2D 코드 검출기(340)를 포함하고 있다.

측정 위치 및 2D 코드 위치

도 12는 유리기판(20)의 측정 위치 및 2D 코드 위치를 나타낸 도면이다.

상기 유리기판(20)에는 도 12에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 셀(21)이 매트릭스(matrix) 형태로 배치되어 있고, 상기 셀(21)과 셀(21) 사이에 2D 코드(22)가 형성되어 있다. 여기서, B는 상기 측정기(320)의 두께측정 위치를 나타내고, C는 상기 측정기(320)의 실링(sealing) 위치(측정 간격)를 나타낸다.

상기 2D 코드(22)는 양축 (X 방향, Y 방향)으로 데이터를 배열시켜 평면화시킨 것으로서, 선적용 패키지와 같이 로트 번호, 구매 주문 번호, 수취자, 수량 기타 정보 등의 다양한 내용을 바코드로 표현하여 대상물에 부착하거나 동반시킴으로써 대상물의 이동과 함께 데이터가 수반 되도록 할 때의 많은 데이터의 표현이 가능하다. 상기 2D 코드(22)는 이차원 심볼로 표현되어 타 컴퓨터 시스템에 키보드를 치지 않고 재입력이 가능하다.

상기 2D 코드(22)의 장점은 하나의 심볼에 대용량의 데이터를 포함시킬 수 있는 점과 좁은 영역에 많은 데이터를 고밀도로 표현할 수 있다는 점, 공간 이용률이 매우 높다는 점과, 심볼이 오염되거나 훼손되어 데이터가 손상되더라도 오류를 검출하여 복원하는 능력이 탁월한 점이며, 또한 흑백 엘리먼트(element)가 변에 구속되어 있지 않아 심볼 인쇄 및 판독이 쉽고 심볼의 판독을 다방향으로 할 수 있으며, 한국어를 비롯한 모든 외국어 그리고 그래픽 정보까지도 표현할 수 있는 장점이 있다. 상기 2D 코드(22)는 데이터를 구성하는 방법에 따라 크게 다층형 바코드(Stacked Bar Code)와 매트릭스형 코드 (Matrix Code)로 나뉜다.

상기 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템에서 측정하는 상기 유리기판(20)은 최소 660×406㎜에서 최대 699.6×440㎜까지 가능하나 반드시 여기에 한정된 것은 아니다. 상기 두께 및 이차원 코드 자동 측정 시스템은 투명 또는 반투명 재질로 된 유리기판(20)을 모두 측정할 수 있으며, 유리기판(20) 이외에 다른 재질의 투명 및 반투명 재질의 판 두께도 측정 가능하다.

두께 측정 및 2D 코드 검출기의 제 1 실시 예

도 13 및 도 14는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기의 제 1 실시 예를 개략적으로 나타낸 사시도 및 단면도이고, 도 15는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기의 내부 구성과 두께 측정 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상기 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기의 제 1 실시 예는 도 13 내지 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 일 측 상부 및 하부에 1개 또는 2개 이상의 상부 및 하부 측정기(320,330)를 각각 구비하고 있다. 상기 상부 및 하부 측정기(320,330)는 프레임(301)에 상하 대칭되게 평행하게 구성되어 있으며, 상기 조이스틱(413)에 의해 X축과 Y축 및 Z축 방향으로 각각 ±20㎜∼±50㎜로 이동이 가능하다. 상기 상부 및 하부 측정기(320,330)와 상기 유리기판(20) 사이의 거리(s)는 20㎜ 정도가 바람직하다.

상기 상부 및 하부 측정기(320,330)는 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 상면(G1) 또는 하면(G2)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322,332)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1) 또는 하면(G2)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 상면(G1) 또는 하면(G2)에 상기 입사광(L1)이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321,331)를 내부에 각각 구비하고 있다. 또한, 상기 상부 및 하부 측정기(320,330)는 상기 레이저 발진기(322,332)의 레이저가 확장 레이저인 경우 상기 확장 레이저를 직선(점) 레이저로 변환하는 투과렌즈(323,333)를 내부에 더 구비하고 있다.

상기 상부 및 하부 측정기(320,330)의 기본 사양의 예는 아래 표와 같다.

도 16은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 1 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상기 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 1 방법은 도 16에 나타낸 바와 같이, 상기 레이저 발진기(322,332)에서 상기 유리기판(20)의 상면 및 하면으로 입사광을 각각 조사하면, 상기 입사광이 상기 유리기판(20)의 상면 및 하면에 반사되어 상기 이미지 센서(321,331)로 반사광이 출력된다. 이때, 상기 이미지 센서(321,331)는 상기 유리기판(20)의 상면 및 하면에 반사되어 입사되는 반사광을 각각 영상 이미지로 촬영하여 상기 측정 단말기(400)로 보내게 된다.

상기 측정 단말기(400)에서는 상기 이미지 센서(321,331)에서 촬영된 영상 이미지를 각각 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 상면 및 하면에서 각각 반사되어 상기 이미지 센서(321,331)로 입사되는 반사광의 변화량을 하기의 수학식 1에 의해 산출하게 된다.

여기서, 상기

및

는 기준 유리기판(K)의 두께(d)와 비교할 때 상기 유리기판(20)의 두께 변화량이다. 이때, 상기

및

는 유리기판에 따라 상기 기준 유리기판(K)의 두께(d)보다 크거나 작을 수 있으며 같을 수도 있다. 상기

및

는 상기 이미지 센서(321,331)에서 상기 유리기판(20)으로 입사하는 입사광의 각도이다.

상기 수학식 1에 의해 상기

및

가 구해졌으면, 하기의 수학식 2와 같이 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 구할 수 있다.

여기서, 상기

는 기준 유리기판(K)의 두께(d)로써, 측정 시료인 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하기 전에 미리 저장된 기준 값이다.

상기 수학식 2에서 상기

과 상기

를 하기의 수학식 3과 같이

,

라 가정한다. 이때, 상기

,

는 상기 유리기판(20)으로 입사되는 입사광이 일정하기 때문에 일정한 값을 갖는다.

상기 수학식 3을 상기 수학식 2에 대입하면 하기의 수학식 4와 같이 정리할 수 있다.

여기서, 상기

및

는 시료의 두께 변화량에 대응되는 상기 이미지 센서(321,331) 내에서 레이저 빔(반사광)의 위치 변화량을 의미하며, 보정을 통하여 두께 변화량으로 바꾸어진다.

만약, 상기 수학식 4에서 상기

가 "0(zero)"이라고 가정하면, 상기

만이 시료 두께 변화에 기여하게 된다. 반대로, 상기

이 "0(zero)"이라고 가정하면, 상기

만이 시료 두께 변화에 기여하게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 시료인 상기 유리기판(20)의 상면 및 하면에서 각각 반사되어 상기 이미지 센서(321,331)로 입사되는 반사광의 변화량을 검출하여 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 상기 수학식 1 내지 4에 의해 간단히 구할 수 있다.

따라서, 상기 유리기판(20)의 상면(G1) 및 하면(G2)에 상기 입사광(L1)이 반사되는 반사광의 변화량(

및

)을 알면 미리 저장해 둔 상기 기준 유리기판(K)의 두께(d)를 이용하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출해 낼 수 있다. 이러한 방법은 측정 대상물의 재질이나 투명 및 반투명에 상관없이 평판 형태의 모든 측정 대상물의 두께를 측정할 수 있다.

도 17 및 도 18은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 2 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상기 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 2 방법은 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 일 측 상부 또는 하부에 1개 또는 2개 이상의 측정기(320)를 구비하고 있다. 상기 측정기(320)는 프레임(301)에 설치되며, 상기 조이스틱(413)에 의해 X축과 Y축 및 Z축 방향으로 각각 ±20㎜∼±50㎜로 이동이 가능하다. 상기 측정기(320)와 상기 유리기판(20) 사이의 거리(s)는 20㎜ 정도가 바람직하다.

상기 측정기(320)는 도 17에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 상면(G1){또는 하면(G2)}으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1){또는 하면(G2)}에 상기 입사광(L1)이 반사되는 제 1 지점(S1)과 상기 입사광(L1)이 상기 유리기판(20)의 하면(G2){또는 상면(G1)}에 반사되어 상기 유리기판(20)의 상면(G1){또는 하면(G2)}을 통과하는 제 2 지점(S2)을 영상 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 포함하고 있으며, 상기 레이저 발진기(322)의 레이저가 확장 레이저인 경우 상기 측정기(320)의 내부에 상기 확장 레이저를 직선(점) 레이저로 변환하는 투과렌즈(323)를 더 구비한다.

상기 측정 시료인 유리기판(20)이 측정 위치에 놓여 진 상태에서, 상기 작업자(10)가 상기 입력부(410)를 조작하여 두께 측정을 시작하면, 상기 레이저 발진기(322)가 상기 제어부(420)에 의해 작동되어서 입사광(L1)을 일정 각도(θ)만큼 경사지게 상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 조사한다. 이처럼, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 입사광(L1)을 조사하면, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 조사된 입사광(L1)은 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에서 직접 반사되는 제 1 반사광(L2)과, 상기 유리기판(20)의 내부로 굴절되어서 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 반사되어 상기 유리기판(20)의 상면(G1)을 통해 외부로 굴절되는 제 2 반사광(L3)으로 구분된다. 이때, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에는 상기 입사광(L1)이 반사되는 제 1 지점(S1)과 상기 반사광(L3)이 통과하는 제 2 지점(S2)이 밝게 표시된다.

상기 이미지 센서(321)는 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 상기 입사광(L1)이 반사되는 제 1 지점(S1)과, 상기 입사광(L1)이 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 반사되어 상기 유리기판(20)의 상면(G1)을 통과하는 제 2 지점(S2)의 이격 거리(k)를 영상 이미지로 촬영한다.

상기 측정 단말기(400)의 제어부(400)에서는 상기 이미지 센서(321)에서 촬영된 영상 이미지를 영상 처리하여 상기 제 1 지점(S1)과 제 2 지점(S2) 간의 이격 거리(k)를 자동으로 측정한다. 그 다음, 아래의 수학식 5를 매개로 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 산출한다.

여기서, 상기 n은 대기 상태에서의 상기 유리기판(20)의 굴절율이고, 상기

1은 상기 입사광(L1)의 입사 각도이다.

도 19 및 도 20은 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 3 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상기 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기에서 유리기판의 두께를 측정하는 제 3 방법은 도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 일 측 상부 또는 하부에 1개 또는 2개 이상의 측정기(320)를 구비하고 있다. 상기 측정기(320)는 프레임(301)에 설치되며, 상기 조이스틱(413)에 의해 X축과 Y축 및 Z축 방향으로 각각 ±20㎜∼±50㎜로 이동이 가능하다. 상기 측정기(320)와 상기 유리기판(20) 사이의 거리(s)는 20㎜ 정도가 바람직하다.

상기 측정기(320)는 도 19에 나타낸 바와 같이, 상기 유리기판(20)의 상면(G1){또는 하면(G2)}으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1){또는 하면(G2)}에 상기 입사광(L1)이 반사된 제 1 반사광(L2)과 상기 입사광(L1)이 상기 유리기판(20)을 통해 하면(G2){또는 상면(G1)}에 반사된 제 2 반사광(L3)이 투영되는 스크린(324)과, 상기 스크린(324)에 투영된 상기 제 1 반사광(L2)의 지점(S3)과 상기 제 2 반사광(L3)의 지점(S4)을 영상 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 포함하고 있으며, 상기 레이저 발진기(322)의 레이저가 확장 레이저인 경우 상기 측정기(320)의 내부에 상기 확장 레이저를 직선(점) 레이저로 변환하는 투과렌즈(323)를 더 구비한다.

한편, 상기 입사광(L1)이 상기 유리기판(20)에서 반사된 상기 제 1 반사광(L2)과 상기 제 2 반사광(L3)이 상기 측정기(320) 내부에 설치된 상기 스크린(324)에 투영된다. 이때, 상기 스크린(324)에 형성되는 상기 제 1 반사광(L2)이 투영되는 제 3 지점(S3)과 상기 제 2 반사광(L3)이 투영되는 제 4 지점(S4)은 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 형성되는 제 1 지점(S1)과 제 2 지점(S2)에 비해 매우 선명하게 나타난다. 따라서, 상기 제어부(420)에서 영상 처리시 지점 간의 거리 측정을 더 정확하게 할 수 있다.

그런데, 이와 같은 방법은 상기 스크린(324)의 위치에 따라 상기 제 3 지점(S3)과 제 4 지점(S4)의 위치가 변하게 된다. 따라서, 상기 유리기판(20)의 정밀한 두께 측정을 위해서는 상기 스크린(324)의 배치 각도(θ2)를 상기 입사광(L1)의 조사 각도(θ1)에 일치시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 유리기판(20)으로부터 반사되는 상기 제 1 반사광(L2) 및 상기 제 2 반사광(L3)의 방향과, 상기 스크린(324)을 직접 촬영하는 상기 이미지 센서(321)의 광축의 방향이 서로 평행하게 정렬된다.

상기 이미지 센서(321)에서는 상기 스크린(324)에 투영된 상기 제 1 반사광(L2)의 지점(S3)과 상기 제 2 반사광(L3)의 지점(S4)의 이격 거리(x)를 영상 이미지로 촬영한다.

상기 측정 단말기(400)의 제어부(400)에서는 상기 이미지 센서(321)에서 촬영된 영상 이미지를 영상 처리하여 상기 제 1 지점(S1)과 제 2 지점(S2) 간의 이격 거리(x)를 아래의 수학식 6에 의해 산출한다.

상기 수학식 6을 상기 수학식 5에 대입하면 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 산출하는 아래의 수학식 7을 구할 수 있다. 이에 의해, 아래의 수학식 7을 매개로 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 산출한다.

1은 상기 입사광(L1)의 입사 각도이고, 상기

2는 상기 스크린(324)의 경사 각도이다.

본 발명에서는 상기 측정 단말기(400)의 통신 포트(432)에 연결된 통신망을 통해, 상기 측정기(320)에서 측정된 상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드 정보를 외부로 전송 가능하도록 하였다. 그리고, 상기 유리기판(20)의 상부에 배치되는 상기 레이저 발진기(322)와 상기 이미지 센서(321)를 이용해서 상기 유리기판(20)의 두께를 비접촉식으로 측정할 수 있으며, 상기 유리기판(20)의 모든 곳을 자유롭게 두께 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 판유리 두께측정방법은, 판유리의 두께 측정에만 그 사용이 한정되지 않고, 투명한 재질의 판재 두께를 측정하는데 모두 적용될 수 있음은 물론이다.

도 21은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법에 대한 동작 흐름도이다.

먼저, 본 발명에서는 도 9에서 설명한 바와 같이, 유리기판(20)을 안착한 세 개의 안착대(40)가 로딩 및 언로딩부(100), 세정부(200), 측정부(300)를 동시에 회전 순회하면서 로딩 및 언로딩, 세정, 두께 및 2D 코드 측정을 동시에 수행할 수 있는 유리기판의 두께 측정 및 이차원 코드 검출 시스템을 제공하고 있다.

본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법은 도 21에 나타낸 바와 같이, 상기 로딩 및 언로딩부(100)의 안착대(40)에 상기 유리기판(20)을 안착시킨 후(단계 S100) 상기 세 개의 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 세정부(200)로 이송하게 된다(단계 S110).

그 다음, 상기 세정부(200)에서 상기 로딩 및 언로딩부(100)로부터 이송되어 온 상기 유리기판(20)을 세정한 다음(단계 S120), 상기 세 개의 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 상기 측정부(300)로 이송하게 된다(단계 S130).

그 다음, 상기 측정부(300)에서 상기 세정부(200)로부터 이송되어 온 상기 유리기판(20)을 정렬 및 진공 압착한 후(단계 S140), 2D 코드를 찾는다(단계 S150). 이때, 상기 2D 코드가 발견되면(단계 S150의 "예") 상기 측정기(300)에서 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 검출한 후 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하고(단계 S170), 상기 2D 코드를 발견하지 못하면(단계 S150의 "아니오") 상기 조이스틱(413)으로 상기 측정기(300)를 X축 및 Y축으로 이동시키면서 2D 코드를 찾는다.

상기 측정부(300)에서 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 검출하고 두께를 측정(단계 S170)한 후, 상기 세 개의 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 상기 로딩 및 언로딩부(100)로 이송한다(단계 S180).

그 다음, 상기 로딩 및 언로딩부(100)에서 상기 유리기판(20)에 이물질 등이 묻었는지를 외관검사한 후 상기 유리기판(20)을 언로딩 한 다음(단계 S190), 상기 단계 S100 내지 단계 S190을 반복 수행한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법은 유리기판의 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading), 세정 작업, 2D 코드 검출 및 두께 측정 작업이 동시에 자동으로 이루어지도록 함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명의 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템과 그 방법은 유리 웨이퍼를 제작하는 산업 분야에 이용될 수 있으며, 유리 웨이퍼 측정관련 표준화를 제공하는 기술로서 이용될 수 있다.

10 : 작업자 20 : 유리기판 또는 피 측정 물체
21 : 셀(cell) 22 : 2D 코드(code)
30 : 회전축 40 : 회전 안착대
41 : 안착 다리 50 : 안전 벽
60 : 포장제품 100 : 로딩 및 언로딩부
200 : 세정부 300 : 측정부
301 : 프레임 310 : XY 정렬장치
320 : 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기 또는 상부 측정기
321 : 이미지센서 또는 영상 입력기
322 : 레이저 발진기 323 : 투과렌즈
324 : 스크린
330 : 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출기 또는 하부 측정기
331 : 이미지센서 또는 영상 입력기
332 : 레이저 발진기 333 : 투과렌즈
340 : 2D 코드 검출기 341 : 조명기기
342 : 2D 코드 이미지 센서
400 : 측정 단말기 410 : 입력부
411 : 키보드 412 : 마우스
413 : 조이스틱 420 : 제어부
430 : 출력부 431 : 모니터
432 : 통신 포트

Claims

삭제
유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템에 있어서,
유리기판(20)을 로딩 및 언로딩 하는 로딩 및 언로딩부(100)와, 상기 유리기판(20)을 세정하는 세정부(200)와, 상기 유리기판(20)의 2D 코드를 검출하고 두께를 측정하는 측정부(300)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100)와 상기 세정부(200) 및 상기 측정부(300)에 상기 유리기판(20)을 순차적으로 동시에 이송하도록 중앙의 회전축(30)에 의해 회전하는 3개의 안착대(40)와, 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 상기 측정부(300)의 이미지 센서(321)에서 촬영된 이미지 영상과 2D 코드를 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 검출하는 측정 단말기(400)를 포함하며,
상기 측정부(300)는:
상기 유리기판(20)의 상면(G1)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(322)와, 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 상면(G1)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(321)를 구비한 상부 측정기(320)와,
상기 유리기판(20)의 하면(G2)으로 입사광(L1)을 조사하는 레이저 발진기(332)와, 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에서 반사되는 반사광(L2) 또는 상기 유리기판(20)의 하면(G2)에 레이저 빔이 반사되는 지점(S1,S2)을 이미지로 촬영하는 이미지 센서(331)를 구비한 하부 측정기(330); 및
상기 유리기판(20)의 2D 코드를 촬영하는 2D 코드 이미지 센서(342)와, 상기 2D 코드 이미지 센서(342)의 동작시 상기 유리기판(20)의 2D 코드 부분으로 조명을 조사하는 조명기기(341)를 구비한 2D 코드 검출기(340);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 레이저 발진기(322,332)의 레이저가 확장 레이저인 경우 상기 상부 및 하부 측정기(320,330)의 내부에 상기 확장 레이저를 직선(점) 레이저로 변환하는 투과렌즈(323,333)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 측정 단말기(400)는:
상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템의 동작 명령을 입력하는 키보드(411) 및 마우스(412)와, 상기 측정부(300)의 X축 및 Y축을 조절하여 상기 2D 코드를 찾는 조이스틱(413)을 구비한 입력부(410)와;
상기 유리기판(20)의 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램 화면과 상기 이미지 센서(321)에서 촬영한 이미지 영상과 2D 코드를 화면에 출력하는 모니터(431)와, 상기 측정 단말기(400)에서 측정한 데이터 정보를 통신망을 통해 송수신하는 통신 포트(432)를 구비한 출력부(430); 및
상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 프로그램을 저장 및 구동하고 상기 입력부(410)를 통해 입력된 명령에 의해 상기 로딩 및 언로딩부(100), 상기 세정부(200), 상기 측정부(300) 및 상기 안착대(40)의 동작을 자동 제어하고, 이미지 센서(321) 및 2D 코드 이미지 센서에서 각각 촬영된 이미지 영상을 영상 처리하여 상기 유리기판(20)의 두께를 산출하고 상기 2D 코드를 측정하는 제어부(420);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템은:
상기 측정 단말기에서, 상기 유리기판(20)의 상부 및 하부에서 각각 촬영된 영상 이미지를 영상 처리하여, 측정 시료인 상기 유리기판(20)의 반사광의 위치 변화량을 하기의 수학식 1에 의해 산출하고,
(수학식 1)

(여기서, 상기
및
는 기준 유리기판(K)의 두께(d)와 비교할 때 상기 유리기판(20)의 두께 변화량이고, 상기
및
는 상기 이미지 센서(321,331)에서 상기 유리기판(20)으로 입사하는 입사광의 각도이다.)
(수학식 2)

(여기서, 상기
는 기준 유리기판(K)의 두께(d)이다.)
상기 수학식 1에 의해 상기
및
를 산출한 다음, 상기의 수학식 2와 같이 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 구하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 시스템.
유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법에 있어서,
(a) 유리기판(20)을 안착하여 로딩 및 언로딩부(100), 세정부(200), 측정부(300)를 동시에 회전 순회하는 3개의 안착대(40)를 구비한 두께 및 2D 코드 자동 측정 시스템을 제공하는 단계와;
(b) 상기 로딩 및 언로딩부(100)의 안착대(40)에 상기 유리기판(20)을 안착하는 단계와;
(c) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 세정부(200)로 이송하는 단계와;
(d) 상기 세정부(200)에서 상기 유리기판(20)을 세정하는 단계와;
(e) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 측정부(300)로 이송하는 단계와;
(f) 상기 측정부(300)에서 상기 유리기판(20)을 정렬 및 진공 압착한 후 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하고 동시에 2D 코드를 검출하는 단계와;
(g) 상기 안착대(40)를 동시에 회전시켜 상기 유리기판(20)을 상기 로딩 및 언로딩부(100)로 이송하는 단계와;
(h) 상기 로딩 및 언로딩부(100)에서 상기 유리기판(20)의 언로딩 및 외관검사를 하는 단계; 및
(i) 상기 (b) 내지 (h) 단계를 반복 수행하는 단계;
를 포함하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (f)단계에서 상기 유리기판(20)의 두께를 측정하는 방법은:
상기 유리기판(20)의 상부 및 하부 면으로 레이저 빔을 조사하여 상기 유리기판(20)으로부터 반사되는 반사광의 위치 변화량을 하기의 수학식 1로부터 산출하고,
(수학식 1)

(여기서, 상기
및
는 기준 유리기판(K)의 두께(d)와 비교할 때 상기 유리기판(20)의 두께 변화량이고, 상기
및
는 이미지 센서(321,331)에서 상기 유리기판(20)으로 입사하는 입사광의 각도이다.)
(수학식 2)

(여기서, 상기
는 기준 유리기판(K)의 두께(d)이다.)
상기의 수학식 2를 이용하여 상기 유리기판(20)의 두께(t)를 구하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (f)단계에서 2D 코드를 검출하는 방법은:
상기 유리기판의 2D 코드를 촬영한 영상이미지를 영상 처리하여 상기 2D 코드를 검출하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 두께 측정 및 2D 코드 검출 방법.