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문제 정의
- 본 연구에서는 LCD glass의 pole 형상 측정을 위하여 백색광 주사 간섭계를 In-Line 장비에 적용을 위한 측정기 설계 및 고속 측정 알고리즘을 개발하였다. 광량 확보를 위한 최소 렌즈를 사용한 백색광 광학계의 in-line 장비를 위한 Autofocusing 방법과 측정 속도를 높이기 위하여 여러가지 알고리즘을 비교 분석하여 적합한 알고리즘을 선택하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 고속 백색광 주사 간섭계를 개발하여 반도체 부품 및 디스플레이 분야의 In-Line 장비에 적용할 수 있도록 40um/sec 의 높이 측정속도와 300um/sec 속도를 가지는 고속의 Autofocusing 방법을 적용하여 LCD 의 pole 높이즉정을 하였다.
- 본 연구에서는 백색광 주사 간섭계(white light scanning interferometer)를 이용하여 LCD glass 위의 pole 의 높이를 고속으로 측정하고자 한다. 백색광주사 간섭법의 경우 백색광이 가지고 있는.
제안 방법
- 구성하였다. 개발된 백색광 주사 간섭겨】에 '있어 고속으로 바닥 기준면의 높이를 검출하기 위하여 개발된 자동초점 검출 방식은 macro focus 와 micro focus 로나뉘며, 검줄에는 영상상의 특징치를 이용하여 초점을 맞추는 방법을 사용하였다. 측정 대상물인 LCD 8 세대 glass 의 경우 위에서도 언급 하였듯이 2200 X 2500 mm 의 대면적으로 높이 편차가 약 200um 이상으로 되기 때문에 스테핑 모터를 사용하여 10um 정도의 정밀도를 가지는 marco 방법과 piezo actuator 롤 사용하여 0, .
- 광량 확보를 위한 최소 렌즈를 사용한 백색광 광학계의 in-line 장비를 위한 Autofocusing 방법과 측정 속도를 높이기 위하여 여러가지 알고리즘을 비교 분석하여 적합한 알고리즘을 선택하여 사용하였다. 본 연구를 통하여 개발된 광학계 설계 및 Autofocusing, 측정 알고리즘을 적용한 inElie 장비는 LCD 생산의 각종 검사 즉정 분야를 비롯하여 반도체 및 광부품 산업에 있어 큰 기대효과를 볼 수 있을 것으로 기대한다.
- 기존의 Fourier Transform을 이용한 digital filter 의 방법이 연속의 좁은 간격의 sample data를 획득하여 많은 수의 data량과 대용량의 연산으로 많은 시간이 걸리는데 반하여 제안하는 sampling 이론을 바탕으로 Interforogam으로 부터 얻은 적온 sample data 값에 대하여 넓은 sampling interval을 가지고 squared-envelope fimction을 이용 정점을 빠른 속도로 구하는 방법이 되겠다.
- 있다. 따라서, 연산 속도를 줄이기 위해서 속도가 빠른 무게중심 법과 정밀도가 높은 SEST 알고리즘을 병행하여 In-line 장비에서 가장 취약한 외부 진동환경에 강하도록 하였다. 본 실험에서는 Fig.
- 백색광 주사 간섭계에서 높이 추출을 위해서 영상에서 획득한 fringe 의 정점을 찾는 연구에 대해서는 현재 까지도 많은 연구가 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 Fourier transform 을 이용한 방법, 무게 중심 법, 가시도 상관 분포 법, SEST 등이 4가지 알고리즘의 비교를 통하여 LCD glass 의 pole 의 측정에 적용하여 속도, 주위환경의 영향과 반복도 등을 비교하였으며, 가장 in-line 적용에 적합한 알고리즘을 선정하였다. 실험은 640 X 480 image size 의 영상에 대하여 약 40nm 의 범위에 대하여 각각 알고리즘 마다 0.
- 백색광 주사 간섭계에서 절대 높이를 구하기 위해서는 기준면(ref&ence) 에 대한 위치 정보가 필요하므로 실험장치에 z 축 linear encoder 와스테밍 모터를 장착하여 자동으로 기준면을 찾고 절대 높이를 구할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 개발된 백색광 주사 간섭겨】에 '있어 고속으로 바닥 기준면의 높이를 검출하기 위하여 개발된 자동초점 검출 방식은 macro focus 와 micro focus 로나뉘며, 검줄에는 영상상의 특징치를 이용하여 초점을 맞추는 방법을 사용하였다.
- 따라서, 연산 속도를 줄이기 위해서 속도가 빠른 무게중심 법과 정밀도가 높은 SEST 알고리즘을 병행하여 In-line 장비에서 가장 취약한 외부 진동환경에 강하도록 하였다. 본 실험에서는 Fig. 13과 같이 속도 개선을 위하여 정점은 무게중심 법을 이용하여 구한 후 Interferogram내의 작은 범위 안에서 SEST 알고리즘으로 점을 검출하도록 하여 속도와 정밀도를 높혔다.
- 기본적으로 macro focusinge 어디 있을지 모르는 바닥 면에 대하여 lOOum~~10mm의 범위 내에서 최대한 빠른 시간내에 찾아야 한다. 본 실험에서는 약 1mm 검사 구간에 대하여 Z축 모터를 10um단위로 이송하면서 영상을 획득한 가장 선명해지는 부분을 찾아내는 방법을 사용하였다. 10um의 이송단위는 10배의 간섭 렌즈를 적용할 경우 image 상에서 약 30um~50um 대상물의 edge를 구분할 수 있기 때문이다.
- 빠른 시간 안에 바닥 면을 찾기 위하여 Z 축 모터를 이용 넓은 sampling interval 을 가지고 바닥 면에 근사한 위치를 잡은 후 PZT 만을 이용 좁은 영역에서의 sampling 을 하여 바닥 면을 정확히 찾아내는 것이 되겠다. 본 연구에서는 Macro focusing 방법후 Micro focusing 방법을 하여 Table 3에 나타난 바와 같이 99.87% 의 성공률과 약 300um/sec 의 속도를 가지는기구부 와 알고리즘을 설계 하고 구현 하였다.
- . 빠른 시간 안에 바닥 면을 찾기 위하여 Z 축 모터를 이용 넓은 sampling interval 을 가지고 바닥 면에 근사한 위치를 잡은 후 PZT 만을 이용 좁은 영역에서의 sampling 을 하여 바닥 면을 정확히 찾아내는 것이 되겠다. 본 연구에서는 Macro focusing 방법후 Micro focusing 방법을 하여 Table 3에 나타난 바와 같이 99.
- 알고리즘을 선정하였다. 실험은 640 X 480 image size 의 영상에 대하여 약 40nm 의 범위에 대하여 각각 알고리즘 마다 0.2um 와 0.4um 구간을 이송하였으며. 결과는 Table 4 에서 나타내었다.
- 개발된 백색광 주사 간섭겨】에 '있어 고속으로 바닥 기준면의 높이를 검출하기 위하여 개발된 자동초점 검출 방식은 macro focus 와 micro focus 로나뉘며, 검줄에는 영상상의 특징치를 이용하여 초점을 맞추는 방법을 사용하였다. 측정 대상물인 LCD 8 세대 glass 의 경우 위에서도 언급 하였듯이 2200 X 2500 mm 의 대면적으로 높이 편차가 약 200um 이상으로 되기 때문에 스테핑 모터를 사용하여 10um 정도의 정밀도를 가지는 marco 방법과 piezo actuator 롤 사용하여 0, .4um 정도의 정밀도를 가지는 micro 방법으로 나누어 적용을 하였다..
- 측정에 사용된 시편은 LCD 의 pole 과 wafer 상의 gold bump 이 匸즉정 기 의 즉정 정밀도를 비교하기 위해서는 산업계에서 3 차원 측정용으로 널리 사용하고 있는 Olympus 사의 confocal 장비의 측정 결과를 비교 대상으로 정하였다. 측정 실험 방법은 PZT 의 이송 속도를 0.2um 와 0.4um 로 나누어서 40um 의 높이를 측정하여 각 알고리즘 별로측정 속도를 비교하였으며, 0.4um/step 의 이송 속도를 사용하여 측정 정밀도를 비교하였다.
대상 데이터
- 유리하다. 일반적으로 백색광 간섭계는 충분한 광원을 가지는 할로겐 램프를 많이 사용하나, in-line장비에 사용하기에는 주변 장치가 복잡하며, 수명이 짧아서 본 연구에는 LED를 광원으로 사용하였다. LED는 할로겐 광원 보다 광량이 작은 단점이 있으므로 최적 설계를 통하여 광원 확보를 해야 한다.
- 5에 나타내었다. 측정에 사용된 시편은 LCD 의 pole 과 wafer 상의 gold bump 이 匸즉정 기 의 즉정 정밀도를 비교하기 위해서는 산업계에서 3 차원 측정용으로 널리 사용하고 있는 Olympus 사의 confocal 장비의 측정 결과를 비교 대상으로 정하였다. 측정 실험 방법은 PZT 의 이송 속도를 0.
데이터처리
- 8의 (a) 의사각형 범위의 ROI영역을. 정하여 영상의 표준편차를 구하였다. 영상에서의 fHnge가 발생할 경우 밝고 어두운 부분으로 선명하게 나누어지게 되어 표준 편차를 구할 시 그 값이 다른 이미지에 비하여 확연히 커지게 되어 있다.
이론/모형
- 모터 이동으로 측정기가 depth of focus 영역 근처에 들어 오게 되면 image의 edge의 선명도는 강해 지게 되며 가장 선명도가 강한 부분을 찾아 그 위치로 이동하게 된다. 이때의 edge 추출은 간단히 Sobel과 같은 간단한 영상처리 기법을 적용하였으며, 식(1)과 같이 5 pixel의 연산 범위를 정하였다. 이때 z축 모터가 10um로 scan하게 되면 간섭 무늬가 나타나는 구간이 약 4 ~ 5um로 Fig.
성능/효과
- 무게 중심 법은 정밀도면에서 낮은 신뢰도를 보이고 있으며. SEST 알고리즘은 정밀도 면에서는 높지만 속도에서는 주어진 성능올 만족하기에는 미흡함을 알 수 있었다. 마지막으로 제한된 방법은 측정 속도와 정밀도 면에서 만족할 만한 성능을 보임을 알 수 있다.
- SEST 알고리즘은 정밀도 면에서는 높지만 속도에서는 주어진 성능올 만족하기에는 미흡함을 알 수 있었다. 마지막으로 제한된 방법은 측정 속도와 정밀도 면에서 만족할 만한 성능을 보임을 알 수 있다.
- 위의 알고리즘의 구현 결과 SEST 알고리즘이 속도와 정밀도를 동시에 고려할 때 비교적 우수한 성능을 보이고 있으나 in-line 적용을 위한 목표치인 40um/sec 의 연산속도에는 미치지 못하고 있다. 따라서, 연산 속도를 줄이기 위해서 속도가 빠른 무게중심 법과 정밀도가 높은 SEST 알고리즘을 병행하여 In-line 장비에서 가장 취약한 외부 진동환경에 강하도록 하였다.
- 만일 측정 장비의 진동수가 각종 모터의 진동수와 같을 경우 공진이 발생하여 정밀 측정이 어렵게 된다. 측정 장치의 진동을 알아보기 위하여 Laser Vibrometer 를 이용하여 측정하여보았으며 약 20kg 의 test 장비에서는 125Hz 의진 동이 측정 되어 모터 제어 주파수와 비슷하여 공 진이 발생하였으나 무게를 10kg 정도 절반으로 줄인 모듈화 구성 장비에서는 평균 6아Iz 의진 동으로 감소함을 보이고 있다.
- 91um 의 표준시편에 대한 측정 영상이며, 100 회 측정하여 Table4 에 대하여 나타내었다. 측정결과 평균 3.94um 의 높이를 보이고 있으며 최고 높이 3.997um 최소 높이 3.9043um 로 표준편차 0.024 의값을 보이고 있다.
후속연구
- 반도체 공정적용을 위해서는 측정 속도를 약 100um/sec로 높이기 위하여 새로운 광학계 설계 고속 카메라의 적용 및 Strobe 조명 방식 적용, 간섭렌즈의 고속구동을 위해서 피에조 엑츄에이터를 멈추지 않고 이동하면서 고속 영상 획득하는 on the flying image 방법이 현재 진행중이다. 또한 백색광 간섭계는 진동에 취약한 문제점이 있으므로, in-line 장비에 적용하기 위해서는 진동에 강건하도록 즉정계 설계와 측정 알고리즘을 보완해야 할 것이다.
- 광량 확보를 위한 최소 렌즈를 사용한 백색광 광학계의 in-line 장비를 위한 Autofocusing 방법과 측정 속도를 높이기 위하여 여러가지 알고리즘을 비교 분석하여 적합한 알고리즘을 선택하여 사용하였다. 본 연구를 통하여 개발된 광학계 설계 및 Autofocusing, 측정 알고리즘을 적용한 inElie 장비는 LCD 생산의 각종 검사 즉정 분야를 비롯하여 반도체 및 광부품 산업에 있어 큰 기대효과를 볼 수 있을 것으로 기대한다. 반도체 공정적용을 위해서는 측정 속도를 약 100um/sec로 높이기 위하여 새로운 광학계 설계 고속 카메라의 적용 및 Strobe 조명 방식 적용, 간섭렌즈의 고속구동을 위해서 피에조 엑츄에이터를 멈추지 않고 이동하면서 고속 영상 획득하는 on the flying image 방법이 현재 진행중이다.
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