KR101281624B1 - 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법 및 영상화 장치 - Google Patents

재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법 및 영상화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업 재료의 재질 특성 분야에 활용하기 위하여 산업 재료의 표면 밑 단층 구조를 영상화하는 영상화 방법 및 영상화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경제적이고 비파괴적 방법으로 재료의 표면 밑 구조를 분석할 수 있어 재질 분석 시스템의 산업 분야 발전과 은닉 구조 검출과 같은 보안 분야에 기여하기 위하여 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화할 수 있는 영상화 방법 및 영상화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입사광의 파장을 변화시키면서 분석 대상의 재료에 입사시키고; 분석 대상의 재료에서 반사되어 나오는 반사광의 영상을 취득하고; 취득된 반사광의 영상을 2차원화하여 분석 결과를 도출하며; 처리된 분석 결과의 2차원적인 형상의 영상을 디스플레이하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 제공하며, 소정 파장을 갖는 광을 입사하는 입력광 발생수단; 표면 밑 구조를 영상화할 샘플이 위치되고 평면적으로 이동가능하게 구비되는 샘플지지수단; 상기 샘플지지 수단을 2차원적으로 이동시키는 구동제어 수단; 상기 샘플에 반사되어 나오는 반사광의 영상을 취득하는 영상 취득 수단; 취득된 영상을 처리하는 영상 처리 수단; 및 처리된 영상을 외부로 출력 표시하는 영상출력 수단 을 포함하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치를 제공한다.

Description

재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법 및 영상화 장치{IMAGING METHOD OF AND IMAGING APPARATUS FOR IMAGING OF NEAR SURFACE STRUCTURES OF A MATERIAL}
본 발명은 산업 재료의 재질 특성 분야에 활용하기 위하여 산업 재료의 표면 밑 단층 구조를 영상화하는 영상화 방법 및 영상화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경제적이고 비파괴적 방법으로 재료의 표면 밑 구조를 분석할 수 있어 재질 분석 시스템의 산업 분야 발전과 은닉 구조 검출과 같은 보안 분야에 기여하기 위하여 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화할 수 있는 영상화 방법 및 영상화 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면, 정확히는 표면과 표면 밑 수십 나노미터 부분이 전자소자의 활성 영역으로 주로 이용되기 때문에 표면을 포함한 표면 근접(surface and near subsurface) 영역의 분석은 매우 중요한 일이다.
특히 초박막 재료나 극미세 구조를 비파괴적이고 시각적으로 분석하는 방법은 분석 수율(yield)을 높임과 동시에, 결과를 영상으로 보여주기 때문에 분석의 부위의 공간적 구조를 쉽게 확인할 수 있다.
지금까지 반도체 특성분석 분야에서 매핑 기술로 알려진 영상분석 기술들은 주로 유럽을 중심으로 수백 ㎛ 두께 단위의 회로기판 재료를 분석하기 위해 활용되어 왔다. 이러한 기술은 표면 분석기술이라기보다는 기판재료에 빛을 완전히 투과시키기 때문에 벌크(bulk) 분석용이다.
예시로서, 현재 반도체 산업에서 영상기법의 활용 현황을 살펴보면 다음과 같다.
오늘날 적외선 영상기법은 LEC(Liquid Encapsulated Czochralski) 기법으로 성장시킨 반절연 갈륨비소(GaAs)의 균질도 분석을 위해 많이 이용되고 있는데 이 방법은 장치가 간단하고 또한 비 파괴적인 방법으로 넓은 범위의 웨이퍼를 한 번에 검사할 수 있다는 면에서 각광을 받고 있다.
80년대 중반 영국의 연구팀에 의해 갈륨비소(GaAs) 시편을 1㎛대의 파장인 적외선으로 비출 때 디펙트(defect)에 관련된 패턴(patten)이 관측됨이 밝혀졌다. 이후로 디펙트의 영상 매핑이 여러 나라 연구팀에 의해 발표된 후, 벌크(bulk) 화합물 갈륨비소(GaAs)에 대한 균질도 검사의 표준 방법으로 이용되고 있다.
또한, 갈륨비소(GaAs)의 근적외선대에서의 광투과성에 의한 영상을 이용하여 갈륨비소의 에너지 갭 측정기법과 이를 이용한 기타 응용방법이 본 연구 제안자에 의해 국내외적으로 특허화 되었다. 이 방법은 직접 에너지 갭(direct band gap)을 갖는 모든 반도체에 적용 가능한데 거의 모든 화합물 반도체(II-VI, III-V)는 직접 갭을 가지고 있으므로 이들 모두에 적용할 수 있다.
근래에는 적외선 영상기법의 응용분야가 공학, 의학, 물리학분야로 점차 확대되고 있는 실정이고, 국제적으로도 “Defect Recognition and Image Processing in Compound Semiconductors”란 제목으로 매 2년 주기로 국제학술 심포지엄이 개최되어 오고 있다.
적외선 영상기술의 지향과제는 분석대상물(영상화대상)에 대한 특성 구조(feature structure)를 가능한 한 얇은 시편에서 높은 이미지 컨트라스트(image contrast)의 영상정보를 얻는 것인 바, 이를 위해서는 시스템의 하드웨어적(광학시스템)인 개발과 영상처리의 소프트웨어적 개발이 지속적으로 수행되어야 한다.
현재까지의 적외선 영상기술에 대한 적용 한계는 λ=1100㎚정도를 투과할 수 있는 물체에 국한되고, 전자재료 분석의 경우 시편의 두께가 250㎛정도 까지는 별도의 이미지 프로세싱 소프트웨어를 적용하지 않고도 디펙트들의 영상을 얻을 수 있는 것으로 발표되고 있다.
이와 같이 기존 기술들은 반도체 재료의 벌크에 대한 전기적, 광학적 특성만을 대상으로 하고 있고, 재질의 광투과성을 이용하여 영상화하는 것으로, 적외선 영상기법을 이용하여 예를 들면 갈륨비소 벌크 내에 있는 디펙트(결함)들을 영상으로 보여주고 있으며, 재질의 균질도를 흑백영상의 컨트라스트로 평가하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 파장에 따른 광투과 깊이를 이용함으로써 재료의 표면과 표면 밑 수백 나노미터의 구조를 분석대상으로 하여, 경제적이고 비파괴적 방법으로 재료의 표면 밑 구조를 분석할 수 있어 재질 분석 시스템의 산업 분야 발전과 은닉 구조 검출과 같은 보안 분야에 기여할 수 있는 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화할 수 있는 영상화 방법 및 영상화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 적외선 영상기법을 이용하여 산업 재료, 특히 반도체에 대한 표면 근접 구조를 분석할 수 있는 원리와 이의 실시 방법을 제공함으로써 깊이에 따른 재질의 균질도나 구조 변화 검사 또는 단층별 구조 및 표면 밑 은닉구조 확인 등 재질 특성 분야에 활용할 수 있는 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화할 수 있는 영상화 방법 및 영상화 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법으로서, 단색 광원을 이용하여 입사광의 근적외선 대역의 파장을 변화시키면서 분석 대상의 재료에 입사시키는 단계; 상기 분석 대상의 재료 표면 밑의 내부로 침투한 후 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 취득하는 단계; 상기 취득된 반사광의 각 파장에 대한 영상을 2차원화하여 분석 결과를 도출하는 단계; 및 상기 분석 결과의 2차원적인 형상의 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 제공한다.
상기 분석 대상의 표면을 따라 평면적으로 스캔하기 위하여 분석 대상을 이동시키는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법으로서, 단색 입력광원으로부터 입사된 근적외선 대역의 파장을 갖는 입사광을 스펙트럼 광을 발생시키는 분광기를 통해 샘플 재료로 입사시키고, 상기 샘플 재료 표면 밑의 내부로 침투 후 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 획득하고, 각 파장에 대한 영상을 획득한 후 파장별로 영상 파일명을 부여하여 저장하고, 저장된 각 영상에서 샘플 재료의 특정 부위에 대한 영상 좌표의 그레이 레벨을 측정하여 스텍트럼 응답 특성을 구하는 제1 단계; 분석하고자 하는 샘플의 깊이만큼의 샘플 내부 구조를 영상화하기 위하여 분광기의 출력 파장을 선정하는 제2 단계; 선정된 파장으로부터 획득된 영상 정보를 저장하는 제3 단계; 저장된 영상을 이용하여 샘플의 표면 근접 구조를 추출하는 제4 단계; 및 추출된 표면 근접 구조를 디스플레이하는 제5 단계를 포함하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 제공한다.
상기 제3 단계에서는 상기 샘플 재료의 분석 범위와 위치를 변화시키기 위하여 평면적으로 이동시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 차영상(image subtraction) 처리를 이용하여 샘플 재료의 표면 밑의 단층 구조를 분석하는 제6 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치로서, 단색 광원을 이용하여 근적외선 대역의 파장을 갖는 광을 입사하는 입력광 발생수단; 표면 밑 구조를 영상화할 샘플이 위치되고 평면적으로 이동가능하게 구비되는 샘플지지수단; 상기 샘플지지 수단을 2차원적으로 이동시키는 구동제어 수단; 상기 샘플 표면 밑의 내부로 침투 후 반사되어 나오는 반사광의 상기 파장에 대한 영상을 취득하는 영상 취득 수단; 취득된 영상을 처리하는 영상 처리 수단; 및 처리된 영상을 외부로 출력 표시하는 영상출력 수단 을 포함하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치를 제공한다.
상기 입력광 발생수단은 단색 입력광원 및 스펙트럼 광을 발생시키는 단색 광원기를 포함할 수 있다.
상기 샘플지지 수단은 상기 입력광 발생수단에 의해 입사되어 들어오는 광이 분리되어 반사될 수 있도록 샘플을 45°로 유지되게 지지하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 구동제어 수단은 샘플 표면을 따라 2차원적으로 스캔할 수 있는 구동 유닛 및 상기 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 영상 취득 수단은 실리콘 비디콘 또는 CCD 카메라로 이루어질 수 있다.
상기 영상 처리 수단은 프레임 그레버(frame grabber)를 이용하는 영상 캡쳐 보드; 및 상기 프레임 그레버에 수반되는 영상 처리 소프트웨어와 함께 영상 처리 알고리즘을 이용하여 분석 결과를 도출하여 영상 처리를 행하는 컴퓨터를 포함할 수 있다.
상기 영상처리 알고리즘은 상기 입력광 발생수단으로부터 입사된 입사광을 스펙트럼 광을 발생시키는 분광기를 통해 샘플 재료로 입사시키고, 상기 샘플 재료로부터 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 획득하고, 각 파장에 대한 영상을 획득한 후 파장별로 영상 파일명을 부여하여 저장하고, 저장된 각 영상에서 샘플 재료의 특정 부위에 대한 영상 좌표의 그레이 레벨을 측정하여 스텍트럼 응답 특성을 구하고; 분석하고자 하는 샘플의 깊이만큼의 샘플 내부 구조를 영상화하기 위하여 분광기의 출력 파장을 선정하고; 선정된 파장으로부터 획득된 영상 정보를 저장하고; 저장된 영상을 이용하여 샘플의 표면 근접 구조를 추출함으로써 이루어질 수 있다.
상기 영상처리 알고리즘은 차영상(image subtraction) 처리를 이용하여 샘플 재료의 표면 밑의 단층 구조를 분석하는 것을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화할 수 있는 영상화 방법 및 영상화 장치에 의하면, 경제적이고 비파괴적인 방법으로 산업 재료의 표면 밑 구조를 분석할 수 있는 새로운 분석 시스템을 제공함으로써 재질 분석 시스템 산업 발전과 은닉 구조 검출과 같은 보안 분야에 기여할 수 있고 이러한 분야에서 새로운 대안적 기법으로서 분석의 다양성을 제고시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하기 위한 영상화 방법의 적용된 원리의 도식적 해석을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 나타내는 플로차트.
도 3은 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 구성도.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 산업 재료의 표면과 표면 밑 구조의 영상화 원리에 대하여 설명한다.
침투깊이(penetration depth)란 빛이나 전자기파가 어떤 물질을 얼마나 깊게 침투할 수 있느냐의 척도를 의미한다. 이것은 빛이 물질 내부에 투과될 때 물질 내부에서 값이 표면의 원래 값보다 1/e(약 37%)의 세기로 떨어질 때의 깊이로써 정의하고 있다.
전자기파가 물질의 표면에 입사하게 되면 일부는 반사되고 일부는 투과되는데, 이 전자기파는 물질 내부의 원자나 전자들과 상호 작용을 일으킨다. 이때 재료의 특성에 따라 전자기파는 재료 속으로 매우 깊게 진행해 가거나 곧 사라질 수도 있다. 어떤 주어진 재료에 대해 침투깊이는 전자기파의 파장에 따라 변하고 통상 일정 상수가 아니다.
흡광광도분석법(Beer-Lambert)에 의하면 물질 내부에서의 전자기파의 세기는 표면에서부터 지수적으로 감소되는 것으로 밝혀졌다. 즉,
I(d) = Ioe- ad . . . . (1)
여기서 흡수 계수(α)는 침투 깊이(δ(λ))와 다음과 같은 관계를 갖는다.
δ(λ)=1/α . . . . (2)
상기 식 (2)는 전자기파의 물질 내 침투깊이(δ(λ))가 물질 내에 투사되는 빛의 파장에 따른다는 사실이다. 따라서 재질표면분석을 위한 영상기법의 원리를 도식적으로 나타내 보면 도 1과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하기 위한 영상화 방법의 적용된 원리의 도식적 해석을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 광원으로부터 서로 다른 파장을 갖는 빛을 분석대상의 재료에 입사시키면 각 파장에 따라 일정 깊이로 침투되고 일부는 다시 반사되어 나오게 된다.
예를 들면 파장이 가장 짧은 I(λ1)의 입사광선은 표면과 가장 가까운 층에만 침투되고 다시 반사되어 R(λ1)의 반사광이 나오게 된다. 이때 카메라를 통해 R(λ1)에 대한 영상을 획득하면 표면층에 대한 구조를 볼 수 있게 된다.
다시 λ2의 파장을 갖는 I(λ2)의 빛을 재료에 입사시키면, 마찬가지로 R(λ2)의 빛이 반사되어 나오게 된다. 그런데 이번에는 I(λ2)의 빛이 도 1에 표시된 만큼의 깊이를 더 들어가게 되므로 R(λ2)에 의해 영상화된 내용은 표면으로부터 밑에 있는 구조에 대한 정보를 담게 된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같은 근접 표면 1에 대한 구조를 2차원의 영상으로 얻을 수 있다. 마찬가지로 I(λ3)의 입사광에 대해서는 R(λ3)의 반사광이 나오게 되고, 같은 원리로 여기서는 근접 표면 2의 구조를 분석할 수 있게 된다.
이와 같이 표면과 표면 바로 밑에 놓인 구조들을 입사광의 파장을 변화시킴으로써 영상적으로 분석할 수 있게 된다. 여기에서 분석의 의미는 표면 밑에 있어 겉으로는 볼 수 없는 어떤 2차원적인 형상을 눈으로 쉽게 확인할 수 있다는 것이다. 또한, 어떤 재질의 균질성 정도나 표면 밑에 놓여 있어서 통상적인 영상기법으로는 식별할 수 없는 어떤 인위적인 미세 구조를 비파괴적인 방법으로 얻어낼 수 있는 것이다.
아래의 표 1은 상용 CCD에서 입사광의 90%가 흡수되는 깊이를 ㎛단위로 나타내고 있다. 450~700㎛의 파장을 갖는 대부분의 광자(photon)들은 CCD기판의 벌크(bulk) 재질 내에 혹은 공핍 영역 내에서 흡수된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입사광은 근적외선 대역(near infrared band)의 파장의 빛을 이용하는데, 여기서 근적외선 대역의 파장이란 수십 나노미터에서 수백 나노미터의 파장을 의미한다.
광 흡수 깊이
파장(nm) 침투 깊이(μm)
400 0.19
450 1.0
500 2.3
550 3.3
600 5.0
650 7.6
700 8.5
750 16
800 23
850 46
900 62
950 150
1000 470
1050 1500
1100 7600
다시 말해서, 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 도 2를 참조하여 요약해 보면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법은, 크게 서로 다른 파장을 갖는 입사 광선을 분석 대상의 재료에 입사시킨다(S1). 그런 다음, 분석 대상의 재료에서 반사되어 나오는 반사광의 영상을 취득한다(S2). 취득된 반사광의 영상을 2차원화하고 분석 결과를 도출한다(S3). 그런 다음, 처리된 분석 결과의 2차원적인 형상의 영상을 출력하고 표시한다(S4).
여기에서, 상기 분석 대상(샘플)의 표면을 따라 평면적으로 스캔하기 위하여 분석 대상 재료가 위치되는 대상재료 지지수단을 이동시키는 것(S5)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 영상화 방법을 실행하기 위한 구체적인 예시를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치의 바람직한 실시 예에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 산업 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치는, 소정 파장을 갖는 광을 입사하는 입력광 발생수단(100); 샘플(210)이 위치되고 평면적으로 이동가능하게 구비되는 샘플지지수단(200); 상기 샘플지지 수단(200)을 평면적으로 이동시키는 구동제어 수단(미도시); 상기 샘플(210)에 반사되어 나오는 반사광의 영상을 취득하는 영상 취득 수단(300); 취득된 영상을 처리하는 영상 처리 수단(400); 및 처리된 영상을 외부로 출력 표시하는 영상출력 수단(500)을 포함한다.
상기 입력광 발생수단(100)은 단색 입력광원(110) 및 스펙트럼 광을 발생시키는 단색 광원기(120)를 포함할 수 있다.
상기 단색 입력광원(110)으로써는 할로겐 램프를 이용할 수 있고, 상기 단색 광원기(120)는 초점거리 40cm 이상의 분광기(monochromator)를 이용한다.
상기 샘플지지 수단(200)은 입사되어 들어오는 광이 분리되어 반사될 수 있도록 샘플(210)을 유지시킨다. 예를 들어, 입사광과 반사광이 분리될 수 있도록 바람직하게 샘플을 45°로 유지되게 한다.
또한, 상기 구동제어 수단은 샘플 표면을 따라 평면적으로(즉, X-Y축 이동) 스캔할 수 있는 구동 유닛과 이 구동 유닛을 구동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
상기 영상 취득 수단(300)은 실리콘 비디콘 또는 CCD 카메라와 같은 카메라(310)를 이용할 수 있다. 또한, 상기 영상 취득 수단(300)은 카메라 모니터(320)를 더 포함할 수 있으며, 상기 카메라 모니터(320)를 통하여 모니터상의 영상을 통해 영상 시스템의 사전 조정을 행할 수 있다.
다음으로, 상기 영상 처리 수단(400)은 영상 캡쳐 보드(410) 및 영상 처리를 행하는 컴퓨터(420)를 포함한다. 상기 영상 캡쳐 보드(410)는 프레임 그레버(frame grabber)를 이용하고, 상기 컴퓨터(420)는 해당 프레임 그레버에 수반되는 영상 처리 소프트웨어와 함께 영상 처리 알고리즘을 이용하여 분석 결과를 도출한다.
상기 영상출력 수단(500)은 분석 결과를 출력하는 출력 장치로서 범용 컴퓨터 모니터를 사용할 수 있다.
한편, 상기 영상 처리 수단(400)에서 영상 정보를 통한 표면 구조의 분석 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 영상 취득 수단(300)(즉, 카메라(310))의 스펙트럼 응답 특성을 측정하기 위해 단색 광원기(120)가 제공하는 파장 해상도로 광 파장을 변화시키면서 각각의 파장에 대한 영상을 획득한 후 파장별로 영상 파일명을 부여하여 저장한다. 이때의 영상을 각각 Iλ1, Iλ2, ..... Iλn이라 할 경우, 이들 영상에서 특정 부위에 대한 영상 좌표의 그레이 레벨(gray level)을 측정하여 영상 취득 수단(300)의 스펙트럼 응답 특성을 구한다.
상기 샘플지지 수단(200)에 샘플(210)을 위치시키고 분석하고자 하는 깊이만큼의 샘플 내부 구조를 영상화하기 위해 단색 광원기(120)의 출력 파장을 선정한다. 예를 들어 실리콘 샘플의 경우 표면으로부터 1μm 깊이의 구조를 영상화하기 위해서는 상기한 표 1로부터, λ1 = 450nm, 3.3μm의 구조에 대해서는 λ2 = 550 nm, 8.5μm 깊이의 구조에 대해서는 λ3 = 700nm으로 선정한다.
선정된 파장으로부터 영상화 작업을 수행하고 결과를 저장한다. 예를 들어 λ=450nm에 대한 영상은 Iλ450, λ=550nm에 대한 영상은 Iλ550, 그리고 λ=700nm 에 대한 영상은 Iλ700의 파일 명을 사용하여 각각 저장한다. 분석 범위와 위치를 변화시키고자 할 때는 샘플지지 수단(200)의 X-Y위치를 구동 제어 수단을 통해 설정한다.
다음으로, 저장된 영상을 이용하여 샘플의 표면 근접 구조를 추출해 낸다. 즉, Iλ450의 영상은 표면에서부터 1μm까지의 구조에 대한 내용을 영상화한 것이고, Iλ550의 영상은 표면에서부터 3.3μm까지의 구조에 대한 내용, 그리고 Iλ700의 영상은 표면에서부터 8.5μm까지의 구조에 대한 내용을 담고 있다.
표면 밑의 단층 구조를 분석하기 위해서는 차영상(image subtraction) 처리를 이용하는데, 예를 들어 표면 밑 1μm에서 3.3μm까지의 단층 구조는 Iλ550-Iλ450의 차영상이 이에 해당하는 정보를 담고 있고, 마찬가지로 3.3μm에서 8.5μm깊이 까지의 단층 구조는 Iλ700-Iλ550의 차영상으로부터 구할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 비교적 간단하고 특히 비파괴적인 방법으로 산업 재료의 표면과 표면 근접 구조를 2차원의 영상으로 보여줌으로써 산업 재료의 균질도 검사, 단층별 내부 구조 확인, 내부 은닉 구조를 영상 정보처리를 이용하여 분석할 수 있는 특징을 구비하고 있으며, 또한 산업 분야뿐만 아니라 내부 은닉 구조를 밝혀내는 보안 분야에도 적용할 수 있는 응용의 다양성을 도모할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 입력광 발생수단
110: 단색 입력광원
120: 단색 광원기
200: 샘플지지 수단
210: 샘플
300: 영상 취득 수단
310: 카메라
320: 카메라 모니터
400: 영상 처리 수단
410: 영상 캡쳐 보드
420: 컴퓨터
500: 영상출력 수단

Claims (13)

  1. 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법으로서,
    단색 광원을 이용하여 입사광의 근적외선 대역의 파장을 변화시키면서 분석 대상의 재료에 입사시키는 단계;
    상기 분석 대상의 재료 표면 밑의 내부로 침투한 후 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 취득하는 단계;
    상기 취득된 반사광의 각 파장에 대한 영상을 2차원화하여 분석 결과를 도출하는 단계; 및
    상기 분석 결과의 2차원적인 형상의 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분석 대상의 표면을 따라 평면적으로 스캔하기 위하여 분석 대상을 이동시키는 단계를 더 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법.
  3. 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법으로서,
    단색 입력광원으로부터 입사된 근적외선 대역의 파장을 갖는 입사광을 스펙트럼 광을 발생시키는 분광기를 통해 샘플 재료로 입사시키고, 상기 샘플 재료 표면 밑의 내부로 침투 후 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 획득하고, 각 파장에 대한 영상을 획득한 후 파장별로 영상 파일명을 부여하여 저장하고, 저장된 각 영상에서 샘플 재료의 특정 부위에 대한 영상 좌표의 그레이 레벨을 측정하여 스텍트럼 응답 특성을 구하는 제1 단계;
    분석하고자 하는 샘플의 깊이만큼의 샘플 내부 구조를 영상화하기 위하여 분광기의 출력 파장을 선정하는 제2 단계;
    선정된 파장으로부터 획득된 영상 정보를 저장하는 제3 단계;
    저장된 영상을 이용하여 샘플의 표면 근접 구조를 추출하는 제4 단계; 및
    추출된 표면 근접 구조를 디스플레이하는 제5 단계를 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 단계는 상기 샘플 재료의 분석 범위와 위치를 변화시키기 위하여 평면적으로 이동시키는 단계를 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    차영상(image subtraction) 처리를 이용하여 샘플 재료의 표면 밑의 단층 구조를 분석하는 제6 단계를 더 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 방법.
  6. 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치로서,
    단색 광원을 이용하여 근적외선 대역의 파장을 갖는 광을 입사하는 입력광 발생수단;
    표면 밑 구조를 영상화할 샘플이 위치되고 평면적으로 이동가능하게 구비되는 샘플지지수단;
    상기 샘플지지 수단을 2차원적으로 이동시키는 구동제어 수단;
    상기 샘플 표면 밑의 내부로 침투 후 반사되어 나오는 반사광의 상기 파장에 대한 영상을 취득하는 영상 취득 수단;
    취득된 영상을 처리하는 영상 처리 수단; 및
    처리된 영상을 외부로 출력 표시하는 영상출력 수단
    을 포함하는 재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입력광 발생수단은 단색 입력광원 및 스펙트럼 광을 발생시키는 단색 광원기를 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 샘플지지 수단은
    상기 입력광 발생수단에 의해 입사되어 들어오는 광이 분리되어 반사될 수 있도록 샘플을 45°로 유지되게 지지하도록 구성되는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 구동제어 수단은 샘플 표면을 따라 2차원적으로 스캔할 수 있는 구동 유닛 및 상기 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 영상 취득 수단은 실리콘 비디콘 또는 CCD 카메라인
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 영상 처리 수단은
    프레임 그레버(frame grabber)를 이용하는 영상 캡쳐 보드; 및
    상기 프레임 그레버에 수반되는 영상 처리 소프트웨어와 함께 영상 처리 알고리즘을 이용하여 분석 결과를 도출하여 영상 처리를 행하는 컴퓨터를 포함하는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 영상처리 알고리즘은
    상기 입력광 발생수단으로부터 입사된 입사광을 스펙트럼 광을 발생시키는 분광기를 통해 샘플 재료로 입사시키고, 상기 샘플 재료로부터 반사되어 나오는 반사광의 각 파장에 대한 영상을 획득하고, 각 파장에 대한 영상을 획득한 후 파장별로 영상 파일명을 부여하여 저장하고, 저장된 각 영상에서 샘플 재료의 특정 부위에 대한 영상 좌표의 그레이 레벨을 측정하여 스텍트럼 응답 특성을 구하고;
    분석하고자 하는 샘플의 깊이만큼의 샘플 내부 구조를 영상화하기 위하여 분광기의 출력 파장을 선정하고;
    선정된 파장으로부터 획득된 영상 정보를 저장하고;
    저장된 영상을 이용하여 샘플의 표면 근접 구조를 추출함으로써 이루어지는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영상처리 알고리즘은
    차영상(image subtraction) 처리를 이용하여 샘플 재료의 표면 밑의 단층 구조를 분석하는 것을 더 포함하여 이루어지는
    재료의 표면 밑 구조를 영상화하는 영상화 장치.
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