KR101738395B1 - High resolution detecting apparatus using terahertz bessel beam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 테라헤르츠파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 검사 대상 물체를 검사하는 기술로, 회절한계를 넘어 파장 이하의 고분해능을 갖는 검사장치 및 집광 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for inspecting an object to be inspected by a non-destructive method using a terahertz wave, and to an inspection apparatus and a light collecting module having a high resolution below wavelengths beyond a diffraction limit.
비파괴적인 방법으로 물체나 물질을 검사하기 위해서는 영상학적인 방법이 주로 활용되는데, 크게 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법과 분광학적인 방법을 이용한 영상 검출법의 두 가지 방법이 주류를 이룬다. 이러한 방법들은, 각각 장단점을 갖고 있으나, 투과 이미지와 같이 상대적으로 고출력을 요구하는 분야에서는 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법이보다 널리 이용되고 있다.In order to examine objects or substances in a non-destructive way, imaging methods are mainly used. Mainly, two methods of image detection using a continuous output light source and image detection using a spectroscopic method are mainstream. These methods have advantages and disadvantages, respectively, but image detection methods using continuous output light sources are widely used in fields requiring relatively high power such as transmission images.
테라헤르츠파는 물질에 대한 투과성, 정성적 확인 가능성, 생체에 대한 안전성 등의 여러 우수한 특성으로 인해, 비파괴적인 방법으로 감추어진 물체나 물질을 정성적으로 확인하는 분야에서 널리 활용되고 있다.Terahertz waves are widely used in the field of qualitatively identifying hidden objects or substances in a non-destructive way due to their excellent properties such as permeability to materials, possibility of qualitative confirmation, and safety to the living body.
이로 인해, 테라헤르츠파는, 최근에는, 공항이나 보안 시설의 검색 장치, 식품이나 제약 회사의 품질 검사 장치, 반도체 검사 장치, 엔지니어링 플라스틱 검사장치 등 여러 분야에서 활용이 시도되고 있다.In recent years, terahertz waves have been used in various fields such as airport and security facility search devices, food and pharmaceutical company quality inspection devices, semiconductor inspection devices, and engineering plastic inspection devices.
테라헤르츠파를 생산현장에 활용하는 사례가 늘어나고 있으며, 지속적인 연구에 의해 검출 분해능, 검출 속도, 검출 면적 등 주요한 성능 지수들 측면에서 많은 향상을 보이고 있다. Terahertz waves are increasingly used in production sites, and continuous improvements have been made in terms of major performance indices such as detection resolution, detection speed, and detection area.
기존에는 테라헤르츠파 투과이미지를 얻기 위해 물체를 투과한 후 발산하는 테라헤르츠파를 집광하기 위해 1개의 렌즈만을 사용하였다. 이 경우, 검사 대상 물체에 포커싱되는 테라헤르츠파의 빔 크기를 파장 이하로 하기 위해 베셀빔을 형성하는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 작게 하면, 검사 대상 물체를 통과한 후 테라헤르츠 베셀빔이 큰 각도로 발산하여 검출부에 모두 집광되지 않는 문제점이 발생한다. 이에, 집광성이 현저하게 떨어져 검사 장치의 SNR(signal per noise ratio)이 현저히 떨어져 정상적인 영상을 얻지 못하는 문제점이 발생한다.Previously, only a single lens was used to collect terahertz waves that were transmitted through an object to obtain terahertz paraffin images. In this case, if the apical angle of the axicon lens forming the vessel beam is made small so as to make the beam size of the terahertz wave focused on the object to be inspected less than the wavelength, the terahertz vessel beam passes through the object to be inspected, There arises a problem that the light is diverged and is not concentrated on the detection unit. Accordingly, the light-condensing property is remarkably reduced, and the signal-to-noise ratio (SNR) of the inspection apparatus is remarkably reduced, so that a normal image can not be obtained.
본 발명은 위에서 언급한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 검사 대상 물체를 투과한 테라헤르츠 베셀빔의 집광 효율을 높여 분해능을 높일 수 있는 검사 장치 및 집광 모듈을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inspection apparatus and a light collecting module capable of increasing a light collecting efficiency of a terahertz beam beam transmitted through an object to be inspected and improving the resolution.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.
발명의 일실시에 따른 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치는 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 생성부와, 상기 테라헤르츠파 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 하는 베셀빔 형성부와, 상기 테라헤르츠파 베셀빔이 상기 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 1 렌즈와, 상기 제 1 렌즈를 통과한 테라헤르츠파를 검출기로 집광시키는 제 2 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈에 의해서 집광된 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부를 포함한다.A high resolution inspection apparatus using a vessel beam according to an embodiment of the present invention includes a terahertz wave generating unit for generating a terahertz wave and a terahertz wave generating unit for generating a terahertz wave using a terahertz wave generated from the terahertz wave generating unit, A first lens that changes an angle of a terahertz wave emitted from the terahertz Pervasell beam while passing through the object to be inspected, and a second lens that changes the angle of the terahertz wave transmitted through the terahertz Pervasell beam through the first lens, A second lens for converging a wave to a detector; And a terahertz wave detecting unit for detecting a terahertz wave condensed by the second lens.
베셀빔 형성부는 상기 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 상기 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈일 수 있다.The vessel beam forming unit may be a first axicon lens having a vertex angle in which the diameter of the terahertz wave plasma beam is smaller than the wavelength of the terahertz wave generated in the terahertz wave generating unit.
제 1 렌즈는 상기 검사 대상 물체를 기준으로 상기 제 1 엑시콘 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 엑시콘 렌즈일 수 있다.The first lens may be a second axicon lens arranged symmetrically with respect to the first axicon lens with reference to the object to be examined.
제 2 엑시콘 렌즈는 상기 제 1 엑시콘 렌즈과 동일한 크기의 꼭지각을 가질 수 있다.The second axicon lens may have an apex angle that is the same as that of the first axicon lens.
베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치는 상기 테라헤르츠 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 상기 베셀빔 형성부로 입사시키는 각도 변경부를 더 포함할 수 있다.The high resolution inspection apparatus using the vessel beam may further include an angle changing unit for changing the angle of the terahertz wave incident from the terahertz generating unit to change the angle of the terahertz wave to be incident on the vessel beam forming unit.
각도 변경부는 상기 테라헤르츠 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시키는 제 1 볼록 렌즈이고, 제 2 렌즈는 상기 검사 대상 물체를 기준으로 상기 제 1 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 볼록 렌즈일 수 있다.Wherein the angle changing unit is a first convex lens for changing the angle of the terahertz wave incident from the terahertz generating unit to a small angle and the second lens is a second convex lens for deflecting the second convex lens arranged symmetrically to the first convex lens on the basis of the inspection object, Lt; / RTI >
제 2 렌즈는 상기 제 2 엑시콘 렌즈와 동일한 모양을 가지며, 광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 2 엑시콘 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 3 엑시콘 렌즈일 수 있다.The second lens may be a third axicon lens having the same shape as the second axicon lens and arranged symmetrically to the second axicon lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
제 1 렌즈는 상기 테라헤르츠파 베셀빔이 상기 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 3 볼록 렌즈일 수 있다.The first lens may be a third convex lens that changes the angle of the terahertz wave that is emitted while the terahertz Farber beam penetrates the object.
제 2 렌즈는 광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 3 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 4 볼록 렌즈일 수 있다.The second lens may be a fourth convex lens disposed symmetrically with respect to the third convex lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분해능 테라헤르츠파 집광모듈은 테라헤르츠파 베셀빔이 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 1 렌즈; 및 상기 제 1 렌즈를 통과한 테라헤르츠파를 검출기로 집광시키는 제 2 렌즈를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a high-resolution terahertz wave condensing module including: a first lens that changes an angle of a terahertz wave emitted from a terahertz wavelength laser beam through an object; And a second lens for converging the terahertz wave passed through the first lens to a detector.
제 1 렌즈는 상기 검사 대상 물체를 기준으로, 상기 테라헤르츠파 베셈빔을 형성하고, 검출부에 입사되는 테라헤르츠파의 직경이 상기 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘에 대칭되게 배치되는 제 2 엑시콘 렌즈일 수 있다.The first lens forms the terahertz spectacle beam on the basis of the object to be inspected, and the diameter of the terahertz wave incident on the detector is formed to be smaller than the wavelength of the terahertz wave generated in the terahertz wave generator And a second axicon lens disposed symmetrically to the first axicon having a vertex angle.
제 2 엑시콘 렌즈는 상기 제 1 엑시콘 렌즈과 동일한 크기의 꼭지각을 가질 수 있다.The second axicon lens may have an apex angle that is the same as that of the first axicon lens.
제 2 렌즈는 상기 검사 대상 물체를 기준으로, 테라헤르츠 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시키는 제 1 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 볼록 렌즈일 수 있다.The second lens may be a second convex lens arranged symmetrically with respect to the first convex lens for changing the angle of the terahertz wave incident from the terahertz generating unit to a small value with reference to the object to be inspected.
제 2 렌즈는 상기 제 2 엑시콘 렌즈와 동일한 모양을 가지며, 광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 2 엑시콘 렌즈에 대칭되게 배치될 수 있다.The second lens has the same shape as the second axicon lens and may be disposed symmetrically with respect to the second axicon lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
제 1 렌즈는 상기 테라헤르츠파 베셀빔이 상기 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 3 볼록 렌즈일 수 있다.The first lens may be a third convex lens that changes the angle of the terahertz wave that is emitted while the terahertz Farber beam penetrates the object.
제 2 렌즈는 광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 3 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 4 볼록 렌즈일 수 있다.The second lens may be a fourth convex lens disposed symmetrically with respect to the third convex lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
개시된 발명에 따르면, 검사 대상 물체를 투과한 테라헤르츠파를 거의 손실 없이 집광할 수 있으므로, 집광 효율을 높일 수 있다.According to the disclosed invention, since the terahertz wave transmitted through the object to be inspected can be condensed with almost no loss, the light condensing efficiency can be increased.
또한, 검사 대상 물체에 포커싱되는 테라헤르츠파 빔의 직경을 테라헤르츠파의 파장 이하가 되도록 함으로써, 분해능을 높여 선명한 영상을 획득할 수 있다.Further, by making the diameter of the terahertz wave beam focused on the object to be inspected be equal to or less than the wavelength of the terahertz wave, a clear image can be obtained by increasing the resolution.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 수학식 4를 이용하여 서로 다른 꼭지각에 대해 포커싱된 테라헤르츠파 빔의 직경을 계산한 도면이다.
도 4 및 도 5는 단일 렌즈를 이용하여 집광하는 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 5 내지 도 8의 장치를 이용하여 검사 대상 물체를 측정한 투과 영상이다.1 is a view for explaining a high resolution inspection apparatus using a vessel beam according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for calculating the diameter of a terahertz wave beam focused on different vertex angles using Equation (4).
FIGS. 4 and 5 are views for explaining an inspection apparatus for collecting light using a single lens. FIG.
6 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIGS. 9 and 10 are transmission images obtained by measuring an object to be inspected using the apparatuses of FIGS. 5 to 8. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a high resolution inspection apparatus using a vessel beam according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치(100)는 테라헤르츠파 생성부(110), 각도 변경부(120), 베셀 빔 형성부(130), 검사 대상 물체(140), 제 1 렌즈(150), 제 2 렌즈(160) 및 검출부(170)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a high
베셀 빔은 자유공간에 대한 맥스웰 방정식의 한 해집합으로 0차 제1종 베셀함수로 주어지는 전자기파를 말하며 비회절성 빔으로 알려져 있다. 1987년 Durnin에 의해 처음으로 소개되었으며 축대칭을 가지면서 마치 바늘 모양처럼 축을 중심으로 일정한 길이만큼 에너지가 집중되어 있다. 무한한 구경(aperture)이 아니라 제한된 구경을 가지는 광학계에 의해 구현되므로 무한하게 진행하는 베셀빔은 존재하지 않아 이를 보통 Quasi-Bessel-Beam(QBB)이라 부르기도 한다. 이러한 QBB은 홀로그램, 다수의 링이나 혹은 유한한 개구(aperture)로된 원형의 마스크와 렌즈의 결합, axicon으로 알려진 깔대기모양의 렌즈로 만들 수 있다.The Bessel beam is a set of Maxwell's equations for free space. It is known as an undiffracted beam. It was introduced for the first time by Durnin in 1987, and has axial symmetry, concentrating energy around the axis like a needle like a certain length. Since it is realized by an optical system having a limited aperture, not an infinite aperture, there is no limitless Beessel beam, which is usually called Quasi-Bessel-Beam (QBB). This QBB can be made of a funnel-shaped lens known as a combination of a hologram, a circular mask with multiple rings or a finite aperture, and a lens, axicon.
테라헤르츠파 생성부(110)는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다. 테라헤르츠파란 테라헤르츠(terahertz) 영역의 전자기파를 의미하는 것으로, 바람직하게는, 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라파로 인정될 수 있음은 물론이다.The terahertz
각도 변경부(120)는 테라헤르츠파 생성부(110)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 베셀빔 형성부(130)로 입사시킬 수 있다. 예를 들면, 각도 변경부(120)는 입사된 테라헤르츠파를 광축에 대해 일정한 각도 이하로 작게 변경하거나 평행하게 형성할 수 있다. 각도 변경부(120)는 입사된 테라헤르츠파를 평행하게 굴절시키는 볼록 렌즈 또는 입사된 테라헤르츠파를 평행하게 반사시키는 포물면경 등일 수 있다. The
베셀 빔 형성부(130)는 각도 변경부(120)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다. The vessel
각도 변경부(120)가 구비되지 않은 경우, 베셀 빔 형성부(130)는 테라헤르츠파 생성부(110)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다.If the
베셀 빔 형성부(130)는 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(130)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다. 이러한 베셀 빔 형성부(150)에 의한 베셀 빔 형성 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.Since the vessel
베셀 빔 형성부(130)는 각도 변경부(120)부에 의해 각도가 변경된 테라헤르츠파가 베셀 빔 형성부(130)의 입광면에 대해 수직하게 입사되도록 배치될 수 있다.The vessel
베셀 빔 형성부(130)는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성되는 등과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다.The vessel
베셀 빔 형성부(130)는 검사 대상 물체에 포커싱된 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성도록 하는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈일 수 있다. 본 실시예에서는 파장 이하의 테라헤르츠파 베셀빔의 직경을 형성하는 꼭지각을 최대 꼭지각으로 정의한다.The vessel
이 경우, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)의 최대값은 검사 대상 물체에 포커싱된 테라헤르츠파 베셀빔의 반치폭(Full Width at Half Maximum) 직경(ρFWHM ), 파장(λ) 및, 굴절률(n, n0 )을 이용하여 아래 수학식들의 방정식을 통해 계산될 수 있다.In this case, the maximum value of the apex angle τ of the first axicon lens is the Full Width at Half Maximum diameter (ρ FWHM ) of the terahertz Persell beam focused on the inspection object ), The wavelength?, And the refractive index (n, n 0 ).
[수학식 1][Equation 1]
여기서, J0(z)는 0차 제 1종 베셀 함수이며, J0 2(z)=0.5를 만족하려면, J0(z)=1/가 되어야 하고, 이 값을 만족하는 z=1.1264이다. 이에, 1.1264=k*ρFWHM*sinα0 식으로부터 위의 수학식 1이 도출될 수 있다. J0 2(z)=0.5에서 0.5 값은 변경될 수 있다.In order to satisfy J 0 2 (z) = 0.5, J 0 (z) is a first-order Bessel function of J 0 (z) = 1 / And z = 1.1264 which satisfies this value. From the equation 1.1264 = k *? FWHM * sin? 0 , the
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, J0 : 0차 베셀 함수Where J 0 is the zero order Bessel function
ρFWHM : 포커싱된 테라헤르츠파 베셀빔의 반치폭ρ FWHM : FWHM of the focused terahertz Farbessel beam
λ : 테라헤르츠파의 파장 λ: wavelength of terahertz wave
α0 : 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 테라헤르츠파의 교차각의 절반 값α 0 : Half value of the crossing angle of the terahertz wave passing through the axicon lens
n : 제 1 엑시콘 렌즈의 굴절률 n: the refractive index of the first axicon lens
n0 : 주변 환경의 평균 굴절률n 0 : average refractive index of the surrounding environment
τ : 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각 τ: apex angle of the first axicon lens
[수학식 4]는 [수학식 1], [수학식 2] 및, [수학식 3]를 이용하여 도출된 수학식이다.Equation (4) is a mathematical formula derived using Equations (1), (2) and (3).
반면에, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각의 최소값은 제 1 엑시콘의 굴절률에 따른 전반사가 발생하지 않는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각일 수 있다.On the other hand, the minimum value of the apex angle of the first axicon lens may be the apex angle of the first axicon lens that does not cause total internal reflection according to the refractive index of the first axicon.
이에, 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각은 위에서 파악된 최대값부터 최소값 사이에서 형성될 수 있다.Thus, the vertex angle of the first axicon lens having the diameter of the terahertz wave plasma beam formed to be smaller than the wavelength of the terahertz wave generated by the terahertz wave generating unit can be formed between the maximum value and the minimum value as observed above.
검사 대상 물체(140)는 검사하고자 하는 대상 물체를 의미하고, 베셀빔 형성부(130) 및 제 1 렌즈(150)의 사이에 배치될 수 있다.The
제 1 렌즈(150)는 베셀빔 형성부(130)에서 생성된 테라헤르츠파 베셀빔이 검사 대상 물체(140)를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경할 수 있다. 예를 들면, 제 1 렌즈(150)는 테라헤르츠파의 각도를 광축에 대해 일정 각도 이하로 변경하거나 평행하게 할 수 있다.The
제 2 렌즈(160)는 제 1 렌즈(150)를 통과한 테라헤르츠파를 검출기(170)로 집광시킬 수 있다.The
본 발명에서, 고분해능 테라헤르츠파 집광 모듈은 제 1 렌즈(150) 및 제 2 렌즈(160)를 포함하는 장치를 의미한다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부(130)로부터 멀어지면서 링 모양의 원형 빔 형태로 퍼져나가게 되는데, 고분해능 테라헤르츠파 집광 모듈(제 1 렌즈 및 제 2 렌즈)는 이와 같이 원형으로 퍼져나가는 테라헤르츠파를 집광시켜, 집광된 테라헤르츠파가 검출부(170)로 향할 수 있도록 한다.In the present invention, the high-resolution terahertz wave condensing module means an apparatus including a
예를 들면, 고분해능 테라헤르츠파 집광 모듈은 볼록 렌즈, 오목 거울, 포물면 거울, 타원면 거울 등과 같이 다양한 형태의 구성들로 구현될 수도 있다.For example, the high-resolution terahertz wave condensing module may be implemented in various types of configurations such as a convex lens, a concave mirror, a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, and the like.
검출부(170)는 제 2 렌즈에 의해서 집광된 테라헤르츠파를 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(170)는 테라헤르츠파의 세기를 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(180)는 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 구비하여 구현될 수 있다.The
영상 생성부(미도시) 검출부(170)를 통해 검출된 베셀 빔을 이용하여 영상 이미지를 생성할 수 있다. 생성된 이미지는 디스플레이부(미도시)에 표시될 수 있다.An image generating unit (not shown) may generate a video image using the detected vessel beam. The generated image may be displayed on a display unit (not shown).
베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치는 검사 대상 물체를 투과한 테라헤르츠파를 거의 손실 없이 집광할 수 있으므로, 집광 효율을 높일 수 있다.The high resolution inspection apparatus using the vessel beam can collect the terahertz wave transmitted through the object to be inspected with almost no loss, thereby increasing the light collection efficiency.
또한, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치는 검출부에 도달하는 테라헤르츠파의 직경을 테라헤르츠파의 파장 이하가 되도록 함으로써, 분해능을 높여 선명한 영상을 획득할 수 있다.Further, a high resolution inspection apparatus using a vessel beam can obtain a clear image by increasing the resolution by making the diameter of the terahertz wave reaching the detection section to be equal to or lower than the wavelength of the terahertz wave.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘 렌즈(axicon)(200)로 구성될 수 있다. R은 엑시콘 렌즈의 반지름, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각,α0는 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 빔의 교차각의 절반을 나타내며, w0는 엑시콘 렌즈로 입사하는 평행광의 반지름을 나타낸다. 또한, 베셀 빔이 형성되는 구간은 도 3에서 Zmax로 나타나 있으며, 엑시콘 렌즈로 입사한 테라파는 이러한 구간 영역에서 보강 간섭을 통해 z축을 따라 중심부로 에너지가 모이게 된다. Referring to FIG. 2, the vessel beam forming unit may include an axicon (200). R is the radius of the axicon lens, τ is the apex angle of the axicon lens, α 0 is half of the intersection angle of the beam crossing the axicon lens, and w 0 is the radius of the parallel light incident on the axicon lens. In addition, the zone in which the vessel beam is formed is indicated by Z max in FIG. 3, and the terah waves incident on the excimer lens collect energy at the center along the z axis through the constructive interference in this region.
이때, 엑시콘 렌즈로 입사하는 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은, 축대칭(axial symmetry)으로 분포되어 있으며, z축을 따라 원형 모양으로 필드가 분포하고 있다. 즉, 도 2를 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 바라보았을 때, 엑시콘 렌즈 앞쪽의 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈 뒤쪽의 베셀 빔은 모두 원형 모양으로 형성된다. 특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은 엑시콘 렌즈에서 멀어지며 링 모양의 원형 빔으로 퍼져나가게 된다.At this time, the Gaussian beam incident on the axicon lens and the vessel beam formed by the axicon lens are distributed in an axial symmetry, and a field is distributed in a circular shape along the z axis. That is, when viewed from the left to the right with reference to FIG. 2, both the Gaussian beam in front of the axicon lens and the vessel beam in the rear of the axicon lens are formed in a circular shape. In particular, the vessel lens formed by the axicon lens is moved away from the axicon lens and spread out into a ring-shaped circular beam.
한편, 래스터 주사(raster scanning)와 같이 한 점 한 점 움직이며 얻어지는 투과 이미지에 있어서, 이미지의 분해능을 결정하는 가장 중요한 요소는, 피검물(1)에 입사하는 빔의 직경이다. On the other hand, the most important factor for determining the resolution of an image in a transmitted image obtained by moving a point, such as raster scanning, is the diameter of a beam incident on the
특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔의 경우, 그 직경은 테라파의 파장 및 α0에 의해 결정되는데, 여기서 α0는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 1을 이용하여 구해질 수 있다.In particular, in the case of a vessel beam formed by an excitonic lens, its diameter is determined by the wavelength of teraharas and? 0 , where? 0 can be obtained by using Snell's law using the following equation (1).
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, n0는 공기 중의 굴절률을 나타내고, n은 엑시콘 렌즈의 굴절률을 나타내며, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 나타낸다.Here, n 0 denotes the refractive index in air, n denotes the refractive index of the axicon lens, and τ denotes the apex angle of the axicon lens.
한편, Zmax는 초점 심도에 해당하는데, 이러한 초점 심도는 다음의 수학식 6으로 표현될 수 있다.On the other hand, Z max corresponds to the depth of focus, which can be expressed by the following equation (6).
[수학식 6]&Quot; (6) "
Zmax = w0 / tanα0 Z max = w 0 / tan 留0
여기서, w0는, 도 2에 표시된 바와 같이, 엑시콘 렌즈로 입사하는 빔의 반경을 나타낸다. 이러한 식을 참조하면, 초점 심도 역시 α0에 의존하고 있음을 알 수 있다.Here, w 0 represents the radius of the beam incident on the axicon lens, as shown in FIG. Referring to these equations, it can be seen that the depth of focus also depends on? 0 .
따라서, 이러한 점들을 종합하면, 이미지의 분해능과 초점 심도는, 주로 α0의 값에 의해 크게 변화된다고 볼 수 있다.Therefore, by combining these points, it can be seen that the resolution and the depth of focus of the image largely change by the value of α 0 .
이러한 점을 기초로, 도 2에 도시된 구조의 엑시콘 렌즈에 대해, n0는 1.0, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm라고 가정하고, α0와 초점 심도를 계산하면 다음과 같다. 2, it is assumed that n 0 is 1.0, n is 1.54 (High Density Polyethylene), τ is 150 °, R is 25 mm, and α 0 and the depth of focus Is calculated as follows.
먼저, 수학식 5를 이용하여 α0를 계산하면, α0는 8.5°로 계산될 수 있다. 또한, 수학식 6을 이용하여 초점 심도(Zmax)를 계산하면, Zmax는 40.2mm로 계산될 수 있다.First, when α 0 is calculated using Equation (5), α 0 can be calculated to 8.5 °. Further, when the depth of focus (Z max ) is calculated using Equation (6), Z max can be calculated as 40.2 mm.
베셀 빔 형성부는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 동심원 형태로 배치된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈를 구비할 수 있다. 이때, 회절 광학 소자에 형성된 원형 홈 또는 홀은 회절 광학 소자를 오목하게 판 형태 또는 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 양의 굴절률을 갖는 렌즈는 회절 광학 소자에 대하여 평행광이 입사되는 방향의 반대편에 배치된다.The vessel beam forming portion may include a diffractive optical element in which a plurality of circular grooves or circular holes are arranged concentrically and a lens having a positive refractive index. At this time, the circular grooves or holes formed in the diffractive optical element may be formed in the form of concave plate or through-hole of the diffractive optical element. The lens having such a positive refractive index is arranged opposite to the direction in which the parallel light is incident on the diffractive optical element.
본 실시예 이외에도, 베셀 빔 형성부는 홀로그램 구조체 등과 다양한 형태로 구성될 수 있다.In addition to this embodiment, the vessel beam forming unit may be configured in various forms with a hologram structure or the like.
도 3은 수학식 4를 이용하여 서로 다른 꼭지각에 대해 포커싱된 테라헤르츠파 빔의 직경을 계산한 도면이다.3 is a diagram for calculating the diameter of a terahertz wave beam focused on different vertex angles using Equation (4).
도 3을 참조하면, 테라헤르츠파의 파장(λ)이 2.14mm이고, 제 1 엑시콘 렌즈의 굴절률(n)이 1.54이고, 주변 환경의 평균 굴절률(n0)이 1인 경우, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)의 최대값은 약 119도이고, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)의 최소값은 약 99도임을 확인할 수 있다.3, when the wavelength λ of the terahertz wave is 2.14 mm, the refractive index n of the first axicon lens is 1.54, and the average refractive index n 0 of the surrounding environment is 1, The maximum value of the apex angle? Of the cone lens is about 119 degrees, and the minimum value of the apex angle? Of the first axicon lens is about 99 degrees.
도 4 및 도 5는 단일 렌즈를 이용하여 집광하는 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 4 and 5 are views for explaining an inspection apparatus for collecting light using a single lens. FIG.
도 4 및 도 5를 참조하면, 검사 장치(300)는 테라헤르츠파 생성부(310), 각도 변경부(320), 베셀 빔 형성부(330), 집광부(340) 및 검출부(350)를 포함한다.4 and 5, the
테라헤르츠파 생성부(310)는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.The terahertz
각도 변경부(320)는 테라헤르츠파 생성부(310)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 베셀빔 형성부(330)로 입사시킬 수 있다.The
베셀 빔 형성부(330)는 각도 변경부(320)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘일 수 있다. 검사 대상 물체는 베셀 빔 형성부(330) 및 집광부(340)의 사이에 형성될 수 있다.The vessel
집광부(340)는 단일 렌즈로 구현될 수 있다.The
검출부(350)는 집광부(340)에 의해서 집광된 테라헤르츠파를 검출할 수 있다. The detecting
도 4를 참조하면, 베셀 빔 형성부(330)인 엑시콘의 꼭지각이 140도 일 경우, 검사 대상 물체를 투과하여 검출부(350)로 입사되는 테라헤르츠파의 반지름이 약 5.1mm 정도이므로, 검출부(350)에서의 테라헤르츠파 직경은 약 10.2mm 정도이다. Referring to FIG. 4, when the apex angle of the axicon, which is the vessel
이 경우, 단일 렌즈를 사용하는 집광부(340)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 대부분이 약 9mm의 직경을 가지며 혼(Horn)을 가진 검출부(350)로 집광될 수 있다.In this case, most of the terahertz wave incident from the
도 5를 참조하면, 테라헤르츠파의 파장 이하로 검사 대상 물체에 포커싱된 테라헤르츠파 베셀 빔의 직경을 형성하기 위해서는 엑시콘의 꼭지각을 작게 하여야 한다. 즉, 고분해능을 구현하기 위해서는 엑시콘의 꼭지각이 작아야 한다. 이에, 도 4에서의 엑시콘의 꼭지각보다 더 작은 110도로 형성했다. Referring to FIG. 5, in order to form the diameter of the terahertz laser beam focused on the object under the wavelength of the terahertz wave, the apical angle of the exciton must be small. In other words, the apex angle of the axicon must be small in order to realize high resolution. Thus, it is formed at 110 degrees smaller than the apex angle of the axicon in Fig.
베셈 빔 형성부(330)인 엑시콘의 꼭지각이 110도 일 경우, 검사 대상 물체를 투과하여 검출부(350)로 입사되는 테라헤르츠파의 반지름이 약 17mm 정도이므로, 검출부(350)에서의 테라헤르츠파 직경은 약 34mm 정도이다.When the apex angle of the excicon, which is the bemem
이와 같이 검출부(350)로 입사되는 테라헤르츠파의 직경이 커짐에 따라, 단일 렌즈를 사용하는 집광부(340)로부터 입사되는 테라헤르츠파 중 일부만이 검출부(350)로 집광된다. 다시 말해, 집광부(340)로부터 입사되는 테라헤르츠파 중 많은 부분이 검출부(350)로 입사되지 않아, 검출부(350)에 검출 성능이 현저히 떨어진다.As the diameter of the terahertz wave incident on the
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 고분해능 검사장치(500)는 테라헤르츠파 생성부(510), 각도 변경부(520), 베셀 빔 형성부(530), 제 1 렌즈(540), 제 2 렌즈(550) 및 검출부(560)를 포함한다.6, the high
테라헤르츠파 생성부(510)는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.The terahertz
각도 변경부(520)는 테라헤르츠파 생성부(510)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 베셀빔 형성부(530)로 입사시킬 수 있다.The
베셀 빔 형성부(530)는 각도 변경부(520)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘일 수 있다. The vessel
검사 대상 물체는 베셀 빔 형성부(530) 및 제 1 렌즈(540) 사이에 형성될 수 있다.The object to be inspected may be formed between the vessel
베셀 빔 형성부(530)는 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈일 수 있다.The vessel
제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각의 최대값은 수학식 1 내지 수학식 3에 기초하여 연산할 수 있다. 예를 들면, 테라헤르츠파의 파장(λ)이 2.14mm이고, 제 1 엑시콘 렌즈의 굴절률(n)이 1.54이고, 주변 환경의 평균 굴절률(n0)이 1인 경우, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)은 약 119도 값을 갖는다. 이에, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각의 최대값은 약 119도이다. The maximum value of the apex angle of the first axicon lens can be calculated based on Equations (1) to (3). For example, when the wavelength λ of the terahertz wave is 2.14 mm, the refractive index n of the first axicon lens is 1.54, and the average refractive index n 0 of the surrounding environment is 1, Has a value of about 119 degrees. Thus, the maximum value of the apex angle of the first axicon lens is about 119 degrees.
반면에, 제 1 엑스콘 렌즈의 최소값은 제 1 엑시콘의 굴절률에 따른 전반사가 발생하지 않는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각일 수 있다. 본 실시예에서의 굴절률에 대해서는, 전반사로 인한 임계 각도가 99도이다. 이에, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼬지각의 최소값은 약 99도이다.On the other hand, the minimum value of the first X-con lens may be a vertex angle of the first X-axis lens that does not cause total internal reflection according to the refractive index of the first axicon. With respect to the refractive index in this embodiment, the critical angle due to total reflection is 99 degrees. Therefore, the minimum value of the twist angle of the first axicon lens is about 99 degrees.
최종적으로, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각이 최대값인 119도 ~ 최소값인 99도 사이에 형성되어야, 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성된다.Finally, if the vertex angle of the first axicon lens is formed between 119 degrees, which is the maximum value, and 99 degrees, which is the minimum value, the diameter of the terahertz wavelength laser beam is smaller than the wavelength of the terahertz wave generated by the terahertz wave generator do.
제 1 렌즈(540)는 베셀빔 형성부(530)에서 생성된 테라헤르츠파 베셀빔이 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경할 수 있다.The
제 1 렌즈(540)는 검사 대상 물체를 기준으로 제 1 엑시콘 렌즈(530)에 대칭되게 배치되는 제 2 엑시콘 렌즈일 수 있다.The
제 2 엑시콘 렌즈(550)는 제 1 엑시콘 렌즈(530)과 동일한 크기의 꼭지각을 가질 수 있다. 이 경우, 제 2 엑시콘 렌즈의 크기는 제 1 엑시콘 렌즈(530)의 크기보다 작거나 같거나 클 수 있다. 제 2 엑시콘 렌즈의 꼭지각이 제 1 엑시콘 렌즈(530)와 동일할 경우, 테라헤르츠파가 검출부(550)로 집광되는 효율이 가장 좋다.The
만약 각도 변경부(520)가 제 1 볼록 렌즈인 경우, 제 2 렌즈(550)는 검사 대상 물체를 기준으로 제 1 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 볼록 렌즈일 수 있다.If the
테라헤르츠파의 파장(λ)이 2.14mm이고, 베셀빔 형성부(530)의 제 1 엑시콘 렌즈가 110도 일 경우, 검출기(560)에서의 테라헤르츠파의 반지름이 0.006mm이므로, 테라헤르츠파의 직경이 0.012mm이다.When the wavelength? Of the terahertz wave is 2.14 mm and the first axicon lens of the vessel
제 1 렌즈(540) 및 제 2 렌즈(550)를 이용하여 테라헤르츠파를 집광함으로써, 검출기(560)로 집광되는 테라헤르츠파의 직경이 도 5에서의 검출기(350)로 집광되는 테라헤르츠파의 직경보다 현저히 작아 집광효율을 높일 수 있다.The terahertz wave condensed by the detector 560 is condensed by the
따라서, 제 1 렌즈(540) 및 제 2 렌즈(550)를 사용하여 테라헤르츠파를 집광하면, 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각이 작은 경우에도 높은 집광 효율을 가지고, 분해능을 현저히 높일 수 있어 고해상도의 검사 영상을 획득할 수 있다.Accordingly, when the
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 고분해능 검사장치(600)는 테라헤르츠파 생성부(610), 각도 변경부(620), 베셀 빔 형성부(630), 검사 대상 물체(640), 제 1 렌즈(650), 제 2 렌즈(660) 및 검출부(670)를 포함한다.7, the high
테라헤르츠파 생성부(610)는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.The terahertz
각도 변경부(620)는 테라헤르츠파 생성부(610)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 베셀빔 형성부(630)로 입사시킬 수 있다.The
베셀 빔 형성부(630)는 각도 변경부(620)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘일 수 있다. The vessel
검사 대상 물체는 베셀 빔 형성부(630) 및 집광부(640)의 사이에 형성될 수 있다.The object to be inspected may be formed between the vessel
베셀 빔 형성부(630)는 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈일 수 있다.The vessel
제 1 렌즈(640)는 테라헤르츠파 베셀빔이 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 3 볼록 렌즈일 수 있다.The
제 2 렌즈(650)는 광축에 수직한 축을 기준으로 제 3 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 4 볼록 렌즈일 수 있다.The
테라헤르츠파의 파장(λ)이 2.14mm일 경우, 검사 대상 물체를 투과하여 검출기(660)로 입사되는 테라헤르츠파의 반지름이 약 2.5mm이므로, 검출부에서의 테라헤르츠파의 직경이 약 5mm이다.When the wavelength? Of the terahertz wave is 2.14 mm, the radius of the terahertz wave incident on the
제 1 렌즈(640) 및 제 2 렌즈(650)를 이용하여 테라헤르츠파를 집광함으로써, 도 5에서의 검출기(350)로 집광되는 테라헤르츠파의 직경보다 현저히 작아 집광효율을 높일 수 있다. 이에, 본 실시예에 따른 고분해능 검사장치는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각이 작은 경우에도 높은 집광 효율을 가지고, 분해능을 현저히 높일 수 있어 고해상도의 검사 영상을 획득할 수 있다.By condensing the terahertz wave using the
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고분해능 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a high-resolution inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 고분해능 검사장치(700)는 테라헤르츠파 생성부(710), 각도 변경부(720), 베셀 빔 형성부(730), 검사 대상 물체(740), 제 1 렌즈(750), 제 2 렌즈(760) 및 검출부(770)를 포함한다.8, the high
테라헤르츠파 생성부(710)는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.The terahertz
각도 변경부(720)는 테라헤르츠파 생성부(710)로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 베셀빔 형성부(730)로 입사시킬 수 있다.The
베셀 빔 형성부(730)는 각도 변경부(720)로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체의 적어도 일부분에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘일 수 있다. The vessel
검사 대상 물체는 베셀 빔 형성부(730) 및 집광부(740)의 사이에 형성될 수 있다.The object to be inspected may be formed between the vessel
베셀 빔 형성부(730)는 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈일 수 있다.The vessel
제 1 렌즈(740)는 검사 대상 물체를 기준으로 제 1 엑시콘 렌즈(730)에 대칭되게 배치되는 제 2 엑시콘 렌즈일 수 있다.The
제 2 엑시콘 렌즈는 제 1 엑시콘 렌즈(730)과 동일한 크기의 꼭지각을 가질 수 있다. The second axicon lens may have an apex angle equal to that of the
제 2 렌즈(750)는 제 2 엑시콘 렌즈(740)와 동일한 모양을 가지며, 광축에 수직한 축을 기준으로 제 2 엑시콘 렌즈(740)에 대칭되게 배치될 수 있다.The
테라헤르츠파의 파장(λ)이 2.14mm일 경우, 검사 대상 물체를 투과하여 검출부(760)로 입사되는 테라헤르츠파의 반지름이 약 1.7mm이므로, 검출부(760)에서의 테라헤르츠파의 직경이 약 3.4mm이다.When the wavelength? Of the terahertz wave is 2.14 mm, the radius of the terahertz wave transmitted through the object to be examined and entering the
제 1 렌즈(740) 및 제 2 렌즈(750)를 이용하여 테라헤르츠파를 집광함으로써, 도 5에서의 검출기(350)로 집광되는 테라헤르츠파의 직경보다 현저히 작아 집광효율을 높일 수 있다. 이에, 본 실시예에 따른 고분해능 검사장치는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각이 작은 경우에도 높은 집광 효율을 가지고, 분해능을 현저히 높일 수 있어 고해상도의 검사 영상을 획득할 수 있다.By condensing the terahertz wave using the
도 9 및 도 10은 도 5 내지 도 8의 장치를 이용하여 검사 대상 물체를 측정한 투과 영상이다.FIGS. 9 and 10 are transmission images obtained by measuring an object to be inspected using the apparatuses of FIGS. 5 to 8. FIG.
구체적으로, 도 9는 도 5에서 설명한 장치를 이용하여 검사 대상 물체를 측정한 것이고, 도 10은 도 6 내지 도 8에서 설명한 장치를 이용하여 검사 대상 물체를 측정한 것이다.Specifically, FIG. 9 shows the measurement of an object to be inspected using the apparatus described with reference to FIG. 5, and FIG. 10 shows an object to be inspected using the apparatus described with reference to FIGS. 6 to 8.
도 9를 참조하면, 단일 렌즈만으로 집광하여 획득된 투과 영상으로, 검사 대상 물체를 전혀 식별할 수 없음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be confirmed that the object to be inspected can not be discriminated at all with the transmitted image obtained by focusing with only a single lens.
반면에, 도 10을 참조하면, 도 6 내지 도 8에 이르는 렌즈 구성으로 집광하여 획득된 투과 영상으로, 검사 대상 물체를 선명하게 식별할 수 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 10, it can be seen that the object to be inspected can be clearly identified by the transmission image obtained by collecting light in the lens configuration of FIGS. 6 to 8. FIG.
이와 같이, 본 발명에 따른 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치를 이용하면, 고분해능의 영상을 획득할 수 있다.As described above, a high resolution image can be obtained by using a high resolution inspection apparatus using a vessel beam according to the present invention.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The embodiments described may be constructed by selectively combining all or a part of each embodiment so that various modifications can be made.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It should also be noted that the embodiments are for explanation purposes only, and not for the purpose of limitation. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
100 : 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치
110 : 테라헤르츠파 생성부
120 : 각도 변경부
130 : 베셀 빔 형성부
140 : 검사 대상 물체
150 : 제 1 렌즈
160 : 제 2 렌즈
170 : 검출부100: High-resolution inspection system using vessel beam
110: terahertz wave generating unit
120: Angle changing portion
130: Bezel beam forming section
140: object to be inspected
150: first lens
160: Second lens
170:
Claims (18)
상기 테라헤르츠파 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파를 이용하여 검사 대상 물체에 테라헤르츠파 베셀빔이 형성되도록 하며, 상기 테라헤르츠파 베셀빔의 직경이 상기 테라헤르츠파 생성부에서 생성된 테라헤르츠파의 파장보다 작게 형성되는 꼭지각을 갖는 제 1 엑시콘 렌즈인 베셀빔 형성부;
상기 테라헤르츠파 베셀빔이 상기 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 1 렌즈;
상기 제 1 렌즈를 통과한 테라헤르츠파를 검출기로 집광시키는 제 2 렌즈; 및
상기 제 2 렌즈에 의해서 집광된 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부를 포함하는, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
A terahertz wave generating unit for generating a terahertz wave;
Wherein the terahertz wave plasma beam is formed on the object to be inspected using the terahertz wave incident from the terahertz wave generating unit, and the diameter of the terahertz wave plasma beam is larger than the terahertz wave generated by the terahertz wave generating unit A Bezel beam forming unit that is a first axicon lens having a vertex angle smaller than the wavelength of the Bezel beam;
A first lens for changing the angle of the terahertz wave radiated from the terahertz laser beam while passing through the object to be inspected;
A second lens for converging the terahertz wave having passed through the first lens to a detector; And
And a terahertz wave detecting unit for detecting the terahertz wave condensed by the second lens.
상기 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각의 최대값은,
여기서, J0 : 0차 베셀 함수
ρFWHM : 포커싱된 테라헤르츠파 베셀빔의 반치폭
λ : 테라헤르츠파의 파장
α0 : 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 테라헤르츠파의 교차각의 절반 값
n : 제 1 엑시콘 렌즈의 굴절률
n0 : 주변 환경의 평균 굴절률
τ : 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각
위의 수학식을 통해 계산된 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각(τ)인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the maximum value of the apex angle of the first axicon lens
Where J 0 is the zero order Bessel function
ρ FWHM: FWHM of the focused terahertz Farbessel beam
λ: wavelength of terahertz wave
α 0: Half value of the crossing angle of the terahertz wave passing through the axicon lens
n: the refractive index of the first axicon lens
n 0 : average refractive index of the surrounding environment
τ: apex angle of the first axicon lens
Which is the apex angle? Of the first axicon lens calculated through the above equation, using a Bezel beam.
상기 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각의 최소값은,
제 1 엑시콘의 굴절률에 따른 전반사가 발생하지 않는 제 1 엑시콘 렌즈의 꼭지각인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the minimum value of the apex angle of the first axicon lens
Wherein the first axial lens is a vertex angle of the first axial lens which does not cause total internal reflection due to the refractive index of the first axial lens.
상기 제 1 렌즈는,
상기 검사 대상 물체를 기준으로 상기 제 1 엑시콘 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 엑시콘 렌즈인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first lens comprises:
And a second axicon lens disposed symmetrically with respect to the first axicon lens based on the object to be inspected.
상기 제 2 엑시콘 렌즈는,
상기 제 1 엑시콘 렌즈과 동일한 크기의 꼭지각을 갖는, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
6. The method of claim 5,
The second axicon lens includes a first lens,
And a vertex angle of the same magnitude as that of the first axicon lens.
상기 테라헤르츠파 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 상기 베셀빔 형성부로 입사시키는 각도 변경부를 더 포함하는, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an angle changing unit for changing the angle of the terahertz wave incident from the terahertz wave generating unit to be smaller and entering the vessel beam forming unit.
상기 테라헤르츠파 생성부로부터 입사되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경시켜 상기 베셀빔 형성부로 입사시키는 제 1 볼록 렌즈인 각도 변경부를 더 포함하고,
상기 제 2 렌즈는,
상기 검사 대상 물체를 기준으로 상기 제 1 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 2 볼록 렌즈인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
6. The method of claim 5,
Further comprising an angle changing unit that is a first convex lens for changing the angle of the terahertz wave incident from the terahertz wave generating unit to be incident on the vessel beam forming unit,
And the second lens comprises:
And a second convex lens disposed symmetrically with respect to the first convex lens on the basis of the object to be inspected.
상기 제 2 렌즈는,
상기 제 2 엑시콘 렌즈와 동일한 모양을 가지며, 광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 2 엑시콘 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 3 엑시콘 렌즈인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
6. The method of claim 5,
And the second lens comprises:
And a third exicon lens having the same shape as the second exicon lens and arranged symmetrically with respect to the second exicon lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
상기 제 1 렌즈는,
상기 테라헤르츠파 베셀빔이 상기 검사 대상 물체를 투과하면서 발산되는 테라헤르츠파의 각도를 작게 변경하는 제 3 볼록 렌즈인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first lens comprises:
And a third convex lens that changes the angle of the terahertz wave that is emitted while the terahertz Farber beam penetrates the object to be inspected.
상기 제 2 렌즈는,
광축에 수직한 축을 기준으로 상기 제 3 볼록 렌즈에 대칭되게 배치되는 제 4 볼록 렌즈인, 베셀빔을 이용한 고분해능 검사 장치.
11. The method of claim 10,
And the second lens comprises:
And a fourth convex lens arranged symmetrically with respect to the third convex lens with respect to an axis perpendicular to the optical axis.
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