KR101861919B1 - 반도체의 고속 광학 검사방법 - Google Patents

반도체의 고속 광학 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체의 고속 광학 검사방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 시편을 여기시키는 단계; 상기 시편에서 발광된 빛을 스캔하여 측정광을 획득하는 단계; 상기 측정광을 분광기로 전달하는 단계; 상기 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 선측정하거나 또는 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계; 및 상기 광학정보를 CCD(전자결합소자)를 이용하여 CCD 이미지를 획득하여 광학정보를 처리하는 단계; 를 포함하는, 반도체의 고속 광학 검사방법에 관한 것이다. 본 발명은, 기존의 반도체 소자의 광학 검사방법에 비하여, 검사 시간을 대폭줄 일 수 있다.

Description

반도체의 고속 광학 검사방법{RAPID OPTICAL INSPECTION METHOD OF SEMICONDUCTOR}
본 발명은, 반도체의 고속 광학 검사방법에 관한 것이다.
반도체 패키지의 고집적화 및 고성능화 방향으로 발전되고 있으므로, 생산비용을 줄이고, 수율을 향상시키기 위한 반도체 부품뿐만 아니라 반도체 웨이퍼 레벨의 검사의 중요성이 증가하고 있다.
현재 상용화되어 있는 웨이퍼 레벨의 반도체 광학 검사방법은, PL(Photoluminescence) Mapper 방식이 주로 사용된다. PL Mapper 방식은 성장된 반도체의 광루미너센스, 휘도, 반치폭, 성장된 박막의 두께 등을 측정할 수 있고, 비파괴적이고 비접촉식이며 데이터의 취득이 용이하여, 공정 엔지니어에게 반도체 특성 및 상태의 피드백이 잘 이루어진다.
PL Mapper 방식은 측정하는 시간 외에 측정하는 점과 점 사이를 움직이는데 소요되는 시간이 존재하므로, 광학검사의 효율을 개선하기 위해서는 측정 시간의 단축이 필요하다. 여기광의 시료에 맺히는 상의 크기가 수백 μm 이기 때문에 공간적인 정밀도를 제공하는 것이 어렵고, 이보다 작은 결함이 측정된 데이타에서 구별이 어려워 정밀한 분석이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 극소면적을 맵핑하기 위해 스팟(spot) 사이즈를 줄이고 시료의 측정 간격을 줄일 경우에 측정 시간의 소비가 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자의 발광된 빛을 선측정 또는 면측정하여 광학정보의 측정 시간을 대폭 줄이고, 이를 CCD 이미지화하여 신속하고 정밀한 분석이 가능한, 반도체의 고속 광학 검사방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명의 하나의 양상은,
시편을 여기시키는 단계; 상기 시편에서 발광된 빛을 스캔하여 측정광을 획득하는 단계; 상기 측정광을 분광기로 전달하는 단계; 상기 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 선측정하거나 또는 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계; 및 상기 광학정보를 CCD(전자결합소자)를 이용하여 CCD 이미지를 획득하여 광학정보를 처리하는 단계; 를 포함하는, 반도체의 고속 광학 검사방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 상기 측정광이 분광기로 전달될 때, 상기 분광기의 수직형 입구슬릿으로 X축 방향을 가리고, Y축 방향의 공간정보를 수집하고, 상기 수집된 정보를 상기 분광기의 회절 격자로 분광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 슬릿의 폭은 30 ㎛ 내지 3 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학정보를 처리하는 단계는, 상기 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계에서 분광된 광학정보를 이용하여 X축 방향의 파장 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 상기 측정광이 분광기로 전달될 때, 상기 분광기의 입구슬릿 없이 상기 측정광의 정보를 수집하고. 상기 수집된 정보는 분광을 거치지 않는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 반도체 소자의 적어도 일부분에 대한 점등여부 또는 점등 지속시간의 분석에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학정보를 처리하는 단계는, 상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계의 분광을 거치지 않은 정보를 CCD를 이용하여 X축 방향의 공간 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 CCD 이미지에서 한 개의 X축 방향의 픽셀수(i)에 대한 Y축 방향의 픽셀수(j) 전체는, 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계를 1회 실시하여 획득될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 CCD 이미지의 X축 방향의 픽셀수(i) 및 Y축 방향의 픽셀수(j)는, 각각 100 내지 100000개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 측정광을 획득하는 단계는, 시편에서 발광된 빛을 광학렌즈를 이용하여 스캔하여 측정광을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 측정광을 획득하는 단계는, XY 방향으로 시편을 이동시켜 스캔하는 방법; 회전 스테이지에 고정된 시편을 회전하여 일방향으로 이동시켜 스캔하는 방법; 시편을 고정하고 광학렌즈를 이동시켜 스캔하는 방법; 및 갈바노 미러를 이용하여 시편에서 여기광의 주입 위치를 변화시켜 스캔하는 방법; 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학렌즈는, 마크로 렌즈 또는 대물 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 측정광을 분광기로 전달하는 단계는, F1 초점거리의 광학렌즈 및 F2 초점거리의 광학렌즈를 이용하여 측정광 빔의 단면적을 증폭시켜 상기 분광기에 측정광을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 F1 초점거리 및 F2 초점거리는 서로 상이하고, 상기 F1 초점거리의 광학렌즈 및 F2 초점거리의 광학렌즈 중 초점거리가 더 큰 광학렌즈가 상기 분광기에 근접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시편을 여기시키는 단계는, 빔 직경(dfov) 1 ㎛ 내지 300 mm의 평행광으로 상기 시편에 전달되는 여기광을 이용할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체의 고속 광학 검사방법은, 선측정 또는 면측정을 이용하여 기존의 점측정 방식에 따른 점과 점사이를 움직이는 시간이 필요 없으므로, 반도체의 광학검사 시간을 대폭 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 반도체의 고속 광학 검사방법은, 수회~수백번의 반복적인 측정이 필요 없이 한번의 측정으로 광학검사를 위한 정보를 신속하게 획득할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체의 고속 광학 검사방법은, 공간분해가 우수하고, 국소적 정밀 검사가 가능하다.
본 발명에 의한 반도체의 고속 광학 검사방법은, 스마트 워치 등에 적용되는 마이크로 LED, OLED 디스플레이의 정밀 검사에 이용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시에에 따른, (a) 입구슬릿, (b) 분광된 CCD 이미지/ 픽셀 및 (c) 분광되지 않은 CCD 이미지/픽셀을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3b는, 본 발명의 일 실시에에 따른, 결함이 있는 Green 2차원 LED의 (a) 분광되지 않은 CCD 이미지 및 (b) 분광된 CCD 이미지를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4b는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4c는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은, 반도체의 고속 광학 검사방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 검사방법은, 완성된 반도체의 측정광을 선측정 또는 면측정하여 빠르게 광학검사를 위한 정보를 획득하고, 공간분해가 우수한 CCD (전자결합소자) 이미지를 제공하여 정밀하고 정확한 광학 검사를 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반도체의 고속 광학 검사방법은, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 상기 반도체 고속 광학 검사방법은, 시편을 여기시키는 단계(S1); 측정광을 획득하는 단계(S2); 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3); 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4); 및 광학정보를 처리하는 단계(S5); 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 시편을 여기시키는 단계(S1)는, 광학검사가 필요한 반도체 시편의 적어도 일부분에 에너지가 높은 광자로 이루어진 여기광을 주입하여 여기시키는 단계이며, 여기된 시편은 발광된 빛을 제공한다. 예를 들어, 시편을 여기시키는 단계(S1)는, 레이저 등의 광원으로 여기광을 주입할 수 있다.
예를 들어, 상기 여기광은, 1 ㎛ 내지 300 mm의 빔 직경(dfov)을 갖는 평행광으로 상기 시편에 전달될 수 있다. 상기 빔 직경(dfov)의 평행광을 이용할 경우에, 측정광의 선측정 시 넓은 면적에 대한 시편의 정보를 동시에 획득할 수 있고, 신속하게 측정이 가능하여 광학검사 시간을 줄일 수 있으며, 적절한 공간상의 분해능(resolution)을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 측정광을 획득하는 단계(S2)는, 시편을 여기시키는 단계(S1)에서 여기된 시편에서 발광된 빛을 스캔하여 측정광을 획득하는 단계이다. 예를 들어, 측정광을 획득하는 단계(S2)는, 광학렌즈를 이용하여 측정광을 획득할 수 있고, 예를 들어, 마크로 렌즈, 대물렌즈 또는 이 둘을 함께 이용할 수 있다. 상기 마크로 렌즈는, 접사렌즈이며, 넓은 영역을 동시에 스캔할 수 있고, 상기 대물렌즈는, 분해능을 높여 국소적인 부분을 스캔하여 정밀도를 높일 수 있다.
예를 들어, 측정광을 획득하는 단계(S2)는, 검사가 필요한 부분을 스캔하거나 또는 더 넓은 영역을 스캔하기 위해서, 시편 또는 광학렌즈를 이동시켜 스캔할 수 있다. 예를 들어, 시편을 XY-스테이지에 장착하고 XY 방향으로 시편을 이동시켜 스캔하는 방법(XY-스캔 방법); 회전 스테이지에 고정된 시편을 회전하여 일방향으로 이동시켜 스캔하는 방법(Rθ-스캔 방법); 시편을 고정하고 광학렌즈를 이동시켜 스캔하는 방법; 및 갈바노 미러를 이용하여 시편에서 여기광의 주입 위치를 변화시켜 스캔하는 방법; 중 하나 이상의 방법을 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 갈바노 미러는, XY-갈바노 미러일 수 있으며, 광원에서 출사된 여기광의 반사 경로를 변화시켜 시편의 다양한 위치에 여기광을 주입시키고 여기시킬 수 있다. 이러한 여기광의 주입 위치의 변화에 의해서 시편 및/또는 광학계, 예를 들어, 시편 및 광학렌즈의 이동 없이, 원하는 위치 또는 넓은 영역에서 발광된 빛을 스캔할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3)는, 측정광을 획득하는 단계(S2)에서 획득한 측정광을 분광기로 전달하는 단계이다. 예를 들어, 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3)는, F1 초점거리의 광학렌즈 및 F2 초점거리의 광학렌즈를 이용하여 상기 측정광 빔의 단면적을 증폭시켜 상기 분광기에 전달될 수 있다. 상기 F1 초점거리 및 F2 초점거리는 서로 상이하고, 상기 F1 및 F2 초점거리 중에서 더 큰 초점거리를 갖는 광학렌즈가 분광기에 근접하게 배치되어 측정광의 빔의 단면적을 증폭시킬 수 있다. 이러한 측정광 빔의 단면적의 증폭으로 CCD 이미지에서 Y축 방향에 대한 정보, 또는 공간 정보를 충분히 획득할 수 있고, CCD 이미지에서 Y축 방향의 정보에 대한 활용도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)는, 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3)에서 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계이다. 전달된 측정광으로부터 시편의 파장 정보와 공간 정보를 동시에 획득가능하므로, 광학검사 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 도 3a는 본 발명의 일 실시에에 따른, a) 입구슬릿, (b) 분광된 CCD 이미지/ 픽셀 및 (c) 분광되지 않은 CCD 이미지/픽셀을 예시적으로 나타낸으로, 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)는, 상기 측정광이 분광기로 전달될 때, 상기 분광기의 입구슬릿으로 X축 방향을 가리고, Y축 방향의 공간정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 상기 입구슬릿은, 30 ㎛ 내지 3 mm의 슬릿 폭(dslit)을 갖는 수직형 입구슬릿일 수 있다. 슬릿 폭(dslit)은, 반도체의 빛의 세기 등에 따라 폭의 길이를 조절하고, 광학검사에 적합하도록 파장의 분해능을 적절하게 조절할 수 있다.
예를 들어, 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)는, 상기 수집된 정보를 상기 분광기의 회절 격자로 분광하고, 분광된 광학정보는 다음 단계를 위해서 CCD로 전달된다.
본 발명의 일 예로, 광학정보를 처리하는 단계(S5)는, 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)에서 획득한 광학정보를 CCD를 이용하여 CCD 이미지를 획득하여 광학정보를 처리하는 단계이다. 측정광을 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)에서 획득한 광학정보를 이용하여 반도체의 검사를 위한 CCD 이미지를 신속하게 획득할 수 있고, 고속 광학검사를 실현시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3a의 (b)를 참조하면, 상기 CCD 이미지는, X축 방향의 파장 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 CCD 이미지의 X축 방향의 픽셀수(i) 및 Y축 방향의 픽셀수(j)는, 각각 100개 내지 100000개일 수 있다.
예를 들어, 상기 CCD 이미지는 파장에 대한 공간 정보를 동시에 획득할 수 있으며, 구체적으로, 상기 CCD 이미지에서 한 개의 X축 방향의 픽셀수(i)에 대한 Y축 방향의 픽셀수(j) 전체는, 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4)를 1회 실시하여 획득한 광학정보를 이용하여 획득할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 광학정보를 처리하는 단계(S5)에서 획득한 CCD 이미지를 이용하여 반도체를 검사하고 분석하여 반도체의 결함과 개선 방안을 결정할 수 있다. 검사 및 분석 결과는 실시간으로 반도체의 생산 공정에 피드백되어 반도체 제조 시 공정 조건 등을 변경하여 반도체의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3b를 참조하면, 도 3b는 본 발명의 일 실시에에 따른, 결함이 있는 Green 2차원 LED의 (a) 분광되지 않은 CCD 이미지 및 (b) 분광된 CCD 이미지를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3b에서 (b) 분광된 CCD 이미지는 X축 파장 및 Y축 공간 정보를 나타낸 것으로, LED에서 결함이 있는 부위는 발광되지 않아 CCD 이미지에서 결함이 있는 픽셀로 확인할 수 있고, 이러한 검사 결과에 의해 반도체 품질과 결함의 개선 방안을 신속하게 결정할 수 있다.
또한, 광학정보를 처리하는 단계(S5)는, (a) 분광되지 않은 CCD 이미지 및 (b) 분광된 CCD 이미지 둘 다를 이용하고 비교하여 반도체를 검사하고 분석하여 반도체의 결함을 신속하고 정밀하게 결정할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 반도체는, 웨어러블 소형 디스플레이를 포함한 디스플레이; 마이크로LED; 유기발광소자(OLED); 발광소자(LED), 수광소자(Photo detector); 태양전지(Solar cell) 등일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 반도체의 고속 광학 검사방법은, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2에서 상기 반도체 고속 광학 검사방법은, 시편을 여기시키는 단계(S1'); 측정광을 획득하는 단계(S2'); 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3'); 측정광을 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4'); 및 광학정보를 처리하는 단계(S5'); 를 포함할 수 있다.
시편을 여기시키는 단계(S1'); 측정광을 획득하는 단계(S2'); 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3')는, 상기 언급한, 시편을 여기시키는 단계(S1); 측정광을 획득하는 단계(S2); 측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3)와 동일한 방법으로 진행된다.
본 발명의 일 예로, 측정광을 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')는,측정광을 분광기로 전달하는 단계(S3')에서 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계이다. 예를 들어, 측정광이 분광기에 전달될 때, 상기 분광기의 입구슬릿 없이 상기 측정광의 정보를 수집한다. 측정광을 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')는, 전달된 측정광으로부터 시편의 X축 및 Y축의 공간 정보를 신속하게 획득가능하므로, 광학검사 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
예를 들어, 측정광을 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')에서 획득한 정보는 분광기의 회절결자의 센터파장을 "0"으로 설정하여 수집하므로, 분광을 거치지 않은 광학정보를 생성할 수 있다. 상기 분광을 거치지 않은 광학정보는 다음 단계를 위해 CCD 감지기에 전달된다.
예를 들어, 측정광을 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')는, 반도체 소자의 적어도 일부분에 대한 점등여부 또는 점등 지속시간의 분석에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 광학정보를 처리하는 단계(S5')는, 광학정보를 획득하는 단계(S4')에서 획득한 광학정보를 CCD 감지기를 이용하여 CCD 이미지를 획득하는 광학정보를 처리하는 단계이다. 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')에서 획득한 광학정보를 이용하여 반도체의 검사를 위한 CCD 이미지를 신속하게 획득할 수 있고, 고속 광학검사를 실현시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3a를 참조하여 설명하며, 도 3a는 본 발명의 일 실시에에 따른, (a) 입구슬릿, (b) 분광된 CCD 이미지/ 픽셀 및 (c) 분광되지 않은 CCD 이미지/픽셀을 예시적으로 나타낸으로, 도 3a의 (C)에서 상기 CCD 이미지는, X축 방향의 공간 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 상기 CCD 이미지의 X축 방향의 픽셀수(i) 및 Y축 방향의 픽셀수(j)는, 각각 100개 내지 100000개일 수 있다.
예를 들어, 상기 CCD 이미지는, 시편의 공간 정보를 신속하게 측정할 수 있고, 구체적으로, 상기 CCD 이미지에서 한 개의 X축 방향의 픽셀수(i)에 대한 Y축 방향의 픽셀수(j) 전체는, 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계(S4')를 1회 실시하여 획득한 광학정보를 이용하여 획득할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 광학정보를 처리하는 단계(S5')에서 획득한 CCD 이미지를 이용하여 반도체를 검사하고 분석하여 반도체의 결함과 개선 방안을 결정할 수 있다. 검사 및 분석 결과는 실시간으로 반도체의 생산 공정에 피드백되어 반도체 제조 시 공정 조건 등을 변경하여 반도체의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3b를 참조하면, 도 3b는 본 발명의 일 실시에에 따른, 결함이 있는 Green 2차원 LED의 (a) 분광되지 않은 CCD 이미지 및 (b) 분광된 CCD 이미지를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3b에서 (a) 분광되지 않은 CCD 이미지는 X축 공간 및 Y축 공간 정보를 나타낸 것으로, LED에서 결함이 있는 부위는 발광되지 않아 CCD 이미지에서 결함이 있는 픽셀로 확인할 수 있고, 이러한 검사 결과에 의해 반도체 품질과 결함의 개선 방안을 신속하게 결정할 수 있다. 또한, 광학정보를 처리하는 단계(S5')는, (a) 분광되지 않은 CCD 이미지 및 (b) 분광된 CCD 이미지 둘 다를 이용하고 비교하여 반도체를 검사하고 분석하여 반도체의 결함을 신속하고 정밀하게 결정할 수 있다.
본 발명은, 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시스템은, 광학정보를 측정하는 수단(1); 및 광학 정보를 분석하는 수단(2); 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 4a를 참조하면, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4a에서 광학 정보를 측정하는 수단(1)은, 반도체를 여기시키고, 반도체에서 발광된 빛에서 광학정보를 획득하고, 처리하는 수단이다. 예를 들어, 광학 정보를 측정하는 수단(1)은, 시편 스테이지(110), 시편 (120), 광원(130), 제1 광학렌즈(140), 다이크로익 미러(dichroic mirror, 150), 제2 광학렌즈(160), 빔 스플리터(beam splitter, 170), 빔 단면적 확대부(180 및 190), 제5 광학렌즈(200), 분광기(210), 및 CCD 감지기(220)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 시편부(110)는, 시편 스테이지(110) 및 시편(120)을 포함하고, 시편(120)은 시편 스테이지(110) 상에 장착되거나 또는 고정된다. 시편 스테이지(110)는, 시편(120)에서 발광된 빛을 큰 면적으로 스캔하거나 또는 원하는 부위를 스캔하기 위해서 XY방향으로 이동되거나 또는 회전되어 특정방향으로 이동될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 광원(130)은, 레이저 등과 같은 광원을 이용하여 여기광을 출사하고, 제1 광학렌즈(140)는 제2 광학렌즈(160)의 초점에 맞추어 상기 여기광을 다이크로익 미러(dichroic mirror, 150)에 입사시키고, 다이크로익 미러(150)에 반사된 여기광은 제2 광학렌즈(160)에 집광된다.
본 발명의 일 예로, 다이크로익 미러(150)는, 짧은 파장의 여기광은 반사시키고, 긴파장의 측정광을 투과시키는 것으로, 제1 광학렌즈(140)에서 입사된 여기광을 제2 광학렌즈(160)에 집광시킨다. 또한, 제2 광학렌즈(160)에서 입사된 측정광을 빔 스플리터(170, beam splitter)로 투과시킨다.
본 발명의 일 예로, 제2 광학렌즈(160)는, 집광렌즈이며, 다이크로익 미러 (150)을 거쳐 집광된 여기광을 원하는 영역의 시편에 전달하여 시편을 여기시키고, 시편에서 발광되는 빛을 스캔하여 측정광을 측정하고 측정광을 집광하여 다이크로익 미러(150)에 전달한다. 예를 들어, 제1 광학렌즈(140)를 통과한 여기광은 빔 직경이 1 ㎛ 내지 300 mm의 dfov인 평행광으로 나아가 시편(120)에 도달한다.
예를 들어, 제2 광학렌즈(160)는 고정된 시편(120)을 향하여 이동하거나 또는 고정된 상태에서 측정광을 측정할 수 있다.
예를 들어, 제2 광학렌즈(160)는, 마크로 렌즈 또는 대물렌즈일 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로 렌즈는, 넓은 영역을 한 번에 측정할 수 있다. 도 4b를 참조하면, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 5에서 광학 정보를 측정하는 수단(1')의 대물렌즈(161)는, 국부적 분석을 위해서 이용될 수 있으며, 바람직하게는 100배의 대물렌즈(NA:0.5)일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 빔 스플리터(170, beam splitter)는, 다이크로익 미러 (150)로부터 입사된 측정광을 분광기(210)로 향하도록 반사시킨다.
본 발명의 일 예로, 빔 단면적 확대부(180 및 190)는, 빔 스플리터(170)에서 반사된 측정광의 빔 단면적을 증폭시켜 분광기(210)로 전달한다. 빔 단면적 확대부(180 및 190)는, F1 초점거리의 제3 광학렌즈(180) 및 F2 초점거리의 제4 광학렌즈(190)를 이용하여 빔 단면적을 증폭시킨다. 예를 들어, F1 초점거리 및 F2 초점거리는 서로 상이하고, 바람직하게는 F1 초점거리는 F2 초점거리에 비하여 더 작은 초점거리를 갖는다.
본 발명의 일 예로, 제5 광학렌즈(200)는, 빔 단면적 확대부(180 및 190)에서 전달된 측정광을 집광하고, 분광기(210)에 전달하는 집광렌즈이다.
본 발명의 일 예로, 분광기(210)는, 제5 광학렌즈(200)에서 전달된 측정광을 선측정 또는 면측정하여 원하는 광학정보를 획득하고, 분광하는 것으로, 입구슬릿(211)을 포함할 수 있다. 예를 들여, 입구슬릿(211)은, 수직형 입구슬릿이며, 상기 슬릿의 폭(dslit)은 30 ㎛ 내지 3 mm이다. 입구슬릿(211)은, 측정광의 선측정 시 30 ㎛ 내지 3 mm의 슬릿 폭(dslit)으로 광학정보를 전달하고, 면측정 시 완전히 열리거나 또는 제거된다.
예를 들어, 분광기(210)는, 측정광의 선측정 시 내부에 프리즘 또는 회절발 등과 같은 분산 광학계가 배치되어 전달된 빛을 회절하여 파장별로 분산시켜 CCD 감지기로 전달하거나 또는 측정광의 면측정 시 전달된 빛을 분광하지 않고 CCD 감지기로 전달한다.
본 발명의 일 예로, CCD 감지기(220)는, 분광기(210)에서 전달된 광학정보를 처리하여 CCD 이미지를 생성한다. 상기 CCD 이미지는 X 축 방향 및 Y 축 방향이 공간 정보이거나 또는 X 축 방향의 파장 및 Y 축 방향의 공간 정보를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 예로, 검사하는 수단(2, 미도시)은, 광학 정보를 측정하는 수단(1, 1')에서 획득한 광학 정보, 즉, CCD 이미지를 검사하고 분석하여 반도체의 구조적 문제점 및 개선방안 등을 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 4c를 참조하면, 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 본 발명의 반도체의 고속 광학 검사를 위한 시스템을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4c에서 광학 정보를 측정하는 수단(1'')은, 반도체를 여기시키고, 반도체에서 발광된 빛에서 광학정보를 획득하고, 처리하는 수단이다. 예를 들어, 광학 정보를 측정하는 수단(1'')은, 시편 스테이지(110), 시편 (120), 광원(130), 갈바니 미러(131), 제1 광학렌즈(140), 다이크로익 미러(dichroic mirror, 150), 제2 광학렌즈(160'), 빔 스플리터(beam splitter, 170), 빔 단면적 확대부(180 및 190), 제5 광학렌즈(200), 분광기(210), 및 CCD 감지기(220)를 포함할 수 있다.
시편 스테이지(110), 시편 (120), 광원(130), 빔 스플리터(beam splitter, 170), 빔 단면적 확대부(180 및 190), 제5 광학렌즈(200), 분광기(210), 및 CCD 감지기(220)는 도 4a에서 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 갈바니 미러(131)는, 회전하여 광원(130)에서 출사된 여기광을 다양한 각도로 반사시켜 여기광의 반사 경로를 변화시키고, 반사된 여기광은 제1 광학렌즈(140)에 전달한다. 예를 들어, 여기광은 F1, F2, 및 F3의 반사 경로로 반사되며, 여기광의 반사 경로에 따라 시편에 주입되는 여기광의 주입 범위, 위치 등을 조절하여 시편(120)을 넓은 영역으로 여기시키거나 또는 원하는 위치로 여기시킬 수 있다. 예를 들어, F1, F2, 및 F3로 이루어진 빔 직경(dfov)을 형성하여 넓은 영역으로 시편(120)을 여기시키고, 관측 시야를 넓힐 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 광학렌즈(140)는 갈바니 미러(131)에 의해 반사된 여기광이 다이크로익 미러(dichroic mirror, 150)에서 반사되어 1 ㎛ 내지 300 mm의 빔 직경(dfov)의 평행광으로 나아가 시편(120)에 도달하도록 초점을 맞추어 다이크로익 미러(dichroic mirror, 150)에 입사시키고, 다이크로익 미러(150)에 반사된 여기광은 제2 광학렌즈(160')에 집광된다. 제2 광학렌즈(160')에 집광된 여기광은 평행광으로 시편(120)에 도달되거나 또는 특정 각도로 꺾어져 시편(120)에 도달될 수 있으며, 이는 시편(120)에서 여기광이 주입되는 범위를 넓히거나 또는 원하는 위치에 여기광을 주입할 수 있다.
제2 광학렌즈(160')는, 마크로 렌즈 및/또는 대물렌즈일 수 있으며, 도 4c에는 대물렌즈로 나타내었다. 도 4a에서 언급한 바와 같이, 시편에서 발광된 빛을 제2 광학렌즈(160')로 스캔하고, 빔 스플리터(beam splitter, 170), 빔 단면적 확대부(180 및 190) 및 제5 광학렌즈(200)를 거쳐 분광기(210) 및 CCD 감지기(220)에 의해서 광학정보 및 CCD 이미지를 획득한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 시편 스테이지 120: 시편
130: 광원 140: 제1 광학렌즈
150: 다이크로익 미러 160: 제2 광학렌즈
170: 빔 스플리터 180: 제3 광학렌즈
190: 제4 광학렌즈 200: 제5 광학렌즈
210: 분광기 220: CCD 감지기

Claims (13)

  1. 시편을 여기시키는 단계;
    상기 시편에서 발광된 빛을 스캔하여 측정광을 획득하는 단계;
    상기 측정광을 분광기로 전달하는 단계;
    상기 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 선측정하거나 또는 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계; 및
    상기 광학정보를 CCD(전자결합소자)를 이용하여 CCD 이미지를 획득하여 광학정보를 처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 광학정보를 처리하는 단계는, CCD(전자결합소자)를 이용하여 상기 선측정하여 획득한 광학정보의 CCD 이미지 또는 상기 면측정하여 획득한 광학정보 CCD 이미지를 획득하고,
    상기 선측정하여 획득한 광학정보의 CCD 이미지 및 상기 면측정하여 획득한 광학정보 CCD 이미지 이 둘을 이용하여 반도체를 검사하고 분석하는 단계;를 더 포함하는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 상기 측정광이 분광기로 전달될 때, 상기 분광기의 수직형 입구슬릿으로 X축 방향을 가리고, Y축 방향의 공간정보를 수집하고, 상기 수집된 정보를 상기 분광기의 회절 격자로 분광하는 것인,
    반도체의 고속 광학 검사방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿의 폭은 30 ㎛ 내지 3 mm인 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학정보를 처리하는 단계는, 상기 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계에서 분광된 광학정보를 이용하여 X축 방향의 파장 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득하는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 상기 측정광이 분광기로 전달될 때, 상기 분광기의 입구슬릿 없이 상기 측정광의 정보를 수집하고. 상기 수집된 정보는 분광을 거치지 않는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계는, 반도체 소자의 적어도 일부분에 대한 점등여부 또는 점등 지속시간의 분석에 이용되는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  7. 제1항에 있어서
    상기 광학정보를 처리하는 단계는, 상기 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계의 분광을 거치지 않은 정보를 CCD를 이용하여 X축 방향의 공간 및 Y축 방향의 공간으로 이루어진 CCD 이미지를 획득하는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 CCD 이미지에서 한 개의 X축 방향의 픽셀수(i)에 대한 Y축 방향의 픽셀수(j) 전체는, 선측정하여 광학정보를 획득하는 단계를 1회 실시하여 획득되는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 CCD 이미지의 X축 방향의 픽셀수(i) 및 Y축 방향의 픽셀수(j)는, 각각 100 내지 100000개인 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측정광을 획득하는 단계는, 시편에서 발광된 빛을 광학렌즈를 이용하여 스캔하여 측정광을 획득하고,
    상기 측정광을 획득하는 단계는, XY 방향으로 시편을 이동시켜 스캔하는 방법; 회전 스테이지에 고정된 시편을 회전하여 일방향으로 이동시켜 스캔하는 방법; 시편을 고정하고 광학렌즈를 이동시켜 스캔하는 방법; 및 갈바노 미러를 이용하여 시편에서 여기광의 주입 위치를 변화시켜 스캔하는 방법; 중 하나 이상을 이용하는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학렌즈는, 마크로 렌즈 또는 대물 렌즈인 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 측정광을 분광기로 전달하는 단계는, F1 초점거리의 광학렌즈 및 F2 초점거리의 광학렌즈를 이용하여 측정광 빔의 단면적을 증폭시켜 상기 분광기에 측정광을 전달하고,
    상기 F1 초점거리 및 F2 초점거리는 서로 상이하고,
    상기 F1 초점거리의 광학렌즈 및 F2 초점거리의 광학렌즈 중 초점거리가 더 큰 광학렌즈가 상기 분광기에 근접하게 배치되는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 시편을 여기시키는 단계는, 빔 직경(dfov)1 ㎛ 내지 300 mm의 평행광으로 상기 시편에 전달되는 여기광을 이용하는 것인, 반도체의 고속 광학 검사방법.
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