KR20060124075A - 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 전극을 하나의 평면 기판에 제작하고, 상기 기판 전체를 시료에 수평한 방향으로 진동시켜 전극에 유도된 전류를 검출함으로써 전기장의 분포를 검출하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 탐침 형태가 아닌 센서를 이용하므로 유사시 손상의 확률이 낮고 이미 개발된 구동장치를 이용하여 센서 전극을 횡방향으로 하나의 채널로 넓은 공간을 검사하므로 검출 채널의 개수를 획기적으로 줄일 수 있어 센서 전극의 크기 조절을 통해 매우 세밀한 전기장의 공간적인 분포를 알 수 있는 단순화된 비파괴/비접촉 검사 장비의 구현이 용이하다.

전계, 센서, 전기장, 탐침, 비접촉

Description

전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법 및 그 장치{Pixel Non-destructive Inspection using Electric Field and System thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 센서의 구조이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부를 통해 나오는 출력을 시간에 따라 분기하는 스위치의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기 스위치에서 분기되어 출력되는 신호를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 출력으로부터 각 점에서의 직류 전압치를 복원하기 위해 사용하게 되는 복조 신호의 형태를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 전극의 중심위치에 대한 시료전극의 평균전압을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 수평진동시 센서 전극이 감지하는 시료 평균 전압의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서의 구조이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 7의 센서에 구비된 증폭부를 통하여 나오는 출력을 시간에 따른 분기하는 스위치이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 8의 분기 스위치에서 분기되어 출력되는 신호를 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 수평진동시 센서 전극이 감지하는 시료 평균 전압의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.

{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}

101 : 증폭부 102 : 채널

103 : 기판 104 : 시료전극

본 발명은 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 수평 진동 변조를 이용하여 마이크로스케일의 공간분해능을 갖는 전기장 센서를 구현하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근의 전자회로와 평면형 디스플레이의 발전은 급속히 진전되어 가고 있다. 회로의 미세 집적화가 진행되면서 생산수율을 확보하기 위해 여러 가지의 공정검사가 행해지고 있다. 특히 최근에 들어서는 높은 생산속도를 확보할 수 있는 비접촉 방법에 의한 검사가 주요 기술로 주목받고 있다. 비접촉식 검사는 대체로 CCD를 이용한 비전 검사나 IR 검사, 자기장을 이용한 검사 그리고 전통적인 엑스레이를 이용한 투과검사가 주를 이루고 있다. 정전기장(static electric field)검사의 경우에는 수요가 높은 반면 기술적인 구현이 어려워 잘 행해지고 있지 않다.

특히 TFT LCD에서는 대면적화에 따라 액정 주입 공정의 비용이 급격히 증가하여 각 트랜지스터의 동작 여부를 확인하는 검사의 부가가치가 매우 높은 반면 구현이 가능한 방법이 많지 않다. 가능한 방법으로는 PDLC(polymer dispersed liquid crystal)을 이용한 방법과 진공 내의 전자 빔이 전기장에 의해 휘는 것을 이용한 방법, 탐침이 전기장에 의해 휘는 현상을 이용한 방법, 시료-센서간 거리 변조를 이용한 센서 등이 있으나 현재는 PDLC를 이용한 방법이 일반적으로 사용되고 있다.

PDLC를 이용한 방법은 PDLC의 응답속도와 응답 유지 특성이 중요하며 이는 소재의 물성에 의해 좌우되어 제조가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 응답이 수 ms 수준으로 늦으므로 스캔을 하면서 검사하는 방법보다는 정방형으로 센서를 어느 정도 크게 만들어 전체적으로 접근시킨 후 전기장에 의한 PDLC의 변화를 광학적으로 이미징하는 방법을 사용하므로 대면적의 패널을 검사해야 하는 경우 접근-이동을 반복하게 되어 기계적인 설계가 잘 이루어져야 한다.

전자빔을 이용한 방법은 진공 중에서만 가능하므로 공정 시간이 길고 패널의 대형화에 따라 진공 장비가 대형화되어야 함으로 MEMS 기술은 최근에 들어서 완성도가 확보된 기술로서 수 마이크로미터 수준의 구조를 제작하는데 필요한 요소 기술이다. 이 기술을 이용한 열, 전기, 자기, 표면 구조, 기계 물성 평가 기술은 많이 발표되어 있다.

일반적인 전기장 센싱 방법을 보면, 탐침에 전극을 만들어 외부 전기장에 의한 전압을 증폭회로를 이용하여 전압을 읽는 방법과 외부 전기장에 의해 탐침에 유도되는 전류를 증폭하여 전기장의 변화를 읽는 방법, 탐침이 외부 전기장에 의해 휘는 것을 레이저나 집속 광을 이용하여 검출하는 방법 및, 상기 방법들은 외부 잡음에 의한 영향에 비해 보려는 신호가 작은 경우가 많으므로 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 변복조 방법을 추가한 경우가 있다. 이 가운데 광을 이용하는 경우는 검출을 위해 전기적인 배선이 필요하지 않아 구성이 비교적 유리한 장점이 있으나 광학적인 설계상 검출 감도를 유지하면서 다채널화가 까다롭다는 단점이 있다.

전기적인 방법을 보면 대체로 검출은 탐침이나 전극에 의해서 이루어지게 되는데 고정세가 필요한 경우 각 채널별 신호처리에 있어 채널의 공간밀도가 높아짐에 따라 회로 집적 시 소형화의 한계와 채널 간 거리 근접에 따른 간섭의 문제점이 있으며 채널의 절대 수가 증가함에 따라 부피가 커지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단순화된 구조의 전기장 센서를 이용한 픽셀 비파괴 검사장치 및 검사방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법은 적어도 하나 이상의 전극을 하나의 평면 기판에 제작하고, 상기 기판 전체를 시료에 수평한 방향으로 진동시켜 전극에 유도된 전류를 검출함으로써 전기장의 분포를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 기판 상부에는 적어도 하나 이상의 채널이 구비되고, 상기 각 채널은 적어도 하나 이상의 전극과 시간이 조절된 주기적인 스위치를 이용하여 순차적으로 연속되어 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 유도된 전류는 증폭되어 검출되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사장치는 시료와 소정의 거리를 두고 위치하며 적어도 하나 이상의 전극을 구비하는 기판; 상기 기판이 움직임에 따라 상기 전극에 유도되는 신호를 검출하는 채널; 및 상기 채널에서 검출된 신호를 증폭하는 증폭부를 포함한다.

본 발명에서 상기 채널은 상기 기판에 구비된 적어 하나 이상의 전극과 소정의 주기를 가지고 순차적으로 연결되는 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 센서의 구조이다.

상기 실시예에서, 전기장 센서는 증폭부(101), 채널(102), 기판(103)을 포함한다.

상기 실시예는, 하나의 채널이 3개의 시료전극(104)을 검색하는 장치에 대해서 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 시료전극(104) 상부에 소정의 간격을 두고 전기장 센서가 위치한다. 상기 전기장 센서는 적어도 하나 이상의 전극을 포함하고 시료전극과 평행하게 위치하는 기판(103), 상기 기판(103) 상부에 위치하고 상기 시료전극(104) 과 상기 기판(101) 사이에 유도되는 전기적인 신호를 검출하는 채널(102)을 포함한다. 도 1의 실시예에서 시료전극(104)은 디스플레이의 각 픽셀로써 적색, 녹색, 청색의 픽셀이 연속되어 있으며, 각 픽셀에는 전극이 구비된다. 상기 채널(102)의 개수는 발명의 필요에 따라 가변 될 수 있는데, 도 1의 실시예에서는 3개의 채널이 구비되고 하나의 채널은 시료전극 3개와 소정의 시간적 간격을 두고 3개의 시료전극과 연결된다. 상기 연결방법은 상기 기판(103)이 상기 시료전극(104)과 수평방향으로 좌·우 진동을 하면서 하나의 채널(102)이 하나의 시료전극과 연결되도록 위치한다. 상기 각 시료전극과 상기 기판(103)상의 전극에 의해 출력되는 신호는 각 시료전극(104)마다 각각 추출해야 하는데 이에 대한 방법은 도 2에 자세하게 도시되어 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부를 통해 나오는 출력을 시간에 따라 분기하는 스위치의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 상기 기판의 수평운동으로 인하여 하나의 채널은 적색-녹색-청색-녹색-적색-녹색- … 의 순으로 연결되는데, 기판이 우측으로 이동함에 따라 상기 적색의 전극과 연결될 때에는 가장 상위 단자로 스위치가 연결되고, 녹색 전극과 연결될 깨에는 중간 단자와 연결되며 청색일 때에는 가장 하단의 단자와 연결된다. 다시 기판이 좌측으로 운동을 하면, 채널은 녹색전극과 연결되고 이에 동기되어 상기 스위치는 중간단자와 연결된다. 이러한 작용에 의하여 상부단자는 적 색 전극과 연결될 때의 신호가 출력되고, 중간단자는 녹색 전극, 가장 하단의 단자는 청색 전극과의 연결시 신호를 추출할 수 있다. 각 추출되는 신호는 증폭부(101)에 의해 신호가 증폭된다. 각 단자에서 추출되는 신호는 도 3에서 자세하게 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분기 스위치에서 분기되어 출력되는 신호를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 굵은 실선은 적색 전극에서 출력되는 신호이고, 1점 쇄선은 녹색 전극에서 출력되는 신호이며, 가는 점선은 청색 단자에서 출력되는 신호이다. 적색 전극 및 청색 전극에서 출력되는 신호는 양의 값을 가지고 있기 때문에 그래프의 상단에 나타나고, 녹색전극은 음의 값을 가지고 있으므로 하부에 나타난다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 출력으로부터 각 점에서의 직류 전압치를 복원하기 위해 사용하게 되는 복조 신호의 형태를 나타낸 것이다. 도 4와 같은 신호처리를 위해서는 소정의 중앙처리장치가 필요하다.

센서의 시료측 전극과 시료간 정전용량(C)을 계산해 보면, 둘 간의 거리는 수평 변조에 의해서 변하지 않으므로 z라 하고, 시료가 간격 d를 가지고 (+) 와 (-) 전압이 교대로 인가되어 있다고 가정한다면

............. 식(1)

로 정의되고, 위치에 따른 전압 평균치를 V(x)라고 하면, 센서전극의 크기와 시료전극의 크기 관계에 따라 도 5와 같은 전압분포를 갖는다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 전극의 중심위치에 대한 시료전극의 평균전압을 나타낸 것이다.

한편, 신호는 x=asin(wt) 의 변위를 갖게 되므로, 시간에 따른 전압으로 환산하면 도 6과 같다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 수평진동시 센서 전극이 감지하는 시료 평균 전압의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.

센서에 유도되는 전류는

이므로 도 6과 같은 전압에 의해 유도되는 전류는 센서 전극의 크기에 따라 다르지만, 일반적으로 도 3의 파형으로 나타난다. 이를 대략 계산하여 보면, A=(100㎛)², z=20㎛, ω/2π=10㎑일 때

에서

이다.

한편, 수평진동의 진폭을 크게 함에 따라 하나의 채널로 더 많은 공간을 조사할 수 있으며 도 7에서는 6개의 시료전극을 하나의 채널로 검사하는 방법에 대해서 도시되어 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 7의 센서에 구비된 증폭부를 통하여 나오는 출력을 시간에 따른 분기하는 스위치이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도 8의 분기 스위치에서 분기되어 출력되는 신호를 나타낸 것이다.

상기 도 7의 센서 구조에서도 센서 전극에 감지되는 시료전압의 공간적인 분포는 같으며 다만 시간에 따라 감지되는 형태가 도 10과 같이 다소 달라진다.

도 7의 경우와 같은 주파수에 대해 감지되는 시료전극의 전압변화는 2배가 많아지므로, 이를 대략 계산해 보면, 상기 예와 같이 A=(100㎛)², z=20㎛, ω/2π=10㎑일 때

이다.

이와 같은 방법으로 채널 당의 주사되는 시료전극의 수(N)에 따라 (N-1)x0.018Vs(nA)의 감도를 얻을 수 있다.

도 9의 신호에 대해서도 도 4와 같은 형태의 복조 신호를 만들어 복조하는 것이 가능한데, 진폭과 복조 신호 간 간격 사이에 밀접한 관계가 생긴다. 따라서 진폭의 드리프트에 따라 복조 신호의 크기가 같이 드리프트 하는 현상이 생기는데 이를 방지하기 위해서는 진폭을 항상 일정하게 유지하도록 센서 장치를 별도로 두어 되먹임 방식으로 진폭을 유지하면 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탐침 형태가 아닌 센서를 이용하므로 유사시 손상의 확률이 낮고 이미 개발된 구동장치를 이용하여 센서 전극을 횡방향으로 하나의 채널로 넓은 공간을 검사하므로 검출 채널의 개수를 획기적으로 줄일 수 있어 센서 전극의 크기 조절을 통해 매우 세밀한 전기장의 공간적인 분포를 알 수 있는 단순화된 비파괴/비접촉 검사 장비의 구현이 용이하다.

Claims (5)

1. 적어도 하나 이상의 전극을 하나의 평면 기판에 제작하고, 상기 기판 전체를 시료에 수평한 방향으로 진동시켜 전극에 유도된 전류를 검출함으로써 전기장의 분포를 검출하는 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판 상부에는 적어도 하나 이상의 채널이 구비되고, 상기 각 채널은 적어도 하나 이상의 전극과 시간이 조절된 주기적인 스위치를 이용하여 순차적으로 연속되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 유도된 전류는 증폭되어 검출되는 것을 특징으로 하는 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사방법.
4. 시료와 소정의 거리를 두고 위치하며 적어도 하나 이상의 전극을 구비하는 기판; 상기 기판이 움직임에 따라 상기 전극에 유도되는 신호를 검출하는 채널; 및 상기 채널에서 검출된 신호를 증폭하는 증폭부를 포함하는 전계를 이용한 픽셀 비파괴 검사장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 채널은 상기 기판에 구비된 적어 하나 이상의 전극과 소정의 주기를 가지고 순차적으로 연결되는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계를 이용한 픽셀 비 파괴 검사장치.

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