KR20150004146A - 테라헤르츠를 이용한 검사 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사장치는 제 1광을 발생시키는 제 1광원, 상기 제 1광과 다른 파장의 제 2광을 발생시키는 제 2광원, 상기 제 1광과 상기 제 2광이 입사되어 비팅되는 안테나, 상기 안테나에서 상기 제 1광과 상기 제 2광의 비팅으로 발생한 테라헤르츠를 시료에 안내하는 렌즈, 상기 렌즈에서 방사된 상기 테라헤르츠가 입사되며 상기 시료가 안착되는 검사대, 상기 검사대의 시료에 대한 테라헤르츠를 검출하는 검출기를 구비하는 것으로, 이러한 본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사장치는 비파괴로 다중 접합 반도체의 공급 유무 및 공극 위치, 박막 디스플레이이 장치, 그 중에서 OLED 디스플레이 및 장치 등에서의 내부의 보이드 존재 유무와 위치, 크랙 발생여부와 크랙의 위치, 기타의 다양한 손상이나 단락, 두께, 균일도 등과 같이 미세 공정으로 제조되는 대부분의 제품에 대하여 2차원 또는 3차원 영상을 고해상도로 획득하여 검사할 수 있고, 또한 제품이 제조되는 공정 진행 중에 테라헤르츠를 이용하여 검사할 수 있기 때문에 제품 제조의 수율을 향상시키고, 불량률 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 테라헤르츠를 이용한 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테라헤르츠를 이용하여 비파괴 검사를 수행하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치에 관한 것이다.
종래의 반도체 또는 디스플레이 검사 장치에서 소자에 형성된 오류(Defect)를 검사하는 방식은 주로 초음파를 이용한 방식과 적외선을 이용한 방식으로 구분된다. 초음파를 이용한 방식은 액체 내부에 시료인 반도체를 배치하여 검사하는 방식이고, 적외선을 이용한 방식은 적외선을 반도체에 조사하여 검사하는 방식이다.
초음파를 이용한 방식은 검사 후 반도체에 대한 별도의 건조 과정이 필요하거나 또는 검사가 이루어진 반도체를 시료로만 사용하고, 폐기해야 하므로 전수 검사 수행이 불가능한 문제점이 있다.
또한 초음파 방식은 초음파가 공기에 대한 투과성이 없어 공극에 의해 형성되는 공기층 이후에 대한 검사 또는 반도체 구조상 공기층이 형성되는 경우 이에 대한 검사가 불가능하고, 펄스폭이 커 반도체 내부의 공극에 대한 위치 파악이 용이하지 못함과 동시에 반도체로부터 반사되는 초음파를 이용하는 방식인 반사 방식으로 공극 검사를 수행하는 경우 다중 접합 반도체의 구조를 거의 파악할 수 없어 비효율적인 문제점이 있다.
적외선을 이용한 방식은 초음파를 이용한 방식과 비교시에 실시간 검사가 가능한 장점은 있으나, 시료인 반도체를 투과하고 나온 광량을 이용하는 방식인 투과 방식으로만 다중 접합 반도체의 공극 검사를 수행할 수 있으므로 다중 접합 반도체의 공극 유무만을 확인할 수 있을 뿐 공극의 위치 파악은 불가능하다.
본 발명의 목적은 테라헤르츠를 이용하여 반도체 또는 박막 디스플레이와 같은 시료 또는 생산 제품의 내부를 비파괴로 검사할 수 있도록 하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 복수개의 서로 다른 파장대의 테라헤르츠를 발생시켜 반도체 또는 박막 디스플레이와 같은 시료 또는 생산 제품의 내부를 비파괴 및 3차원 적으로 검사할 수 있도록 하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 제 1광을 발생시키는 제 1광원, 상기 제 1광과 다른 파장의 제 2광을 발생시키는 제 2광원, 상기 제 1광과 상기 제 2광이 입사되어 비팅되는 안테나, 상기 안테나에서 상기 제 1광과 상기 제 2광의 비팅으로 발생한 테라헤르츠파를 시료에 안내하는 렌즈, 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 검출기를 구비한다.
상기 렌즈에서 방사된 상기 테라헤르츠파가 입사되며 상기 시료가 안착되는 검사대를 구비하고, 상기 검사대는 X축 또는 Y축으로 구동되는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 렌즈는 반구면 렌즈로 구비되고, 상기 렌즈에는 상기 반구면 렌즈에서 방사되는 테라헤르츠파를 포커싱하는 광도파관을 구비하여 상기 테라헤르츠파를 스팟(spot) 형태로 상기 시료로 안내하고, 상기 안테나는 상기 반구면 렌즈의 평편한 면에 복수개가 설치될 수 있다.
상기 제 1광과 상기 제 2광은 복수개의 광으로 분리되고, 분리된 각각의 상기 제 1광과 상기 제 2광은 복수개의 상기 안테나에 입사될 수 있다.
상기 제 1광과 상기 제 2광은 각각이 적어도 하나 이상의 빔스플리터에 의하여 분리되고, 각각의 상기 분리된 제 1광과 상기 제 2광들은 편광자에 의하여 동일한 편광 성분으로 편광 조절되어 상기 안테나에 입사될 수 있다.
상기 검출기는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 기반 쇼트키 장벽 다이오드 검출기, 3족-5족 기반 쇼트키 장벽 다이오드 검출기, 초점면 배열형(FPA : Focal Plane Array) 검출기 중의 어느 하나로 구비될 수 있다.
제 1광과 제 2광의 파장과 다른 파장의 제 2+n(n은 1 이상의 정수)광을 발생시키는 제 2+n광원과, 상기 제 2광원 또는 상기 제 2+n광원을 선택적으로 동작 제어하여 상기 제 1광과 상기 제 2광을 비팅 시키거나 상기 제 1광과 상기 제 2+n광을 비팅 시키도록 상기 제 2광원과 상기 제 2+n광원의 동작을 제어하는 제어부를 구비할 수 있다.
상기 제 2광과 상기 제 2+n광을 선택적으로 분리하기 위한 스위칭부가 구비될 수 있다.
상기 제 1광과 상기 제 2광의 비팅 또는 상기 제 1광과 상기 제 2+n광의 비팅 시에 발생하는 테라헤르츠파는 0.2 ~ 10.0THz일 수 있다.
상기 검출기에서 검출된 상기 테라헤르츠파를 처리하여 영상을 구현하는 영상 처리부를 구비할 수 있다.
상기 시료는 반도체 웨이퍼, 다층 반도체 소자, 박막 디스플레이장치 중의 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사장치는 제 1광과 상기 제 1광과 파장이 다른 복수개의 다른 광들을 비팅시켜 서로 다른 파장대의 테라헤르츠파를 발생시키는 포토믹서 모듈, 상기 포토믹서 모듈에서 시료에 조사된 상기 다른 파장대의 테라헤르츠파를 검출하는 검출기를 구비한다.
상기 다른 파장대의 테라헤르츠파는 소정 시간 간격으로 발생할 수 있다.
상기 포토믹서 모듈는 2개의 서로 다른 파장대의 광이 입사되면 테라헤르츠파를 발생시키는 바이어스 전압이 인가된 안테나와 상기 안테나에서 발생한 테라헤르츠파를 상기 시료를 향하여 지향시키는 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 렌즈는 반구면 렌즈로 구비되고, 상기 렌즈에는 상기 반구면 렌즈에서 방사되는 테라헤르츠파를 포커싱하는 광도파관을 구비하여 상기 테라헤르츠파를 스팟(spot) 형태로 상기 시료로 안내하고, 상기 안테나는 상기 반구면 렌즈의 평편한 면에 복수개가 설치될 수 있다.
상기 제 1광과 상기 다른 광은 복수개로 분리되어 상기 안테나에 입사될 수 있다.
상기 제 1광과 상기 다른 광은 동일한 편광 성분으로 편광 조절되어 상기 안테나에 입사될 수 있다.
상기 포토믹서 모듈에서 발생하는 테라헤르츠파는 0.2 ~ 10.0THz일 수 있다.
상기 검출기에서 검출된 상기 테라헤르츠파를 처리하여 영상을 구현하는 영상 처리부를 구비할 수 있다.
상기 시료는 반도체 웨이퍼, 다층 반도체 소자, 박막 디스플레이장치 중의 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사장치는 비파괴로 다중 접합 반도체의 공급 유무 및 공극 위치, 박막 디스플레이이 장치, 그 중에서 OLED 디스플레이 및 장치 등에서의 내부의 보이드 존재 유무와 위치, 크랙 발생여부와 크랙의 위치, 기타의 다양한 손상이나 단락, 두께, 균일도 등과 같이 미세 공정으로 제조되는 대부분의 제품에 대하여 2차원 또는 3차원 영상을 고해상도로 획득하여 검사할 수 있고, 또한 제품이 제조되는 공정 진행 중에 테라헤르츠를 이용하여 검사할 수 있기 때문에 제품 제조의 수율을 향상시키고, 불량률 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 광학계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈을 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈과 렌즈의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 검출기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 광학계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈을 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈과 렌즈의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 검출기를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치에 대한 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 제 1광원(10), 제 2광원(11), 제 3광원(12), 제 4광원(13)을 포함한다. 광원의 숫자는 보다 많을 수도 있고, 적을 수 도 있다. 예를 들어 2+n(n은 정수)개의 광원을 이용하여 보다 넓은 대역의 테라헤르츠파를 발생시키도록 구성할 수 있다. 그리고 제 1광원(10), 제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13)은 모두 다른 파장대의 광을 발생시키는 분포 귀환형 레이저 다이오드(Distributed Feedback Laser Diode)와 같은 반도체 레이저일 수 있다.
그리고 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 각각의 광원(10)(11)(12)(13)에서 발생하는 광을 분할하는 스위칭부(20)와 스위칭부(20)에서 분리되어 제공되는 광을 안내하는 다수개의 광파이버(29)를 구비한다. 각각의 광파이버(29)의 끝단에는 포토믹서 모듈(50)이 연결된다. 스위칭부(20)와 포토믹서 모듈(50)에 대한 자세한 구성은 후술하기로 한다.
포토믹서 모듈(50)의 끝단에는 테라헤르츠파를 스팟 형태로 집광하여 시료(34)에 조사하기 위한 렌즈(40)와 렌즈(40)에서 방사되는 테라헤르츠파를 집광하는 깔때기 형태의 광도파관(56)이 구비된다. 시료(34)는 구동부(31)에 의하여 X축 또는 Y축 방향으로 구동하는 검사대(30)에 안착된다. 따라서 다수의 시료(34)에 대한 검사가 진행될 때에 구동부(31)는 검사대(30)를 X축 또는 Y축 방향으로 구동시킬 수 있다.
구동부(31)는 엘엠 가이드(LM guide)와 볼스크류 그리고 볼스크류를 정역 회전시키는 모터로 구성된 X축 리니어 구동부(32)와 Y축 리니어 구동부(33)를 포함할 수 있고, 이와 구성이 다르지만 균등하게 동작하는 다른 구동장치로 실시될 수 있다.
검사대(30)의 상부에는 시료(34)에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하기 위한 검출기(60)가 구비된다. 이 검출기(60)에 대한 자세한 구성은 후술하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 검출기(60)에서 검출된 테라헤르츠파를 처리하는 신호처리부(70)와 신호처리부(70)에서 처리한 신호를 영상으로 처리하기 위한 영상처리부(80)와 영상처리부(80)에서 처리된 영상을 외부로 표시하기 위한 표시부(90)를 구비한다. 여기서 신호처리부(70)는 도면에 도시하지 않았지만 락-인 증폭부(lock-in amplifier)를 포함할 수 있다. 락-인 증폭부는 검출된 테라헤르츠파 신호를 증폭한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 각각의 광원(10)(11)(12)(13)에 대한 온/오프 동작과 스위칭부(20)의 동작을 제어하고, 신호처리부(70)와 영상처리부(80) 그리고 표시부(90)의 동작을 제어하는 제어부(100)를 구비한다.
도 2는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 광학계를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 스위칭부(20)는 제 1광원(10)에서 발생한 광을 반사하는 반사미러(28)와 반사미러(28)에서 반사된 광을 분리하는 제 1빔스플리터(21)와 제 1빔스플리터(21)에서 분리된 하나의 광을 다시 분리하는 제 2빔스플리터(22)와 제 1빔스플리터(21)에서 분리된 다른 하나의 광을 다시 분할하는 제 3빔스플리터(23)를 구비한다.
따라서 제 1광(w1)은 제 1, 2, 3빔스플리터에 의하여 총 4개의 광으로 분리된다. 그리고 각각의 분리된 제 1광(w1)을 모두 동일한 편광성분으로 편광 조절하는 편광자(27)를 구비한다. 이 편광자(27)는 분기된 각각의 광경로 상에 위치한다.
제 1광원(10)의 광학계와 별도로 제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13) 중의 어느 하나의 광(w2, w3, w4)을 분리하는 다른 광학계를 구비한다. 이 다른 광학계는 제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13) 중의 어느 하나의 광을 1차로 분리하는 제 4빔스플리터(24)와 분리된 광을 2차로 분리하는 제 5빔스플리터(25) 및 제 6빔스플리터(26)를 구비한다.
제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13)은 각각이 반사미러(28)에 의하여 선택적으로 제어부(100)에 의하여 온/오프되어 제 4빔스플리터(24) 측으로 동일한 광축 상으로 진행하도록 구성된다. 제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13)에서 발생한 광을 반사하는 반사미러(28)는 반사 각도를 제어할 수 있는 갈바노 미러(Galvano mirror)로 실시될 수 있다.
한편, 제 2광원(11), 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13) 중의 어느 하나의 광으로부터 분리된 4개의 광에 대한 편광 성분을 분리된 제 1광의 편광성분과 동일하게 편광 조절하는 편광자(27)가 분리된 광 경로 상에 구비된다.
제 2광원(11)과 제 3광원(12) 그리고 제 4광원(13) 중의 어느 하나는 제어부(100)에 의하여 선택적으로 온/오프 되어 제 2광(w2), 제 3광(w3) 그리고 제 4광(w4) 중의 어느 하나가 선택적으로 스위칭부(20)에서 분리되어 포토믹서 모듈(50)로 공급된다.
이하의 실시예의 설명에서는 제 2광(w2)에 대한 동작 및 구성을 설명한다. 제 3광(w3)과 제 4광(w4)은 제 2광의 작용과 동일하므로 제 2광에 대한 작용 및 광 경로에 대한 설명을 참조하여 제 3광과 제 4광의 작용 및 광 경로를 이해할 수 있다.
분리된 제 1광(w1)과 제 2광(w2)은 각각 다른 광파이버(29)에 의하여 포토믹서 모듈(50)로 안내된다.
즉 도 2에 도시된 바와 같이 모든 포토믹서 모듈(50)에는 분리된 제 1광(w1)과 제 2광(w2)을 안내하는 광파이버(29)가 하나씩 연결되어 하나의 포토믹서 모듈(50)에 제 1광(w1)과 제 2광(w2)이 입사되도록 구성된다. 포토믹서 모듈(50)은 복수개로 마련되어 반구면 렌즈(40)의 배면의 평편한 면에 접촉하여 설치된다.
도 3은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 포토믹서 모듈(50)은 하우징(51)과 이 하우징(51) 내부로 스위칭부(20)로부터 연장되며 제 1광(w1)을 제공하는 제 1광파이버(29a)와 제 2광(w2)을 제공하는 제 2광파이버(29b)를 구비한다. 제 1광파이버(29a)와 제 2광파이버(29b)는 단일 모드 광파이버로 실시될 수 있다. 그러나 다른 실시예로 이중 모두 광파이버로 실시될 수 있다.
그리고 제 1광(w1)과 제 2광(w2)을 각각 집광시키는 적어도 하나 이상의 집광 렌즈(54)(aspherical lens)가 설치되고, 집광 렌즈(54)에 의하여 초점이 결상되는 위치에는 포토믹서(50)가 설치된다.
포토믹서(50)는 상당 두께의 LT(Low Temperature)-GaAs 기판으로 된 광전도체(55a)(photoconductor)와 광전도체(55a) 상에 설계되어 테라헤르츠파를 자유공간으로 방사하는 안테나(55b)를 구비한다. 안테나(55b)는 다이폴(diepole) 안테나, 보우타이(bow-tie) 안테나, 또는 로그 스파이럴(log-spiral) 안테나 중의 어느 하나로 실시될 수 있다.
그리고 광전도체(55a)의 테라헤르츠파가 방사하는 전방으로 테라헤르츠파의 지향성을 위한 렌즈(40)와 광도파관(56)을 구비한다. 이 렌즈(40)는 초반구형 렌즈(hyper-hemispherical lens)로 실시될 수 있다. 포토믹서(50)에서 발생하는 포토믹싱은 서로 다른 주파수를 가지며 동일한 편광인 제 1광(w1)과 제 2광(w2)이 안테나(55b)에 집광되어 비팅(beating)을 발생시키는 것을 말한다.
즉, 안테나(55b)에 바이어스 전압이 인가된 상태에서 제 1광(w1)과 제 2광(w2)이 안테나(55b)에 입사되면 전극 사이에 전자/정공상이 생성되고, 이 전자/정공쌍이 바이어스 전압에 의하여 가속화되어 안테나(55b)에 전류가 흐르게 되면 제 1광(w1)과 제 2광(w2)의 주파수 차이에 의한 테라헤르츠 주파수의 전자기파를 발생시킨다. 그리고 이때 발생한 테라헤르츠파는 렌즈(40)와 광도파관(56)에 의하여 시료(34)를 향하여 지향성을 가지고 조사된다.
이와 같은 테라헤르츠파를 발생시키기 위한 포토믹서 모듈(50)은 다수개가 하나의 렌즈(40)에 설치될 수 있고, 다른 실시예로 복수개의 안테나가 렌즈(40)에 설치된 형태로 실시할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 포토믹서 모듈과 렌즈의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(40)는 이미 언급한 바와 같이 초반구형 실리콘 렌즈로 실시될 수 있다. 렌즈(40)는 구면이 시료(34)를 향하고, 평면에 다수개의 포토믹서 모듈(50)의 광전도체(55a)가 접촉하도록 구성된다.
각각의 포토믹서 모듈(50)에 제공되는 제 1광(w1)과 제 2광(w2)은 제 1광원(10)과 제 2광원(11)에서 분기되어 각각의 개별 포토믹서 모듈(50)로 제공된 광들이다. 이에 따라 다수개의 포토믹서 모듈(50)에서는 매우 유사하거나 같은 파장대의 테라헤르츠파를 발생시키고, 렌즈(40)와 광도파관(56)은 이 테라헤르츠파를 시료(34)로 집광시킨다.
한편, 시료(34)에서 반사된 테라헤르츠파는 검출기(60)에서 검출한다.
도 5는 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 검출기를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 검출기(60)는 검출을 위한 수지 재질의 초반구형 렌즈(61)를 구비한다. 그리고 렌즈(61)에는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 기반 쇼트키 장벽 다이오드 배열 소자(62)가 렌즈(61)의 평면에 접하게 설치된다. 여기서 쇼트키 장벽(Schottky barrier)이란 금속과 반도체의 접합시 금속과 반도체 사이의 일함수(work function)차이로 인해 생기는 전위장벽을 일컫는 것이다. 이 쇼트키 장벽 기술은 종래의 마이크로웨이브 검출기(detector)와 혼합기(mixer) 다이오드를 제작하기 위하여 사용되는 기술이다.
CMOS 기반의 쇼트키 장벽 다이오드 배열 소자(62)를 이용한 검출기(60)는 나노 스케일의 FET(field effect transistor)가 채널에서 발생하는 플라즈마파 여기"Plasma wave excitations(the electron density wave)"이란 비선형성 특성을 이용하여 테라헤르츠파를 검출한다. CMOS에서의 각각의 픽셀은 검출소자가 nMOSFET 소자로 보우타이 안테나와 결합되어 있다. 그리고 축전용량 피드백 기저대 증폭기가 CMOS 소자로 구성된다. 이 FET 소자는 수신된 THz 신호를 정류(plasma-wave-induced rectification)하여 소스와 드레인 사이에 직류 검출 전압을 발생시킨다.
이러한 검출기(60)는 CMOS 기반 쇼트키 장벽 다이오드 소자(62)를 사용하는 것 외에 다른 실시예로 3족-5족 기반 쇼트키 장벽 다이오드 검출기, 초점면 배열형(FPA : Focal Plane Array) 검출기들이 이용될 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 동작에 대하여 설명한다.
테라헤르츠파의 발생을 위해서는 제 1광(w1)과 제 2광(w2)(또는 제 3광(w3), 제 4광(w4))과의 비팅을 발생시켜야 한다. 그리고 본 실시예의 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 다수의 포토믹서 모듈(50)에서 동시에 다수의 테라헤르츠파를 발생시키고, 이 테라헤르츠파가 하나의 렌즈(40)와 광도파관(56)에 의하여 집광되어 시료(34)에 조사되도록 한다.
이를 위하여 제 1광(w1)과 제 2광(w2)은 스위칭부(20)에서 다수개로 분리된다. 이에 대하여 설명하면, 제 1광(w1)은 제 1빔스플리터(21)에 의하여 1차 분리된 후 1차 분리된 광들이 각각의 제 2와 제 3빔스플리터(22)(23)에서 2차적으로 분리된다. 따라서 제 1광은 4개의 광으로 분리되고, 분리된 제 1광(w1)은 각각이 서로 다른 광파이버(29)로 제공된다.
그리고 제 2광(w2)은 제 4빔스플리터(24)에서 1차로 분리된 후 이 분리된 광들이 각각의 제 5와 제 6빔스플리터(25)(26)에서 2차적으로 분리된다. 그리고 분리된 4개의 제 2광(w2)들은 서로 다른 광파이버(29)에 제공된다.
제 1광(w1)이 안내되는 광파이버(29)와 제 2광(w2)이 안내되는 광파이버(29)는 각각 하나씩이 하나의 포토믹서 모듈(50)에 제공된다. 그리고 하나의 포토믹서 모듈(50)에 제공된 제 1광(w1)과 제 2광(w2)은 최종적으로 안테나(55b)에 집광된다.
안테나(55b)에 집광된 제 1광(w1)과 제 2광(w2)은 동일한 편광이지만 주파수가 서로 다르다. 따라서 안테나(55b)에 입사된 제 1광(w1)과 제 2광(w2)의 주파수 차이에 의한 테라헤르츠 주파수가 연속 전자기파로 발생한다. 그리고 발생한 테라헤르츠파는 렌즈(40)와 광도파관(56)에 의하여 집광되어 시료(34)에 조사된다.
테라헤르츠파는 금속을 제외한 대부분의 물질을 투과한다. 따라서 시료(34)가 반도체 칩인 경우 반도체 칩에 조사된 테라헤르츠파는 반도체 칩에 배선된 금속, 수지 재질의 물질 등에 대하여 일부는 흡수, 일부는 다양한 반사각으로 반사 또한 굴절이 발생하고, 이때 반사된 테라헤르츠파를 검출기(60)가 검출한다. 검출기(60)의 렌즈(61)는 테라헤르츠파를 CMOS 소자(62)로 집광하고, 검출기(60)에서 검출된 테라헤르츠파는 신호처리부(70)에서 처리된 후 영상처리부(80)에서 영상으로 처리되어 표시된다.
따라서 반도체 칩 내부에 공극이 있거나 단선된 부분이 있는 경우 테라헤르츠파의 반사 또는 흡수로 인하여 해당 부위가 영상으로 표시될 수 있도록 한다.
한편 다른 주파수 대역의 테라헤르츠파를 이용하여 동일한 시료(34)에 대하여 다층 또는 다른 형태의 이물질이나 공극에 대한 검사를 동시에 수행한다. 즉, 제 1광(w1)과 제 2광(w2)을 이용하여 소정의 테라헤르츠를 시료(34)에 조사한 후 영상을 얻고, 다시 제 1광(w1)과 제 3광(w3)을 이용하여 동일한 시료(34)에 대한 다른 깊이의 테라헤르츠 영상을 얻고, 다시 제 1광(w1)과 제 4광(w3)을 이용하여 동일한 시료(34)에 대한 또 다른 깊이에 대한 영상을 얻는다.
이러한 방법은 시료(34)에 대한 3차원적 검사가 가능하게 하고, 또한 영상처리부(80)를 이용하여 시료(34)에 대한 3차원 내부 이미지를 얻을 수 있다. 즉 멀티 밴드 테라헤르츠를 이용한 검사 장치의 구현이 가능하다. 그리고 본 실시예에서 제 1광(w1)과 제 2광(w2), 제 1광(w1)과 제 3광(w3) 그리고 제 1광(w1)과 제 4광(w4) 사이에 비팅으로 발생하는 테라헤르츠는 0.2 ~ 10.0THz 일 수 있다.
그리고 검사대(30)는 다수의 시료(34)에 대한 검사 및 하나의 시료(34)에 대한 다른 영역에 대한 검사를 위하여 시료(34)를 이동시킬 때 동작한다. 즉 구동부(31)는 X축 또는 Y축 방향으로 동작하여 테라헤르츠파가 원하는 시료(34)에 조사되도록 검사대(30)를 이동시킨다.
한편, 이와 같은 본 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사 장치는 다중 접합 반도체의 공급 유무 및 공극 위치, 박막 디스플레이이 장치, 그 중에서 OLED 디스플레이 및 장치 등에서의 내부의 보이드 존재 유무와 위치, 크랙 발생여부와 크랙의 위치, 기타의 다양한 손상이나 단락, 두께, 균일도 등과 같이 미세 공정으로 제조되는 대부분의 제품에 대한 비파괴 검사가 가능하다.
또한 이들 초미세 공정으로 제조되는 제품의 공정 진행 중에 테라헤르츠를 이용하여 검사하면 제품 제조의 수율과 불량률 발생을 최소화 할 수 있다. 예를 들어 반도체 백랩 공정 후 웨이퍼 레벨의 검사, 다이싱 공정 이후 칩 레벨에 대한 검사 그리고 패키징 공정의 다이 어태치(Die attach) 공정 후 적층된 칩의 계면 박리 등에 대한 검사가 가능하다.
그리고 본 발명의 변형된 실시예에 따른 테라헤르츠를 이용한 검사장치는 포터블(Portable)하게 테라헤르츠 발생기와 검출기를 일체로 구성하고, 검사대를 별도로 구성하지 않을 수 있다. 이와 같이 구성하게 되면 다양한 크기 및 형상의 시료에 대한 검사가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10, 11, 12, 13...광원
20...스위칭부
30...검사대
50...포토믹서 모듈
60...검출기
70...신호처리부
80...영상처리부
90...표시부
100...제어부
20...스위칭부
30...검사대
50...포토믹서 모듈
60...검출기
70...신호처리부
80...영상처리부
90...표시부
100...제어부
Claims (20)
- 제 1광을 발생시키는 제 1광원;
상기 제 1광과 다른 파장의 제 2광을 발생시키는 제 2광원;
상기 제 1광과 상기 제 2광이 입사되어 비팅되는 안테나;
상기 안테나에서 상기 제 1광과 상기 제 2광의 비팅으로 발생한 테라헤르츠파를 시료에 안내하는 렌즈;
상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 검출기를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 렌즈에서 방사된 상기 테라헤르츠파가 입사되며 상기 시료가 안착되는 검사대를 구비하고, 상기 검사대는 X축 또는 Y축으로 구동되는 구동부를 포함하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는 반구면 렌즈로 구비되고, 상기 렌즈에는 상기 반구면 렌즈에서 방사되는 테라헤르츠파를 포커싱하는 광도파관을 구비하여 상기 테라헤르츠파를 스팟(spot) 형태로 상기 시료로 안내하고, 상기 안테나는 상기 반구면 렌즈의 평편한 면에 복수개가 설치되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1광과 상기 제 2광은 복수개의 광으로 분리되고, 분리된 각각의 상기 제 1광과 상기 제 2광은 복수개의 상기 안테나에 입사되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 제 1광과 상기 제 2광은 각각이 적어도 하나 이상의 빔스플리터에 의하여 분리되고,
각각의 상기 분리된 제 1광과 상기 제 2광들은 편광자에 의하여 동일한 편광 성분으로 편광 조절되어 상기 안테나에 입사되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 검출기는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 기반 쇼트키 장벽 다이오드 검출기, 3족-5족 기반 쇼트키 장벽 다이오드 검출기, 초점면 배열형(FPA : Focal Plane Array) 검출기 중의 어느 하나로 구비되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 제 1광과 제 2광의 파장과 다른 파장의 제 2+n(n은 1 이상의 정수)광을 발생시키는 제 2+n광원과, 상기 제 2광원 또는 상기 제 2+n광원을 선택적으로 동작 제어하여 상기 제 1광과 상기 제 2광을 비팅 시키거나 상기 제 1광과 상기 제 2+n광을 비팅 시키도록 상기 제 2광원과 상기 제 2+n광원의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 2광과 상기 제 2+n광을 선택적으로 분리하기 위한 스위칭부가 구비되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 1광과 상기 제 2광의 비팅 또는 상기 제 1광과 상기 제 2+n광의 비팅 시에 발생하는 테라헤르츠파는 0.2 ~ 10.0THz인 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 검출기에서 검출된 상기 테라헤르츠파를 처리하여 영상을 구현하는 영상 처리부를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 시료는 반도체 웨이퍼, 다층 반도체 소자, 박막 디스플레이장치 중의 어느 하나 인 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 1광과 상기 제 1광과 파장이 다른 복수개의 다른 광들을 비팅시켜 서로 다른 파장대의 테라헤르츠파를 발생시키는 포토믹서 모듈;
상기 포토믹서 모듈에서 시료에 조사된 상기 다른 파장대의 테라헤르츠파를 검출하는 검출기를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 다른 파장대의 테라헤르츠파는 소정 시간 간격으로 발생하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 포토믹서 모듈는 2개의 서로 다른 파장대의 광이 입사되면 테라헤르츠파를 발생시키는 바이어스 전압이 인가된 안테나와 상기 안테나에서 발생한 테라헤르츠파를 상기 시료를 향하여 지향시키는 렌즈를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 렌즈는 반구면 렌즈로 구비되고, 상기 렌즈에는 상기 반구면 렌즈에서 방사되는 테라헤르츠파를 포커싱하는 광도파관을 구비하여 상기 테라헤르츠파를 스팟(spot) 형태로 상기 시료로 안내하고, 상기 안테나는 상기 반구면 렌즈의 평편한 면에 복수개가 설치되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 1광과 상기 다른 광은 복수개로 분리되어 상기 안테나에 입사되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 1광과 상기 다른 광은 동일한 편광 성분으로 편광 조절되어 상기 안테나에 입사되는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 포토믹서 모듈에서 발생하는 테라헤르츠파는 0.2 ~ 10.0THz인 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 검출기에서 검출된 상기 테라헤르츠파를 처리하여 영상을 구현하는 영상 처리부를 구비하는 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 시료는 반도체 웨이퍼, 다층 반도체 소자, 박막 디스플레이장치 중의 어느 하나 인 테라헤르츠를 이용한 검사 장치.
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