KR20250061663A - 내부 결함 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

검사 대상의 내부 결함을 검사하는 시스템으로서, 적어도 하나의 검사 대상을 포함하는 샘플로 주파수를 가변하면서 진동을 전달하는 진동 발생기, 그리고 상기 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해 상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하고, 상기 역학적 특징을 기초로 상기 검사 대상의 내부 결함을 판단하도록 구현되는 측정 시스템을 포함한다.

Description

내부 결함 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTERNAL DEFECT INSPECTION}
본 발명은 펄스 레이저 기반 비행 시간(time-of-flight, TOF) 측정에 관한 것이다.
오늘날 반도체, 2차 전지, 디스플레이 등의 다양한 산업 분야에서 소형의 고성능 제품에 대한 수요가 늘어남에 따라 각종 소자들이 평면 구조에서 3차원 적층형 구조로 제작되고 있다. 고난이도 공정들이 많이 적용됨에 따라 소자 내부 형상에 다수의 결함들이 발견될 수밖에 없다. 적층형 소자와 같이 제작 비용이 높은 소자에서 결함이 발생하는 경우 상대적으로 큰 비용 손실이 발생하기 때문에 불량을 사전에 검사하는 것이 매우 중요하다.
그러나, 현재 이용 가능한 내부 결함 검사 방법은 매우 제한적이다. 특히, 시료가 빛을 투과하는 폴리머 계열의 투명체, 실리콘 등이 아닌 금속 재질인 경우, 내부 결함을 시료 손상 없이 비파괴적으로 검사하기 어렵다. 따라서, 재질에 관계없이 비파괴 방식으로 내부 결함을 검사할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.
본 개시는 펄스 레이저 기반 비행 시간(time-of-flight, TOF) 측정을 통해 검사 대상의 내부 결함을 비파괴 검사하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 개시는 주파수를 가변하면서 발생시킨 진동을 검사 대상으로 전달하는 동안, 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해 진동에 의한 검사 대상의 역학적 특징을 분석하여 내부 결함 유무, 그리고 내부 결함 위치(깊이)를 검사하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
몇몇 실시예에 따른 검사 대상의 내부 결함을 검사하는 시스템으로서, 적어도 하나의 검사 대상을 포함하는 샘플로 주파수를 가변하면서 진동을 전달하는 진동 발생기, 그리고 상기 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하고, 상기 역학적 특징을 기초로 상기 검사 대상의 내부 결함을 판단하도록 구현되는 측정 시스템을 포함한다.
상기 진동 발생기는 주파수 가변이 가능한 작동기(actuator)를 포함할 수 있다.
상기 진동 발생기는 진동 전도체와 금속 층을 더 포함하고, 상기 진동 전도체와 상기 금속 층은 상기 작동기와 상기 샘플 사이에 배치될 수 있다.
상기 측정 시스템은 상기 검사 대상의 역학적 특징과 정상 검사 대상의 역학적 특징을 비교하여, 상기 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단하도록 구현될 수 있다.
상기 측정 시스템은 다양한 위치에서 내부 결함을 가진 불량 형상들에 대한 역학적 특징을 기초로, 상기 검사 대상에 존재하는 내부 결함 위치를 특정하도록 구현될 수 있다.
상기 역학적 특징은 주파수 가변되는 진동에 의해 상기 검사 대상이 움직이는 움직임 특징 또는 상기 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함할 수 있다.
상기 역학적 특징은 진폭, 고유 진동수, 또는 비선형 움직임을 포함할 수 있다.
상기 측정 시스템은 상기 검사 대상의 검사 지점으로 빔을 조사하고, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 지점에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하고, 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 지점의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하도록 구현될 수 있다.
상기 측정 시스템은 파장 분산된 라인 빔을 상기 검사 대상의 검사 라인으로 조사하고, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 라인에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하고, 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하도록 구현될 수 있다.
상기 측정 시스템은 상기 타이밍 오차에 비례하는 신호를 파장 스펙트럼으로 분산한 후, 파장 스펙트럼에 따른 세기 신호를 측정하는 스펙트럼 측정기, 그리고 상기 파장 스펙트럼에 따른 세기 신호로부터 상기 검사 라인의 역학적 특징을 분석하는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
상기 검사 대상은 투명 재질 또는 금속 재질로 구현된 소자를 포함할 수 있다.
상기 샘플은 반도체 패터닝된 웨이퍼 샘플, 미세 구조 소자를 포함하는 샘플, 또는 적층형 구조의 소자를 포함하는 샘플일 수 있다.
몇몇 실시예에 따른 검사 대상의 내부 결함을 검사하는 시스템의 동작 방법으로서, 주파수 가변 주기 동안 시간에 따라 주파수를 가변하면서 샘플로 진동을 전달하는 단계, 상기 주파수 가변 주기 동안, 상기 샘플에 포함된 상기 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계, 그리고 상기 검사 대상의 역학적 특징과 정상 검사 대상의 역학적 특징을 비교하여, 상기 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은 다양한 위치에서 내부 결함을 가진 불량 형상들에 대한 역학적 특징을 참조 테이블로 저장하는 단계, 그리고 상기 참조 테이블을 이용하여, 상기 검사 대상에 존재하는 내부 결함 위치를 특정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 검사 대상에 대한 내부 결함 검사 결과를 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 내부 결함 검사 결과는 내부 결함 유무, 내부 결함 위치, 내부 결함 유무에 따라 정상 또는 불량으로 판정된 결과 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 역학적 특징은 주파수 가변되는 진동에 의해 상기 검사 대상이 움직이는 움직임 특징 또는 상기 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함할 수 있다.
상기 역학적 특징은 진폭, 고유 진동수, 또는 비선형 움직임을 포함할 수 있다.
상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는 상기 검사 대상의 검사 지점으로 빔을 조사하는 단계, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 지점에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하는 단계, 그리고 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 지점의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는 파장 분산된 라인 빔을 상기 검사 대상의 검사 라인으로 조사하는 단계, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 라인에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하는 단계, 그리고 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는 상기 타이밍 오차에 비례하는 신호를 파장 스펙트럼으로 분산한 후, 파장 스펙트럼에 따른 세기를 측정하는 단계, 그리고 상기 파장 스펙트럼에 따른 세기로부터 상기 검사 라인의 역학적 특징을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 기존에는 검사가 불가능한 금속 재질의 검사 대상에 대해서도 내부 결함을 비파괴 검사할 수 있고, 미세 내부 결함을 검사할 수 있다.
본 개시에 따르면, 엑스선이 아닌 적외선 영역의 광원을 활용함으로써 비파괴 방식으로 내부 결함 검사를 할 수 있다.
본 개시에 따르면, 검사 대상의 역학적 특징으로부터 적층형 소자의 내부 결함 위치를 특정할 수 있다.
본 개시에 따르면, 라인 빔 스캔을 통해 복수 지점들을 동시에 검사함으로써 고속 검사가 가능하고, 이를 통해 양산 과정에서의 시편 전수 검사를 할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 구조도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 구조도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 라인 빔 스캔 방식을 설명하는 도면이다.
도 5는 한 실시예에 따른 내부 결함 위치를 특정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 주파수 가변을 통한 내부 결함 검사를 설명하는 도면이다.
도 7은 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 방법을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
설명에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
설명에서, 도면 부호 및 이름은 설명의 편의를 위해 붙인 것으로서, 반드시 장치들이 반드시 도면 부호나 이름으로 엄격히 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 컴퓨팅 장치는 적어도 하나의 프로세서가 명령어들(instructions)을 실행함으로써, 본 개시의 동작을 수행할 수 있도록 구현된다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서가 본 개시의 동작을 실행하도록 기술된 명령어들(instructions)을 포함하고, 비일시적-컴퓨터 판독가능 저장매체(non-transitory computer readable storage medium)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크를 통해 다운로드 되거나, 제품 형태로 판매될 수 있다.
비행 시간(Time-of-flight, TOF) 변화, 기준 신호와의 타이밍 오차(위상 오차), 기준 신호와의 상대적 타이밍(relative timing)이 혼용되어 사용할 수 있다.
먼저, 시료 내부 결함 검사에 대해 살펴본다. 현재 내부 결함 검사를 위한 방법이 제한적인데, 특히, 시료가 빛을 투과하는 폴리머 계열의 투명체, 실리콘 등이 아닌 금속 재질인 경우, 엑스선(X-ray) 검사, 초음파 검사, 와전류(Eddy current) 탐상 검사를 통해 내부 결함을 검사할 수 있다.
엑스선 검사의 경우 0.01nm ~ 10nm의 파장 영역에서 각종 금속에 대한 투과율이 높다는 특성 때문에 3차원 형상의 내부 구조의 결함 검사에 사용된다. 하지만 고에너지의 엑스선이 반도체 등의 정밀 소자에 조사되면 제품에 손상이 가해지게 되고, 이에 따라 칩에 불량이 발생하여 실질적인 품질 검사에 활용되기가 어렵다. 또한 엑스선 검사 시스템의 속도가 매우 느려서 사실상 전수 검사가 어렵고, 또한 내부 결함 유무만 판단할 수 있고, 축방향에서의 내부 결함의 발생 위치를 알기 어렵다.
초음파 검사의 경우 20,000Hz 이상의 고주파 음파를 활용하여 시료 내부로 음파 파동을 발사하고, 이 파동이 결함을 만나면 반사되는 원리를 통해 내부 결함을 검사한다. 하지만 초음파 검사는 단일 지점(point) 측정 방식이기에 검사 속도가 매우 느리고, 공간 분해능 및 축 방향 분해능이 매우 떨어져 미세 시료의 정밀한 측정은 불가능하다. 또한 초음파의 높은 음향 전도성을 위해서 공기가 아닌 액체 매질 내부에 시료를 배치해야 하는 등의 단점이 있다.
와전류 탐상 검사의 경우 전자기유도 현상을 이용하여 전도체의 표면 및 표면 내부의 불연속부를 검출할 수 있는 비파괴 검사 기술이다. 고주파 교류 전류가 흐르는 코일을 시료 표면에 접근시키면 전자유도 현상에 의해 내부에 유도전류가 발생하게 되는데 시료 내부에 균열이나 불균질 영역이 존재할 경우 와전류의 분포 및 코일의 임피던스의 변화를 통해 결함을 검출할 수 있다. 그러나 시료 내부에 유도 전류가 발생하기 때문에 손상이 가해지게 되며, 표면 아래의 깊은 곳에 있는 결함은 검출이 어렵고, 강자성체의 경우는 표피검사만 가능하여 미세한 내부 결함 검사에는 적합하지 않다.
이처럼, 기존 검사 방법은 반도체 웨이퍼(wafer)를 비롯하여 다양한 구조의 내부 결함 검사에 활용되기 어려운 한계가 있다. 다음에서 비파괴 방식이면서 고속으로 미세 내부 결함 검사가 가능한 새로운 내부 결함 검사 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 1을 참고하면, 내부 결함 검사 시스템(1)은 펄스 레이저 비행 시간(time-of-flight, TOF) 측정을 통해 진동에 의한 검사 대상(target)의 움직임을 측정함으로써, 검사 대상의 역학적 특징을 획득하고, 역학적 특징을 기초로 내부 결함을 검사하도록 구현된다. 내부 결함 검사 시스템(1)은 검사 대상으로 전달하는 진동의 주파수를 가변하는 동안, 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해 검사 대상이 진동에 의해 움직이는 역학적 특징을 획득할 수 있다. 내부 결함 검사 시스템(1)은 정상 검사 대상(검사 기준)이 가지는 역학적 특징과의 차이를 기초로 각 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단할 수 있고, 또한 내부 결함 위치(깊이)를 판단할 수 있다. 여기서, 역학적 특징은 주파수 가변되는 진동에 의한 검사 대상의 움직임 특징(진동 특징) 또는 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함하고, 진폭, 고유 진동수(natural frequency), 비선형 움직임 등을 포함할 수 있다. 여기서, 고유 진동수는 진동의 주파수 가변 시 검사 대상(검사 지점)이 공진하는 공진 주파수로 알 수 있다. 내부 결함 검사 시스템(1)이 검사 가능한 검사 대상의 재질은 제한되지 않고, 폴리머(polymer), 실리콘(silicon) 등의 투명 재질, 금속 재질 등의 내부 검사를 할 수 있다.
내부 결함 검사 시스템(1)은 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 수행하는 측정 시스템(간단히, 측정 시스템이라고 한다)(10), 복수의 검사 대상들(21, 22, …)을 포함하는 샘플(20), 그리고 샘플(20)로 진동을 전달하는 진동 발생기(30)를 포함할 수 있다.
설명에서, 여러 검사 대상의 내부 결함 검출을 설명하기 위해, 샘플(20)이 복수의 검사 대상들(21, 22, …)을 포함한다고 가정하는데, 샘플이 단일 검사 대상을 포함할 수 있다. 샘플(20)은 반도체 패터닝된 웨이퍼 샘플, 미세 구조 소자를 포함하는 샘플, 적층형 구조의 소자를 포함하는 샘플 등을 포함할 수 있다.
내부 결함 검사 시스템(1)은 검사 대상의 단일 지점 측정으로 해당 검사 대상의 내부 결함을 검출할 수 있고, 또는 검사 대상의 여러 검사 지점 측정으로 해당 검사 대상의 내부 결함을 검출할 수 있다. 내부 결함 검사 시스템(1)은 측정 방법에 따라 점 단위의 측정을 할 수 있고, 또는 라인 단위의 측정을 할 수 있다.
진동 발생기(30)는 샘플(20)로 진동을 전달하여 내부 결함에 의한 역학적 특징 차이를 유도하도록 구현될 수 있다. 진동 발생기(30)는 주파수 가변이 가능한 작동기(actuator)(31)를 포함할 수 있고, 진동 전도체(vibration conductor)(32), 금속 층(metal layer)(33)을 더 포함할 수 있다. 진동 전도체(32)와 금속 층(33)은 작동기(31)와 샘플(20) 사이에 배치되어, 작동기(31)의 진동을 샘플(20)로 전달할 수 있다. 진동 발생기(30)는 샘플(20)의 아랫면에 배치될 수 있으나, 샘플(20)로 진동을 전달할 수 있는 다양한 위치에 배치되어도 무방하다.
작동기(31)에서 샘플(20)로의 진동 전도성을 높이기 위해, 접합 물질(adhesion)이 사용될 수 있고, 접합 물질에 의한 샘플 손상을 방지하기 위해 반도체 노광 공정 등에 널리 활용되는 진공 척(chuck)을 이용한 진공 접촉(vacuum contact) 방식이 사용될 수 있다.
검사 대상의 표면에서 반사되어 돌아온 광 펄스열은 검사 대상의 진동에 의한 움직임으로 비행 시간 변화(△TOF)를 경험한다. 측정 시스템(10)은 검사 대상의 표면에서 반사되어 돌아온 광 펄스열(광 신호)로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하고, 타이밍 오차를 통해 검사 대상들의 움직임을 고속 및 고분해능으로 초고속 관찰하여, 각 검사 대상의 역학적 특징을 분석할 수 있다.
측정 시스템(10)은 기준이 되는 정상 검사 대상(21)과 내부 결함을 가진 불량 검사 대상(22)의 역학적 특징 차이(e.g., 진폭 차이, 고유 진동수 차이)를 통해, 검사 대상들 중에서 불량 검사 대상(22)을 검출할 수 있다. 측정 시스템(10)은 정상 검사 대상의 역학적 특징을 미리 저장해 두고, 이와 다른 특징을 가진 검사 대상을 내부 결함이 있는 불량 검사 대상으로 결정할 수 있다. 또는, 대체로 정상 검사 대상들의 수가 다수인 샘플인 경우, 측정 시스템(10)은 샘플 전체 검사 대상들의 특징 분포를 기초로 유사한 특징을 가진 다수의 검사 대상들을 정상 검사 대상으로 결정하고, 이와 다른 이상치(outlier)를 내부 결함을 가진 불량 검사 대상으로 결정할 수 있다.
측정 시스템(10)은 검사 대상의 기준이 되는 정상 형상, 그리고 다양한 위치(깊이)에서 내부 결함을 가진 불량 형상에 대한 역학적 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션으로 얻은 역학적 특징 값들(e.g., 진폭, 고유 진동수, 비선형 움직임 특징 등)을 조회 테이블(look up table)로 저장할 수 있다. 예를 들면, 다양한 위치 d에서 내부 결함이 있는 불량 형상의 고유 진동수, 시간에 따른 과도 움직임(transient motion) 특성 등을 포함할 수 있다.
측정 시스템(10)은 조회 테이블을 참조하여, 실제 측정을 통해 획득한 역학적 특징 값에 해당하는 내부 결함 위치 d를 결정할 수 있다.
비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하기 위한 측정 시스템(10)은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 측정 시스템(10)은 점 단위 측정을 위해, 점 광원을 샘플(20)로 조사하여 각 검사 대상의 역학적 특징을 분석할 수 있다. 측정 시스템(10)은 라인 단위 측정을 위해, 파장 스펙트럼으로 분산된 라인 빔을 샘플(20)로 조사하여, 연속적인 지점들의 역학적 특징을 분석할 수 있다.
다음에서, 내부 결함 검사 시스템(1)에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 구조도이다.
도 2를 참고하면, 내부 결함 검사 시스템(1)의 펄스 레이저 기반 측정 시스템(10a)은 펄스 레이저(100a), 기준 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기(200a), 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기(Electro-Optic sampling based timing detector, EOS-TD)(간단히, 타이밍 검출기라고 부른다)(300a), 균형 광검출기(balanced photodetector)(310a), 센서 헤드(sensor head)(400a), 서큘레이터(circulator)(410) 그리고 측정 결과로부터 얻은 검사 대상의 역학적 특징을 기초로 검사 대상의 내부 결함을 판단하는 컴퓨팅 장치(500a)를 포함할 수 있다. 서큘레이터(410a)는 입력된 광 펄스를 센서 헤드(400a)로 전달하고, 센서 헤드(400a)에서 반사되어 돌아온 광 신호를 타이밍 검출기(300a)로 전달하는 광 경로를 제공할 수 있다.
측정 시스템(10a)에 의한 검사 지점의 역학적 특징 측정은 진동 발생기(30)가 시간에 따라 주파수를 가변하면서 샘플(20)로 진동을 전달하는 주파수 가변 주기마다 반복적으로 진행될 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치(500a)는 진동 발생기(30)의 주파수 가변 주기 동안, 시간에 따른 주파수에 대응하여 검사 대상에 대한 측정 결과를 실시간 분석할 수 있다. 이를 위해, 측정 시스템(10a)은 진동 발생기(30)의 주파수 가변 주기에 동기되어 동작할 수 있다.
센서 헤드(400a)는 샘플(20)로 빔을 조사하고 샘플(20)의 표면에서 반사된 광 신호를 수득하는 광학 소자들로 구성될 수 있다. 센서 헤드(400a)는 광섬유 콜리메이터(fiber collimator), 빔 확대기(beam expander), 광 경로를 변경하는 미러(e.g., 갈바노 미러), 대물 렌즈(objective lens) 등의 광학 소자들로 구성될 수 있다. 센서 헤드(400a)는 콜리메이터와 빔 확대기를 통해 입력 광 펄스를 원하는 형상 및 크기를 가진 빔으로 생성하고, 샘플(20)의 검사 지점으로 빔을 입사한 후, 샘플 표면에서 반사된 광 신호를 다시 서큘레이터(410a)로 출력한다.
펄스 레이저(100a)는 광 펄스열을 출력하는 레이저로서, 모드 잠금 레이저(mode-locked laser, MLL)일 수 있다. 펄스 레이저(100a)는 펨토초 스케일의 매우 짧은 광 펄스를 발생시키는 펨토초 레이저일 수 있으나, 레이저 종류는 달라질 수 있다. 펄스 레이저(100a)에서 출력되는 광 펄스열은 커플러에 의해 제1 광 펄스열(Pulse 1)과 제2 광 펄스열(Pulse 2)로 나누어진다. 제1 광 펄스열은 전기 펄스 생성기(200a)로 입력되고, 제2 광 펄스열은 센서 헤드(400a)를 지난 후 타이밍 검출기(300a)로 입력되도록 경로가 구성될 수 있다. 펄스 레이저 중 모드 잠금 레이저는, 매우 짧은 펄스폭과 낮은 타이밍 지터(timing jitter)로 우수한 시간 분해능을 가진다. 또한 모드 잠금 레이저는 넓은 스펙트럼을 가지고 있어서, 넓은 스펙트럼을 파장 분할하여 다채널을 생성하거나, 넓은 스펙트럼으로 분산할 수 있다.
전기 펄스 생성기(200a)는 펄스 레이저(100a)로부터 전송된 제1 광 펄스열을 광전 변환하여, 타이밍 검출기(300a)의 전광 샘플링을 위한 기준 신호를 생성할 수 있다. 전기 펄스는 광전류 펄스(Photocurrent pules)일 수 있다. 전기 펄스는 타이밍 검출기(300a)로 입력되고, 비행 시간 변화를 검출하는 기준 신호로 사용된다. 여기서, 전기 펄스는 펄스 레이저(100a)의 광 펄스열로부터 광전 변환된 신호이므로, 전기 펄스는 펄스 레이저(100a)의 반복률(frep)에 이미 주파수 동기화되어 있다. 한편, 전기 펄스 대신, 전기 펄스로부터 추출된 정현파의 전기 신호가 타이밍 검출기로 입력되도록 변형될 수 있다. 이외에도, 레이저에 주파수 잠금(frequency-locked)된 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)의 마이크로파 신호가 기준 신호로 사용될 수 있다.
전기 펄스 생성기(200a)는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 소자를 포함한다. 광전 소자의 종류는 다양할 수 있고, 예를 들면, p-i-n 광다이오드(Photodiode, PD), UTC(uni-travelling-carrier)/MUTC(modified uni-travelling-carrier) 광다이오드 등이 사용될 수 있다.
타이밍 검출기(300a)는 제1 광 펄스열로부터 생성된 기준 신호, 그리고 비행 시간 변화를 경험한 광 펄스열의 타이밍 오차를 검출하도록 구성된다. 타이밍 검출기(300a)는 전기 펄스의 특정 지점에 대한 광 펄스의 상대적 시간 위치(relative temporal position)를 검출함으로써, 광 펄스와 전기 펄스의 타이밍 오차를 계산할 수 있다. 이때, 타이밍 검출기(300a)는 전기 펄스의 상승 에지(rising edge)에 대한 광 펄스의 타이밍을 검출할 수 있고, 상승 에지의 임의 지점이 상대적 시간 위치를 검출하는 기준 지점으로 사용될 수 있다. 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호(ΔV)는 전기 펄스와 광 펄스 간의 상대적 시간 위치의 함수로 표현될 수 있다. 타이밍 검출기(300a)에서 검출한 타이밍 오차는 균형 광검출기(310a)에 의해 측정되어 출력될 수 있다. 균형 광검출기(310a)는 타이밍 오차에 비례하는 세기 신호를 출력할 수 있다.
타이밍 검출기(300a)는 다양한 구조로 구현될 수 있는데, 예를 들면, 샤냑(Sagnac) 루프 간섭계 기반으로 구현될 수 있다. 타이밍 검출기(300a)는 전광 샘플링 기반으로 기준 신호의 순간 전압에 따라 제1 방향을 순환하는 광 펄스의 위상을 변조하고, 위상 변조된 제1 방향 광 펄스와 제2 방향으로 순환한 광 펄스와의 간섭을 통해 광 펄스와 전기 펄스의 타이밍 오차에 관한 정보를 포함하는 간섭 신호를 출력할 수 있다. 타이밍 오차에 관한 정보를 포함하는 간섭 신호는 분리되어 균형 광검출기(310a)로 입력되고, 균형 광검출기(310a)는 두 광 다이오드로 들어온 간섭 신호의 세기 차이를 전기 신호(ΔV)로 출력할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500a)는 진동하는 검사 대상들의 표면에서 반사된 광 펄스열의 비행 시간 변화, 즉 기준 신호와의 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호를 통해, 진동에 의해 움직이는 검사 대상의 역학적 특징을 분석하고, 분석 결과를 기초로 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단할 수 있다. 타이밍 오차로부터 검사 대상에 가해지는 진동에 의한 역학적 특성이 분석되는데, 검사 대상의 내부 결함 유무에 따라 역학적 특성이 달라진다. 따라서, 컴퓨팅 장치(500a)는 기준이 되는 정상 검사 대상(21)과 내부 결함을 가진 불량 검사 대상(22)의 역학적 특징 차이를 통해, 검사 대상들 중에서 불량 검사 대상(22)을 검출할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500a)는 정상 검사 대상의 역학적 특징을 미리 저장해 두고, 이와 다른 특징을 가진 검사 대상을 내부 결함이 있는 불량 검사 대상으로 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500a)는 샘플 전체 검사 대상들의 특징 분포를 기초로 유사한 특징을 가진 다수의 검사 대상들을 정상 검사 대상으로 결정하고, 이와 다른 이상치(outlier)를 내부 결함을 가진 검사 대상으로 결정할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500a)는 검사 대상의 기준이 되는 정상 형상, 그리고 다양한 위치(깊이)에서 내부 결함을 가진 불량 형상에 대한 역학적 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션으로 얻은 역학적 특징 값들(e.g., 진폭, 고유 진동수, 비선형 움직임 특징 등)을 조회 테이블(look up table)로 저장할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500a)는 조회 테이블을 참조하여, 실제 측정을 통해 획득한 역학적 특징 값에 해당하는 내부 결함 위치 d를 결정할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 내부 결함 검사 시스템의 구조도이고, 도 4는 한 실시예에 따른 라인 빔 스캔 방식을 설명하는 도면이고, 도 5는 한 실시예에 따른 내부 결함 위치를 특정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참고하면, 내부 결함 검사 시스템(1)의 측정 시스템(10b)은 도 2의 측정 시스템(10a)과 유사하게, 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해 검사 대상의 역학적 특정을 분석하는데, 파장 스펙트럼으로 분산된 라인 빔을 샘플(20)로 조사하여, 연속적인 지점들의 역학적 특징을 라인 단위로 분석하도록 구현될 수 있다.
측정 시스템(10b)은 펄스 레이저(100a), 기준 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기(200b), 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기(EOS-TD)(300b), 스펙트럼 측정기(600-1, 600-2), 센서 헤드(400b), 서큘레이터(410b) 그리고 컴퓨팅 장치(500b)를 포함할 수 있다.
측정 시스템(10b)에 의한 검사 지점의 역학적 특징 측정은 진동 발생기(30)가 시간에 따라 주파수를 가변하면서 샘플(20)로 진동을 전달하는 주파수 가변 주기마다 반복적으로 진행될 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치(500b)는 진동 발생기(30)의 주파수 가변 주기 동안, 시간에 따른 주파수에 대응하여 검사 대상에 대한 측정 결과를 실시간 분석할 수 있다. 이를 위해, 측정 시스템(10b)은 진동 발생기(30)의 주파수 가변 주기에 동기되어 동작할 수 있다.
센서 헤드(400b)는 샘플(20)로 빔을 조사하고 샘플(20)의 표면에서 반사된 광 신호를 수득하는 광학 소자들로 구성될 수 있다. 센서 헤드(400b)는 샘플(20)의 연속된 검사 지점들로 라인 빔을 조사하여 해당 지점에서 반사된 신호를 수득하기 위해, 광섬유 콜리메이터, 렌즈들, 회절격자(grating), 렌즈 등의 광학 소자들로 구성될 수 있다. 센서 헤드(400b)는 입력 광 펄스를 원하는 형상 및 크기를 가진 빔으로 생성하고, 빔을 파장 스펙트럼으로 분산하여 샘플(20)의 연속적 검사 지점들인 라인(line)으로 입사한 후, 샘플 표면에서 반사된 파장 신호들(서브 펄스들)을 다시 서큘레이터(410b)로 출력한다.
센서 헤드(400b)는 단일 검사 대상의 여러 지점들을 동시에 측정하도록 라인 빔을 스캔할 수 있고, 또는 여러 검사 대상의 지점들을 동시에 측정하도록 라인 빔을 스캔할 수 있다.
펄스 레이저(100b)는 펄스 레이저(100a)와 유사할 수 있다. 펄스 레이저(100b)에서 출력되는 광 펄스열은 커플러에 의해 제1 광 펄스열과 제2 광 펄스열로 나누어진다. 제1 광 펄스열은 전기 펄스 생성기(200b)로 입력되고, 제2 광 펄스열은 센서 헤드(400b)를 지난 후 타이밍 검출기(300b)로 입력되도록 경로가 구성될 수 있다.
전기 펄스 생성기(200b)는 전기 펄스 생성기(200a)와 유사할 수 있다. 전기 펄스 생성기(200b)는 펄스 레이저(100b)로부터 전송된 제1 광 펄스열을 광전 변환하여, 타이밍 검출기(300b)의 전광 샘플링을 위한 기준 신호를 생성할 수 있다.
타이밍 검출기(300b)는 타이밍 검출기(300a)와 유사할 수 있다. 타이밍 검출기(300b)는 제1 광 펄스열로부터 생성된 기준 신호, 그리고 비행 시간 변화를 경험한 광 신호의 타이밍 오차를 검출하도록 구성된다. 이때, 타이밍 검출기(300b)로 입력되는 광 신호는 서로 다른 타이밍 오차를 가진 연속적인 파장 신호들(서브 펄스들)을 포함할 수 있다.
타이밍 검출기(300b)에서 검출한 서브 펄스들의 타이밍 오차는 스펙트럼 측정기(600-1)에 의해 측정되어 출력될 수 있다.
타이밍 검출기(300b)는 다양한 구조로 구현될 수 있는데, 예를 들면, 샤냑(Sagnac) 루프 간섭계 기반으로 구현될 수 있다. 타이밍 검출기(300b)는 전광 샘플링 기반으로 기준 신호의 순간 전압에 따라 제1 방향을 순환하는 광 펄스의 위상을 변조하고, 위상 변조된 제1 방향 광 펄스와 제2 방향으로 순환한 광 펄스와의 간섭을 통해 광 펄스와 전기 펄스의 타이밍 오차에 관한 정보를 포함하는 간섭 신호를 출력할 수 있다. 타이밍 오차에 관한 정보를 포함하는 간섭 신호는 분리되고, 하나의 간섭 신호가 스펙트럼 측정기(600-1)로 입력될 수 있다.
스펙트럼 측정기(600-1)는 타이밍 검출기(300b)의 두 출력 포트 중 어느 한 포트의 신호를 입력받고, 서브 펄스들의 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호의 세기(intensity)를 파장 스펙트럼에서 측정할 수 있다.
다른 스펙트럼 측정기(600-2)는 타이밍 검출기(300b)로 입력되기 전의 일부 광 신호(예를 들면, 5% 탭핑)를 입력받고, 타이밍 검출기(300b)로 입력되기 전 광 신호의 세기를 파장 스펙트럼에서 측정할 수 있다. 스펙트럼 측정기(600-2)는 스펙트럼 측정기(600-1)와 동일한 구조를 가질 수 있다.
스펙트럼 측정기(600-1)는 입력 신호의 파장에 따른 세기를 측정하는 장치들로 구성될 수 있다. 스펙트럼 측정기(600-1)는 회절격자와 라인 스캔 카메라(line scan camera)의 조합으로 제작될 수 있다.
예를 들면, 스펙트럼 측정기(600-1)는 콜리메이터(610), 반파장판(Half-wave plate, HWP)(620), 렌즈들(630, 640), 회절격자(grating)(650), 렌즈(660), 그리고 라인 스캔 카메라(670)를 포함할 수 있다. 라인 스캔 카메라(670)는 광다이오드 어레이를 포함할 수 있다. 라인 스캔 카메라(670)는 회절격자(650)에서 분산된 파장 신호들의 세기를 출력할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500b)는 두 스펙트럼 측정기들(600-1, 600-2) 각각에서 측정된 세기 신호를 동시에 획득할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500a)는 광 파워 보정에 필요한 기준 파워를 저장하고, 스펙트럼 측정기(600-2)에서 측정된 세기와 기준 파워의 비율을 광 파워 보정에 필요한 보정 값으로 계산할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500b)는 스펙트럼 측정기(600-1)에서 측정된 세기에 보정 값을 곱해서 민감도가 교정된 세기 신호를 최종 출력할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500b)는 파장 스펙트럼에 대응하는 검사 지점들로 구성된 검사 라인을 이용하여, 특정 파장에서의 세기 신호로부터 해당 검사 지점의 움직임에 관계된 역학적 특징을 분석할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500b)는 기준이 되는 정상 검사 대상(21)과 내부 결함을 가진 불량 검사 대상(22)의 역학적 특징 차이(e.g., 진폭, 고유 진동수 차이)를 통해, 검사 대상들 중에서 불량 검사 대상(22)을 검출할 수 있다.
도 4를 참고하면, 컴퓨팅 장치(500b)는 라인 빔 스캔 방식을 통해 라인 빔이 조사되는 지점들에서의 세기 신호를 획득하고, 이를 기초로 라인에 포함되는 여러 지점들(e.g., P1, P2, P3, P4, P5)의 실시간으로 움직임을 분석할 수 있다. 컴퓨팅 장치(500b)는 진동 발생기(30)이 주파수 스윕을 진행하는 동안 측정한 세기 신호를 기초로 여러 지점들(e.g., P1, P2, P3, P4, P5)의 공진 주파수 및 진동 양상을 포함하는 역학적 특징을 실시간 분석할 수 있다. 이를 통해, 정상인 지점들 P1, P2, P4, P5와 다른 역학적 특징(e.g., 공진 주파수의 차이, 진폭 차이 등)을 보이는 지점 P3이 검출되는 경우, 컴퓨팅 장치(500b)는 지점 P3의 검사 대상을 내부 결함이 있는 불량 검사 대상으로 판단할 수 있다.
컴퓨팅 장치(500b)는 컴퓨팅 장치(500a)와 마찬가지로, 정상 검사 대상의 역학적 특징을 미리 저장해 두고, 이와 다른 특징을 가진 검사 대상을 내부 결함이 있는 불량 검사 대상으로 결정하거나, 특징 분포의 이상치(outlier)를 내부 결함을 가진 검사 대상으로 결정할 수 있다.
도 5를 참고하면, 컴퓨팅 장치(500b)는 검사 대상의 기준이 되는 정상 형상, 그리고 다양한 위치(깊이)의 내부 결함을 가진 불량 형상에 대한 역학적 시뮬레이션 값들(e.g., 고유 진동수, 비선형 움직임 특징 등)을 조회 테이블(look up table)로 저장하고, 조회 테이블을 참조하여, 실제 측정을 통해 획득한 역학적 특징 값에 해당하는 결함 위치 d1, 또는 d2를 특정할 수 있다. 이를 통해, 컴퓨팅 장치(500b)는 적층형 소자의 내부 결함 위치를 검출할 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 주파수 가변을 통한 내부 결함 검사를 설명하는 도면이다.
도 6을 참고하면, 내부 결함 검사 시스템(1)의 진동 발생기(30)가 주파수를 가변하면서 샘플(20)로 진동을 발생시키는 동안, 측정 시스템(10a)은 검사 지점의 비행 시간 변화, 즉 기준 신호와의 타이밍 오차에 비례하는 세기 신호를 측정하고, 시간에 따른 세기 신호를 통해 검사 지점의 역학적 특징을 실시간 분석할 수 있다.
또는 내부 결함 검사 시스템(1)의 진동 발생기(30)가 샘플(20)로 주파수를 가변하면서 샘플(20)로 진동을 발생시키는 동안, 측정 시스템(10b)은 분산된 라인 빔을 이용하여 연속된 검사 지점들의 비행 시간 변화, 즉 기준 신호와의 타이밍 오차에 비례하는 신호의 세기를 파장 스펙트럼에 따라 측정하고, 파장 스펙트럼에서의 세기 신호를 통해 파장에 대응하는 검사 지점의 역학적 특징을 실시간 분석할 수 있다.
측정 시스템(10a) 또는 측정 시스템(10b)은 정상 검사 대상의 역학적 특징과의 차이를 기초로, 검사 지점에 대응하는 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단할 수 있다. 역학적 특징은 시간에 따른 세기 신호로부터 분석 가능한 정보, 예를 들면, 진폭, 고유 진동수, 비선형 움직임 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 측정 시스템(10a) 또는 측정 시스템(10b)은 검사 대상으로 가해지는 진동의 주파수 가변(f1~f2)이 진행되는 동안, 측정한 세기 신호를 기초로 해당 검사 지점의 공진 및 진동 양상을 실시간 분석할 수 있다. 어느 검사 지점의 역학적 특징을 분석한 결과, 결함이 없는 정상 검사 대상의 고유 진동수 fn,ref와 다른 주파수 fn, crack에서 공진하는 경우, 해당 검사 지점에 내부 결함이 있다고 판단될 수 있다. 즉, 불량 검사 대상은 내부 결함에 의해 고유 진동수가 달라져, 정상 검사 대상과 다른 주파수에서 공진이 일어날 수 있다.
또한 측정 시스템(10a) 또는 측정 시스템(10b)은 비선형적인 움직임을 분석하여, 내부 결함 검사에 대한 정확도를 높일 수 있다.
도 7은 한 실시예에 따른 내부 결함 검사 방법을 설명하는 도면이다.
도 7을 참고하면, 컴퓨팅 장치는 시간에 따라 주파수를 가변하면서 샘플로 진동을 전달하는 주파수 가변 주기 동안, 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 샘플의 적어도 하나의 검사 대상에서의 진동에 의한 역학적 특징을 분석한다(S110). 컴퓨팅 장치는 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정 방법에 따라, 빔이 조사되는 검사 지점의 역학적 특징을 분석할 수 있고, 또는 라인 빔이 조사되는 검사 라인의 역학적 특징을 분석할 수 있다. 라인 빔이 조사되는 위치와 파장 스펙트럼이 대응되어 있다. 따라서, 컴퓨팅 장치는 파장 스펙트럼에 따른 측정 결과를 기초로 파장에 대응하는 검사 지점의 역학적 특징을 분석할 수 있다. 역학적 특징은 주파수 가변되는 진동에 의한 검사 대상의 움직임 특징(진동 특징) 또는 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함하고, 진폭, 고유 진동수, 비선형 움직임 등을 포함할 수 있다
컴퓨팅 장치는 검사 대상의 역학적 특징과 정상 검사 대상의 역학적 특징을 비교하여, 해당 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단한다(S120). 컴퓨팅 장치는 내부 결함이 발견된 검사 대상을 불량으로 판단할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 검사 대상의 기준이 되는 정상 형상, 그리고 다양한 위치에서 내부 결함을 가진 불량 형상들에 대한 역학적 특징을 기초로, 검사 대상에 존재하는 내부 결함 위치를 특정한다(S130).
컴퓨팅 장치는 검사 대상에 대한 내부 결함 검사 결과를 출력한다(S140). 컴퓨팅 장치는 각 검사 대상의 내부 결함 유무, 내부 결함 위치를 출력할 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치는 내부 결함 유무에 따라 정상 또는 불량으로 판정된 검사 결과를 출력할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 샘플에 포함된 모든 검사 대상들에 대한 내부 결함 검사 결과를 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 개시에 따르면, 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 기존에는 검사가 불가능한 금속 재질의 검사 대상에 대해서도 내부 결함을 비파괴 검사할 수 있고, 기존에는 검출이 어려운 미세 내부 결함을 검사할 수 있다.
본 개시에 따르면, 엑스선이 아닌 적외선 영역의 광원을 활용함으로써 비파괴 방식으로 내부 결함 검사를 할 수 있다.
본 개시에 따르면, 적층형 소자의 내부 결함 위치를 특정할 수 있다.
본 개시에 따르면, 라인 빔 스캔을 통해 복수 지점들을 동시에 검사함으로써 고속 검사가 가능하고, 이를 통해 양산 과정에서의 시편 전수 검사를 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 검사 대상의 내부 결함을 검사하는 시스템으로서,
    적어도 하나의 검사 대상을 포함하는 샘플로 주파수를 가변하면서 진동을 전달하는 진동 발생기, 그리고
    상기 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하고, 상기 역학적 특징을 기초로 상기 검사 대상의 내부 결함을 판단하도록 구현되는 측정 시스템
    을 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 진동 발생기는
    주파수 가변이 가능한 작동기(actuator)를 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 진동 발생기는
    진동 전도체와 금속 층을 더 포함하고,
    상기 진동 전도체와 상기 금속 층은 상기 작동기와 상기 샘플 사이에 배치되는, 내부 결함 검사 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 측정 시스템은
    상기 검사 대상의 역학적 특징과 정상 검사 대상의 역학적 특징을 비교하여, 상기 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단하도록 구현되는, 내부 결함 검사 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 측정 시스템은
    다양한 위치에서 내부 결함을 가진 불량 형상들에 대한 역학적 특징을 기초로, 상기 검사 대상에 존재하는 내부 결함 위치를 특정하도록 구현되는, 내부 결함 검사 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 역학적 특징은
    주파수 가변되는 진동에 의해 상기 검사 대상이 움직이는 움직임 특징 또는 상기 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 역학적 특징은
    진폭, 고유 진동수, 또는 비선형 움직임을 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 측정 시스템은
    상기 검사 대상의 검사 지점으로 빔을 조사하고, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 지점에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하고, 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 지점의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하도록 구현되는, 내부 결함 검사 시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 측정 시스템은
    파장 분산된 라인 빔을 상기 검사 대상의 검사 라인으로 조사하고, 전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 라인에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하고, 상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하도록 구현되는, 내부 결함 검사 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 측정 시스템은
    상기 타이밍 오차에 비례하는 신호를 파장 스펙트럼으로 분산한 후, 파장 스펙트럼에 따른 세기 신호를 측정하는 스펙트럼 측정기, 그리고
    상기 파장 스펙트럼에 따른 세기 신호로부터 상기 검사 라인의 역학적 특징을 분석하는 컴퓨팅 장치를 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  11. 제1항에서,
    상기 검사 대상은
    투명 재질 또는 금속 재질로 구현된 소자를 포함하는, 내부 결함 검사 시스템.
  12. 제1항에서,
    상기 샘플은
    반도체 패터닝된 웨이퍼 샘플, 미세 구조 소자를 포함하는 샘플, 또는 적층형 구조의 소자를 포함하는 샘플인, 내부 결함 검사 시스템.
  13. 검사 대상의 내부 결함을 검사하는 시스템의 동작 방법으로서,
    주파수 가변 주기 동안 시간에 따라 주파수를 가변하면서 샘플로 진동을 전달하는 단계,
    상기 주파수 가변 주기 동안, 상기 샘플에 포함된 상기 검사 대상에 대한 펄스 레이저 기반 비행 시간 측정을 통해, 상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계, 그리고
    상기 검사 대상의 역학적 특징과 정상 검사 대상의 역학적 특징을 비교하여, 상기 검사 대상의 내부 결함 유무를 판단하는 단계
    를 포함하는, 동작 방법.
  14. 제13항에서,
    다양한 위치에서 내부 결함을 가진 불량 형상들에 대한 역학적 특징을 참조 테이블로 저장하는 단계, 그리고
    상기 참조 테이블을 이용하여, 상기 검사 대상에 존재하는 내부 결함 위치를 특정하는 단계
    를 더 포함하는, 동작 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 검사 대상에 대한 내부 결함 검사 결과를 출력하는 단계를 더 포함하고,
    상기 내부 결함 검사 결과는
    내부 결함 유무, 내부 결함 위치, 내부 결함 유무에 따라 정상 또는 불량으로 판정된 결과 중 적어도 하나를 포함하는, 동작 방법.
  16. 제13항에서,
    상기 역학적 특징은 주파수 가변되는 진동에 의해 상기 검사 대상이 움직이는 움직임 특징 또는 상기 움직임 특징으로부터 추출된 고유 특징을 포함하는, 동작 방법.
  17. 제15항에서,
    상기 역학적 특징은
    진폭, 고유 진동수, 또는 비선형 움직임을 포함하는, 동작 방법.
  18. 제13항에서,
    상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는
    상기 검사 대상의 검사 지점으로 빔을 조사하는 단계,
    전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 지점에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하는 단계, 그리고
    상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 지점의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
  19. 제13항에서,
    상기 검사 대상의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는
    파장 분산된 라인 빔을 상기 검사 대상의 검사 라인으로 조사하는 단계,
    전광 샘플링 기반 타이밍 검출기를 통해, 상기 검사 라인에서 반사되어 돌아온 광 신호로부터 비행 시간 변화에 의한 기준 신호와의 타이밍 오차를 측정하는 단계, 그리고
    상기 타이밍 오차를 기초로 상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 검사 라인의 진동에 의한 역학적 특징을 분석하는 단계는
    상기 타이밍 오차에 비례하는 신호를 파장 스펙트럼으로 분산한 후, 파장 스펙트럼에 따른 세기를 측정하는 단계, 그리고
    상기 파장 스펙트럼에 따른 세기로부터 상기 검사 라인의 역학적 특징을 분석하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
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