WO2018194210A1 - 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법 - Google Patents

자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법 Download PDF

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WO2018194210A1
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photoluminescence
ultraviolet
polytype
sample
crystals
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최형석
윤지영
정성민
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한국세라믹기술원
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to a method for polytype analysis of crystals such as silicon carbide.
  • Silicon carbide (SiC) with a closed packed crystal structure is a material with a wide bandgap and is a promising material that can be applied to laser diodes, LEDs, or power electronic devices.
  • Silicon carbide is known to have at least 170 polytypes, but most of them are rare except for the 2H, 4H, 6H, 15R and 3C types.
  • silicon carbide polytypes have the same density and Gibbs free energy, but the electron band structure is different. The difference in band structure causes emission of luminescence of different wavelengths when ultraviolet light is incident on silicon carbide.
  • Silicon carbide can be grown through several crystal growth techniques, such as physical vapor deposition (PVD), high temperature chemical vapor deposition (HT-CVD), or top seeded solution growth (TSSG).
  • PVD physical vapor deposition
  • HT-CVD high temperature chemical vapor deposition
  • TSSG top seeded solution growth
  • the production of more than one type of polytype in the production process is one of the drawbacks of bulk silicon carbide.
  • polytypes such as 6H-silicon carbides or 15R-silicon carbides are present on silicon carbide wafers, and LEDs or laser diodes are used using such silicon carbide wafers.
  • the lattice constant of 6H-SiC or 15R-SiC and the lattice constant of gallium nitride (GaN) are very different, the quality of the LED or the laser diode is inevitably deteriorated.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems, as described above, polytype analysis method of crystals that can determine whether the crystal is properly prepared by quickly and accurately determine what polytype of the crystal produced polytype In providing.
  • Polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence is an ultraviolet irradiation step of irradiating the ultraviolet light emitted from the light source to the surface side of the sample;
  • the photoluminescence image information acquired by the camera apparatus in the photoluminescence image acquisition step is transmitted from the camera apparatus side to the data processing apparatus side, so that the polytype of the sample can be determined.
  • a data processing step of the data processing apparatus converting the photo luminescence image information into at least one color point that can be displayed on a predetermined color space; It may be characterized by including a.
  • the sample may be another feature of silicon carbide (SiC).
  • the preparation step for cleaning the sample cleaning
  • It may also be another feature to include a further.
  • the photoluminescence image information may be stored in the camera device as information in a red, green, and blue (RGB) format in the acquiring step of the photoluminescence image information. have.
  • RGB red, green, and blue
  • the data processing device further comprises a determination step of determining the polytype of the sample compared to the information about the polytype of the decision stored in the database;
  • the determination result information for the polytype of the sample determined in the determination step may be further characterized by being transmitted to the display apparatus by the data processing apparatus and displayed by the display apparatus.
  • the color space in the data processing step may be another feature that is a color space defined according to the CIE 1931 standard colorimetric system.
  • a beam expander for diffusing the ultraviolet rays is located between the light source and the sample, and in the ultraviolet irradiation step, the ultraviolet rays are irradiated to the surface side of the sample through the beam expander. You can also do
  • the ultraviolet light emitted from the light source may be filtered by a first optical band pass filter and irradiated to the sample side.
  • the wavelength of the ultraviolet light filtered by the first optical band pass filter and incident on the sample side may be another feature that is between 300 nm and 400 nm.
  • the photoluminescence image information acquiring step may further include filtering the photoluminescence emitted from the sample side by a second optical band pass filter before being incident on the camera device. It may be.
  • the wavelength of the photoluminescence filtered by the second optical band pass filter and incident to the camera device may be further characterized as being larger than 450 nm. .
  • Polytype analysis method of the crystal using ultraviolet photoluminescence according to the present invention. Since the polytype of the crystal such as silicon carbide can be quickly and accurately grasp the degradation of the quality in the production of LED or laser diode, etc., further production There is an effect that can increase the yield.
  • FIG. 1 schematically shows a polytype analysis of a crystal using ultraviolet photoluminescence and an analysis using a photoluminescence spectrometer.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a polytype analysis system of a crystal using ultraviolet photoluminescence that may perform a polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a transmittance distribution according to a wavelength of a first optical band pass filter in a polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a transmittance distribution according to a wavelength of a second optical band pass filter in a method of analyzing a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view schematically illustrating a color space according to CIE1931 format in a method for analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view schematically illustrating boundaries of a polytype and bandgap boundaries in a color space in a method for analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view schematically showing conversion of monochromatic light into color points in a color space in the method for analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph schematically illustrating a Gaussian distribution depending on temperature in a method for analyzing a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a tristimuli normalized spectral distribution and Gaussian distribution of photoluminescence in order to determine polytype lines in a color space in a method for analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention. And xyz color space are shown schematically.
  • FIG. 11 schematically illustrates a boundary between polytypes in a method for analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 schematically illustrates lines and boundaries of a polytype in a color space in a method for analyzing a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 schematically illustrates an example of an ultraviolet photoluminescence image.
  • FIG. 14 schematically shows photoluminescence peaks in which 4H-SiC and 6H-SiC are mixed.
  • the polytype of the bulk crystal or the crystal in the wafer state can be determined using the ultraviolet photoluminescence image.
  • a polytype determination method for silicon carbide crystals will be described.
  • a bulk or wafer state will be simply referred to as a sample.
  • the photons When the ultraviolet photons are incident on the silicon carbide crystal surface, if the energy of the photons is greater than the band gap energy of the silicon carbide, the photons excite the electrons in the balance band to the conduction band. Excited electrons can release heat and move to a lower energy state, or relax in a balanced band while emitting photons of longer wavelengths than incident light.
  • photoluminescence The phenomenon of wavelength shifting over a long wavelength due to the interaction between a silicon carbide material and photons is called photoluminescence.
  • silicon carbide polytypes have different band gaps, polytypes can be identified by photoluminescence color.
  • the bandgap of 4H-SiC is 2.44 eV and the luminescence color is green.
  • the bandgap of 6H-SiC is 2.12eV, the luminescence color is yellow, the bandgap of 15R-SiC is 1.6eV and the luminescence color is orange.
  • polytype determination of silicon carbide is performed using a diffractometer such as a photoluminescence spectrometer, a Raman spectrometer or a high resolution XRD (HR-XRD) or a microscope such as a transmission electron microscope (TEM) Can be.
  • a diffractometer such as a photoluminescence spectrometer, a Raman spectrometer or a high resolution XRD (HR-XRD) or a microscope such as a transmission electron microscope (TEM) Can be.
  • this method can accurately measure polytypes, but it is difficult to utilize because it only allows pint detection and is time-consuming and expensive to prepare samples.
  • FIG. 1 schematically illustrates polytype analysis of crystals using ultraviolet photoluminescence and analysis using a PL spectrometer. Both methods are identical in that the photoluminescence beam is emitted from the sample, but the detailed method of analyzing it is completely different.
  • Figure 1 (a) schematically shows the spectrum of light.
  • a monochromator capable of dividing the photoluminescence light into monochromatic light. Is used as a photoluminescence spectrometer, and the wavelength is determined by measuring the intensity of light with a photodetector as referred to in FIG. 1 (c).
  • the human eye has a retina, which can be said to be a sensor for sensing the brightness.
  • the retina is composed of three types of cones that detect red, green, and blue (RGB), respectively.
  • Normalized spectral sensitivity of the RGB color of human cone cells is as referenced in FIG. 1 (e). This is a weight function of cone sensitivity with wavelength.
  • the cone cells When light enters the cone cells, the cone cells sense the total intensity. This intensity is weighted with normalized spectral sensitivity.
  • the following relationship (A.1.1 to A.1.3) is the total intensity of the RGB colors perceived by the retina.
  • X, Y, Z can be said to mean RGB colors.
  • the total intensity can be expressed as the integral of the intensity distribution of the light multiplied by the normalized spectral density for wavelengths of 450 nm to 850 nm.
  • Silicon carbide crystals 10 may be grown according to various techniques.
  • the polytype analysis method of crystals using ultraviolet photoluminescence according to the present invention can be applied to any sample despite various growth techniques. In addition, it can be applied whether the sample is in wafer state or ingot state.
  • the surface of the silicon carbide sample 10 is polished and measured so that ultraviolet light is not scattered on the surface of the sample 10 and photoluminescence light is directly incident on the camera device 200 such as a digital camera. It is also desirable to improve the accuracy of.
  • the stage (not shown) on which the silicon carbide sample 10 is placed supports the silicon carbide sample to be stably disposed.
  • the stage is preferably used when the stage in a non-vibration state or an anti-vibration state can be prevented from generating noise due to vibration.
  • the light source 100 may preferably emit ultraviolet light as well as visible light.
  • the wavelength of the ultraviolet light emitted from the light source 100 is preferably in the non-visible range or monochromatic range corresponding to between 150 nanometers and 400 nanometers.
  • the intensity of the ultraviolet light emitted from the light source 100 is preferably 600 mW / cm 2 or more.
  • the distance between the silicon carbide sample 10 and the light source 100 may be arranged to be about 10 to 30 centimeters, and may be set differently as necessary.
  • a lens (not shown) of the light source 100 may be used to focus the incident ultraviolet beam onto the silicon carbide sample 10.
  • the position and the focal length of the lens are preferably selected or set in advance so that the ultraviolet beam can be spread and incident on the silicon carbide sample 10 with uniform intensity.
  • the angle (0 to 360 degrees) between the light source 100 and the silicon carbide sample 10 in the reflection mode prevents the light emitted from the ultraviolet light source 100 from directly entering the camera device 200.
  • the arrangement is such that the camera device 200 can measure only the photoluminescence beam emitted from the silicon carbide sample 10.
  • the beam emitted from the silicon carbide sample 10 side can be measured using the camera apparatus 200.
  • the beam expander 110 may be disposed in front of the light source 100 to be positioned on an optical path between the light source 100 and the silicon carbide sample 10.
  • a first optical bandpass filer 120 capable of passing only ultraviolet rays.
  • the first optical band pass filter 120 may be positioned in front of the light source 100 or in front of the beam expander 110 to filter light having a wavelength other than the ultraviolet range. As shown in FIG. 4, the transmittance distribution according to the wavelength of the first optical band pass filter 120 may pass only the ultraviolet light of interest.
  • the second optical band pass filter 130 filters the beam reflected from the silicon carbide sample 10 and transmits the photoluminescence beam emitted from the silicon carbide sample 10 to the camera device 200 and the silicon carbide. It is preferably arranged between the samples 10.
  • the digital camera may be used as the camera device 200 for receiving the photoluminescence emitted from the silicon carbide sample 10 and obtaining image information. More preferably, a CCD camera can be used as such a digital camera.
  • the camera conditions are set so that the photoluminescence emitted from the silicon carbide sample 10 can be photographed.
  • ISO exposure is 500 ⁇ 100
  • f-number (f / #) is f / 1.8 to f / 3.2
  • no exposure compensation (zero) shutter speed is 1 / 30-50
  • White balance can be set at 6500K. This may be referred to as a standard condition for ultraviolet photoluminescence, and may be changed as necessary.
  • the camera device 200 obtains image information from the photoluminescence emitted from the silicon carbide sample 10 side.
  • the photo luminescence image information obtained by the camera apparatus 200 is preferably in an RGB format and is stored in the camera apparatus.
  • the image information obtained by the camera apparatus 200 is transmitted to the data processing apparatus 300 side.
  • the data processing apparatus 300 receives the photo luminescence image information from the camera apparatus 200.
  • the received photoluminescence image information is converted into at least one color point so as to be displayed in a predetermined color space.
  • the data processing apparatus 300 transmits the information about the predetermined color space and the converted color point to the display apparatus 400 to be recognized externally.
  • the data processing apparatus 300 preferably includes a database (not shown) that stores information about various polytypes of the crystal.
  • the data processing apparatus 300 determines which coordinate in the color space the converted color point corresponds to, and compares the information of various polytypes stored in the database with the information of the silicon carbide sample 10.
  • the determination result information may be obtained by determining which polytype the polytype corresponds to.
  • the determination result information obtained by the data processing apparatus 300 may also be transmitted to the display apparatus 400, and the display apparatus 400 may display the recognition result information from the outside.
  • the display apparatus 400 displays the color space and the color points so that the color points converted by the data processing apparatus 300 can be recognized from the outside.
  • the determination result information determined by the data processing apparatus 300 with respect to the polytype of the silicon carbide sample is also transmitted from the data processing apparatus 300 to the display apparatus 400, and the display apparatus 400 is such a. Judgment result information is also displayed.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a polytype analysis system of a crystal using ultraviolet photoluminescence, which may perform a polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a polytype analysis method of a crystal using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
  • the polytype analysis method of the crystal using the ultraviolet photoluminescence comprises an ultraviolet irradiation step, photoluminescence image information acquisition step and data processing step More preferably, it may further comprise a preparation step, a display step, and more preferably may further comprise a determination step.
  • the preparation step (S010) is a step performed before the ultraviolet irradiation step of irradiating the ultraviolet light to the silicon carbide sample 10, and is a step of cleaning the silicon carbide sample 10.
  • the cleaning of the silicon carbide sample 10 is preferable because unnecessary noise and the like can be suppressed from occurring.
  • the surface of the silicon carbide wafer is cleaned by wiping with a clean tissue moistened with a suitable solvent such as acetone or ethanol to remove foreign substances such as dust and moisture.
  • a suitable solvent such as acetone or ethanol to remove foreign substances such as dust and moisture.
  • the solvent on the surface is evaporated while cleaning.
  • ultraviolet rays emitted from a light source are irradiated to the surface side of the silicon carbide sample 10.
  • a stage (not shown) on which the silicon carbide sample 10 is placed supports the silicon carbide sample 10 to be stably disposed.
  • the stage is preferably used when the stage in a non-vibration state or an anti-vibration state can be prevented from generating noise due to vibration.
  • the optical axis of the CCD camera which is the camera device 200, may be disposed to coincide with the silicon carbide sample 10 to maximize the intensity of the ultraviolet photoluminescence incident on the CCD camera.
  • the ultraviolet light emitted from the light source 100 is incident on the beam expander 110 to diffuse the beam, and then the ultraviolet light is incident on the first optical band pass filter 120 and filtered.
  • the filtered ultraviolet rays are irradiated onto the surface of the silicon carbide sample 10.
  • the wavelength of the ultraviolet light filtered and transmitted by the first optical band pass filter 120 may correspond to between 300 nm and 400 nm, as shown in FIG. 4.
  • Photoluminescence image information acquisition step (S200) is the photoluminescence emitted from the surface side of the surface of the sample 10 irradiated with ultraviolet rays in the ultraviolet irradiation step (S100) by the camera device 200 is incident photoluminescence Acquiring image information.
  • Ultraviolet photo luminescence is emitted from the silicon carbide sample 10 by ultraviolet rays irradiated to the silicon carbide sample 10 in the ultraviolet irradiation step (S100).
  • the photoluminescence emitted from the silicon carbide sample 10 side is preferably filtered by the second optical band pass filter 130 before being incident on the camera apparatus 200.
  • the beam reflected from the silicon carbide sample 10 is blocked by the second optical band pass filter 130, and only the photoluminescence beam emitted from the silicon carbide sample 10 is the camera device 200. Is preferable because it is incident on
  • the transmittance distribution according to the wavelength of the second optical band pass filter 130 is as shown in FIG.
  • the wavelength of the photoluminescence filtered by the second optical band pass filter 130 and incident to the CCD camera 200 is preferably greater than 450 nm.
  • the camera apparatus 200 When the ultraviolet photoluminescence passing through the second optical band pass filter 130 is incident on the camera apparatus 200, the camera apparatus obtains the ultraviolet photoluminescence image information by photographing the ultraviolet rays.
  • Ultraviolet photo luminescence image information is stored in a camera apparatus 200 such as a CCD camera as information in RGB (Red, Green, Blue) format.
  • the photo luminescence image information acquired by the camera device 200 in the photo luminescence image acquisition step S200 is transferred from the camera device 200 side to the data processing device 300 side. At least one color point that allows the data processing apparatus 300 to display photoluminescence image information on a predetermined color space so that the polytype of the silicon carbide sample 10 can be determined. This step is to convert.
  • Ultraviolet photo luminescence image information taken by the CCD camera 200 is preferably converted to a predetermined color space.
  • the predetermined color space is preferably a color space defined according to the CIE 1931 standard colorimetric system.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a color space according to CIE1931 format. As referenced in FIG. 6, the RGB image stored by the camera device is converted into at least one color point so that it can be displayed on a color space according to the CIE1931 format.
  • the polytype may be determined and determined by the color point position in the color space.
  • This section describes the transformation to display the image information obtained by ultraviolet photoluminescence in the color space.
  • Boundaries of the polytype may be represented as shown in the left graph of FIG. 7. Red lines indicate polytype lines. The black line in the left graph of FIG. 7 is the boundary between polytype lines, which helps determine what major polytypes are.
  • the bandgap boundaries are shown.
  • the wavelength indicated at the edge of the color space means its bandgap.
  • this graph can be used to predict the bandgap.
  • the ultraviolet photoluminescence image information is preferably converted into a CIE1931 color space with polytype boundaries for polytype identification of silicon carbide.
  • Each polytype has a different band gap energy, indicating that each polytype has a different color.
  • each polytype has a different position in the color space.
  • each polytype Since each polytype has a unique bandgap, it emits a monochromatic photoluminescence beam at zero Kelvin when irradiated with ultraviolet light.
  • the bandgap energy of polytypes is different so that they can be used as a reference for polytype determination.
  • Table 2 shows the bandgap energy calculated by the relationship between the wavelength of the polytype and Planck (A.1.7) measured by the photoluminescence spectrometer.
  • This bandgap or wavelength can be converted to one color point in the color space as mentioned above.
  • FIG. 8 (a) is the spectral density distribution normalized according to tri-stimuli defined in CIE 1931 and FIG. 8 (b) is the monochromatic light distribution of each polytype indicated at the last trough of Table 2.
  • FIG. intensity distribution and has the shape of a delta function.
  • XYZ can be calculated by multiplying the two distributions in Figs. 8 (a) and 8 (b) and by the integration over the wavelength as shown in the following equations (A.1.1 to A.1.3).
  • the intensity of XYZ is schematically shown in FIG. 8 (c).
  • 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC and 3C-SiC are represented by black dots at the edge of the color space.
  • Monochromatic light is always placed at the edge of the color space.
  • the center black point represents the white point because the coordinates are (1/3, 1/3, 1/3).
  • the monochromatic wavelengths of 15R-SiC and 3C-SiC are so close to 770nm and 780nm that when converted to color space the converted points overlap as shown in Figure 6.
  • the data processing step S300 converts the photo luminescence image information into at least one color point that can be displayed on the color space.
  • the display apparatus 400 displays the color space and the color points so that the converted color points in the data processing step S300 can be recognized from the outside.
  • the determining step (S310) is a step performed after the data processing step (S300), and the poly of the silicon carbide sample 10 is compared with the information about the polytypes of the crystal stored in the database by the data processing apparatus 300. It is the step of determining the type.
  • the photoluminescence beam is monochromatic because it has a delta function form. At higher temperatures, however, the photoluminescence beam takes the form of a Gaussian distribution.
  • This property of the photoluminescence beam can be modeled by the Gaussian function shown in Equation (B.2.1), and the shape parameter changes as ⁇ changes.
  • Equation (B.2.1) depends on the material but increases with increasing temperature.
  • polytype lines can be calculated.
  • the coordinates of each polytype in the color space can be computed first and plotted. These color points are all drawn at the edges of the color space.
  • Polytype lines can be calculated using Gaussian distributions at various temperatures in equation (B.2.1).
  • FIG. 10 shows a procedure almost identical to that of FIG. 8 except for FIG. 10 (b), and is extended with various shape parameters ⁇ as shown in FIG. 9. 10 (c) shows the result.
  • Fig. 6 graphically shows every single point at the edge of the color space, but as referenced in Fig. 10 (c), all points are drawn as lines as the temperature changes.
  • the polytype line of FIG. 10 (c) is not a straight line because the CIE1931 distribution in FIG. 10 (a) is not uniform or symmetrical.
  • the lines of 15R-SiC and 3C-SiC are too close to distinguish. If there is only one polytype, the points converted to color space in the ultraviolet photoluminescence image of silicon carbide will be in one of these lines.
  • Table 3 shows the arithmetic mean of bandgap energy between adjacent polytypes added to Table 2.
  • the bandgap energy (E) and wavelength ( ⁇ ) are inversely proportional, so the arithmetic mean is not transformed into the bandgap energy domain but is converted to the wavelength domain using equation (B.1.1). .
  • This boundary can serve as a benchmark for determining the polytype of the sample or can be a criterion for determining the successful manufacture of the target sample.
  • FIG. 12 including boundaries and polytype lines may also be used to determine the polytype.
  • the color points converted from the image to the color space should be on one of the polytype lines drawn in the shape of a curve, as referenced in FIG. 10 (c), whereby the polytype can be easily determined. Can be.
  • color points may be distributed around the lines of the polytype.
  • the polytype can be determined qualitatively. That is, if the color points of the sample are distributed in only one polytype line of the typical polytype lines. The polytype of the sample is considered to fall into that one.
  • the number of color points included in each polytype region is counted and determined by selecting a major polytype region.
  • the bandgap energy may be evaluated using FIG. 7.
  • the display apparatus 400 displays the color space and the color points so that the color points converted in the data processing step S300 can be recognized from the outside.
  • the administrator can directly determine the polytype by looking at the color space and the color point expressed in the display apparatus 400.
  • the determination result information for the polytype of the silicon carbide sample 10 determined in the determination step is transferred to the display apparatus 400 by the data processing apparatus 300 and displayed by the display apparatus 400. Do.
  • the user may easily identify the polytype of the silicon carbide sample 10. It is preferable because it can.
  • FIG. 13 schematically illustrates an example of an ultraviolet photoluminescence image.
  • Figure 13 shows the conversion of ultraviolet photoluminescence images and color spaces of various types of SiC wafers.
  • Figure 13 (a) shows the case of 4H-SiC. The converted data is distributed around the 4H-SiC line, while others are distributed in the blue region where noise can be ignored by the ultraviolet light source.
  • FIG. 13 (b) shows the case of 6H-SiC.
  • the color points are mainly distributed around the 6H-SiC line as shown in FIG. 13 (a), and the others are distributed in the blue region.
  • the polytype can be correctly identified.
  • FIG. 14 schematically shows photoluminescence peaks in which 4H-SiC and 6H-SiC are mixed.
  • the color point distribution in the color space will have different properties depending on the sample.
  • FIG. 13C and 13D show SiC wafers with mixed polytypes.
  • Fig. 13 (c) is better than Fig. 13 (d) because Fig. 13 (d) shows many kinds of colors that can be seen by visual inspection.
  • color points are distributed over 4H-SiC lines, 6H-SiC lines, and 2 lines.
  • the color points are mainly distributed in the 4H-SiC line and the 6H-SiC line.
  • FIG. 14A shows a photoluminescence peak of 4H-SiC and 6H-SiC of the same intensity.
  • Figure 14 (b) shows the color points transformed in the color space along with the 4H-SiC and 6H-SiC color points.
  • the 4H-SiC and 6H-SiC mixed color points are not the same as pure 4H-SiC or 6H-SiC lines.
  • the pattern is placed in the middle line between the two lines. This is because the final color is the integration of all monochromatic waves to wavelengths.
  • color points distributed across 4H and 6H lines may mean that they are mixed with two types of poly types in the same place.
  • the relative strength ie the relative density of the polytype, can be calculated according to its position.
  • Fig. 14 (c) shows a better quality than Fig. 14 (d) seen with the naked eye.
  • UV photoluminescence imaging methods show different analytical results.
  • Figure 14 (c) there are many intermediate color points, which means that there are many mixed color points.
  • the 4H-SiC polytype line and the 6H-SiC polytype line have only two groups and no intermediate distribution. This means no mixed color points. Therefore, the sample of Fig. 14 (d) has a better quality.
  • a single polytype is visually detected as a mixed polytype because the photoluminescence beam can penetrate the silicon carbide sample through the penetration depth.
  • the penetration depth of the wavelength into silicon carbide is from 100 to 250 nm at 266 nm and from 50 to 100 nm at 244 nm.
  • the polytype analysis method of the crystal using ultraviolet photoluminescence according to the embodiment of the present invention can quickly and accurately grasp the polytype of the crystal, such as silicon carbide, in manufacturing LED or laser diode, etc. There is an advantage that can be suppressed the decrease of and further increase the production yield.

Abstract

본 발명은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에 관한 것으로, 광원으로부터 발광된 자외선이 샘플의 표면 측으로 조사되는 자외선조사단계; 상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및 상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점으로 변환시키는 데이터처리단계를 포함한다.

Description

자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법
본 발명은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입 분석방법에 관한 것이다.
밀집격자구조(closed packed crystal structure)를 갖춘 실리콘카바이드(Silicon carbide (SiC))는 넓은 밴드갭(wide bandgap)을 갖춘 소재로서, 레이저 다이오드, LED 또는 전력전자소자 등에 응용될 수 있는 유망한 소재이다.
따라서, 실리콘카바이드 성장 중에 생성되는 폴리타입(polytype)은 공통된 이슈가 되어 왔다.
결정이 성장하는 동안에, 샘플 내에서의 온도 변동 때문에 실리콘카바이드의 쌓기 순서에 따라 다양한 타입이 단일샘플의 벌크(bulk) 내에서 발생될 수 있다. 그리고, 이러한 쌓기 순서의 다른 타입들은 폴리타입이라고 불린다.
폴리타입은 구별되는 밀집 평면들을 갖지만, 이러한 평면들에 수직인 세 축에서 쌓이는 순서가 다르다. 실리콘카바이드는 적어도 170여 종류의 폴리타입이 알려져 있으나 2H, 4H, 6H, 15R 그리고 3C 타입을 제외한 나머지 대부분은 희소하다.
이러한 실리콘카바이드의 폴리타입들은 동등한 밀도와 깁스자유에너지를 갖지만 전자밴드구조는 각기 다르다. 밴드구조의 차이는 실리콘카바이드로 자외선이 입사될 때 다른 파장의 발광(luminescence)의 방출을 야기한다.
실리콘카바이드는 물리기상증착(PVD), 고온화학기상증착(HT-CVD), 또는 탑시드성장 솔루션(top seeded solution growth :TSSG) 등과 같은 몇가지 결정성장기법을 통해 성장되어질 수 있다.
생산공정에서 두 종류 이상의 폴리타입 생성은 벌크(bulk) 실리콘카바이드의 결점 중 하나이다.
예를 들어, 4H-실리콘카바이드를 이용한 LED 템플릿의 제조에 있어서, 실리콘카바이드 웨이퍼에 6H-실리콘카바이드 또는 15R-실리콘카바이드와 같은 폴리타입이 존재하게 되고, 이러한 실리콘카바이드 웨이퍼를 이용하여 LED 또는 레이저다이오드가 제조되면 6H-SiC 또는 15R-SiC 의 격자상수와 갈륨나이트라이드(GaN)의 격자상수가 매우 다르기 때문에 LED 또는 레이저다이오드의 품질이 저하될 수 밖에 없다.
그러므로 실리콘카바이드 결정을 생산함에 있어서 폴리타입을 구별해낼 수 있는 빠른 테스트방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조된 결정의 폴리타입이 어떠한 폴리타입인지 빠르고 정확하게 판단함으로써 결정이 제대로 제조되었는지 여부를 판단할 수 있는 결정의 폴리타입 분석방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 광원으로부터 발광된 자외선이 샘플의 표면 측으로 조사되는 자외선조사단계; 상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및 상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 데이터처리단계; 를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 샘플은 실리콘카바이드(SiC)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 상기 샘플에 대하여 클리닝(cleaning)시켜주는 준비단계; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서, 상기 포토루미네선스 이미지정보는 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 상기 카메라장치에 저장되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터처리단계에서 변환처리된 상기 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치가 상기 색상공간과 상기 색상점을 디스플레이하는 디스플레이단계; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 데이터처리단계 이후에 이루어지는 단계로서, 상기 데이터처리장치가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 상기 샘플의 폴리타입을 판단하는 판단단계;를 더 포함하고, 상기 디스플레이단계에서, 상기 판단단계에서 판단된 상기 샘플의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 상기 데이터처리장치에 의해 상기 디스플레이장치로 전달되어 상기 디스플레이장치에 의해 디스플레이 되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터처리단계에서의 상기 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 광원과 상기 샘플 사이에 상기 자외선을 확산시켜주는 빔익스펜더(beam expender)가 위치하고, 상기 자외선조사단계에서, 상기 자외선이 상기 빔익스펜더를 지나 상기 샘플의 표면 측으로 조사되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 자외선조사단계에서, 상기 광원 측에서 발광된 상기 자외선이 제1광학밴드패스필터(optical band pass filter)에 의해 필터링 되어 상기 샘플 측으로 조사되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 제1광학밴드패스필터에 의하여 필터링 되어 상기 샘플 측으로 입사되는 상기 자외선의 파장은 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,상기 샘플 측으로부터 방출되어오는 상기 포토루미네선스가 상기 카메라장치에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터에 의해 필터링되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,상기 제2광학밴드패스필터에 의하여 필터링되어 상기 카메라장치 측으로 입사되는 상기 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으므로 LED 또는 레이저다이오드 등을 제조함에 있어서 품질의 저하가 억제되고 나아가 생산수율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 포토루미네선스 분광계를 이용한 분석을 비교하여 볼 수 있도록 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 실시할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에서 제1광학밴드패스필터의 파장에 따른 투과율 분포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서 제2광학밴드패스필터의 파장에 따른 투과율 분포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에 폴리타입의 경계들과 밴드갭 경계들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 단색광을 색상공간 내에서의 색상점으로 변환시키는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 온도에 의존적인 가우시안 분포를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에서 폴리타입 선들을 결정하기 위하여 3자극(tristimuli)정규화된 스펙트럼 분포, 포토루미네선스의 가우시안분포 및 xyz 색상공간으로 변환을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 각 폴리타입 간의 경계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에서 폴리타입의 라인과 경계들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 자외선 포토루미네선스 이미지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 14는 4H-SiC 및 6H-SiC가 혼합된 포토루미네선스 피크를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에 따르면, 자외선 포토루미네선스 이미지를 이용하여 벌크(bulk) 상태의 결정 또는 웨이퍼 상태인 결정의 폴리타입을 결정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예로서 실리콘카바이드 결정에 대한 폴리타입 판단방법을 설명하기로 하며, 설명의 편의상 벌크 또는 웨이퍼 상태를 샘플(sample)이라고 간단하게 통칭하기로 한다.
본 발명에 관련하여 이론적 원리를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
자외선 광자가 실리콘카바이드 결정 표면에 입사될 때 광자의 에너지가 실리콘카바이드의 밴드갭에너지보다 크면 광자는 밸런스밴드대의 전자를 컨덕션밴드대(conduction band)로 여기 시켜준다. 여기된(excited) 전자는 열을 방출하여 보다 낮은 에너지 상태로 이동되거나, 입사광보다 긴 파장의 광자를 방출하면서 밸런스밴드(balance abnd)대로 이완될 수 있다.
실리콘카바이드 소재와 광자 간의 상호작용에 의해 긴 파장으로 파장 이동이 되는 현상을 포토루미네선스라고 부른다.
실리콘카바이드 폴리타입들은 서로 차이나는 밴드갭(band gap)을 갖고 있기 때문에 포토루미네선스 색에 의해 폴리타입은 식별되어질 수 있다.
예를 들어, 4H-SiC의 밴드갭은 2.44eV이고 루미네선스 색은 녹색이다. 6H-SiC의 밴드갭은 2.12eV이고 루미네선스 색은 노란색이며, 15R-SiC의 밴드갭은 1.6eV이고 루미네선스 색은 오렌지 색이다.
이러한 특성으로 인하여 자외선 포토루미네선스를 이용하여 실리콘카바이드 샘플의 폴리타입을 분석하여 결정할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 참조될 수 있는 심볼에 관하여 아래의 표 1에 간략히 나타내었다.
Figure PCTKR2017005071-appb-T000001
자외선 포토루미네선스 이미징 테스트 즉, 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 포토루미네선스 스펙트로미터와의 차이점에 대하여 간단히 언급하면 다음과 같다.
포토루미네선스 스펙트로미터의 경우, 실리콘카바이드의 폴리타입 결정은 포토루미네선스 분광계, 라만 분광계 또는 고분해능 XRD (HR-XRD)와 같은 회절계 또는 투과전자현미경(TEM)과 같은 현미경을 사용하여 수행될 수 있다.
이러한 방법은 측정할 수 있는 추가재료 특성 이외에도 정밀하게 폴리타입을 측정 할 수 있지만 점 검출(pint detection)만 가능하고, 샘플을 준비하는 데 많은 시간과 비용이 많이 소요된다는 점에서 활용되기가 어렵다.
도 1 은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 PL 분광계(PL spectrometer)를 이용한 분석을 개략적으로 나타낸 것이다. 두 방법 모두 포토루미네선스 빔이 샘플에서 방출된다는 점에서 동일하지만, 이를 분석하는 상세한 방법은 완전히 다르다.
도 1(a)는 빛의 스펙트럼을 개략적으로 나타낸 것이다.
실리콘카바이드 샘플로부터 임의의 파형의 파동을 방출하는 포토루미네선스 광이 방출되면, 도 1(b)에서 참조되는 바와 같이, 포토루미네선스 광을 단색광으로 분할하여 줄 수 있는 단색계(monochrometer)를 포토루미네선스 스펙트로미터로서 사용하며, 도 1(c)에서 참조되는 바와 같이 광검출기로 광의 강도를 측정함으로써 파장을 파악한다.
한편, 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석은 PL 스펙트로미터의 방법과 많이 다르다.
도 1(d)에서 참조되는 바와 같이, 인간의 눈에는 광도를 감지하는 센서라고 할 수 있는 망막이 있다. 망막은 적색, 녹색 및 청색(RGB : red, green, blue)을 각각 감지하는 3 종류의 원뿔(cones)로 구성된다고 할 수 있다.
인간의 원뿔 세포(cone cells)의 RGB 색의 정규화(normalized)된 스펙트럼 감도는 도 1(e)에서 참조되는 바와 같다. 이것은 파장에 따른 원추 감도의 가중치 함수이다.
빛이 원뿔 세포에 입사 할 때, 원뿔 세포는 전체 강도를 감지한다. 이 강도는 정규화된(normalized) 분광 감도로 가중된다.
다음의 관계식(A.1.1 ~ A.1.3)은 망막에 의해 인지되는 RGB 색의 총 강도이다. 여기서, X, Y, Z는 RGB 색상을 의미한다고 할 수 있다. 총 강도(intensity)는 450nm ~ 850nm의 파장에 대한 정규화된(normalized) 스펙트럼 밀도를 곱한 광의 강도 분포의 적분으로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017005071-appb-I000001
그 후, XYZ의 전체 강도는 관계식(A.1.4 ~ A.1.6)에 따라 다시 정규화(normalized)되고 도 1(f)에서 참조되는 바와 같이 색상 점(x, y, z)는 색상공간 그려질 수 있다.
Figure PCTKR2017005071-appb-I000002
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 수행할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템에 대해서 설명하기로 한다.
실리콘카바이드 결정(10)은 다양한 기법에 따라 성장되어질 수 있다. 본 발명에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 다양한 성장기법에 불구하고 어떤 샘플에 대해서든 적용될 수 있다. 게다가, 샘플이 웨이퍼상태이든 인곳(ingot)상태이든 상관없이 응용될 수 있다.
그리고, 샘플(10)의 표면에서 자외선이 산란되지 않고, 포토루미네선스 광이 디지털카메라와 같은 카메라장치(200)에 직접 입사될 수 있도록 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면을 편평하게 연마하여 측정의 정확도를 향상시키는 것 또한 바람직하다.
실리콘카바이드 샘플(10)이 놓이게 되는 스테이지(미도시)는 실리콘카바이드 샘플이 안정적으로 배치될 수 있도록 받쳐준다. 스테이지는 무진동(non-vibration) 상태 또는 반진동(anti-vibration) 상태의 스테이지를 이용하면, 진동에 의한 노이즈 발생이 예방될 수 있으므로 바람직하다.
광원(light source, 100)은 가시광선 뿐만 아니라 자외선 광을 방출할 수 있는 것이 바람직하다.
광원(100)에서 방출되는 자외선의 파장은 150 나노미터 내지 400 나노미터 사이에 해당되는 비가시광 영역(non-visible range) 또는 모노크로매틱(monochromatic) 범위에 해당되는 것이 바람직하다.
광원(100)에서 방출되는 자외선의 강도는 600 mW/cm2 또는 그 이상의 강도인 것이 바람직하다.
실리콘카바이드 샘플(10)과 광원(100) 사이의 거리는 약 10 내지 30 센티미터 정도가 되도록 배치시킬 수 있으며, 필요에 따라 달리 설정하는 것 또한 가능하다.
광원(100)의 렌즈(미도시)는 입사되는 자외선 빔을 실리콘카바이드 샘플(10) 위에 포커싱(focusing) 하는데 이용될 수 있다. 그리고, 실리콘카바이드 샘플(10) 상에 고른 강도로 자외선 빔이 퍼져서 입사될 수 있도록 하기 위하여 렌즈의 위치 및 초점거리는 미리 선택 또는 설정되어져 있는 것이 바람직하다.
반사모드(reflectance mode)에서 광원(100)과 실리콘카바이드 샘플(10) 사이의 각도(0 내지 360 도) 는 자외선 광원(100)에서 발광된 빛이 카메라장치(200) 측으로 바로 입사되는 것을 예방하고 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스(photoluminescence beam)만을 카메라장치(200)이 측정할 수 있도록 배치가 이루어지는 것이 바람직하다.
전달모드(transmission mode)에서, 실리콘카바이드 샘플(10) 측에서 방출된 빔은 카메라장치(200)를 이용하여 측정될 수 있다.
광원(100)에서 방출되는 자외선 빔이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면적 전반에 걸쳐서 충분히 비추어줄 수 있도록 빔익스펜더(Beam expander)(110)를 이용하여 자외선을 확산시켜주는 것도 바람직하다.
이를 위해 빔익스펜더(110)를 광원(100)과 실리콘카바이드 샘플(10) 사이의 광경로상에 위치하도록 광원(100)의 앞에 배치시킬 수 있다.
만일 포토루미네선스 이외의 빛이 카메라장치(200) 측으로 입사되면, 측정을 방해할 수도 있다. 따라서, 자외선만을 통과시켜줄 수 있는 제1광학밴드패스필터(optical bandpass filer)(120)를 이용하는 것이 바람직하다.
제1광학밴드패스필터(120)는 자외선 범위를 제외한 파장의 광을 필터링하기 위해 광원(100) 앞측에 위치하거나 빔익스펜더(110) 앞에 위치되는 것이 바람직하다. 제1광학밴드패스필터(120)의 파장에 따른 투과율 분포는 도 4에서 참조되는 바와 같이 목적으로 하는 자외선 광만을 통과시킬 수 있는 것이 바람직하다.
제2광학밴드패스필터(130)는 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 반사되는 빔을 필터링하고 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 방출된 포토루미네선스 빔을 투과시켜주기 위하여 카메라장치(200)와 실리콘카바이드 샘플(10) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스를 입사받아서 이미지정보를 획득하기 위한 카메라장치(200)로서 디지탈카메라를 이용할 수 있다. 이러한 디지탈카메라로서 좀 더 바람직하게는 CCD카메라를 이용할 수도 있다.
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스를 찍을 수 있도록 바람직한 카메라조건으로 설정되는 것이 바람직하다.
구체적인 카메라조건의 일 예를 들자면, ISO 노출은 500±100, f수(f/#)는 f/1.8 내지 f/3.2, 노출보상은 없으며(zero), 셔터스피드는 1/30-50, 그리고 화이트밸런스는 6500K 로 할 수 있다. 이는 자외선 포토루미네선스를 위한 표준적 조건이라고 할 수도 있으며, 필요에 따라 조건을 변경시킬 수도 있다.
실리콘카바이드 샘플(10) 측으로부터 방출된 포토루미네선스로부터 카메라장치(200)는 이미지정보를 획득하게 된다. 여기서 카메라장치(200)가 획득한 포토루미네선스 이미지정보는 RGB 형식(format)인 것이 바람직하며, 카메라장치 내에 저장된다.
그리고, 카메라장치(200)에 의해 획득된 이미지정보는 데이터처리장치(300)측으로 전달된다.
데이터처리장치(300)는 카메라장치(200)로부터 포토루미네선스 이미지정보를 전달받는다. 그리고 전달받은 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간(color space)에 나타낼 수 있도록 적어도 하나 이상의 색상점(color point)로 변환처리한다.
그리고 데이터처리장치(300)는 소정의 색상공간과 변환처리된 색상점에 관한 정보를 디스플레이장치(400) 측으로 전달하여 외부에서 인식할 수 있도록 한다.
그리고 데이터처리장치(300)에는 결정의 다양한 폴리타입들에 관한 정보가 저장되어 있는 데이터베이스(미도시)를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 데이터베이스를 구비하고 있는 경우 데이터처리장치(300)는 변환처리된 색상점이 색상공간 내 어느 좌표에 해당되는지 파악하고, 데이터베이스에 저장된 다양한 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 실리콘카바이드샘플(10)의 폴리타입이 어떤 폴리타입에 해당되는지 판단하여 판단결과정보를 얻을 수 있다.
데이터처리장치(300)가 얻은 판단결과정보 또한 디스플레이장치(400)측으로 전달될 수 있으며, 외부에서 판단결과정보를 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 디스플레이하게 된다.
디스플레이장치(400)는 데이터처리장치(300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 색상공간과 색상점을 디스플레이한다.
그리고 좀 더 바람직하게는, 데이터처리장치(300)가 실리콘카바이드 샘플의 폴리타입에 대하여 판단한 판단결과정보 또한 데이터처리장치(300)에서 디스플레이장치(400) 측으로 전달되고, 디스플레이장치(400)는 이러한 판단결과정보 또한 디스플레이한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 실시할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 자외선조사단계, 포토루미네선스 이미지정보 획득단계 및 데이터처리단계 를 포함하여 이루어지며, 좀 더 바람직하게는 준비단계, 디스플레이단계를 더 포함하며, 더욱 바람직하게는 판단단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
<< S010 >>
준비단계(S010)는 실리콘카바이드 샘플(10)에 자외선을 조사시켜주는 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 실리콘카바이드 샘플(10)에 대하여 클리닝(cleaning)을 시켜주는 단계이다.
실리콘카바이드 샘플(10)에 대하여 클리닝을 해줌으로써 불필요한 노이즈 등이 발생되는 것을 억제할 수 있으므로 바람직하다.
예를 들어, 실리콘카바이드 웨이퍼 표면에 먼지나 습기 등과 같은 이물질이 제거되도록 아세톤이나 에탄올 등과 같은 적절한 용매를 적신 깨끗한 티슈로 닦아서 클리닝을 해준다. 클리닝하면서 표면에 묻은 용매는 증발시켜준다.
<< S100 >>
자외선 조사단계(S100)는 광원(light source)로부터 발광된 자외선이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면 측으로 조사되는 단계이다.
자외선 포토루미네선스 빔을 방해할 수 있는 다른 빛을 방지하기 위하여 어두운 곳에서 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)이 놓이게 되는 스테이지(미도시)는 실리콘카바이드 샘플(10)이 안정적으로 배치될 수 있도록 받쳐준다. 스테이지는 무진동(non-vibration) 상태 또는 반진동(anti-vibration) 상태의 스테이지를 이용하면, 진동에 의한 노이즈 발생이 예방될 수 있으므로 바람직하다.
그리고, 카메라장치(200)인 CCD 카메라의 광축이 실리콘카바이드 샘플(10)에 일치되도록 배치하여 CCD카메라에 입사되는 자외선 포토루미네선스의 강도를 최대화시켜 줄 수 있는 것이 바람직하다.
광원(100)에서 발광된 자외선은 빔익스펜더(110)로 입사되어 빔이 확산되고, 이어서 자외선이 제1광학밴드패스필터(120)로 입사되어 필터링된다. 그리고 필터링 된 자외선이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면에 조사된다.
여기서, 제1광학밴드패스필터(120)에 의하여 필터링되어 투과되는 자외선의 파장은 도 4에서 참조되는 바와 같이 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것이 바람직하다.
<< S200 >>
포토루미네선스 이미지정보 획득단계(S200)는 자외선조사단계(S100)에서 자외선이 조사된 샘플(10)의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스를 카메라장치(200)가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 단계이다.
자외선조사단계(S100)에서 실리콘카바이드 샘플(10)에 조사된 자외선에 의하여 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 자외선 포토루미네선스가 방출된다.
여기서, 실리콘카바이드 샘플(10) 측으로부터 방출되어오는 포토루미네선스가 카메라장치(200)에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터(130)에 의해 필터링되는 것이 바람직하다.
제2광학밴드패스필터(130)에 의해 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 반사되는 빔이 차단되고, 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 방출된 포토루미네선스 빔만이 카메라장치(200)인 CCD카메라(200)에 입사되므로 바람직하다는 것이다.
이처럼, 제2광학밴드패스필터(130)에 의해 필터링된 자외선 포토루미네선스만이 CCD 카메라(200)에 입사되는 것이 바람직하다는 것이다. 여기서, 제2광학밴드패스필터(130)의 파장에 따른 투과율 분포는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5에서 참조되는 바와 같이 제2광학밴드패스필터(130)에 의하여 필터링되어 CCD카메라(200) 측으로 입사되어 필터링된 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것이 바람직하다.
제2광학밴드패스필터(130)를 투과한 자외선 포토루미네선스가 카메라장치(200)에 입사되면, 카메라장치는 이를 찍음으로써 자외선 포토루미네선스 이미지정보를 획득하게 된다.
그리고, 자외선 포토루미네선스 이미지정보가 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 CCD카메라와 같은 카메라장치(200)에 저장된다.
<< S300 >>
데이터처리단계(S300)는 포토루미네선스 이미지 획득단계(S200)에서 카메라장치(200)에 획득된 포토루미네선스 이미지정보가 카메라장치(200) 측으로부터 데이터처리장치(300) 측으로 전달되고, 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 데이터처리장치(300)가 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 단계이다.
CCD카메라(200)로 찍은 자외선 포토루미네선스 이미지정보는 소정의 색상 공간으로 변환되는 것이 바람직하다.
여기서 소정의 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것이 바람직하다.
도 6은 CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6에서 참조되는 바와 같이, CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간 상에 표시될 수 있도록 카메라장치에 의해 저장된 RGB 이미지가 적어도 하나 이상의 색상점으로 변환된다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같은 색상공간 상의 색상점으로 표시될 수 있으며, 색상공간 상에서의 색상점 위치에 의해 폴리타입이 판단되어 결정될 수 있다.
자외선 포토루미네선스로 얻은 이미지정보를 색상공간에 나타기위한 변환에 대해 설명한다.
폴리타입의 경계들(boundaries)은 도 7의 좌측 그래프에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 적색선은 폴리타입선을 나타낸다. 도 7의 좌측 그래프에서 검정색선은 폴리타입선 사이의 경계선이며, 주요 폴리타입(major polytypes)이 무엇인지 결정하는데 도움을 준다.
도 7의 우측 그래프에서는 밴드갭 경계들을 나타내었다. 색상공간의 가장자리에 표시된 파장은 그것의 밴드갭을 의미한다. 따라서 샘플의 밴드갭이 알려져있지 않은 경우 이 그래프를 이용하여 밴드갭을 예측할 수 있다.
자외선 포토루미네선스 이미지정보는 실리콘카바이드의 폴리타입 식별을 위해 폴리타입 경계가 있는 CIE1931 색상 공간으로 변환되는 것이 바람직하다.
각각의 폴리타입은 상이한 밴드 갭 에너지를 가지며, 이는 각각의 폴리 타입이 상이한 색상을 갖는다는 것을 나타낸다.
따라서 자외선 포토루미네선스 이미지가 CIE1931 색상공간으로 변환될 때 각 폴리타입은 색상 공간에서 다른 위치를 갖게 된다.
0켈빈(zero kelvin)에서 색상공간 내 각 폴리타입들의 좌표에 관하여 설명하면 다음과 같다.
각각의 폴리타입은 고유한 밴드갭을 갖고 있으므로, 자외선이 조사될 때 0켈빈에서 단색광 포토루미네선스 빔을 방출한다. 폴리타입의 밴드갭에너지는 폴리타입 결정을 위한 기준이 될 수 있도록 서로 다르다.
표 2 는 포토루미네선스 스펙트로미터에 의해 측정된 폴리타입의 파장과 플랑크의 관계식(A.1.7)에 의해 계산된 밴드갭에너지를 나타낸다.
Figure PCTKR2017005071-appb-T000002
이러한 밴드갭 또는 파장은 앞서 언급한 바와 같이 색 공간 내에서 하나의 색 점으로 변환될 수 있다.
도 8는 단색광을 색상공간 내에서의 색상점으로 변환시키는 것을 개략적으로 보여준다.
도 8(a)는 CIE 1931에 정의 된 3자극(tri-stimuli)에 따라 표준화된 스펙트럼 밀도 분포이며 도 8(b)는 표 2의 마지막 최저점에 표시된 각 폴리타입의 단색 광도 분포(the monochromatic light intensity distribution)이며, 델타 함수의 모양을 갖추고 있다.
XYZ는 도 8(a),(b)의 두 분포의 곱셈과 다음의 식 (A.1.1 ~ A.1.3)에서와 같이 파장에 대한 적분에 의해 계산 될 수 있다. XYZ의 강도는 도 8(c)에 개략적으로 나타내었다.
Figure PCTKR2017005071-appb-I000003
그리고, 정규화된 xyz는 다음의 방정식(A.1.4~A.1.6) 과 같이 계산되어지며, 도 6과 같이 도시될 수 있다.
Figure PCTKR2017005071-appb-I000004
도 6에서 참조되는 바와 같이, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC 및 3C-SiC는 색 공간의 가장자리에서 검은 점으로 표시된다.
그리고, 단색광은 항상 색상 공간의 가장자리에 배치된다. 흰색의 RGB의 경우에는 좌표가 (1/3, 1/3, 1/3)이기 때문에 중앙의 검정색 점은 흰색 점을 나타낸다. 15R-SiC와 3C-SiC의 단색 파장은 770nm와 780nm에 너무 가깝기 때문에 색 공간으로 변환할 때 변환된 점은 그림 도 6에서 참조되는 바와 같이 중첩된다.
이와 같이 데이터처리단계(S300)에서 포토루미네선스 이미지정보를 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점으로 변환시켜준다.
그리고 데이터처리단계(S300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 색상공간과 색상점을 디스플레이 해주게 된다.
따라서, 데이터처리단계(S300) 다음에 디스플레이단계(S400)으로 진행하는 것 또한 바람직하지만, 판단단계(S310)을 거친 후에 디스플레이단계(S400)로 진행되는 것 또한 바람직하다.
<< S310 >>
판단단계는(S310)는 데이터처리단계(S300) 이후에 이루어지는 단계로서, 데이터처리장치(300)가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입을 판단하는 단계이다.
매우 낮은 온도에서 포토루미네선스 빔은 델타 함수 형태를 갖기 때문에 단색이다. 그러나 온도가 높아지면 포토루미네선스 빔은 가우스 분포의 형태를 갖추게 된다.
포토루미네선스 빔의 이러한 성질은 식 (B.2.1)에 나타난 가우시안 함수로 모델링 할 수 있으며, β가 변하면 형상 매개 변수가 바뀌게 된다.
식 (B.2.1)에서 β가 0이 될 때 방정식 (B.2.2)와 같은 델타 함수가 되고 최대값과 반 폭 최대값 (FWHM : Full width half maximum)은 방정식 (B.2.3), (B.2.4)과 같다.
Figure PCTKR2017005071-appb-I000005
식 (B.2.1)에서 β는 물질에 따라 다르지만 온도가 증가함에 따라 증가한다.
이러한 특성을 이용하여 폴리타입 라인이 계산되어질 수 있다.
0켈빈(kelvin)에서 색상 공간 내 각 폴리타입의 좌표가 먼저 계산되고, 플롯팅(plotting)되어질 수 있다. 이 색상점들은 모두 색상 공간의 가장자리에 그려지게 된다.
온도가 증가함에 따라 β가 증가하며 포토루미네선스 분포의 최대 높이는 식 (B.2.3)과 같이 감소하고 식 (B.2.4)에서와 같이 폭이 증가한다.
그리고, 도 9에서 볼 수 있듯이 β가 무한대로 갈수록 분포가 균일하게 된다.
폴리타입 라인은 방정식 (B.2.1)의 다양한 온도에서 가우시안 분포를 이용하여 계산될 수 있다.
도 10은 도 10(b)를 제외한 도 8과 거의 동일한 절차(procedure)를 보여 주며, 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 모양 매개 변수 β로 확장된다. 도 10(c)는 결과를 보여준다.
도 6은 색상공간의 모서리에 있는 모든 단일 점을 그림으로 나타내지만 도 10(c)에서 참조되는 바와 같이, 온도가 변화할 때 모든 점이 선으로 그려진다.
이들 라인들은 온도가 무한대가되면 포토루미네선스 빔이 균일한 분포를 이루며, RGB 색상의 강도가 동일해지기 때문에 도 10(c)에서 참조되는 바와 같이 최종적으로 (1/3, 1/3, 1/3) 즉 백색점에 수렴하게 된다. 따라서, 도 10(c)에 나타낸 바와 같이 모든 선은 흰색으로 수렴하게 된다.
참고로, 도 10(a)에서의 CIE1931 분포가 균일하지 않거나 대칭이 아니기 때문에 도 10(c)의 폴리타입 선은 직선이 아니다.
또한, 15R-SiC와 3C-SiC의 라인은 너무 가깝기 때문에 구별하기가 어렵다. 폴리타입이 하나만 있는 경우 실리콘카바이드의 자외선 포토루미네선스 이미지에서 색상공간으로 변환된 점들은 이 선들 중 하나에 있게 된다.
실리콘카바이드 단결정이 잘 만들어지더라도 결함과 다른 폴리타입이 있게 된다. 그래서, 색상공간으로 변환된 색상점은 하나의 폴리타입 라인에 배치되지 않고 라인 주위에 분산된다. 그러므로, 특정 폴리타입의 영역을 정의하는 경계가 필요하다.
표 3 은 인접한 폴리 타입 간의 밴드갭 에너지의 산술 평균이 표 2에 추가된 것을 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2017005071-appb-T000003
식 (B.1.1)에서 볼 수 있듯이, 밴드갭 에너지 (E)와 파장 (λ)은 반비례하므로 산술 평균은 밴드갭 에너지 영역에서 이루어지지 않고 식 (B.1.1)을 이용하여 파장 영역으로 변환된다.
폴리타입의 경계선(polytype boundary lines)을 얻는 절차는 앞서 설명한 바와 같다.
도 11은 각 폴리타입 간의 경계를 나타낸 것이다.
참고로, 3C-SiC의 면적은 색상 공간이 부족하기 때문에 제외(excluded)된다.
이러한 경계는 샘플의 폴리타입을 결정하기 위한 벤치마크의 역할을 하거나 목표로 하는 샘플의 성공적 제조여부 판단의 기준이 될 수 있다.
그리고, 경계와 폴리타입 라인을 포함하는 도 12 또한 폴리타입을 판단하는데 사용될 수 있다.
실리콘카바이드 샘플이 완벽한 단결정이라면, 이미지에서 색상 공간으로 변환된 색상 점은 도 10(c)서 참조되는 바와 같이 곡선의 형태로 그려지는 폴리타입 라인 중 하나에 있어야 하며, 이를 통해 폴리타입은 쉽게 결정될 수 있다.
그러나, 샘플에 결함(defect)이 존재하거나 샘플에 둘 이상의 폴리타입이 존재하는 경우 등이 있을 수 있다. 이러한 경우, 폴리타입의 라인 주위에 색상점이 분포될 수 있다.
폴리타입은 질적으로(qualitatively) 결정될 수 있다. 즉, 샘플의 색상점들이 전형적인 여러 폴리타입 라인들 중 오직 하나의 폴리타입 라인에만 분포되는 경우. 샘플의 폴리타입은 그 하나에 해당되는 것으로 판단된다.
샘플의 색상점이 여러 폴리타입의 영역에 널리 분포되어있는 경우, 각 폴리 타입 영역에 포함되는 색상점의 개수를 세고, 주요(major) 폴리타입 영역을 선택하여 결정한다.
그리고, 폴리타입의 종류나 밴드갭 에너지가 애매모호한 경우, 밴드갭 에너지는 도 7을 이용하여 평가될 수 있다.
<< S400 >>
디스플레이단계(S400)는 데이터처리단계(S300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 색상공간과 색상점을 디스플레이해준다.
따라서, 디스플레이장치(400)에 표현된 색상공간과 색상점을 보고, 관리자가 직접 폴리타입을 판단할 수 있다.
그리고, 판단단계에서 판단된 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 데이터처리장치(300)에 의해 디스플레이장치(400)로 전달되어 디스플레이장치(400)에 의해 디스플레이 되는 것 또한 바람직하다.
판단단계(S310)를 더 거쳐서 디스플레이장치(400)에서 실리콘카바이드 샘플(10)에 관한 색상점, 색상공간 그리고 판단결과정보가 모두 표시되면 사용자는 보다 쉽게 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입을 파악할 수 있으므로 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 이용하여 폴리타입들의 종류를 결정하는 것 또한 가능하다.
도 13은 자외선 포토루미네선스 이미지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 다양한 종류의 SiC 웨이퍼의 자외선 포토루미네선스 이미지와 색 공간으로의 변환을 보여준다. 도 13(a)는 4H-SiC의 경우를 나타낸 것이다. 변환된 데이터는 4H-SiC 라인 주위에 분포하며, 다른 것은 자외선 광원에서 노이즈가 삽입되어 무시될 수 있는 청색 영역에 분포하고 있다.
그리고 도 13(b)는 6H-SiC의 경우를 나타낸 것이다. 색상점은 주로 도 13(a)와 같이 6H-SiC 라인 주변에 분포하고 다른 것은 파란색 영역에 분포한다. 도 13(a), (b)에서 폴리타입은 정확하게 식별 될 수있다.
그러나 도 13(c) 및 도 13(d)에서 색상점들은 여러 영역에 분포되어 있으므로 실리콘카바이드 샘플의 주요 polytype을 결정하기는 어렵지만 이들의 특성을 평가할 수 있다.
도 14는 4H-SiC 및 6H-SiC가 혼합된 포토루미네선스 피크를 개략적으로 나타낸 것이다.
폴리타입이 같은 장소에서 혼합되는 경우, 색상 공간에서의 색상점 분포는 샘플에 따라 다른 특성을 갖게 된다.
도 13(c)와(d)는 혼합된 폴리타입을 갖는 SiC 웨이퍼이다. 언뜻 보기에 그림 도 13(d)는 육안 검사에서 볼 수있는 많은 종류의 색을 보여주기 때문에 그림 도 13(c)는 도 13(d)보다 낫다고 할 수 있다.
도 13(c)에서 색상점은 4H-SiC 라인과 6H-SiC 라인 및 2 라인에 걸쳐 분포하고 있다. 그리고, 도 13(d)에서 색상점은 주로 4H-SiC 라인과 6H-SiC 라인에 분포한다.
이것들은 다음과 같이 해석 될 수도 있다.
도 14(a)는 동일한 강도의 4H-SiC와 6H-SiC가 혼합 된 포토루미네선스 피크(peak)이다.
도 14(b)는 4H-SiC와 6H-SiC의 색상점과 함께 색상 공간에서 변환된 색상 포인트를 보여줍니다. 4H-SiC 및 6H-SiC 혼합 색상점은 순수한 4H-SiC 또는 6H-SiC 라인과 동일하지 않습니다. 패턴은 두 줄 사이의 가운데 줄에 놓이게 된다. 최종 색상은 파장에 대한 모든 단색 파의 통합이기 때문이다.
동일한 메커니즘에서, 4H-SiC의 강도가 6H-SiC보다 높으면, 혼합 된 색상 점은 도 14(c)에서 참조되는 바와 같이 4H-SiC 라인 측으로 구부러지며 그 반대의 경우도 도 14(d)에서 참조되는 바와 같이, 마찬가지이다.
따라서 4H 및 6H 라인에 걸쳐 분포된 색상점은 동일한 장소에서 두 가지 유형의 폴리 유형과 섞여 있다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상대 강도, 즉, 폴리타입의 상대 밀도는 그 위치에 따라 계산 될 수있다.
그림 도 14(c)는 맨눈으로 보이는 도 14(d)보다 더 좋은 품질을 보여준다. 그러나 자외선 포토루미네선스 영상 검사 방법은 다른 분석 결과를 보여줍니다. 도 14(c)에는 중간 색상점이 많이 있으며 이는 혼합 색상 포인트가 많다는 것을 의미합니다. 그리고 그림 도 14(d)에서 4H-SiC 폴리타입 선과 6H-SiC 폴리타입 선에는 단지 두 개의 그룹만 있고 중간 분포는 없다. 이는 혼합된 색상점이 없음을 의미한다. 그러므로 도 14(d)의 샘플이 더 좋은 품질을 갖는 것이다.
참고로 실리콘카바이드의 침투깊이에 관련하여 설명을 덧붙이자면 다음과 같다.
실제로 육안 상으로 단일한 폴리타입이 혼합된 폴리타입으로 검출되는 이유는 포토루미네선스 빔이 침투 깊이(Penetration depth)를 통해 실리콘카바이드 샘플을 관통 할 수 있기 때문이다. 실리콘카바이드에 대한 파장의 침투 깊이는 266nm에서 100 ~ 250nm, 244nm에서 50 ~ 100nm 정도 된다.
따라서, 이 깊이 내의 모든 폴리타입은 광원의 자외선 파장에 따라 측정될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으므로 LED 또는 레이저다이오드 등을 제조함에 있어서 품질의 저하가 억제되고 나아가 생산수율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면들을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 광원으로부터 발광된 자외선이 샘플의 표면 측으로 조사되는 자외선조사단계;
    상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및
    상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 데이터처리단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플은 실리콘카바이드(SiC)인 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 상기 샘플에 대하여 클리닝(cleaning)시켜주는 준비단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
    상기 포토루미네선스 이미지정보는 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 상기 카메라장치에 저장되는 것을 특징으로 하는,
    자외선포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터처리단계에서 변환처리된 상기 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치가 상기 색상공간과 상기 색상점을 디스플레이하는 디스플레이단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 데이터처리단계 이후에 이루어지는 단계로서, 상기 데이터처리장치가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 상기 샘플의 폴리타입을 판단하는 판단단계;를 더 포함하고,
    상기 디스플레이단계에서, 상기 판단단계에서 판단된 상기 샘플의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 상기 데이터처리장치에 의해 상기 디스플레이장치로 전달되어 상기 디스플레이장치에 의해 디스플레이 되는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터처리단계에서의 상기 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것을 특징으로 하는
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 샘플 사이에 상기 자외선을 확산시켜주는 빔익스펜더(beam expender)가 위치하고,
    상기 자외선조사단계에서,
    상기 자외선이 상기 빔익스펜더를 지나 상기 샘플의 표면 측으로 조사되는 것을 특징으로 하는
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선조사단계에서,
    상기 광원 측에서 발광된 상기 자외선이 제1광학밴드패스필터(optical band pass filter)에 의해 필터링 되어 상기 샘플 측으로 조사되는 것을 특징으로 하는
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1광학밴드패스필터에 의하여 필터링 되어 상기 샘플 측으로 입사되는 상기 자외선의 파장은 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
    상기 샘플 측으로부터 방출되어오는 상기 포토루미네선스가 상기 카메라장치에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는,
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
    상기 제2광학밴드패스필터에 의하여 필터링되어 상기 카메라장치 측으로 입사되는 상기 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것을 특징으로 하는
    자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
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