융합형 디지털 홀로그래피를 이용한 웨이퍼에 증착한 회로패턴에 대한 형태학적 물성평가

Abstract

본 논문에서 소개하는 융합형 디지털 홀로그래피의 기술은 열 특성을 고려하기 위한 분야 와 같이 미세한 대상체에서 발열이 이루어지는 LED 소자나 디스플레이 산업, 반도체 산업 등에서 열 저항으로 초래하는 미세결함의 초기 발견이 미흡한 산업에 높은 활용도가 이루어 질 것으로 전망한다. 합형 디지털 홀로그래피를 언급하기 전, 디지털 홀로그래피의 간략한 설명을 하고자 한다. 먼저, 물체가 가진 높이 정보와 이미지를 마이크로·나노 단위로 동시에 표현할 수 있는 장점을 가진 디지털 홀로그래피의 기술은 수치적인 계산을 통해 자유로운 초점 변경이 가능하며 공간상 실사에 대한 상을 완벽하게 재현하여 관찰자에게 실사 관찰과 같은 입체감을 제공한다. 또한 디지털 홀로그래피 기술은 문화, 예술, 디스플레이, 측정산업, 의료, 학술 등 폭넓은 산업에 활용할 수 있는 것이 특징이다. 따라서 열화상 이미지와 높이 정보를 동시에 실시간으로 획득할 수 있는 진단 시스템은 제품 품질 진단의 가속화를 이룰 수 있는 시스템이다. 기존의 디지털 홀로그래피를 응용하여 적외선 열화상 기술을 결합한 융합형 디지털 홀로그래피를 구현하며 융합형 기술을 활용한 3 차원 손상 진단은 연구를 수행함으로써 학술적인 중요성이 부각된다. 따라서 열화상 이미지와 높이 정보를 동시에 실시간으로 획득할 수 있는 진단 시스템은 대상체의 품질 진단의 가속화를 이룰 수 있는 장비임에 아래와 같은 중요성이 강조된다. 첫째, 3차원 좌표를 포함한 이미지를 이용하여 불량 지점을 진단 할 수 있기 때문에 제품 품질의 직관적인 진단 및 발열 해소 시스템의 최적화 설계에 새로운 계측 장비로 활용 될 수 있다. 둘째, 발열에 의한 반도체 소재의 물리적 변화를 계측할 수 있음으로 품질 진단은 물론 소재의 물리적 연구 수행이 가능한 장점이 있으므로 산업적인 중요도뿐만 아니라 학술적인 중요성을 지닌다. 마지막으로, 특정 고온 조건에서의 품질 진단뿐만 아니라, 발열량이 증가하는 원인 및 변화 양상을 실시간으로 획득할 수 있으므로 실제 사용에서 발생할 수 있는 문제점에 대한 조기 진단 역시 가능하다.

본 논문은 동적 융합형 디지털 홀로그래피를 이용한 3 차원 열화상 이미지 획득에 관한 연구로, 반도체의 발열 현상을 높이 정보와 동시에 복원하는 방법에 대하여 연구는 목적으로 하고 있다. 반사형 디지털 홀로그래피는 다양한 광학 기술들을 활용할 수 있다. 동적인 이미지를 획득하는 것이 최종 목표이지만, 정적인 디지털 홀로그래피의 연구 역시 기초 분야 연구에 중요한 점을 인지하였다. 초점 확장 ( EDOF, Extended depth of focus ) 기법이 도입이 된 디지털 홀로그래피 연구를 수행할 예정이다. 또한 해당 연구에 사용된 기술이 접목된 3차원 열화상 이미지 측정 및 복원 과정을 통해 디지털 홀로그래피의 장점과 중요성을 강조할 것이다.|In this paper describes basic measurements and applications of digital holography with these advantages. Nowadays Digital Holography is useful tool to observe the 3 D object. The hologram contains all diffracted information from the object, and the object can be reconstructed at any desirable position after numerical mathematics. Digital Holography applied in many fields such as applications in deformation analysis and shape measurement, particle tracking and microscopy, measurement of refractive index distributions within transparent object and so on. However, when wave couldn’t transfer of object, conventional Digital Holography couldn’t analysis the measurement inner structure. Infrared (IR) thermography is a suitable method for non-destructive measurements when visible light cannot penetrate a target. According to the principle of black body radiation, all objects with temperature greater than absolute zero emit IR radiation. IR thermography detects radiation in the infrared range of the electromagnetic spectrum (roughly 700 nm to 1 mm) and produce images of that radiation. The result of the thermo graphic recording is an image or a sequence, which corresponds to the intensity of the thermal radiation of the measured object. Thermographic systems with high-speed and high-sensitive IR camera expand the possibilities as an inspection method on the failures such as cracks, defects, voids and cavities. Recently, a digital holographic technique has an extended measurement range with IR wave, which called IR digital holography. IR digital holography has been widely applied in different fields, such as infrared optics, infrared transmitting materials. However, typical IR digital holography acquire the interference pattern high power coherent source in the mid IR range like a 10.6 µm wavelength CO2 laser. Therefore, IR digital holography cannot expect high resolution as conventional visible light digital holography.

In this paper, I combined digital holography and thermography optical measurement system for analysis 3D surface deformation and thermal information of a vapour–deposited circuit pattern on a wafer. I obtained quantified phase maps and focused images using off-axis digital holography reconstruction techniques. Then we used 3D texturing method to create the 3D surface temperature map. This method could conserve the high resolution of visible digital holography and sensitivity of thermal detector. It is applied to various fields requiring a complex field. Because, Digital holography has fast computation time and high resolution. Examples are industrial measurment of microscale object surface information, and microscopes for medical sample measurements.