KR101072802B1 - 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법 - Google Patents

레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치는 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 초음파 및 포논 신호 유도 모듈, 검출용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호를 검출하는 초음파 신호 검출 모듈, 유도용 레이저 빔을 이용하여 포논 신호를 검출하는 포논 신호 검출 모듈 및 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 초음파 및 포논 신호 분석 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 기존의 레이저 초음파의 단점인 측정 대상체에 흠집이 없으며, 초고주파를 발생하고 측정함으로써 얇은 표면의 결함 상태를 측정할 수 있다는 장점이 있다. 또한 포논 신호를 동시에 측정함으로써 표면 초음파 신호의 신호대잡음비가 낮아도 유용한 정보를 획득할 수 있다는 장점이 있다.

Description

레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법{Apparatus and Method of Inspecting by using Laser}
본 발명은 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대상체에 영향을 주지 않으면서 대상체의 표면 오류를 검사할 수 있는 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이저 초음파 장치는 강한 펄스 레이저 빔을 물체의 표면에 조사하여 초음파 신호를 발생시키고, 이 초음파 신호가 물체에서 전파 또는 반사된 것을 레이저 간섭계를 이용하여 측정함으로써 물체의 결함이나 두께 등의 특성을 측정하는 장치이다. 레이저 초음파 장치는 기존의 접촉식 탐촉자를 사용하는 초음파 검사 장치에 비해 비접촉식으로 초음파를 발생하고 검지한다는 장점뿐 아니라, 물체를 광대역 신호를 발생하여 측정할 수 있다는 장점을 가지고 있어 최근 많이 연구되고 있다.
보통 레이저 초음파 장치에서는 펄스 에너지가 수십 mJ이고 반복률이 수 Hz 내지 수십 kHz의 큐스위치(Q-switched) 펄스 레이저를 사용하는데, 이 경우 발생되는 초음파 신호의 주파수는 수 MHz 정도로 상용의 압전 소자를 사용하여 초음파 검사를 하는 때와 비슷한 주파수와 파장을 갖는 초음파 신호를 사용하게 된다.
이러한 기존의 레이저 초음파 장치의 문제점은 레이저의 출력 때문에 측정 대상체에 손상을 입히게 된다는 것이다. 즉, 레이저 에너지가 측정 대상체에 흡수되어 열변형이나 표면 흠집을 유발할 수 있다. 측정 대상체 표면의 손상은 큰 물체인 경우에는 문제가 되지 않을 수 있으나, 얇은 박막이나 층 같은 경우에는 큰 문제가 된다.
또한, 초음파의 파장이 0.1~수 mm 정도로 비교적 커서, 아주 작은 결함이나 박막의 결함은 측정할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 대상체에 영향을 주지 않으면서 대상체의 표면 오류를 검사할 수 있는 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저를 이용하는 검사 장치는 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 초음파 및 포논 신호 유도 모듈; 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 초음파 신호 검출 모듈; 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 포논 신호 검출 모듈; 및 상기 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 초음파 및 포논 신호 분석 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 유도용 레이저는 극초단 펄스 레이저일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 및 포논 신호 유도 모듈은 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것은 상기 경로차를 형성하는 복수의 프리즘 및 빔의 진행 방향을 전환하는 복수의 거울을 이용하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 신호 검출 모듈은 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 포함하여 구성되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 신호 검출 모듈을 구성하는 상기 간섭계는 적응형 홀로그래피 간섭계일 수 있다.
여기에서, 상기 포논 신호 검출 모듈은 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈은 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈은 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저를 이용하는 검사 방법은 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계; 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 단계; 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계는 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 신호를 검출하는 단계는 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 이용하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 포논 신호를 검출하는 단계는 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계는 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계는 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것일 수 있다.
상기와 같은 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법에 따르면, 기존의 레이저 초음파의 단점인 측정 대상체에 흠집이 없으며, 초고주파를 발생하고 측정함으로써 얇은 표면의 결함 상태를 측정할 수 있다는 장점이 있다. 또한 포논 신호를 동시에 측정함으로써 표면 초음파 신호의 신호대잡음비가 낮아도 유용한 정보를 획득할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치를 상세하게 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치(1000)는 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100); 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 초음파 신호 검출 모듈(1200); 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 포논 신호 검출 모듈(1300); 및 상기 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 레이저를 이용하는 검사 장치(1000)에서 사용하는 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하기 위한 유도용 레이저는 극초단 펄스 레이저일 수 있다.
즉, 상기 유도용 레이저를 이용하여 고반복 극초단 펄스 레이저 빔을 발생시킨다. 상기 유도용 레이저를 이용하여 발생되는 고반복 극초단 펄스 레이저 빔은 펄스 반복률이 수백 kHz 내지 수십 MHz이고, 펄스 폭이 수십 내지 수백 fs(펨토초)이며, 펄스당 에너지가 수십 nJ 내지 수 μJ일 수 있다. 바람직하게는, 펄스당 에너지가 1μJ 이하인 것을 사용한다.
상기 발생된 극초단 펄스 레이저는 수십 내지 수백 fs(펨토초)의 펄스 폭을 갖는데, 이렇게 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저 빔은 선폭(스펙트럼의 폭)이 넓다. 100fs의 펄스 폭을 갖는 티타늄 사파이어(Ti:sapphire) 레이저 빔의 경우 선폭은 100nm 정도나 된다.
다음으로, 상기 초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100)은 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 것일 수 있다.
또한, 상기 초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100)은 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것일 수 있으며, 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것은 상기 경로차를 형성하는 복수의 프리즘 및 빔의 진행 방향을 전환하는 복수의 거울을 이용하는 것일 수 있다.
즉, 일반적인 레이저 빔의 경우에 빔의 파장에 따라 분산이 일어나게 된다. 따라서, 인위적으로 미리 역의 분산을 일으키게 되면, 대상체에 도달할 때에는 분산이 최소화된 레이저 빔을 획득할 수 있게 된다. 따라서, 복수의 프리즘 및 복수의 거울을 이용하여 짧은 파장의 빔이 긴 파장의 빔보다 앞서도록 인위적으로 경로차를 형성하는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 초음파 신호 검출 모듈(1200)은 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 것일 수 있다.
즉, 상기 초음파 신호 검출 모듈(1200)은 상기 초음파 신호를 검출하기 위하여 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 포함하여 구성되는 것일 수 있다. 더불어, 상기 초음파 신호 검출 모듈을 구성하는 상기 간섭계로 적응형 홀로그래피 간섭계를 이용할 수 있다.
다음으로, 상기 포논 신호 검출 모듈(1300)은 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 포논 신호 검출 모듈(1300)은 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것일 수 있다. 즉, 상기 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하면 상기 포논 신호와 관련되어 대상체의 표면에서 굴절률 변화가 발생된다. 따라서, 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하여 포논 신호를 검출하는 효과를 얻을 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)은 상기 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 것일 수 있다.
또한, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)은 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것일 수 있으며, 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치를 상세하게 설명하기 위한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 병행하여 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 장치(1000)는 초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100), 초음파 신호 검출 모듈(1200), 포논 신호 검출 모듈(1300) 및 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)을 포함하여 구성될 수 있다.
초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100)은 펄스 레이저 빔을 측정 대상체(1500)에 조사하여 초음파를 유도한다. 초음파 및 포논 신호 유도 모듈(1100)은 초음파 신호 및 포논 신호 유도용 레이저(1110), 빔의 분산 값을 제어하는 구성으로 복수의 프리즘(1121, 1122) 및 복수의 거울(1123, 1124, 1125), 이외의 편광자(1126), 복수의 렌즈(1127, 1128), 복수의 거울(1132, 1133, 1141) 및 집속 렌즈(1150)를 구비하여 이루어질 수 있다.
초음파 신호 및 포논 신호 유도용 레이저(1110)는 고반복 극초단 펄스 레이저 빔을 발생시킨다. 고반복 극초단 펄스 레이저 빔은 펄스 반복률이 수백 kHz 내지 수십 MHz이고, 펄스 폭이 수십 내지 수백 fs(펨토초)이며, 펄스당 에너지가 수십 nJ 내지 수 μJ이다. 바람직하게는, 펄스당 에너지가 1μJ 이하인 것을 사용한다.
발생된 펄스 레이저 빔은 빔의 분산 값을 제어하는 구성에 입사된다. 극초단 펄스 레이저는 수십 내지 수백 fs(펨토초)의 펄스 폭을 갖는데, 이렇게 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저 빔은 선폭(스펙트럼의 폭)이 넓다. 100fs의 펄스 폭을 갖는 티타늄 사파이어(Ti:sapphire) 레이저 빔의 경우 선폭은 100nm 정도나 된다.
빛은 파장에 따라 굴절률이 다르고, 따라서 전파 속도가 달라지게 된다. 따라서, 이렇게 넓은 대역의 파장 폭을 갖는 레이저가 공기 중이나 렌즈나 필터를 통과하면 파장이 긴 빔은 먼저 통과하고, 파장이 짧은 빔은 늦게 통과하게 되어, 결과적으로는 펄스 폭이 넓어지는 현상이 발생한다.
이를 보상하기 위해, 본 발명에서는 펄스 레이저 빔이 빔의 분산 값을 제어하는 구성을 통과하게 하여, 인위적인 역방향의 분산을 미리 만들려고 하는 것이다.
빔의 분산 값을 제어하는 구성은 복수의 프리즘(1121, 1122)과 복수의 거울(1123, 1124, 1125)을 구비한다.
초음파 신호 및 포논 신호 유도용 레이저(1110)에서 나온 레이저 빔은 경로 ①을 따라 제1 프리즘(1121)에 입사하고, 제1 프리즘(1121)을 통과한 후 경로 ②의 방향으로 굴절되어 진행한다. 이때, 파장이 긴 빔은 굴절률이 작기 때문에 굴절이 조금 이루어져 경로 ②의 하측으로 치우쳐 진행하고, 파장이 짧은 빔은 굴절률이 크기 때문에 굴절이 많이 이루어져 경로 ②의 상측으로 치우쳐 진행하게 된다.
이와 같이, 제1 프리즘(1121)에 의해 분산된 빔이 경로 ②를 따라 제2 프리즘(1122)에 입사되면, 파장이 긴 빔은 제2 프리즘(1122)의 두꺼운 부분을 통과하고, 파장이 짧은 빔은 제2 프리즘(1122)의 얇은 부분을 통과하게 된다. 따라서, 제2 프리즘(1122)을 통과한 후 경로 ③을 진행하는 빔은 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔 보다 앞서게 된다.
경로 ③을 따라 진행하는 빔은 거울(1123)에 의해 반사되어 나온 후 경로 ④, 제2 프리즘(1122), 경로 ⑤, 제1 프리즘(1121)을 거치면서, 앞의 현상이 반복되어 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 더욱 앞서게 된다.
따라서, 제1 프리즘(1121)을 통과하여 경로 ⑥을 따라 진행하는 빔은 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞선 상태가 된다. 경로 ⑥을 따라 진행하는 빔은 거울(1124, 1125)에 의해 진행 방향이 변환되어 편광자(1126)에 입사된다.
편광자(1126)에 입사된 빔은 편광이 조절된 후, 복수의 렌즈(1127, 1128)로 입사한다. 펄스 레이저 빔은 복수의 렌즈(1127, 1128)에서 크기와 시준이 조절된 후, 복수의 거울(1132, 1133, 1141)을 거치면서 입사 각도가 변환된다. 복수의 거울(1132, 1133, 1141)에서 입사 각도가 변환된 펄스 레이저 빔은 집속 렌즈(1150)에서 집속되어 측정 대상체(1500)에 입사하게 된다.
이와 같이, 빔의 분산 값을 제어하는 구성을 지나온 빔은 공기와 복수의 렌즈를 지나 측정 대상체(1500)에 입사하는데, 공기 중이나 렌즈를 지날 때에 파장이 짧은 빔이 굴절률이 크므로 속도가 늦게 되어 뒤처지게 된다. 따라서, 레이저 빔이 측정 대상체(1500)에 입사할 때에는 파장이 긴 빔과 파장이 짧은 빔이 거의 동시에 입사하게 된다.
여기에서, 프리즘을 복수 개 사용하는 이유는 빔을 평행한 방향으로 진행시키기 위함이다. 하나만 사용하면 프리즘을 통과한 빛이 파장에 따라 다른 방향으로 퍼져나가기 때문에, 두 번째 이상의 프리즘을 통과시킴으로써 빔을 평행한 방향으로 진행시킬 수 있게 된다.
측정 대상체(1500)에 입사되는 펄스 레이저 빔은 고반복 극초단 펄스 레이저 빔이므로, 수백 MHz 이상의 고주파수 대역을 갖는 초음파를 발생시켜, 얇은 박막이나 극미세 결함을 측정할 수 있다. 또한, 펄스 에너지가 종래의 레이저 초음파에 비해 수천 내지 수만 분의 1이므로, 측정 대상체(1500)에 흠집을 내지 않는다.
한편, 초음파 신호 검출 모듈(1200)은 극초단 펄스 레이저가 발생시킨 초음파 신호를 검출용 레이저(1210)를 사용하는 간섭계 장치에 의해 수신된다. 검출용 레이저(1210)에서 나온 레이저 빔은 편광자(1221)를 지난 후 빔 분할기(1222)에 의해 두 개로 나뉘어진다.
하나의 빔은 거울(1223)을 지나 편광 빔 분할기(1231)에서 반사되어 1/4 파장판(1232)과 집속렌즈(1233)을 지난 후 측정 대상체(1500) 표면 B 지점(1520)에 입사된다. 표면에서 반사된 빔은 다시 렌즈(1233)와 1/4 파장판(1232)를 거치면서 편광이 90도 회전하게 되므로 편광 빔 분할기(1231)를 통과한 후, 파장판(1234)을 거쳐서 광굴절 결정(1242)에 입사된다.
또한, 포논 신호 검출 모듈(1300)은 극초단 펄스 레이저가 발생시킨 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 포논 신호를 검출하게 된다.
이전에 빔 분할기(1222)에 반사되어 나뉘어진 빔도 거울(1241)을 거친 후 동일한 광굴절 결정(1242)에 입사하게 된다. 두 개의 빔은 광굴절 결정(1242) 안에서 간섭무늬를 형성하게 되는데, 이 간섭무늬가 물체면의 B 지점에서 반사되어 나온 빔을 회절시키면서 표면 변위에 따른 간섭무늬 변화가 생기게 된다.
광굴절 결정(1242)을 통과한 레이저 빔은 집속렌즈(1243)에서 집속된 후 잡빔 제거 필터(1244)를 거친 후 광센서(1245)로 검출된다. 이 광센서(1245)에서 검출된 신호는 표면변위 정보를 갖고 있게 되며 신호 분석 장치(1410)에서 수신되어 처리된다.
빔 분할기(1129)에서 통과한 빔은 이송장치(1131)을 거치면서 적절한 광경로를 가지게 된 후, 거울(1132)과 거울(1133)을 거쳐, 렌즈(1150)에서 집속되어 측정 대상체(1500)의 표면 A 지점(1510)에 입사된다.
이 레이저 펄스는 측정 대상체(1500) 표면의 A 지점(1510)에 순간적으로 아주 고주파를 갖는 포논을 형성시키는데, 이 포논은 표면 굴절률 변화를 나타나게 된다. 동시에 빔 분할기(1129)에서 반사된 빔은 측정 샘플의 A 지점에 입사하여 표면에서 반사한 후 광검출기(1310)에서 측정되는데, A 지점에 포논 신호가 발생하면 표면 굴절률 변화가 생기게 되며, 따라서 이 측정 레이저 빔의 반사율이 변조하게 된다. 이러한 변조 신호를 광검출기(1310)에서 측정하여 신호 분석 장치(1410)에서 처리하게 된다.
또한, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)은 상기 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 것일 수 있다.
특히, 상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈(1400)은 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것일 수 있으며, 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하는 검사 방법은 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계(단계 310); 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 단계(단계 320); 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 단계(단계 330); 및 상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계(단계 340)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계(단계 310)는 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 것으로, 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 광이 파장이 긴 광보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 초음파 신호를 검출하는 단계(단계 320)는 검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 것으로, 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 이용하는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 포논 신호를 검출하는 단계(단계 330)는 상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 으로, 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계(단계 340)는 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것일 수 있으며, 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것일 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 레이저를 이용하는 검사 장치
1100: 초음파 및 포논 신호 유도 모듈
1200: 초음파 신호 검출 모듈
1300: 포논 신호 검출 모듈
1400: 초음파 및 포논 신호 분석 모듈

Claims (15)

  1. 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 초음파 및 포논 신호 유도 모듈;
    검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 초음파 신호 검출 모듈;
    상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 포논 신호 검출 모듈; 및
    상기 초음파 신호 검출 모듈에서 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호 검출 모듈에서 검출한 포논 신호를 분석하는 초음파 및 포논 신호 분석 모듈을 포함하여 구성되는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도용 레이저는 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 및 포논 신호 유도 모듈은 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것은 상기 경로차를 형성하는 복수의 프리즘 및 빔의 진행 방향을 전환하는 복수의 거울을 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 신호 검출 모듈은 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 신호 검출 모듈을 구성하는 상기 간섭계는 적응형 홀로그래피 간섭계인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포논 신호 검출 모듈은 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈은 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 및 포논 신호 분석 모듈은 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 장치.
  10. 유도용 레이저 빔을 대상체에 조사하여 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계;
    검출용 레이저 빔을 상기 대상체에 조사하여 상기 초음파 신호를 검출하는 단계;
    상기 유도용 레이저 빔을 이용하여 상기 포논 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계를 포함하여 구성되는 레이저를 이용하는 검사 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초음파 신호 및 포논 신호를 유도하는 단계는 상기 유도용 레이저 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔보다 앞서 가도록 경로차를 형성하여 상기 유도용 레이저 빔의 분산 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 초음파 신호를 검출하는 단계는 상기 초음파 신호를 이용한 간섭을 형성하는 간섭계를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 포논 신호를 검출하는 단계는 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계는 상기 초음파 신호에 대한 평균값을 이용하여 상기 초음파 신호를 분석하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 검출한 초음파 신호 및 상기 포논 신호를 분석하는 단계는 상기 포논 신호와 관련된 상기 대상체의 굴절률 변화를 반복적으로 검출하여 분석하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 검사 방법.
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