[학위논문]반도체 및 디스플레이 검사 장치의 영상 획득 및 자동 초점 광학계 연구 Study on the Optical System for Image Acquisition and Auto-focus in the Inspection Equipment for Semiconductor and Display원문보기
본 논문은 반도체 및 디스플레이 검사 장치의 영상 획득과 자동 초점광학계에 관련한 연구로써 반도체 웨이퍼의 결함 검출용 검사 광학계 설계, 디스플레이 패널의 암점이나 휘점과 같은 불량 픽셀 검출용 검사 광학계 설계, 그리고 Conoscopic Holography를 이용한 자동 초점 광학계의 실험과 ...
본 논문은 반도체 및 디스플레이 검사 장치의 영상 획득과 자동 초점광학계에 관련한 연구로써 반도체 웨이퍼의 결함 검출용 검사 광학계 설계, 디스플레이 패널의 암점이나 휘점과 같은 불량 픽셀 검출용 검사 광학계 설계, 그리고 Conoscopic Holography를 이용한 자동 초점 광학계의 실험과 데이터 분석에 대한 연구를 진행하였다. 현재 반도체산업은 보다 빠르고 더 많은 용량, 그리고 가능한 적은 전력 소모를 추구하고 있다. 이에 따라 Critical Dimension(CD)의 크기는 점차 줄어들었고 현대에는 그 크기가 불가 수십 ㎚에 이르렀다. 하지만 기술의 발전에도 불구하고 단위 공정마다 필연적으로 결함은 발생하게 된다. 안타까운 것은 이렇게 작아진 패턴과 더불어 공정상 발생하는 결함의 크기 또한 작아지게 되어 기존의 방식과 장비로는 더 이상 검출이 불가능한 사태에 맞닥뜨렸다. 점점 작아지는 크기의 결함을 검출하기 위해서는 보다 높은 성능의 검출기가 요구되며, 높은 수율을 얻기 위해 광학적 측정 방식이 필요하다. 디스플레이 패널 또한 공정상 발생하는 불량 픽셀을 사전에 검출하여 제품의 완성도를 높이기 위해선 향상된 검사 광학계가 필요하다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 Ultra Violet(UV; 354.7㎚)과 Deep Ultra Violet(DUV; 266㎚)에서 각각 최적화된 반도체 결함 검출용 광학계를 설계하였다. 반도체 결함 검출을 위한 광학계 설계는 집광렌즈 광학계와 정보 전달을 위한 이미지 광학계를 설계하였으며 이에 대한 논의가 담겨있다. 또한 일반적으로 빛을 이용한 검출용 광학계는 미세한 물체를 보기 위해 보다 높은 해상도를 요구하지만 광학적 불변량에 의해 해상도가 좋아질수록 구동 가능한 범위(Depth Of Focus)가 짧아진다. 즉 고성능의 광학계를 설계했음에도 불구하고 외부의 미세한 진동에 치명적인 영향을 받게 되어 제대로 된 성능을 발휘하지 못하게 된다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해서는 실시간으로, 혹은 주기적으로 피측정체의 위치가 광학계의 성능을 최적으로 발휘할 수 있는 범위 내에 놓여있는지에 대한 검증이 필요하다. 본 논문에서는 이미지 광학계와 연동할 수 있는 On-axis 방식의 자동초점 광학계에 대한 설계와 분석을 진행하였으며, 시스템 운용상 활용도를 높이기 위한 Not On-axis 방식 또한 다루었다. 검사 광학계와는 별도의 장치로 운용되는 자동초점 광학계의 경우 높은 해상도와 광원 선택의 편의성, 시스템 구성의 용이함 등을 고려하여 Conoscopic holography에 대한 실험과 분석이 진행되었다. Conoscopic holography에 사용된 복굴절 결정은 C-cut과 A-cut 결정에 대하여 실험이 진행되었으며, 점광원을 물체점이라 가정하였던 기존 시스템에서 한 발 진보하여 거울을 이용한 반사형 Conoscopic holography를 구현하였다. 실제 구성된 시스템을 기반으로 더 많은 간섭무늬를 획득하기 위한 방법과 실험적 오차를 줄이기 위한 방법, 그리고 결정의 종류와 시스템 구성에 따른 결과 분석을 진행하였다. 디스플레이 패널의 불량 픽셀 검출을 위한 광학계는 Red, Green, Blue 모든 픽셀에 대응하기 위해 Visible(RGB) 영역에서 사용 가능한 광학계 설계 결과와 그에 따른 논의가 담겨있다.
본 논문은 반도체 및 디스플레이 검사 장치의 영상 획득과 자동 초점 광학계에 관련한 연구로써 반도체 웨이퍼의 결함 검출용 검사 광학계 설계, 디스플레이 패널의 암점이나 휘점과 같은 불량 픽셀 검출용 검사 광학계 설계, 그리고 Conoscopic Holography를 이용한 자동 초점 광학계의 실험과 데이터 분석에 대한 연구를 진행하였다. 현재 반도체산업은 보다 빠르고 더 많은 용량, 그리고 가능한 적은 전력 소모를 추구하고 있다. 이에 따라 Critical Dimension(CD)의 크기는 점차 줄어들었고 현대에는 그 크기가 불가 수십 ㎚에 이르렀다. 하지만 기술의 발전에도 불구하고 단위 공정마다 필연적으로 결함은 발생하게 된다. 안타까운 것은 이렇게 작아진 패턴과 더불어 공정상 발생하는 결함의 크기 또한 작아지게 되어 기존의 방식과 장비로는 더 이상 검출이 불가능한 사태에 맞닥뜨렸다. 점점 작아지는 크기의 결함을 검출하기 위해서는 보다 높은 성능의 검출기가 요구되며, 높은 수율을 얻기 위해 광학적 측정 방식이 필요하다. 디스플레이 패널 또한 공정상 발생하는 불량 픽셀을 사전에 검출하여 제품의 완성도를 높이기 위해선 향상된 검사 광학계가 필요하다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 Ultra Violet(UV; 354.7㎚)과 Deep Ultra Violet(DUV; 266㎚)에서 각각 최적화된 반도체 결함 검출용 광학계를 설계하였다. 반도체 결함 검출을 위한 광학계 설계는 집광렌즈 광학계와 정보 전달을 위한 이미지 광학계를 설계하였으며 이에 대한 논의가 담겨있다. 또한 일반적으로 빛을 이용한 검출용 광학계는 미세한 물체를 보기 위해 보다 높은 해상도를 요구하지만 광학적 불변량에 의해 해상도가 좋아질수록 구동 가능한 범위(Depth Of Focus)가 짧아진다. 즉 고성능의 광학계를 설계했음에도 불구하고 외부의 미세한 진동에 치명적인 영향을 받게 되어 제대로 된 성능을 발휘하지 못하게 된다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해서는 실시간으로, 혹은 주기적으로 피측정체의 위치가 광학계의 성능을 최적으로 발휘할 수 있는 범위 내에 놓여있는지에 대한 검증이 필요하다. 본 논문에서는 이미지 광학계와 연동할 수 있는 On-axis 방식의 자동초점 광학계에 대한 설계와 분석을 진행하였으며, 시스템 운용상 활용도를 높이기 위한 Not On-axis 방식 또한 다루었다. 검사 광학계와는 별도의 장치로 운용되는 자동초점 광학계의 경우 높은 해상도와 광원 선택의 편의성, 시스템 구성의 용이함 등을 고려하여 Conoscopic holography에 대한 실험과 분석이 진행되었다. Conoscopic holography에 사용된 복굴절 결정은 C-cut과 A-cut 결정에 대하여 실험이 진행되었으며, 점광원을 물체점이라 가정하였던 기존 시스템에서 한 발 진보하여 거울을 이용한 반사형 Conoscopic holography를 구현하였다. 실제 구성된 시스템을 기반으로 더 많은 간섭무늬를 획득하기 위한 방법과 실험적 오차를 줄이기 위한 방법, 그리고 결정의 종류와 시스템 구성에 따른 결과 분석을 진행하였다. 디스플레이 패널의 불량 픽셀 검출을 위한 광학계는 Red, Green, Blue 모든 픽셀에 대응하기 위해 Visible(RGB) 영역에서 사용 가능한 광학계 설계 결과와 그에 따른 논의가 담겨있다.
This study is related to the image acquisition and auto-focusing optical system of semiconductor and display test devices. Specifically, the design of a test optical system for detecting the defects of semiconductor wafers, the design of a test optical system for detecting defective pixels such as d...
This study is related to the image acquisition and auto-focusing optical system of semiconductor and display test devices. Specifically, the design of a test optical system for detecting the defects of semiconductor wafers, the design of a test optical system for detecting defective pixels such as dark or bright spots of display panels, and autofocus optics using Conoscopic hologram were researched. With the development of semiconductor processing technology, the size of defects became smaller which are no longer detectable by conventional methods and devices. In order to detect defects that are getting smaller and smaller, detectors with higher performance are required and an optical measurement method is required to achieve high yields. Furthermore, an improved test optical system for display panels is required to improve the degree of completion by detecting defective pixels in advance. To address this problem, optical systems for detecting semiconductor defects optimized for UV(355㎚) and DUV(266㎚) were designed. A condensing lens optical system for defect detection and an image optical system for information delivery were designed and discussed. Furthermore, autofocus (AF) design was carried out to overcome the reduction of Depth of focus(DOF) by optical invariant. An on-axis type AF that can interface with an image optical system was designed and analyzed. A not on-axis method to enhance the utilization of system operation was also addressed. For the autofocus optical system that is operated separately from the test optical systems, an experiment and analysis of Conoscopic holograms were performed in terms of high resolution, convenience of the selection of light source, and ease of system configuration. Regarding the optical system for detecting the defective pixels of display panels, the optical system design results that can be used in the visible region to respond to all the red, green and blue pixels are discussed.
This study is related to the image acquisition and auto-focusing optical system of semiconductor and display test devices. Specifically, the design of a test optical system for detecting the defects of semiconductor wafers, the design of a test optical system for detecting defective pixels such as dark or bright spots of display panels, and autofocus optics using Conoscopic hologram were researched. With the development of semiconductor processing technology, the size of defects became smaller which are no longer detectable by conventional methods and devices. In order to detect defects that are getting smaller and smaller, detectors with higher performance are required and an optical measurement method is required to achieve high yields. Furthermore, an improved test optical system for display panels is required to improve the degree of completion by detecting defective pixels in advance. To address this problem, optical systems for detecting semiconductor defects optimized for UV(355㎚) and DUV(266㎚) were designed. A condensing lens optical system for defect detection and an image optical system for information delivery were designed and discussed. Furthermore, autofocus (AF) design was carried out to overcome the reduction of Depth of focus(DOF) by optical invariant. An on-axis type AF that can interface with an image optical system was designed and analyzed. A not on-axis method to enhance the utilization of system operation was also addressed. For the autofocus optical system that is operated separately from the test optical systems, an experiment and analysis of Conoscopic holograms were performed in terms of high resolution, convenience of the selection of light source, and ease of system configuration. Regarding the optical system for detecting the defective pixels of display panels, the optical system design results that can be used in the visible region to respond to all the red, green and blue pixels are discussed.
주제어
#optical system design optics semiconductor display conoscopic hologram conoscophy autofocus
학위논문 정보
저자
임상희
학위수여기관
명지대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
물리학과
지도교수
김재순
발행연도
2015
총페이지
vi, 110 p.
키워드
optical system design optics semiconductor display conoscopic hologram conoscophy autofocus
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.