초록 ▼

산업기술이 고도화됨에 따라 제품에 대한 품질관리와 안정성확보및 생산공정의 경비절감이라는 차원에서 초정밀 비파괴검사 장비의 필요성이 대두되고 있으며, 국내 반도체 산업계에서도 C-SAM 및 SLAM 등의 초음파현미경 장비를 고가임에도 불구하고 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 그러나 최근에는 집적회로를 포함하여 다층구조를 갖는 첨단 부품에 대한 관심이 고조되고 있으며 그 수요가 급증하고 있는 추세이므로이에 알맞는 비파괴검사 장비의 필요성이 절실할 것으로 예측된다. 이와 같은 최근 상황에 비추어 볼 때 기존의 C-SAM이나

산업기술이 고도화됨에 따라 제품에 대한 품질관리와 안정성확보및 생산공정의 경비절감이라는 차원에서 초정밀 비파괴검사 장비의 필요성이 대두되고 있으며, 국내 반도체 산업계에서도 C-SAM 및 SLAM 등의 초음파현미경 장비를 고가임에도 불구하고 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 그러나 최근에는 집적회로를 포함하여 다층구조를 갖는 첨단 부품에 대한 관심이 고조되고 있으며 그 수요가 급증하고 있는 추세이므로이에 알맞는 비파괴검사 장비의 필요성이 절실할 것으로 예측된다. 이와 같은 최근 상황에 비추어 볼 때 기존의 C-SAM이나 SLAM장비들은 미세하고 복잡한 다층구조물의 결함탐상을 수행하는데 있어서 회절 및 중첩현상에 기인하여 영상의 질이 매우 저하되고 결함의위치를 정확하게 분석할 수 없는 단점을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 SLAM 장비에서사용하는 홀로그라피 기술과 X-RAY 단층영상 시스템에서 널리 응용되고있는 토모그라피기술을 병합하여 다층구조물의 각 층마다 분리된 토모그라픽 영상을 획득할 수 있는STAM시스템을 구현하고 나아가서 이에 대한 응용기술을 제시하는 것이 주된 목적이다.이를 위하여 본 연구에서는 초음파 신호의 진폭과 위상을 동시에 검출할 수 있는 쿼드러쳐 신호검출기와 토모그라픽 영상 데이타를 획득할 수 있는 시료 회전 장치를 설계?제작하고 이들을 기존의 SLAM장비에 부가하여 STAM 시스템을 구성하였으며 토모그라픽 영상을 획득하기 위해 BFP 알고리즘을 이용하여 토모그라픽 영상복원 프로그램을 개발하였다. 제작된 쿼드러쳐 검출기는 동기신호에 대해서 -45°와 45°만큼 위상천이가 발생하며, IC 1496 믹서를 사용하여 기준신호와 수신신호의 합 과 차 주파수 성분을 검출할 수 있도록 설계되었다. 그리고 제작된 시료 회전 장치는 동작주파수가 10MHz인 평면형 초음파변환기를 수조 배면에 입사각이 10°가 되도록 고정시키고 시료 홀더와 회전 장치가 함께회전할 수 있도록 회전 분해능이 0.1 arc sec가 되는 정밀급 AEROTECH사의 360°회전 스테이지를 사용하여 설계되었다. 모의실험은 STAM의 초음파변환기 회전장치 또는 시료회전 장치에 따른 영상 분해능을 평가하고 다층구조물에 대한 SLAM영상과 STAM영상을비교분석하기 위하여 수행되었다. 모의실험결과 시료회전 장치가 우수한 영상분해능을 보였고, 다층구조물에 대한 결함 영상은 SLAM영상이 STAM영상에 비해 중첩된 결함영상을보이므로서 영상의 질이 매우 나쁘게 나타났다. 본 실험을 위하여 다층구조의 시료를 제작하였다. 이것은 알루미늄 재료를 사용하여 격자무늬와 직사각형무늬를 내포하는 직경3cm, 높이 0.5mm 의 디스크형 결함층을 2개 만들고 층 간격이 10λ가 되도록 하여 그 사이에는 물로 채워지도록 설계되었다. 그리고 STAM 시스템에서 시료를 0°, 90°, 180°,270°만큼씩 회전시켜 4개의 프로젝션에 대한 토모그라픽 영상을 획득하였으며 모의실험결과와 비교하여 일치함을 보였다. 본 연구의 결과, STAM영상은 SLAM영상에 비해 영상의 질이 우수하며 결함층의 위치를 토모그라픽 영상에 의해 정확히 제시해 주므로 써STAM 시스템은 최첨단 산업분야에서 다층구조를 갖는 첨단부품의 비파괴검사 장비로써활용이 기대된다.

Abstract ▼

As industrial technology advances, the need to develop precisenondestructive test equipment is becoming important for better quality control,stabilization of product quality and reduction of production cost. Domesticsemiconductor industry wastes a lot of US dollars to im

As industrial technology advances, the need to develop precisenondestructive test equipment is becoming important for better quality control,stabilization of product quality and reduction of production cost. Domesticsemiconductor industry wastes a lot of US dollars to import expensive ultrasonicmicroscopes such as C-SAM and SLAM. It is expected that development of new toolsfor nondestructive test of electronic devices with multilayered structure such asintegrated circuit is very urgent. Currently used C-SAM and SLAM aredisadvantageous in detecting and locating defects in minute and complicated multilayereddevices because of poor image quality due to diffraction and image overlapping. Theobjective of this study is to develop STAM system by combining holographic techniqueused in SLAM and tomographic technique widely used in x-ray layered image system,and to suggest further its application techniques. The system will enable us to obtaintomographic images at each layer of multilayered structure.In this study we designed and manufactured a quadrature signal detector to detectthe phase and the amplitude of ultrasonic signal simultaneously, and a specimen rotatorto obtain tomographic image data. This detector and the rotator were added to theSLAM. We also developed a computer program for reconstruction of tomographicimage using BFP algorithm. The quardrature detector produces -45°and 45° phaseshift for a synchronous signal and detects frequency components of the summation anddifference of a reference signal and an incoming signal using an IC 1496 mixer. Thespecimen rotator was designed to use 360°rotating stage from AEROTECH with 0.1arc sec rotation increment. A plane type ultrasonic transducer with 10 MHz operatingfrequency was fixed with 10°of incident angle to the side to a water tank. Thespecimen holder and the rotating device were designed to rotate together. Usingcomputer simulation we evaluated image resolution of the STAM using an ultrasonictransducer rotator or a specimen rotator and compared STAM images with SLAMimages for a multilayered structure. The specimen rotator resulted in a better imageresolution. STAM images were better than SLAM images because of less overlapping.The specimen of multilayered structure used in this study was made of aluminum.The 10λ gap between the two defected, disc shaped layers (3 cm diameter and 0.5 mmheight with a lattice pattern and a rectangular pattern, respectively) was filled withwater. STAM tomographic images were obtained at 4 projection positions by rotatingthe specimen to 0, 90, 180, and 270°positions. The experimental results wereconsistent with computer simulation. We conclude that STAM produces a better imagethan SLAM and locates defected positions better. STAM is expected to have a wideapplication for nondestructive inspection of multilayered products in cutting-edgeindustries.

목차 Contents

• 1. 서론...9
• 1-1. 연구 배경...9
• 1-2. 연구 목적...10
• 1-3. 연구 범위...10
• 2. STAM시스템의 구성과 해석...11
• 2-1. STAM시스템의 구성 및 동작원리...11
• 2-2. STAM시스템의 기본원리...12
• 2-3. 쿼드러쳐 신호검출기 해석...13
• 2-4. BFP 토모그라픽 영상복원 알고리즘...17
• 2-5. 토모그라픽 영상 데이터 획득을 위한 회전구조 해석...20
• 3. STAM시스템의 설계 및 제작...24
• 3-1. SLAM 장치부...24
• 3-2. 시료 회전장치부...24
• 3-3. 쿼드러쳐 신호 검출부...29
• 3-4. 토모그라픽 영상 처리부...31
• 4. 실험결과 및 고찰...33
• 4-1. 모의실험...33
• 4-2. 실험장치의 구성 및 시료제작...37
• 4-3. STAM 시스템의 토모그라픽 영상...39
• 5. 결론...43
• 6. 인용문헌...45