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표면 추적 기술을 접목한 고해상도 테라헤르츠파 Time-of-Flight 영상법

Terahertz Time-of-Flight Imaging Using Surface Tracking Technique

  • 유호성 (Yoo Hoseong, 아주대학교 일반대학원)

초록/요약

이 연구에서는 테라헤르츠(Terahertz, THz)파 안테나의 고주파 성분의 보존을 위해 반사 광학계와 결합하여 3 차원 THz Time-of-Flight (ToF) 영상화 기술을 개발하였다. 특히, 상대적으로 고주파 성분을 가진 Fe:InGaAs/InAlAs 안테나를 사용하였다. 초기 단계에서는 초점 길이가 5 mm 인 off axis parabolic mirror (OPM)를 활용하였다. 수직 방향 해상도는 시간 지연(Time-delay)의 펄스 폭에 의해 결정되며, 이는 다양한 간격을 가진 석영 기판 구조 표본을 사용하여 검증되었다 위상(Phase) 분석에서, 굴절률이 높은 물과 같은 물질로 채워진 간극에서는 상단에서 반사되는 파동이 위상 변화를 보인 반면, 굴절률이 낮은 공기와 같은 물질에서는 동 위상 반사가 관찰되었다. 이러한 분석 결과에 따라, 2 차원 및 3 차원 이미지에서 위상 정보를 활용함으로써, 반도체 패키지의 안정성에 영향을 미치는 박리와 같은 결함들을 보다 효과적으로 식별할 수 있었다. 또한, THz-ToF 영상화의 공간 해상도 향상을 위해, 짧은 초점 거리(Focal length)를 가진 반사 광학 시스템을 활용하였다. 초점 거리가 25.4 mm인 OPM을 스캔 렌즈로 사용함으로써, 기존 50 mm 렌즈보다 상당히 개선된 공간 해상도를 달성하였다. 나이프 엣지(Knife edge) 기법을 통해 공간 해상도를 측정하였고, 이때 레일리 해상도(Rayleigh resolution, RT)는 0.46 mm 로 확인되었다. 초점 심도(Depth of Focus)가 수 mm 에 달하는 제한을 극복하기 위해, THz-ToF 영상화에서 표면 추적(Surface tracking) 기술을 적용하여 ToF 유닛과 표본 사이의 거리를 일정하게 유지하였다. 이러한 방식을 통해, 기존의 고정된 높이를 사용하는 방식에 비해 더 높은 공간 해상도를 얻을 수 있었다. 이 향상된 영상화 기술은 높이가 크게 변동하는 다양한 반도체 패키지가 포함된 대면적의 회로 기판 검사에 매우 효과적임이 입증되었다. 이를 통해 향상된 공간 해상도를 유지하면서 곡면에서의 radio frequency identification (RFID)을 성공적으로 검사할 수 있었고, 비파괴적인 방법으로 내부 회로의 연결 끊김 등 결함을 탐지할 수 있었다.

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목차

제 1장 이론 1
1.1 테라헤르츠파 소개 1
1.2 테라헤르츠파 연속파 분광법 4
1.3 테라헤르츠파 시간 영역 분광법 4
1.4 테라헤르츠파 라스터 영상화 5
제 2장 서론 8
제 3장 실험 세팅 11
제 4장 실험 결과 16
4.1. 수직 방향 해상도 측정 16
4.2. 높이가 다양한 간극 구조로부터 반사된 펄스의 위상 분석 19
4.3. 결함 식별을 위한 위상 극성으로 조정 된 피크 엔벨로프 22
4.4 수평 방향 해상도 측정 25
4.5 반도체 패키지의 ToF 이미지 28
4.6 높이 변화에 따른 표면 추적 THz-ToF 영상화 30
4.7 높이가 다양한 회로 기판의 표면 추적 THz-ToF 영상화 32
4.8 표면 추적 THz-ToF 기술을 통한 곡률 회로의 고해상도 영상화 34
제 5장 결론 36
출판 목록 37
참고 문헌 38

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