This thesis presents the development of a crack detection method in silicon wafer using high repetition rate pulse laser. Conventional non-contact laser ultrasonic inspection method used pulse laser, which can only generate wideband ultrasonic waves in frequency domain but not narrowband ones. In this study, Narrowband ultrasonic signals are generated in frequency domain through high repetition rate pulse laser, and it is used to detect cracks in silicon wafer. When we excite low frequency (LF) and high frequency (HF) inputs to a silicon wafer, the presence of nonlinear sources, such as cracks, creates nonlinear ultrasonic modulation components at spectral sideband. Two narrowband ultrasonic waves with two distinctive central frequencies are generated by high repetition rate pulse laser to investigate the crack induced nonlinear ultrasonic modulation, and they are used to indicate the existence of the crack. Moreover, a probability of detection (POD) is established for the proposed crack detection technique.
본 연구에서는 고반복률 펄스 레이저를 이용하여 실리콘 웨이퍼에 발생한 균열을 검출하는 기법을 개발하였다. 기존의 레이저를 이용한 비접촉식 비파괴검사는 펄스 레이저를 사용하기 때문에 주파수 도메인에서 오직 광대역 초음파 신호만을 생성할 수 있고 협대역 초음파 신호는 생성할 수 없었다. 본 연구에서는 고반복 펄스 레이저 가진을 통하여 주파수 도메인에서 협대역 초음파 신호를 생성하고 이를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 균열을 검출 한다. 구조물에 결함이 있을 때, 구조물에 구별되는 두개의 주파수 (Low frequency (LF)와 High frequency (HF))를 가진 하면 균열과 같은 비선형성에 의해 두 주파수의 합과 차에 해당하는 측파대에서 비선형 초음파 모듈레이션 성분이 검출된다. 고반복률 펄스레이저로 각각 다른 Central frequency를 갖는 두 협대역 초음파 신호를 가진하여 비선형 초음파 모듈레이션을 생성하고 이를 기반으로 구조물의 결함을 진단한다. 또한 제안된 균열 검출 기술의 검출확률 (Probability of detection)을 적립하였다.
