JP2014520272A - 光ルミネセンス画像化を使用する発光半導体デバイスの検査の方法および装置 - Google Patents

Abstract

発光半導体デバイスの検査の方法および装置。半導体デバイスは、光源を用いて照明され、発光半導体の少なくとも所定のエリアが、光の周波帯で照明される。光の周波帯λ_Ａ＋λ_Ｂは、検査すべき発光半導体中に電子正孔対を発生させることができる。対物レンズを通して、発光半導体によって放出された光の少なくとも一部λ_Ｃを検出する。放出光は、放出光の波長に反応するカメラのセンサを用いてキャプチャされ、放出光の波長は、周波帯の幅を上回る。センサを用いてキャプチャされた、放出光のデータは、発光半導体の検査結果を計算するためにコンピュータシステムに転送される。
【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１１年６月２４日付けで出願された米国仮特許出願第６１／５００，９８７号に基づく優先権を主張し、この仮特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、生産プロセス中およびその後の発光半導体デバイスの検査方法に関する。発光半導体デバイスは、ＬＥＤであってもよい。

また、本発明は、基板の発光半導体デバイスの検査装置にも関する。

固体照明（ＳＳＬ）は、従来の照明と比べていくつかの利点を有する。主な利点は、低消費電力、長寿命および小さい形状係数である。ＳＳＬの重要な素子は、ＬＥＤ（発光ダイオード）ダイ／チップである。ＬＥＤのためのベースは、ＬＥＤを取得するために複雑な生産プロセスを受ける半導体材料である。その生産プロセス中およびその後に、いくつかの計測ステップと検査ステップとが行われる。

ＬＥＤの出力パワーは、典型的には、プロービングシステムを使用して測定される。このシステムでは、各ＬＥＤダイへの電気的接触が形成され、発生した光出力パワー、および任意選択で波長について測定が行われる。

国際出願第９８／１１４２５号は、光ルミネセンスを用いて、室温での半導体およびシリコン構造の欠陥を比較的短時間で検出する方法と装置を開示している。本発明は、その電荷特性が半導体との相互作用によって半導体内の欠陥を検出する高濃度の電荷キャリアを発生させる目的で、好ましくは０．１ｍｍから０．５ミクロンの間のスポットの大きさと、１０^４〜１０^９Ｗ／ｃｍ^２のピークまたは平均電力密度を持つ、高強度の光ビームの使用を採用している。これらの欠陥は半導体の光ルミネセンス像を作り出すことによって明らかにされる。共焦光学（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ）が用いられると同時に各種の波長が選択した深さでの欠陥を特定するために選ばれる。この方法は、極めて小さいスポットサイズを有する１つ以上のレーザービームを用いて、極めて小さい体積の材料のプロ―ビングを実行する。

米国特許第７，５０４，６４２Ｂ２号に、ウエハの他の層の不要な寄与をなくすことを試みながらそのウエハの１つの選択された層の欠陥画像を選択的に作成するために、フィルタリングおよび画像計算を使用して１つ以上の画像を作成する別の方法が記載されている。この方法は、サンプルの１つ以上の特定の材料層における欠陥を識別するために光ルミネセンスを使用する。サンプルから放出された戻り光のうち所定の波長をフィルタ除去するために、１つ以上をフィルタリング素子が使用される。サンプルの１つ以上の特定の材料層から放出された戻り光のみが検出されるように、あらかじめ決定された波長が選択される。それに加えて、または代替として、サンプル中に導かれた入射光の波長は、所与の深さまでサンプルを貫通するように、あるいは、サンプルの１つ以上の選択された材料層のみを励起するように選択することができる。したがって、主に１つ以上の特定の材料層のみを特徴づける欠陥データが発生される。

国際出願第２００７／１２８０６０Ａ１号は、２つ以上の画像中のいくつかの領域の比較に基づく間接バンドギャップ（例えばＳｉ）半導体材料の試験ための光ルミネセンスベースの方法について記載している。この方法は、太陽電池などの間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解プロパティを特定または判断するのに好適である。一実施形態において、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解プロパティは、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起して間接バンドギャップ半導体デバイスにルミネセンスを発光させ、外部励起に応答して間接バンドギャップ半導体デバイスから発光されたルミネセンスの像を捕捉し、１つ以上のルミネセンス像中の領域の相対的強度の比較に基づいて間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解プロパティを測定することによって測定される。

国際公開第９８／１１４２５号 米国特許第７，５０４，６４２号 国際公開第２００７／１２８０６０号

ＬＥＤは照明のために使用されるので、ＬＥＤの品質管理はますます重要になっている。例えば、テレビ受像機の背面照明のために使用される複数のＬＥＤは同様の強度のものであることが重要である。したがって、ＬＥＤの光出力パワーの品質管理を行わなければならない。そのような品質管理は、これまで、ＬＥＤに電気的に接触し（プローブし）、次いで、放出された光出力パワーを測定することによって行われていた。これには、プローブ中にＬＥＤが損傷を受けることがある、プローブには時間がかかる、追加のツールを必要とするといったいくつかの欠点がある。

本発明の目的は、生産プロセス中に、ＬＥＤによって放出される光パワーを迅速かつ確実に測定するための方法を提供することである。さらに、本方法は、使いやすくなければならず、測定すべきＬＥＤに影響を与えたり、それを破壊したりすべきではない。

この目的は、発光半導体デバイスの検査方法であって、
発光半導体の少なくとも所定のエリアを、光源により、検査すべき前記発光半導体中に電子正孔対を発生させることができる光の周波帯λ_Ａ＋λ_Ｂで照明するステップと、
発光半導体によって放出された光の少なくとも一部λ_Ｃを対物レンズを通して検出するステップであって、放出光が、放出光の波長に反応するカメラのセンサを用いてキャプチャされ、放出光の波長が、周波帯の幅を上回る、検出するステップと、
センサを用いてキャプチャされた、放出光のデータを、発光半導体の検査結果を計算するためにコンピュータシステムに転送するステップと、
を含む方法によって達成される。

本発明のさらなる目的は、生産プロセス中に、ＬＥＤによって放出された光パワー装置を提供することである。さらに、本装置は、使いやすくなければならず、測定すべきＬＥＤに影響を与えたり、それを破壊したりすべきではない。

この目的は、基板上の発光半導体デバイスの検査装置であって、
光源と、
検出ビーム経路を規定する対物レンズと、
対物レンズを介して発光半導体デバイスから光を受信するための、検出ビーム経路に配置されたセンサを有するカメラであって、センサが、発光半導体デバイスのグレースケール値を登録する、カメラと、
センサによってウエハマップフォームデータレジスタを計算するためのコンピュータシステムと、
ウエハマップを視覚的に表示するためのディスプレイと、
を備える装置によって達成される。

欠陥検査については、一種のバックライトとして光ルミネセンス効果を使用する。この照明効果は、埋められた、または通常の検査では少なくとも見えない欠陥の発見を可能にする。また、本発明のセットアップの場合、メタライゼーション層中に切断部（フィンガーカット）または不連続部分を発見することも可能である。さらに、本発明により、ＬＥＤの不等質性の検出が可能になる。ＬＥＤから放出された光は、空間グレー値分析を受ける。いくつかのＬＥＤは、いくつかの部分でのみ光を放出し、他の部分では光は放出されない（例えば、ＬＥＤの角部にけるダークエッジは、光を発しない）。

本発明の一実施形態によれば、発光半導体デバイスは、リングライトとして構成された光源を用いて照明される。リングライトは、複数のＬＥＤを有する。検出ビーム経路に第２のフィルタを配置することができる。検出ビーム経路中の記第２のフィルタは、センサに達する入射光の反射を阻止し、少なくとも波長λ_Ｃは、第２のフィルタを通る。

本発明のさらに別の実施形態は、第１のフィルタが光源の照明ビーム経路に配置され、周波帯λ_Ａ＋λ_Ｂを通すように設計されるということである。第２のフィルタは検出ビーム経路中にあり、センサに達する入射光の反射を阻止し、少なくとも波長λ_Ｃが、第２のフィルタを通る。この場合、対物レンズは、照明ビーム経路と検出ビーム経路とを規定する。光源は、同軸光源である。

１つ以上のＬＥＤダイ／チップが、光源を用いて、ＬＥＤ中に電子正孔対を発生させることができる波長で照明される。（電子正孔対および後続の再結合プロセスによって生じる）ＬＥＤによって放出された光は、放出光の波長に反応するセンサ／カメラを用いてキャプチャされる。センサ応答（グレー値）は、ＬＥＤの光出力のパワーについての測度であり、例えば、それらの光出力パワーに従ってＬＥＤをクラス分けするために使用することができる。

発光半導体デバイスまたはＬＥＤダイ／チップの照明のための光の周波帯λ_Ａ±λ_Ｂは、照明ビーム経路中の対物レンズの前段に第１のフィルタを挿入することによって発生する。検出ビーム経路中の対物レンズの後段に第２のフィルタが配置され、それにより、発光半導体によって放出された光のみが、カメラのセンサに達する。画像獲得セットアップ、特に対物レンズは、顕微鏡光学部品を備える。発光半導体デバイスまたはＬＥＤダイ／チップの照明のための装置において、様々なタイプの照明を使用することができる。光源は、同軸光源またはリングライトであり得る。照明光は、複数のＬＥＤを備えている。

本発明の方法は、基板またはウエハ上の構造であるＬＥＤダイ／チップに適用された。したがって、検査結果は、カメラのセンサによって検出されたＬＥＤまたはＬＥＤダイ／チップの光出力パワーについての測度である。センサの出力は、画素のマトリックスの少なくとも１つのグレー値である。グレー値の範囲は、ＬＥＤダイ／チップまたは発光半導体デバイスにおけるＬＥＤ当たりの光出力パワーの関数を確立する。

本発明の装置は、ＬＥＤダイ／チップとともに基板をそれはＸ／Ｙ方向に移動させるステージを有する。移動は、コンピュータシステムによって制御される。カメラと基板との間の相対運動により、カメラのセンサは、基板の表面全体の画像をキャプチャする。センサからのデータは、ＬＥＤダイ／チップを有する表面のウエハマップを計算するコンピュータシステムに送られる。ウエハマップは、コンピュータシステムのディスプレイ上で示され、グレー値の各クラスに別個のカラーコードは割り当てられる。

ＬＥＤ当たりの光出力パワーの関数は、ルックアップテーブルとして実装される。さらに別の実施形態は、関数が多項式として実装されるということである。ルックアップテーブルまたは多項式の較正は、ＬＥＤサンプルを電気プローバに接続することによってＬＥＤサンプルの光出力パワーを測定することにより行われる。

センサによって発生した検査結果は、ＬＥＤ当たりの少なくとも１つのグレー値である。ＬＥＤの検査結果は、それらの登録されたグレー値に従って少なくとも２つのビンに分類される。さらなる形態では、センサによって発生した検査結果は、ＬＥＤダイ／チップ当たりの少なくとも２つのグレー値である。１つのＬＥＤダイ／チップのグレー値における変動または差は、そのＬＥＤダイ／チップの品質尺度として使用される。

検査結果は、ＬＥＤダイ／チップ当たりの少なくとも１つのグレー値であり、本方法は、
同じ条件下で、各ＬＥＤダイ／チップの少なくとも２つの検査画像を撮影するステップと、
変動する照明強度および／または構成可能である露出設定下で画像を撮影するステップと、
各ＬＥＤダイについて発生するグレー値のヒストグラムを発生させるステップと、
合格または失敗の基準を確立するために、ヒストグラムの分布を分析するステップと、
を含む。

前述のように、発光半導体デバイスは、ＬＥＤダイ／チップであり、ＬＥＤの放出光は、照明によって発生する電子正孔対の再結合プロセスによってＬＥＤの活性層中で生じる。放出された波長または周波帯は、順方向電圧がＬＥＤに印加された場合と同様の波長および周波帯を有する。

生産プロセスにおけるばらつきに起因して、ＬＥＤチップは、放出光の中心波長、放出光のパワーなどを含むいくつかの基準に従って分類される。

本発明は、他の検査タスクのためのＬＥＤ製造によって広く使用される検査ツールに対する高速の非接触検査を可能にする。

次に、添付の図面とともに解釈される以下の本発明の詳細な説明において、本発明の性質および動作モードについてよる詳細に説明する。

ＩＩＩ−Ｎ族半導体材料システムのバンドギャップと対応する波長とを示す表である。 ＬＥＤの典型的な層スタックである。 ＬＥＤダイ／チップからの放出光を検出するために１つ以上のＬＥＤダイ／チップを照明するための本発明による装置の一実施形態である。 ＬＥＤダイ／チップからの放出光を検出するために１つ以上のＬＥＤダイ／チップを照明するための本発明による装置のさらに別の実施形態である。 発明の装置を用いて発生されるウエハマップの簡略化された図である。 通常の照明を用いて照明された、ＬＥＤダイ／チップを有するウエハの表面の画像である。 光ルミネセンス照明を用いて照明された、ウエハ上のＬＥＤダイ／チップの表面の下のＩｎＧａＮ層の画像である。 光ルミネセンスセットアップにおけるＬＥＤダイ／チップの画像を示すウエハマップの概略画像である。

同じ参照番号は、異なる図面にわたって同じ要素を指す。さらに、各図には、それぞれ図の説明に必要な参照番号のみが示される。図示された実施形態は、どのように本発明を実施することができるかについての例のみを示している。これは、本発明を限定するものとみなすべきではない。以下に、ＬＥＤダイ／チップについて説明するが、これは、本発明を限定するものとみなすべきではない。当業者には、本発明は発光半導体材料に全般的に適用可能であることは明白である。

図１は、ＩＩＩ−Ｎ族半導体材料システムのバンドギャップと対応する波長とを示す表１００である。半導体材料は全て、いわゆる光ルミネセンス効果を示す。この効果は、半導体材料を特定の波長の光で照明したときに見られ、光ビーム中の光子により、電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態になる（電子正孔対を発生させる）。これは、光励起と呼ばれる。入来する光ビームのエネルギーレベルは、高エネルギー状態と低エネルギー状態との差を上回らなければならない。これは、典型的には半導体材料のバンドギャップエネルギーである。発生した対は再結合し、再結合プロセスにより、光子（放射再結合）または音子（非放射再結合）が発生する。ＧａＮシステムのような（直接遷移型半導体である）大部分のＬＥＤ材料において、放射再結合プロセスは支配的なプロセスである。

図２は、ＬＥＤの層スタック１０１の典型的な表現である。層スタック１０１は基板３を有し、その上にｎ型ＧａＮの層１０２が形成される。ｎ型ＧａＮの層１０２は、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ材料の中間層１０３を担持する。最上層１０４は、ｐ型ＧａＮ材料によって形成される。ＩｎＧａＮ ＭＱＷの中間層１０３のみをプローブするためには、中間層１０３を取り囲むｎ型ＧａＮの層１０２とｐ型ＧａＮの最上層１０４とによって励起光１１０を吸収すべきではない。励起光１１０は、ＧａＮエネルギーバンドレベルを下回るエネルギーレベル、つまり、３５９ｎｍを上回る波長を有する必要がある。光がＩｎＧａＮ ＭＱＷ材料の中間層１０３によって吸収される場合、励起光１１０は、２．７５ｅＶを上回る、すなわち、４５０ｎｍを下回るエネルギーレベルを有する必要がある。

ＩｎＧａＮ ＭＱＷ材料の中間層１０３によって発生した光１２０は、４５０ｎｍ程度の波長を有する。図３に記載される装置１では、白色光源７が使用される。したがって、光経路中の４５０ｎｍを下回るエネルギーレベルをフィルタ除去する必要がある。これは、（４５０ｎｍ未満の波長のみを通す）第１の低域フィルタ１５を意味する。クリアな画像を形成し、入来する光の反射によって妨害されないようにするために、検出ビーム経路２１中に、広域通過特性を有する、すなわち、４５０ｎｍ以上の波長のみを通す追加の第２のフィルタが必要とされる。

図３は、ＬＥＤダイ／チップ５からの放出光の波長を検出するために、基板３上の１つ以上のＬＥＤダイ／チップ５を照明するための装置１の一実施形態の概略図である。１つ以上のＬＥＤダイ／チップ５は、光源７により、ＬＥＤ中に電子正孔対を発生させることができる波長で照明される。（電子正孔対および後続の再結合プロセスによって生じる）ＬＥＤによって放出された光は、放出光の波長に反応するカメラ９を用いてキャプチャされる。カメラ９はセンサ１０を有し、センサ１０の応答（グレー値）は、ＬＥＤの光出力のパワーについての測度であり、例えば、それらの光出力パワーに従ってＬＥＤをクラス分けするために使用することができる。

光源７は、白色光広帯域スペクトル光源であり、ＬＥＤダイ／チップ５で基板３を照明するために使用される。光源７からの光は、光ガイド８を介して顕微鏡６に供給される。顕微鏡６は、照明ビーム経路１１を規定する。ビームスプリッター１２は、照明ビーム経路１１を、対物レンズ１４を介して基板３上のＬＥＤダイ／チップ５上に導く。照明ビーム経路１１中に対応する第１のフィルタ１５を挿入するための手段（図示せず）を設けることによって、光源７によって発生した広帯域スペクトルの特定の部分が選択される。対物レンズ１４を透過した光（入射光ビーム）は、基板３上のＬＥＤダイ／チップ５中の半導体材料を励起する。これは、例えば、ＬＥＤ製造のために使用されるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料のような直接バンドギャップ材料とすることができる。この半導体材料は、既知の波長の光を放出し、この光は、同じ対物レンズ１４で集光される。対物レンズ１４は、検出ビーム経路２１もまた規定する。

検出ビーム経路２１には、基板３上のＬＥＤダイ／チップ５によって放出された光のみがカメラ９およびセンサ１０に達することを確実にするために、第２のフィルタ１６を配置することができる。第２のフィルタ１６は、カメラ９またはセンサ１０に達する入射光の反射を阻止する。カメラ９のセンサ１０によって収集された画像データは、基板３上の各ＬＥＤ４についての平均強度を得るために、画像処理ソフトウェアを使用するコンピュータシステム１７に送られる。コンピュータシステム１７は、ウエハマップを計算する（図４を参照）。全てのＬＥＤ４の結果と多くの場合ウエハである基板３上におけるそれらの座標位置とをプロットするウエハマップ３０を視覚的に表示するために、ディスプレイ１８がコンピュータシステム１７に割り当てられる。

光源７は、同軸光源である。光源７がリングライトである場合が有利である。照明光は、複数のＬＥＤによって提供される。光源７は、パルス光光源または連続スペクトル光源として構成される。周波帯制約（λ_Ａ＋λ_Ｂ）＜λ_Ｃは、光学的な高域フィルタおよび／または低域フィルタおよび／または帯域フィルタを使用して実装される。センサ１０は、ラインセンサである。カメラ９は、ＴＤＩ（時間遅延積分）ラインスキャンカメラとして構成される。センサ１０は２次元センサとしてもよく、それにより、エリアスキャンカメラが生じる

ＬＥＤダイ／チップ５またはＬＥＤ４の放出光は、照明によって発生した電子正孔対の再結合プロセスによって生じる。ＬＥＤダイ／チップ５またはＬＥＤ４の放出光は、順方向電圧がＬＥＤダイ／チップ５またはＬＥＤ４に印加された場合と同様の波長を有する照明によって発生する電子正孔対の再結合プロセスによって生じる。再結合プロセスは、ＬＥＤダイ／チップ５またはＬＥＤ４の活性層において起こる。青色ＬＥＤの場合、例示的な実装形態は、λ_Ａ≒３８０ｎｍ、λ_Ｂ≒２０ｎｍ、λ_Ｃ≒４４０ｎｍとなる。

ＬＥＤ材料の測定平均強度を出力パワー（密度）数に相関させるために、較正が行われる。本発明の装置１は、エリア照明を有する白色光源を使用する。従来技術のデバイスは通常、その代わりに、小さいスポットサイズのレーザ光源を使用し、検出器としてカメラを使用する。コンピュータシステム１７は、また、Ｘ／Ｙステージ１９を制御する。Ｘ／Ｙステージ１９は、対物レンズ１４によってカメラ９のセンサ１０上に基板の表面全体が画像化されるように、制御された方法で基板３を移動させる。Ｘ／Ｙステージ１９の位置は、視覚的にキャプチャされたデータを基板上における位置情報３と相関させ、ウエハマップ３０を発生するために記録される。

図４は、ＬＥＤダイ／チップ５からの放出光の波長を検出するために基板３上の１つ以上のＬＥＤダイ／チップ５を照明するための装置１のさらに別の実施形態である。ここで示される実施形態によれば、ＬＥＤダイ／チップ５は、リング光源として構成された光源７を用いて照明される。リング光源は、基板３上のＬＥＤダイ／チップ５中に電子正孔対を発生させることができる波長を放出するいくつかのＬＥＤを備える。（電子正孔対および後続の再結合プロセスによって生じる）ＬＥＤによって放出された光は、放出光の波長に反応するカメラ９を用いてキャプチャされる。カメラ９はセンサ１０を有し、センサ１０の応答（グレー値）は、ＬＥＤの光出力のパワーについての測度であり、例えば、それらの光出力パワーに従ってＬＥＤをクラス分けするために使用することができる。

リング光源は、基板３上のＬＥＤダイ／チップ５の特定のエリアを照明する照明１１を規定する。図４に示す実施形態は、ＬＥＤダイ／チップ５の表面の、照明１１用の第１のフィルタ１５を必要としない。リング光源のＬＥＤは、半導体材料中に電子正孔対を発生させるために、必要な光が放出されるように駆動される。半導体材料は、既知の波長の光を放出し、この光は、対物レンズ１４によって集光される。また、対物レンズ１４は、検出ビーム経路２１を規定する。

図５は、発明の装置１を用いて発生させるウエハマップ３０の簡略化された図である。基板３（ウエハ）の表面３ａの全体画像が取得されるように、Ｘ／Ｙステージ１９を移動させる。コンピュータシステム１７は、基板３（ウエハ）の表面３ａ全体の表現を取得するために、対物レンズ１４で撮影された個々の画像を１つにつぎ合せる。図２に示すようなＬＥＤの層スタック１０１の場合、本発明の装置１を用いると、ＩｎＧａＮ ＭＱＷの中間層１０３が可視化される。ここでは、ｐ型ＧａＮの最上層１０４の下のＩｎＧａＮ ＭＱＷの中間層１０３が可視化される。全てのＬＥＤ４の結果を基板３（ウエハ）上におけるそれらの座標位置上にプロットするために、ウエハマップ３０が計算される。ＬＥＤ材料の測定平均強度を出力パワー（密度）数に相関させるために、較正が行われる。表現は、異なるグレースケールを使用して行うことができる。基板３（ウエハ）の表面３ａの画像は、検査中に、挿入された第１のフィルタ１５および第２のフィルタ１６を用いて撮影される。照明光のスポットサイズ（図示せず）は、ＬＥＤダイ／チップ５のサイズよりも大きくすることができ、従って、全ＬＥＤ４を照明することが可能であり、その後、しばしば後の続く関連する測定は、全ＬＥＤダイ／チップ５の特性を正しく表現する。

図６ａは、通常の照明（白色光）を用いて照明された、ＬＥＤダイ／チップ５を有する基板３（ウエハ）の表面３ａの画像である。ＬＥＤダイ／チップ５を有する基板３（ウエハ）の表面３ａの画像は、標準的な照明を使用して撮影される。この照明を用いると、全てのＬＥＤダイ／チップ５の外観は同じになる。図６ｂは、ＬＥＤダイ／チップ５を有する基板３（ウエハ）の表面３ａの画像であり、表面３ａは、照明ビーム経路１１中の第１のフィルタ１５を用いて照明され、その画像は、検出ビーム経路２１中の第２のフィルタ１６でキャプチャされる。光ルミネセンスに起因して、基板３（ウエハ）の表面３ａは、ＬＥＤダイ／チップ５によって発生した青色光に輝く。図６ａと図６ｂとの比較から、光ルミネセンスセットアップを用いた場合、通常のまたは標準的な照明セットアップ（白色光）では可視化されない検査フィーチャが可視化されることが明らかである。表面またはｐ型ＧａＮの最上層１０４の下のＩｎＧａＮ ＭＱＷの中間層１０３ははっきりと可視化される。破線の円５１は、通常の照明（白色光）の下では同じ外観を有するが、光ルミネセンスセットアップの下では応答をもたないＬＥＤダイ／チップ５を示す。標準的な照明セットアップ（白色光）を使用するときには、全てのＬＥＤダイ／チップ５が同じグレースケール値（ＧＶ）を有しており、光ルミネセンスセットアップを使用するときには、ＬＥＤダイ／チップ５は、大幅に異なるＧＶ応答を有し得る。

図７は、ウエハマップ３０のスクリーンショットであり、光ルミネセンスセットアップにおけるＬＥＤダイ／チップ５の画像をディスプレイ１８に示している。コンピュータシステム１７（図３または図４を参照）で実装されるソフトウェアを使用すると、ＬＥＤまたはＬＥＤダイ／チップ５の画像のプロパティの検査が可能である。これは、画像上における個々のＬＥＤダイ／チップ５の位置を特定し、画像処理に基づいて特定のプロパティを測定し、次いで、測定結果を各個々のＬＥＤダイ／チップ５に相関させることが可能であることを意味する。ルールベースのビンニング（「ＲＢＢ」）を用いる方策がセットアップされる。その方策によれば、基板３上のＬＥＤダイ／チップ５全体の平均ＧＶに従って、ＬＥＤダイ／チップ５のクラス分けが実行される。各クラスは、別個のカラーコードを有する。ディスプレイ１８の別個のセクション３１に、ルールベースのビンニングから生じた様々なＧＶがヒストグラム３２で示される。ＬＥＤダイ／チップ５を有する基板３（ウエハ）の検査は、光ルミネセンスを用いた場合には、通常の検査セットアップを用いた場合に見えるものとは純粋に異なるものを測定することが可能であるシグネチャを示す。また、隣接し得る個々のＬＥＤダイ／チップ５の応答は、ウェハレベルのシグネチャとは無関係であり得ることが分かる。これは、ダイレベル上での測定が、ＬＥＤ製造のプロセス改善における大きい追加情報源であることを明らかに示す。ウエハマップ３０を用いた場合、ＬＥＤを有する部分的にまたは完全に処理された基板３（ウエハ）上での測定とともに光ルミネセンスセットアップを使用すると、各個々のＬＥＤについての予想出力パワーの定量的指示が取得されることが分かる。

本発明の方法は、少なくとも１つのＬＥＤダイ／チップ５、あるいは基板３またはウエハ上に形成される、より一般的な発光半導体材料を検査するのに好適である。１つのＬＥＤダイ／チップ５の少なくともエリアが、検査すべきＬＥＤダイ／チップ５中に電子正孔対を発生させることができる周波帯（λ_Ａ±λ_Ｂ）で照明される。その周波帯は、照明ビーム経路１１の第１のフィルタ１５を用いて取得される。カメラ９のセンサ１０を用いて、ＬＥＤダイ／チップ５によって放出された光の少なくとも一部がキャプチャされる。基板３上のＬＥＤダイ／チップ５によって放出された光のみがカメラ９およびセンサ１０に達することを確実するために、第２のフィルタ１６を配置することができ、それにより、センサ１０は、放出光の波長（λ_Ｃ＋λ_Ｄ）に反応する。波長λ_Ｃは、波長（λ_Ａ＋λ_Ｂ）よりも大きい。検査結果は、コンピュータシステム１７に供給されるセンサ１０の出力である。

検査結果は、ＬＥＤまたはＬＥＤダイ／チップ５の光出力パワーについて測度である。センサ１０の出力は、少なくとも１つの画素の少なくとも１つのグレー値である。通常、グレー値は、画素のマトリックスによって表される。例えば、８ビットコンピュータシステム１７の場合のグレー値の範囲は、ＬＥＤダイ／チップ５当たり０〜２５５である。出力パワーは、測定されたグレー値の関数である。関数は、ルックアップテーブルまたは多項式として実装することができる。ルックアップテーブルまたは多項式の較正は、電気プローバに接続されたときのＬＥＤサンプルの光出力パワーを測定することにより行われる。

検査結果は、ＬＥＤダイ／チップ５当たりの少なくとも１つのグレー値である。ＬＥＤは、それらのグレー値（少なくとも１つのしきい値）に従って、少なくとも２つのビンに分類され、ここでは、検査結果は、ＬＥＤダイ／チップ５当たり少なくとも２つのグレー値であり、１つのＬＥＤダイ／チップ５のグレー値における変動／差は、ＬＥＤダイ／チップ５の品質尺度として使用される。

各ＬＥＤダイ／チップ５の検査結果は、ＬＥＤダイ／チップ５当たり少なくとも１つのグレー値であり、放出光に関する安定度および偏差を検出するために、複数の検査画像（少なくとも２つ）が撮影される。全ての画像を同じ条件下で撮影することができ、あるいは、変動する照明強度および／または露出設定の下で画像を撮影することができる。これは、条件Ａ、Ｂなどが構成可能な場合、第１の検査画像は条件Ａで撮影され、第２の検査画像は条件Ｂで撮影されることを意味する。電気プローバからの結果を使用して、パラメータの較正を行うことができる。各ＬＥＤダイ／チップ５についてグレー値のヒストグラムが発生し、ヒストグラム分布を分析することによって、合格／不合格へのクラス分けが行われる。例えば、ヒストグラム分布が二峰形の場合は失敗、ヒストグラム分布が単峰形で低グレー値を有する場合は失敗、ヒストグラム分布が単峰形で高グレー値を有する場合は合格である。上記の方法のうちの１つを、電気プローバに対するプレチェック／ポストチェックとして使用することができる。

特定の実施形態を参照して本発明について記載してきた。しかしながら、当業者には、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、変更および修正をなし得ることは明らかである。

Claims (28)

1. 発光半導体デバイスの検査のための方法において、
   活性層の周囲の層によって吸収されず、前記活性層のみに吸収されるように、発光光源の周波帯λ_Ａ＋／−λ_Ｂを選択するステップと、
   電子正孔対が前記発光半導体の前記活性層中に発生し、発光半導体が前記電子正孔対の再結合プロセスによって引き起こされる光を放出するように、前記発光半導体の少なくとも所定のエリアを、前記光源により、検査すべき前記発光半導体中に電子正孔対を発生させることができる光の周波帯λ_Ａ＋λ_Ｂで照明するステップと、
   前記発光半導体によって放出された光の少なくとも一部λ_Ｃを対物レンズを通して検出するステップであって、前記放出光が、前記放出光の波長に反応するカメラのセンサを用いてキャプチャされ、前記放出光の前記波長が、前記周波帯の幅を上回る、検出するステップと、
   前記センサを用いてキャプチャされた、前記放出光のデータを、発光半導体の検査結果を計算するためにコンピュータシステムに転送するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記発光半導体によって放出された前記光が、順方向電圧が前記発光半導体に印加された場合と同様の波長≧λ_Ｃを有し、（λ_Ａ＋λ_Ｂ）＜λ_Ｃである、請求項１に記載の方法。
3. 前記光源が、前記光源の複数のＬＥＤによって発生した照明のための光の周波帯λ_Ａ＋／−λ_Ｂで、前記発光半導体の前記エリアを直接的に照明する、請求項１に記載の方法。
4. 前記対物レンズの後段の検出ビーム経路に第２のフィルタが配置され、それにより、前記発光半導体によって放出された光のみが、前記カメラの前記センサに達する、請求項３に記載の方法。
5. 前記光源が、前記対物レンズを通して前記発光半導体の前記エリアを照明し、照明のための前記光の周波帯λ_Ａ＋／−λ_Ｂが、照明ビーム経路中の前記対物レンズの前段に第１のフィルタを挿入することによって発生する、請求項１に記載の方法。
6. 検出ビーム経路中の前記対物レンズの後段に第２のフィルタが配置され、それにより、前記発光半導体によって放出された光のみが、前記カメラの前記センサに達する、請求項５の記載の方法。
7. 前記検出ビーム経路中の前記第２のフィルタが、前記カメラの前記センサに達する入射光の反射を阻止し、少なくとも波長λ_Ｃが、前記第２のフィルタを通る、請求項６に記載の方法。
8. 青色ＬＥＤの場合、前記活性層がＩｎＧａＮ層である、請求項１に記載の方法。
9. 青色ＬＥＤの場合、前記発光光源の前記周波帯が３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲である、請求項８に記載の方法。
10. 前記発光半導体が、基板上に形成された複数のＬＥＤダイ／チップを有し、ステージが、前記ＬＥＤダイ／チップとともに基板を移動させ、前記カメラの前記センサが、前記基板の表面全体の画像をキャプチャし、前記コンピュータシステムのディスプレイ上に前記ＬＥＤダイ／チップを有する前記表面のウエハマップが示され、グレー値の各クラスに別個のカラーコードが割り当てられる、請求項１に記載の方法。
11. 前記検査結果が、ＬＥＤ当たりの少なくとも１つのグレー値であり、前記ＬＥＤの前記検査結果が、それらのグレー値に従って少なくとも２つのビンに分類される、請求項１０に記載の方法。
12. 品質レベルの較正が、ＬＥＤサンプルを電気プローバに接続することにより前記ＬＥＤサンプルの光出力パワーを測定することによって行われる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記検査結果が、ＬＥＤダイ／チップ当たりの少なくとも２つのグレー値であり、１つのＬＥＤダイ／チップのグレー値における変動または差が、そのＬＥＤダイ／チップの品質尺度として使用される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記検査結果が、ＬＥＤダイ／チップ当たりの少なくとも１つのグレー値であり、前記方法が、
    同じ条件下で、各ＬＥＤダイ／チップの少なくとも２つの検査画像を撮影するステップと、
    ならびに／あるいは、変動する照明強度および／または構成可能である露出設定下で前記画像を撮影するステップと、
    各ＬＥＤダイについて発生した前記グレー値のヒストグラムを発生させるステップと、
    合格または失敗の基準を確立するために、前記ヒストグラムの分布を分析するステップと、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記発光光源が、リングライトである、請求項１に記載の方法。
16. 基板上の発光半導体デバイスの検査装置であって、
    光源と、
    検出ビーム経路を規定する対物レンズと、
    前記対物レンズを介して前記発光半導体デバイスから光を受信するための、前記検出ビーム経路に配置されたセンサを有するカメラであって、前記センサが、前記発光半導体デバイスのグレースケール値を登録する、カメラと、
    前記センサによってウエハマップフォームデータレジスタを計算するためのコンピュータシステムと、
    前記ウエハマップを視覚的に表示するためのディスプレイと、
    を備える、装置。
17. 前記検出ビーム経路に第２のフィルタが配置される、請求項１６に記載の装置。
18. 前記検出ビーム経路中の前記第２のフィルタが、前記センサに達する入射光の反射を阻止し、少なくとも波長λ_Ｃが、前記第２のフィルタを通る、請求項１７に記載の装置。
19. 前記光源が、リングライトである、請求項１６に記載の装置。
20. 前記リングライトが、複数のＬＥＤを有する、請求項１９に記載の装置。
21. 前記光源の照明ビーム経路中の第１のフィルタが、周波帯λ_Ａ＋λ_Ｂを通すように設計され、前記検出ビーム経路中の前記第２のフィルタが、前記センサに達する入射光の反射を阻止し、少なくとも波長λ_Ｃが、前記第２のフィルタを通る、請求項１６に記載の装置。
22. 前記光源が、同軸光源である、請求項２１に記載の装置。
23. 前記光源が、パルス光光源または連続スペクトル光源である、請求項１６に記載の装置。
24. 周波帯制約（λ_Ａ＋λ_Ｂ）＜λ_Ｃが、光学的な第１のフィルタおよび第２のフィルタを使用して実装される、請求項２１に記載の装置。
25. Ｘ／Ｙ方向に移動可能なステージが設けられ、前記コンピュータシステムが、前記基板上の前記発光半導体デバイスの表面全体が前記対物レンズを介して前記カメラの前記センサ中で画像化されるように前記ステージに制御された運動を提供する、請求項１６に記載の装置。
26. 前記発光半導体デバイスが、ＬＥＤダイ／チップであり、前記ＬＥＤの放出光は、照明によって発生する電子正孔対の再結合プロセスによって前記ＬＥＤの活性層中で生じ、順方向電圧が前記ＬＥＤに印加された場合と同様の波長を有する、請求項１６に記載の装置。
27. 基板上の発光半導体デバイスの検査装置であって、
    リング光源として構成された光源と、
    検出ビーム経路を規定する対物レンズと、
    前記対物レンズを介して前記発光半導体デバイスから光を受信するための、前記検出ビーム経路に配置されたセンサを有するカメラであって、前記センサが、前記発光半導体デバイスのグレースケール値を登録する、カメラと、
    前記センサによってデータレジスタからウエハマップを計算するためのコンピュータシステムと、
    前記ウエハマップを視覚的に表示するためのディスプレイと、
    を備える、装置。
28. 基板上の発光半導体デバイスの検査装置であって、
    同軸光源として構成された光源と、
    照明ビーム経路を規定する対物レンズであって、前記照明ビーム経路中の前記対物レンズの前段に第１のフィルタを配置することが可能である、対物レンズと、
    前記対物レンズを介して前記発光半導体デバイスから光を受信するための、前記検出ビーム経路に配置されたセンサを有するカメラであって、前記センサが、前記発光半導体デバイスのグレースケール値を登録する、カメラと、
    前記センサによってデータレジスタからウエハマップを計算するためのコンピュータシステムと、
    前記ウエハマップを視覚的に表示するためのディスプレイと、
    を備える、装置。

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