KR101052049B1

KR101052049B1 - 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치

Info

Publication number: KR101052049B1
Application number: KR1020100035763A
Authority: KR
Inventors: 박세근; 김한형
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-07-27

Abstract

본 발명은 광전지장치에 관한 것으로, 웨이퍼레벨에서 다수의 엘이디 소자에 대한 광학적 특성을 동시에 측정 가능하도록 하는 광전지장치 및 그 방법을 구현할 수 있다.
아울러 엘이디의 전기적 특성을 측정하기 위한 프로브카드와 결합이 가능하도록 광전지장치를 최적화하는 것도 가능하다.
본 발명의 광전지장치는 입사광으로부터의 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 광전지소자부; 상기 광전지소자부로부터의 전기적 신호를 증폭하는 제어회로부; 및 상기 제어회로부로부터의 전기적 신호로부터 상기 광전지소자부의 입사광의 세기를 출력하는 광량계산부;를 포함한다.

Description

발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치{Photocell Apparatus for Measuring Optical Characteristics of Light Emitting Devices}

본 발명은 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼레벨에서 발광소자의 전기적 특성의 측정뿐만 아니라 광학적 특성의 측정도 연속적으로 가능하도록 하기 위한 광전지장치에 관한 것이다.

엘이디(Light Emitting Diode, LED)는 디스플레이 분야뿐만 아니라, 조명기기 등 광범위한 용도로 사용되고 있으며, 향후 BLU(Back Light Unit), 디지털 조명 등의 시장 수요는 점진적·계속적으로 성장해 나갈 전망이다.

현재 엘이디 소자의 경우, 3-5족 화합물 반도체에 의해 주로 개발되고 있으며, 웨이퍼(Wafer)는 2인치와 4인치가 주로 사용되고 있으나, 향후 6인치 이상의 웨이퍼가 사용될 것으로 기대된다. 이는 한 장의 웨이퍼에서 보다 많은 엘이디 단일 소자를 생산 가능하여, 생산성과 비용의 저감이 가능해 짐을 의미한다.

일반적인 반도체 칩의 경우, 웨이퍼레벨의 테스트를 위해 프로브카드(Probe Card)를 제작하여 웨이퍼레벨에서 해당 반도체 칩의 기본적인 전기적 특성의 측정이 가능하여, 패키지(Package)하기 전에 불량칩의 대부분을 걸러낼 수 있어, 불량칩의 패키지 비용 및 패키지레벨에서의 테스트비용을 상당 부분 절감할 수 있다.

다만, 엘이디, 디스플레이 등 발광소자를 이용하는 경우 전기적 특성뿐만 아니라, 광학적 특성의 측정도 수반되어야 하는 까닭에 광학적 특성을 웨이퍼레벨에서 수행하는 것에 대한 많은 연구 및 개발이 진행되고 있다. 그 대표적인 예가 적분구에 의한 방식이지만 이는 동시에 다수의 칩을 테스트할 수 없어 테스트 비용 및 시간의 면에서 비효율적이었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 웨이퍼레벨에서 다수의 엘이디 소자에 대한 광학적 특성을 동시에 측정 가능하도록 하는 광전지장치 및 그 방법을 구현하는 것에 그 목적이 있다.

아울러 엘이디의 전기적 특성을 측정하기 위한 프로브카드와 결합이 가능하도록 광전지장치를 최적화하는 것에도 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광전지장치는, 입사광으로부터의 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 광전지소자부; 상기 광전지소자부로부터의 전기적 신호를 증폭하는 제어회로부; 및 상기 제어회로부로부터의 전기적 신호를 입력받아 상기 광전지소자부의 입사광의 세기를 출력하는 광량계산부;를 포함한다.

구체적으로 상기 광전지소자부는 웨이퍼 상에 어레이 형태로 다수의 광전지소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 광전지소자부의 바람직한 일실시예는, 식각 공정에 의해 표면이 비평탄 구조로 형성된 p형실리콘웨이퍼기판; 상기 p형실리콘웨이퍼기판 상에 증착에 의해 형성된 n형실리콘층; 상기 n형실리콘층 위에 일정 파장의 빛에 대해 필터 특성을 갖도록 증착된 필름막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 필름막은 상기 광전지소자부의 입사광이 백색광일 경우에는 가시광만 통과시키는 대역통과필터 특성 또는 백색광의 레드, 그린, 블루의 분광 특성의 측정을 위하여 레드, 그린, 블루 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터 특성을 갖는 것으로 다수가 준비되고, 다수의 준비된 상기 필름막이 각각 별도의 상기 광전지소자부에 증착되는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 필름막은 상기 광전지소자부의 입사광이 레드, 그린, 블루의 색채를 띤 경우, 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제어회로부의 바람직한 일실시예로서는 상기 광전지소자부로부터의 전기적 신호를 증폭하는 신호증폭모듈; 및 상기 신호증폭기의 이득을 조절하는 이득조절모듈;을 포함한다.

또한, 상기 제어회로부는, 상기 광전지소자부와 동일한 웨이퍼 내 또는 상기 웨이퍼 외부에 별도로 위치하는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 제어회로부는, 다수의 광전지소자의 일부만을 선택하여 측정할 수 있도록 스위치모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 광량계산부는, 상기 제어회로부로부터 출력되는 전기적 신호로부터 상기 광전지소자부의 입사광의 세기를 출력할 수 있도록 상기 전기적 신호와 상기 입사광의 세기의 관계에 대한 정보를 저장하는 데이터모듈을 포함한다.

본 발명의 광전지장치에 따르면, 웨이퍼레벨에서 다수의 엘이디 소자에 대한 광학적 특성을 동시에 측정 가능하도록 하는 광전지장치를 구현할 수 있다.

아울러 엘이디의 전기적 특성을 측정하기 위한 프로브카드와 결합이 가능하도록 광전지장치를 최적화하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광전지장치의 구성도이다.
도 2는 웨이퍼 상에 어레이 형태로 형성된 다수의 광전지소자를 나타낸다.
도 3은 발광소자 측정시의 발광소자가 형성된 웨이퍼, 프로브카드 및 광전지소자부의 위치도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광전지소자부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어회로부의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일시시예에 따른 제어회로부의 또 다른 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 광전지장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

프로브카드란 반도체의 특성을 패키지하기 전 단계인 웨이퍼레벨에서 측정하기 위하여 제작되는 보드를 말한다. 일반적으로 메모리 소자의 웨이퍼레벨에서의 전기적 특성을 측정하기 위한 프로브카드는 MEMS(Microelectromechanical Systems) 소자를 이용하여 제작되는 경우가 많다.

다만, 일반 반도체 소자와는 달리 엘이디와 같은 발광소자의 경우 전기적 특성뿐만 아니라, 광학적 특성도 소자의 사양을 결정짓는 주요한 요소이다. 이러한 광학적 특성을 전기적 특성과 연속적으로 다수의 소자에 대해 동시에 측정하기 위해서는 기존 MEMS 프로브카드와 광학적 특성의 측정을 위한 광전변환소자를 탑재한 보드가 결합될 필요가 있다.

즉, 광전변환소자를 이용하여 엘이디로부터의 빛을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 것에 의해 엘이디의 광학적 특석을 측정할 수 있다. 본 발명에서는 광전변환소자로서 광전지소자를 사용한 광전지장치를 구현하였다.

우선, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광전지장치의 구성도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 엘이디와 같은 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치(100)는 광전지소자부(10); 제어회로부(20); 및 광량계산부(30)를 포함한다.

상기 광전지소자부(10)는 엘이디와 같은 발광소자의 입사광으로부터의 광학적 신호를 전기적 신호, 즉 전류 신호로 변환하는 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 광전지소자부(10)는 웨이퍼 상에 어레이 형태로 다수의 광전지소자가 형성되어 있는 집합을 이른다. 특히 발광소자의 광학적 특성을 일대일로 측정할 수 있도록 상기 각 단일 광전지소자의 크기는 측정이 요구되는 발광소자와 같은 면적을 갖도록 설계되었다.

도 3에 실제 웨이퍼레벨의 발광소자의 전기적 및 광학적 특성의 측정 시 발광소자가 형성된 웨이퍼, 발광소자의 전기적 특성의 측정을 위한 프로브카드 및 본 발명의 광전지소자부(10)의 위치 관계를 도시하였다. 참고로 도 3에서 발광소자가 형성된 웨이퍼 상에서 발광소자는 웨이퍼의 윗면에 형성되어 있고, 광전지소자부(10)에서 광전지소자는 아래쪽으로 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 광전지소자부(10)의 단면도를 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 광전지소자부(10)는 p형실리콘웨이퍼기판(11); n형실리콘층(12); 및 필름막(13);을 포함한다.

구체적으로 공정 과정을 통해 상기 광전지소자부(10)에 대해 설명하기로 한다.

먼저 상기 p형실리콘웨이퍼기판(11)이 식각 공정에 의해 표면이 비평탄 구조로 형성되며, 상기 p형실리콘웨이퍼기판(11) 위에 증착에 의해 n형실리콘층(12)이 형성되며, 상기 n형실리콘층(12) 위에 일정 파장의 빛에 대해 필터 특성을 갖도록 증착된 필름막(13)이 형성된다.

본 발명에서는 도 4의 (c)와 같은 단면도를 갖는 광전지소자부(10)를 제작하였으며, 도 4의 (c)와 같은 구조에 의해 도 4의 (a)나 (b)에 비해 광전지소자부(10)의 효율을 높이는 것이 가능하다.

또한, 상기 p형실리콘웨이퍼기판(11)의 모양을 형성하기 위한 식각 공정에 있어서, KOH를 이용한 습식식각(Wet Etching) 방법에 의해 실리콘웨이퍼기판의 결정방향에 따라 식각이 되는 특성을 이용하여 도 4의 (c)와 같은 상기 p형실리콘웨이퍼기판(11)의 모양을 형성하였다.

상기 필름막(13)은 상기 광전지소자부(10)의 입사광이 백색광일 경우에는 가시광만 통과시키는 대역통과필터 특성 또는 백색광의 레드, 그린, 블루의 분광 특성의 측정을 위하여 레드, 그린, 블루 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터특성을 갖는 것으로 다수가 준비되고, 다수의 준비된 상기 필름막(13)이 각각 별도의 상기 광전지소자부(10)에 증착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 필름막(13)은 상기 광전지소자부(10)의 입사광이 레드, 그린, 블루의 색채를 띤 경우, 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터 특성을 갖는다.

상기와 같은 입사광의 파장 특성에 부합하는 대역통과필터 특성의 상기 필름막(13)에 의해 엘이디와 같은 발광소자의 입사광의 분광 특성은 보다 정밀하게 측정될 수 있다.

상기 제어회로부(20)는 상기 광전지소자부(10)로부터의 미약한 신호를 상기 광량계산부(30)로 출력하기 위해 적절한 크기의 신호로 증폭하는 역할을 한다. 도 5에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제어회로부(20)의 구성도를 참조하며, 보다 구체적으로 상기 제어회로부(20)의 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 제어회로부(20)는 상기 광전지소자부(10)로부터의 전기적 신호를 증폭하는 신호증폭모듈(21); 및 상기 신호증폭모듈(21)의 이득을 조절하는 이득조절모듈(22);을 포함한다.

상기 제어회로부(20)는 상기 광전지소자부(10)와 동일한 웨이퍼 내 또는 상기 웨이퍼 외부에 별도로 위치할 수 있다.

상기 광전지소자부(10)로부터의 전기적 신호는 작은 수광면적으로부터의 입사광에 의해 생성된 것으로 바로 검출하기에는 충분한 신호 세기에 달하지 않을 수 있어 이에 대비하여 상기 신호증폭모듈(21)에 의해 증폭을 행하게 된다.

또한, 발광소자의 가혹테스트를 실행하는 경우 아주 강한 세기의 입사광이 예측될 수 있고, 또한 배경 잡음의 측정이 요구될 경우는 입사광의 세기는 아주 미약하므로, 이에 대비하여 상기 이득조절모듈(22)에 의해 상기 신호증폭모듈(21)의 이득을 조정 가능하도록 본 발명의 광전지장치(100)는 설계되었다.

또한, 상기 제어회로부(20)는 상기 광전지소자부(10)의 다수의 광전지소자 중 일부만을 선택하여 측정할 수 있도록 스위치모듈(23)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 광전지장치(100)는 웨이퍼레벨에서의 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 것으로 모든 광전지소자가 동시에 측정되는 것이 아니라, 일정 수의 광전지소자만이 동시에 측정되므로 상기 제어회로부(20)는 모든 광전지소자 수만큼 구비될 필요가 없어 상기 스위치모듈(23)에 의해 측정에 사용될 광전지소자의 일부만을 선택 가능하도록 한 것이다. 도 6에 스위치모듈(23)이 더 포함된 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제어회로부(20)의 구성도를 나타내었다.

아울러 상기 광량계산부(30)는, 상기 제어회로부(20)로부터 출력되는 전기적 신호로부터 상기 광전지소자부(10)의 입사광의 세기를 출력할 수 있도록 상기 전기적 신호와 상기 입사광의 세기의 관계에 대한 정보를 저장하고 있는 데이터모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

100 : 광전지장치
10 : 광전지소자부 20 : 제어회로부
30 : 광량계산부
11 : p형실리콘웨이퍼기판 12 : n형실리콘층
13 : 필름막
21 : 신호증폭모듈 22 : 이득조절모듈
23 : 스위치모듈

Claims

광전지장치에 있어서,
입사광으로부터의 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 광전지소자부;
상기 광전지소자부로부터의 전기적 신호를 증폭하는 제어회로부; 및
상기 제어회로부로부터의 전기적 신호를 입력받아 상기 광전지소자부의 입사광의 세기를 출력하는 광량계산부;를 포함하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제1항에 있어서, 상기 광전지소자부는,
식각 공정에 의해 표면이 비평탄 구조로 형성된 p형실리콘웨이퍼기판;
상기 p형실리콘웨이퍼기판 상에 증착에 의해 형성된 n형실리콘층;
상기 n형실리콘층 위에 일정 파장의 빛에 대해 필터 특성을 갖도록 증착된 필름막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광전지소자부는,
웨이퍼 상에 어레이 형태로 다수의 광전지소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제2항에 있어서, 상기 필름막은,
상기 광전지소자부의 입사광이 레드, 그린, 블루의 색채를 띤 경우, 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제2항에 있어서, 상기 필름막은,
상기 광전지소자부의 입사광이 백색광일 경우에는 가시광만 통과시키는 대역통과필터 특성 또는 백색광의 레드, 그린, 블루의 분광 특성의 측정을 위하여 레드, 그린, 블루 각각의 색채에 대한 중심 파장을 중심으로 하는 대역통과필터 특성을 갖는 것으로 다수가 준비되고, 다수의 준비된 상기 필름막이 각각 별도의 상기 광전지소자부에 증착되는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제1항에 있어서, 상기 제어회로부는,
상기 광전지소자부로부터의 전기적 신호를 증폭하는 신호증폭모듈; 및
상기 신호증폭기의 이득을 조절하는 이득조절모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제6항에 있어서, 상기 제어회로부는,
상기 광전지소자부와 동일한 웨이퍼 내 또는 상기 웨이퍼 외부에 별도로 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제6항에 있어서, 상기 제어회로부는,
다수의 광전지소자의 일부만을 선택하여 측정할 수 있도록 스위치모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.
제1항에 있어서, 상기 광량계산부는,
상기 제어회로부로부터 출력되는 전기적 신호로부터 상기 광전지소자부의 입사광의 세기를 출력할 수 있도록 상기 전기적 신호와 상기 입사광의 세기의 관계에 대한 정보를 저장하고 있는 데이터모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자의 광학적 특성을 측정하기 위한 광전지장치.