KR101089787B1 - 포토루미네선스 이미징을 이용한 ｌｅｄ 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법 - Google Patents

포토루미네선스 이미징을 이용한 ｌｅｄ 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 수십초 이내의 단시간에 에피웨이퍼의 PL 특성을 검사할 수 있는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 출력하는 조명부와; 상기 조사된 광에 의해 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부와; 상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 다수의 대역통과필터로 이루어진 필터부와; 상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 다수의 대역통과필터 각각에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로, 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 하여 파장 및 세기가 표시되는 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 에피웨이퍼 상의 위치에 따른 PL 파장 및 세기 분포를 확인할 수 있고 수십초 이내의 단시간에 검사할 수 있는 효과가 있다.
포토루미네선스, 이미징, 에피웨이퍼, 검사

Description

포토루미네선스 이미징을 이용한 ＬＥＤ 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법{Apparatus and method for inspecting LED epiwafer using photoluminescence imaging}
본 발명은 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히, LED 에피웨이퍼에 광을 조사하여 방출되는 광을 촬영한 포토루미네선스 이미징(photoluminescence imaging)의 영상처리를 통하여 에피웨이퍼의 검사 시간을 단축할 수 있는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
LED 에피웨이퍼는 유기 금속화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)을 이용하여 기판 위에 필요한 결정층을 성장한 웨이퍼이다.
도 9는 LED 에피웨이퍼의 단면도이다.
청색 LED 및 녹색 LED의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 주로 사파이어 기판 위에 질화계 반도체를 성장하나, 적색 LED 및 황색 LED의 경우에는 주로 갈륨비소 기판 위에 포스파이드계 반도체를 성장하여 제조된다.
일반적으로 필요한 결정층을 성장한 LED 에피웨이퍼는 칩(소자) 제작공정으 로 투입되기 전에 검사과정을 거치는데, 이때 주로 사용하는 것이 포토루미네선스(이하, PL라 함)이다.
PL 측정은 LED 에피웨이퍼의 활성층에 대한 특성을 검사하기 위한 것으로 LED의 파장을 결정하는 활성층의 밴드갭 에너지보다 높은 에너지를 가지는 광, 즉, LED의 파장보다 짧은 파장을 가지는 광을 여기광으로 사용하여 활성층의 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시키고, 이 여기된 전자들이 에너지를 광으로 방출하면서 다시 가전자대로 떨어질 때 이 광을 검출하는 것이다.
PL 측정을 통해 LED 에피웨이퍼의 활성층 결정이 칩으로 동작하기에 충분한 양질의 결정인지를 검사하기 위한 항목은 PL 파장, PL 세기 및 PL 스펙트럼의 반치폭 등이다.
LED 에피웨이퍼를 검사하는 방법은 위치별로 p-n접합구조 층이 성장된 에피웨이퍼의 특성을 파악하는 검사하는 것으로, 주로 사용되는 방법은 PL 맵핑(mapping)이다. 이와 같은 PL 맵핑 방법은 에피웨이퍼 상에 형성된 각 검사 대상 소자(검사 대상 포인트)에 대하여 PL 신호를 검출하고 그 결과를 맵핑하여 에피웨이퍼 상 위치에 따른 PL 특성의 분포를 확인한다.
그러나, 종래의 PL 맵핑을 사용하여 LED 에피웨이퍼를 검사하는 방법은 에피웨이퍼 상의 각 세부영역별로 여러 포인트에 대하여 PL신호를 검출하기 때문에 검사시간은 에피웨이퍼 1개당 수분 정도이며, 예를 들면, 2인치 웨이퍼의 경우 2~3분 정도 소요되어 검사시간이 비교적 장시간 소요되는 문제점이 있다.
더욱이, 향후 LED 생산시 에피웨이퍼의 대형화와 대량생산 추세를 고려할 때, 에피웨이퍼의 PL 특성 분석은 보다 빠르고 많은 정보를 얻을 수 있는 분석과 검사 방법으로 개발될 것이 요구되고 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 목표 파장에 대응하는 대역통과필터를 이용하여 PL 신호를 CCD 카메라로 검출하고 영상처리를 통해 분석하여 수십초 이내의 단시간에 에피웨이퍼의 PL 특성을 검사할 수 있는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 출력하는 조명부와; 상기 조사된 광에 의해 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부와; 상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 다수의 대역통과필터로 이루어진 필터부와; 상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 다수의 대역통과필터 각각에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로, 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 하여 파장 및 세기가 표시되는 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 조명부의 출력광의 파장을 조절하고, 상기 필터부의 통과 대역을 순차적으로 선택하는 제어부와; 상기 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치는 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광의 세기를 변경하면서 출력하는 조명부와; 상기 조사된 광에 의해 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부와; 상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 필터부와; 상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 출력광의 변경되는 세기에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로 해당 세부영역의 세기 변화율에 따라 상기 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 조명부의 출력광의 세기 및 파장을 조절하는 제어부와; 상기 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 영상처리부는 상기 획득된 영상이 그레이 스케일(grey scale) 또는 색상으로 표시되도록 연산할 수 있다.
바람직하게는 상기 출력된 광을 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 확산부를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 LED 에피웨이퍼의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 하는 렌즈부를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 렌즈부는 상기 LED 에피웨이퍼의 크기에 따라 배율이 결정될 수 있다.
바람직하게는 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광의 세기 및 파장을 측정하는 스펙트럼 분석기를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 영상처리부는 상기 스펙트럼 분석기에서 측정된 광의 세기를 기초로 상기 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법은 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 조사 단계와; 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 다수의 대역통과필터를 통하여 획득하는 촬영 단계와; 상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 다수의 대역통과필터 각각에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로, 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 하여 파장 및 세기가 표시되는 영상을 생성하는 영상처리 단계;를 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 촬영 단계는 상기 다수의 대역통과필터를 순차적으로 선택하여 촬영할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법은 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광의 세기를 변경하면서 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 조사 단계와; 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 다수의 대역통과필터를 통하여 획득하는 촬영 단계와; 상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 출력광의 변경되는 세기에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로 해당 세부영역의 세기 변화율에 따라 상기 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성하는 영상처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 영상처리 단계는 상기 획득된 영상이 그레이 스케일(grey scale) 또는 색상으로 표시되도록 연산할 수 있다.
바람직하게는 상기 촬영 단계는 상기 LED 에피웨이퍼의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 상기 LED 에피웨이퍼의 크기에 따라 촬영 배율을 결정할 수 있다.
바람직하게는 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광의 세기 및 파장을 스펙트럼 분석기를 이용하여 측정하는 측정 단계를 추가로 포함하고, 상기 영상처리 단계는 상기 스펙트럼 분석기에서 측정된 광의 세기를 기초로 상기 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치 및 그 방법은 LED 에피웨이퍼의 PL을 CCD 카메라또는 CMOS 카메라로 검출하고 영상 신호처리를 통해 분석함으로써, 에피웨이퍼 상의 위치에 따른 PL 파장 및 세기 분포를 용이하게 확인할 수 있고 수십초 이내의 단시간에 검사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 여기광의 파장이나 세기 등 검사조건을 변화시키면서 PL 이미징을 획득함으로써, PL 효율 분포와 같은 PL 맵핑에 따른 검사 방법으로 알 수 없는 결정 특성을 획득할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이다.
LED 에피웨이퍼 검사 장치(10)는 광을 출력하는 광원(110)과, 출력된 광을 확산시키는 확산판(120), 조사된 광에 의해 LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부(130)와, 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 필터부(140)와, 획득된 영상을 처리하여 PL 이미징을 생성하는 영상처리부(150)와, PL 특성을 디스플레이하는 디스플레이부(160)와, 광원(110)의 파장 및 세기 및 필터부(140)를 제어하는 제어부(170)와, LED 에피웨이퍼(300)를 고정시키는 스테이지(200)로 구성된다.
광원(110)은 검사대상 LED 에피웨이퍼(300)의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 출력한다.
여기서, 기판 상에 필요한 LED 구조층을 성장시킨 LED 에피웨이퍼(300)를 검사하기 위해서는 LED 에피웨이퍼(300)의 할성층의 밴드갭 에너지보다 높은 에너지를 갖는 여기광, 즉, LED의 발광파장보다 짧은 파장의 여기광이 필요하다. 예를 들면, 450㎚ 영역 청색 LED 에피웨이퍼를 검사하는 경우, 광원(110)은 325㎚ He-Cd 레이저 또는 GaN계 청자색 또는 자외선 레이저 다이오드(laser diode)인 것이 바람직하다.
확산부(120)는 호모지나이저(homogenizer) 또는 디퓨져(diffuser)와 같은 광학부품으로서, 광원(110)으로부터 출력된 여기광을 LED 에피웨이퍼(300)의 전체 표면상에 균일하게 조사되도록 필요한 크기로 확산시킨다.
촬영부(130)는 확산판(120)으로부터 조사된 광에 의해 LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 카메라(132)와, LED 에피웨이퍼(300)의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 하는 렌즈(134)로 구성된다.
카메라(132)는 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라일 수 있으며, 이미지 센서(image sensor)의 크기에 따라 픽셀당 LED 에피웨이퍼(300)상의 면적이 결정되는데, 예를 들면, 1024x1024의 크기로 2인치 에피웨이퍼를 검사하는 경우 픽셀당 50㎛의 영역에 대응된다.
여기서, 촬영되는 영상의 실제 해상도에 따라 픽셀을 5x5 또는 10x10 정도 또는 더 넓은 구역으로 매크로 블록을 설정하고 각 픽셀의 영상신호를 평균하여 해당 매크로 블록의 영상신호로 사용할 수 있으며, 이때, 이 매크로 블록은 LED 에피웨이퍼(300) 상에서 0.25~1㎟ 또는 그 이상의 영역에 대응된다.
렌즈(134)는 카메라(132)의 전단에 설치되며, LED 에피웨이퍼(300)에 대한 전체영역이 한 프레임에 검출되도록 검사대상 LED 에피웨이퍼(300)의 크기에 따라 배율이 결정된다. 여기서, 렌즈(134)의 배율은 LED 에피웨이퍼(300)의 세부영역을 확대할 수 있도록 조정할 수도 있다.
필터부(140)는 촬영부(130)의 전단, 즉, 촬영부(130)와 스테이지(200) 사이에 설치되며, 다수의 대역통과필터(142a~e)로 구성될 수 있다.
이러한 필터부(140)가 다수의 대역통과필터(142a~e)로 구성되는 이유는 LED 에피웨이퍼(300)의 결정특성을 검사하기 위하여 검사대상 LED 에피웨이퍼(300)의 목표 파장에 대응하는 통과대역에 의해 1차적인 세기 분포를 측정하는 것이 요구되는데, 여기서, LED 에피웨이퍼(300)의 위치별 특성 산포에 따라 방출광의 파장이 균일하지 않을 수 있기 때문에 서로 다른 통과대역을 갖는 다수의 대역통과필터를 이용하여 측정하기 위한 것이다.
각 대역통과필터(142a~e)는 LED 에피웨이퍼(300)로부터의 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는데, 각 통과대역은 PL 스펙트럼으로부터 결정하며, 청색 LED의 경우에는 440~460㎚ 영역이 바람직하다.
영상처리부(150)는 촬영부(130)로부터 획득된 영상에서 LED 에피웨이퍼(300) 에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하는데, 획득된 영상의 각 부분별 세기 분포가 그레이 스케일(grey scale) 또는 색상으로 표시되도록 연산한다. 여기서, 영상의 밝은 부분은 세기가 강한 영역을 나타내며, 이러한 PL 영상은 연속적인 형태로 구성할 수도 있고, 인접하는 픽셀들로 매크로 블록을 정하고 그 평균값을 나타내도록 하여 전체적인 LED 에피웨이퍼(300)상의 특성을 나타낼 수도 있다.　
또한, 영상처리부(150)는 다수의 대역통과필터(142a~e) 각각의 통과대역 부근의 파장영역을 갖는 광에 대하여 촬영부(130)로부터 획득된 PL 영상을 기초로, 방출광의 파장대역에 따라 세기가 큰 영역별로 영상을 재구성한다. 즉, 영상처리부(150)는 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 표시되는 영상을 생성한다.
디스플레이부(160)는 검사자가 측정된 LED 에피웨이퍼(300)의 PL 특성을 확인할 수 있도록 영상처리부(150)에서 처리된 영상을 디스플레이한다.
제어부(170)는 광원(110)의 출력광의 파장을 설정에 따라 조절하고, 각 통과대역에 따른 파장대역의 PL을 측정할 수 있도록 다수의 대역통과필터(142a~e)를 순차적으로 선택한다.
스테이지(200)는 유기 금속화학 증착법에 의해 성장된 LED 에피웨이퍼(300)를 웨이퍼홀더를 통하여 고정시키고 공정 순서에 따라 LED 에피웨이퍼(300)를 이동시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 에피웨이퍼 검사 장치(10)는 LED 에피웨이퍼(300)에서 나타나는 PL의 분포를 상온에서 카메라(132)로 검출하고 신호의 밝기, 즉 PL 세기에 따라 영상을 처리하여 디스플레이한다.
여기서, LED 에피웨이퍼(300)의 PL을 스펙트럼분석기를 이용하여 관찰하면 도 2와 같다.
도 2는 PL 세기와 파장의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이 PL의 특성을 파장에 따라 세기가 변화하는데, LED의 경우 기판 위에 결정성장에 의해 필요한 층을 적층하므로 부분별로 특성이 달라질 수 있다. 즉, LED 에피웨이퍼(300)상의 각 위치별로 PL 파장의 차이가 있을 수도 있고 세기의 차이가 있을 수도 있는데, 특정 대역 파장의 광만 통과시키는 대역통과필터(142a~e)에 의해 이 파장대역 부근의 광만 카메라(132)로 촬영하면, LED 에피웨이퍼(300) 상에서 각 통과대역의 파장이 중심파장이 되는 영역은 PL의 세기가 가장 크고 영상에서 가장 밝게 나타나며, PL 세기가 낮은 부분은 어둡게 나타난다.
이와 같이 LED 에피웨이퍼(300) 상에서도 부분별로 PL 파장이 조금씩 다르게 나타나는 부분이 존재하는데, 로테이션(rotation) 등의 방법에 의해 다수의 대역통과필터(142a~e)를 사용하여 각 필터별로 영상을 획득한 후 영상의 위치별로, 즉 LED 에피웨이퍼(300) 상의 위치별로 각각의 세기를 비교한 다음에 이것을 하나의 영상으로 나타내어 디스플레이한다. 이때 위치별로 가장 세기가 강한 파장, 즉 대역통과필터(142a~e)의 중심파장을 표시하여 디스플레이함으로써 전체 웨이퍼상에서 세기와 파장에 대한 정보를 나타낼 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 다수의 대역통과필터에 의해 촬영된 영상의 예이고, 도 4는 도 3의 영상을 이용하여 PL 파장 특성을 나타내는 영상의 예이다.
여기서, LED 에피웨이퍼(300)의 목표 파장을 λ라 하고 목표 파장에서는 벗어나지만 허용이 가능한 파장의 차이를 Δλ라고 가정하고, 다수의 대역통과필터(142a~e)의 중심 파장은 도 3에서 λ-Δλ(a), λ-Δλ/2(b), λ(c), λ+Δλ/2(d), λ+Δλ(e)이다. 이때, 대역통과필터의 중심파장은 이외에도 다른 기준으로 선정할 수도 있다.
LED 에피웨이퍼(300)에 균일한 세기의 여기광이 조사하고 PL을 여기시키면,도 3에 도시된 바와 같이 각 대역통과필터(142a~e)를 통과한 PL 영상을 획득한다.
각 영상은 밝을수록 세기가 큰 영역이며, 해당 파장 대역에서 세기가 큰 영역이 나타나는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 5개의 영상중 세기가 가장 크게 나타나는 파장 대역을 LED 에피웨이퍼(300) 상의 해당 영역에 나타나도록 PL 영상을 생성한다.
예를 들면, LED 에피웨이퍼(300)의 좌측 영역에 대하여 가장 밝은 영상은 도 3의 b이고 이에 대응하는 중심 파장은 λ-Δλ/2이므로, 도 4에서는 간단히 -Δλ/2로 표시되도록 하였다. 여기서, 영상의 표시는 색채, 그레이 스케일 또는 다른 방법으로 나타낼 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이다.
본 실시예는 광원(510)의 출력광 세기, 필터부(540)의 구성 및 영상처리 부(550)를 제외한 구성이 실시예 1과 동일하므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
광원(510)은 제어부(570)의 제어에 따라 출력광의 세기를 변경하면서 광을 출력한다.
전술한 바와 같이, LED 에피웨이퍼(300)는 적층공정에 따라 세부영역별 특성에 차이가 존재하는데, 그중 PL 효율은 LED 에피웨이퍼(300) 내부의 양자효율과 관계가 있는 것으로 LED 에피웨이퍼(300)의 각 세부영역별로 활성층의 결정질이 어느 정도인지 판단하는 근거가 될 수 있으며, 이 PL 효율을 측정하기 위해서 서로 다른 세기의 여기광에 대한 PL 세기의 변화를 측정한다.
한편, 본 발명자들은 PL 효율과 내부양자 효율과의 관계를 수식화하는 연구를 진행중이며, 수식화가 완성되면 PL 영상을 통해 직접적으로 내부양자효율을 나타낼 수도 있다.
필터부(540)는 LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출된 광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 하나의 대역통과필터로 구성된다. 본 실시예에서는 광원(510)의 세기에 따른 PL의 세기 변화를 측정하기 위하여 동일 파장대역에 대해서만 측정하기 때문에 하나의 대역통과필터로만 구성되지만, 필요에 따라 여러 파장대역에 대해서도 측정이 필요한 경우에는 다수의 대역통과필터로 구성할 수도 있다.
영상처리부(550)는 제 1 실시예와 마찬가지로 촬영부(530)로부터 획득된 영상에서 LED 에피웨이퍼(300)에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산한다.
또한, 영상처리부(550)는 광원(510)의 서로 다른 세기의 출력광에 대하여 촬 영부(530)로부터 획득된 PL 영상을 기초로, 여기광의 세기변화에 따라 PL 세기의 변화율이 높은 영역별로 영상을 재구성한다. 즉, 영상처리부(550)는 해당 세부영역에 대한 PL 세기 변화율에 따라 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 에피웨이퍼 검사 장치(50)는 광원(510)에서 출력되는 여기광의 세기를 변화시키면서 LED 에피웨이퍼(300) 상의 다수의 영상을 획득하고, 각 영상의 세부영역을 비교하여 PL 세기의 변화를 측정하며 이를 기초로 PL 효율을 나타내는 하나의 영상을 생성한다. 여기서, 각 세부영역의 변화정도는 색채 또는 그레이 스케일 등으로 정량화하여 LED 에피웨이퍼(300) 상의 PL 효율을 하나의 영상으로 디스플레이한다.
일반적으로 여기광의 세기에 따라 PL 세기는 증가하지만, 전술한 바와 같이, LED 에피웨이퍼(300) 상의 위치에 따라 그 증가폭은 서로 다르다.　이는 PL 효율이 서로 다르기 때문이며 또한, LED 에피웨이퍼(300)의 내부 효율과 밀접한 관련이 있다. 따라서, 각각의 여기광의 세기별 PL 영상을 분석하여 여기광의 세기에 따른 PL 영상의 변화를 LED 에피웨이퍼(300)의 각 영역별 PL 효율로서 디스플레이할 수 있다.
도 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 6은 광의 세기에 따른 PL 효율 특성을 나타내는 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
LED 에피웨이퍼 검사 장치(10)는 동일한 LED 에피웨이퍼(300)에 대하여 여기 광의 세기를 변화시키면서, 예를 들면, 10㎽, 20㎽, 30㎽, …, 80㎽로 변화시키면서, PL 세기 분포가 표시된 각각의 LED 에피웨이퍼(300) 영상을 획득한다.
예를 들면 5x5 또는 10x10 픽셀의 세부영역별로 영상을 비교하여 PL 세기의 변화율을 연산한다. 도 6에서, 좌측 영역이 우측 영역에 비하여 여기광의 세기가 증가할수록 PL 세기가 더 빨리 증가하는데, 이는 좌측 영역이 우측 영역에 비하여 PL 효율이 높은 영역이라고 할 수 있다.
이와 같은 여기광 세기 변화에 대한 PL 세기 변화의 결과를 하나의 영상으로 디스플레이하면 LED 에피웨이퍼(300) 상의 세부영역별로 PL 효율을 나타낼 수 있다.
이와 같이 본 발명은 PL 이미징을 이용하여 LED 에피웨이퍼(300)의 위치에 따른 PL 파장, 세기 분포 등의 특성을 수십초 이내의 단시간에 검사할 수 있는 장점을 이용하여 검사 조건을 변경함으로써, LED 에피웨이퍼(300)의 특성과 보다 밀접한 관련이 있으며, PL 효율 분포 등과 같이 종래의 PL 맵핑법으로 알 수 없는 정보, 예를 들면, LED 에피웨이퍼(300)의 특성을 예측하는데 보다 효과적인 특성을 얻을 수 있으므로, LED 칩 제작투입 여부를 판단하는데 더 효과적인 정보를 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이다.
본 실시예는 영상처리부(750) 및 스펙트럼분석기(780)를 제외한 구성이 실시예 1과 동일하므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
보안등 자동 점멸 장치(70)는 다수의 LED 에피웨이퍼(300)에 대한 PL 특성을 상대비교할 경우, 각 LED 에피웨이퍼의 PL 이미징 결과에서 그레이 스케일로 변환하기 직전에 가장 높은 세기 또는 전체 LED 에피웨이퍼 상의 평균 세기를 측정한 후 이를 기초로 각각의 LED 에피웨이퍼간 PL 세기를 상대 비교할 수 있는데, 이때, 노이즈의 영향 또는 국소적인 차이에 의해 벗어나는 값을 가질 가능성이 있으므로 LED 에피웨이퍼에서 조금 떨어진 위치에서 스펙트럼분석기(780)에 의해 스펙트럼을 측정하여 상대 비교를 수행한다.
영상처리부(750)는 스펙트럼분석기(780)에서 측정된 광의 세기를 기초로 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼(300)에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정한다.
스펙트럼분석기(780)는 LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광의 세기 및 파장을 광섬유(782)를 통하여 측정한다.
여기서, PL 영상을 디스플레이할 때 한 장의 영상에서 최대 광세기와 최저 광세기를 검출하고 이를 밝기로 나타내기 때문에 서로 다른 검사조건의 영상, 특히 다른 LED 에피웨이퍼(300)와 비교할 경우, 밝기가 같다고 그 위치의 세기가 같은 것은 아니므로, 각 PL 영상을 획득할 때 스펙트럼분석기(780)를 항상 일정한 위치에 고정한 후 PL 스펙트럼을 촬영한 다음 이때 나타나는 PL 세기 값을 이용하여 PL 영상의 세기를 보정한다.
본 실시예는 LED 에피웨이퍼(300)를 여러장 비교하거나, 서로 다른 세기 및 파장 조건에 대한 영상을 비교하는 경우, 스펙트럼분석기(780)을 통하여 실제적인 PL 스펙트럼을 측정하고, 이를 이용하여 각 중심파장 세기를 나타내는 PL 영상을 보정함으로써 상대비교가 가능하다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법의 순서도이다.
포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법은 검사대상 LED 에피웨이퍼(300)에 광을 균일하게 조사하는 단계(단계 S801)와, LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광을 촬영하는 단계(단계 S802)와, 촬영된 다수의 영상을 기초로 PL 특성을 나타내는 하나의 영상을 생성하는 단계(단계 S803)로 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 먼저, LED 에피웨이퍼(300)의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 확산판(120)을 통하여 LED 에피웨이퍼(300)에 균일하게 조사한다(단계 S801).
이때, PL 특성에 따른 검사조건에 따라, 광원(110)의 세기를 변경하는데, PL 분포 및 PL 파장을 검사하는 경우에는 광원(110)은 동일한 세기의 여기광을 출력하고, PL 효율을 검사하는 경우에는 서로 다른 세기의 여기광을 출력한다.
다음으로, 여기광에 의해 LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광에서 미리 설정된 통과대역을 갖는 필터부(140)를 통하여 특정대역의 파장을 갖는 광에 대한 영상을 획득한다(단계 S802).
여기서, LED 에피웨이퍼(300)의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 LED 에피웨 이퍼(300)의 크기에 따라 촬영 배율을 결정하는데, 예를 들면, CCD 카메라(132) 전단에 설치된 렌즈(134)의 배율을 조정한다.
이때, PL 특성에 따른 검사조건에 따라, 영상획득 방법을 변경하는데, PL 분포 및 PL 파장을 검사하는 경우에는 필터부(140)는 서로 다른 통과대역을 갖는 다수의 대역통과필터(142a~e)를 통하여 영상을 획득하며, 이 경우 다수의 대역통과필터(142a~e)를 순차적으로 선택하면서 촬영한다.
또한, PL 효율을 검사하는 경우에는 다른 검사조건, 예를 들면, PL 파장에 대해서는 동일한 조건을 하기 위하여 하나의 대역통과필터만을 사용할 수도 있고, 한번에 여러가지 특성을 검사하기 위하여 다수의 대역통과필터(142a~e)를 사용할 수도 있다.
또한, 서로 다른 영상 또는 다른 LED 에피웨이퍼(300)의 PL 특성을 비교하는 경우에는 각 영상마다의 PL 세기를 동일한 기준으로 보정할 필요가 있는데 이를 위해 각 검사조건에서 영상을 획득하는 동시에, LED 에피웨이퍼(300)로부터 방출되는 광의 세기 및 파장 등의 PL 스펙트럼을 측정한다.
다음으로, 서로 다른 검사조건에서 획득된 영상을 기초로 PL 파장 및 세기 분포, PL 효율 등을 나타내는 하나의 영상을 생성한다(단계 S803).
보다 상세하게는 먼저, 획득된 각각의 영상에서 LED 에피웨이퍼(300)에 대응하는 세부영역별로 그 세기를 연산하는데, 획득된 영상이 그레이 스케일 또는 색상으로 표시되도록 연산한다.
이때, 검사하고자 하는 PL 특성을 디스플레이할 수 있는 영상을 생성하는데, PL 세기 및 분포 특성을 검사하는 경우에는 서로 다른 파장대역의 방출광에 대한 영상을 기초로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 표시되는 영상을 생성한다.
또한, PL 효율 특성을 검사하는 경우에는 서로 다른 여기광의 세기에 따라 획득된 영상을 기초로, 도 6에 도시된 바와 같이 여기광의 세기 변화에 따른 방출광의 세기 변화율을 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성한다.
또한, 서로 다른 영상 또는 다른 LED 에피웨이퍼(300)의 PL 특성을 비교하는 경우에는 스펙트럼분석기(780)에서 측정된 광의 세기를 기초로 각 영상, 즉, 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼(300)에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정한다.
이와 같이 처리된 영상을 검사자가 확인할 수 있도록 디스플레이한다.
이러한 방법에 의해 단시간에 PL 특성을 검사할 수 있을 뿐만 아니라 단시간의 검사를 이용하여 다양한 PL 특성 또는 LED 에피웨이퍼(300)의 실질적인 특성을 효율적으로 분석하는데 응용할 수 있는 특성 정보를 검사할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이고,
도 2는 PL 세기와 파장의 관계를 나타낸 그래프이며,
도 3은 다수의 대역통과필터에 의해 촬영된 영상의 예이고,
도 4는 도 3의 영상을 이용하여 PL 파장 특성을 나타내는 영상의 예이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이고,
도 6은 광의 세기에 따른 PL 효율 특성을 나타내는 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이며,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치의 개략적 구성도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법의 순서도이며,
도 9는 LED 에피웨이퍼의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 웨이퍼 검사 장치 110 : 광원
120 : 확산부 130 : 촬영부
140 : 필터부 150 : 영상처리부
160 : 디스플레이부 170 : 제어부

Claims (17)

  1. 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 출력하는 조명부와;
    상기 출력된 광에 의해 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부와;
    상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 다수의 대역통과필터로 이루어진 필터부와;
    상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 다수의 대역통과필터 각각에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로, 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 하여 파장 및 세기가 표시되는 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부의 출력광의 파장을 조절하고, 상기 필터부의 통과대역을 순차적으로 선택하는 제어부와;
    상기 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  3. 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광의 세기를 변경하면서 출력하는 조명부와;
    상기 출력된 광에 의해 상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 촬영부와;
    상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 방출광중 미리 설정된 파장 대역의 광을 통과시키는 필터부와;
    상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 출력된 광의 변경되는 세기에 대하여 상기 촬영부에서 획득된 다수의 영상을 기초로 해당 세부영역의 세기 변화율에 따라 상기 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조명부의 출력광의 세기 및 파장을 조절하는 제어부와;
    상기 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 영상처리부는 상기 획득된 영상이 그레이 스케일(grey scale) 또는 색상으로 표시되도록 연산하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 출력된 광을 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 확산부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 촬영부의 전단에 설치되어 상기 LED 에피웨이퍼의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 하는 렌즈부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 LED 에피웨이퍼의 크기에 따라 배율이 결경되는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광의 세기 및 파장을 측정하는 스펙트 럼 분석기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상처리부는 상기 스펙트럼 분석기에서 측정된 광의 세기를 기초로 상기 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 장치.
  11. 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광을 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 조사 단계와;
    상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 다수의 대역통과필터를 통하여 획득하는 촬영 단계와;
    상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 다수의 대역통과필터 각각에 대하여 상기 획득된 다수의 영상을 기초로, 해당 세부영역의 세기가 가장 큰 파장 대역을 해당 세부영역의 방출광 파장으로 하여 파장 및 세기가 표시되는 영상을 생성하는 영상처리 단계;를 포함하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 촬영 단계는 상기 다수의 대역통과필터를 순차적으로 선택하여 촬영하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  13. 검사대상 LED 에피웨이퍼의 발광파장보다 짧은 파장을 갖는 광의 세기를 변경하면서 상기 LED 에피웨이퍼에 균일하게 조사하는 조사 단계와;
    상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광에 대한 영상을 다수의 대역통과필터를 통하여 획득하는 촬영 단계와;
    상기 획득된 영상에서 상기 LED 에피웨이퍼에 대응하는 세부영역 별로 그 세기를 연산하고, 상기 조사된 광의 변경되는 세기에 대하여 상기 획득된 다수의 영상을 기초로 해당 세부영역의 세기 변화율에 따라 상기 해당 세부영역의 방출효율로 표시되는 영상을 생성하는 영상처리 단계;를 포함하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 영상처리 단계에서 생성된 영상을 디스플레이하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  15. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 영상처리 단계는 상기 획득된 영상이 그레이 스케일(grey scale) 또는 색상으로 표시되도록 연산하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  16. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 촬영 단계는 상기 LED 에피웨이퍼의 영역을 최대로 하여 촬영하도록 상기 LED 에피웨이퍼의 크기에 따라 촬영 배율을 결정하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
  17. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 LED 에피웨이퍼로부터 방출되는 광의 세기 및 파장을 스펙트럼 분석기를 이용하여 측정하는 측정 단계를 추가로 포함하고,
    상기 영상처리 단계는 상기 스펙트럼 분석기에서 측정된 광의 세기를 기초로 상기 다수의 영상 또는 서로 다른 LED 에피웨이퍼에 대한 영상에 표시되는 세기를 보정하는 것을 특징으로 하는 포토루미네선스 이미징을 이용한 LED 에피웨이퍼 검사 방법.
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