KR101101132B1

KR101101132B1 - 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법

Info

Publication number: KR101101132B1
Application number: KR1020070120487A
Authority: KR
Inventors: 그리고리 오누쉬킨; 손중곤; 임종훈; 홍상수
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2012-01-12
Also published as: KR20090053591A; JP2009128366A; JP4913111B2; US20090136120A1; US8068661B2

Abstract

검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있는 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법이 제안된다. 본 발명의 발광소자 검사장치는 발광소자에 UV를 조사하는 UV조사부, UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 이미지 생성부 및 발광소자의 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 획득하고 색상정보에 기초하여 발광소자의 불량여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

UV, 색상정보, 누설전류

Description

발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법{LED inspection apparatus and inspection method using the same}

본 발명은 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류 유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있는 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법에 관한 것이다.

발광소자인 LED(Light Emitting Diode)는 최근 발광 효율의 향상으로 그 응용범위가 초기의 신호 표시용에서 휴대폰용 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)나 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 같은 대형 표시장치의 광원 및 조명용으로 더욱 넓어지고 있다. 그 이유는 LED가 종래의 조명인 전구나 형광등에 비해 소모 전력이 적고 수명이 길기 때문이다.

이러한 발광소자는 통상, 기판상에 서로 다른 도전형의 반도체층과 그 사이에 발광을 활성화하는 활성층을 성장시킨 후 각 반도체층에 전극을 형성하여 제조 한다. 제조된 발광소자는 발광효율과 같은 성능을 검사하게 되는데, 성능 검사 중 특히 내부에서 발생하는 누설 전류는 소자의 안정성, 수명, 열화 등과 밀접한 연관이 있기 때문에 발광소자 제품의 신뢰성에 영향을 미치는 요인으로 평가된다.

일반적으로 발광소자의 제조 공정 자체에 칩 상태의 발광소자의 성능을 검사하기 위한 공정이 삽입되는데 이 과정을 통하여 누설 전류의 유무를 판단할 수 있다. 이때 사용되는 장비는 프루버(prober)인데, 발광소자에 투명전극과 본딩패드와 같은 전기적인 접촉이 형성된 상태에서 전압을 인가한 후 나타나는 특성을 측정할 수 있는 장치이다. 즉, 프루버를 사용하여 전압이 인가된 발광소자의 동작전류 및 전압을 측정하여 발광소자의 전기적 특성을 검사한다.

프루버에서, 측정될 웨이퍼 혹은 칩 형태의 발광소자는 전후좌우로 위치를 이동시킬 수 있는 XY 이동 스테이지(XY motion stage)에 고정된다. 발광소자 상측에는 현미경(microscope)을 구비하고, 프로브(probe)는 발광소자에 전류/전압을 인가하는 전극으로서 기능한다. 발광소자는 인가전압이 증가하면 동작전류도 증가하는데, 발광소자가 불량품인 경우 누설전류로 인하여 동작전류값이 소정값을 초과하게 된다. 따라서, 기준이 되는 발광소자의 전압/전류곡선을 참조하여 불량품인 발광소자를 확인할 수 있다.

그러나, 이러한 방법에서 발광소자는 전극으로서 기능하는 프로부가 물리적 으로 접촉을 형성한 후 검사를 진행하여야 한다. 따라서, 접촉 형성 과정에서 해당 소자에 충격이 가해져 손상을 발생시킬 수도 있고, 또 다수의 샘플을 측정할 경우 이동, 접촉, 및 측정을 반복해야 하므로 장시간이 소요되며 샘플마다 프로브위치에 맞도록 이동하여야 하므로 정밀도가 높은 XY 이동 스테이지를 사용해야 한다는 단점이 있다.

따라서, 보다 간단하고 발광소자의 성능에 불리한 영향을 미치지 않으면서 발광소자의 불량유무를 높은 효율로 검사할 수 있는 장치에 대한 요청이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 검사 중, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있는 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법을 제공하는데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 발광소자 검사장치는 발광소자에 UV를 조사하는 UV조사부; UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 및 발광소자의 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 획득하고 색상정보에 기초하여 발광소자의 불량여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.

발광소자의 이미지를 생성하기 위한 이미지 생성부는 CCD 카메라일 수 있고, UV조사부는, 자외선 레이저 (UV laser), UV LED, 제논 아크 램프(xenon arc lamp), 수은 아크 램프, 및 제논 수은 아크 램프로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다.

발광소자는 청색, 적색, 및 녹색 발광소자 중 어느 하나의 발광소자일 수 있다. 제어부는, 발광소자의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 검사장치는 UV 조사부와 소정거리 이격되어 발광소자를 지지하는 발광소자 지지대;를 더 포함할 수 있다. 발광소자 지지대는 이동가능한 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 발광소자에 UV를 조사하는 단계; UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 단계; 이미지 생성부로부터 생성된 발광소자의 이미지를 획득하는 단계; 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 산출하는 단계; 및 색상정보에 기초하여 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계;를 포함하는 발광소자 검사방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있어서, 발광소자에 대한 외부충격을 방지하고, 보다 단시간에 검사가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 검사방법은 전압인가 없이 UV만을 조사하여 검사가능하므로 전기적 접촉을 형성하기 위한 금속단자 등이 형성되지 않은 발광소자에 대하 여도 수행할 수 있어, 발광소자 제작공정 중 보다 다양한 공정단계에서 검사를 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소되어 도시되어 있을 수 있음이 고려되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예예 따른 발광소자 검사장치의 개략도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 검사장치(100)는 발광소자(120)에 자외선(Ultra Violet, UV)를 조사하는 UV조사부(110); UV가 조사된 발광소자(120)의 이미지를 생성하는 이미지 생성부(130); 및 이미지 생성부(130)로부터 생성된 발광소자(120)의 이미지로부터 발광소자(120)의 색상정보를 획득하고 색상정보에 기초하여 발광소자(120)의 불량여부를 판단하는 제어부(140)를 포함한다.

UV조사부(110)는 발광소자(120)에 UV를 조사한다. UV조사부는, 자외선 자외선 레이저 (UV laser), UV LED, 제논 아크 램프(xenon arc lamp), 수은 아크 램프, 및 제논 수은 아크 램프와 같이 UV를 발광하여 조사할 수 있는 광원을 포함한다. 발광소자(120)에 UV를 조사하는 이유는, 광발광(photoluminescence) 효과를 이용하기 위한 것이다. 즉, 발광소자(120)에 UV를 조사하면, UV광선의 에너지로 인하여 발광소자(120)내에 광여기 캐리어(pho-generated carrier)가 생성된다. 광여기 캐리어는 활성층(active layer) 및 n형 반도체층내에서 광발광효과를 일으킨다.

이 때, 만약 발광소자(120)가 누설전류가 있는 불량인 경우에는 n형 반도체층내에서의 광발광효과로 인한 발광이 주도적으로 발생하게 되고 이는 소정 파장의 빛을 발생시켜 발광소자(120)의 불량여부를 확인할 수 있게 한다. 발광소자(120)가 양품인 경우에는 활성층 및 n형 반도체층내에서 함께 광발광효과가 발생하고, 활성층에서의 광발광효과에 따른 발광이 주도적이 되어, 발광소자(120)가 불량인 경우와 다른 색상의 빛을 발광하게 된다. 이에 대하여는 이하, 도 2내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

발광소자(120)에 UV가 조사되면, 양질의 발광소자 및 불량의 발광소자는 서로 다른 색상을 나타내게 된다. 이러한 발광소자는 이미지 생성부(130)에서 촬상되어 이미지가 생성된다. 제어부에서 처리를 용이하게 하기 위하여 이미지 생성부(130)는 CCD 카메라이고, 발광소자(120)의 이미지는 CCD 카메라에서 촬상된 후, 디지털 데이터로 생성될 수 있다.

제어부(140)는 이미지 생성부(130)로부터 생성된 발광소자(120)의 이미지를 획득한다. 이미지를 획득하면, 제어부(140)는 발광소자(120)의 색상정보를 산출하여 그 색상정보에 기초하여 불량여부를 판단한다. 제어부(140)에 대하여는 이하, 도 2내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 검사장치(100)는 UV 조사부(110)와 소정거리 이격되어 발광소자(120)를 지지하는 발광소자 지지대(150);를 더 포함할 수 있다. 발광소자 지지대(150)는 발광소자(120)가 웨이퍼나 기판상에 복수개 존재하는 경우, UV조사부(110)로부터의 UV를 원하는 영역에 존재하는 발광소자(120)에 조사하기 위하여 이동가능한 것이 바람직하다.

도 2는 청색 발광소자에 UV광을 조사한 경우의 발광을 나타내는 도면이다. 광발광 (photoluminescence) 효과는 반도체 등의 물질에 빛을 조사하였을 경우 발광이 일어나는 효과이다. 도 2의 발광소자는 기판(210), n형 반도체층(220), 활성층(230), 및 p형 반도체층(240)을 포함한다. 본 도면에서, 청색 발광소자의 활성층(230)으로부터 발광된 광은 기판(210)을 통하여 외부로 추출된다. 도 2에서는 발광소자의 일예로서, 기판(210), n형 반도체층(220), 활성층(230), 및 p형 반도체층(240)을 포함하는 발광소자를 나타내었으나, 발광소자는 p형 반도체층의 하면에 위치한 기판을 포함할 수 있고, 기판을 포함하지 않을 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자(이하, 당업자라 함)에게 자명할 것이다. 다만, 본 실시예에서 기판(210)은 생성된 광의 진행방향을 고려하여 투명한 것이 바람직하다.

활성층(230)은 다중양자우물구조(Multi-Quantum Well, MQW)을 포함할 수 있다. 도 2에서, 발광소자에 UV가 조사되는 경우, 2개의 광이 발광한다. 이는 UV로 인하여 광여기 캐리어가 형성되는데, 광여기 캐리어가 활성층(230) 및 n형 반도체층(210)에서 광발광효과를 일으킨다. 발광소자가 청색 발광소자인 경우, 활성층(230)에서 발광된 광은 청색이고, n형 반도체층(220)에서 발광된 광은 황색을 나타낸다. 즉, 청색발광소자에 UV를 조사하는 경우, 발광을 의도하였던 활성층(230)에서는 청색이 발광되나, 그 이외에 n형 반도체층(220)에서는 청색이 아닌 황색이 발광된다. 결국 청색발광소자가 정상인 경우, 활성층(230) 또는 n형 반도체층(220)에서 발광된 광이 혼합된 백색을 나타낸다. 이에 대하여는 이하 도 3내지 도 4를 참조하여 더 설명하기로 한다.

도 3a는 정상인 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다. 도 3a에서, e와 h는 UV 조사에 의하여 여기된 전자정공쌍이다. 생성된 전자정공쌍(e-h)은 공간전하영역(space charge region)의 전계(electric field)를 감소시킨다. 이는 광기전력(photo voltage)에 해당하는 전압을 걸어주는 효과를 일으켜, 활성층에서 발생하는 광발광은 증가한다.

따라서, 도 3b를 참조하면, 450nm의 청색광 및 550nm의 황색광이 발광되어 발광소자는 청색 및 황색이 혼합된 백색을 나타내게 된다. 363nm에서 보이는 피크는 GaN에 대한 것이다.

도 4a는 도 3a와 달리, 정상이 아닌 불량품으로서, 누설전류있는 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다. 도 4a에서, e와 h는 UV 조사에 의하여 여기된 전자정공쌍(e-h)이다. 생성된 전자정공쌍(e-h)은 도 3a에서와 같이 공간전하영역의 전계를 감소시키지 못한다. 이유는, 도 3a에서 전자(e) 및 정공(h)은 화살표로 표시된 누설통로(leakage channel)로 이동하여 누설전류로 흐르고, 서로 상쇄되기 때문이다. 따라서, 광기전력에 해당하는 전압을 걸어주지 못하여 활성층에서 발생하는 광발광은 그대로 증가하지 않는다.

따라서, 도 4b를 참조하면, 550nm의 황색광 및 450nm의 청색광이 함께 발광되나, 황색광이 청색광도가 강도면에서 우세하여 발광소자는 전체적으로 황색을 나타내게 된다. 도 3b에서와 같이 363nm에서 보이는 피크는 GaN에 대한 것이다.

이와 관련하여 다시 도 2를 참조하면, 제어부(140)는, 발광소자(120)의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 청색발광소자의 경우, 양질의 발광소자는 청색 및 황색의 빛을 동시에, 불량인 경우 황색의 빛만 발광한다. 따라 서, 이러한 발광소자(120)의 이미지를 생성하여 제어부(140)는 발광소자(120)의 색상정보를 얻게 된다. 제어부(140)는 이미지 프로세서일 수 있어서, 이미지를 처리한다.

전술한 실시예에서는 청색 발광소자를 예를 들어 설명하나, 이외에도 적색 발광소자 및 녹색 발광소자인 경우에도 적용될 수 있음은 당업자에게는 자명할 것이다. 즉, 적색발광소자의 경우, 발광소자가 정상이면, 적색과 황색이 혼합된 색상을 나타낼 것고, 녹색 발광소자의 경우 발광소자가 정상이면, 녹색과 황색이 혼합된 색상을 나타낼 것이다. 양자 모두 불량인 경우, 황색을 나타낸다.

제어부(140)는 획득한 색상정보가 황색인 경우, 그 발광소자는 불량으로, 색상정보가 백색인 경우, 그 발광소자는 양품으로 판단할 수 있다. 발광소자(120)의불량여부판단 기준은 UV의 세기를 변화시켜 조절될 수 있고, 이미지 프로세서를 이용하여 구분 가능한 색상 및 세기의 수준을 다양하게 조절함으로써 여러 종류의 발광소자에 광범위하게 적용할 수 있다.

이러한 발광소자 검사장치를 이용하여 본 발명의 다른 측면에 따른 발광소자 검사방법이 제공된다. 본 발명의 다른 측면에 따른 발광소자 검사방법은 발광소자에 UV를 조사하는 단계; UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 단계; 이미지 생성부로부터 생성된 발광소자의 이미지를 획득하는 단계; 이미지로부터 발광소자 의 색상정보를 산출하는 단계; 및 색상정보에 기초하여 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계;를 포함한다. 상세 설명은 도 2내지 도 4를 참조하여 전술한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 검사장치에서 획득한 발광소자 어레이의 이미지이다. 이미지에는 복수개의 발광소자가 나타나 있는데, 그 색상이 백색 또는 황색이다. 즉, 발광소자 중 양품인 경우에는 누설통로를 통한 여기된 전자정공쌍의 누설이 없으므로 청색과 황색의 빛이 합쳐져 백색을 나타낸다. 그러나, 누설전류가 있는 경우, 전계변화에 영향을 미치지 않아 황색을 나타내어 불량 발광소자라 할 수 있다.

도 6은 정상 발광소자 및 누설전류 있는 발광소자의 전기적인 특성을 도시한 그래프이다. 도 6에서는 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 불량여부판단을 다시한번 확인하기 위하여 종래에 사용되었던 프루버를 이용하여 도 5의 발광소자의 전기적인 특성을 확인하였다.

도 6을 참조하면, 도 5에서 백색을 나타낸 발광소자는 실선으로 도시된 것과 같이 동작전류가 비정상적으로 높아지지 않았고, 황색을 나타낸 발광소자는 점선으로 도시된 것과 같이 동작전류가 비정상적으로 나타났다.

따라서, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치 및 발광소자 검사방법이 종래의 불량여부 확인방법과 유사한 성능을 나타내면서도, 보다 간단한 방법으로 발광소자에 손상을 줄 염려없이 효율적으로 검사가 가능함이 확인되었다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예예 따른 발광소자 검사장치의 개략도이다.

도 2는 청색 발광소자에 UV광을 조사한 경우의 발광을 나타내는 도면이다.

도 3a는 정상인 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다.

도 4a는 누설전류있는 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 검사장치에서 획득한 발광소자 어레이의 이미지이다.

도 6은 정상인 발광소자 및 누설전류있는 LED의 전기적인 특성을 도시한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 발광소자 검사장치 110 UV조사부

120 발광소자 130 이미지 생성부

140 제어부 150 발광소자 지지부

Claims

n형 및 p형 질화물 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 구비하는 발광소자에 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 활성층의 밴드갭 에너지보다 높은 에너지를 갖는 UV를 조사하는 UV조사부;

상기 UV가 조사된 발광소자의 광발광 효과에 의해 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 활성층에서 방출된 광이 혼합된 광의 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 및

상기 발광소자의 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 획득하고 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 불량 여부를 판단하는 제어부;를 포함하며,

상기 활성층은 청색광을 방출할 수 있는 크기의 밴드갭 에너지를 갖고, 상기 n형 질화물 반도체층은 황색광을 방출할 수 있는 크기의 밴드갭 에너지를 갖되, 상기 제어부는 상기 발광소자의 색상이 청색 및 황색의 혼합색인 경우 정상인 것으로 판단하고 상기 발광소자의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단하며,

상기 UV조사부는 상기 n형 질화물 반도체층이 위치한 방향에 배치되며 상기 UV조사부에서 방출된 UV는 상기 n형 질화물 반도체층을 거쳐 상기 활성층에 도달하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 이미지 생성부는, CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 UV조사부는, 자외선 레이저 (UV laser), UV LED, 제논 아크 램프(xenon arc lamp), 수은 아크 램프, 및 제논 수은 아크 램프로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
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제1항에 있어서,

상기 UV 조사부와 소정거리 이격되어 상기 발광소자를 지지하는 발광소자 지지대;를 더 포함하는 발광소자 검사장치.
제6항에 있어서,

상기 발광소자 지지대는 이동가능한 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
n형 및 p형 질화물 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 구비하는 발광소자를 마련하는 단계;

상기 발광소자에 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 활성층의 밴드갭 에너지보다 높은 에너지를 갖는 UV를 조사하는 단계;

상기 UV가 조사된 발광소자의 광발광 효과에 의해 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 활성층에서 방출된 광이 혼합된 광의 이미지를 생성하는 단계;

상기 이미지 생성부로부터 생성된 발광소자의 이미지를 획득하는 단계;

상기 이미지로부터 상기 발광소자의 색상정보를 산출하는 단계; 및

상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,

상기 활성층은 청색광을 방출할 수 있는 크기의 밴드갭 에너지를 갖고, 상기 n형 질화물 반도체층은 황색광을 방출할 수 있는 크기의 밴드갭 에너지를 갖되, 상기 발광소자의 불량 여부를 판단하는 단계는 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 색상이 청색 및 황색의 혼합색인 경우 정상인 것으로 판단하고 상기 발광소자의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단하는 단계이며,

상기 UV는 상기 n형 질화물 반도체층이 위치한 방향으로부터 입사되어 상기 n형 질화물 반도체층을 거쳐 상기 활성층에 도달하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사방법.
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