KR20240013300A - 검사장치 및 이를 이용한 검사방법 - Google Patents

검사장치 및 이를 이용한 검사방법 Download PDF

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Abstract

실시예는, 복수 개의 마이크로 발광소자가 배치되는 스테이지; 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사부; 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에서 방출된 광을 측정하는 광검출부; 및 상기 전자빔 조사부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 전자빔 유도부를 포함하는, 검사장치 및 검사방법을 개시한다.

Description

검사장치 및 이를 이용한 검사방법{INSPECTION DEVICE AND INSPECTION METHOD USING THE SAME}
실시예는 마이크로 발광소자의 불량 여부를 비접촉식으로 검사할 수 있는 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다. 최근에는 OLED 디스플레이에 대한 개발이 활발하나 OLED 디스플레이는 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 문제점이 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 발광 다이오드는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다. 특히 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
최근에는 발광 다이오드를 작게 제작한 마이크로 발광소자를 디스플레이의 픽셀로 사용하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 마이크로 발광소자는 한 장의 웨이퍼에 많은 발광소자가 제작되므로 발광소자의 불량 여부를 정확히 검사하는 것이 중요하다.
그러나 비접촉식으로 복수 개의 마이크로 발광소자를 발광시켜 검사하는 장치는 아직 상용화되지 않고 있다.
실시예는 비접촉식으로 마이크로 발광소자를 발광시켜 검사하는 검사장치를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 검사 장치는, 복수 개의 마이크로 발광소자가 배치되는 스테이지; 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사부; 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에서 방출된 광의 이미지를 획득하는 광검출부; 상기 전자빔 조사부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 전자빔 유도부; 및 상기 광검출부가 획득한 광 이미지를 기초로 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 불량 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 전자빔 유도부는 상기 전자빔이 통과하는 복수 개의 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 전자빔 조사부와 상기 마이크로 발광소자 사이의 제1 거리와, 상기 전자빔 조사부와 상기 전자빔 유도부 사이의 제2 거리의 비(제1 거리: 제2 거리)는 1: 0.6 내지 1: 0.99일 수 있다.
상기 전자빔 유도부는, 상기 전자빔 조사부와 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 제1 전자빔 유도부, 및 상기 제1 전자빔 유도부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 제2 전자빔 유도부를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 조사부는 전극층, 상기 전극층 상에 형성되어 상기 복수 개의 마이크로 발광소자를 향해 전자를 방출하는 복수 개의 에미터, 및 상기 전극층과 이격 배치되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 에미터는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 유도부에 인가되는 전압 레벨은 상기 게이트 전극에 인가되는 전압 레벨보다 높을 수 있다.
상기 복수 개의 마이크로 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층은 전자빔이 조사되면 각각 광을 방출할 수 있다.
상기 광검출부에 입사되는 광을 일부 차폐하는 필터를 포함하고, 상기 필터는 상기 활성층에서 방출된 제1 광은 투과시키고, 상기 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에서 방출한 제2 광은 차단할 수 있다.
상기 광검출부에 입사되는 광을 일부 차폐하는 필터 어레이를 포함하고, 상기 필터 어레이는 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 활성층에서 출사되는 제1 광의 전체 파장대역 중에서 제1 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 필터, 및 상기 제1 광의 전체 파장대역 중에서 상기 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 필터를 포함하고, 상기 제1 광은 청색광, 녹색광, 및 적색광 중에 어느 하나일 수 있다.
상기 필터 어레이는 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 선택적으로 상기 광검출부 상에 배치하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 조사부에 진동을 부여하는 진동 유닛을 포함할 수 있다.
상기 스테이지 또는 상기 전자빔 유도부를 이동시키는 이동부재를 포함하고, 상기 스테이지 또는 상기 전자빔 유도부가 이동함으로써 상기 전자빔 유도부와 중첩되는 마이크로 발광소자는 상기 전자빔 유도부의 관통홀로 노출될 수 있다.
상기 스테이지, 상기 전자빔 조사부, 및 상기 전자빔 유도부가 내부에 배치되는 챔버; 및 상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 진공펌프를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 조사부 및 상기 전자빔 유도부를 수용하는 하우징; 및 상기 하우징을 이동시키는 이동 모듈을 포함하고, 상기 하우징에서 출사된 전자빔은 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 일부에만 조사될 수 있다.
상기 하우징은 상기 스테이지와 수직한 가상선을 기준으로 기울어지게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 검사 방법은, 챔버 내부에 진공을 형성하는 단계; 상기 챔버 내부에 배치된 복수 개의 마이크로 발광소자에 전자빔을 조사하는 단계; 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 발광 강도를 측정하는 단계; 및 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 전자빔은 전자빔 조사부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 전자빔 유도부에 의해 가속되어 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에 주입된다.
실시예에 따르면, 비접촉식으로 마이크로 발광소자를 발광시켜 검사하는 검사장치를 제공함으로써 복수 개의 마이크로 발광소자의 검사 속도를 향상시킬 수 있고 발광소자의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 2는 전자빔이 조사되어 발광소자가 발광하는 상태를 보여주는 도면이고,
도 3은 발광소자가 전자빔에 의해 발광하는 원리를 보여주는 도면이고,
도 4는 필터에 의해 발광소자에서 방출된 광이 선택적으로 입사하는 상태를 보여주는 도면이고,
도 5a는 전자빔 유도부의 메쉬 형상을 보여주는 도면이고,
도 5b는 전자빔 유도부의 단면 형상을 보여주는 도면이고,
도 5c는 도 5a의 제1 변형예이고,
도 5d는 도 5a의 제2 변형예이고,
도 6a는 전자빔 조사부를 보여주는 도면이고,
도 6b는 도 6a의 변형예이고,
도 7은 측정된 복수 개의 마이크로 발광소자의 발광 강도를 보여주는 도면이고,
도 8은 측정된 복수 개의 마이크로 발광소자의 사진이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 11는 필터 어레이를 보여주는 도면이고,
도 12는 필터 어레이가 회전하는 상태를 보여주는 도면이고,
도 13은 필터에 의해 파장을 선별하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 15는 일부가 연결된 복수 개의 발광소자를 보여주는 도면이고,
도 16은 도 15의 변형예이고,
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 18a 및 도 18b는 라인 형상의 검사 영역을 스캔하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고,
도 21은 전자빔 유도부의 평면도이고,
도 22는 전자빔 유도부가 이동하는 상태를 보여주는 도면이고,
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 방법을 보여주는 흐름도이고,
도 24a는 전자빔 측정부가 전자빔의 균일도를 측정하는 상태를 보여주는 도면이고,
도 24b는 제1 전극층과 전자빔 측정부가 복수 개의 영역으로 구분된 상태를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 검사장치는 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 배치되는 스테이지(530), 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사부(200), 전자빔 조사부(200)와 복수 개의 마이크로 발광소자(100) 사이에 배치되는 전자빔 유도부(300) 및 내부에 진공을 형성하는 챔버(500)를 포함한다.
챔버(500)는 스테이지(530), 전자빔 조사부(200), 및 전자빔 유도부(300)가 수용되며, 내부에 진공을 형성하여 전자빔이 스캐터링되는 것을 방지할 수 있다.
챔버(500)는 10-5 Torr 이하의 진공을 유지할 수 있고, 연속사용시간은 10,000시간 이상일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하기 위한 다양한 조건을 만족하도록 조정될 수 있다. 챔버(500)에는 진공 펌프(520)가 배치되어 챔버(500) 내의 진공압을 조절할 수 있다.
챔버(500)에는 복수 개의 웨이퍼가 수용되는 서브 챔버(미도시) 및 웨이퍼를 스테이지(530)에 안착시키는 이송 부재(미도시)가 더 배치될 수 있다.
스테이지(530)에는 기판(10) 상에 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 배치될 수 있다. 기판(10)은 성장기판인 사파이어(Al2O3) 웨이퍼일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않고 마이크로 발광소자(100)가 배치되는 다양한 기판일 수도 있다. 예시적으로 기판(10)은 마이크로 발광소자(100)가 전사되는 트랜스퍼 기판일 수도 있고, 전사가 완료된 디스플레이 패널일 수도 있다.
마이크로 발광소자(100)는 사이즈가 1㎛ 내지 200㎛인 발광 다이오드 또는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 예시적으로 마이크로 발광소자(100)의 사이즈는 10㎛ 내지 60㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 다양한 사이즈의 발광 소자가 적용될 수 있다. 예시적으로 200㎛ 내지 500㎛의 미니 사이즈 발광소자일 수도 있고, 1000㎛ 이상의 RGB 발광소자일 수도 있다.
마이크로 발광소자(100)는 청색 발광소자, 녹색 발광소자, 및 적색 발광소자 중 어느 하나일 수 있다. 마이크로 발광소자(100)는 디스플레이의 픽셀 역할을 수행 하므로 RGB 중 어느 하나의 파장 대역을 갖도록 설계될 수 있다.
마이크로 발광소자(100)는 성장기판 상에서 발광 구조물이 복수 개로 분리된 상태일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 일부 반도체층이 서로 연결된 상태일 수도 있다. 즉, 마이크로 발광소자(100)는 각각 활성층이 분리되어 독립적으로 발광할 수 있는 반도체 구조물로 정의될 수 있다.
마이크로 발광소자(100)는 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 기판 상에 에피 성장시킬 수 있다.
전자빔 조사부(200)는 제1 전극층(210), 및 제1 전극층(210) 상에 형성되어 복수 개의 마이크로 발광소자(100)를 향해 전자를 방출하는 복수 개의 에미터(220)를 포함할 수 있다. 방출된 전자는 복수 개의 마이크로 발광소자를 향해 이동할 수 있다. 여기서 전자(electron)는 음전하를 띠는 입자이고, 전자빔(전자선)은 운동에너지와 방향이 균일한 전자의 연속적인 흐름으로 정의할 수 있다.
제1 전극층(210)은 Al, Ag, Cu, Ti, Pt, Ni, Ir 또는 Rh을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 제1 전극층(210)은 ITO와 같은 투명 전극으로 제작될 수도 있다.
에미터(220)는 탄소나노튜브(CNT)를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않고 전자를 방출할 수 있는 다양한 물질 및 구조가 적용될 수 있다.
에미터(220)를 구성하는 복수 개의 탄소나노튜브는 적어도 일부분이 제1 전극층(210)에서 스테이지(530)를 향하는 수직 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수 개의 탄소나노튜브는 수평 방향으로 연장된 형상을 가질 수도 있다.
복수 개의 에미터(220)는 제1 전극층(210) 상에 균일하게 배열될 수 있다. 따라서, 복수 개의 에미터(220)에서 방출되는 전자는 균일하게 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 조사될 수 있다.
게이트 전극(230)은 절연층(240)에 의해 복수 개의 에미터(220)와 이격 배치될 수 있다. 게이트 전극(230)은 에미터(220)보다 높게 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제1 전극층(210)과 전계를 형성할 수 있는 다양한 위치에 배치될 수 있다.
제1 전원부(410)는 제1 전극층(210)과 게이트 전극(230)에 전압을 인가할 수 있다. 제1 전극층(210)에는 음의 전압이 인가되고, 제1 전극층(210)에는 양의 전압이 인가될 수 있다.
제1 전원부(410)는 1000V 내지 3000V의 고전압을 1KHz 이하로 펄스 구동할 수 있다. 고전압 펄스가 인가되면 제1 전극층(210)과 게이트 전극(230) 사이에는 전계(Electric Field)가 형성될 수 있다. 따라서, 에미터(220)에서 방출된 전자는 마이크로 발광소자(100)를 향해 이동할 수 있다.
전자빔 유도부(300)는 전자빔 조사부(200)와 복수 개의 마이크로 발광소자(100) 사이에 배치될 수 있다. 전자빔 유도부(300)는 전자빔 조사부(200)의 제1 전극층(210)과 이격 배치되어 전계를 형성하는 제2 게이트 전극일 수 있다.
제2 전원부(420)는 전자빔 유도부(300)에 8000V 내지 12000V의 양의 전압을 인가하여 전자빔을 가속시킬 수 있다. 전자빔 유도부(300)에 의해 가속된 전자빔은 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 조사됨으로써 복수 개의 마이크로 발광소자(100)를 발광시킬 수 있다.
전자빔 조사부(200)는 전자빔 조사부(200) 보다 마이크로 발광소자(100)에 더 가까이 배치될 수 있다.
전자빔 조사부(200)와 마이크로 발광소자(100) 사이의 제1 거리(d1)와, 전자빔 조사부(200)와 전자빔 유도부(300) 사이의 제2 거리(d2)의 비(제1 거리: 제2 거리)는 1: 0.6 내지 1: 0.99일 수 있다. 거리의 비가 1: 0.6 보다 작은 경우(예: 1:0.4)에는 전자빔 유도부(300)와 마이크로 발광소자(100)의 거리가 멀어지게 되어 전자빔이 충분한 에너지를 가진 상태에서 마이크로 발광소자(100)에 입사되지 못할 수 있다. 또한, 거리가 1:0.99보다 커지는 경우 전자빔 유도부(300)가 마이크로 발광소자(100)와 너무 가까워져 전자빔의 균일도가 저하될 수 있다.
전자빔 유도부(300)는 전자빔이 통과할 수 있도록 복수 개의 관통홀(310)이 형성될 수 있다. 예시적으로 전자빔 유도부(300)는 메쉬(Mesh) 형상을 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 전자빔 유도부(300)는 전자빔을 가속시킬 수 있는 전계를 형성하면서도 전자빔이 통과할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 예시적으로 전자빔 유도부(300)는 전자빔이 투과하는 전극으로 구성될 수도 있다.
균일도를 높이기 위해 전자빔 유도부(300) 또는 스테이지(530)는 상대적으로 이동할 수 있다. 이동 부재(도 5a의 320)는 전자빔 유도부(300)를 좌우로 이동시킴으로써 전자빔 유도부(300)와 중첩되어 가려진 마이크로 발광소자(100)를 전자빔 유도부(300)의 관통홀(310)로 노출시켜 전자빔이 조사되도록 할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 스테이지(530)를 좌우로 이동시킬 수도 있다.
이러한 전자빔 유도부(300)는 다양한 이점을 가질 수 있다. 실시예에 따르면, 전자빔 유도부(300)가 전자빔 조사부(200)와 마이크로 발광소자(100) 사이에 배치되므로 마이크로 발광소자(100)에 전압을 인가할 필요가 없다. 마이크로 발광소자(100)에 전원을 연결해야 하는 구조는 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 각각 전원을 연결해야 하므로 회로가 매우 복잡해질 수 있다.
또한, 기판(10)의 후면 또는 스테이지(530)에 전극을 배치하는 구조는 전계가 강하게 형성되지 못하여 전자빔이 충분히 가속되지 않을 수 있다. 따라서, 발광소자에 전자빔이 충분히 주입되지 못하여 정상 소자인 경우에도 불구하고 충분한 발광 강도를 갖지 못할 수 있다.
광검출부(600)는 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 발광하는 광 이미지를 획득할 수 있다. 광검출부(600)는 CCD가 구비된 카메라일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 마이크로 발광소자(100)의 발광 이미지를 획득할 수 있는 다양한 영상 장비가 제한 없이 적용될 수 있다.
광검출부(600)는 챔버(500)의 윈도우(510) 상에 배치되어 복수 개의 마이크로 발광소자(100)의 발광 강도를 측정할 수 있다. 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에서 방출된 광은 기판(10)을 투과하여 광검출부(600)에 입사될 수 있다.
그러나 광검출부(600)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니고 다양하게 변경될 수 있다. 예시적으로 광검출부(600)와 윈도우(510)는 챔버(500)의 측면 또는 전자빔 조사부(200)의 하부에 배치될 수도 있다. 즉, 광검출부(600)는 마이크로 발광소자(100)의 발광 강도를 측정할 수 있는 다양한 위치에 배치될 수 있다.
광검출부(600)는 수집된 발광 강도(스펙트럼) 또는 파장 신호를 전기적 신호로 변환하여 제어부(700)로 전달할 수 있다. 제어부(700)는 검사장치의 전반을 제어하는 메인 프로세서(Processor)를 포함할 수 있다.
제어부(700)는 전자빔 조사부(200), 제1 전원부(410), 및 제2 전원부(420)의 동작을 제어하며, 광검출부(600)의 측정 신호를 처리하여 마이크로 발광소자(100)의 평가 결과가 포함되는 맵 데이터를 출력하고, 불량 소자를 검출할 수 있다.
제어부(700)는 검사장치 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
제어부(700)는 처리한 데이터를 저장하는 저장부(미도시)와 연결될 수 있으며, 이러한 저장부는 ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.
도 2는 전자빔이 조사되어 발광소자가 발광하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 3은 발광소자가 전자빔에 의해 발광하는 원리를 보여주는 도면이고, 도 4는 필터에 의해 발광소자에서 방출된 광이 선택적으로 입사하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 각각의 마이크로 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120), 및 제2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(110)은 ⅢⅤ족, ⅡⅥ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(110)에 제1 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(110)은 AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1 도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1 도전형 반도체층(110)은 n형 질화물 반도체층일 수 있다.
활성층(120)은 제1 도전형 반도체층(110) 상에 배치될 수 있다. 또한, 활성층(120)은 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130) 사이에 배치될 수 있다.
활성층(120)은 제1 도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(120)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(120)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(120)의 구조는 이에 한정하지 않는다. 활성층(120)은 가시광 파장대의 광을 생성할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(130)은 활성층(120) 상에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(130)은 ⅢⅤ족, ⅡⅥ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(130)에 제2 도펀트가 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(130)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전자빔 유도부(300)의 관통홀(310)을 통과한 전자빔은 마이크로 발광소자(100)의 각 반도체층에 조사될 수 있다. 전자빔이 마이크로 발광소자(100)에 조사되면 반도체층에서 전자빔이 충돌하여 전자-정공쌍이 생성될 수 있다. 생성된 전자-정공쌍은 재결합을 통해 가시광을 발광할 수 있다.
마이크로 발광소자(100)에서 방출되는 가시광의 강도는 전자빔의 강도(또는 밀도)에 비례할 수 있다. 따라서, 마이크로 발광소자(100)에서 방출되는 광을 검출하여 불량 여부를 판단할 수 있도록 전자빔의 강도(또는 밀도)가 조절될 수 있다.
마이크로 발광소자(100)는 청색 발광소자, 녹색 발광소자, 및 적색 발광소자 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 마이크로 발광소자(100)는 청색, 녹색 또는 적색 파장대의 광을 발광할 수 있다.
마이크로 발광소자(100)에 주입되는 전자빔은 활성층(120)뿐만 아니라 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130)에도 주입될 수 있다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130) 역시 발광할 수 있다.
예시적으로 마이크로 발광소자(100)가 청색 발광소자인 경우 활성층(120)에서 출사되는 청색 파장대의 제1 광(L1)과 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130)에서 방출되는 황색 파장대의 제2 광(L2, L3)이 혼합되어 외부로 출사될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광검출부(600)의 전방에 배치된 필터(800)는 제1 광(L1)만을 투과시키고 제2 광(L2, L3)은 차단할 수 있다. 따라서, 제1 광(L1)의 강도만을 측정할 수 있어 마이크로 발광소자(100)의 불량 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
필터(800)는 제1 광(L1)의 파장대만 통과시키는 다양한 밴드 패스 필터가 적용될 수 있다. 예시적으로 필터(800)는 특정 파장대의 광만을 통과시킬 수 있도록 복수 개의 고굴절률층(801)과 복수 개의 저굴저률층(802)이 교대로 적층될 수 있으나 필터(800)의 구조는 반드시 이에 한정하지 않는다.
필터(800)는 검사 방식에 따라 선택적으로 적용될 수 있다. 필터를 구비하지 않는 검사 방식의 경우, 검사 대상이 청색 마이크로 소자인 경우 검출 파장에 청색광과 황색광의 강도가 미리 정해진 범위 내인 경우 정상 소자로 판단하고, 청색광과 황색광의 강도가 미리 정해진 비율을 벗어나는 경우 불량 소자로 판단할 수도 있다. 예시적으로 청색광의 강도가 현저히 작다면 그 마이크로 발광소자는 불량이라고 판단할 수도 있다. 이와 같은 방식으로 불량을 판단하는 경우 필터는 생략될 수도 있다.
실시예는 전자빔을 조사하여 마이크로 발광소자(100)를 발광시키는 음극 발광(Cathodoluminescence, CL) 방식이므로 발광소자를 손상시키지 않으면서 발광이 가능해지고, 전자빔 조사에 의해 복수 개의 마이크로 발광소자가 한번에 발광하므로 검사가 신속해질 수 있다.
주사전자빔현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)은 고체 상태에서 작은 크기의 미세 조직과 형상을 관찰할 때 널리 쓰이는 현미경으로서 초점 심도가 깊고 3차원적인 영상의 관찰이 용이해서 복잡한 표면구조나 결정외형 등의 입체적인 형상을 높은 배율로 관찰할 수 있는 분석 장비다.
주사전자빔현미경은 전자빔을 발생 및 가속시키는 전자빔총(electron gun), 전자빔을 가늘게 모아주는 집속렌즈와 대물렌즈, 필라멘트를 떠난 전자빔이 시편에 닿을 때까지 전자빔의 경로를 조절하는 주사코일(deflection coil)로 구성되어 있다. 그러나 주사전자빔현미경은 국소적인 영역에 전자빔을 조사하여 화학 조성을 측정하는 점에서 대면적으로 전자빔을 조사하는 본 실시예와 차이가 있다.
전계방출 디스플레이(Field Emission Display)는 냉음극 전자빔원인 전계 방출 에미터(220) 어레이를 매트릭스 형태로 배치하고 전자빔선을 형광체에 조사하여 음극 발광시키는 디스플레이다. 그러나, 전계방출 디스플레이는 발광 다이오드를 발광시키는 구조가 아닌 점에서 차이가 있다.
또한, PL(Photoluminesecnce) 방식은 시료에 빛을 주입하여 그 에너지로 여기와 재결합에 의해 빛이 발생하는 방식인 반면, 실시예의 음극 발광(Cathodoluminescence, CL) 방식은 전계 방출된 전자빔이 전기장에 의해 가속되어 에너지를 얻은 후 발광 다이오드에 주입되어 빛이 발생하는 점에서 차이가 있다.
도 5a는 전자빔 유도부의 메쉬 형상을 보여주는 도면이고, 도 5b는 전자빔 유도부의 단면 형상을 보여주는 도면이고, 도 5c는 도 5a의 제1 변형예이고, 도 5d는 도 5a의 제2 변형예이고, 도 6a는 전자빔 조사부를 보여주는 도면이고, 도 6b는 도 6a의 변형예이다.
도 5a를 참조하면, 전자빔 유도부(300)는 프레임(311) 상에 복수 개의 관통홀(310)이 형성된 메쉬 형상을 가질 수 있다. 관통홀(310)은 사각 형상인 것을 예시하였으나 관통홀(310)은 다양한 다각 형상 또는 원 형상을 가질 수도 있다.
전자빔 유도부(300)에서 복수 개의 관통홀(310)의 면적은 전체 면적의 80% 내지 95%일 수 있다. 전자빔이 마이크로 발광소자(100)에 균일하게 조사되기 위해서는 관통홀(310)의 면적이 커지는 것이 바람직하다. 그러나, 관통홀(310)의 면적이 95%보다 커지는 경우 전자빔 유도부(300)의 면적이 작아져 전자빔을 가속시키는 효과가 저하될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 전자빔 유도부(300)는 전자빔 조사부(200)와 마주보는 제1 면(300a) 및 복수 개의 마이크로 발광소자와 마주보는 제2 면(300b)을 가질 수 있고, 제2 면(300b)은 곡률을 가질 수 있다. 따라서, 제2 면(300b)의 면적은 제1 면(300a)의 면적보다 넓을 수 있다.
이러한 구성에 의하면 전자빔 유도부(300)를 통과한 전자빔이 제2 면(300b)과의 인력에 의해 휘어져 보다 균일하게 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 조사될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 전자빔 유도부(300)는 일방향으로 길게 연장 형성된 복수 개의 관통홀(310)을 포함할 수 있다. 즉, 메쉬 형상 이외에도 다양한 형상을 가질 수 있다. 전자빔 유도부(300)의 면적은 복수 개의 발광소자(100)에 대응되는 면적을 가질 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 도 5d와 같이 전자빔 유도부(300)는 일방향으로 길게 연장 형성된 적어로 하나의 관통홀(310)을 포함할 수도 있다. 즉, 1개의 관통홀(310)의 면적은 1개 또는 복수 개의 발광소자의 면적보다 클 수 있다.
실시예에 따르면, 전자빔이 균일하게 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 조사되는 것이 중요할 수 있다. 따라서, 에미터(220)는 균일한 전자빔을 방출하는 다양한 구조가 선택될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 지지기판(10) 상에 제1 전극층(210)이 배치되고, 에미터(220)는 복수 개의 탄소나노튜브로 형성될 수 있다. 복수 개의 탄소나노튜브는 제1 전극층(210) 상에 직접 성장시킬 수도 있으나 별도의 기판에서 탄소나노튜브를 성장시킨 후 제1 전극층(210)에 전사할 수도 있다. 별도의 기판이 도전성 기판인 경우 도전성 기판 자체를 제1 전극층(210) 상에 적층할 수도 있다.
복수 개의 탄소나노튜브는 절연층(240)에 의해 구획될 수 있다. 게이트 전극(230)은 절연층(240)의 상부에 배치될 수 있으나 게이트 전극(230)의 위치는 특별히 한정하지 않는다.
도 6b를 참조하면, 에미터(220)는 끝단이 뽀족하게 형성되어 전자를 방출하기 용이한 구조를 가질 수도 있다. 이외에도 전자빔 조사부(200)의 구성은 전자를 방출하기 위한 공지의 에미터 구성이 모두 적용될 수 있다.
도 7은 측정된 복수 개의 마이크로 발광소자의 발광 강도를 보여주는 도면이고, 도 8은 측정된 복수 개의 마이크로 발광소자의 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제어부는 광검출부에 수집된 복수 개의 마이크로 발광소자(100)의 발광 강도(광 이미지)를 수집하여 맵 데이터를 생성할 수 있다. 제어부는 미리 정해진 발광 강도보다 약한 강도를 갖거나 발광이 없는 불량 소자(101)는 불량으로 판단할 수 있다.
전사 공정시에는 불량 소자(101)를 제외한 정상 소자(102)만을 선택적으로 전사할 수 있다. 또한, 전사가 완료된 이후에 검사한 경우에는 불량으로 판단된 불량소자를 선택적으로 제거 또는 리페어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고, 도 11는 필터 어레이를 보여주는 도면이고, 도 12는 필터 어레이가 회전하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 13은 필터에 의해 파장을 선별하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 검사 장치는, 전자빔 유도부(300)가 수직 방향으로 복수 개 배치됨으로써 전자빔을 효과적으로 가속시킬 수 있다. 이때, 하부에 배치된 제1 전자빔 유도부(301)에 인가되는 전압 레벨과 상부에 배치된 제2 전자빔 유도부(302)에 인가되는 전압 레벨은 상이할 수 있다. 예시적으로 상부에 배치된 제2 전자빔 유도부(302)에 인가되는 전압 레벨이 더 높을 수 있다.
또한, 전자빔 조사부(200)에는 진동 유닛(250)이 배치되어 전자빔 조사부(200)에 진동을 부여할 수 있다. 따라서 방출되는 전자빔의 방향이 조절되어 전자빔의 균일도를 향상시킬 수 있다.
균일도를 높이기 위해 전자빔 유도부(300) 또는 스테이지(530)는 상대적으로 이동시킬 수도 있다. 이동 부재(미도시)는 전자빔 유도부(300) 또는 스테이지(530)를 좌우로 이동시킴으로써 전자빔 유도부(300)와 중첩되어 가려진 마이크로 발광소자(100)를 전자빔 유도부(300)의 관통홀로 노출시켜 전자빔이 조사되도록 할 수 있다.
전자빔 조사부(200)는 게이트 전극이 생략될 수도 있다. 이 경우 제1 전극층(210)과 전자빔 유도부(300) 사이의 전계가 형성되어 전자가 방출될 수 있다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 검사 장치는 마이크로 발광소자(100)에서 출사되는 광 중에서도 원하는 파장대의 광만을 필터링할 수 있다. 예시적으로 청색 마이크로 발광소자(100)에서 원하는 피크 파장대가 423nm인 경우 다른 파장대의 청색광은 필터 어레이(PA1)를 이용하여 차단할 수 있다. 따라서, 소망하는 파장대를 갖는 마이크로 발광소자(100)를 선별할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 필터 어레이(PA1)는 복수 개의 마이크로 발광소자(100)의 활성층에서 출사되는 제1 광의 전체 파장대역 중에서 제1 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 필터(810), 및 제1 광의 전체 파장대역 중에서 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 필터(820), 및 제3 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제3 필터(830)를 포함할 수 있다. 복수 개의 필터(810, 820, 830)는 구동부(840)에 의해 선택적으로 광검출부(600)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 광은 청색, 녹색, 및 적색 파장대의 광 중에 하나일 수 있다.
도 13을 참조하면 예시적으로 청색 마이크로 발광소자는 440nm 내지 460nm 파장대에서 피크를 갖는 광을 방출할 수 있다. 복수 개의 청색 마이크로 발광소자는 하나의 웨이퍼 상에서 성장하지만 미세하게 성장 조건이 달라져 메인 피크는 조금씩 상이할 수 있다. 이때, 각각의 청색 마이크로 발광소자(100)의 발광 파장대는 약 5nm의 대역을 가질 수 있다. 즉, 각 발광소자에서 방출되는 청색광의 메인 피크의 반치폭은 매우 좁을 수 있다.
예를 들면, 100개의 청색 마이크로 발광소자를 제작한 경우 모두 청색광을 발광하지만 32개는 440nm 내지 445nm의 파장 대역을 가질 수 있고, 38개는 446nm 내지 450nm의 파장 대역을 가질 수 있고, 나머지 30개는 451nm 내지 455nm의 파장 대역을 가질 수 있다.
따라서 제1 필터(810)의 투과 대역(CA1)을 440nm 내지 445nm로 제작한 경우, 제1 필터(810)를 이용하여 440nm 내지 445nm의 파장을 갖는 청색 마이크로 발광소자만을 분류할 수 있다. 즉, 446nm 내지 460nm 파장 대역을 갖는 소자는 실제로는 청색광을 발광하지만 제1 필터(810)에 의해 차단되므로 광검출부(600)에는 발광하지 않은 것으로 검출될 수 있다.
제2 필터(820)의 투과 대역(CA2)을 446nm 내지 450nm로 제작하는 경우, 제2 필터(820)를 이용하여 446nm 내지 450nm의 파장을 갖는 청색 마이크로 발광소자(100)만을 분류할 수 있다.
또한, 제3 필터(830)의 투과 대역(CA3)을 451nm 내지 455nm로 제작하면 제3 필터(830)를 이용하여 451nm 내지 455nm의 파장을 갖는 청색 마이크로 발광소자(100)만을 분류하여 검사할 수 있다. 그러나 필터의 개수 및 투과 파장 대역의 범위는 자유롭게 변형될 수 있다.
따라서, 하나의 웨이퍼 상에서 성장한 복수 개의 청색 마이크로 발광소자(100) 중에서도 원하는 청색 파장을 갖는 소자를 세밀하게 분류할 수 있다. 마이크로 발광소자(100)는 디스플레이의 픽셀로 사용되므로 청색 파장 중에서도 피크 파장이 동일한 소자를 배치하는 것이 색 균일도 면에서 유리할 수 있다.
또한 제1 내지 제3 청색 마이크로 발광소자(100)를 분류한 후 이를 균일하게 섞어 패널에 전사할 수도 있다. 이 경우 어느 한 부분에 제1 청색 마이크로 발광소자(또는 제2, 제3 청색 마이크로 발광소자)가 밀집되지 않으므로 색 균일도 면에서 유리할 수 있다.
위에서는 예시적으로 청색 마이크로 발광소자로 설명하였으나 녹색 마이크로 발광소자 및 적색 마이크로 발광소자도 동일한 방법으로 분류할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고, 도 15는 일부가 연결된 복수 개의 발광소자를 보여주는 도면이고, 도 16은 도 15의 변형예이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 복수 개의 마이크로 발광소자는 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)이 서로 분리되어 있으나, 제1 도전형 반도체층(110)은 서로 연결될 수 있다. 이러한 발광 구조는 아직 발광 다이오드 제작이 완료되지 않은 경우일 수 있다.
이 경우 제3 전원부(430)를 이용하여 제1 도전형 반도체층(110)에 양의 전압을 인가함으로써 전자빔 유도부(300)를 통과한 전자빔을 더욱 가속시킬 수 있다. 이때 제1 도전형 반도체층(110)과 전자빔 조사부(200) 사이에 전계가 충분히 형성된 경우에는 전자빔 유도부(300)를 생략할 수도 있다.
도 16을 참조하면, 복수 개의 마이크로 발광소자(100)는 디스플레이 패널(20)에 전사가 완료된 상태일 수도 있다. 복수 개의 마이크로 발광소자(100)의 전사 공정이 완료된 경우에도 패널 조립이 완료되기 전에 불량인 소자를 검사하는 작업이 필요할 수 있다. 실시예는 비접촉식으로 마이크로 발광소자를 발광시킬 수 있으므로 패널에 전사가 완료된 이후에도 검사를 진행할 수 있는 장점이 있다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고, 도 18a 및 도 18b는 라인 형상의 검사 영역을 스캔하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 17을 참조하면, 검사 장치는 전자빔 조사 모듈(910)을 이용하여 검사할 수 있다. 전자빔 조사 모듈(910)은 전자빔 조사부(200)와 전자빔 유도부(300)를 수용하는 하우징(930)을 포함할 수 있다. 전자빔 조사부(200)와 전자빔 유도부(300)는 복수 개의 마이크로 발광소자(100)의 일부 영역에만 전자빔을 조사할 정도의 크기를 가질 수 있다.
하우징(930)은 발광소자의 일부 영역에만 전자빔을 조사하는 투과부(920)를 포함하고 이동 모듈(940)에 의해 일 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전자빔 조사부(200)와 전자빔 유도부(300)의 면적을 줄일 수 있고 웨이퍼의 사이즈에 관계없이 검사가 가능해질 수 있다.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 전자빔 조사 모듈(910)에서 조사되는 전자빔은 라인 형상으로 조사될 수 있고, 라인 스캔 방식으로 조사 영역(SN1, SN2)은 일방향으로 이동하면서 연속적으로 마이크로 발광소자(100)를 발광시킬 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 전자빔 조사 모듈(910)에서 조사되는 전자빔이 기판(10)의 1시 영역, 5시 영역, 7시 영역, 및 11시 영역을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차적으로 조사할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이다.
도 19를 참조하면, 제1 전자빔 조사 모듈(910)과 제2 전자빔 조사 모듈(910)은 스테이지(530)에 수직한 선을 기준으로 기울어져 배치될 수 있다. 제1 전자빔 조사 모듈(910)에서 출사되는 전자빔과 제2 전자빔 조사 모듈(910)에서 출사되는 전자빔은 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 전체적으로 조사될 수 있다. 제1 전자빔 조사 모듈(910)에 의해서 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 전체적으로 조사될 수 있다면 제2 전자빔 조사 모듈(910)은 생략될 수도 있다.
이러한 구성에 의하면, 광검출부(600)가 복수 개의 발광소자가 방출하는 광을 직접 촬영할 수 있는 장점이 있다. 기판(10)의 두께가 너무 두꺼워 발광소자에서 방출되는 광의 강도가 약하거나, 기판(10)이 디스플레이 패널 기판 또는 GaAs 기판 같이 광을 잘 투과시키지 않는 경우에는 이러한 구조가 적합할 수 있다.
제1 전자빔 조사 모듈(910) 및/또는 제2 전자빔 조사 모듈(910)은 복수 개의 마이크로 발광소자의 일부 영역에만 전자빔을 조사할 수도 있다. 이때, 스테이지(530)는 수평 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 순차적으로 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 발광할 수 있다. 따라서, 제어부(700)는 광검출부(600)가 획득한 광 이미지를 분석하여 순차적으로 불량 소자를 검출할 수 있다. 또는 전체적으로 스캐닝이 끝난 이후에 불량 소자를 검출할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 검사 장치의 개념도이고, 도 21은 전자빔 유도부의 평면도이고, 도 22는 전자빔 유도부가 이동하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 실시예에 따른 검사 장치는, 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 배치되는 스테이지(530), 복수 개의 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사부(200), 전자빔 조사부(200)와 복수 개의 마이크로 발광소자(100) 사이의 일부 영역에 배치되는 전자빔 유도부(300) 및 내부에 진공을 형성하는 챔버(500)를 포함한다.
전자빔 유도부(300)는 적어도 하나의 관통홀(310)을 포함할 수 있다. 실시예에서는 2개의 직사각형 형상의 관통홀(310)을 예시하였으나, 관통홀(310)의 개수는 1개일 수도 있고 3개 이상의 복수 개로 구성될 수도 있다. 또한, 관통홀의 형상은 직사각형 형상이 아닌 다양한 형상(원, 다각)일 수도 있다.
전자빔 유도부(300)는 전자빔 조사부(200)와 복수 개의 마이크로 발광소자(100) 사이의 일부 영역에 배치되고 이동 부재(320)에 의해 일 방향으로 이동할 수 있다.
도 22를 참조하면, 이동 부재(320)에 의해 전자빔 유도부(300)가 일 방향으로 이동하면서 순차적으로 전자빔이 가속화될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 전자빔 조사부(200)에 의해 전체적으로 전자빔이 방출되는 상태에서 전자빔 유도부(300)가 이동하는 지점에서는 전자빔이 상대적으로 가속될 수 있다.
즉, 전자빔 조사부(200)에서 전체적으로 전자빔을 방출하므로 일부 정상 발광소자(100)는 발광할 수 있다. 그러나 전자빔이 충분히 가속되지 않아 발광 이미지는 상대적으로 어두울 수 있다. 또는 일부 정상 발광소자(100)는 전자빔이 유효하게 입사되지 않아 발광하지 않을 수도 있다. 이러한 광 이미지는 유효하지 않은 것으로 처리될 수 있다.
전자빔 유도부(300)가 위치한 지점에서는 전자빔이 충분히 가속되어 상대적으로 많은 전자빔이 발광소자에 입사되므로 상대적으로 밝은 광 이미지가 검출될 수 있다. 따라서, 전자빔 유도부(300)가 이동하면서 순차적으로 전자빔을 가속시키고, 전자빔이 가속된 영역에서의 발광 이미지를 순차적으로 획득하여 정상 소자를 검출할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 따른 검사 방법을 보여주는 흐름도이고, 도 21a는 전자빔 측정부가 전자빔의 균일도를 측정하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 22b는 제1 전극층과 전자빔 측정부가 복수 개의 영역으로 구분된 상태를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 검사 방법은, 챔버(500) 내부에 진공을 형성하는 단계(S10), 챔버(500) 내부에 배치된 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하는 단계(S20); 마이크로 발광소자(100)의 발광 강도를 측정하는 단계(S30); 및 마이크로 발광소자(100)의 불량 여부를 판단하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
챔버(500) 내부에 진공을 형성하는 단계(S10)는, 마이크로 발광소자(100)가 챔버(500) 내에 배치되면 진공펌프를 가동시켜 챔버(500) 내부의 진공을 10-5 Torr 이하로 조절할 수 있다. 챔버(500) 내의 진공을 10-5 Torr 이하로 조절하면 전자빔이 스캐터링되어 플라즈마가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
챔버(500) 내부에 배치된 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하는 단계(S20)는, 전자빔 조사부(200)에 3000V 내지 5000V의 고전압을 1KHz 이하로 펄스 구동하고, 전자빔 유도부(300)에 8000V 내지 12000V의 양의 전압을 인가하여 전자빔을 가속시킬 수 있다.
전자빔이 마이크로 발광소자(100)에 조사되면 활성층에서 전자빔이 충돌하여 전자-정공쌍이 생성될 수 있다. 생성된 전자-정공쌍은 활성층의 장벽층에 의해 우물층에 구속될 수 있다. 구속된 전자과 정공은 재결합을 통해 가시광을 발광할 수 있다.
마이크로 발광소자(100)에서 방출되는 가시광의 강도는 전자빔의 강도(또는 밀도)에 비례할 수 있다. 따라서, 마이크로 발광소자(100)에서 방출되는 광을 검출하여 불량 여부를 판단할 수 있도록 전자빔의 강도(또는 밀도)는 조절될 수 있다.
마이크로 발광소자(100)의 발광 강도를 측정하는 단계(S30)는, 광검출부(600)가 복수 개의 마이크로 발광소자(100)가 발광하는 이미지를 획득할 수 있다. 광검출부(600)는 카메라일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 마이크로 발광소자(100)의 발광 여부를 검출할 수 있는 다양한 검출 장비가 제한 없이 적용될 수 있다.
광검출부(600)는 수집된 광 이미지를 전기적 신호로 변환한 후, 제어부(700)에 전달할 수 있다.
이때, 필터(800)를 이용하여 발광소자에서 방출되는 제1 광 중에서 일부 파장대의 광만을 선택적으로 투과시킬 수도 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 10 내지 도 13에서 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있다.
마이크로 발광소자(100)의 불량 여부를 판단하는 단계(S40)는, 각각의 마이크로 발광소자(100)에서 출사되는 광을 검출하여 정해진 기준 강도 이하의 광을 방출하는 마이크로 발광소자(100)를 불량으로 판단할 수 있다.
실시예에 따르면, 진공을 형성하는 단계(S10)와 전자빔을 조사하는 단계(S20) 사이에, 챔버(500) 내부에 배치된 전자빔 조사부(200)의 복수 개의 조사 영역에서 전자빔 강도를 측정하는 단계; 및 복수 개의 조사 영역 중에서 미리 정해진 강도 범위를 벗어나는 조사 영역의 전자빔 강도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
도 24a 및 도 24b를 참조하면, 전자빔 강도를 측정하는 단계는 마이크로 발광소자(100)에 전자빔을 조사하기 전에 먼저 전자빔 측정부(30)가 전자빔의 균일도를 측정할 수 있다. 전자빔 측정부(30)는 구동부(미도시)에 의해 측정시 전자빔 조사부(200)와 스테이지(530) 사이에 배치되고, 측정이 완료되면 전자빔 조사부(200)와 스테이지(530)의 사이에서 이탈할 수 있다.
전자빔 측정부(30)는 복수 개의 감지 영역(P1 내지 P24)으로 구분될 수 있다. 복수 개의 감지 영역(P1 내지 P24)은 복수 개의 조사 영역(S1 내지 S24)과 서로 매칭되게 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 감지 영역(P1 내지 P24)에서 측정한 값을 이용하여 어느 조사 영역의 전자빔이 불균일한지 판단할 수 있다.
전자빔 강도를 조절하는 단계는 상대적으로 전자빔의 강도가 불균일한 지점을 검출하여 해당 영역의 전자빔 강도가 미리 정해진 기준 범위(또는 평균 강도)와 매칭되도록 조정할 수 있다.
예시적으로 전자빔의 강도가 약한 지점은 조사 영역의 전압 레벨을 높일 수 있고, 전자빔의 강도가 강한 지점은 조사 영역의 전압 레벨을 낮출 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 복수 개의 마이크로 발광소자가 배치되는 스테이지;
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사부;
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자에서 방출된 광의 이미지를 획득하는 광검출부;
    상기 전자빔 조사부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 전자빔 유도부; 및
    상기 광검출부가 획득한 광 이미지를 기초로 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 불량 여부를 판단하는 제어부를 포함하는, 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부는 상기 전자빔이 통과하는 적어도 하나의 관통홀을 포함하는, 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부는 메쉬 형상을 갖는, 검사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부의 적어도 하나의 관통홀은 길게 연장 형성된 검사장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부는 상기 스테이지의 일부 영역에 대응되는 면적을 갖고,
    상기 전자빔 유도부는 상기 스테이지와 상기 전자빔 조사부 사이에서 일방향으로 이동하는 검사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사부와 상기 마이크로 발광소자 사이의 제1 거리와, 상기 전자빔 조사부와 상기 전자빔 유도부 사이의 제2 거리의 비(제1 거리: 제2 거리)는 1: 0.6 내지 1: 0.99인, 검사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부는,
    상기 전자빔 조사부와 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 제1 전자빔 유도부, 및
    상기 제1 전자빔 유도부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 제2 전자빔 유도부를 포함하는, 검사장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사부는 전극층, 상기 전극층 상에 형성되어 상기 복수 개의 마이크로 발광소자를 향해 전자를 방출하는 복수 개의 에미터, 및 상기 전극층과 이격 배치되는 게이트 전극을 포함하고,
    상기 에미터는 탄소나노튜브를 포함하는 검사장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자빔 유도부에 인가되는 전압 레벨은 상기 게이트 전극에 인가되는 전압 레벨보다 높은, 검사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층은 전자빔이 조사되면 각각 광을 방출하는, 검사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광검출부에 입사되는 광을 일부 차폐하는 필터를 포함하고,
    상기 필터는 상기 활성층에서 방출된 제1 광은 투과시키고, 상기 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에서 방출한 제2 광은 차단하는, 검사장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광검출부에 입사되는 광을 일부 차폐하는 필터 어레이를 포함하고,
    상기 필터 어레이는 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 활성층에서 출사되는 제1 광의 전체 파장대역 중에서 제1 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 필터, 및 상기 제1 광의 전체 파장대역 중에서 상기 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 필터를 포함하고,
    상기 제1 광은 청색광, 녹색광, 및 적색광 중에 어느 하나인 검사장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 필터 어레이는 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 선택적으로 상기 광검출부 상에 배치하는 구동부를 포함하는, 검사장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사부에 진동을 부여하는 진동 유닛을 포함하는, 검사장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지 또는 상기 전자빔 유도부는 일방향으로 이동함으로써 상기 전자빔 유도부와 중첩되는 마이크로 발광소자는 상기 전자빔 유도부의 관통홀로 노출되는 검사장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지, 상기 전자빔 조사부, 및 상기 전자빔 유도부가 내부에 배치되는 챔버; 및
    상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 진공펌프를 포함하는, 검사장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사부 및 상기 전자빔 유도부를 수용하는 하우징; 및
    상기 하우징을 이동시키는 이동 모듈을 포함하고,
    상기 하우징에서 출사된 전자빔은 상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 일부에만 조사되고 상기 전자빔의 조사 영역은 상기 이동 모듈에 의해 일방향으로 이동하는, 검사장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 스테이지와 수직한 가상선을 기준으로 기울어지게 배치되는, 검사장치.
  19. 챔버 내부에 진공을 형성하는 단계;
    상기 챔버 내부에 배치된 복수 개의 마이크로 발광소자에 전자빔을 조사하는 단계;
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 발광 강도를 측정하는 단계; 및
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 전자빔은 전자빔 조사부와 상기 복수 개의 마이크로 발광소자 사이에 배치되는 전자빔 유도부에 의해 가속되어 상기 복수 개의 마이크로 발광소자에 주입되는 검사방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 발광 강도를 측정하는 단계는,
    상기 복수 개의 마이크로 발광소자의 활성층에서 방출된 제1 광의 전체 파장대역 중에서 일부 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 검사방법.
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