TWI409476B - 測試發光二極體晶粒之方法 - Google Patents

Description

測試發光二極體晶粒之方法

本發明係相關於一種測試發光二極體晶粒之方法，尤指一種利用發光二極體晶粒之電性差異來估算光學數值之測試發光二極體晶粒之方法。

發光二極體(Light Emitting Diode,LED)係由P-N接合半導體構成，當電流從P側流向N側隨即發光，可高效率的將電能轉換成光源。發光二極體之製造流程為先製備發光二極體晶圓(wafer)，將晶圓切割為發光二極體晶粒(die)之後，重新排列在輸送帶上，以兩端探針接觸單一發光二極體晶粒之P型電極與N型電極，測試其是否發光之後，再移動探針並測試下一顆發光二極體晶粒，故測試時是以逐一點測方式測試每一發光二極體晶粒，測試時間冗長。接下來將每一發光二極體晶粒個別放置在基板(或導線架)上，打線電性連接發光二極體晶粒與基板(或導線架)，再以透明樹脂或玻璃蓋密封發光二極體晶粒，最後再測試一次已封裝後之發光二極體晶粒。

關於發光二極體之光學特性之測試方法，根據國際照明協會(CIE)公佈的「CIE-127 Measurements of LEDs」規定，在量測發光二極體之光強度(mcd)時，須將發光二極體的幾何軸中心對準感測器，並使發光二極體與感測器之間保持100mm的距離，並且感測器接受光的直徑為11.3mm，量測全光通量(total luminous flux)時為所發光角度的能量總和，在這些限制條件下，為了能夠準確量測光度學參數CIE(x,y)、λD、λp、純度(purity)、半峰全寬(full width at half maximum,FWHM)和光強度IV等等，通常發光二極體之光學特性之測試方法包含步驟：第一，當發光二極體輸送至第一測試點後，會被點亮發光，使發光二極體光束射出；第二，發光二極體光束射入第一測試點所設置的第一測試裝置內，以進行第一項測試，待測試完畢後，發光二極體會被熄滅，並送往第二測試點；第三，當發光二極體輸送至第二測試點後，會再度被點亮發光，以使發光二極體光束射出；第四，當發光二極體光束射入第二測試點所設置的第二測試裝置後，便進行第二項測試，待測試完畢後，發光二極體會被熄滅，並送往下一個測試點。

發光二極體晶粒在做點測時需量測電性以及光學特性，由於量測電性時反應速度較快，且不需使用任何演算法就可以獲得正確與穩定的量測數值，但量測光學特性時就需根據發光二極體晶粒之特性來設定晶粒穩定時間、光學量測系統的曝光時間以及運算校正的系統函數演算法來取得穩定的量測數值，故發光二極體晶粒之量測光學特性的時間約佔總量測時間的1/3~1/2時間。然而，目前發光二極體磊晶廠的磊晶機已由4吋進展成6吋，若以10x24mil的晶粒為例，一片晶圓所需點測之數量也由5萬多顆晶粒變成10萬多顆晶粒，因此發光二極體晶粒測試機台之點測效率實為急需改善的首要問題。

因此，本發明之一目的在於提供一種測試發光二極體晶粒之方法，以解決上述之問題。

本發明係提供一種測試發光二極體晶粒之方法，包含：量測一第一發光二極體晶粒所產生之光線，並記錄一第一光學數值；量測該第一發光二極體晶粒之電性，以計算出一第一內阻值；量測一第二發光二極體晶粒之電性，以計算出一第二內阻值；比較該第一內阻值與該第二內阻值，以計算出一內阻差值；以及根據該內阻差值以及該第一光學數值計算出一第二光學數值，並記錄該第二光學數值作為該第二發光二極體晶粒所產生之光線之光學數值。

本發明另提供一種測試發光二極體晶粒之方法，包含：根據一預設電流建立一電壓值與波長之關係函數；利用該預設電流驅動一待測晶圓之發光二極體晶粒；量測該待測晶圓之發光二極體晶粒之電壓值；以及根據該電壓值與波長之關係函數估算該待測晶圓之發光二極體晶粒所產生之光線之波長。

請參考圖1，圖1為發光二極體晶粒於磊晶片上之波長分佈之示意圖。根據光譜量測的結果，磊晶片上鄰近的發光二極體晶粒之波長並不會有劇烈的變化，而是呈現漸漸的遞增或遞減分佈。例如，區域A之波長介於457nm至458.5nm，區域B之波長介於455.5nm至457nm，區域C之波長介於454nm至455.5nm，區域D之波長介於452.5nm至454nm，區域E之波長介於451nm至452.5nm，區域F之波長介於449.5nm至451nm。因此，本發明測試發光二極體晶粒之方法利用鄰近發光二極體晶粒之電性差異來估算發光二極體晶粒之光學數值，此方式可較原本點測方式節省許多點測時間進而提升整個系統的點測效率。在本發明實施例中，以Y軸上之發光二極體晶粒作說明，其中發光二極體晶粒B1、B2為位於區域B之鄰近發光二極體晶粒。

發光二極體是利用電能直接轉化為光能的原理，在半導體內正負極二個端子施加電壓，當電流通過使電子與電洞相結合時，剩餘能量便以光的形式釋放，依其使用的材料的不同，其能階高低使光子能量Eg產生不同波長λ的光，如式(1)所示，此時發光二極體之電壓值V可表示為式(2)，其中h為浦朗克常數，c為光速，e為電子所帶的電量。

然而，發光二極體之電壓值V會受到內阻值Rs(如串聯阻、量測接觸阻值)的影響造成壓降，此外電子以及電洞的能量損失分別為ΔEc-Eo、ΔEvEo，所以發光二極體之電壓值V可表示為式(3)，其中Ec為傳導帶，Ev為價電帶，Eo為最低能量狀態，I為輸入電流。

請參考圖2，圖2為本發明測試發光二極體晶粒之方法之第一實施例之流程圖。通常測試發光二極體晶粒時會分別量測輸入電流I為1μA、10μA、20mA、120mA之電壓值，當輸入電流I為10μA或更小之電流值時，內阻值Rs所造成的壓降I*Rs可忽略不計。因此，利用大電流及小電流分別量測發光二極體晶粒之電壓值，再根據式(3)可估算出發光二極體晶粒之內阻值。例如，以10μA的輸入電流I1測得電壓值V1可表示為式(4)，以20mA的輸入電流I2測得電壓值V2可表示為式(5)：

根據式(4)、式(5)可計算出發光二極體晶粒之內阻值Rs如式(6)所示：

比較發光二極體晶粒之內阻值與最佳樣品(golden sample)或鄰近之發光二極體晶粒之內阻值產生內阻差值，再根據內阻差值可估算發光二極體晶粒之光學數值，其中光學數值包含波長值及亮度值。因此，本發明測試發光二極體晶粒之方法之第一實施例包含下列步驟：

步驟210：量測一第一發光二極體晶粒(例如圖1之發光二極體晶粒B1)之光學特性以及電性。

步驟211：量測該第一發光二極體晶粒所產生之光線，並記錄一第一光學數值。

步驟212：量測該第一發光二極體晶粒之電性，以計算出一第一內阻值。

步驟220：量測一第二發光二極體晶粒(例如圖1之發光二極體晶粒B2)之電性。

步驟221：量測該第二發光二極體晶粒之電性，以計算出一第二內阻值。

步驟222：比較該第一內阻值與該第二內阻值，以計算出一內阻差值。

步驟223：根據該內阻差值以及該第一光學數值計算出一第二光學數值。

步驟224：估算該第二發光二極體晶粒所產生之光線之光學數值等於該第二光學數值。

請參考圖3，圖3為發光二極體晶粒於磊晶片上之內阻差值之示意圖。根據磊晶片的特性，同一種產品所量測到的光學特性非常接近，尤其是同一產品之待測晶圓上，相鄰二晶粒之光學數值為漸漸的遞增或遞減的變化。由上述式(4)、式(5)與式(6)可計算出發光二極體晶粒之內阻值，再比較鄰近之發光二極體晶粒之內阻值可產生圖3之內阻差值之示意圖，圖3之橫座標表示圖1之Y軸上之發光二極體晶粒顆數，縱座標為發光二極體晶粒之內阻差值。例如，以20mA的輸入電流I量測發光二極體晶粒B1、B2之電壓值VB1、VB2可分別表示為式(7)、式(8)：

其中Eg1、Eg2分別為發光二極體晶粒B1、B2之能量值。根據式(7)、式(8)及式(1)，可得到式(9)：

其中發光二極體晶粒B1之波長值λ1以及發光二極體晶粒B1、B2之內阻差值(Rs2-Rs1)為已知，因此可估算出發光二極體晶粒B2之波長值λ2，如此可節省量測發光二極體晶粒B2之光學特性的時間。

請參考圖4，圖4為本發明測試發光二極體晶粒之方法之第二實施例之流程圖。由於發光二極體晶粒之內阻值為波長函數，因此可利用最佳樣品來取得發光二極體晶粒之電性與光學數值之關係函數，日後點測只需測試發光二極體晶粒之電性就可估算出光學數值，提升點測效率。本發明測試發光二極體晶粒之方法之第二實施例包含下列步驟：

步驟410：根據一預設電流建立一電壓值與波長之關係函數。

步驟420：利用該預設電流驅動一待測晶圓之發光二極體晶粒。

步驟430：量測該待測晶圓之發光二極體晶粒之電壓值。

步驟440：根據該電壓值與波長之關係函數估算該待測晶圓之發光二極體晶粒所產生之光線之波長。

根據式(3)，當輸入電流I為10μA或更小之電流值時，內阻值Rs所造成的壓降I*Rs可忽略不計，因此預設電流為小於等於10μA之電流值。

請參考圖5，圖5為發光二極體晶粒之電壓值與波長之關係圖。根據預設電流建立電壓值與波長之關係函數時，利用預設電流驅動最佳樣品之發光二極體晶粒，當輸入電流I為10μA或更小之電流值時，發光二極體晶粒之電壓值V可表示為式(2)，將式(1)代入式(2)，則發光二極體晶粒之電壓值V與波長為一關係函數，如圖5所示，橫座標表示1μA的輸入電流測得電壓值，縱座標為發光二極體晶粒所產生之光線之波長。此外，由圖5之趨勢線也可看出當發光二極體晶粒以預設電流驅動時，電壓值與波長具有反比關係，也就是當電壓值愈大時波長愈短。

請參考圖6，圖6為發光二極體晶粒之波長估計值與波長校正值之關係圖。根據圖5之電壓值與波長之關係函數所估算之發光二極體晶粒之波長值，可再根據量測最佳樣品之發光二極體晶粒所產生之波長校正函數進行調整，如圖6所示，以獲得更準確光學數值。圖6之橫座標為利用圖5之關係函數所獲得之波長估計值，縱座標為校正後之波長值。由於每一種產品之發光二極體晶粒的特性不同，所以測試儀器需根據不同產品使用不同的波長校正函數，也就是波長校正函數是根據每一種產品之發光二極體晶粒的特性來進行設定的。因此，藉由量測最佳樣品所建立之發光二極體晶粒之電性與光學數值之關係函數(圖5)，以及根據發光二極體晶粒的特性所建立之波長校正函數(圖6)，日後點測只需測試發光二極體晶粒之電性就可估算出光學數值。

綜上所述，本發明測試發光二極體晶粒之方法利用量測待測發光二極體晶粒與鄰近或最佳樣品之發光二極體晶粒之電性差異，再根據鄰近或最佳樣品之發光二極體晶粒之光學數值來估算待測發光二極體晶粒之光學數值。在第一實施例中，先量測第一發光二極體晶粒之光學數值，再分別量測第一發光二極體晶粒與第二發光二極體晶粒之電性以計算出二者之內阻差值，如此可根據內阻差值及第一發光二極體晶粒之光學數值估算出第二發光二極體晶粒之光學數值。在第二實施例中，先根據預設電流以及最佳樣品建立一電壓值與波長之關係函數，再量測以預設電流驅動待測晶圓之發光二極體晶粒之電壓值，如此可根據電壓值與波長之關係函數估算待測晶圓之發光二極體晶粒之波長。因此，本發明測試發光二極體晶粒之方法有效提升測試發光二極體晶粒之效率。

A至F‧‧‧波長分佈區域

B1、B2‧‧‧發光二極體晶粒

210至212‧‧‧步驟

220至224‧‧‧步驟

410‧‧‧步驟

420‧‧‧步驟

430‧‧‧步驟

440‧‧‧步驟

圖1為發光二極體晶粒於磊晶片上之波長分佈之示意圖。

圖2為本發明測試發光二極體晶粒之方法之第一實施例之流程圖。

圖3為發光二極體晶粒於磊晶片上之內阻差值之示意圖。

圖4為本發明測試發光二極體晶粒之方法之第二實施例之流程圖。

圖5為發光二極體晶粒之電壓值與波長之關係圖。

圖6為發光二極體晶粒之波長估計值與波長校正值之關係圖。

210至224．．．步驟

Claims (10)

1. 一種測試發光二極體晶粒之方法，包含：量測一第一發光二極體晶粒所產生之光線，並記錄一第一光學數值；量測該第一發光二極體晶粒之電性，以計算出一第一內阻值；量測一第二發光二極體晶粒之電性，以計算出一第二內阻值；比較該第一內阻值與該第二內阻值，以計算出一內阻差值；以及根據該內阻差值以及該第一光學數值之波長值計算出一第二光學數值之波長值，並記錄該第二光學數值之波長值作為該第二發光二極體晶粒所產生之光線之光學數值；其中，計算出該第一內阻值包含：量測該第一發光二極體晶粒以一第一預設電流驅動時之電壓值；量測該第一發光二極體晶粒以一第二預設電流驅動時之電壓值；根據該第一發光二極體晶粒以該第一預設電流驅動以及該第二預設電流驅動時之電壓差值，計算該第一內阻值；以及其中，計算出該第二內阻值包含：量測該第二發光二極體晶粒以該第一預設電流驅動時之電壓值；量測該第二發光二極體晶粒以該第二預設電流驅動時之電壓值；以及根據該第二發光二極體晶粒以該第一預設電流驅動以及該第二預設電流驅動時之電壓差值，計算該第二內阻值。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一預設電流約小於等於10微安培(10μA)，該第二預設電流約大於等於20毫安培(20mA)。
3. 如請求項1所述之方法，其中該第一發光二極體晶粒係為一最佳樣品(golden sample)之發光二極體晶粒。
4. 如請求項1所述之方法，其中該第一發光二極體晶粒係鄰近於該第二發光二極體晶粒。
5. 如請求項1所述之方法，其中該第一光學數值以及該第二光學數值分別包含波長值。
6. 如請求項1所述之方法，其中該第一光學數值以及該第二光學數值分別包含亮度值。
7. 一種測試發光二極體晶粒之方法，包含：根據一預設電流建立一電壓值與波長之關係函數，該關係函數包含利用該預設電流驅動一最佳樣品之發光二極體晶粒以及量測該最佳樣品之發光二極體晶粒所產生之光線之波長以及電壓值，以建立該電壓值與波長之關係函數；利用該預設電流驅動一待測晶圓之發光二極體晶粒；量測該待測晶圓之發光二極體晶粒之電壓值；以及根據該電壓值與波長之關係函數估算該待測晶圓之發光二極體晶粒所產生之光線之波長。
8. 如請求項7所述之方法，其中根據該預設電流建立該電壓值與波長之關係函數包含：提供該預設電流以使該發光二極體晶粒之內阻值所造成之壓降可被忽略。
9. 如請求項8所述之方法，其中該預設電流約小於等於10微安培(10μA)。
10. 如請求項7所述之方法，其中根據該電壓值與波長之關係函數估算該待測晶圓之發光二極體晶粒所產生之光線之波長包含：量測該最佳樣品之發光二極體晶粒所產生之光線之波長以產生一波長校正函數；根據該電壓值與波長之關係函數獲得該待測晶圓之發光二極體晶粒之波長估計值；以及根據該波長校正函數以及該波長估計值估算該待測晶圓之發光二極體晶粒所產生之光線之波長。