TWI442043B - 螢光反應檢測系統及其檢測方法 - Google Patents

Description

螢光反應檢測系統及其檢測方法

本發明係與一種螢光反應檢測系統及使用其之方法，尤其是一種光致螢光之量測系統及使用其之方法有關。

於發光二極體晶片的製作中，通常是利用通電後能發出光線之半導體材料，在整片晶圓上形成多個發光二極體晶片，再將多個發光二極體晶片切單後製成。此種半導體材料於通電後，電子會從基態躍升至激發態，再從激發態掉至較低能帶，同時發出電磁波。當電磁波的波長落入可見光範圍時，通常會利用此種半導體做為發光裝置的材料。此外，當發光二極體晶片之半導體材料被照射特定波長的光線時，電子也會從基態躍升至激發態，並產生一電子電洞對，此電子電洞對會再次結合而發出螢光，此種螢光反應現象通稱為「光致螢光」(Photoluminescence，PL)。

一般而言，倘若發光二極體晶片有缺陷，則螢光的頻譜會發生變化。因此，一般製造者會在切單之後，以手動方式分別對每個發光二極體晶片照射此種特定波長的光線，進而使發光二極體的半導體材料發出螢光，以檢測發光二極體晶片之製程是否完善無缺失。透過分析螢光的頻譜資訊將可以得知發光二極體晶片的材質特性與缺陷。此種檢測方法被稱為螢光反應檢測方法或光致螢光檢測方法。相對於發光二極體晶片之半導體材料而言，由於所選用的光線能量不算強，故螢光反應檢測方法是一種非破壞性的檢測技術。但若想要成功激發螢光，激發光源的能量必須大於半導體材料的能隙。由於大部分的半導體材料能隙都小於3 eV，若將其換算則激發光源的波長通常不能大於綠光範圍。

另外，傳統的螢光反應檢測系統中，實驗樣品的對位僅能直接用人眼去判別及對位。然而，除了手動檢測耗時費工以外，此螢光大多強度不強，因此檢測系統於檢測螢光時，是否能夠自動檢測並避免螢光強度的減弱已成為重要的課題。

有鑒於上述問題，本發明提供一種螢光反應檢測系統及其檢測方法，其係藉由具有穿洞之反射鏡使用於定位之光線得以順利通過反射鏡，並將螢光反應之光致螢光大幅收集至檢測裝置中，以減少光致螢光的逸散。

本發明提供一種螢光反應檢測系統，主要包括激發光源、分光鏡、反射鏡、工作台、定位裝置及檢測裝置。激發光源、分光鏡、反射鏡及工作台係依序構成第一光路。工作台、反射鏡、分光鏡及定位裝置再依序構成第二光路。工作台、反射鏡及檢測裝置則依序構成第三光路。激發光源係沿著第一光路發出一出射光，出射光穿透分光鏡及反射鏡而照射至工作台。出射光在照射於工作台上之一待檢測物件後，會形成一反射光及一光致螢光，反射光係沿著第二光路照射至定位裝置。光致螢光則沿著第三光路照射至檢測裝置。反射鏡具有一穿洞，該穿洞係對應於第一光路，以令出射光於穿透分光鏡後直接照射至待檢測物件。

本發明提供一種應用上述螢光反應檢測系統之檢測方法，其包含以下步驟。將出射光沿著第一光路而照射於待檢測物件之待測位置。定位裝置可以沿著第二光路來比對出射光所照射之位置與待測位置是否相符。當待測位置與該出射光所照射之該位置相符時，該檢測裝置可以沿著該第三光路來檢測該待測位置之螢光反應而形成之光致螢光。出射光所照射之位置與待測位置不相符時，則驅動工作台進行位移，以使得待檢測物件之待測位置移至出射光所照射之位置。接著，再檢測另一個待測位置之螢光反應。

根據本發明之螢光反應檢測系統及其檢測方法，其可藉由第二光路之配置，而自動地對待檢測物件進行定位，並且藉由具有穿洞之反射鏡及第三光路之配置，而使得螢光反應中大部分的光致螢光皆能藉由反射鏡反射至檢測裝置，進而使檢測裝置能夠接收到足量的光致螢光，以利檢測結果的準確性。

請參照第1圖，其繪示本發明之實施例的螢光反應檢測系統10之架構圖。螢光反應檢測系統10主要包含控制單元100、激發光源110、分光鏡120、反射鏡130、工作台140、檢測裝置150及定位裝置160。激發光源110、分光鏡120、反射鏡130及工作台140係依序構成第一光路L1。工作台140、反射鏡130、分光鏡120及定位裝置160再依序構成第二光路L2。工作台140、反射鏡130及檢測裝置150則依序構成第三光路L3。反射鏡130之中央係具有一個穿洞131，該穿洞131的位置係對應於第一光路L1。工作台140係用以承載並移動待檢測物件200之位置。

於本實施例中，控制單元100例如為電腦及控制程式。激發光源110則例如為氦鎘雷射(He-Cd laser)、氬離子雷射(Ar-ion laser)及綠光雷射。分光鏡120例如為穿透率及反射率各佔一半之分光鏡，且其係具有第一反射面121，反射鏡130係具有第二反射面132。第二反射面132可以能由一鍍鋁反射層所形成。工作台140可以例如為滾珠螺桿驅動式雙軸運動平台或線性馬達驅動式雙軸運動平台。檢測裝置150可以例如為光譜儀(Spectroscope)，以產生所檢測之光致螢光的光譜分布。定位裝置160例如為電荷耦合元件(Charge-coupled device，CCD)影像擷取裝置，或互補式金屬氧化層半導體(Complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像擷取裝置。待檢測物件200可以例如為發光二極體之晶圓，其所包含的半導體材料可以例如為鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、銦氮化鎵(InGaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、矽(Si)及硒化鋅(ZnSe)等材料。

如第1圖所示，第一光路L1係行經激發光源110、分光鏡120、再通過反射鏡130之穿洞131，而到達工作台140。第二光路L2係行經工作台140、通過反射鏡130之穿洞131、分光鏡120之第一反射面121，而到達定位裝置160。第三光路L3則行經工作台140、反射鏡130之第二反射面132，而到達檢測裝置150。激發光源110能沿著第一光路L1發出一道出射光，此出射光會穿透分光鏡120並通過反射鏡130之穿洞131而照射至工作台140，而使得出射光於穿透分光鏡120之後，能夠直接照射至待檢測物件200。出射光在照射於待檢測物件200之後能形成一道反射光。此反射光會沿著第二光路L2而照射至定位裝置160，此外出射光除了形成一反射光之外還能形成一道光致螢光，其能沿著第三光路L3而照射至檢測裝置150。

於本實施例中，螢光反應檢測系統10還能於激發光源110及分光鏡120之間，包含一片帶通濾光片111。此帶通濾光片111對於非指定波長範圍之光線的透光率極低，因而能過濾出射光中之非所欲波長的光線。另外，於分光鏡120及定位裝置160之間，螢光反應檢測系統10還能包含一片長波通濾光片161，而於反射鏡130及檢測裝置150之間，螢光反應檢測系統10也還能另外包含一片長波通濾光片152。長波通濾光片161、152之切斷波長係大於出射光中所需要的波長，且長波通濾光片161、152對於較切斷波長更短之光線的透光率極低。因此，長波通濾光片161、152分別能夠保護定位裝置160及檢測裝置150，以避免受激發光源110所發出之出射光及其反射光的傷害。

此外，於本實施例中，於反射鏡130及檢測裝置150之間，螢光反應檢測系統10還能包含一片聚光鏡153，檢測裝置150還能包含光纖151。聚光鏡153能夠聚集光致螢光而使其照射於光纖151上，再藉由光纖151將光致螢光引導至檢測裝置150。於反射鏡130及工作台140之間，螢光反應檢測系統10還能包含輔助照明光源170。輔助照明光源170可以例如為環形光源。輔助照明光源170及工作台140會依序構成第四光路L4。輔助照明光源170能夠沿著第四光路L4而照射至工作台140上之待檢測物件200，以經由反射鏡130之穿洞131及分光鏡120之第一反射面121(即經由第二光路L2)，而將待檢測物件200之影像照射至定位裝置160，使定位裝置160得以感測待檢測物件200之影像，以利於待檢測物件200之定位。輔助照明光源170能發出波長大於長波通濾光片161之切斷波長的光線。再者，於反射鏡130及工作台140之間，螢光反應檢測系統10還能包含一聚焦鏡180，以利於激發光源110所發出之出射光，能更佳地聚焦於工作台140上之待檢測物件200上。

如第1圖所示，本實施例揭露一種螢光反應檢測方法，其包含有以下所述之步驟。控制單元100會開啟輔助照明光源170，並調整放置有待檢測物件200之工作台140之位置。輔助照明光源170之光線係沿著第四光路L4，而直接照射至待檢測物件200。輔助照明光源170之光線在照射至待檢測物件200後，能沿著第二光路L2，經過聚焦鏡180，穿過反射鏡130之穿洞131，再藉由分光鏡120之第一反射面121之反射後，經過長波通濾光片161之保護，再由定位裝置160進行感測。請同時參照第2圖，其繪示本發明之實施例的待檢測物件200之俯視圖。控制單元100控制工作台140及定位裝置160，以沿著路徑W來掃描整片待檢測物件200。待檢測物件200係具有多個發光二極體晶片210。請同時參照第3圖，其繪示第2圖之局部放大圖。定位裝置160能感測並記錄多個發光二極體晶片210之間的交接位置P1，也就是發光二極體晶片210的角落。控制單元100會根據這些交接位置P1來計算並記錄待測位置P2(即任意一發光二極體晶片210之四個角落的交點)。

接著，如第1圖所示，開啟激發光源110以沿第一光路L1發出一出射光。出射光會經過帶通濾光片111並濾掉非所欲之波長的光線，僅使具有需要之波長的出射光通過。出射光會穿透分光鏡120及反射鏡130之穿洞131，並照射至待檢測物件200而形成一反射光。反射光將沿著第二光路L2經過聚焦鏡180、反射鏡130之穿洞131及分光鏡120之第一反射面121，再經由長波通濾光片161之保護而照射至定位裝置160，以避免定位裝置160受反射光直接照射而損壞。控制單元100係藉由此反射光於定位裝置160中所顯示之位置，判斷出射光是否照射於待檢測物件200的其中之一個發光二極體晶片210的待測位置P2，即比對出射光所照射之位置與待測位置P2是否相符。當出射光並未照射於發光二極體晶片210之待測位置P2，即出射光所照射之位置與待測位置P2不相符時，便移動工作台140，直到出射光照射於待測位置P2。

當確定出射光照射於待測位置P2時，出射光會照射至待檢測物件並因螢光反應形成一光致螢光。光致螢光於通過聚焦鏡180，再經過反射鏡130之第二反射面132的反射，以及聚光鏡153之聚光與長波通濾光片152之保護後，而照射至檢測裝置150之光纖151。檢測裝置150會根據光致螢光來產生光譜，並將此光譜送至控制單元100進行分析，以判斷此待測位置P2上之發光二極體晶片210是否有製程上的缺陷。

工作台140於出射光照射於此待測位置P2並形成光致螢光後，便會根據所記錄之複數個待測位置P2而移動，以令出射光照射至另一個待測位置P2以再形成另一個光致螢光。當整片待檢測物件200之所有的發光二極體晶片210被全面檢測完畢時，即完成此檢測物件200之檢測。

綜上所述，本發明之螢光反應檢測系統及方法，係藉由第二光路之配置，使定位裝置能夠感測待檢測物件之影像，並且能夠感測反射光以確定出射光是否照射於待檢測物件之待測位置上，以利出射光及待檢測物件間之定位，進而增進檢測結果的準確度。再者，由於第二光路中配置了具有穿洞之反射鏡，而能夠使待檢測物件之影像及反射光得以順利穿過反射鏡。此外，藉由第三光路之配置可以使螢光反應產生之光致螢光，能夠大部分藉由反射鏡反射至檢測裝置，而使檢測裝置能夠接收到足量的光致螢光，以利檢測結果的準確性。如此一來，在本發明之螢光反應檢測系統中，因為整合了定位裝置的影像擷取及檢測裝置的螢光檢測，而讓使用者能夠在觀察待檢測物件之後，直接進行螢光反應之光致螢光的測量。除了其之定位能夠更加準確，還能進一步減少觀察與檢測間所花費的時間，同時可以確認雷射照射於待檢測物件之位置。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10．．．螢光反應檢測系統

100．．．控制單元

110．．．激發光源

111．．．帶通濾光片

120．．．分光鏡

121．．．第一反射面

130．．．反射鏡

131．．．穿洞

132．．．第二反射面

140．．．工作台

150．．．檢測裝置

151．．．光纖

152、161．．．長波通濾光片

153．．．聚光鏡

160．．．定位裝置

170．．．輔助照明光源

180．．．聚焦鏡

200．．．待檢測物件

210．．．發光二極體晶片

L1．．．第一光路

L2．．．第二光路

L3．．．第三光路

L4．．．第四光路

P1．．．交接位置

P2．．．待測位置

W．．．路徑

第1圖所示為依照本發明之實施例之螢光反應檢測系統之架構圖。

第2圖所示為依照本發明之實施例之待檢測物件200之俯視圖。

第3圖所示為第2圖之局部放大圖。

10．．．螢光反應檢測系統

100．．．控制單元

110．．．激發光源

111．．．帶通濾光片

120．．．分光鏡

121．．．第一反射面

130．．．反射鏡

131．．．穿洞

132．．．第二反射面

140．．．工作台

150．．．檢測裝置

151．．．光纖

152、161．．．長波通濾光片

153．．．聚光鏡

160．．．定位裝置

170．．．輔助照明光源

180．．．聚焦鏡

200．．．待檢測物件

L1．．．第一光路

L2．．．第二光路

L3．．．第三光路

L4．．．第四光路

Claims (10)

1. 一種螢光反應檢測系統，其包括一激發光源、一分光鏡、一反射鏡、一工作台、一定位裝置及一檢測裝置；該激發光源、該分光鏡、該反射鏡及該工作台係依序構成一第一光路；該工作台、該反射鏡、該分光鏡及該定位裝置係依序構成一第二光路；該工作台、該反射鏡及該檢測裝置則依序構成一第三光路；該激發光源會沿著該第一光路發出一出射光，該出射光會穿透該分光鏡及該反射鏡而照射至該工作台；該出射光在照射於該工作台上之一待檢測物件後會形成一反射光，該反射光將沿著該第二光路而照射至該定位裝置；且該出射光在照射於該待檢測物件後會另外形成一光致螢光，該光致螢光會沿著該第三光路而照射至該檢測裝置；其中，該反射鏡具有一穿洞，該穿洞對應於該第一光路與該第二光路，以使得該出射光得以在穿透該分光鏡後，直接照射至該待檢測物件。
2. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中該出射光在照射於該工作台上並形成一反射光後，該反射光會經過該第二光路而穿過該分光鏡，並經過該分光鏡而照射至該定位裝置。
3. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中在該激發光源及該分光鏡之間，還包括一帶通濾光片。
4. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中在該分光鏡及該定位裝置或該反射鏡及該檢測裝置之間，還包括有一長波通濾光片。
5. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中在該反射鏡及該檢測裝置之間還包括一聚光鏡。
6. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中在該反射鏡及該工作台之間還包括一輔助照明光源。
7. 如請求項1所述之螢光反應檢測系統，其中在該反射鏡及該工作台之間還包括一聚焦鏡。
8. 一種應用請求項1所述之螢光反應檢測系統之檢測方法，其包括以下步驟：將該出射光沿著該第一光路而照射於該待檢測物件之一待測位置；該定位裝置可以沿著該第二光路來比對該出射光所照射之一位置與該待測位置是否相符；以及當該待測位置與該出射光所照射之該位置相符時，該檢測裝置可以沿著該第三光路來檢測該待測位置之螢光反應。
9. 如請求項8所述之檢測方法，其中該出射光所照射之該位置與該待測位置不相符時，則驅動該工作台進行位移，以使得該待檢測物件之該待測位置移至該出射光所照射之該位置。
10. 如請求項8所述之檢測方法，其中還包括調整該工作台之位置，以使得該定位裝置感測並記錄該待檢測物件之複數個待測位置，並於該檢測裝置沿著該第三光路來檢測該待測位置之螢光反應之後，根據所記錄之該些待測位置來移動該工作台，以使得該檢測裝置得以沿著該第三光路來檢測另一個該待測位置之螢光反應。