TWI453433B - 晶圓級ｌｅｄ量測裝置及其量測方法 - Google Patents

晶圓級ｌｅｄ量測裝置及其量測方法 Download PDF

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晶圓級LED量測裝置及其量測方法
本發明係為一種晶圓級LED量測裝置及其量測方法，特別是一種能同時量測複數個LED晶粒之晶圓級LED量測裝置及其量測方法。
美國發明專利第2011/0267087號揭露一種半導體測試系統，其包括一晶圓固持器，用以固持具有複數個LED晶粒的晶圓；一探針卡，用以偵測晶圓的每一個LED晶粒區；以及一光偵測器，用以收集晶圓上LED晶粒發出的光以偵測LED晶粒之光學特性。此半導體測試系統可以沿著一軌跡逐一測試所有的LED晶粒，因為一次僅能測試一個LED晶粒，因此需要較長的測試時間才能完成所有晶圓上LED晶粒的測試。
美國發明專利第2009/0236506號揭露一種晶圓上LED的測試系統，其包括：一晶圓，具有複數個LED晶粒；一光收集組件，主要用以收集LED晶粒發射的光；以及一偵測器，其與光收集組件連接並設計用來偵測部分的散射光。此種晶圓上LED的測試系統通常使用積分球作為光收集組件，再由與積分球連接的偵測器偵測LED晶粒的光學特性。
上述使用積分球之晶圓上LED的測試系統具有一些尚待解決的課題。由於晶圓上LED晶粒的尺寸相當小且分佈密度相當高，使用積分球時無法就單一LED晶粒做光學特性的判別。另外，使用積分球之晶圓上LED的測試系統並未特別為 LED晶粒訂定專屬之測試規格，使得光線會在積分球內多次反射後自入口處出射，因而造成測試上的誤差。故需要一種能夠更精準量測晶圓上LED晶粒的光學特性之量測系統，且期待有能同時量測複數個LED晶粒之量測裝置問世以節省量測時間。
本發明係為一種晶圓級LED量測裝置，其包括：一探針卡、一集光元件以及複數個光感測器。本發明主要是要達到可以在晶圓上同時量測複數個LED晶粒的光學特性，以加速LED晶粒的篩選。
本發明係提供一種晶圓級LED量測裝置，其包括：一探針卡，其具有複數組探針；一集光元件，結合於探針卡之上方側，集光元件係以M個積分柱所構成且每一積分柱具有一光接受面及一出光面，積分柱係由漸變材料所製成；以及複數個光感測器，每一光感測器係設置於一出光面上。
本發明另提供一種晶圓級LED量測裝置，其包括：一探針卡，其具有複數組探針；一集光元件，結合於探針卡之上方側，集光元件係以M個複合橢球集光器所構成且每一複合橢球集光器具有一光接受面及一出光面；以及複數個光感測器，每一光感測器係設置於一出光面上。
本發明又提供一種晶圓級LED量測裝置之量測方法，其包括下列步驟：提供一晶圓，又在晶圓上規劃出複數個受測區，每一受測區內具有複數顆LED晶粒；提供一量測裝置，其為一 晶圓級LED量測裝置，量測裝置具有複數個積分柱或複數個複合橢球集光器；進行對位，其係使至少一積分柱或至少一複合橢球集光器中心對應一受測區內之一LED晶粒；電性接觸，其係將量測裝置下降至最佳量測距離h，並使一探針卡之針腳接觸該些LED晶粒之電極；光特性量測，其係以量測裝置對該些LED晶粒進行光學量測，以得到複數個光量測資訊；分析紀錄，其係將該些光量測資訊進行分析以產生複數個第一標記資訊並加以記錄之；以及標記劣品，其係依照該些第一標記資訊將該些LED晶粒進行劣品標記。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、可以同時在晶圓上量測複數個LED晶粒以增進量測的效率。
二、可以提升量測的精準度。
三、可以同時量測LED晶粒的光學及電學特性。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
 〔一種晶圓級LED量測裝置之實施例〕
第1圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之剖視圖。第2圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之立體 圖。第3圖為本發明實施例之探針接觸LED晶粒之示意圖。第4A圖為本發明實施例之一種圓柱型積分柱之立體圖。第4B圖為本發明實施例之一種方柱型積分柱之立體圖。第5圖為本發明實施例之一種折射率漸變材料的光線行進軌跡示意圖。第6A圖為本發明實施例之一種1/2節距(pitch)之圓柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。第6B圖為本發明實施例之一種1/2節距之方柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。第7A圖為本發明實施例之一種1/4節距之圓柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。第7B圖為本發明實施例之一種1/4節距之方柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。第8圖為本發明實施例之另一種晶圓級LED量測裝置之立體圖。第9圖為本發明實施例之複合橢球集光器之立體圖。第10圖為一種複合橢球集光器內的光線行進軌跡示意圖。
如第1圖及第2圖所示，本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置100，其可用以同時量測多個LED晶粒210的光學特性及電學特性。晶圓級LED量測裝置100包括：一探針卡110、一集光元件120以及複數個光感測器130。
請同時參考第3圖，探針卡110，其具有複數組探針111，探針111係用以與LED晶粒210的電極211、212直接接觸形成電性連接，電極211、212為焊墊或凸塊所形成，而當探針111與LED晶粒210電性連接時，探針111可以將LED晶粒210導通並量測LED晶粒210之電學特性，如V-I電性曲線等，並將此電學特性的數據傳至電腦分析。量測之LED晶粒210大小通常約為7*9mil2 ，光源類型為朗伯特(Lambertian)光源，發 光半角介於50°~65°，光源波段設定為0.486、0.587或0.656微米。
集光元件120，其結合於探針卡110之上方側並與探針卡110電性連接，由於探針卡110之探針111有一定的高度加上集光元件120離LED晶粒210距離過大時，LED晶粒210發出的光會溢散出集光元件120而無法完全被偵測到。可以透過LED晶粒210發光之發散角(FWHM)和集光元件120的入光面尺寸大小來決定較佳之集光元件120與LED晶粒210距離h。一般而言，h的極小值由放置探針111的空間來決定，而h的極大值會與LED晶粒210之發散角(FWHM)成反比，在固定的集光元件120尺寸下，FWHM大的LED晶粒210其可調動h的範圍較小。當h為約0.3~0.5毫米時可以得到較佳的量測效果。
此外，LED晶粒210發出的光源可以藉由集光元件120聚焦以便於量測LED晶粒210的光學特性，例如光通量等。集光元件120係以M個積分柱121所構成且每一積分柱121具有一光接受面122及一出光面123。LED晶粒210發出的光源經由光接受面122進入積分柱121中，再由出光面123離開積分柱121。
如第4A圖及第4B圖所示，積分柱121可以為一圓柱型積分柱或一方柱型積分柱，長度可以為2.5毫米至20毫米，直徑或邊長可以為0.5毫米至5毫米。另外，積分柱121的材料可因不同的使用需求而有不同的選擇，本發明實施例係使用具有漸變折射率(GRadient-INdex)特性的漸變材料(GRIN material)，漸變材料的折射率會隨著光線波長及行進位置而 不斷改變。漸變材料中心的折射率可以為1.5至1.65，且漸變材料可以為玻璃。
如第5圖所示，當光線進入漸變材料時(例如光通訊領域的光纖)，受到漸變折射率特性的影響，光線會在漸變材料內重複聚焦，使得行進軌跡會呈現弦波的形式。一個週期的光程通常稱為一節距(pitch)。為了使光聚焦的效果最好，因此所使用之積分柱121可以為1/2節距(pitch)積分柱或1/4節距積分柱。
如第6A圖及第6B圖所示，可以使用1/2節距之圓柱型積分柱或1/2節距之方柱型積分柱，光行經1/2節距之圓柱型積分柱或1/2節距之方柱型積分柱後可以聚焦於出光面123上，其中積分柱121可以使用SELFOC公司的SLW200製成。
如第7A圖及第7B圖所示，亦可以使用1/4節距之圓柱型積分柱或1/4節距之方柱型積分柱，以使光線剛好在出光面123上形成準直光斑，其中積分柱121可以使用SELFOC公司的SLW200製成。1/4節距之圓柱型積分柱具有極高的光傳輸效率，若又加上抗反射鍍膜處理，光傳輸效率可高達99%。
如第1圖所示，光感測器130，其係設置於積分柱121之出光面123上，並與積分柱121之直徑或邊長相同，以感測在出光面123上光線，用以偵測光通量、光譜、色座標及演色性(CRI)等光學特性，並將產生的光訊號傳送至電腦分析，藉由電腦分析LED晶粒210的光學及電學特性是否達到預設的標準，可以篩選出不同品質之LED晶粒210，並將不良品做標記。
如第8圖所示，本實施例另一個實施態樣之一種晶圓級 LED量測裝置300係以M個複合橢球集光器(Compound Elliptical Concentrator,CEC)321構成一集光元件320來取代原本以M個積分柱構成集光元件之實施態樣，而探針卡310仍用以與LED晶粒210電性接觸，待LED晶粒210發出光源後，複合橢球集光器321收集LED晶粒210之光進入光感測器330，光感測器330將偵測光通量、光譜、色座標及演色性(CRI)等光學特性。
如第9圖及第10圖所示，複合橢球集光器321為一個具有複合橢球面322的反射杯，且複合橢球面322內膜鍍上高反射率材料，故其集光原理係利用複合橢球面322的雙焦點幾何特性將LED晶粒210發出的光線，在複合橢球集光器321中透過複合橢球面322的反射匯聚到出光面323，而使位於出光面323後的光感測器330便於偵測。
〔一種晶圓級LED量測裝置之量測方法實施例〕
第11圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之量測方法流程圖。第12圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖一。第13圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖二。第14圖為本發明實施例之一種進行光特性量測步驟時在積分柱中之光線行進軌跡示意圖。第15圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖三。
如第11圖所示，本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之量測方法S100，其包括下列步驟：提供一晶圓，又在晶圓 上規劃出複數個受測區(步驟S10)；提供一量測裝置(步驟S20)；進行對位(步驟S30)；電性接觸(步驟S40)；光特性量測(步驟S50)；分析紀錄(步驟S60)以及標記劣品(步驟S70)。
如第12圖及第13圖所示，提供一晶圓，又在晶圓上規劃出複數個受測區(步驟S10)，晶圓200可以為八吋晶圓，而每一受測區220內具有複數顆LED晶粒210，例如一個八吋晶圓的中心有規劃出九個受測區220，在此為區域18、19、20、25、26、27、32、33及34。區域18上的LED晶粒210以代號11,12,13...代表，區域19上的LED晶粒210以代號21,22,23...代表。
提供一量測裝置(步驟S20)，其為一晶圓級LED量測裝置100/300，量測裝置為晶圓級LED量測裝置100時，其具有複數個積分柱121，或者量測裝置為晶圓級LED量測裝置300時，其具有複數個複合橢球集光器321。
進行對位(步驟S30)，其係使至少一積分柱121或至少一複合橢球集光器321之中心對應一受測區220內之一LED晶粒210。例如區域為18、19、20、25、26、27、32、33及34之九個受測區220上方有一晶圓級LED量測裝置100/300，若量測裝置為晶圓級LED量測裝置100時，其具有九個積分柱121，九個積分柱121中心恰好各位於一個受測區220內之一LED晶粒210上方。若量測裝置為晶圓級LED量測裝置300時，其具有九個複合橢球集光器321，九個複合橢球集光器321中心恰好各位於一個受測區220內之一LED晶粒210上方。
電性接觸(步驟S40)，其係將量測裝置100/300下降至最 佳量測距離h，並使一探針卡之針腳接觸LED晶粒210之電極，並將LED晶粒210導通。
請同時參考第14圖，光特性量測(步驟S50)，其係以量測裝置100/300對LED晶粒210進行光學量測，若使用量測裝置100係藉由漸變材料之積分柱121將LED晶粒210發出的光線準直到光感測器130以取得光訊號，藉以得到複數個光量測資訊。若使用量測裝置300係藉由複合橢球集光器321將LED晶粒210發出的光線反射到光感測器330以取得光訊號，藉以得到複數個光量測資訊。光特性量測(步驟S50)進行之同時亦可以對每一LED晶粒210進行電性量測(步驟S51)以得到複數個電量測資訊。
例如，在進行光特性量測(步驟S50)或電性量測(步驟S51)時，九個積分柱121或複合橢球集光器321同時分別量測位於各個積分柱121或複合橢球集光器321中心下方之代號為11,21,31,41,51,61,71,81,91之LED晶粒210以獲得複數個光量測資訊或電量測資訊。
分析紀錄(步驟S60)，其係將光量測資訊進行分析以產生複數個第一標記資訊並加以記錄之。當有對LED晶粒210進行電性量測(步驟S51)時，分析紀錄(步驟S60)亦可以進一步將電量測資訊進行分析以產生複數個第二標記資訊並加以記錄之。
標記劣品(步驟S70)，其係依照第一標記資訊將LED晶粒210進行劣品標記。當有對LED晶粒210進行電性量測(步驟S51)時，標記劣品(步驟S70)亦可以依照第一標記資訊或第二 標記資訊將LED晶粒210進行劣品標記。若未有不良之LED晶粒210，則可略過標記劣品(步驟S70)之程序。
請再參考第15圖，上述步驟結束後，若仍有未量測到之LED晶粒210，便移動晶圓級LED量測裝置100/300以進行第二次量測。在第二次量測時，九個積分柱121或複合橢球集光器321之中心已經移動至代號為12,22,32,42,52,62,72,82,92之LED晶粒210上方，並同時分別量測這九個LED晶粒210，量測結束後再移動晶圓級LED量測裝置100/300以進行第三次量測。經過不斷的重複此量測動作，即可將每個受測區220內的所有LED晶粒210量測完畢。
本實施例之一種晶圓級LED量測裝置100/300能同時量測複數個LED晶粒210之光學特性及電學特性，故大大提升製程中檢測時的效率，且由於用來收集光源的積分柱121或複合橢球集光器321皆使光源能更完整的被收集到光檢測器，故可以大幅提升量測的精準度。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
100、300‧‧‧晶圓級LED量測裝置
110、310‧‧‧探針卡
111‧‧‧探針
120、320‧‧‧集光元件
121‧‧‧積分柱
122‧‧‧光接受面
123、323‧‧‧出光面
130、330‧‧‧光感測器
200‧‧‧晶圓
210‧‧‧LED晶粒
211、212‧‧‧電極
220‧‧‧受測區
321‧‧‧複合橢球集光器
322‧‧‧複合橢球面
第1圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之剖視圖。
第2圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之立體圖。
第3圖為本發明實施例之探針接觸LED晶粒之示意圖。
第4A圖為本發明實施例之一種圓柱型積分柱之立體圖。
第4B圖為本發明實施例之一種方柱型積分柱之立體圖。
第5圖為本發明實施例之一種折射率漸變材料的光線行進軌跡示意圖。
第6A圖為本發明實施例之一種1/2節距(pitch)之圓柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。
第6B圖為本發明實施例之一種1/2節距之方柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。
第7A圖為本發明實施例之一種1/4節距之圓柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。
第7B圖為本發明實施例之一種1/4節距之方柱型積分柱內的光線行進軌跡示意圖。
第8圖為本發明實施例之另一種晶圓級LED量測裝置之立體圖。
第9圖為本發明實施例之複合橢球集光器之立體圖。
第10圖為一種複合橢球集光器內的光線行進軌跡示意圖。
第11圖為本發明實施例之一種晶圓級LED量測裝置之量測方法流程圖。
第12圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖一。
第13圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖二。
第14圖為本發明實施例之一種進行光特性量測步驟時在積分柱中之光線行進軌跡示意圖。
第15圖為本發明實施例之晶圓級LED量測裝置之量測方法示意圖三。
100‧‧‧晶圓級LED量測裝置
110‧‧‧探針卡
120‧‧‧集光元件
121‧‧‧積分柱
122‧‧‧光接受面
123‧‧‧出光面
130‧‧‧光感測器
200‧‧‧晶圓
210‧‧‧LED晶粒

Claims (9)

  1. 一種晶圓級LED量測裝置，其包括：一探針卡，其具有複數組探針；一集光元件，結合於該探針卡之上方側，該集光元件係以M個積分柱所構成且每一該積分柱具有一光接受面及一出光面，該些積分柱係由漸變材料所製成；以及複數個光感測器，每一該光感測器係設置於一該出光面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級LED量測裝置，其中該些積分柱為一1/2節距(pitch)積分柱或一1/4節距積分柱。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級LED量測裝置，其中該些積分柱為一圓柱型積分柱或一方柱型積分柱。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級LED量測裝置，其中該漸變材料為一玻璃。
  5. 一種晶圓級LED量測裝置，其包括：一探針卡，其具有複數組探針；一集光元件，結合於該探針卡之上方側，該集光元件係以M個複合橢球集光器所構成且每一該複合橢球集光器具有一光接受面及一出光面；以及複數個光感測器，每一該光感測器係設置於一該出光面上。
  6. 一種晶圓級LED量測裝置之量測方法，其包括下列步驟：提供一晶圓，又在該晶圓上規劃出複數個受測區，每一該受測區內具有複數顆LED晶粒；提供一量測裝置，其為一晶圓級LED量測裝置，該量 測裝置具有複數個積分柱或複數個複合橢球集光器；進行對位，其係使至少一該積分柱或至少一該複合橢球集光器中心對應一該受測區內之一該LED晶粒；電性接觸，其係將該量測裝置下降至最佳量測距離h，並使一探針卡之針腳接觸該些LED晶粒之電極；光特性量測，其係以該量測裝置對該些LED晶粒進行光學量測，以得到複數個光量測資訊；分析紀錄，其係將該些光量測資訊進行分析以產生複數個第一標記資訊並加以記錄之；以及標記劣品，其係依照該些第一標記資訊將該些LED晶粒進行劣品標記。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之量測方法，其中該光特性量測步驟進行之同時亦可對每一該LED晶粒進行一電性量測以得到複數個電量測資訊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之量測方法，其中該分析紀錄步驟進一步將該些電量測資訊進行分析以產生複數個第二標記資訊並加以記錄之。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之量測方法，其中該標記劣品步驟，其係依照該第一標記資訊或該第二標記資訊將該些LED晶粒進行劣品標記。
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