特許7005620ＣＭＯＳ画像走査デバイスを試験するためのＬＥＤ光源プローブカード技術
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-07
(45)【発行日】2022-01-21
(54)【発明の名称】ＣＭＯＳ画像走査デバイスを試験するためのＬＥＤ光源プローブカード技術
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20220114BHJP
H01L 33/50 20100101ALI20220114BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20220114BHJP
G01M 11/00 20060101ALI20220114BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20220114BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20220114BHJP
G01R 1/073 20060101ALI20220114BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 B
H01L33/50
H01L33/58
G01M11/00 T
H01L27/146 Z
G02B5/20
H01L21/66 X
G01R1/073
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019529174
(86)(22)【出願日】2017-12-07
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-06-18
(86)【国際出願番号】 US2017065195
(87)【国際公開番号】W WO2018106970
(87)【国際公開日】2018-06-14
【審査請求日】2020-08-07
(31)【優先権主張番号】62/432,548
(32)【優先日】2016-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】505377474
【氏名又は名称】フォームファクター， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001379
【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川又 信尋
(72)【発明者】
【氏名】河西 俊洋
(72)【発明者】
【氏名】笹浪 弘光
(72)【発明者】
【氏名】森 薫興
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１０５２６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０８２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０４０８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２００８－００４１７９２（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
Ｈ０１Ｌ ３３／５０
Ｈ０１Ｌ ３３／５８
Ｇ０１Ｍ １１／００
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｇ０２Ｂ ５／２０
Ｇ０１Ｒ １／０７３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
感光性電子デバイスのアレイを試験するための装置であって、試験される電子デバイスの各々に対応するＬＥＤ（発光ダイオード）光源を有するように構成されたＬＥＤ光源アレイを備え、
前記各ＬＥＤ光源は、
ＬＥＤ光を提供するように構成されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤ光を受光し、リン光を提供するように配置された蛍光体と、
前記リン光から点光源照明を提供するように構成されたアパーチャと、
前記点光源照明からコリメート光を提供するように構成されたレンズと、
前記コリメート光を受光し、改善された照明の均一性を有する出力光を提供するように配置された均一性フィルタと、
各ＬＥＤ光源から光信号を測定し、測定された前記光信号を用いて前記ＬＥＤ光源アレイの動作を制御し、前記感光性電子デバイスのアレイに対して均一な照明を提供するように構成されたフィードバック制御システムと、を含み、
前記各ＬＥＤ光源は、第１の光検出器をさらに含み、前記光信号は、前記第１の光検出器によって提供され、
以下の３つの条件、
（ｉ）前記各ＬＥＤ光源は、前記第１の光検出器上に配置された減光フィルタをさらに含む、
（ｉｉ）前記第１の光検出器は、前記ＬＥＤ光源の前記ＬＥＤ及び前記蛍光体の両方から前記ＬＥＤ光源内の光を受光するように構成される、及び
（ｉｉｉ）前記各ＬＥＤ光源は、第２の光検出器と、第２の光検出器上に配置された減光フィルタと、をさらに含み、前記光信号は、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器の両方によって提供される、
の少なくとも１つの条件を満たすことを特徴とする装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、当該装置は、光電子撮像デバイスを試験するためのプローブカードであり、
試験される光電子撮像デバイスの電気端子に電気的に接触するための１以上の電気プローブをさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項3】
請求項１に記載の装置であって、前記各ＬＥＤ光源の前記蛍光体は、前記ＬＥＤ光源の前記ＬＥＤ上に配置される均一な厚さを有する薄膜として構成されることを特徴とする装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、前記フィードバック制御システムは、前記ＬＥＤ光源からの出力光の較正測定から導出された参照テーブルを使用するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記各ＬＥＤ光源は、前記第１の光検出器上に配置された減光フィルタをさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項6】
請求項１に記載の装置であって、前記第１の光検出器は、前記ＬＥＤ光源の前記ＬＥＤ及び前記蛍光体の両方から前記ＬＥＤ光源内の光を受光するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項7】
請求項１に記載の装置であって、前記各ＬＥＤ光源は、
第２の光検出器と、
第２の光検出器上に配置された減光フィルタと、をさらに含み、
前記光信号は、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器の両方によって提供されることを特徴とする装置。
【請求項8】
請求項７に記載の装置であって、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器は、前記ＬＥＤ光源の前記ＬＥＤ及び前記蛍光体の両方から前記ＬＥＤ光源内の光を受光するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項9】
感光性電子デバイスのアレイを試験するための装置であって、試験される電子デバイスの各々に対応するＬＥＤ（発光ダイオード）光源を有するように構成されたＬＥＤ光源アレイを備え、
前記各ＬＥＤ光源は、
ＬＥＤ光を提供するように構成されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤ光を受光し、リン光を提供するように配置された蛍光体と、
前記リン光から点光源照明を提供するように構成されたアパーチャと、
前記点光源照明からコリメート光を提供するように構成されたレンズと、
前記コリメート光を受光し、改善された照明の均一性を有する出力光を提供するように配置された均一性フィルタと、を含み、
前記各ＬＥＤ光源の前記均一性フィルタは、各均一性フィルタの設置前の前記ＬＥＤ光源アレイの出力光均一性の較正測定に従って、その均一性フィルタに対応するＬＥＤ光源について個別にカスタマイズされていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光電子デバイス、特にＣＭＯＳ画像走査（ＣＩＳ）デバイスのプロービング及び試験に関する。
【背景技術】
【0002】
ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）画像走査デバイスの従来の試験では、ハロゲンランプを使用して試験用の光を提供していた。この構成は、サイズが大きいこと、メンテナンスが大変であること、及び試験設定の再構成が困難であることなどの大きな問題を有する。これらの問題は、３００ｍｍもの直径を有する光源が必要とされるウェハスケールデバイス試験の状況下では特に深刻となる。したがって、光電子デバイスを試験するための改良された光源／プローブカードを提供することは、当技術分野における進歩となるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本願発明者は、ＣＩＳデバイスの試験用の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することに基づく、上記の問題の解決策を提供する。基本アーキテクチャは、試験されるＣＩＳデバイスチップごとに１つのＬＥＤ光源を有するＬＥＤアレイである。ＬＥＤアレイが使用されるのは、そのような試験は一般的に、単一のデバイスに対して個別に実施されるのではなく、ウェハスケールで実施されるためである。ＬＥＤは、試験に使用される光を提供する蛍光体を照射する。アパーチャとレンズとの構成を使用して、テレセントリック光を提供する。いくつかの実施形態では、アパーチャは、ＬＥＤの冷却構造の一部として使用することができる。
【0004】
均一性フィルタを使用して、チップ内及び／またはチップ間の照明の均一性を改善することができる。このようなフィルタは、ピクセル化された減光フィルタと見なすことができる。閉ループ制御によって、ＬＥＤ光源間のばらつきを補正することができる。一例では、このような制御は、高照度（１００ルクス（ｌｘ）より大きい）及び低照度（１００ルクス（ｌｘ）以下）用の２つの較正テーブルを利用する。一例におけるフィードバック制御の別の特徴は、２つの光検出器の使用であり、一方の光検出器は、その検出面上に減光フィルタを有しており、他方の光検出器は、その検出面上に減光フィルタを有していない。ＬＥＤ強度のフィードバック制御は、（１）ＬＥＤから光検出器へ至る経路、及び（２）ＬＥＤから蛍光体を介して光検出器へ至る経路の２つのフィードバック経路を使用することができる。フィードバック制御はまた、ＬＥＤ光源モジュール内の単一の光検出器を用いて、光検出器上の減光フィルタの有無に関わらず実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1A】本発明の実施形態を示す図
【図1B】本発明の実施形態を示す図
【図2】本発明の実施形態での使用に適したＬＥＤ光源の詳細図
【図3】本発明の実施形態での使用に適した制御アプローチを示す図
【図4A】アレイ均一性に関する第１の例示的な実験結果を示す図
【図4B】アレイ均一性に関する第１の例示的な実験結果を示す図
【図5A】アレイ均一性に関する第２の例示的な実験結果を示す図
【図5B】アレイ均一性に関する第２の例示的な実験結果を示す図
【図6A】単一のＬＥＤ光源からの均一性がどのように改善されるかを図式的に示す図
【図6B】単一のＬＥＤ光源からの均一性がどのように改善されるかを図式的に示す図
【図6C】単一のＬＥＤ光源からの均一性がどのように改善されるかを図式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【0006】
図１Ａ～１Ｂは、本発明の例示的な実施形態を示す。ここで、図１Ａは、感光性電子デバイスのアレイを試験するための装置の上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示した装置の側面図である。図１Ａは、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源のアレイ１１０を示し、アレイ中の４つのＬＥＤ光源に、１０２、１０４、１０６及び１０８の参照符号が付されている。なお、ＬＥＤ光源アレイは、図１Ａに示すような正方形である必要はない。別の可能な変形例では、ＬＥＤ光源間に間隙を設けて、ＬＥＤ光源の配置が連続しないようにする。
【0007】
図１Ｂの側面図に示すように、アレイ１１０は、被試験電子デバイスの各々に対応するＬＥＤ光源を有するように構成される。この例では、ＬＥＤ光源１０２、１０４、１０６、１０８はそれぞれ、被試験デバイス１２２、１２４、１２６、１２８に対応している。より具体的には、ＬＥＤ光源１０２、１０４、１０６、１０８はそれぞれ、被試験デバイス１２２、１２４、１２６、１２８に出力光１４２、１４４、１４６、１４８を供給する。ここで、被試験デバイス１２２、１２４、１２６、１２８が基板１２０内に配置された様子が概略的に示されているが、これはウェハスケール試験の場合である。
【0008】
本発明のアプローチの重要な利点は、ＬＥＤ光源のサイズが小さいことにより、光照射と電気的プロービングの統合が簡単になり、光電子撮像デバイスを試験するための真の光電子プローブカードを提供することである。図１Ａ～１Ｂの例では、この好ましい特徴は、被試験デバイス１２２、１２４、１２６、１２８の電気端子に電気的にそれぞれ接触する電気プローブ１３２ａ、ｂ、１３４ａ、ｂ、１３６ａ、ｂ、１３８ａ、ｂによって示される。説明を容易にするために、被試験デバイスあたり２つの電気プローブが示されているが、実際には、被試験デバイスあたり任意の数の電気プローブを使用することができる。
【0009】
図２は、本発明の実施形態での使用に適した例示的なＬＥＤ光源の詳細図である。好ましい実施形態のこの例では、ＬＥＤ（発光ダイオード）２１４がＬＥＤ光（実線の矢印）を提供し、蛍光体２１６がＬＥＤ光を受光し、リン光（破線の矢印）を提供するように配置される。アパーチャ２１８は、図示のように、リン光から点光源照明を提供するように構成される。レンズ２２２は、点光源照明からコリメート光（平行光）を提供するように構成される。レンズ２２２は、蛍光体２１６によって提供される波長範囲での上記のコリメート機能のために設計された非球面レンズであることが好ましい。均一性フィルタ２２８は、コリメート光を受光し、改善された照明の均一性を有する出力光を提供するように配置される。
【0010】
図２の例はまた、好ましい実施形態及び／または完全な設計において存在するさらなる特徴を示す。ここで、ＬＥＤ２１４は、ヒートシンク部材２０４上に載置され、パッケージは、第１のフォトダイオード（第１の光検出器）２０６と、第２のフォトダイオード（第２の光検出器）２０８と、第２のフォトダイオード上に配置された減光フィルタ２１２とを含む。以下により詳細に説明するように、フォトダイオード２０６、２０８は、好ましい実施形態において、ＬＥＤ光源アレイのフィードバック制御用の信号を提供するために使用される。ヒートシンク部材２０４及びフォトダイオード２０６、２０８は、基板２０２上に配置される。スペーサ部材２１０は、蛍光体２１６及びアパーチャ２１８を適切な垂直高さで支持するために使用される。レンズハウジング２２０は、図示のようにコリメートされた光（すなわち、テレセントリックな光）を提供するために、レンズ２２２をアパーチャ２１８から正しい距離に配置する。コリメート光の経路に配置され得る任意選択の構成要素には、赤外線（ＩＲ）フィルタ２２４及び／またはディフューザ２２６が含まれる。ここで、ＩＲフィルタは、ＩＲ放射線が被試験デバイスに到達するのを遮断して、可視光のみを被試験デバイスに提供し、ディフューザは、ＬＥＤ光源によって被試験デバイスに提供される光の均一性を改善するのに役立つ。
【0011】
図２に示すように、第１の光検出器２０６及び第２の光検出器２０８は、一般的に、ＬＥＤ２１４（実線の矢印）及び蛍光体２１６（破線の矢印）の両方からＬＥＤ光源内の光を受光する。各ＬＥＤ光源の蛍光体は、図２に示すように、ＬＥＤ光源のＬＥＤ上に配置される均一な厚さを有する薄膜として構成されることが好ましい。蛍光体２１６は、（例えば、赤色、緑色及び青色の発光蛍光体を混ぜ合わせることによって）実質的に白色の照明を提供するように選択された蛍光体の混合物であることが好ましい。あるいは、蛍光体または蛍光体混合物は、特定の所望のスペクトル分布を強調するように選択され得る。
【0012】
本発明の好ましい実施形態の重要な態様は、全ての被試験デバイスに対して照射の均一性を提供するための、発光アレイ内の各ＬＥＤ光源のフィードバック制御である。図３は、本発明の実施形態での使用に適した制御アプローチを示す。ここで、フィードバック制御システム３０２は、各ＬＥＤ光源３０４、３０６、３０８、３１０から測定された光信号を受信し（点線）、測定された光信号を用いてＬＥＤ光源のアレイの動作を制御し（実線）、感光性電子デバイスのアレイに対して均一な照明を提供するように構成される。システムの較正は、測定された光信号を各ＬＥＤ光源の発光強度に関連付けるために実施され得る。このデータは、フィードバック制御システム３０２内に参照テーブルを作成するのに使用することができる。これにより、各ＬＥＤ光源を、その測定された光信号が所望のアレイ強度についての参照テーブルに従うように駆動させることができる。参照テーブルにおける補間は、較正データ点間の中間である所望の強度値について実施することができる。このような較正は、最初に実施することができ、その後、経時的なデバイス性能のドリフトを補正するために、必要に応じて、時々繰り返すことができる。説明を容易にするために、図３の例では４つのＬＥＤ光源のみが示されているが、このようなフィードバック制御は、任意の数のＬＥＤ光源を有するアレイに対して実施することができる。
【0013】
図２の例のような好ましい実施形態では、各ＬＥＤ光源からの２つのフィードバック信号が使用され、第１の信号は、光検出面に減光フィルタが配置されていない第１の光検出器からの信号であり、第２の信号は、光検出面に減光フィルタが配置されている第２の光検出器からの信号である。このように構成されたフィードバックのための２つの検出器を有する目的は、ダイナミックレンジを改善することである。単一の検出器では、限られた光強度範囲でしか有用なフィードバックを提供できないからである。したがって、この例では、第２の光検出器２０８は、光強度が第１の光検出器２０６を飽和させるのに十分高い場合に、減光フィルタ２１２により有用なフィードバックを提供することができる。減光フィルタ２１２は、組み合わされた２つの検出器に対して連続的なフィードバック範囲を提供するように構成されることが好ましい（例えば、第２の光検出器２０８からの信号は、第１の光検出器２０６を飽和させる最も低い光強度に対するその飽和値の１％である）。必要ならば、これらの原理に従ってダイナミックレンジをさらに増大させるために、さらなるフィードバック検出器及び減光フィルタを追加することができる。あるいは、単一の光検出器（減光フィルタの有無に関わらず）を使用して、フィードバック用の光信号を提供することができる。
【0014】
また、均一性は、各ＬＥＤ光源に均一性フィルタ２２８を使用することによっても改善される。これらの均一性フィルタは、各均一性フィルタの設置前のＬＥＤ光源のアレイの出力光均一性の較正測定に従って、その均一性フィルタに対応するＬＥＤ光源について個別にカスタマイズされた減光フィルタであり得る。換言すれば、ＬＥＤ光源間の均一性は、能動的手段（フィードバック制御）及び受動的手段（均一性フィルタ）の両方を組み合わせて用いて提供される。
【0015】
図４Ａ～４Ｂは、アレイ均一性に関する第１の例示的な実験結果を示す。ここで、図４Ａは、駆動電流が互いに同一である各ＬＥＤアレイについての発光値のテーブルであり、図４Ｂは、アレイの各ＬＥＤ光源に対して適切にカスタマイズされた均一性フィルタを設置した後の同一のアレイについての発光値のテーブルである。図４Ａでは、発光値は、最大５５５、最小４６３、平均５２０、標準偏差２２であった。図４Ｂでは、発光値は、最大５５３、最小５４６、平均５５０、標準偏差１．９であった。明らかに、図４Ｂのアレイは、図４Ａのアレイよりもはるかに均一な照明を提供する。閉ループ制御によって、ＬＥＤ光源間の照明の均一性がさらに改善されることが期待される。
【0016】
図５Ａ～５Ｂは、アレイ均一性に関する第２の例示的な実験結果を示す。図４Ａ～４Ｂは、上記の装置における或るテスタータイプの結果であり。図５Ａ～５Ｂは、同一または類似の装置における別のテスタータイプの結果である。ここで、図５Ａは、駆動電流が互いに同一である各ＬＥＤアレイについての発光値のテーブルであり、図５Ｂは、アレイの各光源に対して適切にカスタマイズされた均一性フィルタを設置した後の同一のアレイについての発光値のテーブルである。図５Ａでは、発光値は、最大５５１、最小４５１、平均５０６、標準偏差３２であった。図５Ｂでは、発光値は、最大５６４、最小５５４、平均５５９、標準偏差２．３であった。明らかに、図５Ｂのアレイは、図５Ａのアレイよりもはるかに均一な照明を提供する。閉ループ制御によって、ＬＥＤ光源間の照明の均一性がさらに改善されることが期待される。
【0017】
【0018】
上述の例は、均一性フィルタを使用して、被試験デバイス間の均一性を改善する方法を示している。また、ＬＥＤ光源間の均一性を向上させる代わりにまたはそれに加えて、均一性フィルタを使用して各ＬＥＤ光源からの照明の均一性を向上させることも可能である。
【0019】
図６Ａ～６Ｃは、単一のＬＥＤ光源からの均一性がどのように改善されるかを図式的に示す。ここで、図６Ａは、上述したようなＬＥＤ光源から得られる発光パターンを図式的に示す。均一性フィルタは、図６Ｂに示すような透過率を有するように（すなわち、図６Ａのビームパターンの強度の高い部分については透過率が低くなり、図６Ａのビームパターンの強度の低い部分については透過率が高くなるように）調整することができる。このような可変透過率を有するフィルタとしては、フォトリソグラフィ（例えば、ガラスまたは石英上のクロム）などを用いることができる。この均一性フィルタの設置後、図６Ｃに図式的に示すように、強度分布はより均一になる。ここで、各ＬＥＤ光源の均一性フィルタは、各均一性フィルタの設置前のその均一性フィルタに対応するＬＥＤ光源の出力光均一性の較正測定に従って、その均一性フィルタに対応するＬＥＤ光源について個別にカスタマイズされている。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】