JP2010245358A - 半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個片化された半導体レーザチップの端面を該端面に傷や欠けを生じることなく明瞭に合否判定できる半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法を提供する。
【解決方法】半導体レーザチップ端面検査装置は、ステージ6と光源2a,2bと検出器5等を具備しており、光源2a,2bおよび検出器5が所定の仰角となるように配置された状態で、光源2a,2bそれぞれの照射下に、シート1に保持された半導体レーザチップ4の端面部分を撮像して第１および第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と第２の撮像画像とを基に前記半導体レーザチップ4の端面の形状を検査するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、個片化後の半導体レーザチップ端面を検査する半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法に関する。

半導体レーザ製品の製造においては、拡散工程完了後のウェーハを結晶の特定方向に割るヘキ開によってバー状に加工し、該バーをそのヘキ開面をコーティングした後に更にヘキ開することで半導体レーザチップ（以下、単にチップともいう）へと加工している。その際には、ウェーハをポリオレフィン系の支持体とアクリル系粘着剤とからなるシートに貼り付けたうえで、ヘキ開のきっかけとなる傷入れを２方向に行ない、圧力を加えてヘキ開させることでバー状を経て個片化し、個片化したチップを各種検査工程を経て半導体レーザ製品へと組立てている。

ところが、拡散工程終了から組立工程に至る迄のヘキ開工程や接触型の各種検査工程の過程で、作業者や装置によりチップ端面にヘキ開不良及び欠陥が生じ、半導体レーザ製品の発光特性が悪化することがある。

従来の検査技術の主なものとしては、ウェーハの端面を複数の反射ミラーとケーラー照明とを用いて検査するべく、光学観察装置に検査装置等を搭載して用いるものがある。例えば特許文献１には、ウェーハの端面から端面近傍までを検査する端面検査装置が開示されている。

個片化したチップの端面のヘキ開不良や欠陥は、該端面の検査をチップ組立工程直前に行なうことで検出しており、現状では、作業者が上述のシートからチップを個々に取り外して接触型の目視検査を行なうのが主流である。

特開２００７−１５５４４８

特許文献１記載の端面検査装置による欠陥検査方法は、当然ながら、ウェーハの端面及び端面近傍の検査に限定されるので、個片化したチップの端面の検査に適用することはできない。

一方、個片化したチップの端面を目視検査する上記の方法では、接触型であるがゆえにチップ端面に傷や欠けが生じる可能性が払拭できず、且つ、作業者の個人差による合否判定の不明瞭さもある。

本発明は上記問題を解決するもので、個片化された半導体レーザチップの端面を該端面に傷や欠けを生じることなく明瞭に合否判定できる半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザチップ端面検査装置は、相対的に移動自在なステージと第１および第２の光源と第１および第２の偏光器と撮像可能な検出器と、演算機能を有する制御部とを具備しており、前記第１および第２の光源は、前記ステージの設置面に対する前記第１の光源の仰角が前記第２の光源の仰角よりも小さくなるように配置され、前記第１および第２の偏光器は、前記第１および第２の光源と前記ステージとの間に配置され、前記検出器は、その仰角が前記第１の光源の仰角より大きく前記第２の光源の仰角より小さくなるように配置されて、シート上に保持されて前記ステージの設置面に所定の向きで設置された検査対象の半導体レーザチップの端面部分を、前記第１および第２の光源からの中赤外光を前記第１および第２の偏光器によって前記シートの吸収帯域を避けた単色光に偏光して別途に照射し、前記検出器で検出して第１および第２の撮像画像を取得し、前記第１および第２の撮像画像をそれぞれ数値変換し、両数値の差が予め決めた域値を超えたときに前記半導体レーザチップの端面の形状に欠陥ありと判定するように構成されていることを特徴とする。

また本発明の半導体レーザチップ端面検査方法は、半導体レーザチップを保持したシートをステージに設置する工程と、前記ステージの設置面に対して所定の仰角をなすように配置された第１の光源により前記半導体レーザチップの端面部分を照射し、前記第１の光源よりも大きい所定の仰角をなすように配置された検出器で検出して第１の撮像画像を得る工程と、前記ステージの設置面に対して前記検出器よりも大きい所定の仰角をなすように配置された第２の光源により前記半導体レーザチップの端面部分を照射し、前記検出器で検出して第２の撮像画像を得る工程と、前記第１の撮像画像と第２の撮像画像をそれぞれ数値変換し、両数値の差が予め決めた域値を超えたときに前記半導体レーザチップの端面の形状に欠陥ありと判定する工程とを有することを特徴とする。

本発明の半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法は、シート上に保持された半導体レーザチップの端面部分を撮像し、その撮像画像を基に該端面の形状を検査し良否判定するので、該端面に検査に起因するダメージが生じることはなく、ヘキ開不良などの欠陥を作業者の個人差なく明瞭に検出することができる。よって、半導体レーザチップを用いる半導体レーザ製品の発光特性不良を低減できる。

本発明の一実施形態の半導体レーザチップ端面検査装置の概略構成図 同検査装置で検査される半導体レーザチップの配置を示す平面図 同検査装置で検査される半導体レーザチップと光源との関係を説明する図 同検査装置における検査走査経路を説明する平面図 同検査装置による撮像画像 図５の撮像画像を数値変換して得た強度分布図 図６の強度分布図から欠陥判定する原理を示す図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態の半導体レーザチップ端面検査装置の概略構成を示す。
この半導体レーザチップ端面検査装置は、ステージ６と光源２（２ａ，２ｂ）と偏光器３（３ａ、３ｂ）と検出器５と、これらを移動させる駆動部９と、光源２と偏光器３と検出器５と駆動部９とに接続した制御部８と、制御部８に対して作業者の指示やデータを入力するためのタッチパネルやキーボード等からなる入力部１１と、制御部８からの出力データを表示するモニター１０とを備えている。

検査対象物たる半導体レーザチップ４は、図２にも示すように、シート１上に複数個貼付された状態にあり、このシート１がシート保持具７上に治具（図示せず）により取り付けられ、さらにこのシート保持具７がステージ６上の所定位置に設置されている。

詳細には、複数個の半導体レーザチップ４は、シート１（つまりはシート保持具７）のＹ方向に長振器を一致させて、互いの間に間隔をあけて、Ｘ方向Ｙ方向に配列されている。各半導体レーザチップ４の検査対象の端面にはコーティングによる反射膜が形成されている。

シート１は、半導体レーザチップ４がその上でへき開されて個片化されたシートであって、ポリオレフィン系材料からなり、鏡面としての役割も担う。ポリオレフィン系材料は、製造しようとする半導体製品にダメージを入れることなくダイシングを行うことのできるシートフィルム材として一般的な素材であり、その具体例に、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどのポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等がある。

ステージ６は、上面（Ｘ−Ｙ平面）に検査対象物等が設置されるもので、ＸＹＺ方向に移動自在且つ軸廻りに回転自在である。
光源２ａ，２ｂはそれぞれ、半導体レーザチップ４の端面部分を照射できるようにＹ―Ｚ平面上で移動可能である。検出器５は、光源２ａ，２ｂの照射下の光像を撮像するもので、Ｙ―Ｚ平面上で移動可能である。

これら光源２ａ，２ｂおよび検出器５は、ステージ６の上面（Ｘ−Ｙ平面）を基準にした光源２ａの仰角が光源２ｂの仰角よりも小さく、検出器５の仰角が光源２ａの仰角と光源２ｂの仰角との間となるように配置される。

詳細には、光源２ａは仰角がたとえば仰角が１０°以上４５°以下となるように配置される。光源２ｂは仰角がたとえば仰角が４５°以上１００°以下となるように配置される。検出器５は、仰角が光源２ａの仰角と光源２ｂの仰角との間になるように、たとえば仰角が１０°以上６０°以下となるように配置される。

偏光器３ａ、３ｂはそれぞれＹ―Ｚ平面上で移動可能であって、光源２ａ，２ｂとステージ６との間に配置されて、光源２ａ、２ｂからの中赤外光を特定波長光に、すなわちシート１の吸収帯域を避けた単色光に変換する。

光源２ａ，２ｂ、偏光器３ａ、３ｂ、検出器５の配置を決定するに際し、光源２ａ（及び偏光器３）の仰角θ（入射角）は、図３に示すように、検査対象の半導体レーザチップ４ａ端面とそれに対向した半導体レーザチップ４ｂ端面との間隔Ｘと、半導体レーザチップ４ａ，４ｂの高さＨとに基いて、次式を用いて決定される。

θ=ｔａｎ^−１（Ｈ／Ｘ）
たとえば、Ｘ＝０．５０mm、Ｈ＝０．１３mmの場合は、θ＝１５°となるので、光源２ａは半導体レーザチップ４ａを基点にシート１上面から仰角１５°（実際にはそれよりやや大きく）となるように配置される。また検出器５は半導体レーザチップ４ａを基点にシート１上面から仰角４５°に配置され、光源２ｂは半導体レーザチップ４ａを基点にシート１上面から仰角９０°に配置される。

制御部８は少なくとも、ステージ６の移動及び回転、光源２ａ、２ｂ、偏光器３ａ、３ｂ、検出器５の制御のための演算処理等を行なうＣＰＵ等を備えていて、検出器５による撮像画像を基に半導体レーザチップ４の端面の形状を検査するように構成されている。

以下、上記の半導体レーザチップ端面検査装置による検査方法を説明する。
再び図１から図３を参照する。半導体レーザチップ４（４ａ、４ｂ）が貼付されたシート１を取り付けたシート保持具７をステージ６上に保持具座標とステージ中心座標とを合わせて設置する。このステージ中心座標はステージ６の物理的中心座標に一致させる必要はない。

この状態で、上述のように配置された光源２ａからの光を偏光器３ａにより偏光して半導体レーザチップ４ａの端面に照射し、その反射光を検出器５で検出することで第１の撮像画像を得る。また光源２ｂからの光を偏光器３ｂにより例えば中赤外線領域の波長に偏光して半導体レーザチップ４ａの近傍のシート１上に照射し、その反射光を検出器５で検出することで第２の撮像画像を得る。

図５（ａ）は光源２ａを用いて撮像した第１の撮像画像を示す。図中の１２は、光源２ａ、偏光器３ａによる単色光がシート１で反射して検出器５で撮像された半導体レーザチップ４端面の画像である。１３ａは光源２ａ、偏光器３ａによる光が半導体レーザチップ４の端面で反射して検出器５で撮像されたシート１の画像である。図５（ｂ）は光源２ｂを用いて撮像した第２の撮像画像を示す。図中の１３ｂは光源２ｂ、偏光器３ｂによる単色光が半導体レーザチップ４の端面で反射し更にシート１で反射し検出器５で撮像された画像を示す。

なお光源２ａを用いて撮像した画像は、例えば輝度のスケールを８ビットで処理した場合に連続する１２８点の値が全て３０以上のときに、半導体レーザチップ４ａ端面であると判定を行なう。光源２ｂを用いて撮像した画像は、連続する１２８点の値が全て２３５以下のときにシート１であると判定を行なう。半導体レーザチップ４ａの端面の欠陥を自動的に検出するためである。

次に、検出した半導体レーザチップ端面画像１２、シート画像１３ａ及びシート画像１３ｂの数値変換を制御部８で行なう。
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ数値変換処理後の強度分布図である。図６（ａ）において、１５は、半導体レーザチップ端面画像１２を行列変換で規格化を行ない数値変換したデータと、シート画像１３ａを上下反転と行列変換で規格化を行ない数値変換したデータとを重ね合わせて得た強度分布を表す。図６（ｂ）において、１６は、シート画像１３ｂを上下反転と行列変換で規格化を行ない数値変換して得た強度分布を表す。

図６（ｃ）において、１７は、図６（ａ）および図６（ｂ）のそれぞれに表された結果の差分を表す。つまり、半導体レーザチップ端面画像１２とシート画像１３ａとの合成画像の強度分布１５から、シート画像１３ｂの強度分布１６を差し引くことで、シート１の表面形状等のデータが除外された、半導体レーザチップ４ａの端面の表面形状のみの強度分布１７を得ている。

以上のような強度分布１７が得られた後、該強度分布１７の中の各値を、ステージ６のＸ−Ｙ平面座標の比較演算方向の前後左右の数値（たとえばＸ軸方向あるいはＹ軸方向といった一軸方向に沿った各座標での数値）と比較し、且つ、欠陥と正常な表面状態を識別するために予め設定した閾値１８と比較し、閾値１８を上回る数値があれば欠陥１９有りと判定する。

詳述すると、図６（ｃ）に表れているように、他のところよりも強度が突出する異常部分がある一方で、正常部分は統計的な揺らぎを強度方向に持つため平均値付近に広がりを持ち、その広がりは正規分布と考えられる。そこで正規分布の分散の３倍、つまり３σを閾値１８と設定する。

判定に際しては、一方向（たとえばＸ軸方向）に数値（たとえばＺ軸方向）を読み取り、閾値１８よりも大きいか小さいかを判断し、大きい場合に異常（キズ、欠け）と仮に判定し、さらにその読み取り方向に直交する方向（たとえばＹ軸方向）に隣り合う座標について同様にして判断を行って異常有りのときに、欠陥１９と判定する。例えば３×３の正方形の中心の座標で異常があると判断した場合、隣り合う少なくとも１つの座標でも異常があると判断したときに初めて、欠陥１９と判断する。これは、撮像される画像には一般にエラーが含まれており、検出されたものが検出器（撮影機器）のエラーであるのか、それとも検査対象物の異常であるのかが不明であるため、それを判定する為にかかる比較演算法を取り入れているのである。

図示したように閾値１８から外れた欠陥１９を持つ半導体レーザチップは不良品と判定し、閾値１８内に留まる場合は良品と判定する。この半導体レーザチップ４の位置座標、判定結果は制御部８に記憶する。

以上のようにして１個の半導体レーザチップ４の端面の形状の良否判定が完了したら、制御部８に記憶された位置座標と検査走査経路とに従って、たとえば図４に示したシート保持具７の座標系にて検査走査経路１４を描くようにステージ６が移動されて、他の半導体レーザチップ４が順次に上記と同様にして検査される。そして全ての半導体レーザチップ４の検査が終了した後に、制御部８によって検査結果が保存されるとともにモニター１０に表示される。

モニター１０には、不良と判定された半導体レーザチップの座標確認を容易に行なえるように、ステージ６の座標を用いて表示される。このことにより、作業者が、不良と判定された半導体レーザチップにマーキングを行なうことで、或いはその座標データを次工程の設備に転送することで、次工程において不良品を容易に除去することができる。

なお上述の閾値１８を設定するには、予め正常な端面について８ビット出力値（輝度）の平均値が９８となるように光源２ａを調整して撮像を行なう。そうすると、取得される出力値は統計的な揺らぎ（正規分布）即ちＺ軸方向の揺らぎを持つので、その正規分布の３σ（分散）を閾値とする。光学系は１画素の大きさが１μｍになるよう設定する。

輝度を９８程度に調整する理由について説明する。強度を８ビットで処理する場合、図７に示すように、最大値が２５５、最小値が０となる。検査対象の半導体レーザチップ端面以外のノイズ成分を除去する値を３０と設定した場合（ここでは８ビット処理での分解能を向上させる目的で設定した）、中央値１２８から３０を減算した９８が半導体レーザチップ端面の揺らぎとなる。この揺らぎは統計学上の正規分布を示すので、揺らぎの３σ（99.7%）から外れる強度が検出されたときに、異常、欠陥と判定する。ここまで１次元方向について説明したが２次元平面についても同様に考えることができる。

以上説明した本発明の検査装置および検査方法によれば、欠陥を数値化して客観的に判定するので、良品と不良品とを明確に判別することが可能であり、端面欠陥を持った不良品の流出を殆ど０にまで抑えることが可能である。またこの検査装置および検査方法は、現状の生産工程に容易に組み込むことが可能である。さらに従来は作業者がチップを１個ずつ取出して目視検査を行なっていたため、個人の能力や経験という主観的要素が影響し、良品と不良品の判別にバラツキがあったのに比べて、バラツキがなく、利便性も非常に高い。半導体レーザチップをシートから取り外すことなく検査するので、検査のための取り外しに起因する欠け等も防止できる。

本発明の半導体レーザチップ端面検査装置及び検査方法は、半導体レーザチップの端面の欠陥を自動的かつ客観的に判定できるので、半導体レーザ製品の製造に非常に有用である。

１ シート
2a、2b 光源
3a、3b 偏光器
４、4a、4b 半導体レーザチップ
５ 検出器
６ ステージ
７ シート保持具
８ 制御部
９ 駆動部
10 モニター
11 入力部
12 半導体レーザチップ端面の画像
13a、13b シート画像
14 検査走査経路
15、16、17 強度分布
18 閾値
19 欠陥
θ 入射角

Claims (7)

1. 相対的に移動自在なステージと第１および第２の光源と第１および第２の偏光器と撮像可能な検出器と、演算機能を有する制御部とを具備しており、前記第１および第２の光源は、前記ステージの設置面に対する前記第１の光源の仰角が前記第２の光源の仰角よりも小さくなるように配置され、前記第１および第２の偏光器は、前記第１および第２の光源と前記ステージとの間に配置され、前記検出器は、その仰角が前記第１の光源の仰角より大きく前記第２の光源の仰角より小さくなるように配置されて、シート上に保持されて前記ステージの設置面に所定の向きで設置された検査対象の半導体レーザチップの端面部分を、前記第１および第２の光源からの中赤外光を前記第１および第２の偏光器によって前記シートの吸収帯域を避けた単色光に偏光して別途に照射し、前記検出器で検出して第１および第２の撮像画像を取得し、前記第１および第２の撮像画像をそれぞれ数値変換し、両数値の差が予め決めた域値を超えたときに前記半導体レーザチップの端面の形状に欠陥ありと判定するように構成されていることを特徴とする半導体レーザチップ端面検査装置。
2. 前記第１の光源の仰角は１０°以上４５°以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ端面検査装置。
3. 前記第２の光源の仰角は４５°以上１００°以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ端面検査装置。
4. 前記検出器の仰角は１０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ端面検査装置。
5. 前記シートは前記半導体レーザチップがその上でヘキ開されて個片化されたシートであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ端面検査装置。
6. 前記シートはポリオレフィン系材料からなることを特徴とする請求項１または請求項５のいずれかに記載の半導体レーザチップ端面検査装置。
7. 半導体レーザチップを保持したシートをステージに設置する工程と、前記ステージの設置面に対して所定の仰角をなすように配置された第１の光源により前記半導体レーザチップの端面部分を照射し、前記第１の光源よりも大きい所定の仰角をなすように配置された検出器で検出して第１の撮像画像を得る工程と、前記ステージの設置面に対して前記検出器よりも大きい所定の仰角をなすように配置された第２の光源により前記半導体レーザチップの端面部分を照射し、前記検出器で検出して第２の撮像画像を得る工程と、前記第１の撮像画像と第２の撮像画像をそれぞれ数値変換し、両数値の差が予め決めた域値を超えたときに前記半導体レーザチップの端面の形状に欠陥ありと判定する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザチップ端面検査方法。