JP2014149206A - 半導体発光素子の検査方法及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体発光素子の検査方法は、半導体発光素子に光照射して活性層を励起させ、活性層から放出される蛍光の画像を撮影する撮影工程S11と、撮影した画像から検査領域を抽出する検査領域抽出工程S12と、検査領域について、輝度平均が所定閾値より小さい場合に不良と判定する輝度平均判定工程S13と、輝度分散が所定閾値より大きい場合に不良と判定する輝度分散判定工程S14と、2つの判定結果の少なくとも何れか一方で不良の場合に、当該半導体発光素子を不良と総合判定する総合判定工程S15とを含む。
【選択図】図4
Description
例えば、特許文献1には、半導体からなる発光素子に紫外線を照射し、活性層におけるフォトルミネッセンス効果による発光のイメージをCCD(電荷結合素子)カメラで撮像し、その光強度情報に基づいて良否を判断する発光素子の検査方法が記載されている。
なお、各サンプルの蛍光画像において、右辺側の黒い円形の領域は、n側電極を形成するためにp型半導体層及び活性層が除去されて、構造的に発光しない非発光領域である。
サンプル1のように、非発光領域を除く全面が十分な強度で発光している場合は、良品と判定され、サンプル2のように、全面が不十分な強度で発光している場合は、不良品と判定される。
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法によれば、かかる検査方法による良否の判定結果に基づいて半導体発光素子を選別するため、不良品を適切に除外することができる。
[検査方法の原理]
まず、図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子の検査方法(以下、適宜「検査方法」という)の原理について説明する。
なお、図2に示した例は、検査方法の原理を説明するために、模式的に蛍光画像を示したものである。
各サンプルの検査領域である発光領域における輝度平均は、図2の「平均」欄に示した通りである。ここで、輝度平均に基づいて良否を判定する判定閾値を「80」とすると、「判定1」の欄に○(良品)及び×(不良品)で示したように、サンプル1,3が良品、サンプル2が不良品と判定される。
前記したように、サンプル3のように、発光領域に、内部の欠陥などにより発光不良領域を有する場合でも、他の領域の輝度が高く、全発光領域の平均として、判定閾値以上となる場合は、不良品として検出することができない。
サンプル2では、輝度は低いが画素間の輝度差がなく、分散は「0」である。
サンプル3では、発光領域中に全く発光しないか、又は他の発光領域に比べて著しく輝度レベルの低い発光不良領域があり、輝度分布は、最高輝度と最低輝度とに2極化している。このため、分散は「100」と大きい。
ここで、輝度分散に基づく判定閾値を「10」とすると、「判定2」の欄に○(良品)及び×(不良品)で示したように、サンプル1,2が良品、サンプル3が不良品と判定される。
従って、図2に示した例では、「総合判定」の欄に○(良品)及び×(不良品)で示したように、サンプル1が良品、サンプル2,3が不良品と総合判定される。
そこで、本発明の検査方法では、構造的に非発光領域となる画素を予め除外して分散を算出することとした。なお、構造的に非発光領域がない場合は、発光素子の領域全体の画素値を用いて分散を算出すればよい。
次に、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る検査方法を実施するための検査装置の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態における検査装置1は、撮影装置2と、解析装置3とから構成されている。
このような照明光源21としては、LED、レーザ、キセノンアークランプ、水銀アークランプなどを用いることができる。
また、光源自体の発光波長域が広い場合は、適宜に光学フィルタや分光器を組み合わせて照明光源21を構成し、活性層を選択的に励起する励起光を生成するようにしてもよい。
なお、撮像手段22は、検査対象Wからの蛍光の波長に感度を有するものであれば、モノクロイメージセンサを用いることができる。また、撮像手段22として、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色に色分解して撮影可能なカラーイメージセンサを用いるようにしてもよい。カラーイメージセンサを用いる場合は、蛍光の波長に最も感度の高い色成分の画像データを用いるようにすることが好ましいが、これらの色成分を画素毎に重み付け加算したデータを用いるようにしてもよい。
なお、ダイクロイックミラー23は、検査対象Wに応じて、所望の波長の励起光を反射する特性のものを設けるようにすればよい。
また、照明光源21からの光が、励起光として有効な波長のみの場合は、ダイクロイックミラー23に代えて、ハーフミラーを用いるようにしてもよい。
なお、本実施形態では、撮像手段22と対物レンズ24との間にダイクロイックミラー23を設けるように構成したがこれに限定されるもではなく、撮像素子と対物レンズとが一体になったカメラを用いるようにしてもよい。
なお、発光素子における検査領域及び非検査領域の詳細については後記する。
なお、検査領域情報は、検査に先立って、予め検査領域情報記憶手段32に記憶(登録)されるものとする。なお、検査領域情報は、本実施形態のように予め登録するのではなく、検査対象の種類に応じて、外部から、例えば通信回線を介して適宜に検査領域抽出手段31に入力するようにしてもよい。
標準偏差 = √(分散) …式(2)
平均偏差 = Σ|Xi - Xave| / N …式(3)
変動係数 = (標準偏差) / (平均) …式(4)
ここで、Xiはi番目の画素の輝度を示し、Xaveは検査領域の全画素の輝度平均を示し、Nは検査領域の画素数を示し、Σは検査領域の全画素についての右式の和を示す。
例えば、撮影装置2によって1画面に撮影される複数の発光素子について、まず、すべての発光素子の輝度平均を算出し、その輝度平均についての平均の大きさに応じて判定閾値を補正するようにしてもよい。
これによって、撮影装置2の光源21の経時での光量変化や検査対象のロット間の輝度の偏りを補正して、より適切に良否の判定を行うことができる。
= (基準判定閾値(輝度平均))×(検査対象輝度平均)/(基準輝度平均)
…式(5)
判定閾値(輝度分散)
= (基準判定閾値(輝度分散))×(検査対象輝度平均)/(基準輝度平均)
…式(6)
次に、図3を参照して、発光素子における検査領域及び非検査領域について説明する。
本実施形態の検査対象Wは、発光素子10が2次元に配列されたウエハ状態である。従って、撮影された蛍光画像には、図3(a)に示すように、複数の発光素子10が撮影される。本実施形態では、蛍光画像を発光素子10毎に分割し、更に、1個の発光素子10についての分割画像から予め定めた検査領域の画素を抽出する。
図3(a)に示すように、ウエハ状態の検査対象Wには、1枚の成長基板に複数の発光素子10が2次元に配列されている。各発光素子10は、分割領域15で縦横に分割されている。ここで分割領域15は、半導体層が除去されているため、構造的に非発光領域となる。ウエハには、発光素子10が、予め定められた形状及び配列で、規則的に配置されている。そうすると、蛍光画像においては、図3(a)においてハッチングを施して示したように、分割領域15が暗い縦横の格子線として観察され、発光素子10の発光領域16が、この格子線で区画されているように見える。そこで、例えば、この格子線の中央を境界線15bとして、蛍光画像を個々の発光素子10の画像領域に分割することができる。
なお、図3(a)において、発光領域16の右辺側にハッチングを施した円形の領域は、n側電極を形成するための領域であって、活性層が除去された半導体層の凹部12bに相当する領域である。なお、発光素子10の構造については後記する。
本実施形態では、構造的に発光領域となる領域のみを検査領域として、前記した輝度平均及び輝度分散の算出対象とする。そのために、個々の発光素子10の画像から、構造的に非発光領域となる画素を非検査領域として除外し、発光領域の画素のみを検査領域として抽出する。
なお、n側電極13n、p側電極13p及び全面電極13aは、例えば、金属層からなり、光を透過しないものとする。
このように、検査領域は、発光素子10の構造及び撮影方向に応じて定めることができる。
なお、活性層12aを有するすべての領域について発光不良領域の有無を検査するために、前記したp側電極13pや延伸部13bのような遮蔽物がない方向から撮影することが好ましい。
次に、図4を参照(適宜図1参照)して、検査装置1の動作について説明する。
図4に示すように、本実施形態において、検査装置1は、撮影位置設定工程S10と、撮影工程S11と、検査領域抽出工程S12と、輝度平均判定工程S13と、輝度分散判定工程S14と、総合判定工程S15とが、発光素子10毎に、検査対象Wであるウエハのすべての領域について行われる。
次に、撮影工程(画像入力工程)S11において、検査装置1は、撮影装置2によって、検査対象Wの蛍光画像を撮影する。より詳細には、検査装置1は、照明光源21を点灯し、ダイクロイックミラー23及び対物レンズ24を介して、検査対象Wを励起するための照明光を検査対象Wに照射する。これにより、照明光の照射によって励起された検査対象Wから蛍光が放出され、放出された蛍光は、対物レンズ24を介し、更にダイクロイックミラー23を透過して、撮像手段22に入射される。そして、検査装置1は、撮像手段22によって、入射した蛍光を画素毎の光強度の信号に変換した蛍光画像データを生成する。
また、未撮影の領域がない場合は(ステップS17でNo)、検査装置1は処理を終了する。
[半導体発光素子の製造方法]
次に、本発明の第2実施形態として、第1実施形態に係る検査方法を検査工程として含む半導体発光素子の製造方法について、図5を参照(適宜図1及び図3参照)して説明する。
なお、製造する半導体発光素子として、図3(c)に示した構造の発光素子10を例に説明する。また、半導体材料として、窒化物半導体を例として説明する。
半導体発光素子形成工程S100では、図3(c)に示した構造の半導体発光素子10が、2次元に配列されたウエハ状態で形成される。
このとき同時に、各発光素子10を区画する分割領域15についても、半導体積層体12をエッチングにより除去する。なお、分割領域15については、凹部12bと同様に、n型半導体層12nの一部まで除去してもよいし、n型半導体層12nの全部を除去して、成長基板11を露出させるようにしてもよい。
更に、ウエハの表面全体に、例えば、スパッタリングにより、絶縁性のSiO2などの保護膜14を形成する。
以上により、ウエハ状態の半導体発光素子10が形成される。
次に、検査工程S101において、ウエハに形成された半導体発光素子10毎に、発光特性についての良否を判定する。この良否のための検査工程S101は、前記した第1実施形態に係る検査方法によって行うものである。このため、検査工程S101についての説明は省略する。
なお、検査結果である良否の判定結果は、各半導体発光素子10に対応付けて、判定結果記憶手段38に記憶されるものとする。
次に、個片化工程S102において、ダイシング法、スクライブ法などにより、ウエハを分割領域15で割断し、各半導体発光素子10のチップに個片化する。
最後に、選別工程S103において、個片化された半導体発光素子10のチップについて、検査工程S101で判定された良否の結果で不良品と判定されなかった半導体発光素子10を良品として選別する。これによって、輝度平均の低い不良品とともに、発光不良領域を有し経時劣化により輝度低下又は故障する可能性の高いチップを不良品として除去することができる。
検査工程S101で各半導体発光素子10についての良否の判定が終了すると、半導体発光素子10が2次元に配列されているウエハの表面(半導体層が積層された面)全体に、UV(紫外線)硬化型の粘着剤が塗布された粘着シートを貼付する。この粘着シートは、例えば、ポリオレフィンなどの樹脂からなるシートに、UV照射によって硬化し、粘着力を失う粘着剤が塗布されたシートである。
次に、ウエハの裏面側、すなわち成長基板11側からダイシングすることで、半導体発光素子10を割断する。
次に、各半導体発光素子10の裏面側に粘着シートを貼付する。裏面側に貼付する粘着シートは、表面側に貼付する粘着シートと同様のものでもよいが、シートが延伸性を有し、粘着剤がUV硬化型でないものが好ましい。
次に、表面側粘着シートにUV光を照射し、粘着剤を硬化させることで粘着力を消失させる。そして、粘着力を失った表面側の粘着シートを剥離する。これによって、各半導体発光素子10の裏面側に粘着シートが貼付された状態となる。
次に、裏面側粘着シートを、半導体発光素子10の縦横の配列方向に引き延ばす。これによって、ダイシング工程で個片化された半導体発光素子10が、二次元配列の位置関係を維持したまま、互いに離間させることができる。これによって、半導体発光素子10を個々にピックアップし易くなる。
次に、検査工程S101で判定された半導体発光素子10毎の総合判定結果に応じて、良品の半導体発光素子10を抽出する。半導体発光素子10の抽出は、例えば、先端に吸引ノズルを有するコレットをXYZステージに取り付け、順次に、良品と判定された半導体発光素子10が配置された位置にコレットを移動させ、ウエハの表面側から当該半導体発光素子10をコレットで吸引してピックアップするようにすればよい。また、コレットで半導体発光素子10をピックアップする際に、ウエハの裏面側から粘着シートを介して、当該半導体発光素子10をピンで押し上げるようにすることが好ましい。これによって、粘着シートから抽出対象である半導体発光素子10をピックアップし易くすることができる。
2 撮影装置(画像入力手段)
21 照明光源
22 撮像手段
23 ダイクロイックミラー
24 対物レンズ
25 載置台
3 解析装置
31 検査領域抽出手段
32 検査領域情報記憶手段
33 輝度平均判定手段(光強度平均判定手段)
34 輝度分散判定手段(光強度ばらつき判定手段)
35 総合判定手段
36 判定結果記憶手段
10 半導体発光素子(発光素子)
11 成長基板
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12p p型半導体層
12a 活性層
12b 凹部
13n n側電極
13p p側電極
13a 全面電極
13b 延伸部
14 保護膜
15 分割領域
15a 基準点
15b 境界線
16 発光領域
W 検査対象
Claims (8)
- 活性層を有する半導体発光素子の検査方法であって、
前記半導体発光素子に、前記活性層が発光する光よりも短波長の照射光を照射し、前記活性層からの蛍光を撮影した画像を入力する画像入力工程と、
前記画像から、前記半導体発光素子が撮影された領域を検査領域として抽出する検査領域抽出工程と、
前記検査領域内の画素について、前記蛍光の光強度の平均値を算出し、その平均値が所定の第1閾値よりも小さい場合に、前記半導体発光素子を不良であると判定する光強度平均判定工程と、
前記検査領域内の画素について、前記光強度のばらつき度合を示すばらつき値を算出し、前記ばらつき値が所定の第2閾値よりも大きい場合に、前記半導体発光素子を不良であると判定する光強度ばらつき判定工程と、を含み、
前記光強度平均判定工程及び前記光強度ばらつき判定工程の少なくとも一方において不良と判定された場合に、前記半導体発光素子を不良であると判定することを特徴とする半導体発光素子の検査方法。 - 前記検査領域抽出工程において、前記半導体発光素子の非発光領域として予め定めておいた領域を除いて前記検査領域を抽出することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記画像は赤、緑及び青の色成分に色分解されたカラー画像であり、前記光強度として、前記色成分に所定の重み付けをした加重平均として算出される輝度値を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記画像は赤、緑及び青の色成分に色分解されたカラー画像であり、前記光強度として、前記照明光の照射により前記活性層が励起されて放射する波長の光に対する感度が最も高い色成分の画素値を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記画像入力工程において、複数の前記半導体発光素子をまとめて撮影した画像を入力し、前記検査領域抽出工程において、1個単位の前記半導体発光素子の領域の画素データを前記検査領域として順次に抽出することを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れか一項に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記ばらつき値は、前記検査領域における光強度の分散、標準偏差、平均偏差又は変動係数の何れか1つであることを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記光強度平均判定工程と前記光強度ばらつき判定工程とを並行して行うことを特徴とする請求項1ないし請求項6の何れか一項に記載の半導体発光素子の検査方法。
- 前記半導体発光素子を形成する半導体発光素子形成工程と、
前記半導体発光素子形成工程で形成した半導体発光素子を検査して不良かどうかを判定する検査工程と、
前記検査工程で不良と判定されなかった前記半導体発光素子を良品として選別する選別工程とを含み、
前記検査工程は、請求項1ないし請求項7の何れか一項に記載の半導体発光素子の検査方法であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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