JP7116330B2

JP7116330B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP7116330B2
Application number: JP2020015208A
Authority: JP
Inventors: 慎平前田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2022-08-10
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Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。

発光面に蛍光体板を備える小型の発光素子チップが知られている。

特開２０１３－０１２５４５号公報

本開示は、小型の発光装置を効率よく生産する方法を提供する。

本開示のある実施形態に係る発光装置の製造方法は、第１方向および第２方向の２次元に配列された複数の発光素子を、一括して板状の透光性部材に接合する工程と、前記透光性部材に接合された複数の発光素子の画像を取得し、前記画像上の前記複数の発光素子の位置に基づき、前記透光性部材にアライメントマークを形成する工程と、前記アライメントマークの形成工程後、前記透光性部材に接合された前記複数の発光素子のそれぞれに接する接触部材を形成する、少なくとも１つの工程とを含み、前記接触部材を形成する少なくとも１つの工程において、前記アライメントマークを用いて、前記複数の発光素子に対する位置合わせを行う。

本開示によれば、小型の発光装置を効率よく生産することが可能である。

図１Ａは、発光装置の一実施形態を示す模式的断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置の模式的平面図である。図２は、図１Ａに示す発光装置の製造方法を示すフローチャートである。図３Ａは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｂは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｃは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｄは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｅは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｆは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図３Ｇは、発光装置の製造方法の一実施形態における工程断面図である。図４は、支持体に配置された発光素子を示す模式的平面図である。図５は、発光素子が接合された透光性部材を示す模式的平面図である。図６は、切断装置が取得した画像における基準位置の決定を説明する模式的な図である。図７は、アライメントマークが形成された透光性部材を示す模式的平面図である。

以下、図面を参照しながら本開示の半導体装置の製造方法の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は例示であり、本開示による半導体装置の製造方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。

図面が示す構成要素の寸法、形状、構成要素間の間隔等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の発光装置および透光性部材に配置された発光素子の寸法、形状および構成要素間間隔の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。

［発光装置１０１の構造］
図１Ａは本開示の発光装置の製造方法によって製造される発光装置１０１の模式的断面図であり、図１Ｂは、発光装置１０１の模式的平面図である。発光装置１０１は、発光素子１０と、バンプ２０と、透光性部材３０と、導光性部材４０とを備える。発光装置１０１は、発光装置１０１の主たる発光面である透光性部材３０の表面に、反射防止膜５０をさらに備えていてもよい。以下、各構成要素を詳細に説明する。

（発光素子１０）
発光素子１０は、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子である。発光素子１０は、主たる出射面である第１主面１０ａと第１主面１０ａと反対側の面であって、電極形成面である第２主面１０ｂとを含み、電圧の印加によって、主として第１主面１０ａから光を出射する。発光素子１０は、支持基板１１と、半導体積層構造１２と、第１電極１３と第２電極１４とを含む。

支持基板１１は、例えば、半導体積層構造１２を支持し、エピタキシャル成長させるための基板である。支持基板１１は、具体的には、サファイヤ、窒化ガリウム等からなる基板である。

半導体積層構造１２は、支持基板１１に接し、支持されている。半導体積層構造１２は複数の半導体層を含み、各半導体層は、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、ＩＩ－ＶＩ族化合物半導体等の種々の半導体材料のエピタキシャル層である。各半導体層は、具体的には、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１－Ｘ－Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料、例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体材料によって形成されている。

半導体積層構造１２は、第１導電型の第１半導体層（例えば、ｎ型半導体層）と、第２導電型の第２半導体層（例えば、ｐ型半導体層）と、第１半導体層および第２半導体層に挟まれた活性層とを含む。半導体積層構造１２の各半導体層の厚さ、不純物濃度等は、公知の発光素子の半導体積層構造に用いられる半導体層と同様であってよい。

第１電極１３および第２電極１４は、第２主面１０ｂに位置しており、それぞれ、第１半導体層および第２半導体層と電気的に接続されている。

第１電極１３および第２電極１４は、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属またはこれらの合金の単層膜または積層膜によって形成することができる。具体的には、これらの電極は、半導体積層構造１２側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｌ－Ｃｕ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどの積層膜によって形成することができる。これらの膜の厚さは、公知の発光素子の電極に用いられる膜と同様であってもよい。

図１Ｂに示すように本実施形態では、第２主面１０ｂにおいて第１電極１３が第２電極１４を囲んでいるが、第１電極１３および第２電極１４の形状、位置、大きさ等は、図１Ｂにおいて例示する形態等に限られない。第１電極１３および第２電極１４は他の形状を有していてもよい。

（バンプ２０）
バンプ２０は、発光素子１０に接する接触部材である。バンプ２０は、第１電極１３および第２電極１４のそれぞれに少なくとも１つ以上配置されている。バンプ２０は、発光素子１０の第１電極１３および第２電極１４と、発光装置１０１が実装される実装基板の配線等の導電領域とを電気的に接続するとともに、発光素子１０で発生した熱を、実装基板へ逃がす経路となる。バンプ２０は、発光装置１０１を実装基板にフリップチップ接続する場合に好適に用いられる。

バンプ２０は、半導体装置に用いられる公知のバンプと同様の形状を有していてよい。本実施形態では、バンプ２０は、基部と、基部上に位置し、基部よりも小さな底面を有する微小凸部とを有するスタッドバンプである。バンプ２０は、例えば、金、銀、銅、錫、白金、亜鉛、ニッケル、アルミニウムまたはこれらの合金により形成することができる。

発光装置１０１は、圧接、熱圧接、超音波接合、リフロー等の方法によって、実装基板に接合され得る。バンプ２０は、これら接合方法に適した材料および形状で構成される。

（透光性部材３０）
透光性部材３０は、発光素子１０の第１主面１０ａに接し、発光素子１０から出射される光を透過させ、外部に放出する。透光性部材３０は、第１面３０ａと、第１面３０ａと反対側に位置する第２面３０ｂと、第１面３０ａおよび第２面３０ｂの間に位置する側面３０ｃとを有する。第１面３０ａは、発光装置１０１の主たる発光面として、発光素子１０からの光を外部に出射する。第２面３０ｂは、発光素子１０の第１主面１０ａと接合されている。

透光性部材３０は、平面視で発光素子１０よりも大きい面積を有する。つまり、第１面３０ａおよび第２面３０ｂは発光素子１０の第１主面１０ａよりも大きい。このため、第２面３０ｂは、発光素子１０の第１主面１０ａと接しておらず、発光素子１０から露出している領域を有する。透光性部材３０の厚さ（つまり第１面３０ａから第２面３０ｂまでの高さ）は、例えば５０～３００μｍである。

透光性部材３０には、樹脂、ガラス、セラミックス等の透光性材料を板状に加工したもの、これら板状の透光性材料に波長変換物質が含有されたもの、あるいは波長変換物質の焼結体を板状に加工したものなどを用いることができる。波長変換物質としては、例えば、酸化物系、硫化物系、窒化物系の波長変換物質などが挙げられる。具体的には、発光素子１０として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色～緑色発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（β サイアロン）、ＳＧＳ波長変換物質、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系波長変換物質（ＫＳＦ系波長変換物質；Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系波長変換物質等の波長変換物質の単独または組み合わせが挙げられる。透光性部材３０は、波長変換物質の他に、例えば光拡散物質等の各種フィラー等を含んでいてもよい。

透光性部材３０は、発光素子１０と直接接合されている。ここで、直接接合とは、接合したい界面を、接着材等の接合部材を用いることなく原子間の相互作用で接合させる接合を意味する。本実施形態では、発光素子１０の第１主面１０ａと透光性部材３０の第２面３０ｂとが直接接合によって、接合されている。

透光性部材３０と発光素子１０とが直接接合されることにより、発光素子１０と透光性部材３０との界面で熱を効率よく伝導させることが可能である。このため、発光素子１０で発生した熱を効率よく透光性部材３０へ伝導させ、透光性部材３０からの熱を放散させることができる。また、特に、透光性部材３０が波長変換物質を含む場合、波長変換物質によって発生した熱を、発光素子１０を介して実装基板側へ放散させることも可能である。これにより、発光素子１０や透光性部材３０の波長変換物質の熱による劣化を抑制し、信頼性の高い発光装置１０１を実現することが可能である。また、透光性部材３０と発光素子１０とが接着材等の他の部材を介さずに直接接合されているため、発光装置１０１における光取り出し効率を高めることができる。

（導光性部材４０）
導光性部材４０は、発光素子１０に接する接触部材である。導光性部材４０は、発光素子１０の全ての側面１０ｃそれぞれの少なくとも一部を覆っている。導光性部材４０は透光性部材３０の第２面３０ｂのうち、発光素子１０から露出している部分も覆っている。導光性部材４０は、発光素子１０の側面１０ｃからの出射光を導光性部材４０の外面で反射させ、反射光を透光性部材３０へ導く。

導光性部材４０は、取り扱いおよび加工が容易であるという観点から、樹脂材料を用いることが好ましい。樹脂材料としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂の１種以上を含む樹脂またはハイブリッド樹脂等からなる樹脂材料を用いることができる。導光性部材４０は、後述するように、導光性部材４０を形成するための樹脂材料の粘性、発光素子１０との濡れ性を利用して形成することができる。

（反射防止膜５０）
発光装置１０１は、透光性部材３０の第１面３０ａに配置された反射防止膜５０をさらに備えていてもよい。反射防止膜５０は、透光性部材３０の第１面３０ａにおいて発光素子１０から出射した光が反射し、発光素子１０へ戻るのを抑制する。これにより、発光素子１０からの光の出射効率を向上させることが可能となる。反射防止膜５０にはＳｉＯ_２やＺｒＯ_２などの透光性膜を単層または多層膜として用いることができる。

［発光装置１０１の製造方法］
発光装置１０１の製造方法の実施形態を説明する。図２は、発光装置１０１の製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートであり、図３Ａから図３Ｇは発光装置１０１の製造方法における工程断面図である。発光装置１０１は、発光素子を透光性部材に接合する工程（Ｓ１）、透光性部材にアライメントマークを形成する工程（Ｓ３）、発光素子に接触部材を形成する少なくとも１つの工程（Ｓ４）および透光性部材を切断する工程（Ｓ５）を含む。発光素子を透光性部材に接合する工程の後、アライメントマークを形成する工程（Ｓ３）の前、あるいは、発光素子に接触部材を形成する少なくとも１つの工程（Ｓ４）の前に透光性部材に反射防止膜を形成する工程（Ｓ２）をさらに備えていてもよい。以下、各工程を詳細に説明する。

（１）発光素子を透光性部材に接合する工程（Ｓ１）
第１方向および第２方向の２次元に配列された複数の発光素子を、一括して板状の透光性部材に接合する。この工程は、図３Ａに示すように、複数の発光素子１０を支持体２０１上に配置する（Ｓ１－１）工程と、図３Ｂに示すように、（支持体２０１に配置された複数の発光素子１０を透光性部材３０’と接触させる工程（Ｓ２－２）とをさらに含む。

（ａ）複数の発光素子１０を支持体２０１上に配置する工程（Ｓ１－１）
まず、複数の発光素子１０および支持体２０１を用意する。複数の発光素子１０は、支持基板上に複数の発光素子構造が形成されたウェハを、ダイシングソー、レーザーソーなどの切断装置を用いて個々の発光素子に個片化することによって得られる。この時、発光素子１０が複数形成された基板の状態で、各発光素子１０の第１主面１０ａとなる面の表面粗さを小さくしておくことが好ましい。具体的には、算術平均粗さＲａが１．０ｎｍ以下、より好ましくは、０．３ｎｍ以下となるまで、各発光素子１０の第１主面１０ａとなる面を機械研磨、化学機械研磨などによって平坦化しておくことが好ましい。

支持体２０１は、平坦な主面を有する板状の部材を用いることができることができる。具体的には、導電性のシリコンウェハを用いることができる。支持体２０１に発光素子を固定するために、支持体２０１は、発光素子が固定される主面２０１ｂ側に粘着性を有する接着層を有している。

各発光素子１０の第２主面が支持体２０１の主面２０１ｂと対向し、接するように、複数の発光素子１０を配置する。例えば、図４に示すように、支持体２０１の主面２０１ｂにおいて、第１方向であるｘ方向および第２方向であるｙ方向の２次元にそれぞれ、ｐｘ、ｐｙのピッチで複数の発光素子１０を配置する。ここで、ピッチｐｘ、ｐｙは、例えば、ｘ方向およびｙ方向に隣接する２つの発光素子１０の中心間距離で規定される。ｐｘとｐｙとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。発光素子１０の配置には、例えば、半導体装置の製造に用いるチップマウンターを用いることができる。複数の発光素子１０を配置する領域Ｒは、後述する透光性部材３０’のサイズおよび形状に対応させることができる。これにより、複数の発光素子１０は、支持体２０１上において、ｘ方向およびｙ方向の２次元に配置される。

（ｂ）支持体２０１に配置された複数の発光素子１０を透光性部材３０’と接触させる工程（Ｓ－２）
図３Ｂに示すように、板状の透光性部材３０’を用意する。透光性部材３０’は２次元に配置された複数の発光素子１０が位置する領域Ｒよりも大きいことが好ましい。透光性部材３０’の第２面３０’ｂは、発光素子１０の第１主面１０ａと同様、高い平滑性を有していることが好ましい。算術平均粗さＲａが１．０ｎｍ以下、より好ましくは、０．３ｎｍ以下となるまで、第２面３０’ｂを機械研磨、化学機械研磨などによって平坦化しておくことが好ましい。

本実施形態では、透光性部材３０’は、アライメントマーク等の位置合わせ用のマークを有していない。また、各発光素子１０に対応したパターンも、第１面３０’ａおよび第２面３０’ｂに設けられていない。

支持体２０１に配置された複数の発光素子１０を透光性部材３０’と接触させ、発光素子１０を透光性部材に接合する。接合には、直接接合を用いることが好ましい。具体的には、表面活性化接合、水酸基接合、原子拡散接合のいずれかを用いて接合を行うことが好ましい。これらの直接接合は、常温に近い温度条件で発光素子１０と透光性部材３０とを接合することができるため、発光素子１０および透光性部材３０に含まれる蛍光体に与え得る熱による好ましくない影響を抑制することができる。

透光性部材３０’の第２面３０’ｂおよび発光素子１０の第１主面１０ａに直接接合の種類に応じた前処理を施す。例えば、表面活性化接合の場合には、複数の発光素子１０を支持した支持体２０１と透光性部材３０’とを真空装置に導入し、透光性部材３０’の第２面３０’ｂおよび発光素子１０の第１主面１０ａにイオンビーム、プラズマ等を照射し、これらの表面を活性化させる。

水酸基接合の場合には、複数の発光素子１０を支持した支持体２０１と透光性部材３０’とを酸などの化学薬品と純水を用いてウェハの洗浄と表面の親水性処理を行い、透光性部材３０’の第２面３０’ｂおよび発光素子１０の第１主面１０ａの表面に水酸基を付加して、これらの表面を親水性にする。

原子拡散接合の場合には、真空中または不活性雰囲気中において、透光性部材３０’の第２面３０’ｂおよび発光素子１０の第１主面１０ａの表面に１原子層程度の薄い金属膜を形成する。

その後、前処理が施された発光素子１０の第１主面１０ａを透光性部材３０’の第２面３０’ｂに接触させ、常温で所定の時間保持する。必要に応じて、室温より高く２００℃程度以下の温度で、例えば、数分から１時間程度の時間保持する。これにより、発光素子１０の第１主面１０ａの最表面および透光性部材３０’の第２面３０’ｂの最表面に位置する原子間共有結合などの原子間結合が形成され、図３Ｂに示すように、複数の発光素子１０が一括して透光性部材３０’に接合される。その後、支持体２０１を発光素子１０から剥がす。

これにより、図３Ｃおよび図５に示すように、第２主面１０ｂおよび側面１０ｃが露出し、ｘ方向およびｙ方向の２次元に配列された複数の発光素子１０が、透光性部材３０’に接合される。このような接合工程によれば、複数の発光素子１０を透光性部材３０’に接合する際、複数の発光素子１０と透光性部材３０’とを位置合わせする必要がない。したがって、製造工程上、真空装置のチャンバー内など、直接接合を行う環境に制約が多い場合でも、複数の発光素子１０を透光性部材３０’に接合する際、複数の発光素子１０と透光性部材３０’とを位置合わせせずに、迅速に接合を行うことが可能である。

また、直接接合を用いた場合、接合部材を個々の発光素子１０に塗布する等の必要がないため、発光素子１０の個数が多くなっても、個数が少ない場合と比較して、接合に要する時間はほとんど変わらず、効率よく複数の発光素子１０を透光性部材３０’に接合することができる。

（２）透光性部材に反射防止膜を形成する工程（Ｓ２）
発光装置１０１が、反射防止膜５０を含む場合には、発光素子１０を透光性部材３０’に接合する工程（Ｓ１）の後、アライメントマークを形成する工程（Ｓ３）の前、あるいは、発光素子１０に部材を形成する少なくとも１つの工程（Ｓ４）の前に透光性部材３０’に反射防止膜５０’を形成することができる。図３Ｄに示すように、透光性部材３０’の第１面３０’ａに反射防止膜５０’を形成する。この時、透光性部材３０’の第１面３０’ａを研磨し、透光性部材３０’の厚さを調整してもよい。その後、公知の薄膜形成技術を用いて第１面３０’ａに反射防止膜５０’を形成する。

（３）アライメントマークを形成する工程（Ｓ３）
上述したように、複数の発光素子１０は透光性部材３０’上においてｘ方向およびｙ方向の２次元に配列されているが、透光性部材３０’にはアライメントマークがないため、透光性部材３０’上の各発光素子１０の位置を透光性部材３０’から特定することができない。このため、以降の工程において、各発光素子１０に構成要素を付加したり、各発光素子１０に加工を施す場合、例えば、画像認識などによって、発光素子１０の位置を、発光素子１０ごとに探索および決定する必要がある。しかし、透光性部材３０’上の各発光素子１０に例えば構成要素を形成する場合、発光素子１０の数だけ画像認識による位置の探索および決定を繰り返す必要があり、時間を要する。

本実施形態の発光装置の製造方法では、複数の発光素子１０を透光性部材３０’に接合した後に、複数の発光素子１０が配列された規則、つまり、複数の発光素子１０が配置されている座標系の情報をアライメントマークとして透光性部材３０’に形成する。具体的には、透光性部材３０’に接合された複数の発光素子１０の画像を取得し、画像上の複数の発光素子１０の位置に基づき、透光性部材３０’にアライメントマークを形成する。この工程には、透光性部材３０’に配置された複数の発光素子１０の画像認識が可能であり、認識結果に基づき、透光性部材３０’にマークを形成することが可能な装置を利用する。ダイシングソー、レーザーソーなどの半導体基板切断装置を好適に用いることができる。このような画像認識機能を有する半導体製造装置では、画像上の認識結果に基づき、装置を制御することが可能である。例えば、上述した半導体基板切断装置では、画像上で特定される位置において、半導体基板を切断することが可能なように、画像上の座標と、対象物を加工するために保持するステージ上の座標とが対応づけられている。

まず、図６に示すように、例えばダイシングソーに備えられているカメラなどの撮像装置によって透光性部材３０’上に２次元に配置された発光素子１０の画像ＩＭを取得する。ダイシングソーの画像処理回路は、取得した画像ＩＭを解析し、各発光素子１０の外形を検出し、例えば、各発光素子１０の外形を規定する４辺のうち、第１辺と平行な方向に配列している複数の発光素子１０を選択する。例えば、図６においてＣ１～Ｃ１１を選択する。選択する発光素子１０の数は、２以上であれば特に制限はないが、選択する発光素子１０の数が多いほど、形成するアライメントマークの位置と２次元に配列された発光素子１０の座標との相関関係の精度を高めることができる。また、選択する複数の発光素子１０のうち、互いに最も離れた位置にある２つの発光素子１０の距離は大きい方が、誤差を小さくすることができるので好ましいダイシングソーの画像処理回路は、取得した画像を２次元で解析することが可能であり、例えば各画素の位置を画像上のｘ座標およびｙ座標で検出することができる。

画像処理回路は、画像データから、例えば、発光素子Ｃ１～Ｃ１１のそれぞれの中心の座標Ｃ１（ｘ，ｙ）～Ｃ１１（ｘ，ｙ）を決定し、決定した発光素子Ｃ１～Ｃ１１の１１の座標を用いて、例えば最小二乗法により、１つの近似直線である第１軸Ａｘを決定する。

同様に、ダイシングソーの画像処理回路は、発光素子１０の外形を規定する４辺のうち、第１辺に隣接する第２辺と平行な方向に配列している複数の発光素子１０を選択する。例えば、図６においてＣ２１～Ｃ３１を選択する。さらに、画像データから、例えば、発光素子Ｃ２１～Ｃ３１のそれぞれの中心の座標Ｃ２１（ｘ，ｙ）～Ｃ３１（ｘ，ｙ）を決定し、決定した発光素子Ｃ３１～Ｃ３１の１１の座標を用いて、例えば最小二乗法により１つの直線である第２軸Ａｙを決定する。この例では、発光素子Ｃ６と発光素子Ｃ２６とは同一である。第１軸Ａｘと第２軸Ａｙを決定するのに用いる複数の発光素子は、同じものを含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。

第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙは、領域Ｒを横切っていれば、どこに設定してもよい。第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙが領域Ｒ内の中心近傍で交差するように第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙが設定される場合、複数の発光素子１０を製造する上で、位置合わせ誤差が領域Ｒで最も均一になる。このため、製造誤差の管理の観点では、領域Ｒの中心を通る第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙが設定できるように、画像ＩＭ上において、発光素子Ｃ１～Ｃ１１、発光素子Ｃ２１～Ｃ３１を選択することが好ましい。

ダイシングソーの画像処理回路は、このように決定した第１軸Ａｘ上に位置する基準位置ｍｘ１、ｍｘ２および第２軸Ａｙ上に位置する基準位置ｍｙ１、ｍｙ２を決定する。基準位置ｍｘ１、ｍｘ２および基準位置ｍｙ１、ｍｙ２は、複数の発光素子１０が配列された領域Ｒ外であって、かつ透光性部材３０’内の領域である外周領域Ｒ’における、第１軸Ａｘまたは第２軸Ａｙ上の任意の位置に設定し得る。基準位置ｍｘ１と基準位置ｍｘ２とは領域Ｒを挟んでいることが好ましい。同様に、基準位置ｍｙ１と基準位置ｍｙ２とは領域Ｒを挟いることが好ましい。基準位置は第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙのそれぞれに２以上設けられていることが好ましい。

基準位置ｍｘ１、ｍｘ２および基準位置ｍｙ１、ｍｙ２のいずれかは原点あるいは、基準点として用いられ得る。この場合には、選択した基準位置と、領域Ｒに位置する複数の発光素子１０のうち、いずれかの発光素子Ｃｒとの座標を記憶しておく。あるいは、あらかじめ選択する発光素子Ｃｒを決定しておき、発光素子Ｃｒから所定の位置関係（第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙ）を満たす位置に基準位置の１つを設定する。例えば、図６の例では、領域Ｒの中心を通るように、第１軸Ａｘおよび第２軸Ａｙを決定し、複数の発光素子１０のうち、第１軸上において最も端に位置する発光素子Ｃｒから所定の距離ｄ０を隔てた位置に基準位置ｍｘ１を設定する。

図７に示すように、設定した画像上の基準位置ｍｘ１、ｍｘ２および基準位置ｍｙ１、ｍｙ２に対応する透光性部材３０’の外周領域Ｒ’に、使用する装置に備えられている切断機能を用いて、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を形成する。例えば、回転刃やレーザなどを用い、透光性部材３０’に溝を形成し、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２とする。溝は、透光性部材３０’を貫通しないことが好ましい。アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の形状は任意に決定し得る。例えば、図７に示すように、透光性部材３０’の表面に、中心が基準位置となる十字状の溝を形成することによって、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２としてもよい。例えばダイシングソーを用いてアライメントマークを形成する場合、アライメントマークは例えば２つの直線の組み合わせとすることが好ましく、複数の発光素子の配列方向であるｘ方向およびｙ方向に沿った２つの直線の組み合わせとすることがより好ましい。これによりダイシングソーを用いてアライメントマークを容易に形成することができる。具体的には、透光性部材３０’の上面側から視認した際の形状として十字状、Ｌ字状、Ｔ字状が挙げられる。溝の幅及び深さは、半導体製造装置の画像認識回路が認識可能な程度であればよく、例えば幅１０μｍ～１００μｍ、深さ１０μｍ～１００μｍ程度が挙げられる。

これにより、透光性部材３０’上に配置された複数の発光素子１０の２次元の配列を規定する座標の２つの軸が透光性部材３０’に転写される。つまり、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の位置を読み取れば、複数の発光素子１０の配置が確認できる。

なお、複数の発光素子１０の２次元の配置は、複数の発光素子１０を支持体２０１上に配置する工程（Ｓ１－１）において決められている。つまり、配列の２軸の関係は既知である。例えば、ｘ軸とｙ軸とは互いに直交している。このため、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２とアライメントマークＭｙ１、Ｍｙ２とのうち、いずれか一方は形成しなくてもよい。この場合には、形成しないアライメントマークに対応する基準位置が設定される第１軸Ａｘまたは第２軸Ａｙは決定しなくてもよい。

（４）発光素子に接する接触部材を形成する少なくとも１つの工程（Ｓ４）
アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の形成後、少なくとも１つの工程を、形成したアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を利用して行う。本実施形態では、発光素子に接する接触部材を形成する工程として、バンプを形成する工程（Ｓ４－１）、導光性部材を形成する工程（Ｓ４－２）を行う。これらの工程の少なくとも１つの工程を行うことによって、発光素子に接する接触部材が形成される。接触部材は例えばバンプや導光性部材等である。

（ａ）バンプを形成する工程（Ｓ４－１）
図３Ｅに示すように、各発光素子１０上にバンプ２０を形成する。バンプ２０は、例えば、市販のバンプボンダー、ワイヤボンダーなどのボンディング装置を用いて形成することができる。

ボンディング装置のステージに発光素子１０が接合された透光性部材３０’を置き、透光性部材３０’の画像を撮影する。ボンディング装置の画像処理回路は、画像中のアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を検出する。これにより、透光性部材３０’に配置された発光素子１０の２次元の２方向が特定される。ボンディング装置は、における制御の基準となる２方向（ｘ軸、ｙ軸）がアライメントマークＭｘ１およびＭｘ２を通る直線、および、アライメントマークＭｙ１、Ｍｙ２を通る直線と一致するように、例えば、ステージを回転させる。これにより、例えば、ワイヤとなる溶融した金属を吐出するキャピラリの駆動方向の基準となる２軸と発光素子１０の配列の２軸とが一致する。上述したようにアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の１つが、原点または基準点を兼ねている場合には、透光性部材３０’に配置された発光素子１０の位置が特定される。

アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の１つが、原点または基準点を兼ねていない場合には、画像認識によって、複数の発光素子１０のうちの１つの位置を特定する。これにより、特定した発光素子１０の位置を基準として、すべての発光素子１０の透光性部材３０’上における位置が特定される。よって、ボンディング装置は、各発光素子１０の位置を画像認識によって特定することなく、各発光素子１０の第２主面１０ｂに位置する第１電極１３および第２電極１４にバンプ２０を形成することが可能となる。

具体的には、ボンディング装置は、スタッドバンプボンダーのキャピラリから導出された金属ワイヤの先端を溶融させてボールを形成し、形成されたボールを超音波熱圧着等によって、発光素子１０の第２主面１０ｂに位置する第１電極１３および第２電極１４上に固着させ、固着されたボールを金属ワイヤから分断する。これにより発光素子１０の第１電極１３および第２電極１４上にバンプ２０が形成される。ボールの分断は、ボールを第１電極１３や第２電極１４上に固着した後に金属ワイヤを保持したままキャピラリを上昇させ、さらにキャピラリを水平移動させることにより、変形したボールをキャピラリ先端のエッジによって擦り切って金属ワイヤの上端を比較的平坦になるように分断することが好ましい。

形成されたバンプ２０の形状は、溶融する金属ワイヤの量、キャピラリの先端形状、押圧の大きさ等によって適宜調整することができる。キャピラリの持ち上げ高さ等、水平移動のタイミング等によって、バンプ２０の高さを適宜調整することができる。バンプ２０の上端は、エッチング、ブラスト、研磨等の平坦化処理に付してもよい。また、形成されたバンプ２０に電圧を印加してスパークを発生させ、バンプ２０の上端を溶融、再結晶させ、軟質化または平滑化させてもよい。

このような方法によって、発光素子１０上に凸状の先端部を有するバンプ２０を形成する。また、バンプ２０の上端を軟質化させることにより、フリップチップ実装時に上端が容易に変形して実装基板の配線と密着させやすくし、常温でも強度の高い接合をすることができる。

各バンプ２０間の間隔は、発光素子１０の大きさ、形成されるバンプ２０の数等によって適宜設定することができる。例えば、放熱性の観点からは、バンプ２０と発光素子１０との接合面積は大きいほど好ましいため、同じ電極上に形成されるバンプ２０間の距離は短い方が好ましい。また、発光装置を実装基板に実装する際、実装基板への光吸収を抑制するために光反射樹脂をバンプ２０間に配置することがあるが、この際の樹脂材料の流動性を考慮すると、各バンプ２０間の距離は樹脂材料の流動性を妨げない程度に離れていることが好ましい。これらを考慮して、バンプ２０間の距離は例えば１０～４５μｍ程度が挙げられる。なお、本実施形態では、前記のとおり、バンプ２０を発光素子１０側に形成するため、発光素子１０とバンプ２０とを精度良く位置合わせすることができる。したがって、バンプ２０同士を適度に離間させつつ、バンプ２０間の距離をより短くすることができる。

次の発光素子１０にバンプ２０を形成する場合、ボンディング装置は、次の発光素子１０を画像認識によって特定する必要はなく、発光素子１０を支持体２０１上に配置する工程（Ｓ１－１）で用いられたピッチｐｘ、ｐｙを用いて隣接する発光素子１０の位置が特定される。このため、発光素子１０ごとに画像認識を行い、位置を特定する場合に比べて、全発光素子１０にバンプ２０を形成する時間を大幅に短縮することが可能である。

（ｂ）導光性部材４０’を形成する工程（Ｓ４－２）
バンプ２０を形成する工程の後、透光性部材３０’を切断し個片化する工程の前に、図３Ｆに示すように、複数の発光素子１０のそれぞれの側面１０ｃを導光性部材４０’で覆う。導光性部材４０’は、未硬化の導光性部材４０’を発光素子１０の周囲に配置し、硬化させることによって形成できる。未硬化の導光性部材４０’は、所定の位置に液体を吐出させることが可能なディスペンサー、ポッティング装置など液体吐出装置を用いることができる。

液体吐出装置のステージに発光素子１０が接合された透光性部材３０’を置き、透光性部材３０’の画像を撮影する。液体吐出装置の画像処理回路は、画像中のアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を検出し、例えば、液体吐出装置における制御の基準となる２方向（ｘ軸、ｙ軸）がアライメントマークＭｘ１およびＭｘ２を通る直線、および、アライメントマークＭｙ１、Ｍｙ２を通る直線と一致するように、例えば、ステージを回転させる。上述したように、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の１つを原点または基準点として用いるか、画像認識によって、複数の発光素子１０のうちの１つの位置を特定することによって、すべての発光素子１０透光性部材３０’上における位置が特定される。

各発光素子１０の周囲にノズルから吐出された未硬化の導光性部材４０’を配置する。吐出位置は、上述したように特定された発光素子１０の位置情報を利用する。その後、未硬化の導光性部材４０’を熱、紫外線などのエネルギーを付与して硬化させる。これにより発光素子１０の側面１０ｃを覆う導光性部材４０’が配置される。

透光性部材３０’のアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を利用することによって、発光素子１０ごとに画像認識を行い、位置を特定することなく、導光性部材４０’を形成できる。したがって、全発光素子１０に導光性部材４０’を形成する時間を大幅に短縮することが可能である。

（５）透光性部材を切断する工程（Ｓ５）
次に、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を利用して、透光性部材を切断する工程（Ｓ５）を行う。図３Ｇに示すように、バンプ２０および導光性部材４０’が設けられた発光素子１０を支持する透光性部材３０’を、一点鎖線で示すように、例えば発光素子１０ごとに、切断する。このとき、同時に導光性部材４０’も切断される。切断には、ダイシングソー、レーザーソーなどの切断装置を用いる。

バンプ２０の形成および導光性部材４０’の形成と同様、切断装置のステージに発光素子１０が接合された透光性部材３０’を置き、透光性部材３０’の画像を撮影する。切断装置の画像処理回路は、画像中のアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を検出し、例えば、切断装置における制御の基準となる２方向（ｘ軸、ｙ軸）がアライメントマークＭｘ１およびＭｘ２を通る直線、および、アライメントマークＭｙ１、Ｍｙ２を通る直線と一致するように、例えば、ステージを回転させる。上述したように、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２の１つを原点または基準点として用いるか、画像認識によって、複数の発光素子１０のうちの１つの位置を特定することによって、すべての発光素子１０の透光性部材３０’上における位置が特定される。したがって、切断装置の画像処理回路は、発光素子１０の透光性部材３０’上における位置の情報を利用して、透光性部材３０’を切断することが可能である。切断によって、図１Ａに示す発光装置１０１が得られる。

透光性部材３０’のアライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２を利用することによって、発光素子１０ごとに画像認識を行い、発光素子１０の位置を特定することなく、導光性部材４０’および透光性部材３０’を切断できる。したがって、発光素子１０の個片化に要する時間を大幅に短縮することが可能である。

本実施形態では、発光素子１０を１つずつ含むように、透光性部材３０’を切断しているが、複数の発光素子１０を含むように、透光性部材３０’を切断してもよい。

このように本実施形態の発光装置の製造方法によれば、各発光素子１０のバンプ２０および導光性部材４０の形成工程、および透光性部材３０’の切断工程を、透光性部材３０’に形成されたアライメントマークを用いて行う。このため、画像認識によって各発光素子１０の位置を決定する場合に比べて、これらの工程に要する時間を短縮することが可能である。つまり、本実施形態の発光装置の製造方法によれば、特に、製造に要する時間の点で、効率よく発光装置を製造することが可能である。

［他の形態］
上記実施形態では、バンプ２０の形成工程、導光性部材４０の形成工程、および透光性部材３０’の切断工程のそれぞれにおいて、アライメントマークを利用しているが、これらの工程のうちすくなくとも１つにおいて、アライメントマークを利用すれば、発光装置の製造に要する時間を短縮できる。

また、上記実施形態では、アライメントマークＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２は互いに分離した溝によって形成されているが、半導体製造装置の画像認識回路が認識可能なマーク、例えば、光学的に認識可能な他の構造によって形成されてもよい。具体的には、アライメントマークは、屈折率差や反射率差を生じさせるものであってもよい。例えば、透光性部材３０’の第２面３０’ｂの外周領域Ｒ’に金属薄膜が形成されており、アライメントマークとして金属薄膜の一部が除去されていてもよい。あるいは、逆にアライメントマークとして金属薄膜が形成されていてもよい。また、アライメントマークの一部は、他のアライメントマークの一部と接続されていてもよい。例えば、溝でアライメントマークを形成する場合、１つの溝が２つのアライメントマーク間で連続していてもよい。この場合でも、溝で繋がった２つのアライメントマークが２つの異なる座標を規定し得る場合には、２つのアライメントマークとみなせる。

また、上記実施形態では、発光素子１０を接合する前には、透光性部材３０’にアライメントマークが形成されていないが、発光素子１０を接合する前に透光性部材３０’にアライメントマークが形成されていてもよい。例えば、透光性部材３０’には、あらかじめ第１座標の位置を規定するアライメントマークが設けられていてもよい。

この場合、上述した発光装置の製造方法のアライメントマークを形成する工程（Ｓ３）において、透光性部材３０’に接合された複数の発光素子１０の画像を取得し、画像上の複数の発光素子１０の位置に基づき、透光性部材３０’に接合された複数の発光素子１０の２次元の配列におけるｘ軸およびｙ軸、つまり第２座標の位置を決定し、決定した第２座標の位置と、透光性部材３０’のアライメントマークで規定される第１座標との位置ずれに関する情報を算出する。

バンプ２０の形成工程、導光性部材４０の形成工程、および透光性部材３０’の切断工程では、透光性部材３０’のアライメントマークおよび第１座標と第２座標の位置ずれに関する情報を用いて、各工程を行うことができる。

本開示の発光装置の製造方法は、種々の用途に使用される発光装置の製造に好適に用いることが可能であり、特に、チップスケールの発光装置の製造に好適に用いることが可能である。

１０：発光素子
１０ａ：第１主面
１０ｂ：第２主面
１０ｃ、３０ｃ：側面
１１：支持基板
１２：半導体積層構造
１３：第１電極
１４：第２電極
２０：バンプ（接触部材）
２２：半導体層
３０、３０’ ：透光性部材
３０ａ、３０’ａ：第１面
３０ｂ、３０’ｂ：第２面
４０、４０’ ：導光性部材（接触部材）
５０、５０’ ：反射防止膜
１０１：発光装置
２０１：支持体
２０１ｂ：支持体の主面

Claims

第１方向および第２方向の２次元に配列された複数の発光素子を、一括して板状の透光性部材に接合する工程と、
前記透光性部材に接合された複数の発光素子の画像を取得し、前記画像上の前記複数の発光素子の位置に基づき、前記透光性部材にアライメントマークを形成する工程と、
前記アライメントマークの形成工程後、前記透光性部材に接合された前記複数の発光素子のそれぞれに接する接触部材を形成する、少なくとも１つの工程と、
を含み、
前記アライメントマークを形成する工程は、
前記画像において、前記複数の発光素子から選択され、前記第１方向に配列された複数の発光素子を通る第１近似直線、および、前記第２方向に配列された複数の発光素子を通る第２近似直線を決定し、
決定した前記第１近似直線および前記第２近似直線にそれぞれ平行な第１軸および第２軸と、前記第１軸および前記第２軸上に位置する基準位置を決定し、
前記画像上の基準位置に基づき、前記アライメントマークを前記透光性部材に形成する工程を含み、
前記接触部材を形成する少なくとも１つの工程において、前記アライメントマークを用いて、前記複数の発光素子に対する位置合わせを行う発光装置の製造方法。
前記接触部材を形成する少なくとも１つの工程は、
前記複数の発光素子のそれぞれにおいて、前記透光性部材との接合面の反対側の面にバンプを形成する工程と、
前記複数の発光素子のそれぞれの側面を覆う導光性部材を前記透光性部材上に形成する工程と、のどちらかを含む請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記接触部材を形成する少なくとも１つの工程の後に、
少なくとも１つの発光素子を含むように、前記透光性部材を切断し、複数の発光装置を得る工程を、前記アライメントマークを用いて行う、請求項２に記載の発光装置の製造方法。
前記複数の発光素子を前記透光性部材に接合する工程は、
前記配列で前記複数の発光素子を支持体上に配置する工程と、
前記支持体に配置された前記複数の発光素子を前記透光性部材と接触させる工程と、をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
前記透光性部材は波長変換物質を含む請求項１から４のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
前記アライメントマークを形成する工程において、
前記アライメントマークは、前記複数の発光素子の接合領域の外側に形成される請求項１から５のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
前記アライメントマークを形成する工程は、前記透光性部材の前記発光素子との接合面に、前記アライメントマークとなる溝を形成する工程を含む請求項１から６のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
前記アライメントマークを形成する工程において、ダイシングソーを用いて前記溝を形成する請求項７に記載の発光装置の製造方法。
前記複数の発光素子を透光性部材に接合する工程において、前記透光性部材はアライメントマークを有していない、請求項１から８のいずれかに記載の発光装置の製造方法。