(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を有するプロダクトウエハの半導体発光装置構造体の発光波長を特徴付ける方法であって、
テスト用のプロダクトウエハにおけるデバイス層応力S(x,y)を測定し、前記テスト用のプロダクトウエハを切ってダイを形成し、前記デバイス層応力および対応するデバイス構造位置(x,y)に応じた前記ダイの発光波長を測定することにより、前記プロダクトウエハ上に形成されたデバイス構造体における前記デバイス層応力S(x,y)と前記発光波長λE(x,y)との関係を規定する工程と、
前記デバイス構造体を形成する基板プロセスの前後に実行される前記基板の曲率測定に基づき、前記テスト用のプロダクトウエハの曲率の変化ΔC(x,y)を測定する工程と、
測定された前記曲率の変化ΔCに基づいて、前記テスト用のプロダクトウエハにおける前記デバイス層応力S(x,y)を計算する工程と、
前記デバイス層応力S(x,y)と前記テスト用のプロダクトウエハ上におけるそれの位置(x,y)との関係に基づき、前記実際の発光波長λEを前記デバイス構造体に関連付けて、前記発光波長λEに対応する前記デバイス構造体の予測発光波長を規定する工程と
を備える方法。
【請求項２】
測定された前記曲率の変化ΔCに基づき、下記の関係式を用いて前記テスト用のプロダクトウエハにおける前記応力S(x,y)を計算する工程をさらに備える
請求項１に記載の方法。
S(x,y) = {Mshs2/6hF}ΔC(x,y)
ここで、Ｍsは前記基板の二軸係数であり、ｈsは前記基板の高さであり、ｈFは前記デバイス構造体の厚さである。
【請求項３】
前記デバイス構造体は、発光ダイオードおよびレーザダイオード構造のいずれか一方を有する
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
目的の発光波長を規定する工程と、
前記プロダクトウエハを切って前記デバイス構造体から前記ダイを形成する工程と、
前記予測発光波長に基づいて前記ダイを選び取る工程と
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発光波長の変化量について許容範囲を規定する工程と、
前記予測発光波長を前記許容範囲と比較し、前記比較から、前記プロダクトウエハを廃棄するか、前記プロダクトウエハを再加工するか、あるいは、前記プロダクトウエハの一部を選択使用するかのいずれかを含む手順を決定する工程と
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の処理には、有機金属化学気相成長法（MOCVD）を実行することが含まれる
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板およびデバイス層を有するプロダクトウエハの半導体発光デバイス（ＬＥＤ）構造における発光波長を特徴付ける方法であって、
ａ）前記プロダクトウエハと同じ方法で形成されたテスト用のプロダクトウエハの少なくとも一つの特徴を測定する工程と、ここで、「少なくとも一つの特徴」は、デバイス層応力およびプロダクトウエハ曲率よりなる特徴のグループから選択される、
ｂ）前記少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハを切断して、前記テスト用のプロダクトウエハ上における所定の位置に関連付けられたＬＥＤダイを形成する工程と、
ｃ）個々の前記ＬＥＤダイのＬＥＤ発光波長を測定して、前記プロダクトウエハ上の位置によって異なる一連のＬＥＤ発光波長を規定する工程と、
ｄ）前記少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハの特徴と、前記一連のＬＥＤ発光波長と、前記ＬＥＤダイの位置との関係を決定する工程と、
ｅ）工程ｄ）において決定された関係を用いて前記プロダクトウエハ上に形成された前記ＬＥＤ構造体における前記ＬＥＤ発光波長を予測する工程と
を備える方法。
【請求項８】
前記工程ｄ）で決定された関係に基づいて、前記プロダクトウエハのＬＥＤ構造体をビニングする工程をさらに備える
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プロダクトウエハは基板を含んでおり、
前記プロダクトウエハの形成に先立って前記基板の曲率を測定する工程をさらに備える請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
コヒーレント勾配センシング（ＣＧＳ）を用いて、前記基板の曲率およびプロダクトウエハの曲率の少なくとも一つを測定する工程をさらに備える
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記デバイス構造体は、寸法を有しており、
前記デバイス構造体の寸法と等しいか前記デバイス構造体の寸法よりも小さい寸法の特徴を有する前記少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハを決定する工程を含む
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法であって、
一つ以上のプロセス変数を有するプロセスによって、基板上に形成されたＬＥＤ構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程と、ここで、前記基板は、ＬＥＤ構造体が形成されるのに先立って既知の初期曲率C0(x,y)を有している、
発光デバイス構造体を形成した後に前記プロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定して、曲率の変化ΔC(x,y) = C(x,y)−C0(x,y)を決定する工程と、
測定した曲率の変化ΔC(x,y)に基づいて、前記プロダクトウエハにおける応力S(x,y)を計算する工程と、
前記プロダクトウエハ上の前記発光デバイス構造体の計算された前記応力S(x,y)と(x,y)位置との関係に基づいて、前記ＬＥＤ構造体の発光波長λEを、計算された応力S(x,y)と関連付ける工程と、
前記発光波長λEを発光波長変動許容値と比較して、前記ＬＥＤ構造体を、前記許容値に基づく１以上のビンにビニングする工程と
を備える方法。
【請求項１３】
選択された１以上のビンにおけるＬＥＤ構造体のみを用いてＬＥＤデバイスを形成する工程をさらに備える
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
１以上のプロセス変数の少なくとも１つを調節して、前記発光デバイス構造体における発光波長の変動量を、前記プロダクトウエハ上の前記発光デバイス構造体の(x,y)位置の関数として低減する工程をさらに備える
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記プロセス変数は、時間、温度、温度の均一性、ガス分圧、ガス分圧の均一性、ガス流量およびガス流量の均一性よりなる一連のプロセス変数から選択される
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プロダクトウエハと同じ方法で形成された１以上のテスト用のプロダクトウエハの曲率測定を行う工程と、
前記１以上のテスト用のプロダクトウエハを切断してＬＥＤダイを形成する工程と、
前記発光波長に対する測定された前記テキスト用のプロダクトウエハ曲率に関する前記１以上のテスト用プロダクトウエハ上の(x,y)位置の関数を用いて、前記ＬＥＤダイの発光波長を測定する工程と
をさらに備える
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
新しいプロダクトウエハを形成する工程と、
前記新しいプロダクトウエハの曲率を測定する工程と、
前記新しいプロダクトウエハの測定された曲率に基づき、前記新しいプロダクトウエハ上のＬＥＤ構造体のＬＥＤ発光波長を決定する工程と
をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法であって、
１以上のプロセス変数を有するプロセスによって基板上に形成されたＬＥＤ構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程と、ここで、前記基板は、その上に前記発光デバイス構造体が形成されるのに先立って、既知の初期曲率C0(x,y)を有している、
発光デバイス構造体を形成した後に前記プロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定し、C0(x,y)およびC(x,y)に基づいて曲率均一性を決定する工程と、
第１の曲率均一性の範囲に包含される、ダイの第１の数を規定する工程と、
第２の曲率均一性の範囲に包含される、ダイの第２の数を規定する工程と、
前記第１の数および前記第２の数に基づいて前記プロダクトウエハに品質価値(quality value)を与える工程と
を備える方法。
【請求項１９】
与えられた前記品質価値に基づいて前記プロダクトウエハを処置する工程をさらに備える
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プロダクトウエハを切断して、前記第１の数および前記第２の数に関連するＬＥＤダイを形成する工程と、
第１の用途に用いられる、前記第１の数に関連する前記ＬＥＤダイを使用すると共に、第２の用途に用いられる、前記第２の数に関連する前記ＬＥＤダイを使用する工程と
をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
半導体発光デバイスを形成する方法であって、
１以上のプロセス変数を有するプロセスによって基板上に形成された発光デバイス構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程と、ここで、前記基板は、前記発光デバイス構造体が形成されるのに先立って既知の初期曲率C0(x,y)を有している、
前記発光デバイス構造体を形成した後、プロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定して、曲率の変化ΔC(x,y) = C(x,y)−C0(x,y)を決定する工程と、
前記計算された曲率C(x,y)と、前記プロダクトウエハ上の前記発光デバイス構造体における(x,y)位置との関係に基づき、計算されたウエハ曲率C(x,y,)に前記発光デバイス構造体の発光波長λEを関連付ける工程と、
前記発光波長λEを発光波長の変動許容範囲と比較して、どの発光構造体が発光デバイスの形成に用いられ得るかを決定する工程と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本出願は、２０１１年１２月７日に出願された米国仮出願（Ｎｏ．６１／５６７，８２０）に基づく優先権を主張するものであり、同仮出願を援用するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、概して、発光ダイオードおよびレーザダイオードといった半導体発光デバイス（ＬＥＤ）の製造に関するものであり、具体的には、プロダクトウエハの特徴に基づいて半導体ＬＥＤを特徴付ける方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードやレーザダイオードといった半導体ＬＥＤは、光や照明用途のほぼすべての領域において、従来の光源の代替えとして急速に普及している。その結果として、半導体ＬＥＤは、非常に幅広い領域の発光波長に対応しつつ、製造数がますます増加している。
【０００４】
一般照明に用いられる半導体ＬＥＤの例としては、発光ダイオード（「ＬＥＤ」とも呼ばれる）およびダイオードレーザが挙げられる。「白色」光スペクトルを形成するために蛍光物質のコーティングを用いることができる。この蛍光物質はデバイスの特定の発光波長（例えば、青色波長）と反応して、放射光の一部を、より短い波長からより長い波長へストークスシフトさせ、出力光を白色スペクトルにする。白色スペクトルは、対応する黒体輻射の放出光スペクトルに関連する等価色温度によって特徴付けられる。「暖色」白色光スペクトルは、約２８００°Ｋの色温度で特徴付けられており、その一方、「寒色」白色光スペクトルの色温度は、約５０００°Ｋである。多くの適用先において、暖色の白色光スペクトルの方が好まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，０３１，６１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
適切な色温度にするため、半導体発光デバイスの発光波長λEは、蛍光物質の吸光／発光スペクトルΔλに適合する必要がある。典型的に、実際の発光波長λEは、当該蛍光物質の吸光および発光特性に対して適切に適合させるため、目的とする（選択された）発光波長λEDのプラスマイナス２ｎｍ以内である必要がある。適切に適合された場合、ＬＥＤ照明器具は、色温度が２８００°Ｋ程度の「白色光」を放出する。特定の波長仕様から外れたデバイスはその価値が大幅に低下する。なぜならば、そのようなデバイスは、「オフカラー(off-color)」の光を放出し、消費者の要望を満たさないからである。ＬＥＤ製造者は、このような「オフカラー」のＬＥＤを、フラッシュライトや屋外駐車施設といった、色が重要でない用途向けに販売することが多い。しかしながら、これらのＬＥＤの価値は、色温度が重要である一般家庭照明の市場に販売されるものに比べてずっと低い。このような理由から、ＬＥＤ製造者は、より価値のあるスペクトル領域内にあるウエハから、より多くのＬＥＤを製造しようと努力している。
【０００７】
最適生産量ならびにそれに伴う最適価値および利益のため、指定された公差に収まる正確な発光波長を有する半導体発光デバイスの製造が求められる。製造プロセス中、最終的に半導体発光デバイスとなる発光チップ（ダイ）の発光波長を事前に知ることができるようになることも求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
プロダクトウエハの特徴に基づいて半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を特徴付ける方法を開示する。この方法は、曲率やデバイス層応力といったプロダクトウエハの特徴の少なくとも一つを測定する工程を有している。この方法は、また、この少なくとも一つの特徴と、プロダクトウエハから形成されたＬＥＤダイの発光波長との関係を規定する工程を有している。この関係により、同じように形成されたプロダクトウエハのデバイス層に形成されたＬＥＤ構造体の発光波長を予測することができる。このことは、同様に、プロダクトウエハの特徴付け、および大規模ＬＥＤのプロセス制御の実施に用いることができる。
【０００９】
本発明の一局面において、方法は、テスト用のプロダクトウエハにおけるデバイス層応力S(x,y)を測定し、そのテスト用のプロダクトウエハを切ってダイを形成し、デバイス層応力および対応するデバイス構造位置(x,y)に応じたダイの発光波長を測定することにより、プロダクトウエハ上に形成されたデバイス構造体におけるデバイス層応力S(x,y)と発光波長λE(x,y)との関係を規定する工程を有している。この方法は、さらに、そのデバイス構造体を形成する基板の処理の前後に実行される基板の曲率測定に基づき、テスト用のプロダクトウエハの曲率の変化ΔC(x,y)を測定する工程を有している。この方法は、また、測定された曲率の変化ΔCに基づいて、テスト用のプロダクトウエハにおけるデバイス層応力S(x,y)を計算する工程を有している。また、この方法は、さらに、デバイス層応力S(x,y)とテスト用のプロダクトウエハ上におけるそれの位置(x,y)との関係に基づき、実際の発光波長λEをデバイス構造体に関連付けて、発光波長λEに対応するデバイス構造体の予測発光波長を規定する工程を有している。
【００１０】
この方法は、測定された曲率の変化ΔCに基づき、下記の関係式を用いてテスト用のプロダクトウエハにおける応力S(x,y)をさらに計算する工程を有するのが好適である。
S(x,y) = {Mshs2/6hF}ΔC(x,y) 
ここで、Ｍsは基板２０の二軸係数であり、ｈsは基板の高さであり、ｈFはデバイス構造体の厚さである。
【００１１】
この方法において、デバイス構造体は、発光ダイオードおよびレーザダイオード構造のいずれか一方を含むことができる。
【００１２】
この方法は、目的の発光波長を規定する工程、プロダクトウエハを切ってデバイス構造体からダイを形成する工程、および、予測発光波長に基づいてダイを選び取る工程をさらに含むのが好適である。
【００１３】
この方法は、発光波長の変化量について許容範囲を規定する工程、予測発光波長を許容範囲と比較し、その比較から、プロダクトウエハを廃棄するか、プロダクトウエハを再加工するか、あるいは、プロダクトウエハの一部を選択使用するかを含む手順を決定する工程をさらに含むのが好適である。
【００１４】
この方法において、基板の処理には、有機金属化学気相成長法（MOCVD）を実行することができる。
【００１５】
本発明における他の局面は、基板およびデバイス層を有するプロダクトウエハの半導体発光デバイス（ＬＥＤ）構造における発光波長を特徴付ける方法である。この方法は、プロダクトウエハと実質的に同じ方法で形成されたテスト用のプロダクトウエハの少なくとも一つの特徴を測定する工程を含んでおり、「少なくとも一つの特徴」は、デバイス層応力およびプロダクトウエハ曲率よりなる特徴のグループから選択されるものである。この方法は、また、少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハを切断して、テスト用のプロダクトウエハ上における所定の位置に関連付けられたＬＥＤダイを形成する工程を含んでいる。この方法は、また、個々のＬＥＤダイのＬＥＤ発光波長を測定して、プロダクトウエハ上の位置によって異なる一連のＬＥＤ発光波長を規定する工程を含んでいる。この方法は、少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハ特徴と、一連のＬＥＤ発光波長と、ＬＥＤダイの位置との関係を決定する工程、および、「関係を決定する」ことによって決定された関係を用いてプロダクトウエハ上に形成されたＬＥＤ構造体におけるＬＥＤ発光波長を予測する工程をさらに含んでいる。
【００１６】
この方法は、「関係を決定する」ことによって得られた関係に基づいて、プロダクトウエハのＬＥＤ構造体をビニングする工程を含むことが好適である。
【００１７】
この方法において、プロダクトウエハは基板を含むのが好適である。また、この方法は、プロダクトウエハの形成に先立ってこの基板の曲率を測定する工程を含むのがさらに好適である。
【００１８】
この方法は、コヒーレント勾配センシング（ＣＧＳ）を用いて、基板の曲率およびプロダクトウエハの曲率の少なくとも一つを測定する工程を含むのがさらに好適である。
【００１９】
この方法において、デバイス構造体は、寸法を有している。この方法では、デバイス構造体の寸法と実質的に等しいか小さい寸法の特徴を有する少なくとも一つのテスト用のプロダクトウエハを決定する工程を含むのが好適である。
【００２０】
本発明における他の局面は、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法である。この方法は、一つ以上のプロセス変数を有するプロセスによって、基板上に形成されたＬＥＤ構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程を含んでおり、その基板は、ＬＥＤ構造体が形成されるのに先立って既知の初期曲率C0(x,y)を有している。この方法は、発光デバイス構造体を形成した後にプロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定して、曲率の変化ΔC(x,y) = C(x,y)−C0(x,y)を決定する工程をさらに含んでいる。この方法は、測定した曲率の変化ΔC(x,y)に基づいて、プロダクトウエハにおける応力S(x,y)を計算する工程をさらに含んでいる。この方法は、プロダクトウエハ上の発光デバイス構造体の計算された応力S(x,y)と(x,y)位置との関係に基づいて、ＬＥＤ構造体の発光波長λEを、計算された応力S(x,y)と関連付ける工程をさらに含んでいる。また、この方法は、発光波長λEを発光波長変動許容値と比較して、ＬＥＤ構造体を、許容値に基づく１以上のビンにビニングする工程を含んでいる。
【００２１】
この方法は、選択された１以上のビンにおけるＬＥＤ構造体のみを用いてＬＥＤデバイスを形成する工程をさらに含むのが好適である。
【００２２】
この方法は、１以上のプロセス変数の少なくとも１つを調節して、発光デバイス構造体における発光波長の変動量を、プロダクトウエハ上の発光デバイス構造体の(x,y)位置の関数として低減する工程をさらに含むことが好適である。
【００２３】
この方法において、プロセス変数は、時間、温度、温度の均一性、ガス分圧、ガス分圧の均一性、ガス流量およびガス流量の均一性よりなる一連のプロセス変数から選択されるのが好適である。
【００２４】
この方法は、プロダクトウエハと同じ方法で形成された１以上のテスト用のプロダクトウエハの曲率測定を行う工程、１以上のテスト用のプロダクトウエハを切断してＬＥＤダイを形成する工程、発光波長に対する測定されたテスト用のプロダクトウエハ曲率に関する１以上のテスト用プロダクトウエハ上の(x,y)位置の関数を用いて、ＬＥＤダイの発光波長を測定する工程をさらに含むのが好適である。
【００２５】
この方法は、新しいプロダクトウエハを形成する工程、その新しいプロダクトウエハの曲率を測定する工程、新しいプロダクトウエハの測定された曲率に基づき、新しいプロダクトウエハ上のＬＥＤ構造体のＬＥＤ発光波長を決定する工程をさらに含むのが好適である。
【００２６】
本発明における他の局面は、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法である。この方法は、１以上のプロセス変数を有するプロセスによって半導体基板上に形成されたＬＥＤ構造体を有するプロダクトウエハを形成する工程、ＬＥＤ構造体を形成した後、プロダクトウエハの曲率均一性を測定する工程、および、１以上のプロセス変数のうち少なくとも１つを調節して、曲率均一性の条件および応力均一性の条件の少なくとも一方を満たす工程を含んでいる。
【００２７】
本発明における他の局面は、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法である。この方法は、１以上のプロセス変数を有するプロセスによって基板上に形成されたＬＥＤ構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程を含んでいる。その基板は、その上に発光デバイス構造体が形成されるのに先立って、既知の初期曲率C0(x,y)を有している。この方法は、また、発光デバイス構造体を形成した後にプロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定し、C0(x,y)およびC(x,y)に基づいて曲率均一性を決定する工程を含んでいる。この方法は、また、第１の曲率均一性の範囲に包含される、ダイの第１の数を規定する工程を含んでいる。この方法は、また、第２の曲率均一性の範囲に包含される、ダイの第２の数を規定する工程を含んでいる。また、この方法は、これら第１の数および第２の数に基づいてプロダクトウエハに品質価値(quality value)を与える工程を含んでいる。
【００２８】
この方法は、与えられた品質価値に基づいてプロダクトウエハを処置する工程をさらに含むのが好適である。
【００２９】
この方法は、プロダクトウエハを切断して、第１の数および第２の数に関連するＬＥＤダイを形成する工程を含むのが好適である。この方法は、第１の用途に用いられる、第１の数に関連するＬＥＤダイを使用すると共に、第２の用途に用いられる、第２の数に関連するＬＥＤダイを使用する工程をさらに含むのが好適である。
【００３０】
本発明における他の局面は、半導体発光デバイスを形成する方法である。この方法は、１以上のプロセス変数を有するプロセスによって基板上に形成された発光デバイス構造体を備えるプロダクトウエハを形成する工程を含んでおり、その基板は、発光デバイス構造体が形成されるのに先立って既知の初期曲率C0(x,y)を有している。この方法は、また、発光デバイス構造体を形成した後、プロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定して、曲率の変化ΔC(x,y) = C(x,y)−C0(x,y)を決定する工程を含んでいる。この方法は、また、計算された曲率C(x,y)と、プロダクトウエハ上の発光デバイス構造体における(x,y)位置との関係に基づき、計算されたウエハ曲率C(x,y,)に発光デバイス構造体の発光波長λEを関連付ける工程を含んでいる。また、この方法は、発光波長λEを発光波長の変動許容範囲と比較して、どの発光構造体が発光デバイスの形成に用いられ得るかを決定する工程を含んでいる。
【００３１】
本発明のさらなる特徴及び利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。
【００３２】
上記の背景技術等に関する記載及び下記の詳細な説明に関する記載は、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原則及び実施を説明するための一助となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】半導体発光デバイスの形成に用いられるプロダクトウエハの一例の平面図である。
【図２】半導体発光デバイスの形成に用いられるプロダクトウエハの一例の断面図である。
【図３】プロダクトウエハからダイがどのようにしてＬＥＤデバイス構造体に組み込まれるかを示す、ＬＥＤデバイスの一例の斜視図である。
【図４】サセプタに支持されたサファイア基板の集合体を示す図である。
【図５】基板がどのようにしてサセプタに支持されているかを示す、サセプタの一部分の拡大断面図である。
【図６】図２のプロダクトウエハを形成するために、基板上にデバイス層を形成するのに使用されるMOCVD反応装置システムの概略図である。
【図７】図７Ａから図７Ｄは、それぞれ、プロダクトウエハ温度Ｔ、デバイス寸法Ｄ、デバイス層応力Ｓ、および発光波長λEの変動を示す曲線が描かれたプロダクトウエハの平面図である。
【図８】図８Ａから図８Ｃは、それぞれ、プロダクトウエハ曲率Ｃ、デバイス層応力Ｓ、および発光波長λEの変動を示す曲線が描かれたプロダクトウエハの平面図である。
【図９】図８Ｃと同様の、予測発光波長が示されたプロダクトウエハの一例の平面図である。必要とされる４５６ｎｍプラスマイナス１ｎｍの波長を有するデバイス構造体の限界を示すため、４５７ｎｍおよび４５５ｎｍの曲線は太線で表されている。
【図１０】一例において基板およびプロダクトウエハの曲率を測定するのに用いられるコヒーレント勾配センシング（ＣＧＳ）システムの一例の概略図である。
【図１１】プロダクトウエハの曲率測定に基づいて、プロダクトウエハから切り出したダイの発光波長を予測する方法の一例のフロー図である。なお、上記図面のいくつかには、参考のために直交座標系を示しているが、これらは方向や構成を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照する。なお、添付の図面に、実施形態の一例を図示する。図中、同一または同様の部分を参照する為、可能な限り同一または同様の参照番号及び符号を使用する。特許請求の範囲の記載は、本明細書に組み込まれるとともに、「発明を実施するための形態」の一部を構成する。
【００３５】
以下に詳述するように、デバイス層応力は、デバイス５０を規定するデバイス層３０における応力である。また、デバイス層応力は、S(x,y)あるいは単にSと表記される。Sは、S(x,y;σi,j)の簡易表記であり、σi,jは、応力テンソルである。応力テンソルσi,jは、基板におけるデバイス層のすべての位置における応力を規定している。座標(x,y)は、その応力が規定されたデバイス層３０における点のウエハ上の直交座標を表している。応力テンソルσi,jは、３つの直交する法線応力要素(σ11,σ22,σ33)、および６つの直交するせん断応力(σ12,σ13,σ21,σ23,σ31,σ32)を規定する。応力の測定に用いられる座標系が基本方向に向いている場合、応力テンソルは、３つの直交する法線応力要素のみで構成される。一例において、S(x,y)は、応力を表す一つの値を有しており、この一つの値は、例えば、最大応力要素、応力要素の合計、応力要素の平均、あるいはいくつかの応力要素の組み合わせの値となり得る。与えられた(x,y)位置における当該応力の変化率が使用された別の例においては、S’(x,y)との表記が用いられる。
【００３６】
さらに、下記の説明において、表面の曲率C(x,y)は、C(x,y;n)と表記される。ここで、nは、X−Y平面において与えられた方向における法線ベクトルであり、X−Y平面に対して直角に交差する平面を規定する。また、C(x,y)は、当該平面が表面と交差したときにおいて、その表面に形成される曲線の曲率である。一般に、この曲率は、１／Rと規定される。ここで、Rは、法線ベクトルnによって規定された平面上の点(x,y)における表面の曲率の局所半径である。C(x,y)がスカラー関数である場合、一例において、ｎは、一つの方向に沿っている。一般に、関係する複数の曲率を取り得ることから、C(x,y)はテンソルであって、単位ベクトルnに対する各方向において一つである。一例において、曲率C(x,y)は、基準面（例えば、完全に平らなウエハ）で測定されたかのように各表面点(x,y)の高さを規定する関数H(x,y)から決定され得る。具体的には、C(x,y)は、最適な半径Rを得るために与えられた平面において点(x,y)を囲む複数の点に円弧を合わせることで、H(x,y)から得られる。また、これにより、１／Rとして曲率が決定される。C(x,y)は、標準的な数学技術を用いた、H(x,y)の二次導関数から得ることも可能である。C0との表記は、プロダクトウエハの形成に用いられる基板の曲率の表記に用いられる。
【００３７】
ここでの議論において、頭文字「ＬＥＤ」は、一般に、「発光デバイス」の意味として理解されているが、「発光ダイオード」をも意味する。また、当業者であれば、この頭文字が使用された文脈に基づいて、両者の違いを理解するであろう。
【００３８】
図１は、発光ダイオードおよびレーザダイオードといった半導体ＬＥＤを形成するのに使用されるプロダクトウエハ１０の一例の平面図であり、図２は、これの断面図である。ここで、「プロダクトウエハ」の語は、一般に、その表面にデバイス構造体が形成されたウエハあるは基板を意味しており、デバイス構造体は、例えば、ＬＥＤ製品あるいはデバイスを形成するのに使用され得る発光デバイスの製造に用いられるものである。
【００３９】
プロダクトウエハ１０は、縁２１、天面２２および底面２４を有しており、表面２２にデバイス層３０が形成された半導体基板２０を備えている。一例の半導体基板２０は、サファイアあるいはシリコンで作られている。デバイス層３０は、半導体発光デバイス構造体（デバイス構造体）４０のアレイ３２を備えている。一例において、プロダクトウエハ１０は、約１ｍｍサイズの数千のデバイス構造体４０を有している。一例のプロダクトウエハ１０におけるサファイア基板２０の直径は２から６インチであり、シリコン基板であれば６から１２インチである。デバイス構造体４０は、前述した色温度に関係する実際の発光波長λEおよび出力スペクトルΔλに関連している。デバイス構造体４０に要求される、あるいは選択される発光波長は、λEDと表記される。
【００４０】
デバイス構造体４０が機能するようにプロダクトウエハ１０の処理が完了した時点で、アレイ３２における個々のデバイス構造体を分離させて個々のダイ４２を形成するようにプロダクトウエハ１０が切断（「ダイス」という）される。ダイ４２は、ＬＥＤデバイスの一例に係る斜視図として図３に示すように、発光デバイス５０を形成するために、半導体発光デバイス構造体に組み込まれる。図３のＬＥＤデバイス５０は、エポキシレンズケーシング５６の内側５４まで延びるアノード５２Ａおよびカソード５２Ｃを有している。カソード５２Ｃは、ダイ４２が配設される反射凹部５８を有している。ワイヤーボンド６０は、アノード５２Ａおよびカソード５２ＣをＬＥＤに対して電気的に接続する。電源（図示せず）は、ＬＥＤに給電して実際の波長λEの光６２を発光させるため、アノード５２Ａおよびカソード５２Ｃに接続される。ダイ４２が公知のダイであれば、図３のＬＥＤデバイス５０は公知のデバイスになるが、ダイ４２が本発明に係る方法を用いて形成されたものであれば、ＬＥＤデバイス５０は公知のデバイスではない。
【００４１】
デバイス構造体４０の例は、サファイア基板２０上にGaNを成長させることによって製造されたＬＥＤの形態である。GaNの成長には、有機金属化学気相成長法（MOCVD）が用いられている。MOCVDはMOCVD反応装置内で実行され、MOCVDによって多重量子井戸構造（図示せず）が構成される。
【００４２】
図４は、表面７２を有する基板保持部材またはサセプタ７０に支持されたサファイア基板２０の集合体を示している。図５は、サセプタ７０の拡大断面図であり、基板２０がサセプタ７０にどのように支持されているかについての一例を示している。サセプタ７０は、天面７２に形成された開口７６を有している。その開口は、縁２１の近傍の底面２４上で基板２０を支持する縁７８を規定する。
【００４３】
図６は、MOCVDサブシステム９６に動作可能に接続された反応チャンバ１００を有するMOCVD反応装置システム９０を示す。このMOCVDサブシステム９６は、減圧ポンプ、ガス源、通風システム、隔膜式真空計等の様々なMOCVDシステム要素（図示せず）を有している。MOCVDチャンバ１００は、当該MOCVDが作動する際にサセプタ７０および基板２０が設けられる内部空間１０４を有している。MOCVD処理が実施された後、基板２０はプロダクトウエハ１０となる。MOCVD反応システム９０は、MOCVDサブシステム９６に動作可能に接続されたコントローラ１１０を有している。コントローラ１１０は、反応装置の内部空間１０４で生じるMOCVDプロセス（矢印１０５で示されている）を制御する。
【００４４】
とりわけ、実際の発光波長λEはMOCVDの成長条件によって大きく変動するため、コントローラ１１０は、プロダクトウエハ１０の温度Ｔを慎重に制御するのに用いられる。図７Ａから７Ｄは、プロダクトウエハ１０の一例の平面図であり、それぞれ、温度T(x, y)、デバイス寸法T(x, y)、デバイス層応力S(x,y)、および（実際の）発光波長λE(x,y)の等高線の一例を概略的に示している。ここで、基板２０には、プロダクトウエハ１０を形成するための処理が施されることから、温度Ｔは基板温度あるいはプロダクトウエハ温度のいずれかを意味している。以下では、考察を容易にするため、「プロダクトウエハ温度」と記載する。
【００４５】
プロダクトウエハ温度T(x,y)が変化すると（図７Ａ）、例えば、MOCVD処理中に形成される多重量子井戸構造（図示せず）の厚さ等のデバイス寸法D(x,y)が、対応する方法（図７B）によって変動する。このことは、プロダクトウエハ１０（図７C）上のデバイス層応力S(x,y)も対応して変動すると言い換えることができる。デバイス層応力S(x,y)の変動も実際の発光波長λE（図７Ｄ）を変動させる原因となる。
【００４６】
あるケースにおいて、プロダクトウエハ温度Ｔにおける１°Kの温度変化は、発光波長λEにおける約１ｎｍのシフトδλEの原因となり得る。したがって、プロダクトウエハ温度Ｔの適切な制御を確実に実施するために、MOCVD反応システム９０における温度の非均一性および温度再現性を先ず検出し、最終的には制御することが要求されることになる。プロダクトウエハの温度の非均一性は、ＬＥＤ発光波長の変動の原因となる成長条件の局所的な変動をもたらすおそれがある。
【００４７】
現在、MOCVDによるデバイス構造体４０の製造において、実際の発光波長λEおよびこれに対応する発光均一性は、デバイス構造体４０がプロダクトウエハ１０から切り出されてダイ４２を形成するまではわからない。ダイは、図３のＬＥＤデバイス５０あるいは同等のテスト構造体のような発光デバイスに組み込まれる。
【００４８】
これまでのところ、ＬＥＤ発光波長λEを見積もり、あるいは予測するため、基板は光輝技術を用いて検査される。この検査では、短波長（とりわけ２４８ｎｍ）源が多重量子井戸領域を照射して励起発光させる。しかしながら、この技術の大きな制限は、点ごとの検査技術であるというところにある。高い空間解像度（例えば、ダイのサイズよりも小さな空間解像度）でプロダクトウエハ全体を正確にマッピングするには、プロダクトウエハを形成するのに使用される基板のサイズに応じて、３０分から２４０分の時間がかかる。
【００４９】
この技術のさらなる制限は、一般に、フォトルミネッセンスからの発光波長が、電気的な刺激を受けている最中にＬＥＤから発せられる発光波長と同じでないところにある。このような違いの原因は、フォトルミネッセンス検査と最終製品との間でＬＥＤが受ける追加的な製造工程によるものと考えられる。とりわけ、フォトルミネッセンス発光波長と、製造中に前測定された電気的な刺激によるＬＥＤ発光波長との間には「ずれ」がある。そのため、これはプロセスモニタとして用いられる。
【００５０】
プロダクトウエハ１０上に形成されたデバイス構造体４０におけるデバイス層応力S(x,y)の量は、プロダクトウエハ温度T(x,y)の履歴、つまり、T(x,y,t)に直接的に関係する。ここで、tは時間である。基本的に、堆積工程中におけるプロダクトウエハ温度の相違（つまり、非均一加熱になっている）は、積層されたGaN層（具体的には、多重量子井戸層）の厚さのばらつきを引き起こす。堆積工程の後、および基板が室温に戻ったとき、デバイス構造体４０を形成する構成物質の熱膨張比の違いは、熱サイクルにおける基板２０に関連してデバイス構造体の相対的な拡張・収縮を引き起こす。非均一性加熱は、非均一なデバイス層応力および非均一な発光波長（λE）を引き起こす。
【００５１】
この相対的な拡張・収縮は、プロダクトウエハ１０上に形成されたデバイス構造体４０における応力を生じさせる。プロダクトウエハに与えられる熱エネルギーは、その一部がデバイス層３０に機械的エネルギーとして蓄えられる。堆積中におけるプロダクトウエハ温度T(x,y)の非均一性（例えば変動）は、層厚さの非均一性（変動）および最終的にはデバイス層応力S(x,y)の非均一性（変動）につながる。温度T(x,y)のみが異なるプロダクトウエハ１０は、デバイス層応力S(x,y)のみが異なることになる。
【００５２】
デバイス層応力S(x,y)は、基板曲率の変化ΔC(x,y)を通じてモニタされ得る。最も一般的な応力計測システムは、デバイス層応力を計算するために、プロダクトウエハ形状の変化の測定に頼っている。プロダクトウエハ１０に支持されたデバイス構造体４０におけるデバイス応力S(x,y)は、Stoneyの式（式１）を用いて、曲率の変化ΔC(x,y)から計算される。
S(x,y) = {Mshs2/6hF}ΔC(x,y)        （式１）
ここで、Mは二軸係数[biaxial modulus]であり、hは厚さであり、下付きの「F」は積層フィルム（例えばGaN）を表し、さらに、下付きの「s」は基板（例えば、サファイアあるいはシリコン）を表す。ウエハにおけるC(x,y)の変化は、非均一デバイス層応力Sを示す。
【００５３】
デバイス層応力Sは、温度と、フィルム（すなわちデバイス層３０）とその下にある基板２０との間における熱膨張係数（α）との不均一に起因して発生し得ることが知られており、デバイス層応力Sは、デバイス層応力Sおよび曲率Cを表す下記の式から与えられる。
S(x,y) = Mfεm(T) =  Mf(αf -αs)ΔT        （式２）
C(x,y) = {6Mfhf/Mshs2}(αf -αs)ΔT        （式３）
ここで、εmは、フィルムと基板との間における不均一あるいは不整合による歪みであり、ΔTは、応力フリー温度T0（すなわちフィルムおよび基板が整合する温度）との差異である。
【００５４】
上記式は、曲率の変化ΔC(x,y)がどのように積層温度の変化と関係するかを示している。したがって、これらの式より、ＬＥＤの発光波長λEに直接関連する「温度」に、プロダクトウエハ曲率を関連付けることができる。
【００５５】
上述の式は、応力および変形状態、デバイス構造体の形状、および構成材料の熱機械特性に関連する特定の条件に基づくものである。この式の、より複雑な種類あるいは変形は、不規則な特性を有するフィルム／基板システムのために作成され得る。しかしながら、任意の特定のデバイス／基板システムのために、適切な関係が、発光波長の変化に関係する温度変化に基板曲率の変化を関連付ける直線に沿って作成してもよい。
【００５６】
本開示の一局面は、プロダクトウエハ応力（すなわち、応力テンソルにおける１以上の要素）や曲率といった、少なくとも１つのプロダクトウエハ特性を、発光出力、効率、波長、スペクトルの帯域幅等といった、少なくとも１つのＬＥＤ性能特性に関連付ける。一例において、このことは、ＬＥＤにおける少なくとも１つの測定された性能特性と、少なくとも１つのプロダクトウエハ特性との関係を経験的に確立することによって達成される。一例において、このことは、プロダクトウエハを形成するのに用いられる個々の処理ステップに対する、プロダクトウエハから得られたＬＥＤにおける少なくとも１つの性能特性を評価することによって達成される。このことは、プロダクトウエハの形成に使用される複数の処理ステップに対する、少なくとも１つのＬＥＤ性能特性を評価することによっても達成される。
【００５７】
このため、本開示の一局面は、プロダクトウエハにおける個々のダイの性能を集約・選択する、品質管理を実施するためのプロセスモニタとしてプロダクトウエハ応力およびプロダクトウエハ曲率の少なくとも一方を使用する方法を含む。この方法は、プロダクトウエハ形成の最中に堆積特性をモニタし、プロセス最適化を行う方法を含んでいる。この方法は、さらに、異なるプロセスツール上に形成された場合にプロダクトウエハおよびＬＥＤダイを適合するように、２つ以上の同じタイプのプロセスツールのセットの性能を適合させる工程を含めてもよい。換言すると、適合したセットにおける異なるプロセスツールによって形成されたプロダクトウエハは、プロセスツール同士が適合しない場合に比べてより似通っている。
【００５８】
図８Ａから８Ｃは、例えば、曲率C(x, y)、デバイス層応力S(x,y)、および実際の発光波長λE(x,y)の等高線を概略的に示す、プロダクトウエハ１０の一例に関する平面図である。本開示の一局面は、プロダクトウエハの曲率C(x,y)を測定することによってデバイス層応力S(x,y)を決定する工程、および、その後、決定されたデバイス層応力S(x,y)を使用して、プロダクトウエハ１０における対応するデバイス構造体４０の位置(x,y)の関数として、処理後の（切り離された）ダイ４２の実際の発光波長λEを予測する工程を含む。
【００５９】
図８Ｃにおいて、基準位置（例えば、プロダクトウエハの中央）に関連して測定される位置(xi,yj)を有する、１つの特定のデバイス構造体４０が示されている。デバイス構造体４０のアレイ３２の拡大差し込み図は、１ｎｍ刻みで、実際の発光波長λEにおけるより詳細な（すなわち、密集した）等高線λEを示している。一例において、１ｎｍのδλEにおける発光波長の変化（シフト）を予測することができる。
【００６０】
図９は、仮想的なプロダクトウエハ１０の平面図であり、予測される発光波長λEPについての２ｎｍ刻みの等高線の例を示している。このプロダクトウエハ１０は、凹状あるいは椀状の曲率C(x,y)を有している。求められる発光波長を、変動許容量δλがプラスマイナス１ｎｍであって発光波長λEDを４５６ｎｍと想定すると、図９における予測波長等高線によれば、プロダクトウエハ１０を切断して、太線で示された４５５ｎｍおよび４５７ｎｍの予測波長等高線の間（すなわち、光波長変化許容量δλ内）に位置(x,y)する、デバイス構造体４０からのダイ４２のみを最終的な発光デバイス５０に使用することが可能となる。このため、一例において、第１群のＬＥＤ構造体４０は、４５５ｎｍから４５７ｎｍの等高線の範囲内に入り、第２群のＬＥＤ構造体４０は、これら等高線の範囲外に含まれる。選択された仕様（ここでは、発光波長）に基づくこの種のＬＥＤ構造体４０の選別は、得られたＬＥＤダイ４２を第１の用途および第２の用途、あるいは第１種のＬＥＤデバイスおよび第２種のＬＥＤデバイスに配置するために使用される。
【００６１】
現在、許容しうる波長変動範囲（すなわち、一例としてδλ＝＋／−１ｎｍ）内におけるダイ４２の数を見積もることができる。加えて、この枠からわずかに外れるが、「オフカラー」に用いるには依然として有用であるダイ４２の数を見積もることもできる。さらに、使用可能な範囲から外れており、その故に、本質的な価値を持たないダイ４２の数も見積もることができる。各波長変動範囲内におけるダイ４２の数から、また、各波長変動範囲におけるダイ４２の価値を知ることで、プロダクトウエハ１０の本質的価値を決めることができる。これにより、ＬＥＤ製造者は、特定のプロダクトウエハ１０の処理を継続するのに十分な理由が存在するか否かを決めることができる。例えば、ダイのアレイが有用な波長範囲に入らないとすれば、ウエハ１０の製造を継続して余計な費用をかける理由はほとんどない。
【００６２】
要するに、ＬＥＤ製造における堆積温度の変化により、ＬＥＤの発光波長λEにおける波長ずれが生じる。これらの同じ温度変化は、ウエハ曲率の変化の原因となる、堆積膜の応力変化を生じさせる。したがって、ウエハ曲率Ｃの変化は、上記数式を通じて波長ずれと関連する。
【００６３】
実際には、MOCVD処理中に利用される、昇温時におけるさまざまな材料の（熱膨張率αや二軸係数Ｍといった）材料定数の正確な値を知ることは困難かも知れない。例えば、MOCVD処理における典型的な温度は大抵約１０００℃である。上記数式を実際のＬＥＤ波長ずれと分析的に結びつけるには、これら材料定数および基板２０の温度履歴についての正確な知識が要求される。この情報は利用できないおそれがある。
【００６４】
したがって、１以上のテストプロダクトウエハ１０上の全ての点における曲率Ｃの正確な測定を行い、プロダクトウエハ１０から得られるＬＥＤダイ４２のＬＥＤ発光波長λEを測定することにより、実験的に必要なデータを獲得するとともに、実際の波長ずれの参照表あるいは相関曲線を実際の波長ずれのために作成することがより便利になる可能性がある。この手法によれば、測定された基板曲率Ｃを実際のデバイスデータに関連づけ、実際のデバイスデータおよびその後の高容量のＬＥＤ製造のためのプロセス制御および検査用モニタとしての基板曲率を使用することができる。
【００６５】
現在使用されているフォトルミネッセンス技術を用いて発光波長λEおよび発光均一性を測定するため、ウエハ曲率Ｃを用いることの主な長所は、ウエハ曲率を非常に短い時間で非常に高い空間周波数で測定できることである。コヒーレント勾配センシングシステム（以下に記載する）は、代表的なダイの寸法である１ｍｍよりも小さい数百ミクロンで基板を簡単に空間サンプリングできるとともに、約１分で２００ｍｍのウエハを検査（測定）できる。これに対し、フォトルミネッセンスシステムを用いて、２００ｍｍのウエハにおける同様の空間的情報を得るには、数時間かかるであろう。
【００６６】
図１０は、プロダクトウエハ１０の曲率C(x,y)の測定に使用され得るコヒーレント勾配センシング（ＣＧＳ）システム２００の一例の概略図である。ＣＧＳがどのように動くのかについての詳細は、米国特許第６，０３１，６１１号（‘６１１特許）に記載されており、当該特許は本件明細書に組み込まれる。図１０は、‘６１１特許の図１に基づいている。
【００６７】
ＣＧＳシステム２００は、軸Ａ１に沿って、デジタルカメラ２１０、フィルタリングレンズ２２４（例えば、‘６１１特許およびその図１に示される、レンズと併用のフィルタ）、軸方向において互いに離間した第１および第２回折格子Ｇ１およびＧ２、ビームスプリッター２３０、およびウエハステージ２４０を有している。このＣＧＳシステム２００は、また、ビームスプリッター２３０において軸Ａ１と交差する光学軸Ａ２に沿って配置されたレーザ２５０を有している。ＣＧＳシステム２００は、また、デジタルカメラ２１０およびレーザ２５０に動作可能に接続されたコントローラあるいは信号処理装置２６０を有している。信号処理装置２６０の一例は、プロセッサ２６２およびコンピュータで読み取り可能な媒体（メモリ）２６４を有するコンピュータ、あるいはこのようなコンピュータおよび媒体を包含する装置である。媒体（メモリ）２６４は、それ自身に記録された命令を通して、‘６１１特許に記載された方法でプロダクトウエハの曲率C(x,y)の測定を行うように、ＣＧＳシステム２００の動きを制御するようになっている。
【００６８】
動作時において、レーザ２５０は、ビームスプリッター２３０によってプロダクトウエハ１０に向けられる平行レーザービーム２５２を発生させる。この平行レーザービームは、プロダクトウエハ１０（具体的には、デバイス層３０）で、ビームスプリッター２３０および回折格子Ｇ１およびＧ２を突き抜けて上方に進む反射光２５２Ｒとして反射する。２つの回折格子Ｇ１およびＧ２は、互いに離間されているか、あるいは平行レーザービームをシヤーするようになっている。回折格子Ｇ１およびＧ２を通過する光は、フィルタリングレンズ２２４を用いてデジタルカメラ２１０上に集束する。
【００６９】
シヤーリングおよびフィルタリング処理は、デジタルカメラ２１０において、プロダクトウエハ１０上における表面勾配の等高線である縞模様を生じさせる。このため、２つの直交するインターフェログラムのセットは、基板トポグラフィーを再構築するために数値的に統合され、あるいはプロダクトウエハの曲率C(x,y)を得るために数値的に分離され得る表面勾配を特徴づけるのに用いられる。‘６１１特許の図６に示すような、ＣＧＳシステムのための２台カメラ構成は、また、２つの直交するインターフェログラムのセットを取り込む手助けのために使用される。
【００７０】
曲率マップ、つまり、プロダクトウエハの曲率C(x,y)は、例えばコントローラ２６０で実施される‘６１１特許に記載された方法を用いて、干渉縞から生成される。一例において、プロダクトウエハ１０の測定された曲率C(x,y)は、約１００ミクロンから３００ミクロン程度の空間的な解像度を有している。したがって、約１ｍｍ（図３参照）程度の寸法ｄを有するデバイス構造体４０において、デバイスごとに少なくとも一つの曲率データ点が存在し、また幾つかのケースでは、一つのデバイス（ダイ）ごとに複数のデータ点が存在し得る。一例において、ここで開示された方法は、プロダクトウエハにおける空間的な応力変動S(x,y)をデバイス構造体４０の寸法ｄと実質的に同じかあるいは小さい寸法に規定する工程を有している。
【００７１】
一例において、基板２０の曲率C0(x,y)は、プロダクトウエハ１０を形成するために基板を処理するのに先立って測定される。これにより、曲率の変化ΔC(x,y) = C(x,y) - C0(x,y)が算出される。
【００７２】
プロダクトウエハの曲率C0(x,y)およびC(x,y)が測定されるとともに、曲率の変化ΔC(x,y)が算出された時点で、デバイス層応力S(x,y)が規定できるようになる。一例において、このことは、デバイス層応力Ｓを曲率の変化ΔCに関連づけるStoneyの式（上述した式１）を用いることによって達成することができる。
【００７３】
ほとんどのプロダクトウエハ１０において、曲率の変化ΔC(x,y)は、ウエハによって変わるとともに、配向性によって変化することから、不均一なデバイス層応力S(x,y)の存在が暗示される。あるいは、もしそれぞれの温度における物質特性が不明であれば、サンプル基板（ウエハ）における測定された曲率Cに対する波長ずれδλを測定するとともに、これら測定値をプロダクトウエハ１０の将来における測定のために関連づけることが可能である。
【００７４】
C(x,y)を規定可能な測定を実施するために、他の方法を使用することができる。そのような方法としては、例えば、プロフィロメトリー（形状測定）、干渉測定、静電容量測定、レーザービーム偏差が挙げられる。同様に、デバイス層応力S(x,y)は、例えば、Ｘ線回折やラマン分光法を用いて結晶格子のひずみを測定することによって規定され得る。
【００７５】
したがって、本開示における方法の一側面は、下記の工程を有している。
１．処理（例えばMOCVD）を実施するのに先立って基板２０の形状（曲率）C0(x,y)を測定する工程。
２．処理の後にプロダクトウエハ１０の形状C(x,y)を測定する工程。
３．プロダクトウエハを形成するために基板２０を処理することによって誘引された、プロダクトウエハ１０に関連する曲率ΔCの変化を規定するために、ΔC(x,y) = C(x,y)-C0(x,y)を算出する工程。
４．ΔC(x,y)に基づいて、処理によって誘引された、プロダクトウエハのデバイス層応力S(x,y)を計算するために、Stoneyの式あるいは関連する式（例えば、Blakeの式）を用いて、プロダクトウエハのデバイス層応力S(x,y)を算出する工程。
５．位置(xi, yj)におけるデバイス構造体４０とデバイス層応力S(xi, yj)とを関連づける工程。
６．プロダクトウエハが切り出された際にＬＥＤダイを形成するＬＥＤ構造体４０の発光波長を予測するためのプロダクトウエハの曲率の測定を可能にする発光波長λE (xi, yj)と、デバイス層応力の値S(xi, yj)とを関連づける工程。
【００７６】
上記工程６．では、処理の種類および製造されるデバイス構造体４０の種類に応じて、実際の発光波長λE、曲率の変化ΔC、およびデバイス層応力S(x,y)の変化を互いに関連付ける必要がある。このことは、全ての材料特性がよく知られており、かつ、温度と堆積速度との関係がよく知られている場合に実施できる。上述したように、これらの関係はよく知られていないので、測定された曲率変動を発光波長変動に関連づけるためのデータを実験的に生成することが必要になる。
【００７７】
一例において、下記のように実験的な「フィンガープリント法」処理を実施することができる。
１．デバイス構造体を形成するための特定の処理を行うため、１以上のプロダクトウエハ１０に対して１から４の工程を完了する工程。
２．λE(x, y)を決めるために、デバイス構造体の位置(x, y)の関数としてテストプロダクトウエハ１０から得られたＬＥＤダイの実際の発光波長λEを測定する工程、および
３．デバイス層応力S(x, y)と実際の発光波長λE(x, y)との関係を決定する工程。
【００７８】
本発明に係る方法は、また、プロダクトウエハが切り出されたときにＬＥＤダイ４２から生じる実際の発光波長λEを決定（予測）するための、プロダクトウエハのプロセスモニタリングおよびプロセス制御を実施することを含んでいる。このことは、与えられたプロダクトウエハおよび同じプロセス（つまり、同じデバイス構造体）に供せられる複数の異なるプロダクトウエハ間で行うことができる。本開示の方法を用いて特徴付けられた、選択されたＬＥＤダイ４２は、図３に示すようなＬＥＤデバイス５０の種類の選択に用いることができる。
【００７９】
本発明に係る方法は、また、プロダクトウエハ１０の形成に用いられる少なくとも１つのプロセス変数を調整することによりデバイス構造体４０を形成するためのプロセス最適化を実施する工程を含んでいる。
例えば、このことには以下の工程が含まれる。
１．プロセス変数（例えば、温度、温度の均一性、ガス分圧、ガス分圧の均一性、流量、流量の均一性、時間）と、プロセス誘引応力特性（例えば平均応力および応力均一性）との関係を確立する工程、
２．発光波長が求められる発光波長にできるだけ近いといったような、求められるデバイス特性を得られるプロセスの応力特性を最適化するために、少なくとも１つのプロセス変数を修正する工程。
【００８０】
プロセス最適化を目指す本発明の方法は、また、下記のような工程を有している。
１．同じプロセスを実行するために用いられる異なるプロセスツール（例えば、異なるMOCVD反応システム）に関連する応力特性を確立する工程、
２．求められる最小の応力特性、すなわち、最大のデバイス性能変化量（例えば、実際の発光波長の最大変化量）となるような応力特性を得られる特定のプロセスツールを確認する工程、
３．応力特性（すなわち、ウエハ温度、ウエハ温度の均一性、ガス分圧、ガス分圧の均一性、ガス流量、ガス流量の均一性等）に影響を及ぼす、ハードウェアあるいは制御セッティング、調整等のプロセスツール変数を確認する工程、
４．発光波長λEの低減された変化、およびLEDダイの発光波長λEの変化を最小化する特定の例を得るためのプロセスツール変数を調整する工程。
【００８１】
図１１は、プロダクトウエハおよび当該プロダクトウエハの形成に用いられる基板の曲率測定に基づき、プロダクトウエハ１０から形成されたLEDダイ４２の実際の発光波長λEを予測する方法の一例を示すフロー図３００である。
【００８２】
フロー図３００は、デバイス層応力S(x,y)およびプロダクトウエハ１０上のデバイス構造体４０から形成されたダイ４２の実際の発光波長λE(x,y)との関係を確立する第１の工程３０２を有している。
【００８３】
フロー図３００は、上述した基板局率測定C0(x, y)に基づくプロダクトウエハ１０の曲率の変化ΔC(x,y)を測定する第２の工程３０４を有している。
【００８４】
フロー図３００は、例えばStoneyの式を用いて測定された曲率の変化ΔCに基づいてプロダクトウエハ１０のデバイス層応力S(x,y)を計算する第３の工程３０６を有している。
【００８５】
フロー図３００は、プロダクトウエハ１０上に形成されたダイ４２における(x,y)デバイス構造体４０を、計算されたデバイス層応力S(x,y)に関連付ける第４の工程３０８を有している。
【００８６】
フロー図３００は、実際の発光波長λEを工程３０２で確立されたデバイス層応力の値S(x,y)に基づく種々のダイ４２に関連づける第５の工程３１０を有している。
【００８７】
フロー図３００は、ダイ４２の発光波長λEの変化の範囲を低減するために少なくとも１つのプロセス変数を調整する第６の工程３１２を有している。
【００８８】
本明細書に開示された方法の他の例において、プロダクトウエハプロセスの完了における異なるステージ（工程）においてプロダクトウエハの曲率測定を実施することができる。このことは、各プロセス工程によってプロダクトウエハ曲率がどのように変化するかについての見識を与えてくれる。
【００８９】
また、上述のように、フロー図３００は、１の（１セットの）サンプルウエハの曲率Cを精密に測定することによる実際の波長シフトについてのルックアップテーブルあるいは相関曲線を得るために、工程３０２の一部として、テストプロダクトウエハ１０から必要なデータを実験的に得るサブ工程、および、その後に、測定された基板曲率Cを実際のデバイスデータに関連づけるためにLED発光波長λEを測定するサブ工程を有してもよい。これにより、プロダクトウエハ曲率の測定を、それに続く大容量LEDデバイス製造のためのプロセス制御および検査モニタとして用いることができる。
【００９０】
当業者には明白であるが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正及び変更を加えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内において本発明の修正及び変更を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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