(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）上に変換材料を塗布したＬＥＤチップの製造方法であって、
ウェハ上に複数の前記ＬＥＤを設けるステップと、
前記ＬＥＤに、前記変換材料を、前記ＬＥＤからの光のうちの少なくとも一部が前記変換材料を通過して変換されるように塗布するステップと、
前記ＬＥＤチップのうちの少なくともいくつかの発光特性を測定するステップと、
前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかを覆う前記変換材料の表面変動を測定するステップと、
前記ＬＥＤチップが目標の発光特性の範囲内で発光するように、前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかを覆う前記変換材料のうち除去が必要な変換材料の量を、測定した前記発光特性及び測定した前記表面変動の分布に基づいて計算し、該計算に基づいて、前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかの上にある前記変換材料のうちの少なくとも一部を除去して、前記ＬＥＤチップが目標の発光特性の範囲内で発光するように前記ＬＥＤチップの発光特性を変更するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
さらに、測定した前記ウェハ上のＬＥＤ表面の表面変動の凹凸の大きさに基づいて、前記ＬＥＤの表面の表面変動分布を作成するステップを含み、前記ＬＥＤ上においてどの程度の変換材料が除去されるかが決定されると、除去のための加工量を、測定した表面変動の凹凸の大きさに基づいて加減する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
除去される変換材料の量は、目標の発光特性の範囲に対する前記ＬＥＤチップの発光特性によって決定される請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップは白色光を発光する請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記変換材料の除去後、前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかの発光特性に対して２度目の測定を行うステップを含み、
さらに、前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかの上にある前記変換材料のうちの少なくとも一部に対して２度目の除去を行い、前記ＬＥＤチップの発光特性を変更するステップを含む、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記複数のＬＥＤの発光特性のマップを作成するステップを含む請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記変換材料の前記除去は、マクロ加工、微細加工、又は微細穴あけ加工を含む請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
さらに、前記変換材料の表面の変化を測定するステップと、微細穴あけ加工時に、加工する深さを、測定した前記表面の変化の大きさに基づいて加減するステップと、を含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記微細穴あけ加工は、マイクロドリルと連係して前記ウェハをサブミクロン刻みで移動させるステップを含む請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記発光特性測定後に、同様の発光特性を有する領域のマップを作成するステップを含み、さらに、前記ＬＥＤのうちの少なくともいくつかのＬＥＤ上にある変換材料の前記除去の前に、前記領域上の変換材料の広範囲除去を行うステップを含む請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記発光特性の前記測定は、前記変換材料のうちの少なくとも一部分の前記除去と同時に行われる請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記発光特性の前記測定前に、前記ＬＥＤ上の前記塗布した変換材料を平坦化するステップを含む請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、チトネス他により出願された米国仮特許出願第６１／０７２，５４６号の利益を主張するものである。
[背景技術]
[技術分野]
本発明は、半導体発光素子を製造する方法、特に、変換材料が塗布された点に特徴がある発光ダイオードの発光特性を調整する方法に関する。
[関連技術の詳細]
発光ダイオード（１個のＬＥＤまたは複数のＬＥＤ）とは、電気エネルギーを光に変換する半導体デバイスであり、一般に、互いに異なる導電型にドープ（添加）された層に挟まれた、半導体材料からなる１つ以上の活性層を有している。両ドープ層間にバイアスをかけると、正孔と電子が活性層に注入され、そこで再結合して光を発生させる。そして、活性層及びＬＥＤの全表面から発光する。
【０００２】
従来のＬＥＤは、活性層から白色光を発生させることができない。青色発光ＬＥＤを黄色の蛍光物質、ポリマー、または染料で覆うことによって、青色発光ＬＥＤからの光を白色光に変換してきた。代表的な蛍光物質としては、セリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）がある（日亜化学工業株式会社製白色ＬＥＤ  部品番号ＮＳＰＷ３００ＢＳ，ＮＳＰＷ３１２ＢＳ等、及びクリー（登録商標）インコーポレイテッド  ＥＺＢｒｉｇｈｔ（商標）ＬＥＤ，ＸＴｈｉｎ（商標）ＬＥＤ等、さらにはローリー、米国特許第５９５９３１６号「蛍光体ＬＥＤデバイスの複数カプセル化」を参照されたい）。周囲を覆う蛍光材料によって、ＬＥＤの青色光のうち一部の波長を「波長変換（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔ）」し、光の色を黄色に変えている。青色光の一部は変換されることなく蛍光物質を通過するが、大部分は波長変換されて黄色になる。このＬＥＤは青色と黄色の両方の光を発光し、これらが合わさって白色光が得られる。別の手法では、ＬＥＤを多色蛍光物質または染料で覆うことによって、紫色または紫外発光ＬＥＤからの光を白色光に変換してきた。
【０００３】
ＬＥＤに蛍光物質層を塗布する従来の方法の１つでは、エポキシ樹脂またはシリコーンポリマーが混合された変換材料（例えば蛍光物質）をＬＥＤ上に射出するシリンジもしくはノズルを使用している。しかし、この方法を用いると、蛍光物質層の形状や膜厚の制御が難しくなる可能性がある。その結果、異なる被覆ＬＥＤからの発光がばらついてしまう可能性があり、また、様々な角度からの発光が異なった量の変換材料をそれぞれ通過した結果、視野角の関数としての色温度が不均一なＬＥＤとなってしまう。形状や膜厚の制御が難しいので、同一または同様の発光特性を有するＬＥＤを常に再現することも難しくなる。
【０００４】
ＬＥＤに塗布する別の従来の方法はステンシル印刷によるものであり、ローリー、欧州特許出願第１１９８０１６Ａ２号公報に記載されている。複数の発光半導体デバイスが、隣接するＬＥＤと所望の間隔をあけて基板上に配列されている。各ＬＥＤに沿って並ぶ開口部を有するステンシルが用意されていて、その穴はＬＥＤよりも僅かに大きく、ステンシルはＬＥＤよりも厚い。各ＬＥＤがステンシルにある対応する開口部内に位置するように、ステンシルが基板上に配置される。次に、組成物がステンシルの開口部内に堆積され、ＬＥＤを覆う。代表的な組成物は、熱又は光で硬化可能なシリコーンポリマー中に蛍光物質が存在するものである。穴が充填されると、ステンシルが基板から除去され、このステンシル印刷用組成物が硬化して固体状態になる。
【０００５】
上述のシリンジを用いる方法と同様に、ステンシルを用いる方法を用いると、蛍光物質含有ポリマーの形状や層厚を制御するのが難しくなる可能性がある。ステンシル印刷用組成物がステンシルの開口部に完全には充填されないかもしれず、その結果得られる層は不均一となってしまうこともある。蛍光物質含有組成物がステンシルの開口部に貼りついてしまう可能性があり、その場合ＬＥＤ上に残る組成物量が減少する。ステンシルの開口部とＬＥＤの位置合わせがずれてしまうこともある。これらの問題の結果、色温度が不均一なＬＥＤや同一または同様の発光特性を常に再現することが難しいＬＥＤが生じる。
【０００６】
スピンコーティング、スプレーコーティング、静電堆積（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＥＳＤ）、及び電気泳動堆積（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＥＰＤ）を含む様々なＬＥＤへの塗布プロセスが検討されてきた。スピンコーティングやスプレーコーティング等のプロセスは一般的に蛍光物質の堆積中に結合材料を使用し、一方で他のプロセスでは堆積直後に結合材料を加えて蛍光物質粒子／粉末を安定化させることが必要になる。
【０００７】
最近では、ＬＥＤへの塗布をチップレベルではなくウェハレベルで行うことで製造コストや製造の複雑化を減少させることに関心が持たれてきた。ウェハ全面にあるＬＥＤは、発光特性や色拡散が違っていることもある。図１は、青色発光ＬＥＤのウェハの発光波長マップ１０の一例であり、ウェハ面内での波長のばらつきを示したものである。ここで、各ウェハはそれぞれ特有の発光マップを示し得る。図示したマップでは波長の分布は約４４５ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲にあるが、他のウェハは異なるウェハ領域に違った分布を示し得る。この分布は、ＬＥＤの成長中におけるエピタキシャル材料のばらつきなどの様々な要因や、成長基板の平坦性（すなわち反り）のばらつきに起因する。
【０００８】
ウェハには、上述の方法のうちの１つを用いて、変換材料（すなわち蛍光物質）が塗布され得る。図２は塗布後の変換材料膜厚マップ２０を示したものである。いくつかの製造プロセスの中には、既知の方法を用いて塗布膜の平坦化が可能なものもある。塗布膜の膜厚は、下にあるウェハの厚さのばらつきや平坦化のばらつきといったいろいろな要因のせいで、ウェハ面内でばらつく。図示した実施形態では、ウェハには全体的に約３μｍのばらつきがある。ＬＥＤの発光波長のばらつきや、ウェハ上の変換材料の膜厚がばらつきの結果、ウェハから分割されたＬＥＤチップの発光波長や色点の開きが生じ得る。この開きは、蛍光物質のウェハ面内での供給のむらや集中によってよりひどくなり得る。
【０００９】
人間の目は発光波長のばらつきに比較的敏感であり、発光波長もしくは発光色の比較的小さな違いを感じ取ることができる。単色の光を発するように設計されたパッケージから発光された色が感じ取れるほどばらつくと、顧客の満足度が下がり、商用のＬＥＤパッケージも全般に受け入れられなくなってくる。同一または同様の波長の光を発するＬＥＤを供給するための取り組みとして、ＬＥＤを色や輝度で検査して選別することができる。この処理は当技術分野ではビニングとして一般的に知られている。各ビン（ｂｉｎ）は通常、１つの色及び輝度でグループ化されたＬＥＤで構成されていて、通常ビンコードで識別されている。白色発光ＬＥＤは色度（色）及び光束（輝度）で選別されることができる。有色ＬＥＤは主波長及び光束で選別されることができ、紺青色等のある種の色の場合は放射束によって選別されることができる。ＬＥＤは例えば１つのビンからなるＬＥＤで構成されるリールで出荷され、適切なビンコードで表示される。
【００１０】
図３は１９３１ＣＩＥ曲線上に描かれた色度領域マップ３０の一例を示したものであり、ここで各領域は白色ＬＥＤの色度に相当する。これらの領域は黒体曲線もしくは黒体軌跡（ｂｌａｃｋ  ｂｏｄｙ  ｌｏｃｕｓ：ＢＢＬ）を囲んで示されており、各領域は人間の目が許容する範囲内の色度のばらつきを指定するように描かれている。例えば、領域ＷＦは、実質的に感知できないほどの色度のばらつきしかない特定の領域を指定しており、この領域内で発光するＬＥＤは１つのビンとしてまとめられ得る。
【００１１】
図４は、変換材料塗布後の青色発光ＬＥＤを有するウェハのサンプルバッチの発光特性分布の一例を示したものである。領域の名称は、例えば図３における１つのマップのような、そのマップにおける異なる色度領域に対応している。被覆後のＬＥＤは大部分が領域ＷＣ，ＷＤ，ＷＧ，ＷＨ内で発光するが、残りのＬＥＤは他の領域で発光し、中にはマップ領域外で発光するものもある。このような発光特性のばらつきはウェハ面内での発光波長のばらつきや蛍光物質膜厚のばらつきに起因するもので、発光がばらつくために単一のＬＥＤに対して複数の異なるビンのものを用意する必要が生じる。
【００１２】
このビニング処理は、検査や発光特性が異なるデバイスの分別に関連する諸経費やこのビニング処理に関わるデータや記録の構築のため、一般にＬＥＤの製造コストを増加させる。製造されるＬＥＤに対するビン数が増えるほど、ビニング処理に関連する追加コストも増加する。これによって結局ＬＥＤの最終コストが増加してしまう。このビニング処理は、ウェハ面内にある被覆されたＬＥＤが目標の色点のより近くで発光したならば減らすことができるであろう。
【００１３】
ＬＥＤの目標の発光を測定する方法の１つとして、目標の色点からの標準偏差を用いるものがあり、一例は図３に示すようなＣＩＥ色度領域図上のマカダム楕円（ＭａｃＡｄａｍ  Ｅｌｌｉｐｓｅ）による偏差である。これらの楕円は当技術分野では一般的に知られていて、目標の光に関する違いが感知されるまでに、光の色が目標値からどの程度離れ得るのかの境界を設定するように定義されている。マカダム楕円は「ステップ」または「標準偏差」を有しているとして説明されている。例えば、目標値の周辺に引かれた「１ステップ」楕円の境界上にある点はいずれも、目標からの１標準偏差を表す。従来のランプ（白熱灯または蛍光灯）の規定された許容誤差は４ステップマカダム楕円の範囲内である。ＬＥＤが一般的な照明用途として消費者にもっと一般的に受け入れてもらうためには、４ステップマカダム楕円等の、容認される規定の許容誤差内の発光特性を提供しなければならない。現在の製造プロセスでは、４ステップマカダム楕円の範囲内での歩留が２０％以下のものもある。
[発明の概要]
本発明は、ＬＥＤチップ等の半導体デバイスをウェハレベルで製造する新たな方法、並びに、本方法を用いて製造されたＬＥＤチップ及びＬＥＤチップウェハを開示する。本発明は、ＬＥＤチップの変換材料によって変換されるＬＥＤ光の量を変更することによって、ＬＥＤチップの発光特性を制御することに関する。変換される光の量を変更する１つの手法として、ＬＥＤ上にある変換材料の量を減らすことによるものが挙げられる。本発明に係る方法は特に、ほぼ目標の発光特性で、もしくはＣＩＥ曲線上の色度領域といった発光特性の範囲内で発光するＬＥＤチップを高産出高で供給するために、ＬＥＤチップ上にある変換材料をウェハレベルで変更することに適用可能である。本発明はまた、マカダム楕円による標準偏差の範囲内、例えば４ステップマカダム楕円の範囲内での高い発光量を有する、ＬＥＤチップのウェハレベルでの製造に使用可能である。
【００１４】
本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの製造方法の一実施形態は、複数のＬＥＤを設けてそのＬＥＤに変換材料を塗布し、ＬＥＤからの光のうちの少なくとも一部が変換材料を通過して変換されるようにする。ＬＥＤチップからの発光は、変換材料で変換された光を含む。ＬＥＤチップのうちの少なくともいくつかの発光特性を測定し、ＬＥＤのうちの少なくともいくつかの上にある変換材料のうちの少なくとも一部を除去して、ＬＥＤチップの発光特性を変更する。
【００１５】
本発明に係るＬＥＤチップウェハの一実施形態は、ウェハ上にある複数のＬＥＤと、ＬＥＤを少なくとも部分的に覆う変換材料とを備えている。ＬＥＤからの光の少なくとも一部は変換材料を通過し、変換される。ＬＥＤのうちの少なくともいくつかの上にある変換材料は微細加工され、ＬＥＤチップのうちの少なくともいくつかが、目標の発光特性のほぼ範囲内にある発光特性を有する光を発光する。
【００１６】
本発明に係るＬＥＤチップの一実施形態は、ＬＥＤと、ＬＥＤを少なくとも部分的に覆う蛍光物質被覆を備え、ＬＥＤが発光した光のうちの少なくとも一部が蛍光物質によって変換される。被覆は加工され、ＬＥＤチップが目標の発光特性の範囲内にある特性を有する光を発光する。
【００１７】
本発明に係るＬＥＤパッケージの一実施形態は、ＬＥＤと、ＬＥＤを少なくとも部分的に覆う被覆を有するＬＥＤチップとを備えている。被覆は微細加工され、ＬＥＤチップが目標の発光からの偏差の範囲内の光を発光する。パッケージはさらに、ＬＥＤと電気的に接続されているパッケージリードと、ＬＥＤチップと電気接続配線を取り囲む封止体とを備えている。
【００１８】
本発明のこれらの態様や他の態様、及び効果は、以下に続く詳細な説明及び一例として本発明の特徴を図示した図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】青色発光ＬＥＤを有するＬＥＤウェハ面内の発光波長マップの一実施形態を示している。
【図２】ＬＥＤウェハ面内の変換材料膜厚マップの一実施形態を示している。
【図３】１９３１ＣＩＥ曲線上に描いた色度領域マップの一実施形態を示している。
【図４】変換材料の加工前におけるＬＥＤウェハ上にあるＬＥＤの発光特性分布を示すグラフである。
【図５】本発明に係るＬＥＤチップの製造方法の一実施形態のフロー図である。
【図６】被覆後のＬＥＤチップのウェハレベルでの発光特性のマップの一実施形態である。
【図７】領域レベルでの加工後のＬＥＤの発光特性を示す点を有する色度領域マップを示している。
【図８】微細加工後のＬＥＤの発光特性を示す点を有する色度領域マップを示している。
【図９】本発明に係るＬＥＤチップの製造方法の別の実施形態のフロー図である。
【図１０】表面変動を示すＬＥＤウェハの断面図である。
【図１１】本発明に係るＬＥＤチップの製造方法のさらに別の実施形態のフロー図である。
【図１２】本発明に係る一方法にしたがって微細加工されたＬＥＤウェハの平面図である。
【図１３ａ】本発明にしたがって製造されたＬＥＤチップウェハの一実施形態の断面図である。
【図１３ｂ】図１３ａにあるＬＥＤチップウェハの次の製造工程での断面図である。
【図１３ｃ】図１３ｂにあるＬＥＤチップウェハから分割されたＬＥＤチップの断面図である。
【図１４ａ】本発明にしたがって製造されたＬＥＤチップウェハの一実施形態の断面図である。
【図１４ｂ】図１４ａにあるＬＥＤチップウェハの次の製造工程での断面図である。
【図１４ｃ】図１４ｂにあるＬＥＤチップウェハから分割されたＬＥＤチップの断面図である。
【図１５】本発明に係る複数の蛍光物質／結合剤被覆を有するＬＥＤチップの一実施形態の断面図である。
【図１６】本発明に係る複数の蛍光物質／結合剤被覆を有するＬＥＤチップの別の実施形態の断面図である。
【図１７】本発明に係る成形された蛍光物質／結合剤被覆を有するＬＥＤチップの一実施形態の断面図である。
【図１８】本発明に係る成形された蛍光物質／結合剤被覆を有するＬＥＤチップの別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[発明の詳細な説明]
本発明は、発光素子上の変換材料の量を変更することによって半導体発光素子の発光特性を調整する方法に関し、また、本方法を用いて製造された発光素子に関する。本発明は、ウェハレベルでのＬＥＤの製造に適用可能であり、また、ウェハレベルで変換材料を変更することによって、ウェハ面内にあるＬＥＤチップの発光特性のばらつきを低減もしくは解消する製造方法を提供する。また、本発明に係る本方法を使用することにより、ウェハから分割された、個々のＬＥＤまたはＬＥＤ群の発光特性を変化させることも可能である。
【００２１】
本発明を用いて異なる種類のＬＥＤチップを製造することも可能であるが、本発明は特に白色発光ＬＥＤチップの製造に適用可能である。このような実施形態の１つでは、主発光波長が例えば約４４０〜４８０ｎｍの範囲の青色発光ＬＥＤからなるウェハに、セリウムをドープしたＹＡＧ蛍光物質等の変換材料を塗布することができる。上述したように、得られる各ＬＥＤチップはウェハ面内において、ＬＥＤ発光波長のばらつきや蛍光物質膜厚のばらつきに起因する発光のばらつきや色ずれを生じ得る。この色の変動、及びその結果生じるビニングの必要性は、ウェハ面内にある特定のＬＥＤ上に蛍光物質層を選択的に加工もしくは微細加工することによって低減あるいは解消することができる。
【００２２】
以下に説明するように、種々の加工方法が使用可能である。ＬＥＤの発光波長を分別して例えばＣＩＥ曲線上のある色度領域、あるいはマカダム楕円による標準偏差の範囲内の同一または同様の発光波長を有する複数のＬＥＤの領域へと分けることが可能なウェハに対して、その各領域上で蛍光物質を選択的にマクロ加工することによって、ビニングの低減または単一のビニングを達成することができる。次に、蛍光物質を個々のＬＥＤ上で微細加工することによって、発光特性を色度領域や標準偏差の範囲内でさらに調整することができる。他の実施形態では、最初にウェハの各領域にマクロ加工を施すことなく、個々のＬＥＤ上の蛍光物質を微細加工することができる。本発明にしたがって使用され得る微細加工プロセスの一つは、深さがマイクロメーター以下の分解能で制御される穴を、ＬＥＤ上の変換材料に微細穴あけ加工することを含む。さらに他の実施形態では、ＬＥＤの事前に設定された区画または領域が指定されることができるとともに、その領域内で除去される変換材料の最適量に基づいてその区画または領域が加工されることができ、ビニングの低減が実現される。これらの事前設定領域には、ＬＥＤの行（ｒｏｗ）、列（ｃｏｌｕｍｎ）、または斜線、あるいは縁や楕円等の形状が含まれ得る。
【００２３】
本明細書において、本発明をある実施形態を参照して説明しているが、本発明は多くの異なる形態で具現化可能であり、本明細書に記述されている実施形態に限定されるとして解釈してはならないことが理解されよう。特に、以下において、本発明は、一般的に結合剤が添加された蛍光物質（「蛍光物質／結合剤被覆」）を含む波長変換被覆（ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）をＬＥＤに塗布することに関して記載されているが、本発明を用いて、ＬＥＤに波長変換、保護、光の取り出しまたは散乱を行う他の材料を塗布してもよいことが理解されよう。また、蛍光物質結合剤は散乱または光取り出し用の粒子または材料を有していてもよく、また、この被覆は電気的に活性であってもよいことが理解されよう。本発明に係る方法はまた、他の半導体デバイスに異なる材料を塗布するために用いられてもよい。さらに、単数または複数の被覆及び／または層をＬＥＤ上に形成してもよい。被覆は、蛍光物質を全く含まなくても、１つ以上の蛍光物質、散乱粒子及び／または他の材料を含んでいてもよい。被覆はまた、波長変換を行う有機染料等の材料を含んでいてもよい。複数の被覆及び／または層を用いる場合、各被覆及び／または層は、他の層及び／または被覆と比べて、それぞれ異なる蛍光物質、異なる散乱粒子、異なる透明度や屈折率等の光学的特性、及び／または異なる物性を含んでいてもよい。
【００２４】
また、層、領域、または基板といった要素が他の要素の「上に（ｏｎ）」あると書かれている場合、その要素は他の要素の直上にあり得るが、間に介在する要素が存在していてもよいことが理解されよう。さらに、相対的な意味を持つ語、例えば「内部の（ｉｎｎｅｒ）」、「外部の（ｏｕｔｅｒ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「上方の（ａｂｏｖｅ）」、「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「下の（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方の（ｂｅｌｏｗ）」やこれらと同様の語は、本明細書では１つの層または別の領域の関係性を説明するために用いられていることもある。これらの語は、デバイスの向きが、図面に描かれた向きに加えて別の向きも含むことを意図していることが理解されよう。
【００２５】
第１及び第２などの語は、本明細書では種々の要素、構成要素、領域、層及び／または区画を説明するために用いられていることもあるが、これらの要素、構成要素、領域、層及び／または区画は、これらの語によって限定されるべきではない。これらの語は、１つの要素、構成要素、領域、層、または区画を、別の領域、層、または区画から区別するためだけに用いられている。よって、後述される第１の要素、構成要素、領域、層、または区画を、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または区画と称することも可能である。
【００２６】
本明細書では、本発明の各実施形態は、本発明の各実施形態の概略図である断面図を参照して説明されている。例えば、層の実際の膜厚は違うこともあり得るし、例えば、製造技術及び／または許容誤差に起因して図示の形状からのずれも予想される。本発明の各実施形態は、本明細書にて図示されている領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造に起因する形状のずれを含むものとする。正方形や矩形として図示もしくは説明されている領域は、正常な製造許容誤差のせいで、通常は丸みのある形状、または湾曲した形状であろう。よって、各図に描かれた領域は本質上概略的なものであり、その形状は、デバイスの領域の正確な形状を図示することを意図するものではなく、本発明の範囲を限定することを意図するものでもない。また、本明細書では、本発明の各実施形態はある層、領域、及び形状を参照して説明されている。本発明に係る他の実施形態では、層、領域、及び形状の数が増えても減ってもよく、また、層、領域、及び形状が別の方法で配置されてもよいことも理解されよう。
【００２７】
図５は、本発明に係るＬＥＤの製造方法４０の一実施形態を示している。ここで、各工程はある特定の順序で示されているが、これらの工程が異なる順序で行われてもよく、異なる工程が用いられてもよいことが理解されよう。本方法はＬＥＤの製造に言及して記載されているが、他の半導体発光素子及び他の半導体デバイスの製造に用いられてもよいことが理解されよう。
【００２８】
工程４２において、ＬＥＤを成長ウェハまたは基板上に製造するが、このＬＥＤには種々の半導体層が様々な方法で配置されている。ＬＥＤの製造及び作業は当技術分野では一般的に知られており、本明細書では簡単に説明するのみとする。ＬＥＤの各層は既知のプロセスを用いて生成されてもよいが、適したプロセスは有機金属化学気相成長（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）を用いた製造法である。ＬＥＤの各層は一般的に、互いに異なる導電型にドープされた第１エピタキシャル層と第２エピタキシャル層に挟まれた活性層／領域を備えていて、全層が成長ウェハまたは基板（「ウェハ」）上に連続して形成される。ＬＥＤの各層はまず基板全面に連続した層として形成され、次に形成された層が区分化もしくは分割されて個別のＬＥＤとされる。この分割は、活性領域とドープ層とを部分的にウェハに向かってエッチングしてＬＥＤ間にすき間を開けることによって実現されてもよい。他の実施形態では、活性層とドープ層とはウェハ上で連続した層のままで残されることができ、ＬＥＤチップが分割される際に個々のデバイスに分割されることができる。
【００２９】
また、ＬＥＤの各々には、光取り出し層や要素とともに、バッファ層、核形成層、キャップ層、コンタクト層、及び電流拡散層等の別の層や要素が含まれていてもよいが、これらに限定されないことが理解されよう。活性領域は、単一量子井戸（ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）、多重量子井戸（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）、ダブルヘテロ構造、または、超格子構造で構成されていてもよく、当技術分野では理解されるように、互いに異なる導電型にドープされた層は通常ｎ型ドープ層とｐ型ドープ層と称される。
【００３０】
ＬＥＤの製造は様々な材料体系で行われてもよいが、好適な材料体系はＩＩＩ族窒化物系材料体系である。ＩＩＩ族窒化物とは、窒素と、周期表のＩＩＩ族にある元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びインジウム（Ｉｎ）との間で形成された半導体化合物を指す。この用語は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）及び窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等の３元及び４元化合物も指す。好適な実施形態では、ｎ型層及びｐ型層は窒化ガリウム（ＧａＮ）で活性領域はＩｎＧａＮである。別の実施形態では、ｎ型層及びｐ型層は、ＡｌＧａＮ、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、もしくはヒ化リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）であってもよい。
【００３１】
ウェハは、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ等の材料でできていてもよく、適したウェハは４Ｈポリタイプ炭化ケイ素であり、３Ｃ、６Ｈ、１５Ｒポリタイプ等の他のポリタイプの炭化ケイ素もまた使用されることができる。炭化ケイ素には、サファイアよりもＩＩＩ族窒化物により近い結晶格子整合が得られて結果としてより高品質のＩＩＩ族窒化物膜が得られる等の利点がある。また、炭化ケイ素は熱伝導率が非常に高く、よって炭化ケイ素のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力電力は（サファイア上に形成されたデバイスに起こり得るような）ウェハの熱放散によって制限されない。ＳｉＣウェハはノースカロライナ州ダラムのクリーリサーチ社から入手可能であり、このようなウェハの製造方法は科学文献や米国特許第Ｒｅ．３４，８６１号、第４，９４６，５４７号、及び第５，２００，０２２号に説明されている。
【００３２】
ＬＥＤはそれぞれ、第１コンタクト及び第２コンタクトを有していてもよい。ＬＥＤは垂直構造をしていて、第１コンタクトが基板上に、第２コンタクトがＬＥＤの最上層にある。ＬＥＤの最上層は、通常はｐ型層である。第１コンタクト及び第２コンタクトは、Ａｕ、銅（Ｃｕ）ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）銀（Ａｇ）、もしくはこれらの組み合わせといった様々な材料で構成されていてもよい。さらに他の実施形態では、両コンタクトは導電性酸化物及び透過性導電性酸化物、例えば、酸化インジウムスズ、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化カドミウムスズ、チタンタングステンニッケル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ2Ｏ4、ＺｎＯ2／Ｓｂ、Ｇａ2Ｏ3／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ2／Ｓｎ、Ｉｎ2Ｏ3／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ2、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ2、及び、ＳｒＣｕ2Ｏ2で構成されていてもよい。コンタクトの位置、ならびに透過性、接合抵抗、及びシート抵抗等の所望の電気的特性によって、使用される材料が選択されることができる。ＩＩＩ族窒化物デバイスの場合、薄い半透過性の電流拡散層が一般的にｐ型層の一部または全体を覆っていてもよいことが知られている。第２コンタクトは、代表的には白金（Ｐｔ）または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透過性導電性酸化物といった金属でできている層を含んでいてもよいが、他の材料もまた使用されてもよいことが理解されよう。本発明は、両コンタクトがともにＬＥＤの頂部にある、横方向に構成された形状をしたＬＥＤとともに用いられてもよい。また、ＬＥＤはさらなる電流拡散構造やグリッドを備えていてもよい。
【００３３】
一実施形態において、ＬＥＤはそれぞれさらに、ＬＥＤへの蛍光物質塗布後に、ＬＥＤのコンタクトのうちの対応する１つと電気的接触を行うように備えられた１つ以上の台座を備えていてもよい。この実施形態を以下において、並びに白色ＬＥＤチップに関する米国特許出願第１１／６５６，７５９号及び米国特許出願第１１／８９９，７９０号において、詳細に説明する。何れの特許出願も「ウェハレベル蛍光物質被覆方法及びその方法により製造されたデバイス」と題され、参照により、本明細書中において全て記載されているものとして組み込まれる。
【００３４】
ウェハレベルでのＬＥＤ製造に続いて、工程４３においてＬＥＤに対してウェハレベルでプローブ測定を行い、動作電圧、リーク電流、青色発光のピーク波長及び主波長，青色光の輝度等のデバイス特性を測定する。異なるプローブ測定方法が使用されてもよいが、一実施形態では、電気信号を各ＬＥＤに印加して発光させ、出力発光特性を測定する。別のプローブ測定工程では、ウェハ全体を作動させて各ＬＥＤの出力を測定する、ＬＥＤを領域やグループごとにそれぞれ作動させてその出力を測定する、もしくは、各ＬＥＤを個々に作動させてその出力を測定する。また、このプローブ測定プロセスによって、これ以降の処理を行わないことになる欠陥のあるＬＥＤを識別することにより、ウェハへの総処理時間や総費用が削減できる。
【００３５】
ウェハに対して、目に見える欠陥を目視検査して、最終的に正常には機能しないＬＥＤになると考えられる、物理的な欠陥があるＬＥＤを製造工程から分別することも可能である。欠陥ＬＥＤマップを生成して、欠陥のあるＬＥＤを後に続くプローブ測定プロセスや微細加工プロセスから排除してもよい。欠陥のあるＬＥＤを排除することにより、ＬＥＤウェハの処理に関係する時間と費用が削減可能である。
【００３６】
目視検査、電気的検査、または光学的検査に基づいて、ウェハレベルでの白色ＬＥＤチップ製造に対して、既知であるウェハの良品ダイマップが作成される。このマップはまた、ウェハ面内での各ＬＥＤの発光波長を示すこともできる。例えば、青色発光ＬＥＤのウェハが、約４５０〜４６０ｎｍの発光波長のばらつきを示すこともある。本発明に係る各方法の他の実施形態を、工程４３にて説明するようなウェハレベルでのＬＥＤ目視／発光特性マップを作成せずに完了してもよいことが理解されよう。本発明に係る別の実施形態では、ダイマップを作成する様々な方法やプロセスが用いられてもよく、またそのマップは別の発光特性を表してもよいことも理解されよう。
【００３７】
工程４４において、蛍光物質／結合剤被覆をウェハに塗布する。蛍光物質／結合剤被覆は、各ＬＥＤを覆う。蛍光物質／結合剤被覆は、分配、電気泳動堆積、静電堆積、印刷、インクジェット印刷、あるいは、スクリーン印刷等の既知のプロセスを用いて塗布されることができ、他の多くの堆積方法やこれらの方法の組み合わせが用いられてもよい。他の実施形態では、ＬＥＤ上への接着あるいは装着が可能である、別途形成された予備成形物として被覆が供給されてもよい。
【００３８】
一実施形態では、蛍光物質／結合剤の混合物において、スピンコーティングを用いて蛍光物質がウェハ上に堆積されることができる。スピンコーティングは当技術分野では一般的に知られており、通常では、所望量の結合剤と蛍光物質の混合物を基板の中心に供給し、基板を高速でスピンさせるものである。遠心加速によって混合物が広がって、最終的に基板の周縁に達する。最終的な層厚及び他の特性は、混合物の性質（粘度、乾燥速度、蛍光物質の割合、表面張力等）及びスピンコーティングプロセスで選択されたパラメータによって決まる。大口径ウェハの場合、基板を高速でスピンさせる前に蛍光物質／結合剤の混合物を基板上に滴下することが実用的かもしれない。
【００３９】
他の実施形態では、既知の電気泳動堆積方法を用いて蛍光物質をウェハ上に堆積させる。ウェハ及びウェハ上のＬＥＤは、懸濁する蛍光物質粒子を液体中に含有する溶液にさらされる。電気信号が溶液とＬＥＤの間に印加されるが、この電気信号は電界を発生させ、これにより蛍光物質粒子が各ＬＥＤへと泳動して堆積する。このプロセスでは通常、蛍光物質が粉状でＬＥＤ上を覆った状態となっている。次に、蛍光物質粒子が結合剤中に沈下した状態で、蛍光物質上に結合剤を堆積させて被覆を形成する。結合剤の塗布は種々の既知の方法を用いて行われてもよく、一実施形態では、結合剤の塗布はスピンコーティングを用いて行われてもよい。
【００４０】
次に、使用される結合剤の種類等の様々な要因によって決まる種々の硬化方法を用いて、蛍光物質／結合剤被覆を硬化してもよい。種々の硬化方法としては、熱硬化、紫外線（ＵＶ）硬化、赤外線（ＩＲ）硬化、もしくは空気硬化が挙げられるが、これらに限定されるものではない。結合剤には様々な材料が使用可能であるが、硬化後は頑強で可視光波長スペクトルにおいて実質的に透明である材料が好ましい。適切な材料としては、シリコーン、エポキシ樹脂、低融点ガラス等のガラス、無機ガラス、スピンオンガラス、誘電体、ＢＣＢ、ポリイミド、ポリマー、及びこれらの混成物が挙げられ、好適な材料は、高透明性及び高出力ＬＥＤにおける高信頼性の理由でシリコーンである。適切なフェニル系シリコーン及びメチル系シリコーンはダウ（登録商標）ケミカルから市販されている。他の実施形態では、結合材料に対して、チップ（半導体材料）及び成長基板等の形状と屈折率が整合するような特定の模様がつけられてもよいし、整合するような構造に改変されてもよい。これにより全反射（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＴＩＲ）を低減してより多くの光を取り出すことができる。同様に、各ＬＥＤの表面に特定の模様をつけることで、より多くの光を取り出すことができる。
【００４１】
被覆は、ＬＥＤから光を吸収して異なる波長で再発光する、例えば、光をより長波長側に波長変換する１つ以上の光変換材料を含んでいることが好ましい。種々の変換材料が使用可能であり、適した材料は蛍光物質である。蛍光物質粒子サイズ、含有される蛍光物質の割合、結合材料の種類、蛍光物質の種類と放出された光の波長との整合効率、及び、蛍光物質／結合剤層の膜厚など、様々な要因によって、最終的にできるＬＥＤチップ内の蛍光物質が吸収するＬＥＤ光の量が決定されるが、要因はこれらに限定されるものではない。これら別々の要因を制御することで、本発明に係るＬＥＤチップの発光波長を制御できる。
【００４２】
本発明に係る被覆内には、種々の蛍光物質が使用可能である。本発明は特に、白色光を発光するＬＥＤチップに適用される。本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは青色波長スペクトルで発光し、蛍光物質が青色光の一部を吸収して黄色光を再発光する。ＬＥＤチップは、青色光と黄色光が組み合わさってできた白色光を発光している。一実施形態では、蛍光物質は市販のＹＡＧ：Ｃｅからなるが、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ）等の（Ｇｄ，Ｙ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ系を基剤とした蛍光物質からなる変換粒子を用いて、幅広い黄色スペクトルの全域にわたる発光が可能である。白色発光ＬＥＤチップに使用可能な他の黄色蛍光物質としては、以下のものがある。
Ｔｂ3-xＲＥxＯ12：Ｃｅ（ＴＡＧ）；ＲＥ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ；または
Ｓｒ2-x-yＢａxＣａyＳｉＯ4：Ｅｕ
異なる白色の色相（温白色）のＣＲＩがより高い白色を得るためには、第１の蛍光物質及び第２の蛍光物質を組み合わせることも可能である。上記の黄色蛍光物質に赤色蛍光物質を組み合わせることも可能である。以下のものを含む、様々な赤色蛍光物質が使用可能である。
ＳｒxＣａ1-xＳ：Ｅｕ，Ｙ；Ｙ＝ハロゲン化合物；
ＣａＳｉＡｌＮ3：Ｅｕ；または
Ｓｒ2-yＣａyＳｉＯ4：Ｅｕ
実質的に全ての光をある特定の色に変換することによって、他の蛍光物質を用いて純色の発光を発生させることも可能である。例えば、以下の蛍光物質を用いて緑の純色光を発生させることができる。
ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ；
Ｓｒ2-yＢａyＳｉＯ4：Ｅｕ；または
ＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ
以下に、変換粒子として使用可能な、好適な蛍光物質を追加的に列記するが、別のものも使用されることができる。それぞれが青色発光スペクトル及び／またはＵＶ発光スペクトルにおいて励起を示し、所望のピーク発光が得られ、光変換効率がよく、そして、許容範囲のストークスシフトを有している。
黄色／緑色
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）2Ｓ4：Ｅｕ2+
Ｂａ2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ2Ｏ7：Ｅｕ2+
Ｇｄ0.46Ｓｒ0.31Ａｌ1.23ＯxＦ1.38：Ｅｕ2+0.06
（Ｂａ1-x-yＳｒxＣａy）ＳｉＯ4：Ｅｕ
Ｂａ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
赤色
Ｌｕ2Ｏ3：Ｅｕ3+
（Ｓｒ2-xＬａx）（Ｃｅ1-xＥｕx）Ｏ4
Ｓｒ2Ｃｅ1-xＥｕxＯ4
Ｓｒ2-xＥｕxＣｅＯ4
ＳｒＴｉＯ3：Ｐｒ3+，Ｇａ3+
ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+
径が１０〜１００ナノメートル（ｎｍ）から２０〜３０μｍ、もしくはそれ以上の粒子を含む、様々な粒子径の蛍光物質粒子が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。小さい径の粒子の方が一般的に大きい径の粒子よりもより良く色を散乱・混合して、より均一な光が得られる。一方、大きい径の粒子は一般的に、小さい径の粒子に比べて光変換が効率的であるが、均一性が劣る光を放出する。一実施形態では、粒子径は２〜５μｍの範囲内にある。他の実施形態では、単色光源または多色光源の場合、被覆は様々な種類の蛍光物質を有していても、または、複数の蛍光物質被膜からなっていてもよい。
【００４３】
被覆はまた、結合剤中に蛍光物質材料を様々な濃度もしくは配合で有していてもよく、代表的な濃度は３０〜７０重量％の範囲内である。一実施形態では、蛍光物質の濃度は約６５重量％で、結合剤全体にわたり均一に分散していることが好ましい。さらに他の実施形態では、被覆は、蛍光物質の濃度または種類が異なる複数の層で構成されていてもよく、また、複数の層はそれぞれ異なる結合材料を備えていてもよい。他の実施形態では、複数層のうちの１つ以上を蛍光物質を含まないように設けてもよく、その１つ以上の層はＬＥＤ光に対してほぼ透明である。実施形態の中には、これらの透明層の１つ以上はスペーサー層として機能可能なものもある。
【００４４】
ＬＥＤへの最初の塗布後、下にある構造（例えば台座）を露出させるために、または被覆の総厚を減らすために、蛍光物質／結合剤被覆の平坦化等の追加のプロセスが必要な場合もある。好適には結合剤硬化後の研削、ラッピング、研磨等の既知の機械的プロセスを含む、種々の薄膜化プロセスが使用可能である。他の製造方法は、スクイジーを用いて硬化前の被覆を薄膜化してもよく、あるいは、被覆硬化前に加圧平坦化を使用してもよい。さらに他の実施形態では、物理的エッチング、化学的エッチング、またはアブレーションを用いて被覆を薄膜化してもよい。平坦化後の被覆の膜厚は様々な値であってもよく、一実施形態における膜厚の範囲は１〜１００μｍである。さらに別の実施形態では、適切な膜厚の範囲は３０〜５０μｍである。
【００４５】
工程４６において、ウェハに対して、上述のようにウェハ面内でのＬＥＤチップの照明特性を測定する既知のプロセスを用いて、再びプローブ測定を行ってもよい。代替の工程４７では、出力光特性が固有の蛍光物質膜厚のばらつきに基づいて計算されることができるように、半導体層上の蛍光物質／結合剤被覆の膜厚が計算されてもよい。工程４７を用いると、蛍光物質層中の蛍光物質粒子濃度は既知でなければならず、かつ、ウェハ面内において可能な限り均一でなければならない。様々なシステムを用いた種々の方法で蛍光物質／結合剤被覆の膜厚は測定可能であり、一実施形態では、蛍光物質／結合剤の塗布前もしくは塗布後のウェハの膜厚を測定する。
【００４６】
工程４８において、プローブ測定されたＬＥＤやＬＥＤ領域の出力特性、あるいは蛍光物質／結合剤被覆の膜厚測定結果に基づいて、各ＬＥＤの出力のマップを作成してもよい。次に、このマップを用いて、以下に説明するように、各ＬＥＤチップまたは各ＬＥＤチップ領域上の除去する必要のある変換材料の量が決定されてもよい。図１は、変換材料塗布前のウェハ面内におけるＬＥＤの出力特性マップ１０の一実施形態を示している。図６は、被覆後のＬＥＤチップのウェハレベルでの発光特性のより詳細なマップ６０を示していて、一般的なウェハにおいて、被覆されたＬＥＤがクリーが指定した色度領域または色度ビン内で発光している、また、４ステップマカダム楕円等の標準偏差から外れて発光している様子を図示している。このような広がりは、ウェハ面内でのＬＥＤ発光波長のばらつき、蛍光物質膜厚のばらつき、ウェハの反りまたはゆがみ、あるいは他のプロセスに関連する影響、及びウェハ面内での蛍光物質添加量／濃度の変動といった様々な要因に起因する。
【００４７】
すでに存在する従来の照明技術とより効果的に競合するためには、白色ＬＥＤ技術が、上述のように、選定されたビン内で、または４ステップマカダム楕円の範囲内で色点の安定性及び再現性を有するべきである。ウェハ面内における色点の広がりをより小さくするためには、色、発光強度、色温度、発光の形態または電界放出パターンのうちのいくつかを含み得る、ＬＥＤデバイスの発光特性に基づいて、蛍光物質材料を選択的に除去する。
【００４８】
工程５０において、各ＬＥＤ上を覆う変換材料が、工程４８からの除去計算に基づいて除去されてもよい。種々の除去方法が、ウェハ上の個々のＬＥＤ、ＬＥＤ群、またはＬＥＤ領域上にある変換材料を除去する加工を使用する一実施形態とともに使用されることで、変換材料の量を削減することが可能であり、これによりＬＥＤの発光波長を修正することができる。すなわち、変換材料の量を低減することによって、特定のＬＥＤチップ内の各ＬＥＤからの光が通過する変換材料の量がより少なくなり、変換されるＬＥＤ光もより少なくなる。この結果、全体的な発光特性が除去された変換材料の量に関連して変化することになる。この加工によって、変換材料をウェハ面内における各ＬＥＤの出力特性に基づいて調整することができる。
【００４９】
本発明に関し、加工は２種類、つまり、微細加工とマクロ加工とに大別できる。ＬＥＤの区画や領域に対する蛍光物質の除去をマクロ加工とし、一方、個々のＬＥＤに対する蛍光物質の除去を微細加工とする。マクロ加工や微細加工を実行するには様々な研削／フライス加工用ジグやビットを使用することができる。例えば、プローブ測定の結果及びそれに関連する出力マップに基づいて、蛍光物質材料を除去して各ＬＥＤの出力をある特定の色点に調整することが所望される、個々のＬＥＤまたはＬＥＤ領域が存在しても良い。他の領域では出力特性は許容範囲内である。微細加工またはマクロ加工での蛍光物質の調整または除去は、縦方向にも横方向にも制御されて行われなければならない。
【００５０】
本発明に係る別の方法において、第一段階のマクロ加工工程を完成させるために、ウェハのプローブ測定及びマップ作成が含まれていてもよい。これらの方法では、ウェハをプローブ測定し、測定データに基づいて、そのウェハを同等のデバイス特性を有するＬＥＤのある範囲や領域に区画化する。これらの領域にはマクロ加工が施されて、その領域を目標の発光特性により近づけることができる。ウェハに対してもう一度プローブ測定を行い、個々のＬＥＤを微細加工して、目標の発光特性で、もしくは目標の発光特性付近で発光させることが可能になる。最初の工程として、微細加工を前提とした広範囲（あるいは領域）を準備して、一般的にはより広い範囲を扱い、かつ微細な深さ制御がいらない加工プロセスを最初に使用できる。このような広範囲へのプロセスはより高速かつより低コストであるので、個々のＬＥＤレベルで必要な微細加工の程度を最小限にしたり、小さくしたりできる。これにより、微細加工プロセスを全体としてより効率化することが可能である。
【００５１】
例えば白色ＬＥＤの製造において、ウェハの区画化は、被覆塗布前の青色発光ＬＥＤの発光特性に基づくものであってもよい。さらに、ウェハの区画化は、ウェハへの塗布後の白色点データに基づくものであってもよい。マップの作成は、広範囲な段階での微細加工の領域を示す、青色発光特性と塗布後の特性の両方を用いて行ってもよい。
【００５２】
図７は、ＬＥＤのある特定の色度に相当する領域を有するＣＩＥグラフ７０を示したものであり、ここで線７２は、変換材料のマクロ微細加工の前におけるＬＥＤウェハからの色点の分布を近似したものである。ＬＥＤからの発光はいくつかの色度領域にわたって広がっているが、ＬＥＤの中には領域外で発光しているものもある。点７４は、発光領域内で変換材料がいくらか除去された後の、ウェハ上の同じＬＥＤの発光特性の例を示している。この実施形態では、２．５ｎｍドミナント（ＤＯＭ）波長の範囲内で発光するＬＥＤを有するウェハ上の領域から変換材料が除去されている。例えば、ウェハ上のＬＥＤの発光波長が４５０ｎｍから４５２．５ｎｍに変化した領域から、蛍光物質材料が除去されてもよい。この領域での除去は、広範囲なレベルでの変換材料の除去に相当し、点７４で示すように、ここではＬＥＤの発光特性はＣＩＥグラフ上の隣接する４〜５領域程度にグループ化されている。ＬＥＤの発光特性は、１つのビンまたは１つの偏差パターン周辺により近接して配列されている。
【００５３】
図８は、変換材料を加工する前のＬＥＤウェハからの色点の分布を近似する線８２を図示した、別のＣＩＥグラフ８０を示したものである。点８４は、２．５ｎｍＤＯＭ波長を有する領域が加工された後、及び以下に説明する方法のうちの１つが用いられて微細加工された後の同じＬＥＤの発光点を示している。この実施形態では、１ｎｍＤＯＭ波長ごとに蛍光物質を微細加工し、結果として、ＬＥＤの発光特性は目標の発光特性付近にてより狭い範囲でかたまった状態になっている。これにより、ＬＥＤの多くが目標の発光領域（またはビン）内、もしくは、目標の発光偏差（マカダム楕円）内に入ることが可能になる。
【００５４】
蛍光物質の除去は、化学的エッチング、物理的エッチング、機械的エッチング、及びフォトアブレーション等の数種類の既知の技術を用いて実行されることができる。様々な蛍光物質及び／または結合材料（樹脂、シリコーン、ガラス等）を化学的にエッチングする既知の技術が数種存在する。蛍光物質被膜の化学的エッチングは、蛍光物質の種類及び結合する層に基づいて定まり得る。エッチングの化学的性質が異なると蛍光物質と結合剤層との間のエッチング選択比が異なり、選択されるエッチング液はその下にあるＬＥＤ構造に対して不活性でなければならない。また、選択された領域の蛍光物質が除去されることが望まれる用途では、一時的なマスク層／技術が必要となることもある。これにより追加の工程が加わる可能性があり、コスト効果の解決策にはならないかもしれない。物理的エッチングの例としては、高エネルギー種による蛍光物質層へのスパッタリングが挙げられる。このようなものとしては、プラズマエッチングや、ポリカーボネート、アルミナ、ドライアイス等の研磨媒体を用いた物理的スパッタリングであってもよい。ノズルが気体を出てきたとおりに結晶化させ、その結晶をブラスティング剤として用いる部分的な選択的サンドブラスティングもしくは気体（ＣＯ2）ブラスティングも使用可能である。このようなブラスティングの実施形態の各々において、マスクを用いて、サンドブラスティングまたは結晶を用いたガスブラスティングで蛍光物質／結合剤層の膜厚を削減する予定ではない領域の保護が可能である。マスク層が必要になると、プロセスの工程及び物理的エッチング技術のコストも増加してしまう。また、研磨媒体はデバイスから完全に除去されなければならないので、コストのかかる真空除去技術が必要になってしまう。さらに他の加工プロセスとしては、ジェッティングや超音波加工が挙げられる。
【００５５】
本発明にしたがって使用され得る別の方法は、研削、フライス加工、穴あけ加工等の機械的エッチングである。このプロセスは他のプロセスと比べてあまり複雑ではなく、コストもそれほど高くない。また、加工用途に応じて適切なサイズや形状の研削ビットや穴あけ加工ビットを用いてもよい。広範囲（例えば数ミリメータ）、中範囲（１〜５ｍｍ）、または狭範囲（１ｍｍ未満）上にある蛍光物質層を、それぞれＣＮＣ加工機械において１工程で除去可能である。
【００５６】
他の実施形態では、蛍光物質／結合剤層は、レーザーアブレーションによる加工で除去されてもよい。レーザーアブレーションとは、材料にレーザー光を照射することで材料を除去する既知のプロセスである。用いるレーザーのフラックスが低いと、レーザーのエネルギーが吸収されて材料が加熱され、蒸発や昇華が起こる可能性がある。レーザーのフラックスが高いと、材料は一般的にプラズマに変換されてしまう。レーザーアブレーションは通常、材料をパルスレーザーで除去するが、レーザー光量が十分に高ければ連続波レーザー光で除去することも可能である。レーザーによる除去技術は一般的に、材料や残渣が残ったり、変換材料の表面が炭化したりする可能性がある。このプロセスでは、残った材料や残渣を除去するための、エッチング水溶液を用いた洗浄等の追加の洗浄工程が必要となってしまう。
【００５７】
さらに他の実施形態では、蛍光物質／結合剤層の材料の除去を、微細穴あけ加工を用いた微細加工によって行ってもよい。これは一般的には、機械的ドリルを使用してＬＥＤ上の蛍光物質／結合剤層内に穴をあけるものである。レーザーアブレーション同様、穴の数、深さ、及び間隔は、ＬＥＤの目標の発光特性及び除去される蛍光物質／結合材料の量によって決定される。
【００５８】
一実施形態では、各穴で除去される蛍光物質材料の量を適切に制御するためには、微細穴あけ加工における微細加工レベルでの穴の深さは、ミクロンレベル、もしくはサブミクロンレベルで制御されなければならない。これにより、ウェハ内の異なるＬＥＤ間で発光特性を適切に制御できる。一実施形態では、サブミクロンレベルの制御を行うためにナノステージを使用してもよい。ナノステージは非常に小さな刻みで移動可能で、この実施形態においてナノステージはウェハを保持し、ドリルをｚ面においてウェハに向かって動かすのではなく、ｚ面において機械的ドリルに対してウェハを上方向に移動させる。代表的なナノステージは、高分解能のボールねじ及びナット機構、または、圧電アクチュエーター機構を使用することにより、サブミクロンでの移動を実現している。ナノステージの中には最小値及び刻み動作の制御を１μｍ以下で行えるものもある。実施形態の中には、穴あけ加工中、機械的ドリルは静止していて、ナノステージがウェハを移動させるものもある。他の実施形態では、機械的ドリルとナノステージの両方が移動可能なものもある。ＰＩ社によって供給・市販されているＭ−５０１  精密垂直型マイクロ位置決めＺステージ（Ｍ−５０１  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｚ−Ｓｔａｇｅ）といった種々のナノステージが使用可能である。
【００５９】
これらの実施形態では、変換材料は１つの穴において除去可能であるが、他の実施形態では、ＬＥＤ上にある蛍光物質／結合剤層に形成された一連の穴で変換材料の除去が可能である。穴の数、深さ、及び間隔は、ＬＥＤの目標の発光特性、及び、この目標に到達するために除去される蛍光物質／結合材料の量によって決定される。溝、文字、数字等の他のエッチングパターンも実施可能である。
【００６０】
工程５２において、ＬＥＤは、２度目のプローブ測定が行われる別の工程を経てもよく、ここではその出力が測定され、ＬＥＤが今度は目標の発光特性で、または目標発光から許容できる偏差の範囲内で発光しているかが確認される。ＬＥＤの中に発光が許容範囲ではないものがあった場合、工程５０においてそれらがもう一度微細加工されて、蛍光物質／結合剤層の材料が追加的に除去されてもよい。さらなる微細加工の前にこの２度目のプローブ測定の一環として、工程５４において、追加の微細加工で除去される蛍光物質／結合剤層材料の量を決定するためにＬＥＤ出力特性の第２のマップを作成して使用してもよい。２度目の微細加工後、ＬＥＤはもう一度プローブ測定されて、必要ならばさらに微細加工が行われ、このプロセスはＬＥＤが目標の発光かその付近で発光するまで続けられる。
【００６１】
工程５８において、個々のＬＥＤチップを、ダイシング、スクライビング割断、またはエッチングといった既知の方法を用いてウェハから分割してもよい。この工程は、ＬＥＤの発光が許容範囲内で微細加工をさらに行う必要がない場合は、微細加工工程５０から直接、もしくは２度目のプローブ測定工程５２の後に直接行うことができる。この分割プロセスにより、それぞれがほぼ同じ発光特性を有するＬＥＤチップが個々に切り離される。これにより、同様の発光特性を有するＬＥＤチップを確実かつ安定して製造できるようになる。ウェハ分割後、蛍光物質を添加する追加プロセスの必要がなければ、各ＬＥＤチップをパッケージ内に、あるいはサブマウントやプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載してもよい。一実施形態では、パッケージ／サブマウント／ＰＣＢは、台座と電気的に接続されている従来のパッケージリードを有していてもよい。次に、従来の封止体によってＬＥＤチップと電気接続配線を封入してもよい。別の実施形態では、ＬＥＤチップを密封カバーで、大気圧かそれ以下でＬＥＤチップを不活性ガス雰囲気中に入れた状態で封入してもよい。
【００６２】
図９は本発明に係るＬＥＤの製造方法９０の一実施形態を示している。ここで、各工程はある特定の順序で示されているが、これらの工程が異なる順序で行われても、異なる工程を用いられてもよいことが理解されよう。方法９０はＬＥＤの製造に言及して記載されているが、他の半導体発光素子及び他の半導体デバイスの製造に用いられてもよいことが理解されよう。
【００６３】
方法９０の工程のうちのいくつかは、図５に示す上述の方法５０のものと同様であるので、同様の工程に対してはその説明を本実施形態にも適用するという了承のもと、同じ参照番号を使用する。工程４２において、成長ウェハまたは基板（「ウェハ」）上にＬＥＤを製造する。次に工程４３でＬＥＤに対してウェハレベルでプローブ測定を行い、デバイス特性を測定してもよい。工程４４において、各ＬＥＤを覆う蛍光物質／結合剤被覆をウェハに塗布する。工程４６において、ウェハに対してもう一度プローブ測定を行い、ウェハ面内でのＬＥＤの照明特性を測定してもよく、次に工程９２で、ウェハレベルでの穴の深さマップを作成してもよい。これはウェハのレイアウトマップという形式をとってもよいし、あるいは、穴の深さを穴の座標とともに示すデータベースまたはスプレッドシートの形であってもよい。一実施形態において、穴の座標は、ウェハ上の特定のＬＥＤの行と列の形式をとってもよい。穴の深さは、ある１つのＬＥＤ上にある、ＬＥＤの発光特性を変えるために除去される変換材料の量に相当する。一実施形態では、データベースは各ＬＥＤ上にある１つの穴についてしか提供しないが、他の実施形態ではデータベースが各ＬＥＤ上に形成された複数の穴について提供してもよいことは理解されよう。
【００６４】
工程９４において、方法９０は、変換材料の表面の変動を測定し、ウェハ表面の（形状）分布図を作成することを含む。方法９０は、各ＬＥＤ上において穴の深さをどの程度にすべきかをこれらの変動を考慮して決定する際に、変動を相殺する。つまり、各ＬＥＤ上の変換材料をどの程度除去すべきかを決定する際に、変換材料の表面の変動を測定して相殺する。一実施形態では、この変動は基準点を基準にして測定され、この基準点よりも低い位置にある「凹部」状の表面変動をマイナスの値、そして基準点よりも高い位置にある凸部をプラスの値とする。
【００６５】
図１０はＬＥＤウェハ１１０を示したものであり、表面変動がどのように測定されるのかを図示している。ウェハ１１０及びその表面変動は、描写や理解をしやすくするために、「一定の縮尺では描かれていない」ことは理解されよう。ＬＥＤウェハ上で基準点１１２を選定し、変動はこの基準点との相関で測定される。基準点１１２はＬＥＤウェハ１１０の表面上の異なる位置にあってもよく、一実施形態では基準点はウェハ１１０の中心、または中心近辺に存在する。他の実施形態ではＬＥＤウェハ１１０上の別の位置にあってもよいし、さらに他の実施形態では、ウェハ１１０を保持するステージ上の固定点といった、ＬＥＤウェハ１１０から外れた位置にあってもよい。表面の変動を測定すると、表面変動マップを作成することができる。凹点１１４は基準点１１２を基準にしてマイナスの値（例えばこの場合は−２ミクロン）で示され、一方、凸点１１６はプラスの値（この場合は＋２．５ミクロン）で示される。以下にさらに説明するように、この実施形態において、各ＬＥＤ上の最終的な穴の深さを決定する際は、表面の変動が考慮される。
【００６６】
様々な種類の変動測定方法及び装置が使用されることができる。一実施形態では、プローブをウェハ上で走査させることにより、基準点からの変動を物理的に測定する接触式プローブを使用してもよい。このようなシステムは市販されていて、適したシステムは英国グロスターシア所在のレニショー株式会社（Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ＰＬＣ）から入手可能である。変換材料の表面を照射することにより表面の変化を測定する、他の非接触式表面変動測定装置を使用してもよい。この照射によるシステムの一例として、レニショー株式会社から入手可能であるレーザーを使用したシステムや、マイクロフォトニクス株式会社（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ）から入手可能である白色発光システムが挙げられる。
【００６７】
一実施形態において、表面の変化は、例えば各ＬＥＤ上にある、加工される各点で測定される。これにより、ウェハ上に製造されるＬＥＤチップ数によって決まる数千箇所もの地点において、測定が必要となり得る。表面変動の測定に必要な時間を短縮するために、測定されるウェハ上の変動箇所をより少なくし、これらの点の間の変動は、既知のソフトウェアおよびアルゴリズムを用いて理論的に決定されるようにしてもよい。これらの計算に使用されるこのようなソフトウェアの１つとして、ＳＡＳ株式会社から市販されているＪＭＰ（登録商標）統計ソフトウェアがある。これにより、変動測定は全ＬＥＤチップのうちのほんの一部に対して行い、残りのＬＥＤ上の変動はソフトウェアアルゴリズムによって決定されることができる。表面変動の測定位置を少なくすることにより、表面変動分布を作成するのに要する時間を削減することができる。この結果、ウェハ及び個々のＬＥＤチップを製造するのに必要な総時間も削減できる。
【００６８】
再び図９において、工程９６で、工程９２で作成した各ＬＥＤの穴の深さ及びＬＥＤ上の表面変動の測定結果を考慮して、最終加工マップを計算する。計算の概要は、ＬＥＤ上において凹部と凸部のどちらが測定されたかによって工程９２から得た穴の深さに表面変動を足す、もしくは引くことからなる。ここに示した実施形態では、加工具に対する基準点は表面変動の基準点と同じでなければならない。例えば、工程９２で作成された穴の深さデータから得られた穴の深さが１１．３ミクロン、そして、表面変動分布から得られた凸点が２ミクロンのＬＥＤに対する計算結果は、加工マップの最終的な深さが９．３ミクロン（１１．３ミクロン−３ミクロン＝９．３ミクロン）になる。３ミクロンの凹部において穴の深さが９．２ミクロンのＬＥＤの場合、マップの最終的な深さが１２．２ミクロン（９．２ミクロン＋３ミクロン＝１２．２ミクロン）になる。
【００６９】
この方法により、ＬＥＤ上の変換材料についてのより制御された除去が可能になり、所望の発光特性に到達するのに必要な量も正確に反映させられる。最初の穴の深さが１１．３ミクロンである上述の例の場合、凸点を相殺しなかったとすると、微細加工中、穴は２ミクロンの凸部を貫通してから１１．３ミクロン貫通するようにして形成されるので、結果として穴の深さは合計１３．３ミクロンになる。この値は所望の穴の深さである１１．３ミクロンよりも大きく、所望の発光特性を実現するために除去される変換材料の量が多すぎることになってしまう。３ミクロンの凹点において穴の深さが９．２ミクロンである別の例では、微細加工具は３ミクロン分進んで凹部に到達して初めて変換材料に当たることになるであろう。変換材料に当たると、加工はそこから６．２ミクロン（９．２ミクロン−３ミクロン）の深さまで貫通させるだけである。この場合、必要量の変換材料は除去されていない。方法１０は基本的に表面変動を考慮しているので、ＬＥＤ上において所望量の変換材料を除去できる。工程５０では、実際のＬＥＤの加工が可能である。工程９８では、最終加工マップを用いてウェハ上の個々のＬＥＤ、ＬＥＤ群、またはＬＥＤ領域上にある変換材料を除去する加工／微細加工が行われる際に、ウェハを上述のプロセスを用いて加工もしくは微細加工する。
【００７０】
本発明に係る別の実施形態では、相殺計算は、製造プロセスの別の時点で、別の手法で行われてもよい。計算プロセスは工程９６に説明されていて、ここで穴の深さマップ及び表面変動分布を用いて最終的な加工マップを計算する。つまり、微細加工前に最終的な穴の深さのマップを全ＬＥＤチップに対して計算する。他の実施形態では、相殺計算は微細加工と同時に行われてもよい。各ＬＥＤに対する計算は、微細加工具が別のＬＥＤチップへと移動する時に行われる。各ＬＥＤチップ上で、その穴の深さ及び表面の変化を用いて最終的な穴の深さを計算し、ＬＥＤチップはその深さまで微細加工されてもよい。さらに他の実施形態では、各ＬＥＤチップにおける表面の変化を、微細加工具が別のＬＥＤチップへと移動する時に測定してもよい。微細加工具が新たなＬＥＤチップへと移動する時に、その表面の変化を測定して、次にそのＬＥＤチップに対する最終的な穴の深さを計算してもよい。
【００７１】
本発明に係るそれぞれの実施形態に、異なる工程が多数含まれていてもよいことは理解されよう。図１１はこれらの追加の工程のうちのいくつかを表す方法１３０を示している。方法１３０は図５及び図９に示された方法５０及び方法９０におけるＬＥＤ製造工程及び変換材料塗布工程を図示してはいないが、これらの工程は方法１３０において示されている工程以前に完了していることは理解されよう。方法１３０における追加工程の１つは、製造システムが製造中のウェハを記録することができるようにして完了するウェハ識別工程である。従来のバーコード及びスキャナーシステムといった様々なウェハ識別システム及び方法が使用可能である。
【００７２】
工程１３４において、図９に示された方法９０の工程９３で説明したように、ウェハに対してプローブ測定を行って、ウェハの穴の深さマップを作成する。工程１３６で、ウェハを手動または自動のどちらかで製造ステージまたはプラットフォーム上に載置し、工程１３８で、ウェハ上のあるパターンを認識してそのパターンを利用してステージ上のｘ−ｙ面方向にウェハを正確に位置合わせするパターン認識システムといった、様々なアライメントシステムを用いて、ステージ上でウェハのアライメントを合わせる。たとえわずかにウェハのアライメントがずれても、結果として各ＬＥＤ上の穴の位置もずれてしまうことになり得る。この穴は基準点付近でＬＥＤ上に正確に位置合わせされている場合もあるが、アライメントがずれたウェハの場合、微細加工具がウェハの中心から外れて移動するので、各ＬＥＤ上の微細加工による穴の配置誤差も広がって増大されてしまう。最終的にはアライメントのずれによって、所望の穴を各ＬＥＤ上に微細加工することに失敗する事態になってしまう恐れがある。
【００７３】
工程１４０において、ウェハの表面変化を測定し、ウェハ上の表面変動に対して上述の工程９４のように表面分布を作成する。そして工程１４２において、上記の工程９６で説明された方法を用いて最終的な加工マップを計算する。この工程は、ウェハ製造システムまたは加工システムにあるコンピュータにおいて、あるいはウェハ製造システムとは離れた位置にあるコンピュータにおいて、実行可能である。
【００７４】
工程１４４において、微細加工具はウェハ上へと下降し、好適には表面変動分布の作成に用いられる基準点上に接触する。このことは、微細加工中に微細加工具が表面形状分布の様々な凹凸に正しく一致することによって表面変化の相殺を正確に行うためには重要である。微細加工具が接触時に基準点を外れてしまうと、微細加工具がウェハ面内で移動する際に誤差が含まれてしまう恐れがある。上述の実施形態の一つでは、表面形状分布の基準点がウェハ中心またはその近辺にある。この実施形態において、微細加工具の接触も中心の基準点と同じ位置で行われなければならない。工程１４６では、上記の方法４０の工程５０で説明したようにウェハ上の個々のＬＥＤ、ＬＥＤ群、またはＬＥＤ領域上にある変換材料を除去する加工／微細加工が行われる際に、上述のプロセスを用いてウェハを加工または微細加工する。
【００７５】
工程１４８において、ウェハの被加工領域を洗浄して、ウェハを製造システムから取り出してもよい。種々の洗浄方法及び材料が使用可能であり、適した材料はエッチング水溶液（ＫＯＨ）、水、空気、または窒素である。この洗浄では、油や溶剤の使用は避けるべきである。工程１５０では、必要ならばウェハをあらためてプローブ測定して、ＬＥＤの発光特性が所望のビンの範囲内にあることを確認してもよい。工程１５２では、上記の方法４０の工程５８で説明したように、ＬＥＤをウェハから分割してパッケージングしてもよい。
【００７６】
上述したように、加工は微細加工とマクロ加工とに大別でき、ＬＥＤの区域や領域に対する蛍光物質の除去をマクロ加工とし、一方、個々のＬＥＤに対する蛍光物質の除去をマクロ加工と称する。マクロ加工は異なる形態を取ってもよいし、編成された領域や既定された領域におけるＬＥＤの領域上への加工であってもよい。つまり、微細加工を行う領域を、ウェハ特性を測定する前に決定していてもよい。図１２は、ウェハ上のＬＥＤの行またはトラック１７２から構成される既定された領域においてマクロ加工され得るＬＥＤウェハ１７０の一実施形態を示している。この既定された領域は、ＬＥＤの列または斜め方向に並ぶＬＥＤから構成されていてもよく、また、円形、楕円形、正方形等の他の既定された領域であってもよいことは理解されよう。
【００７７】
各既定された領域に対して、変換材料が単一の高さレベルに加工される。行１７２に対しては、変換材料が行に沿って単一の高さレベルに加工される。本発明に係る本方法は、最善の結果が得られるように、行１７２の各々にあるＬＥＤのそれぞれ異なる発光特性に基づいて、加工する変換材料の所望の深さを計算する。次に、上述の方法を用いて各行１７２を加工してもよく、ここでは、加工具が行に沿って移動して変換材料が同じ高さレベルに除去される。この行またはトラックを用いる方法では、個別のＬＥＤに対して、上述の微細加工方法と同一の変換材料除去精度は得られないが、ウェハあたりの微細加工処理時間は短縮できる。
【００７８】
本発明に係る方法の実施形態の中には、ウェハを載置するプラットフォームまたはステージが、表面変化の測定に影響して最終的には微細加工もしくはマクロ加工深さに影響する可能性のあるものもある。場合によっては、ステージの表面変動があるためにステージ上のウェハにも表面変動が生じ、ステージに傾きがあるならば、ウェハにも傾きが生じて、対応する表面変動が生じてしまう恐れがある。測定及び加工中に複数のステージを用いると、ウェハにおいてそれぞれのステージからの異なる表面変動が生じてしまう可能性がある。したがって、表面変動分布の測定及び加工には１つのステージを使用することが望ましい。
【００７９】
一実施形態において、ステージを用いて表面変動分布を測定し、その後ステージを加工用システムへと移動させてもよい。あるいは、ステージを表面形状分布測定と加工の両方を行う１つの装置に配置していてもよい。さらに他のシステムでは、製造ライン方式で表面形状分布測定及び加工システムを通って移動する複数のステージを備えていてもよい。各ステージ上にあるウェハの表面形状分布は１箇所で測定され、次にそのステージを加工を行う第２の箇所へと自動的に移動させてもよい。他の実施形態では、複数のステージをそれぞれ固定された位置に設けていて、表面形状分布システムと加工システムは固定位置の間を移動してもよい。このような配置の１つでは、円形に配置された複数の固定ステージを有し、表面形状分布システムと加工システムが円の中心からそれぞれのステージへと移動するようになっていてもよい。この「遊星式」システムによって、異なるステージ間の中心回転点を軸とした移動が可能になり、ステージ間の移動がより行いやすくなる。さらに他の実施形態では、表面形状分布測定でのステージ表面変動を加工用ステージで再現してもよい。この再現は、を加工用ステージにこの表面変動を複製させるか、もしくは、相殺計算を行う際にこれらの変動を考慮するかのどちらかによって行われる。
【００８０】
本発明が、製造装置によって生じる可能性のある他の変動も相殺してもよいことは理解されよう。例えば、微細加工システムがｘ−ｙ面に沿って動いてウェハの別のＬＥＤチップへ移動する時に、ｚ軸に沿った動きを行ってもよい。このｚ軸方向の動きは、微細加工の最終的な穴の深さを決定する際に相殺されてもよい。
【００８１】
本発明に係る方法のそれぞれの実施形態に、追加の工程が含まれていてもよいことは理解されよう。また、本発明に係る方法は、上述の方法の工程を全て含んでいる必要はないことも理解されよう。例えば、方法４０において、ウェハは、２度目のプローブ測定を行ってから場合に応じて２度目の微細加工を行うことをせずに、最初の微細加工後に、直接、分割工程へと進んでもよい。同様に、方法９０及び方法１３０において、記載の工程のいくつかを省略して本方法を行ってもよいし、工程の順序を変えて本方法を行ってもよい。
【００８２】
ＬＥＤが、蛍光物質塗布後にＬＥＤのコンタクトとの電気的接触を可能にする１つ以上の台座を備えている上述の実施形態や、もしくは、ＬＥＤが被膜後に電気的接触が可能になるように構成されている上述の実施形態において、本発明に係る別の方法によって、プローブ測定と微細加工を同時に実施して所望の発光特性を実現することが可能になる。つまり、ＬＥＤに対してプローブ測定を行ってＬＥＤを発光させながら微細加工を行うことができる。これにより、ウェハレベルでの発光特性のマップを作成しなくても、ウェハレベルでの発光調整の制御を同時進行で行うことが可能になる。
【００８３】
さらに他の実施形態において、ウェハレベルで被覆を部分的に微細加工することによって、目標の発光特性の許容範囲内での発光を実現してもよい。その後、個々のＬＥＤをウェハから分割して、基板またはサブマウントへの搭載等によりパッケージングしてもよい。パッケージに対する所望の発光色点に基づいて、最終的な微細加工をパッケージレベルで行ってもよい。このプロセスのよって、各ＬＥＤを分割してパッケージに搭載した後、顧客の要求によって決まる種々の色点に合わせるための最終的な微細加工を、パッケージに対して行うことができるようになる。このパッケージへの微細加工は、上記の方法４０、方法９０、及び方法１３０の工程の多くを使用可能である。
【００８４】
本発明に係る方法は様々なデバイスの加工に利用可能であり、図１３ａ〜１３ｃは本発明にしたがって処理されたＬＥＤウェハ１８０の一実施形態を示したものである。しかし、本発明は様々なＬＥＤの実施形態の処理に使用可能であり、かつ、個々のＬＥＤやＬＥＤの小グループはウェハレベルでのＬＥＤと同様にして処理可能であることは理解されよう。本発明にしたがって製造可能なＬＥＤの実施形態の例としては、クリー社が提供する市販のＥＺＢｒｉｇｈｔ（商標）ＬＥＤチップ（例えばＥＺ１０００，ＥＺ７００，ＥＺ６００，ＥＺ４００，ＥＸＢｒｉｇｈｔ２９０）が挙げられるが、米国特許出願公開第２００６／００６０８７４号明細書及び第２００６／０８６４１８号明細書に記載されている詳細説明は部分的に、参照により、全て本願に記載されているように組み込まれる。
【００８５】
ＬＥＤウェハ１８０の製造に関する詳細は、米国特許出願第１１／６５６，７５９号及び第１１／８９９，７９０号に記載されており、参照により、全て本願に記載されているように組み込まれる。ここで図１３ａを参照すると、ＬＥＤウェハ１８０は、ウェハレベルの製造プロセスで図示されたＬＥＤチップ１８２を備えている。ＬＥＤチップ１８２の間にある分割線あるいはダイシング線を示すために、極めて細い線がこの図に、そしてこの後に続く製造工程に含まれている。図１３ａはウェハレベルで２つのデバイスしか図示していないが、もっと多くのＬＥＤチップが１枚のウェハから製造可能であることは理解されよう。例えば、１ミリメートル（ｍｍ）四方のＬＥＤチップを製造する場合、３インチウェハ上には最高で４５００個のＬＥＤチップが製造可能である。
【００８６】
ＬＥＤチップ１８２はそれぞれ、種々の半導体層が上述の様々な手法で配置されている半導体製のＬＥＤ１８４を備えている。ＬＥＤ１８４の各層は一般的に、互いに異なる導電型にドープされた第１エピタキシャル層１８８と第２エピタキシャル層１９０に挟まれた活性層／領域１８６を備えていて、ウェハレベルではこれらが全て基板１９２上に連続して形成されている。図示された実施形態では、各ＬＥＤ１８４を基板１９２上にある分離したデバイスとして示している。この分離は、活性領域１８６及びドープ層１８８，１９０の一部分を基板１９２までエッチングして、ＬＥＤ１８４の間に空間を形成することによって実現されてもよい。他の実施形態では、活性層８６及びドープ層１８８，１９０は基板１９２上では連続する層のままであって、ＬＥＤチップに分割する時に個々のデバイスに分離されてもよい。上述のように、各ＬＥＤ１８４は異なる材料体系で形成されていてもよく、基板も異なる材料で形成されていてもよい。ＬＥＤ１８４には追加の層や要素が含まれていてもよく、活性領域１８６は様々な異なる構造を有していてもよいことは理解されよう。
【００８７】
ＬＥＤ１８４は水平構造を有するが、本発明は垂直構造を有するＬＥＤでも同様に適用可能であることは理解されよう。各ＬＥＤ１８４は第１コンタクト１９４及び第２コンタクト１９６を有し、それぞれが上記の方法４０で説明された材料でできている。また、各ＬＥＤ１８４は、上述の電流拡散層及び構造を備えていてもよい。第１コンタクト１９４に印加された電気信号はエピタキシャル層１９０内へと伝わり、第２コンタクト１９６に印加された信号はエピタキシャル層１８８内へと伝わる。ＬＥＤ１８４は水平構造なので、両コンタクトともＬＥＤ１８４の頂部にある。
【００８８】
各ＬＥＤチップ１８２はさらに、第１コンタクト１９４上に形成された第１コンタクト台座１９８と、第２コンタクト１９６上に形成された第２コンタクト台座２００とを備えており、両台座ともＬＥＤ１８４との電気的接触を実現するために使用されている。台座１９８，２００を形成する材料は様々な種類がある導電性材料で、台座１９８，２００は多数ある既知の物理的または化学的堆積プロセス、例えば電気めっき、マスク堆積（ｅビーム、スパッタリング）、無電解めっき、またはスタッドバンプ形成等を用いて形成されてもよく、好適なコンタクト台座は金（Ａｕ）製で、当技術分野では一般的に知られているスタッドバンプ形成を用いて形成されたものである。台座１９８，２００はＡｕ以外の他の導電性材料、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、これらの組み合わせ、または上記で列挙された導電性酸化物及び透過性導電性酸化物などを含む、第１コンタクト及び第２コンタクトに用いた金属でできていてもよい。台座１９８，２００の高さは、結合剤が添加された蛍光物質被覆の所望の膜厚によって異なるものであってもよく、また、ＬＥＤから、結合剤が添加された蛍光物質被覆の上面までの高さと一致するか、それよりも上方に延びる高さでなければならない。
【００８９】
ＬＥＤウェハ１８０は、上述の方法を用いて、蛍光物質被覆２０２で覆われている。被覆２０２は各ＬＥＤ１８４及びそのコンタクト１９４，１９６を覆っており、当初の膜厚は台座１９８，２００を覆う／埋め込む程度である。また、蛍光物質被覆２０２は上述の方法を用いて硬化されていてもよく、上記で説明されたものとは異なる結合剤及び蛍光物質材料を含んでいてもよい。ＬＥＤの最初の被覆後、台座１９８，２００を露出させるために、もしくは被覆２０２の総膜厚を減らすために被覆全体を薄くする平坦化等の処理がさらに必要とされる場合もある。
【００９０】
一度台座が露出すると、ＬＥＤウェハ１８０に対してプローブ測定を行って、各ＬＥＤの発光特性を測定してもよい。上記で説明したように、プローブ測定とは、各ＬＥＤ１８４において、露出した台座１９８，２００と電気的に接触して電気信号をＬＥＤ１８４に印加することにより、ＬＥＤを発光させることである。ウェハの発光特性マップを作成してもよい。このマップは、各ＬＥＤチップ１８２を目標の発光で、またはその付近で発光するように調整するのに必要となるマクロ加工または微細加工の量及び領域を決定するために使用可能なものである。
【００９１】
次に図１３ｂにおいて、蛍光物質被覆２０２を加工して、いくつかのＬＥＤチップ１８２、もしくは全部のＬＥＤチップ１８２の上にある蛍光物質被膜の量を削減することによって、各ＬＥＤの発光特性を「調整」してもよい。除去される蛍光物質被覆２０２の量は、目標の発光特性に対して開始時に測定されたＬＥＤチップ１８２の発光特性によって決定されてもよく、上述のように表面変動を相殺してもよい。加工形状の数、間隔、及び深さを制御して、所望量の蛍光物質被覆２０２を除去してもよい。
【００９２】
蛍光物質被覆２０２内に穴２０６を形成するために、様々なマクロ加工方法や微細加工方法が上述のように使用されてもよく、これにより、被覆２０２が部分的に除去される。図示された実施形態では複数の穴が存在するが、一実施形態において、少なくとも数個のＬＥＤの上に１つの穴が設けられていてもよい。ＬＥＤ１８４からの光は被覆２０２を通過するが、ここで光のうちの少なくとも一部が被覆２０２中の蛍光物質材料によって変換される。加工処理後は、存在する蛍光物質被覆２０２は少なくなり、ＬＥＤ光が通る蛍光物質材料も少なくなる。その結果、変換されるＬＥＤ光の量も減り、蛍光物質被覆を加工すると、ＬＥＤチップ１８２は、ＬＥＤ光と蛍光物質で変換された光とが混ざる割合が異なる光を発光する。
【００９３】
上述のように、各ＬＥＤ１８４の発光特性は異なっていてもよく、各ＬＥＤ１８４上の蛍光物質被覆２０２の膜厚は一様でなくてもよい。つまり、目標の発光を実現するためには、各ＬＥＤ上で除去される蛍光物質被覆２０２の量は異なっていてもよい。例えば、被覆中で互いに異なる深さになっている穴を有することによって、穴の数を変えることによって、あるいは、直径が異なる穴を設けることによって、各ＬＥＤ１８４上の蛍光物質を微細加工してそれぞれ異なる量の材料を除去してもよい。穴を組織化するように配置して、形状や文字を形成してもよい。
【００９４】
ＬＥＤチップ１８２に対して再びプローブ測定を行い、目標の発光で、あるいは目標の発光から許容範囲の偏差で発光するかどうかを判定してもよい。もし判定結果がよくなければ、ＬＥＤチップ１８２を追加の微細加工でさらに調整してもよい。このプロセスは、ＬＥＤチップ１８２が所望の特性で、またはその近辺で発光するまで続けられ得る。
【００９５】
次に図１３ｃにおいて、上記で説明した既知のプロセスを用いて、ＬＥＤウェハ１８０からＬＥＤチップ１８２を図示したような個々のデバイスに分割しても、あるいはデバイスの群に分割してもよい。次に、このＬＥＤチップ１８２を上述のようにパッケージングして接続してもよい。
【００９６】
以上のように、本発明は、多くの種類のＬＥＤウェハ及びＬＥＤチップ構造とともに使用可能である。図１４ａ〜１４ｃは本発明に係るＬＥＤウェハ２２０の別の実施形態を示したものである。まず図１４ａを参照すると、ＬＥＤチップ２２２が、ウェハレベルでサブマウント２２４上にフリップチップ実装されている。ＬＥＤチップ２２２は、そのＬＥＤ２２２の間の分割線またはダイシング線を示す極めて細い線とともに示されており、追加的な製造工程が続く。ＬＥＤチップ２２２はそれぞれ、種々の半導体層が上述の様々な手法で配置されている半導体製のＬＥＤ２２６を備えている。ＬＥＤ２２６は一般的に、互いに異なる導電型にドープされた第１エピタキシャル層２３０と第２エピタキシャル層２３２に挟まれた活性層／領域２２８を備えていて、ウェハレベルではこれらが全て基板２３４上に連続して形成されている。本発明は特に、両コンタクトがともに１つの表面から接続可能であるように構成されたＬＥＤ、例えば水平構造を有するＬＥＤを伴う使用に適用される。各ＬＥＤ２２６はさらに、第１エピタキシャル層と第２エピタキシャル層の上に、第１電極またはコンタクト２３６と第２電極またはコンタクト２３８をそれぞれ有している。上記で説明されたように、電流拡散層及び構造を有していてもよい。
【００９７】
ＬＥＤチップ２２２はそれぞれさらに、ＬＥＤ２２６をフリップチップ実装ができるように構成されたサブマウント２２４の一部を備えている。サブマウント２２４は、導電性または半導電性の材料、あるいは絶縁性材料といった種々の材料から形成されていてもよい。適した材料の中には、アルミナ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、またはポリイミド等のセラミックも含まれている。他の実施形態では、サブマウントウェハは、プリント回路基板（ＰＣＢ）、サファイアまたはケイ素、炭化ケイ素、あるいは、市販のＴ−Ｃｌａｄ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌａｄ：商品名）絶縁基板材料といった他のあらゆる適した材料から構成されていてもよい。サブマウントウェハ２２４は、エッチング等の既知のプロセスを用いて形成可能な複数のスルーホール２４０を備えていてもよく、ここで、スルーホール２４０のうちの２つ以上がＬＥＤ２２６のうちの対応する１つと連携するように構成されている。図示された実施形態では、スルーホール２４０は２つ一組で配置されていて、各組は、ＬＥＤ２２６のうちの対応する１つに含まれる第１コンタクト２３６及び第２コンタクト２３８とそれぞれ一直線に並ぶように、寸法や間隔が決められている。
【００９８】
スルーホール２４０の表面を含むサブマウント２２４の表面を覆う絶縁層２４２を有していてもよい。絶縁層２４２は、サブマウント２２４の表面上にある電気信号がサブマウント２２４内へは伝わらないように、ウェハを電気的に絶縁する。絶縁層には様々な材料が使用可能であるが、適した材料は窒化ケイ素または酸化ケイ素である。セラミック等の絶縁材料製のサブマウントウェハの場合、絶縁層や電気的絶縁を有することが必要とされない場合もある。
【００９９】
各スルーホール２４０に導電材料を充填して、サブマウント２２４を貫通して導電ビア２４４を形成してもよい。ＬＥＤチップはそれぞれ、サブマウント２２４においてＬＥＤチップのダイシング後に電気的にも物理的にも底面上のスペースから分離されているように配置されている部分の底面上に、第１底面金属パッドまたはトレース２４６及び第２底面金属パッドまたはトレース２４８を有していてもよい。底面トレース２４６，２４８はそれぞれ、ビア２４４のうちの対応する１つと電気的に結合されている。第１底面金属トレース２４６に印加された電気信号はＬＥＤチップのビア２４４のうちの一方につながり、第２底面金属トレース２４８に印加された信号はＬＥＤチップのビア２４４のうちの他方につながる。サブマウント２２４の上面に、信号をビア２４４から第１コンタクト２３６及び第２コンタクト２３８へ伝える第１上面トレース２５０及び第２上面トレース２５２を有していてもよい。一般的にははんだ等の１つ以上の接合／金属層である導電性接合材料２５４によって、ＬＥＤ２２６をサブマウント２２４上に搭載する。接合材料は一般的に第１上面トレース２５０を第１コンタクト２３６に、第２上面トレース２５２を第２コンタクト２３８にそれぞれ接合する。
【０１００】
ＬＥＤウェハ２２０は、ＬＥＤチップ２２２の各々のＬＥＤ２２６を覆う蛍光物質／結合剤被覆２５６によって覆われていてもよい。結合剤が添加された蛍光物質被覆は上述の結合剤及び蛍光物質材料で構成されていてもよく、上述のように塗布・硬化・平坦化されてもよい。次にＬＥＤウェハ２２０に対して、第１底面トレース２４６及び第２底面トレース２４８と導通してＬＥＤ２２６を発光させることによって、プローブ測定を行ってもよい。マップはウェハ面内でのＬＥＤチップの発光特性から作成されてもよい。
【０１０１】
次に図１４ｂにおいて、蛍光物質／結合剤被覆２５６を上述の方法のうちのいずれか１つを用いてマクロ加工または微細加工することにより、各ＬＥＤチップ２２２の発光特性を「調整」してもよい。図示された実施形態では、微細加工で被覆２５６に穴２５８を形成することによって、蛍光物質材料を除去している。被覆を穴以外の他の手法で除去してもよいことは理解されよう。ＬＥＤチップ２２２を再びプローブ測定して出力特性を測定してもよく、また、必要であれば、ＬＥＤチップが目標の発光特性で、またはその近辺で発光するようにもう一度微細加工してもよい。次に図１４ｃにおいて、その後、ＬＥＤウェハからＬＥＤチップ２２２を、個々のチップに分割しても、あるいはＬＥＤチップ２２２のグループに分割してもよい。次に、上述したように、このＬＥＤチップ２２２をさらにパッケージングしてもよい。
【０１０２】
図１５は、本発明に係るＬＥＤチップ２４０の別の実施形態を示したものであり、ここでは、上記で説明した方法を用いて発光特性をウェハレベルかＬＥＤチップレベルのどちらかで調整している。ＬＥＤチップ２４０は、ＬＥＤを構成する半導体層２４２を基板／ウェハ２４４上に備えている。第１蛍光物質／結合剤被覆２４６、第２蛍光物質／結合剤被覆２４８、第３蛍光物質／結合剤被覆２５０が半導体層上に形成されている。一実施形態において、蛍光物質／結合剤被覆２４６，２４８，２５０はＬＥＤ光を吸収して、組み合わされると白色光になる色を発することができるが、一実施形態では被覆はそれぞれ赤色光、緑色光、及び青色光を発光する。各被覆は、ＬＥＤチップの白色光発光の色点を調整するように、上述の方法を用いて加工されてもよい。
【０１０３】
図１６は本発明に係るＬＥＤチップ２６０のさらに別の実施形態を示したものであり、ここでは、ＬＥＤチップ２６０はＬＥＤを構成する半導体層２６２を基板／ウェハ２６４に備えている。この実施形態でＬＥＤチップ２６０は、３つの蛍光物質／結合剤被覆の代わりに、ＬＥＤ光を吸収して白色光になる組み合わせの光をそれぞれ発する第１水平構造蛍光物質／結合剤領域２４６，第２水平構造蛍光物質／結合剤領域２４８，第３水平構造蛍光物質／結合剤領域２５０を有している。この実施形態では、領域はそれぞれ、ＬＥＤチップが白色光を発光するように組み合わされる赤色光、緑色光、及び青色光を発光する。領域のうちのいずれか１つから変換材料を除去するために、各領域を上述の方法を用いて加工して、ＬＥＤチップの色点へと調整してもよい。上述の方法を用いて、異なる組み合わせの水平構造領域または層を有する蛍光物質領域を備えたＬＥＤチップを加工して発光特性を調整してもよいことは理解されよう。
【０１０４】
また、本発明に係る加工を用いて、光をより多く取り出すために、またはＬＥＤチップの発光パターンを成形するために、蛍光物質／結合剤被覆またはＬＥＤチップの他の層を成形したり、その表面に特定の模様をつけたりしてもよい。図１７は本発明に係るＬＥＤチップ２８０の別の実施形態を示したものであり、ここでＬＥＤチップ２８０は、基板／ウェハ２８４の上には半導体層２８２を、半導体層の上には蛍光物質／結合剤被覆２８６を備えている。蛍光物質／結合剤被覆２８６の加工によって、蛍光物質材料の除去と被覆の成形のどちらも行うことができる。ＬＥＤチップ２８０の場合、加工を行うことで、蛍光物質材料を除去するとともに半導体層上の結合剤被覆をレンズ形状に成形する。一実施形態では、レンズ成形の際に所望の量の変換材料を除去してもよく、また、例えば、レンズ形状に成形された変換材料に穴２８８あけて変換材料を除去することによって、他の変換材料を追加で除去してもよい。
【０１０５】
それぞれの実施形態を参照して説明されている穴は、本明細書に記載されているもの以外にも、多くの異なる形状をとってもよく、また多くの異なるやり方で配置されてもよいことは理解されよう。穴の深さや直径も異なっていてもよく、形状も円筒形以外であってもよく、そして、特定の模様や輪郭を有するような、異なる外観を有していてもよい。穴はＬＥＤチップの発光パターンを変化させる形状や外観を有していてもよく、また、穴をＬＥＤチップの発光パターンを変化させるように角度をなして設けてもよい。各穴が同じ角度、または異なる角度を有していてもよい。
【０１０６】
図１８は、半導体層３０２、基板／ウェハ３０４、蛍光物質／結合剤被覆３０６を有するＬＥＤチップ３００のさらに別の実施形態を示したものである。この実施形態では、加工によって、変換材料を除去するだけでなく、光をより多く取り出すために蛍光物質／結合剤被覆３０６の表面に特定の模様をつけてもよい。蛍光物質／結合剤は図１７及び図１８に示したもの以外の形状や表面模様を有していてもよく、穴などによって変換材料を除去していてもよい。
【０１０７】
本発明をその好適な構成を参照して詳細に説明してきたが、他の変形例も実行可能である。例えば、本発明は、デバイス性能を上げるための様々なデバイス構成（形態、形状、寸法、及びチップの上、中、及び周囲にある他の要素）とともに使用することができる。したがって、本発明の精神と範囲は上述の実施例に限定すべきではない。
【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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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図６】
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