(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する化合物半導体からなる第１の透明基板と、化合物半導体からなる第２の透明基板とを貼り合わせた化合物半導体ウェーハから個片化された化合物半導体チップの貼り合わせ不良部の検出方法であって、
同軸落斜照明の光を前記化合物半導体チップに照射し、前記化合物半導体チップの貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別し、前記貼り合わせ不良部を検出することを特徴とする貼り合わせ不良部の検出方法。
【請求項２】
前記同軸落斜照明の光は５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯を含み、
前記同軸落斜照明の光の照度が、４００００ルクス以上であることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせ不良部の検出方法。
【請求項３】
前記貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する際に、前記化合物半導体チップの画像を取り込み、取り込んだ画像から予め登録した色を抽出し、抽出した色が白、その他の色がグレーになるように前記取り込んだ画像をグレー変換し、グレー変換が施された画像を二値化処理することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせ不良部の検出方法。
【請求項４】
前記貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する際に、５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯の色を識別することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貼り合わせ不良部の検出方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせ不良部の検出方法を実施する検査システムであって、
検査対象に光を照射する同軸落斜照明と、
前記検査対象を載置する載置台と、
前記載置台を載せるＸ−Ｙステージと、
前記検査対象からの反射光を撮像する撮像装置と、
前記Ｘ−Ｙステージの駆動を制御するコントローラと、
前記撮像装置で撮像された画像の画像処理を行う画像処理器と、
を有することを特徴とする検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貼り合わせ不良部の検出方法、及び、この検出方法を実施する検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超高輝度型発光素子を製造する場合、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下ＭＯＶＰＥ法という）を用いるリアクターにて、ＧａＡｓ基板の上に４元発光層、光取り出し用の窓層を順次成長させてから取り出し、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下にＨＶＰＥ法という）を用いるリアクターに入れて、窓層の上に更に厚い窓層を成長させ、電極形成等の工程を行ってから、ダイシング工程等により個片化し、チップ化する。このように窓層を厚くすることによって、発光素子側面からの光の取り出し効率を上げている。
【０００３】
一方で、発光層から放たれた基板側への光は、ＧａＡｓ基板により吸収されてしまう。そこで、さらに光取り出し効率を上げるために、このような発光層からの光の吸収を防止するとともに発光層から基板側へ放出される光を取り出すことができるように、ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去して、成長基板を除去したエピタキシャルウエーハと、透明基板であるＧａＰ基板との直接接合を行っている。このような構成により、発光層からの光を上部窓層と、直接接合により貼り合わされている透明基板とにより、発光層からの光を外部に効率良く取り出すことができる。
【０００４】
しかしながら、直接接合による貼り合わせでは、貼り合わせ界面にボイドが形成されている領域（貼り合わせ不良部）が観察されることがある。このような貼り合わせ不良部を検出するための光学系を利用した自動検査装置は数多く存在しているが（例えば、特許文献１参照）、それらの装置は、横方向、又は、斜め上方向から照明光を入射させ、貼り合わせ不良部の反射光と貼り合わせ良品部の反射光の明度（明暗）の差で貼り合わせ不良部を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０２１５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の検出方法では、不良部と良品部との間の反射光の明度（明暗）の差が小さく、貼り合わせ不良部を精度良く検出することが困難であり、コストの掛かる目視検査に頼らざるを得なかった。なお、目視検査工程においては、実体顕微鏡（ＬＥＤ照明下）を利用し、目視検査によって貼り合わせ不良部を検出し、真空ピンセット等で不良チップを除去している。このような目視検査工程にかかるコストは製造工程で大きなウエイトを占めており、かつ、目視検査工程での検出精度の不確実さや検査精度の不安定さが目立ち、目視検査も１度だけでなく、多重検査が必要になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、化合物半導体からなる２枚の透明基板を直接接合により貼り合わせた化合物半導体ウェーハを個片化した化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出できる貼り合わせ不良部の検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、発光層を有する化合物半導体からなる第１の透明基板と、化合物半導体からなる第２の透明基板とを貼り合わせた化合物半導体ウェーハから個片化された化合物半導体チップの貼り合わせ不良部の検出方法であって、同軸落斜照明の光を前記化合物半導体チップに照射し、前記化合物半導体チップの貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別し、前記貼り合わせ不良部を検出することを特徴とする貼り合わせ不良部の検出方法を提供する。
【０００９】
このように、同軸落斜照明の光を化合物半導体チップに照射し、化合物半導体チップの貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別し、貼り合わせ不良部を検出することで、化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出でき、また、目視検査を行う必要がないので、検査工程のコストを低減することができる。
【００１０】
このとき、同軸落斜照明の光が５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯を含み、同軸落斜照明の光の照度が、４００００ルクス以上であることが好ましい。
このように同軸落斜照明の光が５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯であれば、確実に貼り合わせ不良部を検出することができる。また同軸落斜照明の光の照度が４００００ルクス以上とすることで貼り合わせ界面からの情報をより多く取得することができ、より確実に貼り合わせ不良部を検出することができる。
【００１１】
貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する際に、化合物半導体チップの画像を取り込み、取り込んだ画像から予め登録した色を抽出し、抽出した色が白、その他の色がグレーになるように前記取り込んだ画像をグレー変換し、グレー変換が施された画像を二値化処理することができる。
貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する方法として、上記のような方法を好適に用いることができる。
【００１２】
貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する際に、５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯の色を識別することが好ましい。
上記の波長帯の色を識別することで、貼り合わせ不良部からの反射光の色を確実に識別することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記の貼り合わせ不良部の検出方法を実施する検査システムであって、検査対象に光を照射する同軸落斜照明と、前記検査対象を載置する載置台と、前記載置台を載せるＸ−Ｙステージと、前記検査対象からの反射光を撮像する撮像装置と、前記Ｘ−Ｙステージの駆動を制御するコントローラと、前記撮像装置で撮像された画像の画像処理を行う画像処理器と、を有することを特徴とする検査システムを提供する。
【００１４】
本発明の貼り合わせ不良部の検出方法を実施する検査システムとして、このような構成の検査システムを好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出でき、また、目視検査を行う必要がないので、検査工程のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の貼り合わせ不良部の検出方法のフロー図である。
【図２】本発明の貼り合わせ不良部の検出方法のステップＳ１３の一例を示すフロー図である。
【図３】本発明の検査システムの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の検査システムで検査されるワーク（検査対象）の拡大図、ワークの撮像画像、及び、撮像画像をグレー変換・二値化処理を施した後の画像を示す図である。
【図５】目視検査において合格になり、実施例において不合格になったチップのリング照明を用いて撮像した画像、及び、実施例で撮像した画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述のように、超高輝度型発光素子を製造する場合、成長基板を除去したエピタキシャルウエーハと、透明基板であるＧａＰ基板との直接接合を行うことで、発光層からの光を外部に効率良く取り出すことを可能にしていた。しかしながら、直接接合による貼り合わせでは、貼り合わせ界面に貼り合わせ不良部が観察されることがあり、このような貼り合わせ不良部を検出するための光学系を利用した自動検査装置は数多く存在している。それらの装置は、横方向、又は、斜め上方向から照明光を入射させ、貼り合わせ不良部の反射光と貼り合わせ良品部の反射光の明度（明暗）の差で貼り合わせ不良部を検出するものである。
しかしながら、上記の検出方法では、貼り合わせ不良部を精度良く検出することが困難であり、コストの掛かる目視検査に頼らざるを得ないという問題があった。
【００１８】
そこで、発明者は、化合物半導体からなる２枚の透明基板を直接接合により貼り合わせた化合物半導体ウェーハを個片化した化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出できる貼り合わせ不良部の検出方法について鋭意検討を重ねた。その結果、同軸落斜照明の光を化合物半導体チップに照射し、化合物半導体チップの貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別し、貼り合わせ不良部を検出することで、化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出できることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１９】
ここで、検査対象となる化合物半導体基板の欠陥及び欠陥検査について説明する。検査対象となる化合物半導体基板は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に発光層部として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、厚さ１μｍ程度のｎ型クラッド層、厚さ０．６μｍ程度の活性層、及び厚さ１μｍ程度のｐ型クラッド層を、この順序にてＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させ、さらにＨＶＰＥ法によりｐ型ＧａＰよりなる電流拡散層（窓層）を形成した基板からＧａＡｓ単結晶基板を除去し、除去した面に透明なｎ型ＧａＰ基板を直接接合させた化合物半導体基板とすることができる。この接合界面にはボイドやマイクロボイドといった貼り合わせ不良部が発生することがある。これらの貼り合わせ不良部を含んだままチップ形成工程に流し、工程中の外観検査や仕上げ検査（電極のついたチップの状態での検査）にて、上記貼り合わせ不良部を有するチップを取り除いている。
【００２０】
まず、図３−４を参照しながら、本発明の検査システムの一例を説明する。
図３の検査システム２０は、ワーク（検査対象）１０に光（照射光）３０を照射する同軸落斜照明２１と、ワーク１０を載置するワークフレーム（載置台）２８と、ワークフレーム２８を載せるＸ−Ｙステージ２９と、ワーク１０からの反射光３１を撮像する撮像装置２４と、Ｘ−Ｙステージ２９の駆動を制御するコントローラと、撮像装置２４で撮像された画像の画像処理を行う画像処理器を有している。同軸落斜照明２１からの光は、例えば、ハーフミラー２２、レンズ２３を介してワーク１０に照射することができる。ワーク１０は、例えば、ワーク保持テープ２７によりワークフレーム２８に固定することができる。上記のコントローラ及び画像処理器は、例えば、パーソナルコンピュータ２６を用いることができる。検査システム２０は、さらに、撮像装置２４で撮像された画像や画像処理器で画像処理された画像を表示するモニター２５を有することができる。
【００２１】
図４（ａ）にワーク１０の拡大図を示す。ワーク１０は、発光層１１と窓層１２とが積層された第１の透明基板１３と、第２の透明基板１４とを貼り合わせて電極１５を形成したウェーハをダイシング等により個片化したものである。発光層１１は、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる４元発光層であり、窓層１２は、例えば、ＧａＰ層であり、第２の透明基板１４は、例えば、ＧａＰ基板である。
ワーク１０の第１の透明基板１３と第２の透明基板１４との間の貼り合わせ界面には、ボイドやマイクロボイドといった貼り合わせ不良部１６が生じることがある。
図４（ｂ）は撮像装置２４で撮像された画像を示しており、図４（ｃ）は図４（ｂ）の画像を画像処理器で画像処理した画像を示している。
【００２２】
次に、図１−２を参照しながら、本発明の貼り合わせ不良部の検出方法を説明する。
まず、発光層を有する化合物半導体からなる第１の透明基板と、化合物半導体からなる第２の透明基板とを貼り合わせた化合物半導体ウェーハから個片化された化合物半導体チップを準備する（図１のステップＳ１１を参照）。
【００２３】
具体的には、発光層１１と窓層１２とが積層された第１の透明基板１３と、第２の透明基板１４とを貼り合わせて、さらに電極１５を形成したウェーハをダイシング等により個片化したワーク１０（図４（ａ）を参照）を検査システム２０のワークフレーム２８の上に置く（図３を参照）。
なお、ワーク１０は、ダイシング後のウェーハであって、個片化したチップがダイシングテープからピックアップされる前のチップの集合体とすることができる。
【００２４】
次に、同軸落斜照明の光を化合物半導体チップに照射する（図１のステップＳ１２を参照）。
【００２５】
具体的には、同軸落斜照明２１の光３０をハーフミラー２２、レンズ２３を介して、ワーク１０にほぼ垂直に照射する（図３、図４（ａ）を参照）。
このとき、同軸落斜照明２１の光３０は、５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯を含むことが好ましい。このような波長の光が、貼り合わせ不良部の検出に適している。赤色光（６２０〜７５０ｎｍ）のような波長が長い光では、深い場所の情報まで検出してしまい、ノイズが増え、青色光（４５０〜４９５ｎｍ）のような波長が短い光では、逆に表面の情報が多くなり、ノイズが増えてしまうからである。
なお、リング照明の光を照射するとノイズが増え、欠陥部と良品部の識別が上手く出来ない。
また、同軸落斜照明２１の光３０の照度は特に限定されないが、４００００ルクス以上とすることが好ましい。このような範囲の照度とすることで、貼り合わせ界面からの情報をより多く取得することができ、より確実に貼り合わせ不良部を検出することができる。照度が低いと欠陥部からの発色が弱くなり貼り合わせ不良部をうまく識別できないことがあり、照度が高すぎると表面からの発色が強くノイズとなってしまう場合がある。
さらに、余分なノイズを拾わないために、レンズ２３として、焦点深度の浅いレンズを用いることが好ましい。
【００２６】
次に、化合物半導体チップの貼り合わせ不良部からの反射光の色を識別する（図１のステップＳ１３を参照）。
【００２７】
具体的には、ワーク１０からの反射光３１をレンズ２３、ハーフミラー２２を介して撮像装置２４に取り込んで、反射光３１の中に貼り合わせ不良部１６からの反射光３１’（図４（ａ）を参照）が含まれているかどうかを、貼り合わせ不良部１６からの反射光３１’の色を識別することによって検出する。
【００２８】
ここで、図１のステップＳ１３で行われている処理の一例を図２のフロー図に示す。
まず、化合物半導体チップの画像を撮像装置に取り込む（図２のステップＳ１３１を参照）。  
【００２９】
具体的には、ワーク１０からの反射光３１をレンズ２３、ハーフミラー２２を介して撮像装置２４に取り込むことで、ワーク１０の画像を撮像装置２４に取り込む。このようにして撮像装置２４に取り込んだ画像の一例を図４（ｂ）に示す。
【００３０】
次に、取り込んだ画像から予め登録した色を抽出する（図２のステップＳ１３２を参照）。
【００３１】
具体的には、ステップＳ１３１で撮像装置２４に取り込んだ画像から、画像処理器（例えば、パーソナルコンピュータ２６（図３を参照））を用いて、予め登録した色を抽出する。
このとき、登録する色は、５８０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長帯の色を選ぶことが好ましい。登録する色を上記の波長帯の色とすることで、貼り合わせ不良部からの反射光の色を確実に識別することができる。
【００３２】
次に、抽出した色が白、その他の色がグレーになるように、取り込んだ画像をグレー変換する（図２のステップＳ１３３を参照）。
【００３３】
具体的には、ステップＳ１３１で撮像装置２４に取り込んだ画像において、ステップＳ１３２で抽出した色が白、その他の色がグレーになるように、画像処理器（例えば、パーソナルコンピュータ２６）を用いて、グレー変換を行う。
このようにして、貼り合わせ不良部１６に相当する領域が白、貼り合わせ不良が起きていない領域がグレーである画像（すなわち、グレー変換が施された画像）が得られる。
【００３４】
次に、グレー変換が施された画像を二値化処理する（図２のステップＳ１３４を参照）。
【００３５】
具体的には、ステップＳ１３３でグレー変換が施された画像を、画像処理器（例えば、パーソナルコンピュータ２６）を用いて二値化処理する。
このようにして、貼り合わせ不良部１６に相当する領域が白、貼り合わせ不良が起きていない領域が黒である画像（二値化処理が施された画像）が得られる。二値化処理が施された画像の一例を図４（ｃ）に示す。
また、このとき、必要に応じて、画像処理器（例えば、パーソナルコンピュータ２６）を用いて二値化処理が施された画像にフィルタ処理を施し、ノイズ等を除去することができる。
【００３６】
次に、再び図１のフロー図に戻り、化合物半導体チップの貼り合わせ不良部を検出する（図１のステップＳ１４を参照）
【００３７】
具体的には、ステップＳ１３４で得られた二値化処理が施された画像の白の領域の面積や個数に基づいて、貼り合わせ不良部があるかどうか判定する。この判定は、パーソナルコンピュータ２６（図３を参照）を用いて行うことができる。
【００３８】
上記で説明した本発明の貼り合わせ不良部の検出方法によれば、化合物半導体チップの貼り合わせ界面の貼り合わせ不良部を、精度よく検出でき、また、目視検査を行う必要がないので、検査工程のコストを低減することができる。
また、上記で説明した本発明の検査システムであれば、本発明の貼り合わせ不良部の検出方法を好適に実施することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例）
ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層１１の上にＧａＰからなる窓層１２がエピタキシャル成長された基板（第１の透明基板）１３の発光層側にＧａＰ基板１４が貼り合わされた直径５０ｍｍのウェーハのｐ型側及びｎ型側にＡｕ系のオーミック電極１５を形成し、個片化（チップ化）した。
個片化したチップがダイシングテープからピックアップされる前のチップの集合体であるワーク１０を所定のワークフレーム２８に貼り、図３に示す検査システム２０にセットし、上記で説明した方法に従って検査を行い、不良チップを自動的に除去した。このとき使用した撮像装置２４は、株式会社ＪＡＩ社製のＡＴ２００  ３ＣＣＤカラーカメラであり、レンズ２３は、ショットモリックス社製のＭＭＬ４−ＨＲ６５ＤＶＩ−５Ｍであり、同軸落斜照明２１は、ＣＣＳ社製のＨＬＶ２−２２ＳＷ−３Ｗであった。
検査は、３品種について行った。各品種の検査個数は、表１に示すとおりである。
【００４１】
検査の結果、後述する比較例で検査して合格となったチップにおいても、実施例の方法で検査した場合、表１に示すように不合格となるチップがあり、本発明の優位性が示された。
図５（ａ）に、目視検査で合格となったもので、実施例では不合格となったチップを、従来の目視検査で用いられているリング照明を用いて撮像した画像を示す。また、図５（ｂ）に、目視検査で合格となったもので、実施例では不合格となったチップを、実施例の方法で撮像した画像を示す。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）において、破線で囲った領域は、実施例の検査で貼り合わせ不良が検出された領域である。
このように同軸落斜照明の光を照射したワークからの反射光から予め登録した色を抽出することで、貼り合わせ不良部が検出されやすくなったのがわかる。また、検査に要した時間も比較例に比べて約７０％短縮することができた。
【００４２】
【表１】
0006277931.tif 000002
【００４３】
（比較例）
実施例と同じチップ（表１に示す３品種のチップ）について、目視検査を行った。
表１に示すように、比較例の検査で合格になったチップの中で、実施例の検査で３品種とも不良が検出されており、実施例と比較して検査精度が低いことがわかる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４５】
１０…ワーク（検査対象）、  １１…発光層、  １２…窓層（ＧａＰ層）、
１３…第１の透明基板、  １４…第２の透明基板（ＧａＰ基板）、  １５…電極、
１６…貼り合わせ不良部、
２０…検査システム、  ２１…同軸落斜照明、  ２２…ハーフミラー、
２３…レンズ、  ２４…撮像装置、  ２５…モニター、
２６…パーソナルコンピュータ、  ２７…ワーク保持テープ、
２８…ワークフレーム（載置台）、  ２９…Ｘ−Ｙステージ、  ３０…光（照射光）、
３１…反射光、  ３１’…貼り合わせ不良部からの反射光。
【図１】
0006277931.tif 000003
【図２】
0006277931.tif 000004
【図３】
0006277931.tif 000005
【図４】
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【図５】
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