JP2003188451A - 半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つのレーザチップが１つのサブマウントに
熱接合された半導体レーザ装置を高い歩留りで製造する
方法およびそのような半導体レーザ装置を製造するため
の装置を提供する。 【解決手段】 加熱可能なダイボンドヘッドを複数個備
え、１つのダイボンドヘッド上で熱接合後、このダイボ
ンドヘッドを移動させるともに、サブマウントを搭載し
た別のダイボンドヘッドを移動させる。さらに、ダイボ
ンドヘッドと一体的に移動可能な強制冷却機構を備え、
加熱工程以外はいつでもダイボンドヘッドを冷却できる
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザチップをサブ
マウントに熱接合する装置および方法に関する。特に、
本発明は、２つのレーザチップが１つのサブマウントに
熱接合された半導体レーザ装置の製造方法およびそのよ
うな半導体レーザ装置の製造装置を提供する。

【０００２】

【従来の技術】従来の方法によるダイボンディングの工
程を説明する。図１３のように、従来のダイボンディン
グ装置３は、サブマウントをサブマウント供給シート３
０１から、加熱可能なダイボンドヘッド３０２のダイボ
ンドヘッド（ヒータヘッド）３０３の上に搬送後、真空
吸着して保持する。一方、レーザチップはレーザチップ
供給シート３０４からダイボンドヘッド３０２ヘの搬送
途中に、外形認識部３０５において、裏面からカメラ
（図示せず）で外形位置を画像認識し、その画像認識デ
ータを基にしてサブマウントを位置補正した後、サブマ
ウントの所定位置にレーザチップを搬送搭載する。その
後、ヒータヘッド３０３をパルスヒート加熱してレーザ
チップをサブマウントに熱接合し、接合完了したサブマ
ウントをサブマウント収納シート３０７に収納する。

【０００３】また、他の従来例として、図１４のよう
に、ダイボンディング装置４は、サブマウントをサブマ
ウント供給シート４０１から、加熱可能なダイボンドヘ
ッド４０２のヒータヘッド４０３（図示せず）上に搬送
後、真空吸着して保持し、次にヒータヘッド４０３上で
外形位置を画像処理し、サブマウントを所定位置に位置
補正して待機する一方、レーザチップ供給シート４０４
とダイボンドヘッド４０２との間にレーザチップを発光
させるための中間ステージ４０５を設置し、中間ステー
ジ４０５上にレーザチップを一旦搭載後、発光させ、発
光点認識カメラ４０６により発光点の遠視野像および近
視野像を測定し、レーザチップの位置補正をした後、再
度吸着してサブマウント上まで搬送し搭載する。その
後、ヒータヘッド４０３をパルスヒート加熱してレーザ
チップをサブマウントに熱接合し、接合完了したサブマ
ウントをサブマウント収納シート４０７に収納する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においては以下の欠点があった。 （１）中間ステージにてレーザチップを発光させてＸＹ
位置、Θ傾き調整を行った後、ヒータヘッドにレーザチ
ップを搬送するので、搬送機構の機械的誤差やチップを
取り上げるときに生じるチップの位置ずれがそのままサ
ブマウントへの搭載位置の誤差となってしまっていた。
１つのサブマウントに対して１つのレーザチップをボン
ディングする従来の装置においては、これらの誤差は実
用上問題のない範囲であったため、ヒータヘッドはサブ
マウントにレーザチップを熱接合するための加熱機能に
限定しておけばよく、レーザチップを発光させてその発
光点位置を基にしてレーザチップのＸＹ位置、Θ傾き調
整を行う必要があるという概念はなかった。そのため、
ヒータヘッドは、レーザチップの発光点の遠視野像や近
視野像を画像認識できる外形形状にはなっていない。し
かし、２つのレーザチップを近接して配置しなければな
らないような場合には、位置精度をより高くしなければ
チップ同士が接触したり、光ピックアップに組み込んだ
ときに充分な光学特性が得られないといった問題があ
り、上記誤差を無視することができない。 （２）ヒータヘッド上でレーザチップを発光させるため
には定格温度以下にヒータヘッドを一旦冷却する必要が
あるが、ヒータヘッドの冷却時間が装置サイクルタイム
に付加され、装置を高速に稼動できない。 （３）２つのレーザチップをサブマウントに同時に熱接
合する際、コレットを単純に２つにして同時に動かす
と、各レーザチップの寸法や構造の違いにより、２つの
レーザチップで接合強度のバラツキが発生したり、Ａｕ
Ｓｎなどの接合材の這い上がりによるショートが発生
し、歩留りが低下することがある。 （４）パルスヒータによるヒータヘッドの加熱制御はヒ
ータヘッドに付設した熱電対で実施しているがヒータヘ
ッドの通電電流の経時変化は検出していないため、熱電
対を用いた温度測定により見かけの温度は設定値に制御
されていても、ヒータヘッドの劣化による異常高電流が
発生し、ヒータヘッドの過熱が発生することがある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の欠点に
鑑みてなされたものである。従って、本発明の目的は、
前記欠点を克服しつつ、１つのサブマウント上に２つの
半導体レーザチップを高精度に、狭いピッチにてボンデ
ィングする方法およびそのためのボンディング装置を提
供することにある。

【０００６】本発明は、レーザチップホルダーと、レー
ザチップの位置および発光光軸の向きを調整するための
中間ステージと、基板を搭載し、該レーザチップを該基
板に熱接合するためのダイボンドヘッドとを有する半導
体レーザ装置の製造装置において、さらに、該ダイボン
ドヘッドに搭載した基板上で、レーザチップを発振閾値
以下で発光させるためのコンタクトプローブと、該ダイ
ボンドヘッドの前方に位置し、レーザチップの発光点の
近視野像を観測し、発光点位置を計測するための発光点
認識カメラと、該レーザチップの発光点位置の計測結果
に基づき、該レーザチップを該基板の所定位置に搬送す
る水平左右方向と水平前後方向の２方向の微動機構を備
えた搬送用コレットとを有し、ここに、該ダイボンドヘ
ッドはパルスヒート加熱が可能であることを特徴とする
半導体レーザ装置の製造装置を提供する。本発明の半導
体レーザ装置の製造装置において、該搬送用コレット
は、レーザチップに接触してレーザチップを発光させる
ためのプローブ電極として機能し、該コンタクトプロー
ブは、レーザチップに通電するために該基板上に形成さ
れた配線パターンに接触してレーザチップを発光させる
ためのプローブ電極として機能することを特徴とする。

【０００７】すなわち、本発明によれば、加熱直前のヒ
ータヘッド上でレーザチップを発光させ、発光点の近視
野像を測定し、位置決め調整後に加熱することにより、
位置決め後の搬送動作がなく、２つのレーザチップを高
精度に保持したまま熱接合できる。その際、レーザチッ
プ側のプローブ電極としてコレットを兼用するため、吸
着したまま位置決め調整できる。また、サブマウント側
のコンタクトプローブ機構を別途設置することにより、
熱接合前のレーザチップをサブマウント上で同時に発光
させることができる。

【０００８】また、本発明の半導体レーザ装置の製造装
置において、該ダイボンドヘッドの上部は、基板を搭載
するための基板搭載領域と該基板搭載領域から該発光点
認識カメラに向かって下降する傾斜領域とを含む形状を
有することを特徴とする。すなわち、ヒータヘッドがレ
ーザチップからの発光ビームを遮らないような傾斜と長
さを有することにより画像認識が正確に行える。

【０００９】さらに、本発明の半導体レーザ装置の製造
装置は、該ダイボンドヘッドを強制冷却する機構を有す
ることを特徴とし、該冷却機構はダイボンドヘッドと一
体的に移動可能であることを特徴とする。該冷却機構は
圧縮空気を該ダイボンドヘッドに吹き付ける機構である
ことが好ましく、ダイボンドヘッドが結露しない常温の
圧縮空気を吹き付けることが好ましい。すなわち、サブ
マウント上のレーザチップを加熱するヒータヘッドを加
熱サイクル終了後、急速冷却することにより、ヒータヘ
ッド上のサブマウントでレーザチップを定格温度以下で
発光させることができる。また、移動するヒータヘッド
に冷却機構を積載しているため、加熱サイクル以外は冷
却を行うことができる。また、冷却時の冷却温度の検出
に、ヒータヘッドの加熱温度プロファイルを制御するた
めにヒータヘッドに付設する熱電対を兼用するため、余
分な検出器が必要なく、温度を監視しながら冷却でき
る。

【００１０】本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、
さらに、２以上のダイボンドヘッド、該基板にレーザチ
ップを熱接合するためのダイボンド部および、該基板を
搭載し、レーザチップが熱接合された基板を回収するた
めの基板交換部を有し、ここに、該２以上のダイボンド
ヘッドは、該ダイボンド部と該基板交換部との間で移動
可能であることを特徴とする。すなわち、本発明によれ
ば、ヒータヘッドを複数個有することにより、サブマウ
ントの交換、ヒータヘッドの冷却を並行して行えるた
め、装置のサイクルタイムを短縮できる。

【００１１】また、本発明の半導体レーザ装置の製造装
置は、２以上のレーザチップホルダー、２以上の中間ス
テージをさらに有し、該ダイボンドヘッドに搭載された
１つの基板に発光波長の異なる２以上のレーザチップを
熱接合することを特徴とする。

【００１２】本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、
さらに該発光点認識カメラのレンズは色収差補正レンズ
であることを特徴とする。すなわち、発光波長の異なる
複数のレーザチップの発光点を同時に観察する場合に
も、発光点認識カメラに使用するレンズが色収差補正レ
ンズであるので、各々のチップの波長の違いによる発光
軸方向の距離認識の違いを無すことができるので、正確
に発光点位置を計測することができる。

【００１３】また、本発明は、一つの局面において、コ
レットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレ
ーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板
上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合
する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法であっ
て、該ダイボンドヘッド上で該レーザチップを発振閾値
以下で発光させて、レーザチップの発光点の近視野像を
観測することにより、該レーザチップの発光点の位置を
測定する工程と、該レーザチップの発光点位置を基に該
レーザチップを水平面内で光軸方向および光軸に対し垂
直な方向に平行移動することにより、該基板の所定の位
置に該レーザチップを設置する工程とを有することを特
徴とする半導体レーザ装置の製造方法を提供する。

【００１４】本発明は、もう一つの局面において、コレ
ットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレー
ザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板上
に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合す
る工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法であって、
２以上のダイボンドヘッドのうち１のダイボンドヘッド
上に該レーザチップを接合材を介して該基板と接触させ
る工程と、該１のダイボンドヘッドを加熱して該接合材
を溶融することにより該レーザチップと該基板とを接合
した後、該１のダイボンドヘッドの加熱を停止し、該１
のダイボンドヘッドをダイボンド位置から待避させる工
程と、該１のダイボンドヘッドとは異なるダイボンドヘ
ッドを所定の位置に配置する工程とを有することを特徴
とする半導体レーザ装置の製造方法を提供する。

【００１５】本発明は、さらにもう一つの局面におい
て、コレットを用いて、レーザチップホルダーに搭載さ
れたレーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つ
の基板上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に
熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法で
あって、該ダイボンドヘッドに搭載された１つの基板に
発振波長の異なる２以上のレーザチップを搭載する工程
と、該ダイボンドヘッド上においてレーザチップと導通
するために該基板上に形成された配線パターンにコンタ
クトプローブを接触させる工程と、該ダイボンドヘッド
上において、該レーザチップを発振閾値以下で発光させ
て、レーザチップの発光点の近視野像を観測することに
より、該２以上のレーザチップのそれぞれの発光点位置
を測定する工程と、該レーザチップのそれぞれの発光点
位置を基に該２以上のレーザチップを水平面内で光軸方
向および光軸に対し垂直な方向に平行移動することによ
り、該２以上のレーザチップの相対位置を所定の位置に
設置する工程とを有することを特徴とする２以上のチッ
プが搭載された半導体レーザ装置の製造方法を提供す
る。

【００１６】本発明の２以上のチップが搭載された半導
体レーザ装置の製造方法は、独立して移動可能な複数の
コレットの各々で１つのレーザチップを吸着する工程
と、該複数のコレットの各々で吸着したレーザチップを
該ダイボンドヘッド上に搭載された１つの基板に接触さ
せる工程と、該ダイボンドヘッドを加熱して昇温する工
程と、該複数のコレットの各々を該昇温する工程の異な
るタイミングで該レーザチップから離す工程とを有する
ことを特徴とする。すなわち、本発明の方法によれば、
２つのレーザチップを押さえている各コレットが温度プ
ロファイルに対して別々に上昇するため各レーザチップ
に対して接合が安定する。

【００１７】さらに、本発明の２以上のチップが搭載さ
れた半導体レーザ装置の製造方法は、該基板上の配線に
接触させたコンタクトプローブを待避させた後、ダイボ
ンドヘッドを加熱する工程を有することを特徴とする。

【００１８】なおさらに、本発明の半導体レーザ装置の
製造方法は、ダイボンドヘッドに流れる電流および該ダ
イボンドヘッドの温度を同時に管理することにより該ダ
イボンドヘッドの異常通電を検出することを特徴とす
る。これにより、ダイボンドヘッドの劣化を検出し、規
定温度以上での基板およびレーザチップの過熱を防止す
ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザ装置
の製造方法および製造装置を、２つのチップが１つのサ
ブマウントに搭載された２チップレーザ装置を製造する
ための２チップボンディング装置に適用した場合を例と
して説明する。ここでは、２つのレーザチップとして、
赤色チップおよび赤外チップを例にして説明する。図１
〜３に示す本発明の２チップボンディング装置を用い
て、２つのレーザチップを１つのサブマウントに熱接合
する動作手順は以下の工程を含む。

【００２０】（１）赤色および赤外チップ用のそれぞれ
の供給シート（１０１,１０２）から取出すチップの位
置を画像処理にて確認し、所定の位置にそれらのチップ
を位置決めする工程； （２）突上げバリでチップを突き上げ、コレット（１０
５,１０６）でチップを真空吸着し、供給シート（１０
１,１０２）からチップを取り出す工程； （３）供給シート（１０１,１０２）から取り出したチ
ップを真空吸着したまま定点搬送して、それぞれの中間
ステージ（１０９,１１０）に置く工程； （４）外形認識カメラ（１１１,１１２）を用いてチッ
プの所定の位置からのチップ位置ズレ量ｘｙを検出し、
また、発光点認識カメラ（１１３,１１４）で角度ズレ
量θを検出する工程； （５）中間ステージ（１０９,１１０）をＸＹΘ駆動機
構（図示せず）でズレ量ｘｙθ分だけ移動させて、チッ
プを所定の位置に位置補正する工程； （６）位置補正されたチップをそれぞれのコレット（１
０５,１０６）で真空吸着し、それぞれ左右から、ダイ
ボンドヘッド１１５に置かれたサブマウント１２１上方
位置まで定点搬送する工程；および （７）左右から赤色チップおよび赤外チップ（１０３,
１０４）それぞれを吸着したコレットを下降させ、サブ
マウント１２１上にチップを接触させる工程； （８）チップをコレット（１０５,１０６）で真空吸着
したまま、赤色チップおよび赤外チップ（１０３,１０
４）をサブマウント１２１上に仮置きする工程； （９）サブマウント１２１に形成された赤色チップおよ
び赤外チップそれぞれと導通する配線にコンタクトプロ
ーブ（１２５ａ,１２５ｂ）を接触させ、それぞれのコ
ンタクトプローブとそれぞれのコレット（１０５,１０
６）との間を通電して２つのチップを発光させる工程； （１０）この２つのチップの発光点を１つの発光点認識
カメラ１１９によって認識し、２つのチップの発光点間
の距離および２つの発光点からの発光軸の傾きを検出
し、所定の位置と比較し、基準からのズレ量を検出する
工程； （１１）ズレがあれば、通電を切り、コレットを上昇さ
せ、赤色チップ用および赤外チップ用それぞれのコレッ
トヘッドに設けた圧電素子にズレ量に見合った電圧をか
けることによって、コレットを駆動して基準の発光点位
置にチップ位置を補正する工程； （１２）位置補正後、再度コレットを下降させ、（９）
〜（１１）の工程を所定回数繰返し、２チップの発光点
間距離が仕様の範囲になるまでズレ補正を行う工程； （１３）位置補正を所定回数繰り返し、仕様の精度が得
られない場合はエラーとして処理する工程； （１４）仕様の精度が得られれば、コンタクトプローブ
を上昇させ、両方のコレット（１０５,１０６）を下降
させたままサブマウント１２１を加熱し、赤色チップお
よび赤外チップ（１０３,１０４）を熱圧着によってサ
ブマウント１２１にボンディングする工程； （１５）ボンディング完了後、再度、（９）および（１
０）の工程を行い、位置精度を確認する工程；および （１６）コレット（１０５,１０６）を上昇させ、定点
搬送のスタート位置に戻す工程を含む。

【００２１】上記工程（１１）において、サブマウント
１２１と２つのチップとの位置精度がそれほど重要でな
い場合には、一方のレーザチップ位置を基準として他方
のレーザチップ位置のみを補正することもできる。すな
わち、位置補正すべきチップを吸着するコレット側にの
み圧電素子調整機構（１２９,１３０）を設けるだけで
高精度の補正が可能である。

【００２２】上記工程（１２）において、２チップの発
光点間距離は半導体レーザ装置の仕様等に従って任意に
決定することができる。また、繰返し回数も任意に決定
することができる。

【００２３】通常、ボンディング中はコレットの真空吸
着を継続させるが、チップに伝わった熱が逃げないよう
にするため、上記工程（１４）の加熱途中で、コレット
の真空吸着を切って、コレットを上昇させておくことも
できる。また、（１５）の工程を省略することもでき
る。

【００２４】従来のコレットはサブマウントに対して垂
直に配置されるが、本発明においては、２チップダイボ
ンディングの際、コレット同士が干渉することなく発光
点間隔１００μｍにてダイボンドを精度良く行うことが
できるように、図１０に示すごとく、コレットを装置前
方および横方向の双方に傾けて配置する。また、チップ
を発光させるためには、チップの表面にプローブを接触
させる必要があるが、チップが微小の為、従来の装置で
は、コレットでチップを真空吸着したまま他のプローブ
をレーザチップの表面に接触させることが難しかった。
しかしながら、本発明のボンディング装置によれば、コ
レットを通電材料で作成し、コレット自体を通電の電極
にすれば、レーザチップを真空吸着したまま通電して発
光させることができる。

【００２５】本発明によれば、レーザチップを真空吸着
したままコレットを下降し、サブマウント上に搭載し、
吸着コレットとサブマウント上のグラウンド側を通電
し、チップを発光させることができる。 かくして、本発明の半導体レーザ装置の製造方法および
製造装置を用いれば、２チップ半導体レーザ装置を高い
ボンディング精度にて作製することができる。

【００２６】さらに、本発明のボンディング装置に、図
４に示すサブマウント側のコンタクトプローブ機構を別
途設置することにより、サブマウント上で２つのレーザ
チップを同時に発光させることができる。すなわち、２
つのレーザチップをサブマウント上で発光させ、発光点
の近視野像を画像処理する際に、発光ビームが図５およ
び６に示した発光点認識カメラ１１９のレンズに入射す
る前に、ヒータヘッド１１７と干渉し遮られないよう
に、図６に示すようにヒータヘッド１１７の上部に傾斜
と長さを持たせた。２つのレーザチップの発光点間距離
を所定の精度内に収めて確実にボンディングするため、
図５および６に示すように加熱直前のヒータヘッド１１
７に搭載したサブマウント上で各レーザチップを発光し
て位置決め完了後、そのまま加熱して熱接合する。ま
た、発光点認識カメラ１１９のカメラレンズとして色収
差補正レンズを使用することにより波長の異なる２つの
レーザチップの発光軸方向の位置決めも同時にできる。

【００２７】さらに、本発明のダイボンディング装置に
おいて、図７に示すように、冷却用のエアーブロー機構
２をヒータヘッド１１７の直近に設置することによりヒ
ータヘッド１１７を局所的、効率的に急速冷却すること
ができる。また、エアーブロー機構２はヒータヘッド１
１７とともに移動する構造のため加熱サイクル中を除
き、いつでも冷却ができる。また、冷却温度の管理に
は、ヒータヘッド１１７の温度制御用に付設されている
熱電対１１８からの信号を兼用し、冷却時、熱電対によ
り測定された温度が設定温度に下がるまで、エアーブロ
ーを継続する。

【００２８】ヒータヘッドを複数個有することにより、
１つのヒータヘッドがパルスヒート加熱中に、残りのヒ
ータヘッドを冷却することが可能となり、サイクルタイ
ムの増加を防ぐことができる。また、冷却中の他方のヒ
ータヘッド側で接合後のサブマウントと接合前のサブマ
ウントとの交換もでき、さらにサイクルタイムの短縮が
できる。図８に、２個のヒータヘッドを有する場合を示
す。

【００２９】また、本発明によれば、例えば、図９に示
すように、クランプテスタで、ヒータヘッドに流れる電
流を常時モニタして、電流値の変動が一定範囲内を超え
れば、異常と判断して警報を発することにより、ヒータ
ヘッドの劣化も検出できる。さらに、本発明のボンディ
ング方法によれば、図１０および１１に示すように、加
熱サイクル中に２つのコレットの各々を別々のタイミン
グで上昇させることによって接合強度を安定化させると
ともに、接合材の這い上がりを防止することができる。
ここで、接合材は、一般的に熱接合に用いられる金属材
料を意味し、例えば、ＡｕＳｎなどを含む。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例を各図面に基づいて説明す
る。図１〜１０に示すように、本発明のボンディング装
置１は、２つのレーザチップ（１０３,１０４）を供給
する各レーザチップ供給シート（１０１,１０２）、２
つのレーザチップ（１０３,１０４）を発光させて、発
光点の遠視野像および近視野像を画像処理計測し位置と
角度の補正をする各中間ステージ（１０９,１１０）お
よび発光点認識カメラ（１１３,１１４）、ダイボンド
前のサブマウント１２１を供給するサブマウント供給シ
ート１２０、ダイボンドしたサブマウント１２３を収納
するサブマウント収納シート１２２、サブマウントとレ
ーザチップとを加熱し、かつ、サブマウントをサブマウ
ント交換位置とダイボンド位置とを往復搬送させる各ダ
イボンドヘッド（１１５ａ,１１５ｂ）、ダイボンドヘ
ッド上で発光させた２つのレーザチップの発光点の近視
野像を画像処理計測する発光点認識カメラ１１９を含
む。ダイボンドヘッド１１５は、図７に示すごとく、ヒ
ータブロック１１６、ヒータブロック１１６の先端に取
付け可能なヒータヘッド１１７を含み、さらに、ヒータ
ヘッド１１７には温度測定用の熱電対１１８が取り付け
られている。本発明のボンディング装置は、さらに、レ
ーザチップをレーザチップ供給シート（１０１,１０
２）から中間ステージ（１０９,１１０）ヘ、次に中間
ステージ（１０９,１１０）からチップダイボンド位置
のヒータヘッド１１７ａヘ搬送するための真空吸着コレ
ット（１０５,１０６）を有する２つのレーザチップ搬
送機構、サブマウントをサブマウント供給シート１２０
からサブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂヘ、
次にサブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂから
サブマウント収納位置１２２へ搬送するための真空吸着
コレットを有するサブマウント搬送機構（図示せず）、
チップダイボンド位置のヒータヘッド上に真空吸着して
搭載したサブマウントに通電するためのコンタクトプロ
ーブ機構１２４などを含む。

【００３１】本発明のダイボンディング装置を用いて、
２つのレーザチップを１つのサブマウントにダイボンド
するためのダイボンディング工程のフローチャートを図
１２に示す。ここでは、２つのレーザチップとして、赤
色レーザチップおよび赤外レーザチップを例として説明
するが、本発明は、これら２種類のレーザチップに限定
されずに、様々な発振波長のレーザチップに適用するこ
とができ、また、レーザチップの個数も２つに限定され
ない。すなわち、本発明のボンディング装置は、使用す
るレーザチップの種類や個数に応じて、通常の技術を用
いて、修飾および変形することができる。

【００３２】赤色および赤外レーザチップ（１０３,１
０４）は供給シート（１０１,１０２）から中間ステー
ジ（１０９,１１０）まで搬送し、ここでコレット（１
０５,１０６）を１つの通電電極として発光させ、発光
点の遠視野像および近視野像を観測して、レーザチップ
の位置を計測し、位置と角度の補正移動をする。補正完
了後、赤色および赤外チップ（１０３,１０４）の各々
を中間ステージ（１０９,１１０）からチップダイボン
ド位置にあるヒータヘッド１１７ａまで搬送する。一
方、サブマウントは供給シート１２０からサブマウント
交換位置にあるヒータヘッド１１７ｂまで搬送積載す
る。サブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂは前
進し、チップダイボンド位置のヒータヘッド１１７ａは
後退しヒータヘッドを交換移動させる。

【００３３】後退してサブマウント交換位置にきたヒー
タヘッド１１７ａからは、加熱完了のサブマウントを吸
着し、収納シート１２２ヘ搬送する。前進してチップダ
イボンド位置にきたヒータヘッド１１７ｂのサブマウン
トに対しては、ヒータヘッド上まで搬送してきた２つの
レーザチップを下降し、接触させるとともに、別設置し
たコンタクトプローブ機構１２４をサブマウントの所定
位置に前進下降して、コンタクトプローブ（１２５ａ,
１２５ｂ）を接触させる。

【００３４】次に、２つのレーザチップを発光させ、発
光点認識カメラ１１９により、発光点位置を画像認識
し、所定精度に収まっているか計測する。精度内に有れ
ば、２つのレーザチップを消灯して計測を終了する。精
度内に無ければ、消灯後に赤色レーザチップ１０３を赤
外レーザチップ１０４に対して補正移動し、再度２つの
レーザチップを発光させ、計測するという動作を精度内
に収まるまで繰り返す。２つのレーザチップの位置補正
が完了したらコンタクトプローブ機構１２４をサブマウ
ントから上昇後退して待避し、レーザチップを吸着して
いる２つのコレットの真空を破壊した後、ヒータヘッド
に通電し、パルスヒート加熱する。なお、加熱中はヒー
タヘッドに流れる電流値を計測して、ヒータヘッドの劣
化などによる異常電流を検出する。

【００３５】パルスヒート加熱中、温度プロファイルの
設定温度に達したら、まず赤色レーザチップ１０３を吸
着している第１コレット１０５を上昇待避させ、第１コ
レット１０５が上昇してから設定時間後に、赤外レーザ
チップ１０４を吸着している第２コレット１０６を上昇
待避する。パルスヒートによる加熱ヒートサイクルを終
了後、ヒータヘッド１１７に積載した冷却装置２で直ち
に冷却エアーブローを開始し、ヒータヘッドを冷却す
る。以上で一連の工程を終了する。

【００３６】図４にコンタクトプローブ機構１２４の実
施例を示す。本発明のコンタクトプローブ機構１２４
は、２つのレーザチップをサブマウント上で発光させる
ため、２本のプローブ（１２５ａ,１２５ｂ）を有し、
一方は、赤色レーザチップ１０３用に、他方は赤外レー
ザチップ１０４用に構成されている。ヒータヘッドがチ
ップダイボンド位置に移動、位置決め完了したら、コン
タクトプローブ機構１２４は前進、下降してサブマウン
トの所定位置にプローブ（１２５ａ、１２５ｂ）を接触
させる。なお、コンタクトプローブ機構１２４を前進、
下降させる機構は省略する。

【００３７】図５に、チップダイボンド位置にきたヒー
タヘッド１１７周辺の機器配置を示す。ヒータヘッドに
搭載されたサブマウント上の２つのレーザチップの位置
を補正するために、該ヒータヘッド前面に発光点認識カ
メラ１１９を設置し、該サブマウント上で２つのレーザ
チップを発光させ、画像認識する。発光点認識カメラ１
１９のレンズとして、波長４８０から１８００ｎｍの範
囲でレンズ焦点深度１．７μｍ内のピント誤差に抑えら
れた色収差補正レンズを使用することにより、２つのレ
ーザチップとして、赤色レーザチップおよび赤外レーザ
チップを用いたとしても、２つのレーザチップの発振波
長バラツキに依存せずに発光軸方向の位置認識が可能と
なる。レーザチップを発光させるための通電電極とし
て、サブマウント側にはコンタクトプローブ（１２５
ａ,１２５ｂ）を、レーザチップ側には各チップを真空
吸着しているコレット（１０５,１０６）を使用する。
２つのレーザチップを発光点認識して、２つの発光点位
置が所定精度内になければ、第２コレット１０６で真空
吸着している赤外レーザチップ１０４を上昇させ、位置
ずれ分だけ、移動補正して再度下降する。

【００３８】図６Ａは図５の側面図を、図６Ｂは図６Ａ
の部分拡大図を示す。２つのレーザチップをサブマウン
ト上で発光させ、発光点の近視野像を画像処理する際、
発光ビームが発光点認識カメラ１１９のレンズに入射す
る前に、ヒータヘッド１１７と干渉し遮られないよう
に、ヒータヘッド１１７の上部には、カメラ１１９側に
θ_Ｈの傾斜を持つ領域を設けた。すなわち、ヒータヘッ
ド１１７の上部は、レーザチップを搭載するレーザチッ
プ搭載領域および、該レーザチップ搭載領域からカメラ
１１９に向かって下降する傾斜領域を含む。傾斜領域
は、カメラ１１９側だけでなく、図６に示すように、ヒ
ータヘッドの両側に形成することもできる。角度θ_ＮＡ
はレンズの開口角を表し、θ_Ｈはθ_ＮＡより大きくす
る。目安として、θ_Ｈはθ_ＮＡより５゜以上大きく設計
することが好ましい。また、サブマウントの吸着面長さ
Ｌ_Ｈはサブマウント長さＬ_Ｍより大きくする。ヒータヘ
ッドヘのサブマウント搭載誤差を見込んで、目安とし
て、Ｌ_Ｈはサブマウント長さＬ_Ｍより０．６ｍｍ以上大
きくすることが好ましい。かくして、本発明のボンディ
ング装置において、ヒータヘッド１１７は上記２条件を
満たし、レーザチップからの発光ビームと干渉して遮ら
ない適当な寸法と形状を有する。

【００３９】ヒータヘッドを複数個、例えば、図８に示
すように２個有することにより、チップダイボンド位置
のヒータヘッドを加熱中に、サブマウント交換位置にあ
るヒータヘッドを冷却でき、サイクルタイムの増加を防
ぐことができる。また、サブマウント交換位置のヒータ
ヘッドで接合後のサブマウントと接合前のサブマウント
との交換もでき、さらにサイクルタイムの短縮ができ
る。

【００４０】以下に、図８に示した２個のヒータヘッド
を有するボンディング装置の動作を説明する。２個のヒ
ータヘッドを有する本発明のボンディング装置は、２つ
のダイボンドヘッド（１１５ａ,１１５ｂ）をそれぞれ
前進後退駆動させる各前後駆動モータ（１３１ａ,１３
１ｂ）、チップダイボンド位置にきたヒータヘッド１１
７ａまたは１１７ｂを左右駆動するモータ１３２とアー
ム（１３３ａ,１３３ｂ）、およびサブマウント交換位
置にきたヒータヘッド１１７ａまたは１１７ｂを左右駆
動するモータ１３４とアーム（１３５ａ,１３５ｂ）と
で構成される。上記構成により、各ヒータヘッド１１７
ａおよび１１７ｂは、それぞれ、コの字型の軌道（１３
６ａ,１３６ｂ）に沿って往復移動する。

【００４１】図７に、本発明のボンディング装置に用い
る冷却用のエアーブロー機構２を示す。冷却用エアブロ
ー機構２は、ノズルブロック２０１、冷却エアー供給管
２０２等からなり、ノズルブロック２０１には吹出しノ
ズル２０３が形成されている。ノズルブロック２０１を
ヒータブロック１１７に積載して、吹出しノズル２０３
から冷却エアーをヒータヘッド１１７に吹き付けて冷却
する。また、ノズルブロック２０１をヒータヘッド１１
７の直近に設置することにより、ヒータヘッド１１７を
局所的、効率的に急速冷却することができ、ノズルブロ
ック２０１はヒータヘッド１１７とともに移動する構造
のため加熱サイクル中を除き、いつでも冷却ができる。
さらに、冷却温度の管理には、ヒータヘッド１１７の温
度制御用に付設されている熱電対１１８を兼用し、冷却
時、熱電対１１８により測定される温度が設定温度に下
がるまで、エアーブローを継続する。

【００４２】本発明において、ヒータヘッドの温度管理
は、熱電対による温度測定のみならず、ヒータヘッドに
流れる電流を測定することによっても行われる。図９
に、ヒータヘッドに流れる電流を測定するための電流測
定系のブロック図を示す。この電流測定系は、ヒータヘ
ッド１１７にパルスヒート電流を流すトランス、ヒータ
ヘッドに付設した熱電対信号をフィードバックし、トラ
ンスを制御するパルスヒータコントローラ、ヒータヘッ
ドに流れる大電流を計測するクランプテスタ、パルスヒ
ータコントローラから出る熱電対アンプ出力とクランプ
テスタから出力される電流測定結果を取り込み監視する
制御装置から構成される。ヒータヘッドに流れる電流を
クランプテスタで常時モニタして、ヒータヘッドの劣化
などにより電流値が一定範囲内を超えれば、異常と判断
して警報を発することにより、規定温度以上でのサブマ
ウントおよびレーザチップの過熱を防止することができ
る。

【００４３】図１１に、２つのレーザチップを１つのサ
ブマウントに熱接合するための温度プロファイルの一具
体例を示す。この具体例においては、図１１に示した温
度プロファイルで、ボンディングを行った。先ず、２つ
のレーザチップのサブマウント上での位置を決定した
後、第１のコレット１０５および第２のコレット１０６
の両方を下降し、所定の温度（Ｔ_ＬＯＷ）にて、パルス
ヒートを開始し（ａ）；温度が設定温度Ｔ_ＵＰに達した
とき、第１コレット１０５を上昇させる（ｂ）。その
後、温度が設定最高温度Ｔ _ＨＩＧＨに達したら、ヒート
ヘッドに流す電流を調節して、温度Ｔ_ＨＩＧＨを維持す
る。その後、温度Ｔ_ＵＰに達し、第１コレット１０５を
上昇させたときから一定時間（ｔ_ＵＰ）の後に第２コレ
ット１０６を上昇させる（ｃ）。さらに、上記最高温度
Ｔ_ＨＩＧＨに達した時刻ｔ_{ＳＬＯＰＥ}から一定時間後の
時刻ｔ_ＨＯＬＤにて加熱を終了し、冷却エアーブローを
開始し、ヒートヘッド温度をＴ_ＬＯＷまで下げる
（ｄ）。また、温度プロファイルは、自動制御によるこ
とも可能で、その場合、例えば、最高温度Ｔ_ＨＩＧＨ、
その温度に直線的に達するまでの時間ｔ_{ＳＬＯＰＥ}、最
高温度を維持する時間（ｔ_ＨＯＬＤ−ｔ_{ＳＬＯＰＥ}）等
のパラメータを予め設定することができる。設定した温
度プロファイルでの加熱サイクル中に各コレットを別々
のタイミングで上昇させることによって接合強度を安定
化させるとともに、サブマウントに蒸着したＡｕＳｎな
どの接合材が加熱接合過程で溶融してレーザチップに這
い上がり、ジャンクションをショートさせたりすること
を防止できる。

【００４４】

【発明の効果】したがって本発明によるならば下記の作
用と効果が得られる。加熱直前のヒータヘッド上でレー
ザチップを発光させ、発光点の近視野像を観測し、その
位置を測定し、位置決め調整後に加熱することにより、
位置決め後の搬送動作がなく、２つのレーザチップを高
精度に保持したまま熱接合できる。その際、レーザチッ
プ側のプローブ電極としてコレットを兼用するため、吸
着したまま位置決め調整できる。サブマウント側のコン
タクトプローブ機構を別途設置することにより、熱接合
前のレーザチップをサブマウント上で同時に発光させる
ことができる。ヒータヘッドがレーザチップからの発光
ビームを遮らないような傾斜と長さを有することにより
画像認識が正確に行える。レーザチップの発光点の近視
野像を測定するためのカメラレンズに色収差補正レンズ
を使用することにより波長の異なるレーザチップを、レ
ンズ軸方向の位置ズレなく計測できる。サブマウント上
のレーザチップを加熱するヒータヘッドを加熱サイクル
終了後、急速冷却することにより、ヒータヘッド上のサ
ブマウントでレーザチップを定格温度以下で発光させる
ことができる。また、移動するヒータヘッドに冷却機構
を積載しているため、加熱サイクル以外は冷却を行うこ
とができる。冷却時の冷却温度の検出に、ヒータヘッド
の加熱温度プロファイルを制御するためにヒータヘッド
に付設する熱電対を兼用するため、余分な検出器が必要
なく、温度を監視しながら冷却できる。ヒータヘッドを
複数個有することにより、サブマウントの交換、ヒータ
ヘッドの冷却を並行して行えるため、装置のサイクルタ
イムを短縮できる。２つのレーザチップを押さえている
各コレットが温度プロファイルに対して別々に上昇する
ため各レーザチップに対して接合が安定する。ヒータヘ
ッドに流れる電流値をモニタし、ヒータチップに付設し
た熱電対による温度管理と併用することにより、ヒータ
チップの劣化による異常通電を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のボンディング装置の構成を示す概略
図。

【図２】 本発明のボンディング装置の一実施例を示す
概略図。

【図３】 本発明によるボンディング工程を説明する概
略平面図。

【図４】 本発明のボンディング装置のコンタクトプロ
ーブ機構先端を示す概略斜視図。

【図５】 本発明のボンディング装置のヒータヘッド周
辺の機器配置構成を示す概略斜視図。

【図６】 本発明のボンディング装置のヒータヘッド周
辺の機器配置構成を示す概略側面図（Ａ）およびその拡
大側面図（Ｂ）。

【図７】 本発明のヒータヘッドに積載した冷却機構の
一実施例を示す平面図。

【図８】 ２個のヒータヘッドを有する本発明のボンデ
ィング装置の一実施例を示す概略平面図。

【図９】 本発明のヒータヘッドの電流計測系統の一実
施例を示す概略図。

【図１０】 ２つのレーザチップをボンディングする本
発明の方法の一実施例を示す概略斜視図。

【図１１】 本発明のヒータヘッドにおける温度プロフ
ァイルとコレット動作との関連を示す概略図。。

【図１２】 本発明によるボンディング工程の概略フロ
ーチャート。

【図１３】 従来のボンディング工程を説明する概略
図。

【図１４】 別の従来のボンディング工程を説明する概
略図。

【符号の説明】

１・・・ボンディング装置、 １０１、１０２・・・レーザチップ供給シート、 １０３、１０４・・・レーザチップ、 １０５、１０６・・・コレット、 １０７、１０８・・・外形認識カメラ、 １０９、１１０・・・中間ステージ、 １１１、１１２・・・外形認識カメラ、 １１３、１１４・・・発光点認識カメラ、 １１５・・・ダイボンドヘッド、 １１６・・・ヒーターブロック、 １１７・・・ヒーターヘッド、 １１８・・・熱電対、 １１９・・・発光点認識カメラ、 １２０・・・サブマウント供給シート、 １２１・・・サブマウント、 １２２・・・ダイボンド後サブマウント収納シート、 １２３・・・ダイボンド後サブマウント、 １２４・・・コンタクトプローブ機構、 １２５・・・コンタクトプローブ、 １２９・・・圧電素子精密Ｘ駆動機構、 １３０・・・圧電素子精密Ｙ駆動機構、 １３１・・・ダイボンドヘッド用前後駆動モータ、 １３２、１３４・・・ダイボンドヘッド用左右駆動モー
タ、 １３３、１３５・・・ダイボンドヘッド用左右駆動アー
ム、 ２・・・冷却用エアーブロー機構、 ２０１・・・ノズルブロック、 ２０２・・・冷却エアー供給管、 ２０３・・・吹出しノズル、 ３０１、４０１・・・サブマウント供給シート、 ３０２、４０２・・・ダイボンドヘッド、 ３０３、４０３・・・ヒータヘッド、 ３０４、４０４・・・レーザチップ供給シート、 ３０５、４０５・・・中間ステージ、 ４０６・・・発光点認識カメラ、 ３０７、４０７・・・サブマウント収納シート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 嘉之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 BA04 FA23 FA30

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザチップホルダーと、レーザチップ
   の位置および発光光軸の向きを調整するための中間ステ
   ージと、基板を搭載し、該レーザチップを該基板に熱接
   合するためのダイボンドヘッドとを有する半導体レーザ
   装置の製造装置において、 さらに、該ダイボンドヘッドに搭載した基板上で、レー
   ザチップを発振閾値以下で発光させるためのコンタクト
   プローブと、 該ダイボンドヘッドの前方に位置し、レーザチップの発
   光点の近視野像を観測し、発光点位置を計測するための
   発光点認識カメラと、 該レーザチップの発光点位置の計測結果に基づき、該レ
   ーザチップを該基板の所定位置に搬送する水平左右方向
   および水平前後方向の２方向の微動機構を備えた搬送用
   コレットと、を有し、ここに、該ダイボンドヘッドはパ
   ルスヒート加熱が可能であることを特徴とする半導体レ
   ーザ装置の製造装置。
2. 【請求項２】 該搬送用コレットは、レーザチップに接
   触してレーザチップを発光させるためのプローブ電極と
   して機能し、該コンタクトプローブは、レーザチップに
   通電するために該基板上に形成された配線パターンに接
   触してレーザチップを発光させるためのプローブ電極と
   して機能することを特徴とする請求項１に記載の半導体
   レーザ装置の製造装置。
3. 【請求項３】 該ダイボンドヘッドの上部は、基板を搭
   載するための基板搭載領域と該基板搭載領域から該発光
   点認識カメラに向かって下降する傾斜領域とを含む形状
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半
   導体レーザ装置の製造装置。
4. 【請求項４】 該ダイボンドヘッドを強制冷却する機構
   を有することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに
   記載の半導体レーザ装置の製造装置。
5. 【請求項５】 該冷却機構はダイボンドヘッドと一体的
   に移動可能であることを特徴とする請求項４に記載の半
   導体レーザ装置の製造装置。
6. 【請求項６】 該冷却機構は圧縮空気を該ダイボンドヘ
   ッドに吹き付ける機構であることを特徴とする請求項４
   または５に記載の半導体レーザ装置の製造装置。
7. 【請求項７】 さらに、２以上のダイボンドヘッド、該
   基板にレーザチップを熱接合するためのダイボンド部お
   よび、該基板を搭載し、レーザチップが熱接合された基
   板を回収するための基板交換部を有し、ここに、該２以
   上のダイボンドヘッドは、該ダイボンド部と該基板交換
   部との間で移動可能であることを特徴とする請求項１な
   いし６いずれかに記載の半導体レーザ装置の製造装置。
8. 【請求項８】 ２以上のレーザチップホルダー、２以上
   の中間ステージをさらに有し、該ダイボンドヘッドに搭
   載された１つの基板に発光波長の異なる２以上のレーザ
   チップを熱接合することを特徴とする請求項１ないし７
   いずれかに記載の２以上のチップが搭載された半導体レ
   ーザ装置の製造装置。
9. 【請求項９】 該発光点認識カメラのレンズは色収差補
   正レンズであることを特徴とする請求項１ないし８いず
   れかに記載の半導体レーザ装置の製造装置。
10. 【請求項１０】 コレットを用いて、レーザチップホル
    ダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭
    載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチッ
    プを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置
    の製造方法において、 該ダイボンドヘッド上で該レーザチップを発振閾値以下
    で発光させて、レーザチップの発光点の近視野像を観測
    することにより、該レーザチップの発光点の位置を測定
    する工程と、 該レーザチップの発光点位置を基に該レーザチップを水
    平面内で光軸方向および光軸に対し垂直な方向に平行移
    動することにより、該基板の所定の位置に該レーザチッ
    プを設置する工程と、を有することを特徴とする半導体
    レーザ装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 コレットを用いて、レーザチップホル
    ダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭
    載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチッ
    プを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置
    の製造方法において、 ２以上のダイボンドヘッドのうち１のダイボンドヘッド
    上に該レーザチップを接合材を介して該基板と接触させ
    る工程と、 該１のダイボンドヘッドを加熱して該接合材を溶融する
    ことにより該レーザチップと該基板とを接合した後、該
    １のダイボンドヘッドの加熱を停止し、該１のダイボン
    ドヘッドをダイボンド位置から待避させる工程と、 該１のダイボンドヘッドとは異なるダイボンドヘッドを
    所定の位置に配置する工程と、を有することを特徴とす
    る半導体レーザ装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 コレットを用いて、レーザチップホル
    ダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭
    載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチッ
    プを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置
    の製造方法において、 該ダイボンドヘッドに搭載された１つの基板に発振波長
    の異なる２以上のレーザチップを搭載する工程と、 該ダイボンドヘッド上においてレーザチップと導通する
    ために該基板上に形成された配線パターンにコンタクト
    プローブを接触させる工程と、 該ダイボンドヘッド上において、該レーザチップを発振
    閾値以下で発光させて、レーザチップの発光点の近視野
    像を観測することにより、該２以上のレーザチップのそ
    れぞれの発光点位置を測定する工程と、 該レーザチップのそれぞれの発光点位置を基に該２以上
    のレーザチップを水平面内で光軸方向および光軸に対し
    垂直な方向に平行移動することにより、該２以上のレー
    ザチップの相対位置を所定の位置に設置する工程と、を
    有することを特徴とする２以上のチップが搭載された半
    導体レーザ装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 さらに、独立して移動可能な複数のコ
    レットの各々で１つのレーザチップを吸着する工程と、
    該複数のコレットの各々で吸着したレーザチップを該ダ
    イボンドヘッド上に搭載された１つの基板に接触させる
    工程と、該ダイボンドヘッドを加熱して昇温する工程
    と、該複数のコレットの各々を該昇温する工程の異なる
    タイミングで該レーザチップから離す工程とを有するこ
    とを特徴とする請求項１１記載の２以上のチップが搭載
    された半導体レーザ装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 該基板上の配線に接触させたコンタク
    トプローブを待避させた後、ダイボンドヘッドを加熱す
    る工程を有することを特徴とする請求項１２記載の２以
    上のチップが搭載された半導体レーザ装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 該ダイボンドヘッドに流れる電流およ
    び該ダイボンドヘッドの温度を同時に管理することによ
    り該ダイボンドヘッドの異常通電を検出することを特徴
    とする請求項１０ないし１４いずれかに記載の半導体レ
    ーザ装置の製造方法。