JP2005148231A - 微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の微小部品の相対距離を測定して複数の微小部品の貼り合わせを行う際に、実際に相対距離を制御すべき微小部品の面の位置制御を正しく行うことができるようにすること。
【解決手段】駆動部５によって、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との貼り合わせ方向に関する相対位置を変化させ、このときの第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との向かい合う２つの面の位置を間隔検出部６で検出する。この検出値に基づき、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との間の距離を演算部７で演算し、この演算した距離が所定値となるように駆動部５を制御する。間隔検出部６は、向かい合う２つの面の検出を、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の貼り合わせ方向に対して略平行な方向から行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小部品の実装や組立等の工程において、微小部品同士の間隔を高精度に保って貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法に関する。

光デバイス等の分野では、複数の微小部品の相対位置を高精度に決定して実装することが重要な場合がある。例えば、光デバイスにおいて、光損失をできるだけ少なくするためには、光源であるレーザダイオードの出射部位とその導波路素子の入射部位とを厳密に一致させる必要がある。

このように複数の微小部品の相対位置を高精度に一致させる技術としては、例えば、特許文献１のような技術が提案されている。この特許文献１の提案において、微小部品の水平方向の位置決めはマーカを利用して行う。一方、垂直方向の位置決めは、基板上に形成された光導波路素子の上面位置を基準として、まず、光導波路とレーザダイオードとの当接位置をロードセルセンサによって測定する。または、光導波路の上面位置及びレーザダイオードの下面位置を双方向測長器によって測定する。そして、この測定した位置を基準として光導波路とレーザダイオードの垂直方向位置決めを行う。これらの手法では、水平方向はもとより、垂直方向についても高精度に位置決めを行うことが可能である。

また、特許文献２において提案されている技術では、半導体部品と実装基板とを貼り合わせる際に、これら２つの間の相対距離を、ボンディングツールの側方に設置された検出手段によって検出し、この検出手段で検出した相対距離に基づいて精度の高い貼り合わせを行うものである。
特開２００１−３３２８０３号公報 特開平９−１５３５２５号公報

特許文献１の技術を応用して、２つの微小部品、例えば上記光導波路とレーザダイオードの垂直方向の位置決めを行って、これら２つの微小部品の間隔を作業者の所望する値に精度良く一致させて貼り合わせる場合を考える。しかしながら、上述した２つの微小部品の当接位置を予め測定する手法或いは２つの微小部品の初期位置を測定する手法の何れも、２つの微小部品貼り合わせを行う前に、２つの微小部品の貼り合わせ位置の基準となる位置を測定しなければならないので作業工程数が多くなる。

また、最初に設定した２つの微小部品の貼り合わせの基準となる位置と２つの微小部品の実際の貼り合わせ位置との相対位置が、２つの微小部品の貼り合わせ時においても維持されているかどうかは定かではない。即ち、前述した何れの手法を用いても、貼り合わせ動作中の２つの微小部品間の距離を知ることはできないので、２つの微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて貼り合わせることは困難である。

また、この場合に、２つの微小部品の貼り合わせの基準となる位置と２つの微小部品の貼り合わせ位置との相対位置を２つの微小部品の貼り合わせ時においても維持させるためには、２つの微小部品の移動方向などの多くの相対位置を事前に厳密に調整する必要があり、非常に手間がかかる。

更に、特許文献２では、半導体部品と実装基板との相対距離を、ボンディングツールの側方、即ち半導体部品及び実装基板の側方から検出する。ここで、実際に相対距離の制御を行う必要があるのは、半導体部品の下面と実装基板の上面との間の相対距離である。しかしながら、特許文献２の手法では、これらの面に何らかの外乱が生じている場合に、距離の検出誤差が大きくなる。結果、正しい位置制御を行うことができないおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の微小部品の相対距離を測定して複数の微小部品の貼り合わせを行う際に、実際に相対距離を制御すべき微小部品の面の位置制御を正しく行うことができる微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１の面を有する第１の微小部品を載置する載置部と、上記第１の面と対向する第２の面を有する第２の微小部品を保持する保持部と、上記載置部又は上記保持部の少なくとも一方を移動させて、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品との貼り合わせ方向に関する相対位置を変化させる駆動部と、この駆動部により上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の貼り合わせ方向の相対位置を変化させているときに、上記第１の面の位置と上記第２の面の位置とをそれぞれ検出する間隔検出部と、この間隔検出部の検出結果に基づき、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算する演算部と、この演算部で演算した上記第１の面と上記第２の面との間の距離が所定の貼り合わせ位置に相当する値となるように上記駆動部を制御する駆動制御部とを具備し、上記間隔検出部は、上記検出を、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の貼り合わせ方向に対して略平行な方向から行う。

この第１の態様においては、貼り合わせ動作中に間隔検出部にて第１の微小部品の第１の面と第２の微小部品の第２の面が、それらの貼り合わせ方向と略平行な方向から検出される。そして、これらに基づいて演算部によって貼り合わせ動作中の第１の微小部品と第２の微小部品との距離が算出される。この距離の変化に基づいて、第１の微小部品と第２の微小部品との間の距離が希望の値となるように、駆動制御部は駆動部の移動量や移動速度の指令が変更されることにより、微小部品の距離を希望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品が貼り合わされる。

即ち、貼り合わせ動作中の第１の微小部品と第２の微小部品との実際の距離の変化に応じて駆動部の駆動量や駆動速度などを指令しているので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品間の距離を希望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合わせることができる。また、実際に制御すべき面の位置を検出するようにしているので、微小部品の外乱による誤差を小さくすることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１の態様において、上記間隔検出部は、上記貼り合わせ方向に対して略平行な方向から上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の画像を撮像する撮像部を含み、上記演算部は、上記撮像部によって撮像した画像に基づいて、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算する。

この第２の態様においては、撮像部により撮像された、第１の微小部品及び第２の微小部品の画像に基づいて第１の微小部品の第１の面と第２の微小部品の第２の面との間の距離が演算される。

即ち、撮像した画像から距離を算出する際の判定条件などは、第１と第２の微小部品に合わせて自在に設定できるので、多種の第１と第２の微小部品について、撮像部を交換したり、精密に調整したりすることなく、微小部品の距離を希望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合わせることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１の態様において、上記間隔検出部は、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品に光を投光し、これら第１の微小部品及び第２の微小部品からの反射光を受光する投受光部を含み、上記演算部は、上記投受光部によって受光した反射光に基づいて、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算する。

この第３の態様においては、投受光部により第１の微小部品及び第２の微小部品へ集光する測定光が出射され、それらの反射光が投受光部で受光される。これら受光された反射光に基づいて第１の微小部品の第１の面と第２の微小部品の第２の面との間の距離が演算される。

即ち、受光した反射光から距離を算出する際の判定条件などは、第１と第２の微小部品に合わせて自在に設定できるので、多種の第１と第２の微小部品について、投受光部を交換したり、精密に調整したりすることなく、微小部品の距離を希望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合わせることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１から第３の態様において、上記載置部は、上記間隔検出部によって上記第１の面の位置と上記第２の面の位置とを検出するための窓部を有している。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第５の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第４の態様において、上記窓部は、光を透過する透過部材で構成されている。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第６の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第４の態様において、上記窓部は、光を通過させるための抜き窓構造で構成されている。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第７の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第４の態様において、上記窓部は、光を透過させるための多孔板構造で構成されている。

これら第４から第７の態様においては、間隔検出部の測定を妨げることがないような窓部を設けることにより、より確実に第１の面と第２の面とを検出することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第８の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１の態様において、上記載置部と上記保持部との相対位置を変化させるための移動部を更に具備し、上記間隔検出部は、上記移動部の内部に設けられている。

この第８の態様においては、間隔検出部を移動部の内部に設置しているので、微小部品の供給や排出のための機構などの妨げとなることなく、微小部品の距離を希望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合わせることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第９の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第１から第４の態様において、上記演算部は、上記第１の面と上記第２の面とがなす角度を演算することを更に行う。

この第９の態様においては、貼り合わせ動作中の微小部品の実際の角度が希望の値であることを確認することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１０の態様の微小部品貼り合わせ方法は、互いに対向して配置される第１の微小部品と第２の微小部品との間で向かい合う２つの面の位置をそれぞれ検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の初期距離を算出する初期距離算出工程と、上記初期距離演算工程によって得られた初期距離を基準として、上記２つの面の間の距離が所定値となるように、上記第２の微小部品を上記第１の微小部品との貼り合わせ方向に移動させる移動工程と、上記移動工程の後、再び上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて上記２つの面の間の距離を算出すると共に、この算出した距離が所定値となるように調整を行う調整工程と、上記調整工程の後、再び上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて上記２つの面の間の距離を算出すると共に、この算出した距離が上記所定値を保つように調整しつつ上記第１の微小部品と上記第２の微小部品とを貼り合わせ固定する調整貼り合わせ工程とを有し、上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つ以上の工程における、上記２つの面の位置の検出を、上記貼り合わせ方向と略平行な方向から行う。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１１の態様の微小部品貼り合わせ方法は、第１０の態様において、上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つの工程は、上記第１の微小部品の画像と上記第２の微小部品の画像とを、焦点位置及び撮像位置を変えながら複数回撮像し、これら撮像された複数の画像に基づいて上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の距離を算出する。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１２の態様の微小部品貼り合わせ方法は、第１０又は第１１の態様において、上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つの工程は、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品とに光を集光させて照射し、この照射光を貼り合わせ方向に走査し、このときの上記第１の微小部品及び上記第２の微小部品からの反射光に基づいて上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の距離を算出する。

本発明によれば、複数の微小部品の相対距離を測定して複数の微小部品の貼り合わせを行う際に、実際に相対距離を制御すべき微小部品の面の位置制御を正しく行うことができる微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成を示す斜視図である。この第１の実施形態の微小部品貼り合わせ装置１は、次のように構成されている。

即ち、図１において、載置プレート２には第１の微小部品１１が載置される。この第１の微小部品１１の貼り合わせ対象である第２の微小部品１２は、第１の微小部品１１と対向するように配置され保持部３で保持される。このときの保持の手法としては、例えば保持部３に図示しない吸着孔を設けておき、真空吸着により第１の微小部品１２を保持させる。

また、載置プレート２は、移動部４に連結されている。図２は、移動部４の周辺を拡大して一部断面で示す正面図である。図２に示すように、移動部４は、ＸＹ移動テーブル４１と、θ回転テーブル４２と、αβチルトテーブル４３とにより構成されている。ここで、ＸＹ移動テーブル４１は、載置プレート２を図面の水平方向に移動させることにより、載置テーブル２と保持部３との水平直進方向の相対位置を変更するものである。また、θ回転テーブル４２は、載置プレート２を回転させることにより、載置プレート２と保持部３との水平回転方向（θ）の相対位置を変更するものである。更に、αβチルトテーブル４３は、載置プレート２を傾けるためのものである。

また、移動部４、即ちＸＹ移動テーブル４１、θ回転テーブル４２、及びαβチルトテーブル４３は、中空構造となっており、その中空部に間隔検出部６が設置されている。即ち、この間隔検出部６によって、第１の微小部品１１と第２の微小部品との間の相対距離が検出される。ここで、載置プレート２の一部には、間隔検出部６による測定を妨げないための窓部２１が設けられている。また、この窓部２１には、光を透過させる部材、例えばガラスプレート２１１がはめ込まれている。

更に、保持部３は、駆動部５に連結されている。駆動部５は、保持部３を、第１の微小部品１１との貼り合わせ方向（図中上下方向）に移動させることが可能である。これにより、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との相対距離を貼り合わせ方向に対して変更可能である。

次に、間隔検出部６について説明する。間隔検出部６は、図１に示すように、撮像位置変更部６１と撮像部６２とにより構成されている。これを、図２を参照して更に詳しく説明する。

図２に示すように、第１の実施形態における撮像位置変更部６１は、ＸＹ移動テーブル６１１である。このＸＹ移動テーブル６１１は、ＸＹ移動テーブル４１と同様の構成を有している。即ち、ＸＹ移動テーブル６１１により、載置プレート２と撮像部６２との水平方向（ＸＹ）の相対位置を変えることができるように構成されている。

撮像部６２は、その撮像方向（測定軸）が上記貼り合わせ方向と略平行になるように、ＸＹ移動テーブル６１１を介して図示しない架台部に固定されている。更に、この撮像部６２には、撮影レンズ６２１、焦点調節部６２２、及び照明６２３が設けられている。

即ち、間隔検出部６は、撮影レンズ６２１を介して撮像部６２に内蔵された図示しない受光素子上に結像した第１の微小部品１１や第２の微小部品１２の像を電気信号に変換する。その後、この電気信号に画像処理を施して画像信号を生成し、この画像信号と、焦点調節部６２２における撮影レンズ６２１の合焦位置情報と、ＸＹ移動テーブル６１１における撮像部６２の撮像位置情報とを演算部７に出力する。

そして、演算部７は合焦演算を行い、撮影レンズ６２１の合焦位置を検出する。そして、上記画像信号、上記合焦位置情報、及び上記撮像位置情報から、第１の微小部品１１の第２の微小部品１２とで向かい合う２つの面、図１では第１の微小部品１１の上面（第１の面）と第２の微小部品１２の下面（第２の面）との間の距離、及び第１の微小部品１１に対する第２の微小部品１２の傾き（角度）を演算する。

図１において、移動部４、駆動部５、撮像位置変更部６１、及び演算部７は駆動制御部８に接続されている。駆動制御部８は、演算部７による第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との間の距離、及び第１の微小部品１１に対する第２の微小部品１２の傾きの演算結果に基づいて、移動部４、駆動部５、撮像位置変更部６１を駆動させて、載置プレート２や保持部３、及び間隔検出部６の移動速度などを制御する。

ここで、第１の微小部品１１の上面（図１において、第２の微小部品１２と対向する面）には接合部材９が配置されている。即ち、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２とは、最終的に接合部材９を介して貼り合わされる。

次に、このような構成を有する微小部品貼り合わせ装置を用いた微小部品貼り合わせ方法について図３を参照して説明する。ここで、以後の説明を簡単にするために、第２の微小部品１２の大きさは、図１に示すように第１の微小部品１１の大きさよりも大きい場合を仮定する。

まず、貼り合わせの準備として、作業者は、載置プレート２のガラスプレート２１１上に第１の微小部品１１を載置する。次に、第２の微小部品１２を真空吸着などの手法で保持部３に保持させる。そして、駆動制御部８によって、ＸＹ移動テーブル４１及びθ回転テーブル４２を移動させて、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の水平方向（ＸＹ）の相対位置及び回転方向（θ）の相対位置を所定値に合わせる。

更に、第１の微小部品１１の下面（ガラスプレート２１１と接触する面）のエッジ部（以下、下面エッジと称する）１１１が、図４に示すように撮像部６２の検出視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１によって撮像部６２を移動させる。これにより、第１の微小部品１１の下面エッジ１１１が撮像部６２の合焦範囲内に入る。

次に、この状態で第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離と第１の微小部品１１に対する第２の微小部品１２の傾き（角度）を算出する（ステップＳ１）。以上の工程が初期距離算出工程である。ここで、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との距離及び角度の算出手法について以下に説明する。ここで、距離及び角度の算出の前に、予め第１の微小部品１１の厚さ情報を演算部７の図示しないメモリ内に別途記憶させておくものとする。

まず、図５に示す第１の微小部品１１の下面エッジ１１１付近の画像信号を、ガラスプレート２１１を介して撮像部６２によって取得する。

その後、焦点調節部６２２により、撮影レンズ６２１の焦点位置を変えながら、例えば画像信号を用いたコントラスト抽出処理などによって、撮影レンズ６２１の合焦位置を検出する。このような合焦位置検出処理は、演算部７で行う。その後、第１の微小部品１１の下面エッジ１１１付近での、撮影レンズ６２１の合焦位置情報とＸＹ移動テーブル６１１の撮像位置情報とを演算部７のメモリに一時的に記憶させる。

次に、下面エッジ１１１とはＸＹ方向が共に異なる位置に存在する第１の微小部品１１の下面エッジ１１２が、撮像部６２の撮像視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１によって撮像部６２を移動させる。そして、上記と同様にして第１の微小部品１１の下面エッジ１１２に撮影レンズ６２１の焦点を合わせ、そのときの撮像位置情報と合焦位置情報とを演算部７内のメモリに一時的に記憶させる。これらは、先に記憶させた撮像位置情報及び合焦位置情報とは別途に記憶させる。

更に、下面エッジ１１１及び下面エッジ１１２とＸＹ方向の何れかの位置が異なる位置に存在する第１の微小部品１１の下面エッジ１１３が、撮像部６２の撮像視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１により撮像部６２を移動させる。そして、上記と同様にして第１の微小部品１１の下面エッジ１１３に撮影レンズ６２１の焦点を合わせ、そのときの撮像位置情報と合焦位置情報とを演算部７内のメモリに一時的に記憶させる。

その後、第１の微小部品１１における３箇所の下面エッジ１１１、１１２、及び１１３の撮像位置情報と合焦位置情報とに基づいて、演算部７において第１の微小部品１１の下面の位置及び傾き（角度）を算出する。

次に、第２の微小部品１２の下面（第１の微小部品１１と対向する面）エッジ１２１が、撮像部６２の撮像視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１により撮像部６２を移動させる。同時に、予め求めた第２の微小部品１２の下面と第１の微小部品１１の上面に配された接合部材９とが接する直前の位置まで、駆動部５を下降駆動させる。これにより、第２の微小部品１２の下面エッジ１２１が撮像部６２の合焦範囲に入る。

その後、撮影レンズ６２１の焦点を第２の微小部品１２の下面エッジ１２１に撮影レンズ６２１の焦点を合わせ、そのときの合焦位置情報と撮像位置情報とを演算部７内のメモリに一時的に記憶させる。

次に、下面エッジ１２１とはＸＹ方向の位置が共に異なる第２の微小部品１２の下面エッジ１２２が、撮像部６２の撮像視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１により撮像部６２を移動させる。そして、上記と同様にして第２の微小部品１２の下面エッジ１２２に撮影レンズ６２１の焦点を合わせ、そのときの撮像位置情報と合焦位置情報とを演算部７内の図示しないメモリに一時的に記憶させる。

更に、下面エッジ１２１及び下面エッジ１２２とＸＹ方向の何れかの位置が異なる位置に存在する第２の微小部品１２の下面エッジ１２３が、撮像部６２の撮像視野内に入るように、ＸＹ移動テーブル６１１により撮像部６２を移動させる。そして、上記と同様にして第２の微小部品１２の下面エッジ１２３に撮影レンズ６２１の焦点を合わせ、そのときの撮像位置情報と合焦位置情報とを演算部７内のメモリに一時的に記憶させる。

その後、第２の微小部品１２における３箇所の下面エッジ１２１、１２２、及び１２３の撮像位置情報と合焦位置情報とに基づいて、演算部７において第２の微小部品１２の下面の位置及び傾きを算出する。

そして、第１の微小部品１１の下面の位置と傾き、第２の微小部品１２の下面の位置と傾き、及び第１の微小部品１１の厚さ情報から、演算部７において第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離及び第１の微小部品１１に対する第２の微小部品１２の傾き（角度）を算出する。

以上の初期距離算出工程の後、これらに基づいて駆動制御部８は、傾き方向の移動量や移動速度の指令をαβチルトテーブル４３に送る（ステップＳ４）。このように、αβチルトテーブル４３により、載置プレート２と保持部３の傾き方向の相対位置を変更することで、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面とのなす角度を作業者の希望の角度に調整することができる。

なお、撮像部６２は、常に第１の微小部品１１の下面エッジ及び第２の微小部品１２の下面エッジを検出している。即ち、駆動制御部８は、演算部７によって算出された第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面とのなす角度が所定値であるか否かを判定し、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面とのなす角度が所定値となるまで、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面の傾きの演算及び傾き調整を繰り返し行う。

次に、駆動制御部８は、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離が所定値となるように、駆動部５を下降駆動させる（ステップＳ２）。以上の工程が移動工程である。

この時も、撮像部６２は、常に第１の微小部品１１の下面エッジ及び第２の微小部品１２の下面エッジを検出している。即ち、駆動制御部８は、演算部７によって算出された第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離及び角度が所定値であるか否かを判定し、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離及び角度が所定値となるまで、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離と角度の演算、及びこれらの調整を繰り返し行う（ステップＳ３）。以上の工程が調整工程である。

第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離が所定値になった後、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面の距離と角度が所定値を保つように、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２とを、接合部材９を介して貼り合わせ固定する（ステップＳ４）。以上の工程が調整貼り合わせ工程である。

このように、第１の実施形態によれば、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との距離及び角度が所定値を保つように、移動部４や駆動部５に対して移動量や移動速度の指令を送るようにするので、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の距離と角度を精密に制御して貼り合わせ固定することができる。

また、第２の微小部品１２（チップ等）と第１の微小部品１１（基板等）との相対距離を、相対距離を制御すべき面の位置を直接検出して演算しているので、チップの状態などの外乱による誤差を小さくして、相対距離を演算することができる。

更に、第１の実施形態では、間隔検出部６が移動部４の内部に設置されている。このため、載置プレート２や保持部３の周囲に構造物が存在せず、微小部品の供給や排出を容易に行うことができる。

ここで、第１の実施形態では、載置プレート２と保持部３との相対位置の変更は、載置プレート２を水平直進方向、水平回転方向、及び傾き方向に移動させ、保持部３を貼り合わせ方向に移動させる場合について説明している。しかしながら、保持部３を水平直進方向に移動させる手法や載置プレート２と保持部３とをそれぞれ水平１方向に移動させる方法などの多くの手法も考えることができ、これらの何れかに特定されるものではない。

また、第１の微小部品１１、第２の微小部品１２、及び接合部材９等の形状等は、図１で示した形状に限るものではない。

更に、載置プレート２と保持部３の貼り合わせ方向の相対位置や、保持部３と駆動部５の相対位置、保持部３に作用している荷重などを検出し、これら検出した値を、演算部７で算出した第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との距離と角度の演算結果と比較等して、これに基づいて駆動制御部８により移動部４や駆動部５に移動量や移動速度の指令を行うようにしても良い。

また、第１の実施形態では、第１の微小部品１１の下面エッジと第２の微小部品１２の下面エッジの合焦位置から、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面の位置と傾きを算出する場合について説明している。しかしながら、第１の微小部品１１の下面と第２の微小部品１２の下面に合焦判定用のマークを設けたり、第１の微小部品１１の下面と第２の微小部品１２の下面に配線パターンなどが設けられている場合には、第１の微小部品１１の下面と第２の微小部品１２の下面と配線パターンとの稜部などを用いて合焦判定を行っても構わない。

更に、撮像部６２が赤外光による撮像が可能な構造であれば、窓部２１には赤外光を透過するシリコンプレートなどをはめ込むようにしても良いし、撮像部６２がＸ線による撮像が可能な構造であれば、窓部２１にＸ線を透過する非金属プレートなどをはめ込むようにしても良いなど、窓部２１にも多くの例が考えられる。

また、第１の実施形態では、第２の微小部品１２の下面エッジを撮像部６２によって確実に撮像することができるように、第２の微小部品１２の大きさを第１の微小部品１１の大きさよりも小さく設定している。しかしながら、撮像部６２による撮像が可能であれば、第１の微小部品１１に撮像用の穴を設けるようにしても良い。

更に、撮像部６２が赤外光による撮像が可能な構造であり、第１の微小部品１１の材質が赤外光を透過するシリコンなどの場合には、第２の微小部品１２の大きさを第１の微小部品１１の大きさよりも小さく設定したり、第１の微小部品に撮像用の穴を設けたりすることなしに、第２の微小部品１２の下面エッジを撮像しても良い。また、撮像部６２の撮像方向を変更可能とするような駆動機構を設けるようにしても良い。

また、第１の実施形態では、第１の微小部品１１の下面の位置、第１の微小部品１１の下面の傾き、及び第１の微小部品１１の下面の厚さ情報から第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離とこれらがなす角度を算出している。しかしながら、撮像部６２が赤外光による撮像が可能な構造であり、第１の微小部品１１の材質が赤外光を透過するシリコンなどの場合には、第１の微小部品１１の厚さ情報を用いずに第１の微小部品１１の上面の位置及び傾きを直接検出して、第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離とこれらがなす角度を算出しても良い。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態の移動部４及び間隔検出部６の周辺を拡大して一部断面で示す正面図である。ここで、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２は、初期状態の相対位置関係を示すために誇張して図示してある。

なお、以後の説明において、第１の実施形態と同様の構成に関しては、同一の参照符号を付すことで説明を省略する。

即ち、第２の実施形態においては、間隔検出部６が投受光位置変更部６１２と投受光部６３とから構成されている。ここで、投受光部６３には、集光位置走査部６３１が設けられている。即ち、投受光部６３は、被検物表面に集光光を照射する。そして、この集光光を集光位置走査部６３１によって照射方向に走査する。そして、被検物反射面と集光位置が一致した時の反射光を投受光部６３によって検出し、この反射光情報を演算部７に出力する。

演算部７は、投受光部６３によって検出した反射光情報と投受光位置変更部６１２の位置情報とに基づいて第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離、及び第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面とがなす角度を演算する。

次に、このような構成を有する微小部品貼り合わせ装置を用いた微小部品貼り合わせ方法について説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と第２の実施形態とで異なる部分である第１の微小部品１１と第２の微小部品１２との間の距離及びこれらのなす角度を算出する手法についてのみ説明する。この他の制御は、図３のフローチャートで説明したものと同様の制御が行われる。

即ち、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の水平方向（ＸＹ）と回転方向（θ）の相対位置が所定値になるように移動部４や駆動部５によって調整される。

その後、投受光位置変更部６１２により、第１の微小部品１１の下面エッジ１１１付近が、投受光部６３の検出範囲内に入るように投受光部６３を移動させる。

そして、投受光部６３から第１の微小部品１１の下面エッジ１１１付近に光を集光して照射する。次に、この光の集光位置を、集光位置走査部６３１により照射方向（即ち、貼り合わせ方向）に徐々に変更していく。そして、このときの第１の微小部品１１の下面からの反射光を投受光部６３によって検出する。そして、この検出した反射光情報を演算部７の図示しないメモリに記憶させる。

その後、投受光位置変更部６１２により、投受光部６３の測定位置を変更して同様の反射光検出を行う。このような反射光検出は、少なくとも３箇所の測定位置で行い、その結果得られた反射光情報を演算部７のメモリに記憶させる。

そして３箇所で検出した反射光情報に基づいて、演算部７において演算を行い、第１の微小部品１１の下面の位置と傾きを演算する。

同様に、投受光位置変更部６１２により、第２の微小部品１２の下面エッジ１２１付近が、投受光部６３の検出範囲内に入るように投受光部６３を移動させて同様の反射光検出を行う。この反射光検出も、少なくとも３箇所の測定位置で行い、その結果得られた反射光情報を演算部７に記憶させる。

そして３箇所で検出した反射光情報に基づいて、演算部７によって第２の微小部品１２の下面の位置と傾きを演算する。

そして、第１の微小部品１１の下面の位置と傾き、第２の微小部品１２の下面の位置と傾き、及び第１の微小部品１１の厚さ情報から、演算部７において第１の微小部品１１の上面と第２の微小部品１２の下面との間の距離及び第１の微小部品１１に対する第２の微小部品１２の傾き（角度）を算出する。

以上説明した第２の実施形態においても、第１の実施形態で説明したものと同様の効果が得られる。

ここで、第２の実施形態における、集光光の反射により反射面を検出する方式は、共焦点の原理を用いる手法や、分割型受光素子を用いる手法方式など、種々の手法があるが、これら何れかの手法に限るものではない。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以後の説明において、第１及び第２の実施形態と同様の構成に関しては、同一の参照符号を付すことで説明を省略する。

図８は、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の付近を拡大して一部断面で示す正面図である。ここで、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２とは、初期状態の相対位置関係を示すために誇張して図示してある。即ち、第３の実施形態では、載置プレート２に設けられた窓部２１が、図８に示すような抜き窓２１２構造となっている。このとき間隔検出部６は、図７に示すように、抜き窓２１２を介して第１の微小部品１１の下面の位置と傾き、及び第２の微小部品１２の下面の位置と傾きを検出することが可能である。

ここで、抜き窓２１２の形状などは、第３の実施形態で図示したものに限るものでないことは言うまでもない。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以後の説明において、第１及び第２の実施形態と同様の構成に関しては、同一の参照符号を付すことで説明を省略する。

図１０は、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２の付近を拡大して一部断面で示す正面図である。ここで、第１の微小部品１１と第２の微小部品１２は、初期状態の相対位置関係を示すために誇張して図示してある。即ち、第３の実施形態では、載置プレート２に設けられた窓部２１が、孔が多数設けられたメッシュ（多孔板）窓２１３構造となっている。このとき間隔検出部６は、図９に示すように、メッシュ窓２１３を介して第１の微小部品１１の下面の位置と傾き、及び第２の微小部品１２の下面の位置と傾きを検出することが可能である。

ここで、メッシュ窓２１３の孔の数や形状、及び配置などは、第４の実施形態で図示したものに限るものではない。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

更に、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の斜視図である。 第１の実施形態の移動部及び間隔検出部の周辺を拡大して一部断面で示す正面図である。 第１の実施形態に係る微小部品貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態の第１の微小部品及び第２の微小部品の付近を更に拡大して一部断面で示す正面図である。 第１の微小部品の下面エッジ及び第２の微小部品の下面エッジについて説明するための斜視図である。 本発明の第２の実施形態の移動部及び間隔検出部の周辺を拡大して一部断面で示す正面図である。 本発明の第３の実施形態の第１の微小部品及び第２の微小部品の付近を更に拡大して一部断面で示す正面図である。 第３の実施形態の載置プレートの上面図である。 本発明の第４の実施形態の第１の微小部品及び第２の微小部品の付近を更に拡大して一部断面で示す正面図である。 第４の実施形態の載置プレートの上面図である。

符号の説明

１…微小部品貼り合わせ装置、２…載置プレート、３…保持部、４…移動部、５…駆動部、６…間隔検出部、７…演算部、８…駆動制御部、９…接合部材、１１…第１の微小部品、１２…第２の微小部品、２１…窓部、４１…ＸＹ移動テーブル、４２…θ回転テーブル、４３…αβチルトテーブル、６１…撮像位置変更部、６２…撮像部、６３…投受光部、２１１…ガラスプレート、２１２…抜き窓、２１３…メッシュ窓、６１１…ＸＹ移動テーブル、６１２…投受光位置変更部、６２１…撮影レンズ、６２２…焦点調節部、６２３…照明、６３１…集光位置走査部

Claims (12)

1. 第１の面を有する第１の微小部品を載置する載置部と、
   上記第１の面と対向する第２の面を有する第２の微小部品を保持する保持部と、
   上記載置部又は上記保持部の少なくとも一方を移動させて、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品との貼り合わせ方向に関する相対位置を変化させる駆動部と、
   この駆動部により上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の貼り合わせ方向の相対位置を変化させているときに、上記第１の面の位置と上記第２の面の位置とをそれぞれ検出する間隔検出部と、
   この間隔検出部の検出結果に基づき、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算する演算部と、
   この演算部で演算した上記第１の面と上記第２の面との間の距離が所定の貼り合わせ位置に相当する値となるように上記駆動部を制御する駆動制御部と、
   を具備し、
   上記間隔検出部は、上記検出を、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の貼り合わせ方向に対して略平行な方向から行うことを特徴とする微小部品貼り合わせ装置。
2. 上記間隔検出部は、上記貼り合わせ方向に対して略平行な方向から上記第１の微小部品と上記第２の微小部品の画像を撮像する撮像部を含み、
   上記演算部は、上記撮像部によって撮像した画像に基づいて、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算することを特徴とする請求項１に記載の微小部品貼り合わせ装置。
3. 上記間隔検出部は、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品に光を投光し、これら第１の微小部品及び第２の微小部品からの反射光を受光する投受光部を含み、
   上記演算部は、上記投受光部によって受光した反射光に基づいて、上記第１の面と上記第２の面との間の距離を演算することを特徴とする請求項１に記載の微小部品貼り合わせ装置。
4. 上記載置部は、上記間隔検出部によって上記第１の面の位置と上記第２の面の位置とを検出するための窓部を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の微小部品貼り合わせ装置。
5. 上記窓部は、光を透過する透過部材で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の微小部品貼り合わせ装置。
6. 上記窓部は、光を通過させるための抜き窓構造で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の微小部品貼り合わせ装置。
7. 上記窓部は、光を通過させるための多孔板構造で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の微小部品貼り合わせ装置。
8. 上記載置部と上記保持部との相対位置を変化させるための移動部を更に具備し、
   上記間隔検出部は、上記移動部の内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微小部品貼り合わせ装置。
9. 上記演算部は、上記第１の面と上記第２の面とがなす角度を演算することを更に行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の微小部品貼り合わせ装置。
10. 互いに対向して配置される第１の微小部品と第２の微小部品との間で向かい合う２つの面の位置をそれぞれ検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の初期距離を算出する初期距離算出工程と、
    上記初期距離演算工程によって得られた初期距離を基準として、上記２つの面の間の距離が所定値となるように、上記第２の微小部品を上記第１の微小部品との貼り合わせ方向に移動させる移動工程と、
    上記移動工程の後、再び上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて上記２つの面の間の距離を算出すると共に、この算出した距離が所定値となるように調整を行う調整工程と、
    上記調整工程の後、再び上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて上記２つの面の間の距離を算出すると共に、この算出した距離が上記所定値を保つように調整しつつ上記第１の微小部品と上記第２の微小部品とを貼り合わせ固定する調整貼り合わせ工程と、
    を有し、
    上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つ以上の工程における、上記２つの面の位置の検出を、上記貼り合わせ方向と略平行な方向から行うことを特徴とする微小部品貼り合わせ方法。
11. 上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つの工程は、上記第１の微小部品の画像と上記第２の微小部品の画像とを、焦点位置及び撮像位置を変えながら複数回撮像し、これら撮像された複数の画像に基づいて上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の距離を算出することを特徴とする請求項１０に記載の微小部品貼り合わせ方法。
12. 上記初期距離演算工程、上記調整工程、及び上記調整貼り合わせ工程のうちの少なくとも１つの工程は、上記第１の微小部品と上記第２の微小部品とに光を集光させて照射し、この照射光を貼り合わせ方向に走査し、このときの上記第１の微小部品及び上記第２の微小部品からの反射光に基づいて上記２つの面の位置を検出し、これら検出した２つの面の位置に基づいて、上記２つの面の間の距離を算出することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の微小部品貼り合わせ方法。

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