JP2009267349A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の重ね合わされた被保持物が保持される保持装置において、平面精度が良好な状態で被保持物を重ね合わせて保持することができる保持装置を提供する。
【解決手段】ステージ部１の最上に位置し開口部Ｋ３を有するＹテーブル１２上に第１の被保持物としての基板６０を載置する。そして、前記ステージ部１の支持台８、Ｘテーブル１０、Ｙテーブル１２の各開口部Ｋ１〜Ｋ３の上方に備えられたヘッド部２に、第２の被保持物としてのチップ６２を保持する。さらに、ヘッド部２を下降するとともに、ステージ部１の各開口部Ｋ１〜Ｋ３の下方に備えられたバックアップ部３を上昇して、基板６０とチップ６２を当接して局所的に挟持し、加熱して基板６０とチップ６２の接合を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、重ね合わされた複数の被保持物を挟持して保持する保持装置に関するものである。

近年、基板やウエハ等にチップやデバイス、部品等を搭載する方法として、基板の所定位置にチップ等の搭載物を移動して、基板と搭載物の位置合わせを行った後、基板上面に搭載物を載置するという方法がある。

例えば、特許文献１に記載のフリップチップ実装装置は、チップを吸着保持するボンディングヘッドと、基板を吸着保持するボンディングステージと、チップと基板の位置調整をする２視野カメラと、制御装置とを備えている。

そして、ボンディングヘッドに吸着保持されたチップとボンディングステージに吸着保持された基板の位置調整を行った後、チップが基板に接触するようにボンディングステージの高さを調整し、チップを基板の所望の位置に当接する。そして、チップと基板を加熱、加圧しながらチップを基板に実装している。

特開２００７−１２８０２号公報（段落００１９、００３０〜００３２、図１）

しかし、近年基板の製造技術が向上したことにより、製造される基板やウエハは大面積化し、製造コスト低減などのために、基板に高周波部品を内蔵させることが行われている。また、製造工程の簡便化のため、基板やウエハの全面にデバイスを形成した後、基板やウエハをスライスしてデバイス基板を形成するデバイス製造方法も行われている。したがって、このような大基板や大ウエハにもチップ等の部品を実装する必要性も増加し、以前にも増して、１つの基板やウエハにおける接合領域（ボンディングエリア）が増大している。

ところが、基板やウエハの面積が大きくなると、基板やウエハがそれ自体の重さや熱などの外部雰囲気により、反りや撓みを生じるおそれがある。このような場合に、上記した特許文献１に記載の装置により大基板にチップ等の部品の接合を行おうとすると、大基板に位置精度よく部品を搭載することができず、デバイスの信頼性を損なうおそれがある。

また、大基板に例えば熱硬化性樹脂により部品を搭載する場合、基板全体を加熱する装置では、大基板のボンディングエリア全体に部品が搭載され終わるまで、大基板を長時間加熱することとなる。そのため、長時間にわたる大基板の過熱により、大基板に部品を載置する前に既に熱硬化性樹脂が硬化し、大基板に部品を搭載できないおそれもある。

さらに、特許文献１の装置により、大基板に部品を搭載しようとすると、大基板を載置するボンディングステージの面積も大きくする必要があり、ボンディングステージの全面にわたって平面精度を良好に保つことは困難である。

また、部品を大基板に実装する前に予め大基板の平面調整を行っていたとしても、例えば基板を下面から加熱しながら接合するような場合には、加熱により大基板に反りや撓みが生じるおそれがある。

したがって、大基板であってもチップ等の部品実装を位置精度よく行える技術が求められていた。

本発明は、平面精度が良好な状態で被保持物を重ね合わせて保持することができる保持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる保持装置は、開口部を有し、上面の前記開口部の周縁に第１の被保持物の周縁部が載置されるステージと、第２の被保持物を保持する保持部を有し、前記ステージの前記開口部の上方に配置された上部保持手段と、前記ステージの前記開口部の下方に昇降自在に配置された下部保持手段と、前記開口部において、前記上部保持手段および前記下部保持手段が、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物の所定位置を重ね合わせた状態に挟持するように、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物の位置調整を行う位置調整手段を備え、前記下部保持手段の上昇によって、前記上部保持手段および前記下部保持手段の間に、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物を重ね合わせた状態に挟持することを特徴としている（請求項１）。

また、本発明にかかる保持装置は、前記上部保持手段に配設され、前記上部保持手段に所定の荷重を与える第１負荷手段と、前記下部保持手段に配設され、前記下部保持手段に所定の荷重を与える第２負荷手段と、前記第１の被保持物および第２の被保持物を重ね合わせた状態で前記上部保持手段および前記下部保持手段のいずれか一方の荷重が他方の荷重よりも大きくなるように、前記第１負荷手段および第２負荷手段による荷重を制御する荷重制御手段とをさらに備えることを特徴としている（請求項２）。

また、本発明にかかる保持装置は、前記上部保持手段および前記下部保持手段の少なくとも一方に設けられ、前記第１の被保持物の当接面と前記第２の被保持物の当接面を所定の倣い面に倣わせる平面調整機構をさらに備えることを特徴としている（請求項３）。

また、本発明にかかる保持装置は、前記上部保持手段および前記下部保持手段の少なくとも一方に、加熱手段を備えることを特徴としている（請求項４）。

また、請求項３に記載の保持装置は、前記ステージが、前記第１の被保持物を予備加熱する予備加熱機構をさらに備えることを特徴としている（請求項５）。

また、本発明にかかる保持装置は、少なくとも前記上部保持手段に加圧手段を備えることを特徴としている（請求項６）。

また、本発明にかかる保持装置は、前記下部保持手段が、前記下部保持手段と前記第１の被保持物の下面との距離を計測する測長手段をさらに備えることを特徴としている（請求項７）。

また、本発明にかかる保持装置は、前記下部保持手段の一部が透明部材からなり、前記位置調整手段が、前記透明部材を通して少なくとも第１の被保持物の位置を検出する検出手段をさらに備えることを特徴としている（請求項８）。ここで、前記検出手段により、前記透明部材を通して第１および第２の被保持物の位置をそれぞれ検出するようにしてもよい。

請求項１の発明によれば、被保持物が大基板の場合であっても、ステージの開口部の上下に配置された上部保持手段および下部保持手段によって、第１および第２の被保持物を重ね合わせた状態に挟持して保持することができる。したがって、大基板に反りや撓みが生じている場合であっても、反りや撓みに関係なく被保持物を精度よく挟持して保持することができる。また、被保持物が、柔軟性を備え大きく変形することが可能なフレキシブル基板の場合であっても被保持物を精度よく挟持して保持することが可能である。さらに、第１および第２の被保持物を局所的に挟持する構成であるため、装置を小型化することもでき、例えば基板とチップとの接合の場合に、増大化するボンディングエリアを小型の装置により、効率よく接合工程をこなしていくことができる。

請求項２の発明によれば、上部保持手段に配設され上部保持手段に所定の荷重を与える第１負荷手段と、下部保持手段に配設され下部保持手段に所定の荷重を与える第２負荷手段と、前記第１の被保持物および第２の被保持物を重ね合わせた状態で上部保持手段および下部保持手段のいずれか一方の荷重が他方の荷重よりも大きくなるように第１負荷手段および第２負荷手段による荷重を制御する荷重制御手段とをさらに備えているため、被保持物を保持するときに、上部保持手段または下部保持手段のうち荷重の大きい一方が基準として所定の高さに固定され、荷重の小さい他方が上方または下方に変位することとなり、自動で他方の保持面の高さを所定の高さに調整することができる。したがって、上部保持手段や下部保持手段が熱等により膨張、収縮した場合でも、上部保持手段および下部保持手段の高さを積極的に動かすことなく、保持面の高さを所定の高さに合わせることができる。よって、より平面精度よく、簡便に被保持物を重ね合わせて保持することができる。

請求項３の発明によれば、少なくとも一方の保持手段に平面調整機構を備えているため、被保持物を保持するときに、局所的に被保持物の平面を確保することができる。したがって、大基板に反りや撓みが生じている場合でも、平面精度よく被保持物を重ね合わせて保持することができる。

請求項４の発明によれば、上部保持手段および下部保持手段の少なくとも一方に加熱手段を備えるため、被保持物を保持した状態で、大基板を局所的に加熱することができる。したがって、基板全体を加熱する場合のように、例えば大基板に部品を載置する前に熱硬化性樹脂が硬化するのを防止することができる。また、装置の小型化や省エネルギー化を容易に達成することが可能である。

請求項５の発明によれば、ステージが予備加熱機構をさらに備えるため、第１の被保持物を予備加熱することができる。したがって、例えば第１の被保持物に第２の被保持物を熱硬化性樹脂等の加熱により搭載する場合には、本加熱の前後に第１の被保持物を予備加熱することにより、効率よく被保持物を接合することができる。

請求項６の発明によれば、少なくとも上部保持手段に加圧手段を備えるため、被保持物を保持した状態で、局所的に加圧することができる。したがって、第１の被保持物と第２の被保持物を加圧により接合する場合には、第１および第２の被保持物の当接面に所定の圧力を加えて精度よく接合することができる。

請求項７の発明によれば、下部保持手段が、下部保持手段と第１の被保持物の下面との距離を計測する測長手段をさらに備えるため、第１の被保持物が反りや撓みを有する大基板であっても、被保持物の下面に下部保持手段を精度よく当接することができる。

請求項８の発明によれば、下部保持手段の一部が透明部材からなり、透明部材を通して被保持物の位置を検出する検出手段をさらに備えるため、被保持物が透過性を有している場合には、被保持物を通して第１および第２の被保持物の位置検出を同時に行うことができる。また、第１および第２の被保持物の間に検出手段を導入することなく、簡便に第１および第２の被保持物の位置検出を行うことができる。

（第１実施形態）
本発明における保持装置の第１実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。なお、図１は本発明の一実施形態における保持装置の概略構成図、図２はステージ部を分解した斜視図、図３は接合動作を示す概略構成図、図４はバックアップ部の変形例を示す概略構成図、図５は位置検出部の変形例を示す概略構成図である。本実施形態では、大基板にチップを当接して挟持し、加熱により接合するための保持装置について説明する。

１．装置構成
本実施形態における保持装置は、第１の被保持物を載置するステージ部１と、第２の被保持物を保持するヘッド部２と、バックアップ部３と、第１の被保持物および第２の被保持物の所定の位置を検出する位置検出部４とを備えている。ここで、ステージ部１が本発明におけるステージ、ヘッド部２が上部保持手段、バックアップ部３が下部保持手段に相当する。

ステージ部１は、図１、図２に示すように、基台６と基台６上に立設された複数の支柱７と、各支柱７上に固定して設けられ、中央に四角形状の開口部Ｋ１を有する支持台８と、Ｘ移動機構９と、Ｘ移動機構９によりＸ方向に移動されるＸテーブル１０と、Ｙ移動機構１１と、Ｙ移動機構１１によりＹ方向に移動されるＹテーブル１２とによって構成されている。

Ｘ移動機構９は、Ｘシャフトモーター１５とＸガイド１６によって構成され、図２（ｃ）に示すように、支持台８の上面に開口部Ｋ１をはさんでＹ方向の両側に位置するように配置されている。

Ｘシャフトモーター１５は、極性の異なる磁石が交互に配設された長尺のシャフト１７と、該シャフト１７を支持するシャフト支持部１８と、シャフト１７が貫通しシャフト１７の周囲を包囲して配設されたコイルを内部に備えた可動体１９とを備えている。

そして、前記した可動体１９の内部のコイルとシャフト１７の磁石によってリニアモーターが形成され、可動体１９の内部のコイルに流れる電流が制御されて可動体１９が移動する。なお、Ｘ移動機構９のＸシャフトモーター１５に代えて、ボールねじとサーボモーターによりＸ移動機構９を移動する構成としてもよく、また、その他の駆動機構による構成としてもよい。

また、Ｘガイド１６は、スライド部２１とレール２２からなり、スライド部２１がレール２２に係合してレール２２上を移動する構成となっている。さらに、可動体１９およびスライド部２１の上側には、図２（ｂ）に破線で示すような、可動体１９およびスライド部２１が嵌挿する凹部を下面に有し中央部には支持台８の開口部Ｋ１とほぼ同じ形状の開口部Ｋ２を有するＸテーブル１０が載置される。したがって、Ｘテーブル１０は、Ｘ移動機構９の動作によって、可動体１９およびスライド部２１の移動方向（Ｘ方向）に移動する構成となっている。

そして、Ｘテーブル１０の上面には、図２（ｂ）に示すように、Ｙ移動機構１１が開口部Ｋ２をはさんでＸ方向の両側に位置するように配置されている。Ｙ移動機構１１は、Ｙシャフトモーター２５とＹガイド２６によって構成されている。なお、Ｙシャフトモーター２５およびＹガイド２６は、上記したＸシャフトモーター１５およびＸガイド１６と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

さらに、Ｙ移動機構１１の上側には、図２（ａ）に示すような、中央部に開口部Ｋ１、Ｋ２とほぼ同じ形状の開口部Ｋ３を有するＹテーブル１２が載置される。したがって、Ｙテーブル１２は、Ｘテーブル１０の移動方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に移動可能となっている。なお、Ｘ移動機構９と、Ｙ移動機構１１と、位置検出部４と、後に説明するヘッド部３の水平移動機構２７が、本発明における位置調整手段に相当する。

そして、Ｙテーブル１２にはヒーター２８が埋設され、Ｙテーブル１２の上面には、第１の被保持物を吸着保持するための吸着溝２９が形成されている。また、図１に示すように、第１の被保持物を挟持してＸ方向に張力を加える固定Ｘクランパ３０と引張Ｘクランパ３１を備えている。さらに、第１の被保持物を挟持してＹ方向に引っ張る固定Ｙクランパと引張Ｙクランパ（図示せず）を備えている。

ヘッド部２は、第２の被保持物を保持する保持部３３と、ヘッド部２を水平方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）に移動する水平移動機構２７と、ヘッド部２を上下方向（Ｚ方向）に移動する上下移動機構３４とを備えている。

保持部３３の下面には、第２の被保持物を保持するための吸着機構（図示せず）が備えられ、真空吸着法により第２の被保持物が保持される。なお、被保持物の保持方法は、真空吸着法に限らず、機械的に保持する方法などその他の方法でもよい。

また、ヘッド部２には、さらに第１および第２の被保持物の当接面を倣い調整する平面調整機構やヒーターなどの加熱機構を備えることとしてもよい。さらに、第１および第２の被保持物は、それぞれ複数の被保持物が重ね合わされたものであってもよい。

バックアップ部３は、昇降機構４０と、平面調整機構４１と、断熱層４２と載置台４３とを備えている。

昇降機構４０は、サーボモーターからなる駆動モーター４４とボールねじ４５、ガイド部４６を備えている。駆動モーター４４を励磁して動作させると、駆動モーター４４の回転がボールねじ４５に伝達されてボールねじ４５が回転し、上記したガイド部４６に沿ってバックアップ部３が上昇する。また、駆動モーター４４に流す電流を逆にすることにより、駆動モーター４４の回転が逆回転となり、バックアップ部３が下降するようになっている。

平面調整機構４１は、受部４７と倣い部４８からなり、受け部４７の上面と倣い部４８の下面が摺動して載置台４３の上面の傾きを倣い調整する。

さらに、倣い部４８の上面には、断熱層４２を介して、内部にヒーター４９を備えた載置台４３が配設され、載置台４３の上面に載置された第１の被保持物を加熱するように構成されている。

位置検出部４は、ハーフミラー５１と、第１の被保持物に形成された位置合わせ用マークを認識するための下マーク認識部５２と、第２の被保持物に形成された位置合わせ用マークを認識するための上マーク認識部５３を備えている。ハーフミラー５１は、第１の被保持物および第２の被保持物の像を下マーク認識部５２および上マーク認識部５３の方向に光を屈折させる。そして、下マーク認識部５２および上マーク認識部５３によって、第１および第２の被保持物の位置合わせ用マークを検出するようになっている。

また、位置検出部４は、第１および第２の被保持物の当接面にほぼ平行な方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）および上下方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたテーブル（図示せず）により移動可能に構成され、ステージ部１およびヘッド部２の間に導入されて、第１および第２の被保持物の位置検出を行う。

２．保持および接合動作
次に、本保持装置の動作について説明する。本実施形態では、保持動作の具体例として、第１の被保持物である基板６０と第２の被保持物である金属溶融バンプ６１を有するチップ６２を重ね合わせて挟持し、さらに加熱によって接合する接合動作について説明する。

はじめに、バックアップ部３の載置台４３の上面を倣い調整する。バックアップ部３の平面調整機構４１のロックを解除した状態で、昇降機構４０によってバックアップ部３を上昇し、ヘッド部２の上下移動機構３４によって、ヘッド部２を下降する。そして、載置台４３の上面と保持部３３の下面を当接して載置台４３の上面を保持部３３の下面の平面の傾きに合わせて倣い調整し、その状態で、平面調整機構４１をロックして所定の傾きに固定する。なお、このときヘッド部２の保持部３３には、倣いの基準面を有する倣い基準体を備えてもよく、また、保持部３３の下面を倣いの基準面としてもよい。

そして、各開口部Ｋ１〜Ｋ３において上下移動機構３４によりヘッド部２を上昇し、昇降機構４０によりバックアップ部３を下降して倣い調整を終了する。

次に、基板６０をステージ部１の上面に載置する。位置検出部４をステージ部１とヘッド部２の間から退避した状態で、基板搬送装置（図示せず）により、ステージ部１の上面に開口部を塞ぐように基板６０を載置する。そして、固定Ｘクランパ３０により、基板６０のＸ方向の一端を基準端として固定する。また、Ｘ方向の他端を引張Ｘクランパ３１により挟持して、基板６０に反りや撓みが生じないように基準端と反対方向へ張力を加え、真空吸着してステージ部１の上面に吸着保持する。その後、引張Ｘクランパ３１の張力を解除する。なお、基板６０をステージ１の上面に吸着保持した後も、引張Ｘクランパ３１の張力を解除しないこととしてもよい。

そして、ステージ部１のＸ移動機構９およびＹ移動機構１１によってステージ部１を移動して、基板６０の所定位置がバックアップ部３の載置台４３の上面の所定位置に一致するように位置合わせを行う。なお、基板６０を載置台４３の上面に載置した後に、載置台４３の上面と保持部３３の下面によって基板６０を挟持して、平面調整機構４１により載置台４３の上面の倣い調整を行うこととしてもよい。

また、チップ６２をヘッド部２の保持部３３に吸着保持する。

次に、基板６０とチップ６２の位置調整を行う。退避されていた位置検出部４をステージ部１とヘッド部２の間に導入し、基板６０およびチップ６２それぞれの位置合わせ用マークの像をハーフミラー５１を介して、それぞれ下マーク認識部５２および上マーク認識部５３により認識し、基板６０とチップ６２の所定位置を検出する。このとき、基板６０とチップ６２の所定の回路パターン等をアライメント基準位置として検出してもよい。

そして、下マーク認識部５２および上マーク認識部５３により基板６０とチップ６２の所定位置を検出した後、チップ６２の所定位置が基板６０の所定位置に一致するように、ステージ部１やヘッド部２を移動する。基板６０とチップ６２の位置調整が終了すると、位置検出部４は退避する。

次に、ヘッド部２とバックアップ部３によってチップ６２と基板６０を挟持して接合する。図３に示すように、チップ６２が保持されたヘッド部２を再び上下移動機構３４により下降し、バックアップ部３を昇降機構４０により上昇して、チップ６２と基板６０を当接して挟持する。バックアップ部３の載置台４３にはヒーター４９が備えられているため、基板６０の載置台４３の上面に当接した部分は、ヒーター４９により加熱される。したがって、この状態で所定時間基板６０とチップ６２を保持すると、基板６０に当接された金属バンプ６２も、加熱されて融溶することとなる。なお、ヘッド部２の保持部３３にヒーターを備えている場合には、保持部３３のヒーターにより加熱してもよい。

その後、ヘッド部２の保持部３３の吸着を解除して、ヘッド部２とバックアップ部３をそれぞれ上昇および下降して退避し、基板６０とチップ６２の接合が終了する。

ヘッド部２とバックアップ部３の退避後、ステージ部１のＸ移動機構９およびＹ移動機構１１によって、基板６０の次の接合位置が載置台４３の上方へ配置されるように基板６０を移動する。また、ヘッド部２の保持部３３には、新たなチップ６２を吸着保持する。

そして、ヘッド部２とバックアップ部３により上記した動作を繰り返して、複数のチップ６２を基板６０に搭載する。所定数のチップ６２を基板６０に接合したところで、接合の終了した被接合物（基板６０および複数のチップ６２）が取り出されて、一連の接合動作が終了する。

したがって、第１実施形態によると、各開口Ｋ１〜Ｋ３において、ヘッド部２とバックアップ部３により局所的に基板６０とチップ６２を挟持して接合するため、基板６０に反りや撓みが生じても、接合を行う部分では所定の平面を確保した状態で基板６０にチップ６２を接合することができる。したがって、基板６０が、大基板や、柔軟性を備え大きく変形することが可能なフレキシブル基板の場合であっても、被保持物を精度よく挟持して保持することが可能である。

また、ヘッド部２とバックアップ部３により挟持した部分のチップ６２と基板６０のみを局所的に加熱し、基板６０の全面を加熱することがないため、接合済のチップ６２の金属溶融バンプ６１が再融溶することがなく、精度よく基板６０とチップ６２の接合を行うことができる。また、過熱による被接合物のダメージを防止することもできる。

なお、Ｙテーブル１２に備えられたヒーター２８により、基板６０の全面を低温で予備加熱し、ヘッド部２とバックアップ部３により挟持した部分で局所的に本加熱を行うこととしてもよい。このように予備加熱と本加熱を行うことにより、効率よく接合を行うことができる。

また、本実施形態では、被接合物として金属溶融バンプ６１を有するチップ６２と基板６０の接合を行っているが、金属バンプに限らず、例えば、基板６０の全面に予め熱硬化性樹脂を塗布し、チップ６２を順に載置して加熱し、接合を行ってもよい。この場合、基板６０の全面を加熱すると、接合終了間際では熱硬化性樹脂が既に硬化してチップ６２が接合できないおそれがあるが、本実施形態によると、上記したように局所的に加熱を行うため、接合終了間際でも熱硬化性樹脂が硬化することなく、精度よく基板６０とチップ６２の接合を行うことができる。

また、第１の被保持物である基板６０は大基板に限らず、例えば、ウエハやガラス基板、回路パターンを有する樹脂基板やシリコン基板、フレキシブル基板、樹脂フィルムなどであってもよく、これらを組み合わせて層状に形成されたものであってもよい。また、基板が薄い場合には、例えばステンレス等の鋼材からなる補強板に基板を貼り付けたものを第１の被保持物としてもよい。さらに、第２の被保持物であるチップは、チップに限らずその他の電子部品やデバイス、樹脂基板、回路基板などであってもよい。

（変形例）
なお、バックアップ部３の昇降機構は、図１に示した昇降機構４０のような構成に限らず、図４（ａ）に示すような構成であってもよい。

同図に示す昇降機構７０は、基台６上に、下部リフトカム７３と上部リフトカム７４によって構成されている。下部リフトカム７３は、サーボモーターからなる駆動モーター７５とボールねじ７６を備え、駆動モーター７５を励磁して動作させると、駆動モーター７５の回転がボールねじ７６に伝達されてボールねじ７６が回転し、下部リフトカム７３がボールねじ７６に沿って水平方向に移動する。

そして、ガイド（図示せず）により上下方向にのみ移動するようにガイドされた上部リフトカム７４が、ガイドに沿って下部リフトカム７３により押し上げられ、上部リフトカム７４の上面に配設された平面調整機構４１、断熱層４２、載置台４３が上昇する。また、駆動モーター７５に流す電流を逆にすることにより、駆動モーター７５の回転が逆回転となり、上部リフトカム７４の上面に配設された平面調整機構４１、断熱層４２、載置台４３が下降する。

したがって、昇降機構７０のような構成では、下部リフトカム７３および上部リフトカム７４の当接面が所定の角度を有しているため、下部リフトカム７３および上部リフトカム７４の傾斜に沿って滑らかに平面調整機構４１、断熱層４２、載置台４３を昇降することができる。また、下部リフトカム７３および上部リフトカム７４の当接面の傾斜角度により、昇降の際の駆動モーター７５の駆動力を変更して、効率よく昇降することができる。

また、昇降機構は、図４（ｂ）に示すような構成であってもよい。同図に示す昇降機構８０は、基台６上に、板カム８３とカムフォロワ８４によって構成されている。板カム８３は、サーボモーターからなる駆動モーター８５とボールねじ８６を備え、駆動モーター８５を励磁して動作させると、上記した図４（ａ）の昇降機構７０と同様に、駆動モーター８５の回転がボールねじ８６に伝達されてボールねじ８６が回転し、カムフォロワ８４が板カム８３の上面の傾斜に沿って移動して、ガイド（図示せず）により上下方向に移動するように配置された平面調整機構４１、断熱層４２、載置台４３が上昇または下降することとなる。

このような構成により、カムフォロワ８４は板カム８３の上面を滑らかに移動することができるため、昇降装置８０の昇降動作をより滑らかに行うことができる。

なお、駆動モーターはサーボモーターに限らず、ステッピングモーターやその他の駆動機構であってもよく、昇降機構も上記した変形例に限らずその他の構成であってもよい。

さらに、位置検出部の構成は、図１に示した位置検出部４に限らず、図５に示すような構成であってもよい。すなわち、図５に示す位置検出部９０は、チップ用ミラー９１と、基板用ミラー９２と、認識カメラ９３とを備えている。そして、認識カメラ９３によってチップ用ミラー９１を介してチップ６１の所定の位置を検出する。その後、認識カメラ９３を移動して基板用ミラー９２を介して基板６０の所定の位置を検出する。

このような構成とすることにより、ヘッド部２とバックアップ部３の間にはチップ用ミラー９１と基板用ミラー９２のみを導入すればよいため、装置の小型化を達成することができ、簡便に位置検出をすることができる。なお、認識カメラ９３は図５に示したように１台のみ設置して、チップ用ミラー９１および基板用ミラー９２の位置に対応するように移動させてもよいし、予めチップ用ミラー９１、基板用ミラー９２のそれぞれに対応する認識カメラを備えることとしてもよい。また、位置検出部はこのような構成に限らず、その他の構成であってもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。図６は第２実施形態における保持装置の概略構成図である。以下に、第１実施形態との相違点について詳細に説明する。なお、図６において、図１ないし図５と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。

本実施形態に示す保持装置は、第１実施形態に示した保持装置とほぼ同様であるが、第１実施形態と相違する点は、バックアップ部３と基板６０の下面の距離を計測する測長手段９５を備えている点である。

図６に示すように、測長手段９５は、基板６０の下面に向かってレーザー光を照射するようにバックアップ部３の側面に備えられている。そして、基板６０にレーザー光を照射して基板６０の下面までの距離を検出し、載置台４３の上面と基板６０の下面が精度よく当接するように、バックアップ部３の昇降機構４０の移動距離を制御機構（図示せず）により制御する。また、同様に、基板６０の上面にチップ６２の金属溶融バンプ６１が精度よく当接するように、ヘッド部２の上下移動機構３４の移動距離も制御することができる。

したがって、第２実施形態によると、上記した接合動作中に基板６０に反りや撓みが生じた場合でも、精度よく基板６０およびチップ６２を挟持して接合することができる。

なお、測長手段９５は、図６に示すようにバックアップ部３の側面に限らず、載置台４３の内部など、その他の位置に配設されていてもよい。また、ヘッド部２側に測長手段を備えることとしてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図７および図８を参照して説明する。図７は第３実施形態の保持装置の部分概略構成図、図８はその変形例を示す部分概略構成図である。以下に、第１実施形態との相違点について詳細に説明する。なお、図７および図８において、図１ないし図５と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。また、ステージ部１、バックアップ部３の駆動モーターやガイド部等は図示を省略している。

本実施形態に示す保持装置は、第１実施形態に示した保持装置とほぼ同様であるが、第１実施形態と相違する点は、バックアップ部３の一部が透明部材によって構成されている点である。

つまり、図７に示すように、バックアップ部３の内部には、ガラスからなる透明部１００が形成されている。そして、バックアップ部３の下方には、レンズ１０１を備えた認識カメラ１０２が配設され、透明部１００を通して認識カメラ１０２により第１および第２の被保持物の位置を検出する。したがって、認識カメラ１０２が本発明における検出手段に相当する。なお、レンズ１０１および認識カメラ１０２は、水平方向および上下方向に移動可能に構成されている。

第１の被保持物は、可視光が透過可能な透明樹脂基板１０３であり、該透明樹脂基板１０３を通して、第２の被保持物であるチップ１０４の位置も同時に検出することができる構成となっている。

また、図８に示す保持装置では、バックアップ部３の内部にガラスからなる透明部１０５が形成されているとともに、ヘッド部２の内部にもガラスからなる透明部１０６が形成されている。また、透明部１０６の内部にはミラー１０７が備えられている。そして、バックアップ部３の下部には、レンズ１０８を備えたＩＲカメラ１０９が配設され、ヘッド部２側にはＩＲ（赤外）光を照射する光源部１１０が備えられている。したがって、ＩＲカメラ１０９、光源部１１０が本発明における検出手段に相当する。

また、この場合の第１および第２の被保持物は、ＩＲ光で認識可能なＡｌ回路パターンを有する基板１１１、および基板１１２である。

光源部１１０から照射されたＩＲ光は、ヘッド部２の透明部１０６を透過し、ミラー１０７で反射して、ヘッド部２の保持部３３に保持された基板１１２、および、ステージ部１に搭載された基板１１１のＡｌ回路パターン位置を読み取り、さらにバックアップ部３の透明部１０５を通してＩＲカメラ１０９により基板１１１および基板１１２の位置を同時に検出する。なお、ＩＲカメラ１０９が本発明における検出手段に相当する。

したがって、第３実施形態によると、上記したように透明部１００、１０５、１０６を通して位置検出を行うことができるため、第１および第２の被保持物の間に位置検出部を導入することなく、第１および第２の被保持物の位置を検出することができる。よって、例えば、第１の被保持物に複数の第２の被保持物を搭載する場合に、被保持物間に位置検出手段を繰り返し導入、退避することなく、簡便に第１および第２の被保持物の位置検出を行うことができる。

なお、透明部１００、１０５、１０６はガラスに限らず、透明樹脂などその他の部材であってもよい。また、バックアップ部３やヘッド部２の全体が透明部材により形成されていてもよい。さらに、認識カメラ１０２、ＩＲカメラ１０９や光源部１１０は本実施形態に示した構成に限らず、どのように配置してもよく、例えば、バックアップ部３やヘッド部２の内部に備えていてもよい。

また、光源は、ＩＲ光、レーザー光などどのようなものでもよく、被保持物の材質等に応じて変更してもよい。また、認識カメラも光源に合わせてどのようなものを用いてもよいし、カメラ以外のその他のものであってもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図９および図１０を参照して説明する。図９は第４実施形態の保持装置の部分概略構成図、図１０は図９の保持装置の動作を示す概略構成図である。以下に、第１実施形態との相違点について詳細に説明する。なお、図９および図１０において、図１ないし図８と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。また、ステージ部１、バックアップ部３の駆動モーターやガイド部等は図示を省略している。

本実施形態に示す保持装置は、第１実施形態に示した保持装置とほぼ同様であるが、第１実施形態と相違する点は、ヘッド部２およびバックアップ部３に負荷手段である上下移動機構３４および昇降機構４０によってそれぞれ荷重を与え、基板１２０および金属バンプ１２１を有するチップ１２２を重ね合わせて保持したときのヘッド部２とバックアップ部３の荷重を荷重センサ等によりそれぞれ検出し、いずれか一方の荷重が他方の荷重よりも大きくなるように荷重制御を行う点である。なお、いずれの荷重を大きくするかは、基板１２０、チップ１２２の種類や材質、その他の条件に応じて適宜選択すればよい。

図９に示すように、本実施形態におけるヘッド部２の保持部３３にはヒーター４９が配設され、基板１２０とチップ１２２をヘッド部２およびバックアップ部３により重ね合わせて保持し、金属バンプ１２１と基板１２０間で金属原子の拡散を効率よく行うためにヒーター４９により加熱して、チップ１２２の金属バンプ１２１を基板１２０に接合する構成である。このような構成では、ヘッド部２の保持部３３は、ヒーター４９により熱を加えると図９の矢印Ａに示すように膨張し、チップ１２２の下面の高さが下降することとなる。そのため、ヒーター４９により熱を加える前に基板１２０に対するチップ１２２の高さを調整しても、熱を加えたときには、チップ１２２が基板１２０に押し付けられ、金属バンプ１２１が潰れることとなる。

そこで、本実施形態における保持装置は、基板１２０およびチップ１２２を挟持したときのバックアップ部３に与える荷重がヘッド部２に与える荷重よりも大きくなるように、ヘッド部２の上下移動機構３４およびバックアップ部３の昇降機構４０が制御機構１３０により制御される構成となっている。なお、上下移動機構３４および昇降機構４０が本発明における第１および第２負荷手段、制御機構１３０が荷重制御手段に相当する。

制御機構１３０は、以下のようにしてヘッド部２およびバックアップ部３の荷重を制御する。なお、本実施形態では、基板１２０の上面の高さを、基板１２０とチップ１２２の接合の基準の高さとする。

図１０（ａ）に示すように、ステージ部１の上面およびヘッド部２の保持部３３に基板１２０およびチップ１２２をそれぞれ保持した後、バックアップ部３の載置面４３の上面が基板１２０の下面に接触するように、昇降機構４０によりバックアップ部３が上昇する。このとき、バックアップ部３に与えられる荷重が例えば１００Ｎとなるように、昇降機構４０の駆動モーター４４が制御機構１３０により制御される。

また、保持部３３に保持されたチップ１２２が基板１２０に接触するように、上下移動機構３４によりヘッド部２が下降する。このとき、ヘッド部２に与えられる荷重が例えば５０Ｎとなるように、上下移動機構３４が制御機構１３０により制御される。

その後、ヒーター４９を入れて加熱を行うと、図１０（ｂ）に示すように、保持部３３は膨張するが、バックアップ部３に与えられた荷重のほうがヘッド部２に与えられた荷重よりも大きいので、ヘッド部２は、同図の矢印Ｂに示すように、保持部３３が膨張した長さだけ上方に逃げることとなる。また、ヒーター４９を切り保持部３３が収縮すると、ヘッド部２に与えられた荷重により、ヘッド部２は、保持部３３が収縮した長さだけ下方に戻ることとなる。

したがって、ヒーター４９の熱により保持部３３が膨張、収縮しても、上記したように膨張、収縮した長さを吸収することができるため、保持部３３の保持面の高さは変化せず、チップ１２２の金属バンプ１２１と基板１２０を平面精度よく重ね合わせて保持することができる。

したがって、第４実施形態によると、基板１２０およびチップ１２２を重ね合わせた状態で保持するときに、荷重の大きいバックアップ部３が基準として所定の高さに固定され、荷重の小さいヘッド部２が上方または下方へ変位することとなり、自動でヘッド部２の保持部３３の高さを所定の高さに調整することができる。したがって、ヘッド部２の保持部３３が膨張、収縮した場合でも、ヘッド部２の高さを積極的に動かすことなく、保持部３３の保持面の高さを所定の高さに合わせることができる。よって、より平面精度よく、簡便に基板６０およびチップ６２を重ね合わせて保持することができる。

なお、上記したようにバックアップ部３を基準としなくても、ヘッド部２を基準として、ヘッド部２にかかる荷重をバックアップ部３にかかる荷重より大きくする制御を行ってもよい。また、ヒーター４９はヘッド部２側に限らず、バックアップ部３側に備えることとしてもよい。また、荷重の大きさは上記した１００Ｎ、５０Ｎに限らず、基板１２０、チップ１２２の種類や材質、その他の条件に応じて適宜変更してもよい。

（その他）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

一例として、上記した実施形態では、バックアップ部３に平面調整機構を備えた保持装置について記載しているが、ヘッド部２に平面調整機構を備えた保持装置としてもよく、ヘッド部２およびバックアップ部３の両方に倣い機構を備えた保持装置としてもよい。また、ヒーターについてもヘッド部２およびバックアップ部３のどちらにどのように備えてもよい。

また、上記した実施形態では、ヒーターを備え、加熱により被保持物の接合を行っているが、超音波振動を利用して接合動作を行える構成としてもよい。この場合、ヘッド部２に振動子や共振器をさらに備えた構成としてもよい。

また、被保持物を加圧することのみにより接合するための保持装置としてもよい。

また、被保持物の接合は、金属バンプによる接合に限らず、はんだや熱硬化性樹脂、熱融溶性樹脂などによる接合であってもよい。また、金属バンプの材質はＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、はんだなどどのようなものであってもよい。

また、被保持物の接合方法は、上記した超音波振動接合、加圧による接合、加熱による接合を組み合わせて行ってもよく、保持装置に振動子や共振器、ヒーターなどをどのように組み合わせてもよい。また、その他の接合方法を用いるとしてもよい。

また、接合動作を行わない保持装置や、その他の装置に本保持装置を組み込む構成であってもよい。

また、第１被保持物は大基板に限らず、例えば、ウエハやガラス基板、回路パターンを有する樹脂基板やシリコン基板、フレキシブル基板、樹脂フィルムなどであってもよく、これらを組み合わせて層状に形成されたものであってもよい。例えば、供給側リールにまき回されたポリイミドフィルムを、巻取側リールに巻き取ってポリイミドフィルムを移動しつつ、両リール間でチップをポリイミドフィルムに実装する方式を採用してもよい。また、基板が薄い場合には、例えばステンレス等の鋼材からなる補強板に基板を貼り付けたものを第１被保持物としてもよい。さらに、第２の被保持物は金属バンプを有するチップに限らず、その他の電子部品やデバイス、樹脂基板、回路基板などであってもよく、被保持物の材質や大きさ、形状などはどのようなものであってもよい。また、すでに述べたように、第１、第２の被保持物は、それぞれ複数の被保持物が重ね合わされたものであってもよい。

本発明の第１実施形態における保持装置の概略構成図である。 第１実施形態におけるステージ部を分解した斜視図である。 第１実施形態における接合動作を示す概略構成図である。 第１実施形態におけるバックアップ部の変形例を示す概略構成図である。 第１実施形態における位置検出部の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態における保持装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態における保持装置の部分概略構成図である。 第３実施形態における変形例を示す部分概略構成図である。 本発明の第４実施形態における保持装置の部分概略構成図である。 図９の保持装置の動作を示す概略構成図であり、（ａ）はヒーターによる加熱前の保持装置、（ｂ）はヒーターによる加熱後の保持装置である。

符号の説明

１ ステージ部
２ ヘッド部（上部保持手段、加圧手段）
３ バックアップ部（下部保持手段）
４ 位置検出部（位置調整手段）
９ Ｘ移動機構（位置調整手段）
１１ Ｙ移動機構（位置調整手段）
２７ 水平移動機構（位置調整手段）
２８ ヒーター（予備加熱手段）
３４ 上下移動機構（第１負荷手段）
４０ 昇降機構（第２負荷手段）
４１ 平面調整機構
４９ ヒーター（加熱手段）
６０ 基板（第１の被保持物）
６２ チップ（第２の被保持物）
１０２ 認識カメラ（検出手段）
１０３ 透明樹脂基板（第１の被保持物）
１０４ チップ（第２の被保持物）
１０９ ＩＲカメラ（検出手段）
１１０ 光源部（検出手段）
１１１ 基板（第１の被保持物）
１１２ 基板（第２の被保持物）
１２０ 基板（第１の被保持物）
１２２ チップ（第２の被保持物）
１３０ 制御機構（荷重制御手段）

Claims (8)

1. 被保持物を保持する保持装置において、
   開口部を有し、上面の前記開口部の周縁に第１の被保持物の周縁部が載置されるステージと、
   第２の被保持物を保持する保持部を有し、前記ステージの前記開口部の上方に配置された上部保持手段と、
   前記ステージの前記開口部の下方に昇降自在に配置された下部保持手段と、
   前記開口部において、前記上部保持手段および前記下部保持手段が、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物の所定位置を重ね合わせた状態に挟持するように、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物の位置調整を行う位置調整手段とを備え、
   前記下部保持手段の上昇によって、前記上部保持手段および前記下部保持手段の間に、前記第１の被保持物および前記第２の被保持物を重ね合わせた状態に挟持することを特徴とする保持装置。
2. 前記上部保持手段に配設され、前記上部保持手段に所定の荷重を与える第１負荷手段と、
   前記下部保持手段に配設され、前記下部保持手段に所定の荷重を与える第２負荷手段と、
   前記第１の被保持物および第２の被保持物を重ね合わせた状態で前記上部保持手段および前記下部保持手段のいずれか一方の荷重が他方の荷重よりも大きくなるように、前記第１負荷手段および第２負荷手段による荷重を制御する荷重制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記上部保持手段および前記下部保持手段の少なくとも一方に設けられ、前記第１の被保持物の当接面と前記第２の被保持物の当接面を所定の倣い面に倣わせる平面調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の保持装置。
4. 前記上部保持手段および前記下部保持手段の少なくとも一方に、加熱手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の保持装置。
5. 前記ステージは、前記第１の被保持物を予備加熱する予備加熱機構をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の保持装置。
6. 少なくとも前記上部保持手段に加圧手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の保持装置。
7. 前記下部保持手段は、前記下部保持手段と前記第１の被保持物の下面との距離を計測する測長手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の保持装置。
8. 前記下部保持手段の一部が透明部材からなり、前記位置調整手段は、前記透明部材を通して少なくとも第１の被保持物の位置を検出する検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の保持装置。

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