JP2011029257A - 位置合わせ装置、光学電子部品製造装置および光学電子部品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板とレンズ母型との距離を所望状態に保持し面方向の位置合わせを行う。
【解決手段】温度調節部１１ｂを備えたステージ１１と、液状の固定媒体１３が浸透され、ステージ１１上に設けられて基板１４が置かれるシート１２と、基板１４と位置合わせされるレンズ母型１６を保持する保持手段１５と、基板１４とレンズ母型１６とが接近する第１の方向および基板１４の面方向である第２の方向にステージ１１を移動させる移動手段２１と、ステージ１１を第１の方向に移動させて基板１４でシート１２を加圧したまま温度調節部１１ｂで固定媒体１３を凝固させて基板１４をステージ１１上に固定し、次に、ステージ１１を第２の方向に移動させて基板１４とレンズ母型１６との面方向の位置合わせを行う制御手段２３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置合わせ装置、光学電子部品製造装置および光学電子部品製造方法に関するものである。

半導体ウエハなどの基板の上に様々な素子を形成する技術が知られている。基板上に素子を形成するにあたっては、基板と位置合わせ材とを正確に位置合わせする必要がある。

ここで、特開平５−１８２８９１号公報には、基板端面を位置決め部材に押し当てるにあたり、付勢手段として捻じりばねを使用し、基板のサイズに応じて押圧力の大きさを変え、結果的に押し当て圧力を一定にする技術が開示されている。

また、特開平６−２４６５６７号公報には、テーブル上にあるワークとの間に液状媒体を供給し、その媒体を凝固させることによりワークをテーブル上に固定する冷凍チャック方法と凝固の仕方を任意に選択できる装置が開示されている。

特開平５−１８２８９１号公報 特開平６−２４６５６７号公報

本発明は、基板と位置合わせ材との距離を所望の状態に保持したまま面方向の位置合わせを行うことのできる位置合わせ装置、光学電子部品製造装置および光学電子部品製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の位置合わせ装置は、温度調節部を備えた台と、前記台上に設けられ、液状の固定媒体が浸透された弾性体と、前記弾性体上に置かれる基板と位置合わせされる位置合わせ材を保持する保持手段と、前記基板と前記位置合わせ材とが相互に接近する第１の方向および前記基板の面方向である第２の方向に前記台と前記保持手段とを相対移動させる移動手段と、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第１の方向に相対移動させて前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記温度調節部により前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定し、次に、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第２の方向に相対移動させて前記基板と前記位置合わせ材との面方向の位置合わせを行うように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の光学電子部品製造装置は、温度調節部を備えた台と、液状の固定媒体が浸透されて前記台上に設けられた弾性体と、主面に光学素子が形成され前記弾性体上に置かれる基板と対向した面を有するとともに当該面にスペーサが設けられ、素子部品形成領域が形成されて前記基板と位置合わせされる位置合わせ材と、前記位置合わせ材を保持する保持手段と、前記基板と前記位置合わせ材とが相互に接近する第１の方向および前記基板の面方向である第２の方向に前記台と前記保持手段とを相対移動させる移動手段と、前記基板の前記主面に塗布された素子部品形成用の樹脂を硬化させる硬化手段と、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第１の方向に相対移動させて前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記温度調節部により前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定するとともに前記樹脂を前記主面全体に広げ、次に、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第２の方向に相対移動させて前記素子部品形成領域と前記光学素子とが重なり合うように前記基板と前記位置合わせ材との位置合わせを行い、次に、前記硬化手段により前記樹脂の前記素子部品形成領域に対応する部分を硬化させて前記光学素子上に素子部品を形成するように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の光学電子部品製造方法は、液状の固定媒体が浸透された弾性体を台上に置き、主面に光学素子の形成された基板を前記弾性体上に置き、前記基板の前記主面に素子部品形成用の樹脂を塗布し、素子部品形成領域が形成された位置合わせ材の面をスペーサを挟んで前記基板に押し当て、前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定するとともに前記樹脂を前記基板の前記主面全体に広げ、前記基板と前記位置合わせ材とを前記基板の面方向に相対移動させて前記素子部品形成領域と前記光学素子とが重なり合うように前記位置合わせ材と前記基板との位置合わせを行い、前記樹脂の前記素子部品形成領域に対応する部分を硬化させて前記光学素子上に素子部品を形成し、前記位置合わせ材を前記基板から剥離し、前記固定媒体を液状に戻して前記基板を前記台から取り外し、未硬化の前記樹脂を前記基板から除去して光学電子部品を得る、ことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、基板と位置合わせ材との距離を所望の状態に保持したまま面方向の位置合わせを行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、光学素子の形成された基板と光学素子上に形成される素子部品の形成領域が形成された位置合わせ材との距離を所望の状態に保持したまま面方向の位置合わせを行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、光学素子の形成された基板と光学素子上に形成される素子部品の形成領域が形成された位置合わせ材との距離を所望の状態に保持したまま面方向の位置合わせを行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る位置合わせ装置の一例である光学電子部品製造装置の概略図である。 光学素子の形成された基板を示す概念図である。 基板と位置合わせされるレンズ母型を示す概念図である。 基板にレンズが形成されるプロセスの一部を示す説明図である。 図４に続く説明図である。 図５に続く説明図である。 図６に続く説明図である。 図７に続く説明図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る光学電子部品製造装置（位置合わせ装置の一例）はステージ１１（台の一例）を有している。ステージ１１の上面には、底面が平らになった穴部１１ａが形成されており、例えばポーラスシリコンゴムなどのように多孔質で弾性を有する材料からなるシート１２（弾性体の一例）が設けられている。そして、シート１２には、常温域（例えば、日本工業規格で定められた２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲）など、ある温度帯域では液状となり、冷却すると凝固する性質を有する固定媒体１３が浸透されている。

なお、シート１２としては、多孔質体のように液状の固定媒体が浸透する性質を備え、後述するように基板１４で加圧したときに変形する程度の弾性を有している様々な材料が適用され、ポーラスシリコンゴム以外にも、例えば有機高分子多孔体、樹脂ポーラスなどが適用される。

ステージ１１は、このステージ１１上に置かれた物体を例えば−２０〜＋５０℃の範囲で加熱・冷却する温度調節部１１ｂを備えている。したがって、ステージ１１に形成された穴部１１ａに配されたシート１２に浸透された固定媒体１３は、ステージ１１に備えられた温度調節部１１ｂに冷却されて凝固される。また、凝固された固定媒体１３は、冷却が解除されるか加熱されて液体に戻される。

なお、温度調節部１１ｂによる温度調節範囲は上述の範囲に限定されるものではなく、固定媒体１３を冷却して凝固させることができ、また凝固した固定媒体１３を液体に戻すことができればよい。

図１に示すように、シート１２上には平坦な基板１４が置かれる。図２に示すように、基板１４は、本実施の形態では例えばガリウムヒ素ウエハであり、その主面１４ａには例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の発光素子１４−１（光学素子の一例）が形成されている。発光素子１４−１は、スクライブエリア１４ｂで区画された各チップ領域１４ｃにおいて多数個（例えば、２５６個）が一列に形成されている。この発光素子１４−１は基板１４の主面１４ａに発光面があり、基板に対してほぼ垂直に発光するものであり、指向性が低く光が拡散する。そこで、後述するレンズ（素子部品の一例）を当該発光素子１４−１の表面に形成することによって光に方向性をもたせ、利用効率を上げるようにしている。

なお、基板１４はガリウムヒ素ウエハに限定されるものではなく、シリコンウエハのような半導体基板はもちろん、配線が形成されたプリント基板など、様々な基板が適用される。

また、光学素子は本実施の形態に示すＬＥＤに限定されるものではなく、基板上に形成される様々な光学素子（発光素子・受光素子）が適用される。

ステージ１１の上方には、保持手段１５に保持されたレンズ母型１６（位置合わせ材の一例）が配置されている。例えば石英で作製されたレンズ母型１６には、ステージ１１に設けられたシート１２上に置かれた基板１４と対向した平坦面１６ａを有している。平坦面１６ａには、後述するレンズ形成用の樹脂２４（図４参照）の厚みを調整するためのスペーサ１７が設けられている。

図３に示すように、レンズ母型１６には、基板１４に形成された発光素子１４−１に対応したレンズ形成領域１６−１（素子部品形成領域の一例）が形成されている。レンズ形成領域１６−１は、例えばクロムからなり平坦面１６ａに設けられたフォトマスク１８の開口部分に形成されており、発光素子１４−１からの光を集光するために凸レンズ状のキャビティとなっている。そして、基板１４に形成された各発光素子１４−１と、これら各発光素子１４−１に対応したレンズ形成領域１６−１とが重なり合うように基板１４とレンズ母型１６とが位置合わせされる。

なお、本実施の形態では発光素子１４−１とレンズ形成領域１６−１とが重なり合うように基板１４とレンズ母型１６とが位置合わせされるが、基板としては様々なものが適用され、また、レンズ母型は位置合わせ材の一例であることから、発光素子１４−１とレンズ形成領域１６−１とが重なり合うような位置合わせは、基板と位置合わせ材との様々な位置合わせ形態の一例に過ぎない。

また、本実施の形態では、発光素子１４−１上に素子部品の一例としてのレンズが形成されるようになっているために、位置合わせ材の一例であるレンズ母型１６にレンズ形成領域１６−１が形成されているが、発光素子１４−１などの光学素子上に形成される素子部品はレンズに限定されるものではなく、例えば光学素子を保護する部品などであってもよい。

基板１４とレンズ母型１６との位置合わせを行うために、レンズ母型１６の基板１４と反対側には、図１に示すように、発光素子１４−１とレンズ形成領域１６−１との平面方向の位置関係を観察するためのカメラ１９（位置確認手段の一例）が配置されている。さらに、同じくレンズ母型１６の基板１４と反対側には、基板１４の主面１４ａに塗布されたレンズ形成用の樹脂２４（ＵＶ硬化性の樹脂）を硬化させるためのＵＶ光を照射する光源２０が配置されている。

なお、このようにレンズ母型１６を通してカメラ１９で発光素子１４−１とレンズ形成領域１６−１とを観察するために透明性が高いことが要求され、また、光源２０から照射されたＵＶ光をレンズ母型１６を通して樹脂２４に照射するためにＵＶの透過率が高いことが要求されることから、前述のように、レンズ母型１６が石英で作製されている。但し、レンズ母型１６はこれらの要求を満たす材料であればよく、石英には限定されない。

さらに、カメラ１９は位置確認手段の一例であり、位置確認手段はカメラのように観察する形態のものには限定されない。例えば、基板１４とレンズ母型１６とに、両者が位置合わせされた位置で導通する電極を形成しておき、導通の有無によって位置合わせされたか否かを確認する位置確認手段などでもよい。

ステージ１１には、基板１４とレンズ母型１６とが相互に接近する第１の方向および基板１４の平面方向である第２の方向にステージ１１を移動させるための移動手段２１が取り付けられている。なお、本実施の形態では、ステージ１１を移動させているが、保持手段１５に移動手段を取り付け、当該保持手段１５を基板１４とレンズ母型１６とが相互に接近する第１の方向および基板１４の平面方向である第２の方向に移動させるようにしてもよい。つまり、ステージ１１と保持手段１５とは（換言すれば、ステージ１１上の基板１４と保持手段１５に保持されたレンズ母型１６とは）、移動手段により相対移動されるようになっていればよい。

そして、以上に説明した温度調節部１１ｂ、光源２０および移動手段２１を制御して発光素子１４−１上にレンズ２２を形成するための制御手段２３が設けられている。

次に、本実施の形態の光学電子部品製造方法におけるレンズ形成のためのプロセスについて説明する。

まず、固定媒体１３が浸透されたシート１２をステージ１１上の穴部１１ａに置き、このシート１２上に、発光素子１４−１の形成された主面１４ａを表にして基板１４を置く。また、平坦面１６ａが基板１４と対向するようにして、レンズ母型１６を保持手段１５に保持させる。

そして、図４に示すように、基板１４の主面１４ａにレンズ形成用の樹脂２４を塗布する。

次に、図５に示すように、制御手段２３は移動手段２１を動作させてステージ１１を第１の方向（保持手段１５に接近する方向）に移動させ、レンズ母型１６の平坦面１６ａをスペーサ１７を挟んで基板１４に押し当てる。そして、このようにして基板１４でシート１２を加圧したまま、さらに制御手段２３は温度調節部１１ｂを動作させて固定媒体１３を凝固させて基板１４をステージ１１上に固定するとともに、樹脂２４を基板１４の主面１４ａ全体に広げる。これにより、樹脂２４は、基板１４とレンズ母型１６との間にスペーサ１７の厚み分に亘って全体に行き渡るとともに、レンズ母型１６のレンズ形成領域１６−１内へと入り込む。

ここで、スペーサ１７に基板１４の全体が押し当てられるまで加圧することでシート１２は加圧による荷重を分散して変形し、基板１４の反りが補正されてレンズ母型１６と基板１４上に形成された発光素子１４−１とがほぼ平行になる。そして、その状態で固定媒体１３が凝固されることにより基板１４がステージ１１に固定されることから、基板１４の平面方向の剛性が確保される。

次に、制御手段２３はカメラ１９の画像を取り込みながら、移動手段２１を動作させてステージ１１を第２の方向に移動させ、基板１４をその平面方向に移動させる。そして、レンズ母型１６のレンズ形成領域１６−１と基板１４の発光素子１４−１とが重なり合うようにレンズ母型１６と基板１４の位置合わせを行う。

そして、図６に示すように、制御手段２３は光源２０に給電を行って樹脂２４にＵＶ露光を行う。このとき、レンズ母型１６のレンズ形成領域１６−１以外の領域はフォトマスク１８で遮光されているので、レンズ形成領域１６−１に対応する部分にある樹脂２４にはＵＶ光により硬化されて発光素子１４−１上にレンズ２２が形成されるが、それ以外の領域にある樹脂２４はＵＶ光が照射されずに硬化されない。このとき、樹脂硬化時による化学反応やＵＶ露光時の熱により基板１４とレンズ２２とが膨張するが、固定媒体１３が凝固したことにより基板１４はシート１２を介してステージ１１に固定されているので、位置ズレが発生することはない。

発光素子１４−１上にレンズ２２が形成されたならば、光源２０への給電を停止して、図７に示すように、レンズ母型１６を基板１４から剥離する。

続いて、温度調節部１１ｂによる固定媒体１３の冷却を停止するか温度調節部１１ｂにより固定媒体１３を加熱することにより固定媒体１３を凝固状態から液体に戻して基板１４をステージ１１から取り外す。

そして、未硬化の樹脂２４を洗浄して基板１４から除去し、図８に示すような光学電子部品を得る。

なお、本実施の形態の基板１４は、スクライブエリア１４ｂで区画された各チップ領域１４ｃに発光素子１４−１が形成されたガリウムヒ素ウエハであるため、最後に、各チップにダイシングされる。

このように、本実施の形態では、基板１４とシート１２とを加圧したまま固定媒体１３を凝固させ、その後基板１４とレンズ母型１６との平面方向の位置合わせを行うようにしている。したがって、加圧時の荷重分散によりシート１２が変形して基板１４の反りが補正された状態で当該基板１４がステージ１１に固定されて平面方向の剛性が確保され、その状態で基板１４の平面方向の位置合わせが行われることになる。

これにより、発光素子１４−１の形成された基板１４と発光素子１４−１上に形成されるレンズ形成領域１６−１が形成されたレンズ母型１６との距離を所望の状態に保持したまま平面方向の位置合わせが行われる。

このように、本実施の形態では、レンズ母型１６により基板１４の反りを補正して平面にして平面方向の位置合わせを行っている。しかしながら、レンズ母型１６と基板１４との間隔が全面にわたって異なっていなければ基板１４とレンズ母型１６との距離は所望の状態に保持されることから、基板１４を平面に補正する必要はない。つまり、レンズ母型１６の基板１４との対向面を曲面とし、基板１４をレンズ母型１６の曲面に合わせるように補正してもよい。なお、この場合には、曲面方向の位置合わせが行われることになる。

ここで、以上の説明では、レンズ形成用の樹脂としてＵＶ硬化型の樹脂を用いていたが、熱硬化型の樹脂を用いてもよい。

この場合には、光源２０に代えて、例えばハロゲンランプなどの熱源が配置される。

そして、レンズ形成のためのプロセスにおいては、ＵＶ光照射に代えて熱源による加熱でレンズ形成領域１６−１に対応する部分にある樹脂２４を硬化させて発光素子１４−１上にレンズ２２を形成する。

つまり、レンズ形成のためのプロセスの概略を説明すれば、まず、固定媒体１３が浸透されたステージ１１上のシート１２に基板１４を置くとともに、レンズ母型１６を保持手段１５に保持させる。

次に、基板１４の主面１４ａにレンズ形成用の樹脂２４（ここでは、熱硬化型の樹脂）を塗布し、レンズ母型１６の平坦面１６ａをスペーサ１７を挟んで基板１４に押し当てる。そして、基板１４でシート１２を加圧したまま、固定媒体１３を凝固させて基板１４をステージ１１上に固定するとともに、樹脂２４を基板１４の主面１４ａ全体に広げる。

次に、基板１４を平面方向に移動させてレンズ母型１６のレンズ形成領域１６−１と基板１４の発光素子１４−１とが重なり合うようにレンズ母型１６と基板１４の位置合わせを行う。

そして、熱源により樹脂を加熱し、レンズ形成領域１６−１に対応する部分にある樹脂２４を硬化させて発光素子１４−１上にレンズ２２を形成する。

次に、レンズ母型１６を基板１４から剥離した後、固定媒体１３を凝固状態から液体に戻して基板１４をステージ１１から取り外し、未硬化の樹脂２４を洗浄して基板１４から除去する。そして、各チップにダイシングする。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

以上の説明では、本発明を基板に形成された光学素子と位置合わせ材としてのレンズ母型に形成されたレンズ形成領域との位置合わせに適用した例が説明されているが、本発明は、半導体基板やプリント基板などの様々な基板と位置合わせ材との位置合わせに適用される。

１１ ステージ
１１ａ 穴部
１１ｂ 温度調節部
１２ シート
１３ 固定媒体
１４ 基板
１４−１ 発光素子
１４ａ 主面
１４ｂ スクライブエリア
１４ｃ チップ領域
１５ 保持手段
１６ レンズ母型
１６−１ レンズ形成領域
１６ａ 平坦面
１７ スペーサ
１８ フォトマスク
１９ カメラ
２０ 光源
２１ 移動手段
２２ レンズ
２３ 制御手段
２４ 樹脂

Claims (3)

1. 温度調節部を備えた台と、
   前記台上に設けられ、液状の固定媒体が浸透された弾性体と、
   前記弾性体上に置かれる基板と位置合わせされる位置合わせ材を保持する保持手段と、
   前記基板と前記位置合わせ材とが相互に接近する第１の方向および前記基板の面方向である第２の方向に前記台と前記保持手段とを相対移動させる移動手段と、
   前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第１の方向に相対移動させて前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記温度調節部により前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定し、次に、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第２の方向に相対移動させて前記基板と前記位置合わせ材との面方向の位置合わせを行うように制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする位置合わせ装置。
2. 温度調節部を備えた台と、
   液状の固定媒体が浸透されて前記台上に設けられた弾性体と、
   主面に光学素子が形成され前記弾性体上に置かれる基板と対向した面を有するとともに当該面にスペーサが設けられ、素子部品形成領域が形成されて前記基板と位置合わせされる位置合わせ材と、
   前記位置合わせ材を保持する保持手段と、
   前記基板と前記位置合わせ材とが相互に接近する第１の方向および前記基板の面方向である第２の方向に前記台と前記保持手段とを相対移動させる移動手段と、
   前記基板の前記主面に塗布された素子部品形成用の樹脂を硬化させる硬化手段と、
   前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第１の方向に相対移動させて前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記温度調節部により前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定するとともに前記樹脂を前記主面全体に広げ、次に、前記移動手段により前記台と前記保持手段とを前記第２の方向に相対移動させて前記素子部品形成領域と前記光学素子とが重なり合うように前記基板と前記位置合わせ材との位置合わせを行い、次に、前記硬化手段により前記樹脂の前記素子部品形成領域に対応する部分を硬化させて前記光学素子上に素子部品を形成するように制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする光学電子部品製造装置。
3. 液状の固定媒体が浸透された弾性体を台上に置き、
   主面に光学素子の形成された基板を前記弾性体上に置き、
   前記基板の前記主面に素子部品形成用の樹脂を塗布し、
   素子部品形成領域が形成された位置合わせ材の面をスペーサを挟んで前記基板に押し当て、前記基板で前記弾性体を加圧したまま前記固定媒体を凝固させて前記基板を前記台上に固定するとともに前記樹脂を前記基板の前記主面全体に広げ、
   前記基板と前記位置合わせ材とを前記基板の面方向に相対移動させて前記素子部品形成領域と前記光学素子とが重なり合うように前記位置合わせ材と前記基板との位置合わせを行い、
   前記樹脂の前記素子部品形成領域に対応する部分を硬化させて前記光学素子上に素子部品を形成し、
   前記位置合わせ材を前記基板から剥離し、
   前記固定媒体を液状に戻して前記基板を前記台から取り外し、
   未硬化の前記樹脂を前記基板から除去して光学電子部品を得る、
   ことを特徴とする光学電子部品製造方法。

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