JP2015038601A - 接合装置および接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上への光学素子の常温活性化接合を高精度かつ高速に行うことができる接合装置および接合方法を提供する。【解決手段】接合装置（１，２）は、光学素子から出射される光の強度に基づき金属製のマイクロバンプを有する基板に対して光学素子を位置決めし、第１の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に仮止めする仮止め部（１０）と、第１の荷重より大きく仮止め部により仮止めされた光学素子から出射される光の強度に基づき調整された第２の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる本接合部（２０）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板と接合物を常温活性化接合させる接合装置および接合方法に関する。

互いに接合される接合物の表面をプラズマ照射などにより洗浄し、洗浄された接合物に荷重を加えて接合物同士を常温接合させる接合装置および接合方法が知られている（例えば特許文献１〜３を参照）。また、基板同士や基板と電子部品などを接合する際に、基板とそれに接合される接合物を互いに位置合わせして仮接合した後で、得られた仮接合体に荷重を加えて本接合を行う接合装置および接合方法が知られている（例えば特許文献４，５を参照）。

複数のレーザ素子などの光学素子で構成されるレーザ光源などの光モジュールを製造する際は、光学素子は、例えば特許文献１〜３で開示されているような接合装置を使用して、常温活性化接合（Surface Activation Bonding：ＳＡＢ）により基板上に実装される。常温活性化接合とは、物質表面を覆っている酸化膜、塵（コンタミ）などの不活性層をＡｒ（アルゴン）プラズマ処理などで取り除いて活性化し、表面エネルギーの高い原子同士を接触させ、高荷重を加えることで原子間の凝着力を利用して常温で接合させることをいう。常温活性化接合は特別な加熱を要しないことから、熱膨張係数差の残留応力による各素子の位置ずれが発生しにくく、接合物を高精度に位置決めして実装することができる。

特開２００９−２１２４９１号公報 特開２００５−２６８７６６号公報 特開２００１−３５１８９２号公報 特開２００４−３４２８５５号公報 特開平９−１５５５６８号公報

一般に、基板上に光学素子などの接合物を常温活性化接合させる際に必要な荷重は、数百Ｎ程度の高荷重である。このため、プレス機のヘッドや調芯用の支持台を、その荷重に耐えられる構造とする必要がある。すると、ヘッドと支持台が大型化するとともに重くなるため、ヘッドと支持台を高速に移動させることが困難になる。したがって、基板上に接合物を調芯するために時間がかかり、接合工程を高速化することが難しい。

また、特許文献１〜３の接合装置では、同一の支持台上で、基板と接合物との相対位置を３次元的に調整し、荷重を加えて両者を接合させる。このため、１つのサンプルについての一連の調芯と接合が終わるまで次のサンプルの作業に移ることができず、作業効率が悪い。

接合工程を高速化し、作業効率を高めるためには、特許文献４，５の接合装置のように、基板と接合物の位置合わせをする仮接合工程と、両者を常温活性化接合させる本接合工程とを分離することが考えられる。しかしながら、例えば基板上に複数の光学素子が接合される場合には、１つの光学素子から出射された光が他の光学素子に効率よく入射されるように、各光学素子を相互に精度よく位置合わせ（調芯）して基板上に実装する必要がある。この場合、まず接合装置の支持台（ステージ）上に基板が載せられ、接合対象の光学素子がプレス機のヘッドに保持された状態で、例えばピエゾ駆動により支持台を移動させて光学素子間の相対位置が３次元的に調整（調芯）される。そして、プレス機で接合対象の光学素子と基板に高荷重を加えることで、両者が接合される。こうした基板と光学素子との接合では、基板同士の接合よりも高い精度が求められ、光学素子間の調芯と常温活性化接合の両方を高速化する必要がある。

そこで、本発明の目的は、本構成を有しない場合と比べて、基板上への光学素子の常温活性化接合を高精度かつ高速に行うことができる接合装置および接合方法を提供することである。

本発明に係る接合装置は、金属製のマイクロバンプを有する基板に対して接合物を位置決めし、第１の荷重を接合物に加えて、接合物をマイクロバンプ上に仮止めする仮止め部と、第１の荷重より大きな第２の荷重を仮止め部により仮止めされた接合物に加えて、接合物をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる本接合部とを有することを特徴とする。

また、接合装置は、光学素子から出射される光の強度に基づき金属製のマイクロバンプを有する基板に対して光学素子を位置決めし、第１の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に仮止めする仮止め部と、第１の荷重より大きく仮止め部により仮止めされた光学素子から出射される光の強度に基づき調整された第２の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる本接合部とを有することを特徴とする。

上記の接合装置では、仮止め部は、光学素子を支持し光学素子に第１の荷重を加える仮止めヘッドと、基板を仮止めヘッドに対して移動可能に基板を支持する仮止め支持台とを有し、本接合部は、光学素子に第２の荷重を加える本接合ヘッドと、光学素子が仮止めされた基板を支持する本接合支持台とを有することが好ましい。

上記の接合装置では、仮止め部は、光学素子から出射された光を検出する仮止め光検出部と、仮止め光検出部からの検出出力に基づいて仮止め支持台の移動を制御する仮止め制御部とをさらに有し、本接合部は、光学素子から出射された光を検出する本接合光検出部と、本接合光検出部からの検出出力に基づいて本接合ヘッドを制御する本接合制御部とをさらに有することが好ましい。

上記の接合装置は、光学素子が仮止めされた基板を仮止め支持台から本接合支持台上に搬送する搬送部をさらに有することが好ましい。

上記の接合装置では、仮止め部は、マイクロバンプが設けられた基板の平面上における光学素子の水平位置を決定し、本接合部は、第２の荷重の大きさを調整して基板の厚さ方向における光学素子の垂直位置を決定することが好ましい。

上記の接合装置は、接合部により常温活性化接合された基板と光学素子を加熱して接合強度を高める加熱部をさらに有することが好ましい。

また、本発明に係る接合方法は、光学素子から出射される光の強度に基づき金属製のマイクロバンプを有する基板に対して光学素子を位置決めし、第１の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に仮止めする工程と、第１の荷重より大きく仮止めされた光学素子から出射される光の強度に基づき調整された第２の荷重を光学素子に加えて光学素子をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、本構成を有しない場合と比べて、基板上への光学素子の常温活性化接合を高精度かつ高速に行うことができる。

接合装置１の概略構成図である。 光モジュール１００の斜視図である。 光モジュール１００の分解斜視図、断面図および部分拡大図である。 仮止め部１０の概略構成図である。 本接合部３０の概略構成図である。 接合装置１によるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の接合工程の例を示したフローチャートである。 接合装置２の概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る接合装置および接合方法について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

以下では、接合物が接合される基板上に形成されたマイクロバンプの接合平面（後述する図３（Ｃ）を参照）内にＸＹ軸をとり、ＸＹ平面に垂直な方向（すなわち基板の厚さ方向）にＺ軸をとる。また、ＸＹ平面内で回転する方向をθ方向とする。

図１は、接合装置１の概略構成図である。接合装置１は、仮止め部１０と、搬送部２０と、本接合部３０とを有する。

仮止め部１０は、基板に対して接合物を位置決めし、第１の荷重として例えば数Ｎ程度の低荷重を接合物に加えて、接合物を基板に仮止めする。搬送部２０は、仮止め部１０により接合物が仮止めされた基板を、仮止め部１０から本接合部３０に搬送する。本接合部３０は、第１の荷重より大きな第２の荷重として例えば数百Ｎ程度の高荷重を加えて、仮止めされた接合物を基板に常温活性化接合（本接合）させる。

このように、接合装置１は、接合物が接合される基板のＸＹ平面方向に関して接合物を位置決めして仮止めする工程と、その平面に垂直なＺ方向（基板の厚さ方向）に関して接合物を位置決めしながら高荷重を加えて本接合する工程とに２分化して常温活性化接合を行う。これにより、接合装置１は、Ｘ、Ｙ、θおよびＺ方向の調芯と、高荷重の印加とを１つの支持台上で行う場合と比べて、基板上に光学素子などの接合物をより高速に常温活性化接合させる。ここで、光学素子とは、基板上に実装され、光が入射されるかまたは光を出射するレーザ素子や波長変換素子などの素子である。

図２は、光モジュール１００の斜視図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ、光モジュール１００の分解斜視図、図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、およびシリコン基板１１０の上面の部分拡大図である。まず、接合装置１を使用して製造されるものの一例である光モジュール１００について、図２〜図３（Ｃ）を参照して説明する。

光モジュール１００は、シリコン基板１１０と、ＬＤ（レーザダイオード）素子１２０と、ＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）素子１３０とを有する。

ＬＤ素子１２０は、赤外光などを出射するチップタイプの半導体レーザであり、シリコン基板１１０上に実装される。ＬＤ素子１２０は、外部から駆動電流が供給されると、基本波である赤外光Ｌ１を出射する。ＬＤ素子１２０から出射された赤外光Ｌ１は、ＰＰＬＮ素子１３０に入射される。

ＰＰＬＮ素子１３０は、ＬＤ素子１２０に隣接してシリコン基板１１０上に実装される。ＰＰＬＮ素子１３０は、長板形状の中心部に、長手方向に沿って形成された光導波路１３１を有し、ＬＤ素子１２０からの赤外光Ｌ１を高調波の緑色光または青色光のレーザ光Ｌ２に変換して出射する。ＰＰＬＮ素子１３０の光導波路１３１から出射されたレーザ光Ｌ２は、図示しない光ファイバなどによって外部の光学系に伝達される。

以下では、赤外光Ｌ１とレーザ光Ｌ２が出射される方向をＹ方向とし、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０が実装されるシリコン基板１１０の上面内でＹ方向に垂直な方向をＸ方向とする。

光モジュール１００では、高出力パワーのレーザ光を得るために、ＬＤ素子１２０からの赤外光Ｌ１をＰＰＬＮ素子１３０の光導波路１３１に効率よく入射する必要がある。このため、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０の位置が高精度に調整されることで、ＬＤ素子１２０の出射光軸とＰＰＬＮ素子１３０の入射光軸とが調芯される。

図３（Ａ）に示すように、シリコン基板１１０の表面には、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０の接合領域１４０，１５０が形成されている。接合領域１５０は、光導波路１３１の部分を避けて、２本の平行なパターンとして形成されている。図３（Ｂ）に示すように、接合領域１４０，１５０には、それぞれ例えば金（Ａｕ）などの金属材料で構成された、数μｍ程度の大きさの小突起であるマイクロバンプ（以下、単に「バンプ」という）１４１，１５１が、所定のピッチで設けられている。なお、図３（Ｂ）では、バンプ１４１，１５１を誇張して大きく示している。図３（Ｃ）に示すように、各バンプ１５１（またはバンプ１４１）の上面を含む平面２００が、マイクロバンプの接合平面である。

また、図３（Ｂ）に示すように、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０の下面には、接合領域１４０，１５０と対向する部分に、それぞれ帯状に、金属膜として例えばＡｕ膜１２２，１３２が形成されている。

接合領域１４０，１５０のバンプ１４１，１５１とＡｕ膜１２２，１３２とは、接合前にＡｒプラズマによって洗浄され、それぞれの表面を活性化させる。そして接合時に、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０は、それぞれシリコン基板１１０の接合領域１４０と接合領域１５０の上に載せられ、常温で荷重が加えられる。すると、バンプ１４１，１５１の上面と、Ａｕ膜１２２，１３２とがそれぞれ接触し、バンプ１４１，１５１がつぶれることにより、バンプ１４１，１５１の金属原子および分子とＡｕ膜１２２，１３２の金属原子および分子とが相互に相手方に拡散する。これにより、ＬＤ素子１２０とＰＰＬＮ素子１３０は、それぞれシリコン基板１１０のバンプ１４１，１５１上に常温活性化接合される。

以下では、ＬＤ素子１２０が実装されたシリコン基板１１０上に、接合物としてＰＰＬＮ素子１３０を実装する場合を例として、説明する。

図４は、仮止め部１０の概略構成図である。仮止め部１０は、仮止めヘッド１１と、ヘッド駆動部１２と、仮止め支持台１３と、支持台駆動部１４と、光源駆動部１５と、光検出部１６と、制御部１７とを有する。

仮止めヘッド１１は、まず、基板に接合される接合物（図４の例ではＰＰＬＮ素子１３０）の上面に接触して、接合物を持ち上げる。そして、仮止めヘッド１１は、接合物を支持した状態で下降して、接合物を仮止めするための荷重（第１の荷重）を接合物に加える。仮止めヘッド１１は、仮止めのための比較的低荷重を加えるものであるから、後述する本接合部３０の本接合ヘッド３１と比べてより軽量かつ小型であり、より高速に移動することができる。

ヘッド駆動部１２は、例えばモータで構成され、制御部１７による制御に応じて仮止めヘッド１１を駆動する。

仮止め支持台１３は、基板（図４の例ではＬＤ素子１２０が実装されたシリコン基板１１０）を支持するステージであり、基板とともにＸ、Ｙおよびθ方向に移動可能に構成される。すなわち、仮止め支持台１３は、仮止めヘッド１１に対して基板をＸ、Ｙおよびθ方向に移動可能である。仮止め支持台１３は、仮止めのための比較的低荷重に耐えられるものであればよいから、後述する本接合部３０の本接合支持台３３と比べてより軽量かつ小型であり、より高速に移動することができる。

支持台駆動部１４は、Ｘ方向駆動部１４Ａと、Ｙ方向駆動部１４Ｂと、θ方向駆動部１４Ｃとを有する。Ｘ方向駆動部１４ＡとＹ方向駆動部１４Ｂは、例えばピエゾアクチュエータで構成され、制御部１７による制御に応じて仮止め支持台１３をそれぞれＸ，Ｙ方向に駆動する。θ方向駆動部１４Ｃは、例えばモータで構成される。θ方向駆動部１４Ｃは、仮止め支持台１３がＸ，Ｙ方向に平行移動された後で、制御部１７による制御に応じて仮止め支持台１３をさらにθ方向に回転させて、基板と接合物の相対位置を微調整する。

なお、支持台駆動部１４が仮止め支持台１３をＸ、Ｙおよびθ方向に移動させるのではなく、ヘッド駆動部１２が仮止めヘッド１１をＸ、Ｙおよびθ方向に移動させて、基板と接合物の相対位置を調整してもよい。

光源駆動部１５は、制御部１７による制御に応じてＬＤ素子１２０に駆動電流を供給し、ＬＤ素子１２０を発光させる。

光検出部１６は、ＰＰＬＮ素子１３０からの出射光を検出し、出射光の強度に応じた電圧を出力する。光検出部１６は、接合物から出射された光を検出する仮止め光検出部の一例である。

制御部１７は、ＣＰＵやメモリなどを含むＰＣなどで構成される。制御部１７は、仮止め光検出部からの検出出力に基づいて仮止め支持台の移動を制御する仮止め制御部の一例である。制御部１７は、光検出部１６から出力される電圧に応じて、ヘッド駆動部１２や、支持台駆動部１４、光源駆動部１５の動作を制御する。具体的には、制御部１７は、シリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の相対位置をＸ、Ｙおよびθ方向に変化させながらＬＤ素子１２０から光を出射させ、ＰＰＬＮ素子１３０を通して出射される光の強度に基づいて、シリコン基板１１０の平面方向に関するＰＰＬＮ素子１３０の水平位置を決定する（アクティブ調芯）。

その際、制御部１７は、支持台駆動部１４によって仮止め支持台１３をＸ方向に移動させながら、光源駆動部１５を制御してＬＤ素子１２０から赤外光Ｌ１を出射させる。すると、その赤外光に応じて、ＰＰＬＮ素子１３０からレーザ光が出射される。制御部１７は、そのレーザ光の強度に応じた光検出部１６の出力電圧をモニタしながら、ＰＰＬＮ素子１３０に対するシリコン基板１１０のＸ方向の位置を定める。さらに、制御部１７は、Ｙ方向とθ方向についても、上記と同様にして、ＰＰＬＮ素子１３０に対するシリコン基板１１０の位置を定める。

なお、光検出部１６からの出力結果を電気信号として支持台駆動部１４に直接フィードバックし、Ｘ方向駆動部１４ＡとＹ方向駆動部１４Ｂのピエゾアクチュエータやθ方向駆動部１４Ｃのモータを光検出部１６によるピークの検出と連動させて、Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯作業を自動化してもよい。

また、シリコン基板１１０の上面やＰＰＬＮ素子１３０の下面には、図示しないアライメントマークを設けてもよい。これらのアライメントマークを合わせることで、Ｘ、Ｙおよびθ方向におけるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の大まかな相対位置を予め定めておき、その後で、上記のアクティブ調芯により両者の詳細な位置決めを行うとよい。

搬送部２０は、図１に示すように、例えばアーム２１と、ロッド２２と、本体２３とを有する。アーム２１は、例えばＸ方向に伸縮可能なロッド２２を介して本体２３に取り付けられており、ロッド２２を中心軸としてｒ方向に回転可能に構成される。また、本体２３は、Ｚ方向に上下動可能であり、かつθ方向に回転可能に構成される。仮止め部１０により仮止めされた基板と接合物（以下、単に「ワーク」ともいう）は、アーム２１で把持され、本体２３の回転により仮止め部１０から本接合部３０に搬送され、本接合部３０でアーム２１から解放される。

あるいは、搬送部２０を、仮止め部１０と本接合部３０の間をつなぐ搬送レールとして構成してもよい。この場合、仮止めされたワークは、仮止め部１０で搬送レールに載せられ、搬送レールを通って本接合部３０に搬送される。

図５は、本接合部３０の概略構成図である。本接合部３０は、本接合ヘッド３１と、ヘッド駆動部３２と、本接合支持台３３と、光源駆動部３５と、光検出部３６と、制御部３７とを有する。

本接合ヘッド３１は、仮止めされた接合物を基板に常温活性化接合させるための荷重（第２の荷重）を、接合物（図５の例ではＰＰＬＮ素子１３０）に加える。本接合ヘッド３１は、本接合のための比較的高荷重を加えるものであるから、仮止めヘッド１１と比べてより重くかつ大型である。

ヘッド駆動部３２は、例えばモータで構成される。ヘッド駆動部３２は、制御部３７による制御量に応じた荷重を本接合ヘッド３１が加えるように、本接合ヘッド３１を駆動する。

本接合支持台３３は、接合物が仮止めされた基板を支持するステージである。Ｘ、Ｙおよびθ方向における接合物と基板の調芯は既に済んでいることから、本接合支持台３３は、仮止め支持台１３とは異なり、移動可能に構成されていなくてもよい。また、本接合支持台３３は、本接合のための比較的高荷重に耐えられるようにするため、仮止め支持台１３と比べてより重くかつ大型である。

光源駆動部３５は、制御部３７による制御に応じてＬＤ素子１２０に駆動電流を供給し、ＬＤ素子１２０を発光させる。

光検出部３６は、ＰＰＬＮ素子１３０からの出射光を検出し、出射光の強度に応じた電圧を出力する。光検出部３６は、接合物から出射された光を検出する本接合光検出部の一例である。

制御部３７は、ＣＰＵやメモリなどを含むＰＣなどで構成される。制御部３７は、本接合光検出部からの検出出力に基づいて本接合ヘッドを制御する本接合制御部の一例である。制御部３７は、光検出部３６から出力される電圧に応じて、ヘッド駆動部３２や光源駆動部３５の動作を制御する。具体的には、制御部３７は、仮止めされたＰＰＬＮ素子１３０に加える荷重を調整しながらＬＤ素子１２０から光を出射させ、ＰＰＬＮ素子１３０を通して出射される光の強度に基づいて、シリコン基板１１０の厚さ方向におけるＰＰＬＮ素子１３０の垂直位置を決定する（アクティブ調芯）。

その際、制御部３７は、光源駆動部３５を制御してＬＤ素子１２０から赤外光Ｌ１を出射させる。すると、その赤外光に応じて、ＰＰＬＮ素子１３０からレーザ光が出射される。制御部３７は、そのレーザ光の強度に応じた光検出部３６の出力電圧をモニタしながら、ヘッド駆動部３２を制御して本接合ヘッド３１が加える荷重を調整する。例えば、制御部３７は、光検出部３６の出力電圧が最大となるＺ方向の位置にＰＰＬＮ素子１３０が位置決めされるように、本接合ヘッド３１が加える荷重を調整する。これにより、ＰＰＬＮ素子１３０は、シリコン基板１１０に常温活性化接合されるとともに、ＰＰＬＮ素子１３０とシリコン基板１１０とのＺ方向の相対位置が定められる。

なお、光検出部３６からの出力結果を電気信号としてヘッド駆動部３２に直接フィードバックし、ヘッド駆動部３２のモータを光検出部１６によるピークの検出と連動させて、Ｚ方向の調芯作業を自動化してもよい。

図６は、接合装置１によるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の接合工程の例を示したフローチャートである。

まず、上面に金属製のマイクロバンプが形成された基板（上記の例ではシリコン基板１１０）と、下面に金属膜が形成された接合物（上記の例ではＰＰＬＮ素子１３０）を用意する。そして、シリコン基板１１０のマイクロバンプとＰＰＬＮ素子１３０の金属膜を、接合前に例えばＡｒプラズマによって洗浄し、それぞれの表面を活性化させる（Ｓ１０：プラズマ洗浄処理）。これにより、ＰＰＬＮ素子１３０は、シリコン基板１１０上に置いただけでも仮止めされるようになる。

続いて、仮止め部１０により仮止め工程を行う。図６に破線で示したＳ２１〜Ｓ２６が仮止め工程である。仮止め工程では、まず、仮止め支持台１３と仮止めヘッド１１に、それぞれシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０をセットする（Ｓ２１）。そして、シリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０に予め設けられたアライメントマークの位置を合わせることで、Ｘ、Ｙおよびθ方向におけるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の大まかな相対位置を調整（粗調整）する（Ｓ２２）。

次に、ＰＰＬＮ素子１３０を持ち上げている仮止めヘッド１１をヘッド駆動部１２によりＺ方向に移動させて、シリコン基板１１０と接触するぎりぎりの高さまでＰＰＬＮ素子１３０を下降させる（Ｓ２３）。そして、シリコン基板１１０上に既に実装されているＬＤ素子１２０を光源駆動部１５により駆動し、赤外光を出射させる（Ｓ２４）。

この状態で、アクティブ調芯によりＸ、Ｙおよびθ方向におけるＰＰＬＮ素子１３０の調芯を順次行う（Ｓ２５）。その際、制御部１７は、まず、支持台駆動部１４によって仮止め支持台１３をＸ方向に移動させながら、ＰＰＬＮ素子１３０からのレーザ光の強度に応じた光検出部１６の出力電圧をモニタする。そして、出力電圧がピークになるときのＰＰＬＮ素子１３０の位置を、Ｘ方向におけるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の相対位置と定める。Ｙ方向とθ方向の調芯も、Ｘ方向の調芯と同様に行われる。

Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯が終わったら、ヘッド駆動部１２により仮止めヘッド１１を駆動し、ＰＰＬＮ素子１３０に数Ｎの荷重を加えて、ＰＰＬＮ素子１３０をシリコン基板１１０に仮止めする（Ｓ２６）。

仮止め工程が終了したら、ＰＰＬＮ素子１３０が仮止めされたシリコン基板１１０を、搬送部２０により仮止め支持台１３から本接合支持台３３に搬送する（Ｓ３０）。

続いて、本接合部３０により本接合工程を行う。図６に破線で示したＳ４１〜Ｓ４３が本接合工程である。上記の仮止め工程によって、Ｘ、Ｙおよびθ方向におけるＰＰＬＮ素子１３０の位置は既に定まっている。そこで、本接合工程では、ＰＰＬＮ素子１３０に加えられる荷重を制御してマイクロバンプのつぶれ量を調整して、ＰＰＬＮ素子１３０のＺ方向の位置を定める。

本接合工程では、まず、搬送部２０により搬送されてきたワークを、本接合支持台３３にセットする（Ｓ４１）。そして、シリコン基板１１０のＬＤ素子１２０を光源駆動部３５により駆動し、赤外光を出射させる（Ｓ４２）。

この状態で、アクティブ調芯によりＺ方向におけるＰＰＬＮ素子１３０の調芯を行うとともに、ＰＰＬＮ素子１３０をシリコン基板１１０に常温活性化接合（本接合）させる（Ｓ４３）。その際、制御部３７は、仮止めされたＰＰＬＮ素子１３０に加える荷重を調整しながら、ＰＰＬＮ素子１３０からのレーザ光の強度に応じた光検出部３６の出力電圧をモニタする。そして、出力電圧がピークになるときのＰＰＬＮ素子１３０の位置を、Ｚ方向におけるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の相対位置と定める。

ＰＰＬＮ素子１３０の本接合が終了したら、ヘッド駆動部３２により本接合ヘッド３１を上昇させる。これで、接合装置１によるシリコン基板１１０とＰＰＬＮ素子１３０の接合工程は終了する。

一般に、調芯が必要な光学素子の接合工程は、主に、アライメントマークによる粗調整（図６のＳ２２）、Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯（Ｓ２５）、ならびに素子の接合（Ｓ２６とＳ４３）を含む。これらは、いずれもヘッドや支持台の移動を伴うものである。特に、アライメントマークによる粗調整とＸ、Ｙおよびθ方向の調芯については、ヘッドや支持台の移動時間が所要時間の大部分を占める。接合装置１を使用せずに、Ｘ、Ｙ、θおよびＺ方向の調芯と、高荷重の印加とを１つの支持台上で行う従来の接合装置の場合は、例えば、アライメントマークによる粗調整に５〜１０秒、Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯に１５〜３０秒、素子の接合に３０〜９０秒程度の時間がかかる。

しかしながら、接合装置１のように、本接合させる前に数Ｎ程度の荷重で仮止めをする場合、仮止め工程では、Ｚ方向の調芯が行われず、仮止めヘッド１１を低荷重で軽く押し付けるだけである。このため、仮止め支持台１３には大きな負荷がかからず、仮止め支持台１３を高荷重に耐えられる仕様とする必要がない。したがって、接合装置１では、仮止め部１０を小型化し重量を軽くすることが可能である。これにより、従来の接合装置と比べて、接合装置１の仮止め部１０では、仮止めヘッド１１と仮止め支持台１３をより高速に移動させることができる。このため、接合装置１の仮止め部１０では、アライメントマークによる粗調整とＸ、Ｙおよびθ方向の調芯について、所要時間を短縮することが可能になる。

また、仮止めをする際は、基板と接合物を完全に接合させる必要がない。常温活性化接合では接着剤を使用しないため、接着硬化時間が必要ないことから、Ｓ２６における素子の接合は１０ｍｓ以下で完了する。したがって、接合装置１の仮止め部１０では、素子の接合についても、所要時間を短縮することが可能になる。以上のことから、仮止め工程の実装時間は、例えば１秒以下で可能となる。

また、本接合工程では、Ｚ方向の調芯と本接合だけを行えばよい。本接合ヘッド３１は仮止めヘッド１１より重く、移動に時間がかかるが、Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯は既に済んでいることから、従来の接合装置と比べて、重い本接合ヘッド３１を移動させる時間は短くなる。このため、接合装置１では、仮止め工程と本接合工程を合わせた全体の所要時間も従来の接合装置より短縮化でき、常温活性化接合を高速化することが可能になる。

また、本接合部３０では、Ｘ、Ｙおよびθ方向の調芯のための機構は必要ないため、本接合支持台３３をＺ方向の高荷重に耐えられる構造とすることが容易である。水平方向の調芯機構がある支持台（仮止め支持台１３）を高荷重仕様とする必要がないため、接合装置１は、装置の価格も従来の接合装置と比べて安くなる。

本接合工程の所要時間は仮止め工程より長いため、接合装置１では、本接合部３０の前でワークが多数待機することになる。そこで、本接合部３０を複数台に増設し、本接合工程を並列化してもよい。これにより、全体の所要時間さらに短縮させることが可能である。

なお、上記の接合装置１では、仮止め部１０と本接合部３０を１つの装置内に設けているが、仮止め部１０と本接合部３０を別個の装置として構成してもよい。本明細書でいう接合装置は、仮止め部１０に対応する装置と、本接合部３０に対応する装置とから構成される接合システムの形態をも含むものとする。

仮止め装置と本接合部３０を別個の装置とする場合は、仮止め装置にアンローダを設けて、仮止めされたワークをアンローダによりマガジンに収納するように構成するとよい。この場合、上記の搬送部２０を設ける代わりに、例えば、仮止めされたワークが複数収納されたマガジンを本接合装置にセットすることにより、仮止め装置から本接合装置へのワークの搬送が行われる。

また、上記ではＬＤ素子１２０を発光させながらＰＰＬＮ素子１３０の位置を調整するアクティブ調芯を行う例について説明したが、アライメントマークを用いたパッシブ調芯を行う場合でも、接合装置１により常温活性化接合を高速化することが可能である。

図７は、接合装置２の概略構成図である。接合装置２は、接合装置１のものと同じ仮止め部１０、搬送部２０および本接合部３０に加えて、加熱部４０を有する。常温活性化接合の接合強度は、接合体を加熱すると高まることが知られている。そこで、接合装置は、常温活性化接合された基板と接合物の本接合体を加熱する加熱部をさらに有してもよい。

加熱部４０は、本接合部３０により常温活性化接合された本接合体が設置される加熱テーブル４１と、設置された本接合体を加熱するヒータ４２とを有する。加熱部４０には、必要な全ての光学素子が本接合部３０により基板上に常温活性化接合された後で、その本接合体が搬送部２０により搬送される。そして、加熱部４０は、例えば１００〜１５０℃程度の温度で１〜２時間程度、その本接合体を加熱する。図６のフローチャートで言えば、接合装置２は、Ｓ４３まで上記と同様の工程を実施した後で、Ｓ４３において得られた本接合体を搬送部２０により加熱部４０の加熱テーブル４１上に搬送して、その本接合体をヒータ４２により加熱する。

このように、接合装置において、常温活性化接合の後に本接合体を加熱してもよい。あるいは、加熱部は必ずしも接合装置の構成要素でなくてもよく、接合装置とは別の加熱装置に本接合体を搬送して加熱を行ってもよい。

１，２ 接合装置
１０ 仮止め部
１１ 仮止めヘッド
１３ 仮止め支持台
１６ 光検出部
１７ 制御部
２０ 搬送部
３０ 本接合部
３１ 本接合ヘッド
３３ 本接合支持台
３６ 光検出部
３７ 制御部
４０ 加熱部

Claims (7)

1. 光学素子から出射される光の強度に基づき金属製のマイクロバンプを有する基板に対して前記光学素子を位置決めし、第１の荷重を前記光学素子に加えて前記光学素子をマイクロバンプ上に仮止めする仮止め部と、
   前記第１の荷重より大きく前記仮止め部により仮止めされた光学素子から出射される光の強度に基づき調整された第２の荷重を前記光学素子に加えて前記光学素子をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる本接合部と、
   を有することを特徴とする接合装置。
2. 前記仮止め部は、前記光学素子を支持し前記光学素子に前記第１の荷重を加える仮止めヘッドと、基板を前記仮止めヘッドに対して移動可能に基板を支持する仮止め支持台と、を有し、
   前記本接合部は、前記光学素子に前記第２の荷重を加える本接合ヘッドと、前記光学素子が仮止めされた基板を支持する本接合支持台と、を有する、請求項１に記載の接合装置。
3. 前記仮止め部は、前記光学素子から出射された光を検出する仮止め光検出部と、前記仮止め光検出部からの検出出力に基づいて前記仮止め支持台の移動を制御する仮止め制御部と、をさらに有し、
   前記本接合部は、前記光学素子から出射された光を検出する本接合光検出部と、前記本接合光検出部からの検出出力に基づいて前記本接合ヘッドを制御する本接合制御部と、をさらに有する、請求項２に記載の接合装置。
4. 前記光学素子が仮止めされた基板を前記仮止め支持台から前記本接合支持台上に搬送する搬送部をさらに有する、請求項２または３に記載の接合装置。
5. 前記仮止め部は、マイクロバンプが設けられた基板の平面上における前記光学素子の水平位置を決定し、
   前記本接合部は、前記第２の荷重の大きさを調整して基板の厚さ方向における前記光学素子の垂直位置を決定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記本接合部により常温活性化接合された基板と光学素子を加熱して接合強度を高める加熱部をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合装置。
7. 光学素子から出射される光の強度に基づき金属製のマイクロバンプを有する基板に対して前記光学素子を位置決めし、第１の荷重を前記光学素子に加えて前記光学素子をマイクロバンプ上に仮止めする工程と、
   前記第１の荷重より大きく仮止めされた光学素子から出射される光の強度に基づき調整された第２の荷重を前記光学素子に加えて前記光学素子をマイクロバンプ上に常温活性化接合させる工程と、
   を有することを特徴とする接合方法。

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