JP5568730B2

JP5568730B2 - 接合装置

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Publication number: JP5568730B2
Application number: JP2010235511A
Authority: JP
Inventors: 誠也中居
Original assignee: Adwelds Corp
Current assignee: Adwelds Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: JP2012089696A

Description

本発明は、対象物を被実装物の所定の位置に超音波振動により接合する技術に関する。

従来、対象物を被実装物の所定の位置に実装する際に、超音波振動を印加すると共に加熱することで、対象物と被実装物とを効率よく接合する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の装置では、ヒーターを有する保持手段が共振器に設けられており、保持手段に保持された対象物が被実装物の所定の位置に位置決めされた状態で、超音波振動が印加されると共に加熱されて、対象物および被実装物が接合される。

特開２００６−３３９１９８号公報（段落００２２〜００２７，００３４、図３，４，５など）

ところで、上記した従来の装置では、ヒーターと保持手段とが個別に設けられているため、ヒーターと保持手段との間に摩擦などの不具合が生じ、保持手段が共振器の振動に追従できず、所定の振動周波数で共振器が適正に振動するのを阻害するおそれがあり、改善が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、共振器の所定の取着位置に取着されて対象物を保持する保持手段を非接触で加熱することにより、共振器が所定の振動周波数で適正に振動することができる技術を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明にかかる接合装置は、対象物を被実装物の所定の位置に超音波振動により接合する接合装置において、超音波振動する振動子と、その中心軸と同軸に前記振動子が連結され、前記振動子が発生する超音波振動に前記振動子と同じ振動方向で前記中心軸の方向に共振する長尺状の共振器と、前記共振器の所定の取着位置に取着され、前記対象物を保持する保持手段と、加熱用光源を有する加熱手段と、前記共振器を駆動して前記保持手段に保持された前記対象物に対する加圧力を制御する手段とを備え、前記共振器は、前記取着位置に形成された一方の開口と、前記一方の開口とは異なる位置に形成された他方の開口と、前記一方および他方の開口を両端に有する開放された空間である光路とを備え、開放された前記他方の開口側から前記光源の光が、前記光路を介して前記対象物に照射されることを特徴としている（請求項１）。

また、本発明の接合装置は、対象物を被実装物の所定の位置に超音波振動により接合する接合装置において、超音波振動する振動子と、その中心軸と同軸に前記振動子が連結され、前記振動子が発生する超音波振動に前記振動子と同じ振動方向で前記中心軸の方向に共振する長尺状の共振器と、前記共振器の所定の取着位置に取着され、前記対象物を保持する保持手段と、加熱用光源を有する加熱手段と、前記共振器を駆動して前記保持手段に保持された前記対象物に対する加圧力を制御する手段とを備え、前記共振器は、前記取着位置に形成された一方の開口と、前記一方の開口とは異なる位置に形成された他方の開口と、前記一方および他方の開口を両端に有する開放された空間である光路とを備え、開放された前記他方の開口側から前記光源の光が、前記光路を介して前記保持手段に照射されることを特徴としている（請求項２）。

また、前記加熱手段は、前記光路に設けられた光路変換手段をさらに備え、前記光源の光が、前記光路変換手段を介して前記対象物に照射されるようにしてもよい（請求項３）。

また、前記加熱手段は、前記光路に設けられた光路変換手段をさらに備え、前記光源の光が、前記光路変換手段を介して前記保持手段に照射されるようにしてもよい（請求項４）。

また、前記保持手段は、多孔質材料により形成されており、前記多孔質材料の多孔質構造を介して前記対象物を吸引する吸引手段を備えていてもよい（請求項５）。

また、前記保持手段は、断熱部材を介して前記取着位置に取着されているのが望ましい（請求項６）。

また、前記断熱部材を冷却する手段を備えていてもよい（請求項７）。

また、前記光源は、赤外光源、ハロゲンランプ、レーザー光源のいずれかであるとよい（請求項８）。

請求項１，２に記載の発明によれば、振動子が発生する超音波振動に共振する共振器の所定の取着位置に対象物を保持する保持手段が取着され、共振器は、保持手段の取着位置に形成された一方の開口と、一方の開口とは異なる位置に形成された他方の開口と、一方および他方の開口を両端に有する光路とを備えており、加熱手段が有する加熱用光源の光が、共振器が備える光路を介して対象物または保持手段に照射されることにより、対象物または保持手段は非接触で加熱されるため、共振器は所定の振動周波数で適正に振動することができる。

請求項３，４に記載の発明によれば、加熱手段は、共振器の光路に設けられた光路変換手段をさらに備えており、光路変換手段を介して光源の光を対象物または保持手段に照射することで、対象物または保持手段を加熱することができる。

請求項５に記載の発明によれば、保持手段が多孔質材料により形成されているため、保持手段を形成する多孔質材料の多孔質構造を介して吸引手段により対象物を保持手段に容易に吸着することができる。

請求項６に記載の発明よれば、断熱部材を介して共振器の取着位置に保持手段が取着されるため、保持手段が加熱手段により加熱されて昇温した際に、保持手段から共振器に伝熱するのが断熱部材により抑制されるため、保持手段を効率よく加熱することができると共に、共振器が昇温することにより共振器の固有振動数が変動するのを防止できる。

請求項７に記載の発明によれば、断熱部材を冷却する手段により断熱部材が冷却されるため、保持手段が加熱手段により加熱されて昇温した際に、保持手段から共振器に伝熱するのをより効率よく抑制することができる。

請求項８に記載の発明によれば、光源を、赤外光源、ハロゲンランプ、レーザー光源のいずれかで形成することにより、効率よく保持手段を加熱することができるので実用的である。

本発明の接合装置の第１実施形態を示す図である。図１に示す接合装置が備える共振器を示す図である。図２に示す共振器が支持手段により支持された状態を示す図である。図１に示す接合装置における低精度アライメントを示す部分断面図である。図１に示す接合装置における高精度アライメントを示す部分断面図である。図１に示す接合装置における実装処理を示すフローチャートである。共振器の変形例を示す図である。共振器の変形例を示す図である。本発明の接合装置の第２実施形態の要部拡大図である。図９に示す接合装置における高精度アライメントを示す図である。本発明の接合装置の第３実施形態の要部拡大図である。本発明の接合装置の第４実施形態の要部拡大図である。本発明の接合装置の第５実施形態の要部拡大図である。図１３に示す共振器のＦ−Ｆ線矢視断面図である。図１３に示す共振器のＧ−Ｇ線矢視断面図である。図１３に示す共振器のＦ−Ｆ線矢視断面図である。図１３に示す共振器のＧ−Ｇ線矢視断面図である。本発明の接合装置の第６実施形態の要部拡大図である。図１８に示す接合装置の他の状態を示す図である。本発明の接合装置の第７実施形態の要部拡大図である。本発明の接合装置の第８実施形態の要部拡大図である。共振器の変形例を示す図である。

＜第１実施形態＞
この発明の第１実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。図１は本発明の接合装置１００の第１実施形態を示す図である。図２は図１に示す接合装置１００が備える共振器７を示す図である。図３は図２に示す共振器７が支持手段４４により支持された状態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。図４は図１に示す接合装置１００における低精度アライメントを示す部分断面図である。図５は図１に示す接合装置１００における高精度アライメントを示す部分断面図である。図６は図１に示す接合装置１００における実装処理を示すフローチャートである。

図１に示す接合装置１００は、本発明の「対象物」であるチップ２３や電子部品を、本発明の被実装である基板２４やウエハの所定の位置に超音波振動により接合する。すなわち、ＧａＡｓなどの半導体の接合面に金属バンプ２３ａを有するチップ２３と、金属バンプ２４ａを有する基板２４とが超音波振動が印加されることにより接合され、チップ２３が基板２４の所定の位置に実装される。なお、チップ２３は後述する共振器７の保持手段４０に保持され、基板２４は後述するステージ１０に載置される。

図１に示すように、接合装置１００は、接合機構２７と、ステージ１０とステージテーブル１２とを有する実装機構２８と、位置認識部２９と、搬送部３０と、制御装置３１とを備えている。

接合機構２７は、上下駆動機構２５とヘッド部２６とを備え、上下駆動機構２５は上下駆動モータ１とボルト・ナット機構２とにより、共振器支持部６を上下ガイド３でガイドしながら上下動する。そして、接合機構２７はフレーム３４に結合され、フレーム３４はヘッド部２６の加圧中心の周辺を囲むように配設された４本の支柱１３により架台３５と連結されている。なお、支柱１３およびフレーム３４の一部は図示省略されている。

共振器支持部６は、ヘッド逃がしガイド５で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルするための自重カウンター４に牽引された状態でボルト・ナット機構２に連結されている。そして、この共振器支持部６に共振器７を有するヘッド部２６が結合されている。

また、共振器支持部６には圧力センサ３２が設けられており、圧力センサ３２は、共振器７とステージ１０との間に挟持された両対象物（チップ２３、基板２４など）への加圧力を検出する。そして、圧力センサ３２により検出された両対象物に対する加圧力が制御装置３１にフィードバックされて、当該フィードバック値に基づいて上下駆動機構２５が制御され、これにより、両対象物への加圧力が制御される。また、共振器支持部６は、リニアセンサなどにより構成される共振器部高さ検出手段３６を備えており、これによりヘッド部２６の高さを検出する。

共振器支持部６に結合されたヘッド部２６は、共振器７と、振動子８と、チップ２３を吸着保持する保持手段４０と、基部２０と第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２とを有する支持手段４４とを備えている。

図２に示すように、共振器７は、振動子８が発生する超音波振動に共振するものであって、共振器７のほぼ中央の位置ｆ２と、両端位置ｆ０およびｆ４とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さで形成されている。このように構成すれば、最大振幅点から１／４波長離れた位置ｆ３およびｆ１は、それぞれ第１および第２最小振幅点（ノーダルポイント）に相当する。また、共振器７は、位置ｆ４側から見た断面形状が円形状である円柱状に形成されている。

振動子８は、共振器７の位置ｆ０に、共振器７の中心軸と同軸に共振器７に連結されている。また、振動子８は、制御装置３１により制御されて超音波振動を発生し、これにより共振器７がその中心軸の方向に振動する。

保持手段４０は、所定の取着位置として設定された共振器７の最大振幅点である位置ｆ２における外周下面に取着され、対象物としてのチップ２３を保持する。なお、この実施形態では、保持手段４０は、チップ２３に可視光や赤外光などを投光できるように、可視光および赤外光を透過することができるように特殊なコーティングなどが施されたガラスにより形成されて、熱硬化型樹脂などの接着剤により共振器７に取着されている。

また、この実施形態では、保持手段４０は、対象物としてのチップ２３を吸着保持できるように、真空吸着機構（図示省略）を備えている。また、チップ２３などの対象物を保持する構成としては上記した真空吸着機構に限られず、静電吸着機構、機械式のチャック機構など、対象物を保持できる機構であればどのような構成であってもよい。また、対象物を保持手段４０に直接貼付けることにより対象物が保持手段４０に保持されるようにしてもよい。

また、保持手段４０を、超硬タングステンカーバイト、セラミック、ダイヤモンドなど、金属以外の部材により形成してもよく、このように構成した保持手段４０を、エポキシ系の接着剤や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ろうなどによって共振器７に接着してもよい。

また、図２に示すように、共振器７の第１最小振幅点である位置ｆ３および第２最小振幅点である位置ｆ１における共振器７の外周には、凹状の第１被支持部４１および第２被支持部４２が形成されている。凹状に形成された第１被支持部４１および第２被支持部４２が支持手段４４により支持されることで、共振器７が支持手段４４により支持される。また、第１被支持部４１および第２被支持部４２の、共振器７の中心軸にほぼ直交する断面形状は八角形状に形成されている。

また、共振器７は、チップ２３および基板２４の金属バンプ２３ａ，２４ａ（アライメントマーク）を、保持手段４０の取着位置の方向から保持手段４０を通して、後述する上下マーク認識手段１４により読取ったり、保持手段４０に保持されたチップ２３や保持手段４０に加熱用光源（後述）の光を投光するために、取着位置に形成された一方の共振器開口ＨＯＰと、一方の共振器開口ＨＯＰとは異なる位置に形成された他方の共振器開口ＨＯＰと、一方および他方の共振器開口ＨＯＰを両端に有する共振器光路ＨＬＰとを備えている（図３（ｂ）参照）。

また、図３（ａ）に示すように、支持手段４４は、基部２０と第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２とを備えている。第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２は、それぞれ上部部材２１ａ，２２ａと、下部部材２１ｂ，２２ｂとを備えている。そして、図３（ｂ）に示すように、基部２０に支持された第２クランプ手段２２の上部部材２２ａと下部部材２２ｂとが凹状に形成された第２被支持部４２に嵌挿され、ボルト４３により上部部材２２ａと下部部材２２ｂとが固定されることにより、第２被支持部４２が第２クランプ手段２２により挟持される。また、同様に、基部２０に支持された第１クランプ手段２１の上部部材２１ａと下部部材２１ｂとが凹状に形成された第１被支持部４１に嵌挿され、ボルト４３により上部部材２１ａと下部部材２１ｂとが固定されることにより、第１被支持部４１が第１クランプ手段２１により挟持される。これにより、共振器７は、第１および第２被支持部４２において、それぞれ第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２により支持される。

また、基部２０は共振器支持部６に固定されており、支持手段４４に支持された共振器７が上下駆動機構２５により上下動することにより、チップ２３および基板２４が加圧される。

また、共振器７は、ボルト４３を緩めることで共振器７の中心軸を回転の中心として回転可能に形成されている。例えば、後で図８を参照して説明するように、共振器７の外周上に複数の保持手段４０が取着される構成であれば、ボルト４３を緩めて共振器７をその中心軸を回転の中心として回転させることにより、チップ２３を基板２４に接合する際に使用する保持手段４０を交換することができる。

なお、共振器７を第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２により支持して固定する方法は、ボルト４３に限らずどのようなものであってもよい。例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取付け可能なクランプ機構により第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２を構成し、これにより共振器７が支持されるようにしてもよい。

また、共振器７が第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２により支持される位置は、最小振幅点ｆ１、ｆ３に限られず、共振器７のどのような位置が支持されてもよい。また、第１被支持部４１および第２被支持部４２の形状は凹状に限られず、どのような形状に形成されてもよい。例えば、第１被支持部４１および第２被支持部４２は凸状に形成されてもよい。また、保持手段４０が取着される共振器７の取着位置は、共振器７の最大振幅点ｆ２に限られず、その他の最大振幅点であってもよいし、最大振幅点以外の任意の位置に保持手段４０を取着してもよい。

また、この実施形態では、第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２の全体が、後で説明する支持部材により形成されている。なお、この実施形態では、第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２の全体が支持部材により形成されているが、少なくとも、第１クランプ手段２１が第１被支持部４１と接触する部分、および、第２クランプ手段２２が第２被支持部４２と接触する部分が、支持部材により形成されていればよい。また、第１被支持部４１および第２被支持部４２の断面形状は、八角形状に限られず円形状や、その他の多角形状であってもよい。

なお、接合される対象物および被実装物の材質や種類に応じた振幅で共振するように共振器７を形成すればよい。接合される材質がプラスチックのときは、４０〜８０μｍの振幅で共振するように、共振器７をチタンやアルミニウムなどで形成することができる。接合される材質が金属のときは、１０〜２５μｍの振幅で共振するように、共振器７を高速度鋼（ＳＫＨ）、合金工具鋼（ＳＫＤ）、高炭素鋼などで形成することができる。接合される材質が半導体のときは、１〜４μｍの振幅で共振するように、共振器７を高速度鋼（ＳＫＨ）、合金工具鋼（ＳＫＤ）、高炭素鋼などで形成することができる。この実施形態では、基板２４やウエハにＬＥＤや半導体などのチップ２３を接合するために、共振器７は、１０μｍよりも小さい振幅で共振するように形成されている。

また、保持手段４０を、上記した材質のうち、比較的硬度の高い、ガラス、超硬タングステンカーバイト、セラミックやダイヤモンドなどで形成すれば、共振器７を音響特性の優れた材質、例えばチタン合金により形成してもよい。また、保持手段４０を、硬度の高い材質で形成すれば、共振器７を安価な材質、例えばＡｌにより形成してもよい。このとき、接合される材質が半導体のときは、０．１〜５μｍの振幅で共振するように共振器７を形成するとよい。

また、第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２が備える支持部材は、対数減衰率が０．０１より大きく１より小さい材質、実用的には、０．１以上の材質であればよい。また、第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２が備える支持部材は、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質、実用的には、６０００ｍ／ｓ以上の材質であればよい。これらの条件を満たす材質として、純チタン、チタン合金、ジュラルミン、Ｍｎ−Ｃｕ合金、鉄などにより支持部材を形成することができる。

この実施形態では、対数減衰率および音速の両方が上記した条件を満たす双晶型制振合金（例えば、Ｍｎ−Ｃｕ合金）により、第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２全体が形成され、これらが共振器７に凹状に形成された第１被支持部４１および第２被支持部４２に嵌挿されて共振器７が支持されている。なお、支持部材として最も望ましい材質は双晶型制振合金の一種であるＭｎ−Ｃｕ合金であるが、特に、Ｎｉ、Ｆｅなどがさらに添加されたＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金により第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２を形成するのが望ましい。また、支持部材の材質は、双晶型制振合金に限られず、対数減衰率が０．０１〜１の範囲の材質、または、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質であれば、どのようなものを採用してもよい。また、共振器７の両被支持部４１，４２に上記した材質の支持部材が接触していれば、支持手段４４の形状、大きさはどのようなものであってもよい。

実装機構２８は、被実装物としての基板２４が載置されるステージ１０と、ステージ１０を上下方向にほぼ直交する水平面内で移動するステージテーブル１２とを備えている。また、ステージ１０は、基板２４を吸着保持するため真空吸着機構（図示省略）を備えている。なお、この施形態では、基板２４やウエハなどの被実装物を保持する保持機構として、ステージ１０には真空吸着機構が設けられているが、保持機構としては真空吸着機構に限られず、静電吸着機構や、機械式のチャック機構などを採用してもよい。また、被実装物をステージ１０上に載置するだけでもよい。

ステージテーブル１２は、平行・回転移動自在な移動軸を備え、ステージ１０をヘッド部２６に対して移動することで、保持手段４０に保持されたチップ２３に対する基板２４の相対的な位置を調整する。この実施形態では、後述する上下マーク認識手段１４により読取られたチップ２３および基板２４の金属バンプ２３ａ，２４ａ（アライメントマーク）の相対的な位置関係に基づいて、チップ２３と基板２４との相対的な位置調整が行われるようにステージテーブル１２は制御装置３１により制御される。

位置認識部２９は、対向配置されたチップ２３と基板２４の間に挿入されて、または、共振器光路ＨＬＰに他方の共振器開口ＨＯＰから挿入されて、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられた位置認識用のアライメントマーク（金属バンプ２３ａ，２４ａ）を光学的に読取る上下マーク認識手段１４と、チップ２３、基板２４および共振器７の振幅を検出する振幅検出器３３と、これらの認識手段１４および振幅検出器３３を水平面内および上下方向に移動させる認識手段移動テーブル１５とを備えている。

上下マーク認識手段１４は、ミラーやプリズムで構成される、周知の２視野光学系レンズ１４ａと、２視野光学系レンズ１４ａを介してその上下に隔離して配置されたチップ２３および基板２４を撮像するＣＣＤカメラ１４ｂとを備えている（図４参照）。また、図５に示すように、上下マーク認識手段１４は、共振器光路ＨＬＰに他方の共振器開口ＨＯＰから挿入されることにより、２視野光学系レンズ１４ａを介してチップ２３および基板２４を上方から保持手段４０を通してＣＣＤカメラ１４ｂにより撮像する。

また、上下マーク認識手段１４は、赤外光源１４ｃ（本発明の「加熱用光源」に相当）を備えている。この実施形態では、保持手段４０は赤外光源１４ｃから投光される赤外光を透過するガラスにより形成されているため、上下マーク認識手段１４は、赤外光源１４ｃの赤外光を、共振器光路ＨＬＰを介して保持手段４０や、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に照射することができる。したがって、上下マーク認識手段１４は、赤外光源１４ｃからチップ２３および基板２４に赤外光が照射されることによる反射光のアライメントマーク（金属バンプ２３ａ，２４ａ）の陰影を取着位置の方向から保持手段４０を通して読取ることで、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを読取るため、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを確実に光学的に読取ることができる（図５参照）。

また、チップ２３を例えばＧａＡｓにより構成し、基板２４を例えばＳｉにより構成し、アライメントマークを赤外光を反射して赤外光を透過しない材質である金属バンプ２３ａ，２４ａにより形成することで、チップ２３および基板２４に赤外光を照射すれば、ＧａＡｓおよびＳｉは赤外光を透過するため、アライメンマークの陰影をより明りょうに生成することができ、これにより、上下マーク認識手段１４によりアライメントマークの陰影をより精度よく読取ることができる（図４および図５参照）。なお、本実施形態では、２視野光学系レンズ１４ａは、赤外光や通常の可視光などを透過または反射可能なミラーやプリズムなどを組合わせることにより構成されている。

また、チップ２３などの実装物および基板２４などの被実装物に赤外光を投射することによるアライメントマークの陰影をより明りょうに読取るために、アライメントマークのエッジを強調する画像処理などを併用して、アライメントマークを上下マーク認識手段１４により読取ってもよい。

また、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを、チップ２３および基板２４の上方から上下マーク認識手段１４により読取ることができるように、アライメントマークをチップ２３の上面、および基板２４の上面であってチップ２３の陰とならない位置に設けてもよい。また、赤外光を利用してアライメントマークを読取るときは、ＣＣＤカメラ１４ｂを、可視光と共に赤外光に感度分布を有するＣＣＤにより構成するとよい。また、ＣＣＤカメラ１４ｂを、可視光を撮像する素子により構成されるカメラと、量子型やボロメータ型などの赤外線撮像素子により構成されるカメラの２つのカメラにより形成してもよい。

また、この実施形態では、赤外光源１４ｃは、アライメントマークを読取るときの低出力の読取用赤外光と、対象物を加熱するときの高出力の加熱用赤外光とを切換えて照射できるように形成されており、加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に光路ＨＬＰを介して赤外光を照射してチップ２３を加熱することができる。

また、保持手段４０を上記した材質のうち、赤外光を透過可能な特殊なガラスなどと異なる材質であって、赤外光源１４ｃからの赤外光を透過しない材質により形成したときには、赤外光を高出力の加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に光路ＨＬＰを介して赤外光を照射して保持手段４０を加熱することができる。このような場合には、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを上方から上下マーク認識手段１４により読取ることができるように、保持手段４０に孔を形成するとよい。以上のように、上下マーク認識手段１４は本発明の「加熱手段」として機能している。

搬送部３０は、チップ２３を搬送するチップ供給装置１６およびチップトレイ１７と、基板２４を搬送する基板搬送装置１８および基板搬送コンベア１９とを備えている。

制御装置３１は、ヘッド部２６を介してチップ２３および基板２４に加えられる加圧力や、振動子８へ印加される電圧および電流を調整してチップ２３および基板２４に加えられる超音波振動エネルギーの大きさなどを制御する。また、制御装置３１は、共振器部高さ検出手段３６によるヘッド部２６の高さ位置の検出信号に基づいて上下駆動機構２５を制御し、ヘッド部２６の図１中の矢印Ｚ方向の高さを調節する。また、制御装置３１は、接合装置１００全体の制御を行うための操作パネル（図示省略）を備えている。

次に、図４ないし図６を参照して、接合装置１００において実行される、チップ２３を基板２４の所定の位置に超音波振動により接合する処理について説明する。

図６に示す接合処理は、チップ２３が基板２４の所定の位置に接合されるときに実行される処理であり、まず、対象物としてのチップ２３および被実装物としての基板２４の供給が行われる。チップ２３は、チップ供給装置１６によりチップトレイ１７から共振器７に取着された保持手段４０に供給されて吸着保持される（ステップＳ１）。また、基板２４は、基板搬送装置１８により基板搬送コンベア１９からステージ１０に供給されて吸着保持される。

次に、図４に示すように、それぞれの接合面が対向するように保持されたチップ２３と基板２４との間に上下マーク認識手段１４が認識手段移動テーブル１５により挿入されて、対向保持されたチップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマーク（金属バンプ２３ａ，２４ａ）の位置が上下マーク認識手段１４により検出される。そして、上下マーク認識手段１４により読取られたチップ２３および基板２４のアライメントマークの相対的な位置関係に基づいて、チップ２３の位置を基準としてステージテーブル１２が平行・回転移動されて基板２４の位置が調整されて、チップ２３と基板２４との相対的な位置調整が行われて低精度アライメントが実行される（ステップＳ２）。

続いて、図５に示すように、共振器７が下降されることにより、チップ２３および基板２４が近接移動され、これにより、チップ２３および基板２４がそれぞれ備える金属バンプ２３ａ，２４ａが、接触する寸前、もしくは軽く接触した状態とされる。そして、他方の共振器開口ＨＯＰから上下マーク認識手段１４が共振器光路ＨＬＰに認識手段移動テーブル１５により挿入されて、対向保持されたチップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマーク（金属バンプ２３ａ，２４ａ）の位置が上下マーク認識手段１４によりチップ２３および基板２４の上方から検出される。そして、上下マーク認識手段１４により読取られたチップ２３および基板２４のアライメントマークの相対的な位置関係に基き、チップ２３の位置を基準としてステージテーブル１２が平行・回転移動されて基板２４の位置が調整され、チップ２３と基板２４との相対的な位置調整が行われて高精度アライメントが実行される（ステップＳ３）。

次に、チップ２３および基板２４の相対的な位置が整合された状態（金属バンプ２３ａ，２４ａの位置が合わされた状態）で、赤外光源１４ｃによる赤外光が低出力の読取用赤外光から高出力の加熱用赤外光に切換えられると共に、上下駆動機構２５によりヘッド部２６の下降が開始され、チップ２３と基板２４とがさらに接近される。そして、チップ２３の金属バンプ２３ａと基板２４の金属バンプ２４ａとが接触することによる圧力センサ３２からの検出信号に基づき、チップ２３と基板２４とが共振器７およびステージ１０との間に挟持されたことが検出される。

そして、上下駆動機構２５に設置された上下駆動モータ１が制御装置３１により制御されて、所定の加圧力がチップ２３および基板２４に加えられ、赤外光源１４ｃによる加熱エネルギーおよび超音波振動エネルギーが併用されて、金属バンプ２３ａ，２４ａどうしが接合される（ステップＳ４）。このとき、制御装置３１により、振動子８に印加される電流値および電圧値から導出される超音波振動エネルギー、共振器７の共振振幅、チップ２３および基板２４に対する加圧力などの監視と制御が行われる。なお、接合処理を終了するタイミングは、目的とされる接合面積で接合されるために必要な加圧力、超音波振動エネルギーおよび接合時間を予め求めておき、予め求めたそれぞれの値に達したときに接合処理を終了すればよい。

この実施形態では、一例として、振動子８の発信周波数は４０ｋＨｚに設定され、振動子８への印加電圧は０Ｖ〜１０Ｖの範囲内に設定されている。また、この実施形態では、一例として、チップ２３と基板２４との間の相対振動振幅の大きさが０．１μｍ〜０．５μｍ程度の振幅となるように構成されている。相対振動振幅の大きさは、実装対象物および被実装対象物の種類（材質、機能など）や接触面積などに応じて適宜変更すればよい。

そして、チップ２３および基板２４の接合が終了して接合処理が完了すると、認識手段移動テーブル１５により上下マーク認識手段１４が退避されると共に、共振器７によるチップ２３の吸着が解除され、ヘッド部２６が上方へ復帰移動される。最後に、チップ２３が実装された状態で、ステージ１０上に保持された基板２４が基板搬送装置１８により基板搬送コンベア１９へ排出されて一連の接合処理が終了する。なお、基板２４へ接合されるチップ２３の数は１つに限られず、複数のチップ２３を基板２４へ連続的に接合してもよい。

次に、図７ないし図９を参照して、上記した第１実施形態の変形例について説明する。

（１）第１変形例
図７は共振器の変形例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図７に示すように、共振器７０は、上記した共振器７と共振器光路ＨＬＰの形状が異なっており、断面形状が略Ｉ字状に形成されている（図７（ｂ）参照）。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同一であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明は省略する。このように共振器７０を構成すれば、図５に示す高精度アライメントを実行するときと、保持手段４０または保持手段４０に保持された対象物を赤外光により加熱するときは、基部２０と、共振器７０の上側に形成された他方の開口ＨＯＰとの間の空間に上下マーク認識手段１４を挿入して、保持手段４０および保持手段４０に保持された対象物に赤外光を照射すればよい。

（２）第２変形例
図８は共振器の変形例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。図８に示すように、共振器７１は、共振器７と共振器光路ＨＬＰの形状が異なっており、断面形状が略十字状に形成されている（図８（ｂ）参照）。また、共振器７１の対向する２つの開口ＨＯＰに保持手段４０が設けられている。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同一であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明は省略する。このように共振器７１を構成すれば、図５に示す高精度アライメントを実行するときと、保持手段４０または保持手段４０に保持された対象物を赤外光により加熱するときは、側方に２つ設けられた他方の開口ＨＯＰのいずれかから共振器光路ＨＬＰに上下マーク認識手段１４を挿入して、保持手段４０および保持手段４０に保持された対象物に赤外光を照射すればよい。

また、保持手段４０が２つ設けられているため、一方の保持手段４０が磨耗などにより破損すれば、共振器７１をその中心軸を回転中心として回転させることにより、他方の保持手段４０に保持手段４０を交換することができる。

以上のように、上記した第１実施形態によれば、振動子８が発生する超音波振動に共振する共振器７の所定の取着位置にチップ２３などの対象物を保持する保持手段４０が取着され、共振器７は、保持手段４０の取着位置に形成された一方の共振器開口ＨＯＰと、一方の共振器開口ＨＯＰとは異なる位置に形成された他方の共振器開口ＨＯＰと、一方および他方の共振器開口ＨＯＰを両端に有する共振器光路ＨＬＰとを備えており、上下マーク認識手段１４が有する赤外光源１４ｃの赤外光が、共振器７が備える共振器光路ＨＬＰを介してチップ２３または保持手段４０に照射されることにより、チップ２３または保持手段４０は非接触で加熱されるため、共振器７は所定の振動周波数で適正に振動することができる。

このように、共振器光路ＨＬＰが、共振器７，７０，７１に形成されていることがこの実施形態の最も大きな特徴の一つである。従来、安定して共振することが優先されて共振器が設計されていたため、所定の振動周波数で共振するように設計された共振器に、さらに加工を施すことにより新たな機能を加えるという着想は、当業者が容易に想到できるものではなかった。

また、対象物を被実装物に超音波振動により接合する技術分野においては、共振器が安定して共振することが最も優先されているため、安定して共振しつつ他の機能も備える共振器、すなわち、この実施形態における共振器光路ＨＬＰを備える共振器７，７０，７１を設計するという技術思想は本願出願前公知ではなかった。また、共振器を安定して共振させるという課題の存在が、他の接合技術分野の技術を超音波振動接合技術に単に適用することの妨げとなっていた。本発明者は、種々の実験を繰返すことにより、共振器７，７０，７１に共振器光路ＨＬＰを形成するという着想を得たが、これは、従来、当業者であっても想到し得ることのなかった技術思想である。

また、この実施形態では、共振器７，７０，７１の所定の取着位置にチップ２３を保持する保持手段４０が取着されている。そして、共振器７，７０，７１は、共振器光路ＨＬＰを備えているため、例えば、チップ２３と基板２４とが接触していたとしても、共振器７，７０，７１が備える共振器光路ＨＬＰを介して、チップ２３および基板２４のアライメントマークを取着位置の方向から保持手段４０を通して上下マーク認識手段１４により光学的に読取ることができるため、より近接して配置された状態のチップ２３および基板２４のアライメントマークを上下マーク認識手段１４で読取ることができ、より近接して配置された状態のチップ２３および基板２４のアライメントマークの相対的な位置関係に基づいてチップ２３と基板２４との相対的な位置調整をステージテーブル１２により行うことができる。

また、この実施形態では、保持手段４０または保持手段４０に保持された対象物に赤外光源１４ｃの赤外光を照射することにより、保持手段４０または保持手段に保持された対象物を加熱するように構成されているため、保持手段４０を、金属などの赤外光を透過しない材質で形成すると共に、保持手段４０の所定位置に赤外線を通すための通過孔を形成することで、保持手段４０に保持された対象物に通過孔を介して局所的に赤外光を照射することができるため、チップ２３などの対象物を局所的に加熱することができる。

また、この実施形態では、共振器７，７０，７１は、１０μｍより小さい振幅で共振するように構成されているが、特にＧａＡｓなどの半導体のチップ２３を基板２４に実装するときに、必要とされる共振器７，７０，７１の振幅は０．１〜１０μｍであるため、半導体チップ２３を基板２４に実装するのに実用的である。また、共振器７，７０，７１はポアソン比に基づく伸縮を繰返しながら共振するが、共振器７，７０，７１の振幅を１０μｍよりも小さくすることで、共振器７，７０，７１に一方および他方の共振器開口ＨＯＰおよび共振器光路ＨＬＰが形成されることにより共振器７，７０，７１が共振する際に大きな変形を繰返すのを抑制することができるため実用的である。

また、この実施形態によれば、第１被支持部４１および第２被支持部４２に係合して共振器７，７０，７１を支持する支持手段４４は、少なくとも第１および第２クランプ手段２１，２２がそれぞれ両被支持部４１，４２に接触する部分に、対数減衰率が０．０１より大きく１より小さい材質からなる支持部材を備えている。したがって、支持部材が共振器７，７０，７１と接触する箇所において、共振器７，７０，７１の正常な振動方向と異なる方向への異常振動は支持部材により精度よく吸収されるが、共振器７，７０，７１の正常な方向への振動は阻害されずに、共振器７，７０，７１は共振器の固有振動数が変動することなく安定して振動することができる。ここで、支持部材の材質の対数減衰率は、０．１以上であることが望ましい。

また、共振器７，７０，７１を支持する支持手段４４が、少なくとも第１および第２クランプ手段２１，２２が両被支持部４１，４２に接触する部分に、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質からなる支持部材を備えるようにしてもよい。このような構成としても、支持部材が共振器７，７０，７１と接触する箇所において、共振器７，７０，７１の正常な振動方向と異なる方向への異常振動は支持部材により精度よく放散されるが、共振器７７，７０，７１の正常な方向への振動は阻害されずに、共振器７，７０，７１は固有振動数が変動することなく所安定して振動することができる。なお、支持部材の材質の音速は６０００ｍ／ｓ以上であることが望ましい。なお、第１および第２のクランプ手段２１，２２の全体を上記した材質により形成してもよい。

また、上記した材質によって支持部材を形成することにより、共振器７，７０，７１が支持手段４４によりノーダルポイントとは異なる任意の位置で支持されたとしても、共振器７，７０，７１は安定して振動することができるため、チップ２３および基板２４に効率よく超音波振動を与えることができる。したがって、チップ２３および基板２４の大きさや形状などに応じて、共振器７，７０，７１が支持手段４４により支持される位置や支持手段４４の形状なども変更することができ、装置構成を容易に変更することができる。また、支持手段４４の大きさを小さくしたり、共振器７，７０，７１が支持手段４４により支持される位置の数を少なくできるため、装置の小型化や簡略化も図ることができる。

なお、本実施形態では、上下マーク認識手段１４が、２視野光学系レンズ１４ａを備える構成としたが、図５に示す高精度アライメントのみを実行するように接合装置１００を構成すれば、上下マーク認識手段１４により下方のアライメントマークのみを認識できるように１視野光学系レンズを備えるようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
この発明の第２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は本発明の接合装置の第２実施形態の要部拡大図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。図１０は図９に示す接合装置における高精度アライメントを示す図である。この第２実施形態が、上記した第１実施形態と異なるのは共振器７の共振器光路ＨＬＰにミラーやプリズムにより形成される光路変換手段ＨＭが設けられている点である。以下では、上記した第１実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図９（ｂ）に示すように、共振器７に形成された共振器光路ＨＬＰには反射面が金により構成されたミラーから成る光路変換手段ＨＭが配設されている。これにより、共振器７の下方に形成された一方の共振器開口ＨＯＰ（保持手段４０）の方向から、共振器７の側方に形成された他方の共振器開口ＨＯＰの方向へと光路が変換される。なお、この実施形態では、光路変換手段ＨＭの反射面を赤外光の反射効率のよい金により形成したが、これに換えて金めっきにより反射面を形成してもよいし、同様に赤外光の反射効率のよいＡｌにより形成してもよい。また、赤外光の反射効率のよいその他の材質で反射面を形成してももちろんよく、所謂、一般的な表面鏡により反射面を形成してもよい。

また、図１０に示すように、ＣＣＤカメラ１４０ａと、赤外光源１０４ｂとを備える認識手段１４０が、光路変換手段ＨＭを介して、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを読取ることができるように配設されている。したがって、図１０に示すように、チップ２３と基板２４とが近接した状態でチップ２３および基板２４に設けられたアライメントマークを読取ることができ、これにより、上記した高精度アライメントを実行することができる。

また、上記した第１実施形態と同様に、赤外光源１４０ｂは、アライメントマークを読取るときの低出力の読取用赤外光と、対象物を加熱するときの高出力の加熱用赤外光とを切換えて照射できるように形成されており、加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に光路変換手段ＨＭを介して赤外光を照射してチップ２３を加熱することができる。

また、保持手段４０を上記した材質のうち、赤外光を透過可能な特殊なガラスなどと異なる材質であって、赤外光源１４０ｂからの赤外光を透過しない材質により形成したときには、赤外光を高出力の加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に光路変換手段ＨＭを介して赤外光を照射して保持手段４０を加熱することができる。このような場合には、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを上方から上下マーク認識手段１４０により読取ることができるように、保持手段４０に孔を形成するとよい。以上のように、上下マーク認識手段１４０は本発明の「加熱手段」として機能している。

以上のように、この実施形態では、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができるとともに以下のような効果を奏することができる。すなわち、共振器光路ＨＬＰに光路変換手段ＨＭが設けられており、これにより、認識手段１４０は、光路変換手段ＨＭを介してチップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを読取ることができると共に、光路変換手段ＨＭを介して赤外光源１４０ｂの光を対象物または保持手段４０に照射することで、対象物または保持手段４０を加熱することができる。

また、認識手段１４０によりチップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを読取る際に、認識手段１４０を共振器光路ＨＬＰに挿入する必要がないため、認識手段１４０が共振器７に接触して破損することが防止される。

また、光路変換手段ＨＭの反射面が金により構成されており、金は６５０ｎｍ以上の波長の赤外光を９５％以上反射することができるため、非常に効率よく赤外光を反射することができる。

＜第３実施形態＞
この発明の第３実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は本発明の接合装置の第４実施形態の要部拡大図であって、（ａ）は高精度アライメントが実行されている状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例である。この第３実施形態が、上記した第２実施形態と異なるのは、共振器７に取着された保持手段４０に対向して設けられ、保持手段４０に対向する面に設けられた載置位置に基板２４が載置されるステージ１０ａに、ステージ光路ＳＬＰが設けられている点である。以下では、上記した第２実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図１１（ａ）に示すように、ステージ１０ａは、基板２４の載置位置に形成された一方のステージ開口ＳＯＰと、一方のステージ開口ＳＯＰの形成位置とは異なる位置に形成された他方のステージ開口ＳＯＰと、一方および他方のステージ開口ＳＯＰを両端に有するステージ光路ＳＬＰを備えている。また、ステージ光路ＳＬＰには、反射面が金により形成された光路変換手段ＳＭが配設されており、これにより、ステージ１０ａの基板２４の載置位置に形成された一方のステージ開口ＳＯＰの方向から、ステージ１０ａの側方に形成された他方のステージ開口ＳＯＰの方向へと光路が変換される。なお、この実施形態では、光路変換手段ＳＭの反射面を金により形成したが、上記した光路変換手段ＨＭと同様に、これに換えて金めっきにより反射面を形成してもよいし、赤外光の反射効率のよいＡｌにより形成してもよい。また、赤外光の反射効率のよいその他の材質で反射面を形成してももちろんよく、所謂、一般的な表面鏡により反射面を構成してもよい。

また、認識手段１４０は、共振器７の共振器光路ＨＬＰに赤外光を投光できるように共振器７の側方に設けられた赤外光源１０４ｃをさらに備えている。赤外光源１４０ｃにより共振器光路ＨＬＰに投光された赤外光は光路変換手段ＨＭを介して、チップ２３および基板２４に上方から投光される。したがって、図１１（ａ）に示すように、赤外光源１４０ｃにより投光されてチップ２３および基板２４を透過した赤外光の陰影を読取ることで、チップ２３と基板２４とが近接した状態でチップ２３および基板２４に設けられたアライメントマークを、ステージ光路ＳＬＰに挿入された認識手段１４０により読取ることができ、これにより、上記した高精度アライメントを実行することができる。

また、上記した第２実施形態と同様に、赤外光源１４０ｃは、アライメントマークを読取るときの低出力の読取用赤外光と、対象物を加熱するときの高出力の加熱用赤外光とを切換えて照射できるように形成されており、加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に光路変換手段ＨＭを介して赤外光を照射してチップ２３を加熱することができる。

また、保持手段４０を上記した材質のうち、赤外光を透過可能な特殊なガラスなどと異なる材質であって、赤外光源１４０ｃからの赤外光を透過しない材質により形成したときには、赤外光を高出力の加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に光路変換手段ＨＭを介して赤外光を照射して保持手段４０を加熱することができる。このような場合には、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを上方から上下マーク認識手段１４０により読取ることができるように、保持手段４０に孔を形成するとよい。

（３）第３変形例
図１１（ｂ）に示す変形例が同図（ａ）に示す構成と異なる点は、共振器７１に形成された共振器光路ＨＬＰの形状が異なり、共振器光路ＨＬＰを通して赤外光源１４０ｃにより赤外光がチップ２３および基板２４に上方から直接投光されている点である。その他の構成は図１１（ａ）に示す例と同様であるため、その構成および動作の説明を省略する。

以上のように、この実施形態では、上記した第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、この実施形態では、ヘッド部２６がθ方向に回転可能に構成されており、ヘッド部２６をθ方向に回転することで、θ方向におけるチップ２３および基板２４のアライメントが行われるように接合装置が構成されている。また、ステージ光路ＳＬＰに光路変換手段ＳＭを設けずに、上下マーク認識手段１４により直接アライメントマークを読取るように構成してもよい。

＜第４実施形態＞
この発明の第４実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は本発明の接合装置の第４実施形態の要部拡大図である。この第９実施形態が、上記した第１実施形態と異なるのは、共振器７に換えて共振器７１が採用されている点と、認識手段１４１の構成が異なる点である。以下では、上記した第１実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図１２に示すように、共振器７１の対向する２つの開口ＨＯＰにそれぞれ保持手段４０が取着されており、いずれかの保持手段４０がステージ１０に対向するように配置されている。また、認識手段１４１は、２視野光学系レンズ１４１ａと、ＣＣＤカメラ１４１ｂと、赤外光源１４１ｃとを備えている。また、ＣＣＤカメラ１４１ｂは、２視野光学系レンズ１４１ａを介してアライメントマークを読取ることができるように配設されている。そして、２視野光学系レンズ１４１ａは矢印Ｚ方向における所定の位置において矢印Ｆの方向に、ＣＣＤカメラ１４１ｂは矢印ＣＸ，ＣＹと矢印Ｆの方向に、それぞれ独立して図示省略された移動手段により移動されるように構成されている。

このように構成すれば、図１２に示すように、チップ２３と基板２４とが近接した状態でチップ２３および基板２４に設けられたアライメントマークを、共振器光路ＨＬＰに２視野光学系レンズ１４１ａが挿入された認識手段１４１により読取ることができ、これにより、上記した高精度アライメントを実行することができる。

また、上記した第１実施形態と同様に、赤外光源１４１ｃは、アライメントマークを読取るときの低出力の読取用赤外光と、対象物を加熱するときの高出力の加熱用赤外光とを切換えて照射できるように形成されており、加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に２視野光学系レンズ１４１ａを介して赤外光を照射してチップ２３を加熱することができる。

また、保持手段４０を上記した材質のうち、赤外光を透過可能な特殊なガラスなどと異なる材質であって、赤外光源１４１ｃからの赤外光を透過しない材質により形成したときには、赤外光を高出力の加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に２視野光学系レンズ１４１ａを介して赤外光を照射して保持手段４０を加熱することができる。このような場合には、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを上方から認識手段１４１により読取ることができるように、保持手段４０に孔を形成するとよい。以上のように、認識手段１４１は本発明の「加熱手段」として機能している。

以上のように、この実施形態では、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、共振器光路ＨＬＰに光路変換手段ＨＭが配設された構成と異なり、高精度アライメントの際のヘッド部２６の矢印θ方向の回転が、２視野光学系レンズ１４１ａとＣＣＤカメラ１４１ｂとの配置関係に影響を与えない。したがって、ヘッド部２６を矢印θ方向に回転可能に構成しても、認識手段１４１によりチップ２３および基板２４に設けられたアライメントマークを確実に読取ることができる。

また、共振器光路ＨＬＰに光路変換手段ＨＭが配設された構成と異なり、ヘッド２０２の矢印Ｚの方向への移動が、光路をＣＣＤカメラ１４１ｂの方向へ変換する２視野光学系レンズ１４１ａと、ＣＣＤカメラ１４１ｂとの配置関係に影響を与えることがないため、ＣＣＤカメラ１４１ｂから２視野光学系レンズ１４１ａを介して見たアライメントマークの鏡像の位置は常に一定である。したがって、ヘッド部２６の上下方向（Ｚ方向）の移動が、ＣＣＤカメラ１４１ｂにより読取られるアライメントマークのＸ方向の位置精度に影響を与えるおそれがなく、アライメントマーク読取りの際にＸ方向における位置誤差が生じるおそれがないため、位置精度よくアライメントマークを読取ることができる。

＜第５実施形態＞
この発明の第５実施形態について図１３ないし図１６を参照して説明する。図１３は本発明の接合装置の第８実施形態の要部拡大図であって、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。図１４は図１３に示す共振器のＦ−Ｆ線矢視断面図であって、（ａ）は保持手段４０が脱離された状態を示す図、（ｂ）は保持手段４０が取着された状態を示す図である。図１５は図１３に示す共振器のＧ−Ｇ線矢視断面図であって、（ａ）は保持手段４０が脱離された状態を示す図、（ｂ）は保持手段４０が取着された状態を示す図である。図１６は図１３に共振器のＦ−Ｆ線矢視断面図であって、（ａ）は保持手段４０ａが脱離された状態を示す図、（ｂ）は保持手段４０ａが取着された状態を示す図である。この第５実施形態が、上記した第１ないし第４実施形態と異なるのは、保持手段４０，４０ａが共振器７３の取着位置に脱着可能に取着される点である。その他の構成および動作は、上記した実施形態と同様であるため、その他の構成および動作については同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。

図１３ないし図１６に示すように、共振器７３の取着位置には吸着することにより保持手段４０，４０ａを取着することができるように、取付用凹部７３ａが形成されている。また、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）に示すように、取付用凹部７３ａは、平面視形状が保持手段４０，４０ａの平面視形状とほぼ同一の矩形に形成されており、その大きさは保持手段４０，４０ａの側面が取付用凹部７３ａの内壁に接するように嵌る大きさに形成されてている。

また、図１３（ｂ）に示すように、取付用凹部７３ａのフランジ部分には保持手段４０，４０ａを吸着するための吸着溝７３ｂが形成されている。また、吸着溝７３ｂの所定箇所の底に一方の開口７３ｃ１が形成され、他方の開口７３ｃ２が共振器７３の外周面に形成された吸引孔７３ｃが設けられている。そして、吸引孔７３ｃの他方の開口７３ｃ２が、外部に配設された真空ポンプを有する吸着ユニット３００に接続されている。したがって、保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａ嵌った状態で、吸着ユニット３００により他方の開口７３ｃ２から吸引を行うことにより、保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａに吸着保持される（図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）参照）。

また、図１３（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、取付用凹部７３ａのフランジ部分の所定箇所に一方の開口７３ｄ１が形成され、他方の開口７３ｄ２が共振器７３の外周面に形成された吸引孔７３ｄが設けられている。また、図１４（ａ），（ｂ）、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、保持手段４０，４０ａには、保持手段４０，４０ａの吸着面の所定箇所に一方の開口４０ｂ１が形成され、他方の開口４０ｂ２が吸着面と対向する面の所定箇所に形成された吸引孔４０ｂが設けられている。

また、図１４（ｂ）、図１６（ｂ）に示すように、吸引孔４０ｂの他方の開口４０ｂ２は、保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａに嵌った状態で、吸引孔７３ｄの一方の開口７３ｄ１と連結されるように構成されている。また、吸引孔７３ｄの他方の開口７３ｄ２が、外部に配設された真空ポンプを有する吸着ユニット４００に接続されている。したがって、保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａに吸着保持された状態で、吸着ユニット４００により他方の開口７３ｄ２から吸引を行うことにより、保持手段４０，４０ａの吸着面に対象物としてのチップ２３などを吸着することができる。

このように構成すれば、図１４（ａ）および図１６（ａ）に示すように、吸引ユニット３００による吸引を停止することにより、保持手段４０，４０ａを取付用凹部７３ａから脱離することができる。そして、チップ２３などの対象物の大きさに応じて保持手段４０，４０ａを選択し、選択された保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａに嵌った状態で吸引ユニット３００による吸引を開始することにより、保持手段４０，４０ａが取付用凹部７３ａに吸着保持されて、保持手段４０，４０ａが共振器７３の所定の取着位置に取着される。

また、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、保持手段４０を金属やセラミックなどの赤外光を透過しない部材で形成した場合には、保持手段４０に、アライメントマークを読取ることができるように透孔４０ｃを設けるとよく、これにより、アライメントマークを上方から２視野光学系レンズおよびＣＣＤカメラなどを備える認識手段により読取ることができる。また、透孔４０ｃの大きさ、形状、位置は図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す例に限られず、アライメントマークを読取ることができればどのような大きさ、形状、位置であってもよい。また、透孔４０ｃは、アライメントマークを読取ることができる位置であって、対象物としての部品および被実装物としての基板に設けられた電極などの超音波振動が印加されることにより接合される部分を加圧できる位置、すなわち、部品が保持手段４０に保持された状態で、透孔４０ｃの位置と部品に設けられた電極の位置とがずれる位置に形成されるのが望ましい。なお、図１７は図１３に示す共振器７３のＧ−Ｇ線矢視断面図であって、（ａ）は保持手段４０が脱離された状態を示す図、（ｂ）は保持手段４０が取着された状態を示す図、（ｃ）は保持手段４０の下面図である。

以上のように、この実施形態によれば、保持手段４０，４０ａは、共振器７３の取付用凹部７３ａ（取着位置）に脱着可能に取着されているため、保持手段４０，４０ａが磨耗などにより破損したときにおける保持手段４０，４０ａの交換や、チップ２３などの対象物の大きさに応じた保持手段４０，４０ａの交換など、保持手段４０，４０ａの交換を容易に行うことができる。

なお、取付用凹部７３ａの内側面を断面形状が略ハ字状となるようにテーパー状に形成すると共に、保持手段４０，４０ａの外側面を取付用凹部７３ａの内側面の形状に合わせて断面形状が略ハ字状となるようにテーバー状に形成してもよい。このように構成することにより、取付凹部７３ａの内側面と保持手段４０，４０ａの外側面とが密着した状態で保持手段４０，４０ａを取付用凹部７３ａに嵌め込むことができる。

＜第６実施形態＞
この発明の第６実施形態について図１８および図１９を参照して説明する。図１８は本発明の接合装置の第６実施形態の要部拡大図であって、（ａ）は上下マーク認識手段３１４の側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。また、図１９は図１８に示す接合装置の他の状態を示す図であって、（ａ）は上下マーク認識手段３１４の側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。この第６実施形態が、上記した第１ないし第５実施形態と異なるのは、上下マーク認識手段３１４の構成が異なる点である。以下では、上記した実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図１８（ａ），（ｂ）に示すように、上下マーク認識手段３１４は、ハーフミラーやプリズムなどにより構成され、一般的な可視光用の２視野光学系レンズ３１４ａ１と、反射面が金やＡｌなどで構成された赤外光用の反射鏡３１４ａ２と、ＣＣＤカメラ３１４ｂと、赤外光源３１４ｃとを備えている。また、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）に示すように、上下マーク認識手段３１４は、反射鏡３１４ａ２を赤外光源３１４ｃから投光される赤外光の光軸から外れた位置と、光軸上の位置との間で移動できるように、エアシリンダーなどにより構成されるアクチュエータ３１４ｄと、反射鏡３１４ａ２に結合され、アクチュエータ３１４ｄが備える棒状の押圧部材により押圧されるカム３１４ｅとを備えている。

すなわち、図１８（ｂ）に示すように、反射鏡３１４ａ２は、図示省略されたばねなどの付勢手段により赤外光源３１４ｃから投光される赤外光の光軸から外れる位置に移動する方向へ付勢されており、アクチュエータ３１４ｄの押圧部材によるカム３１４ｅの押圧を解除すれば、反射鏡３１４ａ２は赤外光の光軸から外れる位置に移動する。また、図１９（ｂ）に示すように、アクチュエータ３１４ｄの押圧部材によりカム３１４ｅを押圧すれば、反射鏡３１４ａ２は、付勢手段の付勢力に抗して赤外光の光軸上の位置に移動する。

このように構成すれば、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、図１８に示すように、上下マーク認識手段３１４は、反射鏡３１４ａ２を赤外光の光軸から外れる位置に移動すれば、上下に配置されたチップ２３、部品２２０などの対象物と、基板２４，２２２などの被実装物との間の空間に配置された２視野光学系レンズ３１４ａ１を介して、それぞれに設けられたアライメントマークを読取ることができ、これにより、上記した低精度アライメントを実行することができる。

また、図１９に示すように、上下マーク認識手段３１４は、反射鏡３１４ａ２を赤外光の光軸上の位置に移動すれば、チップ２３、部品２２０などの実装物と、基板２４，２２２などの被実装物とが近接した状態でそれぞれに設けられたアライメントマークを、対象物および被実装物の上方に配置された反射鏡３１４ａ２を介して読取ることができ、これにより、上記した高精度アライメントを実行することができる。

また、上記した第１実施形態と同様に、赤外光源３１４ｃは、アライメントマークを読取るときの低出力の読取用赤外光と、対象物を加熱するときの高出力の加熱用赤外光とを切換えて照射できるように形成されており、加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に保持されたチップ２３などの対象物に反射鏡３１４ａ２を介して赤外光を照射してチップ２３を加熱することができる。

また、保持手段４０を上記した材質のうち、赤外光を透過可能な特殊なガラスなどと異なる材質であって、赤外光源３１４ｃからの赤外光を透過しない材質により形成したときには、赤外光を高出力の加熱用赤外光に切換えることで、保持手段４０に反射鏡３１４ａ２を介して赤外光を照射して保持手段４０を加熱することができる。このような場合には、チップ２３および基板２４にそれぞれ設けられたアライメントマークを上方から上下マーク認識手段３１４により読取ることができるように、保持手段４０に孔を形成するとよい。以上のように、上下マーク認識手段３１４は本発明の「加熱手段」として機能している。

なお、本実施形態では、赤外光源３１４ｃは、一般的な白色光などの可視光も投光できるように構成されている。また、反射鏡３１４ａ２を移動する構成については、上記した構成に限られず、周知の構成を利用して適宜、反射鏡３１４ａ２を移動できるようにすればよい。

＜第７実施形態＞
この発明の第７実施形態について図２０を参照して説明する。図２０は本発明の接合装置の第７実施形態の要部拡大図である。この第７実施形態が、上記した第１ないし第６実施形態と異なるのは、保持手段４０が、一般的な断熱材料や、熱伝導率が非常に悪いチタン合金、セラミックなどにより形成される断熱部材４０ｂを介して、共振器７の取着位置に取着されている点である。以下では、上記した実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図２０に示すように、断熱部材４０ｂには、共振器開口ＨＯＰとほぼ同様の形状、大きさに開口が形成されている。そして、赤外光などを共振器光路ＨＬＰを介して保持手段４０または保持手段に保持された対象物に照射できるように、共振器開口ＨＯＰの周縁を囲むように断熱部材４０ｂが配置された状態で、保持手段４０が断熱部材４０ｂを介して共振器７の取着位置に接着されている。

このように構成すると、断熱部材４０ｂを介して共振器７の取着位置に保持手段４０が取着されるため、保持手段４０や保持手段４０に保持された対象物が赤外光などが照射されることで加熱されて昇温した際に、保持手段４０から共振器７に伝熱するのが断熱部材４０ｂにより抑制されるため、保持手段４０を効率よく加熱することができると共に、共振器７が昇温することにより共振器７の固有振動数が変動するのを防止できる。

なお、例えば、エアーを吹き付けることにより断熱部材４０ｂを冷却する手段（図示省略）をさらに備えていてもよく、このようにすれば、断熱部材４０ｂを冷却する手段により断熱部材４０ｂが冷却されるため、保持手段４０などが加熱されて昇温した際に、保持手段４０から共振器７に伝熱するのをより効率よく抑制することができる。

＜第８実施形態＞
この発明の第８実施形態について図２１を参照して説明する。図２１は本発明の接合装置の第８実施形態の要部拡大図である。この第８実施形態が、上記した第１ないし第７実施形態と異なるのは、保持手段５０が、多孔質金属などの多孔質材料により形成されており、多孔質材料の多孔質構造を介してチップ２３などの対象物を吸引する吸引手段（図示省略）を備えている点である。以下では、上記した実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成については同一符号を付すことにより、その構成および動作の説明を省略する。

図２１にハッチングで示すように、多孔質材料により形成された保持手段５０の表面が、特定の領域を除いて接着剤などによりシーリングされることで、吸引手段により吸引される吸引窓５０ａと、チップ２３などの対象物を吸着する吸着窓５０ｂとが形成される。すなわち、吸引手段により吸引窓５０ａから吸引を行うことで、保持手段５０に形成された吸引５０ｂに対象物を吸着することができる。なお、保持手段５０表面のシーリングは接着剤によらなくともよく、樹脂など、封止に最適な材料で保持手段５０表面をシーリングすればよい。また、保持手段５０表面をシーリングすることにより形成される吸引窓および吸着窓の形状および大きさは、図２１に示す吸引窓５０ａおよび吸着窓５０ｂの形状および大きさに限られるものではなく、適宜、目的に応じた最適な形状および大きさに、吸引窓５０ａおよび吸着窓５０ｂを形成すればよい。

このように構成すると、保持手段５０が多孔質材料により形成されているため、保持手段５０を形成する多孔質材料の多孔質構造を介して吸引手段によりチップ２３などの対象物を保持手段５０に容易に吸着することができる。

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り、上記した実施形態において詳細に説明した構成をどのように組合わせてもよい。例えば、上記した第５実施形態における、保持手段４０，４０ａが共振器７３の取着位置に脱着可能に取着される構成を、上記した実施形態のすべてにおいて採用してもよい。

また、上記した実施形態では、重合された対象物および被実装物に、所謂、横振動を加えて接合を行う接合装置を例に挙げて説明したが、重合された対象物および被実装物に、所謂、縦振動を加えて接合を行う接合装置に本発明を適用してもよい。例えば、図２２に示すように、３つの開口ＨＯＰを有する共振器光路ＨＬＰを備え、矢印ＵＳＯの方向に振動する共振器７４を、周知の縦振動型の接合装置に採用すればよい。なお、図２２は共振器の変形例を示す図である。

また、上記した実施形態では、上下マーク認識手段１４，３１４および認識手段１４０，１４１が赤外光源１４ｃ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４１ｃ，３１４ｃを備える構成を例に挙げて説明したが、赤外光源に換えて可視光である白色光源やなどを備える構成や、加熱用光源としてハロゲンランプやレーザー光源を採用してもよく、装置の使用態様に応じて適宜、適切な光源を採用すればよい。

また、上記した実施形態では、上下マーク認識手段１４，３１４および認識手段１４０，１４１がＣＣＤカメラを備える構成を例に挙げて説明したが、ＣＣＤカメラに換えてＣＭＯＳカメラ、ＩＲカメラなどを備える構成としてもよく、アライメントマークを光学的に読取ることのできる構成であればどのようなものを採用してもよい。

また、対象物および被実装物は、半導体以外の材料（樹脂製の基板、フィルム基板またはこれらの基板をダイシングしたチップなど）でもよい。また、対象物および被実装物としては、超音波振動を伝達することで接合できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕなどのような金属、Ｓｉのような半導体、ＳｉＯ２、ガラス、イオン酸リチウム、酸化物単結晶（ＬＴ）、セラミック系を含む酸化物などにより形成されるウエハやチップなどに、金属バンプあるいは配線パターンを形成したものどうしを接合することができる。

また、対象物および被実装物の形態としては、基板、ウエハ、基板およびウエハーをダイシングしたチップなど、どのようなものであってもよいが、電子部品、プリント基板、光素子、光学部品、半導体チップなどを対象物とし、これらの対象物がウエハ、樹脂製の基板、フィルム基板などの被実装物に接合されるようにするとよい。また、金属バンプの形態としては、個々に独立した複数のバンプ形状であってもよいし、対象物と被実装物との間のある領域を、当該両対象物どうしで封止できるように輪郭状につながった形状であってもよい。また、金属バンプどうしの接合ではなく、両対象物の一方面の全面どうしが接合されるようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、対象物および被実装物を超音波振動により接合しているため、赤外光源などによる加熱を行わなければ、熱に弱い対象物としてのＧａＡｓなどの光素子部品を、基板などの被実装物に常温で接合することができる。

また、チップ２３および基板２４に設けられた配線パターンや金属電極、チップ２３の外形などをアライメントマークとして利用することができる。また、チップ２３および基板２４に印刷されたマークなどもアライメントマークとして利用することができ、ＣＣＤカメラなどで構成された認識手段で認識して対象物（チップ２３）および被実装物（基板２４）の相対的な位置情報を得ることができるものであれば、アライメントマークはどのようなものであってもよい。

また、共振器の形状、材質、大きさなどは、上記した実施形態に示したものに限られず、装置の使用目的などに応じて適宜、変更することができる。また、共振器の外周に形成された被支持部の形状は凹状に限られず、どのような形状であってもよい。さらに、共振器の中心軸方向の大きさは、共振器の共振周波数の一波長の長さに限らず、どのような長さであってもよい。

また、チップ２３および基板２４を保持するために、保持手段４０，４０ａやステージ１０に配設される保持機構は、真空吸着による保持機構に限られず、静電チャックによる保持機構や機械式チャック機構、磁気吸着による保持機構など、装置の使用目的に応じて、周知の保持機構を採用すればよい。

例えば、吸着保持機構に換えて静電チャックによる保持機構を採用すれば、真空中でチップ２３を保持することができるため、真空中でチップ２３と基板２４との接合を行うことができ、チップ２３および基板２４に有機物や酸化膜などの不純物が付着するのが防止されるので、対象物と被実装物とを良好に接合することができる。

また、赤外光源などにより、保持手段や対象物を加熱するタイミングは、上記した例に限られるものではなく、接合対象である対象物および被実装物の種類および形状に応じて、適宜、最適なタイミングで光照射による加熱を行うようにすればよい。

また、上記した第１実施形態では、ステージ１０側が水平方向の位置調整機能、ヘッド部２６側が上下駆動機構を有するように構成したが、水平方向の位置調整機能、上下駆動機構はステージ１０側、ヘッド部２６側にどのように組み合わせてもよく、また、重複するように構成してもよい。

さらに、上記した第１実施形態では、ヘッド部２６およびステージ１０を上下方向（図１に示す矢印Ｚ方向）に配置し、対象物であるチップ２３と被実装物である基板２４とを上下方向で重ね合わせて接合する構成としたが、ヘッド部２６およびステージ１０の配置方向としてはこれに限定されず、上下方向にほぼ直交する左右方向に配置することにより、両対象物が左右方向で重ね合わされて接合される構成でもよい。

また、金属バンプを形成する材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、鉛錫はんだなど、超音波振動を印加することで接合できるものであればどのような金属であってもよい。また、対象物および被実装物の接合部を金属以外の部材で形成してもよい。

また、上記した実施形態では、２視野光学系レンズ１４ａ，１４１ａや光路変換手段ＨＭ，ＳＭなどにより光路を変換して、ＣＣＤカメラ１４ｂ，１４０ａ，１４１ｂなどで構成される撮像手段によりアライメントマークを読取るように構成されているが、これらの光路変換のための手段を設けずに、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの撮像手段により直接、対象物および被実装物に設けられたアライメントマークを読取るようにしてもよい。

７，７０，７１，７３，７４…共振器
８…振動子
１４，３１４…上下マーク認識手段１４（加熱手段）
１４ｃ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４１ｃ，３１４ｃ…赤外光源
２３…チップ（対象物）
２４…基板（被実装物）
４０，４０ａ，５０…保持手段
４０ｂ…断熱部材
１４０，１４１…認識手段（加熱手段）
ＨＯＰ…共振器開口
ＨＬＰ…共振器光路
ＨＭ…光路変換手段

Claims

対象物を被実装物の所定の位置に超音波振動により接合する接合装置において、
超音波振動する振動子と、
その中心軸と同軸に前記振動子が連結され、前記振動子が発生する超音波振動に前記振動子と同じ振動方向で前記中心軸の方向に共振する長尺状の共振器と、
前記共振器の所定の取着位置に取着され、前記対象物を保持する保持手段と、
加熱用光源を有する加熱手段と、
前記共振器を駆動して前記保持手段に保持された前記対象物に対する加圧力を制御する手段とを備え、
前記共振器は、前記取着位置に形成された一方の開口と、前記一方の開口とは異なる位置に形成された他方の開口と、前記一方および他方の開口を両端に有する開放された空間である光路とを備え、
開放された前記他方の開口側から前記光源の光が、前記光路を介して前記対象物に照射される
ことを特徴とする接合装置。
対象物を被実装物の所定の位置に超音波振動により接合する接合装置において、
超音波振動する振動子と、
その中心軸と同軸に前記振動子が連結され、前記振動子が発生する超音波振動に前記振動子と同じ振動方向で前記中心軸の方向に共振する長尺状の共振器と、
前記共振器の所定の取着位置に取着され、前記対象物を保持する保持手段と、
加熱用光源を有する加熱手段と、
前記共振器を駆動して前記保持手段に保持された前記対象物に対する加圧力を制御する手段とを備え、
前記共振器は、前記取着位置に形成された一方の開口と、前記一方の開口とは異なる位置に形成された他方の開口と、前記一方および他方の開口を両端に有する開放された空間である光路とを備え、
開放された前記他方の開口側から前記光源の光が、前記光路を介して前記保持手段に照射される
ことを特徴とする接合装置。
前記加熱手段は、前記光路に設けられた光路変換手段をさらに備え、
前記光源の光が、前記光路変換手段を介して前記対象物に照射されることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
前記加熱手段は、前記光路に設けられた光路変換手段をさらに備え、
前記光源の光が、前記光路変換手段を介して前記保持手段に照射されることを特徴とする請求項２に記載の接合装置。
前記保持手段は、多孔質材料により形成されており、
前記多孔質材料の多孔質構造を介して前記対象物を吸引する吸引手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の接合装置。
前記保持手段は、断熱部材を介して前記取着位置に取着されていることを特徴とする請求項１または５のいずれかに記載の接合装置。
前記断熱部材を冷却する手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
前記光源は、赤外光源、ハロゲンランプ、レーザー光源のいずれかであ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接合装置。