JP7030236B1 - 接合装置及び接合物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合物品を構成する部材の位置を高精度に特定可能な、接合装置及び接合物品の製造方法を提供すること。【解決手段】本開示の接合装置は、第１の部材を支持する第１の電極と；光学通路を含む第２の電極と；第１の電極と第２の電極とが互いに近接及び離間する方向に相対的に移動させる移動機構と；第１の部材の撮像対象物を光学通路を介して撮像するものであって、撮像対象物に照明光を照射する光源を含む、撮像部材と；両端部が開口した貫通孔を含み、第２の電極の第１の電極に対向する位置に取り付けられるものであって、貫通孔は、第２の部材に接触する第１の開口と；光学通路の一方の開口に連通する第２の開口と；第１の開口と第２の開口をつなぐ面の少なくとも一部を構成し光源から照射された照明光を撮像対象物に向かって反射させる反射面と；を含む電極チップと；を含む。【選択図】図４

Description

本開示は、接合装置及び接合物品の製造方法に関する。

レーザーダイオードや赤外線センサといった光半導体は、レーザーダイオード発光チップ（以下、「ＬＤチップ」という）や光電変換素子といった半導体素子等が実装されたステムに対し、素子等を覆うレンズ付きのキャップを取り付けて構成されている。このステムとキャップとを接合する装置として、下部電極ホルダにステムをクランプし、キャップを上部テーパーコレット電極にクランプし、上部テーパーコレット電極を固定した上部電極移動台を移動押圧手段で鉛直方向に移動して抵抗溶接を行うものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００３－１５４４６３号公報

２つの部品を接合する際、各部材の位置を正確に特定できれば、接合時のズレの発生等を抑制でき好ましい。具体的には、例えば、上述したステムに実装される半導体素子が光半導体素子である場合、光半導体素子の発光点あるいは受光点とキャップのレンズの中心の位置が平面視で一致していることがその機能を維持する上で好ましい。

本開示は、接合物品を構成する部材の接合時の位置を高精度に特定可能な、接合装置及び接合物品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の第１の態様に係る接合装置は、第１の部材と第２の部材とを接合するためのものであって：前記第１の部材を支持する第１の電極と；前記第１の電極に支持された前記第１の部材に対向する位置に一方の開口が設けられた光学通路を備える第２の電極と；前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方を、前記第１の電極と前記第２の電極とが互いに近接する方向及び離間する方向に相対的に移動させる移動機構と；前記第１の部材に設けられた撮像対象物を、前記光学通路を介して撮像する撮像部材であって、前記撮像対象物に照明光を照射するための光源を含む、前記撮像部材と；両端部が開口した貫通孔を含み、前記第２の電極の前記第１の電極に対向する位置に取り付けられる電極チップであって、前記貫通孔は、前記第２の部材に接触する第１の開口と；前記光学通路の前記一方の開口に連通する、前記第１の開口よりも大きな第２の開口と；前記第１の開口と前記第２の開口をつなぐ面の少なくとも一部を構成し、前記光源から照射された照明光を前記撮像対象物に向かって反射させ、前記撮像対象物でさらに反射した反射光を前記撮像部材の撮像面に向かわせる反射面と；を含む、前記電極チップと；を含むものである。

このような接合装置においては、撮像部材を用いて撮像対象物の画像を取得する際に、光源からの照明光を撮像対象物に反射させた反射光を利用することで、画像内の撮像対象物の位置を正確に特定でき、以て撮像対象物の接合時の位置を高精度に特定可能となる。また、電極チップに反射面を形成することで、第１の部材に対する撮像対象物の取り付け状態に関わらず撮像部材において反射光が撮像できる。

本開示の第２の態様に係る接合装置は、上記本開示の第１の態様に係る接合装置において、前記反射面は、前記第１の開口から前記第２の開口に向かうにしたがって拡径したテーパ面を含む。

このような接合装置においては、反射面がテーパ面で構成できるため、電極チップに反射面を簡単に形成できる。

本開示の第３の態様に係る接合装置は、上記本開示の第１又は第２の態様に係る接合装置において、前記光学通路は、前記一方の開口から一方向に延在する第１の光学通路と、前記第１の光学通路の延在方向と交差する方向に延在し端部に前記撮像部材の前記撮像面に対向する他方の開口が設けられた第２の光学通路と、前記第１の光学通路及び前記第２の光学通路を通過する光を反射する反射ミラーと、を含み、前記撮像部材は、前記移動機構によって前記第２の電極が所定の位置に移動した際に、前記撮像面が前記他方の開口に対向する位置に配置される。

このような接合装置においては、撮像部材を所定の位置に固定することができるため、撮像部材に接続される配線を簡略化できる。

本開示の第４の態様に係る接合物品は、第１乃至３のいずれかの態様の接合装置を用いて、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合した接合物品を製造する方法であって、前記第１の電極に前記第１の部材を支持する工程と；前記部材を用いて前記第１の部材の前記撮像対象物を含む第１の撮像画像を取得する工程と；前記電極チップに前記第２の部材を支持する工程と；前記撮像部材を用いて前記第２の部材を含む第２の撮像画像を取得する工程と；前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像とを用いて、前記第１の部材と前記第２の部材の、前記移動機構の移動方向と交差する方向における位置合わせを行う工程と；前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する工程と；を含むものである。

このような接合物品の製造方法においては、第１の部材を撮像した第１の撮像画像と第２の部材を撮像した第２の撮像画像とを用いて第１及び第２の部材の接合時の位置合わせを行うため、高精度の位置合わせを実現できる。

本開示の第５の態様に係る接合物品の製造方法は、上記本開示の第４の態様に係る接合物品の製造方法において、前記撮像対象物は光半導体素子を含み、前記第１の部材は前記光半導体素子が取り付けられた台座を含み、前記第２の部材はレンズを備えたキャップを含み、前記位置合わせを行う工程は、前記第１の撮像画像に含まれる前記光半導体素子の発光点と、前記第２の撮像画像に含まれる前記レンズの中心点とに基づいて位置合わせを行う。

このような接合物品の製造方法においては、撮像部材が光源を用いた撮像を行うため、特に第１の撮像画像に含まれる光半導体素子の発光点を高精度に特定できる。

本開示の接合装置及び接合物品の製造方法によれば、接合物品を構成する部材の接合時の位置を高精度に特定することが可能となる。

接合物品の一例を示したものであって、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は分解説明図である。 本開示の一実施の形態に係る接合装置の一例を示す概略構造図である。 図２に示す接合装置の上電極を拡大して示す要部拡大断面図である。 図２に示す接合装置を用いてステムを撮像した状態を示す説明図である。 本開示の一実施の形態に係る接合物品の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図５に示す接合物品の製造方法を実施した際の接合装置の動作状態を示す説明図である。 図５に示す接合物品の製造方法を実施した際の接合装置の動作状態を示す説明図である。 図５に示す接合物品の製造方法を実施した際の接合装置の動作状態を示す説明図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための各実施の形態について説明する。なお、以下では本開示の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本開示の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

＜接合物品＞
本開示に係る接合装置及び接合物品の製造方法を説明する前に、接合物品の一例としての半導体デバイスについて、その一般的な構造を簡単に説明する。なお、本開示において、半導体デバイスＤは光半導体であってよく、より具体的にはレーザーダイオードや光センサ（赤外線センサ等）であってよい。

図１は、接合物品の一例を示したものであって、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は分解説明図である。図１に示す接合物品の一例としての半導体デバイスＤは、レーザーダイオード、特にＴＯ－ＣＡＮパッケージ（型）のレーザーダイオードであって、キャップＣとステムＳとが接合されて構成されている。ここでいうステムＳは第１の部材の一例であってよく、キャップＣは第２の部材の一例であってよい。図１（Ｂ）では、半導体デバイスＤとなる前のキャップＣとステムＳとが分離した状態を示しており、キャップＣを断面図で、ステムＳを正面図で、それぞれ表している。

ステムＳは、その一方の面（以下、「実装面」ともいう）に種々の回路パターンが形成されると共に電子部品が実装される板状のベース（台座の一例）Ｓｂを含んでいてよい。このベースＳｂの一方の面には、立設部Ｓｂ１が形成されており、この立設部Ｓｂ１の一側面には、図示しないセラミック基板（サブマウントともいう）が設けられ、その表面にＬＤチップＳｃが取り付けられて（実装されて）いてよい。このＬＤチップＳｃは、一般に直方体形状を有しており、この直方体形状からなるＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１が、ステムＳとキャップＣとが接合された際にキャップＣのレンズＣｎに対向する。また、このＬＤチップＳｃは、作動時には前述のＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１の、サブマウントに取り付けられた側とは反対側に位置する部分を中心に発光するものが多い（以下、この発光の中心となる位置を「発光点」という）。このＬＤチップＳｃは、後述する撮像部材５０による撮像対象物の一例を構成することができる。また、ベースＳｂの他方の面には複数本（多くの場合、３本又は４本）のリードＳｄが略垂直に延び、このリードＳｄはベースＳｂの回路パターンに接続されている。ベースＳｂの平面形状は種々変更できるが、図１に示すように例えば略円板状であってよい。また、ベースＳｂの少なくとも一部及びリードＳｄは金属で形成することができる。

キャップＣは、ステムＳの実装面を覆うようにベースＳｂに取り付け可能なものであってよい。このキャップＣは、概ね円筒状の外観を呈しており、円筒状の外周部Ｃｐの内部にＬＤチップＳｃを収容することができるように構成することができる。また、キャップＣは、円筒状の側面に相当する外周部Ｃｐに対し、一方の端面が開口し、他方の端面が塞がれている。そして、塞がれている側の端面の中央部には、光を透過可能な円形のレンズＣｎが設けられていてよい。他方、開口している側の端面の縁Ｃｅは、ステムＳに接合された時に加圧を受ける面となるよう、若干外側に拡張されたフランジ状に形成されているとよい。また、この縁ＣｅのベースＳｂに対向する面、あるいはベースＳｂの縁Ｃｅが接合される面には、接合の際に溶融あるいは軟化する突起（プロジェクション）が１乃至複数個設けられていてもよい。縁Ｃｅはリング状に形成でき、ベースＳｂの外周以下の大きさであるとよい。キャップＣは、レンズＣｎ以外の部分が金属で形成されていてよい。

ステムＳ及びキャップＣの金属部分は、典型的にはステンレス鋼やコバール等で形成されているが、これら以外の金属で形成されていてもよい。ステムＳ及びキャップＣの金属の部分は、典型的には異種の金属であるが、同種の金属であってもよい。半導体デバイスＤは、実装面をキャップＣで覆った上で縁ＣｅをベースＳｂに接合（溶接）して構成されている。

＜接合装置＞
図２は、本開示の一実施の形態に係る接合装置の一例を示す概略構造図である。以下には、本実施の形態に係る接合装置１の構造について順に説明を行う。本実施の形態に係る接合装置１は、図１に示した半導体デバイスＤの製造に用いられるものであり、ステムＳとキャップＣとを抵抗溶接を用いて接合する装置であってよい。この接合装置１は、図２に示すように、下電極（第１の電極の一例）１０と、上電極２０（第２の電極の一例）と、電極チップ３０と、加圧装置（移動機構の一例）４０と、撮像部材５０とを少なくとも含む。また、この接合装置１は、チャンバ２と、電源装置６０と、制御装置７０とをさらに含んでいてよい。なお、図２は接合装置１を正面から見た図であり、その幅方向をＸ方向、奥行方向をＹ方向、及び高さ方向（上下方向）をＺ方向として以下の説明を行うものとする。

チャンバ２は、接合装置１の本体を構成するものであって、抵抗溶接を行う際の処理空間を画定しているものであってよい。このチャンバ２の内部には、その下方に下電極１０が配設され、この下電極１０に対向する上部に上電極２０が配設される。チャンバ２内の下電極１０及び上電極２０の周囲には複数の支柱２Ａが立設されており、この支柱２Ａの上側端部には、後述する加圧装置４０を固定するための固定台２Ｂが設置されている。また、チャンバ２内は密閉空間とすることができ、図示しない不活性ガス（例えば窒素ガス）や他の処理ガスを供給するための供給路やチャンバ２内の流体を排出する排出路等を備えていてよい。

下電極１０は、ステムＳを直接又は間接的に支持し、ステムＳに所定の電流を供給するための部材であって、金属等の導電部材で主に構成することができる。この下電極１０は、その上面にステムＳが載置される金属製の下電極本体１１と、下電極本体１１の上面に配設され、ステムＳの水平方向（ＸＹ平面方向）における移動を制限するように支持するグリッパ１２と、を含むことができる。上記構成のうち、グリッパ１２は、下電極本体１１上に載置されたステムＳに接触してステムＳを移動不能に支持する閉位置と、ステムＳの支持を開放する開位置との間で移動可能な複数個（例えば２～４個）のクランプ片で構成されていてよい。また、下電極本体１１は、少なくともステムＳの下面に接触する部分と後述する下電極側配線６２との間が導電部材で構成されていればよい。したがって、この下電極本体１１は、例えばステムＳの下面に位置する部分、すなわち下電極本体１１のＺ方向に延在する中心部のみが電極として機能し、この中心部を包囲する外周囲は、グリッパ１２を支持する台座として機能するものであってもよい。

図３は、図２に示す接合装置の上電極を拡大して示す要部拡大断面図である。上電極２０は、図２及び図３に示すように、キャップＣを直接又は間接的に支持し、キャップＣに所定の電流を供給するための部材であって、下電極１０と同様に金属等の導電部材で構成することができる。この上電極２０は、その下面に電極チップ３０が取り付けられ且つ後述する加圧装置４０の可動部４１に固定された上電極本体２１と、電極チップ３０を下電極本体１１に固定するためのリング状の電極チップ支持部材２２と、上電極本体２１に形成され、その一端部が下電極１０に支持されたステムＳに対向する位置に開口し、他端部が上電極本体２１の側面に開口した光学通路２３と、光学通路２３内に配設された反射ミラー２４と、光学通路２３の他端部の開口を塞ぐように取り付けられたガラス等からなる透過窓２５とを含むことができる。上記構成のうち、反射ミラー２４は、例えばプリズムミラーで構成することができ、また反射ミラー２４は反射ミラー支持台２４Ａに取り付けられた状態で、上電極本体２１の中央に設けられた貫通孔に上方から挿入されることで、光学通路２３内に位置決めされるものであってよい。また、透過窓２５は、額縁状の枠体２６により光学通路２３の他端部に固定されていてよい。

光学通路２３は、図３に示すように、下電極１０に支持されたステムＳに対向する位置に開口する一端部から上方に延在する第１の光学通路２３Ａと、後述する撮像面ＩＳに対向し透過窓２５が取り付けられた他端部から水平面に沿った一方向、例えばＸ方向に延在し、第１の光学通路２３Ａに連通する第２の光学通路２３Ｂとで構成することができる。第１の光学通路２３Ａと第２の光学通路２３Ｂとは実質的に直角に連通するため、光学通路２３は略Ｌ字状の通路を形成している。第１の光学通路２３Ａと第２の光学通路２３Ｂとが連結する角部には反射ミラー２４が配設されており、この反射ミラー２４によって第１の光学通路２３Ａ又は第２の光学通路２３Ｂを通過する光が、第２の光学通路２３Ｂ又は第１の光学通路２３Ａへ導かれる。

電極チップ３０は、主に図３に示すように、その中央部に貫通孔３１が形成された略円盤状の導電部材で構成することができる。この電極チップ３０は、接合物品としての半導体デバイスＤの種類やサイズに合わせて取替可能な部材とすることができ、接合物品に合わせて変更できるよう、サイズの異なるものが複数種類準備されていると好ましい。電極チップ３０は、上電極本体２１の下面に当接した状態で電極チップ支持部材２２が取り付けられることにより、上電極本体２１と電極チップ支持部材２２との間に挟持され、上電極２０に固定される。

電極チップ３０の貫通孔３１は、円盤状の電極チップ３０の軸線に沿って上下方向に貫通するように形成される。この貫通孔３１の下側端部は、キャップＣに接触する第１の開口３１Ａを形成する。この第１の開口３１ＡはキャップＣの少なくとも一部が挿入できるようにその内径が調整されていてよい。また、この第１の開口３１Ａには、図示しないキャップ保持手段、例えば負圧吸引手段や膨張するバルーン、コレット等を用いた保持手段を採用することができる。このキャップ保持手段を動作させることにより、第１の開口３１ＡにキャップＣを保持することが可能となる。さらに、貫通孔３１の上側端部は、第１の開口３１Ａよりも大きな径を有する第２の開口３１Ｂを形成する。この第２の開口３１Ｂの周囲は、上電極２０の光学通路２３の一端部に挿入可能な挿入部３２が形成されていてよい。挿入部３２が光学通路２３に挿入されると、光学通路２３の一端部側の開口と貫通孔３１の第２の開口３１Ｂとが連通する。さらにまた、貫通孔３１の内壁面には、後述する光源５３からの照明光を所定の方向に反射するための反射面３３が形成される。反射面３３の具体的な形状等については後述する。

加圧装置４０は、下電極１０と上電極２０とを互いに近接する方向及び離間する方向に相対的に移動させる移動機構の一例である。本実施の形態においては、上電極２０を上下方向（Ｚ方向）に動作させる加圧装置４０を例示している。この加圧装置４０は、チャンバ２内に設けられた固定台２Ｂに取り付けられている。そしてこの加圧装置４０は、その内部に備える図示しない周知の直動機構、例えばエアシリンダやサーボモータ付きボールねじ、リニアモータ等を動作させることにより、上電極本体２１に接続された可動部４１を動作させ、上電極２０を上下方向に移動させるものである。

撮像部材５０は、ＬＤチップＳｃを含むステムＳを、光学通路２３を介して撮像することが可能なものであってよい。本実施の形態に係る撮像部材５０には、ステムＳ及びキャップＣの両方を撮像可能なものであって、当該撮像部材５０の撮像結果をステムＳ及びキャップＣの位置合わせに利用することが可能なものが例示されている。この撮像部材５０は、チャンバ２内の複数本の支柱２Ａのうちの１つに取り付けられ、水平面に沿った一方向、例えばＸ方向に延在する略矩形状の撮像部材本体５１と、撮像部材本体５１の延在方向における一端に設けられ透過窓２５に対向する可変倍率レンズ５２と、可変倍率レンズ５２からＬＤチップＳｃへ光学通路２３を介して照明光を照射する光源５３と、撮像部材本体５１の延在方向における他端に設けられたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）カメラあるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ等からなるカメラ５４と、を含むことができる。なお、可変倍率レンズ５２の透過窓２５に対向する面が撮像面ＩＳを構成する。

撮像部材５０は、加圧装置４０によって上電極２０が所定の位置、具体的には下電極１０に取り付けられたステムＳに電極チップ３０の第１の開口３１Ａが近接する位置に移動した際に、その撮像面ＩＳが光学通路２３の透過窓２５が配設された側の開口に対向する位置に配置されているとよい。また、この撮像部材５０は、水平面に沿った一方向、例えばＸ方向に沿って移動可能な図示しない移動機構を有し、撮像タイミングに合わせて撮像部材本体５１を透過窓２５に近づく方向あるいは遠ざかる方向に移動させると好ましい。さらに、撮像部材５０の上述した各構成のうち、可変倍率レンズ５２の径は、透過窓２５の径よりも大きなものを採用できる。これに関連して、光源５３からこの可変倍率レンズ５２を介して照射される照明光の照射面積は、透過窓２５の面積よりも大きいとよい。さらにまた、可変倍率レンズ５２及び光源５３は異なる倍率あるいは色のものに適宜取替可能であってよい。

本実施の形態においては、撮像部材５０として、図示しないアクチュエータによりＸ方向には移動可能であるものの、Ｙ方向及びＺ方向における位置は上述した通り固定されているものを例示している。このような構成を採用すると、撮像部材５０の可動範囲が小さいため、カメラ５４や光源５３に接続される配線の引回しが簡略化されるという点で有利であるが、撮像面ＩＳが上電極２０の透過窓２５に常に対向して位置していないため、撮像の際上電極２０の位置を考慮する必要がある。この点を考慮して、撮像部材５０の少なくとも可変倍率レンズ５２を上電極２０あるいは加圧装置４０の可動部４１に固定し、可変倍率レンズ５２が加圧装置４０の動作に追従して移動するように、その構造を変更してもよい。この場合には、透過窓２５と可変倍率レンズ５２の相対位置が固定できるため、上電極２０の位置を考慮することなく撮像部材５０による撮像動作を実行することができる。

電源装置６０は、下電極１０と上電極２０との間に電流を供給するための装置であって、チャンバ２外に設置された電源装置本体６１と、電源装置本体６１と下電極１０との間を電気的に接続する下電極側配線６２と、電源装置本体６１と上電極２０との間を電気的に接続する上電極側配線６３とを含むことができる。このうち、電源装置本体６１は、例えば、商用電源等からなる外付けの交流電源（図示省略）から供給される交流電流を所望のパルス状電流に変換し、パルス状電流を大電流に変換し、下電極１０と上電極２０との間への通電タイミングを制御する装置を含むものであってよい。この電源装置本体６１を動作させることにより、下電極１０に支持されたステムＳと上電極２０に支持されたキャップＣとの間にパルス状電流を供給し、両部材の金属製の接触部分を固相接合あるいは溶接することができる。ここで供給されるパルス状電流は、典型的には単一のパルス状電流である。このパルス状電流により、ステムＳとキャップＣの接合を確実に行うことができる。なお、電源装置本体６１の具体的な構成としては、周知の溶接トランスやコンデンサ、溶接電源（インバータ電源）等を単独であるいは組み合わせて採用することができる。

制御装置７０は、接合装置１の各構成要素（例えば加圧装置４０の駆動源や撮像部材５０のカメラ５４等）と有線又は無線通信を介して通信可能となっており、これにより各構成要素を制御可能な装置であってよい。この制御装置７０は、例えば周知のコンピュータによって構成することができる。当該周知のコンピュータとは、少なくとも揮発性あるいは不揮発性のメモリ（例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ））と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）に代表されるプロセッサとを含むものとすることができる。

本開示の接合装置は、上記の構成に加えて、下電極１０及び上電極２０の少なくとも一方を水平面（ＸＹ平面）に沿って移動させる第２の移動機構を含むことができる。本実施の形態に係る接合装置１においては、上記第２の移動機構として、下電極本体１１をＸ方向及びＹ方向に移動させる水平移動ステージ８０を含んでいてよい。この水平移動ステージ８０を動作させると、下電極１０に取り付けられたステムＳが水平面に沿って移動される。これにより、ステムＳと上電極２０に取り付けられたキャップＣとを接合する際、ステムＳとキャップＣのＸ方向及びＹ方向の位置合わせを行うことが可能となる。水平移動ステージ８０の具体的な構造は特に限定されないが、例えば周知の直動機構（ボールねじ、送りねじ、リニアモータ、ラックアンドピニオン、単軸ロボット等）を２つ組み合わせたものを採用することができる。

上述した構成を備える接合装置１においては、ステムＳとキャップＣの接合を行う際、ＬＤチップＳｃの発光点と、キャップＣのレンズＣｎの中心点とが平面視で一致していることが好ましい。これは、発光点とレンズ中心点とが平面視でずれていると、レンズで集光したレーザー光の出力が低下するためである。そこで、本実施の形態に係る接合装置１においては、撮像部材５０を用いてＬＤチップＳｃとレンズＣｎとを撮像し、その撮像結果を用いてＬＤチップＳｃの発光点とレンズＣｎの中心点を位置合わせすることが可能な構成を採用している。以下には、本実施の形態に係る接合装置１におけるステムＳの撮像手法について説明する。

図４は、図２に示す接合装置を用いてステムを撮像した状態を示す説明図であって、図４（Ａ）は実装されるＬＤチップの上側の面が水平面に沿って延在しているステムＳを撮像した状態を示したものであり、図４（Ｂ）は実装されるＬＤチップの上側の面が水平面に対して傾斜しているステムＳ’を撮像した状態示したものである。なお、図４においては照明光の経路等の理解を容易にする目的で、上電極２０のみ端面図を用いて示し、それ以外の構成は平面図を用いて示している。また、ＬＤチップＳｃに反射する反射光ＲＬ１、ＲＬ２（図４中には二点鎖線で示されている）の経路が視認しやすいよう、光学通路２３内を通過する入射光ＩＬ１、ＩＬ２（図４中には一点鎖線で示されている）は、ＬＤチップＳｃに入射するもののみを模式的に示している。

撮像部材５０においてＬＤチップＳｃを正確に撮像できれば、ＬＤチップＳｃの発光点も高精度に特定することができる。そこで、本実施の形態に係る接合装置１においては、ＬＤチップＳｃを正確に撮像するべく、ＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１に向けて光を照射し、その反射光を含む画像を撮像することで、ＬＤチップＳｃの位置を高精度に特定可能な撮像画像を得ている。以下には、本実施の形態に係る接合装置１を用いてステムＳの撮像を行う工程について、図４（Ａ）を用いて簡単に説明する。

ステムＳの撮像工程が開始されると、先ず、加圧装置４０を動作させて予め下電極１０に取り付けられたステムＳに近接する位置まで上電極２０を降下させる。次いで、撮像部材５０の光源５３を動作させて可変倍率レンズ５２の撮像面ＩＳから照明光を照射する。この照明光の一部は、図４（Ａ）に示すように透過窓２５に照射され、光学通路２３に入射する入射光ＩＬ１となる。この入射光ＩＬ１は、透過窓２５を透過すると、先ず第２の光学通路２３Ｂ内をＸ方向に沿って進み、反射ミラー２４で反射してその向きが変更され、第１の光学通路２３Ａ内を下方向に向かって進み、ステムＳに照射される。ステムＳに照射された入射光ＩＬ１のうちの一部は、図４（Ａ）に示すように、ＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１に照射されて反射し、反射光ＲＬ１として、入射光ＩＬ１の進行経路を戻るように、第１の光学通路２３Ａ、反射ミラー２４、第２の光学通路２３Ｂ及び透過窓２５を順に通過し可変倍率レンズ５２の撮像面に戻る。そして、撮像面ＩＳに入射した反射光ＲＬ１を含む画像がカメラ５４で撮像されることにより、反射光ＲＬ１によってＬＤチップＳｃに対応する部分の輝度値が高くなった撮像画像（後述の「第１の撮像画像」に対応）を得ることができる。そして、この撮像画像に基づいてＬＤチップＳｃの位置を特定することにより、精度よく発光点を特定することができる。

ところで、図４（Ａ）に示すステムＳのように、実装されるＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１が、ベースＳｂに対して略平行に延在している場合には、この面Ｓｃ１で反転した反射光ＲＬ１は、入射光ＩＬ１の進行経路を戻るように進むため、撮像部材５０は反射光ＲＬ１によってＬＤチップＳｃに対応する部分の輝度値が高くなった撮像画像を得ることができる。しかし、例えば図４（Ｂ）に示すステムＳ’のように、ＬＤチップＳｃが、その上側に位置する一面Ｓｃ１がベースＳｂの延在方向に対して所定角度θだけ傾斜した状態で実装されている場合、この一面Ｓｃ１に入射し反転した反射光は入射光の進行経路を戻るようには進まず、結果撮像面ＩＳに反射光が到達しない場合がある。反射光が撮像面ＩＳに入射しなければ、撮像画像内のＬＤチップＳｃに対応する部分の輝度値は変化しないため、撮像画像からＬＤチップＳｃの位置を正確に特定することは困難になり得る。そこで、本実施の形態に係る接合装置１では、前述の課題を解決するために、電極チップ３０の貫通孔３１に反射面３３を採用している。

上記反射面３３は、図４（Ｂ）に示すように、貫通孔３１の内面の少なくとも一部を構成する面で構成される。この反射面３３は、第２の開口３１Ｂから第１の開口３１Ａに向かうにしたがってその径が小さくなるように形成されるが、その径の変位量はＬＤチップＳｃの取り付け角度を考慮して調整されるとよい。図４（Ｂ）に示す電極チップ３０の反射面３３は、第１の開口３１Ａから第２の開口３１Ｂに向かうにしたがって拡径する、所定の角度で傾斜したテーパ面で構成されたものが採用されている。このように反射面３３をテーパ面で構成する場合、反射面３３のなす角度は、計算により特定することができる。具体的には、事前にＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１のベースＳｂに対する傾斜角度θを測定しておき、光学通路２３を通過してきた入射光ＩＬ２が反射面３３で反射した後、傾斜角度θだけ傾斜したＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１に反射した結果の反射光ＲＬ２が、図４（Ａ）に示した反射光ＲＬ１と同様の進行経路を進むような角度を、計算により特定すればよい。なお、反射面３３をテーパ面で構成する場合は、上述した通り事前に傾斜角度θを測定する必要があるが、本開示はこれに限定されない。具体的には、反射面３３の水平面に対する角度を、第１の開口３１Ａに近づくにしたがって段階的に小さくなるように変化させた湾曲形状とすることで、反射面３３に入射する入射光ＩＬ２を異なる向きに反射させ、ＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１に複数の向きに進行する入射光ＩＬ２を照射できるようにしてもよい。このような構成を採用すれば、ＬＤチップＳｃの傾斜角度θに関わらず、図４（Ａ）に示した反射光ＲＬ１と同様の進行経路を進む反射光ＲＬ２が生成されることが期待でき、撮像部材５０において反射光ＲＬ１を含む画像が撮像可能となる。

上述の構成を備えることにより、本実施の形態に係る接合装置１は、撮像対象物の取り付け状態に関わらず、撮像対象物に反射した反射光を含む画像を撮像することができる。そして、撮像画像内の撮像対象物は、反射光によってその輝度が高くなっているため、撮像画像内の撮像対象物の位置が正確に特定できる。撮像対象物の正確な位置情報は、接合部品の接合時における位置合わせ等の際に利用することで、製造時に生じ得る位置ズレを抑制できる。

なお、オプションとして、本実施の形態に係る接合装置１の光学通路２３は、その他端部が上電極本体２１の側面に開口しており、且つ光学通路２３内には反射ミラー２４が配設され、撮像部材５０は、撮像面ＩＳがこの他端部に対向するよう支柱２Ａに取り付けられているが、本開示はこれに限定されない。具体的には、例えば上電極本体２１内に、この上電極本体２１の延在方向に沿って延びる光学通路を設け、この光学通路の下電極側の開口とは反対側の開口に撮像部材が取り付けられていてもよい。

＜接合物品の製造方法＞
次に、図５乃至図８を参照して、本開示の一実施の形態に係る接合物品の製造方法を説明する。以下に説明する接合物品としての半導体デバイスＤの製造方法は、上述した接合装置１を用いて実施される。したがって、以下に説明する半導体デバイスＤの製造方法は、上記接合装置１の作用の説明を兼ねている。そして、以下に説明する半導体デバイスＤの製造方法は、主に制御装置７０からの制御信号に基づいて各部が動作されて実施され得る。

図５は、本開示の一実施の形態に係る接合物品の製造方法の一例を示すフローチャートである。また図６乃至図８は、図５に示す接合物品の製造方法を実施した際の接合装置の動作状態を示す説明図である。なお、図６乃至図８は、接合を行う部分を拡大して示した断面図を用いて示しているが、可変倍率レンズ５２及び下電極１０は正面図で示されている。

本実施の形態に係る接合部品の製造方法においては、半導体デバイスＤの製造を開始する前にいくつかの準備工程を含み得る。具体的には、接合装置１内に、ステムＳが複数配列されたステムトレイ（図示省略）と、キャップＣが複数配列されたキャップトレイ（図示省略）とを搬入する工程や、上電極２０に任意の形状の電極チップ３０を固定する工程等が含まれてよい。ステムトレイ及びキャップトレイを搬入する工程において、キャップトレイ（図示省略）の載置位置は、例えば上電極２０にキャップＣを受け渡しするキャップ搬送用ロボットハンド（図示省略）の移動範囲内で、下電極１０から離れた位置とすることができる。また、ステムトレイ（図示省略）の載置位置は、例えば下電極１０にステムＳを受け渡しするステム搬送用ロボットハンド（図示省略）の移動範囲内で、下電極１０から離れた位置とすることができる。ステム搬送用ロボットハンド及びキャップ搬送用ロボットハンドは、複数段階を経てステムＳあるいはキャップＣを移動させる構成（具体的には、例えば下電極１０とステムトレイの間を２段階で移動させる場合は、ステムＳを、第１のハンドがステムトレイと中間ステージとの間で搬送し、第２のハンドが中間ステージと下電極１０との間で搬送する構成）であってもよい。また、電極チップ３０を固定する工程においては、製造する半導体デバイスＤの構造、特にキャップＣの大きさやＬＤチップＳｃの取り付け状態を測定し、予め準備された複数の電極チップ３０の中から適切な形状のものを選定し、上電極２０に固定しておくとよい。

上述した準備工程が完了すると、制御装置７０は、半導体デバイスＤの製造を開始し、先ず、ステム搬送用ロボットハンドを制御して、ステムＳを下電極１０の所定位置に搬送し、下電極１０上にステムＳを支持する（ステップＳ０１）。このとき、制御装置７０は、下電極１０のグリッパ１２を開位置（図６（Ａ）において点線で示した位置）とした状態で、ステム搬送用ロボットハンドを用いてステムＳを下電極本体１１に設けられた支持位置にセットし、次いでグリッパ１２を閉位置に向かって動作させることで、ステムＳを挟持するように制御する。下電極１０上に支持されたステムＳは、図６（Ａ）に示すよう、ベースＳｂの実装面が上方向を向くように、且つ実装面の反対側に延びるリードＳｄが下電極本体１１に設けられた収容穴に挿入された状態で支持される。

ステムＳの支持が完了すると、次に、支持されたステムＳの特に発光点の位置を特定するために、ステムＳを撮像した第１の撮像画像を取得する（ステップＳ０２）。この撮像画像の取得に際しては、加圧装置４０を動作させて上電極２０を下方向（図６（Ａ）に示す矢印Ｍ１方向）へ、電極チップ３０の第１の開口３１ＡがステムＳのベースＳｂに近接する位置まで移動させ、且つ撮像部材５０をＸ方向に沿って前進させて可変倍率レンズ５２の撮像面ＩＳを透過窓２５に近づける（図６（Ｂ）参照）。そして、光源５３を動作させて照明光の照射を開始すると共に、カメラ５４を動作させ光学通路２３を介してステムＳを撮像し、第１の撮像画像を取得する。なお、第１の撮像画像を取得する際の上電極２０の上下方向における位置は、ステムＳに近ければ近いほど光軸のずれが抑えられた高精細な画像が取得できることから、ステムＳに近接した位置とすると好ましい。また、可変倍率レンズ５２のピントずれを抑制するために、第１の撮像画像を取得する際の上電極２０の上下方向における位置は、上電極２０の移動の度に変化しないように制御すると好ましい。

第１の撮像画像を取得すると、撮像部材５０を後退させると共に加圧装置４０を動作させて上電極２０を上昇させる。次いで、キャップ搬送用ロボットハンドを用いて、キャップトレイに載置されているキャップＣの１つを上電極２０へ搬送し、電極チップ３０の第１の開口３１ＡにキャップＣを支持する（ステップＳ０３）。このとき、キャップＣの外周部Ｃｐは貫通孔３１内に挿入され、キャップＣの縁Ｃｅは第１の開口３１Ａ周囲の面に対向する。

上電極２０側にキャップＣが支持されると、加圧装置４０を動作させて上電極２０を下方向（図７（Ａ）に示す矢印Ｍ２方向）へ、電極チップ３０の第１の開口３１ＡがステムＳのベースＳｂに近接する位置まで移動させて、キャップＣをステムＳに接近移動させる（ステップＳ０４）。この移動後の上電極２０の位置は、第１の撮像画像を取得した際の位置と実質的に同様か、この位置よりも僅かに上方の位置であってよい。

キャップＣの移動が完了すると、撮像部材５０をＸ方向に沿って前進させて可変倍率レンズ５２の撮像面ＩＳを透過窓２５に近づける。そして、上電極２０に支持されたキャップＣの特にレンズＣｎの中心点を特定するために、キャップＣを撮像した第２の撮像画像を取得する（ステップＳ０５）。第２の撮像画像の取得は、第１の撮像画像を取得したときと同様の手法で実施できる。

第２の撮像画像が取得されると、この第２の撮像画像とステップＳ０２で取得した第１の撮像画像とを用いて、ステムＳとキャップＣの水平方向における位置合わせを行う（ステップＳ０６）。この位置合わせに際し、制御装置７０は、先ず第１の撮像画像内の発光点及び第２の撮像画像内のレンズＣｎの中心点を特定する。発光点の特定は、第１の撮像画像内のＬＤチップＳｃの位置及び形状に基づいて、レンズＣｎの中心点は、第２の撮像画像内のレンズＣｎの位置及び形状に基づいて、それぞれ特定することができる。次いで、当該発光点とレンズＣｎの中心点とが平面視で重なるように、水平移動ステージ８０を動作させてステムＳが支持された下電極本体１１をＸ方向及びＹ方向に移動させる。なお、図７（Ｂ）中では、下電極本体１１のＸ方向における調整動作を矢印Ｍ３で示している。

本実施の形態に係る接合物品の製造方法にあっては、位置合わせの基準となる位置（以下、単に「基準位置」ともいう）、詳しくはＬＤチップＳｃの発光点とレンズＣｎの中心点とを、各撮像画像から正確に特定できる。特に接合装置１の電極チップ３０に反射面３３が設けられていることで、ＬＤチップＳｃがベースＳｂに対して傾斜して取り付けられていても、ＬＤチップＳｃの一面Ｓｃ１に反射させた反射光ＲＬ２が撮像面ＩＳに入射するため、発光点の位置を精度良く特定することができる。そして、発光点及びレンズＣｎの中心点を正確に特定できるため、ステムＳとキャップＣの位置合わせも高精度に、例えばミクロン又はサブミクロンオーダーで精度よく実現できる。

ステムＳとキャップＣの位置合わせが完了すると、次にステムＳとキャップＣの接合工程を実施する。具体的には、先ず加圧装置４０を動作させて上電極２０を更に下方向（図８（Ａ）の矢印Ｍ４方向）に下降させ、キャップＣの縁ＣｅをステムＳのベースＳｂに接触させると共に縁Ｃｅを下方向にさらに加圧する（ステップＳ０７）。この加圧動作に追従してあるいは加圧動作と同時に電源装置６０を動作させ、ステムＳとキャップＣの接触部分の通電を行う（ステップＳ０８）。このとき、電源装置本体６１から供給されるパルス状電流は、例えば上電極側配線６３、上電極２０、電極チップ３０、キャップＣ、ステムＳ、下電極１０及び下電極側配線６２の順に流れる。この通電及び加圧により、キャップＣの縁ＣｅとステムＳのベースＳｂの間の固相接合あるいは抵抗溶接が行われる。

ステムＳとキャップＣの接合が完了すると、図８（Ｂ）に示すように、上電極２０へのキャップＣの支持を解除し、加圧装置４０を動作させて上電極２０を上昇させた後、半導体デバイスＤの取り出しを行う（ステップＳ０９）。半導体デバイスＤの取り出しに際しては、グリッパ１２を閉位置から開位置に移動させると共にデバイス搬送用ロボットハンド（図示省略）で半導体デバイスＤを保持し、半導体デバイスＤが配列されるデバイストレイ（図示省略）に搬送するとよい。デバイス搬送用ロボットハンド及びデバイストレイは、ステム搬送用ロボットハンド及びステムトレイと兼用であってもよい。以上の工程により、１つの半導体デバイスＤの製造が完了する。続いて新たな半導体デバイスＤを製造する場合は、図５に示す一連の工程を繰り返せばよい。

以上説明した通り、本実施の形態に係る接合物品の製造方法によれば、ステムＳ及びキャップＣの基準位置を、光源を備えた撮像部材によって撮像される撮像画像に基づいて特定するため、接合を行う前にステムＳ及びキャップＣの位置合わせを高精度で行うことができる。これにより、接合時の位置ズレを効果的に抑制できる。

本開示は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本開示の技術思想に含まれるものである。

１ 接合装置
２ チャンバ
１０ 下電極（第１の電極の一例）
２０ 上電極（第２の電極の一例）
２３ 光学通路
２３Ａ 第１の光学通路
２３Ｂ 第２の光学通路
２４ 反射ミラー
３０ 電極チップ
３１ 貫通孔
３１Ａ 第１の開口
３１Ｂ 第２の開口
３３ 反射面
４０ 加圧装置（移動機構の一例）
５０ 撮像部材
５２ 可変倍率レンズ
５３ 光源
５４ カメラ
６０ 電源装置
７０ 制御装置
８０ 水平移動ステージ
Ｄ 半導体デバイス（接合物品の一例）
Ｓ、Ｓ’ ステム（第１の部材の一例）
Ｓｂ ベース
Ｓｃ ＬＤチップ（撮像対象物の一例）
Ｓｃ１ 面
Ｃ キャップ（第２の部材の一例）
Ｃｎ レンズ
Ｃｐ 外周部
ＩＳ 撮像面
ＩＬ１、ＩＬ２ 入射光
ＲＬ１、ＲＬ２ 反射光

Claims (5)

1. 第１の部材と第２の部材とを接合するための接合装置であって、
   前記第１の部材を支持する第１の電極と、
   前記第１の電極に支持された前記第１の部材に対向する位置に一方の開口が設けられた光学通路を備える第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方を、前記第１の電極と前記第２の電極とが互いに近接する方向及び離間する方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記第１の部材に設けられた撮像対象物を、前記光学通路を介して撮像する撮像部材であって、前記撮像対象物に照明光を照射するための光源を備える、前記撮像部材と、
   両端部が開口した貫通孔を備え、前記第２の電極の前記第１の電極に対向する位置に取り付けられる電極チップであって、前記貫通孔は、
   前記第２の部材に接触する第１の開口と、
   前記光学通路の前記一方の開口に連通する、前記第１の開口よりも大きな第２の開口と、
   前記第１の開口と前記第２の開口をつなぐ面の少なくとも一部を構成し、前記光源から照射された照明光を前記撮像対象物に向かって反射させ、前記撮像対象物でさらに反射した反射光を前記撮像部材の撮像面に向かわせる反射面と、を備える、前記電極チップと、を備える、
   接合装置。
2. 前記反射面は、前記第１の開口から前記第２の開口に向かうにしたがって拡径したテーパ面を備える、
   請求項１に記載の接合装置。
3. 前記光学通路は、前記一方の開口から一方向に延在する第１の光学通路と、前記第１の光学通路の延在方向と交差する方向に延在し端部に前記撮像部材の前記撮像面に対向する他方の開口が設けられた第２の光学通路と、前記第１の光学通路及び前記第２の光学通路を通過する光を反射する反射ミラーと、を備え、
   前記撮像部材は、前記移動機構によって前記第２の電極が所定の位置に移動した際に、前記撮像面が前記他方の開口に対向する位置に配置される、
   請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接合装置を用いた、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合した接合物品の製造方法であって、
   前記第１の電極に前記第１の部材を支持する工程と、
   前記撮像部材を用いて前記第１の部材の前記撮像対象物を含む第１の撮像画像を取得する工程と、
   前記電極チップに前記第２の部材を支持する工程と、
   前記撮像部材を用いて前記第２の部材を含む第２の撮像画像を取得する工程と、
   前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像とを用いて、前記第１の部材と前記第２の部材の、前記移動機構の移動方向と交差する方向における位置合わせを行う工程と、
   前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する工程と、を備える、
   接合物品の製造方法。
5. 前記撮像対象物は光半導体素子を含み、前記第１の部材は前記光半導体素子が取り付けられた台座を含み、前記第２の部材はレンズを備えたキャップを含み、
   前記位置合わせを行う工程は、前記第１の撮像画像に含まれる前記光半導体素子の発光点と、前記第２の撮像画像に含まれる前記レンズの中心点とに基づいて位置合わせを行う、
   請求項４に記載の接合物品の製造方法。
   

Images