JP7065725B2 - 接合装置および接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合装置および接合方法に関し、特に、光源が取り付けられた光源基板と、受光素子を備えた受光素子基板と、が組み立てられた場合に、光源と受光素子とが光結合するように、光源の位置を調整して光源基板上に接合する接合装置および接合方法に関する。

光モジュールの製造工程では、光損失を低減させるために、光モジュール内に含まれる素子同士の光軸合わせ工程が重要である。例えば、複数のレーザダイオード（ＬＤ）素子と、ＬＤ素子から出射されたレーザ光を伝送して合波する平面導波路基板とを備える光集積モジュールにおいて、複数のＬＤ素子から出射されたレーザ光を、高い光結合効率で、かつ、互いにばらつきの少ない光結合効率で、平面導波路基板に光結合させる必要がある。そのため、複数のＬＤ素子と平面導波路基板とを高精度に組み立てて固定することが要求される。

特許文献１は、ＬＤ積層構造の表面上に配設され、光導波路の方向と所定の角度を有する方向を規定するマーカーを備えた光半導体装置を開示する。これにより、マーカーを基準にして光導波路の方向の角度設定を行うことが出来るので、光半導体素子のサブマウントへの組み立てや、光導波路と外部光学系との光結合を簡単に精度良く行うことができる。

また、特許文献２は、半導体チップの所定部位と所定の位置関係のあるマークが表面側に形成された半導体チップを用意する工程と、表面側から半導体チップのマーク及び外形を画像認識するチップ表面画像認識工程と、半導体チップの裏面側から半導体チップの外形を画像認識するチップ裏面画像認識工程と、裏面に対するマークの相対位置を表わす第１のデータに基づいて、半導体チップとマウント部を相対的に位置補正してダイボンディングを行なうダイボンド工程とを順次含む製造方法を開示する。これにより、裏面画像認識データからマークの位置、したがって半導体チップの所定部位の位置を正確に検出することができ、したがって、半導体チップをマウント部の所定位置に高精度にダイボンド
することができる。

特開２００６－１７９７１７号公報 特開２００３－１３３３４０号公報

特許文献１または特許文献２に開示された発明により、半導体素子上に備えられたマークに基づいてアライメントを行うことができる。したがって、水平方向に入射口が並んだ平面導波路基板に対してＬＤ素子をアライメントする場合、アライメントマークが備えられたＬＤ素子を利用すると、入射口とＬＤ素子とを水平方向に精度良くアライメントすることはできる。しかしながら、平面導波路基板の複数の入射口は、製造ばらつきにより垂直方向の位置ばらつきまたは寸法ばらつきを有するところ、アライメントマークが備えられたＬＤ素子を利用しても、垂直方向の位置を精度良くアライメントすることはできない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、光源が取り付けられた光源基板と、受光素子を備えた受光素子基板と、が組み立てられた場合に、光源と受光素子とが光結合するように、光源の位置を調整して光源基板上に接合する接合装置において、受光素子の入射口の位置の水平および垂直方向の製造ばらつきに応じて、光源の位置を精度良くアライメントすることを目的とする。

本発明の一態様は、光源が取り付けられた光源基板と、受光素子を備えた受光素子基板と、が組み立てられた場合に、光源と受光素子とが光結合するように、光源の位置を調整して光源基板上に接合する接合装置を提供する。本接合装置は、受光素子の入射口の撮像画像を含む第１画像データと、光源の発光点の撮像画像を含む第２画像データと、を取得するカメラと、光源基板上に取り付けられる光源の位置を調整する制御装置とを備える。制御装置は、第１画像データを解析して受光素子の入射口の第１座標を特定し、第１座標に基づいて、光源基板上に取り付けられる光源の発光点の設置目標座標を決定し、第２画像データを解析して光源の発光点の第２座標を特定し、第２座標が設置目標座標に一致するように光源の位置を調整して光源基板上に接合する。

本発明により、受光素子の入射口の位置の水平および垂直方向の製造ばらつきに応じて、光源の位置を精度良くアライメントすることができる接合装置を得る。

光集積モジュールの構成の一例を示す図である。 光集積モジュールの構成の他の例を示す図である。 光集積モジュールの構成の他の例を示す図である。 実施の形態１に係るダイボンド装置の構成を示す模式的な斜視図である。 実施の形態１に係るダイボンド装置の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る光集積モジュールの製造方法の流れを示すフローチャートである。 図４のダイボンド装置の側面図である。 実施の形態１に係るダイボンド方法の流れを示すフローチャートである。 一製造工程中における実施の形態１に係るダイボンド装置の状態を示す部分拡大図である。 図９Ａのカメラの撮像範囲の拡大図である。 一製造工程中における実施の形態１に係るダイボンド装置の状態を示す部分拡大図である。 図１０Ａのカメラの撮像範囲の拡大図である。 一製造工程中における実施の形態１に係るダイボンド装置の状態を示す部分拡大図である。 一製造工程中における実施の形態１に係るダイボンド装置の状態を示す部分拡大図である。 図１２Ａのカメラの撮像範囲の拡大図である。 導波路基板の隣接する入射口の位置関係を示す図である。 一製造工程中における実施の形態１の変形例に係るダイボンド装置の状態を示す部分拡大図である。 図１４Ａのカメラの撮像範囲の拡大図である。 実施の形態２に係るダイボンド装置の構成を示す模式的な斜視図である。 実施の形態２に係るダイボンド方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態によるダイボンド装置について、図面を参照して説明する。各実施の形態において、同一の構成には同一の符号を付して、説明を省略する。なお、ダイボンド装置は、本発明に係る接合装置の一例である。

［光集積モジュールの構造］
本発明に係るダイボンド装置により、光集積モジュールの光軸合わせが実現される。図１～３は、光集積モジュールの構成を例示する図である。

図１は、全体が５０で表される、光集積モジュールの一例を示している。光集積モジュール５０は、ＬＤ基板１と、ＬＤ基板１上に形成された４つのレーザダイオード（ＬＤ）素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを備える。

ＬＤ素子２ａ～２ｄから出射されたレーザ光は、平面導波路を形成する直方体形状の導波路基板３に入射する。具体的には、ＬＤ素子２ａから出射されたレーザ光は、レンズ７ａによって集光されて導波路基板３の導波路４ａの入射口５ａに入る。図１には、レーザ光の光路を破線で模式的に示している。同様に、ＬＤ素子２ｂ、２ｃ、２ｄから出射されたレーザ光は、それぞれ、対応するレンズ７ｂ、７ｃ、７ｄによって集光されて導波路基板３の導波路４ｂ、４ｃ、４ｄの入射口５ｂ、５ｃ、５ｄに入る。導波路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ内を伝搬した光は、導波路基板３内で合流して集積される。集積された光は、出射口６から出射される。

図２は、全体が６０で表される、光集積モジュールの他の例を示している。光集積モジュール６０は、図１に示した光集積モジュール５０と異なり、ＬＤ素子２ａ～２ｄと導波路基板３とがバットジョイント（Butt-Joint：突合せ接合）によって光結合され、レンズが削減されている。

図３は、全体が７０で表される、光集積モジュールの他の例を示している。光集積モジュール７０は、図１に示した光集積モジュール５０の４つのレンズ７ａ～７ｄの代わりに、１つのレンズアレイ７を採用している。

実施の形態１では、主に、図２に示した光集積モジュール６０を製造するためのダイボンド装置について説明する。光集積モジュール６０は、光集積モジュール５０および７０と比較して、レンズまたはレンズアレイが省略された構成を有するため、レンズまたはレンズアレイを高精度にアライメントする製造工程を省略することができ、生産効率を向上させることができる。特に、レンズアレイではなく複数のレンズをアライメントしなければならない光集積モジュール５０の製造工程では、生産効率を向上させることが困難である。

また、光集積モジュール６０は、レンズまたはレンズアレイが省略された構成を有するため、モジュールの小型化および製造コストの削減を達成することができる。

実施の形態１．
［ダイボンド装置の構成］
図４は、全体が１００で表される、実施の形態１に係るダイボンド装置の構成を示す模式的な斜視図である。図４に示すように、説明の便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設ける。図４に示すように、鉛直方向をＹ方向とし、製造される光集積モジュールの光軸方向をＺ方向とする。

ダイボンド装置１００は、ＸＺ方向に移動可能な基板平面位置調整ステージ（基板ＸＺステージ）１０と、基板ＸＺステージ１０の上に設置され、Ｙ軸周りに回転可能な基板回転ステージ１１と、基板回転ステージ１１の上に設置された導波路基板設置台１２と、を備える。製造時、導波路基板設置台１２には、被加工物である導波路基板３が設置される。

ダイボンド装置１００は、基板回転ステージ１１の上に、導波路基板設置台１２をまたぐようにして設置されたＬＤ基板設置台１３を更に備える。ＬＤ基板設置台１３は、表面の着座面１４ａと裏面（図示せず）とを有する着座板１４と、着座板１４の裏面のＸ方向の両端からそれぞれ鉛直方向下向きに延びた２つの支持壁１５、１６と、を有する。支持壁１５、１６の下端が基板回転ステージ１１の上に接触し、ＬＤ基板設置台１３を支持する。支持壁１５と１６との間は中空になっている。

さらに、ＬＤ基板設置台１３は、着座板１４の裏面から鉛直方向下向きに延びた第１突出部１７を有する。したがって、ＬＤ基板設置台１３は、第１突出部１７のＸ方向負側に、ＹＺ平面に平行な、位置決めのための第１突き当て面（位置決め面とも呼ばれる）１８を有する。ＬＤ基板設置台１３の第１突き当て面１８は、導波路基板設置台１２の上部にあるが、ＬＤ基板設置台１３の第１突出部１７は導波路基板設置台１２に接触しない。すなわち、ＬＤ基板設置台１３の第１突出部１７の裏面と導波路基板設置台１２の表面との間にはＹ方向の隙間がある。

さらに、ＬＤ基板設置台１３は、着座板１４から見て突出部１７の反対側に、鉛直方向上向きに延びた第２突出部１９を有する。したがって、ＬＤ基板設置台１３は、第２突出部１９のＸ方向負側に、ＹＺ平面に平行な、位置決めのための第２突き当て面２０を有する。第１突き当て面１８のＸ座標と第２突き当て面２０のＸ座標とは、同一の値である。

図４に示すように、製造時、導波路基板３は、導波路基板設置台１２の上に、－Ｚ方向から進行するレーザ光が導波路基板３の導波路の入射口５ａ～５ｄに入射するように配置される。このとき、導波路基板３は、入射口５ａ～５ｄが水平方向に並ぶように設置される。さらに、位置合わせのために、導波路基板３は、導波路基板３のＸ方向正側の側面がＬＤ基板設置台１３の第１突き当て面１８に沿って面接触するように設置される。

図４に示すように、製造時、ＬＤ基板設置台１３の着座面１４ａの上に、被加工物であるＬＤ基板１が設置される。位置合わせのために、ＬＤ基板１は、ＬＤ基板１のＸ方向正側の側面がＬＤ基板設置台１３の第２突き当て面２０に沿って面接触するように、真空吸着によってＬＤ基板設置台１３上に設置される。

ＬＤ基板設置台１３には、ＬＤ素子２ａ～２ｄを固定するための接合材を加熱するヒータ（図示せず）が備えられている。

ダイボンド装置１００は、ＬＤ素子２ａ～２ｄを把持する吸着コレット２１を更に備える。吸着コレット２１は、真空吸着によってＬＤ素子２ａ～２ｄを把持する。吸着コレット２１は、ＬＤ素子２ａ～２ｄを把持した状態でＬＤ素子２ａ～２ｄの発光点９を撮像できるように、開口部を有する。また、吸着コレット２１の先端部分は、ＬＤ素子２ａ～２ｄの対向する側面を把持するように、角錐形状を有する。これにより、ＬＤ素子２ａ～２ｄをＬＤ基板１にダイボンドする際の位置ずれを抑制することができる。

吸着コレット２１は、吸着コレット２１をＹ軸の周りに回転させることができるコレット回転ステージ２２に取り付けられている。コレット回転ステージ２２は、ＸＺ方向に移動可能なコレットＸＺステージ２３に取り付けられている。コレットＸＺステージ２３は、コレットＸＺステージ２３をＹ方向に移動させることができるコレット昇降ステージ２４に取り付けられている。

ダイボンド装置１００は、導波路基板３とＬＤ素子２ａ～２ｄとを撮像するカメラ３０と、カメラ３０に着脱可能な拡大レンズ３１と、を更に備える。カメラ３０は、カメラ３０をＹ方向に移動させることができるカメラ昇降ステージ３２に取り付けられている。カメラ昇降ステージ３２は、ＸＺ方向に移動可能なカメラＸＺステージ３３の上に取り付けられている。これにより、カメラ３０は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動することができる。

カメラ３０は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの画像センサを備え、可視光、紫外光、赤外光等を受けて撮像画像データを形成できる撮像装置である。

図５は、ダイボンド装置１００の機能構成を示すブロック図である。ダイボンド装置１００は、図４の構成に加えて、ダイボンド装置１００全体を制御する制御装置４０と、記憶部４３と、操作部４４とを更に備える。

制御装置４０は、プログラムを実行することにより所定の機能を実現するＣＰＵまたはＭＰＵのような汎用プロセッサを含む。制御装置４０は、記憶部４３に格納された制御プログラムを呼び出して実行することにより、ダイボンド装置１００における各種の制御を実現する。制御装置４０は、ハードウェアとソフトウェアの協働により所定の機能を実現するものに限定されず、所定の機能を実現する専用に設計されたハードウェア回路でもよい。

制御装置４０は、カメラ３０によって撮像された画像を受け取り、画像処理を行う画像処理部４１を備える。また、制御装置４０は、基板ＸＺステージ１０、基板回転ステージ１１、コレット回転ステージ２２、コレットＸＺステージ２３、コレット昇降ステージ２４、カメラ昇降ステージ３２、およびカメラＸＺステージ３３に電気的に接続され、これらのステージを駆動するステージ駆動部４２を更に備える。

記憶部４３は種々の情報を記録する媒体である。記憶部４３は、具体的には、フラッシュメモリ、ＳＳＤ等の半導体メモリ装置やハードディスク等のディスク装置、その他の記憶デバイス単独で又はそれらを適宜組み合わせて実現される。記憶部４３には、制御装置４０が実行する制御プログラム、カメラ３０によって撮像された画像を示す画像データ、画像データに画像処理を行った結果として得られた座標データ等が格納される。

操作部４４は、使用者からの入力指示を受け付ける入力用インタフェースである。操作部４４は、使用者から受け付けた入力指示や操作の内容を電気信号に変換して制御装置４０に伝達する。操作部４４は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン等を含む。

［ダイボンド装置の動作の概要］
次に、図４～１０を参照して光集積モジュール６０の製造方法について説明する。本製造方法は、図６に示すようにＬＤ基板１の上にＬＤ素子２ａ～２ｄをアライメントしてダイボンドによって取り付けるダイボンド工程Ｓ１０１と、ＬＤ素子２ａ～２ｄがダイボンドによって取り付けられたＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１と、を含む。ダイボンド工程Ｓ１０１は、ダイボンド装置１００によって実施される。

まず、説明の便宜上、図６に示すように、ＬＤ素子２ａ～２ｄを取り付ける工程Ｓ１０１が完了し、ＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１を開始する前のダイボンド装置１００、特にＬＤ素子２ａ～２ｄの状態について説明する。図７は、図４のダイボンド装置１００を－Ｚ方向に見た側面図である。工程Ｓ１０１の詳細については後述する。

工程Ｓ１１１では、ＬＤ素子２ａの発光点９ａと導波路基板３の導波路の入射口５ａとが光結合し、発光点９ｂと入射口５ｂとが光結合し、発光点９ｃと入射口５ｃとが光結合し、かつ、発光点９ｄと入射口５ｄとが光結合するように、ＬＤ基板１と導波路基板３とが接合される。すなわち、図７に示されたＬＤ基板１のＺ＋側の端面と、導波路基板３のＺ＋側の端面と、が接合される。ただし、導波路基板３は、図７の状態からＸ軸周りに１８０°回転された後にＬＤ基板１と接合される。

したがって、ＬＤ素子２ａ～２ｄを取り付ける工程Ｓ１０１において、入射口５ａの中心の真上に発光点９ａが設置されるように、すなわち、発光点９ａのＸ座標が入射口５ａの中心のＸ座標に一致するように、アライメントが行われる。入射口５ｂ～５ｄと発光点９ｂ～９ｄのそれぞれのアライメントについても同様である。

導波路基板３の導波路の入射口５ａ～５ｄは、導波路基板３の表面３ａから深さｄの位置に設けられるように設計されている。したがって、製造ばらつきがなければ、入射口５ａ～５ｄの中心は、導波路基板３の表面３ａから深さｄの位置にある第１基準面Ｔ上に並ぶ。

そこで、ＬＤ素子２ａ～２ｄの各発光点９ａ～９ｄが、ＬＤ基板１の裏面１ｂから距離ｄだけ離れた第２基準面Ｕ内に並ぶように、ＬＤ基板１の厚さおよびＬＤ素子２ａ～２ｄの高さ等を設計する。これにより、ＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１において、ＬＤ基板１の裏面１ｂと導波路基板３の表面３ａとが面一になるように接合すると、第１基準面Ｔと第２基準面Ｕとが一致する。これにより、製造ばらつきがなければ、入射口５ａの中心と発光点９ａとが精度良く光結合する。入射口５ｂ～５ｄと、これらのそれぞれに対応する発光点９ｂ～９ｄについても同様である。

しかしながら、通常は、製造ばらつきのため、図７に示すように、入射口５ａ～５ｄのそれぞれの中心のＹ座標は、第１基準面Ｔからずれる。このずれの量に応じて、ＬＤ基板１上に取り付けられるＬＤ素子２ａ～２ｄの位置を調整しなければならない。例えば、図７に示すように、入射口５ａの中心が第１基準面Ｔから下方向（－Ｙ方向）に一定距離だけずれている場合、対応する発光点９ａは、第２基準面Ｕから上方向（＋Ｙ方向）に同一の距離だけずれた位置に設置される必要がある。入射口５ａの中心と発光点９ａのずれの方向が異なるのは、導波路基板３は、ＬＤ基板１と接合される際に、図７の状態からＸ軸周りに１８０°回転されるからである。

［被加工物の位置の前調整］
本実施の形態では、ＬＤ素子２ａ～２ｄをカメラ３０により撮像して位置決めする工程が含まれる。したがって、精度の良いアライメントを行うためには、カメラ３０の撮像平面に対してＬＤ基板１の＋Ｚ側の側面が平行でなければならない。以下、図４および図５を参照して、カメラ３０の撮像平面に対してＬＤ基板１の＋Ｚ側の側面を平行にする前調整工程の一例について説明する。

まず、カメラ３０によってＬＤ基板１の右端（＋Ｚ方向の側面の＋Ｘ方向の端部）を撮像する。撮像を行いながら、カメラ３０のピントがＬＤ基板１の右端に合うように、基板ＸＺステージ１０をＺ方向に前後に移動させる。ピントが合ったときの基板ＸＺステージ１０の設定値Ｚ１を記憶部４３（図５参照）に格納する。

次に、基板ＸＺステージ１０を＋Ｘ方向に移動させ、ＬＤ基板１の左端をカメラ３０の正面に配置する。このときの基板ＸＺステージ１０の＋Ｘ方向への移動量をＬとする。カメラ３０によってＬＤ基板１の左端を撮像しながら、カメラ３０のピントがＬＤ基板１の左端に合うように、基板ＸＺステージ１０をＺ方向に前後に移動させる。ピントが合ったときの基板ＸＺステージ１０の設定値Ｚ２を記憶部４３に格納する。

制御装置４０（図５参照）は、設定値Ｚ２とＺ１との差分、および移動量Ｌから、カメラ３０の撮像平面に対するＬＤ基板１の＋Ｚ方向の側面の傾きを算出する。そして、制御装置４０は、この傾きが０になるように、ステージ駆動部４２によって基板回転ステージ１１を回転させる。

以上の工程によって、カメラ３０の撮像平面に対してＬＤ基板１の＋Ｚ側の側面を平行にすることができる。

同様の手法によって、ＬＤ素子２ａ～２ｄをＬＤ基板１に取り付ける前に、ＬＤ素子２ａ～２ｄを吸着コレット２１で把持した状態で、カメラ３０の撮像平面に対するＬＤ素子２ａ～２ｄの傾きを０にすることができる。

以上のようにＬＤ基板１およびＬＤ素子２ａ～２ｄがカメラ３０の撮像平面に対して平行になるように調整することにより、精度の良いアライメントを行うことができる。

［ダイボンド工程］
以下、図８～１４Ｂを参照して、ＬＤ基板１の上にＬＤ素子２ａ～２ｄをアライメントしてダイボンドによって取り付けるダイボンド工程Ｓ１０１の詳細について説明する。図８は、ダイボンド工程Ｓ１０１の詳細を示すフローチャートである。

ＬＤ基板１の上には、ＬＤ素子が２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの順番で取り付けられる。まず、ＬＤ素子２ａをアライメントしてダイボンドによって取り付ける工程について説明する。

最初に、ダイボンド装置１００の制御装置４０（図５参照）は、導波路基板３の導波路の入射口５ａを撮像できる所定の位置にカメラ３０を移動させる（Ｓ１０２）。図９Ａは、この時点におけるダイボンド装置１００の状態を示す部分拡大図である。図９Ａには、カメラ３０の撮像範囲Ｆ１が破線で示されている。

図９Ｂは、図９Ａのカメラ３０の撮像範囲Ｆ１の拡大図である。説明の便宜上、カメラ画像中に、水平方向のｘ軸と、ｘ軸に垂直なｙ軸とを設ける。以下、ｘとｙで表される座標を「カメラ座標」という。図９Ｂの例では、ｘ軸とｙ軸の交点（原点）がカメラ画像の中心となるように設定されている。カメラ３０は、カメラ座標のｘ軸が第１基準面Ｔに一致するように所定の位置に配置される。

次に、入射口５ａをカメラ３０によって撮像し、制御装置４０の画像処理部４１（図５参照）は、入射口５ａの中心座標（第１座標）Ｐａ（ｘａ、ｙａ）を算出する（Ｓ１０３）。中心座標の算出は、画像処理によって行われる。例えば、制御装置４０の画像処理部４１は、入射口５ａの外形のｘ方向の辺の中心座標ｘａと、ｙ方向の辺の中心座標ｙａと、を算出する。なお、図９Ｂに示した例では、ｙａは負の値である。座標Ｐａ（ｘａ、ｙａ）は、ダイボンド装置１００の記憶部４３（図５参照）に格納される。

次に、制御装置４０のステージ駆動部４２は、カメラ座標のｘ軸が第２基準面Ｕに一致するように、カメラ昇降ステージ３２を駆動してカメラ３０を＋Ｙ方向に所定の距離Ｄだけ移動させる（Ｓ１０４）。このとき、カメラ３０をＸ方向またはＺ方向に移動させてはならない。ここで、第１基準面Ｔと第２基準面Ｕとの間の距離Ｄは、設計上のパラメータから定まる。例えば、第１基準面Ｔと第２基準面Ｕとの間の距離Ｄは、ダイボンド装置１００内に設置されたＬＤ基板１と導波路基板３のＹ方向の位置関係、ＬＤ基板１上に実装されるＬＤ素子の厚さ、および、導波路基板３の裏面３ｂから導波路の入射口５ａまでの距離等によって特定される。

図１０Ａは、この時点におけるダイボンド装置１００の状態を示す部分拡大図である。図１０Ａは、図９Ａと同じ部分を示している。工程Ｓ１０４でカメラ３０を＋Ｙ方向に所定の距離Ｄだけ移動させたことにより、カメラ３０の撮像範囲は、図９ＡのＦ１から図１０Ａに示すＦ２に移動している。

図１０Ｂは、図１０Ａのカメラ３０の撮像範囲Ｆ２の拡大図である。工程Ｓ１０３で算出した入射口５ａのカメラ座標系における中心座標Ｐａ（ｘａ、ｙａ）に基づき、ＬＤ素子２ａの発光点９ａの設置目標座標Ｑａ（Ｑｘ（ａ）、Ｑｙ（ａ））を算出する（Ｓ１０５）。具体的には、座標Ｐａのｘ座標ｘａとｙ座標ｙａとを用いて、Ｑｘ（ａ）およびＱｙ（ａ）は、次の式１および式２のように決定される。

Ｑｘ（ａ）＝ｘａ ・・・（式１）
Ｑｙ（ａ）＝－ｙａ ・・・（式２）

式２においてＱｙ（ａ）に負号が付いているのは、後続のＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１（図５参照）において、導波路基板３をＸ軸周りに１８０°回転させるためである。

次に、ＬＤ基板１の上に接合材８ａ（図７参照）を供給する。そして、制御装置４０のステージ駆動部４２は、ＬＤ素子２ａを把持した吸着コレット２１（図４参照）を移動させ、カメラ画像中のＬＤ素子２ａの発光点９ａの位置が座標Ｑａ（ｘａ、－ｙａ）に一致するように、接合材８ａによってＬＤ素子２ａをＬＤ基板１の上に接着する（Ｓ１０６）。図１１は、工程Ｓ１０６が完了し、ＬＤ基板１の上にＬＤ素子２ａが取り付けられた後のダイボンド装置１００の状態を示す部分拡大図である。

ＬＤ素子２ａの発光点９ａのカメラ座標（第２座標）の算出は、入射口５ａの中心座標Ｐａの算出（Ｓ１０３）と同様に、画像処理によって行う。吸着コレット２１の移動は、コレット回転ステージ２２、コレットＸＺステージ２３およびコレット昇降ステージ２４によって行われる。接合材８ａは、ＡｕＳｎはんだ、ＳｎＡｇＣｕはんだ、導電性の樹脂等の接合材である。

以上の工程Ｓ１０２～Ｓ１０６は、すべてのＬＤ素子２ａ～２ｄが取り付けられるまで繰り返される（Ｓ１０７）。あるいは、工程Ｓ１０２～Ｓ１０６は、予め定められた回数（例えば４回）だけ繰り返されるように設定されてもよい。

例えば、上記のようにＬＤ素子２ａを取り付けた後、ＬＤ素子２ｂを取り付ける場合、導波路基板３の入射口５ｂを撮像できるようにカメラ３０を移動させる工程Ｓ１０２が再び実行される。具体的には、ダイボンド装置１００は、カメラ３０を－Ｙ方向に距離Ｄだけ移動させ、基板ＸＺステージ１０を＋Ｘ方向に所定の距離Ｅだけ駆動する。ここで、所定の距離Ｅは、隣接する導波路の入射口間の設計上の距離である。例えば、所定の距離Ｅは、設計上の、入射口５ａと入射口５ｂとの間の距離である。図１２Ａに示すように、ＬＤ素子２ｂを取り付ける場合の工程Ｓ１０２が完了した時点では、カメラ３０の撮像範囲はＦ３であり、導波路基板３の入射口５ｂを撮像できる。

また、工程Ｓ１０５は、工程Ｓ１０４の前に行われてもよい。

図１２Ｂは、図１２Ａのカメラ３０の撮像範囲Ｆ３の拡大図である。ダイボンド装置１００は、入射口５ｂをカメラ３０によって撮像し、入射口５ｂの中心座標Ｐｂ（ｘｂ、ｙｂ）を算出する（ＬＤ素子２ｂについてのＳ１０３）。

次に、カメラ３０を＋Ｙ方向に所定の距離Ｄだけ移動させる（ＬＤ素子２ｂについてのＳ１０４）。そして、ＬＤ基板１の上に接合材８ｂ（図７参照）を供給し、ＬＤ素子２ｂを把持した吸着コレット２１（図４参照）を移動させ、カメラ画像中のＬＤ素子２ｂの発光点９ｂの位置が座標Ｑｂ（ｘｂ、－ｙｂ）に一致するように、接合材８ｂによってＬＤ素子２ｂをＬＤ基板１の上に接着する（ＬＤ素子２ｂについてのＳ１０６）。

ＬＤ素子２ｃおよび２ｄも、同様に工程Ｓ１０２～Ｓ１０６によってＬＤ基板１上に取り付けられる。このようにして、図７に示すように、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄの中心位置のばらつきに対応して、ＬＤ基板１上にＬＤ素子２ａ～２ｄが取り付けられる。

図６に示したように、以上のダイボンド工程Ｓ１０１が完了した後、ＬＤ素子２ａ～２ｄがダイボンドによって取り付けられたＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１が実行され、図２に示したような光集積モジュール６０が完成する。

［効果等］
以上のように、ダイボンド装置１００は、カメラ３０によって導波路基板３の入射口５ａ～５ｄを撮像して画像データを取得し、画像データを解析して入射口５ａ～５ｄのカメラ座標を特定する。そして、ダイボンド装置１００は、特定された入射口５ａ～５ｄのカメラ座標を、ＬＤ基板１のＬＤ素子２ａ～２ｄの取付位置にフィードバックする。

ダイボンド装置１００により、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄが、製造ばらつきによって設計位置から水平方向または垂直方向にずれていたり、寸法ばらつきを有したりしても、ばらつきに対応してＬＤ素子２ａ～２ｄのアライメントを行うことができる。したがって、ＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１が完了した後、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄとＬＤ素子２ａ～２ｄの発光点９ａ～９ｄとは、精度良く光結合することができる。

変形例．
以上では、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄの中心の設計上の位置と実際の位置との差を、ＬＤ素子２ａ～２ｄの取付位置に反映させるダイボンド方法について説明した。しかしながら、本実施の形態のダイボンド方法はこれに限定されない。例えば、本実施の形態の変形例として、カメラ３０に撮像されたカメラ画像中における入射口の中心位置の差分をＬＤ素子２ａ～２ｄの取付位置に反映させるダイボンド方法が考えられる。以下、具体的に説明する。

ＬＤ素子２ａの取付工程は、上記のＳ１０２～Ｓ１０６と同様であるため説明を省略する。ＬＤ素子２ａが取り付けられた後、ダイボンド装置１００は、カメラ３０を－Ｙ方向に距離Ｄだけ移動させ、基板ＸＺステージ１０を＋Ｘ方向に所定の距離Ｅだけ駆動する。この時点で、図１２Ａに示すように、カメラ３０の撮像範囲はＦ３であり、導波路基板３の入射口５ｂを撮像できる。ダイボンド装置１００は、入射口５ｂをカメラ３０によって撮像し、入射口５ｂの中心座標Ｐｂ（ｘｂ、ｙｂ）を算出する（図１２Ｂ参照）。

次に、ダイボンド装置１００の制御装置４０（図５参照）は、カメラ座標系における入射口５ａの中心座標Ｐａ（ｘａ、ｙａ）と、入射口５ｂの中心座標Ｐｂ（ｘｂ、ｙｂ）との差を算出し、記憶部４３に格納する（Ｓ１５１）。図１３に示す入射口５ａの中心座標Ｐａのｘ座標と、入射口５ｂの中心座標Ｐｂのｘ座標との差Δｘａｂ、および入射口５ａの中心座標Ｐａのｙ座標と、入射口５ｂの中心座標Ｐｂのｙ座標との差Δｙａｂは、次の式３および式４で表される。

Δｘａｂ＝ｘｂ－ｘａ ・・・（式３）
Δｙａｂ＝ｙｂ－ｙａ ・・・（式４）

次に、工程Ｓ１０４と同様に、カメラ座標のｘ軸が第２基準面Ｕに一致するように、カメラ３０を＋Ｙ方向に所定の距離Ｄだけ移動させる（Ｓ１５２）。このとき、カメラ３０をＸ方向またはＺ方向に移動させてはならない。

図１４Ａは、この時点におけるダイボンド装置１００の状態を示す部分拡大図である。工程Ｓ１５２でカメラ３０を＋Ｙ方向に所定の距離Ｄだけ移動させたことにより、カメラ３０の撮像範囲は、図１２ＡのＦ３から図１４Ａに示すＦ４に移動している。図１４Ｂは、図１４Ａのカメラ３０の撮像範囲Ｆ４の拡大図である。

次に、ＬＤ素子２ａの発光点９ａが設置された座標Ｑａ（Ｑｘ（ａ）、Ｑｙ（ａ））を用いて、ＬＤ素子２ｂの発光点９ｂの設置目標位置のカメラ座標系における座標Ｑｂ（Ｑｘ（ｂ）、Ｑｙ（ｂ））を、以下の式によって算出する（Ｓ１５３）。

Ｑｘ（ｂ）＝Ｑｘ（ａ）＋Δｘａｂ ・・・（式５）
Ｑｙ（ｂ）＝Ｑｙ（ａ）－Δｙａｂ ・・・（式６）

式６においてΔｙａｂに負号が付いているのは、後続のＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１（図５参照）において、導波路基板３をＸ軸周りに１８０°回転させるためである。

このようにして、図１４Ｂに示すように、ＬＤ素子２ａの発光点９ａが設置された座標Ｑａ（Ｑｘ（ａ）、Ｑｙ（ａ））と、Δｘａｂと、Δｙａｂとから、ＬＤ素子２ｂの発光点９ｂの設置目標位置Ｑｂ（Ｑｘ（ｂ）、Ｑｙ（ｂ））が求まる。

次に、Ｓ１０６（図８参照）と同様に、ＬＤ基板１の上に接合材８ｂを供給する。そして、ＬＤ素子２ｂを把持した吸着コレット２１（図４参照）を移動させ、カメラ画像中のＬＤ素子２ｂの発光点９ｂの位置が座標Ｑｂ（Ｑｘ（ｂ）、Ｑｙ（ｂ））に一致するように、接合材８ｂによってＬＤ素子２ｂをＬＤ基板１の上に接着する（Ｓ１５４）。

同様にして、ＬＤ素子２ｃを取り付ける場合は、導波路基板３の入射口５ｂと５ｃとのカメラ座標の差分を算出して記憶し、この差分とＬＤ素子２ｂの発光点９ｂの座標Ｑｂ（Ｑｘ（ｂ）、Ｑｙ（ｂ））とからＬＤ素子２ｃの発光点９ｃの設置目標位置Ｑｃ（Ｑｘ（ｃ）、Ｑｙ（ｃ））を求める。ＬＤ素子２ｄを取り付ける場合も同様である。

本実施の形態の変形例により、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄが、製造ばらつきによって設計位置から水平方向または垂直方向にずれていたり、寸法ばらつきを有したりしても、ばらつきに対応してＬＤ素子２ａ～２ｄのアライメントを行うことができる。したがって、ＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１が完了した後、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄとＬＤ素子２ａ～２ｄの発光点９ａ～９ｄとは、精度良く光結合することができる。

実施の形態２．
図１５は、全体が２００で表される、実施の形態２に係るダイボンド装置の構成を示す模式的な斜視図である。ダイボンド装置２００は、実施の形態１に係るダイボンド装置１００の構成に加えて、参照光を出射する光源２０１と、光源２０１から出射された参照光を伝送する光ファイバ２０２と、参照光を撮像する光カメラ２０３とを更に備える。光ファイバ２０２の一端は、光源２０１に光結合している。光ファイバ２０２の他端は、導波路基板３の出射口６（図２参照）に光結合している。

光源２０１から出射される参照光の波長は、導波路基板３の導波路４ａ～４ｄを伝搬することができる光の波長であり、導波路基板３の設計に依存する。例えば、導波路基板３を光通信に用いる場合、光源２０１から出射される参照光の波長は、１２６０ｎｍ～１６７５ｎｍである。導波路基板３の導波路４ａ～４ｄが伝搬することができる光の波長がそれぞれ異なる場合、光源２０１から、単一の波長の光ではなく、導波路４ａ～４ｄが伝搬することができる光の波長のすべてを含んだ光を出射する。もしくは、図示しないが、単一波長のみを出射できる光源を必要な波長の数だけ用意し、それぞれの光源からの出射光を合波する。

光ファイバ２０２がシングルモードファイバであるかマルチモードファイバであるかは、導波路基板３の設計に依存する。例えば、導波路基板３の導波路４ａ～４ｄの導波モードがシングルモードである場合はシングルモードファイバを、マルチモードファイバである場合はマルチモードファイバを使用する。

光源２０１から出射された参照光は、光ファイバ２０２を介して導波路基板３の出射口６に入射し、導波路４ａ～４ｄを伝搬して入射口５ａ～５ｄから出射される。

光カメラ２０３は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの画像センサを備え、可視光、紫外光、赤外光等を受けて撮像画像データを形成できる撮像装置である。光カメラ２０３は、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄから出射された参照光を撮像する。例えば、上記の例のように光源２０１から出射される参照光の波長が１２６０ｎｍ～１６７５ｎｍの場合、光カメラ２０３として、１２６０ｎｍ～１６７５ｎｍの波長の赤外光に対して感度を有するカメラを採用する。光カメラ２０３には参照光の波長に対応し、参照光を集光できる着脱可能なレンズ２０４が取り付けられる。

光カメラ２０３は、例えば、カメラ３０の上に搭載され、カメラ昇降ステージ３２またはカメラＸＺステージ３３を動作させることによって、カメラ３０と共に移動する。あるいは、光カメラ２０３は、カメラ３０が搭載されているカメラ昇降ステージ３２およびカメラＸＺステージ３３とは異なる図示しないカメラ昇降ステージおよびカメラＸＺステージの上に搭載され、カメラ３０から独立して移動可能であってもよい。

実施の形態２に係るダイボンド装置２００によるダイボンド方法は、実施の形態１のダイボンド方法と以下の点で異なる。

図１６は、実施の形態２のダイボンド工程の詳細を示すフローチャートである。まず、ダイボンド装置１００の制御装置４０（図５参照）は、導波路基板３の導波路の入射口５ａを撮像できる所定の位置に光カメラ２０３を移動させる（Ｓ２０２）。光カメラ２０３は、光カメラ２０３によって撮像される画像中の座標（以下、「光カメラ座標」という。）のｘ軸が第１基準面Ｔ（図７参照）に一致するように所定の位置に配置される。

次に、光源２０１から参照光を出射し、導波路基板３の出射口６（図２参照）に入射する（Ｓ２０３）。参照光は導波路基板３内の導波路４ａ～４ｄを通り、入射口５ａ～５ｄから出射される。

入射口５ａから出射された参照光を光カメラ２０３によって撮像し、制御装置４０の画像処理部４１は、得られた参照光のビーム形状の重心位置を示す座標（第１座標）Ｊａ（ｘａ、ｙａ）を画像処理により算出する（Ｓ２０４）。

次に、制御装置４０のステージ駆動部４２は、カメラ座標のｘ軸が第２基準面Ｕに一致し、かつ、カメラ座標のｙ軸が工程Ｓ２０３における光カメラ座標のｙ軸の真上に配置されるように、カメラ３０を移動させる（Ｓ２０５）。

実施の形態２では、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄを撮像するのは光カメラ２０３であり、ＬＤ素子２ａ～２ｄを撮像するのはカメラ３０であり、異なるカメラが用いられる。そのため、光カメラ２０３による撮像画像中の光カメラ座標と、カメラ３０による撮像画像中のカメラ座標とは、精度良く一致するようにキャリブレーションが実行される。

次に、工程Ｓ２０４で算出された座標Ｊａ（ｘａ、ｙａ）に基づいて、ＬＤ素子２ａの発光点９ａの設置目標座標Ｋａ（Ｋｘ（ａ）、Ｋｙ（ａ））を算出する（Ｓ２０６）。具体的には、座標Ｊａのｘ座標ｘａとｙ座標ｙａとを用いて、Ｋｘ（ａ）およびＫｙ（ａ）は、次の式７および式８のように決定される。

Ｋｘ（ａ）＝ｘａ ・・・（式７）
Ｋｙ（ａ）＝－ｙａ ・・・（式８）

次に、ＬＤ基板１の上に接合材８ａ（図７参照）を供給し、制御装置４０のステージ駆動部４２は、ＬＤ素子２ａを把持した吸着コレット２１（図４参照）を移動させ、カメラ画像中のＬＤ素子２ａの発光点９ａの位置が座標Ｋａ（Ｋｘ（ａ）、Ｋｙ（ａ））に一致するように、接合材８ａによってＬＤ素子２ａをＬＤ基板１の上に接着する（Ｓ２０７）。

以上の工程Ｓ２０２～Ｓ２０７は、すべてのＬＤ素子２ａ～２ｄが取り付けられるまで繰り返される（Ｓ２０８）。あるいは、工程Ｓ２０２～Ｓ２０７は、予め定められた回数（例えば４回）だけ繰り返されるように設定されてもよい。このようにして、図７に示すように、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄの位置のばらつきに対応して、ＬＤ基板１上にＬＤ素子２ａ～２ｄが取り付けられる。

以上のように、実施の形態２に係るダイボンド装置２００は、実施の形態１に係るダイボンド装置１００と比較して、参照光を出射して導波路基板３の出射口６（図２参照）に入射する光源２０１と、光カメラ２０３とを更に備える。光カメラ２０３は、導波路基板３の導波路４ａ～４ｄ内を伝搬して入射口５ａ～５ｄから出射された参照光を撮像する。制御装置４０の画像処理部４１は、参照光のビーム形状の重心位置を示す座標を画像処理により算出する。

導波路基板３の導波路４ａ～４ｄを進行するレーザ光は、導波路４ａ～４ｄの各入射口５ａ～５ｄのそれぞれの中心を通る場合に最も光結合効率が高くなるとは限らない。最も光結合効率が高くなるレーザ光の入射位置は、入射口の中心からずれる場合がある。導波路基板３の出射口６から参照光を入射し、入射口５ａ～５ｄから出射された参照光のビーム形状の重心位置を検出することにより、このずれを検出することができる。これにより、このずれに対応させてＬＤ基板１上にＬＤ素子２ａ～２ｄをアライメントして取り付けることができる。したがって、ＬＤ基板１と導波路基板３とを接合する工程Ｓ１１１が完了した後、導波路基板３の入射口５ａ～５ｄとＬＤ素子２ａ～２ｄの発光点９ａ～９ｄとは、精度良く光結合することができる。

１ ＬＤ基板、２ａ～２ｄ ＬＤ素子、３ 導波路基板、、４ａ～４ｄ 導波路、５ａ～５ｄ 入射口、６ 出射口、９ａ～９ｄ 発光点、１０ 基板平面位置調整ステージ（基板ＸＺステージ）、１１ 基板回転ステージ、１２ 導波路基板設置台、１３ 基板設置台、１４ 着座板、１５ 支持壁、１６ 支持壁、１７ 第１突出部、１８ 第１突き当て面、１９ 第２突出部、２０ 第２突き当て面、２１ 吸着コレット、２２ コレット回転ステージ、２３ コレットＸＺステージ、２４ コレット昇降ステージ、３０ カメラ、３１ 拡大レンズ、３２ カメラ昇降ステージ、３３ カメラＸＺステージ、４０ 制御装置、４１ 画像処理部、４２ ステージ駆動部、４３ 記憶部、４４ 操作部、５０、６０、７０ 光集積モジュール、１００、２００ ダイボンド装置、２０１ 光源、２０２ 光ファイバ、２０３ 光カメラ、２０４ レンズ。

Claims (9)

1. 光源が取り付けられた光源基板と、受光素子を備えた受光素子基板と、が組み立てられた場合に、前記光源と前記受光素子とが光結合するように、前記光源の位置を調整して前記光源基板上に接合する接合装置であって、
   前記受光素子の入射口の撮像画像を含む第１画像データと、前記光源の発光点の撮像画像を含む第２画像データと、を取得するカメラと、
   前記光源基板上に取り付けられる前記光源の位置を調整する制御装置とを備え、
   前記受光素子は、光を前記入射口から出射口まで伝搬する導波路であり、
   前記入射口は、前記受光素子が前記受光素子基板と接する面に対して垂直な面に設けられ、
   前記第２画像データは、前記光源が前記光源基板に接する面に対して垂直な面に関するデータであり、
   前記制御装置は、
   前記第１画像データを解析して前記受光素子の入射口の第１座標を特定し、
   前記第１座標に基づいて、前記光源基板上に取り付けられる前記光源の発光点の設置目標座標を決定し、
   前記第２画像データを解析して前記光源の発光点の第２座標を特定し、
   前記第２座標が前記設置目標座標に一致するように前記光源の位置を調整して前記光源基板上に接合する、
   接合装置。
2. 前記制御装置に電気的に接続され、前記制御装置からの制御信号に基づいて前記カメラを移動させるカメラ移動手段を更に備え、
   前記制御装置は、前記受光素子の入射口を撮像して第１画像データを取得した後に、前記カメラ移動手段を駆動して、前記カメラを前記光源の発光点を撮像できる所定の位置まで移動させて、前記光源の発光点を撮像して第２画像データを取得する、
   請求項１に記載の接合装置。
3. 前記光源基板と前記受光素子基板とを搭載する治具と、
   前記治具を移動させる治具移動手段と、
   前記光源を把持して移動させて所望の位置に配置する光源移動手段とを更に備え、
   前記制御装置は、前記治具移動手段および前記光源移動手段を駆動して、前記光源の位置を調整して前記光源基板に取り付ける、
   請求項１または２に記載の接合装置。
4. 前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源である、請求項１～３のいずれかに記載の接合装置。
5. 前記受光素子は、光を入射口から出射口まで伝搬する導波路である、請求項１～４のいずれかに記載の接合装置。
6. 参照光を出射して前記導波路の出射口に入射する参照光源を更に備え、
   前記カメラは、前記第１画像データを取得する第１カメラと、前記第２画像データを取得する第２カメラとからなり、
   前記第１カメラは、前記導波路内を伝搬して前記導波路の入射口から出射された前記参照光を撮像し、
   前記制御装置は、前記第１画像データ中の前記参照光の画像データを解析することで、前記受光素子の入射口の第１座標を特定する、
   請求項５に記載の接合装置。
7. 前記第１座標は、前記受光素子の入射口に垂直な方向から見た、前記受光素子の入射口の中心の位置を示す座標である、請求項１～５のいずれかに記載の接合装置。
8. 前記第１座標は、前記参照光の強度が最大である位置を示す座標である、請求項６に記載の接合装置。
9. 光源が取り付けられた光源基板と、受光素子を備えた受光素子基板と、が組み立てられた場合に、前記光源と前記受光素子とが光結合するように、前記光源の位置を調整して前記光源基板上に接合する接合方法であって、
   治具上に載置された前記受光素子の入射口をカメラで撮像して第１画像データを得るステップと、
   前記第１画像データを解析して前記受光素子の入射口の第１座標を特定するステップと、
   治具上の別の位置に載置された前記光源の発光点をカメラで撮像して第２画像データを得るステップと、
   前記第２画像データを解析して前記光源の発光点の第２座標を特定するステップと、
   前記第１座標に基づいて、前記光源基板上に取り付けられる前記光源の発光点の設置目標座標を決定するステップと、
   前記第２座標が前記設置目標座標に一致するように前記光源の位置を調整して前記光源基板上に接合するステップと
   を含み、
   前記受光素子は、光を前記入射口から出射口まで伝搬する導波路であり、
   前記入射口は、前記受光素子が前記受光素子基板と接する面に対して垂直な面に設けられ、
   前記第２画像データは、前記光源が前記光源基板に接する面に対して垂直な面に関するデータである、
   接合方法。

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