JPH08111600A - 高精度実装用マーカー、高精度実装装置および高精度実装方法 - Google Patents

高精度実装用マーカー、高精度実装装置および高精度実装方法

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JPH08111600A
JPH08111600A JP24387794A JP24387794A JPH08111600A JP H08111600 A JPH08111600 A JP H08111600A JP 24387794 A JP24387794 A JP 24387794A JP 24387794 A JP24387794 A JP 24387794A JP H08111600 A JPH08111600 A JP H08111600A
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marker
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infrared light
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JP24387794A
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Kaoru Yoshino
薫 吉野
Yasubumi Yamada
泰文 山田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間に基板と部品とを固定し、また基板と
部品との固定強度を大きくするとともに、基板と部品と
の接触抵抗を減少する。 【構成】 赤外光源２２の上方に基板用ステージ２３を
設け、基板用ステージ２３上にヒータ２４を設け、ヒー
タ２４上にシリコン基板２５を取り付け、部品用ステー
ジ２６にＬＤチップ２８を取り付け、ＬＤチップ２８の
上方に赤外線顕微鏡３０を設け、赤外線顕微鏡３０に赤
外線カメラ３１を接続し、赤外線カメラ３１に画像処理
装置２７を接続し、画像処理装置２７にモニタ３２を接
続し、赤外線顕微鏡３０と赤外線カメラ３１との間にハ
ーフミラー３３を設け、ハーフミラー３３の近傍にホト
ダイオード３４を設け、ホトダイオード３４に光強度測
定器３５を接続し、基板用ステージ２３、部品用ステー
ジ２６、画像処理装置２７を制御する制御装置２９を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体等の微小な部品
を高精度に位置合せして基板上に固定するための高精度
実装用マーカー、高精度実装装置および高精度実装方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、チップ部品すなわち微小な半導体
素子を位置合せして基板上に固定するための実装装置と
しては、２台の顕微鏡で基板の上面と半導体素子の下面
とを観察し、それぞれの顕微鏡に対して位置合せした
後、あらかじめ実験的に求められる２台の顕微鏡間距離
だけ部品を移動させて固定するもの、ハーフミラーを使
って基板の上面と半導体素子の下面とを１台の顕微鏡で
同時に観察して位置合せした後、ハーフミラーを抜いて
半導体素子を下方に降ろして固定するものがある。これ
らは微小な半導体素子の実装用として開発され、現在最
高で±１０μｍ程度の位置合せ精度を有している。
【０００３】ところが、光通信・光計測用の光半導体素
子のモジュール化をしようとすると、一般に光半導体素
子は１μｍあるいはそれ以下の精度で位置合せが必要と
なる。しかし、これらの装置では位置合せした後に光半
導体素子を大きく移動させる際に必ず移動機構のガタが
あるので、１μｍオーダーの位置精度を得ることは困難
である。
【０００４】移動時の位置ずれを本質的に回避するため
には、基板と光半導体素子とを重ね合わせた状態で、光
半導体素子の外形や光半導体素子上に形成されたマーカ
ーを検出して位置合せする方が当然望ましい。しかしな
がら、実際の装置構成では光半導体素子の保持、微動機
構や固定のための加熱機構が介在するので、顕微鏡を対
象となる光半導体素子にあまり接近させられない。その
ために、作動距離の長い低倍率の対物レンズしか使え
ず、先に述べたようなサブミクロンの高解像度を得るこ
とはできない。
【０００５】これに対して、基板と光半導体素子とのそ
れぞれに形成したマーカーの像を画像解析し、マーカー
の重心位置を計算することによって、顕微鏡の分解能よ
りも高い位置検出を行なう方法とそれを応用した高精度
実装装置も発表された（「ＬＤ素子実装機の開発」およ
び「画像認識によるＬＤ位置決め実装方式」、１９９４
年電子情報通信学会春季大会講演論文集ｐ．４−２８８
〜２８９）。
【０００６】図１４は従来の高精度実装装置を示す図、
図１５は図１４に示した高精度実装装置の一部を示す
図、図１６は図１４に示した高精度実装装置により実装
すべきシリコン基板、ＬＤ（レーザダイオード）チップ
を示す斜視図である。図に示すように、基板用ステージ
１上にヒータ２が設けられ、ヒータ２上にシリコン基板
３が取り付けられ、部品用ステージ４にＬＤチップ５が
取り付けられ、ＬＤチップ５の上方に赤外線顕微鏡６が
設けられ、赤外線顕微鏡６に赤外線カメラ７が接続さ
れ、赤外線カメラ７にＣＣＤ８が接続され、ＣＣＤ８に
画像処理装置９が接続され、画像処理装置９にモニタ１
０が接続され、基板用ステージ１を制御する制御装置１
１が設けられ、ヒータ２を制御するヒータ制御装置１２
が設けられ、部品用ステージ４を制御する制御装置１３
が設けられ、制御装置１１、ヒータ制御装置１２、制御
装置１３に接続された制御装置１４が設けられ、制御装
置１４に操作ボックス１５、表示装置１６、キーボード
１７が接続されている。また、シリコン基板３に接合層
１８が設けられ、ＬＤチップ５に接合層１９が設けら
れ、シリコン基板３に円形のマーカー２０が設けられ、
ＬＤチップ５に円形のマーカー２１が設けられ、マーカ
ー２０は赤外光反射材料を円形に切り欠いたものであ
り、マーカー２１は円形の赤外光反射材料からなり、マ
ーカー２０の径はマーカー２１の径よりも大きい。
【０００７】この高精度実装装置においては、マーカー
２０、２１の像の中心点の座標を求める。すなわち、図
１７に示すように、ある点からマーカー２０の像の確定
領域２０ａ内の微小面積ｄＳに向けたベクトルを→
ｒ1、ある点からマーカー２０の像の不確定領域２０ｂ
内の微小面積ｄＳに向けたベクトルを→ｒ2としたと
き、ある点からマーカー２０の像の中心点Ｏに向けたベ
クトル→ｒGは次式で表される。
【０００８】
【数１】 →ｒG＝（Σ→ｒ1・ｄＳ＋Σ→ｒ2・ｄＳ）／Ｓ このようにして、マーカー２０の像の中心点Ｏの座標お
よびマーカー２１の像の中心点の座標を求める。つぎ
に、図１８に示すように、マーカー２０、２１の中心点
の位置誤差ΔＸ、ΔＹを求める。つぎに、シリコン基板
３に対してＬＤチップ５を位置誤差ΔＸ、ΔＹだけ移動
したのち、ＬＤチップ５をシリコン基板３に固定する。
【０００９】この高精度実装装置においては、不確定領
域２０ｂ部の面積に比べて確定領域２０ａ部の面積が十
分大きければ、ベクトル→ｒGの計算においては不確定
領域２０ｂ部の影響は小さくなるので、位置精度を高く
とることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高
精度実装装置では、マーカー２０、２１の画像解析に加
え、複雑な円の重心位置計算をしなければならないの
で、位置調整に長時間を要するとともに、装置全体のコ
ストが高価となる。また、後述のように、円では微動移
動距離に対する検出感度の均一性が悪く、感度自体も低
くなるから、十分な分解能を得るためには大きなマーカ
ーが必要となるので、接合層１８、１９の面積を小さく
しなければならないため、シリコン基板３とＬＤチップ
５との固定強度が低下するとともに、シリコン基板３と
ＬＤチップ５との接触抵抗が増加する。
【００１１】この発明は短時間に基板と部品とを固定す
ることができ、また基板と部品との固定強度を大きくす
ることができるとともに、基板と部品との接触抵抗を減
少することができる高精度実装用マーカー、高精度実装
装置、高精度実装方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、赤外光透過材製の部品を赤外
光透過材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせ
して固定するための高精度実装用マーカーにおいて、上
記部品の下面、上記基板の上面の一方に取り付けられた
第１のマーカー、上記部品の下面、上記基板の上面の他
方に取り付けられた第２のマーカーであって、上記第１
のマーカーは長方形の切り欠き部を有しかつ赤外光反射
材料製であり、上記第２のマーカーは長方形を除く平行
四辺形でかつ赤外光反射材料製であり、上記第２のマー
カーの平行四辺形の一方の高さが上記第１のマーカーの
上記切り欠き部の一方の辺の長さより長いことを特徴と
する。
【００１３】また、赤外光透過材製の部品を赤外光透過
材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固
定するための高精度実装用マーカーにおいて、上記部品
の下面、上記基板の上面の一方に取り付けられた第３の
マーカー、上記部品の下面、上記基板の上面の他方に取
り付けられた第４のマーカーであって、上記第３のマー
カーは菱形または六角形の切り欠き部を有しかつ赤外光
反射材料製であり、上記第４のマーカーは菱形または六
角形でかつ赤外光反射材料製でありかつ上記第３のマー
カーの上記切り欠き部に完全に含まれる大きさであるこ
とを特徴とする。
【００１４】また、赤外光透過材製の部品を赤外光透過
材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固
定するための高精度実装装置において、請求項１に記載
の第１のマーカーまたは第２のマーカーを取り付けた上
記部品を保持する部品用ステージと、請求項１に記載の
他方のマーカーを取り付けた上記基板を支持する基板用
ステージと、上記部品用ステージ、上記基板用ステージ
の少なくとも一方を微動する制御装置と、赤外光源と、
赤外線顕微鏡と、上記赤外線顕微鏡に接続された赤外線
カメラと、上記赤外線カメラに接続されたモニタと、上
記赤外線顕微鏡に接続された光強度測定器とからなるこ
とを特徴とする。
【００１５】また、赤外光透過材製の部品を赤外光透過
材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固
定するための高精度実装装置において、請求項２に記載
の第３のマーカーまたは第４のマーカーを取り付けた上
記部品を保持する部品用ステージと、請求項２に記載の
他方のマーカーを取り付けた上記基板を支持する基板用
ステージと、上記部品用ステージ、上記基板用ステージ
の少なくとも一方を微動する制御装置と、赤外光源と、
赤外線顕微鏡と、上記赤外線顕微鏡に接続された赤外線
カメラと、上記赤外線カメラに接続されたモニタおよび
画像処理装置とからなる構造であることを特徴とする。
【００１６】また、赤外光透過材製の部品を赤外光透過
材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固
定するための高精度実装方法において、上記部品には請
求項１に記載の第１のマーカーまたは第２のマーカーを
取り付け、上記基板には請求項１に記載の他方のマーカ
ーを取り付け、請求項３に記載のモニタを監視すること
により、上記第１のマーカーと上記第２のマーカーとが
重なるように上記部品と上記基板との位置を合わせ、上
記基板、上記部品の少なくとも一方を微動させながら請
求項３に記載の光強度測定器で光強度を測定し、上記光
強度が最小または最大となる位置で上記基板と上記部品
とを固定することを特徴とする。
【００１７】また、赤外光透過材製の部品を赤外光透過
材製または赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固
定するための高精度実装方法において、上記部品には請
求項２に記載の第３のマーカーまたは第４のマーカーを
取り付け、上記基板には請求項２に記載の他方のマーカ
ーを取り付け、請求項４に記載のモニタを監視すること
により、上記第１のマーカーと上記第２のマーカーが重
なるように上記部品と上記基板の位置を合わせ、請求項
４に記載の画像処理装置を用いて、上記画像処理装置の
最小分解能を単位としたメッシュについて２値化判定す
るとともに各メッシュを上記基板または上記部品の移動
方向について重み付けを施し、上記第３、第４のマーカ
ーの領域内の重み付け値を積算して得られる数値を基準
として固定位置を決定し、上記基板と上記部品とを固定
することを特徴とする。
【００１８】
【作用】この高精度実装用マーカー、高精度実装装置、
高精度実装方法においては、複雑な重心位置計算をする
必要がなく、また第１〜第４のマーカーが小さくとも基
板と部品との位置決めをすることができるから、接合層
の面積を大きくすることができる。
【００１９】
【実施例】図１はこの発明に係る高精度実装装置を示す
図である。図に示すように、波長１．２μｍ以上の赤外
光を発生する赤外光源２２の上方に基板用ステージ２３
が設けられ、基板用ステージ２３上にヒータ２４が設け
られ、ヒータ２４上にシリコン基板２５が取り付けら
れ、部品用ステージ２６にＬＤチップ２８が取り付けら
れ、ＬＤチップ２８の上方に赤外線顕微鏡３０が設けら
れ、赤外線顕微鏡３０に赤外線カメラ３１が接続され、
赤外線カメラ３１に画像処理装置２７が接続され、画像
処理装置２７にモニタ３２が接続され、赤外線顕微鏡３
０と赤外線カメラ３１との間にハーフミラー３３が設け
られ、ハーフミラー３３の近傍にホトダイオード３４が
設けられ、ホトダイオード３４に光強度測定器３５が接
続され、基板用ステージ２３、部品用ステージ２６、画
像処理装置２７を制御する制御装置２９が設けられてい
る。
【００２０】図２は図１に示したＬＤチップの下面を示
す図、図３は図１に示したシリコン基板、ＬＤチップに
取り付けられたこの発明に係る高精度実装用マーカーを
示す図である。図に示すように、ＬＤチップ２８の下面
には接合層３６が設けられ、ＬＤチップ２８の上面には
角形の切り欠きエリアが形成された電極パターン４３が
設けられ、接合層３６の両側に第２のマーカー３８が取
り付けられ、マーカー３８は長方形ではない平行四辺形
でかつ赤外光反射材料製である。そして、シリコン基板
２５には第１のマーカー３７が設けられ、マーカー３７
は長方形の切り欠き部を有しかつ赤外光反射材料製であ
り、マーカー３８の平行四辺形の高さのうち高くない方
がマーカー３７の切り欠き部の少なくとも一方の辺の長
さより長い。すなわち、長さｌ1〜ｌ5はそれぞれ１０μ
ｍ、８μｍ、６μｍ、２μｍ、1μmである。また、接合
層３６の両側にはマーカー３８が９０°向きを変えて取
り付けられており、マーカー３７はマーカー３８の向き
に合わせてシリコン基板２５に取り付けられている。
【００２１】このような高精度実装用マーカーおよび高
精度実装装置を使用した高精度実装方法すなわちこの発
明に係る高精度実装方法においては、まずヒータ２４に
よりシリコン基板２５をある程度加熱し、かつ赤外光源
２２からシリコン基板２５、ＬＤチップ２８に赤外光を
照射した（透過光型）状態で、モニタ３２を監視しなが
ら、シリコン基板２５に対してＬＤチップ２８を移動
し、マーカー３７とマーカー３８とが重なるようにＬＤ
チップ２８とシリコン基板２５との位置を合わせる。つ
ぎに、シリコン基板２５に対してＬＤチップ２８を微動
させながら、光強度測定器３５で光強度を測定し、光強
度が最小となる位置でシリコン基板２５、ＬＤチップ２
８を停止し、ホットガス加熱機構（図示せず）から窒
素、アルゴン等のホットガスをＬＤチップ２８に吹き付
けて、シリコン基板２５にＬＤチップ２８を固定する。
すると、シリコン基板２５の所定位置にＬＤチップ２８
を固定することができる。この固定には金属ハンダや熱
硬化性接着剤といったものが適用可能である。すなわ
ち、図４に示すように、マーカー３７、３８によって形
成される三角形の底辺の寸法をそれぞれａ1、ａ2とし、
マーカー３８の一辺の傾斜角をθとしたとき、上記三角
形の面積Ｓ1、Ｓ2は次式で表される。
【００２２】
【数２】Ｓ1＝ａ1 2・tanθ／２
【００２３】
【数３】Ｓ2＝ａ2 2・tanθ／２ ここで、（ａ1＋ａ2）は一定であるから、ａ1＋ａ2≡Ｌ
とすると、面積Ｓ1、Ｓ2の和は次式で表される。
【００２４】
【数４】Ｓ1＋Ｓ2＝ａ1 2・tanθ−Ｌ・ａ1・tanθ＋(Ｌ
2・tanθ)／２ そして、面積Ｓ1、Ｓ2の和を寸法ａ1で微分すると、次
式のようになる。
【００２５】
【数５】 ∂(Ｓ1＋Ｓ2)／∂ａ1＝２ａ1・tanθ−Ｌ・tanθ したがって、２ａ1＝Ｌのときつまりａ1＝ａ2のとき
に、面積Ｓ1、Ｓ2の和が最小となり、マーカー３７、３
８部を透過する赤外光の光強度は最小となる。
【００２６】なお、面積Ｓ1、Ｓ2の和が最小の位置（ａ
1＝Ｌ／２）から距離δXだけ移動したときの面積変化率
は次式で表される。
【００２７】
【数６】 δ(Ｓ1＋Ｓ2)／(Ｓ1＋Ｓ2)＝１＋(２δX／Ｌ)2 したがって、Ｌを小さくした方が感度は高くとれる。
【００２８】このように、この高精度実装用マーカー、
高精度実装装置、高精度実装方法においては、マーカー
３７、３８の画像解析、複雑な重心位置計算をしなくて
よいから、短時間にシリコン基板２５とＬＤチップ２８
とを固定することができる。また、マーカー３７、３８
部を透過する赤外光の光強度に応じてシリコン基板２５
とＬＤチップ２８との位置決めを行なうから、マーカー
３７、３８が小さくともシリコン基板２５とＬＤチップ
２８との位置決めをすることができるので、接合層３６
の面積を大きくすることができるため、シリコン基板２
５とＬＤチップ２８との固定強度を大きくすることがで
きるとともに、シリコン基板２５とＬＤチップ２８との
接触抵抗を減少することができる。すなわち、マーカー
３７、３８の形状では、０．１μｍの微動に対する光強
度の変化率は約０．０４ｄＢ、０．２μｍの微動に対す
る光強度の変化率は０．１７ｄＢとなるから、顕微鏡の
分解能が１〜２μｍであっても、０．１〜０．２μｍの
位置検出精度を出すことができる。また、±５μｍの範
囲で検出可能である。また、接合層３６の両側にマーカ
ー３８を９０°向きを変えて取り付け、マーカー３７を
マーカー３８の向きに合わせてシリコン基板２５に取り
付けているから、角度調整を行なうことができる。ま
た、マニュアルでも容易にシリコン基板２５とＬＤチッ
プ２８との位置決めを行なうことができるから、大がか
りな自動化装置を作らなくてもよいので、実験で使うの
にも適している。
【００２９】なお、この実施例では、光強度測定器３５
の出力を監視しながらマニュアルで基板用ステージ２
３、部品用ステージ２６を調整したが、ミニマムサーチ
装置を使用すれば自動化することができる。また、画像
処理装置２７により面積Ｓ1と面積Ｓ2とを独立して検出
すれば、位置検出感度を改善することができる。この場
合、マーカー３７、３８部を透過する赤外光の光強度が
最小になる点と、面積Ｓ1と面積Ｓ2とが等しくなる点と
の検出を相補的に用い、検出感度が高くとれた方で位置
合せを行なえばよい。また、マーカー３７、３８はＹ軸
方向についても同様に最小位置検出が可能であるのは図
の対称性から自明である。
【００３０】図５はこの発明に係る他の高精度実装装置
を示す図である。図に示すように、ＬＤチップ２８の上
方に赤外線顕微鏡４４が設けられ、赤外線顕微鏡４４に
赤外線カメラ３１が接続され、赤外線顕微鏡４４にハー
フミラー４５が設けられ、ハーフミラー４５に赤外光源
４６が接続されている。
【００３１】図６はこの発明に係る他の高精度実装用マ
ーカーを示す図である。図に示すように、シリコン基板
２５の上面に取り付けられた第３のマーカー３９とＬＤ
チップ２８の下面に取り付けられた第４のマーカー４０
とからなり、マーカー３９は菱形の切り欠き部を有しか
つ赤外光反射材料製であり、またマーカー４０はマーカ
ー３９の菱形と相似形の菱形でかつ赤外光反射材料製で
あり、マーカー４０はマーカー３９の切り欠き部に完全
に含まれる大きさである。すなわち、長さｌ6、ｌ7はそ
れぞれ１０μｍ、５μｍであり、また角θ1は８４°で
ある。
【００３２】つぎに、図５に示した高精度実装装置およ
び図６に示した高精度実装用マーカーを使用してシリコ
ン基板２５とＬＤチップ２８との固定を行なう方法すな
わちこの発明に係る高精度実装方法について説明する。
まず、ヒータ２４によりシリコン基板２５をある程度加
熱し、かつ赤外光源４６からハーフミラー４５を介して
ＬＤチップ２８、シリコン基板２５に赤外光を照射した
（同軸落射型）状態で、モニタ３２を監視しながら、シ
リコン基板２５に対してＬＤチップ２８を移動し、マー
カー３７とマーカー３８とが重なるようにＬＤチップ２
８とシリコン基板２５との位置を合わせる。つぎに、Ｌ
Ｄチップ２８、シリコン基板２５の少なくとも一方を微
動させながら、赤外線カメラ３１でマーカー３７、３８
からの反射光を検出し、画像処理装置２７を用いて、画
像処理装置２７の最小分解能である１μｍを単位とした
正方形メッシュについて２値化判定するとともに、各メ
ッシュにシリコン基板２５またはＬＤチップ２８の移動
方向について重み付けを施し、マーカー３９、４０の領
域内のメッシュの重み付け値を積算して得られる数値
（以下、これをメッシュ座標値と呼ぶ）を求める。つぎ
に、マーカー４０についてのメッシュ座標値を４倍し、
その値とマーカー３９についてのメッシュ座標値とを比
較して、マーカー３９とマーカー４０との位置関係を求
め、その位置関係に応じてＬＤチップ２８をシリコン基
板２５に対して移動したのち、ホットガス加熱機構（図
示せず）から窒素、アルゴン等のホットガスをＬＤチッ
プ２８に吹き付けて、シリコン基板２５とＬＤチップ２
８とを固定する。
【００３３】この高精度実装方法においては、整数の積
和演算によってマーカー３９、４０の位置を求めること
ができるから、短時間にシリコン基板２５とＬＤチップ
２８とを固定することができる。また、位置合せ範囲内
にマーカー３９、４０があれば、シリコン基板２５とＬ
Ｄチップ２８とを一気に最適位置へ持ってくることがで
きるから、短時間にシリコン基板２５とＬＤチップ２８
とを固定することができる。また、図１に示した高精度
実装装置においては、赤外光を透過させるから、シリコ
ン基板２５の中央部にはヒータ２４をおけないため、シ
リコン基板２５の周辺部のみしか加熱することができな
いのに対して、図５に示した高精度実装装置において
は、赤外光をヒータ２４に透過させないから、ヒータ２
４でシリコン基板２５の全体を加熱することができるか
ら、シリコン基板２５を均一に加熱することができる利
点もある。
【００３４】ところで、図７、図８は正方形メッシュの
中を円弧のマーカー境界線、直線のマーカー境界線が適
当な初期位置からＸ方向に＋０．１μｍ、＋０．２μｍ
移動した状態を示す図である。この図から明らかなよう
に、円弧のマーカー境界線がＸ方向に＋０．１μｍ移動
したときには、全てがマーカー領域内に含まれるメッシ
ュは２個（斜線を施したメッシュ）増加し、円弧のマー
カー境界線がＸ方向に＋０．２μｍ移動したときには、
全てがマーカー領域内に含まれるメッシュがさらに１個
（縦横線を施したメッシュ）増加する。また、直線のマ
ーカー境界線がＸ方向に＋０．１μｍ移動したときに
は、全てがマーカー領域内に含まれるメッシュは２個
（斜線を施したメッシュ）増加し、直線のマーカー境界
線がＸ方向に＋０．２μｍ移動したときには、全てがマ
ーカー領域内に含まれるメッシュがさらに２個（縦横線
を施したメッシュ）増加する。
【００３５】図９〜図１１はそれぞれ円弧のマーカー境
界線、Ｙ軸に対する傾斜角θが４８°、４２°の直線の
マーカー境界線が動く場合に、ある位置からＸ方向に＋
０．１μｍ、＋０．２μｍづつ移動したときに全てがマ
ーカー領域内に含まれるメッシュの増加個数すなわち検
出感度を示すグラフであり、グラフの左側に＋０．１μ
ｍづつ移動した場合を示し、グラフの右側に＋０．２μ
ｍづつ移動した場合を示す。このグラフから明らかなよ
うに、円弧のマーカー境界線の場合には移動距離に対す
る検出感度のムラが大きいのに対し、直線のマーカー境
界線の場合にはほぼ均一の検出感度が得られる。とく
に、傾斜角θが４２°の直線のマーカー境界線の場合に
は、極めて検出感度の均一性に優れており、０．１μｍ
ステップでも検出感度が０になる点がない。また、図９
〜図１１の場合には、マーカー境界線のＹ方向長さを一
定にしているので、１．０μｍ移動時のトータルの検出
個数は等しくなるが、マーカー面積は直線からなるマー
カーの方が小さい（傾斜角θが４８°の直線からなる菱
形では円の７１％、傾斜角θが４２°の直線からなる菱
形では５８％）ので、面積当たりの検出感度は菱形の方
が相対的に高くなり、六角形の場合にも同様である。す
なわち、円はあらゆる角度を持った短い直線が集まった
ものと考えられるが、現実の装置では水平方向微動軸は
基本的にＸ、Ｙの直交した２軸に限られるので（回転方
向は素子長が長いときに問題になるが調整は比較的容易
なのであまり問題にならない）、感度が低くなる成分も
含んでいると考えれば解りやすい。たとえば、傾斜角θ
が９０°、４５°の直線成分を考えれば、メッシュ間隔
と同じ１μｍステップでしか検出できないことが自明で
ある。
【００３６】そして、図５に示した高精度実装装置およ
び図６に示した高精度実装用マーカーを使用したときに
は、角θ1は８４°であるから、マーカー３９、４０を
図示の向きで使用したときには、傾斜角θが４２°のマ
ーカー境界線を有し、またマーカー３９、４０を図示の
状態から９０°向きを変えて使用したときには、傾斜角
θが４８°のマーカー境界線を有するので、円のマーカ
ーの場合と比較して検出感度を均一にすることができ
る。このため、マーカー３９、４０が小さくともシリコ
ン基板２５とＬＤチップ２８との位置決めをすることが
できるから、接合層の面積を大きくすることができるの
で、シリコン基板２５とＬＤチップ２８との固定強度を
大きくすることができるとともに、シリコン基板２５と
ＬＤチップ２８との接触抵抗を減少することができる。
【００３７】図１２はこの発明に係る他の高精度実装用
マーカーを示す図である。図に示すように、シリコン基
板２５の上面に取り付けられた第３のマーカー４１とＬ
Ｄチップ２８の下面に取り付けられた第４のマーカー４
２とからなり、マーカー４１は六角形の切り欠き部を有
しかつ赤外光反射材料製であり、またマーカー４２はマ
ーカー４１の六角形の辺と平行な辺を有する六角形でか
つ赤外光反射材料製であり、マーカー４２はマーカー４
１の切り欠き部に完全に含まれる大きさであり、マーカ
ー４１の切り欠き部の面積はマーカー４２の面積の５倍
である。すなわち、長さｌ8〜ｌ11はそれぞれ１１．１
μｍ、５．６μｍ、５．０μｍ、１．１μｍであり、ま
た角θ2は２０°である。
【００３８】図１３は傾斜角θが２０°の直線のマーカ
ー境界線が動く場合の検出感度を示すグラフであり、グ
ラフの左側に＋０．１μｍづつ移動した場合を示し、グ
ラフの右側に＋０．２μｍづつ移動した場合を示す。こ
のグラフから明らかなように、円弧のマーカー境界線の
場合と比較して傾斜角θが２０°の直線のマーカー境界
線の場合には検出感度が均一である。
【００３９】そして、図５に示した高精度実装装置およ
び図１２に示した高精度実装用マーカーを使用したとき
には、θ2は２０°であるから、傾斜角θが２０°のマ
ーカー境界線を有するので、円のマーカーの場合と比較
して検出感度を均一にすることができるため、精度の高
い位置決めを行なうことができる。また、傾斜角θが２
０°のマーカー境界線を有する菱形では、頂角が４０°
となり、鋭角すぎてマーカーを形成する際に角が鈍りや
すいのに対して、マーカー４２を六角形にしたときに
は、鋭角が存在しないから、高精度にマーカー４２を形
成することができる。また、同時に右辺と左辺に１．１
μｍのオフセットを付けているから、検出感度低下の点
が重なることはない。また、調整方向は１軸に限定され
るが、マーカー４２の面積を小さくすることができる。
【００４０】なお、上述実施例においては、図１に示し
た透過光型の高精度実装装置および図３に示した高精度
実装用マーカーを使用してシリコン基板２５とＬＤチッ
プ２８とを固定したが、光強度測定器を有する同軸落射
型の高精度実装装置および図３に示した高精度実装用マ
ーカーを使用してシリコン基板２５とＬＤチップ２８と
を固定してもよい。この場合、光強度が最大となる位置
でシリコン基板２５、ＬＤチップ２８を停止する。ま
た、上述実施例においては、図５に示した同軸落射型の
高精度実装装置および図６、図１２に示した高精度実装
用マーカーを使用してシリコン基板２５とＬＤチップ２
８とを固定したが、画像処理装置を有する透過光型の高
精度実装装置および図６、図１２に示した高精度実装用
マーカーを使用してシリコン基板２５とＬＤチップ２８
とを固定してもよい。また、上述実施例においては、シ
リコン基板２５とＬＤチップ２８とを固定する場合につ
いて説明したが、他の赤外光透過材製または赤外光吸収
材製の基板と他の赤外光透過材製の部品とを固定する場
合にもこの発明を適用することができる。また、赤外光
反射材料としては金、ハンダ、Ｎｉ等の金属を用いるこ
とができる。また、上述実施例においては、マーカー３
９の切り欠き部の面積をマーカー４０の面積の４倍と
し、マーカー４１の切り欠き部の面積をマーカー４２の
面積の５倍としたが、第３のマーカーの切り欠き部の面
積を第４のマーカーの面積の整数倍としなくともよい。
また、一般に傾斜角θはＸ方向に対して最適化するとＹ
方向には感度が低下するので、Ｘ、Ｙ各軸専用に高精度
実装用マーカーを設けておくことが望ましいが、傾斜角
θが４２°、４８°のようにＸ、Ｙ両軸に対して適用可
能なケースもあるので、Ｘ、Ｙ各軸専用に高精度実装用
マーカーを設けることは必ずしも必要条件ではない。ま
た、傾斜角θの最適値はメッシュサイズ、第３、第４の
マーカーのサイズ、移動ステップ等によって変わり、解
析的には求められないと予想される。しかし、今回のデ
ータも数値シミュレーションによって求めたが、計算自
体は難しいものではないので、実用的には十分である。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るに
高精度実装用マーカー、高精度実装装置、高精度実装方
法においては、複雑な重心位置計算をする必要がないか
ら、短時間に基板と部品とを固定することができるとと
もに、装置全体のコストが安価となり、また接合層の面
積を大きくすることができるから、基板と部品との固定
強度を大きくすることができるとともに、基板と部品と
の接触抵抗を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る高精度実装装置を示す図であ
る。
【図２】図１に示した高精度実装装置に取り付けられた
ＬＤチップの下面を示す図である。
【図３】この発明に係る高精度実装用マーカーを示す図
である。
【図４】図１に示した高精度実装装置の動作説明図であ
る。
【図５】この発明に係る他の高精度実装装置を示す図で
ある。
【図６】この発明に係る他の高精度実装用マーカーを示
す図である。
【図７】正方形メッシュの中を円弧のマーカー境界線が
移動した状態を示す図である。
【図８】正方形メッシュの中を直線のマーカー境界線が
移動した状態を示す図である。
【図９】円弧のマーカー境界線の検出感度を示すグラフ
である。
【図１０】傾斜角θが４８°の直線のマーカー境界線の
検出感度を示すグラフである。
【図１１】傾斜角θが４２°の直線のマーカー境界線の
検出感度を示すグラフである。
【図１２】この発明に係る他の高精度実装用マーカーを
示す図である。
【図１３】傾斜角θが２０°の直線のマーカー境界線の
検出感度を示すグラフである。
【図１４】従来の高精度実装装置を示す図である。
【図１５】図１４に示した高精度実装装置の一部を示す
図である。
【図１６】図１４に示した高精度実装装置により実装す
べきシリコン基板、ＬＤチップを示す斜視図である。
【図１７】図１４に示した高精度実装装置の動作説明図
である。
【図１８】図１４に示した高精度実装装置の動作説明図
である。
【符号の説明】
２２…赤外光源 ２３…基板用ステージ ２５…シリコン基板 ２６…部品用ステージ ２７…画像処理装置 ２８…ＬＤチップ ２９…制御装置 ３０…赤外線顕微鏡 ３１…赤外線カメラ ３２…モニタ ３５…光強度測定器 ３７…第１のマーカー ３８…第２のマーカー ３９…第３のマーカー ４０…第４のマーカー ４１…第３のマーカー ４２…第４のマーカー ４４…赤外線顕微鏡 ４６…赤外光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装用マーカーにおいて、上記部品の下
    面、上記基板の上面の一方に取り付けられた第１のマー
    カー、上記部品の下面、上記基板の上面の他方に取り付
    けられた第２のマーカーであって、上記第１のマーカー
    は長方形の切り欠き部を有しかつ赤外光反射材料製であ
    り、上記第２のマーカーは長方形を除く平行四辺形でか
    つ赤外光反射材料製であり、上記第２のマーカーの平行
    四辺形の一方の高さが上記第１のマーカーの上記切り欠
    き部の一方の辺の長さより長いことを特徴とする高精度
    実装用マーカー。
  2. 【請求項２】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装用マーカーにおいて、上記部品の下
    面、上記基板の上面の一方に取り付けられた第３のマー
    カー、上記部品の下面、上記基板の上面の他方に取り付
    けられた第４のマーカーであって、上記第３のマーカー
    は菱形または六角形の切り欠き部を有しかつ赤外光反射
    材料製であり、上記第４のマーカーは菱形または六角形
    でかつ赤外光反射材料製でありかつ上記第３のマーカー
    の上記切り欠き部に完全に含まれる大きさであることを
    特徴とする高精度実装用マーカー。
  3. 【請求項３】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装装置において、請求項１に記載の第１
    のマーカーまたは第２のマーカーを取り付けた上記部品
    を保持する部品用ステージと、請求項１に記載の他方の
    マーカーを取り付けた上記基板を支持する基板用ステー
    ジと、上記部品用ステージ、上記基板用ステージの少な
    くとも一方を微動する制御装置と、赤外光源と、赤外線
    顕微鏡と、上記赤外線顕微鏡に接続された赤外線カメラ
    と、上記赤外線カメラに接続されたモニタと、上記赤外
    線顕微鏡に接続された光強度測定器とからなることを特
    徴とする高精度実装装置。
  4. 【請求項４】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装装置において、請求項２に記載の第３
    のマーカーまたは第４のマーカーを取り付けた上記部品
    を保持する部品用ステージと、請求項２に記載の他方の
    マーカーを取り付けた上記基板を支持する基板用ステー
    ジと、上記部品用ステージ、上記基板用ステージの少な
    くとも一方を微動する制御装置と、赤外光源と、赤外線
    顕微鏡と、上記赤外線顕微鏡に接続された赤外線カメラ
    と、上記赤外線カメラに接続されたモニタおよび画像処
    理装置とからなる構造であることを特徴とする高精度実
    装装置。
  5. 【請求項５】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装方法において、上記部品には請求項１
    に記載の第１のマーカーまたは第２のマーカーを取り付
    け、上記基板には請求項１に記載の他方のマーカーを取
    り付け、請求項３に記載のモニタを監視することによ
    り、上記第１のマーカーと上記第２のマーカーとが重な
    るように上記部品と上記基板との位置を合わせ、上記基
    板、上記部品の少なくとも一方を微動させながら請求項
    ３に記載の光強度測定器で光強度を測定し、上記光強度
    が最小または最大となる位置で上記基板と上記部品とを
    固定することを特徴とする高精度実装方法。
  6. 【請求項６】赤外光透過材製の部品を赤外光透過材製ま
    たは赤外光吸収材製の基板上に位置合わせして固定する
    ための高精度実装方法において、上記部品には請求項２
    に記載の第３のマーカーまたは第４のマーカーを取り付
    け、上記基板には請求項２に記載の他方のマーカーを取
    り付け、請求項４に記載のモニタを監視することによ
    り、上記第１のマーカーと上記第２のマーカーが重なる
    ように上記部品と上記基板の位置を合わせ、請求項４に
    記載の画像処理装置を用いて、上記画像処理装置の最小
    分解能を単位としたメッシュについて２値化判定すると
    ともに各メッシュを上記基板または上記部品の移動方向
    について重み付けを施し、上記第３、第４のマーカーの
    領域内の重み付け値を積算して得られる数値を基準とし
    て固定位置を決定し、上記基板と上記部品とを固定する
    ことを特徴とする高精度実装方法。
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