(57)【要約】本発明の複数の実施形態は、金属接着ヘッド・システムの不利を克服する一方、複数ダイの精密ダイ接着を一度に行う１つの方法を提供する。１つの取り付けシステムにより、複数半導体素子または複数ダイの複数基板への同時高精度配置に適応する。同時高精度複数ダイ配置は、１つの基板に関して全ての方向に半導体素子を正確に配列するように適応した複数の可動および／または調整機構を備え、選択的に独立して制御されるグリップ機構を備えた、１つの透視（ＳＴ）接着ヘッドを含む、１つの取り付けヘッド組立を設けることにより達成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の物体を把握する用になされる装置であって、
１つの取り付けヘッドと、
複数のグリップ機構に隣接した複数の物体を選択的に独立して把握するための複数の吸引動作グリップ機構と、
前記取り付けヘッドに前記複数のグリップ機構を取り付けるための１つの吸引動作アタッチメント機構と、
前記複数のグリップ機構によって把握された前記複数の物体を観察するための１つの第１カメラを含む１つの観察機構であって、１つの光伝導部分を有する前記観察機構が、前記複数のグリップ機構によって把握される複数の物体が前記第１カメラによって前記複数のグリップ機構を介して見えるよう成されるように位置する観察機構と
を備える、装置
【請求項２】
前記装置が前記複数のグリップ機構を前記取り付けヘッドに付加するための前記吸引動作アタッチメント機構に吸引を供給するための１つの第１吸引供給と、選択的に独立して吸引を前記複数のグリップ機構の各グリップ機構に供給する複数の吸引供給とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記取り付けヘッドに取り付けられた１つの光伝導真空移転板と、
吸引が選択的に独立して前記複数の吸引供給から前記複数のグリップ機構に前記複数の吸引チャンネルを介して適用できるように前記複数のグリップ機構の方を向いた１つのサイド・オープンを有する複数の吸引チャンネルを含む前記光伝導真空移転板と、
前記複数のグリップ機構を前記取り付けヘッドに前記真空移転板を介して吸引を供給するための前記第１吸引供給と連絡のある１つのアッタチメント・チャンネルと
を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の吸引チャンネルが複数の第１吸引チャンネルおよび複数の溝を備え、前記第１吸引チャンネルが前記真空移転板を介して形成されかつ前記複数の溝との連絡を有し、前記複数の第１吸引チャンネルが前記複数の吸引供給との連絡を有し、前記複数の溝が前記複数のグリップ機構に向いた１つのサイド・オープンを備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記光伝導部分が前記第１カメラの視野中で選択的に位置する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のグリップ機構が前記複数の第２吸引チャンネルを介して前記複数の吸引供給からの吸引の適用に応じて前記複数の物体を選択的に独立して把握するために前記光伝導部分を介して複数の第２吸引チャンネルを有する１つの光伝送チャック上に形成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の吸引供給が前記真空移転板を介して延長する前記複数の第１吸引チャンネルと連絡を有し、
前記光伝導チャックが前記光伝導真空移転板に付加された時、前記複数の第１吸引チャンネルが、前記複数の第２吸引チャンネルに前記複数の第１吸引チャンネルを介して吸引を供給するために前記複数の第１吸引チャンネルが前記複数の第２吸引チャンネルと前記複数の溝を介して連絡を持つようにアレンジされた、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記観察機構が、１つの第２カメラと、前記複数のグリップ機構の任意のグリップ機構によって把握された１つの物体の画像を前記第２カメラに反射するための１つの光プローブとを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２カメラおよび前記複数のグリップ機構の前記グリップ機構の前記光伝導部分と適切に整列するために前記光プローブの方向を調整するための１つの調整機構を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光伝導チャックが、互いに対して所定の位置に配置され、かつ前記複数のグリップ機構の各グリップ機構の直近に配置された複数の起点を持つ、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記観察機構内の前記光プローブが、１つのビーム・スプリッタであって、前記ビーム・スプリッタの１つの第２鏡面によって前記カメラに反射される１つの物体上の任意の複数の起点の前記画像と同時に、前記光伝導チャック上の前記起点の任意の１つの画像を前記第２カメラに反射する１つの第１鏡面を有する１つのビーム・スプリッタを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ビーム・スプリッタが直接互いに面する前記物体と前記光伝導チャックとの間に挿入される時に、前記光伝導チャック上の複数の起点の任意の起点の画像と、１つの物体上の任意の複数起点の画像が前記第２カメラ上にオーバレイされ得る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光プローブが１つのビーム・スプリッタと１つのプリズムとを備え、前記ビーム・スプリッタが１つの鏡面をそなえ、これによって、前記第２カメラへの反射面を有する１つのプリズムによって反射される前記物体上の前記起点の任意の１つの画像と共に、前記第２カメラに同時に前記光伝導チャック上の前記複数の起点の任意の１つの画像を反射する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のグリップ機構の各グリップ機構、前記光伝導真空移転板、および前記光伝導チャックが水晶、溶融シリカ、フッ化カルシウム、またはフッ化マグネシウムからなるグループから選択される１つのＵＶ透過性材料から形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
複数の物体を把握する用になされる１つの透視接着ヘッドであって、
１つの光伝導真空移転板と、
前記グリップ機構に隣接して位置する複数の物体を選択的に独立して把握するための複数の吸引動作グリップ機構であって、前記複数のグリップ機構が、前記複数のグリップ機構で把握された複数の物体が前記複数のグリップ機構を通して１つのカメラによって見られるように位置する１つの光伝導部分を有するグリップ機構と、
前記複数のグリップ機構に隣接して位置する複数の物体を選択的に独立して把握するための１つの吸引アタッチメント機構と
を備える、透視接着ヘッド。
【請求項１６】
前記吸引動作アッタチメント機構が、
１つの第１吸引供給チャンネルから前記真空移転板を１つの取り付けヘッドに取り付けるために吸引を適用する１つの第１吸引供給チャンネルと、
複数の第２吸引供給チャンネルから前記複数のグリップ機構の各グリップ機構へ選択的に独立して吸引を供給する複数の第２吸引供給チャンネルと
を備える、請求項１５に記載の透視接着ヘッド。
【請求項１７】
前記第２吸引供給チャンネルが複数の第１吸引チャンネルおよび複数の溝を備え、前記複数の第１吸引チャンネルが前記真空移転板を通して形成され前記複数の溝と連絡を有し、前記複数の第１吸引チャンネルが前記複数の第２吸引供給チャンネルと連絡を有し、前記複数の溝が前記複数のグリップ機構に向いたサイド・オープンを備える、請求項１６に記載の透視接着ヘッド。
【請求項１８】
前記光伝導部分が、前記カメラの視野中に選択的に位置する、請求項１７に記載の透視接着ヘッド。
【請求項１９】
前記複数のグリップ機構が、複数の第２吸引チャンネルを有する１つの光伝導チャック上に選択的に独立して前記複数の物体を前記複数の第２吸引供給からの吸引の前記複数の第２吸引チャンネルを通しての適用に応じて把握するための前記光伝導部分を通して形成される、請求項１８に記載の透視接着ヘッド。
【請求項２０】
前記複数の第２吸引チャンネルが前記真空移転板を通して伸びる第１吸引チャンネルと連絡を有し、前記複数の第１吸引チャンネルが、前記チャックが前記真空移転板に取り付けられる時、前記複数の第１吸引チャンネルが前記複数の第２吸引チャンネルと、前記複数の第１吸引チャンネルを通して前記複数の第２吸引チャンネルに吸引を供給するための前記複数の溝を介して連絡するという様態でアレンジされる、請求項１９に記載の透視接着ヘッド。
【請求項２１】
前記光伝導チャックが、前記複数のグリップ機構の各グリップ機構に接近した位置で、互いに対して好ましい複数の位置に配置された複数の起点を有する、請求項２０に記載の透視接着ヘッド。
【請求項２２】
前記複数のグリップ機構の各グリップ機構が水晶、溶融シリカ、フッ化カルシウム、またはフッ化マグネシウムからなるグループから選択される１つのＵＶ透過材料で形成される、請求項２１に記載の透視接着ヘッド。
【請求項２３】
光伝導真空移転板および光伝導チャックが水晶、溶融シリカ、フッ化アルシウム、またはフッ化マグネシウムからなるグループから選択される１つのＵＶ透過材料で形成される、請求項２２に記載の透視接着ヘッド。
【請求項２４】
１つの波長分割多重化システムを製造する１つの方法であって、
１つの透視接着ヘッド上の前記複数の起点と１つの光学素子上の前記起点を検査する段階と、
前記透視接着ヘッド上の前記複数の起点と前記光学素子上の前記起点の位置を比較する段階と、
前記光学素子を前記透視接着ヘッドに対して整列させる段階と、
複数の光学素子を透視接着ヘッドに直列に装填する段階と、
直列に装填された複数の光学素子を１つの基板に関して整列させる段階と、
直列に装填された複数の光学素子を前記基板上に一段階で配置する段階と、
前記直列に装填された複数の光学素子を前記基板上に接着する１つのエポキシを硬化する段階と
を備える、１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項２５】
前記光学素子が１つの垂直方向の空洞表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える、請求項２４に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項２６】
前記光学素子が１つのフォトダイオードを備える、請求項２５に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項２７】
前記エポキシが前記透視接着ヘッドを通るＵＶ光により硬化される１つの紫外線（ＵＶ）感光エポキシである、請求項２４に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項２８】
検査および比較段階が１つの光プローブと１つのデジタル・カメラの使用を含む、請求項２６に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項２９】
前記光プローブが１つのビーム・スプリッタおよび１つのプリズムを含む、請求項２８に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【請求項３０】
整列および配置段階が複数の高精度機械的段階の使用を含む、請求項２４に記載の１つの波長分割多重化システムを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体素子を取り付けるための１つの取り付け装置と方法、さらに具体的には、高位置精度を有する複数の基板上にダイ形式で光学素子を取り付けるための取り付け装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの基板上に小型の半導体素子を完全な精度で位置決めする複数の努力が、過去数年に亘ってかなりの関心を呼んできた。このための複数の工具は、概して、１つのデジタル・カメラ、機械観察ソフトウェア、およびサブミクロンの解像度の動作制御を備えた複数のステッパ・モータを使用する。図１は、通常、中心から１つのダイ１０３を揚げるために用いられる１つの単一真空穴１０１を有する１つの従来技術の金属接着ヘッド１００を示す。１つのデジタル・カメラで見るために暴露されたダイ１０３の複数の起点１０４を残すために、この接着ヘッドはダイ１０３よりかなり小さくなければならない。ダイ起点１０４の位置は、パターン認識ソフトウェアを使うことによってサブミクロン精度で得られるが、１つの基板上の複数の起点の位置と比較される。この情報は、ステッパ・モータが基板上でダイ１０３を正確に位置決めするためにどの位遠くまで移動しなければならないかを決定するのに使用される。一旦位置決めされると、エポキシがダイ１０３を基板へ取り付けるのに使用され、その上でエポキシは硬化される。
【０００３】
全ての起点が暴露されるためには接着ヘッドがダイよりもはるかに小さくなければならないという要求のために、金属接着ヘッドの使用は、たとえば長手方向で２００〜３００ミクロンの極小ダイに対しては問題がある。１つの従来技術によるアプローチの一例では、ガラス製の透視（ＳＴ）接着ヘッド２００がこの問題を解決するために使われている（図２を見よ）。この場合のＳＴ接着ヘッドは、接着ヘッド２００をダイ１０３よりも大きく保ちながら同時に、下方観察カメラに全ての起点を見ることを可能にする。このヘッド上の制限は、単に真空穴２０１が全接着ヘッド２００ではなくダイ１０３より小さくなければならないということから、苛酷度はより低い。
【０００４】
例えば、特許文献１および特許文献２は、１種類の取り付けヘッドを備え多取り付け装置を開示しており、これは、その一端に吸引ノズル組立を備えており、さらに吸引ノズル組立の上に取り付けられた１つの認識カメラを備えている。吸引ノズルの組立品は、複数の電子部品を拾い上げるのに適用され、光伝導材料からできているので拾い上げられた部品はカメラで吸引ノズル組立を通して見る事が出来、それらの形状と位置を判定する事が出来る。この方法で、取り付け装置は、拾い上げられた部品全ての画像を見るために吸引ノズル組立の下に位置するように適合した１つのカメラを備える必要性をなくしている。
【０００５】
上に述べた取り付け装置は、様々な欠点と不利点を持っている。例えば、取り付け装置は、半導体素子のような複数の超小型物体を他の複数の物体（例えば、基板のような）上に正確に置くことに適応していない。さらに、カメラが取り付けヘッドに組み込まれていないので、取り付けヘッドとは別個にカメラを取り付け装置に取り付ける必要があり、このためカメラを取り付け装置に取り付け、カメラを取り付けヘッドと整列させる余分の手間が掛かる。その上、吸引ノズル組立が１つの固定メンバを介して取り付けヘッドに取り付けられるので、吸引ノズル組立の取り付けヘッドからの取り外しは、固定メンバの吸引ノズル組立からの除去を含まない。
【０００６】
Ｂｅｎｄａｔ他の特許文献３は、上に論じた不利と欠点のいくつかを、複数の超小型装置を複数の他の半導体素子（例えば、複数の基板）に複数の超小型素子を連続的に拾い上げて正確に置く、改善された取り付け装置を提供することによって処理している。図３Ａおよび３Ｂを参照するに、取り付け装置４０１０は、契合ノズル４０５８の片側に隣接して位置する半導体素子またはダイを選択的につかむために、１つの付加上部チャック４０５６と１つの吸引動作契合ノズル４０５８を有する１つの取り付けヘッド４２００を含む。１つの吸引動作付加機構がまた、上部チャックを取り付け装置４０１０の取り付けヘッド４２００に選択的に、取り外し可能に付加するために準備される。これによって上部チャック４０５６は取り付けヘッド４２００から取り外し可能となり、従って取替え可能となる。取り付け装置４０１０はまた、契合ノズル４０５８で把握された１つの物体を観測するカメラ４０８２を含む１つの観察機構を有する。カメラ４０８２は、１つの水平面中に位置し、１つの鏡４１７６を利用して契合ノズル４０５８上を見下ろす。上部チャック４０５６は、１つの光伝導部を有し、これは契合ノズル４０５８によって把握された１つの物体がカメラ４０８２によって上部チャック４０５６を通して観察できるように位置する。
【特許文献１】米国特許第５０１８９３６号明細書
【特許文献２】米国特許第５０３３７８３号明細書
【特許文献３】米国特許第６２０３０８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上に述べた様々な取り付け装置が１つの金属接着ヘッドを使う不利を克服する一方で、これらの装置は、幾つかのダイを一度に高精度で配置するという問題を処理できていない。上に述べた取り付け装置は、一時に１つのダイを連続的に配置する、すなわち、ダイ付きの接着ヘッドを並べながら、ダイ保管個所から基板へ動かして、エポキシを省き、ダイを置き、そして配置された各ダイのエポキシを硬化する。しかしながら、もし全てのダイが高精度で接着ヘッド上に装填でき、一工程で配置され、エポキシが一工程で硬化できたら、１つのかなりの時間の節約が実現できる。このことは、もし各ダイが他のダイ上の起点に対して正確に配列されなければならない時には、特に切実となる。複数の個々に制御可能な吸引ノズルを含む１つの透視接着ヘッド上に複数の起点を置くことによって、幾つかのダイは接着ヘッド上に高精度で拾い上げられ、基板の方に動かされ、そして高精度で、しかも１つの単一工程で配置することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
複数の光学素子（例えば、エッジ放射レーザ、垂直空洞面放射レーザ、フォトダイオード）を高精度で複数の基板上にダイ形状で配置することへの関心は、光遠距離通信工業で日増しに重要性を帯びてきている。本発明は、複数の光学素子が相対関係を保ちながら配列でき、その上で配置でき、１つの基板上に接着できて、その結果、相互の高精度の相対位置を保ちうる１つの方法を提供する。このような必要性は、例えば、低密度波長分割多重化（ＣＷＤＭ）システム中で起こる可能性があり、異なる波長の複数のレーザは光ファイバの直線アレイ、または光を究極的には複数の光ファイバの直線アレイに結合させるレンズに個々に接続されねばならない。この方法は、特に光学素子の数が多い時、従来の技術を使って別の連続配置手順に対して１つの著しい改善となる。
【０００９】
本発明の複数の実施形態は、金属接着ヘッド・システムの不利を克服する一方、さらに一度に多数のダイの正確なダイ接着を行う１つの方法を提供する。１つの取り付けシステムが、複数の半導体素子またはダイを複数の基板上に高精度で同時に配置するように適合している。例えば、同時高精度複数ダイ配置は、１つの取り付けヘッド組立に半導体素子の１つの基板に対する全方位（すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚおよびシータ方向）の正確な配列に適合した可動および／または調整機構を準備することにより達成される。この点で、可動・調整機構は、１つの基板を支持するように適応し、取り付けヘッド組立に対してＸおよびＹ方向に動くように適応した１つのＸ−Ｙ段階を含み、これによって、１つの半導体素子を拾上げた後に取り付けヘッド組立をＸおよびＹ方向に動かす必要をなくしており、半導体素子の不注意な動きを最小化している。
【００１０】
１つの観察機構はまた、同時高精度複数ダイ配置を容易にする。さらに具体的には、２つのカメラと１つの光プローブを含む観察機構は、複数の半導体素子および複数の基板上の起点マークまたは繰り返し可能パターンを同時観察または順次観察（すなわち、識別する）することに適合している。複数の起点マークは、２台のカメラによって観察または特定できる。各カメラは、単一視野または複数視野を備えている。例えば、高精度ダイ配置は、１つのカメラに高倍率を要求するため、カメラの視野が減少する結果を招く。１つの調整機構が、カメラに対する光プローブのＸ，Ｙ，Ｚ方向に関する位置を調整するために観察機構に準備されている。この様態で、１つ以上の起点マークがどちらかのカメラの視界の外にある時、光プローブのカメラに対する位置をダイ配置の間にそのような複数の光プローブを各カメラの視野内に持ってくるように調整する事が出来る。取り付けシステムはまた、必要なら、カメラに対する１つの半導体素子の角度的な方向を調整する１つの回転機構を含むこともできる。
【００１１】
本発明の複数の実施形態を遂行する方法は、同時に上向きと下向きの視野を提供するための水平面に取り付けられた１つのカメラを使う１つの装填手順を含む。これにより、フリップ・チップ・スタイル接着機で使われている技法に似た１つの技法を使って、幾つかのダイが高精度の下で透視接着ヘッド上に直列に持ち上げられる。１つの垂直取り付けカメラを使った単一工程で全てのダイが配置され、１つの基板に付加される配置手順が、下向きの観測をもたらす。１つの硬化リング手順もまた使われる。これによって、接着ヘッドによって固定されている間に、紫外線（ＵＶ）感光エポキシが紫外線光を接着ヘッドからダイのアレイに伝送することによって部分的に硬化される。接着ヘッドはその後持ち上げられ、基板上に高精度で位置決めされたダイのアレイを残す。
【００１２】
図４は、本発明の複数の実施形態による幾つかの素子を単一基板に連続的に拾上げ、同時に配置する１つのＳＴ接着ヘッドを示す。ＳＴ接着ヘッド４００は、電磁気的スペクトラムにおいてＵＶ（例えば、３００〜４００ｎｍ）および可視領域の両方で透明な材料でできた１つのチャック４１０を含む。チャック４１０は、第１面４１１上の起点４２０（配列マーク）の１つのパターンを持ちうる。起点４２０は、例えば、スパッタリングまたは蒸着を使って堆積させ、その上で普通のリフト・オフまたはエッチング技法を使ってパターン化した金またはアルミニウムのような１つの金属からなる。複数の起点４２０のパターンは、一次元または二次元アレイまたは任意の他のパターンでもよい。
【００１３】
チャック４１０もまた、複数の第１真空穴４３０として役立つ複数の穴を持っている。
これらの真空穴４３０は、複数のエッチングまたはレーザ・ドリリング技法を使って作る事が出来る。この真空穴４３０のパターンと配列されるのは、グリップ機構４４０の１つのパターンである。このグリップ機構は、例えば、パターンが複数の光学素子１つの基板上に持ち上げて配置できる１つの機構を提供する。各個別グリップ機構４４０は、チャック４１０の１つの第２表面４１２と１つの真空移転板４６０中に位置する１つの第２真空穴４６５上にエッチングされた１つの関連真空チャンネル４５０を有する。真空チャンネル４５０と複数の第２真空穴４６５は、第１真空穴４３０から真空通路を離して作るためにともに機能する。この真空通路は、複数のグリップ機構４４０のための複数の中心軸を規定する。幾つかのグリップ機構４４０は、複数の高精度起点４２０のパターンに加えて、単一チャック４１０に集まる。
【００１４】
この方法は、１つの光プローブ（ビーム・コンバイナ／スプリッタ）とデジタル・カメラを利用する。両者は、１つの水平面中に位置する。図５Ａは、この発明の一実施例による１つの水平面中に取り付けられた１つのデジタル・カメラを備えた１つの光プローブを図示する。デジタル・カメラ５５０は、１つの上向き光路から得られた接着ヘッド４００上の複数の起点４２０を検査し、それらを下向き光路を使って得られた半導体ダイ１０３上のダイ起点１０４と比較する。２つの光路は、光プローブ５０５を使って、デジタル・カメラのセンサ上にオーバレイされる。光プローブ５０５は、１つの鏡面５０６を有する１つのビーム・スプリッタ５０５Ａを含む事が出来、下からの光（ダイ１０３上の起点１０４の画像）の一部が角度のついた鏡面５０７によってカメラ５５０から反射されて鏡面５０６へとそれ、カメラ５５０に向かって反射して戻り、ビーム・スプリッタ５０５Ａの角度のついた鏡面５０７を通り過ぎる。上からビーム・スプリッタ５０５Ａに入る光の一部（接着ヘッド４００上の起点４２０の画像）は、ビーム・スプリッタの角度の付いた鏡面５０７によってカメラ５５０に向かって９０°反射される。
【００１５】
各ダイ１０３は、ダイ起点１０４と接着ヘッド・グリップ機構４４０の周りに位置する接着ヘッド上の複数の起点４２０を使って、順番に接着ヘッド４００上に装填され、カメラ５５０に向けられオーバレイされた複数の画像中の複数の起点（ダイ１０４および接着ヘッド４２０）の各セットの複数の位置を比較する。これらの起点（ダイ１０４および接着ヘッド４２０）は、同じ視野内にあるかもしれず、または光プローブ５０５の様々な位置での視野に２セットの起点（ダイ１０４および接着ヘッド４２０）を持ってくるための高精度エンコーダ付きのステッパ・モータを使った光プローブ５０５の運動を必要とするかもしれない。光プローブ５０５の運動は、Ｘ方向，Ｙ方向またはＺ方向の任意の組合せになり得る。接着ヘッド４００（またはその逆）に関連のダイ１０３の運動はまたＸ方向，Ｙ方向またはＺ方向の任意の組合せになり得る。各方向の運動は、位置解像度がサブミクロンの複数のステッパ・モータを使って作られる。この運動はまた、１つの高解像度ステッパ・モータによってまた制御される１つの回転段階を含む。光プローブ５０５を使って測定した起点（ダイ１０４および接着ヘッド４２０）の相対位置に基づいてダイ１０３は、接着ヘッド４００の下で（またはその逆）正しく位置決めされるまで、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に、高精度ステッパ・モータによって動かされる。一旦位置決めされると、光プローブ５０５が除去され、ダイ１０３が上げられるかまたは接着ヘッド４００が下げられてダイ１０３を接着ヘッド４００に取り付けられたグリップ機構４４０上に持ってくる。
【００１６】
図５Ｂは、本発明の別の実施形態によって、１つの水平面中に取り付けられた１つのデジタル・カメラを備えた１つの光プローブを図示する。高精度なダイ配置は、カメラ５５０に１つの高拡大率を要求し、カメラ５５０の視野を狭める。高拡大率の下では、全ての起点（ダイ１０４と接着ヘッド４２０）は、同じ視野の中には入らないかもしれない。両方の起点（ダイ１０４と接着ヘッド４２０）を同時に見るためには、光プローブ５０５はビーム・スプリッタ５０５Ａとプリズム５０５Ｂを含むこともできる。図５Ｂで示すように、ビーム・スプリッタ５０５Ａは、１つの鏡面５０６を持っており、下からの光の一部（ダイ１０３上の起点１０４の画像）はカメラ５５０から角度のついた鏡面５０７によって鏡面５０６へ反射され逸らされ、カメラ５５０の方に反射して戻り、ビーム・スプリッタ５０５Ａの角度のついた鏡面５０７を通過する。上からプリズム５０５Ｂへ入る光の一部（接着ヘッド４００上の起点４２０の画像）は、プリズム５０５Ｂの角度のついた鏡面５０７によってカメラ５５０の方に９０°反射される。図５Ｂのプリズム５０５Ｂがビーム・スプリッタ５０５Ａで置き換えられると（図５Ａ）、下方を見る光路はダイ１０３上の起点１０４を接着ヘッド起点４２０と同時に見ない。
【００１７】
この接着プロセスは、接着ヘッド４００の透視性を利用する。図６を参照すれば、ダイ１０３上の全ての起点１０４をＳＴ接着ヘッド４００に取り付けられた透視グリップ機構４４０を介して見る事が出来る。１つの基板７５０上の起点７６０もまた、ＳＴ接着ヘッド４００を介して見る事が出来る。図７は、本発明の一実施形態による取り付けヘッド組立７００中で垂直に取り付けられた１つのデジタル・カメラ７１０を示す。図解のためだけに、複数のグリップ機構の１つのグリップ機構４４０が１つの円形ＳＴ接着ヘッド４００に取り付けられたところを示す。ダイ１０３上の起点１０４は、下方を見るデジタル・カメラ７１０によって認識され、同じカメラ７１０によって認識される基板７５０上の起点７６０と比較される。これら起点１０４、７６０のセットはまた、同じ視野中にあるかも知れず、あるいは高精度エンコーダを備えた複数のステッパ・モータを使ってデジタル・カメラ７１０の複数の異なる位置での視野へのデジタル・カメラ７１０の移動を要求するかも知れない。光プローブ５０５を使って測定した起点１０４、７６０の相対位置に基づいて基板７５０は、接着ヘッド４００の下で（取り付けヘッド７００）正しく位置決めされるまで、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向に、高精度ステッパ・モータによって動かされる。基板７５０が上げられ、または接着ヘッド４００（取り付けヘッド組立７００）が下ろされて、ダイ１０３のセットが基板７５０上に運ばれる。これは１つの少量の紫外線（ＵＶ）硬化エポキシにより各ダイに準備されている。
【００１８】
図６を再び参照する。この接着プロセスは、ダイ１０３を上げるのに使われているグリップ機構４４０と接着ヘッド４４０の両方のＷ透明度を利用している。接着ヘッド４００のグリップ機構４４０によってダイ１０３が所定の位置に保持されている間、例えば３６５ｎｍを放射する１つの水銀蒸気アーク灯からのＷ光が接着ヘッドおよび／またはグリップ機構４４０から放射されるので、各個別のダイ１０３を基板７５０に取り付けるのに使われているＵＶ感光エポキシは即座に硬化され、または部分的に硬化される。これは、引き続く１つの熱的硬化に続くダイ配置の精度を向上させる。
【００１９】
本発明の複数の実施形態は、波長分割多重化（ＷＤＭ）システムの製造中に光の幾つかの波長／チャンネルを多重化および逆多重化するのに利用される。ここでは、ＷＤＭトランシーバ・モジュールが複数のレーザ光源および複数の光検知器の配列公差に対して光学的に最適化される。この最適化は、レーザと光検知器が取り付けられる基板を備えた光サブアセンブリの配列公差全体を最大化する。本発明は、複数の光学素子が互いに相対的に配列され、その上に配置され、１つの基板に接着されて、それらの相対位置が高精度で保存され得る１つの機構を提供する。この技法は、複数のプリズムと複数のレンズの具体的なレイアアウトとともに、光サブアセンブリおよび自由空間結合ＷＤＭトランシーバ・モジュールの多量生産の複数の要求仕様を可能にする。
【００２０】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の複数の実施例による光ファイバ入力／出力を備えた４チャンネル波長分割多重化装置／逆多重化装置の複数の概要設計を図示する。この４チャンネル波長分割多重化装置／逆多重化装置は、１つの”ジグザグ”構成の薄膜フィルタ（ＴＦＦＳ）を使ってチャンネル分離を行っている。
【００２１】
図８Ａは、１つの光サブアセンブリ１００ａ、１つのガラス板３００、１つのＴＦＦセット２７０ａ〜２７０ｄ、１つの焦点絞り光サブアセンブリ・セット２００ｂ、および１つの光検知器セット２１０Ａ〜２１０Ｄからなる１つの光逆多重化装置または１つの受信機を示す。
【００２２】
光サブアセンブリ１００ａは、１つのファイバ・コリメータであり、光ファイバ１０からの発散光線２０の出力を向き直らせ、コリメートして、コリメートされた出力２５を生成する。光サブアセンブリ１００ａは、１つのプリズム３０、１つの比球面レンズ４０および１つの配列標識５０を含む。光ファイバ１０は発散光線２０を光サブアセンブリに導く。コリメートに先立って、全ての内部反射（ＴＩＲ）を使って、入射光線に垂直な軸に対する１つの特定角度（０）で発散光線２０を向き直らせるために屈折率ｎのプリズム３０が使用される。ＴＩＲは、発散光線２０がプリズム３０のＴＩＲ面に当るために発生する。
【００２３】
プリズム３０と非球面レンズ４０を使って、光サブアセンブリ１００ａは、光ファイバの入力軸への法線に対する１つの特定角度での１つの光ファイバ１０からの１つの発散光線を向き直らせコリメートする。
【００２４】
上に述べた光サブアセンブリ１００ａのように、光サブアセンブリ２００ｂは、コリメートされた光線を逆に向き直させ焦点を結ばせるのに使用できる。１つのコリメートされた光線は、１つの特定角度でプリズム２３０の平面、斜面２３５に入射する。生来軸平行である光サブアセンブリ２００ｂは、平面・斜面２３５を利用してコリメートされた光線を向き直させ、１つの非球面レンズ２４０を利用してその光線に焦点を結ばせる。これによって、光検出器２１０ａ上に焦点を結ぶ回折抑制画像が得られる。高速変調用に利用される光検知器は通常１つの小さな活性領域しか持っていないので、画像の寸法を最小化する努力が為される事が、検出される光エネルギと配列失敗を検知する公差の両方を最大化するためには好ましい。軸平行光サブアセンブリ２００Ｂによって、画像の寸法が光検知器２１０Ａで最小化される。この実施形態において、光線は複数の波長を含み、４個の光収斂サブアセンブリ２００ｂおよび４個のＴＦＦ２７０ａ〜２７０ｄが準備される。光サブアセンブリ１００ａから、コリメートされた多色彩の光線はガラス板３００に屈折する。このガラス板３００は、光線を反射するために高屈折率（ＨＲ）被覆面３１０を持っている。ＨＲ被覆面３１０は、１つの広帯域高反射率（ＨＲ）被覆で被覆されており、それは光線が入る側面の反対の側面上で被覆されている。ＨＲ被覆の帯域幅は、逆多重化される波長を含んでいる。コリメートされた光線の入力角度は、コリメートされた光線が１つの特定の間隔ｄでガラス板３００内を行ったり来たり反射することを可能にするように制御される。これは、プリズム３０のＴＩＲ面の角度、ガラス板３００の屈折率、ＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄの屈折率、ならびにガラス板３００およびＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄの厚みによって決定される。
【００２５】
この実施形態において、４個のＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄのおのおのは、入力光線を含む４個の波長の中の１つに中心を持つ１つの狭い帯域幅内を除いて、上に述べたガラス板３００上のＨＲ被覆面３１０と同じ帯域幅に亘って高反射性である。ＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄの通過帯域は、温度、製造誤差などによるレーザ波長変動を許容するに十分広くあるべきである。全ての中心波長は、ＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄの通過帯域の間における重複が無視できるくらいになるように十分の間隔をとって離れているべきである。図８Ａおよび８Ｂ中に示す本発明の実施形態中で使われるＴＦＦ基板２７０ａ〜２７０ｄのおのおのの幅は、例えば、１０〜１５ｎｍであり、間隔は、例えば、２０〜２５ｎｍである。さらに、この実施形態の中で使用されるＴＦＦ２７０ａ〜２７０ｄの通過帯域を構成するために使われる多層誘電体構造の設計は、”ジグザグ”構成のために期待されている具体的な入射角のために最適化される。この最適化は、入射光の偏光状態に起因する反射と伝送におけるあらゆる変動を最小化する。
【００２６】
動作中、コリメートされた光線の１つの波長成分が、図８Ａの光逆多重化装置のガラス板３００内を行ったり来たりして伝播するのが示される。この伝播は、コリメートされた光線が特定の波長成分の通過を許す帯域幅被覆を備えた１つの特定のＴＦＦに入射する時に終わる。図８Ａに示すように、ＴＦＦ２７０ａは、１つの特定の波長成分のための特定のＴＦＦである。ＴＦＦ２７０ａを通過した後、この波長成分は１つの光収斂サブアセンブリを通過し、光検出器２１０Ａ上に焦点を結ぶ。光検出器２１０ａは、例えば、１つのフォトダイオードでよい。明瞭のために示していないが、入力光線中の他の複数の波長成分（示さず）のおのおのは、１つの異なるＴＦＦを通過し、１つの異なる光検出器（２１０Ａ〜２１０Ｄ）に向けられ、焦点を結ぶ。
【００２７】
１つの光検出器（２１０ａ〜２１０ｄ）を各非球形レンズ２４０の下に高精度で置き、そこを通り抜ける波長成分を検出する事が好ましい。本発明の複数の実施形態は、１つの機構を提供する。その中では、複数の光検出器（２１０ａ〜２１０ｄ）が互いに対して整列でき、その上で１つの基板上に配置され接着されるので高精度でそれらの相互位置関係を保存できる。
【００２８】
図８Ｂは、本発明の一実施形態による１つの４チャンネル波長光多重化装置を描く。１つの空洞表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）２５０ａ〜２５０ｄの任意の１つからの光は、先ずコリメートされ、その上で”ジグザグ”光路へ向き直され、最後に光ファイバ１０へ導かれる。ＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄは、多重化装置の下で高精度で１つの線上に取り付けられる。おのおのがその対応するＶＣＳＥＬの放射波長で中心をなす、非重複通過帯域を有する幾つかのＶＣＳＥＬおよびＴＦＦの使用は１つの波長分割光多重化装置（ＷＤＭ）の製造を可能にする。１つのＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄが、各非球形レンズ２４０の下に位置し、その光線をＷＤＭシステムに案内する。明瞭のために、ＶＣＳＥＬ２５０ａから出るただ１つの光線のみが示されている。１つのＶＣＳＥＬ２５０ａから放射される光線が、それに対応する光学的組立２００ａを通過する。光は、非球形レンズ２４０でコリメートされ、プリズム２３０でガラス板３００に向け直される。ガラス板３００に入ると、この光線はＴＦＦ２７０ａを通過する。他のＶＣＳＥＬ２５０ｂ〜２５０ｄからの複数の光線は、類似の様態でガラス板３００に入る。ＴＦＦ２７０ａ〜２７０ｄは非重複通過帯域を持っているので、異なる波長成分が全ての光線から抽出される。ガラス板３００の内部には、ＨＲ被覆３１０およびＴＦＦ２７０ａ〜２７０ｄによって反射される間に、異なる波長成分を持った光が”ジグザグ”光路で進む。ガラス板３００を去った後、複数の異なる波長成分を持つ光は、１つの光学的組立１００Ｂによって１つの光ファイバに導かれる。
【００２９】
１つのＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄが各非球形レンズ２４０の下で高精度で配置され、そこから出る光を導く事が好ましい。本発明の複数の実施形態は、１つの機構を提供する。それによって複数のＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄが互いに対して整列し、その上で１つの基板上に配置されて接着されるので、それらの相対位置関係を高精度で保存できる。図８Ａおよび図８Ｂ中に描かれているトランシーバにとって重要なのは、ＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄおよび光検知器２１０ａ〜２１０ｄのそれらに対応する非球形レンズ２４０に対する整列である。光学的サブアセンブリおよび／またはガラス板の製造公差、熱膨張、ＶＣＳＥＬ２５０および光検出器２４０などを位置決めするのに使うダイ接着器の配置精度のためにしばしば配置誤差が生ずる。ＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄのどのような配置誤差にもかかわらず光ファイバ１０に導入される光の量を最大化する努力および／または光検出器２１０ａ〜２１０ｄのどのような配置誤差にもかかわらず光検出器２１０ａ〜２１０ｄに入射する光の量を最大化する努力がトランシーバをさらに容易に製造するためには必要である。
【００３０】
図９は、本発明の一実施例による１つの波長分割多重化システムを製造するための１つの方法の実施のための１つのフローチャート・ダイヤグラムを図示する。図４、図５Ａ、図８Ａおよび図８Ｂに関連して、複数の構成要素、例えば、光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄは、高精度で１つの透視接着ヘッド４００へ１つのカメラ５５０および水平面中に取り付けられた光プローブ５０５Ａを使って連続的に持ち上げられ、１つの同時上向きおよび下向き視野を提供する。
【００３１】
デジタル・カメラ５５０は、１つの見上げ光路から得られた接着ヘッド４００上の複数の起点４２０を検査し（９１０）、直列に持ち上げられる個々の構成要素上の複数の起点１０４とそれらを比較する（９１０）（例えば、見下げ光路を使って得られた光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄ）。２つの光路がデジタル・カメラ５５０のセンサ上に光プローブ５０５を使ってオーバレイされる。光プローブ５０５は、１つの鏡面５０６を有する１つのビーム・スプリッタ５０５Ａを含む事が出来るので、下からの光の一部（構成要素１０３上の起点１０４の画像）は角度の付いた鏡面５０７によって反射されてカメラ５５０から鏡面５０６へ逸れ、カメラ５５０に反射されて戻り、ビーム・スプリッタ５０５Ａの角度のついた鏡面５０７を通過する。上（接着ヘッド４００上の起点４２０の画像）からビーム・スプリッタ５０５Ａに入る光の一部は、ビーム・スプリッタ５０５Ａの角度のついた鏡面５０７でカメラ５５０に向かって９０°反射される。
【００３２】
各構成要素１０３、例えば、光検知器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄは、複数の構成要素起点１０４および接着ヘッド・グリップ機構４４０の周りに位置する接着ヘッド４００上の起点４２０を使って接着ヘッド４００上に順次装填され、カメラ５５０に呈示されたオーバレイ画像の中の複数の起点（構成要素１０４および接着ヘッド４２０）の各セットの複数の位置を比較する。これらの起点（構成要素１０４および接着ヘッド４２０）は、同じ視野にあってもよく、または複数の高精度のステップ・モータを使って起点（構成要素１０４および接着ヘッド４２０）の２セットを光プローブ５０５の異なる位置での視野へ持ってくるように光プローブ５０５の運動を要求するかも知れない。光プローブ５０５の運動は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の任意の組合せでよい。接着ヘッド４００に対する構成要素１０３の運動（または逆）もまた、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の任意の組合せでよい。各方向への運動は、位置に関するサブミクロン解像度を有する複数のステッパ・モータを使って行われる。この運動もまた、１つの高解像度ステッパ・モータによってまた制御される１つの回転段階を含みうる。光プローブ５０５を使って測定した起点（構成要素１０４および接着ヘッド４２０）の相対位置に基づいて、構成要素１０３は、高精度ステッパ・モータによって、接着ヘッド４００の下に正しく配置されるまで（または逆）、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向に動かされる。一旦配列されると９１５、光プローブ５０５は除去され、構成要素１０３は上げられるか、または接着ヘッド４００が下ろされるかして、構成要素１０３を接着ヘッド４００に取り付けられたグリップ機構４４０上に運ぶ。この連鎖は、全ての構成要素１０３、例えば光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄ、が接着ヘッド４００上に装填されるまで（９２０）繰り返される。
【００３３】
全ての構成要素、例えば、光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄは、垂直方向に取り付けられた１つのカメラを使って、単一工程で１つの基板上に配置され、下向きの観察をもたらす。接着プロセスは、接着ヘッド４００の透視性を利用する。図４、図６および図７を参照するに、構成要素１０３上の起点１０４は、ＳＴ接着ヘッド４００に取り付けられた透視グリップ機構４４０を介して観察できる。ダイ１０３上の起点１０４は、下方を見るデジタル・カメラ７１０によって認識され、同じカメラ７１０によって認識される基板７５０上の起点７６０と比較される。これら起点１０４、７６０のセットはまた、同じ視野中にあるかも知れず、あるいは高精度エンコーダを備えた複数のステッパ・モータを使ってデジタル・カメラ７１０の複数の異なる位置での視野へのデジタル・カメラ７１０の移動を要求するかも知れない。デジタル・カメラ７１０を使って測定した起点１０４、７６０の相対位置に基づいて基板７５０は、接着ヘッド４００の下で正しく位置決めされるまで９２５、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向に、高精度ステッパ・モータによって動かされる。基板７５０が上げられるか、または接着ヘッド４００が下げられて（９３０）、構成要素１０３、例えば、光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄ、のセットを基板７５０上に配置する。これはおのおのの構成要素の位置において１つの少量の紫外線（ＵＶ）硬化エポキシとともに準備されている。
【００３４】
硬化工程によって（９４０）、１つの紫外線（ＵＶ）感光エポキシがＵＶ光線を接着ヘッド４００を介して構成要素１０３、例えば、光検出器２１０ａ〜２１０ｄおよびＶＣＳＥＬ２５０ａ〜２５０ｄ上に送ることによって、接着ヘッド４００によって位置に保持される間、部分的に硬化される。接着ヘッド４００はその後持ち上げられ、基板７５０上に高精度で位置決めされた複数の構成要素のアレイを残す。図６に戻って参照するに、接着プロセスは、構成要素１０３を上げるのに使われるグリップ機構４４０および接着ヘッド４４０の両方のＵＶ透過性を利用している。接着ヘッド４００のグリップ機構４４０により構成要素１０３が位置に保持されている間、例えば、３６５ｎｍ近い放射をする水銀蒸気アーク灯からのＷ光が接着ヘッド４００および／またはグリップ機構４４０を介して放射されるので、各個々の構成要素１０３を基板７５０に取り付けるために使われるＷ感光エポキシは硬化または部分的に即座に硬化される。
【００３５】
上の説明はこの発明の特定の複数の実施形態を参照しているが、その精神から逸脱することなく多くの変更がなされうることが理解されよう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲と精神の範疇に納まるような変更をカバーするように意図されたものである。従って、ここに開示する複数の実施形態は、全ての点において解説的なものであって、制限を加えるものではなく、本発明の範囲は、これまで述べた説明よりはむしろ添付された複数の請求項により示されるものであり、従って、全ての請求項の均等の解釈および範囲内に納まる全ての変更がその中に包含されているとみなすものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】１つの従来技術による金属接着ヘッドの１つの図を示す。
【図２】１つの従来技術による透視接着ヘッドの１つの図を示す。
【図３Ａ】１つの従来技術による取り付け装置の１つの図を示す。
【図３Ｂ】１つの従来技術による接着ヘッド中の真空穴および付加契合ノズルから軸の外れた１つの真空穴を有する１つの透視ガラス板を図示する。
【図４】本発明の一実施形態による単一基板上へ幾つかの光学素子を拾上げ配置する付加グリップ機構を備えた１つの透視接着ヘッドを図示する。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による幾つかの光学素子の単一基板、ビーム・スプリッタ、および単一ダイへの拾上げと配置に適した付加グリップ機構を備えた１つの透視接着ヘッドを図示する。
【図５Ｂ】本発明の他の一実施形態による幾つかの光学素子の単一基板、ビーム・スプリッタ、および単一ダイへの拾上げと配置に適した付加グリップ機構を備えた１つの透視接着ヘッドを図示する。
【図６】本発明の一実施形態による幾つかの光学素子の単一基板への拾上げと配置に適した付加グリップ機構を備えた１つの透視接着ヘッドを図示する。
【図７】本発明の一実施形態による１つの取り付けヘッド組立を図示する。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による１つの４チャンネル波長分割逆多重化装置を図示する。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による１つの４チャンネル波長分割多重化装置を図示する。
【図９】本発明の一実施形態による１つの波長分割多重化システムを製造するための方法を実施する１つのフローチャートを図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
2005537681.tif 000014
2005537681.tif 000015