(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法において、
独立して移動可能な複数のコレットの各々で、発振波長の異なる２以上のレーザチップをひとつづつ吸着する工程と、
該複数のコレットの各々で吸着した２以上のレーザチップを該ダイボンドヘッド上に搭載された１つの基板に接触させる工程と、
該ダイボンドヘッド上においてレーザチップと導通するために該基板上に形成された配線パターンにコンタクトプローブを接触させる工程と、
該ダイボンドヘッド上において、該レーザチップを発光させて、レーザチップの発光点の近視野像を観測することにより、該２以上のレーザチップのそれぞれの発光点位置を測定する工程と、
該２以上のレーザチップのそれぞれの発光点位置を基に、該２以上のレーザチップを水平面内で光軸方向および光軸に対し垂直な方向に平行移動することにより、該２以上のレーザチップの相対位置を所定の位置に設置する工程と、
該ダイボンドヘッドを加熱して昇温する工程と、
該複数のコレットの各々を該昇温する工程の異なるタイミングで該２以上のレーザチップから離す工程と
を有することを特徴とする２以上のチップが搭載された半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザチップをサブマウントに熱接合する装置および方法に関する。特に、本発明は、２つのレーザチップが１つのサブマウントに熱接合された半導体レーザ装置の製造方法およびそのような半導体レーザ装置の製造装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の方法によるダイボンディングの工程を説明する。
図１３のように、従来のダイボンディング装置３は、サブマウントをサブマウント供給シート３０１から、加熱可能なダイボンドヘッド３０２のダイボンドヘッド（ヒータヘッド）３０３の上に搬送後、真空吸着して保持する。一方、レーザチップはレーザチップ供給シート３０４からダイボンドヘッド３０２ヘの搬送途中に、外形認識部３０５において、裏面からカメラ（図示せず）で外形位置を画像認識し、その画像認識データを基にしてサブマウントを位置補正した後、サブマウントの所定位置にレーザチップを搬送搭載する。その後、ヒータヘッド３０３をパルスヒート加熱してレーザチップをサブマウントに熱接合し、接合完了したサブマウントをサブマウント収納シート３０７に収納する。
【０００３】
また、他の従来例として、図１４のように、ダイボンディング装置４は、サブマウントをサブマウント供給シート４０１から、加熱可能なダイボンドヘッド４０２のヒータヘッド４０３（図示せず）上に搬送後、真空吸着して保持し、次にヒータヘッド４０３上で外形位置を画像処理し、サブマウントを所定位置に位置補正して待機する一方、レーザチップ供給シート４０４とダイボンドヘッド４０２との間にレーザチップを発光させるための中間ステージ４０５を設置し、中間ステージ４０５上にレーザチップを一旦搭載後、発光させ、発光点認識カメラ４０６により発光点の遠視野像および近視野像を測定し、レーザチップの位置補正をした後、再度吸着してサブマウント上まで搬送し搭載する。その後、ヒータヘッド４０３をパルスヒート加熱してレーザチップをサブマウントに熱接合し、接合完了したサブマウントをサブマウント収納シート４０７に収納する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置においては以下の欠点があった。
（１）中間ステージにてレーザチップを発光させてＸＹ位置、Θ傾き調整を行った後、ヒータヘッドにレーザチップを搬送するので、搬送機構の機械的誤差やチップを取り上げるときに生じるチップの位置ずれがそのままサブマウントへの搭載位置の誤差となってしまっていた。１つのサブマウントに対して１つのレーザチップをボンディングする従来の装置においては、これらの誤差は実用上問題のない範囲であったため、ヒータヘッドはサブマウントにレーザチップを熱接合するための加熱機能に限定しておけばよく、レーザチップを発光させてその発光点位置を基にしてレーザチップのＸＹ位置、Θ傾き調整を行う必要があるという概念はなかった。そのため、ヒータヘッドは、レーザチップの発光点の遠視野像や近視野像を画像認識できる外形形状にはなっていない。
しかし、２つのレーザチップを近接して配置しなければならないような場合には、位置精度をより高くしなければチップ同士が接触したり、光ピックアップに組み込んだときに充分な光学特性が得られないといった問題があり、上記誤差を無視することができない。
（２）ヒータヘッド上でレーザチップを発光させるためには定格温度以下にヒータヘッドを一旦冷却する必要があるが、ヒータヘッドの冷却時間が装置サイクルタイムに付加され、装置を高速に稼動できない。
（３）２つのレーザチップをサブマウントに同時に熱接合する際、コレットを単純に２つにして同時に動かすと、各レーザチップの寸法や構造の違いにより、２つのレーザチップで接合強度のバラツキが発生したり、ＡｕＳｎなどの接合材の這い上がりによるショートが発生し、歩留りが低下することがある。
（４）パルスヒータによるヒータヘッドの加熱制御はヒータヘッドに付設した熱電対で実施しているがヒータヘッドの通電電流の経時変化は検出していないため、熱電対を用いた温度測定により見かけの温度は設定値に制御されていても、ヒータヘッドの劣化による異常高電流が発生し、ヒータヘッドの過熱が発生することがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の欠点に鑑みてなされたものである。従って、本発明の目的は、前記欠点を克服しつつ、１つのサブマウント上に２つの半導体レーザチップを高精度に、狭いピッチにてボンディングする方法およびそのためのボンディング装置を提供することにある。
【０００６】
本発明は、レーザチップホルダーと、レーザチップの位置および発光光軸の向きを調整するための中間ステージと、基板を搭載し、該レーザチップを該基板に熱接合するためのダイボンドヘッドとを有する半導体レーザ装置の製造装置において、さらに、該ダイボンドヘッドに搭載した基板上で、レーザチップを発振閾値以下で発光させるためのコンタクトプローブと、該ダイボンドヘッドの前方に位置し、レーザチップの発光点の近視野像を観測し、発光点位置を計測するための発光点認識カメラと、該レーザチップの発光点位置の計測結果に基づき、該レーザチップを該基板の所定位置に搬送する水平左右方向と水平前後方向の２方向の微動機構を備えた搬送用コレットとを有し、ここに、該ダイボンドヘッドはパルスヒート加熱が可能であることを特徴とする半導体レーザ装置の製造装置を提供する。
本発明の半導体レーザ装置の製造装置において、該搬送用コレットは、レーザチップに接触してレーザチップを発光させるためのプローブ電極として機能し、該コンタクトプローブは、レーザチップに通電するために該基板上に形成された配線パターンに接触してレーザチップを発光させるためのプローブ電極として機能することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、加熱直前のヒータヘッド上でレーザチップを発光させ、発光点の近視野像を測定し、位置決め調整後に加熱することにより、位置決め後の搬送動作がなく、２つのレーザチップを高精度に保持したまま熱接合できる。その際、レーザチップ側のプローブ電極としてコレットを兼用するため、吸着したまま位置決め調整できる。
また、サブマウント側のコンタクトプローブ機構を別途設置することにより、熱接合前のレーザチップをサブマウント上で同時に発光させることができる。
【０００８】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造装置において、該ダイボンドヘッドの上部は、基板を搭載するための基板搭載領域と該基板搭載領域から該発光点認識カメラに向かって下降する傾斜領域とを含む形状を有することを特徴とする。
すなわち、ヒータヘッドがレーザチップからの発光ビームを遮らないような傾斜と長さを有することにより画像認識が正確に行える。
【０００９】
さらに、本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、該ダイボンドヘッドを強制冷却する機構を有することを特徴とし、該冷却機構はダイボンドヘッドと一体的に移動可能であることを特徴とする。該冷却機構は圧縮空気を該ダイボンドヘッドに吹き付ける機構であることが好ましく、ダイボンドヘッドが結露しない常温の圧縮空気を吹き付けることが好ましい。
すなわち、サブマウント上のレーザチップを加熱するヒータヘッドを加熱サイクル終了後、急速冷却することにより、ヒータヘッド上のサブマウントでレーザチップを定格温度以下で発光させることができる。また、移動するヒータヘッドに冷却機構を積載しているため、加熱サイクル以外は冷却を行うことができる。また、冷却時の冷却温度の検出に、ヒータヘッドの加熱温度プロファイルを制御するためにヒータヘッドに付設する熱電対を兼用するため、余分な検出器が必要なく、温度を監視しながら冷却できる。
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、さらに、２以上のダイボンドヘッド、該基板にレーザチップを熱接合するためのダイボンド部および、該基板を搭載し、レーザチップが熱接合された基板を回収するための基板交換部を有し、ここに、該２以上のダイボンドヘッドは、該ダイボンド部と該基板交換部との間で移動可能であることを特徴とする。
すなわち、本発明によれば、ヒータヘッドを複数個有することにより、サブマウントの交換、ヒータヘッドの冷却を並行して行えるため、装置のサイクルタイムを短縮できる。
【００１１】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、２以上のレーザチップホルダー、２以上の中間ステージをさらに有し、該ダイボンドヘッドに搭載された１つの基板に発光波長の異なる２以上のレーザチップを熱接合することを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置の製造装置は、さらに該発光点認識カメラのレンズは色収差補正レンズであることを特徴とする。
すなわち、発光波長の異なる複数のレーザチップの発光点を同時に観察する場合にも、発光点認識カメラに使用するレンズが色収差補正レンズであるので、各々のチップの波長の違いによる発光軸方向の距離認識の違いを無すことができるので、正確に発光点位置を計測することができる。
【００１３】
また、本発明は、一つの局面において、コレットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法であって、
該ダイボンドヘッド上で該レーザチップを発振閾値以下で発光させて、レーザチップの発光点の近視野像を観測することにより、該レーザチップの発光点の位置を測定する工程と、該レーザチップの発光点位置を基に該レーザチップを水平面内で光軸方向および光軸に対し垂直な方向に平行移動することにより、該基板の所定の位置に該レーザチップを設置する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明は、もう一つの局面において、コレットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法であって、
２以上のダイボンドヘッドのうち１のダイボンドヘッド上に該レーザチップを接合材を介して該基板と接触させる工程と、該１のダイボンドヘッドを加熱して該接合材を溶融することにより該レーザチップと該基板とを接合した後、該１のダイボンドヘッドの加熱を停止し、該１のダイボンドヘッドをダイボンド位置から待避させる工程と、該１のダイボンドヘッドとは異なるダイボンドヘッドを所定の位置に配置する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明は、さらにもう一つの局面において、コレットを用いて、レーザチップホルダーに搭載されたレーザチップをダイボンドヘッドに搭載された１つの基板上に搬送する工程と、該レーザチップを該基板に熱接合する工程とを含む半導体レーザ装置の製造方法であって、
該ダイボンドヘッドに搭載された１つの基板に発振波長の異なる２以上のレーザチップを搭載する工程と、該ダイボンドヘッド上においてレーザチップと導通するために該基板上に形成された配線パターンにコンタクトプローブを接触させる工程と、該ダイボンドヘッド上において、該レーザチップを発振閾値以下で発光させて、レーザチップの発光点の近視野像を観測することにより、該２以上のレーザチップのそれぞれの発光点位置を測定する工程と、該レーザチップのそれぞれの発光点位置を基に該２以上のレーザチップを水平面内で光軸方向および光軸に対し垂直な方向に平行移動することにより、該２以上のレーザチップの相対位置を所定の位置に設置する工程とを有することを特徴とする２以上のチップが搭載された半導体レーザ装置の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の２以上のチップが搭載された半導体レーザ装置の製造方法は、独立して移動可能な複数のコレットの各々で１つのレーザチップを吸着する工程と、該複数のコレットの各々で吸着したレーザチップを該ダイボンドヘッド上に搭載された１つの基板に接触させる工程と、該ダイボンドヘッドを加熱して昇温する工程と、該複数のコレットの各々を該昇温する工程の異なるタイミングで該レーザチップから離す工程とを有することを特徴とする。
すなわち、本発明の方法によれば、２つのレーザチップを押さえている各コレットが温度プロファイルに対して別々に上昇するため各レーザチップに対して接合が安定する。
【００１７】
さらに、本発明の２以上のチップが搭載された半導体レーザ装置の製造方法は、該基板上の配線に接触させたコンタクトプローブを待避させた後、ダイボンドヘッドを加熱する工程を有することを特徴とする。
【００１８】
なおさらに、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、ダイボンドヘッドに流れる電流および該ダイボンドヘッドの温度を同時に管理することにより該ダイボンドヘッドの異常通電を検出することを特徴とする。
これにより、ダイボンドヘッドの劣化を検出し、規定温度以上での基板およびレーザチップの過熱を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザ装置の製造方法および製造装置を、２つのチップが１つのサブマウントに搭載された２チップレーザ装置を製造するための２チップボンディング装置に適用した場合を例として説明する。ここでは、２つのレーザチップとして、赤色チップおよび赤外チップを例にして説明する。
図１〜３に示す本発明の２チップボンディング装置を用いて、２つのレーザチップを１つのサブマウントに熱接合する動作手順は以下の工程を含む。
【００２０】
（１）赤色および赤外チップ用のそれぞれの供給シート（１０１,１０２）から取出すチップの位置を画像処理にて確認し、所定の位置にそれらのチップを位置決めする工程；
（２）突上げバリでチップを突き上げ、コレット（１０５,１０６）でチップを真空吸着し、供給シート（１０１,１０２）からチップを取り出す工程；
（３）供給シート（１０１,１０２）から取り出したチップを真空吸着したまま定点搬送して、それぞれの中間ステージ（１０９,１１０）に置く工程；
（４）外形認識カメラ（１１１,１１２）を用いてチップの所定の位置からのチップ位置ズレ量ｘｙを検出し、また、発光点認識カメラ（１１３,１１４）で角度ズレ量θを検出する工程；
（５）中間ステージ（１０９,１１０）をＸＹΘ駆動機構（図示せず）でズレ量ｘｙθ分だけ移動させて、チップを所定の位置に位置補正する工程；
（６）位置補正されたチップをそれぞれのコレット（１０５,１０６）で真空吸着し、それぞれ左右から、ダイボンドヘッド１１５に置かれたサブマウント１２１上方位置まで定点搬送する工程；および
（７）左右から赤色チップおよび赤外チップ（１０３,１０４）それぞれを吸着したコレットを下降させ、サブマウント１２１上にチップを接触させる工程；
（８）チップをコレット（１０５,１０６）で真空吸着したまま、赤色チップおよび赤外チップ（１０３,１０４）をサブマウント１２１上に仮置きする工程；
（９）サブマウント１２１に形成された赤色チップおよび赤外チップそれぞれと導通する配線にコンタクトプローブ（１２５ａ,１２５ｂ）を接触させ、それぞれのコンタクトプローブとそれぞれのコレット（１０５,１０６）との間を通電して２つのチップを発光させる工程；
（１０）この２つのチップの発光点を１つの発光点認識カメラ１１９によって認識し、２つのチップの発光点間の距離および２つの発光点からの発光軸の傾きを検出し、所定の位置と比較し、基準からのズレ量を検出する工程；
（１１）ズレがあれば、通電を切り、コレットを上昇させ、赤色チップ用および赤外チップ用それぞれのコレットヘッドに設けた圧電素子にズレ量に見合った電圧をかけることによって、コレットを駆動して基準の発光点位置にチップ位置を補正する工程；
（１２）位置補正後、再度コレットを下降させ、（９）〜（１１）の工程を所定回数繰返し、２チップの発光点間距離が仕様の範囲になるまでズレ補正を行う工程；
（１３）位置補正を所定回数繰り返し、仕様の精度が得られない場合はエラーとして処理する工程；
（１４）仕様の精度が得られれば、コンタクトプローブを上昇させ、両方のコレット（１０５,１０６）を下降させたままサブマウント１２１を加熱し、赤色チップおよび赤外チップ（１０３,１０４）を熱圧着によってサブマウント１２１にボンディングする工程；
（１５）ボンディング完了後、再度、（９）および（１０）の工程を行い、位置精度を確認する工程；および
（１６）コレット（１０５,１０６）を上昇させ、定点搬送のスタート位置に戻す工程を含む。
【００２１】
上記工程（１１）において、サブマウント１２１と２つのチップとの位置精度がそれほど重要でない場合には、一方のレーザチップ位置を基準として他方のレーザチップ位置のみを補正することもできる。すなわち、位置補正すべきチップを吸着するコレット側にのみ圧電素子調整機構（１２９,１３０）を設けるだけで高精度の補正が可能である。
【００２２】
上記工程（１２）において、２チップの発光点間距離は半導体レーザ装置の仕様等に従って任意に決定することができる。また、繰返し回数も任意に決定することができる。
【００２３】
通常、ボンディング中はコレットの真空吸着を継続させるが、チップに伝わった熱が逃げないようにするため、上記工程（１４）の加熱途中で、コレットの真空吸着を切って、コレットを上昇させておくこともできる。
また、（１５）の工程を省略することもできる。
【００２４】
従来のコレットはサブマウントに対して垂直に配置されるが、本発明においては、２チップダイボンディングの際、コレット同士が干渉することなく発光点間隔１００μｍにてダイボンドを精度良く行うことができるように、図１０に示すごとく、コレットを装置前方および横方向の双方に傾けて配置する。
また、チップを発光させるためには、チップの表面にプローブを接触させる必要があるが、チップが微小の為、従来の装置では、コレットでチップを真空吸着したまま他のプローブをレーザチップの表面に接触させることが難しかった。しかしながら、本発明のボンディング装置によれば、コレットを通電材料で作成し、コレット自体を通電の電極にすれば、レーザチップを真空吸着したまま通電して発光させることができる。
【００２５】
本発明によれば、レーザチップを真空吸着したままコレットを下降し、サブマウント上に搭載し、吸着コレットとサブマウント上のグラウンド側を通電し、チップを発光させることができる。
かくして、本発明の半導体レーザ装置の製造方法および製造装置を用いれば、２チップ半導体レーザ装置を高いボンディング精度にて作製することができる。
【００２６】
さらに、本発明のボンディング装置に、図４に示すサブマウント側のコンタクトプローブ機構を別途設置することにより、サブマウント上で２つのレーザチップを同時に発光させることができる。
すなわち、２つのレーザチップをサブマウント上で発光させ、発光点の近視野像を画像処理する際に、発光ビームが図５および６に示した発光点認識カメラ１１９のレンズに入射する前に、ヒータヘッド１１７と干渉し遮られないように、図６に示すようにヒータヘッド１１７の上部に傾斜と長さを持たせた。
２つのレーザチップの発光点間距離を所定の精度内に収めて確実にボンディングするため、図５および６に示すように加熱直前のヒータヘッド１１７に搭載したサブマウント上で各レーザチップを発光して位置決め完了後、そのまま加熱して熱接合する。
また、発光点認識カメラ１１９のカメラレンズとして色収差補正レンズを使用することにより波長の異なる２つのレーザチップの発光軸方向の位置決めも同時にできる。
【００２７】
さらに、本発明のダイボンディング装置において、図７に示すように、冷却用のエアーブロー機構２をヒータヘッド１１７の直近に設置することによりヒータヘッド１１７を局所的、効率的に急速冷却することができる。また、エアーブロー機構２はヒータヘッド１１７とともに移動する構造のため加熱サイクル中を除き、いつでも冷却ができる。
また、冷却温度の管理には、ヒータヘッド１１７の温度制御用に付設されている熱電対１１８からの信号を兼用し、冷却時、熱電対により測定された温度が設定温度に下がるまで、エアーブローを継続する。
【００２８】
ヒータヘッドを複数個有することにより、１つのヒータヘッドがパルスヒート加熱中に、残りのヒータヘッドを冷却することが可能となり、サイクルタイムの増加を防ぐことができる。
また、冷却中の他方のヒータヘッド側で接合後のサブマウントと接合前のサブマウントとの交換もでき、さらにサイクルタイムの短縮ができる。図８に、２個のヒータヘッドを有する場合を示す。
【００２９】
また、本発明によれば、例えば、図９に示すように、クランプテスタで、ヒータヘッドに流れる電流を常時モニタして、電流値の変動が一定範囲内を超えれば、異常と判断して警報を発することにより、ヒータヘッドの劣化も検出できる。さらに、本発明のボンディング方法によれば、図１０および１１に示すように、加熱サイクル中に２つのコレットの各々を別々のタイミングで上昇させることによって接合強度を安定化させるとともに、接合材の這い上がりを防止することができる。ここで、接合材は、一般的に熱接合に用いられる金属材料を意味し、例えば、ＡｕＳｎなどを含む。
【００３０】
【実施例】
本発明の実施例を各図面に基づいて説明する。
図１〜１０に示すように、本発明のボンディング装置１は、２つのレーザチップ（１０３,１０４）を供給する各レーザチップ供給シート（１０１,１０２）、２つのレーザチップ（１０３,１０４）を発光させて、発光点の遠視野像および近視野像を画像処理計測し位置と角度の補正をする各中間ステージ（１０９,１１０）および発光点認識カメラ（１１３,１１４）、ダイボンド前のサブマウント１２１を供給するサブマウント供給シート１２０、ダイボンドしたサブマウント１２３を収納するサブマウント収納シート１２２、サブマウントとレーザチップとを加熱し、かつ、サブマウントをサブマウント交換位置とダイボンド位置とを往復搬送させる各ダイボンドヘッド（１１５ａ,１１５ｂ）、ダイボンドヘッド上で発光させた２つのレーザチップの発光点の近視野像を画像処理計測する発光点認識カメラ１１９を含む。
ダイボンドヘッド１１５は、図７に示すごとく、ヒータブロック１１６、ヒータブロック１１６の先端に取付け可能なヒータヘッド１１７を含み、さらに、ヒータヘッド１１７には温度測定用の熱電対１１８が取り付けられている。
本発明のボンディング装置は、さらに、レーザチップをレーザチップ供給シート（１０１,１０２）から中間ステージ（１０９,１１０）ヘ、次に中間ステージ（１０９,１１０）からチップダイボンド位置のヒータヘッド１１７ａヘ搬送するための真空吸着コレット（１０５,１０６）を有する２つのレーザチップ搬送機構、サブマウントをサブマウント供給シート１２０からサブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂヘ、次にサブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂからサブマウント収納位置１２２へ搬送するための真空吸着コレットを有するサブマウント搬送機構（図示せず）、チップダイボンド位置のヒータヘッド上に真空吸着して搭載したサブマウントに通電するためのコンタクトプローブ機構１２４などを含む。
【００３１】
本発明のダイボンディング装置を用いて、２つのレーザチップを１つのサブマウントにダイボンドするためのダイボンディング工程のフローチャートを図１２に示す。ここでは、２つのレーザチップとして、赤色レーザチップおよび赤外レーザチップを例として説明するが、本発明は、これら２種類のレーザチップに限定されずに、様々な発振波長のレーザチップに適用することができ、また、レーザチップの個数も２つに限定されない。すなわち、本発明のボンディング装置は、使用するレーザチップの種類や個数に応じて、通常の技術を用いて、修飾および変形することができる。
【００３２】
赤色および赤外レーザチップ（１０３,１０４）は供給シート（１０１,１０２）から中間ステージ（１０９,１１０）まで搬送し、ここでコレット（１０５,１０６）を１つの通電電極として発光させ、発光点の遠視野像および近視野像を観測して、レーザチップの位置を計測し、位置と角度の補正移動をする。
補正完了後、赤色および赤外チップ（１０３,１０４）の各々を中間ステージ（１０９,１１０）からチップダイボンド位置にあるヒータヘッド１１７ａまで搬送する。一方、サブマウントは供給シート１２０からサブマウント交換位置にあるヒータヘッド１１７ｂまで搬送積載する。サブマウント交換位置のヒータヘッド１１７ｂは前進し、チップダイボンド位置のヒータヘッド１１７ａは後退しヒータヘッドを交換移動させる。
【００３３】
後退してサブマウント交換位置にきたヒータヘッド１１７ａからは、加熱完了のサブマウントを吸着し、収納シート１２２ヘ搬送する。
前進してチップダイボンド位置にきたヒータヘッド１１７ｂのサブマウントに対しては、ヒータヘッド上まで搬送してきた２つのレーザチップを下降し、接触させるとともに、別設置したコンタクトプローブ機構１２４をサブマウントの所定位置に前進下降して、コンタクトプローブ（１２５ａ,１２５ｂ）を接触させる。
【００３４】
次に、２つのレーザチップを発光させ、発光点認識カメラ１１９により、発光点位置を画像認識し、所定精度に収まっているか計測する。精度内に有れば、２つのレーザチップを消灯して計測を終了する。
精度内に無ければ、消灯後に赤色レーザチップ１０３を赤外レーザチップ１０４に対して補正移動し、再度２つのレーザチップを発光させ、計測するという動作を精度内に収まるまで繰り返す。
２つのレーザチップの位置補正が完了したらコンタクトプローブ機構１２４をサブマウントから上昇後退して待避し、レーザチップを吸着している２つのコレットの真空を破壊した後、ヒータヘッドに通電し、パルスヒート加熱する。
なお、加熱中はヒータヘッドに流れる電流値を計測して、ヒータヘッドの劣化などによる異常電流を検出する。
【００３５】
パルスヒート加熱中、温度プロファイルの設定温度に達したら、まず赤色レーザチップ１０３を吸着している第１コレット１０５を上昇待避させ、第１コレット１０５が上昇してから設定時間後に、赤外レーザチップ１０４を吸着している第２コレット１０６を上昇待避する。
パルスヒートによる加熱ヒートサイクルを終了後、ヒータヘッド１１７に積載した冷却装置２で直ちに冷却エアーブローを開始し、ヒータヘッドを冷却する。
以上で一連の工程を終了する。
【００３６】
図４にコンタクトプローブ機構１２４の実施例を示す。
本発明のコンタクトプローブ機構１２４は、２つのレーザチップをサブマウント上で発光させるため、２本のプローブ（１２５ａ,１２５ｂ）を有し、一方は、赤色レーザチップ１０３用に、他方は赤外レーザチップ１０４用に構成されている。
ヒータヘッドがチップダイボンド位置に移動、位置決め完了したら、コンタクトプローブ機構１２４は前進、下降してサブマウントの所定位置にプローブ（１２５ａ、１２５ｂ）を接触させる。なお、コンタクトプローブ機構１２４を前進、下降させる機構は省略する。
【００３７】
図５に、チップダイボンド位置にきたヒータヘッド１１７周辺の機器配置を示す。
ヒータヘッドに搭載されたサブマウント上の２つのレーザチップの位置を補正するために、該ヒータヘッド前面に発光点認識カメラ１１９を設置し、該サブマウント上で２つのレーザチップを発光させ、画像認識する。
発光点認識カメラ１１９のレンズとして、波長４８０から１８００ｎｍの範囲でレンズ焦点深度１．７μｍ内のピント誤差に抑えられた色収差補正レンズを使用することにより、２つのレーザチップとして、赤色レーザチップおよび赤外レーザチップを用いたとしても、２つのレーザチップの発振波長バラツキに依存せずに発光軸方向の位置認識が可能となる。
レーザチップを発光させるための通電電極として、サブマウント側にはコンタクトプローブ（１２５ａ,１２５ｂ）を、レーザチップ側には各チップを真空吸着しているコレット（１０５,１０６）を使用する。
２つのレーザチップを発光点認識して、２つの発光点位置が所定精度内になければ、第２コレット１０６で真空吸着している赤外レーザチップ１０４を上昇させ、位置ずれ分だけ、移動補正して再度下降する。
【００３８】
図６Ａは図５の側面図を、図６Ｂは図６Ａの部分拡大図を示す。
２つのレーザチップをサブマウント上で発光させ、発光点の近視野像を画像処理する際、発光ビームが発光点認識カメラ１１９のレンズに入射する前に、ヒータヘッド１１７と干渉し遮られないように、ヒータヘッド１１７の上部には、カメラ１１９側にθＨの傾斜を持つ領域を設けた。すなわち、ヒータヘッド１１７の上部は、レーザチップを搭載するレーザチップ搭載領域および、該レーザチップ搭載領域からカメラ１１９に向かって下降する傾斜領域を含む。傾斜領域は、カメラ１１９側だけでなく、図６に示すように、ヒータヘッドの両側に形成することもできる。
角度θＮＡはレンズの開口角を表し、θＨはθＮＡより大きくする。目安として、θＨはθＮＡより５゜以上大きく設計することが好ましい。また、サブマウントの吸着面長さＬＨはサブマウント長さＬＭより大きくする。ヒータヘッドヘのサブマウント搭載誤差を見込んで、目安として、ＬＨはサブマウント長さＬＭより０．６ｍｍ以上大きくすることが好ましい。
かくして、本発明のボンディング装置において、ヒータヘッド１１７は上記２条件を満たし、レーザチップからの発光ビームと干渉して遮らない適当な寸法と形状を有する。
【００３９】
ヒータヘッドを複数個、例えば、図８に示すように２個有することにより、チップダイボンド位置のヒータヘッドを加熱中に、サブマウント交換位置にあるヒータヘッドを冷却でき、サイクルタイムの増加を防ぐことができる。また、サブマウント交換位置のヒータヘッドで接合後のサブマウントと接合前のサブマウントとの交換もでき、さらにサイクルタイムの短縮ができる。
【００４０】
以下に、図８に示した２個のヒータヘッドを有するボンディング装置の動作を説明する。
２個のヒータヘッドを有する本発明のボンディング装置は、２つのダイボンドヘッド（１１５ａ,１１５ｂ）をそれぞれ前進後退駆動させる各前後駆動モータ（１３１ａ,１３１ｂ）、チップダイボンド位置にきたヒータヘッド１１７ａまたは１１７ｂを左右駆動するモータ１３２とアーム（１３３ａ,１３３ｂ）、およびサブマウント交換位置にきたヒータヘッド１１７ａまたは１１７ｂを左右駆動するモータ１３４とアーム（１３５ａ,１３５ｂ）とで構成される。上記構成により、各ヒータヘッド１１７ａおよび１１７ｂは、それぞれ、コの字型の軌道（１３６ａ,１３６ｂ）に沿って往復移動する。
【００４１】
図７に、本発明のボンディング装置に用いる冷却用のエアーブロー機構２を示す。冷却用エアブロー機構２は、ノズルブロック２０１、冷却エアー供給管２０２等からなり、ノズルブロック２０１には吹出しノズル２０３が形成されている。ノズルブロック２０１をヒータブロック１１７に積載して、吹出しノズル２０３から冷却エアーをヒータヘッド１１７に吹き付けて冷却する。
また、ノズルブロック２０１をヒータヘッド１１７の直近に設置することにより、ヒータヘッド１１７を局所的、効率的に急速冷却することができ、ノズルブロック２０１はヒータヘッド１１７とともに移動する構造のため加熱サイクル中を除き、いつでも冷却ができる。
さらに、冷却温度の管理には、ヒータヘッド１１７の温度制御用に付設されている熱電対１１８を兼用し、冷却時、熱電対１１８により測定される温度が設定温度に下がるまで、エアーブローを継続する。
【００４２】
本発明において、ヒータヘッドの温度管理は、熱電対による温度測定のみならず、ヒータヘッドに流れる電流を測定することによっても行われる。
図９に、ヒータヘッドに流れる電流を測定するための電流測定系のブロック図を示す。この電流測定系は、ヒータヘッド１１７にパルスヒート電流を流すトランス、ヒータヘッドに付設した熱電対信号をフィードバックし、トランスを制御するパルスヒータコントローラ、ヒータヘッドに流れる大電流を計測するクランプテスタ、パルスヒータコントローラから出る熱電対アンプ出力とクランプテスタから出力される電流測定結果を取り込み監視する制御装置から構成される。
ヒータヘッドに流れる電流をクランプテスタで常時モニタして、ヒータヘッドの劣化などにより電流値が一定範囲内を超えれば、異常と判断して警報を発することにより、規定温度以上でのサブマウントおよびレーザチップの過熱を防止することができる。
【００４３】
図１１に、２つのレーザチップを１つのサブマウントに熱接合するための温度プロファイルの一具体例を示す。
この具体例においては、図１１に示した温度プロファイルで、ボンディングを行った。先ず、２つのレーザチップのサブマウント上での位置を決定した後、第１のコレット１０５および第２のコレット１０６の両方を下降し、所定の温度（ＴＬＯＷ）にて、パルスヒートを開始し（ａ）；温度が設定温度ＴＵＰに達したとき、第１コレット１０５を上昇させる（ｂ）。その後、温度が設定最高温度ＴＨＩＧＨに達したら、ヒートヘッドに流す電流を調節して、温度ＴＨＩＧＨを維持する。
その後、温度ＴＵＰに達し、第１コレット１０５を上昇させたときから一定時間（ｔＵＰ）の後に第２コレット１０６を上昇させる（ｃ）。
さらに、上記最高温度ＴＨＩＧＨに達した時刻ｔＳＬＯＰＥから一定時間後の時刻ｔＨＯＬＤにて加熱を終了し、冷却エアーブローを開始し、ヒートヘッド温度をＴＬＯＷまで下げる（ｄ）。
また、温度プロファイルは、自動制御によることも可能で、その場合、例えば、最高温度ＴＨＩＧＨ、その温度に直線的に達するまでの時間ｔＳＬＯＰＥ、最高温度を維持する時間（ｔＨＯＬＤ−ｔＳＬＯＰＥ）等のパラメータを予め設定することができる。
設定した温度プロファイルでの加熱サイクル中に各コレットを別々のタイミングで上昇させることによって接合強度を安定化させるとともに、サブマウントに蒸着したＡｕＳｎなどの接合材が加熱接合過程で溶融してレーザチップに這い上がり、ジャンクションをショートさせたりすることを防止できる。
【００４４】
【発明の効果】
したがって本発明によるならば下記の作用と効果が得られる。
加熱直前のヒータヘッド上でレーザチップを発光させ、発光点の近視野像を観測し、その位置を測定し、位置決め調整後に加熱することにより、位置決め後の搬送動作がなく、２つのレーザチップを高精度に保持したまま熱接合できる。その際、レーザチップ側のプローブ電極としてコレットを兼用するため、吸着したまま位置決め調整できる。
サブマウント側のコンタクトプローブ機構を別途設置することにより、熱接合前のレーザチップをサブマウント上で同時に発光させることができる。
ヒータヘッドがレーザチップからの発光ビームを遮らないような傾斜と長さを有することにより画像認識が正確に行える。
レーザチップの発光点の近視野像を測定するためのカメラレンズに色収差補正レンズを使用することにより波長の異なるレーザチップを、レンズ軸方向の位置ズレなく計測できる。
サブマウント上のレーザチップを加熱するヒータヘッドを加熱サイクル終了後、急速冷却することにより、ヒータヘッド上のサブマウントでレーザチップを定格温度以下で発光させることができる。また、移動するヒータヘッドに冷却機構を積載しているため、加熱サイクル以外は冷却を行うことができる。
冷却時の冷却温度の検出に、ヒータヘッドの加熱温度プロファイルを制御するためにヒータヘッドに付設する熱電対を兼用するため、余分な検出器が必要なく、温度を監視しながら冷却できる。
ヒータヘッドを複数個有することにより、サブマウントの交換、ヒータヘッドの冷却を並行して行えるため、装置のサイクルタイムを短縮できる。
２つのレーザチップを押さえている各コレットが温度プロファイルに対して別々に上昇するため各レーザチップに対して接合が安定する。
ヒータヘッドに流れる電流値をモニタし、ヒータチップに付設した熱電対による温度管理と併用することにより、ヒータチップの劣化による異常通電を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のボンディング装置の構成を示す概略図。
【図２】  本発明のボンディング装置の一実施例を示す概略図。
【図３】  本発明によるボンディング工程を説明する概略平面図。
【図４】  本発明のボンディング装置のコンタクトプローブ機構先端を示す概略斜視図。
【図５】  本発明のボンディング装置のヒータヘッド周辺の機器配置構成を示す概略斜視図。
【図６】  本発明のボンディング装置のヒータヘッド周辺の機器配置構成を示す概略側面図（Ａ）およびその拡大側面図（Ｂ）。
【図７】  本発明のヒータヘッドに積載した冷却機構の一実施例を示す平面図。
【図８】  ２個のヒータヘッドを有する本発明のボンディング装置の一実施例を示す概略平面図。
【図９】  本発明のヒータヘッドの電流計測系統の一実施例を示す概略図。
【図１０】  ２つのレーザチップをボンディングする本発明の方法の一実施例を示す概略斜視図。
【図１１】  本発明のヒータヘッドにおける温度プロファイルとコレット動作との関連を示す概略図。。
【図１２】  本発明によるボンディング工程の概略フローチャート。
【図１３】  従来のボンディング工程を説明する概略図。
【図１４】  別の従来のボンディング工程を説明する概略図。
【符号の説明】
１・・・ボンディング装置、
１０１、１０２・・・レーザチップ供給シート、
１０３、１０４・・・レーザチップ、
１０５、１０６・・・コレット、
１０７、１０８・・・外形認識カメラ、
１０９、１１０・・・中間ステージ、
１１１、１１２・・・外形認識カメラ、
１１３、１１４・・・発光点認識カメラ、
１１５・・・ダイボンドヘッド、
１１６・・・ヒーターブロック、
１１７・・・ヒーターヘッド、
１１８・・・熱電対、
１１９・・・発光点認識カメラ、
１２０・・・サブマウント供給シート、
１２１・・・サブマウント、
１２２・・・ダイボンド後サブマウント収納シート、
１２３・・・ダイボンド後サブマウント、
１２４・・・コンタクトプローブ機構、
１２５・・・コンタクトプローブ、
１２９・・・圧電素子精密Ｘ駆動機構、
１３０・・・圧電素子精密Ｙ駆動機構、
１３１・・・ダイボンドヘッド用前後駆動モータ、
１３２、１３４・・・ダイボンドヘッド用左右駆動モータ、
１３３、１３５・・・ダイボンドヘッド用左右駆動アーム、
２・・・冷却用エアーブロー機構、
２０１・・・ノズルブロック、
２０２・・・冷却エアー供給管、
２０３・・・吹出しノズル、
３０１、４０１・・・サブマウント供給シート、
３０２、４０２・・・ダイボンドヘッド、
３０３、４０３・・・ヒータヘッド、
３０４、４０４・・・レーザチップ供給シート、
３０５、４０５・・・中間ステージ、
４０６・・・発光点認識カメラ、
３０７、４０７・・・サブマウント収納シート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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