(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせ用認識マークを有さないチップを、その下方に配され位置合わせ用認識マークが付された基板に紫外線硬化型接着剤からなる接合用樹脂を用いて実装する装置であって、前記チップを上面側から保持するツールと、該ツールの左右側方に設けられた可視光源および紫外線光源と、前記ツール内に設けられ、前記可視光源および紫外線光源からの光路をツール下面に保持されたチップ方向へ変換する、内部にハーフミラー、上面に反射ミラーを有するビームスプリッターからなる光路方向変換手段を備え、実装のための位置合わせ時に、前記チップと前記基板の間に挿入され、チップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークを読み取り、読み取ったチップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークを基準にチップと基板の位置合わせのための情報を出力する２視野の認識手段を有することを特徴とする実装装置。
【請求項２】
前記ツール内に、チップを吸着によって保持する吸引孔が設けられている、請求項１に記載の実装装置。
【請求項３】
前記チップが、マイクロプリズムチップまたはマイクロミラーからなる、請求項１または２に記載の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ用認識マークを有さないチップと、その下方に配され位置合わせ用認識マークが付された基板とを位置合わせした後、実装する装置に関し、とくに、基板にマイクロプリズムチップまたはマイクロミラーからなる微小チップを実装するのに好適な実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップを基板に実装するに際しては、チップと基板を所定の関係に位置合わせした後に両者を接合する必要がある。この位置合わせには、通常、チップ側に付されている位置合わせ用認識マークと、基板側に付されている位置合わせ用認識マークとをＣＣＤカメラなどの２視野の認識手段によって読み取り、両マークの相対位置関係を所定の精度範囲内に収めることにより行われている。つまり、接合前に、ツールに保持されたチップの位置合わせ用認識マーク付与面と、その下方に配され、基板保持ステージに保持された基板の位置合わせ用認識マーク付与面の両者間に２視野の認識手段を挿入し、上下の位置合わせ用認識マークを読み取ってチップと基板の相対位置を合わせていた。
【０００３】
ところが近年、チップの微小化に伴い、位置合わせ用認識マークを有さない微小チップ（たとえば、側面に金メッキ等が施されたガラスの立方体の微小チップであるマイクロプリズムチップや、シリコンの微小チップであるマイクロミラーなど）が増えてきているため、チップ側に位置合わせ用認識マークが付されていることが必要な上記方法では、基板との位置合わせができないという問題があった。
【０００４】
また、このような微小チップの実装においては、基板との位置合わせの際に、次のような問題が生じるおそれもある。図７に、一部が欠損した状態のマイクロプリズムチップ１０３の例を示すが、この種のチップ１０３では、そのエッジ部（端辺部）１０６や、コーナー部（角部）１０７に、図示した欠損部１０３ａのような欠けや欠落が生じやすい。図８は、このような欠損部１０３ａが生じたマイクロプリズムチップ１０３を実装する場合の様子を示している。ヘッド側のブロック１０１に取り付けられたツール１０２の下面側に保持された、性能に支障のない程度の欠損部１０３ａを有するチップ１０３の下面（基板との接合面）を、位置合わせ用認識マークの代わりに、２視野の認識手段１０４の上光軸１０４ａ（反射光）で読み取っている様子を示している（１０４ｂは下光軸）。また、図９は、上記方法で読み取ったチップ１０３の下面、つまり基板との接合面１０５を示している。このとき、チップ１０３の欠損部１０３ａも読み取るため、チップ１０３の中心位置や向き（角度）を正確に認識することができなかった。そのため、接合の際、位置ズレなどが生じるおそれがあるという問題もあった。
【０００５】
また、シリコン材料からの異方性エッチング等によるマイクロミラーの形成においては、５０〜５００μｍ□程度の大きさの形状に切り出す方法として、ダイシングによる方法が一般的であるが、たとえば図１０に示すように、形成されるマイクロミラー１１１の切断面にはダイシングによる荒れ１１２の発生が避けられない。精細なブレードを用いたとしても、荒れ１１２の溝は最小でも１〜１０μｍ程度のものとなり、溝を完全になくすることは現状では不可能である。その結果、マイクロミラー１１１を画像認識する際、その端辺１１３とダイシングによる溝（荒れ）１１２を識別することが困難となり、正確な位置合わせができないか、たとえできても歩留りの低い位置合わせしかできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、微小チップ（たとえばマイクロプリズムチップやマイクロミラー）の外形シルエットを位置合わせ用認識マークの代用とし、ツールに保持された微小チップの外形シルエットと、その下方に配され、基板保持ステージに保持された基板の位置合わせ用認識マークを、両者間に挿入される２視野の認識手段で読み取ることにより、微小チップと基板の相対位置を精度良く合わせて実装できるようにした実装装置、とくに後述するように紫外線硬化型接着剤を用いる場合に好適な実装装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明における実装は、位置合わせ用認識マークを有さないチップを、その下方に配され位置合わせ用認識マークが付された基板に実装する方法であって、実装のための、チップと基板の位置合わせ時に、前記チップと前記基板の間に挿入された２視野の認識手段により、チップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークとの相対位置関係を読み取って記憶し、記憶された相対位置関係に基づいて、チップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークを基準に、チップと基板の位置合わせを行う方法によって行われる。
【０００８】
このような実装、とくに後述するように紫外線硬化型接着剤を用いる場合の実装を実施するための本発明に係る実装装置は、位置合わせ用認識マークを有さないチップを、その下方に配され位置合わせ用認識マークが付された基板に紫外線硬化型接着剤からなる接合用樹脂を用いて実装する装置であって、前記チップを上面側から保持するツールと、該ツールの左右側方に設けられた可視光源および紫外線光源と、前記ツール内に設けられ、前記可視光源および紫外線光源からの光路をツール下面に保持されたチップ方向へ変換する、内部にハーフミラー、上面に反射ミラーを有するビームスプリッターからなる光路方向変換手段を備え、実装のための位置合わせ時に、前記チップと前記基板の間に挿入され、チップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークを読み取り、読み取ったチップの外形シルエットと基板に付された位置合わせ用認識マークを基準にチップと基板の位置合わせのための情報を出力する２視野の認識手段を有することを特徴とするものからなる。
【０００９】
この本発明に係る実装装置においては、上記ツール内に、チップを吸着によって保持するための吸引孔が設けられていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、チップとは、マイクロプリズムチップやマイクロミラーなどの微小な透明部品を指し、また、ツール内に設けられた光路方向変換手段（プリズム）は、ガラスなどの透明部材によって構成される。
【００１１】
光路方向変換手段は、通常、可視光源からの光路をツール下面に保持されたチップ方向へ変換するプリズムから構成することができるが、本発明ではとくに、内部にハーフミラー、上面に反射ミラーを有するビームスプリッターから構成されている。
【００１２】
とくに、光路方向変換手段が上記のようなビームスプリッターであることにより、可視光源と紫外線（ＵＶ）光源の付け替えや、切り替えが不要となる。つまり、可視光源とＵＶ光源を左右に配置できるので、光源を付け替えたり、切り替えたりしないで使用することが可能となる。
【００１３】
このような本発明に係る実装装置においては、ツール内に光路方向変換手段を設けて、ツール側方からの光源による光路の方向を下方へ変換することにより、チップと基板の位置合わせ時に、チップの投影図形（直背面側の陰）としてのチップの外形シルエットを２視野の認識手段で読み取り、これをチップ側の位置合わせ用認識マークの代用とすることができ、この外形シルエットと基板側の位置合わせ用認識マークとの相対位置関係を合わせることにより、位置合わせ用認識マークを有さない微小チップでも基板との高精度の位置合わせを行うことが可能となり、所望の実装を行うことができるようになる。また、後述の図６を用いた説明の如く、可視光源からの可視光はその光路２６（図６に付した符号、以下同様）からハーフミラー２２で反射し、光路２７を通り反射ミラー２３で反射され、光路２８を通りハーフミラー２２を通過し、光路２９を通って２視野の認識手段１１に到達し、外形シルエット１４が認識されるようにでき、ＵＶ光源からのＵＶ光は光路３０からハーフミラー２２で反射し、光路３１を通ってチップ２と基板３を接合するＵＶ硬化樹脂に到達し、樹脂を硬化させることができる。このようなビームスプリッターからなる光路方向変換手段により、接合用樹脂の硬化までを一連の連続したステップとして実行することが可能になる。
【００１４】
また、性能に支障のない程度の欠損部を有するチップであっても、さらにダイシング等によりチップ接合面に荒れが生じているチップであっても、上記外形シルエットの読み取りによってチップの中心位置や向き（角度）を正確に認識することが可能になり、位置ズレを生じさせることなく、基板との高精度な接合を行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の基本的な構成を説明するために例示した実装装置を示しており、まず、この実装装置における各構成について説明する。本例示態様では、実装装置１は、位置合わせ用認識マークを有さないチップとしてのマイクロプリズムチップ２を、下方に配されマイクロプリズムチップ２との位置合わせ用認識マーク１３が付された基板３に実装する装置に構成されている。
【００１６】
マイクロプリズムチップ２は、その上面側からツール６に吸着により保持されており、吸着は、昇降制御可能なヘッド４（ツール６の上面側からブロック５に固着された形態）内に形成され、ツール６の下面に開口した吸引孔８を通して空気吸引によって行われる。なお、マイクロプリズムチップ２は、前述したように、微小な透明部品であり、通常、側面に金メッキ等が施されたガラスの立方体の微小チップからなる（以下、マイクロプリズムチップ２を、単に「チップ２」と言うこともある）。また、ヘッド４は、上下方向Ｚの昇降制御だけでなく、必要に応じて水平方向に平行移動制御や回転制御可能な形態としてもよい。
【００１７】
基板３は、その下面側から基板保持ステージ１２に吸着保持されている。基板保持ステージ１２は、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に平行移動制御および／または回転方向θに回転制御可能な形態に構成されており、この制御に伴って、チップ２に対する基板３の相対位置が調整されるが、必用に応じて昇降方向にも制御可能な形態に構成してもよい。吸着は、基板保持ステージ１２上面に開口した吸引孔（図示略）を通して空気吸引によって行われる。
【００１８】
チップ２を保持しているツール６は、ヘッド４（ツール６の上面側からブロック５に固着されている）の降下に伴い、チップ２が基板３に対して加圧されるようになっている。なお、加圧は、ツール６に保持されたチップ２の真上から行われるようになっている。
【００１９】
ツール６内には、本例示態様では、光路方向変換手段としてのプリズム７が設けられており、プリズム７の反射面７ａで、ツール６の側方に設けられた可視光源９からの可視光路１０（図２に図示）を、反射により下方に（チップ側に）方向変換するようになっている。なお、プリズム７は、側部および下部を含めガラスなどの透明部材で構成されている。
【００２０】
２視野の認識手段１１は、上下方向に２つの視野を有する手段であり、水平方向に平行移動制御可能な形態で設けられているが、必用に応じて回転制御や昇降制御可能な形態に構成してもよい。本例示態様では、上光軸１１ａでチップ２の外形シルエット１４（図２に図示）を、下光軸１１ｂで基板３の位置合わせ用認識マーク１３を読み取る。なお、２視野の認識手段１１は、ＣＣＤカメラで構成できるが、ＣＣＤカメラ以外の認識手段で構成することも可能である。
【００２１】
次に、図２を参照して、実装前の、チップ２と基板３のアライメントについて説明する。ツール６に保持されたチップ２の下方に、基板保持ステージ１２に保持された基板３が配せられた状態において、両者間に、２視野の認識手段１１が退避位置から挿入される。
【００２２】
２視野の認識手段１１の下光軸１１ｂは、基板３に付された位置合わせ用認識マーク１３を読み取る。この位置合わせ用認識マーク１３は、２個以上設けられた態様であることが好ましく、下光軸１１ｂの視野内に収まらないときは、基板保持ステージ１２を水平方向に平行移動制御させて読み取ることができる。また、図示は省略するが、読み取ったマーク１３を、記憶手段で記憶し、演算手段に基づいて基板３の位置や向き（角度）を認識することができる。
【００２３】
また、同時に、可視光源９から照射された光は、可視光路１０として、光路方向変換手段（プリズム）７の側面から進入し、プリズム７の反射面７ａで方向変換して、チップ２を保持しているプリズム７（図示例ではツール６を構成している）の下面側から出ていく。チップ２は、可視光が通過（透過）しにくいため、２視野の認識手段１１の上光軸１１ａは、チップ２の外形シルエット１４（つまり、チップ２の投影図形（直背面側の陰）としての外形シルエット）を読み取ることになり、読み取った外形シルエット１４を記憶することができる。このとき、図４に示すように、マイクロプリズムチップ２の外形シルエット１４におけるエッジ１５部分やコーナー（角）１６部分との相対位置関係から、演算手段により、チップ２の中心位置や向き（角度）を認識することができる。
【００２４】
図３は、上記同様の装置構成（実装装置１）における、実装前の、性能に支障のない程度の欠損部２ｂを有するチップ２ａの外形シルエット１４を、２視野の認識手段１１で読み取っている様子を示している。前述同様の手段により、チップ２ａの投影図形（直背面側の陰）としての外形シルエット１４を読み取るため、この場合にも、図４に示したように、欠損部のないエッジ１５部分やコーナー（角）１６部分として認識することができる。
【００２５】
その後、認識されたチップ２と基板３の相対位置および向き（相対角度）に基づいて、チップ２が、基板３の所定実装位置に位置するように、基板保持ステージ１２が水平方向に平行移動制御および／または回転制御されることにより、アライメント（位置調整）され、２視野の認識手段１１が退避位置へ退いた後、ヘッド４が降下して、加圧および接着剤によってチップ２と基板３が接合される。
【００２６】
また、図５は、チップ２が基板３に接合された状態を示している。図５に示す実施態様は、チップ２が、基板３に付された位置合わせ用認識マーク１３の間に実装された態様であるが、前述した２視野の認識手段１１、記憶手段および演算手段によって、チップ２と基板３の位置と向き（角度）は、各々、認識されているので、これらの位置と向き（角度）を基準に、基板保持ステージ１２を制御することにより、基板３の任意の所定位置にチップ２を位置合わせすることができる。したがって、チップ２を基板３の所望の実装位置に、位置ズレのない状態で高精度に実装することができる。
【００２７】
このように、位置合わせ用認識マークを有さない微小なチップ２であっても、可視光源９、光路方向変換手段（プリズム）７を用いてチップ２の外形シルエット１４を２視野の認識手段１１で読み取ることができ、それに基づいて基板３側との位置合わせを行うことにより、高精度のアライメントが可能になり、それによって高精度の実装が可能になる。
【００２８】
上記のような実装装置においては、チップ２の上方から、チップ２と基板３の接合に有効な硬化波を照射するようにすることもできる。たとえば、上方からツール６を通してなど、あるいは、可視光源９の位置からプリズム７の反射面７ａにより方向変換して、硬化波を照射することができる。たとえば、チップ２と基板３との接合に紫外線硬化型接着剤が用いられている場合には、硬化波として紫外線を照射することが有効である。
【００２９】
紫外線硬化型接着剤を用いる場合の一例、つまり、本発明に係る実装装置の一例について、図６に示す。図６に示す光路方向変換手段２１は、内部にハーフミラー２２、上面に反射ミラー２３を有するビームスプリッターからなっており、可視光源２４と紫外線（ＵＶ）光源２５が左右に配置されている。光源を付け替えたり、切り替えたりしないで使用できるようになっている。可視光源２４からの可視光は光路２６からハーフミラー２２で反射し、光路２７を通り反射ミラー２３で反射され、光路２８を通りハーフミラー２２を通過し、光路２９を通って２視野の認識手段１１に到達し、外形シルエット１４が認識される。ＵＶ光は光路３０からハーフミラー２２で反射し、光路３１を通ってチップ２と基板３を接合するＵＶ硬化樹脂に到達し、樹脂を硬化させることができる。このようにビームスプリッターからなる光路方向変換手段２１により、接合用樹脂の硬化までを一連の連続したステップとして実行することが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る実装装置によれば、位置合わせ用認識マークを有さないチップを保持するツール内に、ツール側方からの光源による光路の方向を下方へ変換する光路方向変換手段を設けて、チップと基板の位置合わせ時に、２視野の認識手段でチップの投影図形（直背面側の陰）としての外形シルエットを読み取り、これを位置合わせ用認識マークの代用とすることで、位置合わせ用認識マークを有さない微小チップでも精度よく位置合わせを行うことができ、それに伴って所望の高精度の実装を行うことができる。また、上記の如く、ビームスプリッターからなる光路方向変換手段により、ＵＶ硬化樹脂からなる接合用樹脂の硬化までを一連の連続したステップとして実行することが可能になる。
【００３１】
また、性能に支障のない程度の欠損部を有するチップであっても、上記外形シルエットの読み取りによりチップの中心位置や向き（角度）を正確に認識することができるため、位置ズレを生じさせることなく、高精度な接合が可能となる。
【００３２】
さらに、チップと基板の接合時に、接着用樹脂の硬化波を照射することも可能となり、それによって応答性よく接着用樹脂を硬化させることもできる。
【００３３】
また、ダイシング等により生じた表面荒れなどのために、従来方法では認識が不可能な状態にあったチップであっても、本発明による外形シルエットの読み取りによりチップの中心位置や向き（角度）を正確に認識することができるようになり、表面荒れなどに起因する歩留り低下とコストアップを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基本的な構成を説明するために例示態様に係る実装装置の概略斜視図である。
【図２】図１の実装装置におけるチップと基板のアライメント時の状態を示す概略構成図である。
【図３】欠損部を有するチップのアライメント時の状態を示す概略構成図である。
【図４】チップの外形シルエットの平面図である。
【図５】チップが基板に接合された後の上面側から見た概略平面図である。
【図６】  光路方向変換手段としてビームスプリッターを用いた場合の本発明の一例を示す概略構成図である。
【図７】欠損部を有するチップの概略斜視図である。
【図８】従来の技術における、欠損部を有するチップのアライメント時の様子を示す概略構成図である。
【図９】図７の従来技術で読み取ったチップの概略外形図である。
【図１０】表面荒れを有するチップの接合面側の概略平面図である。
【符号の説明】
１  実装装置
２  チップ（マイクロプリズムチップ）
２ａ  欠損部を有したチップ
２ｂ  チップの欠損部
３  基板
４  ヘッド
５  ブロック
６  ツール
７  光路方向変換手段（プリズム）
７ａ  光路方向変換手段（プリズム）の反射面
８  吸引孔
９  可視光源
１０  可視光路
１１  ２視野の認識手段
１１ａ  ２視野の認識手段の上光軸
１１ｂ  ２視野の認識手段の下光軸
１２  基板保持ステージ
１３  基板に付された位置合わせ用認識マーク
１４  チップの外形シルエット
１５  マイクロプリズムチップのエッジ（端辺）
１６  マイクロプリズムチップのコーナー（角）
２１  光路方向変換手段（ビームスプリッター）
２２  ハーフミラー
２３  反射ミラー
２４  可視光源
２５  紫外線（ＵＶ）光源
２６、２７、２８、２９、３０、３１  光路
【図１】
0004061108.tif 000002
【図２】
0004061108.tif 000003
【図３】
0004061108.tif 000004
【図４】
0004061108.tif 000005
【図５】
0004061108.tif 000006
【図６】
0004061108.tif 000007
【図７】
0004061108.tif 000008
【図８】
0004061108.tif 000009
【図９】
0004061108.tif 000010
【図１０】
0004061108.tif 000011