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JP4476764B2 - 基板接合装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、チップサイズパッケージの製造において、半導体基板と封止基板とを接合する際に用いられる基板接合装置及び方法に関する。
ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像装置を使用したデジタルカメラや、ビデオカメラ等が普及している。従来の固体撮像装置は、固体撮像素子チップをパッケージ内に収納し、透明なガラスリッドで封止した形態をしている。しかし、撮影機能付き携帯電話機等の需要の高まりにより、より小型化及び薄型化された固体撮像装置の登場が望まれている。
半導体装置を小型化するパッケージング手法の一つとして、ウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰと略称する）が知られている。ＷＬＣＳＰは、半導体ウエハプロセス中でパッケージングを完了させ、ウエハをダイシングして個片化することにより、パッケージングの完成された半導体装置を得るものである。このＷＬＣＳＰによって製造された半導体装置は、ベアチップ程度の大きさとなる。
このＷＬＣＳＰを利用して小型化及び薄型化を達成した固体撮像装置として、例えば、特許文献１及び２記載の発明や、本出願人による先行出願（特願２００３−３２０２７１号）等がある。特許文献１記載の固体撮像装置は、絶縁樹脂や電極等を積層して固体撮像素子の周囲を囲む枠部を形成し、その上に透明なカバーガラスを貼着して固体撮像素子の上を適当な空隙をもって封止している。固体撮像素子の上に空隙を形成するのは、固体撮像素子上に設けられたマイクロレンズの集光能力を低下させないためである。
特許文献２記載の固体撮像装置では、固体撮像素子の周囲にフィラー入り接着剤を塗布して枠部を形成し、その上に透明なカバーガラスを貼着して封止している。固体撮像素子とカバーガラスとの間には、フィラーの径によって規定された空隙が形成される。また、先行出願の発明に係る固体撮像装置では、固体撮像素子の周囲を枠部となるスペーサーで囲い、その上に透明なガラスカバーを貼着して固体撮像素子の上を適当な空隙をもって封止している。
上記固体撮像装置は、例えば、次のように製造される。まず、カバーガラスの基材となる透明なガラス基板上に多数の枠部が形成される。この枠部は、特許文献１記載の固体撮像装置の場合には電極や絶縁樹脂からなり、特許文献２記載の固体撮像装置の場合にはフィラー入り接着剤となる。本出願人の先行出願では、ガラス基板上にスペーサーを形成し、その端面に接着剤を塗布している。次いで、このガラス基板と、多数の固体撮像素子や接続端子等が形成されたウエハとを重ねて接合し、各固体撮像素子を枠部とガラス基板とで封止する。その後、ガラス基板とウエハとをダイシングして個片化すると、多数の固体撮像装置が形成される。
特開２００２−３２９８５０号公報 特開２００３−１６３３４２号公報
上記固体撮像装置の製造において得率を向上させるには、ウエハとガラス基板への異物の付着を防止する必要がある。しかし、特許文献１及び２や、先行出願記載の製造方法では、各製造工程が分離しているため、各工程間でのワークの移動等に人手を介する必要があり、異物の付着を防止することが難しかった。
また、ガラス基板を汚損させる可能性が高いのは、接着剤の塗布工程である。しかし、特許文献１には、接着剤の塗布方法に関する記載がない。特許文献２記載の発明では、フィラー入りの接着剤を印刷によってガラス基板上に塗布しているが、印刷位置の位置合わせや、塗布厚みの制御が非常に難しく、塗布量の多少によって封止不良が発生するという問題がある。また、印刷時にガラス基板の固体撮像素子に対面する部分に、接着剤がダレる、若しくは付着して得率を低下させるおそれがある。更に、接着剤の塗布面の材質がシリコンである場合には、シリコンの濡れ性の悪さから接着剤をはじいてしまうこともある。
上記特許文献２とは異なり、本出願人の先行出願で用いている接着剤の塗布方法は、接着剤が均一な厚みで塗布された転写フイルムとガラス基板とを重ね合わせ、その後に転写フイルムを端部側から屈曲させて捲るように剥離することで、ガラス基板のスペーサー上に接着剤層を転写形成する転写方式を用いている。そのため、接着剤の塗布厚の制御は容易である。
しかし、上記先行出願の転写方式では、プラスチックフイルムの剥離を手動で行なっているため、剥離時に重要となる転写フイルムの曲率や、剥離時のガラス基板に対する角度等が不安定になるという問題があった。例えば、剥離時の転写フイルムの曲率が小さすぎると、剥離がスムーズに行なえなくなる。また、曲率が大きすぎると、転写フイルムとスペーサーとの間に接着剤の膜が発生する。この膜は、接着剤の粘度の限界を越えると破裂し、飛散してガラス基板を汚損する。
また、ウエハとガラス基板との接合の際に両者が平行に対面されていないと、接合位置にずれが生じてしまう。例えば、２枚の６インチサイズのウエハの平行度が６０μｍであるときに、接合時の位置ずれは１０μｍになる。サイズの小さな固体撮像装置では、固体撮像素子と枠部との間の寸法が小さくなるため、接合位置のわずかなズレによって接着剤が固体撮像素子や接続端子上に流れてしまい、歩留りが悪化する。そのため、ウエハとガラス基板との接合時の位置ずれの許容量は数μｍ程度であり、位置ずれ量を数μｍ程度に抑えるには、基板間の平行度を１０μｍ以下にする必要がある。
基板の平行度を１０μｍ以下の精度に調整することは可能であるが、平行度の測定方法が問題となる。前述したように、固体撮像装置の製造では塵埃の付着による不具合が多いため、平行度の測定は非接触で行なう必要がある。従来、非接触による平行度測定にはレーザー変位計が用いられていたが、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置ではスペーサーに不透明な材質を用いているため、レーザー変位計を用いて平行度を計測することはできない。なお、これらの基板接合時に生ずる問題についての解決方法も、上記特許文献１，２及び先行出願には記載されていない。
本発明は、上記問題点を解決するためのもので、ウエハ（半導体基板）とガラス基板（封止基板）との接合を得率よく行なう基板接合装置及び方法を提供することを目的とする。
上述した異物付着という問題を解決するために、本発明の基板接合装置は、半導体基板と封止基板とを供給する基板供給部と、接着剤が塗布された弾性体状の転写板を供給する転写板供給部と、転写板の接着剤塗布面と封止基板の接合面とを重ね合わせて加圧する転写板加圧部と、転写板を封止基板から剥離して、該封止基板上に接着剤の層を転写形成する転写板剥離部と、半導体基板と封止基板との接合面の平行度を調整する平行度調整手段と、半導体基板と封止基板との位置を調整し、重ね合わせて接合する基板接合部と、半導体基板と封止基板と転写板とを各部の間で搬送する基板搬送手段とを設けた。なお、素子として固体撮像素子を用いる場合には、封止基板は透明な材質で形成する。
また、転写板を剥離する際の接着剤の飛散を防止するために、転写板剥離部として、作業位置にある封止基板の一端部に近接して配置された剥離ローラと、この剥離ローラに掛けられて転写板の一端部に粘着する長尺の粘着テープと、剥離ローラを該一端部から反対側の他端部に向けて移動させるローラ移動手段と、このローラ移動手段による剥離ローラの移動と同時に、剥離された転写板が封止基板の接合面に対して一定の角度を保つように粘着テープを巻き取る巻取り手段とを設けた。
また、剥離ローラと転写板との間隔を調整するローラ間隔調整手段を設け、剥離ローラに掛けられた粘着テープの外周面と転写板との間隔が、転写板の剥離時に０．１ｍｍ以下となるようにした。更に、剥離ローラの径を１５〜２０ｍｍとした。
また、転写板として、帯電処理されたプラスチックフイルムを用いた。更に、転写板加圧部において転写板を加圧する際に、緩衝材を介して加圧するようにした、この緩衝材としては、ＡＳＫＥＲ−Ｃ ２０〜４０の硬度を有するスポンジゴムを用いた。
更に、半導体基板と封止基板との平行度を調整する平行度調整手段として、半導体基板と封止基板との対面された両接合面の複数位置の間隔の長さをそれぞれ測定する複数の基板間隔測定手段と、これらの基板間隔測定手段の測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる基板傾斜変更手段とから構成した。
基板間隔測定手段としては、半導体基板と封止基板との対面された両接合面の間を透過光によって照明する透過光照明手段と、この透過光照明手段によって照明された半導体基板と封止基板との間を撮像する基板間隔撮像手段とから構成し、各基板間隔撮像手段の撮像データを解析して、半導体基板と封止基板との両接合面の複数位置の間隔の長さを算出する基板間隔算出手段を用いた。なお、透過光照明手段は、集光角度を１°以下とするのが好ましい。また、基板間隔撮像手段の撮像レンズには、平行光だけを入射させることのできるテレセントリックレンズを用いるのが好ましい。
また、別の基板間隔測定手段として、半導体基板と封止基板との対面された両接合面の所定位置の間隔を測定するレーザー測定器を用いた。
更に、別の平行度調整手段として、半導体基板と封止基板との各接合面の複数位置で、予め設定された基準位置に対する変位量を測定する複数の変位量測定手段と、これらの変位量測定手段の測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる基板傾斜変更手段とから構成した。
基板傾斜変更手段としては、各測定手段の測定位置に対応して配置され、半導体基板または封止基板の所定位置を接合面に直交する方向で移動させる複数のアクチュエータと、各測定手段の測定結果に基づいて各アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、半導体基板と封止基板との接合時に、一方の基板に倣って他方の基板が揺動できるように該他方の基板を支持するとともに、この他方の基板の揺動基準をその基板の接合面と同一平面上とする基板支持手段とから構成した。
更にまた別の平行度調整手段として、半導体基板または封止基板が保持された台板を揺動自在に、または固定して保持する台板保持機構を使用し、台板を揺動自在とした状態で半導体基板と封止基板とを当接させ、一方の基板に倣って台板に保持された他方の基板が揺動した後で台板を固定するようにした。
上記台板保持機構は、台板に一体に設けられた略半球形状の球面軸と、この球面軸を収納する球面軸受部と、球面軸と球面軸受部との間にエアーを充填して球面軸受部に対し球面軸を揺動自在とし、かつ球面軸と球面軸受部との間からエアーを吸引して球面軸受部に対し球面軸を固定するエアーポンプとから構成した。
また、接着剤の粘度を調整するために、光遅延硬化型接着剤を使用し、かつ接着剤に光を照射して硬化を開始させる照明部を設けた。
また、本発明の基板接合方法は、半導体基板を供給する工程と、封止基板を供給する工程と、接着剤が塗布された弾性体状の転写板を供給する工程と、転写板の接着剤塗布面と封止基板の接合面とを重ね合わせて加圧する工程と、封止基板から転写板をその一端側から一定の曲率で剥離し、該封止基板上に接着剤の層を転写形成する工程と、半導体基板と封止基板との接合面の平行度を調整する工程と、半導体基板と封止基板との位置を調整し、重ね合わせて接合する工程とから構成した。
更に、半導体基板と透明基板との接合面の平行度を調整する工程には、半導体基板と封止基板との対面された両接合面の複数位置の間隔の長さをそれぞれ測定する工程と、これらの測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる工程とから構成した。
また、半導体基板と封止基板との接合面の間隔の長さを測定する工程は、半導体基板と封止基板との両接合面を所定の間隔で対面させる工程と、半導体基板と封止基板との間の複数位置を透過光によって照明して撮像する工程と、撮像データを解析して両接合面の間の複数位置の間隔の長さを算出する工程とから構成した。
更に、基板の傾きを変化させる工程は、半導体基板と封止基板との接合時に、一方の基板の傾斜に倣うように、他方の基板をその接合面上で揺動させる工程から構成した。
本発明の基板接合装置及び方法によれば、半導体基板，封止基板，転写板の搬送や、接着剤の塗布に人手を介さないため、異物の付着を防止することができる。また、転写板の剥離を転写板剥離部によって自動化し、剥離時の曲率及び剥離角度を一定にするようにしたので、転写板の剥離時に接着剤の膜が発生して基板が汚損されることもない。
更に、転写板の剥離時の曲率を剥離ローラによって規定するようにしたので、常に一定にすることができる。また、剥離ローラを接合面方向で移動させたり、径の異なるものに交換することにより曲率を自在に変更することができるので、より最適な剥離条件を設定することもできる。
更に、転写板の剥離に長尺の粘着テープを使用したので、複雑な機構等を使用しなくても、簡単、低コストに転写板を保持することができ、転写板を剥離する際の角度も容易に制御することができる。また、剥離した転写板は、使用済みの粘着テープと一緒に巻き取ることができるので、剥離後の転写板の処理に複雑な機構や装置は必要ない。更に、使用済みの粘着テープを巻き取るのと同時に新しい粘着テープが供給されるため、チップサイズパッケージの製造効率向上に資することができる。
また、転写板に帯電防止処理されたプラスチックフイルムを使用したので、静電気等によって転写板が装置内の関係のない部分に付着する等して、転写板の搬送に支障をきたすようなことはない。更に、転写板を封止基板に押し付ける際に、緩衝材を介して押圧するようにしたので、必要以上に転写板が押圧されて、接着剤がはみ出すようなことはない。
また、平行度調整の際に行なわれる平行度の測定は、基板間隔測定手段や変位量測定手段、レーザー測定器等を用いて非接触で測定を行なうようにしたので、半導体基板と封止基板とが測定機器によって汚損されることはない。また、基板間隔の測定は、基板の間を透過光で照明して撮像し、この撮像データの解析から得る方法を用いたので、高精度に測定を行なうことができる。更に、透過光の集光角度を１°以下とし、撮像レンズにテレセントリックレンズを用いたので、基板の接合面で反射した光の影響を受けることがなく、撮像カメラの焦点位置から基板の測定位置がずれた場合でも、高精度に間隔を測定することができる。これにより、撮像カメラの焦点位置と基板の測定位置との位置調整を厳密に行なう必要がなくなるため、製造効率を向上させることができる。
また、基板傾斜変更手段の基板支持手段は、その揺動基準を基板の接合面と同一平面上に配置したため、接合時の基板の揺動による接合位置のズレを最小にすることができる。
更にまた別の平行度調整手段では、最初に半導体基板と封止基板との接合面同士を押し当て、一方の基板の傾斜に他方の基板の傾斜を倣わせるようにしたので、基板毎に平面度等にバラツキがあっても、現物合せによる効果で適切に平行度を調整することができる。また、各種測定機器やデータを解析する装置等が不用となるので、ローコストである。
また、接着剤として、光遅延硬化型接着剤を使用した場合には、装置内で接着剤の粘度調節を行なうことができる。これにより、短時間で、かつ異物の付着等も発生することなく、接着剤のスペーサーへの濡れ性を改善することができる。
図１及び図２は、本発明を実施したＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置の外観形状を示す斜視図及び要部断面図である。固体撮像装置２は、固体撮像素子チップ３と、この固体撮像素子チップ３上に接着剤８によって接合された枠形状のスペーサー４と、このスペーサー４の上に接合されてスペーサー４内を封止するカバーガラス５とからなる。
固体撮像素子チップ３の上面には、固体撮像素子６と、この固体撮像素子６と電気的に接続された複数の接続端子７とが設けられている。固体撮像素子６は、例えば、多数のＣＣＤからなり、これらの上にはカラーフイルタやマイクロレンズ等が積層されている。接続端子７は、例えば、導電性材料を用いて固体撮像素子チップ３の上に印刷により形成されている。また、各接続端子７と固体撮像素子６との間も同様に印刷によって配線が施されている。
スペーサー４には、無機材料、例えばシリコンが用いられており、固体撮像素子６を取り囲むロ字状に形成されている。カバーガラス５には、ＣＣＤのフォトダイオードの破壊を防止するために、透明なα線遮蔽ガラスが用いられている。固体撮像素子６とカバーガラス５との間の空隙は、マイクロレンズによる集光能力を低下させないために設けられている。
上記固体撮像装置２は、固体撮像素子６上に被写体画像を結像する撮影レンズや、撮像によって生成された画像データを記憶するメモリ、固体撮像装置２を制御する制御回路等とともに、デジタルカメラや携帯電話機等の小型電子機器に組み込まれる。ＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置２は、ベアチップ程度の大きさ及び薄さであるため、組み込まれる装置の小型化にも寄与することができる。
図３は、上記固体撮像装置２の製造に用いられる基板接合装置１１の構成を示す概略図である。基板接合装置１１は、外部から密閉されたクリーンブース１２内に設置されている。なお、以下の説明に用いるために、図３の垂直方向をＸ軸方向、水平方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸からなる面に直交する方向をＺ軸方向と規定する。
クリーンブース１２には、ＨＥＰＡフィルタ等を使用したエアーコンディショニング装置１３が接続されており、クリーンブース１２内にはクリーンエアーがダウンフロー供給されている。クリーンエアーによって床面近くに集められた塵芥は、ブロア装置１４によって吸引され、クリーンブース１２外に除去される。これらのエアーコンディショニング装置１３、及びブロア装置１４は、基板接合装置１１を制御する制御コンピュータ１５によって制御される。
なお、更なるクリーン化を図るために、クリーンブース１２内に設置される装置の可動部等の異物発生源をカバー等で覆ってもよい。また、クリーンエアーのダウンフローによる照り返しが気になる場合には、クリーンブース１２内の床面や装置の基台等をパンチング材等で構成することもできる。
クリーンブース１２の側壁には、クリーンブース１２内の基板接合装置１１へのワークの供給及び排出に用いられる複数の開口１７〜１９と、これらの開口１７〜１９を開閉する扉２０〜２２とが設けられている。なお、エアーコンディショニング装置１３とブロア装置１４は、扉２０〜２２が開放された時に、塵芥を含んだ空気がクリーンブース１２内に流入するのを防止するために、クリーンブース１２内の気圧が外の気圧よりも高くなるように設定されている。
開口１７は、半導体基板であるウエハ２５をクリーンブース１２内に供給する際に使用される。開口１７の奥には、基板接合装置１１にウエハ２５を供給するウエハ供給部２６が設けられている。図４に示すように、ウエハ２５には、例えば８インチサイズのものが使用されており、その一方の面には、半導体ウエハプロセスによって多数の固体撮像素子６と、各固体撮像素子６に対応する多数の接続端子７とが形成されている。前述の固体撮像装置２の固体撮像素子チップ３は、このウエハ２５が各個体撮像素子６ごとに分割されたものである。
図５に示すように、ウエハ２５は、周知のオープンカセット２８に固体撮像素子６等が形成された面が上を向くように収納され、ウエハ供給部２６に設けられた基台３０上にセットされている。オープンカセット２８には、ウエハ２５を１枚ずつ収納する複数の収納スロット２９が積層して設けられている。各収納スロット２９の底板２９ａには、ウエハ２５の底面側を支持して持ち上げる際に、ロボットの吸着ハンドが挿入される切欠２９ｂが形成されている。
開口１８は、封止基板であるガラス基板３３をクリーンブース１２内に供給する際に使用される。開口１８の奥には、基板接合装置１１にガラス基板３３を供給するガラス基板供給部３４が設けられている。図４に示すように、ガラス基板３３は、ウエハ２５と同サイズ及び同形状の透明なα線遮蔽ガラス板の一方の面に、多数の枠形状のスペーサー４が形成されたもので、上述した固体撮像装置２のカバーガラス５の基材である。ガラス基板３３は、各スペーサー４がウエハ２５の各固体撮像素子６を取り囲むようにウエハ２５に接合され、ウエハ２５とともに裁断される。このガラス基板３３も、ウエハ２５に用いられたものと同様なオープンカセット３５に、スペーサー４が設けられた面が上を向くように収納され、基台３６上にセットされる。
なお、スペーサー４は、ガラス基板３３上に、例えば次のような方法によって形成されている。まず、ガラス基板３３の上に、シリコン等の無機材料をスピンコート等の塗布やＣＶＤ装置等で積層して無機材料膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術，現像，エッチング等を用いて、無機材料膜から多数のスペーサー４を形成する。なお、無機材料膜は、ガラス基板３３とシリコンウエハとを貼り合わせて形成してもよい。
開口１９は、クリーンブース１２内の基板接合装置１１で貼り合わされたウエハ２５とガラス基板３３（以下、接合基板３９と呼ぶ）をクリーンブース１２の外に排出する際に使用される。開口１９の奥には、接合基板排出部４０が設けられており、この接合基板排出部４０には、１枚分の接合基板３９を収納する基板ケース４１が配置されている。この基板ケース４１は、例えば、プラスチックによって形成されたトレイ状のものが用いられる。
図６に示すように、接合基板排出部４０には、複数個の基板ケース４１を自動供給するケース供給装置４２が設置されている。このケース供給装置４２は、複数個の基板ケース４１を重ねて収納する収納部４２ａと、この収納部４２ａ内で複数個の基板ケース４１を載置する保持板４２ｂと、この保持板４２ｂを上下方向で移動させるアクチュエータ４３とからなる。アクチュエータ４３は、前述の制御コンピュータ１５によって制御される。
ケース供給装置４２の最上部の基板ケース４１に接合基板３９が収納されると、この基板ケース４１は開口１９からクリーンブース１２の外に取り出され、次の製造ラインに搬送される。ケース供給装置４２は、アクチュエータ４３を作動させて、積層された複数個の基板ケース４１を上方に押し上げ、最上部の基板ケース４１を開口１９の背後に配置する。
なお、本実施形態では、ウエハ２５及びガラス基板３３のキャリアとしてオープンカセット２８，３５を使用したが、周知のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）を使用してもよい。また、ＦＯＵＰを使用する場合には、クリーンブース１２の側壁に、ＦＯＵＰ用のロードポート装置を設置して、クリーンブース１２の外側からウエハ２５及びガラス基板３３を供給してもよい。
クリーンブース１２内の各供給部２６，３４、及び排出部４０の奥には、基板搬送手段を構成する一軸ロボット４６と五軸ロボット４７とが設置されている。一軸ロボット４６は、五軸ロボット４７をＹ軸方向で移動させ、所定の位置で停止させる。五軸ロボット４７の停止位置は、ウエハ供給部２６に対面するウエハ受取り位置と、ガラス基板供給部３４に対面するガラス基板受取り位置と、接合基板排出部４０に対面する接合基板排出位置と、アライメントステーション５３に対面するアライメント移載位置と、接合ステーション５７に対面する接合移載位置である。なお、詳しくは後述するが、アライメントステーション５３は、ウエハ２５及びガラス基板３３の仮位置合せに用いられ、接合ステーション５７はウエハ２５とガラス基板３３とを接合する。
図５及び図６に示すように、五軸ロボット４７は、半導体装置の製造においてウエハ等のハンドリングに使用される周知のもので、一般に水平多軸ロボットやスカラーロボットと呼ばれている。五軸ロボット４７は、一軸ロボット４６に支持された本体部４７ａと、この本体部４７ａの上部に取り付けられたロボットアーム４８と、このロボットアーム４８の先端に取り付けられた吸着ハンド４９とからなる。吸着ハンド４９は、薄い板状であり、ウエハ２５やガラス基板３３を下方からすくいあげ、かつ真空吸着によって保持する。
五軸ロボット４７の第一軸５０ａは、本体部４７ａ内に設けられており、ロボットアーム４８全体を上下方向で移動させる。ロボットアーム４８は、３本のアーム４８ａ〜４８ｃと、これらのアーム４８ａ〜４８ｃを屈曲または延伸させて吸着ハンド４９を水平方向で移動させる第二軸５０ｂ〜第四軸５０ｄと、吸着ハンド４９を反転させる第五軸５０ｅとからなる。これら一軸ロボット４６及び五軸ロボット４７は、制御コンピュータ１５によって制御される。
五軸ロボット４７は、最初に一軸ロボット４６によってガラス基板受取り位置に移動され、オープンカセット３５からガラス基板３３を１枚取り出す。次に、アライメント移載位置に移動され、アライメントステーション５３にガラス基板３３を移載する。なお、ガラス基板供給部３４とアライメントステーション５３とは、一軸ロボット４６を挟んで対面する位置に設けられているため、実際には、五軸ロボット４７のロボットアーム４８の第二軸５０ｂが回転するだけである。アライメントステーション５３での作業終了後、五軸ロボット４７はアライメントステーション５３からガラス基板３３を受け取り、一軸ロボット４６によって接合ステーション５７に移動し、ガラス基板３３を移載する。
ガラス基板３３の接合ステーション５７への移載後、五軸ロボット４７は、ウエハ受取り位置に移動され、オープンカセット２８からウエハ２５を１枚取り出す。取り出したウエハ２５は、アライメントステーション５３に移載される。アライメントステーション５３での作業終了後、五軸ロボット４７はアライメントステーション５３からウエハ２５を取り出し、接合ステーション５７に移載する。
基板接合装置１１によるウエハ２５とガラス基板３３との接合終了後、五軸ロボット４７は、接合ステーション５７から接合基板３９を受け取る。そして、一軸ロボット４６によって接合基板排出位置に移動され、接合基板排出部４０の基板ケース４１に接合基板３９を収納する。
アライメントステーション５３には、ウエハ２５とガラス基板３３とのＸ方向及びＹ方向と回転方向との仮位置合せを行なう、周知のウエハ用アライメント装置が用いられている。このアライメントステーション５３も、制御コンピュータ１５によって制御されている。五軸ロボット４７によって、ウエハ供給部２６またはガラス基板供給部３４から取り出されたウエハ２５またはガラス基板３３は、オープンカセット２８，３５に収納されていたときの面方向を維持したまま、アライメントステーション５３のパッド５４上に移載される。
アライメントステーション５３は、モータによってパッド５４を回転させ、これと同時に、内蔵された光学センサによって、ウエハ２５またはガラス基板３３のオリフラ２５ａ，３３ａや、ノッチを検出する。そして、検出したオリフラ２５ａ，３３ａやノッチに合せてパッド５４の回転停止位置を制御することにより、ウエハ２５とガラス基板３３の向きを合せる。
また、パッド５４は、周知のＸＹテーブル機構に支持されている。そのため、パッド５４のＸ軸方向及びＹ軸方向での移動によって、ウエハ２５とガラス基板３３とが仮位置合せされる。このアライメントステーション５３によるウエハ２５とガラス基板３３との位置合せ精度は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向がともに±０．６ｍｍ、回転方向が±０．２°である。
図７及び図８は、接合ステーション５７のＸ軸方向の断面図、及び上面図である。接合ステーション５７は、ウエハ２５またはガラス基板３３を上面で保持するウエハ用台板６０を備えた下側接合ユニット６１と、この下側接合ユニット６１の上方に配置され、ウエハ用台板６０に対面してガラス基板３３を保持するガラス用台板６２を備えた上側接合ユニット６３とからなる。図９に示すように、ウエハ２５とガラス基板３３との接合時には下側接合ユニット６１が上昇し、ウエハ２５をガラス基板３３に押し付ける。
ウエハ用台板６０は、例えば、平面性を備えたセラミック製の板からなり、五軸ロボット４７によって順に載置されたガラス基板３３とウエハ２５とを真空吸着によって保持する。ガラス用台板６２は、ウエハ用台板６０上に載置されたガラス基板３３を受け取って保持し、ウエハ用台板６０上にウエハ２５を載置するスペースを形成する。なお、高い平面性が得られるならば、ウエハ用台板６０にはステンレス等の金属板を用いることもできる。
下側接合ユニット６１には、ウエハ２５の傾斜を調整し、かつウエハ２５をガラス基板３３に押し付けて接合する第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８と、ウエハ２５とガラス基板３３との接合時に第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８の加圧力を調整する第１〜第３の加圧力調整シリンダ６９〜７１と、ウエハ用台板６０をＸ軸方向及びＹ軸方向と回転方向とに移動させるＹＸθテーブル７２と、第１〜第３の台板支持機構７３〜７５とが組み込まれている。第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８は、ウエハ用台板６０の中心に対して１２０°の等角度で配置されており、第１〜第３の台板支持機構７３〜７５は、ウエハ用台板６０の中心から各昇降用アクチュエータ６６〜６８に向けて伸ばした延長線上の３か所に設置されている。
第１の昇降用アクチュエータ６６は、モータ７７の回転によってシャフト７７ａをＺ軸方向で進退させるアクチュエータである。シャフト７７ａには第１の加圧力調整シリンダ６９が取り付けられている。第１の加圧力調整シリンダ６９のシャフト６９ａの先端には、半球状の揺動板支持部６９ｂが設けられており、ウエハ用台板６０及びＹＸθテーブル７２を載置した揺動板７８の下面７８ａを点接触で支えている。
第１の加圧力調整シリンダ６９は、第１の昇降用アクチュエータ６６によってウエハ２５がガラス基板３３に押し付けられている際に、その加圧力が規定値（例えば、７ｋｇｆ）を超えたときに、シリンダを縮ませて圧力を逃がす装置である。なお、第２，第３の昇降用アクチュエータ６７，６８には、第１の昇降用アクチュエータ６６と同じものが用いられており、それぞれに第１の加圧力調整シリンダ６９と同じものを用いた第２，第３の加圧力調整シリンダ７０，７１が取り付けられている。
第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８は、ウエハ用台板６０の中心に対して１２０°の等角度で配置されているため、ウエハ２５の傾斜をバランスよく調整することができる。また、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８は、ウエハ用台板６０上に載置されたウエハ２５の端縁に対面する位置に配置されているため、各アクチュエータ６６〜６８の動きを効率よくウエハ２５に伝達することができ、ストロークの小さなアクチュエータを使用することができる。
ＸＹθテーブル７２は、ウエハ用台板６０をＸ軸方向及びＹ軸方向と、回転方向とに移動させる装置であり、周知のボールネジやボールネジナット、ガイドシャフトやスライドベアリング等を用いて構成されている。このＸＹθテーブル７２は、ウエハ用台板６０を移動させることによってウエハ２５とガラス基板３３との位置調整を行なう。
図１０に拡大して示すように、第１の台板支持機構７３は、揺動板７８に立設されたガイドシャフト８１と、このガイドシャフト８１に上下方向でスライド自在になるように挿通された支持アーム８２と、揺動板７８上に立設された球面軸８３と、支持アーム８２に設けられて球面軸８３を回転自在に受ける球面軸受８２ａと、支持アーム８２を下方に向けて付勢するバネ８４とから構成されている。球面軸８３の中心は、ウエハ用台板６０上に載置されたウエハ２５の接合面と同一平面上に配置されている。なお、第２，第３の台板支持機構７４，７５には、第１の台板支持機構７３と同じものが用いられているため、詳しい説明は省略する。
第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８の間に設けられているのは、ウエハ用台板６０を介してウエハ２５、またはガラス基板３３を真空吸着する真空ポンプ８０である。第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８と、ＹＸθテーブル７２と、真空ポンプ８０は、制御コンピュータ１５によって制御される。下側接合ユニット６１を構成するフレーム６１ａには、シャフト６９ａ，７７ａをガイドするスライドベアリング７９が組み込まれている。
以上で説明した下側接合ユニット６１によってウエハ２５とガラス基板３３との平行度を調整する際には、各昇降用アクチュエータ６６〜６８は、ウエハ２５とガラス基板３３との平行度の測定結果に応じて個々に駆動され、シャフト７７ａを上下動させて揺動板支持部６９ｂの高さを変更する。揺動板７８は、揺動板支持部６９ｂの移動に追従して傾斜しようとするが、各台板支持機構７３〜７５の支持アーム８２がバネ８４の付勢によって球面軸受け８２ａを球面軸８３に押し付けるため、揺動板７８は球面軸８３を中心に、すなわちウエハ２５の接合面上で揺動してウエハ２５の傾斜を変更する。これにより、平行度調整時のウエハ２５の水平方向のずれは、最小となる。
また、ウエハ２５とガラス基板３３とを接合する際には、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８が同期して駆動される。揺動板支持部６９ｂは、揺動板７８の下面をそれぞれ押圧してウエハ２５を上方の接合位置に移動させる。これにより、ウエハ２５は、直前に行なわれた平行度調整時の傾斜を維持したまま、ガラス基板３３に押し付けられる。
ウエハ２５とガラス基板３３との接合時には、固定されたガラス基板３３の傾斜にウエハ２５が倣い、各台板支持機構７３〜７５の球面軸８３の回転によって揺動板７８が揺動する。この揺動板７８の揺動は、やはりウエハ２５の接合面上で行なわれるため、ウエハ２５とガラス基板３３との間に生じる接合位置のずれは最小となる。
第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８によってウエハ２５がガラス基板３３に押し付けられている際に、各昇降用アクチュエータ６６〜６８による加圧力が規定値（例えば、昇降用アクチュエータ１本あたり７ｋｇｆ）を超えると、その加圧力を超えた昇降用アクチュエータに取り付けられた加圧力調整シリンダ６９〜７１は、シリンダを縮ませて昇降用アクチュエータ６６〜６８の加圧力を逃がす。これにより、ウエハ２５とガラス基板３３とが極所的に強く押されすぎることがないため、各スペーサー４の下から接着剤８がはみ出したり、ウエハ２５とガラス基板３３とが破損するようなことはない。
上側接合ユニット６３は、ガラス用台板６２と、このガラス用台板６２を保持する断面がクランク形状の台板保持部材８６と、ガラス用台板６２を介してガラス基板３３を真空吸着する真空ポンプ８７とからなる。ガラス用台板６２は、例えば、耐荷重性と平面性とを備えた円板状のガラス板からなる。台板保持部材８６は、接合ステーション５７と、転写ステーション９１と、剥離ステーション９２との側方に配置されたガラス基板用一軸ロボット９３に取り付けられ、各ステーションの間で移動される。
ガラス用台板６２は、ガラス基板３３を保持したまま、ガラス基板用一軸ロボット９３によって接合ステーション５７と剥離ステーション９２との間で移動され、各ステーションの作業位置で停止される。これにより、接合ステーション５７と転写ステーション９１との間でガラス基板３３の移載を行なう必要がなくなるため、ガラス基板３３の移載に必要な機構や作業工数を削減することができる。また、移載に伴うガラス基板３３の位置ずれも防止することができる。
なお、ウエハ２５とガラス基板３３とは、ウエハ用台板６０とガラス用台板６２とに保持された状態で重ね合わされて接合される。そのため、ガラス基板３３は、スペーサー４の設けられている面がウエハ用台板６０上のウエハ２５に対面するように、すなわち下方を向くように、ガラス用台板６２に保持されなければならない。しかし、ガラス基板３３は、スペーサー４の設けられている面が上を向くようにオープンカセット３５に収納され、その向きを維持したままアライメントステーション５３に移載されている。そのため、ガラス基板３３をアライメントステーション５３から接合ステーション５７に移載する際に、五軸ロボット４７のロボットアーム４８の第五軸５０ｅを回転させることによって、吸着ハンド４９と一緒にガラス基板３３を反転させている。
図１１に示すように、接合ステーション５７の上方で上側接合ユニット６３に干渉しない位置には、下側接合ユニット６１の上方に上側接合ユニット６３が存在しないときに、ウエハ用台板６０上に載置されたガラス基板３３、またはウエハ２５を撮像する基板撮像カメラ９６が設置されている。この基板撮像カメラ９６は、ガラス基板３３またはウエハ２５の本位置合せに使用される。
基板撮像カメラ９６によって撮像されたガラス基板３３またはウエハ２５の画像データは、画像処理装置９８に入力される。画像処理装置９８は、例えば、入力された画像データを画像処理して二値化し、二値化データからガラス基板３３またはウエハ２５の位置座標を算出する。画像処理装置９８によって算出された位置座標は、制御コンピュータ１５に入力され、予め記憶されている基準位置と比較される。そして、ガラス基板３３またはウエハ２５が基準位置に配置されるように、ＸＹθテーブル７２が駆動される。なお、画像処理装置９８によって画像処理された画像は、クリーンブース１２の外に設置されたモニタ９９によって観察することができる。
なお、基板撮像カメラ９６は、低倍率と高倍率の２種類の撮像レンズを備えている。低倍率の撮像レンズを使用したときには、ガラス基板３３またはウエハ２５の全体像を撮像し、その外形から位置を測定する。また、高倍率の撮像レンズを使用したときには、ウエハ２５及びガラス基板３３に設けられたアライメントマークや、スペーサー４、固体撮像素子６等の細部を撮像し、その画像データから位置座標を測定する。
接合ステーション５７と転写ステーション９１との間には、ガラス基板３３とウエハ２５との接合の前に、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３を撮像する基板撮像カメラ１００が設置されている。この基板撮像カメラ１００によってガラス基板３３を撮像する際には、上側接合ユニット６３は、接合ステーション５７と転写ステーション９１との間で、かつ基板撮像カメラ１００に対面する位置に停止される。
基板撮像カメラ１００によって撮像されたガラス基板３３の画像データも、前述の画像データと同様に画像処理装置９８に入力され、ガラス用台板６２上のガラス基板３３の位置測定に用いられる。なお、ガラス用台板６２には、ガラス基板３３の位置を調整する機構は設けられていない。そのため、接合直前に行なわれるガラス基板３３の位置測定結果は、ウエハ用台板６０に載置されたウエハ２５の位置合せに利用される。
なお、これらの撮像カメラ９６，１００と、ＸＹθテーブル７２とによって、ウエハ２５及びガラス基板３３等が位置調整される精度は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向がともに±０．００５ｍｍ、回転方向が±０．０００２°である。
図７，図８及び図１２に示すように、ウエハ用台板６０の上面の外周部分には、ウエハ２５とガラス基板３３との両接合面の平行度の測定に用いられる第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４と、各基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４に対面して配置された第１〜第３のライト１０５〜１０７とが当角度で取り付けられている。本実施形態では、ウエハ２５とガラス基板３３との両接合面を所定の間隔Ｓ（例えばＳ＝１ｍｍ）をおいて配置し、これらの接合面の間を第１〜第３のライト１０５〜１０７で照明して第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４で撮像し、撮像データからウエハ２５とガラス基板３３との間の複数位置の隙間の長さを得ることにより、平行度を測定している。
透過光照明手段である第１〜第３のライト１０５〜１０７は、制御コンピュータ１５により制御されたライトコントローラ１０８〜１１０によって点灯される。ライト１０５の断面図である図１３に示すように、第１のライト１０５はＬＥＤ１０５ａを光源に使用している。ＬＥＤ１０５ａから照射された光は、集光レンズ１０５ｂによって集光され、第１のライト１０５の筐体１０５ｃに形成されたスリット１０５ｄによって絞られて、集光角度θ２が１°以下、例えば０．２°の略平行光となる。ウエハ２５とガラス基板３３との間の撮像において、第１のライト１０５から照射された光が各基板の接合面で反射して撮像カメラに入射してしまう、いわゆる反射ノイズが問題となる。しかし、第１のライト１０５の集光角度θ２を小さくすることにより接合面での反射が減少するため、反射ノイズも減少させることができる。なお、第２，第３のライト１０６，１０７は、第１のライト１０５と同じものであるため、詳しい説明は省略する。
ライト１０５〜１０７の透過光の焦点位置は、透過光がウエハ２５とガラス基板３３との間から出射する側の両基板の端縁、例えば図１２に示す点Ｐ１〜Ｐ３である。これらの焦点位置Ｐ１〜Ｐ３は、第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４によって撮像される撮像位置となる。
第１の基板間隔撮像カメラ１０２は、撮像レンズ１０２ａと、この撮像レンズ１０２ａを通して入射された被写体光を撮像するＣＣＤ等の固体撮像装置１０２ｂとを備えており、ライト１０５によって照明されたウエハ２５とガラス基板３３との端縁の点Ｐ１を撮像する。撮影レンズ１０２ａには、平行光だけを入射させることができるテレセントリックレンズが用いられている。これにより、ウエハ２５とガラス基板３３との接合面による反射光は第１の基板間隔撮像カメラ１０２にほとんど入射しないため、反射ノイズの悪影響を少なくすることができる。なお、第２，第３の基板間隔撮像カメラ１０３，１０４は、第１の基板間隔撮像カメラ１０２と同じものであるため、詳しい説明は省略する。
図１５は、第１の基板間隔撮像カメラ１０２の焦点位置Ｆ１に対するウエハ２５とガラス基板３３との端縁の点Ｐ１のズレ量と、ウエハ２５とガラス基板３３との間隔の検出値との関係を表すグラフである。このグラフには、図１４に示すように、撮像レンズ１０２ａの先端から焦点位置Ｆ１までの距離Ｗが６５ｍｍで、かつ撮像レンズ１０２ａの焦点深度が１００μｍとされた第１の基板間隔撮像カメラ１０２と、スリット１０５ｄの高さ寸法ｔを１．２ｍｍにした第１のライト１０５とを使用し、ウエハ２５とガラス基板３３との間隔Ｓを０．８ｍｍにして測定した測定結果が記されている。
このグラフから分かるように、第１のライト１０５の焦点角度を小さくして、撮像レンズ１０２ａにテレセントリックレンズを使用すると、点Ｐ１が焦点位置Ｆ１から数ｍｍ、例えば被写界深度の１０倍（１ｍｍ）以上ずれた場合でも、検出値のズレは２μｍにしかならない。これは、点Ｐ１が焦点位置Ｆ１からずれても、第１の基板間隔撮像カメラ１０２が反射ノイズの影響をほとんど受けないためである。これにより、ウエハ２５及びガラス基板３３と、第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４との間の位置合せを簡略化することができる。
第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４により生成された画像データは、画像処理装置９８に入力される。画像処理装置９８は、入力された画像データを画像処理して二値化し、制御コンピュータ１５に入力する。制御コンピュータ１５は、入力された二値化データから、点Ｐ１の間隔Ｌ１と、点Ｐ２の間隔Ｌ２と、点Ｐ３の間隔Ｌ３とを算出する。
制御コンピュータ１５は、間隔Ｌ１〜Ｌ３に基づいて、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８を動作させ、ウエハ２５とガラス基板３３の３か所の端縁の点Ｐ１〜Ｐ３の間隔を均一にする。これにより、ウエハ２５とガラス基板３３との接合面が平行となるため、接合時の接合位置のズレや、接着剤８のはみ出しなどを防止することができる。なお、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８によって調整されるウエハ２５とガラス基板３３との間隔の精度は、例えば、１点あたり±０．００１ｍｍである。
接合ステーション５７の側方には、ガラス基板３３上の各スペーサー４に接着剤８を転写する転写ステーション９１と、この転写ステーション９１に、接着剤８が予め塗布された転写フイルム１１２を供給するフイルム供給部１１３と、ガラス基板３３から転写フイルム１１２を剥離する剥離ステーション９２とが配置されている。
転写ステーション９１は、転写フイルム１１２とガラス基板３３とを重ね合わせて加圧し、剥離ステーション９２ではガラス基板３３から転写フイルム１１２を剥離して、スペーサー４上に接着剤８の層を転写形成する。このような転写方式による接着剤の塗布方法によれば、スペーサー４の上に薄く、かつ一定の厚みで接着剤８を転写することができるため、塗布量の過多によって接着剤８が固体撮像素子６の上にはみ出したり、接合不良が発生することもない。更に、塗布中に接着剤８が垂れてガラス基板３３のガラス面を汚損することもないため、得率の向上に寄与することができる。
図１６に示すように、転写ステーション９１には、フイルム供給部１１３から転写フイルム１１２を受け取るフイルム受取り位置と、転写ステーション９１で上側接合ユニット６３に保持されたガラス基板３３に転写フイルム１１２を対面させる転写待機位置との間で移動自在とされた転写ユニット１１４が設けられている。この転写ユニット１１４は、転写ステーション９１とフイルム供給部１１３との間に設置された転写用一軸ロボット１１５によって移動される。
図１７に示すように、転写ユニット１１４には、フイルム供給部１１３から受け取った転写フイルム１１２を真空吸着により保持し、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３に転写フイルム１１２を重ねて貼り合わせる転写用台板１１６が設けられている。転写用台板１１６には、転写フイルム１１２とガラス基板３３との密着をより高めるために、板状の緩衝材が用いられている。また、転写用台板１１６は、平面性を付与するために、例えば、ステンレス等の平面性を有する金属板で形成された下地板１１７上に載置されている。
転写用台板１１６に用いられる緩衝材としては、例えば、スポンジゴムのように低硬度で、表面からの発塵性の少ないスキン層等を備えた材質が適している。より具体的には、例えば、シリコンスポンジゴム等で、ＡＳＫＥＲ−Ｃ ２０〜４０（日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ））の硬度を有するものが好適である。
転写ユニット１１４には、フイルム供給部１１３から転写フイルム１１２を取り出して転写用台板１１６に移載する、例えば３個の移載用アクチュエータ１２０と、転写用台板１１６を上下方向で昇降させ、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３と転写フイルム１０７とを重ね合わせて加圧する加圧用アクチュエータ１２１とが設けられている。
３個の移載用アクチュエータ１２０は、下地板１１７の下部に組み込まれ、転写用台板１１６の中心に対して等角度で配置されている。各移載用アクチュエータ１２０は、転写ユニット１１４がフイルム受取り位置に移動されたときに、各プランジャ１２０ａを上方に突出させ、フイルム供給部１１３に用意された転写フイルム１１２を下方から持ち上げてハンドリングする。移載用アクチュエータ１２０は、制御コンピュータ１５によって制御される。なお、３個のアクチュエータ１２０の間に配置されているのは、転写用台板１１６に転写フイルム１１２を真空吸着させる真空ポンプ１２５である。
クリーンブース１２の側面には、フイルム供給部１１３に対面する位置に開口１３４が形成され、扉１３５によって開閉自在とされている。フイルム供給部１１３には、転写フイルム１１２を収納したトレイ状のフイルムケース１３７が載置される保持台１３８が設置されている。図１８に示すように、保持台１３８とフイルムケース１３７とには、フイルムケース１３７から転写用台板１１６に転写フイルム１１２を移載する際に、移載用アクチュエータ１２０の各プランジャ１２０ａが挿入される３本のスリット１３８ａ，１３７ａがそれぞれ形成されている。
図１９（Ａ）に示すように、転写ユニット１１４が転写用一軸ロボット１１５によってフイルム供給部１１３の保持台１３８の下に移動されると、３個の移載用アクチュエータ１２０の各プランジャ１２０ａが上方に突出され、各３本ずつ設けられたスリット１３７ａ，１３８ａに進入して転写フイルム１１２を下方から持ち上げる。次に、同図（Ｂ）に示すように、転写ユニット１１４は、転写用一軸ロボット１１５によって保持台１３８の下から移動されて一時停止される。このときに、３個の移載用アクチュエータ１２０の各プランジャ１２０ａが下方に移動されることにより、図１７に示すように、転写用台板１１６上に転写フイルム１１２が載置される。
なお、移載用アクチュエータ１２０は、プランジャが細いものを使用しているため、転写用台板１１６にプランジャ用の大きな孔を形成する必要がない。そのため、転写用台板１１６による転写フイルム１１２とガラス基板３３との加圧に悪影響は生じない。
図２０に示すように、加圧用アクチュエータ１２１は、上下方向に移動されるプランジャ１２１ａによって、３個の移載用アクチュエータ１２０が取り付けられたフレーム１２８を押圧し、転写用台板１１６を上方の転写位置に移動させ、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３に転写フイルム１１２を押し付けて、接着剤８を各スペーサー４に転写する。なお、ガラス基板３３と転写フイルム１１２とを加圧する際の転写用台板１１６の加圧力は、例えば２０Ｋｇｆとされている。
加圧用アクチュエータ１２１の周囲には、フレーム１２８の移動をガイドする複数本のガイドシャフト１３０と、フレーム１２８に取り付けられてガイドシャフト１３０のスライドをガイドするスライドベアリング１３１とが設けられている。この加圧用アクチュエータ１２１は、制御コンピュータ１５によって制御される。
図２１（Ａ）に示すように、転写フイルム１１２は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用して平坦に形成された薄膜フイルムであり、屈曲可能な弾性を有し、ガラス基板３３の直径よりも大きな外形サイズを有している。この転写フイルム１１２への接着剤８の塗布は、バーコータやスピンコータ、ブレードコータ等によって実施される。接着剤８が塗布された転写フイルム１１２は、上述のフイルムケース１３７に収納される。なお、転写フイルム１１２に静電気が発生すると、転写フイルム１１２のハンドリングに悪影響が生じるため、転写フイルム１１２には帯電防止処理が施されている。
接着剤の一般的な特性として、粘度が低いときにはシリコン等の無機物に対しての濡れ性が悪く、粘度を高くすると濡れ性が改善されることが知られている。しかし、粘度の高い接着剤を使用すると、転写フイルム１１２に対する接着剤の塗布厚の制御が難しくなる。そのため、本発明では、接着剤８として常温硬化型接着剤を使用し、フイルムケース１３７に収納した転写フイルム１１２を所定時間放置することにより、接着剤８の粘度を高くしている。以下、この経時による粘度調整を経時処理と呼ぶ。
また、スペーサー４に転写する際の接着剤８の粘度を高くすることによって、接着剤８が流れにくくなるので、転写フイルム１１２や、接着剤８が転写された後のガラス基板３３のハンドリング性を向上させることができる。更には、ガラス基板３３とウエハ２５とを貼り合わせる際に、スペーサー４の下からはみ出す接着剤８の量を少なくする効果もある。なお、親水性のある接着剤を使用している場合には、スペーサー４にプラズマ、若しくは紫外線を照射して表面改質を行なうこともできる。この表面改質処理により、シリコン製スペーサー４への接着剤の塗れ性を改善することができる。
図２２に示すように、剥離ステーション９２は、垂直方向に立設された基台１４５と、この基台１４５に回転自在に保持された供給リール１４６及び巻取りリール１４７と、基台１４５に取り付けられ、水平方向でプランジャ１４８を移動させる剥離用アクチュエータ１４９と、この剥離用アクチュエータ１４９のプランジャ１４８に取り付けられた剥離ユニット１５０とからなる。
供給リール１４６には、粘着面１５３ａが内側になるように巻かれた未使用の粘着テープ１５３がセットされている。この供給リール１４６から引き出された長尺の粘着テープ１５３は、基台１４５に設けられたガイドローラ１５４と剥離ユニット１５０と、ガイドローラ１５５とに掛けられて巻取りリール１４７に係止されている。巻取りリール１４７は、図示しないモータによって反時計方向に回転され、その外周に使用済みの粘着テープ１５３と、この粘着テープ１５３に粘着されてガラス基板３３から剥離された転写フイルム１１２とを巻き取る。
ガイドローラ１５４と剥離ユニット１５０との間の粘着テープ１５３は、粘着面１５３ａがガラス用台板６２に対面され、このガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３に貼付された転写フイルム１１２に粘着する。この粘着テープ１５３の幅寸法は、例えば、７５ｍｍとされている。
剥離ユニット１５０は、プランジャ１４８の先端に固定された基板１５８と、この基板１５８に揺動自在に取り付けられた揺動アーム１５９と、揺動アーム１５９の先端に回転自在に取り付けられ、粘着テープ１５３が掛けられる剥離ローラ１６０と、揺動アーム１５９の一端に形成されたピン１５９ａにリンクする長穴１６１ａを備えた揺動用アクチュエータ１６１と、粘着テープ１５３をガイドするガイドローラ１６２とからなる。
剥離ユニット１５０の揺動用アクチュエータ１６１は、長穴１６１ａが形成されたプランジャ１６１ｂの進退によって揺動アーム１５９を揺動させ、揺動アーム１５９の先端に取り付けられた剥離ローラ１６０を退避位置と、粘着位置と、剥離位置との間で移動させる。剥離ローラ１６０は、ガラス用台板６２が剥離ステーション９２に移動してくる際に、退避位置に移動される。
図２３（Ａ）に示すように、剥離ローラ１６０の退避位置は、転写フイルム１１２から離れた位置にある。剥離ローラ１６０が退避位置にあるときには、剥離ローラ１６０とガイドローラ１５４との間に掛けられた粘着テープ１５３も転写フイルム１１２から離れるため、ガラス用台板６２が剥離ステーション９２に移動してきたときに、粘着テープ１５３が転写フイルム１１２に干渉するのを防止することができる。
図２３（Ｂ）に示すように、剥離ローラ１６０は、粘着テープ１５３を転写フイルム１１２に粘着させる際に、粘着位置に移動される。剥離ローラ１６０が粘着位置に移動されると、剥離ローラ１６０に掛けられた粘着テープ１５３の粘着面１５３ａは、転写フイルム１１２の下面よりも高い位置まで移動される。これにより、剥離ローラ１６０とガイドローラ１５４との間に掛けられた粘着テープ１５３は、確実に転写フイルム１１２に粘着する。
図２３（Ｃ）に示すように、剥離ローラ１６０は、ガラス基板３３から転写フイルム１１２を剥離する際に、剥離位置に移動される。剥離ローラ１６０が剥離位置にセットされると、剥離ローラ１６０に掛けられた粘着テープ１５３の粘着面１５３ａと、転写フイルム１１２の下面との間に隙間Ｌ５が形成される。これにより、剥離ローラ１６０が図中右方に移動しながら転写フイルム１１２を剥離する際に、剥離ローラ１６０が転写フイルム１１２を押圧することがないため、接着剤８のはみ出しなど防止することができる。
図２４に示すように、剥離用アクチュエータ１４９は、剥離ローラ１６０が粘着位置から剥離位置にセットされると、プランジャ１４８を一定速度で本体１４９ａ内に引き戻し、これと同時に巻取りリール１４７を巻き取り方向に回転させる。これにより、ガラス基板３３に貼り合わされた転写フイルム１１２は、粘着テープ１５３によって、端部側から捲られるように剥離される。使用済みの粘着テープ１５３や、剥離した転写フイルム１１２は、クリーンブース１２の側面の扉１６６を開いて開口１６７から取り出すことができる。
剥離時の転写フイルム１１２の曲率は、剥離ローラ１６０の半径Ｒ１に規定されるため、転写フイルム１１２の剥離が完了するまで一定となる。また、転写フイルム１１２のガラス基板３３の接合面に対する剥離角度θ１は、剥離ローラ１６０とガイドローラ１６２との位置関係によって規定されるが、剥離ローラ１６０とガイドローラ１６２は一緒に移動されるため変化しない。これらにより、剥離時の転写フイルム１１２とガラス基板３３との関係が一定に保たれるため、不安定な剥離によって、ガラス基板３３と転写フイルム１１２との間に接着剤８の膜が発生し、これが破裂してガラス基板３３を汚損するようなことはない。
なお、揺動アーム１５９が剥離位置に揺動されたときに、剥離ローラ１６０に掛けられた粘着テープ１５３の粘着面１５３ａと転写フイルム１１２との間に形成される隙間Ｌ５は、例えば０．１ｍｍ以下が適している。０．１ｍｍ以上に大きくすることもできるが、この隙間を大きくすると、剥離時の転写フイルム１１２の曲率が剥離ローラ１６０の半径よりも実質的に大きくなる。そのため、隙間Ｌ５は、剥離ローラ１６０の径との兼ね合いにより、接着剤８に膜が発生しないような値に設定するとよい。
また、転写フイルム１１２の剥離時の曲率は、剥離ローラ１６０を直径の異なるものに交換することにより、調整することができる。その際には、剥離ローラ１６０の退避位置、粘着位置、剥離位置も調整しなければならないが、揺動用アクチュエータ１６１のプランジャ１６１ｂの突出量を変更することで、容易に調整することができる。
次に、上記実施形態の作用について、図２５のフローチャートを参照しながら説明する。図３に示す一軸ロボット４６は、五軸ロボット４７をガラス基板受取り位置に移動させる。五軸ロボット４７は、ガラス基板供給部３４のオープンカセット３５からガラス基板３３を１枚取り出し、スペーサー４が形成されている面を上にしてアライメントステーション５３に移載する。アライメントステーション５３は、ガラス基板３３の回転方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の仮位置合せを行なう。
仮位置合せが完了したガラス基板３３は、五軸ロボット４７によってアライメントステーション５３から取り出される。一軸ロボット４６は、五軸ロボット４７を接合移載位置に移動させ、五軸ロボット４７は、その移動途中で第五軸５０ｅによって吸着ハンド４９を反転させ、ガラス基板３３のスペーサー４が形成されている面を下向きにする。接合移載位置に到達した五軸ロボット４７は、接合ステーション５７の下側接合ユニット６１のウエハ用台板６０上にガラス基板３３を載置する。ウエハ用台板６０は、真空吸着によってガラス基板３３を保持する。
ガラス基板３３を接合ステーション５７に移載した五軸ロボット４７は、一軸ロボット４６によってウエハ供給位置、及びアライメント移載位置、接合移載位置に順に移動され、ウエハ供給部２６のオープンカセット２８から取り出したウエハ２５をアライメントステーション５３を経て接合ステーション５７に移載する。アライメントステーション５３では、ガラス基板３３と同様にウエハ２５の仮位置合せが行なわれる。このように、ウエハ２５とガラス基板３３との移動をクリーンブース内のロボットによって行うようにしたので、異物の付着を防止することができる。
接合ステーション５７にガラス基板３３とウエハ２５とが移載される際には、図１６に示すように、上側接合ユニット６３は、ガラス基板用一軸ロボット９３によって転写ステーション９１に移動されている。そのため、図１１に示すように、下側接合ユニット６１と基板撮像カメラ９６との間は遮られておらず、すぐに基板撮像カメラ９６を利用した本位置合せが行なわれる。
基板撮像カメラ９６は、ガラス基板３３を撮像し、その画像データを画像処理装置９８に入力する。画像処理装置９８は、入力された画像データを画像処理して二値化し、制御コンピュータ１５に入力する。制御コンピュータ１５は、二値化データからガラス基板３３の位置を算出し、予め記憶されている基準位置と比較する。そして、ガラス基板３３の測定位置と基準位置との差に基づいてＸＹθテーブル７２を動作させ、ウエハ用台板６０の移動によってガラス基板３３を基準位置に配置する。
ガラス基板３３の位置合せ完了後、上側接合ユニット６３は、ガラス基板用一軸ロボット９３によって接合ステーション５７に移動される。図９に示すように、下側接合ユニット６１は、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８を同期して作動させ、ウエハ用台板６０を上方の接合位置に移動させてガラス用台板６２にガラス基板３３を当接させる。このときに、ガラス用台板６２が真空吸着を開始し、ウエハ用台板６０が真空吸着を解除することにより、ガラス基板３３はウエハ用台板６０からガラス用台板６２に移載される。ガラス基板３３を保持した上側接合ユニット６３は、再び転写ステーション９１に移動し、ウエハ用台板６０は、下方の退避位置に移動される。
五軸ロボット４７は、アライメントステーション５３から仮位置合せが完了したウエハ２５を取り出してウエハ用台板６０上に載置する。ウエハ２５は、真空吸着によってウエハ用台板６０に保持され、前述したガラス基板３３と同じ方法によって、本位置合わせのための位置測定のみが行なわれる。
図１６に２点鎖線で示すように、転写ステーション９１の転写ユニット１１４は、転写用一軸ロボット１１５によってフイルム受取り位置に移動され、図１８に示すように、フイルム供給部１１３の保持台１３８の下に入り込む。図１９（Ａ）に示すように、転写ユニット１１４は、３個の移載用アクチュエータ１２０を同期して作動させ、各プランジャ１２０ａを上方に突き出し、転写フイルム１１２をフイルムケース１３７の上方に持ち上げる。
転写ユニット１１４は、図１９（Ｂ）に示すように、３個の移載用アクチュエータ１２０によって転写フイルム１１２を持ち上げたまま、フイルム供給部１１３の保持台１３８の下から移動する。そして、３個の移載用アクチュエータ１２０の各プランジャ１２０ａを下方に移動させ、転写フイルム１１２を転写用台板１１６上に載置する。転写フイルム１１２は、真空吸着によって転写用台板１１６に保持される。このように、転写フイルム１１２の移動を人手を介さずにクリーンブース１２内で行うようにしたので、転写フイルム１１２への異物の付着を防止することができる。また、転写フイルム１１２に帯電防止処理を施したので、静電気等によって転写フイルム１１２のハンドリングに悪影響が生じることはない。
転写フイルム１１２を吸着保持した転写ユニット１１４は、転写ステーション９１の転写待機位置に移動する。そして、図２０に示すように、加圧用アクチュエータ１２１によって転写用台板１１６を上方の転写位置に移動させ、図２１（Ｂ）に示すように、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３に転写フイルム１１２を押し付けて、各スペーサー４に接着剤８を転写する。所定時間の経過後、転写用台板１１６は下方の転写待機位置に復帰される。この時に、転写フイルム１１２の吸着を解除することにより、転写フイルム１１２はガラス基板３３に貼着される。なお、転写フイルム１１２をガラス基板３３に押しつける際に、緩衝材を介して押圧するようにしたので、接着剤のはみ出し等を発生させることなく、接着剤８とスペーサー４とを適切に密着させることができる。
図２２に示すように、ガラス基板３３と転写フイルム１１２とを保持した上側接合ユニット６３は、ガラス基板用一軸ロボット９３によって剥離ステーション９２に搬送される。なお、図２３（Ａ）に示すように、このときの剥離ローラ１６０は、下方の退避位置に移動されているため、転写フイルム１１２と粘着テープ１５３とが干渉することはない。
剥離ステーション９２は、上側接合ユニット６３の移動完了とともに、揺動用アクチュエータ１６１によって揺動アーム１５９を揺動させ、剥離ローラ１６０を図２３（Ｂ）に示す粘着位置に移動させ、粘着テープ１５３の粘着面１５３ａを転写フイルム１１２に粘着させる。次に、揺動用アクチュエータ１６１は、剥離ローラ１６０を図２３（Ｃ）に示す剥離位置に移動させ、剥離ローラ１６０にかけられた粘着テープ１５３の粘着面１５３ａと転写フイルム１１２の下面との間に隙間Ｌ５を形成する。
図２４に示すように、剥離ステーション９２は、剥離用アクチュエータ１４９を動作させ、剥離ユニット１５０を図中右方に移動させるとともに、同時に巻取りリール１４７によって粘着テープ１５３を巻き取っていく。これにより、ガラス基板３３に貼り合わされた転写フイルム１１２は、粘着テープ１５３によって端部側から捲られるように剥離され、図２１（Ｃ）に示すように、各スペーサー４の上に接着剤８の層が転写形成される。
この剥離時の転写フイルム１１２の曲率及び角度は、剥離ローラ１６０の半径Ｒ１と、剥離ローラ１６０とガイドローラ１６２とによって規定される剥離角度θ１で維持されるため、不安定な剥離動作によって接着剤８に膜が発生し、ガラス基板３３を汚損させるようなことはない。また、接着剤８の粘度は、経時処理によって適性なものとなっているため、スペーサー４への濡れ性もよく、適切な塗布厚みで接着剤８を転写することができる。
また、転写板の剥離に長尺の粘着テープ１５３を使用したので、複雑な機構等を使用しなくても、簡単、低コストに転写フイルム１１２を保持することができる。また、剥離した転写フイルム１１２は、使用済みの粘着テープ１５３と一緒に巻き取ることができるので、剥離後の転写フイルム１１２の処理に複雑な機構や装置は必要ない。更に、使用済みの粘着テープ１５３を巻き取れば、すぐに新しい粘着テープ１５３を供給できるため、固体撮像装置の製造効率向上の資することができる。
各スペーサー４に接着剤８が塗布されたガラス基板３３を保持した上側接合ユニット６３は、ガラス基板用一軸ロボット９３によって接合ステーション５７に向けて移動されるが、その途中で基板撮像カメラ１００に対面する位置に停止される。基板撮像カメラ１００は、ガラス用台板６２に保持されたガラス基板３３を撮像し、その画像データを画像処理装置９８に入力する。画像処理装置９８での画像処理により生成された二値化データは、制御コンピュータ１５に入力され、ガラス基板３３に合せてウエハ２５を本位置合せする際の基準として利用される。
上側接合ユニット６３が接合ステーション５７に到達すると、さきに行われたウエハ２５の位置測定と、撮像カメラ１００を利用して行われたガラス基板３３の位置測定とに基づいて、ウエハ２５の本位置合せが実施される。これにより、ウエハ２５とガラス基板３３とをずれのないように接合することができる。
また、ウエハ２５の位置調整後、図２６のフローチャートに示すウエハ２５とガラス基板３３との平行度調整が実施される。図７に示すように、接合ステーション５７では、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８が同期して作動され、ウエハ２５を載置したウエハ用台板６０が上昇して、ガラス基板３３との間隔Ｓが、例えば１ｍｍとなる位置で停止される。
次に、第１〜第３のライト１０５〜１０７が点灯され、ウエハ２５とガラス基板３３との間の端縁の点Ｐ１〜Ｐ３が照明される。第１〜第３のライト１０５〜１０７の対面に配置された第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４は、各点Ｐ１〜Ｐ３の隙間を撮像する。各基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４により撮像された画像データは、画像処理装置９８に入力される。画像処理装置９８は、入力された第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４の画像データを画像処理して二値化し、制御コンピュータ１５に入力する。制御コンピュータ１５は、入力された各二値化データから、各点Ｐ１〜Ｐ３の間隔Ｌ１〜Ｌ３を算出する。
間隔Ｌ１〜Ｌ３が等しい場合には、ウエハ２５とガラス基板３３との接合面が平行に配置されていることになるため、平行度調整は行なわずに平行度測定が完了する。また、間隔Ｌ１〜Ｌ３がそれぞれ異なっている場合には、ウエハ２５とガラス基板３３との平行度が狂っていることになるため、平行度調整が実施される。
制御コンピュータ１５は、最初に設定したウエハ２５とガラス基板３３との間隔Ｓを間隔Ｌ１〜Ｌ３からそれぞれ減算して、間隔Ｓに対する各測定位置のズレ量Ｋ１〜Ｋ３を算出する。次に、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８をズレ量Ｋ１〜Ｋ３に応じて個別に駆動させ、ウエハ２５とガラス基板３３との３か所の端縁の点Ｐ１〜Ｐ３の間隔Ｌ１〜Ｌ３を均一にする。この平行度調整の完了後、再び第１〜第３のライト１０５〜１０７と第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４とによってウエハ２５とガラス基板３３との点Ｐ１〜Ｐ３の間隔Ｌ１〜Ｌ３を測定する。
上記平行度測定と平行度調整とは、間隔Ｌ１〜Ｌ３が等しくなるまで繰り返されるので、ウエハ２５とガラス基板３３との平行度を高精度に調整することができる。また、平行度測定は、ウエハ２５とガラス基板３３とに非接触で行うため、ウエハ２５とガラス基板３３とが汚損されることはない。また、平行度調整時のウエハ２５の傾斜変更は、第１〜第３の台板支持機構７３〜７５により、揺動板７８がウエハ２５の接合面上で揺動することにより行なわれるため、平行度調整によってウエハ２５が水平方向でずれることはない。
平行度調整後、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８が同期して作動され、平行度調整による傾斜が維持されたままウエハ２５が上方の接合位置に移動し、ガラス基板３３に押し付けられる。ガラス基板３３に押し付けられたウエハ２５は、ガラス基板３３の傾斜に倣い、ウエハ用台板６０が第１〜第３の台板支持機構７３〜７５によって揺動する。このウエハ用台板６０の揺動は、ウエハ２５の接合面上を基準にして行なわれるため、ウエハ２５とガラス基板３３との間に生じる接合位置のずれは最小となる。なお、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８によるウエハ２５の加圧力が強すぎる場合には、第１〜第３の加圧力調整シリンダ６９〜７１によって各昇降用アクチュエータ６６〜６８の圧力が逃がされるため、ウエハ２５が極所的に強く押されて接着剤８がスペーサー４の下からはみだしたり、破損することはない。
ウエハ２５をガラス基板３３との接合から所定時間の経過後、第１〜第３の昇降用アクチュエータ６６〜６８によってウエハ用台板６０が下方の退避位置に移動し、その際にウエハ２５の真空吸着を解除する。これにより、ウエハ２５はガラス基板３３に接合された状態でガラス用台板６２に保持される。その後、上側接合ユニット６３は、ウエハ２５とガラス基板３３とが接合されてなる接合基板３９を保持して転写ステーション９１に向けて移動し、その途中の基板撮像用カメラ１００に対面する位置で停止される。
基板撮像用カメラ１００は、上側接合ユニット６３に保持された接合基板３９を撮像し、その画像データを制御コンピュータ１５に入力する。制御コンピュータ１５は、入力された画像データを画像処理して二値化し、ウエハ２５とガラス基板３３との接合位置のずれを測定する。ウエハ２５またはガラス基板３３のいずれかに、接合位置のずれが生じている場合には、その接合基板３９は不良品であると制御コンピュータ１５で記憶し、基板接合装置１１以降のラインに流れないように処理する。
基板撮像カメラ１００による接合位置測定が終了すると、上側接合ユニット６３は、転写ステーション９１に移動され、緩衝材からなる転写用台板１１６によって押圧される。これにより、ウエハ２５とガラス基板３３とがよりしっかりと接合される。
転写ステーション９１での加圧が終了した接合基板３９は、上側接合ユニット６３によって接合ステーション５７に搬送され、ウエハ用台板６０上に移載される。次に、五軸ロボット４７によってウエハ用台板６０上から取り出され、接合基板排出部４０に搬送されて基板ケース４１に収納される。接合基板３９は、基板ケース４１に収納された状態でクリーンブース１２から取り出され、ダイシング装置に供給される。
ダイシング装置は、ダイヤモンド砥粒をレジンで固めたメタルレジン砥石を使用して、接合基板３９に冷却水をかけて冷却しながら、図２１（Ｄ）に一点鎖線で示すダイシングラインＱ，Ｕに沿って、ウエハ２５とこのウエハ２５に接合されたガラス基板３３とをダイシングする。これにより、多数の固体撮像装置２が一括して完成する。
なお、上記実施形態では、ウエハ２５とガラス基板３３との平行度を調整するために使用する基板間隔測定手段として、第１〜第３の基板間隔撮像カメラ１０２〜１０４と第１〜第３のライト１０５〜１０７とを使用したが、図２７に示すように、レーザー光１７０を用いた３個の外形測定器１７１等を使用してもよい。これらの外形測定器１７１は、ウエハ２５とガラス基板３３との間を通過するように、投光部１７２から受光部１７３に向けて間でレーザー光１７０を照射し、このレーザー光１７０に対するウエハ２５及びガラス基板３３の隙間を測定することによって、ウエハ２５とガラス基板３３との間隔を測定する。なお、これらの外形測定器１７１を使用する場合にも、ウエハ用台板１７４の傾斜変更には、３個の昇降用アクチュエータ１７５を用いることができる。
また、上記各実施形態では、ウエハ２５とガラス基板３３との間隔から平行度を測定したが、図２８に示すように、ウエハ２５とガラス基板３３との各接合面の複数の垂直方向の位置をレーザー変位計１７６，１７７で測定し、これらの測定値を予め記憶しておいた基準値と比較することによって、ウエハ２５及び硝子基板３３の平行度を測定することもできる。
この場合には、接合ステーション１７９でウエハ２５の接合面の変位量を測定し、この接合ステーション１７９に隣接して設けられた測定ステーション１８０でガラス基板３３の接合面の変位量を測定する。両基板の接合面の変位量に基づいて、接合ステーション１７９の昇降用アクチュエータ１８１を駆動させ、ウエハ２５の傾斜を変化させる。ガラス用台板１８２を接合ステーション１７９に移動させ、ウエハ用台板１８３を昇降用アクチュエータ１８１で上昇させて、ウエハ２５とガラス基板３３とを接合する。
更に上記各実施形態では、ウエハ２５とガラス基板３３との接合面の間隔や変位量を測定して平行度を調整したが、いずれか一方の基板に他方の基板を当接させて、傾斜を倣わせるようにすることもできる。例えば、図２９（Ａ）に示すように、ウエハ２５を保持するウエハ用台板１８５の下面には、凸状の球面軸１８６が取り付けられている。この球面軸１８６は、凹状の球面軸受１８７によって回転自在に受けられている。
球面軸受１８７には、エアー通路１８８が形成されており、このエアー通路１８８にはエアーポンプ１８９が接続されている。このエアーポンプ１８９によって球面軸受１８７内に空気を送ると、球面軸１８６と球面軸受１８７との摩擦が小さくなり、ウエハ用台板１８５は揺動自在となる。これとは逆に、エアーポンプ１８９によって球面軸受１８７から空気を抜くと、球面軸１８６が球面軸受１８７に密着されるため、ウエハ用台板１８５は固定される。
上記球面軸受１８７内にエアーポンプ１８９で空気を送ってウエハ用台板１８５を揺動自在にしておき、図２９（Ｂ）に示すように、このウエハ用台板１８５に載置されたウエハ２５に対し、ガラス用台板１９１に保持されたガラス基板３３を当接させる。すると、ウエハ用台板１８５の揺動によって、ウエハ２５がガラス基板３３の接合面の傾斜に倣う。その後、エアーポンプ１８９で空気を抜いてウエハ用台板１８５を固定すれば、ウエハ２５とガラス基板３３とを離しても、傾斜が合せられた状態を維持することができる。その後、ガラス基板３３の各スペーサー４に接着剤を塗布してウエハ２５とガラス基板３３とを接合するが、ウエハ２５とガラス基板３３との各接合面の平行は合っているため、接着剤がはみ出すようなことはない。
また、上記実施形態では、接着剤として常温硬化型接着剤を使用し、粘度調整に経時処理を用いた。しかし、経時処理には時間がかかり、経時処理中の接着剤に異物が付着する懸念があった。そこで、接着剤として、紫外線等の光が照射されたときに硬化を開始する光遅延硬化型接着剤を使用することもできる。この場合には、例えば図３０に示すように、転写ステーション９１とフイルム供給部１１３との間に照明ステーション２００を設け、この照明ステーション２００に転写ユニット１１４を停止させて照明装置２０１のランプ２０２で転写フイルム１１２に紫外線を照射するとよい。これによれば、転写ステーション９１で接着剤の転写を行なう前に、接着剤の硬化を開始させることができる。
なお、本発明の基板接合装置は、固体撮像装置だけではなく、基板の接合を必要とするその他のチップサイズパッケージの製造にも利用することができる。
本発明の基板接合装置を使用して製造される固体撮像装置の外観形状を示す斜視図である。 固体撮像装置の要部断面図である。 基板接合装置の構成を示す概略図である。 ウエハとガラス基板の構成を示す外観斜視図である。 ウエハ供給部の構成を示す概略図である。 接合基板排出部の構成を示す概略図である。 接合ステーションの構成を示す要部断面図である。 下側接合ユニットの上面図である。 ウエハ用台板が接合位置にある際の接合ステーションの状態を示す要部断面図である。 台板支持機構の構成を示す説明図である。 基板位置測定時の接合ステーションの状態を示す要部断面図である。 平行度測定に用いられるライト及び撮像カメラの配置を示す概略図である。 ライトの構成を示す要部断面図である。 基板と撮像カメラの位置関係を示す説明図である。 撮像カメラの焦点位置に対するウエハとガラス基板との端縁の位置ずれ量と、両基板の間隔の測定値との関係を示すグラフである。 転写ステーション及びフイルム供給部の配置関係を示す説明図である。 転写ステーションの構成を示す要部断面図である。 フイルム供給部の上面図である。 転写フイルムの転写ユニットへの移載状態を示す要部断面図である。 転写フイルムガラス基板との接合状態を示す転写ステーションの要部断面図である。 基板接合時のウエハ及びガラス基板及び転写フイルムの状態を示す説明図である。 剥離ステーションの構成を示す概略図である。 剥離ローラの各停止位置を示す説明図である。 剥離ステーションの転写フイルム剥離中の状態を示す概略図である。 基板接合装置の動作順序を示すフローチャートである。 平行度調整手順を示すフローチャートである。 外形測定器を使用して平行度を測定するようにした別の実施形態を示す上面図である。 レーザー変位計を使用して平行度を測定するようにした更に別の実施形態を示す要部断面図である。 ウエハとガラス基板とを当接させて平行度を調整するようにした更にまた別の実施形態を示す要部断面図である。 転写ステーションとフイルム供給部との間に照明ステーションを配置した実施形態を示す説明図である。
符号の説明
２ 固体撮像装置
３ 固体撮像素子チップ
４ スペーサー
５ カバーガラス
６ 固体撮像素子
８ 接着剤
１１ 基板接合装置
１２ クリーンブース
１５ 制御コンピュータ
２５ ウエハ
２６ ウエハ供給部
３３ ガラス基板
３４ ガラス基板供給部
３９ 接合基板
４０ 接合基板排出部
４６ 一軸ロボット
４７ 五軸ロボット
５３ アライメントステーション
５７ 接合ステーション
６０ ウエハ用台板
６１ 下側接合ユニット
６２ ガラス用台板
６３ 上側接合ユニット
６６〜６８ 昇降用アクチュエータ
６９〜７１ 加圧力調整シリンダ
７２ ＸＹθテーブル
７３〜７５ 台板支持機構
９１ 転写ステーション
９２ 剥離ステーション
９６ 基板撮像カメラ
９８ 画像処理装置
１０２〜１０４ 基板間隔撮像カメラ
１０５〜１０７ ライト
１１２ 転写フイルム
１１３ フイルム供給部
１１４ 転写ユニット
１１６ 転写用台板
１５３ 粘着テープ
１６０ 剥離ローラ
１７１ 外形測定器
１７６，１７７ レーザー変位計
１８６ 球面軸
１８７ 球面軸受
１８９ エアーポンプ
２００ 照明ステーション

Claims (22)

  1. 多数の素子が形成された半導体基板と、各素子を封止する封止基板とを接合し、各素子ごとに個片化されるように半導体基板と封止基板とを裁断して形成されるチップサイズパッケージの製造に用いられ、該半導体基板と封止基板とを接合する接合装置であって、
    前記半導体基板と封止基板とを供給する基板供給部と、
    接着剤が塗布された弾性体状の転写板を供給する転写板供給部と、
    転写板の接着剤が塗布された面と、封止基板の接合面とを重ね合わせて加圧する転写板加圧部と、
    作業位置にある前記封止基板の一端部に近接して配置された剥離ローラと、この剥離ローラに掛けられて前記転写板の一端部に粘着する長尺の粘着テープと、前記剥離ローラを該一端部から反対側の他端部に向けて移動させるローラ移動手段と、このローラ移動手段による剥離ローラの移動と同時に、剥離された転写板が封止基板の接合面に対して一定の角度を保つように粘着テープを巻き取る巻取り手段とを有し、前記転写板を前記封止基板から剥離して、該封止基板上に接着剤の層を転写形成する転写板剥離部と、
    半導体基板と封止基板との接合面の平行度を調整する平行度調整手段と、
    半導体基板と封止基板との位置を調整し、重ね合わせて接合する基板接合部と、
    半導体基板と封止基板と転写板とを各部の間で搬送する基板搬送手段とを設けたことを特徴とする基板接合装置。
  2. 前記素子は固体撮像素子であり、前記封止基板は透明な材質で形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板接合装置。
  3. 前記封止基板の接合面方向で剥離ローラを移動させ、この剥離ローラと転写板との間隔を調整するローラ間隔調整手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の基板接合装置。
  4. 前記剥離ローラに掛けられた粘着テープの外周面と転写板との間隔は、転写板の剥離時に０．１ｍｍ以下となるようにしたことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の基板接合装置。
  5. 前記剥離ローラの直径は、１５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の基板接合装置。
  6. 前記転写板として、帯電防止処理されたプラスチックフイルムを用いたことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の基板接合装置。
  7. 前記転写板加圧部において、緩衝材を介して転写板を加圧することを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の基板接合装置。
  8. 前記緩衝材として、ＡＳＫＥＲ−Ｃ ２０〜４０の硬度を有するスポンジゴムを用いたことを特徴とする請求項７記載の基板接合装置。
  9. 前記平行度調整手段は、
    半導体基板と封止基板との対面された両接合面の複数位置の間隔の長さをそれぞれ測定する複数の基板間隔測定手段と、
    これらの基板間隔測定手段の測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる基板傾斜変更手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の基板接合装置。
  10. 前記基板間隔測定手段は、
    半導体基板と封止基板との対面された両接合面の間を透過光によって照明する透過光照明手段と、
    この透過光照明手段によって照明された半導体基板と封止基板との間を撮像する基板間隔撮像手段とからなり、
    各基板間隔撮像手段の撮像データを解析して、半導体基板と封止基板との両接合面の複数位置の間隔の長さを算出する基板間隔算出手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の基板接合装置。
  11. 前記透過光照明手段は、集光角度が１°以下であることを特徴とする請求項１０記載の基板接合装置。
  12. 前記基板間隔撮像手段は、撮像レンズにテレセントリックレンズを用いていることを特徴とする請求項１０または１１記載の基板接合装置。
  13. 前記基板間隔測定手段は、半導体基板と封止基板との対面された両接合面の所定位置の間隔を測定するレーザー測定器からなることを特徴とする請求項９記載の基板接合装置。
  14. 前記平行度調整手段は、
    半導体基板と封止基板との各接合面の複数位置で、予め設定された基準位置に対する変位量をそれぞれ測定する複数の変位量測定手段と、
    これらの変位量測定手段の測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる基板傾斜変更手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の基板接合装置。
  15. 前記基板傾斜変更手段は、
    各測定手段の各測定位置に対応して配置され、半導体基板または封止基板の所定位置を接合面に直交する方向で移動させる複数のアクチュエータと、
    各測定手段の測定結果に基づいて各アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
    半導体基板と封止基板との接合時に、一方の基板に倣って他方の基板が揺動できるように該他方の基板を支持するとともに、この他方の基板の揺動基準をその基板の接合面と同一平面上とする基板支持手段とを備えたことを特徴とする請求項９ないし１４いずれか記載の基板接合装置。
  16. 前記平行度調整手段は、
    半導体基板または封止基板が保持された台板を揺動自在に、または固定して保持する台板保持機構からなり、
    該台板を揺動自在とした状態で半導体基板と封止基板とを当接させ、一方の基板に倣って台板に保持された他方の基板が揺動した後で、台板を固定することを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の基板接合装置。
  17. 前記台板保持機構は、
    台板に一体に設けられた略半球形状の球面軸と、
    この球面軸を収納する球面軸受部と、
    球面軸と球面軸受部との間にエアーを充填して球面軸受部に対し球面軸を揺動自在とし、かつ球面軸と球面軸受部との間からエアーを吸引して球面軸受部に対し球面軸を固定するエアーポンプとを備えたことを特徴とする請求項１６記載の基板接合装置。
  18. 前記転写板に塗布される接着剤として光遅延硬化型の接着剤を用い、かつ封止基板への接着剤の転写の前に、転写板に塗布された光遅延硬化型接着剤に光を照射して硬化を開始させる照明部を設けたことを特徴とする請求項１ないし１７いずれか記載の基板接合装置。
  19. 多数の素子が形成された半導体基板と、各素子を封止する封止基板とを接合し、各素子ごとに個片化されるように半導体基板と封止基板とを裁断して形成されるチップサイズパッケージの製造に用いられ、該半導体基板と封止基板とを接合する方法であって、
    半導体基板を供給する工程と、
    封止基板を供給する工程と、
    接着剤が塗布された弾性体状の転写板を供給する工程と、
    転写板の接着剤が塗布された面と、封止基板の接合面とを重ね合わせて加圧する工程と、
    前記封止基板の一端部に近接して配置された剥離ローラに掛けられている長尺の粘着テープを前記転写板の一端部に粘着させ、前記剥離ローラを該一端部から反対側の他端部に向けて移動させるとともに前記粘着テープを巻き取り、前記転写板が前記封止基板の接合面に対して一定の角度を保つように前記転写板を剥離し、該封止基板上に接着剤の層を転写形成する工程と、
    半導体基板と封止基板との接合面の平行度を調整する工程と、
    半導体基板と封止基板との位置を調整し、重ね合わせて接合する工程とを含むことを特徴とする基板接合方法。
  20. 前記半導体基板と封止基板との接合面の平行度を調整する工程は、半導体基板と封止基
    板との対面された両接合面の複数位置の間隔の長さをそれぞれ測定する工程と、
    これらの測定結果に基づいて、半導体基板または封止基板の傾きを変化させる工程とを含むことを特徴とする請求項１９記載の基板接合方法。
  21. 前記半導体基板と封止基板との接合面の間隔の長さを測定する工程は、半導体基板と封止基板との両接合面を所定の間隔で対面させる工程と、
    半導体基板と封止基板との間の複数位置を透過光によって照明して撮像する工程と、
    撮像データを解析して両接合面の間の複数位置の間隔の長さを算出する工程とを含むことを特徴とする請求項２０記載の基板接合方法。
  22. 前記基板の傾きを変化させる工程は、半導体基板と封止基板との接合時に、一方の基板の傾斜に倣うように、他方の基板をその接合面上で揺動させる工程を含むことを特徴とする請求項２０または２１記載の基板接合方法。
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