JP2007218754A - アライメントずれ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】櫛歯より形成が容易な単純な位置合わせマークを用いて、アライメントずれを容易に、且つ、定量的、高精度に評価する。
【解決手段】位置合わせ対象の一方（２４）に、位置合わせ方向に垂直な一対のエッジを持つ位置合わせマーク（４６）を設けると共に、位置合わせ対象の他方（２８）に、前記エッジによって一部が遮蔽される一対の受光素子（４２ａ、４２ｂ）（４２ｃ、４２ｄ）を設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、アライメントずれ検査装置に係り、特に、スケールと検出ヘッドの相対変位を検出するための光電式エンコーダの受光素子と検出基板や検出ヘッドとスケールのアライメントずれを評価する際に用いるのに好適な、アライメントずれ検査装置に関する。

スケール１０と検出ヘッド２０の相対変位を検出するための光電式エンコーダのうち、図１に示すような３格子の反射型エンコーダ構成では、光源２２で発生され、ＣＯＧ（Ｃhip Ｏn Ｇlass）基板等の検出基板２４上の第１格子２６、及び、スケール１０上の第２格子（スケール格子とも称する）１２の作用を受けた光を受光するための、第３格子２９が一体的に形成された受光素子アレイ（ＰＤＡ）チップ２８を検出基板２４に実装している。又、図２に示す如く、第１格子２６は、検出基板２４上のパターンとして形成されている。従って、第１格子２６とＰＤＡチップ２８の相対位置は、実装の位置精度に応じて、図３に示す如くＸ、Ｙ、θがずれる。

ＰＤＡチップ２８と第１格子２６の相対角度がずれた場合は、図３に示したようにＰＤＡチップ２８の端では信号量が低下又は他相の信号が入ることによって、直流成分が増加し、精度が劣化する。スケール目盛ピッチが微細になる程、位置ずれの影響は大きく、例えば明縞と暗縞が共に４μｍの４／４μｍスケールでは、モアレ方向（θ）に０．２°の回転誤差が生じると、長さ１ｍｍ当たり約３．５μｍの傾斜が生じ、特性上無視できない位置ずれが発生する。従って、格子の位置合わせは非常に重要である。

一方、光電式エンコーダではないが、特許文献１や２には、櫛歯状マークを用いた露光用マスクの位置合わせ技術が記載されている。

特開平３−２６２９０１号公報 特開平４−７８１４号公報

しかしながら、位置合わせマークが複雑な櫛歯状であったため、形成が容易でないという問題点を有していた。

なおＸ、Ｙ方向のずれは、図４に示すパッド部３０の重なり度合で評価することもできるが、回転方向を定量的に判断するためには、複数点のずれ量を測定しなければならない。

更に、図４のように、検出基板２４とＰＤＡチップ２８の間には半田バンプ３２があり、数十μｍ離れているため、高倍率の顕微鏡では両方に同時にピントを合わせることが難しく、逆に低倍率では読み取りの分解能が悪く、調整量を決めるための正確な位置誤差を求めることが難しいという問題点も有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、櫛歯より形成が容易な単純な位置合わせマークを用いて、アライメントずれを、容易に且つ、定量的、高精度に評価できるようにすることを課題とする。

本発明は、位置合わせ対象の一方に設けられた、位置合わせ方向に垂直な一対のエッジを持つ位置合わせマークと、位置合わせ対象の他方に設けられた、前記エッジによって一部が遮蔽される一対の受光素子と、該一対の受光素子の出力差により位置ずれ量を求める手段と、を備えたことを特徴とするアライメントずれ検査装置により、前記課題を解決したものである。

又、前記位置合わせ方向を直交する２方向とし、前記受光素子を二対設けて、平面におけるアライメントずれを検出可能としたものである。

更に、前記位置合わせマークを矩形としたものである。

本発明は、又、前記のアライメントずれ検査装置を備えたことを特徴とする光電式エンコーダを提供するものである。

本発明によれば、受光素子の出力差から位置ずれ量が分かるので、櫛歯より形成が容易な単純な位置合わせマークを用いて、高精度で定量的な測定が容易に可能となる。

更に、検出基板等に実装した状態で直ぐ測定できるので、チップ実装装置等のオフセット測定が電気的に行なわれていれば、装置の条件設定に容易にフィードバックすることができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図５に示す如く、ＰＤＡチップ２８に、ＸＹの両方向に対になった検査用フォトダイオード（ＰＤ）４２ａ〜４２ｄ、及び、これらの半分の面積を持つ参照用フォトダイオード（ＰＤ）４４を配置すると共に、検出基板２４上に、前記検査用ＰＤ４２ａ〜４２ｄそれぞれと均等に重なる正方形の遮蔽パターン４６を位置合わせマークとして配線パターンで形成したものである。

従って、図５（Ａ）に示す如く位置ずれが生じていない場合には、全ＰＤ４２ａ〜４２ｄの出力が均等で、参照用ＰＤ４４の出力と同じになるが、Ｘ又はＹのいずれかの方向に位置ずれが生じた場合には、図５（Ｂ）に示す如く、ＰＤ４２ａと４２ｂ（Ｘ方向）、ＰＤ４２ｃと４２ｄ（Ｙ方向）上でパターン４６が遮光する領域が変化する。従って、これに光源５０及びコリメータレンズ５２から照明光を照射すると、端子からＸ方向、Ｙ方向それぞれ対になるＰＤ４２ａと４２ｂ、４２ｃと４２ｄ間の光電流の出力に差が出るので、位置ずれ量を知ることができる。

今、図５に示すように、フォトダイオードが１辺がＬ０の正方形の場合
ＰＤ４２ａ〜４２ｄの面積Ａpd＝Ｌ０＾２
ＰＤ４４の面積Ａref＝１／２＊Ｌ０＾２
となり、
位置ずれ量とＬ０との関係は、Ｌ０＝ΔＬ１＋ΔＬ２＝ΔＬ３＋ΔＬ４
Ｘ方向位置ずれ量（検出基板基準）は、ΔＬｘ＝（ΔＬ２−ΔＬ１）／２
Ｙ方向位置ずれ量（検出基板基準）は、ΔＬｙ＝（ΔＬ４−ΔＬ３）／２
となる。

各ＰＤの電流出力Ｉ１〜Ｉ４は、それぞれの受光面積に比例するので、位置ずれ量は電流Ｉｘ、Ｉｙとして以下のようになる。

Ｉｘ＝（ΔＬｘ＊Ｌ０−１／２Ｌ０＾２）＊Ｓ＊Ｐ
＝（ΔＬ２−ΔＬ１−Ｌ０）＊Ｌ０＊Ｓ＊Ｐ／２ …（１）
Ｉｙ＝（ΔＬｙ＊Ｌ０−１／２Ｌ０＾２）＊Ｓ＊Ｐ
＝（ΔＬ４−ΔＬ３−Ｌ０）＊Ｌ０＊Ｓ＊Ｐ／２ …（２）

ここで、Ｓは受光素子の放射感度、Ｐは照明光の単位面積当たりの入射光量である。

従って、参照用ＰＤ４４の出力Ｉrefとの比から算出する回路を設けて、次式のように位置ずれ量を算出することができる。

Ｉｘ／Ｉref＝（ΔＬ２／Ｌ０−ΔＬ１／Ｌ０−１） …（３）
Ｉｙ／Ｉref＝（ΔＬ４／Ｌ０−ΔＬ３／Ｌ０−１） …（４）

実際の測定は、図６に示す如く、ＰＤＡチップ２８を検出基板２４に実装した後、受光面側から平行光を照射した状態で、検査用ＰＤ４２ａ〜４２ｄ及び参照用ＰＤ４４の出力信号を出力パッド５６及びプローブ５８等でＩＶ（電流／電圧）変換アンプ５９を介して評価回路６０に取り出し、差動アンプ６２ａ〜６２ｄで処理・計算させる。

回転量θの検出が必要な場合は、チップの中に複数個挿入する。

検出基板内の複数チップをモニタすれば、個々のずれに加えて、全体的な傾向が分かり、測定精度も向上する。

なお、検出基板２９がガラス等の透明体でない場合は、遮蔽パターン４６を透明窓に代えてもよい。形状も正方形に限定されず、長方形でも良い。パターンと受光素子の配置も逆でも良い。

前記実施形態においては、本発明が、光電式エンコーダの検出基板２４とＰＤＡチップ２８のアライメント検査に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図７に示す第２実施形態の如く、２個所に設けて、スケール１０と検出ヘッド２０のアライメント検査に適用することもできる。

又、前記実施形態においては、本発明が３格子の反射型エンコーダに適用されていたが、２格子型や透過型エンコーダにも同様に適用できる。

更に、液晶等透明基板とＩＣの組立に応用したり、通常のＩＣでもＰＮ接合により容易にＰＤをＩＣ内に作り込むことができるので、受光デバイスでないＩＣの場合でも、本発明を適用可能であり、対向する素子のアライメント全般に同様に適用できる。

従来の反射型エンコーダの一般的な構成を示す断面図 同じく検出基板を示す平面図 同じく回転方向アライメントずれの例を示す平面図 同じく検出基板上のＰＤＡチップを示す断面図 本発明の第１実施形態の構成を示す平面図 第１実施形態による測定例を示すブロック図 本発明の第２実施形態を示す平面図

符号の説明

１０…スケール
２０…検出ヘッド
２２…光源
２４…検出基板
２８…受光素子アレイ（ＰＤＡ）チップ
４２ａ〜４２ｄ…検査用フォトダイオード（ＰＤ）
４４…参照用フォトダイオード（ＰＤ）
４６…遮蔽パターン（位置合わせマーク）
５８…プローブ
６０…評価回路

Claims (4)

1. 位置合わせ対象の一方に設けられた、位置合わせ方向に垂直な一対のエッジを持つ位置合わせマークと、
   位置合わせ対象の他方に設けられた、前記エッジによって一部が遮蔽される一対の受光素子と、
   該一対の受光素子の出力差により位置ずれ量を求める手段と、
   を備えたことを特徴とするアライメントずれ検査装置。
2. 前記位置合わせ方向が直交する２方向であり、前記受光素子が二対設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアライメントずれ検査装置。
3. 前記位置合わせマークが矩形であることを特徴とする請求項２に記載のアライメントずれ検査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のアライメントずれ検査装置を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。

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