JP2505331B2 - 平板状物体の寸法および欠陥計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平板状物体の寸法および
欠陥計測装置に係り、例えば半導体デバイスの製造に用
いられるリードフレームの検査に適用される。

【０００２】

【従来の技術】平板状（シート状）物体の検査システム
として、フライングスポット方式の走査・検出系が知ら
れ、例えば図５のように構成されている。図示の通り、
レーザ光源（レーザ発振器及びコリメータ）からのレー
ザビームはポリゴンミラー（回転鏡）で反射されて走査
され、平面鏡および円筒鏡で反射された後に、試料であ
る鋼帯（ストリップ）に入射される。そして、鋼帯で反
射された光は複数の光電子増倍管で検出され、鋼帯表面
の欠陥情報が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、例えばリードフレームの様に多数の開孔
を有する平板状物体では、開孔部で反射光が得られない
ため、検査するのが容易でなかった。また、上記従来技
術では試料の片面しか検査できない問題があり、更に複
数の光電子増倍管が必要でシステムが高価になる欠点が
あった。本発明は、かかる従来技術の欠点を克服するこ
とを課題としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る平板状物体
の寸法および欠陥計測装置は、所定のビーム径とされた
第１及び第２の光ビームを、回転するポリゴンスキャナ
ミラーで反射させることにより、これら第１及び第２の
光ビームによって、それぞれの光ビームに対応する走査
範囲を交互に走査する第１光学系と、各走査範囲内を走
査された第１及び第２の光ビームをそれぞれ平行に走査
された２本の光ビームとする一対のテレセントリックＦ
・θレンズ系を含み、走査された第１の光ビームを計測
すべき平板状物体の一方の面に、また、走査された第２
の光ビームを他方の面に対してそれぞれ同一光軸で照射
する第２光学系と、ポリゴンスキャナミラーと一対のテ
レセントリックＦ・θレンズ系の間の光路中にそれぞれ
配設され、計測すべき平板状物体側からポリゴンスキャ
ナミラー側へ進む光を光路外に反射する一対のビームス
プリッタと、一対のビームスプリッタに対応して配置さ
れ、各ビームスプリッタにより光路外に反射された反射
光をそれぞれ受光する第１及び第２の受光手段とを備え
る。そして、第１の光ビームの走査時には、平板状物休
の一方の面で反射される第１の光ビームの反射光を第１
の受光手段で受光すると共に、平板状物体を通過する第
１の光ビームの通過光を第２の受光手段で受光し、ま
た、第２の光ビームの走査時には、平板状物体の他方の
面で反射される第２の光ビームの反射光を第２の受光手
段で受光すると共に、平板状物体を通過する第２の光ビ
ームの通過光を第１の受光手段で受光し、これら第１及
び第２の受光手段の出力にもとづいて平板状物体の寸法
および欠陥を計測するようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明の構成によれば、第１の光学系で走査さ
れた２本の光ビームはテレセントリックＦ・θレンズで
平行ビームとされ、同一光軸において平板状物体に反対
方向から入射される。このため、平板状物体の一方の面
と他方の面とに交互に入射された光ビームの通過光と反
射光は、再びテレセントリックＦ・θレンズを通って集
束され、一対のビームスプリッタを介して検出手段に入
射される。このため、検出手段の出力信号は平板状物体
の表裏の面状態と開孔の有無を示すことになるので、こ
の出力信号を処理することで寸法および欠陥等が計測さ
れる。

【０００６】

【実施例】以下、添付図面により実施例の平板状物体の
寸法および欠陥計測装置を説明する。なお、同一要素に
は同一符号を付すこととして、重複説明を省略する。

【０００７】図１は第１実施例の光学系を示す図であ
り、フレキシブル回路基板、液晶用ガラス電極、ビデオ
テープ、ＩＣ用リードフレーム等の平板状物体１の検査
に使用される。特徴的な点は、平板状物体１の表面照射
用光学系と裏面照射用光学系が対称に配置されているこ
とであり、表面照射用光学系による光ビームの通過光が
裏面照射用光学系で、反射光が表面照射用光学系を逆方
向に通って一方の検出系に入射され、反対に、裏面照射
用光学系による光ビームの通過光が表面照射用光学系
で、反射光が裏面照射用光学系で逆方向に通って他方の
検出系で検出されていることである。また、後述の第２
実施例と対比すれば、走査用のポリゴンスキャナミラー
２が１個になっている点も特徴的である。

【０００８】以下、詳細に説明すると、レーザ光源３か
らのレーザビームはビームエキスパンダ４によって所定
のビーム径とされ、一部はビームスプリッタ５１により
反射され、透過した残りはミラー６１により反射されて
ポリゴンスキャナミラー２に対称的に入射される。ここ
で、ポリゴンスキャナミラー２は定角速度で回転してお
り、したがって２本のレーザビームは反射されて扇状に
スキャンされ、一対のテレセントリックＦ・θレンズ７
１，７２に入射される。ここでポリゴンスキャナミラー
２の反射点はテレセントリックＦ・θレンズ７１，７２
の前側焦点位置に一致させてあるので主光線が平行なビ
ームとなる。

【０００９】この平行な２本のビームは一対のビームス
プリッタ５３，５４で一部が反射され、平板状物体１に
対して表裏の両面から入射され光スポットを形成する。
ここで、平板状物体１に入射される光ビームは互いに同
一光軸方向であって、逆方向（図中の白抜きおよび黒塗
りの矢印方向）に走査される。そして、平板状物体１の
通過光および反射光は、それぞれビームスプリッタ５
３，５４で反射され、テレセントリックＦ・θレンズ７
１，７２で集束されてビームスプリッタ５５，５６によ
り反射されることにより、光検出器８１，８２に入射さ
れるよう構成されている。

【００１０】上記構成において、平板状物体１の表面検
査および裏面検査における光ビームの経路を、より具体
的に説明する。表面検査は図中の白抜き矢印に対応して
おり、レーザビームはビームスプリッタ５１で反射さ
れ、ポリゴンスキャナミラー２で走査されてテレセント
リックＦ・θレンズ７１で平行ビームとなる。そして、
ビームスプリッタ５３で光路が変更され、平板状物体１
の表面に図中の右から左へ走査しながら入射される。こ
の平板状物体１における通過光は、ビームスプリッタ５
４で反射されてテレセントリックＦ・θレンズ７２で集
束され、ビームスプリッタ５５で反射されて光検出器８
１に入射される。他方、平板状物体１の反射光は入射ビ
ームの経路を逆方向に戻り、ビームスプリッタ５６で反
射されて光検出器８２で検出される。なお、裏面検査に
ついては、黒塗り矢印で示した通りである。

【００１１】光検出器８１，８２の検出出力は、図示し
ない処理装置に送られて、平板状物体１の寸法や表面欠
陥の解析がされる。なお、この処理装置は、例えば解析
用のソフトをプログラミングしたコンピュータで構成さ
れる。そして、このコンピュータには、光検出器８１，
８２の検出出力と、ポリゴンスキャナミラー２の回転角
および速度に関するデータと、光ビームの走査方向と直
交する方向に移動する平板状物体１の移動量および速度
に関するデータが入力されている。

【００１２】上記の構成に加えて、本実施例において
は、レーザビームの走査速度むらを補正する調整系を備
える。すなわち、ビームスプリッタ５３，５４の後方に
は、平板状物体１と共役な結像面上に参照スケール９
１，９２が設けられ、その透過光は集光レンズ１０１，
１０２を介して光検出器８３，８４に入射されるように
なっている。この光検出器８３，８４の検出出力によ
り、ポリゴンスキャナミラー２の回転むらや、テレセン
トリックＦ・θレンズ７１，７２の歪曲収差によって生
じるレーザビームの走査速度むらを、実時間で補正可能
とし、より高精度な計測を実現している。

【００１３】なお、上記実施例においては、レーザ光源
３からのレーザ光はビームエキスパンダ４により所定の
ビーム径とされるが、レーザビームの直径をＤ、レーザ
スポットの直径をφ、レーザ光の波長をλ、テレセント
リックＦ・θレンズ７１，７２の焦点距離をｆとする
と、 Ｄ＝１．２７×λ×ｆ／φ となる。

【００１４】図２は、上記実施例におけるポリゴンスキ
ャナミラー２のビーム走査を詳細に示している。ビーム
スプリッタ５１で反射された光は、図２のようにポリゴ
ンスキャナミラー２の反射面Ａに入射される。反射光は
テレセントリックＦ・θレンズ７１を介して平板状物体
１に入射されるが、ポリゴンスキャナミラー２の回転に
伴なって、平板状物体１の走査開始点から走査終了点ま
でスキャンされる。

【００１５】ビームスプリッタ５１を通過した光はミラ
ー６１で反射され、同様にポリゴンスキャナミラー２に
入射される。ここで、この光はビームスプリッタ５１で
反射されてポリゴンスキャナミラー２に入射した光と
は、所定の角度ずれてポリゴンスキャナミラー２に入射
しており、僅かなブランキング時間が経過した後に、ポ
リゴンスキャナミラー２で反射され、テレセントリック
Ｆ・θレンズ７２によって平板状物体１の走査開始点に
スポットを結ぶ。そして、ポリゴンスキャナミラー２の
回転に伴なって、走査終了点までスキャンされることに
なる。

【００１６】以上により、１サイクルの走査が終了し、
ポリゴンスキャナミラー２の次の反射面Ｂにより、次の
サイクルの走査がされる。この間、平板状物体１は定速
度で走査方向と直交方向に移動するので、結果的には平
板状物体１は表裏の両面から二次元走査される。なお、
ビームスプリッタ５１、ミラー６１を設けることなく、
レーザ光源３とビームエキスパンダ４を二系列としても
よい。

【００１７】図３はポリゴンスキャナミラー２によるビ
ーム走査の別の例を示している。同図において、ポリゴ
ンスキャナミラー２は交互に反射面と無反射面を有し、
Ａ、Ｃは無反射面、Ｂは反射面であるとする。

【００１８】２本のビームＤ、Ｅのうち、一方のビーム
Ｄが反射面Ｂで反射され、テレセントリックＦ・θレン
ズ７１を介して平板状物体１に光スポットを結ぶ。そし
て、ポリゴンスキャナミラー２の回転に従って、平板状
物体１を表面から走査する。この間、他方の光ビームＥ
は無反射面Ａ上に達するため、吸収される。

【００１９】更にポリゴンスキャナミラー２が回転する
と、上記とは逆に光ビームＤが無反射面Ｃにて吸収さ
れ、他方の光ビームＥは反射面Ｂで反射されて、テレセ
ントリックＦ・θレンズ７２を介して平板状物体１に裏
面から入射される。そして、ポリゴンスキャナミラー２
の回転に従って走査がされ、終了点に達すると１サイク
ルのスキャンを終了する。

【００２０】図４は別の実施例に係る平板状物体の寸法
および欠陥計測装置を示している。図示の通り、この実
施例は、一対のレーザ光源３１，３２と、一対のポリゴ
ンスキャナミラー２１，２２が設けられ、平板状物体１
を表裏の両面から走査可能にしている。この例によれ
ば、２個のポリゴンスキャナミラー２１，２２が必要に
なる点や、その回転を正確に同期させることが必要にな
る点で不利であるが、第１実施例と同様の両面計測が可
能になる。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第１の光
学系で走査された２本の光ビームはテレセントリックＦ
・θレンズで平行ビームとされ、同一光軸において平板
状物体に反対方向から入射される。このため、双方から
入射された光ビームの通過光と反射光は、再びテレセン
トリックＦ・θレンズを通って集束され、一対のビーム
スプリッタを介して検出手段に入射される。このため、
検出手段の出力信号は平板状物体の表裏の面状態と開孔
の有無を示すことになるので、この出力信号を処理する
ことで寸法および欠陥等が高精度で計測される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る平板状物体の寸法および欠陥
計測装置の構成図である。

【図２】ポリゴンスキャナミラー２によるビーム走査を
説明する図である。

【図３】ポリゴンスキャナミラー２によるビーム走査を
説明する図である。

【図４】第２実施例に係る平板状物体の寸法および欠陥
計測装置の構成図である。

【図５】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１…平板状物体、２，２１，２２…ポリゴンスキャナミ
ラー、３，３１，３２…レーザ光源、４，４１，４２…
ビームエキスパンダ、５１，５２，５３，５４，５５，
５６…ビームスプリッタ、６１…ミラー、７１，７２…
テレセントリックＦ・θレンズ、８１，８２，８３，８
４…光検出器、９１，９２…参照スケール

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のビーム径とされた第１及び第２の光
   ビームを、回転するポリゴンスキャナミラーで反射させ
   ることにより、これら第１及び第２の光ビームによっ
   て、それぞれの光ビームに対応する走査範囲を交互に走
   査する第１光学系と、前記各走査範囲内を走査された第１及び第２の 光ビーム
   をそれぞれ平行に走査された２本の光ビームとする一対
   のテレセントリックＦ・θレンズ系を含み、走査された
   前記第１の光ビームを計測すべき平板状物体の一方の面
   に、また、走査された前記第２の光ビームを他方の面に
   対してそれぞれ同一光軸で照射する第２光学系と、 前記ポリゴンスキャナミラーと前記一対のテレセントリ
   ックＦ・θレンズ系の間の光路中にそれぞれ配設され、
   前記計測すべき平板状物体側から前記ポリゴンスキャナ
   ミラー側へ進む光を前記光路外に反射する一対のビーム
   スプリッタと、 前記一対のビームスプリッタに対応して配置され、前記
   各ビームスプリッタにより前記光路外に反射された反射
   光をそれぞれ受光する第１及び第２の受光手段とを備
   え、前記第１の光ビームの走査時には、前記平板状物体の一
   方の面で反射される第１の光ビームの反射光を前記第１
   の受光手段で受光すると共に、前記平板状物体を通過す
   る第１の光ビームの通過光を前記第２の受光手段で受光
   し、 前記第２の光ビームの走査時には、前記平板状物体の他
   方の面で反射される第２の光ビームの反射光を前記第２
   の受光手段で受光すると共に、前記平板状物体を通過す
   る第２の光ビームの通過光を前記第１の受光手段で受光
   し、 これら第１及び第２の 受光手段の出力にもとづいて前記
   平板状物体の寸法および欠陥を計測するようにしたこと
   を特徴とする平板状物体の寸法および欠陥計測装置。
2. 【請求項２】 前記ポリゴンスキャナミラーは、反射面
   と無反射面とを交互に設けたことを特徴とする請求項１
   記載の平板状物体の寸法および欠陥計測装置。
3. 【請求項３】 前記第１の光学系が、１個のポリゴンス
   キャナミラーに対し 入射角度の異なる２本の光ビームを
   入射するよう構成されている請求項１記載の平板状物体
   の寸法および欠陥計測装置。
4. 【請求項４】 前記第２の光学系が、前記平行に走査さ
   れた２本の光ビームを反射して光路を変更する一対の反
   射手段を含み、反射した２本の光ビームが同一光軸で前
   記平板状物体の表裏の両面に入射されるように構成され
   ている請求項２又は３記載の平板状物体の寸法および欠
   陥計測装置。
5. 【請求項５】 前記一対の反射手段がそれぞれビームス
   プリッタで構成され、 当該一対のビームスプリッタの透過光がそれぞれ入射さ
   れる一対の参照スケールと、この参照スケールの透過光
   の検出出力にもとづいて前記ポリゴンスキャナミラーの
   回転を調整する手段とを更に備える請求項４記載の平板
   状物体の寸法および欠陥計測装置。