JP5349219B2 - アライメント方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子とこの光学素子に対向配置する物体からなる例えば光学センサーの製造時におけるアライメント方法と、このアライメント方法を実施する装置に関するものである。

従来、基板とこの基板に近接して設けられるマスクとの位置合わせについて、例えばアライメントマークを施したマスク及び基板に所定波長の光を照射し、その反射光から両者のアライメントマークのずれを検出して基板に対するマスク位置を調整する技術が知られている（例えば特許文献１）。

この特許文献１に記載された技術は、位置合わせする２つの物体は平たんな板形状であり、数mm程度だけ離れた状態で位置合わせを行う技術である。

従って、例えば光センサー等の製造時における基板と光学素子の位置合わせのように、位置合わせする物体に凹凸がある場合には正確な位置合わせをすることができないという問題があった。

特開２００４−２４１５８１号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来のアライメント技術では、位置合わせする物体に凹凸がある場合は、正確な位置合わせをすることができないという点である。

本発明のアライメント方法は、
位置合わせする物体に凹凸がある場合であっても、正確な位置合わせを行えるようにするために、
光学素子とこの光学素子に対向配置する物体との位置合わせを行う方法であって、
前記光学素子を透過させた第１の光線を照射した前記物体を撮像して当該物体の位置を記憶し、
次に、前記光学素子の光軸に対して傾けた位置から第２の光線を照射された前記光学素子を撮像して、この撮像結果から前記光学素子の凹凸面の中心位置を検出し、
その後、この検出した前記光学素子の凹凸面の中心位置が前記記憶した物体の位置に合致するように、前記光学素子と前記物体を位置合わせすることを最も主要な特徴としている。

本発明では、図５に示すように、光学素子での反射率が急増する、光学素子の光軸に対して傾けた位置から第２の光線を照射して光学素子を撮像するので、光学素子の凹部や凸部の中心位置、例えば頂点又は光軸が明確となり、光学素子の位置を正確に求めることができる。

光学素子のｓ−偏光面の反射率ｒs、ｐ−偏光面の反射率ｒpは、材料の屈折率から以下の数式１によって算出することができる。なお、下記数式１中の反射する面の屈折率θtは、光学素子の表面形状に左右されるものであるが、前記光学素子における凹凸面の中心位置においては、微小な範囲で見ればほぼ平面と見做せるため、前記屈折率の光学素子の表面形状による変動はほとんどない。

前記本発明のアライメント方法は、
光学素子とこの光学素子に対向配置する物体との位置合わせを行うアライメント装置であって、
前記光学素子を透過させて前記物体に第１の光線を照射する第１の光源と、
この第１の光源から第１の光線を照射された前記物体を撮像する第１の撮像手段と、
この第１の撮像手段により撮像した前記物体の位置を記憶する記憶手段と、
前記光学素子の光軸に対して傾けた位置から前記光学素子に向けて第２の光線を照射する第２の光源と、
この第２の光源から第２の光線を照射された前記光学素子を撮像する第２の撮像手段と、
この第２の撮像手段により撮像した結果から前記光学素子の凹凸面の中心位置を検出する検出手段と、
この検出手段により検出した前記光学素子の凹凸面の中心位置が前記記憶手段に記憶させた前記物体の位置に合致するように、前記光学素子と前記物体を位置合わせする位置制御手段と、
を備えた本発明のアライメント装置を使用して実施することができる。

本発明のアライメント装置においては、記憶手段と検出手段が、位置制御手段と一体に構成されていても良い。また、第１の撮像手段と第２の撮像手段を同一の撮像手段とし、この撮像手段の前段にフォーカス用レンズを配置したものでも良い。

本発明では、凹凸があって検出が困難な光学素子とこの光学素子に対向配置する物体との位置合わせを、精度良く行うことができる。

本発明のアライメント方法を実施する本発明のアライメント装置の第１の例を示した図で、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は位置合わせを行った状態を平面方向から見た図である。 （ａ）は本発明方法によりレンズの位置を撮像した画像、（ｂ）は従来方法によりレンズの位置を撮像した画像である。 本発明の実施例の位置関係を示した図である。 本発明のアライメント方法を実施する本発明のアライメント装置の第２の例を示した図１と同様の図である。 ガラスの場合に第２の光源から照射する第２の光線の照射角度が７０度以上であることが望ましいことを説明する図で、（ａ）はｓ−偏光面とｐ−偏光面における光線の入射角と反射率の関係図、（ｂ）は光線入射角と透過率及び反射率の関係図である。

本発明では、位置合わせする物体に凹凸がある場合であっても、正確な位置合わせをするという目的を、光学素子の光軸に対して傾けた位置から第２の光線を照射して光学素子を撮像することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１は光学素子例えばレンズと、この光学素子に対向配置する物体例えば光検出器との位置合わせを行う本発明のアライメント装置の第１の例を示した図である。

図１において、１はレンズであり、外装２の内部に配置された光検出器３と対向するように、外装２の上部に把持手段４を介して取り付けられている。光検出器３には、図１（ｂ）に示すように、それぞれアライメントマーク３ａが施されている。

５はレンズ１の屈折を考慮し、レンズ１を透過させて光検出器３の全域に第１の光線５ａを照射できる位置に設けた第１の光源である。この第１の光源５から第１の光線５ａを照射された光検出器３を、レンズ１の光検出器３と反対側に配置した第１の撮像手段６によって撮像する。

７はレンズ１の光軸に対して例えば７０°以上傾けた位置からレンズ１に向けて第２の光線７ａを照射する第２の光源であり、この第２の光源７から第２の光線７ａを照射されたレンズ１を、レンズ１の反光検出器３側に配置した第２の撮像手段８によって撮像する。

９ａは前記第１の撮像手段６により撮像した光検出器３の位置を記憶する記憶手段、９ｂは前記第２の撮像手段８により撮像した結果から前記レンズ１の凹凸面の中心位置、例えばレンズ１の頂点又は光軸を検出する検出手段である。

これらは、検出手段９ｂにより検出したレンズ１の位置が記憶手段９ａに記憶させた光検出器３の位置に合致するように、例えばレンズ１を位置合わせする位置制御手段９と一体に構成されている。

以上の構成からなる本発明のアライメント装置を用いて、レンズ１を光検出器３と位置合わせするには、以下のように行う。

まず、第１の光源５から第１の光線５ａを照射する。第１の光線５ａはレンズ１を透過した後、光検出器３の全域を照射する。第１の撮像手段６は、この第１の光線５ａを照射された光検出器３に焦点を合わせて、光検出器３を撮像する。

位置制御手段９に組み込まれた記憶手段９ａは、前記撮像した画像から光検出器３の位置を求めて記憶する。この光検出器３の位置は、前記アライメントマーク３ａや、目標となる例えば光検出器３の上面部、または外装２と光検出器３との相対位置関係（例えば外装２の中心を求める）により、画像処理して求める。

次に、第２の光源７から第２の光線７ａを照射する。第２の撮像手段８は、レンズ１の光軸に対して例えば７０°以上傾けた位置から第２の光線７ａを照射されたレンズ１に焦点を合わせて、レンズ１を撮像する。

このようにレンズ１の光軸に対して７０°以上傾けた位置から第２の光線７ａを照射してレンズ１を撮像した場合、レンズ１からの反射光により、レンズ１の凹部や凸部の中心が明確となって、レンズ１の位置を正確に求めることができる。

ちなみに図２（ａ）は、第１の光源５として青色ＬＥＤを、第２の光源７として赤色ＬＥＤを使用し、曲面側の焦点距離が２００mmで、曲率が１０３．５mmの一方が平面のレンズ１を用いて、図３に示した位置関係でレンズ１を撮像した場合の画像である。

この図２（ａ）より、レンズ１の光軸に対して７０°傾けた位置から第２の光線７ａを照射してレンズ１を撮像した場合、レンズ１の凹部（凸部）の中心を正確に求めることができることが分かる。

一方、レンズ１の光軸に対して０°の位置から第２の光線７ａを照射した以外は図２（ａ）と同じ条件でレンズ１を撮像した場合を図２（ｂ）に示す。この図２（ｂ）では、光検出器３が映り込んで、レンズ１の位置を正確に求めることができないことが分かる。

検出手段９ｂでは、第２の撮像手段８の撮像結果からレンズ１の凹部（凸部）の中心位置を検出し、その後、この検出したレンズ１の位置が前記記憶した光検出器３の位置に合致するように、把持手段４に制御信号を出してレンズ１の位置を移動させ、光検出器３に位置合わせする。

ところで、上記の例ではレンズ１の光軸に対して７０°傾けた位置から第２の光線７ａを照射する例について説明しているが、この第２の光線７ａをレンズ１の光軸に対して傾ける角度は、前記ｓ−偏光面の反射率ｒｓ、ｐ−偏光面の反射率ｒｐ、光学素子への光線入射角と透過率及び反射率の関係に基づき、レンズ１の材料（屈折率）によって変化させる。

例えばレンズに使用する可能性のある材料の屈折率は以下の通りである。
ガラス、プラスチックの屈折率：１．４〜１．８５
フッ化カルシウムの屈折率：１．４３５
シリコンの屈折率：３．４７８
ジンクセレンの屈折率：２．４０３
サファイアの屈折率：１．７６
ゲルマニウムの屈折率：４．０１
フッ化バリウムの屈折率：１．４７
フッ化リチウム、フッ化マグネシウムの屈折率：１．３９

そして、前記の材料で製作したレンズ１の屈折率が３以下の場合は、第２の光線７ａをレンズ１の光軸に対して傾ける角度は７０°以上とする。同様に、レンズ１の屈折率が３を超え、３．５以下の場合は、前記傾ける角度は７５°以上、レンズ１の屈折率が３．５を超える場合は、前記傾ける角度は８０°以上とする。

本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば図１の例では、第１の撮像手段６と第２の撮像手段８を設けているが、図４のようにこれらの撮像手段を同一の撮像手段１０とし、この撮像手段１０の前段にフォーカス用レンズ１１を配置しても良い。

また、図１及び図２の例では、レンズ１を移動させて位置合わせを行っているが、外装２ごと光検出器３を移動させて位置合わせをしても良い。

また、図１及び図２の例では、記憶手段９ａと検出手段９ｂを位置制御手段９と一体に構成したものを示したが、これらをそれぞれ別個に構成しても良い。

本発明は、図１、図４に示した一方が平面の凸レンズに限らず、両側が曲面の凸レンズであっても、また凹レンズの場合も正確に位置合わせをすることができる。

１ レンズ
３ 光検出器
３ａ アライメントマーク
５ 第１の光源
５ａ 第１の光線
６ 第１の撮像手段
７ 第２の光源
７ａ 第２の光線
８ 第２の撮像手段
９ 位置制御手段
９ａ 記憶手段
９ｂ 検出手段
１０ 撮像手段
１１ フォーカス用レンズ

Claims (4)

1. 光学素子とこの光学素子に対向配置する物体との位置合わせを行う方法であって、
   前記光学素子を透過させた第１の光線を照射した前記物体を撮像して当該物体の位置を記憶し、
   次に、前記光学素子の光軸に対して傾けた位置から第２の光線を照射された前記光学素子を撮像して、この撮像結果から前記光学素子の凹凸面の中心位置を検出し、
   その後、この検出した前記光学素子の凹凸面の中心位置が前記記憶した物体の位置に合致するように、前記光学素子と前記物体を位置合わせすることを特徴とするアライメント方法。
2. 光学素子とこの光学素子に対向配置する物体との位置合わせを行うアライメント装置であって、
   前記光学素子を透過させて前記物体に第１の光線を照射する第１の光源と、
   この第１の光源から第１の光線を照射された前記物体を撮像する第１の撮像手段と、
   この第１の撮像手段により撮像した前記物体の位置を記憶する記憶手段と、
   前記光学素子の光軸に対して傾けた位置から前記光学素子に向けて第２の光線を照射する第２の光源と、
   この第２の光源から第２の光線を照射された前記光学素子を撮像する第２の撮像手段と、
   この第２の撮像手段により撮像した結果から前記光学素子の凹凸面の中心位置を検出する検出手段と、
   この検出手段により検出した前記光学素子の凹凸面の中心位置が前記記憶手段に記憶させた前記物体の位置に合致するように、前記光学素子と前記物体を位置合わせする位置制御手段と、
   を備えたことを特徴とするアライメント装置。
3. 前記記憶手段と前記検出手段が、前記位置制御手段と一体に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
4. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段を同一の撮像手段とし、この撮像手段の前段にフォーカス用レンズを配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載のアライメント装置。