JP5589397B2 - 二面の平行度を測定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、向かい合う二つの面の平行度を測定する方法に関する。

ある種の製造工程では、二つの面をお互いに極めて高い度合いの公差、すなわち、数秒角内で実質的に平行に保持する必要がある。そのような製造工程の一例に、半導体レーザチップのような小さいサイズの半導体チップを、取り付け面、すなわち基板等へ装着する工程がある。代表的には、上記半導体チップは１０ｍｍ×１０ｍｍ角台の大きさであり、この半導体チップの裏面に多数の導電部材、すなわち半田バンプ等が各々上記基板上の対応するボンディングパッドと符合するように装着される。その後、リフロー工程が実施されて上記半導体チップが前記基板にボンディングされる。

基板に対する半導体チップの平行性、すなわち平行度は、その半導体チップ上の各装着パッドが確実に上記取り付け面上の対応するボンディングパッドに整列して接合されるようにするために重要な問題である。半導体チップと基板との間のわずかな非平行度でさえ、得られた電気接続の信頼性に不利な影響を与える。往々にして、半導体チップは、その組立工程で高度の平行性を達成することによって不良品が最小になり、かつ、その損失費用が抑制されるようになる。

半導体チップと基板との平行性はまた、他の理由でも重要な問題である。往々にして、その半導体チップ自体が極めてデリケートであり、その半導体チップが装着基板と比較して強度が弱いとき、又はそれらの間が平行でない場合、それによってその半導体チップが損傷を受けたり、また、装着を行おうとするときに損傷を与えることがある。

半導体チップと基板との平行性は、その半導体チップを一般的に基板上に配置するために使用される機構によって影響を受ける。代表的には、ロボットアームのような半自動装置によって、平坦な吸着面を持つ真空吸着治具が半導体チップを吸着してその半導体チップを平坦で堅い取付け台上に確実に保持されている基板上に配置するように操作される。通常、この真空吸着治具の向きは、半導体チップと基板との所定の公差内の平行性を達成するように調節することができる。従来は、真空吸着治具と取付け台との平行性を測定するためにレーザ干渉計が必要であった。そのような干渉計は高価であり、操作が困難である。そのうえ、そのようなレーザ干渉計を使用するときは何らかの安全性装置が使用され
なければならない場合がある。

例えば、特許文献１に記載されている従来の二面の平行度を測定する方法（図１２参照）では、正六面体を用いて、（Ａ）第一被測定面を反射性にするステップと、（Ｂ）入射光ビームを生成するステップと、（Ｃ）第１面に対し４５°に傾斜した反射面を有する反射部材の第２面を第二被測定面上に接するように配置して、前記反射部材の第１面から前記入射光ビームの第一の方向へ反射され、前記入射光ビームの第二の部分が、前記第１面から反射部材内に入射し、前記反射面で反射され、前記第一被測定面でさらに反射され、さらに、前記反射面で反射され、この戻ってきた第２反射ビーム部分が前記第１反射ビーム部分とほぼ同じ方向へ反射されるようにするステップと、（Ｄ）前記第２反射ビーム部分と前記第１反射ビーム部分との乖離度を検出するステップとからなることを特徴としている。

特許文献２では、保持ヘッドの吸着面と平行プリズムとを接触させ、吸着面とプリズム上面との反射光の干渉縞から保持ヘッド吸着面と基板ステージとの平行度を測定する方法が開示されている。また、特許文献３では、被測定平面と参照平面との配置を変えてそれぞれで干渉光を測定することにより、平面形状を測定する方法が開示されている。

特開平７−１３９９１９号公報 特開２００６−２６７０３２号公報 特開平１０−２３２１１６号公報

特許文献１に開示された二面の平行度を測定する方法にはいくつかの問題がある。第１の問題点は、正六面体ビームスプリッタの第１面と４５°に傾斜した反射面の数分の角度誤差を考慮していないことである。その理由は、実際、第１面と反射面の角度が４５°よりも若干異なって誤差を生じているので、その誤差を含んで二面の平行度を測定していることになり、秒オーダでの測定はできないからである。

第２の問題点は、正六面体ビームスプリッタの第１面と第２面の数分の角度誤差も同様に考慮されていないことである。その理由は、実際、第１面と第２面の角度が９０°よりも若干異なって誤差を生じているので、その誤差を含んで二面の平行度を測定していることになり、秒オーダでの測定はできないからである。

（発明の目的）
本発明の目的は、向かい合う二面の平行度あるいは角度を秒オーダの精度にて非接触で、安価に、かつ簡易的に、かつリアルタイムに測定できる二面の平行度を測定する方法及びそれに用いる光学系を提供することにある。

第一の視点において、本発明に係る方法は、光反射性とした第一被測定面と、光反射性とした第二被測定面との平行性を、反射部材とミラーを用いて測定する方法であって、該反射部材は並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持ち、
（Ａ）ミラーを第二被測定面に垂直に配置し、反射部材の半透過部材を該第二被測定面及び該ミラーのいずれに対しても４５度の角度になるように配置するステップと、
（Ｂ）該ミラーに垂直な方向からの入射光ビームが該反射部材の半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、再び該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第一反射ビームの測定ステップ）
（Ｃ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、次いで該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、該半透過部材を通過し、さらに第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第四反射ビームの測定ステップ）
（Ｄ）ステップ（Ｂ）とステップ（Ｃ）で得られた光の角度から、該第一被測定面と該第二被測定面の角度差を測定するステップと、を含むことを特徴とする。

第二の視点において、本発明に係る方法は、光反射性とした第一被測定面と、光反射性とした第二被測定面との平行性を、反射部材とミラーを用いて測定する方法であって、該反射部材は並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持ち、
（Ａ）ミラーを第二被測定面に微小誤差を含む垂直に配置し、反射部材の半透過部材を該第二被測定面及び該ミラーのいずれに対しても微小誤差を含む４５度の角度になるように配置するステップと、
（Ｂ）該ミラーに垂直な方向からの入射光ビームが該反射部材の半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、再び該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第一反射ビームの測定ステップ）
（Ｃ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材の第一の面で第一被測定面方向に反射され、さらに該第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第二反射ビームの測定ステップ）
（Ｄ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、次いで該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、該半透過部材を通過し、さらに第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第四反射ビームの測定ステップ）
（Ｅ）ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）で得られた光の相対角度と、ステップ（Ｂ）で得られた光の角度から、該第一被測定面と該第二被測定面の角度差を測定するステップと、を含むことを特徴とする。

第三の視点において、本発明に係る方法は、光反射性とした第一被測定面と、光反射性とした第二被測定面との平行性を、反射部材とミラーを用いて測定する方法であって、該反射部材は並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持ち、
（Ａ）ミラーを第二被測定面に微小誤差を含む垂直に配置し、反射部材の半透過部材を該第二被測定面及び該ミラーのいずれに対しても微小誤差を含む４５度の角度になるように配置するステップと、
（Ｂ）該ミラーに垂直な方向からの入射光ビームが該反射部材の半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、再び該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第一反射ビームの測定ステップ）
（Ｃ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、該ミラーで反射され、該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、さらに該半透過部材の第一の面で該ミラー方向へ反射され、そして該ミラーで反射されて該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第三反射ビームの測定ステップ）
（Ｄ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、次いで該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、該半透過部材を通過し、さらに第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、（第四反射ビームの測定ステップ）
（Ｅ）ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）で得られた光の相対角度と、ステップ（Ｂ）で得られた光の角度から、該第一被測定面と該第二被測定面の角度差を測定及び／又は調節するステップと、を含むことを特徴とする。

第四の視点において、本発明に係る反射部材は、並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持つ、ことを特徴とする。

入射光ビームは反射部材の半透過部材に反射され、または透過する性質を有する光であり、測定可能なものであれば種類を問わない。また、「光反射性とした」とは、被測定面自体が光反射性であればそのままでよいし、そうでなければ、ミラーのような光反射性材料を装着してもよいという意味である。

本発明により、ビームスプリッタとミラーを構成することで向かい合う二面の平行度あるいは角度を秒オーダの精度にて非接触で、安価に、かつ簡易的に、かつリアルタイムに測定できる。

本発明に係る二面の平行度を測定する方法の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る二面の平行度を測定する方法の一実施形態の動作原理を示す原理図である。 図１の状態での測定結果の表示の１例である。 オートコリメータの動作原理を示す原理図である。 本発明の被測定物の角度と反射光の角度の関係を示す図。 第一反射ビームの経路を示す原理図である。 第二反射ビームの経路を示す原理図である。 第三反射ビームの経路を示す原理図である。 第四反射ビームの経路を示す原理図である。 本発明のビームスプリッタの角度誤差および被測定物の角度によるオートコリメータからの光ビームと戻り光の角度の関係を示す図である。 本発明のビームスプリッタの角度誤差、被測定物の角度およびミラーによるオートコリメータからの光ビームと戻り光の角度の関係を示す図である。 二面の平行度を測定する従来方法の１例を示す図である。

第一の視点において、前記（Ｂ）ステップと前記（Ｃ）ステップで測定した光の角度を一致させるように前記第一被測定面又は前記第二被測定面の角度を調整して、前記第一被測定面と前記第二被測定面の面を平行に合わせるステップをさらに含むことが好ましい。

第二の視点において、前記第一被測定面の角度を調節することによって、前記（Ｂ）ステップ及び前記（Ｄ）ステップで測定した光の角度を一致させるように前記（Ｃ）ステップで測定する光の角度を調節して、前記第一被測定面と前記第二被測定面の面を平行に合わせるステップをさらに含むことが好ましい。これは、第一反射ビームと第四反射ビームを直接合わせることが困難な場合に、第二反射ビームと第一反射ビームの位置関係を調節して平行合わせを行う方法である。この場合は、第一被測定面の角度を調節することによって第二反射ビームと第一反射ビームの位置関係を調節する。

第三の視点において、前記第二被測定面の角度を調節することによって、前記（Ｂ）ステップ及び前記（Ｄ）ステップで測定した光の角度を一致させるように前記（Ｃ）ステップで測定する光の角度を調節して、前記第一被測定面と前記第二被測定面の面を平行に合わせるステップをさらに含むことが好ましい。これは、第一反射ビームと第四反射ビームを直接合わせることが困難な場合に、第三反射ビームと第一反射ビームの位置関係を調節して平行合わせを行う方法である。この場合は、第二被測定面の角度を調節することによって第三反射ビームと第一反射ビームの位置関係を調節する。

また前記半透過部材として、キューブ状ビームスプリッタを用いることが好ましい。また、キューブ状ビームスプリッタの外周面は、光が反射しないようにコーティング処理されていることが好ましい。

また前記光の角度の測定は、オートコリメータを用いて測定することが好ましい。

また前記反射部材の半透過部材を上下逆に配置することができる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。本発明の測定技法をよく理解するためにまず、オートコリメータの動作原理について説明する。

図４にオートコリメータの動作原理を示している。光半導体レーザ６０から出射した光ビーム６６が第一コリメータレンズ６１でコリメート光６７となってビームスプリッタ６２の反射面で９０度に曲げられ対象物に入射し、被測定面６３で反射される。この反射された反射コリメート光６８が再びビームスプリッタ６２を通過し、第二コリメータレンズ６４で集光光６９となり、ＣＣＤ６５で集光光の位置を検出する。

例えば、図４のように被測定面６３がある角度θだけ傾いている場合、傾いている被測定面６３で反射された反射コリメート光６８の角度が振れる。その角度に振れた反射コリメート光６８が第二コリメータレンズ６４で集光光６９になるとき、第二コリメータレンズ６４の軸からある角度に振れたコリメート光が第二コリメータレンズ６４に入射すると、集光光６９の結合位置がＣＣＤ６５の中心からＬの距離になる。このとき、オートコリメータはＣＣＤの位置Ｌを検出して被測定面の角度が変化したと判断し、その変化した角度を表示する。ここで、第二コリメータレンズ６４の特性から被測定物の角度θとＬの距離の割合は一定となる。

さらに、図５に示すように、オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４が左回りにθほど傾いている被測定面６３に入射し、反射すると戻り光４２は、入射光ビーム２４よりも２・θほど左に傾いてオートコリメータに入射する。そのとき、オートコリメータ２０は、被測定物の角度を表示するために、オートコリメータ内部で演算をし、検出した角度の半分の角度を表示して傾いた被測定物の角度を表示している。

（実施例１）
さて、図１に本発明の第一の実施例として二面の平行度を測定する方法の断面図が示され、図２にその測定原理図が示され、さらに、図３にオートコリメータ２０で測定した角度の表示を示している。

図１において、本発明により上側の第一装置１の下に保持される吸着ヘッド１０１と第二装置２の盤２０１の上面のような二つの面の平行度をオートコリメータ２０が判定するために有効に使用することができる。吸着ヘッド１０１の底面と盤２０１の上面との間の平行度を測定するために、極めて高い平行度を持つ上部ミラー５が反射面を下に第一装置１上の吸着ヘッド１０１に吸着された状態で包含されており、さらに下部ミラー６を盤２０１上の上面に反射面を上側にして配置されている。このとき、上部ミラー５が左回りにθｕ、下部ミラー６が左回りにθｌ傾いているとする。

なお、別の例として、上下部ミラー５、６を用いず、吸着ヘッド１０１の下面と盤２０１の上面自体を反射性にしてもよい。このように、対向する二面をそれぞれ何らかの方法で光反射性とすればよい。

図１に戻り、上部ミラー５と下部ミラー６の間にビームスプリッタ７１とミラー８が配置されている。ビームスプリッタ７１は、２つのほぼ平行な半透過面を持つ半透過部材として用いるものである。４面が光透過性に構成されたビームスプリッタ７１内には、対角面上に４５度の面（半透過部材に相当）がビームスプリッタ７１の下面のコーナーから上面のコーナーへ（４５−θｂ）度に傾斜して形成されている。ここで、θｂは、４５度の面の角度誤差であり、一般的に、数分の角度である。この４５度の面は光を一部透過するとともに一部を反射する性質を持つ。この４５度の面は実質的にある厚さを持ち、その両側の面をそれぞれ第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１と称する。この２つの面はごくわずかながら互いにある角度Δθｈを持って形成されている。

次に、実施例１の原理について図面を参照して詳細に説明する。図２に本発明の原理図を示す。オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４は、ビームスプリッタ７１、垂直面からΔθｍだけ傾斜したミラー８、上部ミラー５および下部ミラー６に透過もしくは反射して４つの異なる経路（図２中のＡ〜Ｄ、それぞれの戻り光を第一〜第四反射ビーム２５〜２８という）で、再びオートコリメータ２０に戻る、そのオートコリメータ２０に戻った各々の４つの光の角度を表示装置２１にて表示する。表示装置２１で表示した一例を図３に示す。

この４つの異なる経路を通り、オートコリメータ２０に戻る各々の反射ビーム２５〜２８を図６〜９で説明する。また、図２のＡ〜Ｄの経路をそれぞれ、第一の経路〜第四の経路と呼ぶことにする。

（第一の経路）
図２のＡの経路の光を図６に示す。この光は、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を通過し、ミラー８で反射して再び、第一の４５度の面と第二の４５度の面を通過し、第一反射ビーム２５となってオートコリメータ２０に戻る。ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面とのなす角度をΔθｈ、ミラー８の垂直方向より左周りの傾斜角をΔθｍとすると、第一反射ビーム２５は、Δθｈ、Δθｍを用いて、オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、
２・Δθｍ−１．７４・Δθｈ ・・・（１）
となる。

式（１）を導く過程を説明する。まず、第一反射ビーム２５の経路を以下の２つに分ける。
１．ミラー８で反射する。
２．ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を一往復する。

上記の２つに分けた経路ごとに、各々の経路への入射光と各々の経路を通過して出てきた光との角度差を求める。それぞれの経路での光の傾きを計算すると、それぞれ次のようになる。
１．ミラー８がΔθｍほど左回りに傾いていると、ミラー８で反射した光は、ミラー８に入射した光より、２．・Δθｍほど傾く（図５参照）。
２．Δθｈの角度差をもっている光透過性の板を通過する場合、スネルの法則により数値計算すると出射光の角度は、おおよそ０．８７・Δθｈに変化する。したがって、Δθｈの角度差をもっている透過性の板を往復して、戻ってくる光は、−１．７４・Δθｈほど変化する。

上記１と２を加算することによって、入射光ビーム２４と第一の反射ビーム２５の角度差は、
２・Δθｍ−１．７４・Δθｈ
となり、式（１）が導かれる。

（第二の経路）
次に、図２のＢの経路の光を図７に示す。この光は、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０で反射し、上部ミラー５へ入射し、上部ミラー５で反射して、再び、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０で反射した後、第二反射ビーム２６となって、オートリメータ２０に戻る。第二反射ビーム２６とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、
３・θｂ−２・θｕ ・・・（２）
となる。

式（２）を導く過程を説明する。図１０で示すように、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０が４５度よりもθｂほど小さくなり、上部ミラー５がθｕほど傾いていると、オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４と第二反射ビーム２６の角度差は、３・θｂ−２・θｕとなる。したがって、入射光ビーム２４と第二反射ビーム２６の角度差は、
３・θｂ−２・θｕ
となり、式（２）が導かれる。

（第三の経路）
三番目に、図２のＣの経路の光を図８に示す。この光は、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を通過し、ミラー８で反射し、さらに、第二の４５度の面１１で反射し、下部ミラー６で反射し、再び、第二の４５度の面１１で反射し、ミラー８で再び反射し、最後に、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１１と第二の４５度の面１０を通過し、第三反射ビーム２７となって、オートコリメータ２０に戻る。そのときの、第三反射ビーム２７とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、
４・Δθｍ−（３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌ）−１．７４・Δθｈ ・・・（３）
となる。

式（３）を導く過程を説明する。まず、第三反射ビーム２７の経路を以下の３つに分ける。
１．ミラー８を２回反射する。
２．ミラー８で反射し、ビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１で反射し、下部ミラー６で反射する。
３．ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を往復する。

それぞれの経路の光の傾きを計算すると、それぞれ次のようになる。
１．Δθｍ左回りに傾いたミラー８に光が一回反射すると、図５で示すように、入射光と反射光の角度差は、２・Δθｍとなる。光がミラー８に２回反射すると、その２倍の４・Δθｍとなる。
２．ビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１と水平面のなす角度は、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と水平面とのなす角度、４５−θｂと、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１の角度、Δθｈを用いて、４５−θｂ−Δθｈとなる。したがって、ビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１への入射した光がビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１で反射し、下部ミラー６に反射して、再びビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１で反射する経路を通った光と、入射光との角度差は、３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌとなる。その光は、さらに、ミラー８で反射されるので、入射光に対する角度差は符号が逆になるので、−（３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌ）となる。
３．図２のＡの経路と同様に、−１．７４・Δθｈとなる。
したがって、上記１〜３を加算することによって、入射光ビーム２４と第三の反射ビーム２７の角度差は、
４・Δθｍ−（３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌ）−１．７４・Δθｈ
となり、式（３）が導かれる。

（第四の経路）
最後に、図２のＤの経路の光を図９に示す。この経路の光は、まず、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を通過し、ミラー８と下部ミラー６で反射し、再び、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を通過し、上部ミラー５で反射し、ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０で反射し、第四反射ビーム２８となって、オートコリメータ２０に戻る。そのときの、第四反射ビーム２８とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、
２・Δθｍ＋１．２６・Δθｈ−２・θｕ＋２・θｌ ・・・（４）
となる。

式（４）を導く過程を説明する。まず、第四反射ビーム２８の経路を次の４つに分ける。
１．ミラー８を１回反射する。
２．ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と上部ミラー５で反射する。
３．ビームスプリッタ７１の第二の４５度の面１１と下部ミラー６で反射する。
４．ビームスプリッタ７１の第一の４５度の面１０と第二の４５度の面１１を２回通過する。

それぞれの経路の光の傾きを計算すると、それぞれ次のようになる。
１．Δθｍ左回りに傾いたミラー８に光が一回反射すると、図５で示すように、入射光と反射光の角度差は、２・Δθｍとなる。
２．図１０で示すように、３・θｂ−２・θｕとなる。
３．図１１で示すように、−（３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌ）となる。
４．第一の経路と同様なので、−１．７４・Δθｈとなる。
したがって、上記１〜４を加算することによって、入射光ビーム２４と第四の反射ビーム２８の角度差は、
２・Δθｍ＋（３・θｂ−２・θｕ）−（３・（θｂ−Δθｈ）−２・θｌ）−１．７４・Δθｈ
となり、式を各項ごとにまとめると、
２・Δθｍ＋１．２６・Δθｈ−２・θｕ＋２・θｌ
となり、式（４）が導かれる。

ここで、式（１）〜（４）から、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度を測定するには、式（１）から式（４）を減算すると導き出せることがわかる。そこで、式（１）−式（４）を計算すると、
−３・Δθｈ＋２・θｕ−２・θｌ ・・・（５）
となり、オートコリメータ２０を用いて測定すると、実際の角度の半分の値で測定されるので、式（５）はさらに、
θｕ−θｌ−１．５・Δθｈ ・・・（６）
となり、式（６）から上部ミラー５と下部ミラー６の二面の平行度を測定することができる。

しかしながら、式（６）より、誤差として、−１．５・Δθｈを含む。一般的にΔθｈは、３〜５分程度と分角度なので、予めΔθｈを測定することで、誤差を最小限に抑え、秒角度の精度で測定することが可能である。また、Δθｈを秒角度以内に抑えられれば、予めΔθｈを測定しなくても、秒角度の精度で測定することが可能である。本発明では、その誤差の補正の仕方は特に規定せず、いかなる方法で補正をしても構わない。

さらに、上部ミラー５と下部ミラー６の二面を平行に合わせる場合は、式（５）＝０とすることにより、
２・θｕ＝２・θｌ＋３・Δθｈ ・・・（７）
または、
２・θｌ＝２・θｕ−３・Δθｈ ・・・（８）
とすることができる。オートコリメータ２０を用いて測定すると、実際の角度の半分の値で測定されるので、式（７）、式（８）は、それぞれ、
θｕ＝θｌ＋１．５・Δθｈ ・・・（７’）
θｌ＝θｕ−１．５・Δθｈ ・・・（８’）
となる。式（７’）または、式（８’）により、上部ミラー５の角度θｕもしくは、下部ミラー６の角度θｌを調整することにより、上部ミラー５と下部ミラー６の二面を平行に合わせることができる。

式（７’）または、式（８’）により、誤差として、１．５・Δθｈを含む。一般的にΔθｈは、３〜５分程度と分角度なので、予めΔθｈを測定することで、誤差を最小限に抑え、秒角度の精度で測定することが可能である。また、Δθｈを秒角度以内に抑えられれば、予めΔθｈを測定しなくても、秒角度の精度で測定することが可能である。本発明では、その誤差の補正の仕方は特に規定せず、いかなる方法で補正をしても構わない。

従って、向かい合う二面の平行度あるいは角度を秒オーダの精度で安価、かつ簡易で、かつリアルタイムに測定できる二面の平行度を測定する方法及びそれに用いる光学系を提供することにある、という効果がもたらされる。

本発明によるビームスプリッタ７とミラー８の存在により、ミラー８、上部ミラー５および下部ミラー６にオートコリメータ２０から入射光が通過または、反射して上部ミラー５と下部ミラー６の角度ずれが測定することができるようになっている。従って、上部ミラー５と下部ミラー６の角度ずれ測定または、平行合わせの方法が格段に低価格化および簡易化が向上していることが分かる。

しかも、本実施の形態では、同時に上部ミラー５と下部ミラー６の角度ずれが測定できるのでリアルタイムに測定できるという効果も得られる。

（実施例２）
第二反射ビーム２６とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、式（２）で表され、第四反射ビーム２８とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、式（４）で表される。式（２）と式（４）を見ると、θuの項が共通にあり、係数も同じなので、上部ミラー５の角度を変化させると、第二反射ビーム２６と第四反射ビーム２８は上部ミラー５の角度θuによって同じ角度で変化し、お互いの相対距離は変化しないことを意味している。

また、第三反射ビーム２７とオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４との角度差は、式（３）で表される。同じように、式（３）と式（４）から、θlの項が共通にあり、係数も同じなので、下部ミラー６の角度を変化させると、第三反射ビーム２７と第四反射ビーム２８は下部ミラー６の角度θlによって同じ角度で変化し、お互いの相対距離は変化しないことを意味している。

これらのことを利用して、第一反射ビームと第四反射ビームの平行合わせが可能である。この方法を利用する場合は、第一反射ビーム２５の輝度が、他の輝度よりも高く、しかも大きく、第一反射ビーム２５の中に第四反射ビーム２８が完全に隠れて精度良く平行合わせができない場合や、その他の影響で精度良く平行合わせができない場合である。光強度は、図２より、第一反射ビーム＞第二反射ビーム＞第三反射ビーム＞第四反射ビームの順なので、このようなことが発生する可能性がある。その場合、比較的光強度差の小さい第二反射ビーム２６や第三反射ビーム２７を第四反射ビーム２８の代わりに用いることで、精度良い測定が可能になる。

上部ミラー５と下部ミラー６の平行合わせを第一反射ビーム２５、第二反射ビーム２６および第四反射ビーム２８を用いて具体的に説明する。最初に第二反射ビーム２６と第四反射ビーム２８の相対角度と第一反射ビーム２５の角度を測定する。次に、上部ミラー５の角度を変化させても、第二反射ビーム２６と第四反射ビーム２８の相対角度は変化しない。このことを利用して、最初に測定した第一反射ビーム２５と第四反射ビーム２８の角度差から第一反射ビーム２５と第四反射ビーム２８が一致した（平行が出た）時の第二反射ビーム２６の位置が予め特定でき、上部ミラー５の角度を変化させて予め特定した位置に第二反射ビームが来るようにすると上部ミラー５と下部ミラー６の平行合わせが可能である。したがって、上部ミラー６の角度を変化させる場合、第二反射ビーム２６を利用して下部ミラー６との平行合わせが可能となる。同様にして、下部ミラー６の角度を変化させて上部ミラー５との平行合わせをする際には、第三反射ビーム２７を利用して上部ミラー５との平行合わせが可能となる。

（実施例３）
上記実施例１又は２において、ビームスプリッタ７１の向きを図１の上下逆でも構成することができる。この場合も、実施例１又は２と同じ効果を得ることができる。

（実施例４）
また、上記実施例１又は２において、ビームスプリッタ７１を２個の直角プリズムで構成することもできる。この場合も、実施例１又は２と同じ効果を得ることができる。

（実施例５）
さらに、上記実施例１又は２において、ビームスプリッタ７１を両面で光が透過と反射することができる平行板で構成することもできる。この場合も、実施例１又は２と同じ効果を得ることができる。

本発明の活用例として、フリップチップボンディング装置などにおける半導体素子やチップを吸着する搭載ヘッドの吸着面と基板を固定するステージ面の平行度を調整する場合などに利用される。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

（付記１）前記反射部材として、両面において光が透過と反射をすることができる平行板を用いることを特徴とする方法。

１ 第一装置
１０１ 吸着ヘッド
２ 第二装置
２０１ 盤
３ 第一被測定面
４ 第二被測定面
５ 上部ミラー
６ 下部ミラー
７１ ビームスプリッタ
８ ミラー
１０ 第一の４５度の面
１１ 第二の４５度の面
２０ オートコリメータ
２１ 表示装置
２４ 入射光ビーム
２５ 第一反射ビーム
２６ 第二反射ビーム
２７ 第三反射ビーム
２８ 第四反射ビーム
４２ 戻り光
６０ 光半導体レーザ
６１ 第一コリメータレンズ
６２ ビームスプリッタ
６３ 被測定面
６４ 第二コリメータレンズ
６５ 二次元センサー（ＣＣＤ）
６６ 光ビーム
６７ コリメート光
６８ 反射コリメート光
６９ 集光光

Claims (7)

1. 光反射性とした第一被測定面と、光反射性とした第二被測定面との平行性を、反射部材とミラーを用いて測定する方法であって、
   該反射部材は並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持ち、
   （Ａ）ミラーを第二被測定面に微小誤差を含む垂直に配置し、反射部材の半透過部材を該第二被測定面及び該ミラーのいずれに対しても微小誤差を含む４５度の角度になるように配置するステップと、
   （Ｂ）該ミラーに垂直な方向からの入射光ビームが該反射部材の半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、再び該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｃ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材の第一の面で第一被測定面方向に反射され、さらに該第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｄ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、次いで該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、該半透過部材を通過し、さらに第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｅ）ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）で得られた光の相対角度と、ステップ（Ｂ）で得られた光の角度から、該第一被測定面と該第二被測定面の角度差を測定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第一被測定面の角度を調節することによって、前記（Ｂ）ステップ及び前記（Ｄ）ステップで測定した光の角度を一致させるように前記（Ｃ）ステップで測定する光の角度を調節して、前記第一被測定面と前記第二被測定面の面を平行に合わせるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 光反射性とした第一被測定面と、光反射性とした第二被測定面との平行性を、反射部材とミラーを用いて測定する方法であって、
   該反射部材は並置された互いに平行な第一の面と第二の面を有する半透過部材を含み、該第一の面と第二の面の平行度は微小誤差を含むことができるとともに、いずれも入射光の一部を反射しかつ一部を透過する性質を持ち、
   （Ａ）ミラーを第二被測定面に微小誤差を含む垂直に配置し、反射部材の半透過部材を該第二被測定面及び該ミラーのいずれに対しても微小誤差を含む４５度の角度になるように配置するステップと、
   （Ｂ）該ミラーに垂直な方向からの入射光ビームが該反射部材の半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、再び該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｃ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、該ミラーで反射され、該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、さらに該半透過部材の第一の面で該ミラー方向へ反射され、そして該ミラーで反射されて該半透過部材を通過して入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｄ）該ミラーに垂直な方向からの該入射光ビームが該反射部材の該半透過部材を通過し、次いで該ミラーで反射され、次いで該半透過部材の第二の面で該第二被測定面方向に反射され、さらに該第二被測定面で反射され、該半透過部材を通過し、さらに第一被測定面で反射され、そして該半透過部材の第一の面で反射されて入射方向へ戻る光の角度を測定するステップと、
   （Ｅ）ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）で得られた光の相対角度と、ステップ（Ｂ）で得られた光の角度から、該第一被測定面と該第二被測定面の角度差を測定及び／又は調節するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
4. 前記第二被測定面の角度を調節することによって、前記（Ｂ）ステップ及び前記（Ｄ）ステップで測定した光の角度を一致させるように前記（Ｃ）ステップで測定する光の角度を調節して、前記第一被測定面と前記第二被測定面の面を平行に合わせるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記反射部材として、キューブ状ビームスプリッタを用いることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
6. 前記光の角度の測定は、オートコリメータを用いて測定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。
7. 前記反射部材の半透過部材を上下逆に配置することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の方法。

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