JP6089548B2 - 平行度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、対向する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、二つの面を極めて高精度の公差、即ち、数秒角内で平行に保持する必要がある。例えば、半導体チップを基板にボンディングする工程では、基板に対する半導体チップの平行性は、半導体チップ上の各装着パッドが確実に基板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、重要な課題である。半導体チップと基板の間に僅かでも非平行性があると、接合部における電気接続の信頼性に問題が生じる虞がある。

半導体チップを基板にボンディングする際には、ロボットアームによって、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、取り付け台上に載置された基板上に配置するように操作される。通常、真空吸着治具の向きは、半導体チップと基板との平行性（即ち、真空吸着治具と取り付け台との平行性）が所定の公差内になるように調整される。ここで、上記の平行性を測定するのに、レーザ干渉計などが使用される。しかしながら、レーザ干渉計は高価であり、操作が複雑であるという問題がある。

そこで例えば、特許文献１には、ビームスプリッタとミラーによる簡易な構成で、二面の平行度を秒オーダの精度にて非接触で、安価に、かつ簡易的に測定することを可能とした方法が開示されている。

特開２０１１−１４９７７６号公報 特開２０００−０７４６１７号公報

以下の分析は、本発明の観点から与えられる。

しかしながら、特許文献１による測定方法は、オートコリメータからの入射光ビームが４つの異なる経路（ａの経路、ｂの経路、ｃの経路、及びｄの経路；それぞれ特許文献１の図６〜９を参照）を通ってオートコリメータに戻る４つの反射光ビームにより、二面の平行度を測定している。このように４つの反射光ビームを用いた場合、お互いの反射光ビームが干渉を受けやすいという問題がある。例えば、経路ｄの反射光は、経路ｂの反射光と経路ｃの反射光の干渉を受けやすく、その結果、経路ｄの反射光によるオートコリメータの像は不鮮明で測定しにくいという問題がある。

そこで、本発明は、鮮明な反射光の像が得られる平行度測定方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の視点による平行度測定方法は、光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材を用いて測定する方法である。ここで、前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップを含む。さらに、該平行度測定方法は、測定された前記第１及び２経路の出射光の角度から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップを含む。

本発明の第２の視点による平行度測定方法は、光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材及びウェッジ基板を用いて測定する方法である。ここで、前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記ウェッジ基板を前記反射部材と前記第１被測定面の間に挿入するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第２反射ビームの角度の軌跡中心を算出するステップを含む。さらに、該平行度測定方法は、前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップを含む。

本発明の第３の視点による平行度測定方法は、光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材及びウェッジ基板を用いて測定する方法である。ここで、前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記ウェッジ基板を前記反射部材と前記第２被測定面の間に挿入するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心を算出するステップを含む。さらに、該平行度測定方法は、前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップを含む。

本発明の平行度測定方法によれば、鮮明な反射光の像が得られる平行度測定方法を提供することが可能になる。

第１の実施形態に係る平行度測定方法を説明するための図である。 第１の実施形態に係る平行度測定方法の原理を説明するための図である。 図２における経路Ａを通った反射ビームの角度を説明するための図である。 図２における経路Ｂを通った反射ビームの角度を説明するための図である。 第１の実施形態に係る平行度測定方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態における第１の平行度測定方法を説明するための図である。 図６における測定結果の一例である。 第１の実施形態において第１の平行度測定方法に基づく平行度調整を行った状態を示す図である。 図８における測定結果の一例である。 第１の実施形態における第２の平行度測定方法を説明するための図である。 第１の実施形態における第２の平行度測定方法を説明するための図である。 図１１における測定結果の一例である。 第１の実施形態において第２の平行度測定方法に基づく平行度調整を行った状態を示す図である。 図１３における測定結果の一例である。 図１０におけるウェッジ基板の原理を説明するための図である。 第１の実施形態の変形例に係る平行度測定方法を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る平行度測定方法を説明するための図である。 第４の実施形態において第１の平行度測定方法に基づく平行度調整を行った状態を示す図である。 第４の実施形態における第２の平行度測定方法を説明するための図である。 第４の実施形態における第２の平行度測定方法を説明するための図である。 第５の実施形態に係る平行度測定方法を説明するための図である。 オートコリメータの原理を説明するための図である。 オートコリメータの原理を説明するための図である。 ビームスピリッタの４５度の面の角度誤差の影響を説明するための図である。

まず、本発明の一実施形態の概要について説明する。なお、実施形態の概要の説明において付記した図面参照符号は専ら理解を助けるための例示であり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明の一実施形態における平行度測定方法は、図１、図５のいずれかに示すように、光反射性とした第１被測定面５（図１では上部ミラー５の反射面を使用）と、光反射性とした第２被測定面６（図１では下部ミラー６の反射面を使用）との平行性を、反射部材７１を用いて測定する方法である。ここで、反射部材７１は半透過部材１０を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、反射部材７１の半透過部材１０の表面が第２被測定面４に対して略４５度の角度になるように配置するステップ（Ｓ１０）を含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いで第２被測定面６で反射し、再び反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度２５１を測定するステップ（Ｓ１１）を含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いで第２被測定面６で反射し、次いで反射部材７１の半透過部材１０を透過し、次いで第１被測定面５で反射し、再び反射部材７１の半透過部材１０を透過し、再び第２被測定面６で反射し、そして反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射して入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度２６１を測定するステップ（Ｓ１２）を含む。さらに、該平行度測定方法は、測定された第１及び２反射ビームの角度（２５１、２６１）から、第１被測定面５と第２被測定面６の角度差を算出するステップ（Ｓ１３）を含む。

上記平行度測定方法は、図５、図８のいずれかに示すように、算出した第１被測定面５と第２被測定面６の角度差に基づいて、第１反射ビーム２５の角度と第２反射ビーム２６の角度が一致するように、第１被測定面５と第２被測定面６との平行度を合わせるステップ（Ｓ１４）をさらに含むようにしてもよい。

上記平行度測定方法は、図５、図１０〜１２のいずれかに示すように、第１被測定面５と第２被測定面６の平行性を測定する方法であって、以下のステップをさらに含むようにしてもよい。即ち、ウェッジ基板８を反射部材７１と第１被測定面５の間に挿入するステップ（Ｓ１５）と、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させて第２反射ビームの角度２６１を変化させ、変化した第２反射ビームの角度の軌跡中心３１を算出するステップ（Ｓ１６）と、第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度の軌跡中心３１から、第１被測定面５と第２被測定面６の角度差を算出するステップ（Ｓ１７）と、をさらに含むようにしてもよい。

上記平行度測定方法は、図１９〜２０のいずれかに示すように、第１被測定面５と第２被測定面６の平行性を測定する方法であって、ウェッジ基板８を反射部材７１と第１被測定面５の間に挿入するステップに代わり、ウェッジ基板８を反射部材７１と第２被測定面６の間に挿入するステップを含み、さらに、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させて第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１を変化させ、変化した第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１の夫々の軌跡中心を算出するステップと、第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１の夫々の軌跡中心から、第１被測定面５と第２被測定面６の角度差を算出するステップと、を含むようにしてもよい。

上記平行度測定方法は、図５、図１３〜１４、図２０のいずれかに示すように、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１が第１反射ビームの角度２５１に一致するように、第１被測定面５と第２被測定面６との平行度を合わせるステップ（図５のＳ１９等）をさらに含むようにしてもよい。

上記平行度測定方法は、図５、図１３〜１４、図２０のいずれかに示すように、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１と第１反射ビームの角度２５１との角度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する判定ステップ（Ｓ１８）をさらに含み、上記角度差が所定の閾値以内でないと判定された場合に、第１被測定面５と第２被測定面６との平行度を合わせるステップ（Ｓ１９）と、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させて第２反射ビームの角度を変化させ、変化した第２反射ビームの角度の軌跡中心３１を算出するステップ（Ｓ２０）と、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度の軌跡中心３１との角度差を算出するステップ（Ｓ２１）と、上記判定ステップ（Ｓ１８）と、を繰り返すようにしてもよい。

上記反射部材が、キューブ型ビームスプリッタ（図１の７１）、又はプレート型ビームスプリッタ（図２１の７２）であってもよい。

上記平行度測定方法において、第１及び２反射ビームの角度（２５１、２６１）の測定は、オートコリメータ２０を用いて測定するようにしてもよい。

本発明の別の一実施形態における平行度測定方法は、図１、図１６のいずれかに示すように、光反射性とした第１被測定面５と、光反射性とした第２被測定面６との平行性を、反射部材７１及びウェッジ基板８を用いて測定する方法である。ここで、反射部材７１は半透過部材１０を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、反射部材７１の半透過部材１０の表面が第２被測定面６に対して略４５度の角度になるように配置するステップ（Ｓ１０）を含む。また、該平行度測定方法は、ウェッジ基板８を反射部材７１と第１被測定面５の間に挿入するステップ（Ｓ１５）を含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いで第２被測定面６で反射し、再び反射部材７１の半透過部材１０を反射して入射方向へ戻る、第１反射ビーム２５の角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いで第２被測定面６で反射し、次いで反射部材７１の半透過部材１０を透過し、次いでウェッジ基板８を透過し、次いで第１被測定面５で反射し、再びウェッジ基板８を透過し、再び反射部材７１の半透過部材１０を透過し、再び第２被測定面６で反射し、そして反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射して入射方向へ戻る、第２反射ビーム２６の角度を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させて第２反射ビームの角度２６１を変化させ、変化した第２反射ビームの角度の軌跡中心３１を算出するステップ（Ｓ１６）を含む。さらに、該平行度測定方法は、第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度の軌跡中心３１から、第１被測定面５と第２被測定面６の角度差を算出するステップ（Ｓ１７）と、を含む。

本発明のさらに別の一実施形態における平行度測定方法は、図１９〜２０のいずれかに示すように、光反射性とした第１被測定面５と、光反射性とした第２被測定面６との平行性を、反射部材７１及びウェッジ基板８を用いて測定する方法である。ここで、反射部材７１は半透過部材１０を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有するものである。該平行度測定方法は、以下のステップを含む。即ち、該平行度測定方法は、反射部材７１の半透過部材１０の表面が第２被測定面６に対して略４５度の角度になるように配置するステップを含む。また、該平行度測定方法は、ウェッジ基板８を反射部材７１と第２被測定面６の間に挿入するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いでウェッジ基板８を透過し、次いで第２被測定面６で反射し、再びウェッジ基板８を透過し、再び反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度２５１を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、入射光ビーム２４が反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射し、次いでウェッジ基板８を透過し、次いで第２被測定面６で反射し、再びウェッジ基板８を透過し、次いで反射部材７１の半透過部材１０を透過し、次いで第１被測定面５で反射し、再び反射部材７１の半透過部材１０を透過し、再びウェッジ基板８を透過し、再び第２被測定面６で反射し、再びウェッジ基板８を透過し、そして反射部材７１の半透過部材１０の界面で反射して入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度２６１を測定するステップを含む。また、該平行度測定方法は、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させて第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１を変化させ、変化した第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１の夫々の軌跡中心を算出するステップを含む。さらに、該平行度測定方法は、上記第１反射ビームの角度２５１及び第２反射ビームの角度２６１の夫々の軌跡中心から、第１被測定面５と第２被測定面６の角度差を算出するステップを含む。

次に、本発明の各実施形態について説明する前に、本発明の測定方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２２は、オートコリメータの動作原理を示す図である。光半導体レーザ６０から出射した光ビーム６６が第１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２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２２に示すように、被測定面６３が角度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２コリメータレンズ６４で集光光６９になるとき、第２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２コリメータレンズ６４に入射すると、集光光６９の結像位置が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ＣＣＤ６５の位置Ｌを検出して被測定面６３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、被測定面６３の角度θとＬの距離の割合は、第２コリメータレンズ６４の特性により決まり、一定である。

また、図２３に示すように、オートコリメータからの入射光ビーム２４が左回りにθ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２θ左回りに傾く。そのとき、オートコリメータは、被測定面６３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行い、被測定面６３の角度を検出した角度の半分の角度で表示する。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る平行度測定方法を説明するための図である。図１において、第１装置１の下部に保持されている吸着ヘッド１０１の底面（第１被測定面３）と、第２装置２の上部に配置された盤２０１の上面（第２被測定面４）の二面の平行度をオートコリメータ２０を用いて測定することを想定している。ここで、図１に示すように、吸着ヘッド１０１の底面と盤２０１の上面の平行度を測定するために、厚みが均一な上部ミラー５が反射面を下に吸着ヘッド１０１に吸着された状態で包含されており、厚みが均一な下部ミラー６が反射面を上側にして盤２０１の上面に配置されている。

上記の構成により、吸着ヘッド１０１の底面（第１被測定面３）は上部ミラー５の上側面と一致し、盤２０１の上面（第２被測定面４）は下部ミラー６の下側面と一致する。そして、上部ミラー５及び下部ミラー６はそれぞれ厚みが均一であるため、吸着ヘッド１０１の底面と盤２０１の上面の平行度は、上部ミラー５の反射面と下部ミラー６の反射面の平行度と一致する。従って、吸着ヘッド１０１の底面（第１被測定面３）と盤２０１の上面（第２被測定面４）の平行度は、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度を測定することにより得ることができる。

このとき、図１に示すように、第１被測定面３及び上部ミラー５はオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４に対して左回りにθｕ、第２被測定面４及び下部ミラー６はオートコリメータ２０からの入射光ビーム２４に対して左回りにθｌ傾いているとする。

尚、第１実施形態では上部ミラー５、下部ミラー６を使用しているが、それに限定されず、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。例えば、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。

図１に示すように、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が配置される。また、ビームスプリッタ７１と上部ミラー５の間に挿入されているウェッジ基板８は、測定工程の途中で挿入されるものである。図１の左側の部分は、上部ミラー５、ウェッジ基板８、ビームスプリッタ７１、及び下部ミラー６等の断面図を示している。

ビームスプリッタ７１は、半透過面を有する半透過部材１０として用いられる。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）１０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１０の角度誤差及びビームスプリッタ７１を配置するとき誤差を含んでいる。即ち、オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４に対する４５度の面１０の角度が、（４５＋θｂ）度である。

また、ビームスプリッタ７１に光が入射する面（図１の１１、１２等）の反射を抑制するため、光が入射する面には反射防止コートが施されている。

第１の実施形態で使用するビームスプリッタ７１は、キューブ型ビームスプリッタである。キューブ型ビームスプリッタは、２個の直角プリズムにより構成され、一方の直角プリズムの斜面に光学薄膜（半透過部材１０に相当）を蒸着し、２個のプリズムの斜面同士を接合してキューブ型を構成している。キューブ型ビームスプリッタは、後述するプレート型ビームスプリッタ（図２１の７２）にはない以下のメリットがある。即ち、透過光の屈折が一切ないこと、上記光学薄膜がガラス基板内にあり、空気に触れないため、膜自身の劣化が少ないこと、入射角条件が垂直入射のため、アライメントが容易であること、等である。

また、第１の実施形態の平行度測定方法は、図１に示すように、オートコリメータ２０、演算装置２２、表示装置２１、及び記憶装置２３を使用する。オートコリメータ２０は、前述した原理（図２２〜２３）に基づいて機能するものであり、図１に示すように、ビームスプリッタ７１に対して入射光ビーム２４を照射し、戻り光である第１反射ビーム２５及び第２反射ビーム２６を受けている。また、演算装置２２は、第１反射ビーム２５及び第２反射ビーム２６のＣＣＤによる検出結果に基づいて、各々の反射ビームの角度（２５１、２６１）を算出し、図１に示すように表示装置２１に表示する。さらに、演算装置２２は、上部ミラー５と下部ミラー６の角度差を算出する機能、二面の平行度を所望の精度以内に調整するための調整量を算出する機能などを有している。また、記憶装置２３は演算装置２２の演算に必要な種々のパラメータや、演算装置２２によって算出された結果等を格納するためのものである。

次に、第１装置１、第２装置２、及びオートコリメータ２０の座標系について説明する。まず、第１装置及び第２装置２における座標は、図１に示すようにＸＹＺ直交座標系で定義される。Ｚ軸は重力方向と一致するように定義される。即ち、ＸＹ平面は水平面と一致するように定義される。ＸＹ平面上のＸ軸とＹ軸は、例えば、第１装置１及び第２装置２が基板に半導体チップをボンディングする装置である場合には、上記基板を盤２０１に載置した際に上記基板の直交する２辺の方向がそれぞれＸ軸、Ｙ軸となるように設定する。また、例えば、第１装置１は、第１被測定面３に対しＸ方向とＹ方向の傾きをそれぞれ調整可能にする機構を有しているものとする。

図１に示すように、ビームスプリッタ７１、オートコリメータ２０が設置された場合に、オートコリメータ２０の座標系（θｘ、θｙ）と、第１装置１及び第２装置２のＸＹＺ座標系は、予めキャリブレーションされているものとする。具体的には、図１に示すように、ＸＹＺ座標系において（θｘ、θｙ、θｚ）の傾斜がある場合には、オートコリメータ２０は、θｘ成分及びθｙ成分を検出し、表示装置２１に（θｘ、θｙ）を表示する。

次に、図２〜４を参照しながら、第１の実施形態に係る平行度を測定する方法の原理について詳細に説明する。図２において、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、上部ミラー５、及び下部ミラー６により透過もしくは反射して２つの異なる経路（経路Ａと経路Ｂ）を通って、再びオートコリメータ２０に戻る。ここで、経路Ａを通ってオートコリメータ２０に戻る光を第１反射ビーム２５と言い、経路Ｂを通ってオートコリメータ２０に戻る光を第２反射ビーム２６と言う。次に、各々の経路Ａ、経路Ｂについて詳細に説明する。

（経路Ａ）
図３は、経路Ａの光を示している。この光は、ビームスプリッタ７１の４５度の面１０の界面で反射し、下部ミラー６で反射して、再び４５度の面１０の界面で反射し、第１反射ビーム２５となってオートコリメータ２０に戻る。ここで、ビームスプリッタ７１の４５度の面１０の傾斜角を（４５＋θｂ）度、下部ミラー６の傾斜角をθｌとすると、第１反射ビーム２５の入射光ビーム２４に対する角度差は、式（１）で表される。

４θｂ−２θｌ 式（１）

ここで、オートコリメータ２０で測定される角度は、前述したように実際の角度の半分を表示するので、オートコリメータ２０で測定される第１反射ビーム２５の入射光ビーム２４との角度差は、式（２）となる。

２θｂ−θｌ 式（２）

式（１）を導く過程を以下に説明する。まず、第１反射ビーム２５の経路Ａを、以下の２つに分ける。
Ａ−１．ビームスプリッタ７１の４５度の面１０の界面で反射し、再びビームスプリッタ７１の４５度の面１０で反射する。
Ａ−２．下部ミラー６で反射する。

上記の２つに分けた経路ごとに、各々の経路（Ａ−１、Ａ−２）への入射光と、各々の経路を通過して出てきた光の角度差を求める。各々の経路での角度差は以下のようになる。
Ａ−１．図２４は、４５度の反射面１０に角度誤差θｂがある場合に、反射光の入射光に対する角度を示す図である。ここで、下部ミラー６は入射光に平行に置かれているものとする。図２４に示すように、反射光の入射光に対する角度は、４θｂとなる。
Ａ−２．下部ミラー６が左回りにθｌ傾いているとすると、図２３で説明したように、反射光の入射光に対する角度は、２θｌとなる。
従って、Ａ−１、Ａ−２の経路を合わせると、式（１）が導き出される。

（経路Ｂ）
図４は、経路Ｂの光を示している。この光は、ビームスプリッタ７１の４５度の面１０の界面で反射し、下部ミラー６で反射し、４５度の面１０を透過し、上部ミラー５で反射し、再び４５度の面１０を通過し、再び下部ミラー６で反射し、再び４５度の面１０の界面で反射し、第２反射ビーム２６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４５度の面１０の傾斜角を（４５＋θｂ）度、上部ミラー５の傾斜角をθｕ、下部ミラー６の傾斜角をθｌとすると、第２反射ビーム２６の入射光ビーム２４に対する角度は、式（３）で表される。

４θｂ−４θｌ＋２θｕ 式（３）

ここで、オートコリメータ２０で測定される角度は、前述したように実際の角度の半分を表示するので、オートコリメータ２０で測定される第２反射ビーム２６の入射光ビーム２４との角度差は、式（４）となる。

２θｂ−２θｌ＋θｕ 式（４）

式（３）を導く過程を以下に説明する。まず、第２反射ビーム２６の経路Ｂを、以下の３つに分ける。
Ｂ−１．ビームスプリッタ７１の４５度の面１０の界面で反射し、再びビームスプリッタ７１の４５度の面１０の界面で反射する。
Ｂ−２．下部ミラー６で反射する。
Ｂ−３．上部ミラー５で反射する。

上記の３つに分けた経路ごとに、各々の経路（Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３）への入射光と、各々の経路を通過して出てきた光の角度差を求める。各々の経路での角度差は以下のようになる。
Ｂ−１．経路ＡのＡ−１と同じになる。
Ｂ−２．経路ＡのＡ−２と同じである。但し、下部ミラー６を２回反射することになるので、反射光は入射光に対して、４θｌの角度差を持つことになる。
Ｂ−３．上部ミラー５が左回りにθｕ傾いていると、反射光は入射光に対して２θｕの角度差を持つことになる。
従って、Ｂ−１、Ｂ−２、及びＢ−３の経路を合わせると、式（３）が導き出される。

式（１）から式（３）を減算すると式（５）が得られ、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度が導き出せる。

２θｕ−２θｌ 式（５）

オートコリメータ２０を用いて測定すると、前述したように、実際の角度の半分の値で表示されるので、オートコリメータ２０による測定値は、以下の式（６）になる。

θｕ−θｌ 式（６）

上部ミラー５の角度を調整して、下部ミラー６の角度と平行にすると、θｕ＝θｌとなるので、式（６）の値は、０となる。以上により、ビームスプリッタ７１の４５度の面１０に角度誤差θｂがあっても、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度差は角度誤差θｂに依らず、上部ミラー５と下部ミラー６の角度差に等しくなることが分かる。従って、上部ミラー５と下部ミラー６を平行にするには、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６を一致させればよい。

次に、第１の実施形態に係る平行度測定方法を、図５を参照しながら説明する。図５は、第１の実施形態に係る平行度測定方法を示すフローチャートである。また、図５のフローチャートの各ステップにおける、入射光ビーム２４、第１反射ビーム２５、及び第２反射ビーム２６の状態を図６〜１４のいずれかを参照しながら、説明する。

図５において、まず、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を挿入し、ビームスプリッタ７１の半透過部材１０（４５度の面）の表面を下部ミラー６（第２被測定面４）に対して４５度になるように配置する（Ｓ１０）。図６は、ステップＳ１０において、ビームスプリッタ７１が配置された状態を示している。４５度の面１０は、前述したように入射光ビーム２４に対して厳密に４５度であることは要求されず、図６に示すように角度誤差θｂを含んでいてもよい。

次に、図５において、第１反射ビーム２５の角度を測定する（Ｓ１１）。具体的には、オートコリメータ２０で第１反射ビーム２５を受光し、ＣＣＤによる検出データを演算装置２２で演算した後、表示装置２１に表示する。図６を参照すると、表示装置２１に第１反射ビームの角度２５１が表示されている。

次に、図５において、第２反射ビーム２６の角度を測定する（Ｓ１２）。具体的には、オートコリメータ２０で第２反射ビーム２６を受光し、ＣＣＤによる検出データを演算装置２２で演算した後、表示装置２１に表示する。図６を参照すると、表示装置２１に第２反射ビームの角度２６１が表示されている。

次に、図５において、表示装置２１に表示されている第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１の角度差を演算装置２２にて演算する（Ｓ１３）。第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１の角度差θ、角度差のｘ成分θｘ、角度差のｙ成分θｙは、以下の式（７）〜（９）で算出される。

ここで、Δθｘ＝θｘ２−θｘ１ 式（８）
Δθｙ＝θｙ２−θｙ１ 式（９）

図７は、図６の表示装置２１による第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１を示している。また、図７は、式（７）〜（９）で算出されるθ、Δθｘ、Δθｙを示している。

式（７）〜（９）は、前述したように、上部ミラー５と下部ミラー６の角度差に対応している。上記したステップＳ１０〜Ｓ１３（図５中の破線枠内のステップ）を、「第１の平行度測定方法」と言う。

次に、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度調整を行う場合には、第１の平行度測定方法による上部ミラー５と下部ミラー６の角度差（式（７）〜（９）のθ、Δθｘ、Δθｙ）に基づいて、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度が一致するように、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度を合わせる（Ｓ１４）。図８は、第１の平行度測定方法に基づく平行度調整を行った状態を示している。図８では、上部ミラー５の角度を（Δθｘ、Δθｙ）だけ調整することにより二面間の平行度を合わせている。図９は、上記の平行度調整後の表示装置２１における第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１の表示を示している。調整後では２つの反射ビームが互いに重なって表示されている。

上記の調整により、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１は、図９に示すように１点に集まるが、このように１点に集まると、２つの反射ビームの中心が正確に一致しているか否かを厳密に判定することはできず、さらに高精度な測定及び調整を行うことはできない。

そこで、第１の実施形態では、後述するステップＳ１５以降の工程により、２つの反射ビームのより高精度な測定を可能にしている。ステップＳ１５以降の工程を行うことにより、上記したステップＳ１４による調整精度は厳密である必要はなく、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１は、ある程度近くなっていればよい。

以下に、２つの反射ビームのより高精度な測定を可能する図５のステップＳ１５〜Ｓ１７（図５中の一点鎖線枠内）について詳細に説明する。ステップＳ１５〜Ｓ１７による測定を「第２の平行度測定方法」と言う。図５において、ウェッジ基板８をビームスプリッタ７１と第１被測定面３の間に挿入する（Ｓ１５）。図１０は、ウェッジ基板８を挿入した状態を示している。図１０に示すように、ウェッジ基板８を挿入すると、第２反射ビームの角度２６１がδだけ変化する。このように第２反射ビームの角度２６１がδだけ変化する現象は、ウェッジ基板８の両面が平行でなくある小さな角度αを有していることに関係しているが、その原理については後述する。

次に、図５において、ウェッジ基板８を回転させると、第２反射ビームの角度２６１の軌跡は、ウェッジ基板８を挿入する前の第２反射ビームの角度２６１の位置を回転中心とする円弧を描く。この第２反射ビームの角度２６１による円弧の軌跡から第２反射ビームの角度の軌跡中心３１（ａ、ｂ）を求める（Ｓ１６）。図１１は、図５のステップＳ１６においてウェッジ基板８を回転させた場合の状態を示している。ウェッジ基板８は、図１１に示すように、ウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させる。このとき、第２反射ビームの角度の軌跡３２が描かれる。

図１２は、図１１の表示装置２１の表示を示している。図１２に示すように、ウェッジ基板８を回転させたときの第２反射ビームの角度の軌跡３２は、一周回転させると１つの円を描く。その円の中心が、ウェッジ基板８を挿入する前の第２反射ビームの角度２６１の中心である。ウェッジ基板８を挿入する前は、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１（円の中心に相当する）は、近くに位置しているため、重なってしまい、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１が厳密に一致しているか否かを判定することができなかったが、このようにウェッジ基板８を挿入することにより、第２反射ビームの角度２６１が距離δだけ離れた円弧を描く位置に移動するため、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１が重なって厳密な評価ができないという問題を解決することができる。

第２反射ビーム２の軌跡中心（ａ、ｂ）は、式（１０）の円の方程式から求めることができる。但し、第２反射光の角度２６１（θｘ、θｙ）として、少なくとも３点以上が必要である。

尚、δは、ウェッジ基板８の屈折率ｎ、ウェッジ基板８の角度αにより決まる値である（式（２４）を参照）。δの具体的な計算方法については、後述する。

次に、図５において、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１と第１反射ビームの角度２５１との角度差を算出する（Ｓ１７）。図１２は、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１と第１反射ビームの角度２５１のｘ成分の角度差Δθｘ、ｙ成分の角度差Δθｙを示している。上記Δθｘ、Δθｙは、式（１１）〜（１２）により算出する。

Δθｘ＝ａ−θｘ１ 式（１１）
Δθｙ＝ｂ−θｙ１ 式（１２）

このように、図５のステップＳ１５〜Ｓ１７による第２の平行度測定方法は、ウェッジ基板８を用いることで、第１の平行度測定方法よりも高精度な測定を実現している。

次に、図５のステップＳ１８以降の工程では、第２の平行度測定方法に基づいた平行度精度を行うことにより、所望の平行度が得られるまで測定と調整を繰り返している。

まず、図５のステップＳ１８において、Δθｘ、Δθｙが以下の式（１３）、式（１４）のいずれかを満足するか否かを判定する。
（Δθｘ、Δθｙ）≦（θｘｔｈ、θｙｔｈ） 式（１３）

ここで、θｘｔｈ、θｙｔｈは、それぞれ角度誤差のｘ成分、ｙ成分の閾値である。また、θｔｈは、角度誤差の大きさの閾値である。ここで、θｘｔｈ、θｙｔｈ、θｔｈは、要求される平行度により適宜設定する。例えば、秒オーダの平行度を要求する場合は、０．００１〜０．００５度の範囲に設定するのが望ましい。

ステップＳ１８の初回の判定は、ステップＳ１４（第１の平行度測定方法に基づく平行度調整）の結果が所望の精度以内になっているか否かを判定するものである。ステップＳ１８においてＹｅｓと判定された場合は処理を終了する。

一方、ステップＳ１８でＮｏと判定された場合は、図１３に示すように上部ミラー５の傾きを角度差（Δθｘ、Δθｙ）に基づいて調整することにより、第１被測定面３と第２被測定面４の平行度を合わせる（Ｓ１９）。

次に、図５において、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させ、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１（ａ、ｂ）を算出する（Ｓ２０）。ここで、ステップＳ２０は、ステップＳ１６と同じであるため、重複する説明は省略する。

次に、第２反射ビームの軌跡中心３１と第１反射ビームの角度２５１との角度差（Δθｘ、Δθｙ）を算出する（ステップＳ２１）。ここで、ステップＳ２１は、ステップＳ１７と同じであるため、重複する説明は省略する。そして、ステップＳ１８に戻って繰り返す。ステップＳ１８の２回目以降の判定は、ステップＳ１９（第２の平行度測定方法に基づく平行度調整）の結果が所望の精度以内になっているか否かを判定するものである。

図１４は、図５のステップＳ１８でＹｅｓと判定された場合の表示装置２１の表示を示している。図１４に示すように、第２反射ビームの角度の軌跡中心３１が第１反射ビームの角度２５１と一致しており、上部ミラー５と下部ミラー６の平行度が所望の精度以内に調整されていることを示している。

（δの算出方法）
第２反射ビームの角度２６１の円弧軌跡の半径δの算出方法について図１５を参照しながら説明する。図１５において、ウェッジ基板８は両面が平行でなく小さな角度αを有しており、ウェッジ基板８を入射光に対しθａ度傾けると、透過光は入射光に対してθｗ度傾く。ウェッジ基板８の屈折率をｎ、入射光のウェッジ基板８内の屈折角をβ、出射角をγとすると、これらの関係は、特許文献２に記載されているように、式（１５）〜（１７）で表される。

ｎ・ｓｉｎβ ＝ ｓｉｎθａ 式（１５）
ｓｉｎγ ＝ ｎ・ｓｉｎ（α＋β） 式（１６）
θｗ ＝ γ−（α＋θａ） 式（１７）

実際、ウェッジ基板８を使用する際には、θａ＝０付近であるので、θａ≒０とすると、式（１５）と式（１６）から、式（１７）は、式（１８）に近似することができる。

θｗ≒（ｎ−１）・α 式（１８）

従って、ウェッジ基板８を通過した光は、式（１８）で示される角度分の角度ずれが生じる。ここで、ウェッジ基板の角度αが十分に小さいものとすると、θｗも十分小さいので、ウェッジ基板８を通過した光が水平面に直角な面で反射して、再びウェッジ基板８に戻ってきた光の角度変化は式（１８）と同じになることから、ウェッジ基板８を往復した光には、式（１９）の角度ずれが生じる。

２・（ｎ−１）・α 式（１９）

ここで、ウェッジ基板８の材質は、一般的にＢＫ７等のガラス材であり、ｎ≒１．５である。さらに、ウェッジ基板８の角度αは、使用するオートコリメータ２０の測定角度範囲を考慮すると、０．１度程度が好ましい。角度αを０．５度などの比較的大きな角度にすると、オートコリメータ２０の測定角度範囲から外れる虞がある。

ウェッジ基板８を挿入したとき、表示装置２１で表示される第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度差は、式（５）と式（１９）から式（２０）となる。

２・θｕ−２・θｌ＋２・（ｎ−１）・α 式（２０）

一方、第１被測定面３と第２被測定面４の角度差Δθｈは、式（２１）になる。

Δθｈ ＝ θｕ−θｌ 式（２１）

従って、式（２０）と式（２１）から、式（２０）は式（２２）になる。

２・Δθｈ＋２・（ｎ−１）・α 式（２２）

オートコリメータ２０による測定では、実際の角度の半分の値で表示されるので、式（２２）より、オートコリメータ２０による第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度差は式（２３）となる。

Δθｈ＋（ｎ−１）・α 式（２３）

ここで、式（２３）の第２項が、第２反射ビーム２６の円弧軌跡の半径の角度δに相当する（式（２４））。

δ＝（ｎ−１）・α 式（２４）

以下に、第１の実施形態の効果について説明する。特許文献１による二面の平行度を測定する方法では、４つの経路による反射光（ａの経路、ｂの経路、ｃの経路、及びｄの経路；それぞれ特許文献１の図６〜９を参照）が存在し、例えば、経路ｄの反射光が経路ｂの反射光と経路ｃの反射光の干渉を受けやすく不鮮明で測定しにくいという問題があった。一方、第１の実施形態の第１の平行度測定方法では、図５のステップＳ１１〜Ｓ１４で説明したように、２つの経路の反射光（第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６）のみを使用しているため、各々の反射光が他の反射光による干渉の影響を受けにくくすることができる。その結果、２つの反射光は鮮明になり、角度測定が容易になるという効果が得られる。

また、第１の実施形態の第２の平行度測定方法では、ウェッジ基板８により一方の反射光の角度を変えることができるので、二面が平行に近くなったとき２つの反射光が重なることがないので、第１の平行度測定方法よりも高精度に二面の平行度を合わせることができるという効果が得られる。

また、第１の実施形態の第２の平行度測定方法においても、反射光を２つになるようにしたので、ウェッジ基板８を回転させた場合の軌跡をより鮮明に表示することができるという効果が得られる。

また、第１の実施形態では、ビームスプリッタ７１の４５度の面を入射光ビーム２４に対して厳密に４５度にする必要がないため、ビームスプリッタ７１の設置をより簡易に行うことができるという効果が得られる。

（第１の実施形態の変形例）
次に、第１の実施形態の変形例について、図１６を参照しながら詳細に説明する。図１６は第１の実施形態の変形例に係る平行度測定方法を示すフローチャートである。第１の実施形態との相違点は、第１の実施形態の変形例では、図５（第１の実施形態）におけるステップＳ１２〜Ｓ１４を行わずに、最初からウェッジ基板８を挿入して、第２の平行度測定方法による測定とその測定結果に基づく平行度調整を行っている点である。但し、図１６における第２の平行度測定方法では、第１反射ビームの角度２５１は測定しておく必要があるため、ステップＳ１１を含んでいる。図１６における各ステップは、図５における対応するステップと、それぞれ同じであるため重複する説明は省略する。

第１被測定面３と第２被測定面４の平行度のずれが微小であり、図５のステップＳ１４による平行度調整を行う必要がなく、高精度な平行度の測定及び調整のみが必要な場合には、第１の実施形態の変形例は有効である。

以上説明したように、第１の実施形態の変形例によれば第１の実施形態と同様な効果が得られ、さらに平行度のずれが微小である場合には平行度の測定及び調整を短縮することができるという効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図１７を参照しながら詳細に説明する。図１７は第２の実施形態に係る平行度測定方法を示す図である。第２の実施形態では、ビームスプリッタ７１の設定を上下逆にしている。また、ウェッジ基板８を光路中に挿入する場合には、ウェッジ基板８をビームスプリッタ７１と下部ミラー６の間に挿入する。その他の点は第１の実施形態と同様である。

図１７に示すように、図７の経路Ａと経路Ｂは、図２の経路Ａと経路Ｂをそれぞれ上下逆にしたものになる。従って、図１７の第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６も図２の第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６を上下逆にしたものになる。このように、２つの反射ビームが第１の実施形態に対して上下逆になるだけであるため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の測定及び調整を行うことができる。

但し、第２の実施形態においては、平行度調整は、下部ミラー６で行ったほうが好ましい。それは、調整による反射ビームの角度の変化を第２反射ビーム２６のみにすることができるからである。このような理由から、上部ミラー５と下部ミラー６のうち、下部ミラー６側に平行度の調整機構がある場合には、第２の実施形態の構成は有効である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、説明する。第１の実施形態では、第１被測定面３の角度（即ち、上部ミラー５の角度）を調整して、第１被測定面３と第２被測定面４の角度を平行に合わせている。一方、第３の実施形態では、図１に示す構成において、第２被測定面４（即ち、下部ミラー６の角度）を調整して二面の平行度を合わせる点が第１の実施形態と相違する点である。その他の点については、第１の実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

図１の構成で、第２被測定面４の角度（下部ミラー６の角度）を調整すると、図２から分かるように、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の両方の角度が変化するため、比較的平行を合わせにくい。しかしながら、第２被測定面４の角度を第１被測定面の角度と平行になる方向に合わせていくと、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度差が次第に小さくなり、最終的に第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の点を重ねるようにすることができる。

尚、図１７に示した第２の実施形態の構成においても、第１被測定面３の角度（上部ミラー５）の角度を調整して、第１被測定面３と第２被測定面４の角度を平行に合わせるようにしてもよい。第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の両方の角度が変化するため、比較的平行を合わせにくいが、最終的に第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の点を重ねるようにすることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、図１８〜２０を参照しながら詳細に説明する。第４の実施形態の第１の実施形態に対する差異は、第４の実施形態では、ウェッジ基板８をビームスプリッタ７１と下部ミラー６の間に挿入する点である。

図１８は、第４の実施形態において、ウェッジ基板８を挿入する前に第１の平行度測定方法に基づいた平行度調整により、第１反射ビーム２５の角度と第２反射ビーム２６の角度がある程度近くなるように調整した状態を示している（第１の実施形態の図８の状態に相当する）。

図１９は、さらにウェッジ基板８をビームスプリッタ７１と下部ミラー６の間に挿入した状態を示している。図１９に示すように、経路Ａではウェッジ基板８を２回通過し、経路Ｂではウェッジ基板８を４回通過している。これにより、ウェッジ基板８の挿入による経路Ｂの角度の変化は、ウェッジ基板８挿入による経路Ａの角度の変化の２倍になる。従って、図１９の表示装置２１において、第１反射ビームの角度２５１はウェッジ基板８の挿入によりδ’だけ角度変化が生じ、第２反射ビームの角度２６１はウェッジ基板８の挿入により２δ’の角度変化が生じる。

図２０は、ウェッジ基板８をウェッジ基板の法線３０を回転軸として回転させた状態を示している。ウェッジ基板８を回転させると、第１反射ビームの角度２５１はウェッジ基板８を挿入する前の点を中心とし半径δ’の第１反射ビームの角度の軌跡３３を描く。また、第２反射ビームの角度２６１はウェッジ基板８を挿入する前の点を中心とし半径２δ’の第２反射ビームの角度の軌跡３４を描く。ここで、δ’は前述したように、ウェッジ基板８の角度をα’、屈折率をｎとすると、式（２５）で表される。

δ’＝（ｎ−１）・α’ 式（２５）

そして、上記の２つの円弧軌跡３３、３４の中心を第１の実施形態と同様の方法で算出する。算出された円弧軌跡３３、３４の中心を、それぞれ（ａ１、ｂ１）、（ａ２、ｂ２）とすると、第１反射ビームの角度２５１と第２反射ビームの角度２６１との角度差のｘ成分、ｙ成分はそれぞれ式（２６）〜（２７）により算出される。

Δθｘ ＝ ａ２−ａ１ 式（２６）
Δθｙ ＝ ｂ２−ｂ１ 式（２７）

式（２６）〜（２７）によるΔθｘ、Δθｙは、それぞれ第１被測定面３と第２被測定面４の角度差のｘ成分とｙ成分に対応している。

また、第１の実施形態のステップＳ１８〜Ｓ２１と同様に、Δθｘ、Δθｙに基づいて、第１被測定面３と第２被測定面４の第２の平行度測定方法によるの測定及びその測定結果に基づく調整を繰り返すことによって、所望の精度以内の平行度を得ることができる。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、ウェッジ基板８を第１の実施形態と反対側であるビームスプリッタ７１と第２被測定面４の間に挿入した場合においても、第２の平行度測定方法により高精度な測定及び調整を行うことが可能であり、第１の実施形態と同様な効果が得られる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について、図２１を参照しながら説明する。図２１は、第５の実施形態に係る平行度測定方法を示す図である。第５の実施形態の第１の実施形態に対する差異は、プレート型ビームスプリッタ７２を使用している点である。その他の点は第１の実施形態と同じであるため重複する説明は省略する。

反射部材はキューブ型ビームスプリッタ７１に限定されず、入射光の一部を反射し一部を透過する半透過部材の機能を有するものであればよく、例えば、プレート型ビームスプリッタ７２が適用可能である。図２１に示すプレート型ビームスプリッタ７２を使用した場合においても、第１の平行度測定方法、第２の平行度測定方法、及び各々の測定方法に基づく平行度調整を行うことが可能である。

プレート型ビームスプリッタ７２は、薄い平板ガラス上に半透過部材（４５度の面）１０として適当な光学薄膜を蒸着したものである。プレート型ビームスプリッタ７２は、図１のキューブ型ビームスプリッタ７１にはない以下のメリットを有している。即ち、薄い平板ガラスを採用しているため軽量なこと、比較的大きなサイズでも製作可能なこと、また安価なことである。また、キューブ型ビームスプリッタ７１を使用した場合には、図１の面１１、１２等に反射防止膜をコーティングして面１１、１２等における反射光を抑制することが、反射光の経路を２つのみとするために必要であるが、反射防止膜のコーティングがコスト高になるという問題がある。一方、プレート型ビームスプリッタ７２の場合は、キューブ型ビームスプリッタ７１における面１１、１２等が存在しないため、反射防止膜のコーティングが不要となり、低コスト化することができる。

以上説明したように、第５の実施形態によれば、プレート型ビームスプリッタ７２を使用した場合でも、第１の実施形態と同様な効果が得られ、さらに低コストな構成で測定することが可能であるという効果が得られる。

本発明は、向かい合う二つの面の平行度を高精度に測定する際に適用することができる。例えば、基板上に半導体チップをボンディングする製造工程では二つの接合面を極めて高い精度で平行に保持することが要求されるが、本発明による測定方法を適用して二つの接合面の平行度を測定し、測定結果に基づいた調整を行うことで所望の平行度を保持することが可能になる。

なお、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって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。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１：第１装置
２：第２装置
３：第１被測定面
４：第２被測定面
５：上部ミラー（第１被測定面）
６：下部ミラー（第２被測定面）
８：ウェッジ基板
１０：４５度の面（半透過部材）
１１、１２：面
２０：オートコリメータ
２１：表示装置
２２：演算装置
２３：記憶装置
２４：入射光ビーム
２５：第１反射ビーム
２６：第２反射ビーム
３０：ウェッジ基板の法線
３１：第２反射ビームの角度の軌跡中心
３２、３４：第２反射ビームの角度の軌跡
３３：第１反射ビームの角度の軌跡
４２：戻り光
６０：半導体レーザ
６１：第１コリメータレンズ
６２：ビームスプリッタ
６３：被測定面
６４：第２コリメータレンズ
６５：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
７１：キューブ型ビームスプリッタ（ビームスプリッタ）（反射部材）
７２：プレート型ビームスプリッタ（反射部材）
１０１：吸着ヘッド
２０１：盤
２５１：第１反射ビームの角度
２６１：第２反射ビームの角度

Claims (10)

1. 光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材を用いて測定する方法であって、
   前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有し、
   前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップと、
   入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記第１及び第２反射ビームの角度から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする平行度測定方法。
2. 算出した前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差に基づいて、前記第１反射ビームの角度と前記第２反射ビームの角度が一致するように、前記第１被測定面と前記第２被測定面との平行度を合わせるステップをさらに含む請求項１に記載の平行度測定方法。
3. 前記第１被測定面と前記第２被測定面との平行度を合わせるステップの実行後、ウェッジ基板を前記反射部材と前記第１被測定面の間に挿入するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第２反射ビームの角度の軌跡中心を算出するステップと、
   前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップと、
   をさらに含む請求項２に記載の平行度測定方法。
4. 前記第１被測定面と前記第２被測定面との平行度を合わせるステップの実行後、ウェッジ基板を前記反射部材と前記第２被測定面の間に挿入するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心を算出するステップと、
   前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップと、
   をさらに含む請求項２に記載の平行度測定方法。
5. 光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材及びウェッジ基板を用いて測定する方法であって、
   前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有し、
   前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記反射部材と前記第１被測定面の間に挿入するステップと、
   入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記第２被測定面で反射し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第２反射ビームの角度の軌跡中心を算出するステップと、
   前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップと、
   を含む平行度測定方法。
6. 光反射性とした第１被測定面と、光反射性とした第２被測定面との平行性を、反射部材及びウェッジ基板を用いて測定する方法であって、
   前記反射部材は半透過部材を含み、入射光の一部を反射し且つ一部を透過する性質を有し、
   前記反射部材の前記半透過部材の表面が前記第２被測定面に対して略４５度の角度になるように配置するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記反射部材と前記第２被測定面の間に挿入するステップと、
   入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記反射部材の半透過部材の界面で反射して入射方向へ戻る、第１反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記入射光ビームが前記反射部材の半透過部材の界面で反射し、次いで前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、次いで前記反射部材の半透過部材を透過し、次いで前記第１被測定面で反射し、再び前記反射部材の半透過部材を透過し、再び前記ウェッジ基板を透過し、再び前記第２被測定面で反射し、再び前記ウェッジ基板を透過し、そして前記反射部材の半透過部材の界面で反射して前記入射方向へ戻る、第２反射ビームの角度を測定するステップと、
   前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第１反射ビームの角度及び前記第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心を算出するステップと、
   前記第１反射ビームの角度及び第２反射ビームの角度の夫々の軌跡中心から、前記第１被測定面と前記第２被測定面の角度差を算出するステップと、
   を含む平行度測定方法。
7. 前記第２反射ビームの角度の軌跡中心が、前記第１反射ビームの角度に一致するように、前記第１被測定面と前記第２被測定面との平行度を合わせるステップをさらに含む請求項３又は５に記載の平行度測定方法。
8. 前記第２反射ビームの角度の軌跡中心と前記第１反射ビームの角度との角度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する判定ステップをさらに含み、
   前記角度差が前記所定の閾値以内でないと判定された場合に、
   前記第２反射ビームの角度の軌跡中心が、前記第１反射ビームの角度に一致するように、前記第１被測定面と前記第２被測定面との平行度を合わせるステップと、
   前記ウェッジ基板を前記ウェッジ基板の法線を回転軸として回転させて前記第２反射ビームの角度を変化させ、変化した前記第２反射ビームの角度の軌跡中心を算出するステップと、
   前記第１反射ビームの角度と第２反射ビームの角度の軌跡中心との角度差を算出するステップと、
   前記判定ステップと、
   を繰り返すことを特徴とする請求項３又は５に記載の平行度測定方法。
9. 前記反射部材が、キューブ型ビームスプリッタ、又はプレート型ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の平行度測定方法。
10. 前記第１及び第２反射ビームの角度の測定は、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乃至９のいずれか一に記載の平行度測定方法。

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