JPH0139042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体集積回路のチツプ等、微小面
積の板体の位置および平行度を測定するための装
置に関する。

半導体集積回路（IC、LSIなど、以下単にICと
略記する）は、一般に、セラミツク等のマウント
用台に半導体チツプをろう付けして実装される。

近年、イメージセンサ用ICなどのように、光
感知素子を複数配列したICが多く製造され、半
導体チツプをマウント用台にろう付けする時の平
行度を、厳密に制御する必要が生じてきている。

また、たとえば、CCD（電荷結合デバイス）素
子を用いた固体撮像装置にあつては、CCDチツ
プは、５×５mm程度の微小面積の板体をなしてい
るうえ、チツプの表面約10μ程に離間するフイル
タをチツプと平行に貼付けるため、貼付け前の準
備段階において、数10mm離れた位置に、前もつて
配置するためのＺ軸方向制御用の計測系が、貼合
せ装置には不可欠である。

従来、ICのチツプ等微小面積で、かつ表面に
数ミクロン程度の凹凸が形成された板体につい
て、その板体の平行度や、基準点からの距離を測
定する場合、傾き測定と距離測定とを同時に行な
うことのできる計測手段がなかつた。

したがつて、従来は、距離測定と傾き測定とは
別個の装置で、順次行なう以外に方法はなかつ
た。

しかし、傾き測定に従来から使用されているオ
ートコリメータでは、被測定面が鏡面反射できる
ことが不可欠であるために、表面が凹凸を有する
場合、精度が低下する。

また、距離測定は、被測定面にスポツトビーム
を照射して、その反射光を集束させて位置センサ
ーで読取ることができるが、被測定面平行度が保
たれていない場合には、正しい測定ができきい。

このように、従来の距離と傾きとを別個に測定
するやり方は、実際には精度が低下するだけでは
なく、実用的にも、測定の手間がかかるという欠
点があつた。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、微
小面積の板体について、基準面からの距離および
法線傾きを同時に測定でき、かつ被測定面に非接
触で、精度の高い距離および傾斜角測定装置を提
供することを目的としている。

以下、本発明の一実施例について説明する。

光源S₁，S₂は、たとえば、発光ダイオード、レ
ーザダイオード、ガスレーザー等の集光性の高い
ビームを発生しうるものである。

反射面R₁，R₂は、たとえば、一方がICチツプ
等の被測定面であり、他方が基準面を形成する反
射板であつて、双方は互いにたとえば30mm程度離
間して対向配置されている。

光源S₁，S₂からのビームは、それぞれ反射面
R₂，R₁に互いに等しい（必ずしも等しい必要は
ないが等しい方が測定がしやすい。）入射角αで
照射され、反射面R₂，R₁上に、例えば数10乃至
数100μｍφ程度のスポツト径を有している。

また反射面R₁，R₂間のほぼ中央線上で、各反
射ビームの交点上には、ビーム合成手段たとえば
ハーフミラーＭが、基準面をなす反射面R₁と平
行に設けられている。

レンズＬは、反射面R₁から距離ａの位置で、
反射ビームと光軸を一致させて配置された凸レン
ズであるが、２枚以上の合成光学系を用いること
もできる。

このレンズＬの焦点面には、すなわちレンズＬ
の焦点距離ｆの位置には、縦横に複数の光電変換
素子を規則的に配列してなるエリヤイメージセン
サ、又はそれと同等の、２次元位置センサ１が、
その中心をレンズＬの光軸と一致させるようにし
て配置されている。

レンズＬと２次元位置センサ１との間には、分
割用ビームスプリツタ２が、レンズＬよりb₁の距
離に設けられ、分割された光軸上で基準反射面
R₁が結像する面（分割スプリツタ２からb₂の距
離で、１／ｆ＝１／ａ＋１／b₁＋b₂を満足する位置）に
は、 １次元位置センサ３が配置されている。

この１次元位置センサ３は、複数の光電変換素
子を直線的に配列したリニアイメージセンサ又は
それと同等のものであつて、両センサ１，３は、
スポツト光が照射された位置を、感応素子の位置
に応じて検知しうるものである。

このように構成される本発明の装置では、１次
元位置センサ３によつて、反射面R₁，R₂間の距
離を、また同時に、２次元位置センサ１によつ
て、反射面R₁，R₂間の平行度を測定できる。

すなわち、２個の光源S₁，S₂を交互に点滅する
ことにより、反射面R₁，R₂に交互にスポツト像
を形成する。位置測定では基準面をなす反射面
R₁のスポツト像が、ハーフミラーＭを透過し、
レンズＬで集光されて、分割用ビームスプリツタ
２の反射光として、１次元位置センサ３のP₂位
置に結像する。

次に、被測定面R₂にスポツト像が形成される
と、同様に、ハーフミラーＭ、レンズＬ、分割用
ビームスプリツタ２を経て、１次元位置センサ３
に結像される。

このとき、反射面R₁とハーフミラーＭのなす
平面との距離が、反射面R₂とハーフミラーＭの
なす平面との距離に等しい場合、１次元位置セン
サ３に写映されるスポツト像の位置P₂は等しい。

他方、これらの距離が異なる場合には、光源
S₁，S₂の交互の点滅によつて、スポツト像の位置
P₂にずれが生じ、１次元位置センサ３からは、
異なる信号出力が得られる。

従つて、基準面をなす反射面R₁とハーフミラ
ーＭのなす平面との距離を基準にして、反射面
R₁と被測定面をなす反射面R₂との間の距離を算
出することができる。

すなわち、正しい位置にある反射面R₁，R₂に
よつては、１次元位置センサ３上に結像されるス
ポツト像は、共にP₂で一致するが、第１図の一
点鎖線に示すように、仮は被測定面R₂がR₂′の位
置にあつた場合は１次元位置センサ３上の光源S₂
によるスポツト像は、位置P₂′にあることになる。

この間の関係を次に示す。

R₂とR₂′の距離をｄ、P₂とP₂′の距離をX₂、光
源の反射物への入射角αとし、説明の便のため
に、R₂をR₁側に移し換えて示した第２図に基づ
いて、関係式を導く。

この光学系倍率をｍ（＝b₁＋b₂／ａ）とおくと、 r₁t＝X₂／ｍ＝ｄ／sinαcos（180゜−90゜−2α） ＋ｄ／sinαsin（180゜−90゜−2α）・tan2θ ＝2dcosα＋ｄcos2α／sinαtan2θ ＝ｄ（2cosα＋cos2α／sinαtan2θ） 故に、ｄ＝X₂／ｍ（2cosα＋cos2α／sinαtan2θ） したがつて、ｍ、αは与えられたものであり、
後述する測定方法でθを求めるとともに、X₂の
距離を１次元位置センサ３で測定することによ
り、ｄすなわちR₁とR₂′の距離＝2D−ｄ（Ｄは基
準反射面とハーフミラーの距離）が求まることに
なる。

次に、傾きθの測定について説明する。

２個の光源S₁，S₂より出た光線（概略平行光
線）反射面R₁，R₂を経過し、レンズＬの焦点
（すなわちレンズＬより距離ｆの位置）に２次元
位置センサ１が配置されているから、点光源とし
て入力する。

反射面R₁を経過した光線による入力点を、２
次元位置センサ１面の原点とすれば、被測定物の
反射面R₂からの入力点は、反射面R₁，R₂が平行
に保たれているときはP₁で一致し、反射面R₂が
傾いているときには、傾斜角と傾き方向に応じ
て、入力点が２次元位置センサ１上で上下左右に
ずれたP₁′に生じる。

このP₁′の位置は被測定物の反射面R₂が、第１
図、及び第２図に示すようにθだけ傾いている
と、レンズＬに入射する光線の傾きは2θとなり、
P₁P₁′＝X₁＝ｆ tan2θとなる。故に、θ＝１／２・ tan^-1X₁／ｆにより、X₁を測定することにより、求 めることができる。

このように、レンズＬの後方に分割用ビームス
プリツタ２を配置して、１次元位置センサ３と２
次元位置センサ１とで、同時に距離と傾きを測定
することができる。

上記実施例では、レンズＬと分割用ビームスプ
リツタ２とからなる光学系によつて、反射ビーム
を集光し、２方向の分割ビームを得るようにして
いるが、レンズＬを、複数枚の合成レンズ系とし
て焦点距離を短かくすることにより、装置寸法を
コンパクトなものとできる。

また、ビーム検知手段としては、１次元位置セ
ンサ３、２次元位置センサ１ともに、連続出力の
アナログセンサ以外にも、イメージセンサなどで
構成することができる。

さらに、両センサ１，３は、必ずしもそれぞれ
２次元、１次元のものに限定される必要はない。
すなわちセンサ３に２次元のものを使用し、セン
サ１には、被測定面R₂が一方向にのみ傾いてい
るものであれば、１次元のものを使用してもよ
い。なお、上記説明は、簡単のため、一方向にの
み傾いているものとして述べたが、一般には二方
向に傾いているので、２次元のセンサが必要とな
る。

以上述べたように、本発明によれば、相対向す
る反射面R₁，R₂間の平行度と、その間の距離を、
同時にかつ精度よく測定しうる。

したがつて、被測定面として微小面積の反射面
を有するICチツプを、セラミツク等のマウント
用台にろう付けする場合、本発明装置を用いるこ
とにより、充分に高い精度が得られる。しかも、
測定は、被測定面と非接触で行なえ、装置自体も
極めてコンパクトに構成できる。

半導体製造工程では、測定対象物が微小面積で
あることが多く、また他の検査装置、アライメン
ト用の顕微鏡、搬送機構、固定機構などによつて
寸法制約が大きいので、本発明装置による制御及
び測定は、極めて大きなメリツトを有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成説明
図、第２図は、被測定物の変位位置を説明の便の
ために、基準反射面R₁部に移した拡大模式図で
ある。 S₁，S₂……光源、R₁，R₂……反射面、Ｍ……
ハーフミラー、Ｌ……レンズ、１……２次元位置
センサ、２……分割用ビームスプリツタ、３……
１次元位置センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準面にビームを入射するための光源と、基
   準面に対向して配置される被測定面に、基準面へ
   のビーム入射角とほぼ等しい入射角でビームを照
   射する光源と、上記基準面および被測定面からの
   反射ビームを合成するビーム合成手段と、合成さ
   れた反射ビームを集光し、かつ２方向の分割ビー
   ムを得る光学系と、分割ビームの一方の光軸上で
   基準面が結像する位置にあつて、被測定面の反射
   ビームと基準面の反射ビームとの結像位置のずれ
   を検知することによつて基準面と被測定面の距離
   が計測できる第１のビーム検知手段と、分割ビー
   ムの他方の光軸の焦点位置にあつて、被測定面が
   基準面との間でなす傾斜角を検知する第２のビー
   ム検知手段とを具備することを特徴とする距離お
   よび傾斜角測定装置。 ２ 第１のビーム検知手段が、１次元配置された
   ものであり、かつ第２のビーム検知手段が、２次
   元配置されたものである特許請求の範囲第１項に
   記載の距離および傾斜角測定装置。