JPH10227608A - エッジ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステージに対して試料を動かすことなく、試料
の上面の両側のエッジと下面の両側のエッジを検出し得
るエッジ検出装置を提供する。 【解決手段】エッジ検出装置は、光源１１２とコリメー
トレンズ１１４と対物レンズ１２０からなる照明光学系
と、光源１５２とコリメートレンズ１５４と対物レンズ
１６０からなる照明光学系と、対物レンズ１２０とハー
フミラー１１６と集光レンズ１２２とピンホール１２４
と光電変換素子１２６からなる光検出系と、対物レンズ
１６０とハーフミラー１５６と集光レンズ１６２とピン
ホール１６４と光電変換素子１６６からなる光検出系
と、電流電圧変換器１２８と電圧発生部１３２と比較器
１３０からなる処理部と、電流電圧変換器１６８と電圧
発生部１７２と比較器１７０からなる処理部とを有して
おり、試料１０２の上下面からの各反射光に基づいて各
面のエッジを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業製品の各種部
品外形寸法等を測定するため、測定対象物である試料の
エッジを検出するエッジ検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エッジ検出装置は大きく分けて、試料で
反射された光に基づいてエッジを検出する構成のもの
と、試料の周辺を通過した光に基づいてエッジを検出す
る構成のものとがある。図４は、試料からの反射光に基
づいてエッジを検出する構成のエッジ検出装置を示して
いる。

【０００３】図４に示されるように、エッジ検出装置
は、光源１とコリメートレンズ２とハーフミラー３と対
物レンズ４とからなる照明光学系と、この照明光学系の
光軸に直交する方向に移動可能なステージ６を有してい
る。ステージ６は、反射率の低いもの、好適には光学的
に透明なものが使用され、この上に試料５が載置され
る。ハーフミラー３の上方には集光レンズ７が配置され
ており、これは、試料５の上面で反射され、対物レンズ
４とハーフミラー３を通過した光を集光する。集光レン
ズ７の集光位置にはピンホール８が配置され、その後ろ
側には光電変換素子９が配置されている。エッジ検出装
置は、電流電圧変換器１０と比較器１１と基準電圧発生
部１２とからなる信号処理部を有している。

【０００４】光源１で発せられた光は、コリメートレン
ズ２によって平行光に変えられ、ハーフミラー３で反射
され、対物レンズ４により試料５の上面の高さ位置に集
光される。試料５の上面で反射された光は、対物レンズ
４に入射し、ハーフミラー３を通過し、集光レンズ７に
より集光され、ピンホール８を通り、光電変換素子９に
入射する。光電変換素子９から出力される電流信号は、
電流電圧変換器１０によって電圧信号に変換され、比較
器１１に入力される。比較器１１は、この入力信号を、
基準電圧発生部１２から入力される基準電圧と比較し、
その結果をエッジ検出信号として出力する。エッジ検出
信号は二値信号であり、これは試料５の上面が光軸上に
位置しているか否かに対応している。従って、比較器１
１から出力されるエッジ検出信号を調べることにより、
試料５のエッジ位置、正確には試料５の上面のエッジ位
置が求められる。

【０００５】実際の測定では、ステージ６を用いて試料
５を移動させながら、試料５のエッジの検出を行ない、
二つのエッジを検出する間のステージ６の移動量から試
料５の幅、正確には試料５の上面の幅が測定される。

【０００６】また、図４には試料からの反射光に基づい
てエッジ検出する装置を示したが、試料の周辺を通過す
る光に基づいてエッジ検出する装置は、ステージが光学
的に透明なもので限られ、照明光学系が試料の下方に配
置されるという相違点以外は、図４の装置と同じであ
り、試料を下方から照明し、試料の周辺を通過した光
を、図４の装置と同様に調べることにより、試料のエッ
ジを検出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エッジ検出装置の主要
な測定対象物のひとつに、図５に示されるような半導体
部品のリードフレーム３２がある。エッジ検出装置によ
るリードフレーム３２の幅の測定は、後のワイヤーボン
ディングの工程に生かされる。リードフレーム３２は、
エッチングプロセスで作製したものが多く、図６に示さ
れる断面形状をしていることが多い。

【０００８】リードフレーム３２の断面形状は姿勢安定
性に大きく影響を与えるため、ワイヤーボンディングの
工程にとってはリードフレーム３２の正確な断面形状を
把握することが重要であり、特にリードフレーム３２の
上面の幅Ｌ1 、下面の幅Ｌ2、上面と下面のずれΔを知
ることが重要である。これらの寸法Ｌ1 、Ｌ2 、Δを求
めるには、測定するには、リードフレーム３２の上面の
両側のエッジ位置Ｐ１とＰ２およびリードフレーム３２
の下面の両側のエッジ位置Ｑ１とＱ２を測定する必要が
ある。

【０００９】先に述べた従来のエッジ検出装置では、リ
ードフレーム３２の上面の両側のエッジ位置Ｐ１とＰ２
およびリードフレーム３２の下面の両側のエッジ位置Ｑ
１とＱ２をそのまま測定することはできず、これら四つ
のエッジ位置を測定するには、試料を裏返すことなく測
定することはできない。言い換えれば、従来のエッジ検
出装置では、リードフレーム３２の四つのエッジ位置を
測定するには試料を裏返す作業を要する。しかし、試料
を裏返す際、試料をステージの上に全く同じ位置に試料
を再配置することは不可能である。従って、試料を裏返
す工程を経て測定された四つのエッジ位置は誤差を含ん
でおり、このため試料すなわちリードフレーム３２の上
面の幅Ｌ1 、下面の幅Ｌ2 、上面と下面のずれΔを正確
に知ることができない。

【００１０】本発明は、このような現状を改善するため
に成されたものであり、その目的は、試料すなわちリー
ドフレーム３２の上面の幅Ｌ1 、下面の幅Ｌ2 、上面と
下面のずれΔを正確に知ることを可能にするエッジ検出
装置を提供することである。また、別の言い方をすれ
ば、本発明の目的は、ステージに対して試料を動かすこ
となく、試料の上面の両側のエッジと下面の両側のエッ
ジを検出し得るエッジ検出装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるエッジ検出
装置は、試料の第一の面を照明する第一の照明光学系
と、試料の第一の面の裏側の第二の面を照明する第二の
照明光学系と、これらの照明光学系の光軸を横切って試
料を移動させる手段と、試料の第一の面からの反射光ま
たは試料を透過した光を検出する第一の光検出手段と、
試料の第二の面からの反射光または試料を透過した光を
検出する第二の光検出手段と、第一の検出手段と第二の
検出手段で得られる情報に基づいて試料の第一の面のエ
ッジと試料の第二の面のエッジを判断する処理部とを有
している。

【００１２】本発明によるエッジ検出装置は、好ましく
は、第一の照明光学系の光と第二の照明光学系の光とを
分離する手段を有しており、第一の光検出手段と第二の
光検出手段の各々は第一の照明光学系の光と第二の照明
光学系の光のいずれか一方を受光する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 〔第一の実施の形態〕第一の実施の形態によるエッジ検
出装置について図１を参照しながら説明する。本実施形
態は、反射光に基づいて試料のエッジの検出を行なう装
置である。

【００１４】図１に示されるように、エッジ検出装置
は、試料１０２の上側の面を照明する第一の照明光学系
と、試料１０２の下側の面を照明する第二の照明光学系
とを有しており、これらは同軸に配されている。エッジ
検出装置は、これらの照明光学系の光軸に直交する平面
に平行に移動しうる光学的に透明なステージ１０４を有
し、このステージ１０４の上に試料１０２が載置され
る。

【００１５】第一の照明光学系は、照明光を生成する光
源１１２と、照明光を平行光に変えるコリメートレンズ
１１４と、平行光を集光する対物レンズ１２０とで構成
され、第二の照明光学系は、照明光を生成する光源１５
２と、照明光を平行光に変えるコリメートレンズ１５４
と、平行光を集光する対物レンズ１６０とで構成されて
いる。

【００１６】コリメートレンズ１１４と対物レンズ１２
０の間には、第一の波長領域の光を選択的に透過する光
学フィルター１１８が配置され、コリメートレンズ１５
４と対物レンズ１６０の間には、前述の第一の波長領域
とは異なる第二の波長領域の光を選択的に透過する光学
フィルター１５８が配置されている。これにより、光源
１１２から射出され、透明なステージ１０４を通過した
光は、光学フィルター１５８で遮断され、同様に、光源
１５２から射出され、透明なステージ１０４を通過した
光は、光学フィルター１１８で遮断される。

【００１７】エッジ検出装置は、試料１０２の上側の面
で反射された光を検出する第一の光検出系と、試料１０
２の下側の面で反射された光を検出する第二の光検出系
とを有している。第一の光検出系は、試料１０２の上側
の面からの反射光を拾う対物レンズ１２０と、コリメー
トレンズ１１４と光学フィルター１１８の間に配置され
たハーフミラー１１６と、ハーフミラー１１６からの反
射光を集光する集光レンズ１２２と、集光レンズ１２２
の焦点位置に配されたピンホール１２４と、ピンホール
１２４の後ろ側に配置された光電変換素子１２６とで構
成されている。また、第二の光検出系は、試料１０２の
下側の面からの反射光を拾う対物レンズ１６０と、コリ
メートレンズ１５４と光学フィルター１５８の間に配置
されたハーフミラー１５６と、ハーフミラー１５６から
の反射光を集光する集光レンズ１６２と、集光レンズ１
６２の焦点位置に配されたピンホール１６４と、ピンホ
ール１６４の後ろ側に配置された光電変換素子１６６と
で構成されている。

【００１８】エッジ検出装置は、光電変換素子１２６か
らの出力に基づいて試料１０２の上側の面のエッジを判
断する第一の処理部と、光電変換素子１６６からの出力
に基づいて試料１０２の下側の面のエッジを判断する第
二の処理部とを有している。第一の処理部は、光電変換
素子１２６から出力される電流を電圧に変換する電流電
圧変換器１２８と、エッジの判定の際の閾値である基準
電圧を発生する電圧発生部１３２と、電流電圧変換器１
２８からの出力を基準電圧を比較してエッジ検出信号を
出力する比較器１３０とを有し、第二の処理部は、光電
変換素子１６６から出力される電流を電圧に変換する電
流電圧変換器１６８と、エッジの判定の際の閾値である
基準電圧を発生する電圧発生部１７２と、電流電圧変換
器１２８からの出力を基準電圧を比較してエッジ検出信
号を出力する比較器１７０とを有している。

【００１９】本実施形態では、ステージ１０４によって
試料１０２が移動される間、試料１０２の上側の面が第
一の照明光学系によって照明され、その反射光が第一の
光検出系で検出されると同時に、試料１０２の下側の面
が第二の照明光学系によって照明され、その反射光が第
二の光検出系によって検出される。

【００２０】すなわち、光源１１２で生成された照明光
はコリメートレンズ１１４によって平行光に変えられ、
その一部はハーフミラー１１６を通り、第一の波長領域
の成分が光学フィルター１１８を通過し、対物レンズ１
２０によって試料１０２の上側の面の高さ位置に集光さ
れる。試料１０２の上側の面で反射された光は対物レン
ズ１２０に入射し、光学フィルター１１８を通り、ハー
フミラー１１６で反射され、集光レンズ１２２により集
光され、ピンホール１２４を通り、光電変換素子１２６
に入射する。同様に、光源１５２で生成された照明光は
コリメートレンズ１５４によって平行光に変えられ、そ
の一部はハーフミラー１５６を通り、第二の波長領域の
成分が光学フィルター１５８を通過し、対物レンズ１６
０によって試料１０２の下側の面の高さ位置に集光され
る。試料１０２の下側の面で反射された光は対物レンズ
１６０に入射し、光学フィルター１５８を通り、ハーフ
ミラー１５６で反射され、集光レンズ１６２により集光
され、ピンホール１６４を通り、光電変換素子１６６に
入射する。

【００２１】前述したように、光学フィルタ１１８が透
過する光の波長領域（第一の波長領域）と光学フィルタ
ー１５８が透過する光の波長領域（第二の波長領域）は
異なるので、透明なステージ１０４を通過した第二の照
明光学系の光源１５２からの照明光は光学フィルター１
１８で遮断されるため、これが第一の光検出系の光電変
換素子１２６に入射することはなく、同様に、透明なス
テージ１０４を通過した第一の照明光学系の光源１１２
からの照明光は光学フィルター１５８で遮断されるた
め、これが第二の光検出系の光電変換素子１６６に入射
することはない。

【００２２】また、対物レンズ１２０による照明光の集
光位置と集光レンズ１２２による反射光の集光位置は共
焦点の関係にあるため、光電変換素子１２６に入射する
光は実質的に試料１０２の上側の面からの反射光だけで
ある。同様に、対物レンズ１６０による照明光の集光位
置と集光レンズ１６２による反射光の集光位置は共焦点
の関係にあるため、光電変換素子１６６に入射する光は
実質的に試料１０２の下側の面からの反射光だけであ
る。

【００２３】第一の光検出系の光電変換素子１２６から
の電流信号は電流電圧変換器１２８によって電圧信号に
変えられ、比較器１３０によって基準電圧と比較され
る。比較器１３０からの出力信号は試料１０２の上側の
面の有無に対応しており、これにより試料１０２の上側
の面のエッジの位置が求められる。同様に、第二の光検
出系の光電変換素子１６６からの電流信号は電流電圧変
換器１６８によって電圧信号に変えられ、比較器１７０
によって基準電圧と比較される。比較器１７０からの出
力信号は試料１０２の下側の面の有無に対応しており、
これにより試料１０２の下側の面のエッジの位置が求め
られる。

【００２４】本実施形態の装置では、試料の一回の移動
によって、試料１０２の上側の面の両側のエッジの位置
と試料１０２の下側の面の両側のエッジの位置とが検出
されるので、ワイヤーボンディングにおいて重要な試料
（リード）の上面の幅、下面の幅、上面と下面のずれ量
が求められる。

【００２５】〔第二の実施の形態〕第二の実施の形態に
よるエッジ検出装置について図２を参照しながら説明す
る。図中、前述の実施の形態の装置の部材と同じ参照符
号で示された部材は同一の部材であり、続く説明ではそ
の詳しい記述は省略する。

【００２６】図２に示されるように、第一の照明光学系
のコリメートレンズ１１４とハーフミラー１１６の間に
は、特定の波長領域（第一の波長領域）の光を選択的に
透過する光学フィルター１３４が配置され、第二の照明
光学系のコリメートレンズ１５４とハーフミラー１５６
の間には、第一の波長領域と異なる第二の波長領域の光
を選択的に透過する光学フィルターが配置されている。

【００２７】第一の光検出系のハーフラー１１６と集光
レンズ１２２の間には、第一の波長領域の光を選択的に
透過する光学フィルター１３８と第二の波長領域の光を
選択的に透過する光学フィルター１４０が選択的に配置
される。光学フィルター１３８と光学フィルタ１４０は
回転台座１３６に固定されており、これらは回転台座１
３８の回転により選択的に第一の光検出系の光路上に配
置される。同様に、第二の光検出系のハーフミラー１５
６と集光レンズ１６２の間には、第二の波長領域の光を
選択的に透過する光学フィルター１７８と第一の波長領
域の光を選択的に透過する光学フィルター１８０が選択
的に配置される。光学フィルター１７８と光学フィルタ
ー１８０は回転台座１７６に固定されており、これらは
回転台座１７６の回転により第二の光検出系の光路上に
配置される。

【００２８】この装置では、光検出系の光路上に配置さ
れる光学フィルターを切り換えることにより、反射光に
基づくエッジ検出と透過光に基づくエッジ検出が切り換
えられる。例えば、第一の光検出系の光路上に第一の波
長領域の光を選択的に透過する光学フィルター１３８を
配置し、第二の光検出系の光路上に第二の波長領域の光
を選択的に透過する光学フィルター１７８を配置する
と、第一の実施の形態と同様に、試料１０２の上面から
の反射光に基づくエッジの検出と、試料１０２の下面か
らの反射光に基づくエッジ検出が行なえる。これによ
り、試料１０２の上面のエッジ位置と下面のエッジ位置
とが、試料１０２の一回の移動で測定できる。

【００２９】また、第一の光検出系の光路上に第二の波
長領域の光を選択的に透過する第一の光学フィルター１
３８を配置し、第二の光検出系の光路上に第一の波長領
域を選択的に透過する光学フィルター１８０を配置する
と、試料１０２の上面からの反射光に基づくエッジ検出
と、試料１０２の透過光に基づくエッジの検出が行なえ
る。これにより、試料１０２の上面のエッジ位置と、試
料１０２の最も突出している部分のエッジ位置とが同時
に測定できる。この場合、試料１０２の下面のエッジ位
置は、後に第二の光検出系の光路上に第二の波長領域の
光を選択的に透過する光学フィルター１７８を配置して
測定される。

【００３０】第一の光検出系の光路上に配置する光学フ
ィルターと第二の光検出系の光路上に配置する光学フィ
ルターは、上述した組み合わせに限ることなく、その組
み合わせは測定の目的等に応じて自由に変更してもよ
い。

【００３１】〔第三の実施の形態〕第三の実施の形態に
よるエッジ検出装置について図３を参照しながら説明す
る。図中、前述の実施の形態の装置の部材と実質的に同
じ部材は同一の参照符号で示してあり、続く説明ではそ
の詳しい記述は省略する。

【００３２】図３に示されるように、第一の照明光学系
のハーフミラー１１６と対物レンズ１２０の間にはシャ
ッター１４２が配置され、第二の照明光学系のハーフミ
ラー１５６と対物レンズ１６０の間にはシャッター１８
２が配置されており、これらのシャッター１４２と１８
２は、スイッチ２０４によって切り換えられるリレー２
０２により、一方が選択的に開かれ、他方は閉じられ
る。

【００３３】ハーフミラー１５６で反射された光の光路
上にはミラー２０８が配置され、ハーフミラー１１６で
反射された光の光路上にはハーフミラー２０６が配置さ
れている。ハーフミラー２０６は、ハーフミラー１１６
で反射された光を透過して集光レンズ１２２に導くとと
もに、ミラー２０８で反射された光を反射して集光レン
ズ１２２に導く。

【００３４】シャッター１４２が開かれ、シャッター１
８２が閉じられた状態では、試料１０２の上面からの反
射光に基づくエッジ検出が行なわれ、試料１０２の上面
のエッジ位置が検出される。反対に、シャッター１４２
が閉じられ、シャッター１８２が開かれた状態では、試
料１０２の下面からの反射光に基づくエッジ検出が行な
われ、試料１０２の下面のエッジ位置が検出される。

【００３５】本実施形態の装置では、試料１０２の上面
のエッジ位置の検出と下面のエッジ位置の検出は別の工
程によって行なわれる。このため、第一の実施の形態の
装置に比べて、測定に要する時間は長いが、光検出系と
処理部の構成が簡略化されるという利点がある。

【００３６】本発明は、上述の実施の形態に限るもので
はなく、その主題を逸脱しない範囲内のあらゆる実施を
含む。すなわち、前述の実施の形態に様々な変形を施す
ことは可能であるが、その様な変形はすべて本発明に含
まれる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、ステージに対して試料
を動かすことなく、試料の上面の両側のエッジと下面の
両側のエッジを検出し得るエッジ検出装置が提供され
る。これにより、リードフレームの上面の幅と、下面の
幅と、上面と下面のずれの正確な値を知ることができる
ようになり、ワイヤーボンディングの精度が向上され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態によるエッジ検出装
置を示している。

【図２】本発明の第二の実施の形態によるエッジ検出装
置を示している。

【図３】本発明の第三の実施の形態によるエッジ検出装
置を示している。

【図４】試料からの反射光を利用する従来例によるエッ
ジ検出装置を示している。

【図５】エッジ検出装置の測定対象であるリードフレー
ムを持つ半導体部品を示している。

【図６】リードフレームの断面の形状を示している。

【符号の説明】

１０４ ステージ １１２ 光源 １１４ コリメートレンズ １１６ ハーフミラー １２０ 対物レンズ １２２ 集光レンズ １２４ ピンホール １２６ 光電変換素子 １２８ 電流電圧変換器 １３０ 比較器 １３２ 電圧発生部 １５２ 光源 １５４ コリメートレンズ １５６ ハーフミラー １６０ 対物レンズ １６２ 集光レンズ １６４ ピンホール １６６ 光電変換素子 １６８ 電流電圧変換器 １７０ 比較器 １７２ 電圧発生部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料の第一の面を照明する第一の照明光学
   系と、 試料の第一の面の裏側の第二の面を照明する第二の照明
   光学系と、 これらの照明光学系の光軸を横切って試料を移動させる
   手段と、 試料の第一の面からの反射光または試料を透過した光を
   検出する第一の光検出手段と、 試料の第二の面からの反射光または試料を透過した光を
   検出する第二の光検出手段と、 第一の検出手段と第二の検出手段で得られる情報に基づ
   いて試料の第一の面のエッジと試料の第二の面のエッジ
   を判断する処理部とを有しているエッジ検出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 第一の照明光学系の光と第二の照明光学系の光とを分離
   する手段を有しており、第一の光検出手段と第二の光検
   出手段の各々は第一の照明光学系の光と第二の照明光学
   系の光のいずれか一方を受光するエッジ検出装置。