JPS59154314A - 距離および傾斜角測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

半導体集積回路（ｘＣ，ＬＳＩ　　など、以下単に１．
Ｃと略記する）は、一般に、セラミック等のマウノト用
台に半導体チップをろう付けして実装される。

近年、イメージセッザ用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、半導体チップをマ
ウ／１・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っては、ＣＣＤチップは、５Ｘ５
ｍｍ程度の微小面積の板体をなしているうえ、チップの
表面約１０μ程に離間するフィルタをチップと平行に貼
付けるため、貼付は前の準備段階において、数１ＣＪｍ
ｍ離れだ位置に、前もって配置するだめの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、Ｉ　Ｃのチップ等微小向積で、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
かった。

したがって、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った。

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
あるだめに、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、被測定面にスポットビームを照射し
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ノこれていない場合に
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った。

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（ｓ、）、（ｓ２）は、たとえば発光ダイオード、
レーザダイオード、ガスｔ／−ザー等の集光性の高イヒ
ームを発生しうるものである。

反射面（Ｒ，Ｉ）、（％）は、たとえば、一方がＩＣチ
ップ等の被測定面であり、他方が基準面を形成する反射
板であって、双方は互いにたとえば５０ｍｍ程度離間し
て対向配置されている。

光源（Ｓ＋）、（ｓ２）からのビームは、それぞれ反射
面（４２）、（Ｒ＋）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（Ｒ，ｚ）　、　（Ｒ，、）上に
、例えば数１０乃至数１００μｍダ程度のスポット径を
有している。

また反射面Ｃ几＋）、（Ｒ，り間のほぼ中火線Ｊ―で、
各反射ビーノ・の交点上には、ビーム合成手段たとえば
ハーフミラ−（財）が、基準面をなす反射面（Ｒ，）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（Ｉ−）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（１７）の光軸と一致させるようにして配置されて
いる。

レンズ（［１）と２次元位置センサ（１）との間には、
分割用ビームスプリンタ（２）が、レンズ（Ｌ）よすす
、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（分割スプリッタ（２１からＲ２の
距離で、±−ｊ　＋、膿、、−を満足する位置）には、
７次元位ｆ　　ａ　　ｂｌ＋ｂ装 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／す又はそれと同等
のものであって、両セッザ（１，）（３）は、スポット
光が照射された位置を、感応素子の位置に応じて検知し
つるものである。

このように構成される本発明の装置では、１次元位置セ
ッサ（３）によって、反射面（Ｒ，ｌ）　、　（Ｒ，２
）間の距離を、寸だ同時に、２次元位置センサ（１）に
よって、反射面（Ｒ１）　（Ｒ？）間の平行度を測定で
きる。

すなわち、２個の光源（８，）（８ρを交互に点滅する
ことにより、反射面（ｎ、、）（馬）に交互にスポット
像を形成する。位置測定では基準面をなす反射面（Ｉ（
、θのスポット像が、ハーフミラ−（財）を透過し、レ
ンズ（Ｌ）で集光されて、分割用ビームスプリッタ（２
）の反射光として、１次元位置セッサ（３）のＰ２　　
位置に結像する。

次に、被測定面（−）にスポット像が形成されると、同
様に、ノ・−フミラー（財）、レンズ（Ｌ）、分割用ビ
ームスプリッタ（２）を経て、１次元位置セッサ（３）
に結像てれる。

このとき、反射面は１）とハーフミラ−に）のなす平面
との距離が、反射面（、Ｉ’ｋ）とハーフミラ−翰）の
なす平面との距離に等しい場合、１次元位置セッサ（３
）に写映されるスポット像の位置（Ｐ２）は等しい。

他方、これらの距離が異なる場合には、光源（Ｓ、）（
Ｓ２）の交互の点滅によって、スポット像の位置（Ｐ２
）にずれが生じ、１次元位置セッサ（３）からは、異な
る信号出力が得られる。

従って、基準面をなす反射面（Ｒ３）とハーフミラ−ｒ
Ｍ）のなす平面との距離を基準にして、反射面（Ｉｊ、
）と被測定面をなす反射面（１％２）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（几＋）、　（，１
（、、、）によつ又け、１次元位置センサ（３）１二に
結像づれるスポット像は、共にＰ２で一致するが、第１
図の一点鎖線に示すように、仮に被測定面（ｒｔ２）が
（、Ｒ，’）の位置にあった場合は１次元位置センサ（
３）土の光＃、（Ｓ２）によるスポット像は、位置（Ｉ
ｊ、、’）にあることになる。

との間の関係を次に示す。

（Ｒ２）と（Ｉ１２’）　　の距離をｄ、（Ｐ２）と（
Ｐ：）の距離をＸ３、光源の反射物への入射角αとし、
説明の便のだめに、（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。

との光学系倍率をＩｎ（−展−）　を穫）とおくと、ｒ
ｌｔ　＝：　Ｘ”　＝＝　−”−−ｃｏｓ（１８０°−
９０’−２α）ｍ　　　　　Ｓｉｎα 十−佳−５ｉｎ（１８’０°−９０°−２αう・ｔａｎ
２θｓｉｎα −２（ＩＣＩ）Ｓαｔ−ｄ　兜ｆ’−’？’怪ｔａｎ２
θ−ｄ　（２ｃｏｓα−１−”’Ｆ”’　ｔａｎ２の５
１１１α　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｓｌ
ｎαＸワ しだがって、ｍ、αは与見られたものであり、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／す（３）で測定することにより、ｄすなわちＩ（
，１とＲ２２′の距離＝２１）−ｄ（Ｄは基準反射面と
ハーフミラ−の距離）が求することになる。

次に、傾き（θ）の測定について説明する。

２個の光源（Ｓ、）　（Ｓ２）より出た光線（概略平行
光線）反射面（Ｔす（Ｒ，）を経過し、レンズ（Ｌ）の
焦点（すなわちレノズクＬ）より距離ｆの位置）に２次
元位置セッサ（１）が配置されているから、点光源とし
て入力する。

反射面（ｎ、、）を経過した光線による入力点を、２次
元位置セッサ（１）面の原点とすれば、被測定物の反射
面（回からの入力点は、反射面（Ｒ，）（□□□が平行
に保たれているときはＰ、で一致し、反射面（２）が傾
いているときにＣま、傾斜角と傾き方向に応じて、入力
点が２次元位置セッサ（１）」−で上下左右にすれたＰ
１′に生じる。

この■）、′の位置は被測定物の反射面（Ｉｎ２）が、
第１図、及び第２図に示すようにθだけ傾いていると、
し、／ズ（Ｌ）に入射する光線の傾きは２θとな９゜Ｐ
ＩＰＩ””＝　Ｘ１＝　ｆ　ｔａｎ２θとなる。故に、
θ＝１−・ｔａｎ　’　Ｌ’　　により、Ｘ、を測定す
ることによｆ す、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シリ
ツタ（２）を配置して、１次元位置セ／す（３）と２次
元位置セッサ（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ッ
タ（２）とからなる光学系によって、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・ミク（・なもの
とできる。

寸だ、ビーム検知手段として（ｒ：Ｊ：、、１次元位置
セッサ（３）、２次元位置センサ（１）ともに、連続出
力のアカログセンサ以外にも、イメージセッサなどで構
成することができる。

さらに、両セ／ザ（１，）（３）ば、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
ちセッサ（３）に２次元のものを使用し、七／ザ（１）
には、被測定面（１％２）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Ｊ月してもよい。

なお、上記説明は、簡単のため、一方向にのみ傾いてい
るものとして述べだが、一般には二方向に傾いているの
で、２次元のセッサが必要となる。

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。

したがって、被測定面として微小面積の反射面を有する
ＩＣチップを、セラミック等のマウノト用台にろう付け
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、丑だ他の検査装置、アライメノト用の顕微鏡
、搬送機構、固定機構などによっ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
リッ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（ｎ、、　）部に移しだ拡大模式図である。 （８１）（８２）光　源　（Ｒ，、）　（馬）反射面へ
相ハーフミラ−（Ｌ）レンズ （１）２次元位置センサ　（２１分割用ビームスプリッ
タ（３）１次元位置セノサ 手続有口重書（自発） 昭和５８年４月　７２日 特許庁長官　若杉　和犬　殿 ■、事件の表示 昭和５８イＩ２特許順第２８５７８号 ２、発明の名称 距離および傾斜角測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ５、補正命令の日付　　　自　発 ６、補正により増加する発明の数　　なし別紙の通り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１＋　　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の結像位置にあって、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っ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、分割ビームの他方光軸
   の焦点位置にあって、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。 （２１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。