(57)【要約】      （修正有）【課題】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、かつ簡易に測定できる二面の平行度を測定する方法とそれに用いる反射部材を提供する。【解決手段】反射部材としてのビームスプリッタ７１の第２面９を上部ミラー５に向け、第３面１１を下部ミラー６に向けて配置し、第１面８に入射光ビーム２４を入射し、該第１面８からの第１反射ビーム２５と、該上部ミラー５で反射し該第１面８を透過して戻ってくる第２反射ビーム２６との乖離度を測定する。次に、該第１面８を該下部ミラー６に接して配置し、該第２面９に垂直な方向から該入射光ビーム２４を入射し、該第２面９から反射される第３反射ビームと、該入射光ビーム２４が該第２面９を透過し、さらに該下部ミラー６で反射し該第２面９を透過して戻ってくる第４反射ビームとの乖離度を測定する。該二つの乖離度から、該上部ミラー５と該下部ミラー６との平行性を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
該反射部材は、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第１面と、該第１面と垂直に配置され、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第２面と、該第１面を直交して挟んで該第２面と平行に配置される第３面と、該第１面と該第２面との両方に４５度の角度をなして直角三角形の斜面を形成するように配置される光反射性の反射板と、を含み、
（Ａ）第２面を第１被測定面の方向に向けるようにして第３面を第２被測定面に接して配置するステップと、
（Ｂ）第１面に垂直な方向から入射光ビームを入射し、該第１面から反射される第１反射ビームと、該入射光ビームが該第１面を透過し該反射板に反射され、さらに該第１被測定面と該反射板に反射されて該第１面を透過して戻ってくる第２反射ビームとの乖離度を測定するステップと、
（Ｃ）該第１面を該第２被測定面に接して配置するステップと、
（Ｄ）該第２面に垂直な方向から該入射光ビームを入射し、該第２面から反射される第３反射ビームと、該入射光ビームが該第２面を透過し反射板に反射され、さらに該第２被測定面と該反射板に反射されて該第２面を透過して戻ってくる第４反射ビームとの乖離度を測定するステップと、
（Ｅ）該二つの乖離度から、該第１被測定面と該第２被測定面との平行性を計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記反射部材はビームスプリッタであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）ステップは、前記第１反射ビーム及び前記第２反射ビームとの乖離度をオートコリメータを用いて測定し、
前記（Ｄ）ステップは、前記第３反射ビーム及び前記第４反射ビームとの乖離度を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又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１反射ビーム及び第２反射ビームとの乖離度と、前記第３反射ビーム及び第４反射ビームとの乖離度とを表示するステップ及び／又は該２つの乖離度を記憶する記憶ステップを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２面と前記第３面との間の平行度誤差を用いて、前記第１被測定面と第２被測定面との平行性を補正するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
二つの面の平行性を測定するための反射部材であって、
光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第１面と、
該第１面と垂直に配置され、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第２面と、
該第１面を直交して挟んで該第２面と平行に配置される第３面と、
該第１面と該第２面との両方に４５度の角度をなして直角三角形の斜面を形成するように配置される光反射性の反射板と、
を含むことを特徴とする反射部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向かい合う二つの面の平行度を測定する方法及びそれに用いる反射部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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９参照）では、正六面体を用いて、（Ａ）第１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２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１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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１３９９１９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７０３２号公報
【特許文献３】特開平１０−２３２１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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で安価、かつ簡易に測定できる二面の平行度を測定する方法とそれに用いる反射部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の視点において、本発明に係る方法は、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って、該反射部材は、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第１面と、該第１面と垂直に配置され、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第２面と、該第１面を直交して挟んで該第２面と平行に配置される第３面と、該第１面と該第２面との両方に４５度の角度をなして直角三角形の斜面（ないし直角三角柱の斜面）を形成するように配置される光反射性の反射板と、を含む。その方法は、（Ａ）第２面を第１被測定面の方向に向けるようにして第３面を第２被測定面に接して配置するステップと、（Ｂ）第１面に垂直な方向から入射光ビームを入射し、該第１面から反射される第１反射ビームと、該入射光ビームが該第１面を透過し該反射板に反射され、さらに該第１被測定面と該反射板に反射されて該第１面を透過して戻ってくる第２反射ビームとの乖離度を測定するステップと、（Ｃ）該第１面を該第２被測定面に接して配置するステップと、（Ｄ）該第２面に垂直な方向から該入射光ビームを入射し、該第２面から反射される第３反射ビームと、該入射光ビームが該第２面を透過し反射板に反射され、さらに該第２被測定面と該反射板に反射されて該第２面を透過して戻ってくる第４反射ビームとの乖離度を測定するステップと、（Ｅ）該二つの乖離度から、該第１被測定面と該第２被測定面との平行性を計算するステップと、を含む。
【００１２】
第１被測定面と第２被測定面は光反射性とするが、これは各測定面自体を光反射性としても良く、また光反射材を各測定面に平行に配置しても良い。また入射光ビームは第１，２面及び反射板に反射され及び／又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。
【００１３】
第２の視点において、本発明に係る反射部材は、二つの面の平行性を測定するための反射部材であって、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第１面と、該第１面と垂直に配置され、光の一部を反射し一部を透過する性質を持つ第２面と、該第１面を直交して挟んで該第２面と平行に配置される第３面と、該第１面と該第２面との両方に４５度の角度をなして直角三角形の斜面（ないし直角三角柱の斜面）を形成するように配置される光反射性の反射板と、を含むことを特徴とする。第３面は必ずしも光反射性又は光透過性である必要はない。なお後述のように、第１面と第２面との間の角度（９０度）と、反射板の第１面と第２面に対する角度（４５度）には若干の誤差が含まれていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る方法により、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、かつ簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】図１の状態での測定結果の表示の１例である。
【図３】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。
【図４】図３の状態での測定結果の表示の１例である。
【図５】オートコリメータの動作原理を示す原理図である。
【図６】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。
【図７】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である。
【図８】本発明の二面の平行度を測定する方法における二面の平行度の算出方法を説明する図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前記反射部材はビームスプリッタであることが好ましい。
【００１７】
上記（Ｂ）ステップは、前記第１反射ビーム及び前記第２反射ビームとの乖離度をオートコリメータを用いて測定し、上記（Ｄ）ステップは、前記第３反射ビーム及び前記第４反射ビームとの乖離度をオートコリメータを用いて測定することが好ましい。
【００１８】
前記第１反射ビーム及び第２反射ビームとの乖離度と、前記第３反射ビーム及び第４反射ビームとの乖離度とを表示するステップ及び／又は該２つの乖離度を記憶する記憶ステップを含むことが好ましい。
【００１９】
前記第２面と前記第３面との間の平行度誤差を用いて、前記第１被測定面と第２被測定面との平行性を補正するステップを含むことが好ましい。
【実施例】
【００２０】
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。
【００２１】
図５にオートコリメータの動作原理を示している。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度に曲げられ被測定物６３に入射し、その被測定面（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。
【００２２】
例えば、図５のように被測定面６３がある角度傾いている場合、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とＬの距離の割合は一定となる。
【００２３】
次に、被測定物と反射部材（７）の反射面１０の角度とオートコリメータ２０に戻ってくる光ビームの角度の関係を説明する。図６に示すように、まず被測定物が左回りにθｔほど傾いており、ビームスプリッタ７１の反射面１０が４５°よりθｂほど左回りに傾いているとする。オートコリメータからの入射光ビーム２４がビームスプリッタ７１の右側からＸ軸に平行に入射し、θｂ傾いた反射面１０で反射する。そのときの反射光を第１反射光４０とし、Ｙ軸に対して左回りにθｂほど傾いて被測定物６３に入射し、反射する。その反射光を第２反射光４１とし、Ｙ軸に対して左回りに２・θｔ−θｂほど傾いて反射面１０に入射し、再び反射する。その反射光はオートコリメータ２０（図示せず）への戻り光４２となる。戻り光４２はＸ軸に対して左周りに３・θｂ−２・θｔほど傾く。したがって、オートコリメータからの光ビーム２４と戻り光４２の角度差は、３・θｂ−２・θｔとなる。そのとき、オートコリメータ２０（図示せず）での角度表示は、一般的に半分の１．５・θｂ−θｔになる。その理由を説明する。
【００２４】
図７に示すように、オートコリメータ２０（図示せず）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物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、傾いた被測定物の角度を表示しているからである。
【００２５】
したがって、反射面１０の角度や第１面８や第２面９の角度誤差によりオートコリメータ２０の測定誤差を生じることがわかる。さらに、これらの角度誤差以外に反射面１０、第１面８、第２面９など、光が反射する面の面精度も誤差として検出される。しかしながら、必要とする角度精度以下の面精度を確保することで、面精度の誤差を抑えることができる。
【００２６】
さて、図１に本発明の第一の実施の形態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。
【００２７】
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、別の例として吸着ヘッド１０１の下面と盤２０１の上面自体を反射性にすることにより、上下部ミラー５、６を不要にすることもできる。）
【００２８】
上部ミラー５が吸着ヘッド１０１に吸着されるとともに、盤２０１上に下部ミラー６を載せ、盤２０１に載せた下部ミラー６上にビームスプリッタ７１が配置されている。ビームスプリッタ７１は、ガラスのような均一な屈折率を持つ光学的に透明な材料で作られたほぼ正六面体に形成されている。ビームスプリッタ７１は、第３面１１を下部ミラー６に接し、第１面８が垂直に、第２面９が吸着ヘッド１０１に配置された上部ミラー５の方向に向くようにして、盤２０１上に垂直軸（ｚ）と第一の水平軸（ｘ）との双方に沿って配置されている。第２面９と第３面１１とは平行である。このようにして、オートコリメータ２０から発している入射光ビーム２４の一部がビームスプリッタ７１の第１面８により第１反射ビーム２５として反射される。
【００２９】
ビームスプリッタ７１内には、反射面１０がビームスプリッタ７１の第１面８の下部コーナから第二の水平軸（ｙ）から４５゜−θｂ度に傾斜して形成されている。ここで、θｂは、反射面１０の角度誤差であり、一般的に、数分の角度である。オートコリメータ２０からの入射光ビーム２４の一部は第１面８で反射されずにビームスプリッタ７１に入射し、さらにミラー５に入射するように、反射面１０によって垂直方向上方へ反射される。ミラー５に入射する入射光ビーム２４は、そのミラー５によって反射され、第２反射ビーム２６となってビームスプリッタ７１内に導入され反射面１０に入射する。ミラー５から反射面１０に入射する第２反射ビーム２６は反射面１０によって反射され、ビームスプリッタ７１を透過して第１面８から出射される。
【００３０】
そこで、オートコリメータ２０に戻る第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６の角度は図２に示すように表示装置２１に表示され、表示された角度を記憶装置で記憶する。
【００３１】
ここで、表示装置２１の見方を説明する。図２の横軸がθｚ（図１に図示）、縦軸がθｙ（図１に図示）の角度に相当し、√（θｚ２＋θｙ２）が３次元的な傾き角度となる。
【００３２】
表示装置２１での第１反射ビーム２５の表示角度はオートコリメータ２０が発する入射光ビーム２４に対する第１面８のθｚ方向とθｙ方向の角度となる。また、第２反射ビーム２６の角度は、図６を用いて説明したように、１．５・θｂ−θｕの角度となる。したがって、上述したように、第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６には、ビームスプリッタ７１の第１面８と反射面１０の角度誤差が含まれていることがわかる。
【００３３】
次に、図３に示すように、ビームスプリッタ７１の第１面８を第２被測定面４上の下部ミラー６に接し、第２面９を入射光ビーム２４の方向と直角になるように第２被測定面４上に配置する。ビームスプリッタ７１の第２面９から入射光ビーム２４の一部が反射され、第３反射ビーム２７となり、入射光ビーム２４のその他の部分が、第２面９からビームスプリッタ７１内に入射し、反射面１０と第２被測定面４で反射され、再び、反射面１０で反射され、この戻ってきた第４反射ビーム２８が第３反射ビーム２７とほぼ同じ方向へ反射される。オートコリメータ２０で検出される第３反射ビーム２７と第４反射ビーム２８の角度は図４に示すように表示装置２１に表示される。表示装置２１での第３反射ビーム２５の表示角度は、オートコリメータ２０が発する入射光ビーム２４に対する第２面９のθｚ方向とθｙ方向の角度となる。第４反射ビーム２８は、図６を用いて説明したように１．５・θｂ−θｌの角度となる。
【００３４】
そこで、図８に示すように、記憶装置２２で記憶していた第１反射ビーム２５と第２反射ビーム２６のそれぞれの角度から、第１反射ビーム２５と第３反射ビーム２７から、第１反射ビーム２５のθｚ方向と第３反射ビーム２７のθｚ方向の角度差θｚ１３を計算する。θｚ１３は、第１面８を入射光ビーム２４に向けた時のθｚと第２面９を入射光ビーム２４に向けた時のθｚの差であるので、第２面９のθｚから第１面８のθｚを引くことにより、計算上、第１面８と第２面９のθｚ方向を合わせることができ、θｙ方向の差が第１面８と第２面９の角度誤差３０とすることができる。したがって、角度誤差３０は第１面８と第２面９がなす角度が直角からどのくらい誤差が存在しているかがわかる。
【００３５】
同様に、第４反射ビーム２８の角度からθｚ１３を差し引いて、記憶している第２反射ビーム２６の角度から、θｚ１３分を差し引いた第４反射ビームを差し引いた角度がθｕ−θｌ（３２）となり、これが上部ミラー５と下部ミラー６との角度差となる。
【００３６】
したがって、ビームスプリッタ７１内の反射面１０、第１面８と第２面９、それぞれの角度誤差を排除することができ、上部ミラー５と下部ミラー６の角度差を数秒のオーダで測定することができるという効果がもたらされる。
【００３７】
なお、第２面９と第３面１１との間の平行度の誤差をあらかじめ求めておき、図１に示す状態での測定結果を計算する時に補正して用いることにより、この誤差を除去することができる。この方法は当業者には容易であるので説明は省略する。
【符号の説明】
【００３８】
１  第一装置
１０１  吸着ヘッド
２  第二装置
２０１  盤
３  第１被測定面
４  第２被測定面
５  上部ミラー
６  下部ミラー
７  反射部材
７１  ビームスプリッタ
８    第１面
９    第２面
１０  反射面
１１  第３面
２０  オートコリメータ
２１  表示装置
２２  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
２７  第３反射ビーム
２８  第４反射ビーム
３０  第１面と第２面の角度誤差
３２  上部ミラー５と下部ミラー６の角度差
４０  反射面での反射光
４１  第２反射光
４２  戻り光
６０  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  被測定物（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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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