JP4492309B2 - 傾き測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラなどに用いる固体撮像素子部と光学系を組み合わせる際に、パッケージ化されて保護ガラス等が取り付けられた固体撮像素子の半導体チップの傾きと光学系の傾きを合わせるアライメントを容易にすることを可能とする傾き測定方法および装置に関するものである。

従来の固体撮像素子部内の半導体チップの傾き測定方法としては、図６に示すようにオートコリメータなどの測定器を用いて、半導体チップの上面に照射した光の０次の反射光を利用して傾きを測定するものがあった。
また、別の方法として、半導体チップの上面の少なくとも３箇所の測定ポイントを測定し演算によって傾きを算出しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。図８は、前記特許文献1に記載された従来の半導体チップの傾きを測定する方法を示すものである。

図８において、半導体チップ２４はＸＹＺ方向に動かすことのできる可動テーブル（図示せず）の上に置かれている。光学カメラ１３で半導体チップの上面２４ａの測定ポイントＰ１の高さを測定し、可動テーブルを動かすことで測定ポイントＰ２から測定ポイントＰ４までを順次測定し、それらの測定値から演算装置（図示せず）は測定面の傾きを算出していた。
特開平６−２６５３３２号公報（第２−３頁、図３）

しかしながら、固体撮像素子部が保護ガラスの付いたパッケージ構造になっている場合には、前記固体撮像素子部内の半導体チップは保護ガラス12を通して測定される。そのため、図６に示すように前記従来のオートコリメータなどの測定器を用いた場合には、図７で示すように保護ガラス１２表面で反射したレーザ光によるスポット像３２１と半導体チップ表面で反射したレーザ光によるスポット像３５１がモニター８上で重複して観察されるため、正確な傾きを求めることが困難である。そのため、図６で示される構成では、反射光の重複の影響除去という課題を有していた。

また、図８に示される従来の半導体チップの少なくとも３箇所の測定ポイントを測定する構成では、複数の測定ポイントを順次測定していく方式であるため、測定のための時間がより多くかかってしまう。そのため、図８で示される構成では、高速な測定の実現という課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、固体撮像素子部内の半導体チップの前に保護ガラスなどの透明体が存在する場合に、前記半導体チップの傾きを正確かつ短時間で測定することを可能とした傾き測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の傾き測定方法は、レーザ光を照射し、照射された前記レーザ光の反射光から半導体チップの前に透明体の付いたパッケージ構造になっている前記半導体チップの傾きを測定する傾き測定方法において、前記半導体チップからの±同次の回折光の光路が光学系によって、前記半導体チップと前記±同次の回折光を測定する撮像素子との間で前記半導体チップの前記レーザ光被照射部と対向する位置に設置された遮蔽板をかわし、かつ、１つの撮像装置に前記±同次の回折光が入射するようにそれぞれ曲げられることにより、前記±同次の回折光を測定し、前記撮像装置からの情報を元に前記半導体チップの傾きを演算するもので、これにより固体撮像素子部内の半導体チップの傾き測定を行うものである。

本構成によって、固体撮像素子部が保護ガラスの付いたパッケージ構造になっている場合には、半導体チップからの１次以上の回折光を測定するため、保護ガラスで反射される０次反射光に影響されることがないので正確な傾きが測定できる。また、複数箇所の測定を必要としないため測定に要する時間を短くすることができる。

以上のように、本発明の半導体チップの傾き測定方法によれば、固体撮像素子部内の半導体チップの前に保護ガラスなどの透明体が存在する場合でも、前記半導体チップの傾きを正確かつ短時間で測定することができる。

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。

図１は、本発明の参考例における傾き測定方法を説明する模式図である。

図１において、固体撮像素子のパッケージ１は、その内部に半導体チップ１１をマウントして保護ガラス１２によって封止したものである。レーザ発振器３から出射されたレーザ光３１はビームスプリッタ４によって反射され半導体チップ１１に照射される。前記半導体チップ１１がＣＣＤ等の規則的なパターンを持つものである場合には、回折光が生じる。

本参考例では、波長６５０ｎｍの可視光レーザを用いた場合に半導体チップ１１の法線方向から±６°傾いた方向に＋１次回折光３３と−１次回折光３４が発生した。＋１次回折光３３と−１次回折光３４のそれぞれに対して撮像装置２を配置し、レンズ２１によって撮像素子２２上に集光されるスポットの位置を測定した。

図２には、モニター画面上に表示される±１次回折光のそれぞれのスポット像３３１／３４１の模式図を示す。撮像素子２２上のスポット像の位置から、演算装置９によって半導体チップ１１の傾きが計算される。このときの傾き測定アルゴリズムとしては、半導体チップ１１が基準面に対して傾いていないときのスポット像の位置を基準点として測定前に定義しておき、測定時のスポット位置との差異を算出し、観測光学系の構成により定義される係数を掛けることによって半導体チップ１１の傾きを導出している。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１における傾き測定方法を説明する模式図である。図３において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において、半導体チップ１１表面で回折した＋１次光３３と半導体チップ１１表面で回折した−１次光３４は、プリズム５によって進路が曲げられて一つの撮像装置２の中に入射する構成となる。このときプリズム５によって曲げられる＋１次光３３と−１次光３４のなす角度は、その最大値が、＋１次光３３のスポット像３３１と−１次光３４のスポット像３４１が撮像素子２２の有効面内に入るように設定される。また＋１次光３３と−１次光３４のなす角度の最小値としては、互いになす角度が０°近くの平行状態に近づき過ぎるとレンズ２１によって撮像素子２２上に集光される＋１次光３３のスポット像３３１と−１次光３４のスポット像３４１が重畳してしまい、それぞれのスポット位置を独立して測定することができなくなってしまうため、これらのスポット位置が重ならないように設定する。

本実施形態では、半導体チップ１１の法線方向から約±６°傾いた方向に発生している＋１次回折光３３と−１次回折光３４が偏角が５．５°のプリズム５によってレーザ光の進行方向が曲げられ、半導体チップ１１の法線方向からそれぞれ約±０．５°の傾きになっている。

このとき、保護ガラス１２の表面で反射したレーザ光３１は遮光板５１によって遮られ、撮像素子２２上のスポット像としては観察されない。なお、本実施の形態において、レーザ光の進路を曲げるためにビームスプリッタ４を設けたが、代わりにミラーを用いても同様の効果を得ることができる。但し、測定する光学系の小型化を図るために各光学部品の間隔を小さくしたり、半導体チップ１１で回折される光の角度が小さいときには、半導体チップ表面で回折した＋１次光３３や半導体チップ表面で回折した−１次光３４の光路上にビームスプリッタ４やミラーの位置を設定する必要があるため、ミラーではなく、＋１次光３３や−１次光３４が透過可能となるビームスプリッタ４を用いる。

図４には、本実施の形態１において図３の撮像素子２２で観察されるモニター８の画面の模式図を示す。ここではモニター８の画面上に、半導体チップ11表面で回折した＋１次光３３によるスポット像３３１と半導体チップ１１表面で回折した−１次光３４によるスポット像３４１が観察される。演算装置９では、まずモニター８上の２つのスポット像３３１と３４１の中点３６１を算出し、その値から半導体チップ１１の傾きを算出する。このときの傾き測定アルゴリズムとしては、測定を始める前に半導体チップ１１が基準面に対して傾いていないときのモニター８の画面上の２つのスポット像の中点を基準点として定義しておき、測定時の２つのスポット像３３１と３４１の中点３６１との差異を算出し、観測光学系の構成により定義される係数を掛けることによって半導体チップ１１の傾きを導出している。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における傾き測定方法を説明する模式図である。図５において、図１および図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図５において、半導体チップ１１表面で回折した＋１次光３３と半導体チップ１１表面で回折した−１次光３４はミラー６によって進路が曲げられて一つの撮像装置２の中に入射する構成となる。このときの利点は、ミラー６の配置角度によって撮像装置２への入射角度を自由に設定することが可能なことである。その他の効果については、実施の形態２と同様なため説明を省略する。

本発明の傾き測定方法及び装置は、被測定体の半導体チップの前に保護ガラス等が存在する場合においても短時間に正確な半導体チップの傾き測定が可能であり、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラ等の撮像素子と鏡筒の組立時のアライメント等の用途にも適用できる。

本発明の参考例における傾き測定方法を説明する模式図 本発明の参考例におけるモニター画面の模式図 本発明の実施の形態１における傾き測定方法を説明する模式図 本発明の実施の形態１におけるモニター画面の模式図 本発明の実施の形態２における傾き測定方法を説明する模式図 従来の傾き測定方法を説明する模式図 従来の傾き測定方法におけるモニター画面の模式図 従来の他の傾き測定方法を説明する模式図

符号の説明

１ 固体撮像素子のパッケージ（被測定物）
２ 撮像装置
３ レーザ発振器
４ ビームスプリッタ
５ プリズム
６ ミラー
８ モニター
９ 演算装置
１１ 半導体チップ
２２ 撮像素子（ＣＣＤ）
３１ レーザ発振器から出射されたレーザ光
３３ 半導体チップ表面で回折した＋１次光
３４ 半導体チップ表面で回折した−１次光
３５ 半導体チップ表面で反射したレーザ光
３３１ 半導体チップ表面で回折した＋１次光によるスポット像
３４１ 半導体チップ表面で回折した−１次光によるスポット像
３６１ モニター上の２つのスポット像の中点

Claims (8)

1. レーザ光を照射し、照射された前記レーザ光の反射光から半導体チップの前に透明体が存在するパッケージ構造になっている前記半導体チップの傾きを測定する傾き測定方法において、前記半導体チップからの±同次の回折光の光路が光学系によって、前記半導体チップと前記±同次の回折光を測定する撮像素子との間で前記半導体チップのレーザ光被照射部と対向する位置に設置された遮蔽板をかわし、かつ、１つの撮像装置に前記±同次の回折光が入射するようにそれぞれ曲げられることにより、前記±同次の回折光を測定し、前記撮像装置からの情報を元に前記半導体チップの傾きを演算することを特徴とする傾き測定方法。
2. 前記撮像装置の受光面において、前記±同次の回折光が集光される集光点が重ならないように、前記光学系によって曲げられる前記±同次の回折光間の角度を、少なくとも、前記集光点が分離していることが認識できる程度の角度とする請求項１記載の傾き測定方法。
3. 前記光学系は、前記半導体チップと前記撮像装置の間に設置された、プリズムであることを特徴とする請求項１または２記載の傾き測定方法。
4. 前記光学系は、前記半導体チップと前記撮像装置の間に設置された、反射鏡であることを特徴とする請求項１または２記載の傾き測定方法。
5. レーザ光を照射するレーザ発振器と、被照射対象である半導体チップの前に透明体の付いたパッケージ構造になっている前記半導体チップに照射された前記半導体チップからの±同次の回折光を測定する撮像装置と、前記半導体チップと前記撮像装置との間で前記回折光の光路を曲げる光学系と、前記撮像装置と前記半導体チップの間で、前記半導体チップのレーザ光被照射部と対向する位置に設置された遮蔽板と、前記撮像装置からの情報を元に前記半導体チップの傾きを演算する演算装置とを備え、前記撮像装置は前記半導体チップと対向して配設され、前記光学系は前記光路を曲げられた前記±同次の回折光の成す角が、前記遮蔽板を交わし、かつ、前記撮像素子の有効面内に入るよう配設されたことを特徴とする傾き測定装置。
6. 前記成す角を、撮像装置の受光面において、前記±同次の回折光の集光点が分離している角度としたことを特徴とする請求項５記載の傾き測定装置。
7. 前記±同次の回折光の光路を曲げるための光学系がプリズムである請求項５又は６記載の傾き測定装置。
8. 前記±同次の回折光の光路を曲げるための光学系が反射鏡である請求項５又は６記載の傾き測定装置。

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