JP2002185724A - 撮像装置、露光装置、計測装置、および撮像装置の駆動方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビニング読み出しを行う撮像装置において、
欠陥画素の影響を低減して、良質な１次元画像を得る。 【解決手段】 受光面上に２次元配列され、受光量に応
じて画素出力を発生する複数の受光画素と、受光画素の
垂直列単位に設けられ、受光画素で発生した画素出力を
垂直転送するための垂直転送路の群と、垂直転送路の群
から出力される画素出力を、水平転送するための水平転
送路と、垂直転送路の群を順次転送される画素出力を垂
直列方向に加算し、加算後の画素出力を水平転送路から
読み出して、１次元画像を生成するビニング読み出し部
と、垂直転送路を順次転送中の画素出力を選択的に排出
するための排出ゲートと、受光画素中の欠陥画素につい
て位置情報を記憶する記憶部とを備え、ビニング読み出
し部は、記憶部に記憶された位置情報に基づいて、欠陥
画素が存在する行の画素出力を排出ゲートに排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビニング(binnin
g)読み出しを行う撮像装置に関する。本発明は、この撮
像装置を具備した露光装置に関する。本発明は、この撮
像装置を具備した計測装置に関する。本発明は、撮像装
置を駆動してビニング(binning)読み出しを行う方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、１次元画像データの生成には、リ
ニアセンサがよく使用される。このリニアセンサは、微
弱光検出の目的から画素一つ一つの受光面積を拡大する
と、画素出力の読み出し速度が遅くなるという問題点が
あった。従来、このような問題点を回避するため、『ビ
ニング読み出し』が知られている。このビニング読み出
しに使用される撮像装置は、図８に示すように、一般的
なイメージセンサと同様な構成を有する。すなわち、撮
像装置９０の受光面には、受光画素９１が、ｎ行ｍ列に
配列される。この受光画素９１の列間には、ｍ本の垂直
ＣＣＤ９２が配置される。この受光画素９１と垂直ＣＣ
Ｄ９２との間には、ゲート電極９３が個別に設けられ
る。また、垂直ＣＣＤ９２の出力端に沿って、水平ＣＣ
Ｄ９５が配置される。

【０００３】以下、図８を用いて、上述したビニング読
み出しを説明する。まず、受光画素９１は、入射光量に
応じて画素出力を生成する。この画素出力は、ゲート電
極９３の電圧制御により、垂直ＣＣＤ９２に一括して移
送される。続いて、垂直ＣＣＤ９２には、垂直転送用の
駆動パルスが与えられる。この駆動パルスにより、垂直
ＣＣＤ９２上の画素出力は順次に垂直転送され、垂直Ｃ
ＣＤ９２の出力端から、複数行分の画素出力が連続的に
出力される。この複数行分の画素出力は、水平ＣＣＤ９
５上で逐次加算される。その結果、水平ＣＣＤ９５に
は、複数行分の画素出力を加算して得られる１次元画像
データが生成される。

【０００４】続いて、水平ＣＣＤ９５には、水平転送用
の駆動パルスが与えられる。この駆動パルスにより、水
平ＣＣＤ９５上の１次元画像データは順次に水平転送さ
れる。その結果、水平ＣＣＤ９５の出力端からは、１次
元画像データがシリアルに出力される。このようにシリ
アル出力される１次元画像データは、出力アンプを介し
て、外部へ出力される。

【０００５】以上説明したビニング読み出しにより、ｍ
段のリニアセンサと同様の１次元画像データを得ること
ができる。また、水平ＣＣＤ９５上での加算行数を増や
すことにより、受光面積を実質的に拡大することができ
る。さらに、このように受光面積を拡大しても、受光画
素９１一つ一つの受光面積は変わらないため、画素出力
の読み出し速度が遅くなることがない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、撮像装置に
は、製造プロセスでの不良や異常により、欠陥画素が生
じる。このような欠陥画素には、例えば、高レベルの電
荷が異常発生する『白傷』と呼ばれるものと、電荷の発
生レベルが異常に低くなる『黒傷』と呼ばれるものがあ
る。

【０００７】図９は、このような欠陥画素の状態を説明
する図である。図９では、受光面の３行目，６行目，お
よび１０行目に白傷９６が発生している。また、受光面
の４行目，７行目，および１０行目に黒傷９７が発生し
ている。このような欠陥画素を有する撮像装置におい
て、上述したビニング読み出しを実行した場合、欠陥画
素で生じたノイズが、１次元画像データに混入する。そ
の結果、白傷が存在する画素列については、１次元画像
データの出力レベルが高くなる。また、黒傷が存在する
画素列については、１次元画像データの出力レベルが低
くなる。その結果、図９に示すように、１次元画像デー
タには、欠陥画素に起因する不要なレベル段差が生じ
る。

【０００８】１次元画像データを計測等に用いる場合に
は、この不要なレベル段差を極力排除しなければならな
い。そのため、従来のビニング読み出しでは、欠陥画素
の存在しない撮像装置を選別して使用する必要があっ
た。そのため、欠陥画素の存在する撮像装置が無駄にな
り、撮像装置の製品コストが高くなるという問題点があ
った。

【０００９】そこで、本発明の目的は、ビニング読み出
しを行う際に、欠陥画素に起因する不要なレベル段差を
改善することである。また、本発明の他の目的は、この
撮像装置の欠陥画素を位置検出することである。また、
本発明の他の目的は、この撮像装置を具備した露光装置
を提供することである。また、本発明の他の目的は、こ
の撮像装置を具備した計測装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、欠陥画素に起因する不要な
レベル段差を改善する撮像装置の駆動方法を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、各請求項の発明は、下記のように構成される。

【００１１】《請求項１》請求項１に記載の撮像装置
は、受光面上に２次元配列され、受光量に応じて画素出
力を発生する複数の受光画素と、受光画素の垂直列単位
に設けられ、受光画素で発生した画素出力を垂直転送す
る垂直転送路の群と、垂直転送路の群から出力される画
素出力を、水平転送するための水平転送路と、垂直転送
路を介して転送される画素出力を垂直列方向に加算し、
加算後の画素出力を水平転送路から読み出して、１次元
画像を生成するビニング読み出し部と、垂直転送路を順
次転送中の画素出力を選択的に排出するための排出ゲー
トと、受光画素中の欠陥画素について位置情報を記憶す
る記憶部とを備え、ビニング読み出し部は、記憶部に記
憶された位置情報に基づいて、欠陥画素が存在する行の
画素出力を排出ゲートに排出する。

【００１２】《請求項２》請求項２に記載の撮像装置
は、請求項１に記載の撮像装置において、受光面を略一
様に照明する照明手段と、照明手段の照明により受光画
素に生成される画素出力を、垂直転送路の群および水平
転送路を介して転送し、２次元画像を生成する２次元読
み出し部と、２次元読み出し部により生成された２次元
画像から欠陥画素の位置検出を行い、欠陥画素の位置情
報を記憶部に記録する画像解析部とを備える。

【００１３】《請求項３》請求項３に記載の露光装置
は、請求項１に記載の撮像装置と、撮像装置を用いてア
ライメントマークを撮像し、撮像装置から読み出される
１次元画像に基づいて、アライメント調整を行うアライ
メント調整部とアライメント調整部によりアライメント
調整された対象物に対して露光パターンを照射する露光
部とを備えたことを特徴とする。

【００１４】《請求項４》請求項４に記載の露光装置
は、請求項３に記載の露光装置において、アライメント
マークと共に配置され、略一様な光を反射および／また
は放射するマーク領域と、マーク領域からの光により受
光画素に生成される画素出力を、垂直転送路の群および
水平転送路を介して転送し、２次元画像を生成する２次
元読み出し部と、２次元読み出し部により生成された２
次元画像から欠陥画素の位置検出を行い、欠陥画素の位
置情報を記憶部に記録する画像解析部とを備えたことを
特徴とする。

【００１５】《請求項５》請求項５に記載の計測装置
は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置と、撮像
装置を制御して、計測対象の１次元画像を生成する撮像
制御部と、撮像制御部により生成された１次元画像を処
理して計測結果を得る計測処理部とを備えたことを特徴
とする。

【００１６】《請求項６》請求項６に記載の計測装置
は、請求項５に記載の計測装置において、撮像制御部
は、撮像装置を制御して、計測対象である光学系の透過
光を撮像して一次元画像を生成し、計測処理部は、一次
元画像に基づいて光学系の収差を算出することを特徴と
する。

【００１７】《請求項７》請求項７に記載の駆動方法
は、受光面上に２次元配列され、受光量に応じて画素出
力を発生する複数の受光画素と、受光画素の垂直列単位
に設けられる垂直転送路の群と、垂直転送路の群から出
力される画素出力を、水平転送するための水平転送路
と、垂直転送路で順次転送中の画素出力を選択的に排出
するための排出ゲートとを備えた撮像装置の駆動方法で
あって、受光画素で発生した画素出力を垂直転送路の群
を介して垂直転送する垂直転送ステップと、垂直転送路
の群で順次転送される画素出力を垂直列方向に加算し、
加算後の画素出力を水平転送路から読み出して、１次元
画像を生成するビニング読み出しステップと、ビニング
読み出しステップの加算動作に先立って、受光画素中の
欠陥画素が存在する行の画素出力を排出ゲートを介して
排出する排出ステップとを有することを特徴とする。

【００１８】《請求項８》請求項８に記載の駆動方法
は、請求項７に記載の撮像装置の駆動方法において、受
光面を略一様に照明する照明ステップと、照明手段の照
明により受光画素に生成される画素出力を、垂直転送路
の群および水平転送路を介して転送し、２次元画像を生
成する２次元読み出しステップと、２次元画像を取り込
み、２次元画像から欠陥画素を検出する検出ステップと
を有し、排出ステップは、ビニング読み出しステップの
加算動作に先立って、検出ステップにおいて検出した欠
陥画素が存在する行の画素出力を排出ゲートを介して排
出することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２０】《第１の実施形態》第１の実施形態は、請
求項１，２，７，８に記載の発明を適用した撮像装置の
実施形態である。図１は、撮像装置１０の構成を示す図
である。図１において、撮像装置１０の受光面には、受
光画素１１が、ｎ行ｍ列に配列される。この受光画素１
１の列間には、ｍ本の垂直ＣＣＤ１２が配置される。こ
の受光画素１１と垂直ＣＣＤ１２との間には、ゲート電
極１３が個別に設けられる。このゲート電極１３には、
走査回路１９から電荷移送の制御パルスが与えられる。
また、垂直ＣＣＤ１２の転送電極には、走査回路１９か
ら多相の制御パルスφＶ１〜４が与えられる。

【００２１】一方、垂直ＣＣＤ１２の最終段に沿って、
水平ＣＣＤ１５が配置される。この水平ＣＣＤ１５に
は、走査回路１９から水平転送用の制御パルスφＨ１〜
２が与えられる。また、垂直ＣＣＤ１２の最終段と水平
ＣＣＤ１５との間には、蓄積ゲート電極１４が設けられ
る。この蓄積ゲート電極１４には、走査回路１９から制
御パルスφＢが与えられる。

【００２２】また一方、垂直ＣＣＤ１２の最終段には、
排出ドレイン１８が設けられる。この最終段と排出ドレ
イン１８との間には、排出ゲート電極１７が設けられ
る。この排出ゲート電極１７には、走査回路１９から制
御パルスφＡが与えられる。この水平ＣＣＤ１５の転送
出力は、出力アンプを介して、外部へ出力される。ま
た、この転送出力は、撮像装置１０内部の欠陥画素判定
回路２０にも出力される。この欠陥画素判定回路２０に
は、欠陥画素の検出時に、転送動作の同期パルスが走査
回路１９から与えられる。この欠陥画素判定回路２０の
出力は、メモリ２１に記録される。走査回路１９は、制
御パルスφＡおよびφＢの出力に際して、メモリ２１の
記録内容を参照する。

【００２３】［第１の実施形態と発明との対応関係］以
下、発明との対応関係について説明する。なお、ここで
の対応関係は、参考のために一解釈を述べるものであ
り、本発明を徒らに限定するものではない。請求項１の
記載事項と第１の実施形態との対応関係については、受
光画素は受光画素１１に対応し、垂直転送路は垂直ＣＣ
Ｄ１２に対応し、水平転送路は水平ＣＣＤ１５に対応
し、ビニング読み出し部は走査回路１９の『ビニング読
み出し機能』に対応し、排出ゲートは排出ゲート電極１
７および排出ドレイン１８に対応し、記憶部はメモリ２
１に対応する。請求項２の記載事項と第１の実施形態と
の対応関係については、照明手段は拡散板３０（後述）
および光源３１（後述）に対応し、２次元読み出し部は
走査回路１９の『２次元読み出し機能』に対応し、画像
解析部は欠陥画素判定回路２０に対応する。

【００２４】［欠陥画素の位置検出］走査回路１９は、
外部からの動作指示に従って、欠陥画素の位置検出を開
始する。図２は、この欠陥画素の位置検出を行う際の装
置レイアウトを示す図である。図３は、欠陥画素の検出
動作を説明する流れ図である。以下、図１〜図３を用い
て、撮像装置１０による欠陥画素の検出動作について説
明する。 ステップＳ１： 図２に示すように、撮像装置１０の受
光面の前には、拡散板３０を介して、光源３１が配置さ
れる。この光源３１から放射された光は、拡散板３０を
介して拡散され、略一様な光で撮像装置１０の受光面を
照明する。この状態で、受光画素１１は、所定の露光期
間、画素出力（ここでは信号電荷）を蓄積する。 ステップＳ２： 所定の露光期間を経過すると、走査回
路１９は、ゲート電極１３を電圧制御して、受光画素１
１から垂直ＣＣＤ１２へ画素出力を一括して移送する。

【００２５】次に、走査回路１９は、制御パルスφＡに
より排出ゲートを閉状態に維持し、制御パルスφＢによ
り蓄積ゲートを開状態に維持する。この状態で、走査回
路１９は、多相の制御パルスφＶ１〜４を垂直ＣＣＤ１
２に与え、垂直ＣＣＤ１２上の画素出力を垂直転送す
る。この垂直転送により、水平ＣＣＤ１５には、垂直Ｃ
ＣＤ１２から画素出力が、行単位に出力される。

【００２６】走査回路１９は、この水平ＣＣＤ１５に対
して、水平転送用の制御パルスφＨ１〜２を出力し、水
平ＣＣＤ１５上の画素出力を行単位に水平転送する。そ
の結果、水平ＣＣＤ１５からは、２次元画像がシリアル
に出力される。 ステップＳ３： 欠陥画素判定回路２０は、この２次元
画像のシリアル出力を順次に取り込む。一方、欠陥画素
判定回路２０には、走査回路１９から水平垂直の同期パ
ルス（画素単位のクロックも含む）も与えられる。欠陥
画素判定回路２０は、この同期パルスにタイミングを合
わせて、２次元画像のシリアル出力を画素単位または行
単位にレベル判定する。このレベル判定において、露光
時間と照明光量との関係から予測されるレベル範囲をは
ずれる画素出力があった場合、欠陥画素判定回路２０
は、当該画素または当該行について欠陥画素と判定す
る。 ステップＳ４： メモリ２１内には、欠陥画素が存在す
るか否かを行単位に示すフラグ情報の領域が予め設けら
れる。欠陥画素判定回路２０は、欠陥画素の存在行（欠
陥行）のフラグ情報をセットし、欠陥画素の存在しない
行（正常行）のフラグ情報をリセットする。このような
フラグ情報の更新を画素行全てについて完了することに
より、欠陥画素の位置検出が完了する。

【００２７】［欠陥画素に対処したビニング読み出し動
作］走査回路１９は、外部からの動作指示に従って、ビ
ニング読み出しを開始する。図４は、欠陥画素に対処し
たビニング読み出し動作を説明する流れ図である。図５
は、ビニング読み出しの動作説明図である。以下、これ
らの図を用いて、欠陥画素に対処したビニング読み出し
動作について説明する。（なお、流れ図による説明の都
合上、ここではソフトウェア動作として説明している
が、ハードウェアとして実現しても勿論よい）

【００２８】ステップＳ１１： まず、撮像装置１０
は、受光画素１１上の無効電荷を、垂直ＣＣＤ１２およ
び水平ＣＣＤ１５を介して排出する。この無効電荷の排
出の開始時点から、受光画素１１は画素出力の蓄積を改
めて開始する。この時点から所定の露光時間を経過する
ことにより、受光画素１１には、受光面上の光像に対応
した画素出力がそれぞれ蓄積される。この状態で、走査
回路１９は、ゲート電極１３を電圧制御して、受光画素
１１から垂直ＣＣＤ１２へ画素出力を一括して移送す
る。

【００２９】ステップＳ１２： 走査回路１９は、メモ
リ２１のフラグ情報を参照することにより、垂直ＣＣＤ
１２の最終段に位置する画素出力が、欠陥行から出力さ
れたものか否かを判定する。ここで、最終段の画素出力
が正常行のものであった場合、走査回路１９は、ステッ
プＳ１３に動作を移行する。一方、最終段の画素出力が
欠陥行のものであった場合、走査回路１９は、ステップ
Ｓ１４に動作を移行する。なお、初回動作時は、最終段
に無効な電荷が蓄積されていると想定し、走査回路１９
は、ステップＳ１４に動作を移行する。

【００３０】ステップＳ１３： 走査回路１９は、制御
パルスφＡにより排出ゲートを閉状態に制御し、制御パ
ルスφＢにより蓄積ゲートを開状態に制御する（図５参
照）。この状態で、ステップＳ１５に動作を移行する。

【００３１】ステップＳ１４： 走査回路１９は、制御
パルスφＡにより排出ゲートを開状態に制御し、制御パ
ルスφＢにより蓄積ゲートを閉状態に制御する（図５参
照）。この状態で、ステップＳ１５に動作を移行する。

【００３２】ステップＳ１５： このようなゲートの開
閉制御の後、走査回路１９は、多相の制御パルスφＶ１
〜４を垂直ＣＣＤ１２に与える。その結果、垂直ＣＣＤ
１２上の画素出力は、１行分だけ垂直に転送される。こ
のとき、最終段の画素出力は、欠陥行のものであれば、
排出ゲートを介して排出ドレイン１８へ排出される。一
方、最終段の画素出力が正常行のものであれば、蓄積ゲ
ートを介して水平ＣＣＤ１５へ出力される。

【００３３】ステップＳ１６： 走査回路１９は、垂直
転送の回数が所定回に到達するまで、ステップＳ１２〜
Ｓ１５の動作を繰り返す。その結果、水平ＣＣＤ１５で
は、正常行の画素出力のみが逐次に加算され、図５に示
すような、正常な１次元画像データが生成される。一
方、この垂直転送の回数が所定回に到達すると、走査回
路１９はステップＳ１７に動作を移行する。

【００３４】ステップＳ１７： 走査回路１９は、水平
ＣＣＤ１５に対して、水平転送用の制御パルスφＨ１〜
２を出力する。その結果、水平ＣＣＤ１５の出力端から
は、１次元画像データがシリアル出力される。このよう
にシリアル出力される１次元画像データは、出力アンプ
を介して、外部へ出力される。このような一連の動作に
より、欠陥画素に対処したビニング読み出しが完了す
る。

【００３５】［第１の実施形態の効果など］上述したよ
うに、第１の実施形態では、欠陥画素の位置情報をメモ
リ２１に記憶し、このメモリ２１に記憶された位置情報
に基づいて、欠陥行の画素出力を排出ゲートに排出す
る。そのため、水平ＣＣＤ１５に、欠陥画素の異常な画
素出力が混入することがない。したがって、ビニング読
み出しにより生成される１次元画像には、欠陥画素に起
因するレベル段差が殆ど含まれない。また、第１の実施
形態では、欠陥画素判定回路２０を設けるので、撮像装
置１０自体で欠陥画素の位置判定を行い、メモリ２１の
フラグ情報を随時に更新することができる。次に、別の
実施形態について説明する。

【００３６】《第２の実施形態》第２の実施形態は、請
求項１〜４，７，８に記載の発明を適用した露光装置の
実施形態である。図６は、第２の実施形態における露光
装置６０を示す図である。図６において、ウェハステー
ジ６１の上には、露光対象の基板として半導体ウェハ６
２が配置される。この半導体ウェハ６２の上方には、露
光部６３の投影光学系を介して、レチクル６３ａおよび
レチクルステージ６３ｂが配置される。

【００３７】この投影光学系およびレチクル６３ａを介
して、レチクル６３ａ上のマークとウェハステージ６１
側のアライメントマークとを撮像する位置に、いわゆる
ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）タイプの撮像装置６４
ａ〜ｂ，６５ａ〜ｂが配置される。また、投影光学系を
介して、ウェハステージ６１側のアライメントマークを
撮像する位置に、いわゆるＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）タイプの撮像装置６４ｃ〜ｄ，６５ｃ〜ｄが配置さ
れる。

【００３８】さらに、投影光学系を介さずにウェハステ
ージ６１側のアライメントマークを直に撮像する位置
に、オフ・アクシスタイプの撮像装置６４ｅ〜ｆ，６５
ｅ〜ｆが配置される。このような撮像装置６４ａ〜ｆ
は、所定方向の１次元画像を撮像する撮像装置である。
また、撮像装置６５ａ〜ｆは、その所定方向と直交する
方向の１次元画像を撮像する撮像装置である。

【００３９】これら撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆか
ら出力されるアライメントマークの１次元画像は、位置
検出部６６に与えられる。この位置検出部６６は、これ
らの１次元画像に基づいて半導体ウェハ６２や基準マー
ク板６８ａの位置検出を行う。位置制御部６７は、この
位置検出結果に基づいてウェハステージ６１を位置制御
し、半導体ウェハ６２の位置決めを行う。このようにし
て位置決めされた半導体ウェハ６２に対して、露光部６
３は、レチクル６３ａを介して所定の半導体回路パター
ンを投影する。

【００４０】また、ウェハステージ６１上の基準マーク
板６８ａには、アライメントマーク６８と共に、マーク
領域６９が設けられる。このマーク領域６９は、略一様
な光を反射する拡散反射面である。なお、上述した撮像
装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆは、第１の実施形態の撮像
装置１０と同様の内部構成（図１）を備える。そのた
め、ここでは、撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆの内部
構成に関する説明を省略し、以下の説明では、図１の参
照符号をそのまま使用する。

【００４１】［本発明と第２の実施形態との対応関係］
以下、発明との対応関係について説明する。なお、ここ
での対応関係は、参考のために一解釈を述べるものであ
り、本発明を徒らに限定するものではない。

【００４２】請求項３の記載事項と第２の実施形態との
対応関係については、撮像装置は撮像装置６４ａ〜ｆ，
６５ａ〜ｆに対応し、アライメント調整部は位置検出部
６６および位置制御部６７に対応し、露光部は露光部６
３に対応する。

【００４３】請求項４の記載事項と第２の実施形態との
対応関係については、マーク領域はマーク領域６９に対
応し、２次元読み出し部は撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ
〜ｆ内の走査回路１９の『２次元読み出し機能』に対応
し、画像解析部は撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆ内の
欠陥画素判定回路２０に対応する。

【００４４】［欠陥画素の位置検出］欠陥画素の位置検
出に当たって、位置制御部６７は、ウェハステージ６１
を位置制御して、マーク領域６９を各撮像装置６４ａ〜
ｆ，６５ａ〜ｆの撮像位置に逐一移動する。このマーク
領域６９に照明光などが照射されることにより、略一様
な反射光が発生する。この略一様な反射光は、各撮像装
置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆの受光面を順番に照明する。
このような照明状態のもとで、各撮像装置６４ａ〜ｆ，
６５ａ〜ｆは、第１の実施形態（図３参照）と同様に、
欠陥画素の位置検出と、メモリ更新をそれぞれ実行す
る。

【００４５】［欠陥画素に対処したビニング読み出し動
作］上述した撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜ｆは、アラ
イメントマークの撮像に当たって、第１の実施形態（図
４参照）と同様に、欠陥画素に対処したビニング読み出
し動作を実行する。

【００４６】［第２の実施形態の効果など］上述したよ
うに、第２の実施形態では、撮像装置６４ａ〜ｆ，６５
ａ〜ｆが、欠陥画素に対処したビニング読み出し動作を
実行する。したがって、撮像装置６４ａ〜ｆ，６５ａ〜
ｆから出力されるアライメントマークの１次元画像に
は、欠陥画素に起因するレベル段差が含まれない。した
がって、露光装置６０の位置検出部６６は、不要なレベ
ル段差によってアライメントマークの位置検出を誤るこ
とがない。その結果、露光装置６０の露光パターンの位
置精度を高めることが可能になる。

【００４７】また、第２の実施形態では、ウェハステー
ジ６１上のマーク領域を用いて、欠陥画素の位置検出を
実行する。したがって、露光装置自体で、欠陥画素の位
置検出を随時に行うことが可能になる。その結果、露光
装置のメンテナンス性および信頼性を一段と高めること
ができる。なお、第２の実施形態では、マーク領域６９
として拡散反射面を使用した。しかしながら、本発明は
これに限定されるものではない。例えば、マーク領域６
９を、略一様な光を放射するもの（例えば面発光体）と
してもよい。次に、別の実施形態について説明する。

【００４８】《第３の実施形態》第３の実施形態は、請
求項１，２，５〜８に記載の発明を適用した計測装置の
実施形態である。この計測装置は、露光装置に付属し
て、投影光学系の収差測定を行うものである。図７は、
この露光装置７０の概略構成を示す図である。

【００４９】図７において、光源１から発生した光は、
ミラー９、コンデンサレンズ１０ｂを経て、レチクル
（マスク）Ｒを照明する。レチクルＲはレチクルステー
ジ１０ａ上に載置されており、レチクルステージ１０ａ
は、レチクルステージ制御部６により制御される。ウェ
ハステージ３（ＸＹステージ３ａと、Ｚ及びレベリング
ステージ３ｂ）上にはウェハホルダ４が設けられてお
り、ウェハＷ（不図示）は、ウェハホルダ４上にチャッ
クされるようになっている。ウェハステージ３はウェハ
ステージ制御部５により駆動制御、及び位置制御され
る。

【００５０】主制御部２は、光源１、レチクルステージ
制御部６、ウェハステージ制御部５と電気的に接続して
おり、これらを統括的に制御するよう構成されている。
また、主制御部２は、投影光学系ＰＬを調整するための
レンズ制御部ＬＣ、及び収差測定ユニットＵＴによる計
測結果に基づき光学系の収差を算出する演算処理部ＰＣ
にも電気的に接続しており、これらも統括制御する。

【００５１】ウェハステージ３の側面には、着脱機構Ｄ
を介して収差測定ユニットＵＴが装着される。収差測定
ユニットＵＴには、コリメータレンズＣＬと、複数のレ
ンズ素子Ｌを配列したレンズアレイと、集光位置検出部
ＤＥＴとが設けられている。集光位置検出部ＤＥＴの内
部には、第１の実施形態で説明した撮像装置１０が設け
られており、複数のレンズ素子Ｌを通過した光束は、撮
像装置１０の受光面ＩＰ上に集光される。なお、収差測
定ユニットＵＴが着脱機構Ｄを介して露光装置７０（ス
テージ３の側面）に機械的に接続されると、収差測定ユ
ニットＵＴは、演算処理部ＰＣとも電気的に接続される
ことになり、両者間で通信可能な状態となる。

【００５２】［本発明と第３の実施形態との対応関係］
以下、発明との対応関係について説明する。なお、ここ
での対応関係は、参考のために一解釈を述べるものであ
り、本発明を徒らに限定するものではない。

【００５３】請求項５，６の記載事項と第３の実施形態
との対応関係については、撮像装置は撮像装置１０に対
応し、撮像制御部は演算処理部ＰＣの『撮像装置１０を
制御して、投影光学系ＰＬの透過波面を撮像する機能』
に対応し、計測処理部は演算処理ＰＣの『撮像装置１０
の１次元画像から収差測定を行う機能』に対応する。

【００５４】［第３の実施形態の動作説明］次に、投影
光学系ＰＬの波面収差測定および収差補正を行う手順に
ついて説明する。投影光学系ＰＬの波面を測定する際に
は、波面収差測定用の光束として、波面が球面波の光を
投影光学系ＰＬに入射させる。この球面波の光は、レチ
クルが配置される位置に、ピンホールパターンＰＨを備
えるレチクルＲ（図７）を配置し、これを光源１からの
光で照明することにより、ピンホールパターンＰＨから
発生させることができる。なお、これ（ピンホールパタ
ーンレチクル）に限らず、レチクルステージ１０ａ上に
ピンホールを形成しておいてそれを照明するようにして
も良く、或いは点光源を使用しても良い。あるいはレチ
クルＲ上、またはレチクルステージ１０ａ上に、光源１
からの光を拡散して透過させる領域（いわゆるレモンス
キン状態）を設けておき、このレモンスキン領域を透過
した光を波面収差測定用の光源としても良い。

【００５５】レチクルステージ１０ａ、及びレチクルＲ
が、上述したピンホールとレモンスキン領域とのいずれ
か一方を有していることが望ましい。更に好ましくは、
大きさの異なる複数のピンホールを備えており、測定目
的に応じて適宜ピンホールを選択できることが望まし
い。なお、波面収差測定用の光を、レチクルＲを用いて
発生させる場合には、このレチクルＲが収差測定光学系
を構成し、レチクルステージ１０ａを用いて発生させる
場合にはレチクルステージ１０ａが収差測定光学系を構
成することになる。

【００５６】上述のように形成された球面波の光を投影
光学系ＰＬに照射する。ウェハステージ制御部５は、収
差測定ユニットＵＴに投影光学系ＰＬからの透過波面が
入射するように、ウェハステージ３を駆動制御する。投
影光学系ＰＬを透過した光は、コリメータレンズＣＬに
て平行光に変換される。そして、微小なレンズＬを配列
したレンズアレイに入射される。入射した光の被検波面
が理想波面（投影光学系に収差が無い場合の波面）から
偏差を有していると、レンズＬの集光点に位置ずれが生
じる。

【００５７】演算処理部ＰＣは、各レンズＬの集光点の
位置ずれに基づいて、投影光学系ＰＬの収差を算出す
る。このとき、結像面上の１点において、集光点の位置
ずれを測定することにより、球面収差や非点隔差を求め
ることができる。また、結像面上の複数点において、集
光点の位置ずれを測定することにより、コマ収差、像面
湾曲、ディストーション、非点収差を求めることができ
る。

【００５８】このように得られた投影光学系ＰＬのコマ
収差、像面湾曲、ディストーション、非点収差等の波面
収差情報をレンズ制御部ＬＣへフィードバックする。レ
ンズ制御部ＬＣは、この波面収差情報に基づいて投影光
学系ＰＬを構成する各レンズ素子の間隔や、その間隔の
空気の圧力を調整することで投影光学系ＰＬを透過した
波面の収差量を所定範囲内に抑える。

【００５９】［第３の実施形態の効果など］第３の実施
形態では、収差測定ユニットＵＴ内に、撮像装置１０を
搭載する。この撮像装置１０から、欠陥画素の影響を受
けない１次元画像を得ることが可能になる。したがっ
て、露光装置７０では、この良質な１次元画像に基づい
て、高精度な収差補正情報を得ることが可能になる。ま
た、撮像装置１０の受光面に拡散板を挿入するなどし
て、受光面を略一様に照明することにより、第１の実施
形態と同様に、撮像装置１０自体で欠陥画素の位置情報
を更新することもできる。

【００６０】《実施形態の補足事項》なお、上述した実
施形態では、欠陥行の画素出力を行単位に排出する場合
について説明した。この場合には、１次元画像の各画素
の垂直加算回数が等しくなるので、垂直加算回数の差に
起因するレベル段差が１次元画像に生じないという利点
がある。しかしながら、本発明は、これに限定されるも
のではない。例えば、排出ゲート電極１７および蓄積ゲ
ート電極１４を画素列単位に制御することにより、欠陥
画素の画素出力を画素単位に排出してもよい。

【００６１】また、上述した実施形態では、蓄積ゲート
電極１４を設けているが、これに限定されるものではな
い。例えば、垂直転送動作によって垂直ＣＣＤ１２と水
平ＣＣＤ１５とが隔離されているタイミングを見計らっ
て、最終段の画素出力を排出することにより、この蓄積
ゲート電極１４を省略してもよい。

【００６２】なお、上述した実施形態では、垂直ＣＣＤ
１２の最終段に排出ゲート電極１７および排出ドレイン
１８を設けているが、これに限定されるものではない。
垂直ＣＣＤ１２の中段などに排出ゲートを設けても構わ
ない。

【００６３】さらに、上述した実施形態では、排出ゲー
ト電極１７を介して半導体基板の面方向に画素出力を排
出しているが、これに限定されるものではない。例え
ば、半導体基板の深さ方向に画素出力を排出してもよ
い。

【００６４】また、上述した実施形態では、ＣＣＤ方式
の撮像装置について説明した。しかしながら、本発明は
これに限定されるものではない。例えば、ＸＹアドレス
方式の撮像装置に本発明を適用してもよい。

【００６５】なお、第３の実施形態では、収差測定ユニ
ットＵＴを、ウェハホルダ４又はウェハステージ３上に
着脱自在に設けてもよい。また、収差測定ユニットＵＴ
をウェハステージ３に組み込んだり、ウェハステージ３
近傍に設けてもよい。

【００６６】また、第３の実施形態では、露光装置に組
み込んだ状態で投影光学系ＰＬの波面収差を測定した
が、露光装置に組み込む前に測定してもよい。また、波
面収差を測定するタイミングとしては、例えば、ウェハ
交換毎、レチクル交換毎、または予め設定した所定時間
毎のいずれかにしてもよい。

【００６７】なお、第３の実施形態では、投影光学系Ｐ
Ｌの収差測定を行う場合について説明している。しかし
ながら、本発明はこれに限らず、各種の検査装置、測定
装置および光学機器などに搭載されている光学系を被検
光学系として、その光学特性を計測する用途に使用でき
る。

【００６８】また、第２および第３の実施形態の露光装
置を、レチクルと基板とを同期移動してレチクルのパタ
ーンを露光する走査型の露光装置（例えばＵＳＰ５４７
３４１０）としてもよい。また、第２および第３の実施
形態の露光装置を、レチクルと基板とを静止した状態で
レチクルのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動
させるステップ・アンド・リピート型の露光装置として
もよい。さらに、第２および第３の実施形態の露光装置
を、投影光学系を用いることなくレチクルと基板とを密
接させてレチクルのパターンを露光するプロキシミティ
露光装置としてもよい。

【００６９】なお、第２および第３の実施形態では、半
導体製造用途の露光装置について説明した。しかし、本
発明はこれに限定されるものではない。例えば、ガラス
プレートに液晶表示素子パターンを露光する露光装置
や、薄膜磁気ヘッドの製造用途の露光装置に本発明を適
用してもよい。

【００７０】また、第２および第３の実施形態における
露光装置の光源は、例えば、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線
（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レー
ザ（１５７ｎｍ）、金属蒸気レーザ、ＹＡＧレーザの高
調波を用いてもよい。また、Ｘ線や電子線などの荷電粒
子線を用いてもよい。さらに、電子線を用いる場合には
電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト
（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができ
る。

【００７１】なお、露光装置の投影倍率は縮小系のみな
らず、等倍系および拡大系のいずれでもよい。

【００７２】

【発明の効果】請求項１に記載の撮像装置は、欠陥画素
の位置情報を記憶する記憶部を備え、この記憶部に記憶
された位置情報に基づいて、欠陥画素が存在する行の画
素出力を排出ゲートに排出する。したがって、欠陥画素
からの異常な画素出力は、正常な画素出力に加算される
ことがない。その結果、水平転送路から出力される１次
元画像は、欠陥画素に起因するレベル段差を殆ど含まな
い。このようにレベル段差が改善されるので、欠陥画素
の存在する撮像装置を、ビニング読み出しに支障なく使
用できる。したがって、欠陥画素の存在する撮像装置が
無駄にならず、撮像装置の製品コストを低く抑えること
が可能になる。

【００７３】請求項２に記載の撮像装置は、受光面を略
一様に照明した状態で、２次元画像を生成する。さら
に、撮像装置は、この２次元画像から欠陥画素の位置検
出を行い、欠陥画素の位置情報を記憶部に記録する。し
たがって、欠陥画素の検査装置などを別途に使用するこ
となく、撮像装置自体で欠陥画素の位置検出を行うこと
ができる。

【００７４】請求項３に記載の露光装置は、請求項１に
記載の撮像装置を具備する。この撮像装置から出力され
るアライメントマークの１次元画像は、欠陥画素による
レベル段差を殆ど含まない。したがって、露光装置は、
不要なレベル段差によってアライメントマークの位置検
出を誤ることがなく、アライメント調整精度を高めるこ
とができる。

【００７５】請求項４に記載の露光装置は、アライメン
トマークと共に配置されたマーク領域を備える。露光装
置は、このマーク領域からの光により撮像装置の受光面
を略一様照明した状態で、２次元画像を生成する。さら
に、露光装置は、この２次元画像から欠陥画素の位置検
出を行い、欠陥画素の位置情報を記憶部に記録する。し
たがって、欠陥画素の検査装置などを別途に使用するこ
となく、露光装置自体で、欠陥画素の位置検出を行うこ
とが可能になる。したがって、露光作業の空き時間など
に、『欠陥画素の位置検出』および『位置情報の記録更
新』を迅速かつ簡易に行うことが可能になり、露光装置
の信頼性およびメンテナンス性を一段と高めることがで
きる。

【００７６】請求項５に記載の計測装置は、請求項１ま
たは請求項２に記載の撮像装置を具備する。この撮像装
置から出力される計測対象の１次元画像には、欠陥画素
によるレベル段差が殆ど含まれない。したがって、計測
装置は、不要なレベル段差によって計測処理を誤ること
がなく、より正確な計測結果を得ることが可能になる。

【００７７】請求項６に記載の計測装置は、請求項１ま
たは請求項２に記載の撮像装置を具備する。この撮像装
置から出力される『光学系の透過波面の１次元画像』に
は、欠陥画素によるレベル段差が殆ど含まれない。した
がって、計測装置は、不要なレベル段差によって収差測
定を誤ることがなくなり、より正確な収差測定結果を得
ることが可能になる。

【００７８】請求項７に記載の駆動方法では、排出ゲー
トを具備する撮像装置を使用して、請求項１の発明と同
様の作用効果を得ることができる。

【００７９】請求項８に記載の駆動方法では、排出ゲー
トを具備する撮像装置を使用して、請求項２の発明と同
様の作用効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】撮像装置１０の構成を示す図である。

【図２】欠陥画素の位置検出を行う際の装置レイアウト
を示す図である。

【図３】欠陥画素の位置検出の動作を説明する流れ図で
ある。

【図４】欠陥画素に対処したビニング読み出し動作を説
明する流れ図である。

【図５】ビニング読み出し動作の説明図である。

【図６】第２の実施形態における露光装置６０を示す図
である。

【図７】第３の実施形態における露光装置７０を示す図
である。

【図８】従来の撮像装置９０を示す図である。

【図９】欠陥画素が１次元画像に与える影響を説明する
図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 主制御部 ３ ウェハステージ ４ ウェハホルダ ５ ウェハステージ制御部 ６ レチクルステージ制御部 ９ ミラー １０ 撮像装置 １０ａ レチクルステージ １０ｂ コンデンサレンズ １１ 受光画素 １２ 垂直ＣＣＤ １３ ゲート電極 １４ 蓄積ゲート電極 １５ 水平ＣＣＤ １７ 排出ゲート電極 １８ 排出ドレイン １９ 走査回路 ２０ 欠陥画素判定回路 ２１ メモリ ３０ 拡散板 ３１ 光源 ６０ 露光装置 ６１ ウェハステージ ６２ 半導体ウェハ ６３ 露光部 ６３ａ レチクル ６３ｂ レチクルステージ ６６ 位置検出部 ６７ 位置制御部 ６８ アライメントマーク ６９ マーク領域 ７０ 露光装置 ９０ 撮像装置 ９１ 受光画素 ９２ 垂直ＣＣＤ ９３ ゲート電極 ９５ 水平ＣＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/148 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ // Ｈ０４Ｎ 5/335 ５２５Ｐ 27/14 Ｂ Ｆターム(参考） 4M118 AA07 AB01 AB03 BA10 CA02 DB08 FA06 FA17 FA33 5B047 BB04 BC11 CB05 DA06 5C024 BX00 CX22 CX23 CY44 EX01 GY01 GZ04 GZ27 HX12 5C072 BA15 EA08 FA03 FB30 5F046 AA25 BA03 CB12 CB17 CB25 DA13 DB01 DB11 DC12 EB02 EB03 ED02 ED03 FA10 FA16 FC04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光面上に２次元配列され、受光量に応
   じて画素出力を発生する複数の受光画素と、 前記受光画素の垂直列単位に設けられ、前記受光画素で
   発生した前記画素出力を垂直転送する垂直転送路の群
   と、 前記垂直転送路の群から出力される前記画素出力を、水
   平転送するための水平転送路と、 前記垂直転送路を介して転送される前記画素出力を垂直
   列方向に加算し、加算後の前記画素出力を前記水平転送
   路から読み出して、１次元画像を生成するビニング読み
   出し部と、 前記垂直転送路を順次転送中の前記画素出力を選択的に
   排出するための排出ゲートと、 前記受光画素中の欠陥画素について位置情報を記憶する
   記憶部とを備え、 前記ビニング読み出し部は、前記記憶部に記憶された前
   記位置情報に基づいて、前記欠陥画素が存在する行の前
   記画素出力を前記排出ゲートに排出することを特徴とす
   る撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記受光面を略一様に照明する照明手段と、 前記照明手段の照明により前記受光画素に生成される前
   記画素出力を、前記垂直転送路の群および前記水平転送
   路を介して転送し、２次元画像を生成する２次元読み出
   し部と、 前記２次元読み出し部により生成された前記２次元画像
   から前記欠陥画素の位置検出を行い、前記欠陥画素の前
   記位置情報を前記記憶部に記録する画像解析部とを備え
   たことを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の撮像装置と、 前記撮像装置を用いてアライメントマークを撮像し、前
   記撮像装置から読み出される１次元画像に基づいて、ア
   ライメント調整を行うアライメント調整部と前記アライ
   メント調整部によりアライメント調整された対象物に対
   して露光パターンを照射する露光部とを備えたことを特
   徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の露光装置において、 前記アライメントマークと共に配置され、略一様な光を
   反射および／または放射するマーク領域と、 前記マーク領域からの光により前記受光画素に生成され
   る前記画素出力を、前記垂直転送路の群および前記水平
   転送路を介して転送し、２次元画像を生成する２次元読
   み出し部と、 前記２次元読み出し部により生成された前記２次元画像
   から前記欠陥画素の位置検出を行い、前記欠陥画素の前
   記位置情報を前記記憶部に記録する画像解析部とを備え
   たことを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の撮像装
   置と、 前記撮像装置を制御して、計測対象の１次元画像を生成
   する撮像制御部と、 前記撮像制御部により生成された前記１次元画像を処理
   して計測結果を得る計測処理部とを備えたことを特徴と
   する計測装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の計測装置において、 前記撮像制御部は、前記撮像装置を制御して、計測対象
   である光学系の透過光を撮像して一次元画像を生成し、 前記計測処理部は、前記一次元画像に基づいて前記光学
   系の収差を算出することを特徴とする収差測定用の計測
   装置。
7. 【請求項７】 受光面上に２次元配列され、受光量に応
   じて画素出力を発生する複数の受光画素と、 前記受光画素の垂直列単位に設けられる垂直転送路の群
   と、 前記垂直転送路の群から出力される画素出力を、水平転
   送するための水平転送路と、 前記垂直転送路で順次転送中の画素出力を選択的に排出
   するための排出ゲートとを備えた撮像装置の駆動方法で
   あって、 前記受光画素で発生した前記画素出力を前記垂直転送路
   の群を介して垂直転送する垂直転送ステップと、 前記垂直転送路の群で順次転送される画素出力を垂直列
   方向に加算し、加算後の画素出力を前記水平転送路から
   読み出して、１次元画像を生成するビニング読み出しス
   テップと、 前記ビニング読み出しステップの加算動作に先立って、
   前記受光画素中の欠陥画素が存在する行の画素出力を前
   記排出ゲートを介して排出する排出ステップとを有する
   ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の撮像装置の駆動方法に
   おいて、 前記受光面を略一様に照明する照明ステップと、 前記照明手段の照明により前記受光画素に生成される画
   素出力を、前記垂直転送路の群および前記水平転送路を
   介して転送し、２次元画像を生成する２次元読み出しス
   テップと、 前記２次元画像を取り込み、前記２次元画像から欠陥画
   素を検出する検出ステップとを有し、 前記排出ステップは、前記ビニング読み出しステップの
   加算動作に先立って、前記検出ステップにおいて検出し
   た前記欠陥画素が存在する行の画素出力を前記排出ゲー
   トを介して排出することを特徴とする撮像装置の駆動方
   法。