JP2007081513A

JP2007081513A - 固体撮像素子のシミ欠陥検査方法

Info

Publication number: JP2007081513A
Application number: JP2005263426A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ueno; 吉昭上野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】シミ欠陥の判定を自動的に行う固体撮像素子の検査方法を提供する。
【解決手段】画像記憶装置の画像データを２値化手段で第１のしきい値で２値化、欠陥面積算出手段でシミ候補の欠陥面積Ｓ_１を算出、面積比較手段で欠陥面積Ｓ_１が規格面積Ｓ_ｍより小さなものはノイズと検知し、良品と判定。欠陥面積Ｓ_１が大きいものは、ピークカット処理手段でコントラストピーク値を除去、縮退・膨張処理手段で部分的に欠落したコントラスト成分の形状を官能検査でシミと検知される形状に復元、平滑処理手段で官能検査では検知しない高域ノイズを除去して不連続なコントラスト成分を平滑にし、修復した画像データを生成。２値化手段で修復した画像データを第２のしきい値で２値化、欠陥面積算出手段で欠陥面積Ｓ_２を算出、面積比較手段で欠陥面積Ｓ_２が規格面積Ｓ_ｎより小さなものはノイズと検知し、良品と判定。欠陥面積Ｓ_２が大きなものはシミと検知し不良品と判定。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子のシミ欠陥を検出するための検査方法に関する。

固体撮像素子は、電気的特性の中に画像品質に関する規定が設けられており、この規定を満足する製品を正確かつ迅速に検査して、良品と不良品とに選別する必要がある。

従来の固体撮像素子の検査方法には特許文献１に開示されたものがあるので、説明する。

図３は従来の固体撮像素子の画素欠陥測定装置のブロック図、図４（Ａ）乃至（Ｅ）は従来の固体撮像素子の画素欠陥測定装置の各ブロックから出力される画像信号の概略図である。

従来の固体撮像素子の検査方法は、固体撮像素子を遮光状態にして固体撮像素子の画素欠損の一つである白欠損、いわゆる白キズを測定して検出したり、又、一定光量のチャートを固体撮像素子で撮像して黒欠損、いわゆる黒キズを測定して検出したりしている。

以下、白欠損を検出する固体撮像素子の検査方法について説明する。

先ず、固体撮像素子１から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換器２で量子化してディジタル信号に変換した上、フレームメモリ３に蓄積する。

このフレームメモリ３に蓄積された画像信号には、固定パターンノイズ，ランダムノイズ及び画像信号のシェーディング成分が含まれている〔図４（Ａ）参照〕が、固体撮像素子の画素欠陥測定においてランダムノイズ及びシェーディング成分は不要で、取り除かなければならない。

そこで、フレーム間平均化部４において、フレームメモリ３のディジタル信号をフレーム単位で任意の回数取り込んで、フレーム間の平均化を行うことにより、ランダムノイズを取り除いた画像信号を得た〔図４（Ｂ）参照〕上、空間平均化部５において、フレーム間平均化部４から取り込んだ画像信号を空間平均化、つまり２次元のローパスフィルタを画像信号に掛け合わせて画像信号に含まれる固定パターンノイズを取り除くことにより、固体撮像素子１から出力された画像信号に含まれるシェーディング成分を検出する〔図４（Ｃ）参照〕。

そして、フレーム間差分部６において、フレーム間平均化部４から取り込んだ画像信号と空間平均化部５から取り込んだ画像信号とのフレーム間差分を行って、固体撮像素子の固定パターンノイズを検出する〔図４（Ｄ）参照〕。

ところで、画素欠陥が固定パターンノイズの中に含まれていることは、画素欠陥検出において周知であるので、一般的な画素欠陥の検出方法としては、フレーム間差分部６から取り込んだ画像信号の固定パターンノイズのヒストグラム分析を行って、固定パターンノイズの絶対値レベルの大きいものを画素欠陥として検出している。

そこで、ヒストグラム分析部７において、フレーム間差分部６から取り込んだ画像信号の固定パターンノイズのヒストグラム分析を行って、基準レベルａを決定すると、画素欠陥検出部８は、画像信号の固定パターンノイズの中で基準レベルａより大きいものを検出して、白欠陥のみの画像信号を出力する〔図４（Ｅ）参照〕。

このように画素欠陥検出部８の出力した画像信号〔図２（Ｅ）参照〕は、白欠陥を表しているが、空間的に連続していても１つのグループとは認識されていないので、グループ分けを行わなければならない。

そこで、画素欠陥位置記憶部９が、画素欠陥検出部８から取り込んだ画像信号〔図４（Ｅ）参照〕から１フレーム領域内の白欠陥画素の位置と信号値とを記憶すると、１フレーム領域分のメモリを有する画素欠陥グループ分け部１０は、画素欠陥位置記憶部９の記憶内容を取り込んで、白欠損画素をグループ分けした上、グループ分けした１つのグループの白欠陥画素の信号値の加算和と一定光量のチャートを固体撮像素子で撮像したときに信号値入力部１１が出力する信号値との比率を算出する。
特開平５−１３０５１２号公報

ところが、データ平均値からしきい値を算出して、このしきい値とデータ平均値とを比較する従来の固体撮像素子の検査方法では、固体撮像素子の画素欠損の一つである白欠損、いわゆる白キズ或いは黒欠損、いわゆる黒キズを自動的に測定することはできるが、コントラストの弱い欠陥で、局所的な欠落等の不連続な形状欠陥、すなわちシミの判定は自動的にできなかった。

又、従来の固体撮像素子を自動的に検査する方法によれば、濃淡差と面積とを指標に用いて判定しているため、離散的な部分を不連続な形状と判定することができず、自動検査による判定結果と官能検査による判定結果とが整合しなかった。

更に、従来の固体撮像素子を自動的に検査する方法によれば、判定結果が整合しないシミ画像の欠陥検出箇所と官能検査で不良とする領域とは、欠陥による小さな塊のコントラストが離散的な面積を有すると共に、一定の距離を保った不連続な形状であるため、自動検査と官能検査との判定結果が一致する場合と、一致しない場合とがあった。

本発明は、このような課題に鑑み、コントラストの弱い欠陥、いわゆるシミ欠陥を自動的に判定できる固体撮像素子のシミ欠陥検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法は、固体撮像素子から出力された画像データのコントラスト信号を用いて、コントラスト信号の濃淡差が同じで、欠陥面積が規格面積より小さいものはノイズと判定し、コントラスト信号の濃淡差が同じで、欠陥面積が規格面積より大きいものはシミ欠陥と判定するものである。

又、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法において、画像データのコントラスト信号は、高域ノイズ成分を除去して、不連続なコントラスト成分を平滑にすることにより、修復して生成されるものである。

本発明によれば、濃淡差と欠陥面積を指標に用いて複合的に組み合わせると共に、縮小・膨張処理手段とランクフィルターからなる平滑処理手段とで、不連続な欠陥成分を修復した画像データを生成することにより、合否判定を行うもので、従来のようにデータ平均値からしきい値を算出して、このしきい値とデータ平均値を比較する方法とは異なり、濃淡差が高域ノイズと同等で、かつ画像で問題となるコントラストの弱い欠陥、いわゆるシミの判定をテスタにより自動的に、正確かつ迅速に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法について説明する。

図１は本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査装置のブロック図、図２は本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査のフローチャートである。

固体撮像素子１１から出力された１フレーム分の画像データをテスタ（図示しない）の内部又は外部に設けた画像記憶装置１２に記憶した（Ｓ１）上、２値化手段１３において、画像記憶装置１２から取り込んだ１フレーム分の画像データのコントラスト成分を、ランダムノイズやシェーディング成分の背景画質の品質レベルと官能検査で不良となる検知限界とを基にして決定した第１のしきい値、例えばコントラスト信号レベルの１．５〜２．０％の値で２値化することにより、濃淡画像からＨｉレベルとＬｏｗレベルとのデータを生成する（Ｓ２）。

そして、欠陥面積算出手段１４において、Ｈｉのデータが連続した成分を１つの画素とその周囲にある８つの画素（上下，左右，斜めの位置にある画素）とから順次求めて各画素の連結性を調べることにより、ラベル番号を付した上、図形として扱うことのできる２値化画像データの中から欠陥として判定される画像データの欠陥面積Ｓ_１を算出する（Ｓ３）。

そこで、面積比較手段１５において、欠陥面積Ｓ_１と規格面積Ｓ_ｍとを比較して、欠陥面積Ｓ_１が小さなものは、官能検査においてノイズと検知されるものであるため、良品と判定する（Ｓ４）。

一方、欠陥面積Ｓ_１が大きいもの（Ｓ４）は、ピークカット処理手段１６において、画像データのコントラスト成分の中で突出したコントラストピーク値を除去して（Ｓ５）、縮退・膨張処理手段１７において、部分的に欠落した画像データのコントラスト成分の形状を官能検査でシミと検知される形状に復元した（Ｓ６）上、ランクフィルターからなる平滑処理手段１８において、官能検査では検知しない画像信号のコントラスト成分の高域ノイズを除去して、不連続な画像信号のコントラスト成分を平滑にすることにより、修復した画像データを生成する（Ｓ７）。

そして、２値化手段１９において、平滑処理手段１８から取り込んだ修復した画像データを、ランダムノイズやシェーディング成分の背景画質の品質レベルと官能検査で不良となる検知限界とを基にして決定した第２のしきい値、例えばコントラスト信号レベルの０．７〜１．５％の値で２値化することにより、濃淡画像からＨｉレベルとＬｏｗレベルとのデータを生成する（Ｓ８）。

更に、欠陥面積算出手段２０において、Hiのデータが連続した成分を１つの画素とその周囲にある８つの画素（上下，左右，斜めの位置にある画素）とから順次求めて各画素の連結性を調べることにより、ラベル番号を付した上、図形として扱うことのできる２値化画像データの中からシミ候補の画像データの欠陥面積Ｓ_２を算出する（Ｓ９）。

そこで、面積比較手段２１において、欠陥面積Ｓ_２と規格面積Ｓ_ｎとを比較して、欠陥面積Ｓ_２が小さなものは、官能検査においてノイズと検知されるものであるため、良品と判定し（Ｓ１０）、欠陥面積Ｓ_２が大きなものは、官能検査においてシミと検知されるものであるため、不良品と判定する（Ｓ１０）。

このように本発明によれば、固体撮像素子のシミ欠陥を自動的に検査することができる。

ところで、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法によって検出した固体撮像素子のシミ欠陥は、そのコントラストを３次元空間であらわし、その形状をミクロ的に観察すると、一つの塊を持つコントラストが連続面積を有した円柱，角柱，円錐，角錐に代表される形状が一般的である。

しかし、製造プロセスの要因により、小さな塊のコントラストが離散的な面積を有し、一定の距離を保った不連続の形状のものも存在するが、この場合、官能検査では全て同じコントラストとして検知することができる。

ところが、従来の固体撮像素子を自動的に検査する方法では、濃淡差と面積とを指標に用いて判定しているため、離散的な部分を不連続な形状と判定して、自動検査による判定結果と官能検査による判定結果とが整合しなかった。

又、従来の固体撮像素子を自動的に検査する方法では、判定結果が整合しないシミ画像の欠陥検出箇所と官能検査で不良とする領域とは、欠陥による小さな塊のコントラストが離散的な面積を有する上、一定の距離を保った不連続な形状であるため、自動検査と官能検査との判定結果が一致する場合と、一致しない場合とがあった。

これに対して、本発明では、シミ画像の検出精度を上げるために、濃淡分布のデータを縮退・膨張処理手段１７において図形融合した上、平滑処理手段１８において平滑処理して、離散的な形状を連続的な形状に変換することにより、官能検査の判定結果と自動検査の判定結果とを整合させている。

なお、図形融合については、画像データの縮小・拡大を繰り返すことにより、離散的な形状を連続的な形状に変換できることは既に知られている。

縮小手段の１例としては、縦横５画素の中から指定座標の濃淡データを選択して、別のメモリ空間に移動した上、１／２５の画素サイズを持った画像を生成することにより、座標情報を縦１／５，横１／５とする。

又、拡大手段として双曲線形補間を行い、近くの画素との距離を調べて、その近さに応じて重み平均をとる方法があり、この場合は周囲の４画素から値が計算される。

更に、これ以外の手段を選択して、離散的な形状を連続的な形状に変換してもよい。

以上説明したように、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法は、画像データの濃淡差が同じで、欠陥面積が規格面積より小さいものはノイズとして判定し、画像データの濃淡差が同じで、欠陥面積が規格面積より大きいものはシミとして判定する官能検査メカニズムに着目して、特徴量を抽出し、定量化することで、アルゴリズム化したことを特徴とするものである。

又、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法は、官能検査では検知しない高域ノイズ成分を除去して、不連続なコントラスト成分を平滑にすることにより、修復した画像データを生成することを特徴とするものである。

換言すると、本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法は、濃淡差と面積を指標に用いて複合的に組み合わせると共に、図形融合を目的としたピークカット処理，縮小・膨張処理を施すことにより、コントラストが弱く、離散的な形状の欠陥、いわゆるシミの判定を自動的に行なうことができるようになる。

本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法によれば、コントラストが弱く、離散的な形状の欠陥、いわゆるシミの判定が自動的に、正確かつ迅速に行えるようになり、高画素特性が必要な固体撮像素子の検査方法として有用である。

本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査装置のブロック図本発明の固体撮像素子のシミ欠陥検査のフローチャート従来の固体撮像素子の画素欠陥測定装置のブロック図（Ａ）乃至（Ｅ）は従来の固体撮像素子の画素欠陥測定装置の各ブロックから出力される画素信号図

符号の説明

１１固体撮像素子
１２画像記憶装置
１３，１９２値化手段
１４，２０欠陥面積算出手段
１５，２１面積比較手段
１６ピークカット処理手段
１７縮退・膨張処理手段
１８平滑処理手段

Claims

固体撮像素子から出力された画像データのコントラスト信号を用いて、前記コントラスト信号の濃淡差が同じで、欠陥面積が規格面積より小さければノイズと判定し、前記コントラスト信号の濃淡差が同じで、前記欠陥面積が前記規格面積より大きければシミ欠陥と判定することを特徴とする固体撮像素子のシミ欠陥検査方法。
前記画像データのコントラスト信号は、高域ノイズ成分を除去して、不連続なコントラスト成分を平滑にすることにより、修復して生成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子のシミ欠陥検査方法。