JP2007109594A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非検査時間の短縮をはかった光源装置を実現する。
【解決手段】光源からの光をフィルタを通すことにより光量や色を検査条件に合わせて変更し、被検査対象に照射する光源装置において、
前記光源と被検査対象間にターレットを設け、該ターレットの円周上に予め定めた検査条件と時系列が一致するように複数のフィルタを配置した。
【選択図】 図１

Description

、
本発明は、ハロゲンランプまたはメタルハライドランプ等を用いて被検査対象を照射する光源装置に関し、予め定めた検査条件と時系列が一致するように光量や色を検査条件に合わせて変更するように構成した光源装置に関するものである。

従来、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補正金属酸化膜半導体）センサ等
の固体撮像素子の検査では光源装置を用いて、被検査対象である固体撮像素子に既知の色
や光量の光を照射し、固体撮像素子から出力された電気信号をモニタするものがある。このような光源装置の先行技術としては例えば下記の特許文献１，２に示されたものがある。

特開２００２−９０６８６号公報 特開２００２−３１４０４５号公報

ＣＣＤ等の固体撮像素子の製造にあたっては、これらの固体撮像素子がウエハ上に形成された段階で、個々の固体撮像素子の性能が検査される。
図３(ａ，ｂ)はこのような検査に用いられる固体撮像素子の検査用光源として用いられる光源装置の一例を示すもので、図３（ａ）は全体構成図、図３（ｂ）はＮＤフィルタの説明図である。

図３(ａ，ｂ)において、ハロゲンランプ１などを光源とし、レンズ２でランプ光をほぼ平行もしくはわずかに収束する光束とする。光束の途中にはモータ３で回転するＮＤフィルタ用ターレット４の外周付近には透過率の異なるＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ５が取付けられている。また、モータ６で回転するカラーフィルタ用ターレット８の外周付近には色の異なるカラーフィルタ７が取付けられている。

光量可変絞り９はレンズ２、ＮＤフィルタ５、カラーフィルタ７を通過した光束を機械的に遮光することが可能な絞りで、プログラマブルに開口面積が制御される。
ＮＤフィルタ５、カラーフィルタ７を通過した光は照度均一化素子１０に入射し、内部で反射を繰り返すことで出口において照度ムラ、色ムラの極めて少ない均一な拡散光となる。

光量や色を切り替えるターレット４，８は、光量調整範囲をカバーするように大きなステップと小さなステップを組み合わせて所望の照度を最低ステップ数で設定されている。
このような構成は汎用性を持たせたシステムであり、撮像素子の品種などによってその都度替えるものではない。

ハロゲンランプやショートアークランプは経時変化によりランプが新品の状態と長時間使って使用が許される限界に達した状態では光量、色ともに大きく変化する。従来はこれを補正する目的で、大きなステップと小さなステップを組み合わせて、もしくは経時変化の範囲内をカバーできれば小さなステップのみで光源変化補正と、検査光の所望光量の切り替えを一緒に行なっていた。

例えば１０lx（ルクス）を所望した場合、光源の発光光束が１０％低下したのであれば、大小のステップを切り替えて透過率を現状の組み合わせに対し、１１１％になるよう組み合わせを選び直している。

ところで、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary−Metal Oxide Semiconductor）センサの固体撮像素子の検査用光源としては、以下の光源を用いたものが一般的である。
・ハロゲンランプ
・メタルハライドランプ（放電管：ショートアーク）
・ＬＥＤ
これらの内、ＬＥＤを除いては瞬時点灯、瞬時消灯または点滅ができず、または電流を絞って使うと立ち切れや発光分光分布が変わるなどして、撮像素子光源として安定を保てない。そのため、ハロゲンランプやメタルハライドランプを用いる場合は常時点灯させておき光束を遮るシャッタや、光量を調整する前記ＮＤフィルタなどで光量の切り替えを行なわざるを得ない。

撮像素子の検査は、検査したい欠陥の検出に適した光量や色を適切に切り替えて幾通りかの検査が行われるため、光量の変更は前述の図３に示したようなＮＤフィルタを搭載したＮＤフィルタ用ターレット４や、色フィルタを搭載した色フィルタ用ターレット８を具備し、図示しない制御装置からの指令に基づいて予め定めた手順に従って出来るだけ高速に切り替えることで、光量、色の変更を行なっている。

フィルタ用ターレットは６枚ないし８枚の構成で、その内１箇所はフィルタを載せないで透過させて使い、フィルタ取り付け穴より１枚少ない枚数のフィルタが搭載可能となる。従って、大きなステップで５〜７段に設定され、後述する光量を微調整する構造と組み合わされて光量を微少ステップで調整が出来る構造にしてある。

このＮＤフィルタの自動切り替えには、１００〜３００ｍｓｅｃを要する。そのため、ターレット切り替えに要する時間は検査の待ち時間（非検査時間）となる。
光量の微調整の方法としては、光学濃度が偏角方向に連続して線形に増加するように製作した円盤状のウェッジＮＤフィルタを用いるか、光軸上に光束制限用の絞りやスリット、遮蔽板などを設け、開口サイズを制御することで光束を制限する方法がある。
この切り替えにかかる時間は概ね１００ｍｓｅｃで、この間は検査出来ず、前述のフィルタ用ターレットの切り替え時間と同様、切替が完了するまで次の検査が出来ず待機時間が発生している。

また、ＮＤフィルタ用ターレット４は、照明条件の切り替えのみならず、比較的長期間の変化である例えばランプ光量の低下やフィルタの透過率変化などの経時変化への対応や、比較的短い温度変化や電源安定性やランプ安定性などといった光量変化に対して、照射光量をモニタし、フィードバックすることで、所望の光量を正確に照射するようにシャッタ９の開閉量を制御している。
つまり、１つの機構で照明条件の切り替えと光量変化をフードバックするという２つの機能を果たしている。

図４は図３に示す従来例の動作説明をしたものである。フィルタターレット（４，８）は最初の撮影条件の位置で停止している。なお、以下の動作は図示しない制御装置に入力されたプログラム信号により行われる。
プロービングが完了すると直ぐ撮影が開始され、条件１で撮影する枚数の撮影が行
われる。
条件１の撮影が終わると撮影完了信号がフィルタターレットに送信される。
撮影完了信号を受け取ったフィルタターレットは高加速、高減速を行って照明条件
２に切り替えられる。

切り替え完了の信号が撮影側に送られる。
再び撮影が開始される。
この繰り返し（７），（８），（９）で３つの条件が全て撮影完了すると、最後の
撮影が完了したとフィルタターレットとプローバに送信される。
次の披検査撮像素子の準備が行われる。条件の切り替え直後の撮影は条件設定に不安があるため最初の１枚は加算演算に加えず捨てる場合もある。

上述のように従来例では、１撮影条件ごとにフィルタターレット４，８の一方又は両方
を切り替えている。そのため、切り替えに要する時間が１００〜２００ｍｓｅｃ発生してしまい、検査時間が長くなってしまう。更にフィルタターレット切り替え時間のほかにも撮影開始や完了、フィルタターレット切り替え完了などの信号を送受信しているため概ね数ｍｓｅｃ〜十数ｍｓｅｃの通信時間と通信回数分が必要となり、撮影条件切り替えの度に撮影できるタイミングでありながら数枚分の待ち時間が発生する。

生産の現場では、テスタ、プローバ、光源を組み合わせた１システム当たり1億円前後もする高価なテストシステムの稼働率を上げることや、検査時間の短縮を図ることで製品コストを下げることが課題となっており、そのために、待ち時間の削減は有効である。

従って、本発明の目的は、照明装置の照明条件を高速に切り替えるための、照明条件切り替え専用フィルタターレットを用いて、待ち時間（非検査時間）の短縮をはかった光源装置を実現することにある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、
光源からの光をフィルタを通すことにより光量や色を検査条件に合わせて変更し、被検査対象に照射する光源装置において、
前記光源と被検査対象間にターレットを設け、該ターレットの円周上に予め定めた検査条件と時系列が一致するように複数のフィルタを配置したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、
前記フィルタは減光、色変換、スリット、シャッタの少なくとも一つを含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の光源装置において、
前記ターレットの所定の位置を検出する検出機構を設け、該検出機構が検出した所定の位置を基点として予め定めた照射条件と時系列が一致するように前記フィルタを配置したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光源装置において、
所定の位置を基点として始まる予め定めた照射条件は、ターレットが一周するごとに元の位置に戻るように配置したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の光源装置において、
前記所定の位置を検出する検出機構はターレットに設けた切欠きもしくは突起部とフォトセンサの組合せにより構成したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の光源装置において、
前記ターレットを回転させるモータは同期可能で速度が可変であることを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１，２によれば、
前記光源と被検査対象間にターレットを設け、該ターレットの円周上に予め定めた検査条件と時系列が一致するように複数のフィルタを配置し、フィルタは減光、色変換、スリット、シャッタの少なくとも一つを含んで構成したので、ターレットを回転させながら連続撮影が可能となり非検査時間を短縮して１素子当りの検査時間を短縮することができる。

請求項３，４記載の発明によれば、
ターレットの所定の位置を検出する検出機構を設け、該検出機構が検出した所定の位置を基点として予め定めた照射条件と時系列が一致するように前記フィルタを配置し、所定の位置を基点として始まる予め定めた照射条件は、ターレットが一周するごとに元の位置に戻るように配置したので、無駄がなく正確な撮影が可能となる。

請求項５，６に記載の発明によれば、
前記所定の位置を検出する検出機構はターレットに設けた切欠きもしくは突起部とフォトセンサの組合せにより構成し、ターレットを回転させるモータは同期可能で速度を可変としたので、無駄がなく正確な撮影が可能となる。

図１（ａ，ｂ）は本発明の光源装置の要部構成図である。図（ａ）は全体構成、図（ｂ）はターレットに取付けるＮＤフィルタ又はカラーフィルタの説明図である。基本的な構成は従来例で示した図３と同じであるが、この実施例では照明条件切り替え専用フィルタターレット２１を具備し、照明条件を切り替えるフィルタターレットと光量変化の補正を受け持つフィルタターレットを機能的に完全に分離させている。
なお、この実施例においても光源装置は図示しない制御装置からの指令に基づいて予め定めた手順に従って動作するものとする。

ここで照明条件切り替え専用フィルタターレットを駆動するモータ２５は、同期可能なスピードコントロールモータとする。また、ターレット２１の外周部にはフォトセンサ２６などの非接触または接触式のセンサ用検出部（切欠き）２４を設け、フォトセンサ２６または図示していない接触式のセンサでターレットの姿勢をモニタする。

各種フィルタは隙間なく光束２２を順次遮るように、検査実行順に並べてあり、各フィルタの大きさ（開口角）は、ターレット２１が１周したら被検査素子の検査で撮影される全ての照明条件における枚数分が収まるように撮影時間の比率に合わせて決める。ターレットには必要に応じてフィルタを搭載しないで単に通過させるだけの透明な箇所（貫通孔）があっても良い。

例えば、被検査素子の撮影条件を、
条件１ 撮影時間＝67msec／枚 9枚撮影 67msec×9枚＝603msec
条件２ 撮影時間＝67msec／枚 15枚撮影 67msec×15枚＝1，005msec
条件３ 撮影時間＝67msec／枚 12枚撮影 67msec×12枚＝804msec

とすれば、全ての枚数（３６）を撮影するのに必要な時間の合計は、
６０３＋１，００５＋８０４＝２，４１２ｍｓｅｃとなる。
従って各照明条件の開口率は、
条件１ ３６０度×（６０３ｍｓｅｃ／２，４１２ｍｓｅｃ）＝９０度
条件２ ３６０度×（１，００５ｍｓｅｃ／２，４１２ｍｓｅｃ）＝１５０度
条件３ ３６０度×（４０８ｍｓｅｃ／２，４１２ｍｓｅｃ）＝１２０度
なので、上記の開口比率になるようなＮＤフィルタ又は色フィルタを載置したフィルターターレットを作製する。

図２は上述のフィルタターレットを用いて被検査素子を撮影する場合の流れの説明図である。はじめに、条件（１）において、照明条件切り替え専用フィルタターレット２１はフォトセンサ２６によりスタート位置を検出して撮影を開始する。
次に条件（２）において、前述のように作製したフィルタターレットを１周２，４１２ｍｓｅｃで正確に連続回転させて、あらかじめ決めた順位に、９枚、１５枚、１２枚と続けて撮影する。

条件（３）において、撮影が終了すると、フィルタターレット２１は元の位置に戻り再びスタート位置を検出する。
スタート信号が予定したタイミングで検出できれば、撮影は問題なく完了したと判断し、プロービングして次の被検査素子の撮影を行うための位置合わせを行う。

プローバによる位置合わせが完了して検査可能になると再びフィルタターレットのスタート位置を見つけて撮影を開始する。この時何らかのトラブルで予定通りのタイミングで検出できなかった場合は検査に不具合があったと判断し、アラームを発してオペレータコールを行う。

なお、僅かにタイミングが悪く、フィルタターレット２１のスタート位置をほぼ１周待たなくてはいけなくなる場合も考えられるため、連続回転させず、ターレットの外周にスタート検出部と同様にエンド検出部を設けておき、エンド検出部を検出したらスタート位置に戻るようにプログラミングしておけば、プローバ（図示せず）から位置決め完了を受信した直後に、フィルタターレット２１を回転させ撮影を開始させることもできる（なお、エンド検出部はターレットの回転方向に対してスタート検出部の直前で、かつ、ターレットのオーバラン量より大き目となる位置に設けるものとする）。このとき短時間に停止、加速させるにしてもその立ち上がり立下り時間を考慮して全周を分配しておけばスムーズな制御が可能である。

撮影中のフィルタターレット２１は等速（又は必要に応じて加速、減速しながら）回転しているため、光束２２は条件の違うフィルタ間をまたいでいる時間がある。そのため、撮影した画像の全ては使えない。そのような画像は正常な画像と比較して著しく信号が異なったものとなる。
従って、制御装置（図示省略）はまたがって撮影したと判断される画像は除去して加算演算を行う。

本発明では、撮影が開始されたら通信時間も必要ないため光束フィルタ間をまたいでいる最中に撮影した画像を捨てるだけで、撮影時間を詰められるため、検査条件が多ければ多いほどまた、アベレージングの枚数が少なければ少ないほど、非検査時間を短縮して１素子当りの検査時間を短縮することが可能である。

運動している被写体を滑らかに再現するには、画像を毎秒２０〜３０枚以上の割合で分解する必要がある。また、画像をスクリーン上に再現した場合、毎秒６０枚以上の割合で再現しないと画面にちらつきを感じる。このような理由からテレビジョンでは画像を３０枚／秒で分解し、飛び越し走査を用いて実効的に６０枚/秒になるよう転送している。
ＮＴＳＣ（National Television System Committee）国際規格では、水平走査に要する時間は６３．５μｓ、１画面を全て走査し終わる時間は１／３０ｓと決められている。

従って、固体撮像素子においても３０枚／秒の撮影が望まれるが、実際は数百万画素といった高精細画像の撮影では必要な映像信号周波数が非常に高くなり固体撮像素子を駆動することは困難である。また、記憶媒体の容量の制限などから高精細画像を３０枚／秒で撮影するには至らないのが現状であり、実際には画素数によって異なるが、１０〜２０枚／秒程度である。
８００万画素を超えるような素子に至っては２〜３枚／秒の場合もある。

一般に固体撮像素子の検査は、検査内容により所望の光量、色を照射して画素欠陥、スジ、シミ、ムラといった検査内容が行われている。
電気的なノイズや検査光の揺らぎなどの影響をキャンセルするために、１条件につき１枚撮影した画像では検査せず数枚〜１０枚程度撮影した画像を合成処理（加算平均または加算）した画像を用いて判定している。合成枚数をｎとすると、Ｓ／Ｎは√ｎだけ改善される。

従って、１条件当たり数枚〜十数枚程度撮影したら、次の検査条件に光量または色を切り替えて再び必要枚数撮影をする。検査条件だけこれを繰り返し、全て終了したら次の被検査固体撮像素子へ移動して同様に検査が開始される。
さらに、固体撮像素子の検査に要する時間の詳細を見ると、１枚撮影した画像は各素子に発生した電気信号を空間的並びに時間的に規則正しく切り換えて、１本の出力線から時系列の電気信号として読み出す。この時撮影に要する時間とフレーム転送に要する時間の合計が１フレームである。

１秒間に表示可能なフレーム数をフレームレートと呼び、通常ｆｐｓ（frame per second）という単位で表示される。
ここで、１５ｆｐｓの固体撮像素子の検査時間を算出してみると、検査条件が１０通り、アベレージングを５枚、照明条件の切り替え時間を０．１ｓｅｃ、通信の時間を０．０５ｓｅｃとして試算すれば、
｛（１／１５ ｆｐｓ×５枚）＋０．１ｓｅc＋０．０５ｓｅｃ｝
×１０条件＝４．８３ｓｅｃとなる。
もし、照明切り替え時間を転送時間中（１／１５ｆｐｓの約半分で３０ｍｓｅｃ）に減らすことができれば、１．５秒削減されて４．８３秒が３．３３秒に短縮される。全体ではプロービングの時間やオペレータによる段替え時間などが含まれてくるため（４．８３／３．３３＝４５％まではいかないが）３０％程度は向上させることができる。

上述のように撮影時間が短く、撮影条件が多い被検査素子の場合は大幅に短縮されるが、一般的には１０〜３０％程度期待できる。ただし、容易にターレットを交換できる構造と比較的大きな直径を有したターレットの検討が必要である。更に撮像素子の品種毎に検査用ターレットを製作する必要があるものの、検査時間が大幅に短縮できることから前述したように高額のテストシステムの生産性を上げることができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば図１（ａ）では、照明条件切り替え専用フィルタターレット２１を、光量変化補正用ターレット５と光量可変絞り９の間に挿入したが、基本的には光束上のどこに配置しても良い。

また、図１（ａ）ではＮＤフィルタターレットを備えた例を示しているが、照明条件切り替え専用フィルタターレット２１にＮＤフィルタと色フィルタを重ねて装着することで、光量と色を同時に切り替えることも可能であるため不要とすることができる。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明の一実施例を示す光源装置の要部構成図および照明条件切り替え専用フィルタターレットのフィルタの配置を示す図である。 被検査素子の撮影手順の流れを示す説明図である。 従来の光源装置の要部構成を示す図である。 従来の光源装置による被検査素子の撮影手順の流れを示す説明図である。

符号の説明

１ 光源（ハロゲンランプまたはメタルハライドランプ等）
２，１１ レンズ
３，６，２５ モータ
４ ＮＤフィルタ用ターレット
５ ＮＤフィルタ
７ カラーフィルタ
８ カラーフィルタ用ターレット
９ 光量可変絞り
１０ 照度均一化素子
１２ 被検査撮像素子
２２ 光束
２３ ＮＤフィルタ又は色フィルタ
２４ フォトセンサ検出部
２５ 同期可能なスピードコントロールモータ
２６ フォトセンサ

Claims (6)

1. 光源からの光をフィルタを通すことにより光量や色を検査条件に合わせて変更し、被検査対象に照射する光源装置において、
   前記光源と被検査対象間にターレットを設け、該ターレットの円周上に予め定めた検査条件と時系列が一致するように複数のフィルタを配置したことを特徴とする光源装置。
2. 前記フィルタは減光、色変換、スリット、シャッタの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ターレットの所定の位置を検出する検出機構を設け、該検出機構が検出した所定の位置を基点として予め定めた照射条件と時系列が一致するように前記フィルタを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 所定の位置を基点として始まる予め定めた照射条件は、ターレットが一周するごとに元の位置に戻るように配置したことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記所定の位置を検出する検出機構はターレットに設けた切欠きもしくは突起部とフォトセンサの組合せにより構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の光源装置。
6. 前記ターレットを回転させるモータは同期可能で速度が可変であることを特徴とする請求項１〜５に記載の光源装置。

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