JP2008089416A - 検査用照明装置及び撮像素子検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射する光を高速で切り換えることが可能な検査用照明装置を提供すること。
【解決手段】撮像素子５０を照明する光源１２と、前記光源１２を駆動制御する駆動制御装置（ＣＰＵ１８）とを備え、前記駆動制御装置（ＣＰＵ１８）は、前記撮像素子５０の蓄積時間をリセットするリセット信号に同期して前記光源１２を駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled
Device）などの撮像素子に光を照射してその応答特性を検査するのに使用される検査用照明装置及び同検査用照明装置を備えた撮像素子検査装置に関する。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子の検査装置では、種々の色の連続光を照射してその光に対する撮像素子の応答特性や、レンズのＦナンバーや瞳距離などを変えて光を照射して撮像素子の応答特性などを検査する装置が知られている。この検査装置は、種々の条件の光を撮像素子に照射する照明装置と、撮像素子の電極から電気信号を取り出すブローバ装置と、その信号を解析するテスタ装置とで構成される。

前記検査装置において、照射する光の色や濃度に対する撮像素子の性能検査を行うための、照明装置として、例えば、光源にハロゲンランプを使用し、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのカラーフィルタをターレットに固定し、このターレットをモータにより回転させてカラーフィルタを切り替える方式のフィルタと、ＮＤ（Neutral Density）フィルタをターレットに配置したフィルタと、無段階に濃度が変わるウェッジフィルターターレットを組合せ、それをモータにより回転させる濃度切換方式のフィルタなどを装備し、赤色、緑色、青色などの色と濃度を変えた光を撮像素子に照射する装置が知られている（特許文献１）。
特開平２００２−２６１１４１号公報

現在、撮像素子の検査時間を短縮するために、前記テスタ装置における画像処理機能の高速化が図られている。また、ウエハ上に形成されたＣＣＤチップを複数同時に測定可能な検査装置が実用化されている。そのため、前記照明装置においても、照野の拡大や、照射する光の切換時間の高速化が求められている。

しかし、フィルタターレットをモータで回転させて照射する光を切り替える、上述した照明装置では、切換時間の高速化には限界がある。

また、ウエハ上に形成されたＣＣＤチップを複数同時に測定可能な検査装置では、照野の拡大に伴い、光束の拡大、フィルタターレットの大型化につながり、照明装置としてコスト面、サイズ面、制御技術面において負担が大きくなり、照射する光を高速で切り換えることが困難になっている。

本発明は、照射する光を高速で切り換えることが可能な検査用照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の検査用照明装置は、撮像素子を照明する光源と、前記光源を駆動制御する駆動制御装置とを備え、前記駆動制御装置は、前記撮像素子の蓄積時間をリセットするリセット信号に同期して前記光源を駆動制御することを特徴とする。

前記撮像素子としては、例えば、画素毎に電荷の蓄積時間が変更可能なＣＣＤ、ＣＭＯＳなどが対象となる。

前記光源としては、例えば、赤色発光ダイオード（ＲＬＥＤ）、緑色発光ダイオード（ＧＬＥＤ）、青色発光ダイオード（ＢＬＥＤ）などの発光色の異なる複数の発光素子から構成される。

前記撮像素子の蓄積時間をリセットするリセット信号に同期して前記光源を駆動制御するとは、例えば、前記撮像素子にリセット信号が供給されるタイミングに合わせて光源である発光素子を発光させることが含まれる。

本発明の請求項２に記載の検査用照明装置は、前記駆動制御が、前記リセット信号に同期して前記撮像素子への照明条件を切り替えることを含むことを特徴とする。

前記照明条件には、例えば、前記撮像素子に照射する光の色、濃度が含まれる。

本発明の請求項３に記載の検査用照明装置は、前記光源が、色の異なる光を発光する複数の発光素子を備え、前記駆動制御装置が、前記光源による前記撮像素子に照射する、光の色を可変する色設定部と、該光の色の濃度を可変する照度設定部を備え、前記照明条件が、前記撮像素子の１フレーム周期又は１フィールド周期内で、前記光の色を時分割、及び又は、前記光の色の濃度を時分割して、前記撮像素子を照射することを含むことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の検査用照明装置は、前記撮像素子が、１フレーム内又は１フィールド内で画素毎に蓄積時間が制御可能であることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の撮像素子検査装置は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の検査用照明装置を備えたことを特徴とする。

本発明の検査用照明装置によれば、照射する光を高速で切り換えることが可能である。

以下本発明の検査用照明装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、撮像素子検査装置に装備される、本発明の検査用照明装置の一実施形態を示すブロック図である。撮像素子検査装置は、種々の条件の光を撮像素子（ＣＣＤ）５０に照射する照明装置１０と、ＣＣＤ５０の電極を介して不図示の電源から電力を供給して該ＣＣＤ５０を駆動状態にし、照明装置１０から光照射を受けたとき電極を介してＣＣＤ５０から電気信号を取り出すプローバ装置３０と、その信号を解析するテスタ装置４０とで構成される。

検査対象となるＣＣＤ５０は、１画面の走査時間（１画面の画像取得時間）である１フレーム（例えば１／３０秒）、又は１回の走査時間である１フィールド（例えば１／６０秒）内で明るさに応じて画素毎に電荷蓄積時間を可変制御すること、例えば暗くて十分な電荷蓄積量が得られない場合には電荷蓄積時間を長く制御し、明るくて蓄積電荷が直ぐに飽和してしまう場合には電荷蓄積時間を短く制御することが可能な広ダイナミックレンジの撮像素子である。

図４はこの広ダイナミックレンジの撮像素子で飽和処理される電荷蓄積過程を示すグラフである。縦軸が電荷蓄積量を表し、横軸が蓄積時間を表す。電荷蓄積量が予め設定した閾値（Ｖａ）に達したら、撮像素子を一旦リセットし、蓄積した電荷を取り出す。再び電荷の蓄積を行い、リセットを繰り返す。図４では１フレーム又は１フィールド内で１回リセットした場合を示す。蓄積終了である１フレーム又は１フィールドに達したときの電荷蓄積量をＶｂとすると、撮像素子の最終的な電荷蓄積量Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｎ×Ｖａ＋Ｖｂとなる。なお、Ｎはリセットの回数である。

テスタ装置４０から検査対象のＣＣＤ５０にプローバ装置３０を介してリセット信号を供給し、ＣＣＤ５０の画素領域の画素毎に電荷蓄積時間をリセットする。このリセット信号は照明装置１０のＣＰＵ１８にも送られる。

照明装置１０は、このＣＰＵ１８により制御され、ＣＣＤ５０の電荷蓄積時間のリセットに同期して検査したい色、強度（照度）、光量などの光をＣＣＤ５０に照射する。

テスタ装置４０は、電荷蓄積時間のリセット後に、ＣＣＤ５０からその蓄積電荷を、プローバ装置３０を介して入力し、検査したい光の色、強度（照度）、光量などに対する画素毎の蓄積電荷量を計測する。すなわち、検査装置４０は、ＣＣＤ５０の光の色、強度（照度）、光量などに対する画素毎の応答特性を計測する。

照明装置１０は、上述したように電荷蓄積時間のリセットに同期して検査したい色、強度（照度）、光量などの光をＣＣＤ５０に照射するもので、赤色発光ダイオード（Ｒ−ＬＥＤ）と緑色発光ダイオード（Ｇ−ＬＥＤ）と青色発光ダイオード（Ｂ−ＬＥＤ）の光の三原色を構成する３つの発光ダイオードを備えた光源１２と、この光源１２を駆動制御するＬＥＤ駆動回路１４と、ＣＰＵ１８から入力した各種設定信号に基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号をＬＥＤ駆動回路１４に出力する発振回路１６とを備える。

ＣＰＵ１８は照明装置１０全体の制御を行うもので、テスタ装置４０から供給されるリセット信号に同期して発振回路１６にデューティ比設定信号、発振周波数設定信号、光遮断設定信号、照度設定信号、色設定信号を出力する。

発振回路１６は、ＣＰＵ１８から入力したデューティ比設定信号などの各種の設定信号に基づいて赤色、緑色、青色発光ダイオードの駆動信号（パルス信号）をそれぞれ生成し、ＬＥＤ駆動回路１４に出力する。

ＬＥＤ駆動回路１４は、入力したパルス信号に基づいて光源１２を構成する各発光ダイオードに電流を供給して駆動する。各発光ダイオードは、供給された電流にしたがって所定の強度の光を発光する。

光源１２からの発光光は、一部の発光光を偏向し、残部を通過させる偏向光学部材２０と、レンズのＦナンバー又は（及び）瞳距離を切り換えることが可能な可変光学系２２とを介してＣＣＤ５０に照射される。

偏向光学部材２０としては、例えばプリズムやハーフミラーが使用され、発光光の一部の光路を９０°偏向して照度モニタ２４に入射させる。照度モニタ２４は、ＣＣＤ５０を照射する発光光の照度を計測し、監視する。

可変光学系２２は、レンズのＦナンバー又は（及び）瞳距離を変える複数の光学ユニットを複数装備しており、発光光の光路中に挿入する光学ユニットを変えることによって、ＣＣＤ５０に照射する発光光の光路中におけるレンズのＦナンバー、瞳距離を変えることが出来る。

照度モニタ２４の計測結果はＣＰＵ１８に送られる。また、可変光学系２２は、ＣＰＵ１８から送られるＦナンバー設定信号、瞳距離設定信号に基づいて発光光の光路中に挿入する光学ユニットを変更する。

本実施形態の照明装置１０を備えた撮像素子検査装置は、不図示の入力操作部に、検査対象であるＣＣＤ５０の１フレーム又は１フィールド内でのリセット回数を指示し、またＣＣＤ５０に照射する光の色、照度（光強度）、デューティ比、光遮断（照射時間）、光周波数などを指示する。

テスタ装置４０からＣＣＤ５０に所定の間隔をおいてプローバ装置３０を介してリセット信号が供給される。ＣＣＤ５０はリセット信号が供給されるたびに蓄積電荷をはき出す。また、ＣＰＵ１８にも同様に所定の間隔をおいてリセット信号が供給される。

また、ＣＰＵ１８は、上述の如くリセット信号に同期して、これら指示に基づいて発振回路１６にデューティ比設定信号、発振周波数設定信号、光遮断設定信号、照度設定信号、色設定信号を出力する。

発振回路１６は、これら信号を入力してパルス信号を生成し、このパルス信号がＬＥＤ駆動回路１４に出力される。ＬＥＤ駆動回路１４はこのパルス信号に基づいて光源１２を駆動する。これにより、入力操作部で指示した色、照度、光量などの光が光源１２からＣＣＤ５０に照射される。この照射によって蓄積したＣＣＤ５０の蓄積電荷を、プローバ装置３０を介してテスタ装置４０で計測し、ＣＣＤ５０の応答特性を検査する。

本実施形態の照明装置１０によれば、１フレーム又は１フィールド内で電荷蓄積時間が制御可能なＣＣＤ５０を検査対象とし、光源１２として赤色、緑色、青色の発光ダイオードを使用し、これら発光ダイオードをＣＰＵ１８，発振回路１６，ＬＥＤ駆動回路１４により駆動してＣＣＤ５０の画素毎の電荷蓄積時間のリセット信号に同期して発光させ、ＣＣＤ５０に照射するようにしている。

したがって、カラーフィルタターレット、ＮＤターレット、ウェッジフィルタターレットなどを回転させることなく、検査したい光の色、強度（照度）、光量などを高速で切り換えてＣＣＤ５０に照射することが可能となる。

また、照明装置１０を装備した撮像素子検査装置は、短時間で、指示した光の色、強度（照度）、光量などに対するＣＣＤ５０の画素毎の蓄積電荷量を計測して応答特性を検査することが可能となり、ＣＣＤ５０の検査のスループット性が向上する。

図２はＣＣＤ５０の１フレーム又は１フィールド周期を７つのリセット信号で７つに等分割（７つに時分割）し、分割した区分毎に色を変えてＣＣＤ５０の７分割した領域（赤色領域Ｒ、黄色領域Ｙ、シアン領域Ｃ、青色領域Ｂ、マゼンタ領域Ｍ、緑色領域Ｇ、白色領域Ｗ）に光を照射した場合を示している。なお、照射領域を切換えるため不図示の液晶シャッターを備えている。

区分１では赤色発光ダイオードのみに電流を供給して赤色の光をＣＣＤ５０の赤色領域Ｒに照射する。区分２では赤色発光ダイオードと緑色発光ダイオードとに電流を供給して黄色の光をＣＣＤ５０の黄色領域Ｙに照射する。区分３では緑色発光ダイオードと青色発光ダイオードとに電流を供給してシアン色の光をＣＣＤ５０のシアン領域Ｃに照射する。区分４では青色発光ダイオードのみに電流を供給して青色の光をＣＣＤ５０の青色領域Ｂに照射する。区分５では赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードとに電流を供給してマゼンタ色の光をＣＣＤ５０のマゼンタ領域Ｍに照射する。区分６では緑色発光ダイオードのみに電流を供給して緑色の光をＣＣＤ５０の緑色領域Ｇに照射する。区分７では赤色、緑色、青色発光ダイオードの全てに電流を供給して白色の光をＣＣＤ５０の白色領域Ｗに照射する。

各領域での電荷蓄積時間の終了後にそれぞれ蓄積した電荷をＣＣＤ５０の画素領域からプローバ装置３０を介して取り出し（読み出し）、テスタ装置４０で計測してＣＣＤ５０の７分割された各領域の応答特性の検査（色フィルタ性能検査）を行う。

なお、ＣＣＤ５０自身は、色の識別機能を有しておらず、光の強度を検出するだけである。上述したＣＣＤ５０の、赤色領域Ｒ、黄色領域Ｙ、シアン領域Ｃ、青色領域Ｂ、マゼンタ領域Ｍ、緑色領域Ｇ、白色領域Ｗなどの各領域は、赤色、黄色などの色の光に対する応答特性を検査するために便宜上赤色領域Ｒ、黄色領域Ｙなどと称したものである。例えば、ＣＣＤ５０のある領域に赤色の光を照射して赤色の光に対する応答特性を検査する場合には、赤色領域Ｒと称し、この同じ領域に青色の光を照射して青色の光に対する応答特性を検査する場合には、青色領域Ｂと称する。ＣＣＤ５０の７つに区分された各領域には、それぞれ赤色、黄色、シアン、青色、マゼンタ、緑色、白色の光が照射されて、これら色の光に対する応答特性が検査される。

図３はＣＣＤ５０の１フレーム又は１フィールド周期を９つのリセット信号で９つに分割（９つに時分割）し、分割された区分毎に色と濃度（光量）を変えてＣＣＤ５０の９分割した領域に光を照射した場合を示している。図３では図２に示す場合と異なり、ＣＣＤ５０の１フレーム又は１フィールド周期を等分割するのではなく、区分５，６，７，８の長さ（時間）を他の区分１，２，３，４，９に比して略半分に設定してＣＣＤ５０への光の照射時間を略半分にし、総照射光量を減らすことにより、光の色と濃度とを変えている。

区分１から４までは図２に示す場合と同じであり、各区分内で光の照射時間を同じにして照射する光の色のみを変えている。すなわち、区分１では赤色の光をＣＣＤ５０の赤色領域Ｒに照射する。区分２では黄色の光をＣＣＤ５０の黄色領域Ｙに照射する。区分３ではシアン色の光をＣＣＤ５０のシアン領域Ｃに照射する。区分４では青色の光をＣＣＤ５０の青色領域Ｂに照射する。

区分５から８までは、区分１から４までと照射する光の色は同じであるが、照射時間を略半分して照射する光の濃度を薄くしている（光量を略半分にしている）。すなわち、区分５では赤色発光ダイオードのみに電流を供給するが、この供給時間は区分１の略半分で、赤色発光ダイオードを、区分１の略半分の時間、発光させて、赤色の光を、ＣＣＤ５０の別の赤色領域Ｒ（図３の灰色部分）に照射する。区分６では赤色発光ダイオードと緑色発光ダイオードとに電流を供給するが、この供給時間は区分２の略半分で、赤色発光ダイオードと緑色発光ダイオードを、区分２の略半分の時間、発光させて、黄色の光を、ＣＣＤ５０の別の黄色領域Ｙ（図３の灰色部分）に照射する。区分７では緑色発光ダイオードと青色発光ダイオードとに電流を供給するが、この供給時間は区分３の略半分で、緑色発光ダイオードと青色発光ダイオードを、区分３の略半分に時間、発光させて、シアン色の光を、ＣＣＤ５０の別のシアン領域Ｃ（図３の灰色部分）に照射する。区分８では青色発光ダイオードのみに電流を供給するが、この供給時間は区分４の略半分で、青色発光ダイオードを、区分４の略半分の時間、発光させて、青色の光を、ＣＣＤ５０の別の青色領域Ｂ（図３の灰色部分）に照射する。

区分９では図２の区分７と同様に赤色、緑色、青色発光ダイオードの全てに電流を供給して白色の光をＣＣＤ５０の白色領域Ｗに照射する。

各領域での電荷蓄積時間の終了後にそれぞれ蓄積した電荷をＣＣＤ５０の画素領域からプローバ装置３０を介して取り出し（読み出し）、テスタ装置４０で計測してＣＣＤ５０の９分割された各領域の応答特性の検査（色フィルタ性能検査）を行う。

上述したＣＣＤ５０の、赤色領域Ｒ、黄色領域Ｙ、シアン領域Ｃ、青色領域Ｂ、白色領域Ｗなどの各領域についても、図２に示す場合と同様に、赤色、黄色などの色の光に対する応答特性を検査するために便宜上称したものである。ＣＣＤ５０の９つに区分された各領域には、それぞれ赤色、黄色、シアン、青色、緑色、白色の光や、これら色の濃度を変えた光が照射されて、これら色、濃度の光に対する応答特性が検査される。

本発明の検査用照明装置は上述した実施形態に示されたものに限定されるものではない。例えば、１フレーム又は１フィールド内のリセット回数（時分割数）は図２に示す７つ、図３に示す９つに限定されるものではない。また、ＣＣＤ５０を７つ、９つの領域に区画したが、これに限定されるものではない。

また、検査対象である撮像素子としてはＣＣＤに限定されるものではなく、メモリを装備して画素毎に蓄積電荷を取り出すことが出来るならば、ＣＭＯＳでもよい。

撮像素子としては、半導体ウエハ上に形成されて未だ半導体ウエハから切り出されていないもの、半導体ウエハから切り出されて駆動回路にパッケージされた状態のもの、最終製品として例えばデジタルカメラに搭載されたものであってもよい。

また、光源１２として赤色、緑色、青色発光ダイオードの３つの発光ダイオードで構成した場合を示したが、これに白色発光ダイオードを追加するようにしてもよい。

撮像素子検査装置に装備される、本発明の検査用照明装置の一実施形態を示すブロック図である。 図１の照明装置において、１フレーム又１フィールド内で時分割した色パターンの出力構成図である。 図１の照明装置において、１フレーム又１フィールド内で時分割した濃度が異なる色パターンの出力構成図である。 検査対象である広ダイナミックレンジの撮像素子で飽和処理される電荷蓄積過程を示すグラフである。

符号の説明

１０ 照明装置
１２ 光源
１４ ＬＥＤ駆動回路
１６ 発振回路
１８ ＣＰＵ（駆動制御装置）
２０ 偏向光学部材
２２ 可変光学部材
２４ 照度モニタ
３０ プローバ装置
４０ テスタ装置
５０ ＣＣＤ（撮像素子）

Claims (5)

1. 撮像素子を照明する光源と、
   前記光源を駆動制御する駆動制御装置と、を備え、
   前記駆動制御装置は、前記撮像素子の蓄積時間をリセットするリセット信号に同期して前記光源を駆動制御することを特徴とする、検査用照明装置。
2. 請求項１に記載の検査用照明装置において、
   前記駆動制御は、前記リセット信号に同期して前記撮像素子への照明条件を切り替えることを含むことを特徴とする表面検査装置。
3. 請求項２に記載の検査用照明装置において、
   前記光源は、色の異なる光を発光する複数の発光素子を備え、
   前記駆動制御装置は、前記光源による前記撮像素子に照射する、光の色を可変する色設定部と、該光の色の濃度を可変する照度設定部を備え、
   前記照明条件は、前記撮像素子の１フレーム周期又は１フィールド周期内で、前記光の色を時分割、及び又は、前記光の色の濃度を時分割して、前記撮像素子を照射することを含むことを特徴とする、検査用照明装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の検査用照明装置において、
   前記撮像素子が、１フレーム内又は１フィールド内で画素毎に蓄積時間が制御可能であることを特徴とする、検査用照明装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の検査用照明装置を備えたことを特徴とする撮像素子検査装置。

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