JP2008182330A - 固体撮像装置の検査装置及び検査方法、並びに固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】縦線キズをより確実に検出する。
【解決手段】駆動部43は、検査対象の固体撮像装置10を駆動して周期的に撮像動作を行わせる。主制御部42は、駆動部43が固体撮像装置10に印加する電子シャッタパルスの数を制御し、撮像周期ごとに露光時間を1/30秒と1/60秒との間で切り替える。縦線キズ検出部45は、固体撮像装置10からA/D変換器44を介して取得される画像データから縦線キズを検出する。欠陥アドレス格納部46は、1/30秒の長時間露光時に出力された画像データの縦線キズのアドレスと、1/60秒の短時間露光時に出力された画像データの縦線キズのアドレスとをそれぞれ格納する第1及び第2欠陥アドレス格納部46a,46bからなる。欠陥種別判定部47は、欠陥アドレス格納部46に格納された欠陥アドレスを比較して、縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定し、判定結果を欠陥情報記録部48に記録する。
【選択図】図5
【解決手段】駆動部43は、検査対象の固体撮像装置10を駆動して周期的に撮像動作を行わせる。主制御部42は、駆動部43が固体撮像装置10に印加する電子シャッタパルスの数を制御し、撮像周期ごとに露光時間を1/30秒と1/60秒との間で切り替える。縦線キズ検出部45は、固体撮像装置10からA/D変換器44を介して取得される画像データから縦線キズを検出する。欠陥アドレス格納部46は、1/30秒の長時間露光時に出力された画像データの縦線キズのアドレスと、1/60秒の短時間露光時に出力された画像データの縦線キズのアドレスとをそれぞれ格納する第1及び第2欠陥アドレス格納部46a,46bからなる。欠陥種別判定部47は、欠陥アドレス格納部46に格納された欠陥アドレスを比較して、縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定し、判定結果を欠陥情報記録部48に記録する。
【選択図】図5
Description
本発明は、固体撮像装置の検査装置及び検査方法、並びに固体撮像装置に関し、特に、縦線キズの検出技術に関する。
固体撮像装置は、被写体からの入射光を画素ごとに光電変換し、光電変換によって得られた信号電荷を画素ごとに電圧信号に変換して画像データを出力するものであり、CCD型やCMOS型等が知られている。これらの固体撮像装置は、半導体によって形成されており、半導体中の局部的な結晶欠陥等によって画像中に欠陥画素が生じることがある。この欠陥画素には、通常より輝度が低下した黒キズと、通常より輝度が上昇した白キズとがある。電荷転送路を有するCCD型固体撮像装置の場合には、上記のような局所的な欠陥画素(点キズ)だけでなく、垂直方向に連続した欠陥画素(縦線キズ)が発生する。
従って、製品として出荷するためには、欠陥画素の有無を検査工程時にて検出する必要がある。検出された欠陥画素が許容レベル以内の場合には、その製品は欠陥情報とともに出荷され、この欠陥情報を用いて画像データの補正処理がなされる。
上記の点キズ及び縦線キズの検出方法は、特許文献1に開示されている。特許文献1によると、点キズは、固体撮像装置から読み出した画像データと、その画像データにメディアン処理を施したものとの差分を取ることにより検出される。一方、縦線キズは、垂直方向に連続し、メディアン処理では検出できないため、画像データを垂直方向に加算して一水平線分のデータとすることによって検出される。
特開平4−90277号公報
しかしながら、受光部の蓄積電荷を露光期間前に基板へ排出する電子シャッタ機能(縦型オーバーフロードレイン機構)を備えたCCD型固体撮像装置では、電子シャッタ速度に応じて縦線キズの長さ(垂直方向の連続量)が変化することが本出願人によって確認されており、このような縦線キズは、特許文献1記載の技術では検出されない可能性がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、縦線キズをより確実に検出することができる固体撮像装置の検査装置及び検査方法、並びにこれによって検査された固体撮像装置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、本発明の固体撮像装置の検査装置は、2次元マトリクス状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの垂直列ごとに配され、読み出しゲートを介して前記フォトダイオードから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記各垂直転送部の出力端に共通に接続され、前記各垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部の出力端に配され、前記信号電荷を電圧信号に変換する出力部とが半導体基板の表層に形成され、前記半導体基板に電子シャッタパルスを印加することにより前記各フォトダイオードの蓄積電荷が前記半導体基板の深部に排出されるように構成された固体撮像装置の検査装置において、前記固体撮像装置を駆動して周期的に撮像動作を行わせる駆動手段と、露光時間を決定する前記電子シャッタパルスの数を制御して、複数の撮像周期において露光時間を変更する露光時間制御手段と、前記固体撮像装置から取得される画像データから前記垂直方向に欠陥画素が連続してなる縦線キズを検出する縦線キズ検出手段と、前記縦線キズ検出手段によって検出された縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期ごとに格納する欠陥アドレス格納手段と、前記欠陥アドレス格納手段に格納された前記縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期間で比較して、前記縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定する欠陥種別判定手段と、を備えることを特徴とする。
なお、前記欠陥種別判定手段により縦線キズの長さが露光時間に依存しないと判定された場合には、縦線キズの開始点のみを欠陥情報として記録し、前記欠陥種別判定手段により縦線キズの長さが露光時間に依存すると判定された場合には、縦線キズの開始点及びその露光時間ごとの長さを欠陥情報として記録する欠陥情報記録部を備えることが好ましい。
また、前記露光時間制御手段は、撮像周期ごとに露光時間を1/30秒と1/60秒との間で切り替えを行うことが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の検査方法は、2次元マトリクス状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの垂直列ごとに配され、読み出しゲートを介して前記フォトダイオードから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記各垂直転送部の出力端に共通に接続され、前記各垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部の出力端に配され、前記信号電荷を電圧信号に変換する出力部とが半導体基板の表層に形成され、前記半導体基板に電子シャッタパルスを印加することにより前記各フォトダイオードの蓄積電荷が前記半導体基板の深部に排出されるように構成された固体撮像装置の検査方法において、前記固体撮像装置を駆動して周期的に撮像動作を行わせ、露光時間を決定する前記電子シャッタパルスの数を制御して、複数の撮像周期において露光時間を変更し、前記固体撮像装置から取得される画像データから前記垂直方向に欠陥画素が連続してなる縦線キズを検出し、検出された縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期ごとに格納し、格納した前記縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期間で比較して、前記縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定することを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、上記検査方法によって検査されたことを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の検査装置及び検査方法は、撮像周期ごとに電子シャッタパルス数を制御し、露光時間を変化させて縦線キズの検出し、検出された縦線キズが露光時間に依存するものであるか否かを判定するものであるため、電子シャッタパルスに依存しない定常的な縦線キズだけでなく、電子シャッタパルスによって生じる縦線キズを確実に検出することができる。
図1において、インターライン転送方式のCCD型固体撮像装置10は、2次元マトリクス状に配置され、被写体からの入射光を光電変換により信号電荷に変換して蓄積する複数のフォトダイオード(PD)11と、PD11の垂直列ごとに配され、読み出しゲート(TG)12を介してPD11から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部(VCCD)13とからなる撮像領域14を備える。
VCCD13は、複数の垂直転送電極を備え、垂直転送電極に印加される垂直転送パルスφV1〜φV4によって4相駆動される。これらの垂直転送電極のうち、第1及び第3の垂直転送パルスφV1,φV3が印加される転送電極は、TG12のゲート電極を兼ねている。VCCD13に読み出された信号電荷は、1水平走査期間の周期で水平転送部(HCCD)15に転送される。HCCD15は、各VCCD13の出力端に共通に接続されており、VCCD13から転送された1走査線分の信号電荷を水平方向に転送する。HCCD15は、複数の水平転送電極を備え、水平転送電極に印加される水平転送パルスφH1,φH2によって2相駆動される。
HCCD15の出力端には、フローティングディフュージョンアンプからなる出力部16が配されている。この出力部16は、HCCD15の出力端へ転送されてきた信号電荷を電圧信号(画素信号)に変換して時系列的に出力を行う。
上記の各部は、n型半導体基板(n型シリコン基板)20をベースとして、この表層に形成されたpウェル層21(図3参照)内に構成されている。n型半導体基板20には、基板電圧Vsubが印加される。基板電圧Vsubの値により、PD11下に構成されるVOD(縦型オーバーフロードレイン)の電位障壁(OFB:オーバーフローバリア)のレベルが決定される。つまり、基板電圧Vsubを制御することにより、PD11の蓄積電荷をn型半導体基板20に適宜排出することができる。
露光期間前(リセット期間中)には、OFBのレベルを下げ、PD11内の蓄積電荷をn型半導体基板20に排出(リセット)するように、基板電圧Vsubに高電圧パルス(電子シャッタパルス)が印加される。また、露光期間中(電荷蓄積期間中)には、OFBのレベルを上げ、PD11が所定の電荷蓄積容量を有するように、基板電圧Vsubに所定の電圧(基板バイアス)が印加される。図2に示すように、リセット動作と電荷蓄積動作とは、1フレーム期間(撮像周期)ごとに行われ、リセット動作時に、電子シャッタパルスは、水平走査期間の周期で、水平ブランキング期間(H−Blk)内に印加されている。電子シャッタパルス数を変化させることにより、露光時間(電荷蓄積時間)を制御することが可能である。
なお、CCD型固体撮像装置10には、上記の垂直転送パルスφV1〜φV4、水平転送パルスφH1,φH2、及び基板電圧Vsubの他、出力部16の信号電荷をリセットするためのリセットパルス、電源電圧、接地電圧なども印加されるが、これらの図示は省略している。
図3は、図1のI−I線に沿う断面構造を示す。n型半導体基板20の表層には、pウェル層21が形成されており、pウェル層21内には、n型層からなり、信号電荷(電子)を蓄積する電荷蓄積部22が形成されている。電荷蓄積部22は、遮光膜23に形成された開口23a下に層状に広がっており、一端は基板表面に達している。電荷蓄積部22とその下のpウェル層21との界面のpn接合部とが前述のPD11を構成している。また、電荷蓄積部22の表層には、暗電流の発生を抑制するためにp+層24が形成されている。
pウェル層21は、電荷蓄積部22下において薄くなっており、この薄部21aが前述のOFBとなっており、薄部21aとその下のn型半導体基板20とにより、前述のVODが構成されている。
遮光膜23下のpウェル層21の表層には、n型半導体層からなる垂直転送チャネル25が形成されている。垂直転送チャネル25は、pウェル層21を介して電荷蓄積部22と離間している。この離間部分及び垂直転送チャネル25の上方には、基板表面に形成されたゲート絶縁膜26を介して、垂直転送電極27が形成されている。
垂直転送チャネル25は、垂直転送電極27とによって、前述のVCCD13を構成している。また、垂直転送チャネル25と電荷蓄積部22との離間部分は、その上方に延在した垂直転送電極27とによって、前述のTG12を構成している。
電荷蓄積部22のTG12と反対側の端部は、p+層24が遮光膜23下に延在されてなる素子分離層24aを介して隣接画素の垂直転送チャネル25と離間されている。
遮光膜23は、層間絶縁膜28を介して、垂直転送電極27上を覆っており、PD11のみに光を入射させるように開口23aが形成されている。さらに、遮光膜23上及び開口23aを覆うように平坦化層が形成され、さらに平坦化層上には、カラーフィルタやマイクロレンズなどが形成されているが、これらの図示は省略している。
以上のように構成されたCCD型固体撮像装置10において、垂直転送電極27に高電圧の読み出しパルスが印加されると、矢印Aで示すように電荷蓄積部22内の信号電荷が垂直転送チャネル25に移送される。垂直転送チャネル25に移送された信号電荷は、垂直転送電極27に印加される垂直転送パルスに応じて紙面に垂直方向に転送される。また、n型半導体基板20に基板電圧Vsubとして電子シャッタパルスが印加されると、矢印Bで示すように電荷蓄積部22内の信号電荷がn型半導体基板20に排出される。
ところで、VCCD13の一部に局所的な構造欠陥(結晶欠陥)が生じている場合には、画像中にVCCD13に沿った縦線キズが生じることがある。図4(A),(B)は、縦線キズ30,31が生じた画像データを示す。画像データ32は、高シャッタスピード時(短時間露光時)に取得されたものであり、画像データ33は、低シャッタスピード時(長時間露光時)に取得されたものである。
縦線キズ30は、シャッタスピードには依存せず、開始点30aから端部(HCCD15とは反対側の端部)まで延在している。開始点30aは、電子シャッタパルスには依存せず、定常的に信号電荷をゲイン(電荷注入)またはロス(電荷放出)させる構造欠陥に対応する。この欠陥部を垂直転送される信号電荷にゲインまたはロスが生じることにより、縦線キズ30が発生する。
一方、縦線キズ31は、シャッタスピードに依存し、開始点31aからシャッタスピードに依存した長さだけ延在している。開始点31aは、電子シャッタパルスの印加に応じて信号電荷をゲインまたはロスさせる構造欠陥に対応する。図2に示したように、電子シャッタパルスは、直前のフレーム期間で生成した信号電荷を垂直転送する垂直転送動作時に印加されるため、縦線キズ31の長さは、電子シャッタパルス数に応じて変化する。つまり、縦線キズ31の長さは、露光時間が長い場合には、電子シャッタパルス数は少ないため短くなり、逆に、露光時間が短い場合には、電子シャッタパルス数は多いため長くなる。
次に、上記の縦線キズ30,31の判別を可能とするCCD型固体撮像装置10の欠陥検出装置について説明を行う。図5において、欠陥検出装置40は、照明装置41、主制御部42、駆動部43、A/D変換器44、縦線キズ検出部45、欠陥アドレス格納部46、欠陥種別判定部47、及び欠陥情報記録部48によって構成されている。
照明装置41は、検査対象のCCD型固体撮像装置10に一定光量の光を照射する。駆動部43は、タイミングジェネレータを含み、主制御部42の指令に従って固体撮像装置10に駆動信号(垂直転送パルス、水平転送パルス、電子シャッタパルス等)を与えるとともに、固体撮像装置10及びA/D変換器44に同期信号を与える。
A/D変換器44は、固体撮像装置10から出力された撮像信号をデジタル信号に変換し、縦線キズ検出部45に入力する。なお、A/D変換器44の前段に、固体撮像装置10から出力された撮像信号に対して相関二重サンプリングやゲイン補正を行うアナログ信号処理部を設けてもよい。
主制御部42は、欠陥検出装置40の各部を制御するとともに、駆動部43を制御して、固体撮像装置10に与える電子シャッタパルス数を1フレーム周期ごとに切り替え、1フレーム周期ごとに露光時間(電荷蓄積時間)を“1/30秒”(長時間露光)と“1/60秒”(短時間露光)との間で切り替える。主制御部42は、露光時間を変更する露光時間制御手段として機能している。
縦線キズ検出部45は、1フレーム周期ごとに入力される1画面分の撮像信号(画像データ)に対して所定の信号処理を施し、縦線キズの検出を行う。具体的には、図6に示すように、縦線キズ検出部45は、画像データを取得すると、点キズを除去するために、まず周知のメディアン処理を施し、次いで、点キズが除去された画像データを垂直列(VCCD13に沿って並ぶ画素データ)ごとに加算して、図7に示すような一水平線分のデータを得る。図7(A),(B)はそれぞれ、図4(A),(B)に示す画像データを垂直加算したものである。そして、縦線キズ検出部45は、この一水平線分のデータを所定の閾値でスライスして縦線キズを検出し、さらに、検出した縦線キズの属する垂直列の画素データを所定の閾値でスライスすることにより、縦線キズのアドレス(欠陥アドレス)を特定する。
欠陥アドレス格納部46は、欠陥アドレスが記録されるメモリ装置であり、第1欠陥アドレス格納部46aと第2欠陥アドレス格納部46bとからなる。主制御部42の制御により、第1欠陥アドレス格納部46aには、1/30秒の長時間露光時に出力される画像データの欠陥アドレス(第1欠陥アドレス)が記録され、第2欠陥アドレス格納部46bには、1/60秒の短時間露光時に出力される画像データの欠陥アドレス(第2欠陥アドレス)が記録される。
欠陥種別判定部47は、第1欠陥アドレス格納部46aに格納された欠陥アドレスと第欠陥アドレス格納部46bに格納された欠陥アドレスとを比較して、縦線キズの長さが露光時間に依存するか否か(縦線キズ30,31のいずれの種別か)を判定し、判定結果(欠陥情報)を欠陥情報記録部48に記録する。
欠陥情報記録部48に記録される欠陥情報は、検出された縦線キズの長さが露光時間に依存しない場合(縦線キズ30の場合)には、縦線キズの開始点のみ、検出された縦線キズの長さが露光時間に依存する場合(縦線キズ31の場合)には、縦線キズの開始点及びその露光時間ごとの長さである。欠陥情報記録部48に記録された欠陥情報は、固体撮像装置10の実使用時の補正データとして利用される。
次に、図8に示すフローチャートに基づいて欠陥検出装置40の作用を説明する。検査対象の固体撮像装置10を所定位置にセットすると、照明装置41によって固体撮像装置10の撮像領域14に一定光量の光が照射される(ステップS1)。次いで、駆動部43により、固体撮像装置10の駆動が開始され、全画素読み出し方式により1フレーム周期で撮像動作が繰り返し行われる(ステップS3)。このとき、主制御部42の制御により、1フレーム周期ごとに露光時間が“1/30秒”と“1/60秒”との間で切り替えられる。
まず、1/30秒の長時間露光時に出力される画像データが縦線キズ検出部45に取り込まれ(ステップS3)、縦線キズ検出部45により縦線キズの検出及びその欠陥アドレスの特定が行われ、欠陥アドレスが第1欠陥アドレス格納部46aに格納される(ステップS4)。続いて同様に、1/60秒の短時間露光時に出力される画像データが縦線キズ検出部45に取り込まれ(ステップS5)、縦線キズ検出部45により縦線キズの検出及びその欠陥アドレスの特定が行われ、欠陥アドレスが第2欠陥アドレス格納部46bに格納される(ステップS6)。
そして、欠陥種別判定部47により、第1欠陥アドレス格納部46aに格納された欠陥アドレスと第欠陥アドレス格納部46bに格納された欠陥アドレスとの比較が行われ、縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かが判定され(ステップS7)、欠陥情報(補正データ)が欠陥情報記録部48に記録される(ステップS8)。
なお、上記実施形態では、露光時間を“1/30秒”と“1/60秒”との間で切り替えを行っているが、本発明はこれに限定されず、露光時間は適宜変更してよい。また、露光時間の切り替えは、2段階に限られず3段階以上としてもよく、異なる3種以上の各露光時間における縦線キズをそれぞれ比較して欠陥種別の判定を行ってもよい。
また、上記実施形態では、照明装置によって光照射を行った状態で画像データの取り込みを行うことにより「明時変調キズの検出」を行っているが、本発明はこれに限定されず、固体撮像装置の受光面側にメカシャッタなどを配し、遮光状態で画像データの取り込みを行うことにより「暗時白キズの検出」を行うようにしてもよい。
10 CCD型固体撮像装置
14 撮像領域
30,31 縦線キズ
30a,31b 開始点
32,33 画像データ
40 欠陥検出装置
41 照明装置
42 主制御部
43 駆動部
44 A/D変換器
45 縦線キズ検出部
46 欠陥アドレス格納部
46a 第1欠陥アドレス格納部
46b 第2欠陥アドレス格納部
47 欠陥種別判定部
48 欠陥情報記録部
14 撮像領域
30,31 縦線キズ
30a,31b 開始点
32,33 画像データ
40 欠陥検出装置
41 照明装置
42 主制御部
43 駆動部
44 A/D変換器
45 縦線キズ検出部
46 欠陥アドレス格納部
46a 第1欠陥アドレス格納部
46b 第2欠陥アドレス格納部
47 欠陥種別判定部
48 欠陥情報記録部
Claims (5)
- 2次元マトリクス状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの垂直列ごとに配され、読み出しゲートを介して前記フォトダイオードから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記各垂直転送部の出力端に共通に接続され、前記各垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部の出力端に配され、前記信号電荷を電圧信号に変換する出力部とが半導体基板の表層に形成され、前記半導体基板に電子シャッタパルスを印加することにより前記各フォトダイオードの蓄積電荷が前記半導体基板の深部に排出されるように構成された固体撮像装置の検査装置において、
前記固体撮像装置を駆動して周期的に撮像動作を行わせる駆動手段と、
露光時間を決定する前記電子シャッタパルスの数を制御して、複数の撮像周期において露光時間を変更する露光時間制御手段と、
前記固体撮像装置から取得される画像データから前記垂直方向に欠陥画素が連続してなる縦線キズを検出する縦線キズ検出手段と、
前記縦線キズ検出手段によって検出された縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期ごとに格納する欠陥アドレス格納手段と、
前記欠陥アドレス格納手段に格納された前記縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期間で比較して、前記縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定する欠陥種別判定手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置の検査装置。 - 前記欠陥種別判定手段により縦線キズの長さが露光時間に依存しないと判定された場合には、縦線キズの開始点のみを欠陥情報として記録し、前記欠陥種別判定手段により縦線キズの長さが露光時間に依存すると判定された場合には、縦線キズの開始点及びその露光時間ごとの長さを欠陥情報として記録する欠陥情報記録部を備えることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の検査装置。
- 前記露光時間制御手段は、撮像周期ごとに露光時間を1/30秒と1/60秒との間で切り替えを行うことを特徴とする請求項1または2記載の固体撮像装置の検査装置。
- 2次元マトリクス状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの垂直列ごとに配され、読み出しゲートを介して前記フォトダイオードから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記各垂直転送部の出力端に共通に接続され、前記各垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部の出力端に配され、前記信号電荷を電圧信号に変換する出力部とが半導体基板の表層に形成され、前記半導体基板に電子シャッタパルスを印加することにより前記各フォトダイオードの蓄積電荷が前記半導体基板の深部に排出されるように構成された固体撮像装置の検査方法において、
前記固体撮像装置を駆動して周期的に撮像動作を行わせ、
露光時間を決定する前記電子シャッタパルスの数を制御して、複数の撮像周期において露光時間を変更し、
前記固体撮像装置から取得される画像データから前記垂直方向に欠陥画素が連続してなる縦線キズを検出し、
検出された縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期ごとに格納し、
格納した前記縦線キズのアドレスを露光時間が変更された撮像周期間で比較して、前記縦線キズの長さが露光時間に依存するか否かを判定する
ことを特徴とする固体撮像装置の検査方法。 - 請求項4記載の検査方法によって検査されたことを特徴とする固体撮像装置。
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