JP2009145180A - 検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハロゲンランプの経時劣化や交換による分光特性の変化分を補完し、検査光の色温度を一定に維持することができるローコストな検査光照射装置を提供する。
【解決手段】検査光照射装置は、ハロゲンランプ１１と、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃと、これらの光を混合して均一な白色光である検査光を生成する光混合装置１４と、検査光を集光して固体撮像素子１５に結像させる集光レンズ１６とからなる。光混合装置１４から射出された検査光を固体撮像素子１５に導く光路２８には、検査光の一部を受光する受光素子３０が設けられ、その出力信号が制御装置３１に送られる。制御装置３１は、ＬＥＤ用電源１９を制御してＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの駆動電圧や点灯数を適切に変更するから、ハロゲンランプ１１の経時劣化や交換による分光特性の変化があっても、常に検査光の色温度を理想的な目標値に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置に関し、更に詳しくは固体撮像素子に品質検査用の光である検査光を照射する検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置に関するものである。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子の生産量は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話の普及によって急激に増加しており、これに伴って固体撮像素子の品質管理の必要性も急激に増加している。

固体撮像素子の品質管理においては、一定の照度とホワイトバランスを有する検査光を固体撮像素子に照射して、固体撮像素子からの出力信号値が所定範囲内に入っているか否かを判断することにより、感度不良や光学特性異常の有無が調べられる。

検査光を固体撮像素子に照射する検査光照射装置としては、通常、発光源として、ハロゲンランプが使用されている。このハロゲンランプは、一般の白熱電球に比べて、発光色が太陽光に近い、高輝度であるという利点がある反面、経時変化による分光特性の変化が顕著である。また、ハロゲンランプは、分光特性の個体バラツキが大きいため、ランプ交換時に検査光の分光特性が大きく変化してしまうという欠点がある。

このようなハロゲンランプの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる検査装置が知られている（特許文献１）。この検査装置は、半導体ウエハに接触されるプローブ針を有するプローブカードの光源としてＬＥＤを用い、このＬＥＤから射出された光が擦りガラスで拡散された後、セルフォックレンズで半導体に照射されるようにしたものである。

また、特許文献２には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光をそれぞれ発する３種類のＬＥＤをドーム状に内向きに配置し、ドーム中央部位に配置した撮像素子に周囲から照射するようにした構成が記載されている。

また、特許文献３には、Ｒ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ発する３種類のＬＥＤを用い、各ＬＥＤから放出された色光を光ファイバーで集光及び混色して固体撮像素子に照射する光源装置が記載されている。この光源装置は、フィードバック用の光ファイバーと受光センサを有し、各色光の強度を調整して一定の分光特性を得るようにしている。
特開平０２−９０６４５号公報 特開２００２−１８１６５９号公報 特開２００６−１７６８９号公報

上記特許文献１記載の装置では、検査光の色温度についての考慮が全く無く、現在一般に使用されているカラー画像を撮像する固体撮像素子に適用することができない。また、上記特許文献２記載の装置では、所望の光量を得るために大量のＬＥＤを使用しているためコスト高になるとともに、大量のＬＥＤについてピーク波長や光強度等の特性を揃えることは至難の業である。したがって、固体撮像素子の検査を行なうための一定した色温度を得ることは困難である。また、上記特許文献３記載の装置でも、多数のＬＥＤを用いる必要がある上、更に高価な光ファイバーを多数使用しており、特許文献２記載の装置と同様の問題点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ハロゲンランプの経時劣化や交換による分光特性の変化分を補完し、検査光の色温度を一定に維持することができるローコストな検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置を提供することを目的とする。

本発明の検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置は、固体撮像素子に検査光を照射する検査光照射装置において、前記検査光の主要な光源であるハロゲンランプと、このハロゲンランプの色温度を補正する際に点灯され、前記検査光の補助的な光源である複数のＬＥＤと、前記ハロゲンランプ及び各ＬＥＤから放出された光を混合して前記検査光を生成する光混合部とを備えたことを特徴とする。

前記光混合部は、光入射側に設けられ、入射した光を拡散しながら通過させる光拡散板と、この光拡散板が入口側に設けられ、前記光拡散板を拡散通過した光を反射する内壁面を有し、前記光拡散板と反対側に設けられた出口から集光した光を射出する筒状の集光器とから構成されることを特徴とする。

前記光混合部から射出された検査光を固体撮像素子に導く光路の途中に設けられ、前記検査光の一部を受光して、前記検査光の色温度を検出する受光素子と、この受光素子で検出された検査光の色温度が予め定めた目標値となるように、前記各ＬＥＤへの供給電力をそれぞれ制御する供給電力制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の検査光照射装置及びこれを用いた固体撮像素子の検査装置によれば、ハロゲンランプ及びＬＥＤから放出された光を混合して検査光を生成するようにしたので、ＬＥＤを制御することによりハロゲンランプからのメイン光の色温度をＬＥＤで補完することができる。したがって、ハロゲンランプの経時劣化や交換による分光特性の変化分を補完でき、検査光の色温度を一定に維持することができる。また、大量のＬＥＤを用いる必要がないから、製造コストを低く抑えることができる。

前記光混合部は、光拡散板と筒状の集光器とから構成したので、簡単な構成でありながら、ハロゲンランプ及びＬＥＤから放出された光を均一に混合することができる。

前記検査光の一部を受光する受光素子を用い、検査光の色温度が予め定めた目標値となるように、各ＬＥＤへの供給電力をそれぞれ制御するようにしたので、自動的に検査光の色温度を一定に維持できる。

本発明の検査光照射装置の実施形態を示す図１において、検査光照射装置の主な構成は、メイン光源としてのハロゲンランプ１１と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光をそれぞれ放出してメイン光の色温度を調節する補助光源としてのＬＥＤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（図２参照）と、ハロゲンランプ１１からの光とＬＥＤ１２ａ〜１２ｃからの光とを混合して均一な白色光である検査光を生成する光混合部としての光混合装置１４と、検査光を集光して固体撮像素子１５に結像させる集光レンズ１６とからなる。

ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃは、図２に示すように、ハロゲンランプ１１を中心とする同心円上に４個ずつ、合計で１２個設けられている。ハロゲンランプ１１には、反射傘１７が取り付けられ、ハロゲンランプ１１から放出された全光束が光混合装置１４に入射するようにされている。

図１に戻って、ハロゲンランプ１１はランプ用電源１８によって駆動され、ＬＥＤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃはＬＥＤ用電源１９によってそれぞれ駆動される。ハロゲンランプ１１と光混合装置１４との間の光路２０には、ハロゲンランプ１１側から順番に、絞り２１，ＮＤターレット２２，カラーターレット２３が配置されている。絞り２１は、絞り開口２１ａの開口径を変更することにより、ハロゲンランプ１１から光混合装置１４に入射する光量を調節する。

ＮＤターレット２２は、図３に示すように、円盤状をしており、６０°ずつ離れて配置された５個のＮＤフィルタ２２ａ〜２２ｅ，及びＮＤフィルタなしの開口部２２ｆを備えている。ＮＤフィルタ２２ａ〜２２ｅの減光率は、２２ａ＜２２ｂ＜２２ｃ＜２２ｄ＜２２ｅとなっている。ＮＤターレット２２を軸２４の周りに回転させることにより、ＮＤフィルタ２２ａ〜２２ｅ，及び開口部２２ｆが光路２０に出し入れされ、ハロゲンランプ１１及びＬＥＤ１２ａ〜１２ｃから光混合装置１４に入射する光量が調節される。

カラーターレット２３は、図４に示すように、円盤状をしており、９０°ずつ離れて配置されたＲ，Ｇ，Ｂのフィルタ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，及びフィルタなしの開口部２３ｄを備えている。カラーターレット２３を軸２５の周りに回転させることにより、フィルタ２３ａ〜２３ｃ及び開口部２３ｄのうちいずれか１つが光路２０に挿入される。固体撮像素子１５の特殊な検査を行なう場合を除き、通常は開口部２３ｄが光路２０に挿入されている。

光混合装置１４は、板状の光拡散板２６と、筒状の集光器２７とからなる。光拡散板２６は、例えば片面を砂面とした擦りガラスからなり、集光器２７の一方の開口部２７ａに接合されている。光拡散板２６の一方の面（研磨面）から入射した光は、他方の面（砂面）から射出する際に拡散される。

集光器２７は、図５に示すように、四角形の筒状をしており、この内壁面２７ｂがアルミニウム製の鏡面に形成されている。光拡散板２６で拡散された光が集光器２７の一方の開口２７ａから入ると、内壁面２７ｂでほぼ全反射しながら集光器２７の他方の開口２７ｃへ向かい、この開口２７ｃから集光レンズ１６側へ射出される。

図１に戻って、光混合装置１４から射出された均一な検査光を固体撮像素子１５に導く光路２８には、前出の集光レンズ１６の他、光混合装置１４と集光レンズ１６との間にＮＤターレット２９，受光素子３０が設けられている。ＮＤターレット２９は、ＮＤターレット２２と同様の構成をしており、光混合装置１４から射出された検査光の光量を調節する場合に用いることがある。

受光素子３０は、光混合装置１４から射出された検査光の一部を受光し、その出力信号を制御装置３１に送る。制御装置３１は、受光素子３０からの出力信号に基づいてＬＥＤ用電源１９を制御することにより、固体撮像素子１５の受光面位置における検査光の色温度を適切な目標値（例えば３５００Ｋの白色光）に調整する。

受光素子３０の設置位置は、固体撮像素子１５の受光面位置から離間しているが、受光素子３０の設置位置と固体撮像素子１５の受光面位置との距離及び集光レンズ１６のパワーは決まった値であるから、受光素子３０からの出力信号に基づいてＬＥＤ用電源１９を適切に制御することができる。ＬＥＤ用電源１９は、制御装置３１からの指令に従ってＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの駆動電圧や点灯数を変更する。

このように構成された検査光照射装置を使用するには、ランプ用電源１８及びＬＥＤ用電源１９を駆動して、ハロゲンランプ１１及びＬＥＤ１２ａ〜１２ｃを点灯する。ハロゲンランプ１１から放出された光とＬＥＤ１２ａ〜１２ｃから放出された光とが光混合装置１４で混合され、均一な白色光の検査光となる。この検査光は、集光レンズ１６によって集光され、検査光照射装置の下方の所定位置に置かれた固体撮像素子１５に照射される。

このように大光量が得られるハロゲンランプ１１と、色温度を自在に調整することができるＬＥＤ１２ａ〜１２ｃとを組み合わせ、これらの光を光混合装置１４で混合するから、固体撮像素子１５の検査に最適な均一な白色光の検査光を容易に得ることができる。また、大量のＬＥＤを使用する必要はないから、ローコストに検査光照射装置を製造することができる。

ハロゲンランプ１１から放出される光の色温度が、ハロゲンランプ１１の経時劣化や交換によって変化した場合でも、受光素子３０からの出力信号に基づいてＬＥＤ用電源１９が自動制御され、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの駆動電圧や点灯数が適切に変更されるから、常に検査光の色温度を理想的な目標値に保つことができる。

なお、絞り２１は、絞り開口２１ａを完全に閉じることにより、ハロゲンランプ１１から光混合装置１４に入射する光量をゼロとすることもできる。この状態でＬＥＤ１２ａ〜１２ｃを点滅駆動することにより、検査光を任意の周期で点滅させることができる。

また、本発明の検査光照射装置を用いた固体撮像素子の検査装置は、上記実施形態の構成に加えて、固体撮像素子に駆動信号を与えて撮像動作を行なわせ、固体撮像素子からの出力信号を取得して信号処理を行なうことにより、固体撮像素子の感度不良や光学特性異常の有無を調べる装置（いわゆる半導体テスタ）を設けたものである。

以上説明した実施形態では、光混合装置から射出される検査光の色温度を受光素子によってＬＥＤ用電源の制御にフィードバックすることによって常に自動的に検査光の色温度を一定の目標値に維持するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば新しいハロゲンランプに交換した直後に、固体撮像素子をセットする位置での色温度を測定して、この測定結果に基づいてＬＥＤ用電源の制御を決定し、以後所定の期間（ハロゲンランプが経時変化を起こすまでの期間や交換するまでの期間）は検査光の測定作業を行なうことなく、検査光照射装置の使用を継続するようにしてもよい。

上記実施形態では、ハロゲンランプの外周に複数のＬＥＤを円状に配置したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば複数のＬＥＤを束ねるように近接して集合させ、これとハロゲンランプとを並列するようにしてもよい。また、ハロゲンランプとＬＥＤを離れた場所に設置し、プリズムや光ファイバー等の光学部品を用いて光混合装置に導いてもよい。

また、上記実施形態では、傘付きのハロゲンランプを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば傘がハロゲンランプの取り付け部に予め備え付けてあり、傘付きでないハロゲンランプ（ハロゲンランプバルブ）を用いるようにしてもよい。

上記実施形態では、ＬＥＤを色温度の調整に使用したが、例えば単に強い光が必要なスミア検査を行なうような場合には、ハロゲンランプの点灯に加え、全てのＬＥＤを最高電圧で一斉に駆動するというような使い方もできる。

上記実施形態では、集光器の内壁面をアルミニウム製の鏡面としたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば内壁の全面に白色の発泡スチロールを貼り付けてもよい。

上記実施形態では、光拡散板として片面が砂面の擦りガラス（フロスト型拡散板）を挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばガラス内に乳白色の光拡散物質を分散したオパールガラスの拡散板（オパール型拡散板）でもよい。

上記実施形態では、検査光の色温度の目標値として３５００Ｋを挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば３０００Ｋや４０００Ｋでもよい。

本発明の実施形態の概略的な構成を示す説明図である。 ハロゲンランプとＬＥＤの配列の一例を示す説明図である。 ＮＤターレットの一例を示す説明図である。 カラーターレットの一例を示す説明図である。 光混合装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１１ ハロゲンランプ
１２ａ〜１２ｃ ＬＥＤ
１４ 光混合装置
１６ 集光レンズ
１８ ランプ用電源
１９ ＬＥＤ用電源
２０，２８ 光路
２２，２９ ＮＤターレット
２３ カラーターレット
２６ 拡散板
２７ 集光器
３０ 受光素子
３１ 制御装置

Claims (4)

1. 固体撮像素子に検査光を照射する検査光照射装置において、
   前記検査光の主要な光源であるハロゲンランプと、
   このハロゲンランプの色温度を補正する際に点灯され、前記検査光の補助的な光源である複数のＬＥＤと、
   前記ハロゲンランプ及び各ＬＥＤから放出された光を混合して前記検査光を生成する光混合部と
   を備えたことを特徴とする検査光照射装置。
2. 前記光混合部は、光入射側に設けられ、入射した光を拡散しながら通過させる光拡散板と、この光拡散板が入口側に設けられ、前記光拡散板を拡散通過した光を反射する内壁面を有し、前記光拡散板と反対側に設けられた出口から集光した光を射出する筒状の集光器とから構成されることを特徴とする請求項１記載の検査光照射装置。
3. 前記光混合部から射出された検査光を固体撮像素子に導く光路の途中に設けられ、前記検査光の一部を受光して、前記検査光の色温度を検出する受光素子と、
   この受光素子で検出された検査光の色温度が予め定めた目標値となるように、前記各ＬＥＤへの供給電力をそれぞれ制御する供給電力制御部と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の検査光照射装置。
4. 請求項１ないし３いずれか１項記載の検査光照射装置を用いたことを特徴とする固体撮像素子の検査装置。

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