JP2016052112A - 固体撮像装置のテスト装置及びテスト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置の画素間における分光感度ムラの有無の判定を行うことができる固体撮像装置のテスト装置を提供する。
【解決手段】テスト装置１は、中心波長が所定の波長で所定の半値幅を有する狭帯域光を出射する光源５と、ウエハ１０上に形成されたイメージセンサである複数の固体撮像装置１１を有し、光源５からの狭帯域光が照射された固体撮像装置１１の複数の画素の出力信号を読み出し、出力信号から、複数の画素間の感度ムラを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置のテスト装置及びテスト方法に関する。

従来より、固体撮像装置のテストが行われている。テストの中には、製品毎に発生得る固体撮像装置の分光感度特性を測定し、色再現のための補正データを得ることが行われることもある。

しかし、これまでは、固体撮像装置の画素間における分光感度特性は、問題にされなかった。１つの固体撮像装置において画素間で分光感度特性に差があると、得られる画像に縞模様等ができる等して色合いが正しく再現できないという問題がある。

特許第５３７５１６８号公報 特開２０１３−９２８８４号公報 特開２００７−１７３４４号公報 特開昭６１−２２１６２５号公報

そこで、実施形態は、固体撮像装置の画素間における分光感度ムラの有無の判定を行うことができる固体撮像装置のテスト装置及びテスト方法を提供することを目的とする。

実施形態の固体撮像装置のテスト装置は、中心波長が所定の波長で所定の半値幅を有する狭帯域光、あるいは前記所定の波長の単波長光を出射する光源と、前記光源からの前記狭帯域光あるいは前記単波長光が照射された、前記固体撮像装置の複数の画素の出力信号を読み出す出力信号読み出し部と、前記出力信号から、前記複数の画素間の感度ムラを判定する判定部と、を有する。

実施形態に関わる固体撮像装置のテスト装置１の構成を示すブロック図である。 実施形態に関わる光源５の構成図である。 実施形態に関わるカラーフィルタターレット２４の構成を示す正面図である。 実施形態に関わる、ある構造を有する固体撮像装置Ｘ中のある１つの画素Ａとその画素Ａに隣接する１つの画素Ｂの分光特性の例を示すグラフである。 実施形態に関わるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２の構成を示すブロック図である。 実施形態に関わる、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２のＣＰＵ３１のテスト処理全体の流れの例を示すフローチャートである。 実施形態に関わる、固体撮像装置１１の画素間の感度ムラの有無の判定処理Ｓ３の流れの例を示すフロー-チャートである。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
図１は、実施形態に関わる固体撮像装置のテスト装置１の構成を示すブロック図である。固体撮像装置のテスト装置１は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ（以下、ＰＣという））２と、プローバ３と、テストヘッド４と、光源５とを含んで構成される、分光感度ムラ測定装置である。

ＰＣ２は、後述するように、テスト装置１の全体の動作を制御すると共に、各種演算を行う制御装置である。よって、ＰＣ２は、プローバ３、テストヘッド４及び光源５を制御する。ＰＣ２は、テスターともいう。

プローバ３は、ウエハ１０上に形成された、イメージセンサである複数の固体撮像装置１１をテストするために、ウエハ１０を搭載したステージ（図示せず）を駆動する装置を含む。図示しないステージ上に搭載されたウエハ１０上のパッドには、テストボード１２に固定されたプローブカード１３の複数の針が当てられ、テストヘッド４から所定の電気信号がウエハ１０上の、テスト対象の固体撮像装置１１に入力される。

固体撮像装置１１のテストは、光源５により所定の光を、ウエハ１０上の固体撮像装置１１に対し順番に照射すると共に、所定の光が照射された固体撮像装置に、ＰＣ２内に保持されたテストパターンに従って所定の電気信号を各パッドに供給して、出力された各画素の出力信号に基づいて行われる。ここで、所定の光は、狭帯域光である。

テストヘッド４は、光源５と一体になっており、光源５は、ＰＣ２により制御されて、所定の狭帯域光をウエハに当てる。ウエハ１０の各固体撮像装置１１のパッドから出力される電気信号は、プローブカード１３を介してテストヘッド４に入力される。テストヘッド４は、受信した電気信号の出力値データを、ＰＣ２に出力する。

図２は、光源５の構成図である。テスト用光源装置である光源５は、ランプ２１と、減光ユニット２２と、ＮＤ(Neutral Density)フィルタターレット２３と、カラーフィルタターレット２４と、拡散ユニット２５と、レンズユニット２６とを含む。

ランプ２１は、可視光の全波長帯域の光を出射する例えばハロゲンランプである。ランプ２１から出射された光は、減光フィルタ２２、ＮＤフィルタターレット２３、カラーフィルタターレット２４、拡散ユニット２５、及びレンズユニット２６の順に透過して、レンズユニット２６から出射する。
減光ユニット２２は、ランプ２１から出射された光の光量を制限する絞りを有する。

ＮＤフィルタターレット２３は、複数のＮＤフィルタを有し、中心軸回りに回動可能な円板状のターレットであり、光を透過するために選択されたフィルタに応じて、透過する光の光量を離散的に変更するためのフィルタ装置である。
カラーフィルタターレット２４は、複数のフィルタを含むフィルタ装置である。カラーフィルタターレット２４の構成は、後述する。

拡散ユニット２５は、入射した光を均一化して出射するユニットである。
レンズユニット２６は、拡散フィルタ２５から出射した光を、所定の方向に出射する光学系である。

図３は、カラーフィルタターレット２４の構成を示す正面図である。カラーフィルタターレット２４は、円板状のフィルタであり、中心軸回りに回動可能となっている装置である。カラーフィルタターレット２４には、複数の孔が形成されており、複数の孔には、透過特性が互いに異なるフィルタが複数設けられている。カラーフィルタターレット２４が回動されることによって、複数のフィルタ中の所望の１つのフィルタが選択されて、選択されたフィルタを透過した光が出射される。

図３において、フィルタＦ１は、青色の光のみを透過させるフィルタである。フィルタＦ２は、緑色の光のみを透過させるフィルタである。フィルタＦ３は、赤色の光のみを透過させるフィルタである。１つのフィルタ装着部には、ＮＤフィルタターレット２３からの光を透過させる孔ＨＦであり、フィルタが設けられていない。

フィルタＦ１、Ｆ２及びＦ３は、青、緑及び赤の色特性をテストするときに使用されるフィルタである。孔ＨＦは、基準となる白色光が照射されたときの特性をテストするときに使用される孔である。

フィルタＦ４は、赤色系の狭帯域光、ここでは、中心波長が６２０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの光、を透過する狭帯域フィルタである。フィルタＦ４を透過した光の中心波長は、可視光の波長帯域中の赤色系の波長である。

フィルタＦ５は、緑色系の狭帯域光、ここでは、中心波長が５５０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの光、を透過する狭帯域フィルタである。フィルタＦ５を透過した光の中心波長は、可視光の波長帯域中の緑色系の波長である。

フィルタＦ６は、青色系の狭帯域光、ここでは、中心波長が４５０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの光、を透過する狭帯域フィルタである。フィルタＦ６を透過した光の中心波長は、可視光の波長帯域中の青色系の波長である。

フィルタＦ４、Ｆ５及びＦ６は、それぞれ、固体撮像装置Ｘ，Ｙ、Ｚの画素間の分光感度ムラをテストするときに使用されるフィルタである。
よって、光源５は、中心波長が、可視光の波長帯域における所定の波長であり、所定の半値幅を有する狭帯域光を出射可能な光源である。

ところで、本件出願人の研究及び解析の結果、１つの固体撮像装置内の複数の同一構造を有する画素であっても画素毎に分光感度が大きく異なる場合があることが判明した。具体的には、１つの固体撮像装置内の同一構造を有する複数の画素間で分光感度特性に大きな差がある波長領域と差があまりない波長領域がある。更には、固体撮像装置の設計の違いによって、分光感度特性に大きな差がある波長領域が異なることが判明した。

画素間の分光感度特性が大きく異なると、得られる画像に縞模様等ができる等して、画像の色合いが正しく再現できないという問題が生じる。よって理想的には、量産時に、製造された全ての固体撮像装置内の複数の画素について、画素間の分光感度ムラを判定すべきである。

しかし、量産時に、製造された全ての固体撮像装置に対して、波長毎の分光感度特性を測定して、画素間の分光感度ムラの有無を判定するには長時間を要するため、コストの面で現実的ではない。
そこで、出願人は、波長毎に分光感度を測定しなくても、固体撮像装置内の複数の画素間の分光感度ムラの有無の判定を短時間で可能とする方法を開発した。

図４は、ある構造を有する固体撮像装置Ｘ中のある１つの画素Ａとその画素Ａに隣接する１つの画素Ｂの分光特性の例を示すグラフである。図４は、横軸は、波長（ｎｍ）であり、縦軸は、画素の出力信号レベルの相対感度である。図４の実線で示すグラフOUTＡは、画素Ａの分光感度特性を示し、点線で示すグラフOUTＢは、画素Ｂの分光感度特性を示す。図４に示すように、各画素の分光感度は、波長に応じて、波を打つように、細かな周期で変化している。

図４に示すように、製造された１つの固体撮像装置において画素間で、同じ波長に対する出力信号レベルが異なっているが、固体撮像装置Ｘの場合、６２０ｎｍの波長において、画素間で分光感度に大きさ差が現れている。

このような画素間の分光感度特性の差が大きく現れる波長は、同一あるいは類似の設計の固体撮像装置間では、ほぼ同じであるが、設計が異なる固体撮像装置間では、異なることが本件出願人の研究及び解析により判明した。すなわち、設計の異なる固体撮像装置毎に、画素間の分光感度特性の差が大きく現れる光の波長は異なっている。

そこで、本実施形態では、テスト対象の固体撮像装置に適した、画素間の分光感度特性の差が大きく現れる波長の狭帯域光を照射するようにして、固体撮像装置毎に、画素間の分光感度ムラの有無の判定を行っている。

図４の例の場合、固体撮像装置Ｘは、中心波長が６２０ｎｍの狭帯域光に対して、画素間の分光感度特性の差が大きく現れている。中心波長が６２０ｎｍの狭帯域光に対して、画素Ａの相対感度は、画素Ｂの相対感度よりも大きい。すなわち、固体撮像装置Ｘのテストにおいては、中心波長が６２０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を照射すると、固体撮像装置Ｘにおける画素間の分光ムラの有無の判定を行うことができる。

そのため、図３のカラーフィルタターレット２４のフィルタＦ４は、中心波長が６２０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を照射するためのフィルタであり、固体撮像装置Ｘの画素間の分光感度特性をテストするときに用いられる。

他のフィルタＦ５，Ｆ６は、それぞれ他の固体撮像装置Ｙ，Ｚの画素間の分光感度特性をテストするときに用いられるフィルタである。すなわち、固体撮像装置Ｙは、中心波長が５５０ｎｍの狭帯域光に対して、画素間の分光感度特性の差が大きく現れている固体撮像装置であり、固体撮像装置Ｚは、中心波長が４５０ｎｍの狭帯域光に対して、画素間の分光感度特性の差が大きく現れている固体撮像装置である。

図５は、ＰＣ２の構成を示すブロック図である。ＰＣ２は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、外部用の２つのインターフェース（以下、Ｉ／Ｆと略す）３４と、ハードディスク装置３５と、ハードディスク装置用Ｉ／Ｆ３７と、を有している。ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、Ｉ／Ｆ３４と、Ｉ／Ｆ３６は、互いにバス３７を介して接続されている。

Ｉ／Ｆ３４は、プローバ３、テストヘッド４、及び光源５に接続されている。
以下に説明するテストは、ＲＯＭ３２あるいはＨＤＤ３５に格納されたテストプログラムが実行されることによって行われる。

ＰＣ２は、光源５のランプ２１の点灯制御、減光ユニット２２による減光制御、ＮＤフィルタターレット２３及びカラーフィルタターレット２４のフィルタ選択制御等を実行可能となっている。
（作用）
次に、テスト装置１の動作について説明する。

図６は、ＰＣ２のＣＰＵ３１のテスト処理全体の流れの例を示すフローチャートである。図６は、ＲＯＭ３２あるいはＨＤＤ３５に格納されたテストプログラムが実行されたときの処理の流れを示している。

ここでは、テストする固体撮像装置１１が、図４に示すような分光感度特性を有している固体撮像装置Ｘである場合を説明する。固体撮像装置Ｘは、ｎ（ｎは整数）個の画素が一次元に並んだ固体撮像装置としてのリニアイメージセンサをテストする例で説明するが、エリアイメージセンサでもよい。なお、テスト対象の固体撮像装置Ｘは、白黒のイメージセンサで、カラーイメージセンサではないので、カラーフィルタを有していない。

テスト対象が固体撮像装置Ｘであるので、ＣＰＵ３１は、まず、光源装置５を制御して、カラーフィルタターレット２４中のフィルタＦ４を選択し、フィルタＦ４を透過した光によりウエハ１０上のテスト対象の固体撮像装置Ｘに光源からの狭帯域光を照射させる（ステップＳ１）。フィルタＦ４は、上述したように、中心波長が６２０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を透過するフィルタである。
狭帯域光が照射された固体撮像装置Ｘの各画素の出力信号は、プローブカード１３を介して、テストヘッド４へ供給される。

次に、ＣＰＵ３１は、テストヘッド４を介して、イメージセンサである固体撮像装置Ｘの画素データを読み出す（ステップＳ２）。画素データの読み出しは、Ｉ／Ｆ３４を介して行われる。Ｉ／Ｆ３４は、ステップＳ２の処理の下で、光源５からのフィルタＦ４の狭帯域光が照射された、固体撮像装置Ｘの複数の画素の出力信号を読み出す出力信号読み出し部を構成する。

ＣＰＵ３１は、読み出した固体撮像装置Ｘの画素間の出力信号について、画素間の感度ムラの有無の判定を行う（ステップＳ３）。すなわち、ステップＳ３の処理を実行するＣＰＵ３１が、固体撮像装置Ｘの複数の画素の出力信号から、複数の画素間の感度ムラを判定する判定部を構成する。

ＣＰＵ３１は、ステップＳ３の判定結果に基づいて、固体撮像装置の良／不良の判定結果情報を出力する（ステップＳ４）。
以上のステップＳ１〜Ｓ４処理を、ウエハ１０上の各固体撮像装置Ｘに対して行うことにより、各固体撮像装置Ｘの良／不良の判定結果を得ることができる。

次に、本実施形態のステップＳ３の感度ムラの判定処理について説明する。
図７は、固体撮像装置１１の画素間の感度ムラの有無の判定処理ステップＳ３の流れの例を示すフロー-チャートである。

ＣＰＵ３１は、固体撮像装置毎に、得られた全画素データから、全画素の分光感度の平均値ＡＶと、全画素の分光感度中の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮを算出する（ステップＳ１１）。なお、取得する画素データは全画素に限らない。すなわち、同一固体撮像装置内で複数の画素をサンプリングするなどしても本実施形態による効果を得ることができる。サンプリングすることにより、テスト時間を更なる短縮化を図ることができる。

次に、ＣＰＵ３１は、最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの各々の、平均値ＡＶに対する差が所定割合以上かを判定する（ステップＳ１２）。すなわち、ＣＰＵ３１は、複数の画素の画素データの最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮ及び平均値ＡＶに基づいて、画素間の感度ムラを判定する。

具体的には、平均値ＡＶに対する、最大値ＭＡＸと平均値ＡＶとの差ＤＡの割合が所定値Ｄ１以上であるかと、平均値ＡＶに対する、最小値ＭＩＮと平均値ＡＶとの差ＤＢの割合が所定値Ｄ１以上であるかが判定される。

式で表すと、
｜ＭＡＸ−ＡＶ｜／ＡＶ≧Ｄ１ ・・・式（１）
｜ＡＶ−ＭＩＮ｜／ＡＶ≧Ｄ１ ・・・式（２）
の判定が実行される。Ｄ１は、例えば、０．０５である。

最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの各々の、平均値ＡＶに対する差が所定割合以上である場合、すなわち式（１）と式（２）の少なくとも１つが成立する場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１５へ移行する。ステップＳ１５では、テストした固体撮像装置１１が不良品であるという情報が生成され、ＨＤＤ３５に記憶される処理が行われる。

さらに、最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの各々の、平均値ＡＶに対する差が所定割合以上でない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、平均値ＡＶに対して所定範囲Ｒ１より大きい分光感度を有する画素が、所定数Ｎ１以上あるか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、ＣＰＵ３１は、複数の画素の画素データの平均値ＡＶに対して、所定値以上の分光感度の差を有する画素数に基づいて、感度ムラを判定する。

具体的には、所定範囲Ｒ１を平均値ＡＶの±５％の範囲として、平均値ＡＶに対して所定範囲Ｒ１より大きい分光感度を有する画素データを有する画素の数が、所定数Ｎ１、例えば１０個、以上あるか否かが判定される。

平均値に対して、所定範囲Ｒ１より大きい分光感度を有する画素が、所定数Ｎ１以上ある場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１５へ移行し、不良品と判定される。

さらに、平均値に対して所定範囲Ｒ１より大きい分光感度を有する画素が、所定数Ｎ１以上ない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、隣接する画素間の画素データ(分光感度)の差が所定値Ｄ２以上かを、すべての、隣接する２画素について実行する（ステップＳ１４）。すなわち、ＣＰＵ３１は、複数の画素中の隣接する２画素の分光感度の差に基づいて、感度ムラを判定する。

具体的には、隣接する画素間で、分光感度の差が、所定値Ｄ２以上の差があるかが判定される。分光感度の差が所定値Ｄ２以上の隣接する画素がある場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、その固体撮像装置１１を不良品と判定する（ステップＳ１５）。画素データの差が所定値Ｄ２以上の隣接する画素がない場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、その固体撮像装置を良品と判定する（ステップＳ１６）。Ｓ１６では、テストした固体撮像装置１１が良品であるという情報が生成され、ＨＤＤ３５に記憶される処理が行われる。

以上のように、ウエハ１０上の各固体撮像装置１１について、分光感度ムラの有無の判定することができる。なお、各ステップの順番は上述した図７の順番に限られない。また、全てのステップを実施する必要が無く、少なくとも１つのステップを実行することにより本実施形態の効果を得ることができる。

上述した実施の形態によれば、ＰＣ２は、テスト対象の固体撮像装置１１に対応する１つの狭帯域光を照射して得られた画素データに対して、上述した処理を行うので、固体撮像装置における画素間において分光感度ムラの有無の判定を迅速に行うことができる。よって、上述した実施の形態のテスト装置及びテスト方法は、固体撮像装置の量産時のテストにも適用可能である。

なお、上述した実施形態では、一種類の固体撮像装置に対して、１つの狭帯域光を照射しているが、２以上の単波長光を照射して、各単波長光の照射により得られた画素データに対して上述した処理を行って、固体撮像装置における画素間において分光感度ムラの有無の判定を行うようにしてもよい。

さらになお、上述した実施形態では、半値幅は、１０ｎｍであるが、半値幅は、５〜３０ｎｍの範囲であってもよい。
また、上述した実施形態では、固体撮像装置へ照射する所定の光は、狭帯域光であるが、単波長光でもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ テスト装置、２ コンピュータ、３ プローバ、４ テストヘッド、５ 光源、１０ ウエハ、１１ 固体撮像装置、１２ テストボード、１３ プローブカード、２１ ランプ、２２ 減光ユニット、２３ フィルタターレット、２４ カラーフィルタターレット、２５ 拡散ユニット、２６ レンズユニット、３１ ＣＰＵ、３２ ＲＯＭ、３３ ＲＡＭ、３４ インターフェース、３５ ハードディスク装置、３６ ハードディスク装置用Ｉ／Ｆ、３７ バス。

Claims (7)

1. 中心波長が所定の波長で所定の半値幅を有する狭帯域光、あるいは前記所定の波長の単波長光を出射する光源と、
   前記光源からの前記狭帯域光あるいは前記単波長光が照射された、前記固体撮像装置の複数の画素の出力信号を読み出す出力信号読み出し部と、
   前記出力信号から、前記複数の画素間の感度ムラを判定する判定部と、
   を有する固体撮像装置のテスト装置。
2. 前記判定部は、前記複数の画素中の隣接する２画素の分光感度の差が所定値以上の場合、前記固体撮像装置は不良品として判定する請求項１に記載の固体撮像装置のテスト装置。
3. 前記判定部は、前記複数の画素の分光感度の最大値、最小値及び平均値に基づいて、前記最大値並びに前記最小値との前記平均値に対する差が所定割合以上の場合、前記固体撮像装置は不良品として判定する請求項１に記載の固体撮像装置のテスト装置。
4. 前記判定部は、前記複数の画素の分光感度の平均値に対して、所定値以上の差を有する画素数が所定数以上の場合、前記固体撮像装置は不良品として判定する請求項１に記載の固体撮像装置のテスト装置。
5. 前記中心波長は、可視光の波長帯域中の赤色系の波長である請求項１から４のいずれか１つに記載の固体撮像装置のテスト装置。
6. 前記半値幅は、５から３０ｎｍである請求項１から５のいずれか１つに記載の固体撮像装置のテスト装置。
7. 中心波長が所定の波長で、所定の半値幅を有する単波長光を前記固体撮像装置に照射すること、
   前記単波長光が照射された、前記固体撮像装置の複数の画素の出力信号を読み出すこと、
   前記出力信号から、前記複数の画素間の感度ムラの判定を行うこと、
   を有する固体撮像装置のテスト方法。

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