JP4400184B2 - 照明補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を照明して、各ピクセル毎の性能のばらつき等を検査するために用いられる照明補助装置に関するものである。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、半導体ウエハ表面に半導体集積回路を積層形成して製造される。形成される撮像素子は光電変換素子であるフォトダイオード等からなる画素を格子状あるいは直線に配置したものである。これらのフォトダイオードは照射される光強度に応じた電荷が発生するが、このとき撮像素子の各画素における光応答特性（感度等）は、製造過程における諸工程の変動によりばらつきを生じる。そのため、通常の製造工程においてはこの光応答特性のばらつきが所定の範囲内に有るもののみを検査により選別し、良品として出荷している。

この光応答特性の検査は、被検査体である固体撮像素子を所定の照明装置により照明し、撮像素子からの電気信号を測定することで行われている。この検査は、これらの撮像素子が実際に使用される条件と概同一な照明下において検査を行うこと、具体的には、これらの撮像素子が使用されるカメラ等の撮像レンズの射出瞳と撮像素子間の距離（以下瞳距離と称する）、および撮像レンズの口径比に等しい照明条件を満たした光源による検査を行うことが望ましい。以下にその理由を述べる。

近年の固体撮像素子の中には、光応答の感度向上のため、光電変換素子が形成された半導体基盤表面に、各光電変換素子と対になるようにアレイ状にマイクロレンズを取り付けたものがある。このようなマイクロレンズ付きの固体撮像素子では、各単位画素におけるダイオード上にマイクロレンズを形成する際、画素面全域での感度の均一化を図るため、撮像素子が使用されるカメラ等の撮像レンズの射出瞳位置、および撮像レンズの口径比に応じて、画素面の周辺側に行くに連れてマイクロレンズの中心を受光センサ部の中心からずらしたり、受光部の開口面積を周辺側に行くに連れて大きくする等、画素面の周辺における斜めの入射光も受光センサ部に確実に入射するように工夫されている。このように斜め入射光を確実に受光センサ部に入射させるために画素面上の位置に応じた補正を行うことを、本明細書では射出瞳補正と称する。

このような射出瞳補正された撮像素子では、所定の瞳距離に相当する入射角度で主光線が入射される場合には、実際の使用条件と同じように、各素子において同じ感度が得られるが、所定の瞳距離の場合と入射角度が異なる条件で主光線が入射する場合には、光束はフォトダイオードの中心からずれた位置に照射され、その照射分布の一部がフォトダイオードの形成領域から外れることとなる。これにより、主光線のずれの大きさによって感度が変化する。

このため、撮像素子が実際に使用される装置の撮像レンズの特性に応じて、撮像素子の中心と周辺における特性が異なってくる。すなわち射出瞳距離が撮像素子の射出瞳補正とマッチしたレンズを使用する場合には、各画素の感度は全面均一になるが、射出瞳距離が異なるレンズを使用した場合には、撮像素子の主光線のズレが各画素で異なるため、撮像素子の中心部と周辺部において電荷蓄積量が異なり、周辺部の感度が中心部に比べ低くなる。

同様にこれらのマイクロレンズを有する固体撮像素子に対して実施される前述の光応答特性の検査についても、射出瞳補正を行った固体撮像素子の場合、適切な射出瞳の照明条件下において画素面全域での感度の均一化が成される反面、射出瞳の条件を満たさない場合には中心部と周辺部での感度差を生じる。そのため、これらの撮像素子が使用されるカメラ等の撮像レンズの射出瞳位置、および撮像レンズの口径比に等しい照明条件を満たした光源による検査が求められる。以上がこれらの固体撮像素子に対する前述の光応答特性の検査を、実際に使用される条件と概同一な照明下において行うことが望ましい理由である。

なお、このような検査に用いられる光照射装置が、実用新案登録第２５８２７３３号公報（特許文献1）に記載されている。この光照射装置においては、前述の照明条件を実現するために、図４に示すように、図示しない照明装置と、被検査物となる撮像素子１３との間に拡散板１１と開口絞り１２を配置している。照明装置からの射出光は拡散板１１により拡散される。開口絞り１２は撮像レンズと同等の口径比Ａをとなる有効径φ_１を有しており、拡散板近傍であって、かつ前述の撮像レンズの射距離Ｌと等しくとなるよう被検査物からの距離Ｌ_１の位置に配置されている。開口絞り１２により拡散板において拡散された光の射出範囲が限定され、これにより、この光学系（疑似光源）は、開口絞り１２から撮像素子までの距離を瞳距離とし、瞳距離と開口絞り１２の有効径により決まる口径比を有する２次光源として機能する。この時φ_１およびＬ_１はそれぞれ（４）式、（５）式を満たしている。
Ｌ_１＝Ｌ …（４）
φ_１＝Ｌ／Ａ …（５）
ところで、一般にこの光応答特性検査は、製造される固体撮像素子すべてについて実施される全数検査であるが、検査のスループット向上のため、1シークエンスで複数のチップを同時に検査を実施する場合がある。すなわち前述の拡散板１１と開口絞り１２による疑似光源を複数個ならべて配置し、複数チップを一度に照明し、同時に電荷蓄積させることで複数チップ同時検査を実施し、全体の照射時間および搬送時間などの処理に必要な時間を短縮している。
実用新案登録第２５８２７３３号公報

複数チップを同時に検査する際、複数個並んだうちの１つの開口絞りからの光束は、それが照明すべきチップのみを照明し、同時に検査される他のチップを照明しないことが求められる。これは、開口絞りと拡散板により作り出された所定の口径比と瞳距離の照明条件に対し、他の開口絞りからの光が混入することにより、正しい照明条件で検査できない場合があるためである。そのため複数チップ同時検査の場合は、同時に検査されるチップを互いに離し、他の絞りからの光の混入を避けることが望ましい。しかしながら検査条件や装置構成上、チップ間の距離を充分離すことができない場合が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数チップの同時検査の際、余計な光の混入を防ぎ、それぞれのチップを、確実に所定の口径比と定められた瞳距離で照明できるような照明装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、照明装置と、当該照明装置から射出する光が照射する被検査試料との間の光路中に設置され、前記照明装置からの射出光を拡散する拡散板と、前記光路中の前記拡散板の近傍に配置され、前記被検査試料上の複数の照明領域に対しそれぞれ所定の口径比となる光束にて照射する有効径を有する複数の開口からなる開口絞りと、前記照明領域に入射する、当該照明領域に隣接する照明領域を照明する光を遮光する固定絞りとを備え、前記開口絞りの開口が円形であると共に、前記固定絞りは、前記開口絞りと光軸を同じくする複数の円形の開口を有し、これら円形の開口の直径φ_２が、以下の条件式（１）、（２）、（３）を同時に満たすとともに前記複数の開口からの拡散光は屈折作用を受けることなく前記複数の照明領域まで到達することを特徴とする照明補助装置（請求項１）である。

ただし、Ａは前記口径比、Ｌ_１は前記開口絞りから前記被検査試料までの距離、Ｌ_２は前記開口絞りから前記固定絞りまでの距離、Ｐは隣接する２つの照明領域における光軸間距離、φ_３は照明領域である円形領域の直径である。

本手段においては、固定絞りを設け、この固定絞りにより、所定の照明領域に、その照明領域に隣接する照明領域を照明する光が入射するのを遮蔽する。よって、当該照明領域は、確実に所定の口径比と定められた瞳距離で照明される。なお、「照明装置」とは、自ら発光するもののみならず、発光体からの光を受けてそれを拡散光に変えたり、照明一様性を増したりする、いわゆる２次光源をも含むものである。
後に、発明を実施するための最良の形態の欄において図を用いて説明するように、このような条件の場合、所定の照明領域を照明するための光は、固定絞りによって蹴られることなく当該照明領域を照明することができ、かつ、当該照明領域に隣接する照明領域を照明するための光は、完全に固定絞りによって遮蔽される。よって、当該照明領域は、確実に所定の口径比と定められた瞳距離で照明される。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記照明領域に入射する、前記照明領域に隣接しない照明領域を照明する光を遮光する遮光手段を、さらに有することを特徴とするもの（請求項２）である。

前記第１の手段においては、所定の照明領域に隣接する照明領域を照明する光は、前記固定絞りによって遮光される。よって、照明領域が２つである場合は、特に問題がない。しかし、照明領域が３つ以上になる場合には、当該所定の照明領域に隣接しない、離れた照明領域を照明する光が、前記固定絞りの、当該照明領域に隣接する照明領域に対応する前記固定絞りの開口や、さらに離れた前記固定絞りの開口を通して、当該所定領域を照明することがある。本手段においては、前記固定絞りとは別に、さらに遮光手段を設け、これらの光が当該照明領域に入るのを防止している。よって、当該照明領域は、確実に所定の口径比と定められた瞳距離で照明される。

このような遮光手段としては、複数の開口を有する固定絞り、光軸に平行に設けられた遮光板、前記照明領域を照明する光束を覆う筒状の遮光体等が考えられる。
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１又は第２の手段であって、前記被検査試料は、基板上に形成された複数の矩形部材から構成され、前記照明領域である円形領域の直径φ _３ が、以下の条件式を満たすことを特徴とするもの（請求項３）である。

ただし、Wは矩形部材の幅、Hは矩形部材の高さである。

本発明によれば、複数チップを同時検査する際に、被検査試料に対応する開口絞り以外の他の開口絞りからの光が混入することを防ぐことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である照明補助装置の構成を示す概要図である。この照明補助装置は、被検査試料として半導体基板上に形成された固体撮像素子であって、チップサイズＷ(幅)×Ｈ（高さ）=6.4×4.8[mm]、光軸間距離Ｐ＝２Ｗ＝12.8[mm]の２チップを同時検査するものである。また、被検査固体撮像素子の瞳距離Ｌを30[mm]、口径比ＡをF10としている。

図１において、図示しない照明装置と、照明装置から射出する光が照射する被検査試料との間の光路中に設置され、当該照明装置からの射出光を拡散する拡散板１と、前記光路中の拡散板１の近傍で、被検査試料との距離がＬ_１となる位置に直径φ_１の開口絞り２を配置している。この時φ_１およびＬ_１はそれぞれ前記（４）式、（５）式を満たしている。

さらに、光の混入を防ぐため各光路中、被検査試料４との距離がＬ_２となる位置に直径φ_２の固定絞り３を有している。この時、φ_２およびＬ_２は前記式（１）式〜（３）式を満たすことで、被検査試料を所定の口径比、所定の瞳距離にて照明し、かつ被検査試料上の各照明領域に対応する開口絞り以外の他の開口絞りからの光が混入することを防ぐことが可能である。

即ち、前記（１）式は図１におけるａの線に対応し、前記（２）式は図１におけるｂの線に対応し、前記（３）式は図１におけるｃの線に対応する。このことは、図１における幾何学的な関係から導き出すことができる。従って、（１）式〜（３）式を満足することは、図１において、この３つの線で囲まれた斜線で示される領域内に、固定絞り３の開口の径の端が配置されることを示している。

但しここでφ_３は、被検査試料４面上の照明される円形領域の直径であり、これは固体撮像素子の対角長に等しい。すなわち、

である。以上から、この実施の形態における固定絞りの径φ_２および開口絞り２からの距離Ｌ_２の満たすべき具体的な条件を求めると、
φ_２＞0.17Ｌ_２＋３ …（７）
φ_２＜0.68Ｌ_２−３ …（８）
φ_２＜−1.02Ｌ_２+22.6 …（９）
となり、例えばφ_２=6.4[mm]の開口を有する固定絞りを、Ｌ_２=15[mm]の位置に配置することで、本発明の目的を満たす照明を実現することが可能となる。

図２は、本発明の第２の実施の形態である照明補助装置の構成を示す概要図である。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。

第２の実施の形態である照明補助装置は、３チップの固体撮像素子を同時に検査（照明）するものである。チップのサイズ、照明の口径比および瞳距離については、第１の実施の形態と同じく、チップサイズＷ（幅）×Ｈ（高さ）=6.4×4.8[mm]、光軸間距離Ｐ＝２Ｗ＝12.8[mm]、 瞳距離Ｌ＝30[mm]、び口径比Ａ＝F10とする。固定絞りの直径および配置の条件は第１の実施の形態と同じく式（１）〜式（３）にて求められ、たとえば、φ_２=6.4[mm]、Ｌ_２=15[mm]とすることで、１つ隣のチップを照明する開口絞りからの余計な光を遮ることができる。

しかしながら、両端のチップのいずれかに着目した場合、２つ隣のチップを照明する開口絞りからの光は、ちょうど１つ隣の固定絞りを通るため、着目したチップを照明してしまう。これに対し、この光束を遮る目的でさらに固定絞り５を配している。これにより、３チップ同時の検査の際においても、本発明の目的を満たす照明を実現することが可能となる。なお、2つ隣の開口絞りからの光を遮光する方法として、固定絞りを用いる他に、衝立て（例えば光軸に平行な方向を向いた遮光板）を立てる、もしくは各光束を筒状の金物等で覆うことによっても同等の効果を得ることが可能である。

また第２の実施の形態においては、３チップの同時検査について説明したが、４チップ以上の同時検査においても、同様の遮光対策をそれぞれのチップ間に行うことで、隣り合わないチップを照明する照明光が入射するのを防止することができる。

次に第３の実施の形態として、図３に示すように、互いに斜め方向に配置された２チップを同時に測定（照明）する場合について説明する。図１においては、開口絞り２の開口は円形であり、固定絞り３の開口も円形である。さらに、被検査試料４については、その大きさを、被検査試料４面上の照明される円形領域の直径φ_３で評価している。よって、図３のように、互いに斜め方向に配置された２チップを同時に測定（照明）する場合にも、（１）〜（３）式の条件はそのまま当てはまり、光軸間距離Ｐのみが問題となる。各照明光の光軸は、対応するチップの中心を通るので、図３におけるように、チップサイズがW(幅)×H（高さ）であるような場合は、

となる。よって、図３のように、互いに斜め方向に配置された２チップを同時に測定する場合は、このＰを使用して（１）〜（３）式の条件を当てはめればよい。

チップサイズがＷ（幅）×Ｈ（高さ）＝4.8×3.6[mm]、光軸間距離Ｐが11.8[mm]の２チップを同時検査する場合を例にとると、被検査固体撮像素子の瞳距離Ｌが20[mm]、口径比ＡがF4のときには、第３の実施の形態における固定絞りの径φ_２および配置Ｌ_２の満たすべき条件は、
φ_２＞0.05Ｌ_２＋５ …(11)
φ_２＜1.13Ｌ_２−５ …(12)
φ_２＞−1.23Ｌ_２＋18.6 …(13)
となり、例えばφ_２=5.9[mm]、Ｌ_２=10[mm]となる固定絞りを配置することで、本発明の目的を満たす照明を実現することが可能となる。このように斜めの位置関係にある２チップの同時検査についても、横並び同様に、本発明の目的を満たす照明を実現することが可能である。なお、第３の実施例においては、斜め２チップの同時検査について説明しているが、３チップ以上の同時検査を行う場合についても、第２の実施の形態で説明したものと同様に、２チップ隣から光束に対しての遮光対策を施すことで、同様に、隣り合わないチップを照明する照明光の影響をなくすことが可能である。

本発明の第１の実施の形態である照明補助装置の構成を示す概要図である。 本発明の第１の実施の形態である照明補助装置の構成を示す概要図である。 第３の実施の形態において、同時検査する２つのチップの平面的な関係を示す図である。 従来の照明装置の光学系を示す概要図である。

符号の説明

１…拡散板、２…開口絞り、３…固定絞り、４…被検査試料、５…固定絞り

Claims (3)

1. 照明装置と、当該照明装置から射出する光が照射する被検査試料との間の光路中に設置され、前記照明装置からの射出光を拡散する拡散板と、
   前記光路中の前記拡散板の近傍に配置され、前記被検査試料上の複数の照明領域に対しそれぞれ所定の口径比となる光束にて照射する有効径を有する複数の開口からなる開口絞りと、
   前記照明領域に入射する、当該照明領域に隣接する照明領域を照明する光を遮光する固定絞りとを備え、
   前記開口絞りの開口が円形であると共に、前記固定絞りは、前記開口絞りと光軸を同じくする複数の円形の開口を有し、これら円形の開口の直径φ_２が、以下の条件式（１）、（２）、（３）を同時に満たすとともに前記複数の開口からの拡散光は屈折作用を受けることなく前記複数の照明領域まで到達することを特徴とする照明補助装置。
   

   

   ただし、Ａは前記口径比、Ｌ_１は前記開口絞りから前記被検査試料までの距離、Ｌ_２は前記開口絞りから前記固定絞りまでの距離、Ｐは隣接する２つの照明領域における光軸間距離、φ_３は照明領域である円形領域の直径である。
2. 前記照明領域に入射する、前記照明領域に隣接しない照明領域を照明する光を遮光する遮光手段を、さらに有することを特徴とする請求項１記載の照明補助装置。
3. 前記被検査試料は、基板上に形成された複数の矩形部材から構成され、前記照明領域である円形領域の直径φ_３が、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の照明補助装置。
   

   

   ただし、Wは矩形部材の幅、Hは矩形部材の高さである。

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