JP2005233863A - 撮像素子検査用照明装置、撮像素子検査装置、撮像素子の検査方法、及び撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明装置の主要な部分を共通に使用しながら、光量の減少を少なく抑え、かつ、種々の入射瞳距離を持つ撮像素子を同一位置に置いて検査可能な撮像素子検査用照明装置を提供する。
【解決手段】 テレセントリックな照明光束を第１のレンズ群２１および第２のレンズ群２２で、プリズム２３を介して視野絞り２４が設けられている仮結像面に集光させる。仮結像面に集光した光は再びリレー光学系２５〜２７を介して撮像素子面１２に照射され、仮結像面の像を撮像素子面１２に形成する。リレー光学系には、リレーレンズ２５、開口絞り２６、リレーレンズ２７が設けられている。開口絞り２６は、リレーレンズ２７から所定の位置にあり、撮像素子面１２を照明する光束の主光線が交わる位置Ｐ(図２の二点鎖線と光軸が交わる位置)を決める。この位置Ｐがリレー光学系（第２光学系）の射出瞳位置にあたる。この位置を、撮像素子の入射瞳に一致させて照明を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子に照明光を照射して、得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査に用いられる撮像素子検査用照明装置、この撮像素子検査用照明装置を使用した撮像素子の検査装置及び方法、さらには、撮像素子の製造方法に関するものである。

ＣＣＤ等の撮像素子の製造工程おいては、リソグラフィ工程によってウエハ上に形成され、まだ個々に分離されないままの撮像素子に光を照射し、その出力端子からの出力を取り出して、それが正常かどうかを検査することが行われている。

その際、ウエハはプローバ装置と呼ばれる装置に入れられて、その中にあるプローブピンと呼ばれるピンに出力端子が接触するように固定される。そして、照明装置によりプローバ装置内のウエハに照明光を照射し、その出力をプローブピンを介して取り出すようになっている。

従来、撮像素子の検査においては、撮像素子のそれぞれの画素に対してほぼ垂直に照明光が照射するように、いわゆるテレセントリックな照明光を用いて照明して検査を行っていた。これは、もともとＣＣＤなどの撮像素子は受光素子の各位置にに入射する主光線が撮像素子面に対して垂直になるような結像光学系を用いていたためである。

なお、ある光学系からある面上のある点に入射する光の光束を、光軸方向の種々の場所で光軸に垂直な断面で切断したみた場合、その光束の分布する範囲は変化する。そして、前記ある面の点の位置をいろいろ変えた場合に、どの点に入射する光の光束の分布する範囲も同一になる光軸方向の場所をその光学系の出射瞳と呼んでいる。すなわち、受光側からみた場合に、出射瞳位置から光が出射しているように見える。なお、出射瞳の中心を通る光線を主光線と呼んでいる。

一方、受光素子の面上のある点に入射する光束のうち有効な光束の中心となる光線をその点に入射する光束の主光線とよび、受光素子の面上の各点における主光線が交わる光軸方向の場所を入射瞳と呼んでいる。光源又は疑似光源が入射瞳位置にあるとき、その受光素子は、cos４乗則によるものを除いて一様に照明される。

上述のようなテレセントリックな照明装置は、撮像素子の入射瞳が無限遠にあることを前提としており、照明装置の射出瞳の位置も撮像素子面から無限遠にある。そのため、入射瞳が無限遠にある（入射する主光線が受光面に垂直であるように設計されている）撮像素子を検査する場合には問題が発生しない。

しかしながら、デジタルカメラの小型化が進んでくると、入射瞳の位置を受光面の極近傍に位置させるような光学系が使用されるようになってきた。すなわち、受光素子に入射する光束の中心線が撮像素子面に対して大きく傾くような結像光学系を用いるようになってきた。すなわち、撮像素子の各画素の受光面に効率良く結像光束を導くために、受光素子の上にマイクロレンズが、周辺ほどオフセットされて設けられるようになってきた（例えば特開平６−１３２５０６号公報参照）。

このように、入射瞳の位置が受光面の極近傍に位置するような撮像素子を、従来のようなテレセトリックな照明光を照射して検査しようとすると、撮像素子の入射瞳位置と照明装置の射出瞳位置の違いのために光線のケラレや周辺減光が発生し、正しい検査ができない。又、固体撮像素子の入射瞳の位置やＦ値は、各撮像素子の設計仕様によってまちまちであり、それに合わせて検査装置を作ることは経済的でない。

このような問題に対処するために、従来は、テレセトリックな照明装置と被検査体である撮像素子の間に、図４に示すように拡散板３１と絞り３２を挿入して疑似光源を作り出し、この絞り３２の位置を撮像素子３３の入射瞳の位置に一致させ、かつ絞り径を所定のものとすることにより、所定の瞳位置と開口の条件で検査するようにしていた（例えば特開２００３−１５６４０６号公報参照）。
特開平６−１３２５０６号公報 特開２００３−１５６４０６号公報

ところが、拡散板３１と絞り３２による照明は拡散板での光量ロスが大きく、撮像素子３３に到達する光量が10分の１程度になってしまうために、撮像素子３３の各画素に所定の光量を蓄積するためには露光時間をかける必要があった。このため、ひとつの撮像素子の検査にかかる時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明装置の主要な部分を共通に使用しながら、光量の減少を少なく抑え、かつ、種々の入射瞳距離を持つ撮像素子を同一位置に置いて検査可能な撮像素子検査用照明装置、この撮像素子検査用照明装置を使用した撮像素子の検査装置及び方法、さらには、撮像素子の製造方法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、被検物体である撮像素子に照明光を照射して、得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査に用いられる撮像素子検査用照明装置であって、
前記撮像素子の撮像面上の任意の点を照明する光束主光線がほぼ平行である照明光を形成する照明装置と、
前記照明装置と前記撮像素子の間に挿脱可能に設けられ、前記照明装置によって前記撮像素子の撮像面が位置する結像面に結像する光束を、前記照明装置と前記撮像素子の間の仮結像面に結像させる第１光学系と、前記仮結像面の像を前記結像面に結像させ、かつ、その射出瞳位置が、前記結像面から有限の距離にある第２光学系とを備えたアダプタ
を有することを特徴とする撮像素子検査用照明装置（請求項１）である。

本手段においては、第１光学系によって、照明装置によって撮像素子の撮像面が位置する結像面に結像する光線を、照明装置と前記撮像素子の間の仮結像面に結像させるようにしている。そして、第２光学系において射出瞳位置を結像面から有限の位置として、仮結像面の像を結像面に結像させるようにしている。よって、例えば、同一の第１光学系を使用し、第２光学系の射出瞳位置を、被検査体である撮像素子の入射瞳位置に一致させることにより、瞳位置の違いに基づく光線のケラレや周辺減光を起こさずに、撮像素子を照明することができる。

なお、第２光学系に開口絞りを設け、絞り径を調整することにより、被検査体である撮像素子のＦ値に合わせることもできる。又、通常、第２光学系のみを変えることによって撮像素子の種類の違いに対処できるが、場合によっては第１光学系と第２光学系の両方を異ならせてもよい。

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、前記第１光学系が、光反射装置を有することを特徴とするもの（請求項２）である。

通常、照明装置と被検査体である撮像素子間の距離は短いので、この間にアダプタを設けることが困難となる場合がある。このような場合、本手段においては、ミラーやプリズム等の光反射手段によって光の進行方向を曲げて迂回させることによって光路長を長くし、それによりアダプタの長さを短くして、照明装置と被検査体である撮像素子間に入るようにすることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記第１光学系が、縮小結像光学系を有することを特徴とするもの（請求項３）である。

本手段においては第１光学系が、縮小結像光学系を有するので、第１光学系の一部の光学要素及び第２光学系の光学要素を小型化しても照射光量を減らさなくて済み、その分アダプタを小型化することが可能である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、一つの前記照明装置に対して複数の前記アダプタが設けられていることを特徴とするもの（請求項４）である。

本手段においては照明装置から出射する光を複数のアダプタで受けて、複数の撮像素子を同時に照明するようにしている。よって、複数の撮像素子を同時に検査することが可能になり、その分検査時間を短縮することができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記複数のアダプタのうち隣り合うもの同士が、千鳥配列されていることを特徴とするもの（請求項５）である。

一般にアダプタにおいては、できるだけ多くの光を取り込み、照明領域を明るく照明するために、第１光学系の寸法が大きく、第２光学系の寸法が小さい。よって、これらが、光軸方向以外の方向にずれて配置される場合には、千鳥配置を行うことによって設置スペースが減少し、その分多数のアダプタを設けることができる。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかである撮像素子検査用照明装置を構成要素の一部として有することを特徴とする撮像素子検査装置（請求項６）である。

このような撮像素子検査装置においては、入射瞳位置が異なった種々の撮像素子を、十分な光量照明して検査することが可能である。

前記課題を解決するための第７の手段は、被検物体である撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査方法であって、前記撮像素子の入射瞳位置に前記第２光学系の射出瞳位置が一致する前記第１の手段から第５の手段のいずれかである撮像素子検査用照明装置を使用して、前記撮像素子を照明することを特徴とする撮像素子の検査方法（請求項７）である。

前記課題を解決するための第８の手段は、被検物体である撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査方法であって、前記第１の手段から第５の手段のいずれかである撮像素子検査用照明装置を使用して、前記仮結像面に検査用チャートを入れて、その像を前記撮像素子上に形成して検査を行うことを特徴とする撮像素子の検査方法（請求項８）である。

前記課題を解決するための第９の手段は、ウエハ上に形成された撮像素子を、前記第７の手段又は第８の手段であるである撮像素子の検査方法を使用して検査する工程を有することを特徴とする撮像素子の製造方法（請求項９）である。

以上説明したように、本発明によれば、照明装置の主要な部分を共通に使用しながら、光量の減少を少なく抑え、かつ、種々の入射瞳距離を持つ撮像素子を同一位置に置いて検査可能な撮像素子検査用照明装置、この撮像素子検査用照明装置を使用した撮像素子検査装置及び方法、さらには、撮像素子の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。まず、本発明の実施の形態で用いる照明装置（請求の範囲及び課題を解決する手段の欄で「照明装置」と呼ばれているもの）の概略図を図１に示す。

ハロゲンランプやキセノンランプなどの光源１から放出された光は、コレクタレンズ２を介して以後説明する照明光学系に導かれる。照明光学系では照明光が所定の分光分布になるようにフィルタ３ａを透過させる。さらに、検査条件に応じて必要な分光分布を作り出すフィルタ３ｂ（例えば赤(Red),緑(Green),青(Blue)など）が出し入れできるようになっている。

さらに光量を調整するためのＮＤフィルター（Neutral Density Filter）４ａ，４ｂを介して所定の光量に調整される。一般のカメラで用いる撮像素子は白昼の数十万luxから夜間の数luxまでの広い光量の条件で用いられるため、光量の設定精度が非常に重要となる。そのため、フィルタの光学濃度のばらつきの影響を受けないように、大きく光量設定をする切り換え式のＮＤフィルタ４ａと、円盤形状をし、その回転方向に段階的または濃度勾配のある調整用のＮＤフィルタ４ｂを用い、ＮＤフィルタ４ａを交換して光量の粗調整を行い、ＮＤフィルタ４ｂを回転させて光量の微調整を行えるようにしている。

分光特性と光量を調整された照明光束は、インプットレンズ５により照度均一化光学系に導かれる。この例では、ロッドレンズ６とフライアイレンズ７を使った照度均一化光学系の例を示している。斜めに入射した照明光はロッドレンズ６の側面で反射し、ロッドレンズ６の出射端に導かれ、光源から広がる光束が折り返され出射端で重ね合わされ、ロッドレンズ６の出射端で光量が均一化される。

ロッドレンズ６を出た光束はフライアイレンズ７で複数の光束に分割されるが、各フライフライアイレンズ７から射出した光束はコンデンサレンズ８により照射面で重ね合わされるようになっており、これにより照射面での照度分布が一様になる。

この照射面には、検査用チャート９が出し入れできるようになっている。この検査用チャート９（照射面）は、その後の光学系に対して撮像素子面１２と共役な位置とされている。照射面を通過した光は、折り曲げミラー１０で反射され投影レンズ１１を介して撮像素子面１２に前記照射面の像を結ぶ。照射面に検査用チャート９が入れられているときには、検査用チャート９の像が、撮像素子面１２に形成される。照射面に検査用チャート９が入れられていないときには、照明光が撮像素子面１２をテレセントリックに照明する。

図２は、本発明の実施の形態の１例に用いられるアダプタの光学系の概要を示す図である。この光学系は図１における投影レンズ１１と撮像素子面１２の間に挿入して用いられる。

図２において、このアダプタを用いなかったときに撮像素子面１２上を照明する光束のひとつを破線で表す。この照明光束を第１のレンズ群２１および第２のレンズ群２２で、プリズム２３を介して視野絞り２４が設けられている仮結像面に集光させる。このとき第１のレンズ群２１は正の屈折力を持ち、第２のレンズ群２２は負の屈折力を持ち、ガリレオ型の縮小光学系を構成していて、光軸に平行に入射した光線は光軸からの距離が第１のレンズ群２１の焦点距離で第２のレンズ群２２の焦点距離を割った倍率がかけられて、再び光軸に平行に出射される。すなわち、仮結像面に集光される光束は、仮結像面をテレセントリックに照明し、かつ、アダプタが無いときに撮像素子面１２を照明する光に縮小倍率を掛けた光束であり、図１の照射面（検査チャート９の面）の像がこの位置に形成されることになる。つまり、仮結像面は、図１の投影レンズについて、前記照射面と撮像素子面１２の双方に対して共役な位置にある。

第２のレンズ群２２を出射した光束はプリズム２３に入射し、第１の反射面２３ａで折り曲げられ、プリズム２３の内部を通過して第２の反射面２３ｂで反射され、再び鉛直下方に向かう。プリズム２３から出射した光は前述のように視野絞り２４が設けられた仮結像面に集光される。この第１のレンズ群２１からプリズム２３までの光学系が特許請求の範囲及び課題を解決するための手段で「第１光学系」と呼ばれる部分である。

仮結像面に集光した光は再びリレー光学系２５〜２７を介して撮像素子面１２に照射され、仮結像面の像を撮像素子面１２に形成する。視野絞り２４とこのリレー光学系が、特許請求項及び課題を解決するための手段で「第２光学系」と呼ばれる部分である。

リレー光学系には、リレーレンズ２５、開口絞り２６、リレーレンズ２７が設けられている（通常、開口絞り２６を設ける位置が、図２に示すようにリレーレンズ２５の焦点位置となるようにリレーレンズ２５を設計することが好ましい）。開口絞り２６は、リレーレンズ２７から所定の位置にあり、撮像素子面１２を照明する光束の主光線が交わる位置Ｐ(図２の二点鎖線と光軸が交わる位置)を決める。この位置Ｐがリレー光学系（第２光学系）の射出瞳位置にあたる。リレーレンズ２７の後側焦点面に撮像素子面１２があるとき、位置Ｐと撮像素子面１２の距離をＬとすると、開口絞り２６とリレーレンズ２７の間隔ｅは、リレーレンズ２７の焦点距離ｆから次のようにして求められる。

すなわち、被検査体である撮像素子の入射瞳距離が分かれば、その値をＬとし、（１）式でｅを決定し、ｅで決定される位置に開口絞り２６を設ければよいことになる。

また、開口絞り２６の径は照明光束の太さを決める。照明光束の太さは、リレーレンズ２７の焦点距離ｆを開口絞り２６の径φで割ったＦ値で表される。すなわち、
Ｆ＝ｆ／φ …（２）
である。

例えば、投影レンズ１１から撮像素子面１２を照明する光束のＦ値がＦ10である場合、この光束を瞳位置Ｌ＝31.5mm、Ｆ値をＦ７にするようなアダプタを考えると、リレーレンズ２７の焦点距離は７mm,リレーレンズ２７と開口絞り２６の間隔は5.4mmとなる。さらにリレーレンズ２５の焦点距離を７mmとすると、当倍で視野絞り２４の像を撮像素子面１２に投影する。プリズム２３による光軸のシフト量を9.5mmとした場合、第１のレンズ群２１の焦点距離は50mm、第２のレンズ群２２の焦点距離は-35mmとなる。このような配置をとることにより第１のレンズ群は撮像素子面からおよそ70mmの高さまでに抑えることができる。

視野絞り２４の位置にチャートを入れれば、従来の方式では行うことのできなかった、有限の瞳距離の照明状態の下でチャート投影をすることができる。

なお、図２に示す光学系においては、第１のレンズ群２１、第２のレンズ群２２からなる縮小光学系を有しており、これにより、第２のレンズ群２２、プリズム２３、リレー光学系の寸法を小さくすることができる。もし、このようなことが必要なければ、第１のレンズ群２１、第２のレンズ群２２は不要であり、プリズム２３によって、投影レンズ１１から撮像素子面１２までの光路長と、投影レンズ１１から仮結像面までの距離を同じにしてやればよい。

又、図２において、アダプタを使用したときと使用しないときでは、撮像素子面１２の光軸方向の位置は変わっていないが、光軸に垂直な方向の位置は変わっている。しかし、通常、プローバ装置には検査するウエハを光軸に垂直な方向に移動させるステージが設けられているのでこの方向の位置の違いは問題にならない。勿論、さらにプリズム、反射鏡等により、光路を折り返すことにより、投影レンズ１１の光軸とリレー光学系の光軸を合わせるようにしてもよい。

又、通常投影レンズ１１は、広い面積をテレセントリックに照明できるようになっているが、ウエハに形成される撮像素子の入射瞳距離が短い場合、複数の撮像素子を照明するには、それぞれの素子に対応する別々の光源が必要である。よって、このような場合には、一つの投影レンズ１１に対して複数のアダプタを設け、複数の撮像素子を同時に照明して検査することにより、検査時間を短くすることができる。

この場合、縮小光学系を使用すると、一般に第１のレンズ群２１の光軸に直角な方向の寸法が大きくなり、残りの部分の寸法は小さくなる。よって、図３に示すように、アダプタを交互に千鳥配置することにより、第１のレンズ群２１の機械的な干渉を避け、多くのアダプタを配置することができる。

図１、図２に示すような撮像素子検査用照明装置を用いた撮像素子検査装置においては、アダプタの交換により種々の撮像素子の検査が可能となる。よって、撮像素子の製造工程において、このような撮像素子検査装置を使用してウエハ上に形成された撮像素子の検査を行うことにより、１台の検査装置を使用して、種々の撮像装置を製造することができる。

本発明の実施の形態で用いる照明装置の概略図である。 本発明の実施の形態の１例に用いられるアダプタの光学系の概要を示す図である。 一つの投影レンズに対して複数のアダプタを配置した例を示す図である。 従来の擬似光源を用いた照明装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…光源、２…コレクタレンズ、３ａ…フィルタ、３ｂ…フィルタ、４ａ…ＮＤフィルタ、４ｂ…ＮＤフィルタ、５…インプットレンズ、６…ロッドレンズ、７…フライアイレンズ、８…コンデンサレンズ、９…検査用チャート、１０…折り曲げミラー、１１…投影レンズ、１２…撮像素子面、２１…第１のレンズ群、２２…第２のレンズ群、２３…プリズム、２３ａ…第１の反射面、２３ｂ…第２の反射面、２４…視野絞り、２５…リレーレンズ、２６…開口絞り、２７…リレーレンズ

Claims (9)

1. 被検物体である撮像素子に照明光を照射して、得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査に用いられる撮像素子検査用照明装置であって、
   前記撮像素子の撮像面上の任意の点を照明する光束の主光線がほぼ平行である照明光を形成する照明装置と、
   前記照明装置と前記撮像素子の間に挿脱可能に設けられ、前記照明装置によって前記撮像素子の撮像面が位置する結像面に結像する光束を、前記照明装置と前記撮像素子の間の仮結像面に結像させる第１光学系と、前記仮結像面の像を前記結像面に結像させ、かつ、その射出瞳位置が、前記結像面から有限の距離にある第２光学系とを備えたアダプタ
   を有することを特徴とする撮像素子検査用照明装置。
2. 前記第１光学系が、光反射装置を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子検査用照明装置。
3. 前記第１光学系が、縮小結像光学系を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像素子検査用照明装置。
4. 一つの前記照明装置に対して複数の前記アダプタが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の撮像素子検査用照明装置。
5. 前記複数のアダプタのうち隣り合うもの同士が、千鳥配列されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像素子検査用照明装置。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれ１項に記載の撮像素子検査用照明装置を構成要素の一部として有することを特徴とする撮像素子検査装置。
7. 被検物体である撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査方法であって、前記撮像素子の入射瞳位置に前記第２光学系の射出瞳位置が一致する請求項１から請求項５のうちいずれ１項に記載の撮像素子検査用照明装置を使用して、前記撮像素子を照明することを特徴とする撮像素子の検査方法。
8. 被検物体である撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する検査方法であって、前記撮像素子の入射瞳位置に前記第２光学系の射出瞳位置が一致する請求項１から請求項５のうちいずれ１項に記載の撮像素子検査用照明装置を使用して、前記仮結像面に検査用チャートを入れて、その像を前記撮像素子上に形成して検査を行うことを特徴とする撮像素子の検査方法。
9. ウエハ上に形成された撮像素子を、請求項７又は請求項８に記載の撮像素子の検査方法を使用して検査する工程を有することを特徴とする撮像素子の製造方法。
   

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