JP2009162846A - Element inspection light source, and device and method for inspecting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は素子検査用光源、素子検査装置および素子検査方法に関する。 The present invention relates to a light source for element inspection, an element inspection apparatus, and an element inspection method.
光学系により結像された像の撮像と光学系の焦点検出とを行うために、撮像画素の二次元配列の一部に焦点検出画素を配列した固体撮像素子(以下、単に撮像素子という)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この撮像素子は、一つの焦点検出画素の中に一対の光電変換部を設け、光学系の射出瞳の一対の領域を通過した一対の光束をマイクロレンズを介して一対の光電変換部により受光し、一対の光電変換部上に結像される一対の像のズレ量を検出して光学系の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行うために用いられる。
A solid-state imaging device (hereinafter simply referred to as an imaging device) in which focus detection pixels are arranged in a part of a two-dimensional array of imaging pixels in order to perform imaging of an image formed by the optical system and focus detection of the optical system. It is known (see, for example, Patent Document 1).
In this imaging device, a pair of photoelectric conversion units are provided in one focus detection pixel, and a pair of light beams that have passed through a pair of regions of the exit pupil of the optical system are received by the pair of photoelectric conversion units via a microlens. This is used to perform focus detection by a so-called pupil division type phase difference detection system that detects a shift amount of a pair of images formed on the pair of photoelectric conversion units and detects a focus adjustment state of the optical system.
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
焦点検出専用の検出器と光学系を備えた従来の焦点検出装置と異なり、瞳分割型位相差検出方式の焦点検出画素を組み込んだ上記撮像素子では、焦点検出用の光学系が焦点検出画素のマイクロレンズに相当するとともに、焦点検出用の検出器が焦点検出画素の光電変換部に相当し、光学系(マイクロレンズ)と検出器(光電変換部)とが一体化している。
そのため、焦点検出画素の光電変換部や配線層の形状を変更して瞳を分割することになるが、近年の撮像素子の画素サイズは2〜10μm程度であり、可視光の波長の10倍程度の領域で分割することになるので、回折の影響や製造誤差が無視できない。
その結果、分割された瞳から所望の位相差情報が得られているかどうか定かではなく、十分な焦点検出精度が得られるかどうかは撮像装置組み込み後の実画像による評価まで判らなかった。
Unlike the conventional focus detection device having a focus detection detector and an optical system, the focus detection optical system of the focus detection pixel is the focus detection pixel in the above-described imaging element incorporating the pupil detection type phase difference detection focus detection pixel. In addition to the microlens, the focus detection detector corresponds to the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel, and the optical system (microlens) and the detector (photoelectric conversion unit) are integrated.
For this reason, the pupil is divided by changing the shape of the photoelectric conversion unit and the wiring layer of the focus detection pixel. However, the pixel size of the recent image sensor is about 2 to 10 μm, which is about 10 times the wavelength of visible light. Therefore, the influence of diffraction and manufacturing errors cannot be ignored.
As a result, it is not certain whether the desired phase difference information is obtained from the divided pupils, and it has not been known until evaluation with an actual image after incorporating the imaging device whether sufficient focus detection accuracy is obtained.
(1) 請求項1の発明は、撮像光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出画素を複数個配列した撮像素子を検査する素子検査用光源であって、照明灯と、照明光学系と、照明灯から発せられ照明光学系を透過した光束を、所定形状の開口により制限して撮像素子上の焦点検出画素に照射する遮光板とを備え、遮光板は、撮像光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束と同等な光束を照明光学系を透過した光束より生成する第1開口を有する第1遮光板と、射出瞳の一方の領域以外の領域を通過する光束と同等な光束を照明光学系を透過した光束より生成する第2開口を有する第2遮光板とからなる。
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の素子検査用光源において、第1開口を射出瞳を二等分した一方の領域に相当する開口とし、第2開口を射出瞳を二等分した他方の領域に相当する開口としたものである。
(3) 請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の素子検査用光源において、遮光板の照明灯側に光を拡散させるための拡散板を設置したものである。
(4) 請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の素子検査用光源において、遮光板を回転させる駆動手段を備え、光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束を焦点検出用光束として受光する焦点検出画素を検査する場合と、一対の領域の内の他方の領域を通過する光束を焦点検出用光束として受光する焦点検出画素を検査する場合とで、駆動手段により遮光板を180度回転させるようにしたものである。
(5) 請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の検査用光源と、第1遮光板を用いて焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Sと、第2遮光板を用いて焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Nとを測定する測定手段と、出力信号Sと出力信号Nとに基づいて撮像素子の焦点検出性能を判定する判定手段とを備える素子検査装置である。
(6) 請求項6の発明は、請求項5に記載の素子検査装置において、判定手段は、撮像素子の中に出力信号Sと出力信号Nの比S/Nが予め設定した判定基準値以下の焦点検出画素が含まれていた場合には、当該撮像素子を不良品と判定するようにしたものである。
(7) 請求項7の発明は、撮像光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出画素を複数個配列した撮像素子を検査する素子検査方法であって、照明灯から発せられ照明光学系を透過した光束を、所定形状の開口により制限して撮像素子上の焦点検出画素に照射する際に、撮像光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束と同等な光束を照明光学系を透過した光束より生成する第1開口により光束を制限して焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Sと、射出瞳の一方の領域以外の領域を通過する光束と同等な光束を照明光学系を透過した光束より生成する第2開口により光束を制限して焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Nとを測定し、出力信号Sと出力信号Nの比S/Nに基づいて撮像素子の焦点検出性能を評価する素子検査方法である。
(1) In order to detect the focus adjustment state of the imaging optical system in a part of the imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by the imaging optical system are two-dimensionally arranged. A light source for inspecting an image pickup device in which a plurality of focus detection pixels are arranged, and an illumination lamp, an illumination optical system, and a light beam emitted from the illumination lamp and transmitted through the illumination optical system through an aperture having a predetermined shape A light-blocking plate that irradiates the focus detection pixels on the image sensor in a limited manner, and the light-blocking plate illuminates a light beam equivalent to a light beam that passes through one of the pair of regions of the exit pupil of the imaging optical system. A first light-shielding plate having a first aperture generated from a light beam transmitted through the system, and a second aperture for generating a light beam equivalent to a light beam passing through a region other than one region of the exit pupil from the light beam transmitted through the illumination optical system A second light-shielding plate having
(2) According to a second aspect of the present invention, in the element inspection light source according to the first aspect, the first opening is an opening corresponding to one region obtained by dividing the exit pupil into two equal parts, and the second opening is the second exit pupil. This is an opening corresponding to the other equally divided region.
(3) The invention of claim 3 is the element inspection light source according to
(4) The invention according to
(5) The invention according to
(6) In the element inspection apparatus according to
(7) The invention of
本発明によれば、焦点検出画素が配列された撮像素子の焦点検出性能を、撮像素子を撮像装置に組み込む前に簡単に評価することができる。 According to the present invention, it is possible to easily evaluate the focus detection performance of an image pickup device in which focus detection pixels are arranged before the image pickup device is incorporated into an image pickup apparatus.
まず、瞳分割型位相差検出方式の焦点検出画素が組み込まれた撮像素子の特性を評価するための指標について説明する。ここで、撮像素子の受光面に像を結像する撮像光学系の射出瞳を想定する。焦点検出画素の光電変換部は、射出瞳の一方の領域を通過する光束を受光するためにマイクロレンズの一方側に偏って配置される(図4参照)。この瞳面の分割した一対の領域の内の一方の領域からの入射光を受光したときの焦点検出画素の出力信号(位相情報)をSとし、上記一方の領域以外の領域(ここには一対の領域の内の他方の領域も含まれる)からの入射光を受光したときの出力信号をNとする。後者の出力信号Nは、光束の回折や乱反射、あるいは製造誤差等に起因したものであり、前記一方の領域以外の領域から入射した光に応じた出力信号である。二つの出力信号SとNの比S/Nは焦点検出画素の焦点検出性能を表すものであり、この比S/Nが大きいほど撮像素子上の焦点検出画素の出力信号Sに基づく焦点検出結果は良好なものとなる。したがって、この比S/Nを焦点検出画素の焦点検出性能を示す指標とする。 First, an index for evaluating the characteristics of an image sensor incorporating a focus detection pixel of the pupil division type phase difference detection method will be described. Here, an exit pupil of an imaging optical system that forms an image on the light receiving surface of the imaging element is assumed. The photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is arranged so as to be biased toward one side of the microlens in order to receive a light beam passing through one region of the exit pupil (see FIG. 4). The output signal (phase information) of the focus detection pixel when receiving incident light from one of the pair of divided areas of the pupil plane is S, and an area other than the one area (here, a pair of areas) The output signal when the incident light from the other region is also received is N. The latter output signal N is caused by diffraction or irregular reflection of a light beam, a manufacturing error, or the like, and is an output signal corresponding to light incident from a region other than the one region. The ratio S / N between the two output signals S and N represents the focus detection performance of the focus detection pixel, and the focus detection result based on the output signal S of the focus detection pixel on the image sensor as the ratio S / N increases. Will be good. Therefore, this ratio S / N is used as an index indicating the focus detection performance of the focus detection pixel.
射出瞳面における一対の領域は、横方向の焦点検出の場合は左右に分割し、縦方向の焦点検出の場合は上下に分割する。そして、一対の領域からの一対の光束に対応した一対の位相情報を取得し、この一対の位相情報の位相差に基づいて焦点検出を行う。ここで、瞳上の一対の領域をR1、R2とし、一対の光束をP1、P2とすると、一方の領域R1からの光束P1に応じた出力信号Sと、一方の領域R1以外の領域R1’からの光束P1’に応じた出力信号Nとの比S/N1は、一方の領域R1からの光束P1を受光する焦点検出画素の性能を示す。同様に、一対の領域R1、R2の内の他方の領域R2からの光束P2に応じた出力信号Sと、他方の領域R2以外の領域R2’からの光束P2’に応じた出力信号Nとの比S/N2は、他方の領域R2からの光束P2を受光する焦点検出画素の性能を表す。 The pair of regions on the exit pupil plane are divided into left and right in the case of horizontal focus detection, and up and down in the case of vertical focus detection. Then, a pair of phase information corresponding to the pair of light beams from the pair of regions is acquired, and focus detection is performed based on the phase difference between the pair of phase information. Here, if the pair of regions on the pupil are R1 and R2, and the pair of light beams are P1 and P2, the output signal S corresponding to the light beam P1 from one region R1 and the region R1 ′ other than the one region R1. The ratio S / N1 with the output signal N corresponding to the light beam P1 ′ from the light indicates the performance of the focus detection pixel that receives the light beam P1 from one region R1. Similarly, an output signal S corresponding to the light beam P2 from the other region R2 of the pair of regions R1 and R2, and an output signal N corresponding to the light beam P2 ′ from the region R2 ′ other than the other region R2. The ratio S / N2 represents the performance of the focus detection pixel that receives the light beam P2 from the other region R2.
この一実施の形態では、一対の瞳領域R1、R2からの光束P1、P2を受光する焦点検出画素の性能をS/N1、S/N2で表し、焦点検出画素配列の中の最も小さい比S/Nを撮像素子の焦点検出性能指標とする。撮像素子を装置に組み込む前の撮像素子の検査工程において、撮像素子単体の焦点検出性能S/Nを測定することによって、事前に撮像素子の良否を判定することができ、良品だけを素子込み込み工程へ流すことができる。なお、ここでは焦点検出画素が1つの光電変換部を有するものとして説明するが、このような焦点検出画素に限定されない。例えば、焦点検出画素は2つの光電変換部を有してもよい(図14参照)。この種の焦点検出画素については後述する。 In this embodiment, the performance of the focus detection pixels that receive the light beams P1 and P2 from the pair of pupil regions R1 and R2 is represented by S / N1 and S / N2, and the smallest ratio S in the focus detection pixel array. Let / N be the focus detection performance index of the image sensor. By measuring the focus detection performance S / N of a single image sensor in the image sensor inspection process before incorporating the image sensor into the device, the quality of the image sensor can be determined in advance, and only good products are included. It can flow to the process. Here, the focus detection pixel is described as having one photoelectric conversion unit, but is not limited to such a focus detection pixel. For example, the focus detection pixel may have two photoelectric conversion units (see FIG. 14). This type of focus detection pixel will be described later.
撮像素子の焦点検出性能評価においては、上述した焦点検出光学系による要因以外に、焦点検出画素からの出力自体を電気回路系統のノイズより十分に大きくする必要があり、焦点検出画素からの出力の大きさも性能評価の対象となる。 In the focus detection performance evaluation of the image sensor, in addition to the above-described factors due to the focus detection optical system, the output from the focus detection pixel itself needs to be sufficiently larger than the noise of the electric circuit system. Size is also subject to performance evaluation.
さらに具体的な検査方法について説明する。この一実施の形態では、撮像光学系の射出瞳を分割した一対の領域R1、R2の内の一方の領域R1と同形状の光源と、上記一方の領域R1以外の領域R1’(ここには一対の領域の内の他方の領域R2も含まれる)と同形状の光源とを用い、上述した出力信号SとNを個別に測定する。 Further, a specific inspection method will be described. In this embodiment, a light source having the same shape as one region R1 out of a pair of regions R1 and R2 obtained by dividing the exit pupil of the imaging optical system, and a region R1 ′ other than the one region R1 (here, The output signals S and N described above are individually measured using a light source having the same shape as the other region R2 of the pair of regions).
領域R1に対応する光源は、一般的にウエハーから切り出す前の撮像素子単体の特性評価時に使用する白色光源と絞りからなる。絞りは白色光源と撮像素子の間の、撮像素子から撮像光学系の射出瞳距離だけ離れた位置に設置される一対の領域R1、R2の内の一方の領域R1の形状を有している。その絞りより白色光源側に拡散板が設置され、一方の領域R1に均一光が照射される。 The light source corresponding to the region R1 is generally composed of a white light source and a diaphragm used when evaluating the characteristics of the image pickup device before being cut out from the wafer. The diaphragm has the shape of one region R1 out of a pair of regions R1 and R2 that are installed between the white light source and the image sensor at a position separated from the image sensor by the exit pupil distance of the image pickup optical system. A diffusion plate is installed on the white light source side of the diaphragm, and uniform light is irradiated to one region R1.
さらに、一方の領域R1以外の領域R1’に対応する光源には、上記一方の領域R1の形状の絞りの代わりに、射出瞳面の一方の領域R1を補間する形状と同形状の絞りを設置すればよい。このような絞りと拡散板を白色光源と撮像素子との間に設定することによって、容易に撮像素子の焦点検出性能を評価することができる。 Furthermore, the light source corresponding to the region R1 ′ other than the one region R1 is provided with a diaphragm having the same shape as the shape for interpolating one region R1 of the exit pupil plane instead of the diaphragm having the shape of the one region R1. do it. By setting such a diaphragm and a diffusion plate between the white light source and the image sensor, the focus detection performance of the image sensor can be easily evaluated.
図1は検査対象の撮像素子の一例で光電変換部を正面から見た部分拡大図である。この撮像素子1は、撮像光学系(不図示)により結像された像を撮像するための撮像画素2が半導体基板6上に二次元状に配列されており、その一部に撮像画素2の代わりに撮像光学系の焦点調節状態を検出するための2種類の焦点検出画素3aと3bが直線上に交互に配列されている。
FIG. 1 is a partially enlarged view of an example of an image sensor to be inspected, as viewed from the front of a photoelectric conversion unit. In this imaging device 1,
図2は撮像画素2の正面図、図3は撮像画素2の断面図である。撮像画素2は被写体を画像化するための信号を出力する。撮像画素2はマイクロレンズ4、光電変換部5および色フィルター(不図示)を有している。その他の構成は省略されている。色フィルターは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、各色フィルターを備えた撮像画素2がベイヤー配列されている。撮像画素2では撮像用の光電変換部5の前方にマイクロレンズ4が配置される。光電変換部5は半導体回路基板6上に形成される。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ4と光電変換部5の中間に配置される。
FIG. 2 is a front view of the
図4は焦点検出画素3a、3bの正面図、図5は焦点検出画素3a、3bの断面図である。焦点検出画素3aは、図4(a)に示すようにマイクロレンズ4と光電変換部7を有している。光電変換部7の形状は矩形である。同様に、焦点検出画素3bは、図4(b)に示すようにマイクロレンズ4と光電変換部8を有しており、光電変換部8の形状は矩形である。なお、焦点検出画素3a、3bのその他の構成は省略されている。この実施の形態では、光電変換部7,8の画素中心側の境界が画素中心と一致するように設計されている。焦点検出画素3aと焦点検出画素3bとをマイクロレンズ4を重ね合わせて表示すると、光電変換部7と8が左右方向に並んでいる。図1において、焦点検出画素3aと焦点検出画素3bは左右方向、すなわち光電変換部7と8の並び方向に交互に配置されている。
4 is a front view of the
図5(a)に示すように、焦点検出画素3aの光電変換部7の前方にマイクロレンズ4が配置される。光電変換部7は半導体回路基板6上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ4が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。同様に、図5(b)に示すように、焦点検出画素3bの光電変換部8の前方にマイクロレンズ4が配置され、マイクロレンズ4により光電変換部8の形状が前方に投影される。光電変換部8は半導体回路基板6上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ4が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。
As shown in FIG. 5A, the
図6(a)は、撮像素子上の焦点検出画素3a(または3b)と撮像光学系の射出瞳10との関係を示す図である。ここでは、焦点検出画素3aのマイクロレンズ4から100mmの位置に撮像光学系の射出瞳10があるものとし、瞳の明るさをf2.8とする。焦点検出画素3aの光電変換面11上の破線10aは、図6(b)に示すようにマイクロレンズ4による射出瞳10の投影像である。なお、図6では説明を解りやすくするためにマイクロレンズ4と光電変換部7(または8)からなる焦点検出画素3aを撮像光学系と同程度の大きさで示しているが、実際には撮像光学系の1/10000程度の大きさである。
FIG. 6A is a diagram illustrating the relationship between the
図6において、理想的な焦点検出光学系であれば、f2.8の明るさの射出瞳10の半分の領域を通過した焦点検出用光束が光電変換部7(または8)に入射し、光電変換部7で光強度に応じた電気信号に変換される。射出瞳10の残りの半分の領域を通過した光束は光電変換部7以外の領域に入射するので、光電変換部7の出力信号にはまったく寄与しない。しかしながら、実際には、マイクロレンズ4の設計との乖離や回折の影響から、焦点検出用光束の一部が光電変換部7へ入射せずに光電変換部以外の領域へ入射し、射出瞳10の残り半分の領域を通過した光束の一部が光電変換部7へ入射する。
In FIG. 6, in the case of an ideal focus detection optical system, a focus detection light beam that has passed through a half region of the
図7は、射出瞳10の左半分の領域10bを通過した光束(焦点検出画素3bが焦点検出に用いる光束)が、焦点検出画素3bのマイクロレンズ4を介して光電変換面11へ入射する様子を示す。射出瞳10の領域10bを通過した光束は、理想的には焦点検出画素3bの光電変換部8へ入射するはずであるが、上述した問題によりこの光束は光電変換面11上の領域10cへ入射し、光電変換部8以外の領域に漏れ出してしまう。
FIG. 7 shows a state in which the light beam that has passed through the left
図8は、射出瞳10の残り半分の領域10dを通過した光束(焦点検出画素3bが焦点検出に用いない光束)が、焦点検出画素3bのマイクロレンズ4を介して光電変換面11へ入射する様子を示す。射出瞳10の残り半分の領域10dを通過した光束は、理想的には焦点検出画素3bの光電変換部8以外の領域へ入射するはずであるが、上述した問題によりこの光束は光電変換面11上の領域10eへ入射し、光電変換部8へ漏れ込んでしまう。
In FIG. 8, the light beam that has passed through the remaining
なお、図7および図8では、右側に光電変換部8を有する焦点検出画素3bを例に挙げて説明したが、左側に光電変換部7を有する焦点検出画素3aについても同様な光束の漏れ出しと漏れ込みが発生する。この焦点検出画素3aにおいては、射出瞳10の光束を通過する領域を入れ替えるだけであり、図示と説明を省略する。なお、焦点検出画素3aの光電変換部7は、図8に示す射出瞳10の右半分の領域10dを通過した光束を焦点検出用光束として受光する。
7 and 8, the
焦点検出画素3bの光電変換部8は、図7に示す射出瞳10の左半分の領域10bを通過した光束と、図8に示す射出瞳10の右半分の領域10dを通過した光束の一部とを受光し、受光光束の光強度に応じた信号を出力する。一方、焦点検出画素3aの光電変換部7は、図8に示す射出瞳10の右半分の領域10dを通過した光束と、図7に示す射出瞳10の左半分の領域10bを通過した光束の一部とを受光し、受光光束の光強度に応じた信号を出力する。これら焦点検出画素3aと3bの出力信号は、撮像光学系の焦点調節状態を示す一対の位相情報となる。
The
射出瞳10の左半分の領域10bと右半分の領域10dをそれぞれ通過した光束によって焦点検出用の位相差情報を正確に検出するためには、焦点検出画素3bでは、図7に示す左半分の領域10bからの光束をより多く受光し(つまり、光束が光電変換部8以外へ漏れ出さないようにし)、図8に示す右半分の領域10dからの光束をより少なく受光する(つまり、光束が光電変換部8へ漏れ込まないようにする)ことが重要になる。一方、焦点検出画素3aでは、図7に示す左半分の領域10bからの光束をより少なく受光し(光束が光電変換部7へ漏れ込まないようにし)、図8に示す右半分の領域10dからの光束をより多く受光する(光束が光電変換部7以外へ漏れ出さないようにする)ことが重要になる。
In order to accurately detect the phase difference information for focus detection using the light beams that have passed through the
焦点検出画素3bにおいて、図7に示す左半分の領域10bからの光束による焦点検出画素3bの出力信号をSとし、図8に示す右半分の領域10dからの光束による焦点検出画素3bの出力信号をNとすると、上述したように比S/Nは位相差情報の正確さを表すパラメーターであり、焦点検出画素3bの焦点検出性能を示す指標値とすることができる。一方、焦点検出画素3aでは、図8に示す右半分の領域10dからの光束による焦点検出画素3aの出力信号をSとし、図7に示す左半分の領域10bからの光束による焦点検出画素3aの出力信号をNとすると、比S/Nは位相差情報の正確さを表すパラメーターであり、焦点検出画素3aの焦点検出性能を示す指標値とすることができる。
In the
ここで、図9を参照してシリコンウエハー上に形成された撮像素子の一般的な検査方法を説明する。ステージ(不図示)上のシリコンウエハー12には複数の固体撮像素子13が形成されており、撮像素子13と同じ大きさの開口(不図示)を有するプローブカード(不図示)がウエハー12上にセットされ、プローブカードと撮像素子13とが電気的に接続されるとともに、ランプ15と照明光学系16からなる検査用光源17からの光をプローブカードの開口を介して撮像素子13に照射する。なお、図9では説明を解りやすくするためにプローブカードの下に位置するウエハー12が見えるように図示したが、実際のプローブカードは開口以外の部分は不透明である。一つの撮像素子13の検査が終了すると、ステージが移動して次の撮像素子13がプローブカードの開口の真下にセットされ、これを繰り返してウエハー12上のすべての撮像素子13の検査が行われる。
Here, a general inspection method for an image sensor formed on a silicon wafer will be described with reference to FIG. A plurality of solid-
次に、焦点検出性能指標S/Nの具体的な測定装置と測定方法を説明する。図10は一実施の形態の素子検査装置の構成を示す図である。瞳分割型位相差検出方式による焦点検出画素を組み込んだ撮像素子の検査装置20は、検査用光源21、ウエハープローバー22およびテスター23から構成される。検査用光源21は、図7に示すように射出瞳10の左半分の領域10bを通過して焦点検出画素3bに向かう光束を生成するとともに、図8に示すように射出瞳10の右半分の領域10dを通過して焦点検出画素3bに向かう光束を生成する。
Next, a specific measuring apparatus and measuring method for the focus detection performance index S / N will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an element inspection apparatus according to an embodiment. An imaging
ウエハープローバー22は、ウエハー12の搬送、ウエハー12上の撮像素子13とテスター23との電気的な接続などを行う装置であり、例えば東京エレクトロン株式会社製P−8XL型などを用いることができる。さらに、テスター23は、ウエハー12上の撮像素子13をウエハープローバー22を介して駆動制御し、撮像素子13からの出力信号を測定して撮像素子13上の撮像画素2の撮像性能や焦点検出画素3a、3bの焦点検出性能を評価する。テスター23はまた、詳細を後述する検査用光源21のランプの点消灯制御と、拡散板と遮光板の照明光路への出し入れおよび回転を制御する。テスター23には例えば株式会社アドバンテスト製T8571A型などを用いることができる。
The
図11は検査用光源21の詳細な構成を示す斜視図であり、図12は検査用光源21の一部と撮像素子13上の焦点検出画素3bの横断面図である。なお、図12では焦点検出画素3bの断面を示すが、焦点検出画素3aについても同様である。検査用光源21は、ランプ21a、照明光学系21b、ランプ21aからの光を拡散させる拡散板21c、開口21dを有する遮光板21e、遮光板21eの出し入れと回転を行う駆動装置21fなどを備えている。
FIG. 11 is a perspective view showing a detailed configuration of the
図9により説明した一般的な撮像素子の検査装置の検査用光源17と異なるのは、一実施の形態の検査用光源21が、照明光学系21bとウエハープローバー22のプローブカード(不図示)との間に、拡散板21cと開口21dを有する遮光板21eを出し入れ可能に設置したことにある。この拡散板21cと遮光板21eは、ウエハー12上の撮像素子13から撮像光学系の射出瞳距離相当の距離100mmだけ離れた位置に挿入される。拡散板21cと遮光板21eは貼り合わせて一体に形成されており、開口21dはf2.8の明るさの射出瞳の半分の大きさである。遮光板21eの開口21d以外の部分は光を完全に遮光する。
Unlike the
図9に示す一般用素子検査装置と同様に、ウエハープローバー22のステージ(不図示)上のシリコンウエハー12には複数の固体撮像素子13が形成されており、撮像素子13と同じ大きさの開口(不図示)を有するプローブカードがウエハー12上にセットされ、プローブカードと撮像素子13とが電気的に接続されるとともに、検査用光源21からの光をプローブカードの開口を介して撮像素子13に照射する。なお、図11では説明を解りやすくするためにプローブカードの下に位置するウエハー12が見えるように図示したが、実際のプローブカードは開口以外の部分は不透明である。一つの撮像素子13の検査が終了すると、ステージが移動して次の撮像素子13がプローブカードの開口の真下にセットされ、これを繰り返してウエハー12上のすべての撮像素子13の検査が行われる。
As in the general element inspection apparatus shown in FIG. 9, a plurality of solid-
撮像素子13の検査途中で焦点検出画素3a、3bの検査を行うときは、照明光学系21bとウエハープローバー22のプローブカードとの間に、駆動装置21fによって拡散板21cと遮光板21eを挿入する。そして、ランプ21aを点灯し、照明用光学系21b、拡散板21cおよび遮光板21eの開口21dを介して撮像素子13上の焦点検出画素3a、3bへ光を照射する。
When the
ここで、焦点検出画素3a、3bの検査手順を説明する。遮光板21eの開口21dは図7に示す射出瞳10の左半分の領域10bに相当し、この開口21dからマイクロレンズ4を介して焦点検出画素3a、3bへ光を照射する。この状態で、右側に光電変換部8を有する焦点検出画素3b(図5(b)参照)の出力信号をSとして測定するとともに、左側に光電変換部7を有する焦点検出画素3a(図5(a)参照)の出力信号をNとして測定する。
Here, the inspection procedure of the
次に、拡散板21cと遮光板21eを駆動装置21fにより180度回転させると、図13に示すように開口21d’を備えた遮光板21e’になり、この開口21d’は図8に示す射出瞳10の右半分の領域10dに相当し、この開口21d’からマイクロレンズ4を介して焦点検出画素3a、3bへ光を照射する。この状態で、右側に光電変換部8を有する焦点検出画素3b(図5(b)参照)の出力信号をNとして測定するとともに、左側に光電変換部7を有する焦点検出画素3a(図5(a)参照)の出力信号をSとして測定する。
Next, when the diffusing
以上の手順で撮像素子13内のすべての焦点検出画素3a、3bの出力S、Nを測定し、焦点検出画素3a、3bごとに比S/Nを算出する。そして、撮像素子13の中の焦点検出画素3a、3bの最小の比S/Nが所定値以下であった場合には、その撮像素子13を不良と判定し、製品への組み込みを禁止する。あるいは、S/Nが所定値以下である焦点検出画素3a、3bは、製品では不使用とされてもよい。
With the above procedure, the outputs S and N of all the
焦点検出画素3a、3bの検査時には、焦点検出画素3a、3bの出力を撮像画素2の出力と比較し、撮像画素出力に対する焦点検出画素出力の比を求め、焦点検出画素3a、3bの相対感度を検出する。検出感度の最小値が予め設定された良品判定基準感度以下の場合には、その撮像素子1を不良品と判定し、製品への組み込みを禁止する。
When inspecting the
上述した一実施の形態では、一つの焦点検出画素の中に一つの光電変換部を備えた焦点検出画素3a、3bを例に挙げて説明したが、一つの焦点検出画素の中に一対の光電変換部を備え、射出瞳の一対の領域を通過した一対の光束を一対の光電変換部で受光して一対の焦点検出用信号を出力する焦点検出画素に対しても本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the
図14は変形例の焦点検出画素30を示す正面図であり、図15は焦点検出画素30が組み込まれた撮像素子31を示す正面図である。焦点検出画素30は、マイクロレンズ4と一対の光電変換部32a、32bから構成され、光電変換部32a、32bの形状は矩形である。焦点検出画素30の一対の光電変換部32aと32bは左右方向に配列されており、撮像素子31上では複数の焦点検出画素30が一対の光電変換部32a、32bと同じ配列方向、すなわち左右方向に配列されている。
FIG. 14 is a front view showing a
図16は、撮像光学系の射出瞳35上の一対の領域の内の一方の領域35aを通過した光束(焦点検出画素30の光電変換部32bが焦点検出に用いる光束)が、焦点検出画素30のマイクロレンズ4を介して光電変換面36へ入射する様子を示す。射出瞳35の領域35aを通過した光束は、理想的には焦点検出画素30の光電変換部32bへ入射するはずであるが、上述した問題によりこの光束は光電変換面36上の領域37へ入射し、光電変換部32b以外の領域に漏れ出してしまう。
FIG. 16 shows that the light beam that has passed through one of the pair of
図17は、射出瞳35上の一対の領域の内の上記一方の領域35a以外の領域35bを通過した光束(焦点検出画素30の光電変換部32bが焦点検出に用いない光束)が、焦点検出画素30のマイクロレンズ4を介して光電変換面36へ入射する様子を示す。射出瞳35の領域35bを通過した光束は、理想的には焦点検出画素30の光電変換部32b以外の領域へ入射するはずであるが、上述した問題によりこの光束は光電変換面36上の領域38へ入射し、光電変換部32bへ漏れ込んでしまう。
FIG. 17 shows focus detection of a light beam that has passed through a
なお、図16および図17では、焦点検出画素30上の一対の光電変換部32a、32bの内の右側の光電変換部32bを例に挙げて説明するが、左側の光電変換部32aについても同様な光束の漏れ出しと漏れ込みが発生する。この光電変換部32aにおいては、射出瞳35の光束を通過する領域が左右対称に変わるだけであり、図示と説明を省略する。なお、焦点検出画素30の光電変換部32aは、図16に示す射出瞳35上の一方の領域35aと左右対象位置にある他方の領域を通過した光束を焦点検出用光束として受光する。
16 and 17, the right
焦点検出画素30の光電変換部32bは、図16に示す射出瞳35上の一対の領域の内の一方の領域35aを通過した光束と、図17に示す射出瞳35上の前記一対の領域35a以外の領域35bを通過した光束の一部とを受光し、受光光束の光強度に応じた信号を出力する。一方、焦点検出画素30の光電変換部32aは、図16に示す射出瞳35上の一方の領域35aと左右対象位置にある他方の領域(不図示)を通過した光束と、図17に示す射出瞳35上の領域35bと左右対象位置にある領域(不図示)を通過した光束の一部とを受光し、受光光束の光強度に応じた信号を出力する。これら焦点検出画素30の一対の光電変換部32aと32bの出力信号は、撮像光学系の焦点調節状態を示す一対の位相情報となる。
The
焦点検出画素30において、図16に示す一方の領域35aからの光束による光電変換部32bの出力信号をSとし、図17に示す一方の領域35a以外の領域35bからの光束による光電変換部32bの出力信号をNとすると、上述したように比S/Nは位相差情報の正確さを表すパラメーターであり、焦点検出画素30の一方の光電変換部32bの焦点検出性能を示す指標値とすることができる。一方、図16に示す一方の領域35aと左右対象位置にある他方の領域(不図示)からの光束による光電変換部32aの出力信号をSとし、図17に示す領域35bと左右対象位置にある領域(不図示)からの光束による光電変換部32aの出力信号をNとすると、比S/Nは位相差情報の正確さを表すパラメーターであり、他方の光電変換部32aの焦点検出性能を示す指標値とすることができる。
In the
一対の光電変換部32a、32bを内蔵する焦点検出画素30に対しては、図11に示す遮光板21eの代わりに、図16に示す領域35aおよび図17に示す領域35bと同じ開口形状の遮光板を用い、光電変換部32aと32bで遮光板を180度回転して上記手順と同様な手順で測定を行えばよい。
For the
なお、上述した一実施の形態では焦点検出画素を左右に配列した撮像素子を例に挙げて説明したが、焦点検出画素の配列方向は上下あるいは斜め方向であってもよい。また、焦点検出画素上の光電変換部の形状は矩形に限定されず、例えば半円形としてもよい。さらに、上述した一実施の形態では比S/Nを焦点検出性能指標値としたが、SとNの差を焦点検出性能指標値としてもよい。 In the above-described embodiment, the imaging element in which the focus detection pixels are arranged on the left and right is described as an example. However, the arrangement direction of the focus detection pixels may be up and down or oblique. Further, the shape of the photoelectric conversion unit on the focus detection pixel is not limited to a rectangle, and may be, for example, a semicircle. Furthermore, in the above-described embodiment, the ratio S / N is used as the focus detection performance index value, but the difference between S and N may be used as the focus detection performance index value.
以上説明したように、一実施の形態によれば、撮像光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素の代わりに光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出画素を複数個配列した撮像素子を検査する素子検査用光源21であって、照明灯21aと、照明光学系21bと、照明灯21aから発せられ照明光学系21bを透過した光束を、所定形状の開口21d、21d’により制限して撮像素子13上の焦点検出画素に照射する遮光板21c、21c’とを備え、遮光板21c、21c’は、撮像光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第1開口21dを有する第1遮光板21eと、射出瞳の一方の領域以外の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第2開口21d’を有する第2遮光板21e’とからなるように構成したので、焦点検出画素が配列された撮像素子の焦点検出性能を、撮像素子を撮像装置に組み込む前に簡単に評価することができる。
As described above, according to an embodiment, an optical system is used instead of an imaging pixel in a part of an imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by an imaging optical system are two-dimensionally arranged. An element inspection
また、一実施の形態によれば、素子検査用光源21の第1開口21dを撮像光学系の射出瞳を二等分した一方の領域に相当する開口とし、第2開口21d’を射出瞳を二等分した他方の領域に相当する開口としたので、撮像光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の焦点検出用光束を受光する焦点検出画素の焦点検出性能を、1枚の遮光板を回転させて用いることによって簡単に評価することができる。
According to one embodiment, the
一実施の形態によれば、素子検査用光源21の遮光板21eの照明灯21a側に光を拡散させるための拡散板21cを設置したので、実際の撮像光学系の射出瞳上の一対の領域を通る焦点検出用光束に近い素子検査用光束を撮像素子に照射することができる。
According to the embodiment, since the
一実施の形態によれば、第1遮光板21eを用いて焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Sと、第2遮光板21e’を用いて焦点検出画素を照射した場合の焦点検出画素の出力信号Nとを測定し、出力信号Sと力信号Nとに基づいて撮像素子の焦点検出性能を判定するようにしたので、撮像素子の焦点検出性能を、実際の使用状態に近い状態で正確に評価することができる。
According to the embodiment, the output signal S of the focus detection pixel when the focus detection pixel is irradiated using the first
2;撮像画素、3a、3b、7,8,32a、32b;光電変換部、21;検査用光源、30;焦点検出画素、21a;ランプ、21b;照明光学系、21c;拡散板、21d;開口、21e;遮光板、21f;駆動装置、22;ウエハープローバー、23;テスター 2; imaging pixels, 3a, 3b, 7, 8, 32a, 32b; photoelectric conversion unit, 21; inspection light source, 30; focus detection pixel, 21a; lamp, 21b; illumination optical system, 21c; Opening, 21e; light shielding plate, 21f; driving device, 22; wafer prober, 23; tester
Claims (7)
照明灯と、
照明光学系と、
前記照明灯から発せられ前記照明光学系を透過した光束を、所定形状の開口により制限して前記撮像素子上の前記焦点検出画素に照射する遮光板とを備え、
前記遮光板は、前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束と同等な光束を前記照明光学系を透過した光束より生成する第1開口を有する第1遮光板と、前記射出瞳の前記一方の領域以外の領域を通過する光束と同等な光束を前記照明光学系を透過した光束より生成する第2開口を有する第2遮光板とからなることを特徴とする素子検査用光源。 A plurality of focus detection pixels for detecting the focus adjustment state of the imaging optical system are arranged in a part of an imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by the imaging optical system are two-dimensionally arranged. A light source for inspecting an image sensor,
With lighting,
Illumination optics,
A light-shielding plate that irradiates the focus detection pixels on the image sensor by limiting a light beam emitted from the illumination lamp and transmitted through the illumination optical system with an opening having a predetermined shape,
The light-shielding plate has a first light-shielding having a first opening that generates a light beam equivalent to a light beam passing through one of the pair of regions of the exit pupil of the imaging optical system from the light beam transmitted through the illumination optical system. And a second light-shielding plate having a second aperture for generating a light beam equivalent to a light beam passing through a region other than the one region of the exit pupil from a light beam transmitted through the illumination optical system. Light source for device inspection.
前記第1開口を前記射出瞳を二等分した一方の領域に相当する開口とし、前記第2開口を前記射出瞳を二等分した他方の領域に相当する開口とすることを特徴とする素子検査用光源。 The light source for element inspection according to claim 1,
The element in which the first opening is an opening corresponding to one area obtained by dividing the exit pupil into two equal parts, and the second opening is an opening corresponding to the other area obtained by dividing the exit pupil into two equal parts. Light source for inspection.
前記遮光板の前記照明灯側に、光を拡散させるための拡散板を設置することを特徴とする素子検査用光源。 In the element inspection light source according to claim 1 or 2,
A light source for element inspection, comprising a diffusion plate for diffusing light on the side of the illuminating lamp of the light shielding plate.
前記遮光板を回転させる駆動手段を備え、
前記光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束を焦点検出用光束として受光する前記焦点検出画素を検査する場合と、前記一対の領域の内の他方の領域を通過する光束を焦点検出用光束として受光する前記焦点検出画素を検査する場合とで、前記駆動手段により前記遮光板を180度回転させることを特徴とする素子検査用光源。 In the light source for element inspection according to any one of claims 1 to 3,
Drive means for rotating the light shielding plate;
When inspecting the focus detection pixel that receives a light beam passing through one of the pair of regions of the exit pupil of the optical system as a focus detection light beam, and passing through the other region of the pair of regions A light source for element inspection, wherein the light shielding plate is rotated 180 degrees by the driving means when inspecting the focus detection pixel that receives a light beam to be detected as a focus detection light beam.
前記第1遮光板を用いて前記焦点検出画素を照射した場合の前記焦点検出画素の出力信号Sと、前記第2遮光板を用いて前記焦点検出画素を照射した場合の前記焦点検出画素の出力信号Nとを測定する測定手段と、
前記出力信号Sと前記出力信号Nとに基づいて前記撮像素子の焦点検出性能を判定する判定手段とを備えることを特徴とする素子検査装置。 The inspection light source according to any one of claims 1 to 4,
The output signal S of the focus detection pixel when the focus detection pixel is irradiated using the first light shielding plate, and the output of the focus detection pixel when the focus detection pixel is irradiated using the second light shielding plate Measuring means for measuring the signal N;
An element inspection apparatus comprising: a determination unit that determines a focus detection performance of the imaging element based on the output signal S and the output signal N.
前記判定手段は、前記撮像素子の中に前記出力信号Sと前記出力信号Nの比S/Nが予め設定した判定基準値以下の前記焦点検出画素が含まれていた場合には、当該撮像素子を不良品と判定することを特徴とする素子検査装置。 In the element inspection apparatus according to claim 5,
When the focus detection pixel in which the ratio S / N between the output signal S and the output signal N is less than or equal to a predetermined determination reference value is included in the image sensor, the determination unit A device inspection apparatus characterized by determining that the product is defective.
照明灯から発せられ照明光学系を透過した光束を、所定形状の開口により制限して前記撮像素子上の前記焦点検出画素に照射する際に、
前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過する光束と同等な光束を前記照明光学系を透過した光束より生成する第1開口により前記光束を制限して前記焦点検出画素を照射した場合の前記焦点検出画素の出力信号Sと、前記射出瞳の前記一方の領域以外の領域を通過する光束と同等な光束を前記照明光学系を透過した光束より生成する第2開口により前記光束を制限して前記焦点検出画素を照射した場合の前記焦点検出画素の出力信号Nとを測定し、前記出力信号Sと前記出力信号Nの比S/Nに基づいて前記撮像素子の焦点検出性能を評価することを特徴とする素子検査方法。 A plurality of focus detection pixels for detecting the focus adjustment state of the imaging optical system are arranged in a part of an imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by the imaging optical system are two-dimensionally arranged. An element inspection method for inspecting an image sensor,
When irradiating the focus detection pixel on the image sensor by limiting the light beam emitted from the illumination lamp and transmitted through the illumination optical system with an opening having a predetermined shape,
The focus detection is performed by limiting the light beam by a first aperture that generates a light beam equivalent to a light beam passing through one of the pair of regions of the exit pupil of the imaging optical system from the light beam transmitted through the illumination optical system. A second aperture that generates a light beam equivalent to a light beam passing through an area other than the one area of the exit pupil from a light beam that has passed through the illumination optical system, and an output signal S of the focus detection pixel when the pixel is irradiated And measuring the output signal N of the focus detection pixel when the focus detection pixel is irradiated with the light flux being limited by the ratio, and based on the ratio S / N of the output signal S and the output signal N An element inspection method characterized by evaluating focus detection performance.
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