JP4809695B2 - 赤外線センサ評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線センサ評価装置に関するものである。

赤外線センサ評価装置として、赤外線センサの出力電圧を測定して赤外線センサの特性を評価する装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この赤外線センサ評価装置は、温度制御された黒体から、評価対象の赤外線センサに赤外線を放射させて、赤外線センサからの出力を取得する。赤外線センサ評価装置は、黒体の赤外線強度と赤外線センサの出力値とを比較して、赤外線センサの特性を評価する。
特開平６−２１３７０５号公報（第２、３頁、図１）

しかし、かかる従来の赤外線センサ評価装置は、赤外線センサ素子が外囲器等に設置された状態で評価されるため、複数の赤外線センサを効率良く評価することができない。

そこで、赤外線センサを、外囲器に設置する前の赤外線センサ素子の状態で評価できるようにすることが好ましい。図５は、かかる赤外線センサ評価装置を示す図である。この図５に示すように、赤外線センサの製造時、複数の赤外線センサ素子５１がウェーハ５２上に形成される。赤外線センサ評価装置は、この状態で、各赤外線センサ素子５１を評価することになる。

しかし、各赤外線センサ素子５１をこのように評価するためには、各赤外線センサ素子５１から大きな出力値を得る必要があり、このため、黒体５３をウェーハ５２に近接させる必要がある。一方、黒体５３をウェーハ５２に近接させると、黒体５３自体の熱がウェーハ５２上の赤外線センサ素子５１にも伝達されてしまう。

赤外線センサ素子５１、特にサーモパイルセンサは、それ自体の温度によっても出力値が変化するという特性を有している。このため、黒体５３をウェーハ５２に近接させると、ウェーハ５２が暖められて、赤外線センサ素子５１の出力値が変動してしまい、評価を正しく行うことができなくなってしまう。

また、従来の赤外線センサ評価装置では、黒体５３が発生する熱を安定させるためのシステムが必要であり、この黒体５３をウェーハ５２に近接させると、同時にこのシステムもウェーハ５２上に設置しなければならず装置が複雑になってしまう。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、赤外線センサ素子の特性を正しく評価することが可能な赤外線センサ評価装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、簡易な構成で赤外線センサ素子の特性を評価することが可能な赤外線センサ評価装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、赤外線センサ素子の特性を効率良く評価することが可能な赤外線センサ評価装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る赤外線センサ評価装置は、
赤外線センサ素子が感知可能な波長の光を生成する光源と、
前記光源にて生じる熱の影響を受けない距離に設置され、前記赤外線センサ素子が複数形成されたウェーハを固定する固定台と、
前記光源が生成した光を、前記固定台に固定された前記ウェーハ上に複数形成された赤外線センサ素子のうち、評価対象の赤外線センサ素子のみへと導く光学系と、
前記評価対象の赤外線センサ素子が出力した信号の出力値に基づいて前記評価対象の赤外線センサ素子の特性を評価する評価部と、を備え、
前記光学系は、
入力端と出力端とを有し、前記入力端に入射した光を前記出力端から出射する光ファイバと、
前記光ファイバの入力端に備えられて、前記光源からの光を前記光ファイバの入力端に供給する入力レンズと、
前記光ファイバの出力端に備えられて、前記光ファイバを通過した光を、平行光に変換して前記赤外線センサ素子に照射する出力レンズと、からなる、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で赤外線センサ素子の特性を正しく評価することができる。また、赤外線センサを効率良く評価することができる。

以下、本発明の実施形態に係る赤外線センサ評価装置を図面を参照して説明する。
本実施形態に係る赤外線センサ評価装置の構成を図１に示す。
本実施形態に係る赤外線センサ評価装置１は、固定台１１と、レーザ発振器１２と、電源１３と、チョッパ装置１４と、光学系１５と、プリアンプ１６と、ロックインアンプ１７と、コンピュータ１８と、からなる。

この赤外線センサ評価装置１は、赤外線センサの出力値に基づいて、赤外線センサの特性を評価する装置である。

尚、本実施形態では、赤外線センサをサーモパイルセンサとして説明する。このサーモパイルセンサは、赤外線を吸収する側を温接点、基板側を冷接点とする熱電対素子が多数直列に接続され、ゼーベック効果を利用して温接点と冷接点との温度差に対応する電圧信号を出力するものである。

このサーモパイルセンサは、その検出特性が近紫外から赤外線までの波長の光に対して平坦であるという特徴を有し、例えば、波長0.4〜20μｍの光を感知する。

かかるサーモパイルセンサの製造時、図２に示すように、ウェーハ２には、複数のセンサ素子３xが形成される。本実施形態に係る赤外線センサ評価装置１は、この複数のセンサ素子３xがウェーハ２上に形成された状態で、各センサ素子３xにレーザ光４を照射して各特性を評価する。

図１に戻り、固定台１１は、ウェーハ２の各センサ素子３xを固定するために、ウェーハ２を固定するものである。この固定台１１は、熱の影響を受けないように、レーザ発振器１２から離れた位置に設置される。

また、固定台１１は、評価対象のセンサ素子３xにレーザ光４が照射されるように可動式になっている。また、各センサ素子３xには、出力端子が形成されており、固定台１１は、各センサ素子３xの出力端子に接触させて出力値を得るためのプローブ（図示せず）を備えている。

レーザ発振器１２は、光源であり、赤外線センサが感知可能な波長の光として、誘導放出によるレーザ光を生成する。レーザ発振器１２には、例えば、ヘリウム−ネオンレーザ発振器が用いられる。ヘリウム−ネオンレーザ発振器は、ヘリウムとネオンの混合ガスによるレーザであり、波長632.8nm（赤色、単色）のレーザ光を出力する。このレーザ光は可視光である。また、レーザ光の波長は、赤外線センサが感知する光の波長範囲内となり、赤外線センサは、このレーザ光を感知することが可能となる。

尚、サーモパイルセンサが計測する温度は、例えば、35°C，70°Cとされ、赤外線センサ評価装置１は、正確にこの温度となるようにレーザ発振器１２を制御する。

電源１３は、レーザ発振器１２に、レーザ光を出力するための電力を供給するものである。

チョッパ装置１４は、レーザ発振器１２が出力したレーザ光をオン・オフして、サーモパイルセンサの応答速度を測定するためのものである。チョッパ装置１４は、チョッパブレード１４−１と、モータ１４−２と、回転速度センサ１４−３と、チョッパコントローラ１４−４と、からなる。

チョッパブレード１４−１は、レーザ発振器１２が出力したレーザ光をオン・オフするためのものであり、図３に示すように、レーザ光が通過する位置に複数の孔１４−１ａが設けられている。そして、チョッパブレード１４−１は、矢印方向に回転することにより、このレーザ光をオン（通過）・オフ（遮断）する。

モータ１４−２は、チョッパブレード１４−１を回転させるためのものである。
回転速度センサ１４−３は、チョッパブレード１４−１の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す回転速度検出信号を出力するものである。

チョッパコントローラ１４−４は、回転速度センサ１４−３が出力した回転速度検出信号に基づいて、チョッパブレード１４−１の回転周波数が例えば45Ｈｚとなるように、モータ１４−２の回転速度を制御するためのものである。

また、チョッパコントローラ１４−４は、レーザ光のオン・オフに同期させるための同期信号をロックインアンプ１７に出力する。

光学系１５は、チョッパブレード１４−１を通過したレーザ光を、レーザ発振器１２から離れた位置に設置された固定台１１上のウェーハ２へと導くためのものであり、光ファイバ１５−１と、コリメータ１５−２，１５−３と、からなる。

光ファイバ１５−１は、細い繊維状の石英ガラス又はプラスチックで形成されたコアとクラッドとからなるものである。光ファイバ１５−１は、このような２重構造を有することにより、一定の角度で入射したレーザ光をコアとクラッドとの間で全反射させつつ、ウェーハ２へと導く。

コリメータ１５−２は、光ファイバ１５−１の入力端側に備えられてレーザ光を集光し、光ファイバ１５−１の入力端に一定の角度で入射させるためのものである。

コリメータ１５−３は、光ファイバ１５−１の出力端に備えられて光ファイバ１５−１から出射された光を平行光に変換し、この平行光をレーザ光４としてウェーハ２上に照射するためのものである。

光学系１５は、センサ素子３xのサイズに合わせて、例えば、出射ビーム径８mmのレーザ光４をセンサ素子３xに照射する。尚、レーザ光は、拡散しないため、評価対象外のセンサ素子３xには、照射されない。

プリアンプ１６は、センサ素子３xの出力信号を増幅するものである。プリアンプ１６は、例えば、ゲイン５００〜５０００として、このセンサ素子３xの出力信号を増幅する。

ロックインアンプ１７は、プリアンプ１６が増幅したセンサ素子３xの微弱な出力信号に対して、チョッパコントローラ１４−４から出力された同期信号の周波数への引き込み同期を行い、評価対象のセンサ素子３xの微弱な出力信号を増幅するものである。

コンピュータ１８は、赤外線センサ評価装置１全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等（図示せず）を備えている。ＨＤＤには、赤外線センサ評価装置１を制御するためのプログラム及びセンサ素子３xを評価するための評価プログラムが記憶され、ＣＰＵは、この評価プログラムに従ってセンサ素子３xの特性を評価する。

赤外線センサ評価装置１は、ウェーハ２及びレーザ光４を撮影する撮影装置（図示せず）を備えるものとして、コンピュータ１８は、撮影装置の撮影によって得られた撮影画像に基づいてウェーハ２上のいずれかのセンサ素子３xを評価対象に設定する。

そして、コンピュータ１８は、評価対象として設定したセンサ素子３xと可視光のレーザ光４との位置関係を判別し、評価対象のセンサ素子３xにレーザ光４が照射されるように、可動式の固定台１１を制御する。位置が決定すると、コンピュータ１８は、固定台１１が備えるプローブを、評価対象のセンサ素子３xの出力端子に接触させる。

センサ素子３xにレーザ光４が照射されて、ロックインアンプ１７から出力信号が出力されると、コンピュータ１８は、ロックインアンプ１７の出力信号に基づいて、このウェーハ２上のセンサ素子３xの特性を評価する。評価する項目は、例えば、レーザ光４が照射されたときの温度と評価対象のセンサ素子３xから出力された電圧信号との関係、チョッパ装置１４がレーザ光をオン・オフしたときの応答性等である。

コンピュータ１８は、評価対象のセンサ素子３xの評価が終了すると、次のセンサ素子３xを評価対象に設定して同様の処理を実行する。

次に本実施形態に係る赤外線センサ評価装置１の動作を説明する。
電源１３は、レーザ発振器１２に電力を供給して、レーザ発振器１２は、レーザ光を出力する。

また、モータ１４−２は、チョッパブレード１４−１を回転させる。チョッパブレード１４−１は、レーザ発振器１２が出力したレーザ光をオン・オフする。回転速度センサ１４−３は、チョッパブレード１４−１の回転速度を検出し、その回転速度を示す回転速度検出信号を出力する。

チョッパコントローラ１４−４は、回転速度センサ１４−３が出力した回転速度検出信号に基づいて、モータ１４−２の回転速度を制御するとともに、同期信号をロックインアンプ１７に出力する。

コリメータ１５−２は、チョッパブレード１４−１を通過したレーザ光４を集光し、光ファイバ１５−１の入力端に一定の角度で入射させ、光ファイバ１５−１は、このレーザ光４をウェーハ２へと導く。

固定台１１にウェーハ２が載置されると、コリメータ１５−３は、光ファイバ１５−１の出力端から出射したレーザ光を、平行光に変換して、出射ビーム径８mmのレーザ光４を、ウェーハ２に照射する。

一方、コンピュータ１８は、まず、図２に示すウェーハ２に形成されたセンサ素子３xのうち、例えば、センサ素子３xの形状等に基づいて評価可能なセンサ素子３xを判別する。そして、コンピュータ１８は、右上のセンサ素子３xを評価対象に設定する。

レーザ光４は可視光であるため、コンピュータ１８は、レーザ光４が照射される位置を判別し、この右上のセンサ素子３xにレーザ光４が照射されるように、可動式の固定台１１を制御する。

右上のセンサ素子３xは、レーザ光４が照射されて電圧を発生する。コンピュータ１８は、固定台１１が備えるプローブを、評価対象のセンサ素子３xの出力端子に接触させ、右上のセンサ素子３xは、発生した電圧信号を出力する。

プリアンプ１６は、センサ素子３xが出力した電圧信号を増幅する。ロックインアンプ１７は、プリアンプ１６が増幅したセンサ素子３xの微弱な電圧信号に対して、チョッパコントローラ１４−４から出力された同期信号の周波数への引き込み同期を行い、評価対象のセンサ素子３xの微弱な電圧信号を増幅する。

コンピュータ１８は、ロックインアンプ１７の出力信号に基づいて、このウェーハ２上のセンサ素子３xの特性を評価する。コンピュータ１８は、評価対象のセンサ素子３xの評価が終了すると、次に、左隣のセンサ素子３xを評価対象に設定して同様の処理を実行する。

この赤外線センサ評価装置１は、図４に示すようにレーザ発振器１２を熱源２１とする構成と等価であり、評価対象のセンサ素子３xにのみ出射ビーム径８mmのレーザ光４が照射される。

しかし、実際には、固定台１１とレーザ発振器１２とは離れているため、ウェーハ２は、レーザ発振器１２の熱の影響を受けない。

また、レーザ光４が照射されなかった評価対象外のセンサ素子３xはレーザ光４を感知しない。即ち、この熱源２１は、レーザ光４が照射された評価対象のセンサ素子３x以外のものに対しては、熱の影響を与えない熱源であって、評価対象のセンサ素子３xだけがこの熱源２１の熱を感知する。

このため、ウェーハ２は、熱源２１の熱によって暖められることはなく、評価対象のセンサ素子３xが出力した電圧信号も変動せず、熱源２１が等価的にセンサ素子３xに近接しているため、センサ素子３xの電圧信号を確実に取得することができる。従って、センサ素子３xの特性は正しく評価されることになる。

さらに、ウェーハ２の直上に、従来のような黒体の熱を安定化させるシステムを設置する必要はなく、設置されるものは、光ファイバ１５−１とコリメータ１５−３だけになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、固定台１１がレーザ発振器１２から離れた位置に設置されて、光学系１５がレーザ発振器１２からのレーザ光をウェーハ２へと導き、センサ素子３xがウェーハ２に形成された状態で、センサ素子３xの特性を評価するようにした。

従って、レーザ発振器１２とウェーハ２との距離が離れているため、ウェーハ２は、レーザ発振器１２が発生した熱の影響を受けなくなる。一方、熱源２１は、等価的にウェーハ２に近接した位置に配置されることになる。このため、このセンサ素子３xの特性を正しく評価することができ、また、複数のセンサ素子３xの特性を効率良く評価することができる。

また、ウェーハ２の直上に設置されるものは、光ファイバ１５−１とコリメータ１５−３だけになり、黒体の熱を安定化させるような装置も不要であり、構成も簡易となる。そして、この赤外線センサ評価装置１を含むシステムの組み立てに際し、サーモパイルセンサの製造装置の組み立ても容易となる。

また、レーザ発振器１２が出力するレーザ光は可視光であるため、ウェーハ２上のセンサ素子３xに照射するレーザ光４の位置決めをし易くなる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、センサ素子３xがウェーハ２上に形成された状態で、このセンサ素子３xの特性を評価するようにした。しかし、例えば、複数のセンサ素子３xを切り離された状態で整列させて、赤外線センサ評価装置１が各センサ素子３xの特性を評価するようにしてもよい。

上記実施形態では、コンピュータ１８が、固定台１１を制御して、センサ素子３xを評価するようにした。しかし、固定台１１の位置を手動で設定して、センサ素子３xを評価することもできる。

上記実施形態では、赤外線センサをサーモパイルセンサとして説明した。しかし、赤外線センサは、サーモパイルセンサに限られるものではなく、例えば、焦電型センサであってもよい。また、赤外線センサは、このような熱型センサに限られるものではなく、例えば、量子型としての光導電型等の赤外線センサであってもよい。

また、レーザ発振器１２も、ヘリウム−ネオンレーザ発振器に限られるものではなく、例えば、ルビーレーザ、ＹＡＧレーザであってもよい。さらに、光源は、レーザ発振器１２に限られるものではなく、ＬＥＤであってもよい。但し、光源から出力される光の波長が、赤外線センサが感知する光の波長範囲内である必要がある。具体的に、３００〜３８０ｎｍの間の波長を有する近紫外波長光、３８０〜７８０ｎｍの間の波長を有する可視波長光を生成する光源が好ましい。
また、光学系１５は、光ファイバ１５−１の代わりにミラー、プリズムで構成されたものであってもよい。

本発明の実施形態に係る赤外線センサ評価装置の構成を示すブロック図である。 センサ素子が形成されたウェーハを示す図である。 図１に示すチョッパブレードを示す図である。 図１に示す赤外線センサ評価装置と等価の構成を示す図である。 従来の赤外線センサ評価装置の課題を説明するための図である。

符号の説明

１ 赤外線センサ評価装置
２ ウェーハ
３x センサ素子

Claims (1)

1. 赤外線センサ素子が感知可能な波長の光を生成する光源と、
   前記光源にて生じる熱の影響を受けない距離に設置され、前記赤外線センサ素子が複数形成されたウェーハを固定する固定台と、
   前記光源が生成した光を、前記固定台に固定された前記ウェーハ上に複数形成された赤外線センサ素子のうち、評価対象の赤外線センサ素子のみへと導く光学系と、
   前記評価対象の赤外線センサ素子が出力した信号の出力値に基づいて前記評価対象の赤外線センサ素子の特性を評価する評価部と、を備え、
   前記光学系は、
   入力端と出力端とを有し、前記入力端に入射した光を前記出力端から出射する光ファイバと、
   前記光ファイバの入力端に備えられて、前記光源からの光を前記光ファイバの入力端に供給する入力レンズと、
   前記光ファイバの出力端に備えられて、前記光ファイバを通過した光を、平行光に変換して前記赤外線センサ素子に照射する出力レンズと、からなる、
   ことを特徴とする赤外線センサ評価装置。

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