JP6270277B2 - 撮像素子、検査装置、及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子、検査装置、及び検査方法に関する。

特許文献１、２には、チップ上にマイクロレンズが形成された固体撮像素子が開示されている（特許文献１、２）。このような固体撮像素子では、受光画素を有する半導体基板上に、絶縁膜、遮光膜、平坦化膜、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ等が形成されている。
このような撮像素子においては、レンズの性能評価が重要になる。特許文献１では、画素配設領域の周囲に、レンズの膜厚測定用のモニタ領域を形成している。また、特許文献２には、平坦化膜の膜厚を測定するために、撮像領域と異なる部分にパターンを形成している。そして、触診針によって膜厚を測定している。

特開２００３−１２４４４８号公報 特開２００１−１３５８０６号公報

このような撮像素子の断面構成の一例を図２２に示す。図２２は、画素２０の断面構造を示す図である。基板１１は、シリコン等の半導体基板であり、受光部を備えている。受光部は、フォトダイオードであり、光電変換を行う。基板１１の上には、反射防止膜１２が設けられている。反射防止膜１２の上には、遮光パターン１３が設けられている。遮光パターン１３は、画素２０を囲むように枠状に形成されている。

遮光パターン１３、及び反射防止膜１２の上には、第１の平坦化膜１４が設けられている。第１の平坦化膜１４の上には、カラーフィルタ１５が設けられている。ここでは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをそれぞれカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂとして示している。カラーフィルタ１５の上には、第２の平坦化膜１６が形成されている。第２の平坦化膜１６の上には、レンズ１７が形成されている。レンズ１７はオンチップレンズ（ＯＣＬ）であり、画素２０毎に設けられている。

撮像素子の画素サイズの微細化と撮像素子に入射する主光線の広角化に伴い、レンズ１７の形状管理が重要になっている。一方、小型の撮像素子においては、画素受光部への集光効率を向上するために、レンズ１７間のギャップが狭くなっている。ＯＣＬの狭ギャップ化に伴い、ＯＣＬ成膜後の表面形状評価が困難になっている。すなわち、レンズ１７を狭ギャップパターンで形成すると、レンズパターン形成後に、第２の平坦化膜１６の表面が露出していない構成となる。よって、レンズ形状を評価する基準となる平坦面がレンズ間に存在しなくなってしまう。

したがって、レンズ１７を形成した後に、レンズ１７の膜厚を正確に測定することが困難になる。また、レンズ特性は、膜厚だけでなく、レンズ１７の曲率、下地の平坦化膜の特性などに依存している。例えば、図２２のように、レンズ１７の曲率にばらつきがあると、画素２０毎に集光特性が変化してしまう。よって、特許文献１のように、レンズ膜厚のみ測定したとしても、レンズ特性評価が不十分となってしまう。また、特許文献２のように平坦化膜の膜厚のみを測定したとしても、レンズ特性の評価には不十分である。レンズ特性に影響を与える膜厚を評価するためには、受光部表面からレンズ１７表面までの膜厚を管理する必要がある。平坦化膜の膜厚、及びレンズ１７の膜厚をそれぞれ測定すると検査を２回行う必要が生じてしまう。また、ＡＦＭやＳＥＭ／ＦＩＢ等の解析方法では、１点あたりの測定時間が長いため、ウェハ全体の成膜状態の分布を評価するためには長時間の測定が必要となってしまう。

図２３に、オンチップレンズによって集光される光線を示す。図２３において、光電変換を行う受光部１１ａの上に、オンチップレンズであるレンズ１７がそれぞれ配置されている。図２３では、０°入射の場合において、レンズ無の構成（Ａ）とレンズ有の構成（Ｂ）が示されている。また、３０°入射の場合において、Scaling無の構成（Ｃ）とScaling有の構成（Ｄ）とが示されている。なお、Scalingとは、素子外周部において、斜入射光を効率よく受光するために、受光部に対して、カラーフィルタ及びレンズを面内で素子中心方向にずらして配置することを意味する。例えば、撮像素子の画素領域の端近傍では、光線が斜め入射することになる。このため、画素領域の端近傍ではレンズ１７とカラーフィルタの中心位置と受光部の中心位置をそれぞれずらして配置して、斜め入射する光線が、レンズ１７とカラーフィルタ１５を通って、受光部１１ａに効率よく集光するようにしている。

まず、０°入射の場合、すなわち、光線が基板の主面に対して垂直に入射する場合について説明する。レンズ無の場合、集光効率が低くなり、受光部に入射する光量を多くすることができない。一方、レンズ有の場合、集光効率が高くなり、受光部に入射する光量が多くなる。さらに、レンズのはたらきにより、入射光を受光部の適切な位置に集光するため、混色（cross talk）が発生しない。

次に、光線が３０°傾いて斜め入射する場合について説明する。３０°傾いて入射すると、光線の集光位置が、レンズ中心の直下の位置からずれる。したがって、Scaling無の場合、レンズを通過した光線が隣接画素との境界領域近傍に集光されている。隣の画素のカラーフィルタを通過した光線を受光部が受光してしまう。これにより、混色（cross talk）が発生してしまう。一方、Scaling有の場合、レンズを通過した光線が、画素に対応するカラーフィルタ１５を通過して受光部に適切に入射する。Scaling有の場合、レンズが光を適切な位置に集光するため、混色（cross talk）が発生しない。このように、面内方向におけるレンズと受光部の位置を厳密に管理する必要がある。

撮像素子単体で考えると、オンチップレンズは、最初に光が通過する場所となる。よって、オンチップレンズの特性は、撮像素子の受光感度や混色欠陥の発生に対する影響が大きくなる。オンチップレンズの特性を管理することが、撮像素子の性能を管理する上で非常に重要になる。

図２４に、撮像素子製造工程において想定されるオンチップレンズの欠陥を示す。図２４には、正常な画素、及び欠陥画素の断面構造が示されている。図２４（Ａ）で正常な画素の断面構造が示され、（Ｂ）〜（Ｅ）では、種々の欠陥が生じたときの断面構造が示されている。想定される欠陥としては、（Ｂ）平坦化膜の膜厚異常、（Ｃ）レンズ１７の曲率、形状の異常、（Ｄ）レンズ１７の膜厚異常、（Ｅ）レンズ１７と受光部との重ね合せ異常がある。

（Ｂ）平坦化膜の膜厚異常の場合、表面形状の測定やレンズ１７の膜厚測定では、異常を検出することが困難となる。したがって、レンズ１７を形成する前に、平坦化膜の膜厚を測定する必要がある。（Ｃ）レンズの曲率、形状の異常の場合、レンズ１７の膜厚測定だけでは異常を検出することが困難となる。（Ｄ）レンズの膜厚異常の場合、狭ギャップレンズの素子では素子表面に基準となる平坦面が露出していないため、正確な膜厚を測定することが困難である。（Ｅ）重ね合わせ異常の場合、レンズ１７の形状測定や膜厚測定では、異常を検出することが困難である。従来技術では、レンズ特性の評価を適切に行うことが困難であるという問題点がある。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、レンズ特性を適切に評価することが可能な撮像素子、検査装置、及び検査方法を提供することを目的とするものである。

本実施形態の第１の態様にかかる撮像素子は、光電変換を行う受光部を複数備えた基板と、前記基板の上に設けられた反射防止膜と、前記反射防止膜の上に設けられ、隣接する画素間に設けられた遮光パターンと、前記反射防止膜、及び前記遮光パターンを覆うように設けられた平坦化膜と、前記平坦化膜の上に設けられたレンズと、を備えた撮像素子であって、複数の前記画素が設けられた画素領域の外側には、モニタ領域が設けられ、前記モニタ領域の画素には、前記反射防止膜と、前記遮光パターンと、前記平坦化膜と、前記レンズとが設けられ、前記モニタ領域の画素内には、前記画素領域の画素内の前記遮光パターンと異なる形状の前記遮光パターンが部分的に設けられているものである。この構成によれば、レンズ特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第２の態様にかかる撮像素子は、前記モニタ領域には、少なくとも第１及び第２のサブモニタ領域が含まれており、前記第１のサブモニタ領域と前記第２のサブモニタ領域とで、前記遮光パターンのパターン形状、及び向きの少なくとも一方が異なっているものである。これにより、面内方向におけるレンズの集光特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第３の態様にかかる撮像素子は、前記モニタ領域には、少なくとも第１〜第４のサブモニタ領域が含まれており、第１〜第４のサブモニタ領域における遮光パターンが画素中心に対して対称に配置されているものである。これにより、面内方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第４の態様にかかる撮像素子は、前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されているものである。これにより、高さ方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第５の態様にかかる撮像素子は、前記画素領域内の画素、及び前記モニタ領域内の画素において、前記レンズと前記反射防止膜との間には、カラーフィルタが形成されているものである。これにより、カラーフィルタを含めて特性を簡便に評価することができる。

本実施形態の第６の態様にかかる検査装置は、第１〜第５の態様にかかる撮像素子を検査する検査装置であって、前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハが載置されるステージと、前記モニタ領域を照明する照明光源と、前記モニタ領域で反射した反射光を受光する光検出器と、前記光検出器での検出結果に基づいて、前記レンズの特性を評価する処理装置と、を備えたものである。この構成によれば、オンチップレンズの特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第７の態様にかかる検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器の１検出画素が、前記モニタ領域内の複数の画素からの反射光を受光していてもよい。これにより、低倍率、低解像度での撮像が可能になるため、測定時間を短縮することができる。

本実施形態の第８の態様にかかる検査装置は、前記撮像素子が第２の態様にかかる撮像素子であり、前記処理装置が、前記第１のサブモニタ領域からの反射光輝度と、前記第２のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、前記レンズの集光特性を評価するものである。これにより、面内方向におけるレンズの集光特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第９の態様にかかる検査装置は、前記撮像素子が第３の態様にかかる撮像素子であり、前記処理装置が、前記第１〜４のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、面内方向における前記レンズの集光位置の変位量を評価するものである。これにより、面内方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第１０の態様にかかる検査装置は、前記処理装置が、前記モニタ領域からの反射光輝度を閾値と比較することで、前記レンズの集光特性を評価するものである。これにより、レンズの集光位置を適切に評価することができる。

本実施形態の第１１の態様にかかる検査装置は、前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されているものである。これにより、高さ方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第１２の態様にかかる検査方法は、第１〜第５の態様にかかる撮像素子を検査する検査方法であって、前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハを照明するステップと、前記モニタ領域で反射した反射光を光検出器で受光するステップと、前記光検出器での検出結果に基づいて、前記レンズの特性を評価するステップと、を備えたものである。この構成によれば、レンズ特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第１３の態様にかかる検査方法は、前記光検出器の１検出画素が、前記モニタ領域内の複数の画素からの反射光を受光しているものである。これにより、低倍率、低解像度での撮像が可能になるため、測定時間を短縮することができる。

本実施形態の第１４の態様にかかる検査方法は、前記撮像素子が第２の態様に係る撮像素子であり、前記処理装置が、前記第１のサブモニタ領域からの反射光輝度と、前記第２のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、前記レンズの集光特性を評価するおのである。

本実施形態の第１５の態様にかかる検査方法は、前記撮像素子が第３の態様にかかる撮像素子であり、前記処理装置が、前記第１〜４のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、面内方向における前記レンズの集光位置の変位量を評価するものである。これにより、面内方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第１６の態様にかかる検査方法は、前記モニタ領域からの反射光輝度を閾値と比較することで、前記レンズの集光特性を評価するものである。これにより、レンズの集光位置を適切に評価することができる。

本実施形態の第１７の態様にかかる検査方法は、前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されているものである。これにより、高さ方向におけるレンズによる集光位置のずれを適切に評価することができる。

本実施形態の第１８の態様にかかる検査装置は、第１〜第５の態様にかかる撮像素子を検査する検査装置であって、前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハが載置されるステージと、前記モニタ領域を照明する照明光源と、前記撮像素子の前記受光部で光電変換された信号に基づいて、前記レンズの特性を評価する処理装置と、を備えたものである。この構成によれば、レンズ特性を適切に評価することができる。

本実施形態の第１９の態様にかかる検査方法は、第１〜第５の態様にかかる撮像素子を検査する検査方法であって、前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハを照明するステップと、前記撮像素子の前記受光部で光電変換された信号に基づいて、前記レンズの特性を評価するステップと、を備えたものである。この構成によれば、レンズ特性を適切に評価することができる。

本発明によれば、レンズ特性を適切に評価することが可能な撮像素子、検査装置、及び検査方法を提供することができる。

撮像素子の検査装置の構成を示す図である。 撮像素子、及びウェハの構成を模式的に示す図である。 画素領域に設けられた画素の構成を示す断面図である。 画素に設けられた遮光パターン及び反射防止膜を示す平面図である。 サブモニタ領域に設けられた画素内の遮光パターンを示す平面図である。 サブモニタ領域の画素構造を模式的に示す断面図である。 レンズ形状と集光位置を示す図である。 画素の遮光パターンと、レンズによる集光位置を示す図である。 カメラの倍率を変えた場合のサブモニタ領域を示す図である。 画素の遮光パターンと、その検出画像例を示す図である。 高さ方向のレンズの集光位置のずれを検出するための遮光パターンを示す 倍率を変えた場合の、第５のサブモニタ領域の画素の構成示す図である。 オンチップレンズの曲率による集光位置の変位を示す図である。 オンチップレンズの集光位置と、反射光輝度の関係を示す図である。 四隅のモニタ領域をカメラで検出したときの反射光輝度を示す図である。 各色の画素をカメラで撮像した時の反射光輝度を示す図である。 照明光を斜め入射した場合の、集光位置の変位を示す図である。 モニタ領域に形成されるパターンの変形例を示す図である。 モニタ領域に形成されるパターンの変形例を示す図である。 変形例１、２のパターンとその反射画像を示す図である。 変形例１、２のパターンとその反射画像を示す図である。 オンチップレンズが形成された画素の断面構造を示す図である。 オンチップレンズによって光線が集光する様子を示す図である。 オンチップレンズにおいて想定される欠陥を説明するための図である。

以下、本実施の形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

図１に、撮像素子を評価するための検査装置の光学系を示す。検査装置１００は、照明光源１と、ステージ２と、カメラ３と、処理装置４と、ハーフミラー５、色フィルタ６を備えている。ステージ２の上には、ウェハ１０が載置される。ウェハ１０には撮像素子となる半導体チップが複数形成されている。ステージ２は、例えば、ＸＹ駆動ステージであり、ウェハ１０を移動することができる。

照明光源１は、ウェハ１０を照明するための照明光を出射する。照明光は例えば白色光である。照明光源１からの照明光は、ハーフミラー５を通過して、ウェハ１０に入射する。ウェハ１０に入射した照明光は、ウェハ１０に設けられたパターンに応じて反射する。より具体的には、撮像素子に設けられた反射防止膜と遮光パターンでは反射率が異なるため、遮光パターンの形状に応じて反射光輝度が変化する。ウェハ１０で反射した反射光は、ハーフミラー５で反射して、カメラ３に入射する。カメラ３は、ウェハ１０からの反射光を検出する。カメラ３は検出した反射光の輝度に応じた検出信号を処理装置４に出力する。

処理装置４は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、取得した検出信号に対して、処理を行う。処理装置４は、カメラ３での検出結果に基づいて、ウェハ１０に設けられた撮像素子を評価する。具体的には、処理装置４は、撮像素子に設けられたオンチップマイクロレンズの集光特性を評価する。

さらに、照明光源１とカメラ３との間の光学系には、色フィルタ６が挿脱可能に配置されていてもよい。なお、図１では色フィルタ６が一つであるが、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルタ６がそれぞれ挿脱可能に配置されている。これにより、カメラ３で検出される反射光をＲ、Ｇ、Ｂ，Ｗ(白色)のいずれかの色にすることができる。カメラ３を、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの信号を取り出せるカメラとしてもよい。

顕微鏡のように照明側、及び結像側にレンズ等が取り付けられていてもよい。ここでは、照明光源１がライン状光源であり、ウェハ１０のＸ方向に延びたライン状の照明領域を照明する。照明光源１は、ウェハ１０の直径よりも長い照明領域を均一に照明する。カメラ３には、結像レンズが取り付けられている。カメラ３は、ラインセンサであり、ライン状の照明領域を撮像する。カメラ３には、例えば、数千個の検出画素が１列に並んで配置されている。ステージ２がＸ方向と直交するＹ方向にウェハ１０を移動させ、ステージ２の動きと同期してカメラ３からの画像を取り込む。こうすることで、ウェハ１０の全体を撮像することができる。したがって、ウェハ１０に設けられた撮像素子の各チップを評価することができる。カメラ３はラインセンサに限られるものではなく、２次元アレイ光センサ等の光検出器を用いることができる。もちろん、検査装置１００の光学系は図１に示す構成に限らず、種々の構成を用いることができる。照明光源１もライン状光源に限られるものではなく、面状照明や点状照明と走査ユニットを組み合わせたものでもよい。

次に、ウェハ１０に設けられた撮像素子チップの構成について、図２を用いて説明する。図２では、（Ａ）ウェハ１０の全体像、（Ｂ）チップ３０の拡大像、及び（Ｃ）モニタ領域３３周辺の拡大像が示されている。なお、図２ではウェハ１０の主面と平行な面をＸＹ平面としている。

図２（Ａ）に示すように、ウェハ１０には、複数の撮像素子３０がアレイ状に配列されている。複数の撮像素子３０は、ウェハ１０上に形成された半導体チップである。したがって、後の工程で、ウェハ１０を縦横の切断線に沿って切断することで、個々の撮像素子３０のチップが切り出される。なお、個々の撮像素子３０のチップは矩形状になっている。撮像素子３０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charged Coupled Device）イメージセンサ等の固体撮像素子である。ここでは、撮像素子３０が、裏面照射型のＣＭＯＳセンサであるとして説明するが、表面照射型センサにおいても、同様に適用が可能である。

図２（Ｂ）に示すように、撮像素子３０には、画素領域３１、及び周辺領域３２が設けられている。画素領域３１には、複数の画素（図２では不図示）がアレイ状に配置されている。画素領域３１が矩形状になっている。周辺領域３２は、画素領域３１を囲むように、矩形枠状になっている。さらに、周辺領域３２は、モニタ領域３３が設けられている。モニタ領域３３は、矩形の撮像素子３０の四隅近傍にそれぞれ配置されている。すなわち、１つの撮像素子３０には、４つのモニタ領域３３が設けられている。モニタ領域３３の配置は、四隅に限定されず、４以外のモニタ領域３３を設けてもよい。さらには、撮像素子３０の四隅以外にモニタ領域３３を設けてもよい。モニタ領域３３は、チップ切断ライン上等、画素領域に隣接しない領域に設けてもよい。

画素領域３１は、例えば、映像信号を出力可能な有効画素領域、又は有効画素領域の中で製品の特性を保証している実行画素領域に対応している。なお、実効画素領域は、イメージサイズを規定する領域である。切り出された撮像素子３０のチップでは、画素領域３１に設けられた画素の受光信号を変換して撮像が行われる。周辺領域３２は、有効画素領域又は実行画素領域の外側の総画素領域に対応している。したがって、画素領域３１だけでなく、周辺領域３２にも画素が形成されている。また、周辺領域３２には、映像信号で黒の基準を規定するオプティカルブラック領域が形成される。

図２（Ｃ）に撮像素子３０の左上角部のモニタ領域３３とその周辺を拡大した画像を示す。画素領域３１の外側には、周辺領域３２が設けられている。そして、周辺領域３２には、モニタ領域３３が設けられている。モニタ領域３３は第１のサブモニタ領域３３１〜第５のサブモニタ領域３３５を備えている。なお、図２（Ｃ）では、撮像素子３０の左上角部の近傍のモニタ領域３３を示したが、右上角部近傍、右下角部近傍、左下角部近傍に設けられたモニタ領域３３についても、同様に第１のサブモニタ領域３３１〜第５のサブモニタ領域３３５が設けられている。モニタ領域３３は、撮像素子３０を評価するために設けられている。照明光源１が第１のサブモニタ領域３３１〜第５のサブモニタ領域３３５を照明する。そして、カメラ３が第１のサブモニタ領域３３１〜第５のサブモニタ領域３３５からの反射光を受光する。したがって、カメラ３は各サブモニタ領域の反射画像を撮像する。

図３、及び図４を用いて、画素領域内３１の画素構造について説明する。図３は、画素領域３１における画素２０の構造を模式的に示す断面図である。図３では４つの画素２０が示されている。図４は、１つの画素２０における遮光パターン１３との構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、適宜、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明を行う。Ｚ方向が高さ方向（厚さ方向）を示している。Ｘ方向、及びＹ方向がＺ方向に垂直な方向である。Ｘ方向、及びＹ方向は、撮像素子３０に受光面内において、互いに直交する方向であり、Ｚ方向が撮像素子３０の受光面に垂直な方向である。Ｘ方向、及びＹ方向は、画素２０の配列方向に平行な方向である。

基板１１は、シリコンなどの半導体基板であり、受光部１１ａを備えている。受光部１１ａは光電変換を行うフォトダイオード（不図示）を備えている。すなわち、受光部１１ａに設けられたフォトダイオードに光が入射すると、光が電荷に変換される。そして、フォトダイオードで発生した電荷がＣＭＯＳによって読み出される。なお、ＣＭＯＳセンサの製造方法については、公知の手法を用いることができるため、説明を省略する。

基板１１の上には、反射防止膜１２が設けられている。反射防止膜１２は、入射光が反射されるのを防止する。反射防止膜１２の上には、遮光パターン１３が形成されている。遮光パターン１３は、隣接する画素間に配置されている。図４に示すように遮光パターン１３は、画素２０を規定するように、矩形枠状に設けられている。遮光パターン１３は、画素間の境界部分を覆うように配置されている。したがって、画素領域３１では、遮光パターン１３は格子状に形成される。遮光パターン１３で囲まれた領域に受光部１１ａが配置されることで、１つの画素２０が形成される。遮光パターン１３で囲まれた領域に入射した光は、反射防止膜１２を介して、受光部１１ａに入射する。遮光パターン１３は、隣接する画素にまたがって光が入射するのを防いでいる。これにより、隣の画素２０のカラーフィルタ１５を通過した光が受光部１１ａに入射するのを防ぐことができる。よって、混色を防ぐことができる。

反射防止膜１２は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は酸化ハフニウム膜あるいは、これらの積層膜等の絶縁膜によって形成されている。反射防止膜１２は、基板１１のほぼ全面に形成されている。遮光パターン１３は、例えば、タングステンなどの金属膜によって形成されている。すなわち、タングステンなどの金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術によってパターニングする。

さらに、遮光パターン１３の上には、第１の平坦化膜１４が設けられている。第１の平坦化膜１４は、反射防止膜１２、及び遮光パターン１３を覆うように設けられている。第１の平坦化膜１４を形成することで、カラーフィルタ１５の形成面が平坦になる。

表面が平坦となった第１の平坦化膜１４の上には、カラーフィルタ１５が設けられている。ここでは、ＲＧＢのカラーフィルタ１５をそれぞれカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂとして図示している。カラーフィルタ１５は、画素毎に設けられている。すなわち、受光部１１ａに入射する光がカラーフィルタ１５を通過するように配置されている。したがって、各画素２０の受光部１１ａがＲ、Ｇ、又はＢの単色光を受光する。ここでは、カラーフィルタ１５の配列をＢａｙｅｒ配列としており、Ｇが総画素数の１／２、ＲとＢがそれぞれ総画素数の１／４となっている。カラーフィルタ１５は例えば、有機樹脂膜によって形成されている。公知のリソグラフィー技術を繰り返すことで、３色のカラーフィルタ１５を形成することができる。

さらに、カラーフィルタ１５の上には第２の平坦化膜１６が設けられている。第２の平坦化膜１６が第１の平坦化膜１４、及びカラーフィルタ１５を覆うように形成されている。第２の平坦化膜１６を設けることで、レンズ１７の形成面が平坦になる。第１の平坦化膜１４、及び第２の平坦化膜１６は、例えば、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透明有機樹脂膜によって形成されている。第１の平坦化膜１４、及び第２の平坦化膜１６は、基板１１のほぼ全面に形成されている。

第２の平坦化膜１６の上に、レンズ１７が設けられている。レンズ１７は、オンチップマイクロレンズであり各画素に対応するように形成されている。すなわち、各画素に１つの凸状のレンズ１７が設けられている。レンズ１７は、入射した光を受光部１１ａに集光する。レンズ１７はアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透明有機樹脂膜によって形成されている。レンズ１７は、公知のフォトリソグラフィ技術、又はリフロー技術によって形成される。例えば、透明膜を均一に成膜した上に、フォトレジストを塗布した後、グレイスケールのフォトマスクを用いて露光・現像により、フォトレジストをレンズ形状に合わせてパターニングする。パターニングした後、フォトレジストを加熱リフローして、半球状のパターンを形成する。その後、半球状のフォトレジストと下地透明膜を同時にエッチングすることでレンズ１７が形成される。

レンズ１７は入射光を受光部１１ａに集光するように設計されている。しかしながら、図２４に示したように、レンズ１７や平坦化膜に種々の欠陥が存在することがある。欠陥が生じると、レンズ１７の集光位置が受光部１１ａからずれてしまう。そこで、本実施形態では、モニタ領域３３を設けることで、レンズ１７の欠陥を検出している。具体的には、モニタ領域３３からの反射光をカメラ３が検出する。処理装置４が、面内方向における集光位置の変位と、高さ方向における集光位置の変位と、を検出している。

より具体的には、モニタ領域３３に設けられている第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４は、面内方向における変位を評価するために形成されている。すなわち、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４は、Ｘ方向、及びＹ方向におけるレンズ１７の集光位置のズレをモニタするために設けられている。また、モニタ領域３３に設けられている第５のサブモニタ領域３３５を高さ方向における変位を評価するために用いている。すなわち、第５のサブモニタ領域３３５は、Ｚ方向におけるレンズ１７の集光位置のズレをモニタするために設けられている。

（面内方向の変位）
次に、面内方向の変位を評価するための第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４について、図５を用いて説明する。図５は、第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４の画素内の反射防止膜１２のパターン、及び遮光パターン１３を示すＸＹ平面図である。

第１のサブモニタ領域３３１の画素構成を図５（Ａ）に示し、第２のサブモニタ領域３３２の画素構成を図５（Ｂ）に示し、第３のサブモニタ領域３３３の画素構成を図５（Ｃ）に示し、第４のサブモニタ領域３３４の画素構成を図５（Ｄ）に示す。

図５では、第１のサブモニタ領域３３１内の画素を画素２０１とし、第２のサブモニタ領域３３２内の画素を画素２０２としている。同様に、第３のサブモニタ領域３３３内の画素を画素２０３とし、第４のサブモニタ領域３３４内の画素を画素２０４としている。画素２０１〜２０４は、それぞれ、画素領域３１内の画素２０と同じ大きさとなっている。したがって、画素２０１〜画素２０４には、画素２０とほぼ同じ形状のレンズ１７が形成されている。画素２０、及び画素２０１〜２０４は、例えば、１μｍ程度の画素サイズとなっている。

画素２０１〜２０４では図４の画素２０に示された枠状の遮光パターン１３に加えて、矩形の遮光パターン１３ａ〜１３ｄがそれぞれ追加された構成となっている。画素２０１に配置されている矩形の遮光パターン１３を遮光パターン１３ａとし、画素２０２に配置されている矩形の遮光パターン１３を遮光パターン１３ｂとする。同様に、画素２０３に配置されている矩形の遮光パターン１３を遮光パターン１３ｃとし、画素２０４に配置されている矩形の遮光パターン１３を遮光パターン１３ｄとする。また、画素２０１〜２０４に配置されている反射防止膜１２をそれぞれ反射防止膜１２ａ〜１２ｄとする。

画素２０１〜２０４内では、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの配置が異なっている。すなわち、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４毎に、画素内における、遮光パターン１３ａ〜１３ｄのレイアウトが異なっている。画素２０１〜２０４では、画素を４分割した領域のうちの１つの領域に遮光パターン１３が追加された構成になっている。

例えば、画素２０１では、矩形の遮光パターン１３ａが右上に配置されている。画素２０２では、矩形の遮光パターン１３ｂが右下に配置されている。画素２０３では、矩形の遮光パターン１３ｃが左下に配置されている。画素２０４では、矩形の遮光パターン１３ｄが左上に配置されている。このように、遮光パターン１３ａ〜１３ｄは、画素内の異なる位置に配置されている。より具体的には、画素内において、遮光パターン１３ａ〜１３ｄは、９０°ずつ異なる角度で配置している。例えば、画素２０１の中心周りに遮光パターン１３ａを９０°回転させることで、遮光パターン１３ｂと一致するパターンとなる。同様に、画素２０２の中心周りに遮光パターン１３ｂを９０°回転させることで、遮光パターン１３ｃと一致するパターンとなる。画素２０３の中心周りに遮光パターン１３ｃを９０°回転させることで、遮光パターン１３ｄと一致するパターンとなる。換言すると、遮光パターン１３ａは、他の３つの遮光パターン１３ｂ〜１３ｄに対して線対称になっており、他の遮光パターン１３ｂ〜１３ｄについても同様である。

なお、後述するように、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの下には、反射防止膜１２が形成されている。遮光パターン１３ａ〜１３ｄから露出する反射防止膜１２ａ〜１２ｄも同様に９０°異なる角度で対称な領域が露出している。画素領域３１内の画素２０において形成された枠状の遮光パターン１３に比べて、画素２０１〜２０４では、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの面積が大きくなっている。なお、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの面積は同じになっている。遮光パターン１３ａ〜１３ｄから露出する反射防止膜１２ａ〜１２ｄの面積は同じとなっている。例えば、遮光パターン１３ａは、画素２０１の約１／４の面積を占め、反射防止膜１２ａが画素２０１の面積の約３／４を占めている。

第１のサブモニタ領域３３１には、遮光パターン１３ａを有する画素２０１のみが複数設けられている。すなわち、モニタ領域３３において、画素２０１が一群となって形成されている。同様に、第２のサブモニタ領域３３２には、遮光パターン１３ｂを有する画素２０２のみが複数設けられている。第３のサブモニタ領域３３３には、遮光パターン１３ｃを有する画素２０３のみが複数設けられている。第４のサブモニタ領域３３４には、遮光パターン１３ｄを有する画素２０４のみが複数設けられている。

図６に、画素２０１〜２０４の構成を示す。図６（Ａ）が画素２０１〜２０４の遮光パターン１３ａ〜１３ｄと反射防止膜１２ａ〜１２ｄのパターン形状を示す平面図である。図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの画素を示す断面図である。

図６に示すように、画素２０１〜２０４では、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの配置が異なっている。なお、画素２０１〜２０４の断面構造は、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの配置以外、画素領域３１内の画素２０と同じ断面構造をしている。すなわち、画素２０１〜２０４のそれぞれにおいて、基板１１上に、反射防止膜１２、遮光パターン１３、第１の平坦化膜１４、カラーフィルタ１５、第２の平坦化膜１６、及びレンズ１７が設けられている。画素２０１〜２０４内のレンズ１７は、画素２０内のレンズ１７とほぼ同じ形状になるように設計されている。そして、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの平面配置のみが画素２０と異なっている。

図６（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、第１のサブモニタ領域３３１は、それぞれＲＧＢの画素２０１を含んでいる。すなわち、第１のサブモニタ領域３３１は、Ｒのカラーフィルタ１５Ｒが設けられている画素２０１と、Ｇのカラーフィルタ１５Ｇが設けられている画素２０１と、Ｂのカラーフィルタ１５Ｂが設けられている画素２０１と、を備えている、同様に、第２のサブモニタ領域３３２、第３のサブモニタ領域３３３、及び第４のサブモニタ領域３３４のそれぞれも、カラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが形成された画素を備えている。遮光パターン１３ａ〜１３ｄはカラーフィルタ１５と重複している。なお、ＲＧＢの画素に加えて、カラーフィルタ１５を形成しないＷ（白色)の画素を追加してもよい。

上記のように、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４には複数の画素が設けられている。そして、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４毎に、遮光パターン１３のパターン形状が異なっている。第１のサブモニタ領域３３１の全ての画素２０１には、同じパターン形状の遮光パターン１３ａが形成されている。第２のサブモニタ領域３３２の全ての画素２０２には、同じパターン形状の遮光パターン１３ｂが形成されている。第３のサブモニタ領域３３３の全ての画素２０３には、同じパターン形状の遮光パターン１３ｃが形成されている。第４のサブモニタ領域３３４の全ての画素２０４には、同じパターン形状の遮光パターン１３ｄが形成されている。

次に、レンズ１７の形状による集光位置の変位について、図７を用いて説明する。図７は、画素２０１の断面構造を模式的に示す図である。また、図７（Ａ）は正常なレンズ１７が形成された画素２０１の断面構造を示しており、図７（Ｂ）では、異常なレンズ１７が形成された画素２０１の断面構造を示している。なお、図７では、説明の簡略化のため、遮光パターン１３の一部、及びカラーフィルタ１５を省略している。

遮光パターン１３ａは、画素２０１の約１／４の面積を占め、反射防止膜１２ａが画素２０１の面積の約３／４を占めている。図７（Ａ）に示すように、正常なレンズ１７が形成されている場合、レンズ１７による集光位置は、ＸＹ平面において画素の中心となる。したがって、レンズ１７で集光された光のほぼ１／４が遮光パターン１３ａに入射し、残りが遮光パターン１３ａに入射せずに反射防止膜１２に入射する。

一方、図７（Ｂ）では、レンズ１７が非対称に形成されているため、レンズ１７による集光位置が＋Ｘ側にずれる。この場合、画素２０１の＋Ｘ側に配置されている遮光パターン１３ａにより多くの光が入射する。反対に、反射防止膜１２に入射する光量が低くなる。

レンズ１７の形状に応じて集光位置が変位する。レンズ１７による集光位置がＸ方向又はＹ方向にずれると遮光パターン１３ａ〜１３ｄに入射する光量が変化する。画素２０１〜画素２０４では、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの配置が異なっている。本実施の形態では、反射防止膜１２と遮光パターン１３との反射率の違いを利用して、面内方向における集光位置の変位を検出している。

例えば、本実施の形態では、カメラ３でウェハ１０からの反射光を検出している。反射防止膜１２と遮光パターン１３との反射率が異なるため、反射光輝度によって、面内方向の変位を検出することができる。すなわち、カメラ３が第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光をそれぞれ検出する。そして、処理装置４が、４つの反射光輝度を比較することで、面内のどの方向に集光位置がずれたかを検出する。

図８を用いて、レンズ１７の集光位置と、輝度の関係について説明する。図８は、レンズ１７が正常な場合と、３つの異常の場合における集光位置を示している。図８において、（Ｉ）は、レンズ１７が正常な場合の集光位置４１を示し、（ＩＩ）は、集光位置４１が＋Ｘ方向にずれた場合を示している。（ＩＩＩ）は、集光位置４１が＋Ｙ方向にずれた場合を示し、（ＩＶ）は、集光位置４１が＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向にずれた場合を示している。また、図８では画素２０１〜２０４の構成をそれぞれ示している。

図８に示すように、レンズ１７の集光位置がずれると、遮光パターン１３に入射する照明光量と、反射防止膜１２に入射する照明光量の割合が変化する。例えば、（ＩＩ）では、集光位置４１が＋Ｘ側にずれているため、画素２０１と画素２０２において、遮光パターン１３に入射する照明光量が多くなる。遮光パターン１３の反射率は反射防止膜１２の反射率よりも高くなっている。よって、遮光パターン１３に入射する照明光量が多くなるほど、カメラ３で検出される検出光量も多くなる。

ここで、第１のサブモニタ領域３３１で反射して、カメラ３で検出された反射光の輝度をＩ_Ａ、第２のサブモニタ領域３３２で反射して、カメラ３で検出された反射光の輝度をＩ_Ｂとする。同様に、第３のサブモニタ領域３３３で反射して、カメラ３で検出された反射光の輝度をＩ_Ｃ、第４のサブモニタ領域３３４で反射して、カメラ３で検出された反射光の輝度をＩ_Ｄとする。

正常なレンズ１７では、（Ｉ）に示すように、画素２０１〜２０４の中心が集光位置４１となるため、Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｄとなる。（ＩＩ）のように、集光位置が＋Ｘ方向にずれる場合、Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｄとなり、かつＩ_Ａ、Ｉ_ＢがＩ_Ｃ、Ｉ_Ｄよりも大きくなる。（ＩＩＩ）のように、集光位置が＋Ｙ方向にずれる場合、Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｄ、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｂとなり、かつＩ_Ａ、Ｉ_ＤがＩ_Ｃ、Ｉ_Ｂよりも大きくなる。（ＩＶ）のように、集光位置が＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向にずれる場合、Ｉ_Ａが最大となり、Ｉ_Ｃが最小となる。

照明光源１が第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３３をそれぞれ照明する。そして、カメラ３が、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４で反射した反射光をそれぞれ検出する。すなわち、カメラ３の１又は複数の検出画素に各サブモニタ領域を投影することで、カメラ３がサブモニタ領域を撮像する。そして、処理装置４が、各サブモニタ領域からの反射光の輝度を比較することで、面内における焦点位置のズレ方向とずれ量を特定することができる。具体的には、集光位置の変位量は、以下の式（１）、（２）のようになる。
ΔＸ＝（（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ）−（Ｉ_Ｃ＋Ｉ_Ｄ））／（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＋Ｉ_Ｃ＋Ｉ_Ｄ）・・・（１）
ΔＹ＝（（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｄ）−（Ｉ_Ｃ＋Ｉ_Ｂ））／（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＋Ｉ_Ｃ＋Ｉ_Ｄ）・・・（２）

ΔＸはＸ方向における集光位置の変位量であり、ΔＹはＹ方向における集光位置の変位量である。このように、処理装置４は、式（１）、（２）に基づいて、ΔＸ、及びΔＹを算出している。

次に、モニタ領域３３の画素と、カメラ３の検出画素について説明する。上記したように、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４には、それぞれ複数の画素が形成されている。例えば、第１のサブモニタ領域３３１には、遮光パターン１３ａが形成された画素２０１が複数形成されている。第２のサブモニタ領域３３２には、遮光パターン１３ｂが形成された画素２０２が複数形成されている。第３のサブモニタ領域３３３には、遮光パターン１３ｃが形成された画素２０３が複数形成されている。第４のサブモニタ領域３３４には、遮光パターン１３ｄが形成された画素２０４が複数形成されている。

ここで、図９に、倍率を変えた時の画素２０１〜２０４の反射画像を示す。図９（Ａ）では、１画素の反射画像、図９（Ｂ）は４×４画素の反射画像、図９（Ｃ）では１６×１６画素の反射画像が示されている。第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４のそれぞれに１６×１６以上の画素が形成されている。そして、カメラ３の検出画素において、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光を受光する。第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光は、独立した画像信号として検出される。例えば、カメラ３において、第１のサブモニタ領域３３１からの反射光を検出する検出画素と、第２のサブモニタ領域３３２からの反射光を検出する検出画素は、異なっている。

ここで、カメラ３の１検出画素がサブモニタ領域の複数の画素に対応している。すなわち、結像光学系の解像度が、画素２０１〜２０４のサイズよりも低くなっている。例えば、カメラ３の１検出画素に、第１のサブモニタ領域３３１に設けられた複数の画素２０１を投影する。すなわち、カメラ３の１検出画素で、複数の画素２０１からの反射光を検出する。このようにすることで、複数の画素２０１からの反射光を一度に検出することができる。第１のサブモニタ領域３３１からの反射光の平均輝度がカメラ３での検出輝度となる。例えば、図９（Ｃ）に示すような１６×１６の画素２０１からの反射光が、カメラ３の１検出画素で検出される。同様に、１６×１６の画素２０２からの反射光がカメラ３の１検出画素で検出される。カメラ３は、第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４の反射画像をそれぞれ撮像する。

ここで、各画素２０１〜２０４内のパターンと、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光を検出した画像を図１０に示す。図１０（Ｉ）は画素内のパターンを示し、図１０（ＩＩ）は、１６×１６の画素による構造を示している。（ＩＩＩ）正常箇所では、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光は同じ輝度になる。一方、（ＩＶ）異常個所では、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光に違いが生じる。（Ｖ）異常個所では、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光に違いが生じるとともに、全体として輝度が低くなっている。

このように、ＸＹ平面において、遮光パターン１３ａ〜１３ｄを対称に配置している。具体的には、遮光パターン１３ａと遮光パターン１３ｂはＸ方向に平行な直線に対して線対称に形成されている。遮光パターン１３ｃと遮光パターン１３ｄはＸ方向に平行な直線に対して線対称に形成されている。遮光パターン１３ａと遮光パターン１３ｄはＹ方向に平行な直線に対して線対称に形成されている。遮光パターン１３ｂと遮光パターン１３ｃはＹ方向に平行な直線に対して線対称に形成されている。したがって、集光位置が面内方向にずれた場合、カメラ３で検出される反射光の輝度が変化する。そして、４つの第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光の輝度を比較することで、Ｘ方向、及びＹ方向における集光位置の変位量を検出することができる。

上記のように、面内方向における集光位置の変位量を検出することで、レンズ１７の曲率、形状の異常を検出することができる。さらには、レンズ１７と受光部１１ａとの重ね合わせ異常を検出することができる。

ここでは、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４において、遮光パターン１３ａ〜１３ｄを異なる配置で形成している。反射光輝度Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄを比較することで、４分割フォトダイオードの原理と同様に、Ｘ方向、及びＹ方向における集光位置の変位量を検出することができる。もちろん、２以上のサブモニタ領域からの反射光を比較することで、少なくとも１方向における集光位置の変位量を検出することができる。例えば、遮光パターン１３ａを有する第１のサブモニタ領域３３１と遮光パターン１３ｂを有する第２のサブモニタ領域３３２があれば、Ｙ方向における集光位置の変位量を検出することができる。

（高さ方向の変位）
次に、高さ方向（Ｚ方向）における集光位置の変位を検出する方法について説明する。高さ方向における集光位置の変位は、図２で示した第５のサブモニタ領域３３５を用いて検出される。図１１に第５のサブモニタ領域３３５に形成された画素２０５の平面構成を示す。

１つの画素２０５の内部には、複数の遮光パターン１３ｅが設けられている。複数の遮光パターン１３ｅは、アレイ状に配列されている。したがって、遮光パターン１３ｅの間から露出する反射防止膜１２ｅは格子状になる。遮光パターン１３ｅは、レンズ１７の解像度に応じた大きさの微細パターンである。例えば、レンズ１７による集光位置が遮光パターン１３ｅの表面と一致した場合に、遮光パターン１３ｅは、解像できる程度のパターンサイズを有している。こうすることで、集光位置が遮光パターン１３ｅの表面と一致する場合、反射光輝度が高くなる。レンズ１７による集光位置が遮光パターン１３ｅからずれると、解像できなくなるため、反射光輝度が低くなる。すなわち、高さ方向において、集光位置がずれると、反射光輝度が変わるようなパターン形状で遮光パターン１３ｅを形成する。

遮光パターン１３ｅを有する画素２０５が第５のサブモニタ領域３３５には複数設けられている。したがって、倍率を変えて第５のサブモニタ領域３３５を撮像すると、図１２に示すようになる。図１２では、倍率を変えた時の画素２０１〜２０４の構成を示す。図１２（Ａ）では、１画素の構成、図１２（Ｂ）は４×４画素の構成、図１２（Ｃ）では１６×１６画素の構成が示されている。

そして、カメラ３の検出画素において、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光を受光する。第５のサブモニタ領域３３５からの反射光は、カメラ３の１又は複数の検出画素で検出される。もちろん、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光は第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４からの反射光とは独立した画像信号として検出される。

ここで、カメラ３の１検出画素が第５のサブモニタ領域３３５の複数の画素に対応している。すなわち、カメラ３への結像光学系の解像度が、画素２０５のサイズよりも低くなっている。例えば、カメラ３の１検出画素に、第５のサブモニタ領域３３５に設けられた複数の画素２０５を投影する。すなわち、カメラ３の１検出画素で、複数の画素２０１からの反射光を検出する。このようにすることで、複数の画素２０５からの反射光を一度に検出することができる。第５のサブモニタ領域３３５からの反射光の平均輝度がカメラ３での検出輝度となる。例えば、図１２（Ｃ）に示すような１６×１６の画素２０５からの反射光が、カメラ３の１検出画素で検出される。

図１３にレンズ１７の曲率異常により、集光位置がＺ方向にずれた場合を示す。図１３に示すように、レンズ１７の膜厚が異なると、レンズ１７の集光位置がＺ方向にずれる。レンズ１７の集光位置が遮光パターン１３ｅの表面になる場合、反射画像の輝度が高くなる。一方、レンズ１７の曲率が大きくなると集光位置が手前にずれ、レンズ１７の曲率が小さくなると集光位置が奥にずれる。レンズ１７の集光位置が手前や奥にずれると、反射画像の輝度が低くなる。このように、集光位置がＺ方向に変位すると、反射光の輝度が変化する。よって、カメラ３が第５のサブモニタ領域３３５を撮像することで、Ｚ方向における集光位置の変位を検出することができる。

次に、高さ方向における集光位置と反射光の輝度について、図１４を用いて説明する。図１４は、Ｚ方向におけるレンズ１７の集光位置と、反射光の輝度の関係を示すグラフである。横軸がレンズ１７の集光位置を示しており、縦軸が反射光の輝度を示している。また、横軸において右に行くほど、集光位置が手前側（＋Ｚ側）になっている。

集光位置が遮光パターン１３ｅの表面になる場合（図１４のＺ４）、反射光輝度が最も高くなる。集光位置がＺ４からずれるにしたがって、反射光輝度が低くなる。レンズ１７としては、集光位置が遮光パターン１３ｅの表面になる場合よりも、基板１１の表面になる場合が最も集光特性が高くなる。すなわち、レンズ１７が基板１１の表面に入射光を集光する場合、画素２０において受光部１１ａの受光量が最も高くなる。したがって、Ｚ４よりも集光位置が奥側にずれた時に、最も高い集光性能を得ることができる。図１４のＺ３の集光位置が基板１１の表面を示している。よって、Ｚ３で、レンズ１７の集光特性が最も高くなるようにレンズ１７の形状は設計される。そこで、Ｚ３を含む範囲(図１４のＺ１〜Ｚ２)では、レンズ１７が十分な集光特性を有していると考えられる。Ｚ１〜Ｚ２の範囲内で良品と判定し、Ｚ１〜Ｚ２の範囲外で不良品と判定することが望ましい。

Ｚ１に対応する反射光輝度をＩ１、Ｚ２に対応する反射光輝度をＩ２とする。カメラ３による反射光輝度がＩ１〜Ｉ２の範囲内にある場合は、集光特性が高いため、良品と判定する。一方、カメラ３による反射光輝度がＩ１よりも低い場合、又はＩ２よりも高い場合は、集光特性が低いため、不良品と判定する。すなわち、レンズ１７の集光位置が基板１１の表面から大きくずれているため、所望の集光特性を得ることができない。よって、カメラ３による反射光輝度がＩ１〜Ｉ２の範囲外にある場合は、不良品と判定する。処理装置４は、カメラ３の各検出画素の反射光輝度を閾値Ｉ１、Ｉ２と比較する。そして、処理装置４は、反射光輝度と閾値Ｉ１、Ｉ２との比較結果に基づいて、レンズ１７の集光特性を評価している。

良品を判定するための閾値Ｉ１，Ｉ２は、良品サンプルや不良品サンプルの測定結果から、予め設定しておけばよい。すなわち、処理装置４のメモリ等に、閾値Ｉ１、Ｉ２が設定されていればよい。なお、Ｚ１〜Ｚ２では、集光位置に対して反射光輝度が単調増加する領域となっている。一方、集光位置がＺ４よりも手前側（＋Ｚ側）にずれた場合も、カメラ３による反射光輝度がＩ１〜Ｉ２の範囲内に含まれてしまう。すなわち、集光位置に対して反射光輝度が単調減少する領域（図１４のＺ５〜Ｚ６）においても、カメラ３による反射光輝度がＩ１〜Ｉ２の範囲内に含まれてしまう。しかしながら、Ｚ５〜Ｚ６の範囲は、集光特性が最も高くなるＺ３から大きく離れている。したがって、レンズ１７の集光位置がＺ５までずれることは想定しにくい。よって、処理装置４が、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光輝度を閾値Ｉ１、Ｉ２と比較することで、高さ方向に集光位置が変位しているか否かを判定することができる。さらに、集光位置と反射光輝度の関係が既知の場合には、高さ方向における集光位置の変位量を検出することができる。

なお、複数の遮光パターン１３ｅをアレイ状に配列したが、アレイ配列以外の配列を用いてもよい。例えば、ｄ５のサブモニタ領域３３５においては、ストライプ状の遮光パターン１３ｅを複数形成してもよい。具体的な一例として、Ｘ方向に延びた複数の遮光パターン１３ｅをＹ方向に配列してもよい。このような遮光パターン１３ｅを有する画素２０５を用いても、処理装置４が、高さ方向の変位を検知することができる。

図２に示したように、撮像素子３０のチップの四隅にはそれぞれモニタ領域３３が設けられている。そして、四隅のモニタ領域３３がそれぞれ第１のサブモニタ領域３３１〜第５のサブモニタ領域３３５を備えている。右上のモニタ領域３３には、画素２０１〜２０５が含まれている。同様に右下のモニタ領域３３にも画素２０１〜２０５が含まれている。さらに左上のモニタ領域３３には、画素２０１〜２０５が含まれ、左下のモニタ領域３３にも画素２０１〜２０５が含まれている。

よって、図１５に示すように四隅のモニタ領域３３毎に、画素２０１〜２０５の反射光の検出結果をそれぞれ得ることができる。すなわち、１チップに対して、４×５通りの反射画像が得られる。そして、第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４からの反射光輝度を比較する。四隅のそれぞれに対して、面内方向におけるレンズ１７の集光位置の変位を検出することができる。一方、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光輝度を閾値Ｉ１，Ｉ２と比較することで、高さ方向におけるレンズ１７の集光位置の変位を検知することができる。これにより、レンズ１７の特性分布を適切に評価することができる。

さらに、第１〜第５のサブモニタ領域３３１〜３３５のそれぞれにＲ，Ｇ，Ｂの画素を設けるようにしてもよい。すなわち、カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ、１５Ｂを有するＲＧＢの画素２０１〜２０５を形成する。

第１〜第５のサブモニタ領域３３１〜３３５にカラーフィルタ１５を設ける場合、同じ色の画素を一群として配置してもよい。すなわち、異なる色の画素を別々の領域に配置するようにしてもよい。同じ色の画素を一群として配置した場合、異なる色の画素からの反射光がカメラ３上の異なる検出画素で検出される。換言すると、カメラ３の１検出画素は同じ色の画素からの反射光を受光する。よって、カラーフィルタ１５の成膜状況を色毎に評価することができる。

また、画素領域３１と同様に、異なる色の画素が隣接するように配置してもよい。異なる色の画素が隣接するように配置した場合、検査装置１００に色フィルタ６を挿入することで、カラーフィルタ１５の成膜状況を色毎に評価することができる。

例えば、検査装置１００の結像光学系側に色フィルタ６を配置することで、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射画像を取得することができる。例えば、検査装置１００の結像光学系にＲの色フィルタ６を配置した場合、カラーフィルタ１５Ｒが形成されている画素についての測定が行われる。同様に、Ｇの色フィルタ６を配置した場合、カラーフィルタ１５Ｇが形成されている画素についての測定が行われ、Ｂの色フィルタ６を配置した場合、カラーフィルタ１５Ｂが形成されている画素についての測定が行われる。色フィルタ６を配置しない場合、白色照明光での測定、すなわち、全画素についての測定が行われる。この場合、全色の平均値に基づいて、特性が評価される。

色毎に測定を行う場合、１つのモニタ領域３３について、図１６に示すような反射画像を得ることができる。すなわち、４色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）×５パターンの反射画像を得ることができる。こうすることで、色毎にレンズ１７の特性やカラーフィルタの特性を評価することができる。よって、レンズ１７の特性をより適切に評価することができる。例えば、図１６に示す例では、Ｒの反射光輝度がその他の色に比べて低下している。よって、Ｒのカラーフィルタ１５Ｒの成膜工程に問題があることを分かる。例えば、カラーフィルタ１５Ｒの受光部１１ａに対する重ね合わせが設計値よりもずれていると推定される。

以下に、本実施の形態により得られる効果について説明する。本実施の形態では、レンズ１７を形成した後に、レンズ１７の集光位置の変位を検出している。こうすることで、平坦化膜、カラーフィルタ１５等が形成された状態で、レンズ１７の集光特性を評価することができる。従って、レンズ１７の特性を適切に評価することができる。例えば、レンズ１７の膜厚を測定する場合では、下地の平坦化膜やカラーフィルタを含めた特性を評価することができない。すなわち、平坦化膜やカラーフィルタ１５の膜厚異常を検出することができない。レンズ１７の膜厚が正常であったとしても下地の平坦化膜の膜厚が異なるとレンズ１７の集光特性が劣化してしまう。本実施の形態によれば、レンズ１７の集光位置を光学的に検出しているため、下地の平坦化膜やカラーフィルタを含めた特性評価が可能になる。たとえば、図２４に示したように、平坦化膜の膜厚異常、レンズ１７の曲率・形状異常、レンズ１７の膜厚異常、レンズ１７と受光部１１ａの重ね合わせ異常などを適切に評価することができる。

また、ウェハ１０全体に対して、測定を行うことで、ウェハ１０におけるレンズ特性の分布を評価することができる。例えば、レンズ特性が劣化しやすい場所、あるいは、ウェハ１０のどの辺りで、集光位置がどの方向に変位しやすいかを評価することができる。よって、ウェハ１０の全体でレンズ特性を適切に評価することができ、ウェハ１０の生産管理を容易に行うことができる。よって、撮像素子３０の生産性を向上することができる。

また、モニタ領域３３内の複数の画素がカメラ３の１検出画素に投影される。したがって、ウェハ１０上におけるカメラ３の視野が広くなる。すなわち、カメラ３が、低倍率かつ低解像度で撮像することができる。例えば、画素２０１〜２０５が１μｍ程度であり、カメラ３の解像度は、数十μｍとなっている。よって、カメラ３の１検出画素は、１００以上の画素からの反射光が入射する。ウェハ１０の全体を評価する場合でも、短時間で測定を行うことができる。例えば、カメラ３で１回に撮像できる範囲をウェハ１０の直径よりも長くすれば、１回のスキャンでウェハ１０の全体を測定することができる。もちろん、ウェハ１０の一部のみを評価するようにしてもよい。また、複数の画素を平均化して測定することができるため、適切に評価することができる。低倍カメラによる撮像で、異常箇所を特定した後、高倍カメラで異常箇所を詳細に解析することも可能である。

本実施形態では、触診式ではなく、光学式で評価しているため、サンプルに影響を与えることなく、測定を簡便に行うことができる。さらに、本実施形態では、複雑な画像信号処理をすることなく、反射光の明暗でレンズ特性を評価している。したがって、基準となる平坦面がないような狭ピッチのレンズ１７の場合でも、適切に評価することができる。また、複数の画素からの反射光を１検出画素で受光している。これにより、複数の画素からの反射光輝度の平均値を用いて、レンズ特性を評価することができる。よって、干渉計などの複雑な光学系や複雑な計算が不要となり、装置構成を簡素化することができる。

本実施の形態では、モニタ領域３３の画素が、画素領域３１内の画素２０と同様の断面構成となっている。反射防止膜１２、第１の平坦化膜１４、第２の平坦化膜１６は、モニタ領域３３、及び画素領域３１とで共通である。したがって、遮光パターン１３、カラーフィルタ１５、レンズ１７のパターンを追加するだけで、モニタ領域３３を形成することができる。すなわち、モニタ領域３３に、遮光パターン１３、カラーフィルタ１５、レンズ１７を形成するためのフォトマスクパターンの追加を行うだけでよいため、成膜工程数を増やさずに、モニタ領域３３を形成することができる。

なお、モニタ領域３３の画素には、受光部１１ａが設けられていなくてもよく、設けられていてもよい。すなわち、反射防止膜１２と遮光パターン１３の反射率の差を用いているため、受光部１１ａの有無にかかわらず、レンズ特性を評価することができる、

なお、第５のサブモニタ領域３３５を照明する際に、照明光を斜入射にすることで、面内方向の集光位置の変位を検出することができる。例えば、図１７に示すように、レンズ１７の膜厚異常がある場合において、照明光をレンズ１７の光軸に対して斜めに入射させると、画素の中心からずれた位置が集光位置となる。よって、面内方向の集光位置を変位させることができる。こうすることで、検出感度を向上することができる。

図１８、及び図１９に遮光パターン１３ａ〜１３ｅの変形例を示す。図１８の基本パターン１は、図５、及び図１１に示した遮光パターン１３ａ〜１３ｅである。よって、第１のサブモニタ領域３３１〜第４のサブモニタ領域３３４では、画素２０１〜２０４の約１／４が遮光パターン１３となっている。第５のサブモニタ領域３３５では、画素２０５に複数の遮光パターン１３ｅがアレイ状に配列されている。

図１８の反転パターン１は、図５、図１１の遮光パターン１３ａ〜ｅと反射防止膜１２を反転したパターンである。反転パターン１においても、画素２０１〜画素２０４の遮光パターン１３ａ〜１３ｅは、対称に配置されている。よって、基本パターン１と同様の効果を得ることができる。反転パターン１を用いることで、画素２０１〜２０５内において遮光パターン１３ａ〜ｅの占める割合を増やすことができる。よって、反転パターン１では、基本パターン１よりも反射光輝度を向上することができる。なお、反転パターン１の場合、（１）、（２）のΔＸ、ΔＹの符号が反転する。

図１８の応用パターン１は、図５と図１１とのパターンを組み合わせたものである。すなわち、画素の約１／４の領域に、微細な遮光パターン１３が格子状に形成されている。換言すると、図１１に示す画素２０５のうちの約３／４の領域が反射防止膜１２に置き換えられた構成となっている。応用パターン１においても、画素２０１〜画素２０４の遮光パターンは、対称に配置されている。応用パターン１では、基本パターン１の画素２０１〜２０４と画素２０５が組み合わされたパターンレイアウトになっている。よって、４種類の画素２０１〜２０４でＸＹＺ方向の変位を検出することができる。こうすることで、パターンを削減することができる。

図１８の応用パターン２は、アレイ状の遮光パターンを設ける領域を反転したものである。すなわち、画素の約３／４の領域において、格子状の遮光パターン１３が配列される。換言すると、図１１に示す画素２０５のうちの約１／４の領域が反射防止膜１２に置き換えられた構成となっている。応用パターン１、２では、高さ方向の集光位置のズレも検出することができるため、第５のサブモニタ領域３３５が不要となる。

図１８の応用パターン１、２の場合も、上記の式（１）、(２)を用いてＩ_Ａ〜Ｉ_Ｄを比較することで、面内方向における集光位置の変位量を検出することができる。なお、応用パターン２の場合、（１）、（２）のΔＸ、ΔＹの符号が反転する。さらに、Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの平均値を閾値Ｉ１、Ｉ２と比較することで、高さ方向における集光位置の変位量を検出することができる。応用パターン１、２を用いた場合、パターンを削減することができる。さらに、応用パターン２を用いた場合、応用パターン１を用いた場合よりも、反射光輝度を向上することができる。

図１９に示すズレ有無検知１のパターンでは、画素の中心に矩形の反射防止膜１２が配置され、反射防止膜１２を囲むように矩形枠状の遮光パターン１３が配置されている。図１９に示すズレ有無検知２のパターンは、ズレ有無検知１のパターンが反転したものである。したがって、画素の中心に矩形の遮光パターン１３が配置され、遮光パターン１３を囲むように矩形枠状の反射防止膜１２のパターンが配置されている。

ズレ有無検知１、２のパターンの場合、レンズ１７の集光位置にズレが生じているか否かのみが検出される。例えば、ズレ有無検知１のパターンでは、集光位置が画素の中心にある場合、遮光パターン１３に入射する照明光量が少なくなり、集光位置が画素中心からずれるにしたがって遮光パターン１３に入射する照明光量が多くなる。反射光輝度が低い場合、集光位置が画素中心からずれていないと判定され、反射光輝度が高い場合、集光位置が画素中心からずれていると判定される。一方、ズレ有無検知２のパターンでは、反対に、反射光輝度が低い場合、集光位置が画素中心からずれていると判定され、反射光輝度が高い場合、集光位置が画素中心からずれていないと判定される。ズレ有無検知１、２のパターンの場合、反射光輝度を閾値と比較して、ズレの有無を検出する。ズレ有無検知１、２のパターンの場合、レンズの集光位置にズレが生じているか否かのみが検出され、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれの方向にずれているかを検出することができない。ズレ有無検知１、２のパターンの場合、パターン数を削減することができる。

さらに、図１９の基本パターン２を用いて、Ｘ方向、及びＹ方向への変位量を検出することも可能である。図１９の基本パターン２では、矩形の遮光パターン１３が画素内に設けられている。矩形の遮光パターン１３は、画素の中心からずれている。図５と同様に、遮光パターン１３ａが画素の右上、遮光パターン１３ｂが画素の右下、遮光パターン１３ｃが画素の左下、遮光パターン１３ｄが画素の左上に設けられている。画素２０１〜画素２０４の遮光パターン１３は、対称に配置されている。

図１９の基本パターン２は、図５の構成に比べて、遮光パターン１３ａ〜１３ｄの面積が小さくなっている。基本パターン２によっても、図５の構成と同様に、面内方向における集光位置の変位量を検出することができる。すなわち、処理装置４が式（１）、（２）を用いて、Ｘ方向、及びＹ方向の変位量を検出する。また、基本パターン２では、第５のサブモニタ領域３３５の画素において、画素の中心にある矩形状の領域に、複数の遮光パターン１３ｅがアレイ状に配置されている。この構成を用いた場合でも、上記と同様の手法を用いることができる。すなわち、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光の輝度に基づいて、高さ方向における集光位置の変位を検出することができる。

図１９に示す反転パターン２は、図１９の基本パターン２が反転したパターンとなっている。したがって、図１９の反転パターン２は、図１９の基本パターン２における遮光パターン１３と反射防止膜１２を反転したパターンである。但し、画素２０５では、矩形枠状の反射防止膜１２が反転していない。反転パターン２においても、画素２０１〜画素２０４の遮光パターンは、対称に配置されている。図１９の反転パターン２を用いることで、画素内において遮光パターン１３の占める割合を増やすことができる。よって、図１９の反転パターン２では、基本パターンよりも反射光輝度を向上することができる。なお、反転パターン２の場合、（１）、（２）のΔＸ、ΔＹの符号が反転する。また、第５のサブモニタ領域３３５からの反射光の輝度に基づいて、高さ方向における集光位置の変位を検出することができる。

図１９の応用パターン３では、基本パターン２における第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４のパターンに、第５のサブモニタ領域３３５のパターンを組み合わせたものである。すなわち、画素内の矩形領域に、微細な遮光パターンが格子状に形成されている。例えば、図１９に示す第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４において遮光パターン１３が形成された領域に、複数の遮光パターンをアレイ状に配置している。応用パターン３においても、画素２０１〜画素２０４の遮光パターンは、対称に配置されている。

図１９の応用パターン４は、応用パターン３の遮光パターン１３と反射防止膜１２が反転したものである。応用パターン３，４では、高さ方向の集光位置のズレも検出することができるため、第５のサブモニタ領域３３５が不要となる。

図１９の応用パターン３、４の場合も、上記のようにＩ_Ａ〜Ｉ_Ｄを比較することで、面内方向における集光位置の変位量を検出することができる。なお、応用パターン４の場合、（１）、（２）のΔＸ、ΔＹの符号が反転する。さらに、Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの平均値を閾値Ｉ１、Ｉ２と比較することで、高さ方向における集光位置の変位量を検出することができる。応用パターン３、４を用いた場合、パターンを削減することができる。さらに、応用パターン４を用いた場合、応用パターン３を用いた場合よりも、反射光輝度を向上することができる。

もちろん、画素２０１〜２０５に形成される遮光パターンは、図１８、図１９の構成に限られるものではない。遮光パターン１３を種々の形状に形成することができる。周辺領域３２内のモニタ領域３３の画素には、反射防止膜１２と、遮光パターン１３、平坦化膜１５と、レンズ１７とが設けられていればよい。また、画素２０にカラーフィルタ１５が設けられている場合、画素２０１〜２０５にもカラーフィルタ１５を設けてもよい。

次に、別の変形例について図２０、図２１を用いて説明する。図２０、図２１は、変形例１、２にかかる遮光パターン１３と反射防止膜１２の配置例を示している。変形例１、２は、それぞれレンズ１７による集光スポットの拡がり度合いを確認することができる。さらに、図２０では、集光スポットが小さい場合の反射画像が示されている。図２１では図２０と同じパターンで集光スポットが大きい場合の反射画像が示されている。

変形例１では、遮光パターン１３が枠状に形成されている。そして、枠状の遮光パターン１３の内側と外側に、反射防止膜１２が露出している。さらに、変形例１では、枠状の遮光パターン１３の大きさを変えている。ここでは、Ａ〜Ｅまでの５パターン用意している。Ａ〜Ｅの遮光パターン１３は、画素の中心を中心とした矩形枠状に配置されている。そして、ＡからＥの順番で遮光パターン１３が大きくなっている。よって、Ａ〜Ｅのそれぞれについてサブモニタ領域を形成する。すなわち、５つのサブモニタ領域を用意して、Ａ〜Ｅの夫々に対応させる。変形例２では、変形例１の遮光パターン１３と反射防止膜１２が反転した構成となっている。

図２０に示すように集光スポットが小さい場合、変形例１では、Ａのパターンにおいて、遮光パターン１３に入射する光量が多くなる。そして、遮光パターン１３が大きくなるにつれて、遮光パターン１３に入射する光量が減少する。すなわち、遮光パターン１３が大きくなるにつれて、遮光パターン１３の内側の反射防止膜１２に入射する光量が多くなる。したがって、反射画像は、Ａのパターンで最も輝度が高くなり、Ｅのパターンで最も少なくなる。

一方、図２１に示すように集光スポットが大きい場合、Ｃのパターンで遮光パターン１３に入射する光量が最も多くなる。よって、反射画像は、Ｃのパターンで最も輝度が高くなる。遮光パターン１３がＣからＥへと大きくなるにつれて、遮光パターン１３の内側の反射防止膜１２に入射する光量が多くなる。また、遮光パターン１３がＣからＡへと小さくなるにつれて、遮光パターン１３の外側の反射防止膜１２に入射する光量が多くなる。このように、集光スポットの大きさに対応する大きさの遮光パターン１３が設けられている場合、反射光輝度が高くなる。そして、遮光パターンの大きさと集光スポットの大きさの違いが大きくなるにつれて、反射光輝度が低くなる。よって、異なる大きさの枠状又は環状の遮光パターン１３を複数用意することで、集光スポットの大きさを評価することができる。遮光パターン１３は、枠状ではなく、円環状であってもよい。遮光パターン１３は連続した線で形成されていなくてもよい。

なお、変形例２では、変形例１のパターンが反転している。したがって、変形例１の場合と反射光の輝度が反対になる。例えば、図２０に示す集光スポットが小さい例では、Ａのパターンで反射画像が最も暗くなり、Ｅのパターンで最も明るくなる。一方、図２１に示す集光スポットが大きい例では、Ｃのパターンで、反射画像が最も暗くなる。このように、レンズ１７による集光スポットの大きさを評価することができる。

なお、図５、図１１のパターンに追加して、変形例１又は変形例２となるサブモニタ領域を設けてもよい。また、図１８、図１９に示したパターン例と図２０、図２１を組み合わせてもよい。この場合、サブモニタ領域の数が６個以上となる。あるいは、変形例１又は変形例２を単独で用いてもよい。

なお、モニタ領域３３の画素内には、画素領域３１の画素内の遮光パターン１３と異なる形状の遮光パターン１３が部分的に設けられていればよい。こうすることで、集光位置が変位したか否かを検出することができ、レンズ１７の特性を評価することができる。処理装置４は、集光位置が一定値以上変位した場合、不良品と判定する。すなわち、処理装置４は、反射光輝度と閾値を比較して、その比較結果に応じて良否判定を行う。したがって、レンズ特性を適切に評価することができる。

面内方向と高さ方向のいずれかのみ集光位置の変位を検出するようにしてもよい。例えば、高さ方向のみ、集光位置を検出する場合、モニタ領域３３に第５のサブモニタ領域３３５のみを設ける。すなわち、モニタ領域３３の画素内において、複数の遮光パターンを配列する。こうすることで、集光位置の変位量を検出することができる。Ｘ方向及びＹ方向の変位量を検出する場合、第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４を設ければよい。

また、上記の説明では、Ｘ方向、及びＹ方向における集光位置の変位量を評価するために第１〜第４のサブモニタ領域３３１〜３３４を用いたが、１方向における変位量のみを評価するようにしてもよい。１方向のみの変位量を評価する場合は、２つのサブモニタ領域のみを形成すればよい。例えば、Ｉ_ＡとＩ_Ｂを比較することで、Ｙ方向の変位を検出することができる。従って、モニタ領域３３に、第１のサブモニタ領域３３１及び第２のサブモニタ領域３３２が含まれており、第１のサブモニタ領域３３１と前記第２のサブモニタ領域３３２とで、遮光パターンのパターン形状、及び向きの少なくとも一方が異なっていればよい。こうすることで、面内の一方向における変位量を評価することができる。例えば、第１のサブモニタ領域３３１では、画素を２分割した領域に一方を遮光パターン１３にして、他方を反射防止膜１２にし、第２のサブモニタ領域３３２ではその反対にする。

なお、上記の説明では、１つの画素にそれぞれレンズが形成されている撮像素子について説明したが、複数の画素に対して１つのレンズが形成される撮像素子についても同様に評価することができる。すなわち、１つのレンズが複数の画素上に形成されている場合でも、受光部１１ａの上に、遮光パターンを部分的に設けることで、レンズの集光位置の変位を検出することができる。

上記の説明では撮像素子３０が裏面照射型のセンサであるとして説明したが、表面照射型のセンサについても同様に検査することができる。表面照射型のセンサの場合、基板１１の表面には、金属配線パターンが形成されている構成となる。すなわち、受光部１１ａの上に、金属配線パターンが形成されている構成となっている。従って、金属配線パターンを遮光パターン１３として用いることで、同様に検査することができる。

また、周辺領域３２に光電変換回路が形成されている撮像素子３０であれば、撮像素子３０で光電変換された受光信号を用いてレンズ１７を評価してもよい。例えば、ダーク補正を行うために、オプティカルブラック領域には、電気信号を出力することができる画素が形成されている。電気特性試験において、オプティカルブラック領域内のモニタ領域３３に形成された画素を照明光源１が照明する。モニタ領域３３の受光部１１ａに照明光源１からの照明光が入射すると受光部１１ａが電気信号に変換する。そして、受光部１１ａで生成された電気的な出力をプローブパッド等で取り出して評価する。

すなわち、撮像素子３０が生成した受光信号強度を評価することで、レンズ１７の特性を評価することができる。このように、撮像素子３０で生成した受光信号強度に基づいて、レンズ特性を評価することで、ＸＹＺ方向における集光位置のずれが定量化することができる。すなわち、検査装置１００が、集光位置のズレ量を特定することができる。これにより、製造工程へのフィードバックが容易になり、生産性を向上することができる。この場合、検査装置１００において、カメラ３は不要となる。そして、処理装置４に、撮像素子３０から出力される受光信号を供給すればよい。処理装置４が受光部１１で光電変換された信号に基づいて、レンズの特性を評価する。このようにすることで、受光量の増減だけでなく、受光量変化の要因を分析することが可能になる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

１ 照明光源
２ ステージ
３ カメラ
４ 処理装置
５ ハーフミラー
１０ ウェハ
１１ 基板
１１ａ 受光部
１２ 反射防止膜
１３ 遮光パターン
１４ 第１の平坦化膜
１５ カラーフィルタ
１６ 第２の平坦化膜
１７ レンズ
３０ 撮像素子
３１ 画素領域
３２ 周辺領域
３３ モニタ領域
３３１〜３３５ サブモニタ領域

Claims (18)

1. 光電変換を行う受光部を複数備えた基板と、
   前記基板の上に設けられた反射防止膜と、
   前記反射防止膜の上に設けられ、隣接する画素間に設けられた遮光パターンと、
   前記反射防止膜、及び前記遮光パターンを覆うように設けられた平坦化膜と、
   前記平坦化膜の上に設けられたレンズと、を備えた撮像素子であって、
   複数の前記画素が設けられた画素領域の外側には、モニタ領域が設けられ、
   前記モニタ領域の画素には、前記反射防止膜と、前記遮光パターンと、前記平坦化膜と、前記レンズとが設けられ、
   前記モニタ領域の画素内には、前記画素領域の画素内の前記遮光パターンと異なる形状の前記遮光パターンが部分的に設けられており、
   前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されている、撮像素子。
2. 前記モニタ領域には、少なくとも第１及び第２のサブモニタ領域が含まれており、
   前記第１のサブモニタ領域と前記第２のサブモニタ領域とで、前記遮光パターンのパターン形状、及び向きの少なくとも一方が異なる請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記モニタ領域には、少なくとも第１〜第４のサブモニタ領域が含まれており、
   第１〜第４のサブモニタ領域における遮光パターンが画素中心に対して対称に配置されている請求項１に記載の撮像素子。
4. 前記画素領域内の画素、及び前記モニタ領域内の画素において、前記レンズと前記反射防止膜との間には、カラーフィルタが形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
5. 撮像素子を検査する検査装置であって、
   前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハが載置されるステージと、
   モニタ領域を照明する照明光源と、
   前記モニタ領域で反射した反射光を受光する光検出器と、
   前記光検出器での検出結果に基づいて、レンズの特性を評価する処理装置と、を備え、
   前記撮像素子は、光電変換を行う受光部を複数備えた基板と、
   前記基板の上に設けられた反射防止膜と、
   前記反射防止膜の上に設けられ、隣接する画素間に設けられた遮光パターンと、
   前記反射防止膜、及び前記遮光パターンを覆うように設けられた平坦化膜と、
   前記平坦化膜の上に設けられた前記レンズと、を備え、
   複数の前記画素が設けられた画素領域の外側には、前記モニタ領域が設けられ、
   前記モニタ領域の画素には、前記反射防止膜と、前記遮光パターンと、前記平坦化膜と、前記レンズとが設けられ、
   前記モニタ領域の画素内には、前記画素領域の画素内の前記遮光パターンと異なる形状の前記遮光パターンが部分的に設けられている、検査装置。
6. 前記光検出器の１検出画素が、前記モニタ領域内の複数の画素からの反射光を受光している請求項５に記載の検査装置。
7. 前記撮像素子が、前記モニタ領域に少なくとも第１及び第２のサブモニタ領域を含み、
   前記第１のサブモニタ領域と前記第２のサブモニタ領域とで、前記遮光パターンのパターン形状、及び向きの少なくとも一方が異なる撮像素子であり、
   前記処理装置が、前記第１のサブモニタ領域からの反射光輝度と、前記第２のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、前記レンズの集光特性を評価する請求項５、又は６に記載の検査装置。
8. 前記撮像素子が、前記モニタ領域に少なくとも第１〜第４のサブモニタ領域を含み、
   第１〜第４のサブモニタ領域における遮光パターンが画素中心に対して対称に配置されている撮像素子であり、
   前記処理装置が、前記第１〜４のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、面内方向における前記レンズの集光位置の変位量を評価する請求項５、又は６に記載の検査装置。
9. 前記処理装置が、前記モニタ領域からの反射光輝度を閾値と比較することで、前記レンズの集光特性を評価する請求項５〜８のいずれか１項に記載の検査装置。
10. 前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されている請求項９に記載の検査装置。
11. 撮像素子を検査する検査方法であって、
    前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハを照明するステップと、
    モニタ領域で反射した反射光を光検出器で受光するステップと、
    前記光検出器での検出結果に基づいて、レンズの特性を評価するステップと、を備え、
    前記撮像素子は、光電変換を行う受光部を複数備えた基板と、
    前記基板の上に設けられた反射防止膜と、
    前記反射防止膜の上に設けられ、隣接する画素間に設けられた遮光パターンと、
    前記反射防止膜、及び前記遮光パターンを覆うように設けられた平坦化膜と、
    前記平坦化膜の上に設けられた前記レンズと、を備え、
    複数の前記画素が設けられた画素領域の外側には、前記モニタ領域が設けられ、
    前記モニタ領域の画素には、前記反射防止膜と、前記遮光パターンと、前記平坦化膜と、前記レンズとが設けられ、
    前記モニタ領域の画素内には、前記画素領域の画素内の前記遮光パターンと異なる形状の前記遮光パターンが部分的に設けられている、検査方法。
12. 前記光検出器の１検出画素が、前記モニタ領域内の複数の画素からの反射光を受光している請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記撮像素子が、前記モニタ領域に少なくとも第１及び第２のサブモニタ領域を含み、
    前記第１のサブモニタ領域と前記第２のサブモニタ領域とで、前記遮光パターンのパターン形状、及び向きの少なくとも一方が異なる撮像素子であり、
    前記レンズの特性を評価するステップにおいて、前記第１のサブモニタ領域からの反射光輝度と、前記第２のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、前記レンズの集光特性を評価する請求項１１、又は１２に記載の検査方法。
14. 前記撮像素子が、前記モニタ領域に少なくとも第１〜第４のサブモニタ領域を含み、
    第１〜第４のサブモニタ領域における遮光パターンが画素中心に対して対称に配置されている撮像素子であり、
    前記レンズの特性を評価するステップにおいて、前記第１〜４のサブモニタ領域からの反射光輝度を比較することで、面内方向における前記レンズの集光位置の変位量を評価する請求項１１、又は１２に記載の検査方法。
15. 前記モニタ領域からの反射光輝度を閾値と比較することで、前記レンズの集光特性を評価する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の検査方法。
16. 前記モニタ領域の少なくとも一部には、１画素内において複数の遮光パターンが配列されている請求項１５に記載の検査方法。
17. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子を検査する検査装置であって、
    前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハが載置されるステージと、
    前記モニタ領域を照明する照明光源と、
    前記撮像素子の前記受光部で光電変換された信号に基づいて、前記レンズの特性を評価する処理装置と、を備えた検査装置。
18. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子を検査する検査方法であって、
    前記撮像素子となる半導体チップが複数設けられたウェハを照明するステップと、
    前記撮像素子の前記受光部で光電変換された信号に基づいて、前記レンズの特性を評価するステップと、を備えた検査方法。