(57)【要約】【課題】受光素子の光感度特性を高精度で、かつ、容易に測定できるようにする。【解決手段】Ｚ軸ステージ１０４が、光軸方向（Ｚ軸方向）に光学制御部１０１を移動させながら、レーザ発生部１２１により発生されるレーザ光が受光するとき、受光出力測定部２８は、受光素子２０１が発生する出力電圧を測定する。光感度計算部３１は、出力電圧に基づいて光感度を計算する。プロット部２９は、Ｚ軸方向の移動位置と光感度をプロットする。Ｚ位置決定部３３は、光感度が最大で、かつ、平坦な状態の中央位置となるＺ位置を焦点位置として決定する。本発明は、受光素子の光感度測定装置に適用することができる。【選択図】図１
2011060902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置であって、
前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得手段と、
前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学手段と、
前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動手段と、
前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得手段により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定手段と、
前記光学手段を介して前記レーザ光照射手段によりレーザ光を照射しながら、前記移動手段により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定手段により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得手段により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動手段を制御する原点位置移動制御手段と、
前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出手段と、
前記光感度算出手段により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動手段を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定手段と
を含む測定装置。
【請求項２】
前記測定手段により測定された前記２軸の方向、および前記レーザ光の光軸方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて、前記２軸のそれぞれの方向の軸毎の、前記レーザ光の光軸方向の移動位置毎に原点位置近傍の前記移動位置に対する出力電圧の傾きを演算する傾き演算手段と、
前記レーザ光の光軸方向の焦点位置であって、前記原点位置移動制御手段により、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように制御された位置における前記出力電圧と、その位置において前記傾き演算手段により演算された傾きとにより、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
前記移動手段を制御し、前記２軸のそれぞれの方向に対して前記ずれ量だけ前記レーザスポットを移動させ、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とを一致させるように補正する２軸方向補正手段と
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記原点位置移動制御手段は、前記２軸方向補正手段により補正された前記受光素子の前記光軸方向、および前記２軸方向の位置を原点位置に対応する位置として記憶し、
前記移動手段は、前記原点位置移動制御手段に記憶された位置に、前記受光素子と異なる他の受光素子を移動させ、
前記ずれ量算出手段は、前記移動手段により移動された、他の受光素子の前記出力電圧と、前記傾き演算手段により演算された傾きとにより、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とのずれ量を算出し、
前記２軸方向補正手段は、前記移動手段を制御し、前記２軸のそれぞれの方向に対して前記ずれ量だけ前記レーザスポットを移動させ、前記レーザ光の光軸と、前記他の受光素子の前記原点位置とを一致させるように補正する
請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記傾き演算手段は、前記測定手段により測定された、４個の前記フォトダイオード毎の前記２軸の方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて生成される正規化された１の正規化出力電圧の原点位置近傍の傾きを演算する
請求項２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定手段により測定された、４個の前記フォトダイオード毎の前記２軸の方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて生成される正規化された１の正規化出力電圧は、前記２軸のいずれか一方により分割された２箇所ずつのフォトダイオードの出力電圧の和を、相互に減算したものを、相互の加算したもので除したものである
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記２軸方向のいずれか一方の軸方向より、前記受光素子の同一の直線状の部位における２箇所の座標を測定する座標測定手段と、
前記座標測定手段により測定された２箇所の座標を用いて、前記受光素子の直線状の部位と前記２軸のいずれかとから回転ずれ角を算出する回転ずれ角算出手段とをさらに含み、
前記測定手段は、前記受光出力電圧取得手段により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する際、前記回転ずれ角により移動位置を補正する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
前記座標測定手段は、前記移動手段を制御して、前記２軸方向のいずれか一方の軸方向より、前記受光素子のフォトダイオードにより形成される同一の直線状のエッジ部における２箇所を通過するようにレーザ光照射手段によりレーザ光を照射しながら移動させるとき、前記測定手段により測定された出力電圧が最高出力の半分になる２箇所の位置の座標を測定する
請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記光学手段を介して前記レーザ光照射手段によりレーザ光を照射することで、前記受光素子上に投射されるレーザスポットの画像を撮像する撮像手段をさらに含み、
前記原点位置移動制御手段は、前記撮像手段により撮像されたレーザスポットの画像に基づいて、前記移動手段により前記受光素子を移動させ、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動手段を制御する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置の測定方法であって、
前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得ステップと、
前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、
非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学ステップと、
前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動ステップと、
前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定ステップと、
前記光学ステップの処理と前記レーザ光照射ステップの処理とによりレーザ光を照射しながら、前記移動ステップの処理により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定ステップの処理により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動ステップの処理を制御する原点位置移動制御ステップと、
前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出ステップと、
前記光感度算出ステップの処理により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動ステップの処理を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定ステップと
を含む測定方法。
【請求項１０】
受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置を制御するコンピュータに、
前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得ステップと、
前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、
非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学ステップと、
前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動ステップと、
前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定ステップと、
前記光学ステップの処理と前記レーザ光照射ステップの処理とによりレーザ光を照射しながら、前記移動ステップの処理により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定ステップの処理により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動ステップの処理を制御する原点位置移動制御ステップと、
前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出ステップと、
前記光感度算出ステップの処理により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動ステップの処理を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定ステップと
を含む処理を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、受光素子の光感度特性を高精度で、かつ、容易に測定できるようにした測定装置および方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
受光素子は、光ピックアップシステムなどに用いられ、光信号を電気信号へ変換する半導体集積回路デバイスで、ディスクからの反射した光信号をRF（Radio Frequency）信号、トラッキング信号、または、フォーカスエラー信号などの機能に対応させるため、受光素子内には、多数の受光エリア毎にフォトダイオードとそれに対応した電気回路を備えている。
【０００３】
受光素子は、フォトダイオードに対応付けて設けられている電気回路により、光の照射を受けた時、フォトダイオードに流れる微小電流を電圧に変換して、これを電気信号としている。受光素子の基本特性は、入射される光量パワーに対して、出力電圧がどの程度変化するかにより定義されるものであり、光感度特性と呼ばれている。
【０００４】
受光素子の検査工程に関し、半導体ウェハ状態では従来からの半導体ウェハ検査装置を使用し、光を照射しないで電気的特性（消費電流など直流テスト項目）のみを測定、良否を判定している。
【０００５】
パッケージ品組立後の製品段階では、光源の位置ずれによる測定ミスを回避するため、光源であるレーザ光を比較的大きめのスポットにして、製品内受光エリア全体に照射している。そして、この測定においては、レーザ光を照射した時としない時との出力電圧の差を見る程度の良否判定が一般的な測定方法となっている。したがって、各受光エリアに対して均一な光量パワーを照射することが困難で、精度良く受光素子単位での光感度特性を測定することが困難であった。
【０００６】
そこで、より高い精度で光感度特性を測定するため、半導体ウェハ状態で、レーザ光を絞って小スポットにし、各受光エリアに定量的なレーザ光量パワーで照射して光感度特性を測定する検査方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ)自動ステージと画像処理によってレーザスポット位置を制御し、測定する方法により、光感度特性を高精度で測定する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３２４５８８号公報
【特許文献２】特公平７−４３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１における検査方法では、レーザスポット位置の制御方法などの点において、具体的な内容が開示されておらず、光軸に位置ずれが発生した場合の受光量の変動を考慮していないため、精度良く光感度特性を測定することができない恐れがあった。
【００１０】
また、上述した特許文献２における検査方法では、画像処理による位置決めは、高解像度の画像処理装置と、高精度の光学系部材が必要となり、さらに、大がかりな専用の測定システムを構築する必要があるのでコスト高となる恐れがあった。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、特に、汎用の設備を活用して、低コストな測定システム構成とし、３次元的に高精度で、かつ、容易にレーザスポット位置を制御できるようにすると共に、各受光エリアに対し正確に光量パワーを与えることにより、高い精度での光感度特性の測定を実現させ、作業性の改善と測定の信頼性の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面の測定装置は、受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置であって、前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得手段と、前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学手段と、前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動手段と、前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得手段により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定手段と、前記光学手段を介して前記レーザ光照射手段によりレーザ光を照射しながら、前記移動手段により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定手段により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得手段により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動手段を制御する原点位置移動制御手段と、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出手段と、前記光感度算出手段により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動手段を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定手段を含む。
【００１３】
前記測定手段により測定された前記２軸の方向、および前記レーザ光の光軸方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて、前記２軸のそれぞれの方向の軸毎の、前記レーザ光の光軸方向の移動位置毎に原点位置近傍の前記移動位置に対する出力電圧の傾きを演算する傾き演算手段と、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置であって、前記原点位置移動制御手段により、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように制御された位置における前記出力電圧と、その位置において前記傾き演算手段により演算された傾きとにより、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記移動手段を制御し、前記２軸のそれぞれの方向に対して前記ずれ量だけ前記レーザスポットを移動させ、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とを一致させるように補正する２軸方向補正手段とをさらに含ませるようにすることができる。
【００１４】
前記原点位置移動制御手段は、前記２軸方向補正手段により補正された前記受光素子の前記光軸方向、および前記２軸方向の位置を原点位置に対応する位置として記憶させるようにすることができ、前記移動手段には、前記原点位置移動制御手段に記憶された位置に、前記受光素子と異なる他の受光素子を移動させ、前記ずれ量算出手段には、前記移動手段により移動された、他の受光素子の前記出力電圧と、前記傾き演算手段により演算された傾きとにより、前記レーザ光の光軸と前記原点位置とのずれ量を算出させ、前記２軸方向補正手段には、前記移動手段を制御させ、前記２軸のそれぞれの方向に対して前記ずれ量だけ前記レーザスポットを移動させ、前記レーザ光の光軸と、前記他の受光素子の前記原点位置とを一致させるように補正させるようにすることができる。
【００１５】
前記傾き演算手段には、前記測定手段により測定された、４個の前記フォトダイオード毎の前記２軸の方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて生成される正規化された１の正規化出力電圧の原点位置近傍の傾きを演算させるようにすることができる。
【００１６】
前記測定手段により測定された、４個の前記フォトダイオード毎の前記２軸の方向のそれぞれの方向の軸毎の移動位置と、対応する前記出力電圧とに基づいて生成される正規化された１の正規化出力電圧は、前記２軸のいずれか一方により分割された２箇所ずつのフォトダイオードの出力電圧の和を、相互に減算したものを、相互の加算したもので除したものとすることができる。
【００１７】
前記２軸方向のいずれか一方の軸方向より、前記受光素子の同一の直線状の部位における２箇所の座標を測定する座標測定手段と、前記座標測定手段により測定された２箇所の座標を用いて、前記受光素子の直線状の部位と前記２軸のいずれかとから回転ずれ角を算出する回転ずれ角算出手段とをさらに含ませるようにすることができ、前記測定手段には、前記受光出力電圧取得手段により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する際、前記回転ずれ角により移動位置を補正させるようにすることができる。
【００１８】
前記座標測定手段には、前記移動手段を制御して、前記２軸方向のいずれか一方の軸方向より、前記受光素子のフォトダイオードにより形成される同一の直線状のエッジ部における２箇所を通過するようにレーザ光照射手段によりレーザ光を照射しながら移動させるとき、前記測定手段により測定された出力電圧が最高出力の半分になる２箇所の位置の座標を測定させるようにすることができる。
【００１９】
前記光学手段を介して前記レーザ光照射手段によりレーザ光を照射することで、前記受光素子上に投射されるレーザスポットの画像を撮像する撮像手段をさらに含ませるようにすることができ、前記原点位置移動制御手段には、前記撮像手段により撮像されたレーザスポットの画像に基づいて、前記移動手段により前記受光素子を移動させ、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動手段を制御させるようにすることができる。
【００２０】
本発明の一側面の測定方法は、受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置の測定方法であって、前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得ステップと、前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学ステップと、前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動ステップと、前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定ステップと、前記光学ステップの処理と前記レーザ光照射ステップの処理とによりレーザ光を照射しながら、前記移動ステップの処理により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定ステップの処理により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動ステップの処理を制御する原点位置移動制御ステップと、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出ステップと、前記光感度算出ステップの処理により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動手段を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定手段とを含む。
【００２１】
本発明の一側面のプログラムは、受光素子上のフォトダイオードの光感度特性を測定する測定装置を制御するコンピュータに、前記受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧を取得する受光出力電圧取得ステップと、前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットを生成する光学ステップと、前記レーザスポットを、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動させる移動ステップと、前記レーザスポットを前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動させ、前記受光出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧を、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定する測定ステップと、前記光学ステップの処理と前記レーザ光照射ステップの処理とによりレーザ光を照射しながら、前記移動ステップの処理により前記レーザスポットを前記２軸方向に移動させるとき、前記測定ステップの処理により、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、前記出力電圧取得ステップの処理により取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように前記移動ステップの処理を制御する原点位置移動制御ステップと、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度を算出する光感度算出ステップと、前記光感度算出ステップの処理により算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置を、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定し、前記移動手段を制御して、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットを移動させる焦点位置決定手段とをを含む処理を実行させる。
【００２２】
本発明の一側面においては、受光素子上で直交する２軸により構成される平面上の第１象限乃至第４象限のそれぞれに、前記２軸が直交する原点位置から等間隔に配置され、かつ、相互に前記２軸上で接するように配置された４個の略同一の前記フォトダイオードが受光した光を光電変換して発生する出力電圧が取得され、前記受光素子における前記フォトダイオードが設けられた面に垂直対向にレーザ光が照射され、非点収差光学原理により、前記レーザ光の光軸上における位置に応じて、前記２軸のそれぞれの方向に対して、２次元的に異なる形状となるレーザスポットが生成され、前記レーザスポットが、前記光軸方向、および前記２軸の方向のそれぞれに３次元方向に移動され、前記レーザスポットが前記２軸方向と前記レーザ光の光軸方向に移動され、取得された出力電圧が、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定され、レーザ光が照射されながら、前記レーザスポットが前記２軸方向に移動されるとき、前記それぞれの軸毎の移動位置に対応付けて測定される、取得された出力電圧に基づいて、前記レーザスポットが前記受光素子の前記原点位置と一致するように制御され、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する出力電圧から、前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が算出され、算出された前記レーザ光の光軸方向の移動位置に対応する光感度が高い範囲であって、その中央位置となる光軸方向の位置が、前記レーザ光の光軸方向の焦点位置として決定されて、前記レーザ光の光軸方向に対して前記焦点位置に、前記レーザスポットが移動される。
【００２３】
本発明の測定装置は、独立した装置であっても良いし、測定処理を行うブロックであっても良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一側面によれば、受光素子の光感度特性を高精度で、かつ、容易に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した測定システムの構成例を示す図である。
【図２】図１の測定システムの構成例を示す図である。
【図３】受光素子の構成例を説明する図である。
【図４】受光素子におけるフォトダイオードの構成例を説明する図である。
【図５】測定処理を説明するフローチャートである。
【図６】位置調整処理を説明するフローチャートである。
【図７】画像に基づいたレーザスポット位置の設定例を説明する図である。
【図８】画像に基づいたレーザスポット位置の設定例を説明する図である。
【図９】非点収差光学系部品を介してレーザ光をフォトダイオードに照射したときの移動量とフォトダイオードによる出力電圧の関係を説明する図である。
【図１０】非点収差光学系を説明する図である。
【図１１】レーザスポットの移動方向を説明する図である。
【図１２】レーザスポットの移動量に対するフォトダイオードの出力電圧の関係を説明する図である。
【図１３】レーザスポットの移動量に対する正規化されたフォトダイオードの出力電圧との関係を説明する図である。
【図１４】レーザスポットの移動量に対する正規化されたフォトダイオードの傾きの求め方を説明する図である。
【図１５】レーザスポットの受光部Ａへの照射を説明する図である。
【図１６】光感度、並びにX軸方向およびY軸方向の傾きのZ軸方向の移動量に対する関係を説明する図である。
【図１７】Z軸方向の移動量とレーザスポット形状との関係を説明する図である。
【図１８】Z軸方向の移動量とレーザスポット径との関係を説明する図である。
【図１９】原点位置とレーザスポット位置とのずれ量を説明する図である。
【図２０】回転角度の補正方法を説明する図である。
【図２１】その他の回転角度の補正方法と、光感度測定を説明する図である。
【図２２】汎用のパーソナルコンピュータの構成例を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［測定システムの構成例］
図１は、本発明を適用した一実施の形態の構成例である受光素子の光感度特性を測定する測定システムである。
【００２７】
図１の測定システムは、測定制御部１１、汎用プローバ１２、および光学ブロック１３より構成されており、被測定デバイス（Device Under Test：DUT）である受光素子の電気的な動作を確認すると共に、受光素子の光感度特性を測定する。
【００２８】
測定制御部１１は、汎用プローバ１２に固定される被測定デバイス（Device Under Test：DUT）である受光素子の電気的な動作状態を確認する直流テストを実施する。さらに、測定制御部１１は、光学ブロック１３を制御して、受光素子にレーザ光を照射させ、受光素子がレーザ光を受光する時に発生する出力電圧を測定し、測定結果に基づいて受光素子の光感度特性を求める。
【００２９】
測定制御部１１は、制御部２０、入力部２１、照明制御部２２、ステージ制御部２３、画像取得部２４、画像位置制御部２５、レーザ制御部２６、座標取得部２７、受光出力測定部２８、プロット部２９、および傾き計算部３０を備えている。さらに、測定制御部１１は、光感度計算部３１、ＸＹ位置決定部３２、Ｚ位置決定部３３、角度補正部３４、ずれ測定部３５、ずれ判定部３６、ずれ調整部３７、直流テスト部３８、ディスプレイ３９、および台座４０を備えている。
【００３０】
制御部２０は、測定制御部１１の動作の全体を制御しており、入力部２１より供給された情報に基づいて、各種の処理を実行させ、実行処理結果をLCD（Liquid Crystal Display）や有機EL（Electro-Luminescence）などのディスプレイ３９に表示させる。入力部２１は、キーボード、ボタン、またはマウスなどからなる操作入力機能を備えており、操作内容に応じた操作信号を発生する。照明制御部２２は、光学ブロック１３内の照明１２８のオンまたはオフを制御する。ステージ制御部２３は、光学ブロック１３における光源制御部１０１を移動させるＸ軸ステージ１０２、Ｙ軸ステージ１０３、およびＺ軸ステージ１０４の動作を制御して、光源制御部１０１より発せられるレーザ光の照射位置を制御する。画像取得部２４は、撮像部１３０のレンズ１４１を制御して、撮像素子１４２により撮像される画像の焦点を調整し、撮像素子１４２により撮像された受光素子２０１の画像を取得する。画像位置制御部２５は、画像取得部２４により取得された画像により、ステージ制御部２３を制御して、光源制御部１０１により発生されるレーザ光のレーザスポットが、画像上の受光素子２０１の中央付近の所定位置となるように設定させる。以降、この画像上の受光素子２０１の中央付近の所定位置が画像上の原点位置とされ、Ｘ，Ｙ方向の移動量の基準となる。すなわち、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の移動量は、原点位置からの移動量であり、原点位置に対して移動量を加減算することにより、受光素子２０１上の実際の移動位置が特定される。
【００３１】
レーザ制御部２６は、光学ブロック１３における光源制御部１０１の動作を制御して、レーザ光を発生させる。座標取得部２７は、原点位置に対応付けて、ステージ制御部２３の３次元の（ＸＹＺ軸方向のそれぞれの）移動量や、画像上の位置の座標を求める。尚、以降においては、Ｘ軸、およびＹ軸からなるＸＹ平面は、水平面を構成し、Ｚ軸は垂直方向であるものとし、各座標は、これらの軸の交点位置を原点位置として求められる直交座標系を構成するものとする。また、以降において、座標の情報については、その他の構成が取得する例について説明するものとするが、いずれの構成において取得される座標情報についても、座標取得部２７を介して取得しているものとする。ただし、座標取得の処理に際しては、座標取得部２７が必ず介在するため、その説明については、適宜省略するものとする。受光出力測定部２８は、受光素子２０１にレーザ光が照射されることにより発生される出力電圧を、受光素子２０１上の受光部単位で測定する。プロット部２９は、受光出力測定部２８により測定された出力電圧とＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の移動量との関係をプロットし、プロットデータを生成する。傾き計算部３０は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向のプロットデータに基づいて、受光出力測定部２８により測定された出力電圧と移動量との関係を示す直線の原点付近の傾きを求める。尚、以降において、この出力電圧とＸ軸方向の移動量との関係を示す直線の原点付近の傾きをＸ傾きと称し、出力電圧とＹ軸方向の移動量との関係を示す直線の原点付近の傾きをＹ傾きと称するものとする。
【００３２】
光感度計算部３１は、受光出力測定部２８により測定された出力電圧と、光学ブロック１３により発生されるレーザ光の光量パワーに基づいて、光感度を計算する。ＸＹ位置決定部３２は、ＸＹ平面上における画像上の原点位置に対して、測定結果から得られる真の原点位置とのずれ量をＸ傾き、およびＹ傾きに基づいて求め、ＸＹ平面上の真の原点位置を決定する。尚、画像上の原点位置と、ＸＹ平面上の真の原点位置との関係については、詳細を後述する。
【００３３】
Ｚ位置決定部３３は、光感度、Ｘ傾き、およびＹ傾きのＺ軸方向の移動量との関係からＺ軸方向の原点位置を決定する。角度補正部３４は、Ｘ軸方向、またはＹ軸方向のいずれか一方に移動しながら、受光素子２０１のいずれかのエッジ上の２点の座標を測定する。そして、角度補正部３４は、２点の座標から受光素子２０１の、設定されたＸＹ平面上の座標系に対しての回転方向のずれを回転補正角θとして求め、以降の座標を用いた処理において、座標位置の情報を回転補正角θだけ補正して処理する。
【００３４】
ずれ測定部３５は、真の原点位置が決定された後、順次新たな受光素子２０１の受光感度測定を開始するに当り、上述したＸ傾き、およびＹ傾きを利用して、今現在のレーザスポット位置と、真の原点位置とのずれを測定する。ずれ判定部３６は、ずれ測定部３５により測定されたずれの大きさが許容範囲であるか否かを判定する。ずれ調整部３７は、ずれの大きさが許容範囲を超えている場合、ステージ制御部２３を制御して、ずれを補正する。直流テスト部３８は、受光素子２０１に対してレーザ光などの光を照射することなく、プローブ針５３を介して直流電流を供給して、直流電流のオン、またはオフにより電気的な動作をテストする。
【００３５】
汎用プローバ１２は、制御部５０、ウェハチャック５１、半導体ウェハ５２、プローブ針５３、プローブカード５４、パフォーマンスボード５５、および台座５６より構成されている。制御部５０は、汎用プローバ１２の全体の動作を制御している。ウェハチャック５１は、被検査対象デバイスである受光素子２０１が複数に設けられている半導体ウェハ５２を固定する台であり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に加えて、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向θに移動させることができ、受光素子２０１とプローブ針５３とを精度よく接触（接続）させることができる。プローブ針５３は、プローブガード５４により台座５６に固定されている。プローブ針５３は、受光素子２０１のフォトダイオードに付随して設けられている端子に電気的に脱着できる構成となっている。このため、被検査対象となった受光素子２０１がセットされると、プローブ針５３が、電気的に接続され、受光素子２０１にレーザ光等が受光されると発生する出力電圧が測定されたり、または、直流電力を供給することにより、電気的な動作テストが実施される。さらに、測定が終了すると、受光素子２０１より接続が解除され、ウェハチャック５１が半導体ウェハ５２を移動させることにより、新たな受光素子２０１に接続される。台座５６は、光学ブロック１３を載置するための台である。図２で示されるように、台座５６には、ピン５６ａ，５６ｂが設けられており、光学ブロック１３を持ち上げるための取手部１１１−１，１１１−２の下部に略同径に設けられた穴部に挿通することで、光学ブロック１３と汎用プローバ１２と固定する。尚、光学ブロック１３は、測定処理が行われない状態やメンテナンス時には、図２の光学ブロック１３’で示されるように、測定制御部１１の上部に設けられた台座４０に載置できる構成となっている。測定制御部１１には台車が設けられており、光学ブロック１３を載置させた状態で移動することができる。
【００３６】
光学ブロック１３の外周部は、光源制御部１０１の筐体を囲い込むような防御フェンスで構成されており、さらに、全体を遮光カバー１４により覆い隠すことができる構成となっている。光学ブロック１３は、光源制御部１０１、Ｘ軸ステージ１０２、Ｙ軸ステージ１０３、Ｚ軸ステージ１０４、およびベース部１０５より構成されている。光学制御部１０１は、各種のレンズ、およびミラー等からなりレーザ光を発生して汎用プローバ１２内の被測定対象デバイスである受光素子２０１に照射する。Ｘ軸ステージ１０２、Ｙ軸ステージ１０３、およびＺ軸ステージ１０４は、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に光学ブロック１３内で光源制御部１０１を移動させ、レーザ光の照射位置を調整する。ベース部１０５は、光学ブロック１３全体の台座となるものであり、レーザ光を透過させる穴部（図示せず）が設けられている。また、ベース部１０５には、取手１１１−１，１１１−２が設けられており、これを持ち上げることで汎用プローバ１２より着脱可能である。
【００３７】
光源制御部１０１は、全体が筐体で構成されており、その内部にレーザ発生部１２１、コリメートレンズ１２２、ビームスプリッタ１２３、レーザ光量モニタ１２４、集光レンズ１２５、および非点収差光学系部品１２６を備えている。さらに、光源制御部１０１は、ハーフミラー１２７、照明１２８、ハーフミラー１２９、および撮像部１３０を備えている。レーザ発生部１２１は、所定の光量パワーを維持するようにレーザ光を発生し、コリメートレンズ１２２に照射する。レーザ光の波長は、例えば405，655，780nmなどが一般的なものである。ただし、本実施例においては、レーザ光が用いられているが、レーザ発生部１２１で使用するレーザの波長は検査する受光素子２０１の仕様にあわせるものであり、受光素子２０１の仕様によっては、他の光源でもよいものである。
【００３８】
コリメートレンズ１２２は、レーザ発生部１２１から照射された光を平行光に偏向する。ビームスプリッタ１２３は、コリメートレンズ１２２により平行光にされた光を分光して、レーザ光量モニタ１２４、および集光レンズ１２５に反射および透過させる。レーザ光量モニタ１２４は、受光した光の光量をモニタし、レーザ発生部１２１に供給する。レーザ発生部１２１は、このモニタ結果に基づいて光量パワーを調整してレーザ光を発生する。
【００３９】
集光レンズ１２５は、平行光を集光して非点収差光学系部品１２６に照射する。非点収差光学系部品１２６は、例えば、シリンドリカルレンズなどであり、集光レンズ１２５により集光された光を光学的にＸ軸方向、およびＹ軸方向に対して異なる焦点位置となるように調整してハーフミラー１２７に照射させる。尚、非点収差光学系部品１２６は、シリンドリカルレンズ以外であっても、光学的な特性が同様のものであればよいものであり、シリンドリカルレンズに限ったものではない。ハーフミラー１２７は、非点収差光学系部品１２６からの光を透過させる。また、ハーフミラー１２７は、照明１２８が発光しているとき、ハーフミラー１２９により反射されてくる照明１２８の光を受光素子２０１に向けて反射すると共に、受光素子２０１からの光をハーフミラー１２９に向けて反射させる。ハーフミラー１２９は、照明１２８の光をハーフミラー１２７方向に反射すると共に、ハーフミラー１２７からの光を撮像部１３０に向けて透過させる。撮像部１３０は、レンズ１４１を制御して、フォーカスを調整し、ハーフミラー１２７，１２９を介して供給されてくる受光素子２０１上の画像を、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やCCD（Charge Coupled Devices）などからなる撮像素子１４２により撮像して、撮像した画像を出力する。
【００４０】
［受光素子の構成］
次に、図３を参照して、受光素子２０１の構成について説明する。図３は、受光素子２０１の上面図である。
【００４１】
受光素子２０１は、受光部Ａ乃至Ｆにより構成されている。受光部Ａ乃至Ｆは、いずれも略正方形であり、さらに、受光部Ａ乃至Ｆのうち、受光部Ａ乃至Ｄは、受光部Ｅ，Ｆに比べて１／４程度の大きさである。また、受光部Ａ乃至Ｄは、水平垂直に２行２列に配置されている。受光部Ａ乃至Ｄは、いずれも略同一の大きさであって、略正方形の形状である。さらに、受光部Ａ乃至Ｄのサイズは、例えば、１辺の大きさLが50μm程度であるが、一般的には、それ以上の大きさである。したがって、受光部Ａ乃至Ｄが隙間なく配置されていることが前提であるので、受光部Ａ乃至Ｄの集合体により構成される正方形のサイズおよび形状は、受光部Ｅ，Ｆと同一形状で、かつ、同一サイズである。図３においては、受光素子２０１上に左から受光部Ｅ、受光部Ａ乃至Ｄの集合体部分、および受光部Ｆが配置されていることが示されている。尚、図３における、受光部Ａ乃至Ｄの集合体部分については、それぞれが直交するように隣接し、水平方向の境界線をＸ軸とし、垂直方向の境界線をＹ軸としたときのＸＹ平面において、第１象限乃至第４象限のそれぞれに受光部Ｃ，Ｂ，Ａ，Ｄの順に配置されている。
【００４２】
受光部Ａ乃至Ｆは、それぞれフォトダイオードと電子回路により構成されており、光が受光されるとフォトダイオードにより発生される微弱電流に基づいて出力電圧が発生される。受光部Ａ乃至Ｄの回路構成は、例えば、図４で示されるような構成である。受光部Ａ乃至Ｄは、それぞれ略同一のフォトダイオードＤ１乃至Ｄ４、抵抗Ｒ１乃至Ｒ４、および演算増幅器Ｃ１乃至Ｃ４を備えている。すなわち、フォトダイオードＤ１乃至Ｄ４は、それぞれアノードが接地され、カソードが、それぞれ抵抗Ｒ１乃至Ｒ４の一方の端部、および演算増幅器Ｃ１乃至Ｃ４の負入力端子に接続されている。抵抗Ｒ１乃至Ｒ４は、それぞれ、一方の端部がフォトダイオードＤ１乃至Ｄ４のカソード、および演算増幅器Ｃ１乃至Ｃ４の負入力端子に接続され、他方の端部が、演算増幅器Ｃ１乃至Ｃ４の出力端子、および出力端子Ｖａ乃至Ｖｄに接続されている。演算増幅器Ｃ１乃至Ｃ４は、それぞれ負入力端子に抵抗Ｒ１乃至Ｒ４の一方の端部、およびフォトダイオードＤ１乃至Ｄ４のカソードが接続され、それぞれ正入力端子が接地され、それぞれ出力端子が抵抗Ｒ１乃至Ｒ４の他方の端部、および出力端子Ｖａ乃至Ｖｄに接続されている。そして、この出力端子Ｖａ乃至Ｖｄが、プローブ針５３などに接続される構成となっている。図示しないが、受光部Ｅ，Ｆについても同様の構成となる。
【００４３】
［測定処理について］
次に、図５のフローチャートを参照して、図１の測定システムによる受光素子２０１の光感度特性測定処理について説明する。
【００４４】
ステップＳ１において、測定制御部１１の直流テスト部３８は、汎用プローバ１２に対して、未処理のDUT（Device Under Test）である受光素子２０１をプローブ針５３に接続させるように指令する。この指令により、汎用プローバ１２の制御部５０は、ウェハチャック５１を動作させ半導体ウェハ５２の位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向、およびθ方向に移動させて、測定対象となる受光素子２０１の電極部分（上述した出力端子Ｖａ乃至Ｖｄなど）をプローブ針５３に接続させる。
【００４５】
ステップＳ２において、直流テスト部３８は、直流テストを実施し、プローブ針５３より直流電流を印加して測定対象となる受光素子２０１が電気的に適切に動作するか否かをテストする。
【００４６】
ステップＳ３において、直流テスト部３８は、直流テストの結果に基づいて、電気的に適切に動作するものであるか否かを判定し、電気的に適切に動作しない、すなわち、電気的に何らかの不具合が発生していると判定された場合、処理は、ステップＳ１に戻る。すなわち、ステップＳ３において、受光素子２０１に電気的な不具合が発生している場合、以降の光感度特性を適切に測定することが不可能であるので、新たな未処理の受光素子２０１の処理に移るため、処理は、ステップＳ１に戻ることになる。
【００４７】
ステップＳ３において、受光素子２０１に電気的な不具合がなく、光感度特性が測定できると判定された場合、処理が、ステップＳ４に進み、位置調整処理が実行されて、受光素子２０１が光学ブロック１３に対して適切な位置に設定される。
【００４８】
［位置調整処理について］
ここで、図６のフローチャートを参照して、受光素子２０１の光学ブロック１３に対する位置調整処理について説明する。
【００４９】
ステップＳ３１において、照明制御部２２は、照明１２８を発光させ、ハーフミラー１２９，１２７を介して受光素子２０１に照射する。この結果、受光素子２０１の像が、ハーフミラー１２７により反射され、ハーフミラー１２９を透過して、撮像部１３０により撮像可能な状態となる。撮像部１３０は、レンズ１４１の焦点を調整し、受光素子２０１の像を撮像素子１４２により撮像させて、撮像した画像データを測定制御部１１に供給する。
【００５０】
ステップＳ３２において、画像取得部２４は、撮像部１３０により供給されてくる画像データを取得し、画像位置制御部２５に供給する。画像位置制御部２５は、供給された受光素子２０１の画像データに基づいて、受光素子２０１の位置を把握し、画像上の情報に基づいて、ステージ制御部２３を制御して、光源制御部１０１を適切な位置に移動させる。より具体的には、ステージ制御部２３は、Ｘ軸ステージ１０２、およびＹ軸ステージ１０３を動作させ、画像上の受光素子２０１における受光部Ａ乃至Ｄの集合部分の中心位置にレーザ光のレーザスポットが位置するように位置を制御させる。そして、照明制御部２２は、照明１２８を消灯させる。
【００５１】
ステップＳ３３において、レーザ制御部２６は、光学制御部１０１に対して、レーザ発生部１２１よりレーザ光を発生させる。この処理により、レーザ発生部１２１によりレーザ光が発生され、コリメートレンズ１２２、ビームスプリッタ１２３、集光レンズ１２５、非点収差光学系部品１２６、およびハーフミラー１２７を介してレーザ光が受光素子２０１に照射される。この間、レーザ光量モニタ１２４は、ビームスプリッタ１２３により分光されたレーザ光の光量をモニタしており、レーザ発生部１２１は、レーザ光量モニタ１２４のモニタ結果に基づいて、光量を一定に保ってレーザ光を発生する。
【００５２】
ステップＳ３４において、画像位置制御部２５は、画像取得部２４より供給された受光素子２０１の画像データに基づいて、例えば、図７の画像Ｆ１で示されるように、レーザ光のレーザスポットの位置を目標位置に設定する。すなわち、図７の画像Ｆ１においては、十字マークの交点位置が、略円状のレーザスポットの中心位置であることが示されている。
【００５３】
ステップＳ３５において、レーザ制御部２６は、一旦、レーザ光を消灯させる。さらに、画像位置制御部２５は、ステージ制御部２３を制御して、レーザスポットの中心位置を受光素子２０１の目標位置に移動させる。より具体的には、画像位置制御部２５は、図７の画像Ｆ２で示されるように、目標位置である十字マークの交点位置と、受光部Ａ乃至Ｄの集合部分の中心位置とが一致するようにステージ制御部２３を制御する。ステージ制御部２３は、光学ブロック１３のＸ軸ステージ１０２、およびＹ軸ステージ１０３を制御して、図７の画像Ｆ２の点線の矢印で示されるように、レーザスポットを受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置に移動させ、図７の画像Ｆ３のように一致させる。図７の画像Ｆ３で示されるように、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置と十字マークの交点位置とが一致した場合、画像位置制御部２５は、点線で囲まれる範囲の画像を、受光部Ａ乃至Ｆの配置からなるテンプレートとして記憶する。
【００５４】
尚、以降において、受光素子２０１の光感度測定を実施するにあたり、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置に所定の光量パワーになるようレーザ光が照射され、受光部Ａ乃至Ｄのそれぞれの出力電圧を測定することで、一連の処理が実行されることになる。この場合、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置に均等にレーザ光が照射されるため、各出力電圧は同じ値を示すはずである。しかしながら、実際には、色収差による位置ずれや、光学系の解像度、および性能不足に起因して、異なる値となってしまう。
【００５５】
より詳細には、第１の色収差による位置ずれは、レーザ光と照明光との波長が同じでなく、光学系に使用されるガラスが、各波長により屈折率が異なる特性を有することにより、結像位置のずれが発生することに起因する。
【００５６】
また、第２に光学系の解像度、および性能不足は、光学系の解像度不足やレンズ間の反射による干渉などにより、不鮮明で、かつ、大きく見えてしまうことがあるからである。高解像度で高性能な光学系を使用することで改善することは可能ではあるが、高解像度で高性能な光学系は非常に高価で経済性が悪い。さらに、重量も増すため、軽量化ができずパフォーマンスボード５５の強度を向上させなければ、光学ブロック１３を載置すること自体が困難となる。
【００５７】
例えば、図８の画像Ｆ１１で示されるように、画像上のレーザスポットＬＳは、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の略中心位置に見える。しかしながら、画像Ｆ１１上においては、レーザスポットＬＳは、不鮮明で大きめに写されている。このため、この画像Ｆ１１に基づいて中心位置を設定すると、点線の十字マークで示される実際のレーザスポットの位置は、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置とは異なる位置に設定されてしまうことがある。図８の画像Ｆ１２の例においては、画像Ｆ１１に基づいて中心位置を設定した結果、受光部Ａの略中心位置に、レーザスポットＬＳの中心位置が設定されている。
【００５８】
このように、画像に基づいた情報だけでは精度良くレーザスポットの位置を受光素子２０１の受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置に設定できない。そこで、ステップＳ３６以降の処理においては、レーザスポットを移動させながら、それに応じた受光部Ａ乃至Ｄの各出力電圧の変化から設定位置を補正する処理を実行する。尚、画像により設定された原点位置については、上述してきたように、画像上の原点位置と称するものとし、真の原点位置（実際にレーザスポットの位置として設定されるべき位置）と称するものとする。
【００５９】
ここで、図６のフローチャートの説明に戻る。
【００６０】
ステップＳ３６において、Ｚ位置決定部３３は、真の原点位置を決定するにあたり、Ｚ軸位置の移動量をカウントするためのカウンタＺを初期化し、位置Ｚｍｉｎに設定する。ところで、光学ブロック１３には、非点収差光学系部品１２６が設けられているが、この非点収差光学系部品１２６により集光レンズ１２５以降の光は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向に対して異なる焦点位置となるように調整される。そこで、この位置Ｚ１は、例えば、Ｘ軸方向、または、Ｙ軸方向の焦点距離のいずれかのうち、距離の短い焦点距離よりも小さい位置が位置Ｚｍｉｎとして設定されることが望ましい。尚、Ｘ軸方向、または、Ｙ軸方向の焦点距離のいずれかのうち、距離の長い焦点距離よりも大きい位置が、位置Ｚｍａｘであることが望ましい。
【００６１】
ステップＳ３７において、ＸＹ位置決定部３２は、真の原点位置を決定するに当り、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の移動量をカウントするためのカウンタＸ，Ｙを画像上の初期値に設定する。
【００６２】
ステップＳ３８において、Ｚ位置決定部３３は、ステージ制御部２３を制御して、Ｚ軸ステージ１０４を動作させて、カウンタＺに対応する位置Ｚに設定させる
【００６３】
ステップＳ３９において、ＸＹ位置決定部３２は、カウンタＸを制御しながらＸ軸ステージ１０２を制御して、レーザスポットをＹ軸に沿って位置Ｘｍｉｎ乃至Ｘｍａｘの範囲を連続的に移動させる。このとき、受光出力測定部２８は、レーザスポットの位置に対応付けて、プローブ針５３に出力される受光素子２０１の各受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧を測定する。尚、測定後、ＸＹ位置決定部３２は、カウンタＸを制御しながらＸ軸ステージ１０２を制御して、レーザスポットが画像上の原点位置に戻るように位置を制御する。
【００６４】
ステップＳ４０において、ＸＹ位置決定部３２は、カウンタＹを制御しながらＹ軸ステージ１０３を制御して、レーザスポットをＸ軸に沿って位置Ｙｍｉｎ乃至Ｙｍａｘの範囲を連続的に移動させる。このとき、受光出力測定部２８は、レーザスポットの位置に対応付けて、プローブ針５３に出力される受光素子２０１の各受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧を測定する。尚、測定後、ＸＹ位置決定部３２は、カウンタＸを制御しながらＸ軸ステージ１０２を制御して、レーザスポットが画像上の原点位置に戻るように位置を制御する。
【００６５】
［非点収差光学系におけるレーザスポット径について］
ここで、ステップＳ３８乃至Ｓ４０の処理について、より詳細に説明する。すなわち、非点収差光学系部品１２６がシリンドリカルレンズである場合、集光レンズ１２５および非点収差光学系部品１２６は、非点収差光学系部品１２６により図９で示されるような特性を持つ状態に設定される。
【００６６】
図９の上面図Ｆ２１で示されるように、Ｚ軸を図９の紙面に対して垂直方向にとり、レーザスポットＬＳを光源から見た平面上に、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向を設定する。そして、側面図Ｆ２２で示されるように、シリンドリカルレンズである非点収差光学系部品１２６を、Ｙ軸方向の位置の変移に伴って、集光レンズ１２５からの距離が変わるように曲面部分を構成するように設定する。同時に、側面図Ｆ２３で示されるように、シリンドリカルレンズである非点収差光学系部品１２６を、Ｘ軸方向の位置の変移に関わらず、集光レンズ１２５からの距離が一定となるように面を構成するように設定する。
【００６７】
このように設定し、Ｙ軸方向から見たＸ軸方向のレーザスポットの径の変化を観察すると、以下のように観察されることになる。すなわち、側面図Ｆ２２で示されるように、焦点位置となるＺ軸方向の位置Ｚ１（短い焦点距離Ｚ１）において、レーザスポット形状は、上面図Ｆ２４の最上段で示されるように、Ｘ軸方向に短く、Ｙ軸方向に縦長の長楕円形状となる。このため、Ｘ軸方向における焦点が形成される。ただし、図９においては、完全に１点に収束してはいない。
【００６８】
このとき、Ｘ軸方向からＹ軸方向のレーザスポットの径の変化を見ると、側面図Ｆ２３で示されるように、Ｚ軸方向の位置Ｚ１において、レーザスポット形状は、上面図Ｆ２４の最下段で示されるように、Ｙ軸方向に短く、Ｘ軸方向に縦長の長楕円形状となる。
【００６９】
一方、側面図Ｆ２３で示されるように、焦点位置となるＺ軸方向の位置Ｚ２（長い焦点距離Ｚ２（＝Ｚ１＋２α））において、Ｙ軸方向から見ると、Ｘ軸方向のレーザスポットの径の変化は、以下のように観察されることになる。すなわち、レーザスポット形状は、側面図Ｆ２４の最下段で示されるように、Ｙ軸方向に短くなり、Ｘ軸方向に縦長の長楕円形状となる。このため、Ｙ軸方向における焦点が形成される。ただし、図９においては、完全に１点に収束していない。
【００７０】
このとき、Ｘ軸方向からＹ軸方向のレーザスポットの径の変化を見ると、側面図Ｆ２２で示されるように、Ｚ軸方向の位置Ｚ２（＝Ｚ１＋２α）において、レーザスポット形状は、上面図Ｆ２４の最上段で示されるように、Ｘ軸方向に短く、Ｙ軸方向に縦長の長楕円形状となる。
【００７１】
さらに、側面図Ｆ２２で示されるように、焦点位置となるＺ軸方向の位置（Ｚ１＋α）、すなわち、位置Ｚ１，Ｚ２の略中間位置において、Ｙ軸方向からＸ軸方向のレーザスポットの径の変化を見ると、以下のように観察されることになる。すなわち、レーザスポット形状は、上面図Ｆ２４の中段で示されるように、Ｙ軸方向、および、Ｘ軸方向が略同一の略真円形状となる。
【００７２】
また、Ｘ軸方向からＹ軸方向のレーザスポットの径の変化を見ても、側面図Ｆ２２で示されるように、Ｚ軸方向の位置Ｚ１，Ｚ２の略中間位置において、レーザスポット形状は、上面図Ｆ２４の中段で示されるように、Ｙ軸方向、および、Ｘ軸方向が略同一の略真円形状となる。
【００７３】
以上のことから、ステップＳ３８乃至Ｓ４０においては、Ｚ軸方向の位置に対応してレーザスポット径を変化させながらレーザ光が、画像上の原点位置を含むＸ軸上、およびＹ軸上を移動しながら照射されたときの受光素子２０１の出力電圧が、移動量に対応付けて測定されることになる。
【００７４】
尚、図９において、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向に対して完全にレーザ光が１点に集まらないのは、回折限界の作用やレンズの収差などによるものである。
【００７５】
また、ここでは、値αは、Ｘ軸方向、または、Ｙ軸方向の焦点距離のいずれかのうち、短い焦点距離Ｚ１と長い焦点距離Ｚ２との距離の１／２であるものとする。したがって、焦点距離が最も短い距離Ｚ１に対して、最も遠い距離Ｚ２は、距離（Ｚ１＋２α）となり、その中間である距離は、距離（Ｚ１＋α）となる。
【００７６】
［レーザスポット径の異なるレーザ光が受光素子に照射されるときの出力電圧について］
次に、レーザスポット径の異なるレーザ光が受光素子２０１の受光部に照射される場合の出力電圧について説明する。
【００７７】
例えば、レーザスポット径がφ１，φ２（φ１＜φ２）の２種類のレーザ光が受光素子２０１に照射されたままの状態で、レーザスポットが受光部Ａを跨ぐように移動すると、移動量と出力電圧との関係は図１０で示されるようなものとなる。
【００７８】
すなわち、例えば、図１０の左部で示されるように、レーザスポットＳｐ１（径＝φ１）が受光部Ａを横切って通過するように移動していくとき、レーザスポットＳｐ１が受光部Ａに含まれるまでは、出力電圧はゼロである。そして、レーザスポットＳｐ１が一部でも受光部Ａに含まれる状態になると含まれる面積の増大に伴って受光量が徐々に増え始め、それに伴って出力電圧も増大する。さらに、レーザスポットＳｐ１が移動し続け、受光部Ａに完全に包含される移動量φ１まで移動すると、それ以降は受光量が一定の状態となるため、出力電圧が最大の状態が保たれる。さらに、レーザスポットＳｐ１が移動し続け、受光部Ａから徐々に外れる状態になると、受光量が減少し始めるため、それに伴って出力電圧も減少し、やがて受光部Ａから全て外れたところでゼロとなる。
【００７９】
また、図１０の右部で示されるように、レーザスポットＳｐ２（径＝φ２）が受光部Ａを跨ぐように移動していくとき、レーザスポットＳｐ２が受光部Ａに含まれるまでは、出力電圧はゼロである。そして、レーザスポットＳｐ２が一部でも受光部Ａに含まれる状態になると含まれる面積の増大に伴って受光量が徐々に増え始め、それに伴って出力電圧も増大する。さらに、レーザスポットＳｐ２が移動し続け、受光部Ａに完全に包含される移動量φ２まで移動すると、受光量が一定の状態となるため、出力電圧が最大の状態が保たれる。さらに、レーザスポットＳｐ２が移動し続け、受光部Ａから徐々に外れる状態になると、受光量が減少し始めるため、それに伴って出力電圧も減少し、やがて受光部Ａから全て外れたところでゼロとなる。
【００８０】
この結果、レーザスポットＳｐ１は、レーザスポットＳｐ２よりも径が小さいため、受光部Ａ内に完全に収まっている時間が長く、出力電圧が一定の状態となっている時間が長い。このため、出力電圧が増大、または、減少している時間が短く、その変化が急峻である。これに対して、レーザスポットＳｐ２は、レーザスポットＳｐ１よりも径が大きいため、受光部Ａ内に収まっている時間が短く、出力電圧が一定の状態となっている時間が短い。このため、出力電圧が増大、または、減少している時間が長く、その変化が緩やかである。
【００８１】
ところで、ステップＳ３８乃至Ｓ４０において、レーザスポットは、図１１で示されるように、Ｘ軸方向にレーザスポットＳｐｘがＸ軸上を、Ｙ軸方向にレーザスポットＳｐｙがＹ軸上を、それぞれ移動するときの受光部Ａ乃至Ｆの出力電圧が測定される。したがって、画像上の原点位置が正確に求められていれば、Ｘ軸方向にレーザスポットＳｐｘがＸ軸上を移動するとき、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和と、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和とは、同一となる。また、同様に、Ｙ軸方向にレーザスポットＳｐｙがＹ軸上を移動するとき、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和とは、同一となる。尚、図１１においては、Ｙ軸方向に短く、Ｘ軸方向に横長のレーザスポット形状について示されているが、Ｚ軸の位置に応じて、このレーザスポット形状は、異なるものである。
【００８２】
しかしながら、上述したように、画像上の原点位置は、真の原点位置に対してずれが生じていることが多い。このため、Ｘ軸方向にレーザスポットＳｐｘがＸ軸上を移動するとき、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和と、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和とは、同一とならない場合が多く。また、同様に、Ｙ軸方向にレーザスポットＳｐｙがＹ軸上を移動するとき、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和とは、同一とならない場合が多い。
【００８３】
そこで、以降の処理においては、このＸ軸方向にレーザスポットＳｐｘがＸ軸上を移動するときの、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和と、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和との関係を用いることにより、Ｙ軸方向のずれ量を求める。また、同様に、Ｙ軸方向にレーザスポットＳｐｙがＹ軸上を移動するときの、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和との関係を用いることにより、Ｘ軸方向のずれ量を求める。
【００８４】
より詳細には、Ｚ軸方向の位置毎に求められた、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和とは、Ｚ軸方向に位置Ｚ１から位置（Ｚ１＋２α）に変化させた場合、図１２の上部で示されるような関係となる。すなわち、Ｚ軸方向の位置、すなわち、焦点距離が遠くなるに従ってレーザスポット径が大きくなるため、一定となる時間が短くなり、出力電圧の変化が緩やかになる。
【００８５】
これに対して、Ｚ軸方向の位置毎に求められた、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和と、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和とは、Ｚ軸方向に位置Ｚ１から位置（Ｚ１＋２α）に変化させた場合、図１２の下部で示されるような関係となる。すなわち、Ｚ軸方向の位置、すなわち、焦点距離が遠くなるに従ってレーザスポット径が小さくなるため、一定となる時間が長くなり、出力電圧の変化が急峻になる。尚、図１２の上部においては、左側の波形が、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和であり、右側の波形が、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和である。また、図１２の下部においては、左側の波形が、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和であり、右側の波形が、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和である。
【００８６】
このように、Ｚ軸方向の位置（Ｚ１＋α）を境界として、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和、および、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和の関係と、受光部Ａ，Ｄの出力電圧の和、および、受光部Ｂ，Ｃの出力電圧の和の関係とが逆転していることが示されている。また、受光部Ａ，Ｂの波形と、受光部Ｃ，Ｄの波形との交点の傾き、および、受光部Ａ，Ｄの波形と、受光部Ｂ，Ｃの波形との交点の傾きは、Ｚ軸方向の位置により変化している。従って、この波形の傾きを用いることにより、Ｚ軸方向の位置、すなわち、焦点位置を調整することができる。
【００８７】
ここで、図６のフローチャートに戻る。
【００８８】
ステップＳ４１において、傾き計算部３０は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向に対して、移動量と出力電圧との関係から、出力電圧の正規化出力値から、２つの波形の交点付近の傾きを計算する。より具体的には、例えば、レーザスポットがＹ軸方向に移動する場合、受光素子２０１の受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和の波形と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和の波形との２つの波形の交点付近の正規化出力値の傾きは、以下のように求められる。
【００８９】
すなわち、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和の波形と、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和の波形との２つの波形は、図１３の最上段で示される波形となる。このとき、受光部Ａ乃至Ｄの境界には不感帯などが存在せず、後述する光感度が一定である場合、それらを加算した波形、すなわち、受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧の和の関数Ｐ（＝（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ））は、図１３の上から２段目で示される波形となる。尚、この図１３の上から２段目の波形を以降においては、単に加算波形と称する。
【００９０】
また、逆に、受光部Ｃ，Ｄの出力電圧の和から、受光部Ａ，Ｂの出力電圧の和を減算した関数Ｑ（＝−（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ））は、図１３の上から３段目の波形となる。尚、この図１３の上から３段目の波形を以降においては、単に減算波形と称する。
【００９１】
そこで、傾き計算部３０は、この関数Ｑを関数Ｐで除することにより、図１３の最上段の２つの波形の交点付近の傾きを、図１３の最下段で示されるような１つの正規化出力値Ｓを計算する。
【００９２】
ところで、受光部Ａ乃至Ｄの各出力電圧に光感度係数を乗じることで各受光部Ａ乃至Ｄが照射されたレーザ光の光量パワーが求められる。図１３の最下段の正規化関数Ｓは、受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧により求められた式とされているが、各出力電圧に光感度係数を乗じれば、光量パワーからなる式として適用できる。しかしながら、各出力電圧に光感度係数を乗じても、正規化出力値Ｓにおいては光感度係数が相殺されて、結局、同一の関数が形成される。従って、正規化出力値Ｓは、受光部Ａ乃至Ｄの受光する光量パワーにより求められる関係が示されているとも言える。
【００９３】
さらに、傾き計算部３０は、画像上の原点位置付近で測定された、移動量と、受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧とから、２点の位置を求めて、２点間の位置関係から原点位置付近の傾きを求める。例えば、移動量として画像上の原点位置に対して、図１４の最上段で示される＋５μｍの位置における正規化出力値Ｓの値Ｓｘ１と、図１４の中段で示される−５μｍの位置における正規化出力値Ｓの値Ｓｘ２とから、Ｘ軸方向の傾きＳｘを計算する。すなわち、図１４の最下段で示されるように、傾き計算部３０は、値Ｓｘ１，Ｓｘ２の関係から、傾きＳｘを（Ｓｘ２−Ｓｘ１）／（５μｍ−（−５μｍ））として計算する。
【００９４】
また、同様に、傾き計算部３０は、Ｙ軸方向の傾きＳｙを、移動量として画像上の原点位置に対して、＋５μｍの位置における正規化出力値Ｓの値Ｓｙ１と、図１４の中段で示される−５μｍの位置における関数Ｓの値Ｓｙ２とから、Ｘ軸方向の傾きＳｙを計算する。すなわち、傾き計算部３０は、値Ｓｙ１，Ｓｙ２の関係から、傾きＳｙを（Ｓｙ２−Ｓｙ１）／（５μｍ−（−５μｍ））として計算する。
【００９５】
ステップＳ４２において、傾き計算部３０は、計算された傾きＳｘ，Ｓｙを、Ｚ軸方向の位置、すなわち、カウンタＺと対応付けて記憶する。
【００９６】
ステップＳ４３において、Ｚ位置決定部３３は、ステージ制御部２３を制御して、Ｘ軸ステージ１０２、およびＹ軸ステージ１０３を制御して、レーザスポットが受光部Ａの中心位置となるように制御させる。すなわち、図１５で示されるようにレーザスポットＳが受光部Ａの中心位置となるように制御される。このとき、光感度計算部３１は、受光出力測定部２８により測定されている受光部Ａの出力電圧から光感度（（出力電圧−オフセット電圧）／レーザ光量パワー）を計算し、Ｚ軸方向の位置、すなわち、カウンタＺに対応付けて記憶する。ここで、オフセット電圧とは、無光状態における受光部Ａの出力電圧である。また、レーザ光量パワーは、レーザ制御部２６により制御されるものであり、既知の値であるので、レーザ制御部２６より読み出される。尚、これは、後述するレーザスポット形状に対応した光感度を測定するための処理であるので、いずれかの受光部Ａ乃至Ｄのいずれかに照射されればよいものであり、受光部Ａ以外であってもよいものである。
【００９７】
ステップＳ４４において、Ｚ位置決定部３３は、カウンタＺがＺ＝Ｚｍａｘであるか否かを判定する。例えば、ステップＳ４４において、カウンタＺが、Ｚｍａｘではない場合、ステップＳ４５において、Ｚ位置決定部３３は、カウンタＺに所定値ｂを加算し、処理は、ステップＳ３７に戻る。
【００９８】
ステップＳ４４において、カウンタＺがＺｍａｘになるまで、ステップＳ３７乃至Ｓ４５の処理が繰り返される。そして、ステップＳ４４において、カウンタＺがＺｍａｘとなった場合、処理は、ステップＳ４６に進む。
【００９９】
ステップＳ４６において、プロット部２９は、カウンタＺに対応付けて記憶されている傾き、および光感度とを読み出し、それらをカウンタＺ、すなわち、Ｚ軸方向の位置に対応付けて、例えば、図１６で示されるような波形としてプロットする。図１６においては、横軸をＺ軸方向の移動量としており、右の縦軸が、光感度を、左の縦軸が傾きの大きさをそれぞれ示している。また、図１６において、中心付近にピークが存在する波形が光感度の波形であり、右側にピークが存在する波形がＹ軸方向の傾きＳｙｚ（傾きＳｙと同じ）であり、左側にピークが存在する波形がＸ軸方向の傾きＳｘｚである。
【０１００】
すなわち、光感度については、図１７で示さように、Ｚ軸方向の位置に応じて、Ｚ１またはＺ１＋２αなどの原点位置よりも離れた位置では、レーザスポット形状が形状Ｓｐ１またはＳｐ３などに変化する。この結果、レーザスポットの全てが、受光部Ａ内に収まらない状態となり、光量パワーの一部が受光部Ａで受光できない状態となるため、ロスが生じて光感度が低下する。逆に、Ｚ軸方向の位置が、原点付近であって、レーザスポット形状Ｓｐ２の場合、受光部Ａ内に収まるため、光量パワーをロスすることなく受光でき、光感度が最高の状態となる。
【０１０１】
従って、光感度が最大となる平坦部付近の位置であって、その中央値となるＺ軸方向の位置が、焦点位置として最適である。尚、この光感度が最大となる平坦部付近であれば、レーザスポットが、受光部Ａの中心付近に存在することになるので、装置の温度変化や振動などによるレーザスポットのずれにより測定精度の低下の影響を小さくすることができる。
【０１０２】
また、このとき、レーザスポット径は、図１８で示されるように、焦点位置から離れると、三角形の相似の関係より、焦点位置からの距離に比例して大きくなる。より詳細には、例えば、図１８の左部で示されるように、焦点位置から図中下方向をＺ軸方向としたときの距離を位置Ｚとすると、Ｘ軸方向のレーザスポット径φｘは、（Ｚ−Ｚ１）と比例関係となる。このため、例えば、焦点位置からの距離が（Ｚ１＋α）で、レーザスポット径φ１である場合、焦点位置からの距離が（Ｚ１＋２α）のとき、レーザスポット径は、φ２（＝２×φ１）となる。一方、Ｘ傾きＳｘｚは、（Ｚ−Ｚ１）と逆比例関係となるため、図１６の傾きＳｘｚで示されるように、焦点位置から離れると小さくなる。
【０１０３】
同様に、例えば、図１８の右部で示されるように、焦点位置から図中上方向をＺ軸方向としたときの距離を位置Ｚとすると、Ｙ軸方向のレーザスポット径φｙは、（（Ｚ１＋２α）−Ｚ）と比例関係となる。このため、例えば、焦点位置からの距離が（Ｚ１＋α）で、レーザスポット径φ１である場合、焦点位置からの距離がＺ１のとき、レーザスポット径は、φ２（＝２×φ１）となる。一方、Ｙ傾きＳｙｚは、（（Ｚ１＋２α）−Ｚ）と逆比例関係となるため、図１６の傾きＳｙｚで示されるように、焦点位置から離れると小さくなる。
【０１０４】
そこで、ステップＳ４７において、Ｚ位置決定部３３は、プロット結果から、光感度が最高となり、かつ、平坦部の略中心位置となるＺ軸位置を、焦点位置となるＺ軸の位置として決定する。より具体的には、Ｚ位置決定部３３は、図１６のプロット結果における光感度の最大値であって、かつ、平坦部分の中心付近における最適なＺ軸方向の位置を割り出し、現在のＺ軸方向の位置との差を求めて、補正量を求める。さらに、Ｚ位置決定部３３は、求められたＺ軸方向の補正量に基づいて、ステージ制御部２３を制御して、Ｚ軸ステージ１０４により、Ｚ軸方向の位置を補正する。このとき、ＸＹ位置決定部３２は、設定されたＺ軸方向の位置に対応するＸ軸方向の傾きＳｘ、およびＹ軸方向の傾きＳｙを記憶する。
【０１０５】
尚、図１６で示される光感度、Ｘ軸方向の傾きＳｘｚ、およびＹ軸方向の傾きＳｙｚの分布は、一例に過ぎず、他の分布となることもあり得る。しかしながら、どのような分布であっても、光感度が最大であって、平坦部が形成されるＺ軸方向の位置が最適な焦点位置となる。
【０１０６】
ステップＳ４８において、Ｚ位置決定部３３は、決定したＺ軸の位置が傾きＳｘ，Ｘｙに対して適切な関係にあるか否かを判定する。すなわち、上述したように、非点収差光学系であるので、Ｘ軸方向の焦点距離と、Ｙ軸方向の焦点距離とは異なる。このため、Ｚ軸位置におけるＸ軸方向の傾きＳｘと傾き関数Ｓｘｚのピークとの位置関係、およびＹ軸方向の傾きＳｙと傾き関数Ｓｙｚのピークとの位置関係がそれぞれ逆の位置関係となっているか否かが判定される。さらに光感度のピークとなるＺ軸方向の位置が、傾き関数Ｓｘｚのピーク、および、傾き関数Ｓｙｚのピークの間の位置となるか否かにより適切な値であるか否かが判定される。
【０１０７】
ステップＳ４８において、適切ではないと判定された場合、ステップＳ４９において、Ｚ軸方向のカウンタＺの最小値ＺｍｉｎおよびＺｍａｘをそれぞれ変更し、処理は、ステップＳ３７に戻る。すなわち、求められたＺ軸位置、Ｘ軸方向の焦点距離、およびＹ軸方向の焦点距離とが適切でないということは、Ｚ軸位置の検索範囲内に、適切な焦点距離が存在しないことになる。そこで、Ｚ軸方向の検索範囲であるカウンタＺの最小値Ｚｍｉｎおよび最大値Ｚｍａｘを変更して検索範囲そのものを変更して、ステップＳ３７以降の処理を繰り返す。
【０１０８】
一方、ステップＳ４８において、適切であると判定された場合、ステップＳ５０において、ＸＹ位置決定部３２は、ステージ制御部２３を制御して、光源制御部１０１を移動させ、レーザスポット位置が画像上の原点位置となるように設定する。そして、レーザ制御部２６は、光源制御部１０１を制御して、レーザ発生部１２１により発生されるレーザ光を、画像上の原点位置で、受光素子２０１に照射する。このとき、受光出力測定部２８は、受光素子２０１の受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧を測定する。
【０１０９】
ステップＳ５１において、ＸＹ位置決定部３２は、受光出力測定部２８の測定結果から、Ｘ軸方向およびＹ軸方向について、上述した正規化出力値を、Ｓ１およびＳ２として求める。ここで、正規化出力値Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ以下の式（１），式（２）として求められる。
【０１１０】
Ｓ１＝（（Ｃ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｂ））／（（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ））
・・・（１）
【０１１１】
Ｓ２＝（（Ｂ＋Ｃ）−（Ａ＋Ｄ））／（（Ｂ＋Ｃ）＋（Ａ＋Ｄ））
・・・（２）
【０１１２】
ここで、Ａ乃至Ｄは、受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧である。
【０１１３】
さらに、ＸＹ位置決定部３２は、この正規化出力値Ｓ１，Ｓ２と、上述した傾きＳｘ，Ｓｙとから画像上の原点位置と、真の原点位置とのＸ軸方向、およびＹ軸方向のずれ量を求める。例えば、図１９の上部で示されるように、Ｘ軸とＹ軸との交点位置を画像上の原点位置であるものとし、実際のレーザスポットＳｐの中心位置である真の原点位置とのずれ量は、それぞれＸ軸方向に距離Ｘ１、およびＹ軸方向にＹ１として表現することができる。
【０１１４】
ところで、Ｘ傾きＳｘは、図１９の左下部で示されるように、Ｘ軸方向の原点付近における移動量に対する、正規化出力値Ｓ１の変化量を示すものである。このため、図１９の右下部における、図１９の左下部の拡大図で示されるように、原点位置付近の関係から、Ｘ傾きＳｘは、Ｓ１／Ｘ１で示すことができる。同様に、Ｙ傾きＳｙは、Ｓ２／Ｙ１で示すことができる。
【０１１５】
そこで、ＸＹ位置決定部３２は、このような関係から、画像上の原点位置と、真の原点位置とのＸ軸方向、およびＹ軸方向ずれ量を、それぞれ以下の式（３），式（４）により計算して求める。
【０１１６】
Ｘ１＝Ｓ１／Ｓｘ
・・・（３）
【０１１７】
Ｙ１＝Ｓ２／Ｓｙ
・・・（４）
【０１１８】
そして、ＸＹ位置決定部３２は、ステージ制御部２３を制御して、求められたずれ量Ｘ１，Ｙ１により、光学ブロック１３の位置を補正する。
【０１１９】
ステップＳ５２において、ＸＹ位置決定部３２は、補正後のＸ軸方向、およびＹ軸方向の位置を真の原点位置として記憶する。また、このとき、Ｚ位置決定部３３は、補正後のＺ軸方向の位置を真の原点位置（焦点位置）として記憶する。
【０１２０】
ステップＳ５３において、角度補正部３４は、例えば、図２０で示されるように、画像取得部２４で取得される画像により、ステージ制御部２３を制御して、Ｘ軸またはＹ軸方向にのみ移動させながら、受光素子２０１のエッジ部Ｅｇ１，Ｅｇ２の座標位置を求める。より具体的には、原点位置が特定しているので、画像取得部２４によりエッジ部Ｅｇ１，Ｅｇ２のいずれかが、画像の中央位置となったときの、ステージ制御部２３によるＸ軸ステージ１０２、およびＹ軸ステージ１０３のそれぞれの移動量が座標として求められる。尚、この座標は、移動量に基づいて、座標取得部２７により求められる。
【０１２１】
ステップＳ５４において、角度補正部３４は、受光素子２０１上の同一エッジ上の２点のエッジ部の座標から、図２０で示されるような回転角度θを回転補正量として求める。
【０１２２】
すなわち、図２０で示されるように、受光素子２０１の同一エッジＥｇ１（Ｘｅｇ１，Ｙｅｇ１），Ｅｇ２（Ｘｅｇ２，Ｙｅｇ２）の座標位置を、Ｘ軸方向、またはＹ軸方向のいずれか一方のみを移動させて求める。この結果、図２０で示されるように、本来の座標系に対して、角度θ方向に回転していた場合、角度補正部３４は、回転角度θ（＝arctan（（Ｘｅｇ１−Ｘｅｇ２）／（Ｙｅｇ１−Ｙｅｇ２））を回転補正量として求める。角度補正部３４は、求められた回転補正量を用いて、以降の処理において求められる全ての座標等を回転補正量を用いて補正する。
【０１２３】
尚、以降においては、回転補正量は、ゼロであるものとして、すなわち、回転のずれは発生していないものとして説明を進めるものとするが、実際には、各座標は、角度補正部３４により、回転補正量に基づいて補正されたものが扱われている。
【０１２４】
また、エッジ座標の求め方については、上述した画像取得部２４を制御して求める方法でもよいが、その他の方法でもよく、例えば、受光素子２０１の受光部Ｅ，Ｆにレーザ光を照射させて、受光部Ｅ，Ｆの出力電圧が最大値の半分となる座標にしてもよい。すなわち、例えば、図２１で示されるように、光学ブロック１３より照射されるレーザ光のレーザスポットＳｐ１１，Ｓｐ１２は、図中の上方に移動しながら出力電圧が測定されると、それぞれ受光部Ｅ，Ｆから外れるとき、図２１の左部の波形で示されるように、移動量に応じて出力電圧が低下する。そして、レーザスポットＳｐ１１，Ｓｐ１２の中心位置が、受光部Ｅ，Ｆのエッジ上に差し掛かると、受光部Ｅ，Ｆに照射されるレーザスポットＳｐ１１，Ｓｐ１２が半分の面積となるため、出力電圧が半分となる。したがって、出力電圧が半分の状態となる場合、レーザスポットＳｐ１１，Ｓｐ１２は、それぞれ中心位置がＥｇ１１，Ｅｇ１２上の位置となるので、このときの座標を利用することで回転角度θを回転補正量として測定することができる。
【０１２５】
ここで、図５のフローチャートの説明に戻る。
【０１２６】
ステップＳ４において、位置調整処理が終了すると、ステップＳ５において、ステージ制御部２３は、未処理のレーザスポット位置に移動する。すなわち、レーザスポット位置は、例えば、図２１の黒丸で示されるように、受光素子２０１の受光部Ａ乃至Ｄの集合体における中心位置（原点位置）、および受光部Ｅ，Ｆのそれぞれの中心位置である。
【０１２７】
ステップＳ６において、レーザ制御部２６は、光源制御部１０１を制御して、レーザ発生部１２１よりレーザ光を発生させ、設定されたレーザスポット位置にレーザ光を照射する。
【０１２８】
ステップＳ７において、受光出力測定部２８は、受光部Ａ乃至Ｄの集合体（それぞれの出力電圧の合計）、受光部Ｅ、またはＦの出力電圧を測定する。さらに、光感度計算部３１は、上述したように、出力電圧より暗時の出力電圧を減算した後、レーザ光量パワーで除することにより、光感度を計算し、記憶する。
【０１２９】
ステップＳ８において、ステージ制御部２３は、未処理のレーザスポットが存在するか否かを判定する。すなわち、図２１の黒丸で示されるように、レーザスポットは、受光部Ａ乃至Ｄの集合体の中心位置、および受光部Ｅ，Ｆの中心位置であり、さらに、矢印で示されるように、レーザスポット位置は、Ａ乃至Ｄの中心位置、受光部Ｅ，Ｆの順序で移動する。すなわち、ステップＳ５乃至Ｓ７の処理が、Ａ乃至Ｄの中心位置、受光部Ｅ，Ｆの順序で合計３回繰り返されると、ステップＳ８において、未処理のレーザスポットは存在しないと判定され、処理は、ステップＳ９に進む。
【０１３０】
ステップＳ９において、ステージ制御部２３は、Ｘ軸ステージ１０２、およびＹ軸ステージ１０３を制御して、レーザスポットを原点位置、すなわち、Ａ乃至Ｄの中心位置に移動させる。ステップＳ１乃至Ｓ９までの処理により、半導体ウェハ５２上の最初の受光素子２０１の光感度測定が終了する。
【０１３１】
そして、ステップＳ１０において、直流テスト部３８は、汎用プローバ１２に対して、２番目以降の未処理のDUT（Device Under Test）である受光素子２０１をプローブ針５３に接続させるように指令する。この指令に応じて、汎用プローバ１２の制御部５０は、ウェハチャック５１に設置されている半導体ウェハ５２の位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向、およびθ方向に動作させて、測定対象となる次の受光素子２０１の電極部分をプローブ針５３に接続させる。
【０１３２】
尚、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理はステップＳ２，Ｓ３と同様であるので、その説明は省略する。
【０１３３】
ステップＳ１２において、直流テストが問題ない場合、ステップＳ１３において、ずれ測定部３５は、ステージ制御部２３を制御して、光学ブロック１３を移動させ、レーザスポット位置が原点位置となるように設定する。そして、ずれ測定部３５は、レーザ制御部２６を制御して、光源制御部１０１のレーザ発生部１２１よりレーザ光を、原点位置で、受光素子２０１に照射する。このとき、受光出力測定部２８は、受光素子２０１の受光部Ａ乃至Ｄの出力電圧を測定する。そして、この測定結果に基づいて、ずれ測定部３５は、上述した式（３），式（４）を用いて計算したずれ量Ｘ１，Ｙ１を求めた方法と同様の手法により、実際の受光素子２０１の、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向のずれ量をそれぞれｄｘ，ｄｙとして計算する。
【０１３４】
ステップＳ１４において、ずれ判定部３６は、計算されたずれ量ｄｘ，ｄｙが所定値よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１４において、所定量よりも小さくなく、大きなずれが生じていた場合、ステップＳ１５において、ずれ量調整部３７は、求められたずれ量を調整するようにステージ制御部２３を制御して、光学ブロック１３の位置を調整し、処理は、ステップＳ１３に戻る。すなわち、新たな受光素子２０１が設置されると、ずれ量が求められ、ステップＳ１４において、所定値よりも小さくなるまで、ステップＳ１３乃至Ｓ１５の処理が繰り返されて、ずれ量が調整される。
【０１３５】
そして、ステップＳ１４において、ずれ量ｄｘ，ｄｙが所定値よりも小さく、調整が不要であると判定された場合、処理は、ステップＳ１６に進む。尚、ステップＳ１６乃至Ｓ２０の処理は、ステップＳ５乃至Ｓ９の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１３６】
すなわち、ステップＳ２０により次の受光素子２０１について光感度測定が終了すると、ステップＳ２１において、直流テスト部３８は、未処理の受光素子２０１が存在するか否かを判定する。すなわち、半導体ウェハ５２上において、未処理の受光素子２０１が存在する場合、処理は、ステップＳ１０に戻る。
【０１３７】
また、ステップＳ１２において、半導体ウェハ５２上の全ての受光素子２０１について、光感度が測定され、未処理の受光素子２０１が存在しない場合、処理は終了する。
【０１３８】
尚、以上においては、測定制御部 １１において位置調整処理、直流テスト、および光感度特性測定処理を実施する例について説明してきた。しかしながら、例えば、汎用のＬＳＩ（Large Scale Integration）テスタにより既存の直流テストおよび光感度特性測定処理を実施し、測定制御部 １１においては、位置調整処理のみを実施するようにしてもよい。このようにすることで、既存の設備を有効活用して、さらに、高精度で光感度特性を測定することが可能となる。また、位置調整処理のみを実施する装置（例えば、測定制御部 １１）を、既存のＬＳＩテスタに付加するだけで良いため、導入に係るコストを低減することが可能となる。
【０１３９】
以上の処理により、ＸＹＺ軸方向の３次元空間的にレーザスポット位置を調整することが可能となり、非検査対象となるデバイスに対して的確にレーザ光を照射することが可能となるので、受光素子の光感度特性を、容易で、かつ、正確に測定することが可能となる。
【０１４０】
また、最初の受光素子２０１についてのみ、真の原点位置を求めるようにすれば、以降においては、以降の受光素子２０１については、最初の真の原点位置を求める際に、既に、求められたＸ傾き、およびＹ傾きを利用してずれ量を調整するだけでよくなる。すなわち、２回目以降の受光素子２０１については、真の原点位置、並びに、Ｘ傾きおよびＹ傾きは求められているので、それらを使って、真の原点位置からのずれ量を求め、ずれ量に応じて位置を補正するだけで、適切な位置に設定することができる。このため、２回目以降の受光素子２０１については、高速で、かつ、高精度に位置を光感度特性を測定することが可能となる。
【０１４１】
結果として、高価な高解像度画像処理装置や、高価で、かつ、重量増を招く光学機器を使用することなく、半導体ウェハ５２上の全ての受光素子２０１に対して、高い精度で、かつ、容易に光感度特性を測定することが可能となる。
【０１４２】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
【０１４３】
図２２は、汎用のパーソナルコンピュータの構成例を示している。このパーソナルコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)１００１を内蔵している。CPU１００１にはバス１００４を介して、入出力インタフェース１００５が接続されている。バス１００４には、ROM(Read Only Memory)１００２およびRAM(Random Access Memory)１００３が接続されている。
【０１４４】
入出力インタフェース１００５には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウスなどの入力デバイスよりなる入力部１００６、処理操作画面や処理結果の画像を表示デバイスに出力する出力部１００７、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部１００８、LAN（Local Area Network）アダプタなどよりなり、インターネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部１００９が接続されている。また、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１０１１に対してデータを読み書きするドライブ１０１０が接続されている。
【０１４５】
CPU１００１は、ROM１００２に記憶されているプログラム、または磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリ等のリムーバブルメディア１０１１から読み出されて記憶部１００８にインストールされ、記憶部１００８からRAM１００３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM１００３にはまた、CPU１００１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【０１４６】
尚、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理は、もちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理を含むものである。
【０１４７】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【符号の説明】
【０１４８】
１１  測定制御部，  １２  汎用プローバ，  １３  光学ブロック，  １４  遮光カバー，  ２０  制御部，  ２１  入力部，  ２２  照明制御部，  ２３  ステージ制御部，  ２４  画像取得部，  ２５  画像位置制御部，  ２６      レーザ制御部，  ２７  座標取得部，  ２８  受光出力測定部，  ２９  プロット部，  ３０  傾き計算部，  ３１  光感度計算部，  ３２  ＸＹ位置決定部，  ３３  Ｚ位置決定部，  ３４  角度補正部，  ３５  ずれ測定部，  ３６  ずれ判定部，  ３７  ずれ調整部，  ３８  直流テスト部，  ５０  制御部，  ５１  ウェハチャック，  ５２  半導体ウェハ，  ５３  プローブ針，  ５４  プローブカード，  ５５  パフォーマンスボード，  １０１  光源制御部，  １０２  Ｘ軸ステージ，  １０３  Ｙ軸ステージ，  １０４  Ｚ軸ステージ，  １０５  ベース部，  １２１  レーザ発生部，  １２２  コリメートレンズ，  １２３  ビームスプリッタ，  １２４  レーザ光量モニタ，  １２５  集光レンズ，  １２６  非点収差光学系部品，  １２７  ハーフミラー，  １２８  照明，  １２９  ハーフミラー，  １３０  撮像部，  １４１  レンズ，  １４２  撮像素子，  ２０１  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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