(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記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、
前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され、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、
前記遮光板を駆動する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第１の状態と前記第１の状態における前記開口により生成された光束を遮光する第２の状態とになるように前記遮光板を駆動することを特徴とする素子検査用光源。
【請求項２】
請求項１に記載の素子検査用光源において、
前記駆動手段は、前記第２の状態において、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部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ように前記遮光板を駆動することを特徴とする素子検査用光源。
【請求項３】
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、
前記駆動手段は、前記第１の状態において、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうちの一方の領域を通過する光束と同等な光束を生成し、前記第２の状態において、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうちの他方の領域を通過する光束と同等な光束を生成するように前記遮光板を駆動することを特徴とする素子検査用光源。
【請求項４】
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、
前記駆動手段は、前記第１の状態において、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳を二等分した一方の領域を通過する光束と同等な光束を生成し、前記第２の状態において、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳を二等分した他方の領域を通過する光束と同等な光束を生成するように前記遮光板を駆動することを特徴とする素子検査用光源。    
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の素子検査用光源において、
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。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の素子検査用光源において、
前記駆動手段は、前記遮光板を回転させて前記第１の状態と第２の状態とを切り替えることを特徴とする素子検査用光源。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の素子検査用光源において、
前記駆動手段は、前記遮光板を１８０度回転させて前記第１の状態と第２の状態とを切り替えることを特徴とする素子検査用光源。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の検査用光源と、
前記駆動手段により前記第１の状態で、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の状態で、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。
【請求項９】
請求項８に記載の素子検査装置において、
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。
【請求項１０】
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、前記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、前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され所定形状の開口を有する遮光板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、
前記遮光板を駆動して、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第１の状態、若しくは前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部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の状態とし、
前記第１の状態で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の状態で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。
【請求項１１】
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、前記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、前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され所定形状の開口を有する遮光板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、
前記遮光板を駆動して、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうち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の状態、若しくは前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうちの他方の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第２の状態とし、
前記第１の状態で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の状態で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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００３−２４４７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（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、前記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、前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され、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、前記遮光板を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第１の状態と前記第１の状態における前記開口により生成された光束を遮光する第２の状態とになるように前記遮光板を駆動することを特徴とする素子検査用光源。
（２）請求項１１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、前記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、前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され所定形状の開口を有する遮光板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、前記遮光板を駆動して、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第１の状態、若しくは前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一部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の状態とし、前記第１の状態で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の状態で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。
（３）請求項１２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、前記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、前記照明光学系と前記撮像素子との間に挿入され所定形状の開口を有する遮光板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、前記遮光板を駆動して、前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうち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の状態、若しくは前記開口により前記撮像光学系の射出瞳の一対の領域のうちの他方の領域を通過する光束と同等な光束を生成する第２の状態とし、前記第１の状態で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の状態で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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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２１ｅ、２１ｅ’とを備え、遮光板２１ｅ、２１ｅ’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。 
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】検査対象の撮像素子の光電変換部を正面から見た図
【図２】撮像画素の正面図
【図３】撮像画素の断面図
【図４】焦点検出画素の正面図
【図５】焦点検出画素の断面図
【図６】撮像素子上の焦点検出画素と撮像光学系の射出瞳との関係を示す図
【図７】射出瞳の左半分の領域を通過した光束（焦点検出画素が焦点検出に用いる光束）が、焦点検出画素のマイクロレンズを介して光電変換面へ入射する様子を示す図
【図８】射出瞳の残り半分の領域を通過した光束（焦点検出画素が焦点検出に用いない光束）が、焦点検出画素のマイクロレンズを介して光電変換面へ入射する様子を示す図
【図９】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ための図
【図１０】一実施の形態の素子検査装置の構成を示す図
【図１１】検査用光源の詳細な構成を示す斜視図
【図１２】検査用光源の一部と撮像素子上の焦点検出画素の横断面図
【図１３】１８０度回転した遮光板を示す図
【図１４】変形例の焦点検出画素を示す正面図
【図１５】焦点検出画素が組み込まれた撮像素子を示す正面図
【図１６】撮像光学系の射出瞳上の一対の領域の内の一方の領域を通過した光束（焦点検出画素の光電変換部が焦点検出に用いる光束）が、焦点検出画素のマイクロレンズを介して光電変換面へ入射する様子を示す図
【図１７】射出瞳上の一対の領域の内の上記一方の領域以外の領域を通過した光束（焦点検出画素の光電変換部が焦点検出に用いない光束）が、焦点検出画素のマイクロレンズを介して光電変換面へ入射する様子を示す図
【符号の説明】
【００５１】
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
【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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