JPH07117571B2

JPH07117571B2 - 固体撮像素子の検査方法

Info

Publication number: JPH07117571B2
Application number: JP63237663A
Authority: JP
Inventors: 義和佐野; 琢己山口; 知哉田中
Original assignee: 松下電子工業株式会社
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: US5136388A; EP0360607A2; EP0360607A3; JPH0285741A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、固体撮像素子の電気特性を評価し、判別する
固体撮像素子の検査方法に関するものである。

従来の技術近年固体撮像素子の民生，産業分野への進出は目ざまし
く、それに伴ない高解像度，高ダイナミックレンジ，低
スミア，高温時における低温電流等に代表される高画質
化への要求が増々高まっている。

固体撮像素子の中でも、エリアセンサーにおいては画質
に対する要求が特に厳しく、ユーザーとの間で取り決め
られた画質性能を満たす製品を正しく検査し、選別する
事が重要である。

従来、固体撮像素子の電気特性を評価し、選別するに
は、拡散の終了した半導体ウェハーを、テスターにて判
別するのが一般的である。この場合の選別内容は、DC不
良や画面の著しい黒，白傷，はっきり存在する濃淡ムラ
などである。

しかしユーザーの要求を満たす画質の主要な判定とラン
ク分けは、モニターテレビに映し出された画面に異常が
ないか、人間の目視選別により行なわれている。人間の
目視選別は、その視覚で得られたイメージと、検査者が
頭の中に記憶した良品画面のイメージを比較してその差
が、検査者の認知する限度以内であれば良とする感応検
査である。その選別，比較能力には優れたものであり、
特に全体の均質画面に対する微小な異状点発見能力など
が威力を発揮する。

発明が解決しようとする課題このように、従来、固体撮像素子を電気特性で評価する
場合、DC特性と呼ばれる直流動作上の異常や、非常に明
瞭な画面上の黒，白傷を、その電圧値や電流値に変換し
て測定し、一定の規格より外れる項目が存在すれば不良
として取り扱っている。しかし、微妙な画面の白黒ザラ
の状態や、微小な黒点，白点，ダーク時における高温時
の画面のバックグラウンド状態などは、画面印象を単な
る電圧等の測定値で単一に表現し、良否判定を行なう事
は危険である。すなわち、確実に不良画面を不合格とし
て判定させようとすると、画面印象で合格できる素子を
多量に不良と判断してしまう事になる。逆に明らかな不
良のみ落すようにすれば、多量に不良品が混入する。

そのため前記の様に、固体撮像素子を実際に動作させ、
モニターテレビ画面に画像として映し出し、人間がその
画像を目視して良否を判定するほか方法がないのが実情
である。

ところが、人間の目視判別は、前記のように優れた点を
もつ反面、（１）判断基準が個人の発見能力に大きく依存する。

（２）判断基準が個人の精神状態に影響されやすく、
常に一定の選定レベルを保証する事が困難。

（３）習熟期間が必要で、検査，選別レベルを一定に
するためには、限られた専任者しか従事することができ
ない。

（４）習熟者であっても必ず判断ミスが起こりうる。

（５）検査スピードを上げる事が困難。

等の欠点がある。

固体撮像素子は、数十万にも及ぶホトセンサーが規則正
しくならび、各ホトセンサーが光量に応じた電荷を発生
し、順次電圧のポテンシャル変化により転送されるもの
が代表的である。この場合単に電気的な出力値の大小に
より正しい選別ができない理由は、あるホトセンサーの
電荷発生量が高くても、その周囲のホトセンサーの電荷
も同様に高く発生していた場合、人間の目に感ずる画面
印象は必ずしも悪くないとか、逆にダーク時、非常に低
い電荷発生量に押えられているホトセンサーも、さらに
低いバックグラウンドを持つ画面に対しては、白点とし
て人間の目に写り、不良画面と判断するところにある。

この様に、固体撮像素子の検査の困難さは、人間が画面
全体から受ける相対的な印象，黒白点や画面のザラつき
が、人間の苦になるかならないかのバランスを、単なる
電気的測定値で表現できないところからくる。

多くは人間の目視検査結果として、画面印象を等級区分
（例えばA,B,C,Dランク等）して選別出荷しているのが
現状である。

また、技術的な解析，検討の際，検査員の印象に基づく
等級区分でもって議論するには、そのデータは客観性に
乏しく、個々の人の印象も相違する。

さらに前述の人間の目視検査に伴なう（１）〜（５）の
欠点は、この方式を採用する限りつきまとう問題であ
る。

課題を解決するための手段本発明は、固体撮像素子の画素出力を測定し、あらかじ
め定められた級に従って、その出力値を割り振り，級毎
に累積カウントしてゆき、このようにしてできた画素出
力の度数分布の特性，形状を、その素子の固有の電気的
特性とみなし、その度数分布を用いて、素子の特性評価
を行なうものである。

また本発明は、その固体撮像素子の画素出力の度数分布
の所定の分布形状と特性を、予め定めた基準となる実素
子の画素出力度数分布と比較し、特性の良否判定を行な
うものである。

すなわち、従来、人間がモニターテレビ画面を見ながら
目視検査していたものに代えて、ダーク，高温時の画素
出力を度数分布に表限し、所定の分布形状と比較し、高
温暗電流特性を検査，判定するものである。

また照度，温度，印加電圧等の定められた条件の下で実
際に動作させた固体撮像素子の画素出力を度数分布に表
現し、これを同じ条件に従った基準となる素子の度数分
布形状及び特性と比較し、画面の白傷，黒傷の状態を良
否判定するものである。

作用固体撮像素子の画素出力を度数分布に表現し、その分布
形状と特性をその素子固有の電気的特性を示すものとみ
なす事により、従来人間の目視判定により判断されてい
た画質の感応的なクラス分けは、デジタルな分布形状と
して定量化できる。分布形状のパターンにより、全体の
画面印象が数値化できる。またその形状の広がり量で画
面全体のばらつきを定量化できる。また出力値を分布形
状から直接読み取る事で、素子特性の絶対値を得る事が
できる。

固体撮像素子の評価において、画素出力を度数分布の形
状とその特性，値として表現する事により、個人差は無
くなり、あくまでも客観的な素子特性を示すデータとな
り、技術解析に耐え得る判定材料となる。

また、一定条件下で良品素子画素出力の度数分布を多数
重ね合せ、共通の分布形状と特性を抽出する事により、
所定の基準形状が求められる。この基準の度数分布形状
を予め検査装置に記憶させておく事により、測定素子の
分布形状やその特性との差を求める事ができる。そして
差の限度を数値化しておき、差が基準範囲内であれば、
良品，限度を越える場合は不良品として取り扱う事が可
能となる。

また分布形状をディプレイ表示やプリントアウトすれ
ば、その形状を見て客観的に、素子の電気的特徴を知る
事ができる。

従来画面印象を保存したり、報告するためには、等級区
分や、画面のスケッチまたは写真撮影により記録した
が、この方式によれば、デジタルで表現された度数分布
図とその特性を示す数値で、全体の画面の特徴を示す事
が可能となる。

実施例以下、本発明を図面を用いて実施例により説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す度数分布図である。

第１図は、固体撮像素子の全画素の出力を高温ダーク
（素子にまったく光を当てない）状態にして暗電流のば
らつきを測定し、所定の出力級の幅に従ってその度数を
カウントし、度数分布図を描いた例である。縦軸は発生
頻度に対応した度数を示し、単位は（個）である。全画
素数をグラフで表現するため対数表現し、横軸と交差し
た点は便宜的に０として、10¹,10²,10³,10⁴,10⁵の目盛
をつける。横軸は画素出力値を級幅で区切り、その幅内
にある素子数を数える。その結果、度数分布１が形成さ
れる。ダーク時の分布形状は例えばポアソン分布に近似
される。分布形状の端の部分で、なめらかな曲線に従わ
ない分布異状２が存在する。これは画面上の異状点を示
すものである。

第２図に第１図の度数分布に使用した固体撮像素子を高
温ダーク時にモニターテレビ上に映した例を示す。

画面全体は均一に黒いが、11個の異状点３が白点として
存在する。これは、画素の特定部分が全体の画素の平均
暗電流出力より異常に大きく、リーク電流により過剰電
荷が転送され、画面上白点となり表示されるものであ
る。

この素子の画面の特徴は、第１図の度数分布形状に表現
される。全体の画面は大きく滑らかな度数分布１として
形成され、度数分布１（山）の中心部から大きく右へは
ずれた位置に小さな分布異状２が表われている。中心部
から右に位置するほど、平均出力より大きく、画面上白
くはっきり存在する事を示す。またこの例では分布異状
２の山の高さも面積も小さい事から、合計約10個程度の
異常が存在する事が判定できる。

第３図にこの度数分布を利用した検査手順を示し、〜
の順に説明する。

各画素のアドレスとそれに対応した画素出力を測定
する。

フィルタを使用し、出力波形を平滑な波形にすると
同時に、原波形との差を抽出し、ばらつきの信号量を得
る。

画面全体の出力傾斜であるシェイディングを補正
し、人間の視覚から得る画面印象に合わせた出力の平均
値を得る。

シェイディング補正された平均値波形に、によっ
て抽出されたばらつき信号を重ね合せて、度数分布に使
用する信号を得る。

定められた出力の級幅に従って、全出力値を各級に
区分し、それぞれの級に割り振られた出力の頻度をカウ
ントする。

縦軸を度数Ｎ（回），横軸を画素出力値の級として
そのスケールに応じた度数分布を描く。

その条件に対応する基準の分布形状と測定された度
数分布を比較し、その差を定量化する。

それぞれの特性の差が、規定の範囲内に入っている
場合、合格とする。また、その分布形状の特性差が規定
外のものがあった場合不合格とする。

規定外の部分を表示した場合、異常点アドレスとそ
の出力値を表示する事ができる。

第４図に基準パターン形状４と検査対象の度数分布形状
５の比較による検査方法を述べる。

基準パターン形状４は、良品素子の画素出力度数分布形
状を多数重ね合せ、その共通形状及びそのばらつき範囲
から定める。検査に際しては、基準パターン形状４の平
均値と検査対象の度数分布形状５の平均値８を合わせ
る。この２つのパターン形状を重ね合せ、基準パターン
形状４より越える相違形状６の個数と画素出力値の差を
抽出する。また画面の特徴を、カーブの傾斜が０になる
極点を求め、平均値８と極点の差７を求めて画面の特徴
をとらえ、白点または黒点の強度と極点の高さや面積か
ら判る個数により合否判定を行なう。

第５図は形状の要素比較を示すものである。分布形状を
決定する要素を、基準パターン形状４と比較し、その差
が予め定められた範囲内であるかどうかを判定し、合否
を決定する。その要素における差とは、最高度数の差
（Δｈ）9,平均値の差（Δｘ）10,標準偏差シグマ（ば
らつき）σ値の比較11,画素出力の最小値（Min）12の比
較，画素出力の最大値（Max）13の比較，平均値と最
小値Minとの差（W₁）14,平均値と最大値Maxとの差（W
₂）15等である。これらの要素を基準パターン形状４と
比較する事により、その固体撮像素子の電気特性の良否
を判定することができる。

第６図は代表的な画質とそれに対応する度数分布の形状
を示す。

（ａ）〜（ｃ）は、高温ダーク検査での画面印象と度数
分布形状であり、各検査対象の度数分布形状５と基準パ
ターン形状４を比較し、検査判定に使用する。

（ａ）は、画面16のバックグランドが黒く、その中に浮
き出るように全面に多数の白点が存在している状態を示
している。この素子の出力値の分布形状５は、ピーク値
は基準パターン形状４のピーク値とほぼ同じ横軸上の位
置にあるが、白点の原因となる膨らみが中央部右側に基
準パターン４との相違形状６として表わされる。この例
の場合、相違する面積（個数）が広い事より多数の白点
が全面に広がっている事がわかる。

（ｂ）は、画面17のバックグラウンドが全体に白く、さ
らに全面白ザラ（細かく白点が存在し画面が荒れた印象
を持つ）が強い例である。

この素子の画素出力値分布は、基準パターン形状４に対
し分布形状の平均値が横軸右側へ大きくずれ、全体にリ
ーク電流が多い事を示す。またMin,Max値の広がりも通
常の２倍以上であり、画面の均質性が低く、全体が白く
荒れている事を示す。

（ｃ）は、画面18のバックグラウンドが均一に黒く、数
個の明瞭な白点が存在する例である。

この素子の画素出力分布は、基準パターン形状４に対し
形状，平均値とも、ほとんど一致しているが、平均値か
ら右側（高出力側）に離れた部分が小さな分布異状６を
形成している。これは、周囲の出力値に比べ、大きいリ
ーク電流を待つ素子が数個存在し、白点の原因になって
いる事を示す。

（ｄ）は、一定の光量（例えば、標準光量，低，高照度
等の条件）時の固体撮像素子の画素出力分布形状とその
画面である。画面19は、光量に対応した明るさのバック
グラウンドを持つが、数点の黒点と白点が存在する。

この素子の画素出力分布は、基準パターン形状４にほぼ
一致しているが、平均値の左右に（低，高の両出力側）
に、基準パターン形状４と相違する小さい分布異状６が
存在する。これは周囲の画素の出力より、かなり低い電
荷量と高い電荷量を発生させている画素が、少数個存在
する事を示す。横軸における平均値と左右の分布異状６
の差が大きい程、黒点，白点の明瞭さが増し、目立つ存
在となる。また分布異状６の高さ，面積が大きくなると
黒点及び白点の数が多く存在する事を示す。

発明の効果以上の説明からも明らかなように本発明は、固体撮像素
子の評価方法として、その画素出力を度数分布に表現し
その分布形状とその特性を用いて固体撮像素子の電気的
特性を判断するため、従来、通常のテスターや検査装置
では判定できず、人間がモニターテレビに映る画像を目
視し選別する感応検査で行なっていた領域を、高速に、
しかも高い再現性をもって定量評価する事が可能とな
る。

また、良品素子の画素出力の度数分布形状を基準パター
ンとし、そのばらつき範囲を規定し、測定された素子の
画素出力度数分布形状と比較判断することにより、固体
撮像素子の電気特性による良否判定と選別が可能とな
る。さらに測定された素子の画素出力の度数分布形状の
特徴を用いて画面全体の印象が定量表現できるため、検
査対象素子をその不良項目別に区分けすることも容易に
なる。

また基準パターン形状する差の量を変更する事により、
規格を広げたり狭めたりする事ができ、ユーザー毎に要
望，規格が相違する場合でも、正確に対応可能となる。
しかも、目視による感応検査の欠点であるところの、
「画面印象を基準とした定量表現できない主観の判定基
準」を数値化，図形化した定量表現にする事により、常
に一定の判定基準で検査し出荷する事ができる。

この様に本発明の固体撮像素子の検査方法によれば、迅
速で正確な素子特性の判定と良否選別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の検査方法の一実施例に
おける画素出力の度数分布図、第２図は第１図の度数分
布に使用した固体撮像素子をモニターテレビ上に映した
例を示す図、第３図は画素出力の度数分布を利用した検
査方法の検査手順を示す図、第４図は基準パターン形状
と検査対象の度数分布形状の比較による検査方法を説明
するための図、第５図はその形状要素の比較を示す図、
第６図（ａ）〜（ｄ）は代表的な画質とそれに対応する
度数分布形状を示す図である。１……度数分布、２……分布異状、３……異常点（白
点）、４……基準パターン形状、５……検査対象の度数
分布形状、６……相違形状と個数、７……傾斜極点と平
均値の差、８……平均値を合致させた点、９……最高度
数の差（Δｈ）、10……平均値の差（Δ）、11……ば
らつき、12……最小値（Min）、13……最大値（Max）、
14……平均値と最小値の差（W₁＝−Min）、15……最
大値と平均値の差（W₂＝Max−）、16……バックグラ
ウンドが黒く多数の白点が全面に存在する画面、17……
バックグラウンドが白く全面に白ザラが強い画面、18…
…バックグラウンドが均一に黒く、数個の明瞭な白点が
存在する画面、19……一定光量条件時数点の黒点と白点
が存在する画面。

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−306785（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−100879（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−175777（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73950（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の各画素出力を度数分布に表
現し、その分布形状または特性に基づいて前記固体撮像
素子の電気的特性を判定することを特徴とする固体撮像
素子の検査方法。
【請求項２】固体撮像素子の各画素出力を度数分布に表
現し、この度数分布のパターン形状又は特性と、予め定
められた基準となる度数分布を表す基準パターン形状又
は特性とを比較し、前記固体撮像素子の特性の良否判定
を行うことを特徴とする固体撮像素子の検査方法。
【請求項３】最高度数，平均値，標準偏差値，画素出力
の最小値，画素出力の最大値，平均値と最小値の差，平
均値と最大値の差のうち少なくともひとつを比較して固
体撮像素子の特性の良否判定を行うことを特徴とする請
求項２記載の固体撮像素子の検査方法。
【請求項４】固体撮像素子に光を照射しない状態でかつ
高温時の各画素出力を度数分布に表現し、この度数分布
のパターン形状又は特性と、予め定められた基準となる
度数分布を表す基準パターン形状又は特性とを比較し、
前記固体撮像素子の等級区分を判定することを特徴とす
る固体撮像素子の検査方法。
【請求項５】固体撮像素子の各画素出力を度数分布に表
現し、この度数分布のパターン形状又は特性と、予め定
められた基準となる度数分布を表す基準パターン形状又
は特性とを比較し、前記度数分布の平均値の上側又は下
側に現われる異常分布により、前記固体撮像素子の画面
上の黒傷，白傷の状態を判定することを特徴とする固体
撮像素子の検査方法。