用於高速圖像獲取的基於中介層的成像傳感器及檢驗系統的製作方法

2023-05-18 09:59:01 4

用於高速圖像獲取的基於中介層的成像傳感器及檢驗系統的製作方法
【專利摘要】本發明包含：中介層，其安置於襯底的表面上；光感測陣列傳感器，其安置於所述中介層上，所述光感測陣列傳感器經背部薄化且經配置用於背部照明，所述光感測陣列傳感器包含像素列；一個或一個以上放大電路元件，其經配置以放大所述光感測陣列傳感器的輸出，所述放大電路操作地連接到所述中介層；一個或一個以上模/數轉換電路元件，其經配置以將所述光感測陣列傳感器的輸出轉換為數位訊號，所述ADC電路元件操作地連接到所述中介層；一個或一個以上驅動器電路元件，其經配置以驅動所述陣列傳感器的時鐘或控制信號，所述中介層經配置以電耦合所述光感測陣列傳感器、所述放大電路、所述轉換電路、所述驅動器電路或一個或一個以上額外電路中的至少兩者。
【專利說明】用於高速圖像獲取的基於中介層的成像傳感器及檢驗系統
【技術領域】
[0001]本發明大體來說涉及適合在半導體檢驗系統中實施的成像傳感器，且更特定來說，涉及在矽中介層架構中製作的基於電荷耦合裝置的成像傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著對經改進檢驗能力的需求不斷增加，對經改進圖像傳感器裝置的需求也將增加。通常，檢驗系統利用每個傳感器配備有多個讀出寄存器的區域傳感器，藉此每一讀出寄存器循序地輸出16、32或更多列。就這一點來說，典型檢驗系統可使用一個或兩個傳感器陣列。由於電荷耦合裝置(CCD)的低噪聲及高量子效率，當前檢驗技術中所包含的圖像傳感器通常包含電荷耦合裝置。另外，典型傳感器陣列可經背部薄化且從背部照明，以便最大化量子效率，此在短(深UV)波長下是特別有利的。典型陣列傳感器沿所述傳感器的每一側可由數百到數千個像素組成。像素維度通常近似為約ΙΟμπι與約20μπι之間。
[0003]通常，每一圖像傳感器安裝於電路板上或連接到電路板。所述電路板可含有用於驅動各種時鐘及柵極信號的驅動器、放大器、雙重相關取樣電路及用於將模擬信號轉換為數位訊號的數位化器。所述電路板還可包含用於將數位訊號發射到相關聯圖像處理計算機的發射器。在一些情況中，可將多達16個數位化器安裝在具有圖像傳感器的組合件內部以便與將數位化器安裝在電路板上相比幫助減少傳感器的輸出與數位化器的輸入之間的電容。然而，現有技術的檢驗系統的速度限制為約每秒IO9個像素，其中縮放能力接近每秒IOltl個像素。超出 此水平的連續縮放是不實際的。如此，期望糾正現有技術的缺陷且提供能夠擴展到基於圖像傳感器陣列的檢驗技術的速度的方法及系統。

【發明內容】

[0004]本發明揭示一種基於中介層的圖像感測裝置。在一個方面中，所述裝置可包含(但不限於):至少一個中介層，其安置於襯底的表面上；至少一個感測陣列傳感器，其安置於所述至少一個中介層上，所述一個或一個以上光感測陣列傳感器經背部薄化，一個或一個以上光感測陣列傳感器經配置用於背部照明，所述一個或一個以上光感測陣列傳感器包含多個像素列；至少一個放大電路元件，其經配置以放大一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出，所述一個或一個以上放大電路操作地連接到所述中介層；至少一個模/數轉換電路元件，其經配置以將一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出轉換為數位訊號，所述一個或一個以上模/數轉換電路操作地連接到所述中介層；至少一個驅動器電路元件，其經配置以驅動一個或一個以上光敏陣列傳感器的時鐘信號或控制信號中的至少一者，所述一個或一個以上驅動器電路元件操作地連接到所述中介層；及至少一個額外電路元件，其操作地連接到所述一個或一個以上中介層，所述中介層經配置以電耦合所述一個或一個以上光感測陣列傳感器、所述一個或一個以上放大電路、所述一個或一個以上轉換電路、所述一個或一個以上驅動器電路或所述一個或一個以上額外電路中的至少兩者。
[0005]本發明揭示一種用於製作基於中介層的圖像感測裝置的方法。在一個方面中，所述方法可包含(但不限於):提供襯底；將至少一個中介層安置到所述襯底的表面上；及將光敏陣列傳感器安置到所述至少一個中介層的表面上，所述光敏陣列傳感器經背部薄化且經配置用於背部照明，所述至少一個中介層包括以下各項中的至少一者:一個或一個以上放大電路元件，其經配置以放大所述一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出；一個或一個以上模/數轉換電路元件，其經配置以將一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出轉換為數位訊號；一個或一個以上驅動器電路元件；或一個或一個以上額外電路元件。
[0006]本發明揭示一種併入有基於中介層的成像裝置的檢驗系統。在一個方面中，所述系統可包含(但不限於):照明源，其經配置以朝向安置於樣本載臺上的目標物體的表面引導照明；檢測器，所述檢測器包括至少一個光敏陣列裝置，所述至少一個光敏陣列裝置包括安置於至少一個中介層上的至少一個經背部薄化的光敏陣列傳感器，所述至少一個經背部薄化的光敏陣列傳感器進一步經配置用於背部照明，所述至少一個中介層包括以下各項中的至少一者:一個或一個以上放大電路元件、一個或一個以上模/數轉換電路元件、一個或一個以上驅動器電路元件或一個或一個以上額外電路元件；一組聚焦光學器件，其經配置以將照明聚焦到晶片的表面上；及一組收集光學器件，其經配置以將從目標物體的表面反射的照明引導到檢測器。
[0007]應理解，前述大體說明及以下詳細說明兩者僅為示範性及解釋性的且未必限制所主張的本發明。併入本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖圖解說明本發明的實施例，並與所述大體說明一起用於解釋本發明的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]所屬領域的技術人員可通過參考附圖來更好地理解本發明的眾多優點，附圖中:
[0009]圖1A圖解說明 根據本發明的實施例的基於中介層的成像裝置的橫截面示意圖。
[0010]圖1B圖解說明根據本發明的實施例的基於中介層的成像裝置的俯視圖。
[0011]圖1C圖解說明根據本發明的實施例的TDI陣列傳感器的俯視圖。
[0012]圖2圖解說明根據本發明的實施例的基於中介層的成像裝置的橫截面圖。
[0013]圖3圖解說明根據本發明的實施例的基於中介層的光敏陣列傳感器的電荷轉換放大器。
[0014]圖4A圖解說明根據本發明的實施例的基於中介層的成像裝置的選擇電路元件的處理鏈。
[0015]圖4B圖解說明根據本發明的實施例用於基於中介層的成像裝置的時鐘信號的中介層的一個或一個以上緩衝器及驅動器。
[0016]圖4C圖解說明根據本發明的實施例用於基於中介層的成像裝置的控制信號的中介層的一個或一個以上緩衝器及驅動器。
[0017]圖5圖解說明根據本發明的實施例用以驅動成像裝置的光敏陣列傳感器的多相時鐘信號。
[0018]圖6A圖解說明根據本發明的實施例的TDI傳感器模塊的俯視圖。
[0019]圖6B圖解說明根據本發明的實施例的TDI傳感器模塊的側視圖。
[0020]圖6C圖解說明根據本發明的實施例的TDI傳感器模塊的側視圖。
[0021]圖7圖解說明根據本發明的實施例的TDI傳感器模塊陣列的俯視圖。[0022]圖8A圖解說明根據本發明的實施例的TDI傳感器模塊陣列的俯視圖。
[0023]圖SB圖解說明根據本發明的實施例的非矩形TDI傳感器模塊陣列的俯視圖。
[0024]圖9圖解說明根據本發明的實施例具有併入有基於中介層的成像裝置的檢測器的檢驗系統。
【具體實施方式】
[0025]現在將詳細參考在附圖中圖解說明的所揭示標的物。
[0026]大體參考圖1A到9，根據本發明描述基於中介層架構的成像裝置100。
[0027]圖1A及IB圖解說明利用中介層102構造的圖像感測裝置100的簡化示意圖。在本發明的一個方面中，基於中介層的成像裝置100可包含安置於中介層102的表面上的一個或一個以上光敏傳感器104。在一些實施例中，如本文中將進一步更詳細地論述，裝置100的一個或一個以上中介層102可包含(但不限於)矽中介層。在本發明的又一方面中，裝置100的一個或一個以上光敏傳感器104經背部薄化且進一步經配置用於背部照明。所屬領域的技術人員將認識到，經背部薄化的傳感器104當以背部照明配置布置時，可增加入射光束的光子捕獲率，藉此增加圖像感測裝置100的總體效率。
[0028]在本發明的另一方面中，圖像感測裝置100的各種電路元件可安置於中介層102上或構建到中介層102中。在一個實施例中，一個或一個以上放大電路(例如，電荷轉換放大器)(圖1A或IB中未展示)可安置於中介層102上或構建到中介層102中。在另一實施例中，一個或一個以上轉換電路108(例如，模/數轉換電路(B卩，數位化器108))可安置於中介層102上或構建到中介層102中。在另一實施例中，一個或一個以上驅動器電路106可安置於中介層102上或構建到中介層102中。舉例來說，一個或一個以上驅動器電路106可包含時序/串行驅動電路。舉例來說，一個或一個以上驅動器電路106可包含(但不限於)時鐘驅動器電路元件或復位驅動器電路元件。在另一實施例中，一個或一個以上像素柵極驅動器電路元件114可安置於中介層102上或構建到中介層102中。舉例來說，一個或一個以上像素柵極驅動器電路元件114可包含(XD/TDI像素柵極驅動器電路元件。在另一實施例中，一個或一個以上光學收發器115可安置於中介層102上或構建到中介層102中。在另一實施例中，一個或一個以上解耦電容器(未展示)可安置於中介層102上或構建到中介層102中。在又一實施例中，一個或一個以上串行發射器(圖1A或IB中未展示)可安置於中介層102上或構建到中介層102中。
[0029] 本文中進一步認識到，各種額外電路元件可安置於裝置100的中介層102上或直接構建到裝置100的中介層102中。舉例來說，安置於中介層102上或構建到中介層102中的各種電路元件可進一步包含(但不限於)柵極信號控制電路、相關雙重取樣器及信號調節電路(例如，濾波器、多路復用器、串行數據輸出裝置、緩衝器、數位訊號處理器、電壓調節器及電壓轉換器)。作為另一實例，裝置100的中介層102可進一步包含例如(但不限於)電晶體(例如，場效應電晶體、雙極電晶體等)、二極體、電容器、電感器及電阻器等額外電路元件。本文中進一步預期，在一般意義上，適用於在成像傳感器背景中接收、處理、調節、控制及/或發射信號的任何一個或一個以上電路元件可在本發明的範圍內實施。如此，關於安置於中介層102上或構建到中介層102中的各種電路元件的以上說明並非限制性的，而應解釋為僅是說明性的。[0030]在又一實施例中，本文中所描述的電路元件(例如，驅動器106或數位化器108)中的一者或一者以上可作為中介層102中的電路構建到裝置100中。或者，本文中所描述的一個或一個以上電路元件可包括安置於中介層102的表面上的多個裸片。
[0031]在本發明的又一方面中，中介層102可進一步包含經配置以將多個模/數轉換器的兩個或兩個以上輸出組合成用於裝置100輸出的一個或一個以上高速串行位流的邏輯。
[0032]在本發明的另一方面中，一個或一個以上支撐結構可安置於光敏陣列傳感器104的底部表面與中介層102的頂部表面之間以便為傳感器104提供物理支撐。在一個實施例中，多個焊料球116可安置於光敏陣列傳感器104的底部表面與中介層102的頂部表面之間以便為傳感器104提供物理支撐。本文中認識到，儘管傳感器104的成像區可不包含外部電連接，但對傳感器104的背部薄化致使傳感器104變得越來越柔性。如此，可利用焊料球116以加強傳感器104的成像部分的方式將傳感器104連接到中介層102。在替代實施例中，可將底填充材料安置於光敏陣列傳感器104的底部表面與中介層102的頂部表面之間以便為傳感器104提供物理支撐。舉例來說，可將環氧樹脂安置於光敏陣列傳感器104的底部表面與中介層102的頂部表面之間。
[0033]在另一實施例中，光感測陣列傳感器104可包含紫外(UV)抗反射塗層。在又一實施例中，所述抗反射塗層可安置於陣列傳感器104的背部表面上。就這一點來說，抗反射塗層可生長於陣列傳感器104的背部表面上。在一個實施例中，UV抗反射塗層可包含直接生長於陣列傳感器104的矽表面上的熱氧化物(例如，氧化矽)。在另一實施例中，例如在極遠UV(EUV)檢驗系統(參見圖9)的背景中，EUV抗反射塗層可包含基於氮化物的材料(例如，氮化矽)。在又一實施例中，一個或一個以上額外電介質層可沉積或生長於熱氧化物層或氮化物層的表面上。
[0034]在本發明的另一方面中，中介層102及各種額外電路元件(例如，放大電路、驅動器電路106、數位化器電路108等)安置於襯底110的表面上。在又一方面中，襯底110包含具有高導熱率的襯底(例如，陶瓷襯底)。就這一點來說，襯底110經配置以便為傳感器104/中介層102組合件提供物理支撐，同時也為裝置100提供用於將熱有效地傳導離開成像傳感器104及各種其它電路元件(例如，數位化器106、驅動器電路108、放大器等)的構件。本文中認識到,所述襯底可包含此項技術中已知的任何剛性高導熱襯底材料。舉例來說，襯底110可包含(但不限於)陶瓷襯底。舉例來說，襯底110可包含(但不限於)氮化招。
[0035]在又一方面中，在其中裝置100包含基於半導體的中介層102(例如，基於矽的中介層)的情景中，中介層102本身可包含內建式有源及無源電路組件(例如電阻器、電容器及電晶體)。此外，與模/數轉換(ADC)電路元件及其它讀出電路元件相比，驅動器電路108要求可具有不同電壓要求。在此情況中，實施經由針對驅動器電路優化的製造工藝而構造的中介層且接著使用此項技術中已知的方法(例如倒裝晶片或線接合組裝)將ADC電路附接到中介層102可為有利的。驅動器電路通常需要產生多伏擺幅所需的較高電壓能力，且可包含負電壓能力及正電壓能力兩者。
[0036]在另一實施例中，襯底110可經配置以提供到插座或下伏印刷電路板(PCB)的界面。舉例來說，如圖1A中所展示，襯底110可經由互連件112提供中介層102與插座或PCB之間的互連。所屬領域的技術人員將認識到，襯底110可操作地耦合到下伏PCB且以多種方式進一步電耦合到插座或PCB，以上所有均被解釋為在本發明的範圍內。
[0037]圖1C圖解說明根據本發明的一個實施例適合在成像傳感器裝置100中使用的二維光敏傳感器的俯視圖。在本發明的一個實施例中，所述二維光敏傳感器陣列可包括電荷耦合裝置(CXD)陣列。在又一實施例中，用作本發明的裝置100的陣列傳感器104的二維傳感器陣列可包含(但不限於)時域積分(TDI)裝置。就這一點來說，如圖1C中所展示的像素陣列構成成像區121。舉例來說，TDI傳感器可含有具有256X2048個像素或更大的大小的陣列。所屬領域的技術人員將認識到，照明源可用以照明半導體晶片表面(參見圖9的908)。接著晶片將照明反射到一個或一個以上TDI傳感器104上。接著所接收光子在傳感器104上的入射點處產生光電子。
[0038]TDI傳感器104可在其掃描晶片時連續地積累電荷。TDI傳感器又可以與傳感器104相對於傳感器圖像移動的速率大體相同的速率沿像素列122轉移電荷。在又一實施例中，TDI傳感器104可包含一個或一個以上溝道止擋件123。溝道止擋件123防止電子或電荷從成像區121內的一個列移動到另一列。基於TDI的陣列傳感器大體描述於2009年10月27日發布的第7，609，309號美國專利中，所述美國專利以引用的方式併入本文中。
[0039]在本發明的一個實施例中，與陣列傳感器104相關聯的放大器120經配置以接收光感測陣列傳感器104的單個像素列的輸出。在替代實施例中，與陣列傳感器104相關聯的單個放大器120經配置以接收光感測陣列傳感器104的兩個或兩個以上像素列的輸出。在又一實施例中，與傳感器104相關聯的一個或一個以上緩衝器放大器可在中介層102上接近於傳感器的一個或一個以上輸出120而製作。
[0040]圖2圖解說明裝置100的中介層102的一部分的示意性橫截面圖。在一個方面中，中介層102可安置於晶片201 (例如，矽晶片)上。在又一方面中，兩個或兩個以上互連層202可形成於晶片201的頂部 表面上。儘管圖2中所圖解說明的實施例描繪兩個此類互連層，但本文中應注意，可在本發明的背景內實施任何數目個互連層。舉例來說，裝置100的中介層102可包含安置於晶片201的頂部表面上的三個、四個、五個、六個、七個或八個(等等)互連層。在又一方面中，一個或一個以上襯墊204可安置於一個或一個以上互連層202的頂部表面上。所屬領域的技術人員將認識到，中介層102的襯墊204可允許將各種電路組件及裸片附接到中介層102。此類電路組件及裸片可利用焊料凸塊或銅柱(參見圖1A的116)連接到襯墊。在額外方面中，中介層102可包含經配置以將一個或一個以上襯墊204與其它電路組件電耦合在一起的一個或一個以上導電通孔206。在一些實施例中，導電通孔206可包含(但不限於)銅通孔或鎢通孔。此外，中介層102可包含經配置以將一個或一個以上通孔206電耦合在一起的一個或一個以上導電互連件208。在一些實施例中，導電互連件208可包含(但不限於)銅互連件、鋁互連件、金互連件或鎢互連件。在一般意義上,本文中認識到，中介層102的導電通孔206及導電互連件208可利用此項技術中已知的適合在圖像感測電路組件的背景中實施的任何導電材料來製作。
[0041]在又一方面中，中介層102可包含經配置以將安置於晶片203的頂部表面上的一個或一個以上電路元件電耦合到安置於晶片201的底部表面205上的襯墊212的一個或一個以上穿晶片通孔210(即，穿矽通孔)。在一些實施例中，在將電路元件安置於中介層102的晶片201的底部205上之前，可將晶片201薄化到厚度介於大致100 μ π!與200 μ m之間。在又一實施例中，可將焊料球214附接到襯墊212，藉此允許中介層102附接及電連接到裝置100的襯底110(參見圖1A及1B)。
[0042]本文中預期，本發明的基於中介層的架構允許傳感器104及相關聯電路元件(驅動器、放大器、信號處理及數位化電路)利用不同製作技術來製作，但緊密接近於彼此安置，藉此相對於常規襯底產生較高互連密度。
[0043]此外，矽的高導熱率允許將來自裝置的電子器件的熱有效轉移到相關聯襯底或額外散熱器。
[0044]圖3圖解說明根據本發明的實施例的電荷轉換放大器300的電路圖。在本發明的一些實施例中，裝置100可經配置使得每一電荷轉換放大器120與光傳感器陣列104的單個輸出相關聯。在替代實施例中，裝置100可經配置使得每一電荷轉換放大器120與光傳感器陣列104的兩個或兩個以上(例如，2個或4個)輸出相關聯，如本發明的圖1C中所展示。
[0045]在本發明的一個方面中，從裝置100的光敏陣列104的輸出轉移的電荷在連接302處被輸入到放大器120中。在一個例子中，於是斷言復位308，電晶體304可將信號電平箝位到參考電壓Vref306。在另一例子中，當未斷言復位308時，來自輸入302的電荷被轉移到感測節點電容器310，藉此更改電容器的電壓。在又一方面中，電晶體304及312用以緩衝電容器310上的電壓，因此放大輸出電流。在另一方面中，電阻器316及318用以設定相應電晶體312及314的漏極電流。此外，放大器120的輸出320可進一步經配置用於輸入到裝置100的下一級中。本文中認識到，放大器120的以上說明並非限制性的且應解釋為僅是說明性的。本文中預期，其它放大器配置可適合在本發明的背景中實施。舉例來說，儘管圖3圖解說明雙電晶體放大器，但本文中應注意，放大器120的單電晶體及三電晶體配置也可適合在本發明中實施。
[0046]在一些實施例中，本發明的電荷轉換放大器120可併入到光敏陣列傳感器104中。以此方式，一個或一個以上緩衝器(未展示)可緊鄰來自光感測陣列傳感器104的每一信號輸出放置於中介層102中(或其上)。在此實施例中，對輸出320加負載的電容通常比在其中未實施矽中介層的例子中小得多，藉此允許電晶體314更小或將其完全省略。較小電晶體314又允許增加用於裝置100的傳感器104的輸出通道的數目。
[0047]圖4A圖解說明根據本發明的基於中介層的裝置100的關鍵電路元件的一個布置的框圖。在一個實施例中，中介層102的電路功能可通過在中介層102上製作的一個或一個以上電路兀件實施。在另一實施例中，中介層的電路功能可通過在中介層102的頂部表面上接合的多個裸片中的一個或一個以上電路元件來實施。進一步認識到，中介層102的電路功能可經由在中介層102上製作相關聯的電路元件及經由在中介層102的表面上進行多裸片接合來同時實施。本文中進一步認識到，由於當與典型集成電路裝置相比時矽中介層的相對大面積，成品率可受影響，除非中介層上的電路密度保持低。如此，在一些實施例中，中介層102可經構造以含有低電路密度。舉例來說，中介層102可經構造以包含互連件及非關鍵緩衝器電路元件。在又一實施例中，所有複雜或先進設計規則電路元件可在經製作且在附接到中介層102之前經測試的單獨裸片中實施。
[0048]在一個方面中，可在402處將來自光敏陣列傳感器104的一個或一個以上輸出信號輸入到中介層102電路中。在此意義上，輸入信號(即，來自傳感器104的輸出信號)可從一個或一個以上電荷轉換放大器120發出，例如圖1C中所描繪的那些放大器或圖3中所描繪的放大器120的實施例。在第一步驟中，可將信號發射到緩衝器404。本文中認識到，緩衝器404置於來自光敏陣列傳感器104的信號輸出上的電容性負載的最小化是相對重要的。在一些實施例中，緩衝器404可製作於中介層102中，使得緩衝器404緊密接近於將饋入到緩衝器404中的傳感器104的輸出連接器而定位。接著，將緩衝器404的輸出耦合到相關雙重取樣模塊406。此外,利用模/數轉換器408將雙重相關取樣模塊406的輸出轉換為數位訊號。接下來，可經由FIFO緩衝器410緩衝模/數轉換器408的輸出。接著可將來自FIFO緩衝器410的經緩衝數位訊號作為一個輸入412發射到多路復用器414中。
[0049]在又一實施例中，可多次複製處理鏈416 (即，上文所描述的電路元件)以適應來自光敏陣列傳感器104的多個輸出，其中每一處理鏈416連接到多路復用器414的單獨輸入(例如，輸入416、輸入418、輸入420等等)。本文中認識到，圖4A中所描繪的多路復用器414並非限制性的且應解釋為僅是說明性的。舉例來說，應注意，多路復用器414可包含少於四個輸入或四個以上輸入。此外，通過串行轉換器及驅動器422將來自多路復用器414的輸出轉換為高速串行信號且接著在輸出連接器424處從中介層輸出。
[0050]在又一實施例中，來自高速串行驅動器422的串行輸出424可通過一個或一個以上光纖電纜發射到檢驗工具(參見圖9)的圖像處理計算機。在一些實施例中，光纖發射器可安裝於娃中介層102上。在替代實施例中，光纖發射器可安裝於襯底110上。在額外實施例中，光纖發射器可接近於襯底110的連接器安裝於印刷電路板(PCB)上。由於串行發射的高速度，有必要最小化串行數據驅動器422的輸出與光纖發射器之間的電容。將光纖發射器安裝在中介層102上或襯底110上允許將光纖發射器靠近串行數據驅動器422放置，而使得連接信號上的電容最小化。本文中認識到，電容的減小有助於減小驅動裝置100的一個或一個以上信 號所需的驅動電流，藉此減小裝置100所消耗的總體功率。
[0051]在圖4B中所圖解說明的另一實施例中，中介層102可包含用於時鐘信號的一個或一個以上緩衝器及/或驅動器。舉例來說，可將時鐘信號430發射到時鐘驅動器432且接著作為信號434發送到光敏圖像傳感器104。在進一步實施例中，可針對每一傳感器104存在多個(例如，兩個、三個、四個或四個以上)時鐘信號，在此情況中可利用多個驅動器432。作為圖4C中所圖解說明的另一實例，控制信號440可通過緩衝器/驅動器442緩衝且接著作為信號444發送到光敏陣列傳感器104。同樣，可存在多個控制信號，藉此需要多個相關聯緩衝器/驅動器442。在又一實施例中，用於時鐘及控制信號的緩衝器及驅動器可實施為附接到中介層102的電路裝置或實施為中介層102內的電路。在另一實施例中，用於時鐘及控制信號的緩衝器及驅動器可在PCB上實施且經配置以使信號通過中介層102到達光敏圖像傳感器104。
[0052]本文中認識到，圖4A到4C的說明並非限制性的且應解釋為僅是說明性的。本文中進一步認識到，上文所展示的所有功能可在中介層組合件中或在其上實施。此外，預期額外實施例可包含圖4A到4C中未展示的額外功能。此外，進一步認識到，圖4A到4C中所圖解說明的特定順序並非限制性的，因為預期圖4A到4C的功能可以來自圖4A到4C中所展示的順序的順序連接。舉例來說，在已通過模/數轉換器408將信號數位化之後，存在將多個數位訊號組合成一個或一個以上高速串行數據流的多種方式。
[0053]圖5圖解說明適合於驅動裝置100的光敏陣列傳感器104的多相時鐘信號。儘管圖5圖解說明三相時鐘信號，但應認識到，額外信號可適合在本發明中實施。舉例來說，取決於光敏陣列檢測器104的設計，時鐘信號可包含(但不限於)2相或4相時鐘信號。如圖5中所展示，在某些優選實施例中，時鐘信號為大致正弦形狀。在其它實施例中，本發明中所利用的時鐘信號可包含額外波形，例如(但不限於)正方形波形或梯形波形。如此，圖5中所圖解說明的基於正弦波的時鐘信號並非限制性的且應解釋為僅是說明性的。適合在本發明中實施的時鐘信號波形的實例大體描述於在2009年10月27日發布的第7，609，309號美國專利中，所述美國專利以引用的方式併入本文中。
[0054]圖6A到8B圖解說明裝置100中的多個光敏陣列傳感器104的實施方案。圖6A到6C圖解說明單個基於TDI的光敏傳感器模塊600的俯視圖及側視圖。基於TDI的傳感器模塊600可包含(但不限於)局部化驅動及信號處理電路。舉例來說，傳感器模塊600可包含TDI傳感器602、經配置以處理來自傳感器602的信號的處理電路604、時序及串行驅動電路606及像素柵極驅動器電路608。如圖6B中所展示，傳感器模塊600可進一步包含光纖610，其附接到模塊600的數據收發器612 (例如，光學收發器)以便允許驅動/處理數據在實施檢驗系統(參見圖9)的TDI傳感器模塊600與檢驗組件614之間的通信。在替代實施例中，如圖6C中所展示，光纖610可附接到安置於模塊600的中介層的與傳感器602相同側上的數據收發器612。
[0055]圖7圖解說明多個基於TDI的圖像傳感器模塊600在圖像傳感器模塊陣列700中的實施方案。在一個實施例中，鄰近行的模塊600的TDI傳感器602可經對準使得當用於連續掃描配置中時實現大致100%圖像覆蓋。舉例來說，在圖7中所展示的實施例中，上部行702可相對於下部行704偏移使得一行的TDI傳感器602定位於由鄰近行的驅動/處理電路產生的間隙中。此外，為了確保在圖像覆蓋中不存在間隙，每一 TDI傳感器602的寬度等於或大於TDI傳感器之間的空間。在此配置中，在所檢驗的晶片/掩模/光罩正沿TDI圖像掃描方向706移動時，傳感器模塊陣列700可有助於最大化EUV波長圖像捕獲。
[0056]圖8A圖解說明多 個基於TDI的圖像傳感器模塊600在圖像傳感器模塊陣列800中的替代實施方案。在此實施例中，可通過TDI傳感器模塊600的列的對準而增加所檢測數據的積分。舉例來說，傳感器模塊600的行802、804及806可捕獲及處理相同或類似光學圖像的圖像數據樣本。如此，陣列800可為所檢驗晶片、掩模或光罩的每一條區提供數據流。以此方式，積分可最小化與等離子光源相關聯的波動。陣列800也可用以減少實施檢驗系統(參見圖9)中所需要的等離子光源的均勻性及穩定性要求，藉此改進實施檢驗系統的可製造性及操作壽命。
[0057]圖SB圖解說明多個基於TDI的圖像傳感器模塊600在非矩形圖像傳感器模塊陣列850中的替代實施方案。在此實施例中，傳感器模塊600的行854及856可在中介層852上布置成非矩形柵格圖案，例如圖8B中所圖解說明的中介層。此外，行854及856的模塊可經配置使得其輸出交錯的圖像輸出數據流。傳感器模塊600的非矩形布置可改進其中照明在視場中不均勻的情景中的均勻性且可有助於減少像差。預期非矩形圖像傳感器模塊陣列可用以檢測多種照明類型。特定來說，預期非矩形圖像傳感器陣列850在EUV應用中可特別有利。
[0058]基於TDI的傳感器、傳感器模塊及傳感器模塊陣列大體描述於在2010年6月18日申請的第12/812，950號美國專利申請案中，所述專利申請案以引用的方式併入本文中。
[0059]在又一實施例中，本文中預期多個圖像傳感器104(例如，TDI傳感器)可安裝於一個矽中介層102上，或多個中介層102可並排安裝，或兩者均有，以便增加光收集面積。陣列700、800及850圖解說明本發明的基於中介層的傳感器104可隨之延伸的傳感器模塊陣列。本文中進一步應注意，模塊陣列700、800及850實例並非限制性且應僅解釋為說明性。本文中預期，本發明通篇所描述的光敏陣列傳感器104可實施為多種傳感器模塊化陣列圖案。
[0060]圖9圖解說明併入有本發明通篇所描述的基於中介層的成像裝置100中的一者或一者以上的檢驗系統900。
[0061]在一個方面中，檢驗系統900經配置以檢測安置於樣本載臺912上的半導體晶片908上的缺陷。檢驗系統900可包含此項技術中已知的任何適當檢驗系統，例如(但不限於)明視場檢驗系統或 暗視場檢驗系統。在又一方面中，檢驗系統900可經配置以在明視場及暗視場模式兩者中操作。在另一方面中，檢驗系統900可配置有反射光學器件以作為在EUV波長下操作的極遠UV(EUV)光掩模檢驗系統操作。舉例來說，檢驗系統900可經配置以在13.5nm的波長或5nm的波長下或接近所述波長操作。在一般意義上，儘管未圖解說明，但檢驗系統900可包含適用於檢驗一個或一個以上晶片、光罩或光掩模的任何檢驗系統。
[0062]在又一方面中，檢驗系統900可包含照明源902、配備有基於中介層的成像裝置906的檢測器904及分束器910。本文中認識到，如本文中先前所描述及本發明通篇所描述的基於中介層的成像裝置100可用作檢驗系統900的一個或一個以上成像裝置906。如此，光敏陣列傳感器104及成像裝置100的說明應解釋為適用於系統900的成像裝置906。在此意義上，成像裝置906的TDI傳感器包含安裝於矽中介層上的二維光敏陣列。所述矽中介層可包含連接到來自光敏陣列的每一列輸出的放大器電路。矽中介層組合件可進一步包含用於驅動光敏陣列的時鐘及其它控制信號的驅動器、相關雙重取樣及用於將所述放大器的輸出轉換為數位訊號且輸出串行位流的數位化器。驅動器及數位化器功能可內建為中介層中的電路，或可由安置於矽中介層上的多個裸片組成，或兩者的組合。
[0063]照明源902可包含此項技術中已知的任何照明源。舉例來說，照明源106可包含窄帶光源，例如雷射源。作為另一實例，照明源902可包含寬帶源，例如氙燈。在進一步實施例中，照明源902可經配置以產生EUV光。舉例來說，EUV光源可包含經配置以產生在EUV範圍中的光的放電產生等離子(DPP)光源或雷射產生等離子(LPP)光源。舉例來說，EUV照明源可產生在13.5nm的波長或5nm的波長下或接近所述波長的光。
[0064]在一些實施例中，如圖9中所圖解說明，照明源902可經配置以將光引導到分束器910。繼而，分束器910可經配置以將來自照明源902的光引導到安置於樣本載臺912上的晶片908的表面。此外，分束器910可經配置以將從晶片908反射的光透射到檢測器904。
[0065]檢測器904可包含此項技術中已知的任何適當檢測器。在一個方面中，檢測器904可包含基於電荷耦合裝置的檢測器。就這一點來說，檢測器904可併入有如本發明通篇所描述的成像裝置100及光敏陣列傳感器104。在其它實施例中，檢測器904可被配置為連續布置的多個陣列傳感器。舉例來說，檢測器904可併入有傳感器模塊陣列，例如本文中先前所描述的傳感器模塊陣列700、800及850。
[0066]在另一實施例中，檢測器904的輸出可以通信方式耦合到一個或一個以上計算系統914。就這一點來說，一個或一個以上計算系統914可經配置以使用由檢測器904收集及發射的檢測數據來檢測晶片908上的實際缺陷。一個或一個以上計算系統914可利用此項技術中已知的任何方法及/或算法來檢測晶片上的缺陷。所屬領域的技術人員應認識到，檢驗系統900可用以檢測跨越半導體晶片分布的缺陷。舉例來說，檢驗系統900可經配置以檢測跨越晶片908的多個裸片分布的多個缺陷。
[0067]此外，一個或一個以上計算系統914可以任何適合方式(例如，通過由圖9中所展示的虛線指示的一個或一個以上發射媒體，其可包含此項技術中已知的任何適合發射媒體)耦合到檢測器904，使得計算系統914可接收由檢測器904產生的輸出。此外，如果檢驗系統900包含一個以上檢測器(未展示)，那麼一個或一個以上計算系統914可如上文所描述稱合到每一檢測器。在又一實施例中，晶片908可安置於樣本載臺912上。樣本載臺912可包含此項技術中已知的任何適當機械及/或機器人組合件。
[0068]在又一實施例中，檢驗系統900可經配直以接受來自系統900的另一子系統的指令以便動態地識別半導體晶片908的缺陷。舉例來說，檢驗系統900可接受來自系統900的一個或一個以上計算系統914的指令。在接收到來自一個或一個以上計算系統914的指令後，檢驗系統900可即刻在所提供的指令中識別的半導體晶片908的位置處執行檢驗過程。一個或一個以上計算系統914可經配置以執行本文中所描述的實施例中的任一者的任何其它步驟。
[0069]在另一實施例中，系統900的一個或一個以上計算系統914可經配置以通過可包含有線及/或無線部分的發射媒體從其它系統接收及/或獲取數據或信息(例如，來自額外檢驗系統的檢驗結果或來自度量衡系統的度量衡結果)。以此方式，發射媒體可用作系統900的一個或一個以上計算系統914與其它子系統之間的數據鏈路。此外，一個或一個以上計算系統914可經由發射媒體將數據發送到外部系統。
[0070]一個或一個以上計算系統914可包含(但不限於)個人計算機系統、大型計算機系統、工作站、圖像計算機、並行處理器或此項技術中已知的任何其它裝置。一般來說，術語「計算系統」可廣義地定義為囊括具有執行來自存儲器媒體的指令的一個或一個以上處理器的任何裝置。
[0071]實施例如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令918可經由載體媒體916發射或存儲於載體媒體916上。載體媒體916可為發射媒體，例如導線、纜線或無線發射鏈路。載體媒體916也可包含例如只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁碟或光碟或磁帶的存儲媒體。
[0072]雖然已展示並描述了本文中所描述的本發明標的物的特定方面，但所屬領域的技術人員將基於本文中的教示而明了，可在不背離本文中所描述的標的物及其較廣泛方面的情況下作出改變及修改，且因此，所附權利要求書將歸屬於本文中所描述的標的物的真正精神及範圍內的所有此類改變及修改囊括於其範圍內。此外，應理解，本發明由所附權利要求書界定。
【權利要求】
1.一種基於中介層的圖像感測裝置，其包括:至少一個中介層，其安置於襯底的表面上； 至少一個感測陣列傳感器，其安置於所述至少一個中介層上，所述至少一個光感測陣列傳感器經背部薄化，所述至少一個光感測陣列傳感器經配置用於背部照明，所述至少一個光感測陣列傳感器包含多個像素列； 至少一個放大電路元件，其經配置以放大所述至少一個光感測陣列傳感器的輸出，所述至少一個放大電路操作地連接到所述中介層； 至少一個模/數轉換電路元件，其經配置以將所述至少一個光感測陣列傳感器的輸出轉換為數位訊號，所述至少一個模/數轉換電路操作地連接到所述中介層； 至少一個驅動器電路元件，其經配置以驅動至少一個光敏陣列傳感器的時鐘信號或控制信號中的至少一者，所述至少一個驅動器電路元件操作地連接到所述中介層；及 至少一個額外電路元件，其操作地連接到一個或一個以上中介層，所述中介層經配置以電耦合所述至少一個光感測陣列傳感器、所述一個或一個以上放大電路、所述一個或一個以上轉換電路、所述一個或一個以上驅動器電路或所述一個或一個以上額外電路中的至少兩者。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少一個放大電路元件製作於所述中介層上。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少一個模/數轉換電路元件、所述至少一個驅動器電路元件或所述至少一個額外電路元件中的至少一者製作於所述中介層上。
4.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少一個模/數轉換電路元件、所述至少一個驅動器電路元件或所述至少一個額外電路元件中的至少一者製作於單獨裸片中且安置於所述中介層上。
5.根據權利要求1所述的設備，其中至少一個放大器耦合到所述光感測陣列傳感器的第一像素列的輸出。
6.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少一個放大器耦合到所述至少一個光感測陣列傳感器的第一像素列的輸出且耦合到所述至少一個光感測陣列傳感器的至少第二像素列。
7.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少一個放大器包括: 至少一個電荷轉換放大器。
8.根據權利要求1所述的設備，其中安置於所述至少一個中介層上的所述至少一個感測陣列傳感器包括: 安置於單個中介層上的兩個或兩個以上感測陣列傳感器。
9.根據權利要求1所述的設備，其中安置於單個中介層上的所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器包括: 安置於單個中介層上的兩個或兩個以上感測陣列傳感器，所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器布置成矩形柵格圖案。
10.根據權利要求1所述的設備，其中安置於單個中介層上的所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器包括: 安置於單個中介層上的兩個或兩個以上感測陣列傳感器，所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器布置成非矩形柵格圖案。
11.根據權利要求10所述的設備，其中所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器安置於單個中介層上，所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器布置成非矩形柵格圖案，包括: 安置於單個中介層上的兩個或兩個以上感測陣列傳感器，所述兩個或兩個以上感測陣列傳感器布置成非矩形柵格圖案，所述非矩形柵格圖案包含第一系列的感測陣列傳感器及第二系列的感測陣列傳感器，其中來自所述第一系列的感測陣列傳感器的圖像數據流與來自所述第二系列的感測陣列傳感器的圖像數據流交錯。
12.根據權利要求1所述的設備，其中安置於所述至少一個中介層上的所述至少一個感測陣列傳感器包括: 安置於第一中介層上的第一感測陣列傳感器及安置於至少第二中介層上的至少第二感測陣列，所述第一中介層與所述至少第二中介層連續地布置。
13.根據權利要求1所述的設備，其中至少一個光敏傳感器陣列包括: 至少一個基於電荷耦合裝置CCD的光敏傳感器陣列。
14.根據權利要求13所述的設備，其中所述至少一個基於電荷耦合裝置的光敏傳感器陣列包括: 至少一個基於時域積分TDI的光敏傳感器陣列。
15.根據權 要求1所述的設備，其中所述至少一個光敏傳感器陣列包括: 具有至少500個像素列的至少一個光敏陣列。
16.根據權利要求1所述的設備，其進一步包括: 紫外UV抗反射塗層，其安置於所述至少一個光敏傳感器陣列的表面上。
17.根據權利要求16所述的設備，其中安置於所述至少一個光敏傳感器陣列的表面上的所述紫外UV抗反射塗層包括: 熱氧化物層，所述熱氧化物層生長於所述中介層的表面上。
18.根據權利要求17所述的設備，其進一步包括: 一個或一個以上電介質層，其安置於所述熱氧化物層的表面上。
19.根據權利要求1所述的設備，其中所述中介層包括: 娃中介層。
20.根據權利要求1所述的設備，其進一步包括: 支撐結構，其定位於所述至少一個光感測陣列傳感器與所述至少一個中介層之間，其中所述支撐結構經配置以便為所述至少一個光感測陣列傳感器提供支撐。
21.根據權利要求1所述的設備，其中所述支撐結構包括: 多個焊料球。
22.根據權利要求1所述的設備，其中所述支撐結構包括: 一定量的環氧樹脂。
23.根據權利要求1所述的設備，其中所述襯底具有在選定值以上的導熱率。
24.根據權利要求23所述的設備，其中所述襯底包括: 陶瓷襯底。
25.根據權利要求1所述的設備，其中所述襯底安置於印刷電路板上。
26.根據權利要求1所述的設備，其中所述襯底經配置以提供所述中介層與印刷電路板或一個或一個以上插座中的至少一者之間的界面。
27.一種用於製作基於中介層的光敏陣列傳感器裝置的方法，所述方法包括: 提供襯底； 將至少一個中介層安置到所述襯底的表面上；及 將光敏陣列傳感器安置到所述至少一個中介層的表面上，所述光敏陣列傳感器經背部薄化且經配置用於背部照明， 所述至少一個中介層包括以下各項中的至少一者:一個或一個以上放大電路元件，其經配置以放大一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出；一個或一個以上模/數轉換電路元件，其經配置以將所述一個或一個以上光感測陣列傳感器的輸出轉換為數位訊號；或一個或一個以上驅動器電路元件；或一個或一個以上額外電路元件。
28.—種檢驗系統，其包括: 照明源，其經配置以朝向安置於樣本載臺上的目標物體的表面引導照明； 檢測器，所述檢測器包括至少一個光敏陣列裝置，所述至少一個光敏陣列裝置包括安置於至少一個中介 層上的至少一個經背部薄化的光敏陣列傳感器，所述至少一個經背部薄化的光敏陣列傳感器進一步經配置用於背部照明，所述至少一個中介層包括以下各項中的至少一者:一個或一個以上放大電路元件、一個或一個以上模/數轉換電路元件、一個或一個以上驅動器電路元件或一個或一個以上額外電路元件； 一組聚焦光學器件，其經配置以將照明聚焦到所述目標物體的所述表面上；及 一組收集光學器件，其經配置以將從所述目標物體的所述表面反射的照明引導到所述檢測器。
29.根據權利要求28所述的檢驗系統，其中所述檢驗系統包括明視場檢驗系統或暗視場檢驗系統中的至少一者。
30.根據權利要求28所述的檢驗系統，其中所述照明系統經配置以產生紫外UV光、深UV光、極遠UV EUV光或真空UV光中的至少一者。
31.根據權利要求28所述的檢驗系統，其中所述一個或一個以上驅動器電路元件經配置而以大於4伏特的電壓擺幅操作。
32.根據權利要求28所述的檢驗系統，其中所述一個或一個以上驅動器電路元件經配置而以負電壓電平及正電壓電平兩者操作。
33.根據權利要求28所述的檢驗系統，其中所述目標物體包括: 半導體晶片。
【文檔編號】H01L27/148GK104025295SQ201280053244
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2011年9月21日
【發明者】戴維·L·布朗, 國武·鄭, 勇-霍·亞歷克斯·莊, 芬卡特拉曼·伊艾 申請人:科磊股份有限公司