CN107197180B - 用于高速图像获取的基于中介层的成像传感器及检验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高速图像获取的基于中介层的成像传感器及检验系统。更具体的，本发明包含：中介层，其安置于衬底的表面上；光感测阵列传感器，其安置于中介层上，光感测阵列传感器经背部薄化且经配置用于背部照明，光感测阵列传感器包含像素列；一个或多个放大电路元件，其经配置以放大光感测阵列传感器的输出，放大电路操作地连接到中介层；一个或多个模/数转换电路元件，其经配置以将光感测阵列传感器的输出转换为数字信号，ADC电路元件操作地连接到中介层；一个或多个驱动器电路元件，其经配置以驱动阵列传感器的时钟或控制信号，中介层经配置以电耦合光感测阵列传感器、放大电路、转换电路、驱动器电路或一个或多个额外电路中的至少两者。

Description

用于高速图像获取的基于中介层的成像传感器及检验系统
本申请是发明名称为“用于高速图像获取的基于中介层的成像传感器及检验系统”，申请号为201280053244.5，申请日为2012年9月19日的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明大体来说涉及适合在半导体检验系统中实施的成像传感器，且更特定来说，涉及在硅中介层架构中制作的基于电荷耦合装置的成像传感器。
背景技术
随着对经改进检验能力的需求不断增加，对经改进图像传感器装置的需求也将增加。通常，检验系统利用每个传感器配备有多个读出寄存器的区域传感器，借此每一读出寄存器循序地输出16、32或更多列。就这一点来说，典型检验系统可使用一个或两个传感器阵列。由于电荷耦合装置(CCD)的低噪声及高量子效率，当前检验技术中所包含的图像传感器通常包含电荷耦合装置。另外，典型传感器阵列可经背部薄化且从背部照明，以便最大化量子效率，此在短(深UV)波长下是特别有利的。典型阵列传感器沿所述传感器的每一侧可由数百到数千个像素组成。像素维度通常近似为约10μm与约20μm之间。
通常，每一图像传感器安装于电路板上或连接到电路板。所述电路板可含有用于驱动各种时钟及栅极信号的驱动器、放大器、双重相关取样电路及用于将模拟信号转换为数字信号的数字化器。所述电路板还可包含用于将数字信号发射到相关联图像处理计算机的发射器。在一些情况中，可将多达16个数字化器安装在具有图像传感器的组合件内部以便与将数字化器安装在电路板上相比帮助减少传感器的输出与数字化器的输入之间的电容。然而，现有技术的检验系统的速度限制为约每秒109个像素，其中缩放能力接近每秒1010个像素。超出此水平的连续缩放是不实际的。如此，期望纠正现有技术的缺陷且提供能够扩展到基于图像传感器阵列的检验技术的速度的方法及系统。
发明内容
本发明揭示一种基于中介层的图像感测装置。在一个方面中，所述装置可包含(但不限于)：至少一个中介层，其安置于衬底的表面上；至少一个感测阵列传感器，其安置于所述至少一个中介层上，所述一个或一个以上光感测阵列传感器经背部薄化，一个或一个以上光感测阵列传感器经配置用于背部照明，所述一个或一个以上光感测阵列传感器包含多个像素列；至少一个放大电路元件，其经配置以放大一个或一个以上光感测阵列传感器的输出，所述一个或一个以上放大电路操作地连接到所述中介层；至少一个模/数转换电路元件，其经配置以将一个或一个以上光感测阵列传感器的输出转换为数字信号，所述一个或一个以上模/数转换电路操作地连接到所述中介层；至少一个驱动器电路元件，其经配置以驱动一个或一个以上光敏阵列传感器的时钟信号或控制信号中的至少一者，所述一个或一个以上驱动器电路元件操作地连接到所述中介层；及至少一个额外电路元件，其操作地连接到所述一个或一个以上中介层，所述中介层经配置以电耦合所述一个或一个以上光感测阵列传感器、所述一个或一个以上放大电路、所述一个或一个以上转换电路、所述一个或一个以上驱动器电路或所述一个或一个以上额外电路中的至少两者。
本发明揭示一种用于制作基于中介层的图像感测装置的方法。在一个方面中，所述方法可包含(但不限于)：提供衬底；将至少一个中介层安置到所述衬底的表面上；及将光敏阵列传感器安置到所述至少一个中介层的表面上，所述光敏阵列传感器经背部薄化且经配置用于背部照明，所述至少一个中介层包括以下各项中的至少一者：一个或一个以上放大电路元件，其经配置以放大所述一个或一个以上光感测阵列传感器的输出；一个或一个以上模/数转换电路元件，其经配置以将一个或一个以上光感测阵列传感器的输出转换为数字信号；一个或一个以上驱动器电路元件；或一个或一个以上额外电路元件。
本发明揭示一种并入有基于中介层的成像装置的检验系统。在一个方面中，所述系统可包含(但不限于)：照明源，其经配置以朝向安置于样本载台上的目标物体的表面引导照明；检测器，所述检测器包括至少一个光敏阵列装置，所述至少一个光敏阵列装置包括安置于至少一个中介层上的至少一个经背部薄化的光敏阵列传感器，所述至少一个经背部薄化的光敏阵列传感器进一步经配置用于背部照明，所述至少一个中介层包括以下各项中的至少一者：一个或一个以上放大电路元件、一个或一个以上模/数转换电路元件、一个或一个以上驱动器电路元件或一个或一个以上额外电路元件；一组聚焦光学器件，其经配置以将照明聚焦到晶片的表面上；及一组收集光学器件，其经配置以将从目标物体的表面反射的照明引导到检测器。
应理解，前述大体说明及以下详细说明两者仅为示范性及解释性的且未必限制所主张的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并与所述大体说明一起用于解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图来更好地理解本发明的众多优点，附图中：
图1A图解说明根据本发明的实施例的基于中介层的成像装置的横截面示意图。
图1B图解说明根据本发明的实施例的基于中介层的成像装置的俯视图。
图1C图解说明根据本发明的实施例的TDI阵列传感器的俯视图。
图2图解说明根据本发明的实施例的基于中介层的成像装置的横截面图。
图3图解说明根据本发明的实施例的基于中介层的光敏阵列传感器的电荷转换放大器。
图4A图解说明根据本发明的实施例的基于中介层的成像装置的选择电路元件的处理链。
图4B图解说明根据本发明的实施例用于基于中介层的成像装置的时钟信号的中介层的一个或一个以上缓冲器及驱动器。
图4C图解说明根据本发明的实施例用于基于中介层的成像装置的控制信号的中介层的一个或一个以上缓冲器及驱动器。
图5图解说明根据本发明的实施例用以驱动成像装置的光敏阵列传感器的多相时钟信号。
图6A图解说明根据本发明的实施例的TDI传感器模块的俯视图。
图6B图解说明根据本发明的实施例的TDI传感器模块的侧视图。
图6C图解说明根据本发明的实施例的TDI传感器模块的侧视图。
图7图解说明根据本发明的实施例的TDI传感器模块阵列的俯视图。
图8A图解说明根据本发明的实施例的TDI传感器模块阵列的俯视图。
图8B图解说明根据本发明的实施例的非矩形TDI传感器模块阵列的俯视图。
图9图解说明根据本发明的实施例具有并入有基于中介层的成像装置的检测器的检验系统。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中图解说明的所揭示标的物。
大体参考图1A到9，根据本发明描述基于中介层架构的成像装置100。
图1A及1B图解说明利用中介层102构造的图像感测装置100的简化示意图。在本发明的一个方面中，基于中介层的成像装置100可包含安置于中介层102的表面上的一个或一个以上光敏传感器104。在一些实施例中，如本文中将进一步更详细地论述，装置100的一个或一个以上中介层102可包含(但不限于)硅中介层。在本发明的又一方面中，装置100的一个或一个以上光敏传感器104经背部薄化且进一步经配置用于背部照明。所属领域的技术人员将认识到，经背部薄化的传感器104当以背部照明配置布置时，可增加入射光束的光子捕获率，借此增加图像感测装置100的总体效率。
在本发明的另一方面中，图像感测装置100的各种电路元件可安置于中介层102上或构建到中介层102中。在一个实施例中，一个或一个以上放大电路(例如，电荷转换放大器)(图1A或1B中未展示)可安置于中介层102上或构建到中介层102中。在另一实施例中，一个或一个以上转换电路108(例如，模/数转换电路(即，数字化器108))可安置于中介层102上或构建到中介层102中。在另一实施例中，一个或一个以上驱动器电路106可安置于中介层102上或构建到中介层102中。举例来说，一个或一个以上驱动器电路106可包含时序/串行驱动电路。举例来说，一个或一个以上驱动器电路106可包含(但不限于)时钟驱动器电路元件或复位驱动器电路元件。在另一实施例中，一个或一个以上像素栅极驱动器电路元件114可安置于中介层102上或构建到中介层102中。举例来说，一个或一个以上像素栅极驱动器电路元件114可包含CCD/TDI像素栅极驱动器电路元件。在另一实施例中，一个或一个以上光学收发器115可安置于中介层102上或构建到中介层102中。在另一实施例中，一个或一个以上解耦电容器(未展示)可安置于中介层102上或构建到中介层102中。在又一实施例中，一个或一个以上串行发射器(图1A或1B中未展示)可安置于中介层102上或构建到中介层102中。
本文中进一步认识到，各种额外电路元件可安置于装置100的中介层102上或直接构建到装置100的中介层102中。举例来说，安置于中介层102上或构建到中介层102中的各种电路元件可进一步包含(但不限于)栅极信号控制电路、相关双重取样器及信号调节电路(例如，滤波器、多路复用器、串行数据输出装置、缓冲器、数字信号处理器、电压调节器及电压转换器)。作为另一实例，装置100的中介层102可进一步包含例如(但不限于)晶体管(例如，场效应晶体管、双极晶体管等)、二极管、电容器、电感器及电阻器等额外电路元件。本文中进一步预期，在一般意义上，适用于在成像传感器背景中接收、处理、调节、控制及/或发射信号的任何一个或一个以上电路元件可在本发明的范围内实施。如此，关于安置于中介层102上或构建到中介层102中的各种电路元件的以上说明并非限制性的，而应解释为仅是说明性的。
在又一实施例中，本文中所描述的电路元件(例如，驱动器106或数字化器108)中的一者或一者以上可作为中介层102中的电路构建到装置100中。或者，本文中所描述的一个或一个以上电路元件可包括安置于中介层102的表面上的多个裸片。
在本发明的又一方面中，中介层102可进一步包含经配置以将多个模/数转换器的两个或两个以上输出组合成用于装置100输出的一个或一个以上高速串行位流的逻辑。
在本发明的另一方面中，一个或一个以上支撑结构可安置于光敏阵列传感器104的底部表面与中介层102的顶部表面之间以便为传感器104提供物理支撑。在一个实施例中，多个焊料球116可安置于光敏阵列传感器104的底部表面与中介层102的顶部表面之间以便为传感器104提供物理支撑。本文中认识到，尽管传感器104的成像区可不包含外部电连接，但对传感器104的背部薄化致使传感器104变得越来越柔性。如此，可利用焊料球116以加强传感器104的成像部分的方式将传感器104连接到中介层102。在替代实施例中，可将底填充材料安置于光敏阵列传感器104的底部表面与中介层102的顶部表面之间以便为传感器104提供物理支撑。举例来说，可将环氧树脂安置于光敏阵列传感器104的底部表面与中介层102的顶部表面之间。
在另一实施例中，光感测阵列传感器104可包含紫外(UV)抗反射涂层。在又一实施例中，所述抗反射涂层可安置于阵列传感器104的背部表面上。就这一点来说，抗反射涂层可生长于阵列传感器104的背部表面上。在一个实施例中，UV抗反射涂层可包含直接生长于阵列传感器104的硅表面上的热氧化物(例如，氧化硅)。在另一实施例中，例如在极远UV(EUV)检验系统(参见图9)的背景中，EUV抗反射涂层可包含基于氮化物的材料(例如，氮化硅)。在又一实施例中，一个或一个以上额外电介质层可沉积或生长于热氧化物层或氮化物层的表面上。
在本发明的另一方面中，中介层102及各种额外电路元件(例如，放大电路、驱动器电路106、数字化器电路108等)安置于衬底110的表面上。在又一方面中，衬底110包含具有高导热率的衬底(例如，陶瓷衬底)。就这一点来说，衬底110经配置以便为传感器104/中介层102组合件提供物理支撑，同时也为装置100提供用于将热有效地传导离开成像传感器104及各种其它电路元件(例如，数字化器106、驱动器电路108、放大器等)的构件。本文中认识到，所述衬底可包含此项技术中已知的任何刚性高导热衬底材料。举例来说，衬底110可包含(但不限于)陶瓷衬底。举例来说，衬底110可包含(但不限于)氮化铝。
在又一方面中，在其中装置100包含基于半导体的中介层102(例如，基于硅的中介层)的情景中，中介层102本身可包含内建式有源及无源电路组件(例如电阻器、电容器及晶体管)。此外，与模/数转换(ADC)电路元件及其它读出电路元件相比，驱动器电路108要求可具有不同电压要求。在此情况中，实施经由针对驱动器电路优化的制造工艺而构造的中介层且接着使用此项技术中已知的方法(例如倒装芯片或线接合组装)将ADC电路附接到中介层102可为有利的。驱动器电路通常需要产生多伏摆幅所需的较高电压能力，且可包含负电压能力及正电压能力两者。
在另一实施例中，衬底110可经配置以提供到插座或下伏印刷电路板(PCB)的界面。举例来说，如图1A中所展示，衬底110可经由互连件112提供中介层102与插座或PCB之间的互连。所属领域的技术人员将认识到，衬底110可操作地耦合到下伏PCB且以多种方式进一步电耦合到插座或PCB，以上所有均被解释为在本发明的范围内。
图1C图解说明根据本发明的一个实施例适合在成像传感器装置100中使用的二维光敏传感器的俯视图。在本发明的一个实施例中，所述二维光敏传感器阵列可包括电荷耦合装置(CCD)阵列。在又一实施例中，用作本发明的装置100的阵列传感器104的二维传感器阵列可包含(但不限于)时域积分(TDI)装置。就这一点来说，如图1C中所展示的像素阵列构成成像区121。举例来说，TDI传感器可含有具有256×2048个像素或更大的大小的阵列。所属领域的技术人员将认识到，照明源可用以照明半导体晶片表面(参见图9的908)。接着晶片将照明反射到一个或一个以上TDI传感器104上。接着所接收光子在传感器104上的入射点处产生光电子。
TDI传感器104可在其扫描晶片时连续地积累电荷。TDI传感器又可以与传感器104相对于传感器图像移动的速率大体相同的速率沿像素列122转移电荷。在又一实施例中，TDI传感器104可包含一个或一个以上沟道止挡件123。沟道止挡件123防止电子或电荷从成像区121内的一个列移动到另一列。基于TDI的阵列传感器大体描述于2009年10月27日发布的第7,609,309号美国专利中，所述美国专利以引用的方式并入本文中。
在本发明的一个实施例中，与阵列传感器104相关联的放大器120经配置以接收光感测阵列传感器104的单个像素列的输出。在替代实施例中，与阵列传感器104相关联的单个放大器120经配置以接收光感测阵列传感器104的两个或两个以上像素列的输出。在又一实施例中，与传感器104相关联的一个或一个以上缓冲器放大器可在中介层102上接近于传感器的一个或一个以上输出120而制作。
图2图解说明装置100的中介层102的一部分的示意性横截面图。在一个方面中，中介层102可安置于晶片201(例如，硅晶片)上。在又一方面中，两个或两个以上互连层202可形成于晶片201的顶部表面上。尽管图2中所图解说明的实施例描绘两个此类互连层，但本文中应注意，可在本发明的背景内实施任何数目个互连层。举例来说，装置100的中介层102可包含安置于晶片201的顶部表面上的三个、四个、五个、六个、七个或八个(等等)互连层。在又一方面中，一个或一个以上衬垫204可安置于一个或一个以上互连层202的顶部表面上。所属领域的技术人员将认识到，中介层102的衬垫204可允许将各种电路组件及裸片附接到中介层102。此类电路组件及裸片可利用焊料凸块或铜柱(参见图1A的116)连接到衬垫。在额外方面中，中介层102可包含经配置以将一个或一个以上衬垫204与其它电路组件电耦合在一起的一个或一个以上导电通孔206。在一些实施例中，导电通孔206可包含(但不限于)铜通孔或钨通孔。此外，中介层102可包含经配置以将一个或一个以上通孔206电耦合在一起的一个或一个以上导电互连件208。在一些实施例中，导电互连件208可包含(但不限于)铜互连件、铝互连件、金互连件或钨互连件。在一般意义上，本文中认识到，中介层102的导电通孔206及导电互连件208可利用此项技术中已知的适合在图像感测电路组件的背景中实施的任何导电材料来制作。
在又一方面中，中介层102可包含经配置以将安置于晶片203的顶部表面上的一个或一个以上电路元件电耦合到安置于晶片201的底部表面205上的衬垫212的一个或一个以上穿晶片通孔210(即，穿硅通孔)。在一些实施例中，在将电路元件安置于中介层102的晶片201的底部205上之前，可将晶片201薄化到厚度介于大致100μm与200μm之间。在又一实施例中，可将焊料球214附接到衬垫212，借此允许中介层102附接及电连接到装置100的衬底110(参见图1A及1B)。
本文中预期，本发明的基于中介层的架构允许传感器104及相关联电路元件(驱动器、放大器、信号处理及数字化电路)利用不同制作技术来制作，但紧密接近于彼此安置，借此相对于常规衬底产生较高互连密度。
此外，硅的高导热率允许将来自装置的电子器件的热有效转移到相关联衬底或额外散热器。
图3图解说明根据本发明的实施例的电荷转换放大器300的电路图。在本发明的一些实施例中，装置100可经配置使得每一电荷转换放大器120与光传感器阵列104的单个输出相关联。在替代实施例中，装置100可经配置使得每一电荷转换放大器120与光传感器阵列104的两个或两个以上(例如，2个或4个)输出相关联，如本发明的图1C中所展示。
在本发明的一个方面中，从装置100的光敏阵列104的输出转移的电荷在连接302处被输入到放大器120中。在一个例子中，于是断言复位308，晶体管304可将信号电平箝位到参考电压Vref 306。在另一例子中，当未断言复位308时，来自输入302的电荷被转移到感测节点电容器310，借此更改电容器的电压。在又一方面中，晶体管304及312用以缓冲电容器310上的电压，因此放大输出电流。在另一方面中，电阻器316及318用以设定相应晶体管312及314的漏极电流。此外，放大器120的输出320可进一步经配置用于输入到装置100的下一级中。本文中认识到，放大器120的以上说明并非限制性的且应解释为仅是说明性的。本文中预期，其它放大器配置可适合在本发明的背景中实施。举例来说，尽管图3图解说明双晶体管放大器，但本文中应注意，放大器120的单晶体管及三晶体管配置也可适合在本发明中实施。
在一些实施例中，本发明的电荷转换放大器120可并入到光敏阵列传感器104中。以此方式，一个或一个以上缓冲器(未展示)可紧邻来自光感测阵列传感器104的每一信号输出放置于中介层102中(或其上)。在此实施例中，对输出320加负载的电容通常比在其中未实施硅中介层的例子中小得多，借此允许晶体管314更小或将其完全省略。较小晶体管314又允许增加用于装置100的传感器104的输出通道的数目。
图4A图解说明根据本发明的基于中介层的装置100的关键电路元件的一个布置的框图。在一个实施例中，中介层102的电路功能可通过在中介层102上制作的一个或一个以上电路元件实施。在另一实施例中，中介层的电路功能可通过在中介层102的顶部表面上接合的多个裸片中的一个或一个以上电路元件来实施。进一步认识到，中介层102的电路功能可经由在中介层102上制作相关联的电路元件及经由在中介层102的表面上进行多裸片接合来同时实施。本文中进一步认识到，由于当与典型集成电路装置相比时硅中介层的相对大面积，成品率可受影响，除非中介层上的电路密度保持低。如此，在一些实施例中，中介层102可经构造以含有低电路密度。举例来说，中介层102可经构造以包含互连件及非关键缓冲器电路元件。在又一实施例中，所有复杂或先进设计规则电路元件可在经制作且在附接到中介层102之前经测试的单独裸片中实施。
在一个方面中，可在402处将来自光敏阵列传感器104的一个或一个以上输出信号输入到中介层102电路中。在此意义上，输入信号(即，来自传感器104的输出信号)可从一个或一个以上电荷转换放大器120发出，例如图1C中所描绘的那些放大器或图3中所描绘的放大器120的实施例。在第一步骤中，可将信号发射到缓冲器404。本文中认识到，缓冲器404置于来自光敏阵列传感器104的信号输出上的电容性负载的最小化是相对重要的。在一些实施例中，缓冲器404可制作于中介层102中，使得缓冲器404紧密接近于将馈入到缓冲器404中的传感器104的输出连接器而定位。接着，将缓冲器404的输出耦合到相关双重取样模块406。此外，利用模/数转换器408将双重相关取样模块406的输出转换为数字信号。接下来，可经由FIFO缓冲器410缓冲模/数转换器408的输出。接着可将来自FIFO缓冲器410的经缓冲数字信号作为一个输入412发射到多路复用器414中。
在又一实施例中，可多次复制处理链416(即，上文所描述的电路元件)以适应来自光敏阵列传感器104的多个输出，其中每一处理链416连接到多路复用器414的单独输入(例如，输入416、输入418、输入420等等)。本文中认识到，图4A中所描绘的多路复用器414并非限制性的且应解释为仅是说明性的。举例来说，应注意，多路复用器414可包含少于四个输入或四个以上输入。此外，通过串行转换器及驱动器422将来自多路复用器414的输出转换为高速串行信号且接着在输出连接器424处从中介层输出。
在又一实施例中，来自高速串行驱动器422的串行输出424可通过一个或一个以上光纤电缆发射到检验工具(参见图9)的图像处理计算机。在一些实施例中，光纤发射器可安装于硅中介层102上。在替代实施例中，光纤发射器可安装于衬底110上。在额外实施例中，光纤发射器可接近于衬底110的连接器安装于印刷电路板(PCB)上。由于串行发射的高速度，有必要最小化串行数据驱动器422的输出与光纤发射器之间的电容。将光纤发射器安装在中介层102上或衬底110上允许将光纤发射器靠近串行数据驱动器422放置，而使得连接信号上的电容最小化。本文中认识到，电容的减小有助于减小驱动装置100的一个或一个以上信号所需的驱动电流，借此减小装置100所消耗的总体功率。
在图4B中所图解说明的另一实施例中，中介层102可包含用于时钟信号的一个或一个以上缓冲器及/或驱动器。举例来说，可将时钟信号430发射到时钟驱动器432且接着作为信号434发送到光敏图像传感器104。在进一步实施例中，可针对每一传感器104存在多个(例如，两个、三个、四个或四个以上)时钟信号，在此情况中可利用多个驱动器432。作为图4C中所图解说明的另一实例，控制信号440可通过缓冲器/驱动器442缓冲且接着作为信号444发送到光敏阵列传感器104。同样，可存在多个控制信号，借此需要多个相关联缓冲器/驱动器442。在又一实施例中，用于时钟及控制信号的缓冲器及驱动器可实施为附接到中介层102的电路装置或实施为中介层102内的电路。在另一实施例中，用于时钟及控制信号的缓冲器及驱动器可在PCB上实施且经配置以使信号通过中介层102到达光敏图像传感器104。
本文中认识到，图4A到4C的说明并非限制性的且应解释为仅是说明性的。本文中进一步认识到，上文所展示的所有功能可在中介层组合件中或在其上实施。此外，预期额外实施例可包含图4A到4C中未展示的额外功能。此外，进一步认识到，图4A到4C中所图解说明的特定顺序并非限制性的，因为预期图4A到4C的功能可以不同于图4A到4C中所展示的顺序的顺序连接。举例来说，在已通过模/数转换器408将信号数字化之后，存在将多个数字信号组合成一个或一个以上高速串行数据流的多种方式。
图5图解说明适合于驱动装置100的光敏阵列传感器104的多相时钟信号。尽管图5图解说明三相时钟信号，但应认识到，额外信号可适合在本发明中实施。举例来说，取决于光敏阵列检测器104的设计，时钟信号可包含(但不限于)2相或4相时钟信号。如图5中所展示，在某些优选实施例中，时钟信号为大致正弦形状。在其它实施例中，本发明中所利用的时钟信号可包含额外波形，例如(但不限于)正方形波形或梯形波形。如此，图5中所图解说明的基于正弦波的时钟信号并非限制性的且应解释为仅是说明性的。适合在本发明中实施的时钟信号波形的实例大体描述于在2009年10月27日发布的第7,609,309号美国专利中，所述美国专利以引用的方式并入本文中。
图6A到8B图解说明装置100中的多个光敏阵列传感器104的实施方案。图6A到6C图解说明单个基于TDI的光敏传感器模块600的俯视图及侧视图。基于TDI的传感器模块600可包含(但不限于)局部化驱动及信号处理电路。举例来说，传感器模块600可包含TDI传感器602、经配置以处理来自传感器602的信号的处理电路604、时序及串行驱动电路606及像素栅极驱动器电路608。如图6B中所展示，传感器模块600可进一步包含光纤610，其附接到模块600的数据收发器612(例如，光学收发器)以便允许驱动/处理数据在实施检验系统(参见图9)的TDI传感器模块600与检验组件614之间的通信。在替代实施例中，如图6C中所展示，光纤610可附接到安置于模块600的中介层的与传感器602相同侧上的数据收发器612。
图7图解说明多个基于TDI的图像传感器模块600在图像传感器模块阵列700中的实施方案。在一个实施例中，邻近行的模块600的TDI传感器602可经对准使得当用于连续扫描配置中时实现大致100％图像覆盖。举例来说，在图7中所展示的实施例中，上部行702可相对于下部行704偏移使得一行的TDI传感器602定位于由邻近行的驱动/处理电路产生的间隙中。此外，为了确保在图像覆盖中不存在间隙，每一TDI传感器602的宽度等于或大于TDI传感器之间的空间。在此配置中，在所检验的晶片/掩模/光罩正沿TDI图像扫描方向706移动时，传感器模块阵列700可有助于最大化EUV波长图像捕获。
图8A图解说明多个基于TDI的图像传感器模块600在图像传感器模块阵列800中的替代实施方案。在此实施例中，可通过TDI传感器模块600的列的对准而增加所检测数据的积分。举例来说，传感器模块600的行802、804及806可捕获及处理相同或类似光学图像的图像数据样本。如此，阵列800可为所检验晶片、掩模或光罩的每一条区提供数据流。以此方式，积分可最小化与等离子光源相关联的波动。阵列800也可用以减少实施检验系统(参见图9)中所需要的等离子光源的均匀性及稳定性要求，借此改进实施检验系统的可制造性及操作寿命。
图8B图解说明多个基于TDI的图像传感器模块600在非矩形图像传感器模块阵列850中的替代实施方案。在此实施例中，传感器模块600的行854及856可在中介层852上布置成非矩形栅格图案，例如图8B中所图解说明的中介层。此外，行854及856的模块可经配置使得其输出交错的图像输出数据流。传感器模块600的非矩形布置可改进其中照明在视场中不均匀的情景中的均匀性且可有助于减少像差。预期非矩形图像传感器模块阵列可用以检测多种照明类型。特定来说，预期非矩形图像传感器阵列850在EUV应用中可特别有利。
基于TDI的传感器、传感器模块及传感器模块阵列大体描述于在2010年6月18日申请的第12/812,950号美国专利申请案中，所述专利申请案以引用的方式并入本文中。
在又一实施例中，本文中预期多个图像传感器104(例如，TDI传感器)可安装于一个硅中介层102上，或多个中介层102可并排安装，或两者均有，以便增加光收集面积。阵列700、800及850图解说明本发明的基于中介层的传感器104可随之延伸的传感器模块阵列。本文中进一步应注意，模块阵列700、800及850实例并非限制性且应仅解释为说明性。本文中预期，本发明通篇所描述的光敏阵列传感器104可实施为多种传感器模块化阵列图案。
图9图解说明并入有本发明通篇所描述的基于中介层的成像装置100中的一者或一者以上的检验系统900。
在一个方面中，检验系统900经配置以检测安置于样本载台912上的半导体晶片908上的缺陷。检验系统900可包含此项技术中已知的任何适当检验系统，例如(但不限于)明视场检验系统或暗视场检验系统。在又一方面中，检验系统900可经配置以在明视场及暗视场模式两者中操作。在另一方面中，检验系统900可配置有反射光学器件以作为在EUV波长下操作的极远UV(EUV)光掩模检验系统操作。举例来说，检验系统900可经配置以在13.5nm的波长或5nm的波长下或接近所述波长操作。在一般意义上，尽管未图解说明，但检验系统900可包含适用于检验一个或一个以上晶片、光罩或光掩模的任何检验系统。
在又一方面中，检验系统900可包含照明源902、配备有基于中介层的成像装置906的检测器904及分束器910。本文中认识到，如本文中先前所描述及本发明通篇所描述的基于中介层的成像装置100可用作检验系统900的一个或一个以上成像装置906。如此，光敏阵列传感器104及成像装置100的说明应解释为适用于系统900的成像装置906。在此意义上，成像装置906的TDI传感器包含安装于硅中介层上的二维光敏阵列。所述硅中介层可包含连接到来自光敏阵列的每一列输出的放大器电路。硅中介层组合件可进一步包含用于驱动光敏阵列的时钟及其它控制信号的驱动器、相关双重取样及用于将所述放大器的输出转换为数字信号且输出串行位流的数字化器。驱动器及数字化器功能可内建为中介层中的电路，或可由安置于硅中介层上的多个裸片组成，或两者的组合。
照明源902可包含此项技术中已知的任何照明源。举例来说，照明源106可包含窄带光源，例如激光源。作为另一实例，照明源902可包含宽带源，例如氙灯。在进一步实施例中，照明源902可经配置以产生EUV光。举例来说，EUV光源可包含经配置以产生在EUV范围中的光的放电产生等离子(DPP)光源或激光产生等离子(LPP)光源。举例来说，EUV照明源可产生在13.5nm的波长或5nm的波长下或接近所述波长的光。
在一些实施例中，如图9中所图解说明，照明源902可经配置以将光引导到分束器910。继而，分束器910可经配置以将来自照明源902的光引导到安置于样本载台912上的晶片908的表面。此外，分束器910可经配置以将从晶片908反射的光透射到检测器904。
检测器904可包含此项技术中已知的任何适当检测器。在一个方面中，检测器904可包含基于电荷耦合装置的检测器。就这一点来说，检测器904可并入有如本发明通篇所描述的成像装置100及光敏阵列传感器104。在其它实施例中，检测器904可被配置为连续布置的多个阵列传感器。举例来说，检测器904可并入有传感器模块阵列，例如本文中先前所描述的传感器模块阵列700、800及850。
在另一实施例中，检测器904的输出可以通信方式耦合到一个或一个以上计算系统914。就这一点来说，一个或一个以上计算系统914可经配置以使用由检测器904收集及发射的检测数据来检测晶片908上的实际缺陷。一个或一个以上计算系统914可利用此项技术中已知的任何方法及/或算法来检测晶片上的缺陷。所属领域的技术人员应认识到，检验系统900可用以检测跨越半导体晶片分布的缺陷。举例来说，检验系统900可经配置以检测跨越晶片908的多个裸片分布的多个缺陷。
此外，一个或一个以上计算系统914可以任何适合方式(例如，通过由图9中所展示的虚线指示的一个或一个以上发射媒体，其可包含此项技术中已知的任何适合发射媒体)耦合到检测器904，使得计算系统914可接收由检测器904产生的输出。此外，如果检验系统900包含一个以上检测器(未展示)，那么一个或一个以上计算系统914可如上文所描述耦合到每一检测器。在又一实施例中，晶片908可安置于样本载台912上。样本载台912可包含此项技术中已知的任何适当机械及/或机器人组合件。
在又一实施例中，检验系统900可经配置以接受来自系统900的另一子系统的指令以便动态地识别半导体晶片908的缺陷。举例来说，检验系统900可接受来自系统900的一个或一个以上计算系统914的指令。在接收到来自一个或一个以上计算系统914的指令后，检验系统900可即刻在所提供的指令中识别的半导体晶片908的位置处执行检验过程。一个或一个以上计算系统914可经配置以执行本文中所描述的实施例中的任一者的任何其它步骤。
在另一实施例中，系统900的一个或一个以上计算系统914可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的发射媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，来自额外检验系统的检验结果或来自度量衡系统的度量衡结果)。以此方式，发射媒体可用作系统900的一个或一个以上计算系统914与其它子系统之间的数据链路。此外，一个或一个以上计算系统914可经由发射媒体将数据发送到外部系统。
一个或一个以上计算系统914可包含(但不限于)个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地定义为囊括具有执行来自存储器媒体的指令的一个或一个以上处理器的任何装置。
实施例如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令918可经由载体媒体916发射或存储于载体媒体916上。载体媒体916可为发射媒体，例如导线、缆线或无线发射链路。载体媒体916也可包含例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带的存储媒体。
虽然已展示并描述了本文中所描述的本发明标的物的特定方面，但所属领域的技术人员将基于本文中的教示而明了，可在不背离本文中所描述的标的物及其较广泛方面的情况下作出改变及修改，且因此，所附权利要求书将归属于本文中所描述的标的物的真正精神及范围内的所。

Claims (19)

1.一种基于中介层的图像感测装置，其包括：
至少一个中介层，其安置于衬底的表面上；
至少一个光感测阵列传感器，其安置于所述至少一个中介层上，所述至少一个光感测阵列传感器经背部薄化，所述至少一个光感测阵列传感器经配置用于背部照明，所述至少一个光感测阵列传感器包含多个像素列，所述至少一个中介层位于所述衬底和所述至少一个光感测阵列传感器之间；
至少一个模/数转换电路元件，其经配置以将所述至少一个光感测阵列传感器的一个或多个输出转换为一个或多个数字信号，所述至少一个模/数转换电路制作于所述中介层上；以及
至少一个多路复用器，其操作地连接到所述中介层且经配置以结合来自所述至少一个模/数转换电路的所述一个或多个数字信号，所述中介层经配置以将所述至少一个光感测阵列传感器与所述至少一个模/数转换电路进行电耦合。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个多路复用器制作于所述中介层上。
3.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括至少一个驱动器电路元件，所述至少一个驱动器电路元件经配置以驱动时钟信号或所述至少一个光感测阵列传感器的控制信号中的至少一者，所述至少一个驱动器电路元件操作地连接到所述中介层。
4.一种基于中介层的图像感测装置，其包括：
至少一个中介层，其安置于衬底的表面上；
至少一个光感测阵列传感器，其安置于所述至少一个中介层上，所述至少一个光感测阵列传感器经背部薄化，所述至少一个光感测阵列传感器经配置用于背部照明，所述至少一个光感测阵列传感器包含多个像素列，所述至少一个中介层位于所述衬底和所述至少一个光感测阵列传感器之间；
至少一个缓冲器电路，其经配置以接受所述至少一个光感测阵列传感器的输出，所述至少一个缓冲器电路制作于所述中介层上；以及
至少一个相关双重取样模块，其操作地连接到所述中介层且经配置以接受来自所述至少一个缓冲器电路的一个或多个输出，所述中介层经配置以将每一缓冲器放置到接近于电耦合到所述中介层的所述至少一个光感测阵列传感器的输出。
5.根据权利要求4所述的装置，其进一步包括至少一个模/数转换电路元件，所述至少一个模/数转换器电路元件经配置以将所述至少一个双重相关取样模块中的一个或多个输出转换为一个或多个数字信号，所述至少一个模/数转换电路操作地连接到所述中介层。
6.一种检验系统，其包括：
照明源，其经配置以朝向安置于样本载台上的目标物体的表面引导照明；
检测器，所述检测器包括至少一个光感测阵列装置，所述至少一个光感测阵列装置包括：
安置于至少一个中介层上的至少一个经背部薄化的光感测阵列传感器，所述至少一个经背部薄化的光感测阵列传感器进一步经配置用于背部照明，所述至少一个中介层位于所述衬底与所述至少一个光感测阵列传感器之间；
至少一个模/数转换电路元件，其制作于所述至少一个中介层上，所述至少一个模/数转换电路经配置以将所述至少一个光感测阵列传感器的一个或多个输出转换为一个或多个数字信号，所述至少一个光感测阵列装置进一步包括至少一个多路复用器，所述至少一个多路复用器可操作地连接到所述中介层且经配置以结合来自所述至少一个模/数转换电路的所述一个或多个数字信号；
一组聚焦光学器件，其经配置以将照明聚焦到所述目标物体的所述表面上；及
一组收集光学器件，其经配置以将从所述目标物体的所述表面反射的照明引导到所述检测器。
7.根据权利要求6所述的检验系统，其中所述检验系统包括明视场检验系统或暗视场检验系统中的至少一者。
8.根据权利要求6所述的检验系统，其中所述照明系统经配置以产生紫外UV光、深UV光、极远UV EUV光或真空UV光中的至少一者。
9.根据权利要求6所述的检验系统，其中所述至少一个中介层进一步包括：一个或多个驱动器电路元件。
10.根据权利要求9所述的检验系统，其中所述一个或多个驱动器电路元件经配置而以大于4伏特的电压摆幅操作。
11.根据权利要求9所述的检验系统，其中所述一个或多个驱动器电路元件经配置而以负电压电平及正电压电平两者操作。
12.根据权利要求6所述的检验系统，其中所述目标物体包括：
半导体晶片。
13.一种检验系统，其包括：
照明源，其经配置以朝向安置于样本载台上的目标物体的表面引导照明；
检测器，所述检测器包括至少一个光感测阵列装置，所述至少一个光感测阵列装置包括：
安置于至少一个中介层上的至少一个经背部薄化的光感测阵列传感器，所述至少一个经背部薄化的光感测阵列传感器进一步经配置用于背部照明，所述至少一个中介层位于所述衬底与所述至少一个光感测阵列传感器之间；
至少一个缓冲器电路，其经配置以接受所述至少一个光感测阵列传感器的输出，所述至少一个缓冲器电路制作于所述中介层上；以及
至少一个相关双重取样模块，其操作地连接到所述中介层且经配置以接受来自所述至少一个缓冲器电路的一个或多个输出，所述中介层经配置以将每一缓冲器放置到接近于电耦合到所述中介层的所述至少一个光感测阵列传感器的输出；
一组聚焦光学器件，其经配置以将照明聚焦到所述目标物体的所述表面上；及
一组收集光学器件，其经配置以将从所述目标物体的所述表面反射的照明引导到所述检测器。
14.根据权利要求13所述的检验系统，其中所述检验系统包括明视场检验系统或暗视场检验系统中的至少一者。
15.根据权利要求13所述的检验系统，其中所述照明系统经配置以产生紫外UV光、深UV光、极远UV EUV光或真空UV光中的至少一者。
16.根据权利要求13所述的检验系统，其中所述至少一个中介层进一步包括：一个或多个驱动器电路元件。
17.根据权利要求16所述的检验系统，其中所述一个或多个驱动器电路元件经配置而以大于4伏特的电压摆幅操作。
18.根据权利要求16所述的检验系统，其中所述一个或多个驱动器电路元件经配置而以负电压电平及正电压电平两者操作。
19.根据权利要求13所述的检验系统，其中所述目标物体包括：
半导体晶片。
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