CN116964749A - 传感器、成像系统及用于形成传感器的方法 - Google Patents

传感器、成像系统及用于形成传感器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116964749A
CN116964749A CN202280019706.5A CN202280019706A CN116964749A CN 116964749 A CN116964749 A CN 116964749A CN 202280019706 A CN202280019706 A CN 202280019706A CN 116964749 A CN116964749 A CN 116964749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
substrate
sensor die
sample
additional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280019706.5A
Other languages
English (en)
Inventor
S·察梅克
D·L·布朗
H·陈
V·伊艾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Tencor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KLA Tencor Corp filed Critical KLA Tencor Corp
Publication of CN116964749A publication Critical patent/CN116964749A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/711—Time delay and integration [TDI] registers; TDI shift registers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/768—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors for time delay and integration [TDI]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/804—Containers or encapsulations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8841—Illumination and detection on two sides of object

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Cameras In General (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

提供传感器、成像系统及用于形成具有指定深度分布的传感器的方法。一种传感器包含衬底及附接到所述衬底的一或多个组件。所述传感器还包含传感器裸片，其具有薄化背面及经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的能量的能敏元件。所述传感器进一步包含离散导热结构，其通过倒装芯片过程形成于所述传感器裸片的正面与所述衬底之间，借此将所述传感器裸片接合到所述衬底且引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有预选形状。所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到所述一或多个组件。

Description

传感器、成像系统及用于形成传感器的方法
技术领域
本发明大体上涉及传感器、成像系统及用于形成传感器的方法。某些实施例涉及经由传感器组合件的传感器形状控制。
背景技术
以下描述及实例不因其包含于本节中而被承认为现有技术。
背照式图像传感器可达成高量子效率(QE)及良好调制转移函数(MTF)且广泛用于检验各种半导体及其它衬底。为实现快速操作，这些传感器紧密连接到可执行以下功能中的一或若干者的专用集成电路(ASIC)：模/数(A/D)转换、信号调节、数字信号处理及与外部计算机通信。
此传感器配置面对适当控制传感器的光活性区域的形状提出挑战。例如，在背照式传感器的情况中，光活性区域是薄膜且可变得机械不稳定。传感器裸片的倒装芯片组装实现可与背面照明兼容的快速操作。在将传感器倒装芯片组装到陶瓷衬底上之后，传感器可变得凸起、凹下或起皱。倒装芯片组装对传感器形状的影响可对其中需要高度控制及简单形状的光学系统提出挑战。在光学应用中，具有特定曲率的弯曲图像平面可为优选的。因此，能够在组装期间控制传感器形状且能够将组装设计为以特定传感器形状为目标对此类系统的成像性能至关重要。
光学系统设计通常产生负曲率、正曲率或平面图像场。另一方面，图像传感器可组装于陶瓷衬底上，且由于衬底制程，难以控制陶瓷衬底的形状。不能够控制传感器组合件的形状可减小有用视域，减小系统级光学公差，且增加光学像差量。
因此，当前使用的传感器组装方法的缺点包含无法容易地控制陶瓷衬底形状，而高性能光学设计需要高传感器平面度或特定传感器形状。当前使用的组装方法的额外缺点是相对不佳裸片共面性可使传感器裸片难以适当附接，其影响组合件的热性能。当前使用的传感器组装方法的另一缺点是散热，其对高速、低噪声操作来说很重要。当前使用的传感器组装方法的另一缺点是场曲率可使远心图像空间难以达成，其在度量应用中可为很重要。此外，当前组装方法不允许传感器形状的良好控制或重复性。
当前提出若干方法用于控制移动电话及天文应用的背照式薄化传感器裸片的形状。然而，在所有所述应用中，使用引线接合传感器裸片。引线接合传感器裸片限制互连件的数目及读出速度且不太适合于上述光学检验应用。当前用于传感器形状控制的此类方法可能也不适合于实现良好热接触、具有高密度互连的倒装芯片或真空应用。
因此，开发不具有一或多个上述缺点的传感器、成像系统及形成传感器的方法的系统及方法将为有利的。
发明内容
各种实施例的以下描述决不应被解释为限制所附权利要求书的目标。
一个实施例涉及一种传感器，其包含衬底及附接到所述衬底的一或多个组件。所述传感器还包含传感器裸片，其具有薄化背面及经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的能量的能量响应元件。所述传感器进一步包含离散导热结构，其通过倒装芯片过程形成于所述传感器裸片的正面与所述衬底之间，借此将所述传感器裸片接合到所述衬底且引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有预选形状。所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到所述一或多个组件。所述传感器可如本文所描述般进一步配置。
另一实施例涉及一种成像系统，其包含经配置用于产生由照明子系统导引到样品的能量的能源。所述成像系统还包含经配置用于检测来自所述样品的能量且响应于所述检测能量而产生输出的传感器。所述传感器如上文所描述般进一步配置。所述成像系统可如本文所描述般进一步配置。
另一实施例涉及一种用于形成传感器的方法。所述方法包含：使离散导热结构形成于衬底上；及基于传感器裸片的薄化背面的预选形状来更改所述离散导热结构的形状。所述方法还包含经由所述离散导热结构将所述传感器裸片的正面接合到所述衬底，借此引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有所述预选形状。所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到附接到所述衬底的一或多个组件。所述传感器裸片具有经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的能量的能敏元件。
所述方法的步骤中的每一者可如本文所描述般进一步执行。所述方法可包括本文所描述的任何其它方法的任何其它步骤。所述方法可由本文所描述的系统中的任何者执行。
附图说明
所属领域的技术人员将借助于优选实施例的以下详细描述且在参考附图之后明白本发明的进一步优点，其中：
图1是说明传感器组合件的一个实施例的横截面侧视图及平面仰视图的示意图；
图2是说明用于形成传感器组合件的方法的实施例的流程图；
图3是说明使用焊球及金柱形成互连的实施例的流程图；
图4是说明符合凹或凸焊球轮廓的传感器组装方法的实施例的流程图；
图5是说明独立传感器裸片及与焊料凸块接触的相同传感器裸片的几何形状的实施例的横截面图的示意图；
图6是说明完整传感器组合件的部分的实施例的横截面图的示意图，其中重叠箭头指示传感器组合件内热通量的量值及方向；
图7a及7b是说明耦合到本文所描述的传感器实施例的摄影机镜头子系统的实施例的侧视图的示意图；
图7c是作为表面下陷的传感器实施例的曲率的实例的等值线图；
图7d是图7a及7b中所展示的实施例的跨视域(FOV)的几何均方根(RMS)光斑大小的实例的作图；
图8a及8b是说明耦合到本文所描述的传感器实施例的镜筒透镜系统的实施例的侧视图的示意图；
图8c是作为表面下陷的传感器实施例的曲率的实例的等值线图；
图8d是图8a及8b中所展示的实施例的跨FOV的几何RMS光斑大小的实例的作图；
图9a是包含一个以上如本文所描述般配置的传感器的成像系统的部分的一个实施例的透视图的示意图；
图9b是作为表面下陷的图9a中所展示的成像系统实施例的部分的图像平面的曲率的实例的等值线图；
图9c是作为表面下陷的图9a中所展示的多传感器实施例的曲率的实例的等值线图；
图9d是具有作为表面下陷的图9a中所展示的多传感器实施例的优化传感器曲率的实例的等值线图；
图10是说明可投射到样品空间上的图像空间中的不同网格的实施例的平面图的示意图；
图11及11a是说明如本文所描述般配置的成像系统的实施例的侧视图的示意图；及
图12是说明存储用于引起计算机系统执行本文所描述的计算机实施方法的程序指令的非暂时性计算机可读媒体的一个实施例的框图。
尽管本发明可接受各种修改及替代形式，但其具体实施例通过实例展示于图式中且在本文中详细描述。图式可不按比例绘制。然而，应理解，图式及其详细描述不希望使本发明受限于所公开的特定形式，而是相反地，本发明将涵盖落入由所附权利要求书界定的本发明的精神及范围内的所有修改、等效物及替代。
具体实施方式
现转到图式，应注意，图未按比例绘制。特定来说，图的一些元件的比例被大幅放大以突显元件的特性。还应注意，图未按相同比例绘制。可类似配置的一个以上图中所展示的元件已使用相同参考数字指示。除非本文另有说明，否则所描述及展示的任何元件可包含任何适合市售元件。
一般来说，本文所描述的实施例是传感器、成像系统及用于形成传感器的方法。更具体来说，本文所描述的实施例是用于例如检验及度量的应用的传感器组装及形状控制的方法。实施例提供图像传感器，其包含(但不限于)可在部分真空或其它受控环境中操作且组装于各种陶瓷衬底上的用于深紫外(DUV)及极紫外(EUV)应用的时延积分(TDI)传感器。本文所描述的实施例有利地展示如何使用受控传感器形状实施此类传感器，同时维持相对高速、相对低噪声操作。另外，本文所描述的实施例提供用于传感器形状控制的方法，同时实现传感器裸片倒装芯片组合件与基本上高密度互连的良好热接触及对真空中的应用的适合性。
本文所使用的术语“能敏元件”界定为对本文所描述的能量的类型中的一者(包含光、电子、其它带电粒子及其类似者)敏感或有反应的传感器组件。这些能敏元件可由不同组件形成，取决于其将用于检测的能量的类型。尽管本文使用术语“光敏元件”来描述许多实施例及实例，但所述术语的任何使用不意味着排除所述实施例及实例用于本文所描述的任何其它类型的能敏元件。换句话说，为方便起见，术语“能敏元件”及“光敏元件”在本文中可互换使用，且术语“光敏元件”的任何例子应更广义解译为本文所描述的“能敏元件”。
实施例还包含例如基于此类传感器的检验系统的成像系统以借此达成相较于当前可用检验系统的优异成像性能且因此达成更高缺陷敏感度及处理量。如本文所描述，实现具有受控曲率的传感器组合件可有利地增大成像系统的光学视域(FOV)、放宽成像系统级光学公差及减少系统中的光学像差量。本文所描述的实施例还有利地实现针对弯曲图像空间或其它非平坦图像空间设计的相对较大传感器及平铺传感器阵列，其提供例如检验的应用的更高敏感度及足够处理量(且因此降低拥有成本)。
如将从各种实施例的以下描述看出，本文所描述的传感器具有相较于当前使用传感器的若干额外优点。这些额外优点包含：尽管陶瓷衬底的形状可能不容易控制，但传感器裸片可以基本上高传感器裸片平面度或预选特定传感器裸片形状接合到本文所描述的此类衬底，借此使传感器特别适合于基本上高性能光学设计。本文所描述的实施例的另一优点是：不管预选传感器裸片形状如何，本文所描述的实施例实现与传感器裸片充分接触，其继而优化组合件的热性能，借此实现传感器裸片的相对高速、相对低噪声操作。本文所描述的实施例的另一优点是：尽管成像系统中存在任何场弯曲，但传感器裸片可实现对度量应用很重要的远心图像空间。本文所描述的这些及其它优点由允许基本上准确控制传感器裸片形状的本文所描述的传感器组装方法提供。
如本文进一步描述，传感器裸片实施例具有薄化背面及经配置用于检测照射传感器裸片的薄化背面的能量的光敏元件。将由传感器裸片检测的能量导引到薄化背面且接着通过传感器裸片的本体，使得电荷可由形成于正面上的元件收集。背面轮廓界定传感器的图像平面的位置。因此，传感器裸片的形状可以说是传感器裸片的一个最重要特性，由于包含本文进一步描述的原因的原因。
如本文所使用，术语“传感器裸片的薄化背面的预选形状”在本文中可与术语「传感器形状”及“传感器裸片形状”互换使用。本文将“传感器裸片的薄化背面的预选形状”界定为传感器裸片的薄化背面相对于某个参考或坐标系的位置及依据跨传感器裸片的位置而变化。例如，“传感器裸片的薄化背面的预选形状”可由依据跨传感器裸片的位置而变化的传感器裸片的薄化背面的深度或垂直高度界定。此深度或高度函数可界定于跨传感器裸片的两个维度(2D)中。因此，“传感器裸片的薄化背面的预选形状”还界定传感器背面高度或深度的2D轮廓。换句话说，“传感器裸片的薄化背面的预选形状”有效界定在z上且依据x及y而变化的传感器裸片的背面的位置。
如本文进一步描述，“传感器裸片的薄化背面的预选形状”由本文所描述的新颖及有利传感器组装方法实现，其优选地不依任何方式更改传感器膜(光敏元件)的厚度或垂直高度。膜的形状是恒定的，且其它维度上的形状是固定的。换句话说，本文所描述的传感器组装方法不通过更改光敏元件的任何特性来更改传感器裸片的形状(但一些可忽略更改可发生)。相反地，光敏元件优选地在传感器组装之前及之后具有相同特性。依此方式，在传感器组装之后传感器裸片的背面的高度(或深度)的改变将导致传感器裸片的正面的高度(或深度)的类似改变。相反地，由于附接到另一组件的正面轮廓的改变将导致背面轮廓的类似改变。
传感器的一个实施例包含衬底、附接到衬底的一或多个组件及接合到衬底的传感器裸片。因此，在一个实施例中，图像传感器裸片与组装到共同衬底上的其它裸片共同封装，如图1中所展示。图1包含传感器组合件的侧视图100及传感器组合件的仰视图102。如侧视图中所展示，传感器组合件的此实施例包含其中形成有电互连件106的衬底104。电互连件106的至少一部分电连接附接到衬底的一侧的传感器裸片108及附接到衬底的另一侧的一或多个组件110。衬底还可附接到与传感器裸片对置的衬底的侧上的散热器112。仰视图102展示不具有散热器的传感器组合件以借此进一步展示附接到衬底104的一或多个组件110。尽管此图中展示四个组件，但传感器可包含可如本文进一步描述般配置的一或多个组件的任何数目及布置。
如侧视图100中进一步展示，传感器裸片108具有经薄化(图1中未展示)的背面114及经配置用于检测照射传感器裸片的薄化背面的能量120(例如光或电子)的能敏元件116。本文非常一般地展示能敏元件116，因为实施例可应用于许多不同传感器配置。一般来说，能敏元件116可包含不同元件(图中未展示)的组合，一些具有不同功能。例如，能敏元件可包含实际上检测能量的元件以及存储响应于检测能量的信号或电荷的元件。在一个此实例中，能敏元件可经配置使得能量在传感器裸片的背面114附近某处(或针对一些情况可能在传感器裸片的块体中更深)转换为电荷且收集信号电荷且将其存储于传感器裸片的正面118上或附近的元件中。
如本文进一步描述，实施例特别适合于其中传感器裸片在真空内操作的情形，例如其中能敏元件经配置用于检测DUV光、真空或极紫外(VUV/EUV)光、电子束及/或x射线的环境。实施例还适合于非真空应用，例如当能敏元件经配置用于检测可见或红外(IR)光时。
传感器裸片可配置为电荷耦合装置(CCD)、TDI传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器裸片。传感器裸片还可由硅(Si)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铟(InSb)、碲化镉(CdTe)或用于跨光谱(包含(但不限于)x射线、VUV光、DUV光、可见光及IR光)的能量检测的任何其它适合化合物制成。尽管本文可相对于硅基传感器裸片描述一些实施例，但本文所描述的实施例可应用于由任何其它适合材料制成的传感器。
在一个实施例中，一或多个组件110经配置用于响应于由能敏元件检测到的能量而对由能敏元件116产生的输出执行一或多个功能。一或多个其它组件(或其它裸片)可为模/数(A/D)芯片、数/模组件(DAC)、图像信号处理裸片、专用集成电路(ASIC)或其组合。由一或多个组件执行的一或多个功能可包含(例如)放大、A/D转换、信号调节、数字图像处理及与外部计算机的通信。因此，一或多个功能可如将传感器裸片的输出转移到传感器组合件外部的组件般简单或可涉及将输出从一种类型变换为另一类型、依某种方式更改传感器输出等。组合件可使用各种接口(图1中未展示，但在本文所描述的其它图中展示)，包含(但不限于)针栅阵列(PGA)、球栅阵列(BGA)、挠性电路及地栅阵列(LGA)。在一个实施例中，衬底由陶瓷材料形成。例如，衬底系优选地基于玻璃、氧化铝、氮化铝或如本文进一步描述般选择的其它材料的陶瓷。
图2展示用于形成传感器的方法的一个实施例。尽管此图包含用于制作陶瓷衬底及从衬底产生传感器组合件的步骤，但本文所描述的实施例可包含比图2中所展示的所有步骤少的步骤。例如，不是在下文进一步描述的步骤a)开始方法，而是方法可在下文所描述的步骤g)开始且步骤g)之前的步骤可由另一方法或系统执行。
如步骤a)中所展示，制作陶瓷衬底200。在此步骤中，衬底一般将被制成比标称设计厚以包含在下一步骤中移除的牺牲材料。在步骤b)中，将衬底的顶侧抛光到所需形状，借此形成具有抛光顶侧的陶瓷衬底202。此抛光过程可暴露形成于衬底中的内部通路(图2中未展示)。在步骤c)中，将衬底的底侧抛光到平坦表面，借此形成具有两个抛光侧的陶瓷衬底204。尽管陶瓷衬底在图2中展示为在衬底的两侧抛光成特定形状，但衬底的两侧的形状可从图2中所展示的形状变动且可如本文进一步描述般选择。
在步骤d)中，将金属206沉积及图案化于衬底的顶侧上。平坦表面上的图案化可使用本技术中已知的标准光刻方法达成。凹面上的图案化可使用本技术中同样已知的用于图案化的直接成像方法(例如直接成像)达成。在步骤e)中，可在衬底的底侧上实施相同于步骤d)的过程，借此使金属208形成于衬底的底侧上。金属206及208可由本技术中已知的任何适合材料形成且可具有本技术中已知的任何适合配置。在步骤f)中，使用本技术中已知的任何适合倒装芯片过程将一或多个组件210(例如ASIC芯片)组装到衬底的底侧上。
方法包含使离散导热结构形成于衬底上。例如，在步骤g)中，对顶面执行焊料凸块制程以借此使离散导热结构212形成于衬底的顶侧上。方法还包含基于传感器裸片的薄化背面的预选形状更改离散导热结构的形状。例如，在步骤h)中，可由工具214冲压(压印)离散导热结构(例如焊球)，其中抛光成所需形状(图2中所展示的弯曲形状)的表面216在由箭头218展示的方向上降低，直到表面216与离散导热结构接触且对其施加力。
方法进一步包含经由离散导热结构将传感器裸片的正面接合到衬底，借此引起传感器裸片的薄化背面具有预选形状。依此方式，传感器包含通过倒装芯片过程形成于传感器裸片的正面与衬底之间的离散导热结构，借此将传感器裸片接合到衬底且引起传感器裸片的薄化背面具有预选形状。离散导热结构的至少一部分将传感器裸片电连接到附接到衬底204的一或多个组件210。例如，并非所有离散导热结构可电连接到组件或装置。在其中形成光敏元件的区域(例如膜区域)中，传导结构可提供机械及热益处，但可不具有电用途。传感器裸片可如本文所描述般进一步配置。例如，如步骤i)中所展示，传感器裸片220可具有薄化背面222、正面224及经配置用于检测照射传感器裸片的薄化背面的能量的能敏元件(图2中未展示)。
在步骤i)中，使用接触法(例如热压机或其类似者)将传感器裸片220的周边焊接到衬底。例如，热压机226可在由箭头228指示的方向上下压到传感器裸片的背面222上，使得传感器裸片的周边仅与传感器裸片的周边附近的离散导热结构接触且焊接到所述离散导热结构。依此方式，在此步骤的后，传感器裸片可仅接合到离散导热结构的部分，且传感器裸片可在稍后步骤中接合到剩余离散导热结构。
在一个实施例中，传感器包含围绕离散导热结构且在传感器裸片的正面与衬底之间形成的底胶材料。在一个此实施例中，底胶材料经配置以在传感器裸片经受真空时稳定传感器裸片。例如，本文所描述的实施例的一个新及有利特征是使用底胶封装到陶瓷衬底上的弯曲图像传感器允许基于真空的操作。如步骤j)中所展示，在传感器裸片220与衬底之间施加底胶树脂230以加强焊料接头。依此方式，底胶树脂可稳定焊料接头，借此有助于维持传感器裸片的形状，即使存在施加于传感器或否则传感器暴露的真空或其它压力。传感器的此真空暴露可为必需的，例如，如果检测能量是VUV光、EUV光、电子等。在步骤k)中，使用液流单电池232来对传感器裸片220施压且在传感器裸片的较薄部分与衬底之间建立接触。还可在此步骤中施加底胶的固化。
如步骤j及k)中所展示，在将传感器裸片接合到已经冲压或压印以组合具有预选形状的所有离散导热结构之后，传感器裸片的背面可具有弯曲形状。因此，本文所描述的实施例的一个新及有利特征是可经由倒装芯片过程组装背面薄化弯曲图像传感器，其允许DUV、VUV等的背面照明及基本上高速操作两者。
图2中所展示的步骤可依本文进一步描述的一或多种方式修改。例如，在步骤b)中，可将陶瓷的正面抛光为平坦表面而非弯曲表面，当应用需要基本上平坦传感器裸片时，情况可为如此。在所述情况中，可同样很好地应用图2中所展示的方法，但可显著简化陶瓷制程及组装过程。
方法的步骤中的每一者可如本文所描述般进一步执行。方法还可包含可由本文所描述的传感器、成像系统、计算机子系统、组件等执行的任何其它步骤。由上述方法形成的传感器及其中包含传感器的成像系统可根据本文所描述的任何实施例来配置。方法可由本文所描述的系统实施例中的任何者执行。
由斯里贾扬塔(Sri-Jayantha)等人在2012年12月6日公开的第2012/0309187号美国专利公开申请案中描述将集成电路(IC)组装到具有压印焊料凸块的衬底上的一般构想，所述美国专利公开申请案以宛如全文阐述引用方式并入本文中。然而，针对图像传感器实施此方法的挑战源于以下事实：传感器裸片表面的机械接触并非所需，因为其可损坏像素阵列且导致相对较低组装良率。图3展示可如何形成衬底的一个实施例，且图4展示传感器组合件的过程流程的一个实施例。
在图3的步骤300中，使用可为本技术中已知的任何适合此过程的共烧过程制作陶瓷衬底302。由于陶瓷层及陶瓷内的导电油墨(图中未展示)的差异收缩，衬底将展现弧度及不平坦性。在下一步骤中，施加接口材料。优选地，接口材料足够软以能够通过冲压或压印形成。此类接口材料的实例包含(但不限于)焊料凸块及金柱。例如，在步骤304中，可使焊料凸块306形成于陶瓷衬底302上。在金柱的情况中，在步骤308中，可使金柱310形成于陶瓷衬底302上。
接着，将使用成型工具压印接口材料。例如，在步骤312中，可由工具314冲压或压印焊料凸块306，工具314在由箭头316展示的方向上移动以使工具与焊料凸块接触且对焊料凸块施加力。依类似方式，在步骤318中，可由工具320冲压或压印金柱310，工具320在由箭头322展示的方向上移动以使工具与金柱接触且对金柱施加力。
本文所描述的实施例的一个新及有利特征是其能够使用膜下凸块的冲压/压印来基本上精确控制背面薄化图像传感器形状，其允许传感器形状适应特定场曲率。例如，在一个实施例中，在倒装芯片过程中将传感器裸片接合到衬底之前，离散导热结构形成于衬底上且离散导热结构中的一或多者的形状经修改使得离散导热结构组合具有基本上相同于预选形状的形状。在另一实施例中，在倒装芯片过程之前确定预选形状，且基于预选形状更改在倒装芯片过程中将传感器裸片接合到衬底之前形成于衬底上的离散导热结构中的一或多者的形状。如图3中所展示，用于冲压或压印离散导热结构的工具的表面的形状可因不同实施例而不同且可取决于预选形状来变动。特定来说，接触焊料凸块或金柱的工具的表面的形状可基本上相同于预选形状，使得预选形状在其接合到焊料凸块或金柱时转印到焊料凸块或金柱且接着转印到传感器裸片。
在一个实施例中，离散导热结构形成于其上的衬底的表面具有不同于预选形状的形状。例如，在图3中所展示的实施例中，焊料凸块的形状通过使用具有基本上平坦表面的工具执行冲压或压印来更改，使得焊料凸块组合在冲压或压印之后具有基本上平坦表面。焊料凸块的此冲压或压印将适合于其中预选形状是基本上平坦形状的例子。如图3中可见，尽管陶瓷衬底存在不平坦性或弧度，但经冲压或压印的焊料凸块也可跨焊料凸块的组合具有基本上平坦表面。依此方式，当传感器裸片的正面接合到经冲压或压印的焊料凸块时，尽管陶瓷衬底存在不平坦性或弧度，但传感器组合件可具有基本上平坦轮廓。
相比来说，如图3中所展示，金柱的形状通过使用具有弯曲表面的工具执行冲压或压印来更改，使得金柱组合在冲压或压印之后具有弯曲表面。金柱的此冲压或压印将适合于其中预选形状是弯曲形状的例子。如图3中可见，经冲压或压印的金柱还可跨金柱的组合具有不同于陶瓷衬底的形状的弯曲表面。依此方式，当传感器裸片的正面接合到经冲压或压印的金柱时，尽管陶瓷衬底存在不平坦性或弧度且尽管传感器裸片的背面的预选弯曲形状与陶瓷衬底的表面的形状之间存在差异，但传感器组合件可具有弯曲形状。因而，如本文所描述般更改离散导热结构的形状减少对陶瓷衬底的形状的约束。
图4进一步展示可如何将焊料压印成凹形(顶部)、凸形(底部)或任意形状的任何其它表面。换句话说，实施例400展示符合凹形焊球轮廓的传感器组装方法，且实施例402展示符合凸形焊球轮廓的传感器组装方法。在两个例子中，焊球404可形成于衬底406上。如两个实施例中所展示，衬底具有既非凹形也非凸形的形状，因为其不必具有相同于针对传感器裸片选择的形状的形状。焊球及衬底可如本文所描述般形成且可如本文进一步描述般配置。尽管图4相对于焊球展示及描述，但本文所描述的其它离散导热结构可如此图中所展示般更改形状。
成型工具及离散导热结构的形状将确定传感器裸片的确切形状，其将因此组装到衬底上。当将传感器裸片放置到成形离散导热结构上时，加热离散导热结构以回焊离散导热结构且在传感器裸片与衬底之间建立永久连接。当被加热时，传感器裸片必须紧贴衬底，其可由各种方式执行，例如使用热压机按压传感器裸片的周边或通过通过专用夹具施加气压。在图4的实施例中，部分封闭体408与密封环410(其与传感器裸片412接触)的组合形成流动室414。通过流动室施加压力(例如经由控制在流动室内且到传感器裸片上的压力的气流416)将迫使传感器裸片符合经压印的离散导热结构的形状。
本文进一步描述的实施例展示其中传感器裸片经设计为具有特定形状的实际实例。如本文进一步描述，在一个实施例中，预选形状是弯曲形状。在另一实施例中，预选形状由高阶多项式界定。例如，其中传感器形状可由高阶多项式描述以实现光学系统设计的较大灵活性的实例是值得强调的。
在一些实施例中，离散导热结构形成于其上的衬底的表面具有基于预选形状确定的形状。例如，如果陶瓷衬底基本上偏离所需形状且焊球无法桥接所需传感器裸片形状与陶瓷的形状之间的间隙，那么可将陶瓷衬底抛光到所需形状且可将界定焊垫的顶部金属图案图案化于表面上。此可如上文参考图2所描述的步骤b)及d)中所描述及展示般执行。
在一些实施例中，衬底由基于从传感器裸片的大小及预选形状确定的材料的热膨胀系数(CTE)选择的材料形成。在另一实施例中，离散导热结构由基于从传感器裸片的大小及预选形状确定的材料的回焊温度选择的材料形成。现描述用于选择衬底及焊接材料的方法，其可有助于确保经组装传感器能够满足性能要求。
由于焊料的回焊发生在高温，因此传感器裸片及陶瓷衬底两者在冷却到室温或操作温度时收缩。此温度改变对达成所需裸片形状及也保证由于应力的焊料接头可靠性提出若干挑战。可基于几何考虑使用简单1D模型来确定基本上无应力焊料接头的条件。
图5中展示实施例，其展示初始平坦传感器裸片及完全顺应最终形状。在相对高温处图2的步骤i)中的焊料回焊期间，传感器裸片可能具有初始长度Ls，如由图5中的尺寸500所展示。在冷却到目标温度及图2的后续步骤j)及k)之后，传感器裸片将符合经压印凸块轮廓，假定最终长度是Ls'，如由图5中的尺寸502所展示。衬底还将由于温差而经历收缩，使得外凸块垫的间的长度将自由尺寸504展示的Lc收缩到由尺寸506展示的Lc'。差异收缩之间的失配将导致焊料接头中的残余应力，其对靠近裸片周边的外凸块来说将为最糟的。
在此实例中，当差(Lc'-Ls')可最小化时，外焊料接头中的应力将最小化。当Lc'-Ls'＝0时，达成无应力焊料接头。满足此条件的要求可从简单几何考虑修改。针对1D中所说明且假定陶瓷衬底无弯曲的实例，吾人获得
其中R是裸片的目标曲率半径，αc及αs是陶瓷及硅裸片的热膨胀系数(CTE)，且ΔT是图2的步骤j)到步骤k)中来自回焊的温差。参数L'S及R由应用要求设定。参数αc及ΔT可通过选择适当陶瓷材料及焊料来选择。具有大于硅裸片的CTE的CTE的陶瓷材料是市售的。ΔT由焊料选择确定。具有各种回焊温度的焊料也是市售的。
尽管实例是具有若干近似值的简化情况，但其说明选择关键过程条件以最小化所提出组合件中的焊接应力的方法。针对实际2D几何形状，可使用数值建模获得条件。在平坦传感器裸片(R是无穷大)的简单情况中，当传感器裸片与陶瓷衬底之间存在紧密CTE匹配时，获得最佳条件。具有CTE紧密匹配硅的陶瓷IC衬底也可购自多个供货商。这些材料跨越CTE的范围且包含氧化物及非氧化物陶瓷两者。非氧化物陶瓷包含氮化铝(CTE约为4.4ppm/℃到4.7ppm/℃)、碳化硅(CTE约为3.7ppm/℃到3.9ppm/℃)及氮化硅(CTE约为2.8ppm/℃到3.5ppm/℃)。范围指示针对每一类型具有不同CTE的各种组合物。基于氧化物的陶瓷(例如可购自日本京都的Kyocera公司的陶瓷)包含具有从3.4ppm/℃到12.3ppm/℃的范围内的CTE的材料。针对硅裸片，CTE是2.6ppm/℃。针对给定裸片大小及曲率，可经由本技术中已知的任何适合数值建模来选择具有最佳CTE的材料。
为进一步最小化失配，使用具有所需回焊温度的焊料。跨越从约60℃到超过220℃的整个温度范围的各种焊接材料是市售的。这些包含可购自多个供货商的铟-铋-锡(In-Bi-Sn)、铟-铋(In-Bi)、铟-锡(In-Sn)、锡-银-铜(SACx)及其它合金。显而易见，如何选择适当焊料及陶瓷材料能够选择参数αc及ΔT且因此接近基本上无应力焊料接头的条件。由焊料制成的离散导热结构也可含有具有可区分熔点差的多种材料。材料中的一者可有利地为具有将更容易维持其所需形状的较高熔点的焊料，且材料中的另一者可为可在明显更低温度与组件或装置进行电连接的具有较低熔点的焊料。材料的此类组合可依任何适合方式从任何适合市售焊接材料选择。
为了基本上快速操作，需要使相对大量互连信号从传感器裸片到一或多个组件，例如ASIC。驱动许多电路需要晶体管。创(Chuang)等人在2020年9月1日发布的第10,764,527号美国专利中提供此实施方案的实例，所述美国专利以宛如全文阐述引用方式并入本文中。本文所描述的传感器可如本专利中所描述般进一步配置。为实现基本上快速操作及相对大量信号，封装技术必须在陶瓷衬底中提供相对高密度的布线及相对低通道寄生电容。两者通过在低温共烧陶瓷(LTCC)上倒装芯片组装传感器裸片来同时实现。在此技术中，可使用150um节距及以下的互连件。此类互连件可使超过10吉样本/秒(GS/s)的数据跨陶瓷衬底传送到ASIC。
图6展示包含传感器裸片600、陶瓷衬底602、散热器604、包含树脂606及接口材料608的接口材料及将传感器裸片接合到衬底的凸块610的完整传感器组合件的横截面。图6中所展示的实施例可包含此图中未展示但本文将进一步描述的其它元件。例如，图6中所展示的完整传感器组合件的部分对应于电互连件与一或多个组件(例如ASIC)之间的图1中所展示的传感器组合件的中心部分。图6中仅展示整个传感器组合件的部分，使得可更清楚展示与传感器组合件内的热转移相关的额外细节。
此图中的重叠箭头指示传感器组合件内热通量的量值及方向。本文所描述的组装方法实施例具有传感器组合件的热优点。例如，支撑传感器裸片的凸块610不仅界定传感器裸片形状，且还充当由图像传感器裸片产生的热的高效热导管。传感器裸片与陶瓷衬底之间的间隙可填充固化且加强焊料连接的树脂用于可靠性。电子行业中为了所述目的开发的所有树脂展现相对较低热导率，通常低于1W/mK(瓦特每米克耳文)。焊料凸块或金柱的热导率基本上较高，意味着大多数热通量将由这些离散导热结构传导。图6展示包含树脂及焊料凸块的此类接口的热建模的结果。为清楚起见，组合件的横截面中所展示的厚度未按比例绘制。重叠箭头展示热流的方向且箭头的长度与热通量的量值成比例。如此图中所展示，从传感器裸片到陶瓷衬底的热导率将主要由凸块而非树脂确定。
在一个实施例中，传感器包含形成于衬底中的导热及导电通路，其中至少一子集经配置用于将离散导热结构的至少部分连接到一或多个组件，借此将传感器裸片连接到一或多个组件。例如，为进一步提高传感器组合件的热性能，陶瓷衬底602可包含导热及导电通路阵列(图6中未展示)。在另一实施例中，底胶材料包含含有由具有高热导率的电介质材料形成的分散粒子的树脂。例如，底胶树脂606可优选地包含分散粒子(图中未展示)。此类粒子优选地由具有高热导率的电介质材料制成，例如氮化铝、蓝宝石或金刚石。一般来说，本文所使用的所述术语“高热导率”界定为从30W/mK到2000W/mK的热导率。
另一实施例涉及一种成像系统。一般来说，成像系统包含经配置用于产生由照明子系统导引到样品的能量的能源(例如光源、电子束源等)。此能源及照明子系统可如本文进一步描述及图11及11a中所展示般配置。在一些实施例中，样品是晶片。晶片可包含半导体技术中已知的任何晶片。尽管本文中可相对于晶片或若干晶片描述一些实施例，但实施例不受限于其可用于的样品。例如，本文所描述的实施例可用于例如倍缩光罩、平板、个人计算机(PC)板及其它半导体样品的样品。
系统还包含经配置用于检测来自样品的能量且响应于检测能量而产生输出的传感器。传感器如本文进一步描述般配置。由传感器检测的能量可包含本文所描述的任何能量，例如电子、带电粒子、x射线、VUV光、EUV光、DUV光、可见光及IR光。如本文进一步描述，由传感器检测的能量的类型还可取决于系统的配置来包含镜面反射光、散射光或两者。由传感器产生的输出可包含任何适合输出，例如图像数据、图像信号、非图像数据、非图像信号等或其一些组合。传感器及耦合到其的成像系统的一或多个组件可如本文所描述般进一步配置。
在一个实施例中，成像系统包含经配置以将能量从样品导引到传感器的摄影机镜头子系统。例如，具有预选弯曲形状的图像传感器可用于图7a中所展示的摄影机镜头系统中，且具有预选平坦形状的图像传感器可用于图7b中所展示的摄影机镜头系统中。在图7a中，摄影机镜头子系统包含组合地将光712聚焦到具有弯曲形状的图像传感器710的四个折射透镜700、702、704及706及孔径光阑708。依一类似方式，在图7b中，摄影机镜头子系统包含组合地将光726聚焦到具有基本上平坦形状的图像传感器724的四个折射透镜714、716、718及720及孔径光阑722。图7a及7b展示针对弯曲对平坦图像传感器优化的两个设计。在前一情况中，还优化传感器曲率。举例来说，可针对此系统选择以下系统规格：±14°的FOV、20mm的孔径光阑直径、传感器格式50mm对角线、图像空间F数(f/#)＝5.5及100mm的有效焦距(EFL)728。此类参数表示可用于DUV、可见或IR光谱中的关注波长的窄带设计的典型应用要求的实例。
尽管摄影机镜头子系统在图7a及7b中展示为包含四个折射透镜，但摄影机镜头子系统可包含不同数目个折射透镜。另外，图7a及7b中所展示的摄影机镜头子系统可经修改以包含一或多个反射透镜元件(图中未展示)来替代或组合一或多个折射透镜元件。此外，如图7a及7b中可见，在这些图中仅大体展示的折射透镜元件的形状可取决于图像传感器的形状来修改。特定来说，如从图7a及7b可见，折射透镜704及718具有基本上不同形状，且甚至折射透镜706及720具有至少稍微不同形状。图7a及7b中所展示的所有折射元件的形状不希望限制或指示可与图像传感器一起使用的任何实际折射透镜或反射镜性质。相反地，如所属领域的一般技术人员将清楚，除其中将使用传感器的应用(例如散射光对镜面反射光、检验对度量、DUV光对VUV光等)之外，还可取决于传感器的配置及成像系统的总配置优化包含于摄影机镜头子系统中的折射透镜及任何其它元件。
图7c将图像传感器裸片的曲率展示为表面下陷730，其是优化的结果。此表面轮廓可使用上述方法达成。关于此作图中所展示的准确值及其对应的准确曲率，其对理解本实施例不重要。这些值及表面下陷可基于本文进一步描述的考虑依本技术中已知的任何适合方式确定及优化，且本文包含此作图来图形说明如何确定及优化传感器裸片形状的特性。图7d展示跨FOV的几何均方根(RMS)光斑大小。RMS光斑大小是由系统引入的像差量的测量。两个作图对应于平坦传感器裸片(实线)对弯曲传感器裸片(包括短划及点两者)的两种情况。此图中所展示的另一线(仅包括短划)对应于将系成像系统中的衍射限制成像的内容。如从作图中清楚可见，弯曲传感器裸片能够比平坦状传感器裸片显著减少图像模糊。在检验系统中，减少模糊转化为更高水平的缺陷检测，即，更高检验敏感度。此外，关于此图7d作图中所展示的准确值及其对应的准确像差，其对理解本实施例不重要。本文包含此作图仅用于图形说明不同传感器裸片形状可如何影响成像系统中的像差。
基于弯曲图像传感器裸片的设计的孔径光阑还可从基于平坦传感器裸片的设计增大。在图7a中所提供的实例中，孔径光阑可增大到高达26mm直径，同时匹配初始设计的像差。此意味着摄像机镜头子系统的集光能力将增加(26/20)2的因数或约70％。此增加集光能力改进检测光信号，借此导致更高水平的缺陷检测。此透镜可经优化用于晶片、面板或IC衬底成像的应用以用于相对较大缺陷的视觉检验及复查的膜度量。
在另一实施例中，系统包含经配置以将能量从样品导引到传感器的管透镜子系统。此配置可用于与显微镜一起使用的DUV摄影机中的管透镜。在此实施例中，具有预选形状的图像传感器与管透镜子系统一起使用，如图8a及8b中所展示。例如，具有预选弯曲形状的图像传感器裸片可用于图8a中所展示的管透镜子系统中，且具有预选平坦形状的图像传感器裸片可用于图8b中所展示的管透镜子系统中。在图8a中，光可经由孔径800进入管透镜子系统，且管透镜子系统包含组合地将光808聚焦到具有弯曲形状的图像传感器裸片810的三个折射透镜802、804及806。依类似方式，在图8b中，光可经由孔径814进入此管透镜子系统实施例，且管透镜子系统包含组合地将光822聚焦到具有基本上平坦形状的图像传感器裸片824的三个折射透镜816、818及820。举例来说，选择以下系统规格：FOV＝±10°、孔径光阑直径＝8mm、12mm对角线的传感器格式、图像空间F数(f/#)4.2、34mm的EFL 828及<40mm的总透镜轨迹。
尽管管透镜子系统在图8a及8b中展示为包含三个折射透镜，但管透镜子系统可包含不同数目个透镜。另外，图8a及8b中所展示的管透镜子系统可经修改以包含一或多个反射及/或衍射透镜元件(图中未展示)来替代或组合一或多个折射元件。此外，如图8a及8b中可见，这些图中仅大体展示的元件的性质可取决于图像传感器裸片的形状来修改。特定来说，如从图8a及8b可见，折射透镜806及820具有不同形状。图8a及8b中所展示的设计实例不希望限制或指示图像传感器所需的任何设计或透镜材料。相反地，所属领域的一般技术人员将清楚，除将使用传感器的应用(例如散射光对镜面反射光、检验对度量、DUV光对VUV光等之外，还可取决于传感器的配置以及成像系统的总配置来优化包含于管透镜子系统中的元件。
包含三个组件的管透镜子系统针对两种情况优化：图8a中所展示的其中允许传感器裸片曲率的情况及图8b中所展示的其中传感器裸片被约束为平坦的情况。这些优化的结果分别展示于图8c及8d中。图8c说明以mm为单位的传感器表面下陷的等值线图830，其是优化的结果。此对应于约50mm的曲率半径。具有此形状的传感器裸片可再次使用本文所描述的方法实施例获得。使用具有两个圆锥面(L1-L及L3-L)的仅三个光学件导致整个FOV上限制衍射的设计。
此类设计的像差比基于平面图像传感器裸片的等效设计低约10倍，如图8d中RMS光斑大小的作图832中所展示。最重要地，设计达成超过2倍失真减少及跨FOV的更均匀传感器响应度的基本上低主光线角。几何像差在亚微米范围内，其基本上低于任何实际图像传感器的像素大小。较低像差对图案化晶片、面板或IC衬底的光学检验应用特别有利。实例展示如何使用弯曲图像传感器裸片来实现所述应用的简单管透镜设计。特定来说，使用传感器曲率可减少所需反射元件的数目且增大使用EUV照明的系统的实际可能场大小。这些系统受到高度约束且需要昂贵元件及制造方法。
关于图8c的作图中所展示的准确值及其对应的准确曲率，其对理解本实施例不重要。这些值及表面下陷可基于本文进一步描述的考虑依本技术中已知的任何适合方式确定及优化，且本文包含此作图来图形说明如何确定及优化传感器裸片形状的特性。图8d展示跨FOV的几何RMS光斑大小。RMS光斑大小是对由系统引入的像差量的测量。两个作图对应于平坦传感器裸片(实线)对弯曲传感器裸片(虚线)的两种情况。如从此作图清楚可见，弯曲传感器裸片可比平坦状传感器裸片实现显著减少模糊。此外，此图8d作图中所展示的特定值对理解本实施例不重要。包含此作图来图形说明不同传感器裸片形状可如何影响成像系统中的像差。
本文所描述的实施例可包含弯曲传感器阵列。例如，本文所描述的实施例可包含本文所描述的传感器中的两者或更多者，其传感器裸片可具有例如相同预选形状、大小等的相同特性或可具有例如不同预选形状及/或不同大小的一或多个不同特性。在一个此实施例中，成像系统包含经配置用于检测来自样品的额外能量且用于响应于额外检测能量而产生输出的额外传感器。额外传感器可经配置用于检测额外能量且产生输出，如本文进一步描述。由两个传感器检测到的能量可具有一或多个不同特性，例如能量的类型(散射对镜面反射)、波长、偏振等。例如，如下文进一步描述，不同检测通道可包含不同传感器，且传感器中的每一者可如本文所描述般配置。然而，多传感器实施例的一个特别有利实施方案是使多个传感器耦合到相同集光器或收集子系统，使得多个传感器在相同图像平面中检测能量，即使所述图像平面是弯曲的或具有一些其它非平坦形状。
额外传感器包含额外衬底及附接到额外衬底的一或多个额外组件。额外传感器还包含具有薄化背面的额外传感器裸片及经配置用于检测从样品照射额外传感器裸片的薄化背面的额外能量的额外能敏元件。另外，额外传感器包含通过倒装芯片过程在额外传感器裸片的正面与额外衬底之间形成的额外离散导热结构，借此将额外传感器裸片接合到额外衬底且引起额外传感器裸片的薄化背面具有额外预选形状。额外离散导热结构的至少一部分将额外传感器裸片电连接到一或多个额外组件。额外传感器的这些组件中的每一者可如本文所描述般进一步配置。
在一些情形中(例如当将来自样品的光导引到图像平面中的相对较大区域时及/或当图像平面具有不易由单个传感器达成的曲率时)，在单个检测通道中使用超过一个本文所描述的传感器实施例可为特别有利的。无论何种情况，预选形状及额外预选形状(不同传感器中传感器裸片的背面的预选形状)可不同或相同。另外，如本文进一步描述，在一些实施例中，成像系统经配置以独立控制传感器及额外传感器在成像系统中的位置。成像系统可经配置以使用图像系统控制技术中已知的任何适当软件及/或硬件依任何适合方式控制传感器中的每一者的位置。
图9a说明具有各种曲率的多个图像传感器的平铺的一个实施例。在此实施例中，图像平面之前的成像系统(图9a中未展示)的最后光学元件900将光902导引到四个图像传感器904、906、908及910。在此实施例中，弯曲传感器阵列放置于焦平面中。传感器的可能配置及其检验应用的实例可见于卡文(Cavan)在2004年9月9日公开的第2004/0175028号美国专利公开申请案及布朗(Brown)等人在2015年7月7日发布的第9,077,862号美国专利中，所述美国专利公开申请案以宛如全文阐述引用方式并入本文中。成像系统可如这些参考文献中所描述般进一步配置。针对具有相对较大FOV及相对较高放大率的系统，图像空间可变得基本上很大且可使用多个传感器来覆盖全图像。此图像空间通常将具有由泽尼克函数的迭加或本技术中已知的奇偶多项式的迭加描述的相对较高曲率。为获得基本上高质量图像，可根据场曲率弯曲焦平面。
图9a展示四个图像传感器的阵列的实例。所述图像传感器将优选地具有紧密模拟图9b中所展示的场曲率的曲率。此图式展示表面下陷的等值线图912。等值线图描述针对最佳光学性能优化的表面形状。尽管准确最佳形状将取决于特定成像系统设计来变动，但大部分成像系统将产生实际上类似于图中所展示的曲率的曲率。由于上述参考文献中所描述的原因，焦平面(或焦面)由传感器阵列成像。图9c展示图9a中所展示的图像传感器904、906、908及910分别可具有以接近最佳焦面的曲率916、918、920及922的实例914。
图9c中针对每一个别传感器所展示的表面下陷量可能太大以致无法使用本文所描述的组装过程达成。类似地，由等高线的密度表示的跨每一传感器的表面下陷的偏差可能太大以致无法使用所提出的方法达成。为解决此问题，可实施以下增强。不同图像传感器无需组装到共同衬底上，而是每一传感器自身可具有允许其位置在所有六个自由度上相对于所有其它传感器改变的衬底。例如，图9中所展示的传感器904、906、908及910中的每一者可形成于其自身衬底上。替代地，传感器904、906、908及910中的两者或更多者可形成于单个衬底上，且形成于相同衬底上的任何传感器可(例如)通过切割衬底来分离以借此在四个单独衬底上产生四个单独传感器。在任一情况中，可操纵每一传感器沿光轴(Z轴)的位置及其在XZ及YZ平面中的倾角以达成图像传感器相对于其衬底的最小表面下陷。图9d展示此优化的结果。在此情况中，作图924展示图9a中所展示的图像传感器904、906、908及910的各自曲率926、928、930及932及在样品上扫描行迹的方向934。此图(与图9c比较)中表面下陷的稀疏等高线指示可使用所提出的方法更容易达成的图像传感器的基本上轻微曲率及表面下陷。
尽管图9a到9d展示特定配置，但图像传感器形状优化的方法实际上是通用的。焦面的形状可始终针对最佳成像性能优化。个别图像传感器沿Z轴的位置及倾角可始终经优化以最小化曲率及表面下陷。此优化通常将导致表面下陷的数量级减小以使利用本文所概述的组装方法更容易。因此，在最一般情况中，每一传感器的准确表面形状可由泽尼克系数描述。表面一般不会轴对称，因为每一传感器相对于光学系统离轴。
还应注意，图9b到9d中的各种数值与本文所描述的实施例的理解及完全公开无关。数值不会特别难辨认，而是由于这些作图的原始版本的性质及其可再现性。使其包含于本申请案中仅是为了说明如何基于图像平面中的场的形状来配置及优化多传感器实施例。
此实施例中所展示的棋盘传感器图案一般用于光栅扫描及分步重复检验系统中。在光栅扫描的前一情况中，所检验的样品在y方向上移动(参考图9a)，且其图像将相对于图像传感器沿y轴移动。图像传感器在x方向上的重叠将产生样品的图像行迹且检验场中沿x方向无间隙。在分步重复检验系统中，传感器位置可经选择使得针对每两个顺向检验步骤，将不存在覆盖间隙。
本文所描述的实施例还有效减少扫描检验系统中的失真诱发模糊。在一些实施例中，成像系统包含经配置以在样品上扫描由照明子系统导引到样品的能量的扫描子系统，照明子系统在样品上具有基本上不具有场曲率的FOV，且传感器裸片的预选形状是弯曲形状。扫描及照明子系统可如本文所描述般进一步配置。
为说明此实施例的优点，图10展示扫描系统中的光学失真及其对光学分辨率的影响。投射到对象空间上的图像空间中的“完美”网格及弯曲网格导致失真反转，分别为弯曲网格1000及完美网格1002。“完美”网格在本文界定为跨网格基本上不具有曲率的网格。换句话说，本文所使用的所述术语“完美”网格界定为基本上平坦或跨网格具有可忽略非平坦度量的网格。具有相对较大FOV的扫描成像系统通常展现实质场曲率，如由弯曲网格1000所展示。正如对象空间中的完美网格对应于图像空间中的失真网格，反之亦然。其意味着投射到其中保持检验样品的对象空间上的完美像素阵列将导致弯曲网格1000。
由于相对于光学器件及传感器扫描样品，因此场的边缘处的关注缺陷(DOI)可跨多个像素涂抹。例如，如果来自样品(图10中未展示)上的缺陷1004及1006的光分别在行迹1008及1010中跨弯曲网格1000扫描，那么来自缺陷的光跨具有不同曲率的网格的不同部分扫描。特定来说，缺陷1004在很少或不具有水平失真的场的中心上扫描，且缺陷1006在具有相对较大水平失真的场的边缘上扫描。因此，即使缺陷1004及1006具有所有相同特性且使用具有所有相同特性的光照射，但由传感器针对缺陷产生的输出信号可不同。例如，如图10中所展示，由于来自缺陷1006的光跨场的边缘处的多个像素涂抹(其由场的失真引起)，缺陷1004的图像1012基本上不同于缺陷1006的图像1014。
在一个此实施例中，传感器配置为TDI传感器。例如，本文所描述的经配置用于检验的成像系统通常将采用TDI传感器，其随着图像跨像素阵列扫描而累积光学信号。此将导致较大有效点扩散函数(PSF)及因此较低分辨率及较低信噪比(SNR)。相反地，将图像传感器组装到弯曲表面上将仿真系统的失真。因此，投射到对象平面上的此传感器将对应于由完美网格1002展示的近乎完美网格，借此提高远离场的中心的分辨率及SNR。例如，如图10中所展示，缺陷1004的图像1016基本上相同于缺陷1006的图像1018，因为由于网格1002的基本上完美性质，在场的边缘处跨多个像素不存在来自缺陷1006的光的涂抹。因此，本文所描述的实施例实现基于TDI扫描架构的系统的甚至更显著改进。
图11中展示成像系统的一个实施例。成像系统1100可包含及/或耦合到计算机子系统，例如计算机子系统1102及/或一或多个计算机系统1104，其可如本文进一步描述般配置。此成像系统基于本文所描述的倒装芯片传感器实施例且可经配置用于不同应用，例如检验或度量。
一般来说，本文所描述的成像系统包含至少一能源、传感器及扫描子系统。能源经配置用于产生由照明子系统导引到样品的能量。传感器经配置用于检测来自样品的能量且用于响应于检测能量而产生输出。扫描子系统经配置以改变能量导引到其及能量从其检测的样品上的位置。在一个实施例中，如图11中所展示，导引到样品的能量是光，且因此成像系统配置为基于光的成像系统。
在图11中所展示的成像系统的实施例中，成像系统包含经配置以将光导引到样品1106的照明子系统。能源包含至少一个光源，例如光源1108。照明子系统经配置以依可包含一或多个斜角及/或一或多个法线角的一或多个入射角将光导引到样品。例如，如图11中所展示，来自光源1108的光依斜入射角被导引穿过光学元件1110且接着穿过透镜1112而到样品1106。斜入射角可包含任何适合斜入射角，其可取决于(例如)样品的特性及对样品执行的过程来变动。
照明子系统可经配置以在不同时间依不同入射角将光导引到样品。例如，成像系统可经配置以更改照明子系统的一或多个元件的一或多个特性，使得光可依不同于图11中所展示的入射角的入射角导引到样品。在一个此实例中，成像系统可经配置以移动光源1108、光学元件1110及透镜1112，使得光依不同斜入射角或法线(或近法线)入射角导引到样品。
在一些例子中，成像系统可经配置以同时依一个以上入射角将光导引到样品。例如，照明子系统可包含一个以上照明通道，照明通道中的一者可包含光源1108、光学元件1110及透镜1112(如图11中所展示)且照明通道中的另一者(图中未展示)可包含类似元件，其可不同或相同配置或可包含至少一光源及可能一或多个其它组件，例如本文进一步描述的组件。如果此光在相同于其它光的时间导引到样品，那么依不同入射角导引到样品的光的一或多个特性(例如波长、偏振等)可不同，使得由依不同入射角照射样品产生的光可在传感器处彼此区分。
在另一例子中，成像系统可仅包含一个光源(例如图11中所展示的源1108)且来自光源的光可由照明子系统的一或多个光学元件(图中未展示)分离成不同光学路径(例如基于波长、偏振等)。接着，可将不同光学路径中的每一者中的光导引到样品。多个照明通道可经配置以在相同时间或不同时间(例如当使用不同照明通道依序照射样品时)将光导引到样品。在另一例子中，相同照明通道可经配置以在不同时间将具有不同特性的光导引到样品。例如，光学元件1110可配置为光谱滤波器且光谱滤波器的性质可依各种不同方式改变(例如通过用另一光谱滤波器换出一个光谱滤波器)，使得不同波长的光可在不同时间导引到样品。照明子系统可具有本技术中已知的任何其它适合配置用于依不同或相同入射角依序或同时将具有不同或相同特性的光导引到样品。照明子系统还可经配置使得光从下方进入样品(图11中未展示)且在传感器处接收之前透射穿过样品。
光源1108可包含窄频源(例如激光)或等离子体源(例如EUV或宽带等离子体(BBP)光源)。依此方式，由光源产生且导引到样品的光可包含窄频或宽带光。光源还可包含本技术中已知且经配置以产生任何适合波长的光的激光设计。激光可经配置以产生单色或近单色光。依此方式，激光可为窄频激光。光源还可包含产生多个离散波长或波段的光的多色光源。
来自光学元件1110的光可由透镜1112聚焦到样品1106上。尽管透镜1112在图11中展示为单个折射光学元件，但实际上，透镜1112可包含组合地将光从光学元件聚焦到样品的若干折射、衍射及/或反射光学元件。图11中所展示及本文所描述的照明子系统可包含其它适合光学元件(图中未展示)。此类光学元件的实例包含(但不限于)偏振组件、光谱滤波器、空间滤波器、反射光学元件、变迹器、分束器、孔径及其类似者，其可包含本技术中已知的任何此类适合光学元件。另外，成像系统可经配置以基于用于成像的照明类型来更改照明子系统的元件中的一或多者。
成像系统还可包含经配置以改变光导引到其及光从其检测的样品上的位置且可能引起光在样品上扫描的扫描子系统。例如，成像系统可包含在成像期间样品1106安置于其上的载台1114。扫描子系统可包含任何适合机械及/或机器人组合件(其包含载台1114)，其可经配置以移动样品，使得光可导引到样品上的不同位置且从所述不同位置检测。另外或替代地，成像系统可经配置使得成像系统的一或多个光学元件对样品执行一些光扫描，使得光可导引到样品上的不同位置且从所述不同位置检测。在其中光扫描样品的例子中，光可依任何适合方式(例如依蛇形路径或螺旋路径)扫描样品。
成像系统进一步包含一或多个检测通道。检测通道中的至少一者包含经配置以检测由于成像系统照射样品的来自样品的光且响应于检测光而产生输出的传感器。例如，图11中所展示的成像系统包含两个检测通道：一个由集光器1116、元件1118及传感器1120形成且另一个由集光器1122、元件1124及传感器1126形成。如图11中所展示，两个检测通道经配置以依不同收集角收集及检测光。在一些例子中，两个检测通道经配置以检测散射光，且检测通道经配置以检测从样品依不同角度散射的光。然而，检测通道中的一或多者可经配置以检测来自样品的另一类型的光(例如反射光)。
如图11中进一步展示，两个检测通道展示为定位于纸面中且照明子系统也展示为定位于纸面中。因此，在此实施例中，两个检测通道定位于(例如居中于)入射面中。然而，检测通道中的一或多者可定位于入射面外。例如，由集光器1122、元件1124及传感器1126形成的检测通道可经配置以收集及检测从入射面散射出的光。因此，此检测通道通常可称为“侧”通道，且此侧通道可居中于基本上垂直于入射面的平面中。
尽管图11展示包含两个检测通道的成像系统的实施例，但成像系统可包含不同数目个检测通道(例如仅一个检测通道或两个或更多个检测通道)。在一个此例子中，由集光器1122、元件1124及传感器1126形成的检测通道可形成一个上述侧通道，且成像系统可包含形成为定位于入射面的对置侧上的另一侧通道的额外检测通道(图中未展示)。因此，成像系统可包含检测通道，其包含集光器1116、元件1118及传感器1120且居中于入射面中且经配置以依法向于或接近法向于样品表面的散射角收集及检测光。因此，此检测通道通常可称为“顶部”通道，且成像系统还可包含如上文所描述般配置的两个或更多个侧通道。因而，成像系统可包含至少三个通道(即，一个顶部通道及两个侧通道)，且至少三个通道中的每一者自身具有集光器，集光器中的每一者经配置以依不同于其它集光器中的每一者的散射角收集光。
如上文进一步描述，包含于成像系统中的检测通道中的每一者可经配置以检测散射光。因此，图11中所展示的成像系统可经配置用于样品的暗场(DF)成像。然而，成像系统还可或替代地包含经配置用于样品的明场(BF)成像的检测通道。换句话说，成像系统可包含经配置以检测从样品镜面反射的光的至少一个检测通道。因此，本文所描述的成像系统可经配置用于仅DF、仅BF或DF及BF两者成像。尽管集光器中的每一者在图11中展示为单个折射光学元件，但集光器中的每一者可包含一或多个折射光学元件及/或一或多个反射光学元件。图11中所展示的集光器还可配置为或替换为本文所描述的摄影机镜头子系统或管透镜子系统实施例。
包含于一或多个检测通道中的传感器可根据本文所描述的任何实施例配置。由包含于成像系统的每一检测通道中的每一传感器产生的输出可为图像信号或图像数据或本技术中已知的任何其它适合输出。另外，尽管检测通道中的每一者在图11中展示为包含单个传感器，但检测通道中的每一者可包含如图9a中所展示及如本文中进一步描述般配置的多个传感器。此外，包含于成像系统中的不同检测通道可包含本文所描述的不同传感器实施例。例如，传感器1120可经配置以具有不同于传感器1126的预选形状。
应注意，本文提供图11来大体上说明可包含本文所描述的传感器实施例中的一或多者的成像系统的配置的一个实施例。显然，本文所描述的成像系统配置可经更改以优化成像系统的性能，如在设计商用成像系统时通常所执行。另外，本文所描述的成像系统可使用既有系统实施(例如通过将本文所描述的功能性添加到既有检验系统)，例如可购自KLA公司(加州米尓皮塔斯)的29xx/39xx系列工具。针对一些此类成像系统，本文所描述的传感器可提供为成像系统的选用元件(例如以及成像系统的其它既有传感器)。替代地，本文所描述的成像系统可“从头开始”设计以提供全新成像系统。
计算机子系统1102可依任何适合方式(例如经由一或多个传输媒体，其可包含“有线”及/或“无线”传输媒体)耦合到成像系统的传感器，使得计算机子系统可接收由传感器产生的输出。计算机子系统1102可经配置以使用或不使用传感器的输出来执行若干功能，包含本文进一步描述的步骤及功能。因而，本文所描述的步骤可通过耦合到成像系统或为成像系统的部分的计算机子系统“在工具上”执行。另外或替代地，计算机系统1104可执行本文所描述的步骤中的一或多者。因此，本文所描述的步骤中的一或多者可通过未直接耦合到成像系统的计算机系统“在工具外”执行。计算机子系统1102及计算机系统1104可如本文所描述般进一步配置。
计算机子系统1102(以及本文所描述的其它计算机子系统)在本文中还可称为计算机系统。本文所描述的计算机子系统或系统中的每一者可采取各种形式，包含个人计算机系统、图像计算机、主计算机系统、工作站、网络设备、因特网设备或其它装置。一般来说，术语“计算机系统”可广义界定为涵盖具有一或多个处理器的任何装置，其执行来自存储器媒体的指令。计算机子系统或系统还可包含本技术中已知的任何适合处理器，例如并行处理器。另外，计算机子系统或系统可包含具有高速处理及软件的计算机平台作为独立或网络工具。
如果系统包含一个以上计算机子系统，那么不同计算机子系统可彼此耦合，使得可在计算机子系统之间发送图像、数据、信息、指令等。例如，计算机子系统1102可通过可包含本技术中已知的任何适合有线及/或无线传输媒体的任何适合传输媒体来耦合到计算机系统1104，如由图11中的虚线中所展示。此类计算机子系统中的两者或更多者也可由共享计算机可读存储媒体(图中未展示)有效耦合。
尽管成像系统在上文描述为包含光学或基于光的能源，但在另一实施例中，能源配置为电子束源。在此成像系统中，导引到样品的能量包含电子，且从样品检测的能量包含电子。在图11a中所展示的一个此实施例中，成像系统包含电子柱1128，其可耦合到计算机子系统1130。计算机子系统1130可如上文所描述般配置。另外，此成像系统可依上述及图11中所展示的相同方式耦合到另外一或多个计算机系统。
同样如图11a中所展示，电子柱包含经配置以产生由一或多个元件1136聚焦到样品1134的电子的电子束源1132。电子束源可包含(例如)阴极源或射极尖端，且一或多个元件1136可包含(例如)枪透镜、阳极、射束限制孔径、关阀、射束电流选择孔径、适合于带电粒子成像的静电或磁性物镜及扫描子系统，其所有可包含本技术中已知的任何此类元件。
从样品返回的电子可由一或多个元件1138聚焦到传感器1140。一或多个元件1138可包含(例如)摄影机镜头子系统或管透镜子系统，其可如本文所描述般配置。传感器1140可根据本文所描述的任何实施例配置。另外，传感器1140可替换为传感器阵列，例如图9a中所展示及上文进一步描述的传感器阵列。
电子柱可包含本技术中已知的任何其它适合组件。另外，电子柱可如以下中所描述般进一步配置：江(Jiang)等人在2014年4月4日发布的第8,664,594号美国专利、金玛(Kojima)等人在2014年4月8日发布的第8,692,204号美国专利、葛本思(Gubbens)等人在2014年4月15日发布的第8,698,093号美国专利及麦克唐纳(MacDonald)等人在2014年5月6日发布的第8,716,662号美国专利，所述国专利以宛如全文阐述引用方式并入本文中。
尽管电子柱在图11a展示为经配置使得电子依斜入射角导引到样品且依另一斜角自样品散射，但电子束可依任何适合角度导引到样品及从样品散射。另外，成像系统可经配置以使用各种模式来产生本文进一步描述的样品的输出(例如具有不同照明角、收集角等)。成像系统的多种模式在成像系统的任何输出产生参数中可不同。
计算机子系统1130可如上文所描述般耦合到传感器1140。传感器可检测从样品的表面返回的电子，借此形成样品的图像(或其它输出)。计算机子系统1130可经配置以对由传感器1140产生的输出执行一或多个功能，其可如本文进一步描述般执行。计算机子系统1130可经配置以执行本文所描述的任何额外步骤。包含图11a中所展示的成像系统的系统可如本文所描述般进一步配置。
应注意，本文提供图11a来大体上说明可包含本文所描述的传感器实施例中的一或多者的成像系统的配置的另一实施例。如同图11中所展示的成像系统，图11a中所展示的成像系统配置可经更改以优化成像系统的性能，如在设计商用系统时通常所执行。另外，本文所描述的成像系统可使用既有系统实施(例如通过将本文所描述的传感器添加到既有系统)，例如可购自KLA的工具。针对一些此类系统，本文所描述的传感器可提供为系统的选用元件(例如以及系统的既有传感器)。替代地，本文所描述的成像系统可“从头开始”设计以提供全新成像系统。
尽管成像系统在上文描述为包含光或电子束能源，但成像子系统可包含离子束能源。此成像系统可如图11a中所展示般配置，只是电子束源可替换为本技术中已知的任何适合离子束源。另外，成像系统可包含任何其它适合离子束成像系统，例如包含于市售聚焦离子束(FIB)系统、氦离子显微镜(HIM)系统及二次离子质谱(SIMS)系统中的离子束成像系统。
如上文进一步提及，成像系统可经配置以具有多种模式。一般来说，“模式”由用于产生样品的输出的成像系统的参数值界定。因此，不同模式可具有成像系统的成像参数中的至少一者的不同值(除其中产生输出的样品上的位置之外)。例如，针对基于光的成像系统，不同模式可使用不同波长的光。如本文进一步描述，模式可具有导引到样品的光的不同波长(例如通过使用不同光源、不同光谱滤波器等用于不同模式)。在另一实施例中，不同模式可使用不同照明通道。例如，如上文所提及，成像系统可包含一个以上照明通道。因而，不同照明通道可用于不同模式。
多种模式还可具有不同照明及/或收集/检测。例如，如上文进一步描述，成像系统可包含多个传感器。因此，传感器中的一者可用于一种模式且传感器中的另一者可用于另一模式。此外，模式可依本文所描述的一种以上方式彼此不同(例如，不同模式可具有一或多个不同照明参数及一或多个不同检测参数)。另外，多种模式可具有不同视角，意味着具有不同入射角及收集角中的一或两者，其可如上文进一步描述般达成。成像系统可经配置以在相同扫描或不同扫描中使用不同模式扫描样品，例如取决于使用多种模式同时扫描样品的能力。
在一些例子中，本文所描述的成像系统可配置为检验系统。然而，本文所描述的成像系统可配置为另一类型的半导体相关质量控制型系统，例如缺陷复查系统及度量系统。例如，本文所描述及图11及11a中所展示的成像系统的实施例可修改一或多个参数以取决于将使用其的应用来提供不同成像能力。在一个此实例中，图11中所展示的成像系统可经配置以在其用于缺陷复查或度量而非用于检验时具有较高分辨率。换句话说，图11及11a中所展示的成像系统的实施例描述成像系统的一些通用及各种配置，其可依所属领域的技术人员将明白的若干方式调适以产生几乎适合于不同应用的具有不同成像能力的成像系统。
如上文所提及，成像系统经配置用于将能量(例如光、电子)导引到样品的实体版本及/或使能量扫描样品的实体版本，借此产生样品的实体版本的实际图像。依此方式，成像系统可配置为“实际”成像系统而非“虚拟”系统。然而，图11中所展示的存储媒体(图中未展示)及计算机系统1104可配置为“虚拟”系统。特定来说，存储媒体及计算机系统不是成像系统1100的部分且不具有处置样品的实体版本的任何能力，而是可使用所存储的传感器输出配置为执行类检验功能的虚拟检验器、执行类度量功能的虚拟度量系统、执行类缺陷复查功能的虚拟缺陷复查工具等。配置为“虚拟”系统的系统及方法描述于以下中：巴斯卡尔(Bhaskar)等人在2012年2月28日发布的第8,126,255号美国专利、杜飞(Duffy)等人在2015年12月29日发布的第9,222,895号美国专利及杜飞(Duffy)等人在2017年11月14日发布的第9,816,939号美国专利，所述美国专利以宛如全文阐述引用方式并入本文中。本文所描述的实施例可如这些专利中所描述般进一步配置。例如，本文所描述的计算机子系统可如这些专利中所描述般进一步配置。
在一个实施例中，成像系统包含经配置以基于由传感器产生的输出来确定样品的信息的计算机子系统。例如，图11中所展示的成像系统可包含计算机子系统1102及/或计算机系统1104，且图11a中所展示的成像系统可包含计算机子系统1130。这些计算机子系统或系统可耦合到上述成像系统的一或多个传感器，使得计算机子系统或系统接收由传感器产生的输出。经确定信息及使用由传感器或多个传感器产生的输出用于信息确定的方式可取决于对样品执行的过程来变动。确定信息步骤可由计算机子系统使用算法或方法来执行，例如本文进一步描述的算法或方法中的一者或本技术中已知的任何其它适合算法或方法。
在另一实施例中，成像系统包含经配置以基于由传感器产生的输出来检测样品上的缺陷的计算机子系统。一般来说，由传感器产生的输出可依相同于任何其它图像的方式用于缺陷检测。换句话说，由本文所描述的传感器产生的输出不是缺陷检测算法或方法特定，且使用输出检测缺陷可使用本技术中已知的任何适合缺陷检测算法或方法来执行。例如，缺陷检测可通过从输出减去参考以借此产生差异图像且将阈值应用于差异图像来执行。差异图像中具有高于阈值的值的任何像素可识别为缺陷，且所有其它像素可不识别为缺陷。当然，此可能为可执行缺陷检测的最简单方式且仅作为非限制性实例包含于本文中。
因此，在一些实施例中，检测样品上的缺陷可包含产生或确定样品的信息，其可包含在样品上检测到的任何缺陷的信息。在此类例子中，信息可包含(例如)检测缺陷的类型、检测缺陷相对于样品图像、样品、成像系统及样品的设计中的一或多者的位置及由缺陷检测方法或算法及/或计算机子系统针对缺陷产生的任何其它信息。由计算机子系统确定的信息还可或替代地包含可从本文所描述的输出及/或其与样品的其它信息(例如设计数据)的对准确定的任何适合缺陷属性，例如分类、大小、形状等(除所报告的缺陷位置之外)。此信息可由计算机子系统输出及/或存储，如本文进一步描述。
不同于检验过程，缺陷复查过程一般再访样品其中检测到缺陷的样品上的离散位置。经配置用于缺陷复查的成像系统可产生本文所描述的样品图像，其可输入到本文所描述的计算机子系统用于一或多个缺陷复查功能，例如缺陷重新检测、缺陷属性确定、缺陷分类及缺陷根本原因确定。针对缺陷复查应用，计算机子系统还可经配置用于使用在任何适合缺陷复查工具上使用的任何适合缺陷复查方法或算法来确定来自传感器输出的缺陷或样品信息，可能与由缺陷复查过程确定或来自传感器输出的任何其它信息组合。
在一些实施例中，成像系统可经配置用于样品的度量。在一个此实施例中，信息包含形成于样品上的一或多个结构的测量。例如，本文所描述的成像系统可配置为度量工具，且由此度量工具产生的传感器输出可用于确定样品的度量信息。度量信息可包含可取决于样品上的结构来变动的任何关注度量信息。此度量信息的实例包含(但不限于)临界尺寸(CD)，例如线宽及样品结构的其它尺寸。针对度量应用，计算机子系统还可经配置用于使用在任何适合度量工具上使用的任何适合度量方法或算法来确定来自传感器输出的样品的信息，可能与由度量过程确定或来自传感器输出的任何其它信息组合。
计算机子系统还可经配置用于产生包含确定信息的结果，其可包含本文所描述的结果或信息中的任何者。确定信息的结果可由计算机子系统依任何适合方式产生。本文所描述的所有实施例可经配置用于将实施例的一或多个步骤的结果存储于计算机可读存储媒体中。结果可包含本文所描述的结果中的任何者且可依本技术中已知的任何方式存储。包含确定信息的结果可具有任何适合形式或格式，例如标准文件类型。存储媒体可包含本文所描述的任何存储媒体或本技术中已知的任何其它适合存储媒体。
在存储结果之后，结果可存取于存储媒体中且由本文所描述的方法或系统实施例中的任何者使用、经格式化以向用户显示、由另一软件模块、方法或系统使用等以对样品或相同类型的另一样品执行一或多个功能。例如，由计算机子系统产生的结果可包含在样品上检测到的任何缺陷的信息，例如检测缺陷的定界框的位置等、检测分数、关于缺陷分类的信息(例如类别标签或ID)、从图像中的任何者等确定的任何缺陷属性、预测样品结构测量、尺寸、形状等或本技术中已知的任何此适合信息。所述信息可由计算机子系统或另一系统或方法用于对样品及/或检测缺陷执行额外功能，例如对缺陷取样以进行缺陷复查或其它分析、确定缺陷的根本原因等。
此类功能还包含(但不限于)更改过程，例如依或将依回馈或前馈方式对样品执行的制程或步骤等。例如，计算机子系统可经配置以基于确定信息来确定对样品执行的过程及/或将对样品执行的过程的一或多个改变。过程的改变可包含过程的一或多个参数的任何适合改变。在一个此实例中，计算机子系统优选地确定所述改变，使得可减少或防止对其执行修订过程的其它样品上的缺陷，可在对样品执行的另一过程中校正或消除样品上的缺陷，可在对样品执行的另一过程中补偿缺陷，等。计算机子系统可依本技术中已知的任何适合方式确定此类改变。
接着，所述改变可发送到半导体制造系统(图中未展示)或计算机子系统及半导体制造系统两者可存取的存储媒体(图中未展示)。半导体制造系统可或可不为本文所描述的系统实施例的部分。例如，本文所描述的成像子系统及/或计算机子系统可(例如)经由一或多个共同元件(例如外壳、电源供应器、样品处置装置或机构等)耦合到半导体制造系统。半导体制造系统可包含本技术中已知的任何半导体制造系统，例如光刻工具、蚀刻工具、化学机械抛光(CMP)工具、沉积工具及其类似者。
上述系统中的每一者的实施例中的每一者可一起组合成一个单个实施例。
额外实施例涉及一种非暂时性计算机可读媒体，其存储可在计算机系统上执行的程序指令用于执行用于确定样品的信息的计算机实施方法。图12中展示一个此实施例。特定来说，如图12中所展示，非暂时性计算机可读媒体1200包含可在计算机系统1204上执行的程序指令1202。计算机实施方法可包含本文所描述的任何方法的任何步骤。
用于算法实施方法(例如本文所描述的方法)的程序指令1202可存储于计算机可读媒体1200上。计算机可读媒体可为存储媒体，例如磁盘或固态硬盘、磁带或本技术中已知的任何其它适合非暂时性计算机可读媒体。
算法可依各种方式中的任何者实施，包含基于过程的技术、基于组件的技术、面向对象技术、神经网络架构的实施方案等。例如，程序指令可使用本技术中已知的适合编程架构及语言(例如C、C++或Python)来实施，且在本端、远程或集中管理运算系统或这些系统的组合上执行。自定义加速器可在专用集成电路装置(ASIC芯片)、具有自定义配置的现场可编程门阵列(FPGA)或图形处理单元(GPU)中根据期望单独或组合实施。
计算机系统1204可根据本文所描述的实施例中的任何者配置。
所属领域的技术人员将鉴于本描述来明白本发明的各个方面的进一步修改及替代实施例。例如，提供传感器、成像系统及用于形成传感器的方法。因此，本描述应被解释为仅供说明且为了教示所属领域的技术人员实施本发明的一般方式。应理解，本文所展示及描述的本发明的形式应被视为目前优选实施例。元件及材料可替代本文所展示及描述的元件及材料，部件及过程可反转，且本发明的某些特征可独立利用，其所有将由所属领域的技术人员借助于本发明的本描述来明白。可在不背离所附权利要求书中所描述的本发明的精神及范围的情况下对本文所描述的元件进行改变。

Claims (32)

1.一种传感器，其包括：
衬底；
一或多个组件，其附接到所述衬底；
传感器裸片，其具有薄化背面及经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的能量的能敏元件；及
离散导热结构，其通过倒装芯片过程形成于所述传感器裸片的正面与所述衬底之间，借此将所述传感器裸片接合到所述衬底且引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有预选形状，其中所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到所述一或多个组件。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中在所述倒装芯片过程中将所述传感器裸片接合到所述衬底之前，所述离散导热结构形成于所述衬底上且所述离散导热结构中的一或多者的形状经修改使得所述离散导热结构组合具有基本上相同于所述预选形状的形状。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中在所述倒装芯片过程之前确定所述预选形状，且其中基于所述预选形状更改在所述倒装芯片过程中将所述传感器裸片接合到所述衬底之前形成于所述衬底上的所述离散导热结构中的一或多者的形状。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述离散导热结构形成于其上的所述衬底的表面具有不同于所述预选形状的形状。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述离散导热结构形成于其上的所述衬底的表面具有基于所述预选形状确定的形状。
6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述预选形状是弯曲形状。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述预选形状由高阶多项式界定。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述衬底由陶瓷材料形成。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述衬底由材料形成，所述材料基于从所述传感器裸片的大小及所述预选形状确定的所述材料的热膨胀系数选择。
10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述离散导热结构由材料形成，所述材料基于所述传感器裸片的大小及所述预选形状确定的所述材料的回焊温度选择。
11.根据权利要求1所述的传感器，其进一步包括围绕所述离散导热结构且在所述传感器裸片的所述正面与所述衬底之间形成的底胶材料。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述底胶材料经配置以在所述传感器裸片经受真空时稳定所述传感器裸片。
13.根据权利要求11所述的传感器，其中所述底胶材料包括树脂，所述树脂含有由具有高热导率的电介质材料形成的分散粒子。
14.根据权利要求1所述的传感器，其进一步包括形成于所述衬底中的导热及导电通路，其中至少一子集经配置用于将所述离散导热结构的所述至少部分连接到所述一或多个组件，借此将所述传感器裸片连接到所述一或多个组件。
15.根据权利要求1所述的传感器，其中所述一或多个组件经配置用于对由所述能敏元件响应于所述检测能量而产生的输出执行一或多个功能。
16.根据权利要求1所述的传感器，其中所述能敏元件经进一步配置用于检测深紫外光。
17.根据权利要求1所述的传感器，其中所述能敏元件经进一步配置用于检测真空紫外光。
18.根据权利要求1所述的传感器，其中所述能敏元件经进一步配置用于检测极紫外光。
19.根据权利要求1所述的传感器，其中所述能敏元件经进一步配置用于检测x射线。
20.一种成像系统，其包括：
能源，其经配置用于产生由照明子系统导引到样品的能量；及
传感器，其经配置用于检测来自所述样品的能量且响应于所述检测能量而产生输出；其中所述传感器包括：
衬底；
一或多个组件，其附接到所述衬底；
传感器裸片，其具有薄化背面及经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的来自所述样品的所述能量的能敏元件；及
离散导热结构，其通过倒装芯片过程形成于所述传感器裸片的正面与所述衬底之间，借此将所述传感器裸片接合到所述衬底且引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有预选形状，其中所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到所述一或多个组件。
21.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置以基于由所述传感器产生的所述输出来检测所述样品上的缺陷的计算机子系统。
22.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置以基于由所述传感器产生的所述输出来确定所述样品的信息的计算机子系统。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述信息包括形成于所述样品上的一或多个结构的测量。
24.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置以将所述能量从所述样品导引到所述传感器的摄影机镜头子系统。
25.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置以将所述能量从所述样品导引到所述传感器的管透镜子系统。
26.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置用于检测来自所述样品的额外能量且响应于所述额外检测能量而产生输出的额外传感器；其中所述额外传感器包括：
额外衬底；
一或多个额外组件，其附接到所述额外衬底；
额外传感器裸片，其具有薄化背面及经配置用于检测照射所述额外传感器裸片的所述薄化背面的来自所述样品的所述额外能量的额外能敏元件；及
额外离散导热结构，其通过倒装芯片过程形成于所述额外传感器裸片的正面与所述额外衬底之间，借此将所述额外传感器裸片接合到所述额外衬底且引起所述额外传感器裸片的所述薄化背面具有额外预选形状，其中所述额外离散导热结构的至少一部分将所述额外传感器裸片电连接到所述一或多个额外组件。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述预选形状及所述额外预选形状是不同的。
28.根据权利要求26所述的系统，其中所述预选形状及所述额外预选形状是相同的。
29.根据权利要求26所述的系统，其中所述成像系统经配置以独立控制所述传感器及所述额外传感器在所述成像系统中的位置。
30.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括经配置以在所述样品上扫描由所述照明子系统导引到所述样品的所述能量的扫描子系统，其中所述照明子系统在所述样品上具有基本上无场曲率的视域，且其中所述预选形状是弯曲形状。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述传感器经进一步配置为时延积分传感器。
32.一种用于形成传感器的方法，其包括：
使离散导热结构形成于衬底上；
基于传感器裸片的薄化背面的预选形状来更改所述离散导热结构的形状；及
经由所述离散导热结构将所述传感器裸片的正面接合到所述衬底，借此引起所述传感器裸片的所述薄化背面具有所述预选形状，其中所述离散导热结构的至少一部分将所述传感器裸片电连接到附接到所述衬底的一或多个组件；且
其中所述传感器裸片具有经配置用于检测照射所述传感器裸片的所述薄化背面的能量的能敏元件。
CN202280019706.5A 2021-06-14 2022-06-14 传感器、成像系统及用于形成传感器的方法 Pending CN116964749A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163210082P 2021-06-14 2021-06-14
US63/210,082 2021-06-14
US17/834,767 2022-06-07
US17/834,767 US20220397536A1 (en) 2021-06-14 2022-06-07 Sensors, imaging systems, and methods for forming a sensor
PCT/US2022/033323 WO2022266025A1 (en) 2021-06-14 2022-06-14 Sensors, imaging systems, and methods for forming a sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116964749A true CN116964749A (zh) 2023-10-27

Family

ID=84390378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280019706.5A Pending CN116964749A (zh) 2021-06-14 2022-06-14 传感器、成像系统及用于形成传感器的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220397536A1 (zh)
JP (1) JP2024526006A (zh)
KR (1) KR20240021148A (zh)
CN (1) CN116964749A (zh)
IL (1) IL305109A (zh)
TW (1) TW202315103A (zh)
WO (1) WO2022266025A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7507944B1 (en) * 2006-06-27 2009-03-24 Cypress Semiconductor Corporation Non-planar packaging of image sensor
KR20100001799A (ko) * 2008-06-27 2010-01-06 삼성전기주식회사 휴대폰 내장형 이미지센서 모듈 및 이의 제조방법
JP2014127945A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Rohm Co Ltd 検査システム、検査方法、画素回路及びイメージセンサ
US10313622B2 (en) * 2016-04-06 2019-06-04 Kla-Tencor Corporation Dual-column-parallel CCD sensor and inspection systems using a sensor
US10062727B2 (en) * 2016-09-09 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Strain relieving die for curved image sensors
US10103095B2 (en) * 2016-10-06 2018-10-16 Compass Technology Company Limited Fabrication process and structure of fine pitch traces for a solid state diffusion bond on flip chip interconnect
US11610757B2 (en) * 2019-08-28 2023-03-21 Kla Corporation Sensor module for scanning electron microscopy applications

Also Published As

Publication number Publication date
IL305109A (en) 2023-10-01
JP2024526006A (ja) 2024-07-17
WO2022266025A1 (en) 2022-12-22
TW202315103A (zh) 2023-04-01
US20220397536A1 (en) 2022-12-15
KR20240021148A (ko) 2024-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1940546B (zh) 检测设备和器件制造方法
US7521692B2 (en) TDI detecting device, a feed-through equipment, an electron beam apparatus using these device and equipment, and a semiconductor device manufacturing method using the same electron beam apparatus
US7193728B2 (en) Processing apparatus, processing method and position detecting device
CN112071747B (zh) 晶圆键合方法
TW200302354A (en) Bi-convex solid immersion lens
TW202225864A (zh) 可調諧波長透視層堆疊
US20160238836A1 (en) Back Side Illumination Image Sensor With Non-Planar Optical Interface
CN112840432A (zh) 用于监测束轮廓和功率的方法和装置
Trigg Applications of infrared microscopy to IC and MEMS packaging
US20240369356A1 (en) Inspection apparatus and method
CN116964749A (zh) 传感器、成像系统及用于形成传感器的方法
JP2023538243A (ja) 真空チャンバをシールするためのプリント回路基板を含む検出器モジュール
US20160109376A1 (en) Lenticular wafer inspection
Chambion et al. Collective curved CMOS sensor process: application for high-resolution optical design and assembly challenges
CN218825140U (zh) 一种采集器及渐进式光罩结构
Chambion et al. Curved full-frame CMOS sensor: impact on electro-optical performances
US20240077304A1 (en) Alignment method, shape measuring method and shape measuring apparatus
TWI802042B (zh) 光學系統及其製造方法
Roumégoux et al. Key elements for hybridization technology development of $2000\times 2000$ pixels Infrared Focal Plane Arrays
KR20240083800A (ko) 광학 장치 및 광학 측정 방법
Pattnaik Design, fabrication and characterization of silicon microlenses for IR-CCD image sensors
TW202420368A (zh) 用於在檢測期間對偵測器上之粒子進行計數之系統及方法
KR20070017245A (ko) 기판 결함 분류 방법
WO2025087776A1 (en) Systems and methods for cooling in inspection systems
Miyazaki et al. Recent CCD development activities at the University of Hawaii

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination