JP4795349B2 - 調整可能な変調伝達関数（ｍｔｆ）を使用して感知するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に光画像化の分野に関し、より詳細には、調整可能な変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を使用して画像を感知することに関する。

画像化システムは、一般に、マシンビジョン、顕微鏡、写真、および半導体検査を含む多くの様々な分野で使用される。画像化システムは、一般に、光学システム、画像化デバイス、およびいくつかの形式のコンピュータ処理および／または分析から構成される。このコンテキストでは、画像化は、最終画像を生成するために対象物または試験体に行なわれる処理または一連の操作と考えることができ、例えば、画像化デバイスによる画像の受取り、フィルタリングまたは処理による画像の誤った部分の除去などを含むことができる。画像化システムの各セグメントは対象物または試験体に１つ以上の操作を行うことができる。

一般的な画像化処理を構成するいくつかの構成要素のブロック図が図１に示される。図１の円形の要素は、対象物もしくは試験体１０１、または対象物の検出画像１０５を表し、一方、長方形は対象物１０１への操作を表わす。画像化処理において、光学システム１０２は、対象物または試験体１０１の連続的画像を生成する。電荷ディフューザ１０６および画像アレイ１０７で形成された固体イメージャ１０３は、連続的画像または光学像を電子画像または電子画像に変換できる値のアレイのいずれかに変化させることができる。次に、この電子画像はポイント１０４で処理され、その後、最終検出画像１０５をレンダリングすることができる。

図１のシステムに関連する問題は、特に対象物または試験体１０１の高速走査または検査において、エイリアシングを含む場合があることである。エイリアシングは、アナログ情報がピクセルへサンプリングされる場合に生じる現象であり、結果として得られたピクセル化画像は、しばしば著しく、オリジナルのアナログ信号と異なる。エイリアシングを防ぐ従来の方法では、センサ上の光学像の解像度を変更する光学技法が使用されるか、または画像処理アルゴリズムが使用されている。これらの方法はいずれも有効性が限定的であるか、または画像化システムの性能に悪い影響を及ぼす。

図１に示されたものなどの画像化処理またはシステムの性能を記述するために使用されてきた１つのツールは変調伝達関数（ＭＴＦ）である。ＭＴＦは、対象物の様々な空間周波数を伝達することができるコントラストを数学的に記述する。高い空間周波数は、対象物または試験体１０１の精細な細部に対応する。特定の空間周波数において１００％のＭＴＦは、完全なコントラストをもつ対象物または試験体からその周波数を伝達している。画像化処理またはシステムの解像度は、１つのＭＴＦまたはＭＴＦの組合せで容易に表すことができるが、それは、様々な画像化操作のＭＴＦが共に乗算されて検出画像１０５のＭＴＦを生成することができるからである。画像化処理のＭＴＦは以下の式（１）によって表わすことができる。

ＭＴＦ_Opticalは光学システムの光学のＭＴＦを表わし、一方、ＭＴＦ_Diffusionは電荷ディフューザ１０６のＭＴＦである。ＭＴＦ_Arrayは、センサまたは感知アレイによるピクセルサンプリングの離散的性質によって生成されたＭＴＦであり、一方、ＭＴＦ_Processingは感知アレイへの画像形成の後の画像処理のＭＴＦである。式（１）に示された方法のＭＴＦの乗算は、検出画像１０５に対して２つの悪影響を有することがある。第１に、各空間周波数成分のコントラストは、対象物１０１への各操作で劣化する。多くの場合、この劣化を最小にし、コントラストに関して対象物または試験体１０１にできるだけ厳密に似ている検出画像１０５を生成することが望ましい。オリジナルの対象物１０１において、注目する領域の外にある特定の空間周波数成分のコントラストを低減するのは有利なことがある。しかし、そのようなコントラスト低減により、他の空間周波数成分が検出画像１０５中で一層目立つようになることがある。

第２に、サンプリング検出器を使用する場合、エイリアシングは問題のまま残されている。例えば、固体イメージャまたはセンサ１０３のサンプリング周波数が、対象物または試験体１０１のナイキスト周波数未満である場合、エイリアシングが生じることがある。エイリアシングは検出画像１０５を劣化させる傾向があり、エイリアシングがあると後の処理で検出画像１０５を使用することが困難になる。

エイリアシングは、光学システム１０２、電荷ディフューザ１０６、または画像アレイ１０７の操作のＭＴＦを変更することにより対処することができる。いくつかの一般的な技法を使用して、対象物または試験体１０１の空間周波数のコントラストを維持するか、または代替として光学システムのＭＴＦ_Opticalを変更することにより対象物または試験体１０１中にある特定の空間周波数のコントラストを低減することができる。ある方法では、画像化開口数を低減するための空間フィルタまたは開口を使用して、光学解像度を低減する。この方法では、使用することができる拡大または開口数が制限され、高解像度情報に関連する光エネルギーが捨てられる。高速検査において光エネルギーを捨てると、処理能力が低減し、すなわち所与の領域を走査するのに長い時間を要することがある。別の光学アンチエイリアシングの方法では、複屈折板などの光学フィルタを使用して光エネルギーを捨てずに光学解像度を制限する。この技法では、最高空間周波数のコントラストが低減させられる。そのようなフィルタリングは、固体センサが光を画像アレイに変換する前に光自体を変更する傾向がある。このアンチエイリアシングの方法により操作するデバイスは、追加のハードウェアを必要とし、一般にある波長の範囲にわたって有効でなく、方向非対称性を有することがあり、固定解像度で動作するように設計される。そのようなフィルタリングは４００ｎｍ以上の波長での操作を必要とすることもあるが、多くのより新しいシステムでは４００ｎｍ未満の波長で動作する。固体イメージャが連続的光学像を離散的画像アレイに変換した後、対象物または試験体から伝達された空間周波数情報は永続的に変更されている。

画像は、この変更後、画像処理アルゴリズム１０４を使用して修正することができる。これらのアルゴリズムは、画像処理１０４のＭＴＦ_Processingを変化させることによってエイリアシングの影響を低減しようとする。しかし、そのようなアルゴリズムは、画像アレイを形成する時、固体イメージャ内に生成されるエイリアシングおよび他の画像アーティファクトに有効に対処しないことがある。アーティファクトは一般に本来の像の細部と区別できないので、画像が光学画像システムの固体センサに転送された後、一般的なエイリアシングアーティファクトを削除することは不可能である。アーティファクトと画像細部とは非常に似ているために、効果的なソフトウェアアンチエイリアシングフィルタが利用できない。

固体イメージャ自体を使用して最終画像のＭＴＦを制御することができる。米国特許第６２６５７３６号は、固体センサの画像アレイ操作を使用してＭＴＦを変更する技術を示している。第６２６５７３６号特許ではピクセル「ビニング」法が使用され、ピクセルを「ビン」内に結合することによって、ピクセルはより大きなピクセルに結合させられる。この方法は画像化処理のＭＴＦ_Array部分を変更する。第６２６５７３６号タイプの技術では、整数個のピクセルを結合しなければならないので、ＭＴＦの制御と調整は限定的である。高速または光学解像度の約１／８よりも大きいセンサピクセルサイズで動作するシステムでは、この方法は受け入れられないことになる傾向がある。

したがって、試験体または対象物を画像化するのに調整可能なＭＴＦを使用することは有利かもしれないが、最終的にレンダされた画像を変形させるかまたは妥協させることがあるＭＴＦを使用する場合、ある設計限界が存在する。センサＭＴＦを制御して、システム性能、コスト、または複雑さに悪い影響を与えることなく、エイリアシングの影響および変更された画像コントラストに関連する悪影響を除くかまたは非常に低減する能力を有することが望ましいであろう。

米国特許第６２６５７３６号明細書

本発明に係る第１の実施形態によれば、ピクセルに関連する変調伝達関数（ＭＴＦ）を有するピクセルと、前記ピクセルに接続され、可変ゲート電圧をピクセルに印加することにより前記ピクセルＭＴＦを変化させ、エイリアジングを低減するように前記可変ゲート電圧の値を決定する可変ゲート電圧要素と、を備えるセンサが提供される。

本発明に係る第２の実施形態によれば、試験体の画像を感知する方法が提供される。この方法は、試験体からの光エネルギーを受け取ることと、その光エネルギーを少なくとも１つのピクセルを含むセンサに与えることと、可変ゲート電圧を各ピクセルに印加することとを含み、可変ゲート電圧を各ピクセルに印加することがピクセルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を調整する。

本発明に係る第３の実施形態によれば、センサを含む、試験体を検査するためのシステムが提供される。このシステムは、基板から形成され、空乏領域および非空乏深部、基板上に形成された絶縁体、絶縁体上に形成された導体、ならびに導体および基板に接続された１つ以上の可変ゲート電圧源を含むセンサ内に少なくとも１つのピクセルを含む。各可変ゲート電圧源は、可変電圧を印加してそれぞれのピクセルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を変化させる。

本発明のこれらおよび他の目的および利点は、当業者には本発明の以下の詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。

本発明は、添付図面の図において、制限としてではなく、例として示される。

本発明に係る実施形態は、光システムを使用して試験体を検査する場合、調整可能なＭＴＦを利用して、エイリアシングの影響を低減し、コントラストを維持する。ＭＴＦの調整は、ピクセルに印加される電圧を変更することによって行なわれ、それによって、光を受け取り、最終画像の正確なレンダリングを行うためのピクセルの能力が増強される。

一般的な光システムの概略図が図２に示される。図２から、対象物または試験体２０１からの光は集光対物レンズ２０２によって集光することができる。次に、光は開口２０３を通って、画像化光学２０４によって固体イメージャ２０７上に画像化される。ここで、図１の光システム１０２は、一般に集光対物レンズ２０２、開口２０３、および画像化光学２０４によって代表される。開口２０３が最大直径である場合、ＮＡも最大であり、ポイント２０５によって示される。この最大直径開口−最大ＮＡ構成は、比較的高い空間周波数、一般には光システムによって伝達可能な最も高い空間周波数を有するＭＴＦ_Opticalを生成する。開口２０３の直径を減少すると、ＮＡ２０６が減少し、光システムのＭＴＦ_Opticalを減少させることができる。しかし、センサ上に画像化される光のＮＡを変更するのは、光レベルの変化および機械的開口の速度限界のために実際には高速で行うことができない。さらに、ＮＡの低減により光レベルは低下するので、そのような低減は望ましくない。

本発明に係る実施形態は、固体イメージャの個々のピクセル内の電荷拡散作用を利用して、ＭＴＦ_Diffusionおよびそれ故に生じるＭＴＦ_Imageが調整される。電荷拡散作用を使用すると、正確な方法でセンサＭＴＦ_Imageを変更でき、いくつかの有益な特性が得られる。第１に、電荷拡散作用は滑らかな機能である。ＭＴＦ_Imageを変更するのに使用される多くの他の技法または操作は、不連続性を有し、上述の「ビニング」技法などの画像アーティファクトの原因となる。「ビニング」は離散的処理であり、最終的にレンダされた画像中に異形を招く恐れがある。第２に、ＭＴＦ_Imageは対象の最大空間周波数を超えると急激に低減し、ＭＴＦ_Diffusionを有効な積分ショートパスフィルタにし、受け取った光の量を維持しながら効果的にノイズを濾波することができる。第３に、このように調整可能なＭＴＦ_Diffusionを使用すると、画像が離散的画像アレイに収集される前にシステムは連続的な光学像を処理することができる。事前収集処理をすると、画像アレイ１０７のサンプリング操作によってエラーが導入されることがある前のＭＴＦ_Imageの制御をより柔軟にすることができる。第４に、電荷拡散は、極めて高速度で、実時間で制御することができ、高速検査の間に動的に調整をすることが可能になる。

これらの特性により、ＭＴＦ_DiffusionにＭＴＦ_Arrayを乗じたものに等しい固体イメージャのＭＴＦ_SSImagerは様々な用途向けに調整することができる。用途には、高い空間周波数成分のエネルギーを保持しながらエイリアシングを防ぐことが含まれる。この固体イメージャの調整可能ＭＴＦ_SSImagerは、効率的に積分ローパスフィルタとして動作することができる。ローパスフィルタリングは、半導体ウェハ検査状況において、標準の前面または裏面のセンサ構成に適用することができ、フレームモードまたは時間遅延積分（ＴＤＩ）モード操作用に使用することができる。

現在利用可能なセンサは、全ピクセルに関連する固定ＭＴＦ_Diffusion値を有する。調整可能なＭＴＦ_Diffusionを有するセンサは、そのセンサ用の調整可能な平滑化関数を備え、平滑化関数はよく制御された双曲線セカント形状を有する。システムは、記憶ウェルゲートの電圧を変えて非空乏層厚を制御することによって平滑化関数の幅を調整することができる。半導体検査の場合に、システムは標準の前面または裏面センサ構成を使用して、電圧を変更することができる。記憶ウェルゲートの電圧変更によりエイリアシングの影響を制限することができ、ＭＴＦ_Diffusionを調整すると、装置毎にＭＴＦ_Imageを同じにすることによりシステム間整合が可能になる。

本発明に係る第１の実施形態は、個々のピクセルの前面ポリゲートと裏面ダイアタッチ（ｄｉｅ ａｔｔａｃｈ）との間の相対電圧差を調整することによって制御されたＭＴＦ_Diffusionを有する固体イメージャである。前面ポリゲート電圧または裏面ダイアタッチ電圧のいずれかを調整して、同じ効果を生成することができる。ＭＴＦ_Diffusion制御のこの方法は、前面照明型センサまたは裏面照明センサのいずれでも使用することができる。

本発明に係る実施形態による前面照明型センサの単一ピクセル固体イメージャ３００の概略図が、図３Ａに示される。図３Ａから、前面照明３０１は、図示のようなピクセルの存在下で使用される標準形式の照明を含み、一般に当技術分野で知られているような明視野照明器である。導体３０２は前面照明３０１を受け取り、導体３０２は絶縁体３０３上にある。絶縁体３０３は、一般に酸化物材料から形成される。シリコン基板３０４は絶縁体３０３の下にあり、その中にある空乏領域３０６および非空乏深部３０５を共に有する。空乏領域３０６は、導体３０２、ｐプラスソースおよびドレイン３０７、ならびに電圧源３１０によって画定される。ｐプラス領域３０７は、空乏領域３０６の両側部でかつ基板３０４内に位置する。電圧は、図示のように導体３０２および非空乏深部３０５に印加され、前面ゲート３０８は電圧源３１０およびダイアタッチ３０９と接する。電圧源３１０の電圧を調整することにより、空乏領域３０６の深さが調整され、したがって、残りの非空乏深部３０５も調整される。電圧源３１０からの電圧により、空乏深部３０６に生成された光電子は非空乏領域３０５に漏れださずに閉じ込められる。図３Ｂは、ピクセル、およびピクセルの全区域に対する光電性区域を示す。図３Ｂから、光電性区域３１１のサイズはピクセル間隔３１２によって画定され、ピクセルの全区域より非常に小さい。

裏面照明型センサの単一ピクセルの概略図が図４Ｂに示される。光電性区域４１１のサイズはピクセル間隔４１２によって画定され、一般に、光を遮る構造がセンサの裏面に存在しない。マスクまたはレンズアレイが、センサの裏面上、またはセンサの近くに配置され、ＭＴＦ_Arrayに影響することがある。図４Ａから、固体イメージャは、基板４０４上に組み立てられ、絶縁層４０３も有する。シリコン基板４０４はエピシリコン層とすることができる。絶縁層４０３は一般に酸化物である。照明器（図示せず）から送られた裏面照明４０１は、基板４０４の非空乏深部４０５側から固体イメージャ４００に入る。空乏領域は、導体４０２、ｐプラスソースおよびドレイン４０７、および電圧４１０によって画定される。図示の構成は、非空乏深部領域４０５内に光電子を生成する。そのような構成は、４５０ｎｍ未満の波長では１ミクロンの深さ内で光電子を生成する。電圧源４１０は、前面ゲート４０８と裏面ダイアタッチ４０９との間に配置される。この場合も、相対的な電圧４１０を調整することにより、空乏領域４０６の深さが調整され、したがって、残りの非空乏深部４０５も調整される。電圧源４１０により、非空乏深部４０５に生成された光電子は空乏領域４０６内に加速される。

固体イメージャのＭＴＦ_Diffusionは、隣接するピクセルに漏れる単一のピクセルからの電荷によって画定される。この電荷漏れは照明波長およびバイアス電圧の作用である。照明波長は、一般に、検査されているサンプルまたは試験体の特性に基づく全光学システムへの光学解像度要求に基づいて選択される。一般に、波長が長くなると、シリコンによる吸収は低くなり、センサ内への侵入は深くなる。この深い侵入により、電子が隣接するピクセルに拡散する確率が低減する。４５０ｎｍ未満の波長では、吸収深さは１ミクロンよりも非常に小さく、波長に起因するＭＴＦ_Diffusion変化は重要でなくなる傾向がある。センサのバイアス電圧を使用したＭＴＦ_Diffusionの調整は、４５０ｎｍ未満の波長では比較的均一である。この均一な調整により、センサ毎にスペクトル整合およびＭＴＦ整合が可能になる。

ゲート電圧を有効に使用して固体イメージャＭＴＦ_SSImagerを調整するために、システムは、ゲート電圧の特定の変化に対するＭＴＦ_Diffusionの変化を正確に定量化しなければならない。システムは、２つの部分の変化を決定する。まず、システムはゲート電圧に応じた空乏深部を決定する。ゲート電圧に応じた空乏深部は、一般に当業者に周知の文献で知られており説明されている。空乏深部をゲート電圧の関数として記述する単純化された式は次の通りである。

ここで、
ｅ_OXは酸化物の誘電率、
ｅ_Siはシリコンの誘電率、
ｅ_oは真空の誘電率、
ｑは電気素量、
ｔ_oxは酸化物の厚さ、
Ｎ_Aはｐドーピング濃度、
Ｖ_FBはフラットバンド電圧、
Ｖ_OXは酸化物の電圧、
Ｖ_IMPは注入電圧、
Ｖ_Gはゲート電圧である。

式（２）は、表面再結合がなく、材料中の電子の拡散長が短く、フォトンが材料中にあまり深く入り込まないように光吸収が十分に高いことを仮定している。多くの実際のセンサでは、式（２）は実測に非常に近似しているであろう。

式（２）の酸化物の電圧は次のように計算することができる。

ここで、Ｘ_jはｎ層の厚さである。
式（２）の注入電圧は次のように計算することができる。

ここで、Ｎ_Dはｎドーピングの濃度である。酸化物とシリコンとの間のインタフェースによる式（２）のフラットバンド電圧Ｖ_FBは、一般に約−１．０Ｖの範囲内にある。これらのパラメータの大部分はセンサ構成の方法および材料によって決定される。センサが完全に形成された後、調整のために利用できる唯一の変数はゲート電圧Ｖ_Gである。式（２）、（３）、および（４）の組合せを使用して、システムはゲート電圧Ｖ_Gの空乏深部への効果を計算することができる。例示のセンサでの効果が図５に示される。この状況で、ゲート電圧を３ボルトから１０ボルトまで変化させると、空乏深部を約１０ミクロンから１４ミクロンの範囲で増加させることができる。次に、センサの非空乏深部（Ｌ）は次の式（５）を使用して計算することができる。

次に、システムは、センサ内の残りの非空乏深部に関するＭＴＦ_Diffusionを計算する。４５０ｎｍ未満の波長の存在下で操作する、裏面薄化センサでは、特定の周波数ｆの拡散ＭＴＦ_DiffusionのＭＴＦ_Diffusion（ｆ）は次の通りである。

次に、システムは、非空乏領域の深さを変更し、式（６）を使用することによって、双曲線セカントの幅を調整することができる。

アレイＭＴＦのＭＴＦ_Arrayは、固体イメージャピクセルによるサンプリングから生じる。周波数ｆのＭＴＦ_Arrayは次式で与えられる。

式（１）から、ＭＴＦ_Imageはシステムの全てのＭＴＦ成分の積である。前に説明したように、光システムのＭＴＦ_Optical、ピクセルサンプリングのＭＴＦ_Array、または画像処理のＭＴＦ_Processingを調整するのは望ましくないことがある。ＭＴＦ_Imageを調整する唯一の他の方法はＭＴＦ_Diffusionを調整することである。

システムは、式（２）、（３）、（４）、（５）、および（６）によりＭＴＦ_Diffusionを調整する。これらの式は、固体イメージャが構成された後、固定されている多くの値を含んでいる。固体イメージャが構成された後、ＭＴＦ_Diffusionを変更するために容易に制御できるこれらの式の中の唯一の値は、ゲート電圧Ｖ_Gである。

ゲート電圧Ｖ_GとＭＴＦ_Diffusionの関係が図５および６から分かる。図５は、式（２）、すなわち一般的なＣＣＤセンサの異なるゲート電圧Ｖ_Gに応じた空乏深部Ｘ_dのプロットである。空乏深部Ｘ_dは、予測できるように、ゲート電圧とともに増加する。次に、この結果を式（５）、（６）、および（７）とともに使用し、ａをセンサピクセルサイズとして、ＭＴＦ_SSImager対正規化非空乏深部Ｌ／ａの図６のプロットが生成される。周波数ｆはピクセル当たりのサイクルの単位をもつ。図６に示されるように、いくつかの曲線がＬ／ａの異なる値に対してプロットされている。図６の結果では、ゲート電圧Ｖ_Gが増加するにつれて、正規化非空乏深部Ｌ／ａが増加し、ＭＴＦ_Diffusionは空間周波数が高くなるとともに減少している。

説明した方法でセンサＭＴＦを調整すると、高い空間周波数に関連するエネルギーを犠牲にすることなく、効果的にエイリアシングの影響を低減することができる。図示された環境では、エイリアシングはピクセル当たり０．５サイクルよりも高い空間周波数で生じることがある。しかし、図６に示されるように、ゲート電圧を低減すると、この空間周波数のＭＴＦ_SSImagerは低減する傾向があり、エイリアシングの影響も低減する傾向がある。図６は、裏面センサに対する計算例を示す。したがって、ＭＴＦ_Diffusion調整を使用すると、ピクセル当たり１サイクルを超える空間周波数に対して有益な結果が与えられ、エイリアシングが著しく低減する。

ＭＴＦ_Diffusion調整により操作するセンサは、積分ローパスフィルタとして利用することができる。センサは、統合欠陥信号（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｇｎａｌ）を保持しながら効果的にパターン画像をスミアすることができる。パターン画像のスミアリングにより、ランダムノイズを低減することができ、半導体検査分野で、ダイ毎の、またはダイとデータベースの比較を改善することができる。例えば、ＭＴＦ_Diffusion調整アンチエイリアスセンサを使用して、メタルパターンノイズ（ｍｅｔａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ）、または半導体ダイの表面上の繰り返しメタルパターンに関連するノイズを平滑化することができ、同時に多くのタイプの欠陥を感知する能力を改善することができる。ゲート電圧を実時間変更することによって、アンチエイリアシングは、検査用途、または高密度もしくは低密度の繰り返しパターンなどの領域、または非パターン化試験体に適応することができる。

半導体検査では、一般に、高解像度のための光ＮＡ光学が使用され、できるだけ半導体ウェハまたはパターン欠陥の光エネルギーを集めようとする。高い欠陥信号対雑音比が望ましい。システムは、できるだけ多くの光をセンサ上で画像化することによって高い欠陥信号対雑音比を達成する。センサ上の光の量を最大にすると、検査速度を増加することも可能になる。しかし、拡大によって検査速度を増加できるようにすると、画像がエイリアスされることがある。このコンテキスト中でエイリアシングを防ぐために使用された一般的な方法は、光学のＮＡを低減して、光学解像度を低減することである。この方法のＮＡ低減では、センサ上で利用可能な光が低減する傾向もある。本発明に係る実施形態によると、比較的高いＮＡを維持し、欠陥信号を保持したままで、減少した拡大で高速検査が可能になる。提示したアンチエイリアス調整可能ＭＴＦ_Diffusionセンサは、パターンエイリアシングなしに小さな欠陥からの高角度散乱を収集できるようにすることによって、暗視野検査性能も改善することができる。より多くのエネルギーも収集され、それによって小さなフィーチャでの欠陥信号が改善される。

センサゲート電圧を一般に所定の方法で設定して、センサ読出し性能を最適化するかまたはセンサＭＴＦ_SSImagerを最大にすることができる。本発明に係る実施形態では、システムがセンサゲート電圧を実時間で調整して、画像中の周波数に応じてアンチエイリアシングを制御することができる。例えば、システムは画像を動的に観察し、電圧を調整して、画像が最終的に受け取られ記憶される前に画像をアンチエイリアスすることができる。システムは、センサゲート電圧を実時間で調整して、半導体検査の間にアンチエイリアシングを行うことができる。この調整は４ステップを使用することができる。まず、システムは、そのシステムのＭＴＦ_Opticalに基づいてエイリアシングの大きさを決定する。次に、システムは、エイリアシングを起こすかもしれない、計算された線周波数をもつパターンを画像化する。このパターンを得るある方法は半導体サンプル上にテストパターンを生成することである。このテストパターンは、各グループが特定の線周波数を有する、線のグループの形式を取るか、またはチャープトグレーティング、すなわち線周波数が徐々に変化する線のグループの形式を取ることができる。システムが、特定の光学構成でエイリアシングを起こす空間周波数を特定した場合、この情報をコンピュータメモリに記憶することができる。このパターンを得る別の方法は、半導体ウェハ上の注目する形状を直接使用することである。この方法は、半導体ウェハ上でしばしば検出されるものなどの、サブ表面パターンにより生成された追加のエイリアシングの影響を明らかにすることができる。

第３に、システムは、ＭＴＦ_Imageを過度に劣化させずに、エイリアシングの影響を最小化することになるゲート電圧を決定することができる。システムは２つの画像を受け取ることができ、その画像のうちの１つは極めてわずかに移動する対象物を有する。１つの線周期よりも少ないことが必要となることがある。第２の画像を生成するための移動は、対象物の比較的わずかな回転または平行移行とすることができる。この小さな動きは、エイリアシングがない状態では低周波数画像コントラスト値に重要な影響を有しないはずである。しかし、エイリアシングがある場合、この小さな動きが画像中のコントラスト値を変化させることになる傾向がある。次に、システムは、画像がわずかに回転または平行移行される場合、画像が安定になるまでゲート電圧を調整することができる。第４に、システムは半導体ウェハが検査されるときゲート電圧を調整する。半導体構造の線周波数は前もって知られており、半導体検査処方の一部とすることができる。例えば、記憶区域および論理区域は、エイリアシングを生成することがある高い空間周波数を有する特定の領域である。システムがこれらの区域を検査する場合、システムはゲート電圧を調整して、テスト構造で行なわれた測定によりエイリアシングの影響を制限することができる。

あるいは、システムは、専用の計算デバイスおよびデータ収集ハードウェアを使用して、半導体サンプルが検査されているときに初期エイリアシング測定および電圧調整を高速で行うことができる。

裏面薄化センサおよび前面センサを説明したが、他のタイプのセンサは、限定はしないがＣＭＯＳセンサおよびＴＤＩセンサを含めて、調整可能なＭＴＦ_Diffusion構成から利益を得ることができる。

本明細書に示した本発明に係る実施形態および図示した特定の態様は、限定していないことを意味し、本発明の教示および利益、すなわちエイリアシングおよびコントラスト劣化の悪影響を低減するために使用される調整可能なＭＴＦセンサおよび感知動作が依然として組み込まれている限りは代替の構成要素を含むことができる。上記のように本発明はその特定の実施形態に関して説明されたが、本発明はさらなる変形ができることが理解されよう。本出願は、一般に本発明の原理に従う本発明の任意の変更、使用、または適応を含むことが意図され、本発明が関係する技術分野における周知および慣例の実施内に入るものとして本開示からのそのような逸脱を含む。

一般的な画像化処理を構成するいくつかの構成要素のブロック図である。 一般的な光システムの概略図である。 本発明に係る実施形態による前面照明型センサに取り付けられた可変ゲート電圧源を有する単一ピクセル固体イメージャの側面図である。 本発明に係る実施形態による前面照明型センサの単一ピクセル固体イメージャの正面図である。 本発明に係る実施形態による裏面照明型センサに取り付けられた可変ゲート電圧源を有する単一ピクセル固体イメージャの側面図である。 本発明に係る実施形態による裏面照明型センサの単一ピクセル固体イメージャの正面図である。 サンプルセンサに対するピクセルの空乏深部へのゲート電圧Ｖ_Gの効果を示す図である。 固体イメージャの総合ＭＴＦをプロットした図である。

Claims (22)

1. ピクセルに関連する変調伝達関数（ＭＴＦ）を有するピクセルと、
   前記ピクセルに接続され、可変ゲート電圧をピクセルに印加することにより前記ピクセルＭＴＦを変化させ、エイリアジングを低減するように前記可変ゲート電圧の値を決定する可変ゲート電圧要素と、
   を備えることを特徴とするセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサであって、前記ピクセルが空乏領域および非空乏深部を含み、１つ以上の可変ゲート電圧を印加することが前記ピクセルの前記非空乏深部を変更することを特徴とするセンサ。
3. 請求項１に記載のセンサであって、前記センサが裏面薄化シリコンセンサを含むことを特徴とするセンサ。
4. 請求項１に記載のセンサであって、前記センサが前面照明型センサであることを特徴とするセンサ。
5. 請求項１に記載のセンサであって、前記センサがＣＭＯＳセンサであることを特徴とするセンサ。
6. 請求項１に記載のセンサであって、前記可変ゲート電圧要素に関連する電圧が試験体の検査の間に実時間で調整可能であることを特徴とするセンサ。
7. 試験体の画像を感知する方法であって、
   前記試験体から光エネルギーを受け取り、前記光エネルギーを少なくとも１つのピクセルを含むセンサに与えるステップと、
   可変ゲート電圧を各ピクセルに印加するステップであって、ピクセルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を調整するステップと、
   を含み、
   エイリアジングを低減するように前記可変ゲート電圧の値を決定することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、各ピクセルが空乏領域を含み、前記可変ゲート電圧を印加するステップが前記ピクセルの前記空乏領域を物理的に変更し、それによって前記ＭＴＦを調整することを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、前記可変ゲート電圧を印加するステップが試験体の検査の間に実時間で行われることを特徴とする方法。
10. センサを含む、試験体を検査するためのシステムであって、
    基板から形成され、空乏領域および非空乏深部を含む前記センサ内の少なくとも１つのピクセルと、
    前記基板上に形成された絶縁体と、
    前記絶縁体上に形成された導体と、
    前記導体および前記基板に接続された可変ゲート電圧源と、
    を備え、
    前記可変ゲート電圧源が、前記ピクセルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を変化させ、エイリアジングを低減するように前記可変ゲート電圧の値を決定し、可変電圧を印加することを特徴とするシステム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記ピクセルが空乏領域および非空乏深部を含み、可変比率の電圧を印加することが前記ピクセルの前記非空乏深部を変更することを特徴とするシステム。
12. 請求項１０に記載のシステムであって、前記センサが裏面薄化シリコンセンサを含むことを特徴とするシステム。
13. 請求項１０に記載のシステムであって、前記センサが前面照明センサであることを特徴とするシステム。
14. 請求項１０に記載のシステムであって、前記センサがＣＭＯＳセンサであることを特徴とするシステム。
15. 請求項１０に記載のシステムであって、前記可変ゲート電圧源に関連する電圧が試験体の検査の間に実時間で調整可能であることを特徴とするシステム。
16. 請求項１０に記載のシステムであって、前記導体を含む前記ピクセルの側に照明を与えることができる照明源をさらに備えることを特徴とするシステム。
17. 請求項１０に記載のシステムであって、前記基板を含む前記ピクセルの側に照明を与えることができる照明源をさらに備えることを特徴とするシステム。
18. 請求項７に記載の方法であって、テストパターンを含むサンプルを画像化することによって検査の前に前記可変ゲート電圧の値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
19. 請求項７に記載の方法であって、半導体ウェハ上の類似の構造を画像化することによって検査の前に前記可変ゲート電圧の値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
20. 請求項７に記載の方法であって、レチクル上の類似の構造を画像化することによって検査の前に前記可変ゲート電圧の値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
21. 請求項７に記載の方法であって、エイリアシングを低減するように前記可変ゲート電圧の値を決定するために複数のフレームを比較するステップをさらに含み、少なくとも１つのフレーム内の試験体の第１の位置が別のフレーム内の試験体の第２の位置と異なることを特徴とする方法。
22. 請求項１７に記載のシステムであって、前記照明源が４００ｎｍ未満の波長を含むことを特徴とするシステム。

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