TW201337999A - 電子轟擊電荷耦合裝置及使用電子轟擊電荷耦合裝置偵測器之檢測系統 - Google Patents

電子轟擊電荷耦合裝置及使用電子轟擊電荷耦合裝置偵測器之檢測系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種聚焦電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)，其包含定位於一光電陰極與一電荷耦合裝置(CCD)之間之一控制裝置。該控制裝置在其中具有複數個孔，其中該複數個孔經形成垂直於該光電陰極之一表面，且其中該複數個孔之一圖案係與該CCD中之像素之一圖案對齊。每一孔係藉由形成於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上之至少一第一電極包圍。該控制裝置可包含該等孔之間之複數個脊部。該控制裝置可與該光電陰極分離達近似一CCD像素之一較短尺寸的一半或更小。可提供複數個第一電極，其中每一第一電極包圍一給定孔且藉由一間隙與該給定孔分離。

Description

電子轟擊電荷耦合裝置及使用電子轟擊電荷耦合裝置偵測器之檢測系統
本揭示內容係關於一種光敏陣列偵測器，其能夠偵測極端地低位準的光，具有高空間解析度、高量子效率、極佳的信雜比及高動態範圍。
本申請案主張標題為「Electron-Bombarded CCD And Inspection Systems Using Electron-Bombarded CCD Detectors」且申請於2011年12月12日之美國臨時申請案第61/569,611號之優先權，該案以引用方式併入本文中。
電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)偵測器在此項技術中已為人所熟知。圖1A圖解說明一習知EBCCD 101，其包含將一光敏光電陰極104及一CCD 102封閉在一真空環境中之一密封管105。通常，光電陰極104與CCD 102之間的間隙係約1 mm或2 mm。密封管105具有經定位與光電陰極104相鄰之一窗，使得在存在入射光110之情況下，光電陰極104可自入射光110吸收一光子並接著發射一或幾個電子112。
在一典型的組態中，相對於CCD 102將光電陰極104保持在約-2000 V至-10,000 V之一負電位。由於電位差，電子112經加速朝向CCD 102。當一電子撞擊CCD 102時，該電子通常在CCD 102之半導體材料中產生多個電子-電洞對。該等電子係藉由CCD 102捕獲且隨後在藉由偵測器讀出CCD 102時轉換為一電流或電壓。
影像強化偵測器在此項技術中亦已為人所熟知。一影像 強化器類似於一EBCCD，除了代替一CCD，存在一磷光體螢幕及一輸出窗。諸如一CCD或一CMOS成像裝置之一外部影像偵測器可自該磷光體螢幕捕獲光。
光電倍增器管在此項技術中亦已為人所熟知。一光電倍增器可具有極高增益，且在一些情況中可偵測一單一捕獲光子。然而，一個別光電倍增器管不具有空間解析度。雖然可製造光電倍增器陣列，但是其等為大、昂貴且具有以毫米而非微米計之空間解析度。
微通道板(MCP)偵測器在此項技術中亦已為人所熟知。MCP可個別使用或可級聯以增加增益。圖1B圖解說明包含兩個級聯MCP 140及142之一習知MCP總成121之一橫截面視圖。一典型的MCP係由一高電阻性材料製成且可為1 mm至2 mm厚。一MCP含有具有近似4 μm至10 μm之直徑之小孔之一陣列，其中該等孔分離達近似6 μm至20 μm。該等孔通常特意相對於該MCP之表面之一垂直線傾斜成幾度以保證(下文更詳細描述之)最大二次電子發射。如圖1B中所示，MCP 140及142之孔在相反方向上傾斜以阻斷或至少最小化離子通過級聯MCP堆疊之直線路徑。相對於MCP 140之頂部表面145，可將MCP 140之一底部表面146保持在一正電位，例如幾百伏特至1 kV或2 kV。相較於MCP 140，可將MCP 142保持在更大之一正電位。一般而言，當使用級聯MCP時，自輸入至輸出，相較於先前MCP，將每一相繼MCP保持在更大之一正電位。
在操作中，當一電子131撞擊該等孔之一者之壁時，在 許多不同方向上發射二次電子。由於自該MCP之頂部至底部之電位差，該等二次電子加速朝向下表面。一些該等二次電子撞擊該孔之壁並產生更多的二次電子。在一單一MCP中可多次偶發此程序。實際上，一單一傳入電子或光子可產生在不同方向上移動之數百或甚至一千個二次電子。在級聯MCP 140及142之情況中，可由一單一入射電子或光子產生編號自100,000至1,000,000之二次電子132。MCP可用於具有一光電陰極之一影像強化器或EBCCD或若該傳入光子能量充足，則不具備一光電陰極。
不幸的是，上述偵測器具有不良空間解析度，其顯著地限制其等在半導體檢測應用中的使用。例如，在習知EBCCD偵測器中，電子隨著其等加速朝向該CCD而將以一水平方向傳播。在感測用於半導體檢測之UV光之應用中，傳入光子具有約3.5 eV或更大之能量。因為光電陰極之工作函數可為僅1 eV或2 eV，所以將產生具有1 eV或若干eV之能量之電子。顯然，甚至低至1 eV之一能量對應於約6x105 ms-1之一電子速度。
本質上隨機在一方向上發射電子，因此大部分電子經發射具有一顯著水平速度分量。在106 Vm-1(跨1 mm間隙為1 kV)之一加速場梯度下，一電子跨上述1 mm間隙而自光電陰極至CCD將耗費約100 ps。在該100 ps中，一典型的電子之橫向運動歸因於其速度之水平分量將為約50 μm。因為將存在自零至取決於初始電子能量之一最大值之水平速度之一分佈，所以可發生約50 μm至100 μm之尺度長度上 之影像之一模糊。較短波長的入射光隨著初始光子能量將愈大而將增加此模糊。
因此，隨著半導體產業移至較短波長的檢測，此模糊將變惡劣。甚至在355 nm入射輻射下，該偵測器處不能達成20 μm之一空間解析度。在266 nm入射輻射下，該模糊將顯著更惡劣。光電陰極與CCD之間的間隙之變窄增加發弧或電崩潰之風險，藉此降低裝置之可靠度。增加電壓差亦劣化可靠度且加速下文描述之磨損機構。
減小光電陰極與CCD之間的間隙將減小影像模糊。然而，薄化的CCD歸因於應力而具有數十微米之翹曲。除非該間隙遠大於CCD之翹曲，否則將由於由不同位置中之不同間隙所致之電場變動而在不同的位置中扭曲影像。
現有EBCCD偵測器之另一限制係無論何時一電子在真空中與殘留氣體之一原子碰撞或當一電子使來自該CCD之表面或整體之一原子變位時產生一離子。此等離子藉由電位差加速返回朝向光電陰極且撞擊該光電陰極，藉此燒蝕材料並造成放出額外的電子。光電陰極之此燒蝕減小該光電陰極之壽命及效率。
具體言之，隨著光電陰極薄化，一光子穿過而不吸收之概率增加。然而，已將光電陰極製作為薄使得電子具有自材料逸出而不被吸收之一極高概率，否則量子效率將為低。因此，光電陰極之燒蝕可引起材料故障。此外，燒蝕期間產生之另外的電子雖然增加信號位準，但是劣化信雜比(即，離子產生係產生相當多電子之一隨機事件，藉此 引起非高斯雜訊統計)。
一習知EBCCD之壽命亦可受限於藉由高能量電子撞擊CCD而對CCD的損壞。
CCD之不平坦可在CCD之不同區造成不同的電場梯度。隨著影像自光電陰極轉移至CCD及/或EBCCD偵測器之增益之局部變動，此等電場梯度差分可導致影像之小的扭曲。
由於光電陰極與CCD之間之高電壓差，光電陰極表面上之任何尖狀物將經歷極高電場梯度且可藉由場發射而自然而然地產生電子。甚至在完全缺少光之情況下，此電子產生將用信號輸出作為一「熱點」出現在EBCCD上。
一影像強化器將通常具有比一EBCCD更惡劣之影像解析度，因為光自磷光體轉移至影像偵測器將添加一額外模糊之故。此額外模糊歸因於使用較高加速電壓而常常抵消側向解析度之任何小的改良。一影像強化器可保護該影像偵測器免於高能量電子及高電壓發弧，但是歸因於磷光體之濺鍍而仍發生光電陰極之燒蝕及過度雜訊產生。
光電倍增器陣列之側向解析度(mm尺度的解析度)被嚴格地限制且含有數百或數千個偵測器之陣列之製造過分昂貴。
MCP歸因於所產生的二次電子而具有不良的側向解析度。如上所注意，二次電子經產生具有許多eV之能量且因此具有可比6x105 ms-1大許多倍的水平速度分量。實際上，即使在一單一MCP下，隨著二次電子橫越朝向CCD或磷光 體，其等之水平傳播可為100 μm或更大(且對於級聯MCP該水平傳播將更大)。因此，二次電子之水平傳播遠比一EBCCD或不具備一MCP之一影像強化器更惡劣。此外，雖然MCP能夠有極高增益，但是該增益極多雜訊。每一傳入光子或電子可產生極多個不同的二次電子。
因此，需要具有改良之空間解析度、改良之壽命及改良之信雜比同時維持或改良量子效率之一EBCCD。
一電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)包含具有一窗之一總成、在該總成內側且與該窗相鄰之一光電陰極及在該總成內側且經定位以聚集自該光電陰極發射之電子之一CCD裝置。該EBCCD進一步包含定位於該光電陰極與該CCD之間之一控制裝置。該控制裝置在其中具有複數個孔，其中該複數個孔經形成垂直於該光電陰極之一表面，且其中該複數個孔之一圖案係與該CCD中之像素之一圖案對齊。每一孔係藉由形成於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上之至少一第一電極包圍。
該光電陰極可為該窗上之一塗層。該CCD可包含一背部薄化之CCD或一時間延遲積分CCD。該窗之外表面可包含一抗反射塗層。該控制裝置可包含矽結構或一金屬結構。
在一實施例中，該控制裝置可包含介於該等孔之間之複數個脊部。該控制裝置可與該光電陰極分離達近似一CCD像素之一較短尺寸的一半或更小。在一實施例中，可提供複數個第一電極，其中每一第一電極包圍一給定孔且藉由 一間隙與該給定孔分離。在另一實施例中，提供複數個環形電極及一表面電極，其中該等環形電極之各者藉由一第一間隙與一給定孔分離且藉由一第二間隙與該表面電極分離。在又另一實施例中，至少一第二電極包圍該控制裝置之孔且定位於該控制裝置面對該CCD之一表面上。
亦提供一種操作該EBCCD之方法。此方法包含相對於該EBCCD之一CCD將該EBCCD之一光電陰極保持在一負電壓。該等電子隨著其等自該光電陰極行進朝向該CCD之像素而聚焦。此外，提供該聚焦之一控制裝置之孔係與該CCD之像素對齊。
該方法進一步包含相對於該光電陰極將該控制裝置之孔之內側表面保持在一正電壓。在一實施例中，將包圍至少一孔之一第一電極保持在不同於該等孔之內側表面之一電壓。此第一電極係定位於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上。具體言之，相對於該等孔之內側表面將該第一電極保持在一負電壓。在另一實施例中，將一第二電極保持在不同於該第一電極之一電位。該第二電極包圍該控制裝置之至少一孔且經定位面對該CCD。在又另一實施例中，將該控制裝置之一表面最接近於該光電陰極之一些區保持在類似於該光電陰極之電位或相對於該光電陰極略負之一電位。
提供一種包含具有控制裝置之聚焦EBCCD之暗場檢測系統。此系統包含用於將光引導至受檢測之一樣本之光學器件；用於聚集來自該樣本之散射光並引導所聚集光之光學 器件；及用於接收該所聚集光之所描述之聚焦EBCCD。在一實施例中，該CCD係一時間延遲積分CCD。該時間延遲積分CCD可包含可並行讀取之多個讀出暫存器。
亦提供一種檢測一半導體晶圓之方法。此方法包含用光照明該晶圓之一區；聚集來自該晶圓之散射光；及將所聚集光引導至一聚焦EBCCD偵測器。在一實施例中，該CCD執行時間延遲積分。該時間延遲積分可並行讀出多個暫存器。
一聚焦EBCCD具有改良之空間解析度、改良之壽命及改良之信雜比同時維持或改良量子效率。圖2圖解說明一聚焦EBCCD 201，其包含將一光敏光電陰極204及一CCD 202封閉在一真空環境中之一密封管205。管205之一頂部表面包括在所關注波長為透明之一窗207。對於UV敏感EBCCD偵測器，此窗較佳地包括一極純品級的石英、熔融矽石或氧化鋁(藍寶石)。在一些較佳實施例中，該窗之外側表面塗佈有一UV抗反射塗層。此一塗層可為一低折射率材料(諸如氟化鎂(MgF2))之一單一層或一多層塗層。
光電陰極204經定位直接與窗207相鄰或可實施為窗207之一塗層。光電陰極材料可實質上類似於此項技術中已為人所熟知之用於光電倍增器、影像強化器或CCD偵測器之任何光電陰極材料。在較佳實施例中，光電陰極204可包括諸如銫之一或多個鹼金屬或可包括諸如氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs)之一半導體。相對於CCD 202將光電陰極204 保持在一負電壓203。在一些實施例中，負電壓203可為近似1000 V。在其他實施例中，負電壓203可為幾百伏特或數十伏特。
定位於管205之一底部表面附近之CCD 202係經定向使得電子首先衝撞在其背部表面上之一薄化之CCD(即，一背部薄化之CCD)。一背部薄化之CCD通常係藉由在(例如)近似500 μm厚之矽基板之頂部上形成電晶體及其他裝置而形成。摻雜可用於產生p型及n型裝置二者。因為此等裝置係由不同厚度之多種材料形成，所以可藉由此等裝置以及藉由該厚的矽阻斷或吸收到達該CCD之一些電子。因此，移除該矽之一相當大的部分以保證當該等電子衝撞在該背部表面上時可偵測到儘可能多的電子。在標準的實施例中，所得矽之厚度係25 μm之量級。
不幸的是，將在任何曝露矽上形成原生氧化物。此原生氧化物亦可抑制電子進入該矽。因此，在一實施例中，為使用CCD促進增強之偵測，可在其上將另外形成原生氧化物之任何曝露矽上提供硼塗層。此保護性塗層在2012年6月12日申請且以引用方式併入本文中之美國臨時申請案第61/658,758號中予以詳細描述。在一些實施例中，CCD 202係一時間延遲積分(TDI)CCD。在一些較佳實施例中，將CCD 202保持接近於接地電位。
為提供該聚焦且因此提供改良之效能，EBCCD 201進一步包括受控於一或多個控制信號212(例如，控制電壓)之一控制裝置210。在一實施例中，控制裝置210係定位於光電 陰極204與CCD 202之間。在另一實施例中，控制裝置210附接至CCD 202。
控制裝置210可有利地聚焦自光電陰極204行進朝向CCD 202之電子以最小化該等電子之水平傳播。在一些實施例中，控制裝置210可阻斷而非聚焦具有大的水平速度分量之一些電子。為提供此聚焦，控制裝置210具有通孔(即，孔隙)之一陣列。在一實施例中，該等孔之圖案係與CCD 202中之像素之圖案對齊。例如，若CCD 202包括20 μm×20 μm的正方形像素，則控制裝置210可包括一個20 μm×20 μm柵格上之近似10 μm直徑孔之一陣列。在一些實施例中，控制裝置210可為近似25 μm至200 μm厚。控制裝置210可進一步包括對齊特徵以容許孔陣列對CCD 202中之像素陣列之對齊。類似地，CCD 202可在其表面之一或二者上併入對齊標記以促進與控制裝置210之對齊。
在一些實施例中，控制裝置210可包括一金屬板或箔。在其他較佳實施例中，控制裝置210可包括矽晶體或晶圓。可藉由(例如，用於金屬材料之)雷射鑽孔或藉由(例如，用於半導體材料之)光微影術及蝕刻在控制裝置210中製造該等孔。在其中使用半導體技術製造控制裝置210之實施例中，亦可在控制裝置210上以及控制裝置210中形成除該等孔以外的元件。例如，可在控制裝置210上或控制裝置210中形成電極、摻雜區域、電壓控制裝置及偵測裝置。
如上所述，一微通道板(MCP)產生二次電子，其等增加 裝置之增益但劣化該裝置之空間解析度。相比而言，控制裝置210聚焦朝向CCD 202之像素之大多數電子，同時阻斷或偏轉具有一相當大的水平速度分量之電子。在一些較佳實施例中，光電陰極204與控制裝置210之一頂部表面之間之電位差為小(諸如幾伏特或幾十伏特)，使得已經撞擊控制裝置210之一控制電極之任何電子不產生或僅產生幾個二次電子。
當光230入射在EBCCD 201上時，自光電陰極204發射一或多個電子220。實質上以所有方向發射之此等電子藉由光電陰極204與控制裝置210之間之電位差而加速朝向控制裝置210。控制裝置210中之孔實質上準直控制裝置210中之電子。因此，當自控制裝置210出射該等電子時，該等電子實質上垂直行進至CCD 202，藉此保證行進通過一給定孔之大部分電子著陸在CCD 202之對應的(且對齊的)像素上，藉此實質上減小影像模糊。
圖3A圖解說明一例示性控制裝置中之4個孔310之一俯視圖。如上所述，此等孔較佳地布局在匹配CCD中之像素之柵格之一柵格上。注意，若偵測器係一線偵測器而非一區域偵測器，則可僅存在一單一線之孔。在較佳實施例中，此等孔具有近似CCD像素之大小的一半之一直徑。例如(但非為一限制)，若CCD具有20 μm×20 μm的像素，則在一些實施例中，每一孔之直徑可為約10 μm。在一些實施例中，控制裝置比孔之直徑更厚約2.5倍與20倍之間。例如若CCD像素大小係近似20 μm×20 μm，則孔直徑可為近 似10 μm，且控制裝置之厚度可介於約25 μm與約200 μm之間。因為孔長度遠大於孔直徑，所以行進通過孔之電子必須在一相對較狹窄的角範圍中行進。
一電極312包圍每一孔310。在較佳實施例中，孔310之內側表面導電且連接至一控制電壓。在一些實施例中，此電壓相對於光電陰極為正以吸引電子朝向孔310(如象徵地在圖2中藉由表示電子220之箭頭所示)。該電極312係在不同於孔310之內側表面之一電壓以引導電子朝向孔310。在一些實施例中，電極312相對於孔310之內側表面在一負電壓。在一些實施例中，在每一孔310周圍提供兩個或兩個以上電極。在一些實施例中，亦在控制裝置之底部表面上之每一孔周圍提供一電極。
圖3B圖解說明控制裝置之一替代性實施例，其中已合併個別電極(例如，圖3A中所示之電極312)以形成覆蓋該控制裝置之大量上表面之一單一電極322。在一些實施例中，表面電極322與每一孔310之間可存在一小間隙324。間隙324可藉由一摻雜半導體(具有標準摻雜物之n型或p型摻雜)形成，其提供具有自外側至內側變化之一電位之一弱導電元件。注意，間隙324並未形成為一絕緣體，其將趨於捕獲電子並最終變成帶負電荷，藉此排斥而非吸引電子至孔310。
圖3C展示控制裝置之又另一實施例。在此實施例中，在一表面電極322與每一孔310之間提供一內電極332。內電極332與表面電極322藉由小間隙330分離。在一實施例 中，內電極332及孔310可藉由小間隙324分離。在較佳實施例中，間隙324(以及本文論述之其他間隙)及該控制裝置之表面上之其他實質上不導電區域經輕微摻雜或塗佈有一弱導電材料以避免由碰撞該等表面之電子或離子對該等表面充電。
圖4A圖解說明適用於一線偵測器EBCCD之一例示性控制裝置之一俯視圖。可使用實質上矩形孔410(或狹縫)之一個一維陣列來代替用於一區域偵測器之實質上圓形孔之二維陣列。孔410藉由一單一表面電極412或多個電極(未展示)包圍。可在每一孔410與任何電極之間提供小間隙414。如上論述，包括間隙414之材料可經輕微摻雜以使其為弱導電，藉此防止充電。在一線偵測器之一些實施例中，孔410之寬度係近似CCD上之一像素之寬度的一半，藉此最小化在沿線性陣列之方向上之影像模糊。在一些實施例中，孔410之長度係近似該CCD上之像素之長度之75%至90%以最大化電子之傳輸(因為垂直於線性陣列軸之模糊較不重要)。
圖4B圖解說明適用於一線偵測器EBCCD之另一例示性控制裝置。在此實施例中，將額外的電極420置於每一孔410之任一側或包圍孔(未展示)。
應瞭解，上述實例僅僅係以圖解說明且不應被解釋為限制本發明之範疇。將明白，許多不同的電極、間隙及孔組態係可能的。例如，在一實施例中，兩個以上電極包圍或相鄰於每一孔。因此，電極、間隙及孔之不同組態係在本 發明之範疇內。
圖4C圖解說明一EBCCD之一例示性實施例之3個孔之一橫截面視圖。在此實施例中，將一光電陰極404保持在近似-60 V之一電位，且將一CCD 402保持在近似0 V之一電位。亦假定一線性偵測器實施例，CCD 402之像素寬度係近似18 μm，而像素長度(垂直於圖4C之平面)遠大於18 μm(例如，近似100 μm或更大)。一控制裝置403包含孔410(例如，狹縫)之一陣列，該等孔410係與CCD 402之像素對齊。每一孔410係近似9 μm寬(即，CCD 402之像素寬度的一半)。在此實施例中，控制裝置403之頂部與光電陰極404之間的間隙係近似10 μm。控制裝置係近似30 μm厚。在此組態中，每一孔410之頂部處之電位係實質上-60 V。顯然，孔410經形成垂直於光電陰極404之一表面，藉此最小化衝擊孔410之側壁之電子，繼而最小化二次電子之產生。
從圖4D(1)中之一俯視圖及圖4D(2)中之橫截面中更詳細地展示該控制裝置403之一部分。如圖4D(1)及圖4D(2)中所示，第一電極412及第二電極446包圍一控制裝置主體484中之孔410之各者。第一電極412及第二電極446之寬度遠比孔410之寬度更狹窄(例如，至少1：7之量級)。第一電極與第二電極之間存在相對較大的間隙444，例如當像素大小係近似18 μm時該間隙444約4 μm。在一實施例中，間隙444可曝露一略導電材料。例如，如區域482所示(展示所有表面)，可摻雜或植入主體484之一或多個表面。替代 地，區域482可包含主體484之表面上之一薄的電阻性塗層。在一些實施例中，可僅摻雜、植入或塗佈主體484之介於電極412與446之間之表面。在一些實施例中，可在沈積電極412及446之前摻雜、植入或塗佈主體484之表面，使得該略導電表面可在一些或全部電極412及446之下延伸(如圖4D(2)中所示)。注意，該等電極之類似實施方案可用於本文所示之其他實施例中。
電極412及446係藉由可在該頂部表面下方之導電跡線(未展示)連接至外部電壓。在一例示性實施例中，將電極412及446保持在相對於光電陰極略負之一電壓(例如當該光電陰極係在約-60 V之一電位時，約-65 V之一電壓)。因為間隙444曝露一導電材料，所以第一電極與第二電極之間將存在一近似線性電壓梯度。在替代性實施例中，電極412與446之間可使用在一不同電位之額外電極，藉此容許逐步逼近至欲達成之所要電壓梯度。在一實施例中，第三電極481可在控制裝置403之底部表面上形成，且可具有-5 V之一電位。
返回參考圖4C，控制裝置403之一底部表面430可包括由一導電材料形成且保持在相對於CCD 402負更多幾伏特之一電壓之一表面電極。例如，可將底部表面430保持在近似-5 V之一電壓。在一實施例中，底部表面430與CCD 202之間之一間隙係近似20 μm。控制裝置403之底部表面430與CCD 402之間之一小電位差之一優點係：CCD 402之不平坦將對電子軌道僅具有一較小的影響且將使在對應於一 像素之光電陰極404之一區中發射之到達一相鄰像素中之CCD 402處之電子之分率差別不大。在一實施例中，孔410之內側表面包括一導電材料(諸如一摻雜半導體或一半金屬材料)。該頂部表面與該底部表面之間之電位差沿孔410之介於該頂部表面與該底部表面之間之壁產生一近似線性電位梯度。
圖4C中的線432表示藉由對上述幾何形狀及電壓進行拉普拉斯方程式求解而計算-59 V之一等電位。線434表示一個-4 V等電位。其他等電位線(無標號)對應於-59 V與-4 V之間之5 V間隔。
圖4E圖解說明圖4C及圖4D之例示性EBCCD之以不同方向離開光電陰極404之電子之計算電子軌道。假定每一電子以近似1 eV之一能量離開光電陰極，則線451展示由離開一像素之中心附近之光電陰極404之電子遵循之近似軌道。該等軌道之大部分(例如軌道451)使用與其對應的CCD像素對齊之孔到達CCD 402處。幾個軌道(諸如452)偏轉至其等將最可能如所示碰撞該壁之一相鄰孔中。幾個軌道(無標號)著陸在該頂部表面上。幾個軌道(無標號)轉向且返回著陸於光電陰極404上。因為圖4E中所示之極少個軌道到達CCD 402之相鄰像素處，所以此改良之EBCCD之解析度(如緊密的分佈指示)顯著優於不具備控制裝置403之習知EBCCD。此外，因為終止於控制裝置403或光電陰極404上之軌道數目係總軌道數目之一小分率，所以此EBCCD之效率高。
圖4F展示另一例示性控制裝置460之一橫截面視圖。在此實施例中，控制裝置460之頂部表面在每一孔410之間具有一脊部462。除此形狀差別以外，此EBCCD之尺寸可類似於參考圖4C及圖4D描述之該等EBCCD之尺寸。脊部462之頂部可經定位距光電陰極404近似5 μm。因為此距離小，所以該脊部之頂部相對於該光電陰極之電位差可恰好為幾伏特，例如近似-3 V。脊部462之一優點係：對於反射橫向行進之電子而言確切的電壓並未如此至關重要。具體言之，因為控制裝置460之頂部表面係實體上經定位接近於光電陰極404，所以即使該表面上之電壓少許改變，電場梯度可足夠強以反射電子。在此例示性實施例中，將光電陰極404保持在近似-60 V之一電壓。控制裝置460之頂部表面上存在一電壓梯度，其自每一脊部之中心於近似-63 V至每一孔410之邊緣附近近似-60 V。控制裝置460之底部表面係於近似0 V且CCD 402係於0 V。經計算之等電位線464表示近似該-59 V等電位，而等電位線466表示近似-4 V。其他中間等電位線表示近似5 V增量。在一較佳實施例中，脊部462之頂部經修圓具有一合理恆定曲率半徑以最小化強電場梯度。
圖4G圖解說明圖4F中所示之例示性實施例之一些計算電子軌道。線471展示以不同方向自光電陰極404發射之具有近似1 eV能量之電子之計算軌道。比較此等軌道與圖4E之該等軌道，展示圖4F之控制裝置組態具有著陸在CCD 402上之電子之一更緊湊分佈，藉此指示一改良之解析 度。
雖然上述實施例具有相對於CCD負更多近似60 V之光電陰極，但是將明白控制裝置之聚焦效應很大程度上取決於該控制裝置與該光電陰極之間之電壓差。在一些實施例中，該光電陰極可在諸如近似500 V或近似1000 V之一較大負電壓，同時將該光電陰極與該控制裝置之間之電壓差維持至幾伏特或幾十伏特內。在此情況中，該控制裝置之底部與該CCD之間存在一大的電位差，其將使電子在撞擊該CCD之前加速至一高能量。當該控制裝置之底部與該CCD之間存在幾百伏特或更大之一電壓差時，則常常在該控制裝置與該CCD之間將期望幾百微米之一分離。幾百微米之一分離亦可減小該CCD之不平坦對該EBCCD之效能的影響。因為電子在其等離開該控制裝置時將被充分準直，所以來自該CCD之不平坦之電場中之小的扭曲之重要性不及其中電子在一較寬的角範圍行進之習知EBCCD中之扭曲。
如上所示，多種控制裝置形狀及電壓分佈係可能的，以保證改良EBCCD之操作效能。因此，包含該控制裝置之改良之EBCCD並不限於上述之該等控制裝置形狀及電壓，且可包含其他控制裝置形狀及電壓分佈。雖然圖4A至圖4G展示線性EBCCD偵測器之例示性實施例，但是該等例示性組態可應用於二維EBCCD陣列偵測器。
注意，使用矽MEMS裝置以實施該控制裝置而非一金屬控制裝置可具有一些優點。具體言之，雖然兩個實施例可 實質上藉由準直穿過孔陣列之電子改良空間解析度以優於習知EBCCD偵測器，但是該金屬控制裝置可吸收具有一相對較大的水平速度分量之該等電子，藉此減小效率(與包含該矽MEMS控制裝置之EBCCD相比)。由於該矽MEMS控制裝置之電極結構及在每一電極上使用適當電壓，該矽MEMS控制裝置可引導大部分之電子朝向一孔且因此將更多之該等電子傳輸至CCD。
在一些實施例中，控制該控制裝置之控制電壓之一或多者可經調整以改變EBCCD之增益。雖然原則上光電陰極上之電壓可經調整以改變EBCCD之增益，但是光電陰極之電容為大，因此將需要高電流以迅速改變光電陰極電壓。藉由改變該控制裝置之該等孔及/或一或多個電極上之電壓，可能減小到達CCD之電子之分率且因此減小EBCCD之有效增益。在一些實施例中，可用低於改變光電陰極電壓所需之驅動電流完成此減小。在一些實施例中，使用標準半導體製作技術在MEMS裝置上製造諸如電晶體、二極體及電阻器之主動電路。此等主動電路可提供電極電壓之局部控制且可使該等電壓能夠更迅速地改變。在一些實施例中，此等主動電路係用以變化控制裝置之不同截面中之增益，使得EBCCD之不同區具有不同增益。在一些實施例中，可對於增益或遮沒控制個別像素或像素群組。
在一些實施例中，控制裝置之下表面與CCD之間之電壓差可為小，諸如20 V或更小，或實質上為零。在控制裝置之底部與CCD之間為弱電場或無電場下，CCD之不平坦並 未導致顯著地扭曲影像或顯著地局部變化增益。
在一些實施例中，可使用兩個級聯控制裝置，其中第一控制裝置係在光電陰極之電位之十伏特或幾十伏特內之一電壓電位，且第二下游控制裝置係在接近於CCD之電位之一電壓電位，諸如相對於CCD更小20 V。該第一控制裝置之間可存在一大電位差(例如，幾十伏特、幾百伏特或甚至近似1000 V)。在此組態中，該第一控制裝置聚焦並準直自光電陰極發射之電子，而該第二控制裝置加速所準直之電子。
在一些實施例中，可期望控制裝置與CCD之間之對齊完成至至少約CCD像素大小之20%之一精度。在其中控制裝置及CCD二者皆製造於矽上之實施例中，在EBCCD之組裝期間，可使用波長長於近似1.2 μm之紅外輻射以偵測該兩個矽裝置上之對齊標記(因為此輻射可滲透通過矽)。CCD之底部表面(其事實上係在背部薄化步驟之前之CCD製作期間之晶圓之頂部表面)上之對齊標記或電路特徵可與該矽MEMS控制裝置上之標記對齊以保證使二者對齊至所要精度。
上述控制裝置可有利地準直電子，藉此減小影像模糊。在一些實施例中因為影像模糊減小，所以光電陰極上需要較少負電壓。此外，該控制裝置亦可阻斷自CCD朝該光電陰極返回行進之大部分離子，藉此減小該光電陰極之磨損率。此外，已經到達該光電陰極之離子具有較少能量且燒蝕較少材料，藉此延長偵測器之有用期限。又進一步言 之，來自該控制裝置之電子用較低能量(相較於不具備該控制裝置之CCD)碰撞該CCD，藉此對該CCD進行較少損壞。此外，此等電子濺鍍較少來自該CCD之材料，藉此導致較少離子且進一步延長偵測器之期限。
如下文詳細描述，晶圓、倍縮光罩及光罩檢測系統可有利地包含具有一控制裝置之一EBCCD偵測器。因為散射光位準取決於表面之粗糙度及該表面上之任何粒子或缺陷之大小，所以具有該控制裝置之EBCCD之增益控制可有利地用以補償不同的光位準。
圖5圖解說明添加一法線入射雷射暗場照明於一折反射成像系統500。該暗場照明包含一UV雷射501、控制受檢測表面上之照明束大小及輪廓之調適光學器件502、一機械外殼504中之一孔隙及窗503以及沿光學軸以法線入射將雷射重新引導至一樣本508之表面之一稜鏡505。稜鏡505亦沿光學路徑將來自樣本508之表面特徵之鏡面反射及來自一物鏡506之光學表面之反射引導至一影像平面(或偵測器)陣列509。可以一反折射物鏡群組、一聚焦透鏡群組及一變焦管透鏡截面之一般形式提供用於物鏡506之透鏡。在一較佳實施例中，因為暗場散射信號可為弱，所以影像平面(或偵測器)陣列509可藉由具有一控制裝置之上述EBCCD偵測器有利地實施。具有上述控制裝置之EBCCD充分適於此應用，其係由於其高空間解析度；及在一些實施例中，由於回應於(或預期)改變散射光位準(取決於受檢測晶圓上之圖案)控制其增益之可能性。出版於2007年1月 4日且以引用方式併入本文中之出版專利申請案第2007/0002465號進一步詳細描述系統500之某些態樣。
圖6A圖解說明另一表面檢測設備600，其包含照明系統601及聚集系統610，用於檢測表面611之區域。如圖6A中所示，一雷射系統615經組態以引導光束602通過透鏡603。透鏡603經定向使得其主平面實質上平行於表面611，且因此在透鏡603之焦平面中於表面611上形成照明線605。此外，以一非正交入射角將光束602及聚焦束604引導至表面611。特定言之，可以與一法線方向成介於約1度至約85度之間之一角將光束602及聚焦束604引導至表面611。以此方式，照明線605實質上係在聚焦束604之入射平面中。在一些實施例中，照明線可為近似1 mm或2 mm或幾mm長且1 μm、2 μm或幾μm寬。在一些實施例中，可將照明聚焦為一系列離散點而非一線焦點。
聚集系統610包含用於聚集自照明線605散射之光之透鏡612及用於將來自透鏡612之光聚焦至一裝置(諸如包含上述控制裝置之一EBCCD偵測器614)上之透鏡613。在此種檢測系統中，EBCCD偵測器614之增益之動態調整係重要的，因為散射及繞射光位準(及濾光片之效率)可歸因於一晶圓上之不同圖案而自該晶圓之一區至另一區顯著地變化之故。
在一實施例中，EBCCD偵測器614可包含偵測器之一線性陣列。在此等情況中，EBCCD偵測器614內之偵測器之線性陣列可經定向平行於照明線605。在一實施例中，可 包含多個聚集系統，其中該等聚集系統之各者包含類似組件，但定向相異。例如，圖6B圖解說明用於一表面檢測設備(其中為簡便起見未展示其照明系統(例如，類似於照明系統601))之聚集系統621、622及623之一例示性陣列。2009年4月8日頒予且以引用方式併入本文中之美國專利第7,525,649號更詳細地描述檢測系統601之某些態樣。
圖7圖解說明可用於檢測一表面701上之異常之一表面檢測系統700。在此實施例中，可藉由包括藉由雷射系統720產生之一雷射束之系統700之一實質上固定照明裝置部分照明表面701。雷射系統720之輸出可連序地穿過偏振光學器件721、一擴束器及孔隙722及束形成光學器件723以擴大並聚焦該束。
接著藉由一束折疊組件703及一束偏轉器704反射經聚焦之雷射束702以引導該束705朝向表面701以照明該表面。在較佳實施例中，束705實質上為表面701之法線或垂直於表面701，儘管在其他實施例中，束705可與表面702成一斜向角。
在一實施例中，束705實質上垂直於表面701或為表面701之法線且束偏轉器704反射來自表面701之束之鏡面反射朝向束轉彎組件703，藉此用作一屏蔽罩以防止鏡面反射到達該等偵測器。鏡面反射之方向係沿表面701之法線之線SR。在其中束705為表面701之法線之一實施例中，此線SR與照明束705之方向一致，其中此共同參考線或方向在本文中被稱為檢測系統700之軸。若束705與表面701成 一斜向角，則鏡面反射SR之方向將不會與束705之傳入方向一致；在此情況中，指示表面法線之方向之線SR被稱為檢測系統700之聚集部分之主軸。
藉由小粒子散射之光係藉由鏡706聚集且經引導朝向孔隙707及偵測器708。藉由大粒子散射之光係藉由透鏡709聚集且經引導朝向孔隙710及偵測器711。注意，一些大粒子將散射亦經聚集並引導至偵測器708之光，且類似地一些小粒子將散射亦經聚集並引導至偵測器711之光，但是與各自偵測器經設計以偵測之散射光之強度相比，此光具有相對較低強度。在一實施例中，檢測系統可經組態以用於偵測未經圖案化晶圓上之缺陷。在一實施例中，可藉由具有上述控制裝置之一EBCCD實施偵測器708及711之一或多者。2001年8月7日頒予且以引用方式併入本文中之美國專利第6,271,916號更詳細地描述檢測系統700之某些態樣。
圖8圖解說明經組態以使用法線及斜向照明束二者實施異常偵測之一暗場檢測系統800。在此組態中，一雷射系統可提供一雷射束801。一透鏡802聚焦該束801通過一空間濾光片803且透鏡804準直該束並將其輸送至一偏振分束器805。分束器805將一第一偏振分量傳遞至法線照明通道且將一第二偏振分量傳遞至斜向照明通道，其中該第一分量與該第二分量正交。在法線照明通道806中，該第一偏振分量係藉由光學器件807聚焦且藉由鏡808反射朝向一樣本809之一表面。藉由樣本809散射之輻射藉由一拋物面鏡 810聚集並聚焦至一光電倍增器管811。
在斜向照明通道812中，該第二偏振分量係藉由分束器805反射至一鏡813(其反射此束通過一半波板814)且藉由光學器件815聚焦至樣本809。源自該斜向通道812中之斜向照明束且藉由樣本809散射之輻射係藉由拋物面鏡810聚集且聚焦至偵測器811。在一實施例中，可藉由具有上述控制裝置之一EBCCD實施偵測器811。該偵測器及照明點(來自法線及斜向照明通道在表面809上)較佳地在該拋物面鏡810之焦點處。
拋物面鏡810將來自樣本809之散射輻射準直為一準直束816。準直束816接著藉由一物鏡817聚焦且通過一分析器818而至該偵測器811。注意，亦可使用具有抛物面形狀以外的形狀之曲面鏡表面。一儀器820可提供在該等束與樣本809之間之相對運動，使得跨樣本809之表面掃描到點。在一實施例中，電腦830可接收EBCCD偵測器811之輸出。2001年3月13日頒予且以引用方式併入本文中之美國專利第6,201,601號描述檢測系統800之某些態樣。
圖9圖解說明包含複數個EBCCD偵測器之另一暗場晶圓檢測系統900。在系統900中，照明光學器件902接收藉由一光源901發射之光束。在一實施例中，照明光學器件902可包含多個分束器及反射光學元件(其等將實質上平行輸出光束提供給一折射光學元件)。該折射光學元件繼而可將該多個光束聚焦至一樣本903上。
包含一散射光聚集器及其他元件(諸如一或多個孔隙、 ***器、偏振元件及反射光學元件)之一光學聚集子系統907可將自樣本散射之光引導至兩個影像偵測器906上。在一實施例中，光學聚集子系統907可進一步包含經組態以輔助光學聚集子系統907之其他元件將散射光成像至影像偵測器906上之折射光學元件905。在一實施例中，影像偵測器906之至少一者可包含包含一控制裝置之上述EBCCD偵測器。例如，在一實施例中，可最佳化一偵測器以進行實質上光散射，同時可最佳化另一偵測器以進行實質上低光散射。因此，在一掃描之一些部分期間，該光學元件可經組態以將散射光之一部分引導至經最佳化以進行實質上光散射之一影像偵測器且將該散射光之另一不同部分引導至經最佳化以進行低光散射之一不同的影像偵測器。2012年7月9日申請之主張2011年7月12日申請之美國臨時申請案第61/506,892號之優先權之美國專利申請案第13/554,954號更詳細地描述系統900之某些態樣。此等專利申請案之二者皆以引用方式併入本文中。
圖10圖解說明經組態以將一脈衝式照明源1006與一連續地移動物件1001(諸如一晶圓、遮罩或倍縮光罩)一起使用之一例示性檢測/度量系統1000。有利的是，脈衝式照明1006可輸出一長脈衝。用於脈衝式照明1006之例示性源可包含一Q切換雷射或一脈衝式燈具。一Q切換雷射在該雷射之光學共振器內側使用一可變衰減器以產生具有極端地高峰值功率之光脈衝。此等光脈衝的功率遠高於藉由以連續模式操作之相同的雷射產生之功率。可藉由一深紫外光 (DUV)激元或一極端紫外光(EUV)源實施一脈衝式燈具。在一較佳實施例中，脈衝持續時間接近於或稍長於所執行之時間延遲積分(TDI)之線週期。
在系統1000中，一分束器1007會將照明脈衝自脈衝式照明源1006引導至一物鏡1004，該物鏡1004會將該光聚焦至物件1001上。接著會將來自物件1001之反射光引導至一影像感測器1010。在一實施例中，可使用上述EBCCD實施例之一者實施影像感測器1010。注意，為簡便起見，圖10中未展示用於引導及聚焦光之其他充分熟知之光學組件。耦合至影像感測器1010之一處理器1020經組態以提供來自脈衝式照明源1006之照明脈衝與至影像感測器1010及來自影像感測器1010之控制及資料信號之同步以及該影像資料之一分析。在上述組態中，物件1001具有一物件運動1003且該影像感測器1010上之影像具有一影像運動1009。
根據系統1000之一態樣，由於物件運動1003，照明區將如藉由照明區1002a(例如，時間週期N)、先前照明區1002b(例如，時間週期N-1)及先前照明區1002c(例如，時間週期N-2)指示而跨物件1001連續地移動。照明區1002a、1002b及1002c之各者可為一薄的矩形形狀區(為便於觀看而未按比例展示)。注意，為清楚起見分離地展示該等區，但該等區可重疊以提供100%成像涵蓋範圍，或在缺陷偵測期間提供額外的冗餘度及效能。
根據系統1000之另一態樣，影像感測器1010可在一照明脈衝期間執行一TDI模式操作。在此TDI模式操作期間， 藉由該影像感測器之像素儲存之電荷僅在一第一方向上移位。系統1000亦可在非照明期間執行一***讀出操作。在此***讀出操作期間，藉由該影像感測器之第一像素儲存之第一電荷在該第一方向上移位且藉由該影像感測器之第二像素儲存之第二電荷同時在一第二方向上移位，該第二方向與該第一方向相反。
因此，系統1000可有利地組合TDI讀出模式之有益性質與脈衝式影像架構之快速讀出能力。2012年12月10日申請之標題為「Method And Apparatus For High Speed Acquisition Of Moving Images Using Pulsed Illumination」之美國專利申請案第61/735,427號中進一步詳細描述系統1000之其他態樣，該案係以引用方式併入本文中。
雖然本文已參考隨附圖式詳細描述本發明之闡釋性實施例，但是應明白本發明並不限於該等精確實施例。其等並不希望詳盡或將本發明限於所揭示之精確形式。如此，熟習此項技術之實踐者將明白許多修改及變動。例如，雖然已在以上實施例中展示控制裝置中之圓孔，但是在其他實施例中該等孔可為橢圓形或矩形。一般而言，該等孔之形狀及大小係基於CCD之對應(且對齊)像素之形狀及大小。具有具備尖角隅之孔可增加電場梯度，其在其中該CCD係一個二維像素陣列之應用中將係非所要的。然而，在其中該CCD係一個一維像素陣列之應用中，則相對較少電子將衝撞在端部像素上。因為該等角隅將具有較少的電子衝撞，所以電子遭遇非所要電場梯度之概率係最小的。因 此，該等實施例中之尖角隅可係可接受。亦如上指示，若使用半導體技術製造控制裝置，則可在該控制裝置中形成電壓控制裝置及/或偵測裝置。在一些實施例中，為保證對電子軌道之最小衝擊，反而可在該控制裝置之底部(即，面對該CCD)上形成此等裝置。在一些實施例中，電子偵測器可包括一CMOS影像感測器而非一CCD。因此，希望藉由下列申請專利範圍及其等之等效物定義本發明之範疇。
101‧‧‧電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)
102‧‧‧電荷耦合裝置(CCD)
104‧‧‧光敏光電陰極
105‧‧‧密封管
110‧‧‧入射光
112‧‧‧電子
121‧‧‧微通道板(MCP)總成
131‧‧‧電子
132‧‧‧二次電子
140‧‧‧微通道板(MCP)
142‧‧‧微通道板(MCP)
145‧‧‧頂部表面
146‧‧‧底部表面
201‧‧‧電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)
202‧‧‧電荷耦合裝置(CCD)
203‧‧‧負電壓
204‧‧‧光敏光電陰極
205‧‧‧密封管
207‧‧‧窗
210‧‧‧控制裝置
212‧‧‧控制信號
220‧‧‧電子
230‧‧‧光
310‧‧‧孔
312‧‧‧電極
322‧‧‧表面電極
324‧‧‧間隙
330‧‧‧間隙
332‧‧‧內電極
402‧‧‧荷耦合裝置(CCD)
403‧‧‧控制裝置
404‧‧‧光電陰極
410‧‧‧矩形孔
412‧‧‧表面電極/第一電極
414‧‧‧間隙
420‧‧‧電極
430‧‧‧底部表面
432‧‧‧等電位線
434‧‧‧等電位線
444‧‧‧間隙
446‧‧‧第二電極
451‧‧‧軌道
452‧‧‧軌道
460‧‧‧控制裝置
462‧‧‧脊部
464‧‧‧等電位線
466‧‧‧等電位線
471‧‧‧軌道
481‧‧‧第三電極
482‧‧‧區域
484‧‧‧控制裝置主體
500‧‧‧折反射成像系統
501‧‧‧紫外光(UV)雷射
502‧‧‧調適光學器件
503‧‧‧窗
504‧‧‧機械外殼
505‧‧‧稜鏡
506‧‧‧物鏡
508‧‧‧樣本
509‧‧‧影像平面陣列/偵測器陣列
600‧‧‧表面檢測設備
601‧‧‧照明系統
602‧‧‧光束
603‧‧‧透鏡
604‧‧‧聚焦束
605‧‧‧照明線
610‧‧‧聚集系統
611‧‧‧表面
612‧‧‧透鏡
613‧‧‧透鏡
614‧‧‧電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)偵測器
615‧‧‧雷射系統
621‧‧‧聚集系統
622‧‧‧聚集系統
623‧‧‧聚集系統
700‧‧‧表面檢測系統
701‧‧‧表面
702‧‧‧雷射束
703‧‧‧束折疊組件/束轉彎組件
704‧‧‧束偏轉器
705‧‧‧束
706‧‧‧鏡
707‧‧‧孔隙
708‧‧‧偵測器
709‧‧‧透鏡
710‧‧‧孔隙
711‧‧‧偵測器
720‧‧‧雷射系統
721‧‧‧偏振光學器件
722‧‧‧擴束器及孔隙
723‧‧‧束形成光學器件
800‧‧‧暗場檢測系統
801‧‧‧雷射束
802‧‧‧透鏡
803‧‧‧空間濾光片
804‧‧‧透鏡
805‧‧‧偏振分束器
806‧‧‧法線照明通道
807‧‧‧光學器件
808‧‧‧鏡
809‧‧‧樣本
810‧‧‧拋物面鏡
811‧‧‧光電倍增器管/電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)偵測器
812‧‧‧斜向照明通道
813‧‧‧鏡
814‧‧‧半波板
815‧‧‧光學器件
816‧‧‧準直束
817‧‧‧物鏡
818‧‧‧分析器
820‧‧‧儀器
830‧‧‧電腦
900‧‧‧暗場晶圓檢測系統
901‧‧‧光源
902‧‧‧照明光學器件
903‧‧‧樣本
905‧‧‧折射光學元件
906‧‧‧影像偵測器
907‧‧‧光學聚集子系統
1000‧‧‧檢測/度量系統
1001‧‧‧移動物件
1002a‧‧‧照明區
1002b‧‧‧先前照明區
1002c‧‧‧先前照明區
1003‧‧‧物件運動
1004‧‧‧物鏡
1006‧‧‧脈衝式照明源
1007‧‧‧分束器
1009‧‧‧影像運動
1010‧‧‧影像感測器
1020‧‧‧處理器
圖1A圖解說明一習知EBCCD。
圖1B圖解說明包含兩個級聯MCP之一習知MCP總成之一橫截面視圖。
圖2圖解說明包含一控制裝置之一例示性聚焦EBCCD。
圖3A圖解說明一例示性控制裝置中之4個孔之一俯視圖。
圖3B圖解說明另一控制裝置之一俯視圖，其中已合併個別電極以形成覆蓋該控制裝置之大量上表面之一單一表面電極。
圖3C圖解說明包含提供於一表面電極與每一孔之間之一內電極之又另一控制裝置之一俯視圖。
圖4A圖解說明適用於一線偵測器EBCCD之一例示性控制裝置之一俯視圖。
圖4B圖解說明適用於一線偵測器EBCCD之另一例示性控制裝置之一俯視圖。
圖4C圖解說明一EBCCD之3個孔及其等之例示性等電位之一橫截面視圖。
圖4D(1)及圖4D(2)分別圖解說明另一例示性控制裝置之一俯視圖及一橫截面。
圖4E圖解說明圖4C及圖4D之例示性EBCCD之以不同方向離開光電陰極之電子之計算電子軌道。
圖4F圖解說明另一EBCCD之3個孔及其等之例示性等電位之一橫截面視圖。
圖4G圖解說明圖4F之例示性EBCCD之以不同方向離開光電陰極之電子之計算電子軌道。
圖5圖解說明添加一法線入射雷射暗場照明於一折反射成像系統。
圖6A及圖6B圖解說明包含一照明系統及一聚集系統以用於檢測一表面之區域之另一表面檢測設備。
圖7圖解說明一暗場未經圖案化晶圓檢測系統之光學器件。
圖8圖解說明經組態以使用法線及斜向照明束二者實施異常偵測之一暗場檢測系統。
圖9圖解說明包含複數個EBCCD偵測器之另一暗場晶圓檢測系統。
圖10圖解說明經組態以使用一脈衝式照明源檢測或量測一連續地移動物件之一例示性檢測/度量系統。
201‧‧‧電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)
202‧‧‧電荷耦合裝置(CCD)
203‧‧‧負電壓
204‧‧‧光敏光電陰極
205‧‧‧密封管
207‧‧‧窗
210‧‧‧控制裝置
212‧‧‧控制信號
220‧‧‧電子
230‧‧‧光

Claims (26)

  1. 一種電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)，其包括：一總成，其包含一窗；一光電陰極，其在該總成內側且與該窗相鄰；一CCD裝置，其在該總成內側且經定位以聚集自該光電陰極發射之電子；及一控制裝置，其定位於該光電陰極與該CCD之間，該控制裝置在其中具有複數個孔，其中該複數個孔經形成垂直於該光電陰極之一表面，且其中該複數個孔之一圖案係與該CCD中之像素之一圖案對齊，每一孔係藉由形成於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上之至少一第一電極包圍。
  2. 如請求項1之EBCCD，其中該CCD在其面對該至少一第一電極之表面上具有硼塗層。
  3. 如請求項1之EBCCD，其中該CCD包括一背部薄化之CCD。
  4. 如請求項1之EBCCD，其中該CCD包括一時間延遲積分CCD。
  5. 如請求項1之EBCCD，其中該窗之一外表面包含一抗反射塗層。
  6. 如請求項1之EBCCD，其中該控制裝置包括矽結構。
  7. 如請求項1之EBCCD，其中該控制裝置包括一金屬結構。
  8. 如請求項1之EBCCD，其中該控制裝置進一步包括該複 數個孔之間之複數個脊部。
  9. 如請求項1之EBCCD，其中該控制裝置經定位與該光電陰極分離達近似一CCD像素之一較短尺寸的一半或更小。
  10. 如請求項1之EBCCD，其中該至少一第一電極包含複數個第一電極，每一第一電極包圍一給定孔且藉由一間隙與該給定孔分離。
  11. 如請求項1之EBCCD，其中該至少一第一電極包含複數個環形電極及一表面電極，該複數個環形電極之各者藉由一第一間隙與一給定孔分離且藉由一第二間隙與該表面電極分離。
  12. 如請求項10之EBCCD，其進一步包含至少一第二電極，其包圍該控制裝置之該等孔且定位於該控制裝置面對該CCD之一表面上。
  13. 一種操作一電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)之方法，該方法包括：相對於該EBCCD之一CCD將該EBCCD之一光電陰極保持在一負電壓；及聚焦自該光電陰極行進朝向該CCD之像素之電子。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含：對齊一控制裝置之孔與該CCD之該等像素，該控制裝置提供該聚焦。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含相對於該光電陰極將該控制裝置之該等孔之內側表面保持在一正電壓。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包含將包圍至少一孔之一第一電極保持在不同於該等孔之該等內側表面之一電壓，該第一電極定位於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上。
  17. 如請求項16之方法，其中相對於該等孔之該等內側表面將該第一電極保持在一負電壓。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含將一第二電極保持在不同於該第一電極之一電位，該第二電極包圍該控制裝置之至少一孔且經定位成面對該CCD。
  19. 如請求項15之方法，其進一步包含將該控制裝置之一表面最接近於該光電陰極之一些區保持在類似於該光電陰極之電位或相對於該光電陰極略負之一電位。
  20. 一種暗場檢測系統，其包括：用於將光引導至受檢測之一樣本之光學器件；用於聚集來自該樣本之散射光並引導所聚集光之光學器件；及一電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)偵測器，其用於接收該所聚集光，該EBCCD偵測器包括：一總成，其包含一窗；一光電陰極，其在該總成內側且與該窗相鄰；一CCD裝置，其在該總成內側且經定位以聚集自該光電陰極發射之電子；及一控制裝置，其定位於該光電陰極與該CCD之間，該控制裝置在其中具有複數個孔，其中該複數個孔經 形成垂直於該光電陰極之一表面，且其中該複數個孔之一圖案係與該CCD中之像素之一圖案對齊，每一孔係藉由形成於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上之至少一第一電極包圍。
  21. 如請求項20之暗場檢測系統，其中該CCD係一時間延遲積分CCD。
  22. 如請求項21之暗場檢測系統，其中該時間延遲積分CCD包括可並行讀取之多個讀出暫存器。
  23. 一種檢測一半導體晶圓之方法，該方法包括：用光照明該晶圓之一區；聚集來自該晶圓之散射光；及將所聚集光引導至一電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)偵測器，其中該EBCCD偵測器執行一程序，該程序包括：相對於該EBCCD之一CCD將該EBCCD之一光電陰極保持在一負電壓；及聚焦自該光電陰極行進朝向該CCD之像素之電子。
  24. 如請求項23之檢測方法，其中該CCD執行時間延遲積分。
  25. 如請求項24之檢測方法，其中該時間延遲積分使用並行讀出之多個暫存器。
  26. 一種檢測系統，其包括：一脈衝式照明源；一影像感測器，其包含一電子轟擊電荷耦合裝置 (EBCCD)偵測器，該EBCCD偵測器包括：一總成，其包含一窗；一光電陰極，其在該總成內側且與該窗相鄰；一CCD，其在該總成內側且經定位以聚集自該光電陰極發射之電子；及一控制裝置，其定位於該光電陰極與該CCD之間，該控制裝置在其中具有複數個孔，其中該複數個孔經形成垂直於該光電陰極之一表面，且其中該複數個孔之一圖案係與該CCD中之像素之一圖案對齊，每一孔係藉由形成於該控制裝置面對該光電陰極之一表面上之至少一第一電極包圍；光學組件，其等經組態以將脈衝式照明自該脈衝式照明源引導至一連續地移動物件，且將反射光自該物件引導至該影像感測器；及一處理器，其經組態以操作該影像感測器，一組態執行一程序，該程序包括：在一照明脈衝期間執行一時間延遲積分(TDI)操作，其中在TDI操作期間藉由該影像感測器之像素儲存之電荷僅在一第一方向上移位；及在非照明期間執行一***讀出操作，其中在該***讀出操作期間藉由該影像感測器之第一像素儲存之第一電荷在該第一方向上移位且藉由該影像感測器之第二像素儲存之第二電荷同時在一第二方向上移位，該第二方向與該第一方向相反。
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