JP2007073529A - イメージインテンシファイア装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンフィードバックの低減および防止さえもするイメージインテンシファイア装置および方法を提供。
【解決手段】イメージインテンシファイア装置が提示される。この装置は、光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、荷電粒子制御ユニットと、を有する。後者は、生成イオンが光電陰極ユニットの少なくとも活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、電子を光電陰極ユニットから発光面ユニットに向かって導くよう構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、イメージインテンシファイア、特に、磁気集束（magnetically focused）イメージインテンシファイアに関する。

イメージインテンシファイアは、低強度の光像を検知して、増幅しまたは増強するのに広く用いられる。この装置では、関連付けられた光学系からの光（通常は、可視または近赤外のスペクトル）は、光電陰極に導かれ、光電陰極は、この入力された放射線に感応して、ある分布を有する光電子を放出する。

イメージインテンシファイアは、典型的には、一端に光電陰極を有し他端に蛍光面を有する真空管を備え、光電陰極は、入射光子を電子に変換し、この電子は、蛍光面に衝突して光子に戻るまで、真空管内の電場（電位差）によって加速される。

幾つかのタイプのイメージインテンシファイアが知られている。いわゆる「第１世代イメージインテンシファイア」は、電子を陰極から陽極（面）に加速するのに電位差を一つだけ用いるインテンシファイアダイオードである。このインテンシファイアでは、集束は、次の２つの方法により達成される。蛍光面を光電陰極（近接ダイオード）の近傍に配置する方法、または静電気的もしくは磁気的な集束技法を用いる方法、すなわち、光電陰極で生じた電子を面上の焦点に集束させる電子レンズ（インバータダイオードまたは磁気集束ダイオード）を用いる方法である。「第２世代イメージインテンシファイア」は、電子倍増管を利用する。つまり、入出力間のエネルギだけでなく電子数も著しく増加する。倍増は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）と呼ばれる装置、すなわち、多数の小孔を有する導電ガラスの薄板の使用により達成される。これらの孔では二次電子放出が生じ、これにより倍増率が最大で４桁となる。「第３世代イメージインテンシファイア」は、ガリウムヒ素光電陰極（第１および第２世代のインテンシファイアで通常用いられるマルチアルカリ光電陰極の代わりに）を有するＭＣＰインテンシファイアを用いて、マルチアルカリ光電陰極では３００μＡ／ｌｍであった光感度を約１２００μＡ／ｌｍに向上させる。このＧａＡｓ光電陰極は、光スペクトルのＮＩＲ領域においても、一層高い感度を有する。

磁気集束イメージインテンシファイアは、例えば特許文献１に記載されている。ここでは、集束コイルの最低限の出力要件を維持しつつ、像の品質を低下させることなく倍増の使用可能範囲を拡大するという改良が提案されている。光電陰極と蛍光面との間の軸方向磁場分布の方向を反転させる集束コイル構成が用いられている。

イメージインテンシファイアは、半導体産業において集積回路製造に用いられるものを含め、様々な撮像システムおよび検査システムに用いられる。このようなシステムでは、イメージインテンシファイアは、光検出器（例えばＣＭＯＳカメラ）の前方に適切に配置される。このようなシステムは、例えば、本出願の譲受人に譲渡される特許文献２、特許文献３および特許文献４、ならびに特許文献５に開示されている。
米国特許第４０７０５７４号明細書 米国特許第６６６１５０８号明細書 欧州特許第３０５６４４号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２１９５１８号明細書 米国特許第４７５５８７４号明細書

この技術においては、光電陰極の寿命の延長を可能にするイメージインテンシファイアの需要がある。

光電陰極寿命パラメータは、大抵、光電陰極に衝突するイオンに影響される。イオンは、イメージインテンシファイアにおいて不可避的に生成されるものであり、光電陰極からの電子ビームによる衝突の結果として蛍光面で発生する。これは、装置内のいわゆる「イオンフィードバック」と呼ばれる。

本発明は、イオンフィードバックの低減および防止さえもする装置および方法を提供する。この装置および方法は、光電陰極の活性領域と相互作用するイオンの量を減らす。ここで、「活性領域」なる語は、入力光に暴露され、これにより入射光を放出電子に変換することができる光電陰極層領域に言及したものである。この活性領域は、イオンによる損傷から保護されるべきものである。よって、本発明によれば、活性領域と相互作用するイオンの量が実質的に低減する。

イメージインテンシファイアにおいて用いられる光電陰極の寿命は、一般に重要なパラメータであり、様々な用途において肝心なものである。用途の一例は、自動検査システム、例えばウェハ検査でのイメージインテンシファイアの使用である。光検出器前方でイメージインテンシファイアを使用するシステムの例は、前述した特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されている。

自動検査システムは、製造ライン上を進む物品（例えばウェハ）の検査を目的としたものであるため、イメージインテンシファイアは、長期にわたって効果的に動作するべきである。光電陰極の寿命が重要なパラメータであり且つイオン生成がイメージインテンシファイア内で不可避な要素であることに留意して、本発明は、自動検査システムの一部としてのイメージインテンシファイアにおいて用いられる光電陰極の寿命を延長することにより製造ラインのスループットを増大させることを提供する。

本発明の広範な一態様によれば、光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、光電陰極から放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、生成イオンが光電陰極ユニットの少なくとも活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、光電陰極ユニットからの電子を発光面ユニットに導くよう構成された荷電粒子制御ユニットと、を有するイメージインテンシファイアが提供される。

本発明の広範な他の態様によれば、光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有するイメージインテンシファイア装置内の光電陰極の寿命を延長する方法が提供され、この方法は、光電陰極ユニットから発光面ユニットまでの電子の経路に、生成イオンが光電陰極ユニットの少なくとも活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、光電陰極ユニットからの電子を発光面ユニットに導くよう構成された荷電粒子制御ユニットを提供するステップを有する。

好ましくは、イメージインテンシファイアは、光電陰極ユニットから発光面ユニットへの電子伝搬のチャネルを規定する光電陰極ユニットと発光面ユニットとの間の真空管に沿って離間され且つ略平行な関係で配置された複数の開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１を有する。複数の開口電極は、発光面ユニットの位置に向かう方向において漸増する電圧Ｖ_１〜Ｖ_ｎ−１に維持される。

本発明の幾つかの実施の形態によれば、荷電粒子制御ユニット（いわゆる「イオンフローアフェクタまたはアジャスタ」は、光電陰極の活性領域へのイオン伝搬を防止する外部場を生成するよう構成され且つ動作可能である。

これは、真空管において、イオンを発光面ユニットに戻す電場プロファイルを生成することにより、光電陰極平面への伝搬を防止することにより達成される。真空管での複数の開口電極の使用を考慮して、荷電粒子制御ユニットを、ｋ番目の開口電極の電圧Ｖ_ｋよりも低い電圧Ｖ_ｎ（ｎ＞ｋ）を発光面ユニットに供給するよう構成され且つ動作可能な電圧源ユニットにより構成することができる。例えば、発光面ユニットに最も近い開口電極Ｅ_ｎ−１に供給される電圧Ｖ_ｎ−１は、発光面の電圧Ｖ_ｎよりも高い。

イオンフローを適切に調整する外部場は、装置内で用いられる磁気集束場と同じであってよい。この外部場は、光電陰極ユニットから発光面ユニットに向かう電子フローにより生成される電場ベクトルと非ゼロ角を形成する軸に沿って磁場ベクトルを導くように生成される。これにより、発光面ユニットから生じるイオンは、光電陰極の活性領域外に向かって導かれるようになる。この「傾斜」磁場ベクトルは、真空管の長手方向軸に対して磁場源のコイルを適切に傾けることにより生成することができる。

本発明の他の幾つかの実施の形態では、荷電粒子制御ユニットは、マルチアルカリ光電陰極と発光面ユニットとの間に収容されたイオンバリアフィルム（ＩＢＦ）構造を有する。ＩＢＦは、入射するイオン（およびガス）を遮断して、真空管の発光面側から光電陰極へのイオンの通過を防止するよう構成される。

本発明の他の実施の形態では、イメージインテンシファイア装置は、電子倍増管（マイクロチャンネルプレートＭＣＰ）を使用し、場合によってはイオンバリアフィルムも使用することによって、マルチアルカリ光電陰極の寿命を延長するよう構成される。

本発明のさらに他の実施の形態では、磁気集束イメージインテンシファイア装置において、荷電粒子制御ユニットは、電子倍増管により、場合によってはさらにイオンバリアフィルムによって構成される。このような装置は、光電陰極−ＭＣＰ経路とＭＣＰ−発光面経路との双方において磁気集束ダイオード構成を使用することができる。ここで注意すべきことは、従来は、磁気集束ダイオード構成は装置の解像度の向上を目的としたものであるが、ＭＣＰの使用は解像度を低下させるものとして知られている。本発明は、磁気集束ダイオード構成の原理とＭＣＰの原理との組み合わせを利用する。これは、本発明が好ましくはＵＶ照射と併用されるため、実質的には解像度低下を伴うことなく可能である。ＵＶ照射では、解像度は、ＭＣＰ内の通路によってではなく、真空管での出現時の光子散乱によって、主に制限される。これは、ＵＶ入力では散乱エネルギが他のスペクトル範囲のものよりも約１０倍高いためである。

したがって、本発明の広範なさらに他の態様によれば、光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有するイメージインテンシファイア装置内のマルチアルカリ光電陰極の寿命を延長する方法が提供され、この方法は、光電陰極ユニットから発光面ユニットへの電子伝搬経路に電子倍増管を提供するステップを有する。

本発明の広範なさらに他の態様によれば、光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有する磁気集束イメージインテンシファイア装置内の光電陰極の寿命を延長する方法が提供され、この方法は、光電陰極ユニットから発光面ユニットへの電子伝搬経路に電子倍増管を提供するステップを有する。

本発明を理解し且つこれが実際に如何にして実行され得るかを知るために、好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら非限定的な例のみにより説明する。

図１を参照すると、本発明のイメージインテンシファイア装置１０の一例がブロック図により示されている。イメージインテンシファイア装置１０は、磁気集束「第１世代イメージインテンシファイア」装置として構成されており、すなわち、離間された光電陰極ユニット１４を有する（例えばマルチアルカリ光電陰極層を有する）真空管１２と、磁場領域１８内に収容された発光面ユニット１６と、を有する。光電陰極ユニット１４は、入力光に暴露される活性領域を有し、入力光を、真空管を伝搬し発光面ユニットに衝突する放出電子に変換して、増強光（intensified light）の出力を生じさせる。典型的には、発光面は、アルミニウムの裏層を有する蛍光体層から成る。典型的には、蛍光面での電子−光変換はイオンを生じる。

本発明の装置１０は、荷電粒子制御機構（イオンフローアフェクタ）２０を規定するよう構成される。後者は、平行面１６で生じたイオンが光電陰極に、少なくともその活性領域に伝搬するのを防止するよう構成され且つ動作可能である。これにより、光電陰極の寿命が延長される。

図１は、装置１０の機能要素のブロック図であるが、装置内のこれらの要素の正確な相対調節を示したものではない。例えば、荷電粒子制御ユニット２０は、必ずしも真空管外に配置されるものではなく、以下に例示されるように真空管内で物理的要素により構成され得る。一般的に言えば、荷電粒子制御ユニット２０は、光電陰極の少なくとも活性領域にイオンが到達するのを防止する外部場を生成するよう構成してもよいし、あるいは、光電陰極に向かう途中でイオンを遮断（吸収）するよう構成してもよい。

以下は、本発明の幾つかの特定の、しかし非限定的な例である。理解を促すために、全ての例において共有する構成要素を特定するために同じ参照番号を用いる。

図２Ａを参照すると、上記の磁気集束イメージインテンシファイア装置のいて用いられる本発明の真空管１１２が例示されている。この目的のため、真空管は、典型的には、外部場源（図示せず）により生成される磁場領域１８内に収容される。真空管１１２は、入光部１１２Ａと出光部１１２Ｂとを規定する光学的に透明な（例えばガラス製の）サイドファセットを有するチャンバを有し、入力側には光電陰極ユニット１４を、出力側には蛍光面ユニット１６を含む。光電陰極ユニット１４は、ガラス基板１４Ｂ上に光電陰極層１４Ａにより形成され（入力ガラスファセット）、ガラス基板１６Ｂ上に蛍光体層１６Ａを有する（出力ガラスファセット）。光電陰極層１４Ａの材料は、バイアルカリまたはマルチアルカリの材料（Ｃｓ、Ｓｂ、Ｋ、Ｎａ）、ソーラーブラインド（ＣｓＴｅ）、ＧａＡｓを含み得る。他の光電陰極も使用可能である。光電陰極は、約数十ナノメートルの厚さである。

真空管１１２にはさらに、複数の開口電極（金属円板）Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１が設けられている。複数の開口電極（金属円板）Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１は、それぞれ位置Ｚ_１〜Ｚ_ｎ−１に、光電陰極層１４Ａと蛍光体層１６Ａとの間の真空管のＺ軸に沿って、離間され且つ略平行な関係で配置される。開口は、円形でも矩形でもよい。このような円板は、約３μｍの「ワイヤ」幅で約１００μｍのピッチのメッシュ（シリコンエッチングされたメッシュまたは金属メッシュ）のように構成してもよいし、単なる平面の中空円板のように構成してもよい。これらの円板（開口を有する）は、光電陰極から蛍光面への電子伝搬のチャンネルを規定する。

開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１は、光電陰極ユニット１４および蛍光面ユニット１６と同様に、電圧源ユニット２０に接続される。ここで、装置内の幾つかの電極の接地は、必要な電圧源へのそれらの関連付けとも呼ばれることを理解すべきである。

この例では、電圧源ユニット２０は、蛍光面から生じたイオンが光電陰極に到達するのを防止する電場を真空管内に生成するよう動作する荷電粒子制御ユニットを構成する。電圧源ユニット２０は、適切な電圧Ｖ_０（例えばＶ_０＝０）およびＶ_ｎ（Ｖ_ｎ＞Ｖ_０）をそれぞれ光電陰極および蛍光面に供給し、これらの間に一定の電位差を与えて、光電陰極にて蛍光面に向かって放出された電子のフローを引き付ける電場を生成する。また、電圧源ユニット２０は、蛍光面の位置に向かう方向において漸増する電圧Ｖ_１〜Ｖ_ｎ−１に電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１を維持し（Ｖ_１＜Ｖ_２＜・・・＜Ｖ_ｎ−１）、Ｖ_ｎ＜Ｖ_ｋ（ｎ＞ｋ）の条件を与えるよう動作する。この特定の、しかし非限定的な例では、この効果は、Ｖ_ｎ−１＞Ｖ_ｎを与えることにより、すなわち、蛍光面に最も近い電極Ｅ_ｎ−１に蛍光面の電圧よりも高電圧を供給することにより実施される。例えば、Ｖ_ｎ＝５ｋＶ−３０ｋＶ、およびＶ_ｎ−１＝６ｋＶ−３５ｋＶである。ここで理解すべきことは、特に図示しないが、これは例えば蛍光面電極と電極Ｅ_ｎ−１よりも前のいずれかの電極との間に電気的な接続を与えることにより得られる。

図２Ｂは、光電陰極ユニット１４と蛍光面ユニット１６との間の真空ギャップ内の電場線を示す。図示されているように、荷電粒子制御ユニットを表す電圧源ユニットは、一方では、放出電子を蛍光面ユニット１６に向かって加速し（位置Ｚｎ−１での電子エネルギは既に、減速場を克服するのに十分に高い）、他方では、蛍光面ユニット１６の近傍では正イオンの逆電場（reverse field）でありイオンを蛍光面に戻す方向に加速するように、真空管内で電場を生成する。これにより、光電陰極に向かうイオンフローが回避され、あるいは少なくとも著しく低減される。

図２Ｃは、従来の増強管構成のＺ軸上の電圧プロファイル（破線）と、上記構成のＺ軸上の電圧プロファイル（実線）とを示す。図２Ｄは、蛍光面近傍の、すなわち上記装置の動作位置の位置Ｚ_ｎ−１（Ｖ_ｎ−１＝２５ｋＶ）およびＺ_ｎ（Ｖ_ｎ＝２０ｋＶ）におけるＸ軸上の電圧プロファイルを例示する。この装置において、Ｖ（Ｘ，Ｚ＝Ｚ_ｎ−１）＞Ｖ_ｎであり、よって、イオンは加速され蛍光面に戻る。

図３Ａを参照すると、イメージインテンシファイア装置３００の構成の他の例が概略的に示されており、荷電粒子制御ユニット２０は、光電陰極の電子放出領域（活性領域）へのイオン伝搬を防止する外部場源を有する。装置３００は、真空管３１２を有し、真空管３１２は、光電陰極ユニット１４と蛍光面ユニット１６とを含み、好ましくは、いずれも電圧源ユニット（図示せず）に関連付けられた開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１のアレイを含む。全電極への電圧供給は、上記の概念を用いても用いなくてもよく、例えばＶ_０＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜・・・＜Ｖ_ｎ−１＞Ｖ_ｎである。光電陰極ユニット１４は、活性領域１５、すなわち、光に暴露され（すなわち、イオンによる損傷から保護されるべき光電陰極の領域）且つ光電陰極の非活性領域１５’（図示せず）に包囲された領域を有する。真空管３１２は、外部磁場源２０により生成される磁場領域１８内に収容される。本例では、磁場源２０は荷電粒子制御ユニットとしても動作する。このため、磁場源２０は、真空管内の電子伝搬により規定される電場

に対して一定の非ゼロ角を成す（つまり傾斜した）軸に沿って方向付けられた磁場ベクトル

を生成するよう構成され且つ動作可能である。この傾斜磁場ベクトルは、蛍光面で生じたイオンを、光電陰極ユニット１４の活性領域１５の外部に向かって導く。これは、蛍光面側から真空管３１２を概略的に見た図３Ｂおよび図３Ｃにおいて、より具体的に示されている。図３Ｂに示されているように、磁場ベクトル

および電場ベクトル

が互いに平行である場合、光電陰極ユニット１４の活性領域１５からの電子ビームを発生する入力光子の伝搬軸と、蛍光面ユニット１６に衝突する電子ビームの伝搬軸と、光電陰極ユニット１４に衝突する対応イオンビームの伝搬軸とは一致する。したがって、イオンビームは、その活性領域（光子がそこを照射している）において光電陰極に衝突する。図３Ｃに示されているように、電場

に対して適切に傾斜した磁場ベクトル

を有する磁場を印加した場合、光子、電子およびイオンのそれぞれのビームの伝搬軸は互いにずれており、よって、イオンビームは光電陰極の活性領域１５の外部、すなわち光電陰極の非活性領域１５’に向かって導かれる。図３Ａに戻る。このような傾斜磁場は、真空管３１２の長手方向軸に対して磁場源のコイルを適切に収容することにより生成することができる。

図４Ａから図４Ｄを参照すると、マルチアルカリ光電陰極の寿命を延長させる本発明のイメージインテンシファイア装置のさらに他の例が示されている。

図４Ａの装置４００Ａは、磁気集束イメージインテンシファイアとして構成され、外部磁場源（図示せず）の磁場領域に収容された真空管４１２を有する。真空管４１２は、光電陰極ユニット１４（典型的には、ガラス基板１４Ｂ上のマルチアルカリ光電陰極層１４Ａ）と、蛍光面ユニット１６（ガラス基板１６Ｂ上の蛍光体層構造１６Ａ）と、を有する。ここで注意すべきことは、特に図示しないが、装置４００Ａは、上記の開口電極アレイを有することができる。また、真空管内には、光電陰極ユニット１４と蛍光面ユニット１６との間に収容されたイオンバリアフィルム（ＩＢＦ）構造２０が設けられる。このＩＢＦ２０は、自己支持型のものでもよいし、充填比（fill factor）の低いメッシュ上に載置されたものでもよい。ＩＢＦの厚さは約数十ナノメートル（例えば、〜３０ｎｍ）である。ＩＢＦ２０は、好ましくは、真空管の中間領域（middle region）の位置、または破線で図示されたように光電陰極に比較的近い（約２００〜５００μｍ離れた）位置のいずれかに設けられる。光電陰極から伝搬する電子は、ＩＢＦ２０を通過するのに十分なエネルギを有する一方、イオンは大きすぎてそこを通過できない。したがって、ＩＢＦ２０は、蛍光面から到来するイオンフローを遮断して光電陰極にイオンが到達するのを防止する荷電粒子制御ユニットとしての機能を果たす。また、ＩＢＦ２０は、真空管内に存在するガスを停止し、よって、イメージインテンシファイアを２次損害のメカニズムから保護することができる。

また、図４Ｂの装置４００Ｂは、磁気集束イメージインテンシファイアとして構成され、ガラス基板１４Ｂ上のマルチアルカリ光電陰極層１４Ａと、ガラス基板１６Ｂ上の蛍光体層構造１６Ａと、荷電粒子制御機構２０と、を有する。後者は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）２０Ａを有し、好ましくは、ＭＣＰと光電陰極との間に、例えばＭＣＰの対応面に装着することにより配置されたＩＢＦ構造２０Ｂも有する。ＩＢＦの使用は、ＭＣＰを出るイオンフローが光電陰極に向かうのを防止するため、有利である。このイオンフローは、高エネルギ（約２００ｅＶ）の電子による衝突の際にＭＣＰ表面近傍の自由ガスがイオン化することの結果かもしれない。ＭＣＰ２０ＡとＩＢＦ２０Ｂとにより形成されたイオン制御ユニット２０を考慮して、動作パラメータは以下のとおりにすることができる。光電陰極とＭＣＰとの間の電位差を８００Ｖ（「第３世代」イメージインテンシファイアで典型的に用いられる２００Ｖの代わりに）とすることができ、ＭＣＰと蛍光面との間の電位差を５〜７ｋＶとすることができ、ＭＣＰでは約２００〜１５００Ｖとすることができる。

図４Ｃのイメージインテンシファイア装置４００Ｃは、ガラス基板１４Ｂ上の光電陰極層１４Ａ（例えば、マルチアルカリ光電陰極）と、ガラス基板１６Ｂ上の蛍光体層構造１６Ａと、ＭＣＰ２０Ａにより、場合によってはさらにＩＢＦ２０Ｂにより形成された荷電粒子制御機構２０と、を有する。この例では、制御ユニット２０（ＭＣＰ、またはＩＢＦ付きＭＣＰ）は、光電陰極１４の近くに収容されており、よって、この装置は、近傍集束の装置（装置の光電陰極−ＭＣＰ部分で近傍集束（proximity focus））および磁気集束の装置（装置のＭＣＰ−面部分で磁気集束）の両方で動作する。

図４Ｄの装置４００Ｄは、概して上記の装置と同様であるが、光電陰極からより大きな距離で収容された荷電粒子制御ユニット２０（ＭＣＰ２０Ａ、またはＩＢＦ２０Ｂ付きＭＣＰ２０Ａ）を使用して、装置の光電陰極−ＭＣＰ部分での磁気集束ダイオードを実現する。ＭＣＰ−面部分に関しては、磁気集束ダイオードとして、または近傍ダイオード（proximity diode）として構成することができる。

このように、本発明は、蛍光面で生じて光電陰極に向かう荷電粒子（イオン）のフローに適切に作用して、それが光電陰極平面に到達するのを防止すること（図２Ａ〜図２Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄに例示されているように）、または、光電陰極平面内の活性領域に到達するのを防止すること（図３Ａ〜図３Ｃに例示されているように）を提供する。様々な用途において、例えば、製造ライン上を進む物品（例えばウェハ）の自動検査において肝心である光電陰極の寿命を著しく延長させる。検査システムに用いられるイメージインテンシファイアの光電陰極の寿命は製造ラインのスループットに影響を与える一要因である（高スループットは高出力イメージインテンシファイアを要するため寿命の長いイメージインテンシファイアを要する）。

図５は、半導体ウェハＷを検査するための自動検査システム（全体を５００で示す）の一例を概略的に示している。自動検査システム５００は、光源ユニット、光検出ユニット、および適切な導光／集光（light directing/collecting）手段を有する。本例では、自動検査システム５００は、複数の暗視野検出器を用いて暗視野検査モードで動作し、明視野検査モードでも動作するよう構成される。暗視野および明視野の検査の原理自体は知られているため、下記を除いて詳述する必要はない。自動検査システム５００では、全ての検出ユニットは、ウェハ表面上の共通カメラから散乱した放射線を集光し、暗視野検出ユニットはそれぞれ、異なる角度の軸（すなわち、仰角または方位角が異なる）に沿ってその放射線を集光するよう構成される。各検出ユニットは、対応光検出器の前方に、本発明のイメージインテンシファイア装置１０（例えば、上記のいずれかの例のように構成されている）を有する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年９月８日出願の米国仮特許出願第６０／７１５９２７、２００５年９月８日出願の米国仮特許出願第６０／７１５９００、２００５年９月８日出願の米国仮出願第６０／７１５９０１、および２００６年７月２８日出願の米国仮出願第１１／４６０５７５の利益を要求する。これらの出願は、参照することにより本書に含まれる。

本発明のイメージインテンシファイア装置の主要機能要素のブロック図である。 荷電粒子制御ユニット（または「イオンフローアフェクタ」）として特定の電場プロファイルの電場を使用する本発明のイメージインテンシファイアの構成および動作を例示し、真空管構成の例を示す。 荷電粒子制御ユニット（または「イオンフローアフェクタ」）として特定の電場プロファイルの電場を使用する本発明のイメージインテンシファイアの構成および動作を例示し、図２Ａの真空管内の電場線を示す。 荷電粒子制御ユニット（または「イオンフローアフェクタ」）として特定の電場プロファイルの電場を使用する本発明のイメージインテンシファイアの構成および動作を例示し、図２Ａの真空管に沿う電圧プロファイルを従来のインテンシファイア構成のそれと比較する。 荷電粒子制御ユニット（または「イオンフローアフェクタ」）として特定の電場プロファイルの電場を使用する本発明のイメージインテンシファイアの構成および動作を例示し、図２Ａの真空管上の蛍光面近傍の電圧プロファイルを示す。 外部転換磁場源の形態の荷電粒子制御ユニットを用いる本発明の他の例に係るイメージインテンシファイア装置の構成および動作を概略的に示し、イメージインテンシファイア装置を示す。 外部転換磁場源の形態の荷電粒子制御ユニットを用いる本発明の他の例に係るイメージインテンシファイア装置の構成および動作を概略的に示し、図３Ａの装置の動作原理（図３Ｃ）を従来の特定の装置（図３Ｂ）と比較する。 外部転換磁場源の形態の荷電粒子制御ユニットを用いる本発明の他の例に係るイメージインテンシファイア装置の構成および動作を概略的に示し、図３Ａの装置の動作原理（図３Ｃ）を従来の特定の装置（図３Ｂ）と比較する。 本イメージインテンシファイア装置のさらに他の例を示す。 本イメージインテンシファイア装置のさらに他の例を示す。 本イメージインテンシファイア装置のさらに他の例を示す。 本イメージインテンシファイア装置のさらに他の例を示す。 本発明のイメージインテンシファイア装置を用いてウェハを検査する自動検査システムを例示する。

Claims (31)

1. 光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、
   イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、
   生成イオンが前記光電陰極ユニットの少なくとも前記活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、電子を前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かって導く荷電粒子制御ユニットと、
   を有するイメージインテンシファイア装置。
2. 前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットへの電子伝搬のチャンネルを規定する前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間の真空空間に沿って離間され且つ略平行な関係で配置された複数の開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１を有し、前記複数の開口電極は、前記発光面ユニットの位置に向かう方向において漸増する電圧Ｖ_１〜Ｖ_ｎ−１に維持される、
   請求項１記載の装置。
3. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記光電陰極ユニットの少なくとも前記活性領域へのイオン伝搬を防止する外部場を生成する磁場源を有する、
   請求項１記載の装置。
4. 前記荷電粒子制御ユニットは、イオンを導いて前記発光面ユニットに戻す電場プロファイルを前記管内に生成するよう構成される、
   請求項３記載の装置。
5. 前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットへの電子伝搬のチャンネルを規定する前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間の真空空間に沿って離間され且つ略平行な関係で配置された複数の開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１を有し、前記複数の開口電極は、前記発光面ユニットの位置に向かう方向において漸増する電圧Ｖ_１〜Ｖ_ｎ−１に維持され、前記荷電粒子制御ユニットは、ｋ番目の開口電極における電圧Ｖ_ｋよりも低い前記発光面ユニットの電圧Ｖ_ｎ（ｎ＞ｋ）を与えることによりイオンを加速して前記発光面ユニットに戻すよう構成され且つ動作可能な電圧源ユニットを有する、
   請求項４記載の装置。
6. 前記電圧源ユニットは、前記発光面ユニットの電圧Ｖ_ｎよりも高い電圧Ｖ_ｎ−１を、前記発光面ユニットに最も近い開口電極Ｅ_ｎ−１に与えることによりイオンを加速し前記発光面ユニットに戻す、
   請求項５記載の装置。
7. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記磁場領域を生成する磁場源を有し、前記磁場源は、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かう電子フローにより生成される電場ベクトルと非ゼロ角を成す軸に沿って方向付けられた磁場ベクトルを生成することにより、前記発光面ユニットで生じたイオンを前記光電陰極ユニットの前記活性領域の外部に向かって導くよう構成され且つ動作可能である、
   請求項３記載の装置。
8. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記磁場領域を生成する磁場源を有し、前記磁場源は、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かう電子フローにより生成される電場ベクトルと非ゼロ角を成す軸に沿って方向付けられた磁場ベクトルを生成し、それにより前記磁場は、前記発光面ユニットで生じたイオンを前記光電陰極ユニットの前記活性領域の外部に向かって導く、
   請求項２記載の装置。
9. 前記荷電粒子制御ユニットは、イオンバリアフィルムを有し、前記イオンバリアフィルムは、前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間に収容され、前記発光面ユニットから伝搬するイオンおよびガスを遮断するよう構成される、
   請求項１記載の装置。
10. 前記光電陰極ユニットは、マルチアルカリ光電陰極層を有する、
    請求項９記載の装置。
11. 前記光電陰極ユニットは、マルチアルカリ光電陰極層を有する、
    請求項１記載の装置。
12. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に収容された電子倍増管を有し、これによりマルチアルカリ光電陰極の寿命を延長する、
    請求項１１記載の装置。
13. 前記電子倍増管は、マイクロチャンネルプレートを有する、
    請求項１２記載の装置。
14. 前記荷電粒子制御ユニットは、イオンバリアフィルムを有し、前記イオンバリアフィルムは、前記光電陰極ユニットと前記電子倍増管との間に収容され、前記電子倍増管から前記光電陰極ユニットに向かう方向に伝搬するイオンおよびガスを遮断することによりマルチアルカリ光電陰極の寿命を延長するよう構成される、
    請求項１２記載の装置。
15. 前記光電陰極ユニットおよび前記電子倍増管の間の第１装置部分ならびに前記電子倍増管および前記発光面ユニットの間の第２装置部分における、二重磁気集束ダイオードとして構成される、
    請求項１２記載の装置。
16. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路において前記光電陰極ユニットの近傍に収容された電子倍増管を有し、これにより前記光電陰極ユニットと前記電子倍増管との間の装置部分における近傍ダイオードとして動作する、
    請求項１記載の装置。
17. 前記荷電粒子制御ユニットは、イオンバリアフィルムを有し、前記イオンバリアフィルムは、前記光電陰極ユニットと前記電子倍増管との間に収容され、前記電子倍増管から前記光電陰極ユニットに向かう方向に伝搬するイオンおよびガスを遮断するよう構成される、
    請求項１６記載の装置。
18. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に収容された電子倍増管を有し、前記装置は、前記光電陰極ユニットおよび前記電子倍増管の間の第１装置部分ならびに前記電子倍増管および前記発光面ユニットの間の第２装置部分における二重磁気集束ダイオードとして構成され且つ動作可能である、
    請求項１記載の装置。
19. 前記荷電粒子制御ユニットは、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路において比較的前記発光面ユニットの近くに収容された電子倍増管を有し、前記装置は、前記光電陰極ユニットおよび前記電子倍増管の間の第１装置部分における磁気集束ダイオードとして、ならびに前記電子倍増管および前記発光面ユニットの間の第２装置部分における近傍集束ダイオードとして、構成され且つ動作可能である、
    請求項１記載の装置。
20. 光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有し、生成イオンが前記光電陰極ユニットの前記活性領域に到達するのを防止しつつ、電子を前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かって導く外部場を生成するよう構成され且つ動作可能である荷電粒子制御ユニットを有し、これにより前記光電陰極ユニットの寿命を延長する、
    磁気集束イメージインテンシファイア装置。
21. 磁場領域内に収容する真空管を有し、前記真空管は、
    入力光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、
    イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットにより放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、
    前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットへの電子伝搬のチャンネルを規定する前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間の前記真空管に沿って離間され且つ略平行な関係で配置された複数の開口電極Ｅ_１〜Ｅ_ｎ−１と、
    電圧値が、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かう方向において漸増し、前記発光面ユニットの電圧Ｖ_ｎが、ｋ（ｎ＞ｋ）番目の開口電極における電圧Ｖ_ｋよりも低く、生成される電位プロファイルが、前記発光面ユニットで生じたイオンを前記発光面ユニットに戻るように導きつつ、電子を前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かって導くように、前記光電陰極ユニット、前記複数の開口電極および前記発光面ユニットの電圧を維持することによりイオンが前記光電陰極ユニットに到達するのを防止するよう構成された電圧源ユニットと、
    を有する磁気焦点イメージインテンシファイア装置。
22. 磁場領域を生成する磁場源と、入力光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有し、前記磁場源は、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットへの電子フローにより生成される電場ベクトルと非ゼロ角を成す軸に沿って方向付けられた磁場ベクトルを生成することにより、前記発光面ユニットで生じたイオンを前記光電陰極ユニットの前記活性領域の外部に向かって導きイオンが前記活性領域に到達するのを防止するよう構成され且つ動作可能である、
    磁気集束イメージインテンシファイア装置。
23. マルチアルカリ光電陰極層を有し且つ入力光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間に収容され且つ前記発光面ユニットから伝搬するイオンを遮断することによりイオンが前記光電陰極ユニットに到達するのを防止するよう構成されたイオンバリアフィルムと、
    を有するイメージインテンシファイア装置。
24. マルチアルカリ光電陰極層を有し且つ入力光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、前記光電陰極ユニットから放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、前記光電陰極ユニットと前記発光面ユニットとの間に収容され且つガスを遮断することによりガスが光電陰極ユニットに到達するのを防止するよう構成されたイオンバリアフィルムと、
    を有するイメージインテンシファイア装置。
25. マルチアルカリ光電陰極層を有し且つ入力光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、前記光電陰極ユニットから放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に収容された電子倍増管と、を有し、それにより延長されたマルチアルカリ光電陰極の寿命を特徴とする、
    イメージインテンシファイア装置。
26. マルチアルカリ光電陰極層を有し且つ入力光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、前記光電陰極ユニットから放出される電子を出力光に変換するよう構成された発光面ユニットと、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に収容された電子倍増管と、前記光電陰極ユニットと前記電子倍増管との間に収容され且つイオンおよびガスを遮断することによりイオンおよびガスが前記光電陰極ユニットに到達するのを防止するイオンバリアフィルムと、を有し、それにより延長されたマルチアルカリ光電陰極の寿命を特徴とする、
    イメージインテンシファイア装置。
27. 光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に収容された電子倍増管と、を有し、前記光電陰極ユニットおよび前記電子倍増管の間の通路ならびに前記電子倍増管および前記発光面ユニットの間の通路の少なくともいずれかにおける磁気集束ダイオード構成を規定する、
    磁気集束イメージインテンシファイア装置。
28. 光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有するイメージインテンシファイア装置における光電陰極の寿命を延長する方法であって、生成イオンが前記光電陰極ユニットの少なくとも活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、電子を前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに向かって導くよう構成された荷電粒子制御ユニットを提供するステップを有する方法。
29. 光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有するイメージインテンシファイア装置におけるマルチアルカリ光電陰極の寿命を延長する方法であって、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に電子倍増管を提供するステップを有する方法。
30. 光を電子に変換するよう構成された光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、を有する磁気集束イメージインテンシファイア装置における光電陰極の寿命を延長する方法であって、前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに伝搬する電子の通路に電子倍増管を提供するステップを有する方法。
31. 製造ライン上を進む物品の自動検査に用いられる光学系であって、入射電磁放射線に対する物品の光応答を検出する光検出器を有する少なくとも１つの光検出ユニットと、物品から前記光検出器に伝搬する光の光路に収容された磁気集束イメージインテンシファイアと、を有し、前記磁気集束イメージインテンシファイアは、光を電子に変換するよう構成された活性領域を有する光電陰極ユニットと、イオンを生成しつつ、前記光電陰極ユニットから放出される電子を光に変換するよう構成された発光面ユニットと、生成イオンが前記光電陰極ユニットの少なくとも前記活性領域に到達するのを実質的に防止しつつ、電子を前記光電陰極ユニットから前記発光面ユニットに導くことにより、光電陰極の寿命を延長し製造ラインのスループットを向上させる光学系。

Images