KR101980930B1 - 전자 충격식 전하 결합 장치 및 ebccd 검출기를 이용한 검사 시스템 - Google Patents

전자 충격식 전하 결합 장치 및 ebccd 검출기를 이용한 검사 시스템 Download PDF

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Abstract

집속 EBCCD는 광음극과 CCD 사이에 배치된 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 내부에 복수의 개공을 구비하고, 상기 복수의 개공은 광음극의 표면에 수직하게 형성되며, 상기 복수의 개공의 패턴은 CCD 내의 화소들의 패턴과 정렬된다. 각각의 개공은 광음극과 대면하는 제어 장치의 표면에 형성된 적어도 하나의 제1 전극에 의해 둘러싸인다. 제어 장치는 개공들 사이에 복수의 능선을 포함할 수 있다. 제어 장치는 CCD 화소의 짧은 치수의 대략 절반 이하만큼 광음극으로부터 분리될 수 있다. 복수의 제1 전극이 제공될 수 있고, 각각의 제1 전극은 주어진 개공을 둘러싸며 갭만큼 상기 주어진 개공으로부터 분리된다.

Description

전자 충격식 전하 결합 장치 및 EBCCD 검출기를 이용한 검사 시스템{ELECTRON-BOMBARDED CHARGE-COUPLED DEVICE AND INSPECTION SYSTEMS USING EBCCD DETECTORS}
관련 출원
이 출원은 "전자 충격식 CCD 및 전자 충격식 CCD 검출기를 이용한 검사 시스템"의 명칭으로 2011년 12월 12일자 출원한 미국 가출원 제61/569,611호를 우선권 주장하며, 상기 우선권 출원은 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합된다.
발명의 배경
본 발명은 극히 낮은 레벨의 광을 높은 공간 해상도, 높은 양자 효율, 매우 양호한 신호대 잡음비 및 높은 동적 범위로 검출할 수 있는 감광 어레이 검출기에 관한 것이다.
전자 충격식 전하 결합 장치(Electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD) 검출기는 당업계에서 잘 알려져 있다. 도 1a는 감광성 광음극(104) 및 CCD(102)를 진공 환경으로 내장하는 밀봉관(105)을 포함한 종래의 EBCCD(101)를 보인 것이다. 전형적으로, 광음극(104)과 CCD(102) 사이의 갭은 약 1-2 mm이다. 밀봉관(105)은 광음극(104)에 인접하게 배치된 창을 구비하고, 그래서 입사광(110)이 있을 때 광음극(104)은 입사광(110)으로부터 광자를 흡수하고 그 다음에 1개 또는 수 개의 전자(112)를 방출한다.
전형적인 구성에서, 광음극(104)은 CCD(102)에 비하여 약 -2000V 내지 -10,000V의 음전위로 유지된다. 전자(112)는 전위차로 인하여 CCD(102) 쪽으로 가속화된다. 전자가 CCD(102)와 부딪힐 때, 전자는 전형적으로 CCD(102)의 반도체 물질에서 복수의 전자-정공 쌍을 생성한다. 전자는 CCD(102)에 의해 포착되고, 이어서 CCD(102)가 검출기에 의해 판독될 때 전류 또는 전압으로 변환된다.
영상 증배 검출기가 또한 당업계에 잘 알려져 있다. 영상 증배기는 CCD 대신에 형광체 스크린과 출력창이 있는 점을 제외하면 EBCCD와 유사하다. CCD 또는 CMOS 촬상 장치와 같은 외부 영상 검출기는 형광체 스크린으로부터 광을 포착할 수 있다.
광전자 증배관이 또한 당업계에 잘 알려져 있다. 광전자 증배관은 매우 높은 이득을 가질 수 있고, 일부 경우에는 단일 포착 광자를 검출할 수 있다. 그러나, 개개의 광전자 증배관은 공간 해상도를 갖지 않는다. 비록 광전자 증배관 어레이를 제조할 수 있지만, 이들은 대형이고 고가이며, 미크론보다는 밀리미터의 공간 해상도를 갖는다.
미소 채널판(micro-channel plate; MCP) 검출기가 또한 당업계에 잘 알려져 있다. MCP는 개별적으로 사용될 수도 있고, 또는 이득을 증가시키기 위해 직렬로 구성될 수도 있다. 도 1b는 2개의 직렬 MCP(140, 142)를 구비한 종래의 MCP 조립체(121)의 단면도이다. 전형적인 MCP는 고저항 물질로 제조되고 1-2mm의 두께를 갖는다. MCP는 직경이 대략 4-10㎛인 작은 개공들의 어레이를 포함하고, 상기 개공들은 대략 6-20㎛만큼 이격된다. 개공들은 전형적으로 최대의 이차 전자 방출(뒤에서 자세히 설명함)을 보장하기 위해 MCP의 표면에 대한 수직선에 대하여 몇 도(degree) 정도 의도적으로 기울여진다. 도 1b에 도시된 것처럼, MCP(140, 142)의 개공들은 직렬 MCP 스택을 통한 이온들의 직선 경로를 차단하거나 적어도 최소화하도록 반대 방향으로 기울여진다. MCP(140)의 바닥면(146)은 그 상부면(145)에 비하여 양전위, 예를 들면 수백 볼트 내지 1-2kV로 유지될 수 있다. MCP(142)는 MCP(140)보다 더 양전위로 유지될 수 있다. 일반적으로, 직렬 MCP를 사용할 때, 각각의 연속적인 MCP는 입력으로부터 출력 방향으로 앞의 것보다 더 양전위로 유지된다.
동작시에, 전자(131)가 개공들 중 하나의 벽에 부딪힐 때, 많은 상이한 방향으로 이차 전자가 방출된다. 이 이차 전자들은 MCP의 상부와 하부 간의 전위차 때문에 하부 표면을 향하여 가속화된다. 상기 이차 전자의 일부는 개공의 벽에 부딪쳐서 더 많은 이차 전자를 생성한다. 이러한 처리는 단일 MCP에서 복수 회 발생할 수 있다. 사실, 하나의 유입 전자 또는 광자는 상이한 방향으로 이동하는 수백 개 또는 천 개까지의 이차 전자를 생성할 수 있다. 직렬 MCP(140, 142)의 경우에는 100,000-1,000,000개의 이차 전자(132)가 단일 입사 전자 또는 광자로부터 생성될 수 있다. MCP는 광음극과 함께 영상 증배기 또는 EBCCD에서 사용될 수 있고, 만일 유입되는 광자 에너지가 충분하면 광음극 없이 사용될 수 있다.
불행하게도, 전술한 검출기는 공간 해상도가 빈약하고, 이 때문에 검출기를 반도체 검사 응용에 사용하는 것이 크게 제한되었다. 예를 들면, 종래의 EBCCD 검출기에 있어서, 전자는 전자가 CCD 쪽으로 가속화할 때 수평 방향으로 확산한다. 반도체 검사에서 사용되는 UV 광을 감지하는 응용에서, 유입 광자는 약 3.5eV 이상의 에너지를 갖는다. 광음극의 일함수가 단지 1-2eV이기 때문에, 전자는 1 내지 수 eV의 에너지로 생성될 것이다. 특히, 1eV만큼 낮은 에너지조차도 약 6x105 ms-1의 전자 속도에 대응한다.
전자는 본질적으로 무작위 방향으로 방출되고, 그래서 대부분의 전자는 상당한 수평 속도 성분을 갖고서 방출된다. 106 V m-1(1mm 갭에 대하여 1kV)의 가속장(accelerating field) 경사도(gradient) 하에서, 전자는 광음극으로부터 CCD까지 전술한 1mm 갭을 횡단하기 위해 약 100 ps를 취할 것이다. 상기 100 ps에서, 전형적인 전자의 측면 동작은 그 수평 속도 성분 때문에 약 50㎛로 될 것이다. 0으로부터 초기 전자 에너지에 의존하는 최대치까지 수평 속도의 분포가 있기 때문에, 약 50-100㎛의 스케일 길이에서 영상의 흐려짐(blurring)이 발생할 수 있다. 이 흐려짐은 초기 광자 에너지가 더 크기 때문에 입사광의 파장이 짧을수록 증가할 것이다.
따라서, 반도체 산업이 검사를 위해 더 짧은 파장으로 진행함에 따라, 이 흐려짐은 더 악화될 것이다. 355nm의 입사 복사선의 경우에도, 검출기에서 20㎛의 공간 해상도가 달성될 수 없다. 266nm의 입사 복사선의 경우에, 상기 흐려짐은 크게 악화될 것이다. 광음극과 CCD 간의 갭을 축소시키면 아크 또는 전기적 항복(breakdown)의 위험성이 증가하고, 이로써 장치의 신뢰성을 감소시킨다. 전압차를 증가시키면 신뢰성이 또한 감퇴할 뿐만 아니라 후술하는 손모 메카니즘(wear-out mechanism)을 가속화한다.
광음극과 CCD 간의 갭을 감소시키면 영상 흐림이 감소한다. 그러나, 얇은 CCD는 스트레스 때문에 수십 미크론의 뒤틀림(warp)을 갖는다. 갭이 CCD의 뒤틀림보다 훨씬 더 크지 않으면, 다른 위치에서 다른 갭에 의해 발생하는 전기장 변화에 의해 다른 위치에서 영상이 왜곡될 것이다.
기존 EBCCD 검출기의 다른 하나의 취약점은 전자가 진공에서 잔류 가스의 원자와 충돌할 때마다, 또는 전자가 CCD의 표면 또는 용적(bulk)으로부터 원자를 축출할 때 이온이 발생한다는 점이다. 이 이온은 전위차에 의해 광음극 쪽으로 역으로 가속화되고 광음극과 부딪혀서 물질을 마멸시키고 추가의 전자가 방출되게 한다. 광음극의 이러한 마멸은 광음극의 수명 및 효율을 감소시킨다.
특히, 광음극이 점점 얇아짐에 따라, 광자가 흡수되지 않고 통과할 확률이 증가한다. 그러나, 광음극은 이미 얇게 제조되어서 전자가 흡수되지 않고 물질로부터 이탈할 확률이 매우 높고, 그렇지 않으면 양자 효율이 낮아진다. 그러므로, 광음극의 마멸은 물질의 파괴로 이어질 수 있다. 또한, 마멸중에 생성되는 여분의 전자는, 비록 신호 레벨을 증가시키지만, 신호대 잡음비를 열화시킨다(즉, 이온 생성은 상당한 수의 전자를 생성하는 우연한 사건(random event)이고, 이것에 의해 비-가우시안 잡음 통계를 유도한다).
종래의 EBCCD의 수명은 EBCCD에 부딪치는 고 에너지의 전자에 의해 CCD에서 발생하는 손상에 의해 또한 제한될 수 있다.
CCD의 비평탄성은 CCD의 다른 영역에서 다른 전기장 경사도를 야기할 수 있다. 이러한 전기장 경사도 차는 광음극으로부터 CCD로 이동할 때 영상의 작은 왜곡 및/또는 EBCCD 검출기의 이득의 국부적인 변화를 야기할 수 있다.
광음극과 CCD 간의 높은 전압차 때문에, 광음극 표면에서의 임의의 스파이크는 매우 높은 전기장 경사도를 야기하고 전기장 방출에 의해 자발적으로 전자를 발생할 수 있다. 이러한 전자 발생은 광이 전혀 없는 경우에도 신호 출력이 있는 "핫 스폿"(hot spot)으로서 EBCCD에서 나타날 것이다.
영상 증배기는 전형적으로, 광음극으로부터 영상 검출기로의 광의 이동이 추가적인 흐림을 발생하기 때문에 EBCCD보다 더 나쁜 영상 해상도를 갖는다. 이 추가적인 흐림은 일반적으로 더 높은 가속 전압을 사용함으로써 측면 해상도의 임의의 작은 개선을 상쇄시킨다. 영상 증배기는 고 에너지 전자 및 고전압 아크로부터 영상 검출기를 보호할 수 있지만, 광음극의 마멸 및 과도한 잡음 발생이 광음극의 스퍼터링에 의해 여전히 발생할 수 있다.
광전자 증배기 배열은 측면 해상도(mm 규모 해상도)에서 심각하게 제한되고, 수백 또는 수천 개의 검출기를 포함한 어레이에서 제조할 경우 수용불능일 정도로 고가로 된다.
MCP는 생성된 이차 전자에 의해 측면 해상도가 빈약하다. 전술한 바와 같이, 이차 전자는 수 eV의 에너지에 의해 생성되고, 따라서 6x105 ms-1보다 수 배 더 큰 수평 속도 성분을 갖는다. 사실, 이차 전자가 CCD 또는 형광체 쪽으로 횡단할 때 이차 전자의 수평 확산은 단일 MCP의 경우에도 100㎛ 이상일 수 있다(직렬 MCP의 경우에는 훨씬 더 크다). 그러므로, 이차 전자의 수평 확산은 MCP가 없는 EBCCD 또는 영상 증배기의 경우보다 훨씬 더 나쁘다. 더욱이, 비록 MCP가 매우 높은 이득을 가질 수 있지만, 이 이득은 잡음성이 높다. 각각의 유입 광자 또는 전자는 매우 다른 수의 이차 전자를 발생할 수 있다.
그러므로, EBCCD는 양자 효율을 유지 또는 개선하면서 개선된 공간 해상도, 개선된 수명 및 개선된 신호대 잡음비를 가질 필요가 있다.
전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)는 창이 있는 조립체, 조립체 내에서 상기 창에 인접하게 배치된 광음극, 및 조립체 내에서 상기 광음극으로부터 방출된 전자를 수집하도록 배치된 CCD 장치를 포함한다. EBCCD는 또한 광음극과 CCD 사이에 배치된 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 내부에 복수의 개공을 구비하고, 상기 복수의 개공은 광음극의 표면에 수직하게 형성되며, 상기 복수의 개공의 패턴은 CCD 내의 화소들의 패턴과 정렬된다. 각각의 개공은 광음극과 대면하는 제어 장치의 표면에 형성된 적어도 하나의 제1 전극에 의해 둘러싸인다.
광음극은 창 위의 코팅일 수 있다. CCD는 배면 박형(back-thinned) CCD 또는 시간 지연 적분 CCD를 포함할 수 있다. 창의 외부면은 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 제어 장치는 실리콘 구조물 또는 금속성 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 제어 장치는 개공들 사이에 복수의 능선(ridge)을 포함할 수 있다. 제어 장치는 CCD 화소의 짧은 치수의 대략 절반 이하만큼 광음극으로부터 분리될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 복수의 제1 전극이 제공될 수 있고, 각각의 제1 전극은 주어진 개공을 둘러싸며 갭만큼 상기 주어진 개공으로부터 분리된다. 다른 실시형태에 있어서, 복수의 환상(ring) 전극 및 하나의 표면 전극이 제공되고, 각각의 환상 전극은 제1 갭만큼 주어진 개공으로부터 분리되고 제2 갭만큼 상기 표면 전극으로부터 분리된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 제2 전극이 제어 장치의 개공들을 둘러싸고 CCD와 대면하는 제어 장치의 표면상에 배치된다.
EBCCD를 운용하는 방법이 또한 제공된다. 이 방법은 EBCCD의 광음극을 EBCCD의 CCD에 비하여 음전압으로 유지하는 단계를 포함한다. 전자들은 전자들이 광음극으로부터 CCD의 화소 쪽으로 이동함에 따라 집속된다. 더욱이, 집속을 제공하는 제어 장치의 개공들은 CCD의 화소들과 정렬된다.
이 방법은 또한 제어 장치의 개공들의 내측 표면을 광음극에 비하여 양전압으로 유지하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 개공을 둘러싸는 제1 전극은 개공들의 내측 표면과 상이한 전압으로 유지된다. 이 제1 전극은 광음극과 대면하는 제어 장치의 표면상에 배치된다. 특히, 제1 전극은 개공들의 내측 표면에 비하여 음전압으로 유지된다. 다른 실시형태에 있어서, 제2 전극은 제1 전극과 상이한 전위로 유지된다. 제2 전극은 제어 장치의 적어도 하나의 개공을 둘러싸고 CCD와 대면하도록 배치된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 광음극과 가장 가까운 제어 장치의 표면의 일부 영역은 광음극의 전위와 유사한 전위로 또는 광음극에 비하여 약간 음전위로 유지된다.
제어 장치와 함께 집속 EBCCD를 포함한 암시야 검사 시스템이 제공된다. 이 시스템은 검사 대상 샘플로 광을 지향시키는 광학계와, 상기 샘플로부터의 산란광을 수집하고 수집된 광을 지향시키는 광학계와, 상기 수집된 광을 수신하는 전술한 집속 EBCCD를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, CCD는 시간 지연 적분 CCD이다. 시간 지연 적분 CCD는 병렬로 판독가능한 복수의 판독 레지스터를 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼를 검사하는 방법이 또한 제공된다. 이 방법은 웨이퍼의 영역을 광으로 조명하는 단계와, 웨이퍼로부터 산란광을 수집하는 단계와, 상기 수집된 광을 집속 EBCCD 검출기로 지향시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, CCD는 시간 지연 적분을 수행한다. 상기 시간 지연 적분은 복수의 레지스터를 병렬로 판독할 수 있다.
도 1a는 종래의 EBCCD를 보인 도이다.
도 1b는 2개의 직렬 MCP를 포함하는 종래의 MCP 조립체의 단면도이다.
도 2는 제어 장치를 포함한 예시적인 집속 EBCCD를 보인 도이다.
도 3a는 예시적인 제어 장치의 4개의 개공의 상면도이다.
도 3b는 개별 전극들이 합체되어 제어 장치의 상부 표면의 대부분을 커버하는 단일 표면 전극을 형성하는 다른 제어 장치의 상면도이다.
도 3c는 표면 전극과 각 개공 사이에 제공된 내부 전극을 포함하는 또 다른 제어 장치의 상면도이다.
도 4a는 선형 검출기 EBCCD에서 사용하기에 적합한 예시적인 제어 장치의 상면도이다.
도 4b는 선형 검출기 EBCCD에서 사용하기에 적합한 다른 예시적인 제어 장치의 상면도이다.
도 4c는 하나의 EBCCD의 3개의 개공과 그들의 예시적인 등전위 선을 보인 단면도이다.
도 4d의 (1) 및 도 4d의 (2)는 각각 다른 예시적인 제어 장치의 상면도 및 단면도이다.
도 4e는 다른 방향으로 광음극을 떠나는 전자들에 대한 도 4c 및 도 4d의 예시적인 EBCCD의 산출된 전자 궤적을 보인 도이다.
도 4f는 다른 EBCCD의 3개의 개공과 그들의 예시적인 등전위 선을 보인 단면도이다.
도 4g는 다른 방향으로 광음극을 떠나는 전자들에 대한 도 4f의 예시적인 EBCCD의 산출된 전자 궤적을 보인 도이다.
도 5는 반사굴절 촬상 시스템에 대한 수직 입사 레이저 암시야 조명의 추가를 보인 도이다.
도 6a 및 도 6b는 표면 영역을 검사하기 위한 조명 시스템 및 수집 시스템을 포함한 다른 표면 검사 장치를 보인 도이다.
도 7은 암시야 비패턴화 웨이퍼 검사 시스템의 광학계를 보인 도이다.
도 8은 수직 조명 빔 및 빗각 조명 빔 양자를 이용하여 부조화 검출을 구현하도록 구성된 암시야 검사 시스템을 보인 도이다.
도 9는 복수의 EBCCD 검출기를 포함한 다른 암시야 웨이퍼 검사 시스템을 보인 도이다.
도 10은 펄스형 조명원을 이용하여 연속적으로 이동하는 피검물을 검사 또는 측정하도록 구성된 예시적인 검사/계측 시스템을 보인 도이다.
집속(focusing) EBCCD는 양자 효율을 유지 또는 개선하면서 개선된 공간 해상도, 개선된 수명 및 개선된 신호대 잡음비를 갖는다. 도 2는 감광성 광음극(204) 및 CCD(202)를 진공 환경으로 내장하는 밀봉관(205)을 포함한 집속 EBCCD(201)를 보인 것이다. 밀봉관(205)의 상부면은 관심 파장에 투명한 창(207)을 포함한다. UV 감응성 EBCCD 검출기의 경우에, 이 창은 바람직하게 매우 순수한 등급의 석영, 용융 실리카 또는 알루미나(사파이어)를 포함한다. 일부 양호한 실시형태에 있어서, 창의 외부면은 UV 반사방지 코팅으로 코팅된다. 그러한 코팅은 단일 층의 플루오르화 마그네슘(MgF2)과 같은 낮은 인덱스 물질, 또는 다층 코팅일 수 있다.
광음극(204)은 창(207)에 바로 인접하게 배치되고 창(207)의 코팅으로서 구현될 수 있다. 광음극 물질은 광전자 증배관, 영상 증배기 또는 CCD 검출기에서 사용하는 것으로 당업계에서 공지된 임의의 광음극 물질과 실질적으로 유사할 수 있다. 양호한 실시형태에 있어서, 광음극(204)은 세슘과 같은 하나 이상의 알칼리 금속 또는 갈륨 질화물(GaN) 또는 갈륨 비소화물(GaAs)과 같은 반도체를 포함할 수 있다. 광음극(204)은 CCD(202)에 비하여 음전압(203)으로 유지된다. 일부 실시형태에 있어서, 음전압(203)은 약 1000V일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 음전압(203)은 수백 볼트 또는 수십 볼트일 수 있다.
밀봉관(205)의 바닥 표면 부근에 배치된 CCD(202)는 전자가 그 배면에 최초로 충돌하도록 지향된 박형(thinned) CCD(즉, 배면 박형 CCD)이다. 배면 박형 CCD는 전형적으로 예를 들면 약 500㎛ 두께의 실리콘 기판의 상부에 트랜지스터 및 다른 장치들을 형성함으로써 형성된다. 도핑을 이용하여 p형 및 n형 장치를 생성할 수 있다. 이 장치들이 상이한 두께의 다양한 물질로 형성되기 때문에, CCD에 도달하는 전자들의 일부는 이들 장치 및 두꺼운 실리콘에 의해 차단되거나 흡수될 수 있다. 그러므로, 전자들이 배면에 충돌할 때 가능한 한 많은 전자가 검출될 수 있도록 상당한 부분의 실리콘이 제거된다. 표준 실시형태에 있어서, 결과적인 실리콘의 두께는 약 25㎛이다.
불행하게도, 임의의 노출된 실리콘 위에는 자연 산화막이 형성될 것이다. 이 자연 산화막도 역시 전자들이 실리콘에 들어가는 것을 막을 수 있다. 그러므로, 일 실시형태에 있어서, CCD를 이용한 검출을 향상시키기 위해, 그렇지 않으면 자연 산화막이 형성되는 임의의 노출된 실리콘 위에 붕소 코팅이 제공될 수 있다. 이 보호 코팅에 대해서는 2012년 6월 12일자 출원하고 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합되는 미국 가출원 제61/658,758호에 자세히 설명되어 있다. 일부 실시형태에 있어서, CCD(202)는 시간 지연 적분(TDI) CCD이다. 일부 양호한 실시형태에 있어서, CCD(202)는 접지 전위에 가깝게 유지된다.
집속 및 그에 따라서 개선된 성능을 제공하기 위해, EBCCD(201)는 하나 이상의 제어 신호(212)(예를 들면, 제어 전압)에 의해 제어되는 제어 장치(210)를 또한 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 제어 장치(210)는 광음극(204)과 CCD(202) 사이에 배치된다. 다른 실시형태에 있어서, 제어 장치(210)는 CCD(202)에 부착된다.
제어 장치(210)는 전자들의 수평 확산을 최소화하도록 광음극(204)으로부터 CCD(202) 쪽으로 이동하는 전자들을 유리하게 집속할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 제어 장치(210)는 수평 속도 성분이 큰 일부 전자들을 집속하는 대신에 차단할 수 있다. 이러한 집속을 제공하기 위해, 제어 장치(210)는 스루홀(through hole)(즉, 조리개)의 어레이를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 개공들의 패턴은 CCD(202) 내 화소들의 패턴과 정렬된다. 예를 들어서, 만일 CCD(202)가 20㎛×20㎛의 사각형 화소를 포함하고 있으면, 제어 장치(210)는 20㎛×20㎛ 격자 상에 직경이 대략 10㎛인 개공들의 어레이를 포함할 수 있다. 제어 장치(210)는 일부 실시형태에서 두께가 대략 25㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 제어 장치(210)는 개공들의 어레이를 CCD(202) 내 화소들의 어레이에 정렬시키기 위한 정렬 특징을 또한 포함할 수 있다. 유사하게, CCD(202)는 제어 장치(210)의 정렬을 돕기 위해 그 일측 또는 양측 표면상에 정렬 마크를 구비할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 제어 장치(210)는 금속판 또는 금속박을 포함할 수 있다. 다른 양호한 실시형태에 있어서, 제어 장치(210)는 실리콘 결정 또는 웨이퍼를 포함할 수 있다. 개공들은 레이저 드릴링에 의해(예를 들면, 금속성 물질인 경우) 또는 포토리소그래피 및 에칭에 의해(예를 들면, 반도체 물질인 경우) 제어 장치(210) 내에 형성될 수 있다. 제어 장치(210)가 반도체 기술을 이용하여 제조되는 실시형태에 있어서, 개공 이외의 요소들이 제어 장치 위뿐만 아니라 제어 장치 내에 또한 형성될 수 있다. 예를 들면, 전극, 도핑 영역, 전압 제어 장치 및 검출 장치가 제어 장치(210)의 위 또는 내부에 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 미소 채널 판(MCP)은 이차 전자를 생성하고, 이차 전자는 장치의 이득을 향상시키지만 그 공간 해상도를 감퇴시킬 수 있다. 이와 대조적으로, 제어 장치(210)는 대부분의 전자를 CCD(202)의 화소 쪽으로 집속하고, 한편 상당한 수평 속도 성분을 가진 전자들을 차단 또는 편향시킨다. 일부 양호한 실시형태에 있어서, 광음극(204)과 제어 장치(210)의 상부 표면 간의 전위차는 수 볼트 또는 수십 볼트 정도로 작고, 그래서 제어 장치(210)의 제어 전극에 부딪치는 임의의 전자는 이차 전자를 생성하지 않거나 소수의 이차 전자만을 생성한다.
광(230)이 EBCCD(201)에 입사하면, 하나 이상의 전자(220)가 광음극(204)으로부터 방출된다. 실질적으로 모든 방향으로 방출되는 이들 전자는 광음극(204)과 제어 장치(210) 간의 전위차에 의해 제어 장치(210) 쪽으로 가속된다. 제어 장치(210) 내의 개공들은 전자들을 제어 장치(210) 내에서 실질적으로 시준(collimate)한다. 그러므로, 전자들이 제어 장치(210)로부터 나올 때, 전자들은 CCD(202)에 실질적으로 수직하게 이동하여 주어진 개공을 통하여 이동하는 대부분의 전자가 CCD(202)의 대응하는(및 정렬된) 화소에 착륙하게 하고, 이로써 영상 흐림을 실질적으로 감소시킨다.
도 3a는 예시적인 제어 장치의 4개의 개공(310)의 상면도이다. 전술한 바와 같이, 이 개공들은 CCD 내 화소들의 격자와 정합되는 격자 상에 배치되는 것이 바람직하다. 만일 검출기가 영역 검출기가 아닌 선형 검출기이면 단일 선의 개공들만이 있다는 점에 주목한다. 양호한 실시형태에 있어서, 이 개공들은 CCD 화소의 크기의 대략 1/2인 직경을 갖는다. 비제한적인 예를 들어서, 만일 CCD가 20㎛×20㎛인 화소들을 가지면, 각 개공의 직경은 일부 실시형태에서 약 10㎛로 될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 제어 장치는 개공의 직경보다 약 2.5배 내지 20배 더 두껍다. 예를 들어서 만일 CCD 화소 크기가 대략 20㎛×20㎛이면, 개공 직경은 대략 10㎛로 되고, 제어 장치의 두께는 약 25㎛ 내지 약 200㎛로 될 수 있다. 개공의 길이가 개공의 직경보다 훨씬 더 크기 때문에, 개공을 통과하는 전자들은 비교적 좁은 각도 범위 내에서 이동하여야 한다.
각 개공(310)은 전극(312)으로 둘러싸인다. 양호한 실시형태에 있어서, 개공(310)의 내측 표면은 도전성이고 제어 전압에 접속된다. 일부 실시형태에 있어서, 이 전압은 광음극에 비하여 양극으로 되어서 전자들을 개공(310) 쪽으로 끌어당긴다(도 2에 전자를 표시하는 화살표(220)로 도시된 것처럼). 전극(312)은 전자들을 개공(310) 쪽으로 지향시키도록 개공(310)의 내측 표면과 다른 전압으로 된다. 일부 실시형태에 있어서, 전극(312)은 개공(310)의 내측 표면에 비하여 음전압으로 된다. 일부 실시형태에 있어서, 각 개공(310)의 주위에 2개 이상의 전극이 제공된다. 일부 실시형태에 있어서, 전극은 제어 장치의 바닥면 상의 각 개공 주위에 또한 제공된다.
도 3b는 개별 전극(예를 들면, 도 3a에 도시된 전극(312))이 합체되어 제어 장치의 상부 표면의 대부분을 커버하는 단일 전극(322)을 형성하는 제어 장치의 대안적인 실시형태를 보인 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 전극(322)과 각 개공(310) 사이에는 작은 갭(324)이 있다. 갭(324)은 도핑된 반도체(표준 도펀트에 의한 n형 또는 p형 도핑)에 의해 형성될 수 있고, 이것은 외측과 내측 간에 상이한 전위를 가진 약한 도전성 요소를 제공한다. 갭(324)은 전자를 포착하여 궁극적으로 음전위로 대전되어 전자를 개공(310) 쪽으로 끌어당기는 대신에 개공(310)으로부터 밀어내는 경향이 있는 절연체로서 형성되지 않는다는 점에 주목한다.
도 3c는 제어 장치의 또 다른 실시형태를 보인 것이다. 이 실시형태에서는 표면 전극(322)과 각 개공(310) 사이에 내부 전극(332)이 제공된다. 내부 전극(332)과 표면 전극(322)은 작은 갭(330)에 의해 분리된다. 일 실시형태에 있어서, 내부 전극(332)과 개공(310)은 작은 갭(324)에 의해 분리된다. 양호한 실시형태에 있어서, 갭(324)(뿐만 아니라 여기에서 설명하는 다른 갭) 및 제어 장치의 표면 상의 다른 실질적으로 비도전성인 영역은 표면에 부딪치는 전자 또는 이온에 의해 그 표면이 대전되는 것을 회피하기 위해 약하게 도핑되거나 약한 도전성 물질로 코팅된다.
도 4a는 선형 검출기 EBCCD에서 사용하기에 적합한 예시적인 제어 장치의 상면도이다. 영역 검출기에 대하여 사용되는 대략 원형 개공의 2차원 어레이 대신에, 대략 직사각형 개공(410)(또는 슬릿)의 1차원 어레이가 사용될 수 있다. 개공(410)은 단일 표면 전극(412) 또는 복수의 전극(도시 생략됨)으로 둘러싸인다. 각 개공(410)과 임의의 전극 사이에는 작은 갭(414)이 제공될 수 있다. 전술한 바와 같이, 갭(414)을 구성하는 물질은 약한 도전성을 띠어서 대전을 방지하도록 약하게 도핑될 수 있다. 선형 검출기의 일부 실시형태에 있어서, 개공(410)들의 폭은 선형 어레이를 따르는 방향으로 영상 흐림을 최소화하도록 CCD 상의 화소의 폭의 대략 절반으로 된다. 일부 실시형태에 있어서, 개공(410)의 길이는 전자의 투과율을 최대화하도록 CCD 상의 화소의 길이의 대략 75% 내지 90%로 된다(왜냐하면 선형 어레이 축에 수직한 흐림은 덜 중요하기 때문에).
도 4b는 선형 검출기 EBCCD에서 사용하기에 적합한 다른 예시적인 제어 장치를 보인 것이다. 이 실시형태에서는 각 개공(410)의 측면에 또는 개공을 둘러싸도록(도시 생략됨) 추가의 전극(420)이 배치된다.
상기의 예들은 단지 설명을 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 점을 이해하여야 한다. 많은 다른 전극, 갭 및 개공의 구성이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 3개 이상의 전극이 각 개공을 둘러싸거나 각 개공에 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 전극, 갭 및 개공의 다른 구성들도 본 발명의 범위에 속한다.
도 4c는 EBCCD의 예시적인 실시형태의 3개의 개공의 단면도이다. 이 실시형태에서는 광음극(404)이 약 -60V의 전위로 유지되고, CCD(402)가 약 0V의 전위로 유지된다. 또한, 선형 검출기 실시형태를 가정하면, CCD(402)의 화소 폭은 약 18㎛이고, 화소 길이(도 4c의 평면에 수직함)는 18㎛보다 훨씬 더 크다(예를 들면, 약 100㎛ 이상임). 제어 장치(403)는 CCD(402)의 화소들과 정렬되는 개공(410)(또는 슬릿)들의 어레이를 포함한다. 각 개공(410)은 폭이 약 9㎛(즉, CCD(402)의 화소 폭의 1/2)이다. 이 실시형태에 있어서, 제어 장치(403)의 상부와 광음극(404) 간의 갭은 약 10㎛이다. 제어 장치는 두께가 약 30㎛이다. 이 구성에서, 각 개공(410)의 상부에서의 전위는 대략 -60V이다. 특히, 개공(410)은 전자들이 개공(410)의 측벽에 충돌하는 것을 최소화하기 위해 광음극(404)의 표면에 수직하게 형성되고, 이것에 의해 이차 전자의 생성을 최소화한다.
제어 장치(403)의 일부는 도 4d의 (1)에 상면도로, 및 도 4d의 (2)에 단면도로 더 자세히 도시되어 있다. 도 4d의 (1) 및 도 4d의 (2)에 도시된 것처럼, 제1 전극(412) 및 제2 전극(446)은 제어 장치 몸체(484) 내의 각 개공(410)을 둘러싼다. 제1 전극(412) 및 제2 전극(446)의 폭은 개공(410)의 폭보다 훨씬 더 좁다(예를 들면, 적어도 1:7 정도로). 제1 전극과 제2 전극 사이에는 비교적 큰 갭(444)이 존재한다(예를 들면 갭(444)은 화소 크기가 약 18㎛일 때 약 4㎛의 크기를 가짐). 일 실시형태에 있어서, 갭(444)은 약한 도전성 물질을 노출시킬 수 있다. 예를 들면, 몸체(484)의 하나 이상의 표면은 영역(482)(모든 표면을 나타냄)으로 표시한 것처럼 도핑 또는 주입될 수 있다. 대안적으로, 영역(482)은 몸체(484)의 표면상에 얇은 저항성 코팅을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 전극(412, 446)들 간의 몸체(484)의 표면만이 도핑, 주입 또는 코팅될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 몸체(484)의 표면은 약한 도전성 표면이 전극(412, 446)의 일부 또는 전부의 아래에서 연장하도록(도 4d의 (2)에 도시된 것처럼) 전극(412, 446)의 증착 전에 도핑, 주입 또는 코팅될 수 있다. 전극에 대한 유사한 구현 예가 여기에서 도시하는 다른 실시형태에서 사용될 수 있다는 점에 주목한다.
전극(412, 446)은 상부 표면 아래에 있을 수 있는 도전성 트레이스(도시 생략됨)에 의해 외부 전압에 접속된다. 예시적인 실시형태에 있어서, 전극(412, 446)은 광음극에 비하여 약간 음전압, 예를 들면 광음극의 전위가 약 -60V일 때 약 -65V의 전압으로 유지된다. 갭(444)이 도전성 물질을 노출시키기 때문에, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 대략 선형 전압 경사도가 존재할 것이다. 대안적인 실시형태에 있어서, 전극(412, 446)들 간에 다른 전위의 추가적인 전극을 사용하여 바람직한 전압 경사도에 대한 단계적 근사값이 달성되게 할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제3의 전극(481)이 제어 장치(403)의 바닥면에 형성되고 -5V의 전위를 가질 수 있다.
다시 도 4c를 참조하면, 제어 장치(403)의 바닥면(430)은 도전성 물질로 형성되고 CCD(402)에 비하여 수 볼트 정도의 음전압인 전압으로 유지되는 표면 전극을 포함할 수 있다. 예를 들면, 바닥면(430)은 약 -5V의 전압으로 유지될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 바닥면(430)과 CCD(202) 간의 갭은 약 20㎛이다. 제어 장치(403)의 바닥면(430)과 CCD(402) 간의 작은 전위차의 한가지 장점은 CCD(402)의 비평탄성이 전자 궤적에 대하여 주는 영향이 작고, 하나의 화소에 대응하는 광음극(404) 영역에서 방출되어 인접 화소의 CCD(402)에 도달하는 일부 전자에 대한 차이가 거의 없다는 것이다. 일 실시형태에 있어서, 개공(410)의 내측 표면은 도핑된 반도체 또는 반금속 물질과 같은 도전성 물질을 포함한다. 상부면과 바닥면 간의 전위차는 상부면과 바닥면 사이에서 개공(410)의 벽을 따라 대략 선형인 전위 경사도를 생성한다.
도 4c의 선(432)은 전술한 기하학적 형상 및 전압에 대하여 라플라스 방정식을 풀어서 산출된 -59V의 등전위 선을 나타낸다. 선(434)은 -4V의 등전위 선을 나타낸다. 다른 등전위 선(번호 생략됨)은 -59V와 -4V 사이에서 5V 간격에 대응한다.
도 4e는 상이한 방향으로 광음극(404)을 떠나는 전자들에 대한 도 4c 및 도 4d의 예시적인 EBCCD의 산출된 전자 궤적을 보인 것이다. 각 전자가 약 1eV의 에너지를 갖고서 광음극을 떠난다고 가정하면, 선(451)들은 1 화소의 중심 부근에서 광음극(404)을 떠나는 전자들이 뒤따르는 근사 궤적을 보여준다. 대부분의 궤적, 예를 들면 궤적(451)은 대응하는 CCD 화소와 정렬된 개공을 이용하여 CCD(402)에 도달한다. 452와 같은 소수의 궤적은 인접 개공으로 편향되어, 도시된 것처럼 벽에 부딪칠 가능성이 높다. 소수의 궤적(번호 생략됨)은 상부면에 착륙한다. 소수의 궤적(번호 생략됨)은 되돌아서 다시 광음극(402)에 착륙한다. 도 4e에 도시된 극히 소수의 궤적이 CCD(402)의 인접 화소에 도달하기 때문에, 이 개선된 EBCCD의 해상도는 제어 장치(403)가 없는 종래의 EBCCD보다 크게 좋아진다(조밀한 분포로 표시한 것처럼). 더욱이, 제어 장치(403) 또는 광음극(404)에서 종결하는 궤적의 수가 전체 궤적의 수의 극히 일부이기 때문에, 이 EBCCD의 효율은 높다.
도 4f는 다른 예시적인 제어 장치(460)의 단면도이다. 이 실시형태에서는 제어 장치(460)의 상부면이 각 개공(410) 사이에 능선(462)을 갖는다. 이 형상의 차이 외에, 이 EBCCD의 치수는 도 4c 및 도 4d를 참조하여 설명한 것과 유사할 수 있다. 능선(462)의 상부는 광음극(404)으로부터 약 5㎛ 이격되어 배치될 수 있다. 이 거리가 작기 때문에, 광음극에 대한 능선 상부의 전위차는 수 볼트, 예를 들면 약 -3V에 불과할 수 있다. 능선(462)이 있는 경우의 한가지 장점은 측벽으로 이동하는 전자들을 반사시키기 위해 정확한 전압으로 하지 않아도 된다는 점이다. 구체적으로 말하면, 제어 장치(460)의 상부면은 광음극(404)에 물리적으로 근접하게 위치되기 때문에, 표면에서의 전압이 약간 변화하는 경우에도 전기장 경사도는 전자를 반사시키기에 충분할 정도로 강할 수 있다. 이 예시적인 실시형태에 있어서, 광음극(404)은 약 -60V의 전압으로 유지된다. 약 -63V인 각 능선의 중심으로부터 각 개공(410)의 가장자리 부근의 약 -60V까지 제어 장치(460)의 상부면에서 전압 경사도가 존재한다. 제어 장치(460)의 바닥면은 약 0V이고 CCD(402)는 0V이다. 산출된 등전위 선(464)은 약 -59V의 등전위를 나타내고, 등전위 선(466)은 약 -4V를 나타낸다. 다른 중간에 있는 등전위 선은 약 5V의 증분을 나타낸다. 양호한 실시형태에 있어서, 능선(462)의 상부는 강한 전기장 경사도를 최소화하기 위해 적절하게 일정한 곡률을 갖도록 둥글게 된다.
도 4g는 도 4f에 도시된 예시적인 실시형태에 대한 일부 산출된 전자 궤적을 보인 것이다. 선(471)들은 약 1eV의 에너지를 갖고서 광음극(404)으로부터 상이한 방향으로 광음극(404)으로부터 방출되는 전자들에 대한 산출된 궤적을 보여준다. 이 궤적을 도 4e의 궤적과 비교하면 도 4f의 제어 장치 구성은 CCD(402)에 착륙하는 전자들의 분포가 더 작다는 것을 알 수 있고, 따라서 해상도가 개선될 수 있다.
비록 전술한 실시형태는 CCD에 비하여 약 60V 음전압인 광음극을 구비하고 있지만, 제어 장치의 집속 효과는 제어 장치와 광음극 간의 전압차에 크게 의존한다는 점을 이해할 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 광음극은 광음극과 제어 장치 간의 전압차를 수 볼트 또는 수십 볼트 내로 유지하면서 약 500V 또는 약 1000V와 같이 더 큰 음전압으로 될 수 있다. 이 경우에는 제어 장치의 바닥면과 CCD 간에 큰 전위차가 존재하고, 이것에 의해 전자는 CCD에 부딪치기 전에 고에너지로 가속될 것이다. 제어 장치의 바닥면과 CCD 간에 수백 볼트 이상의 전압차가 존재하면, 일반적으로 제어 장치와 CCD 간에 수백 미크론의 이격 거리가 있는 것이 바람직하다. 수백 미크론의 이격 거리는 EBCCD의 성능에서 CCD의 비평탄성의 영향을 또한 감소시킬 수 있다. 전자들이 제어 장치를 떠날 때 전자들이 잘 시준되기 때문에, CCD의 비평탄성에 의한 전기장의 작은 왜곡은 전자들이 더 넓은 범위의 각도로 이동하는 종래의 EBCCD에서의 왜곡보다 덜 중요하다.
전술한 바와 같이, EBCCD의 동작 성능을 개선하기 위해 매우 다양한 제어 장치 형상 및 전압 분포가 가능하다. 따라서, 제어 장치를 포함한 개선된 EBCCD는 전술한 제어 장치 형상 및 전압으로 제한되지 않고, 다른 제어 장치 형상 및 전압 분포를 포함할 수 있다. 비록 도 4a 내지 도 4g는 선형 EBCCD 검출기의 예시적인 실시형태를 도시하고 있지만, 이 예시적인 구성은 2차원 EBCCD 어레이 검출기에도 적용할 수 있다.
금속 제어 장치가 아닌 다른 제어 장치를 구현하기 위해 실리콘 MEMS 장치를 이용하면 몇 가지 장점이 있다는 점에 주목한다. 구체적으로, 비록 양측의 실시형태가 개공 어레이를 통과하는 전자들을 시준함으로써 종래의 EBCCD 검출기보다 공간 해상도를 실질적으로 개선할 수 있지만, 금속 제어 장치는 비교적 큰 수평 속도 성분을 가진 전자들을 흡수할 수 있고, 이 때문에 실리콘 MEMS 제어 장치를 구비한 EBCCD에 비하여 효율을 저감시킬 수 있다. 그 전극 구조 및 각 전극에서의 적당한 전압의 사용으로 인하여, 실리콘 MEMS 제어 장치는 대부분의 전자를 개공 쪽으로 지향시킬 수 있고, 따라서 더 많은 전자를 CCD로 투과시킬 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 제어 장치를 제어하는 하나 이상의 전압은 EBCCD의 이득을 변경하도록 조정될 수 있다. 비록 원리적으로 EBCCD의 이득을 변경하기 위해 광음극의 전압을 조정할 수 있지만, 광음극의 용량이 크기 때문에 광음극의 전압을 신속히 변경하기 위해서는 고전류가 필요할 것이다. 제어 장치의 개공 및/또는 하나 이상의 전극의 전압을 변경함으로써, CCD에 도달하는 전자들의 일부를 감소시킬 수 있고, 그래서 EBCCD의 유효 이득을 감소시킬 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 감소는 광음극 전압을 변경할 때 필요로 하는 것보다 더 낮은 구동 전류로 행하여질 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 트랜지스터, 다이오드 및 저항기와 같은 능동 회로들이 표준 반도체 제조 기술을 이용하여 MEMS 장치에서 제조된다. 이러한 능동 회로들은 전극 전압의 국부적 제어를 제공할 수 있고, 그 전압이 더 신속히 변경될 수 있게 한다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 능동 회로는 EBCCD의 다른 영역들이 다른 이득을 갖도록 제어 장치의 다른 부분들의 이득을 변화시키기 위해 사용된다. 일부 실시형태에 있어서, 개별 화소 또는 화소 그룹이 이득 또는 블랭킹(blanking)을 위해 제어될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 제어 장치의 하부 표면과 CCD 간의 전압차는 예컨대 20V 이하로 작을 수 있고, 또는 실질적으로 0V로 될 수 있다. 제어 장치의 바닥과 CCD 간의 약한 전기장 또는 무전기장에 의해, CCD의 비평탄성은 영상의 중대한 왜곡 또는 이득에서의 중대한 국부적 변동을 야기하지 않는다.
일부 실시형태에 있어서, 2개의 직렬 제어 장치가 사용될 수 있고, 여기에서 제1 제어 장치는 10 내지 수십 볼트의 광음극 전위 내의 전압 전위로 유지되고, 제2의 하류 제어 장치는 CCD의 전압 전위에 가까운 전압 전위, 예컨대 CCD에 비하여 20V 미만으로 유지될 수 있다. 제1 제어 장치와의 사이에는 큰 전위차(예를 들면, 수십 볼트, 수백 볼트 또는 대략 1000V)가 존재할 수 있다. 이 구성에서, 제1 제어 장치는 광음극으로부터 방출된 전자들을 집속 및 시준하고, 제2 제어 장치는 시준된 전자들을 가속화한다.
일부 실시형태에 있어서, 제어 장치와 CCD 간의 정렬은 적어도 CCD 화소 크기의 약 20%의 정확도를 갖도록 행하여지는 것이 바람직하다. 제어 장치 및 CCD가 모두 실리콘상에서 제조되는 실시형태에 있어서, EBCCD의 조립 중에, 파장으로 약 1.2㎛ 더 긴 적외 복사선을 이용하여 2개의 실리콘 장치 상의 정렬 마크를 검출할 수 있다(왜냐하면 이러한 복사선은 실리콘을 투과하기 때문에). CCD의 바닥면(이것은 실제로 배면 박막화 단계 전의 CCD 제조 중에 웨이퍼의 상부면이었다) 상의 정렬 마크 또는 회로 특징은 양자가 바람직한 정확도로 정렬되도록 실리콘 MEMS 제어 장치 상의 마크와 정렬될 수 있다.
전술한 제어 장치는 전자들을 바람직하게 시준시켜서 영상 흐림을 감소시킬 수 있다. 영상 흐림이 감소되기 때문에, 일부 실시형태에서 광음극에 더 적은 음전압이 필요하다. 더욱이, 제어 장치는 CCD로부터 광음극 쪽으로 역으로 이동하는 대부분의 이온들을 또한 차단하여 광음극의 마모율을 감소시킬 수 있다. 게다가, 광음극에 도달하지 못한 이온들은 에너지가 적고 물질을 덜 마멸시키기 때문에 검출기의 유효 수명을 연장한다. 더 나아가, 제어 장치로부터의 전자들이 (제어 장치가 없는 경우보다) 더 낮은 에너지로 CCD와 부딪치기 때문에 CCD를 덜 손상시킨다. 또한, 이러한 전자들은 CCD로부터 물질이 덜 튀게 하기 때문에 이온들을 더 적게 발생하고 검출기의 수명을 더욱 연장시킨다.
뒤에서 자세히 설명하는 것처럼, 웨이퍼, 레티클 및 포토마스크 검사 시스템은 유리하게 제어 장치를 구비한 EBCCD 검출기를 포함할 수 있다. 산란광 레벨이 표면 거칠기 및 입자들의 크기 또는 그 표면 결함에 의존하기 때문에, 제어 장치를 구비한 EBCCD의 이득 제어는 상이한 광 레벨을 보상하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
도 5는 반사굴절 촬상 시스템(500)에 대한 수직 입사 레이저 암시야 조명의 추가를 보인 것이다. 암시야 조명은 UV 레이저(501), 검사 대상 표면에서 조명 빔 크기 및 윤곽(profile)을 제어하는 적응 광학계(502), 기계적 하우징(504) 내의 조리개 및 창(503), 및 샘플(508)의 표면에 대하여 수직 입사로 광학축을 따라 레이저를 재지향시키는 프리즘(505)을 포함한다. 프리즘(505)은 또한 샘플(508)의 표면 특징으로부터의 경면 반사 및 대물렌즈(506)의 광학 표면으로부터의 반사를 광학 경로를 따라 영상면(또는 검출기) 어레이(509)로 지향시킨다. 대물렌즈(506)의 렌즈들은 반사굴절 대물렌즈, 집속 렌즈 그룹, 및 주밍 튜브 렌즈부의 일반적인 형태로 제공될 수 있다. 양호한 실시형태에 있어서, 암시야 산란 신호는 약하기 때문에, 영상면(또는 검출기) 어레이(509)는 바람직하게 제어 장치를 구비한 전술한 EBCCD 검출기에 의해 구현될 수 있다. 전술한 제어 장치를 구비한 EBCCD는 그 높은 공간 해상도 때문에, 및 일부 실시형태에 있어서 검사 대상 웨이퍼 상의 패턴들에 따른 산란광 레벨의 변화에 응답하여 또는 상기 변화를 예상하고 그 이득을 제어할 수 있기 때문에 이 응용에 잘 적합된다. 2007년 1월 4일자 공개되고, 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합되는, 공개 특허 출원 제2007/0002465호에는 시스템(500)의 특정 양태에 대하여 더 구체적으로 설명되어 있다.
도 6a는 표면(611)의 영역을 검사하기 위한 조명 시스템(601)과 수집 시스템(610)을 포함한 다른 표면 검사 장치(600)를 보인 것이다. 도 6a에 도시된 것처럼, 레이저 시스템(615)은 렌즈(603)를 통하여 광 빔(602)을 지향시키도록 구성된다. 렌즈(603)는 그 주 평면이 표면(611)에 실질적으로 평행하고, 그 결과 조명 선(605)이 렌즈(603)의 초점 평면 내의 표면(611) 상에 형성되도록 방위가 설정된다. 또한, 광 빔(602) 및 집속 빔(604)은 비직교 입사각으로 표면(611)에 지향된다. 특히, 광 빔(602) 및 집속 빔(604)은 표면(611)에 대한 수직 방향으로부터 약 1도 내지 약 85도 사이의 각도로 지향될 수 있다. 이 방식으로, 조명 선(605)은 실질적으로 집속 빔(604)의 입사 평면 내에 있다. 일부 실시형태에 있어서, 조명 선은 길이가 약 1 또는 2 또는 수 mm이고 폭이 1, 2 또는 수 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 선 집속 대신에, 조명은 일련의 이산 스폿(discrete spot)에 집속될 수 있다.
수집 시스템(610)은 조명 선(605)으로부터 산란된 광을 수집하는 렌즈(612) 및 렌즈(612)로부터 출력된 광을 장치, 예를 들면 전술한 제어 장치를 포함한 EBCCD 검출기(614)에 집속하는 렌즈(613)를 포함한다. EBCCD 검출기(614)의 이득의 동적 조정은 산란 광 및 회절 광 레벨(및 필터의 효율)이 웨이퍼상의 상이한 패턴들로 인하여 웨이퍼의 영역들 간에 동적으로 변할 수 있기 때문에 이러한 종류의 검사 시스템에서 중요하다.
일 실시형태에 있어서, EBCCD 검출기(614)는 선형 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, EBCCD 검출기(614) 내의 선형 검출기 어레이는 조명 선(605)에 평행하게 방위 설정될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 복수의 수집 시스템이 포함될 수 있고, 각각의 수집 시스템은 유사한 컴포넌트를 포함하지만 방위가 서로 다르다. 예를 들면, 도 6b는 표면 검사 장치의 예시적인 수집 시스템의 어레이(621, 622, 623)를 도시한 것이다(여기에서, 예컨대 조명 시스템(601)과 유사한 그 조명 시스템은 간단히 하기 위해 도시를 생략하였다). 2009년 8월 8일자 허여되고 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합되는 미국 특허 제7,525,649호에는 검사 시스템(601)의 특정 양태에 대하여 더 구체적으로 설명되어 있다.
도 7은 표면(701)상의 변칙(anomaly)을 검사하기 위해 사용될 수 있는 표면 검사 시스템(700)을 보인 것이다. 이 실시형태에서는 표면(701)이 레이저 시스템(720)에 의해 발생된 레이저 빔을 포함한 시스템(700)의 실질적으로 고정된 조명 장치 부분에 의해 조명될 수 있다. 레이저 시스템(720)의 출력은 편광 광학계(721), 빔 확장기 및 조리개(722), 및 빔 형성 광학계(723)를 연속적으로 통과하여 빔을 확장 및 집속할 수 있다.
집속된 레이저 빔(702)은 표면을 조명하기 위해 빔(405)을 표면(701) 쪽으로 지향시키도록 빔 폴딩(folding) 컴포넌트(703) 및 빔 디플렉터(704)에 의해 반사된다. 양호한 실시형태에 있어서, 빔(705)은 표면(701)에 대하여 실질적으로 수직이지만, 다른 실시형태에서는 빔(705)이 표면(701)에 대하여 빗각으로 될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 빔(705)은 표면(701)에 대하여 실질적으로 수직이고 빔 디플렉터(704)는 표면(701)으로부터의 빔의 경면 반사광을 빔 전환 컴포넌트(703) 쪽으로 반사하여 경면 반사광이 검출기에 도달하지 못하게 하는 차폐물로서 작용한다. 경면 반사광의 방향은 표면(701)에 수직인 선(SR)을 따른다. 빔(405)이 표면(701)에 수직한 일 실시형태에 있어서, 이 선(SR)은 조명 빔(705)의 방향과 일치하고, 이러한 공통의 기준 선 또는 방향은 여기에서 검사 시스템(700)의 축이라고 부른다. 빔(705)이 표면(701)에 대하여 빗각일 때, 경면 반사광의 방향(SR)은 빔(705)의 유입 방향과 일치하지 않고, 그 경우, 표면 수직의 방향을 나타내는 선(SR)은 검사 시스템(700)의 수집 부분의 주축이라고 부른다.
작은 입자에 의해 산란된 광은 미러(706)에 의해 수집되고 조리개(707) 및 검출기(708) 쪽으로 지향된다. 큰 입자에 의해 산란된 광은 렌즈(709)에 의해 수집되고 조리개(710) 및 검출기(711) 쪽으로 지향된다. 일부 큰 입자는 역시 수집되어 검출기(708) 쪽으로 지향되는 광을 산란시키고, 유사하게, 일부 작은 입자는 역시 수집되어 검출기(711) 쪽으로 지향되는 광을 산란시키지만, 그러한 광은 각각의 검출기가 검출하도록 설계된 산란 광의 강도에 비하여 비교적 낮은 강도를 갖는다는 점에 주목한다. 일 실시형태에 있어서, 검사 시스템은 비패턴화 웨이퍼에서의 결함을 검출할 때 사용하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 검출기(708, 711)가 전술한 제어 장치를 구비한 EBCCD에 의해 구현될 수 있다. 2001년 8월 7일자로 허여되고 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합되는 미국 특허 제6,271,916호에는 검사 시스템(700)의 특정 양태가 더 구체적으로 설명되어 있다.
도 8은 수직 조명 빔 및 빗각 조명 빔 양자를 이용하여 부조화 검출을 구현하도록 구성된 암시야 검사 시스템(800)을 보인 것이다. 이 구성에서 레이저 시스템은 레이저 빔(801)을 제공할 수 있다. 렌즈(802)는 공간 필터(803)를 통하여 빔(801)을 집속하고, 렌즈(804)는 빔을 시준하여 시준된 빔을 편광 빔 스플리터(805)에 조사한다. 빔 스플리터(805)는 제1 편광 성분을 수직 조명 채널로 통과시키고 제2 편광 성분을 빗각 조명 채널로 통과시키며, 여기에서 상기 제1 및 제2 편광 성분은 직교한다. 수직 조명 채널(806)에서 제1 편광 성분은 광학계(807)에 의해 집속되고 미러(808)에 의해 샘플(809)의 표면 쪽으로 반사된다. 샘플(809)에 의해 산란된 복사선은 수집되어 포물면경(810)에 의해 광전자 증배관(811)에 집속된다.
빗각 조명 채널(812)에서, 제2 편광 성분은 빔 스플리터(805)에 의해 미러(813) 쪽으로 반사되고, 미러(813)는 그 빔을 반파장판(814) 쪽으로 반사하며, 빔은 광학계(815)에 의해 샘플(809)에 집속된다. 빗각 채널(812)의 빗각 조명 빔으로부터 발원되고 샘플(809)에 의해 산란된 복사선은 포물면경(810)에 의해 수집되고 검출기(811)에 집속된다. 일 실시형태에 있어서, 검출기(811)는 전술한 제어 장치를 구비한 EBCCD에 의해 구현될 수 있다. 검출기 및 조명 스폿(표면(809) 상의 수직 및 빗각 조명 채널로부터의 것)은 포물면경(810)의 초점에 위치하는 것이 바람직하다.
포물면경(810)은 샘플(809)로부터의 산란된 복사선을 시준 빔(816)으로 시준한다. 시준 빔(816)은 대물렌즈(817)에 의해 집속되고 분석기(818)를 통해 검출기(811)로 지향된다. 포물면 형상 이외의 형상을 가진 곡면경 표면이 또한 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 기구(820)는 스폿이 샘플(809)의 전체 표면에 걸쳐서 주사(scan)되도록 빔과 샘플(809) 사이에서 상대적 이동을 제공할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 컴퓨터(830)가 EBCCD 검출기(811)의 출력을 수신할 수 있다. 2001년 3월 13일자로 허여되고 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합되는 미국 특허 제6,201,601호에는 검사 시스템(800)의 특정 양태가 설명되어 있다.
도 9는 복수의 EBCCD 검출기를 포함한 다른 암시야 웨이퍼 검사 시스템(900)을 보인 것이다. 시스템(900)에서, 조명 광학계(902)는 광원(901)에 의해 방출된 광 빔을 수신한다. 일 실시형태에 있어서, 조명 광학계(902)는 실질적으로 평행한 출력 광 빔을 굴절 광학 요소에게 제공하는 복수의 빔 스플리터 및 반사 광학 요소를 포함할 수 있다. 상기 굴절 광학 요소는 그 다음에 복수의 광 빔을 샘플(903)에 집속할 수 있다.
산란광 수집기 및 기타 요소, 예를 들면 하나 이상의 조리개, 스플리터, 편광 요소 및 반사 광학 요소를 포함한 광학 수집 서브시스템(907)은 샘플로부터 산란된 광을 2개의 영상 검출기(906)로 지향시킬 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 광학 수집 서브시스템(907)은 산란광을 영상 검출기(906)에 촬상할 때 광학 수집 서브시스템(907)의 다른 요소들을 보조하도록 구성된 굴절 광학 요소(905)를 또한 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 영상 검출기(906) 중의 적어도 하나는 제어 장치를 구비한 전술한 EBCCD 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 하나의 검출기는 실질적인 광 산란용으로 최적화되고, 다른 하나의 검출기는 실질적으로 낮은 광 산란용으로 최적화될 수 있다. 그러므로, 일부 주사 부분 중에, 광학 요소는 산란광의 일부를 실질적인 광 산란용으로 최적화된 하나의 영상 검출기로 지향하고 산란광의 다른 상이한 부분을 낮은 광 산란용으로 최적화된 다른 영상 검출기로 지향시키도록 구성될 수 있다. 2011년 7월 12일자 출원한 미국 가출원 제61/506,892호를 우선권 주장하여 2012년 7월 9일자 출원한 미국 특허 출원 제13/554,954호에는 시스템(900)의 특정 양태에 대하여 더 구체적으로 설명되어 있다. 상기 2개의 미국 특허 출원은 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합된다.
도 10은 웨이퍼, 마스크 또는 레티클과 같이 연속적으로 이동하는 피검물(1001)과 함께 펄스형 조명원(1006)을 이용하도록 구성된 예시적인 검사/계측 시스템(1000)을 보인 것이다. 펄스형 조명(1006)은 긴 펄스를 출력할 수 있는 것이 유리하다. 예시적인 펄스형 조명원(1006)은 Q-스위치형 레이저 또는 펄스형 램프를 포함할 수 있다. Q-스위치형 레이저는 극히 높은 피크 전력을 가진 광 펄스를 생성하기 위해 레이저 광학 공진기 내측에서 가변 감쇠기를 사용한다. 이 광 펄스는 연속 모드로 동작하는 동일한 레이저에 의해 생성된 것보다 훨씬 더 높은 전력이다. 펄스형 램프는 심자외선(deep ultraviolet, DUV) 엑사이머 또는 극자외선(extreme ultraviolet, EUV) 소스에 의해 구현될 수 있다. 하나의 양호한 실시형태에 있어서, 펄스 지속기간은 수행되는 시간 지연 적분(TDI)의 선 주기(line period)와 근접하거나 약간 더 길다.
시스템(1000)에 있어서, 빔 스플리터(1007)는 펄스형 조명원(1006)으로부터의 조명 펄스를 대물렌즈(1004)로 지향시키고, 대물렌즈(1004)는 그 광을 피검물(1001)에 집속한다. 피검물(1001)로부터의 반사광은 그 다음에 영상 센서(1010)로 지향된다. 일 실시형태에 있어서, 영상 센서(1010)는 전술한 EBCCD 실시형태 중의 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 광을 지향 및 집속하기 위한 다른 공지된 광학 컴포넌트는 간단히 하기 위해 도 10에서 도시 생략되었다는 점에 주목한다. 영상 센서(1010)에 결합된 프로세서(1020)는 영상 센서(1010)에 입력되거나 영상 센서(1010)로부터 출력되는 제어 및 데이터 신호에 대한 펄스형 조명원(1006)으로부터의 조명 펄스의 동기화뿐만 아니라 영상 데이터의 분석을 제공하도록 구성된다. 전술한 구성에 있어서, 피검물(1001)은 피검물 이동(1003)을 갖고, 영상 센서(1010)의 영상은 영상 이동(1009)을 갖는다.
시스템(1000)의 일 양태에 따르면, 피검물 이동(1003) 때문에, 조명된 영역은 조명된 영역(1002a)(예를 들면, 시구간 N), 이전에 조명된 영역(1002b)(예를 들면, 시구간 N-1) 및 이전에 조명된 영역(1002c)(예를 들면, 시구간 N-2)으로 표시된 것처럼 피검물(1001) 전체에 걸쳐서 연속적으로 이동할 것이다. 각각의 조명된 영역(1002a, 1002b, 1002c)은 얇은 직사각형 영역일 수 있다(도 10에서는 보기에 용이하도록 확대 도시되어 있다). 상기 영역들은 명확성을 위해 분리하여 도시되어 있지만, 100% 촬상 커버리지를 제공하기 위해, 또는 결함 검출 중의 추가적인 용장성 및 성능을 위해 중첩될 수 있다.
시스템(1000)의 다른 양태에 따르면, 영상 센서(1010)는 조명 펄스 중에 TDI-모드 동작을 수행할 수 있다. 이 TDI-모드 동작 중에, 영상 센서의 각 화소에 의해 저장된 전하들은 제1 방향으로만 이동된다. 시스템(1000)은 또한 비 조명 중에 분할 판독 동작을 수행할 수 있다. 이 분할 판독 동작 중에, 영상 센서의 제1 화소에 의해 저장된 제1 전하들은 제1 방향으로 이동하고, 영상 센서의 제2 화소에 의해 저장된 제2 전하들은 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 동시에 이동한다.
따라서, 시스템(1000)은 펄스형 촬상 구조의 고속 판독 능력과 TDI 판독 모드의 유리한 특성들을 바람직하게 결합할 수 있다. 시스템(1000)의 다른 양태들은 "펄스형 조명을 이용한 동영상의 고속 획득을 위한 방법 및 장치"의 명칭으로 2012년 12월 10일자 출원한 미국 특허 출원 제61/735,427호에 더 구체적으로 설명되어 있으며, 상기 미국 특허 출원은 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합된다.
비록 본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 여기에서 상세히 설명하였지만, 본 발명은 그러한 실시형태로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 실시형태들은 본 발명을 총망라하거나, 본 발명을 여기에서 설명한 정밀한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 그래서, 이 기술에 숙련된 사람에게는 많은 수정 예 및 변형 예가 명백할 것이다. 예를 들면, 비록 전술한 실시형태에서는 제어 장치의 둥근 개공이 도시되었지만, 개공들은 다른 실시형태에서 타원형 또는 직사각형으로 될 수 있다. 일반적으로, 개공들은 CCD의 대응하는(및 정렬된) 화소들의 형상 및 크기에 따른 형상 및 크기를 갖는다. 개공들의 코너를 예리하게 하면 전기장 경사도를 증가시킬 수 있고, 이것은 CCD가 2차원 화소 어레이인 경우의 응용에 바람직하지 않을 것이다. 그러나, CCD가 1차원 화소 어레이인 응용에서는 비교적 적은 수의 전자가 최종 화소에 부딪친다. 코너가 더 적은 수의 전자 부딪침을 갖기 때문에, 전자가 바람직하지 않은 전기장 경사도와 마주치는 확률이 최소화된다. 그 결과, 상기 실시형태에서의 예리한 코너가 수용될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제어 장치가 반도체 기술을 이용하여 제조되는 경우에, 전압 제어 장치 및/또는 검출 장치가 제어 장치 내에 형성될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 전자 궤적에서의 충격을 최소화하기 위해, 상기 장치들은 제어 장치의 바닥에(즉, CCD와 대면하게) 대신 형성될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 전자 검출기는 CCD 대신에 CMOS 영상 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기의 특허 청구범위 및 그 등가물에 의해 규정되는 것으로 의도된다.

Claims (26)

  1. 전자 충격식 전하 결합 장치(electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD)에 있어서,
    창(window)을 구비한 조립체;
    상기 조립체 내에서 상기 창에 인접한 광음극;
    상기 조립체 내에서 상기 광음극으로부터 방출된 전자들을 수집하도록 배치된 CCD; 및
    상기 광음극과 상기 CCD 사이에 배치되는 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 복수의 개공(hole)을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하고, 상기 복수의 개공은 상기 실리콘 웨이퍼를 통과하는 것인, 상기 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 CCD에 수직으로 이동하는 상기 전자들의 최소 충격이 상기 복수의 개공의 측벽 상에서 일어나도록 상기 복수의 개공은 상기 광음극의 표면에 수직하게 형성되고, 상기 복수의 개공의 각각의 개공이 화소들의 패턴의 단 하나의 대응 화소와 정렬되도록 상기 복수의 개공의 패턴은 상기 CCD 내의 상기 화소들의 패턴과 정렬되며, 상기 복수의 개공의 각각의 개공을 통과하는 전자들은 상기 화소들의 패턴의 상기 대응 화소에 착륙하고, 각각의 개공은 상기 광음극과 대면하는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 제1 전극에 의해 둘러싸인 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  2. 제1항에 있어서, 상기 CCD는 상기 적어도 하나의 제1 전극에 대면하는 표면 상에 붕소 코팅을 갖는 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  3. 제1항에 있어서, 상기 CCD는 배면 박형 CCD를 포함한 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  4. 제1항에 있어서, 상기 CCD는 시간 지연 적분 CCD를 포함한 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  5. 제1항에 있어서, 상기 창의 외부 표면은 반사 방지 코팅을 포함한 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 복수의 개공들 사이에 복수의 능선(ridge)을 더 포함한 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 CCD 화소의 더 짧은 치수의 절반 이하만큼 상기 광음극으로부터 분리되도록 배치된 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전극은 복수의 제1 전극을 포함하고, 각각의 제1 전극은 주어진 개공을 둘러싸고 상기 주어진 개공으로부터 갭만큼 분리된 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전극은 복수의 환상(ring) 전극과 하나의 표면 전극을 포함하고, 상기 복수의 환상 전극 각각은 주어진 개공으로부터 제1 갭만큼 분리되고 상기 표면 전극으로부터 제2 갭만큼 분리된 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어 장치의 개공들을 둘러싸고 상기 CCD와 대면하는 상기 제어 장치의 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제2 전극을 더 포함한, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD).
  13. 전자 충격식 전하 결합 장치(electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD)를 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 EBCCD의 광음극을 상기 EBCCD의 CCD에 비하여 음전압으로 유지하는 단계; 및
    상기 광음극과 상기 CCD 사이에 배치되는 제어 장치 내에 정의되는 복수의 개공을 전자들이 통과하도록 함으로써, 상기 광음극으로부터 상기 CCD의 화소들 쪽으로 이동하는 전자들을 집속하는 단계
    를 포함하고,
    상기 CCD에 수직으로 이동하는 상기 전자들의 최소 충격이 상기 복수의 개공의 측벽 상에서 일어나도록 상기 복수의 개공은 상기 광음극의 표면에 수직하게 형성되고,
    상기 제어 장치는, 상기 복수의 개공이 실리콘 웨이퍼를 통과하게 에칭되고 상기 CCD 상의 복수의 화소들에 대응하는 패턴 내에 배열되도록 포토리소그래피를 사용하여 처리된 실리콘 웨이퍼를 포함하고,
    전자들을 집속하는 단계는 또한, 상기 제어 장치의 상기 복수의 개공의 각각의 개공을 상기 CCD 상의 상기 복수의 화소들의 단 하나의 대응 화소와 정렬하여 각각의 개공을 통과하는 전자들이 상기 대응 화소에 착륙하도록 하는 단계를 포함하는, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어 장치의 개공들의 내측 표면을 상기 광음극에 관하여 양전압으로 유지하는 단계를 더 포함한, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 적어도 하나의 개공을 둘러싸는 제1 전극을 상기 개공들의 내측 표면과는 상이한 전압으로 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 광음극과 대면하는 상기 제어 장치의 표면 상에 배치된 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 개공들의 내측 표면에 관하여 음전압으로 유지되는 것인, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어 장치의 적어도 하나의 개공을 둘러싸고 상기 CCD와 대면하도록 배치된 제2 전극을, 상기 제1 전극과는 상이한 전위로 유지하는 단계를 더 포함한, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 광음극에 가장 가까운 상기 제어 장치의 표면의 일부 영역을 상기 광음극의 전위와 유사한 전위 또는 상기 광음극에 관하여 약간 음으로 유지하는 단계를 더 포함한, 전자 충격식 전하 결합 장치(EBCCD)를 동작시키는 방법.
  20. 암시야 검사 시스템에 있어서,
    검사될 샘플로 광을 지향시키는 광학계;
    상기 샘플로부터의 산란광을 수집하고 수집된 광을 지향시키는 광학계;
    상기 수집된 광을 수신하는 전자 충격식 전하 결합 장치(electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD) 검출기를
    포함하고,
    상기 EBCCD 검출기는,
    창을 포함한 조립체;
    상기 조립체 내에서 상기 창에 인접한 광음극;
    상기 조립체 내에서 상기 광음극으로부터 방출된 전자들을 수집하도록 배치된 CCD; 및
    상기 광음극과 상기 CCD 사이에 배치되는 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 복수의 관통 개공(through hole)을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하고, 상기 복수의 관통 개공은 상기 실리콘 웨이퍼를 통과하는 것인, 상기 제어 장치
    를 포함하며,
    상기 CCD에 수직으로 이동하는 상기 전자들의 최소 충격이 상기 복수의 관통 개공의 측벽 상에서 일어나도록 상기 복수의 관통 개공은 상기 광음극의 표면에 수직하게 형성되고, 상기 복수의 관통 개공의 각각의 관통 개공이 화소들의 패턴의 단 하나의 대응 화소와 정렬되도록 상기 복수의 관통 개공의 패턴은 상기 CCD 내의 상기 화소들의 패턴과 정렬되며, 상기 복수의 관통 개공의 각각의 관통 개공을 통과하는 전자들은 상기 화소들의 패턴의 상기 대응 화소에 착륙하고, 각각의 관통 개공은 상기 광음극과 대면하는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성된 적어도 하나의 제1 전극에 의해 둘러싸인 것인, 암시야 검사 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 CCD는 시간 지연 적분 CCD인, 암시야 검사 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 시간 지연 적분 CCD는 병렬로 판독가능한 복수의 판독 레지스터를 포함한 것인, 암시야 검사 시스템.
  23. 반도체 웨이퍼를 검사하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼의 영역을 광으로 조명하는 단계;
    상기 웨이퍼로부터의 산란광을 수집하는 단계;
    상기 수집된 광을 전자 충격식 전하 결합 장치(electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD) 검출기로 지향시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 EBCCD 검출기는,
    상기 EBCCD의 광음극을 상기 EBCCD의 CCD에 관하여 음전압으로 유지하는 단계 - 상기 CCD는 패턴 내에 배열되는 복수의 화소들을 포함함 - ; 및
    상기 CCD에 수직으로 이동하는 전자들의 최소 충격이 상기 복수의 개공의 측벽 상에서 일어나도록 상기 광음극과 상기 CCD 사이에 배치되는 제어 장치 내에 정의되는 상기 복수의 개공을 상기 전자들이 통과하도록 함으로써, 상기 광음극으로부터 상기 CCD의 화소들 쪽으로 이동하는 상기 전자들을 집속하는 단계
    를 포함한 처리를 수행하고,
    상기 제어 장치는, 상기 복수의 개공이 실리콘 웨이퍼를 통과하게 에칭되고 상기 복수의 화소들의 패턴 내에 배열되도록 포토리소그래피를 사용하여 처리된 실리콘 웨이퍼를 포함하고, 상기 복수의 개공의 각각의 개공이 화소들의 패턴의 단 하나의 대응 화소와 정렬되도록 상기 제어 장치가 배치되고, 상기 복수의 개공의 각각의 개공을 통과하는 전자들이 상기 화소들의 패턴의 상기 대응 화소에 착륙하는, 반도체 웨이퍼 검사 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 CCD는 시간 지연 적분을 수행하는 것인, 반도체 웨이퍼 검사 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 시간 지연 적분은 병렬로 판독되는 복수의 레지스터를 이용하는 것인, 반도체 웨이퍼 검사 방법.
  26. 검사 시스템에 있어서,
    펄스형 조명원;
    전자 충격식 전하 결합 장치(electron-bombarded charge-coupled device; EBCCD) 검출기를 포함한 영상 센서;
    상기 펄스형 조명원으로부터의 펄스형 조명을 연속적으로 이동하는 피검물에게 지향시키고 상기 피검물로부터의 반사광을 상기 영상 센서에게 지향시키도록 구성된 광학 컴포넌트; 및
    상기 영상 센서를 동작시키도록 구성된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 EBCCD 검출기는,
    창(window)을 포함한 조립체;
    상기 조립체 내에서 상기 창에 인접한 광음극;
    상기 조립체 내에서 상기 광음극으로부터 방출된 전자들을 수집하도록 배치된 CCD; 및
    상기 광음극과 상기 CCD 사이에 배치되는 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 복수의 개공(hole)을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하고, 상기 복수의 개공은 상기 실리콘 웨이퍼를 통과하는 것인, 상기 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 CCD에 수직으로 이동하는 상기 전자들의 최소 충격이 상기 복수의 개공의 측벽 상에서 일어나도록 상기 복수의 개공은 상기 광음극의 표면에 수직하게 형성되고, 상기 복수의 개공의 각각의 개공이 화소들의 패턴의 단 하나의 대응 화소와 정렬되도록 상기 복수의 개공의 패턴은 상기 CCD 내의 상기 화소들의 패턴과 정렬되며, 상기 복수의 개공의 각각의 개공을 통해 상기 광음극과 상기 CCD 사이를 통과하는 전자들은 상기 화소들의 패턴의 상기 대응 화소에 착륙하고, 각각의 개공은 상기 광음극과 대면하는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 제1 전극에 의해 둘러싸이고,
    상기 프로세서는,
    조명 펄스 중에 시간 지연 적분(time delay integration; TDI) 동작을 수행하는 단계; 및
    비 조명(non-illumination) 중에 분할 판독 동작을 수행하는 단계
    를 포함한 처리를 수행하도록 구성되고,
    상기 TDI 동작 중에, 상기 영상 센서의 화소에 의해 저장된 전하는 제1 방향으로만 이동하고,
    상기 분할 판독 동작 중에, 상기 영상 센서의 제1 화소에 의해 저장된 제1 전하는 제1 방향으로 이동하고, 상기 영상 센서의 제2 화소에 의해 저장된 제2 전하는 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 동시에 이동하는 것인, 검사 시스템.
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