(57)【要約】【課題】本開示は、像面歪曲収差補正およびイオンダメージ軽減のためのイメージインテンシファイア管設計に関する。【解決手段】いくつかの実施形態において、フォトカソードからシンチレーティングスクリーンへの加速経路を定める電極は、加速経路の少なくとも一部に沿ってオフアクシス電子に関してより高い加速度を提供するように構成される。その結果、オフアクシス電子およびオンアクシス電子はほぼ均一にシンチレーティングスクリーンに集束し、像面歪曲収差を防止または軽減する。いくつかの実施形態において、電極は、シンチレーティングスクリーンによって放出または偏向された二次電子がフォトカソードに向かって流れ、ダメージを与えるイオンを形成することを防止するために、シンチレーティングスクリーン付近に反発電界を生じるように構成される。【選択図】図１
2018107147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射照明に反応して電子を放出するように構成されたフォトカソードと、
加速経路を介して前記フォトカソードから受け取った前記放出電子の少なくとも一部を含む入射電子に反応して照明を射出するように構成されたシンチレーティングスクリーンと、
前記加速経路に沿って前記放出電子を加速させるように構成され、前記加速経路に沿って配置された複数の電極と、
を備え、
前記複数の電極は更に、少なくとも、前記放出電子の少なくとも１つのオフアクシス部分が通過している前記加速経路の第１の部分に沿った第１の加速電界と、前記放出電子の少なくとも１つのオンアクシス部分が通過している前記加速経路の第２の部分に沿った第２の加速電界と、を生じるように構成され、
前記第１の加速電界は前記第２の加速電界よりも強力である、
イメージインテンシファイア管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、同時継続中の、あるいは同時継続中の出願が出願日の利益を与えられている、２０１２年８月２８日出願のXiman Jiangによる収差補正磁気集束インテンシファイア設計（ABBERATION CORRECTED MAGNETIC FOCUS INTENSIFIER TUBE DESIGN）と題された米国特許仮出願第６１／６９４０５５号への優先権を主張する。これにより上記仮出願は、参照によってその全体が組み込まれる。
【０００２】
本開示は一般に光学素子の分野に関し、特に磁気集束イメージインテンシファイアに関する。
【背景技術】
【０００３】
イメージインテンシファイア管は、ローライト信号を拡大するために広範に用いられる。マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）に基づくイメージインテンシファイアおよび近接集束の概念は、ＭＣＰ倍率、低い歪曲収差、および視野全体にわたり均一な解像度に起因する高い利得を提供することができる。しかし、ＭＣＰベースのイメージインテンシファイアは、多くの重要な用途に関して比較的劣悪な解像度を有する傾向がある。更に、ＭＣＰは、フォトカソードの直後の光電子のほぼ４０％を遮断し得る。従って、ＭＣＰベースのイメージインテンシファイアに関する検出量子効率は通常、低い。
【０００４】
高い検出量子効率に達するために、静電集束レンズおよび複合型磁気静電集束管に基づいたインテンシファイア設計が用いられ得る。純粋な静電イメージインテンシファイアは通常、高い歪曲収差および像面歪曲収差を有する。一部の静電イメージインテンシファイアは、湾曲したフォトカソード面または湾曲したシンチレーティングスクリーン（例えば、蛍光スクリーン）面のいずれかを有する。しかし、上流の照明光学部品および下流の集光光学部品は通常、フラットなイメージおよび対象視野を有する。その結果、静電イメージインテンシファイアは、高い空間解像度および低い歪曲収差の両方を必要とする用途には適切ではない。
【０００５】
従来の磁気集束画像インテンシファイア管設計は、例えばR. WaynantおよびM. Ediger, McGraw-HillによるElectro-Optics Handbook（１９９４）などの出版物において詳しく説明されている。電子光学は、Nuclear Science第９巻、第２号、９１〜９３頁のIRE transactionsにおいて詳しく説明されている。磁気集束インテンシファイアのための従来の電子光学は、管の軸に沿った均一加速電界Ｅ（ベクトルＥ）および均一集束磁場Ｂ（ベクトルＢ）の概念に基づいている。入射照明に反応してフォトカソードから光電子が放出されると、それらの初期速度は、横成分を有する。横速度は、磁力線に対して垂直である。その結果、ゼロ以外の横速度を有する光電子は、フォトカソードから管の反対側の端部に配置されたシンチレーティングスクリーンに向かって加速しながら、磁力線に沿って回転することになる。集束条件は、光電子が整数回フル回転することである。磁場強度（Ｂ）に依存して、１より多い数の焦点ノードが管内に存在し得る。磁場Ｂにおいて光電子が１回フル回転するためにかかる時間は、式（Ｔ＝（２π・ｍｅ）／（ｅ・Ｂ））によって決定され、式中、ｅは電子電荷であり、ｍｅは電子質量であり、Ｂは磁場の強度である。
【０００６】
集束条件は、電子が時間間隔ｎＴ内にフォトカソードからシンチレーティングスクリーンへ移動すると満たされる。この場合、ｎは整数である。電子移動時間は、加速電界の強度Ｅによって決定される。集束力は、均一な電界Ｅおよび磁場Ｂが存在する場合、どこでもほぼ同一である。均一な磁場Ｂを生成するために、インテンシファイア管の外側に配置された磁気ソレノイドは、管の長さの少なくとも３倍の長さである必要がある。これは、インテンシファイア管が占める距離にわたり比較的均一な磁場を生じさせるためである。設計制約により、より短い磁気ソレノイドが通常好適である。しかし、磁場は通常、磁気ソレノイドが短いほど均一にならない。不均一な磁場に起因する解像度の低下は、Nuclear Science第９巻、第４号、５５〜６０頁のIRE Transactionにおいて言及される。
【０００７】
短い磁気ソレノイドによって生じる磁場線Ｂは、通常、フォトカソードおよびシンチレーティングスクリーンの周囲に散開する。オフアクシス光電子（軸外の光電子）は、フォトカソード側から管中心に向かって曲がり、その後外側に曲がる。その結果、オフアクシス光電子が移動した距離は、オンアクシス光電子（軸上の光電子）の移動距離よりも長くなりうる。従って、オフアクシス光電子は、シンチレーティングスクリーンに到達する前に集束することになる。この種の集束エラーは、像面歪曲収差として知られている。外側の電磁干渉を遮断するために軟性イオン極片が用いられる場合、磁場の強度は、管中心における磁場の強度と比べてオフアクシス位置において強くなり得る。オフアクシス点における強い磁場Ｂは、像面歪曲収差を更に大きくし得る。高い像面歪曲収差は、視野の中心から端への不均一な解像度を生じる。
【０００８】
米国特許出願公開第２００７／００５１８７９Ａ１において説明されるように、磁気集束イメージインテンシファイアの寿命は、フォトカソードに向かって加速するイオンによるダメージによって現在も制限される。光電子は、シンチレーティングスクリーンに蓄積エネルギーを堆積し、カソードルミネセンス発光を励起する。その間にも、二次電子および後方散乱電子がシンチレーティングスクリーン表面からふるい落とされ得る。低いエネルギーの二次電子および後方散乱電子は、大きい電子衝撃イオン化断面積を有し、シンチレーティングスクリーン領域の周囲に正イオンを生成し得る。正電荷帯電イオンはその後、フォトカソードに向かって管内を逆方向に加速する。イオンによる背面衝撃は、フォトカソードに深刻なダメージを与え、量子効率を低減させ得る。
【０００９】
上記の欠点が、多くの用途における磁気集束イメージインテンシファイアの使用を妨げている。上記欠点の１つまたは複数を克服する新たな設計は、当業者に高く評価されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００５１８７９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０１９９７５２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／００３２７２２号明細書
【特許文献４】米国特許第０５９５９３０２号明細書
【特許文献５】欧州特許第０７４３６７０号明細書
【特許文献６】国際公開第０２／０８２４９４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の様々な実施形態は、フォトカソード、複数の電極、およびシンチレーティングスクリーンを少なくとも含むイメージインテンシファイア管を含む。フォトカソードは、入射照明に反応して電子を放出するように構成される。フォトカソードから放出された電子は、シンチレーティングスクリーンに向かって、電極によって定められた加速経路に沿って加速する。シンチレーティングスクリーンは、加速経路を介してフォトカソードから受け取った放出電子の少なくとも一部を含む入射電子に反応して照明を射出するように構成される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、電極は、放出電子の少なくとも１つのオフアクシス部分（軸外の部分）が通過している加速経路の第１の部分に沿って第１の加速電界を少なくとも生じるように構成される。電極は更に、放出電子の少なくとも１つのオンアクシス部分（軸上の電子）が通過している加速経路の第２の部分に沿って第２の加速電界を生じるように構成されうる。第１の加速電界は第２の加速電界よりも強力である。その結果、オフアクシス電子は、加速経路の少なくとも一部に沿ってオンアクシス電子よりも速く加速する。ほぼ均一な電子集束を達成するために、通常、オフアクシス電子はシンチレーティングスクリーンへのより長い距離を移動しなければならないので、加速経路の一部に沿って足された加速度は、オフアクシス電子およびオンアクシス電子がシンチレーティングスクリーンにほぼ均等に到達（すなわち、集束）することを促進する。
【００１３】
いくつかの実施形態において、電極は、シンチレーティングスクリーンによって放出または偏向された二次電子の少なくとも一部がフォトカソードに向かって移動することを防止する、シンチレーティングスクリーンに対する反発電界を生じるように構成される。その結果、二次電子は、フォトカソードの方向にイオンを形成することを妨げられ、イオンの背面衝撃によるフォトカソードのダメージが回避される。電極によって生じた反発電界は更に、フォトカソードに向かって加速するイオンをデフォーカスすることによって、シンチレーティングスクリーンの周囲に形成される全てのイオンによるダメージの影響を減少させうる。
【００１４】
上記実施形態および本明細書で説明される更なる実施形態は、複数の利点を達成するために併用され得る。例えば電極は、シンチレーティングスクリーンへのオフアクシス電子およびオンアクシス電子のほぼ均等な集束を促進するように構成され、更に、シンチレーティングスクリーンから放出または偏向された二次電子の逆流をはね返すように構成され得る。その結果、イメージインテンシファイア管は、得られる視野のほぼ全体にわたるより高い解像度均一度、およびイオン背面衝撃によるダメージへのより高い抵抗度を提供し得る。
【００１５】
本開示の様々な実施形態は更に、イメージインテンシファイア管を含む、少なくとも１つのサンプルを分析するためのシステムを含む。システムは、サンプルを照明するように構成された少なくとも１つの照明源を含んでよい。イメージインテンシファイア管は、システムの集光経路に配置され、サンプルから反射、散乱、または射出した照明を受けるように構成されうる。システムは更に、サンプルから集光した照明の結果としてイメージインテンシファイア管のシンチレーティングスクリーンから射出される照明の少なくとも一部を受けるように構成された少なくとも１つの検出器を含んでよい。少なくとも１つのコンピューティングシステムは、検出器によって検出された照明に関する情報（例えば、イメージフレームまたは強度の示度）を受信するように構成され得る。コンピューティングシステムは更に、検出された照明に基づいてサンプルの少なくとも１つの空間属性または物理属性を決定するように構成され得る。例えばコンピューティングシステムは、空間測定値（例えば、層の厚さ、壁部の奥行、特徴の間隔）を決定するため、または検出器から受信した情報を用いて欠陥を位置特定／確認するために、計測または検査アルゴリズムを実行するように構成され得る。
【００１６】
上記の概括的な説明および以下に示す詳細な説明の両者は単に典型的および説明的であり、必ずしも本開示を限定するものではないことを理解すべきである。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付図面は、本開示の主題事項を例示する。本説明および図面の両者が、本開示の原理を説明するために役立つ。
【００１７】
本開示の数々の利点は、以下の添付図面を参照することによって当業者により良く理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】イメージインテンシファイア管を示す。
【図２Ａ】本開示の実施形態に係る、像面歪曲収差補正のために構成されたイメージインテンシファイア管を示す。
【図２Ｂ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管のフォトカソードと１つまたは複数の電極との間の電位差を示す。
【図２Ｃ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管のフォトカソードと１つまたは複数の電極との間の空間差分を示す。
【図３Ａ】本開示の実施形態に係る、イオンダメージ軽減のために構成されたイメージインテンシファイア管を示す。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管のフォトカソードと、１つまたは複数の電極と、シンチレーティングスクリーンとの間の電位差を示す。
【図３Ｃ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管のフォトカソードと、１つまたは複数の電極と、シンチレーティングスクリーンとの間の空間差分を示す。
【図４】本開示の実施形態に係る、像面歪曲収差補正および／またはイオンダメージ軽減のために構成された電子衝撃検出器を示す。
【図５Ａ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管を含む、少なくとも１つのサンプルを分析するための明視野システムを示すブロック図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態に係る、イメージインテンシファイア管を含む、少なくとも１つのサンプルを分析するための暗視野システムを示すブロック図である。
【図５Ｃ】本開示の実施形態に係る、電子衝撃検出器を含む、少なくとも１つのサンプルを分析するための明視野システムを示すブロック図である。
【図５Ｄ】本開示の実施形態に係る、電子衝撃検出器を含む、少なくとも１つのサンプルを分析するための暗視野システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付図面に示された、本開示の主題事項について、以下で詳しく言及する。
【００２０】
図１〜３Ｃは、例えば磁気集束イメージインテンシファイア管などのイメージインテンシファイア管の様々な実施形態を示す。イメージインテンシファイア管のいくつかの実施形態は、像面歪曲収差を軽減または防止することに向けられる。像面歪曲収差に起因する電子の不均一な集束が、図１に示す電子光学部品シミュレーションにおいて見られる。従来のイメージインテンシファイアの設計における像面歪曲収差は、参照によって本願に組み込まれるR. WaynantおよびM. Ediger, McGraw-HillによるElectro-Optics Handbook（１９９４）において更に説明される。本明細書で説明されるイメージインテンシファイア管の設計の実施形態を介して撮像された視野にわたって画像解像度の均一性が改善され得る。イメージインテンシファイア管のいくつかの実施形態は、代替または追加として、イオン背面衝撃によるフォトカソードの損傷を軽減または防止することに向けられる。様々なイメージインテンシファイア管の設計および応用が、更に詳しく以下で説明される。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｃは、像面歪曲収差を補正するように設計されたイメージインテンシファイア管１００の実施形態を示す。イメージインテンシファイア管１００の加速経路に沿って移動する電子は、約Ｔ＝（２π・ｍｅ）／（ｅ・Ｂ）の全円回転を描く。イメージインテンシファイア管１００の端部付近に広がる磁場の結果として、オフアクシス電子は、オンアクシス電子と比べて直線的でない経路に沿って押し進められうる。従って、ほぼ均一な電子集束を達成するために、オフアクシス電子は、電子が整数ｎの数だけ回転する期間ｎＴの間、オンアクシス光電子よりも長い距離を移動する必要がある。さもなければ、管内のオフアクシス電子焦点とオンアクシス電子焦点との間の不均衡によって像面歪曲収差が生じ得る。図１に示すように、例えば、オフアクシス電子１０８Ｂがオンアクシス電子１０８Ａよりも前に加速経路に沿った点における焦点に到達すると、フラット焦点面ではなく湾曲焦点面１１２が生じる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、イメージインテンシファイア管１００は、加速経路の少なくとも一部に沿ってオンアクシス電子よりも速くオフアクシス電子を加速させるように構成される。従って、オフアクシス電子はオンアクシス電子よりも長い距離を移動し、像面歪曲収差を軽減または防止する。オフアクシス電子が移動する追加の距離は、視野全体にわたりほぼ均一な画像解像度のために、ほぼ均一な電子集束（すなわち、ほぼ平坦な焦点面）を達成するように制御され得る。
【００２３】
図２Ａは、少なくとも部分的に磁気ソレノイド１０４が巻かれた真空管１０２を含むイメージインテンシファイア管１００の実施形態を示す。真空管１０２の第１の端に配置されたフォトカソード１０６は、入射照明に反応して電子１０８を放出するように構成される。イメージインテンシファイア管１００は、各々がそれぞれの電位を有する複数の電極１１４を更に含む。例えば、電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，Ｖｎが電極Ｅ１，Ｅ２，・・・，Ｅｎにそれぞれ印加され得る。電極１１４は、真空管１０２の第２の端に配置されたシンチレーティングスクリーン１１０への加速経路に沿って、フォトカソード１０６によって放出された電子１０８を加速させるように構成される。いくつかの実施形態において、シンチレーティングスクリーン１１０は、微細粒子または完全に結晶質の材料から成る蛍光スクリーンを含む。シンチレーティングスクリーン１１０は、加速した電子１０８による励起に応じて照明（すなわち、カソードルミネセンス）を射出するように構成される。真空管１０２を通る電子の加速によるエネルギー増加の結果、シンチレーティングスクリーン１１０によって射出される出力照明は、フォトカソード１０６で受ける入力照明よりも強い。
【００２４】
電極１１４は、真空管１０２の端部に向かうオンアクシス点における電子１０８Ｂを、加速経路の少なくとも一部に沿って、真空管１０２の中心付近を移動するオンアクシス電子１０８Ａよりも速く加速するように構成され、それによって、シンチレーティングスクリーン１１０におけるほぼ均一な電子集束のためにオフアクシス電子１０８Ｂが移動しなければならない追加の距離を補償し得る。例えば、電極１１４は、フォトカソード１０６から放出されたオフアクシス電子１０８Ｂの一部が通過している真空管１０２の第１の部分に沿って第１の加速電界を生じるように構成され、更に、オンアクシス電子の一部が通過している真空管１０２の第２の部分に沿って第２の加速電界を生じるように構成され、第１の加速電界は第２の加速電界よりも強い。
【００２５】
電極１１４は更に、オンアクシス及びオフアクシスの電子１０８がシンチレーティングスクリーン１１０にほぼ均一に到着することを達成するために、フォトカソード１０６に近接する１つまたは複数の領域付近に異なる強度レベルの加速電界を生じるように構成され得る。従って、電子１０８はシンチレーティングスクリーンの実質的に平坦な又は均一な焦点面１１２に到達し得る。電子の速度およびエネルギーは、フォトカソードエリア付近で低いので、像面歪曲収差を補正するために、図２Ａに示すように、フォトカソード１０６の周囲に加速プロファイルを生じることが効率的である。オフアクシス収差が補正されると、イメージインテンシファイア管１００によって撮像された視野全体にわたる実質的な均一性を有する高い解像度を得ることができる。
【００２６】
図１Ｂおよび１Ｃは、フォトカソード１０６と１つまたは複数の電極１１４との間の電位差ΔＶおよび／または空間差分Ｄの構成によって加速電界が加速経路に沿って制御される、イメージインテンシファイア管１００の様々な実施形態を示す。電位差ΔＶおよび／または空間差分Ｄを操作することによって、（図２Ａの等電位線によって示すように）負静電レンズがフォトカソード１０６の周囲に効果的に形成され、磁気ソレノイド１０４によって生じる正像面歪曲収差を補正する。
【００２７】
図２Ｂに示すように、電極１１４は、各々がそれぞれの電位Ｖ１，Ｖ２，・・・，Ｖｎを帯びるように構成される。加速経路の異なる部分に沿った加速電界は、指定された加速プロファイルに従って、電位差ΔＶを変化させるために電極１１４のうちの１つまたは複数に異なる電位を印加することによって制御され得る。例えば、電極１１４は、第１の電極１１４Ａと第２の電極１１４Ｂとの間の第２の電位差ΔＶ２よりも大きい、フォトカソード１０６と第１の電極１１４Ａとの間の第１の電位差ΔＶ１を確立するように構成され得る。この場合、ΔＶ１＝Ｖ１−ＶｐｃかつΔＶ２＝Ｖ２−Ｖ１である。収差補正のために必要な指定された加速プロファイルを達成するために、更なる電極間の電位差が同様に調整され得る。例えば、第２の電位差ΔＶ２は、第２の電極１１４Ｂと第３の電極１１４Ｃとの間の第３の電位差ΔＶ３よりも大きくなってよく、以下同様である。
【００２８】
いくつかの実施形態において、各電極１１４に印加する電位を変化させることにより、真空管１０２内の電極１１４の均一な空間分布が可能である。しかし、加速経路の異なる部分に沿った加速電界は、電極１１４のうちの１つまたは複数とフォトカソード１０６との間の空間差分Ｄに従って制御されることもある。図２Ｃに示すように、電極１１４は、指定された加速プロファイルに従って、真空管１０２に沿って散在し得る。フォトカソードの周囲のオフアクシス位置においてより強い加速電界を生じるために、フォトカソード１０６と第１の電極１１４Ａとの間の第１の空間差分Ｄ１は、第１の電極１１４Ａと第２の電極１１４Ｂとの間の第２の空間差分Ｄ２よりも小さくなり得る。電位差ΔＶを操作するのと同様、いくつかの電極１１４の間の空間差分Ｄは、指定された加速プロファイルを達成するために変化し得る。例えば、第２の空間差分Ｄ２は、第２の電極１１４Ｂと第３の電極１１４Ｃとの間の第３の空間差分Ｄ３よりも小さくなってよく、以下同様である。
【００２９】
いくつかの実施形態において、電極１１４の１つまたは複数とフォトカソード１０６との間の空間差分および電位差の両方が、指定された加速プロファイルに従って確立される。両方のパラメータを制御することによって、より優れた収差補正および高い解像度の均一性のために加速プロファイルを微細に調整することが可能になる。加速経路のオフアクシス位置においてより強い加速電界をもたらすために追加の構成または素子を用いうることが更に考慮される。当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、技術的に等しい価値を持つ技術がイメージインテンシファイア管１００に更に含まれうることを理解するであろう。
【００３０】
図２Ａ〜２Ｃは、イオン背面衝撃によるフォトカソード１０６へのダメージを軽減するように設計されたイメージインテンシファイア管１００の実施形態を示す。参照によって本願に組み込まれた米国特許出願公開第２００７／００５１８７９Ａ１号において説明されるように、いくつかのインテンシファイアは、シンチレーティングスクリーン１１０の周囲で発生したイオン１２０が、フォトカソード１０６に向かって真空管１０２内を逆に流れることを防ぐための正電位障壁を含む。例えば、シンチレーティングスクリーン１１０に印加された電位Ｖｐｓは、シンチレーティングスクリーン１１０に近接する電極Ｅｎに印加された電位Ｖｎよりも小さい。その結果生じる正電位障壁は、シンチレーティングスクリーン１１０の周囲で発生したイオン１２０が、フォトカソード１０６に到達することを防ぎ得る。しかし、イオン１２０は、シンチレーティングスクリーン１１０によって放出または偏向された二次電子１１８によって、正電位障壁を過ぎても生じ続けることがある。自身の負電荷によって、二次電子１１８は、真空管１０２の奥深くの電位障壁のピークに向かってフォトカソード１０６の方向へ加速し得る。その結果、イオン１２０は、電位障壁のピークの周囲で発生し、フォトカソード１０６へ向かって加速し続け、イオンダメージを招き得る。イオン１２０は、正電位障壁によって、フォトカソード１０６の一部に集中し得る。
【００３１】
図３Ａは、シンチレーティングスクリーン１１０の周囲に反発電界１２２を形成するために電極１１４が負電位障壁を確立するように構成された、イメージインテンシファイア管１００の実施形態を示す。反発電界１２２は、シンチレーティングスクリーン１１０によって放出または偏向された二次電子１１８が、フォトカソード１０６に向かって真空管１０２内を逆方向に移動することを防止し得る。従って、二次電子１１８は、真空管１０２の奥深くでイオン１２０を形成することを防止され得る。その結果、フォトカソード１０６に向かって流れるイオン１２０の数が大幅に低減され得る。反発電界１２２は更に、逆流二次電子１１８に対する分岐効果を有し得るので、逆流二次電子１１８から発生したイオン１２０をデフォーカスする。フォトカソード１０６に向かって加速しているデフォーカスイオン１２０は、例えばフォトカソード１０６の作用領域など１つの場所に密集して堆積するのではなく、フォトカソード１０６のいくつかの部分に散在することにより、それほどダメージを与えない。
【００３２】
図２Ｂおよび２Ｃは、電極１１４の１つまたは複数とシンチレーティングスクリーン１１０との間の電位差ΔＶおよび／または空間差分Ｄの構成によって反発電界１２２が確立および制御される、イメージインテンシファイア管１００の様々な実施形態を示す。電位差ΔＶおよび／または空間差分Ｄを操作することによって、負電位障壁がシンチレーティングスクリーン１１０の周囲に形成され、二次電子１１８の逆流を防止し、かつフォトカソード１０６に向かって加速しうるイオン１２０の形成を回避する。
【００３３】
図３Ｂに示すように、負電位障壁は、シンチレーティングスクリーン１１０に近接して配置された少なくとも１つの電極１１４Ｎの電位Ｖｎよりも大きい電位Ｖｐｓをシンチレーティングスクリーン１１０に印加することによって確立および制御され得る。シンチレーティングスクリーン１１０の周囲により強い反発電界１２２を生じるために、電極１１４は、第１の端子電極１１４Ｎと第２の端子電極１１４Ｍとの間の第２の電位差ΔＶＮよりも大きい、シンチレーティングスクリーン１１０と第１の端子電極１１４Ｎとの間の第１の電位差ΔＶＮ＋１を確立するように構成され得る。この場合、ΔＶＮ＋１＝Ｖｐｓ−ＶｎかつΔＶＮ＝Ｖｎ−Ｖｍである。収差補正に関して上述したように、二次電子反発および／またはイオンダメージ軽減のために指定された障壁プロファイルを確立するために、更なる電極間の電位差が同様に調整され得る。
【００３４】
更に、負電位障壁は、電極１１４の１つまたは複数とシンチレーティングスクリーン１１０との間の空間差分Ｄに従って制御され得る。図３Ｃに示すように、電極１１４は、指定された障壁プロファイルに従って、真空管１０２に沿って散在し得る。シンチレーティングスクリーン１１０の周囲により反発的な電界を生じるために、シンチレーティングスクリーン１１０と第１の端子電極１１４Ｎとの間の第１の空間差分ＤＮ＋１は、第１の端子電極１１４Ｎと第２の電極１１４Ｎ＋１との間の第２の空間差分ＤＮよりも大きくなり得る。電位差ΔＶを操作するのと同様に、いくつかの電極１１４の間の空間差分Ｄは、指定された障壁プロファイルを達成するために変化し得る。いくつかの実施形態において、電極１１４の１つまたは複数とシンチレーティングスクリーン１１０との間の空間差分および電位差の両方が、指定された障壁または電子反発プロファイルに従って確立される。
【００３５】
イメージインテンシファイア管１００は、上記実施形態に従って像面歪曲収差補正およびイオンダメージ軽減のために更に構成され得る。例えば、電極１１４は、フォトカソード１０６の周囲に指定された加速プロファイルを、かつシンチレーティングスクリーン１１０の周囲に指定された障壁（すなわち、電子反発）プロファイルを確立するように構成され得る。その結果、イメージインテンシファイア管１００は、イメージインテンシファイア管１００によって結像する視野全体にわたる均一性および解像度品質の向上と、作動寿命の向上とを示し得る。
【００３６】
本明細書において説明される収差補正およびイオンダメージ軽減のための技術または構成は、同様の機能を持つシステムまたは素子に拡大適用され得る。例えば、図４はＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＣＭＯＳ検出器などの電子衝撃検出器（ＥＢ検出器）２００を示す。ＥＢ検出器２００はしばしば、イメージインテンシファイア管プロパティおよび標準的な検出器プロパティを含むハイブリッド素子であることで特徴付けられる。ＥＢ検出器２００の照明窓２０２を通って受ける照明は、フォトカソード２０４に衝突し、電子の放出をもたらす。複数の電極２０６は、例えば裏面薄片ＣＣＤまたは裏面照射（ＢＳＩ）ＣＭＯＳチップなどの電子センサ２０８に向かって放出された電子を加速させるためのＥＢ検出器２００内の加速経路を定める。電子センサ２０８は、加速した電子による衝突に反応して、電気信号を発生させるように構成され得る。
【００３７】
構成上の類似性により、ＥＢ検出器２００は、最新式のイメージインテンシファイア管が有する像面歪曲収差および／またはイオンダメージの問題と同様の問題を抱え得る。イメージインテンシファイア管１００に関して上述したように、フォトカソード２０４と１つまたは複数の電極２０６との電位差および／または空間差分は、フォトカソード２０４の周囲に不均一な加速電界２１０を生じるように操作され得る。従って、ＥＢ検出器２００は、加速経路の少なくとも一部に沿って、オフアクシス電子をオンアクシス電子よりも高速に加速することによって収差補正され得る。シンチレーティングスクリーン１１０に関して上述したように、電子センサ２０８と１つまたは複数の電極２０６との電位差および／または空間差分は、電子センサ２０８の周囲に反発電界２１２を生じるように操作され得る。それによって、電子センサ２０８によって放出または偏向された二次電子が、ＥＢ検出器２００内を逆方向に移動すること、およびフォトカソード２０４にダメージを与え得るイオンを形成することが防止される。
【００３８】
ＥＢ検出器は通常、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップ内にＸ線を生じることを回避するために、比較的低い入射エネルギーで作動する必要がある。そのため、ＥＢ検出器２００内の電極２０６の数は、イメージインテンシファイア管１００内の電極１１４の数よりも一般的に少ない。しかしながら、イメージインテンシファイア管１００に関して上述した概念は、構造上の類似性により、ＥＢ検出器２００にも適用することができる。更に、上記概念は、含まれ得る任意の中間要素に関わらず、フォトカソードによって放出された電子がシンチレーティングスクリーンや電子センサに向かって加速するあらゆる照明インテンシファイアまたは検出器構造に拡大適用され得ることが考慮される。
【００３９】
図５Ａ〜５Ｄは、少なくとも１つのサンプル３０２において分析するためのシステム３００の実施形態を示す。図５Ａおよび５Ｂは、システム３００が、システム３００の集光経路に沿って配置されたイメージインテンシファイア管１００を含む実施形態を示す。図５Ｃおよび５Ｄは、システム３００が、イメージインテンシファイア管および検出器の組み合わせではなくＥＢ検出器２００を含む実施形態を示す。システム３００は、サンプル３０２（例えば、半導体ウェハ、マスク、組織サンプル、または任意の人工物）の表面から反射、散乱、および／または射出する照明を検出するためにイメージインテンシファイアまたはＥＢ検出器を用いるあらゆるシステムを含んでよい。例えば、システム３００は、検査システム、光計測システムなどを含んでよい。更に、図５Ａ〜５Ｄは、明視野システム（図５Ａおよび５Ｃ）および暗視野システム（図５Ｂおよび５Ｄ）の一般的な構成を示すことに留意する。新たな構成またはシステム機能に達するために構成部品および／または構成部品の配置を変更することは、本開示の範囲から逸脱することなく行われ得る。
【００４０】
システム３００は、サンプル３０２を支持するように構成されたステージ３０４を含んでよい。いくつかの実施形態において、ステージ３０４は、選択された位置または方向にサンプル３０２を動かすように更に構成される。例えばステージ３０４は、いくつかが当該技術分野に知られている、選択された検査または計測アルゴリズムに従って位置付け、焦点合わせ、および／またはスキャンするためにサンプル３０２を移動または回転させるように構成された、例えばモータやサーボモータなどの少なくとも１つのアクチュエータを含み得る、あるいはそれらに機械的に連結され得る。
【００４１】
システム３００は、１つまたは複数の照明光学部品３０８によって示された照明経路に沿ってサンプル３０２の表面に照明を提供するように構成された少なくとも１つの照明源３０６を更に含んでよい。いくつかの実施形態において、照明経路は、照明の少なくとも一部をサンプル３０２の表面へ向け、かつ、１つまたは複数の集光光学部品３１２によって示された集光経路に沿ってサンプル３０２の表面から反射、散乱、または射出した照明をイメージインテンシファイア管１００へ向けるように構成されたビームスプリッタ３１０を更に含む。イメージインテンシファイア管１００は、上述した実施形態の１つまたは複数に従って設計され得る。いくつかの実施形態において、集光光学部品３１２は、図５Ｂおよび５Ｄに示す暗視野システム３００に関して示すように、散乱照明集光光学部品を含んでよい。
【００４２】
例えばカメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）や他の光検出器などの少なくとも１つの検出器３１４は、サンプル３０２からイメージインテンシファイア管１００のフォトカソード１０６に受ける照明の結果として、シンチレーティングスクリーン１１０から射出される出力照明を受けるように構成され得る。本明細書で用いる場合、照明光学部品および集光光学部品という用語は、以下に限定されないが例えば集束レンズ、回析素子、偏光素子、光ファイバなどの光学素子のあらゆる組み合わせを含む。
【００４３】
検査システム３００は、検出器３１４に通信可能に接続された少なくとも１つのコンピューティングシステム３１６を更に含んでよい。コンピューティングシステム３１６は、以下に限定されないが、パーソナルコンピューティングシステム、メインフレームコンピューティングシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または当該技術分野で知られている任意の処理装置を含んでよい。一般に、「コンピューティングシステム」という用語は、少なくとも１つの搬送媒体３１８からのプログラム命令３２０を実行するように構成された１つまたは複数のプロセッサを有する任意の装置を包含するように広く定義され得る。コンピューティングシステム３１６は、検出器３１４によって集光された照明に関する情報（例えば、イメージフレーム、ピクセル、強度測定値）を受信するように構成され得る。コンピューティングシステム３１６は更に、収集した情報を用いて様々な検査、画像化、計測、および／または当該技術分野に知られている他の任意のサンプル分析アルゴリズムを実行するように構成され得る。
【００４４】
図５Ｃおよび５Ｄは、上述した実施形態の１つまたは複数に従って設計されたＥＢ検出器２００がイメージインテンシファイア管１００および検出器３１４の代わりに用いられる代替実施形態を示す。ＥＢ検出器２００は、集光経路に沿ってサンプル３０２の表面から反射、散乱、または射出した照明を受けるように構成され得る。従って、いくつかの実施形態において、コンピューティングシステム３１６は、ＥＢ検出器２００に通信可能に接続され、ＥＢ検出器２００によって集光された照明に関する情報を受信するように構成される。
【００４５】
選択されたアルゴリズムに従って、コンピューティングシステム３１６は、検出された照明に基づいてサンプル３０２の少なくとも１つの空間属性または物理属性を決定するように構成されうる。例えば、コンピューティングシステム３１６は、サンプル３０２の１つまたは複数の欠陥の位置を示し、例えば欠陥サイズ、層の厚さ、特徴サイズ、トレンチ間隔、重なりの位置ずれなどの空間測定値を決定するように構成され得る。
【００４６】
いくつかの実施形態において、コンピューティングシステム３１６は更に、本明細書で説明される様々なステップまたは機能を実行する、あるいは実行を制御するように構成されうる。例えば、コンピューティングシステム３１６は、イメージインテンシファイア管１００（例えば、様々な端子に印加される電圧）、照明源３０６、および／または１つまたは複数のステージアクチュエータを制御するように構成され得る。
【００４７】
当業者は、本明細書で説明されるプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が達成されうる様々な媒体（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）が存在すること、および、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が展開する内容によって好適な媒体が変わることを更に理解するであろう。本明細書で説明するような方法を実行するプログラム命令は、搬送媒体を介して伝送され、あるいは搬送媒体に記憶されうる。搬送媒体は、例えばワイヤ、ケーブル、または無線送信リンクなどの送信媒体を含んでよい。また搬送媒体は、例えば読取専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクまたは光学ディスク、あるいは磁気テープなどの記憶媒体を含んでもよい。
【００４８】
本明細書で説明される方法の全ては、方法実施形態の１つまたは複数のステップの結果を記憶媒体に記憶することを含んでよい。結果は、本明細書で説明されるあらゆる結果を含んでよく、当該技術分野で知られている任意の方法で記憶されうる。記憶媒体は、本明細書に記載されるあらゆる記憶媒体、または当該技術分野で知られている他の任意の適切な記憶媒体を含んでよい。結果は、記憶された後、本明細書に記載される方法またはシステムの実施形態のいずれかによって記憶媒体においてアクセスされ、使用され、ユーザへ表示するためにフォーマットされ、別のソフトウェアモジュール、方法、またはシステムなどによって使用されうる。更に、結果は、「永久的に」、「半永久的に」、一時的に、あるいは一定の期間、記憶されうる。例えば記憶媒体はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってよく、結果は、記憶媒体において必ずしも無期限に持続しなくてもよい。
【００４９】
本発明の特定の実施形態が例示されたが、本発明の様々な変更および実施形態が本開示の範囲および主旨から逸脱することなく当業者によって作成されうる。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲のみによって限定されてはならない。
【図１】
2018107147.tif 000003
【図２Ａ】
2018107147.tif 000004
【図２Ｂ】
2018107147.tif 000005
【図２Ｃ】
2018107147.tif 000006
【図３Ａ】
2018107147.tif 000007
【図３Ｂ】
2018107147.tif 000008
【図３Ｃ】
2018107147.tif 000009
【図４】
2018107147.tif 000010
【図５Ａ】
2018107147.tif 000011
【図５Ｂ】
2018107147.tif 000012
【図５Ｃ】
2018107147.tif 000013
【図５Ｄ】
2018107147.tif 000014