光倍增管、圖像傳感器及使用pmt或圖像傳感器的檢驗系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】光倍増管、圖像傳感器及使用PMT或圖像傳感器的檢驗系統(tǒng)
[0001]優(yōu)先權(quán)串請案
[0002]此申請案主張2013年4月I日申請的標(biāo)題為“PMT、圖像傳感器和使用PMT或圖像傳感器的檢驗系統(tǒng)(PMT, Image Sensor, and an Inspect1n System Using a PMT or ImageSensor) ”的美國臨時專利申請案61/807，058的優(yōu)先權(quán)，且所述專利申請案以引用的方式并入本文中。
_3] 相關(guān)串請案
[0004]此申請案涉及2012年12月10日申請的標(biāo)題為“電子轟擊電荷耦合裝置及使用EBCCD檢測器的檢驗系統(tǒng)(Electron-bombarded charge-coupled device and inspect1nsystems using EBCCD detectors) ” 的美國專利申請案 13/710，315、2012 年 6 月 12 日申請的標(biāo)題為“電子轟擊(XD及使用電子轟擊(XD檢測器的檢驗系統(tǒng)(Electron-bombardedCCD and inspect1n systems using electron-bombarded CCD detectors)，，的美國臨時專利申請案61/658，758、2013年3月10日申請的標(biāo)題為“帶有硼層的背照式傳感器(Back-1lluminated sensor with boron layer) ” 的美國專利申請案 13/792，166 及 2013年7月22日申請的標(biāo)題為“包含帶有硼層的硅襯底的光電陰極(PH0T0CATH0DE INCLUDINGSILICON SUBSTRATE WITH BORON LAYER) ” 的美國專利申請案 13/947，975。所有上述申請案以引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0005]在技術(shù)中已知使用堿金屬光電陰極及對紅外線敏感的II1-V半導(dǎo)體(例如GaAs)光電陰極的光倍增管(PMT)及電子轟擊電荷耦合裝置(EBCCD)用于紅外線及可見波長。僅發(fā)現(xiàn)堿金屬光電陰極廣泛用于紫外線(UV)波長。
[0006]圖1說明已知PMT 100，其包含光電陰極102、聚焦電極104、多個電子倍增器電極105 (出于說明性目的展示三個，但更常見數(shù)目將為五與十二之間)，及陽極106。在真空密封管109中含有所有這些組件。光電陰極102、聚焦電極104、電子倍增器電極105及陽極106具有電連接(為簡明起見未展示)。每一電子倍增器電極105保持在相對于先前電子倍增器電極105 (或第一電子倍增器電極的光電陰極102)的微小正電壓下。陽極106保持在相對于最后電子倍增器電極的較正的電壓下。
[0007]當(dāng)由光電陰極102吸收入射光子101時，存在從光電陰極102射出一或多個電子103的適度高概率(在實際裝置中通常在約10%與50%之間)。聚焦電極104偏轉(zhuǎn)電子103以使大部分電子103將撞擊第一電子倍增器電極。當(dāng)電子103撞擊電子倍增器電極105時，其將通常導(dǎo)致從所述電子倍增器電極105射出多個(通常約10個)二次電子。圖1通過展示離開每一電子倍增器電極105的虛線比撞擊其的虛線更多來說明此射出。從一個電子倍增器電極射出的大部分電子撞擊下一個電子倍增器電極。此重復(fù)多次直到經(jīng)放大的信號撞擊陽極106。因此，在PMT中具有越多電子倍增器電極105，增益越大，但裝置響應(yīng)單一光子所需的時間越長。由于來自一個電子倍增器電極的一些電子可能錯失下一個電子倍增器電極且撞擊另一電子倍增器電極或陽極106，因此更多電子倍增器電極105也意味著響應(yīng)于單一光子的更寬泛電脈沖，且因此意味著更慢的裝置。
[0008]盡管圖1說明透射光電陰極，其中從光電陰極相對于入射光子的相對側(cè)射出光電子，但在技術(shù)中還已知反射光電陰極，其中從光電陰極的與入射光子相同的側(cè)射出光電子。
[0009]約350納米和更短的UV波長對應(yīng)于約3.5電子伏特(eV)和更大的光子能量。當(dāng)由光電陰極102吸收高能量光子時，產(chǎn)生具有一個(或若干)電子伏特的能量的電子103。在所述電子離開光電陰極102且通過電場加速之后，所述電子朝向電子倍增器電極105及陽極106(或在電子轟擊圖像傳感器中的圖像傳感器)行進。由于其速率的量值及方向歸因于其初始動能(例如，一或多個電子伏特)而擴展，電子103隨著其朝向下一表面行進而橫向擴展。此外，這些光電子也在不同時間到達所述表面。
[0010]在圖像傳感器中，這些不同到達時間導(dǎo)致圖像的模糊。在PMT 100中，這些不同到達時間減慢PMT的響應(yīng)時間，因為單一經(jīng)吸收的光子導(dǎo)致(至少部分)歸因于電子的到達時間中的擴展而在時間上展延的電流的脈沖。PMT 100的另一缺點在于為檢測單一光子，需要多個增益級(電子倍增器電極105)以使來自單一光子的信號大于背景噪聲。多個電子倍增器電極進一步減慢PMT 100的響應(yīng)時間。此外，使用大部分常規(guī)光電陰極檢測單一光子需要在暴露到亮光之后在暗電流安定到低電平之前的暗調(diào)適時間的周期。一些光電陰極需要冷卻以將暗電流降低到允許單一光子的可靠檢測的電平。
[0011]因此，需要在UV波長下具有高量子效率同時產(chǎn)生具有低能量擴展的電子的光電陰極。還需要并入此高效、低電子能量擴展的光電陰極的PMT。還需要具有單一光子敏感性、快速響應(yīng)及從高水平的光快速恢復(fù)到完全敏感性的PMT。還需要具有高量子效率、高空間分辨率及低噪聲的電子轟擊圖像傳感器(例如，電子轟擊電荷耦合裝置(CCD)或電子轟擊CMOS圖像傳感器)。還需要使用UV波長且并入高效率、低噪聲的PMT、EBC⑶或電子轟擊CMOS圖像傳感器的暗場晶片、光掩模或分劃板檢驗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]描述并入高效、低電子能量擴展的光電陰極的光倍增管。此光倍增管包含半導(dǎo)體光電陰極及光電二極管。顯著地，所述光電二極管包含Φ摻雜型半導(dǎo)體層；n摻雜型半導(dǎo)體層，其形成于所述P摻雜型半導(dǎo)體層的第一表面上以形成二極管；及純硼層，其形成于所述P摻雜型半導(dǎo)體層的第二表面上。在所述半導(dǎo)體光電陰極與所述光電二極管之間的間隙可為小于約I毫米或小于約500微米。
[0013]在一個實施例中，所述半導(dǎo)體光電陰極可包含氮化鎵。舉例來說，所述半導(dǎo)體光電陰極可包含一或多個P摻雜型氮化鎵層。在另一實施例中，所述半導(dǎo)體光電陰極可包含硅。此半導(dǎo)體光電陰極可進一步包含在至少一個表面上的純硼涂層。
[0014]還描述用于檢驗樣品的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含用于產(chǎn)生光的激光系統(tǒng)。第一組件將所述光引導(dǎo)到所述樣品。第二組件將光從所述樣品引導(dǎo)到一或多個檢測器。至少一個檢測器包含光倍增管，所述光倍增管并入高效、低電子能量擴展的光電陰極，如本文中所描述。
[0015]與不具有電子倍增器電極或微通道板的現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，在本文中描述的所述PMT及圖像傳感器具有更高增益，且與使用電子倍增器電極或微通道板的現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，在本文中描述的所述PMT及圖像傳感器具有更快響應(yīng)時間。與具有類似增益的現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，在本文中描述的所述圖像傳感器可具有更高空間分辨率。在本文中描述的所述PMT及圖像傳感器比許多現(xiàn)有技術(shù)裝置更簡單且因此制造可更便宜且可具有更長操作壽命O
[0016]小缺陷散射低水平的光。更敏感的檢測器允許暗場檢驗系統(tǒng)檢測更小缺陷或粒子。具有更好空間分辨率的檢測器允許暗場檢驗系統(tǒng)檢測更小缺陷或粒子。具有更快響應(yīng)時間的檢測器允許系統(tǒng)更快運行且降低檢驗時間，由此增大所述系統(tǒng)對于最終用戶的價值。
【附圖說明】
[0017]圖1說明包含光電陰極、聚焦電極、多個電子倍增器電極及陽極的已知PMT。
[0018]圖2說明包含光電陰極、任選的聚焦電極及光電二極管(全部包含于真空密封管內(nèi))的PMT。
[0019]圖3A及3B說明適用于在本文中描述的PMT及圖像傳感器系統(tǒng)中的光電陰極的橫截面。
[0020]圖4說明適用于在本文中描述的PMT中的光電二極管的橫截面。
[0021]圖5說明示范性電子轟擊圖像傳感器系統(tǒng)。
[0022]圖6說明適用于在圖5中展示的圖像傳感器系統(tǒng)中的示范性后薄化圖像傳感器的橫截面。
[0023]圖7A及7B說明適合于與在本文中描述的PMT或圖像傳感器系統(tǒng)一起使用的具有多個收集系統(tǒng)的示范性暗場檢驗系統(tǒng)。
[0024]圖8說明可用于檢驗表面上的異常的示范性表面檢驗系統(tǒng)。
[0025]圖9說明經(jīng)配置以使用法向照明光束及斜照明光束實施異常檢測的示范性檢驗系統(tǒng)。
[0026]圖10說明添加到示范性折反射成像系統(tǒng)的法向入射激光暗場照明。
【具體實施方式】
[0027]圖2說明PMT 200，其包含光電陰極202、任選聚焦電極204及光電二極管205，所有這些均包含于真空密封管209內(nèi)。顯著地，光電二極管205在其面向光電陰極205的表面上具有薄