DE112020006001T5

DE112020006001T5 - Ladungsträgerdetektor, ladungsträgerstrahlvorrichtung, strahlungsdetektor und strahlungsdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020006001T5
Application number: DE112020006001.2T
Authority: DE
Inventors: Takumu IWANAKA; Yoshifumi Sekiguchi; Toshiaki Kusunoki; Shin Imamura; Hajime Kawano
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2022-11-03
Also published as: IL295646A; TW202201451A; JP7266745B2; US20230050424A1; JPWO2021176513A1; WO2021176513A1; TWI809358B

Abstract

Es werden ein Ladungsträgerdetektor und ein Strahlungsdetektor geschaffen, die ein Beobachtungsbild mit korrektem Kontrast ohne Sättigung auch dann erhalten können, wenn die Anzahl von Signalelektronen, die auf einen Detektor einfallen, aufgrund einer Erhöhung der Stromstärke eines Primärelektronenstrahls steigt. Der Ladungsträgerdetektor ist dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Szintillator (109) mit einer Signalelektronendetektionsoberfläche (109a) zum Detektieren von Signalelektronen, die dann emittiert werden, wenn eine Probe mit Primärelektronen bestrahlt wird, und zum Umwandeln der Signalelektronen in Licht, einen Lichtdetektor (111) mit einer Lichtdetektionsoberfläche (111a) zum Detektieren des Lichts, das aus dem Szintillator (109) emittiert wird, und einen Lichtleiter (110), der zwischen dem Szintillator (109) und dem Lichtdetektor (111) angeordnet ist, wobei der Flächeninhalt der Lichtdetektionsoberfläche (111a) größer ist als der Flächeninhalt der Signalelektronendetektionsoberfläche (109a).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ladungsträgerdetektor, eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, einen Strahlungsdetektor und eine Strahlungsdetektionsvorrichtung.
Stand der Technik
Detektoren werden verwendet, um Teilchensignale wie Elektronen und Ionen und Strahlungssignale wie Röntgenstrahlen und Gammastrahlen in Spannungs- und Stromsignale und dergleichen umzusetzen. Wenn das Detektionsziel ein Ladungsträger ist, wird er als Ladungsträgerdetektor bezeichnet, und wenn das Detektionsziel eine Strahlung ist, wird er als Strahlungsdetektor bezeichnet. Beispielsweise ist in einer Ladungsträgervorrichtung, die einen Ladungsträgerstrahl wie beispielsweise einen Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops (REM) und dergleichen verwendet, ein zu detektierendes Signal ein Ladungsträger wie beispielsweise ein Elektron, und ein Ladungsträgerdetektor ist wesentlich. Beim REM wird eine zu beobachtende Probe mit einem von einer Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahl bestrahlt, wodurch von der Probe emittierte Elektronen von dem Ladungsträgerdetektor detektiert werden. Der Ladungsträgerdetektor gibt eine Stromstärke, die der Menge der detektierten Elektronen entspricht, aus. Ein REM-Bild wird durch zweidimensionales Anzeigen der Beziehung zwischen der Stromstärke und der Elektronenstrahl-Bestrahlungsposition auf der Probe erzeugt.
Viele solcher Ladungsträgerdetektoren sind aus einem Szintillator, der die detektierten Elektronen in Photonen umsetzt, einem Photodetektor, der die Photonen aus dem Szintillator detektiert und die Photonen in Strom umsetzt, und einem Lichtleiter, der aus dem Szintillator emittiertes Licht an den Photodetektor liefert, aufgebaut. Als Photodetektor wird eine Photovervielfacherröhre (PMT), ein Multipixel-Photonenzähler (MPPC) oder dergleichen verwendet. Bei dem Strahlungsdetektor ist bei einer ähnlichen Konfiguration nur die Art des Szintitiators unterschiedlich. Das heißt, der Strahlungsdetektor verwendet einen Szintillator, der die detektierte Strahlung in Licht mit einer Wellenlänge umsetzt, die durch den Photodetektor detektierbar ist, und ist dazu ausgelegt, Licht von dem Szintillator über den Lichtleiter an den Photodetektor zu liefern.
Um mehr Signale zu erfassen, ist es erforderlich, einen Detektor in der Nähe der Probe anzuordnen. Beispielsweise ist es bei dem REM denkbar, einen Detektor zwischen einer Probe und einem Objektiv oder einer Endlinse anzuordnen. PTL 1 schlägt einen solchen Detektor vor.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)
PTL 1: JP 2018-152232 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn bei dem REM die Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht wird, nimmt die Anzahl der aus der Probe austretenden und detektierten Elektronen zu, das S/N des Bildes verbessert sich, das Rauschen des Bildes wird unauffällig und die Auflösung wird verbessert. Daher besteht ein Bedarf daran, die Stromstärke des Primärelektronenstrahls zu erhöhen. Dabei steigt auch die Anzahl der Photonen, die durch den Szintillator von Elektronen in Photonen umgewandelt werden und in den Photodetektor eintreten. Wenn jedoch die Dichte einfallender Photonen in Bezug auf den Flächeninhalt der Detektionsoberfläche zunimmt, gerät der Photodetektor in die Sättigung und kann die Anzahl einfallender Photonen nicht genau zählen. Insbesondere sind bei MPPC (z. B. hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K., Modell: S13360-6025CS) feine viereckige Detektionspixel mit einer Seite von etwa mehreren Dutzend µm auf einer viereckigen Detektionsoberfläche mit einer Seite von etwa mehreren mm verteilt und dann, wenn ein Photon in jedes Detektionspixel eintritt, wird für jedes Pixel ein elektrisches Signal erzeugt, wobei das elektrische Signal jedes Pixels eine Detektion des Photons darstellt. Wenn jedoch die Dichte einfallender Photonen zunimmt und mehrere Photonen gleichzeitig in das Detektionspixel eintreten, bricht die proportionale Beziehung zwischen der Anzahl einfallender Photonen und der ausgegebenen Stromstärke zusammen und es kann kein akkurates fotografiertes Bild erhalten werden. Das heißt, es besteht das Problem, dass der Photodetektor in die Sättigung kommt, wenn die Stromstärke des Primärelektronenstrahls zunimmt.
Das oben beschriebene PTL 1 beschreibt keine Erhöhung der Stromstärke eines Primärelektronenstrahls und kein Problem in Bezug auf die Sättigung. Das Problem, dass das Signal in die Sättigung kommt, ist nicht auf den Ladungsträgerdetektor beschränkt, und das gleiche gilt für den Strahlungsdetektor.
Angesichts der vorstehenden Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ladungsträgerdetektor und einen Strahlungsdetektor zu schaffen, die in der Lage sind, ein Beobachtungsbild mit korrektem Kontrast ohne Sättigung auch dann zu erhalten, wenn die Anzahl von Signalelektronen, die in den Detektor eintreten, aufgrund der Erhöhung der Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht ist.
Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Detektor, der einen Szintillator, einen Lichtleiter und einen Photodetektor umfasst, wobei ein Flächeninhalt einer Detektionsoberfläche des Photodetektors größer als ein Flächeninhalt einer Detektionsoberfläche des Szintillators ist.
Eine spezifischere Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen beschrieben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Im Hinblick auf die obigen Umstände ist es möglich, einen Ladungsträgerdetektor und einen Strahlungsdetektor zu schaffen, die in der Lage sind, ein Beobachtungsbild mit korrektem Kontrast ohne Sättigung auch dann zu erhalten, wenn die Anzahl von Signalelektronen, die in den Detektor eintreten, aufgrund der Erhöhung der Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht ist.
Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen als die oben beschriebenen werden durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen deutlich.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung (SEM) gemäß einem ersten Beispiel.
[2] 2 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors von 1.
[3A] 3A ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem zweiten Beispiel.
[3B] 3B ist eine schematische Ansicht einer Detektionsoberfläche eines Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors in 3A.
[4A] 4A ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem dritten Beispiel.
[4B] 4B ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Detektionsoberfläche eines Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors in 4A zeigt.
[4C] 4C ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Detektionsoberfläche eines Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors des dritten Beispiels bei Betrachtung.
[4D] 4D ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines ersten Beispiels einer geteilten Struktur des Szintillators und eines Verfahrens zu dessen Herstellung.
[4E] 4E ist eine schematische Ansicht, die ein zweites Beispiel der geteilten Struktur des Szintillators zeigt.
[4F] 4F ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen des Szintillators von 4E.
[4G] 4G ist eine schematische Ansicht, die ein drittes Beispiel der geteilten Struktur des Szintillators zeigt.
[5] 5 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem vierten Beispiel.
[6] 6 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem fünften Beispiel.
[7] 7 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem sechsten Beispiel.
[8] 8 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem siebten Beispiel.
[9] 9 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem achten Beispiel.
[10] 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen einer geteilten Zelle eines Szintillators und einer Probe zeigt.
[11] 11 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen einer geteilten Zelle eines Szintillators und einer Probe zeigt.
[12] 12 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors gemäß einem neunten Beispiel.
[13] 13 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einem zehnten Beispiel.
[14] Fig. 14 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgervorrichtung gemäß einem elften Beispiel.
[15] Fig. 15 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Strahlungsdetektionsvorrichtung eines zwölften Beispiels.
[16] 16 ist eine Darstellung, die den Strahlungsdetektor von 15 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. In allen Zeichnungen zum Beschreiben der Beispiele sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung davon wird weggelassen. Nachfolgend wird ein Beispiel für die Detektion des Elektronenstrahls beschrieben, aber die Wirkung der vorliegenden Erfindung geht auch dann nicht verloren, wenn ein lonenstrahl oder Strahlung verwendet wird.
Erstes Beispiel
1 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung (REM) gemäß einem ersten Beispiel. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung 100a einen Abtastablenker 103 und eine Objektivlinse 104, die auf einer Bahn von Primärelektronen 102 angeordnet sind, die aus einer Elektronenquelle 101 extrahiert werden. Eine Probe 106, die auf einer Probentransportbühne 105 angeordnet ist, wird mit den Primärelektronen 102 bestrahlt, und ein Signalelektron 107 wird von der Probe 106 abgegeben. Hier bezieht sich das Signalelektron 107 auf ein Elektron, das von der Probe abgegeben wird, wie etwa ein Sekundärelektron, das direkt von den Primärelektronen angeregt und ins Vakuum emittiert wird, oder ein reflektiertes Elektron, das in einem Zustand erhalten wird, in dem die Primärelektronen wiederholt in der Probe gestreut und wieder ins Vakuum emittiert werden.
Ein Ladungsträgerdetektor 108, der Signalelektronen detektiert, ist unterhalb der Objektivlinse 104 bereitgestellt und eine Öffnung 118 ist in der Mitte davon bereitgestellt, um es den Primärelektronen 102 zu ermöglichen, dort hindurch zu treten. Die aus der Elektronenquelle 101 emittierten Primärelektronen 102 werden durch die Objektivlinse 104 gesteuert und auf die Probe 106 fokussiert, so dass der Strahldurchmesser minimiert wird. Der Abtastablenker 103 wird von einer Systemsteuereinheit 120 so gesteuert, dass die Primärelektronen 102 einen definierten Bereich der Probe 106 abtasten. Die Signalelektronen 107, die von der Position erzeugt werden, an der die Primärelektronen 102 auf der Probe 106 eingetroffen sind, werden von dem Ladungsträgerdetektor 108 detektiert. Synchron mit einem Abtastsignal, das aus der Systemsteuereinheit 120 an den Abtastablenker 103 gesendet wird, wird eine Signalverarbeitung der detektierten Signalelektronen 107 durchgeführt, wodurch ein REM-Bild auf einem Monitor 121 erzeugt wird.
2 ist eine schematische Darstellung des Ladungsträgerdetektors von 1. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels umfasst einen Szintillator 109, der das einfallende Signalelektron 107 in Licht 112 umwandelt, einen Lichtleiter 110, der in Kontakt mit dem Szintillator bereitgestellt ist und das Licht 112 zu dem Photodetektor führt, und einen Photodetektor 111 der unmittelbar oberhalb des Lichtleiters bereitgestellt ist und das geführte Licht detektiert. Dann ist ein Flächeninhalt einer Detektionsoberfläche 111a des Photodetektors größer als ein Flächeninhalt einer Detektionsoberfläche 109a des Szintillators und ein Lichtweg wird durch den Lichtleiter 110 erweitert. Die Signalelektronen 107 treten aus der Probe 106 aus und treten in den Szintillator 109 ein, aber es gibt einen Versatz in der Einfallsposition, und eine große Anzahl von Signalelektronen tritt in eine Position nahe der Bahn der Primärelektronen 102 ein, d. h. in eine Position, die mehrere mm von der Öffnung 118 entfernt ist. Andererseits bricht in dem Photodetektor dann, wenn die Dichte einfallender Photonen in Bezug auf den Flächeninhalt der Detektionsoberfläche zunimmt, die proportionale Beziehung zwischen der Menge einfallender Photonen und der ausgegebenen Stromstärke zusammen, die Anzahl einfallender Photonen kann nicht genau gezählt werden und ein genau fotografiertes Bild kann nicht erhalten werden. Wenn die Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht wird, nimmt insbesondere die Anzahl von Photonen zu, die von der Detektionsoberfläche 111a nahe der Öffnung 118 eintreten, und die Signalintensität, die den Primärelektronen 102 entspricht, die nahe der Öffnung 118 eintreten, geht in Sättigung.
Der Ladungsträgerdetektor 130 des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der der Lichtweg durch den Lichtleiter erweitert wird, und hat somit die Wirkung, dass die Photonen, die durch Umwandeln von Signalelektronen erhalten werden, die mit hoher Dichte in den Szintillator eingetreten sind, dispergiert werden, die Dichte der in den Photodetektor eintretenden Photonen verringert wird, der Photodetektor auch dann nicht in Sättigung geht, wenn die Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht wird, und ein fotografiertes Bild mit korrektem Kontrast erhalten werden kann.
Damit möglichst viele Signalelektronen 107 eintreten können, ist es außerdem wünschenswert, die Öffnung 118 innerhalb eines Bereichs, der die Bahn der Primärelektronen 102 nicht stört, so klein wie möglich zu machen. In Bezug auf die Detektionsoberfläche 109a des Szintillators wird daher die Detektionsoberfläche 111a des Photodetektors zu der Außenseite hin erweitert, ohne dass sie zu der Seite der Öffnung 118 hin erweitert wird. Bei dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels wird die Öffnung 118 innerhalb eines Bereichs, der die Bahn der Primärelektronen nicht stört, so klein wie möglich gemacht und die Detektionsoberfläche des Photodetektors ist in Bezug auf die Detektionsoberfläche des Szintillators zu der Außenseite hin erweitert, so dass die Wirkung erzielt wird, dass eine große Menge an Signalelektronen 107 detektiert werden kann.
Außerdem hat der Erfinder festgestellt, dass die Durchlässigkeit des Lichtleiters (das Verhältnis des aus der anderen Oberfläche austretenden Lichts zu dem aus der einen Oberfläche eintretenden Licht) höher wird, wenn sich das Licht von der Seite mit dem kleineren Flächeninhalt zu der Seite mit dem größeren Flächeninhalt ausbreitet. Wenn wie in der vorliegenden Konfiguration der Flächeninhalt der Austrittsfläche in Bezug auf die Einfallsfläche vergrößert wird, wird daher nicht nur das Licht dispergiert, sondern auch die Durchlässigkeit erhöht.
Es ist zu beachten, dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, solange der Flächeninhalt der Lichtdetektionsoberfläche 111a größer als der Flächeninhalt der Signalelektronendetektionsoberfläche 109a ist, und somit ist die Form des Lichtleiters 110 nicht beschränkt. Der Lichtleiter 110 von 2 hat eine Form, bei der der Querschnitt des Lichtleiters 110 von der Signalelektronendetektionsoberfläche 109a zu der Lichtdetektionsoberfläche 111a zunimmt, kann aber beispielsweise eine Form haben, bei der der Querschnitt von der Signalelektronendetektionsoberfläche 109a abnimmt und von einer bestimmten Stelle ab zu der Signalelektronendetektionsoberfläche 109a hin zunimmt.
Zweites Beispiel
3A ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem zweiten Beispiel und 3B ist eine schematische Ansicht einer Detektionsoberfläche eines Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors von 3A. Bei einem Ladungsträgerdetektor 108b des vorliegenden Beispiels ist der Photodetektor 111 des ersten Beispiels ein matrixförmiger Photodetektor 111b, der mehrere Detektionszellen 111c umfasst, und der Lichtleiter 110 umfasst mehrere geteilte Blöcke 110a. Wie es in 3B gezeigt ist, sind in dem vorliegenden Beispiel als Beispiel acht matrixförmige Photodetektoren 111b (z. B. hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K., Modell: S13615-1025N-04) mit Detektionszellen 111c von 16 (4x4) Kanälen angeordnet, um einen Photodetektor zu bilden. Außerdem können acht matrixförmige Photodetektoren (z. B. hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K., Modell: S13615-1025N-O8) mit Detektionszellen von 64 (8×8) Kanälen angeordnet sein.
Die geteilten Blöcke 110a des Lichtleiters entsprechen den Detektionszellen 111c des matrixförmigen Photodetektors auf einer Eins-zu-Eins-Basis und das Photon, das in den geteilten Block 110a eines Lichtleiters eintritt, kann nicht in einen anderen benachbarten Block eintreten (genau genommen, treten die Photonen geringfügig in einen anderen benachbarten Block ein). Bei dieser Struktur werden die Signalelektronen 107, die in die Detektionsoberfläche 109a des Szintillators eingetreten sind, in Photonen umgewandelt, die Photonen treten in den geteilten Block 110a des Lichtleiters unmittelbar über der Einfallsposition des Szintillators ein und das Licht wird in dem geteilten Block 110a des Lichtleiters geführt, um in die Detektionszelle 111c des matrixförmigen Photodetektors 111b einzutreten, der dem relevanten geteilten Block 110a entspricht.
Unter der Annahme, dass der Abstand von der Einfallsposition der Primärelektronen 102 auf der Probe 106 zu der Einfallsposition der Signalelektronen 107 auf der Detektionsoberfläche 109a des Szintillators w ist, der Abstand von der Oberfläche der Probe 106 zu der Detektionsoberfläche 109a des Szintillators h ist und der Austrittswinkel der Signalelektronen 107 aus der Probe α ist, kann dann, wenn der Photodetektor 111b die Signalelektronen 107 erfasst, w aus der Position der Detektionszelle 111c gemessen werden. Da außerdem h ein bekannter Wert ist, kann der Austrittswinkel α des Signalelektrons aus der Probe aus w und h berechnet werden. Da die Richtung, in der die Signalelektronen emittiert werden, abhängig von dem Material und der Form der Probe variiert, können Informationen über das Material und die Form der Probe erhalten werden, indem der Austrittswinkel der Signalelektronen aus der Probe detektiert wird. Der Detektor, der in der Lage ist, die Einfallsposition des Signalelektrons auf diese Weise zu detektieren, wird in der vorliegenden Beschreibung als ein Positionsunterscheidungsdetektor bezeichnet. Bei der oben beschriebenen Konfiguration hat der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels eine Struktur, bei der die Einfallsposition des Signalelektrons auf der Detektionsoberfläche mit zufriedenstellender Genauigkeit unterschieden werden kann und der Austrittswinkel des Signalelektroris aus der Probe berechnet werden kann, und hat die Wirkung, dass Informationen über Material und Form der Probe erhalten werden können.
Drittes Beispiel
4 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem dritten Beispiel. Da die Signalelektronen in den Szintillator eintreten, um in Licht umgewandelt zu werden, das Licht sich jedoch innerhalb des Szintillators ausbreitet, können sich in dem Ladungsträgerdetektor des zweiten Beispiels aus den Signalelektronen umgewandelte Photonen innerhalb des Szintillators bewegen und vielleicht nicht in den geteilten Block 110a des Lichtleiters unmittelbar über der Einfallsposition der Signalelektronen auf dem Szintillator eintreten, sondern in den geteilten Block eines anderen benachbarten Lichtleiters eintreten. Dieses Phänomen, also ein Phänomen, bei dem die Position, an der das Signalelektron eingetreten ist, nicht der Position des Photodetektors entspricht, der das Photon empfängt, wird in der vorliegenden Beschreibung als Übersprechen bezeichnet. Die Entsprechungsbeziehung zwischen der Einfallsposition des Signalelektrons auf dem Szintillator und der Position der Detektionszelle des Photodetektors bricht aufgrund des Übersprechens (das oben beschriebene w kann nicht genau gemessen werden) zusammen und der Austrittswinkel α des Signalelektrons aus der Probe kann nicht genau aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors berechnet werden, wenn die Signalelektronen eingetreten sind, und die Genauigkeit der Unterscheidung der Einfallsposition verringert sich.
4B ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Detektionsoberfläche des Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors von 4A und 4C ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Detektionsoberfläche des Photodetektors bei Betrachtung aus einer Probenrichtung des Ladungsträgerdetektors des dritten Beispiels. Zusätzlich zu der Struktur des zweiten Beispiels, ist in dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels der Szintillator 109 durch eine Teilungseinheit 113 in geteilte Zellen 109b von mehreren Szintillatoren geteilt. Hier bedeutet Teilung eine Struktur, die die Ausbreitung von Licht reduziert, beispielsweise eine Struktur, bei der eine Kerbe in der Teilungseinheit des Szintillators bereitgestellt ist, die Teilungseinheit vollständig geschnitten ist oder eine Trennwand daran bereitgestellt ist.
Eine Öffnung 118 zum Emittieren von Primärelektronen ist in der Mitte des Szintillators 109 bereitgestellt. Die geteilten Zellen 109b des Szintillators, die geteilten Blöcke 110a des Lichtleiters und die Detektionszellen 111c des Photodetektors entsprechen sich auf Eins-zu-eins-Basis, und Photonen treten nicht in benachbarte geteilte Zellen oder geteilte Blöcke ein, während sie sich von dem Szintillator zu dem Lichtleiter und von dem Lichtleiter zu dem Photodetektor bewegen. Der Szintillator 109 hat in 4B eine Ringform und in 4C eine viereckige Form. Wie es oben beschrieben ist, sind die Formen des Szintillators, des Lichtleiters und des Photodetektors nicht beschränkt, solange sich die geteilten Zellen des Szintillators, die geteilten Blöcke des Lichtleiters und die geteilten Zellen des Photodetektors auf einer Eins-zu-eins-Basis entsprechen.
In einem Fall, in dem die Anordnungsstrukturen des Szintillators 109 und des Photodetektors unterschiedlich sind, kompensiert der Lichtleiter den Unterschied in der Anordnungsstruktur, um eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zu erhalten. Wenn der Szintillator geteilt ist, kann die Bewegung von Photonen von der geteilten Zelle des Szintillators, in die die Signalelektronen eingetreten sind, zu der benachbarten geteilten Zelle reduziert werden, und Übersprechen kann reduziert werden, so dass beim Eintritt der Signalelektronen der Austrittswinkel α der Signalelektronen aus der Probe genauer aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors berechnet werden kann. Der Ladungsträgerdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Wirkung, dass das Übersprechen verringert werden kann und die Genauigkeit der Unterscheidung der Einfallsposition von Signalelektronen verbessert werden kann, indem der Szintillator geteilt wird.
Zusätzlich treten durch Bilden einer Reflexionsschicht in der Teilungseinheit 113 des Szintillators Signalelektronen in eine geteilte Zelle eines bestimmten Szintillators ein und werden in Photonen umgewandelt und springen aus einer Seitenfläche der einfallenden geteilten Zelle heraus, um in eine benachbarte geteilte Zelle einzutreten, wodurch das Auftreten von Übersprechen verhindert wird, und der Austrittswinkel α der Signalelektronen aus der Probe kann genauer aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors berechnet werden.
Als Material der Reflexionsschicht wird vorzugsweise ein Material mit hohem Lichtreflexionsvermögen verwendet und insbesondere ist Aluminium (AI) wünschenswert. Beispiele für ein Verfahren zum Bilden der Reflexionsschicht umfassen ein Verfahren zum Bilden eines dünnen Films aus einem Material, das die Reflexionsschicht bildet, auf der Oberfläche der Teilungseinheit 113 durch Sputtern, Dampfabscheidung oder dergleichen, ein Verfahren zum Ankleben . einer Metallplatte aus einem Material, das die Reflexionsschicht bildet, und ein Verfahren zum Auftragen eines Harzes, das mit Teilchen gemischt ist, die ein hohes Reflexionsvermögen haben. Der Ladungsträgerdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Wirkung, dass das Übersprechen verringert werden kann und die Genauigkeit der Unterscheidung der Einfallsposition von Signalelektronen verbessert werden kann, indem die Reflexionsschicht auf der Teilungseinheit 113 des Szintillators ausgebildet wird.
Eine geteilte Struktur des Szintillators und ein Verfahren zu seiner Herstellung werden beschrieben. 4D ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines ersten Beispiels einer geteilten Struktur des Szintillators und eines Verfahrens zum Herstellen dessen. In der Struktur von 4D sind die geteilten Zellen 109b des Szintillators so geformt, dass sie mit der Teilung der geteilten Blöcke 110a des Lichtleiters zusammenfallen, und sie werden mit einem Haftmittel 115 angeklebt. Wenn die Reflexionsschicht ausgebildet wird,. kann das Übersprechen durch Bilden der Reflexionsschicht auf der Seitenfläche 109c der geteilten Zelle 109b des Szintillators verringert werden.
4E ist ein zweites Beispiel einer geteilten Struktur des Szintillators und 4F ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen des Szintillators von 4E. In der Struktur von 4E wird ein Trennrahmen 113a so erzeugt, dass er mit der Teilung des geteilten Blocks des Lichtleiters zusammenfällt, und die geteilten Zellen 109b des Szintillators werden in dem Teilungsrahmen 113a mit einer ähnlichen Teilung gebildet. Im Fall der Bildung der Reflexionsschicht ist der Trennrahmen 113a aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen wie etwa Al hergestellt. Bei dem Herstellungsverfahren von 4F(a) gezeigt, werden die geteilten Zellen 109b des Szintillators, die mit einer ähnlichen Teilung wie der Trennrahmen ausgebildet sind, in den Trennrahmen 113a eingepasst und daran fixiert, und sie werden so angeordnet, dass die Teilung der geteilten Zellen des Szintillators und die Teilung der geteilten Blöcke des Lichtleiters zusammenfallen. Bei dem Herstellungsverfahren von 4F(b) wird der Trennrahmen 113a im Voraus fixiert, so dass er mit der Teilung der geteilten Blöcke des Lichtleiters zusammenfällt, und die geteilten Zellen 109b des Szintillators aus Leuchtstoffpulver (z. B. P47 (Y₂SiO₅: Ce), YAG, GGAG ((Y,Gd)₃(Al,Ga)₅O₁₂: Ce, (Y,Gd)₃(Al,Ga)₅O₁₂: Tb), YAP (YAlO₃: Ce), GOS(Gd₂O₂S: Pr,Gd₂O₂S: Ce, Gd₂O₂S: Tb)) werden in dem Trennrahmen 113a ausgebildet. Als Verfahren zum Bilden des Leuchtstoffpulvers kann ein Sedimentationsauftragsverfahren oder ein Druckverfahren in Betracht gezogen werden.
Da bei der Struktur von 4E die geteilten Zellen 109b des Szintillators durch den Trennrahmen 113a integriert sind, kann der Szintillator leicht befestigt werden, ohne an dem Lichtleiter zu haften. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der die geteilten Zellen des Szintillators integriert und durch den Trennrahmen ohne Verwendung eines Haftmittels fixiert sind, so dass der Herstellungsprozess vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert werden können, und keine Gefahr besteht, dass das Innere der Unterdruckkammer, in der der Szintillator angeordnet ist, durch Gas aus dem Haftmittel kontaminiert wird.
4G ist eine schematische Ansicht, die ein drittes Beispiel der geteilten Struktur des Szintillators zeigt. Bei der Struktur von 4G werden zuerst Nuten 117 in dem Szintillator 109 so bereitgestellt, dass sie mit der Teilung der geteilten Blöcke des Lichtleiters zusammenfallen, ein Material (Harz usw.) mit einer Haftkraft wird in die Nuten imprägniert, um die Trennwand 113b zu bilden, und der untere Abschnitt des Szintillators 109 wird entfernt, bis die Trennwand 113b erreicht ist, wodurch die geteilten Zellen 109b des Szintillators ausgebildet werden. Im Fall des Bildens der Reflexionsschicht wird ein Harz oder ein Haftmittel verwendet, das durch Mischen von Partikeln mit hohem Reflexionsvermögen mit einem Material, das die Trennwand 113b bilden soll, erhalten wird.
Da bei dem Verfahren von 4G auch die geteilten Zellen 109b des Szintillators integriert werden, kann der Szintillator ähnlich wie bei dem Verfahren von 4F fixiert werden, ohne an dem Lichtleiter zu haften. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat die Wirkung, dass der Herstellungsprozess vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert werden können, indem die geteilten Zellen des Szintillators mit Harz oder Haftmittel integriert und fixiert werden, um die Trennwand zwischen den geteilten Zellen des Szintillators zu bilden.
Da außerdem die Teilung einer Detektionszelle des existierenden matrixförmigen Photodetektors mindestens etwa 1 mm beträgt, wird die Auflösung der Positionsunterscheidung des Ladungsträgerdetektors maximal etwa 1 mm betragen, wenn die Flächeninhalte der Detektionszelle des Photodetektors und die geteilte Zelle des Szintillators gleich groß ausgelegt sind. Andererseits kann bei dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels durch Erweitern des Lichtwegs mit dem Lichtleiter der Flächeninhalt der geteilten Zelle des Szintillators kleiner als der der Detektionszelle des Photodetektors gemacht werden und die Auflösung der Unterscheidung der Einfallsposition der Signalelektronen kann verbessert werden, wenn die Fläche der geteilten Zelle des Szintillators kleiner gemacht wird. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat die Wirkung, dass die Auflösung der Unterscheidung der Einfallsposition der Signalelektronen verbessert werden kann, indem der Lichtweg mit dem Lichtleiter erweitert wird und der Flächeninhalt der geteilten Zelle des Szintillators kleiner als der der Detektionszelle des Photodetektors gemacht wird.
Viertes Beispiel
5 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem vierten Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat auch eine Struktur, bei der Übersprechen reduziert wird, indem der Szintillator 109 ähnlich wie beim zweiten Beispiel geteilt wird. Bei dem Ladungsträgerdetektor des dritten Beispiels sind die geteilten Zellen der benachbarten Szintillatoren vollständig getrennt, aber bei dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels ist der Szintillator geteilt, indem die Nut 117 in dem Szintillator bereitgestellt ist. Da der Szintillator durch die Nut geteilt ist, kann das Übersprechen verringert werden und der Austrittswinkel α der Signalelektronen aus der Probe kann genauer aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors berechnet werden, wenn die Signalelektronen eintreten.
Wenn die Tiefe der Nut tiefer wird, kann ein Übersprechen verhindert werden, aber das Risiko einer Abtrennung des Szintillators nimmt zu. Unter den Szintillatoren gibt es einen Szintillator (z. B. einen GaN-Szintillator), bei dem eine lichtemittierende Schicht auf einem Basismaterial ausgebildet ist. Bei dem GaN-Szintillator ist eine lichtemittierende Schicht, die Mehrquantentopfschicht (MQW-Schicht) genannt wird, auf einem Basismaterial wie Saphir gebildet. Im Fall der Verwendung eines Szintillators, bei dem eine lichtemittierende Schicht auf einem solchen Basismaterial ausgebildet ist, ist es wünschenswert, eine Nut so bereitzustellen, dass die lichtemittierende Schicht geteilt wird. Da die geteilten Zellen 109b des Szintillators integriert sind, können außerdem der Lichtleiter und der Szintillator leicht ausgerichtet und fixiert werden, indem die Nuten im Voraus so ausgebildet werden, dass sie mit der Teilung der geteilten Blöcke des Lichtleiters zusammenfallen, und der Herstellungsprozess kann vereinfacht werden und die Herstellungskosten werden verringert.
Der Ladungsträgerdetektor gemäß dem vorliegenden Beispiel hat die Wirkung, dass der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann, die. Herstellungskosten reduziert werden können und gemäß einer Struktur zum Teilen des Szintillators mit Nuten die Genauigkeit der Einfallspositionsunterscheidung von Signalelektronen verbessert werden kann.
Zusätzlich treten durch Bilden einer Reflexionsschicht in der Nut 117 Signalelektronen in eine geteilte Zelle eines bestimmten Szintillators ein und werden in Photonen umgewandelt und springen aus einer Seitenfläche der geteilten Zelle, in die die Signalelektronen eingetreten sind, heraus, um in eine benachbarte geteilte Zelle einzutreten, wodurch ein Übersprechen verhindert wird.
Ein Materialbeispiel für die Reflexionsschicht und ein Verfahren zum Bilden derselben sind ähnlich wie bei dem dritten Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor gemäß dem vorliegenden Beispiel hat die Wirkung, dass das Übersprechen verringert werden kann und die Genauigkeit der Unterscheidung der Einfallsposition von Signalelektronen verbessert werden kann, indem die Reflexionsschicht in der Nut 117 des Szintillators ausgebildet wird.
Fünftes Beispiel
6 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem fünften Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels verwendet zusätzlich zu der Struktur des Ladungsträgerdetektors des ersten Beispiels eine sich verjüngende Faseroptikplatte (FOP) 114 als Lichtleiter. Die FOP ist eine optische Komponente, in der feine optische Fasern mit einem Durchmesser von mehreren µm gebündelt sind (z. B. hergestellt von Hamamatsu Photonics K. K., Modell: J5734). Da die Photonen, die in die Faser der Einfallsfläche der FOP eingetreten sind, aus derselben Faser der Austrittsfläche austreten, ohne in die benachbarte Faser einzudringen, können die Photonen zu der Austrittsfläche übertragen werden und dabei die Einfallsposition der Photonen auf der Einfallsfläche gehalten werden.
Bei dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat die FOP eine sich verjüngende Form und der Flächeninhalt der Austrittsfläche und der Faserdurchmesser sind größer als diejenigen der Einfallsfläche. Jedoch bleibt die Tatsache bestehen, dass Photonen übertragen werden können und gleichzeitig die Einfallspositionsinformationen der Photonen auf der Einfallsfläche behalten werden können. Wie es oben beschrieben ist, gibt es einen Versatz in der Einfallsposition von Photonen auf dem Szintillator und die meisten Signalelektronen treten in eine Position nahe der Bahn der Primärelektronen ein, d. h. eine Position, die mehrere mm von der Öffnung 118 entfernt ist, ein, aber der Ladungsträgerdetektors des vorliegenden Beispiels kann die Photonen, die mit hoher Dichte eingetreten sind, zu dem Photodetektor leiten, während die Photonen durch feine optische Fasern der sich verjüngenden FOP gestreut werden, und kann verhindern, dass der Photodetektor in Sättigung geht. Wie es oben beschrieben ist, hat der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels eine Struktur, bei der der Lichtweg durch die sich verjüngende FOP erweitert wird, und hat somit die Wirkung, dass der Photodetektor auch dann nicht in Sättigung geht, wenn die Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht wird, und ein fotografiertes Bild mit korrektem Kontrast erhalten werden kann.
Darüber hinaus wird die Durchlässigkeit der sich verjüngenden FOP (das Verhältnis des aus der anderen Oberfläche austretenden Lichts zu dem aus der einen Oberfläche eintretenden Licht) höher, wenn sich das Licht von der Seite mit dem kleineren Flächeninhalt zu der Seite mit dem größeren Flächeninhalt ausbreitet. Wenn daher wie in der vorliegenden Konfiguration der Flächeninhalt der Austrittsfläche in Bezug auf die Einfallsfläche vergrößert wird, wird nicht nur das Licht dispergiert, sondern auch die Durchlässigkeit erhöht.
Sechstes Beispiel
7 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem sechsten Beispiel. Bei dem Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels werden ein matrixförmiger Photodetektor und ein geteilter Szintillator zusätzlich zur Verwendung der sich verjüngenden FOP 114 für den Lichtleiter ähnlich wie beim vierten Beispiel verwendet. Ähnlich wie bei den Ladungsträgerdetektoren des dritten Beispiels und des vierten Beispiels weist der Ladungsträgerdetektor dieses Beispiels die geteilten Zellen 109b des Szintillators und die Detektionszellen 111c des Photodetektors auf, die einander auf einer Eins-zu-Eins-Basis entsprechen und hat die Funktion eines Positionsunterscheidungsdetektors, der in der Lage ist, den Austrittswinkel der Signalelektronen aus der Probe zu detektieren.
Im Fall der Verwendung eines Lichtleiters, der mehrere geteilte Blöcke aufweist, wie bei den Ladungsträgerdetektoren des dritten Beispiels und des vierten Beispiels, ist es notwendig, alle geteilten Zellen des Szintillators, die geteilten Blöcke des Lichtleiters und die Detektionszellen des Photodetektors mit hoher Genauigkeit auszurichten. Wenn andererseits der Faserdurchmesser der sich verjüngenden FOP mehrere µm beträgt und der Faserdurchmesser der FOP im Vergleich zur Größe der geteilten Zelle des Szintillators oder der Detektionszelle des Photodetektors ausreichend klein ist, werden die geteilten Zellen der Szintillator und die Detektionszellen des Photodetektors jeweils mit hoher Genauigkeit ausgerichtet, und wenn die Vergrößerung (Flächenverhältnis zwischen der Einfallsfläche und der Austrittsfläche) der sich verjüngenden FOP gleich dem Flächenverhältnis zwischen der Detektionsoberfläche 109a des Szintillators und der Detektionsoberfläche 111a des Photodetektors ist, muss die sich verjüngende FOP nicht mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden und der Montageprozess und die Struktur des Detektors können vereinfacht werden.
Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der die sich verjüngende FOP für den Lichtleiter verwendet wird, so dass der Lichtleiter nicht ausgerichtet werden muss, der Herstellungsprozess des Detektors vereinfacht werden kann und die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Siebtes Beispiel
8 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem siebten Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der der Szintillator 109 und die Detektionsoberfläche des Photodetektors 111 an Positionen (senkrecht in der Zeichnung) angeordnet sind, die nicht parallel zueinander sind, und Licht durch den Lichtleiter 110 in der Konfiguration des ersten Beispiels geleitet wird. Der Ladungsträgerdetektor muss so klein wie möglich sein, damit er wie oben beschrieben zwischen der Probe und dem Polstück der letzten Linse installiert werden kann. Der Ladungsträgerdetektor der vorliegenden Ausführungsform hat die Wirkung, dass es nicht immer notwendig ist, den Szintillator 109 und den Photodetektor 111 parallel anzuordnen, indem der Lichtleiter gebogen wird, und der Freiheitsgrad der Form des Ladungsträgerdetektors erhöht wird, und die Wirkung, dass der Ladungsträgerdetektor in einem kleinen Raum zwischen der Objektivlinse und der Probe untergebracht werden kann.
Achtes Beispiel
9 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem achten Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels wird erhalten, indem der Ladungsträgerdetektor des dritten Beispiels in einer Kuppelform ausgebildet wird. Der Szintillator 109 wird durch die Teilungseinheit 113 unterteilt und der Flächeninhalt der Detektionszelle 111c des Photodetektors ist größer als der der geteilten Zelle 109b des Szintillators.
10 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen einer geteilten Zelle eines Szintillators und einer Probe zeigt. In 10 sind die geteilten Zellen des Szintillators parallel zu der Probe angeordnet. Wenn die geteilten Zellen des Szintillators parallel zu der Probe angeordnet sind, wie in den zweiten bis fünften Beispielen, ist die Positionsbeziehung zwischen den geteilten Zellen des Szintillators und der Probe so, wie sie in 10 gezeigt ist. Es sei angenommen, dass ein Raumwinkel, der von dem Signalelektron gezogen wird, das in die geteilte Zelle 111c1 des Szintillators eintritt, der der Bahn der Primärelektronen 102 am nächsten ist, ω1 ist und ein Raumwinkel, der von dem Signalelektron gezogen wird, das in die geteilte Zelle 111c2 des am weitesten entfernten Szintillators eintritt, ω2 ist. Bei der in 10 gezeigten Anordnung, wird der Abstand von der Einfallsposition der Primärelektronen auf der Probe zu der geteilten Zelle des Szintillators länger, da die geteilte Zelle des Szintillators weiter von der Bahn der Primärelektronen 102 entfernt ist, und der Raumwinkel wird auch kleiner. Daher ist ω2 kleiner als ω1 und die Anzahl von Signalelektronen, die in die geteilte Zelle 111c2 des Szintillators eintreten, die am weitesten von der Bahn der Primärelektronen 102 entfernt ist, nimmt ab.
11 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen einer geteilten Zelle eines Szintillators und einer Probe zeigt. In 11 sind die geteilten Zellen des Szintillators parallel zu der Probe angeordnet. Wenn der Szintillator in Bezug auf die Probe wie in dem vorliegenden Beispiel in einer Kuppelform angeordnet ist, ist die Positionsbeziehung zwischen den geteilten Zellen des Szintillators und der Probe so, wie sie in 11 gezeigt ist. In der Anordnung, wie sie in 11 gezeigt ist, wird der Abstand von der Einfallsposition der Primärelektronen auf der Probe zu der geteilten Zelle des Szintillators auch dann gleich sein, wenn sich der Abstand von der Bahn der Primärelektronen 102 zu der geteilten Zelle des Szintillators ändert, und der Raumwinkel wird auch gleich sein. Daher ist ω2 gleich ω1 und die Anzahl von Signalelektronen, die in die geteilte Zelle 111c2 des Szintillators eintreten, die am weitesten von der Bahn der Primärelektronen 102 entfernt ist, nimmt im Vergleich zu dem Fall von 10 zu. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der die geteilten Zellen des Szintillators in einer Kuppelform angeordnet sind, und hat somit die Wirkung, dass die Anzahl von Signalelektronen, die in die geteilten Zellen des Szintillators eintreten, die weit von der Bahn der Primärelektronen entfernt sind, steigt.
12 ist eine schematische Darstellung eines Ladungsträgerdetektors gemäß einem neunten Beispiel. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels umfasst einen Szintillator 109, einen Lichtleiter 110 und einen Photodetektor 111, und mehrere Ladungsträgerdetektoren 108a, bei denen ein Flächeninhalt einer Detektionsoberfläche 111a des Photodetektors größer als der einer Detektionsoberfläche 109a des Szintillators ist, sind in einer Kuppelform an Positionen angeordnet, an denen Signalelektronen 107 fliegen. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Funktion als Positionsunterscheidungsdetektor und da die Ladungsträgerdetektoren 108a vollständig unabhängig voneinander sind, gibt es kein Übersprechen zwischen den Ladungsträgerdetektoren und der Austrittswinkel der Signalelektronen 107 aus der Probe kann genauer aus der Position des Ladungsträgerdetektors detektiert werden, wenn die Signalelektronen eintreten.
Außerdem werden ähnlich wie bei dem achten Beispiel die Abstände von den Einfallspositionen der Primärelektronen auf der Probe zu den Szintillatoren der jeweiligen Ladungsträgerdetektoren gleich, die Raumwinkel, die von den Signalelektronen gezogen werden, die in die Szintillatoren der jeweiligen Ladungsträgerdetektoren eintreten, werden ebenfalls gleich, und die Anzahl von Signalelektronen, die in den Ladungsträgerdetektor eintreten, der am weitesten von der Bahn der Primärelektronen 102 entfernt ist, nimmt zu. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der mehrere Ladungsträgerdetektoren, bei denen ein Flächeninhalt der Detektionsoberfläche des Photodetektors größer ist als der der Detektionsoberfläche des Szintillators, in einer Kuppelform angeordnet sind, und hat somit die Wirkung, dass die Genauigkeit der Unterscheidung der Einfallsposition der Signalelektronen verbessert wird und die Anzahl der Signalelektronen, die weit entfernt von der Bahn der Primärelektronen in den Szintillator des Ladungsträgerdetektor eintreten, zunimmt.
Zehntes Beispiel
13 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einem zehnten Beispiel. Auf der Bahn der aus der Elektronenquelle 101 abgegebenen Primärelektronen 102 sind ein Abtastablenker 103 und eine Objektivlinse 104 bereitgestellt. Die auf der Probentransportbühne 105 angeordnete. Probe 106 wird mit den Primärelektronen 102 bestrahlt und Signalelektroden mit einer kleinen Reflexionstiefe an der Probe und Signalelektronen 107b mit einer großen Reflexionstiefe an der Probe werden von der Probe 106 abgegeben.
Ein E×B-Ablenker 116 ist auf der Objektivlinse 104 angeordnet, um die Signalelektronen gemäß dem Energiebetrag abzulenken. Der Ladungsträgerdetektor 108 mit einer Funktion als Positionsunterscheidungsdetektor, der den geteilten Szintillator 109, den geteilten Lichtleiter 110, den matrixförmigen Photodetektor 111b und die Teilungseinheit 113 umfasst, in der Fortpflanzungsrichtung der abgelenkten reflektierten Elektronen bereitgestellt und eine Signalverarbeitung der detektierten Signalelektronen wird synchron mit einem Abtastsignal durchgeführt, das aus einer Systemsteuereinheit 1001 an den Abtastablenker 103 gesendet wird, so dass ein Beobachtungsbild auf einem Monitor 121 erzeugt wird.
Der E×B-Ablenker 116 ist ein Ablenker, der das Verhalten von Elektronen in einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld nutzt, und hat die Funktion, von oben eintretende Elektronen (Primärelektronen) nicht abzulenken, sondern von unten eintretende Elektronen (Signalelektronen) abzulenken. Unter den Signalelektronen gibt es reflektierte Elektronen, die aus der Probe austreten, nachdem die Primärelektronen in der Probe reflektiert wurden. Reflektierte Elektronen bezeichnen im Allgemeinen Elektronen mit einer Energie von größer oder gleich 50 eV und der Betrag der Energie variiert in Abhängigkeit von der Reflexionstiefe in der Probe. Die Energie der reflektierten Elektronen nimmt mit zunehmender Reflexionstiefe in der Probe ab und mit abnehmender Reflexionstiefe zu. Der Winkel der Ablenkung durch den E×B-Ablenker variiert mit dem Betrag der Energie der Elektronen und die Signalelektronen 107a mit einer kleinen Reflexionstiefe an der Probe haben eine große Energie und werden unter einem kleinen Winkel abgelenkt und die Signalelektronen 107b mit einer großen Reflexionstiefe an der Probe haben eine kleine Energie und werden unter einem großen Winkel abgelenkt.
Ähnlich wie der Positionsunterscheidungsdetektor (z.B. drittes, viertes, sechstes und achtes Beispiel) kann der Ladungsträgerdetektor 108 der Ladungsträgerstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels Signalelektronen aufgrund der Position der Detektionszelle des entsprechenden Photodetektors, die der Einfallsposition der Signalelektronen auf der Detektionsoberfläche des Szintillators entspricht, unterscheiden. Außerdem kann der Positionsunterscheidungsdetektor den Austrittswinkel der Signalelektronen aus der Probe aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors beim Eintreten der Signalelektronen berechnen, aber der Ladungsträgerdetektor der Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels kann ebenso den Ablenkungswinkel der Signalelektronen durch den E×B-Ablenker 116 aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors berechnen. Da der Ablenkwinkel durch den E×B-Ablenker 116 von dem Betrag der Energie der Signalelektronen, d. h. der Reflexionstiefe, abhängt, kann die Reflexionstiefe der Signalelektronen aus dem Ablenkwinkel durch den E×B-Ablenker 116 berechnet werden.
Im Ergebnis kann der Ladungsträgerdetektor der Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels die Signalelektronen für jede Reflexionstiefe aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors beim Eintreten der Signalelektronen detektieren und kann die Reflexionstiefe berechnen. Außerdem kann durch Erzeugen eines Beobachtungsbildes unter Verwendung nur von Signalelektronen mit der gleichen Reflexionstiefe ein Beobachtungsbild in einer bestimmten Tiefe der Probe detektiert werden und ein dreidimensionales Beobachtungsbild der Probe kann durch Erfassen der Beobachtungsbilder in den jeweiligen Tiefen und Stapeln der Beobachtungsbilder in absteigender Reihenfolge der Reflexionstiefe erfasst werden. Die Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der der E×B-Ablenker auf der Objektivlinse angeordnet ist und der Positionsunterscheidungsdetektor in der Fortpflanzungsrichtung der Signalelektronen, die durch den E×B-Ablenker abgelenkt werden, angeordnet ist, und hat somit die Wirkung, dass die Reflexionstiefe der Signalelektronen berechnet werden kann, ein Beobachtungsbild in einer bestimmten Tiefe der Probe erfasst werden kann und ein dreidimensionales Beobachtungsbild der Probe erfasst werden kann.
Elftes Beispiel
14 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsträgervorrichtung gemäß einem elften Beispiel. Die Ladungsträgerstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels hat eine ähnliche Struktur wie die Ladungsträgervorrichtung des zehnten Beispiels, unterscheidet sich jedoch darin, dass mehrere Ladungsträgerdetektoren 108a, bei denen ein Flächeninhalt Detektionsoberfläche 111a des Photodetektors größer als die Detektionsoberfläche 109a des Szintillators ist, in einer Kuppelform in der Fortpflanzungsrichtung der Signalelektronen sind, die durch den ExB-Ablenker 116 abgelenkt werden. Mit dieser Struktur kann die Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels ähnlich wie die Ladungsträgervorrichtung des siebten Beispiels die Reflexionstiefe der Signalelektronen aus der Position der Detektionszelle des Photodetektors beim Eintreten der Signalelektronen berechnen, kann das Beobachtungsbild in einer bestimmten Tiefe der Probe erfassen und kann das dreidimensionale Beobachtungsbild der Probe erfassen.
Ferner wird durch Anordnen der Ladungsträgerdetektoren 108a in Kuppelform auch dann, wenn sich der Abstand von der Bahn der Primärelektronen 102 zu dem Ladungsträgerdetektor 108a ändert, der Abstand von der Ablenkungsposition der Signalelektronen des E×B Ablenker 116 zu dem Szintillator 109 des Ladungsträgerdetektors 108a gleich und die Anzahl von Signalelektronen, die in den Szintillator 109 des Ladungsträgerdetektors 108a am weitesten von der Bahn der Primärelektronen 102 eintreten, nimmt zu. Der Ladungsträgerdetektor des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, in der die Ladungsträgerdetektoren in einer Kuppelform angeordnet sind, und hat somit die Wirkung, dass die Anzahl von Signalelektronen, die in den Szintillator des Ladungsträgerdetektors weit von der Bahn der Primärelektronen entfernt eintreten, steigt.
Da die Ladungsträgerdetektoren 108a der Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels vollständig unabhängig voneinander sind, gibt es außerdem kein Übersprechen zwischen den Ladungsträgerdetektoren, der Ablenkwinkel durch den ExB-Ablenker 116 kann genauer berechnet werden und die Detektionsgenauigkeit der Reflexionstiefe der Signalelektronen kann verbessert werden. Die Ladungsträgervorrichtung des vorliegenden Beispiels hat eine Struktur, bei der mehrere Ladungsträgerdetektoren, bei denen ein Flächeninhalt der Detektionsoberfläche des Photodetektors größer ist als der der Detektionsoberfläche des Szintillators, in einer Kuppelform in der Fortpflanzungsrichtung der Signalelektronen, die durch den E×B-Ablenker abgelenkt werden, angeordnet sind, und hat somit die Wirkung, dass die Detektionsgenauigkeit der Reflexionstiefe der Signalelektronen verbessert wird.
Zwölftes Beispiel
In dem ersten bis zwölften Beispiel wurden der Ladungsträgerstrahldetektor und die Ladungsträgerstrahlvorrichtung beschrieben, aber die Konfiguration des Ladungsträgerdetektors der vorliegenden Erfindung kann auch auf einen Strahlungsdetektor angewendet werden. 15 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Strahlungsdetektionsvorrichtung des zwölften Beispiels und 16 ist eine Darstellung, die den Strahlungsdetektor von 15 zeigt.
Wie es in 15 gezeigt ist, umfasst eine Strahlungsdetektionsvorrichtung 200 eine Röntgenquelle 201, die die Probe 106 auf dem Probentransporttisch 105 mit Röntgenstrahlen (Strahlung) bestrahlt, und einen Röntgendetektor 203 , der die durch die Probe 106 durchgelassenen Röntgenstrahlen detektiert.
Wie es in 16 gezeigt ist, umfasst der Strahlungsdetektor einen Szintillator mit einer Strahlungsdetektionsoberfläche zum Detektieren von Strahlung und zum Umwandeln der detektierten Strahlung in Licht, einen Photodetektor mit einer Lichtdetektionsoberfläche zum Detektieren von Licht, das aus dem Szintillator emittiert wird, und einen Lichtleiter, der zwischen dem Szintillator und dem Photodetektor bereitgestellt ist und eine Konfiguration aufweist, bei der ein Flächeninhalt der Lichtdetektionsoberfläche größer als ein Flächeninhalt der Strahlungsdetektionsoberfläche ist. Bei einer solchen Konfiguration können ähnlich wie bei den Ladungsträgerdetektoren des ersten bis elften Beispiels, die oben beschrieben sind, ein Strahlungsdetektor und eine Strahlungsdetektionsvorrichtung erhalten werden, die ein Beobachtungsbild mit korrektem Kontrast auch dann erhalten, ohne in Sättigung zu gehen, wenn die Intensität der in den Detektor eintretenden Strahlung erhöht wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass die Stromstärke des Primärelektronenstrahls erhöht werden kann.
Die oben beschriebenen Beispiele wurden zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben und sind nicht notwendigerweise auf solche mit allen beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Außerdem kann ein Teil der Konfiguration eines bestimmten Beispiels durch die Konfiguration eines anderen Beispiels ersetzt werden und der Konfiguration eines bestimmten Beispiels kann die Konfiguration eines anderen Beispiels hinzugefügt werden. Außerdem ist es möglich, andere Konfigurationen für einen Teil der Konfiguration jedes Beispiels hinzuzufügen, zu entfernen und zu ersetzen.
Bezugszeichenliste

100a, 100b, 100c: Ladungsträgerstrahlvorrichtung
101: Elektronenquelle
102: Primärelektron
103: Abtastablenker
104: Objektivlinse
105: Probentransportbühne
106: Probe
107: Signalelektron
107a: Signalelektron mit kleiner Reflexionstiefe
107b: Signalelektron mit großer Reflexionstiefe
108a, 108b, 108c, 108d, 108e, 108f, 108g, 108h, 108i: Ladungsträgerdetektor
108a: Ladungsträgerdetektor
109: Szintillator
109a: Detektionsoberfläche des Szintillators
109b: geteilte Zelle des Szintillators
109c: Seitenfläche der geteilten Zelle des Szintillators
110: Lichtleiter
110a: geteilter Block des Lichtleiters
111: Photodetektor
111a: Detektionsoberfläche des Photodetektors
111b: matrixförmiger Photodetektor
111c: Detektionszelle des Photodetektors
112: Licht
113: Teilungseinheit
113a: Trennrahmen

113b: Trennwand
114: sich verjüngende FOP
115: Haftmittel
116: E×B-Ablenker
117: Nut
118: Öffnung
120: Systemsteuereinheit
121: Monitor
130: Ladungsträgerdetektor
w: Abstand von der Einfallsposition des Primärelektrons auf der Probe zu der Einfallsposition des Signalelektrons auf der Detektionsoberfläche des Szintillators
h: Abstand von der Probenoberfläche zu der Detektionsoberfläche des Szintillators
α: Austrittswinkel des Signalelektrons aus der Probe
ω1: Raumwinkel, der durch Signalelektronen aufgespannt wird, die in die geteilte Zelle des Szintillators eintreten, die der Bahn des Primärelektrons am nächsten liegt
ω2: Raumwinkel, der durch Signalelektronen aufgespannt wird, die in die geteilte Zelle des Szintillators eintreten, die am weitesten von der Bahn des Primärelektrons entfernt ist
200: Strahlungsdetektionsvorrichtung
201: Röntgenquelle
202: Röntgenstrahl
203: Röntgendetektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018152232 A [0005]

Claims

Ladungsträgerdetektor, der umfasst: einen Szintillator mit einer Signalelektronendetektionsoberfläche zum Detektieren von Signalelektronen, die austreten, wenn die Probe mit Primärelektronen bestrahlt wird, und zum Umwandeln der Signalelektronen in Licht; einen Photodetektor mit einer Lichtdetektionsoberfläche zum Detektieren von Licht, das aus dem Szintillator emittiert wird; und einen Lichtleiter, der zwischen dem Szintillator und dem Photodetektor bereitgestellt ist, wobei ein Flächeninhalt der Lichtdetektionsoberfläche größer ist als ein Flächeninhalt der Signalelektronendetektionsoberfläche:
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 1, wobei der Lichtleiter und der Photodetektor durch eine Teilungseinheit in mehrere Zellen unterteilt sind.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 1, wobei der Szintillator in mehrere Zellen unterteilt ist.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 3, wobei der Szintillator durch die Teilungseinheit in mehrere Zellen unterteilt ist.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 2 oder 4, wobei eine Reflexionsschicht, die Licht reflektiert, auf einer Oberfläche der Teilungseinheit bereitgestellt ist.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 3, wobei der Szintillator mehrere Nuten aufweist, die in Richtung des Photodetektors bereitgestellt sind.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 6, wobei eine Reflexionsschicht, die Licht reflektiert, auf einer Oberfläche der Nut bereitgestellt ist.
Ladungsträgerdetektor nach Anspruch 5 oder 7, wobei ein Material der Reflexionsschicht Aluminium ist.
Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Lichtleiter mehrere Faseroptikplatten aufweist.
Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Flächenverhältnis zwischen einer Einfallsfläche, die mit dem Szintillator des Lichtleiters verbunden ist, und einer Austrittsfläche, die mit der Lichtdetektionsfläche verbunden ist, gleich einem Flächenverhältnis zwischen der Signalelektronendetektionsoberfläche und der Lichtdetektionsfläche ist.
Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Flächenverhältnis zwischen der Signalelektronendetektionsoberfläche und der Lichtdetektionsoberfläche 1:20 oder weniger beträgt.
Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei Querschnittsformen des Szintillators, des Photodetektors und des Lichtleiters Fächerformen sind.
Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Photodetektor senkrecht zu dem Szintillator angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst: den Ladungsträgerdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13; eine Steuereinheit, die ein Abtasten der Primärelektronen steuert; und eine Anzeigeeinheit, die die Signalelektronen verarbeitet und ein Bild der Probe anzeigt.
Strahlungsdetektor, der umfasst: einen Szintillator mit einer Strahlungsdetektionsoberfläche zum Detektieren von Strahlung und zum Umwandeln eines Strahlungssignals in Licht; einen Photodetektor mit einer Lichtdetektionsoberfläche zum Detektieren von Licht, das aus dem Szintillator emittiert wird; und einen Lichtleiter, der zwischen dem Szintillator und dem Photodetektor bereitgestellt ist, wobei ein Flächeninhalt der Lichtdetektionsoberfläche größer ist als ein Flächeninhalt der Strahlungsdetektionsoberfläche.
Strahlungsvorrichtung, die umfasst: den Strahlungsdetektor nach Anspruch 15; eine Strahlungsquelle, die eine Probe mit Strahlung bestrahlt; und eine Anzeigeeinheit, die ein aus dem Strahlungsdetektor erhaltenes Signal verarbeitet und ein Bild der Probe anzeigt.