DE112020007005T5

DE112020007005T5 - Vorrichtung zum nachweis von geladene teilchen oder strahlung

Info

Publication number: DE112020007005T5
Application number: DE112020007005.0T
Authority: DE
Inventors: Laila Ambar Sari; Shin Imamura; Takamu Iwanaka; Yoshifumi Sekiguchi
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2021255853A1; JPWO2021255853A1; US20230266485A1

Abstract

Eine Erfassungsvorrichtung 108, 108a, 108b, 108c, 108d, 108e, 108f, 108g für geladene Partikel oder eine Strahlungserfassungsvorrichtung 203 erfasst geladene Teilchen oder Strahlung als Erfassungsziel. Diese Erfassungsvorrichtungen sind jeweils versehen mit: einem Szintillator 109, der mit einer fluoreszierenden Schicht 109a versehen ist, die das Erfassungsziel in Licht 112 umwandelt; einem Lichtdetektor 111, 111b, der das vom Szintillator 109 emittierte Licht 112 erfasst; einem Lichtleiter 110, 117, der zwischen dem Szintillator 109 und dem Lichtdetektor 111, 111b vorgesehen ist; und einem Blockierteil 113, 114, der einen Teil des auf den Szintillator 109 auftreffenden Erfassungsziels oder des vom Szintillator 109 emittierten Lichts blockiert.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Erfassungsvorrichtung, die geladene Teilchen oder Strahlung als Erfassungsziele erfasst.
Stand der Technik
Erfassungsvorrichtungen dienen der Umwandlung von Teilchensignalen, wie Elektronen und Ionen, oder Strahlungssignalen, wie Röntgen- und Gammastrahlen, in Spannungssignale, Stromsignale oder dergleichen. Handelt es sich bei dem Erfassungsziel um geladene Teilchen, wird die Erfassungsvorrichtung als Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen bezeichnet, und handelt es sich bei dem Erfassungsziel um Strahlung, wird die Erfassungsvorrichtung als Strahlungs-Erfassungsvorrichtung bezeichnet.
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) ist beispielsweise ein Gerät mit geladenen Teilchen, das Strahlen geladener Teilchen wie Elektronenstrahlen verwendet. In einem solchen Gerät für geladene Teilchen sind geladene Teilchen wie Elektronen das zu erfassende Ziel, und eine Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen ist unerlässlich.
Das REM bestrahlt eine zu beobachtende Probe mit einem von einer Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahl, und entsprechend werden die von der Probe emittierten Elektronen von einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen erfasst. Eine Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gibt einen Strom aus, der der Menge der nachgewiesenen Elektronen entspricht. Durch zweidimensionale Darstellung des Verhältnisses zwischen der Strommenge und der Position der Elektronenbestrahlung auf der Probe wird ein REM-Bild erzeugt.
Viele dieser Erfassungsvorrichtungen für geladene Teilchen umfassen einen Szintillator, der die erfassten Elektronen in Photonen umwandelt, einen Lichtleiter, der das vom Szintillator emittierte Licht an einen Lichtdetektor liefert, und den Lichtdetektor, der die Photonen vom Szintillator erfasst und die Photonen in Strom umwandelt. Als Lichtdetektor wird eine Photomultiplier-Röhre (PMT), ein Multi-Pixel-Photonenzähler (MPPC) oder ähnliches verwendet.
Außerdem hat die Strahlungs-Erfassungsvorrichtung die gleiche Konfiguration, unterscheidet sich aber nur durch die Art des Szintillators. Das heißt, in einer Strahlungs-Erfassungsvorrichtung wandelt ein Szintillator erfasste Strahlung in Licht einer Wellenlänge um, die von einem Lichtdetektor erfasst werden kann.
JP-A-2014-32029 (PTL 1) offenbart am Beispiel eines Szintillators eine Technologie zur Erhöhung der Lichtausbeute.
Liste der Fundstellen
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-2014-32029
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die verwandter Technik hat jedoch ein Problem, dass Nebensprechen in der Erfassungsvorrichtung auftreten kann.
Nebensprechen bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem die Positionen, an denen geladene Teilchen oder Strahlung, die Erfassungsziele sind, auf einen Szintillator treffen, nicht genau den Positionen entsprechen, an denen Licht auf einen Lichtdetektor trifft.
So wird beispielsweise davon ausgegangen, dass ein bestimmtes Pixel im Mikroskopbild einer bestimmten Region des Szintillators und einer bestimmten Region des Lichtdetektors entspricht. In einem Fall, in dem geladene Teilchen nur auf eine Region eines Szintillators treffen, breitet sich der Bereich des Lichts aus, wenn sich das Licht in dem Szintillator oder Lichtleitern ausbreitet, und der Lichtdetektor kann das Licht in einer Vielzahl von Regionen erfassen. Dies ist ein Beispiel für ein Nebensprechen.
Bei Nebensprechen verschlechtert sich zum Beispiel die Genauigkeit des Mikroskopbildes.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um solche Probleme zu lösen, und ein Ziel davon ist es, Nebensprechen in einer Erfassungsvorrichtung zu reduzieren, die geladene Teilchen oder Strahlung als Erfassungsziele erfasst.
Lösung des Problems
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Erfassungsvorrichtung vorgesehen, die geladene Teilchen oder Strahlung als Erfassungsziele erfasst, einschließlich: eines Szintillators mit einer fluoreszierenden Schicht, die das Erfassungsziel in Licht umwandelt; eines Lichtdetektors, der vom Szintillator emittiertes Licht erfasst; eines Lichtleiters, der zwischen dem Szintillator und dem Lichtdetektor vorgesehen ist; und einer Abschirmeinheit, die mindestens eines des Erfassungsziels, das auf den Szintillator auftrifftn, und des vom Szintillator emittierte Lichts teilweise abschirmt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die Erfassungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann Nebensprechen reduzieren.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß Beispiel 1.
[2A] 2A ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen aus 1.
[2B] 2B ist ein Diagramm, das schematisch die Beziehung zwischen einer Dicke und der Lichtdurchlässigkeit einer Abschirmeinheit zeigt.
[3A] 3A ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2.
[3B] 3B ist eine schematische Darstellung eines Lichtdetektors der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen von 3A.
[3C] 3C ist eine schematische Darstellung der Abschirmeinheit der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen von 3A.
[3D] 3D ist eine schematische Darstellung eines m odifikationsbeispiels der Abschirmeinheit.
[3E] 3E ist ein Diagramm zur Erläuterung der Abmessungen der Abschirmeinheit.
[3F] 3F ist ein Diagramm, das schematisch eine Beziehung zwischen einer Abschirmbreite der Abschirmeinheit und einem Nebensprechenbetrag zeigt.
[3G] 3G ist ein Diagramm, das schematisch eine Beziehung zwischen der Abschirmbreite der Abschirmeinheit und einem Wirkungsgrad der Lichtemission zeigt.
[3H] 3H ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2.
[3I] 3I ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2.
[3J] 3J ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2.
[3K] 3K ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2.
[4] 4 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen nach Beispiel 3.
[5] 5 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen nach Beispiel 4.
[6] 6 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen nach Beispiel 5.
[7] 7 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen nach Beispiel 6.
[8] 8 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen nach Beispiel 7.
[9] 9 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß Beispiel 8.
[10] 10 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungsvorrichtung nach Beispiel 9.
[11] 11 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungs-Erfassungsvorrichtung aus 10.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Darüber hinaus können in allen Zeichnungen zur Beschreibung der Beispiele dieselben Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet werden, und die wiederholte Beschreibung derselben kann weggelassen werden.
Eine Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen, die geladene Teilchen als Erfassungsziele erfasst, wird im Folgenden als Beispiel beschrieben. Durch eine entsprechende Änderung der Konfiguration in Bezug auf den Szintillator (z. B. die Art des Szintillators) ist es jedoch möglich, in ähnlicher Weise eine Strahlungs-Erfassungsvorrichtung zu konfigurieren, die Strahlung als Erfassungsziel erfasst.
Die geladenen Teilchen sind in den folgenden Beispielen Elektronen, können aber auch Positronen, Protonen, Alphastrahlen, andere Ionen und Ähnliches sein. Zu den Strahlungen gehören auch elektromagnetische Wellen (einschließlich Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und dergleichen), Neutronenstrahlen, Myonen und dergleichen.
Beispiel 1
1 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 100a gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Im Beispiel 1 ist die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung als SEM ausgebildet. Primäerelektronen 102 werden aus einer Elektronenquelle 101 entnommen. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 100a hat einen Abtastablenker 103 und eine Objektivlinse 104. Der Abtastablenker 103 und die Objektivlinse 104 sind auf der Trajektorie der Primäerelektronen 102 angeordnet.
Die Primäerelektronen 102 bestrahlen eine auf einer Probentransportstufe 105 angeordnete Probe 106. Von der Probe 106 werden Signalelektronen 107 emittiert. Mit den Signalelektronen 107 sind hier die aus der Probe emittierten Elektronen gemeint, darunter Sekundärelektronen, die direkt von den Primäerelektronen angeregt und ins Vakuum emittiert werden, und rückgestreute Elektronen, bei denen die Primäerelektronen in der Probe mehrfach gestreut und wieder ins Vakuum emittiert werden.
Unter der Objektivlinse 104 ist eine Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen zur Erfassung von Signalelektronen vorgesehen. In der Mitte der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen ist ein Mittenöffnungsbereich 118 vorgesehen, durch den die Primäerelektronen 102 hindurchgehen. Die von der Elektronenquelle 101 emittierten Primäerelektronen 102 werden von der Objektivlinse 104 gesteuert und auf die Probe 106 fokussiert, um den Strahldurchmesser zu minimieren.
Der Abtastablenker 103 wird von einer Systemsteuerungseinheit 120 gesteuert und lenkt die Primäerelektronen 102 so ab, dass die Primäerelektronen 102 eine definierten Region der Probe 106 abtasten. Die Signalelektronen 107 werden von der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen erfasst. Durch Signalverarbeitung der erfassten Signalelektronen 107 in Synchronisation mit dem von der Systemsteuerungseinheit 120 an den Abtastablenker 103 gesendeten Abtastsignal wird ein REM-Bild auf einem Monitor 121 erzeugt.
2 ist eine schematische Darstellung der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen aus 1. Die Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen hat die folgende Konfiguration:

- einen Szintillator 109 mit einer fluoreszierenden Schicht 109a, der die Signalelektronen 107, die Erfassungsziele sind, in Licht 112 umwandelt;
- einen Lichtdetektor 111 zum Erfassen des vom Szintillator 109 ausgestrahlten Lichts 112; und
- einen Lichtleiter 110, der zwischen dem Szintillator 109 und dem Lichtdetektor 111 vorgesehen ist.

Der Szintillator 109 umfasst die fluoreszierende Schicht 109a, eine Kollodiumschicht 109b und eine Reflexionsschicht 109c. Eine Abschirmeinheit 113 ist in Kontakt mit dem Szintillator 109 vorgesehen (im Beispiel von 2 in den Szintillator 109 eingebettet). Die Abschirmeinheit 113 kann als eine Schicht (Abschirmschicht) ausgebildet sein. Alternativ kann die Abschirmeinheit 113 auch als schwarze Matrix ausgebildet sein.
Der Szintillator 109 hat eine Oberfläche, auf die die Signalelektronen 107 auftreffen (Einfallsoberfläche 109d) und eine Oberfläche, von der Licht abgestrahlt wird (Emissionsoberfläche). Die Emissionsoberfläche des Szintillators 109 kommt mit der Einfallsoberfläche des Lichtleiters 110 in Berührung.
Im vorliegenden Beispiel ist die Abschirmeinheit 113 zwischen dem Szintillator 109 und dem Lichtleiter 110 angeordnet. Insbesondere ist die Abschirmeinheit 113 auf der Emissionsoberfläche des Szintillators 109 (d.h. der Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 109a, die mit dem Lichtleiter 110 in Kontakt kommt) vorgesehen. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, durch Fluoreszenz verursachtes Licht wirksam abzuschirmen.
Wenn die Abschirmeinheit 113 z. B. aus Metall oder Kunststoff besteht, ist die Herstellung einfach, und der Transmissionsgrad kann gesenkt werden.
Die Abschirmeinheit 113 kann aus einem reflektierenden oder absorbierenden Material hergestellt sein. Als Beispiele für reflektierende oder absorbierende Materialien können mindestens eines von Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Zinnoxid, Zirkon, Eisenoxid, Zinkoxid, Nioboxid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Aluminiumnitrat, Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid, Bariumtitanat und Diamant verwendet werden. Die Verwendung solcher Materialien erleichtert die Herstellung und kann die Durchlässigkeit verringern.
Die Abschirmeinheit 113 kann so konfiguriert werden, dass sie eine Lichtreflexionsschicht enthält, und zum Beispiel kann die gesamte Abschirmeinheit 113 mit der Lichtreflexionsschicht konfiguriert werden. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Lichtdurchlässigkleit zu reduzieren. Wenn die Lichtreflexionsschicht aus Aluminium gefertigt ist, ist die Lichtreflexionsschicht leicht und einfach zu fertigen.
Außerdem kann die Abschirmeinheit 113 z.B. aus einer metallischen Dünnschicht aus Chrom gebildet werden. Darüber hinaus kann die Abschirmeinheit 113 zum Beispiel aus einer Legierung gebildet werden. Die Legierung kann aus zwei oder mehr der Elemente Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor, Schwefel, Aluminium, Yttrium, Nickel und Eisen bestehen. Alternativ kann die Abschirmeinheit 113 auch aus einem Polymer gebildet werden. Dem Polymer können auch Metallteilchen beigemischt werden. Metallpartikel sind zum Beispiel Aluminium, Zink, Kupfer, Eisen, Silber, Gold oder Nickel. Die Metallpartikel können an unterschiedlichen Positionen im Polymer angeordnet sein. Ferner kann die Abschirmeinheit 113 alternativ mit Hilfe einer Metalldünnschicht gebildet werden. Metallische Dünnschichten können z.B. aus Chrom, Aluminium, Gold, Silber, Wolfram und ähnlichem bestehen. Alternativ kann die Abschirmeinheit 113 auch aus einem lichtempfindlichen, rußhaltigen Kunststoff hergestellt werden. Alternativ kann die Abschirmeinheit 113 auch aus einem organischen Material (z. B. organischem Kunststoff) hergestellt werden.
Die Abschirmeinheit 113 schirmt zumindest eines der auf den Szintillator 109 einfallenden Signalelektronen 107 und das vom Szintillator 109 emittierte Licht 112 teilweise ab. Im vorliegenden Beispiel schirmt die Abschirmeinheit 113 einen Teil des Lichts 112 ab, aber in einer anderen Ausführungsform, die später beschrieben wird, schirmt die Abschirmeinheit 113 einen Teil der Signalelektronen 107 ab. Beide können abgeschirmt sein.
Im vorliegenden Beispiel wird die fluoreszierende Schicht 109a aus einem anorganischen Pulverfluoreszenzmaterial hergestellt. Der mittlere Durchmesser des Pulverfluoreszenzmaterials liegt z. B. im Bereich von 1 µm bis 50 µm. Aus dem Pulverfluoreszenzmaterial mit einem Durchmesser innerhalb dieses Bereichs kann eine gute Fluoreszenzdünnschicht gebildet werden. Insbesondere kann eine gute Auflösung durch die Verwendung eines Pulverfluoreszenzmaterials mit einem Durchmesser von 10 µm oder weniger erreicht werden. Das Pulverfluoreszenzmaterial umfasst zum Beispiel eine der folgenden Substanzen:

- P47(Y₂ SiO₅ :Ce);
- YAG oder GGAG((Y,Gd)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce,(Y,Gd)₃(Al,Ga)₅ O₁₂:Tb);
- YAP(YAlO₃:Ce); und
- GOS (Gd₂ O₂ S: Pr, Gd₂ O₂ S: Ce, Gd₂ O₂ S: Tb) .

Durch die Verwendung eines solchen Pulverfluoreszenzmaterials kann die fluoreszierende Schicht 109a mit einer entsprechenden Emissionsintensität entsprechend den Abmessungen (z. B. Dicke) des Szintillators 109 konfiguriert werden.
Das Pulverfluoreszenzmaterial kann durch ein Sedimentationsbeschichtungsverfahren, ein Zentrifugalbeschichtungsverfahren, ein Druckverfahren oder Ähnliches hergestellt werden.
Eine Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 109a (die Oberfläche, die die Emissionsoberfläche des Szintillators 109 bildet) ist so angeordnet, dass sie in Kontakt mit der Einfallsoberfläche des Lichtleiters 110 steht. Ein dünner Film der Kollodiumschicht 109b wird in Kontakt mit der anderen Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 109a gebildet, und ein dünner Film der Reflexionsschicht 109c wird auf ihr gebildet. Die Reflexionsschicht 109c reflektiert Licht und erhöht den Anteil der in der fluoreszierenden Schicht 109a erzeugten Photonen, die auf die Lichtleiter 110 auftreffen.
Die Kollodiumschicht 109b ist z.B. eine Kunststoffschicht. Durch das Bereitstellen der Kollodiumschicht 109b können die Unebenheiten der fluoreszierenden Schicht 109a geglättet oder abgeflacht werden. Die Kunststoffschicht kann Nitrocellulose enthalten. Mit einer solchen Konfiguration kann die Kunststoffschicht dünn ausgebildet werden. Die Nitrocellulose kann in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Ethylacetat) enthalten sein.
Die Reflexionsschicht 109c besteht z. B. aus Aluminium und hat eine Dicke von z. B. 700 bis 1000 Angström. Die Reflexionsschicht 109c kann durch Aufdampfen von reinem Aluminium auf die Kollodiumschicht abgeschieden werden.
Wenn die Signalelektronen 107 in dem Szintillator 109 in Photonen umgewandelt werden, kommt es zu Streuungen innerhalb der fluoreszierenden Schicht 109a. Daher entsprechen die Positionen, an denen die Signalelektronen 107 auf den Szintillator 109 auftreffen, nicht genau den Positionen, an denen das Licht auf den Lichtdetektor 111 auftrifft. In der Konfiguration von verwandter Technik führt dies zu Nebensprechen.
In der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 reduziert die Abschirmeinheit 113 dagegen das Nebensprechen. Das heißt, die Abschirmeinheit 113 unterteilt die Regionen, aus denen Licht vom Szintillator 109 emittiert werden kann, und trennt diese Regionen voneinander ab. Daher fallen das von den Signalelektronen 107 erzeugte Licht, das auf eine Region fällt, und das von den Signalelektronen 107 erzeugte Licht, das auf eine andere Region fällt, nicht auf dieselbe Stelle des Lichtdetektors 111. Entsprechend wird das Nebensprechen reduziert.
Die Abschirmeinheit 113 kann an einer Stelle angeordnet werden, an der das Nebensprechen reduziert werden soll, und es kann eine beliebige spezifische Form gestaltet werden. Wenn die mehreren Regionen, aus denen Licht vom Szintillator 109 emittiert werden kann, vollständig voneinander getrennt sind, kann das Nebensprechen zwischen den Regionen weiter reduziert werden, aber es ist nicht notwendig, eine solche Konfiguration zu haben (das heißt, die mehreren Regionen können teilweise aneinander angrenzen).
Die Lichtdurchlässigkleit der Abschirmeinheit 113 kann von Fachleuten entsprechend ausgelegt werden, aber wenn die Lichtdurchlässigkleit auf gleich oder weniger als 60 % eingestellt wird, kann das Nebensprechen entsprechend reduziert werden. Wie in 2B gezeigt, kann z. B. durch Verwendung einer Chromdünnschicht mit einer Dicke von 10 nm oder mehr die Lichtdurchlässigkeit der Abschirmeinheit 113 auf 60 % oder weniger eingestellt werden. Entsprechend wird das Nebensprechen reduziert.
Der Lichtleiter 110 hat eine Oberfläche, auf die das vom Szintillator 109 emittierte Licht auftrifft (Einfallsoberfläche), und eine Oberfläche, von der das Licht abgestrahlt wird (Emissionsoberfläche). Wie in 2 dargestellt, ist die Fläche der Emissionsoberfläche des Lichtleiters 110 größer als die Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtleiters 110. Daher wird der optische Pfad durch den Lichtleiter 110 verbreitert.
Es wird jetzt die Sättigung eines Lichtdetektors beschrieben, die in einem SEM oder dergleichen verwandter Technik auftritt. In SEMs und dergleichen besteht die Forderung, den Strom des Primäerelektronenstrahls zu erhöhen, um die Auflösung zu verbessern. Mit der Erhöhung des Stroms nimmt auch die Anzahl der Photonen zu, die vom Szintillator auf den Lichtdetektor einfallen. Wenn jedoch die Dichte der einfallenden Photonen in Bezug auf die Fläche der Erfassungsoberfläche zunimmt, gerät der Lichtdetektor in die Sättigung und kann die Anzahl der einfallenden Photonen nicht mehr genau zählen.
Bei einem MPPC (z. B. Modell: S13360-6025CS von Hamamatsu Photonics K.K.) ist eine quadratische Erfassungsoberfläche mit einer Seitenlänge von mehreren mm mit feinen quadratischen Erfassungspixeln mit einer Seitenlänge von mehreren zehn um bedeckt. Wenn ein Photon auf jedes Erfassungspixel auftrifft, wird für jedes Pixel ein elektrisches Signal erzeugt, und die elektrischen Signale jedes Pixels stehen für die Erfassung eines Photons. Wenn die Dichte der einfallenden Photonen zunimmt und mehrere Photonen gleichzeitig auf ein Erfassungspixel einfallen, bricht die proportionale Beziehung zwischen der Anzahl der einfallenden Photonen und dem Ausgangsstrom zusammen, und es wird unmöglich, ein genaues fotografiertes Bild zu erhalten. Das heißt, wenn der Strom des Primäerelektron-Strahls groß wird, kann der Lichtdetektor gesättigt sein.
Wie oben beschrieben, bricht im Allgemeinen die proportionale Beziehung zwischen der Menge der einfallenden Photonen und dem Ausgangsstrom zusammen , wenn die Dichte der einfallenden Photonen in einem Lichtdetektor zunimmt, und die Anzahl der einfallenden Photonen kann nicht genau gezählt werden. In diesem Fall kann kein genaues fotografisches Bild erhalten werden. Wenn beispielsweise der Strom des Primäerelektronenstrahls zunimmt, steigt die Anzahl der Photonen, die auf die Einfallsoberfläche (Erfassungsoberfläche 111a) des Lichtdetektors 111, insbesondere an einer Position in der Nähe des Mittenöffnungsbereichs 118, auftreffen, und die Signalintensität, die den Primäerelektronen 102 entspricht, die in der Nähe des Mittenöffnungsbereichs 118 auftreffen, geht in die Sättigung.
Bei der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 hingegen erweitert der Lichtleiter 110 den Strahlengang, so dass das vom Szintillator 109 emittierte Licht gestreut und die Dichte der auf den Lichtdetektor 111 auftreffenden Photonen verringert wird. Daher wird der Lichtdetektor 111 nicht gesättigt, selbst wenn der Strom des Primäerelektronstrahls zunimmt, und es kann ein kontrastreicheres fotografiertes Bild erzielt werden.
Außerdem ist die Auflösung eines allgemeinen Szintillators kleiner als 1 mm, aber die Auflösung eines allgemeinen Lichtdetektors ist mindestens ungefähr 1 mm, und die Auflösung des Szintillators kann nicht effektiv genutzt werden, wenn diese einfach angeschlossen sind. Andererseits kann in der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 das Licht vom Szintillator 109 durch den Lichtleiter 110 aufgeweitet und auf den Lichtdetektor 111 fallen gelassen werden, und somit kann die hohe Auflösung des Szintillators 109 effektiv genutzt werden.
Ferner ist im vorliegenden Beispiel das Flächenverhältnis zwischen der Einfallsoberfläche des Szintillators 109 und der Einfallsoberfläche des Lichtdetektors 111 gleich dem Flächenverhältnis zwischen der Einfallsoberfläche des Lichtleiters 110 und der Emissionsoberfläche des Lichtleiters 110. Insbesondere sind die Fläche der Einfallsoberfläche des Szintillators 109 und die Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtleiters 110 einander gleich, und die Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtdetektors 111 und die Fläche der Emissionsoberfläche des Lichtleiters 110 sind einander gleich. Bei einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Raum effizient zu nutzen, indem die Abmessungen der einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt werden.
Die Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtdetektors 111 ist vorzugsweise gleich oder kleiner als das 20-fache der Fläche der Einfallsoberfläche des Szintillators 109. Wenn die Fläche das 20-fache übersteigt, wird der Herstellungsprozess kompliziert und die Effizienz sinkt.
Um so viele Signalelektronen 107 wie möglich zu erhalten, ist es wünschenswert, den Mittenöffnungsbereich 118 so klein wie möglich zu machen, ohne die Flugbahn der Primäerelektronen 102 zu beeinträchtigen. Daher ist es, wie in 2 gezeigt, wünschenswert, die Erfassungsoberfläche 111a des Lichtdetektors von der Einfallsoberfläche 109d des Szintillators aus in radialer Richtung nach außen zu erweitern, anstatt in radialer Richtung nach innen (in Richtung des Mittenöffnungsbereichs 118). Entsprechend einer solchen Konfiguration können viele Signalelektronen 107 erfasst werden.
Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, dass der Transmissionsgrad des Lichtleiters 110 (Verhältnis des von einer Oberfläche emittierten Lichts zum von der anderen Oberfläche einfallenden Licht) in Abhängigkeit von der Lichtausbreitungsrichtung variiert. Insbesondere ist der Transmissionsgrad höher, wenn sich das Licht von einer Oberfläche mit einer kleineren Fläche zu einer Oberfläche mit einer größeren Fläche ausbreitet (entsprechend dem vorliegenden Beispiel), als umgekehrt. Daher kann in einem Fall, in dem die Fläche der Emissionsoberfläche größer ist als die der Einfallsoberfläche, wie in dieser Konfiguration, nicht nur die Sättigung des Lichtdetektors 111 vermieden werden, sondern auch der Transmissionsgrad wird erhöht.
In 2 hat der Lichtleiter 110 eine Form, bei der die Querschnittsfläche von der Einfallsoberfläche zur Emissionsoberfläche monoton zunimmt, aber die Form des Lichtleiters 110 ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Form so beschaffen sein, dass die Querschnittsfläche bis zu einer bestimmten Position von der Einfallsoberfläche zur Emissionsoberfläche hin abnimmt, und die Querschnittsfläche jenseits dieser Position zunimmt.
Beispiel 2
3A ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2. 3B ist eine schematische Darstellung des Lichtdetektors 111b der Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen aus 3A, und ist eine Darstellung der Einfallsoberfläche von der Probe-Seite in Richtung der optischen Achse gesehen.
Die Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels verwendet anstelle des Lichtdetektors 111 des Beispiels 1 einen array-artigen Lichtdetektor 111b, der aus einer Vielzahl von Erfassungszellen 111c besteht.
In Beispiel 2 besteht der Lichtleiter 110 außerdem aus einer Vielzahl von geteilten Blöcken 110a. Die geteilten Blöcke 110a werden als separate Elemente hergestellt und so angeordnet, dass sie den Lichtleiter 110 bilden. Daher besteht eine diskontinuierliche Oberfläche an der Grenze jedes geteilten Blocks 110a, und die Ausbreitung von Licht über den geteilten Block 110a hinaus wird unterdrückt. Entsprechend wird das Nebensprechen weiter reduziert.
Wie in 3B gezeigt, werden im vorliegenden Beispiel beispielsweise acht arraya-rtige Lichtdetektoren 111b (z. B. Modell: S13615-1025N-04, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) zur Bildung eines Lichtdetektors angeordnet sind. Die Lichtdetektoren 111b enthalten jeweils 16 (4 × 4) Kanäle von Erfassungszellen 111c. Als Modifikationsbeispiel kann der Lichtdetektor 111b ein array-artiger Lichtdetektor sein (z. B. Modell: S13615-1025N-08, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) sein, der aus 64 (8 × 8) Kanälen von Erfassungszellen besteht.
Die geteilten Blöcke 110a des Lichtleiters 110 stehen in eins-zu-eins-Entsprechung mit den Erfassungszellen 111c des array-artigen Lichtdetektors. Infolgedessen treffen fast alle Photonen, die auf einen bestimmten geteilten Block 110a einfallen, auf die Erfassungszelle 111c, die dem geteilten Block 110a entspricht, und das Nebensprechen wird weiter reduziert.
Die auf die Einfallsoberfläche 109d des Szintillators 109 einfallenden Signalelektronen 107 werden in Photonen umgewandelt. Die Photonen treffen auf den geteilten Block 110a unmittelbar oberhalb der Einfallsposition des Szintillators 109 und werden durch den geteilten Block 110a geleitet. Danach treffen die Photonen auf die Erfassungszelle 111c des Lichtdetektors 111b, die dem geteilten Block 110a entspricht.
Der Abstand in radialer Richtung von der Stelle, an der die Primäerelektronen 102 auf die Probe 106 treffen, bis zu der Stelle, an der die Signalelektronen 107 auf die Einfallsoberfläche 109d des Szintillators treffen, wird auf w gesetzt. Der Abstand in axialer Richtung von der Oberfläche der Probe 106 zur Einfallsoberfläche 109d des Szintillators wird auf h gesetzt. Der Emissionswinkel der Signalelektronen 107 von der Probe wird auf α gesetzt. In einem Fall, in dem der Lichtdetektor 111b die Signalelektronen 107 erfasst, kann w aus der Position der Erfassungszelle 111c berechnet oder geschätzt werden. Da h ein bekannter Wert ist, kann außerdem der Emissionswinkel α der Signalelektronen 107 aus w und h berechnet werden.
Da die Richtung, in die die Signalelektronen emittiert werden, je nach Material und Form der Probe unterschiedlich ist, können Informationen über das Material und die Form der Probe durch Erfassen des Emissionswinkels α der Signalelektronen 107 von der Probe gewonnen werden.
Auf diese Weise wird eine Erfassungsvorrichtung, die in der Lage ist, die Einfallsposition der Signalelektronen 107 mit hoher Genauigkeit zu erfassen, in der vorliegenden Beschreibung insbesondere als Positionsunterscheidungs-Erfassungsvorrichtung bezeichnet. Die Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2 ist ein Beispiel für eine Positionsunterscheidungs-Erfassungsvorrichtung. Darüber hinaus kann die Einfallsposition der Signalelektronen 107 zwar auch mit der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 in gewissem Umfang festgelegt werden, die Positionserfassungsgenauigkeit ist jedoch bei der Positionsunterscheidungs-Erfassungsvorrichtung höher.
Die Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen gemäß dem vorliegenden Beispiel hat die oben beschriebene Konfiguration, und dementsprechend kann die Einfallsposition der Signalelektronen auf der Erfassungsoberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Durch die Unterscheidung der Einfallsposition mit hoher Genauigkeit kann der Emissionswinkel der Signalelektronen von der Probe berechnet werden, und es können detaillierte Informationen über das Material und die Form der Probe erhalten werden.
3C ist eine schematische Darstellung der Abschirmeinheit 113 der Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen aus 3A, und ist eine Darstellung von der Probe-Seite in Richtung der optischen Achse gesehen. Die Abschirmeinheit 113 ist so konfiguriert, dass sie die Einfallsoberfläche, den Querschnitt oder die Emissionsoberfläche (im vorliegenden Beispiel die Emissionsoberfläche) des Szintillators 109 in eine Vielzahl von offenen Regionen 113c unterteilt.
Im Beispiel von 3C sind die offenen Regionen 113c quadratisch und in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet, mit Ausnahme des Bereichs, der dem Mittenöffnungsbereich 118 entspricht. Eine solche Konfiguration ist vorteilhaft, um die Einfallspositionen der Signalelektronen 107 in einer zweidimensionalen Arrayform festzulegen.
Die offenen Regionen 113c sind durch die Abschirmeinheiten 113 voneinander getrennt, und das von den Signalelektronen 107 erzeugte Licht, das auf eine offene Region 113c fällt, und das von den Signalelektronen 107 erzeugte Licht, das auf eine andere offene Region 113c fällt, fallen nicht auf dieselbe Stelle des Lichtdetektors 111. Entsprechend wird das Nebensprechen reduziert.
Die offene Region 113c der Abschirmeinheit 113, der geteilte Block 110a des Lichtleiters 110 und die Erfassungszelle 111c des Lichtdetektors 111b sind so angeordnet, dass sie einander entsprechen. Daher breitet sich fast das gesamte Licht, das eine bestimmte offene Region 113c durchlaufen hat, durch den geteilten Block 110a aus, der dieser offenen Region 113c entspricht, und fast das gesamte Licht fällt auf die Erfassungszelle 111c, die dieser offenen Region 113c entspricht. Dementsprechend wird das Nebensprechen reduziert.
3D ist eine schematische Darstellung eines Modifikationsbeispiels der Abschirmeinheit 113. In radialer Richtung und in Umfangsrichtung ist eine Mehrzahl von offenen Regionen 113c angeordnet. Eine solche Konfiguration ist vorzugsweise zur Festlegung der Einfallsposition der Signalelektronen 107 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vorgesehen. Vorzugsweise wird die Konfiguration des Szintillators 109, die Konfiguration der geteilten Blöcke 110a des Lichtleiters 110 und die Konfiguration des Lichtdetektors 111b entsprechend der Konfiguration der Abschirmeinheit 113 geändert.
Die Abmessungen der Abschirmeinheit 113 werden unter Bezugnahme auf 3E beschrieben. Eine Abschirmbreite d der Abschirmeinheit 113 liegt zum Beispiel in einem Bereich von 1 µm bis 1 mm. Wenn das Verhältnis zwischen der Abschirmbreite d und der Schrittweite L 0,002 L ≤ d ≤ 0,6 L beträgt, ist der Wirkungsgrad der Lichtemission vorzugsweise größer als 16 %. Die Abschirmbreite ist die Breite der Linie, wenn die Abschirmeinheit 113 linear geformt ist, wie z. B. in 3C oder 3D gezeigt.
Die Schrittweite L der Abschirmeinheiten 113 kann z. B. auf 2 mm eingestellt werden. Wenn die Schrittweite L gleich oder kleiner als 2 mm ist, kann die Auflösung der Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen ausreichend sein. Wenn die Schrittweite L gleich oder kleiner als 0,5 mm ist, kann die Auflösung der Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen noch weiter verbessert werden. Darüber hinaus ist die Definition der Schrittweite L in einem Fall naheliegend, in dem die Abschirmeinheiten 113 durch parallele Linien in gleichen Abständen gebildet werden, aber auch in einem Fall, in dem die Abschirmeinheiten 113 nicht auf eine solche Weise gebildet werden, kann das Verfahren zur Messung der Schrittweite L der Abschirmeinheiten 113 angemessen definiert werden. Zum Beispiel kann die Schrittweite L auf der Grundlage des maximalen Öffnungsdurchmessers jeder offenen Region 113c definiert werden.
Eine Dicke tb der Abschirmeinheit 113 kann gleich oder kleiner als die halbe Dicke ts der fluoreszierenden Schicht 109a sein. Eine solche Konfiguration ist bevorzugt in einem Fall, in dem die Abschirmeinheit 113 in der fluoreszierenden Schicht 109a eingebettet ist, wie in 3E gezeigt. Mit einer solchen Konfiguration kann die Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen leicht hergestellt werden, und die Lichtdurchlässigkeit kann erhöht werden.
3F zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Abschirmbreite d der Abschirmeinheit 113 und der Nebensprechenmenge. In diesem Beispiel wird für die Abschirmeinheit 113 Chrom verwendet, die Dicke tb wird auf 100 nm und die Schrittweite L auf 0,5 mm festgelegt. Darüber hinaus wurde für die fluoreszierende Schicht 109a eine dünne Schicht aus P47 mit einer Dicke ts von 10 µm oder weniger verwendet. Gemäß 3F kann unter diesen Bedingungen selbst bei einer Verringerung der Abschirmbreite d auf 1 µm (0,002 L) das Nebensprechen durch Verwendung der Abschirmeinheit 113 auf weniger als 4 % unterdrückt werden. Mit zunehmender Abschirmbreite d nimmt die Nebensprechenmenge ab. Das Nebensprechen sinkt auf 0 %, wenn die Abschirmbreite d gleich oder größer als 200 µm ist, und das Nebensprechen bleibt auch dann noch 0 %, wenn die Abschirmbreite d 300 µm (0,6 L) erreicht.
3G zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Abschirmbreite d der Abschirmeinheit 113 und dem Wirkungsgrad der Lichtemission. In diesem Beispiel wird, ähnlich wie in 3F, Chrom für die Abschirmeinheit 113 verwendet, die Dicke tb wird auf 100 nm und die Schrittweite L auf 0,5 mm eingestellt. Darüber hinaus wurde für die fluoreszierende Schicht 109a eine dünne Schicht aus P47 mit einer Dicke ts von 10 µm oder weniger verwendet. Der Wirkungsgrad nimmt mit zunehmender Abschirmbreite d ab. Selbst wenn die Abschirmbreite d 300 µm (0,6 L) erreicht, wird die Lichtausbeute von 16 % oder mehr beibehalten.
Auf diese Weise kann die geeignete Abschirmbreite d unter Berücksichtigung der Nebensprechenmenge und des Wirkungsgrades bestimmt werden. Beispielsweise kann eine geeignete Abschirmbreite d auf der Grundlage der Schrittweite L, der Dicke ts der fluoreszierenden Schicht 109a, der Obergrenze der Nebensprechenmenge und der Untergrenze des Wirkungsgrads der Lichtemission bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Dicke ts der fluoreszierenden Schicht 109a 200 µm beträgt, die Obergrenze des zu erreichenden Nebensprechbetrags 4 % und die Untergrenze des zu erreichenden Wirkungsgrads der Lichtemission 16 % beträgt, können die Abschirmbreite d der Abschirmeinheit 113 und die Schrittweite L als Parameter wie oben beschrieben aufeinander abgestimmt werden.
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung 108b für geladene Teilchen gemäß Beispiel 2 unter Bezugnahme auf die 3H bis 3K beschrieben. Diese Herstellungsverfahren sind mit Ausnahme des Aufbaus des Lichtleiters 110 auch auf Beispiel 1 anwendbar.
Im Beispiel von 3H werden die geteilten Blöcke 110a in einem ersten Schritt angeordnet. Anschließend wird die Abschirmeinheit 113 an einer Position angeordnet, die dem Stoßteil des geteilten Blocks 110a entspricht. Die Abschirmeinheit 113 wird z.B. über einen Kunststoff 115 an dem geteilten Block 110a befestigt. Die Position der Abschirmeinheit 113 entspricht der Begrenzung und Außenkante des geteilten Blocks 110a.
In einem zweiten Schritt wird die fluoreszierende Schicht 109a durch ein Sedimentationsbeschichtungsverfahren, ein Zentrifugalbeschichtungsverfahren oder ähnliches hergestellt. Die Kollodiumschicht 109b wird in einem dritten Schritt und die Reflexionsschicht 109c in einem vierten Schritt gebildet.
Das Beispiel von 31 ist vorteilhaft, wenn die Dicke tb der Abschirmeinheit 113 gleich oder größer ist als die Hälfte der Dicke ts der fluoreszierenden Schicht 109a. Im Beispiel von 3I sind zwischen den Abschirmeinheiten 113 flache Mediumeinheiten 113a gebildet, um Licht hindurchzulassen. Die flache Mediumeinheit 113a hat eine flache Struktur und ist aus Glas, Kunststoff oder ähnlichem hergestellt. In einem Fall, in dem der Kunststoff 115 eine Dicke aufweist, die in Bezug auf die Abschirmeinheit 113 nicht ignoriert werden kann, wird die flache Mediumeinheit 113a ebenfalls zwischen den Kunststoffen 115 gebildet.
Auf diese Weise bilden die Abschirmeinheit 113 und die flache Mediumeinheit 113a eine Teil-Abschirmschicht, die Licht teilweise abschirmt. Die Teil-Abschirmschicht ist zwischen dem Szintillator und dem Lichtleiter angeordnet, um einen Teil des Lichts abzuschirmen und einen Teil des Lichts hindurchzulassen. Gemäß einer solchen Konfiguration verstärkt die flache Mediumeinheit 113a die Abschirmeinheit 113 und deren Rand, wodurch die Intensität des Ganzen verbessert wird.
Das Verfahren zur Herstellung der in 3I gezeigten Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen ist so beschaffen, dass die flache Mediumeinheit 113a im ersten Schritt des in 3H gezeigten Verfahrens weiter geformt wird. Der zweite und die folgenden Schritte können wie im Beispiel von 3H ablaufen.
Im Beispiel von 3J ist die Abschirmeinheit 113 auf der Einfallseite in Bezug auf den Szintillator 109 vorgesehen. Insbesondere ist die Abschirmeinheit 113 auf der Reflexionsschicht 109c ausgebildet. Die Form der Abschirmeinheit 113 (Abschirmbreite d, Schrittweite L, Dicke tb und dergleichen) kann die gleiche sein wie in 3E gezeigt.
Im Beispiel von 3J werden im ersten Schritt die geteilten Blöcke 110a angeordnet, und die fluoreszierende Schicht 109a wird durch ein Sedimentationsbeschichtungsverfahren, ein Zentrifugalbeschichtungsverfahren oder ähnliches gebildet. Im zweiten Schritt wird die Kollodiumschicht 109b gebildet, und im dritten Schritt wird die Reflexionsschicht 109c gebildet. Im vierten Schritt wird die Abschirmeinheit 113 über einen Kunststoff oder einen Klebstoff auf der Reflexionsschicht 109c ausgebildet. Die Position der Abschirmeinheit 113 entspricht der Begrenzung des geteilten Blocks 110a.
Im Beispiel von 3K ist die Abschirmeinheit 114 innerhalb des Szintillators 109 vorgesehen und unterteilt den Querschnitt des Szintillators 109 in eine Vielzahl offener Regionen. Unter dem Querschnitt ist hier z.B. ein Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zur optischen Achse zu verstehen. Insbesondere im Beispiel von 3K ist die Abschirmeinheit 114 auf der Emissionsoberfläche der fluoreszierenden Schicht 109a vorgesehen.
Im Beispiel von 3K werden im ersten Schritt die geteilten Blöcke 110a angeordnet und die fluoreszierende Schicht 109a durch ein Sedimentationsbeschichtungsverfahren, ein Zentrifugalbeschichtungsverfahren oder ähnliches hergestellt. Die fluoreszierende Schicht 109a ist mit Rillen zur Bildung der Abschirmeinheiten 114 versehen. Die Positionen der Rillen entsprechen der Begrenzung des geteilten Blocks 110a.
Im zweiten Schritt werden reflektierende Partikel in die Rillen der fluoreszierenden Schicht 109a eingesetzt, um die Abschirmeinheiten 114 zu bilden. Als Abschirmeinheit 114 kann mindestens eines der folgenden Materialien verwendet werden: Titanoxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Zinnoxid, Zirkon, Eisenoxid, Zinkoxid, Nioboxid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Aluminiumnitrat, Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid, Bariumtitanat und Diamant. In einem dritten Schritt wird die Kollodiumschicht 109b und in einem vierten Schritt die Reflexionsschicht 109c gebildet.
Beispiel 3
4 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108c für geladene Teilchen gemäß Beispiel 3. Diese Erfassungsvorrichtung 108c für geladene Teilchen kann nach dem in 3I in Beispiel 2 gezeigten Verfahren hergestellt werden.
Ähnlich wie die Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 kann die Erfassungsvorrichtung 108c für geladene Teilchen in 4 Nebensprechen reduzieren und Sättigung vermeiden.
Beispiel 4
5 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108d für geladene Teilchen gemäß Beispiel 4. Diese Erfassungsvorrichtung 108d für geladene Teilchen kann nach dem in 3J in Beispiel 2 gezeigten Verfahren hergestellt werden.
Ähnlich wie die Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 kann die Erfassungsvorrichtung 108d für geladene Teilchen in 5 Nebensprechen reduzieren und Sättigung vermeiden.
Beispiel 5
6 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108e für geladene Teilchen gemäß Beispiel 5. Diese Erfassungsvorrichtung 108e für geladene Teilchen kann nach dem in 3K in Beispiel 2 gezeigten Verfahren hergestellt werden.
Ähnlich wie die Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 kann die Erfassungsvorrichtung 108e für geladene Teilchen in 6 Nebensprechen reduzieren und Sättigung vermeiden.
Beispiel 6
7 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108f für geladene Teilchen gemäß Beispiel 6. Bei der Erfassungsvorrichtung 108f für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels ist die Konfiguration des Lichtleiters im Aufbau der Erfassungsvorrichtung 108a für geladene Teilchen gemäß Beispiel 1 verändert.
In der Erfassungsvorrichtung 108f für geladene Teilchen gemäß Beispiel 6 verfügt der Lichtleiter 117 über eine Faseroptikplatte (FOP) 119. Die FOP 119 ist ein optisches Bauteil, in dem feine optische Fasern mit einem Durchmesser von mehreren µm gebündelt sind (z. B. Modell: J5734 der Firma Hamamatsu Photonics K.K.). Das FOP 119 hat z. B. eine konische Form.
Photonen, die auf eine Faser auf der Einfallsoberfläche des FOP 119 einfallen, werden von derselben Faser auf der Emissionsoberfläche emittiert, ohne eine benachbarte Faser zu durchdringen. Daher können die Photonen zur Emissionsoberfläche übertragen werden, wobei die Einfallsposition der Photonen auf der Einfallsoberfläche erhalten bleibt.
In der Erfassungsvorrichtung 108f für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels hat die FOP 119 eine konische Form, und die Fläche der Emissionsoberfläche und der Faserdurchmesser sind größer als die Einfallsoberfläche, aber das vorliegende Beispiel ist insofern dasselbe wie Beispiel 1, als die Photonen unter Beibehaltung der Einfallspositionsinformation der Photonen auf der Einfallsoberfläche übertragen werden können.
Die Einfallspositionen der Photonen auf dem Szintillator 109 sind vorgespannt, und die meisten Signalelektronen fallen auf Positionen nahe der Flugbahn der Primäerelektronen 102 ein (z. B. in einem Bereich von einigen mm vom Mittenöffnungsbereich 118). In der Erfassungsvorrichtung 108f für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels werden die mit hoher Dichte einfallenden Photonen durch die feinen optischen Fasern des konischen FOP 119 gestreut, und so kann eine Sättigung des Lichtdetektors 111 verhindert werden.
Wie oben beschrieben, hat die Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels eine Struktur, bei der der optische Pfad durch den konischen FOP 119 erweitert wird. Daher wird der Lichtdetektor 111 nicht gesättigt, selbst wenn der Strom des Primäerelektron-Strahls ansteigt, und das fotografierte Bild kann mit genauem Kontrast erhalten werden.
Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass der Transmissionsgrad des konischen FOP 119 (Verhältnis von Licht, das von einer Oberfläche emittiert wird, zu Licht, das von der anderen Oberfläche einfällt) in Abhängigkeit von der Lichtausbreitungsrichtung variiert. Insbesondere ist der Transmissionsgrad höher, wenn sich das Licht von einer Oberfläche mit einer kleineren Fläche zu einer Oberfläche mit einer größeren Fläche ausbreitet (entsprechend dem vorliegenden Beispiel), als umgekehrt. Daher kann in einem Fall, in dem die Fläche der Emissionsoberfläche größer ist als die der Einfallsoberfläche, wie in dieser Konfiguration, nicht nur die Sättigung des Lichtdetektors 111 vermieden werden, sondern auch der Transmissionsgrad wird erhöht.
Beispiel 7
8 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 108g für geladene Teilchen gemäß Beispiel 7. Die Erfassungsvorrichtung 108g für geladene Teilchen des vorliegenden Beispiels verwendet den Lichtdetektor 111b, der aus einer Vielzahl von Erfassungszellen 111c zusammengesetzt ist, ähnlich wie Beispiel 2, anstelle des Lichtdetektors 111 der Beispiele 1 und 6. Ferner weist der Lichtleiter 117 ähnlich wie in Beispiel 6 den konischen FOP 119 auf.
In den Konfigurationen von Beispiel 3 (4), Beispiel 4 (5) und Beispiel 5 (6) ist es notwendig, die Positionen der offenen Region 113c der Abschirmeinheit 113, des geteilten Blocks 110a des Lichtleiters 110 und der Erfassungszelle 111c des Lichtdetektors 111 mit hoher Genauigkeit auszurichten.
Der Faserdurchmesser des konischen FOP beträgt beispielsweise einige um und kann ausreichend kleiner als die Größe der offenen Region 113c der Abschirmeinheit 113 und der Erfassungszelle 111c des Lichtdetektors 111 gemacht werden. Daher ist es in einem Fall, in dem die Positionen der offenen Region 113c der Abschirmeinheit 113 und der Erfassungszelle 111c des Lichtdetektors 111 mit hoher Genauigkeit ausgerichtet sind, nicht erforderlich, die Ausrichtungsgenauigkeit der Positionen der FOPs 119 zu erhöhen. Dadurch werden der Montageprozess und der Aufbau der Erfassungsvorrichtung 108g für geladene Teilchen vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert.
Beispiel 8
9 ist eine schematische Darstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 100b gemäß Beispiel 8. Die Primäerelektronen 102 sind der Elektronenquelle 101 entnommen. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 100b hat den Abtastablenker 103 und die Objektivlinse 104. Der Abtastablenker 103 und die Objektivlinse 104 sind auf der Flugbahn der Primäerelektronen 102 angeordnet.
Die Primäerelektronen 102 bestrahlen die auf der Probentransportstufe 105 angeordnete Probe 106. Von der Probe 106 werden Signalelektronen emittiert. Zu den Signalelektronen gehören Signalelektronen 107a mit einer geringen Reflexionstiefe an der Probe 106 und Signalelektronen 107b mit einer großen Reflexionstiefe an der Probe 106.
Oberhalb der Objektivlinse 104 ist ein E×B-Ablenker 116 angeordnet, der die Signalelektronen entsprechend der Größe der Energie ablenkt. Die Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen ist in Vorschubrichtung der abgelenkten Signalelektronen vorgesehen. Als Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen kann jede der Erfassungsvorrichtungen für geladene Teilchen gemäß den Beispielen 1 bis 7 verwendet werden.
Die Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen gibt ein den erkannten Signalelektronen entsprechendes Signal aus. Durch dieses Signal, das synchron mit dem Abtastsignal (dem von der Systemsteuerungseinheit 120 an den Abtastablenker 103 gesendeten Signal) erfolgt, wird ein Beobachtungsbild auf dem Monitor 121 erzeugt.
Der E×B-Ablenker 116 ist ein Ablenker, der das Verhalten von Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern nutzt und die Funktion hat, die von unten einfallenden Elektronen (Signalelektronen) abzulenken, während er die von oben einfallenden Elektronen (Primäerelektronen) nicht ablenkt. Zu den Signalelektronen gehören rückgestreute Elektronen, die von der Probe emittiert werden, wenn die Primäerelektronen innerhalb der Probe reflektiert werden.
Rückgestreute Elektronen beziehen sich im Allgemeinen auf Elektronen mit einer Energie von 50 eV oder mehr, und die Höhe der Energie variiert je nach Reflexionstiefe in der Probe. Die Energie der rückgestreuten Elektronen nimmt mit zunehmender Reflexionstiefe in der Probe ab und mit abnehmender Reflexionstiefe zu. Der Ablenkungswinkel des E×B-Ablenkers variiert in Abhängigkeit von der Höhe der Energie der Elektronen. Die Signalelektronen 107a, die eine kleine Reflexionstiefe in der Probe haben, haben eine große Energie und werden in einem kleinen Winkel abgelenkt, und die Signalelektronen 107b, die eine große Reflexionstiefe in der Probe haben, haben eine kleine Energie und werden in einem großen Winkel abgelenkt.
Ähnlich wie bei der Positionsunterscheidungs-Erfassungsvorrichtung (z. B. gemäß Beispiel 2) entspricht die Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen der Ladungsträgerstrahlvorrichtung 100b des vorliegenden Beispiels der Einfallsposition der Signalelektronen auf der Einfallsoberfläche des Szintillators, und die Positionen der Erfassungszellen des Lichtdetektors können unterschieden werden.
Des Weiteren kann die Positionsunterscheidungs-Erfassungsvorrichtung generell den Emissionswinkel der Signalelektronen aus der Probe berechnen, basierend auf der Position der Erfassungszelle des Lichtdetektors beim Einfall der Signalelektronen. Ähnlich wie bei der Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen der Ladungsträgerstrahlvorrichtung 100b des vorliegenden Beispiels kann der Ablenkwinkel der Signalelektronen durch die E×B-Ablenker 116 aus der Position der Erfassungszelle des Lichtdetektors berechnet werden.
Da der Ablenkwinkel durch den E×B-Ablenker 116 von der Größe 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.
Dadurch kann die Erfassungsvorrichtung 108 für geladene Teilchen der Ladungsträgerstrahlvorrichtung 100b des vorliegenden Beispiels Signalelektronen für jede Reflektionstiefe auf der Grundlage der Position der Erfassungszelle des Lichtdetektors beim Einfall der Signalelektronen erfassen und die Reflektionstiefe kann berechnet werden.
Durch die Erstellung eines Beobachtungsbildes, bei dem nur Signalelektronen der gleichen Reflexionstiefe verwendet werden, kann das Beobachtungsbild in einer bestimmten Tiefe der Probe erfasst werden, und es kann ein Beobachtungsbild in jeder Tiefe erfasst werden. Durch Stapeln dieser Bilder in der Reihenfolge der Reflexionstiefe kann ein dreidimensionales Beobachtungsbild der Probe aufgenommen werden.
Beispiel 9
Obwohl die Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen und die Ladungsträgerstrahlvorrichtung in den Beispielen 1 bis 8 beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung auch auf Strahlungsvorrichtungen und Strahlungs-Erfassungsvorrichtungen angewendet werden. 10 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungsvorrichtung 200 gemäß dem Beispiel 9. 11 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 203 aus 10.
Wie in 10 gezeigt, umfasst die Strahlungsvorrichtung 200 eine Probentransportstufe 105, eine Röntgenstrahlungsquelle 201, die die Probe 106 auf der Probentransportstufe 105 mit Strahlung 202 (im vorliegenden Beispiel Röntgenstrahlen) bestrahlt, und die Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 203 (im vorliegenden Beispiel eine Röntgenstrahlungs-Erfassungsvorrichtung), die Röntgenstrahlen erfasst, die die Probe 106 durchlaufen haben.
Wie in 11 dargestellt, hat die Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 203 die folgende Konfiguration:

- den Szintillator 109 einschließlich der fluoreszierenden Schicht 109a, die die Strahlung (im vorliegenden Beispiel Röntgenstrahlen), die ein Erfassungsziel ist, in das Licht 112 umwandelt;
- einen Lichtdetektor 111 zum Erfassen des vom Szintillator 109 ausgestrahlten Lichts 112; und
- einen Lichtleiter 110, der zwischen dem Szintillator 109 und dem Lichtdetektor 111 vorgesehen ist.

Die Konfiguration des Szintillators 109 kann von Fachleuten so gestaltet werden, dass sie mit der Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 200 übereinstimmt. Darüber hinaus kann die Konfiguration der Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 203 mit Ausnahme der Konfiguration des Szintillators 109 die gleiche sein wie die der Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß den Beispielen 1 bis 8.
Ähnlich wie die Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß den Beispielen 1 bis 8 kann die Strahlungs-Erfassungsvorrichtung 203 gemäß Beispiel 9 Nebensprechen reduzieren und Sättigung vermeiden.
Darüber hinaus ist jedes der oben beschriebenen Beispiele ein Beispiel, das im Detail beschrieben wird, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und ist nicht auf einen Fall beschränkt, in dem alle der beschriebenen Konfigurationen notwendigerweise vorgesehen sind. Darüber hinaus kann ein Teil der Konfiguration eines bestimmten Beispiels auch durch die Konfiguration anderer Beispielen ersetzt werden, und die Konfiguration der anderen Beispielen kann auch zu der Konfiguration eines bestimmten Beispiels hinzugefügt werden. Darüber hinaus ist es möglich, einen Teil der Konfiguration eines jeden Beispiels zu löschen und einen Teil der Konfiguration eines jeden Beispiels durch einen Teil einer anderen Konfiguration zu ersetzen.
Bezugszeichenliste

100a, 100b: Vorrichtung mit einem Strahl geladener Teilchen
101: Elektronenquelle
102: Primäerelektron
103: Abtastablenker
104: Objektivlinse
105: Probentransportstufe
106: Probe
107, 107a, 107b: Signalelektron
108, 108a, 108b, 108c, 108d, 108e, 108f, 108g: Erfassungsvorrichtung für geladene Teilchen (Erfassungsvorrichtung)
109: Szintillator
109a: fluoreszierende Schicht
109b: Kollodiumschicht (Kunststoffschicht)
109c: Reflexionsschicht
109d: Einfallsoberfläche
110: Lichtleiter
110a: geteilter Block
111, 111b: Lichtdetektor
111a: Erfassungsoberfläche
111c: Erfassungszelle
112: Licht
113, 114: Abschirmeinheit
113a: flache Mediumeinheit
113c: offene Region
115: Kunststoff
116: E×B-Ablenker
117: Lichtleiter
118: Mittenöffnungsbereich
119: FOP
120: Systemsteuerungseinheit
121: Monitor
200: Strahlungsvorrichtung
201: Röntgenstrahlungsquelle
202: Strahlung
203: Strahlungs-Erfassungsvorrichtung (Erfassungsvorrichtung)
d: Abschirmbreite
L: Schrittweite
tb, ts: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201432029 A [0007, 0008]

Claims

Erfassungsvorrichtung, die geladene Teilchen oder Strahlung als Erfassungsziele erfasst, mit: einem Szintillator einschließlich einer fluoreszierenden Schicht, die das Erfassungsziel in Licht umwandelt; einem Lichtdetektor, der das vom Szintillator ausgestrahlte Licht erfasst; einem Lichtleiter, der zwischen dem Szintillator und dem Lichtdetektor vorgesehen ist; und einer Abschirmeinheit, die mindestens eines des auf den Szintillator einfallenden Erfassungsziels und des vom Szintillator emittierte Lichts teilweise abschirmt.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Szintillator eine Einfallsoberfläche hat, auf die das Erfassungsziel auftrifft, und eine Emissionsoberfläche, von der das Licht abgestrahlt wird, und die Abschirmeinheit so konfiguriert ist, dass sie die Einfallsoberfläche, einen Querschnitt oder die Emissionsoberfläche des Szintillators in mehrere offene Regionen unterteilt.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die mehreren offenen Regionen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung oder in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lichtleiter eine Einfallsoberfläche hat, auf die das Licht einfällt, und eine Emissionsoberfläche, aus der das Licht austritt, und eine Fläche der Emissionsoberfläche des Lichtleiters größer als eine Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtleiters ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die fluoreszierende Schicht unter Verwendung eines anorganischen Pulverfluoreszenzmaterials gebildet ist, ein mittlerer Durchmesser des Pulverfluoreszenzmaterials im Bereich von 1 µm bis 50 µm liegt und das Pulverfluoreszenzmaterial eines der folgenden Materialien umfasst: - P47(Y₂SiO₅:Ce), - YAG oder 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).
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Szintillator außerdem eine Kunststoffschicht enthält, die in Kontakt mit der fluoreszierenden Schicht steht.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Kunststoffschicht Nitrocellulose enthält.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmeinheit eine Lichtreflexionsschicht aufweist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmeinheit zwischen dem Szintillator und dem Lichtleiter angeordnet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Dicke der Abschirmeinheit gleich oder kleiner als eine halbe Dicke der fluoreszierenden Schicht ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Erfassungsvorrichtung eine Teil-Abschirmschicht enthält, die zwischen dem Szintillator und dem Lichtleiter angeordnet ist, und die Teil-Abschirmschicht die Abschirmeinheit und eine flache Mediumeinheit, durch die Licht hindurchgelassen wird, umfasst.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmeinheit aus Metall oder Kunststoff ist.
Die Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtdurchlässigkeit der Abschirmeinheit gleich oder kleiner als 60% ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Verhältnis zwischen einer Abschirmbreite d und einer Schrittweite L der Abschirmeinheit 0,002 L ≤ d ≤ 0,6 L erfüllt.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Schrittweite der Abschirmeinheit gleich oder kleiner als 2 mm ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmeinheit aus einem reflektierenden oder absorbierenden Material besteht, und das reflektierende oder absorbierende Material mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: Titanoxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Zinnoxid, Zirkon, Eisenoxid, Zinkoxid, Nioboxid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Aluminiumnitrat, Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid, Bariumtitanat und Diamant.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Lichtreflexionsschicht aus Aluminium gefertigt ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lichtleiter eine Faseroptikplatte enthält.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Szintillator eine Einfallsoberfläche, auf der das Erfassungsziel einfällt, aufweist, der Lichtdetektor über eine Einfallsoberfläche verfügt, auf die das Licht fällt, und ein Flächenverhältnis zwischen der Einfallsoberfläche des Szintillators und der Einfallsoberfläche des Lichtdetektors gleich einem Flächenverhältnis zwischen der Einfallsoberfläche des Lichtleiters und der Emissionsoberfläche des Lichtleiters ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Szintillator eine Einfallsoberfläche, auf der das Erfassungsziel einfällt, aufweist, der Lichtdetektor über eine Einfallsoberfläche verfügt, auf die das Licht fällt, und eine Fläche der Einfallsoberfläche des Lichtdetektors gleich oder kleiner als das 20-fache einer Fläche der Einfallsoberfläche des Szintillators ist.