JP2010272525A - 荷電粒子検出システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 検出器の数を減らして、空間を解放し、製造費用を削減する。
【解決手段】 試料１１０を照射する荷電粒子ビームカラム１０２の動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための荷電粒子検出システム１００である。近接グリッド１３０は、選択的に電気的にバイアス可能であって、荷電粒子から二次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子を引き付けるように強いる一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、荷電粒子を制御可能に方向付けする。遠方グリッド１３２は、近接グリッド１３０から間隔をあけられ、空隙によって隔てられており、選択的に電気的にバイアス可能であり、荷電粒子から二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が選択されたときにその選択された粒子を引き付ける一方、選択されない三次荷電粒子を撥ね返す。荷電粒子検出器１２４は、選択された二次荷電粒子及び三次荷電粒子をその衝突により検出する。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２００９年５月２４日に出願された“電子検出器アセンブリ”と題された仮特許出願第６１／１８０，８７６号の利益をここに要求する。その仮出願の開示内容は、この記載をもって全てここに援用する。
本発明は、概して、荷電粒子検出システムに関し、特に、正及び負のイオン、二次イオン（ＳＩ）及び二次電子（ＳＥ）、後方散乱イオン（ＢＳＩ）及び後方散乱電子（ＢＳＥ）、三次イオン（ＳＩ３）及び三次電子（ＳＥ３）、スパッタイオン等の異なるタイプの粒子を検出することができる荷電粒子検出器アセンブリに関する。
検査及び／又は画像化目的で採用される荷電粒子ビームシステムは、とりわけ、電子又はイオンの一次ビームを生成するが、そのビームは、荷電粒子ビームカラムにより試料の表面に焦点化される。検出過程には、一般的に、一次荷電粒子ビームの試料との相互作用の結果である、試料表面から放出された二次電子、二次イオン、後方散乱電子、及び／又は後方散乱イオンの回収が含まれる。追加的検出構成（米国特許第７，４１７，２３５号：特許文献１に記述）は、後方散乱電子及び／又は後方散乱イオン、中世原子、又は他の粒子の、検出システム内のあらゆる面（試料の面以外の）への衝突により、その面から放たれた三次電子及び／又は三次イオンを検出することを開示している。
試料を検査してその画像を形成するためには、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作に生成された荷電粒子を選択的に検出することが有益である。
例えば、二次的及び後方散乱電子の同時収集のための多重検出器光学システムは、米国特許第７，２２７，１４２号に開示されている。この検出器光学システムは、製造途中の大きな基板をテストするために使用される電子プローブシステムの一部である。その検出器光学装置の設計においては、フィールドフリートンネル及び基板電解制御電極を利用して、ＳＥと後方散乱電子を２つの検出器へ分離し、それにより、電子プローブへの衝撃を最小にしつつ、形状的なデータと要素的なデータを合成データが同時に得られる。
あらゆる電子又はイオンビームシステムにおいては、検出器の数を減らすことが一般的に望まれている。多重検出器は、システム費用を増大させると共に、試料の取扱いに必要となる、真空システム内の占有空間を増大させる。故に、検出器が、機械的調整又は他の直接操作介入ではなく、電圧のみの好ましくは自動的な操作により、二次電子、後方散乱電子、二次イオン、及び後方散乱イオンを識別できるのであれば、それらの粒子を検出することができる検出器は、空間を解放し、製造費用を大幅に削減できる。
特許文献１は、バイアス電圧を切り替えることにより、試料からの二次イオンもしくは二次電子、又は後方散乱電子に起因する三次電子のいずれをも検出できる多目的有用荷電粒子検出器を開示している。その粒子検出器は、薄い収集電極と、その薄い収集電極の背後に置かれた、二次イオンを電子に変換するためのベネシャンブラインドストリップとを備えている。また、その粒子検出器は、そのベネシャンブラインドストリップ近傍の少なくとも１つの更なる電極と、高エネルギー電子の衝突に際してシンチレーション光子を生成するためのシンチレーションディスクとを更に備えている。
当該技術分野において必要性があり、また、試料から発せられる二次電子及び／又は二次イオン、試料から発せられる後方散乱電子及び／又は後方散乱イオン、及び／又は、後方散乱電子、又は後方散乱イオン、又は中性電子、又は他の何らかの粒子が衝突することにより、ある面（試料以外の何らかの面）から発せられた三次電子及び／又は三次イオンのための、選択性と検出効率が改善した検出システムを設けることは有益であろう。
本発明は、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための新規な荷電粒子検出システムを提供することにより、上記必要性を満たしている。そのシステムは、近接グリッドと、近接グリッドから間隔をあけられ、空隙によって隔てられた遠方グリッドと、遠方グリッドから、及び／又は遠方グリッドの近傍から排出されて衝突した選択粒子を検出するように構成された荷電粒子検出器と、を備えている。以下の詳細な説明及び請求の範囲においては、語句“近接”及び“遠方”は、荷電粒子ビームカラムに照射される試料を基準にして使用されることに注意すべきである。
近接グリッドは、選択的に電気的にバイアス可能であって、荷電粒子に電気的に焦点を合わせることにより、選択された二次荷電粒子が近接グリッドの内部を、及び／又は、近接グリッドの近傍を、伝搬するように強い、又は促す一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、荷電粒子を制御可能に方向付けするように構成される。遠方グリッドは、選択的に電気的にバイアス可能であり、選択粒子を引き付け、また、選択粒子が遠方グリッドに入り込んでその内部を伝搬し、及び／又は近接グリッドの近傍を伝搬するように促し、又は強いる一方、選択されない粒子を撥ね返すように構成される。
従って、本発明の一実施形態により、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための荷電粒子検出システムであって、選択的に電気的にバイアス可能であって、前記荷電粒子に電気的に焦点を合わせることにより、前記荷電粒子から二次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子を引き付けるように強いる一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、前記荷電粒子を制御可能に方向付けするように構成された近接グリッドと、前記近接グリッドから間隔をあけられ、空隙によって隔てられており、選択的に電気的にバイアス可能であり、前記荷電粒子から二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を引き付ける一方、選択されない三次荷電粒子を撥ね返すように構成された遠方グリッドと、前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドに引き付けられた選択された二次荷電粒子をその衝突により検出し、前記遠方グリッドに引き付けられた選択された三次荷電粒子をその衝突により検出するように構成された荷電粒子検出器と、を備えたことを特徴とする荷電粒子検出システムが提供される。
本発明の一実施形態によれば、前記荷電粒子は、少なくとも、前記選択及び非選択二次荷電粒子と、前記選択及び非選択三次荷電粒子とを含み、前記選択及び非選択二次荷電粒子は、二次電子及び二次イオンのうちの少なくとも一方を含み、前記選択及び非選択三次荷電粒子は、三次電子及び三次イオンのうちの少なくとも一方を含む。加えて、前記近接グリッドは、前記選択された二次荷電粒子を、その近接グリッド内に入り込ませて通過させ、又は、その近接グリッド内に入ることなく近傍を伝搬させるように構成されている。更に、前記遠方グリッドは、前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を、その遠方グリッド内に入り込ませて通過させ、又は、その遠方グリッド内に入ることなく近傍を伝搬させるように構成されている。
本発明の他の実施形態によれば、前記荷電粒子検出器は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）と、電子増倍管検出器と、固体検出器と、アバランシェフォトダイオードと、ＰＩＮダイオードと、ＰＮダイオードと、ＮＰダイオードと、シリコンドリフトダイオードと、シリコン光電子増倍管と、前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が衝突したときにシンチレーション光子を生成するように構成されたシンチレーション素子面とからなるグループから選択される。
本発明の更に他の実施形態によれば、前記近接グリッドは、前記選択された二次荷電粒子を貫通させるための表面開口を有する近接グリッド周囲面と、前記近接グリッドの近接端において、前記試料に最も近い開口により画定され、前記試料から発せられた前記選択された二次荷電粒子を近接グリッド内に入り込ませてその内部を伝搬させるように構成された近接グリッドアパーチャと、を備える。加えて、前記近接グリッドは、互いに電気的に接続され、前記荷電粒子検出システムの長手軸に沿って互いに間隔をあけて配置されて近接グリッド空隙を画定し、前記選択された二次荷電粒子を貫通させる近接グリッドリングの配列と、前記近接グリッドの近接端において、前記試料に最も近いリングの開口により画定され、前記試料から発せられた前記選択された二次荷電粒子を近接グリッド内に入り込ませてその内部を伝搬させるように構成された近接グリッドアパーチャと、を備える。
本発明の更なる他の実施形態によれば、前記周囲面の半径方向の寸法は、前記近接グリッドの近接端からその遠方端に向けて増加し、それにより前記近接グリッドのテーパー形状円錐周囲面が規定される。加えて、システムは、前記近接グリッドに電気的に接続され、前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドの方へ向けて導くように構成されたガイド素子を更に備える。更に、前記ガイド素子は、前記近接グリッドの近接端において、前記近接グリッドに接続され、前記選択された二次荷電粒子を引き付けるためのものであり、アパーチャを有して前記選択された二次荷電粒子が近接グリッド内に入り込んでその内部を伝搬できるようにする略平坦矩形形状フレームを備える。更に、前記フレームは、前記試料が置かれる面に垂直な軸に沿って実質的に均一な電界を生成するように構成されている。
本発明の別の実施形態によれば、システムは、前記近接グリッドと前記遠方グリッドの間の空隙に配置された絶縁リングを更に備える。加えて、前記荷電粒子ビームカラムは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、電子ビームカラムと、ヘリウムビームカラムと、ＦＩＢカラム及び電子ビームカラムからなる複合ビームカラムと、からなるグループから選択された少なくとも一つの素子からなる。加えて、前記遠方グリッドは、前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を貫通させるための表面開口を有する遠方グリッド周囲面と、前記近接グリッドに最も近い開口により画定された、前記遠方グリッドの近接端にあって、前記近接グリッドから出た前記選択された二次荷電粒子を遠方グリッド内に入り込ませ、及び／又は、前記選択された三次荷電粒子を遠方グリッド内部に伝搬させるように構成された遠方グリッドアパーチャと、を備える。
本発明の更に別の実施形態によれば、前記遠方グリッドは、互いに電気的に接続され、前記荷電粒子検出システムの長手軸に沿って互いに間隔をあけて配置されて遠方グリッド空隙を画定し、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子を貫通させる遠方グリッドリングの配列と、前記近接グリッドに最も近いリングの開口により画定された、前記遠方グリッドの近接端にあって、前記近接グリッドから出た前記選択された二次荷電粒子を遠方グリッド内に入り込ませ、及び／又は、前記選択された三次荷電粒子を遠方グリッド内部に伝搬させるように構成された遠方グリッドアパーチャと、を備える。
本発明の更なる別の実施形態によれば、前記遠方グリッド周囲面の半径方向の寸法は、前記遠方グリッドの近接端からその遠方端に向けて増加し、それにより前記遠方グリッドのテーパー形状円錐周囲面が規定される。加えて、前記遠方グリッドは、間に網孔を伴った格子として構成された周囲面を備え、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子がそこを貫通できるようになっている。あるいは、前記遠方グリッドは、複数のアパーチャを有する実質的固体表面で形成された周囲面を備え、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子がそこを貫通できるようになっている。更に、前記近接グリッドは、間に網孔を伴った格子として構成された周囲面を備え、前記選択された二次荷電粒子がそこを貫通できるようになっている。
本発明の更なる別の実施形態によれば、システムは、前記遠方グリッドの内側に配置され、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子が遠方グリッドを容易に貫通できるように構成され、電気的バイアスのための切替え可能高電圧電源に電気的に接続されている内部遠方グリッドを更に備えている。加えて、前記近接グリッド、前記遠方グリッド、及び前記シンチレーション素子面は、それぞれ、選択的電気的バイアスのための切替え可能高電圧電源に接続されている。更に、システムは、前記試料の近傍に搭載され、イオンが衝突すると電子を放射するように構成されたイオン／電子変換器を更に備える。
また、従って、本発明の他の実施形態によれば、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための荷電粒子検出システムであって、選択的に電気的にバイアス可能であって、前記荷電粒子に電気的に焦点を合わせることにより、前記荷電粒子から二次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子を引き付けるように強いる一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、前記荷電粒子を制御可能に方向付けするように構成された近接グリッドと、前記近接グリッドに電気的に接続され、前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドの方へ向けてガイドするように構成されたガイド素子と、前記近接グリッドから間隔をあけられ、空隙によって隔てられており、選択的に電気的にバイアス可能であり、前記荷電粒子から二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を引き付ける一方、選択された三次荷電粒子を撥ね返すように構成された遠方グリッドと、前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドに引き付けられた選択された二次荷電粒子をその衝突により検出し、前記遠方グリッドに引き付けられた選択された三次荷電粒子をその衝突により検出するように構成された荷電粒子検出器と、を備えたことを特徴とする荷電粒子検出システムが提供される。
他の様相によれば、本発明は、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための方法を提供する。この方法は、上述のシステムにより実行され、荷電粒子検出システムの近接グリッド及び遠方グリッドを選択的に電気的にバイアスし、選択されたタイプの粒子を荷電粒子検出器に向けて加速させるように促し、又は強い、また、選択されないタイプの粒子を撥ね返してその選択されない粒子が荷電粒子検出器の方へ加速することを防いでいる。
本発明の更に別の実施形態によれば、試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための方法であって、荷電粒子検出システムを用意し、前記荷電粒子検出システムの近接グリッド及び遠方グリッドを選択的に電気的にバイアスし、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子を荷電粒子検出器に向けて加速させ、また、前記選択されない二次荷電粒子及び／又は前記選択されない三次荷電粒子を撥ね返してその選択されない二次荷電粒子及び／又は選択されない三次荷電粒子が前記荷電粒子検出器の方へ加速することを防ぐことを特徴とする方法が提供される。しかして、前記荷電粒子検出器は、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子が衝突するとシンチレーション光子を生成するように構成されたシンチレーション素子面を備え、前記方法は、更に、前記荷電粒子検出システムのシンチレーション素子面を選択的に電気的にバイアスする。加えて、前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の負電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドに引き付け、検出のために前記選択された二次荷電粒子を前記シンチレーション素子面の方へ伝搬させる一方、前記選択されない三次荷電粒子を前記遠方グリッドから撥ね返す。しかして、当該方法は、前記遠方グリッドの内側に内部遠方グリッドを搭載し、前記内部遠方グリッドを所定の第三正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択された二次荷電粒子が前記シンチレーション素子面の方へ伝搬し易くするステップを更に備える。加えて、前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の負電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択されない二次荷電粒子を撥ね返す一方、検出のために前記シンチレーション素子面の方へ前記選択された三次荷電粒子を伝搬させるために、前記選択された三次荷電粒子を前記遠方グリッドの方へ引き付ける。あるいは、前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第三正電圧に電気的にバイアスし、それにより検出のために前記シンチレーション素子面の方へ前記選択された二次荷電粒子及び前記選択された三次荷電粒子を伝搬させるために、前記選択された二次荷電粒子及び前記選択された三次荷電粒子を前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドの方へ引き付ける。
以上のように本発明のより重要な特徴をかなり広く概説したので、以下に続くその詳細な説明はより良く理解できるはずであり、当該持術分野への貢献がより良く理解されるであろう。本発明の更なる詳細及び利点が、以下の詳細な説明に記載される。
発明を理解し、それがどのように実施化されるかが分かるように、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例としてのみの実施形態がここに記述される。
図１は、本発明の一実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図２は、図１の荷電粒子検出システムの素子の一部を図１の矢印Ａ方向からみた概略図である。 図３は、本発明の他の実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図４は、本発明の更に他の実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図５は、本発明のまた更に他の実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図６は、本発明の別の実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図７は、本発明の更に別の実施形態に基づいて構成され、動作する荷電粒子検出システムの部分概略正面図及び部分断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に基づいて構成され、動作する、図１の荷電粒子検出システムの概略動作図である。 図９は、本発明の他の実施形態に基づいて構成され、動作する、図１の荷電粒子検出システムの概略動作図である。 図１０は、本発明の更に他の実施形態に基づいて構成され、動作する、図１の荷電粒子検出システムの概略動作図である。 図１１は、図８に示された荷電粒子検出システムの動作を描写する２Ｄシミュレーションの概略図である。 図１２は、図９に示された荷電粒子検出システムの動作を描写する２Ｄシミュレーションの概略図である。 図１３は、図１０に示された荷電粒子検出システムの動作を描写する２Ｄシミュレーションの概略図である。
上述のように、本発明は、荷電粒子検出システムをもっての使用を意図したものであり、故に、いくつかの実施形態が、その応用を言及しつつ以下に記述される。本発明に基づく荷電粒子検出システムの原理は、図面及び対応する詳細な説明を参照しつつ、より理解されるであろう。そこでは、全体を通して、類似の参照番号は、同一の要素を指すために使用される。これらの図面は必ずしも同一縮尺でなく、例示の目的でのみ与えられるものであり、発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。構成、材料、寸法、及び製造過程は、選ばれた素子に対してのみ説明される。当業者は、示された例の多くが、採用できる適切な他の選択肢を持っていることを理解すべきである。
説明の便宜上、本発明を完全に理解できるよう、特定の構成及び詳細が提示される。しかしながら、本発明は、ここで提示された特定の詳細を伴わなくても実施化できることは、当業者であれば明らかであろう。更に、本発明を不明確にしないよう、よく知られた特徴は、省略されるか、簡略化される。
図１及び２を共に参照すると、本発明の一実施形態による荷電粒子検出システム１００が示されている。図１で分かるように、荷電粒子検出システム１００は、検出システムチャンバー１０６内に置かれ、チャンバー壁１０８で画定される荷電粒子ビームカラム１０２を備えている。荷電粒子ビームカラム１０２は、荷電粒子ビームを発射して試料１１０を照射するように設けられており、そこから粒子が放出されるよう促している。粒子は、とりわけ、中性原子、正イオン、負イオン、二次イオン、スパッタイオン、後方散乱イオン、二次電子、又は後方散乱電子である。ビームカラム１０２には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム、電子ビーム、螺旋ビーム、又は試料を照射するように動作するあらゆるビームが含まれる。なお、ＦＩＢ又は電子ビームを備える多重ビームカラムが、荷電粒子ビームを放射して試料１１０に照射するために採用できる。荷電粒子検出器アセンブリ１２０は、検出システムチャンバー１０６内に置かれ、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２と電気的に通じる荷電粒子検出器サブアセンブリ１２４を備えている。粒子検出器アセンブリ１２０は、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２に選択的にバイアスをかけることにより試料１１０から発せられた粒子を選択的に検出するように設けられている。近接グリッド１３０は、遠方グリッド１３２と比較して試料１１０に近接しており、遠方グリッド１３２は、試料１１０から離れている。近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２は、例えばステンレス鋼又はアルミニウムのような適切な電気的導電性材料で形成できる。
近接グリッド１３０と遠方グリッド１３２の間には、空隙又は絶縁体となっている。図１に示すように、絶縁体は、例えば絶縁リング１４０として形成できる。絶縁リング１４０は、適切なセラミック材料のような、何らかの適した電気的絶縁材料で形成されている。非限定しない例としては、セラミック材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。絶縁リング１４０は、適切なあらゆる構成で形成することができる。絶縁リング１４０は、図４に示されるように、削除可能であることに注意すべきであり、図４においては、絶縁リング１４０は取り除かれ、代わりに、近接グリッド１３０と遠方グリッド１３２との間の空隙１４８となっている。
図８乃至１０を参照して以下に更に記述されるように、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２は、電気的にバイアスされ、選択されたタイプの粒子を選択的に粒子検出器サブアセンブリ１２４に向かって加速するように強い、又は、非選択粒子が粒子検出器サブアセンブリ１２４に向かって加速しないように反発するということが、本発明の格別な特徴である。
詳細な説明及び請求の範囲を通して使用されているような語句“反発する”は、近接グリッド１３０又は遠方グリッド１３２に非選択粒子に寄せ付けない、ということも意味しており、そのとき例えば、近接グリッド１３０又は遠方グリッド１３２は、ゼロに電気的にバイアスされるか、概ね２Ｖよりも低い電圧のような比較的低い電圧にバイアスされる。
選択された、又は選択されないタイプの粒子は、とりわけ、以下のタイプの電子である。すなわち、ビームが試料１１０と相互作用することにより、試料１１０から発せられた二次電子（ＳＥ１とも称される）と、スパッタイオン、スパッタ中性原子、後方散乱電子（ＢＳＥ）、又は後方散乱イオン（ＢＳＩ）のうちの一つが試料１１０と相互反応することにより、試料１１０から発せられた二次電子（ＳＥ２とも称される）と、ＢＳＥ、又はＢＳＩ、又は中性原子、他の何らかの粒子が、試料以外のあらゆる面により規定され面に衝突することにより、その面から発せられた三次電子（ＳＥ３とも称される）とである。
ＳＥ１及びＳＥ２は、５０ｅＶよりも低い、比較的低いエネルギーレベルを有するものとしてこの技術分野では特徴付けられ、本発明の一実施形態によれば、ＳＥ１及びＳＥ２は、区別されずに一緒に検出され、故に、以下の記述においては、集約的に二次電子（ＳＥ）として言及される。ＢＳＥは、５０ｅＶよりも高い、比較的高いエネルギーレベルを有するものとしてこの技術分野では特徴付けられる。ＳＥ３は、試料からではなく、試料以外の他の面から発せられたＳＥとしてこの技術分野では特徴付けられる。
本発明の一実施形態によれば、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２は、通常３つの検出モードを達成するように電気的にバイアスされる。その３つのモードというのは、（i）主にＳＥが粒子検出器サブアセンブリ１２４に到達して、それにより検出され、一方、ＳＥ３のほとんどが、反発して、粒子検出器サブアセンブリ１２４に到達しないような「ＳＥ検出モード」と、（ii）主にＳＥ３が検出器サブアセンブリ１２４に到達してそれにより検出され、一方、ＳＥのほとんどが、反発して、粒子検出器サブアセンブリ１２４に到達しないような「ＳＥ３検出モード」と、（iii）主にＳＥ及びＳＥ３が検出器サブアセンブリ１２４に到達してそれにより検出されるような「複合ＳＥ＆ＳＥ３モード」である。
なお、選択の、又は非選択のタイプの粒子は、ビームの試料１１０との相互作用により試料１１０から発せられた二次イオン（ＳＩ）、ＢＳＩ、もしくはスパッタイオンなどのイオンであり、又は、ＢＳＥ、ＢＳＩ、中性電子、もしくは他の何らかの粒子がある面に衝突したことによりその面から発せられた、ＳＩ３と称される三次イオンである。
詳細な説明及び請求の範囲を通して使用されている“荷電粒子”という語句は、少なくとも二次荷電粒子及び三次荷電粒子を含み、語句“二次荷電粒子”は、二次電子及び二次イオンの少なくとも一方を含み、語句“三次荷電粒子”は、三次電子及び三次イオンの少なくとも一方を含んでいることに注意すべきである。
ＳＥ３又はＳＩ３を放射する衝突面としては、例えば、壁１０８、ビームカラム１０８、ＦＩＢカラム、電子ビームカラム、付加的検出器、マイクロサンプリングユニット、又はガスノズル（例えば図１１乃至１３参照）のような、検出システムチャンバー１０６内のあらゆる面が可能性がある。
近接グリッド１３０は、選択された荷電粒子のビームを電気的に集束させることにより、選択された荷電粒子のビームを制御可能に方向付けして、その結果、選択された荷電粒子を近接グリッド１３０に引き付けてその内部に入り込ませ、遠方グリッド１３２の方へ伝搬させ、又は近接グリッド１３０に近接するように伝搬させる、というようなあらゆる適切な構成とすることができる。近接グリッド１３０は、周囲面１６０を画定している。周囲面１６０には、アパーチャ、開口、又は空隙が形成されており、それにより選択粒子が、近接グリッド１３０の材料内への最少吸収で、近接グリッド１３０内に入っていく。
加えて、近接グリッド１３０は、その近接端における、試料１１０に最も近接したその開口により規定されるアパーチャを伴って形成されている。近接グリッドアパーチャは、試料１１０から発せられた選択粒子が、近接グリッド１３０に入ってその内部を伝搬できるように設けられている。
図１及び２に示すように、近接グリッド１３０は、電気的に互いに接続され、荷電粒子検出システム１００の長手軸に沿って互いに離反し、その間に空隙１６８を画定しているリング１６６の配列で形成されている。（図２においては、粒子検出システム１００の全ての構成が示されているわけではなく、ガイド素子１７８、近接グリッド１３０、及び遠方グリッド１３２のみが示されていることに注意すべきである。）従って、周囲面１６０は、空隙１６８が間に形成されたリング１６６の配列で形成されており、それにより、近接グリッド１３０が選択的に電気的にバイアスされたときに、選択粒子が引き付けられるようになる、ということが分かる。なお、開口、つまり近接グリッドアパーチャ（図２の１７０）、は、リング配列１６６の下方リング１７２（すなわち、試料１１０に最も近接したリング）により画定され、それにより、選択された粒子が近接グリッド１３０に入り込んで貫けることができる。
リング配列１６６は、下方リング１７２から上方リング１７６（試料１１０から最も遠いリング）に延びる１本以上の近接グリッドロッド１７４に固定されている。ロッド１７４は、リング配列１６６を支持するために設けられており、また、必要なときには、絶縁リング１４０の下方部分１７７で、近接グリッド１３０を絶縁リング１４０に搭載するために設けられている。リング配列１６６は、他のいかなる適切な方法でも、絶縁リング１４０に搭載されて支持されることができることに注意すべきである。
近接グリッド１３０は、電気的に互いに導通したガイド素子１７８と共に形成されている。ガイド素子１７８は、選択された粒子を近接グリッド１３０の方へ向けて導くのを支援するよう設けられている。ガイド素子１７８は、選択粒子を近接グリッド１３０の方へ向けて導くのに適したあらゆる形状で形成できる。
図２にあるように、ガイド素子１７８は、概ね平面の矩形形状フレーム１８０で形成されている。フレーム１８０には、アパーチャ１８８が形成されており、それにより、選択された粒子が、ガイド素子１７８及び近接グリッド１３０内に入り込むことができるようになる。ガイド素子１７８は、例えばステンレス鋼又はアルミニウムのような、適した如何なる電気的導電性材料ででも形成できる。ガイド素子１７８は、選択粒子を引き付けることに適した如何なる位置にも配置できる。例えば、図１にあるように、フレーム１８０は、第一軸１９０及び第二軸１９２で規定される、試料１１０が置かれている面と実質的に同じ面に一般的に置かれる。なお、フレーム１８０は、一般的に、ビームカラム１０２の下方面１９８の、第三軸１９４に沿った、試料１１０からの距離と、同じ長さの試料１１０からの長手距離Ｘを有している。その結果、フレーム１８０により生成された電界は、試料１１０が置かれる面に垂直な第三軸１９４に沿って実質的に均一である。従って、試料１１０から放出された粒子は、フレーム１８０上の特定の領域に引き付けられることはなく、それにより、選択粒子が、アパーチャ１８８を介して、概して均一にガイド素子１７８に入り込める。
フレーム１８０は、例えば、支持棒２００を介して近接グリッド１３０に接続されており、搭載プレート２０２により、近接グリッド１３０上に搭載されている。
ガイド素子１７８は、近接グリッド１３０に、如何なる適した方法ででも搭載できることに注意すべきである。なお、ガイド素子１７８は、電気的には近接グリッド１３０と導通しつつ、物理的には非接続であってもよい。かかる実施形態においては、ガイド素子１７８は、例えば搭載素子（図示せず）により壁１０８に対して、というように、チャンバー１０６内の如何なる適した構成要素にも搭載できる。
遠方グリッド１３２は、選択された荷電粒子を近接グリッド１３０に引き付けてその内部に入り込ませ、シンチレーション素子面２１０の方へ伝搬させ、又は遠方グリッド１３２に近接するようにシンチレーション素子面２１０の方へ伝搬させる、というようなあらゆる適切な構成とすることができる。遠方グリッド１３２は、周囲面２２０を画定している。周囲面２２０には、アパーチャ、開口、又は空隙が形成されており、それにより選択粒子が、遠方グリッド１３２の材料内への最少吸収で、遠方グリッド１３２内に入っていく。
加えて、遠方グリッド１３２は、その近接端における、近接グリッド１３０に最も近接したその開口により規定されるアパーチャを伴って形成されている。遠方グリッドアパーチャは、近接グリッド１３０方向から発せられた選択粒子が、遠方グリッド１３２に入ってその内部を伝搬できるように設けられている。
図１及び２に示すように、遠方グリッド１３２は、電気的に互いに接続され、荷電粒子検出システム１００の長手軸に沿って互いに離反し、その間に空隙２３４を画定している遠方グリッドリング２３０の配列で形成されている。従って、周囲面２２０は、空隙２３４が間に形成されたリング２３０の配列で形成されており、それにより、遠方グリッド１３２が選択的に電気的にバイアスされたときに、選択粒子が引き付けられるようになる、ということが分かる。
加えて、遠方グリッド開口、つまりアパーチャ２４０、は、遠方グリッド１３２の下方リング２４４により画定され、それにより、近接グリッド１３０から伝搬されてきた選択粒子が遠方グリッド１３２に入り込んで貫けることができる。
リング配列２３０は、下方リング２４４から上方リング２６４に延びるロッド２６９に固定されている。ロッド２６０は、リング配列２３０を支持するために設けられており、また、絶縁リング１４０の上方部分２７０で、遠方グリッド１３２を絶縁リング１４０に搭載するために設けられている。リング配列２３０は、他のいかなる適切な方法でも、絶縁リング１４０に搭載されて支持されることができることに注意すべきである。
近接グリッド１３０の周囲面１６０と、遠方グリッド１３２の周囲面２２０とは、それぞれ適した如何なる構成によっても形成できる。図１及び２にあるように、周囲面１６０及び２２０は、概ねテーパー形状円錐面として形成されており、つまり、周囲面１６０及び２２０の半径方向の寸法が、近接グリッド１３０の下方リング１７２のような、近接グリッド１３０の近接端から、遠方グリッド１３２の上方リング２６４のような、遠方グリッド１３２の遠方端へ向かって増加し、それにより、周囲面１６０及び２２０のテーパー形状円錐周面を画定している。周囲面１６０及び２２０は、概してテーパー形状円錐面として形成されており、それにより、検出システムチャンバー１０６内に備わる、例えば、ＦＩＢ、電子ビームカラム、又はガスノズル（図１１乃至１３）のような他のチャンバー素子と共に、検出システムチャンバー１０６内に、容易に載置させる、すなわち適合させることができる。
周囲面１６０及び２２０の各々は、例えば図３に示すような円筒形状のように、如何なる適した形状にも構成できることに注意すべきである。
また、周囲面１６０及び２２０は、例えば、複数のロッド、固体表面、孔あき面、螺旋ワイヤ、格子などの如何なる適した構成でもよいことに注意すべきであり、それらのいくつかは、図４乃至６に示されている。
遠方グリッド１３２は、粒子検出器サブアセンブリ１２４と電気的に連通しており、搭載素子２８０によりそこに搭載されている。搭載素子２８０は、如何なる適した材料で形成されていてもよく、とりわけ、任意の適したセラミック材料のような、絶縁材料で形成される。遠方グリッド１３２は、如何なる適した手段によっても、粒子検出器サブアセンブリ１２４に搭載できる。なお、遠方グリッド１３２は、電気的には粒子検出器サブアセンブリ１２４と導通しつつ、物理的には非接続であってもよい。かかる実施形態においては、遠方グリッド１３２は、例えば搭載素子（図示せず）により壁１０８に対して、というように、チャンバー１０６内の如何なる適した構成要素にも搭載できる。
粒子検出器サブアセンブリ１２４は、そこに衝突する粒子を検出し、そこから電気信号を発生させるように設けられている。典型的には、粒子検出器サブアセンブリ１２４は、シンチレーション素子面２１０を含むハウジング２８６を備えており、そのシンチレーション素子面２１０は、光ガイド２９０を介して、光電子増倍管（ＰＭＴ）のような光センサに接続されており、それにより、シンチレーション素子面２１０に衝突する粒子から電気信号を発生させる。粒子又は光子を検出するための如何なる装置をも採用できることに注意すべきである。例えば、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、固体検出器、アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮダイオード、ＰＮダイオード、ＮＰダイオード、シリコンドリフトダイオード、又はシリコン光電子増倍管が採用できる。あるいは、米国、PA17601-5688、ランカスター、ニューホーランドアベニュー１０００にあるＢｕｒｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から販売されているＣＨＡＮＮＥＬＴＲＯＮ検出器のような電子増倍検出器を採用できる。
荷電粒子検出器サブアセンブリ１２４は、検出システムチャンバー１０６、すなわち、荷電粒子検出システム１００の真空チャンバー、内に部分的に配設される。あるいは、荷電粒子検出器サブアセンブリ１２４は、検出システムチャンバー１０６、すなわち、荷電粒子検出システム１００の真空チャンバー、内に全面的に配設されてもよい。例えば、シンチレーション素子面２１０、光ガイド２９０、及びＰＭＴは、検出システムチャンバー１０６、すなわち、荷電粒子検出システム１００の真空チャンバー、内にすべて配設される。
ハウジング２８６は、電気的導電性材料のような如何なる適した材料で形成されていてもよく、とりわけ、例えばステンレス鋼又はアルミニウムで形成される。ハウジング２８６は、図１に示す円筒形のような、如何なる適した形状でもよく、いずれにしてもハウジング２８６は、如何なる適した形状でもよいことに注意すべきである。
近接グリッド１３０、遠方グリッド１３２、及びシンチレーション素子面２１０は、選択的に電気的にバイアスされ、それにより、試料１１０から発せられた選択粒子が、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２を通過して、又はそれらに近接して、シンチレーション素子面２１０に到達してそこで検出されるように促し、又はそうさせることができるような電界を生成する。近接グリッド１３０、遠方グリッド１３２、及びシンチレーション素子面２１０は、如何なる適した方法でも、電気的にバイアスされ得ることに注意すべきである。
制御ユニット、すなわち電界発生器、が、選択粒子をシンチレーション素子面２１０の方へ向けるような、適切な電界を生成するように動作する。図１に示す実施形態においては、制御ユニットの電気的バイアスアセンブリ３００は、第一電圧フィードスルー３２２に接続された調整可能能動電源又は切替え可能高電圧電源３２０を備えている。第一電圧フィールドスルー３２２は、電気的配線３２４を介して、又は他の何らかの適した手段により、シンチレーション素子面２１０に電気的に連通しており、それによりシンチレーション素子面２１０を電気的にバイアスする。切替え可能高電圧バイポーラ電源３３０が、第二電圧フィードスルー３３２に接続され、付加的切替え可能高電圧バイポーラ電源３３４が、第三電圧フィードスルー３３６に接続される。第二電圧フィードスルー３３２は、電気的配線３４４を介して、又は他の何らかの適した手段により、遠方グリッド１３２に電気的に連通しており、それにより遠方グリッド１３２を電気的にバイアスする。第三電圧フィードスルー３３６は、電気的配線３４６を介して、又は他の何らかの適した手段により、近接グリッド１３０に電気的に連通しており、それにより遠方グリッド１３２を電気的にバイアスする。
電気的バイアスアセンブリ３００は、如何なる適した構成でも構成できることに注意すべきである。例えば、複数の、又は単一の電圧電源を設けることができる。制御ユニットは、粒子検出システム１００内に配置されるか、又は、粒子検出システム１００の外部に配置され、それに電気的に連通される。また、電圧電源は、粒子検出システム１００内に配置されるか、又は、粒子検出システム１００の外部に配置され、それに電気的に連通される。
望まれれば、電圧電源により供給された電圧を少なくとも２つの電圧フィードスルーに分割するための電圧分割器（図示せず）が含まれていてもよい。更に、電気的配線３２４，３４４及び３４６は、粒子検出システム１００内の適したどの場所にも配置できる。例えば、電気的配線は、フランジ（図示せず）に引っ掛けられる。
図３を参照すると、粒子検出システム４００が示されている。粒子検出システム４００は、図１及び２の粒子検出システム１００と実質的に同様のものであるが、近接グリッド１３０の周囲面４１０と遠方グリッド１３２の周囲面４２０が、共に円筒形状で形成されている点が異なっている。しかし、いかなる適切な形状でもよいことに注意すべきである。
加えて、図３に示された実施形態においては、図１及び２におけるガイド素子１７８が除かれている。この実施形態においては、選択された粒子は、直接近接グリッド１３０に入り込むことができる。
図４を参照すると、粒子検出システム５００が示されている。粒子検出システム５００は、図１及び２の粒子検出システム１００と実質的に同様のものであるが、遠方グリッド１３２の周囲面５１０が、間に網孔５２６を伴った格子５２０で構成されており、それによりそこに粒子が入り込むことができる点が異なっている。
更に、近接グリッド１３０の周囲面５２８が、間に網孔５３６を伴った格子５３０で構成されており、それによりそこに粒子が入り込むことができる。しかし、適した構成であれば如何なるものでもよいことに注意すべきである。
加えて、近接グリッド１３０と遠方グリッド１３２の間においては、図１及び２の絶縁リング１４０は除かれており、代わりに空隙１４８となっている。近接グリッド１３０は、例えば搭載素子５４０によるように、何らかの適切な手段により、遠方グリッド１３２に取り付けられている。遠方グリッド１３２は、物理的には近接グリッド１３０に接続されないようにすることも可能であることに注意すべきである。かかる実施形態においては、近接グリッド１３０は、例えば、搭載素子（図示せず）により、壁１０８に取り付けられる、というように、チャンバー１０６内で何らかの適した素子上に取り付けられる。
図５を参照すると、粒子検出システム６００が示されている。粒子検出システム６００は、図１及び２の粒子検出システム１００と実質的に同様のものであるが、遠方グリッド１３２の周囲面６１０が、複数のアパーチャ６２０が形成された実質的固体表面６１４で形成されており、それによりそこに粒子が入り込むことができるようになっている点が異なっている。しかし、いかなる適切な構成でもよいことに注意すべきである。
図６を参照すると、粒子検出システム７００が示されている。粒子検出システム７００は、図１及び２の粒子検出システム１００と実質的に同様のものである。しかし、付加的内部遠方グリッド７１０が、遠方グリッド１３２の内側に吊るされて（すなわち、配置されて）いる。
内部遠方グリッド７１０は、図８を参照して後に更に記述するように、荷電粒子が、遠方グリッド１３２を通じて伝搬していくことができるような構成となっている。
図６に示した実施形態においては、内部遠方グリッド７１０は、リング７２０の配列を備えているが、他の如何なる構成も可能であることに注意すべきである。
制御ユニットは、付加的電圧フィードスルー７３２に接続される付加的高電圧バイポーラ電源７３０を備えている。電圧フィードスルー７３２は、電気的配線７４４を介して、又は他の何らかの適切な手段により、内部遠方グリッド７１０と電気的に連通しており、それにより内部遠方グリッド７１０に電気的にバイアスをかけるようになっている。
なお、付加的内部グリッド（図示せず）が、近接グリッド１３０の内側に吊るされていてもよい。
図７を参照すると、粒子検出システム８００が示されている。粒子検出システム８００は、図１及び２の粒子検出システム１００と実質的に同様のものである。しかし、イオン／電子変換器８１０が設けられており、そこにイオンが衝突すると何らかの適した方法で電子を発するように動作する。図７で分かるように、変換器８１０は、変換面８２０を備えており、その面は、何らかの適した材料で形成されるが、とりわけ、例えばアルミニウムのような、高速電子放射ができるような材料である。
中性原子又はＢＳＥのような付加的な粒子が、変換器８１０の衝突し、そこから電子が放出されるということにも注意すべきである。
制御ユニットは、付加的電圧フィードスルー８３２に接続される付加的切替え式高電圧バイポーラ電源８３０を備えている。電圧フィードスルー８３２は、電気的配線８４４を介して、又は他の何らかの適切な手段により、内部遠方グリッド８１０と電気的に連通している。従って、変換器８１０は、そこにイオンを引き付け、又は加速させるように、電気的にバイアスされている。引き付けられ、又は加速されたイオンは、変換面８２０に衝突し、その結果、今度はそこから電子が放出される。変換器８１０は、検出システムチャンバー１０６内の適当な場所であればどこにでも配設することができる。更に、変換器８１０は、粒子検出器アセンブリ１２０内に配設できる。
本発明の一実施形態によれば、図１乃至７の粒子検出システムは、試料１１０から発せられた特定のタイプの粒子を選択的に検出できるように設けられている。それは、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１７０を選択的に電気的にバイアスして、選択粒子を粒子検出器アセンブリ１２４に向けて加速させ、また、非選択粒子を撥ね返してその非選択粒子が粒子検出器アセンブリ１２４の方へ加速することを防いでいる。
図８乃至１０を参照すると、図１の粒子検出システム１００を採用した３つの電子検出モードが示されている。図８においては、ＳＥ検出モードが示されており、図９においては、ＳＥ３検出モードが示されており、図１０においては、ＳＥ＆ＳＥ３検出モードが示されている。
まず、図８を参照すると、近接グリッド１３０が、電気的に正電圧にバイアスされており、遠方グリッド１３２は、電気的に、負電圧又はゼロ電圧にバイアスされている。試料１１０から発せられたＳＥ９００は、電気的に正にバイアスされた近接グリッド１３０に引き付けられ、ガイド素子１７８のアパーチャ１８８を介して、又は近接グリッド１３０の周囲面１６０の空隙１６８を介して、内部に入り込む。加えて、ＳＥは、近接グリッド１３０の近傍を伝搬してものもある。その後、ＳＥ９００は、負にバイアスされた遠方グリッド１３２の内部を通過し、又はその近傍を通過し、シンチレーション素子面２１０に衝突し、そして電気的信号が発生し、それによりＳＥ９００が検出される。試料１１０から発せられたＢＳＥ９１０は、粒子ビームカラム１０２に衝突するように描かれており、従って、その結果としてのＳＥ３９２０が、粒子ビームカラム１０２から放出される。ＳＥ３９２０は、負にバイアスされた遠方グリッド１３２により撥ね返される。あるいは、ＳＥ３は、粒子ビームカラム１０２内に、又は近接グリッド１３０内に、又は他のチャンバー素子内に吸収される。
また、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、例えば壁１０８のような、システムチャンバー１０６内の他の面に衝突し、それによりその結果のＳＥ３９２０が壁１０８から放出される。ＳＥ３９２０は、遠方グリッド１３２により撥ね返される。あるいは、ＳＥ３は、壁１０８内に、又は遠方グリッド１３２内に、又は他のチャンバー素子内に吸収される。
更に、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、シンチレーション素子面２１０の方に伝搬し、それに衝突する。
非限定的な例であるが、近接グリッド１３０は、＋２００Ｖにバイアスされ、遠方グリッド１３２は、−２０Ｖにバイアスされ、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶにバイアスされる。
図６の粒子検出システム７００は、ＳＥ検出モードにおけるＳＥを検出するために採用されることに注意すべきである。図８を参照して上述したように、近接グリッド１３０は、電気的に正電圧にバイアスされ、遠方グリッド１３２は電気的に負電圧にバイアスされる。なお、内部遠方グリッド７１０は、電気的に正電圧にバイアスされ、それにより、内部遠方グリッド７１０を通って伝搬するＳＥが、負にバイアスされた遠方グリッド１３２により撥ね返されず、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬することを保証している。好ましくは、内部遠方グリッド７１０は、試料１１０から発せられたＳＥが、そのグリッド７１０に引き付けられる一方で、ＳＥ３がそこには引き付けられず、むしろ負にバイアスされた遠方グリッド１３２により撥ね返されるような程度に正にバイアスされる。
非限定的な例であるが、近接グリッド１３０は、＋２００Ｖにバイアスされ、遠方グリッド１３２は、−５０Ｖにバイアスされ、内部遠方グリッド７１０は、＋２００Ｖにバイアスされ、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶにバイアスされる。
図９に行くと、近接グリッド１３０が、電気的に負電圧にバイアスされており、遠方グリッド１３２は、電気的に正電圧にバイアスされている。試料１１０から発せられたＳＥ９００は、電気的に負にバイアスされた近接グリッド１３０により撥ね返される。あるいは、ＳＥは、試料１１０又は他の何らかのチャンバー素子内に吸収される。試料１１０から発せられたＢＳＥ９１０は、粒子ビームカラム１０２に衝突するように描かれており、従って、その結果としてのＳＥ３９２０が、粒子ビームカラム１０２から放出される。ＳＥ３９２０は、正にバイアスされた遠方グリッド１３２に引き付けられ、遠方グリッド１３２の周囲面２２０の空隙２３４を介して、内部に入り込む。加えて、ＳＥ３は、遠方グリッド１３２の近傍を伝搬していくものもある。その後、ＳＥ３９２０は、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬し、そこに衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ３９２０が検出される。
また、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、例えば壁１０８のような、システムチャンバー１０６内の他の面に衝突し、それによりその結果のＳＥ３９２０が壁１０８から放出される。ＳＥ３９２０は、電気的に正にバイアスされた遠方グリッド１３２に引き付けられ、そこに入り込み、又は遠方グリッド１３２の近傍を伝搬していく。その後、ＳＥ３９２０は、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬し、そこに衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ３９２０が検出される。
更に、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、シンチレーション素子面２１０の方に伝搬し、それに衝突する。
また、ＢＳＥ９１０、又は中性原子又はイオンのような他の粒子が、試料１１０から発せられ、近接グリッド１３０の周囲面１６０に衝突し、それによりその結果のＳＥ３９２０が、周囲面１６０から発せられることとなる。ＳＥ３９２０は、電気的に正にバイアスされた遠方グリッド１３２に引き付けられ、そこに入り込み、又は遠方グリッド１３２の近傍を伝搬していく。その後、ＳＥ３９２０は、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬し、そこに衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ３９２０が検出される。
非限定的な例であるが、近接グリッド１３０は、−２５０Ｖにバイアスされ、遠方グリッド１３２は、＋２００Ｖにバイアスされ、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶにバイアスされる。
図１０に行くと、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２は、共に電気的に正の電圧にバイアスされる。試料１１０から発せられたＳＥ９００は、電気的に正にバイアスされた近接グリッド１３０に引き付けられ、そこに入り込む。加えて、ＳＥは、近接グリッド１３０の近傍を伝搬するものもある。その後、ＳＥ９００は、正にバイアスされた近接グリッド１３０の内部を通過し、又はその近傍を通過し、シンチレーション素子面２１０に衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ９００が検出される。試料１１０から発せられたＢＳＥ９１０は、粒子ビームカラム１０２に衝突するように描かれており、従って、その結果としてのＳＥ３９２０が、粒子ビームカラム１０２から放出される。ＳＥ３９２０は、正にバイアスされた遠方グリッド１３２に引き付けられ、そこに入り込む。加えて、ＳＥ３は、遠方グリッド１３２の近傍を伝搬するものもある。その後、ＳＥ３９２０は、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬し、そこに衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ３９２０が検出される。
また、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、例えば壁１０８のような、システムチャンバー１０６内の他の面に衝突し、それによりその結果のＳＥ３９２０が壁１０８から放出される。ＳＥ３９２０は、電気的に正にバイアスされた遠方グリッド１３２に引き付けられ、そこに入り込み、又は遠方グリッド１３２の近傍を伝搬していく。その後、ＳＥ３９２０は、シンチレーション素子面２１０に向けて伝搬し、そこに衝突し、そしてそこから電気的信号が発生し、それによりＳＥ３９２０が検出される。
更に、ＢＳＥ９１０は、試料１１０から発せられ、シンチレーション素子面２１０の方に伝搬し、それに衝突する。
非限定的な例であるが、近接グリッド１３０は、＋４００Ｖにバイアスされ、遠方グリッド１３２は、＋２００Ｖにバイアスされ、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶにバイアスされる。
なお、図８乃至１０に開示された上記の非限定的な例においては、近接グリッド１３０及び遠方グリッド１３２のバイアス電圧は、接地電位を有する試料１１０及びビームカラム１０２に対して相対的に与えられることに注意すべきである。
また、上述の３つの検出モードは、図１乃至７の粒子検出システムのいずれにおいても、実現可能であることに注意すべきである。
図８乃至１０を参照しつつ記述された３つの検出モードは、概して異なるタイプの電子を検出することを記述している。図１−７の粒子検出システムは、また、イオンのような他の粒子を検出するために採用できる。例えば、試料の近傍に搭載されたイオン／電子変換器（図７の変換器８１０のようなもの）が設けられ、そこにイオンが衝突すると、電子を発生するように動作する。従って、試料１１０から発せられ、電子に変換されたイオンは、図８乃至１０を参照して記述された電子検出の３つのモードについての記述と同様の方法で検出できる。
なお、粒子検出器アセンブリ１２４は、例えば、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）検出器のような、イオンを検出するように動作する装置を備えている。従って、正のイオン又は負のイオンは、図８乃至１０を参照して記述された電子検出の３つのモードについての記述に、必要な変更を加えて、同様の方法で検出できる。
図１１を参照すると、図８のＳＥ検出モードの粒子検出システム内の電子の軌道を描いた簡略化２Ｄシミュレーションが示されている。図１１で分かるように、試料１１０から発せられたＳＥは、近接グリッド１３０及びガイド素子１７８により引き付けられ、遠方グリッド１３２の内部を通過してシンチレーション素子面２１０に衝突するように示されている。ＢＳＥは、マイクロサンプリングユニット９５０、電子ビームカラム９５６、ＦＩＢカラム９６０、及びガス注入ノズル９６４のような、粒子検出システムの表面に衝突するように示されている。その結果のＳＥ３は、これらの面から放射され、遠方グリッド１３２により撥ね返されるように示されている。図１１に示されたシミュレーションにおいては、近接グリッドは、＋４００Ｖに設定され、遠方グリッド１３２は、−２０Ｖに設定され、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶに設定されたものである。
図１２を参照すると、図９のＳＥ検出モードの粒子検出システム内の電子の軌道を描いた簡略化２Ｄシミュレーションが示されている。図１２で分かるように、試料１１０から発せられたＳＥは、近接グリッド１３０及びガイド素子１７８により撥ね返され、試料１１０又は他のチャンバー素子により吸収される。ＢＳＥは、粒子検出システムの各表面に衝突するように示されている。その結果のＳＥ３は、これらの面から放射され、遠方グリッド１３２内を通過し、シンチレーション素子面２１０に衝突するように示されている。図１２に示されたシミュレーションにおいては、近接グリッドは、−２５０Ｖに設定され、遠方グリッド１３２は、＋２００Ｖに設定され、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶに設定されたものである。
図１３を参照すると、図１０のＳＥ検出モードの粒子検出システム内の電子の軌道を描いた簡略化２Ｄシミュレーションが示されている。図１３で分かるように、試料１１０から発せられたＳＥは、近接グリッド１３０及びガイド素子１７８により引き付けられ、遠方グリッド１３２の内部を通過してシンチレーション素子面２１０に衝突するように示されている。ＢＳＥは、粒子検出システムの各表面に衝突するように示されている。その結果のＳＥ３は、これらの面から放射され、遠方グリッド１３２内を通過し、シンチレーション素子面２１０に衝突するように示されている。図１３に示されたシミュレーションにおいては、近接グリッドは、＋４００Ｖに設定され、遠方グリッド１３２は、＋２００Ｖに設定され、シンチレーション素子面２１０は、＋１０ｋＶに設定されたものである。
本発明が好適な実施形態をもってして記述されたが、この開示が基礎とする概念は、本発明の
いくつかの目的を実行するための他の構造やプロセスの設計ための基礎として容易に利用できるということが、本発明が属する技術分野の当業者は、認識できるであろう。また、ここで採用された表現法及び用語法は、記述の目的のためであり、限定として解釈されるべきでないことを理解すべきである。付随する請求の範囲を通して使用される語句“備える”は、“を含むが限定されない”という意味で解釈されるべきであることに注意すべきである。
故に、本発明の範囲は、ここで記載した例示の実施形態により限定されるものとして解釈されない、ということが重要なことである。付随の請求の範囲で規定される本発明の範囲内には、他のバリエーションが含まれ得る。各特徴、各機能、各構成、及び／又は各特性の他のコンビネーション及びサブコンビネーションが、この出願及び関連出願における、現請求項の補正において、又は新請求項の提示において、請求可能である。また、かかる補正又は新請求項は、異なるコンビネーションを意図しようとも、同じコンビネーションを意図しようとも、また、原請求項の範囲に対して異なり、より広く、より狭く、又は等しくとも、この明細書の主題内に含まれるものとして解釈されるべきである。
米国特許第７，４１７，２３５号明細書

Claims (29)

  1. 試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための荷電粒子検出システムであって、
    選択的に電気的にバイアス可能であって、前記荷電粒子に電気的に焦点を合わせることにより、前記荷電粒子から二次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子を引き付けるように強いる一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、前記荷電粒子を制御可能に方向付けするように構成された近接グリッドと、
    前記近接グリッドから間隔をあけられ、空隙によって隔てられており、選択的に電気的にバイアス可能であり、前記荷電粒子から二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を引き付ける一方、選択されない三次荷電粒子を撥ね返すように構成された遠方グリッドと、
    前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドに引き付けられた選択された二次荷電粒子をその衝突により検出し、前記遠方グリッドに引き付けられた選択された三次荷電粒子をその衝突により検出するように構成された荷電粒子検出器と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子検出システム。
  2. 前記荷電粒子は、少なくとも、前記選択及び非選択二次荷電粒子と、前記選択及び非選択三次荷電粒子とを含み、前記選択及び非選択二次荷電粒子は、二次電子及び二次イオンのうちの少なくとも一方を含み、前記選択及び非選択三次荷電粒子は、三次電子及び三次イオンのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記近接グリッドは、前記選択された二次荷電粒子を、その近接グリッド内に入り込ませて通過させ、又は、その近接グリッド内に入ることなく近傍を伝搬させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記遠方グリッドは、前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を、その遠方グリッド内に入り込ませて通過させ、又は、その遠方グリッド内に入ることなく近傍を伝搬させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記荷電粒子検出器は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）と、電子増倍管検出器と、固体検出器と、アバランシェフォトダイオードと、ＰＩＮダイオードと、ＰＮダイオードと、ＮＰダイオードと、シリコンドリフトダイオードと、シリコン光電子増倍管と、前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が衝突したときにシンチレーション光子を生成するように構成されたシンチレーション素子面とからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 前記近接グリッドは、
    前記選択された二次荷電粒子を貫通させるための表面開口を有する近接グリッド周囲面と、
    前記近接グリッドの近接端において、前記試料に最も近い開口により画定され、前記試料から発せられた前記選択された二次荷電粒子を近接グリッド内に入り込ませてその内部を伝搬させるように構成された近接グリッドアパーチャと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 前記近接グリッドは、
    互いに電気的に接続され、前記荷電粒子検出システムの長手軸に沿って互いに間隔をあけて配置されて近接グリッド空隙を画定し、前記選択された二次荷電粒子を貫通させる近接グリッドリングの配列と、
    前記近接グリッドの近接端において、前記試料に最も近いリングの開口により画定され、前記試料から発せられた前記選択された二次荷電粒子を近接グリッド内に入り込ませてその内部を伝搬させるように構成された近接グリッドアパーチャと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 前記周囲面の半径方向の寸法は、前記近接グリッドの近接端からその遠方端に向けて増加し、それにより前記近接グリッドのテーパー形状円錐周囲面が規定されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
  9. 前記近接グリッドに電気的に接続され、前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドの方へ向けて導くように構成されたガイド素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  10. 前記ガイド素子は、前記近接グリッドの近接端において、前記近接グリッドに接続され、前記選択された二次荷電粒子を引き付けるためのものであり、アパーチャを有して前記選択された二次荷電粒子が近接グリッド内に入り込んでその内部を伝搬できるようにする略平坦矩形形状フレームを備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  11. 前記フレームは、前記試料が置かれる面に垂直な軸に沿って実質的に均一な電界を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記近接グリッドと前記遠方グリッドの間の空隙に配置された絶縁リングを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  13. 前記荷電粒子ビームカラムは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、電子ビームカラムと、ヘリウムビームカラムと、ＦＩＢカラム及び電子ビームカラムからなる複合ビームカラムと、からなるグループから選択された少なくとも一つの素子からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  14. 前記遠方グリッドは、
    前記選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を貫通させるための表面開口を有する遠方グリッド周囲面と、
    前記近接グリッドに最も近い開口により画定された、前記遠方グリッドの近接端にあって、前記近接グリッドから出た前記選択された二次荷電粒子を遠方グリッド内に入り込ませ、及び／又は、前記選択された三次荷電粒子を遠方グリッド内部に伝搬させるように構成された遠方グリッドアパーチャと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  15. 前記遠方グリッドは、
    互いに電気的に接続され、前記荷電粒子検出システムの長手軸に沿って互いに間隔をあけて配置されて遠方グリッド空隙を画定し、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子を貫通させる遠方グリッドリングの配列と、
    前記近接グリッドに最も近いリングの開口により画定された、前記遠方グリッドの近接端にあって、前記近接グリッドから出た前記選択された二次荷電粒子を遠方グリッド内に入り込ませ、及び／又は、前記選択された三次荷電粒子を遠方グリッド内部に伝搬させるように構成された遠方グリッドアパーチャと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  16. 前記遠方グリッド周囲面の半径方向の寸法は、前記遠方グリッドの近接端からその遠方端に向けて増加し、それにより前記遠方グリッドのテーパー形状円錐周囲面が規定されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
  17. 前記遠方グリッドは、間に網孔を伴った格子として構成された周囲面を備え、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子がそこを貫通できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  18. 前記遠方グリッドは、複数のアパーチャを有する実質的固体表面で形成された周囲面を備え、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子がそこを貫通できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  19. 前記近接グリッドは、間に網孔を伴った格子として構成された周囲面を備え、前記選択された二次荷電粒子がそこを貫通できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  20. 前記遠方グリッドの内側に配置され、前記選択された二次及び／又は三次荷電粒子が遠方グリッドを容易に貫通できるように構成され、電気的バイアスのための切替え可能高電圧電源に電気的に接続されている内部遠方グリッドを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  21. 前記近接グリッド、前記遠方グリッド、及び前記シンチレーション素子面は、それぞれ、選択的電気的バイアスのための切替え可能高電圧電源に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  22. 前記試料の近傍に搭載され、イオンが衝突すると電子を放射するように構成されたイオン／電子変換器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  23. 試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための荷電粒子検出システムであって、
    選択的に電気的にバイアス可能であって、前記荷電粒子に電気的に焦点を合わせることにより、前記荷電粒子から二次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子を引き付けるように強いる一方で、選択されない二次荷電粒子を撥ね返すように、前記荷電粒子を制御可能に方向付けするように構成された近接グリッドと、
    前記近接グリッドに電気的に接続され、前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドの方へ向けてガイドするように構成されたガイド素子と、
    前記近接グリッドから間隔をあけられ、空隙によって隔てられており、選択的に電気的にバイアス可能であり、前記荷電粒子から二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子が選択されたときにその選択された二次荷電粒子及び／又は三次荷電粒子を引き付ける一方、選択された三次荷電粒子を撥ね返すように構成された遠方グリッドと、
    前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドに引き付けられた選択された二次荷電粒子をその衝突により検出し、前記遠方グリッドに引き付けられた選択された三次荷電粒子をその衝突により検出するように構成された荷電粒子検出器と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子検出システム。
  24. 試料を照射する荷電粒子ビームカラムの動作により生成された荷電粒子を選択的に検出するための方法であって、
    請求項１の荷電粒子検出システムを用意し、
    前記荷電粒子検出システムの近接グリッド及び遠方グリッドを選択的に電気的にバイアスし、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子を荷電粒子検出器に向けて加速させ、また、前記選択されない二次荷電粒子及び／又は前記選択されない三次荷電粒子を撥ね返してその選択されない二次荷電粒子及び／又は選択されない三次荷電粒子が前記荷電粒子検出器の方へ加速することを防ぐことを特徴とする方法。
  25. 前記荷電粒子検出器は、前記選択された二次荷電粒子及び／又は前記選択された三次荷電粒子が衝突するとシンチレーション光子を生成するように構成されたシンチレーション素子面を備え、前記方法は、更に、前記荷電粒子検出システムのシンチレーション素子面を選択的に電気的にバイアスすることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  26. 前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の負電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択された二次荷電粒子を前記近接グリッドに引き付け、検出のために前記選択された二次荷電粒子を前記シンチレーション素子面の方へ伝搬させる一方、前記選択されない三次荷電粒子を前記遠方グリッドから撥ね返すことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
  27. 前記遠方グリッドの内側に内部遠方グリッドを搭載し、前記内部遠方グリッドを所定の第三正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択された二次荷電粒子が前記シンチレーション素子面の方へ伝搬し易くするステップを更に備えることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の負電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、それにより前記選択されない二次荷電粒子を撥ね返す一方、検出のために前記シンチレーション素子面の方へ前記選択された三次荷電粒子を伝搬させるために、前記選択された三次荷電粒子を前記遠方グリッドの方へ引き付けることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
  29. 前記選択的に電気的にバイアスするステップにおいては、前記近接グリッドを所定の第一正電圧に電気的にバイアスし、前記遠方グリッドを所定の第二正電圧に電気的にバイアスし、前記シンチレーション素子面を所定の第三正電圧に電気的にバイアスし、それにより検出のために前記シンチレーション素子面の方へ前記選択された二次荷電粒子及び前記選択された三次荷電粒子を伝搬させるために、前記選択された二次荷電粒子及び前記選択された三次荷電粒子を前記近接グリッド及び／又は前記遠方グリッドの方へ引き付けることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
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