JP2022096580A - 二次電子プローブ、二次電子検出装置及び走査型電子顕微鏡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子の吸収率がほぼ１００％である二次電子プローブを用いた二次電子検出器を提供する。【解決手段】二次電子プローブ１０は、ナノメートルまたはマイクロメートルスケールの微小な間隔を有する多孔炭素材料層１０２からなり、多孔炭素材料層１０２をは、カーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンナノボール、カーボンミクロボールのいずれか一種または多種の複数の粒子でからなるカーボンナノチューブアレイ或いはカーボンナノチューブネットワーク構造体を形成する電子黒体である。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電子プローブ、二次電子検出装置及び走査型電子顕微鏡検出装置に関する。

二次電子とは、電子電流またはイオン流が物体の表面に衝突することによって、物体の表面５ｎｍ～１０ｎｍの深さ範囲から放出される電子を指す。二次電子は試料の表面形態に非常に敏感であるため、物体の表面から放出される二次電子を検出することにより、物体の表面形態を非常に効果的に表示することができる。二次電子の原理は、電子増倍管、光電子増倍管、マイクロチャネルプレート、ファラデーカップ、デイリー検出器などの検出要素、および走査型電子顕微鏡などの電子イメージング要素に適用される。電子技術の急速な発展に伴い、二次電子の放出現象と二次電子の検出要素がますます注目を集めている。従来の二次電子プローブの材料は一般に金属材料である。二次電子が金属材料の表面に当たると、その一部が吸収されるだけでなく、多数の二次電子が金属材料に反射されまたは金属材料を透過するため、二次電子の吸収率が低くなる。二次電子に対する金属材料の吸収率は比較的低く、一般に約４０％である。物体の表面から逃げる二次電子の一部を二次電子プローブで収集できないため、物体の表面から逃げる二次電子の収集効率が低下し、従来の二次電子検出器の精度も低下する。走査型電子顕微鏡によって検出された表面形態の解像度（Clarity）と正確度も影響を受ける。

現在、ほぼ１００％の電子を吸収できる材料は見つかっておらず、この材料は電子黒体材料と呼ぶことができる。従来技術では、電子に対する１００％の吸収率を達成するために、複雑な構造を設計する必要があり、コストが比較的に高く、効果は理想的ではない。したがって、構造が簡単で電子の吸収率がほぼ１００％である二次電子プローブと二次電子検出器を設計することは非常に重要である。

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これによって、電子の吸収率がほぼ１００％である二次電子プローブを提供し、この二次電子プローブを使用する二次電子検出器及び走査型電子顕微鏡検出装置を提供する必要がある。

二次電子プローブは、多孔炭素材料層を含み、前記多孔炭素材料層は複数の炭素材料粒子を含み、複数の前記炭素材料粒子の間に微小な間隙があり、複数の前記炭素材料粒子間の間隙はナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールであり、前記多孔炭素材料層は電子黒体である。

前記炭素材料粒子はカーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンナノボール、カーボンミクロボールのいずれか一種または多種である。

前記多孔炭素材料層はカーボンナノチューブアレイ或いはカーボンナノチューブネットワーク構造体である。

前記二次電子プローブと、試験ユニットと、を含む二次電子検出装置であって、前記二次電子プローブは、導線を介して前記試験ユニットと電気的に接続される。

前記二次電子プローブと、電流計と、走査型電子顕微鏡の画像表示装置と、を含む走査型電子顕微鏡検出装置であって、前記電流計は第一端子および第二端子を含み、前記第一端子は前記二次電子プローブと電気的に接続され、前記第二端子は接地され、前記走査型電子顕微鏡の画像表示装置は前記二次電子プローブおよび前記電流計と電気的に接続され、前記電流計の電流値によって画像を形成する。

従来技術と比べて、本発明により提供される二次電子プローブは多孔炭素材料層のみを使用し、その構造は簡単である。多孔炭素材料層の電子吸収率はほぼ１００％に達することができ、これは二次電子の絶対的な黒体とみなすことができる。二次電子プローブを使用してサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が失われることはなく、二次電子の収集効率は比較的高くなる。したがって、二次電子プローブを使用する二次電子検出装置は、高い電子収集効率および検出精度を有し、走査型電子顕微鏡検出装置によって得られたサンプルの表面形態は鮮明であり、正確度は比較的高い。

本発明の第一実施例の二次電子プローブの構造を示す図である。 本発明のカーボンナノチューブ構造体が絶縁基板に設置される構造を示す図である。 本発明の超配列カーボンナノチューブアレイが絶縁基板に設置される構造を示す図である。 本発明の第二実施例の二次電子検出装置の構造を示す図である。 本発明の二次電子検出器および従来の二次電子検出器がサンプルを試験するときの構造を示す図であり、および得られた電流強度比較チャートである。 本発明の第三実施例の走査型電子顕微鏡検出装置の構造を示す図である。 本発明の走査型電子顕微鏡検出装置における走査型電子顕微鏡およびＴｉ金属を二次電子プローブとする走査型電子顕微鏡がサンプルを走査して獲得する画像である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１を参照すると、本発明の第一実施例は二次電子プローブ１０を提供する。二次電子プローブ１０は多孔炭素材料層１０２を含む。多孔炭素材料層１０２は、複数の炭素材料粒子を含む。複数の炭素材料粒子の間に微小な間隙がある。複数の炭素材料粒子間の間隙は、ナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。多孔炭素材料層１０２は、自立構造体である。いわゆる「自立構造体」とは、多孔炭素材料層１０２が、基板の表面に設置されることなく、それ自身の特定の形状を維持できることを意味する。

複数の炭素材料粒子間の間隙は、ナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。マイクロメートルスケールとは、間隙のサイズが１０００ミクロン以下であることを意味する。一つの例において、間隙のサイズが１００ミクロン以下である。ナノメートルスケールとは、間隙のサイズが１０００ナノメートル以下であることを意味する。一つの例において、間隙のサイズが１００ナノメートル以下である。

好ましくは、多孔炭素材料層１０２は純粋な炭素構造からなる。これは、多孔炭素材料層１０２が、他の不純物を含まない複数の炭素材料粒子のみから構成され、炭素材料粒子も純粋な炭素材料粒子であることを意味する。

多孔炭素材料層１０２における複数の炭素材料粒子間にナノメートルまたはマイクロメートルの間隙がある。二次電子が多孔炭素材料層１０２に入った後、多孔炭素材料層１０２における複数の炭素材料粒子間にあるナノメートルまたはマイクロメートルの間隙で、複数回屈折および反射され、多孔炭素材料層１０２から放出されることができない。多孔炭素材料層１０２の電子吸収率はほぼ１００％に達することができる。言い換えると、多孔炭素材料層１０２は、電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、多孔炭素材料層１０２は、二次電子の収集効果が優れている。多孔炭素材料層１０２を使用する二次電子プローブ１０はサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が失われることはなく、二次電子の収集効率及び検出精度が高い。

図２を参照すると、多孔炭素材料層１０２は絶縁基板１０４の表面にさらに設置されることができる。絶縁基板１０４は、好ましくは平坦な構造である。絶縁基板１０４は、可撓性または剛性の基板である。絶縁基板１０４の材料は、例えば、ガラス、プラスチック、シリコンウエハー、二酸化ケイ素ウエハー、石英ウエハー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコン、酸化物層を有するシリコン、石英などのいずれか一種である。絶縁基板１０４のサイズは、実際のニーズに応じて設定できる。本実施例において、多孔炭素材料層１０２は、シリコン基板１０４の表面に配置される。

炭素材料粒子は、線状粒子と球状粒子の一方または両方を含む。線状粒子の断面の最大直径は１０００ミクロン以下である。線状粒子は、カーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブなどであってもよい。球状粒子の最大直径は１０００ミクロン以下である。球状粒子は、カーボンナノボールまたはカーボンミクロボールであり得る。好ましくは、炭素材料粒子はカーボンナノチューブであり、多孔炭素材料層１０２はカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブ構造体は、好ましくは純粋なカーボンナノチューブ構造体である。これは、カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブからなり、他の不純物を含まないことを意味し、カーボンナノチューブも純粋なカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブアレイまたはカーボンナノチューブネットワーク構造体である。

カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブアレイである場合、カーボンナノチューブアレイは絶縁基板１０４の表面に設置される。カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向が絶縁基板１０４と交差して角を形成する。角は０度より大きく９０度以下である。カーボンナノチューブアレイにおける複数のカーボンナノチューブ間の小さな間隙によって、二次電子がカーボンナノチューブアレイから放出されることを防ぎ、カーボンナノチューブアレイの二次電子に対する収集率を改善し、二次電子の検出精度をさらに向上させる。

図３を参照すると、本実施例において、カーボンナノチューブ構造は超配列カーボンナノチューブアレイであり、超配列カーボンナノチューブアレイは絶縁基板１０４の表面に設置される。超配列カーボンナノチューブアレイは、絶縁基板１０４で直接成長させることができ、またはその成長基板から絶縁基板１０４に移すことができる。超配列カーボンナノチューブアレイは、互いに平行して配列する複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブの延伸方向は絶縁基板１０４と垂直をなす。超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は基本的に同じである。もちろん、超配列カーボンナノチューブアレイにはランダムに配置されたカーボンナノチューブがいくつかあり、これらのカーボンナノチューブは、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるほとんどのカーボンナノチューブの全体的な配向に大きな影響を与えない。超配列カーボンナノチューブアレイには、基本的にアモルファスカーボンや残留触媒金属粒子などの不純物が含まれない。超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブは、分子間力によって互いに密接に接触してアレイを形成する。超配列カーボンナノチューブアレイのサイズ、厚さ、および表面積は制限されておらず、実際のニーズに応じて選択できる。超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、特許文献１に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献１のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイに限定されず、他のカーボンナノチューブアレイであってもよい。

カーボンナノチューブネットワーク構造体におけるカーボンナノチューブ間に形成される微孔は非常に小さい。微孔のサイズはマイクロメートルスケールまたはナノメートルスケールである。カーボンナノチューブネットワーク構造体は、カーボンナノチューブスポンジ状構造体、カーボンナノチューブフィルム構造体、カーボンナノチューブペーパー、または複数のカーボンナノチューブを織りまたは絡み合わせることによって形成されたネットワーク構造体であってもよく、または他のカーボンナノチューブネットワーク構造体であってもよい。

カーボンナノチューブスポンジ状構造体は、複数のカーボンナノチューブが絡み合って形成されたスポンジ状のカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブスポンジ状構造体は自立構造を有する多孔構造体である。

カーボンナノチューブワイヤーは複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは分子間力で端と端が接続されている巨視的な線状構造体である。カーボンナノチューブワイヤーは、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤまたはねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。一つの例において、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは複数のカーボンナノチューブのみからなる。非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長手方向に沿って、対向する両端に相反する力を印加することにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは、基本的に平行に配列され、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に螺旋状に配列されている。複数のカーボンナノチューブは延伸方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。一つの例において、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは複数のカーボンナノチューブのみからなる。

カーボンナノチューブフィルムの構造体は、複数のカーボンナノチューブフィルムを積層して形成される。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力によって結合される。カーボンナノチューブフィルム構造体におけるカーボンナノチューブの間に、小さな間隙が形成される。カーボンナノチューブフィルムは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルム、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム、またはプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムであってもよい。

ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブを含む。好ましくは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなる。複数のカーボンナノチューブはドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面に基本的に平行に配列される。具体的には、複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端から端まで接続され、同じ方向に沿って配列されている。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから直接引っ張ることによって得ることができる。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは自立構造体である。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、分子間力でお互いに結合しているので、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは特定の形状を有し、自立構造体を形成する。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ナノメートルから１００ミクロンまでである。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの幅はカーボンナノチューブアレイのサイズに関連し、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの長さは制限されない。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献１に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献１のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、分子間力によって端から端まで接続されている。一つの例において、カーボンナノチューブフィルム構造体は、複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムが積層されて形成される。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°～９０°（０°を含まず）の角度で交差している。複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが交差してネットワークフィルム構造体を形成している。

綿毛構造カーボンナノチューブフィルムは、絡み合って均一に分布している複数のカーボンナノチューブを含む。好ましくは、綿毛構造カーボンナノチューブフィルムは、絡み合って均一に分布している複数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは、分子間力によって互いに接近して、相互に絡み合い、カーボンナノチューブネット状構造体が形成され、自立構造体を有する綿毛構造カーボンナノチューブフィルムが形成される。綿毛構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。綿毛構造カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイを処理することによって得ることができる。綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献２に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献２のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。

プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブを含む。好ましくは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブからなる。複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。隣接するカーボンナノチューブ同士が分子間力で相互に結合され接続される。カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用して、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、押し器具の形状及びカーボンナノチューブアレイを押す方向により決められる。

プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、隣接するカーボンナノチューブ同士が分子間力で相互に引き合わさって接続される。また、該カーボンナノチューブフィルムは、平面等方性を有し、該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長している基板に垂直な方向に沿って、カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列した複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿ってカーボンナノチューブアレイを同時に押すと、基本的に同じ方向に配列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、カーボンナノチューブアレイを同時に押すと、異なる方向に沿って、選択的な方向に配列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献３に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献３のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。

カーボンナノチューブペーパーは、基本的に同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは、延伸方向に分子間力で端と端が接続されている。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブペーパーの表面に基本的に平行である。カーボンナノチューブペーパーの製造方法は、特許文献４に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献４のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。

カーボンナノチューブ構造体は純粋であり、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの比表面積は大きく、カーボンナノチューブ構造自体は大きな粘度を持っている。したがって、カーボンナノチューブ構造体は自身の接着力によって、絶縁基板１０４に固定されることができる。カーボンナノチューブ構造体を絶縁基板１０４によりよく固定するために、カーボンナノチューブ構造体も接着剤によって絶縁基板１０４に固定される。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体は純粋であり、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの比表面積は大きく、カーボンナノチューブ構造体はそれ自体の接着力によって絶縁基板１０４に固定されている。

電子ビームのエネルギーが高くなるにつれて、多孔炭素材料層１０２におけるその通過深さはより深くなり、逆に電子ビームのエネルギーが低くなるにつれて、通過深さはより浅くなる。好ましくは、電子ビームのエネルギーが２０ｋｅＶ以下である場合、多孔炭素材料層１０２の厚さは２００μｍ～６００μｍである。この厚さ範囲では、電子ビームは多孔炭素材料層１０２を容易に通過せず、多孔炭素材料層１０２から外部に反射されにくい。また、この厚さ範囲において、多孔炭素材料層１０２は高い電子吸収率を有する。一つの例において、多孔炭素材料層１０２の厚さは３００μｍ～５００μｍである。もう一つの例において、多孔炭素材料層１０２の厚さは２５０μｍ～４００μｍである。

多孔炭素材料層１０２が超配列カーボンナノチューブアレイである場合、超配列カーボンナノチューブアレイの高さは３５０μｍ～６００μｍであることが好ましい。この高さ範囲では、電子ビームは多孔炭素材料層１０２を容易に通過せず、多孔炭素材料層１０２から外部に反射されにくい。この高さ範囲では、超配列カーボンナノチューブアレイは高い電子吸収率を有する。より好ましくは、超配列カーボンナノチューブアレイの高さは４００μｍ～５５０μｍである。本実施例において、多孔炭素材料層１０２は、超配列カーボンナノチューブアレイであり、超配列カーボンナノチューブアレイの厚さは５５０ミクロンである。

二次電子プローブ１０が使用されるとき、電子ビームがサンプルの表面に当たると、サンプルは二次電子を放出し、二次電子は多孔炭素材料層１０２によって収集されて二次電子を検出する。

本発明の二次電子プローブ１０は多孔炭素材料層１０２を採用して、その構造は簡単である。多孔炭素材料層１０２は二次電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、多孔炭素材料層１０２は、二次電子の収集に特に優れた効果を有する。二次電子プローブ１０を使用してサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が失われることはなく、二次電子プローブ１０は、二次電子の吸収率が９９．９９以上であり、二次電子の収集効果および検出精度が高い。多孔炭素材料層１０２はカーボンナノチューブ構造体でもよい。カーボンナノチューブ構造体は優れている導電性、柔軟性、強度を有するため、高温や低温などの非常に過酷な環境でも使用でき、二次電子プローブ１０の応用範囲が広い。カーボンナノチューブ構造体の重量が比較的軽いため、実際の操作に役立つ。二次電子プローブ１０は、品質と体積が厳しいマイクロデバイスに適している。

図４を参照すると、本発明の第二実施例は二次電子検出装置２０を提供する。二次電子検出装置２０は、二次電子プローブ２０２および試験ユニット２０４を含む。試験ユニット２０４は、第一端子と第二端子とを含む。第一端子は、導線２０６を介して二次電子プローブ２０２と電気的に接続される。第二端子は接地される。

二次電子プローブ２０２の構造は、第一実施例の二次電子プローブ１０の構造と同じである。

試験ユニット２０４は、二次電子プローブ２０２によって収集された二次電子をテストし、数値変換を実行するために使用される。試験ユニット２０４は、電流計、電圧計、または温度表示装置である。本実施例において、試験ユニット２０４は電流計である。二次電子プローブ２０２によって収集された二次電子が導線を介して電流計に伝達されるとき、二次電子によって生成された電流値を電流計によって読み取って、サンプルの表面から逃げる二次電子の数量を得ることができる。

試験ユニット２０４によって測定された信号は、出力ユニット（図示せず）を介してさらに出力することができる。出力ユニットは、画像表示装置、アラームなどである。本実施例において、出力ユニットはＬＣＤディスプレイであり、試験ユニット２０４によって測定された電流信号は、ＬＣＤディスプレイに画像を出力する。

二次電子検出装置２０が使用されているとき、電子ビームがサンプルの表面に当たると、二次電子はサンプル表面から逃げ、二次電子は二次電子プローブ２０２によって収集される。二次電子プローブ２０２が収集された二次電子電子は導線を介して試験ユニット２０４に伝達され、試験ユニット２０４は二次電子を試験する。例えば、試験ユニット２０４は、二次電子プローブ２０２によって収集された二次電子の生成される電流、電圧或いは温度を試験することができる。サンプルの表面から逃げる二次電子の数量は、試験ユニット２０４によって試験された値によって得ることができる。試験ユニット２０４によって測定された信号は、画像を形成するなどの出力ユニットを通してさらに出力することができる。

図５を参照すると、本発明の超配列カーボンナノチューブアレイを二次電子プローブとする二次電子検出装置２０およびＴｉ金属を二次電子プローブする従来の二次電子検出装置を使用して、Ａｌ、Ｓｉ/ＳｉＯ_２、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕを試験する。二つの二次電子検出装置の違いは、二次電子プローブの材料が異なり、他の素子が同じである。図５ａには示すように、同じ条件下で、Ａｕサンプルを試験する場合、本発明の二次電子検出装置２０は、二次電子に対する収集効率を４６．２１％増加させる。Ｓｉ/ＳｉＯ_２（ＳｉＯ_２の厚みは３００ｎｍである）を試験する場合、本発明の二次電子検出装置２０は、二次電子に対する収集効率を６７．５％向上させる。図５ｂの傾きは、本発明の二次電子検出装置２０と、Ｔｉ金属を二次電子プローブする従来の二次電子検出装置とが、同じサンプルを検出するときに収集される電流強度の比を表す。図５ｂからわかるように、Ａｌ、Ｓｉ/ＳｉＯ_２、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕを試験する場合、Ｔｉ金属を二次電子プローブする従来の二次電子検出装置と比較して、本発明の二次電子検出装置２０の二次電子に対する収集効率をすべて約５０％増加させる。これにより、Ｔｉ金属を二次電子プローブする従来の二次電子検出装置と比較して、本発明の二次電子検出装置２０は、サンプル表面からより多くの二次電子を収集し、二次電子に対する収集効率が優れる。電子検出装置２０は二次電子を検出する際により高い精度を有する。

本発明により提供される二次電子検出器２０は多孔炭素材料層を二次電子プローブとして使用する。多孔炭素材料層は、二次電子の絶対黒体と見なすことができる。したがって、多孔炭素材料層は、二次電子の収集に特に良い効果をもたらす。二次電子検出器２０を使用してサンプル表面から逃げる二次電子を検出する場合、基本的に二次電子が失われることはなく、検出精度が高い。二次電子検出器２０の二次電子プローブは、多孔炭素材料層のみを使用することにより、二次電子のほぼ１００％の吸収を達成することができる。したがって、二次電子検出器２０の構造は簡単である。多孔炭素材料層がカーボンナノチューブ構造体である場合、カーボンナノチューブ構造体は優れた導電性、柔軟性、および強度を有するため、高温および低温などの非常に過酷な環境にも適用できる。したがって、二次電子検出器２０の適用範囲は比較的広い。カーボンナノチューブ構造体の重量は比較的軽量であり、実際の操作に役立つ。二次電子検出器２０は、品質と体積が厳しい要件を持つマイクロデバイスに適する。

図６を参照すると、本発明の第三実施例は、走査型電子顕微鏡検出装置３０を提供する。走査型電子顕微鏡検出装置３０は、二次電子プローブ３０２と、電流計３０４と、走査型電子顕微鏡の画像表示装置と、を含む。電流計３０４は第一端子および第二端子を含む。第一端子は導線３０６を介して二次電子プローブ３０２と電気的に接続され、第二端子は接地される。走査型電子顕微鏡の画像表示装置は二次電子プローブ３０２および電流計３０４と電気的に接続され、電流計３０４の電流値によって画像を形成する。

二次電子プローブ３０２の構造は、第一実施例における二次電子プローブ１０の構造と同じである。すなわち、二次電子プローブ３０２は二次電子プローブ１０のすべての技術的特徴を含む。

二次電子プローブ３０２がサンプルと間隔をあける限り、二次電子プローブ３０２は走査型電子顕微鏡の空洞中の任意の位置に配置することができる。好ましくは、二次電子プローブ３０２は、走査型電子顕微鏡の空洞の側壁に設置される。サンプルは一般に走査型電子顕微鏡の空洞の底部に設置され、二次電子プローブ３０２が走査型電子顕微鏡の空洞の側壁に設置されるとき、二次電子プローブ３０２はサンプルの斜め上に位置する。これはサンプルの表面から逃げる二次電子の収集をより助長する。従来の走査型電子顕微鏡検出装置と比較して、本発明の二次電子プローブ３０２はサンプルに比較的近い。これにより、二次電子の収集速度がより高くなる。二次電子プローブ３０２は、走査型顕微鏡の空洞の側壁に固定されなくてもよく、固定ブラケットを介して走査型顕微鏡の空洞に設置されることができる。

二次電子プローブ３０２における多孔炭素材料層１０２がカーボンナノチューブアレイである場合、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は空洞の側壁と交差して角度を形成する。角度は０度より大きく９０度以下である。これは、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブ間の小さな間隙はカーボンナノチューブアレイから二次電子が放出されるのを防ぎ、カーボンナノチューブアレイは二次電子に対する収集率を改善する。本実施例において、多孔炭素材料層１０２は、超配列カーボンナノチューブのアレイであり、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は、走査型顕微鏡の空洞の側壁に垂直である。

走査型電子顕微鏡検出装置３０を使用するとき、走査型電子顕微鏡の電子放出端から放出された高エネルギー電子ビームがサンプルに当たると、二次電子がサンプル表面から逃げ、二次電子が二次電子プローブ３０２によって収集される。二次電子プローブ３０２によって収集された二次電子によって生成された電流は、電流計３０４によって読み取られる。走査型電子顕微鏡の画像表示装置は、電流値によって画像化され、サンプルの表面形態を獲得する。

図７において、ａおよびｂは、それぞれ、本発明の超配列カーボンナノチューブアレイを二次電子プローブとする走査型電子顕微鏡、およびＴｉ金属を二次電子プローブとする走査型電子顕微鏡が同じサンプルを試験して獲得する画像である。サンプルはＳｉ/ＳｉＯ_２基板に金電極を設置して形成する。図７のａとｂで使用される走査型電子顕微鏡では、二次電子プローブのみが異なり、他の素子は同じであり、試験されたサンプルも同じである。図７のａとｂを比較すると、Ｔｉ金属を二次電子プローブとする従来の走査型電子顕微鏡によって収集された画像と比較して、本発明の走査型電子顕微鏡検出装置３０を使用する走査型電子顕微鏡が収集する画像の色が暗いことが分かる。本発明の走査型電子顕微鏡検出装置３０によって収集される電流がより強く、より多くの二次電子が収集されることを示している。

本発明の走査型電子顕微鏡検出装置３０において、二次電子プローブは多孔炭素材料層を含む。多孔炭素材料層における複数の炭素材料粒子間に小さな間隙がある。二次電子が多孔炭素材料層に入った後、多孔炭素材料層における複数の炭素材料粒子間にある小さな間隙で、複数回屈折および反射され、多孔炭素材料層から放出されることができない。多孔炭素材料層は二次電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、走査型電子顕微鏡検出装置３０は、二次電子の収集に特に優れた効果を有する。走査型電子顕微鏡検出装置３０を使用してサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が失われることはなく、走査型電子顕微鏡検出器３０を使用して走査型電子顕微鏡によって得られたサンプルの表面形態は、より鮮明でより正確である。多孔炭素材料層の二次電子吸収率は９９．９９％以上に達し、ほぼ１００％に達することができる。これにより、電流計によって得られる電気信号は比較的強いため、従来の走査型電子顕微鏡のように電気-光学-電気変換を実行する必要はない。走査型電子顕微鏡検出器３０の二次電子プローブは、二次電子を収集し、電流計を介して電流値を直接測定し、電流信号によって走査型電子顕微鏡の画像表示装置が画像を形成し、サンプルの表面形態の写真を取得する。テストプロセスは簡単であり、テスト時間は短い。本発明の走査型電子顕微鏡検出装置は、走査型電子顕微鏡の構造を簡単化し、コストを削減することができる。

１０、２０２、３０２ 二次電子プローブ
１０２ 多孔炭素材料層
１０４ 絶縁基板
２０ 二次電子検出素子
２０４ 試験ユニット
２０６、３０６ 導線
２０ 走査型電子顕微鏡検出装置
３０４ 電流計

Claims (5)

1. 多孔炭素材料層を含む二次電子プローブであって、
   前記多孔炭素材料層は複数の炭素材料粒子を含み、
   複数の前記炭素材料粒子の間に微小な間隙があり、複数の前記炭素材料粒子間の間隙はナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールであり、
   前記多孔炭素材料層は電子黒体であることを特徴とする二次電子プローブ。
2. 前記炭素材料粒子はカーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンナノボール、カーボンミクロボールのいずれか一種または多種であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電子プローブ。
3. 前記多孔炭素材料層はカーボンナノチューブアレイ或いはカーボンナノチューブネットワーク構造体であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電子プローブ。
4. 請求項１～３の任意の前記二次電子プローブと、試験ユニットと、を含む二次電子検出装置であって、前記二次電子プローブは、導線を介して前記試験ユニットと電気的に接続されることを特徴とする二次電子検出装置。
5. 請求項１～３の任意の前記二次電子プローブと、電流計と、走査型電子顕微鏡の画像表示装置と、を含む走査型電子顕微鏡検出装置であって、
   前記電流計は第一端子および第二端子を含み、
   前記第一端子は前記二次電子プローブと電気的に接続され、
   前記第二端子は接地され、
   前記走査型電子顕微鏡の画像表示装置は前記二次電子プローブおよび前記電流計と電気的に接続され、前記電流計の電流値によって画像を形成することを特徴とする走査型電子顕微鏡検出装置。

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