JP5167043B2 - PIN TYPE DETECTOR AND CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE PROVIDED WITH PIN TYPE DETECTOR - Google Patents

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Description

本発明はＰＩＮ型検出器及びＰＩＮ型検出器を備えた荷電粒子ビーム装置に関し、更に詳しくはＳＥＭ等の荷電粒子ビーム装置に設置される検出器の改良に関する。   The present invention relates to a PIN detector and a charged particle beam apparatus including the PIN detector, and more particularly to an improvement of a detector installed in a charged particle beam apparatus such as an SEM.

ＳＥＭ等においては、電子ビームが照射された時に試料表面から放出される反射電子を検出する反射電子検出器が用いられる。近年は、シンチレータ方式に代わり、半導体を用いた半導体検出器が用いられるようになっている。図９は反射電子検出器の構成例を示す図である。試料台２の上に載置された試料３に電子ビームＥＢが照射され、試料３の表面からは反射電子が放出される。この反射電子は反射電子検出器９に捕獲される。   In SEM or the like, a backscattered electron detector that detects backscattered electrons emitted from the sample surface when an electron beam is irradiated is used. In recent years, semiconductor detectors using semiconductors have been used instead of scintillator systems. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the backscattered electron detector. The sample 3 placed on the sample stage 2 is irradiated with the electron beam EB, and reflected electrons are emitted from the surface of the sample 3. The reflected electrons are captured by the reflected electron detector 9.

この反射電子検出器９は、Ｐ＋層１０と、Ｉ層１１と、Ｎ＋層１２から構成される、いわゆるＰＩＮ型半導体検出器である。該反射電子検出器９の真ん中には、１次電子ビームＥＢを通過させる穴５が穿たれている。Ｎ＋層１２は接地されている。   The backscattered electron detector 9 is a so-called PIN type semiconductor detector composed of a P + layer 10, an I layer 11, and an N + layer 12. A hole 5 through which the primary electron beam EB passes is formed in the middle of the reflected electron detector 9. The N + layer 12 is grounded.

反射電子検出器９は、反射電子の受光面となるＰ型半導体（Ｐ＋）層１０、真性領域のＩ層１１、Ｎ型半導体（Ｎ＋）層１２よりなり、ＰＩＮ型フォトダイオードを構成している。即ち、Ｐ＋層１０は、シリコンにボロン（Ｂ）等の不純物が真空加熱炉により拡散されており、Ｎ＋層１２にはリン（Ｐ）等の不純物が拡散されている。この構成で、Ｎ＋層１２は接地されており、Ｐ＋層１０から入射電子に応じた強度の信号が取り出される。   The backscattered electron detector 9 includes a P-type semiconductor (P +) layer 10 that serves as a light-receiving surface for backscattered electrons, an I layer 11 in the intrinsic region, and an N-type semiconductor (N +) layer 12 to form a PIN photodiode. . That is, in the P + layer 10, impurities such as boron (B) are diffused in silicon by a vacuum heating furnace, and impurities such as phosphorus (P) are diffused in the N + layer 12. With this configuration, the N + layer 12 is grounded, and a signal having an intensity corresponding to incident electrons is extracted from the P + layer 10.

従来のこの種の検出器としては、受光面がＰ層（アノード）、裏面がＮ層でカソードコモンの例が知られており、受光面が分割面とされている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。また受光面がＮ層（カソード）、裏面がＰ層でアノードコモンの例が知られており、受光面が分割面とされている（例えば特許文献３参照）。   As a conventional detector of this type, an example in which a light receiving surface is a P layer (anode), a back surface is an N layer, and a cathode common is known, and the light receiving surface is a divided surface (for example, Patent Document 1 and Patent). Reference 2). Further, an example in which the light receiving surface is an N layer (cathode), the back surface is a P layer, and an anode common is known, and the light receiving surface is a divided surface (see, for example, Patent Document 3).

特許第２８２４６７９号公報（３頁左欄第１１行〜同頁右欄第３８行、第１図〜第５図）Japanese Patent No. 2824679 (page 3, left column, line 11 to page right column, line 38, FIGS. 1 to 5) 特許第３２１０４６５号公報（段落００１３〜００１９、図４）Japanese Patent No. 3210465 (paragraphs 0013 to 0019, FIG. 4) 特許第３１５４８２７号公報（段落００１０〜００１１、図３）Japanese Patent No. 3154827 (paragraphs 0010 to 0011, FIG. 3)

１）円形の２分割又は４分割の反射電子検出器は、分割された夫々の検出器から得られる信号を加算すれば組成像となり、減算すれば凹凸像となる。検出器表面（受光面）は、ＳｉＯ2等の酸化皮膜で分割されているので、試料からの反射電子に曝されてチャージアッ
プする。その結果、この帯電状態はノイズとなり画像障害を生じる。また、円形の２分割又は４分割の反射電子検出器の中央部にある電子ビーム通過孔周辺は、約０．５ｍｍの幅でＳｉＯ2等の酸化皮膜で覆われているので特にチャージアップしやすい。 1) A circular two-part or four-part backscattered electron detector becomes a composition image when signals obtained from the respective divided detectors are added, and becomes a concavo-convex image when subtracted. Since the detector surface (light-receiving surface) is divided by an oxide film such as SiO 2 , it is charged by being exposed to the reflected electrons from the sample. As a result, this charged state becomes noise and causes image failure. Further, the periphery of the electron beam passage hole at the center of the circular two-part or four-part backscattered electron detector is covered with an oxide film such as SiO 2 with a width of about 0.5 mm, so that it is particularly easy to charge up. .

この酸化被膜の部分でチャージアップすると、検出器表面（受光面）と裏面の間で暗電流が増加し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察画像に輝度変化が生じ、場合によってはハレーションが起きて観察不能となる。
２）有効受光面積（アクティブエリア）は、ＳｉＯ2等の酸化皮膜で覆われている面積分
だけ少なくなる。この結果、感度が低下する。
３）逆方向バイアス電圧印加の効果
ＰＮ接合において、逆方向にバイアス電圧を印加することは、空乏層（本発明のＩ層に相当）を広げ、接合面の電気的容量（Ｃ）を１／√Ｖに小さくできることから、応答速度を速くする方法として一般的に知られている。受光面をＰ層とする従来のＰＩＮ型半導体検出器では、Ｐ層（−側：アクセプタイオン）にマイナス電圧を印加するが、そのマイナスの印加電圧が高いほど接合面の電気的容量（Ｃ）が小さくなり応答速度は速くなる。 When the oxide film is charged up, dark current increases between the detector surface (light-receiving surface) and the back surface, resulting in a change in luminance in the scanning electron microscope (SEM) observation image, and in some cases halation occurs. Observable.
2) The effective light receiving area (active area) is reduced by the area covered with an oxide film such as SiO 2 . As a result, sensitivity decreases.
3) Effect of reverse bias voltage application Applying a bias voltage in the reverse direction in the PN junction widens the depletion layer (corresponding to the I layer of the present invention) and reduces the electrical capacitance (C) of the junction surface to 1 / Since it can be reduced to √V, it is generally known as a method for increasing the response speed. In a conventional PIN type semiconductor detector having a light receiving surface as a P layer, a negative voltage is applied to the P layer (-side: acceptor ions). The higher the negative applied voltage, the higher the electric capacity (C) of the junction surface. Becomes smaller and the response speed becomes faster.

しかしながら、そのマイナスの印加電圧が高いほど試料からの反射電子を減速させる方向に作用し、ＳＥＭの加速電圧が３ｋＶ以下の低エネルギーの反射電子を検出する場合、逆効果になる。つまり、感度低下をきたす。感度低下は、加速電圧が低くなるほど顕著になる。つまり、従来の方法では、感度と応答速度の両立を図ることができなかった。
４）従来、ＳＥＭで使用されていた半導体型反射電子検出器は、一般的にＰＩＮフォトダイオードである。その製法はＳＥＭの検出器としては、特に低加速電圧で充分な感度が得られなかった（詳細後述）。
５）組成像と凹凸像を分離するための円形の２分割又は４分割の反射電子検出器又は立体像を得るための長方形型反射電子検出器の応答速度を速くするために分割されるＰＩＮ型半導体検出器において、従来は受光面（分割面）の反対側（裏面側）をコモンとしている。受光面がＰ層のＰＩＮ型半導体検出器では、裏面がカソードコモンとなる。受光面がＮ層のＰＩＮ型半導体検出器では、裏面がアノードコモンとなる。 However, the higher the negative applied voltage, the more the reflected electrons from the sample are decelerated, and the opposite effect is obtained when detecting low-energy reflected electrons whose SEM acceleration voltage is 3 kV or less. That is, the sensitivity is lowered. The decrease in sensitivity becomes more pronounced as the acceleration voltage decreases. That is, the conventional method cannot achieve both sensitivity and response speed.
4) Conventionally, semiconductor-type backscattered electron detectors used in SEM are generally PIN photodiodes. The manufacturing method did not provide sufficient sensitivity as a detector for SEM, particularly at a low acceleration voltage (details will be described later).
5) A PIN type divided in order to increase the response speed of a circular two-part or four-part backscattered electron detector for separating a composition image and a concavo-convex image or a rectangular backscattered electron detector for obtaining a three-dimensional image Conventionally, in a semiconductor detector, the opposite side (back side) of the light receiving surface (divided surface) is common. In a PIN type semiconductor detector having a light receiving surface of P layer, the back surface is a common cathode. In a PIN type semiconductor detector having an N light receiving surface, the back surface is an anode common.

このため、受光面側から取り出す信号電極の数は、分割された数だけ必要になり、電極部の総面積が増える。この信号電極の面積分は不感領域となり感度には寄与しない。
６）従来の信号取り出し電極は、約０．５ｍｍ径のエリアにＡｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）を蒸着し、その上に直径１００μｍ程度のＡｕ線をエポテック（導電性接着材）やＡｇ（銀）ペースト等で接着する。この接着は、外力に弱いため、樹脂等で保護する場合もある。このため、十分な強度で接触していないので、接触抵抗が大きい。また、信号取り出し電極面はＰ層（Ｓｉ基板にＢをドーピングした表面で受光面である）そのものであるため、表面抵抗（Ｓｉの抵抗率＝３．９７×１０3Ω・ｍ、Ｂの抵抗率＝１×１０6Ω・ｍ）が大きく、信号の損失を生じる。 For this reason, the number of signal electrodes taken out from the light receiving surface side is required by the divided number, and the total area of the electrode portion increases. The area of the signal electrode becomes a dead area and does not contribute to sensitivity.
6) In the conventional signal extraction electrode, Al (aluminum) or Au (gold) is vapor-deposited in an area of about 0.5 mm in diameter, and Au wire having a diameter of about 100 μm is formed thereon by using Epotec (conductive adhesive) or Ag ( Adhere with silver paste. Since this adhesion is weak against external force, it may be protected with a resin or the like. For this reason, since it is not contacting with sufficient intensity | strength, contact resistance is large. Further, since the signal extraction electrode surface is the P layer itself (the surface of the Si substrate doped with B, which is the light receiving surface), the surface resistance (Si resistivity = 3.97 × 10 3 Ω · m, B resistance) (Rate = 1 × 10 6 Ω · m) is large, resulting in signal loss.

つまり、感度低下をきたし歩留まりが悪かった。なお、電極部の面積が小さく、ＡｌやＡｕの蒸着膜が薄いため、ワイヤボンディングができない。また、ワイヤボンディングで使用する直径１０μｍ程度のＡｕ線は、エポテック（導電性接着剤）やＡｇペースト等で接着した場合、接触抵抗が大きく、また断線がおきやすく使用できない等の問題があった。
７）従来の信号取り出し電極は、受光面側に設けられていたので、受光面をＡｌやＡｕで蒸着することができなかった。受光面をＡｌやＡｕで蒸着すると、検出器としての機能が失われ、試料からの反射電子を検出できない。そのため、受光面に到達した信号（パルス）は、信号取り出し電極から距離が離れているほど表面抵抗（Ｓｉの抵抗率＝３．９７×１０3Ω・ｍ、Ｂの抵抗率＝１×１０6Ω・ｍ）の影響を受けて、減衰（波高値が小さくなる）し、パルスの立ち上がり時間が長くなる（パルス波形がブロードになる）という問題があった。 That is, the sensitivity was lowered and the yield was bad. In addition, since the area of an electrode part is small and the vapor deposition film of Al or Au is thin, wire bonding cannot be performed. Further, the Au wire having a diameter of about 10 μm used in wire bonding has a problem that when it is bonded with Epotek (conductive adhesive) or Ag paste, the contact resistance is large and disconnection is likely to occur.
7) Since the conventional signal extraction electrode was provided on the light receiving surface side, the light receiving surface could not be evaporated with Al or Au. When the light receiving surface is vapor-deposited with Al or Au, the function as a detector is lost, and reflected electrons from the sample cannot be detected. Therefore, the signal (pulse) that has reached the light-receiving surface becomes more surface resistance (Si resistivity = 3.97 × 10 3 Ω · m, B resistivity = 1 × 10 6 as the distance from the signal extraction electrode increases). (Ω · m), there is a problem that the pulse is attenuated (the peak value becomes small) and the rise time of the pulse becomes long (the pulse waveform becomes broad).

前述した４）について詳細に説明する。ＳＥＭにおける半導体型の反射電子検出器としては、一般的なフォトダイオードが用いられる。フォトダイオードは、光を検出する目的が主で、付随的に電子を検出するのに使用される。このため、光は電位を持っていないので、素子内部の電界の方向を考慮して受光面を決める必要がない。光を検出する場合、受光面はどちらでもよいが、フォトダイオードの受光面が何故Ｐ層なのかについて説明する。   The above 4) will be described in detail. A general photodiode is used as a semiconductor-type backscattered electron detector in the SEM. The photodiode is mainly used for detecting light, and is used for detecting electrons incidentally. For this reason, since light has no potential, it is not necessary to determine the light receiving surface in consideration of the direction of the electric field inside the element. When detecting light, the light receiving surface may be either, but the reason why the light receiving surface of the photodiode is the P layer will be described.

真空加熱炉（拡散）の中において、シリコン基板にＰ（リン）又はＡｓ（ヒ素）を拡散してＮ層を、Ｂ（ボロン）を拡散してＰ層を作る。例えば、約１１００゜Ｃの加熱温度でＰ又はＡｓとＢの拡散係数を比較すると、一桁以上Ｂの拡散係数が小さい。即ち、Ｂはシリコン基板の表層部に止まるが、Ｐ又はＡｓはシリコン基板の内部深くまで浸透する。その結果、Ｐ層は薄くＮ層は充分に厚くなる（Ｎ層はＰ層に比べて数十倍厚い）。   In a vacuum heating furnace (diffusion), P (phosphorus) or As (arsenic) is diffused into a silicon substrate to form an N layer, and B (boron) is diffused to form a P layer. For example, when the diffusion coefficient of P or As and B is compared at a heating temperature of about 1100 ° C., the diffusion coefficient of B is smaller by one digit or more. That is, B stops at the surface layer portion of the silicon substrate, but P or As penetrates deep inside the silicon substrate. As a result, the P layer is thin and the N layer is sufficiently thick (the N layer is several tens of times thicker than the P layer).

そこで、光をＰ層側から入れた場合と、Ｎ層側から入れた場合の感度比較をすると、その差は歴然である。勿論、光をＰ層側から入れた場合が感度がよくなる。Ｎ層側から光を入れた場合は、Ｎ層での吸収が大きく、Ｉ層を励起する充分なエネルギーを持たないので感度低下を生じる。   Therefore, when the sensitivity is compared when light is input from the P layer side and from the N layer side, the difference is obvious. Of course, the sensitivity is improved when light enters from the P layer side. When light enters from the N layer side, the absorption in the N layer is large, and there is not enough energy to excite the I layer, resulting in a decrease in sensitivity.

このような理由によりフォトダイオードの受光面はＰ層となっている。しかしながら、可視光領域から近赤外領域に感度ピークを持ってくるためにはＰ層の厚さは、５００ｎｍ〜２μｍ程度必要である。しかしながら、電子を検出する場合は、もっと短波長側（紫外領域）の感度をあげる必要がある。そのためには、Ｐ層の厚さを１／１０〜１／４０まで薄くする必要がある。   For this reason, the light receiving surface of the photodiode is a P layer. However, in order to bring the sensitivity peak from the visible light region to the near infrared region, the thickness of the P layer needs to be about 500 nm to 2 μm. However, when detecting electrons, it is necessary to increase sensitivity on the shorter wavelength side (ultraviolet region). For this purpose, it is necessary to reduce the thickness of the P layer to 1/10 to 1/40.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、感度を低下させることなく、良好に反射電子を検出することができる反射電子検出器及び該反射電子検出器を備えた荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such problems, and a reflected electron detector capable of detecting reflected electrons satisfactorily without reducing sensitivity, and a charged particle beam including the reflected electron detector. The object is to provide a device.

（１）請求項１記載の発明は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、試料から発生した電磁波又は荷電粒子を低い角度で検出するための立体像観察用の検出部を同一ウエハ上に一体形成させ、その裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした検出器において、受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、電磁波又は荷電粒子は、その波長が０．０１ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
（６）請求項６記載の発明は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、試料から反射された反射電子を低い角度で検出するための立体像観察用の反射電子検出器を同一ウエハ上に一体形成させ、その裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした反射電子検出器において、受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することを特徴とする。
（８）請求項８記載の発明は、Ｐ型シリコンのウエハの表面にリン又はヒ素をイオン注入することにより受光面にＮ層を形成し、裏面にはボロンをイオン注入してＰ層を形成してなることを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、受光面におけるヒ素の濃度が１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０（ａｔｍｓ／ｃｃ）、浸透深さが約３０〜７０ｎｍのところでヒ素濃度が１Ｅ＋１０〜１Ｅ＋１２（ａｔｍｓ／ｃｃ）であることを特徴とする。
（１０）請求項１０記載の発明は、受光面をＮ型半導体でカソードコモンとし、裏面のＰ型半導体をアノードとすることを特徴とする。
（１１）請求項１１記載の発明は、受光面をＮ型半導体とし、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア全面にアルミニウム又は金を数μｍの厚さに蒸着してアノード電極とすることを特徴とする。
（１２）請求項１２記載の発明は、受光面をＮ型半導体で、受光面の外周を幅０．５ｍｍでアルミニウム又は金で蒸着し、カソードコモン電極とすることを特徴とする。
（１３）請求項１３記載の発明は、請求項１乃至１２の何れかに記載のＰＩＮ型検出器を備える荷電粒子ビーム装置であることを特徴とする。 (1) The invention described in claim 1 is a detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample, wherein a light receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and a back surface opposite to the light receiving surface. The N-type semiconductor or P-type semiconductor is divided and a signal is taken out from the back surface thereof.
(2) The invention according to claim 2 is a detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample, wherein a light receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and a back surface opposite to the light receiving surface. Are divided into a circle for separating a composition image or a concavo-convex image and a detection unit for stereoscopic image observation for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample at a low angle on the same wafer. And a signal is taken out from the back surface thereof.
(3) The invention described in claim 3 is a detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample, wherein the light receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor, and the back surface opposite to the light receiving surface is divided. In the detector in which the signal is taken out from the back surface, a DC variable voltage of 0 to +100 V is applied to the light receiving surface.
(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the wavelength of the electromagnetic wave or charged particle is included in a range of 0.01 nm to 1100 nm.
(5) The invention according to claim 5 is a backscattered electron detector for detecting backscattered electrons reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam, and a light receiving surface facing the sample is P-type or N-type. A semiconductor is used, and an N-type semiconductor or a P-type semiconductor on the back surface opposite to the light receiving surface is divided so that signals are extracted from the back surface.
(6) The invention according to claim 6 is a backscattered electron detector for detecting backscattered electrons reflected from the sample by irradiating the sample with a charged particle beam, and the light receiving surface facing the sample is P-type or N-type. A semiconductor is used, and the back side opposite to the light-receiving surface is divided into circular parts for obtaining a composition image or a concavo-convex image, and a three-dimensional image for detecting reflected electrons reflected from a sample at a low angle. A backscattered electron detector for observation is integrally formed on the same wafer, and a signal is taken out from the back surface thereof.
(7) The invention according to claim 7 is a backscattered electron detector for detecting backscattered electrons reflected from the sample by irradiating the sample with a charged particle beam, wherein the light receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor, In a backscattered electron detector in which a back surface opposite to the light receiving surface is divided and a signal is extracted from the back surface, a DC variable voltage from 0 to +100 V is applied to the light receiving surface.
(8) In the invention according to claim 8, an N layer is formed on the light receiving surface by ion implantation of phosphorus or arsenic on the surface of a P-type silicon wafer, and a P layer is formed on the back surface by ion implantation of boron. It is characterized by becoming.
(9) In the invention according to claim 9, the arsenic concentration on the light receiving surface is 1E + 18 to 1E + 20 (atms / cc), and the arsenic concentration is 1E + 10 to 1E + 12 (atms / cc) when the penetration depth is about 30 to 70 nm. It is characterized by that.
(10) The invention according to claim 10 is characterized in that the light receiving surface is an N-type semiconductor and a cathode common, and the back P-type semiconductor is an anode.
(11) The invention according to claim 11 is characterized in that the light receiving surface is an N-type semiconductor, and aluminum or gold is vapor-deposited to a thickness of several μm over the entire active area of the P-type semiconductor on the back surface to form an anode electrode. To do.
(12) The invention according to claim 12 is characterized in that the light receiving surface is an N-type semiconductor, and the outer periphery of the light receiving surface is deposited with aluminum or gold with a width of 0.5 mm to form a cathode common electrode.
(13) A thirteenth aspect of the invention is a charged particle beam device including the PIN detector according to any one of the first to twelfth aspects.

（１）請求項１記載の発明によれば、信号検出のためのリード線を受光面の裏側から取り出すので、リード線の蒸着部の不感領域が受光面に現れないため、感度を低下させることなく、良好に電磁波又は荷電粒子を検出することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、電磁波像又は荷電粒子像に加えて、試料の立体像を観察することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、検出素子に適当なバイアスを与えて、良好な電磁波信号又は荷電粒子信号を検出することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、波長が０．０１ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれる電磁波又は荷電粒子を検出することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、信号検出のためのリード線を受光面の裏側から取り出すので、リード線の蒸着部の不感領域が受光面に現れないため、感度を低下させることなく、良好に反射電子を検出することができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、反射電子像に加えて、試料の立体像を観察することができる。
（７）請求項７記載の発明によれば、反射電子検出素子に適当なバイアスを与えて、良好な反射電子信号を検出することができる。
（８）請求項８記載の発明によれば、ＰＩＮ型半導体検出器のＰ層とＮ層を良好に形成することができる。
（９）請求項９記載の発明によれば、受光面において好ましいヒ素濃度が得られるイオン注入を行なうことができる。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、反射電子の受光面をＮ型半導体でカソードコモンとすることにより、良好な信号を検出することができる。
（１１）請求項１１記載の発明によれば、アノード電極を裏面に形成し、検出信号を良好に取り出すことができる。
（１２）請求項１２記載の発明によれば、受光面である表面にカソードコモン電極を形成することができる。
（１３）請求項１３記載の発明によれば、本発明を用いたＰＩＮ型検出器を用いた荷電粒子ビーム装置を提供することができ、電磁波又は荷電粒子（反射電子を含む）を正確に検出することができる。 (1) According to the first aspect of the present invention, since the lead wire for signal detection is taken out from the back side of the light receiving surface, the insensitive area of the vapor deposition portion of the lead wire does not appear on the light receiving surface, so that the sensitivity is lowered. Therefore, electromagnetic waves or charged particles can be detected satisfactorily.
(2) According to the invention described in claim 2, in addition to the electromagnetic wave image or the charged particle image, a three-dimensional image of the sample can be observed.
(3) According to the invention described in claim 3, it is possible to detect a good electromagnetic wave signal or charged particle signal by applying an appropriate bias to the detection element.
(4) According to invention of Claim 4, the electromagnetic wave or charged particle contained in the range whose wavelength is 0.01 nm-1100 nm is detectable.
(5) According to the invention described in claim 5, since the lead wire for signal detection is taken out from the back side of the light receiving surface, the insensitive area of the vapor deposition portion of the lead wire does not appear on the light receiving surface, so that the sensitivity is lowered. Therefore, the reflected electrons can be detected well.
(6) According to the invention described in claim 6, in addition to the reflected electron image, a three-dimensional image of the sample can be observed.
(7) According to the invention described in claim 7, it is possible to detect a good reflected electron signal by applying an appropriate bias to the reflected electron detecting element.
(8) According to the invention described in claim 8, the P layer and the N layer of the PIN semiconductor detector can be satisfactorily formed.
(9) According to the ninth aspect of the invention, it is possible to perform ion implantation that provides a preferable arsenic concentration on the light receiving surface.
(10) According to the invention described in claim 10, a good signal can be detected by making the light-receiving surface of the reflected electrons a cathode common with an N-type semiconductor.
(11) According to the invention of the eleventh aspect, the anode electrode is formed on the back surface, and the detection signal can be satisfactorily taken out.
(12) According to the invention of claim 12, the cathode common electrode can be formed on the surface which is the light receiving surface.
(13) According to the invention described in claim 13, a charged particle beam apparatus using the PIN detector using the present invention can be provided, and electromagnetic waves or charged particles (including reflected electrons) can be accurately detected. can do.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。図において、ＥＢは図示しないビーム源から放出された荷電粒子ビームである電子ビーム、２０は該電子ビームＥＢを細かく絞る対物レンズ、３０は対物レンズ２０の真下に配置されたＰＩＮ型検出器である。該ＰＩＮ型検出器３０は、受光面であるＮ層３１と、真性層であるＩ層３２と、裏面であるＰ層３３から構成されている。３４はＰＩＮ型検出器３０に穿たれている電子ビームＥＢが通るための穴である。これらビーム源、対物レンズ２０及びＰＩＮ型検出器３０等により荷電粒子ビーム装置が構成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In the figure, EB is an electron beam which is a charged particle beam emitted from a beam source (not shown), 20 is an objective lens for finely focusing the electron beam EB, and 30 is a PIN type detector disposed immediately below the objective lens 20. . The PIN detector 30 includes an N layer 31 as a light receiving surface, an I layer 32 as an intrinsic layer, and a P layer 33 as a back surface. Reference numeral 34 denotes a hole through which the electron beam EB drilled in the PIN detector 30 passes. These beam source, objective lens 20, PIN type detector 30 and the like constitute a charged particle beam apparatus.

（Ａ）は裏面側のＰＩＮ型検出器の形状を、（Ｂ）は受光面側のＰＩＮ型検出器の形状をそれぞれ示す。（Ａ）がＰ型半導体、（Ｂ）がＮ型半導体である。（Ａ）において、３３ａと３３ｂは円形が２分割された分割面を示している。分割面３３ａをＡと、分割面３３ｂをＢとして示す。３３ｃは長方形型の分割面、３３ｄは同じく長方形型の分割面である。分割面３３ｃをＣ、３３ｄをＤとして示す。図中に示す黒ポッチはリード線引き出し点の電極をそれぞれ示している。３５は円形の裏面に外形に沿って形成されたＳｉＯ2膜
である。 (A) shows the shape of the PIN detector on the back surface side, and (B) shows the shape of the PIN detector on the light receiving surface side. (A) is a P-type semiconductor, and (B) is an N-type semiconductor. In (A), 33a and 33b have shown the division surface by which the circular shape was divided into two. The dividing surface 33a is shown as A, and the dividing surface 33b is shown as B. 33c is a rectangular dividing surface, and 33d is a rectangular dividing surface. The dividing surface 33c is shown as C, and 33d is shown as D. The black pots shown in the figure respectively indicate the electrodes at the lead wire extraction points. Reference numeral 35 denotes a SiO 2 film formed along the outer shape on a circular back surface.

裏面のＰ型半導体のアクティブエリア（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）全面に抵抗率の小さいＡｌ（抵抗率＝２．６５×１０-8Ω・ｍ）又はＡｕ（抵抗率＝２．２１×１０-8Ω・ｍ）を数μｍの厚さに蒸着している。このため、信号（パルス）を減衰させることなく、また、パルスの立ち上がり時間を長くすることなく、電極に信号（パルス）を集めることができる。 Al (resistivity = 2.65 × 10 −8 Ω · m) or Au (resistivity = 2.21 × 10) having a low resistivity on the entire active area (A, B, C, D) of the P-type semiconductor on the back surface -8 Ω · m) is deposited to a thickness of several μm. For this reason, signals (pulses) can be collected on the electrodes without attenuating the signals (pulses) and without increasing the rise time of the pulses.

（Ｂ）において、３６は受光面である。３７は幅０．５ｍｍで受光面側に蒸着されたＡｌ蒸着部である。この面の黒ポッチの部分（電極）にカソード引き出し線が接続される。３９はカソードのリード線が接続されるカソード端子である。   In (B), 36 is a light receiving surface. Reference numeral 37 denotes an Al vapor deposition portion having a width of 0.5 mm and deposited on the light receiving surface side. A cathode lead wire is connected to a black pot portion (electrode) on this surface. Reference numeral 39 denotes a cathode terminal to which a cathode lead wire is connected.

（Ｃ）は（Ａ）及び（Ｂ）で示される反射電子検出器の等価回路を示している。分割面Ａ〜Ｄのそれぞれから引き出し線が出て、カソードコモンとなっている。３８は試料面であり、電子ビームＥＢが入射され、試料からは反射電子が放出される様子を示している。この実施の形態は、円形２分割（組成像／凹凸像）＋立体像を得ることができる。   (C) shows an equivalent circuit of the backscattered electron detector shown in (A) and (B). A lead-out line comes out from each of the dividing surfaces A to D, and serves as a cathode common. Reference numeral 38 denotes a sample surface, which shows a state in which an electron beam EB is incident and reflected electrons are emitted from the sample. In this embodiment, it is possible to obtain a circular bisection (composition image / unevenness image) + stereoscopic image.

このように、この実施の形態によれば、信号検出のためのリード線を受光面の裏側から取り出すので、リード線の蒸着部の不感領域が受光面に現れないため、感度を低下させることなく、良好に反射電子を検出することができる。また、立体像を得るための分割面Ｃ，Ｄを持っているため、反射電子像（組成像／凹凸像）に加えて試料の立体像を観察することができる。   Thus, according to this embodiment, since the lead wire for signal detection is taken out from the back side of the light receiving surface, the insensitive area of the vapor deposition portion of the lead wire does not appear on the light receiving surface, so that the sensitivity is not lowered. The reflected electrons can be detected well. Further, since the divided surfaces C and D for obtaining a three-dimensional image are provided, a three-dimensional image of the sample can be observed in addition to the reflected electron image (composition image / uneven image).

図２は本発明の第２の実施の形態を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態は、図１に示す実施の形態に比較して、裏面の円形２分割が４分割にされた例を示している。受光面がＮ型半導体、裏面がＰ型半導体である。ＥＢは電子ビーム、２０は対物レンズ、３０は本発明に係るＰＩＮ型検出器である。裏面側（Ａ）において、３３ｅ〜３３ｈはそれぞれ裏面の分割面Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ示している。３３ｉ，３３ｊは立体像をみるために長方形が２分割されたものである。３３ｉをＣ、３３ｊをＤとして示す。３５は円形の裏面に外形に沿って形成されたＳｉＯ2
膜である。図１と同じく、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ，Ｄ）全面にＡｌ又はＡｕを数μｍの厚さに蒸着している。その効果も同様に、信号（パルス）を減衰させることなく、そしてパルスの立ち上がり時間を長くすることなく、電極に信号（パルス）を集めることができる点である。 FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. This embodiment shows an example in which the back surface is divided into two quarters as compared to the embodiment shown in FIG. The light receiving surface is an N-type semiconductor, and the back surface is a P-type semiconductor. EB is an electron beam, 20 is an objective lens, and 30 is a PIN detector according to the present invention. On the back surface side (A), 33e to 33h respectively indicate the split surfaces A1, A2, B1, and B2 on the back surface. Reference numerals 33i and 33j are rectangles that are divided into two in order to view a stereoscopic image. 33i is shown as C, and 33j is shown as D. 35 is SiO 2 formed along the outer shape on the circular back surface.
It is a membrane. As in FIG. 1, Al or Au is evaporated to a thickness of several μm over the entire active area (A1, A2, B1, B2, C, D) of the P-type semiconductor on the back surface. The effect is also that the signal (pulse) can be collected on the electrode without attenuating the signal (pulse) and without increasing the rise time of the pulse.

受光面側（Ｂ）において、３６は受光面、３７は幅０．５ｍｍで受光面側に蒸着されたＡｌ蒸着部、３９はカソードのリード線が接続されるカソード引き出し端子である。   On the light-receiving surface side (B), 36 is a light-receiving surface, 37 is an Al vapor deposition portion deposited on the light-receiving surface side with a width of 0.5 mm, and 39 is a cathode lead terminal to which a cathode lead wire is connected.

等価回路（Ｃ）において、分割面Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ，Ｄのそれぞれから引き出し線が出て、カソードコモンとなっている。効果は、図１に示す構成のものと同様である。この実施の形態は、円形４分割（組成像／凹凸像）＋立体像を得ることができる。   In the equivalent circuit (C), a lead-out line comes out from each of the divided surfaces A1, A2, B1, B2, C, and D, and serves as a cathode common. The effect is the same as that of the structure shown in FIG. In this embodiment, a circular quadrant (composition image / unevenness image) + stereoscopic image can be obtained.

図３は本発明の第３の実施の形態を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。受光面がＮ型半導体、裏面がＰ型半導体である。この実施の形態は、正方形２分割（組成像／凹凸像）＋立体像を見るようにしたものである。ＥＢは電子ビーム、２０は対物レンズ、３０は本発明に係るＰＩＮ型検出器である。この場合において、電子ビームＥＢの通過穴３４の周囲と素子の真ん中に幅０．１ｍｍのアルミニウム蒸着をする場合もある。図の４５がそのアルミ蒸着膜である。その理由は、逆バイアス電圧が全面に均一にかかるようにするためである。この技術は、前述した第１，第２の実施の形態と、後述する第４の実施の形態でも使用される。   FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The light receiving surface is an N-type semiconductor, and the back surface is a P-type semiconductor. In this embodiment, a square is divided into two (composition image / concave / convex image) + stereoscopic image. EB is an electron beam, 20 is an objective lens, and 30 is a PIN detector according to the present invention. In this case, aluminum having a width of 0.1 mm may be deposited around the electron beam EB passage hole 34 and in the middle of the element. 45 in the figure is the aluminum deposited film. This is because the reverse bias voltage is uniformly applied to the entire surface. This technique is also used in the first and second embodiments described above and a fourth embodiment described later.

裏面側（Ａ）において、３３ａ〜３３ｄは、それぞれ裏面の分割面Ａ〜Ｄを示している。このうち、Ｃ、Ｄは立体像を得るための分割面である。３５は矩形の裏面に外形に沿って形成されたＳｉＯ2膜である。受光面側（Ｂ）において、３６は受光面、３７は幅０．５ｍｍで受光面側に蒸着されたＡｌ蒸着部、３９はカソードのリード線が接続されるカソード引き出し端子である。この実施の形態の等価回路も図１に示すようにカソードコモン形式となっている。この実施の形態も、その効果は図１，図２に示す構成のものと同じである。 In the back surface side (A), 33a-33d has shown the division | segmentation surface AD of a back surface, respectively. Among these, C and D are division surfaces for obtaining a stereoscopic image. Reference numeral 35 denotes a SiO 2 film formed along the outer shape on a rectangular back surface. On the light-receiving surface side (B), 36 is a light-receiving surface, 37 is an Al vapor deposition portion deposited on the light-receiving surface side with a width of 0.5 mm, and 39 is a cathode lead terminal to which a cathode lead wire is connected. The equivalent circuit of this embodiment is also of a cathode common type as shown in FIG. The effect of this embodiment is the same as that of the configuration shown in FIGS.

図４は本発明の第４の実施の形態を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。受光面がＮ型半導体、裏面がＰ型半導体である。この実施の形態は、正八角形２分割（組成像／凹凸像）＋立体像を見るようにしたものである。ＥＢは電子ビーム、２０は対物レンズ、３０は本発明に係るＰＩＮ型検出器である。   FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The light receiving surface is an N-type semiconductor, and the back surface is a P-type semiconductor. In this embodiment, a regular octagon divided into two (composition image / concave / convex image) + stereoscopic image is viewed. EB is an electron beam, 20 is an objective lens, and 30 is a PIN detector according to the present invention.

裏面側（Ａ）において、３３ａ〜３３ｄは、それぞれ裏面の分割面Ａ〜Ｄを示している。このうち、Ｃ、Ｄは立体像を得るための分割面である。３５は矩形の裏面に外形に沿って形成されたＳｉＯ2膜である。受光面側（Ｂ）において、３６は受光面、３７は幅０．５ｍｍで受光面側に蒸着されたＡｌ蒸着部、３９はカソードのリード線が接続されるカソード引き出し端子である。この実施の形態の等価回路も図１に示すようにカソードコモン形式となっている。この実施の形態も、その効果は図１，図２，図３に示す構成のものと同じである。 In the back surface side (A), 33a-33d has shown the division | segmentation surface AD of a back surface, respectively. Among these, C and D are division surfaces for obtaining a stereoscopic image. Reference numeral 35 denotes a SiO 2 film formed along the outer shape on a rectangular back surface. On the light-receiving surface side (B), 36 is a light-receiving surface, 37 is an Al vapor deposition portion deposited on the light-receiving surface side with a width of 0.5 mm, and 39 is a cathode lead terminal to which a cathode lead wire is connected. The equivalent circuit of this embodiment is also of a cathode common type as shown in FIG. The effect of this embodiment is the same as that of the configuration shown in FIGS.

以上の実施の形態において、カソードには０〜＋１００Ｖまでの電圧がカソード電極３９を介して印加されるようになっている。このようにすれば、反射電子検出素子に適当なバイアス電圧を与えて、良好な反射電子信号を検出することができる。   In the above embodiment, a voltage of 0 to +100 V is applied to the cathode via the cathode electrode 39. By doing so, it is possible to detect a good reflected electron signal by applying an appropriate bias voltage to the reflected electron detecting element.

本発明によれば、前記ＰＩＮ型半導体検出器は、Ｐ型シリコンのウエハの表面にはリン又はヒ素をイオン注入することによりＮ層を形成し、裏面にはボロンをイオン注入してＰ層を形成することができる。このようにすれば、ＰＩＮ型半導体検出器のＰ層とＮ層を良好に形成することができる。   According to the present invention, the PIN semiconductor detector forms an N layer by ion implantation of phosphorus or arsenic on the surface of a P type silicon wafer, and boron is ion implanted on the back surface to form a P layer. Can be formed. In this way, the P layer and the N layer of the PIN type semiconductor detector can be satisfactorily formed.

本発明によれば、試料へ荷電粒子ビームを照射し、試料からの反射電子を検出する素子は、母材となるシリコンウエハがＰ型シリコンであるＰＩＮ型半導体検出器であって、試料に対向した反射電子の受光面をＮ型半導体でカソードコモンとし、裏面のＰ型半導体をアノードとすることを特徴としている。このようにすれば、反射電子の受光面をＮ型半導体でカソードコモンとすることにより、良好な反射電子信号を検出することができる。   According to the present invention, an element for irradiating a sample with a charged particle beam and detecting reflected electrons from the sample is a PIN semiconductor detector in which the base silicon wafer is P-type silicon, and faces the sample. The light receiving surface of the reflected electrons is an N-type semiconductor cathode common, and the back P-type semiconductor is an anode. In this way, it is possible to detect a good reflected electron signal by making the light receiving surface of the reflected electrons a cathode common with an N-type semiconductor.

また、本発明によれば、試料へ荷電粒子ビームを照射し、試料からの反射電子を検出する素子は、母材となるシリコンウエハがＰ型シリコンであるＰＩＮ型半導体検出器であって、試料に対向した反射電子の受光面をＮ型半導体とし、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア全面にアルミニウム又は金を数μｍの厚さに蒸着してアノード電極とすることを特徴とする。このようにすれば、アノード電極を裏面に形成し、検出信号を良好に取り出すことができる。   According to the present invention, the element for irradiating the sample with a charged particle beam and detecting the reflected electrons from the sample is a PIN semiconductor detector in which the silicon wafer as the base material is P-type silicon, The light receiving surface of the reflected electrons facing the N-type semiconductor is an N-type semiconductor, and aluminum or gold is evaporated to a thickness of several μm over the entire active area of the P-type semiconductor on the back surface to form an anode electrode. In this way, the anode electrode can be formed on the back surface, and the detection signal can be satisfactorily taken out.

また、本発明によれば、試料へ荷電粒子ビームを照射し、試料からの反射電子を検出する素子は、母材となるシリコンウエハがＰ型シリコンであるＰＩＮ型半導体検出器であって、試料に対向した反射電子の受光面をＮ型半導体で、受光面の外周を幅０．５ｍｍでアルミニウム又は金で蒸着し、カソードコモン電極とすることを特徴とする。このようにすれば、反射電子の受光面である表面にカソードコモン電極を形成することができる。
１）次に、本発明の効果について考える。本発明では、上述したリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）とボロン（Ｂ）の拡散係数に着目して、Ｐ又はＡｓをイオン注入する時の温度をＢの時よりも低めに設定して、Ｎ層を極めて薄く（約３０〜７０ｎｍ）し、またＰ層も比較的薄く形成した。Ｎ層を３０〜７０ｎｍ程度まで薄くすることは、従来のフォトダイオードを製造する場合の真空加熱炉（拡散方法を採用）では不可能である。そこで、本発明ではイオン注入法を採用したものである。このとき、例えば、受光面におけるヒ素の濃度が１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０（ａｔｍｓ／ｃｃ）、浸透深さが約３０〜７０ｎｍのところでヒ素濃度が１Ｅ＋１０〜１Ｅ＋１２（ａｔｍｓ／ｃｃ）となることが好ましい。
２）本発明は、応答速度の高速化と低加速電圧での感度向上の両立を図った。 According to the present invention, the element for irradiating the sample with a charged particle beam and detecting the reflected electrons from the sample is a PIN semiconductor detector in which the silicon wafer as the base material is P-type silicon, The light-receiving surface of the reflected electrons facing the electrode is vapor-deposited with an N-type semiconductor and the outer periphery of the light-receiving surface is 0.5 mm wide with aluminum or gold to form a cathode common electrode. In this way, the cathode common electrode can be formed on the surface that is the light receiving surface of the reflected electrons.
1) Next, the effect of the present invention will be considered. In the present invention, paying attention to the diffusion coefficient of phosphorus (P) or arsenic (As) and boron (B) described above, the temperature at the time of ion implantation of P or As is set lower than that at B, The N layer was extremely thin (about 30 to 70 nm), and the P layer was also relatively thin. It is impossible to make the N layer as thin as about 30 to 70 nm in a vacuum heating furnace (adopting a diffusion method) when manufacturing a conventional photodiode. Therefore, in the present invention, an ion implantation method is employed. At this time, for example, the arsenic concentration on the light receiving surface is preferably 1E + 18 to 1E + 20 (atms / cc), and the arsenic concentration is preferably 1E + 10 to 1E + 12 (atms / cc) when the penetration depth is about 30 to 70 nm.
2) The present invention has achieved both improvement in response speed and improvement in sensitivity at a low acceleration voltage.

逆方向バイアス電圧印加の効果として、本発明ではこの点にも考慮しており、Ｎ層（＋側：ドナーイオン）に０〜＋１００Ｖ程度までの直流可変電圧を印加する。この場合、降伏電圧は１２０Ｖである。接合面の電気的容量Ｃは、最大１／１０になる。受光面であるＮ層にプラス電圧を印加することは、試料からの反射電子を一層加速する方向に作用するので、低エネルギーの反射電子を検出する場合、特にその効果が顕著である。
３）本発明は、前述したように、受光面の反対側の裏面を分割し、受光面からＳｉＯ2等
チャージアップする全ての部材を排除した構造とし、受光面をカソードコモンとしている。このため、受光面側から取り出す信号電極の数は１個分だけである。この信号電極の不感領域は、従来の受光面を分割するタイプの検出器に比べて１／分割数となる。 As an effect of applying the reverse bias voltage, this point is also taken into consideration in the present invention, and a DC variable voltage of about 0 to +100 V is applied to the N layer (+ side: donor ion). In this case, the breakdown voltage is 120V. The electric capacity C of the joint surface is 1/10 at the maximum. The application of a positive voltage to the N layer, which is the light receiving surface, acts in the direction of further accelerating the reflected electrons from the sample, so that the effect is particularly remarkable when detecting low-energy reflected electrons.
3) As described above, the present invention has a structure in which the back surface on the opposite side of the light receiving surface is divided, and all members such as SiO 2 are charged up from the light receiving surface, and the light receiving surface is the cathode common. For this reason, the number of signal electrodes taken out from the light receiving surface side is only one. This insensitive area of the signal electrode is 1 / divided as compared with a conventional detector that divides the light receiving surface.

また、チャージアップしないので、ノイズ等の画像障害、暗電流による輝度変化を最小限に抑えることができる。また、アクティブエリアを最大限大きくできるので、検出効率がよく感度が向上する。
４）本発明は、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア全面にＡｌ又はＡｕをワイヤボンディングに充分な厚さ（数μｍ）まで蒸着してアノード電極としたので、直径１０μｍ程度のＡｕ線ワイヤボンディングが可能となり、接触抵抗を限りなく０Ωに近づけることができる。また、信号取り出し電極面は、アクティブエリア全面にＡｌ又はＡｕを数μｍ蒸着しているので、表面抵抗（Ａｌの抵抗率＝２．６５×１０-8Ω・ｍ，Ａｕの抵抗率＝２．２１×１０-8Ω・ｍ）が小さく、信号の損失が全くない。つまり、感度低下がなく歩留まりが良くなり、品質が安定向上した。このようにしたので、信号（パルス）を減衰させることなく、また、パルスの立ち上がり時間を長くすることなく、電極に信号（パルス）を集めることができる。 In addition, since no charge-up is performed, it is possible to minimize image disturbance such as noise and luminance change due to dark current. In addition, since the active area can be maximized, detection efficiency is improved and sensitivity is improved.
4) In the present invention, since Al or Au is vapor-deposited on the entire active area of the P-type semiconductor on the back surface to a thickness (several μm) sufficient for wire bonding, an Au wire wire bonding with a diameter of about 10 μm is performed. The contact resistance can be as close to 0Ω as possible. Further, since the signal extraction electrode surface has a few μm of Al or Au deposited on the entire active area, the surface resistance (Al resistivity = 2.65 × 10 −8 Ω · m, Au resistivity = 2.2. 21 × 10 −8 Ω · m) is small and there is no signal loss. In other words, there was no decrease in sensitivity, yield was improved, and quality was stably improved. Since it did in this way, a signal (pulse) can be collected on an electrode, without attenuating a signal (pulse) and lengthening the rise time of a pulse.

アクティブエリアの周囲にＡｌ又はＡｕをワイヤボンディングに充分な厚さ（数μｍ）まで蒸着できた理由は受光面でないからである。受光面にこのような蒸着を施すと、試料からの反射電子を感じることができない。因みに、Ａｌ又はＡｕを蒸着しない場合、電極から１０ｍｍ離れると約４００Ωの表面抵抗が生じることになる（５ｍｍ離れると約２００Ω）。この表面抵抗Ｒと容量Ｃの時定数により、信号（パルス）は減衰し、パルスの立ち上がり時間が長くなる（パルス波形がブロードになる）。
１．応答速度の高速化
次に、応答速度の高速化と低加速電圧での感度向上について説明する。応答速度は、ＰＮ接合面において形成されるドナーイオン（＋電極）とアクセプタイオン（−電極）間の電気的容量Ｃによって決まる。Ｃは次式で表される。 The reason why Al or Au can be deposited around the active area to a thickness (several μm) sufficient for wire bonding is that it is not a light receiving surface. When such vapor deposition is performed on the light receiving surface, reflected electrons from the sample cannot be felt. Incidentally, when Al or Au is not vapor-deposited, a surface resistance of about 400Ω is generated at a distance of 10 mm from the electrode (about 200Ω at a distance of 5 mm). Due to the time constants of the surface resistance R and the capacitance C, the signal (pulse) is attenuated and the rise time of the pulse becomes long (the pulse waveform becomes broad).
1. Next, the response speed increase and the sensitivity improvement at a low acceleration voltage will be described. The response speed is determined by the electric capacitance C between the donor ion (+ electrode) and the acceptor ion (− electrode) formed at the PN junction surface. C is represented by the following formula.

Ｃ＝Ａ×Ｋ／χｍ
ここで、Ａ：ＰＮ接合（ＰＮＪ）の断面積（現在使用しているＰＮＪでは３６．８ｍｍ2×２＝７３．６ｍｍ2）
Ｋ：誘電率（常数で１．０５９×１０-10Ｆ／ｍ）
χｍ：空間電荷領域＝電位の勾配領域＝空乏層の幅
（０．６Ｖのセルフバイアスによる約１３μｍ）
これらの値から計算すると、現在使用しているＰＮＪのＣは約３００ｐＦである（因みに実測値は２９０ｐＦ）。ここで、Ｃをいかに小さくできるかが高速化のポイントである。上式から分かるように、χｍを大きくすればＣは小さくなる。理論的には、真性領域（Ｉ層）一杯の２００μｍまで広げることができるが、降伏電圧を１２０Ｖとすると、約１００Ｖまで逆バイアス電圧を印加することができる。χｍは√Ｖに比例するので、１００Ｖ印加するとχｍ＝１３０μｍとなりＣ＝約３０ｐＦとなる。１００Ｖ印加で１／１０に低減した。１５Ｖなら約１／４、２４Ｖなら約１／５に低減することができる。
２．低加速電圧での感度向上
従来の受光面をＰ＋層とする方式では、逆バイアス電圧（−Ｖ）が高くなればなるほど低加速電圧での感度は低下する。理由は逆バイアス電圧（−Ｖ）が反射電子を抑制する方向に作用するからである。これに対して、特許文献３記載の発明では、受光面をＮ＋層とする方式であり、逆バイアス電圧（＋Ｖ）が高くなればなるほど低加速電圧での感度は向上する。理由は、逆バイアス電圧（＋Ｖ）が反射電子を加速する方向に作用するからである。 C = A × K / χm
Here, A: PN junction (PNJ) cross-sectional area of (the PNJ currently using 36.8mm 2 × 2 = 73.6mm 2)
K: dielectric constant (1.059 × 10 −10 F / m in constant)
χm: space charge region = potential gradient region = depletion layer width
(About 13 μm with 0.6 V self-bias)
When calculated from these values, the C of the currently used PNJ is about 300 pF (the actual measured value is 290 pF). Here, how to make C small is the point of speeding up. As can be seen from the above equation, C increases as χm increases. Theoretically, the intrinsic region (I layer) can be expanded to 200 μm, but if the breakdown voltage is 120V, a reverse bias voltage can be applied to about 100V. Since χm is proportional to √V, when 100 V is applied, χm = 130 μm and C = about 30 pF. The voltage was reduced to 1/10 by applying 100V. If it is 15V, it can be reduced to about 1/4, and if it is 24V, it can be reduced to about 1/5.
2. Sensitivity improvement at low acceleration voltage In the conventional method in which the light-receiving surface is a P + layer, the sensitivity at a low acceleration voltage decreases as the reverse bias voltage (-V) increases. The reason is that the reverse bias voltage (−V) acts in the direction of suppressing the reflected electrons. On the other hand, the invention described in Patent Document 3 is a system in which the light receiving surface is an N + layer, and the sensitivity at a low acceleration voltage is improved as the reverse bias voltage (+ V) is increased. The reason is that the reverse bias voltage (+ V) acts in the direction of accelerating the reflected electrons.

図５は本発明の反射電子検出回路の一例を示す図である。図に示す回路は、４分割裏面を構成している図１の回路を示している。図において、５０は０〜１００Ｖまで可変することができる可変電源、Ｃ１，Ｒ１，Ｃ２はフィルタを構成しているコンデンサ，抵抗である。５１はフィルタの出力であるカソードコモンラインである。５２〜５５は反射電子ｅを受けて、受けた反射電子量に応じた電流を発生するフォトダイオードである。これらフォトダイオードをそれぞれＡ〜Ｄとする。   FIG. 5 shows an example of the backscattered electron detection circuit of the present invention. The circuit shown in FIG. 1 shows the circuit shown in FIG. In the figure, 50 is a variable power supply that can be varied from 0 to 100 V, and C1, R1, and C2 are capacitors and resistors that constitute a filter. A cathode common line 51 is an output of the filter. Reference numerals 52 to 55 denote photodiodes that receive the reflected electrons e and generate a current corresponding to the amount of reflected electrons received. These photodiodes are referred to as A to D, respectively.

フォトダイオードＡとコイルＬ１の直列回路は、コモンライン５１と接地ライン５７の間に接続されている。フォトダイオードＡとコイルＬ１との接続点から取り出された信号は、コンデンサＣ３，Ｃ４及び抵抗Ｒ２から構成される回路を経てＦＥＴ１のゲートに印加される。このゲートに印加される信号により、ＦＥＴ１のドレイン−ソース間の電圧が変化し、コンデンサＣ５から出力信号として取り出される。この取り出された信号は図示しないプリアンプに入力される。抵抗Ｒ４とＲ３とＦＥＴ１とは直列回路を構成しており、カソードコモンと接地ラインに接続されている。以上の構成は、残りの検出回路についても全く同様である。   A series circuit of the photodiode A and the coil L 1 is connected between the common line 51 and the ground line 57. A signal extracted from the connection point between the photodiode A and the coil L1 is applied to the gate of the FET 1 through a circuit composed of capacitors C3 and C4 and a resistor R2. Due to the signal applied to the gate, the voltage between the drain and source of the FET 1 changes and is taken out as an output signal from the capacitor C5. The extracted signal is input to a preamplifier (not shown). Resistors R4 and R3 and FET1 form a series circuit, and are connected to the cathode common and the ground line. The above configuration is exactly the same for the remaining detection circuits.

図６は図５に示す回路に用いられる反射電子検出器の等価回路である。Ａ〜Ｄまでの４分割面からはリード線が引き出され、検出信号が読み出される。丸１がカソードコモン、丸２〜丸５がそれぞれ分割面Ａ〜Ｄから取り出される信号である。分割面Ａ〜Ｄの丸２〜丸５はアノード側を示している。   FIG. 6 is an equivalent circuit of a backscattered electron detector used in the circuit shown in FIG. Lead wires are drawn from the four divided surfaces A to D, and the detection signals are read out. A circle 1 is a cathode common, and circles 2 to 5 are signals taken from the divided surfaces A to D, respectively. Circles 2 to 5 of the dividing surfaces A to D indicate the anode side.

図７は本発明のアノードとカソードの取り付け状態を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。対物レンズ２０で細かく絞られた電子ビームＥＢは検出器に穿たれた穴を通過して試料面３８に照射される。この時、試料面３８からは反射電子が放出され、カソードコモンの受光面に入射する。この時、受光面に入射した反射電子は、電気信号に変換され、アノード側に設けられた丸２〜丸５までの分割面からリード線で引き出される。   FIG. 7 is a view showing an attachment state of the anode and the cathode of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The electron beam EB finely focused by the objective lens 20 passes through a hole made in the detector and is irradiated onto the sample surface 38. At this time, reflected electrons are emitted from the sample surface 38 and enter the light receiving surface of the cathode common. At this time, the reflected electrons incident on the light receiving surface are converted into an electric signal, and are drawn out by lead wires from the divided surfaces from circle 2 to circle 5 provided on the anode side.

裏面は４分割されており、表面である受光面は一体構造となっている。この検出素子は、ＰＮＪ素子であり、各分割面を加算又は減算することにより試料の組成像又は凹凸像が得られる。   The back surface is divided into four parts, and the light receiving surface which is the front surface has an integral structure. This detection element is a PNJ element, and a composition image or a concavo-convex image of a sample can be obtained by adding or subtracting each divided surface.

図８は本発明の立体像用ＰＮＪ素子の構成例を示す図である。裏面は２分割されており、表面（受光面）は一体となり、カソードコモンとなっている。裏面はアノードとなっており、丸８、丸９から検出信号が取り出される。丸７はカソードコモンを示している。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the three-dimensional image PNJ element of the present invention. The back surface is divided into two parts, and the front surface (light receiving surface) is integrated to form a cathode common. The back surface is an anode, and detection signals are extracted from the circles 8 and 9. Circle 7 indicates the cathode common.

上述の実施の形態では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の荷電粒子ビームにも等しく適用することができる。また、上述の実施の形態では、受光面にＮ型半導体及び裏面にＰ型半導体を用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限る必要はなく、受光面にＰ型半導体及び裏面にＮ型半導体を用いる場合にも適用できる。   In the above-described embodiment, the case where an electron beam is used as a charged particle beam is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be equally applied to other charged particle beams. In the above-described embodiment, the case where an N-type semiconductor is used for the light receiving surface and a P-type semiconductor is used for the back surface is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. It can also be applied to the case where an N-type semiconductor is used.

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、感度を低下させることなく、良好に反射電子を検出することができる反射電子検出器を提供することができる。   As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a backscattered electron detector that can detect backscattered electrons satisfactorily without reducing sensitivity.

なお、上記においては、当該検出器を試料から発生する反射電子を検出するために用いる実施例であった。しかしながら、本発明の検出器は、このような反射電子を検出することに限定されるものではない。   In the above example, the detector is used to detect reflected electrons generated from the sample. However, the detector of the present invention is not limited to detecting such reflected electrons.

本発明の検出器は、反射電子以外の荷電粒子及び電磁波（光など）に対しても、検出感度が高い。   The detector of the present invention has high detection sensitivity for charged particles other than reflected electrons and electromagnetic waves (such as light).

特に、検出器の受光表層面におけるヒ素又はリンの濃度を、１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０（ａｔｍｓ／ｃｃ）とし、受光面であるＮ層の厚さを３０〜７０ｎｍとすることにより、検出器の感度波長範囲を、赤外線（波長は約１１００ｎｍ）〜可視光〜真空紫外線〜Ｘ線領域〜ガンマ線（波長は約０．０１ｎｍ）まで拡大することができる。ここで、従来技術におけるＰＩＮ型フォトダイオードの感度波長範囲は、赤外線（波長は約１１００ｎｍ）〜可視光（波長は約２００ｎｍ）までであった。   In particular, by setting the concentration of arsenic or phosphorus on the light receiving surface layer of the detector to 1E + 18 to 1E + 20 (atms / cc) and the thickness of the N layer serving as the light receiving surface to 30 to 70 nm, the sensitivity wavelength range of the detector Can be expanded from infrared rays (wavelength is about 1100 nm) to visible light, vacuum ultraviolet rays, X-ray region to gamma rays (wavelength is about 0.01 nm). Here, the sensitivity wavelength range of the PIN photodiode in the prior art is from infrared rays (wavelength is about 1100 nm) to visible light (wavelength is about 200 nm).

このように、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしている。   As described above, the PIN detector according to the present invention is a detector that detects electromagnetic waves or charged particles generated from a sample. The light receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and is opposite to the light receiving surface. The N-type semiconductor or P-type semiconductor on the back surface of the substrate is divided so that signals are taken out from the back surface.

また、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、試料から発生した電磁波又は荷電粒子を低い角度で検出するための立体像観察用の検出部を同一ウエハ上に一体形成させ、その裏面から信号を取り出すようにしたことをも特徴としている。   The PIN detector according to the present invention is a detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample, and a light receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and a back surface opposite to the light receiving surface. Are divided into a circle for separating a composition image or a concavo-convex image and a detection unit for stereoscopic image observation for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample at a low angle on the same wafer. It is also characterized in that the signal is taken out from the back surface.

さらに、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした検出器において、受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することをも特徴としている。   Furthermore, the PIN detector according to the present invention is a detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample, wherein the light receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor and the back surface opposite to the light receiving surface is divided. In addition, in the detector in which a signal is taken out from the back surface, a DC variable voltage of 0 to +100 V is applied to the light receiving surface.

ここで、電磁波又は荷電粒子は、その波長が０．０１ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれるものである。   Here, the electromagnetic waves or charged particles are included in the wavelength range of 0.01 nm to 1100 nm.

また、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしたことをも特徴としている。   The PIN detector according to the present invention is a backscattered electron detector that detects backscattered electrons reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam, and has a light receiving surface facing the sample of P type or N type. It is also characterized in that a semiconductor is used, and an N-type semiconductor or a P-type semiconductor on the back surface opposite to the light receiving surface is divided and a signal is taken out from the back surface.

さらに、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、試料から反射された反射電子を低い角度で検出するための立体像観察用の反射電子検出部を同一ウエハ上に一体形成させ、その裏面から信号を取り出すようにしたことをも特徴としている。   Further, the PIN detector according to the present invention is a backscattered electron detector that detects reflected electrons reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam, and a light receiving surface facing the sample is a P type or N type. A semiconductor is used, and the back side opposite to the light-receiving surface is divided into circular parts for obtaining a composition image or a concavo-convex image, and a three-dimensional image for detecting reflected electrons reflected from a sample at a low angle. It is also characterized in that a backscattered electron detector for observation is integrally formed on the same wafer and a signal is taken out from the back surface.

そして、本発明におけるＰＩＮ型検出器は、試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした反射電子検出器において、受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することをも特徴としている。   The PIN detector according to the present invention is a reflected electron detector that detects reflected electrons reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam, and a light-receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor, In the backscattered electron detector in which the back surface opposite to the light receiving surface is divided and a signal is extracted from the back surface, a DC variable voltage from 0 to +100 V is applied to the light receiving surface.

ここで、Ｐ型シリコンのウエハの表面にリン又はヒ素をイオン注入することにより受光面にＮ層を形成し、裏面にはボロンをイオン注入してＰ層を形成することができる。   Here, it is possible to form an N layer on the light receiving surface by ion implantation of phosphorus or arsenic on the surface of a P-type silicon wafer, and form a P layer by ion implantation of boron on the back surface.

受光面におけるヒ素の濃度は１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０（ａｔｍｓ／ｃｃ）、浸透深さは約３０〜７０ｎｍのところでヒ素濃度が１Ｅ＋１０〜１Ｅ＋１２（ａｔｍｓ／ｃｃ）とされている。   The arsenic concentration on the light receiving surface is 1E + 18 to 1E + 20 (atms / cc), and the arsenic concentration is 1E + 10 to 1E + 12 (atms / cc) when the penetration depth is about 30 to 70 nm.

受光面をＮ型半導体でカソードコモンとし、裏面のＰ型半導体をアノードとすることができる。   The light receiving surface can be an N-type semiconductor cathode common and the back surface P-type semiconductor anode.

受光面をＮ型半導体とし、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア全面にアルミニウム又は金を数μｍの厚さに蒸着してアノード電極とすることができる。   The light-receiving surface can be an N-type semiconductor, and aluminum or gold can be deposited to a thickness of several μm over the entire active area of the P-type semiconductor on the back surface to form an anode electrode.

受光面をＮ型半導体で、受光面の外周を幅０．５ｍｍでアルミニウム又は金で蒸着し、カソードコモン電極とすることができる。   The light receiving surface can be made of an N-type semiconductor, and the outer periphery of the light receiving surface can be evaporated with aluminum or gold with a width of 0.5 mm to form a cathode common electrode.

本発明における荷電粒子ビーム装置は、上記何れかのＰＩＮ型検出器を備える荷電粒子ビーム装置である。   A charged particle beam apparatus according to the present invention is a charged particle beam apparatus including any one of the PIN detectors described above.

本発明の第１の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows the 4th Embodiment of this invention. 本発明の反射電子検出回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the backscattered electron detection circuit of this invention. 反射電子検出器の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a backscattered electron detector. 本発明のアノードとカソードの取り付け状態を示す図である。It is a figure which shows the attachment state of the anode and cathode of this invention. 本発明の立体像用ＰＮＪ素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the PNJ element for stereoscopic images of this invention. 反射電子検出器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a backscattered electron detector.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 対物レンズ
３０ ＰＩＮ型検出器
３１ 受光面（Ｎ層）
３２ 真性層（Ｉ層）
３３ 裏面（Ｐ層）
３３ａ 分割面
３３ｂ 分割面
３３ｃ 分割面
３３ｄ 分割面
３５ ＳｉＯ2膜
３６ 受光面
３７ Ａｌ蒸着部
３８ 試料面 20 Objective lens 30 PIN detector 31 Light receiving surface (N layer)
32 Intrinsic layer (I layer)
33 Back side (P layer)
33a Dividing surface 33b Dividing surface 33c Dividing surface 33d Dividing surface 35 SiO 2 film 36 Light receiving surface 37 Al vapor deposition portion 38 Sample surface

Claims (13)

試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、
試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample,
A PIN type characterized in that the light-receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and the N-type semiconductor or P-type semiconductor on the back side opposite to the light-receiving surface is divided so that signals are taken out from the back side. Detector. 試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、
試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、
試料から発生した電磁波又は荷電粒子を低い角度で検出するための立体像観察用の検出部を同一ウエハ上に一体形成させ、
その裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample,
A light-receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, a back surface on the opposite side to the light-receiving surface is divided, and a circular division for obtaining a composition image or a concavo-convex image is obtained;
A detection unit for stereoscopic image observation for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample at a low angle is integrally formed on the same wafer,
A PIN detector characterized in that a signal is taken out from the back surface. 試料から発生する電磁波又は荷電粒子を検出する検出器であって、
試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした検出器において、
受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A detector for detecting electromagnetic waves or charged particles generated from a sample,
In a detector in which the light-receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor, the back surface opposite to the light-receiving surface is divided, and signals are extracted from the back surface.
A PIN detector, wherein a DC variable voltage from 0 to +100 V is applied to the light receiving surface. 電磁波又は荷電粒子は、その波長が０．０１ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＰＩＮ型検出器。   The PIN detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength of the electromagnetic wave or the charged particle is included in a range of 0.01 nm to 1100 nm. 試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、
試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面のＮ型半導体又はＰ型半導体を分割してその裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A backscattered electron detector that detects a backscattered electron reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam,
A PIN type characterized in that the light-receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, and the N-type semiconductor or P-type semiconductor on the back side opposite to the light-receiving surface is divided so that signals are taken out from the back side. Detector. 試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、
試料に対向する受光面をＰ型又はＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割して、組成像又は凹凸像を分離して得るための円形分割したものと、
試料から反射された反射電子を低い角度で検出するための立体像観察用の反射電子検出部を同一ウエハ上に一体形成させ、
その裏面から信号を取り出すようにしたことを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A backscattered electron detector that detects a backscattered electron reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam,
A light-receiving surface facing the sample is a P-type or N-type semiconductor, a back surface on the opposite side to the light-receiving surface is divided, and a circular division for obtaining a composition image or a concavo-convex image is obtained;
A backscattered electron detector for stereoscopic image observation for detecting backscattered electrons reflected from a sample at a low angle is integrally formed on the same wafer,
A PIN detector characterized in that a signal is taken out from the back surface. 試料へ荷電粒子ビームを照射して試料から反射される反射電子を検出する反射電子検出器であって、
試料に対向する受光面をＮ型半導体とし、受光面と反対側の裏面を分割してその裏面から信号を取り出すようにした反射電子検出器において、
受光面に０から＋１００Ｖまでの直流可変電圧を印加することを特徴とするＰＩＮ型検出器。 A backscattered electron detector that detects a backscattered electron reflected from a sample by irradiating the sample with a charged particle beam,
In the backscattered electron detector in which the light receiving surface facing the sample is an N-type semiconductor, the back surface opposite to the light receiving surface is divided, and the signal is extracted from the back surface.
A PIN detector, wherein a DC variable voltage from 0 to +100 V is applied to the light receiving surface. Ｐ型シリコンのウエハの表面にリン又はヒ素をイオン注入することにより受光面にＮ層を形成し、裏面にはボロンをイオン注入してＰ層を形成してなることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のＰＩＮ型検出器。   2. An N layer is formed on the light receiving surface by ion implantation of phosphorus or arsenic on the surface of a P-type silicon wafer, and a P layer is formed on the back surface by ion implantation of boron. The PIN detector according to any one of 1 to 7. 受光面におけるヒ素の濃度が１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０（ａｔｍｓ／ｃｃ）、浸透深さが約３０〜７０ｎｍのところでヒ素濃度が１Ｅ＋１０〜１Ｅ＋１２（ａｔｍｓ／ｃｃ）であることを特徴とする請求項８記載のＰＩＮ型検出器。   9. The PIN according to claim 8, wherein the arsenic concentration on the light receiving surface is 1E + 18 to 1E + 20 (atms / cc), and the arsenic concentration is 1E + 10 to 1E + 12 (atms / cc) when the penetration depth is about 30 to 70 nm. Type detector. 受光面をＮ型半導体でカソードコモンとし、
裏面のＰ型半導体をアノードとすることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のＰＩＮ型検出器。 The light receiving surface is an N-type semiconductor cathode common,
10. The PIN detector according to claim 1, wherein the P-type semiconductor on the back surface is an anode. 受光面をＮ型半導体とし、裏面のＰ型半導体のアクティブエリア全面にアルミニウム又は金を数μｍの厚さに蒸着してアノード電極とすることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のＰＩＮ型検出器。   10. The anode according to claim 1, wherein the light receiving surface is an N-type semiconductor, and aluminum or gold is vapor-deposited to a thickness of several μm on the entire active area of the P-type semiconductor on the back surface. PIN type detector. 受光面をＮ型半導体で、受光面の外周を幅０．５ｍｍでアルミニウム又は金で蒸着し、カソードコモン電極とすることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のＰＩＮ型検出器。   10. The PIN detector according to claim 1, wherein the light receiving surface is an N-type semiconductor and the outer periphery of the light receiving surface is deposited with aluminum or gold with a width of 0.5 mm to form a cathode common electrode. . 請求項１乃至１２の何れかに記載のＰＩＮ型検出器を備える荷電粒子ビーム装置。   A charged particle beam apparatus comprising the PIN detector according to claim 1.
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