JP5214439B2 - 二次イオン、ならびに、直接およびまたは間接二次電子のための粒子検出器 - Google Patents
二次イオン、ならびに、直接およびまたは間接二次電子のための粒子検出器 Download PDFInfo
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Description
本発明は、走査型電子顕微鏡（SEM）、集束イオンビーム（FIB）、走査型オージェ装置、電子ビーム描画装置などの、分析装置または表面改質装置によって作られる二次イオンあるいは二次電子の検出に関する。これらの機器では、画像の形式で示す表面特性を、走査型粒子ビームによって放出または形成された、二次粒子もしくは反射粒子の流れを測定することによって得る。
ほとんど全てのSEMsは、ETD（Everhardt Thornley Detector T.E. Everhart and R.F.M. Thornley "Wideband detector for microampere low-energy electron currents. J. Sci. Instr. 37, 246-248 (1960)）を用いて、試料上の電子ビームの走査によって作られる二次電子（SE）の流れを測定する。或る時間ビンに蓄積した二次電子の数を、その時間ビンに走査ビームから衝突された場所に関連付けることで、SE放出の変動に反映される表面地形と表面特性を示す画像を作り出す。ETD（先行技術）の典型的な略図を図１にしめす。電子収集スパースグリッド（sparse grid） 1 は、+80から+500Vまでの電圧で、25eVを滅多に上回らないようなほとんどわずかのeVの低エネルギーで試料から放出されるSEを引きつける。スパースグリッド（sparse grid）を通る集められたSEは、アルミニウム被覆された発光板 2 へと向かって、+数kVから+15kVでさらに加速され、各衝突加速電子につき数百個の光子を作り出す。発光板の背面に取り付けられた光ガイド（LG） 3 は、数十%の光子を光電子増倍管（PMT） 4 に導く。適切な設計を使って、ETDのPMTは、シンチレータへ加速された各電子に対して、いくつかの光電子（光電陰極から）を用いて信号増倍を開始する。収集スパースグリッド（sparse grid）とその電圧は、衝突一次ビームの変形を最小限にしつつ、できるだけ多くの数のSEを集めるように設計される。またこのグリッドは、発光板高電圧によって作られる電場から一次ビーム領域を遮断する。
ETDの収集スパースグリッド（sparse grid）は、試料に弱い誘引電場を作り出す。これは、もし試料領域に他の誘引電位がなく、試料への視線グリッドが物理的障害により妨害されていない場合には、低エネルギーSEsを集めるのに非常に効率的である。その収集効率は、数十%から90%に及ぶ可能性がある。しかしETDは、50eVとビームエネルギーの間のエネルギーで試料から放出される電子と定義される、後方散乱電子（BSE）にとってはあまり効率的ではない。BSEのほとんどは、ビームエネルギーからビームエネルギーの１／３までのエネルギーで放出される。従って、ETD収集グリッドは、これらの電子を引きつけシンチレータに導くには非効率的である。このようにして、BSEは真空槽において種々の部分と対象に衝突し、三次電子（SE3と称する）を生み出す。SE3のほとんどはETDによっては収集されない。
ETDは、イオン衝撃によって誘導されたSEを検出するために、FIBと他のイオン衝撃方式においても用いられる。そのような場合には、スパッタリングと他の過程の結果として、多くの低エネルギー二次陽イオンも発生する。これらのイオンを検出することで、衝突された表面についての追加情報が得られる。収集グリッドと発光板上の電圧を負の値に逆転させることで、陽イオンをETDに引き付け、シンチレータへ加速させることができる。このイオンモードで用いられたときのETDの欠点は、二次イオンの検出効率が非常に低いか、または皆無なことである。これは、発光板の導電アルミニウム層におけるイオンのエネルギーの大部分または総エネルギーの損失によって構成された、同じエネルギーの電子と比較して、衝突イオンに対する任意のシンチレータの光度反応が非常に低いためである。
低エネルギー陽イオン（0eVから50eVのエネルギーで発生する）の典型的な測定方法は、SEsを効率的に作り出すために、それらを-3kVから-5kVの電圧で変換器板へ加速させることである。多くの種類の原子イオンを使う場合、衝突イオンあたり一つ以上のSEが、3keVを超えるイオンエネルギーで得られる。変換器板からは、わずかなeVのイオン誘導SEsが、電子増倍装置または発光層のいずれかに対して、変換器板を基準として+5kVから+15kVで加速されなければならない。発光層はETDのシンチレータである。従って、低エネルギー二次イオンの流れに対する反応は、変換器板からシンチレータまたは電子増倍装置へのSEの効率的な移動において得られる。イオンから電子への典型的な変換器は、SE増強物質で被覆した、または被覆していない金属板の種々の形であり、これはシンチレータまたは電子増倍管へのイオンの通路に配置される。
変換器板または変換器網上のバイアス電圧を切り替えるだけで、イオンもしくは電子を検出できる切り替え可能な電子検出器およびイオン検出器の概念は、多くの特許出願で開示されている。例えば、Ishitani Toru, Hirose Hiroshi, and Onishi Takeshi, "Charged Particle Detector" (Japanese Patent Application no 64338358)、Ishitani Toru, Hirose Hiroshi, and Arima Yoshio, "Converging Ion Beam Device and Charged Particle Detector" (Japanese Patent Application 05295229)、ならびにR. L Gerlach, M. W. Utlaut, T. Dingle, and M. Uncovsky, "Particle detector Suitable for Detecting Ions and Electrons" (U.S. Patent Application 20040262531)。
後者の公報では、変換表面は光源とシンチレータ中心をつなぐ線を囲む円筒の形をとっている。従って電子検出モードでは、電子は発光板へ向かう動きにおいて妨害されない。イオン検出モードでは、変換器板は負電位であり、陽イオンを引きつける。しかし、イオン入口領域に近い円筒部分からのSEの大部分は、試料の方へ引き返す方向へと引きつけられる。そのため、U.S. Patent Application 20040262531に記載の通り、イオン検出効率は約50%に減少する。
J. Krasa, M.Pfeifer, M. P. Stockli, U, Lenhert, and D. Fry, "The effect of the first dynode's geometry on the detection efficiency of 119EM electron multiplier used as a highly charged ion detector (Nucl. Instrum. And Meth. B152 (1999) 397-402)に開示されている陽イオンを測定する別の方法は、SEを発生させるために、陽イオンを典型的に3keVから5keVで、ベネチアンブラインド様の板（イオン運動に対してある角度をなした板）の形とした変換器物質に衝突させることである。エネルギーイオンを用いることができ、あるいは遅いイオンを板の方へ加速させるために、板を負電位とすることができる。SEは板から、板の後方にある電子増倍管へ引き付けられる。SEを板から収集する効率は、イオンが板に衝突する場所によって70%から5%まで様々であることも、前述の参照5において示されている。
任意の電子、また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に望ましい。複数の検出器はシステムにかかる費用を増し、試料の操作のために必要とされ得る真空系の位置を占めてしまう。従って、二次電子、後方散乱電子、および二次イオンを検出可能な検出器が、好ましくは、機械的調整または他の直接的な操作者の介入をすることなく、電圧の自動操作のみを用いてこれらの粒子を識別できるならば、空間を解放し、製造原価を著しく削減できることになる。
上記の観点から本発明の目的は、それぞれ後方散乱電子から発生する、二次電子、低エネルギー陽イオン、および三次電子に対する改良された選択性と検出効率を有する検出器を提供することである。この目的は、独立請求項のいずれかに準ずる検出器によって解決される。
本発明の第一の態様によれば、本発明は、全て集束走査イオンビームまたは電子ビームから発生する二次イオン、または二次電子または三次電子（SE3）を検出するための粒子検出器を提供する。前記粒子検出器は、
スパース（sparse）収集電極と、
二次イオンを電子へ変換するベネチアンブラインド板で、前記ベネチアンブラインド板は導電性材料を含み、スパース（sparse）収集電極の後方に配置されることを特徴とする、ベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板に隣接した一つ以上の追加電極で、前記一つ以上の追加電極が粒子検出器の検出効率を増進させることを特徴とする、一つ以上の追加電極と、
エネルギー電子の衝突の際にシンチレーション光子を作り出すための発光円盤（scintillating disc）で、前記発光円盤は前記ベネチアンブラインド板および前記一つ以上の追加電極それぞれとバイアス可能であることを特徴とする、発光円盤と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管に導くための光ガイド（light-guide）を含み、
ここで粒子検出器は入射粒子のいずれかの種類を検出し、前記スパース収集電極及び前記一つ以上の追加電極の適正電圧を切り替えることでその他の種類を除外し、前記粒子検出器が前記一つ以上の追加電極の後方に配置される一連のSE3リング電極を更に含む。
スパース（sparse）収集電極と、
二次イオンを電子へ変換するベネチアンブラインド板で、前記ベネチアンブラインド板は導電性材料を含み、スパース（sparse）収集電極の後方に配置されることを特徴とする、ベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板に隣接した一つ以上の追加電極で、前記一つ以上の追加電極が粒子検出器の検出効率を増進させることを特徴とする、一つ以上の追加電極と、
エネルギー電子の衝突の際にシンチレーション光子を作り出すための発光円盤（scintillating disc）で、前記発光円盤は前記ベネチアンブラインド板および前記一つ以上の追加電極それぞれとバイアス可能であることを特徴とする、発光円盤と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管に導くための光ガイド（light-guide）を含み、
ここで粒子検出器は入射粒子のいずれかの種類を検出し、前記スパース収集電極及び前記一つ以上の追加電極の適正電圧を切り替えることでその他の種類を除外し、前記粒子検出器が前記一つ以上の追加電極の後方に配置される一連のSE3リング電極を更に含む。
本発明の第二の態様によれば、一つ以上の追加電極は、ベネチアンブラインド板の前、ベネチアンブラインド板と前記スパース（sparse）電極との間に、微細ワイヤー電極を含む。
前記微細ワイヤー電極は、好ましくはベネチアンブラインド板の前端と平行にのびるワイヤーを含み、ここで前記ワイヤーはベネチアンブラインド板と同じピッチを持つ。
ベネチアンブラインド板から発生する電子に反発するために、ベネチアンブラインド板に対して負の電位を微細ワイヤー電極に印加することができる。
本発明の第三の態様によれば、一つの追加電極はベネチアンブラインド板の後方に配置された抽出電極を含み、ここでベネチアンブラインド板から発生する電子を抽出するために、ベネチアンブラインド板に対して正の電位を抽出電極に印加することができる。抽出電極は微細グリッドまたは微細ワイヤーを含むことが好ましい。
本発明の第四の態様によれば、粒子検出器は微細ワイヤー電極と抽出電極の両方を含む。
本発明の第五の態様によれば、粒子検出器はスパース（spars）収集電極から発光円盤（scintillating disc）にのびる縦軸を持ち、さらに発光円盤はベネチアンブラインド板から離れて縦軸の方向に配置される。
従って本発明は、全て集束走査イオンビームまたは電子ビームから発生する、二次イオンまたは二次電子または三次電子（SE3）を検出するための粒子検出器を更に提供し、前記粒子検出器は、
スパース（sparse）収集グリッド電極と、
スパース（sparse）収集電極の後方にある導電性材料を含むベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板の前、ベネチアンブラインド板と前記スパース（sparse）電極との間にある微細ワイヤー電極と、
ベネチアンブラインド板の後方に配置された抽出電極と、
前記抽出電極の後方に配置された一連のSE3リング電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を作り出すための発光円盤（scintillating disc）と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管に導くための光ガイド（light-guide）を含み、
ここで粒子検出器は入射粒子のいずれかの種類を測定し、さらに前記スパース収集電極、前記微細ワイヤー電極、及び前記抽出電極の適正電圧を切り替えることでその他の種類を除外する。
スパース（sparse）収集グリッド電極と、
スパース（sparse）収集電極の後方にある導電性材料を含むベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板の前、ベネチアンブラインド板と前記スパース（sparse）電極との間にある微細ワイヤー電極と、
ベネチアンブラインド板の後方に配置された抽出電極と、
前記抽出電極の後方に配置された一連のSE3リング電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を作り出すための発光円盤（scintillating disc）と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管に導くための光ガイド（light-guide）を含み、
ここで粒子検出器は入射粒子のいずれかの種類を測定し、さらに前記スパース収集電極、前記微細ワイヤー電極、及び前記抽出電極の適正電圧を切り替えることでその他の種類を除外する。
スパース収集電極は傾いていても良い。
ベネチアンブラインド板は、検出器の縦軸に対して約20度と約30度の間の角度で傾いていてもよい。
本発明は、集束走査イオンビームまたは電子ビームから発生する、入射二次イオンまたは二次電子を検出するための粒子検出器を更に提供し、前記検出器は、
傾斜スパース（sparse）収集電極と、
3から5keVのイオンに対して高い二次電子放出比を持つ導電性材料で作られている、検出器長軸に対して20から30度の傾斜をつけたベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板の前にある微細ワイヤー電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤（scintillating disc）と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管へ変換する光ガイド（light-guide）を含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー電極の電圧を切り替えることで、前記検出器は二次電子を検出し陽イオンを除外するか、あるいは陽イオンを検出し二次電子を除外する。
傾斜スパース（sparse）収集電極と、
3から5keVのイオンに対して高い二次電子放出比を持つ導電性材料で作られている、検出器長軸に対して20から30度の傾斜をつけたベネチアンブラインド板と、
ベネチアンブラインド板の前にある微細ワイヤー電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤（scintillating disc）と、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管へ変換する光ガイド（light-guide）を含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー電極の電圧を切り替えることで、前記検出器は二次電子を検出し陽イオンを除外するか、あるいは陽イオンを検出し二次電子を除外する。
本発明は、全て集束走査電子ビームから発生する、入射二次電子、または後方散乱電子によって作られた三次電子（SE3）を検出するための粒子検出器を更に提供し、前記検出器は、
傾斜スパース（sparse）収集電極と、
微細グリッドまたは微細ワイヤー抽出電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤（scintillating disc）と、
抽出電極と発光円盤（scintillating disc）との間にある一連のSE3リング電極と、
シンチレーション光子を光電子増倍管に変換する光ガイド（light-guide）を含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー抽出電極の電圧を切り替えることで、前記検出器が試料からの二次電子を検出し後方散乱電子によって作られた三次電子を除外するか、あるいは、他の電圧に切り替えることで三次電子を検出し二次電子を除外する。
傾斜スパース（sparse）収集電極と、
微細グリッドまたは微細ワイヤー抽出電極と、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤（scintillating disc）と、
抽出電極と発光円盤（scintillating disc）との間にある一連のSE3リング電極と、
シンチレーション光子を光電子増倍管に変換する光ガイド（light-guide）を含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー抽出電極の電圧を切り替えることで、前記検出器が試料からの二次電子を検出し後方散乱電子によって作られた三次電子を除外するか、あるいは、他の電圧に切り替えることで三次電子を検出し二次電子を除外する。
本発明の、必要最低限のものだけを装備した二つの形式について最初に説明し、それからEISE3検出器の基本形式に組み合わせる。
１．第一形式は図２に示された装置で、電極の電圧を切り替えることでイオンまたはSEを測定することができる。構造は傾斜収集スパースグリッド（sparse grid）図５を持つ。イオン収集のために、収集スパースグリッド（sparse grid）は低負電圧（-80Vから-500V）に設定され、微細ワイヤー電極 6 は、一連のベネチアンブラインド板 7と共に、-3kVから-4kVの電圧で、正電圧のシンチレータ 8 の前にある。ベネチアンブラインド板からのSEsは、ベネチアンブラインド板に対して+8kVから+12kVの電圧でシンチレータへ加速される。微細ワイヤー電極 6 は、ベネチアンブラインド板に対して、近接し且つ収集スパースグリッド（sparse grid）の方向に平行であって、また、ベネチアンブラインド板に対して数百ボルト陰性であり、収集グリッドに向かって既に動きだしている可能性のあるSEをシンチレータの方へ押しやる。このようにして、全ての変換電子に対して高い検出効率（>90%）が得られる。そして、これと同じ構造のまま、ただ収集グリッド、微細ワイヤー電極、およびベネチアンブラインド板の電圧を同時に+100Vから+500Vに切り替えるだけで、電子検出器へと変わる。試料からの陽イオンまたは試料からのSEが、1x1mm以下の非常に小さい領域から発生する場合、FIBおよびSEMにおける場合のように、ベネチアンブラインド板の試料に対する角度と電圧は、電子検出モードにおいて、シンチレータに向かって加速される試料SEsから発生する電子が、ベネチアンブラインド板をほとんど透過するように設計される。試料からのSEのシミュレーション計算を図７に示した。いくつかの初期エネルギーおよび初期方向が、SE放出の全スペクトルをあらわすように選ばれる。ベネチアンブラインド板に衝突する少数の電子は、更なるSEsを作り出し、これらもシンチレータへ加速される。陽イオンの軌跡シミュレーションを図８に示した。この図では、微細ワイヤーはベネチアンブラインド板に対して-400Vであって、より陰性の弱い収集グリッドへ向かって動いてゆこうとする電子のすべてを弾きかえす。図９に示した、板からのイオン誘導SEのシミュレーションにおいて、全SEはシンチレータの方へ向けられている。前述の参照4に対する主要な新規性は、検出器軸に対して20-30度の傾斜収集グリッド、ベネチアンブラインド板の前にある微細ワイヤー電極、およびベネチアンブラインド板の傾斜角の組み合わせであり、これにより、イオンまたは電子のいずれにおいても高い検出効率（>85%）が得られる。
１．第一形式は図２に示された装置で、電極の電圧を切り替えることでイオンまたはSEを測定することができる。構造は傾斜収集スパースグリッド（sparse grid）図５を持つ。イオン収集のために、収集スパースグリッド（sparse grid）は低負電圧（-80Vから-500V）に設定され、微細ワイヤー電極 6 は、一連のベネチアンブラインド板 7と共に、-3kVから-4kVの電圧で、正電圧のシンチレータ 8 の前にある。ベネチアンブラインド板からのSEsは、ベネチアンブラインド板に対して+8kVから+12kVの電圧でシンチレータへ加速される。微細ワイヤー電極 6 は、ベネチアンブラインド板に対して、近接し且つ収集スパースグリッド（sparse grid）の方向に平行であって、また、ベネチアンブラインド板に対して数百ボルト陰性であり、収集グリッドに向かって既に動きだしている可能性のあるSEをシンチレータの方へ押しやる。このようにして、全ての変換電子に対して高い検出効率（>90%）が得られる。そして、これと同じ構造のまま、ただ収集グリッド、微細ワイヤー電極、およびベネチアンブラインド板の電圧を同時に+100Vから+500Vに切り替えるだけで、電子検出器へと変わる。試料からの陽イオンまたは試料からのSEが、1x1mm以下の非常に小さい領域から発生する場合、FIBおよびSEMにおける場合のように、ベネチアンブラインド板の試料に対する角度と電圧は、電子検出モードにおいて、シンチレータに向かって加速される試料SEsから発生する電子が、ベネチアンブラインド板をほとんど透過するように設計される。試料からのSEのシミュレーション計算を図７に示した。いくつかの初期エネルギーおよび初期方向が、SE放出の全スペクトルをあらわすように選ばれる。ベネチアンブラインド板に衝突する少数の電子は、更なるSEsを作り出し、これらもシンチレータへ加速される。陽イオンの軌跡シミュレーションを図８に示した。この図では、微細ワイヤーはベネチアンブラインド板に対して-400Vであって、より陰性の弱い収集グリッドへ向かって動いてゆこうとする電子のすべてを弾きかえす。図９に示した、板からのイオン誘導SEのシミュレーションにおいて、全SEはシンチレータの方へ向けられている。前述の参照4に対する主要な新規性は、検出器軸に対して20-30度の傾斜収集グリッド、ベネチアンブラインド板の前にある微細ワイヤー電極、およびベネチアンブラインド板の傾斜角の組み合わせであり、これにより、イオンまたは電子のいずれにおいても高い検出効率（>85%）が得られる。
２．検出器の第二のバージョンを図３に示す。これはSEおよび／またはSE3検出器である。イオンから電子への変換のためのベネチアンブラインド板、およびそれに付随する微細ワイヤー電極は存在しない。収集グリッドおよびSE3グリッドの電圧の切り替えにより、一種類を測定し他を除外することができる。この装置において、シンチレータ 16 はおよそ2から8cm後方に配置される。2から4kVの電圧の抽出グリッド 12 は、第一のバージョンではシンチレータがあった場所に配置され、試料から発生してスパースグリッド（sparse grid） 11 によってシンチレータの方向へ集められたSEを、引きつけて加速させる。リング状のスパース（sparse）円筒グリッド 14 は、シンチレータへの軌道を取り囲む。このスパース（sparse）リンググリッド上の低正電圧（+100Vから+500V）は、真空槽壁の広範な領域、およびこの槽内の他の表面からSE3を引き付け、一方このグリッドの負電位はこれらのSE3sを除外する。SE3グリッドの末端には、円錐形の円筒電極 15 がSE3グリッドと同じ電圧で存在する。これは、全収集SE3またはSEがシンチレータ 16 と衝突することを確実にするために電場を形成する。試料からのSEおよび試験槽内の他の部分からのSE3の軌跡のシミュレーションを、図１０および図１１に示す。SE3が拒絶されると共に全SEはシンチレータへ達し、あるいは電圧を切り替えることで、全SE3はシンチレータに達し、SEは拒絶されることが示されている。この実施形態の或る態様によれば、グリッド電圧の切り替えは、試料からのSEを高効率で測定してSE3を除外するか、あるいはSE3を測定して直接SEのすべてを除外するかのいずれかを行うのに用いられ、これにより、専用BSE検出器を使わずにBSE画像を作ることができる。検出器のこのバージョンは、SEMなどの任意の集束走査e-ビーム装置に適している。
３．EISE3検出器は、必要最低限のものだけを装備したバージョン１とバージョン２の組み合わせである。その断面概略図を図４に示す。これは、収集スパースグリッド（sparse grid） 17 と、微細ワイヤー電極 18 と、SEモードにおいて自由な電子通過を可能にする、検出器軸に対して20から30度の角度のベネチアンブラインド板 19 と、SEをシンチレータへ引きつける抽出グリッド 20 と、傾斜しているかまたは円錐形をしている内部表面を末端に持つ、終端リング電極 23 を有する円筒リングSE3収集‐反発グリッド 22 と、工業用光電子増倍管（図示せず）に通じる光ガイド（light guide） 25 上の発光板 24 とを含む。EISE3の配置と構造は、図５と６において二つの等角図に示す。図４から６の対応する参照番号を次の表に要約する。
EISE3検出器の態様によれば、単一の構造は、グリッド、電極、およびベネチアンブラインド板の電圧を切り替えるだけで、陽イオン、または試料からのSE、またはSE3を次の表に従って測定することができる。
本発明は以下を示す図であらわされる実施形態を参照して説明される。
ETD検出器（先行技術）の概略図。
低エネルギー電子または低エネルギーイオン検出器の断面の概略図。
SEMなどの電子ビームシステムのための直接SEおよびSE3検出器の断面図。
電極電圧によって決められる測定選択肢（二次電子、または低エネルギー二次イオン、または試験槽の様々な部分に衝突するBSEによって作られたSE3）を有するEISE3検出器の断面図。
EISE3検出器の等角側面図。
等角図で示したEISE3検出器の半身。欠損部分は示された構造の鏡像である。
+400Vの傾斜収集スパースグリッド（sparse grid）、+400Vのベネチアンブラインド板、および+10kVの蛍光面を用いたSEのシミュレーション計算。軌跡は種々の初期電子エネルギーを持つ（1) -2eV、2) -5eV、3) -10eV、4) -20eV）。下端の図はベネチアンブラインド板の近傍での軌跡を拡大したものである。
各図の右側にある試料から放出された陽イオンの軌跡を、-400Vの収集グリッド、-3400Vの微細ワイヤー（ベネチアンブラインド板のちょうど前）、-3000Vのベネチアンブラインド板、+7000Vの蛍光面と共に示した。イオンの初期エネルギーは1) -2eV、2) -5eV、3) -10eVである。
図８に記載の検出器構造を用いた、ベネチアンブラインド板からのイオン誘導SEの軌跡のシミュレーションの拡大図。ベネチアンブラインド板は-3000Vで、微細ワイヤーは-3400Vである。シミュレーションは、イオン誘導SEが全板上に作られると仮定し、二つの副図においてはSEが板の下端部分から一度放出され、下側の副図においては板の上端部分から放出される。イオン誘導SEのすべてはシンチレータに向かって動いている。
SE3を測定しSEを除外するための検出器の検出方法。BSE、および右側の試料からの反発電子が試験槽の様々な部分と作用してできた、収集SE3の軌跡を示している。収集傾斜グリッドは-400V、抽出グリッドは+2.7kV、リングSE3グリッドは+400V、およびシンチレータは+10kVである。
SEを測定しSE3を除去するための検出器の検出方法。BSEによって試験槽の様々な部分で作られた拒絶SE3の試料からの軌跡を示している。収集傾斜グリッドは+400V、抽出グリッドは+2.7kV、リングSE3グリッドは-400V、およびシンチレータは+10kVである。
Claims (19)
- 全て集束走査イオンビームおよび／または電子ビームから発生する、二次イオン、または二次電子または三次電子（SE3）を検出する粒子検出器であり、前記粒子検出器は、
スパース収集電極、
二次イオンを電子へ変換し、且つ導電性材料を含み、且つ前記スパース収集電極の後方に配置されている、複数のベネチアンブラインド板、
前記複数のベネチアンブラインド板に隣接し、且つ前記粒子検出器の検出効率を増進する、一つ以上の追加電極、
エネルギー電子の衝突の際にシンチレーション光子を作り出し、且つ前記複数のベネチアンブラインド板と前記一つ以上の追加電極とのそれぞれに対してバイアス可能である、発光円盤、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管へ導く光ガイドを含み、
前記粒子検出器がいずれかの種類の入射粒子を検出し、且つ前記スパース収集電極及び前記一つ以上の追加電極の適正電圧を切り替えることで他の種類の入射粒子を除外し、
前記粒子検出器が前記一つ以上の追加電極の後方に配置される一連のSE3リング電極を更に含む、
ことを特徴とする、粒子検出器。 - 請求項１の粒子検出器であり、ここで前記一つ以上の追加電極が、微細ワイヤー電極を、前記ベネチアンブラインド板の前であり且つ前記複数のベネチアンブラインド板と前記スパース電極との間に含む、請求項１の粒子検出器。
- 前記微細ワイヤー電極が、前記複数のベネチアンブラインド板の前端と平行にのびる複数のワイヤーを含む、請求項２の粒子検出器。
- 前記複数のワイヤーが前記複数のベネチアンブラインド板と同じピッチを有する、請求項３の粒子検出器。
- 請求項４の粒子検出器であり、ここで前記複数のベネチアンブラインド板から発生する電子を反発するために、前記複数のベネチアンブラインド板に対して負の電位を前記微細ワイヤー電極に印加することができる、請求項４の粒子検出器。
- 請求項１の粒子検出器であり、ここで前記一つ以上の追加電極が、前記複数のベネチアンブラインド板の後方に配置された抽出電極を含み、ここで前記複数のベネチアンブラインド板から発生する電子を抽出するために、前記複数のベネチアンブラインド板に対して正の電位を前記抽出電極に印加することができる、請求項１の粒子検出器。
- 前記抽出電極が微細グリッドまたは複数の微細ワイヤーを含む、請求項６の粒子検出器。
- 請求項１の粒子検出器であり、ここで前記粒子検出器が、請求項２から５のいずれかに記載の微細ワイヤー電極と、請求項６または７に記載の抽出電極の両方を含む、請求項１の粒子検出器。
- 請求項１から８のいずれか一項の粒子検出器であり、ここで前記検出器が前記スパース収集電極から前記発光円盤にのびる縦軸を有し、また、前記発光円盤が前記複数のベネチアンブラインド板から離れて前記縦軸方向に配置されることを特徴とする、粒子検出器。
- 全て集束走査イオンビームおよび／または電子ビームから発生する、二次イオン、または二次電子または三次電子（SE3）を検出する粒子検出器であり、前記粒子検出器は、
スパース収集電極、
前記スパース収集電極の後方にある導電性材料を含む複数のベネチアンブラインド板、
前記複数のベネチアンブラインド板の前、且つ前記複数のベネチアンブラインド板と前記スパース収集電極との間にある微細ワイヤー電極、
前記複数のベネチアンブラインド板の後方に配置された抽出電極、
前記抽出電極の後方に配置された一連のSE3リング電極、
エネルギー電子の衝突の際に、光を生み出す発光円盤、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管に導く光ガイドを含み、
ここで前記粒子検出器はいずれかの種類の入射粒子を測定し、且つ前記スパース収集電極、前記微細ワイヤー電極、及び前記抽出電極の適正電圧を切り替えることで他の種類の入射粒子を除外する事を特徴とする、粒子検出器。 - 請求項１０の粒子検出器であり、ここで前記粒子検出器が、入射する前記二次イオンまたは前記二次電子または前記三次電子（SE3）のそれぞれに対して、80%以上、好ましくは85%以上の検出効率を有することを特徴とする、請求項１０の粒子検出器。
- 前記スパース収集電極が傾斜している、請求項１０の粒子検出器。
- 請求項１０の粒子検出器であり、ここで前記複数のベネチアンブラインド板が、前記検出器の前記縦軸に20度から30度の間の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１０の粒子検出器。
- 請求項１３の粒子検出器であり、ここで前記複数のベネチアンブラインド板の前記導電性材料が、3から5keVの運動エネルギーを持つイオンに対して高い二次電子放出比を有することを特徴とする、請求項１３の粒子検出器。
- 前記抽出電極が微細グリッドまたは複数の微細ワイヤーを含む、請求項１０の粒子検出器。
- 集束走査イオンビームまたは電子ビームから発生する、入射する二次イオンまたは二次電子を検出する粒子検出器であり、ここで前記検出器は、
傾斜スパース収集電極、
3から5keVのイオンに対して高い二次電子放出比を持つ導電性材料で作られた、前記検出器の長軸に対して20から30度の傾斜をつけた複数のベネチアンブラインド板、
前記複数のベネチアンブラインド板の前にある微細ワイヤー電極、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤、ならびに、
シンチレーション光子を光電子増倍管へ運ぶ光ガイドを含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー電極の電圧を切り替えることで、前記検出器が二次電子を検出し陽イオンを除外するか、あるいは陽イオンを検出し二次電子を除外することを特徴とする、粒子検出器。 - 全て集束走査イオンビームまたは電子ビームから発生する、入射二次電子または後方散乱電子から作られた三次電子（SE3）を検出する粒子検出器であり、前記粒子検出器は、
傾斜スパース収集電極、
微細グリッドまたは複数の微細ワイヤー抽出電極、
エネルギー電子の衝突の際に光を生み出す発光円盤、
前記抽出電極と前記発光円盤との間にある一連のSE3リング電極、
シンチレーション光子を光電子増倍管へ運ぶ光ガイドを含み、
ここで前記傾斜スパース収集電極及び前記微細ワイヤー抽出電極の電圧を切り替えることで、前記検出器が前記試料からの二次電子を検出し、後方散乱電子から作られた三次電子を除外するか、あるいは、他の電圧に切り替えることで前記三次電子を検出し前記二次電子を除外するかのいずれかを行うことを特徴とする、粒子検出器。 - 請求項１から１７のいずれか一項の検出器であり、ここで前記検出器は全二次電子の85%以上を、前記試料から前記発光円盤に5keVから15keVのエネルギーで加速させ伝達することができ、さらに、二次電子検出モードに切り替えたときは、イオン、および三次電子を反発することができることを特徴とする、検出器。
- 請求項１から１７のいずれか一項の検出器であり、ここで前記検出器が、イオン収集モードに切り替えたとき、前記試料からの全低エネルギー陽イオンの85%以上を検出することができることを特徴とする、検出器。
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