JP5801891B2 - 電子イメージングを用いて試料の画像を作成する荷電粒子線装置及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、35U.S.C§119(e)に基づいて、2010年7月30日に出願された米国仮出願番号第61/369,353号、発明の名称「Electron Microscope Employing An SiPM Based Electron Detector」の優先権を主張し、この開示は、引用を以て本願明細書の一部となる。
本発明は、電子検出と電子検出装置とに、特に、密接に結合したシンチレータ−シリコン光電子増倍管を含む電子検出器に関しており、当該電子検出器は、電子顕微鏡で、及び/又は、X線検出器、例えば電子顕微鏡で用いられるX線検出器で用いられる。
電子顕微鏡(EM)は、試料を照らして、試料の拡大画像を作成するために電子粒子線を用いるタイプの顕微鏡である。ある一般的なタイプのEMは、走査型電子顕微鏡(SEM)として知られている。SEMは、ラスターパターンとして知られている試料領域に渡ったパターンで、電子の微細集束ビームを用いて試料を走査することによって、試料の画像を生成している。電子は、試料を形成する原子と相互作用して、試料の表面形状(topography)、組成、及び、結晶方向や導電率などの他の特性に関する情報を含む信号を生じる。
図24C及び図24Dは、視野方向の表面形状上の特徴によって生じた、ラインオブサイト検出器が受けたシールド効果を示す2つのコンピュータ描画画像である。このケースでは、1片のカーボンテープが、アルミニウムスタブの表面に配置されており、次に、1片の銅テープが、カラム上に配置されている。試料表面(水平である)に対する35度の仰角で、側部から全サンプルが見られる。極片に取り付けられたBSEDの画像が、図24Cであり、実際のAl−CとC−Cuの界面を示している。しかしながら、EDX検出器は、テープの高さが生じる陰影の効果を見て、上記の電子トラップ搭載BSEDから撮られた図24Dとより的確に相関するだろう。
Claims (38)
- 電子イメージングを用いて試料の画像を作成するための荷電粒子線装置において、
電子カラムに結合されており、電子ビームを発生するように構成された電子源であって、前記電子カラムは、前記電子カラムが結合されたサンプルチャンバ内に配置された試料に前記電子ビームを導くように構成されたシステムを少なくとも部分的に格納している電子源と、
前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置された1又は複数のアセンブリを含む電子検出器と、
電子回路と、を備えており、
各アセンブリは、SiPMとシンチレータを含んでおり、前記シンチレータは、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で結合されており、前記1又は複数のアセンブリの各々において、前記シンチレータは、前記試料への前記電子ビームの衝突に反応して前記試料から放出された電子が衝突すると、複数の光子を放出するように構成されており、前記SiPMは、前記シンチレータからの前記複数の光子を受け取ると信号を生成するように構成され、
各SiPMは、前記電子回路に結合され、各SiPMで生成される信号は、そのSiPMに関連したシンチレータと衝突する電子の強度に基づいており、前記電子回路は、各SiPMによって生成された信号に基づいて、前記試料の画像を作成するように構成されている、荷電粒子線装置。 - 各SiPMは、1又は複数のワイヤによって前記電子回路に結合する、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記1又は複数のアセンブリの各々において、前記シンチレータは、前記シンチレータと前記SiPMの間に配置される光伝送装置を用いることなく、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で直接結合されている、請求項1に記載の電子粒子線装置。
- 前記1又は複数のアセンブリの各々において、前記シンチレータの後面は、前記シンチレータによって放出されて前記SiPMで受け取られる複数の光子を透過するように構成された接着剤によって前記SiPMのアクティブな光検知面に直接結合されている、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記1又は複数のアセンブリは、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置される1つのアセンブリである、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記1又は複数のアセンブリは、複数のアセンブリである、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されるPCBアセンブリを更に備えており、前記複数のアセンブリの各々は、前記PCBアセンブリに取り付けられる、請求項6に記載の荷電粒子線装置。
- 前記PCBアセンブリは、前記複数のアセンブリが取り付けられる基板を含んでおり、前記基板は、前記電子ビームが前記電子検出器を通りぬけて前記試料に達することができるように構成されている開口部を有している、請求項7に記載の荷電粒子線装置。
- 前記複数のアセンブリは、前記開口部の周りに配置されている、請求項8に記載の荷電粒子線装置。
- 前記複数のアセンブリは、第1のシンチレータ及び第1のSiPMを有する第1のアセンブリと、第2のシンチレータ及び第2のSiPMを有する第2のアセンブリと、第3のシンチレータ及び第3のSiPMを有する第3のアセンブリと、第4のシンチレータ及び第4のSiPMを有する第4のアセンブリとを含む、請求項9に記載の荷電粒子線装置。
- 前記複数のアセンブリは、前記開口部の周りにて均一に離れている、請求項10に記載の荷電粒子線装置。
- 前記複数のアセンブリは、第5のシンチレータ及び第5のSiPMを有する第5のアセンブリと、第6のシンチレータ及び第6のSiPMを有する第6のアセンブリと、第7のシンチレータ及び第7のSiPMを有する第7のアセンブリと、第8のシンチレータ及び第8のSiPMを有する第8のアセンブリとを含む、請求項10に記載の荷電粒子線装置。
- 前記第1のSiPMは、前記第2のSiPMと電気的に結合され、前記第3のSiPMは、前記第4のSiPMと電気的に結合され、前記第5のSiPMは、前記第6のSiPMと電気的に結合され、前記第7のSiPMは、前記第8のSiPMと電気的に結合されている、請求項12に記載の荷電粒子線装置。
- 各アセンブリ又は一組のアセンブリは、各々の出力が適切な電子回路又はソフトウェアによって選択的に操作できるように、独立してオン又はオフできる、請求項9に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器はBSEDであり、前記荷電粒子線装置は、極片を有する対物レンズを有しているレンズシステムを含んでおり、前記PCBアセンブリは、前記極片の下側に配置されて、短いサンプル作動距離が利用できる、請求項9に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されたPCBアセンブリを含んでおり、前記1又は複数のアセンブリは、前記PCBアセンブリに取り付けられ、前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内で前記PCBアセンブリに結合するTIA増幅回路を更に含んでおり、前記増幅回路は、各SiPMに結合しており、各SiPMの信号を受信し、前記増幅回路は、各SiPMの信号を電流パルスから電圧パルスに変換し、次に前記電圧パルスを増幅するように構成されている、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されるPCBアセンブリを備えており、前記PCBアセンブリは、前記1又は複数のアセンブリが取り付けられる基板と、前記基板に結合された熱伝導部材とを含んでおり、前記電子検出器は、前記熱伝導部材と機能的に結合された冷却アセンブリを更に含んでおり、前記冷却アセンブリは、前記熱伝導部材と前記1又は複数のアセンブリとを冷却するように構成されている、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記冷却アセンブリは、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に設けられて、前記熱伝導部材と結合されるTECと、前記電子カラム及び前記サンプルチャンバの外部の受動ヒートシンクへと熱を移すために前記TECと結合されているヒートパイプとを備えている、請求項17に記載の荷電粒子線装置。
- 前記荷電粒子線装置は、SEM、TEM、STEM、FIB装置、EPMA、及びそれらの2以上の組合せよりなる群から選択される、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記システムは、対物レンズを備えており、前記電子検出器の前記1又は複数のアセンブリは、前記対物レンズ内に配置される、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子カラムはカラム軸を有し、前記電子ビームは、前記カラム軸に沿うように導かれ、各SiPMの前記光検知面は、前記カラム軸と平行である、請求項20に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子カラムはカラム軸を有し、前記電子ビームは、前記カラム軸に沿うように導かれ、前記電子検出器は、前記カラム軸周りに配置された1又は複数のアセンブリを備える環状検出器である、請求項20に記載の荷電粒子線装置。
- 前記対物レンズ内に配置される1又は複数の第2のSiPMを備える第2の電子検出器を更に備える、請求項20に記載の荷電粒子線装置。
- 前記試料から放出される前記電子は、後方散乱電子である、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記試料から放出される前記電子は、2次電子である、請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 電子イメージングを用いて、電子カラムに結合されたサンプルチャンバ内に配置された試料の画像を作成する方法において、
電子ビームを発生する工程と、
前記電子カラムを介して前記試料に向けて前記電子ビームを導く工程であって、前記試料への前記電子ビームの衝突に反応して、複数の電子が前記試料から放出される工程と、
前記複数の電子の強度に基づいた信号を、電子検出器を用いて生成する工程であって、前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されたアセンブリを含んでおり、前記アセンブリは、SiPMとシンチレータを含んでおり、前記シンチレータは、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で結合し、前記SiPMは、前記シンチレータからの複数の光子を受け取ると前記信号を生成し、前記SiPMによって生成された前記信号は、前記シンチレータに衝突した前記複数の電子の前記強度に基づいている工程と、
前記信号に基づいて前記試料の前記画像を形成する工程と、
を含む方法。 - 前記試料から放出される前記複数の電子は、後方散乱電子である、請求項26に記載の方法。
- 前記試料から放出される前記複数の電子は、2次電子である、請求項26に記載の方法。
- 電子イメージングを用いて試料の画像を作成する荷電粒子線装置において、
電子ビームを発生するように構成された電子源と、後方散乱電子検出器と、電子回路とを備えており、
前記電子源は、電子カラムと結合されており、前記電子カラムは、前記電子カラムと連結されるサンプルチャンバ内の試料ホルダに保持された前記試料に向けて前記電子ビームを導くように構成されたシステムを少なくとも部分的に格納し、前記システムは、最終レンズを含んでおり、
前記後方散乱電子検出装置は、前記最終レンズの底部と前記試料ホルダとの間に配置されるアセンブリを有し、前記アセンブリは、シンチレータとSiPMを含んでおり、前記シンチレータは、前面と、前記前面と反対側の後面とを有しており、前記前面は、前記試料ホルダに向いており、前記試料への前記電子ビームの衝突に反応して前記試料から放出された複数の電子を受け取るように配置されており、前記シンチレータの前記後面は、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で結合し、前記シンチレータは、前記複数の電子が前記前面に衝突すると、前記後面から複数の電子を放出するように構成されており、前記SiPMは、前記シンチレータからの前記複数の光子を受け取ると、信号を生成するように構成されており、
前記SiPMによって形成された前記信号は、前記複数の電子の強度に比例しており、前記電子回路は、前記信号に基づいて前記試料の画像を作成するように構成されている、荷電粒子線装置。 - 前記SiPMは、前記カラム又は前記サンプルチャンバ内に設けられたフィードスルーを通る2又は複数のワイヤによって、前記電子回路に結合されている、請求項29に記載の荷電粒子線装置。
- 前記シンチレータの前記後面は、前記シンチレータと前記SiPMの間に配置される光伝送装置を用いることなく、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で直接結合されている、請求項29に記載の電子粒子線装置。
- 前記シンチレータは、前記シンチレータによって放出されて前記SiPMで受け取られる前記複数の光子を透過するように構成された接着剤によって、前記SiPMの前記アクティブな光検知面に直接結合されている、請求項29に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されるPCBアセンブリを含み、前記アセンブリは、前記PCBアセンブリに取り付けられている、請求項29に記載の荷電粒子線装置。
- 前記PCBアセンブリは、前記アセンブリが取り付けられる基板を含んでおり、前記基板は、前記電子ビームが前記電子検出器を通りぬけて前記試料に達することができるように構成されている開口部を有している、請求項33に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されるPCBアセンブリを備えており、前記アセンブリは、前記PCBアセンブリに取り付けられ、前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内で前記PCBアセンブリに結合するTIA増幅回路を更に備えており、前記増幅回路は、前記SiPMに結合して、前記SiPMの前記信号を受信し、前記増幅回路は、前記SiPMの信号を電流パルスから電圧パルスに変換して、次に前記電圧パルスを増幅するように構成されている、請求項29に記載の荷電粒子線装置。
- 前記電子検出器は、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に配置されるPCBアセンブリを更に備えており、前記PCBアセンブリは、前記アセンブリに取り付けられる基板と、前記基板に結合された熱伝導部材とを含んでおり、前記電子検出器は、前記熱伝導部材と機能的に結合された冷却アセンブリを更に含んでおり、前記冷却アセンブリは、前記熱伝導部材と前記アセンブリとを冷却するように構成されている、請求項29に記載の荷電粒子線装置。
- 前記冷却アセンブリは、前記電子カラム又は前記サンプルチャンバ内に設けられ、前記熱伝導部材と結合されたTECと、前記電子カラム及び前記サンプルチャンバの外部の受動ヒートシンクへと熱を移すために前記TECと結合されているヒートパイプとを備えている、請求項36に記載の荷電粒子線装置。
- 電子イメージングを用いて、荷電粒子装置の電子カラムに結合されたサンプルチャンバ内に配置された試料ホルダに配置された試料の画像を作成する方法において、
電子ビームを発生する工程と、
最終レンズを有するシステムを用いて、前記電子カラムを介して前記試料に向けて前記電子ビームを導く工程であって、前記試料への前記電子ビームの衝突に反応して、複数の電子が前記試料から後方散乱される工程と、
前記複数の電子の強度に基づいた信号を、電子検出器を用いて生成する工程であって、前記電子検出器は、前記最終レンズの底部と前記試料ホルダの間に配置されたアセンブリを含んでおり、前記アセンブリは、シンチレータとSiPMを含んでおり、前記シンチレータは、前面と、前記前面と反対側の後面とを有しており、前記前面は前記試料ホルダに向いて、前記複数の電子を受け取るように配置されており、前記シンチレータの前記後面は、前記SiPMのアクティブな光検出面と面同士で結合し、前記複数の電子は、前記シンチレータの前記前面と衝突して、それに反応して、前記シンチレータは前記後面から複数の光子を放出し、前記SiPMは、前記シンチレータから前記複数の光子を受け取ると前記信号を生成し、前記SiPMによって生成された前記信号は、前記シンチレータに衝突する前記複数の電子の前記強度に基づいている工程と、
前記信号に基づいて前記試料の前記画像を形成する工程と、
を含む方法。
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