JP7076021B1 - ライトガイド、電子線検出器、及び荷電粒子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出線の入射によって発生する光の導光効率を向上できるライトガイド、電子線検出器、及び荷電粒子装置を提供する。【解決手段】電子線検出器１Ａは、一の方向に延びる導光体２と、導光体２の一端側に配置され、被検出線Ｅの入射によって１次蛍光Ｌ１を発生させる第１蛍光体層３と、導光体２の一端側から他端側に向かって延在し、１次蛍光Ｌ１の入射によって２次蛍光Ｌ２を発生させる第２蛍光体層４と、導光体２の他端側に配置され、導光体２と光学的に結合された検出部５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ライトガイド、電子線検出器、及び荷電粒子装置に関する。

従来、例えば走査型電子顕微鏡などに組み込まれる電子線検出器として、特許文献１，２に記載の検出器がある。特許文献１に記載の検出器は、シンチレータで発生した光を受光素子に導くライトガイドにおいて、シンチレータの入射面と反対の面に対向する第１の面と、シンチレータの入射面と反対の面とは異なる面に対向する第２の面から形成されるシンチレータ収容部とが設けられている。この特許文献１の検出器では、第２の面から入射する光をライトガイド内部に向かって反射する傾斜面が設けられている。

特許文献２に記載の検出器は、セラミック蛍光体からなる薄板状のシンチレータと、薄板状のシンチレータの端部に配設された光電子増倍管とを含んで構成されている。シンチレータの表面には、光電子増倍管が配設される部分を除いて光反射層が形成されている。

特開２０１７－１８３１２６号公報 特開２０１３－２４３０５５号公報

上述したようなライトガイド或いは電子線検出器では、被検出線の検出精度の向上の観点から、被検出線の入射によって発生する光を検出部に導光する際の導光効率の向上が要求されている。特許文献１の検出器では、傾斜面の形成によって蛍光体の両脇から出射した光もライトガイドに入射するように構成されているが、導光効率の向上効果は限定的であり、ライトガイドの形状にも制約がある。特許文献２の検出器では、セラミック蛍光体の透明性が確保しにくいという問題がある。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、被検出線の入射によって発生する光の導光効率を向上できるライトガイド、電子線検出器、及び荷電粒子装置を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係るライトガイドは、一の方向に延びる導光体と、導光体の一端側に配置され、被検出線の入射によって１次蛍光を発生させる第１蛍光体層と、導光体の一端側から他端側に向かって延在し、１次蛍光の入射によって２次蛍光を発生させる第２蛍光体層と、を備える。

このライトガイドでは、第１蛍光体層で発生した１次蛍光の入射によって２次蛍光を発生させる第２蛍光体層が導光体の一端側から他端側に向かって延在している。このライトガイドでは、第１蛍光体層で発生した１次蛍光が導光体によって導光されるほか、１次蛍光の入射によって第２蛍光体層で発生した２次蛍光が導光体或いは第２蛍光体層によって導光される。したがって、被検出線の入射によって発生する光の導光効率を向上できる。

第２蛍光体層は、第１蛍光体層よりも導光体の他端側に延びていてもよい。この場合、第２蛍光体層への１次蛍光の入射効率を高められる。

第２蛍光体層は、導光体の一端側から他端側まで延びていてもよい。この場合、第２蛍光体層への１次蛍光の入射効率を高められるほか、第２蛍光体層によって２次蛍光を効率良く導光できる。

導光体の一端側から他端側に向かって延在し、２次蛍光の入射によって３次蛍光を発生させる第３蛍光体層を更に備えていてもよい。この場合、２次蛍光の入射によって第３蛍光体層で発生した３次蛍光が導光体或いは第３蛍光体層によって導光される。したがって、被検出線の入射によって発生する光の導光効率を一層向上できる。

第１蛍光体層は、酸硫化ガドリニウム、ケイ酸イットリウム、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層を有する蛍光体、ＺｎＯのいずれかによって構成されていてもよい。このような第１蛍光体層の採用により、被検出線に対する高速応答を実現できる。また、第１蛍光体層で発生する１次蛍光が外部に漏れてしまうことを抑制できる。

導光体は、透明ガラス、透明樹脂、空気、又は真空によって構成されていてもよい。この場合、導光体による光の導光効率を簡単な構成で確保できる。

導光体は、第１面及び第１面の反対側に位置する第２面を有し、第１蛍光体層は、第１面側に設けられ、第２蛍光体層は、少なくとも第２面側に設けられ、第２面には、導光体の一端側において、一端側に向かうにつれて第１面に近づくように傾斜する傾斜面が設けられていてもよい。かかる傾斜面の形成により、第２蛍光体層への１次蛍光の入射効率を高められる。また、ライトガイドを備えた電子線検出器を走査型電子顕微鏡などに組み込む際の省スペース化が図られる。

ライトガイドは、第２蛍光体層における導光体の一端側の縁を覆う反射膜を更に備えていてもよい。これにより、第２蛍光体層への１次蛍光の入射効率を高められる。

導光体の一端側には、導光体、第１蛍光体層、及び第２蛍光体層を貫通する貫通孔が設けられていてもよい。この貫通孔は、例えばライトガイドを備えた電子線検出器を走査型電子顕微鏡に組み込む際に、試料に向けて電子線を通過させる孔として用いることができる。

ライトガイドは、貫通孔の内壁を覆う金属膜を更に備えていてもよい。この場合、金属膜に電位を付与することで、貫通孔内を通過する電子線の軌道を安定化させることができる。

本開示の一側面に係る電子線検出器は、上記ライトガイドと、ライトガイドにおける導光体の他端側に配置され、導光体と光学的に結合された検出部と、を備える。

この電子線検出器では、第１蛍光体層で発生した１次蛍光の入射によって２次蛍光を発生させる第２蛍光体層が導光体の一端側から他端側に向かって延在している。この電子線検出器では、第１蛍光体層で発生した１次蛍光が導光体によって検出部に導光されるほか、１次蛍光の入射によって第２蛍光体層で発生した２次蛍光が導光体或いは第２蛍光体層によって検出部に導光される。したがって、被検出線の入射によって発生する光の導光効率を向上できる。

本開示の一側面に係る荷電粒子装置は、電子線を試料に向けて放出する電子源と、電子線の照射によって試料で発生する荷電粒子を検出する検出器と、を備え、検出器は、上記電子線検出器によって構成されている。

この荷電粒子装置に適用される電子線検出器では、第１蛍光体層で発生した１次蛍光の入射によって２次蛍光を発生させる第２蛍光体層が導光体の一端側から他端側に向かって延在している。この電子線検出器では、第１蛍光体層で発生した１次蛍光が導光体によって検出部に導光されるほか、１次蛍光の入射によって第２蛍光体層で発生した２次蛍光が導光体或いは第２蛍光体層によって検出部に導光される。したがって、被検出線の入射によって発生する光の導光効率を向上できる。

本開示によれば、蛍光体で発生した光の導光効率を向上できる。

第１実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は断面図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図であり、（ｂ）はその変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図であり、（ｂ）はその変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 第４実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第４実施形態の変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第４実施形態の他の変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 第１の効果確認試験の測定系を示す模式的な図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１の効果確認試験の試験結果を示す図である。 第２の効果確認試験の測定系を示す模式的な図である。 第２の効果確認試験の試験結果を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、他の変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。 本開示の電子線検出器を適用してなる荷電粒子装置の構成を示す模式的な図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係るライトガイド、電子線検出器、及び荷電粒子装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は底面図、図１（ｃ）は断面図である。この電子線検出器１は、電子線やＸ線などの被検出線Ｅを検出するデバイスであり、ライトガイドＧを備えて構成されている。電子線検出器１は、例えば汎用或いは半導体検査用の走査型電子顕微鏡、蛍光顕微鏡、電子線検出器、放射線検出器等の荷電粒子装置に組み込まれて使用される。第１実施形態に係る電子線検出器１Ａは、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、ライトガイドＧ１と、検出部５とを備えて構成されている。ライトガイドＧ１は、導光体２と、第１蛍光体層３と、第２蛍光体層４とを備えている。

導光体２は、被検出線Ｅの入射によって第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４で発生する蛍光を検出部５に向けて導光する部分である。導光体２は、例えば石英ガラスやホウケイ酸ガラスといった透明ガラス、アクリル等の透明樹脂など、第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４で発生する蛍光に対する透明性を有する材料によって形成されている。導光体２は、一の方向に延在し、延在方向に一端部２ａ及び他端部２ｂを有している。図１の例では、導光体２は、薄板状をなしており、延在方向に直交する一の軸を法線方向とする第１面２ｃ、及び当該第１面２ｃの反対側に位置する第２面２ｄを有している。

第１面２ｃは、導光体２の一端側から他端側にかけて平坦面となっている。第２面２ｄは、導光体２の一端側において、当該一端側向かうにつれて第１面２ｃに近づくように傾斜する傾斜面Ｋを有している。第１面２ｃに対する傾斜面Ｋの傾斜角度は、例えば１０°～６０°程度となっている。第２面２ｄのうち、傾斜面Ｋを除いた他端側の部分は、第１面２ｃと平行な平坦面となっている。導光体２の一端部２ａには、第１面２ｃと第２面２ｄの傾斜面Ｋとを導光体２の厚さ方向に結ぶように、例えば断面円形の孔部が設けられている。

第１蛍光体層３は、被検出線の入射によって１次蛍光Ｌ１を発生させる層である。第１蛍光体層３は、例えば酸硫化ガドリニウム、ケイ酸イットリウム、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、ＹＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層を有する蛍光体、ＺｎＯのいずれかによって構成されている。第１蛍光体層３は、第１面２ｃ側に密着して設けられており、導光体２の一端側から他端側に向かって一定の範囲で延びている。図１（ｂ）の例では、第１蛍光体層３は、第１面２ｃの平面視において円形状をなし、導光体２の孔部と同心に配置されている。第１蛍光体層３の直径は、導光体２の幅と同程度となっている。第１蛍光体層３の中心には、導光体２の孔部の位置に対応して、当該孔部と連通する断面円形の孔部が設けられている。

第２蛍光体層４は、１次蛍光Ｌ１の入射によって２次蛍光Ｌ２を発生させる層である。第２蛍光体層４は、例えば紫色域の波長の光を２次蛍光Ｌ２として発生させるバイオレット蛍光体層であり、例えば蛍光アクリル或いは蛍光ガラスなどによって形成されている。第２蛍光体層４は、少なくとも導光体２の第２面２ｄ側に密着して設けられ、導光体２の一端側から他端側に向かって延在している。ここでは、第２蛍光体層４は、第１蛍光体層３よりも導光体２の他端側に延びており、さらに、導光体２の他端側の縁まで延びている。図１（ａ）～図１（ｃ）の例では、第２蛍光体層４は、全体として導光体２を覆うように設けられている。すなわち、第２蛍光体層４は、導光体２の第１面２ｃのうち第１蛍光体層３を除く部分、導光体２の第２面２ｄ、及び導光体２の幅方向の側面２ｅ，２ｅにおいて、第１蛍光体層３と同程度の厚さで設けられている。

導光体２の一端側において、傾斜面Ｋを覆う第２蛍光体層４には、導光体２の孔部に位置に対応して、当該孔部と連通する断面円形の孔部が設けられている。これらの孔部により、導光体２の一端側には、導光体２、第１蛍光体層３、及び第２蛍光体層４を導光体２の厚さ方向に貫通する貫通孔６が設けられている。貫通孔６の内壁には、当該内壁を覆う金属膜７が設けられている。金属膜７は、例えば電子線検出器１Ａを走査型電子顕微鏡に適用するにあたり、電位を付与することで貫通孔６内を通過する電子線の軌道を安定化させる機能を奏する膜である。金属膜７の構成材料としては、例えばアルミニウムや銀などが挙げられる。

検出部５は、第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４で発生した光を検出する部分である。検出部５は、導光体２の他端側に配置され、導光体２と光学的に結合されている。図１（ａ）～図１（ｃ）の例では、検出部５は、例えば光電子増倍管によって構成されており、導光体２の他端側において、導光体２及び第２蛍光体層４の双方に対して光学的に結合されている。検出部５は、検出した光の強度に応じた出力信号を外部装置（不図示）に対して出力する。

以上のような構成を有する電子線検出器１Ａでは、導光体２が第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４で発生した蛍光のセンターライトガイドとして機能し、第２蛍光体層４が第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４で発生した蛍光のサイドライトガイドとして機能する。具体的には、電子線検出器１Ａでは、図１（ｃ）に示すように、被検出線Ｅが第１蛍光体層３に入射すると、第１蛍光体層３において被検出線Ｅの入射量に応じた１次蛍光Ｌ１が発生する。第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１の大部分は、導光体２に入射し、導光体２内で反射を繰り返しながら検出部５に入射する。

第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１のうち、傾斜面Ｋを含む第２面２ｄから導光体２の外側に抜けた成分は、導光体２を挟んで第１蛍光体層３と反対側に位置する第２蛍光体層４に入射する。１次蛍光Ｌ１が第２蛍光体層４に入射すると、第２蛍光体層４において１次蛍光Ｌ１の入射量に応じた２次蛍光Ｌ２が発生する。第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２の多くの部分は、第２蛍光体層４内で反射を繰り返しながら検出部５に入射する。本実施形態では、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１のうち、導光体２内で反射を繰り返す途中で第１面２ｃ及び第２面２ｄの外側に抜けた成分も第２蛍光体層４に入射する。この成分によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２も、第２蛍光体層４内で反射を繰り返しながら検出部５に入射することとなる。

以上説明したように、電子線検出器１Ａでは、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１の入射によって２次蛍光Ｌ２を発生させる第２蛍光体層４が導光体２の一端側から他端側に向かって延在している。この電子線検出器１Ａでは、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１が導光体２によって検出部５に導光されるほか、１次蛍光Ｌ１の入射によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２が導光体２或いは第２蛍光体層４によって検出部５に導光される。したがって、被検出線Ｅの入射によって発生する光の導光効率を向上できる。

本実施形態では、第２蛍光体層４が第１蛍光体層３よりも導光体２の他端側に延びており、導光体２の一端側から他端側まで延びている。これにより、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を高められるほか、第２蛍光体層４によって２次蛍光Ｌ２を効率良く検出部５に導光できる。

本実施形態では、第１蛍光体層３が酸硫化ガドリニウム、ケイ酸イットリウム、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層を有する蛍光体、ＺｎＯのいずれかによって構成されている。これにより、被検出線Ｅに対する高速応答を実現できる。また、第１蛍光体層３で発生する１次蛍光Ｌ１が外部に漏れてしまうことを抑制できる。

本実施形態では、導光体２が石英ガラスやホウケイ酸ガラスといった透明ガラス、アクリル等の透明樹脂によって構成されている。これにより、導光体２による光の導光効率を簡単な構成で確保できる。なお、本実施形態のように、第２蛍光体層４が導光体２を覆うように設けられる構成を採る場合には、導光体２が空気或いは真空によって形成されていてもよい。この場合、電子線検出器１Ａが第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４による中空構造となるため、構成の更なる簡単化及び軽量化が図られる。

本実施形態では、第１蛍光体層３が導光体２の第１面２ｃ側に設けられ、第２蛍光体層４が導光体２の第２面２ｄ側に設けられている。そして、第２面２ｄには、導光体２の一端側において、当該一端側に向かうにつれて第１面２ｃに近づくように傾斜する傾斜面Ｋが設けられている。かかる傾斜面Ｋの形成により、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を高められる。また、電子線検出器１Ａを走査型電子顕微鏡などに組み込む際の省スペース化が図られる。

本実施形態では、導光体２の一端側において、導光体２、第１蛍光体層３、及び第２蛍光体層４を貫通する貫通孔６が設けられている。この貫通孔６は、例えば電子線検出器１Ａを走査型電子顕微鏡に組み込む際に、試料に向けて電子線を通過させる孔として用いることができる。また、本実施形態では、貫通孔６の内壁を覆う金属膜７が設けられている。この場合、金属膜７に電位を付与することで、貫通孔６内を通過する電子線の軌道を安定化させることができる。
［第２実施形態］

図２（ａ）は、第２実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。また、図２（ｂ）は、その変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。これらの図では、説明の簡単化のために貫通孔６の図示を省略しているが、貫通孔６が設けられている点は、第１実施形態と同様である。一方、同図に示す電子線検出器１Ｂ，１Ｃは、第２蛍光体層４が導光体２の他端側の縁まで延びていない点で第１実施形態と異なっている。

図２（ａ）に示す電子線検出器１Ｂは、ライトガイドＧ２を有している。ライトガイドＧ２では、導光体２の第１面２ｃ側及び第２面２ｄ側の第２蛍光体層４の延在長さがいずれも第１蛍光体層３の延在長さの半分以下となっている。図２（ａ）の例では、導光体２の延在方向について、第１面２ｃ側の第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁は、第２面２ｄ側の第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁よりも他端部２ｂ側に位置している。第１面２ｃ側の第２蛍光体層４と検出部５との間、及び第２面２ｄ側の第２蛍光体層４と検出部５との間には、いずれも導光体２が位置している。

また、ライトガイドＧ２では、第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆う反射膜１０が設けられている。図２（ａ）の例では、導光体２の傾斜面Ｋ（貫通孔６を除く）を覆うように反射膜１０が設けられている。反射膜１０は、例えばＡｌなどの金属によって形成され、導光体２の一端側に向かう１次蛍光及び２次蛍光Ｌ２を他端側に反射する。

図２（ｂ）に示す電子線検出器１Ｃは、導光体２の第１面２ｃ側の第２蛍光体層４が省略されている点で電子線検出器１Ｂと更に異なっている。電子線検出器１Ｃは、ライトガイドＧ３を有している。ライトガイドＧ３では、第１面２ｃ側の第１蛍光体層３は、第１面２ｃ上に設けられている一方、第２面２ｄ側の第２蛍光体層４は、第２面２ｄと面一になるように設けられている。

これらの電子線検出器１Ｂ，１Ｃにおいても、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１が導光体２によって検出部５に導光されるほか、１次蛍光Ｌ１の入射によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２が導光体２によって検出部５に導光される。したがって、被検出線Ｅの入射によって発生する光の導光効率を向上できる。また、電子線検出器１Ｂ，１Ｃでは、第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆う反射膜１０により、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を高められる。本実施形態では、反射膜１０が導光体２の傾斜面Ｋの全面を覆っているため、第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２の導光効率も向上できる。なお、この反射膜１０は、第１実施形態のライトガイドＧ１に適用してもよい。
［第３実施形態］

図３（ａ）は、第３実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。また、図３（ｂ）は、その変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。図２と同様、説明の簡単化のために貫通孔６の図示を省略している。同図に示す電子線検出器１Ｄ，１Ｅは、導光体２の第２面２ｄに傾斜面Ｋが設けられていない点で第１実施形態と異なっている。すなわち、電子線検出器１Ｄ，１Ｅでは、導光体２が一の方向に延在する直方体形状となっている。

図３（ａ）に示す電子線検出器１Ｄは、ライトガイドＧ４を有している。ライトガイドＧ４では、第１実施形態と同様、全体として導光体２を覆うように第２蛍光体層４が設けられている。すなわち、導光体２の第１面２ｃのうち第１蛍光体層３を除く部分、導光体２の第２面２ｄ、及び導光体２の幅方向の側面（不図示）に第２蛍光体層４が形成されている。導光体２の一端側の端面２ｆには、反射膜１０が設けられている。図３（ａ）の例では、反射膜１０は、導光体２の一端側の端面２ｆを覆うと共に、第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆うように設けられている。

図３（ｂ）に示す電子線検出器１Ｅは、第２蛍光体層４の構成が電子線検出器１Ｄと更に異なっている。電子線検出器１Ｅは、ライトガイドＧ５を有している。ライトガイドＧ５では、導光体２の第１面２ｃ側に第２蛍光体層４が設けられておらず、導光体２の第２面２ｄ側の第２蛍光体層４の延在長さは、第１蛍光体層３の延在長さと同程度となっている。導光体２の延在方向について、第１面２ｃ側の第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁は、第２面２ｄ側の第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁と同じ位置となっている。ライトガイドＧ５では、第１面２ｃ側の第１蛍光体層３は、第１面２ｃ上に設けられている一方、第２面２ｄ側の第２蛍光体層４は、第２面２ｄと面一になるように設けられている。

これらの電子線検出器１Ｄ，１Ｅにおいても、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１が導光体２によって検出部５に導光されるほか、１次蛍光Ｌ１の入射によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２が導光体２或いは第２蛍光体層４によって検出部５に導光される。したがって、被検出線Ｅの入射によって発生する光の導光効率を向上できる。また、電子線検出器１Ｄ，１Ｅでは、第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆う反射膜１０により、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を高められる。本実施形態では、反射膜１０が導光体２における一端側の端面１ｆ及び第１蛍光体層３における導光体２の一端側の縁を覆っているため、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を更に高められるほか、第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２の導光効率も向上できる。
［第４実施形態］

図４は、第４実施形態に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。また、図５及び図６は、その変形例に係る電子線検出器の構成を示す模式的な断面図である。同図に示す電子線検出器１Ｆ～１Ｊは、導光体２の第２面２ｄに傾斜面Ｋが設けられていない点で第１実施形態と異なっている。また、電子線検出器１Ｆ～１Ｊでは、導光体２が一の方向に延在する円柱形状となっている。

図４に示すように、電子線検出器１Ｆは、ライトガイドＧ６を有している。ライトガイドＧ６では、導光体２の一端側の端面２ｆの全面に第１蛍光体層３が設けられている。第２蛍光体層４は、導光体２の周面の全体及び第１蛍光体層３の周面の全体を覆うように設けられている。

図５（ａ）に示す電子線検出器１Ｇは、電子線検出器１Ｆの構成に反射膜１０が追加されている点で電子線検出器１Ｆと相違している。電子線検出器１Ｇは、ライトガイドＧ７を有している。ライトガイドＧ７では、反射膜１０は、導光体２の一端側において、第１蛍光体層３、第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆うように設けられている。反射膜１０の一部は、第２蛍光体層４の周面にも張り出している。反射膜１０の張出部分１０ａにおける他端部２ｂの縁は、第１蛍光体層３における他端部２ｂ側の縁よりも他端部２ｂ側に位置している。

図５（ｂ）に示す電子線検出器１Ｈは、第２蛍光体層４が導光体２の他端側の縁まで延びていない点で電子線検出器１Ｆと相違している。電子線検出器１Ｈは、ライトガイドＧ８を有している。ライトガイドＧ８では、第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁は、第１蛍光体層３における他端部２ｂ側の縁よりも他端部２ｂ側に位置している。反射膜１０の張出部分１０ａにおける他端部２ｂの縁は、第１蛍光体層３における他端部２ｂ側の縁よりも他端部２ｂ側に位置している。また、反射膜１０の張出部分１０ａにおける他端部２ｂ側の縁は、第２蛍光体層４における他端部２ｂ側の縁よりも他端部２ｂ側に位置している。すなわち、反射膜１０の張出部分１０ａは、第２蛍光体層４の周面の全体を覆った状態となっている。

図６（ａ）に示す電子線検出器１Ｉは、第２蛍光体層４における一端部２ａ側の縁が傾斜面Ｋａとなっている点で電子線検出器１Ｆと相違している。電子線検出器１Ｉは、ライトガイドＧ９を有している。ライトガイドＧ９では、傾斜面Ｋａの形成部分において、第２蛍光体層４の厚さが導光体２の一端側に向かうにつれて徐々に小さくなっている。反射膜１０は、傾斜面Ｋａを含め、第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４を覆うように設けられている。ライトガイドＧ８と同様、反射膜１０の張出部分１０ａは、第２蛍光体層４の周面の全体を覆った状態となっている。

図６（ｂ）に示す電子線検出器１Ｊは、電子線検出器１Ｉと同様に、第２蛍光体層４における一端部２ａ側の縁が傾斜面Ｋａとなっている点で電子線検出器１Ｆと相違している。電子線検出器１Ｊは、ライトガイドＧ１０を有している。電子線検出器１Ｊにおいても、傾斜面Ｋａの形成部分において、第２蛍光体層４の厚さが導光体２の一端側に向かうにつれて徐々に小さくなっている。一方、第２蛍光体層４は、導光体２の周面の全体及び第１蛍光体層３の周面の全体を覆うように設けられている。反射膜１０は、傾斜面Ｋａを含め、第１蛍光体層３の全体と第２蛍光体層４の一部（第１蛍光体層３側の部分）とを覆うように設けられている。

これらの電子線検出器１Ｆ～１Ｊにおいても、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１が導光体２によって検出部５に導光されるほか、１次蛍光Ｌ１の入射によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２が導光体２或いは第２蛍光体層４によって検出部５に導光される。したがって、被検出線Ｅの入射によって発生する光の導光効率を向上できる。また、電子線検出器１Ｇ～１Ｊでは、第２蛍光体層４における導光体２の一端側の縁を覆う反射膜１０により、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を高められる。本実施形態では、反射膜１０が第１蛍光体層３を覆うと共に、反射膜１０の張出部分１０ａが第２蛍光体層４の周面の全体を覆っている。これにより、第２蛍光体層４への１次蛍光Ｌ１の入射効率を更に高められるほか、第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２の導光効率も向上できる。
［効果確認試験］

続いて、本開示に係るライトガイド及び電子線検出器の効果確認試験について説明する。

図７は、第１の効果確認試験の測定系を示す模式的な図である。第１の効果確認試験は、本開示のライトガイド及び電子線検出器に関する知見を得るに際し、導光体の材料と光の導光効率との関係を調べた試験である。図７に示すように、第１の効果確認試験の測定系１０１Ａは、一の方向に延在する導光体１０２と、導光体１０２の一端側において当該導光体１０２の第１面側に密着して設けられた蛍光体層１０３と、導光体の他端側に設けられた検出部１０５とを備えている。

試験例１では導光体１０２をアクリル蛍光板で構成し、試験例２では導光体１０２を石英で構成した。アクリル蛍光板は、緑色域の波長の光を２次蛍光として発生させるグリーン蛍光板、及び紫色域の波長の光を２次蛍光として発生させるバイオレット蛍光板の２種類とした。蛍光体層１０３は、ＧａＮで構成された高速蛍光体とし、検出部１０５は、光電子増倍管で構成した。導光体１０２、蛍光体層１０３、及び検出部１０５は、被検出線Ｅの入射位置を除いて遮光治具１０６で覆い、被検出線Ｅに入射に応じて検出部１０５から出力される信号の電流値を試験例１，２のそれぞれについて測定した。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の効果確認試験の測定結果を示す図である。同図では、横軸に被検出線の加速電圧を示し、縦軸に検出部の電流値を示している。同図に示す結果から、導光体１０２をグリーン蛍光板とした場合及び導光体１０２をバイオレット蛍光場とした場合のいずれにおいても、試験例１に比べて試験例２のほうが同一強度に対する被検出線Ｅに対する検出部１０５の電流値が高くなっていることが分かる。この結果から、蛍光体層で発生した１次蛍光を直接的に（石英などで構成された導光体を介さずに）蛍光板に入射させても、光の導光効率を増加できないという知見が得られた。

第１の効果確認試験において、導光体１０２が石英の場合とアクリル蛍光板の場合とで検出結果に差が生じた理由は、導光体１０２に入射する被検出線Ｅの拡散に起因するものと考えられる。具体的には、この測定系１０１Ａでは、被検出線Ｅの入射によって蛍光体層１０３で発生した１次蛍光は、拡散光であり、発生位置から１８０°近くの拡がりをもって導光体２に入射する。導光体１０２がアクリル蛍光板である場合、蛍光体層１０３から入射した１次蛍光がアクリル蛍光板内で再発光し、２次蛍光となる。しかしながら、２次蛍光による光の拡がりは、導光体１０２が石英の場合に蛍光体層１０３から導光体１０２に入射する１次蛍光の拡がりとほぼ同じである。そのため、アクリル蛍光板の透過率が石英の透過率よりも低いことに起因し、検出部１０５に導光される光の総量が減少するものと推察される。

図９は、第２の効果確認試験の測定系を示す模式的な図である。同図に示すように、第２の効果確認試験の測定系１０１Ｂは、導光体１０２の第１面側及び第２面側にそれぞれサイド導光体１０４を設けた点で、第１の効果確認試験の測定系１０１Ａと相違している。第１面側のサイド導光体１０４は、蛍光体層１０３に隣接して導光体１０２の他端側の縁まで延在し、第２面のサイド導光体１０４は、導光体１０２の一端側の縁から他端側の縁まで延在している。実施例及び比較例のいずれについても、導光体１０２を石英で構成した。一方、実施例では、サイド導光体１０４を蛍光アクリル板で構成し、比較例では、サイド導光体１０４を石英で構成した。

図１０は、第２の効果確認試験の試験結果を示す図である。同図では、図８（ａ）及び図８（ｂ）と同様、横軸に被検出線の加速電圧を示し、縦軸に検出部の電流値を示している。図１０に示す結果から、実施例では、比較例に比べて、同一強度に対する被検出線Ｅに対する検出部１０５の電流値が平均で４０％程度高くなっていることが分かる。この結果から、蛍光体層１０３で発生した１次蛍光を石英などで構成した導光体１０２で導光することに加え、１次蛍光によって発生した２次蛍光を導光体１０２とは別のサイド導光体１０４で導光することで、光の導光効率を増加できるという知見が得られた。

この測定系１０１Ｂにおいても、被検出線Ｅの入射によって蛍光体層１０３で発生した１次蛍光は、拡散光であり、発生位置から１８０°近くの拡がりをもって導光体１０２に入射する。比較例では、導光体１０２及びサイド導光体１０４がいずれも石英で構成されている。そのため、蛍光体層１０３で発生した１次蛍光のうち一定の角度（臨界角）以下の成分が導光体１０２及び蛍光体層１０３の反対側のサイド導光体１０４を透過して外部に出射し、検出部１０５に導光される光の総量が１次蛍光の一部に留まるものと考えられる。

これに対し、実施例では、蛍光体層１０３で発生した１次蛍光のうち一定の角度（臨界角）以下の成分が蛍光体層１０３の反対側のサイド導光体１０４に入射することで２次蛍光が発生する。この２次蛍光がサイド導光体１０４によって導光されることで、検出部１０５に導光される光の総量が増加するものと考えられる。また、実施例では、２次蛍光の一部が導光体１０２で導光されることに加え、導光体１０２によって導光される１次蛍光の一部が蛍光体層１０３側のサイド導光体１０４に入射して２次蛍光を発生させ得る。これにより、検出部１０５に導光される光の総量が一層増加するものと考えられる。
［変形例］

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記各実施形態では、ライトガイドＧが第１蛍光体層３及び第２蛍光体層４を備えているが、ライトガイドＧは、これらの蛍光体層に加え、下記図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、２次蛍光の入射によって３次蛍光を発生させる第３蛍光体層１１を更に備えていてもよい。この場合、第３蛍光体層１１を導光体２の一端側から他端側に向かって延在させることで、第３蛍光体層１１で発生した３次蛍光が導光体２或いは第３蛍光体層１１によって検出部５に導光される。したがって、被検出線Ｅの入射によって発生する光の導光効率を一層向上できる。

ライトガイドＧは、第３蛍光体層１１に加え、３次蛍光の入射によって４次蛍光を発生させる第４蛍光体層１２を更に備えていてもよい。図１１（ａ）に示すように、電子線検出器１Ｋを構成するライトガイドＧ１１では、第１実施形態に係るライトガイドＧ１の構成に加え、第２蛍光体層４の外面側を覆うように第３蛍光体層１１が設けられ、第３蛍光体層１１の外面側を覆うように第４蛍光体層１２が設けられている。図１１（ｂ）に示すように、電子線検出器１Ｌを構成するライトガイドＧ１２では、第４実施形態に係るライトガイドＧ６の構成に加え、第２蛍光体層４の外面側を覆うように第３蛍光体層１１が設けられ、第３蛍光体層１１の外面側を覆うように第４蛍光体層１２が設けられている。

高次の蛍光体層を設ける場合、ｎ次（ｎは整数）の蛍光体層で発生するｎ次蛍光の波長が（ｎ＋１）次の蛍光体層の励起中心波長に近いことが好ましい。第２蛍光体層４が例えば紫色域の波長の光を２次蛍光として発生させるバイオレット蛍光体層である場合、第３蛍光体層１１は、例えば緑色域の波長の光を３次蛍光として発生させるグリーン蛍光体層であることが好適であり、第４蛍光体層１２は、例えば赤色域の波長の光を４次蛍光として発生させるレッド蛍光体層であることが好適である。

図１２は、本開示の電子線検出器を適用してなる荷電粒子装置の構成を示す模式的な図である。同図に示す荷電粒子装置２１は、走査型電子顕微鏡として構成されている。荷電粒子装置２１は、電子線ｅ１を試料Ｓに向けて放出する電子源２２と、電子線ｅ１の照射によって試料Ｓで発生する荷電粒子を検出する検出器２３とを含んで構成されている。検出器２３は、試料Ｓからの反射電子ｅ２を検出する検出器２３Ａと、試料Ｓからの二次電子ｅ３を検出する検出器２３Ｂとによって構成されている。

検出器２３Ａは、例えば上述した電子線検出器１Ａによって構成されており、検出器２３Ｂは、例えば上述した電子線検出器１Ｆによって構成されている。電子線検出器１Ｆは、電子線検出器１Ａよりも試料Ｓ側において筒状部材２４内に配置されている。電子源２２から出射した電子線ｅ１は、走査コイル２５によって偏向し、電子線ｅ１による試料Ｓの走査が実施される。走査コイル２５を通過した電子線ｅ１は、磁路及び励起コイルで構成される対物レンズ２６を通過した後、電子線検出器１Ａの貫通孔６を通って試料Ｓに照射される。

電子線ｅ１の照射により、試料Ｓでは、反射電子ｅ２と二次電子ｅ３とが発生する。反射電子ｅ２は、電子線検出器１Ａに入射し、第１蛍光体層３を発光させる。第１蛍光体層３で生じた１次蛍光Ｌ１及び第２蛍光体層４で生じた２次蛍光Ｌ２は、検出部５によって検出され、検出した光の強度に応じた出力信号に変換される。二次電子ｅ３は、電子線検出器１Ｆに入射し、電子線検出器１Ａと同様に、第１蛍光体層３を発光させる。第１蛍光体層３で生じた１次蛍光Ｌ１及び第２蛍光体層４で生じた２次蛍光Ｌ２は、検出部５によって検出され、検出した光の強度に応じた出力信号に変換される。

この荷電粒子装置２１では、検出器２３Ａ，２３Ｂを構成する電子線検出器１Ａ，１Ｆにおいて、第１蛍光体層３で発生した１次蛍光Ｌ１が導光体２によって検出部５に導光されるほか、１次蛍光Ｌ１の入射によって第２蛍光体層４で発生した２次蛍光Ｌ２が導光体２或いは第２蛍光体層４によって検出部５に導光される。したがって、被検出線である反射電子ｅ２及び二次電子ｅ３の入射によって発生する光の導光効率を向上できる。

１（１Ａ～１Ｌ）…電子線検出器、Ｇ（Ｇ１～Ｇ１２）…ライトガイド、２…導光体、２ｃ…第１面、２ｄ…第２面、３…第１蛍光体層、４…第２蛍光体層、５…検出部、６…貫通孔、７…金属膜、１０…反射膜、１１…第３蛍光体層、１２…第４蛍光体層、２１…荷電粒子装置、２２…電子源、２３…検出器、Ｅ…被検出線、Ｋ…傾斜面、Ｌ１…１次蛍光、Ｌ２…２次蛍光、ｅ１…電子線、ｅ２…反射電子、ｅ３…二次電子、Ｓ…試料。

Claims (12)

1. 一の方向に延びる導光体と、
   前記導光体の一端側に配置され、被検出線の入射によって１次蛍光を発生させる第１蛍光体層と、
   前記導光体の前記一端側から他端側に向かって延在し、前記１次蛍光の入射によって２次蛍光を発生させる第２蛍光体層と、を備えるライトガイド。
2. 前記第２蛍光体層は、前記第１蛍光体層よりも前記導光体の前記他端側に延びている請求項１記載のライトガイド。
3. 前記第２蛍光体層は、前記導光体の前記一端側から前記他端側まで延びている請求項１又は２記載のライトガイド。
4. 前記導光体の前記一端側から前記他端側に向かって延在し、前記２次蛍光の入射によって３次蛍光を発生させる第３蛍光体層を更に備える請求項１～３のいずれか一項記載のライトガイド。
5. 前記第１蛍光体層は、酸硫化ガドリニウム、ケイ酸イットリウム、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層を有する蛍光体、ＺｎＯのいずれかによって構成されている請求項１～４のいずれか一項記載のライトガイド。
6. 前記導光体は、透明ガラス、透明樹脂、空気、又は真空によって構成されている請求項１～５のいずれか一項記載のライトガイド。
7. 前記導光体は、第１面及び前記第１面の反対側に位置する第２面を有し、
   前記第１蛍光体層は、前記第１面側に設けられ、
   前記第２蛍光体層は、少なくとも前記第２面側に設けられ、
   前記第２面には、前記導光体の一端側において、前記一端側に向かうにつれて前記第１面に近づくように傾斜する傾斜面が設けられている請求項１～６のいずれか一項記載のライトガイド。
8. 前記第２蛍光体層における前記導光体の前記一端側の縁を覆う反射膜を更に備える請求項１～７のいずれか一項記載のライトガイド。
9. 前記導光体の一端側には、前記導光体、前記第１蛍光体層、及び前記第２蛍光体層を貫通する貫通孔が設けられている請求項１～８のいずれか一項記載のライトガイド。
10. 前記貫通孔の内壁を覆う金属膜を更に備える請求項９記載のライトガイド。
11. 請求項１～１０のいずれか一項記載のライトガイドと、
    前記ライトガイドにおける前記導光体の前記他端側に配置され、前記導光体と光学的に結合された検出部と、を備える電子線検出器。
12. 電子線を試料に向けて放出する電子源と、
    前記電子線の照射によって前記試料で発生する荷電粒子を検出する検出器と、を備え、
    前記検出器は、請求項１１に記載の電子線検出器によって構成されている荷電粒子装置。

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