JP7164131B2 - 電子黒体空洞及び二次電子検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子黒体空洞及び電子黒体空洞を使用した二次電子検出装置に関する。

従来のマイクロエレクトロニクス技術分野では、電子を吸収する素子によって電子を吸収して、特定の測定を行う。従来技術では、電子を吸収するために金属が一般的に使用されていたが、金属表面に電子を吸収させようとすると、多数の電子が反射または透過し、金属表面では吸収できず、電子の吸収効率が低い。

現在、ほぼ１００％の電子を吸収できる材料は見つかっておらず、この材料は電子黒体材料と呼ぶことができる。したがって、電子吸収率がほぼ１００％である電子黒体空洞を設計することは非常に重要である。

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これによって、電子黒体材料を使用する電子黒体空洞を提供する必要がある。

内面と、空洞と、開口部と、を含む電子黒体空洞であって、前記空洞は、前記内面によって囲まれ形成され、前記開口部は、電子ビームが前記空洞に入るために使用され、前記空洞の前記内面に第一多孔炭素材料層が設置され、前記第一多孔炭素材料層は複数の第一炭素材料粒子を含み、複数の前記第一炭素材料粒子の間に微小な間隙があり、複数の前記第一炭素材料粒子間の間隙はナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。

前記第一炭素材料粒子はカーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンナノボール、カーボンミクロボールのいずれか一種または多種である。

前記第一多孔炭素材料層はカーボンナノチューブアレイ或いはカーボンナノチューブネットワーク構造体である。

任意の前記電子黒体空洞と、二次電子検出要素と、を含む二次電子検出装置であって、前記二次電子検出要素は前記電子黒体空洞の中に設置されることを特徴とする二次電子検出装置。

二次電子検出装置は二次電子プローブを含み、前記二次電子プローブは第二多孔炭素材料層を含み、前記第二多孔炭素材料層は前記第一多孔炭素材料層と絶縁して設置され、前記第二多孔炭素材料層は複数の第二炭素材料粒子間を含み、複数の第二炭素材料粒子間にナノメートルまたはマイクロメートルの間隙がある。

従来技術と比べて、本発明により提供される電子黒体空洞の内面には多孔炭素材料層が設置され、多孔炭素材料層は電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、電子ビームが電子黒体空洞の内面に当たると、電子ビームが内面に設置される多孔炭素材料層に完全に吸収され、電子黒体空洞の表面から逃げる二次電子は内面に設置された多孔炭素材料層に完全に吸収され、放出されず、電子黒体空洞は優れた電子シールド効果を持っている。したがって、本発明の電子黒体空洞を用いた二次電子検出装置により検出された二次電子は、基本的にサンプルの表面から放出されたものであるため、検出精度は非常に高い。

本発明の第一実施例の電子黒体空洞の構造を示す図である。 本発明の第一実施例の多孔炭素材料層が超配列カーボンナノチューブアレイである場合、図１の電子黒体空洞の電子吸収速度は、超配列カーボンナノチューブアレイの高さによって変化することを示す図である。 本発明の第二実施例の二次電子検出装置の構造を示す図である。 本発明の二次電子プローブにおける多孔炭素材料層が基板に設置される構造を示す図である。 本発明の二次電子検出要素の構造を示す図である。 従来の金属空洞を備えた二次電子検出装置を使用してサンプルの表面を検出することによって得られた表面画像である。 本発明の二次電子検出装置を用いて図６のサンプルの表面を検出して得られた表面画像である。 従来の二次電子検出装置を使用してサンプル（平坦なシリコンウェーハに厚さ１００ｎｍのＡｕ層を蒸着して形成する構造体）を検出して得られたサンプル写真である。 本発明の二次電子検出装置を使用して図８のサンプルを検出して得られたサンプル写真である。 従来の二次電子検出装置および本発明の二次電子検出装置を使用して、同じサンプルのグレースケールを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１を参照すると、本発明の第一実施例は、電子黒体空洞１０を提供する。電子黒体空洞１０は、内面１０１と、空洞１０２と、開口部１０３と、を有する。空洞１０２は、内面１０１によって囲まれ、形成されている。開口部１０３は、電子ビームが空洞１０２に入るために使用される。電子黒体空洞１０の内面１０１に多孔炭素材料層１０４が設置される。多孔炭素材料層１０４は、複数の炭素材料粒子を含む。複数の炭素材料粒子の間に微小な間隙がある。複数の炭素材料粒子間の間隙は、ナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。多孔炭素材料層１０４は、自立構造体である。いわゆる「自立構造体」とは、多孔炭素材料層１０２が、基板の表面に設置されることなく、それ自身の特定の形状を維持できることを意味する。

多孔炭素材料層１０４における複数の炭素材料粒子間に小さな間隙がある。電子ビームが多孔炭素材料層１０４に入った後、電子ビームは、多孔炭素材料層１０４における複数の炭素材料粒子間の小さな間隙で、複数回屈折および反射され、多孔炭素材料層１０４から放出されることができない。多孔炭素材料層１０４の電子吸収率は９９．９９％以上に達し、ほぼ１００％に達することができる。換言すれば、多孔炭素材料層１０４は、電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、電子ビームが電子黒体空洞１０の内面１０１に当たると、電子は、内面１０１に設置された多孔炭素材料層１０４に完全に吸収される。電子黒体空洞１０の表面から逃げる二次電子も多孔炭素材料層１０４に吸収されて放出されず、それによって空洞自体によって生成される二次電子を遮蔽することができる。

複数の炭素材料粒子間の間隙は、ナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。マイクロメートルスケールとは、間隙のサイズが１０００ミクロン以下であることを意味する。一つの例において、間隙のサイズが１００ミクロン以下である。ナノメートルレベルとは、間隙のサイズが１０００ナノメートル以下であることを意味する。一つの例において、間隙のサイズが１００ナノメートル以下である。好ましくは、多孔炭素材料層１０４における炭素材料粒子間の間隙は、複数の微孔を形成する。一つの例において、微孔の孔径は５μｍ～５０μｍである。一つの例において、微孔の孔径は、５μｍ～３０μｍである。

多孔炭素材料層１０４は、電子黒体空洞１０の内面１０１全体に設置されている。すなわち、多孔炭素材料層１０４は、電子黒体空洞１０の内面１０１全体を完全に被覆する。ただし、多孔炭素材料層１０４がサンプルの二次電子検出に使用される場合、サンプルおよび二次電子検出要素が配置される内面の位置には多孔炭素材料層１０４が設置されなくてもよい。好ましくは、多孔炭素材料層１０４は、純粋な炭素構造である。これは、多孔炭素材料層１０４が、他の不純物を含まない複数の炭素材料粒子のみから構成され、炭素材料粒子も純粋な炭素材料粒子であることを意味する。

炭素材料粒子は、線状粒子と球状粒子の一方または両方を含む。線状粒子の断面の最大直径は１０００ミクロン以下である。線状粒子は、カーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブなどであってもよい。球状粒子の最大直径は１０００ミクロン以下である。球状粒子は、カーボンナノボールまたはカーボンミクロボールであり得る。好ましくは、炭素材料粒子はカーボンナノチューブであり、多孔炭素材料層１０４はカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブアレイまたはカーボンナノチューブネットワーク構造体である。

カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブアレイである場合、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向が内面１０１と交差して角を形成する。角は０度より大きく９０度以下である。これは、カーボンナノチューブアレイにおける複数のカーボンナノチューブ間の小さな間隙によって、電子がカーボンナノチューブアレイから放出されることを防ぎ、カーボンナノチューブアレイの電子に対する収集率を改善し、電子黒体空洞１０の電子に対する遮蔽効率を改善できる。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体は超配列カーボンナノチューブアレイであり、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は内面１０１に垂直である。

超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は基本的に同じである。もちろん、超配列カーボンナノチューブアレイにはランダムに配置されたカーボンナノチューブがいくつかあり、これらのカーボンナノチューブは、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるほとんどのカーボンナノチューブの全体的な配向に大きな影響を与えない。超配列カーボンナノチューブアレイには、基本的にアモルファスカーボンや残留触媒金属粒子などの不純物が含まれない。超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブは、分子間力によって互いに密接に接触してアレイを形成する。超配列カーボンナノチューブアレイのサイズ、厚さ、および表面積は制限されておらず、実際のニーズに応じて選択できる。超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、特許文献１に掲載されている。スペースを節約するために、ここでのみ引用されているが、特許文献１のすべての技術的開示も、本発明の技術的開示の一部と見なされるべきである。カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイに限定されず、他のカーボンナノチューブアレイであってもよい。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

カーボンナノチューブ構造体は純粋であり、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの比表面積は大きく、カーボンナノチューブ構造自体は大きな粘度を持っている。したがって、カーボンナノチューブ構造体は自身の接着力によって、内面１０１に固定されることができる。カーボンナノチューブ構造体を内面１０１によりよく固定するために、カーボンナノチューブ構造体も接着剤によって内面１０１に固定される。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体は純粋であり、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの比表面積は大きく、カーボンナノチューブ構造体はそれ自体の接着力によって内面１０１に固定されている。

電子ビームのエネルギーが高くなるにつれて、多孔炭素材料層１０４におけるその通過深さはより深くなり、逆に電子ビームのエネルギーが低くなるにつれて、通過深さはより浅くなる。好ましくは、電子ビームのエネルギーが２０ｋｅＶ以下である場合、多孔炭素材料層１０４の厚さは２００μｍ～６００μｍである。この厚さ範囲では、電子ビームは多孔炭素材料層１０４を容易に通過せず、多孔炭素材料層１０４から外部に反射されにくい。また、この厚さ範囲において、多孔炭素材料層１０４は高い電子吸収率を有する。一つの例において、多孔炭素材料層１０４の厚さは３００μｍ～５００μｍである。もう一つの例において、多孔炭素材料層１０４の厚さは２５０μｍ～４００μｍである。

図２を参照すると、多孔炭素材料層１０４が超配列カーボンナノチューブアレイである場合、電子黒体空洞１０の電子吸収率は、超配列カーボンナノチューブアレイの高さによって変化する。図２に示すように、カーボンナノチューブアレイの高さが増加するにつれて、電子黒体空洞１０の電子吸収率が増加することが分かる。カーボンナノチューブアレイの高さが５００μｍである場合、電子黒体空洞１０の電子吸収率は０．９５を超え、基本的に１．０に近い。超配列カーボンナノチューブアレイの高さが５４０μｍより大きい場合、超配列カーボンナノチューブアレイの高さが増加し続けても、電子黒体空洞１０の電子吸収率は基本的に変化しない。

多孔炭素材料層１０４が超配列カーボンナノチューブアレイである場合、超配列カーボンナノチューブアレイの高さは３５０μｍ～６００μｍであることが好ましい。この高さ範囲では、電子ビームは多孔炭素材料層１０４を容易に通過せず、多孔炭素材料層１０４から外部に反射されにくい。この高さ範囲では、超配列カーボンナノチューブアレイは高い電子吸収率を有し、電子黒体空洞１０が電子に対してより良好な遮蔽効果を有することができる。より好ましくは、超配列カーボンナノチューブアレイの高さは４００μｍ～５５０μｍである。この実施例において、多孔炭素材料層１０４は、超配列カーボンナノチューブアレイであり、超配列カーボンナノチューブアレイの厚さは５５０ミクロンである。

電子黒体空洞１０の材料は導電性材料であり、例えば、金属或いは金属合金である。本実施例において、電子黒体空洞１０の材料はアルミニウム合金である。電子黒体空洞１０の形状は、実際の必要に応じて設計できる。本実施例において、電子黒体空洞１０の形状は直方体である。

図３を参照すると、本発明の第二実施例は二次電子検出装置２０を提供する。二次電子検出装置２０は電子黒体空洞２０１と、二次電子検出要素２０２と、を含む。電子黒体空洞２０１は、内面２０１１と、空洞２０１２と、開口部２０１３と、を有する。空洞２０１２は、電子黒体空洞２０１の内面２０１１を囲むことによって形成される。二次電子検出要素２０２は、空洞２０１２に設置される。開口部２０１３は、電子ビームが空洞２０１２に入るために使用される。電子黒体空洞２０１の内面２０１１に多孔炭素材料層２０１４が設置される。

電子黒体空洞２０１は、第一実施例の電子黒体空洞１０と全く同じである。電子黒体空洞２０１は、第一実施例の電子黒体空洞１０のすべての技術的特徴を含む。多孔炭素材料層２０１４は、第一実施例の多孔炭素材料層１０４と同じである。多孔炭素材料層２０１４は、第一実施例の多孔炭素材料層１０４のすべての技術的特徴を含む。

二次電子検出要素２０２は、空洞２０１２の中の任意の位置に設置することができる。例えば、二次電子検出要素２０２は、二次電子黒体空洞２０１の内面２０１１に設置されてもよく、または固定ブラケットを介して内面２０１１に接触することなく空洞２０１１に設置されてもよい。二次電子検出素子２０２が内面２０１１に設置されている場合、多孔炭素材料層２０１４は、二次電子検出素子２０２が設置される内面の部分には設置されていない。すなわち、電子黒体空洞２０１の内面２０１１には、二次電子検出素子２０２が設置される部分を除いて、内面２０１１の他の部分に多孔炭素材料層２０１４が設置される。本実施例において、二次電子検出要素２０２は、電子黒体空洞２０１の側壁の内面２０１１に設置される。

二次電子検出要素２０２は、二次電子プローブ２０２１を含む。一つの例において、二次電子プローブ２０２１は多孔炭素材料層２０２２を含み、且つ多孔炭素材料層２０２２は多孔炭素材料層２０１４と絶縁して設置される。多孔炭素材料層２０２２は、多孔炭素材料層２０１４および第一実施例の多孔炭素材料層１０４と同じである。

多孔炭素材料層２０２２は、複数の炭素材料粒子を含む。複数の炭素材料粒子の間に微小な間隙がある。複数の炭素材料粒子間の間隙は、ナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールである。多孔炭素材料層２０２２は、電子の絶対的な黒体と見なすことができる。多孔炭素材料層２０２２は、自立構造体である。

好ましくは、多孔炭素材料層２０２２は、純粋な炭素構造を有する。これは、多孔炭素材料層２０２２が、他の不純物を含まない複数の炭素材料粒子のみから構成され、炭素材料粒子も純粋な炭素材料粒子であることを意味する。

炭素材料粒子は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノボールなどが含まれる。好ましくは、炭素材料粒子はカーボンナノチューブであり、多孔炭素材料層２０２２はカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブアレイまたはカーボンナノチューブネットワーク構造体である。

二次電子プローブ２０２１が多孔炭素材料層２０２２を含む場合、多孔炭素材料層２０２２における複数の炭素材料粒子間にナノメートルまたはマイクロメートルの間隙がある。二次電子ビームが多孔炭素材料層２０２２に入った後、二次電子ビームは、多孔炭素材料層２０２２における複数の炭素材料粒子間にあるナノメートルまたはマイクロメートルの間隙で、複数回屈折および反射され、多孔炭素材料層２０２２から放出されることができない。多孔炭素材料層２０２２は、二次電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、多孔炭素材料層２０２２は、二次電子の収集効果が優れている。多孔炭素材料層２０２２を使用する二次電子プローブ２０２１はサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が逃げないため、検出精度が高くなる。

図４を参照すると、多孔炭素材料層２０２２は、基板２０２３の表面に設置することができる。基板２０２３は、好ましくは平坦な構造体である。基板２０２３の材料は絶縁材料である。基板２０２３は可撓性または剛性の基板である。基板２０２３の材料は、例えば、ガラス、プラスチック、シリコンウェーハ、二酸化シリコンウェーハ、石英ウェーハ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコン、酸化物層を有するシリコン、石英などのいずれかの一種である。基板２０２３のサイズは、実際のニーズに応じて設定される。本実施例において、多孔炭素材料層２０２２は、基板２０２３の表面に設置され、基板２０２３はシリコンウェーハである。

二次電子プローブ２０２１の材料は、多孔炭素材料層２０２２に限定されず、他の材料であってもよい。

図５を参照すると、二次電子検出要素２０２は、試験ユニット２０２４をさらに含む。試験ユニット２０２４は、導線２０２５を介して二次電子プローブ２０２１に電気的に接続される。試験ユニット２０２４は、二次電子プローブ２０２１によって収集された二次電子を検出し、数値変換を実行するために使用される。試験ユニット２０２４は、電流計、電圧計、または温度表示装置である。本実施例において、試験ユニット２０２４は電流計である。二次電子プローブ２０２１によって収集された二次電子が導線を介して電流計に伝達されるとき、二次電子によって生成された電流値を電流計によって読み取って、サンプルの表面から逃げる二次電子の数量を得ることができる。

アプリケーションでは、二次電子検出要素２０２を出力ユニットに接続することができる。出力ユニットは、画像表示装置、アラームなどである。本実施例において、出力ユニットは液晶ディスプレイであり、試験ユニット２０２４によって測定された電流信号は、液晶ディスプレイに画像を出力する。

図６は、従来の金属空洞を備えた二次電子検出装置を使用してサンプルの表面を試験することによって得られた表面画像である。図７は、本発明の電子黒体空洞の二次電子検出装置２０を用いてサンプルの表面を試験して得られた表面画像である。図６と図７の二次電子検出装置は、空洞のみが異なり、他の素子は同じであり、サンプルも同じである。図７のサンプル画像は、図６の画像よりもはるかに鮮明であることが分かる。これは、本発明の二次電子検出装置２０が、空洞で生成された二次電子を遮蔽し、サンプル表面の二次電子はより高い精度で検出されることができる。

図８および図９はそれぞれ従来の二次電子検出装置及び本発明の二次電子検出装置を使用して同じサンプルを検出して得られたサンプル写真である。試験サンプルは平坦なシリコンウェーハに厚さ１００ｎｍのＡｕ層を蒸着して形成する構造体である。図９のサンプル画像は図８の画像よりもはるかに鮮明である。図８の画像分散は９．２９であり、図９の画像分散はわずか２．８８である。同じサンプルを検出する場合、本発明の二次電子検出装置によって得られたサンプル画像の画像分散は、従来の二次電子検出装置によって得られたサンプル画像の画像分散よりもはるかに小さいことが分かる。したがって、本発明の二次電子検出装置を用いて得られたサンプル画像の画質は、従来の二次電子検出装置を用いて得られたサンプル画像の画質よりもはるかに高い。

図１０は、従来の二次電子検出装置および本発明の二次電子検出装置を使用して、同じサンプルのグレースケールを示す図である。ここで、サンプルは、平坦なシリコンウェーハに厚さ１００ｎｍのＡｕ層を蒸着して形成する構造体である。図１０から、従来の二次電子検出装置と比較して、本発明の二次電子検出装置によって得られたサンプルのグレー値は比較的均一であることが分かる。

本発明により提供される電子黒体空洞の内面には多孔炭素材料層が設置され、多孔炭素材料層は電子の絶対的な黒体と見なすことができる。したがって、電子ビームが電子黒体空洞の内面に当たると、電子ビームが内面に設置される多孔炭素材料層に完全に吸収され、電子黒体空洞の表面から逃げる二次電子は内面に設置された多孔炭素材料層に完全に吸収され、放出されず、電子黒体空洞は優れた電子シールド効果を持っている。したがって、本発明の電子黒体空洞１０を用いた二次電子検出装置により検出された二次電子は、基本的にサンプルの表面から放出されたものであるため、検出精度は非常に高い。本発明により提供される二次電子検出装置の二次電子プローブは、多孔炭素材料層を含み、多孔炭素材料層は二次電子の絶対的な黒色体と見なすことができる。したがって、多孔炭素材料層は、二次電子の収集に特に優れた効果を有する。二次電子検出素子を使用してサンプル表面から逃げる二次電子を検出すると、基本的に二次電子が失われることはなく、二次電子検出装置の検出精度を高める。多孔炭素材料層はカーボンナノチューブ構造体でもよい。カーボンナノチューブ構造体は優れている導電性、柔軟性、強度を有するため、高温や低温などの非常に過酷な環境でも使用でき、二次電子検出装置の応用範囲が広い。カーボンナノチューブ構造体の重量が比較的軽いため、実際の操作に役立つ。二次電子検出装置は、品質と体積が厳しいマイクロデバイスに適している。

１０、２０ 電子黒体空洞
１０１、２０１１ 内面
１０２、２０１２ 空洞
１０３、２０１３ 開口部
１０４、２０１４、２０２２ 多孔炭素材料層
２０２ 二次電子検出素子
２０２１ 二次電子プローブ
２０２３ 基板
２０２４ 試験ユニット
２０２５ 導線

Claims (4)

1. 電子黒体空洞と、二次電子検出要素と、を含む二次電子検出装置であって、前記二次電子検出要素は前記電子黒体空洞の中に設置され、前記二次電子検出要素は二次電子プローブを含み、
   前記電子黒体空洞は、内面と、空洞と、開口部と、を含み、
   前記空洞は、前記内面によって囲まれ形成され、
   前記開口部は、電子ビームが前記空洞に入るために使用され、
   前記空洞の前記内面に第一多孔炭素材料層が設置され、
   前記第一多孔炭素材料層は複数の第一炭素材料粒子を含み、
   複数の前記第一炭素材料粒子の間に微小な間隙があり、複数の前記第一炭素材料粒子間の間隙はナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールであり、
   前記二次電子プローブは第二多孔炭素材料層を含み、前記第二多孔炭素材料層は前記第一多孔炭素材料層と絶縁して設置され、前記第二多孔炭素材料層は複数の第二炭素材料粒子間を含み、複数の第二炭素材料粒子間にナノメートルまたはマイクロメートルの間隙があることを特徴とする二次電子検出装置。
2. 前記第一炭素材料粒子はカーボンファイバー、カーボンマイクロワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンナノボール、カーボンミクロボールのいずれか一種または多種であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電子検出装置。
3. 前記第一多孔炭素材料層はカーボンナノチューブアレイ或いはカーボンナノチューブネットワーク構造体であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電子検出装置。
4. 内面と、空洞と、開口部と、を含む電子黒体空洞であって、
   前記空洞は、前記内面によって囲まれ形成され、
   前記開口部は、電子ビームが前記空洞に入るために使用され、
   前記空洞の前記内面に第一多孔炭素材料層が設置され、
   前記第一多孔炭素材料層は複数のカーボンナノチューブを含み、
   複数の前記カーボンナノチューブの間に微小な間隙があり、複数の前記カーボンナノチューブ間の間隙はナノメートルスケールまたはマイクロメートルスケールであり、
   前記第一多孔炭素材料層は、複数のカーボンナノチューブフィルムを積層して形成され、
   各カーボンナノチューブフィルムは、前記各カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列される複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする電子黒体空洞。

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