JPH0668831A - 走査電子顕微鏡などの反射電子検出器 - Google Patents

走査電子顕微鏡などの反射電子検出器

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JPH0668831A
JPH0668831A JP21919292A JP21919292A JPH0668831A JP H0668831 A JPH0668831 A JP H0668831A JP 21919292 A JP21919292 A JP 21919292A JP 21919292 A JP21919292 A JP 21919292A JP H0668831 A JPH0668831 A JP H0668831A
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正彦 木元
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射電子の検出感度に優れ、十分な検出電流
量を得ることができる走査電子顕微鏡などの反射電子検
出器を実現する。 【構成】 半導体検出器9の試料3に対向した受光面を
N形半導体(N)層12で形成し、他方の面をP形半
導体(P)層10で形成している。すなわち、シリコ
ン(Si)半導体のPIN層間に形成される空間電荷に
よる電界Eに注目し、この電界Eが電子と正孔の移動に
対して順方向に作用するように反射電子の受光面をN
層とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査電子顕微鏡などの
反射電子検出器に関し、特に、PIN型の半導体の反射
電子検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡などに用いられる反射電
子検出器は、シンチレータ形と半導体形に大きく分類さ
れる。図1(a),(b)はシンチレータ形の反射電子
検出器を示しており、図1(a)において、1は走査電
子顕微鏡の対物レンズ、2は試料台、3は試料台2上に
載せられた試料である。対物レンズ1と試料3との間の
空間の光軸から離された部分にシンチレータ形反射電子
検出器4が配置されている。この検出器4は、アクリル
製チップの上にP47などの蛍光体を塗布し、更にその
上からアルミニウムなどの金属を蒸着したシンチレータ
5とシンチレータで発光した光を導くライトガイド6な
どが含まれている。なお、シンチレータ5には二次電子
検出器として使用する場合には、10kV程度の電圧が
印加されているが、反射電子検出器として使用する場合
には前記印加電圧を切る。また、図1(b)の反射電子
検出器はロビンソン形検出器と呼ばれるもので、ライド
ガイド6部分が対物レンズ1と試料3との間にまで延ば
されており、入射電子ビームEBの通過開口7がライト
ガイド6に穿たれている。そして、ライトガイド6の試
料3に対向した表面にはフィルム状のシンチレータ8が
設けられている。この図1(a),(b)に示した検出
器では、試料3への電子ビームEBの照射によって発生
した反射電子がシンチレータ5に入射して発光させる。
この光はライトガイド6によって光電子増倍管(図示せ
ず)に導かれ、電気信号に変換される。
【0003】図1(c)は半導体形反射電子検出器を用
いた走査電子顕微鏡を示しており、対物レンズ1と試料
3との間の空間に、入射電子ビームEBを通過させるた
めの穴が穿たれたドーナツ状のPIN型半導体検出器9
が配置される。図2はその詳細を示しており、半導体検
出器9は反射電子の受光面となるP形半導体(P)層
10、真性領域のI層11、N形半導体(N)層12
より成り、PIN形フォトダイオードを構成している。
すなわち、P層10は、シリコンにボロン(B)など
の不純物が拡散されており、また、N層12にはリン
(P)など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、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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に、反射電子検出
器の感度は、試料表面から検出器の受光面までの距離に
依存し、その距離(間隔)が短いほど感度が向上するこ
とが知られている。しかしながら、図1(a),(b)
に示したシンチレータ形検出器は、大きな試料を傾斜さ
せると試料が検出器4に接触する危険があるため、試料
3と検出器4との間の距離を短くすることには限度があ
る。一方、図1(c)や図2に示した半導体検出器9
は、薄板構造のため、検出器9に試料3を限りなく近づ
けることができるので、シンチレータ形に比べて感度の
面で有利となる。
【0005】しかし、従来の受光面をP形半導体とする
検出器は、例えば、入射電子ビームEBの加速電圧が
0.5kV〜35kVの範囲のとき、その加速された電
子が試料3に入射すると、試料との相互作用によって一
次入射電子が試料表面および試料内部から反射し、検出
器のP層に入射する。この時、P層に入射する反射
電子のエネルギーは、試料の構成元素や形状、検出器と
試料間の距離、試料室内の真空度およびガス雰囲気など
によって異なるが、入射電子のエネルギーの相当部分を
有している。このように、0.5kV〜35kVで加速
された電子が試料に照射されると、試料表面から発生す
る反射電子に対してPIN層間に形成される空間電荷
(図7(a)に示すドナーイオンとアクセプタイオン)
による電界Eが逆方向に作用している。このため、加速
電圧が低い時の反射電子ほどP層の多数キャリアであ
る正孔と結合し、電界Eの壁を乗り越えられなくなる。
電界Eの壁を乗り越えた極くわずかの反射電子が有感層
であるI層の格子(電子・正孔対)を励起し、I層の電
子・正孔対はそれぞれ自由電子と自由正孔に分離され
る。
【0006】分離された自由電子は、電界Eの作用を受
けてN層に移動する。また、自由正孔は電界Eの作用
を受けてP層に移動する。このように自由電子と自由
正孔の移動によって電流iは、N層からP層へ流れ
る。この電流は、極めて微弱なため、電気回路によって
増幅しても加速電圧が0.5kV〜35kVの走査電子
顕微鏡などにおいて、高倍率で像観察する場合には決し
て十分な信号量とはならなかった。
【0007】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、反射電子の検出感度に優れ、十分
な検出電流量を得ることができる走査電子顕微鏡などの
反射電子検出器を実現するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく走査電子
顕微鏡などの反射電子検出器は、試料へ電子ビームを照
射し、試料からの反射電子を検出する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
半導体としたことを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明に基づく走査電子顕微鏡などの反射電子
検出器は、試料からの反射電子を検出するPIN型半導
体検出器の試料に対向した反射電子の受光面をN型半導
体とし、検出感度を向上させる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図3は、本発明の一実施例を示しており、
図2の従来装置と同一部分には同一番号が付されてい
る。この実施例では、半導体検出器9の試料3に対向し
た受光面をN形半導体(N)層12で形成し、他方の
面をP形半導体(P)層10で形成している。すなわ
ち、シリコン(Si)半導体のPIN層間に形成される
空間電荷による電界の方向に注目し、この電界が電子と
正孔の移動に対して順方向に作用するように反射電子の
受光面をN層とした。このような構成とした場合の動
作原理を次に説明する。
【0011】図示しない電子線の発生源からの電子ビー
ムEBが反射電子検出器9の電子ビーム通過穴13を通
して試料台2に載せられた試料3に入射すると、反射電
子が発生し、その反射電子はSi半導体検出器9のN
層12に入射する。電子が多数キャリアであるN層1
2の表層部は、マイナス電荷を有する反射電子で充満さ
れ、電子密度が上昇し、電子がI層11に流れ込む。こ
の時、反射電子に対してPIN層間に形成される空間電
荷(図7(b)に示すドナーイオンとアクセプタイオ
ン)による電界EがN層12からI層11に流れ込む
電子を加速する方向に作用する。このため、加速電圧が
低い時の反射電子でも容易に有感層であるI層に到達す
ることが可能となりI層の格子(電子・正孔対)を励起
する。その結果、従来(受光面がP層)よりも多くの
自由電子と自由正孔を得ることができる。この自由電子
は、電界Eの作用を受けてN層に移動し、自由正孔は
電界Eの作用を受けてP層に移動する。このように数
多くの自由電子と自由正孔が移動することによって得ら
れる電流iは、従来(受光面がP層)よりも大きくな
る。すなわち、電流量はI層で分離される自由電子と自
由正孔の数に依存する。また、別の言い方をすると、上
記した現象は、反射電子のエネルギー損失が受光面をP
層とするよりもN層としたほうが少なかったためで
はないかと思われる。
【0012】図4は本発明のより具体的な実施例を示し
ており、図4(a)はSi半導体検出器15の平面図、
図4(b)は検出器をフォトダイオードと見なした際の
模式図である。この実施例で用いられている検出器は、
反射電子の受光面がN層のカソード、裏側のP層が
アノードとなる検出器15a,15bの2分割1対形の
検出器である。なお、図中Hは電子ビームの通過開口で
ある。この2分割とする理由は、2つの検出器の出力信
号の演算を行うことによって試料の組成信号と凹凸信号
の分離を可能ならしめるためるものです。すなわち、検
出器15aと15bの両出力信号を加算すると試料の組
成に基づいた信号のみとなり、加算信号を一次電子ビー
ムの走査信号が供給されている陰極線管に輝度信号とし
て供給すれば、組成像を表示することができる。一方、
検出器15aと15bの出力信号を減算すると、試料の
凹凸に基づいた信号のみとなり、減算信号を陰極線管に
供給することにより、試料の凹凸像を表示することがで
きる。
【0013】図5は本発明の他の実施例を示しており、
図5(a)はSi半導体検出器16の平面図、図5
(b)は検出器をフォトダイオードと見なした際の模式
図である。反射電子の受光面がN層のカソード、裏側
のP層がアノードとなる検出器16a〜16hの8分
割形の検出器である。4つの検出器16a〜16dを電
気的に4個直列接続となるようにリード線で結び、実質
的に単一の検出器としている。また、他の4つの検出器
16e〜16hも電気的に4個直列接続となるようにリ
ード線で結び、実質的に単一の検出器としている。この
実施例のように、多数の検出器(N個)を直列接続する
と、PIN層間の寄性容量(浮遊容量ともいう)が1/
Nとなり、電気的応答速度が早くなる利点を有する。
【0014】図6は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、2分割一対形の検出器17a,17b
の他に独立した検出器17cを備えている。各検出器1
7a〜17cの検出信号を前置増幅器で増幅し、演算増
幅器に導くわけであるが、検出器17cの信号を電気的
にオフとし、検出器17a,17bの両信号を加算すれ
ば、組成像のための信号が得られ、両信号の差信号を得
れば、凹凸像のための信号が得られる。ここまでは、図
4の実施例で述べた通りである。この実施例では、検出
器17aと17bの加算信号に、更に検出器17cの出
力信号を加算すれば、組成信号と凹凸信号の混合した立
体感に富む像を形成することができる。なお、この実施
例では、検出器17cによって斜め方向から試料の観察
領域を望むように、すなわち、試料から反射された反射
電子を低い角度で受光できるように、検出器17cを電
子ビーム光軸から一定距離以上離して配置することによ
り、立体感をより強く出すことができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく走
査電子顕微鏡などの反射電子検出器は、試料からの反射
電子を検出するPIN型半導体検出器の試料に対向した
反射電子の受光面をN型半導体としたので、反射電子の
検出感度を向上させ、十分な検出電流量を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の反射電子検出器を示す図である。
【図2】従来の半導体形反射電子検出器を示す図であ
る。
【図3】本発明の一実施例である反射電子検出器を示す
図である。
【図4】本発明の具体的な実施例を示す図である。
【図5】本発明の具体的な実施例を示す図である。
【図6】本発明の具体的な実施例を示す図である。
【図7】従来形と本発明との対比を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1 対物レンズ 2 試料台 3 試料 9 半導体形検出器 10 P層 11 I層 12 N
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料へ電子ビームを照射し、試料からの
    反射電子を検出する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型半導体としたこと
    を特徴とする走査電子顕微鏡などの反射電子検出器。
  2. 【請求項2】 試料へ電子ビームを照射し、試料からの
    反射電子を検出する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型半導体とした反射
    電子検出器を複数設け、それらの検出器を直列接続した
    ことを特徴とする走査電子顕微鏡などの反射電子検出
    器。
  3. 【請求項3】 試料へ電子ビームを照射し、試料からの
    反射電子を検出するPIN型半導体検出器であって、電
    子ビーム光軸に対称に設けられ、試料に対向した反射電
    子の受光面をN型半導体とした第1と第2の反射電子検
    出器と、試料から反射された反射電子を低い角度で検出
    するための第3の反射電子検出器とを備えた走査電子顕
    微鏡などの反射電子検出器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002141015A (ja) * 2000-10-13 2002-05-17 Applied Materials Inc 基体検査装置及び方法
JP2002175979A (ja) * 2000-09-15 2002-06-21 Ims Ionen Mikrofabrikations Systeme Gmbh 位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置(パターンのロックシステム)
JP2009105037A (ja) * 2007-10-04 2009-05-14 Jeol Ltd 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
WO2018225563A1 (ja) * 2017-06-05 2018-12-13 フォンダチオーネ ブルーノ ケスラー 放射線検出器及び放射線検出装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002175979A (ja) * 2000-09-15 2002-06-21 Ims Ionen Mikrofabrikations Systeme Gmbh 位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置(パターンのロックシステム)
JP2002141015A (ja) * 2000-10-13 2002-05-17 Applied Materials Inc 基体検査装置及び方法
JP2009105037A (ja) * 2007-10-04 2009-05-14 Jeol Ltd 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
WO2018225563A1 (ja) * 2017-06-05 2018-12-13 フォンダチオーネ ブルーノ ケスラー 放射線検出器及び放射線検出装置
JPWO2018225563A1 (ja) * 2017-06-05 2020-04-02 フォンダチオーネ ブルーノ ケスラー 放射線検出器及び放射線検出装置
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