JPH08124513A - 電子検出器 - Google Patents
電子検出器Info
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- JPH08124513A JPH08124513A JP7153534A JP15353495A JPH08124513A JP H08124513 A JPH08124513 A JP H08124513A JP 7153534 A JP7153534 A JP 7153534A JP 15353495 A JP15353495 A JP 15353495A JP H08124513 A JPH08124513 A JP H08124513A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- H01J2237/24475—Scattered electron detectors
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- H01J2237/2448—Secondary particle detectors
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 試験片から放出された後方散乱電子を検出す
るための電子検出器 に関し、後方散乱電子の収集検出
能を大きくすることを目的とする。 【構成】 後方散乱電子を収集し、入射面の非動作領域
に後方散乱電子が衝突した時に、入射面から離れる軌道
を有する、第１のタイプの２次電子を放出する電子増倍
器と、試験片から放出された低エネルギーの２次電子が
電子増倍器へ到達することを阻止し、試験片から放出さ
れた高エネルギーの後方散乱電子を通過させる第１の電
界を生成する第１電極と、上記の第１のタイプの２次電
子の軌道を入射面に向けて実質的に反転させ、入射面が
第１のタイプの２次電子を収集することが出来るように
第２の電界を生成する第２電極とを具備する。
るための電子検出器 に関し、後方散乱電子の収集検出
能を大きくすることを目的とする。 【構成】 後方散乱電子を収集し、入射面の非動作領域
に後方散乱電子が衝突した時に、入射面から離れる軌道
を有する、第１のタイプの２次電子を放出する電子増倍
器と、試験片から放出された低エネルギーの２次電子が
電子増倍器へ到達することを阻止し、試験片から放出さ
れた高エネルギーの後方散乱電子を通過させる第１の電
界を生成する第１電極と、上記の第１のタイプの２次電
子の軌道を入射面に向けて実質的に反転させ、入射面が
第１のタイプの２次電子を収集することが出来るように
第２の電界を生成する第２電極とを具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子検出器、特に、後
方散乱電子の収集検出を行う電子増倍検出器に関する。
方散乱電子の収集検出を行う電子増倍検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】走査
型電子顕微鏡、電子ビーム・リソグラフ装置、イオン・
ビーム・リソグラフ装置などのような、粒子ビーム装置
は、広範囲の分野で用いられている。原則的には、粒子
ビーム装置は加速された粒子ビームで試験片の表面を走
査する。試験片の表面に対して粒子ビームが衝突するこ
とにより電子が放出される。今日受け入れられている命
名法に従って50eVを越えるエネルギーで放出された電子
は後方散乱電子(BSE)と呼ばれ、50eV以下のエネルギー
で放出された電子は２次電子(SE)と呼ばれる。約1000eV
の粒子ビームの場合、典型的には、放出された電子は後
方散乱電子と２次電子の間に等しく分けられる。
型電子顕微鏡、電子ビーム・リソグラフ装置、イオン・
ビーム・リソグラフ装置などのような、粒子ビーム装置
は、広範囲の分野で用いられている。原則的には、粒子
ビーム装置は加速された粒子ビームで試験片の表面を走
査する。試験片の表面に対して粒子ビームが衝突するこ
とにより電子が放出される。今日受け入れられている命
名法に従って50eVを越えるエネルギーで放出された電子
は後方散乱電子(BSE)と呼ばれ、50eV以下のエネルギー
で放出された電子は２次電子(SE)と呼ばれる。約1000eV
の粒子ビームの場合、典型的には、放出された電子は後
方散乱電子と２次電子の間に等しく分けられる。
【０００３】後方散乱電子は材料に対比される情報を含
んでいるが、２次電子は表面形状に関する情報を含んで
いることが知られている。後方散乱電子の収集検出能が
大きいことが要求される粒子ビーム装置の特殊な応用例
としては、半導体材料の深い溝やコンタクト・ホールの
底部などを観察するVLSI装置の検査がある。後方散乱電
子を検出する初期の電子検出器は、L. Reimer著、"Imag
e Formation in Low Voltage Scanning Electron Micro
scopy", SPIE Optical EngineeringPress, Bellingham,
Washington, USA, 1993年刊、31〜41頁に記載されてい
るので、ここでの説明は省略する。概して、電子検出器
は、後方散乱電子を吸収し２次電子を放出する変換プレ
ートを含んでおり、これら２次電子は、Everhart-Thorn
ley型のシンチレータ検出器によって検出される。典型
的には、これらの電子検出器ではシンチレータが5〜10k
Vの電位に保持されるので、ビームが大きく軌道を外れ
ることを防止するために、検出器は、粒子ビームから離
れた位置に置くことが要求され、したがって、後方散乱
電子の収集検出能(Backscattered Acceptance)は限られ
たものとなる。ここで、後方散乱電子の収集検出能(Bac
kscattered Acceptance)とは、電子検出器に到達し捕獲
（検出）される後方散乱電子の全検出効率、すなわち、
全後方散乱電子のうち、どれだけのものが電子検出器に
到達し捕獲（検出）されるかを示すものである。
んでいるが、２次電子は表面形状に関する情報を含んで
いることが知られている。後方散乱電子の収集検出能が
大きいことが要求される粒子ビーム装置の特殊な応用例
としては、半導体材料の深い溝やコンタクト・ホールの
底部などを観察するVLSI装置の検査がある。後方散乱電
子を検出する初期の電子検出器は、L. Reimer著、"Imag
e Formation in Low Voltage Scanning Electron Micro
scopy", SPIE Optical EngineeringPress, Bellingham,
Washington, USA, 1993年刊、31〜41頁に記載されてい
るので、ここでの説明は省略する。概して、電子検出器
は、後方散乱電子を吸収し２次電子を放出する変換プレ
ートを含んでおり、これら２次電子は、Everhart-Thorn
ley型のシンチレータ検出器によって検出される。典型
的には、これらの電子検出器ではシンチレータが5〜10k
Vの電位に保持されるので、ビームが大きく軌道を外れ
ることを防止するために、検出器は、粒子ビームから離
れた位置に置くことが要求され、したがって、後方散乱
電子の収集検出能(Backscattered Acceptance)は限られ
たものとなる。ここで、後方散乱電子の収集検出能(Bac
kscattered Acceptance)とは、電子検出器に到達し捕獲
（検出）される後方散乱電子の全検出効率、すなわち、
全後方散乱電子のうち、どれだけのものが電子検出器に
到達し捕獲（検出）されるかを示すものである。
【０００４】試験片からの後方散乱電子を検出する最近
の電子検出器は、マイクロチャンネル・プレート電子増
倍器またはソリッド・ステート電子増倍器として製作さ
れた電子検出器を用いている。このような電子検出器を
含む装置は、発明者Leeの米国特許番号4,933,552号、"I
nspection System Utilizing Retarding Field BackSca
ttered Electron collection" に開示されているので、
ここでの説明は省略する。ここで、粒子ビームは柱状
に、１枚のバイアス・プレートと環状の検出器を通って
試験片に向けられており、試験片は、これらバイアス・
プレートと検出器に対してマイナス・バイアスに保持さ
れている。マイナス・バイアスは、試験片が充電される
ことを最小限に抑えるために、入射ビームが、いわゆ
る、クロスオーバー・エネルギーで試験片に衝突するよ
うに選択される。このクロスオーバー・エネルギーで
は、入射ビームから試験片に入る電子の数と試験片から
放出される電子の数とが等しくなるので、試験片の充電
が最小になる。マイナス・バイアスは、検出器平面で大
きな横方向速度成分を有する後方散乱電子と２次電子の
間を空間に分離するためにも有効である。
の電子検出器は、マイクロチャンネル・プレート電子増
倍器またはソリッド・ステート電子増倍器として製作さ
れた電子検出器を用いている。このような電子検出器を
含む装置は、発明者Leeの米国特許番号4,933,552号、"I
nspection System Utilizing Retarding Field BackSca
ttered Electron collection" に開示されているので、
ここでの説明は省略する。ここで、粒子ビームは柱状
に、１枚のバイアス・プレートと環状の検出器を通って
試験片に向けられており、試験片は、これらバイアス・
プレートと検出器に対してマイナス・バイアスに保持さ
れている。マイナス・バイアスは、試験片が充電される
ことを最小限に抑えるために、入射ビームが、いわゆ
る、クロスオーバー・エネルギーで試験片に衝突するよ
うに選択される。このクロスオーバー・エネルギーで
は、入射ビームから試験片に入る電子の数と試験片から
放出される電子の数とが等しくなるので、試験片の充電
が最小になる。マイナス・バイアスは、検出器平面で大
きな横方向速度成分を有する後方散乱電子と２次電子の
間を空間に分離するためにも有効である。
【０００５】この構成には２つの主な欠点がある。第１
に、粒子ビームが試験片に対して垂直に入射した場合、
横方向速度成分の小さい後方散乱電子は総後方散乱電子
放出量のかなりの部分になるが、上記の検出器では、横
方向速度成分の小さい後方散乱電子の収集検出能は低
い。実際に、この場合、試験片から放出された後方散乱
電子の横方向速度成分の分布のピーク値は横方向速度ゼ
ロの位置になる。第２に、実際に、高い絶縁性を有する
試験片を荷電粒子ビームで走査しながら、その試験片を
均一のマイナス電位に維持することは難しい。 マイク
ロチャンネル・プレート電子増倍器またはソリッド・ス
テート電子増倍器を活用する他の具体的な事例は、Mich
ael T. Postek & William J. Keery共著、"Low-profile
high efficiency microchannel plate detector syste
m for scanning electron microscopy application", R
eview of Scientific Instruments, vol. 61, no. 6, 1
990年6月発行、1648 -1657頁に説明されているので、こ
こでの説明は省略する。ここで、粒子ビームは、軌道を
外れることを防止するために、試験片に至る途中ではビ
ーム遮蔽管の中を通る。従って、ビームの焦点はビーム
遮蔽管の真下になる。後方散乱電子検出器として用いら
れる時に、電子増倍器の表面は、通常は接地された試験
片に対して-50V以下の電位に保持される。
に、粒子ビームが試験片に対して垂直に入射した場合、
横方向速度成分の小さい後方散乱電子は総後方散乱電子
放出量のかなりの部分になるが、上記の検出器では、横
方向速度成分の小さい後方散乱電子の収集検出能は低
い。実際に、この場合、試験片から放出された後方散乱
電子の横方向速度成分の分布のピーク値は横方向速度ゼ
ロの位置になる。第２に、実際に、高い絶縁性を有する
試験片を荷電粒子ビームで走査しながら、その試験片を
均一のマイナス電位に維持することは難しい。 マイク
ロチャンネル・プレート電子増倍器またはソリッド・ス
テート電子増倍器を活用する他の具体的な事例は、Mich
ael T. Postek & William J. Keery共著、"Low-profile
high efficiency microchannel plate detector syste
m for scanning electron microscopy application", R
eview of Scientific Instruments, vol. 61, no. 6, 1
990年6月発行、1648 -1657頁に説明されているので、こ
こでの説明は省略する。ここで、粒子ビームは、軌道を
外れることを防止するために、試験片に至る途中ではビ
ーム遮蔽管の中を通る。従って、ビームの焦点はビーム
遮蔽管の真下になる。後方散乱電子検出器として用いら
れる時に、電子増倍器の表面は、通常は接地された試験
片に対して-50V以下の電位に保持される。
【０００６】この構成も数多くの理由のために後方散乱
電子の収集検出能が低い。第１に、電子増倍器は、其れ
自体の電位より高いエネルギーの後方散乱電子を検出す
るのみである。第２に、以下においてタイプAの後方散
乱電子と称する、数多くの後方散乱電子は、それらが電
子増倍器のアクティブ・チャンネルとアクティブ・チャ
ンネルの間の領域に衝突するので検出されないことであ
る。典型的には、電子増倍器の入射面は、電子を捕獲し
検出することが出来るアクティブな領域(active areas)
と、電子が入射しても、そこでは電子を検出出来ない非
動作領域(inactive areas)とからなり、この非動作領域
に後方散乱電子が衝突しても、そこでは検出出来ない。
更に、以下においてタイプBの後方散乱電子と称する、
より少ない数の後方散乱電子も、それらがビーム遮蔽管
に衝突するために検出されないことである。
電子の収集検出能が低い。第１に、電子増倍器は、其れ
自体の電位より高いエネルギーの後方散乱電子を検出す
るのみである。第２に、以下においてタイプAの後方散
乱電子と称する、数多くの後方散乱電子は、それらが電
子増倍器のアクティブ・チャンネルとアクティブ・チャ
ンネルの間の領域に衝突するので検出されないことであ
る。典型的には、電子増倍器の入射面は、電子を捕獲し
検出することが出来るアクティブな領域(active areas)
と、電子が入射しても、そこでは電子を検出出来ない非
動作領域(inactive areas)とからなり、この非動作領域
に後方散乱電子が衝突しても、そこでは検出出来ない。
更に、以下においてタイプBの後方散乱電子と称する、
より少ない数の後方散乱電子も、それらがビーム遮蔽管
に衝突するために検出されないことである。
【０００７】これらの検出されない後方散乱電子は、そ
れらが総後方散乱電子量のかなりのパーセンテージを占
めているので、電子検出器によって得られる画像の品質
をかなり悪化させる。J. A. Panitz & A. Foesch共
著、"Areal detection efficiency of channel electro
n multiplier arrays", Review of Scientific Instrum
ents, vol. 47, no. 1, 1976年1月発行に説明されてい
るように、マイクロチャンネル・プレート電子増倍器の
面積的な検出効率（Areal Detection Efficiency,マイ
クロチャンネル・プレート電子増倍器の入射面全体の面
積と、電子を検出する上で有効（アクティブ）な面積の
比）は一般に僅かに約60%である。従って、タイプAの後
方散乱電子は、後方散乱電子の約40%を占めている。タ
イプBの後方散乱電子は通常は、より僅かであるが、そ
れらは、試験片から放出される電子が特に粒子ビーム軸
に沿って進むような応用においては、タイプBの後方散
乱電子が後方散乱電子の大部分を占めることがしばしば
ある。
れらが総後方散乱電子量のかなりのパーセンテージを占
めているので、電子検出器によって得られる画像の品質
をかなり悪化させる。J. A. Panitz & A. Foesch共
著、"Areal detection efficiency of channel electro
n multiplier arrays", Review of Scientific Instrum
ents, vol. 47, no. 1, 1976年1月発行に説明されてい
るように、マイクロチャンネル・プレート電子増倍器の
面積的な検出効率（Areal Detection Efficiency,マイ
クロチャンネル・プレート電子増倍器の入射面全体の面
積と、電子を検出する上で有効（アクティブ）な面積の
比）は一般に僅かに約60%である。従って、タイプAの後
方散乱電子は、後方散乱電子の約40%を占めている。タ
イプBの後方散乱電子は通常は、より僅かであるが、そ
れらは、試験片から放出される電子が特に粒子ビーム軸
に沿って進むような応用においては、タイプBの後方散
乱電子が後方散乱電子の大部分を占めることがしばしば
ある。
【０００８】従って、前述の欠点が無く、後方散乱電子
収集検出能の大きい電子検出器が必要になる。本発明の
主な目的は、後方散乱電子の収集検出能（全検出効率）
の大きい、言い換えれば、後方散乱電子を出来る限り多
く収集して検出することが出来る電子検出器を提供する
ことにある。
収集検出能の大きい電子検出器が必要になる。本発明の
主な目的は、後方散乱電子の収集検出能（全検出効率）
の大きい、言い換えれば、後方散乱電子を出来る限り多
く収集して検出することが出来る電子検出器を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の基本
構成によれば、試験片から放出された後方散乱電子を検
出するための電子検出器であって、(a) 後方散乱電子を
収集するための入射面を有し、該入射面の非動作領域に
後方散乱電子が衝突した時に第１のタイプの２次電子を
放出し、前記第１のタイプの２次電子は前記入射面から
離れる軌道を有する電子増倍器と、(b) 前記電子増倍器
と前記試験片の間に配置され、前記試験片によって放出
された低エネルギーの２次電子が前記電子増倍器へ到達
することを阻止しつつ、前記電子増倍器に向けて試験片
から放出された高エネルギーの後方散乱電子が通過する
ことを可能にするような第１の電界を生成するように前
記試験片に対してマイナスの電位にバイアスされる第１
電極と、(c) 前記電子増倍器と前記第１電極の間に配置
され、前記入射面に対してマイナスの電位にバイアスさ
れ、且つ、前記第１のタイプの２次電子の軌道を前記入
射面に向けて実質的に反転させ、前記入射面が前記第１
のタイプの２次電子を収集することが出来るように第２
の電界を生成するような距離に前記入射面から離隔され
ている第２電極とを具備する電子検出器が提供される。
構成によれば、試験片から放出された後方散乱電子を検
出するための電子検出器であって、(a) 後方散乱電子を
収集するための入射面を有し、該入射面の非動作領域に
後方散乱電子が衝突した時に第１のタイプの２次電子を
放出し、前記第１のタイプの２次電子は前記入射面から
離れる軌道を有する電子増倍器と、(b) 前記電子増倍器
と前記試験片の間に配置され、前記試験片によって放出
された低エネルギーの２次電子が前記電子増倍器へ到達
することを阻止しつつ、前記電子増倍器に向けて試験片
から放出された高エネルギーの後方散乱電子が通過する
ことを可能にするような第１の電界を生成するように前
記試験片に対してマイナスの電位にバイアスされる第１
電極と、(c) 前記電子増倍器と前記第１電極の間に配置
され、前記入射面に対してマイナスの電位にバイアスさ
れ、且つ、前記第１のタイプの２次電子の軌道を前記入
射面に向けて実質的に反転させ、前記入射面が前記第１
のタイプの２次電子を収集することが出来るように第２
の電界を生成するような距離に前記入射面から離隔され
ている第２電極とを具備する電子検出器が提供される。
【００１０】以上の構成により、試験片から放出された
後方散乱電子が電子増倍器の入射面に衝突した時に放出
された、第１のタイプの２次電子は、上記の第２の電界
によって、その軌道が電子増倍器の入射面に向かうよう
に反転され、結局、電子増倍器によって検出される。し
たがって、電子増倍器の入射面の非動作領域に衝突して
第１のタイプの２次電子を放出させた後方散乱電子も電
子増倍器の検出の対象となり得、後方散乱電子の収集能
力（全検出効率）を増加させる。
後方散乱電子が電子増倍器の入射面に衝突した時に放出
された、第１のタイプの２次電子は、上記の第２の電界
によって、その軌道が電子増倍器の入射面に向かうよう
に反転され、結局、電子増倍器によって検出される。し
たがって、電子増倍器の入射面の非動作領域に衝突して
第１のタイプの２次電子を放出させた後方散乱電子も電
子増倍器の検出の対象となり得、後方散乱電子の収集能
力（全検出効率）を増加させる。
【００１１】本発明の第１の形態によれば、前記第１電
極と前記第２電極は、前記電子増倍器と試験片の間に配
置される単一の電極に置き換えられ、前記単一の電極
は、前記第１および第２の電界を生成するように、前記
入射面と試験片に対してマイナスの電位にバイアスさ
れ、且つ、前記入射面から離隔されている。本発明の第
２の形態によれば、第１電極は、環状であり、且つ、電
子増倍器に到達させるための所定の立体角度の後方散乱
電子を通過させる開口部を備えている。
極と前記第２電極は、前記電子増倍器と試験片の間に配
置される単一の電極に置き換えられ、前記単一の電極
は、前記第１および第２の電界を生成するように、前記
入射面と試験片に対してマイナスの電位にバイアスさ
れ、且つ、前記入射面から離隔されている。本発明の第
２の形態によれば、第１電極は、環状であり、且つ、電
子増倍器に到達させるための所定の立体角度の後方散乱
電子を通過させる開口部を備えている。
【００１２】本発明の第３の形態によれば、第２電極
は、環状であり、且つ、電子増倍器に到達させるための
所定の立体角度の後方散乱電子を通過させる開口部を備
えている。本発明の第４の形態によれば、電子検出器
は、第２電極と試験片の間に配置され、当該電子検出器
のためのファラデー箱として機能するような電位にある
第３電極を更に具備している。これにより、上記の電界
が、試験片に不都合な影響を及ぼすことを防止する。
は、環状であり、且つ、電子増倍器に到達させるための
所定の立体角度の後方散乱電子を通過させる開口部を備
えている。本発明の第４の形態によれば、電子検出器
は、第２電極と試験片の間に配置され、当該電子検出器
のためのファラデー箱として機能するような電位にある
第３電極を更に具備している。これにより、上記の電界
が、試験片に不都合な影響を及ぼすことを防止する。
【００１３】本発明の第５の形態によれば、電子検出器
は、前記試験片に向かう粒子ビームの通路のためのビー
ム遮蔽管を更に具備し、該ビーム遮蔽管は、該ビーム遮
蔽管へ後方散乱電子が衝突した時に第２のタイプの２次
電子を放出し、前記第２のタイプの２次電子は前記ビー
ム遮蔽管から離れる軌道を有し、前記第２の電界は、前
記入射面に向かう前記第２のタイプの２次電子の軌道を
実質的に反転することにより前記入射面が前記第２のタ
イプの２次電子をも収集するように生成される。
は、前記試験片に向かう粒子ビームの通路のためのビー
ム遮蔽管を更に具備し、該ビーム遮蔽管は、該ビーム遮
蔽管へ後方散乱電子が衝突した時に第２のタイプの２次
電子を放出し、前記第２のタイプの２次電子は前記ビー
ム遮蔽管から離れる軌道を有し、前記第２の電界は、前
記入射面に向かう前記第２のタイプの２次電子の軌道を
実質的に反転することにより前記入射面が前記第２のタ
イプの２次電子をも収集するように生成される。
【００１４】これにより、試験片から放出された後方散
乱電子がビーム遮蔽管に衝突した時に放出された、第２
のタイプの２次電子も、上記の第２の電界によって、そ
の軌道が電子増倍器の入射面に向かうように反転され、
結局、電子増倍器によって検出される。したがって、ビ
ーム遮蔽管に衝突して第２のタイプの２次電子を放出さ
せた後方散乱電子も電子増倍器の検出の対象となり得、
後方散乱電子の収集能力（全検出効率）を更に増加させ
る。
乱電子がビーム遮蔽管に衝突した時に放出された、第２
のタイプの２次電子も、上記の第２の電界によって、そ
の軌道が電子増倍器の入射面に向かうように反転され、
結局、電子増倍器によって検出される。したがって、ビ
ーム遮蔽管に衝突して第２のタイプの２次電子を放出さ
せた後方散乱電子も電子増倍器の検出の対象となり得、
後方散乱電子の収集能力（全検出効率）を更に増加させ
る。
【００１５】本発明の第６の形態によれば、ビーム遮蔽
管は斜めの端面を有する。これにより、２次電子の Lam
bertain 角度分布の最大量が電子増倍器の方向に向けて
傾けられるので、後方散乱電子の収集能力（全検出効
率）を更に増加させる。本発明の第７の形態によれば、
ビーム遮蔽管は１より大きい２次電子放出係数を有する
材料から製作されている。
管は斜めの端面を有する。これにより、２次電子の Lam
bertain 角度分布の最大量が電子増倍器の方向に向けて
傾けられるので、後方散乱電子の収集能力（全検出効
率）を更に増加させる。本発明の第７の形態によれば、
ビーム遮蔽管は１より大きい２次電子放出係数を有する
材料から製作されている。
【００１６】本発明の第８の形態によれば、試験片から
放出された後方散乱電子を検出するための上記の本発明
の基本構成による電子検出器を、粒子ビーム装置が包含
している。
放出された後方散乱電子を検出するための上記の本発明
の基本構成による電子検出器を、粒子ビーム装置が包含
している。
【００１７】
【実施例】図１は、粒子ビーム装置のオプティカル・コ
ラム(optical column)の外部に配置されている、後方散
乱電子の収集検出能（全検出効率）の大きい電子検出器
の第１実施例の概略図である。図１において、100は本
発明の電子検出器であって、粒子ビーム装置から放射さ
れる粒子ビームPBが試験片102に入射されることにより
試験片102から放出される後方散乱電子を検出するもの
である。図示される構成に於いて、電子検出器100は粒
子ビーム装置の外部に配置されているが、後述する図８
に図示される構成では、電子検出器100は粒子ビーム装
置のオプティカル・コラム(optical column)104の内部
に配置されている。 原理的に、粒子ビーム装置104
は、試験片102の上側表面SSを観察するために、典型的
には200eVより大きいエネルギーを有する粒子ビームPB
を与える。粒子ビームPBは、試験片102の表面SSに衝突
して、そこから電子が放出されるようにする。放出され
た電子は、０から粒子ビームPBの運動エネルギーの範囲
のエネルギーを有している。今日受け入れられている命
名法に従い、50eVを越えるエネルギーで放出された電子
は後方散乱電子(BSE)と称されるが、50eV以下のエネル
ギーで放出された電子は２次電子(SE)と称される。
ラム(optical column)の外部に配置されている、後方散
乱電子の収集検出能（全検出効率）の大きい電子検出器
の第１実施例の概略図である。図１において、100は本
発明の電子検出器であって、粒子ビーム装置から放射さ
れる粒子ビームPBが試験片102に入射されることにより
試験片102から放出される後方散乱電子を検出するもの
である。図示される構成に於いて、電子検出器100は粒
子ビーム装置の外部に配置されているが、後述する図８
に図示される構成では、電子検出器100は粒子ビーム装
置のオプティカル・コラム(optical column)104の内部
に配置されている。 原理的に、粒子ビーム装置104
は、試験片102の上側表面SSを観察するために、典型的
には200eVより大きいエネルギーを有する粒子ビームPB
を与える。粒子ビームPBは、試験片102の表面SSに衝突
して、そこから電子が放出されるようにする。放出され
た電子は、０から粒子ビームPBの運動エネルギーの範囲
のエネルギーを有している。今日受け入れられている命
名法に従い、50eVを越えるエネルギーで放出された電子
は後方散乱電子(BSE)と称されるが、50eV以下のエネル
ギーで放出された電子は２次電子(SE)と称される。
【００１８】電子検出器100は、後方散乱電子を捕獲す
るための入射面108を備えた一般に環状の電子増倍器106
と、電子増倍器106を通り、入射面108の前部より更に前
方まで伸びているビーム遮蔽管110とを具備する。ビー
ム遮蔽管110は、粒子ビーム装置104から試験片102に向
かう途中で粒子ビームPBの軌道がずれることを防ぐため
に設けられている。電子増倍器106は、マイクロチャン
ネル電子増倍器、ソリッド・ステート電子増倍器等とし
て製作できる。
るための入射面108を備えた一般に環状の電子増倍器106
と、電子増倍器106を通り、入射面108の前部より更に前
方まで伸びているビーム遮蔽管110とを具備する。ビー
ム遮蔽管110は、粒子ビーム装置104から試験片102に向
かう途中で粒子ビームPBの軌道がずれることを防ぐため
に設けられている。電子増倍器106は、マイクロチャン
ネル電子増倍器、ソリッド・ステート電子増倍器等とし
て製作できる。
【００１９】本発明の特徴は、電子検出器100が、或る
しきい値を越える電子だけ、言い換えれば、後方散乱電
子だけが電子増倍器106に到達するように、試験片102か
ら放出された２次電子を阻止するためのエネルギー・フ
ィルタを具備することにある。このエネルギー・フィル
タは、試験片102に対してマイナスの電位にバイアスさ
れた一般に環状の電極112を設け、その開口部114の中心
と試験片102の間の電位差が-50V以下になるようにする
と、最も効果的に達成される。
しきい値を越える電子だけ、言い換えれば、後方散乱電
子だけが電子増倍器106に到達するように、試験片102か
ら放出された２次電子を阻止するためのエネルギー・フ
ィルタを具備することにある。このエネルギー・フィル
タは、試験片102に対してマイナスの電位にバイアスさ
れた一般に環状の電極112を設け、その開口部114の中心
と試験片102の間の電位差が-50V以下になるようにする
と、最も効果的に達成される。
【００２０】更に、本発明の電子検出器100の目的に従
って、電子検出器100は、それらの衝突で電子増倍器106
の入射面108において直接に捕獲された後方散乱電子だ
けでなく、直接捕獲されない後方散乱電子も検出する。
これらの後方散乱電子は次に示すように２つに分類され
る。すなわち、第１に、電子増倍器106の入射面108の非
動作領域(inactive areas)に衝突する後方散乱電子であ
り、タイプAの後方散乱電子と称するものである。そし
て、第２に、ビーム遮蔽管1１0に衝突する後方散乱電子
であり、タイプBの後方散乱電子と称するものである。
って、電子検出器100は、それらの衝突で電子増倍器106
の入射面108において直接に捕獲された後方散乱電子だ
けでなく、直接捕獲されない後方散乱電子も検出する。
これらの後方散乱電子は次に示すように２つに分類され
る。すなわち、第１に、電子増倍器106の入射面108の非
動作領域(inactive areas)に衝突する後方散乱電子であ
り、タイプAの後方散乱電子と称するものである。そし
て、第２に、ビーム遮蔽管1１0に衝突する後方散乱電子
であり、タイプBの後方散乱電子と称するものである。
【００２１】こうして、電子検出器100は、実際に、タ
イプAの後方散乱電子が入射面108に衝突する時に放出さ
れる、SE-Aで示す低いエネルギーの２次電子と、タイプ
Bの後方散乱電子がビーム遮蔽管110と衝突する時に放出
されるSE-Bで示す、低いエネルギーの２次電子を検出す
る。これらの２次電子SE-AおよびSE-Bは共に入射面108
から離れる軌道を有するので、入射面108におけるこれ
らの２次電子SE-AおよびSE-Bの捕獲は、図２および図３
にそれぞれ示されるように、それらの軌道が入射面108
に向かうように実質的に軌道を反転する電界を与える必
要がある。
イプAの後方散乱電子が入射面108に衝突する時に放出さ
れる、SE-Aで示す低いエネルギーの２次電子と、タイプ
Bの後方散乱電子がビーム遮蔽管110と衝突する時に放出
されるSE-Bで示す、低いエネルギーの２次電子を検出す
る。これらの２次電子SE-AおよびSE-Bは共に入射面108
から離れる軌道を有するので、入射面108におけるこれ
らの２次電子SE-AおよびSE-Bの捕獲は、図２および図３
にそれぞれ示されるように、それらの軌道が入射面108
に向かうように実質的に軌道を反転する電界を与える必
要がある。
【００２２】このような電界は、開口部118を備え、入
射面108と電極112の間に配置されている、一般に環状の
電極116によって最も効果的に与えられ、この電界を生
成するために次のような電位が与えられる。第１に、電
子増倍器106の入射面108は電極116に対してプラスの電
位にバイアスされることが要求される。好適には、第２
に、電子増倍器106の入射面108は、ビーム遮蔽管110に
対してプラスの電位にバイアスされる。更に、好適に
は、第３に、ビーム遮蔽管110は、その時々の特定の応
用事例に応じて、電極116に対して実質的に同じ電位ま
たはプラスの電位にバイアスされる。電子増倍器106の
入射面108は、試験片102に対して、プラスの電位にも、
試験片102と実質的に同じ電位にも、または、試験片102
に対してマイナスの電位にもバイアスできることに注意
すべきである。
射面108と電極112の間に配置されている、一般に環状の
電極116によって最も効果的に与えられ、この電界を生
成するために次のような電位が与えられる。第１に、電
子増倍器106の入射面108は電極116に対してプラスの電
位にバイアスされることが要求される。好適には、第２
に、電子増倍器106の入射面108は、ビーム遮蔽管110に
対してプラスの電位にバイアスされる。更に、好適に
は、第３に、ビーム遮蔽管110は、その時々の特定の応
用事例に応じて、電極116に対して実質的に同じ電位ま
たはプラスの電位にバイアスされる。電子増倍器106の
入射面108は、試験片102に対して、プラスの電位にも、
試験片102と実質的に同じ電位にも、または、試験片102
に対してマイナスの電位にもバイアスできることに注意
すべきである。
【００２３】図４は、本発明の考えに従って図１の電子
検出器の内部における代表的な電位分布を示す図であ
る。図４には、説明のために、一方で、試験片102から
放出された２次電子の阻止を、そして、他方では、２次
電子SE-AとSE-Bの軌道の反転を行う、電子検出器100の
内部に広がる電界を、次に示すような代表的な電圧につ
いて図示している。すなわち、電極112は-110Vの電圧で
あり、電子増倍器106の入射面108は+150Vの電圧であ
り、試験片102の表面SS、ビーム遮蔽管110、および、電
極116は0Vの電圧である。前述のように、要求される電
界を達成するために、電圧と電圧差を広範囲に取ること
ができることは、当業者にとって容易に理解されること
と考えられる。
検出器の内部における代表的な電位分布を示す図であ
る。図４には、説明のために、一方で、試験片102から
放出された２次電子の阻止を、そして、他方では、２次
電子SE-AとSE-Bの軌道の反転を行う、電子検出器100の
内部に広がる電界を、次に示すような代表的な電圧につ
いて図示している。すなわち、電極112は-110Vの電圧で
あり、電子増倍器106の入射面108は+150Vの電圧であ
り、試験片102の表面SS、ビーム遮蔽管110、および、電
極116は0Vの電圧である。前述のように、要求される電
界を達成するために、電圧と電圧差を広範囲に取ること
ができることは、当業者にとって容易に理解されること
と考えられる。
【００２４】本発明の更なる特徴は、電極112または電
極116の何れかは、それらの開口部114または118の直径
を、予め設定された立体角度の後方散乱電子だけが開口
部114または118を通過して電子増倍器106に達すること
ができるように選択することによって、空間フィルタと
して使用できることにある。なお、一般に数百電子ボル
トのエネルギーを有する後方散乱電子の軌道は、それら
が電極112と116を通る時に殆ど曲げられない。
極116の何れかは、それらの開口部114または118の直径
を、予め設定された立体角度の後方散乱電子だけが開口
部114または118を通過して電子増倍器106に達すること
ができるように選択することによって、空間フィルタと
して使用できることにある。なお、一般に数百電子ボル
トのエネルギーを有する後方散乱電子の軌道は、それら
が電極112と116を通る時に殆ど曲げられない。
【００２５】本発明の更なる特徴は、ビーム遮蔽管110
の適切な設計によって、タイプBの後方散乱電子を検出
できる確率が大幅に増加することにある。特に、ビーム
遮蔽管110上にタイプBの後方散乱電子が衝突することに
よる２次電子の放出は、ビーム遮蔽管110の末端を斜め
にし(bevel)、２次電子のLambertain角度分布の最大量
が電子増倍器106の方向に向くように傾けることによっ
て増加される。更に、ビーム遮蔽管110は、１より大き
い２次電子放出係数を有する材料から製作できる。この
ような材料は、光電子増倍器素子に関連して幅広く研究
されており、L. Martin編, "Advances in Electronic
s", vol. , Academic Press Inc., NEW York, NY 194
8年刊の65〜130頁, Kenneth G. McKay著, "Secondary E
lectron Emission"に詳細に説明されているので、ここ
での説明は省略する。
の適切な設計によって、タイプBの後方散乱電子を検出
できる確率が大幅に増加することにある。特に、ビーム
遮蔽管110上にタイプBの後方散乱電子が衝突することに
よる２次電子の放出は、ビーム遮蔽管110の末端を斜め
にし(bevel)、２次電子のLambertain角度分布の最大量
が電子増倍器106の方向に向くように傾けることによっ
て増加される。更に、ビーム遮蔽管110は、１より大き
い２次電子放出係数を有する材料から製作できる。この
ような材料は、光電子増倍器素子に関連して幅広く研究
されており、L. Martin編, "Advances in Electronic
s", vol. , Academic Press Inc., NEW York, NY 194
8年刊の65〜130頁, Kenneth G. McKay著, "Secondary E
lectron Emission"に詳細に説明されているので、ここ
での説明は省略する。
【００２６】次に、図５および図６を参照する。図５
は、第２実施例の概略図である。図５では、本発明の電
子検出器の第２実施例は、120で示している。図５の電
子検出器120は、構造と動作に於いて、前述の第１実施
例の電子検出器100と類似しているので、同様の構成要
素には同じ番号が付記されている。第２実施例の電子検
出器120と第１実施例の電子検出器100との主な違いは、
電子検出器120は、電極112および116に代えて、単一の
電極122を用いることにある。
は、第２実施例の概略図である。図５では、本発明の電
子検出器の第２実施例は、120で示している。図５の電
子検出器120は、構造と動作に於いて、前述の第１実施
例の電子検出器100と類似しているので、同様の構成要
素には同じ番号が付記されている。第２実施例の電子検
出器120と第１実施例の電子検出器100との主な違いは、
電子検出器120は、電極112および116に代えて、単一の
電極122を用いることにある。
【００２７】一方で、試験片102から放出された２次電
子の阻止を、他方で、２次電子SE-AとSE-Bの軌道の実質
的な反転を行う、電子検出器120の内部に広がる電界が
次に示す代表的な電圧について図示されている。すなわ
ち、電極122は-150Vの電圧であり、電子増倍器106の入
射面108は+150Vの電圧であり、試験片102の表面SSとビ
ーム遮蔽管110は0Vの電圧である。前述のように、要求
される電界を達成するために、電圧と電圧差を広範囲に
取ることができることは、当業者にとって容易に理解さ
れることと考えられる。
子の阻止を、他方で、２次電子SE-AとSE-Bの軌道の実質
的な反転を行う、電子検出器120の内部に広がる電界が
次に示す代表的な電圧について図示されている。すなわ
ち、電極122は-150Vの電圧であり、電子増倍器106の入
射面108は+150Vの電圧であり、試験片102の表面SSとビ
ーム遮蔽管110は0Vの電圧である。前述のように、要求
される電界を達成するために、電圧と電圧差を広範囲に
取ることができることは、当業者にとって容易に理解さ
れることと考えられる。
【００２８】或る応用においては、電子検出器100の内
部の電界によって試験片が影響を受けることを防止する
ために特に注意が必要である。上記のような電界は試験
片102または粒子ビーム装置の他の検出器の機能に不具
合な影響を及ぼす可能性がある。試験片102の遮蔽は、
典型的には試験片102と殆ど同じ電位に保持され、ファ
ラデー箱として作用して電界を電子検出器100内部に閉
じ込める電極124を与えることによって図７に図示され
るように実現できる。
部の電界によって試験片が影響を受けることを防止する
ために特に注意が必要である。上記のような電界は試験
片102または粒子ビーム装置の他の検出器の機能に不具
合な影響を及ぼす可能性がある。試験片102の遮蔽は、
典型的には試験片102と殆ど同じ電位に保持され、ファ
ラデー箱として作用して電界を電子検出器100内部に閉
じ込める電極124を与えることによって図７に図示され
るように実現できる。
【００２９】前述のように、図８は、粒子ビーム装置10
2のオプティカル・コラム(opticalcolumn)内部に電子検
出器100が配置されている第２の構成を示している。こ
の場合、電子検出器100のそれぞれの構成要素の電位は
オプティカル・コラム(optical column)の共通電位に関
係している。この構成と図１に示される構成との主な違
いは、電磁レンズＥＬは、試験片102から放出された２
次電子を、それら２次電子の運動エネルギーを数千電子
ボルト増加することによって電子検出器100に向けて加
速し、それら２次電子が電子検出器100に達する時まで
には、それらは後方散乱電子のように振舞うことにあ
る。従って、この電子検出器100の構成は後方散乱電子
および２次電子両者の高い収集検出能を与える。
2のオプティカル・コラム(opticalcolumn)内部に電子検
出器100が配置されている第２の構成を示している。こ
の場合、電子検出器100のそれぞれの構成要素の電位は
オプティカル・コラム(optical column)の共通電位に関
係している。この構成と図１に示される構成との主な違
いは、電磁レンズＥＬは、試験片102から放出された２
次電子を、それら２次電子の運動エネルギーを数千電子
ボルト増加することによって電子検出器100に向けて加
速し、それら２次電子が電子検出器100に達する時まで
には、それらは後方散乱電子のように振舞うことにあ
る。従って、この電子検出器100の構成は後方散乱電子
および２次電子両者の高い収集検出能を与える。
【００３０】
【発明の効果】後方散乱電子の収集検出能（全検出効
率）の大きい、言い換えれば、後方散乱電子を出来る限
り多く収集して検出することが出来る電子検出器を提供
することが出来る。
率）の大きい、言い換えれば、後方散乱電子を出来る限
り多く収集して検出することが出来る電子検出器を提供
することが出来る。
【図１】粒子ビーム装置のオプティカル・コラム(optic
al column)の外部に配置されている構成の、後方散乱電
子の収集検出能（全検出効率）の大きい電子検出器の第
１実施例の概略図である。
al column)の外部に配置されている構成の、後方散乱電
子の収集検出能（全検出効率）の大きい電子検出器の第
１実施例の概略図である。
【図２】電子増倍器の入射面の非動作領域(inactive ar
eas)に衝突するタイプAの後方散乱電子によって生成さ
れる２次電子の軌道が、電子検出器の内部に広がる電界
によって、電子増倍器の入射面の方向に反転される様子
を示す図である。
eas)に衝突するタイプAの後方散乱電子によって生成さ
れる２次電子の軌道が、電子検出器の内部に広がる電界
によって、電子増倍器の入射面の方向に反転される様子
を示す図である。
【図３】電子検出器のビーム遮蔽管に衝突するタイプB
の後方散乱電子によって生成される２次電子の軌道が、
電子検出器の内部に広がる電界によって、電子増倍器の
入射面の方向に反転される様子を示す図である。
の後方散乱電子によって生成される２次電子の軌道が、
電子検出器の内部に広がる電界によって、電子増倍器の
入射面の方向に反転される様子を示す図である。
【図４】本発明の考えに従って図１の電子検出器の内部
における代表的な電位分布を示す図である。
における代表的な電位分布を示す図である。
【図５】粒子ビーム装置のオプティカル・コラム(optic
al column)の外部に電子検出器が配置されている構成の
第２実施例の概略図である。
al column)の外部に電子検出器が配置されている構成の
第２実施例の概略図である。
【図６】本発明の考えに従って図５の電子検出器の内部
に広がる代表的な電位を示す図である。
に広がる代表的な電位を示す図である。
【図７】電子検出器の第１の電極によって生成された電
界から試験片を遮蔽するための第３の電極を含んでいる
電子検出器の概略図である。
界から試験片を遮蔽するための第３の電極を含んでいる
電子検出器の概略図である。
【図８】粒子ビーム装置のオプティカル・コラム(optic
al column)の内部に電子検出器が配置されている構成の
概略図である。
al column)の内部に電子検出器が配置されている構成の
概略図である。
100, 120…電子検出器 102…試験片 104…粒子ビーム装置のオプティカル・コラム 106…電子増倍器 108…入射面 110…ビーム遮蔽管 112, 116, 124…電極 114., 118…開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン アール．ロジャース イスラエル国，ディー．エヌ．エメック ソレク 76880，モシャブ ベイト ガム リエル 49
Claims (10)
- 【請求項１】 試験片から放出された後方散乱電子を検
出するための電子検出器であって、 (a) 後方散乱電子を収集するための入射面を有し、該
入射面の非動作領域に後方散乱電子が衝突した時に第１
のタイプの２次電子を放出し、前記第１のタイプの２次
電子は前記入射面から離れる軌道を有する電子増倍器
と、 (b) 前記電子増倍器と前記試験片の間に配置され、前
記試験片によって放出された低エネルギーの２次電子が
前記電子増倍器へ到達することを阻止しつつ、前記電子
増倍器に向けて試験片から放出された高エネルギーの後
方散乱電子が通過することを可能にするような第１の電
界を生成するように前記試験片に対してマイナスの電位
にバイアスされる第１電極と、 (c) 前記電子増倍器と前記第１電極の間に配置され、
前記入射面に対してマイナスの電位にバイアスされ、且
つ、前記第１のタイプの２次電子の軌道を前記入射面に
向けて実質的に反転させ、前記入射面が前記第１のタイ
プの２次電子を収集することが出来るように第２の電界
を生成するような距離に前記入射面から離隔されている
第２電極とを具備することを特徴とする電子検出器。 - 【請求項２】 前記第１電極は、環状であり、且つ、前
記電子増倍器に到達させるための所定の立体角度の後方
散乱電子を通過させる開口部を備えている請求項１に記
載の電子検出器。 - 【請求項３】 前記第２電極は、環状であり、且つ、前
記電子増倍器に到達させるための所定の立体角度の後方
散乱電子を通過させる開口部を備えている請求項１に記
載の電子検出器。 - 【請求項４】 前記第１電極と前記第２電極は、前記電
子増倍器と試験片の間に配置される単一の電極に置き換
えられ、前記単一の電極は、前記第１および第２の電界
を生成するように、前記入射面および試験片に対してマ
イナスの電位にバイアスされ、且つ、前記入射面から離
隔されている請求項１に記載の電子検出器。 - 【請求項５】 前記電極は、環状であり、且つ、前記電
子増倍器に到達させるための所定の立体角度の後方散乱
電子を通過させる開口部を備えている請求項４に記載の
電子検出器。 - 【請求項６】 前記第２電極と試験片の間に配置され、
当該電子検出器のためのファラデー箱として機能するよ
うな電位にある第３電極を更に具備する請求項１に記載
の電子検出器。 - 【請求項７】 前記試験片に向かう粒子ビームの通路の
ためのビーム遮蔽管を更に具備し、該ビーム遮蔽管は、
該ビーム遮蔽管へ後方散乱電子が衝突した時に第２のタ
イプの２次電子を放出し、前記第２のタイプの２次電子
は前記ビーム遮蔽管から離れる軌道を有し、前記第２の
電界は、前記入射面に向かう前記第２のタイプの２次電
子の軌道を実質的に反転することにより前記入射面が前
記第２のタイプの２次電子をも収集するように生成され
る請求項１に記載の電子検出器。 - 【請求項８】 前記ビーム遮蔽管は斜めの端面を有する
請求項７に記載の電子検出器。 - 【請求項９】 前記ビーム遮蔽管は１より大きい２次電
子放出係数を有する材料から製作されている請求項７に
記載の電子検出器。 - 【請求項１０】 試験片から放出された後方散乱電子を
検出するための請求項１に記載される電子検出器を包含
する粒子ビーム装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US262285 | 1994-06-20 | ||
| US08/262,285 US5466940A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Electron detector with high backscattered electron acceptance for particle beam apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124513A true JPH08124513A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3836519B2 JP3836519B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=22996910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15353495A Expired - Lifetime JP3836519B2 (ja) | 1994-06-20 | 1995-06-20 | 電子検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5466940A (ja) |
| EP (1) | EP0689063B1 (ja) |
| JP (1) | JP3836519B2 (ja) |
| DE (1) | DE69525106T2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019482A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-06 | Hitachi, Ltd. | Scanning electron microscope |
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