JPH11260304A - 荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器

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JPH11260304A
JPH11260304A JP10060840A JP6084098A JPH11260304A JP H11260304 A JPH11260304 A JP H11260304A JP 10060840 A JP10060840 A JP 10060840A JP 6084098 A JP6084098 A JP 6084098A JP H11260304 A JPH11260304 A JP H11260304A
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JP
Japan
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secondary electron
electrode
electron detector
charged particle
particle beam
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Satoru Sekine
哲 関根
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補集電極の形状を最適化し、2次電子の検出
効率の極めて高い荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器
を実現する。 【解決手段】 補集電極30は金属性の板で形成されて
おり、金属性板には多数の開口31が穿たれている。こ
の六角形の開口31は、各辺が隣り合った六角形の開口
の辺と幅の短い金属性板を隔てて対向して配置される最
密充填とされている。また、各開口31の六角形が接す
る円の半径をR、六角形を隔てる金属性板の幅をd、隣
り合った六角形開口の中心間の間隔をTとする。いま、
金属性電極板30の厚さtを0.1mm程度とすると、
電極構造を維持するためには、dは0.1mm程度は必
要となる。この時、Rを0.4mmとすると、Tは0.
79mmとなり、透過率は76.3%となる。更に、半
径Rが1.3mmでは、透過率は91.7%に達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやイオ
ンビームを試料に照射した結果、試料から得られる2次
電子を効率良く検出することができる荷電粒子ビーム装
置用2次電子検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡や走査イオン顕微鏡(集
束イオンビーム装置ともいう)は、励起粒子ビーム(電
子ビームあるいはイオンビーム)を試料表面上に細く集
束し、更にビームを試料上で2次元的に走査している。
そして、試料へのビームの照射によって発生した2次電
子を検出し、この検出信号に基づいて試料の走査像を得
るようにしている。
【0003】図1はこのような走査イオン顕微鏡を示し
ている。図中1は収束レンズを兼ねたイオン源であり、
イオン源1から発生し加速されたイオンビームIBは、
静電型の対物レンズ2により細く集束され、スポット状
ビームとして試料3上に照射される。試料3は、X−Y
移動ステージ4上に載せられている。
【0004】イオン源1としては、例えば、電界放射型
液体ガリウム(Ga)イオン源が使用されており、細く
尖ったエミッタ5の先端に強い電界を印加して、Gaイ
オンを引き出している。また、イオン源1は制御系6に
接続されており、制御系6からイオン源1には高電圧の
加速電圧、収束レンズ電圧が印加されている。
【0005】静電型の対物レンズ2は、中心電極とその
外側の外側電極とから構成されており、中心電極には制
御系6から高電圧が印加されている。また、外側電極は
接地されている。
【0006】イオンビームIBの光路に沿って、ビーム
制限絞り(図示せず)や静電偏向器7が配置されてい
る。静電偏向器7にはビーム走査装置8から走査信号が
供給されるように構成されている。
【0007】試料3へのイオンビームの照射によって2
次電子が発生するが、この2次電子eは2次電子検出器
9によって検出される。検出器9の検出信号は、増幅器
やコントラスト調整回路等が含まれる2次電子検出系1
0を介して陰極線管等の表示装置11に供給される。こ
のような構成の動作を次に説明する。
【0008】上記した構成で、イオン源1には、制御系
6から例えば30kVの高電圧が印加されていて、イオ
ン源1から放出されたイオンビームIBを30keVま
で加速する。このイオンビームは、対物レンズ2によっ
て試料3面上で焦点を結ぶようにしている。
【0009】更に、イオンビームの光路上には静電型偏
向器7が設けられており、この偏向器7にはビーム走査
装置8から走査信号が供給される。この結果、試料3面
上に集束されるイオンビームはラスター状に走査され、
加工のためのイオンビームの照射領域が制御されたり、
イオンビームの走査に基づく走査像が得られる。
【0010】イオンビームの走査像は、試料面上で偏向
器7を用いてイオンビームを走査し、この走査に基づい
て試料から発生した2次電子を検出器9によって検出す
る。検出器9の検出信号は2次電子検出系10を経て表
示装置11に供給される。陰極線管11にはビーム走査
装置8から走査信号が供給されており、したがって陰極
線管11には試料3のイオンビームによる走査像が表示
される。
【0011】上記した構成で、荷電粒子ビーム光学系の
性質から、ビーム電流量が少ないほど細いビームが得ら
れる。すなわち、結果として分解能の高い像を得ること
ができる。一方、試料からの2次電子信号量は、ビーム
電流量が少ないほど少なくなり、画質は劣化する。した
がって、高分解能で良い画質の画像を得るためには、2
次電子信号の検出効率が高いことが望まれる。
【0012】2次電子の検出方式はいく通りかあるが、
図2に良く用いられている2次電子検出器の構成を示
す。図中15は2次電子の入射によって光を発生するシ
ンチレータであり、シンチレータ15の周囲部分には、
2次電子を加速してシンチレータに衝突させるための加
速電極16が配置されている。加速電極16には数kV
の正の電圧が印加される。
【0013】シンチレータ15はライトガイド17に取
り付けられており、シンチレータ15からの光はライト
ガイド17を通って試料室壁18の外側に導かれる。試
料室壁18の外側でライトガイド17の端部にはフォト
マルチプライア19が配置され、ライトガイド17を通
った光は、フォトマルチプライア19で電子に変換さ
れ、更にその電子は増倍される。フォトマルチプライア
19の出力信号が2次電子の検出信号出力とされる。
【0014】シンチレータ15の前方には、試料からの
2次電子を効率良くシンチレータ15に向かわせるため
に補集電極20が配置されている。補集電極20には数
十Vの正の電圧が印加されている。補集電極20として
は、図3(a)に示すように金属性の板21に多数の開
口22を穿った電極23か、図3(b)のように、金属
性のワイヤー24をメッシュ状にした電極25が用いら
れている。
【0015】このような検出器において、2次電子は補
集電極20によって効率良くシンチレータ15に向け集
められる。補集電極20によって集められた2次電子は
加速電極16に印加された比較的高い電圧によって加速
され、シンチレータ15に衝突する。
【0016】シンチレータ15は2次電子の衝突によっ
て発光し、この発光はライトガイド17を介して試料室
の外側に配置されたフォトマルチプライア19に入射す
る。フォトマルチプライア19に入射した光を電子に変
換し、更にその電子を増倍する。増倍された電子は最終
的に電気信号に変換され検出器出力となる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】図2に示したごとき2
次電子検出器は、図4に示すように対物レンズ2、試料
3などと干渉しない位置に置かれる。この検出器の2次
電子信号の検出効率は、補集電極20の形状、透過率
(開口率)、電極20への印加電圧などに依存する。印
加電圧は装置の事情に応じて最適化されるが、補集電極
の形状は検出効率に少なからず影響を与える。図3
(a)では60%程度、(b)ではそれ以下である。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、補集電極の形状を最適化し、2次電子の検出効率
の極めて高い荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器を実
現するにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】第1の発明に基づく荷電
粒子ビーム装置用2次電子検出器は、荷電粒子ビームを
試料に照射することによって試料から発生する2次電子
を検出する検出器であって、2次電子の衝突によって発
光するシンチレータと、シンチレータの光を導くライト
ガイドと、ライトガイドからの光を電子に変換し増倍す
るフォトマルチプライアと、シンチレータの前面に配置
され、正の電圧が印加される補集電極とを備えた2次電
子検出器において、補集電極には正六角形の多数の開口
が穿たれており、各六角形の開口は、隣り合った正六角
形の辺同志が対向する最密充填で配置されていることを
特徴としている。
【0019】第1の発明では、シンチレータの前面に配
置され、正の電圧が印加される補集電極として、正六角
形の多数の開口を穿った電極を用い、各六角形の開口
を、隣り合った正六角形の辺同志が対向する最密充填で
配置した。
【0020】第2の発明では、第1の発明において、正
六角形が接する円の半径をR、隣り合った六角形の開口
を隔てる電極板部分の幅をd、六角形の中心間の間隔
(周期)をTとすると、Rを0.4〜1.3mmの範囲
とし、dとTを、 d=0.1(1±0.1R)mm T=2(Rcos30°+d/2)mm とした。
【0021】第3の発明では、第2の発明において、補
集電極の厚さをtとすると、tを、 t=0.1(1±0.1R)mm とした。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図5は、本発明に基づく2
次電子検出器の補集電極30の形状を示している。この
補集電極は図2で示した2次電子検出器の補集電極20
の代わりに用いられるものである。
【0023】補集電極30は金属性の板で形成されてお
り、金属性板には多数の開口31が穿たれている。この
六角形の開口31は、各辺が隣り合った六角形の開口の
辺と幅の短い金属性板を隔てて対向して配置される最密
充填とされている。
【0024】さて、図5の電極構造において、各開口3
1の六角形が接する円の半径をR、六角形を隔てる金属
性板の幅をd、隣り合った六角形開口の中心間の間隔を
Tとする。いま、金属性電極板30の厚さtを0.1m
m程度とすると、電極構造を維持するためには、dは
0.1mm程度は必要となる。
【0025】この時、Rを0.4mmとすると、Tは
0.79mmとなり、透過率は76.3%となる。図6
はd=0.1mmとしたとき、Rを0.4〜1.3mm
変化させたときの透過率(開口率…%)を示している。
また、図7には、六角形の中心間の間隔(周期)Tおよ
びT/2と円の半径Rとの関係を示した。
【0026】図6に示したように、半径Rが1.3mm
では、透過率は91.7%に達する。Rをあまり大きく
すると、大きな開口となり、電界のはみだしの影響が現
れ好ましくない。また、dをある程度大きく取らなけれ
ば、電極構造を維持できなくなる。逆に、dを大きく取
ると、透過率を下げることになり、2次電子の検出効率
が低くなる。
【0027】このような考察により、補集電極としての
最適な形状は、電極に多数の同一形状の正六角形の開口
を穿ち、この六角形を最密充填の状態で配置すること、
各六角形の大きさが次の条件を備えることである。な
お、下記の条件の前提として、Rは0.1〜1.3mm
の範囲とされる。
【0028】d=0.1(1±0.1R)mm T=2(Rcos30°+d/2)mm t=0.1(1±0.1R)mm 上記の条件の補集電極とすることにより、60〜90%
以上の透過率が可能となり、その結果、2次電子の検出
効率を従来に比して数十%改善することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明に基づ
く荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器では、シンチレ
ータの前面に配置され、正の電圧が印加される補集電極
として、正六角形の多数の開口を穿った電極を用い、各
六角形の開口を、隣り合った正六角形の辺同志が対向す
る最密充填で配置したので、補集電極において60〜9
0%以上の2次電子の高い透過率が可能となり、2次電
子の検出効率を大幅に改善することができる。
【0030】第2の発明では、第1の発明において、正
六角形が接する円の半径をR、隣り合った六角形の開口
を隔てる電極板部分の幅をd、六角形の中心間の間隔
(周期)をTとすると、Rを0.4〜1.3mmの範囲
とし、dとTを、 d=0.1(1±0.1R)mm T=2(Rcos30°+d/2)mm としたので、補集電極において60〜90%以上の2次
電子の高い透過率が可能となり、2次電子の検出効率を
大幅に改善することができる。
【0031】第3の発明では、第2の発明において、補
集電極の厚さをtとすると、tを、 t=0.1(1±0.1R)mm としたので、補集電極において60〜90%以上の2次
電子の高い透過率が可能となり、2次電子の検出効率を
大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な走査イオン顕微鏡を示す図である。
【図2】フォトマルチプライアを用いた2次電子検出器
を示す図である。
【図3】従来用いられている補集電極の形状の例を示す
図である。
【図4】図2に示した検出器の配置状態を示す図であ
る。
【図5】本発明に用いられる補集電極の形状を示す図で
ある。
【図6】正六角形が接する円の半径Rと透過率との関係
を示すグラフである。
【図7】正六角形が接する円の半径Rと六角形の中心間
の間隔Tとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
15 シンチレータ 17 ライトガイド 19 フォトマルチプライア 20,30 補集電極 31 開口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームを試料に照射することに
    よって試料から発生する2次電子を検出する検出器であ
    って、2次電子の衝突によって発光するシンチレータ
    と、シンチレータの光を導くライトガイドと、ライトガ
    イドからの光を電子に変換し増倍するフォトマルチプラ
    イアと、シンチレータの前面に配置され、正の電圧が印
    加される補集電極とを備えた2次電子検出器において、
    補集電極には正六角形の多数の開口が穿たれており、各
    六角形の開口は、隣り合った正六角形の辺同志が対向す
    る最密充填で配置されていることを特徴とする荷電粒子
    ビーム装置用2次電子検出器。
  2. 【請求項2】 正六角形が接する円の半径をR、隣り合
    った六角形の開口を隔てる電極板部分の幅をd、六角形
    の中心間の間隔(周期)をTとすると、Rは0.4〜
    1.3mmの範囲であり、dとTは、 d=0.1(1±0.1R)mm T=2(Rcos30°+d/2)mm とされていることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子
    ビーム装置用2次電子検出器。
  3. 【請求項3】 補集電極の厚さをtとすると、tは、 t=0.1(1±0.1R)mm とされていることを特徴とする請求項2記載の荷電粒子
    ビーム装置用2次電子検出器。
JP10060840A 1998-03-12 1998-03-12 荷電粒子ビーム装置用2次電子検出器 Withdrawn JPH11260304A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103003911A (zh) * 2010-06-03 2013-03-27 离子射线服务公司 高能次生电子检测器

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Effective date: 20050607