特許 6084902 検出器および荷電粒子線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6084902

(24)【登録日】2017年2月3日

(45)【発行日】2017年2月22日

(54)【発明の名称】検出器および荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20170213BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20170213BHJP

   G01T 1/202 20060101ALI20170213BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/244

   G01T1/20 B

   G01T1/20 L

   G01T1/202

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-128576(P2013-128576)

(22)【出願日】2013年6月19日

(65)【公開番号】特開2015-5351(P2015-5351A)

(43)【公開日】2015年1月8日

【審査請求日】2016年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】金子 武司

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５１−１３７３７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００ − １／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７− ７／１２

Ｈ０１Ｊ ３７／００ −３７／０２

Ｈ０１Ｊ ３７／０５

Ｈ０１Ｊ ３７／０９ −３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２５２−３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線を検出するための検出器であって、
前記荷電粒子線を光に変換する第１発光部と、
前記第１発光部を透過した前記荷電粒子線を光に変換する第２発光部と、
前記第１発光部で発生した光および前記第２発光部で発生した光を検出する光検出部と、
を含み、
前記第１発光部は、粉末のシンチレーターであり、
前記第２発光部は、単結晶のシンチレーターである、検出器。

【請求項2】

請求項１において、
前記第２発光部は、前記第１発光部で発生した光を透過し、
前記光検出部は、前記第１発光部で発生して前記第２発光部を透過した光を検出する、検出器。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記第１発光部の厚さは、５μｍ以上５００μｍ以下である、検出器。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第１発光部を覆っている導体膜を含む、検出器。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載の検出器を含む荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出器および荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の暗視野像検出器や、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の二次電子検出器には、電子線の入射により光を発するシンチレーターが用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、Ｐ４７（Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ）を焼結して形成したセラミック蛍光体を含むセラミックシンチレーターを備えた電子顕微鏡用の電子検出器が開示されている。

【0004】

シンチレーターは、検出器の用途に伴い、種類（材質）および形状が異なる。このようなシンチレーターとして、単結晶のシンチレーターや、粉末のシンチレーターが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２６１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば、単結晶のシンチレーターでは、電子線を加速するための加速電圧の増加に伴い輝度が大きくなる。そのため、単結晶のシンチレーターを用いた電子検出器では、高加速電圧では高い検出感度を有するが、加速電圧が低くなるにしたがって検出感度が低下する。

【0007】

また、例えば、粉末のシンチレーターでは、粉末のシンチレーターの厚さにもよるが、ある特定の加速電圧で輝度がピークを示す。これは、加速電圧が低くなると電子線がシンチレーターを透過しにくくなることによって輝度が低下し、加速電圧が高くなると電子線が透過する割合が大きくなることによって輝度が低下するためである。このピークを示す加速電圧の値は、粉末のシンチレーターの厚さによって変動する。粉末のシンチレーターを用いた電子検出器では、ピークを示す加速電圧では高い検出感度を有するが、加速電圧がピークを示す加速電圧から離れるにしたがって検出感度が低下する。

【0008】

このように、上記のような電子検出器では、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができないという問題があった。

【0009】

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができる検出器を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記検出器を含む荷電粒子線装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明に係る検出器は、
荷電粒子線を検出するための検出器であって、
前記荷電粒子線を光に変換する第１発光部と、
前記第１発光部を透過した前記荷電粒子線を光に変換する第２発光部と、
前記第１発光部で発生した光および前記第２発光部で発生した光を検出する光検出部と、
を含み、
前記第１発光部は、粉末のシンチレーターであり、
前記第２発光部は、単結晶のシンチレーターである。

【0011】

このような検出器によれば、第１発光部が粉末のシンチレーターであり、第２発光部が単結晶のシンチレーターであるため、荷電粒子線を変換して発生する光の輝度を、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高めることができる。したがって、このような検出器によれば、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができる。

【0012】

（２）本発明に係る検出器において、
前記第２発光部は、前記第１発光部で発生した光を透過し、
前記光検出部は、前記第１発光部で発生して前記第２発光部を透過した光を検出してもよい。

【0013】

このような検出器によれば、例えば低加速電圧の荷電粒子線に対しても、高い検出感度を有することができる。

【0014】

（３）本発明に係る検出器において、
前記第１発光部の厚さは、５μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。

【0015】

（４）本発明に係る検出器において、
前記第１発光部を覆っている導体膜を含んでいてもよい。

【0016】

このような検出器によれば、第１発光部の帯電を防ぐことができる。

【0017】

（５）本発明に係る荷電粒子線装置は、
本発明に係る検出器を含む。

【0018】

このような荷電粒子線装置によれば、本発明に係る検出器を含むため、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る検出器を模式的に示す断面図。

【図2】第１実施形態に係る検出器の第１発光部および第２発光部を模式的に示す斜視図。

【図3】第１実施形態に係る検出器の第１発光部および第２発光部を模式的に示す断面図。

【図4】第１実施形態に係る検出器のキャップを模式的に示す斜視図。

【図5】シンチレーターの加速電圧に対する輝度の特性を示すグラフ。

【図6】第１実施形態に係る検出器の製造方法を模式的に示す断面図。

【図7】第１実施形態に係る検出器の製造方法を模式的に示す断面図。

【図8】第２実施形態に係る荷電粒子線装置を模式的に示す断面図。

【図9】第３実施形態に係る荷電粒子線装置を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものでは
ない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0021】

１． 第１実施形態
１．１． 検出器
まず、第１実施形態に係る検出器について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る検出器１００を模式的に示す断面図である。

【0022】

検出器１００は、荷電粒子線を検出するための検出器である。ここで、荷電粒子線とは、電子線、およびイオン線等の電荷を帯びた粒子線である。本実施形態では、検出器１００が走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の暗視野像検出器である例について説明する。具体的には、検出器１００は、図１に示すように、電子線の照射により試料で散乱（後方散乱）された散乱電子ＥＢ_２を検出し、試料を透過した透過電子ＥＢ_１を通過させる。

【0023】

検出器１００は、図１に示すように、第１発光部１０と、第２発光部２０と、光検出部３０と、ライトガイド４０と、筒体５０と、キャップ６０と、を含んで構成されている。

【0024】

図２は、第１発光部１０および第２発光部２０を模式的に示す斜視図である。図３は、第１発光部１０および第２発光部２０を模式的に示す断面図である。なお、図１および図２では、便宜上、導体膜１２（図３参照）の図示を省略している。

【0025】

第１発光部１０は、散乱電子ＥＢ_２を光に変換する。第１発光部１０は、第２発光部２０上に設けられている。

【0026】

第１発光部１０は、粉末のシンチレーターである。すなわち、第１発光部１０は、複数のシンチレーターの粒で構成されている。第１発光部１０は、さらに、バインダー（図示せず）を含んでいてもよい。シンチレーターの粒の直径は、例えば、２μｍ以上１０μｍ以下である。第１発光部１０の厚さＴ（図３参照）は、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下である。

【0027】

第１発光部１０の材質は、例えば、Ｐ２２（ＺｎＳ：Ｃｕ）、Ｐ４３（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）、Ｐ４６（Ｙ_２Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、Ｐ４７（Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ）、粉末ＬＳＯ：Ｃｅ（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ）等である。

【0028】

第１発光部１０の表面は、図３に示すように、導体膜１２で覆われている。これにより、第１発光部１０の帯電を防ぐことができる。導体膜１２の材質は、例えば、アルミニウム、カーボン等である。

【0029】

第２発光部２０は、第１発光部１０を透過した散乱電子ＥＢ_２を光に変換する。第２発光部２０は、第１発光部１０で光に変換されずに透過した散乱電子ＥＢ_２を光に変換する。第２発光部２０は、ライトガイド４０上に設けられている。具体的には、第２発光部２０は、ライトガイド４０の端面上に設けられている。第２発光部２０は、試料で散乱されずに透過した透過電子ＥＢ_１の進行方向に対して所定の角度（例えば４５度）傾いて配置されている。

【0030】

第２発光部２０は、単結晶のシンチレーターである。第２発光部２０の材質は、例えば、ＹＡＰ：Ｃｅ（Ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）、ＬＳＯ：Ｃｅ（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ）等である。第２発光部２０の材質は、第１発光部１０の材質と異なっていてもよいし、同じであってもよい。第２発光部２０は、第１発光部１０で発生した光に対して、透明な材質（透過率が高い材質）からなる。第２発光部２０の厚さは特に限定され
ず、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下である。

【0031】

第１発光部１０および第２発光部２０は、環状に設けられている。第１発光部１０および第２発光部２０には、貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２は、ライトガイド４０の貫通孔４２と連通している。貫通孔２２は、試料で散乱されずに透過した透過電子ＥＢ_１を通過させるための孔である。

【0032】

光検出部３０は、第１発光部１０で発生した光および第２発光部２０で発生した光を検出する。光検出部３０は、ライトガイド４０の、第２発光部２０が設けられる端面とは反対側の端面に接続されている。光検出部３０は、ライトガイド４０を介して入射する第１発光部１０で発生した光および第２発光部２０で発生した光を検出する。光検出部３０は、例えば、光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ、ＰＭＴ）である。光電子増倍管とは、光電効果を利用して光エネルギーを増幅して電気エネルギーに変換する光検出器である。

【0033】

ライトガイド４０は、第１発光部１０で発生した光および第２発光部２０で発生した光を、光検出部３０に導くための部材である。ライトガイド４０の形状は、例えば、柱状である。ライトガイド４０は、図示の例では、円柱の一方の端部を該円柱の中心軸に対して所定の角度（例えば４５度）で切断した形状を有している。図示はしないが、ライトガイド４０の形状は、円柱であってもよい。

【0034】

ライトガイド４０の材質は、例えば、ガラス、アクリル樹脂等である。ライトガイド４０は、柱状のガラスの側面に金属膜（アルミニウム膜）が形成された構造を有していてもよい。また、ライトガイド４０は、図示はしないが、複数の光ファイバーを束ねた構造を有していてもよい。ライトガイド４０には、透過電子ＥＢ_１を通過させるための貫通孔４２が設けられている。貫通孔４２は、第１発光部１０および第２発光部２０に設けられた貫通孔２２と連通している。

【0035】

筒体５０は、第１発光部１０、第２発光部２０、光検出部３０、およびライトガイド４０を収容する部材である。筒体５０は、電子線ＥＢ_１、ＥＢ_２を通過させるための窓部５２を有している。筒体５０は、さらに、貫通孔２２および貫通孔４２を通過した透過電子ＥＢ_１を通過させるための窓部５４を有している。筒体５０は、例えば、導電性を有している。筒体５０の材質は、例えば、アルミニウム等の金属である。

【0036】

キャップ６０は、第１発光部１０および第２発光部２０を固定するための部材である。図４は、キャップ６０を模式的に示す斜視図である。キャップ６０は、図４に示すように、円筒の一方の端部を該円筒の中心軸に対して所定の角度（例えば４５度）で切断した形状を有している。キャップ６０の端面は、図１の例では、第２発光部２０に接している。キャップ６０には、電子線ＥＢ_１，ＥＢ_２を通過させるための貫通孔６４が設けられている。

【0037】

検出器１００では、第１発光部１０および第２発光部２０は、キャップ６０とライトガイド４０とで挟まれることで固定されている。図示の例では、第２発光部２０を、キャップ６０とライドガイド４０とで挟んで固定している。キャップ６０は、ピン（ネジ）６２によって筒体５０に固定されている。キャップ６０は、アルミニウム等の導電性を有する材料で構成されている。これにより、第１発光部１０および第２発光部２０の帯電を防ぐことができる。

【0038】

次に、第１発光部１０および第２発光部２０の加速電圧に対する輝度の特性について説明する。ここで、加速電圧とは、検出器１００の検出対象となる荷電粒子線（散乱電子Ｅ
Ｂ_２）を加速する電場をつくるための電圧である。例えば透過電子顕微鏡において、加速電圧は、電子銃の陰極と陽極との間に印加された電圧である。また、輝度とは、第１発光部１０および第２発光部２０において、散乱荷電粒子線（散乱電子ＥＢ_２）を変換して発生する光の輝度をいう。

【0039】

図５は、シンチレーターの加速電圧に対する輝度の特性を示すグラフである。図５に示すグラフでは、横軸は加速電圧（ｋＶ）を示し、縦軸は電子１個をシンチレーターで光に変換したときの輝度を示している。図５に示すＨｙｂｒｉｄは、第１発光部１０としてＰ４７、第２発光部２０としてＹＡＰを用いた場合の特性を示すグラフである。また、比較例として、粉末のシンチレーターとしてＰ４７の特性を示し、単結晶のシンチレーターとして、ＹＡＰの特性を示した。なお、Ｐ４７の膜厚は３０μｍであり、ＹＡＰの膜厚は、５００μｍであり、Ｈｙｂｒｉｄでは、Ｐ４７の膜厚が２０μｍでありＹＡＰの膜厚は５００μｍである。

【0040】

図５に示すように、単結晶のシンチレーター（ＹＡＰ）は、加速電圧の増加に伴い、輝度が高くなる。また、粉末のシンチレーター（Ｐ４７）は、ある特定の加速電圧（図示の例では８０ｋＶ近傍）でピークを持つ。

【0041】

この単結晶のシンチレーターと粉末のシンチレーターとの特性の違いは、単結晶のシンチレーターが光に対して透明であるのに対して、粉末のシンチレーターは光に対して透明でないことに起因する。なお、粉末のシンチレーターのピークを示す加速電圧の値は、粉末のシンチレーターの厚みによって変動する。

【0042】

これに対して、Ｈｙｂｒｉｄは、図５に示すように、単結晶のシンチレーター（ＹＡＰ）や粉末のシンチレーター（Ｐ４７）と比べて、低加速電圧（３０ｋＶ）から高加速電圧（３００ｋＶ）まで幅広い範囲で輝度が高い。これは、低加速電圧の電子線は主に粉末のシンチレーターである第１発光部１０で光に変換され、高加速電圧の電子線は第１発光部１０を透過して主に第２発光部２０で光に変換されるためである。

【0043】

第１実施形態に係る検出器１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0044】

検出器１００では、散乱電子ＥＢ_２を光に変換する第１発光部１０と、第１発光部１０を透過した散乱電子ＥＢ_２を光に変換する第２発光部２０と、第１発光部１０で発生した光および第２発光部２０で発生した光を検出する光検出部３０と、を含み、第１発光部１０は、粉末のシンチレーターであり、第２発光部２０は、単結晶のシンチレーターである。これにより、上述のように、散乱電子ＥＢ_２を変換して発生する光の輝度を、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高めることができる。したがって、検出器１００によれば、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができる。

【0045】

検出器１００では、第２発光部２０は、第１発光部１０で発生した光を透過し、光検出部３０は、第１発光部１０で発生して第２発光部２０を透過した光を検出する。これにより、例えば低加速電圧の散乱電子ＥＢ_２に対しても、高い検出感度を有することができる。

【0046】

検出器１００では、第１発光部１０を覆っている導体膜１２を含む。これにより、第１発光部１０の帯電を防ぐことができる。

【0047】

検出器１００では、第１発光部１０および第２発光部２０は、キャップ６０とライトガイド４０によって挟まれて固定されている。したがって、検出器１００では、第１発光部１０および第２発光部２０の装着や取り外しを容易化できる。そのため、例えば第１発光
部１０および第２発光部２０を容易に交換することができる。

【0048】

１．２． 検出器の製造方法
次に、第１実施形態に係る検出器の製造方法について図面を参照しながら説明する。図６および図７は、第１実施形態に係る検出器１００の製造方法を模式的に示す断面図である。

【0049】

図６に示すように、第２発光部２０を準備する。第２発光部２０としては、例えばＹＡＰ、ＹＡＧ、ＬＳＯ等の単結晶を用いることができる。

【0050】

図７に示すように、第２発光部２０上にシンチレーターの粒を塗布し、第１発光部１０を形成する。

【0051】

なお、第１発光部１０の形成方法の変形例としては、例えば、まず、第２発光部２０を液体のなかに沈める。次に、液体上にシンチレーターの粒を振りかける。次に、第２発光部２０でシンチレーターの粒を掬い上げ、その後、液体を乾燥させる。これにより、第２発光部２０上に第１発光部１０を形成することができる。

【0052】

図３に示すように、第１発光部１０上に導体膜１２を形成する。導体膜１２の形成は、例えば、スパッタ法で行われる。

【0053】

図１に示すように、光検出部３０およびライトガイド４０を筒体５０に収容する。次に、ライトガイド４０の端面上に第２発光部２０および第１発光部１０を配置し、キャップ６０を筒体５０に挿入する。そして、第２発光部２０および第１発光部１０を、キャップ６０とライトガイド４０とで挟んで固定する。このとき、ライトガイド４０の貫通孔４２と第１発光部１０および第２発光部２０の貫通孔２２とが連通するように固定する。

【0054】

以上の工程により、検出器１００を製造することができる。

【0055】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る荷電粒子線装置について図面を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態に係る荷電粒子線装置１の構成を示す図である。ここでは、荷電粒子線装置１が、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である例について説明する。

【0056】

荷電粒子線装置１は、図８に示すように、本発明に係る検出器を含んで構成されている。ここでは、荷電粒子線装置１が、本発明に係る検出器として検出器（暗視野像検出器）１００を含んで構成されている場合について説明する。

【0057】

荷電粒子線装置１は、さらに、電子線源２と、照射レンズ（コンデンサーレンズ）３と、走査コイル４と、対物レンズ５と、投影レンズ６と、明視野像検出器７と、を含んで構成されている。

【0058】

電子線源２は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源２は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子を加速するための加速電圧は特に限定されず、例えば、３０ｋＶ以上３００ｋＶ以下である。電子線源２としては、公知の電子銃を用いることができる。電子線源２として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。

【0059】

集束レンズ３は、電子線源２の後段（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。集束レンズ３は、電子線源２で発生した電子線ＥＢを集束させるためのレンズである。集束レン
ズ３は、図示はしないが、多段に構成されていてもよい。

【0060】

走査コイル４は、集束レンズ３の後段に配置されている。走査コイル４は、集束レンズ３および対物レンズ５により集束された電子線ＥＢ（電子プローブ）を試料Ｓ上で走査する。

【0061】

対物レンズ５は、走査コイル４の後段に配置されている。対物レンズ５は、電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射するためのレンズである。

【0062】

試料Ｓは、試料ホルダー（図示せず）によって支持されており、試料ステージによって試料室における位置決めが行われる。試料ステージは、例えば、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。

【0063】

投影レンズ６は、対物レンズ５の後段に配置されている。投影レンズ６は、対物レンズ５の像面もしくは後方焦点面（回折面）を投影して検出器１００上または明視野像検出器７上に結像するためのレンズである。

【0064】

検出器１００は、投影レンズ６の後段に配置されている。検出器１００は、図示の例では、暗視野像検出器として機能している。検出器１００は、試料Ｓで散乱された散乱電子ＥＢ_２を検出する。なお、試料Ｓで散乱せずに透過した透過電子ＥＢ_１は、貫通孔２２，４２および窓部５４を通過する。

【0065】

明視野像検出器７は、検出器１００の後段（後方）に配置されている。明視野像検出器７は、検出器１００を通過した透過電子ＥＢ_１を検出する。明視野像検出器７は、例えば、シンチレーターおよび光電子増倍管を含んで構成されている。

【0066】

次に、荷電粒子線装置１の動作について説明する。

【0067】

荷電粒子線装置１では、電子線源２において電子銃の陰極と陽極との間に加速電圧が印加されることにより加速された電子線ＥＢは、集束レンズ３および対物レンズ５によって集束され試料Ｓに照射される。このとき、細く集束された電子線ＥＢを、走査コイル４を用いて試料Ｓ上で走査する。

【0068】

試料Ｓに電子線ＥＢが照射されると、試料Ｓで後方散乱された散乱電子ＥＢ_２および試料Ｓで散乱されずに透過した透過電子ＥＢ_１は、投影レンズ６を介して、検出器１００の筒体５０の窓部５２に入射する。

【0069】

窓部５２に入射した散乱電子ＥＢ_２は、キャップ６０の貫通孔６４を通過して、第１発光部１０に入射する。

【0070】

荷電粒子線装置１において、加速電圧が低い場合、電子線ＥＢ_２は、主に第１発光部１０で光に変換される。第１発光部１０で発生した光は、第２発光部２０を透過し、ライトガイド４０を介して光検出部３０で検出される。

【0071】

また、荷電粒子線装置１において、加速電圧が高い場合、散乱電子ＥＢ_２は、第１発光部１０を透過して、主に第２発光部２０で光に変換される。第２発光部２０で発生した光は、ライトガイド４０を介して、光検出部３０で検出される。

【0072】

光検出部３０は、入射した光を増幅して電気エネルギーに変換し、電気信号として出力する。荷電粒子線装置１では、この電気信号を、走査コイル４における走査信号と同期さ
せて、画像（暗視野像）を生成する。

【0073】

一方、窓部５２に入射した透過電子ＥＢ_１は、検出器１００を通過する。具体的には、透過電子ＥＢ_１は、筒体５０の窓部５２、キャップ６０の貫通孔６４、発光部１０，２０の貫通孔２２、ライトガイド４０の貫通孔４２、および筒体５０の窓部５４を通過する。検出器１００を通過した透過電子ＥＢ_１は、明視野像検出器７で検出される。

【0074】

荷電粒子線装置１では、明視野像検出器７で検出された検出結果に基づいて、画像（明視野像）を生成する。

【0075】

荷電粒子線装置１では、検出器１００を含んで構成されている。これにより、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができる。したがって、荷電粒子線装置１では、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で良好な画像（暗視野像）を得ることができる。

【0076】

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る荷電粒子線装置について図面を参照しながら説明する。図９は、第３実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａの構成を示す図である。ここでは、荷電粒子線装置１Ａが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である例について説明する。

【0077】

以下、第３実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａにおいて、上述した第１実施形態に係る検出器１００および第２実施形態に係る荷電粒子線装置１の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0078】

荷電粒子線装置１Ａは、図９に示すように、本発明に係る検出器を含んで構成されている。ここでは、荷電粒子線装置１Ａが、本発明に係る検出器として検出器２００を含んで構成されている場合について説明する。検出器２００は、荷電粒子線装置１Ａにおいて、二次電子検出器として機能する。

【0079】

荷電粒子線装置１Ａは、さらに、電子線源２と、照射レンズ（コンデンサーレンズ）３と、走査コイル４と、対物レンズ５と、を含んで構成されている。

【0080】

検出器２００は、第１発光部１０と、第２発光部２０と、光検出部３０と、ライトガイド４０と、コレクタ７０と、を含んで構成されている。

【0081】

コレクタ７０は、第１発光部１０の前段（二次電子ＥＢ_３の上流側）に配置されている。コレクタ７０には、例えば、±数百Ｖの電圧（加速電圧）が印加される。これにより、試料Ｓから放出される二次電子ＥＢ_３は加速されて第１発光部１０に入射する。印加される加速電圧を調整することにより、検出器２００の検出効率を変えることができる。

【0082】

第１発光部１０および第２発光部２０に貫通孔２２が形成されていない点を除いて、第１発光部１０および第２発光部２０の構成は、上述した図３に示す検出器１００の第１発光部１０および第２発光部２０の構成と同様である。また、ライトガイド４０に貫通孔４２が形成されていない点を除いて、ライトガイド４０の構成は、図１に示す検出器１００のライトガイド４０の構成と同様である。

【0083】

次に、荷電粒子線装置１Ａの動作について説明する。

【0084】

荷電粒子線装置１Ａでは、電子線源２から放出された電子線ＥＢは、集束レンズ３および対物レンズ５によって集束されて試料Ｓ上に照射される。このとき、細く集束された電
子線ＥＢを、走査コイル４を用いて試料Ｓ上で走査する。

【0085】

電子線ＥＢが照射されることにより試料Ｓから二次電子ＥＢ_３が放出される。放出された二次電子ＥＢ_３は、所定の加速電圧が印加されたコレクタ７０によって加速されて検出器２００に入射する。検出器２００は、この二次電子ＥＢ_３を検出する。

【0086】

荷電粒子線装置１Ａにおいて、二次電子ＥＢ_３を加速するための加速電圧が低い場合、入射した二次電子ＥＢ_３は、主に第１発光部１０で光に変換される。第１発光部１０で発生した光は、第２発光部２０を透過し、ライトガイド４０を介して光検出部３０で検出される。

【0087】

また、荷電粒子線装置１Ａにおいて、加速電圧が高い場合、入射した二次電子ＥＢ_３は、第１発光部１０を透過して、主に第２発光部２０で光に変換される。第２発光部２０で発生した光は、ライトガイド４０を介して、光検出部３０で検出される。

【0088】

光検出部３０は、入射した光を増幅して電気エネルギーに変換し、電気信号として出力する。荷電粒子線装置１Ａでは、この電気信号を、走査コイル４における走査信号と同期させて、画像（二次電子像）を生成する。

【0089】

荷電粒子線装置１Ａでは、検出器２００を含んで構成されている。これにより、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で高い検出感度を有することができる。したがって、荷電粒子線装置１Ａでは、低加速電圧から高加速電圧まで幅広い範囲で良好な画像（二次電子像）を得ることができる。

【0090】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0091】

１，１Ａ…荷電粒子線装置、２…電子線源、３…集束レンズ、４…走査コイル、５…対物レンズ、６…投影レンズ、７…明視野像検出器、１０…第１発光部、１２…導体膜、２０…第２発光部、２２…貫通孔、３０…光検出部、４０…ライトガイド、４２…貫通孔、５０…筒体、５２…窓部、５４…窓部、６０…キャップ、６２…ピン、７０…コレクタ、１００，２００…検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図5】