特許 7326613 シンチレータ及び荷電粒子線装置

(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】

(24)【登録日】2023-08-04

(45)【発行日】2023-08-15

(54)【発明の名称】シンチレータ及び荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20230807BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20230807BHJP

   C09K 11/54 20060101ALI20230807BHJP

   C09K 11/55 20060101ALI20230807BHJP

【ＦＩ】

H01J37/244

H01J49/02 500

C09K11/54

C09K11/55

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022530414

(86)(22)【出願日】2020-06-10

(86)【国際出願番号】 JP2020022775

(87)【国際公開番号】W WO2021250799

(87)【国際公開日】2021-12-16

【審査請求日】2022-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】高橋 恵理

(72)【発明者】

【氏名】今村 伸

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 誠

(72)【発明者】

【氏名】水谷 俊介

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１１５６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１２８９５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／００２２８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１６３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３５１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１３３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２４１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ４９／０２

Ｃ０９Ｋ １１／５４

Ｃ０９Ｋ １１／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、バッファ層と、発光部と、第１の導電層と、がこの順で積層され、
前記発光部は、Ｇａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒからなる群より選択される１種類以上の元素を含み、
前記基材と前記発光部との間に第２の導電層が設けられていることを特徴とするシンチレータ。

【請求項2】

前記発光部は、発光層と障壁層との積層体を有し、前記発光層および前記障壁層は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒよりなる群から選択された１種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項3】

前記第２の導電層が前記バッファ層と前記発光部との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項4】

前記第２の導電層が前記基材と前記バッファ層との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項5】

前記第２の導電層の膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項6】

前記発光部と前記バッファ層とが複数積層されていることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項7】

前記発光層のバンドギャップエネルギーが前記障壁層より小さいことを特徴とする請求項２に記載のシンチレータ。

【請求項8】

前記発光部からの発光波長のピークが４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシンチレータ。

【請求項9】

前記基材の表面が凹凸構造を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシンチレータ。

【請求項10】

前記第１の導電層がＡｌ、ＺｎおよびＡｇよりなる群から選択された１種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシンチレータ。

【請求項11】

前記第２の導電層がＺｎを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシンチレータ。

【請求項12】

前記発光部がＺｎＯを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシンチレータ。

【請求項13】

分析対象物に電子線を照射する電子源と、前記分析対象物に前記電子線が照射された際に放出される２次粒子を検出する２次粒子検出器と、を備え、
前記２次粒子検出器が、請求項１から７のいずれか１項に記載の前記シンチレータを有することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項14】

前記シンチレータが、前記２次粒子が放出される前記分析対象物の直上に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の荷電粒子線装置。

【請求項15】

前記荷電粒子線装置が、電子顕微鏡装置または質量分析装置であることを特徴とする請求項１４に記載の荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シンチレータおよび荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料に電子線等の荷電粒子線を照射することによって得られる荷電粒子を検出する荷電粒子線装置には、荷電粒子を検出するための検出器が設けられている。例えば、電子ビームを試料に走査することによって、試料から放出された電子を検出する場合、電子検出器にポスト電圧と呼ばれる８～１０ｋＶ程度の正電圧を印加することによって、電子を検出器のシンチレータに導く。あるいは、電子の軌道上に検出器を設け、ポスト電圧を印加せずシンチレータに電子を入射させる方法も考えられる。電子の衝突によってシンチレータにて発生した光はライトガイドに導かれ、光電管などの受光素子によって電気信号に変換され、画像信号や波形信号となる。

【0003】

特許文献１には、不純物が添加されたＺｎＯからなり、放射線の入射に応じてシンチレーション光を生成する発光層を有するシンチレータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１２０１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シンチレータには、残光強度の低減や発光強度の増加による検出効率向上が必要とされる。シンチレータ内で励起されたキャリアの再結合により発光するが、残留キャリアが遅れて発光すると残光の原因となる、また、発光部がキャリアの再結合確率の低い構造の場合は、発光強度が低くなる。

【0006】

上述した特許文献１では、高速応答特性を有する材料を用い、さらに発光層の電子濃度を調整することで、蛍光寿命の短く発光効率の高いシンチレータとすることを特徴としている。ただし、残留キャリアによる残光の低減や、発光部構造改良による発光強度増加は考慮されていない。

【0007】

本発明の目的は、上記事情に鑑み、残光強度を低減し、発光部の構造を改良することで、残光強度低減と発光強度増加を両立するシンチレータおよび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】

【0008】

上記目的を達成するための本発明のシンチレータの一態様は、基材と、バッファ層と、発光部と、第１の導電層と、がこの順で積層され、発光部は、Ｇａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒからなる群より選択される１種類以上の元素を含み、基材と発光部との間に第２の導電層が設けられていることを特徴とする。

【0009】

また、上記目的を達成するための本発明の荷電粒子線装置の一態様は、分析対象物に電子線を照射する電子源と、分析対象物に電子線が照射された際に放出される２次粒子を検出する２次粒子検出器と、を備え、２次粒子検出器が、上述した本発明のシンチレータを有することを特徴とする。

【0010】

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、残光強度を低減し、発光部の構造を改良することで、残光強度低減と発光強度増加を両立するシンチレータおよび荷電粒子線装置を提供できる。

【0012】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の荷電粒子線装置の第１の例を示す断面模式図である。

【図2】本発明の荷電粒子線装置の第２の例を示す断面模式図である。

【図3】本発明の荷電粒子線装置用シンチレータの第１の例を示す断面模式図である。

【図4】本発明の荷電粒子線装置用シンチレータの第２の例を示す断面模式図である。

【図5】本発明の荷電粒子線装置用シンチレータの第３の例を示す断面模式図である。

【図6】シンチレータの第２の導電層の有無と残光との関係を示したグラフである。

【図7】発光部の構造と発光強度との関係を示したグラフである。

【図8】本発明の荷電粒子線装置の第３の例を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［荷電粒子線装置］
以下、シンチレータを検出素子とする検出器を設けた荷電粒子線装置について説明する。以下では、荷電粒子線装置として電子顕微鏡、特に走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の例について説明する。

【0015】

まず始めに、検出器を搭載する荷電粒子線装置の構成について説明する。図１は本発明の荷電粒子線装置の第１の例を示す断面模式図である。図１に示すように、荷電粒子線装置（電子顕微鏡）１ａは、分析対象物（試料）４と、試料４に電子線（１次電子線）３を照射する電子源２と、電子線３が照射された試料４から放出される荷電粒子（２次粒子）５を検出する検出器６とを備える。電子源２は電子光学鏡筒７に収容され、試料４は試料室８に収容される。

【0016】

検出器６は、シンチレータ５０と、ライトガイド５１と、受光素子５２とを有する。２次粒子５は、ポスト電圧を印加して検出器６のシンチレータ５０に引き込まれ、シンチレータ５０で発光が起こる。シンチレータ５０の発光は、ライトガイド５１により導光され、受光素子５２で電気信号に変換される。

【0017】

図２は本発明の荷電粒子線装置の第２の例を示す断面模式図である。図２に示す荷電粒子線装置（電子顕微鏡）１ｂでは、試料４の直上部に２次粒子検出器６のシンチレータ５０を配置することで、試料４から放出された２次粒子５にポスト電圧を印加せずにシンチレータ５０に入射させることができる。また、シンチレータ５０について、２次粒子５が入射する面を大きくすることで、広い角度範囲で放出された２次粒子５を検出することができる。そのため、２次粒子５として、２次電子よりも量が少ない反射電子についても、高効率での検出が可能となり、高精度での像観察や測定が可能となる。

【0018】

図１の荷電粒子線装置１ａおよび図２の荷電粒子線装置１ｂに共通して、シンチレータ５０およびライトガイド５１は、１次電子線３の軌道を阻害しなければ、種々の形状とすることができる。例えば、１次電子線３を中心とした円環型とすることが考えられる。シンチレータ５０についてはライトガイド５１の全面を覆う形状としても、一部を覆う形状としても良い。他に、シンチレータ５０を荷電粒子線装置の内壁や部品に沿った位置に配置することも可能である。また、受光素子５２の数は１つでも複数でも良く、シンチレータ５０の発光を入力できればどの位置に置いても良い。図１では試料室８外に受光素子５２が配置されているが、試料室８内に置いても良い。

【0019】

受光素子５２は、光電子増倍管や半導体を用いた受光素子等が使用可能である。また、シンチレータ５０からの受光素子５２への光の入力は、図１および図２ではライトガイド５１を用いているが、他の方法や他の配置で光を入力しても良い。

【0020】

受光素子５２で得られた信号は、電子線照射位置と対応付けて画像に変換し表示する。１次電子線３を試料４に集束して照射するための電子光学系、即ち、偏向器、レンズ、絞りおよび対物レンズ等は図示を省略している。電子光学系は電子光学鏡筒７に設置されている。試料４は試料ステージ（図示せず）に載せることで移動可能な状態となっており、試料４と試料ステージは試料室８に配置されている。試料室８は一般的には真空状態に保たれている。また、図示を省略しているが、電子顕微鏡には全体および各部品の動作を制御する制御部や、画像を表示する表示部、使用者が電子顕微鏡の動作指示を入力する入力部等が接続されている。

【0021】

この電子顕微鏡は構成の１つの例であり、本発明の荷電粒子線装置は、後述する本発明のシンチレータを備えた電子顕微鏡であれば、他の構成でも適用が可能である。また、２次粒子５には、透過電子および走査透過電子等も含まれる。また、図１および図２では簡単のために２次粒子検出器６を１つのみ示しているが、反射電子検出用検出器と２次電子検出用検出器等を別々に設けても良いし、方位角または仰角を弁別して検出するために複数の検出器を設けていても良い。

【0022】

［シンチレータ］
次に、本発明のシンチレータ５０について説明する。図３は本発明のシンチレータの第１の例を示す断面模式図である。図３に示すように、シンチレータ５０ａは、基材１０と、バッファ層１１と、発光部９と、第１の導電層１２とがこの順で積層された構成を有する。第１の導電層１２は、荷電粒子線装置内において、検出対象となる荷電粒子が入射する側に形成される。また、基材１０と発光部９との間に第２の導電層１３を有する。言い換えると、発光部９より基材１０側に第２の導電層１３を有する。

【0023】

シンチレータ５０ａを構成する各層の材料は、例えば、基材１０はサファイア、バッファ層１１およびシンチレータ発光部９はＧａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）およびＳｒ（ストロンチウム）よりなる群から選択された１種類以上の元素を含み、第１の導電層１２はＡｌ、ＺｎおよびＡｇ（銀）よりなる群から選択された１種類以上の元素を含み、第２の導電層１３はＺｎを含む材料とすることができる。バッファ層１１、発光部９、第１の導電層１２および第２の導電層１３は、気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によって成膜することができる。

【0024】

シンチレータ発光部９に残留するキャリアを第２の導電層１３から除去することで、残留キャリアによる遅い発光（残光）を低減できる。第２の導電層１３は、図３ではバッファ層１１と発光部９の界面に設けられているが、基材１０とバッファ層１１の界面等に設けられていても良い。発光部９より基材１０側にあれば残留キャリアを除去することができる。

【0025】

基材１０は、例えば１／２～４インチφの円盤状であり、バッファ層１１、第２の導電層１３および発光部９、を成長させ、第１の導電層１２を形成した後に所定のサイズに切り出したものをシンチレータとして用いることができる。基材１０とバッファ層１１または第２の導電層１３の界面は、平面でも凹凸のある構造でも良い。例えば、断面を見た時に、構造ピッチ１０～１００００ｎｍかつ構造高さ１０～１００００ｎｍの突起状構造が連続的に形成されている構造を用いれば、シンチレータ発光部９での発光を基材１０側に取り出せる確率が増加し、発光出力を向上させることができる。

【0026】

バッファ層１１の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。バッファ層１１が１μｍより薄いと、シンチレータ発光部９に歪みが生じ、残光が増加する可能性がある。また、バッファ層１１が１０μｍより厚いと、発光した光がバッファ層１１内で吸収され、シンチレータからの光取り出し量が減少する可能性がある。
シンチレータ発光部９の厚さは２００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。シンチレータ発光部９が２００ｎｍより薄いと、発生するキャリア数が少ないため発光強度が低くなる。また、シンチレータ発光部９が１０μｍより厚いと、発光してもバッファ層１１側に光が到達する前にシンチレータ発光部９内で吸収され、シンチレータからの光取り出し量が減少する可能性がある。

【0027】

第１の導電層１２の厚さは、４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。第１の導電層１２が４０ｎｍより薄いと、２次粒子５が入射する際に帯電する可能性がある。また、第１の導電層１２が５００ｎｍより厚いと、２次粒子５が第１の導電層１２を通過する際にエネルギーを損失し、シンチレータ発光部９への荷電粒子線の入射量が減少する可能性がある。第１の導電層１２の材質は、導電性のある材料であれば、Ａｌ、ＺｎおよびＡｇ以外にも他の材質や合金等を用いることができる。
第２の導電層１３の厚さは、１０ｎｍ以上とすることが好ましい。第２の導電層１３が１０ｎｍより薄いと、第２の導電層１３が形成されない部分ができ、その部分に帯電する可能性がある。第２の導電層１３の材質は、Ｚｎを含むことが好ましいが、導電性があり発生した光を透過できる材料であれば、Ｚｎ以外にも他の材質や合金等を用いることができる。

【0028】

図４は本発明のシンチレータの第２の例を示す断面模式図である。図４に示すシンチレータ５０ｂは、発光部９が発光層１４および障壁層１５の積層体で構成されている点が図３に示すシンチレータ５０ａと異なる。発光部９と基材１０との間には、図示されていないが、図３と同様に第２の導電層が設けられている。

【0029】

シンチレータ５０ｂを構成する各層の材料は、上述した図３のシンチレータ５０ａと同様に、例えば、基材１０はサファイア、バッファ層１１、発光層１４および障壁層１５はＺｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒよりなる群から選択された１種類以上の元素を含み、第１の導電層１２はＡｌ、ＺｎおよびＡｇよりなる群から選択された１種類以上の元素を含む材料とすることができる。バッファ層１１、発光層１４および障壁層１５は、気相成長法によって成膜することができる。上述した材料で構成された積層体からなるシンチレータ発光部９は、量子井戸構造を有し、高い発光強度を得ることができる

【0030】

基材１０、バッファ層１１、シンチレータ発光部９および第１の導電層の形状や厚みについては、上述の図３と同様である。

【0031】

発光層１４のバンドギャップエネルギー（Ｅ_ｇ）は障壁層１５より小さいことが好ましい。発光層１４のＥ_ｇが障壁層より小さいと発光層１４へキャリアが集まりやすくなり、キャリアの再結合による発光確率が向上する。

【0032】

発光層１４の厚さａと障壁層１５の厚さｂの関係は、具体的には、ｂ／ａ＝５以上５０以下とすることが好ましい。ｂ／ａが５より小さいと、発光層１４で生じた格子定数のずれが障壁層１５で抑制できずに歪みが生じ、残光が増加する可能性がある。また、ｂ／ａが５０より大きいと、障壁層１５を移動するキャリアの発光層１４への到達確率が減少し、発光強度が低下する可能性がある。また、更に発光強度向上と残光強度低下の効果を良く発現させるためには、ｂ／ａは１１以上２５以下であることが望ましい。

【0033】

障壁層１５の厚さｂは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。厚さｂが１０ｎｍより薄いと、シンチレータ発光部９の積層体に歪みが生じて発光強度の低下や残光強度の増加が起きる可能性がある。また、厚さｂが１００ｎｍより厚いと、障壁層１５を移動するキャリアの発光層１４への到達確率が減少し、発光強度が低下する可能性がある。

【0034】

発光層１４と障壁層１５は、交互に複数層積層されていることが好ましい。障壁層１５が厚いとキャリアの発生数が増加するが、厚すぎると発光層１４へのキャリアの到達確率が減少し、発光強度が低下する可能性がある。この時、発光層１４と障壁層１５を複数交互に積層することで、それぞれの障壁層１５の厚さを維持したまま、シンチレータ発光部９の積層体に含まれる障壁層１５の総厚を増加できるため、キャリア数の増加とキャリアの発光層１４への到達確率向上を両立することが可能となる。

【0035】

発光層１４と障壁層１５の層数は、それぞれ５以上２５以下とすることが好ましい。層数が５より少ないと、シンチレータ発光部９の積層体を厚くすることができず発光強度が低くなる可能性がある。また、層数が２５より多いと、格子定数の異なる層を多数積層することにより歪みが生じ、発光強度の低下や残光強度の増加が起きる可能性がある。更に、積層体が厚くなるため、積層体の中で光が吸収されて光取り出し量が減少する可能性がある。

【0036】

図５は本発明のシンチレータの第３の例を示す断面模式図である。図５に示すシンチレータ５０ｃは、図３もしくは図４に示すシンチレータ５０ａ，５０ｂの発光部９およびバッファ層１１の組み合わせを繰り返し積層した構成を有する。図５では発光部９を発光層１４と障壁層１５の積層体としているが、図３に示したような単層の発光部９としてもよい。発光部９と基材１０との間には、図示されていないが、図３と同様に第２の導電層が設けられている。

【0037】

発光部９およびバッファ層１１の最上部から最下部までの厚みは２００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。発光部９およびバッファ層１１が２００ｎｍより薄いと、発生するキャリア数が少ないため発光強度が低くなる。また、発光部９およびバッファ層１１が１０μｍより厚いと、発光した光が発光部９もしくはバッファ層１１内で吸収され、シンチレータからの光取り出し量が減少する可能性がある。

【0038】

２次粒子５の電圧が高いとシンチレータ５０への侵入距離が大きくなるため、２次粒子５によるキャリアの励起量を増加させるには、シンチレータ発光部９を２次粒子５の侵入距離に応じて厚くする必要がある。この時、シンチレータ発光部９のみを厚く積層すると、特に図４に示した発光層１４と障壁層１５の積層体とした場合は構造の歪みが増加する可能性があり、残光が増加すると考えられる。一方、シンチレータ発光部９とバッファ層１１を繰り返し積層した場合、バッファ層１１の積層により歪みが減少するため、残光の増加なく発光強度を増加することができる。

【0039】

図３～５に示したバッファ層１１、シンチレータ発光部９、発光層１４、障壁層１５、第１の導電層１２および第２の導電層１３の層厚や層数については、透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＴＥＭ）やＸ線等を用いることにより測定できる。

【0040】

発光部９としては、特にＺｎＯ（酸化亜鉛）を含む材料を用いることが好ましい。ＺｎＯを含むと発光の減衰が速いため、残光の低減と発光強度の増加を高いレベルで両立できる。また、ＺｎＯを含む発光部９を量子井戸構造にする場合、Ｃｄを添加することでＥ_ｇを大きくし、Ｍｇを添加することでＥ_ｇを小さくすることができる。

【0041】

シンチレータの発光波長は４５０ｎｍ以下とすることが好ましい。特にＺｎＯでは添加物がない場合の発光波長が３８０ｎｍであるのに対し、Ｍｇ等を添加することで長波長化するが、発光波長が４５０ｎｍより大きくなると、添加量の増加により構造が変化し、歪みが生じて残光が増加する可能性がある。

【0042】

ＬＥＤ（発光ダイオード）の場合、電流注入によりｐ型半導体とｎ型半導体の間にあるｐｎ接合部分でキャリアが再結合し発光するのに対し、図３～５に示したシンチレータでは、ｎ型構造中で入射した荷電粒子によるキャリアの励起および再結合による発光が起こる。そのため、ｐｎ接合させずに発光させることができるため、ｐ型構造を形成する必要がない。この点で本発明のシンチレータとＬＥＤとは異なる。

【0043】

上記説明のシンチレータでは、シンチレータ内の上下方向（第１の導電層１２から基材１０に向けた方向）だけでなく、左右方向にも光を伝播することができる。そのため、図２のように試料４からの２次粒子５の入射面が大きなシンチレータ５０について、入射面と９０度の角度を付けて設けられた面を有する受光素子５２にライトガイド５１で導光する場合でも、シンチレータ５０の内部を光が伝播することで受光素子５２での光の検出効率を向上させることができる。

【0044】

図６は、シンチレータの第２の導電層１３の有無と残光との関係を示したグラフである。シンチレータは図３に示す構成とし、基材１０（２インチφのサファイア基板）、バッファ層１１（１μｍのＺｎＯ層）、発光部９（１μｍのＺｎＯ：Ｇａ）、第１の導電層１２（８０ｎｍのＡｌ）を積層した。第２の導電層１３（１０ｎｍのＺｎＯ）があるサンプルと第２の導電層１３が無いサンプルを用意した。バッファ層１１、発光部９および第２の導電層１３は、ＣＶＤで成膜した。

【0045】

図６では、発光強度の時間変化を示しており、シンチレータをオシロスコープに接続した時の波形である。印加電圧は１０ｋＶとした。第２の導電層１３がない場合（図６の実線のグラフ）は発光の立下りの傾きが小さく、残光が大きいことがわかる。一方、第２の導電層１３がある場合（図６の破線のグラフ）は、発光の立下りの傾きが大きく、残光がより減少していることがわかる。第２の導電層１３を有することで、発光の立上りから最大強度の１０％まで発光が減衰するまでの時間を５ｎｓより小さくできる。

【0046】

なお、発光部９が図４の量子井戸構造および図５の発光部９とバッファ層１１とを積層したシンチレータであっても、上述した図６と同様に、残光が低減できることを別途確認している。

【0047】

図７は発光部の構造と発光強度との関係を示したグラフである。図７では、構成１：シンチレータ発光部９を１μｍの単層とした場合、構成２：量子井戸構造を有するシンチレータ発光部９およびバッファ層１１を１組積層して発光部９を１μｍとした場合、構成３：量子井戸構造を有するシンチレータ発光部９およびバッファ層１１を５組積層して発光部９の最上部から最下部までを１０μｍとした場合とした。構成１～構成３のシンチレータを電子顕微鏡に搭載し、１０ｋＶおよび６０ｋＶでの像の明るさ（発光強度）を示している。構成１と構成２の比較から、シンチレータ発光部９を単層とした場合に比較し、量子井戸構造とすることで発光強度が増加することがわかる。また、構成１・構成２と構成３との比較から、シンチレータ発光部９の厚みを増加させることで、特に高電圧の６０ｋＶにおいて発光強度が増加することがわかる。

【0048】

上記説明では、主にシンチレータを走査電子顕微鏡等の検出器に適用した例を説明したものであるが、質量分析装置の検出器として、本発明の荷電粒子線装置用シンチレータを採用しても良い。

【0049】

質量分析装置は、イオンを電磁気的作用により質量分離し、測定対象イオンの質量／電荷比を計測するものである。図８は本発明の荷電粒子線装置の第３の例を示す断面模式図である。図８では、荷電粒子線装置１ｃとして質量分析装置の構成を示している。図８に示す質量分析装置１ｃは、分析対象である試料をイオン化するイオン化部６０と、イオン化部６０において取り出されたイオンを質量選択する質量分離部６１と、質量分離部６１において質量選択されたイオンを電極に衝突させて荷電粒子に変換するコンバージョンダイノード（変換電極）６２と、コンバージョンダイノード６２で発生した荷電粒子を検出する２次粒子検出器６を有する。

【0050】

イオン化部６０のイオン化の方法として、ＥＳＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＰＣＩ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、ＭＡＬＤＩ（Ｍａｔｒｉｘ－Ａｓｓｉｓｉｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）およびＡＰＰＩ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐｈｏｔｏ－Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）等がある。また、質量分離部６１には、ＱＭＳ（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）型、Ｉｏｎｔｒａｐ型、時間飛行（Ｔｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）型、ＦＴ－ＩＣＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型、Ｏｒｂｉｔｒａｐ型あるいはそれらの複合型等がある。

【0051】

２次粒子検出器６は、図１および図２に示した２次粒子検出器６と同様の構成を有しており、本発明のシンチレータ５０を備えている。本発明の荷電粒子線装置用シンチレータ５０を適用することによって、高速かつ高感度分析が可能な質量分析装置１ｃの提供が可能となる。

【0052】

以上、説明した通り、本発明によれば、残光強度を低減し、発光強度を増加した荷電粒子線装置用シンチレータを提供できることが示された。

【0053】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0054】

上述した本発明の実施形態では、本発明の荷電粒子線装置としてＳＥＭおよび質量分析装置を例にして説明したが、本発明の荷電粒子線装置はこれらに限られるものではない。イオンビームを用いた他の装置への適用も可能である。

【0055】

また、ＳＥＭを用いた場合の用途としても、観察のみでは無く、半導体パターンの計測装置および検査装置等にも適用可能である。

【0056】

さらに、本発明のシンチレータは。荷電粒子線装置に限らず、放射線を検出する放射線検出器にも適用可能である。

【符号の説明】

【0057】

１ａ、１ｂ…荷電粒子線装置（電子顕微鏡）、１ｃ…荷電粒子線装置（質量分析装置）、２…電子源、３…１次電子線、４…分析対象物（試料）、５…２次粒子、６…２次粒子検出器、７…電子光学鏡筒、８…試料室、９…シンチレータ発光部、１０…基材、１１…バッファ層、１２…第１の導電層、１３…第２の導電層、１４…発光層、１５…障壁層、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…シンチレータ、５１…ライトガイド、５２…受光素子、６０…イオン化部、６１…質量分離部、６２…変換電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】