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WO2021255853A1 - 荷電粒子または放射線の検出装置 - Google Patents

荷電粒子または放射線の検出装置 Download PDF

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WO2021255853A1
WO2021255853A1 PCT/JP2020/023741 JP2020023741W WO2021255853A1 WO 2021255853 A1 WO2021255853 A1 WO 2021255853A1 JP 2020023741 W JP2020023741 W JP 2020023741W WO 2021255853 A1 WO2021255853 A1 WO 2021255853A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection device
scintillator
light
incident
shielding portion
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2020/023741
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
ライラアンバー サリ
伸 今村
拓夢 岩中
好文 關口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Tech Corp
Priority to US17/926,951 priority Critical patent/US12339407B2/en
Priority to PCT/JP2020/023741 priority patent/WO2021255853A1/ja
Priority to JP2022531165A priority patent/JPWO2021255853A1/ja
Priority to DE112020007005.0T priority patent/DE112020007005T5/de
Publication of WO2021255853A1 publication Critical patent/WO2021255853A1/ja
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    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • G—PHYSICS
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    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
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    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20188—Auxiliary details, e.g. casings or cooling
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2443—Scintillation detectors
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2446—Position sensitive detectors

Definitions

  • the present invention relates to a detection device that detects charged particles or radiation as a detection target.
  • the detection device is used to convert a particle signal such as an electron or an ion or a radiation signal such as an X-ray or a gamma ray into a voltage signal or a current signal.
  • a particle signal such as an electron or an ion or a radiation signal such as an X-ray or a gamma ray
  • the detection device is called a charged particle detection device
  • the detection device is called a radiation detection device.
  • a scanning electron microscope is a charged particle device that uses a charged particle beam such as an electron beam.
  • the object to be detected is a charged particle such as an electron, and the charged particle detection device is indispensable.
  • the SEM irradiates the sample to be observed with the electron beam generated by the electron source, and the electrons emitted from the sample are detected by the charged particle detection device.
  • the charged particle detector outputs a current according to the amount of detected electrons.
  • An SEM image is formed by displaying the relationship between this amount of current and the electron beam irradiation position on the sample in two dimensions.
  • Most of these charged particle detectors have a scintillator that converts the detected electrons into photons, a light guide that delivers the light emitted by the scintillator to the photodetector, and light that detects the photons from the scintillator and converts them into current. It is equipped with a detector.
  • a photomultiplier tube PMT: Photomultiplier Tube
  • MPPC Multi-Pixel Photon Counter
  • the radiation detectors differ only in the type of scintillator in the same configuration. That is, in the radiation detector, the scintillator converts the detected radiation into light having a wavelength that can be detected by the photodetector.
  • Patent Document 1 discloses, as an example of a scintillator, a technique for increasing the output of emitted light.
  • Crosstalk is a phenomenon in which the position where the charged particles or radiation to be detected in the scintillator are incident and the position where the light is incident in the photodetector do not correspond exactly.
  • a specific pixel of a microscope image corresponds to a specific area of a scintillator and a specific area of a photodetector.
  • the range of light expands as the light propagates in the scintillator or light guide, and the photodetector may detect light in multiple regions. This is an example of crosstalk.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to reduce crosstalk in a detection device that detects charged particles or radiation as a detection target.
  • An example of the detection device is A detector that detects charged particles or radiation as a detection target.
  • a photodetector that detects the light emitted from the scintillator,
  • a light guide provided between the scintillator and the photodetector,
  • a shielding portion that partially shields at least one of the detection target incident on the scintillator and the light emitted from the scintillator.
  • crosstalk can be reduced.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a photodetector of the charged particle detection device of FIG. 3A.
  • FIG. 3A is a schematic view of a shielding portion of the charged particle detection device of FIG. 3A.
  • the schematic diagram of the modification of the shielding part The figure explaining the dimension of the shielding part.
  • FIG. 2 The figure explaining an example of the manufacturing method of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 2.
  • FIG. 2 The figure explaining an example of the manufacturing method of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 2.
  • FIG. 2 The figure explaining an example of the manufacturing method of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 2.
  • FIG. The figure explaining an example of the manufacturing method of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 2.
  • FIG. The schematic diagram of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 3.
  • FIG. The schematic diagram of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 4.
  • FIG. The schematic diagram of the charged particle detection apparatus which concerns on Example 5.
  • a charged particle detection device that detects charged particles as a detection target will be described as an example.
  • a radiation detection device that detects radiation as a detection target can also be configured in the same manner.
  • the charged particle is an electron in the following example, but it may be a positron, a proton, an alpha ray, another ion, or the like.
  • Radiation also includes electromagnetic waves (including X-rays, gamma rays, etc.), neutron rays, muons, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic view of a charged particle beam device 100a according to a first embodiment of the present invention.
  • the charged particle beam device is configured as an SEM.
  • the primary electron 102 is extracted from the electron source 101.
  • the charged particle beam device 100a includes a scanning deflector 103 and an objective lens 104.
  • the scanning deflector 103 and the objective lens 104 are arranged in the orbit of the primary electron 102.
  • the primary electron 102 irradiates the sample 106 arranged on the sample transfer stage 105.
  • the signal electron 107 is emitted from the sample 106.
  • the signal electron 107 means an electron emitted from the sample, and the secondary electron directly excited by the primary electron and emitted into the vacuum and the primary electron repeatedly scattered in the sample and emitted into the vacuum again. Includes backscattered electrons.
  • a charged particle detection device 108a that detects signal electrons is provided under the objective lens 104.
  • a central opening 118 is provided in the center of the charged particle detection device 108a so that the primary electron 102 can pass through.
  • the primary electrons 102 emitted from the electron source 101 are controlled by the objective lens 104 and focused on the sample 106 so that the beam diameter is minimized.
  • the scanning deflector 103 is controlled by the system control unit 120 and deflects the primary electron 102 so that the primary electron 102 scans a defined region of the sample 106.
  • the signal electron 107 is detected by the charged particle detection device 108a.
  • a SEM image is formed on the monitor 121 by performing signal processing of the detected signal electrons 107 in synchronization with the scanning signal sent from the system control unit 120 to the scanning deflector 103.
  • FIG. 2 is a schematic view of the charged particle detection device 108a of FIG.
  • the charged particle detection device 108a has the following configuration.
  • -Photodetector 111 that detects the light 112 emitted from the scintillator 109 -Light guide 110 provided between the scintillator 109 and the photodetector 111
  • the scintillator 109 includes a fluorescent layer 109a, a collodion layer 109b, and a reflective layer 109c. Further, a shielding portion 113 is provided in contact with the scintillator 109 (embedded in the scintillator 109 in the example of FIG. 2).
  • the shielding portion 113 may be configured as a layer (shielding layer). Further, the shielding portion 113 may be configured as a black matrix.
  • the scintillator 109 includes a surface on which the signal electrons 107 are incident (incident surface 109d) and a surface on which light is emitted (emission surface).
  • the emission surface of the scintillator 109 comes into contact with the entrance surface of the light guide 110.
  • the shielding portion 113 is arranged between the scintillator 109 and the light guide 110.
  • the shielding portion 113 is provided on the exit surface of the scintillator 109 (that is, the surface of the fluorescent layer 109a on the side in contact with the light guide 110). According to such a configuration, light due to fluorescence can be efficiently shielded.
  • the shielding portion 113 is made of, for example, metal or resin, it is easy to manufacture and the transmittance can be lowered.
  • the shielding portion 113 can be made of a reflective or absorbent material.
  • reflective or absorbent materials are titania, zirconia, alumina, ceria, tin oxide, zircon, iron oxide, zinc oxide, niobium oxide, silicon nitride, boron nitride, aluminum nitrate, silicon carbide, aluminum hydroxide, titanium.
  • Materials containing at least one of barium acid acid and diamond can be used. When such a material is used, it is easy to manufacture and the transmittance can be lowered.
  • the shielding portion 113 can be configured to include a light reflecting layer, for example, the entire shielding portion 113 can be configured by a light reflecting layer. According to such a configuration, the light transmittance can be lowered.
  • the light reflecting layer is lightweight when made of aluminum and is easy to manufacture.
  • the shielding portion 113 can be formed by using, for example, a chrome metal thin film. Further, the shielding portion 113 can be formed by using, for example, an alloy. Alloys can be composed of two or more of carbon, manganese, silicon, phosphorus, sulfur, aluminum, yttrium, nickel, and iron. Alternatively, the shielding portion 113 may be formed using a polymer. Further, metal particles may be mixed in the polymer. The metal particles are, for example, aluminum, zinc, copper, iron, silver, gold, or nickel. The metal particles may be placed at different positions in the polymer. Further alternative, the shielding portion 113 may be formed by using a metal thin film.
  • the metal thin film can be composed of, for example, chromium, aluminum, gold, silver, tungsten, and the like.
  • the shielding portion 113 can be formed by using a photosensitive resin containing carbon black.
  • the shielding portion 113 can be formed by using an organic material (for example, an organic resin).
  • the shielding unit 113 shields a part of at least one of the signal electrons 107 incident on the scintillator 109 or the light 112 emitted from the scintillator 109. In this embodiment, the shielding unit 113 shields a part of the light 112, but in another embodiment described later, the shielding unit 113 shields a part of the signal electron 107. Both of these may be shielded.
  • the fluorescent layer 109a is formed by using an inorganic powder phosphor.
  • the median diameter of the powder phosphor is, for example, in the range of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a powder fluorophore having a diameter within this range can form a good fluorophore thin film.
  • good resolution can be realized by using a powder phosphor having a diameter of 10 ⁇ m or less.
  • the powder fluorophore includes, for example, any of the following: -P47 (Y 2 SiO 5 : Ce) -YAG or GGAG ((Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Tb) -YAP (YALo 3 : Ce) -GOS (Gd 2 O 2 S: Pr, Gd 2 O 2 S: Ce, Gd 2 O 2 S: Tb)
  • the powder phosphor can be formed by using a sedimentation coating method, a centrifugal coating method, a printing method, or the like.
  • One surface of the fluorescent layer 109a (the surface constituting the emission surface of the scintillator 109) is arranged so as to be in contact with the incident surface of the light guide 110.
  • a thin film of the collodion layer 109b is formed in contact with the other surface of the fluorescent layer 109a, and a thin film of the reflective layer 109c is further formed.
  • the reflective layer 109c reflects light and increases the proportion of photons generated in the fluorescent layer 109a that are incident on the light guide 110.
  • the collodion layer 109b is, for example, a resin layer.
  • the resin layer may contain nitrocellulose. According to such a configuration, the resin layer can be formed thinly. Nitrocellulose may be contained in a suitable solvent (eg, ethyl acetate).
  • the reflective layer 109c is made of, for example, aluminum and has a thickness of, for example, 700 to 1000 angstroms.
  • the reflective layer 109c can be deposited by depositing pure aluminum on the collodion film.
  • the crosstalk is reduced by the shielding unit 113. That is, the shielding unit 113 divides the regions where light can be emitted from the scintillator 109, and separates these regions from each other. Therefore, the light generated by the signal electron 107 incident in a certain region and the light generated by the signal electron 107 incident in another region do not incident at the same position in the photodetector 111. This reduces crosstalk.
  • the shielding portion 113 may be arranged at a portion where crosstalk is desired to be reduced, and its specific shape can be arbitrarily designed. If the plurality of regions where light can be emitted from the scintillator 109 are completely separated from each other, the crosstalk between the regions can be further reduced, but it is not necessary to have such a configuration (that is, the plurality of regions). May be partially continuous with each other).
  • the light transmittance of the shielding portion 113 can be appropriately designed by those skilled in the art, but if it is 60% or less, crosstalk can be appropriately reduced. As shown in FIG. 2B, the light transmittance of the shielding portion 113 can be reduced to 60% or less by using, for example, a chrome thin film having a thickness of 10 nm or more. This reduces crosstalk.
  • the light guide 110 includes a surface on which the light emitted from the scintillator 109 is incident (incident surface) and a surface on which the light is emitted (emission surface). As shown in FIG. 2, the area of the exit surface of the light guide 110 is larger than the area of the incident surface of the light guide 110. Therefore, the light path is expanded by the light guide 110.
  • MPPC for example, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., model: S13360-6025CS
  • detection pixels of a fine quadrangle having a side of several tens of ⁇ m are spread on a quadrangular detection surface having a side of several mm.
  • an electric signal is generated for each pixel, and the electric signal of each pixel represents the detection of one photon.
  • the incident photon density becomes high and a plurality of photons are simultaneously incident on one detection pixel, the proportional relationship between the number of incident photons and the output current is broken, and an accurate photographed image cannot be obtained. That is, when the current of the primary electron beam becomes large, the photodetector may be saturated.
  • the charged particle detection device 108a since the light guide 110 expands the optical path, the light emitted from the scintillator 109 is dispersed, and the density of photons incident on the photodetector 111 is reduced. To. Therefore, the photodetector 111 does not saturate even if the current of the primary electron beam increases, and a more accurate contrast image can be obtained.
  • the resolution of a general scintillator is less than 1 mm, but the resolution of a general photodetector is at least about 1 mm, and the resolution of the scintillator cannot be effectively used when these are simply connected.
  • the light from the scintillator 109 can be magnified and incident on the photodetector 111 by the light guide 110, so that the high resolution of the scintillator 109 is effective. It can be used.
  • the area ratio between the incident surface of the scintillator 109 and the incident surface of the photodetector 111 is equal to the area ratio of the incident surface of the light guide 110 and the exit surface of the light guide 110.
  • the area of the incident surface of the scintillator 109 and the area of the incident surface of the light guide 110 are equal, and the area of the incident surface of the light detector 111 and the area of the exit surface of the light guide 110 are equal. According to such a configuration, the dimensions of each component can be matched and the space can be efficiently used.
  • the area of the incident surface of the photodetector 111 is 20 times or less the area of the incident surface of the scintillator 109. If it exceeds 20 times, the manufacturing process becomes complicated and the efficiency decreases.
  • the central opening 118 As shown in FIG. 2, the detection surface 111a of the photodetector does not expand radially inward (center opening 118 side) with respect to the incident surface 109d of the scintillator, but expands radially outward. Is desirable. With such a configuration, a large number of signal electrons 107 can be detected.
  • the present inventors have found that the transmittance of the light guide 110 (the ratio of the light emitted from the other surface to the light incident from one surface) differs depending on the propagation direction of the light.
  • the transmittance is higher when the light propagates from the surface having a small area to the surface having a large area (corresponding to the present embodiment), and vice versa. Therefore, when the area of the exit surface is large with respect to the incident surface as in the present configuration, not only the saturation of the photodetector 111 can be avoided, but also the transmittance is large.
  • the light guide 110 has a shape in which the cross-sectional area increases monotonically from the incident surface to the exit surface, but the shape of the light guide 110 is not limited to this.
  • the shape may be such that the cross-sectional area decreases from the entrance surface to the exit surface up to a certain position, and the cross-sectional area increases beyond that position.
  • FIG. 3A is a schematic view of the charged particle detection device 108b according to the second embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic view of the photodetector 111b of the charged particle detection device 108b of FIG. 3A, and is a view of the incident surface viewed from the sample side in the optical axis direction.
  • the charged particle detection device 108b of this embodiment uses an array-shaped photodetector 111b composed of a plurality of detection cells 111c instead of the photodetector 111 of the first embodiment.
  • the light guide 110 is composed of a plurality of divided blocks 110a.
  • the divided blocks 110a are manufactured as separate members and arranged to form the light guide 110. Therefore, a discontinuous surface exists at the boundary of each divided block 110a, and the light is suppressed from propagating beyond the divided block 110a. This further reduces crosstalk.
  • the photodetector 111b As shown in FIG. 3B, in this embodiment, as an example, eight array-shaped photodetectors 111b (for example, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., model: S13615-1025N-04) are arranged to form a photodetector. ing.
  • the photodetector 111b consists of detection cells 111c of 16 (4 ⁇ 4) channels, respectively.
  • the photodetector 111b may consist of an array-shaped photodetector (for example, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., model: S13615-1025N-08) composed of 64 (8 ⁇ 8) channel detection cells.
  • the divided blocks 110a of the light guide 110 have a one-to-one correspondence with the detection cells 111c of the array-shaped photodetector, respectively. As a result, almost all of the photons incident on the divided block 110a are incident on the detection cell 111c corresponding to the divided block 110a, and the crosstalk is further reduced.
  • the signal electron 107 incident on the incident surface 109d of the scintillator 109 is converted into a photon.
  • the photon is incident on the divided block 110a directly above the incident position of the scintillator 109, and guides the inside of the divided block 110a. After that, the photon is incident on the detection cell 111c of the photodetector 111b corresponding to the divided block 110a.
  • w be the radial distance from the position where the primary electron 102 is incident on the sample 106 to the position where the signal electron 107 is incident on the incident surface 109d of the scintillator.
  • h be the axial distance from the surface of the sample 106 to the incident surface 109d of the scintillator.
  • ⁇ be the emission angle of the signal electron 107 from the sample.
  • a detection device capable of detecting the incident position of the signal electron 107 with high accuracy is particularly referred to as a position discrimination detection device in the present specification.
  • the charged particle detection device 108b according to the second embodiment is an example of a position discrimination detection device.
  • the incident position of the signal electron 107 can be specified to some extent, but the position discrimination detection device has higher position detection accuracy.
  • the charged particle detection device 108b Since the charged particle detection device 108b according to the present embodiment has the above-mentioned configuration, it is possible to accurately discriminate the incident position of the signal electron on the detection surface. By accurately discriminating the incident position, the emission angle of the signal electron from the sample can be calculated, and detailed information on the material and shape of the sample can be obtained.
  • FIG. 3C is a schematic view of the shielding portion 113 of the charged particle detection device 108b of FIG. 3A, and is a view seen from the sample side in the optical axis direction.
  • the shielding portion 113 is configured to divide the incident surface, cross section, or exit surface (exit surface in this embodiment) of the scintillator 109 into a plurality of opening regions 113c.
  • the opening region 113c is a square and is arranged in a two-dimensional array except for the range corresponding to the central opening 118.
  • Such a configuration is suitable for specifying the incident position of the signal electron 107 in a two-dimensional array.
  • the aperture region 113c is separated from each other by a shielding portion 113, and the light generated by the signal electron 107 incident in one opening region 113c and the light generated by the signal electron 107 incident in another aperture region 113c are light. It does not enter the same position on the detector 111. This reduces crosstalk.
  • the opening area 113c of the shielding portion 113, the divided block 110a of the light guide 110, and the detection cell 111c of the photodetector 111b are arranged so as to correspond to each other. Therefore, almost all of the light that has passed through the opening region 113c propagates through the dividing block 110a corresponding to the opening region 113c, and almost all of the light is incident on the detection cell 111c corresponding to the opening region 113c. .. In this way, crosstalk is reduced.
  • FIG. 3D is a schematic view of a modified example of the shielding portion 113.
  • a plurality of opening regions 113c are arranged radially and circumferentially. Such a configuration is suitable for specifying the incident position of the signal electron 107 in the radial direction and the circumferential direction. It is preferable to change the configuration of the scintillator 109, the configuration of the divided block 110a of the light guide 110, and the configuration of the photodetector 111b according to the configuration of the shielding portion 113.
  • the dimensions of the shielding portion 113 will be described with reference to FIG. 3E.
  • the shielding width d of the shielding portion 113 is, for example, in the range of 1 ⁇ m to 1 mm. Further, if the relationship between the shielding width d and the pitch L satisfies 0.002L ⁇ d ⁇ 0.6L, the output efficiency of light emission exceeds 16%, which is preferable.
  • the shielding width is, for example, the width of the shielding portion 113 when the shielding portion 113 is formed in a linear shape as shown in FIG. 3C or FIG. 3D.
  • the pitch L of the shielding portion 113 can be, for example, 2 mm. If the pitch L is 2 mm or less, the resolution of the charged particle detection device 108b may be sufficient. Further, when the pitch L is 0.5 mm or less, the resolution of the charged particle detection device 108b may be further increased.
  • the shielding portion 113 is formed by parallel lines at equal intervals, the definition of pitch L is self-evident, but even if it is not the case, the measuring method of the pitch L of the shielding portion 113 can be appropriately defined. .. For example, the pitch L can be defined based on the maximum opening diameter of each opening region 113c.
  • the thickness tb of the shielding portion 113 can be less than half the thickness ts of the fluorescent layer 109a. Such a configuration is suitable when the shielding portion 113 is embedded in the fluorescent layer 109a as shown in FIG. 3E. With such a configuration, the charged particle detection device 108b can be easily manufactured, and the light transmittance can be increased.
  • FIG. 3F schematically shows the relationship between the shielding width d of the shielding portion 113 and the amount of crosstalk.
  • chromium is used for the shielding portion 113
  • the thickness tb is 100 nm
  • the pitch L is 0.5 mm.
  • the fluorescent layer 109a a thin film made of P47 having a thickness ts of 10 ⁇ m or less was used.
  • the shielding width d increases, the amount of crosstalk decreases.
  • the shielding width d becomes 200 ⁇ m or more, the crosstalk decreases to 0%, and then, even when the shielding width d reaches 300 ⁇ m (0.6 L), the crosstalk remains 0%.
  • FIG. 3G schematically shows the relationship between the shielding width d of the shielding portion 113 and the output efficiency of light emission.
  • chromium was used for the shielding portion 113
  • the thickness tb was 100 nm
  • the pitch L was 0.5 mm.
  • a thin film made of P47 having a thickness ts of 10 ⁇ m or less was used as the fluorescent layer 109a.
  • the output efficiency decreases. Further, even if the shielding width d reaches 300 ⁇ m (0.6 L), the light output efficiency of 16% or more is maintained.
  • an appropriate shielding width d can be determined in consideration of the amount of crosstalk and the output efficiency.
  • the appropriate shielding width d can be determined based on the pitch L, the thickness ts of the fluorescent layer 109a, the upper limit of the amount of crosstalk, and the lower limit of the output efficiency of light emission.
  • the shielding width of the shielding unit 113 is The d and the pitch L can be adjusted to each other as parameters as described above.
  • the division blocks 110a are arranged in the first step.
  • the shielding portion 113 is arranged at a position corresponding to the joining portion of the dividing block 110a.
  • the shielding portion 113 is fixed to the dividing block 110a via, for example, the resin 115.
  • the position of the shielding portion 113 corresponds to the boundary and the outer edge of the dividing block 110a.
  • the fluorescent layer 109a is formed by using a sedimentation coating method, a centrifugal coating method, or the like.
  • the collodion layer 109b is formed in the third step, and the reflective layer 109c is formed in the fourth step.
  • FIG. 3I is suitable when the thickness tb of the shielding portion 113 is at least half the thickness ts of the fluorescent layer 109a.
  • a flat medium portion 113a that transmits light is formed between the shielding portions 113.
  • the flat medium portion 113a has a flat structure and is made of glass, a plastic material, or the like.
  • the resin 115 has a thickness that cannot be ignored with respect to the shielding portion 113
  • the flat medium portion 113a is also formed between the resins 115.
  • the shielding portion 113 and the flat medium portion 113a form a partially shielding layer that partially shields light.
  • the partially shielded layer is arranged between the scintillator and the light guide to shield a part of the light and transmit a part of the light.
  • the flat medium portion 113a reinforces the shielding portion 113 and its surroundings, so that the overall strength is improved.
  • the method for manufacturing the charged particle detection device shown in FIG. 3I is the method shown in FIG. 3H in which the flat medium portion 113a is further formed in the first step.
  • the second and subsequent steps can be the same as the example of FIG. 3H.
  • the shielding portion 113 is provided on the incident side with respect to the scintillator 109.
  • the shielding portion 113 is formed on the reflective layer 109c.
  • the shape of the shielding portion 113 (shielding width d, pitch L, thickness tb, etc.) can be the same as that shown in FIG. 3E.
  • the divided blocks 110a are arranged, and the fluorescent layer 109a is formed by using a sedimentation coating method, a centrifugal coating method, or the like.
  • the collodion layer 109b is formed in the second step, and the reflective layer 109c is formed in the third step.
  • the shielding portion 113 is formed on the reflective layer 109c via a resin or an adhesive. The position of the shielding portion 113 corresponds to the boundary of the dividing block 110a.
  • the shielding portion 114 is provided inside the scintillator 109, and the cross section of the scintillator 109 is divided into a plurality of opening regions.
  • the cross section means, for example, a cross section formed by a plane perpendicular to the optical axis.
  • the shielding portion 114 is provided on the emission surface of the fluorescent layer 109a.
  • the divided blocks 110a are arranged, and the fluorescent layer 109a is formed by using a sedimentation coating method, a centrifugal coating method, or the like.
  • the fluorescent layer 109a is provided with a groove for forming the shielding portion 114. The position of the groove corresponds to the boundary of the dividing block 110a.
  • the shielding portion 114 is made of titania, zirconia, alumina, ceria, tin oxide, zircon, iron oxide, zinc oxide, niobium oxide, silicon nitride, boron nitride, aluminum nitrate, silicon carbide, aluminum hydroxide, barium titanate, and diamond. Materials containing at least one of them can be used.
  • the collodion layer 109b is formed in the third step, and the reflective layer 109c is formed in the fourth step.
  • FIG. 4 is a schematic view of the charged particle detection device 108c according to the third embodiment.
  • the charged particle detection device 108c can be manufactured by the method shown in FIG. 3I in Example 2.
  • the charged particle detection device 108c of FIG. 4 can reduce crosstalk and avoid saturation in the same manner as the charged particle detection device 108a according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view of the charged particle detection device 108d according to the fourth embodiment.
  • the charged particle detection device 108d can be manufactured by the method shown in FIG. 3J in Example 2.
  • the charged particle detection device 108d of FIG. 5 can reduce crosstalk and avoid saturation in the same manner as the charged particle detection device 108a according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic view of the charged particle detection device 108e according to the fifth embodiment.
  • the charged particle detection device 108e can be manufactured by the method shown in FIG. 3K in Example 2.
  • the charged particle detection device 108e of FIG. 6 can reduce crosstalk and avoid saturation in the same manner as the charged particle detection device 108a according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic view of the charged particle detection device 108f according to the sixth embodiment.
  • the charged particle detection device 108f of the present embodiment changes the configuration of the ride guide in the structure of the charged particle detection device 108a according to the first embodiment.
  • the light guide 117 includes a FOP119 (fiber optics plate).
  • FOP119 is an optical component in which fine optical fibers having a diameter of several ⁇ m are bundled (for example, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., model: J5734).
  • FOP119 has, for example, a tapered shape.
  • Photons incident on the fiber on the incident surface of FOP119 are emitted from the same fiber on the exit surface without invading the adjacent fiber. Therefore, the photon can be transmitted to the emitting surface while preserving the incident position of the photon on the incident surface.
  • the FOP119 has a tapered shape, and the area of the exit surface and the fiber diameter are larger than those of the incident surface, but the incident position information of photons on the incident surface can be transmitted while being preserved. Is the same as in Example 1.
  • the incident position of the photon on the scintillator 109 is biased, and most of the signal electrons are incident at a position close to the orbit of the primary electron 102 (for example, in the range of several mm from the central opening 118). Since the charged particle detection device 108f of this embodiment disperses the photons incident at high density by the fine optical fiber of the tapered FOP119, it is possible to prevent the photodetector 111 from being saturated.
  • the charged particle detection device of this embodiment has a structure in which the optical path is expanded by the tapered FOP119, so that the photodetector 111 does not saturate even if the current of the primary electron beam increases, and accurate contrast imaging is performed. You can get an image.
  • the present inventors have found that the transmittance of the tapered FOP119 (the ratio of the light emitted from the other surface to the light incident from one surface) differs depending on the propagation direction of the light.
  • the transmittance is higher when the light propagates from the surface having a small area to the surface having a large area (corresponding to the present embodiment), and vice versa. Therefore, when the area of the exit surface is large with respect to the incident surface as in the present configuration, not only the saturation of the photodetector 111 can be avoided, but also the transmittance is increased.
  • FIG. 8 is a schematic view of the charged particle detection device 108 g according to the seventh embodiment.
  • a photodetector 111b composed of a plurality of detection cells 111c is used as in the second embodiment.
  • the light guide 117 includes a tapered FOP 119.
  • Example 3 In the configurations of Example 3 (FIG. 4), Example 4 (FIG. 5), and Example 5 (FIG. 6), the opening region 113c of the shielding portion 113, the divided block 110a of the light guide 110, and the photodetector 111. It is necessary to accurately align the position with the detection cell 111c of.
  • the fiber diameter of the tapered FOP is, for example, several ⁇ m, and can be sufficiently smaller than the size of the opening region 113c of the shielding portion 113 and the detection cell 111c of the photodetector 111. Therefore, when the aperture region 113c of the shielding portion 113 and the detection cell 111c of the photodetector 111 are position-matched with high accuracy, it is not necessary to improve the position matching accuracy of FOP119. In this way, the assembly process and structure of the charged particle detection device 108g are simplified, and the manufacturing cost is reduced.
  • FIG. 9 is a schematic view of the charged particle beam device 100b according to the eighth embodiment.
  • the primary electron 102 is extracted from the electron source 101.
  • the charged particle beam device 100b has a scanning deflector 103 and an objective lens 104.
  • the scanning deflector 103 and the objective lens 104 are arranged in the orbit of the primary electron 102.
  • the primary electron 102 irradiates the sample 106 arranged on the sample transfer stage 105. Signal electrons are emitted from the sample 106.
  • the signal electron includes a signal electron 107a having a small reflection depth on the sample 106 and a signal electron 107b having a large reflection depth on the sample 106.
  • An E ⁇ B deflector 116 is arranged on the objective lens 104 to deflect signal electrons according to the magnitude of energy.
  • a charged particle detection device 108 is provided in the traveling direction of the deflected signal electrons. As the charged particle detection device 108, any of the charged particle detection devices according to the first to seventh embodiments can be used.
  • the charged particle detection device 108 outputs a signal corresponding to the detected signal electron. By synchronizing this signal with the scanning signal (the signal sent from the system control unit 120 to the scanning deflector 103), an observation image is formed on the monitor 121.
  • the E ⁇ B deflector 116 is a deflector that utilizes the behavior of electrons in an electric field and a magnetic field, and it is said that electrons incident from above (primary electrons) are not deflected, but electrons incident from below (signal electrons) are deflected. Has a function.
  • the signal electrons include the backscattered electrons that the primary electrons are reflected in the sample and emitted from the sample.
  • Reflected electrons generally refer to electrons having an energy of 50 eV or more, and the magnitude of the energy differs depending on the reflection depth in the sample.
  • the energy of the reflected electrons decreases as the reflection depth in the sample increases, and increases as the reflection depth decreases.
  • the angle deflected by the E ⁇ B deflector depends on the magnitude of the energy of the electron, and the signal electron 107a having a small reflection depth on the sample has a large energy and is deflected at a small angle, and the reflection depth on the sample is large.
  • the signal electron 107b has a small energy and is deflected at a large angle.
  • the charged particle detection device 108 of the charged particle beam device 100b of the present embodiment corresponds to the incident position of the signal electron on the incident surface of the scintillator, similarly to the position discrimination detection device (for example, the one according to the second embodiment). , The position of the detection cell of the optical detector can be discriminated.
  • the position discrimination detection device can generally calculate the emission angle of the signal electron from the sample based on the position of the detection cell of the photodetector when the signal electron is incident.
  • the charged particle detection device 108 of the charged particle beam device 100b of this embodiment can calculate the deflection angle of the signal electron by the E ⁇ B deflector 116 from the position of the detection cell of the photodetector.
  • the reflection depth of the signal electrons can be calculated from the deflection angle by the E ⁇ B deflector 116.
  • the charged particle detection device 108 of the charged particle beam device 100b of the present embodiment can detect signal electrons according to the reflection depth based on the position of the detection cell of the optical detector when the signal electrons are incident. , The reflection depth can be calculated.
  • an observation image using only signal electrons having the same reflection depth, it is possible to acquire an observation image at a certain depth of the sample, and it is possible to acquire an observation image at each depth. .. By stacking them in the order of reflection depth, a three-dimensional observation image of the sample can be obtained.
  • Example 9 Although the charged particle detection device and the charged particle beam device have been described in Examples 1 to 8, the present invention can also be applied to a radiation device and a radiation detection device.
  • FIG. 10 is a schematic view of the radiation apparatus 200 according to the ninth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic view of the radiation detection device 203 of FIG.
  • the radiation apparatus 200 transmits the sample transfer stage 105, the X-ray source 201 that irradiates the sample 106 on the sample transfer stage 105 with radiation 202 (X-rays in this embodiment), and the sample 106. It is provided with a radiation detection device 203 (X-ray detection device in this embodiment) for detecting the X-rays.
  • the radiation detection device 203 has the following configuration.
  • -A scintillator 109 provided with a fluorescent layer 109a that converts radiation as a detection target (X-rays in this embodiment) into light 112.
  • -Photodetector 111 that detects the light 112 emitted from the scintillator 109 -Light guide 110 provided between the scintillator 109 and the photodetector 111
  • the configuration of the scintillator 109 can be appropriately designed by those skilled in the art to be compatible with the radiation detection device 200. Further, except for the configuration of the scintillator 109, the configuration of the radiation detection device 203 can be the same as that of the charged particle detection device according to the first to eighth embodiments.
  • the radiation detection device 203 according to the ninth embodiment can reduce crosstalk and avoid saturation in the same manner as the charged particle detection device according to the first to eighth embodiments.
  • Electron source 102 ... Primary electron 103 ... Scanning deflector 104 ... Objective lens 105 ... Sample transfer stage 106 ... Sample 107, 107a, 107b ... Signal electron 108, 108a, 108b, 108c, 108d, 108e, 108f, 108g ... Charged particle detection device (detection device) 109 ... Scintillator 109a ... Fluorescent layer 109b ... Collodion layer (resin layer) 109c ... Reflective layer 109d ... Incident surface 110 ... Light guide 110a ... Divided block 111, 111b ... Photodetector 111a ...
  • Detection surface 111c ... Detection cell 112 ... Light 113, 114 ... Shielding part 113a ... Flat medium part 113c ... Opening area 115 ... Resin 116... E ⁇ B deflector 117... Light guide 118... Central opening 119... FOP 120 ... System control unit 121 ... Monitor 200 ... Radiation device 201 ... X-ray source 202 ... Radiation 203 ... Radiation detection device (detection device) d ... shielding width L ... pitch tb, ts ... thickness

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Abstract

荷電粒子検出装置１０８，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆ，１０８ｇまたは放射線検出装置２０３は、荷電粒子または放射線を検出対象として検出する。これらの検出装置は、検出対象を光１１２に変換する蛍光層１０９ａを備えるシンチレータ１０９と、シンチレータ１０９から放出された光１１２を検出する光検出器１１１，１１１ｂと、シンチレータ１０９と光検出器１１１，１１１ｂとの間に設けられたライトガイド１１０，１１７と、シンチレータ１０９に入射する検出対象またはシンチレータ１０９から放出される光のいずれかについて、一部を遮蔽する遮蔽部１１３，１１４と、を備える。

Description

荷電粒子または放射線の検出装置
　本発明は、荷電粒子または放射線を検出対象として検出する検出装置に関する。
　検出装置は、電子やイオンなどの粒子信号またはＸ線やガンマ線などの放射線信号を、電圧信号または電流信号などに変換するために使用される。検出対象が荷電粒子の場合には、検出装置は荷電粒子検出装置と呼ばれ、検出対象が放射線の場合には、検出装置は放射線検出装置と呼ばれる。
　たとえば、走査電子顕微鏡（SEM: Scanning Electron Microscope）は、電子ビーム等の荷電粒子線を利用する荷電粒子装置である。このような荷電粒子装置においては、検出する対象が電子などの荷電粒子であり、荷電粒子検出装置が必要不可欠である。
　ＳＥＭは、電子源で発生する電子ビームを観察したい試料に照射し、それにより試料から出射した電子を荷電粒子検出装置で検出する。荷電粒子検出装置は、検出した電子の量に応じた電流を出力する。この電流量と、試料上の電子ビーム照射位置との関係を二次元的に表示することで、ＳＥＭ画像が形成される。
　このような荷電粒子検出装置の多くは、検出した電子を光子に変換するシンチレータと、シンチレータで発光した光を光検出器に届けるライトガイドと、シンチレータからの光子を検出して電流に変換する光検出器とを備える。光検出器には、光電子倍増管（PMT: Photomultiplier Tube）またはＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）などが用いられる。
　また、放射線検出装置は、同様の構成においてシンチレータの種類が異なるだけである。つまり放射線検出装置において、シンチレータは、検出した放射線を光検出器で検出可能な波長の光に変換する。
　特許文献１では、シンチレータの例として、放出される光の出力を増大させる技術が開示されている。
特開２０１４－３２０２９号公報
　しかしながら、従来の技術では、検出装置においてクロストークが発生する場合があるという課題があった。
　クロストークとは、シンチレータにおいて検出対象の荷電粒子または放射線が入射する位置と、光検出器において光が入射する位置とが正確に対応しなくなる現象をいう。
　たとえば、顕微鏡像の特定の画素に、シンチレータの特定の領域および光検出器の特定の領域が対応するとする。シンチレータにおいてその領域１つのみに荷電粒子が入射した場合に、シンチレータまたはライトガイドにおいて光が伝搬するにつれて光の範囲が広がり、光検出器では複数の領域において光が検出される場合がある。これがクロストークの例である。
　クロストークが発生すると、たとえば顕微鏡像の精度が低下する。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子または放射線を検出対象として検出する検出装置において、クロストークを低減することを目的とする。
　本発明に係る検出装置の一例は、
　荷電粒子または放射線を検出対象として検出する検出装置であって、
　前記検出対象を光に変換する蛍光層を備えるシンチレータと、
　前記シンチレータから放出された光を検出する光検出器と、
　前記シンチレータと前記光検出器との間に設けられたライトガイドと、
　前記シンチレータに入射する前記検出対象および前記シンチレータから放出される前記光の少なくとも一方について、一部を遮蔽する遮蔽部と、
を備える。
　本発明に係る検出装置によれば、クロストークを低減することができる。
実施例１に係る荷電粒子線装置の概略図。 図１の荷電粒子検出装置の概略図。 遮蔽部の厚さと光透過率との関係を概略的に示す図。 実施例２に係る荷電粒子検出装置の概略図。 図３Ａの荷電粒子検出装置の光検出器の模式図。 図３Ａの荷電粒子検出装置の遮蔽部の模式図。 遮蔽部の変形例の模式図。 遮蔽部の寸法を説明する図。 遮蔽部の遮蔽幅とクロストーク量との関係を概略的に示す図。 遮蔽部の遮蔽幅と光放出の出力効率との関係を概略的に示す図。 実施例２に係る荷電粒子検出装置の製造方法の一例を説明する図。 実施例２に係る荷電粒子検出装置の製造方法の一例を説明する図。 実施例２に係る荷電粒子検出装置の製造方法の一例を説明する図。 実施例２に係る荷電粒子検出装置の製造方法の一例を説明する図。 実施例３に係る荷電粒子検出装置の概略図。 実施例４に係る荷電粒子検出装置の概略図。 実施例５に係る荷電粒子検出装置の概略図。 実施例６に係る荷電粒子検出装置の概略図。 実施例７に係る荷電粒子検出装置の概略図。 実施例８に係る荷電粒子線装置の概略図。 実施例９に係る放射線装置の概略図。 図１０の放射線検出装置の概略図。
　以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
　以下では、荷電粒子を検出対象として検出する荷電粒子検出装置を例として説明する。しかしながら、シンチレータに係る構成（シンチレータの種類等）を適切に変更することにより、放射線を検出対象として検出する放射線検出装置も同様に構成可能である。
　荷電粒子は、以下の例では電子であるが、陽電子、陽子、アルファ線、その他のイオン、等であってもよい。また、放射線は、電磁波（Ｘ線、ガンマ線、等を含む）、中性子線、ミュー粒子、等を含む。
実施例１
　図１は、本発明の実施例１に係る荷電粒子線装置１００ａの概略図である。実施例１では、荷電粒子線装置はＳＥＭとして構成される。電子源１０１から一次電子１０２が引き出される。荷電粒子線装置１００ａは、走査用偏向器１０３および対物レンズ１０４を有する。走査用偏向器１０３および対物レンズ１０４は、一次電子１０２の軌道上に配置される。
　一次電子１０２は、試料搬送ステージ１０５の上に配置された試料１０６に照射される。試料１０６から信号電子１０７が出射する。ここで信号電子１０７は、試料から出射する電子を意味し、一次電子により直接励起されて真空中に放出される二次電子と、一次電子が試料中で散乱を繰り返して再度真空中に放出される反射電子とを含む。
　対物レンズ１０４の下には信号電子を検出する荷電粒子検出装置１０８ａが備わっている。荷電粒子検出装置１０８ａの中央には一次電子１０２が通るように中央開口部１１８が設けられている。電子源１０１から放出された一次電子１０２は対物レンズ１０４によって制御され、ビーム径が極小になるように試料１０６上に集束される。
　走査用偏向器１０３は、システム制御部１２０により制御され、一次電子１０２が試料１０６の定められた領域を走査するように、一次電子１０２を偏向させる。信号電子１０７は荷電粒子検出装置１０８ａによって検出される。システム制御部１２０から走査用偏向器１０３に送られる走査信号と同期して、検出された信号電子１０７の信号処理が行われることにより、モニタ１２１上にＳＥＭ画像が形成される。
　図２は、図１の荷電粒子検出装置１０８ａの概略図である。荷電粒子検出装置１０８ａは、以下の構成を備える。
　‐検出対象としての信号電子１０７を光１１２に変換する蛍光層１０９ａを備えるシンチレータ１０９
　‐シンチレータ１０９から放出された光１１２を検出する光検出器１１１
　‐シンチレータ１０９と光検出器１１１との間に設けられたライトガイド１１０
　シンチレータ１０９は、蛍光層１０９ａと、コロディオン層１０９ｂと、反射層１０９ｃとを備える。また、シンチレータ１０９に接触して（図２の例ではシンチレータ１０９に埋め込まれて）遮蔽部１１３が設けられる。遮蔽部１１３は、層（遮蔽層）として構成されてもよい。また、遮蔽部１１３は、黒色のマトリックスとして構成されてもよい。
　シンチレータ１０９は、信号電子１０７が入射する面（入射面１０９ｄ）と、光が放出される面（出射面）とを備える。シンチレータ１０９の出射面はライトガイド１１０の入射面と接触する。
　本実施例では、遮蔽部１１３は、シンチレータ１０９とライトガイド１１０との間に配置される。とくに、遮蔽部１１３は、シンチレータ１０９の出射面（すなわち、蛍光層１０９ａにおいて、ライトガイド１１０と接触する側の面）に設けられる。このような構成によれば、蛍光による光を効率的に遮蔽することができる。
　遮蔽部１１３は、たとえば金属または樹脂から構成すると、製造が容易であり、また透過率を低くすることができる。
　遮蔽部１１３は、反射性または吸収性の材料から構成することができる。反射性または吸収性の材料の例として、チタニア、ジルコニア、アルミナ、セリア、酸化スズ、ジルコン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニオブ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、およびダイヤモンドのうち少なくとも１つを含む材料を用いることができる。このような材料を用いると、製造が容易であり、また透過率を低くすることができる。
　遮蔽部１１３は、光反射層を備えるよう構成することができ、たとえば遮蔽部１１３の全体を光反射層で構成することができる。このような構成によれば、光の透過率を低くすることができる。光反射層は、アルミニウムから構成すると軽量であり、また製造が容易である。
　また、遮蔽部１１３は、たとえばクロムの金属薄膜を用いて形成することができる。また、遮蔽部１１３は、たとえば合金を用いて形成することができる。合金は、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、アルミニウム、イットリウム、ニッケル、および鉄のうち２以上から構成することができる。代替的に、遮蔽部１１３は、ポリマーを用いて形成してもよい。また、ポリマーにおいて金属粒子を混合してもよい。金属粒子は、たとえばアルミニウム、亜鉛、銅、鉄、銀、金、またはニッケルである。金属粒子は、ポリマーにおいて異なる位置に配置されてもよい。さらに代替的に、遮蔽部１１３は、金属薄膜を用いて形成してもよい。金属薄膜は、たとえばクロム、アルミニウム、金、銀、およびタングステン等から構成することができる。または、遮蔽部１１３は、カーボンブラックを含む感光性樹脂を用いて形成することができる。または、遮蔽部１１３は、有機材料（たとえば有機樹脂）を用いて形成することができる。
　遮蔽部１１３は、シンチレータ１０９に入射する信号電子１０７またはシンチレータ１０９から放出される光１１２の少なくとも一方について、一部を遮蔽する。本実施例では、遮蔽部１１３は光１１２の一部を遮蔽するが、後述する別の実施例では、遮蔽部１１３は信号電子１０７の一部を遮蔽する。これら双方を遮蔽してもよい。
　本実施例では、蛍光層１０９ａは、無機物の粉体蛍光体を用いて形成される。粉体蛍光体のメディアン径は、たとえば１μｍ～５０μｍの範囲内である。この範囲内の径を有する粉体蛍光体により、良好な蛍光体薄膜を構成することができる。とくに、１０μｍ以下の径の粉体蛍光体を用いることにより、良好な解像度を実現することができる。粉体蛍光体は、たとえば以下のいずれかを含む。
　‐Ｐ４７（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ）
　‐ＹＡＧまたはＧＧＡＧ（（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ）
　‐ＹＡＰ（ＹＡｌＯ３：Ｃｅ）
　‐ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｃｅ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）
　このような粉体蛍光体を用いると、シンチレータ１０９の寸法（たとえば厚さ）に応じて、適切な発光強度を持つ蛍光層１０９ａを構成することができる。
　なお、粉体蛍光体は、沈降塗布法、遠心塗布法、印刷法、等を用いて形成することができる。
　蛍光層１０９ａの一方の面（シンチレータ１０９の出射面を構成する面）は、ライトガイド１１０の入射面と接触するよう配置される。蛍光層１０９ａの他方の面には、コロディオン層１０９ｂの薄膜が接触するよう形成され、さらに反射層１０９ｃの薄膜が形成される。反射層１０９ｃは光を反射し、蛍光層１０９ａ内で生成された光子のうちライトガイド１１０に入射するものの比率を増加させる。
　コロディオン層１０９ｂは、たとえば樹脂層である。このようなコロディオン層１０９ｂを備えることにより、蛍光層１０９ａの凹凸を滑らかまたは平坦にすることができる。樹脂層は、ニトロセルロースを含んでもよい。このような構成によれば、樹脂層を薄く形成することができる。ニトロセルロースは、適切な溶剤（たとえば酢酸エチル）に含まれていてもよい。
　反射層１０９ｃは、たとえばアルミニウムから構成され、厚さはたとえば７００～１０００オングストロームである。反射層１０９ｃは、コロディオン膜に純粋なアルミニウムを蒸着することにより堆積することができる。
　信号電子１０７がシンチレータ１０９内で光子に変換される際に、蛍光層１０９ａ内で散乱が発生する。このため、シンチレータ１０９に信号電子１０７が入射する位置と、光が光検出器１１１に入射する位置とが正確に対応しなくなる。従来の構成では、これがクロストークの原因となる。
　これに対し、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａでは、遮蔽部１１３によってクロストークを低減する。すなわち、遮蔽部１１３は、シンチレータ１０９から光が出射できる領域を分割し、これらの領域を互いに隔てる。このため、ある領域において入射した信号電子１０７によって発生した光と、別の領域において入射した信号電子１０７によって発生した光とは、光検出器１１１において同一の位置に入射することがない。これによってクロストークが低減される。
　なお、遮蔽部１１３は、クロストークを低減させたい部分に配置すればよく、その具体的形状は任意に設計可能である。シンチレータ１０９から光が出射できる複数の領域は、それぞれ完全に分離されるようにすると領域間のクロストークをより低減することができるが、そのような構成とする必要はない（すなわち、複数の領域は、互いに部分的に連続していてもよい）。
　遮蔽部１１３の光透過率は、当業者が適宜設計することができるが、６０％以下とするとクロストークを適切に低減させることができる。図２Ｂに示すように、たとえば厚さ１０ｎｍ以上のクロムの薄膜を用いることにより、遮蔽部１１３の光透過率を６０％以下とすることができる。これによってクロストークが低減する。
　ライトガイド１１０は、シンチレータ１０９から放出された光が入射する面（入射面）と、この光が出射する面（出射面）とを備える。図２に示すように、ライトガイド１１０の出射面の面積は、ライトガイド１１０の入射面の面積より大きい。このため、ライトガイド１１０によって光路が拡大される。
　ここで、従来のＳＥＭ等において発生する光検出器の飽和について説明する。ＳＥＭ等では、解像度を向上させるために、一次電子線の電流を大きくする要求がある。電流が大きくなると、シンチレータから光検出器に入射する光子数も増加する。しかしながら、光検出器は、検出面の面積に対する入射光子密度が大きくなると、飽和して正確に入射光子数をカウントできなくなる。
　たとえば、ＭＰＰＣ（例えば、浜松ホトニクス株式会社製、型式：Ｓ１３３６０－６０２５ＣＳ）では、１辺数ｍｍ程度の四角形の検出面に、一辺数十μｍ程度の微細な四角形の検出ピクセルが敷き詰められている。各検出ピクセルに光子が入射すると、各ピクセル毎に電気信号が発生し、各ピクセルの電気信号が光子の１個の検出を表す。ここで、入射光子密度が大きくなり複数個の光子が同時に１つの検出ピクセルに入射すると、入射光子数と出力電流の比例関係が崩れ、正確な撮影像が得られなくなる。つまり、一次電子線の電流が大電流化した場合には、光検出器が飽和する場合がある。
　このように、一般的に、光検出器において、入射光子密度が大きくなると入射光子量と出力電流の比例関係が崩れ、正確に入射光子数がカウントできなくなる場合がある。この場合には正確な撮影像が得られない。たとえば、一次電子線の電流が増加すると、とりわけ中央開口部１１８に近い位置において光検出器１１１の入射面（検出面１１１ａ）に入射する光子数が多くなり、中央開口部１１８付近に入射する一次電子１０２に対応する信号強度が飽和する。
　これに対し、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａでは、ライトガイド１１０が光路を拡大するので、シンチレータ１０９から放出された光が分散され、光検出器１１１に入射する光子の密度が低減される。このため、一次電子線の電流が増加しても光検出器１１１が飽和せず、より正確なコントラストの撮影像を得ることができる。
　また、一般的なシンチレータの解像度は１ｍｍ未満であるが、一般的な光検出器の解像度は最小でも１ｍｍ程度であり、これらを単に接続する場合にはシンチレータの解像度を有効に利用できない。これに対し、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａでは、ライトガイド１１０により、シンチレータ１０９からの光を拡大して光検出器１１１に入射させることができるので、シンチレータ１０９の高い解像度を有効に利用することができる。
　また、本実施例では、シンチレータ１０９の入射面と、光検出器１１１の入射面との面積比は、ライトガイド１１０の入射面と、ライトガイド１１０の出射面との面積比に等しい。とくに、シンチレータ１０９の入射面の面積と、ライトガイド１１０の入射面の面積とが等しく、また、光検出器１１１の入射面の面積と、ライトガイド１１０の出射面の面積とが等しい。このような構成によれば、各構成要素の寸法を整合させて空間を効率的に利用することができる。
　なお、光検出器１１１の入射面の面積は、シンチレータ１０９の入射面の面積の２０倍以下とすると好適である。２０倍を超えると、製造工程が複雑になり効率が低下する。
　なお、信号電子１０７をできるだけ多く得るためには、中央開口部１１８は一次電子１０２の軌道に干渉しない範囲でできるだけ小さくするのが望ましい。このため、光検出器の検出面１１１ａは、図２に示すように、シンチレータの入射面１０９ｄに対し、径方向内側（中央開口部１１８側）へ拡大せず、径方向外側へと拡大することが望ましい。このような構成によれば、信号電子１０７を多く検出することができる。
　さらに、本発明者らは、ライトガイド１１０の透過率（一方の面から入射した光に対する、他方の面から出射する光の割合）が、光の伝搬方向によって異なることを見出した。とくに、透過率は、光が面積の小さい面から面積の大きい面に向かって伝搬した場合（本実施例に対応）に、その逆の場合より高くなる。したがって、本構成のように入射面に対して出射面の面積が大きくなる場合には、光検出器１１１の飽和が回避できるだけではなく、透過率も大きくなる。
　なお、図２において、ライトガイド１１０は、入射面から出射面に向かって断面積が単調に大きくなる形状を有しているが、ライトガイド１１０の形状はこれに限らない。例えば、入射面から出射面に向かって、ある位置までは断面積が小さくなっていき、その位置を超えると断面積が大きくなっていくような形状であっても良い。
実施例２
　図３Ａは実施例２に係る荷電粒子検出装置１０８ｂの概略図である。図３Ｂは図３Ａの荷電粒子検出装置１０８ｂの光検出器１１１ｂの模式図であり、入射面を光軸方向試料側から見た図である。
　本実施例の荷電粒子検出装置１０８ｂは、実施例１の光検出器１１１に代えて、複数の検出セル１１１ｃからなるアレイ状の光検出器１１１ｂを用いる。
　また、実施例２では、ライトガイド１１０は複数の分割ブロック１１０ａからなる。分割ブロック１１０ａは、それぞれ別部材として製造され、配列されてライトガイド１１０を構成する。このため、各分割ブロック１１０ａの境界には不連続面が存在し、光が分割ブロック１１０ａを超えて伝搬することが抑制される。これによって、クロストークがさらに低減される。
　図３Ｂに示すように、本実施例では、一例として、アレイ状の光検出器１１１ｂ（例えば、浜松ホトニクス株式会社製、型式：Ｓ１３６１５－１０２５Ｎ－０４）を８個並べ、光検出器を構成している。光検出器１１１ｂは、それぞれ１６（４×４）チャンネルの検出セル１１１ｃからなる。変形例として、光検出器１１１ｂは、６４（８×８）チャンネルの検出セルからなるアレイ状光検出器（例えば、浜松ホトニクス株式会社製、型式：Ｓ１３６１５－１０２５Ｎ－０８）からなってもよい。
　ライトガイド１１０の分割ブロック１１０ａは、それぞれアレイ状光検出器の検出セル１１１ｃと一対一で対応している。これによって、ある分割ブロック１１０ａに入射した光子は、ほぼ全量がその分割ブロック１１０ａに対応する検出セル１１１ｃに入射することになり、クロストークがさらに低減される。
　シンチレータ１０９の入射面１０９ｄに入射した信号電子１０７は光子に変換される。光子は、シンチレータ１０９の入射位置の直上にある分割ブロック１１０ａに入射し、当該分割ブロック１１０ａ内を導光する。その後光子は、当該分割ブロック１１０ａに対応した光検出器１１１ｂの検出セル１１１ｃに入射する。
　一次電子１０２が試料１０６に入射する位置から、信号電子１０７がシンチレータの入射面１０９ｄに入射する位置までの径方向距離をｗとする。試料１０６の表面からシンチレータの入射面１０９ｄまでの軸方向距離をｈとする。信号電子１０７の試料からの出射角度をαとする。光検出器１１１ｂが信号電子１０７を検出した場合に、検出セル１１１ｃの位置からｗを算出または推定することができる。また、ｈは既知の値であるため、ｗとｈから信号電子１０７の出射角度αを算出することができる。
　試料の素材および形状により信号電子が放出される方向に違いが生じることから、試料からの信号電子１０７の出射角度αを検出することにより、試料の素材および形状についての情報を得ることができる。
　このように、信号電子１０７の入射位置を高精度で検出できる検出装置を、本明細書ではとくに位置弁別検出装置と称する。実施例２に係る荷電粒子検出装置１０８ｂは位置弁別検出装置の例である。なお、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａでも、信号電子１０７の入射位置はある程度特定可能であるが、位置弁別検出装置のほうが位置検出精度が高い。
　本実施例に係る荷電粒子検出装置１０８ｂは、上述した構成を有することにより、信号電子の検出面への入射位置を精度良く弁別できる。入射位置を精度良く弁別することにより、信号電子の試料からの出射角度を算出でき、試料の素材および形状についての情報を詳細に得ることができる。
　図３Ｃは、図３Ａの荷電粒子検出装置１０８ｂの遮蔽部１１３の模式図であり、光軸方向試料側から見た図である。遮蔽部１１３は、シンチレータ１０９の入射面、断面または出射面（本実施例では出射面）を、複数の開口領域１１３ｃに分割するよう構成される。
　図３Ｃの例では、開口領域１１３ｃは正方形であり、中央開口部１１８に対応する範囲を除いて２次元アレイ状に配列される。このような構成は、信号電子１０７の入射位置を２次元アレイ状に特定する場合に好適である。
　開口領域１１３ｃは、遮蔽部１１３によって互いに隔てられており、ある開口領域１１３ｃにおいて入射する信号電子１０７によって発生した光と、別の開口領域１１３ｃにおいて入射する信号電子１０７によって発生した光とは、光検出器１１１において同一の位置に入射することがない。これによってクロストークが低減される。
　遮蔽部１１３の開口領域１１３ｃと、ライトガイド１１０の分割ブロック１１０ａと、光検出器１１１ｂの検出セル１１１ｃとは、それぞれ対応するよう配置される。このため、ある開口領域１１３ｃを通った光は、ほぼ全量が、その開口領域１１３ｃに対応する分割ブロック１１０ａを介して伝搬し、ほぼ全量が、その開口領域１１３ｃに対応する検出セル１１１ｃに入射する。このようにしてクロストークが低減される。
　図３Ｄは、遮蔽部１１３の変形例の模式図である。複数の開口領域１１３ｃが、径方向および周方向に配列されている。このような構成は、信号電子１０７の入射位置を径方向および周方向において特定する場合に好適である。なお、遮蔽部１１３の構成に応じて、シンチレータ１０９の構成、ライトガイド１１０の分割ブロック１１０ａの構成、および光検出器１１１ｂの構成も変更すると好適である。
　図３Ｅを用いて、遮蔽部１１３の寸法を説明する。遮蔽部１１３の遮蔽幅ｄは、たとえば１μｍ～１ｍｍの範囲内である。また、遮蔽幅ｄおよびピッチＬの関係が０．００２Ｌ≦ｄ≦０．６Ｌを満たすようにすると、光放出の出力効率が１６％を超えるので好適である。なお、遮蔽幅とは、たとえば遮蔽部１１３が図３Ｃまたは図３Ｄに示すように線状に形成される場合には、その線の幅である。
　遮蔽部１１３のピッチＬは、たとえば２ｍｍとすることができる。ピッチＬが２ｍｍ以下であれば、荷電粒子検出装置１０８ｂの解像度は十分な場合がある。また、ピッチＬを０．５ｍｍ以下とすると、荷電粒子検出装置１０８ｂの解像度をさらに高くすることができる場合がある。なお、遮蔽部１１３が等間隔の平行線によって形成される場合には、ピッチＬの定義は自明であるが、そうでない場合にも、遮蔽部１１３のピッチＬの測定方法は適宜定義可能である。たとえば各開口領域１１３ｃの最大開口径に基づいてピッチＬを定義することができる。
　遮蔽部１１３の厚さｔｂは、蛍光層１０９ａの厚さｔｓの半分以下とすることができる。このような構成は、図３Ｅのように遮蔽部１１３を蛍光層１０９ａに埋め込む場合に好適である。このような構成によれば、荷電粒子検出装置１０８ｂの製造が容易であり、また光の透過率を高くすることができる。
　図３Ｆに、遮蔽部１１３の遮蔽幅ｄとクロストーク量との関係を概略的に示す。この例では遮蔽部１１３にクロムを用い、厚さｔｂを１００ｎｍとし、ピッチＬを０．５ｍｍとした。また、蛍光層１０９ａには、Ｐ４７からなる厚さｔｓが１０μｍ以下の薄膜を用いた。図３Ｆによれば、この条件で、遮蔽幅ｄを１μｍ（０．００２Ｌ）と小さくしても、遮蔽部１１３を用いることによりクロストークを４％未満に抑制することができる。遮蔽幅ｄが増加するとクロストーク量が減少する。遮蔽幅ｄが２００μｍ以上になるとクロストークは０％にまで減少し、その後、遮蔽幅ｄが３００μｍ（０．６Ｌ）に達してもクロストークは０％のままである。
　図３Ｇに、遮蔽部１１３の遮蔽幅ｄと光放出の出力効率との関係を概略的に示す。この例でも図３Ｆと同様に、遮蔽部１１３にクロムを用い、厚さｔｂを１００ｎｍとし、ピッチＬを０．５ｍｍとした。また、蛍光層１０９ａには、Ｐ４７からなる厚さｔｓが１０μｍ以下の薄膜を用いた。遮蔽幅ｄが増加すると出力効率が減少する。さらに、遮蔽幅ｄが３００μｍ（０．６Ｌ）に達しても、１６％以上の光出力効率が維持される。
　このように、クロストーク量および出力効率を考慮し、適切な遮蔽幅ｄを決定することができる。たとえば、適切な遮蔽幅ｄは、ピッチＬと、蛍光層１０９ａの厚さｔｓと、クロストーク量の上限と、光放出の出力効率の下限とに基づいて決定することができる。たとえば、蛍光層１０９ａの厚さｔｓが２００μｍであり、達成したいクロストーク量の上限４％であり、達成したい光放出の出力効率の下限が１６％である場合には、遮蔽部１１３の遮蔽幅ｄおよびピッチＬをパラメータとして上述のように相互に調整することができる。
　次に、図３Ｈ～図３Ｋを用いて、実施例２に係る荷電粒子検出装置１０８ｂの製造方法の例を説明する。なお、これらの製造方法は、ライトガイド１１０の構造を除き実施例１にも適用可能である。
　図３Ｈの例では、第１ステップにおいて、分割ブロック１１０ａが配列される。次に、遮蔽部１１３が、分割ブロック１１０ａの接合部分に対応する位置に配置される。遮蔽部１１３は、たとえば樹脂１１５を介して分割ブロック１１０ａに固定される。遮蔽部１１３の位置は、分割ブロック１１０ａの境界および外縁に対応する。
　第２ステップにおいて、沈降塗布法、遠心塗布法、等を用いて蛍光層１０９ａが形成される。第３ステップにおいてコロディオン層１０９ｂが形成され、第４ステップにおいて反射層１０９ｃが形成される。
　図３Ｉの例は、遮蔽部１１３の厚さｔｂが、蛍光層１０９ａの厚さｔｓの半分以上である場合に好適である。図３Ｉの例において、遮蔽部１１３の間に、光を透過させる平坦媒体部１１３ａが形成される。平坦媒体部１１３ａは平坦な構造を有しており、ガラスまたはプラスチック材料等から構成される。なお、樹脂１１５が遮蔽部１１３に対して無視できない厚さを有する場合には、樹脂１１５の間にも平坦媒体部１１３ａが形成される。
　このように、遮蔽部１１３および平坦媒体部１１３ａによって、部分的に光を遮蔽する部分遮蔽層が構成される。部分遮蔽層は、シンチレータとライトガイドとの間に配置され、光の一部を遮蔽し一部を透過させる。このような構成によれば、平坦媒体部１１３ａが遮蔽部１１３およびその周囲を補強するので、全体の強度が向上する。
　図３Ｉに示す荷電粒子検出装置の製造方法は、図３Ｈに示す方法において、第１ステップでさらに平坦媒体部１１３ａを形成するようにしたものである。第２ステップ以降は図３Ｈの例と同様とすることができる。
　図３Ｊの例では、遮蔽部１１３がシンチレータ１０９に対して入射側に設けられる。とくに、遮蔽部１１３は反射層１０９ｃ上に形成される。遮蔽部１１３の形状（遮蔽幅ｄ、ピッチＬ、厚さｔｂ、等）は、図３Ｅに示すものと同一とすることができる。
　図３Ｊの例では、第１ステップにおいて、分割ブロック１１０ａが配列され、沈降塗布法、遠心塗布法、等を用いて蛍光層１０９ａが形成される。第２ステップにおいてコロディオン層１０９ｂが形成され、第３ステップにおいて反射層１０９ｃが形成される。第４ステップにおいて、反射層１０９ｃ上に、樹脂または接着剤を介して遮蔽部１１３が形成される。遮蔽部１１３の位置は、分割ブロック１１０ａの境界に対応する。
　図３Ｋの例では、遮蔽部１１４がシンチレータ１０９の内部に設けられ、シンチレータ１０９の断面を、複数の開口領域に分割する。なお、ここで断面とは、たとえば光軸に垂直な平面による断面を意味する。とくに、図３Ｋの例では、遮蔽部１１４は、蛍光層１０９ａの出射面に設けられる。
　図３Ｋの例では、第１ステップにおいて、分割ブロック１１０ａが配列され、沈降塗布法、遠心塗布法、等を用いて蛍光層１０９ａが形成される。蛍光層１０９ａには、遮蔽部１１４を形成するための溝が設けられる。溝の位置は、分割ブロック１１０ａの境界に対応する。
　第２ステップにおいて、蛍光層１０９ａの溝に反射性粒子が挿入され、これによって遮蔽部１１４が形成される。遮蔽部１１４は、チタニア、ジルコニア、アルミナ、セリア、酸化スズ、ジルコン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニオブ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、およびダイヤモンドのうち少なくとも１つを含む材料を用いることができる。第３ステップにおいてコロディオン層１０９ｂが形成され、第４ステップにおいて反射層１０９ｃが形成される。
実施例３
　図４は、実施例３に係る荷電粒子検出装置１０８ｃの概略図である。この荷電粒子検出装置１０８ｃは、実施例２において図３Ｉに示す方法で製造することができる。
　図４の荷電粒子検出装置１０８ｃは、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａと同様にして、クロストークを低減させることができ、また飽和を回避することができる。
実施例４
　図５は、実施例４に係る荷電粒子検出装置１０８ｄの概略図である。この荷電粒子検出装置１０８ｄは、実施例２において図３Ｊに示す方法で製造することができる。
　図５の荷電粒子検出装置１０８ｄは、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａと同様にして、クロストークを低減させることができ、また飽和を回避することができる。
実施例５
　図６は、実施例５に係る荷電粒子検出装置１０８ｅの概略図である。この荷電粒子検出装置１０８ｅは、実施例２において図３Ｋに示す方法で製造することができる。
　図６の荷電粒子検出装置１０８ｅは、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａと同様にして、クロストークを低減させることができ、また飽和を回避することができる。
実施例６
　図７は、実施例６に係る荷電粒子検出装置１０８ｆの概略図である。本実施例の荷電粒子検出装置１０８ｆは、実施例１に係る荷電粒子検出装置１０８ａの構造において、ライドガイドの構成を変更するものである。
　実施例６に係る荷電粒子検出装置１０８ｆにおいて、ライトガイド１１７はＦＯＰ１１９（ファイバオプティクスプレート）を備える。ＦＯＰ１１９は直径数μｍの微細な光ファイバを束ねた光学部品である（例えば、浜松ホトニクス株式会社製、型式：Ｊ５７３４）。ＦＯＰ１１９はたとえばテーパ形状である。
　ＦＯＰ１１９の入射面のファイバに入射した光子は、隣接するファイバに侵入することなく、出射面において同一のファイバから出射する。このため、入射面における光子の入射位置を保存したまま、出射面に光子を伝達することができる。
　本実施例の荷電粒子検出装置１０８ｆでは、ＦＯＰ１１９がテーパ形状になっており、入射面よりも出射面の面積やファイバ径が大きいが、入射面における光子の入射位置情報を保存したまま伝達できる点は実施例１と同じである。
　シンチレータ１０９への光子の入射位置には偏りがあり、一次電子１０２の軌道に近い位置（たとえば中央開口部１１８から数ｍｍの範囲）にほとんどの信号電子が入射する。本実施例の荷電粒子検出装置１０８ｆは、高密度で入射した光子を、テーパ形状のＦＯＰ１１９の微細な光ファイバによって分散させるので、光検出器１１１が飽和することを防止できる。
　このように、本実施例の荷電粒子検出装置は、テーパ形状のＦＯＰ１１９で光路を拡大する構造により、一次電子線の電流が増加しても光検出器１１１が飽和せず、正確なコントラストの撮影像を得ることができる。
　また、本発明者らは、テーパ形状のＦＯＰ１１９の透過率（一方の面から入射した光に対する、他方の面から出射する光の割合）が、光の伝搬方向によって異なることを見出した。とくに、透過率は、光が面積の小さい面から面積の大きい面に向かって伝搬した場合（本実施例に対応）に、その逆の場合より高くなる。したがって、本構成のように入射面に対して出射面の面積が大きくなる場合には、光検出器１１１の飽和が回避できるだけでなく、透過率も大きくなる。
実施例７
　図８は、実施例７に係る荷電粒子検出装置１０８ｇの概略図である。本実施例の荷電粒子検出装置１０８ｇは、実施例１および６の光検出器１１１に代えて、実施例２と同様に複数の検出セル１１１ｃからなる光検出器１１１ｂを用いる。また、実施例６と同様に、ライトガイド１１７はテーパ形状のＦＯＰ１１９を備える。
　実施例３（図４）、実施例４（図５）、および実施例５（図６）の構成では、遮蔽部１１３の開口領域１１３ｃと、ライトガイド１１０の分割ブロック１１０ａと、光検出器１１１の検出セル１１１ｃとを、精度良く位置整合させる必要がある。
　テーパ形状のＦＯＰのファイバ径は、たとえば数μｍであり、遮蔽部１１３の開口領域１１３ｃおよび光検出器１１１の検出セル１１１ｃの大きさに比べて十分小さくすることができる。このため、遮蔽部１１３の開口領域１１３ｃと、光検出器１１１の検出セル１１１ｃとが高精度に位置整合されている場合には、ＦＯＰ１１９の位置整合の精度を高くする必要はない。このように、荷電粒子検出装置１０８ｇの組立プロセスや構造が簡略化され、また製造コストが低減される。
実施例８
　図９は、実施例８に係る荷電粒子線装置１００ｂの概略図である。電子源１０１から一次電子１０２が引き出される。荷電粒子線装置１００ｂは、走査用偏向器１０３および対物レンズ１０４を有する。走査用偏向器１０３および対物レンズ１０４は、一次電子１０２の軌道上に配置される。
　一次電子１０２は、試料搬送ステージ１０５の上に配置された試料１０６に照射される。試料１０６から信号電子が出射する。信号電子は、試料１０６での反射深さが小さい信号電子１０７ａと、試料１０６での反射深さが大きい信号電子１０７ｂとを含む。
　対物レンズ１０４の上にはＥ×Ｂ偏向器１１６が配置されており、信号電子をエネルギーの大きさに応じて偏向させる。偏向された信号電子の進行方向には、荷電粒子検出装置１０８が設けられる。荷電粒子検出装置１０８は、実施例１～７に係る荷電粒子検出装置のいずれかを用いることができる。
　荷電粒子検出装置１０８は、検出した信号電子に応じた信号を出力する。この信号が、走査信号（システム制御部１２０から走査用偏向器１０３に送られる信号）と同期して行われることにより、モニタ１２１上に観察画像が形成される。
　Ｅ×Ｂ偏向器１１６は、電場と磁場における電子の挙動を利用した偏向器であり、上から入射する電子（一次電子）は偏向しないが、下から入射する電子（信号電子）は偏向するという機能を有する。信号電子は、一次電子が試料内で反射し、試料から出射する反射電子を含む。
　反射電子は、一般的に５０ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子のことを指し、試料内での反射深さによってエネルギーの大きさが異なる。反射電子のエネルギーは、試料内での反射深さが大きいほど小さくなり、反射深さが小さいほど大きくなる。Ｅ×Ｂ偏向器で偏向される角度は電子のエネルギーの大きさによって異なり、試料での反射深さが小さい信号電子１０７ａはエネルギーが大きく、小さな角度で偏向され、試料での反射深さが大きい信号電子１０７ｂはエネルギーが小さく、大きな角度で偏向される。
　本実施例の荷電粒子線装置１００ｂの荷電粒子検出装置１０８は、位置弁別検出装置（例えば、実施例２に係るもの）と同様に、信号電子のシンチレータの入射面への入射位置に対応して、光検出器の検出セルの位置を弁別することができる。
　また、位置弁別検出装置は、一般的に、信号電子が入射したときの光検出器の検出セルの位置に基づいて、信号電子の試料からの出射角度を算出できる。本実施例の荷電粒子線装置１００ｂの荷電粒子検出装置１０８も同様に、光検出器の検出セルの位置から信号電子のＥ×Ｂ偏向器１１６による偏向角度を算出できる。
　Ｅ×Ｂ偏向器１１６による偏向角度は、信号電子のエネルギーの大きさ、つまり反射深さに依存するため、Ｅ×Ｂ偏向器１１６による偏向角度から信号電子の反射深さを算出できる。
　これにより、本実施例の荷電粒子線装置１００ｂの荷電粒子検出装置１０８は、信号電子が入射したときの光検出器の検出セルの位置に基づき、反射深さ別に信号電子を検出することができ、反射深さを算出できる。
　また、同一の反射深さの信号電子のみを用いて観察画像を形成することで、試料のある深さにおける観察画像を取得することができ、それぞれの深さにおける観察画像を取得することができる。それらを反射深さの順に積み重ねることで、試料の３次元の観察画像を取得することができる。
実施例９
　実施例１～８では荷電粒子検出装置および荷電粒子線装置について説明したが、本発明成は放射線装置および放射線検出装置にも適用できる。図１０は、実施例９に係る放射線装置２００の概略図である。図１１は、図１０の放射線検出装置２０３の概略図である。
　図１０に示すように、放射線装置２００は、試料搬送ステージ１０５と、試料搬送ステージ１０５上の試料１０６に放射線２０２（本実施例ではＸ線）を照射するＸ線源２０１と、試料１０６を透過したＸ線を検出する放射線検出装置２０３（本実施例ではＸ線検出装置）とを備える。
　図１１に示すように、放射線検出装置２０３は、以下の構成を備える。
　‐検出対象としての放射線（本実施例ではＸ線）を光１１２に変換する蛍光層１０９ａを備えるシンチレータ１０９
　‐シンチレータ１０９から放出された光１１２を検出する光検出器１１１
　‐シンチレータ１０９と光検出器１１１との間に設けられたライトガイド１１０
　シンチレータ１０９の構成は、当業者が適宜放射線検出装置２００に適合するよう設計することができる。また、シンチレータ１０９の構成を除けば、放射線検出装置２０３の構成は、実施例１～８に係る荷電粒子検出装置と同様とすることができる。
　実施例９に係る放射線検出装置２０３は、実施例１～８に係る荷電粒子検出装置と同様にして、クロストークを低減させることができ、また飽和を回避することができる。
　なお、上記した各実施例は、本発明を分かりやす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も可能であり、また、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を削除することが可能であり、各実施例の構成の一部を他の構成の一部に置き換えることも可能である。
　１００ａ，１００ｂ…荷電粒子線装置
　１０１…電子源
　１０２…一次電子
　１０３…走査用偏向器
　１０４…対物レンズ
　１０５…試料搬送ステージ
　１０６…試料
　１０７，１０７ａ，１０７ｂ…信号電子
　１０８，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆ，１０８ｇ…荷電粒子検出装置（検出装置）
　１０９…シンチレータ
　１０９ａ…蛍光層
　１０９ｂ…コロディオン層（樹脂層）
　１０９ｃ…反射層
　１０９ｄ…入射面
　１１０…ライトガイド
　１１０ａ…分割ブロック
　１１１，１１１ｂ…光検出器
　１１１ａ…検出面
　１１１ｃ…検出セル
　１１２…光
　１１３，１１４…遮蔽部
　１１３ａ…平坦媒体部
　１１３ｃ…開口領域
　１１５…樹脂
　１１６…Ｅ×Ｂ偏向器
　１１７…ライトガイド
　１１８…中央開口部
　１１９…ＦＯＰ
　１２０…システム制御部
　１２１…モニタ
　２００…放射線装置
　２０１…Ｘ線源
　２０２…放射線
　２０３…放射線検出装置（検出装置）
　ｄ…遮蔽幅
　Ｌ…ピッチ
　ｔｂ，ｔｓ…厚さ

Claims (20)

  1. 　荷電粒子または放射線を検出対象として検出する検出装置であって、
    　前記検出対象を光に変換する蛍光層を備えるシンチレータと、
    　前記シンチレータから放出された光を検出する光検出器と、
    　前記シンチレータと前記光検出器との間に設けられたライトガイドと、
    　前記シンチレータに入射する前記検出対象および前記シンチレータから放出される前記光の少なくとも一方について、一部を遮蔽する遮蔽部と、
    を備える、検出装置。
  2. 　前記シンチレータは、前記検出対象が入射する入射面と、前記光が放出される出射面とを備え、
    　前記遮蔽部は、前記シンチレータの入射面、断面または出射面を、複数の開口領域に分割するよう構成される、
    請求項１に記載の検出装置。
  3. 　前記複数の開口領域は、径方向および周方向に配列されるか、または２次元アレイ状に配列される、請求項２に記載の検出装置。
  4. 　前記ライトガイドは、前記光が入射する入射面と、前記光が出射する出射面とを備え、
    　前記ライトガイドの出射面の面積は、前記ライトガイドの入射面の面積より大きい、
    請求項１に記載の検出装置。
  5. 　前記蛍光層は、無機物の粉体蛍光体を用いて形成され、
    　前記粉体蛍光体のメディアン径は１μｍ～５０μｍの範囲内であり、
    　前記粉体蛍光体は、
    　‐Ｐ４７（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ）、
    　‐ＹＡＧまたはＧＧＡＧ（（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ）、
    　‐ＹＡＰ（ＹＡｌＯ３：Ｃｅ）、
    　‐ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｃｅ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、
    　のいずれかを含む、請求項１に記載の検出装置。
  6. 　前記シンチレータは、さらに、前記蛍光層に接触する樹脂層を備える、請求項１に記載の検出装置。
  7. 　前記樹脂層はニトロセルロースを含む、請求項６に記載の検出装置。
  8. 　前記遮蔽部は、光反射層を備える、請求項１に記載の検出装置。
  9. 　前記遮蔽部は、前記シンチレータと前記ライトガイドとの間に配置される、請求項１に記載の検出装置。
  10. 　前記遮蔽部の厚さは、前記蛍光層の厚さの半分以下である、請求項１に記載の検出装置。
  11. 　前記検出装置は、前記シンチレータと前記ライトガイドとの間に配置される部分遮蔽層を備え、
    　前記部分遮蔽層は、前記遮蔽部と、光を透過させる平坦媒体部とを備える、請求項９に記載の検出装置。
  12. 　前記遮蔽部は金属または樹脂から構成される、請求項１に記載の検出装置。
  13. 　前記遮蔽部の光透過率は６０％以下である、請求項１に記載の検出装置。
  14. 　前記遮蔽部の遮蔽幅ｄおよびピッチＬの関係が０．００２Ｌ≦ｄ≦０．６Ｌを満たす、請求項１に記載の検出装置。
  15. 　前記遮蔽部のピッチは２ｍｍ以下である、請求項３に記載の検出装置。
  16. 　前記遮蔽部は、反射性または吸収性の材料から構成され、
    　前記反射性または吸収性の材料は、チタニア、ジルコニア、アルミナ、セリア、酸化スズ、ジルコン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニオブ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、およびダイヤモンドのうち少なくとも１つを含む、
    請求項１に記載の検出装置。
  17. 　前記光反射層はアルミニウムから構成される、請求項８に記載の検出装置。
  18. 　前記ライトガイドはファイバオプティクスプレートを備える、請求項１に記載の検出装置。
  19. 　前記シンチレータは、前記検出対象が入射する入射面を備え、
    　前記光検出器は、前記光が入射する入射面を備え、
    　前記シンチレータの前記入射面と、前記光検出器の前記入射面との面積比は、前記ライトガイドの前記入射面と、前記ライトガイドの前記出射面との面積比に等しい、
    請求項４に記載の検出装置。
  20. 　前記シンチレータは、前記検出対象が入射する入射面を備え、
    　前記光検出器は、前記光が入射する入射面を備え、
    　前記光検出器の前記入射面の面積は、前記シンチレータの前記入射面の面積の２０倍以下である、
    請求項１に記載の検出装置。
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