[發明專利]一種帶電粒子探測裝置

有效

• 申請號: 201610285009.0
• 申請日: 2016-05-03
• 公開（公告）號: CN107342205B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 羅滸;張旭
• 申請（專利權）人: 睿勵科學儀器（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/244
• 分類號: H01J37/244
• 代理公司: 北京啟坤知識產權代理有限公司 11655
• 代理人: 趙晶

本發明提供了一種帶電粒子的探測裝置，該帶電粒子探測裝置包括：網格電極，用于吸引帶電粒子；轉換電極，用于會聚帶電粒子，以及當所述帶電粒子為二次離子時，將所述二次離子轉換為二次電子，其中，所述轉換電極的粒子入口的面積小于粒子出口的面積；電子探測單元，用于吸收二次電子并將探測信號放大輸出；屏蔽外殼。根據本發明的帶電粒子探測裝置，能夠大大提高對來自樣品的二次離子和二次電子的探測效率，且結構簡單，易于實現，能夠大大降低制作難度和成本。

技術領域

本發明涉及帶電粒子成像和分析加工設備領域，尤其涉及一種帶電粒子探測裝置。

背景技術

帶電粒子成像和分析加工設備利用帶電荷的高能粒子(電子或者離子)對待測樣品進行成像和加工，如掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，簡稱SEM)、聚焦離子束(Focused Ion Beam，簡稱FIB)、以及聚焦離子束與掃描電子顯微鏡組成的雙束設備等。

圖1為現有技術中典型的聚焦離子束或者電子束設備的結構示意圖，其中，粒子源101(如電子源或者離子源)在會聚組合透鏡102的作用下會聚成高能的微細束104，并在掃描偏轉器103的作用下，對樣品105表面進行微區的逐點逐行掃描，微細束104轟擊到檢測樣品105會產生二次粒子(如微細束104為電子時能激發出二次電子、背散射電子、俄歇電子、X射線等二次粒子，如微細束104為離子時能激發出二次電子、二次離子和中性粒子等二次粒子)，轟擊樣品105所產生的二次粒子107被吸引到探測器106。當所述二次粒子為二次電子或者二次離子時，所述探測器106可為E-T探測器(Everhart-Thornley detector)或者MCP(Micro-Channel Plate)探測器等，用于吸收二次粒子并轉化成電信號，該電信號經過放大處理，最后轉化為電壓值并與顏色灰度值對應進而形成顯示圖像。

以探測器106為E-T探測器為例，圖2為典型的E-T探測器構造圖。對于二次電子探測模式來說，微細束轟擊樣品，產生的二次電子被處于正偏壓的網格電極201吸引，然后進一步被處于較高正偏壓的閃爍器202(Scintillator)(一般電壓約為+10kV)加速并與其發生碰撞，隨即高能二次電子被閃爍器轉化為光子，光子通過光導管203進入光電倍增管204(Photomultiplier Tube，簡稱PMT)，最終將探測信號放大輸出。對于二次離子探測模式來說，需要將網格電極201和閃爍器202的電位極性設為正或者負電位，在上述兩者電場的作用下，樣品產生的二次離子能夠轟擊到閃爍器202上并轉化為光子，從而進行后續的信號放大。然而，由于現有的閃爍器將離子轉化為光子的效率極低甚至有時不會產生光子，另外離子與電子相比具有更大的質量，同樣能量的二次離子與閃爍器碰撞時會對閃爍器產生較大的損傷而大大縮短使用壽命，因此，E-T探測器對二次離子的探測效率通常極低，一般不采用E-T探測器來探測二次離子信號。

由于探測器對來自樣品的二次粒子的探測效率嚴重影響了樣品的成像和加工效果，并且，二次離子像相比于二次電子像具有更高對比度，更有利于分析待測樣品表面不同元素的分布，因此，有必要改進現有的探測器以提高對二次粒子，尤其是二次離子的探測效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶電粒子探測裝置，該帶電粒子探測裝置所探測的帶電粒子為入射束(如聚焦離子束或電子束)與樣品作用所產生的二次離子(本發明中的二次離子指的是正電荷二次離子)或二次電子。

根據本發明的一個方面，提供一種帶電粒子探測裝置，其中，該帶電粒子探測裝置包括：

網格電極，用于吸引帶電粒子；

轉換電極，用于會聚帶電粒子，以及當所述帶電粒子為二次離子時，將所述二次離子轉換為二次電子，其中，所述轉換電極的粒子入口的面積小于粒子出口的面積；

電子探測單元，用于吸收二次電子并將探測信號放大輸出；

屏蔽外殼。