[发明专利]一种带电粒子探测装置

说明书

本发明提供了一种带电粒子的探测装置，该带电粒子探测装置包括：网格电极，用于吸引带电粒子；转换电极，用于会聚带电粒子，以及当所述带电粒子为二次离子时，将所述二次离子转换为二次电子，其中，所述转换电极的粒子入口的面积小于粒子出口的面积；电子探测单元，用于吸收二次电子并将探测信号放大输出；屏蔽外壳。根据本发明的带电粒子探测装置，能够大大提高对来自样品的二次离子和二次电子的探测效率，且结构简单，易于实现，能够大大降低制作难度和成本。

技术领域

本发明涉及带电粒子成像和分析加工设备领域，尤其涉及一种带电粒子探测装置。

背景技术

带电粒子成像和分析加工设备利用带电荷的高能粒子(电子或者离子)对待测样品进行成像和加工，如扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)、聚焦离子束(Focused Ion Beam，简称FIB)、以及聚焦离子束与扫描电子显微镜组成的双束设备等。

图1为现有技术中典型的聚焦离子束或者电子束设备的结构示意图，其中，粒子源101(如电子源或者离子源)在会聚组合透镜102的作用下会聚成高能的微细束104，并在扫描偏转器103的作用下，对样品105表面进行微区的逐点逐行扫描，微细束104轰击到检测样品105会产生二次粒子(如微细束104为电子时能激发出二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线等二次粒子，如微细束104为离子时能激发出二次电子、二次离子和中性粒子等二次粒子)，轰击样品105所产生的二次粒子107被吸引到探测器106。当所述二次粒子为二次电子或者二次离子时，所述探测器106可为E-T探测器(Everhart-Thornley detector)或者MCP(Micro-Channel Plate)探测器等，用于吸收二次粒子并转化成电信号，该电信号经过放大处理，最后转化为电压值并与颜色灰度值对应进而形成显示图像。

以探测器106为E-T探测器为例，图2为典型的E-T探测器构造图。对于二次电子探测模式来说，微细束轰击样品，产生的二次电子被处于正偏压的网格电极201吸引，然后进一步被处于较高正偏压的闪烁器202(Scintillator)(一般电压约为+10kV)加速并与其发生碰撞，随即高能二次电子被闪烁器转化为光子，光子通过光导管203进入光电倍增管204(Photomultiplier Tube，简称PMT)，最终将探测信号放大输出。对于二次离子探测模式来说，需要将网格电极201和闪烁器202的电位极性设为正或者负电位，在上述两者电场的作用下，样品产生的二次离子能够轰击到闪烁器202上并转化为光子，从而进行后续的信号放大。然而，由于现有的闪烁器将离子转化为光子的效率极低甚至有时不会产生光子，另外离子与电子相比具有更大的质量，同样能量的二次离子与闪烁器碰撞时会对闪烁器产生较大的损伤而大大缩短使用寿命，因此，E-T探测器对二次离子的探测效率通常极低，一般不采用E-T探测器来探测二次离子信号。

由于探测器对来自样品的二次粒子的探测效率严重影响了样品的成像和加工效果，并且，二次离子像相比于二次电子像具有更高对比度，更有利于分析待测样品表面不同元素的分布，因此，有必要改进现有的探测器以提高对二次粒子，尤其是二次离子的探测效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种带电粒子探测装置，该带电粒子探测装置所探测的带电粒子为入射束(如聚焦离子束或电子束)与样品作用所产生的二次离子(本发明中的二次离子指的是正电荷二次离子)或二次电子。

根据本发明的一个方面，提供一种带电粒子探测装置，其中，该带电粒子探测装置包括：

网格电极，用于吸引带电粒子；

转换电极，用于会聚带电粒子，以及当所述带电粒子为二次离子时，将所述二次离子转换为二次电子，其中，所述转换电极的粒子入口的面积小于粒子出口的面积；

电子探测单元，用于吸收二次电子并将探测信号放大输出；

屏蔽外壳。