高效MCP二次电子接收器在SEM中的应用

　　在扫描电子显微镜、电子束检测设备及离子束加工设备中,样品发射的二次电子检测是重要一环,对它的技术要求可归纳为以下几点:

　　(1)电流检测灵敏度高,响应快;

　　(2)收集效率高,收集立体角大;

　　(3)能使系统在较小的工作距离下工作;

　　(4)对一次束的影响要小。

　　目前在各类扫描电子显微镜中,作为二次电子和背散射电子收集系统的主体仍是传统的EVERHARD-THORNNLEY收集器(简称E-T收集器)。它是靠一个加正压的偏转栅引导二次电子和背散射电子打到处于12 kV高压的闪烁体上,由光导管把光信号传到后面的光电倍增管来进行放大。这种收集系统的特点是增益高,响应快,噪声小,能满足大多数电镜的需要。

　　然而随着集成电路芯片的电子束检测技术的兴起,对于二次电子收集系统提出了新的要求。首先在集成电路(IC)的电子束检测中,要求电子束工作处于低压状态,一次束的加速电压一般为500～2000 V之间。电子光学系统在低压下工作时,为达到一定的束斑要求,就必须尽量减小工作距离。目前的E-T接收装置在工作距离小于10 mm时,收集立体角减小,接收效率下降。另外,当工作电压降低后,一次束的着靶速度降低,E-T接收器的偏转电极就会严重影响一次束的运行轨迹。应用微通道板(简称MCP)做成接收器来接收和放大二次背散射电子,就可以较好地解决上面的问题。它具有较小的工作距离,收集立体角大,不会给系统引入不对称场,从而对一次束影响小,因此很适用于在各类粒子束加工、测量设备中用作检测装置。

　　另外,MCP接收器应用中不存在系统的避光问题,工作时同时可以通过玻璃窗口进行样品的观察。

　　本文着重描述在DX-3型电镜中采用MCP接收器的实验研究工作及实验结果的讨论。

　　1　原理及结构

　　MCP接收器是由许多很细小的中空玻璃管组成的阵列,每个纤维管就是一个通道式电子倍增器。它的特点是增益大,G=104-107,响应快,输出上升时间典型值为10 ps,能在一定的磁场环境下工作。

　　MCP的长径比对工作性能影响较大,长径比K=L/D过小时,容易引起饱和效应,而过大则在低压时增益较低,[2],[3]在实验中,我们采用的MCP其通道直径为20μm,厚度为1 mm,K=50。为有效地放大垂直入射的电子和减小噪声,让微通道管与接收平面的法线倾斜一小角度α,实验中取α=12°。

　　图1是接收装置示意图。

　　它由MCP及上、下电极、接收阳极和定位套等组成。整个装置直接定位安装于电镜物镜的下极靴下面。装置的总体厚度可做到6 mm左右,中心定位套一方面起定位作用,使整个接收装置保证与电镜系统同轴,同时也起电位屏蔽作用,以保证一次束的聚焦特性不受MCP电极电压的影响。中心4.2mm的孔确保一次束即使是在低放大倍数时也能顺利通过。