(57)【要約】【課題】ＭＣＰのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させる二次元電子像増強装置を提供する。【解決手段】この二次元電子像増強装置は、複数段ＭＣＰ５において、最後段ＭＣＰ５ｏのゲインが、最後段の前段側にある一つの前段側ＭＣＰ５ｉのゲインよりも小さく、かつ、これらのゲイン比率は所定割合とされている。これにより、最後段ＭＣＰ５ｏにおける、所謂「イオンフィードバック現象」によるノイズが抑制される。したがって、ＭＣＰ５のゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させることができる。なお、ゲイン比率の所定割合は、前段側ＭＣＰ５ｉのゲインを１００％とすると、最後段ＭＣＰ５ｏのゲインが１乃至２０％となることが好適である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置された複数段マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）と、前記複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置において、前記複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、前記最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする二次元電子像増強装置。
【請求項２】
前記複数段ＭＣＰそれぞれに対して電気的に接続された電極を介して電圧を印加する駆動回路を更に備え、前記最後段ＭＣＰの印加電圧は、前記前段側にある一つのＭＣＰの印加電圧より小さく、かつ、前記ゲイン比率は前記所定割合とされることを特徴とする請求項１に記載の二次元電子像増強装置。
【請求項３】
前記複数段ＭＣＰに電圧を印加する駆動回路に接続された前記最後段ＭＣＰの抵抗値は、前記前段側にある一つのＭＣＰの抵抗値より小さく、かつ、これらのＭＣＰの抵抗分圧比は、前記ゲイン比率が前記所定割合となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の二次元電子像増強装置。
【請求項４】
前記最後段ＭＣＰの厚みは、前記前段側にある一つのＭＣＰの厚みより厚く、かつ、これらのＭＣＰの厚み比率は、前記ゲイン比率が前記所定割合となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の二次元電子像増強装置。
【請求項５】
真空容器内に、光電面と、前記光電面に対向配置された複数段ＭＣＰと、前記複数段ＭＣＰで増倍された電子像を光学像に変換して検出する蛍光面とを有するイメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置において、前記複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、前記最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする二次元電子像増強装置。
【請求項６】
真空容器内に、光電面と、前記光電面に対向配置された複数段ＭＣＰと、前記複数段ＭＣＰで増倍された電子像の衝突を画素信号として検出する固体撮像素子（ＣＣＤ）とを有するイメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置において、前記複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、前記最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする二次元電子像増強装置。
【請求項７】
透過型電子顕微鏡における試料透過像の観察部に取り付けられる複数段ＭＣＰと、前記複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置において、前記複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、前記最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする二次元電子像増強装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元電子像を増強する二次元電子像増強装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、真空容器内に配置された複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置が知られている。例えば、イメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置が知られている。この二次元電子像増強装置に関する従来技術として、複数段ＭＣＰの電子進行方向に沿って隣接するチャンネル同士がＶ字型を構成するようにＭＣＰを配置した電子増倍装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、真空容器内のガス抜きによりイオン形成を阻止することで、イオンフィードバックの減少を伴う電子増倍管が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、ＭＣＰの出力端部にアルミニウム等からなる導電層をマイクロチャンネルの開口領域を狭めるように蒸着させることで、イオンフィードバックを制限するＭＣＰが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】
米国特許３３７４３８０号明細書
【特許文献２】
特開平０２−２９１６５８号公報
【特許文献３】
特開平０７−０９４１３９号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次元電子像増強装置では、更に検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させると、ノイズが発生するため、検出感度を向上できなかった。このノイズは、真空容器内の残留ガスに起因するイオンがＭＣＰに再度入射するという、所謂、「イオンフィードバック現象」により発生した電子がＭＣＰのゲインにより増倍されて検出されることで生じる。
【０００４】
したがって、単にＭＣＰのゲインを増加させただけでは、検出感度を向上できないという問題が生じる。換言すれば、検出感度を向上させるために、ＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加するばかりであり、検出感度を維持しようとするとＭＣＰのゲインを増加させることができない。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、特に、ＭＣＰのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させる二次元電子像増強装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、真空容器内に配置された複数段ＭＣＰと、その複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置において、複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、最後段ＭＣＰのゲインを前段側にある一つのＭＣＰのゲインに比して小さくしながら、複数段ＭＣＰ全体のゲインを増加させる。これにより、イオンフィードバック現象によって最後段ＭＣＰにおいて発生する電子の増倍を小さくすることができ、ノイズを抑制することができる。これは、イオンフィードバック現象によるノイズの原因が、主に最後段ＭＣＰにおいて生じる電子であることを見出したことによる。
【０００８】
したがって、本二次元電子像増強装置を用いれば、検出感度を向上させるためにＭＣＰ全体のゲインを増加させたとしても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【０００９】
なお、ＭＣＰのゲイン比率の所定割合は、前段側にある一つのＭＣＰのゲインを１００％とすると、最後段ＭＣＰのゲインが１乃至２０％となることが好適である。
【００１０】
また、複数段ＭＣＰそれぞれに対して電気的に接続された電極を介して電圧を印加する駆動回路を更に備え、最後段ＭＣＰの印加電圧は、前段側にある一つのＭＣＰの印加電圧より小さく、かつ、ゲイン比率を前記所定割合とすることを特徴とする。
【００１１】
ここで、ＭＣＰのゲインは印加電圧に依存するため、この駆動回路により、それぞれのＭＣＰのゲインを調整できる。
【００１２】
また、複数段ＭＣＰに電圧を印加する駆動回路に接続された最後段ＭＣＰの抵抗値が、前段側にある一つのＭＣＰの抵抗値より小さく、かつ、これらのＭＣＰの抵抗分圧比は、ゲイン比率が所定割合となるように設定されることを特徴とする。
【００１３】
ここで、ＭＣＰに電圧を印加する駆動回路に接続されるＭＣＰは抵抗として作用する。したがって、最後段ＭＣＰの抵抗値を小さくすると、印加される電圧も小さくなり、最後段ＭＣＰのゲインを小さくすることができる。これにより、抵抗値の異なるＭＣＰを用いることで、複数段ＭＣＰそれぞれに電極を接続することなくゲインを調整できる。
【００１４】
また、最後段ＭＣＰの厚みは、前段側にある一つのＭＣＰの厚みより厚く、かつ、これらのＭＣＰの厚み比率は、ゲイン比率が所定割合となるように設定されることを特徴とする。
【００１５】
ここで、厚みの厚いＭＣＰの方が電界強度は小さくなるため、ゲインも小さくなる。したがって、最後段ＭＣＰの厚みを厚くすると、それに応じてゲインも小さくなる。すなわち最後段ＭＣＰの厚みは、前段側にある一つのＭＣＰの厚みより厚いので、最後段ＭＣＰのゲインが相対的に小さくなる。これにより、厚みの異なるＭＣＰを用いることでゲインを調整できる。
【００１６】
なお、上記二次元電子像増強装置は、真空容器内に、光電面と、光電面に対向配置された複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子像を光学像に変換して検出する蛍光面とを有するイメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置とすることもできる。ここで、イメージインテンシファイアの検出部に、複数段ＭＣＰで増倍された電子像の衝突を画素信号として検出する固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いてもよい。これにより、光電面に入射した光学像の検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【００１７】
さらに、上記二次元電子像増強装置は、透過型電子顕微鏡における試料透過像の観察部に取り付けられる複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置とすることもできる。ここで、検出部は、蛍光面でもＣＣＤでもよい。これにより、試料透過像の検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る二次元電子像増強装置について説明する。なお、同一要素又は機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この二次元電子像増強装置は、イメージインテンシファイア１と、このイメージインテンシファイア１に電極５１、５２、５３、６１、７１を介して電気的に接続された駆動回路８とを備えている。断面図はイメージインテンシファイア１の管軸Ｚを含む平面で切断した断面図である。
【００２０】
イメージインテンシファイア１は、真空容器２の一開口端を入力窓３によって封止し、他開口端を閉塞窓４によって封止してなる。
【００２１】
入力窓３は、例えば合成石英からなり、この入力窓３を紫外光が透過するため、紫外光検出も可能である。その他に、入力窓３は、ＭｇＦ２、ホウ珪酸ガラスからなることとしてもよい。また、入力窓３は、ファイバーオプティクプレート（ＦＯＰ）から構成することもできる。
【００２２】
閉塞窓４は、例えばファイバーオプティクプレート（ＦＯＰ）で構成されており、容器内部で蛍光に変換された光学像を、ＦＯＰの入射端面から出射端面まで光学像を歪みなく伝達させることができる。その他に、閉塞窓４はホウ珪酸ガラスからなる閉塞窓４であってもよい。
【００２３】
真空容器２の内部には、入力窓３側にある前段側ＭＣＰ５ｉ及び閉塞窓４側にある最後段ＭＣＰ５ｏから構成される２段のＭＣＰ５が配置されている。ＭＣＰ５は、３段、４段、あるいは５段であってもよく、ＭＣＰ５のうち、最後段ＭＣＰに相当するのが最後段ＭＣＰ５ｏであり、最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰに相当するのが前段側ＭＣＰ５ｉである。
【００２４】
また、入力窓３の内面には、入射した光学像を電子像に変換する光電面７が設けられている。ここで、光電面７は例えばＧａＡｓＰからなる。ＧａＡｓＰは量子効率が高いため、可視光領域において非常に高感度に光電変換を行う。その他に、光電面７はアルカリ金属からなる光電面７でもよい。
【００２５】
また、閉塞窓４の内面には、ＭＣＰ５により増倍された電子像を検出する検出部６が設けられている。ここで、検出部６は、ＭＣＰ５により増倍された電子像を光学像に変換する蛍光面であり、蛍光面の表面には薄膜或いはメッシュ状の電極が設けられている。
【００２６】
これにより、入力窓３を透過して入射した光学像は光電面７において電子像に変換され、変換された電子像は複数段ＭＣＰ５において増倍され、増倍された電子像は検出部６で再度光学像に変換されて検出される。
【００２７】
また、駆動回路８は、前段側ＭＣＰ５ｉに電圧ＶＭＣＰｉを、最後段ＭＣＰ５ｏに電圧ＶＭＣＰｏを、光電面７と前段側ＭＣＰ５ｉとの間に電圧Ｖｃを、最後段ＭＣＰ５ｏと検出部６との間に電圧Ｖｓを印加する。これらの電圧により、光電面７において変換された電子をＭＣＰ５に入射させ、ＭＣＰ５において増倍された電子を検出部６に出力することができる。ここで、ＶＭＣＰｉ＞ＶＭＣＰｏであり、かつ、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率が所定割合αとなるように設定されている。所定割合αは１乃至２０％が好適である。
【００２８】
これにより、最後段ＭＣＰ５ｏにおけるイオンフィードバック現象に起因するノイズを抑制することができるため、ＭＣＰ５の全体としてのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上することができる。
【００２９】
なお、駆動回路８は、上記所定割合αを１乃至２０％とするように印加電圧ＶＭＣＰｉ，ＶＭＣＰｏを設定している。
【００３０】
（第２実施形態）
図２は第２実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。本実施形態では駆動回路８の構成と電極の配置のみが上記第１実施形態のものと異なる。すなわち、第１実施形態では、それぞれのＭＣＰにそれぞれ電極５１，５２，５３を介して電圧を印加したが、本実施形態では、中間電極５２を省略しており、複数段ＭＣＰ５の両端には電極５１，５３を介して電圧ＶＭＣＰが印加されている。
【００３１】
駆動回路８に接続された最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉは抵抗として作用する。ここで、最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値は前段側ＭＣＰ５ｉの抵抗値より小さく設定されており、具体的には、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏそれぞれに印加される電圧が、抵抗分割によって図１におけるＶＭＣＰｉ及びＶＭＣＰｏとなるように電圧の分圧比が設定されている。
【００３２】
これにより、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率は所定割合αとなる。すなわち、前段側ＭＣＰ５ｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値の差異によって印加電圧を調整することでゲインを調整している。
【００３３】
ここで、ＭＣＰの抵抗値はＭＣＰを構成するチャンネル壁面のガラス組成及び製造時の還元条件に依存するため、抵抗値はＭＣＰ製造時に調整することができる。例えば、還元温度を高くすると、抵抗値は低くなる。なお、チャンネル内壁面、すなわち二次電子放出面はＣｓＩ、ＭｇＦ２であってもよい。
【００３４】
したがって、ＭＣＰの抵抗値を選択することで前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率を所定割合αとすることができ、検出感度を向上させることができる。
【００３５】
なお、所定割合αが１乃至２０％ななるように前段側ＭＣＰ５ｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値が設定される。
【００３６】
また、この二次元電子像増強装置の組み立て方法を以下に示す。まず、抵抗値の異なるＭＣＰから、ゲイン比率が所定割合αとなるような抵抗値を有する最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉを選択し、これらを、電極５１，５３を介して真空容器２内に固定する。次に、真空容器２の一開口端に入力窓３を、他開口端に閉塞窓４を固定することで封止する。これにより、イメージインテンシファイア１が組み立てられる。更に、電極５１，５３，６１，７１を介して駆動回路８とイメージインテンシファイア１とを電気的に接続することで電圧を印加できるようにする。
【００３７】
（第３実施形態）
図３は第３実施形態に係る二次元電子像増強装置の部分断面図である。本実施形態では、ＭＣＰの厚みのみが第１実施形態のものと異なる。この二次元電子像増強装置は、前段側ＭＣＰ５ｉの厚みｄｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの厚みｄｏにおいて、ｄｉ＜ｄｏである。ここで、例えば駆動回路８によりＶＭＣＰｉ及びＶＭＣＰｏの値を同一にした場合、厚みｄｏを厚くすると、それに応じてゲインは小さくなる。このため、適切な厚みｄｉ及びｄｏを有するＭＣＰを選択することで前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率を所定割合αとすることができる。
【００３８】
これにより、最後段ＭＣＰ５ｏにおけるイオンフィードバック現象に起因するノイズを抑制することができ、検出感度を向上させることができる。
【００３９】
なお、所定割合αを１乃至２０％に設定する厚みｄｉ及びｄｏが好適である。
【００４０】
また、この二次元電子像増強装置の組み立て方法を以下に示す。まず、厚みの異なるＭＣＰから、ゲイン比率が所定割合となるような厚みを有する最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉを選択し、これらを電極５１，５３を介して真空容器２内に固定する。次に、真空容器２の一開口端に入力窓３を、他開口端に閉塞窓４を固定することで封止する。これにより、イメージインテンシファイア１が組み立てられる。更に、電極５１，５３，６１，７１を介して駆動回路８とイメージインテンシファイア１とを電気的に接続することで電圧を印加できるようにする。
【００４１】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この実施形態の二次元電子像増強装置は、図１における二次元電子像増強装置から入力窓３を取り除いたものである。すなわち、真空容器２の一開口端が開放される。
【００４２】
これにより、真空中で一開口端を介してＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像を検出することができる。例えば、エネルギー線とはＸ線像や電子線像であり、これが直接ＭＣＰ５に入射することで、ＭＣＰ５が電子像を増倍して検出部６に出力する。
【００４３】
（第５実施形態）
図５は、第５実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この実施形態の二次元電子像増強装置は、図２における二次元電子像増強装置から入力窓３を取り除いたものである。すなわち、真空容器２の一開口端が開放される。これにより、上記実施形態と同様に、真空中で一開口端を介してＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像を検出することができる。
【００４４】
第４及び第５実施形態に示すエネルギー線の直接入射型二次元電子像増強装置においては、光電面７が不要となる。
【００４５】
（第６実施形態）
図６は、図３の二次元電子像増強装置から光電面７を取り除いた二次元電子像増強装置の部分断面図である。これにより、真空中でＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像として検出することができる。
【００４６】
（変形例）
図７は、上述の二次元電子像増強装置の部分断面図である。ここで検出部６は、蛍光面ではなく、ＭＣＰにおいて増倍された電子像が衝突する固体撮像素子（ＣＣＤ）であり、ＣＣＤからは電子像に対応して画素信号が読み出される。また、この場合の閉塞窓４は、遮光体を用いても良い。なお、この検出部６及び閉塞窓４は図１から図６までの二次元電子像増強装置の全てに適応できる。
【００４７】
図８は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）１０の概略構成図である。ＴＥＭ１０における試料透過像の観察部１１には、図４から図６までにおける二次元電子像増強装置の開放された一開口端が接続されている。これにより、試料透過像は、図４から図６までにおけるＭＣＰ５に直接入射し、増倍されることで検出される。ここで、試料透過像は、例えばＸ線像、紫外線像、電子線像である。これにより、ＴＥＭにおける試料透過像の検出感度を向上させることができる。
【００４８】
図９はＸ線増強管１ｘの断面図である。Ｘ線増強管１ｘは、ベリリウムもしくはアルミニウム製のＸ線入力窓１ｗを有する真空容器１ｖｃと、Ｘ線入力窓１ｗの内面に設けられたＸ線電子変換材料１ｘｃと、Ｘ線電子変換材料１ｘｃから出力された電子像を管軸Ｚに沿って加速する加速電極１ａｃと、電子像を収束する集束電極１ｆｃと、収束された電子像が入射する筒状の陽極１ａｎとを備えている。陽極１ａｎの最深部には、図４から図６までのいずれか一つの二次元電子像増強装置の一開口端が取り付けられている。これにより、Ｘ線像の検出感度を向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の二次元電子像増強装置によれば、ＭＣＰのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＣＰそれぞれに電圧を印加する駆動回路を備えた二次元電子像増強装置の断面図である。
【図２】抵抗値の異なる複数段ＭＣＰを備えた二次元電子像増強装置の断面図である。
【図３】厚みの異なる複数段ＭＣＰを備えた二次元電子像増強装置の模式図である。
【図４】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図５】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図６】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図７】検出部がＣＣＤである二次元電子像増強装置の断面図である。
【図８】複数段ＭＣＰを検出器として備えた透過型電子顕微鏡の概略構成図である。
【図９】Ｘ線増強管の断面図である。
【符号の説明】
１…イメージインテンシファイア、２…真空容器、３…入力窓、４…閉塞窓、５…複数段ＭＣＰ、ＭＣＰ５ｏ…最後段ＭＣＰ、ＭＣＰ５ｉ…前段側にある一つのＭＣＰ、６…検出部、７…光電面、８…駆動回路、１０…ＴＥＭ、１１…観察部、５１，５２，５３，６１，７１…電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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