(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子の入射に応じて蛍光を発する蛍光体であって、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上にヘテロ接合を介して形成されて化合物半導体発光層と、
を備え、
電子が前記化合物半導体発光層に入射することで蛍光が発せられ、前記蛍光は前記化合物半導体層の前記化合物半導体発光層とは接していない側の面から出射することを特徴とする蛍光体。
【請求項２】
電子の入射に応じて蛍光を発する蛍光体であって、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上にヘテロ接合を介して形成された化合物半導体発光層と、
前記化合物半導体発光層上にヘテロ接合を介して形成された化合物半導体被覆層と、
を備え、
電子が前記化合物半導体被覆層側から前記化合物半導体発光層に入射することで前記化合物半導体発光層は蛍光を発し、前記蛍光は前記化合物半導体層の前記化合物半導体発光層と接していない側の面から出射することを特徴とする蛍光体。
【請求項３】
前記化合物半導体発光層は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＺｎＳ、及び、ＺｎＳｅからなる群の少なくともいずれか１つの材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光体。
【請求項４】
更に、前記化合物半導体基板の前記電子線入射表面上に金属層を備えていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の蛍光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線検出器、走査型電子顕微鏡、質量分析装置、及び、イオン検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
強度の高い電子線を計測する場合、従来の電子線検出器では、電子線による電流値を計測する。
【０００３】
一方、電子線の強度が比較的弱い場合、例えば、電子線検出器を走査型電子顕微鏡に用いる場合には、電荷量が少ない。このため、試料面に電子線を照射し、試料面で発生した二次電子を収集して蛍光体に照射する。蛍光体で発生した蛍光を光電子増倍管で計測する。
【０００４】
このような蛍光体としては、ＣａＦ2、ＣａＰ5Ｏ14、Ｐ４７、Ｐ４６、ＹＡＧ：Ｃｅ3+、ＹＡＰ：Ｃｅ3+（多結晶）、ＹＡＰ：Ｃｅ3+（単結晶）等が知られている。しかしながら、いずれの蛍光体でも十分な応答特性が得られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、十分な応答特性が得られる電子線検出器、及び、これを用いた走査型電子顕微鏡、質量分析装置、及び、イオン検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の電子線検出器は、電子線入射表面と蛍光出射表面とを備え、該電子線入射表面に入射した電子を蛍光に変換し、当該蛍光を該蛍光出射表面から出射する化合物半導体基板と、光検出器と、該化合物半導体基板の該蛍光出射表面を該光検出器の光入射面に光学的に結合し、該化合物半導体基板と該光検出器とを物理的に接続し、もって、該化合物半導体基板と該光検出器とを一体化する接続手段とを備え、該接続手段が該化合物半導体基板が電子線の入射に応じて発生した蛍光を該光検出器に導き、該光検出器が該蛍光を検出することを特徴とする。
【０００７】
化合物半導体、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族系やＩＩ−ＶＩ族系の化合物半導体は、電子線を照射されると蛍光を発する。ここで、本発明者らは、化合物半導体が電子線の入射に対して蛍光を発生する際の応答特性が極めて高い、すなわち、電子線入射に応じて発生する蛍光の寿命が極めて短いことを発見した。本発明の電子線検出器では、接続手段により、化合物半導体基板の蛍光出射表面を光検出器の光入射面に光学的に結合し、且つ、化合物半導体基板と光検出器とを物理的に接続し、もって、化合物半導体基板と光検出器とを一体化している。化合物半導体基板が電子線の入射に応じて蛍光を発生し該蛍光を蛍光出射表面から出射すると、接続手段が当該蛍光を光検出器に導く。光検出器が蛍光を検出することで、入射した電子線を検出する。このように、化合物半導体基板が光検出器の光入射面に光学的に結合され、かつ、両者が一体化されて構成されているため、本発明の電子線検出器は十分な応答特性を有している。したがって、本発明の電子線検出器は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置等に用いることができる。
【０００８】
ここで、化合物半導体基板において、蛍光出射表面は、電子線入射表面とは反対の側に形成されていることが好ましい。電子入射領域と蛍光出射領域の両方を有効に確保できるからである。
【０００９】
化合物半導体基板は、化合物半導体基板層と、化合物半導体基板層上に形成され入射した電子を蛍光に変換する化合物半導体発光層とを備えていることが好ましい。かかる構造の化合物半導体基板は、接続手段により、光検出器に確実に接続される。
【００１０】
化合物半導体発光層は、ＩＩＩ−Ｖ族系もしくはＩＩ−ＶＩ族系の化合物半導体で形成されていることが好ましい。例えば、化合物半導体発光層は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＺｎＳ、及び、ＺｎＳｅからなる群の少なくともいずれか１つの材料で形成されていることが好ましい。かかる材料からなる化合物半導体発光層は、電子線の入射に応じて速い蛍光を発生し、しかも、その応答特性が高い。特に、化合物半導体発光層がＧａＡｓＰ層からなり、化合物半導体基板層がＡｌＧａＡｓＰ層からなることが好ましい。かかる構造の化合物半導体基板によれば、極めて高い応答特性を得ることができる。化合物半導体発光層がＧａＡｓ層からなり、化合物半導体基板層がＡｌＧａＡｓ層からなるのでも良い。やはり、極めて高い応答特性を得ることができる。
【００１１】
また、化合物半導体基板層が蛍光出射表面を有し、この蛍光出射表面が接続手段を介して光検出器に接続されていることが好ましい。化合物半導体発光層と接続手段との間に化合物半導体基板層が配置されるため、化合物半導体発光層が接続手段により汚染されるのが防止される。
【００１２】
化合物半導体基板は、さらに、化合物半導体発光層上に形成された化合物半導体被覆層を備えていても良い。この場合には、化合物半導体被覆層が電子線入射表面を有する。ただし、化合物半導体被覆層はなくても良い。この場合には、化合物半導体発光層が電子線入射表面を有する。
【００１３】
本発明の電子線検出器は、化合物半導体基板の電子線入射表面上に金属層を備えていることが好ましい。例えば、化合物半導体基板が化合物半導体被覆層を有している場合には、金属層を化合物半導体被覆層上に設ければ良い。一方、化合物半導体基板が化合物半導体被覆層を有していない場合には、金属層を化合物半導体発光層上に設ければ良い。金属層に正の電圧を印加することで、電子線を化合物半導体基板の電子線入射表面に入射させることができる。金属層は、また、化合物半導体基板内部のチャージアップを抑制したり、蛍光を光検出器方面に反射する機能を有する。
【００１４】
もしくは、化合物半導体基板の電子線入射表面上に金属層を設けず、化合物半導体基板の電子線入射表面が露出されるようにしてもよい。この場合には、化合物半導体基板の電子線入射表面のキャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とすれば、化合物半導体基板内部のチャージアップを抑制することができる。例えば、化合物半導体基板が化合物半導体被覆層を有していない場合には、化合物半導体発光層の全体もしくはその露出表面を含む表層のキャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とすることにより、化合物半導体基板内部のチャージアップを抑制することができる。
【００１５】
接続手段は、蛍光透過性の接着剤層からなることが好ましい。化合物半導体基板を光検出器に確実に接続できると共に、化合物半導体基板で発生した蛍光を光検出器に確実に導くことができる。
【００１６】
もしくは、接続手段は、蛍光透過性の材料で形成された光学部材からなり、化合物半導体基板の蛍光出射表面が光学部材の１つの端面に取り付けられ、光学部材の他の端面が光検出器の光入射面に取り付けられているのでも良い。光学部材を介して、化合物半導体基板を光検出器に確実に接続し、かつ、化合物半導体基板で発生した蛍光を光検出器に確実に導くことができる。この場合には、光学部材はガラスであり、接続手段が、更に、化合物半導体基板の蛍光出射表面上に形成されたＳｉＮ層と、ＳｉＮ層上に形成されたＳｉＯ2層とを備えていることが好ましい。ＳｉＯ2層とガラスとが融着されることにより、光学部材を化合物半導体基板に確実に接続することができる。ＳｉＮ層とＳｉＯ2層とは蛍光を確実に光学部材に導くことができ、しかも、ＳｉＮ層は反射防止膜としても機能する。接続手段は、更に、ガラスからなる光学部材と光検出器の光入射面とを接着する蛍光透過性の接着剤層を備えていれば、光学部材と光検出器とを確実に接続し、かつ、光学部材が導いてきた蛍光を光検出器に確実に導くことができる。
【００１７】
本発明の電子線検出器は、更に、化合物半導体基板の電子線入射表面に対向する位置に設けられた電子増倍部を備え、かかる電子増倍部にて増倍された電子線が電子線入射表面に入射するように構成しても良い。かかる構成によれば、微弱な電子線をも高精度で検出することができる。ここで、電子増倍部は、例えば、マイクロチャンネルプレートであることが好ましい。マイクロチャンネルプレートによれば、微弱な電子線を増倍することができ、また、電子線のみならずイオンの検出を行うこともできる。
【００１８】
光検出器は光電子増倍管からなり、化合物半導体基板の蛍光出射表面が、接続手段を介して、光電子増倍管の光入射窓に接続されていることが好ましい。光電子増倍管を用いれば、微弱な電子線の検出をも精度良く行うことができる。ここで、光電子増倍管は、光入射窓と共に真空領域を形成するための、例えば、側管とステムとからなる壁部と、光入射窓の内面であって真空領域内部に形成された光電陰極と、真空領域内部に形成された電子増倍部及び陽極とを備えていることが好ましい。光電陰極が、化合物半導体基板からの蛍光の入射に応じて電子を生成し、電子増倍部が電子を増倍し、陽極が増倍した電子を収集する。光電陰極と電子増倍部と陽極とが真空領域内部に形成されているので、たとえ、電子線検出器を電子線を検出するための真空容器から取り出しても、これら光電陰極と電子増倍部と陽極とが大気に曝されることがない。従って、これらの部材の劣化を防止しつつ、電子線検出器を様々な用途に自由に使用することができる。なお、電子増倍部は、積層された複数段のダイノードを備えているタイプであることが好ましい。かかる積層型の電子増倍部は、応答特性が高いので、応答特性の高い化合物半導体基板と一体化させることにより、電子線検出を極めて高い応答特性にて行うことができる。
【００１９】
もしくは、光検出器は、アバランシェホトダイオードを備えていても良い。この場合にも、化合物半導体基板の蛍光出射表面が、接続手段を介して、光検出器の光入射面に接続される。このようにアバランシェホトダイオードを用いれば、微弱な電子線でも精度よく検出することができる。ここで、光検出器の光入射面が化合物半導体基板の蛍光出射表面より小さい場合には、接続手段は、蛍光をその出力面を縮小しながら、光検出器の光入射面に導くことが好ましい。この場合、接続手段は、例えば、化合物半導体基板の蛍光出射表面に接続された蛍光入力面と光検出器の光入射面に接続された蛍光出力面とを備えた、ガラスや光ファイバープレート等の、ライトガイドからなり、その蛍光出力面が蛍光入力面より小さいものであることが好ましい。光入射面面積が小さく応答特性の良いアバランシェホトダイオードを用いることができるので、電子線検出を良好な応答特性にて行うことができる。しかも、蛍光出力面を縮小しながら導くため、大面積の化合物半導体基板を用いることができる。したがって、電子線を大面積で受け取り一度に検出することができるため、検出精度を向上させることができる。
【００２０】
また、別の観点によれば、本発明の走査型電子顕微鏡は、真空チャンバを構成する壁部と、該真空チャンバ内に配置された試料の表面上を電子線で走査するための電子線走査部と、電子線入射表面と蛍光出射表面とを備え、該電子線入射表面に入射した電子を蛍光に変換し、当該蛍光を該蛍光出射表面から出射する化合物半導体基板と、光検出器と、該化合物半導体基板の該蛍光出射表面を該光検出器の光入射面に光学的に結合し、該化合物半導体基板と該光検出器とを物理的に接続し、もって、該化合物半導体基板と該光検出器とを一体化する接続手段とを備え、該接続手段が該化合物半導体基板が電子線の入射に応じて発生した蛍光を該光検出器に導き、該光検出器が該蛍光を検出する電子線検出器とを備え、該電子線検出器が、少なくとも該化合物半導体基板の該電子線入射表面が該真空チャンバ内に位置するように、該壁部に対し取り付けられ、該電子走査部が、該試料の表面上を電子線で走査することにより、該試料に二次電子を発生させ、該化合物半導体基板に所定の電圧が印加されることにより、該二次電子が該電子線検出器に導かれて該電子線検出器により検出されることを特徴とする。
【００２１】
このように、本発明の走査型電子顕微鏡によれば、電子線検出器が、少なくとも化合物半導体基板の電子線入射表面が真空チャンバ内に位置するように、真空チャンバの壁部に対し、例えば、着脱自在に、取り付けられている。真空チャンバ内に試料が配置され、例えば、電子銃と偏向板とからなる電子線走査部が、試料の表面上を電子線で走査する。電子線検出器の化合物半導体基板には、試料に対する相対電位が与えられる。電子走査部が試料の表面上を電子線で走査すると、試料は二次電子を発生する。二次電子は電子線検出器に導かれ検出される。かかる走査型電子顕微鏡によれば、電子線検出器の応答特性がよいため、コントラストの良い像が撮影でき、また、走査速度を向上することができる。ここで、専用もしくは汎用の制御装置により、電子線検出器に電圧を印加し、かつ、電子線検出器の出力と電子線の走査位置とを対応づけることで試料の像を作成し、モニターやプリンタ等の出力装置にて出力するようにすることが好ましい。コントラストの良い像が、簡単かつ迅速に出力される。
【００２２】
また、別の観点によれば、本発明の質量分析装置は、真空チャンバを構成する壁部と、該真空チャンバ内に設けられ、試料に基づいてイオンを発生するイオン発生部と、該真空チャンバ内に設けられ、該発生したイオンを、その質量に応じて分離する分離部と、該真空チャンバ内に設けられ、該分離部で分離されたイオンが照射されて電子を生成するイオン−電子変換部と、電子線入射表面と蛍光出射表面とを備え、該電子線入射表面に入射した電子を蛍光に変換し、当該蛍光を該蛍光出射表面から出射する化合物半導体基板と、光検出器と、該化合物半導体基板の該蛍光出射表面を該光検出器の光入射面に光学的に結合し、該化合物半導体基板と該光検出器とを物理的に接続し、もって、該化合物半導体基板と該光検出器とを一体化する接続手段とを備え、該接続手段が該化合物半導体基板が電子線の入射に応じて発生した蛍光を該光検出器に導き、該光検出器が該蛍光を検出する電子線検出器とを備え、該電子線検出器が、少なくとも該化合物半導体基板の該電子線入射表面が該真空チャンバ内に位置するように、該壁部に対し取り付けられ、該イオン−電子変換部へのイオンの照射に応じて該イオン−電子変換部が二次電子を発生し、該化合物半導体基板に所定の電圧が印加されることにより、該二次電子が該電子線検出器に導かれ該電子線検出器により検出されることを特徴とする。
【００２３】
このように、本発明の質量分析装置では、電子線検出器が、少なくとも化合物半導体基板の電子線入射表面が真空チャンバ内に位置するように、真空チャンバ壁部に対し、例えば、着脱自在に、取り付けられている。真空チャンバ内では、イオン発生部が試料に基づいてイオンを発生する。分離部が、イオンをその質量に応じて空間的又は時間的に分離する。分離されたイオンは、例えばダイノード等からなるイオン−電子変換部に照射される。電子線検出器の化合物半導体基板には、イオン−電子変換部に対する相対電位が与えられる。イオン−電子変換部へのイオンの照射に応じてイオン−電子変換部で発生した二次電子は、電子線検出器に導かれ検出される。かかる質量分析装置によれば、電子線検出器の応答特性がよいため、高質量分解能を達成できる。ここで、専用もしくは汎用の制御装置により、電子線検出器に電圧を印加し、かつ、分離部による分離動作と電子線検出器の出力とを対応づけることにより試料の質量分析を行い、分析結果をモニターやプリンタ等の出力装置に出力することが好ましい。高質量分解能の質量分析結果が簡単に出力される。
【００２４】
また、別の観点によれば、本発明のイオン検出器は、電子線入射表面と蛍光出射表面とを備え、該電子線入射表面に入射した電子を蛍光に変換し、当該蛍光を該蛍光出射表面から出射する化合物半導体基板と、光検出器と、該化合物半導体基板の該蛍光出射表面を該光検出器の光入射面に光学的に結合し、該化合物半導体基板と該光検出器とを物理的に接続し、もって、該化合物半導体基板と該光検出器とを一体化する接続手段とを備え、該接続手段が該化合物半導体基板が電子線の入射に応じて発生した蛍光を該光検出器に導き、該光検出器が該蛍光を検出する電子線検出器と、該電子線検出器の該化合物半導体基板の該電子線入射表面に対向する位置に設けられたマイクロチャンネルプレートとを備え、該マイクロチャンネルプレートが、入射したイオンに応じて二次電子を発生し、該発生した二次電子が該電子線検出器の該電子線入射表面に入射することを特徴とする。
【００２５】
マイクロチャンネルプレートがイオンの入射に応じて二次電子を発生し、この電子が電子線検出器で検出される。かかるイオン検出器によれば、電子線検出器の応答特性がよいため、イオン検出を良好な応答特性にて行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態に係る電子線検出器について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
第１図は、第１の実施形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。
【００２８】
この電子線検出器１００は、略円柱形状をしており、その軸に沿って、化合物半導体基板１、ライトガイド２、及び、光検出器としての光電子増倍管１０が配置され、これらが一体化されて構成されている。化合物半導体基板１は、入射した電子を蛍光に変換するためのものである。光電子増倍管１０は、光入射面Ｉを有し、光入射面Ｉに入射した光を検出するための光検出器である。ライトガイド２は、蛍光透過性の材料からなる光学部材である。光電子増倍管１０の光入射面Ｉにライトガイド２が貼り付けられており、このライトガイド２に化合物半導体基板１が取り付けられている。こうして、化合物半導体基板１は、ライトガイド２により、光電子増倍管１０の光入射面Ｉに光学的に結合され、且つ、化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とが物理的に接続されており、化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とが一体化されて電子線検出器１００が構成されている。
【００２９】
化合物半導体基板１は、被覆層１ａと、発光層１ｂと、基板層１ｃとを備えている。中間半導体層としての発光層１ｂは、被覆層１ａと基板層１ｃとに挟まれている。本実施の形態では、発光層１ｂは化合物半導体ＧａＡｓで形成されている。ＧａＡｓは、電子の入射に応じて蛍光を発生する単結晶である。その発光波長は８７０ｎｍである。被覆層１ａと基板層１ｃとは、共に、化合物半導体ＡｌＧａＡｓで形成されている。こうして、化合物半導体基板１は、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとを含んで構成されている。ここで、ＡｌＧａＡｓはＧａＡｓよりもエネルギーバンドギャップが広く、隣接する半導体１ａ，１ｂ間，及び、１ｂ、１ｃ間にへテロ接合が形成されることで、蛍光の発光効率が高くなっている。本実施の形態の場合には、被覆層１ａの表面（発光層１ｂに接していない側の面（第１図における上側面））が電子線入射側表面１ｉｎを規定し、基板層１ｃの表面（発光層１ｂに接していない側の面（第１図における下側面））が蛍光出射側表面１ｏｕｔを規定している。
【００３０】
かかる構造の化合物半導体基板１は、図示しない例えばＧａＡｓ等で形成された基盤の上に、被覆層１ａ、発光層１ｂ、及び、基板層１ｃを、この順に形成し、その後、被覆層１ａを基盤から分離することで、作成する。
【００３１】
化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎ上（すなわち、被覆層１ａ上）には、金属層３が形成されている。金属層３は、例えば、アルミニウムで形成されている。金属層３は、電子線を加速させながら引き寄せるための正電位が与えられる電極として機能する。金属層３は、電子線が透過できる程度に薄く、具体的には、厚さが３０〜５０ｎｍとなるように、形成されている。なお、電子の透過率を向上させるため、金属層３をメッシュ状とすることもできる。
【００３２】
金属層３は、また、化合物半導体基板１に入射した電子線の電荷による化合物半導体基板１内の電荷蓄積（チャージアップ）を抑制する機能をも有する。金属層３は、更に、化合物半導体基板１内で発生した蛍光を蛍光出射側表面１ｏｕｔの方向に反射し、蛍光を蛍光出射側表面１ｏｕｔから光電子増倍管１０の光入射面Ｉ方向に出射させる機能をも有する。
【００３３】
本実施の形態では、光電子増倍管１０は、透過型光電面を有するヘッドオン型である。具体的には、光電子増倍管１０は、金属製の側管１０ａ、側管１０ａの頂部の開口を閉塞する光入射窓（光入力面板）１０ｂ、及び、側管１０ａの底部の開口を閉塞するステム板１０ｃからなる真空容器を備えている。光入射窓１０ｂの外側表面が光入射面Ｉを規定する。
【００３４】
真空容器内には、光入射窓１０ｂの内面に形成された光電陰極１０ｄと、電子増倍部１０ｅと、陽極部１０ｆとが配置されている。また、光電陰極１０ｄと電子増倍部１０ｅとの間には、収束電極板１０ｇが配置されている。複数のピン１０ｐが、ステム板１０ｃを貫通するように設けられている。
【００３５】
光電陰極１０ｄの材料としてはＧａＡｓを用いることが好ましい。化合物半導体基板１がＧａＡｓを含むからである。
【００３６】
電子増倍部１０ｅは、ブロック状で積層タイプのものであり、複数段のダイノード１２が積層されて構成されている。
【００３７】
陽極部１０ｆには、複数の陽極１４が配置されている。
【００３８】
複数のピン１０ｐは、電子増倍部１０ｅ用の複数のピン１０ｐと陽極部１０ｆ用の複数のピンとから構成されている。各陽極用ピン１０ｐは、図示しないリード線を介して、対応する陽極１４に接続されている。また、残りの電子増倍部用ピン１０ｐの各々が、電子増倍部１０ｅの対応する段のダイノード１２に接続されており、当該対応する段のダイノード１２に所定の電位を与えるようになっている。なお、金属製の側管１０ａの電位は０ボルトであり、光電陰極１０ｄは側管１０ａに電気的に接続されている。
【００３９】
上記構成を有する光電子増倍管１０は、約１ｎｓという極めて高い時間応答特性を有している。化合物半導体基板１は、後述するように、約２ｎｓ以下という極めて高い応答特性を有しているため、光電子増倍管１０と化合物半導体基板１とを組み合わせることにより、極めて応答特性の良い電子線検出器１００を実現している。
【００４０】
なお、光電子増倍管１０としては、上記のような複数の陽極１４を備えたマルチアノードタイプではなく、単一の陽極を備えるシングルアノードタイプでも良い。その場合には、当該単一の陽極１４が１つの陽極用ピン１０ｐに接続される。
【００４１】
また、電子増倍部１０ｅも、上記のようなブロック状で積層型のものに限られず、他の任意の型のダイノード、例えば、メッシュ型のダイノードで構成しても良いし、マイクロチャネルプレートで構成して良い。
【００４２】
ライトガイド２は、円柱状もしくは円板状のガラス板からなり、光入力端面２ｉｎと光出力端面２ｏｕｔとを備えている。本実施の形態では、光入力端面２ｉｎと光出力端面２ｏｕｔとは、互いに略等しい面積を有している。化合物半導体基板１の蛍光出射側表面１ｏｕｔ（基板層１ｃの表面）とライトガイド２の光入力端面２ｉｎとの間には、接着層ＡＤ１が介在しており、接着層ＡＤ１によってライトガイド２と化合物半導体基板１との間の相対位置が固定されている。ここで、接着層ＡＤ１は、蛍光透過性の材料からなる。本実施の形態の場合には、接着層ＡＤ１は、ＳｉＮ層ＡＤａとＳｉＯ2層ＡＤｂとから構成されている。より詳しくは、化合物半導体基板１の基板層１ｃの表面１ｏｕｔ上にＳｉＮ層ＡＤａが形成されており、さらに、ＳｉＯ2層ＡＤｂがＳｉＮ層ＡＤａ上に形成されている。なお、接着層ＡＤ１全体としての屈折率は、１．５である。ＳｉＮ層ＡＤａは、反射防止膜としても機能する。すなわち、化合物半導体基板１内で発生した蛍光が接着層ＡＤ１を透過する際に、化合物半導体基板１方向へ反射して戻ってしまうのを抑制する。
【００４３】
ここで、ＳｉＮ層ＡＤａは、スパッタリング法等によって、化合物半導体基板１の基板層１ｃ上に形成される。このため、ＳｉＮ層ＡＤａは化合物半導体基板１に対して高い結合力にて結合される。ＳｉＯ2層ＡＤｂも、同じくスパッタリング法等によって、ＳｉＮ層ＡＤａ上に形成される。このため、ＳｉＯ2層ＡＤｂもＳｉＮ層ＡＤａに対して高い結合力にて結合される。ＳｉＯ2層ＡＤｂが、ライトガイド２の光入力端面２ｉｎに融着されている。ここで、ＳｉＯ2層ＡＤｂもライトガラス２（ガラス）も共に珪化酸化物であるため、これらは、加熱されることにより融着される。こうして、接着層ＡＤ１が、全体として、化合物半導体基板１をライトガイド２に対して確実に接着する。
【００４４】
ライトガイド２の光出力端面２ｏｕｔと光電子増倍管１０の光入射面Ｉ（光入射窓１０ｂの外側表面）との間には、蛍光透過性の接着剤で形成された接着層ＡＤ２が介在している。当該接着層ＡＤ２によって、ライトガイド２と光電子増倍管１０との間の相対位置が固定されている。ここで、この接着剤は、例えば、蛍光透過性の樹脂である。なお、接着層ＡＤ２の屈折率も、例えば、１．５である。
【００４５】
かかる構成を有する本実施の形態の電子線検出器１００は、以下のように動作する。
【００４６】
電子線を検出しようとする場合、金属層３に所望の正電位を印加する。その結果、検出しようとする電子線が、金属層３に引き寄せられる。電子線は、金属層３を透過し、化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎに入射する。化合物半導体基板１は、かかる電子線の入射に応じて蛍光を発生する。この蛍光は、直接、或いは、金属層３で反射されて、蛍光出射側表面１ｏｕｔから出射し、接着層ＡＤ１を介して、ライトガイド２の光入力端面２ｉｎに入射する。蛍光は、ライトガイド２を透過し光出力端面２ｏｕｔから出射し、接着層ＡＤ２を透過して、光電子増倍管１０の光入射面Ｉに到達する。
【００４７】
光入射面Ｉに入射した蛍光は、光入射窓１０ｂを透過して光電陰極１０ｄに入射する。光電陰極１０ｄは、蛍光の入射に応じて光電変換を行って、光電子を、光電子増倍管１０の真空容器内部方向に放出する。この電子は、電子増倍部１０ｅによって多段増倍され、陽極部１０ｆで収集される。陽極部１０ｆで収集された電子は、電子線検出器１００に入射した電子線の量を示す信号として、陽極用ピン１０ｐを介して光電子増倍管１０の外部に取り出される。
【００４８】
以上のように、本実施の形態の電子線検出器１００では、ライトガイド２により、化合物半導体基板１における電子線入射表面１ｉｎ（被覆層１ａの表面）とは反対側の蛍光出射表面１ｏｕｔ（基板層１ｃの表面）を光電子増倍管１０の光入射面Ｉに光学的に結合し、且つ、化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とを物理的に接続し、もって、化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とを一体化している。化合物半導体基板１が金属層３を介して入射した電子を蛍光に変換すると、ライトガイド２が当該蛍光を光電子増倍管１０に導き、光電子増倍管１０が蛍光を検出することで、入射した電子線を検出する。化合物半導体基板１と光電子増倍管１０の応答特性が極めて良いため、高い応答特性にて電子線検出を行うことができる。
【００４９】
第２図は、上記化合物半導体基板１に、パルス的に電子を入射させた場合に電子線検出器１００から出力される電流信号強度（任意定数）の時間（ｎｓ）に対する依存性（Ｄ１：実施例）を示すグラフである。なお、各層１ａ，１ｂ，１ｃの厚みは、それぞれ、１００ｎｍ、５０００ｎｍ、１００ｎｍであった。
【００５０】
また、電子線検出器１００において上記化合物半導体基板１の代わりに蛍光体（Ｐ４７）を設け、当該蛍光体にパルス的に電子を入射させた場合に電子線検出器１００から出力される電流信号強度（任意定数）の時間（ｎｓ）に対する依存性（Ｄ２：比較例）をも示している。
【００５１】
同グラフに示すように、実施例及び比較例の強度が入射時の強度の１０％に減少するまでの時間は、それぞれ、０．６ｎｓ、９０ｎｓであり、実施例のものの方が応答速度が高いことが分かる。特に、実施例の場合には、上記時間が２ｎｓ以下であり、絶対的応答速度も非常に高い。
【００５２】
本実施の形態の電子線検出器１００は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や質量分析装置に用いることができる。
【００５３】
第３図は、本実施の形態の電子線検出器１００を備えた走査型電子顕微鏡２００の主要部の概略説明図である。走査型電子顕微鏡２００は、真空チャンバを構成する壁部２１０を備えている。真空チャンバ内には、電子線走査部２２０と試料ＳＭとが、互いに対向するように、配置されている。電子線走査部２２０は、電子銃２２０ａと、一対の偏向電極（偏向板）２２０ｂとを備え、試料ＳＭの表面上を電子線ｅ１で走査することにより、試料ＳＭに二次電子ｅ２を発生させる。
【００５４】
本実施の形態の電子線検出器１００は、少なくとも金属層３と化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎとが真空チャンバ内に位置するように、壁部２００に対し着脱自在に取り付けられており、二次電子ｅ２を検出するようになっている。
【００５５】
電子線検出器１００と電子線走査部２２０とは、コンピュータからなる制御装置２３０に接続されている。制御装置２３０は、電圧印加部２３０ａを備えている。電圧印加部２３０ａは、電子線検出器１００の金属層３に接続されている。電圧印加部２３０ａは、金属層３に所定の正の電圧を印加し、金属層３に試料ＳＭに対する所定の相対電位を与えることで、試料ＳＭで発生した二次電子ｅ２を電子線検出器１００に導く。制御装置２３０は、さらに、制御部２３０ｂを備えている。制御部２３０ｂは、電子銃２２０ａと偏向電極２２０ｂと、光電子増倍管１０の複数のピン１０ｐと、モニター２４０とに接続されている。制御部２３０ｂは、走査型電子線顕微鏡２００の各部を制御する。制御部２３０ｂは、偏向電極２２０ｂへ印加する電圧の掃引状態が示す電子線ｅ１の走査位置と電子線検出器１００の出力とを対応づけながらモニター２４０を制御することにより、モニター２４０に試料ＳＭの像を表示させる。
【００５６】
かかる構成を有する走査型電子線顕微鏡２００は、制御装置２３０による制御の下、以下のように動作する。
【００５７】
電子銃２２０ａが電子線ｅ１を試料ＳＭ上に照射すると、偏向電極２２０ｂが電子線ｅ１を偏向して、試料ＳＭの表面を走査する。その結果、試料ＳＭの表面から二次電子が放出される。これが電子線ｅ２として電子線検出器１００へ導かれる。電子線ｅ２の入射に応じて陽極用ピン１０ｐから電気信号が出力される。ここで、全陽極用ピン１０ｐからの出力の総和が、電子線検出器１００に入射した電子線ｅ２の量の総和を示している。そこで、制御部２３０ｂは、偏向電極２２０ｂの電圧掃引値（電子線ｅ１の走査位置）と電子線検出器１００の出力結果である全陽極用ピン１０ｐからの出力総和値とを同期させて対応づけることにより、試料ＳＭの像を表示する。
【００５８】
以上のように、走査型電子線顕微鏡２００では、電子線検出器１００の少なくとも金属層３と化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎとが真空チャンバ内に配置されている。このため、真空チャンバ内に配置された試料ＳＭの表面上を電子線ｅ１で走査することにより、試料ＳＭから発生した二次電子を電子線検出器１００に導き、試料ＳＭの像を撮影することができる。
【００５９】
第４図は、上記走査型電子顕微鏡２００の電子線検出器１００から出力される電流信号の強度（任意定数）の時間（ｎｓ）に対する依存性を示すグラフである。Ｄ１は、電子線検出器１００が本実施の形態である場合のデータを示し、Ｄ２は、化合物半導体１の代わりに蛍光体（Ｐ４７）を使用した上記比較例のもののデータを示す。なお、試料ＳＭの表面領域をマトリックス状に配列された微小領域の集合体として規定し、各微小領域を画素とし、各画素毎に電子線ｅ１をパルス的に照射する場合において、隣接する画素間の走査に必要な時間間隔を１０ｎｓとする。
【００６０】
比較例の場合、強度減衰に９０ｎｓを要するので、１０ｎｓの時間間隔で走査を行うと残光が発生するが、本実施の形態の場合、強度減衰は２ｎｓ以下で行われるので、残光が発生しないこととなる。ここで、実施の形態におけるコントラストを符号Ｃ２で、比較例の場合におけるコントラストを符号Ｃ１で示すと、本実施の形態の電子線検出器１００を用いることにより、比較例に比べ、コントラストが極めて良い画像を得ることができるのがわかる。また、本実施の形態のものにおいては、減衰時間が短いため、走査速度を向上させる、すなわち、走査間隔を１０ｎｓより短くすることもできる。
【００６１】
第５図は、本実施の形態の電子線検出器１００を備えた質量分析装置３００の主要部の概略説明図である。
【００６２】
この質量分析装置３００は、真空チャンバを構成する壁部３１０を備えている。真空チャンバ内には、イオン発生部３２０と、分離部３３０と、ダイノード部（イオン−電子変換部）３４０とが設けられている。
【００６３】
イオン発生部３２０は、試料に基づいてイオンを発生するためのものである。イオン発生部３２０には、質量分析を行いたいガス分子試料、もしくは、加熱気化された試料分子が導入される。イオン発生部３２０は、例えば、図示しないフィラメントを備えており、フィラメントで発生した熱電子で導入試料をたたくことにより、導入試料をイオン化して、分離部３３０内に導く。
【００６４】
分離部３３０は、イオン発生部３２０内で発生したイオンを、その質量に応じて、空間的又は時間的に、分離するためのものである。本実施の形態の場合には、分離部３３０は、４個の円筒電極からなる四重極電極３３０ａと、アパーチャ壁部３３０ｂとを備え、イオンを質量に応じて空間的に分離する。
【００６５】
アパーチャ壁部３３０ｂは、四重極電極３３０ａとダイノード部３４０との間の所定の位置に配置されており、イオン通過用アパーチャＡＰが形成されている。四重極電極３３０ａに定常電圧と所定の周波数の交流電圧とを重畳した電圧が印加されると、イオン発生部３２０から導入されたイオンのうち、当該所定周波数に対応する質量のイオンが、他の質量のイオンと空間的に分離され、アパーチャＡＰを通過しダイノード部３４０に入射することができる。
【００６６】
ダイノード部３４０は、アパーチャ壁部３３０ｂに対して分離部３３０とは逆側に位置している。ダイノード部３４０は、イオンの入射に応じて二次電子ｅ３を放出するためのものである。本実施の形態では、ダイノード部３４０は、正イオンが照射されるための第１ダイノードＤＹ１と、負イオンが照射されるための第２ダイノードＤＹ２とを備えている。
【００６７】
本実施の形態の電子線検出器１００は、少なくとも金属層３と化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎとが真空チャンバ内に位置するように、壁部３１０に対し着脱自在に取り付けられており、二次電子ｅ３を検出する。
【００６８】
ここで、イオン生成部３２０にて生成されたイオンのうち、正イオンを引き出してその分析を行いたい場合には、第１ダイノードＤＹ１に負電位が与えられる。分離部３３０内に位置するイオンのうち、四重極電極３３０ａに印加されている交流電圧の周波数に対応した質量を有する正イオンが、アパーチャＡＰを通過して第１ダイノードＤＹ１に衝突する。この衝突に伴って第１ダイノードＤＹ１の表面から二次電子が放出され、これが電子線ｅ３として電子線検出器１００へ導かれる。電子線ｅ３の入射に応じて陽極用ピン１０ｐから電気信号が出力される。
【００６９】
一方、負イオンの分析を行う場合には、第２ダイノードＤＹ２に正電位が与えられる。分離部３３０内に位置するイオンのうち、四重極電極３３０ａに印加されている交流電圧の周波数に対応した質量を有する負イオンが、アパーチャＡＰを通過して第２ダイノードＤＹ２に衝突する。この衝突に伴って第２ダイノードＤＹ２の表面から二次電子が放出され、これが電子線ｅ３として電子線検出器１００へ導かれる。電子線ｅ３の入射に応じて陽極用ピン１０ｐから電気信号が出力される。
【００７０】
電子線検出器１００、イオン発生部３２０、分離部３３０、及び、ダイノード部３４０は、コンピュータからなる制御装置３５０に接続されている。制御装置３５０は、電圧印加部３５０ａを備えている。電圧印加部３５０ａは、電子線検出器１００の金属層３に接続されており、金属層３に所定の正の電圧を印加することで、金属層３にダイノード部３４０に対する所定の相対電位を与え、ダイノード部３４０で発生した二次電子ｅ３を電子線検出器１００に導く。
【００７１】
制御装置３５０は、さらに、制御部３５０ｂを備えている。制御部３５０ｂは、イオン発生部３２０内の図示しないフィラメントと、分離部３３０の四重極電極３３０ａとアパーチャ壁部３３０ｂと、ダイノード部３４０の第１，第２ダイノードＤＹ１，ＤＹ２と、光電子増倍管１０のピン１０ｐと、モニター３６０とに接続されている。制御部３５０ｂは、質量分析装置３００の各部を制御する。制御部３５０ｂは、電子線検出器１００の出力を、四重極電極３３０ａに印加する交流電圧の周波数が示す分離イオンの質量と対応づけながらモニター３６０を制御することにより、試料の質量分析結果をモニター３６０に表示する。
【００７２】
かかる構成を有する質量分析装置３００は、以下のように動作する。
【００７３】
制御部３５０ｂは、分離部３３０の四重極電極３３０ａに印加する交流電圧の周波数を掃引する。その結果、対応する質量のイオンが、順次、対応するダイノード（ダイノードＤＹ１またはダイノードＤＹ２）に照射され、当該ダイノードの表面から二次電子が放出される。これが電子線ｅ３として電子線検出器１００へと導かれる。電子線ｅ３の入射に応じて陽極用ピン１０ｐから電気信号が出力される。ここで、全陽極用ピン１０ｐからの出力の総和が、電子線検出器１００に入射した電子線ｅ３の量の総和を示している。そこで、制御部３５０ｂは、交流電圧周波数の掃引値（分離イオンの質量）と電子線検出器１００の出力結果である全陽極用ピン１０ｐからの出力総和値とを同期させて対応づけることにより、試料の質量分析結果をモニター３６０に表示する。
【００７４】
なお、分離部３３０としては、上述の四重極電極型の他、様々なタイプのものを採用することができるが、いずれもイオンを質量に応じて時間的又は空間的に分離するものである。
【００７５】
例えば、分離部３３０が飛行管である場合には、イオンの飛行管内部での通過時間が質量に応じて異なる。そのため、結果的には、イオンのダイノードＤＹ１又はＤＹ２への到達時間が質量に応じて異なることになる。このように、飛行管は、イオンを質量に応じて時間的に分離する。全陽極用ピン１０ｐから出力される電流値の総和が時間毎に各質量のイオンの量を示すため、その時間変化をモニタすれば各質量のイオンの量が判明する。
【００７６】
また、分離部３３０が磁界を形成する磁界分散型である場合には、イオンの飛行軌道が質量に応じて異なる。すなわち、イオンを質量に応じて空間的に分離することができる。このため、分離部３３０の磁束密度を可変とすることにより、アパーチャＡＰを通過できるイオンの質量を変えることができる。したがって、磁束密度を掃引しながら、もしくは、アパーチャＡＰの位置を走査しながら、陽極用ピン１０ｐから出力される電流値の総和の時間変化をモニタすれば、この電流値総和が時間毎に対応する質量のイオンの量を示すことになる。このため、各イオンの質量が判明する。
【００７７】
以上、説明したように、質量分析装置３００では、電子線検出器１００の少なくとも金属層３と化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎとが真空チャンバ内に配置されている。真空チャンバ内では、分離部３３０が、図示しない試料から発生したイオンを、その質量に応じて空間的又は時間的に分離する。分離部３３０で分離されたイオンがダイノードＤＹ１またはＤＹ２に照射されると、当該ダイノードから二次電子ｅ３が発生する。二次電子ｅ３は、電子線検出器１００に導かれ、電子線検出器１００の出力に基づいて試料の質量分析が行われる。ここで、上述のように、電子線検出器１００は応答速度が速いので、質量分解能を著しく向上させることができる。
【００７８】
（第１の変更例）
上記説明では、電子線検出器１００の化合物半導体基板１は、被覆層１ａを有していたが、被覆層１ａはなくてもよい。すなわち、化合物半導体基板１は、基板層１ｃと発光層１ｂとのみから構成されていても良い。この場合には、化合物半導体基板１を作成する際には、図示しない基盤の上に、発光層１ｂと基板層１ｃとをこの順に形成した後、発光層１ｂを基盤から分離すれば良い。ただし、本変更例の場合にも、基板層１ｃ側をガラス２に貼り付けることが好ましい。発光層１ｂを直接ガラス２に張り付けると、発光層１ｂがガラス２により汚染されてしまう、すなわち、ガラス２内部に存在しているアルカリ金属が発光層１ｂに侵入して発光層１ｂを汚染してしまうため、好ましくないからである。したがって、この場合には、発光層１ｂの表面（基板層１ｃと接していない側の面）が電子線入射側表面１ｉｎを規定し、基板層１ｃの表面（発光層１ｂと接していない側の面）が蛍光出射側表面１ｏｕｔを規定することになる。金属層３が発光層１ｂの電子線入射側表面１ｉｎ上に形成され、蛍光出射側表面１ｏｕｔが接着層ＡＤ１を介してライトガイド２に接続される。
【００７９】
（第２の変更例）
さらに、このように化合物半導体基板１が被覆層１ａを有していない場合には、発光層１ｂ上に金属層３を形成しても良いが、形成しなくとも良い。
【００８０】
発光層１ｂ上に金属層３を形成しない場合には、発光層１ｂの電子線入射側表面１ｉｎが露出するため、電子線は発光層１ｂに直接入射することになる。また、この場合には、化合物半導体基板１の外表層（すなわち、発光層１ｂの表面１ｉｎを含む表層、もしくは、発光層１ｂ全体）のキャリア濃度を高くすれば、化合物半導体基板１における電荷蓄積を抑制することができる。
【００８１】
ここで、ＧａＡｓのキャリア濃度（ｃｍ-3）と抵抗率（Ωｃｍ）との関係を、第６図に示す。なお、抵抗率ｙとキャリア濃度ｘとの関係式を同グラフ中に示す。ここで、例えば、活性化率が約１である、すなわち、約１００％がイオン化しているとすると、キャリア濃度は不純物濃度に一致する。第６図より明らかなように、ＧａＡｓでは、活性化率が約１である場合、１×１０19ｃｍ-3以上のキャリア濃度（不純物濃度）で、抵抗率は、所望の導通状態を達成できる程度にまで、低下する。したがって、キャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とすることが、チャージアップを抑制する点で望ましい。
【００８２】
なお、このように金属層３がない場合には、化合物半導体基板１の導電性を有する部分（具体的には、発光層１ｂの表面１ｉｎを含む表層、もしくは、発光層１ｂ全体）に所望の正の電圧を印加することにより、化合物半導体基板１を正電位として、電子線を引き寄せることができる。
【００８３】
本実施の形態の電子線検出器１００は、上記のように、被覆層１ａが設けられていない場合や金属層３が設けられていない場合にも、上述した走査型電子線顕微鏡２００や質量分析装置３００に適用できる。ただし、本変更例では、金属層３が設けられていないため、電子線検出器１００は、少なくとも化合物半導体基板１の電子線入射側表面１ｉｎが真空チャンバ内に位置するように、壁部２１０または３１０に取り付けられる。また、化合物半導体基板１の導電性を有する部分（例えば、電子線入射側表面１ｉｎ）が電圧印加部２３０ａ，３５０ａに接続される。
【００８４】
さらに、以下の実施形態における電子線検出器１００も、上述した走査型電子線顕微鏡２００や質量分析装置３００に適用できる。
【００８５】
（第２の実施の形態）
第７図は、第２の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第１実施形態のものとの相違点は、本実施形態のものにおいては、化合物半導体基板１は、化合物半導体ＡｌＧａＡｓＰからなる基板１ｃと、基板１ｃ上に形成された化合物半導体ＧａＡｓＰからなる発光層１ｂとから構成されている点のみである。
【００８６】
ここで、化合物半導体ＧａＡｓＰも、電子線の入射に応じて蛍光を発生する単結晶であり、その発光波長は７２０ｎｍである。また、この実施の形態でも、上記第１の実施の形態の第１の変更例と同様、被覆層１ａは設けられておらず、発光層１ｂ上に金属層３が直接設けられている。すなわち、発光層１ｂの表面（基板層１ｃに接していない側の面（第７図における上側の面））が電子線入射側表面１ｉｎを規定し、基板層１ｃの表面（発光層１ｂに接していない側の面（第７図における下側の面））が蛍光出射側表面１ｏｕｔを規定している。金属層３が発光層１ｂの電子線入射側表面１ｉｎ上に形成され、蛍光出射側表面１ｏｕｔが接着層ＡＤ１を介してライトガイド２に接続されている。
【００８７】
なお、このように化合物半導体基板１がＧａＡｓＰの場合には、光電子増倍管１０の光電陰極１０ｄの材料はマルチアルカリであることが好ましい。
【００８８】
本実施の形態の構成においても、電子線検出器１００は十分な応答特性を得ることができる。
【００８９】
（第１の変更例）
また、第１の実施の形態における第２の変更例同様、化合物半導体基板１上に金属層３を形成しなくても良い。この場合には、発光層１ｂの電子線入射側表面１ｉｎが露出される。このように金属層３を形成しない場合には、化合物半導体基板１の表層（発光層１ｂの表面１ｉｎを含む表層、もしくは、発光層１ｂ全体）のキャリア濃度を高くすれば、化合物半導体基板１における電荷蓄積を抑制することができる。ここで、ＧａＡｓＰのキャリア濃度（ｃｍ-3）と抵抗率（Ωｃｍ）との関係を、第８図に示す。この図より明らかなように、ＧａＡｓＰでも、１×１０19ｃｍ-3以上のキャリア濃度で、抵抗率が、所望の導通状態を達成できる程度にまで、低下する。したがって、キャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とすることが望ましい。
【００９０】
（第２の変更例）
上記説明では、発光層１ｂ上に被覆層１ａを設けていなかった。しかしながら、第１の実施の形態と同様、ＧａＡｓＰ発光層１ｂ上に、基板１ｃと同一の材料である化合物半導体ＡｌＧａＡｓＰからなる被覆層１ａを、設けても良い。
（第３の変更例）
【００９１】
なお、化合物半導体基板１の発光層１ｂは、上記(1)ＧａＡｓ及び(2)ＧａＡｓＰ以外にも、様々な化合物半導体により形成することができる。ここで、発光層１ｂは、ＩＩＩ−Ｖ族系の化合物半導体、例えば、(1)ＧａＡｓと(2)ＧａＡｓＰの他、(3)ＧａＮ、(4)ＧａＡｌＮ、(5)ＧａＩｎＮや、ＩＩ−ＶＩ族系の化合物半導体、例えば、(6)ＺｎＳや(7)ＺｎＳｅから形成することが好ましい。なお、これらの化合物半導体は、いずれも、電子線の入射に応じて蛍光を発生する単結晶であり、その発光波長は、それぞれ、(3)３６０ｎｍ、(4)３６０ｎｍ以下、(5)３６０ｎｍ〜６２０ｎｍ、(6)３５０ｎｍ、(7)４８０ｎｍである。
【００９２】
従って、発光層１ｂは、(1)ＧａＡｓ、(2)ＧａＡｓＰ、(3)ＧａＮ、(4)ＧａＡｌＮ、(5)ＧａＩｎＮ、(6)ＺｎＳ、及び、(7)ＺｎＳｅからなる群の少なくともいずれか１つの材料から形成することが好ましい。
【００９３】
ここで、発光層１ｂが上記のどの材料で形成されている場合にも、化合物半導体基板１は、少なくとも、発光層１ｂと基板層１ｃとを備え、基板層１ｃがライトガイド２に接続されていれば良い。なお、発光層１ｂの上に被覆層１ａと金属層３とを設けても良いし、設けなくても良い。また、発光層１ｂの上に直接金属層３を設けてもよい。一方、発光層１ｂの上に被覆層１ａや金属層３を設けない場合には、発光層１ｂの少なくとも電子線入射側表面１ｉｎを含む表層もしくは全体のキャリア濃度を、所定のキャリア濃度（例えば、１×１０19ｃｍ-3）以上のキャリア濃度に調整し、その抵抗率を、所望の導通状態を達成できる程度にまで、低下させれば、化合物半導体１のチャージアップを抑制できるため、好ましい。
【００９４】
なお、化合物半導体基板１の発光層１ｂが上記(3)〜(7)の材料のいずれかである場合には、光電陰極１０ｄの材料はバイアルカリであることが好ましい。
【００９５】
（第３の実施の形態）
第９図は、第３の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第１の実施の形態のものとの相違点は、本実施の形態においては、接着層ＡＤ１が、２層構造ではなく、蛍光透過性の接着剤（樹脂）からなる１層構造である点のみである。かかる１層構造の接着層ＡＤ１が、化合物半導体基板１とライトガイド２とを接着している。この構造においても、化合物半導体基板１とライトガイド２とを十分な強度で接続することができ、また、十分な応答特性を得ることができる。
【００９６】
（第４の実施の形態）
第１０図は、第４の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第３の実施の形態のものとの相違点は、本実施の形態のものにおいては、ライトガイド２を介在することなく、接着層ＡＤ１が化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とを接着している点のみである。この構造においても、化合物半導体基板１と光電子増倍管１０とを十分な強度で接続することができ、また、十分な応答特性を得ることができる。
【００９７】
（第５の実施の形態）
第１１図は、第５の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第１の実施形態のものとの相違点は、本実施の形態のものにおいては、ライトガイド２の光進行方向（電子線検出器１００の軸方向）の長さが光電子増倍管１０の管長よりも長くなっている点のみである。この構造においても、十分な応答特性を得ることができる。
【００９８】
（第６の実施の形態）
第１２図は、第６の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第１の実施形態のものとの相違点は、本実施の形態のものにおいては、マイクロチャンネルプレート５が、金属層３に対向する位置に、付加された点のみである。
【００９９】
ここで、マイクロチャンネルプレート５は、内壁に二次電子放出材料が形成された図示しない複数のガラスパイプを束ねた円板状構造を有しており、電子入射側表面５ｉｎと電子出射側表面５ｏｕｔとを備えている。かかる構造を有するマイクロチャンネルプレート５は、その電子出射側表面５ｏｕｔが、金属層３から所定の距離だけ離隔しつつ、かつ、金属層３に対向するように配置されている。
【０１００】
より詳しくは、マイクロチャンネルプレート５の電子入射側表面５ｉｎの周囲には入射側電極５２が形成されている。また、マイクロチャンネルプレート５の電子出射側表面５ｏｕｔの周囲には出射側電極５４が形成されている。これら一対の電極５２，５４を介して、各ガラスパイプの両端に所定の電圧が印加される。
【０１０１】
また、本実施の形態では、金属層印加用電極３０が、ライトガイド２の上端部の周囲に形成されている。この金属層印加用電極３０が金属層３に接続されている。また、絶縁性の円筒状支持部材５６が、電子線検出器１００の軸方向上部位置に、金属層３と化合物半導体基板１とライトガイド２の上端部とを囲むように配置されている。支持部材５６は、その下端部が金属層印加用電極３０の端部に取り付けられ、その上端部が電極５２及び電極５４の端部に取り付けられている。かかる構造により、マイクロチャンネルプレート５は、支持部材５６を介して、ライトガイド２に対して保持されている。なお、支持部材５６を金属層印加用電極３０に対し着脱自在に取り付けるようにすれば、マイクロチャンネルプレート５を、ライトガイド２に対して着脱自在に取り付けることができる。
【０１０２】
上記構成を有する本実施の形態の電子線検出器１００は、以下のように動作する。
【０１０３】
入射側電極５２、出射側電極５４、及び、金属層印加用電極３０には、この順に、低い電位から順次高い電位となり、かつ、これらの間に適当な電位差が生じるように、電圧が印加される。例えば、マイクロチャンネルプレート５の電子入射側表面５ｉｎと電子出射側表面５ｏｕｔとの間に５００〜９００ボルトの電位差があり、かつ、電子出射側表面５ｏｕｔと金属層３との間に５〜１０キロボルトの電位差があるように、電圧が印加される。電子線が、マイクロチャンネルプレート５の電子入射側表面５ｉｎからガラスパイプ内部に入射すると、増倍された多数の電子が出射側５ｏｕｔより放出される。この電子は、マイクロチャンネルプレート５の出力端５ｏｕｔと金属層３との間の電位差により、金属層３に引き寄せられ、金属層３を介して化合物半導体基板１に入射する。
【０１０４】
この構造においても、十分な応答特性を得ることができる。しかも、本実施の形態によれば、検出しようとする電子線が微弱でも、マイクロチャンネルプレート５で増倍することができるため、検出を行うことができる。
【０１０５】
また、電子線ではなくイオンがマイクロチャンネルプレート５に入射しても、マイクロチャンネルプレート５が当該イオンの量に応じた量の二次電子を生成し増倍することができる。かかる二次電子を、後段の化合物半導体基板１にて蛍光に変換し、さらに、光電子増倍管１０にて検出することにより、イオンの検出をも行うことができる。したがって、本実施の形態の電子線検出器１００は、イオン検出器としても使用することができる。
【０１０６】
なお、上記説明では、電子を増倍するために、マイクロチャンネルプレート５を設けたが、マイクロチャンネルプレート５の代わりに、他の電子増倍装置を設けても良い。
【０１０７】
（第７の実施の形態）
第１３図は、第７の実施の形態に係る電子線検出器１００の縦断面図である。本実施の形態に係る電子線検出器１００と第４の実施形態のものとの相違点は、本実施の形態のものにおいては、光検出器として、光電子増倍管１０の代わりに、アバランシェホトダイオードデバイス６を用いた点のみである。
【０１０８】
アバランシェホトダイオードデバイスデバイス６は、デバイスパッケージ６１と、デバイスパッケージ６１の頂部の開口を閉塞する光入射窓（光入力面板）６２と、デバイスパッケージ６１の底部の開口を閉塞するステム板６３とからなる容器を備えている。光入射窓６２の外側用面が光入射面Ｉを規定している。容器内のステム板６３上には、アバランシェホトダイオード６４が、その光入射面６４ａが光入射窓６２に対向するように、設けられている。アバランシェホトダイオード６４は、例えば、ｐ＋層６４０、ｐ層６４２、及び、ｎ＋層６４４を備え、ｎ＋層６４４の外側表面が光入射面６４ａを規定している。複数のピン６５がステム板６３を貫通するように設けられており、アバランシェホトダイオード６４内のｐｎ接合に逆バイアスが印加されるようになっている。光入射窓６２が、接着層ＡＤ１を介して化合物半導体基板１に接着されている。
【０１０９】
かかる構造の本実施の形態の電子線検出器１００では、電子線が金属層３を介して化合物半導体基板１に入射すると、蛍光が発生する。蛍光は、アバランシェホトダイオードデバイス６の光入射窓６２を介して、アバランシェホトダイオード６４に入射する。その結果、アバランシェホトダイオード６４内で、電子−正孔対が生成され、これらがアバランシェ増倍される。アバランシェ増倍された出力電流が、電子線入射量を示す信号として、ピン６５を介して外部に取り出される。アバランシェホトダイオード６４も十分高い応答特性を有しているため、本実施の形態の電子線検出器１００も、十分高い応答特性を有している。
【０１１０】
なお、アバランシェホトダイオード６４としては、上述の構造のものに限らず、任意の構造のアバランシェホトダイオードを採用することができる。
【０１１１】
また、第１〜３，５，６の実施の形態においても、本実施の形態と同様、光電子増倍管１０の代わりにアバランシェホトダイオードデバイス６を採用しても良い。
【０１１２】
（変更例）
アバランシェホトダイオード６４は、光入射面６４ａが小さい方が応答特性が良く、大面積の光入射面６４ａを有するアバランシェホトダイオード６４では応答特性が低下してしまう。
【０１１３】
そこで、第１４図に示すように、アバランシェホトダイオードデバイス６として、光入射面６４の面積が小さく、したがって、光入射窓６２が小さいものを使用することが好ましい。この場合には、光入射窓６２より面積がかなり大きい化合物半導体基板１を使用し、化合物半導体基板１とアバランシェホトダイオードデバイス６とを、蛍光の出力面を縮小しながら導くライトガイド２を介して接続するようにすれば良い。なお、ライトガイド２は、第１の実施の形態のように、接着層ＡＤ１、ＡＤ２により、化合物半導体基板１とアバランシェホトダイオードデバイス６とに接着する。例えば、アバランシェホトダイオードデバイス６として、光入射窓６２の面積が約１ｍｍ径のものを使用し、化合物半導体基板１として、約５０ｍｍ（２インチ）径のものを使用する。そして、ライトガイド２として、その光入力端面２ｉｎの面積よりその光出力端面２ｏｕｔの面積の方が小さいような円錐形状のガラス板を使用して、化合物半導体基板１とアバランシェホトダイオードデバイス６とを接続する。本変更例によれば、小面積のアバランシェホトダイオードデバイス６を採用し高い応答特性を達成しつつ、大面積の化合物半導体基板１に入射する多量の電子を一度に検出することができる。したがって、精度よく検出を行うことができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態及びその変更例では、アバランシェホトダイオード６４を備えたアバランシェホトダイオードデバイス６の入力窓６２を化合物半導体基板１と接続した。しかしながら、アバランシェホトダイオード６４をデバイスパッケージ６１内に設けず、アバランシェホトダイオード６４の光入射面６４ａを、直接、もしくは、ライトガイド２を介して、化合物半導体基板１に接続するようにしても良い。
【０１１５】
以上、説明したように、上述のいずれの実施の形態の電子線検出器も、電子線入射に応じて発生する蛍光の寿命が短い化合物半導体基板を光検出器の光入射面に光学的に結合させ、これらを一体化しているので、十分な応答特性を得ることができる。したがって、走査型電子線顕微鏡や質量分析装置、イオン検出器に特に有効である。
【０１１６】
本発明に係る電子線検出器、走査型電子顕微鏡、質量分析装置、及び、イオン検出器は、前述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【０１１７】
例えば、上記第３〜第７の実施の形態のいずれにおいても、第１の実施の形態の第１の変更例同様、化合物半導体基板１として、被覆層１ａが形成されていないものを採用しても良い。もしくは、第１の実施の形態の第２の変更例同様、被覆層１ａと金属層３とを設けず、代わりに、発光層１ｂの少なくとも表層のキャリア濃度を高くしても良い。なお、上記第６の実施の形態において被覆層１ａも金属層３も設けない場合には、マイクロチャンネルプレート５は発光層１ｂに対向することになる。また、発光層１ｂの少なくとも表層のキャリア濃度を高くした場合には、金属層印加用電極３０を、発光層１ｂの少なくとも表層に接続すれば良い。
【０１１８】
また、上記第３〜第７の実施の形態のいずれにおいても、化合物半導体基板１として、第２の実施の形態のように、ＡｌＧａＡｓＰからなる基板層１ｃの上にＧａＡｓＰからなる発光層１ｂが形成されており被覆層１ａが形成されていないものを採用しても良い。また、その場合には、第２の実施の形態の第１の変更例同様、金属層３を設けず、代わりに、発光層１ｂの少なくとも表層のキャリア濃度を高くしても良い。逆に、第２の実施の形態の第２の変更例同様、被覆層１ａと金属層３とを設けてもよい。さらに、第２の実施の形態の第３の変更例同様、発光層１ｂを、ＧａＡｓやＧａＡｓＰ以外の化合物半導体、例えば、上記化合物半導体(3)〜(7)で形成しても良い。
【０１１９】
化合物半導体基板１は、上述以外の様々な化合物半導体にて形成してもよく、また、その構造も、上述の構造に限られない。電子線の入射に応じて蛍光を発生するものであれば、任意の化合物半導体基板を採用することができる。また、被覆層１ａを、キャリア濃度を変化させることができる材料で作成した場合には、被覆層１ａの上には金属層３を設けなくても良い。この場合には、被覆層１ａの露出面が電子線入射側表面１ｉｎを規定することになる。被覆層１ａのキャリア濃度を調整し、チャージアップを抑制するようにすれば良い。さらに、被覆層１ａ、発光層１ｂ、及び、基板層１ｃの全てを、キャリア濃度を変化させることができる材料で作成した場合にも、被覆層１ａの上に金属層３を設けなくても良い。この場合には、被覆層１ａのキャリア濃度、層１ａ及び１ｂのキャリア濃度、もしくは、全層１ａ〜１ｃ、すなわち、化合物半導体基板１全体のキャリア濃度を調整し、チャージアップを抑制するようにすれば良い。
【０１２０】
光検出器としては、光電子増倍管１０やアバランシェホトダイオードデバイス６に限らず、様々なタイプの光検出器を採用することができる。
【０１２１】
ライトガイド２としては、ガラス板の他、様々なタイプの蛍光を導くことができるライトガイドを採用することができる。例えば、光ファイバプレート（ＦＯＰ）を採用しても良い。第７の実施の形態の変更例の場合には、ライトガイド２として、円錐形状の光ファイバープレートを採用すれば良い。
【０１２２】
また、ライトガイド２の代わりに、様々なタイプの蛍光を導くことができる光学部材を使用して、化合物半導体基板と光検出器とを光学的に結合し物理的に接続して一体化させても良い。例えば、化合物半導体基板と光検出器とをレンズにて接続し、化合物半導体基板１の蛍光出射側表面１ｏｕｔから出射した蛍光を光検出器の光入射面Ｉ上に集光するようにしてもよい。
【０１２３】
さらに、接着層の構造も、上述の構造に限られない。蛍光透過性があり、化合物半導体基板と光検出器とを、光学的に結合し、かつ、物理的に接続して一体化することができるものであれば良い。
【０１２４】
さらに、接着層、もしくは、接着層とライトガイドとにより化合物半導体基板と光検出器とを接続する以外にも、様々な構成により、化合物半導体基板と光検出器とを光学的に結合し物理的に接続して一体化させることができる。
【０１２５】
走査型電子顕微鏡２００においては、電子線走査部２２０は、電子線を走査するための構成であれば、電子銃と偏向板との組み合わせに限らず、任意の構成とすることができる。また、電子線検出器は、真空チャンバ内において、試料からの二次電子を受け取ることができる任意の位置に配置することができる。制御装置２３０には、モニター２４０の代わりに、プリンタ等、任意の出力装置を接続することができる。走査型電子顕微鏡は、少なくとも電子線走査部と電子線検出器とを備えた真空チャンバを備えていれば良い。かかる走査型電子顕微鏡を汎用の制御装置や出力装置に接続して使用すれば、自由度がより高まり、簡便となる。
【０１２６】
質量分析装置３００においては、ダイノード部３４０は、分析したい試料に対応して、第１ダイノードＤＹ１のみ、もしくは、第２ダイノードＤＹ２のみを備える構成であっても良い。また、ダイノード部３４０の構成も任意の構成とすることができる。例えば、ダイノード部３４０は、イオンの入射に応じて電子を放出する任意のタイプのイオン−電子変換装置を備えていれば良く、ダイノードを備えていなくても良い。また、電子線検出器は、真空チャンバー内において、ダイノードからの二次電子を受け取ることができる任意の位置に配置することができる。制御装置３５０には、モニター３６０の代わりに、プリンタ等、任意の出力装置を接続することができる。質量分析装置は、少なくとも、イオン発生部と分離部とダイノード部と電子線検出器とを備えた真空チャンバを備えていれば良い。質量分析装置を汎用の制御装置や出力装置に接続して使用すれば、自由度がより高まり、簡便となる。
【０１２７】
イオン検出器においては、マイクロチャンネルプレートの代わりに、イオンの入射に応じて電子を放出するための任意のイオン−電子変換装置を、化合物半導体基板の前段に配置することができる。
【０１２８】
以上、説明したように、本発明にかかる電子線検出器によれば、十分な応答特性を得ることができ、これを適用した本発明の走査型電子線顕微鏡、質量分析装置、及び、イオン検出器は、所望の動作を高精度に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明に係る電子線検出器、走査型電子顕微鏡、質量分析装置、及び、イオン検出器は、半導体検査分野や物質分析分野等、固体、気体、イオン等の各種物質を検査する用途に幅広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】第１図は、本発明の第１の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図２】第２図は、電流信号強度（任意定数）の時間（ｎｍ）に対する依存性を示すグラフである。
【図３】第３図は、第１図の電子線検出器を備えた走査型電子顕微鏡の主要部の概略説明図である。
【図４】第４図は、第３図の走査型電子顕微鏡に設けられた電子線検出器から出力される電流信号の強度（任意定数）の時間（ｎｓ）に対する依存性を示すグラフである。
【図５】第５図は、第１図の電子線検出器を備えた質量分析装置の主要部の概略説明図である。
【図６】第６図は、ＧａＡｓのキャリア濃度（ｃｍ-3）と抵抗率（Ωｃｍ）との関係を示すグラフである。
【図７】第７図は、第２の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図８】第８図は、ＧａＡｓＰのキャリア濃度（ｃｍ-3）と抵抗率（Ωｃｍ）との関係を示すグラフである。
【図９】第９図は、第３の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図１０】第１０図は、第４の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図１１】第１１図は、第５の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図１２】第１２図は、第６の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図１３】第１３図は、第７の実施の形態に係る電子線検出器の縦断面図である。
【図１４】第１４図は、第７の実施の形態に係る電子線検出器の変更例の縦断面図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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