JPWO2020234987A5

JPWO2020234987A5 -

Info

Publication number: JPWO2020234987A5
Application number: JP2021519929A
Authority: JP
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2039-05-21

Description

光の照射強度が低い場合、一光子吸収による線形吸収項が支配的であり、光の波長が材料の吸収帯にあれば、試料は光を吸収して励起状態となる。励起状態においては２次電子の放出効率が高くなる。光の照射強度が高い場合、多光子吸収による非線形吸収項が支配的となり、光の波長が材料の吸収帯になくとも試料は光を吸収し、励起状態から、さらには光電子を放出する空乏状態となる。空乏状態においては２次電子の放出効率が抑制される。つまり、光の照射強度に応じて吸収特性を一光子吸収と多光子吸収との間で制御することによって、２次電子の放出量を制御することができる。非線形吸収を確認する光物性パラメータとしては、吸収係数、反射係数、偏光変調、波長変調、光電子放出、などが挙げられる。

また、本実施形態１に係る荷電粒子線装置１は、ＸＹＺステージ６、試料ホルダ７、試料８に対して電圧を印加して、試料に照射される電子エネルギを低エネルギ化させるリターディング系でも実施しても同様の効果が得られる。

図１２は、Ｐ型シリコンとＮ型シリコンにおける単位時間当たりの光照射強度Ｉｒと光電子の放出強度Ｓｐｈの関係を示している。Ｐ型シリコン１２１は、単位時間当たりの光照射強度４ＭＷ／ｃｍ２／μｓを閾値として光電子を放出するのに対し、Ｎ型シリコン１２２は１２ＭＷ／ｃｍ２／μｓを閾値として光電子を放出する。図１２では、光電子検出器９１を用いて検出した光電子の例を示したが、光起電流測定器９２を用いた場合、試料８から放出される光起電流を測定することができるので、図１２と同様の閾値を抽出することができる。

図２３は、本実施形態５に係る荷電粒子線装置１の構成図である。ここでは実施形態１で説明した構成に加え、２次電子のエネルギを弁別するエネルギフィルタ２３１と、エネルギフィルタ２３１に印加する電圧を制御するエネルギフィルタ制御部２３２を備えた構成例を示した。ユーザは操作インターフェース２３を介してエネルギフィルタ２３１に対して印加する電圧を指定し、エネルギフィルタ制御部２３２はその指定にしたがって電圧を制御する。エネルギフィルタ２３１に代えて、ウイーンフィルタを利用したスペクトルメータなどのエネルギ分光器を用いてもよい。

以上の実施形態において、光強度調整部１１としては、レーザの平均出力を制御する濃度が可変できるＮＤフィルタを用いることができる。その他、平均出力を制御する光学系として光アッテネータを用いることもできる。光強度調整部１１として、以下のものを用いることもできる：（ａ）電気光学効果素子や磁気光学効果素子を利用したパルスピッカーなどを用いてパルスの周波数やパルスの照射数を制御する、（ｂ）プリズム対で構成されるパルス分散制御光学系などを用いてパルス幅を制御する、（ｃ）集光レンズを用いて光パルスの照射領域を制御する。その他、光分岐素子、パルススタッカ、光波長変換素子、偏光制御素子、などを用いることもできる。これらを組み合わせて用いることもできる。

実施形態２において、光電子検出器９１は、電子検出器５と共通とすることができる。実施形態２においては、試料８からの光電子を測定する手段として光電子検出器９１と光起電流測定器９２を併用しているが、どちらか１つのみ用いてもよい。吸収特性測定部１３としてはその他、試料８からの反射光の反射光検出器、試料８からの反射光の偏光面検出器、試料８からの反射光の波長検出器、などを用いることもできる。

Claims

試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の単位時間当たりの照射強度を調整する光強度制御部、
を備え、
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を変化させることにより、それぞれ異なるコントラストを有する複数の前記観察像を前記画像処理部に生成させる
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
前記試料は、前記光の単位時間当たりの照射強度に応じて、前記２次荷電粒子の放出量が変化する特性を有しており、
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を第１強度に制御することにより、前記試料が前記第１強度に対応する第１放出量の前記２次荷電粒子を放出するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を前記第１強度とは異なる第２強度に制御することにより、前記試料が前記第２強度に対応する第２放出量の前記２次荷電粒子を放出するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させる
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を前記第１強度と前記第２強度との間の第３強度に制御することにより、前記試料が前記第３強度に対応する第３放出量の前記２次荷電粒子を放出するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記第３放出量は前記第１放出量よりも大きく、前記第２放出量は前記第１放出量よりも小さい
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
前記試料が前記光を吸収する吸収量は、前記光の単位時間当たりの照射強度の１乗に比例する第１成分と、前記光の単位時間当たりの照射強度の２乗以上のべき乗に比例する第２成分とを有しており、
前記第２成分は、前記光の単位時間当たりの照射強度が前記第３強度以上であるとき、前記第１成分以上となり、前記光の単位時間当たりの照射強度が前記第３強度未満であるとき、前記第１成分未満となり、
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を前記第２強度にすることにより、前記吸収量のうち前記第２成分が前記第１成分よりも大きくなるようにし、
前記光強度制御部は、前記光の単位時間当たりの照射強度を前記第１強度にすることにより、前記吸収量のうち前記第１成分が前記第２成分よりも大きくなるようにする
ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
前記試料が前記光を吸収する吸収量は、前記光の単位時間当たりの照射強度の１乗に比例する第１成分と、前記光の単位時間当たりの照射強度の２乗以上のべき乗に比例する第２成分とを有しており、
前記光強度制御部は、前記吸収量のうち前記第２成分が前記第１成分よりも大きくなるように前記光の単位時間当たりの照射強度を制御することにより、前記第１成分が前記第２成分よりも大きいときと比較して、前記放出量が小さくなるようにする
ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料が前記光を吸収する吸収量を測定する吸収特性測定部を備え、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記吸収特性測定部が測定した前記吸収量と、前記光の単位時間当たりの照射強度との間の対応関係を記述した対応関係データを格納する記憶部を備え、
前記光強度制御部は、前記対応関係データが記述している前記対応関係にしたがって、前記第１強度と前記第２強度を決定する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
前記荷電粒子線装置はさらに、前記吸収特性測定部が測定した前記吸収量にしたがって、前記検出器が検出した前記２次荷電粒子の信号量を補正する、信号量補正部を備える
ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線装置。
前記信号量補正部は、前記試料に対して前記光と前記１次荷電粒子を照射しているとき前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の第１信号量から、前記試料に対して前記光を照射し前記１次荷電粒子を照射していないとき前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の第２信号量を減算することにより、前記検出器による検出結果を補正する
ことを特徴とする請求項７記載の荷電粒子線装置。
前記光強度制御部は、前記試料に対して前記１次荷電粒子を照射する照射期間と、前記試料に対して前記１次荷電粒子を照射しない間隔期間とを切り替えることができるように構成されており、
前記画像処理部は、前記試料に対して前記１次荷電粒子を連続的に照射している間において前記試料の第１観察像を生成するとともに、前記照射期間と前記間隔期間を切り替えながら前記１次荷電粒子を断続的に照射している間において前記試料の第２観察像を生成することにより、それぞれ異なるコントラストを有する複数の前記観察像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記荷電粒子線装置はさらに、前記２次荷電粒子が有するエネルギに応じて、前記検出器に対して入射する前記２次荷電粒子を弁別する、エネルギフィルタを備える
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記光強度制御部は、前記光の平均出力、前記光のピーク強度、前記光のパルス幅、前記光のパルスの照射周期、前記試料の表面上における前記光の照射面積、前記光の波長、前記光の偏光、のうちいずれか１つ以上のパラメータを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記光強度制御部は、光アッテネータ、光分岐素子、パルススタッカ、パルスピッカー、光波長変換素子、偏光制御素子、集光レンズ、のうちいずれか１つ以上によって構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記吸収特性測定部は、前記試料からの反射光の反射光検出器、前記試料からの反射光の偏光面検出器、前記試料からの反射光の波長検出器、前記試料から放出された光電子の光電子検出器、前記試料において生じる光起電力の光起電力検出器、のうちいずれか１つ以上によって構成されている
ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線装置。