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公開番号2024059785
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2024025066,2020564135
出願日2024-02-22,2019-05-14
発明の名称第二高調波発生(SHG)光学的検査システムの設計
出願人フェムトメトリクス, インク.
代理人個人,個人
主分類G01N 21/956 20060101AFI20240423BHJP(測定;試験)
要約【課題】半導体製造および計測用の確立した技術として、第二高調波発生(SHG)を採用する際の障害を克服することが求められている。
【解決手段】SHGは、積層半導体構造の表面などを調べるために使用できる。SHGに基づく試料調査システムは、一度でSHG信号の異なる偏光成分を同時に収集し、異なる種類の情報を提供する可能性がある。SHG撮像システム10000により、試料4120の広範囲にわたるSHG画像またはSHG信号の分布マップを提供できる。そのようなSHG撮像システムには、複数のビームおよび複数の検出器を採用し、試料の一領域にわたるSHG信号を補足するものがある。SHG撮像システムには、結像光学系10114を採用して、試料を検出器配列10116に画像化しSHG画像を形成するものがある。
【選択図】図23
特許請求の範囲【請求項１】
第二高調波発生を使用して試料を特性評価するためのシステムであって、
試料を支持するように構成された試料ホルダーと、
前記試料からの第二高調波発生（ＳＨＧ）信号を生成するため光ビームを前記試料に向けるように構成された光源と、
前記光源から受けた前記光ビームを用いて二次元配列ビームを生成するように構成された配列ビーム生成器と、
前記配列ビーム生成器と前記試料との間の光路に配置され、前記配列ビーム生成器から受ける前記二次元配列ビームを前記試料にわたってスキャンするように構成されたスキャナと、
前記試料からのＳＨＧ信号を受けて信号を生成するように構成された、少なくとも一つの検出器配列を備える光学的検出システムと、
前記二次元配列ビームを前記試料に集束させて前記試料からの前記ＳＨＧ信号を受けるように構成された対物レンズと、
前記少なくとも一つの検出器配列から前記信号を受けるように構成された処理電子機器と、を備える試料評価システム。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記少なくとも一つの検出器配列は、二次元配列を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの検出器配列は、ＣＣＤ配列を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも一つの検出器配列は、時間依存積分装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記対物レンズは、さらに、前記試料を前記少なくとも一つの検出器配列上に画像化するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記対物レンズは、結像レンズを含み、前記少なくとも一つの検出器配列は、前記結像レンズに対する前記試料の共役像面に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記対物レンズは、前記光源からの光を前記試料上に集束させるように構成された集束レンズを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光源および前記少なくとも一つの検出器配列に関して前記試料を並進させるように構成された並進ステージをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記並進ステージは、ｘ－ｙ並進ステージを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記試料からの第二高調波発生光を受けるように配置された、少なくとも一つの偏光ビームスプリッタをさらに備え、前記少なくとも一つの偏光ビームスプリッタは、光を第１および第２の偏光成分に分離し、前記第１および第２の偏光成分をそれぞれ第１および第２の検出器配列に向けるように構成された、請求項１に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連する出願への相互参照）
本出願は、３５ＵＳＣ §１１９（ｅ）の優先権の利益に基づいて、２０１８年５月
１５日出願の米国仮特許出願第６２／６７１６１６号「第二高調波発生（ＳＨＧ）撮像に
基づく光学的検査システムの設計」および２０１８年５月１５日出願の米国仮出願第６２
／６７１６１１号「ハイブリッド偏光光第二高調波発生のためのシステム設計」の全体を
参照により援用する。
続きを表示（約 2,500 文字）【０００２】
本出願の対象は、第二高調波発生（ＳＨＧ）に基づくウエハ検査、半導体計測学、物質
特性評価、表面特性評価および／または界面分析のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
非線形光学において、光ビーム入力は、それらの入力の和、差、または高調波周波数と
して出力される。第二高調波発生（ＳＨＧ）は、光がある角度で入射光源の光ビームの二
倍の周波数でもって物質から放出される非線形効果である。このプロセスは、入射放射の
エネルギーＥの二つの光子を組み合わせて、エネルギー２Ｅの単一の光子を生成する（つ
まり、周波数が２倍（２ω）または波長が半分の光を生成する）ものと見なすことができ
る。
【０００４】
ＳＨＧ技術を使用した科学的研究の調査は、Ｔ．Ｆ．ハインツ等著、「半導体表面から
の光第二高調波発生」、レーザ研究の進歩ＩＩＩ（Ａ．Ｃ．タム、Ｊ．Ｌ．コール、Ｗ．
Ｃ．スチュワレー編、米国物理学会、ニューヨーク、１９８８）所収、ｐ．４５２によっ
て提供された。そこに見られるように、ＳＨＧプロセスは、対称中心を示す物質（つまり
、反転または中心対称物質）のバルク内では発生しない。これらの物質の場合、ＳＨＧプ
ロセスは、バルク物質の反転対称性が破られている表面および／または界面でのみ認識で
きる。そのため、ＳＨＧプロセスは、表面および界面の特性に対して独自の感度を提供す
る。
【０００５】
同様の理解について、ＳＨＧ効果が、ハインツ等の米国特許第５２９４２８９号明細書
に記載されている。ダウナー等の米国特許第５５５７４０９号、ハントの米国特許第６７
９５１７５号、第６７８１６８６号、第６７８８４０５号、第６８１９８４４号、第６８
８２４１４号、および第７３０４３０５号、トーク等の第６８５６１５９号、アレス等の
第７１５８２８４号明細書のそれぞれは、また、採用する可能性のある他の手法または「
ツール」について説明する。しかし、これらの特許の教示によっても、半導体製造および
計測用の確立した技術として、ＳＨＧを採用する際の主な障害のいくつかは克服されない
ように思える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第５２９４２８９号明細書
米国特許第５５５７４０９号明細書
米国特許第６７９５１７５号明細書
米国特許第６７８１６８６号明細書
米国特許第６７８８４０５号明細書
米国特許第６８１９８４４号明細書
米国特許第６８８２４１４号明細書
米国特許第７３０４３０５号明細書
米国特許第６８５６１５９号明細書
米国特許第７１５８２８４号明細書
【非特許文献】
【０００７】
Ｔ．Ｆ．ハインツ等著、「半導体表面からの光第二高調波発生」、レーザ研究の進歩ＩＩＩ（Ａ．Ｃ．タム、Ｊ．Ｌ．コール、Ｗ．Ｃ．スチュワレー編、米国物理学会、ニューヨーク、１９８８）所収、ｐ．４５２
【発明の概要】
【０００８】
（第Ｉ部）
半導体基板層内の電子が、和の周波数発生（ＳＦＧ）のための異なる電力特性を有する
各ポンプ光源およびプローブ光源によって種々に励起されるＳＨＧ計測ツールについて記
載する（例えば、通常はＳＨＧ）。そのような手法について、積層半導体装置テンプレー
トにおける異種界面に電位差を誘導して「ポンプ」として動作する「追加の」集積光源（
例えば、紫外線フラッシュランプまたはレーザ）を、「プローブ」光源として動作する短
パルスまたは超短パルスレーザ（例えば、フェムト秒固体レーザ）とともに備える、計測
特性評価ツールを提供する。効用は、単一のレーザＳＨＧ、もしくは二重または複数のレ
ーザＳＦＧシステムからはっきり区別されるように、異なる目的のための二つの異なる源
を一斉にまたは互いに連動させて（後述する、様々な時間オフセットおよび／または可変
ポンプエネルギー方法を介して）使用することから生じる。
【０００９】
一方法では、ポンプについて、いくつかの物質の総特性評価時間を低減することを可能
にする前励起または予備励起光源として使用する。そのような多くの実装では、時間依存
電場を、プローブ／プローブレーザによって一次生成していない。この方法の一変形では
、ポンプにより、ウエハ全体をＵＶで照らし、次いでプローブレーザを使って、そのウエ
ハ全体もしくは一部について一点当たり最小プローブ時間を費やしながらラスターするか
、またはそうでなければスキャンする（例えば、ハードウェアがレーザを動かせる速度で
スキャンする）。この点に関する選択肢には、ウエハ移動により、（スキャン）列に沿っ
たステップで、行ごとにスキャンを行うことが含まれる。別の手法では、ウエハを半径に
沿って回転させスキャンすることもできる。
【００１０】
別の変形例では、ポンプは、物質界面の試料位置における高速な充電を引き起こし、続
いて、高速遮断および／または光学遅延方法に関係するプローブによる充電界面の減衰の
観測を行う。その方法については、２０１４年４月１７日出願の米国仮出願第６１／９８
０８６０号明細書「ウエハ計測技術」の第ＩＩ節「電荷減衰測定のシステムおよび方法」
に詳述されている。それらとは関係なく、様々な実施形態において、予備励起するための
ポンプ使用の意図は、例えば、界面に影響を与えるのに十分な量の電荷キャリアを誘電体
中に注入することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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