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公開番号2024081200
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-18
出願番号2022194644
出願日2022-12-06
発明の名称測定装置及び検査装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人個人
主分類H01L 21/66 20060101AFI20240611BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電場の大きさと方向の測定精度を向上させることができる測定装置及び検査装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る測定装置1は、パルスレーザ光PLをポンプ光PL1とトリガー光PL2とに分離する第1ビームスプリッタ11と、ポンプ光PL1を分散させる回折格子13と、ポンプ光PL1で試料30を照明する照明光学系14と、試料30から放射された電磁波EHを集光する集光光学系15と、遅延機構17で光路長を変化させたトリガー光PL2の入射した時刻毎に、電磁波EHを検出する時間領域検出器18と、電磁波EHを、振幅変調素子12の駆動周波数でロックイン検出を行うコントローラ19と、を備え、コントローラ19は、検出された電磁波EHの時間領域波形をフーリエ変換し、得られた周波数波形における所定の周波数帯域をフィルタリングすることによって、測定部分36の電場の大きさと方向を取得する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
パルスレーザ光をポンプ光とトリガー光とに分離する第１ビームスプリッタと、
前記ポンプ光の光路に配置された振幅変調素子と、
前記ポンプ光を分散させる回折格子と、
分散された前記ポンプ光が試料の測定部分に集光するように、前記ポンプ光で前記試料を照明する照明光学系と、
前記ポンプ光で照明された前記試料から放射された電磁波を集光する集光光学系と、
前記トリガー光の光路長を変化させる遅延機構と、
前記遅延機構で前記光路長を変化させた前記トリガー光の入射した時刻毎に、前記集光光学系で集光された前記電磁波を検出する時間領域検出器と、
前記時間領域検出器で検出された前記電磁波を、前記振幅変調素子の駆動周波数でロックイン検出を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、検出された前記電磁波の時間領域波形をフーリエ変換し、得られた周波数波形における所定の周波数帯域をフィルタリングすることによって、前記測定部分の電場の大きさと方向を取得する、
測定装置。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記時間領域検出器は、光伝導アンテナを含み、
前記照明光学系は、
前記回折格子によって分散された前記ポンプ光が入射するコリメータレンズと、
前記ポンプ光と、前記電磁波とを分離する第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタと、前記試料との間に配置された軸外し放物面鏡であって、分散された前記ポンプ光を前記測定部分に集光する前記軸外し放物面鏡と、
を含み、
前記集光光学系は、
前記軸外し放物面鏡と、
前記第２ビームスプリッタと、
前記電磁波を集光する集光レンズと、
を含み、
前記回折格子で分散された前記ポンプ光は、前記コリメータレンズを透過して平行光となり、
前記平行光に変換された前記ポンプ光は、前記第２ビームスプリッタを透過して前記軸外し放物面鏡によって前記測定部分に集光され、
前記試料から放射された前記電磁波は、前記軸外し放物面鏡で反射して平行光となり、
前記平行光に変換された前記電磁波は、前記第２ビームスプリッタで反射して前記集光レンズによって前記光伝導アンテナに集光される、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記照明光学系及び前記集光光学系は、前記軸外し放物面鏡と、前記第２ビームスプリッタと、の間に配置されたガルバノミラーをさらに含み、
前記ガルバノミラーは、前記ポンプ光を前記試料上で走査させる、
請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記遅延機構は、長さの異なる光ファイバーを光スイッチで切り替えることにより、前記トリガー光の光路長を変化させる、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
前記時間領域検出器は、光伝導アンテナを含み、
前記光伝導アンテナは、材料として、低温成長ガリウムヒ素を含み、
前記パルスレーザ光は、８００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下の波長であって、１ｐｓ以下のパルス幅を含み、
前記コントローラは、フィルタリングすることにより、１００ＧＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の前記周波数帯域を用いる、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
前記試料は、半導体装置の製造工程の途中におけるシリコンウェハを含み、
前記シリコンウェハの表面に、半導体デバイスの少なくとも一部の構造が形成されている、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
前記トリガー光の波長を変換する２次高調波発生器をさらに備え、
前記パルスレーザ光は、１０００ｎｍ以上の波長を含み、
前記照明光学系は、前記ポンプ光を前記シリコンウェハの裏面から入射させ、
前記集光光学系は、前記シリコンウェハの前記裏面から出射した前記電磁波を前記時間領域検出器に集光する、
請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記パルスレーザ光は、１１００ｎｍ以上の波長を含み、
前記ポンプ光を入射させた前記試料で発生する前記電磁波は、前記ポンプ光の２光子吸収で発生する光キャリアに起因する、
請求項６に記載の測定装置。
【請求項９】
１１００ｎｍ以上の波長を含むパルスレーザ光をポンプ光とトリガー光とに分離する第１ビームスプリッタと、
前記ポンプ光の光路に配置された振幅変調素子と、
前記ポンプ光が試料となるシリコンウェハの測定部分に集光するように、前記ポンプ光で前記シリコンウェハを照明する照明光学系と、
前記ポンプ光で照明された前記シリコンウェハから２光子吸収を経て放射された電磁波を集光する集光光学系と、
前記トリガー光の光路長を変化させる遅延機構と、
前記遅延機構で前記光路長を変化された前記トリガー光の入射した時刻毎に、前記集光光学系で集光された前記電磁波を検出する時間領域検出器と、
前記時間領域検出器で検出された前記電磁波を、前記振幅変調素子の駆動周波数でロックイン検出を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、検出された前記電磁波の時間領域波形をフーリエ変換し、得られた周波数波形における所定の周波数帯域をフィルタリングすることによって、前記測定部分の電場の大きさと方向を取得する、
測定装置。
【請求項１０】
前記時間領域検出器は、光伝導アンテナを含み、
前記照明光学系は、
コリメータレンズと、
前記ポンプ光と、前記電磁波とを分離する第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタと、前記シリコンウェハとの間に配置された軸外し放物面鏡であって、前記ポンプ光を前記測定部分に集光する前記軸外し放物面鏡と、
を含み、
前記集光光学系は、
前記軸外し放物面鏡と、
前記第２ビームスプリッタと、
前記電磁波を集光する集光レンズと、
を含み、
前記ポンプ光は、前記コリメータレンズを透過して平行光となり、
前記平行光に変換された前記ポンプ光は、前記第２ビームスプリッタを透過して前記軸外し放物面鏡によって前記測定部分に集光され、
前記シリコンウェハから放射された前記電磁波は、前記軸外し放物面鏡で反射して平行光となり、
前記平行光に変換された前記電磁波は、前記第２ビームスプリッタで反射して前記集光レンズによって前記光伝導アンテナに集光する、
請求項９に記載の測定装置。
（【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】
本開示は、測定装置及び検査装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造において、パルスレーザを半導体デバイスに照射し、励起された電子によって放射される電磁波を計測することにより、半導体デバイスの内部電場を評価する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００－７４９５４号公報
特許第４００１３７３号公報
特開２００６－２４７７４号公報
米国特許第５４２０５９５号公報
特許第５８０４３６２号公報
特許第５８２２１９４号公報
特開２０１３－７６６１８号公報
特許第６２８６８６３号公報
特許第５５４７８６８号公報
【非特許文献】
【０００４】
Murakami, H. et.al., Microelectronics Reliability 49 (2009) 1116-1126.
Yamashita, M. et. al., APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 191104 (2009).
Oron, D. et.al, OPTICS EXPRESS vol. 13, No. 5, 1468 (2005).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
試料の内部の電場を高精度で測定することができる測定装置が所望されている。
【０００６】
本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、電場の大きさと方向の測定精度を向上させることができる測定装置及び検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態の測定装置は、パルスレーザ光をポンプ光とトリガー光とに分離する第１ビームスプリッタと、前記ポンプ光の光路に配置された振幅変調素子と、前記ポンプ光を分散させる回折格子と、分散された前記ポンプ光が試料の測定部分に集光するように、前記ポンプ光で前記試料を照明する照明光学系と、前記ポンプ光で照明された前記試料から放射された電磁波を集光する集光光学系と、前記トリガー光の光路長を変化させる遅延機構と、前記遅延機構で前記光路長を変化させた前記トリガー光の入射した時刻毎に、前記集光光学系で集光された前記電磁波を検出する時間領域検出器と、前記時間領域検出器で検出された前記電磁波を、前記振幅変調素子の駆動周波数でロックイン検出を行うコントローラと、を備え、前記コントローラは、検出された前記電磁波の時間領域波形をフーリエ変換し、得られた周波数波形における所定の周波数帯域をフィルタリングすることによって、前記測定部分の電場の大きさと方向を取得する。
【０００８】
上記測定装置において、前記時間領域検出器は、光伝導アンテナを含み、前記照明光学系は、前記回折格子によって分散された前記ポンプ光が入射するコリメータレンズと、前記ポンプ光と、前記電磁波とを分離する第２ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタと、前記試料との間に配置された軸外し放物面鏡であって、分散された前記ポンプ光を前記測定部分に集光する前記軸外し放物面鏡と、を含み、前記集光光学系は、前記軸外し放物面鏡と、前記第２ビームスプリッタと、前記電磁波を集光する集光レンズと、を含み、前記回折格子で分散された前記ポンプ光は、前記コリメータレンズを透過して平行光となり、前記平行光に変換された前記ポンプ光は、前記第２ビームスプリッタを透過して前記軸外し放物面鏡によって前記測定部分に集光され、前記試料から放射された前記電磁波は、前記軸外し放物面鏡で反射して平行光となり、前記平行光に変換された前記電磁波は、前記第２ビームスプリッタで反射して前記集光レンズによって前記光伝導アンテナに集光されてもよい。
【０００９】
上記測定装置において、前記照明光学系及び前記集光光学系は、前記軸外し放物面鏡と、前記第２ビームスプリッタと、の間に配置されたガルバノミラーをさらに含み、前記ガルバノミラーは、前記ポンプ光を前記試料上で走査させてもよい。
【００１０】
上記測定装置において、前記遅延機構は、長さの異なる光ファイバーを光スイッチで切り替えることにより、前記トリガー光の光路長を変化させてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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