JP2024519241A - 第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ウェハーの領域全体を測量するために第二次高調波に基づく測量方法と装置を提供する。当該手段は、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの形態が含まれる。当該走査測量手段は、測量に高効率を保証することを前提としてウェハーについて領域全体を測量し、電気欠陥について位置、サイズ、相対密度分布を取得し、ウェハー異常ポイントについて位置決めと調査を実現することができる。これは、今までの第二次高調波による測量の技術により実現できないものである。本発明は、さらに、第二次高調波を記載する式の新たな纏まりを提供することにより、固定ポイントの測量、走査の測量、及び固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルとを統一させることができ、第二次高調波による測量技術が定性分析方法だけでなく、定量分析方法としても適用されるものになり、効率を保証することを前提として、製品を検測する完全性と正確性を高め、半導体の先進プロセスにおいて品質をチェックする能力を高めることができる。

Description

本発明は、半導体機器を製造や処理のプロセスに測量することに関し、特に、第二次高調波により半導体ウェハーの界面特性又は酸化層の品質を測量又は監視することに関する。

半導体ウェハーを加工する場合には、酸化層と半導体層との界面における品質を検測することがいつまでも重要な一環である。それは、当該界面に存在している界面準位と酸化層の体積電荷が、キャリアを捕獲したり放出したりする形態により、機器において閾値電圧が安定にならず、電気が漏れてしまう現象が生じ、機器の性能や使用の期間が大きく削減されるためである。

現在、本分野に良く使用されており、当該電気特性を定量で示す主な方法は、電気導電率測定方法と電気容量測量方法がある。その原理は、当該電気特性が、機器のフラットバンド電圧に影響を与えるものの、その影響する方法又はメカニズムが異なることから、測量結果が理論的Ｃ－Ｖ曲線又はＩ－Ｖ曲線からずれることがあるということにある。従って、テストすべきサンプルにバイアス電圧を加えその電流又は容量の信号を測量しながら、実際の測量結果と理論的結果とのずれ程度を分析することにより、テストすべきサンプルに電気特性を定量で算出することができる。しかしながら、これらの方法は、効率が低く、分解能が低い以外、ウェハーが破壊になってしまうということもあり、先進プロセスにおいて、高効率、高分解能や低素材ロスなどの要求が徐々に満たされなくなる。

第二次高調波は、非線形効果であって、材質がある条件で入射光の周波数の二倍になる周波数の光を発生できるものを指す。現在、幾つかの論文には、以下のことが見つかる。つまり、第二次高調波は、真性素材について中心対称性（centrosymmetric）が破壊された表面・界面の品質の検測にとって相対的に高感度があり、特にシリコン半導体を主にする品質検測の分野において、定性分析方法として特別な適用価値を持っている。なお、その測量の過程は極めて容易であり、測量ポイントに光子を注ぐと第二次高調波を受信することができる。しかしながら、現在、ウェハーを実際に生産して加工する場合に、第二次高調波による技術が現れる価値が極めて限られており、その主な理由が以下の三つにある。
（１）従来の測量技術では、実際の測量結果と理論的モデルを統一させることが難しい。当該技術を定量分析方法でなく定性分析方法だけとする主な理由は、第二次高調波を生じる様々な要因をデカップリングすることができないということにある。
（２）従来の技術又は理論的モデルによると、測量に高効率を保証するということを前提としてウェハーに領域全体を測量することができない。
（３）従来の第二次高調波検測ディバイスは、その精度が不足であり、特に、最も重要なパラメータの一つである初期値を測量する精度が不足であることから、当該値によってサンプルパラメータを分析する場合に、結果上の誤差が生じてしまう。

本発明が解决しようとする課題は、以下の通りである。
（１）従来の測量技術は、測量に高効率を保証するということを前提として、ウェハーに領域全体を測量できず、ウェハーの異常ポイントに位置付けや調査を行うことができない。
（２）従来の測量技術では、実際の測量結果と理論的モデルを統一させることが難しく、測量結果しかを定性分析できず、定量分析をすることができない。
（３）従来の測量技術では、初期値を測量する精度が不足であることから、分析結果に誤差が生じてしまう。

現在、第二次高調波をウェハーの欠陥への検測に用いる技術の状態は、以下のことにある。過去の２０年に亘って固定ポイント測量がある程度で重視されてきた。主に、科学研究機構は、第二次高調波をウェハーへの検測に用いる理論的モデリングや適用の広がりに努力している。しかし、工業に適用する場合には、当該技術にとって、比較的高い欠陥分析の正確度と欠陥位置決めの能力が必要である。これは、現在、第二次高調波によりウェハーを検測する技術をまだ工業に適用できない主な理由である。この場合に鑑み、本出願は、第二次高調波による測量に正確度を高めることができると共に、固定ポイントモードにとって実現できない欠陥分布の分析を実現できる第二次高調波走査技術を初めて提供し、固定ポイントモードと走査モードとの両方に適用される新たな理論的モデル及びそれに対応する装置の構成を提供する。

本発明は、ウェハーに領域全体を測量するために第二次高調波による測量方法を提供すると共に、この測量方法を実現する装置の構成を提供する。当該方法と装置の測量モードは、固定ポイント測量、走査測量及び固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの形態が含まれる。固定ポイント測量は、現在の測量技術において既に適用がある。走査測量は、第二次高調波の分野にまだ適用が無いことから、本発明の独創に属するものである。本発明が提供する走査測量方法は、光点の形状、サイズ及び光度を制御すること、及び、測量過程において測量されるポイントの高さをリアルタイムで監視しながらリアルタイムで調節することにより、測量に高効率を保証することを前提としてウェハーについて領域全体を測量することを実現でき、ウェハーにおける異常ポイントの位置決めと調査を実現することができる。なお、本発明は、固定ポイント測量と走査測量との対応関係を提供し、この二つのモードを深く組み合わせることを実現できる。本発明に係る固定ポイント測量と走査測量とを組み合わせるモードは、当該走査モードにより測定された正確な当該初期値により、当該固定ポイントを測量したデータ結果にノイズリダクションを行うことができるのみならず、当該固定ポイント測量モードでの結果により当該走査モードでのデータを再処理することができるし、ウェハーの異常ポイントについて走査、測量、調査と位置決め出を行ってから、異常ポイントについて固定ポイント測量を行うことができる。さらに、本発明は、光点の光度分布と走査速度を制御することにより、走査と測量に単一の「探測」という機能を与え、つまり、当該サンプルにおける当該内部電荷の分布がほぼ変わらなく、測量された信号が測量される領域の初期状態に関連する場合にのみ、サンプルを探測して実現する。当該方法は、当該初期値の精度を高めることに用いられてもよい。さらに、本発明に係る測量方法は、データを分析することに乗り越えもあり、実際のサンプル構成に基づいて理論的モデルを建て、一層正確な理論的式の纏まりを建てることから、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルをも統一させることができる。本発明に係る理論的モデルに基づいて、第二次高調波による測量技術が、定性分析方法だけでなく、定量分析方法として適用される。

現在、半導体に欠陥を検測するための走査モードは、主に、物理走査と顕微結像走査との両方がある。しかしながら、このような走査は、探測サンプルにおける表面又は表面から下の数ナノメートルの位置しか探測できないことから、検測される主な対象は、これらの領域における例えば傷や金属粒子などの物理欠陥である。しかしながら、本発明は、第二次高調波に基づく光学走査であって、例えば、体積電荷と界面準位などの準表面及び膜内の電気欠陥を検測するものである。現在、依然として、当該電気欠陥を位置決める走査型ディバイスがまだ存在しない。本発明が独創する第二次高調波による走査技術は、第二次高調波による測量の技術に欠けを補って、走査測量という形態が第二次高調波の分野にも新たに適用されるだけでなく、準表面と膜内とにおいて電気欠陥の識別と位置決めを可能にすることができる。

なお、本発明は、固定ポイント測量と走査測量との対応関係を提供し、この二つのモードを深く結合して実現する。この二つのモードは、電子を励起させる形式上の区別について図１に示すように説明する。光点の光度がガウス分布であることから、固定ポイント測量を行うと、照射される領域に励起される電子もガウス分布になる。従って、当該領域において、各箇所に貢献する第二次高調波値に差異が現れる。しかしながら、走査モードでは、光点の光度が変わらずガウス分布であるものの、ウェハーが移動する方向において、測量ポイントの全てが照射される時間長さの総計と注がれた光子の総数とが同じであり、レーザー光による当該内部電荷の再度分配が均一である。テストすべきウェハーの電気特性が比較的均一である場合に、第二次高調波値も、必然としてどこでも概ね同じである。従って、当該走査測量モードで「第二次高調波－座標」という曲線グラフは、サンプルについて領域全体の均一性を示す方法として良い。また、光点のサイズや光度が同じである場合には、二つの測量モードに、対応の関係も存在している。

当該相対移動速度を調節し、テストすべき領域がレーザー光に照射される時間長さの総計を変えることにより、走査モードと固定ポイント測量モードとのマッチングを実現でき、
光点の等価サイズである。

等価サイズという概念は、実際の測量に、サンプルに投射する光点の形状が円形状でない（例えば楕円である）場合に備えることができる。一般的に、当該形状が中心対称であ
であり円形でない光点は、

射される長さの総計が、一つのアカウントのサイクルを超えないものであり、この時間長さが十分に短い（一般的に、［０．１ｍｓ、１ｍｓ］という範囲内）ことから、ウェハーにおける測量されるポイントの当該内部電荷分布がまだ変化しなく、ウェハーの初期状態を表すことに用いられる。固定ポイント測量については、レーザー光を完全に照射する時間と信号集め時間に、遅延（一般的に、［１５ｍｓ、３０ｍｓ］という範囲内）があることから、固定ポイント測量における初期値と対応するタイミングに、ウェハーの内部が既に変わった。従って、走査測量モードによると、初期値の精度を大幅に高めると共に、固定ポイント測量による結果にノイズリダクションと校正を行うために用いることも可能である。

補足して説明すべきことは、記述を便宜に考慮するために、ここで当該等価サイズという概念を導入したが、本技術手段について当該等価サイズにより限定されることがない。当該光点のサイズを示す他のパラメータを用いることは、本技術手段にとって均等置換に属する。ここで、重要なことは、固定ポイント測量と走査測量との対応関係を建てるということにあるが、当該対応関係を実現する具体的な方法を変えることにない。

走査速度が十分に遅い場合に、ウェハーにおける各測量ポイントがレーザー光に十分長い時間だけ照射される（例えば１０ｓ以上）ことから、その内部の電荷分布が動態的バランスの状態になる。これは、固定ポイント測量の最終状態と対応する。

本発明に係る固定ポイント測量と走査測量とを組み合わせるモードによると、ウェハーの異常ポイントについて走査、測量、調査及び位置決めを行ってから、異常ポイントに固定ポイント測量を行ってもよい。

さらに、本発明は、光点の形状、サイズ、光度及び走査速度を制御することにより、走査測量に単一の「探測」という機能を与え、つまり、当該サンプルにおける当該内部の電荷分布がほぼ変わらなく、測量される信号が、測量される領域の初期状態に関連する場合にのみ、サンプルを探測して実現する。

一般的、第二次高調波による測量技術では、レーザー光の光源に探測又は励起という二つの役割がある。

「探測」とは、当該光源が発生してきた光波が、非中心対称性を有した構成とカップリングして第二次高調波を生じさせ、結晶構造の欠陥（例えば、界面準位、固定電荷、不純物原子など）が通常にカップリングセンタであることから、生じた第二次高調波は、サンプルの結晶構造に欠陥密度を示すことができる。

「励起」とは、入射光における検測領域に注がれた光子が電子に吸収されることから、サンプルである半導体層の価電子帯における束縛電子が、十分なエネルギーを取得して半導体の伝導帯に励起され、自由電子になることを指す。当該電子は、界面準位の欠陥に捕獲されたり、一層数多くの光子を吸収したりすることにより、十分なエネルギーを持って障壁を乗り越えて酸化層に到着し、最終的に、サンプルにおける界面又は表面に、大量の電荷を積み上げて形成する。これは、電子を積み上げる過程と呼ばれる。その本質は、一層数多くの欠陥が生じて第二次高調波により「探測」され得るということにある。

レーザー光は、この二つの役割が緊密化して分けられないものであり、「励起」により、テストすべきサンプルにおける内部の電荷分布状態を連続的に変える一方、「探測」により、サンプルにおけるこの持続変化を示すことができる。故に、測量されるポイントについて長時間にわたって信号を取集すれば層状に構成されたサンプルについて測量と分析を行うことができる。

しかしながら、初期状態におけるサンプルの電気特性を探測するためには、単一の「探測」又は単一の「励起」の目的を図ることが必要である。これは、現在の測量に実現が難しい。これは、探測光源そのものの光子も電子にエネルギー準位の遷移を招致することがあり、パワーが比較的低い探測光源（そうすると、測量信号が比較的低く、しかも、比較的大きなノイズが生じるおそれがある）を選択しても、長時間にわたって照射すれば依然としてサンプルにおける内部の電荷の分布が変わるからである。従って、「探測」光源に、幾つかのエネルギーがサンプルに吸収されて電子のイオン化と励起に用いられるか、幾つかのエネルギーが第二次高調波の発生に用いられるかについてよく分からない。他の局面においては、第二次高調波について発生と受信との間に時間の遅延があることから、固定ポイント測量において信号が集まれるタイミングと当該領域が実に照射される時間長さとに偏差がある。それと共に、測量結果と理論的結果との偏差も生じてしまう。遅延間隔（Δｔ）による信号誤差は、以下の式により評価されてもよい。

本発明が提供する走査測量方法は中、前記の分析通りに、走査された領域がレーザー光
なる。そして、遅延誤差による影響が大幅に低くなる。従って、走査モードは、例えば、第二次高調波初期値に対する測量とノイズリダクションという特定の第二次高調波値の測量に用いられる場合に天然利点が有する。

第二次高調波初期値は、サンプルがまだ変化しない時の状態を示すことができるが、固定ポイント測量に信号励起と測量の時間遅延による問題により、固定ポイント測量にある程度での誤差が生じてしまう。しかし、走査モードでは、サンプルにおけるいずれかの測

光点サイズと相対移動速度を適当に設置することにより、当該時間値を、例えば［０．１ｍｓ、１ｍｓ］という比較的小さい範囲に制御することができる。この時間範囲には、サンプルにおける内部の電荷分布がほぼ変わらなく、測量される信号も測量される領域の初期状態にのみ関連する。これは、本発明に係る走査測量方法が、単一で初期値を「測量」するように実現することができる基本的理由である。

さらに、本発明に係る測量方法は、データ分析にも乗り越えがある。一層正確な物理モデル及び一層完璧な理論的式の纏めを構築することにより、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルを統一させ、第二次高調波による測量技術は、定性分析方法だけでなく、定量分析方法として適用される。以下、図２に示される二層構成を例に説明する。図２に示されるサンプル構成は、良く見られる半導体二層構成である。それは、酸化層－半導体層という構成であるが、本発明を適用する範囲は二層又は半導体の素材に限らない。実際に適用する場合に、テストすべきサンプルの構成（例えば、層数、層厚、膜層素材、反射率など）に応じてデータ分析方法を修正することが必要である。例えば、検測対象が他の半導体素材からなるサンプルである場合には、当該素材の素材属性を用いて各式に係る項目（例えば、デバイ長さ、貫き深さ等）を再度算出すればよい。

図２には、二層で構成されるサンプルの界面の付近に、例えば、界面準位（つまりダングリングボンド）や体積電荷などの欠陥が存在する。波長が適当である入射光を選ぶことにより、媒質層における束縛電子がイオン化される確率が極めて小さい。また、光子が上層媒質を貫き界面に到着すると、空間電荷区（半導体層における界面と近い領域）における価電子帯の電子が単一の光子エネルギーを吸収して伝導帯に遷移し自由電子になり、界面に次第累積する。そのうちの一部の自由電子は、界面準位に捕獲されて束縛電子になり、他の部分における吸収されない電子は、一層数多くの光子エネルギーを吸収して上層媒質の伝導帯に遷移し、濃度勾配と作り付け電界との両方による役割を介してこの部分の電子が上層媒質を移動し、体積電荷に捕獲される確率がある。最終的に、一部の電子が表面に到着し、表面準位に捕獲される。電子がイオン化されるから表面に捕獲されるまで過程の全体においては、それに伴い、サンプルにおける内部の電荷分布が変化しつつあり、最終的に新たなバランスを取るまで界面における作り付け電界も併せて変化する。従って、第二次高調波は、時間の変化に伴い、最終的に安定になる動向も現れる（図３Ｂ）。これは、第二次高調波による技術を、例えば界面準位や固定電荷などの当該内部電荷分布に関連する電気欠陥を示すことに用いることができる理由である。

差である。ただし、測量を行う過程に光度が、均一分布でなく、ガウス分布であり、しかも、測量領域における電界強さに変化も異なる。従って、当該式の理論的基礎と実際測量場合との差異が比較的大きく、実際の測量結果と理論的モデルとを統一させることができず、測量結果を効果的に定量で算出することができない。本発明は、前記の問題に対して、当該式をさら演繹して以下のの式１を取得する。

前記光点の中心を原点とする極座標位置であり、ｚは、鉛直方向における当該テストすべき界面から該光点の距離であり、tは、当該測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さである。

当該式２におけるＰは、当該レーザー光のピークパワーであり、wは、ビームウエスト幅である。

バイアス電圧を外部から加えてなされた作り付け電界という形式を式３に導入することは、様々な欠陥が存在しており、テストすべきサンプルのフラットバンド電圧がゼロにならないからである。従って、定量で算出する場合には、フラットバンド電圧が貢献する第二次高調波を考慮しなければならない。本発明は、外置き電圧装置を追加することにより、焦点を当てて、テストすべきサンプルがレーザー光に照射されるまでの初期状態を変えることから、測量を正確に実現する目的を図ることができる。例えば、フラットバンド電圧と大きさが同じであるが方向が逆になるバイアス電圧を同時に印可することにより、テストすべきサンプルにおける初期の作り付け電界をゼロにする場合に、生じた第二次高調波が最小値になる。

図３Ａ－図３Ｄは、実際の固定ポイント測量に現れる幾つかの第二次高調波の曲線が挙げられる。当該データ曲線については、上記の纏めによりフィッティングすると、対応する電気情報を取得することができる。第二次高調波の曲線全体に、最も注目を浴びているのは、三つ信号点であり、それぞれはテストすべきサンプルの三つの状態と対応する。
初期状態ポイントは、サンプルに光子が注がれるまでの状態を示し、つまり、図３Ａ－３Ｄにおける一番目のポイントである。このとき、自由電子がまだ酸化層に励起されず、この時の作り付け電界が初期作り付け電界である。
時系列状態ポイントは、サンプルに光子が注がれると内部の電荷が再度分布している動態的過程を示し、反映されたのは電子が界面準位又は体積電荷に捕獲される過程を示す。これは、図３Ａ－３Ｄにおける中央に変化する線分として現れる。この過程に、作り付け電界に変化があり、時系列第二次高調波が生じる。同図に、図３Ａと３Ｂに示す単調増加の動向、図３Ｃに示す先に減少するが後に増加する動向、図３Ｄに示す先に増加するが後に減少する動向という、異なる幾つかの時系列状態が挙げられる。これらの異なる第二次高調波の変化動向は、異なるサンプル初期状態と欠陥密度を代表するものであり、欠陥密度を定量で算出するための重要な根拠である。また、信号変化速度は、酸化層の厚さ、素材のバンドギャップ幅及び入射光子の周波数などに関連する。半導体素材をシリコンとす
曲線増やし速度を算出する。
厚さが閾値を超える場合に、式４が０に近く、生じた第二次高調波が時間に伴い再度変化しない。
最終状態ポイントは、サンプルに光子を注ぎ、しかも、安定になる後の状態、又は、測量時間が終わる時の状態を示す。安定とは、測量時間に、サンプルにおける内部の電荷分布が動態的バランスを取り、つまり、自由電子の励起速さが電子と空孔対の結合速さと等しく、作り付け電界が再度変化しない。その後、たとえ測量時間を延びても、信号値に大きな変化が存在しない。これは、図３Ｂにおける信号が安定になる後の線分として現れる。しかしながら、パワーが低い励起光を用いる場合に、測量が終わる時でも、サンプルが依然として安定状態にならないおそれもあり、その後、もし測量時間を延びれば、第二次高調波が依然として時間に伴い変化する動向が現れる。この場合に、図３Ａにマークされた最後のポイントのように、測量された最後のポイントを最終状態として定義すればよい。

本発明が提供する前記の式１、式２、式３和式４により算出を行い、固定ポイント測量、走査測量、及び固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルを統一させ、第二次高調波による測量技術を、定性分析方法だけでなく、定量分析方法として適用する。

ノイズを最小化にするために、本装置に、合わせて、励起光波動ノイズリダクション、Ｓ射出光路ノイズリダクション、及び、走査測量信号により固定ポイント測量信号に行われるノイズリダクションという三つの手段が採用される。

励起光波動ノイズリダクションとは、そのうちの一つの射出光路から、入射光におけるウェハーに到着するまで分割された光束を集めて、入射光の安定性を監視すると共に、光点の形状やサイズに対する撮影システムの監視に合わせ、光点における光度密度を監視する際に第二次高調波にノイズリダクションの処理を行う。

Ｓ射出光路ノイズリダクションは、第二次高調波による理論的基礎である。方位角がゼロである場合には、入射光路の偏波方向がＰであると、Ｓ方向の第二次高調波が理論的に発生しない。しかしながら、実際に測量する場合に、方位角又は偏波片角度に微細な偏差があり、又は、他の干渉要素による影響があることから、Ｓ射出光路における第二次高調波が必ずゼロであるわけがない。従って、この信号値は、Ｐ射出光路にノイズリダクションの処理を行うことに用いられる。注意すべきことは、当該光路がノイズリダクションにのみ用いられるものでなく、事実上、方位角を調節して測量する場合には、Ｓ方向における第二次高調波が、サンプルの結晶構造の対称性又は欠陥を分析する時に、同様に意味を持っている。

走査信号を用いて固定ポイント測量について信号にノイズリダクションを行うことは、先の走査モードに対する解釈による。急速走査測量では、レーザー光により各測量ポイントに照射する時間が極めて短く、ウェハーにおける内部の電荷分布に影響を与えないことから、同一の走査経路に、走査の過程を繰り返しながら、各測量結果を平均にすれば、ショットノイズを大幅に削減することができる。また、急速走査モードによる信号値が初期の値である初期値と一層近いことから、当該モードによる値を、固定ポイント測量において、初期値にノイズリダクションの処理を行うことに用いることが可能である。

上記の測量目的を実現するためには、本発明が、図４に示す測量装置及び一連の当該装置に対する改良手段をさらに提供する。そのうち、当該装置は、光源、入射光路システム、サンプル、載置台、射出光路システム、信号受信システム、監視システム、入力システム、表示システム及びセンター処理システムを含み、図４にその一部の構成だけを示している。

本発明による有益な効果は以下の通りである。
本発明は、ウェハーにおける領域全体を測量するために第二次高調波の測量方法を提供すると共に、この測量方法を実現する装置構成を提供する。当該測量手段は、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの形態を含む。本発明が提供する走査測量手段により、測量に高効率を保証することを前提として、ウェハーについて領域全体を測量し、電気欠陥について位置、サイズ及び相対密度分布を取得し、ウェハーにおける異常ポイントについて位置決めと調査を実現することができる。これは、今までの第二次高調波による測量技術により実現できないものである。従来の第二次高調波による技術は、遅延効果が存在することから、短時間に同一のポイントを繰り返して測量することができない。本発明が提供する走査測量手段は、レーザー光が測量ポイントに衝激する時間が極めて短く、ウェハーに如何なる影響もない。従って、繰り返して測量することができ、測量の精度が大幅に高まる。本発明が提供する固定ポイント測量と走査測量との組み合わせのモードは、固定ポイント測量と走査測量との対応関係、及び、ウェハーにおける異常ポイントについて走査、測量、調査及び位置決めを行ってから、異常ポイントについて固定ポイント測量を行う方法を提供し、この二つのモードを深く組み合わせるように実現する。さらに、本発明は、走査測量について単一の「探測」という機能を与えることにより、サンプルの初期状態を研究する時にサンプルについて単一の探測を実現することができる。さらに、本発明は、第二次高調波の式を記載する新たな纏めを提供し、固定ポイント測量、走査測量、及び固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルを統一させ、第二次高調波による測量技術を、定性分析方法でなく、定量分析方法として適用することができる。なお、本発明は、固定ポイント測量と走査測量の理論に基づいて、装置と分析方法にノイズリダクションの処理手段を提供することから、測量結果の信号対雑音比を大幅に高めることができる。要するに、本発明が提供する測量方法と測量装置は、測量速度が一層高まり、効率が一層高まり、効率を保証することを前提として、製品を検測する完全性と正確性が向上し、半導体の先進プロセスにおいて品質をチェックする能力が高まり、製品の歩留まりが高まり、ひいては、プロセスを一層改良するために、より参照可能な確実情報を提供することができる。また、本発明が提供する技術手段は、テストすべきサンプルに前処理や後処理を行うことを必要にせず、如何なる廃水や排気ガスを排出することを必要にしなく、環境にも如何なる汚染もない。

本発明は、実施例の技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来の技術を説明することに必要な図面を簡単に紹介するが、明らかなことは、以下に説明する図面が本発明の幾つかの実施例に過ぎず、当業者にとって進歩性を有さない労働に限り、これらの図面に基づいて他の図面を取得することも可能である。
本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量装置の一具体的な実施例において、固定ポイント測量と走査測量との原理の相違を示す図である。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、二層で構成されるサンプルの内部電荷分布の模式図である。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、固定ポイント測量信号のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、固定ポイント測量信号のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、固定ポイント測量信号のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、固定ポイント測量信号のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量装置の一具体的な実施例において、一部の構成の模式図である。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量装置の一具体的な実施例において、サンプル載置台の自由度の模式図である。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量装置の一具体的な実施例において、光路角度の模式図である。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、走査信号のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量方法の一具体的な実施例において、欠陥密度分布のグラフである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視して測量する走査－固定ポイントテストのフローチャートである。 本発明に係る第二次高調波に基づいて半導体多層構成について品質を監視する測量装置の一具体的な実施例において、一部の構成の模式図である。

本明細書では、「及び／又は」という用語が、関連性を持っている対象の関連関係を記載するものに過ぎず、三つの関係が存在しているということを示す。例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａだけが存在すること、ＡとＢの両方が存在すること、及び、Ｂだけが存在するという三つの場合を示すことが可能である。以下、本願の実施例における図面を参照しながら、本願の実施例に係る技術手段を明確かつ完全に説明する。当業者にとって理解可能なことは、係る実施例が本発明の実施例の一部に過ぎず、実施例の全てでない。本願の実施例に基づいて如何なる補正や変形、ひいては、他の実施例をも当業者が取得することが可能である。

第一局面によると、本発明の実施例は、第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法を提供する。
当該方法は、光源からレーザー光が発生し、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成し、当該サンプルに光子を注ぎ、つまり当該サンプルにレーザー光を照射することを含む。

当該サンプルは、２層以上の物質からなり界面が存在する探測可能構成であり、当該物質の少なくとも一層が半導体層であり、当該光源は、探測すべき界面である探測すべき当該界面に到着可能である。
当該サンプルと当該光点は、平面を相対的に移動することが可能であり、当該相対移動
同一のロットにおける当該サンプルを走査して測量する過程には、当該光点の形状とサイズが一定に維持される。当該光源のパワーは、一定に維持され、つまり、当該光点の当該形状と当該サイズが共に一定に維持されると、当該光点の光度も一定に維持される。当該サンプルと当該光点は、当該相対移動速度が一定に維持される。

当該光子が電子に吸収され、当該サンプルにおける内部の電荷分布が変化する場合に、信号受信機が射出光路システムから受信する第二次高調波の変化曲線は、第二次高調波の式として記載される。当該第二次高調波は、フィルタリングされた単一波長の光であって、射出角度と入射角度が同じであるものである。

当該第二次高調波の当該変化曲線には、
当該固定ポイント測量モードに入る場合に、記録されたものであって、当該所定測量ポイントが生じた当該第二次高調波の時間変化特徴、及び、
当該走査測量モードに入る場合に、当該相対移動している過程に記録されたものであって、当該走査測量ポイントが生じた当該第二次高調波の空間分布特徴という情報が含まれている。

本実施例では、当該光源は、単一の探測という機能が実現される。普通の第二次高調波による測量技術には、「探測」と「励起」の両方が同時で行われる。これは、探測光源そのものの光子により電子のエネルギー準位が遷移することがあり、たとえパワーが比較的低い探測光源（そうすると、測量信号が比較的低く、比較的大きなノイズがある）を採用しても、長時間にわたって照射すると、依然としてサンプルにおける内部に電荷分布が変化するからである。本実施例が提供する走査方法は、「探測」を効果的に実現できるが、当該サンプルにおける内部に電荷分布を変えることがない。光点の形状、サイズ、光度及び走査速度を制御することにより、本実施例の提供する走査方法が、走査と測量に、単一の「探測」という機能を与え、つまり、サンプルにおける内部の電荷分布に変化がほぼなくなり、測量信号が、測量される領域の初期状態に関連する場合にのみ、サンプルを探測するように実現する。従って、当該光源は、技術手段により、単一の用途を真に実現できる光源になる。勿論、固定ポイント測量には、当該光源を、探測と励起の両方に用いることも可能である。

レーザー光は、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成する。光点の面積は、単位面積当たりに入射光子の数（光度の密度）に影響を与える。パワーが同じである場合には、光点面積が小さいほど、入射される光子が集中になり、測量を行う過程に、サンプルに与える影響が大きい。しかしながら、システム装置の分解能も高い。

当該サンプルは、２層以上の物質からなり、界面が存在する探測可能構成であり、当該物質の少なくとも一層が半導体層である。本実施例に係る技術手段により探測されるのは、半導体の界面準位であることから、探測される物質に必ず一つが半導体であり、しかも、二層以上からなるものでなければならない。さもなければ、言われる「界面」というものが形成されない。当該半導体素材の構成は、現在良く見られる半導体素材（例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＮなど）、新型酸化物半導体（例えばＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３など）、一次元半導体（例えばグラフェン、黒リンなど）及びバンドギャップが広い他の半導体素材（例えばダイヤモンドなど）が含まれている。当該光源は、探測すべき界面に到着可能である。それは、測定すべきサンプルの各層（特に、吸収係数が比較的大きい素材層）の厚さについて限定を行うためである。もし当該光源が貫く物質層が厚すぎ、又は、吸収係数が大き過ぎることにより、テストすべき界面に到着できる光子の数が十分にならない場合に、探測の機能を実現することもできなくなる。パターンを付けたサンプルである場合には、テストすべき領域の表面積が光点のサイズよりも大きいということも必要である。

当該サンプルと当該光点は、平面を相対移動してもよいし、当該サンプルが移動してもよいし、当該光点が移動してもよいし、両方も移動してもよい。固定ポイント測量モード

走査測量モードには、光源パワーを安定に維持することが必要である。第二次高調波値は、光度の自乗と正比例することから、実際の走査測量に、光度を安定に保証する（つまり、パワーと光点の形状、サイズを安定）ことが必要である。さもなければ、第二次高調波を走査しているデータ波動が、テストすべきサンプルにおける内部の電気特性の変化によるものであるか、それとも、光度の変化によるものであるかについて分からない。従って、当該光点の形状、サイズ又は光度を制御しないと、正確な第二次高調波走査信号のグラフを取得できない。光点の形状とサイズは、当該入射光路システムにより調節される。勿論、当該調節は、監視システムによる監視に基づいて、当該入射光路システムにより入射光のパラメータを調節すること、当該サンプルが当該載置台に伴い移動するが当該光源と当該入射光システムのパラメータが一定に維持されること、又は、当該載置台がそのまま維持するがパラメータが変わらないように維持される場合に当該光源が平動を行うことを含むが、それらの限りでない。パワーを調節することにより光度を制御することができるものの、走査を行う過程に、パワーが一定である。当該相対移動の速度を一定に維持することは、走査をしている過程に、走査される各測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さが等しいように保証することができる。当該「同一のロット」とは、当該サンプルが同じであり、テストすべき当該界面の位置が同じであり、当該テストの目的やテスト手段などの選択も同じである。同一のロットにおける当該製品の測量や維持は、各個の測量データを一致性に維持すると、測量データの比較性を保証することができる。パラメータをある程度で維持するということは、必ず全く変更できないわけでなく、「同一のロット」についての測量において一定に維持するとよい。

当該第二次高調波を受信する際に、注意すべきことは、射出信号に、複数種類の光波信号が含まれていることから、焦点を当てて価値を持つ情報を選択し、つまり、フィルタリングを行うことが必要である。当該射出光については、信号を受信する方向を、入射角度と同じであるように調整することが必要である。当該第二次高調波は、測量され、曲線として描かれ、式により当該曲線を記載するものである。ここでの式は、従来の技術に係る式、及び、その後技術が発展していくにつれ改良されてきる式をも含み、関連する式を組み合わせて使用することが可能である。従来の技術の式は、課題を解決するための手段という箇所に言及した第二次高調波の通常式を含むが、重複を避けるためここで繰り返して説明しない。

当該第二次高調波における当該変化曲線には、豊かな情報が含まれている。ディバイスが固定ポイント測量モードにある場合に、記録された第二次高調波の曲線が時間によって変化するものであることから、時間につれ変化する特徴を持っている。ディバイスが走査測量モードにある場合に、走査を行う過程が限られ、つまり「当該光点の形状とサイズが一定に維持され、当該光源のパワーが一定に維持され、つまり、当該光点の当該形状と当該サイズが共に一定に維持されると、当該光点の光度も一定に維持され、当該サンプルと当該光点の当該相対移動速度が一定に維持される」ということがある。故に、走査して測量される各測量ポイントが照射される時間は等しく、つまり、走査して測量された各測量ポイントの数値は、各点における同じ時間だけ照射された数値になる。従って、当該値は、時間による関数でない。しかしながら、走査して測量された各測量ポイントの位置がそれぞれ異なることから、当該数値が空間位置によって変化するものであり、空間に分布するという特徴を持っている。補足して説明すべきことは、固定ポイント測量に、所定測量ポイントＡから所定測量ポイントＢへ移行する過程に、v＞０となるものの、この時、測量がまだ行わない。従って、当該第二次高調波は、当該変化曲線がまだ存在しない。

図１は、固定ポイント測量と走査測量との二つのモードに、理想かつ均一のサンプルがレーザー光に照射される時に内部の電荷分布が変化することを示す。そのうち、図１Ａは、固定ポイント測量モードである。わかるように、測量される領域に光度がガウス分布として現れるため、レーザー光が励起することによる内部電荷の再度分配もガウス分布になる。従って、当該内部電荷の分布が均一でなく、取得された第二次高調波の値と理論的値との間に偏差が存在し、当該サンプルの状態を示すことが難しい。図１Ｂは、走査測量モードである。光点の光度が依然としてガウス分布であるが、ウェハーが移動する方向において、レーザー光が励起する当該内部の電荷の再度分配が均一になる。当該方向にあらゆる測量ポイントが照射される時間全体の長さと注がれた光子の総数が同じである。従って、走査モードで作成された「第二次高調波－座標」という曲線グラフは、サンプルにおける領域全体の均一性を示すものとして使えられる。当該示しは、前記の式によるものであって、該式により定義されるものである。さらに、当該走査測量モードは、欠陥の位置、サイズ、相対欠陥密度の分布などを識別する際に、特別な適用も可能である。これは、これからの実施例にも記載され、当該固定ポイント測量モードによりできないものである。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該サンプルと当該光点は、当該平面において、当該相対移動がＸ方向に自由度を有する。

本実施例では、図５に示すように、当該サンプルと当該光点は、当該平面における当該相対移動がＸ方向に自由度を有する。当該Ｘ方向とは、ある方向を意味しており、つまり、当該相対移動が、直線に沿うものであって、一次元の運動である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該相対移動がさらにＹ方向に自由度を有する。

本実施例では、図５に示すように、当該サンプルと当該光点は、当該平面において当該相対移動がさらにＹ方向に自由度を有する。当該Ｙ方向とは、Ｘ方向以外のある方向を意味しており、つまり、当該相対移動が二つの自由度を有する。Ｘ、Ｙ方向の自由度によると、ＸＹ平面における如何なる運動の形式が完了でき、異なる形式の走査が実現できる。例えば、線形走査、弧形走査などが可能であり、如何なる平面の曲線に従って行うこともできる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該相対移動がさらに回動を含む。

本実施例では、図５に示すように、当該サンプルと該光点との当該相対移動がさらに回動を含み、つまり、当該走査測量は、所定ポイント回りに円周運動を行う方向に沿って行われる。当該所定ポイントは、当該平面におけるいずれかのポイントであってもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該相対移動が線形である。

本実施例では、当該相対移動が線形であり、例えば、格子型走査（ｇｒａｔｉｎｇ）、グリッド型走査（ｇｒｉｄｉｎｇ）である。当該線形移動の方向は、Ｘ方向又はＹ方向と同じであってもよいし、異なってもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該相対移動が弧形である。

本実施例では、当該相対移動が弧形であり、例えば、平面回転をする過程に測量を行う。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法は、当該サンプルを回転させることにより、［０°、３６０°］の範囲に当該サンプルの方位角を調節する。

本実施例では、回転により当該サンプルの方位角を調節し、つまり、入射面とサンプル
離と分析の処理を行う。当該方位角の調節範囲は、実際のニーズに応じて選択すればよい。本実施例は、［０°、３６０°］という範囲が好ましい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該サンプルと当該光点がＺ方向において相対位置を調節することが可能である。

本実施例では、当該サンプルと当該光点は、Ｚ方向（つまり高さの方向）に相対位置を調節することができる。好適には、精度がマイクロメートルレベルになり、ひいては０．１マイクロメートル乃至一層高い精度になる。走査を行う過程に、サンプルの高さが変わると、光度の密度も変わる。従って、サンプル高さをリアルタイムで調節することにより
一定に維持されるという目的によるものである。これは、サンプルそのものの表面が平坦でなく、また、載置台の水平度が不均一であることにより測量ポイントの高さが差異になり、そして、レーザー光の光学的距離、光点面積、光度密度なども併せて変化するからである。走査モードでは、高さをリアルタイムで調節する機能を提供し、一層好ましい走査と測量の効果を達すことができる。

幾つかの実施例では、本発明が第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該光源が発生する当該レーザー光は、当該パワーが調節可能である。

本実施例では、当該光源が発生する当該レーザー光は、パワーが調節可能である。パワーを調節することにより、単位時間あたりに測量領域に到着する光子の総数を制御することができる。パワーが大きいほど、生じる信号が安定になるが、単位時間あたりに入射光子の数が多くなり、測量にサンプルへの影響が大きくなる。当該光点の強度を一定に維持するように保証するように、当該パワーの値は、同一のロットの測量に一定に維持される。しかしながら、必要に応じてパワーの大きさを変えることもある。測量の目的によって、異なるパワーによりレーザー光を照射すると第二次高調波の変化を必要に応じて検測する場合に、当該光源のパワーを調節することが必要になる。又は、測量されるサンプルによって、例えば、当該光源が貫く物質層が厚すぎ、又は、吸収係数が大き過ぎる場合でも、当該テストすべき界面に到着する光子の数が十分になるように保証するために、パワーの大きさを調節することも必要になる。パワーが低い場合に、信号の変化速度が比較的遅く、ウェハーがレーザー光に照射される時に内部電荷が再度分配している情報がはっきり見えるものの、信号の飽和状態になるために、比較的長い時間が必要である。パワーが高い場合に、信号変化速度が比較的速く、レーザー光を照射する最初タイミングでの情報に損失があることがあるものの、飽和状態になるために必要な時間が比較的短く、検測の効率が高まる。同時に、パワーが高い場合に、信号が一層安定になる。このとき、本明細書の記載によると、「同一のロット」でないことである。レーザー光源は、パワーを調節して異なる測量の目的を実現することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該レーザー光は、当該パワーの調節範囲が［０、１０００ｍＷ］である。

本実施例では、好適に、当該レーザー光は、当該パワーの調節範囲が［０、１０００ｍＷ］である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該入射光路システムが当該レーザー光の当該入射角度を調節可能である。

本実施例では、当該入射光路システムは、当該レーザー光の入射角度を調節可能である。当該入射角度は、当該第二次高調波に対する影響が、主に、当該第二次高調波におけるＰ偏波成分に現れる。これは、Ｐ成分が入射方向と垂直方向とのベクトルの和であるからである。従って、入射角を調節することにより、テストすべき当該サンプルの第二次極化テンソルにおけるある成分を定量で分析することができる。

幾つかの実施例では、本発明が第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該レーザー光は、当該入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である。

本実施例では、当該レーザー光は、当該入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該入射光路システムは、当該レーザー光の偏波方向をＰ偏波又はＳ偏波に調整可能である。

本実施例では、当該入射光路システムは、入射レーザー光の偏波方向をＰ偏波又はＳ偏波に調整可能である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該信号受信システムが一つ又は複数ある。

本実施例では、当該信号受信システムが一つ又は複数ある。当該信号受信システムは、複数の探測機器により、当該射出システムにより処理された当該第二次高調波及び／又は入射光分割信号を受信して異なる作用に用いることが可能である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該信号受信システムがＰ信号受信システムとＳ信号受信システムという二つある。当該Ｐ信号受信システムは、Ｐ偏波方向における当該第二次高調波だけを受信する。当該Ｓ信号受信システムは、Ｓ偏波方向における当該第二次高調波だけを受信する。

本実施例では、当該信号受信システムは、Ｐ信号受信システムとＳ信号受信システムが二つあり、それらは、それぞれ、Ｐ偏波方向とＳ偏波方向との第二次高調波を受信するためのものである。それは、当該第二次高調波を選択的に受信する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方位角がゼロであり当該入射光路システムの偏波方向がＰである場合に、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行う。

本実施例では、方位角がゼロである場合に、入射光路の偏波方向がＰであると、理論的に、Ｓ方向の第二次高調波が生じない。しかしながら、実際の測量には、方位角又は偏波片の角度に微細な偏差があり、又は、他の干渉要素による影響があることから、Ｓ射出光路からの第二次高調波がゼロでない。従って、この信号値は、Ｐ射出光路にノイズリダクションを処理することに用いられる。なお、当該光路は、ノイズリダクションにのみ用いられるものでなく、事実上、方位角を調節して測量を行う時に、Ｓ方向における第二次高調波が、当該サンプルの結晶構造について、対称性又は欠陥を分析するために同様に意味を持っている。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該信号受信システムは、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムが三つある。

本実施例では、当該信号受信システムは、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムが三つある。当該入射光分割信号システムは、入射光から直接導入した光束であって、測量を行った後の第二次高調波でない。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、方位角がゼロである場合に、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行いながら、当該入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる。

本実施例では、ノイズリダクションの形態が二つある。当該方位角がゼロである場合に、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行う。それは、先の明細書に言及したノイズリダクションの形態と同じである。同時に、当該入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる。当該入射光分割信号システムが集まるのは、入射光における当該サンプルに到着するまでの分割光束であり、主に、当該サンプルの表面に到着するレーザー光のパワーの波動を監視するためのものである。光点の形状とサイズに対する撮影システムの監視に合わせると、光点における光度の密度への監視に用いられ、それにより当該第二次高調波にノイズリダクションを処理することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法に、単一の励起により、当該サンプルに当該測量ポイントにおける当該内部電荷の分布状態を変えることをさらに含む。

本実施例では、当該方法には、単一の励起により、当該サンプルにおける当該測量ポイントの当該初期状態を変えることをさらに含む。幾つかの場合では、必要に応じて当該サンプルが走査されるまでの初期状態を変え、つまり、「励起」だけを行う。当該初期状態を変えることは、均一かつ安定でなければならない。光学又は電気ディバイスにより実現されてもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該単一の励起がポンプ光源により実現される。

本実施例では、当該単一の励起が他の光源、つまり、ポンプ光源により実現される。ポンプ光源は、サンプルにおける内部の電子を励起し、電子が十分なエネルギーを持ってサンプルを移動できるようにし、電子が界面に積み上げる状態を実現する。従って、ポンプ光源に、比較的広いパワー範囲と波長調節可能機能を有することが必要である。当該技術手段は、走査と固定ポイント測量との両方に適用されており、測量前と測量中にも適用される。しかしながら、ポンプ光源が比較的小さい光点を有することから、指向性を持って測定すべきポイントに励起をさせる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において当該単一の励起がフラッシュライトにより実現される。

本実施例では、当該励起光源がフラッシュライトである。ポンプ光源に比べると、フラッシュライトが完全に覆うことから、ウェハー全体にも影響がある。当該技術手段は、固定ポイント測量モードと走査測量モードにとって適用可能であり、しかも、測量前にのみ適用される。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該単一の励起がバイアス電圧装置により、当該サンプルに、当該サンプルの作り付け電界を変えるために十分な電圧を印可することにより実現される。

本実施例では、当該単一の励起が、当該サンプルに、当該測定すべきサンプルにおける内部電界を変えることに十分な電圧を印可することにより実現される。つまり、バイアス電圧装置を追加してサンプルの初期状態を変える。当該方法は、当該サンプルの両端に、内部電荷の配列に十分な影響を与える電界を印可し、当該電界が作用することにより、電荷が界面に積み上げる。最終的に積み上げた電荷の密度は、印可電界に関連する以外に、ここでの他の電気特性（例えば、界面準位密度、固定電荷密度など）にも関連する。電荷が安定に積み上げると、走査モードによりテストすべきサンプルにおける当該内部電荷分布を効果的に検測でき、走査領域全体の電気特性を評価する。当該電界は、ＤＣ電圧装置やＡＣ電圧装置などにより直接に印可されてもよいし、磁電界バイアス装置やコロナ装置などにより印可されてもよい。

ＤＣ電圧装置は、電界に対する異なる極性を持った電荷の反応が異なるということを用いたものである。ＤＣ電圧が作用することにより、可動電荷（例えばキャリア、可動イオンなど）が、電界線方向に移動し、最終的に、電界／表面に積み上げる。この過程に、サンプルにおける内部の界面準位の欠陥又は他の電気欠陥が存在することにより、最終的に電荷が積み上げた状態に多少の差異がある。この差異は、第二次高調波走査モードでの信号について、フィードバックの分析を行うことになされる。当該装置は、第二次高調波の測量前又は測量中に用いられる。

ＡＣ電圧装置は、交流電圧に対する異なる種類の電荷の反応も異なるということを用いたものである。例えば、移動可能電荷は、交流電圧に従って周期性に移動する（種類が異なる移動可能電荷が移動する速度又は位移は異なる）が、固定電荷がそれに従って移動しない。ひいては、種類が同じである欠陥は、異なる周波数の電圧に対する反応も異なり、例えば、界面準位は、高周波の電圧に低抵抗の性質が現れるが、低周波の電圧に高抵抗の性質が現れる。従って、ＡＣ電圧を印可することにより、サンプルにおける内部の様々な電気特性をより詳しく分析することができる。測量精度を保証するために、当該ＡＣ電圧装置の周波数がシステムにおける信号の受信周波数よりも遥かに小さいように要求する。

上記の二つの装置によると、サンプルを導体トレイ（電気抵抗ができるだけ小さいことが要求される）に置いて、トレイが接地するようにし、サンプルの他方端に、接触しない探り針又は覆われるが接触しない導体板により、直流又は交流の電圧を導入する。特に注意すべことは、導体板により電圧を印可すると、光線が通過するための小さい穴を設置しなければならない。

磁電界バイアス装置は、サンプルを変化中の電磁界に置いて、電磁界により電界を誘導し、当該電界が作用することにより、電荷がサンプルの内部を移動し、当該サンプルが電荷を界面に積み上げる状態になる。そのうち、印可される当該磁界強度と誘導される当該電界強度は、マクスウェルの方程式により記載される。

コロナ装置については、高電圧を有するコロナ装置により、その周囲における空気の水分子と二酸化炭素の分子をイオン化にして、正のＨ_３Ｏ_２ ^＋イオンと負のＣＯ_３ ^－イオンを生成する。必要に応じて、焦点を当ててそのうちの一つのイオンをサンプルの表面に散布してもよい。そうすると、サンプルに表面電位が変わり、サンプルにおける内部電荷が吸引されたり排斥されたりすることにより電荷が再度分配される目的を図る。

本実施例では、多種類の励起装置は、組み合わせて用いられもよいし、前記のポンプ光源又はフラッシュライトと組み合わせて適用されてもよい。これらの励起装置は、個別に独立して作動して、互いに邪魔しなければ良い。

上記の多種類の手段には、走査モードそのものが「励起」装置と互いに独立する。実際に測量を行う過程に、単一の走査モードを用いることができるし、両者を組み合わせて数多くの形式で測量を行うことができる。要するに、走査と測量によりサンプルの初期界面の状態を示すことができるという特性を用いるからである。同時に、走査方法は、単一のポイントを測量することに対して最も注目を浴びる優位性が、測量ポイントの増加と測量効率や精度の向上にある。

幾つかの実施例では、本発明が第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該時間変化特徴と当該空間変化特徴は、以下のことを同時又は個別に満たす。
当該時間変化特徴には、当該サンプルに当該光子が注がれるまでの状態を示す初期状態、当該測量が終わる時に当該サンプルの状態を示す最終状態、及び、当該サンプルに光子が注がれている過程に内部の電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態が含まれる。
当該空間変化特徴には、当該第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲にある当該測量ポイントである正常ポイント、及び、当該第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲以外にある当該測量ポイントである異常ポイントが含まれる。

本実施例では、当該時間変化特徴と当該空間変化特徴は、同時に備えられてもよいが、必ず同時に備えられるわけではない。当該時間変化特徴を有する固定ポイント測量モードと空間変化特徴を有する走査測量モードは、前後使用されてもよいし、同時使用（型番が同じであるディバイスにより同じのサンプルに測量を同様に行う）されてもよいし、それぞれ使用されてもよい。

当該時間変化特徴は、当該初期状態、当該最終状態及び当該時系列状態が含まれる。当該初期状態とは、測量されるまで当該サンプルの初期状態を指す。当該初期状態は、当該サンプルの原始状態であってもよいし、当該サンプルが単一の励起を経た状態であってもよい。要するに、測量までの状態である。当該最終状態とは、測量が終わる時に当該サンプルの状態を指す。測量が終わると、当該サンプルが照射されないが、その状態が持続的に変わりつつある見込みがある。しかし、ディバイスは、その発生した新たな第二次高調波を受信しない。従って、測量の結果にとっては、終わる時の状態を最終状態とする以外ができない。勿論、測量に掛かる時間が十分に長いと、測量が終わる時でも、当該サンプルの状態についてそれ以上変わりがなく、安定の状態になる見込みがある。当該時系列状態とは、当該サンプルが当該初期状態から当該最終状態まで動態的に変化する過程を指す。

当該空間変化特徴は、当該正常ポイントと当該異常ポイントが含まれる。当該正常ポイントは、当該第二次高調波値が平均値上下の５％の範囲にあり、つまり平均値の付近にある。当該異常ポイントは、当該第二次高調波値が平均値上下の５％の範囲以外にあり、つまり明らかに平均値からずれる。当該５％の数値は、本実施例が提供する好ましい値であるが、実際の場合によって他の数値を取ってもよい。

図３和図７は、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードを組み合わせた例を示す。そのうち、図３が幾つかのポイントについての固定ポイント測量である。図７は、当該走査測量モードである。固定ポイント測量は、測量された欠陥密度を定量で分析することに用いられ、走査モードは、異なる測量ポイントを相対的に測量することに用いられる。従って、二つの測量モードを組み合わせることにより、サンプルについて領域全体の欠陥密度を定量で分析することを実現することができる。図７は、線形走査場合でのデータの例である。実際に測量を行う時に、サンプルの種類によって、異なる走査形態を採用してもよい。従って、それに対応するデータの処理方法が必要になる。例えば、パターンを付けたウェハーについて、測定すべき領域が極めて小さい（通常、光点の数倍の大きさ）ことから、走査モードを選ぶ時に、走査領域が少々テスト片（一般的、面積が５０マイクロメートル×５０マイクロメートル）よりも大きいように設定し、データを処理する時に、テスト片領域以外の信号点を削除する。一方、パターンを付けないウェハーについて、テストすべきポイントについてランダム性と多様性が求められるように、多様性を有した測量方法を選択すればよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、固定・走査対応関係をさらに含み、当該固定・走査対応関係は、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードとの対応関係であり、つまり、当該走査測量モードで取得された当該第二次高調波の平均値と当該固定ポイント測量モ
当該サンプルにおける当該所定測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さで

本実施例では、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードとの対応関係を構築してきた。そして、当該走査測量モードに当該固定ポイント測量モードを組み合わせた方法により、テストすべき当該サンプルにおける界面の電気特性を分析することが可能になる。当該測量方法による優位性は、当該走査モードで測定された正確な当該初期状態により当該固定ポイント測量のデータ結果にノイズリダクションを行うことができる以外に、当該固定ポイント測量モードでの結果により当該走査モードのデータを再処理することができる。

である場合に、当該走査測量モードにより取得されるのは、当該固定ポイント測量モードでの最終状態である。一般的に、当該走査測量モードには、最終状態を取得することが必要である。当該相対移動速度について、非常に遅くすることが必要であると共に、それが固定ポイント測量の時間全体の長さに関連し、つまり固定ポイント測量の最終状態に関連
走査して測量する当該過程に、当該測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間が極めて短い。ｔｓが十分に小さい場合に、当該走査測量モードによりされるのは、当該固定ポイント測量モードでの初期値となる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量
該第二次高調波の当該平均値が当該固定ポイント測量モードに初期状態の値である初期

照射される時間全体の長さがアカウントのサイクルを超えないものであり、この時間長さが十分に短い（一般的に、［０．１ｍｓ、１ｍｓ］という範囲内）ことから、当該サンプルにおいて、当該走査測量ポイントにおける内部に電荷分布がまだ変化しない。当該走査測量モードは、当該第二次高調波の平均値が当該サンプルの初期状態を示すことに用いられる。当該ポイントは、当該固定ポイント測量モードでの一番目の測量ポイント（初期値）である。当該固定ポイント測量モードでは、レーザー光を完全に照射する時間と信号を集める時間との間に遅延（一般的に、［１５ｍｓ、３０ｍｓ］の範囲内）があることから、固定ポイント測量の初期値と対応するタイミングに、ウェハーの内部が既に変わった。従って、当該走査測量モードは、初期値の精度を大幅に高めることができる。

さらに、急速で走査して測量する際に、レーザー光を各走査測量ポイントに照射する時間が極めて短いことから、ウェハーにおける内部の電荷分布に影響を与えない。従って、同一の走査経路に走査過程を繰り返してから、各測量結果を平均にすると、ショットノイズを大幅に減らすことができる。つまり、当該走査測量モードにより取得された値は、当該固定ポイント測量モードにおける初期値のノイズリダクションと校正処理に用いられてもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該第二次高調波の式が式１として記載される。
当該光点の中心を原点とする極座標位置であり、ｚは、鉛直方向において当該テストすべき界面から当該光点の距離であり、tは、当該測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さである。

式２におけるＰは、当該レーザー光のピークパワーであり、wは、ビームウエスト幅である。

本実施例では、図１に示すように、固定ポイント測量と走査測量という二つのモードに、理想的かつ均一の当該サンプルがレーザー光に照射される時に内部電荷の分布が変化することを示す。そのうち、図１Ａは、固定ポイント測量モードである。わかるように、測量される領域の光度がガウス分布として現れるため、レーザー光が励起することによる内部電荷の再度分配もガウス分布になる。従って、データを処理することは、従来の文献に開示された式により分析を行うことができなくなり、式１、式２及び式３により分析を行うことが必要になる。式１は、当該第二次高調波における普通の式
光度が均一に分布しなく測量領域における電界強度の変化も異なることから、本実施例が新しい式つまり式１を提供する。式１では、作り付け電界が最も重要なパラメータであり、時系列第二次高調波を引き出す最も基本的な要素である。

式２は、ガウス光点光度が分布する従来の式である。しかしながら、従来の第二次高調波による技術に、光点を均一の光点としてその光度分布を算出することから、実際に測量を行う時に誤差が生じてしまう。従って、本発明は、従来の式を導入して一層正確な物理モデルを建てる。

式３に係る電界式は、当該走査測量モードとの整合性が一層良くなる。それは、当該走査過程に入射された光子の分布が均一のものであり、それによる電荷の積み上げも均一になり、式３における理論的モデルに合致しているからである。ここで、この二つの値を特
該値は、テストすべきサンプルの初期状態を変えるために十分なものである。Ｎは、測量をしている過程に、界面における累積の電荷密度であって、電子が移動している過程に界面準位又は固定電荷により捕獲されることによりなされた界面における電荷分布の変化である。式３は、本発明が第二次高調波の式を一層深く展開したものであり、半導体界面における作り付け電界を一層正確に記載したものである。従来の第二次高調波による技術では、作り付け電界の変化が界面における電荷の積み上げに由来するものであると思われるが、事実上、当該作り付け電界が、様々な電気欠陥と電荷の積み上げとが共に作用した結果である。しかし、電気欠陥による影響は、フラットバンド電圧（つまり式３における右側の一番目の項目）により記載されるものであって、外置き電圧により調節されるものである。電荷の積み上げによる影響は、式３における右側の二番目の項目により記載される。従って、わかるように、式３に記載されるモデルは、真の場合に一層近い。従って、固定ポイント測量モードは、記載に一層良い役割を持っている。

当該走査測量モードと当該バイアス電圧技術を組み合わせることは、テストすべきサン
わせにより測量に齎す利点は、（１）信号の信号対雑音比を高めること、（２）テストすべきサンプルが、異なる作動状態（多数のキャリアが積み上げる状態、多数のキャリアが消耗切れた状態、少数のキャリアが積み上げる状態、空乏（depletion））にあるようにして、サンプルの性能を一層正確に分析すること、（３）異なるバイアスを印可すること
いうことにある。

本発明が提供する式１、式２及び式３により算出を行い、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルを統一させ、第二次高調波測量による技術を定性分析方法だけでなく、定量分析方法として適用する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、当該走査モード測量を行うと、当該走査方向を横座標、当該第二次高調波の値を縦座標として、走査信号グラフを作成することをさらに含む。
当該走査信号グラフには、信号ピークと信号谷がデータの異常ポイントである。
当該信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、当該ピーク値の横座標が欠陥中心であり、当該信号ピークの幅が当該欠陥のサイズ幅であり、当該信号ピークの高さが欠陥密度を示すためのものである。

当該信号谷と対応する谷値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、当該谷値の横座標が欠陥中心であり、当該信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、当該信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである。

本実施例では、図７に示すように、横座標が走査方向の座標であり、縦座標が走査により得られた第二次高調波である。第二次高調波が欠陥密度に関連することから、同図において、信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、ピーク値の横座標が欠陥中心であり、信号ピークの幅が当該欠陥のサイズ幅であり、信号ピークの高さが欠陥密度を示すためのものである。信号谷と対応する谷値横の座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、谷値の横座標が欠陥中心であり、信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである。従って、走査モードにより、サンプルにおける相対欠陥分布について測量を行うことができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、当該第二次高調波の値と当該走査測量モードの当該走査測量ポイントの座標位置に基づいて欠陥密度分布のグラフを作成することをさらに含む。
当該欠陥密度分布グラフには、輝点が、当該走査信号グラフにおける当該信号ピークと対応し、当該輝点と対応する当該走査測量ポイントにおいて、当該座標位置の当該欠陥密度が周囲のほうよりも大きいことを示す。また、暗点は、当該走査信号グラフにおける当該信号谷と対応し、当該暗点と対応する当該走査測量ポイントにおいて、当該座標位置の当該欠陥密度が周囲のほうよりも小さいことを示す。

本実施例では、図８に示すように、当該走査測量モードをした欠陥密度分布のグラフである。そのうち、当該輝点における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、図７におけるピークと対応する一方、当該暗点における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、図７における谷と対応する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、当該固定ポイント測量モードに、測量時間を横座標、当該第二次高調波の値を縦座標として、時系列第二次高調波のグラフを作成することをさらに含む。

当該時系列第二次高調波グラフは、以下の特徴を有する。
当該初期状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける一番目のポイントであり、当該サンプルに当該光子が注がれるまでの状態を示す。
当該最終状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける最後のポイントであり、測量が終わる時に当該サンプルの状態を示す。
該時系列状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける当該初期状態ポイントと該最終状態ポイントとの間のポイントであり、当該サンプルに当該光子が注がれている過程に当該内部電荷が再度分布している動態的過程を示す。

本実施例では、係るのは、時系列第二次高調波曲線全体に、初期状態、最終状態及び時系列状態が最も注目を浴びている三つの局面である。

初期状態ポイントは、当該サンプルに光子が注がれるまでの状態、つまり、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおける一番目のポイントを示す。このとき、自由電子がまだ酸化層に励起されず、このときの作り付け電界が初期作り付け電界になる。

時系列状態ポイントは、当該サンプルに光子が注がれている時に、当該内部電荷が再度分布している動態的過程を示し、反応されたのは電子が界面準位又は固定電荷に捕獲される過程である。これは、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおける変化している線分として現れる。この過程では、作り付け電界が変化し、時系列第二次高調波が生じる。当該信号変化速度は、酸化層の厚さ、素材のバンドギャップ幅及び入射光子の周波数などに関連する。
ある時の第二次高調波曲線の増やし速度を算出する。
厚さが閾値を超える時に、式４が０に近い。生じた第二次高調波は、時間に伴い変化しない。従って、比較的厚い酸化層については、入射光子の周波数を増やす方法により、電子エネルギー準位の遷移、及び、酸化層の表面に到着する確率を高める。

最終状態ポイントは、当該サンプルに光子が注がれていると共に安定になる状態、又は、測量時間が終わる時の状態を示す。安定とは、測量時間において、新たな自由電子の励起と結合がバランスを取り、サンプルにおける内部の電荷分布が動態的バランスを取り、作り付け電界がまだ変化しない。この時、たとえ測量時間を延びても、信号値に大きな変化がない。これは、図３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおいて、信号が安定になる線分として現れる。しかしながら、パワーが低い励起光を用いる場合に、測量が終わる時に、サンプルが依然として安定状態にならないことがある。このとき、もし測量時間を延びれば、第二次高調波が依然として時間に伴い変化する動向が現れる。この場合に、測量された最後のポイント、例えば、図３Ａに示されている最後のポイントを最終状態として規定してもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、当該信号の異常ポイントの一部又は全てを当該所定測量ポイントとして選び、当該固定ポイント測量モードへ入ることをさらに含む。

本実施例では、固定ポイント測量の位置について、特別ポイントを選択することが用いられる。特別ポイントへの選択とは、測量を行う過程に、当該信号の当該異常ポイント（ピーク又は谷）に固定ポイント測量を行い、その目的がそこにより詳しく測量分析を行うことにある。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法において、当該方法は、予め、当該測量ポイントを当該所定測量ポイントとしてランダムで選び、当該固定ポイント測量モードへ入ることをさらに含む。

本実施例では、固定ポイント測量の位置についてランダムで選択することが用いられる。ランダムで選択することは、測量前にランダムで選択し、主に、欠陥密度を算出することに用いられる。

図９に示すように、前記実施例が提供した技術を総合的に適用した具体的な測量のプロセスのフローチャートである。測量ステップは、ウェハーを入れること、パラメータを調節すること、走査線を選ぶこと、載置台を移動させること、走査と測量のタスクの全てが終わるまで測量すること、異常ポイントを分析すること、及び、固定ポイント測量モードに入ることがある。測量の全てが終わると、データを分析する。

第二局面、本発明の実施例がする第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置は、以下の手段を含む。
光源は、レーザー光が発生し、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成し、当該サンプルに光子を注ぎ、つまり当該サンプルにレーザー光を照射するためのものである。
当該入射光路システムは、当該光源が発生する当該レーザー光の光パラメータを調節するためのものである。
当該サンプルは、２層以上の物質からなり界面が存在する探測可能構成であり、当該物質の少なくとも一層が半導体層であり、当該光源が探測すべき界面である探測すべき当該界面に到着可能である。
載置台は、当該サンプルを載置して平面移動するためのものであり、当該平面移動の移
射出光路システムは、射出された当該第二次高調波の第二次高調波パラメータを調節するためのものである。
信号受信システムは、当該射出光路システムにより調節された第二次高調波を受信するためのものである。当該第二次高調波は、変化曲線が第二次高調波の式として記載される。当該第二次高調波は、当該変化曲線に、当該固定ポイント測量モードへ入ると、記録されたものであって、当該所定測量ポイントが発生した当該第二次高調波の時間変化特徴、及び、当該走査測量モードに入ると、当該相対移動をしている過程に記録されたものであって、当該走査測量ポイントが発生した当該第二次高調波の空間分布特徴という情報が含まれる。
監視システムは、当該装置の稼働状態をリアルタイムで監視し、リアルタイムフィードバック情報を送信するためのものである。
入力システムは、ヒューマンコンピュータインタラクションに利用者の入力情報を受信するためのものである。
表示システムは、ヒューマンコンピュータインタラクションに当該装置の出力情報を表示するためのものである。
センター処理システムは、当該入力情報と当該リアルタイムフィードバック情報を受信し、当該装置の稼働を制御し、当該第二次高調波の式により当該第二次高調波を処理し、当該出力情報を出力するためのものである。

同一のロットにおける当該サンプルを走査して測量する過程には、当該光点の形状とサイズが一定に維持される。当該光源は、パワーが一定に維持され、つまり、当該光点の当該形状と当該サイズが共に一定に維持されると、当該光点の光度も一定に維持される。当該サンプルと当該光点との当該相対移動速度が一定に維持される。

本実施例では、第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置を提供する。図４は、当該装置の一部の構成を示す。当該装置は、当該光源、当該入射光路システム、当該サンプル、当該載置台、当該射出光路システム、当該信号受信システム、当該監視システム、当該入力システム、当該表示システム及び当該センター処理システムを含む。第二次高調波による普通の測量技術では、「探測」と「励起」の両者が同時に行われる。これは、探測光源そのものの光子により電子のエネルギー準位が遷移することがあり、たとえパワーが低い探測光源（そうすると、測量信号が比較的低く、比較的大きなノイズがある）を採用しても、長時間にわたって照射すると、依然としてサンプルにおける内部に電荷分布が変化することになる。本実施例が提供する走査方法は、「探測」を効果的に実現することできるがサンプルにおける内部に電荷分布を変えることがない。光点の形状、サイズ、光度及び走査速度を制御することにより、本実施例が提供する走査装置が走査と測量に、単一の「探測」という機能を与える。つまり、サンプルにおける内部の電荷分布がほぼ変わらず、測量された信号は、測量される領域の初期状態にのみ関連する場合には、サンプルを探測するように実現することができる。従って、当該光源は、技術手段により単一の用途を実現できる真の光源である。勿論、固定ポイント測量では、当該光源が同時に探測と励起を行う。図４における励起光源は、励起の機能を担うが、当該励起光源が必ず独立する部品であるわけではない。当該励起機は、当該光源により実現されてもよいし、独立する励起光源により実現されてもよい。

レーザー光は、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成する。光点の面積は、単位面積当たりに入射光子の数（光度の密度）に影響を与える。パワーが同じである場合には、光点面積が小さいほど、入射される光子が集中になり、測量を行う過程にサンプルに与える影響が大きい。しかしながら、システム装置の分解能も高い。

当該サンプルは、２層以上の物質からなり、界面が存在する探測可能構成であり、当該物質の少なくとも一層が半導体層である。本実施例に係る技術手段により探測されるのは、半導体の界面準位であることから、探測される物質に必ず一つが半導体であり、しかも、二層以上からなるものでなければならない。さもなければ、言われる「界面」というものが形成されない。当該半導体素材の構成は、現在良く見られる半導体素材（例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＮなど）、新型酸化物半導体（例えばＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３など）、一次元半導体（例えばグラフェン、黒リンなど）及びバンドギャップが広い他の半導体素材（例えばダイヤモンドなど）が含まれている。当該光源は、探測すべき界面に到着可能である。それは、測定すべきサンプルの各層（特に、吸収係数が比較的大きい素材層）の厚さについて限定を行うためである。もし当該光源が貫く物質層が厚すぎ、又は、吸収係数が大き過ぎることにより、テストすべき界面に到着できる光子の数が十分にならない場合に、探測の機能を実現することもできなくなる。パターンを付けたサンプルである場合には、テストすべき領域の表面積が光点のサイズよりも大きいということも必要である。

当該載置台は、当該サンプルを載置し、当該載置台を移動させることにより、当該サンプルと当該光点が平面を相対移動するように実現する。固定ポイント測量モードに入る場

当該射出光路システムは、射出された当該第二次高調波の第二次高調波パラメータを調節するためのものであり、当該第二次高調波パラメータに射出光偏波方向と射出角度を含むがそれらの限りでない。

当該信号受信システムは、当該射出光路システムにより調節された第二次高調波を受信するためのものである。当該第二次高調波は、第二次高調波の式として記載される。当該第二次高調波を受信する時に注意すべきことは、射出信号に、複数種類の光波信号が含まれていることから、焦点を当てて価値がある情報を選択し、つまりフィルタリングが必要になる。当該射出光の信号受信方向は、入射角度と同じであるように調整することが必要である。当該第二次高調波は、測量して曲線として描かれ、式を用いて当該曲線を記載する。ここでの式は、従来の技術に係る式、及び、その後技術が発展していくにつれ改良されてきる式をも含み、関連する式を組み合わせて使用することが可能である。従来の技術の式は、課題を解決するための手段という箇所に言及した第二次高調波の通常式を含むが、重複を避けるためここで繰り返して説明しない。

監視システムは、当該装置の稼働状態をリアルタイムで監視して、フィードバック情報をリアルタイムで送信するためのものである。当該稼働状態は、当該光源のパワー、光点のサイズ、載置台の高さ等が含まれる。

当該入力システムは、ヒューマンコンピュータインタラクションに利用者の入力情報を受信するためのものである。当該入力システムは、当該装置の胴体に直接接続されてもよいし、無線や有線によりデータを受送信することもできる。当該入力情報を当該装置に送信できるように保証できれば良い。

当該表示システムは、ヒューマンコンピュータインタラクションに、当該装置の出力情報を表示するためのものである。当該表示システムは、当該装置の胴体に直接接続されてもよいし、無線や有線によりデータを受送信することもできる。当該装置から当該出力情報を取得できるように保証できれば良い。

当該センター処理システムは、当該入力情報と当該リアルタイムフィードバック情報を受信し、当該装置の稼働を制御し、当該第二次高調波式に基づいて当該第二次高調波を処理しながら当該出力情報を出力するためのものである。当該センター処理システムは、当該装置の胴体と一体化にしてもよいし、クラウド側に位置してもよい。また、それは、一つのコンピューターであってもよいし、複数のコンピューターであってもよいし、実体を持つコンピューターであってもよいし、仮想機械であってもよい。前記第二次高調波の式に基づいて前記第二次高調波を処理することは、当該第二次高調波の当該変化曲線を含む。当該第二次高調波の当該変化曲線には、豊かな情報が含まれる。ディバイスが固定ポイント測量モードにある時に、記録された第二次高調波の曲線が時間に伴い変化するものであることから、時間に伴い変化する特徴を持つ。ディバイスが走査測量モードにある時に、走査される過程が限られ、つまり「当該光点の形状とサイズが一定に維持され、当該光源のパワーが一定に維持され、つまり、当該光点の当該形状と当該サイズが共に一定に維持されると、当該光点の光度も一定に維持され、当該サンプルと当該光点の当該相対移動速度が一定に維持される」ことから、走査して測量される各測量ポイントが照射される時間が等しい。つまり、走査して測量された各測量ポイントの数値が、各点が同じ時間だけ照射された数値である。従って、該値が時間の関数でない。しかしながら、走査して測量された各測量ポイントの位置がそれぞれ異なる。従って、当該数値は、空間位置によって変化するものであり、空間に分布する特徴を持つ。補足して説明するのは、固定ポイント測量の場合に、所定測量ポイントＡから所定測量ポイントＢまでの過程に、v＞０となるものの、測量が行わない。従って、当該第二次高調波は、当該変化曲線がまだ存在しない。

具体に、図１０に示すように、光路システムの構成を示す例である。当該入射光は、光源としてのレーザー光器（１０）から発生したものであり、偏波手段（２０）、コリメートレンズ群（３０）を経て当該サンプル（９０）に到着すると、第二次高調波を励起させ、反射光を生じさせ、コリメートレンズ群（４０）、フィルター（５０）を経て反射光をフィルタリングしてから、励起された残りの第二次高調波をビームスプリッター（６０）に通過させて二つ偏波方向の第二次高調波を生じさせる。そのうち、Ｐ方向の第二次高調波は、ビームスプリッター（６０）を通過してから直接に信号受信機（１１０）に受信される一方、Ｓ方向の第二次高調波は、ビームスプリッター（６０）を通過してからミラー（５１）に反射されて他の信号受信機（１１０）に受信される。測量を行う過程には、テストすべき領域の情報が、透過電子顕微鏡（８０）及びレンズ群（８１、７０）により監視され、サンプルの高さ、座標や移動速度が当該載置台（１００）により制御され、測量データを含んだあらゆる情報は、最終に当該センター処理システム（１２０）に集めて処理される。

図１は、固定ポイント測量と走査測量という二つのモードに、理想的かつ均一のサンプルがレーザー光に照射される時に当該内部電荷の分布が変化することを示す。そのうち、図１Ａは、固定ポイント測量モードである。わかるように、測量された領域の光度がガウス分布として現れるため、レーザー光が励起することによる当該内部の電荷の再度分配もガウス分布になる。従って、電荷の分布が不均一になり、取得された第二次高調波の値にも偏差が存在し、当該サンプルの状態を示すことが難しい。図１Ｂは、走査測量モードである。光点の光度が依然としてガウス分布であるものの、ウェハーが移動する方向に、レーザー光が励起したことによる内部の電荷の再度分配が均一である。これは、当該方向に、あらゆる測量ポイントが照射される時間全体の長さと注がれた光子の総数が同じである。従って、走査モードで作成された「第二次高調波－座標」の曲線グラフは、サンプルについて、領域全体の均一性を示すことができる。当該示しは、前記式によるものであり、当該式にて定義される。さらに、当該走査測量モードは、欠陥の位置、サイズ、及び、相対欠陥密度分布などを識別する場合にも特別な適用があり、これからの実施例にも記載され、当該固定ポイント測量モードによりできないものである。

走査測量モードには、光源パワーを安定に維持することが必要である。第二次高調波値は、光度の自乗と正比例することから、実際の走査測量に、光度を安定に保証する（つまり、パワーと光点の形状、サイズを安定）ことが必要である。さもなければ、第二次高調波を走査しているデータ波動が、テストすべきサンプルにおける内部の電気特性の変化によるものであるか、それとも、光度の変化によるものであるかについて分からない。従って、当該光点の形状、サイズ又は光度を制御しないと、正確な第二次高調波走査信号のグラフを取得できない。光点の形状とサイズは、当該入射光路システムにより調節される。勿論、当該調節は、監視システムによる監視に基づいて、当該入射光路システムにより入射光のパラメータを調節することを含み、また、当該サンプルが当該載置台に伴い移動するが当該光源と当該入射光システムのパラメータが一定に維持されることをも含む。パワーを調節することにより光度を制御することができるものの、走査を行う過程に、パワーが一定である。当該相対移動速度を一定に維持することは、走査をする過程に、走査される各測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さが等しいように保証することができる。当該「同一のロット」とは、当該サンプルが同じであり、当該テストすべき界面の位置が同じであり、当該テストの目的やテスト手段などの選択も同じである。同一のロットにおける当該製品の測量や維持は、各個の測量データを一致性に維持すると、測量データの比較性を保証することができる。パラメータをある程度で維持するということは、必ず全く変更できないわけでなく、「同一のロット」についての測量において一定に維持するとよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該載置台における当該平面移動は、Ｘ方向に自由度がある。

本実施例では、図５に示すように、当該載置台の当該平面移動は、Ｘ方向に自由度がある。当該Ｘ方向とは、ある方向を意味しており、つまり、当該相対移動は、直線に沿って行われるものであり、一次元の運動である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該載置台は、当該平面移動がさらに、Ｙ方向に自由度がある。

本実施例では、図５に示すように、当該載置台の当該平面移動は、さらに、Ｙ方向に自由度がある。当該Ｙ方向とは、Ｘ方向以外のある方向を指し、つまり、当該相対移動に二つ自由度がある。Ｘ、Ｙ方向における自由度により、ＸＹ平面における如何なる運動の形式が可能であり、異なる形式の走査が実現される。例えば、線形走査、弧形走査などは、任意の平面曲線に沿って行われる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該載置台は、さらに、回動可能である。

本実施例では、図５に示すように、当該載置台の当該平面移動は、回動をさらに含み、つまり、当該走査測量は、所定ポイント回りに円周運動する方向に沿って行われる。当該所定ポイントは、当該載置台におけるいずれかのポイントとされてもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該載置台は、高さ方向の位置が調節可能である。

本実施例では、当該載置台は、高さ方向の位置を調整して、当該光源と当該入射光路システムに合わせて当該光点の形状とサイズを制御する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該走査測量モードに、当該サンプルの当該測量ポイントの高さのリアルタイムフィードバックに基づいて、当該高さ方向に、当該載置台の当該位置をリアルタイムで調節することができる。

本実施例では、当該載置台は、当該高さ方向に相対位置を調節する。好適に、精度は、マイクロメートルレベルになり、ひいては０．１マイクロメートル乃至一層高い精度になる。走査を行う過程に、サンプルの高さが変わると、光度の密度も変わる。従って、サンプル高さをリアルタイムで調節することにより光度を制御する。これは、主に、光点面積
る。これは、サンプルそのものの表面が平坦でなく、また、当該載置台の水平度が不均一であるなどことにより、測量ポイントの高さが差異になり、そして、レーザー光の光学的距離、光点面積、光度密度なども併せて変化するからである。走査モードでは、フィードバックリを監視することにより高さをアルタイムで調節することができる機能を提供し、一層良い走査と測量の効果を図ることができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該平面移動が線形である。

本実施例では、当該平面移動が線形であり、例えば、格子型走査（ｇｒａｔｉｎｇ）、グリッド型走査（ｇｒｉｄｉｎｇ）である。当該線形移動の方向は、Ｘ方向又はＹ方向と同じであってもよいし、異なってもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該平面移動が弧形である。

本実施例では、当該平面移動が弧形であり、例えば、平面回転をする過程に測量を行う。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該載置台を回転させることにより、当該サンプルの方位角を調節可能である。好適に、当該方位角の調節範囲が［０°、３６０°］である。

本実施例では、回転により当該サンプルの方位角を調節し、つまり、入射面とサンプル
成分について分割と分析を処理することができる。当該方位角の調節範囲は、実際のニーズに応じて選択すればよく、［０°、３６０°］の範囲が好ましい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置は、当該光点の当該走査サイズと当該載置台の当該移動速度を調整することにより、当該サンプルの当該測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さの値が［０．１ｍｓ、１ｍｓ］の範囲になるようにする。

本実施例では、移動速度を制御することにより、各測量ポイントが照射される長さ全体が［０．１ｍｓ、１ｍｓ］の範囲にあり、一般的に、一つのアカウントのサイクルを超えない。この時間長さは、一般的に、十分に短い。従って、ウェハーは、測量ポイントにおける内部の電荷分布がまだ変化しない。それは、ウェハーの初期状態を示すことに用いられる。固定ポイント測量については、レーザー光を完全に照射する時間と信号を集める時間との間に、遅延（一般的に、［１５ｍｓ、３０ｍｓ］の範囲内）が存在することから、固定ポイント測量の初期値と対応するタイミングに、ウェハーの内部が既に変わった。従って、本実施例が提供する技術手段は、初期値の精度を大幅に高めることができると共に、固定ポイント測量の結果にノイズリダクションと校正を行うことに用いられる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該光源のパワーが調節可能である。

本実施例では、光源が発生する当該レーザー光は、パワーが調節可能である。パワーを調節することは、単位時間あたりに測量領域に到着する光子の総数を制御することができる。パワーが大きいほど、生じる信号が安定になるが、単位時間あたりに入射光子の数が多くなり、測量にサンプルへの影響が大きくなる。当該光点の強度を一定に維持するように保証するように、当該パワーの値が同一のロットにおける測量に一定に維持される。しかしながら、必要に応じてパワーの大きさを変えることもある。測量の目的によって、例えば、異なるパワーによりレーザー光を照射すると、第二次高調波の変化を必要に応じて検測する場合に、当該光源のパワーを調節することが必要になる。又は、測量されるサンプルによって、例えば、当該光源が貫く物質層が厚すぎ、又は、吸収係数が大き過ぎる場合でも、テストすべき界面に到着する光子が十分になるように保証するために、パワーの大きさを調節することも必要になる。パワーが低い場合に、信号の変化速度が比較的遅く、ウェハーがレーザー光に照射される時に内部における電荷が再度分配される情報がはっきり見える。しかしながら、信号が飽和状態になるために、比較的時間が必要である。パワーが高い場合に、信号の変化速度が比較的速く、レーザー光を照射する最初タイミングでの情報に損失があることがあるものの、飽和状態になるために必要な時間が比較的短く、検測の効率が高まる。同時に、パワーが高い場合に、信号が一層安定になる。このとき、本明細書の記載によると、「同一のロット」でないことである。レーザー光源は、パワーを調節して異なる測量の目的を実現することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該光源は、パワーの範囲が［０、１０００ｍＷ］である。

本実施例では、好適に、当該光源は、当該パワーの調節範囲が［０、１０００ｍＷ］である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該入射光路システムが調節可能である当該光束パラメータには、入射角度及び／又は入射光偏波方向が含まれる。

本実施例では、当該入射光路システムが調節可能である前記光束パラメータには、入射角度及び／又は入射光偏波方向が含まれる。当該入射光路システムが当該レーザー光の入射角度を調節可能である。当該入射角度は、当該第二次高調波に対する影響が主に、当該第二次高調波のＰ偏波成分に現れる。これは、Ｐ成分が入射と垂直という二つ方向のベクトルの和である。従って、入射角を調節することにより、テストすべき当該サンプルの第二次極化テンソルにおけるある成分を定量で分析することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である。

本実施例では、好適に、当該レーザー光は、当該入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該入射光偏波方向がＰ偏波又はＳ偏波であってもよい。

本実施例では、当該入射光路システムは、当該入射レーザー光の偏波方向をＰ偏波又はＳ偏波に調節可能である。ある場合に、これからの実施例に記載されるように、射出光に、ある程度での特性を有させてもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該射出光路システムが調節可能である当該第二次高調波パラメータには、射出光偏波方向が含まれており、つまり、二分の一の波長板により、所定偏波方向における第二次高調波しか通過しない。

本実施例では、当該射出光路システムは、ビームスプリッターにより、所定の偏波方向における第二次高調波しか通過しなく、焦点を当てて測量を行う。そうすると、第二次高調波におけるＰ偏波成分とＳ偏波成分を分割して、ノイズリダクションと特定のデータ分析に用いることができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該射出光偏波方向がＰ偏波又はＳ偏波である。

本実施例では、当該射出光偏波方向がＰ偏波又はＳ偏波である。Ｐ偏波における第二次高調波は、テストすべきサンプルにおける酸化層の電荷と界面準位との両方により励起されたものである一方、Ｓ偏波における第二次高調波が酸化層の電荷だけに励起されたものであることから、異なる偏波方向における第二次高調波を分析することにより、二つの電気特性をデカップリングすることができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置が一つ又は複数の信号受信システムを有する。

本実施例では、当該信号受信システムが一つ又は複数ある。当該信号受信システムは、複数の探測機器により、当該射出システムにより処理された当該第二次高調波及び／又は入射光分割信号を受信して異なる作用に用いることが可能である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置は、Ｐ信号受信システムとＳ信号受信システムという二つの信号受信システムがある。当該Ｐ信号受信システムは、Ｐ偏波方向の第二次高調波だけを受信する。当該Ｓ信号受信システムは、Ｓ偏波方向の第二次高調波だけを受信する。

本実施例では、当該信号受信システムは、Ｐ信号受信システムとＳ信号受信システムが二つあり、それらは、それぞれＰ偏波方向とＳ偏波方向との第二次高調波を受信するためのものである。それは、当該第二次高調波を選択的に受信する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該方位角がゼロであり当該入射光路システムの偏波方向がＰである場合に、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行う。

本実施例では、方位角がゼロである場合に、入射光路の偏波方向がＰであると、理論的に、Ｓ方向の第二次高調波が生じない。しかしながら、実際の測量には、方位角又は偏波片の角度に微細な偏差があり、又は、他の干渉要素による影響があることから、Ｓ射出光路からの第二次高調波がゼロでない。従って、この信号値は、Ｐ射出光路にノイズリダクションを処理することに用いられる。なお、当該光路は、ノイズリダクションにのみ用いられるものでなく、事実上、方位角を調節して測量を行う時に、Ｓ方向における第二次高調波が、当該サンプルの結晶構造について、対称性又は欠陥を分析するために同様に意味を持っている。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置は、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムという三つの信号受信システムがある。

本実施例では、当該信号受信システムは、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムが三つある。当該入射光分割信号システムは、入射光から直接導入した光束であって、測量を行った第二次高調波でない。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該方位角がゼロである場合に、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行いながら、当該入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる。

本実施例では、ノイズリダクションの形態が二つある。当該方位角がゼロである場合には、当該Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、当該Ｐ信号受信システムが受信した当該第二次高調波にノイズリダクションを行う。それは、先の明細に言及したノイズリダクションの形態と同じである。同時に、当該入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる。当該入射光分割信号システムが集まるのは、入射光における当該サンプルに到着するまでの分割光束であり、主に、当該サンプルの表面に到着するレーザー光のパワーの波動を監視するためのものである。光点の形状とサイズに対する撮影システムの監視に合わせると、光点における光度密度への監視に用いられ、それにより当該第二次高調波にノイズリダクションを処理することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該装置に、当該サンプルを前処理して当該サンプルにおける内部の電荷分布の状態を変えるためのサンプル前処理システムをさらに含む。

本実施例では、当該方法には、単一の励起により、当該サンプルにおける当該測量ポイントの当該初期状態を変えることをさらに含む。幾つかの場合では、必要に応じて、当該サンプルが走査されるまでの初期状態を変え、つまり、「励起」だけを行う。当該初期状態を変えることは、均一かつ安定でなければならない。光学又は電気ディバイスにより実現されてもよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置においって、当該前処理システムがポンプ光源である。

本実施例では、当該単一の励起が他の光源、つまり、ポンプ光源により実現される。ポンプ光源は、サンプルにおける内部の電子を励起し、電子が十分なエネルギーを持ってサンプルを移動できるようにし、電子が界面に積み上げる状態を実現する。従って、ポンプ光源に、比較的広いパワー範囲と波長調節可能機能を有することが必要である。当該技術手段は、走査と固定ポイント測量に適用されており、測量前と測量中にも適用される。ポンプ光源が比較的小さい光点を有することから、指向性を持って測定すべきポイントに励起をさせる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該前処理システムがフラッシュライトである。

本実施例では、当該励起光源がフラッシュライトである。ポンプ光源に比べると、フラッシュライトが完全に覆うことから、ウェハー全体にも影響がある。当該技術手段は、固定ポイント測量モードと走査測量モードにとって適用可能であり、しかも、測量前にのみ適用される。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該前処理システムが電界バイアス装置であり、当該電界バイアス装置は、当該サンプルに電界を印可することにより当該探測すべき界面における付近の電荷分布を変えるためのものである。

本実施例では、当該単一の励起が、当該サンプルに、当該測定すべきサンプルにおける内部電界を変えることに十分な電圧ことにより実現される。つまり、バイアス電圧装置を追加してサンプルの初期状態を変える。当該方法は、当該サンプルの両端に、当該内部電荷の配列に十分な影響を与える電界を印可し、当該電界が作用することにより、電荷が界面に積み上げる。最終的に、積み上げた電荷密度は、印可電界に関連する以外に、ここでの電気特性（例えば、界面準位密度、固定電荷密度など）にも関連する。電荷が安定に積み上げると、走査モードにより、テストすべきサンプルにおける電荷分布を効果的に検測でき、走査領域全体の電気特性を評価する。当該電界は、ＤＣ電圧装置、ＡＣ電圧装置などにより直接に印可されてもよいし、磁電界バイアス装置やコロナ装置などにより印可されてもよい。

ＤＣ電圧装置は、電界に対する異なる極性をもった電荷の反応が異なるということを用いたものである。ＤＣ電圧が作用することにより、可動電荷（例えばキャリア、可動イオンなど）が、電界線方向に移動し、最終的に、電界／表面に積み上げる。この過程に、サンプルにおける内部の界面準位欠陥又は他の電気欠陥が存在することにより、最終的に、電荷が積み上げた状態に多少の差異がある。この差異は、第二次高調波走査モードでの信号についてフィードバックの分析を行うことになされる。当該装置は、第二次高調波の測量前或測量中に用いられる。

ＡＣ電圧装置は、交流電圧に対する異なる種類の電荷の反応も異なるということを用いたものである。例えば、移動可能電荷は、交流電圧に従って周期性に移動する（種類が異なる移動可能電荷が移動する速度又は位移は異なる）が、固定電荷がそれに従って移動しない。ひいては、種類が同じである欠陥は、異なる周波数の電圧に対する反応も異なり、例えば、界面準位は、高周波の電圧に低抵抗の性質が現れるが、低周波の電圧に高抵抗の性質が現れる。従って、ＡＣ電圧を印可することにより、サンプルにおける内部の様々な電気特性をより詳しく分析することができる。測量精度を保証するために、当該ＡＣ電圧装置の周波数がシステムにおける信号の受信周波数よりも遥かに小さいように要求する。

上記の二つの装置によると、サンプルを導体トレイ（電気抵抗ができるだけ小さいことが要求される）に置いて、トレイが接地し、サンプルの他方端に、接触しない探り針又は覆われるが接触しない導体板により、直流又は交流の電圧を導入する。特に注意すべことは、導体板により電圧を印可すると、光線が通過するための小さい穴を設置しなければならない。

磁電界バイアス装置は、サンプルを変化中の電磁界に置いて、電磁界により電界を誘導し、当該電界が作用することにより、電荷がサンプルの内部を移動し、当該サンプルが電荷を界面に積み上げる状態になる。そのうち、印可される当該磁界強度と誘導される当該電界強度は、マクスウェルの方程式により記載される。

コロナ装置については、高電圧を有するコロナ装置により、その周囲における空気の水分子と二酸化炭素の分子をイオン化にして、正のＨ_３Ｏ_２ ^＋イオンと負のＣＯ_３ ^－イオンを生成する。必要に応じて、焦点を当ててそのうちの一つのイオンをサンプルの表面に散布してもよい。そうすると、サンプルの表面電位が変わり、サンプルにおける内部電荷が吸引されたり排斥されたりすることにより電荷が再度分配される目的を図る。

本実施例では、多種類の励起装置は、前記のポンプ光源又はフラッシュライトと組み合わせて適用されてもよい。これらの励起装置は、個別に独立して作動して、互いに邪魔しなければ良い。

上記の多種類の手段には、走査モードそのものが「励起」装置と互いに独立する。実際に測量を行う過程に、単一の走査モードを用いることができるし、両者を組み合わせて数多くの形式で測量を行うことができる。要すると、走査と測量によりサンプルの処理界面状態を示すことができるという特性を用いるからである。同時に、走査方法は、単一のポイントを測量することに対して最も注目を浴びる優位性が、測量ポイントの増加と測量効率や精度の向上にある。

幾つかの実施例では、本発明が第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該時間変化特徴と当該空間変化特徴は、以下のことを同時に又は個別に満たす。
当該時間変化特徴には、当該サンプルに当該光子が注がれるまでの状態を示す初期状態、当該測量が終わる時の当該サンプルの状態を示す最終状態、及び、当該サンプルに当該光子が注がれている過程に電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態が含まれる。
当該空間変化特徴には、当該第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲内にある当該測量ポイントである正常ポイント、及び、当該第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲以外にある当該測量ポイントである異常ポイント、が含まれる。

本実施例では、当該時間変化特徴と当該空間変化特徴は、同時に備えられてもよいが、必ず同時に備えられるわけではない。当該当時間変化特徴を有する固定ポイント測量モードと空間変化特徴を有する走査測量モードは、前後使用されてもよいし、同時使用（型番が同じであるディバイスにより同じのサンプルに同じ測量を行う）されてもよいし、それぞれ使用されてもよい。

当該時間変化特徴は、当該初期状態、当該最終状態及び当該時系列状態が含まれる。当該初期状態とは、測量されるまで当該サンプルの初期状態を指す。当該初期状態は、当該サンプルの原始状態であってもよいし、当該サンプルが単一の励起を経た状態であってもよい。要するに、それは、測量までの状態である。当該最終状態とは、測量が終わる時に当該サンプルの状態を指す。測量が終わると、当該サンプルが照射されないが、その状態が持続的に変わりつつある見込みがある。しかし、ディバイスは、その発生した新たな第二次高調波を受信しない。従って、測量の結果にとっては、終わる時の状態を最終状態とする以外ができない。勿論、測量される時間が十分に長いと、測量が終わる時でも、当該サンプルの状態についてそれ以上変わりがなく、安定の状態になる見込みがある。当該時系列状態とは、当該サンプルが当該初期状態から当該最終状態まで動態的に変化する過程を指す。

当該空間変化特徴は、当該正常ポイントと当該異常ポイントが含まれる。当該正常ポイントは、当該第二次高調波値が平均値上下の５％の範囲にあり、つまり、平均値の付近にある。当該異常ポイントは、当該第二次高調波値が平均値上下の５％の範囲以外にあり、つまり、明らかに平均値からずれる。

図３と図７は、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードを組み合わせた例を示す。そのうち、図３が幾つかのポイントについての固定ポイント測量である。図３は、当該走査測量モードである。固定ポイント測量は、測量された欠陥密度を定量で分析することに用いられ、走査モードは、異なる測量ポイントを相対的に測量することに用いられる。従って、二つの測量モードを組み合わせることにより、サンプルについて領域全体の欠陥密度を定量で分析することを実現することができる。図３は、線形走査の場合でのデータの例である。実際に測量を行う時に、異なるサンプルの種類について、異なる走査形態を採用可能である。従って、それに対応するデータの処理方法が必要になる。例えば、パターンを付けたウェハーについて、測定すべき領域が極めて小さい（通常、光点の数倍の大きさ）ことから、走査モードを選ぶ時に、走査領域が少々テスト片（一般的、面積が５０マイクロメートル×５０マイクロメートル）よりも大きいように設定し、データを処理する時に、テスト片領域以外の信号点を削除する。一方、パターンを付けないウェハーについて、テストすべきポイントについてランダム性と多様性が求められるように、多様性を有した測量方法を選択すればよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該センター処理システムが固定・走査対応モジュールをさらに含み、当該固定・走査対応モジュールは、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードとの対応関係を建てるためのものであり、つまり、当該走査測量モードで取得された当該第
対移動速度である。

本実施例では、当該センター処理システムは、固定・走査対応モジュールをさらに含み、当該固定・走査対応モジュールは、当該固定ポイント測量モードと当該走査測量モードとの対応関係を構築するためのものである。当該走査測量モードと当該固定ポイント測量モードを組み合わせた方法により、テストすべき当該サンプル界面における電気特性を示すことが可能になる。当該測量方法による利点は、当該走査モードにより測定された正確な当該初期状態に基づいて当該固定ポイント測量についてデータの結果にノイズリダクションを行うことが可能であるだけでなく、当該固定ポイント測量モードでの結果により当該走査モードでのデータを再処理することも可能である。

場合に、当該走査測量モードにより取得されるのは、当該固定ポイント測量モードでの最終状態である。一般的に、当該走査測量モードには、最終状態を取得することが必要である。当該相対移動速度については、非常に遅くすることが必要であると共に、それが固定ポイント測量の時間全体の長さに関連し、つまり固定ポイント測量の最終状態に関連する
量モードでの初期状態である。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該第二次高調波式が如下の式１通りであり、
は、該光点の中心を原点とする極座標位置であり、ｚは、鉛直方向において当該テストすべき界面から当該光点の距離であり、tは、当該測量ポイントが当該レーザー光に照射される時間長さである。

当該式２において、Ｐは前記レーザー光のピークパワーであり、wは、ビームウエスト幅である。
以下の式３として記載される。

本実施例では、固定ポイント測量と走査測量という二つのモードに、理想的かつ均一の当該サンプルがレーザー光に照射される時に内部の電荷の分布が変化することが図１に示される。そのうち、図１Ａが固定ポイント測量モードである。わかるように、測量される領域の光度がガウス分布として現れるため、レーザー光が励起することによる内部電荷の再度分配もガウス分布になる。本実施例では、データを処理することに、従来の文献に開示された式により分析されなく、式１、式２及び式３により分析される。式１は、当該
目の位相差である。以上に記載した通りに、光度が均一に分布しなく、測量される領域における電界の強度の変化も異なる。故に、本実施例が新たな式である式１を提供する。式１には、作り付け電界が最も重要なパラメータであり、時系列第二次高調波を引き出す最も基本的な理由である。

式２は、ガウス光点光度分布についての従来式である。しかしながら、従来の第二次高調波による技術において、いずれも、光点を均一の光点としてその光度分布を算出するため、実際測量に誤差が生じてしまう。従って、本発明は、当該従来式を導入して、一層正確な物理モデルを建てる。

式３に係る電界式は、当該走査測量モードとの整合性が一層良くなる。それは、当該走査過程に入射された光子の分布が均一のものであり、それによる電荷の積み上げも均一になり、式３における理論的モデルに合致しているからである。ここで、二つの値を特に留
は、テストすべきサンプルの初期状態を変えるために十分なものである。また、Ｎは、測量をしている過程に、界面における積み上げた電荷密度であって、電子が移動している過程に界面準位又は固定電荷に捕獲されることによりなされた界面における電荷分布の変化である。式３は、本発明が第二次高調波の式を一層深く展開したものであり、半導体界面における作り付け電界を一層正確に記載したものである。従来の第二次高調波による技術では、作り付け電界の変化が界面における電荷の積み上げに由来するものであると思われるが、事実上、当該作り付け電界が、様々な電気欠陥と電荷の積み上げとが共に作用した結果である。しかし、電気欠陥による影響は、フラットバンド電圧（つまり式３における右側の一番目の項目）により記載されるものであって、外置き電圧により調節されるものである。電荷の積み上げによる影響は、式３における右側の二番目の項目により記載される。従って、分かるように、式３に記載されるモデルは、真の場合に一層近い。従って、固定ポイント測量モードは、一層良い記載の役割を持っている。

当該走査測量モードと当該バイアス電圧技術を組み合わせることは、テストすべきサン
組み合わせにより測量に齎す利点は、（１）信号の信号対雑音比を高めること、（２）テストすべきサンプルが、異なる作動状態（多数のキャリアが積み上げる状態、多数のキャリアが消耗切れた状態、少数のキャリアが積み上げる状態、空乏（depletion））にあるようにして、サンプルの性能を一層正確に分析すること、（３）異なるバイアスを印可す
る、ということにある。

本発明が提供する式１、式２及び式３により算出を行い、固定ポイント測量、走査測量、及び、固定ポイント測量と走査測量との組み合わせという三つの場合に、実際の測量結果と理論的モデルとを統一させ、第二次高調波による測量技術を定性分析方法だけでなく、定量分析方法として適用する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該センター処理システムが走査信号グラフ作成モジュールを含み、当該走査信号グラフ作成モジュールが走査信号グラフを作成するためのものであり、当該走査信号グラフは、当該走査方向を横座標、当該第二次高調波の値を縦座標とするものである。当該走査信号グラフでは、信号ピークと信号谷が、データにおける異常ポイントである。当該信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、当該ピーク値の横座標が欠陥中心であり、当該信号ピークの幅が当該欠陥におけるサイズ幅であり、当該信号ピークの高さが欠陥密度を示すためのものである。当該信号谷と対応する谷値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、当該谷値の横座標が欠陥中心であり、当該信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、当該信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである。

本実施例では、当該走査信号グラフ作成モジュールが作成した走査信号グラフは、図７に示すように、横座標が走査方向の座標であり、縦座標が走査された第二次高調波である。第二次高調波が欠陥密度と関連することから、同図において、信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、ピーク値の横座標が欠陥中心であり、信号ピークの幅が当該欠陥のサイズ幅であり、信号ピークの高さが欠陥密度を示すためのものである。信号谷と対応する谷値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、谷値の横座標が欠陥中心であり、信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである。従って、走査モードにより、サンプルにおける相対欠陥分布を測量することができる。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置は、欠陥密度分布グラフ作成モジュールをさらに含み、当該欠陥密度分布グラフ作成モジュールは、当該第二次高調波の値と当該走査測量モードの当該走査測量ポイントの座標位置に基づいて欠陥密度分布グラフを作成するためのものである。当該欠陥密度分布グラフにおいて、輝点は、当該走査信号グラフにおける当該信号ピークと対応し、当該輝点と対応する当該走査測量ポイントの当該座標位置の当該欠陥密度が周囲のほうよりも大きいことを示す。暗点は、当該走査信号グラフにおける当該信号谷と対応し、当該暗点と対応する当該走査測量ポイントの当該座標位置の当該欠陥密度が周囲のほうよりも小さいことを示す。

本実施例では、図８に示すように、当該走査測量モードをした欠陥密度分布グラフである。そのうち、当該輝点における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、図７におけるピークと対応し、当該暗点における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、図７における谷と対応する。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置は、時系列第二次高調波グラフ作成モジュールをさらに含み、当該時系列第二次高調波グラフ作成モジュールは、当該固定ポイント測量モードに、測量時間を横座標、該第二次高調波の値を縦座標として、時系列第二次高調波グラフを作成するためのものである。

当該時系列第二次高調波グラフは、以下の特徴を有する。
初期状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける一番目のポイントであり、当該サンプルに当該光子が注がれるまでの状態を示す。
最終状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける最後のポイントであり、測量が終わる時の当該サンプルの状態を示す。
時系列状態ポイントは、当該時系列第二次高調波グラフにおける当該初期状態ポイントと当該最終状態ポイントとの間のポイントであり、当該サンプルに当該光子が注がれている過程に当該内部電荷が再度分布している動態的過程を示す。

本実施例に、第二次高調波曲線全体に最も注目を浴びているのは、初期状態、最終状態及び時系列状態という三つのものである。

当該初期状態ポイントは、当該サンプルに光子が注がれるまでの状態を示し、つまり、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおける一番目のポイントである。この時、酸化層に励起される自由電子がまだ無く、この時の作り付け電界が初期の作り付け電界である。

当該時系列状態ポイントは、当該サンプルに光子を注ぎ、電荷が再度分布する動態的過程を示し、反映されたのは、電子が界面準位又は固定電荷に捕獲される過程である。これは、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおける中央に変化する線分として現れる。この過程では、作り付け電界に変化があり、時系列第二次高調波が生じる。当該信号変化速度は、酸化層の厚さ、素材のバンドギャップ幅と入射光子の周波数などに関連するものである。半
る時に第二次高調波の曲線の増やし速度を算出する。
を超える場合に、式４が０に近く、生じた第二次高調波が時間に伴い変化しない。従って、比較的厚い酸化層については、入射される光子の周波数を増やす方法により、電子エネルギー準位が遷移して酸化層の表面に到着する確率を高めることができる。

当該最終状態ポイントは、当該サンプルに光子を注ぎしかも安定になる後の状態、又は、測量の時間が終わる時の状態を示す。安定とは、測量時間内に、新たな自由電子の励起と結合がバランスを取り、サンプルにおける内部の電荷分布が動態的バランスを取り、作り付け電界が再度変わらないことを意味する。その後、たとえ測量時間を延びても、信号値に大きな変化もない。これは、図３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄにおいて信号が安定になった線分として現れる。しかしながら、パワーが低い励起光を用いる場合に、測量が終わると、サンプルが依然として安定の状態にならない場合に、もし測量時間を延びれば、第二次高調波が依然として時間に伴い変化する動向が現れる。この場合に、図３Ａにマークされた最後のポイントのように、測量される最後のポイントを当該最終状態ポイントとして規定すればよい。

幾つかの実施例では、本発明が提供する第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置において、当該センター処理システムにポイント選択分析モジュールをさらに含み、当該ポイント選択分析モジュールは、当該信号異常ポイントの一部又は全て、及び／又は予めランダムで選ばれた当該測量ポイントを当該所定測量ポイントとして選び、当該固定ポイント測量モードに入るためのものである。

本実施例では、固定ポイント測量の位置について、ランダムポイント及び／又は特別ポイントを選んでもよい。ランダムポイントは、測量前にランダムで選ばれたものであり、主に、欠陥の密度を算出することに用いられる。特別ポイントは、測量を行う過程に、当該信号の当該異常ポイント（ピーク又は谷）について固定ポイント測量を行い、その目的が当該箇所について測量と分析を一層詳しく行うことにある。ランダムポイントと特別ポイントに、それぞれ測量を行ってもよい。ランダムポイントと特別ポイントとの両方を合わせて測量する場合には、その後からの分析の過程に、それぞれ分析を行ってもよいし、合わせて分析を行ってもよい。

図９は、示すように、前記の実施例が提供した技術を総合的に適用した具体的な測量のプロセスのフローチャートである。測量ステップは、ウェハーを入れること、パラメータを調節すること、走査線を選ぶこと、載置台を移動させること、走査と測量のタスクの全てが終わるまで測量すること、異常ポイントを分析すること、固定ポイント測量モードに入ることがある。測量の全てが終わると、データを分析する。

Claims (65)

1. 第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法であって、
   光源からレーザー光が発生し、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成し、前記サンプルに光子を注ぎ、つまり前記サンプルにレーザー光を照射することを含み、
   前記サンプルは、２層以上の物質からなり界面が存在する探測可能構成であり、前記物質の少なくとも一層が半導体層であり、前記光源は、探測すべき界面である探測すべき前記界面に到着可能であり、
   前記サンプルと前記光点は、平面において相対移動が可能であり、前記相対移動の相対
   同一のロットにおける前記サンプルを走査して測量する過程には、前記光点の形状とサイズが一定に維持され、前記光源のパワーが一定に維持され、つまり、前記光点の前記形状と前記サイズが共に一定に維持される場合に、前記光点の光度も一定に維持され、前記サンプルと前記光点との前記相対移動速度が一定に維持され、
   前記光子が電子に吸収され、前記サンプルの内部に電荷の分布が変化すると、信号受信機が射出光路システムから受信する第二次高調波の変化曲線は、第二次高調波の式として記載される可能であり、前記第二次高調波は、フィルタリングされた単一の波長の光であって、射出角度と入射角度が同じであるものであり、
   前記第二次高調波の前記変化曲線には、
   前記固定ポイント測量モードに入る場合に、記録されたものであって、前記所定測量ポイントが生じた前記第二次高調波の時間変化特徴、及び、
   前記走査測量モードに入る場合に、前記相対移動している過程に記録されたものであって、走査測量ポイントが生じた前記第二次高調波の空間分布特徴、という情報が含まれている、ことを特徴とする第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する方法。
2. 前記サンプルと前記光点は、前記平面上の前記相対移動においてＸ方向に自由度がある、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記相対移動は、さらに、Ｙ方向に自由度がある、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記相対移動には、さらに、回動が含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記相対移動は、線形である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記相対移動は、弧形である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記サンプルを回転させることにより、［０°、３６０°］の範囲に、前記サンプルの方位角を調節可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記サンプルと前記光点は、Ｚ方向に相対位置を調節可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記光源が発生する前記レーザー光は、前記パワーが調節可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記レーザー光は、前記パワーの調節範囲が［０、１０００ｍＷ］である、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記入射光路システムは、前記レーザー光の前記入射角度を調節可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記レーザー光は、前記入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記入射光路システムは、前記レーザー光の偏波方向をＰ偏波又はＳ偏波に調節可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記信号受信システムは、一つ又は複数がある、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記信号受信システムは、Ｐ信号受信システムとＳ信号受信システムが二つあり、前記Ｐ信号受信システムは、Ｐ偏波方向の前記第二次高調波だけを受信し、前記Ｓ信号受信システムは、Ｓ偏波方向の前記第二次高調波だけを受信する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記方位角がゼロであり前記入射光路システムの偏波方向がＰである場合には、前記Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、前記Ｐ信号受信システムが受信した前記第二次高調波についてノイズリダクションを行う、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記信号受信システムは、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムが三つある、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 方位角がゼロである場合に、前記Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、前記Ｐ信号受信システムが受信した前記第二次高調波にノイズリダクションを行いながら、前記入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記方法には、単一の励起により、前記サンプルにおける前記測量ポイントの内部電荷分布状態を変えることをさらに含む、ことを特徴とする請求項１から１８の何れか一項に記載の方法。
20. 前記単一の励起は、ポンプ光源により実現される、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記単一の励起は、フラッシュライトにより実現される、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記単一の励起は、バイアス電圧装置を用いて前記サンプルに前記サンプルの作り付け電界を変えるために十分な電圧を加えることにより実現される、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記時間変化特徴と前記空間変化特徴は、
    前記時間変化特徴には、
    前記サンプルに前記光子が注がれるまでの状態を示す初期状態、
    前記測量が終わる時の前記サンプルの状態を示す最終状態、及び、
    前記サンプルに前記光子が注がれている過程に内部電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態、が含まれること、
    前記空間変化特徴には、
    前記第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲内にある前記測量ポイントである正常ポイント、及び、
    前記第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲以外にある前記測量ポイントである異常ポイントが含まれる、ということを同時又は個別に満たす、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記方法は、前記固定ポイント測量モードと前記走査測量モードとの対応関係である固定・走査対応関係をさらに含み、
    前記走査測量モードに取得された前記第二次高調波の平均値と前記固定ポイント測量
    記走査測量モードに、前記サンプルにおける前記走査を経た前記走査測量ポイントが前記
    
25. 前記平均値は、前記固定ポイント測量モードでの初期状態の値である初期値と対応してお
    り、vは、前記相対移動速度である、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記第二次高調波式は、
    れており、
    記テストすべき界面からの前記光点の距離であり、tは、前記測量ポイントが前記レーザー光に照射される時間長さであり、
    前記式２におけるＰは、前記レーザー光のピークパワーであり、wは、ビームウエスト幅であり、
    
27. 前記方法は、前記走査モードにより測量を行ってから、前記走査方向を横座標、前記第二次高調波の値を縦座標として、走査信号グラフを作成することを含み、
    前記走査信号グラフには、信号ピークと信号谷がデータの異常ポイントであり、
    前記信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、前記ピーク値の横座標が欠陥中心であり、前記信号ピークの幅が当該欠陥のサイズ幅であり、前記信号ピークの高さが欠陥密度を示すためのものであり、
    前記信号谷と対応する谷値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、前記谷値の横座標が欠陥中心であり、前記信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、前記信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記方法は、前記第二次高調波の値と前記走査測量モードでの前記走査測量ポイントの座標位置に基づいて欠陥密度分布グラフを作成することを含み、
    前記欠陥密度分布グラフでは、輝点が前記走査信号グラフにおける前記信号ピークと対応し、前記輝点と対応する前記走査測量ポイントの前記座標位置の前記欠陥密度が周囲のほうよりも大きいことを示し、暗点が前記走査信号グラフにおける前記信号谷と対応し、前記暗点と対応する前記走査測量ポイントの前記座標位置の前記欠陥密度が周囲のほうよりも小さいことを示す、ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記方法は、前記固定ポイント測量モードにより、測量時間を横座標、前記第二次高調波の値を縦座標、時系列第二次高調波グラフを作成することを含み、
    前記時系列第二次高調波グラフは、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける一番目のポイントであって、前記サンプルが前記光子に注がれるまでの状態を示す初期状態ポイントと、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける最後のポイントであって、測量が終わる時のサンプル状態を示す最終状態ポイントと、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける前記初期状態ポイントと前記最終状態ポイントとの間のポイントであって、前記サンプルに前記光子が注がれている過程に前記内部電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態ポイント、という特徴を有する、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 前記方法は、信号異常ポイントの一部又は全てを前記所定測量ポイントとして選び、前記固定ポイント測量モードへ入ること、を含む、ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
31. 前記方法は、予め前記測量ポイントを前記所定測量ポイントとしてランダムで選び、前記固定ポイント測量モードへ入る、ことを含む、ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
32. 第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置であって、
    前記装置は、
    レーザー光が発生し、入射光路システムを経てサンプルに光点を形成し、前記サンプルに光子を注ぎ、つまり前記サンプルにレーザー光を照射するための光源と、
    前記光源が発生するレーザー1を調節するための前記入射光路システムと、
    ２層以上の物質からなり界面が存在する探測可能構成であり、前記物質の少なくとも一層が半導体層であり、前記光源が探測すべき界面である探測すべき前記界面に到着可能である前記サンプルと、
    移動の方向が走査方向である、載置台と、
    射出された前記第二次高調波の第二次高調波パラメータを調節するための射出光路システムと、
    前記射出光路システムにより調節された第二次高調波を受信し、前記第二次高調波の変化曲線が第二次高調波式として記載され、前記第二次高調波の前記変化曲線には、前記固定ポイント測量モードに入る場合に、記録されたものであって前記所定測量ポイントが生じた前記第二次高調波の時間変化特徴、及び、前記走査測量モードに入る場合に、相対移動している過程に記録されたものであって、前記走査測量ポイントが生じた前記第二次高調波の空間分布特徴という情報が含まれるための信号受信システムと、
    前記装置の稼働状態をリアルタイムで監視して、リアルタイムフィードバック情報を送信するための監視システムと、
    ヒューマンコンピュータインタラクションに利用者からの入力情報を受信するための入力システムと、
    ヒューマンコンピュータインタラクションに前記装置の出力情報を表示するための表示システムと、
    前記入力情報と前記リアルタイムフィードバック情報を受信し、前記装置の稼働を制御し、前記第二次高調波式に基づいて前記第二次高調波を処理し、前記出力情報を出力するためのセンター処理システムを含み、
    同一のロットにおける前記サンプルを走査して測量する過程には、前記光点の形状とサイズが一定に維持され、前記光源のパワーが一定に維持され、つまり、前記光点の前記形状と前記サイズが共に一定に維持される場合に、前記光点の光度も一定に維持され、前記サンプルと前記光点との相対移動速度が一定に維持される、ことを特徴とする第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
33. 前記載置台の前記平面移動は、Ｘ方向に自由度がある、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
34. 前記載置台の前記平面移動は、さらに、Ｙ方向に自由度がある、ことを特徴とする請求項３３に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
35. 前記載置台は、さらに、回動可能である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
36. 前記載置台は、高さ方向における位置が調節可能である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
37. 前記走査測量モードでは、前記サンプルの前記測量ポイントの高さのリアルタイムフィードバックに基づいて、前記高さ方向に、対応的に、前記載置台の前記位置をリアルタイムで調節する、ことを特徴とする請求項３６に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
38. 前記平面移動は、線形である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
39. 前記平面移動は、弧形である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
40. 前記載置台を回転させることにより、前記サンプルの方位角を調節可能である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
41. 前記方位角は、調節範囲が［０°、３６０°］である、ことを特徴とする請求項４０に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
42. 前記装置は、前記光点の走査サイズと前記載置台の前記移動速度を調整することにより、前記サンプルの前記測量ポイントが前記レーザー光に照射される時間長さの値が［０．１ｍｓ、１ｍｓ］の範囲にあるように可能である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
43. 前記光源のパワーは、調節可能である、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
44. 前記光源のパワーの範囲が［０、１０００ｍＷ］である、ことを特徴とする請求項４３に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
45. 前記入射光路システムが調節可能である光束パラメータには、入射角度及び／又は入射光偏波方向が含まれる、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
46. 前記入射角度の調節範囲が［１０°、９０°］である、ことを特徴とする請求項４５に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
47. 前記入射光偏波方向は、Ｐ偏波又はＳ偏波が可能である、ことを特徴とする請求項４５に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
48. 前記射出光路システムが調節可能である前記第二次高調波パラメータには、射出光偏波方向が含まれており、つまり、二分の一波長板により所定偏波方向の第二次高調波しかが通過しないようにする、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
49. 前記射出光偏波方向は、Ｐ偏波又はＳ偏波である、ことを特徴とする請求項４８に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
50. 前記装置は、一つ又は複数の信号受信システムがある、ことを特徴とする請求項３２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
51. 前記装置は、Ｐ信号受信システムとＳ信号受信システムという二つの信号受信システムがあり、前記Ｐ信号受信システムは、Ｐ偏波方向の第二次高調波だけを受信し、前記Ｓ信号受信システムは、Ｓ偏波方向の第二次高調波だけを受信する、ことを特徴とする請求項５０に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
52. 前記方位角がゼロであり前記入射光路システムの偏波方向がＰである場合には、前記Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、前記Ｐ信号受信システムが受信した前記第二次高調波についてノイズリダクションを行う、ことを特徴とする請求項５１に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
53. 前記装置は、Ｐ信号受信システム、Ｓ信号受信システム及び入射光分割信号システムという三つの信号受信システムがある、ことを特徴とする請求項５０に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
54. 前記方位角がゼロである場合に、前記Ｓ信号受信システムが受信したゼロ以外の信号により、前記Ｐ信号受信システムが受信した前記第二次高調波にノイズリダクションを行いながら、前記入射光分割信号システムの安定性をリアルタイムで監視してノイズリダクションに用いる、ことを特徴とする請求項５３に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
55. 前記装置は、前記サンプルを前処理して、前記サンプルの内部電荷分布状態を変えるためのサンプル前処理システムをさらに含む、ことを特徴とする請求項３２から５４の何れか一項に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
56. 前記前処理システムは、ポンプ光源である、ことを特徴とする請求項５５に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
57. 前記前処理システムは、フラッシュライトである、ことを特徴とする請求項５５に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
58. 前記前処理システムは、電界バイアス装置であり、
    前記電界バイアス装置は、前記サンプルに、前記サンプルの前記内部電荷分布状態を変えるために十分な電圧を加えるためのものである、ことを特徴とする請求項５５に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
59. 前記時間変化特徴と前記空間変化特徴は、
    前記時間変化特徴には、
    前記サンプルに前記光子が注がれるまでの状態を示す初期状態と、
    前記測量が終わる時の前記サンプルの状態を示す最終状態と、
    前記サンプルに前記光子が注がれている過程に内部電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態、が含まれること、
    前記空間変化特徴には、
    前記第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲にある前記測量ポイントである正常ポイントと、
    前記第二次高調波の値が平均値上下の５％範囲以外にある前記測量ポイントである異常ポイントが含まれること、を同時又は個別に満たす、ことを特徴とする請求項５８に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
60. 前記センター処理システムは、前記固定ポイント測量モードと前記走査測量モードとの対応関係を構築するための固定・走査対応モジュールをさらに含み、
    前記走査測量モードに取得された前記第二次高調波の平均値と前記固定ポイント測量
    となり、vは、前記相対移動速度である、ことを特徴とする請求項５９に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
61. 前記第二次高調波式は、
    れ、
    前記光点の中心を原点とする極座標の位置であり、ｚは、鉛直方向における前記テストすべき界面からの前記光点の距離であり、tは、前記測量ポイントが前記レーザー光に照射される時間長さであり、
    前記式２におけるＰは、前記レーザー光のピークパワーであり、wは、ビームウエスト幅であり、
    半導体多層構成を測量する装置。
62. 前記センター処理システムは、走査信号グラフ作成モジュールを含み、
    前記走査信号グラフ作成モジュールは、前記走査方向を横座標、前記第二次高調波の値を縦座標とする走査信号グラフを作成するためのものであり、
    前記走査信号グラフでは、信号ピークと信号谷がデータの異常ポイントであり、
    前記信号ピークと対応するピーク値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも大きく、前記ピーク値の横座標が欠陥中心であり、前記信号ピークの幅当該欠陥のサイズ幅であり、前記信号ピークの高さは、欠陥密度を示すためのものであり、前記信号谷と対応する谷値の横座標における欠陥密度が周囲のほうよりも小さく、前記谷値の横座標が欠陥中心であり、前記信号谷の幅が当該欠陥のサイズ幅であり、前記信号谷の高さが欠陥密度を示すためのものである、ことを特徴とする請求項６１に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
63. 前記装置は、欠陥密度分布グラフ作成モジュールをさらに含み、
    前記欠陥密度分布グラフ作成モジュールは、前記第二次高調波の値と前記走査測量モードの前記走査測量ポイントの座標位置に基づいて欠陥密度分布グラフを作成するためのものであり、
    前記欠陥密度分布グラフでは、輝点が前記走査信号グラフにおける前記信号ピークと対応し、前記輝点と対応する前記走査測量ポイントの前記座標位置の前記欠陥密度が周囲のほうよりも大きいことを示し、暗点が前記走査信号グラフにおける前記信号谷と対応し、前記暗点と対応する前記走査測量ポイントの前記座標位置の前記欠陥密度が周囲のほうよりも小さいことを示す、ことを特徴とする請求項６２に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
64. 前記装置は、時系列第二次高調波グラフ作成モジュールをさらに含み、
    前記時系列第二次高調波グラフ作成モジュールは、前記固定ポイント測量モードに、測量時間を横座標、前記第二次高調波の値を縦座標として、時系列第二次高調波グラフを作成するためのものであり、
    前記時系列第二次高調波グラフは、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける一番目のポイントであって、前記サンプルに前記光子が注がれるまでの状態を示す初期状態ポイントと、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける最後のポイントであって、測量が終わる時の前記サンプルの状態を示す最終状態ポイントと、
    前記時系列第二次高調波グラフにおける前記初期状態ポイントと前記最終状態ポイントとの間のポイントであって、前記サンプルに前記光子が注がれている過程に前記内部電荷が再度分布している動態的過程を示す時系列状態ポイントという特徴を有する、ことを特徴とする請求項６１に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。
65. 前記センター処理システムは、ポイント選択分析モジュールをさらに含み、
    前記ポイント選択分析モジュールは、信号異常ポイントの一部又は全て、及び／又は、予めランダムで選ばれた前記測量ポイントを前記所定測量ポイントとして選び、前記固定ポイント測量モードに入るためのものである、ことを特徴とする請求項５９に記載の第二次高調波に基づいて半導体多層構成を測量する装置。