JP5406729B2 - 改良型高解像度超音波顕微鏡 - Google Patents
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Description
τ = 2h/v
によって求められる。ただし式中、hは領域Aに対する領域Bの深さであり、vは音響レンズの下面1010と試料表面1012Aと間の音響接触媒質1050における音波の速度である。
a)誘電体層1004の厚さおよび誘電率は、温度変化によって変化しうる。
b)基板1000に圧電材料を使用する場合に、電場の印加によって、基板1000に歪みが生じ、これによってキャビティの誘電体層1004にも歪みが生じる。この歪みによって、誘電体層1004の厚さや誘電率の変化がもたらされる。
c)誘電体層1004が、対称中心の無い材料から作製される場合、電場の印加により誘電率の線形変化を生じることができる(ポッケルス効果)。例えば、対称中心の無い酸化亜鉛の薄膜を調製してもよい。
a)本明細書の図1Aや図1Bに示すようなレンズの凹面は、シリカ球をモールドとして使用してポリマー材を用いて制作し、球形をエッチングしてもよい。
b)レンズの凹面は、適切な材料で薄膜を形成してから、ナノインデンタ(nanoindentor)を使用して、薄膜の表面にキャビティを形成することによって加工されてもよい。この実施形態において、薄膜は、塑性流動(plastic flow)を呈する材料から形成され、ナノインデンタの先端には、所望の幾何学的形状のキャビティを生成する形状が設けられる。
c)凹面は、電子ビームグレースケールリソグラフィおよびドライエッチングによって形成されてもよい。
d)凹面は、まず、フォトレジストの層を表面に成膜し、フォトレジストに小孔を形成し、次いで、孔を介してウェットエッチングを使用して球形キャビティを形成することによってもたらされてもよい。
a)トレンチの深さ:h
b)反復距離:L
c)トレンチの底部における湾曲の径:R1
d)構造の上部の湾曲の径:R2
和Sは、特定の時間帯における出力のみを含むように制限された上で評価されてもよい。例えば、出力において、パラメータh,L,R1,R2のうちのいずれか重要であるものが特に大きな影響を示す時間帯のみに制限してもよい。
(a)ポンプ光が入射する際の、トランスデューサ構造10の光照射野の計算、
(b)トランスデューサ構造10の異なる成分に吸収されるエネルギーの計算、
(c)トランスデューサ構造10内に生じる応力の計算、
(d)トランスデューサ10、接触液体1050、および試料1012を通る音波パルスの伝播の計算、
(e)戻り音波の結果としての、トランスデューサ10の反射または他の光学的性質の変化の計算、
が含まれうる。好ましくは、計算は、試料1012に到達し、かつそこで吸収されるポンプ光のその部分によって生成される音波を含む。音波の伝播の計算は、好ましくは、接触流体1050のせん断粘度および体積粘性率の許容ならびに試料1012の有限弾性コンプライアンスの許容を含む。
a)トレンチの深さ:h
b)反復距離:L
c)トレンチの底部における湾曲の径:R1
d)トレンチの上部の湾曲の径:R2
が含まれる。図20を参照されたい。
(1)誘電体材料(ポリマー又はガラス)の層が、(複数の個別チップを含む)ウエハの表面上に成膜される、層間誘電体(interlayer dielectric; ILD)成膜。
(2)精密な光リソグラフィに適切な平滑表面を生成するように、誘電体層が研磨されるCMP。
(3)リソグラフパターン化ステップおよび反応性イオンエッチングステップの組み合わせ。これによって、ウエハ表面に平行に存在する複数のトレンチと、トレンチの底部から(前に定義されたような)下側の導電層へ向かう小さなビアとを備える複雑な網目構造が形成される。
(4)トレンチおよびビアを、銅で過剰充填するための金属成膜工程の組み合わせ。
(5)余分な銅を除去し、誘電体材料に囲まれる銅充填トレンチ(および恐らくはビア)の網目構造が残る最終CMPステップ。
1)対象の特徴が開口1002Aを介して可視的であるように、AOTA10を移動させること(図27A)。
2) 開口が、対象の特徴の上に存在しないように、ある所定の距離だけAOTA10を移動させること(図27B)。
3)図27Cでは、図27Aの開口1002Aが元々占めていた位置にポンプビームおよびプローブビームを指向させること。
1)測定が行なわれる対象の特徴以外の特徴(例えばリファレンス的な特徴)を試料表面1012A上に設ける。ここで、対象の特徴に対する特徴の位置は、事前に既知であるとする。
2)対象の特徴の上に直接存在するAOTA10上の位置に、ポンプビームおよびプローブビームを導く。
(ブロック28A)光キャビティを備えるトランスデューサ構造に、ポンプ光のパルスを印加する。
(ブロック28B)ポンプ光のパルスに反応して、トランスデューサ構造が音響エネルギーのパルスを生成する。
(ブロック28C)音響エネルギーのパルスをトランスデューサ構造から試料の表面へと導く。導かれるパルスは、平面的な波面を有する。
(ブロック28D)表面から戻ってくる音響エネルギーの少なくとも一部分を、トランスデューサ構造で受信する。
(ブロック28E)プローブ光のパルスをトランスデューサ構造に印加する。
(ブロック28F)光キャビティと協働し、プローブ光の少なくとも1つの特性の変化によって、受信した音響エネルギーを検出する。
(ブロック28G)上記の検出に応じて、試料の表面の少なくとも1つの特性を決定する。
Claims (58)
- ポンプ光およびプローブ光を受光するための上面と、底面とを有する基板と;前記底面に配されるトランスデューサ構造と;を備える、トランスデューサアセンブリであって、前記トランスデューサ構造は、
音波パルスを生成するためにポンプ光パルスの一部分が吸収される少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜と;
少なくとも1つの誘電体薄膜と;
前記生成された音波を試料に導き、かつ前記試料から戻ってくる音波を収集する出力面を有する光キャビティと;
を備え、
前記トランスデューサ構造の光反射率及び/又は他の光学特性における測定可能な変化を戻り音波パルスがもたらすように、前記少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜ならびに前記少なくとも1つの誘電体薄膜の厚さおよび光学的性質が選択され、
前記出力面は、該出力面から試料へ放射される音波が該試料の表面上で顕著に集束しないように、該放射される音波が平面的な波面を有するように形成される、トランスデューサアセンブリ。 - 前記トランスデューサは、2つの非誘電体層の間に設けられる誘電体の層から構成され、前記誘電体の層の厚さは、前記プローブ光に検出可能な変化を生じさせるべく、前記プローブ光の波長に関連し、且つ収集される音波によって修正可能である値を有するように選択される、請求項1に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記トランスデューサは、金属含有層と多層誘電体スタックとの間に設けられる光マイクロキャビティ層から構成され、前記光マイクロキャビティ層の厚さは、前記プローブ光に検出可能な変化を生じさせるべく、前記プローブ光の波長に関連し、且つ収集される音波によって修正可能である値を有するように選択される、請求項1に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記出力面がパターン化される、請求項1から3のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記試料の表面は少なくとも1つのパターンを有し、前記パターンは少なくとも1つの他のパターンを有する表面の上または下に或る垂直方向の距離をおいて配され、
前記トランスデューサアセンブリは、前記垂直方向の距離を示す検出信号を生成するように構成される、請求項1から4のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。 - 前記出力面は、前記トランスデューサアセンブリと前記試料の表面との間のレジストレーションを示す検出信号を生成するようにパターン化される、請求項1から5のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記トランスデューサアセンブリは、前記パターンの湾曲の径を示す検出信号を生成するように構成される、請求項5に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記試料を表す最良適合パラメータを得るために、前記試料から検出された音響信号に基づいて、シミュレータへの入力パラメータを調整する手段と、該入力パラメータを調整する手段に組み合わされる出力部とを有する、請求項1から7のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記試料から検出された音響信号を、シミュレーション結果のライブラリに比較する手段に組み合わされる出力部を有し、前記比較手段は、前記試料から検出された音響信号と、前記ライブラリに含まれる少なくとも1つのシミュレーション結果との間の最良適合を教える、請求項1から8のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 半導体ウエハの処理に使用される機器の一部として具現化される、請求項1から9のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 半導体ウエハに対して化学機械研磨処理を行うシステムの一部として具現化され、前記化学機械研磨プロセスから生じ得るウエハスケールおよびチップスケールプロセスの不均一性のうちの少なくとも1つを検出するように動作しうる、請求項1から10のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記試料の処理に使用され、かつ50nm未満の寸法を有するパターンのパターン化を検出および可能にするように動作しうる機器の一部として具現化される、請求項1から11のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記トランスデューサ構造は、前記音波を生成するために前記ポンプ光の一部が吸収される少なくとも1つの薄膜を含み、前記少なくとも1つの薄膜は、前記試料の表面を、前記トランスデューサ構造を介して視認可能とするように形成される少なくとも1つの開口部を有する、請求項1から12のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記トランスデューサ構造は、前記音波を生成するために前記ポンプ光の一部が吸収される少なくとも1つの薄膜を含み、前記少なくとも1つの薄膜は、特定の波長の光に対して少なくとも部分的に透過性である材料から構成され、前記少なくとも1つの薄膜を通して、前記特定の波長を使用して、前記試料の前記表面が視認可能になる、請求項1から13のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記光キャビティは、第1および第2の金属含有薄膜によって境界付けられ、前記第1の金属含有薄膜の金属は、前記第2の金属含有薄膜の金属とは異なる、請求項1から14のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記光キャビティを調節する手段をさらに備える、請求項1から15のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記光キャビティは、空隙を備える、請求項1から16のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記空隙の幅を静電的に変化させる手段をさらに備える、請求項17に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記光キャビティは、ウィスパリングギャラリー共振器(whispering gallery resonator)および光リング共振器(optical ring resonator)のうちの1つから構成される、請求項16に記載のトランスデューサアセンブリ。
- ポンプ光の強度が前記トランスデューサアセンブリ内で空間的に変化するように、異なる角度から到達する多数のポンプパルスが前記上面に受光され、結果として前記試料に導かれる前記生成された音波の振幅に空間的変化がもたらされる、請求項1から19のいずれかに記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記トランスデューサアセンブリは、第1の測定システムの一部を形成し、少なくとも1つの第2の測定システムによって前記試料から生成された第2の検出信号とともに使用される第1の検出信号を生成するように構成される、請求項1から20のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記基板はダイヤモンドから構成される、請求項1から21のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- 前記ポンプ光および前記プローブ光が供給される光ファイバの端部に連結される、請求項1から22のいずれか1項に記載のトランスデューサアセンブリ。
- プロセスコントローラと;
前記プロセスコントローラの指示の下で、構造へのプロセスフローを遂行する複数のプロセスステーションと;
前記プロセスコントローラに組み合わされ、かつ前記構造の表面の少なくとも1つの特性を決定するために動作しうる少なくとも1つの光音響顕微鏡システムと;
を備える処理システムであって、
前記光音響顕微鏡は、ポンプ光およびプローブ光を受光するための上面と、底面とを有する基板と;前記底面に配されるトランスデューサ構造と;を備えるトランスデューサアセンブリを備え;
前記トランスデューサ構造は、
音波パルスを生成するためにポンプ光パルスの一部分が吸収される少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜と;
少なくとも1つの誘電体薄膜と;
前記生成された音波を前記構造の前記表面に導き、かつ前記構造の前記表面から戻ってくる音波を収集する出力面を有する光キャビティと;
を備え、
前記トランスデューサ構造の光反射率及び/又は他の光学特性における測定可能な変化を戻り音波パルスがもたらすように、前記少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜ならびに前記少なくとも1つの誘電体薄膜の厚さおよび光学的性質が選択され、
前記出力面は、該出力面から試料へ放射される音波が該試料の表面上で顕著に集束しないように、該放射される音波が平面的な波面を有するように形成される;
処理システム。 - 前記トランスデューサは、2つの非誘電体層の間に設けられる誘電体の層から構成され、前記誘電体の層の厚さは、前記プローブ光に検出可能な変化を生じさせるべく、前記プローブ光の波長に関連し、且つ収集される音波によって修正可能である値を有するように選択される、請求項24に記載の処理システム。
- 前記トランスデューサアセンブリは、金属含有層と多層誘電体スタックとの間に設けられる光マイクロキャビティ層から構成され、前記光マイクロキャビティ層の厚さは、前記プローブ光に検出可能な変化を生じさせるべく、前記プローブ光の波長に関連し、且つ収集される音波によって修正可能である値を有するように選択される、請求項24に記載の処理システム。
- 前記出力面はパターン化される、請求項24から26のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記構造の前記表面は少なくとも1つのパターンを有し、前記パターンは少なくとも1つの他のパターンを有する表面の上または下に或る垂直方向の距離をおいて配され、前記トランスデューサアセンブリは、前記垂直方向の距離を示す検出信号を生成するように構成される、請求項24から27のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記構造の前記表面は少なくとも1つのパターンを有し、前記パターンは少なくとも1つの他のパターンを有する表面の上または下に或る垂直方向の距離をおいて配され、前記出力面は、前記トランスデューサアセンブリと、前記構造の前記表面との間のレジストレーションを示す検出信号を生成するようにパターン化される、請求項24から28のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記構造の前記表面は少なくとも1つのパターンを有し、前記パターンは少なくとも1つの他のパターンを有する表面の上または下に或る垂直方向の距離をおいて配され、前記トランスデューサアセンブリは、前記パターンの湾曲の径を示す検出信号を生成するように構成される、請求項24から29のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記プロセスコントローラは、最良適合パラメータを得るために、前記光音響顕微鏡システムの出力に応じて、前記構造の前記表面から検出された音響信号に基づき、シミュレータへの少なくとも1つの入力パラメータを調整する、請求項24から30のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記プロセスコントローラは、前記構造の前記表面から検出された音響信号と、前記ライブラリに含まれる少なくとも1つのシミュレーション結果との間の最良適合を得るために、前記光音響顕微鏡システムの出力に応じて、前記構造の前記表面から検出された音響信号を、シミュレーション結果のライブラリに比較する、請求項24から31のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記構造は半導体ウエハから構成される、請求項24から32のいずれか1項に記載の処理システム。
- 前記プロセスステーションのうちの少なくとも1つは、半導体ウエハの表面に対して化学機械研磨プロセスを実行し、前記光音響顕微鏡システムは、前記化学機械研磨プロセスから生じ得るウエハスケールおよびチップスケールプロセスの不均一性のうちの少なくとも1つを検出するように動作する、請求項33に記載の処理システム。
- 前記光音響顕微鏡システムは、50nm未満の寸法を有するパターンのウエハ表面上へのパターン化を検出および可能にするように動作しうる、請求項33に記載の処理システム。
- トランスデューサ構造に、ポンプ光のパルスを印加することと、
前記ポンプ光パルスに応じて、前記トランスデューサ構造によって音響エネルギーのパルスを生成することと、
前記音響エネルギーのパルスをトランスデューサ構造から試料の表面へ導くこと、ただし前記導かれるパルスは平面的な波面を有する、前記導くことと、
前記表面から戻ってくる音響エネルギーの少なくとも一部分を、前記トランスデューサ構造で受信すること、
プローブ光のパルスを前記トランスデューサ構造に印加することと、
光キャビティと協働し、前記プローブ光の少なくとも1つの特性の変化によって、前記受信した音響エネルギーを検出することと、
前記検出することに応じて、前記試料の前記表面の少なくとも1つの特性を決定することと、
を含む、方法であって、
前記トランスデューサ構造は、
音波パルスを生成するためにポンプ光パルスの一部分が吸収される少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜と;
少なくとも1つの誘電体薄膜と;
前記ポンプ光に反応して音波を生成するように構成され、また、前記生成された音波を試料に導き、かつ前記試料から戻ってくる音波を収集する出力面を有する前記光キャビティと;
を備え、
前記トランスデューサ構造の光反射率及び/又は他の光学特性における測定可能な変化を戻り音波パルスがもたらすように、前記少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜ならびに前記少なくとも1つの誘電体薄膜の厚さおよび光学的性質が選択され、
前記出力面は、該出力面から試料へ放射される音波が該試料の表面上で顕著に集束しないように、該放射される音波が平面的な波面を有するように形成される、
方法。 - 前記ポンプ光パルスおよびプローブ光の前記パルスは、第1および第2のレーザ光源のうちの1つから、または1つのレーザ光源から得られる、請求項36に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの決定される特性は、強度、位相、偏光、および角度のうちの少なくとも1つを含む、請求項36および請求項37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、前記表面における少なくとも1つのパターンの有無を含む、請求項36から38のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、前記表面における少なくとも1つのパターンの高さまたは深さのうちの少なくとも1つ、ならびに前記表面における少なくとも1つのパターンの湾曲の量を含む、請求項36から39のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、前記試料の前記表面上に配される少なくとも1つの薄膜の厚さを含む、請求項36から40のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、前記トランスデューサ構造と前記試料の前記表面との間のレジストレーションを示す、請求項36から41のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、前記試料の前記少なくとも1つの特性を示す最良適合パラメータを得るべくシミュレーションへの入力パラメータを調整することによって得られる、請求項36から42のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定される少なくとも1つの特性は、シミュレーション、または少なくとも1つのリファレンス試料より行なわれた試験の少なくともいずれかにより得られる結果から構成されるライブラリとの比較によって求められる、請求項36から43のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体ウエハの処理中に実行される、請求項36から44のいずれか1項に記載の方法。
- 前記半導体ウエハに実行される研磨プロセス中に実行され、
前記決定される少なくとも1つの特性は、前記研磨プロセスの実行からもたらされうるウエハスケールおよびチップスケールプロセスの不均一性のうちの少なくとも1つを示す、請求項45に記載の方法。 - 前記表面に50nm未満の寸法を有するパターンをパターン化するように行われうる、請求項36から46のいずれか1項に記載の方法。
- 前記トランスデューサ構造の一部を備える薄膜を貫通するように開口部を介して、試料表面の一部分を視認することをさらに含む、請求項36から47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薄膜に対して少なくとも部分的に透過的である光の波長を使用して、前記トランスデューサ構造の一部を備える薄膜を通して、前記試料表面の一部分を視認することをさらに含む、請求項47に記載の方法。
- 前記光キャビティを調節することをさらに含む、請求項36から49のいずれか1項に記載の方法。
- 前記光キャビティは空隙を備え、前記調節することは、電気信号の印加に応じて前記空隙の幅を変化させることを含む、請求項50に記載の方法。
- 前記平面的な波面は、前記試料の前記表面に影響を及ぼす際に、同じような振幅、または空間的に変化する振幅のいずれかを呈する、請求項36から51のいずれか1項に記載の方法。
- 第1の測定方法の一部として実行され、
前記試料の前記表面の少なくとも1つの特性を決定することは、少なくとも1つの第2の測定方法によって行なわれる測定の結果と併用して実行される、請求項36から52のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ポンプ光およびプローブ光は、光ファイバを介してトランスデューサ構造に供給される、請求項36から53のいずれか1項に記載の方法。
- 前記導くこと及び前記受信することは、前記トランスデューサ構造の表面と前記試料の前記表面との間に設けられる接触媒質を通じて行われる、請求項36から54のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法の実行中に、前記接触媒質の温度を変化させることをさらに含む、請求項55に記載の方法。
- 実行されることにより、請求項36から56のいずれか1項に記載の方法を具現化するコンピュータ命令を含む、コンピュータ・プログラム。
- 音波パルスを生成するためにポンプ光パルスの一部分が吸収される少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜と;
少なくとも1つの誘電体薄膜と;
を備えるトランスデューサ構造であって、前記トランスデューサ構造の光反射率及び/又は他の光学特性における測定可能な変化を戻り音波パルスがもたらすように、前記少なくとも1つの金属薄膜または半導体薄膜ならびに前記少なくとも1つの誘電体薄膜の厚さおよび光学的性質が選択され、
前記トランスデューサ構造は、生成された音波パルスが前記トランスデューサ構造から出て試料に放射され、かつ戻り音波パルスが前記トランスデューサ構造に入る出力面を有し、
前記出力面は、該出力面から試料へ放射される音波が該試料の表面上で顕著に集束しないように、該放射される音波が平面的な波面を有するように形成されるトランスデューサ構造。
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