JPH11511240A - 変化した材料の特性測定に対する光技術 - Google Patents
変化した材料の特性測定に対する光技術Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.化学種が導入される表面の下に位置する少なくとも1つの局部領域を有する 半導体サンプルを調査する装置であって、 前記サンプルの表面及びその近傍の位置にてサンプルの光学定数の時間ととも に変わる瞬間的な変化の少なくとも1つを誘導せしめ、光プローブビームを生成 可能とする光学手段と、 光学定数が変化する間に少なくとも前記光プローブビームに対する前記サンプ ルの反応を測定する測定手段と、 化学種濃度、化学種のタイプ、注入エネルギ、前記位置にて導入された化学種 領域の有無、注入に関連する損傷の有無のうちの少なくとも1つと測定された反 応とを関連づける関連付手段と を有することを特徴とする装置。 2.前記光学手段は、少なくとも1つのプローブビームパルスを生成する手段か らなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 3.前記光学手段は、連続波プローブビームを生成する手段からなることを特徴 とする請求の範囲第1項記載の装置。 4.前記光学手段は、継続期間がおよそ0.01ピコ秒からおよそ100ピコ秒 であり、エネルギが1パルス当たりおよそ0.001nJからおよそ100nJ であり、波長 が200nm以上となる少なくとも1つのポンプビームパルスを生成する手段を 有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 5.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の前記光プローブビームが入力 されるように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記プローブビームの反射強度の変化を測定する手段をさら に有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 6.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力され るように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記プローブビームの透過強度の変化を測定する手段をさら に有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 7.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力され るように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記プローブビームの偏光状態の変化を測定する手段をさら に有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 8.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力され るように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記プローブビームの光学位相の変化を測定する手段をさら に有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 9.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力され るように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記プローブビームの方向の変化を測定する手段をさらに有 することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 10.前記測定手段は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力さ れるように配置された検出器からなり、 前記測定手段は、前記表面と前記検出器との間の光路長の変化を測定する手段 をさらに有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 11.前記光学手段は、前記サンプルに複数の光パルス対を供給し、前記パルス 対の各々は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエネルギを有 する光ポンプパルスからなり、前記プローブパルスは前記ポンプパルスに対して 時間が遅延時間tDだけ遅延され、 tDが前記サンプル内の電荷キャリアの再結合時間よりも短くなるパルス対が 少なくとも存在することを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 12.遅延時間tDを生成する機械的手段をさらに有することを特徴とする請求 の範囲第11項記載の装置。 13.前記機械的手段は、前記プローブパルスを反射するミラーに連結された圧 電トランスデューサからなることを特徴とする請求の範囲第12項記載の装置。 14.前記機械的手段は、前記プローブパルスを反射するミラーに連結された振 動台からなることを特徴とする請求の範囲第12項記載の装置。 15.前記測定手段は、時間に対する光学定数の変化の関数となる曲線を生成し 、前記関連付手段は、生成した曲線を、少なくとも1つの基準サンプルから得ら れた少なくとも1つの基準曲線に比較する手段を含むことを特徴とする請求の範 囲第1項記載の装置。 16.前記測定手段は、時間に対する光学定数の変化を表す曲線を生成し、 前記関連付手段は、生成した曲線を、サンプルのモデルから計算された少なく とも1つの基準曲線に比較する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第1項記 載の装置。 17.前記光学手段は、周波数f1でポンプパルスのシーケンスを生成し、ポン プパルスのシーケンスは、周波数f2(但し、f2<f1)で輝度変調されること を特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 18.前記光学手段は、周波数f1でポンプパルスのシーケンスを、周波数f2( 但し、f2≠f1)でプローブパルスのシーケンスを生成することを特徴とする請 求の範囲第1項記載の装置。 19.前記光学手段は、光ファイバを介してポンプパルス及びプローブパルスの 少なくとも一方を前記表面に供給することを特徴とする請求の範囲第1項記載の 装置。 20.前記測定手段は、反射されたプローブパルスを光検出器に向かわせる光フ ァイバを含むことを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 21.前記光学手段は、ポンプパルス及びプローブパルスを前記表面に集束せし めるフォーカス手段からなり、 前記フォーカス手段は、先端部の直径が残りの部分の直径に対して短くなって いる光ファイバからなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 22.前記光学手段は、1秒当たりおよそ100パルスから1秒当たりおよそ5 ×109パルスの範囲の速度で光パルスを生成するレーザからなることを特徴と する請求の範囲第1項記載の装置。 23.前記光学手段は、光ポンプパルス及び光プローブパルスを生成する単一の レーザからなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 24.前記光学手段は、光ポンプパルスを生成する第1レーザと、光プローブパ ルスを生成する第2レーザとからなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の 装置。 25.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有し、少なくとも1つの光ポンプパルスと、前記少なくとも1つの光ポ ンプパルスに対しては複数の光プローブパルスとを生成することを特徴とする請 求の範囲第1項記載の装置。 26.前記測定手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを 生成するのに十分なエネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスを生成 し、 前記測定手段は、前記少なくとも1つの光ポンプパルスの振幅の関数として測 定値を得ることを特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 27.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面に対して垂直な角度で供給されることを特徴とする請求の範囲 第1項記載の装置。 28.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面に対して垂直を除く角度で供給されることを特徴とする請求の 範囲第1項記載の装置。 29.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスと を生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面に向けて同一の軸に沿って供給されることを特徴とする請求の 範囲第1項記載の装置。 30.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面に対して2つの別々の軸に沿って供給されることを特徴とする 請求の範囲第1項記載の装置。 31.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面の同一の位置に供給されることを特徴とする請求の範囲第1項 記載の装置。 32.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブパ ルスは、前記表面の2つの異なる位置に供給されることを特徴とする請求の範囲 第1項記載の装置。 33.前記光学手段は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有して、少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロ ーブパルスとを生成し、 前記少なくとも1つの光プローブパルスは所定の偏光状態を有し、 前記測定手段は、前記少なくとも1つの光プローブパルスの反射及び透過の一 方が生じる時に楕円偏光パラメータを検出する手段を含むことを特徴とする請求 の範囲第1項記載の装置。 34.前記光学手段は、各々が、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに 十分なエネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの 光プローブパルスとからなるポンプ・プローブパルスのセットを生成し、 前記 測定手段は、前記サンプルを反射または透過する光の光学位相と強度と偏光状態 との少なくとも1つにおける変化の振動から、前記サンプルに存在する格子欠陥 量の少なくとも兆候を検出する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第1項記 載の装置。 35.化学種が導入された表面の下に少なくとも1つの局 部領域が位置する半導体サンプルを検査する方法であって、 前記サンプルの表面及びその近傍の位置での前記サンプルの光学定数の時間と ともに変わる瞬間的な変化の少なくとも1つを誘起する誘起行程と、 前記光学定数が変化する間に光プローブビームに対する前記サンプルの反応を 測定する測定行程と、 化学種の濃度、化学種のタイプ、注入エネルギ、前記位置に導入された化学種 の有無、注入に関連する損傷の有無のうちの少なくとも1つに前記測定された反 応を関係付ける関連付行程と からなることを特徴とする方法。 36.前記誘起行程は、少なくとも1つのポンプビームパルスを生成する行程を 含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 37.前記測定行程は、連続波プローブビーム及びパルス化プローブビームの少 なくとも一方を生成する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の 方法。 38.前記誘起行程は、継続期間がおよそ0.01ピコ秒からおよそ100ピコ 秒であり、エネルギが1パルス当たりおよそ0.001nJからおよそ100n Jであり、波長が200nm以上となる少なくとも1つのポンプビームパルスを 生成する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 39.前記測定行程は、前記サンプルに入射した後の光プ ローブビームが入力されるように配置された検出器を使用し、 前記プローブビームの反射強度の変化を測定する行程をさらに有することを特 徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 40.前記測定行程は、前記サンプルに入射した後の光プローブビームが入力さ れるように配置された検出器を使用し、 前記プローブビームの透過強度の変化を測定する行程をさらに有することを特 徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 41.前記測定行程は、前記光プローブビームが前記サンプルに入射した後で入 力するように配置された検出器を使用し、 前記プローブビームの偏光状態の変化を測定する行程をさらに有することを特 徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 42.前記測定行程は、前記光プローブビームが前記サンプルに入射した後で入 力するように配置された検出器を使用し、 前記プローブビームの光学位相の変化を測定する行程をさらに有することを特 徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 43.前記測定行程は、前記光プローブビームが前記サン プルに入射した後で入力するように配置された検出器を使用し、 前記プローブビームの方向の変化を測定する行程をさらに有することを特徴と する請求の範囲第35項記載の方法。 44.前記測定行程は、前記光プローブビームが前記サンプルに入射した後で入 力するように配置された検出器を使用し、 前記表面と前記検出器との間の光路長の変化を測定する行程をさらに有するこ とを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 45.前記測定行程及び前記誘起行程は、複数の光パルス対を前記サンプルに供 給する行程を含み、前記パルス対の各々は、前記サンプル内に電荷キャリアを生 成するのに十分なエネルギを有する光ポンプパルスからなり、前記パルス対の各 々は、光プローブパルスをさらに有し、前記プローブパルスは前記ポンプパルス から時間が遅延時間tDだけ遅延され、 tDがサンプル内での電荷キャリア再結合時間未満である前記パルス対が少なく とも存在することを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 46.前記測定行程は、時間に対する光学定数の変化の関数となる曲線を生成す る行程を含み、 前記関連付行程は、少なくとも1つの基準サンプルから得られた少なくとも1 つの基準曲線に生成した曲線を比較 する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 47.前記測定行程は、時間に対する光学定数の変化を表す曲線を生成する行程 を含み、 前記関連付行程は、前記サンプルのモデルから計算された少なくとも1つの基 準曲線に対して生成した曲線を比較する行程を含むことを特徴とする請求の範囲 第35項記載の方法。 48.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程と、前記少なく とも1つの光ポンプパルスに対して、複数の光プローブパルスを生成する行程と を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 49.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、 前記測定行程は、前記少なくとも1つの光ポンプパルスの振幅の関数として測 定値を得ることを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 50.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスと、所定の偏光状態を有する少 なくとも1つの光プローブパルスとを生成する行程を含み、 前記測定行程は、前記少なくとも1つの光プローブパルスの反射及び透過の一 方において楕円偏光パラメータを検出する行程を含むことを特徴とする請求の範 囲第35項記載の方法。 51.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスと、少なくとも1つの光プロー ブパルスとを生成する行程を含み、 前記測定行程は、強度、偏光状態、前記サンプルによって反射されたり前記サ ンプルを透過した光の光学位相のうちの少なくとも1つの変化における振動から 、前記サンプルに存在する格子欠陥量の少なくとも兆候を検出する行程を含むこ とを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 52.前記表面は、半導体材料及び誘電体材料の一方からなる少なくとも1つの 層の下に位置することを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 53.前記誘起工程は、周波数f1でポンプパルスのシーケンスを生成する行程 を含み、前記ポンプパルスのシーケンスは周波数f2(但しf1<f2)で輝度変 調されることを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 54.前記誘起工程は、周波数f1でポンプパルスのシーケンスを生成する行程 を含み、前記測定行程は、周波数f2(但しf1≠f2)でプローブパルスのシー ケンスを生成する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の 方法。 55.前記誘起行程及び前記測定行程の少なくとも1つは、光ファイバを介して 光ビームを前記表面に供給する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項 記載の方法。 56.前記測定行程は、光ファイバを介して光検出器に反射されたプローブパル スを供給する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 57.前記誘起行程及び前記測定行程の少なくとも1つは、フォーカス光ビーム を前記表面に供給する行程を含み、前記光ビームは、先端部の直径が他の部分の 直径よりも減少している光ファイバによって集束せしめられることを特徴とする 請求の範囲第35項記載の方法。 58.前記誘起行程及び前記測定行程の少なくとも1つは、レーザを作動せしめ て1秒当たりおよそ100パルスから1秒当たりおよそ5×109パルスの範囲 の速度で光パルスを生成する行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記 載の方法。 59.前記誘起行程は、少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み 、前記測定行程は、少なくとも1つの光プローブパルスを生成する行程を含み、 前記光ポンプパルス及び前記光プローブパルスは単一のレーザによって生成さ れることを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 60.前記誘起行程は、第1レーザで少なくとも1つの光 ポンプパルスを生成する行程を含み、 前記測定行程は、第2レーザで少なくとも1つの光プローブビームを生成する 行程を含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 61.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブビ ームは、前記表面に対して垂直な角度で供給されることを特徴とする請求の範囲 第35項記載の方法。 62.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブビ ームは、前記表面に対して垂直を除く角度で供給されることを特徴とする請求の 範囲第35項記載の方法。 63.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブビ ームは、同一の軸に沿って前記表面に対して供給されることを特徴とする請求の 範囲第35項記載の方法。 64.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブビ ームは、2つの異なる軸に沿って前記表面に対して供給されることを特徴とする 請求の範囲第35項記載の方法。 65.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくとも1つの光プローブビ ームは、前記表面の同一の位置に供給されることを特徴とする請求の範囲第35 項記載の方法。 66.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する少なくとも1つの光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測 定行程は、少なくとも1つの光プローブビームを生成する行程を含み、 前記少なくとも1つの光ポンプパルス及び前記少なくと も1つの光プローブビームは、前記表面の異なる2つの位置に供給されることを 特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 67.前記誘起行程は、前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十分なエ ネルギを有する光ポンプパルスを生成する行程を含み、前記測定行程は、光プロ ーブビームを生成する行程を含み、 前記光ポンプパルス及び前記光プローブビームの少なくとも一方の波長を変え る行程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 68.前記誘起行程は、各々が前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十 分なエネルギを有する複数の光ポンプパルスを同時に生成する行程を含み、 前記測定行程は、複数の光プローブビームを同時に生成する行程を含むことを 特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。 69.前記誘起行程は、各々が前記サンプル内に電荷キャリアを生成するのに十 分なエネルギを有する複数の光ポンプパルスを同時に生成する行程を含み、前記 測定行程は、複数の光プローブビームを同時に生成する行程を含み、 前記複数のポンプパルス及びプローブビームの各々は、異なる入射角度、異な る波長、異なる遅延時間、異なる偏光のうちの少なくとも1つを有するように生 成されることを特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。
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