KR20230087540A - 피코초 초음파를 사용한 반도체 구조들의 깊이 프로파일링 - Google Patents

피코초 초음파를 사용한 반도체 구조들의 깊이 프로파일링 Download PDF

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Abstract

측방향 구조적 피처를 포함하는 타겟 영역을 포함하는 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법이 본원에 개시된다. 방법은 샘플의 측정된 신호들을 획득하는 단계 및 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 측정된 신호들을 분석하는 단계를 포함한다. 측정된 신호들은 반복적으로: 샘플 상에 펌프 펄스를 투사하고, 그에 의해, 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하고; 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 탐침 펄스를 브릴루앙 산란시키고; 측정된 신호를 획득하기 위해, 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출함으로써 획득된다. 각각의 반복에서, 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 각각의 탐침 펄스가 음향 펄스로부터 산란되고, 그에 의해 복수의 깊이들에서 타겟 영역을 탐침한다. 펌프 펄스의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.

Description

피코초 초음파를 사용한 반도체 구조들의 깊이 프로파일링
본 개시내용은 일반적으로, 샘플들의 깊이 프로파일링에 관한 것이다.
피코초 초음파("피코초 레이저 초음파" 및 "레이저 피코초 음향"으로 또한 지칭됨)는 박막들 및 나노구조들로부터 구조 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있는 비파괴적 기법이다. 전형적인 시나리오에서, 극초단 광 펄스(통상적으로 "펌프 펄스"로 지칭됨)가 구조의 외부 표면 상에 투사될 수 있다. 외부 표면에 인접하고 외부 표면을 포함하는, 구조의 얇은 트렌치는 광 펄스를 흡수함으로써 가열된다. 가열로 인해, 트렌치는 팽창되고, 음향 펄스("탄성 변형 펄스" 또는 "변형 펄스"로 또한 지칭됨)의 형성으로 이어지며, 음향 펄스는 구조의 깊이 내로 그리고 외부 표면으로부터 멀리 이동한다. 박막의 반대 측 또는 다층 구조의 제2 층과 같은 경계 표면에 도달할 시, 음향 펄스의 적어도 일부는 반사되고 외부 표면을 향해 다시 전파된다. 탐침 신호는 음향 펄스가 외부 표면에 도달할 때, 예컨대, 외부 표면 상에 입사되도록 외부 표면 상에 투사된다. 외부 표면으로부터 반사된 탐침 신호 및 탐침 신호의 반사된 성분의 강도가 모니터링된다. 반사된 성분의 모니터링된 강도로부터, 탐침된 구조에 관한 1차원 구조 정보가 - 예컨대, 예를 들어, (구조가 다층일 때) 층들의 두께 또는 막 두께 - 추출될 수 있다.
본 개시내용의 양상들은, 그의 일부 실시예들에 따르면, 피코초 초음파를 채용한 샘플들의 깊이 프로파일링에 관한 것이다. 더 구체적으로, 그러나 배타적이지 않게, 본 개시내용의 양상들은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 샘플들, 특히, 반도체 디바이스들 및 구조들의 깊이 프로파일링을 위한 피코초 초음파 기반 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
따라서, 일부 실시예들의 양상에 따르면, 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법이 제공된다. 방법은 다음의 동작들을 포함한다:
- 타겟 영역을 포함하는 샘플을 제공하는 단계. 타겟 영역은 측방향 구조적 피처를 포함한다.
- 다음의 하위 동작들을 복수 회 구현함으로써 복수의 측정된 신호들을 획득하는 단계:
■ 예컨대, 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계. 펌프 펄스의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
■ 탐침 펄스가 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙(Brillouin) 산란을 겪도록 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계.
■ 측정된 신호를 획득하기 위해 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하는 단계.
각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란된다.
- 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 복수의 측정된 신호들을 분석하는 단계.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역 내에서의 음향 펄스들의 전파 방향은 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하다. 길이방향 치수는 샘플 내의 깊이를 파라미터화한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역 내에서의 음향 펄스 전파의 전파는, 예컨대, 타겟 영역 전체의 깊이 프로파일링을 허용하기 위한 것이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들은, 타겟 영역에서의 탐침 펄스들의 흡수 길이가, 길이방향 치수를 따른 타겟 영역의 범위보다 더 크도록 구성된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장은 임의의 측방향(즉, 모든 측방향들)을 따른 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 측방향 구조적 피처는 적어도 하나의 측방향을 따른 타겟 영역에서의 굴절률의 변화 및/또는 사운드의 속도의 변화로서 나타난다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 굴절률 및/또는 사운드의 속도의 변화는, 적어도 하나의 측방향을 따른 설계(즉, 샘플의 설계에 의해 좌우되는, 예를 들어, 구조 및/또는 조성의 변동들)로 인한, 타겟 영역에서의 하나 이상의 변화에 기인한다. 하나 이상의 변화는, 적어도 하나의 측방향을 따른 타겟 영역의, 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 및/또는 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열의 변화들을 포함할 수 있다. 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 상기 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 및/또는 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열을 특징짓는 하나 이상의 파라미터를 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 하나 이상의 매립된 요소를 포함하고, 매립된 요소는 하나 이상의 전도 라인, 패드, 솔더 범프, 홀, 도핑 농도, 트랜지스터, 트랜지스터 구성요소, 및/또는 규소 관통 비아를 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 보이드들은 타겟 영역의 외부 표면 상의 평행한 핀들 사이의 공간들에 의해 형성된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석에서, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 미리 결정된 예상되는 깊이 의존성이 고려된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석에서, 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해 피팅 툴들이 사용된다. 데이터 피팅 툴들은 기계 학습 기법들 및/또는 심층 학습 기법들을 사용하여 도출될 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 데이터 피팅 툴들은 회귀 분석(예를 들어, 선형 회귀) 및/또는 인공 신경망(ANN)을 포함할 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, ANN은 심층 학습 툴들을 사용하여 도출될 수 있다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, ANN은 적어도 다음으로부터 획득된 데이터에 기초하여 훈련될 수 있다: (i) 동일한 설계 사양들 및/또는 유사한 설계 사양들로 제조된 샘플들에 대한 방법에 대한 이전의 구현들, (ii) 샘플 및, 선택적으로, 방법을 구현하는 데 사용되는 시스템의 물리적 모델링 - 물리적 모델링은 샘플 및 시스템의 컴퓨터 모의들(simulations)을 포함할 수 있음 -, 및/또는 (iii) 유사한 셋업들(즉, 유사한 샘플들 및 시스템들)에서의 측정된 및/또는 모의된 신호들의 기존의 라이브러리들.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 상이한 샘플들 내의 상이한 측방향 구조적 피처들의 실제 깊이 의존성들(기하형상 및/또는 조성)은, 각각, 측방향 구조적 피처들에 대응하는 복수의 측정된 신호들에 상관될 수 있다. 측방향 구조적 피처들의 실제(즉, 진정한) 깊이 의존성들은 주사 전자 현미경검사를 활용하여 획득될 수 있다. 복수의 측정된 신호들은 위에서 설명된 신호 취득 동작들을 구현함으로써 획득될 수 있다. 그 다음, 획득된 상관들은, 위에 설명된 방법이 수행되어야 하는 샘플의 측방향 구조적 피처의 예상된 깊이 의존성을 결정하는 데 사용될 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석은, 샘플의 컴퓨터 모의들에 의해 획득된 모의 신호 및 방법을 구현하는 데 사용되는 시스템을 고려한다. 모의 신호는, 측방향 구조적 피처 및 그의 깊이 의존성이 미리 특정되는(예를 들어, 동일한 설계 사양들이거나 정의된 방식으로 설계 사양들로부터 벗어나는) 조건들에서의 모의된 검출기의 예상된 출력들을 포함한다. 모의된 검출기는 산란된 성분을 검출하는 동작에서 복수의 측정된 신호들을 획득하는 데 사용되는 검출기를 모델링한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석은, 탐침 펄스의 산란된 성분들을 특징짓는 브릴루앙 진동들의, 주파수의 시간 의존성 및/또는 진폭의 시간 의존성을 획득하는 것, 및 그에 기초하여, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하는 것을 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석은 복수의 측정된 신호들에 대한 열-광학 기여를 제거하는 것을 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들은, 예컨대, 소실하는(즉, 0 °), 또는 실질적으로 소실하는 입사 각도로 샘플의 외부 표면에 입사되도록 샘플 상에 투사된다. 외부 표면은 타겟 영역에 평행하다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 샘플의 측방향 흡수 층(들)에 기계적 변형을 유도하고, 그에 의해 각각의 음향 펄스를 생성하도록 구성된다. 흡수 층(들)은, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 수직일 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 각각의 펌프 엔벨로프 및 각각의 펌프 캐리어를 포함한다. 펌프 캐리어는 샘플 내로의 침투 및 흡수 층 내에서의 펌프 펄스의 흡수을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 펌프 엔벨로프는 산란된 성분을 배경 신호들 및 잡음으로부터 분리하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석은, 측정된 신호들 각각을 복조하고 복조된 신호들을 단일 신호로 조합함으로써, 복수의 측정된 신호들로부터 추출된 신호를 획득하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 복조는, 펌프 펄스의 변조 주파수(즉, 펌프 엔벨로프의 형상)가 입력으로서 공급되는 록-인 증폭기를 사용하여 수행될 수 있다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 규소 기재이고, 펌프 펄스들 각각의 지속기간은 10 psec보다 짧다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들 각각의 지속기간은 약 10 psec보다 짧다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들의 주파수 및/또는 탐침 펄스들의 주파수는, 예컨대, 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도를 최대화하거나 실질적으로 최대화하기 위한 것이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 폭은 약 300 nm보다 작다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 샘플 내에 샘플의 가장 가까운 외부 표면으로부터 약 1 ㎛(미크론)보다 큰 거리에 위치되고/거나, 길이방향 치수를 따른 타겟 영역의 범위는 약 2 ㎛보다 크다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 흡수 층(들)의 가열에 의해 흡수 층(들)에 기계적 변형을 유도하도록 구성된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 타겟 영역에서의 전파 방향은 흡수 층(들)에 수직이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 흡수 층(들)을 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들 각각은, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 투사되는, 샘플의 측방향 외부 표면으로부터 멀리 전파된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 샘플 내에 위치되고, 음향 펄스들 각각은, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 투사되는 측방향 외부 표면을 향해 흡수 층으로부터 멀리 전파된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 복수의 측방향 구조적 피처를 포함한다. 복수의 측방향 구조적 피처는 복합 측방향 구조적 피처를 한정한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장 및 탐침 펄스의 파장은 복수의 측방향 구조적 피처로부터 2개 이상의 측방향 구조적 피처들을 동시에 탐침하는 것을 허용하도록 구성된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스의 빔은 펌프 펄스의 빔 직경과 동일하거나 실질적으로 동일하다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복합 측방향 구조적 피처는 주기적이다(즉, 복수의 측방향 구조적 피처는 반복되는 측방향 구조적 패턴을 형성한다).
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작에서, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 획득된 깊이 의존성은 복수의 측방향 구조적 피처에 대한 평균(average)(평균(mean)) 깊이 의존성이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들 각각은, 예컨대, 각각의 산란된 성분의 강도를 최대화하도록 편광된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은, 예컨대, 흡수 층에서의 펌프 펄스들의 흡수를 최대화하도록 편광되고/거나, 펌프 펄스들 각각은, 예컨대, 흡수 층의 두께를 최소화하도록 편광되고, 그에 의해, 측정된 신호의 해상도를 증가시킨다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들은, 예컨대, 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도들을 최대화하거나 실질적으로 최대화하도록 편광된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은, 예컨대, 복합 측방향 구조적 피처를 형성하기 위해, 서로 평행하게 배치된 복수의 핀들을 포함한다. 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 핀들의 평균 폭에 대응하는 파라미터를 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 및 탐침 펄스들은 핀들의 세장형 치수에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 선형 편광된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 핀들의 세장형 치수는, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 수직이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)이다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 폭은 약 50 nm보다 작다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하게 타겟 영역 내로 돌출되는 복수의 홀들을 포함한다. 홀들은, 예컨대, 복합 측방향 구조적 피처를 형성하도록 배치된다. 복합 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 홀들의 평균 직경 또는 평균 면적에 대응하는 파라미터를 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 홀들은 2차원 직사각형 어레이로 배열된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스는 2차원 직사각형 어레이의 행들에 의해 정의되는 제1 방향, 또는 2차원 직사각형 어레이의 열들에 의해 정의되는 제2 방향에 평행한 측방향을 따라 선형 편광되고, 그에 의해, 각각 제2 방향 또는 제1 방향을 따른 측정 감도를 증가시킨다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 수직 NAND 스택이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스는 제1 탐침 파장 및/또는 제1 탐침 편광을 특징으로 하고/거나, 펌프 펄스는 제1 펌프 파장 및/또는 제1 펌프 편광을 특징으로 한다. 방법은, 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작 전에, (i) 제2 탐침 파장 및/또는 제2 편광을 특징으로 하는 제2 탐침 펄스, 및/또는 (ii) 제2 펌프 파장 및/또는 제2 펌프 편광을 특징으로 하는 제2 펌프 펄스에 대하여, 복수의 측정된 신호들을 획득하는 동작을 반복하고, 그에 의해 제2 복수의 측정된 신호들을 획득하는 단계를 더 포함한다. 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작에서, 복수의 측정된 신호들은 적어도 제2 복수의 측정된 신호들과 함께 분석된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들을 획득하는 동작은, 탐침 신호의 산란된 성분을 검출하기 전에, 펌프 펄스의 복귀된 성분, 및/또는 배경 및 잡음을 필터링하거나 실질적으로 필터링하는 것을 더 포함한다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 반도체 디바이스, 반도체 디바이스의 구성요소, 또는 반도체 구조이다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 수직 NAND 스택, FinFET, DRAM 구조, 게이트-올-어라운드 트랜지스터 구조, 또는 상변화 메모리이다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 위에 설명된 방법을 구현하도록 구성되는 샘플 분석 시스템이 제공된다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 컴퓨터화된 시스템(샘플 분석 시스템)이 제공된다. 시스템은 광학 셋업 및 측정 데이터 분석 모듈을 포함한다. 광학 셋업은, 다음에 의해 반복적으로 샘플의 타겟 영역으로부터 복수의 측정된 신호들을 획득하도록 구성된다:
- 예컨대, 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계. 펌프 펄스의 파장은 타겟 영역에서의 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
- 탐침 펄스가 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계.
- 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하고, 그에 의해 복수의 측정된 신호들로부터 각각의 측정된 신호를 획득하는 단계.
각각의 반복에서, 탐침 펄스는 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란된다. 측정 데이터 분석 모듈은, 적어도 하나의 측방향을 따라 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 복수의 측정된 신호들, 또는 그로부터 도출된 복수의 신호들을 분석(예를 들어, 측정된 신호들을 록-인 증폭기를 사용하여 복조)하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 신호 생성 장비, 및 검출기를 포함한다. 신호 생성 장비는 펌프 펄스들 및 탐침 펄스들을 생성하고, 각각의 탐침 펄스를 대응하는 펌프 펄스에 대하여 제어가능하게 지연시키도록 구성된다(그에 의해, 탐침 펄스들이 음향 펄스들로부터 산란되는 각각의 깊이들을 제어하는 것을 허용한다). 검출기는 탐침 펄스들의 산란된 성분들을 검출하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 신호 생성 장비는 대응하는 펌프 펄스에 대한 각각의 탐침 펄스의 지연 시간을 제어가능하게 설정하는 것을 허용하는 가변 지연 라인을 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 신호 생성 장비는 펌프 펄스들 및 탐침 펄스들을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광원(예를 들어, 레이저 공급원), 및 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들을 변조하도록 구성된 적어도 하나의 광학 변조기를 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은, 측정 데이터 분석 모듈에 의한 복수의 측정된 신호들의 분석 전에 복수의 측정된 신호들을 복조하도록 구성되는 록-인 증폭기를 더 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 신호 생성 장비는 펌프 펄스들의 편광(들) 및/또는 탐침 펄스들의 편광(들)을 제어가능하게 설정하는 것을 허용하는 하나 이상의 편광 모듈을 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 산란된 성분들을 통과시키고 배경 신호들 및 잡음을 차단하도록 구성된 필터(예를 들어, 광학 필터)를 더 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 샘플 상에 펌프 펄스들 및 탐침 펄스들을 집속하도록 구성된 대물 렌즈를 더 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 광학 셋업의 구성요소들(예를 들어, 광학 변조기, 가변 지연 라인)의 동작을 명령하고 조정하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 제어기는 측정 데이터 분석 모듈과 통신가능하게 연관될 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 타겟 영역 내에서의 음향 펄스들의 전파의 방향이 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하도록 구성된다. 길이방향 치수는 샘플 내의 깊이를 파라미터화한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 타겟 영역 내에서의 음향 펄스 전파의 전파가, 예컨대, 타겟 영역 전체의 깊이 프로파일링을 허용하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들은, 타겟 영역에서의 탐침 펄스들의 흡수 길이가, 길이방향 치수를 따른 타겟 영역의 범위보다 더 크도록 구성된다.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장은 임의의 측방향을 따른 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측방향 구조적 피처는 적어도 하나의 측방향을 따른 타겟 영역에서의 굴절률의 변화 및/또는 사운드의 속도의 변화로서 나타난다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 굴절률 및/또는 사운드의 속도의 변화는, 적어도 하나의 측방향을 따른, 설계로 인한, 타겟 영역에서의 하나 이상에 기인한다. 하나 이상의 설계 변화는, 적어도 하나의 측방향을 따른 타겟 영역의, 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열의 변화들을 포함할 수 있다. 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 상기 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열을 특징짓는 하나 이상의 파라미터를 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 하나 이상의 매립된 요소를 포함하고, 매립된 요소는 하나 이상의 전도 라인, 패드, 솔더 범프, 홀, 도핑 농도, 트랜지스터, 트랜지스터 구성요소, 및/또는 규소 관통 비아를 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 보이드들은 타겟 영역의 외부 표면 상의 평행한 핀들 사이의 공간들에 의해 형성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈은, 복수의 측정된 신호들의 분석에서, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 미리 결정된 예상되는 깊이 의존성을 고려하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈은 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해 피팅 툴들을 채용하도록 구성된다. 데이터 피팅 툴들은 기계 학습 기법들 및/또는 심층 학습 기법들을 사용하여 도출될 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 데이터 피팅 툴들은 회귀 분석(예를 들어, 선형 회귀) 및/또는 인공 신경망(ANN)을 포함할 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈은 - 복수의 측정된 신호들의 분석에서의 피처 - 샘플 및 광학 셋업의 컴퓨터 모의들에 의해 획득된 모의 신호를 고려하도록 구성될 수 있다. 모의 신호는, 측방향 구조적 피처 및 그의 깊이 의존성이 미리 특정되는(예를 들어, 동일한 설계 사양들이거나 정의된 방식으로 설계 사양들로부터 벗어나는) 조건들에서의 검출기의 예상된 출력들을 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈은, 탐침 펄스의 산란된 성분들을 특징짓는 브릴루앙 진동들의, 주파수의 시간 의존성 및/또는 진폭의 시간 의존성을 획득하고, 이에 기초하여, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들의 분석의 일부로서, 측정 데이터 분석 모듈은 복수의 측정된 신호들에 대한 열-광학 기여를 제거하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 광학 셋업은 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 소실하는(즉, 0 °), 또는 실질적으로 소실하는 입사 각도로 샘플의 외부 표면에 입사하도록 구성될 수 있다. 외부 표면은 타겟 영역에 평행하다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 샘플의 측방향 흡수 층(들)에 기계적 변형을 유도하고, 그에 의해 각각의 음향 펄스를 생성하도록 구성된다. 흡수 층(들)은, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 수직일 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 각각의 펌프 엔벨로프 및 각각의 펌프 캐리어를 포함한다. 펌프 캐리어는 샘플 내로의 침투 및 흡수 층 내에서의 펌프 펄스의 흡수을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 펌프 엔벨로프는 산란된 성분을 배경 신호들 및 잡음으로부터 분리하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 규소 기재이고, 펌프 펄스들 각각의 지속기간은 10 psec보다 짧다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들 각각의 지속기간은 약 10 psec보다 짧다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들의 주파수 및/또는 탐침 펄스들의 주파수는, 예컨대, 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도를 최대화하거나 실질적으로 최대화하기 위한 것이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 폭은 약 300 nm보다 작다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 샘플 내에 샘플의 가장 가까운 외부 표면으로부터 약 1 ㎛(미크론)보다 큰 거리에 위치되고/거나, 길이방향 치수를 따른 타겟 영역의 범위는 약 2 ㎛보다 크다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은 흡수 층(들)의 가열에 의해 흡수 층(들)에 기계적 변형을 유도하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 타겟 영역에서의 전파 방향은 흡수 층(들)에 수직이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 흡수 층(들)을 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 음향 펄스들 각각은, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 투사되는, 샘플의 측방향 외부 표면으로부터 멀리 전파된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 샘플 내에 위치되고, 음향 펄스들 각각은, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 투사되는 측방향 외부 표면을 향해 흡수 층으로부터 멀리 전파된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은 복수의 측방향 구조적 피처를 포함한다. 복수의 측방향 구조적 피처는 복합 측방향 구조적 피처를 한정한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장 및 탐침 펄스의 파장은 복수의 측방향 구조적 피처로부터 2개 이상의 측방향 구조적 피처들을 동시에 탐침하는 것을 허용하도록 구성된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스의 빔은 펌프 펄스의 빔 직경과 동일하거나 실질적으로 동일하다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 복합 측방향 구조적 피처는 주기적이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 획득된 깊이 의존성은 복수의 측방향 구조적 피처에 대한 평균(평균) 깊이 의존성이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들 각각은, 예컨대, 각각의 산란된 성분의 강도를 최대화하도록 편광된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 각각은, 예컨대, 흡수 층에서의 펌프 펄스들의 흡수를 최대화하도록 편광되고/거나, 펌프 펄스들 각각은, 예컨대, 흡수 층의 두께를 최소화하도록 편광되고, 그에 의해, 측정된 신호의 해상도를 증가시킨다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들은, 예컨대, 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도들을 최대화하거나 실질적으로 최대화하도록 편광된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은, 예컨대, 복합 측방향 구조적 피처를 형성하기 위해, 서로 평행하게 배치된 복수의 핀들을 포함한다. 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 핀들의 평균 폭에 대응하는 파라미터를 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들 및 탐침 펄스들은 핀들의 세장형 치수에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 선형 편광된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 핀들의 세장형 치수는, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 수직이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)이다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 음향 펄스들의 폭은 약 50 nm보다 작다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역은, 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하게 타겟 영역 내로 돌출되는 복수의 홀들을 포함한다. 홀들은, 예컨대, 복합 측방향 구조적 피처를 형성하도록 배치된다. 복합 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터는, 홀들의 평균 직경 또는 평균 면적에 대응하는 파라미터를 포함한다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 홀들은 2차원 직사각형 어레이로 배열된다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스는 2차원 직사각형 어레이의 행들에 의해 정의되는 제1 방향, 또는 2차원 직사각형 어레이의 열들에 의해 정의되는 제2 방향에 평행한 측방향을 따라 선형 편광되고, 그에 의해, 각각 제2 방향 또는 제1 방향을 따른 측정 감도를 증가시킨다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 수직 NAND 스택이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들은 제1 탐침 파장 및/또는 제1 탐침 편광을 특징으로 하고/거나, 펌프 펄스들은 제1 펌프 파장 및/또는 제1 펌프 편광을 특징으로 한다. 광학 셋업은 제2 탐침 펄스들 및 제2 펌프 펄스들을 활용하여 타겟 영역으로부터 제2 복수의 측정된 신호를 획득하도록 더 구성된다. 제2 탐침 펄스들은 제2 탐침 파장 및/또는 제2 탐침 편광을 특징으로 한다. 제2 펌프 펄스들은 제1 펌프 파장 및/또는 제1 펌프 편광을 특징으로 한다. 측정 데이터 분석 모듈은 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 분석의 일부로서 제2 복수의 측정된 신호들을 추가적으로 고려하도록 구성된다.
일부 실시예들에 따르면, 샘플은 반도체 디바이스, 반도체 디바이스의 구성요소, 또는 반도체 구조이다.
컴퓨터화된 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 샘플은 수직 NAND 스택, FinFET, DRAM 구조, 게이트-올-어라운드 트랜지스터 구조, 또는 상변화 메모리이다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 위에 설명된 방법을 구현하도록 구성되는 샘플 분석 시스템이 제공된다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 샘플 분석 시스템으로 하여금 위에 설명된 방법을 구현하게 하는 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공된다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공되고, 명령어들은, 샘플 분석 시스템으로 하여금:
- 측방향 구조적 피처를 포함하는, 타겟 영역을 포함하는 샘플의 복수의 측정된 신호들을, 다음의 하위 동작들을 복수 회 구현함으로써 획득하게 하고;
■ 예컨대, 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계. 펌프 펄스의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 측방향 구조적 피처의 최대 측방향 치수보다 적어도 약 2배 더 크다.
■ 탐침 펄스가 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계.
■ 측정된 신호를 획득하기 위해 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하는 단계.
각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란된다.
- 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 복수의 측정된 신호들을 분석하게 한다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법이 제공된다. 방법은 다음의 동작들을 포함한다:
- 타겟 영역을 포함하는 샘플을 제공하는 단계. 타겟 영역은 측방향 구조적 피처를 포함한다.
- 다음의 하위 동작들을 복수 회 구현함으로써 복수의 측정된 신호들을 획득하는 단계:
■ 예컨대, 샘플의 측방향 흡수 층에 기계적 변형을 유도하고, 그에 의해, 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계.
■ 탐침 펄스가 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계.
■ 측정된 신호를 획득하기 위해 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하는 단계.
각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란된다. 흡수 층은 샘플 내에 위치되고(즉, 흡수 층의 어떠한 표면도 샘플의 외부 표면과 일치하지 않도록), 그에 의해 음향 펄스들 각각은, 펌프 펄스들 및/또는 탐침 펄스들이 투사되는 측방향 외부 표면을 향해 흡수 층으로부터 멀리 전파된다.
- 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 적어도 복수의 측정된 신호들을 분석하는 단계.
방법의 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 빔의 직경은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위와 대략 동일하거나 그보다 크다.
일부 실시예들의 양상에 따르면, 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법이 제공된다. 방법은 다음의 동작들을 포함한다:
- 타겟 영역을 포함하는 샘플을 제공하는 단계. 타겟 영역은 측방향 구조적 피처를 포함한다.
- 예컨대, 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계. 펌프 신호의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크다.
- 탐침 신호가 타겟 영역 내의 복수의 깊이들에서 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 연속적으로 겪도록 샘플 상에 광학 탐침 신호를 투사하는 단계.
- 측정된 신호를 획득하기 위해 탐침 신호의 산란된 성분을 검출하는 단계.
- 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 측정된 신호를 분석하는 단계.
본 개시내용의 특정 실시예들은 상기 장점들 중 일부 또는 전부를 포함하거나, 어느 것도 포함하지 않을 수 있다. 하나 이상의 다른 기술적 장점은 본원에 포함된 도면들, 설명들 및 청구항들로부터 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 수 있다. 더욱이, 특정 장점들이 위에 열거되었지만, 다양한 실시예들은 열거된 장점들 중 전부 또는 일부를 포함하거나, 어느 것도 포함하지 않을 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 개시내용이 관련된 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 공통적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 충돌의 경우에, 본 특허 명세서가, 정의들을 포함하여, 지배한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수는, 맥락이 명확히 달리 지시하지 않는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 개시내용으로부터 명백한 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, "처리", "컴퓨팅", "계산", "결정", "추정", "평가", "게이징" 등과 같은 용어들은, 컴퓨팅 시스템의 레지스터들 및/또는 메모리들 내에서 물리적(예를 들어, 전자적) 양들로서 표현되는 데이터를, 컴퓨팅 시스템의 메모리들, 레지스터들 또는 다른 그러한 정보 저장, 송신 또는 디스플레이 디바이스들 내에서 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작하고/거나 변환하는 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 액션 및/또는 프로세스들을 지칭할 수 있다는 것이 이해된다.
본 개시내용의 실시예들은 본원의 동작들을 수행하기 위한 장치들을 포함할 수 있다. 장치들은 원하는 목적들을 위해 특수하게 구성될 수 있거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터(들)를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램은 전자적 명령어들을 저장하기에 적합하고 컴퓨터 시스템 버스에 결합될 수 있는 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 예컨대, 플로피 디스크들, 광학 디스크들, CD-ROM들, 광자기 디스크들을 포함하는 임의의 유형의 디스크, 판독 전용 메모리들(ROM들), 랜덤 액세스 메모리들(RAM들), 전기적으로 프로그램가능한 판독 전용 메모리들(EPROM들), 전기적으로 소거가능하고 프로그램가능한 판독 전용 메모리들(EEPROM들), 자기 또는 광학 카드들, 또는 임의의 다른 유형의 매체들(그러나 이에 제한되지 않음)에 저장될 수 있다.
본원에서 제공된 프로세스들 및 디스플레이들은 임의의 특정한 컴퓨터 또는 다른 장치와 본질적으로 관련되지 않는다. 다양한 범용 시스템들은, 본원의 교시들에 따라 프로그램들과 함께 사용될 수 있거나, 이는, 원하는 방법(들)을 수행하기 위해 더 특화된 장치를 구성하기에 편리하다는 것을 증명할 수 있다. 다양한 이러한 시스템들에 대한 원하는 구조(들)는 아래의 설명으로부터 명백하다. 추가적으로, 본 개시내용의 실시예들은 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않는다. 다양한 프로그래밍 언어들이, 본원에 설명된 바와 같이 본 개시내용의 교시들을 구현하는 데에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 개시내용의 양상들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈들과 같은 컴퓨터 실행가능한 명령어들의 일반적인 맥락에서 설명될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈들은 특정 작업들을 수행하거나 특정의 추상 데이터 유형들을 구현하는, 루틴들, 프로그램들, 객체들, 구성요소들, 데이터 구조들 등을 포함한다. 개시된 실시예들은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크되는 원격 처리 디바이스들에 의해 작업들이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈들은 메모리 저장 디바이스들을 포함하는 국소 및 원격 컴퓨터 저장 매체 양쪽 모두에 위치될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 본원에 설명된다. 도면들과 함께, 설명은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 일부 실시예들이 어떻게 실시될 수 있는지를 분명하게 한다. 도면들은 예시적인 설명을 위한 것이며, 본 개시내용의 기본적인 이해에 필수적인 것보다 더 상세하게 실시예의 구조적 세부사항들을 도시하려고 시도되지 않는다. 명확성을 위해, 도면들에 도시된 일부 물체들은 축척에 맞게 도시되지 않는다. 더욱이, 동일한 도면에서의 2개의 상이한 물체들은 상이한 축척들로 도시될 수 있다. 특히, 일부 물체들의 축척은 동일한 도면에서의 다른 물체들과 비교하여 크게 과장될 수 있다.
도면들에서:
도 1a-1c는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플의 깊이 프로파일링에서의 3개의 스테이지들을 개략적으로 도시하고;
도 2는 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 컴퓨터화된 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 3은 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법의 흐름도를 제시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플의 깊이 프로파일링을 개략적으로 도시하고;
도 5는 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플의 깊이 프로파일링을 개략적으로 도시하고;
도 6a는 일부 실시예들에 따른 수직 NAND 스택에 대응하고, 일부 실시예들에 따른 본 개시내용의 방법들 및 시스템들을 사용하여 깊이 프로파일링될 수 있는 샘플의 개략적인 사시도를 제시하고;
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 도 6a의 샘플의 단면도를 제시하고;
도 6c-6f는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 도 6a의 샘플의 깊이 프로파일링에서의 4개의 스테이지들을 개략적으로 도시하고;
도 6g는 도 6c-6f의 실시예들에 대한 일부 대안적인 실시예들에 따른, 도 6a의 샘플의 깊이 프로파일링에서의 스테이지를 개략적으로 도시하고;
도 7a는 일부 실시예들에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET) 스택에 대응하고, 일부 실시예들에 따른 본 개시내용의 방법들 및 시스템들을 사용하여 깊이 프로파일링될 수 있는 샘플의 개략적인 사시도를 제시하고;
도 7b-7e는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 도 7a의 샘플의 깊이 프로파일링에서의 4개의 스테이지들을 개략적으로 도시하고;
도 8은 일부 실시예들에 따른, 수직 홀들의 어레이를 포함하는 샘플에 대한 도 3의 방법의 구현의 모의들의 결과들을 제시하고; 샘플 내의 깊이들의 범위에서 음향 펄스들로부터 탐침 펄스들을 산란시킨 결과로서 획득된 추출된(측정된) 신호가 도시되며;
도 9a-9e는 일부 실시예들에 따른, 5개의 샘플들에 대한 도 3의 방법의 5개의 구현들의 모의들의 결과들을 각각 제시하고; 각각의 샘플은 수직 홀들의 어레이를 포함하고; 깊이의 함수로서 홀들의 각각의 반경들의 추정된 평균 깊이 의존성들이 도시되며;
도 10a-10e는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 도 9a-9e의 샘플들의 단면도들을 도시하고;
도 11a-11c는 일부 실시예들에 따른, 3개의 샘플들에 대한 도 3의 방법의 3개의 구현들의 모의들의 결과들을 각각 제시하고; 각각의 샘플은 수직 홀들의 어레이를 포함하고; 깊이의 함수로서 홀들의 각각의 반경들의 추정된 평균 깊이 의존성들이 도시되며;
도 12a 및 12b는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 도 8의 샘플에 대한 도 3의 방법의 2개의 구현들의 모의들의 결과들을 제시하고; 탐침 펄스들의 강도들의 측방향 분포들이 도시되고; 2개의 모의들은 탐침 펄스들의 편광들이 상이하며;
도 13은 일부 실시예들에 따른, 복수의 평행한 핀들을 포함하는 샘플에 대한 도 3의 방법의 구현의 모의들의 결과들을 제시하고; 핀들 내의 깊이들의 범위에서 음향 펄스들로부터 탐침 펄스들을 산란시킨 결과로서 획득된 추출된(측정된) 신호가 도시되며;
도 14a-14e는 일부 실시예들에 따른, 5개의 샘플들에 대한 도 3의 방법의 5개의 구현들의 모의들의 결과들을 각각 제시하고; 각각의 샘플은 복수의 평행한 핀들을 포함하고; 깊이의 함수로서 핀들의 폭들의 추정된 평균 깊이 의존성들이 도시되며;
도 15a 및 15b는, 각각, 일부 실시예들에 따른, 도 13의 샘플에 대한 도 3의 방법의 2개의 구현들의 모의들의 결과들을 제시하고; 탐침 펄스들의 강도들의 분포들이 도시되고; 2개의 모의들은 탐침 펄스들 및 펌프 펄스들의 편광들이 상이하다.
본원의 교시들의 원리들, 사용들 및 구현들은 첨부 설명 및 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 본원에 제시된 설명 및 도면들을 정독할 시에, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 과도한 노력 또는 실험 없이 본원의 교시들을 구현할 수 있을 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다.
본 출원의 설명 및 청구항들에서, "포함한다" 및 "갖다"라는 단어들 및 그의 형태들은 이러한 단어들이 연관될 수 있는 목록의 멤버들로 제한되는 것은 아니다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로"라는 용어는 제1 속성, 수량 또는 파라미터가 제2 또는 타겟 속성, 수량 또는 파라미터에 가깝거나 그와 동일하다는 것을 명시하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 물체의 길이가 제2 물체의 길이의 적어도 80%(또는 어떤 다른 미리 정의된 임계 백분율) 및 120% 이하(또는 어떤 다른 미리 정의된 임계 백분율)로 측정될 때, 제1 물체 및 제2 물체는 "실질적으로 동일한 길이"라고 할 수 있다. 특히, 제1 물체가 제2 물체와 동일한 길이를 갖는 경우가 또한, 제1 물체 및 제2 물체가 "실질적으로 동일한 길이"라는 서술에 포함된다.
일부 실시예들에 따르면, 타겟 수량은 원칙적으로 수학적 최적화 소프트웨어를 사용하여 획득가능할 수 있는 최적 파라미터를 지칭할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 파라미터에 의해 가정된 값은, 파라미터의 값이 최대 가능한 값의 적어도 80%(또는 일부 다른 미리 정의된 임계 백분율)와 동일할 때, 파라미터에 의해 가정가능한 최대 가능한 값과 "실질적으로 동일"하다고 할 수 있다. 특히, 파라미터의 값이 최대 가능한 값과 동일한 경우가 또한, 파라미터에 의해 가정된 값이 파라미터에 의해 가정가능한 최대 가능한 값과 "실질적으로 동일"하다는 서술에 포함된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "약"이라는 용어는, 양 또는 파라미터(예를 들어, 요소의 길이)의 값을 주어진(언급된) 값의 이웃에 있는(및 이를 포함함) 값들의 연속적인 범위 내로 특정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, "약"은 파라미터의 값을 주어진 값의 80% 내지 120%로 특정할 수 있다. 예를 들어, "요소의 길이는 약 1 m와 동일하다"라는 문장은 "요소의 길이는 0.8 m 내지 1.2 m이다"라는 문장과 등가이다. 일부 실시예들에 따르면, "약"은 파라미터의 값을 주어진 값의 90% 내지 110%로 특정할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, "약"은 파라미터의 값을 주어진 값의 95% 내지 105%로 특정할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, "실질적으로" 및 "약"이라는 용어들은 상호교환가능할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도면들 중 일부에서, 3차원 데카르트 좌표계(직교 축들(x, y 및 z)을 가짐)가 도입된다. 도시된 물체에 대한 좌표계의 배향은 도면마다 다를 수 있다는 점을 주목한다. 또한, 기호
Figure pct00001
는 "페이지 밖으로"를 가리키는 축을 표현하는 데 사용될 수 있고, 반면에 기호
Figure pct00002
는 "페이지 내로"를 가리키는 축을 표현하는 데 사용될 수 있다.
도면들을 참조하면, 블록도들 및 흐름도들에서, 선택적 요소들 및 동작들은, 각각, 파선으로 표시된 박스들 내에 나타날 수 있다.
본 개시내용은 유리하게, 하나 이상의 측방향을 따라 변할 수 있는 하나 이상의 (물리적) 특성을 특징으로 하는 샘플들, 예컨대, 반도체 디바이스들의 3차원 탐침을 허용하기 위해 피코초 초음파 기법을 확장한다. 특성들이 변하는 방식은 깊이 의존적일 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 탐침된 구조에 관한 1차원 구조 정보뿐만 아니라 2차원 및 3차원 구조 정보를 획득하는 것을 허용하도록 피코초 초음파 기법을 일반화한다. 특히, 본 개시내용의 방법들 및 시스템들은 유리하게, 샘플 내에 너무 깊게 위치되거나 샘플 내로 너무 깊게 연장되는, 샘플(예를 들어, 웨이퍼) 내의 나노구조들의 3차원 탐침을 허용하여, 주사 전자 현미경을 사용한 탐침을 허용한다.
더 구체적으로, 본 개시내용은 하나 이상의 "측방향 구조적 피처"의 깊이 프로파일링을 허용하기 위해 피코초 초음파 기법을 확장한다. 즉, 구조적 피처들의 기하형상들, 밀도들, 및/또는 물질 조성들은, 예를 들어, 적어도 하나의 측방향 치수를 따라 변하고, 구조적 피처들의 측방향 범위는 (적어도 하나의 측방향을 따라) 5 nm 정도로 작을 수 있다. 특히, 본 개시내용의 방법들 및 시스템들은 측방향 구조적 피처를 파라미터화하는 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 하나 이상의 측방향을 따른 기하형상 및/또는 밀도의 변동을 특징짓는 하나 이상의 파라미터)의 깊이 의존성을 추정하는 것을 가능하게 한다.
비제한적인 예로서, 설명을 더 구체적으로 하기 위해 의도된 것으로, 도 1a-1c는, 각각, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 측방향 구조적 피처를 포함한다는 관점에서 측방향 구조적 변동을 특징으로 하는 샘플(100)(예를 들어, 반도체 디바이스)의 깊이 프로파일링에서의 상이한 스테이지들을 개략적으로 도시한다. 더 정확하게는, 샘플(100)의 타겟 영역(110)이 도시된다. 파선(B1)은 타겟 영역(110)의 제1(도면에 도시된 바와 같이, 하부) 경계를 표시하고, 파선(B1')은 타겟 영역(110)의 제2(도면에 도시된 바와 같이, 상부) 경계를 표시한다. 타겟 영역(110)은 3개의 인접한 하위영역: 제1 측 하위영역(110a), 제2 측 하위영역(110b), 및 중간 하위영역(110c)을 포함한다. 중간 하위영역(110c)은 제1 측 하위영역(110a)과 제2 측 하위영역(110b) 사이에 위치된다. 측 하위영역들(110a 및 110b)은, 예를 들어, 제1 굴절률을 특징으로 하는 제1 고체 매질에 대응할 수 있는 한편, 중간 하위영역(110c)은, 예를 들어, 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 특징으로 하는 제2 고체 매질에 대응할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에 따르면, 제1 고체 매질 및 제2 고체 매질은 상이한 사운드의 속도를 특징으로 할 수 있다. 이와 관련하여, 본원에 개시된 깊이 프로파일링 방법들을 구현하기 위해, 굴절률 및 사운드의 속도 중 적어도 하나가 타겟 영역에 걸쳐 변하는 것으로 충분하다는 점을 주목한다.
도 1a-1c에 도시되지 않은 일부 대안적인 실시예들에 따르면, 중간 하위영역(110c)은 보이드를 구성할 수 있다.
도 1a-1c는, 설명을 용이하게 하기 위해, zx 평면을 따라 취해진, 타겟 영역(110)의 2차원 도면들을 제시하고, 타겟 영역(110)은 y 축을 따라 제조 결함들에까지 균일한 것으로 가정된다. 그러므로, 도 1a-1c는 타겟 영역(110)을 효과적으로 완전히 도시한다.
도 1a-1c에서, 중간 하위영역(110c)의 폭은 z 좌표가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 타겟 영역(110)의 구조는 측방향(즉, 횡방향) 변동(또는 의존성)뿐만 아니라 길이방향 변동도 나타낸다. 다시 말해서, 타겟 영역(110)의 기하형상은 (x의 값들의 일부 범위들에 대해) x 축을 따라서뿐만 아니라 z 축을 따라서도 변한다. 더 구체적으로, 타겟 영역(110)이 파선(B1)으로 표시된 그의 제1 경계로부터 파선(B1')으로 표시된 그의 제2 경계까지 x 축에 평행하게 횡단함에 따라, 그의 물질 조성은 2회 변화한다. 이러한 의미에서, 타겟 영역(110)의 구조는 측방향 구조적 피처를 포함한다고 할 수 있다. 더 구체적으로, 측방향 구조적 피처는, 타겟 영역(110)이 x 축에 평행하게 횡단될 때, 제1 매질(제1 굴절률을 특징으로 함)로부터 제2 매질(제2 굴절률을 특징으로 함)로의 그리고 다시 제1 매질로의 변화에 의해 구성된다.
중간 하위영역(110c)의 형상은 본원에 개시된 방법들 및 시스템들을 활용하여 추정될 수 있다. 더 정확하게는, 중간 하위영역(110c)의 폭(w(z)로 표시됨)의 깊이 의존성(즉, z 좌표에 대한 의존성)은 개시된 방법들 및 시스템들을 활용하여 추정될 수 있다. 이러한 의미에서, 개시된 방법들 및 시스템들이 샘플(예를 들어, 반도체 디바이스)의 깊이 프로파일링을 허용한다고 한다. 특히, 본 개시내용은 측방향 구조적 피처를 특징짓는 파라미터의 깊이 의존성을 추정하는 방법을 교시한다. 도 1a-1c에서 파라미터에 대한 자연적인 선택은 중간 하위영역(110c)의 폭(w(z)로 표시됨)이다. 따라서, 본 개시내용의 방법들 및 시스템들을 활용하여, 함수 w(z)가 평가될 수 있다.
타겟 영역(110)은 측방향 흡수 층(120)을 더 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 도 1a-1c에 도시된 바와 같이, 흡수 층(120)은 샘플(100)의 외부 표면(124)에 인접하여 위치된다. 도 1a를 참조하면, 펌프 펄스(123)(예를 들어, 레이저 펄스)가, 흡수 층(120)에 인접한 영역 상의 외부 표면(124) 상에 투사된다. 펌프 펄스(123)는 흡수 층(120)에 흡수되고, 그에 의해 열 흡수 층(120)에 흡수되도록 구성된다. 흡수 층(120)의 (측방향) 영역은 펌프 펄스(123)의 빔 폭(DIA1)(즉, 빔 직경; 양방향 화살표로 표시됨)에 의존한다는 점을 주목한다. (흡수 층(120)의) 온도의 증가는 흡수 층(120)에 기계적 변형(들)을 유도하고, 음향 펄스(125)(도 1b 및 1c에 도시됨)의 생성을 초래한다. 음향 펄스(125)는 외부 표면(124)으로부터 멀리 그리고 타겟 영역(110)의 깊이 내로 전파된다.
음향 펄스(125)가 타겟 영역(110) 내에서 전파됨에 따라, 음향 펄스(125)는 음향 펄스가 순간적으로 국소화되는 세그먼트에 걸쳐 밀도 분포를 일시적으로 국소적으로 수정한다. 이는 차례로, 탄성-광학 효과(elasto-optic effect)로 인한 굴절률의 일시적인 수정으로 이어진다. 굴절률의 이러한 변화들은 브릴루앙 산란을 통해 감지될 수 있다. 더 구체적으로, 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 일련의 탐침 펄스들은 각각의 깊이에서 각각 일련의 음향 펄스들(예컨대, 음향 펄스(125))로부터 산란될 수 있고, 탐침 펄스들의 각각의 (후방) 산란된 성분은 복수의 측정된 신호들을 획득하기 위해 검출될 수 있다. 복수의 측정된 신호들은 탐침된 구조에 관한 구조 정보, 예컨대, 예를 들어, 중간 하위영역(110c)의 폭(w(z))을 드러내기 위해 분석될 수 있다.
펌프 펄스(123)의 빔 직경은 중간 하위영역(110c)의 최대 폭보다 크거나 적어도 동일할 수 있거나, 수학 항들로 DIA1 ≥ wmax일 수 있으며, 여기서 wmax = maxz[w(z)](즉, w(z)에 의해 가정가능한 최대 값)이다. 이는 차례로, 음향 펄스(125)의 측방향 범위가 중간 하위영역(110c)의 최대 폭과 적어도 대략 동일하다는 것을 암시하며, 이 경우에 측방향 구조적 피처의 측방향 범위(즉, 최대 측방향 범위)를 구성할 수 있다. 광학 회절 한계를 고려하면, 잘 정의된 빔을 생성하기 위해, 펌프 펄스(123)의 파장은 약 2·DIA1보다 작을 수 없다. 그러므로, 펌프 펄스(123)의 파장은 2·wmax보다 크거나 대략 동일할 수 있다.
도 1a-1c에서, 타겟 영역(110)의 폭은 중간 하위영역(110c)의 최대 폭(즉, wmax)보다 더 큰 것으로서 도시되며, 타겟 영역(110)의 폭은 더 좁도록 선택될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 타겟 영역(110)의 폭은 (펌프 펄스(123)의 빔 직경을 wmax와 같도록 선택함으로써) wmax와 같도록 선택될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 탐침 펄스(127)(예를 들어, 레이저 펄스)가, 흡수 층(120)에 인접한 영역 상의 외부 표면(124) 상에 투사된다. 탐침 펄스(127)는, 예컨대, (타겟 영역(110) 내에서) 음향 펄스(125)로부터의 브릴루앙 산란을 겪도록 타겟 영역(110) 내로 침투하도록 구성된다. 음향 펄스(125)로부터 (브릴루앙) 후방 산란되는 탐침 펄스(127)의 산란된 성분(131)이 또한 표시되어 있다. 산란된 성분(131)은 대응하는 측정된 신호를 생성하기 위해 (광) 검출기(132)에 의해 검출될 수 있다.
타겟 영역이 탐침되는 깊이(또는, 같은 의미로, z 좌표)는 탐침 펄스(127)가 음향 펄스(125)와 "맞물리는", 즉, 그로부터 (브릴루앙) 산란을 겪는 깊이에 의해 결정된다. 펌프 펄스(123)의 시작과 탐침 펄스(127)의 시작 사이의 시간 지연(Δt)을 제어함으로써, 탐침이 발생하는 z 좌표가 선택적으로 제어될 수 있다. 위에서 설명된 동작들을 상이한 시간 지연들(Δt)에서 구현함으로써, 타겟 영역(110)은 복수의 대응하는 깊이들에서, 특히, 모두 타겟 영역(110)의 깊이 치수를 따라 탐침될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 (탐침된) 깊이들에 대응하는 복수의 측정된 신호들이 획득될 수 있다.
아래의 방법들 하위섹션에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 복수의 측정된 신호들은 w(z), 또는, 다시 말해서, 깊이에 대한 중간 하위영역(110c)의 폭의 의존성을 평가(추정)하기 위해 분석될 수 있다.
z 축을 따른 측정 해상도는 음향 펄스(125)의 폭(u)에 의해 결정되고, 이는 차례로, 아래의 방법들 하위섹션에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이 흡수 층(120)의 두께(b)(도 1b 및 1c에 표시됨)에 의해 결정될 수 있다는 점을 주목한다. 일부 실시예들에 따르면, u는 유리하게는 약 10 nm 정도로 작을 수 있다.
마지막으로, 도 1a-1c에서 흡수 층(120)은 샘플(100)의 외부 표면(124)에 인접한 것으로 도시되어 있지만, 예를 들어, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 다른 선택사항들이 일반적으로 가능하다는 점을 주목한다. 특히, 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 샘플 영역 내에 완전히 매립되고/거나 타겟 영역 외부에 위치될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, "측방향 구조적 피처"라는 용어는, 적어도 하나의 (측방향) 방향을 따라, 그 방향을 따라, 구조를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 값이 일정하지 않다는 의미에서 측방향으로 변하는 구조를 지칭한다. 측방향 구조적 피처는, 예를 들어, 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열, 도핑 농도(들)(즉, 도핑 불순물들의 밀도) 중 하나 이상에서의 변화로서 나타날 수 있고, 이는 차례로, 적어도 하나의 측방향을 따라 굴절률 및/또는 사운드의 속도의 변화로서 나타난다. 광학 속성들에서의 변동들, 예컨대, 예를 들어, 적어도 하나의 측방향을 따른 복굴절 및/또는 광학 이방성에서의 변동들(즉, 내부의 광의 전파 방향 및/또는 편광에 대한 굴절률의 의존성)은 또한, 위에서 설명된 의미에서 측방향 구조적 피처를 구성할 수 있다.
측방향 구조적 피처는 2개의 측방향들을 따라 또는 단일 측방향만을 따라 변할 수 있다는 점을 주목한다. 개시된 방법들 및 시스템들은 양쪽 모두의 경우들에서 깊이 프로파일링을 허용한다. 도 4 및 도 6a-6g는 2개의 (측방향) 방향들을 따라 측방향으로 변하는 측방향 구조적 피처들의 예들을 도시한다. 도 1a-1c, 도 5, 및 도 7a-7e는 (제조 결함들에까지) 단일 방향만을 따라서(즉, x 축에 평행하게) 측방향으로 변하는 측방향 구조적 피처들의 예들을 도시한다.
일반적으로, 타겟 영역은 측방향 구조적 피처를 완전히 포함하도록 선택된다. 측방향 구조적 피처가 타겟 영역을 넘어 연장되는 더 큰 피처의 일부를 형성하는 경우, 타겟 영역 외부에서의 더 큰 피처의 변동은 탐침되지 않는다(그리고, 하나 또는 2개의 측방향을 따라 변하는 측방향 구조적 피처의 분류에 영향을 미치지 않는다). 그렇지 않으면, 더 큰 피처를 완전히 포함하도록 타겟 영역의 크기가 (펌프 및 탐침 펄스들의 빔 폭을 증가시킴으로써) 증가될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 2개의 측방향들을 따라 측방향으로 변하는 측방향 구조적 피처에 관한 "측방향 범위"라는 용어는 피처의 최대 측방향 범위(여기서, 최대치는 깊이 치수에 걸쳐 취해짐)를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 대칭 축이 길이 방향에 평행한 (원형) 원통의 측방향 범위는 원통의 직경인 한편, 대칭 축이 길이 방향에 평행한 원뿔대의 측방향 범위는 원통의 2개의 직경 중 더 큰 것이다. 대칭 축이 길이 방향에 평행한 타원형 실린더(즉, 그 측방향 단면이 타원을 한정하는 실린더)의 측방향 범위는 타원의 2개의 직경들 중 더 크다.
일부 실시예들에 따르면, 단일 측방향을 따라서만 측방향으로 변하는 측방향 구조적 피처에 관한 "측방향 범위"라는 용어는, 그 측방향을 따른 피처의 최대 범위(최대치가 깊이 치수에 걸쳐 취해짐)를 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 측방향 구조적 피처에 관한 "측방향 범위"라는 용어는, 제1 측방향을 따른 변화의 비율이 제2 측방향을 따른 변화율보다 상당히 더 큰, 제1 측방향을 따른 피처의 최대 범위를 지칭할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 2개의 측방향들을 따라 측방향으로 변하는 측방향 구조적 피처에 관한 "측방향 범위"라는 용어는, 다른 측방향을 따른 피처의 최대 범위가 더 클 수 있는지 여부에 관계없이, 특정 측방향을 따른 피처의 최대 범위를 지칭할 수 있다. 이는, 예를 들어, 측방향 구조적 피처가 하나의 측방향을 따라서만 깊이 프로파일링되도록 추구되는 실시예들에서 그러할 수 있다.
시스템들
도 2는 일부 실시예들에 따른, 샘플들, 예컨대, 반도체 디바이스들 및 구조들의 깊이 프로파일링을 위한 컴퓨터화된 시스템(200)을 개략적으로 도시한다. 시스템(200)은 광원(202), 검출기(204)(광 센서), 측정 데이터 분석 모듈(208), 스테이지(212), 제어기(214), 광학 장비(216) 및 록-인 증폭기(218)를 포함한다. 광원(202)은 레이저 공급원(즉, 레이저 발생기)와 같은 가간섭성 광원일 수 있다. 광학 장비(216)는 펌프 변조기(222), 가변 지연 라인(226), 필터(230)(예를 들어, 광학 필터), 및 선택적으로는 탐침 변조기(232), 펌프 편광 모듈(236) 및/또는 탐침 편광 모듈(238) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광학 장비(216)는 대물 렌즈(244) 및 복수의 빔 분할기(246): 제1 빔 분할기(246a), 제2 빔 분할기(246b) 및 제3 빔 분할기(246c)를 더 포함할 수 있다.
광원(202), 검출기(204), 스테이지(212), 및 광학 장비(216)는 시스템(200)의 광학 셋업(번호가 매겨지지 않음)을 구성하거나 그의 일부를 형성한다.
스테이지(212)는 샘플, 예컨대, 샘플(250)(예를 들어, 반도체 디바이스 또는 구조)을 스테이지 상에 배치하도록 구성된다. 또한, 탐침될(즉, 깊이 프로파일링될) 샘플(250) 내의 타겟 영역(252)이 표시된다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 타겟 영역(252)은 측방향 구조적 피처(도 2에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 측방향을 따라(즉, xy 평면에 평행하게) 변하는 구조는, 그 방향을 따라, 구조를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 값이 일정하지 않다는 점에서, 변한다. 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역(252)의 구조는 길이 방향을 따라(즉, 깊이를 정량화하는 z 축을 따라) 더 변할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역(252)은 복합 측방향 구조적 피처를 구성하는 복수의 측방향 구조적 피처(즉, 복수의 동일한 측방향 구조적 피처들)를 포함할 수 있다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 복수의 측방향 구조적 피처는 반복하는 측방향 구조적 패턴(즉, 주기적인 복합 측방향 구조적 피처)을 구성한다.
일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역(252)은 복수의 상이한 측방향 구조적 피처들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 복수의 측방향 구조적 피처들은, 특히, 주기적으로 배열되지 않을 때, 단일 측방향 구조적 피처로서 집합적으로 고려될 수 있다.
제어기(214)는 광원(202), 검출기(204), 스테이지(212), 광학 장비(216), 및 록-인 증폭기(218) 각각과 기능적으로 연관될 수 있다. 더 구체적으로, 제어기(214)는 샘플의 깊이 프로파일링 동안, 위에서 열거된 모듈들 및 구성요소들 - 특히, 광학 장비(216)의 모듈들 및 구성요소들 - 의 동작들 및 기능들을 제어하고 동기화하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(214)는 최소 시간 지연이 최대 깊이에서 타겟 영역(252)을 탐침하는 것을 허용하고 최대 시간 지연이 최소 깊이에서 타겟 영역(252)을 탐침하는 것을 허용하도록, 가변 지연 라인(226)에 의해 부과되는 시간 지연들의 시퀀스를 설정할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 스테이지(212)는 적어도 하나 이상의 측방향을 따라 이동가능할 수 있고, 그에 의해 샘플(250) 내의 상이한 타겟 영역들의 깊이 프로파일링을 허용한다. 일부 실시예들에 따르면, 스테이지(212)는 그 위에 배치된 샘플의 온도를 모니터링하고 제어하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 따르면, 스테이지(212)의 샘플 배치 표면(즉, 스테이지(212)의 최상부 표면)은 제어가능하게 냉각(그리고 선택적으로 또한 가열)될 수 있다.
동작 시에, 광원(202)은 제1 빔 분할기(246a)에 지향되는 레이저 빔(215)(예를 들어, 레이저 펄스)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 레이저 빔(215)은 레이저 펄스일 수 있거나, 일련의 펄스들을 포함할 수 있다. 탐침 펄스(227)로 또한 지칭되는 제1 하위빔(215a)은 제1 빔 분할기(246a)를 통과하는 레이저 빔(215)의 부분을 나타낸다. 제2 하위빔(215b)은 제1 빔 분할기(246a)로부터 펌프 변조기(222)를 향하여 반사되는 레이저 빔(215)의 부분을 나타낸다. 제2 하위빔(215b)은 펌프 변조기(222)에 의해 변조되며, 그에 의해 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 펌프 펄스(223)(점선 화살표들로 표시됨)를 준비한다. 펌프 펄스(223)는 펌프 변조기(222)로부터 대물 렌즈(244)를 향해 (제2 빔 분할기(246b)를 통해) 이동하고, 그에 의해 샘플(250) 상에 집속된다. 펌프 펄스(223)는 본질적으로 도 1a-1c의 설명에서 설명된 바와 같이 그리고 아래에서 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 샘플(250)의 흡수 층(도 2에 도시되지 않음)에 의해 흡수되고, 그에 의해 음향 펄스(도 2에 도시되지 않음)를 발생시키도록 구성된다. 샘플들에서의 타겟 영역들 및 흡수 층들의 일부 가능한 구성들이 도 1a-1c, 4 및 5뿐만 아니라, 도 6a-6g 및 7a-7e에도 도시된다.
일부 실시예들에 따르면, 펌프 변조기(222)는 펌프 펄스(223)가 펌프 캐리어(즉, 캐리어 파) 및 펌프 엔벨로프를 특징으로 하도록, 제2 하위빔(215b)의 파형을 변조하도록 구성될 수 있다: 펌프 캐리어는 샘플 내로의 펌프 펄스(223)의 침투를 용이하게 하고, (예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이) 흡수 층이 샘플 내에 완전히 매립될 때, 아래에 방법들 하위섹션에서 설명되는 바와 같이, 흡수 층 내의 펌프 펄스(223)의 흡수뿐만 아니라 흡수 층 상으로 펌프 펄스(223)의 전파를 용이하게 하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 파장을 특징으로 한다). 펌프 엔벨로프는 탐침 펄스의 산란된 성분을 배경 신호들 및 잡음으로부터 분리하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있고, 따라서 검출을 개선한다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 펌프 변조기(222)는 주파수 이배기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스(223)의 일부는 (하나 이상의 산란 및/또는 반사 메커니즘으로 인해) 샘플(250)로부터 복귀될 수 있다. 펌프 펄스(223)의 그러한 복귀된 성분(251)은 도 2에서 2점 쇄선 화살표들로 표시된다. 복귀된 성분(251)는 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 필터(230)에 의해 실질적으로 필터링될 수 있다.
광학 장비(216)가 펌프 편광 모듈(236)(예를 들어, 편광 각도가 제어가능한 편광 필터)을 더 포함하는 일부 실시예들에 따르면, 펌프 편광 모듈(236)은 (예를 들어, 도 7a 및 도 7b의 설명에서 설명된 바와 같이) 흡수 층 내에서의 펌프 펄스(223)의 흡수를 최대화하거나 실질적으로 최대화하는 것 등을 위해 펌프 펄스(223)의 편광을 (예를 들어, 원형 편광으로부터 선형 편광으로) 수정하기 위해 사용될 수 있고, 그에 의해 브릴루앙 진동들의 크기를 증가시켜, 잠재적으로는 측정 데이터 분석 모듈(208)에 의한 그의 추출을 용이하게 한다.
제1 빔 분할기(246a)로부터, 탐침 펄스(227)(즉, 제1 하위빔(215a))는 가변 지연 라인(226)으로 이동한다. 가변 지연 라인(226)은 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 제어가능하게 선택될 수 있는 시간 간격 동안 탐침 펄스(227)를 지연시키도록 구성된다. 일부 실시예들에 따르면, 가변 지연 라인(226)으로부터, 지연된 탐침 펄스(227)(파선 화살표들로 표시됨)는 제3 빔 분할기(246c)로 계속된다. 일부 실시예들에 따르면, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 빔 분할기(246c)로 가는 도중에, 탐침 펄스(227)는 탐침 변조기(232)를 통과할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 탐침 펄스(227)는 제어기(214)로부터 수신된 변조 신호에 따라 탐침 변조기(232)에 의해 변조될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 탐침 펄스(227)는 탐침 편광 모듈(238)(예를 들어, 편광 각도가 제어가능하게 선택가능한 편광 필터)을 더 통과할 수 있다.
탐침 펄스(227)는 제3 빔 분할기(246c)로부터 제2 빔 분할기(246b)를 향해 반사된다. 제2 빔 분할기(246b)로부터 탐침 펄스(227)가 대물 렌즈(244)를 향해 반사되고, 대물 렌즈(244)는 탐침 펄스(227)를 샘플(250) 상에 집속한다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 탐침 펄스(227)는, 예컨대, 가변 지연 라인(226)에 의해 부과되는 지연 시간에 의해 결정되는 타겟 영역(252) 내의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란되기 위해, 샘플(250)을 관통하여 타겟 영역(252) 내로 진입하도록 구성된다. 더 구체적으로는, 가변 지연 라인(226)은 (예를 들어, 미러들을 사용하여) 탐침 펄스(227)의 광학 경로 길이를 제어가능하게 증가시켜, 그의 이동 시간을 증가시키도록 구성될 수 있고, 그 결과 탐침 펄스(227)는 펌프 펄스(223)에 대해 제어가능한 시간 지연에서 샘플(250)에 도달한다. 또한, (음향 펄스로부터 음향 펄스의 산란에 기인하는) 탐침 펄스(227)의 (후방) 산란된 성분(231)이 나타나 있다.
광학 장비(216)가 탐침 편광 모듈(238)을 더 포함하는 일부 실시예들에 따르면, 탐침 편광 모듈(238)은 탐침 펄스(227)의 편광을 수정하기 위해, 예컨대, 탐침 펄스(227)의 산란된 성분(231)의 강도를 최대화하거나 실질적으로 최대화하기 위해 사용될 수 있다.
필터(230)는 잡음을 필터링하는 동시에 그리고/또는 복귀된 성분(251)를 차단하는 동안, 산란된 성분(231)을 투과시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 필터(230)는 광학 필터이거나 광학 필터를 포함하고, 펌프 펄스(223)의 파장 및 탐침 펄스(227)의 파장은 복귀된 성분(251)을 특징짓는 파장과 산란된 성분(231)을 특징짓는 파장이 상이하도록 선택될 수 있고, 그에 의해 필터(230)를 통한 산란된 성분(231)의 투과 및 복귀된 성분(251)의 차단을 허용한다. 더 일반적으로, 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스(223) 및 탐침 펄스(227)의 파형들은, 예컨대, 광학 필터를 사용하여 그들을 판별하는 것을 허용하도록 선택된다. 일부 실시예들에 따르면, 필터(230)에 도달하는 산란된 성분(231)의 광선들 및 복귀된 성분(251)의 광선들은 2개의 상이한 방향(또는 2개의 별개의 각도 범위)을 따라 배향될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 필터(230)는 각도 필터(즉, 특정 입사 각도들로만 도달하는 광이 그를 통해 투과되는 것을 허용함)일 수 있거나, 또한 그를 포함할 수 있다.
탐침 편광 모듈(238), 및 선택적으로 펌프 편광 모듈(236)을 포함하는 일부 실시예들에 따르면, 필터(230)는 편광 필터일 수 있거나 편광 필터를 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 탐침 펄스(227)의 편광, 및 선택적으로는 펌프 펄스(223)의 편광은, 예를 들어 필터(230)를 통한 산란된 성분(231)의 투과, 및 복귀된 성분(251)의 차단 또는 실질적인 차단을 허용하도록 선택될 수 있다.
검출기(204)는 측정된 신호를 획득하기 위해 필터(230)의 출력(즉, 필터(230)를 통한 투과 이후의 산란된 성분(231))을 검출하도록 구성된다. 측정된 신호는 록-인 증폭기(218)에 중계될 수 있다. 록-인 증폭기(218)는, 펌프 펄스(223)의 준비 시 펌프 변조기(222)에 의해 채용되는 변조 신호를 제어기(214)로부터 수신하도록 구성된다. 록-인 증폭기(218)는, 산란된 성분(231)으로 인한 측정된 신호에 대한 기여가 증폭되는(그리고 배경 신호들 및 잡음이 억제되는) 추출된(즉, FM 복조된) 신호를 획득하기 위해 변조 신호를 사용한다. 추출된 신호는 본질적으로 베이스라인 신호(펌프 펄스의 부재 시에 획득됨)로부터의 편차를 나타낸다. 이로써, 추출된 신호는 음향 펄스(이는 차례로, 펌프 펄스에 의해 생성됨)로부터의 탐침 펄스의 산란으로 인한 브릴루앙 진동들에 대응한다.
측방향 구조적 피처의 깊이 의존성을 추정하기 위해(예를 들어, 샘플(250)의 특정 실시예들에서 w(z)를 추정하기 위해 - 여기서, 샘플(250)은 샘플(100)의 구조를 가짐 -), 위에서 설명된 시퀀스의 탐침 동작들은, 예컨대, 대응하는 복수의 상이한 깊이들에서 타겟 영역을 탐침하기 위해, 복수의 상이한 시간 지연들에서 구현될 수 있다. 각각의 시간 지연에 대해, 각각의 측정된 신호(Mr(z))가 획득된다. Mr(z)는 탐침 펄스(227)가 (타겟 영역(252) 내의) 좌표 z에서 음향 펄스로부터 산란될 때 획득되는 측정된 신호를 나타낸다. (예를 들어, 복조 후의) 복수의 측정된 신호들({Mr(z)}r)은, 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 측방향 구조적 피처의 깊이 의존성의 추정을 획득하기 위해 측정 데이터 분석 모듈(208)에 의해 분석될 수 있다. (동일한 깊이가 복수 회 탐침될 수 있다는 점을 주목한다.) 측정된 신호들의 개수 및 대응하는 시간 지연들은 타겟 영역의 길이방향 연장부에 의존할 수 있다. 비제한적인 예로서, 일부 실시예들에 따르면, 시간 지연들은 약 2 nsec(나노초)보다 작을 수 있고, 시간 샘플링 해상도은 약 1 psec(피코초)이다.
측정 데이터 분석 모듈(208)은 컴퓨터 하드웨어(하나 이상의 프로세서, 및 휘발성뿐만 아니라 비휘발성 메모리 구성요소들; 도시되지 않음)를 포함한다. 측정 데이터 분석 모듈(208)은 록-인 증폭기(218)로부터 (예를 들어, 한 번에 하나씩) {Mr(z)}r에 대응하는 추출된 신호들을 수신하고 추출된 신호들을 (단일의) 결합된 신호(ES(z))로 결합하도록 구성될 수 있다. 측정 데이터 분석 모듈(208)은, 예컨대, 타겟 영역(252) 내의 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성(또는, 같은 의미로, z-좌표에 대한 의존성)을 획득하기 위해, 조합된 신호를 분석하도록 추가로 구성된다.
또한, 일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈(208)은 펌프 펄스에 의해 촉발되는 다른 물리적 효과들로 인한 측정된 신호에 대한 탄성-광학 기여를 그에 대한 기여들로부터 격리시키도록 구성될 수 있다. 특히, 아래의 방법들 하위섹션에서 설명되는 바와 같이, 측정 데이터 분석 모듈(208)은 측정된 신호에 대한 탄성-광학 기여를 그의 상이한 물리적 특성들에 기초하여 그에 대한 열-광학 기여와 구별하도록 구성될 수 있으며, 신호 처리 기술들을 사용하여, (추출된) 측정된 신호에 대한 열-광학 기여가 식별되고 그로부터 감산될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역(252)은 제조 결함들까지 동일한 복수의 측방향 구조적 피처들로 구성된 복합 측방향 구조적 피처(도시되지 않음)를 포함한다. 또한, 탐침 펄스(227)의 빔 직경의 크기는, 예컨대, 타겟 영역(252)이 완전히 탐침되는 것을 허용하도록 선택된다. 그러한 실시예들에서, 복수의 측방향 구조적 피처들 각각은 조합된 신호에 - 그리고 실질적으로 동등하게 - 기여할 수 있다. 그 다음, 측정 데이터 분석 모듈(208)의 출력은 측방향 구조적 피처들을 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 평균 깊이 의존성으로서 해석될 수 있다(즉, 평균은 복수의 피처들에 포함된 모든 측방향 구조적 피처들에 대해 취해진다).
일부 실시예들에 따르면, 측정 데이터 분석 모듈(208)은, 2개 이상의 복수의 측정된 신호들에 기초하여, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하도록 구성될 수 있다. 고유한 펌프 펄스-탐침 펄스 조합에 대해 2개 이상의 복수의 측정된 신호들 각각이 각각 획득될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상이한 펌프 펄스-탐침 펄스 조합들은 펌프 펄스의 파장, 펌프 펄스의 파형, 펌프 펄스의 편광, 탐침 펄스의 파장, 탐침 펄스의 파형, 및 탐침 펄스의 편광 중에서 선택된 하나 이상의 광학 특성에서 서로 다를 수 있다.
샘플이 웨이퍼인 일부 실시예들에 따르면, 시스템(200)은 웨이퍼 상의 상이한 위치들에서 위에서 설명된 일련의 탐침 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 측정 데이터 분석 모듈(208)은, 웨이퍼에 걸친 프로세스 변동들에 관한 정보를 획득하기 위해, 획득된 복수의 측정된 신호들을 분석하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상이한 다이들 상의 동일한 위치(들)가 탐침될 수 있고, 그 다음, 획득된 복수의 측정된 신호들은 (예를 들어, 다이 간 변동 프로토콜의 일부로서) 웨이퍼에 걸친 프로세스 변동들의 대규모 맵을 획득하기 위해 비교될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제조 결함들까지 동일한 측방향 구조적 피처들(예컨대, 동일한 아키텍처를 공유하는 메모리 어레이의 상이한 영역들)을 특징으로 하는 것으로 알려진, 동일한 다이 상의 상이한 위치들이 탐침될 수 있고, 그 다음, 획득된 복수의 측정된 신호들은 (예를 들어, 다이 내 변동 프로토콜의 일부로서) 다이 또는 그의 하나 이상의 영역에 걸친 프로세스 변동들의 소규모 맵을 획득하기 위해 비교될 수 있다. 이와 관련하여, 측방향 구조적 피처의 설계 사양으로부터의 편차들의 유형(들)은 다이 상의 영역에서의 (예컨대, 측방향 구조적 피처들이 반복되는 측방향 구조적 패턴을 구성할 때의) 측방향 구조적 피처들의 밀도에 의존할 수 있다는 점을 주목한다.
측정 데이터 분석 모듈(208)이, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 하나 이상의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 측정된 신호들을 처리할 수 있는 다양한 방식들이 아래의 방법들 하위섹션에서 더 설명된다.
일부 실시예들에 따르면, 광학 장비(216)는, 펌프 펄스(223) 및 탐침 펄스(227) 각각이, 소실하는 또는 실질적으로 소실하는 입사 각도로 샘플(250)에 입사하도록 구성될 수 있다(즉, 입사 각도는 제로와 동일하거나 제로와 실질적으로 동일하다).
일부 실시예들에 따르면, 광학 장비(216)는 펌프 펄스(223) 및/또는 탐침 펄스(227)의 입사 각도를 제어가능하게 수정하는 것을 허용하도록 구성된 광학 요소들을 포함할 수 있다.
도 2에 도시되지 않은 일부 실시예들에 따르면, 시스템(200)은 2개의 광원들: 펌프 펄스(223)를 생성하도록 구성된 제1 광원 및 탐침 펄스(227)를 생성하도록 구성된 제2 광원을 포함할 수 있다.
방법들
도 3은 일부 실시예들에 따른, 하나 이상의 측방향 구조적 피처를 포함하는 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법(300)의 흐름도이다. 방법(300)은 컴퓨터화된 시스템(200) 또는 그와 유사한 컴퓨터화된 시스템에 의해 구현될 수 있다. 방법(300)은 다음의 동작들을 포함할 수 있다:
- 동작(310), 여기서 샘플이 제공된다. 샘플은 측방향 구조적 피처를 포함하는 타겟 영역을 포함한다.
- 동작(320), 여기서 복수의 측정된 신호들은 다음을 m회 구현함으로써 획득된다:
■ 하위 동작(320a), 여기서 광학 펌프 펄스는, 예컨대, 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해 샘플 상에 투사된다. 펌프 펄스의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크도록 선택된다.
■ 하위 동작(320b), 여기서 광학 탐침 펄스는 탐침 펄스가 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 샘플 상에 투사된다.
■ 하위 동작(320c), 여기서, 측정된 신호를 획득하기 위해 탐침 펄스의 산란된 성분이 검출된다.
m개의 구현들 중 각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란된다. (예를 들어, 일부 실시예들에 따르면, 제i 및 제j 구현들(i < j ≤ m)에서, 제i 탐침 펄스는 제i 깊이(si)에서 산란될 수 있고, 제j 탐침 펄스는 제j 깊이(sj ≠ si)에서 산란될 수 있다.)
- 동작(330), 여기서, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성은 적어도 (하위 동작들(320a-320c)의 m개의 구현들에서 획득된) 복수의 측정된 신호들을 분석함으로써 획득된다.
일부 실시예들에 따르면, (m개의 구현들로부터의) 상이한 구현들은 각각의 펌프 펄스에 대한 각각의 탐침 펄스의 시간 지연에 있어서 서로 상이할 수 있지만, 그렇지 않으면, 셋업 파라미터들(예를 들어, 펌프 펄스 및 탐침 펄스의 파장들, 그의 편광들 등)은 각각의 구현에서 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 시간 지연은 샘플에 대한 펌프 펄스의 입사와 샘플에 대한 탐침 펄스의 입사 사이의 시간 간격을 측정할 수 있다. 더 구체적으로, 일부 실시예들에 따르면, m개의 시간 지연은 예를 들어 탐침 펄스들이 타겟 영역 내의 복수의 깊이에서 음향 펄스들로부터 산란되는 것을 보장하도록 선택될 수 있다: 예를 들어, 제m 탐침 펄스(또는 제m 군의 탐침 펄스들)가 제m 깊이(sm)의 제m 음향 펄스로부터 산란될 때까지, 제1 탐침 펄스(또는, 예를 들어, 각각의 깊이가 1회 초과로 탐침될 때, 제1 군의 탐침 펄스들)는 제1 깊이(s1)에서 제1 음향 펄스로부터 산란되고, 제2 탐침 펄스(또는 제2 군의 탐침 펄스들)는 제2 깊이(s2)에서 제2 음향 펄스로부터 산란되는 등이다. 일부 실시예들에 따르면, m개의 시간 지연은 s1 > s2 > ... > sm이도록 선택될 수 있다.
하위 동작(320a)에서, 펌프 펄스의 파장은, 흡수 층, 예컨대, 도 4, 5, 6d-6g, 및 7c-7e에 도시된 흡수 층(120) 또는 흡수 층들에서의 펌프 펄스의 흡수를 최대화하거나 실질적으로 최대화하도록 선택될 수 있다. 더 정확하게는, 흡수 층은 펌프 펄스의 대부분이 흡수되는 샘플의 층으로서 이해될 수 있다. 흡수 층의 두께는 샘플의 영역 - 흡수 층이 위치됨 - 이 구성되는 매질 또는 매질들에서의 펌프 펄스의 흡수 길이에 의존할 수 있다. 따라서, (흡수 층이 위치하는) 영역에서 펌프 펄스의 흡수율을 증가시킴으로써(예를 들어, 그 파장을 적절하게 변경함으로써), 영역 내에서의 펌프 펄스의 흡수 길이 - 따라서, 흡수 층의 두께 - 가 감소된다. 이는 차례로, 측정된 신호의 해상도의 증가로 이어질 수 있는데, 왜냐하면 (해상도를 결정하는) 음향 펄스의 폭이 흡수 층의 두께에 의존할 수 있기 때문이다.
마지막 진술은 펌프 펄스의 지속기간이 음향 펄스의 형성 시간(즉, 흡수 층의 열 팽창 시간)보다 짧은 한 유효할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 지속기간은 흡수 층의 열 팽창 시간을 초과하지 않도록, 또는 실질적으로 초과하지 않도록 선택될 수 있다. 흡수 층이 규소 기재인 일부 그러한 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 지속기간은 약 5 psec(피코초), 약 3 psec, 또는 심지어 약 1 psec보다 작을 수 있다. 각각의 가능성은 개별 실시예들에 대응한다.
흡수 층의 위치 자체가 제어가능할 수 있다는 점을 더 주목한다. 예를 들어, 샘플은 제1 물질의 제1 부분 및 제2 물질의 제2 부분을 포함할 수 있고, 제2 부분은 제1 부분 내에 위치된다. 다음으로, 흡수 층은 제1 물질 내에서의 펌프 펄스의 흡수 길이가 제2 물질 내에서의 펌프 펄스의 흡수 길이보다 훨씬 더 크도록 파장에 의해 특징짓는 펌프 펄스를 선택함으로써 제2 부분 내에 제어가능하게 놓일 수 있다.
샘플의 복합 구조에 따라, 흡수 층은 타겟 영역에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 샘플 내의 흡수 층들의 상이한 가능한 위치들이 도 1, 4, 5, 6d-6g 및 7c-7e에 도시된다. 일부 실시예들에 따르면, 흡수 층은 타겟 영역에 또는 타겟 영역 상에 매립된 별개의 요소를 구성하거나 그에 포함될 수 있다. 매립된 요소는 타겟 영역의 나머지와 상이한 흡수 거동(예를 들어, 상이한 흡수 길이 및/또는 편광에 대한 흡수 길이의 상이한 의존성)을 특징으로 할 수 있고, 그로 인해 매립된 요소를 선택적으로 가열할 수 있다.
흡수 층이 규소 기반인 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장은 자외선 범위(즉, 360 nm 미만)에 있을 수 있다. 흡수 층이 금속성인 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스의 파장은 또한 가시 범위로부터 선택될 수 있다.
흡수 층 내에서의 펌프 펄스의 흡수는 흡수 층을 가열하고, 이는 차례로, 흡수 층을 팽창시켜, 샘플 내에 1개 또는 2개의 음향 펄스의 생성을 초래한다. 더 구체적으로, 흡수 층이 샘플의 최외곽 층(펌프 펄스가 그 위에 직접 투사됨)일 때, 샘플에서 단일 음향 펄스가 생성될 수 있고, 이는 흡수 층으로부터 떨어져서 흡수 층에 대한 수직 방향을 따라 샘플 내로 전파된다. 흡수 층이 샘플의 내부층일 때, 2개의 음향 펄스가 생성될 수 있고, 이들은 흡수 층으로부터 멀리, 그에 수직으로, 그리고 반대 방향으로 전파된다.
음향 펄스의 측방향 범위는 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 크도록 선택될 수 있다. 더 정확하게는, 타겟 영역을 완전히 탐침하기 위해, 음향 펄스의 측방향 치수들은 타겟 영역의 측방향 치수들 이상이거나 그보다 대략 동일하도록 선택될 수 있다. 차례로, 음향 펄스의 측방향 치수들은 펌프 펄스의 빔 직경에 의해 결정된다. 위에서 설명된 바와 같이, 이는 펌프 펄스의 파장에 대한 하한을 설정하는데, 왜냐하면 광학 회절 한계는 레이저 빔의 직경을 약 λ/2보다 크도록 제약하기 때문이며, 여기서 λ는 레이저 빔의 파장이다. 결과적으로, 하위 동작(320a)에서, 펌프 펄스의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위의 2배보다 크거나 적어도 대략 동일하도록 선택된다.
일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역의 깊이 치수("길이방향 치수"로 또한 지칭됨)는 타겟 영역 내에서의 음향 펄스의 전파 방향에 의해 결정된다.
하위 동작(320b)에서, 탐침 펄스들의 파장은 탐침 펄스들이 타겟 영역을 횡단하는 것을 허용하고, 그에 의해 타겟 영역을 완전히 탐침하는 것을 허용하도록 선택될 수 있다. 더 구체적으로, 탐침 펄스들의 파장은 타겟 영역 내의 탐침 펄스들의 흡수 길이가 타겟 영역 내의 탐침 펄스의 전파 방향을 따른 타겟 영역의 범위보다 크도록(또는 적어도 거의 동일하도록) 선택될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들의 파장은 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크도록 선택된다.
일부 실시예들에 따르면, 각각 상이한 깊이들에서 음향 펄스로부터 산란되도록 구성되는 상이한 탐침 펄스들은 상이한 파장들, 더 일반적으로는 파형들 및/또는 편광들을 특징으로 할 수 있다. 산란 깊이에 대한 탐침 펄스 파장(또는 파형 및/또는 편광)의 그러한 의존성은, 타겟 영역이 (예를 들어, 상이한 물질 조성 또는 내부 기하형상으로 인해) 상이한 굴절률들 및/또는 사운드의 속도들을 각각 특징으로 하는 상이한 유형들의 층들(예를 들어, 측방향 층들)을 포함할 때 탐침 변조기(예를 들어, 탐침 변조기(232))를 사용하여 구현될 수 있다. 특히, 이는 각각의 유형의 층을 선택적으로 탐침하는 것을 허용할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 시편(예를 들어, 물질의 벌크 또는 상이한 물질들로 만들어지고 선택적으로 상이한 기하형상들을 특징으로 하는 복수의 부분들을 포함하는 복합 구조)의 흡수 길이는, 시편에 진입하는 광 빔의 강도가, 벌크 내로 진입할 시의 그의 강도의 약 1/e(
Figure pct00003
63%)로 떨어지는 거리로서 정의된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, "샘플" 및 "시편"이라는 용어들은 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
복합 시편의 흡수 길이는 시편을 구성하는 부분들 각각의 흡수 길이들뿐만 아니라, 부분들의 기하형상들 및 서로에 대한 그의 공간적 배열에도 의존할 수 있다는 점을 주목한다. 따라서, 예를 들어, 2개의 물질 각각이, 연속적인 파장 범위의 방사선에 대해 투과성이거나 실질적으로 투과성이도록 2개의 상이한 물질의 교대 층들을 포함하는 시편은 그럼에도 불구하고 그 범위 내의 특정 파장의 방사선에 대해 반사성일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스들은 선형 편광될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에 따르면, 도 6g의 설명에서 아래에서 설명되는 바와 같이, 탐침 펄스들은, 예컨대, 선택된 측방향을 따른 측정 감도를 증가시키기 위해 선형 편광될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스들의 편광은, 예컨대, 흡수 층에서의 펌프 펄스들의 흡수를 증가시키도록 선택될 수 있다. 이와 관련하여, 흡수 층의 기하형상은 상당한 역할을 할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 도 7c-7e에 도시된 바와 같이) 흡수 층이 복수의 평행 스트립들을 포함할 때, 펌프 펄스들의 편광은 스트립들에 평행하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 특히, 샘플이 복수의 동일한 측방향 구조적 피처로 구성된 복합 측방향 구조적 피처(주기적이든 아니든)를 포함하는 실시예들에서, 복수의 측방향 구조적 피처를 구성하는 측방향 구조적 피처들은 동시에 깊이 프로파일링될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 타겟 영역은 (타겟 영역의 측방향 영역을 정의하는) 펌프 펄스들의 빔 폭을 그에 따라 선택함으로써 복수의 측방향 구조적 피처를 포함하도록 선택된다. 탐침 펄스들의 빔 폭은 펌프 펄스들의 빔 폭으로 설정될 수 있고, 그에 의해, 타겟 영역의 측방향 범위가 완전히 탐침되는 것을 보장한다(그에 의해 복수의 측방향 구조적 피처들 전부가 탐침된다). 광학 회절 한계를 고려하여, 펌프 펄스들의 파장은 복합 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크도록 선택된다. 유사하게, 탐침 펄스들의 파장은 복합 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 크도록 선택된다. 그 다음, 획득된 복수의 측정된 신호들은 복수의 측정된 신호들에서 측방향 구조적 피처들을 특징짓는 파라미터들의 평균 깊이 의존성을 나타낸다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 복합 측방향 구조적 피처는 주기적이다.
일부 실시예들에 따르면, 동작(320)에서, 예컨대 m개의 구현들 각각의 시작에서, 샘플의 온도가 동일하고, 선택적으로, 미리 결정된 온도와 동일한 것을 보장하기 위해, 샘플의 온도가 조절될 수 있다.
동작(330)에서, 동작(320)의 m개의 구현들에서 획득된 복수의 측정된 신호들({Mr'(s)}r)은 단일 (조합된) 신호(ES'(s))를 획득하기 위해 복조되고 조합될 수 있다. 여기서, s는 타겟 영역 내의 깊이를 나타낸다. Mr'(s)는 깊이(s)에서 음향 펄스로부터 산란된 탐침 펄스에 대해 획득된 측정된 신호를 나타낸다. 주어진 깊이(s)에 대해, {Mr'(s)}r은 일반적으로, 깊이(s)에서 획득된 복수의 측정된 신호들을 포함할 수 있다는 점을 주목한다.
논의를 더 명확하게 하기 위해 의도된 비제한적인 - 그리고 의도적으로 간략화된 - 예로서, 2개의 측정된 신호들(M1"(sA) 및 M2"(sB))을 포함하는 복수의 측정된 신호들({Mr"(s)}r = 1, 2)이 고려된다. (전형적으로, 복수의 측정된 신호들은 약 10 내지 약 1000개의 측정된 신호들 사이의 임의의 곳을 포함할 수 있다.) 측정된 신호들(M1"(sA) 및 M2"(sB))은, 각각, 깊이들(sA 및 sB > sA)에서 음향 펄스로부터 탐침 펄스를 산란시킴으로써 획득된 것으로 가정된다. 2개의 측정된 신호들(M1"(sA) 및 M2"(sB))로부터, 2개의 추출된 신호들(EsA 및 EsB)은, 시스템(200)의 설명에서 위에서 설명된 바와 같이, 배경 신호들 및 잡음이 억제되는 (예를 들어, 록-인 증폭기를 사용하여) 획득될 수 있다. 2개의 추출된 신호들은 단일의 조합된 신호(ES"(s))로 조합될 수 있고, 여기서,
Figure pct00004
이고,
Figure pct00005
이다. 여기서, Δs는, 2개의 깊이들 각각에서 탐침 펄스들에 의해 탐침되는 층들의 두께에 대응할 수 있다. 또한,
Figure pct00006
라고 암시적으로 가정한다.
산란이 발생한 깊이(s)는 (펌프 펄스에 대한 탐침 펄스의) 시간 지연(Δt), 음향 펄스의 형성 시간(tF), 및 타겟 영역에서의 음향 펄스의 전파 속도에 기초한 산란 시간에 관련될 수 있다. 형성 시간(tF)은 일단 흡수 층이 펌프 펄스에 의해 조사된 후 음향 펄스가 형성되는 데에 걸리는 시간이다. 음향 펄스의 전파 속도는 사운드의 속도(vsound)와 동일하다. (아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 불균일 매질들에서, 사운드의 속도는 깊이에 의존할 수 있으며, 이 경우 깊이에 대한 사운드의 함수적 의존성이 고려될 수 있다.)
일부 실시예들에 따르면, s 자체가 선형으로 또는 실질적으로 선형으로 시간 지연(Δt)에 의존할 수 있다. 예를 들어, 흡수 층은 타겟 영역에 인접하여 위치하지만 (예를 들어, 도 6d-6g에 도시된 바와 같이) 샘플 내에서 타겟 영역보다 더 깊은 일부 그러한 실시예들에 따르면,
Figure pct00007
이다. D는 타겟 영역의 깊이 치수 또는 길이방향 범위이다. 따라서, 최소 지연 시간(즉, (Δt=tF))의 경우, s=D이고, 타겟 영역은 최대 깊이에서 탐침된다. 최대 지연 시간(즉, (Δt = tF + D/vsound)의 경우, s=0이고, 타겟 영역은 제로 깊이에서 탐침된다. 예를 들어, 흡수 층이 (예를 들어, 도 6d-6g에 도시된 바와 같이) 타겟 영역의 최소 깊은 층을 형성하는 일부 대안적인 실시예들에 따르면,
Figure pct00008
이다. 따라서, 최소 지연 시간(즉, (Δt=tF))의 경우, s=0이고, 타겟 영역은 최소 깊이에서 탐침된다. 최대 지연 시간(즉, (Δt = tF + D/vsound)의 경우, s=D이고, 타겟 영역은 최대 깊이에서 탐침된다.
일부 실시예들에 따르면, 동작(330)에서의 분석의 일부로서, 결합된 신호는 음향 펄스의 부재 시에(즉, 샘플 상에 펌프 펄스가 투사되지 않을 때) 측정되는 다른 신호와 비교될 수 있다. 비교는 결합된 신호에 대한 음향 펄스들의 기여를 격리하는 것을 허용하고, 그에 의해 탐침 펄스들과 음향 펄스들 사이의 상호작용들로부터 기인하는 브릴루앙 진동들을 추출하는 것을 용이하게 한다.
일부 실시예들에 따르면, (흡수 층의 팽창으로 인한) 타겟 영역 내의 음향 펄스(들)의 생성은 열광학 효과로 인한 타겟 영역(또는 그의 일부)의 굴절률의 변화, 즉 매질 내의 온도의 변화(들)로 인한 매질의 굴절률의 변화를 수반할 수 있다. 음향 펄스들에 의해 유도되고 열-광학 효과, 특히, 그의 상대적 강도로 인한 반사율의 변화들은 매질의 물리적 속성들에 의존한다.
일부 실시예들에 따르면, 동작(330)은 결합된 신호에 대한 열 광학 기여가 제거되거나 실질적으로 제거될 수 있는 하위 동작을 포함할 수 있다. 특히, 일부 실시예들에 따르면, 결합된 신호에 대한 열-광학 기여는 그 자체가 (탄성-광학 효과로 인한) 브릴루앙 진동들에 대한 추가된 느리게 변화하는 기여로서 나타난다. 즉, 브릴루앙 주파수는 조합된 신호에 대한 열광학 효과의 기여와 연관된 주파수보다 훨씬 더 높다. 따라서, 결합된 신호에 대한 열-광학 기여는, 예를 들어, 결합된 신호를 평활화함으로써(즉, 각각의 세그먼트가 적은 수의 (브릴루앙) 진동들을 포함하도록 신호의 짧은 세그먼트들에 대해 평균화함으로써) 식별되고 제거될 수 있다. 이는 타겟 영역이 규소 기재의 반도체일 때 특히 적절할 수 있는데, 그 이유는 규소 기재의 반도체들에서는 열-광학 효과가 탄성-광학 효과보다 훨씬 더 강할 수 있기 때문이다.
일부 실시예들에 따르면, 컴퓨터 모의들은 방법(300)이 이상적인(즉, 완벽하게 제조된) 샘플에 대해 구현된 경우에 관측될 브릴루앙 진동들, 또는 심지어는 단일 브릴루앙 진동을 모델링하는 데 사용될 수 있다. (타겟 영역의 길이방향 범위가 브릴루앙 파장에 필적할 때, 예를 들어, 핀 전계 효과 트랜지스터들의 깊이 프로파일링의 경우에서와 같이, 단일 브릴루앙 진동만이 관찰될 수 있다는 점을 주목한다). 셋업을 특징짓는 물리적 파라미터들을 선택할 때의 자유는 열-광학 효과의 기여를 "손으로" 상쇄하는 것을 허용하여, 브릴루앙 진동들을 열-광학 기여로부터 구별하기 위한 신호 처리 동작들이 배제된다. 또한, 일부 실시예들에 따르면, 컴퓨터 모의들은 또한, 샘플 및 시스템에서의 다양한 유형들의 결함들, 및 그와 연관된 브릴루앙 진동들을 모델링하는 데 사용될 수 있다.
추가적으로, 깊이 프로파일링을 거친 샘플들은 타겟 영역들의 실제(또는 진정한) 구조들을 획득하기 위해 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 주사될 수 있다. 더 구체적으로, (본 개시내용의 방법들을 사용하여) 깊이 프로파일링을 거친 샘플의 타겟 영역은 충분히 얇은 층들로 절단될 수 있고, 각각의 층은 그의 실제 구조를 획득하기 위해 (SEM)에 의해 주사될 수 있다. 따라서, 상이한 샘플들의 획득된 브릴루앙 진동들(및 더 일반적으로는 복수의 측정된 신호들)은 그의 각각의 타겟 영역들의 실제 구조들과 관련될 수 있다.
기계 학습 툴들을 사용하여, 측정 데이터 분석 모듈(208)과 같은 측정 데이터 분석 모듈은, 탐침된 측방향 구조적 피처를 특징짓는 하나 이상의 파라미터의 깊이 의존성을 관측된 브릴루앙 진동들로부터 추출하도록 교시될 수 있다. 본 교시는, 각각 (예를 들어, SEM을 사용하여) 측정되거나 모의된 바와 같은 측방향 구조적 피처의 대응하는 구조와 함께, 관측된 브릴루앙 진동들 및/또는 모의된 브릴루앙 진동들의 쌍들을 채용하여 감독될 수 있다. 그러한 브릴루앙 진동들-측방향 구조적 피처 쌍들, 또는 유사한 셋업들에 관한 유사한 유형들의 쌍들은 잠재적으로 또한, 유사한 셋업들(즉, 유사한 샘플들 및 시스템들)에서 측정되고/거나 모의된 신호들의 기존의 라이브러리들(예를 들어, 온라인 데이터베이스들)로부터 획득가능할 수 있다.
균일한 매질에서, 브릴루앙 주파수(
Figure pct00009
)는
Figure pct00010
로 주어진다. 여기서, n은 굴절률이고, λprobe는 탐침 펄스의 파장이다. 불균일 매질에서, 일부 실시예들에 따르면, 브릴루앙 주파수는 구조의 기하형상 및 물질 조성 양쪽 모두에 의해 결정될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에 따르면, 사운드의 속도(vsound) 및 굴절률(n)은 "사운드의 유효 속도", veff(s), 및 "유효 굴절률", neff(s)로 대체되고, 이들은 일반적으로 둘 다 깊이(s)에 의존할 수 있다. 그러므로, 브릴루앙 주파수
Figure pct00011
는 또한 일반적으로 깊이(s)에 의존한다. 그러므로, 추출된 신호는
Figure pct00012
의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 추출된 신호(OB(s))로부터 fB(s)를 획득함으로써, veff(s) 및 neff(s)가 추정될 수 있다. veff(s) 및 neff(s)는, 차례로, 깊이 프로파일링되도록 추구되는 측방향 구조적 피처를 특징짓는 하나 이상의 파라미터에 상관될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, fB(s)는 측방향 구조적 피처에(예를 들어, 도 9a-9e의 설명에서 아래에서 설명되는 바와 같이, 수직 홀들의 어레이에서의 홀들의 평균 직경에) 직접 관련될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 복수의 측정된 신호들로부터 하나 이상의 측방향 구조적 피처의 깊이 의존성을 추출하기 위해 회귀 분석이 채용될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 동작(320)은 펌프 펄스 및/또는 탐침 펄스의 상이한 준비들에 대해 복수 회 수행될 수 있다. 상이한 준비들은 다음 중 하나 이상에서 서로 상이할 수 있다: 펌프 펄스의 파장, 전력, 파형 및/또는 편광, 및/또는 탐침 펄스의 파장, 전력, 파형 및/또는 편광. 각각의 준비마다, 전처리(예를 들어, 록-인 증폭기를 사용한 복조, 측정된 신호들에 대한 열-광학 기여들의 평활화) 후에 복수의 측정된 신호들이, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 결정하기 위해 공동으로 분석될 수 있다.
샘플이 웨이퍼인 일부 실시예들에 따르면, 동작(320)은 웨이퍼 상의 상이한 위치들에 대해 반복될 수 있다. 웨이퍼에 걸친 프로세스 변동들에 관한 정보를 획득하기 위해, 복수의 측정된 신호들이 분석될 수 있다.
일부 그러한 실시예들에 따르면, 상이한 다이들 상의 동일한 위치(들)(다이 간 변동)가 탐침될 수 있고, 그 다음, 웨이퍼에 걸친 프로세스 변동들의 대규모 맵을 획득하기 위해, 획득된 복수의 측정된 신호들이 분석될 수 있다.
실시예들에 따르면, 동일한 다이 상의 상이한 위치들 - 제조 결함들 위의 동일한 측방향 구조적 피처들을 특징으로 하는 것으로 알려짐 - 이 탐침될 수 있고, 그 다음, 획득된 복수의 측정된 신호들은, 도 2의 설명에서 위에서 설명된 바와 같이, 다이에 걸친 프로세스 변동들(다이 내 변동) 또는 그의 하나 이상의 영역의 맵을 획득하기 위해 분석될 수 있다.
도 4 및 5 각각은, 일부 실시예들에 따른, 샘플 내의 타겟 영역 및 흡수 층의 추가적인 가능한 구성들(공간적 배열들)을 개략적으로 도시한다. 도 4를 참조하면, 일부 실시예들에 따른, 깊이 프로파일링을 겪는 샘플(400)(예를 들어, 반도체 디바이스)이 개략적으로 도시된다. 타겟 영역(110)에 포함된 (도 1a-1c의 샘플(100)의) 흡수 층(120)과 달리, 샘플(400)의 흡수 층(420)은 샘플(400)의 타겟 영역(410)에 포함되지 않는다.
도 4는 zx 평면을 따라 취해진 타겟 영역(410)의 2차원 도면을 제시하지만, 설명을 용이하게 하기 위해, 제조 결함들에까지, 타겟 영역(410)은 (타겟 영역(410)이 원통형이도록) z 축에 평행한 축을 따라 회전 대칭을 나타내는 것으로 가정된다. 그러므로, 도 4는 타겟 영역(410)을 효과적으로 완전히 도시한다.
더 구체적으로, 샘플(400)은 타겟 영역(410), 외측 영역(430), 및 내측 영역(440)을 포함한다. 타겟 영역(410)은 외측 영역(430)과 내측 영역(440) 사이에 위치된다. 흡수 층(420)은 타겟 영역(410)에 인접하여 내측 영역(440) 내에 위치된다. 점선들(B4)은 타겟 영역(410)의 원주 경계를 나타낸다.
논의를 더 구체적으로 하고 그에 의해 설명을 용이하게 하기 위해, 타겟 영역(410)은 2개의 하위영역들: 타겟 외측 하위영역(410a), 및 타겟 외측 하위영역(410a)에 의해 둘러싸인 타겟 내측 하위영역(410b)을 포함하는 것으로서 도시된다. 타겟 내측 하위영역(410b)은 제1 굴절률을 특징으로 하는 제1 매질에 대응할 수 있는 한편, 타겟 외측 하위영역(410a)은 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 특징으로 하는 제2 매질에 대응할 수 있다.
도 4에서, 타겟 내측 하위영역(410b)의 폭(w4(z))은 음의 z 축의 방향으로 점프들로(즉, 불연속적으로) 증가하는 것으로 도시된다. 타겟 영역(410)의 회전 대칭은 타겟 내측 하위영역(410b)이 원형 스텝 피라미드로서 성형되는 것을 암시한다. 따라서, w4(z)는 타겟 내측 하위영역(410b)의 (깊이 의존적) 직경에 대응한다. 측방향 구조적 피처는, 축(A4)으로부터 시작할 때 타겟 영역(410)의 회전 대칭 축(A4)(축(A4)은 z 축에 평행함)에 수직인 임의의 방사상 방향을 따라 나타나는, 제1 매질로부터 제2 매질로의 변화에 의해 구성된다. 위에서 정의된 바와 같은, 측방향 구조적 피처의 측방향 범위는 maxz[w4(z)]에 의해 주어질 수 있다.
외측 영역(430)(및 샘플(400))의 외부 표면(424) 상에 투사되는 펌프 펄스(423)가 또한 도시된다. 펌프 펄스(423)는 외측 영역(430) 및 타겟 영역(410)을 통해 전파됨으로써 샘플(400) 내로 침투하고 흡수 층(420)에 도달하도록 구성된다. 특히, 외측 영역(430) 및 타겟 영역(410)은 펌프 펄스(423)에 대해 투과성이거나 실질적으로 투과성일 수 있다. 펌프 펄스(423)는 흡수 층(420)에 흡수됨으로써 흡수 층(420)을 가열 및 팽창시키도록 더 구성된다. 흡수 층(420)의 팽창은 음의 z 축의 방향으로 타겟 영역(410) 내로 전파되는 음향 펄스(425)를 생성한다. 제2 음향 펄스(도시되지 않음)는 내측 영역(440) 내부에서 양의 z 축의 방향으로 전파될 수 있다.
또한, 펌프 펄스(423)에 대하여 제어가능한 시간 지연에서 샘플(400) 상에 투사되는 탐침 펄스(427)가 도시된다. (따라서, 도 4는 개략적인 것으로서 이해되어야 하며, 시간의 단일 인스턴스를 표현하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.) 탐침 펄스(427)는 샘플(400) 내로 침투하여 그 내부에서 전파되도록, 예컨대, 타겟 영역(410) 내의 제어가능한 깊이에서 음향 펄스(425)로부터 산란되도록 구성된다.
음향 펄스(425)로부터 (브릴루앙) 후방 산란되는 탐침 펄스(427)의 산란된 성분(431)이 또한 표시되어 있다. 산란된 성분(431)은 대응하는 측정된 신호를 생성하기 위해 검출기(432)에 의해 검출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 일부 실시예들에 따른, 깊이 프로파일링을 겪는 샘플(500)이 개략적으로 도시된다. 샘플(100)의 외부 표면(124)에 인접하여 위치하는 (도 1a-1c의 샘플(100)의) 타겟 영역(110)과 달리, 샘플(500)의 타겟 영역(510)은 샘플(500) 내에 완전히 매립된다(따라서, 샘플(500)의 외부 표면(524)에 인접하여 위치되지 않는다).
도 5는, 설명을 용이하게 하기 위해, zx 평면을 따라 취해진, 타겟 영역(510)의 2차원 도면을 제시하고, 타겟 영역(510)은 y 축을 따라 제조 결함들에까지 균일한 것으로 가정된다. 그러므로, 도 5는 타겟 영역(510)을 효과적으로 완전히 도시한다.
더 구체적으로, 샘플(500)은 타겟 영역(510), 외측 영역(530), 및 내측 영역(540)을 포함한다. 타겟 영역(510)은 외측 영역(530)과 내측 영역(540) 사이에 위치된다. 흡수 층(520)은 타겟 영역(510) 내에서 외측 영역(530)에 인접하여 위치된다. 파선(B5)은 타겟 영역(510)의 제1 경계를 표시하고, 파선(B5')은 타겟 영역(510)의 제2 경계를 표시한다. 논의를 더 구체적으로 하고 그에 의해 설명을 용이하게 하기 위해, 타겟 영역(510)은 3개의 인접한 하위영역: 제1 측 하위영역(510a), 제2 측 하위영역(510b), 및 제1 측 하위영역(510a)과 제2 측 하위영역(510b) 사이에 위치되는 중간 하위영역(510c)을 포함하는 것으로서 도시된다. 중간 하위영역(510c)의 폭(w5(z))은 양의 z 축의 방향으로 증가한다.
또한, 외측 영역(530)(및 샘플(500))의 외부 표면(524) 상에 투사된 펌프 펄스(523)가 도시된다. 펌프 펄스(523)는 외측 영역(530)을 통해 전파됨으로써 샘플(500) 내로 침투하고 흡수 층(520)에 도달하도록 구성된다. 특히, 외측 영역(530)은 펌프 펄스(523)에 투과성이거나 실질적으로 투과성일 수 있다. 펌프 펄스(523)는 흡수 층(520)에서 흡수되고 그에 의해 흡수 층(520)을 가열 및 팽창시키도록 더 구성된다. 흡수 층(520)의 팽창은 음향 펄스(525)를 생성하는데, 이는 양의 z 축의 방향으로 타겟 영역(510) 내로 전파된다. 제2 음향 펄스(도시되지 않음)는 외측 영역(530) 내부에서 음의 z 축의 방향으로 전파될 수 있다.
또한, 펌프 펄스(523)에 대하여 제어가능한 시간 지연에서 샘플(500) 상에 투사되는 탐침 펄스(527)가 도시된다. (따라서, 도 5는 개략적인 것으로서 이해되어야 하고, 시간의 단일 인스턴스를 표현하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.) 탐침 펄스(527)는, 예컨대, 타겟 영역(510) 내의 제어가능한 깊이에서 음향 펄스(525)로부터 산란되도록 샘플(500) 내로 침투하고 그 내부에서 전파되도록 구성된다. 탐침 펄스(527)는 외측 영역(530) 내에서 전파되는 제2 음향 펄스로부터의 비교적 적은 산란을 겪도록 또한 구성될 수 있다(즉, 제2 음향 펄스로부터의 (후방) 산란에 대한 총 단면은 음향 펄스(525)로부터의 (후방) 산란에 대한 총 단면보다 상당히 더 작을 수 있다). 예를 들어, 탐침 펄스(527)의 파형은 탐침 펄스(527)가 타겟 영역(510) 내에서는 집속되지만 외측 영역(530) 내에서는 탈집속되도록 선택될 수 있다.
음향 펄스(525)로부터 (브릴루앙) 후방 산란되는 탐침 펄스(527)의 산란된 성분(531)이 또한 표시되어 있다. 산란된 성분(531)은 대응하는 측정된 신호를 생성하기 위해 검출기(532)에 의해 검출될 수 있다.
도 6a-6f는 일부 실시예들에 따른, 깊이 프로파일링을 겪는 샘플(600)을 개략적으로 도시한다. 도 6a를 참조하면, 샘플(600)은 그의 내부 구조를 더 잘 드러내기 위해 그의 전면부가 제거된 상태로 도시된다. 샘플(600)은 벌크(604) 상에 위치된 구조(602)를 포함한다. 구조(602)는 내부로 돌출되는 (공기) 홀들(608)을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 홀들(608)은 구조(602)의 최상부(도면에 도시된 바와 같음) 외부 표면(610)으로부터 구조 내로 돌출될 수 있다. 구조(602)는 제1 (유효) 굴절률을 특징으로 할 수 있고, 벌크(604)는, 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 특징으로 할 수 있다.
홀들(608)의 존재로 인해, 구조(602)는 복합 측방향 구조적 피처를 구성하는 복수의 측방향 구조적 피처들을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 그리고 도 6a에 도시된 바와 같이, 복합 측방향 구조적 피처는 반복 패턴을 형성한다. 즉, 홀들(608)은 주기적인 2차원 어레이로 배열된다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 2차원 어레이는 직사각형이며, 홀들(608)은, 각각, x 축 및 y 축에 평행한 행들 및 열들로 배열된다.
더 구체적으로, 홀들(608) 각각과, 측방향 구조적 피처가 연관되고, 이는 종축으로부터 시작할 때 홀의 종축에 수직인 임의의 방사상 방향을 따라 나타나는 공기로부터 고체로의 변화로 구성된다. (종축은 z 축에 평행하게 연장된다.) 홀(608a 및 608b)의 2개의 종축들(Aa 및 Ab)이 각각 도 6b에 표시된다.
설명을 용이하게 하기 위해, 이하에서, 홀들(608) 각각은 구조(602) 내로 길이방향으로 돌출되고, 그 면적이 깊이에 따라 감소하는 타원형 측방향 단면을 특징으로 하는 것으로 가정한다. 즉, 홀들(608) 각각은, x 축 및 y 축을 따른 홀들(608)의 폭을 각각 정량화하는 (공액) 직경들(dx(s) 및 dy(s))을 특징으로 할 수 있다. 홀들(608a 및 608b)의 2개의 그러한 직경들, dx'(s) 및 dx"(s)가 도 6a에서, s = 0에, 즉, 최상부 외부 표면(610) 상에 표시된다. 여기서, s는 샘플(600) 내의 깊이이다. (일반적으로, s = z + k이고, 여기서 k는 상수이다. xy 평면이 최상부 외부 표면(610)과 일치하도록 좌표계가 선택되는 경우, k = 0이고 s = z이다.) 또한, 도 6b에는, 각각, 깊이들 s = s' 및 s = s"에서의 홀들(608a 및 608b)의 직경들(dx (a)(s) 및 dx (b)(s))이 표시된다.
"최저 차수"를 위해, 측방향 구조적 피처들의 깊이 의존성은 (홀들의) 측방향 단면적들의 깊이 의존성에 의해 파라미터화될 수 있다. 더 많은 정확도가 요구되는 경우, 2개의 파라미터들의 깊이 의존성, 즉, 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 타원의 2개의 공액 직경들이 추정될 수 있다. 더 많은 정확도가 요구되는 경우, 원칙적으로, 다양한 변형들을 파라미터화하는 추가적인 파라미터들 - 잠재적으로 깊이 의존적임 - 의 깊이 의존성이 또한 획득되려고 추구될 수 있다. 예를 들어, (깊이에 의존할 수 있는) 홀들의 대칭 축들의 경사, (설계 특정된 간격들로부터의) 인접한 홀들 사이의 간격의 편차 등을 특징짓는 파라미터들.
일부 실시예들에 따르면, 측방향 구조적 피처를 특징짓는 복수의 파라미터들의 깊이 의존성들을 획득하기 위해, 동작(320)은 펌프 펄스 및/또는 탐침 펄스의 상이한 준비들에 대해 구현될 수 있다. 예를 들어, 동작(320)은 x 축에 평행하게 편광된 탐침 펄스로 1회 이상, 그리고 y 축에 평행하게 편광된 탐침 펄스로 1회 이상 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 홀들(608)의 타원형 단면들을 특징짓는 2개의 공액 직경들 각각의 평균 깊이 의존성들이 획득될 수 있다.
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 샘플(600)의 (부분) 단면도를 제시한다. 단면은 zx 평면에 평행한 평면을 따라 샘플(600)을 절단한다. 일부 실시예들에 따르면, 도 6b-6f에 도시된 바와 같이, 구조(602)는 서로의 최상부 상에 적층된(즉, 위치된) 복수의 층들(612)을 포함하는 층상 구조일 수 있다. (층들(612)은 도 6a에 도시되지 않는다.) 일부 실시예들에 따르면, 층들(612)은 2가지 유형의 층들: 층들(612a) 및 층들(612b)을 포함할 수 있고, 이들은 교대로 서로의 최상부 상에 위치된다. 층들(612a) 및 층들(612b)은 상이한 물질들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 샘플(600)은 V-NAND(즉, 수직 NAND) 스택일 수 있고, 여기서 구조(602)는 벌크(604)에 의해 구성된 규소 기판 상에 장착된다. 비제한적인 예로서, 일부 그러한 실시예들에 따르면, 층들(612a)(최외측 층을 포함함)은 산화규소(SiO2)로 만들어질 수 있고, 층들(612b)은 질화규소(예를 들어, Si3N4)로 만들어질 수 있다.
도 6c-6f는, 각각, 방법(300)에 따른, (도 6a에 도시되고 2점 쇄선으로 표시된) 타겟 영역(624)의 깊이 프로파일링에서의 4개의 연속적인 스테이지들을 개략적으로 도시한다. 도 6c를 참조하면, 일부 실시예들에 따라, 펌프 펄스(623)가 최상부 외부 표면(610) 상에 투사된 것으로 도시된다. 펌프 펄스(623)는 구조(602) 내로 침투하고 구조 내에서 전파되어 벌크(604)에 도달하도록 구성된다. 펌프 펄스(623)는 벌크(604)에 의해 흡수되도록 더 구성된다. 펌프 펄스(623)가 또한 도 6a에 표시된다.
도 6d를 참조하면, 펌프 펄스(623)는 구조(602)에 인접하여 위치된 흡수 층(618)(벌크(604)의 일부를 형성함)에서 흡수된다. 흡수 층(618)의 두께는 벌크(604)에서의 펌프 펄스(623)의 흡수 길이에 의해 결정된다. 흡수 층(618)의 가열은, 도 6b에서 양방향 화살표들(e6)로 표시된 바와 같이, 그의 팽창으로 이어진다.
도 6e를 참조하면, 흡수 층(618)의 팽창은 음의 z 축의 방향으로 구조(602) 내에서 전파되는 (제1) 음향 펄스(625a)의 형성으로 이어진다. 제2 음향 펄스(625b)는 벌크(604) 내에서 양의 z 축의 방향으로 전파될 수 있다.
도 6f를 참조하면, 일부 실시예들에 따라, 탐침 펄스(627)가 최상부 외부 표면(610) 상에 투사된 것으로 도시된다. 탐침 펄스(627)는 구조(602) 내로 침투하고 그 내부에서 양의 z 축의 방향으로 전파되도록 구성된다. 즉, 탐침 펄스(627)는, 구조(602)가 - 적어도 교란되지 않을 때 - 탐침 펄스(627)에 대해 투과성이거나 적어도 반투과성이도록 구성된다. 구조(602) 내의 하위영역에서의 음향 펄스(625a)의 국소화된 존재는 그 하위영역을 탐침 펄스(627)에 대해 불투과성이게 만든다. 더 정확하게는, 탐침 펄스(627)는 음향 펄스(625a)로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 더 구성된다. 탐침 펄스(627)의 (후방) 산란된 성분(631)은 음의 z 축의 방향으로 음향 펄스(625a)로부터 멀리 전파된다.
다시 도 6a를 참조하면, 타겟 영역(624)이 구조(602)에 포함된다. 타겟 영역(624)은 원통으로서 성형되고, 그의 직경은 펌프 펄스(623)의 빔 직경에 의해 한정된다. 일부 실시예들에 따르면, 타겟 영역(624)을 완전히 탐침하기 위해, 탐침 펄스(627)의 빔 직경은 펌프 펄스(623)의 직경과 동일하거나 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있다. 따라서, 타겟 영역(624)은 깊이 프로파일링을 겪는 구조(602)의 일부를 구성한다.
타겟 영역(624)은 홀들(608)로부터의 복수의 홀, 특히 복수의 측방향 구조적 피처를 포함한다는 점을 주목한다. 타겟 영역(624)의 홀들은 함께 깊이 프로파일링되므로, 타겟 영역(624)이 방법(300)에 따라 깊이 프로파일링을 겪게 할 때 획득되는 복수의 측정된 신호들은 집합적으로, 복수의 측방향 구조적 피처(타겟 영역(624)에 포함됨)의 깊이 의존성을 특징짓는다. 즉, 획득된 복수의 측정된 신호들은 측방향 구조적 피처들을 특징짓는 파라미터들의 평균 깊이 의존성을 특징짓는다. 특히, 복수의 측정된 신호들로부터, 홀들의 측방향 단면적의 평균 깊이 의존성, 또는 홀의 측방향 단면을 특징짓는 2개의 공액 직경들이 획득될 수 있다. 다르게 말하면, 탐침 펄스(627)의 빔 직경(펌프 펄스(623)의 빔 직경과 동일한 것으로 가정됨)은 복수의 홀들, 및 그에 따른 복수의 측방향 구조적 피처들을 포함하는 타겟 영역(즉, 타겟 영역(624))을 한정하고, 이들은 함께 복합 측방향 구조적 피처를 한정한다. 복합 측방향 구조적 피처의 측방향 범위는 탐침 펄스(627)의 빔 직경과 동일하다.
홀들(608)이 2차원 어레이로 배열되는 일부 실시예들에 따르면, 탐침 펄스(627)는 z 축에 수직인 방향을 따라 선형 편광될 수 있다. 더 구체적으로, 홀들(608)이 위에서 설명된 바와 같이 직사각형 어레이로 배열되는 일부 실시예들에 따르면, y 축을 따른 측정 감도를 증가시키기 위해, 탐침 펄스(627)는 x 축에 평행하게 편광될 수 있다. 유사하게, x 축을 따라 측정 감도를 증가시키기 위해, 탐침 펄스(627)는 y 축에 평행하게 편광될 수 있다. 아래의 모의들의 결과들 하위섹션에서 보여지는 바와 같이, x 축에 평행하게 탐침 펄스를 편광시키는 것은 타겟 영역 내에서의 탐침 펄스의 불균일한 강도 분포로 이어지고, 여기서 강도는 홀들의 열들을 따라 최대이다. 대조적으로, 탐침 펄스를 y 축에 평행하게 편광시키는 것은 타겟 영역 내에서의 탐침 펄스의 불균일한 강도 분포로 이어지고, 여기서 강도는 홀들의 행들을 따라 최대이다.
도 6g는 일부 실시예들에 따른, 타겟 영역(624)의 깊이 프로파일링을 도시한다. 도시된 깊이 프로파일링은 도 6a-6f에 도시된 깊이 프로파일링의 특정 실시예를 구성한다. 탐침 펄스(627)의 특정 실시예인 탐침 펄스(627')가 도시된다. 탐침 펄스(627')는 편광 화살표(Py)로 표시된 바와 같이 y 축을 따라 편광된다. 이는, 홀들의 x 폭들의 평균 깊이 의존성의 변동들(즉, 홀들에 걸쳐 평균화된 함수(dx(s))가 더 큰 정밀도로 획득될 수 있도록, x 축을 따른 측정 감도를 증가시키는 것을 허용한다. (따라서, 예를 들어, 홀들(608a 및 608b)만이 탐침되는 경우, 획득된 깊이 의존성은 홀들(608a 및 608b)의 x 폭들에 대한 평균을 구성한다).
또한, 음향 펄스(625a), 제2 음향 펄스(625b), 및 산란된 성분(631)의 특정 실시예들인 (제1) 음향 펄스(625a'), 제2 음향 펄스(625b'), 및 산란된 성분(631')이 도 6g에 표시된다. 산란된 성분(631')은 또한, y 축을 따라 편광된다.
도 6a-6g에서, 홀들(608)의 직경(들)은 깊이에 따라 선형으로 감소하는 것으로 도시되며, 통상의 기술자는, 본 개시내용의 방법들 및 시스템들이, 다른 홀 기하형상들, 예컨대, 예를 들어, 원형 홀 기하형상들을 탐침하기 위해 적용될 수 있으며, 여기서 홀 직경의 (깊이의 증가에 따른) 변화는 비-단조적이다(예를 들어, 먼저 증가한 다음 감소한다).
도 7a-7e는 일부 실시예들에 따른, 깊이 프로파일링을 겪는 샘플(700)을 개략적으로 도시한다. 샘플(700)은 베이스 부분(704), 및 베이스 부분(704) 상에 위치된 복수의 핀들(708)을 포함한다. 핀들(708) 각각은 베이스 부분(704)으로부터 돌출되는 세장형 리지형 구조를 형성한다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7a-7e에 도시된 바와 같이, 핀들(708)은 동일한 형상이고 서로 평행하게 배열된다.
샘플(700)은 복합 측방향 구조적 피처를 형성하는 복수의 측방향 구조적 피처를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7a-7e에 도시된 바와 같이, 복합 측방향 구조적 피처는 반복 패턴(즉, x 축의 방향으로 주기적으로 반복됨)을 형성한다. 핀들(708) 각각에 대해, 연관된 측방향 구조적 피처는, 핀이 세장형 치수에 수직인(즉, x 축과 평행한) 측방향으로 횡단될 때 공기로부터 핀으로 그리고 다시 공기로의 변화에 의해 구성된다.
설명을 용이하게 하고 논의를 더 구체적으로 하기 위해, 도 7a-7e에서, 핀들(708)의 폭(w7(z))은 베이스 부분(704)으로부터의 거리에 따라 감소하는 것으로서 도시된다. (그러나, 통상의 기술자는 다른 기하형상들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.) w7(z)는 위에서 본원에 정의된 의미에서 측방향 구조적 피처의 깊이 의존성을 특징짓는 파라미터를 구성한다. 더 많은 정확도가 요구되는 경우, 원칙적으로, 추가적인 파라미터들, 예를 들어, 핀의 우측 벽 및 좌측 벽의 기울기들의 (제조 결함들로 인한) 설계 사양들로부터의 편차들을 특징짓는 파라미터들의 깊이 의존성이 획득되도록 추구될 수 있다. 핀들의 측방향 범위(C7)는 핀들의 최대 폭에 대응할 수 있고, 이는 도 7a-7e에서, 베이스 부분(704)에 인접하여 베이스에서의 핀의 폭에 대응한다. 즉, C7 = maxz[w7(z)]이다.
일부 실시예들에 따르면, 도 7a-7e에 도시된 바와 같이, 복수의 핀들(708)은 깊이 프로파일링된 타겟 영역(710)을 구성한다. 일부 그러한 실시예들에 따르면, 샘플(700)은 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 샘플(700)은 규소, 규소-게르마늄, 또는 다른 적합한 반도체 물질들로 만들어질 수 있다.
도 7b-7e는, 각각, 방법(300)에 따른, 샘플(700)의 깊이 프로파일링에서의 4개의 연속적인 스테이지들을 도시하는, 샘플(700)의 단면도들을 제시한다. 단면은 zx 평면에 평행한 평면을 따라 샘플(700)을 절단한다. 도 7b를 참조하면, 일부 실시예들에 따라, 샘플(700) 상에(핀들(708)이 위치되는 샘플(700)의 측 상에) 투사되는 펌프 펄스(723)가 도시된다.
또한 도 7c를 참조하면, 펌프 펄스(723)는 핀들(708)에서 흡수되도록 구성된다. 더 구체적으로, 펌프 펄스(723)는 (측방향) 흡수 층들(712)에 흡수되도록 구성된다. 흡수 층들(712) 각각은 핀들(708)로부터의 각각의 핀의 최상부 스트립을 구성한다. 예를 들어, 흡수 층들(712)로부터의 흡수 층(712a)은 핀들(708)로부터의 핀(708a)의 최상부 스트립을 구성한다. 흡수 층들(712)의 두께는 핀들 내의 펌프 펄스(723)의 흡수 길이에 의해(또는 주로 그에 의해) 결정될 수 있다. 흡수 길이는 차례로, 적어도 펌프 펄스(723)의 파장(및 편광 각도)에 의존한다. 흡수 층들(712)의 가열은, 도 7c에서 양방향 화살표들(e7)로 표시된 바와 같이, 그의 팽창으로 이어진다.
도 7d를 참조하면, 흡수 층들(712)의 팽창은 각각 음향 펄스들(725)의 형성으로 이어진다. 음향 펄스들(725) 각각은 (핀들(708)로부터) 각각의 핀 내에서 흡수 층으로부터 멀리 베이스 부분(704)을 향해 전파된다. 예를 들어, (음향 펄스들(725)로부터의) 음향 펄스(725a)는 핀(708a) 내에서 음의 z 축의 방향으로 전파된다.
도 7e를 참조하면, 일부 실시예들에 따라, 탐침 펄스(727)가 샘플(700) 상에(핀들(708)이 투사되는 샘플(700)의 측 상에) 투사된 것으로 도시된다. 탐침 펄스(727)는 핀들(708) 내로 침투하고 그 안에서 양의 z 축의 방향으로 전파되도록 구성된다. 즉, 탐침 펄스(727)는 핀들(708)이 - 적어도 교란되지 않을 때 - 탐침 펄스(727)에 대해 투과성이거나 적어도 반투과성이도록 구성된다. 핀들(708) 내의 각각의 하위영역들에서의 음향 펄스들(725)의 국소화된 존재는 이러한 하위영역들을 탐침 펄스(727)에 대해 불투과성이게 한다. 더 정확하게는, 탐침 펄스(727)는 음향 펄스들(725)로부터의 브릴루앙 산란을 겪도록 더 구성된다. 탐침 펄스(727)의 (후방) 산란된 성분(731)은 음의 z 축의 방향으로 음향 펄스들(725)로부터 멀리 전파된다.
펌프 펄스(723) 및 탐침 펄스(727)의 위에서 설명된 구성들에 대해, 핀들(708)이 동시에 탐침된다는 점을 주목한다. 따라서, 펌프 펄스(723) 및 탐침 펄스(727)의 위에서 설명된 구성들을 사용하여, 타겟 영역(710)이 방법(300)에 따른 깊이 프로파일링을 겪게 할 때, 획득된 복수의 측정된 신호는 (위에서 도 6a-6g의 설명에서 설명된 의미에서) 타겟 영역(710)에 포함된 측방향 구조적 피처들의 깊이 의존성을 집합적으로 특징짓는다. 샘플(700)을 참조하면, 그러한 복수의 측정된 신호들로부터, 핀들(708)의 폭들의 적어도 평균 깊이 의존성이 추출될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 펌프 펄스(723) 및/또는 탐침 펄스(727)는 핀들(708)의 세장형 치수를 따라(즉, y 축을 따라) (선형으로) 편광될 수 있고, 그에 의해 측정 효율을 증가시킨다. 펌프 펄스(723)에 대한 편광의 상기 선택은 흡수 층들(710)에서의 그들의 흡수를 증가시키고 핀들(708)의 측벽들(716)(도 7a에서 또한 번호가 매겨짐)에서의 그들의 흡수를 최소화한다. 또한, 아래의 모의들의 결과들 하위섹션에서 보여진 바와 같이, 탐침 펄스(727)에 대한 편광의 상기 선택은 핀들(708) 내로의 탐침 펄스(727)의 침투를 최대화한다. 대조적으로, 탐침 펄스(727)가 핀들(708)의 세장형 치수들에 수직으로(즉, x 축을 따라) 편광되는 경우, 핀들(708)은 그에 대해 실질적으로 투과성이다. 즉, 후자의 경우, 실질적으로 모든 방사선이 그들 사이의 공간들에서 핀들(708) 외부에 집중된다.
펌프 펄스(723)의 편광 방향이 도 7a 및 7b에서 편광 화살표들(Qy)로 표시된다. 탐침 펄스(727)의 편광 방향이 도 7e에서, 산란된 성분(731)의 편광 방향이기도 한 편광 화살표들(Qy')로 표시된다.
모의들의 결과들
도 8은 일부 실시예들에 따른, V-NAND 스택에 대한 방법(300)의 구현의 컴퓨터 모의를 통해 획득된 추출된 신호를 도시한다. V-NAND 스택은 샘플(600)의 홀들(608)(도 6a-6h에 도시됨)의 홀 프로파일과 유사한 홀 프로파일을 특징으로 한다. 더 구체적으로, 샘플 내에서 상이한 깊이들의 음향 펄스들로부터의 일련의 탐침 펄스들의 산란에서 각각 획득된 (정규화된) 추출된 신호(E)가 플로팅된다. E = ΔI/I이고, 여기서 I는 측정된 신호의 강도를 나타내고, ΔI는 측정된 신호의 기준선으로부터의 (브릴루앙 산란에 기인한) 편차를 나타낸다. 음향 펄스들은 도 6a-6h의 설명에서 위에서 설명된 바와 같이, 동일하게 준비된 펌프 펄스들에 의해 생성된다. 수평 축은 음향 펄스의 생성으로부터의 시간(t)을 측정하고, 그에 의해 t가 클수록 산란 깊이는 작아진다. 최대 산란 깊이는 t = 0에 대응한다(이 때 음향 펄스는, 예를 들어, 흡수 층(618)으로부터 구조(602) 내로 침투한다). 시간 스케일의 끝은, 탐침 펄스가 입사하는 샘플의 외부 표면(예를 들어, 최상부 외부 표면(610)) 상에 음향 펄스가 도달하는 시간을 표현한다. t에 따라 감소하는, 즉, 깊이에 따라 증가하는 진동들의 진폭으로 복수의 브릴루앙 진동들이 관측된다.
짧은 시간 간격들에 걸친 단시간 푸리에 변환 또는 사인 피팅과 같은 주파수 추정 기술들을 사용하면, 추출된 신호로부터 브릴루앙 주파수의 시간 의존성이 획득될 수 있다. 이는, 차례로, 국소 브릴루앙 주파수, 즉, 깊이(s)의 함수로서의 브릴루앙 주파수를 획득하는 것을 허용한다. 사운드의 속도가 타겟 영역에 걸쳐 일정할 때, 시간(t)과 깊이(s) 사이의 관계는 선형이라는 점을 주목한다.
도 9a-9e는 일부 실시예들에 따른, 방법(300)을 사용한, 5개의 샘플들의 깊이 프로파일링의 컴퓨터 모의들의 결과들을 각각 제시한다. 5개의 샘플들이, 각각, 도 10a-10e에 도시된다. 5개의 샘플들 각각은 동일한 수직 연장 홀들의 어레이를 포함한다. 샘플들은 홀들의 프로파일(즉, 형상)이 서로 상이하다. 모델링된 5개의 샘플들 각각은 (상이한 홀 프로파일에까지) 샘플(600)과 유사하고, 이로써, V-NAND 스택의 가능한 설계에, 또는 그러한 설계에 대한 - 제조 결함들로 인한 - 특정 가능한 왜곡들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 10a의 홀 프로파일은 V-NAND 스택의 가능한 특정 설계를 나타낼 수 있는 한편, 도 10e는 그의 가능한 특정 왜곡을 나타낼 수 있다. 또는, 예를 들어, 도 10b의 홀 프로파일은 V-NAND 스택의 가능한 특정 설계를 나타낼 수 있는 한편, 도 10d는 그의 가능한 특정 왜곡을 나타낼 수 있다. 수직 축은, 홀의 최상부로부터 측정된 바와 같은 깊이(s)를 파라미터화한다. 수평 축(x)은 홀의 폭을 파라미터화한다. 홀의 절반만이 도 9a-9e 각각에 도시되고, (도 10a-10e에 도시된 바와 같이) 홀이 수직 축에 대해 회전 대칭을 나타낸다는 암시적인 이해를 갖는다.
도 10a를 참조하면, 샘플(1000a)의 단면도가 도시된다. 샘플(1000a) 내의 홀들(1008a)의 직경은 일정하다(즉, 깊이에 따라 변화하지 않는다). 도 10b를 참조하면, 샘플(1000b)의 단면도가 도시된다. 샘플(1000b) 내의 홀들(1008b)의 직경은 일정한 비율로 깊이에 따라 감소한다. 도 10c를 참조하면, 샘플(1000c)의 단면도가 도시된다. 샘플(1000c) 내의 홀들(1008c)의 직경은 깊이에 따라, 임계 깊이(지시되지 않음)보다 작은 깊이들에 대해서는 제1 비율로 그리고 제1 깊이보다 큰 깊이들에 대해서는 제2 비율로 감소한다. 제1 비율은 제2 비율보다 크다. 도 10d를 참조하면, 샘플(1000d)의 단면도가 도시된다. 샘플(1000d) 내의 홀들(1008d)의 직경은 깊이에 따라, 임계 깊이(표시되지 않음)보다 작은 깊이들에 대해서는 제1 비율로 그리고 제1 깊이보다 큰 깊이들에 대해서는 제2 비율로 감소한다. 제1 비율은 제2 비율보다 작다. 도 10e를 참조하면, 샘플(1000e)의 단면도가 도시된다. 샘플(1000e) 내의 홀들(1008e)의 직경은 제1 임계 깊이(표시되지 않음)보다 작은 깊이들에 대해 제1 비율로 증가하고, 제1 임계 깊이보다 크고 제2 임계 깊이보다 작은 깊이들에 대해 제2 비율로 감소하고, 제2 임계 깊이보다 큰 깊이들에 대해 제3 비율로 감소한다. 제2 비율은 제3 비율보다 작다.
도 9a-9e 각각에서, (진정한) 홀 프로파일은 이중 선 곡선으로 도시된 한편, (모의된) 측정된 신호들로부터 도출된 바와 같은 추정된 홀 프로파일은 점선 곡선으로 도시된다. 추정된 홀 프로파일은 (어레이 내의 모든 홀들에 걸쳐 취해진) 평균 홀 프로파일의 추정치에 대응한다. 그러나, 모의에서 홀들이 모두 동일한 것으로 간주되었기 때문에, 단일 홀보다는 어레이의 모든 홀들을 동시에 조사함으로써 경계(즉, 에지) 효과들이 감소되고 더 양호한 추정치가 획득된다는 점을 제외하고는, 이러한 구별은 무관하다.
모의들은, 샘플들 각각 내에서의 사운드의 속도가 깊이(s)와 실제로 독립적이고, 또한, 홀 프로파일과 실제로 독립적임을 나타낸다. 즉, 모의들은, 사운드의 속도가 본질적으로 샘플들의 물질 조성에만 의존한다는 것을 나타낸다(이는 모든 샘플들에 대해 동일하다). 국소 브릴루앙 주파수(fB(s))는 neff(s)에 의해 실제로 완전히 결정된다.
국소 브릴루앙 주파수는 대략 선형 방식으로 홀 직경에 상관되는 것으로 도시될 수 있다. 즉,
Figure pct00013
이고, 여기서 인덱스 i = 1, 2, ..., 5는 샘플을 라벨링하고, di(s)는 깊이(s)에서의 (샘플 i의) 홀 직경이고, ai 및 bi(양)는 상수들이다. 더 구체적으로, 각각의 진정한 홀 프로파일들에 대해 fB (i)(s)를 피팅하기 위해 선형 피팅 알고리즘이 채용되었다. 방법(300)의 실생활(즉, 비-모의) 구현에서, 획득된 국소 브릴루앙 주파수는 예상된 홀 프로파일 주위에 선형으로 피팅될 수 있다.
도 11a-11c는 일부 실시예들에 따른, 방법(300)을 사용한, 3개의 샘플들의 깊이 프로파일링의 컴퓨터 모의들의 결과들을 각각 제시한다. 도 11a, 11b 및 11c의 샘플들은, 각각, 도 9a, 9b 및 9d의 샘플들에 대응한다. 그들 사이의 추정된 프로파일들에서의 명확히 두드러진 차이들은, 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 상이한 데이터 분석 및 피팅 방식들의 사용에 기인한다.
더 구체적으로, 도 11a-11c의 추정된 프로파일들을 획득하기 위해, 추출된 신호들 각각이 평활화되어 그에 대한 열-광학 기여가 식별되었다. 다음으로, 열-광학 기여가 각각의 (평활화되지 않은) 추출된 신호로부터 감산되었고, 깊이(s)에 대한 브릴루앙 주파수의 각각의 의존성이 획득되었다. 다음으로, 결과적인 국소 브릴루앙 주파수들은 3차 다항식 피팅 알고리즘을 사용하여 각각의 진정한 홀 프로파일들에 대하여 피팅되었다. 방법(300)의 실생활 구현에서, 획득된 국소 브릴루앙 주파수는 예상 홀 프로파일에 관해 피팅될 수 있다.
도 9a-9e 및 도 11a-11c의 홀 프로파일들을 획득하기 위해 채용된 상이한 데이터 분석 및 피팅 방식들은, 각각, 대략 유사한 품질을 갖지만 그럼에도 불구하고 현저하게 상이한 결과들을 산출한다. 도 9a-9e의 추정된 홀 프로파일들은 "잡음성"인 반면, 도 11a-11c의 추정된 홀 프로파일들은 평활하지만, 대조적으로, 확장된 깊이 범위들에 걸친 직경의 과대추정 또는 과소추정의 관점에서 "전신적" 오류들을 나타낸다. 이는 더 양호한 추정치들이 획득가능할 수 있음을 시사한다. 특히, 기계 학습 툴들 또는 심층 학습 툴들의 사용은 더 양호한 추정치들을 산출할 것으로 예상된다.
도 12a 및 12b를 참조하면, 도 12a는, 모의된 V-NAND 스택(1200) 내로의 모의된 x 편광된 탐침 펄스의 침투를 도시한다. 더 구체적으로, 홀들(1208)을 포함하는 V-NAND 스택(1200)의 측방향 단면도가 도시된다. V-NAND 스택(1200)은 샘플(600)의 특정 실시예이다. 또한, 어둠으로부터 빛까지의 범위의 강도 스케일(I)(임의 단위)이 도시된다. 스케일의 하단부는 최소 강도에 대응하고, 스케일의 상단부는 홀들 내부에 정합되는 최대 강도에 대응한다. V-NAND 스택(1200)의 벌크 내에서, 탐침 펄스의 강도 분포는 홀들(1208)의 (y 축에 평행하게 연장되는) 열들을 따라 최대인 것으로 보인다. 즉, x 편광된 탐침 펄스는 열들을 따른 홀들의 인접한 쌍들 사이의 V-NAND 스택의 벌크 내로 침투하고, 홀들(1208)의 행들(x-축에 평행하게 연장됨)을 따른 홀들의 인접한 쌍들 사이에는 실질적으로 침투하지 않는다. 도 12b는 모의된 y 편광된 탐침 펄스의 V-NAND 스택(1208) 내로의 침투를 도시한다. V-NAND 스택(1200)의 벌크 내에서, 탐침 펄스의 강도 분포는 행들을 따라 최대인 것으로 보인다. 즉, y 편광된 탐침 펄스는 행들을 따라 인접한 쌍들의 홀들 사이의 V-NAND 스택의 벌크 내로 침투하고, 열들을 따라 인접한 쌍들의 홀들 사이에 실질적으로 침투하지 않는다.
도 13은 일부 실시예들에 따른, FinFET에 대한 방법(300)의 구현의 컴퓨터 모의를 통해 획득된 추출된 신호를 도시한다. FinFET은 샘플(700)의 핀들(708)(도 7a-7e에 도시됨)의 것과 유사한 핀 프로파일을 특징으로 한다. 더 구체적으로, 핀들 내에서, 각각, 상이한 깊이들의 음향 펄스들로부터의 일련의 탐침 펄스들의 산란에서 획득된 (정규화된) 추출된 신호(E)가 플로팅된다. (E = ΔI/I이고, 위에서 도 8의 설명에서 설명된 바와 같다.) 음향 펄스들은 도 7a-7e의 설명에서 위에서 설명된 바와 같이, 동일하게 준비된 펌프 펄스들에 의해 생성된다. 수평 축은 음향 펄스의 생성으로부터의 시간(t), 또는 같은 의미로, 산란 시간을 측정한다. 특히, t가 클수록 산란 깊이는 커진다. 시간 t = 0에서, 음향 펄스들은 흡수 층들, 즉 핀들의 최상부 층들(예를 들어, 흡수 층들(712))로부터 핀들 내로 전파되기 시작한다. 최대 산란 깊이는 t = tbase에 대응한다(이 때, 음향 펄스들은 FinFET의 베이스 부분, 예를 들어, 베이스 부분(705)에 도달한다). 단일 브릴루앙 진동이 관측된다.
도 14a-14e는 일부 실시예들에 따른, 방법(300)을 사용한, 5개의 샘플들의 깊이 프로파일링의 컴퓨터 모의들의 결과들을 각각 제시한다. 5개의 샘플 각각은 베이스 부분(예를 들어, 베이스 부분(704)) 상에 배치된 복수의 평행하고 동일한 핀들(예를 들어, 핀들(708))을 포함한다. 샘플들은 핀들의 측방향 단면 프로파일들이 서로 상이하다. 모델링된 5개의 샘플들 각각은 샘플(700)과 유사하고, 이로써, 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)의 가능한 설계에, 또는 그러한 설계에 대한 - 제조 결함들로 인한 - 특정 가능한 왜곡들에 대응할 수 있다. 수직 축은, 핀의 최상부로부터 측정된 바와 같은 깊이(s)를 파라미터화한다. (핀들의 최상부 층들은 도 7a-7e의 설명에서 위에서 설명된 바와 같이, 흡수 층들을 구성한다.) 수평 축(x)은 핀의 폭을 파라미터화한다. 핀의 절반만이 도 14a-14e 각각에 도시되고, ys 평면(페이지 외부의 y 축 지점들)에 대해 핀이 거울 대칭을 나타낸다는 암시적인 이해를 갖는다. 더 구체적으로, ys 평면은 각각의 핀을 2개의 동일한 길이방향 부분들로 이등분한다.
도면들 각각에서, (진정한) 핀 프로파일은 이중 선 곡선으로 도시되는 한편, (모의된) 측정된 신호들로부터 도출된 바와 같은 추정된 핀 프로파일은 점선 곡선으로 도시된다. 추정된 핀 프로파일은 평균 핀 프로파일의 추정에 대응한다. 그러나, 모의에서 핀들이 모두 동일한 것으로 간주되었기 때문에, 단일 핀보다는 어레이의 모든 핀들을 동시에 탐침함으로써 경계 효과들이 감소되고 더 양호한 추정이 획득된다는 점을 제외하고는, 이러한 차이는 무관하다.
추출된 신호들에 기초하여 평균 핀 프로파일을 추정하기 위해 선형 회귀 알고리즘이 채용되었다. 더 구체적으로, 산란 시간을 (산란이 발생하는 깊이(s)에서의) 핀의 폭과 관련시키기 위해 시간적 선형 회귀 알고리즘이 사용되었다. 산란 시간(t)은 s = vsound·t를 통해 산란 깊이(s)와 직접 관련되고, 그에 의해 산란 깊이(s)에 대한 핀들의 (평균) 폭의 (추정된) 의존성을 획득하는 것을 허용한다.
모의들 각각에서, 펌프 펄스 및 탐침 펄스 둘 다는 핀들의 길이방향 치수를 따라, 즉, y 축에 평행하게 선형 편광되었다. 도 7e의 설명에서 설명된 바와 같이, 펌프 펄스 편광의 이러한 선택은 핀들의 측벽들 내로의 펌프 펄스들의 침투를 최소화하고, 그에 의해 핀들 각각 내에서 균일한 음향 펄스를 생성하는 것을 돕는다. 또한, 탐침 펄스 편광의 이러한 선택은, 도 15a 및 도 15b에서 볼 수 있는 바와 같이, 탐침 펄스들과 음향 펄스들의 상호작용을 최대화한다.
도 15a는 복수의 평행 핀들(1508) 내로의 y 편광된 탐침 펄스의 침투를 도시한다. 핀들(1508)은 베이스 부분(1504)으로부터 돌출된다. 핀들(1508)은 핀들(708)의 특정 실시예들이다. 베이스 부분(1504)은 베이스 부분(704)의 특정 실시예이다. 수직 축(s)은 핀의 최상부로부터 측정된 바와 같은 깊이를 파라미터화한다. 수평 축(x)은 핀들(1508)의 세장형 치수에 수직으로 연장된다. 더 정확하게는, 도 15a는 그레이스케일의 탐침 펄스의 강도 분포가 그 위에 중첩된 핀들(1508) 및 베이스 부분(1504)의 단면도를 도시한다. 또한, 강도를 정량화하는, 어두운 것으로부터 밝은 것까지의 범위의 강도 스케일(I)(임의의 단위)이 도시된다. 스케일의 하단부는 최소 강도에 대응하고 스케일의 상단부는 최대 강도에 대응한다. 탐침 펄스는 핀들(1508) 내로 침투하는 것으로 명확히 보여진다.
대조적으로, 도 15b는 x 편광된 탐침 펄스가 핀들 내로 침투하는 것이 비교적 결여된 것을 도시하며: 탐침 펄스는 본질적으로 핀들 내로 침투하지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 측방향 구조적 피처 또는 복합 측방향 구조적 피처와 관련하여, "측방향 연장부" 및 "최대 측방향 연장부"라는 용어들은 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, "깊이 프로파일링" 및 "3D 탐침"이라는 용어들은 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
명료성을 위해, 개별 실시예들의 맥락에서 설명된 본 개시내용의 특정한 피처들이 또한, 조합되어 단일 실시예에 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 개시내용의 다양한 특징들이 또한, 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 또는 본 개시내용의 임의의 다른 설명된 실시예에 적합한 것으로서 제공될 수 있다. 이와 같이 명시적으로 특정되지 않는 한, 실시예의 맥락에서 설명된 어떠한 피처도 그 실시예의 본질적인 피처로 간주되어서는 안 된다.
일부 실시예들에 따른, 개시된 방법들의 동작들이 특정 순서로 설명될 수 있지만, 본 개시내용의 방법들은 상이한 순서로 수행되는 설명된 동작들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 방법은 설명된 동작들 중 일부 또는 설명된 동작들 전부를 포함할 수 있다. 개시된 방법의 어떠한 특정 동작도, 그와 같이 명시적으로 특정되지 않는 한, 그 방법의 필수적인 동작으로 간주되어서는 안 된다.
본 개시내용이 그의 특정 실시예들과 함께 설명되지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 다수의 대안들, 수정들 및 변형들이 존재할 수 있다는 것이 명백하다. 이에 따라, 본 개시내용은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 모든 그러한 대안들, 수정들 및 변형들을 포함한다. 본 개시내용은 본원에 제시된 구성요소들 및/또는 방법들의 구성 및 배열의 세부사항들에 대해 그 응용이 반드시 제한되지는 않는다는 점을 이해해야 한다. 다른 실시예들이 실시될 수 있고, 실시예는 다양한 방식들로 수행될 수 있다.
본원에서 채용되는 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며, 제한으로서 간주되어서는 안 된다. 본 출원에서의 임의의 참조 문헌의 인용 또는 식별은, 그러한 참조 문헌이 본 개시내용에 대한 종래 기술로서 이용가능하다는 인정으로서 해석되어서는 안 된다. 섹션 표제들은 본 명세서의 이해를 용이하게 하기 위해 본원에 사용되며, 반드시 제한으로서 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 방법으로서,
    측방향 구조적 피처를 포함하는, 타겟 영역을 포함하는 샘플을 제공하는 단계;
    예컨대, 상기 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해, 상기 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계 - 상기 펌프 펄스의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 상기 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 큼 -;
    탐침 펄스가 상기 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란(Brillouin scattering)을 겪도록 상기 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계; 및
    측정된 신호를 획득하기 위해 상기 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하는 단계;
    의 하위 동작들을 복수 회 구현함으로써 복수의 측정된 신호들을 획득하는 단계 - 각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 상기 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 상기 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 상기 음향 펄스로부터 산란됨 -; 및
    상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 상기 복수의 측정된 신호들을 분석하는 단계
    의 동작들을 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 영역 내의 상기 음향 펄스들의 전파의 방향은 상기 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 상기 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하고, 상기 탐침 펄스들은 상기 타겟 영역에서의 그의 흡수 길이가 상기 길이방향 치수를 따른 상기 타겟 영역의 범위보다 크도록 구성되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측방향 구조적 피처는 적어도 하나의 측방향을 따른 상기 타겟 영역에서의 굴절률의 변화 및/또는 사운드의 속도의 변화로서 나타나는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 굴절률의 변화, 및/또는 상기 사운드의 속도의 변화는, 상기 적어도 하나의 측방향을 따른 상기 타겟 영역의, 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 및 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열의, 설계로 인한 하나 이상의 변화에 기인하고;
    상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터는, 상기 기하형상, 물질 조성, 매질, 질량 밀도, 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 밀도, 및/또는 매립된 요소들 및/또는 보이드들의 공간적 배열을 특징짓는 하나 이상의 파라미터를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 측정된 신호들의 분석에서, 상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터의 미리 결정된 예상되는 깊이 의존성이 고려되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 측정된 신호들의 분석에서, 기계 학습 기법들 및/또는 심층 학습 기법들을 사용하여 선택적으로 도출된 데이터 피팅 툴들이 상기 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하는 데 사용되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 측정된 신호들의 분석은 상기 탐침 펄스의 산란된 성분들을 특징짓는 브릴루앙 진동들의, 주파수의 시간 의존성 및/또는 진폭의 시간 의존성을 획득하는 것, 및 그에 기초하여, 상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 측정된 신호들의 분석은 상기 복수의 측정된 신호들에 대한 열-광학 기여를 제거하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 펄스들의 주파수 및/또는 상기 탐침 펄스들의 주파수는 예컨대, 상기 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도를 최대화하거나 또는 실질적으로 최대화하기 위한 것이고/거나;
    상기 펌프 펄스들 및/또는 상기 탐침 펄스들은 예컨대, 상기 탐침 펄스들의 산란된 성분들의 강도들을 최대화하거나 또는 실질적으로 최대화하도록 편광되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 펄스들 각각은 상기 샘플의 측방향 흡수 층(들)에 기계적 변형을 유도하고, 그에 의해 각각의 음향 펄스를 생성하도록 구성되고, 상기 흡수 층(들)은 상기 샘플 내의 깊이를 파라미터화하는, 상기 타겟 영역의 길이방향 치수에 수직인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흡수 층(들)은 규소 기재(silicon-based)이고, 상기 펌프 펄스들 및 상기 탐침 펄스들 중 각각의 펄스의 지속기간은 약 10 psec보다 짧고, 상기 음향 펄스들의 폭은 약 300 nm보다 작은, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 상기 흡수 층(들)을 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 흡수 층은 상기 펌프 펄스들 및/또는 상기 탐침 펄스들이 투사되는 상기 샘플의 측방향 외부 표면에 인접하여 위치되고, 그에 의해 상기 음향 펄스들 각각은 상기 샘플의 측방향 외부 표면으로부터 멀리 전파되거나;
    상기 흡수 층은 상기 샘플 내에 위치되고, 그에 의해 상기 음향 펄스들 각각은 상기 펌프 펄스들 및/또는 상기 탐침 펄스들이 투사되는 측방향 외부 표면을 향하여 상기 흡수 층으로부터 멀리 전파되는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 복수의 상기 측방향 구조적 피처를 포함하고, 상기 복수의 측방향 구조적 피처는 복합 측방향 구조적 피처를 한정하고, 상기 펌프 펄스의 파장 및 상기 탐침 펄스의 파장은 상기 복합 측방향 구조적 피처를 동시에 탐침하는 것을 허용하도록 구성되고, 상기 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작에서, 상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터의 획득된 깊이 의존성은 상기 복수의 복합 측방향 구조적 피처에 대한 평균 깊이 의존성인, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 샘플은 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)이고, 상기 타겟 영역은 예컨대, 상기 복합 측방향 구조적 피처를 형성하기 위해 서로 평행하게 배치된 복수의 핀들을 포함하고, 상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 핀들의 평균 폭에 대응하는 파라미터를 포함하고, 선택적으로, 상기 펌프 펄스들 및 상기 탐침 펄스들은 상기 핀들의 세장형 치수에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 선형 편광되는, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 샘플은 수직 NAND 스택이고, 상기 타겟 영역은 상기 타겟 영역의 길이방향 치수에 평행하게 상기 타겟 영역 내로 돌출되는 복수의 홀들을 포함하고, 상기 복수의 홀들은 상기 수직 NAND 스택 내의 깊이를 파라미터화하고, 상기 홀들은 예컨대, 상기 복합 측방향 구조적 피처를 형성하도록 배치되고, 상기 복합 측방향 구조적 피처를 특징짓는 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 홀들의 평균 직경 또는 평균 면적에 대응하는 파라미터를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탐침 펄스는 2차원 직사각형 어레이의 행들에 의해 정의되는 제1 방향, 또는 상기 2차원 직사각형 어레이의 열들에 의해 정의되는 제2 방향에 평행한 측방향을 따라 선형 편광되고, 그에 의해 각각 상기 제2 방향 또는 상기 제1 방향을 따른 측정 감도를 증가시키는, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 탐침 펄스는 제1 탐침 파장 및/또는 제1 탐침 편광을 특징으로 하고/거나, 상기 펌프 펄스는 제1 펌프 파장 및/또는 제1 펌프 편광을 특징으로 하고;
    상기 방법은, 상기 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작 전에, (i) 제2 탐침 파장 및/또는 제2 편광을 특징으로 하는 제2 탐침 펄스, 및/또는 (ii) 제2 펌프 파장 및/또는 제2 펌프 편광을 특징으로 하는 제2 펌프 펄스에 대하여, 복수의 측정된 신호를 획득하는 동작을 반복하고, 그에 의해 제2 복수의 측정된 신호를 획득하는 단계를 더 포함하고;
    상기 복수의 측정된 신호들을 분석하는 동작에서, 상기 복수의 측정된 신호들은 적어도 상기 제2 복수의 측정된 신호들과 함께 분석되는, 방법.
  19. 샘플들의 깊이 프로파일링을 위한 컴퓨터화된 시스템으로서,
    상기 시스템은 광학 셋업 및 측정 데이터 분석 모듈
    을 포함하고, 상기 광학 셋업은 반복적으로:
    예컨대, 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해, 상기 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계 - 상기 펌프 펄스의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 상기 타겟 영역의 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 큼 -;
    탐침 펄스가 상기 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 상기 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계; 및
    상기 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하고, 그에 의해 복수의 측정된 신호들로부터 각각의 측정된 신호를 획득하는 단계;
    에 의해 샘플의 타겟 영역으로부터 복수의 측정된 신호들을 획득하도록 구성되고,
    각각의 반복에서, 상기 탐침 펄스는 상기 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 음향 펄스로부터 산란되고;
    상기 측정 데이터 분석 모듈은 상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해, 상기 복수의 측정된 신호들, 또는 상기 복수의 측정된 신호들로부터 도출된 복수의 신호들을 분석하도록 구성되는, 컴퓨터화된 시스템.
  20. 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    상기 명령어들은 샘플 분석 시스템으로 하여금:
    예컨대, 샘플의 타겟 영역 내에서 전파되는 음향 펄스를 생성하기 위해, 상기 샘플 상에 광학 펌프 펄스를 투사하는 단계 - 상기 펌프 펄스의 파장은 적어도 하나의 측방향을 따른 측방향 구조적 피처의 측방향 범위보다 적어도 약 2배 더 큼 -;
    탐침 펄스가 상기 타겟 영역 내의 음향 펄스로부터 브릴루앙 산란을 겪도록 상기 샘플 상에 광학 탐침 펄스를 투사하는 단계; 및
    측정된 신호를 획득하기 위해 상기 탐침 펄스의 산란된 성분을 검출하는 단계;
    의 하위 동작들을 복수 회 구현함으로써 상기 측방향 구조적 피처를 포함하는, 타겟 영역을 포함하는 샘플의 복수의 측정된 신호들을 획득하게 하고 - 각각의 구현에서, 각각의 탐침 펄스는 상기 타겟 영역이 복수의 깊이들에서 탐침되도록 상기 타겟 영역 내의 각각의 깊이에서 상기 음향 펄스로부터 산란됨 -;
    상기 측방향 구조적 피처를 특징짓는 적어도 하나의 파라미터의 깊이 의존성을 획득하기 위해 상기 복수의 측정된 신호들을 분석하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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