TWI782942B - 用以執行次表面成像之方法與系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種執行一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之次表面成像之方法，該方法包含以下步驟：施加，利用一信號施加致動器，一聲波輸入信號至該基材，檢測，利用一振動感測器，來自該基材之一回答信號以及分析該回答信號以獲得該等嵌入式結構上之資訊，俾使其能夠成像其中施加該聲波輸入信號之該步驟包含施加一聲波信號成分之一非連續性信號至該基材，該聲波信號成分具有高於1千兆赫之一頻率，因此該回答信號包含由該等嵌入式結構散射之該非連續性信號之一散射部分。本發明進一步係有關於一系統。

Description

用以執行次表面成像之方法與系統
發明領域 本發明係有關於一種執行一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之次表面成像之方法，該方法包含以下步驟：施加，利用一信號施加致動器，一聲波輸入信號至該基材；檢測，利用一振動感測器，來自該基材之一回答信號；以及分析該回答信號以獲得該等嵌入式結構上之資訊，俾使其能夠成像。
本發明進一步係有關於一種系統用以執行一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之次表面成像，該系統包含一信號施加致動器用以施加一聲波輸入信號至該基材；一振動感測器用以檢測來自該基材之一回答信號；以及一分析器用以分析該回答信號，以獲得該等嵌入式結構上之資訊俾使其能夠成像。
發明背景 半導體產業中之開發典型地係由摩爾定律來管理而該摩爾定律係預測一密集積體電路中之電晶體數量每二年增加一倍。將理解的是，每當遭遇且需要克服物理定律所構成之技術界限以符合甚至越來越小之積體電路的產業需求時，此會造成顯著之技術性挑戰。
目前興起之一種新穎結構型態係三維NAND或3D NAND型記憶體結構。術語NAND，於此文本中，並非一縮寫或首字母縮略詞，而係指邏輯操作之NAND或，換言之，NOT(AND(..,..))。 3D NAND裝置係由具有若干微米之一整體厚度之數百個堆疊裝置層材組成。為了在此類裝置之製造期間及之後能夠監控及檢查校準、重疊及/或產品量測，將應用一種次表面成像技術而該次表面成像技術容許視覺化深埋於該裝置之表面下(若干微米)之奈米結構。
已提出聲波式原子力顯微術作為一種適合之技術以執行半導體結構上之次表面成像。此類方法典型地係將一超音波信號施加至一樣本上或有時施加至探針上，同時以接觸模式掃描該樣本(超音波原子力顯微術(UAFM))。由於該施加之超音波信號之結果，該探針與該表面間之一相互作用包含相依於該樣本之彈性特性之一成分。基於一樣本下之埋入式結構改變了該探針之針尖與該表面間之局部接觸彈性之事實，超音波信號之施加及探針偏移之適當分析(亦即，經由輸出信號)容許視覺化次表面結構。特定地，藉由超音波AFM之次表面結構之檢測係以一懸臂之諧振頻率之偏移為依據而該諧振頻率偏移係基於接觸抗撓性變化。此種諧振偏移係藉由在一單一頻率下測量振幅或相位之變化來檢測。
上述用於次表面成像之超音波原子力顯微術方法之一缺點係雖然該等方法在表面下淺層深度(深達約0.2微米((μm))處可良好地工作，然而該等方法無法容許在更深深度處之結構的檢測。因此，此無法容許較大半導體裝置，諸如上述3D NAND裝置，中之深埋式特徵之視覺化。
發明概要 本發明之一目的係提供一種用以在一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之成像之次表面成像方法，該方法係適合於高達數微米深度之深層次表面層材之視覺化。
為達此目的，依據一第一態樣，此處係提供一種執行一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之次表面成像之方法，該方法包含以下步驟：施加，利用一信號施加致動器，一聲波輸入信號至該基材；檢測，利用一振動感測器，來自該基材之一回答信號；以及分析該回答信號以獲得該等嵌入式結構上之資訊，俾使其能夠成像；其中施加該聲波輸入信號之該步驟包含施加一聲波信號成分之一非連續性信號至該基材，該聲波信號成分具有高於1千兆赫(gigahertz)之一頻率，因此該回答信號包含由該等嵌入式結構散射之該非連續性信號之一散射部分(fraction)。在上文頻率下，本發明之次表面成像方法主要係依據該表面下之結構處之該非連續性聲波信號之散射。取代稍早說明之彈性相互作用，該施加信號之散射容許基材中之大幅深度處之結構之視覺化。相較於稍早說明之傳統超音波AFM (UAFM)，該傳統UAFM方法僅僅經由彈性形變(亦即，彈性應力場)來研究樣本中之次表面結構，而本發明之方法則係傳送一聲波信號至該樣本內並研究其回波(回答信號包含散射部分)。已發現本方法特別適合於研究多層半導體裝置中之次表面結構，特別是較厚之半導體裝置。本發明係以具有高於1 GHz之一頻率之聲波信號成分來作說明。然而可觀察到，利用散射作為檢測之機制，樣本材料中之信號之波長係決定了仍可檢測之最小尺寸。因此，聲波信號成分之頻率範圍亦可為，依應用而定，高於1.5 GHz、高於2.0 GHz、高於2.5 GHz、高於3 GHz、高於10 GHz或高於50 GHz之任何頻率範圍。
因此，雖然本方法可有利地利用一特定化AFM系統來施加，然而聲波輸入信號之施加及回答信號之接收不必然需要利用一AFM信號來執行。本發明，即將變得顯而易知者，預見本方法可以各種不同方式來施加。某些建置係利用一AFM系統，以及某些建置則應用樣本之光學刺激及/或回答信號之光學感測。其他建置係依據AFM型方法及光學方法之組合。
優選地，依據某些實施例，所施加之非連續性信號係一脈波信號。所施加之脈波信號或脈波列必需足夠短促以確保樣本中之該非連續性信號之前向及後向傳播不會混合。一連續性波激發事實上將導致一強烈不均勻之樣本表面位移，使得，相較於脈波化激發之情況而言，影像之解釋顯著地更為複雜。基本上，具有較行經該樣本之聲波行進時間更長之一期間之脈波信號係要避免的。一非連續性且短促之脈波，相較於連續性波激發而言，防止了轉換器過熱以及後續在較高操作電壓下之熱損壞。當期間變得過長時，此將會以深度解析之代價進行，導致不良之檢測。因此空間脈波長度可相依於材料(因為不同材料之聲波速度係不同的)，以及對較軟材料而言可較為短促，而對較硬材料而言可較為冗長。於某些實施例中，非連續性信號具有較所期望之檢測深度之聲波行進時間為短之一信號時間期間。例如，對於主要由具有一5000米/秒之聲波速度之一材料所製得之一樣本中之一300微米深度而言，脈波期間優選地不超過(300*10-6 )/5000 = 6*10-8 秒(60 奈秒)。進一步注意的是，假設不僅將檢測一次表面特徵之存在，亦期望測量該次表面特徵之厚度時，則脈波期間必需較行經該次表面特徵之預期行進時間為小。
依據一第二態樣，係提供一種系統用以執行一基材表面下之一基材中之嵌入式結構之次表面成像，該系統包含一信號施加致動器用以施加一聲波輸入信號至該基材；一振動感測器用以檢測來自該基材之一回答信號；以及一分析器用以分析該回答信號，以獲得該等嵌入式結構上之資訊俾使其能夠成像，其中該信號施加致動器係組配用以提供一聲波信號成分之一非連續性信號，其中該聲波信號成分具有高於1千兆赫之一頻率，以及用以施加該非連續性信號至該基材。如上文所提及者，本發明係以具有高於1 GHz之一頻率之聲波信號成分加以說明。然而可觀察到，利用散射作為檢測之機制，樣本材料中之信號波長係決定仍可檢測之最小尺寸。因此，聲波信號成分之頻率範圍亦可為，依應用而定，高於1.5 GHz、高於2.0 GHz、高於2.5 GHz、高於3 GHz、高於10 GHz或高於50 GHz之任何頻率範圍。
詳細說明 圖1示意地說明依據本發明之一實施例之一測量系統20。系統20可應用於執行依據本發明之一種方法，例如，依據圖3中所說明之實施例之方法等。於系統20中，一探針28係附接至一掃瞄頭22。掃描頭22能夠使探針28相對於一樣本26之表面25進行掃描。探針28係由一懸臂29與一探針尖30組成。掃描期間，促使探針尖30接觸樣本26之表面25。例如，探針尖30可以接觸模式(探針尖30與樣本26之表面25間之連續性接觸)橫越樣本26之表面25進行掃描。一雷射單元36提供一準直雷射光束35而該雷射光束衝擊至懸臂29上並朝向一光學檢測器38(例如，光二極體)反射。利用光學檢測器38，可基於此類振動影響下之反射光束35之微小偏移來感測懸臂29中之振動。此提供了一輸出信號39以供進一步分析之用。可理解的是，雖然圖1中係描述一單一掃描頭22，然而本方法可等同地應用於包含多數掃描頭之系統中。
本系統能夠施加有限時間期間之一極高頻率之聲波輸入信號90，亦即一非連續性輸入信號(例如，參看圖3)，至樣本26。系統20中，一產生器72產生有限時間期間之一控制信號而該控制信號係提供至一脈波化雷射75，諸如一飛秒(femtosecond)脈波化雷射。脈波化雷射75依據接收自產生器72之控制信號之期間，產生一光學信號-雷射光束76-具有一期間(例如，100飛秒(fs))。一吸收層材85(未在圖1中顯示，參看，例如，圖3)係存在於樣本26之表面25上。吸收層材85係由具有一光學吸收係數之一材料製得而該光學吸收係數係與脈波化雷射光束76之光輻射波長調諧。因此，吸收層材85與雷射75之波長係選取以匹配此種需求。雷射光束76係衝擊至吸收層材85上，如圖1中所說明者。吸收層材85具有一謹慎選取之厚度，該厚度係相依於聲波速度及製造吸收層材85之材料之光學吸收性來選取。因為雷射光束76係一脈波化雷射光束，該吸收層材之熱膨脹及鬆弛促成該層材在等同於下列等式之一頻率下諧振： 產生之頻率=(樣本聲波速度)/(2π˙樣本光學厚度)
因此，將雷射光束76衝擊至樣本26之表面25上促成吸收層材85開始在上文產生之頻率下振動。吸收層材85中之聲波速度係大幅相依於材料，且同樣地，層材85之優選厚度將相依於與聲波輸入信號之期望頻率有關之此種聲波速度。提供至少一實例，假設該材料之聲波速度係10000米/秒(m/s)以及該期望頻率係1千兆赫(1 GHz = 109 hertz (Hz))，則層材85之厚度將需為1.6微米。然而，聲波速度，對不同材料而言，可容易地介於2000 m/s與10000 m/s間之任何地方。形成該吸收層材之適合材料可包含任一或多種下列材料：鋁、鉻、鉭、鎢。
聲波輸入信號90可為短促期間者，例如，一脈波信號諸如一三角形脈波。優選地，所施加之脈波信號或脈波列必需足夠短促以確保樣本中之非連續性信號之前向及後向傳播不會混合。因此空間脈波長度可相依於材料(因為不同材料之聲波速度係不同的)，以及對較軟材料而言可較為短促，而對較硬材料而言可較為冗長。該空間脈波長度可相依於材料(因為不同材料之光學吸收性係不同的)，以及對較高光學吸收性(較不透明)材料而言可較為短促，而對較低光學吸收性(較透明)材料而言可較為冗長。於某些實施例中，非連續性信號具有一信號時間期間而該信號時間期間係短於所意欲之檢測深度除以樣本之主要材料中之聲波速度。
聲波輸入信號90將經由樣本26之材料傳播，以及所遭遇之任何結構80或密度變化將促成輸入信號90之一部分92散射回到表面25。因此施加一短期間脈波之雷射光束76可具有將一短期間非連續性聲波輸入信號90傳送至樣本中之效果，隨後接收一散射回答信號92。
回答信號92係利用探針28來撿拾。與表面25接觸之探針尖30將接收回答信號92之感應聲波震動，以及輸出信號39之適當分析容許分離出對應於回答信號92之信號成分。任何次表面結構80可藉著經由懸臂29及探針尖30之振動回應而接收之回答信號92的分析來視覺化。此係經由光二極體38來測量以及因此可藉由分析該輸出信號39而自該輸出信號導出。輸出信號39係提供至分析系統43。在分析系統43中，一硬體或軟體模組73將散射部分92自輸出信號39中分離出來以提供次表面結構80之一影像。
除了映射次表面結構以外，系統20可進一步配置用以執行常見之原子力顯微術以將表面上之結構映射至表面25上。在圖1與2中，為達此目的，輸出信號39在預放大器58中預放大之後並在分析器60中預分析之後，係提供至鎖入(lockin)放大器分析系統43與一低通濾波器61兩者。該低通濾波器自該輸出信號中移除有關次表面測量值之高頻成分並提供該信號至一比較器63。該比較器將該輸出信號與輸入62所接收(例如，來自一控制系統)之設定點作比較，並產生一不同信號而該信號係提供至反饋控制器65。該反饋控制器提供一控制信號以驅動壓電致動器23俾調整探針28之z-位準，亦即在表面25上方之探針28之高度的距離。修正，該等修正可藉由分析該控制信號而自反饋控制器65獲得，可利用z-位準感測器53更準確地加以判定。該等判定之z-位準修正係映射以提供表面25之一表面形貌圖。
圖2說明依據本發明之一另一實施例之一替代性系統21。系統21之許多零件及元件係類似於或甚至可相同於系統20之該等零件及元件，或提供一相同或類似之功能。此類元件僅提供一相同或類似功能時，此類元件可與上述有關圖1之對應元件不同。為了圖式之易於理解性，此類元件可以相同或類似之參考號碼來指示。至少在元件具有不同號碼之那些情況下，此類元件可在系統中提供一不同功能。
系統21進一步包含一轉換器70安裝在樣本26下方，以及一另一轉換器27安裝在懸臂29上。轉換器70與27使系統21能夠以較低頻率同時應用額外之超音波力顯微術(UFM)。在系統21中，施加極高頻率之聲波輸入信號90至樣本26之同時，轉換器70可，例如，施加落入1至100百萬赫(MHz)之一頻率範圍內之一頻率f1 之另一聲波輸入信號。接近懸臂29之諧振頻率之頻率f2 (例如，介於100千赫 (kHz)與1 MHz之間；以550 kHz 作為一實例)之一額外低頻信號係經由該懸臂上之轉換器27來施加。轉換器70與27可為壓電式(piezo type)轉換器或其他適合之轉換器。轉換器27可安裝在懸臂29上如所指示者，或安裝在探針尖30之背側上(亦即，在探針尖30上方)，或靠近探針28安裝至掃描頭22之處。來自轉換器27之振動可有效地饋入探針28內之任何位置均為可適於安裝轉換器27之處。頻率f2 之信號可替代地甚至直接施加至樣本26，或甚至經由轉換器70來施加。轉換器70無需安置在樣本26之下方，而可安置在表面25上或甚至在樣本26之一側上。此外，來自轉換器70與27之二種信號可藉由一單一轉換器來施加，在那種情況下將使此二個轉換器中之任何一個或二個轉換器成為廢棄者。頻率f1 與f2 之二種信號亦可均經由懸臂29上之轉換器27來施加。
雖然有上述之選項，圖2中系統21之分析系統43仍包含一信號產生器49而該信號產生器能夠產生包含頻率f1 之一第一超音波輸入信號51以及包含頻率f2 之一第二超音波輸入信號52。圖2中，於探針28橫越表面25進行掃描期間，頻率f1 之第一超音波輸入信號51係經由轉換器70來施加以充作一聲波信號52。接觸懸臂29之轉換器27接收包含頻率頻率f2 之第二超音波輸入信號52。頻率f1 之高頻超音波信號促成探針尖30凹抵表面25。探針尖30與表面25間之針尖-樣本之相互作用促成探針之諧振頻率偏移。此係相依於樣本之局部彈性特性，其依序相依於次表面結構。因此，彈性應力場(赫茲場(Hertzian field))內之結構可藉由約為諧振頻率(亦即接近f2 )之輸出信號39之分析來測量。該效果可與透過一枕頭來感覺一物體作比較，亦即，諧振頻率偏移所造成之輸出信號39中之變化容許視覺化次表面結構。
如上文所解釋者，應力場之穿透深度係受到限制(表面下方深達，例如，150奈米)，以及較深層之結構可利用上述施加至樣本26之極高頻率之非連續性信號來檢測。然而，淺層結構上之額外資訊，由最近型式之UFM測量所獲得者，提供了有利於增加準確性之額外資訊，以及，例如，淺層應力場內之各種層材之完整性之結構資訊。在一產業設定中，此類額外測量值可在一製程中有高度價值。
施加依據本發明之非連續性聲頻輸入信號90之方式並非受限於利用脈波化雷射光束76及吸收層材85經由如上所達成之光-熱刺激之施加方式。此僅係施加該非連續性聲頻輸入信號之一種方式而已。依據另一實施例，該非連續性聲頻輸入信號可利用一適合之壓電式轉換器或一靜電致動器施加至樣本。依據某些此類實施例，轉換器或致動器可安裝至探針28，亦即，安裝至懸臂29或探針尖30中之任一者或二者。例如，該轉換器或致動器可安裝至探針尖30之背面，懸臂29上之探針尖30之上方。替代地，此一轉換器或致動器可安裝至樣本26之背面。例如，一轉換器或致動器可配置在一樣本載體上，以及利用一與聲頻振動耦接之耦接媒介而耦接至該樣本。一適合之媒介可，例如，由水、一油脂或一漿狀物來提供。
如前文所陳述者，回答信號92之感測亦可以各種不同方式來執行。於某些實施例中，此信號可利用探針28，藉由探針尖30以接觸模式橫越表面25進行掃描來獲得。輸出信號39係利用自探針尖30或懸臂29之背面鏡面反射離開之一雷射光束，以及入射至一光二極體38，例如一象限式(quadrant type)光二極體，之上而獲得。替代地，可應用一光-熱聲波探針技術。例如，一探針光束可用以檢測回答信號。一低能量探針光束可監控樣本表面之位移。散射型檢測可與一暗場式(dark-field)成像方案連用，依此方式，不同之表面形貌將導致一不同數量之能量促成了暗場式影像。依據表面之(平均)高度係編碼成鏡面反射式(同調)照明之相位的事實，亦可使用干涉式檢測。此外，有可能測量表面之反射率變化而該項變化係由材料內部之應變變化所造成者。
下文中，本發明之多數不同實施例將參考圖式進行簡略地討論。此類實施例包含施加聲頻輸入信號90至樣本26以及檢測回答信號兩者之各種不同建置。該等各種實施例進一步包含方法而該等方法中係在多數頻率下施加額外之UFM其中針尖-樣本之相互作用係藉由局部彈性特性來管理，在表面25下方深達150奈米之淺層深度處施加額外之次表面成像。
圖3示意地說明依據本發明之一實施例之測量程序之四個階段。圖3之方法，例如，可利用一系統，諸如圖1之系統20或圖2之系統21，來適用。圖3中，在第一步驟I中，一脈波化雷射光束76係衝擊至一樣本26之表面25上之一吸收層材85上。此在吸收層材85中感應一極高頻率之聲波輸入信號90，如上文所解釋者。依吸收層材85之材料及厚度而定，可以此方式產生50 GHz及以上之聲波輸入信號。例如，可藉此方式產生數百千兆赫之一頻率。在步驟II中，聲波輸入信號90經由樣本26傳播。在所產生之頻率下，信號90經由樣本傳播橫越若干微米，以使結構80之層材能夠視覺化。在步驟III中，信號90之部分92散射回到表面25，形成回答信號92。在步驟IV中，回答信號92係利用一探針28藉由將探針尖30以接觸模式掃描橫越該表面來檢測，如同上文為圖1與2之系統20與21所作之解釋。
圖4中所說明之實施例係類似於圖3之實施例，但是取代了探針28，在步驟IV中，施加一聲波光-熱探針技術俾感測回答信號92。此可利用一探針光束95來執行。探針光束95可為與供光-熱刺激用之雷射光束76相同之光束。然而，可替代地施加一不同之探針光束95。在此實施例中，無需使用一探針，然而於某些實施例中一探針28之施用係用以在多數頻率下執行額外之UFM其中針尖-樣本之相互作用係藉由局部彈性特性來管理，在表面25下方深達150奈米之淺層深度處施加額外之次表面成像。此在上文中已作過說明。
在圖5之實施例中，步驟II與步驟III係再度類似於圖3與圖4。在步驟I中，聲波輸入信號90係利用探針28來施加而該探針之懸臂29上安裝一壓電轉換器77。利用一壓電轉換器諸如轉換器77，可達成若干千兆赫之聲波輸入信號。在步驟IV中，利用一光-熱探針光束95執行回答信號92之感測。
圖6中係示意地說明一種混合方法，應用本發明之極高頻率之聲頻輸入信號與依據產生一赫茲應力場並測量局部彈性中之差異之一額外UFM測量技術(如上文所解釋者)兩者。此處樣本26下方之轉換器70施加高達100 MHz之一超音波信號。懸臂上之壓電轉換器27施加接近探針28之諧振頻率之一聲頻輸入信號，以致能夠檢測因諧振頻率偏移所造成之差異。極高頻率之聲頻輸入信號90係利用安裝至探針尖30上方之探針尖30之背面97的轉換器77來施加。施加聲頻輸入信號90充作一短期間之三角形脈波，經由表面25傳送至樣本26中。
圖7中，本發明之方法之又一實施例係應用安裝至，例如，一樣本載體上之樣本26下方之一壓電轉換器77。在步驟I中，極高頻率之非連續性聲頻輸入信號90係藉由壓電轉換器77來施加。在步驟II中，信號90經由樣本26傳播。在步驟III中，遭遇一次表面結構80，該結構由一密集堅硬材料結構組成而該密集堅硬結構具有一聲波速度大於該樣本周圍材料中之聲波速度(注意假設遭遇一較軟材料，則聲波速度相反地將會較低)。此造成信號90局部前進。在此實施例中，回答信號92係視為經由樣本26傳播之後遭遇表面25之信號。此係說明於步驟IV中。回答信號92係利用探針28來撿拾，如稍早所說明者。
本發明已經以其某些特定實施例加以說明。將理解的是圖式中所顯示及此處所說明之實施例係意圖僅供說明目地之用且並非意圖對本發明設限。據信本發明之操作及結構將由前文之說明及隨附該說明之圖式而顯而易知。對技術人士將清楚的是，本發明並未受限於此處所說明之任何實施例且修改係可能的而該等修改應視為落入隨附請求項之範圍內。另，運動式反轉係視為固有地揭露且落入本發明之範疇內。此外，所揭露之各種實施例之任何組件或元件在視為必要、期望或優選時可加以組合或可併入其他實施例中，而不致偏離如請求項中所界定之本發明之範圍。
在請求項中，任何參考符號將不被解釋成限制該請求項。術語"包含(comprising)”及”包含(including)”，當使用在此說明或隨附請求項中時，不應以一排他性或窮盡性觀念來解釋而相反地應以一概括性觀念來解釋。因此此處所使用之表達用語”包含(comprising)”，除了任何請求項中所列出之那些元件或步驟以外，並未排除其他元件或步驟之存在。此外，用語"一(a)"及”一(an)”將不被解釋成受限為”僅有一”，而相反地係用以意指”至少一”，且並不排除多數。未特定或明確說明或主張之特徵可額外地包含在本發明範圍內之本發明之結構中。表達用語諸如：”裝置用以…”應解讀為：”組件組配用以…”或”構件建構成…”且應解釋為包含所揭露結構之等效物。表達用語之使用如："臨界的”、”優選的”、”特別優選的”、等並非意圖限制本發明。技術人士眼界內之添加、刪除、及修改通常可進行而不致偏離本發明之精神與範圍，並藉由請求項來決定。本發明可以此處所特定說明者以外之方式來實施，且僅受隨附請求項之限制。
20、21‧‧‧系統22‧‧‧掃描頭23‧‧‧壓電致動器25‧‧‧表面26‧‧‧樣本27、70、77‧‧‧轉換器28‧‧‧探針29‧‧‧懸臂30‧‧‧探針尖35‧‧‧雷射光束36‧‧‧雷射單元38‧‧‧光學檢測器39‧‧‧輸出信號43‧‧‧分析系統49‧‧‧信號產生器51‧‧‧第一超音波輸入信號52‧‧‧第二超音波輸入信號53‧‧‧z-位準感測器58‧‧‧預放大器60‧‧‧分析器61‧‧‧低通濾波器62‧‧‧輸入63‧‧‧比較器65‧‧‧反饋控制器72‧‧‧產生器73‧‧‧模組75‧‧‧脈波化雷射76‧‧‧脈波化雷射光束80‧‧‧結構85‧‧‧吸收層材90‧‧‧聲波輸入信號92‧‧‧回答信號/散射部分95‧‧‧探針光束97‧‧‧背面
本發明將藉由本發明之某些特定實施例之說明，參考隨附圖式，進一步加以闡明。詳細說明提供本發明之可能建置之實施例，然而並非視為是說明落入範圍內之僅有實施例。本發明之範圍係界定於請求項中，以及該說明將視為對本發明之解說而非限制。該等圖式中： 圖1示意地說明依據本發明之一系統； 圖2示意地說明依據本發明之一系統； 圖3示意地說明依據本發明之一實施例之一種方法； 圖4示意地說明依據本發明之一實施例之一種方法； 圖5示意地說明依據本發明之一實施例之一種方法； 圖6示意地說明依據本發明之一實施例之一種方法； 圖7示意地說明依據本發明之一實施例之一種方法。
20‧‧‧系統
22‧‧‧掃描頭
23‧‧‧壓電致動器
25‧‧‧表面
26‧‧‧樣本
28‧‧‧探針
29‧‧‧懸臂
30‧‧‧探針尖
35‧‧‧雷射光束
36‧‧‧雷射單元
38‧‧‧光學檢測器
39‧‧‧輸出信號
43‧‧‧分析系統
53‧‧‧z-位準感測器
58‧‧‧預放大器
60‧‧‧分析器
61‧‧‧低通濾波器
62‧‧‧輸入
63‧‧‧比較器
65‧‧‧反饋控制器
72‧‧‧產生器
73‧‧‧模組
75‧‧‧脈波化雷射
76‧‧‧脈波化雷射光束
80‧‧‧結構
90‧‧‧聲波輸入信號
92‧‧‧回答信號

Claims (16)

  1. 一種執行基材表面下之基材中之一或多個嵌入式結構之次表面成像之方法，該方法包含下列步驟：利用一信號施加致動器施加一聲波輸入信號至該基材；在該基材表面下的一檢測深度內，利用一振動感測器檢測來自該基材之一回答信號；以及分析該回答信號以獲得關於該等嵌入式結構之資訊，俾允許其成像；其中施加該聲波輸入信號之該步驟包含施加一聲波信號成分之一非連續性信號至該基材，其中該非連續性信號具有一有限時間期間，其藉由一控制器控制而致使該時間期間短於該檢測深度除以該基材的一材料之聲速，以及其中該聲波信號成分具有高於1千兆赫之一頻率，致使該回答信號包括從該等嵌入式結構散射之該非連續性信號之一散射部分。
  2. 如請求項1之方法，其中該非連續性信號係一脈波信號；或其中該非連續性信號具有短於該等一或多個嵌入式結構中之聲波行進時間的一信號期間；或其中該非連續性信號具有比經由樣本自該表面至該等一或多個嵌入式結構並返回之該聲波行進時間更短的一信號期間。
  3. 如請求項1之方法，其中該聲波輸入信號係藉由光-熱聲波刺激來施加，該信號施加致動器包括用來將一光輻射脈波衝擊在該基材上的一脈波化雷射，該光輻射脈波具有一時間變化強度，其中該光輻射脈波係衝擊在該基材上之一層吸收材料上，該吸收材料係配置來吸收該光輻射之光能量，其中為施加包括該聲波信號成分之該頻率之該聲波輸入信號，該層吸收材料之一厚度係反比於該聲波信號成分之該頻率。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，進一步包括利用具有一懸臂及一探針尖之一探針掃描該基材表面，該探針尖係間歇式或連續式接觸該基材表面，其中該信號施加致動器作用在該懸臂或該探針尖中之至少一者上俾將該非連續性信號施加至該懸臂或該探針尖中之該至少一者，以經由該探針尖將該非連續性信號施加至該基材。
  5. 如請求項4之方法，其中該信號施加致動器包括安裝在該探針上之一壓電致動器或靜電致動器，該壓電致動器係適合於施加具有高於一千兆赫之一頻率之該聲波信號成分，其中該壓電致動器係安裝在下列至少一者上：該探針尖俾經由該探針尖將該非連續性信號傳遞至樣本表面；或該懸臂之一背面端部，該背面端部係相對於該探針尖之該懸臂之一遠端，俾藉此於使用時經由該懸臂將該聲波信號傳遞至該探針尖及該基材表面。
  6. 如請求項4之方法，其中該信號施加致動器包括用來將一光輻射脈波衝擊在該探針上的一脈波化雷射，該光輻射脈波具有一時間變化強度，以及其中該光輻射脈波係衝擊在下列至少一者上：該探針尖俾經由該探針尖將該非連續性信號傳遞至樣本表面；或該懸臂之一背面端部，該背面端部係相對於該探針尖之該懸臂之一遠端，俾藉此於使用時經由該懸臂將該聲波信號傳遞至該探針尖及該基材表面。
  7. 如請求項1之方法，其中該信號施加致動器包括適於施加具有高於1千兆赫之一頻率之該聲波信號成分的一壓電致動器，其中該聲波輸入信號係藉著經由接觸該基材之一側面或底面中之至少一者之該壓電致動器施加該非連續性信號之方式來施加。
  8. 如請求項1之方法，進一步包括利用具有一懸臂與一探針尖之一探針掃描該基材表面，該探針尖係間歇式或連續式接觸該基材表面，其中檢測來自該基材之該回答信號之該步驟包含利用一感測器，諸如接收該懸臂或探針尖上反射之一探針雷射光束之一反射部分的一光學感測器，或諸如安裝在該探針尖上的一聲頻轉換器，監測探針尖動作。
  9. 如請求項1之方法，其中檢測該回答信號之該步驟包含將一光輻射束衝擊在該基材上以及利用一光學感測器接收光輻射之一反射部分俾提供一感測器信 號，其中該反射部分受該回答信號調變，以及其中該分析包含分析該感測器信號之一相位或一強度中之至少一者。
  10. 如請求項1之方法，其中該聲波信號成分具有高於1.5GHz、或高於2GHz、或高於2.5GHz、或高於3GHz、或高於10GHz、或高於50GHz、或介於50GHz與500GHz間之一頻率。
  11. 如請求項1之方法，其中包括一嵌入式結構之該基材包括一半導體裝置，該半導體裝置中包含一個三維NAND式快閃記憶體裝置。
  12. 一種用來執行基材表面下之基材中之嵌入式結構之次表面成像的系統，該系統包含用來施加一聲波輸入信號至該基材的一信號施加致動器、用來在該基材表面下的一檢測深度內檢測來自該基材之一回答信號的一振動感測器、以及用來分析該回答信號以獲得關於該等嵌入式結構之資訊俾允許其成像的一分析器，其中該信號施加致動器與一控制器配合來提供一聲波信號成分的有限時間期間之一非連續性信號，其中該控制器組配來控制該有限時間期間短於該檢測深度除以該基材的一材料之聲速，其中該聲波信號成分具有高於1千兆赫之一頻率，以及用來施加該非連續性信號至該基材。
  13. 如請求項12之系統，其中該信號施加致動器包含下列至少一者：用來提供具有一時間變化強度之一光輻射脈波的一脈波化雷射，俾藉由光-熱聲波刺激來施加該聲波輸入信 號；或適合於施加具有高於1千兆赫之一頻率之該聲波信號成分的一壓電致動器，其中該系統係組配來促使該壓電致動器接觸該基材之一側面或底面中之至少一者。
  14. 如請求項12或13之系統，進一步包括具有一懸臂與一探針尖的一探針，該探針係安裝在一載體上，該載體組配來利用該探針尖掃描該基材表面以及用來在該探針尖與該基材表面間提供間歇性或連續性接觸，其中更有下列至少一者：該信號施加致動器包含一壓電致動器，安裝在該懸臂上，諸如靠近該探針尖，俾利用該壓電致動器經由該探針尖施加該非連續性信號；或該信號施加致動器包括用來將一光輻射脈波衝擊在該探針上的一脈波化雷射，該光輻射脈波具有一時間變化強度，以及其中該光輻射脈波係衝擊在該探針尖或該懸臂之一背面端部中之至少一者上，該背面端部係相對於該探針尖之該懸臂之一遠端，或其中該光輻射脈波係衝擊在該基材之該表面上，該表面包括一層吸收材料，該吸收材料係配置來吸收該光輻射之光能量，其中為施加包括該聲波信號成分之該頻率之該聲波輸入信號，該層吸收材料之一厚度係反比於該聲波信號成分之該頻率。
  15. 如請求項12之系統，其中：該系統包括具有一懸臂與一探針尖的一探針，該探 針係安裝在一載體上，該載體組配來利用該探針尖掃描該基材表面以及用來在該探針尖與該基材表面間提供間歇性或連續性接觸，其中用來檢測該回答信號之該感測器包括一光學感測器，其接收在該懸臂或探針尖上反射之一雷射光束之一反射部分，用來監測探針尖動作。
  16. 如請求項12之系統，其中該系統包括用來將一光輻射束衝擊在該基材上的一雷射，以及用來接收光輻射之一反射部分俾提供一感測器信號的一光學感測器。
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