(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出力するレーザ光源と、
レーザビームを変更し、前記変更されたレーザビームをテストオブジェクトへ導く光学システムと、
前記テストオブジェクトを前記変更されたレーザビームで照射する過程で生じた信号の変化を検出する信号検出器と、
前記信号検出器で検出された前記変化に基づいて欠陥解析を実行するコンピュータシステムと、
を備え、
前記光学システムは、ピーク強度が照射軸近傍にある第１強度成分とピーク強度が前記照射軸周囲にある第２強度成分とを含む照射領域を前記変更されたレーザビームが生成するように、前記レーザビームを変更する
熱レーザ刺激装置。
【請求項２】
前記第１強度成分は、ガウシアン強度プロファイルを持ち、
前記第２強度成分は、重心が前記照射軸と一致するドーナツ形状の強度プロファイルを持つ
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１強度成分は、ガウシアン強度プロファイルを持ち、
前記第２強度成分は、それぞれドーナツ形状の強度プロファイルを持ち、かつ、それぞれの重心が前記照射軸と一致する複数の第３強度成分を含む
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１強度成分は、ガウシアン強度プロファイルを持ち、
前記第２強度成分は、それぞれガウシアン強度プロファイルを持ち、かつ、重心が前記照射軸と一致する複数の第３強度成分を含む
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コンピュータシステムは、前記信号検出器で検出された前記変化の見積りに基づいて、前記レーザビームの強度、前記第１および第２強度成分の比、前記第１強度成分の分布範囲、および、前記第２強度成分の分布範囲のうち少なくとも１つを最適化する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記レーザ光源は、第１レーザビームを出力する第１レーザ光源と、第２レーザビームを出力する第２レーザ光源とを含み、
前記光学システムは、前記第１レーザビームを前記第１強度成分へ変換し、前記第２レーザビームを前記第２強度成分へ変換し、前記第１強度成分と前記第２強度成分とを合波することで前記変更されたレーザビームを生成する
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光学システムは、前記変更されたレーザビームのサイズを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記光学システムは、前記変更されたレーザビームの強度を変更する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記テストオブジェクト周囲の環境温度、湿度および圧力を制御する環境制御システムをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記信号検出器は、前記テストオブジェクトの熱物性に依存して変化する前記信号の前記変化を検出する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記信号検出器は、前記テストオブジェクトが所定位置で前記変更されたレーザビームで照射されたときの前記信号の大きさと、前記所定位置と同じ位置で前記変更されたレーザビームで照射される前および／または後の前記信号の大きさとの差を前記変化として検出する請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号検出器は、前記テストオブジェクトが前記変更されたレーザビームで照射された領域またはその周辺の領域において熱刺激されたときに前記テストオブジェクトから検出された信号の大きさと、前記テストオブジェクトにおける熱刺激された他の領域から検出された信号の大きさとの差を前記変化として検出する請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記テストオブジェクトに入力する第１信号を生成する信号生成器をさらに備え、
前記テストオブジェクトは、前記第１信号の入力に応じて第２信号を生成し、
前記信号検出器は、前記第２信号を検出することで前記変化を検出する
請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１信号は、電圧信号または電流信号である請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記コンピュータシステムは、前記信号検出器で検出された前記変化に基づいて、欠陥の深さを決定する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記コンピュータシステムは、前記信号検出器で検出された前記変化に基づいて、欠陥の位置を決定する請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
テストオブジェクトをレーザビームで照射し、
前記テストオブジェクトを前記レーザビームで照射する過程における信号の変化を検出し、
前記検出された信号の変化に基づいて欠陥解析を実行する
ことを含み、
前記レーザビームは、ピーク強度が照射軸近傍にある第１強度成分と、ピーク強度が前記照射軸周囲にある第２強度成分とを含む
熱レーザ刺激方法。
【請求項１８】
熱刺激のためのプログラムを備えるコンピュータが読み取り可能な持続性のある記録媒体であって、
前記プログラムは、
レーザビームを出力し、
テストオブジェクトを前記レーザビームで照射する過程における信号の変化を検出し、
前記検出された信号の変化に基づいて欠陥解析を実行する
命令を含み、
前記レーザビームは、ピーク強度が照射軸近傍にある第１強度成分と、ピーク強度が前記照射軸周囲にある第２強度成分とを含む
記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱レーザ刺激装置、熱レーザ刺激方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超大規模集積（ＶＬＳＩ）で高いパフォーマンスを達成するための半導体産業における要求は、フォトリソグラフィの限界を押し広げてきた。フォトリソグラフィは、紫外光、すなわち短波長光を用いることで、精度よく生成された５０ｎｍほどの形状を持つ微細加工パターンの解像度とスループットとの両方を向上してきた。この顕著な微細化にもかかわらず、フォトリソグラフィの解像度はその限界に達したように思われ、新たなテクノロジーの開発が望まれている。積層構造半導体は、ＶＬＳＩ製造における重要なパラダイム・シフトを象徴する最も有望な新興のテクノロジーとして注目されている。積層構造半導体は、ＶＬＳＩチップにおけるトランジスタ密度を増加させるために、フォトリソグラフィの更なる微細化の代わりに、多層積層を用いる。
【０００３】
また、半導体製造では、歩留りを向上しつつ製品の信頼性を向上する上で、欠陥検出が必要不可欠な工程である。歴史的には、欠陥検出技術は、半導体製造技術の進歩と並行して発展してきた。たとえば、ロックイン・サーモグラフィ（ＬＩＴ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、レーザ電圧イメージング（ＬＶＩ）および光ビーム加熱抵抗変化（ＯＢＩＲＣＨ）のような技術は、半導体産業における確立した欠陥解析技術となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０３６９５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９７０５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１２７４９９号公報
【特許文献４】特開平１０−０５０７８４号公報
【特許文献５】特開２００５−３００２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の実施形態では、テストオブジェクトにおける欠陥を検出することができる熱レーザ刺激装置、熱レーザ刺激方法およびプログラムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態にかかる装置は、レーザビームを出力するレーザ光源と、前記レーザビームを変更し、前記変更されたレーザビームをテストオブジェクトへ照射する光学システムと、前記テストオブジェクトを前記変更されたレーザビームで照射する過程における信号の変化を検出する信号検出器と、前記信号検出器で検出された変化に基づいて欠陥検出を実行するコンピュータシステムとを備え、前記光学システムは、前記変更されたレーザビームが、ピーク強度が照射軸近傍に位置する第１強度成分と、ピーク強度が前記照射軸の周囲に位置する第２強度成分とを含む照射領域を生成するように、前記レーザビームを変更する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態の概念を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる熱レーザ刺激装置の構成を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態の第１例にかかる変更レーザビームを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態の第２例にかかる変更レーザビームを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態の第３例にかかる変更レーザビームを示す図である。
【図４】図４は、実施形態にかかる熱源決定の例を説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施形態にかかるレーザビーム照射の例を示すテーブルである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態にかかるテストオブジェクトにおける最浅（最も熱い）層での熱分布の計算結果を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態にかかる熱レーザ刺激装置によって実行される熱レーザ刺激方法のメインプロセスを示すフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡにおけるステップＳ１０２をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６ＢにおけるステップＳ１１２およびＳ１１５をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６ＣにおけるステップＳ１２１をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６ＤにおけるステップＳ１３５の内挿プロセスを説明するためのグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、照射パラメータの４つのセットでの許容パワーを決定するためのステップＳ１３５の外挿プロセスを説明するためのグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、照射パラメータの４つのセットについてステップＳ１３５で特定された許容パワーで照射した際の最浅層の温度の計算結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施形態にかかる図５Ａにリストされた４つの異なる種類の照射について数値シミュレーションの精度推定を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施形態にかかる３つのドーナツ範囲の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施形態にかかる図９Ａに示す３つのドーナツ範囲についてドーナツ照射の精度推定を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施形態にかかる異なるガウシアン・ドーナツ結合比の３つのドーナツ型ビームおよび固定ガウシアンおよびドーナツ範囲の例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、実施形態にかかる図９Ｃに示す５つのビームの精度推定を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施形態にかかる光学システムの例を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施形態にかかるテストオブジェクトと変更レーザビームでテストオブジェクトを照射することで形成された照射領域とを示す模式平面図および模式側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、実施形態にかかるテストオブジェクトの模式平面図である。
【図１１】図１１は、実施形態にかかる光学システムの他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で開示される主題は、添付の図面を参照してさらに完全に以下で説明されるが、図中の類似の符号は全体を通して類似の要素を示す。本発明の実施形態はすべてが示されているわけではなく、本明細書で開示される主題は多くの異なる形態で実施することができ、また本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。実際、本明細書で述べられる、本明細書で開示された主題の多くの変形例および他の実施形態が、本明細書で開示される主題に関係する分野の当業者の頭に浮かぶであろう。本発明で開示される詳細な実施形態は、テストオブジェクトの効果的な熱刺激を実行するための可能な設定の例示としての役割を果たす。
【０００９】
以下の実施形態では、熱レーザ刺激およびテストオブジェクトに埋もれている欠陥の検出のための装置、方法およびプログラムが提示される。一般的なテストオブジェクトは、多層半導体や内部回路パターンを備える半導体装置であってもよいが、これらに限定されない。以下の実施形態は、テストオブジェクトのより効率的な熱刺激を達成するために、ドーナツ型熱源などの熱源を制御するための開示された方法を用いることで、従来の光加熱抵抗変化（ＯＢＩＲＣＨ）から顕著に進歩している。
【００１０】
各実施形態は、多層半導体や超大規模集積（ＶＬＳＩ）装置であってもよいが、これらに限定されないテストオブジェクトに埋もれている欠陥の効率的な熱レーザ刺激を実行するための方法に関する。開示する実施形態の１つで達成される効率的な熱刺激は、たとえばテストオブジェクト内の一部または複数の回路における何がしかの熱物性（たとえば電気抵抗率）または関連する物理値（たとえば電気抵抗）の変化を測定することによって、テストオブジェクトに埋もれている欠陥の検出、解析、および／または識別を可能にする。
【００１１】
テストオブジェクト内の欠陥を検出するために、多くの欠陥解析技術が開発されてきた。しかしながら、最も確立された欠陥解析技術は、その測定原理が多層デバイスに対して適切でないかもしくはあまり適していないため、平面（単層）デバイスのみに適用可能であった。たとえば、レーザ電圧イメージング（ＬＶＩ）は、半導体へレーザビームを照射してその反射光を解析することで、特定の周波数で動作するトランジスタの物理的な位置を表示する。しかしながら、多層半導体の場合では、光が浅層で吸収され、深層に位置する欠陥をＬＶＩで検出することができない。それに対し、光加熱抵抗変化（ＯＢＩＲＣＨ）は、外部照射によって直接刺激されないＶＬＳＩに深く埋もれている欠陥すらも熱拡散によって効果的に刺激できるため、ＶＬＳＩに深く埋もれている欠陥を検出するための有望な技術である。
【００１２】
それでもなお、従来のＯＢＩＲＣＨを多層半導体のような複雑なテストオブジェクトに適用した場合には、２つの問題が発生する。１つ目は、欠陥の深さが増加するにつれて加熱による刺激が減少するため、深層での熱物性の顕著な熱誘導変化を生じさせることがより困難なことである。２つ目は、レーザパワーの増加、すなわち大きな熱生成比は、深い欠陥を効果的に刺激する可能性を向上させるが、同時に、レーザパワーの増加は、テストオブジェクト内の金属の融点を超える高い温度に起因してデバイスにダメージを与えかねない。
【００１３】
以下の実施形態では、許容温度以下を保つためにテストオブジェクト内の温度を下げつつ、ＶＬＳＩのようなテストオブジェクトに深く埋もれている欠陥を十分に刺激することができる熱レーザ刺激装置、熱レーザ刺激方法およびプログラムを説明する。実施形態によれば、深く埋もれた欠陥を伴うテストオブジェクトの非破壊欠陥解析を実行することが可能となる。
【００１４】
図１は、一実施形態にかかる熱レーザ刺激の概念を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる熱レーザ刺激では、ガウシアン強度プロファイルを持つレーザ光源２から出力されたレーザビームＣ０を波面が２つ以上の強度成分から成る変更レーザビームＣ３に変更するために光学システム３が用いられる。２つ以上の強度成分のうちの１つの強度成分Ｃ１は照射軸４近傍の強度を高め、他の強度成分Ｃ２は照射軸４の周囲の強度を高める。
【００１５】
強度成分Ｃ１はピーク強度がレーザビームＣ０のピーク強度よりも低いガウシアン強度プロファイルを持ち得、強度成分Ｃ２はピーク強度が強度成分Ｃ１の周囲にあるドーナツ形状の強度プロファイルを持ち得る。テストオブジェクト１の熱刺激にそのようなレーザビームＣ３を用いることで、テストオブジェクト１の深層を熱刺激しつつ、テストオブジェクト１における浅層のピーク温度（もしくは最大温度、Ｔｍａｘ）を低減することが可能となる。このピーク温度の低減は、テストオブジェクト１に深く埋没している欠陥の熱刺激をより高めるレーザ強度の増加を許容し、結果として、これら欠陥の測定精度を向上させる。
【００１６】
図２は、本実施形態にかかる熱レーザ刺激装置の構成を示す図である。図２に示すように、熱レーザ刺激装置１００は、コンピュータシステム１０１と、ディスプレイ１０２と、信号生成器１０３と、環境制御システム１０４と、信号検出器１０５と、レーザ光源２と、光学システム３とを備える。
【００１７】
レーザ光源２は、レーザビームＣ０を出力する。光学システム３は、後述する方法に従ってレーザビームＣ０の強度パターンを変更し、２つの強度成分Ｃ１およびＣ２を持つ変更レーザビームＣ３をテストオブジェクト１へ入射する。また、光学システム３は、レーザビームＣ３でテストオブジェクト１の１つ以上の表面をスキャンする。
【００１８】
環境制御システム１０４は、熱レーザ刺激装置１００内の環境温度、湿度および圧力を制御する。また、環境制御システム１０４は、テストオブジェクト１の初期温度および限界温度を制御する。
【００１９】
コンピュータシステム１０１は、熱レーザ刺激装置１００を制御し、熱レーザ刺激条件を決定し、信号検出器１０５の出力信号から欠陥解析を実行する。
【００２０】
信号生成器１０３は、テストオブジェクト１における１つ以上の事前選択された回路内に信号を生成する。信号検出器１０５は、１つ以上の前提条件付き回路において生成された（刺激されていない）信号および／または刺激された信号を、テストオブジェクト１をスキャンした熱源として測定する。また、信号検出器１０５は、測定したデータをコンピュータシステム１０１へ出力する。
【００２１】
ディスプレイ１０２は、コンピュータシステム１０１によって実行された欠陥解析の条件および結果を出力する。
【００２２】
変更レーザビームＣ３は、照射軸４近傍の強度成分（以下、中央成分という）Ｃ１と、中央成分Ｃ１を囲む強度成分（以下、周囲成分という）Ｃ２とを備えるあらゆるパターン特性で構成され得る。２つの強度成分Ｃ１およびＣ２の中心軸は、照射軸４と同じ位置であるか、それに近接している。
【００２３】
図３Ａ〜図３Ｃは、変更レーザビームＣ３の候補を示している。
【００２４】
図３Ａは、第１例にかかる変更レーザビームＣ１３を示す。このシンプルな変更レーザビームＣ１３は、スポット状の成分Ｃ１１とリング状の成分Ｃ１２とを備える。スポット状の成分Ｃ１１は中央成分Ｃ１に相当し、リング状の成分Ｃ１２は周囲成分Ｃ２に相当する。スポット状の成分Ｃ１１は、リング状の成分Ｃ１２によって囲まれている。このような第１例によれば、スポット状の成分Ｃ１１およびリング状の成分Ｃ１２は、それぞれガウシアン強度プロファイルおよびドーナツ形状強度プロファイルと見なすことができる。
【００２５】
しかしながら、上述した変更レーザビームＣ３の概念は複数の形態を取ることが可能であり、ガウシアンとドーナツ形状の強度に限定されない。たとえば、図３Ｂは、第２例にかかる他の変更レーザビームＣ２３を示す。変更レーザビームＣ２３は、中央成分Ｃ１に相当するスポット状の成分Ｃ２１と、周囲成分Ｃ２に相当する複数の同心リング成分Ｃ２２で構成されている。スポット状の成分Ｃ２１は、複数の同心リング成分Ｃ２２によって囲まれている。これら複数の同心リング成分Ｃ２２は、複数のドーナツ形状の強度を重ね合わせることで形成することができる。同様に、変更レーザビームＣ２３は、エアリーディスクのように、ガウシアン状のプロファイルが複数の局所的な最大値で囲まれるその理論的限界近傍にレーザビームの焦点を合せることで形成することができる。
【００２６】
また、周囲成分Ｃ２は、軸対象である必要はない。たとえば、図３Ｃは、第３例にかかるさらに他の変更レーザビームＣ３３を示す。変更レーザビームＣ３３は、中央成分Ｃ１に相当する中央ガウシアン成分Ｃ３１と、周囲成分Ｃ２に相当する周囲ガウシアン成分Ｃ３２とを備える。中央ガウシアン成分Ｃ３１は、重心（もしくは加重算術平均）が中央ガウシアン成分Ｃ３１のそれと一致する周囲ガウシアン成分Ｃ３２によって囲まれている。図３Ｃでは、４つのガウシアン成分Ｃ３２が周囲成分Ｃ２を構成しているが、周囲成分Ｃ２は、２またはそれ以上のガウシアン成分Ｃ３２で構成することができる。
【００２７】
変更レーザビームＣ３の特性は、たとえば後述する照射パラメータを用いて制御することができる。照射パラメータは、ガウス分布（Ｃ１）のレーザ強度ＰＧ、ドーナツ形状分布（Ｃ２）のレーザ強度ＰＤ、ガウス分布の特性範囲ｗＧ、および、ドーナツ形状分布（Ｃ２）の特性範囲ｗＤが含まれ得る。
【００２８】
照射パラメータは、式（１）に導入される。本実施形態によれば、テストオブジェクト１に対する変更レーザビームＣ３の照射によって、テストオブジェクト１内に式（１）で表される３次元熱生成プロファイルが生成される。この熱生成プロファイルは、式（１）の代わりに光学計算または近似関数を用いた計算結果であってもよい。
【００２９】
【数１】
0006441252.tif 000002
【００３０】
式（１）において、ｘ，ｙおよびｚは、デカルト座標（−ｙは深さ方向、ｘおよびｚはチップの２次元平面上）であり、αは式（２）で定義される減衰係数である。
【００３１】
【数２】
0006441252.tif 000003
【００３２】
式（２）において、κは消衰係数であり、λ０は波長である。ここで、式（１）は２つの特徴を有している。１つ目は、減衰係数で特徴付けられる指数関数的減衰が式（１）に示されるように、入射レーザビーム（すなわち、変更レーザビームＣ３）がテストオブジェクト１の深さに沿って指数関数的に吸収されることである。２つ目は、入射軸が（ｘ，ｚ）＝（０，０）に位置していることである。
【００３３】
式（１）に従う３次元熱生成プロファイルＳを生成する変更レーザビームＣ３でのテストオブジェクト１の照射は、単一の（従来型の）ガウシアン照射と比較して、テストオブジェクト１内の最大温度を低減し得る。
【００３４】
図４は、ガウシアン強度プロファイルを持つレーザビーム（以下、ガウシアンレーザビームという）と、ドーナツ形状の強度プロファイルを持つレーザビーム（以下、ドーナツ形状レーザビームという）と、実施形態にかかる変更レーザビームとでテストオブジェクト１を照射したそれぞれの場合の熱生成プロファイルを示す。図４における横軸および縦軸は、それぞれ半径ｒ（ここで、ｒ２＝ｘ２＋ｚ２）および単位面積当たりに生成された熱ｑ（無次元値）である。また、ガウシアン強度プロファイルの強度ＰＧは１０［ｕ］であり、ドーナツ形状強度プロファイルの強度ＰＤは９０［ｕ］であるとともに、ガウシアン強度プロファイルの特性範囲ｗＧおよびドーナツ形状強度プロファイルの特性範囲ｗＤは、ｗＧ＝ｗＤ＝０．５である。なお、“ｕ”は、パワーの単位である。ここで、パワーを除き、提示されたこれらの物理量は正規化されている（無次元値）。一貫性のある正規化は、物理的に意味のある結果を提示するように行なわれる。
【００３５】
図４において、ラインＧ１は、ガウシアンレーザビームでテストオブジェクト１を照射した第１ケースにおける熱生成プロファイルを示し、ラインＤ１は、ドーナツ形状レーザビームでテストオブジェクト１を照射した第２ケースの熱生成プロファイルを示し、ラインＭ１は、変更レーザビームＣ３でテストオブジェクト１を照射した第３ケースの熱生成プロファイルを示している。
【００３６】
図４に示唆されるように、第１ケースでは生成熱が照射軸（ここではｒ＝０）に集中し、第２ケースでは生成熱が照射軸の周囲に集中しているのに対し、第３ケースでは、生成熱が照射軸からその周囲の領域に分散している。これは、テストオブジェクト１内の温度を容認（許容）温度以下に維持させるためにテストオブジェクト１内の温度を低減しつつ、変更レーザビームＣ３がテストオブジェクト１に深く埋もれた欠陥を十分に刺激できることを示している。
【００３７】
図５Ａは、照射レーザビームのバリエーションを示し、図５Ｂは、テストオブジェクト１における最浅（最熱）層、すなわちｙ＝０における温度分布の図５Ａに示す各バリエーションについての計算結果を示す。図５Ａに示すように、本説明では、４つのバリエーションが例示されている。第１のバリエーション（ガウシアン）は、ガウシアン成分ＰＧが１００［ｕ］でドーナツ成分ＰＤが０［ｕ］のガウシアンレーザビームを示している。第２のバリエーション（ケースＡ）は、ガウシアン成分ＰＧが１５［ｕ］でドーナツ成分ＰＤが８５［ｕ］の変更レーザビーム（変更レーザビームＣ３の１つのバリエーション）を示している。第３のバリエーション（ケースＢ）は、ガウシアン成分ＰＧが１０［ｕ］でドーナツ成分ＰＤが９０［ｕ］の変更レーザビーム（変更レーザビームＣ３の他のバリエーション）を示している。第４のバリエーション（ドーナツ）は、ガウシアン成分ＰＧが０［ｕ］でドーナツ成分ＰＤが１００［ｕ］のドーナツ形状レーザビームを示している。
【００３８】
それぞれのバリエーションでのテストオブジェクト１内の最大温度は、テストオブジェクト１内の最浅（最熱）層、すなわちｙ＝０で予期することができる。図５Ｂでは、温度が許容温度、すなわちＴ＝Ｔ＊／Ｔｐｅｒｍで正規化されている。なお、Ｔ＊は２次元温度であり、Ｔｐｅｒｍはテストオブジェクト１内の許容温度である。バリエーション（ガウシアン、ケースＡ、ケースＢおよびドーナツ）に対する数値計算は、１００［ｕ］の正味出力、すなわちＰＧ＋ＰＤ＝１００［ｕ］で実行された。
【００３９】
図５Ｂにおいて、ラインＧ２は、テストオブジェクト１が第１バリエーションのレーザビームで照射された際の最大温度を示し、ラインＭ２は、テストオブジェクト１が第２バリエーションのレーザビームで照射された場合の最大温度を示し、ラインＭ３は、テストオブジェクト１が第３バリエーションのレーザビームで照射された場合の最大温度を示し、ラインＤ２は、テストオブジェクト１が第４バリエーションのレーザビームで照射された場合の最大温度を示している。
【００４０】
図５Ｂは、第１バリエーションのレーザビームと比較して第２から第４バリエーションのレーザビームの方がテストオブジェクト１の表面の最大温度を大幅に低減されるという有利な効果を示している。また、この正味出力に対し、第１バリエーションのレーザビームの最大温度は許容温度（Ｔ＞Ｔｐｅｒｍ）を超えた。これに対し、第２から第４バリエーションのレーザビーム、すなわちドーナツ成分を含む照射レーザビームに対しては、最大温度は許容温度以下である（Ｔ≦Ｔｐｅｒｍ）。それゆえ、ドーナツ成分を適用した場合により冷たい表面となった。上述したように、最大温度の低減は、レーザパワーの更なる上昇を許容する。これは、欠陥解析テストにおける正確さが向上した改良熱レーザ刺激へと通じる。
【００４１】
図６Ａ〜図６Ｄは、本実施形態にかかる熱レーザ刺激方法のフローチャートである。図６Ａは、本実施形態にかかる熱レーザ刺激装置によって実行される熱レーザ刺激方法のメインプロセスを示すフローチャートである。
【００４２】
図６Ａに示すように、ステップＳ１０１では、コンピュータシステム１０１は、テストオブジェクト１の熱刺激の前に、電気的方法にて欠陥の深さＸを見積もる。たとえば、信号生成器１０３によって定電圧が各層に印加され、そして、ある層に１つまたは複数の欠陥が存在している場合には、信号検出器１０５で検出された電流が欠陥の無い層の電流に対して著しく異なる。すなわち、欠陥のある層については、電流検出において特異が存在する。同様に、信号生成器１０３から定電流を与えることで、信号検出器１０５は、電圧の特異を検出することができる。検出された特異から、層番号およびテストオブジェクトの構造の設計図、たとえば与えられた層厚の情報に基づいて、欠陥Ｘの深さ（ターゲット深さ）を見積もることができる。ステップＳ１０２では、コンピュータシステム１０１は、欠陥の熱刺激を向上させるために、照射パラメータＴ（γ，ｗＧ，ｗＤ）を改良する。ステップＳ１０３では、コンピュータシステム１０１が改良後のパラメータを、熱レーザ刺激装置１００のレーザ光源２、光学システム３および環境制御システム１０４にセットする。ステップＳ１０４では、コンピュータシステム１０１は、信号検出器１０５で検出された刺激された信号の集合を解析する。
【００４３】
図６ＡのステップＳ１０２は、図６Ｂに示すフローチャートでより詳細に説明される。ステップＳ１０２は、実施形態にかかる熱レーザ刺激方法の増強（または最適化）をもたらす照射パラメータの改善である。図６Ｂに示すように、ステップＳ１１１では、コンピュータシステム１０１は、照射パラメータの初期セットを導入する。これらの照射パラメータの初期セットは、レーザ光源２および光学システム３の技術的境界内で任意に設定されてよい。
【００４４】
ステップＳ１１２では、コンピュータシステム１０１は、精度推定ξ０を照射パラメータの初期セットとして取得する。ステップＳ１１３では、コンピュータシステム１０１は、照射パラメータの初期セットとしての精度推定ξ０が十分であるか否か、すなわち、精度推定ξ０が目標精度ξｏｂｊを下回っているか否かを決定する。目標精度ξｏｂｊは、通常、開示する熱刺激装置などの非侵襲検出方法後の欠陥の解析に使用される最終的な破壊方法の解像度に依存する。精度推定ξ０が目標精度ξｏｂｊ以内の場合（ステップＳ１１３；ＹＥＳ）、コンピュータシステム１０１は、初期推定ξ０がテストオブジェクトの欠陥を検出するのに十分であるため、本動作を終了する。
【００４５】
精度推定ξ０が目標精度ξｏｂｊの範囲内でない場合（ステップＳ１１３；ＮＯ）、コンピュータシステム１０１は、照射パラメータの新たなセットをテストするために、ステップＳ１１４へ進む。ステップＳ１１４では、コンピュータシステム１０１は、照射パラメータの新たなセットを導入する。ステップＳ１１４の実行が初めてである場合、このパラメータの新たなセットは、レーザ光源２および光学システム３の技術的境界内で、かつ、照射パラメータの初期のセットとは異なる値で任意に選択される。ステップＳ１１４の実行が初めてではない場合、パラメータ（γ１，ｗＧ１，ｗＤ１）の新たなセットは、ステップＳ１１８で実行された方法に基づいて決定される。ステップＳ１１４を実行後、コンピュータシステム１０１は、ステップＳ１１５を実行することによって、新たな精度推定ξ１を取得する。
【００４６】
ステップＳ１１６では、コンピュータシステム１０１は、初期の精度推定ξ０と新たな精度推定ξ１との差σを取得する。ステップＳ１１７では、コンピュータシステム１０１は、１または２の条件をチェックする。第１に、ξ１がξ０未満であるか否か。第２に、差σが所定の値σｍｉｎより小さいか否か。一方または両方の条件が満たされる場合（ステップＳ１１７；ＹＥＳ）、コンピュータシステム１０１は、精度推定ξ１が十分である、もしくは、更なる改善ができないという理由で、本動作を終了する。
【００４７】
また、ここで、ステップＳ１１６の実行が初めてである場合、ξ０はステップＳ１１２で出力された初期の精度推定と一致するのに対し、ステップＳ１１６の実行が２回目である場合、ξ０はステップＳ１１９で決定された先の値ξ１と一致する。
【００４８】
さらに、たとえば共役勾配法（ＣＧＭ）や最急降下法（ＳＤＭ）や遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）といった利用できるあらゆる方法を容易に利用できるため、様々な傾き（および／またはヤコビアン）が決定されるステップＳ１１８の詳細については省略する。
【００４９】
図６ＢのステップＳ１１２およびＳ１１５を、図６Ｃに示すフローチャートを用いてより詳細に説明する。ステップＳ１１２およびＳ１１５は、本実施形態にかかる熱レーザ刺激方法の精度推定プロセスである。図６Ｃに示すように、ステップＳ１２１では、コンピュータシステム１０１は、許容レーザパワーＰｐｅｒｍを決定する。ステップＳ１２２では、コンピュータシステム１０１は、許容レーザパワーに対する温度場Ｔを決定する。ステップＳ１２３では、コンピュータシステム１０１は、目標深さＸでの最大温度Ｔｍａｘを決定し、そして、コンピュータシステム１０１は、最大温度Ｔｍａｘとノイズηとから（信号検出器１０５で検出し得る）信号を推定する。ステップＳ１２４では、コンピュータシステム１０１は、対応する照射パラメータとその許容レーザパワーＰｐｅｒｍとに対する精度推定を取得する。
【００５０】
図６ＣのステップＳ１２１を、図６Ｄに示すフローチャートを用いてより詳細に説明する。ステップＳ１２１は、本実施形態にかかる熱レーザ刺激方法のための許容温度推定プロセスである。図６Ｄに示すように、ステップＳ１３１では、コンピュータシステム１０１は、レーザ光源２の技術的制約の範囲内において２つのレーザパワー値Ｐ１およびＰ２を決定する。
【００５１】
ステップＳ１３２では、コンピュータシステム１０１は、レーザパワーＰ１およびＰ２について、熱源Ｓ１（γ，ｗＧ，ｗＤ）およびＳ２（γ，ｗＧ，ｗＤ）をそれぞれ決定する。しかしながら、図３Ａ〜図３Ｃに示したように、熱源Ｓは複数の形状を取り得、また、熱源Ｓは複数の方法またはそれらの組み合わせで推定することができる。たとえば、周期的な誘電体構造における散乱や回折といった光現象を解く計算電磁気学方法は、テストオブジェクトにおける光吸収に直接的に由来する熱源Ｓの推定に使用することができる。
【００５２】
ステップＳ１３３では、コンピュータシステム１０１は、レーザパワーＰ１およびＰ２に対する温度場Ｔ１およびＴ２をそれぞれ決定する。温度場Ｔ１およびＴ２は、方法の多様性によって決定することができる。本実施形態によれば、Ｔは、温度Ｔが以下の式（３）によって統制される熱拡散式に基づく数値計算によって決定される。
【００５３】
【数３】
0006441252.tif 000004
【００５４】
式（３）において、λｘ、λｙおよびλｚはデカルト座標系での熱伝導率であり、ρは密度であり、ｃｐは所定の熱容量であり、ｔは時間である。式（３）は、極小制御ボリュームｄｘ×ｄｙ×ｄｚにおけるＴの統制式と一致する。
【００５５】
熱物性λｘ，λｙ，λｚ（波長であるλ０とは異なる）、ρおよびｃｐは、極小量内でのローカル特性である。複合ＶＬＳＩテストオブジェクトでは、数値計算を簡易にするために、バルク熱物性をたとえば熱抵抗回路を用いて決定することができる。同様の原理が式（２）における減衰係数αに適用される。
【００５６】
本実施形態では式（３）を用いているが、温度場の決定には複数の方法を用いることができる。たとえば、モンテカルロ法および／またはボルツマン輸送方程式に基づく統計的分析は、テストオブジェクト内でのフォノン分散の予測および温度場Ｔの推定を求めることができる。
【００５７】
ステップＳ１３４では、コンピュータシステム１０１は、温度場Ｔ１およびＴ２について、最大温度Ｔｍａｘ１およびＴｍａｘ２をそれぞれ決定する。ステップＳ１３５では、図６Ｅに示すように、コンピュータシステム１０１は、レーザパワーＰ１およびＰ２と最大温度Ｔｍａｘ１およびＴｍａｘ２とを用い、外挿法（または内挿法）によって、許容レーザパワーＰｐｅｒｍ、すなわちテストオブジェクト１内にダメージを与えない最大パワーを決定する。
【００５８】
図７Ａおよび図７Ｂは、ステップＳ１３５の外挿プロセス、および、照射パラメータの４つのセットに対する許容パワーの計算結果を示す。図７Ａでは、照射パワーＰ（Ｐ＝ＰＧ＋ＰＤ）と最大温度Ｔｍａｘとの関係が、ガウシアンレーザビーム（第１バリエーション）、ドーナツレーザビーム（第４バリエーション）およびケースＡおよびＢの２つの変更レーザビーム（第２および第３バリエーション）について示されている。ラインＧ１１はガウシアンレーザビームについての関係を示し、ラインＤ１１はドーナツレーザビームについての関係を示し、ラインＭ１１およびＭ１２はケースＡおよびＢの２つの変更レーザビームについての関係をそれぞれ示している。
【００５９】
ケースＡおよびＢは、トータル照射パワーＰ（図５Ａのテーブル参照）の８５％および９０％のドーナツ成分からそれぞれ構成される。また、ここで、図７Ａにおける最大温度は、テストオブジェクト１内の最大温度が許容温度未満を意味するＴｍａｘ＜１となるように、許容温度Ｔｐｅｒｍで正規化されている。ここで、照射パワーＰと最大温度Ｔｍａｘとの関係は線形である。それゆえ、図７Ａに示すように、外挿法（または内挿法）は、許容レーザパワーＰｐｅｒｍを推定させることができる。
【００６０】
図７Ｂは、照射パラメータの４つのセットについての外挿許容パワーに対する最浅層の温度の計算結果を示す。図７Ｂにおいて、ラインＧ２１はガウシアンレーザビームについての外挿許容パワーＰｐｅｒｍ＝８２．９［ｕ］の結果を示し、ラインＤ２１はドーナツレーザビームについての外挿許容パワーＰｐｅｒｍ＝２００．５［ｕ］の結果を示し、ラインＭ２１およびＭ２２はケースＡおよびＢの２つの変更レーザビームについての外挿許容パワーＰｐｅｒｍ＝１７７．５［ｕ］およびＰｐｅｒｍ＝１８８．２［ｕ］の結果をそれぞれ示している。図７Ｂに示すように、計算結果は、ドーナツ成分の寄与が増加するにつれてＰｐｅｒｍの値が増加するとともに、Ｐｐｅｒｍの使用は最大温度を許容温度（すなわち、Ｔ＝１．０）に適合させる。
【００６１】
高い許容温度Ｐｐｅｒｍは、テストオブジェクト１内の加熱による刺激を増加させる。図８は、実際には、テストオブジェクト１が周囲成分Ｃ２を持つ変更レーザビームＣ３で照射されたときに深層でのより良い測定精度ξが達成されることを示している。
【００６２】
図８において、横軸は深さであり、縦軸は無次元の精度推定ξである。なお、ξは許容精度で正規化されている。ラインＧ３１はガウシアンレーザビームについての測定精度ξと深さとの関係を示し、ラインＤ３１はドーナツレーザビームについての測定精度ξと深さとの関係を示し、ラインＭ３１およびＭ３２はケースＡおよびＢの２つの変更レーザビームについての測定精度ξと深さとの関係をそれぞれ示している。
【００６３】
ドーナツ形状レーザビームはより高い許容レーザパワーを有するため、ドーナツ形状レーザビームに起因した精度の改善は、ガウシアンレーザビームで照射した場合よりもテストオブジェクト１により多くのエネルギーを入力できることから予測される。しかしながら、図８は、浅層でドーナツ形状レーザビームが測定精度を悪化させることも示している。そのような悪化は、図４に示す強度プロファイルで示唆されているように、ドーナツ形状レーザビームが浅層においてガウシアンが対応する範囲よりもより広い範囲を熱刺激するためであると予測される。これらの困難を解決するために、本実施形態では、ガウシアンレーザビーム（中央成分Ｃ１）とドーナツ形状レーザビーム（周囲成分Ｃ２）との上述した式（１）に基づく組み合わせを提示する。
【００６４】
第１に、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、増加した特性範囲ｗＤを持つドーナツ形状レーザビームは、テストオブジェクト１の深層における欠陥の測定精度を向上する。たとえば、深層での精度向上にとって、ｗＤ＝２．５のドーナツ特性範囲は、ｗＤ＝０．５およびｗＤ＝１．０のドーナツ特性範囲よりも良好である。
【００６５】
第２に、図９Ｃおよび図９Ｄに示すように、配合率γをガウシアン成分とした場合（γ＝１は完全にガウシアンであり、γ＝０は完全にドーナツ形状である）、浅層の精度が改善され得る。それゆえ、図９Ｄにおけるγ＝０．０２に対応する照射強度のような適切な照射は、浅層に対して良好な精度、すなわち許容値ξｐｅｒｍ以下を保ちつつ、深層の精度測定を著しく向上する。以下では、本実施形態にかかるガウシアン照射とドーナツ形状照射との調節可能な組み合わせのための複数の光学装置および方法を提案する。
【００６６】
図１０Ａは、本実施形態にかかる熱レーザ刺激装置１００における光学システム３の配置を示す。光学システム３は、レーザ光源２Ｇおよび２Ｄを含むレーザ光源２から出力されたレーザビームを操作するために用いられる。光学システム３は、ＮＤフィルタ１１Ｇおよび１１Ｄと、偏光板１２Ｇおよび１２Ｄと、波面変換器１３と、ビーム拡大器４０Ｇおよび４０Ｄと、ビームスプリッタ５１と、カメラ４１と、ビーム集光器５２と、光学素子５３と、スキャナ５４と、レンズ１０と、回路基板３０と、スタンド８０とを備える。
【００６７】
図２に示すコンピュータシステム１０１は、光学システム３のいくつかの要素を制御するとともに、信号検出器１０５を用いてテストオブジェクト１から測定された電気信号変化を記録するために用いられる。
【００６８】
光学システム３では、レーザ光源２Ｇおよび２Ｄは、それぞれ独立のガウシアン強度プロファイルを持つレーザビームＣ１０およびＣ２０を出力する。レーザビームＣ１０およびＣ２０の強度は、それぞれＮＤフィルタ１１Ｇおよび１１Ｄで調整することができる。レーザビームＣ１０およびＣ２０は、たとえば水平基準線に対して４５度傾いている所望の直線偏光状態を保証するために、それぞれ偏光板１２Ｇおよび１２Ｄを通過することもできる。レーザ光源２Ｇおよび２Ｄからの出力直後のレーザビームＣ１０およびＣ２０の直線偏光状態がそれぞれ既知の場合には、偏光板１２Ｇおよび／または１２Ｄを省略することができる。
【００６９】
ＮＤフィルタ１１Ｇと偏光板１２Ｇとを通過したレーザビームＣ１０は、ビーム拡大器４０Ｇに入射する。ビーム拡大器４０Ｇは、凹レンズ４１Ｇと凸レンズ４２Ｇとアクチュエータ４３Ｇとを備える。レーザビームＣ１０は、凹レンズ４１Ｇによって拡径され、そして、拡径されたレーザビームＣ１０は、凸レンズ４２Ｇで平行光化される。アクチュエータ４３Ｇは、レーザビームＣ１０のガウシアン強度プロファイルの範囲ｗＧを制御するために、焦点の変更も可能な凸レンズ４２Ｇの位置を調節する。その後、レーザビームＣ１０は、ビームスプリッタ５１に入射する。
【００７０】
一方、レーザ光源２Ｄは、波面変換器１３によって強度がドーナツ形状の強度プロファイルに変更されたレーザビームＣ２０を出力する。
【００７１】
ＮＤフィルタ１１Ｄと偏光板１２Ｄとを通過したレーザビームＣ２０は、ビーム拡大器４０Ｄに入射する。ビーム拡大器４０Ｄは、凹レンズ４１Ｄ、凸レンズ４２Ｄおよびアクチュエータ４３Ｄを備える。レーザビームＣ２０は、凹レンズ４１Ｄで拡径され、そして、拡径されたレーザビームＣ２０は、凸レンズ４２Ｄで平行光化される。アクチュエータ４３Ｄは、レーザビームＣ２０のドーナツ形状強度プロファイルの範囲ｗＤを制御するために、焦点の偏光も可能な凸レンズ４２Ｄの位置を調節する。その後、レーザビームＣ２０は、ビームスプリッタ５１に入射する。
【００７２】
ビームスプリッタ５１は、偏光子または種々のミラーまたはプリズムであってよい。ビームスプリッタ５１は、レーザビームＣ１０およびＣ２０を合波することで変更レーザビームＣ３を生成し、変更レーザビームＣ３をテストオブジェクト１へ出射する。また、ビームスプリッタ５１は、たとえば式（１）におけるＰＧおよびＰＤと範囲ｗＧおよびｗＤからなるＩＤおよびＩＧであるレーザビーム強度の調節を管理するために、ビームＣ１０およびＣ２０の強度プロファイルをカメラ４１へ出力もする。同様に、ビームスプリッタ５１は、レーザビームＣ１０を調節するために除外されてもよいし、または、ビームスプリッタ５１は、レーザビームＣ２０を調節するために固定ミラーに変更されてもよい。
【００７３】
ビームスプリッタ５１から出射された変更レーザビームＣ３は、ビーム集光器５２を通過することで、テストオブジェクト１に集光される。ビーム集光器５２は、１つ以上の凹レンズおよび／または１つ以上の凸レンズおよび／または１つ以上の対物レンズのいずれかもしくはその組み合わせであってよい。
【００７４】
そして、変更レーザビームＣ３は、テストオブジェクト１における照射領域のスキャンに使用される光学素子５３を通過する。光学素子５３は、平板、ミラー、レンズ、または、レーザビームＣ３をスキャンするために用いることが可能なその他の素子であってよい。光学素子５３は、ピエゾ素子および／またはサーボモータおよび／またはステッパミラーおよび／またはリニアモータで構成されるスキャナ５４によって操作される。
【００７５】
そして、変更レーザビームＣ３は、レンズ１０を介してテストオブジェクト１に集光される。レンズ１０は、光学システム３の開口数を変更するために、固浸レンズ（ＳＩＬ）または何らかの派生物であってよい。そして、レーザビームＣ３の直径は、以下の式（４）にしたがって変更されてよい。
【００７６】
【数４】
0006441252.tif 000005
【００７７】
式（４）では、φはテストオブジェクト１の浅層への変更レーザビームＣ３の入射によって形成される照射領域の直径であり、λは変更レーザビームＣ３の波長であり、ＮＡは光学システム３の開口数である。式（４）は、浅層の理想エアリーディスク強度分布にしたがって立てられた式である。変更レーザビームＣ３の波長は、テストオブジェクト１の基板２５における吸収を低減するために、通常では赤外領域である。また、光学システム３におけるＮＡおよびλは、図６Ａに記述された後述するプロセスで例示するように、測定の精度を最大化する値に従って選択されるとよい。
【００７８】
また、図１０Ａに示すように、テストオブジェクト１は回路基板３０に搭載され、テストオブジェクト１の周辺の異なるピンは回路基板３０に接続される。回路基板３０は、テストオブジェクト１における１つのパスまたはテストオブジェクト１における複数のパスに沿って定電圧または可変の電位差を印加するために用いられる。これらのパスは、各欠陥の深さを検出するために、テストオブジェクト１における個々の層を含んでもよい。回路基板３０は、ステージ５０に固定される。ステージ５０は、光学システム３におけるテストオブジェクト１の空間的位置を制御するために用いられる。空間的位置は、３つのデカルト座標のうちのいくつかを制御され得る。また、ステージ５０は、測定精度に潜在的に影響を与え得る外部振動から光学システム３を分離するために、減衰機構を備えたスタンド８０に搭載される。
【００７９】
図１０Ｂは、テストオブジェクト１と変更レーザビームＣ３でテストオブジェクト１の多層領域２６を照射することで形成された照射領域Ｚ１０としての典型的な多層フラッシュメモリチップとの模式平面図および模式側面図である。本実施形態では、典型的な多層フラッシュメモリ構造がテストオブジェクト１の一般的な例として使用されるが、種々の平面または多層半導体装置を本実施形態で解析することが可能である。オブジェクトは、周期構造も予め決められた構造特性も備える必要はない。
【００８０】
図１０Ｃは、テストオブジェクト１の模式平面図である。図１０Ｂに示すテストオブジェクト１の側面図に対応する、テストオブジェクト１の浅層２６ａにおける照射領域Ｚ１０の強度についても、図１０Ｃに示されている。
【００８１】
本実施形態は、主として深層２６ｂにおける欠陥の検出を対象としているが、浅層２６ａにおける欠陥の検出も可能である。赤外照射は回路層２７における異なる材料によって高吸収されるため、レーザビームＣ３は、通常、変更レーザビームＣ３の波長λに対して半透明である単一の材料で構成された基板層２５を介する方が好ましい。
【００８２】
図１１は、本実施形態にかかる熱レーザ刺激装置１００における光学システム３の他の配置を示す。図１１において、図１０Ａに示す構成と同一の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００８３】
図１１に示すように、光学システム３００は、レーザ光源２から出力されたレーザビームを操作するために用いられる。光学システム３００は、ＮＤフィルタ１１と、偏光板１２と、ビーム拡大器４０と、ビームスプリッタ５５と、可調ミラー６０Ｇと、アクチュエータ６１と、波面変換器１３と、固定ミラー６０Ｄと、ビームスプリッタ５１と、カメラ４１と、ビーム集光器５２と、固定ミラー６２と、可調ミラー６３と、スキャナ６４と、レンズ１０と、回路基板３０と、ステージ５０と、スタンド８０とを備える。
【００８４】
光学システム３００では、レーザ光源２は、ガウシアン強度プロファイルのレーザビームＣ３０を出力する。レーザビームＣ３０は、レーザビームＣ３０の強度と直線偏光とをそれぞれ制御するために、ＮＤフィルタ１１および偏光板１２を通過し得る。レーザ光源２からの出力直後のレーザビームＣ３０の強度または直線偏光状態が既知である場合には、光学素子１１および１２を省略することができる。望ましい直線偏光状態の方向は、水平方向に対してθ（θはたとえば４５°）傾いている。
【００８５】
偏光板１１を通過したレーザビームＣ３０は、ビーム拡大器４０に入射する。ビーム拡大器４０は、凹レンズ４１および凸レンズ４２を備え、レーザビームＣ３０の直径を拡大する。
【００８６】
拡径されたレーザビームＣ３０は、２つのレーザビームに分離される。一方のレーザビームは、ガウシアンレーザビームＣ１であり、可調ミラー６０Ｇによる反射を経てビームスプリッタ５１に導入される。他方のレーザビームは、波面変換器１３を通過することで、ドーナツ形状レーザビーム（周囲成分Ｃ２に相当）に変換される。波面変換器１３は、アキシコンミラー／レンズを備え、ガウシアンレーザビームをドーナツ形状レーザビームに変換する。波面変換器１３から出力されたドーナツ形状レーザビーム（Ｃ２）は、固定ミラー６０Ｄによる反射を経てビームスプリッタ５１に入射する。
【００８７】
ビームスプリッタ５１は、レーザビーム（Ｃ１およびＣ２）を合波することで、変更レーザビームＣ３を生成し、変更レーザビームＣ３をテストオブジェクト１へ出射する。
【００８８】
ビームスプリッタ５１から出力された変更レーザビームＣ３は、ビーム集光器５２を通過することで、テストオブジェクト１に集光される。
【００８９】
その後、変更レーザビームＣ３は、固定ミラー６２で反射され、そして、テストオブジェクト１の照射領域をスキャンするために用いられる可調ミラー６３を通過する。可調ミラー６３は、ピエゾ素子および／またはサーボモータおよび／またはステッパミラーおよび／またはリニアモータを備え得るスキャナ６４によって操作される。そして、変更レーザビームＣ３は、レンズ１０を介してテストオブジェクト１に集光される。
【００９０】
いくつかの実施形態について記述したが、これらの実施形態は例としての提示にすぎず、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。実際には、ここに記述された新規な実施形態は、種々の形態で具現化され得、また、ここに記述された実施形態の態様における多様な省略、置換および変更は、本発明の主旨から逸脱することなく可能である。付随のクレームおよびその等価物は、そのような態様または変更を本発明の範囲および主旨に含まれるものとして包含することを意図している。
【符号の説明】
【００９１】
１…テストオブジェクト、２，２Ｄ，２Ｇ…レーザ光源、３，３００…光学システム、４…照射軸、１０，５２…レンズ、１１，１１Ｄ，１１Ｇ…ＮＤフィルタ、１２Ｄ，１２Ｇ…偏光板、２５…基板層、２６…多層領域、２６ａ…浅層、２６ｂ…深層、２７…回路層、３０…回路基板、４０，４０Ｄ，４０Ｇ…ビーム拡大器、１３…波面変換器、４１，４１Ｄ，４１Ｇ…凹レンズ、４２，４２Ｄ，４２Ｇ…凸レンズ、４３Ｄ，４３Ｇ，６１…アクチュエータ、５４，６４…スキャナ、５０…ステージ、５１，５５…ビームスプリッタ、５３…光学素子、６０Ｄ，６２…固定ミラー、６０Ｇ，６３…可調ミラー、８０…スタンド、１００…熱レーザ刺激装置、１０１…コンピュータシステム、１０２…ディスプレイ、１０３…信号生成器、１０４…環境制御システム、１０５…信号検出器、Ｃ０，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０…レーザビーム、Ｃ１…強度成分（中央成分）、Ｃ２…強度成分（周囲成分）、Ｃ１１，Ｃ２１…ガウシアン成分、Ｃ１２…リング成分、Ｃ２２…複数の同心リング成分、Ｃ３１…中央ガウシアン成分、Ｃ３２…周囲ガウシアン成分、Ｃ３，Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３…変更レーザビーム、Ｚ１０…照射領域
【図１】
0006441252.tif 000006
【図２】
0006441252.tif 000007
【図３Ａ】
0006441252.tif 000008
【図３Ｂ】
0006441252.tif 000009
【図３Ｃ】
0006441252.tif 000010
【図４】
0006441252.tif 000011
【図５Ａ】
0006441252.tif 000012
【図５Ｂ】
0006441252.tif 000013
【図６Ａ】
0006441252.tif 000014
【図６Ｂ】
0006441252.tif 000015
【図６Ｃ】
0006441252.tif 000016
【図６Ｄ】
0006441252.tif 000017
【図６Ｅ】
0006441252.tif 000018
【図７Ａ】
0006441252.tif 000019
【図７Ｂ】
0006441252.tif 000020
【図８】
0006441252.tif 000021
【図９Ａ】
0006441252.tif 000022
【図９Ｂ】
0006441252.tif 000023
【図９Ｃ】
0006441252.tif 000024
【図９Ｄ】
0006441252.tif 000025
【図１０Ａ】
0006441252.tif 000026
【図１０Ｂ】
0006441252.tif 000027
【図１０Ｃ】
0006441252.tif 000028
【図１１】
0006441252.tif 000029