(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源と、
前記レーザビームを多層半導体（ＭＬＳ）の標的領域に選択的に照射して前記ＭＬＳに照射ゾーンを生成する光学システムと、
前記ＭＬＳの前記照射ゾーンの位置を測定するカメラと、
前記照射ゾーンと前記ＭＬＳとの相対位置を制御して前記標的領域に沿って前記照射ゾーンを移動させるステージおよびスキャナと、
前記ＭＬＳにおける温度上昇により誘起された電気信号または電気信号変化を測定し、前記測定された電気信号または前記測定された電気信号変化に基づいて前記ＭＬＳにおける前記標的領域の位置および欠陥の位置を特定するコントローラシステムと
を備え、
前記標的領域は、前記標的領域の周りの材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材料から作製され、前記ＭＬＳの浅い層から深層までを貫く構造を有し、
前記コントローラシステムは、前記カメラで測定された前記照射ゾーンの位置に基づいて、前記照射ゾーンの位置が前記標的領域に沿って移動するように前記ステージおよび前記スキャナを制御する、
欠陥検出装置。
【請求項２】
前記コントローラシステムは、前記電気信号変化に基づいて前記相対位置を決定し、前記決定された相対位置に従って前記ステージおよび前記スキャナを制御する、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記電気信号または前記電気信号変化を増大させる増幅器をさらに備え、
前記コントローラシステムは、前記増大した電気信号または前記増大した電気信号変化を測定し、前記増大した電気信号または前記増大した電気信号変化に基づいて前記ＭＬＳ内の前記欠陥の位置を特定する、
請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記レーザ源は、前記ＭＬＳの基板材料に対して半透過性である赤外線波長を有する前記レーザビームを出力する、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記光学システムは、前記ＭＬＳのより浅い層に前記照射ゾーンが形成されるように、前記レーザビームを前記ＭＬＳの基板を通って前記標的領域に向ける、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
前記光学システムは、前記照射ゾーンのサイズが前記標的領域と同等のサイズを有するように前記光学システムの開口数を調節するための光学部品を含む、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項７】
前記光学システムは、前記標的領域における前記照射ゾーンの数を増加させる回折パターンを形成するための回折格子を含む、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項８】
前記光学システムは、前記標的領域における前記照射ゾーンの数を増加させる干渉縞を形成するための１つ以上のプリズムを含む、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項９】
前記増幅器は、前記ＭＬＳの温度分布に応じて前記電気信号または前記電気信号変化を検出するために動作可能である、請求項３に記載の欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記増幅器は、各欠陥および／または少なくとも１つの欠陥が位置する層の深さを検出するために、個々の層の前記電気信号または前記電気信号変化を検出するために調節される、請求項３に記載の欠陥検出装置。
【請求項１１】
多層半導体（ＭＬＳ）における欠陥の位置を検出する欠陥検出方法であって、
レーザビームを出力することと、
前記レーザビームを多層半導体（ＭＬＳ）の標的領域に選択的に照射して前記ＭＬＳに照射ゾーンを生成することと、
前記ＭＬＳの前記照射ゾーンの位置を測定することと、
前記照射ゾーンと前記ＭＬＳとの相対位置を制御して前記標的領域に沿って前記照射ゾーンを移動させることと、
前記ＭＬＳにおける温度上昇により誘起された電気信号または電気信号変化を測定することと、
前記測定された電気信号または前記測定された電気信号変化に基づいて前記ＭＬＳにおける前記標的領域の位置および欠陥の位置を特定することと
を含み、
前記標的領域は、前記標的領域の周りの材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材料から作製され、前記ＭＬＳの浅い層から深層までを貫く構造を有し、
前記照射ゾーンは、測定された前記照射ゾーンの位置に基づいて、前記標的領域に沿って移動するように制御される、
欠陥検出方法。
【請求項１２】
多層半導体（ＭＬＳ）における欠陥の位置を検出するためのプログラムであって、
レーザビームを出力することと、
前記レーザビームをＭＬＳの標的領域に選択的に照射して前記ＭＬＳに照射ゾーンを生成することと、
前記ＭＬＳの前記照射ゾーンの位置を測定することと、
前記照射ゾーンと前記ＭＬＳとの相対位置を制御して前記標的領域に沿って前記照射ゾーンを移動させることと、
前記ＭＬＳにおける温度上昇により誘起された電気信号または電気信号変化を測定することと、
前記測定された電気信号または前記測定された電気信号変化に基づいて前記ＭＬＳにおける前記標的領域の位置および欠陥の位置を特定することと
についての命令を含み、
前記標的領域は、熱伝導率が高い材料から作製され、前記ＭＬＳの浅い層から深層までを貫く構造を有し、
前記照射ゾーンは、測定された前記照射ゾーンの位置に基づいて、前記標的領域に沿って移動するように制御される、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、欠陥検出装置、欠陥検出方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
より高性能な集積回路（Integrated Circuit：ＩＣ）に対して急速に高まる需要によってフォトリソグラフィはナノメートルスケールのものとなったが、これは、ＩＣの性能をさらに高めることを限定する要因であることが分かっている。他方で、ＩＣ内のトランジスタ密度を高め、これによりＩＣ全体の性能を高めるためには、多層積層が有望で経済的かつ信頼できる方法であることが分かっている。近年、例えば、フラッシュメモリ製造業者は三次元多層ＮＡＮＤフラッシュチップを製造し始めたが、ＮＡＮＤフラッシュチップによって近い将来、手頃なコストでソリッドステートドライブ（Solid-State Drive：ＳＳＤ）をテラバイトレベルに到達させることが可能である。したがって、三次元ＭＬＳデバイスは、超大規模集積回路（Very-Large-Scale Integration：ＶＬＳＩ）の最も重要な進歩であると考えられ、また今後数十年にわたって半導体産業において欠くことのできない重要な技術となるであろう。
【０００３】
半導体製造において、故障検出または欠陥位置の特定は、製造の信頼性を保証し、その歩留まりを向上させるための必須のプロセスである。したがって、故障検出技術は、半導体製造の進歩と並行して開発されるべきものである。不具合のあるチップにおける欠陥を特定するための第１のステップは、ロックインサーモグラフィ（Lock-In Thermography：ＬＩＴ）等の非破壊的技術によってその大まかな位置（１０−３メートルオーダー）を特定することである。その後、より正確な非破壊的技術を使用して欠陥の位置（１０−６メートルオーダー）を検出してから、チップの切断に進み、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）等の顕微鏡により欠陥の正確な位置（１０−９メートルオーダー）を見つける。定評のある正確な故障検出技術としては、レーザ電圧イメージング（Laser Voltage Imaging：ＬＶＩ）および光ビーム加熱抵抗変動（Optical Beam Induced Resistance Change：ＯＢＩＲＣＨ）が挙げられる。しかしながら、これらの技術は本来単層半導体の欠陥を検出するために開発されたものであるため、このような技術をＭＬＳに応用しようと試みると多くの問題が発生する。例えば、ＬＶＩは、通常第１のトランジスタ層で反射される反射レーザビームの分析に基づく技術であるため、ＭＬＳの深層の欠陥を検出するのには適していない。他方、ＯＢＩＲＣＨは、赤外レーザビームをチップに照射し、温度上昇により起きる電気抵抗変動を測定する技術であり、レーザによって引き起こされた電気抵抗変動は、欠陥のある位置と機能する位置とでは著しく異なる。赤外光は通常、浅いトランジスタ層（または単層半導体の第１の層）で吸収されるものの、これらの浅い層に蓄積した熱は、熱伝導によって深層へと伝わる。このプロセスによって、欠陥が存在している可能性のある深層に温度上昇がもたらされ、欠陥での温度上昇が十分に高ければ、ＭＬＳ内の異常な電気抵抗変動を検出できる、すなわち、欠陥のある位置が特定可能である。
【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、ＭＬＳの製造プロセスおよび歩留まりを改善するために実施することが可能なＭＬＳの欠陥を検出する装置および方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様によると、欠陥検出装置は、レーザビームを出力するレーザ源と、前記レーザビームを多層半導体（ＭＬＳ）の標的領域に選択的に照射して前記ＭＬＳに照射ゾーンを生成する光学システムと、前記ＭＬＳの前記照射ゾーンの位置を測定するカメラと、前記照射ゾーンと前記ＭＬＳとの相対位置を制御して前記標的領域に沿って前記照射ゾーンを移動させるステージおよびスキャナと、前記ＭＬＳにおける温度上昇により誘起された電気信号または電気信号変化を測定し、前記測定された電気信号または前記測定された電気信号変化に基づいて前記ＭＬＳにおける前記標的領域の位置および欠陥の位置を特定するコントローラシステムとを備え、前記標的領域は、前記標的領域の周りの材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材料から作製され、前記ＭＬＳの浅い層から深層までを貫く構造を有し、前記コントローラシステムは、前記カメラで測定された前記照射ゾーンの位置に基づいて、前記照射ゾーンの位置が前記標的領域に沿って移動するように前記ステージおよび前記スキャナを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る光学システムおよびコントローラシステムを示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る光学システムの部品とコントローラシステムの部品との接続を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態に係るＭＬＳの概略上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態に係るＭＬＳの概略側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施形態に係る数値計算の結果を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの領域Ｒの拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の実施形態における、誤って位置合わせされている場合のＭＬＳの概略側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１の実施形態における、位置合わせされた場合のＭＬＳの概略側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、照射ゾーンが位置ｘに沿って移動したときに測定された電気信号（ノイズを伴わない）の予想される変化を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係るビーム位置合わせ法のフローチャートである。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る光学システムを示す概略図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係るＭＬＳの概略上面図および概略側面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係るビーム位置合わせ法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る光学システムを示す概略図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係るＭＬＳの概略上面図および概略側面図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態に係るビーム位置合わせ法のフローチャートである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第３の実施形態に係る、レーザビーム拡張後のＭＬＳの概略上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、事前に選択された標的領域における干渉縞を調節する前のＭＬＳの概略上面図である。
【図１４】図１４は、第３の実施形態の一変形例に係る光学システムを示す概略図である。
【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、事前に選択された標的領域を加熱するための可能な設定の例示としての役割を果たす。
【０００９】
従来のＯＢＩＲＣＨをＭＬＳに応用することは、以下の重大な問題を有することがある。
【００１０】
第１に、熱は照射ゾーンからその周りへと球状に拡散し得る。すなわち、温度低下は照射ゾーン（熱源）の中心部から距離の２乗に略正比例する。このような温度低下によって異常な電気抵抗変動が非常に小さくなるため、深層における欠陥を検出できる可能性が顕著に低下する。
【００１１】
第２に、熱は横方向および縦方向の両方に拡散する、すなわち、熱は浅い層から深層に向かってだけでなく、層に沿っても拡散するため、測定精度が低下し得る。したがって、この熱拡散は、深層における温度分布をフラットなものとする傾向があり、異常な電気抵抗変動により欠陥が検出される範囲の増加をもたらし、この範囲の増加により測定精度が低下する。この問題は、欠陥位置が深くなればなるほど顕著になる。
【００１２】
第３に、深層の最も熱い位置と第１の層の照射ゾーンの位置との間の空間シフトにより測定精度の低下が起こり得る。空間シフトは移動源に固有のものである。この問題もまた、欠陥位置が深くなればなるほど深刻になり得る。
【００１３】
したがって、ＭＬＳの深層の欠陥位置を検出し、かつ／またはこれらの欠陥の深さを検出するための代替的な非侵襲型熱刺激ベースの装置および方法を提供することが有利であろう。このような方法が利用可能であれば、ＭＬＳの製造プロセスおよび歩留まりを改善するために実施することが可能である。このことによってさらに、製造業者はＭＬＳの層の数を増加させることが可能になり、それにより、このようなデバイスの機能性および性能を向上させることが可能になる。
【００１４】
前述の問題は以下の実施形態によって大いに克服される。これらの実施形態において、ＭＬＳにおける欠陥および／または不具合の位置および深さを特定する装置および方法は、より欠陥が存在していそうな対象範囲を特定することを含む。本装置は、選択的にＭＬＳを加熱するレーザビームと、ＭＬＳにおける事前に選択された標的領域にビームを照射する光学システムと、熱により誘起された電気信号変化を増大させる増幅器と、前述の設定を制御し、ＭＬＳから得た電気信号変化を記録するコントローラを有するコンピュータシステムとを備える。加えて、本開示は、事前に選択された標的領域によってレーザにより誘起される照射ゾーン（熱源）を位置合わせする２つの方法と、ＭＬＳの欠陥位置を検出する１つの方法とを含む。後者の方法はまた、ＭＬＳのより広い平面における欠陥の位置を見つけた後に欠陥の深さを検出することを含む。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１に、第１の実施形態に係るＭＬＳの欠陥を検出する装置および方法を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態に係る光学システム１００およびコントローラシステム１０１の配置を示す。光学システム１００はレーザビーム１を操作するために使用され、またレーザ源４０、偏光板２、四分の一波長板９、ビームスプリッタ５、カメラ４１、光学素子６、スキャナ６０、レンズ４、レンズ１０、ＭＬＳ２０、回路基板３０、ステージ５０、およびスタンド８０を備える。コントローラシステム１０１は、光学システム１００内のいくつかの要素を制御し、かつＭＬＳ２０からの測定された電気信号変化を記録するために使用され、また増幅器１３０、レーザコントローラ１４０、カメラコントローラ１４１、ステージコントローラ１５０、スキャナコントローラ１６０、およびコンピュータシステム１７０を備える。
【００１７】
光学システム１００内では、レーザビーム１はレーザ源４０を用いて生成される。レーザビーム１は、所望の直線偏光状態を保証するために偏光板２を通過し得るが、レーザ源４０を出た直後のレーザビーム１の直線偏光状態が既知であれば、偏光板２を省略することができる。さらに、レーザビーム１の直線偏光状態は四分の一波長板９によって円偏光へと変化できるが、この場合、入射レーザビーム１の偏光面がレーザビーム１の光軸に対してπ／４に調節され、四分の一波長板９の異常軸が光軸に平行となる。
【００１８】
次に、レーザビーム１はビームスプリッタ５を通過する。ビームスプリッタ５は偏光ビームスプリッタまたは任意の種類のプリズムであることも可能である（ビームスプリッタ５は後に、ＭＬＳ２０から反射した光または放出された光を捕捉するために使用される）。
【００１９】
レーザビーム１はその後、ＭＬＳ２０の照射ゾーンをスキャンするために使用される光学素子６を通過する。光学素子６は、平坦なプレート、鏡、レンズ、またはレーザビーム１をスキャンするために使用可能な任意の他の要素であることができる。光学素子６はスキャナ６０により操作され、スキャナ６０は、圧電素子および／またはサーボモータおよび／またはステップモータおよび／またはリニアモータを備えることが可能なスキャナコントローラ１６０により操作される。
【００２０】
次に、レーザビーム１は、レーザビーム１がレンズ１０、その後ＭＬＳ２０に向けられるようにレンズ４を通過する。レンズ４は、１つ以上の凹レンズ、１つ以上の凸レンズ、および１つ以上の対象レンズのいずれか１つまたは組み合わせであることができる。レンズ１０は、光学システム１００の開口数を変更するためのソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersed Lens：ＳＩＬ）または任意の派生物であることができる。次に、レーザビーム１の直径は式（１）に従って変更可能である。
【００２１】
Φ＝１．２２λ／ＮＡ  （１）
【００２２】
式（１）中、ΦはＭＬＳ２０の浅い層へのレーザビーム１の入射によって生じる照射ゾーンの直径であり、λはレーザビーム１の波長であり、ＮＡは光学システム１００の開口数である。式（１）は、浅い層における理想的なエアリー円盤の強度分布に従って公式化される。レーザビーム１の波長は通常、ＭＬＳ２０の基板２５（図３Ｂ参照）における吸収を低下させるために赤外線領域内にある。さらに、光学システム１００のＮＡおよびλは事前に選択された標的領域のそれぞれのサイズに従って選択されるべきであり、すなわち、照射ゾーンΦのサイズは、事前に選択された各照射領域とおよそ同じサイズであるべきである。
【００２３】
さらに、図１に示すように、ＭＬＳ２０は回路基板３０上に設置されており、ＭＬＳ２０周縁の異なるピンは回路基板３０に接続される。回路基板３０を使用して、ＭＬＳ２０の１つの経路またはＭＬＳ２０の複数の経路に沿って定電圧差または可変電圧差を印加し、これらの経路は、各故障の深さを検出するためにＭＬＳ２０の個々の層を含んでよい。回路基板３０は増幅器１３０に接続され、この回路基板３０はステージ５０に固定される。ステージ５０を使用して光学システム１００内のＭＬＳ２０の空間的位置を制御するが、空間位置は３つのデカルト座標のいずれかで制御できる。さらに、ステージ５０はスタンド８０上に設置されており、スタンド８０は、測定精度に影響を与え得る外部振動から光学システム１００を隔離するために減衰特徴を備えることが可能である。
【００２４】
図１に示されるコントローラシステム１０１の中心的要素はコンピュータシステム１７０である。コンピュータシステム１７０は、（ｉ）レーザコントローラ１４０によるレーザビーム１の切り換え、（ｉｉ）スキャナコントローラ１６０によるレーザビーム１のスキャン、（ｉｉｉ）カメラコントローラ１４１によるカメラ４１の／からの切り換えおよび読み込み、および（ｉｖ）ステージコントローラ１５０による光学システム１００内でのＭＬＳ２０の位置決めを制御する。
【００２５】
コンピュータシステム１７０はさらに、増幅器１３０によりＭＬＳ２０に印加される電圧特性を制御する。すなわち、コンピュータシステム１７０は増幅器１３０からの増幅された電気信号変化を読み込み、記録する。電気信号変化はＭＬＳ２０内の温度上昇により誘起された電気抵抗変動によるものである。
【００２６】
図２は、光学システム１００の部品とコントローラシステム１０１の部品との接続を示す。光学システム１００は複数の構成に従って構築可能であり、そのうち３つは本開示の実施形態として説明される。
【００２７】
図３Ａは、典型的な多層フラッシュメモリチップおよび多層ゾーン２６へのレーザビーム１の入射により生成される照射ゾーン１ａの概略図の上面図を示す。第１の実施形態では、典型的な多層フラッシュメモリ構造はＭＬＳ２０の一般例として使用されるが、第１の実施形態および本開示中に記載されるその他の実施形態は、周期的構造を有し、かつその構造が異なる熱伝導率の複数の材料を含む任意のＭＬＳ内の欠陥検出に適用可能である。
【００２８】
図３Ｂは、ＭＬＳ２０の概略側面図を示す。ＭＬＳ２０の浅い層２６ａにおける照射ゾーン１ａの強度は図３Ｂにも示され、これは図３Ａに示されるＭＬＳ２０の上面図に対応する。図３Ｂでは、最大照射位置は事前に選択された標的領域の位置と重複することに留意されたい。本実施例では、事前に選択された標的領域は、図３Ａに示す上面図で見ることのできる垂直構造２２に対応する。
【００２９】
事前に選択された標的領域は、比較的高い熱伝導率の材料からなり、かつ図３Ｂに示されているようにＭＬＳ２０の浅い層２６ａから深層２６ｂまで延びる構造を有するため選択された。図３Ｂでは、基板層２５（通常１つの材料から作製される）、多層ゾーン２６のバルク（複数の材料から作製される）、および回路層２７のバルク（複数の材料から作製される）もまた示される。
【００３０】
事前に選択された標的領域のうち１つは、多層フラッシュメモリチップのブロックを分離するためのセパレータ層２２であってよい。このようなセパレータ層は通常、金属または合金のような高い熱伝導率を有する材料から作製され、ＭＬＳの浅い層２６ａから深層２６ｂまでを貫く構造を有する。したがって、セパレータ層の浅い部分を加熱することによってセパレータ層の深い部分を加熱することが可能であるため、ＭＬＳの深層を効果的に加熱することができる。
【００３１】
第１の実施形態は主に、深層２６ｂにおける欠陥検出に関するが、浅い層２６ａにおける欠陥も検出できる。赤外線照射は回路層２７の異なる材料によって高度に吸収されるため、レーザビーム１は基板層２５を通るように向けられるのが好ましく、この基板層２５は通常、レーザビーム１の波長λに対して半透過性の１つの材料から作製される。
【００３２】
第１の実施形態で述べたように、事前に選択された標的領域２２への照射ゾーン１ａの入射は複数の有利な効果を有する。図４Ａは、第１の実施形態の２つの重要な有利な効果を強調する数値計算の結果を示し、図４Ｂは、図４Ａの領域Ｒの拡大図である。図４Ａおよび図４Ｂでは、横軸はＭＬＳ２０の垂直位置であり、ここでｚ＞０は基板領域、ｚ＜０は多層領域、ｚ＝０は基板領域と多層領域との境界であり、図４Ａおよび図４Ｂの縦軸は温度である。これらの数値結果は、誤って位置合わせされている照射ゾーン（破線）および位置合わせされた照射ゾーン（実線）に対するＭＬＳ２０の垂直温度分布を示す。誤って位置合わせされている照射ゾーンおよび位置合わせされた照射ゾーンの例を図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ示す。
【００３３】
第１の実施形態の２つの有利な効果が図４Ａおよび図４Ｂに強調される。１つの有利な効果Ａは、ＭＬＳ２０の深層２６ｂの温度が上昇することであり、もう１つの有利な効果Ｂは、ＭＬＳ２０の浅い層２６ａの温度が低下することである。
【００３４】
有利な効果Ａ（図４Ｂに強調される）は、事前に選択された標的領域を加熱することにより、電流を発生させる電圧がＭＬＳ２０に印加されると、深層２６ｂにおける温度上昇に比例して電気信号変化が増幅されることを示す。増幅される電気信号により、図５Ｃに示唆されるように測定の感度および／または確度が増加し、図５Ｃでは、横軸は垂直構造２２に平行な照射ゾーンの移動ｘを示し、縦軸は電気信号または電気信号変化を示す。したがって、有利な効果Ａは、ＭＬＳの深層２６ｂに位置する欠陥の測定感度および／または確度の改善をもたらす。
【００３５】
有利な効果Ｂ（図４Ａに強調される）は、浅い層２６ａの顕著な温度低下にある。したがって、ＭＬＳ２０から読み込まれる電気信号が弱すぎる、例えば、図５Ｃの最大値および最小値がノイズにより検出不可能な場合に、サンプルを傷つけることなくレーザビーム１の出力をさらに高めることができる。したがって、有利な効果Ｂにより可能になるレーザビーム１の出力のさらなる増加により、ＭＬＳの深層２６ｂに位置する欠陥の測定感度および／または確度の改善をもたらされる。
【００３６】
図５Ｃは、事前に選択された標的領域に照射ゾーンの中心部が位置する場合、電気信号は大きくなるのに対し、照射ゾーンの中心部が隣接する垂直構造２２間にある場合、電気信号は弱くなることを示す。操作者は、過度に加熱された材料の電気抵抗率が温度に正比例または反比例するかどうかを判断するために、ＭＬＳ２０の構造に関する予備知識を有するべきである。例えば、垂直構造２２の材料の電気抵抗率が温度に反比例する場合、位置合わせされた構成は、電気抵抗率が最小値になる、すなわち、図５Ｃに示すように、オームの法則に従って電気信号が最大になる位置に相当する。図５Ｃに示される電気信号のノイズは省略されていることに留意されたい。
【００３７】
次に、第１の実施形態において照射ゾーンの中心部を事前に選択された標的領域に位置合わせする操作を、図６を参照して説明する。事前に、操作者は、光学素子を光学システム１００のフレームに固定すること、コントローラシステム１０１の電源を入れること、照射ゾーンのサイズを事前に選択された標的領域のサイズに合わせて調節すること等を含むがこれらに限定されない準備を行う。
【００３８】
図６に示すように、操作において、まずステップＳ２０１では、コントローラシステム１０１はＭＬＳ２０の選択された回路経路に定電圧または可変電圧を印加する。次にステップＳ２０２に進み、コントローラシステム１０１は、照射ゾーンが所定の位置ｘにある状態でＭＬＳ２０の浅い層２６ａを加熱する。次にステップＳ２０３に進み、コントローラシステム１０１は増幅器１３０を介して入力された電気信号または電気信号変化を記録する。次にステップＳ２０４に進み、コントローラシステム１０１はＭＬＳ２０の浅い層２６ａ上の照射ゾーンを移動させる。次にステップＳ２０５に進み、コントローラシステム１０１は、すべてのスキャン経路のスキャンが完了したか確認する。スキャンが完了していなければ、コントローラシステム１０１はステップＳ２０２に戻る。スキャンが完了したら、すなわち、図５Ｃに示されるように（ノイズを有する）電気信号変化がすべてのスキャン経路から得られたら、コントローラシステム１０１はステップＳ２０６に進む。
【００３９】
ステップＳ２０６では、コントローラシステム１０１は記録された信号の全体の最大値および最小値を見つけ出す。次にステップＳ２０７に進み、コントローラシステム１０１は、信号が最小値または最大値になる位置に合致するように照射ゾーンの位置を調節する。信号が最小値または最大値になる位置を標的領域の位置として使用するかどうかの選択は、事前に選択された領域を構成する材料の電気抵抗の温度依存性に左右される。温度上昇とともに熱伝導率が高まる、すなわち、正比例する材料で標的領域が構成される場合、位置合わせされた位置は信号出力の最小値に対応する。他方で、温度上昇とともに熱伝導率が低下する、すなわち、反比例する材料で標的領域が構成される場合、図５Ｃに示される場合のように、位置合わせされた位置は信号出力の最大値となる。
【００４０】
次にステップＳ２０８に進み、コントローラシステム１０１は、電気信号または電気信号変化を最大化するように出力強度を調節する。この調節は任意であり、図４Ａに示されるように、ＭＬＳ２０を傷つけることなくレーザ出力を増大させることが可能な有利な効果Ｂを考慮に入れる。
【００４１】
このようにして、ＭＬＳ２０をスキャンして存在し得る欠陥の位置を見つけ出すための第１の実施形態の位置合わせが実行される。スキャンは、図３Ａに示され、さらに図８および図１１に示される対象の構造（すなわち、標的領域）に沿って行われることに留意されたい。
【００４２】
上述の第１の実施形態によると、ＭＬＳの深層における欠陥の位置を検出し、かつ／またはこれらの欠陥の深さを検出することによって、ＭＬＳの製造プロセスおよび歩留まりを改善することが可能な代替的な非侵襲型熱刺激ベースの装置および方法を提供することが可能である。このことによってさらに、製造業者はＭＬＳの層の数を増加させることが可能になり、それにより、このようなデバイスの機能性および性能を向上させることが可能になる。
【００４３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るＭＬＳの欠陥を検出する装置および方法を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
第２の実施形態に係る光学システムの構成が図７に示され、図７では、コントローラシステムおよびレーザビーム１の観察システムは省略され、図１に示されるコントローラシステム１０１ならびにビームスプリッタ５およびカメラ４１から構成される観察システムに相当し得る。さらに、第２の実施形態では、第１の実施形態の構成と同じ構成には同じ参照番号が付けられ、重複する説明は省略される。
【００４５】
第２の実施形態に係る光学システム２００は、レーザビーム１を操作するために使用され、レーザ源４０、偏光板２、回折格子７、凸レンズ３、凹レンズ８、ＳＩＬ１０、ＭＬＳ２０、回路基板３０、ステージ５０、スタンド８０、およびスキャナ６０を備える。第２の実施形態では、スキャンプロセスではレンズ８を使用してレーザビーム１を方向転換させる。第２の実施形態では、レンズ８はプレートおよび／または鏡および／またはレーザビーム１をスキャン可能な任意の他の要素に置き換えることができる。
【００４６】
第２の実施形態は、ＭＬＳ２０の事前に選択された標的領域における入射ビーム（すなわち、回折レーザビーム）の数を増加させるための回折格子７を有する。図８に示すＭＬＳ２０の上面図および側面図のように、このような構造を有することによって、複数の回折レーザビーム１ｂを使用して複数の事前に選択された標的領域（すなわち、垂直構造２２）を同時に加熱することが可能であり、それにより有利な効果ＡおよびＢ（図４Ａおよび図４Ｂ参照）の向上が可能になる。さらに、回折レーザビーム１ｂの水平ピッチは必ずしも、隣接する垂直構造２２間の距離に合致しなければならないわけではないが、水平ピッチは隣接する垂直構造２２間の距離の倍数であるべきである。
【００４７】
次に、第２の実施形態において照射ゾーンの中心部を事前に選択された標的領域に位置合わせする操作を、図９を参照して説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態のように、操作者は、回折格子７を含む光学素子を光学システム２００のフレームに固定すること、コントローラシステム１０１の電源を入れること、照射ゾーンのサイズを事前に選択された標的領域のサイズに合わせて調節すること等を含むがこれらに限定されない準備を事前に行う。
【００４８】
操作者はさらに、回折格子７を回転させて回折レーザビーム１ｂの水平ピッチを調節することを含むがこれらに限定されない物理的調節を行う。別の物理的調節は、単に回折格子７を変更して所望のピッチを得ることであり得る。別の物理的調節は、回折格子７は固定されたままＭＬＳ２０を（手動またはステージ５０により）回転させることであり得る。
【００４９】
図９に示すように、操作において、まずステップＳ３０１では、コントローラシステム１０１はＭＬＳ２０の選択された回路経路に定電圧または可変電圧を印加する。次にステップＳ３０２に進み、コントローラシステム１０１は、照射ゾーンによりＭＬＳ２０の浅い層２６ａを加熱する。次にステップＳ３０３に進み、コントローラシステム１０１は増幅器１３０を介して入力された電気信号または電気信号変化を記録する。次にステップＳ３０４に進み、コントローラシステム１０１は、回折レーザビーム１ｂ間の水平ピッチが所望のピッチに合致するかどうか確認する。この確認は、カメラ４１により撮った画像に基づいて行うことができる。この確認はまた、物理的調節を行いながら、顕微鏡を使用した目視による確認、または記録された信号変化の読み込みを通して行うことができる。
【００５０】
回折レーザビーム１ｂ間の水平ピッチが所望のピッチに合致していれば、コントローラシステム１０１は、回折レーザビーム１ｂ間の水平ピッチの調節が完了したと判断し（ステップＳ３０５にて、はい）、ステップＳ３０７に進む。他方で、水平ピッチが所望のピッチに合致していなければ、コントローラシステム１０１は、水平ピッチの調節は完了していないと判断し（ステップＳ３０５にて、いいえ）、ステップＳ３０６を実行し、ステップＳ３０２に戻る。
【００５１】
ステップＳ３０６では、回折格子７の物理的位置は、回折レーザビーム１ｂ間の水平ピッチが所望のピッチに合致するように調節される。この調節は操作者が行ってもよい。光学システム２００が回折格子７の姿勢制御システム等を有する場合、調節は、このようなシステムによってコントローラシステム１０１の制御に基づいて行ってもよい。
【００５２】
ステップＳ３０７では、コントローラシステム１０１は記録された信号の全体の最大値および最小値を見つけ出す。次にステップＳ３０８に進み、コントローラシステム１０１は、照射ゾーンが事前に選択された標的領域と重なるように、ＭＬＳ２０および／または回折格子７の物理的位置を固定する。
【００５３】
次にステップＳ３０９に進み、コントローラシステム１０１は電気信号または電気信号変化を最大化するように出力強度を調節する。この調節は第１の実施形態のように任意である。
【００５４】
このようにして、ＭＬＳ２０をスキャンして存在し得る欠陥の位置を特定するための第２の実施形態位置合わせが実行される。
【００５５】
ここで、ステップＳ３０９の後、例えば楕円状ビームを有する図８に示されるように、事前に選択された標的領域に沿って照射ゾーンを拡張するレンズを設置することが可能である。レンズの設置は任意であり、第１の実施形態の位置合わせプロセスに組み込むこともできる。
【００５６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るＭＬＳの欠陥を検出する装置および方法を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００５７】
第３の実施形態に係る光学システムの構成が図１０に示され、図１０では、コントローラシステムは省略され、図１に示されるコントローラシステム１０１に相当し得る。さらに、第３の実施形態では、第１または第２の実施形態の構成と同じ構成には同じ参照番号が付けられ、重複する説明は省略される。
【００５８】
第３の実施形態に係る光学システム３００は、レーザビーム１を操作するために使用され、レーザ源４０、偏光板２、凹レンズ３、凸レンズ４ａおよび４ｂ、ビームスプリッタ５ａおよび５ｂ、カメラ４１、固定鏡６ａおよび６ｂ、調節可能（スキャン）鏡７ａおよび７ｂ、スキャナ６０ａおよび６０ｂ、レンズ１０、ＭＬＳ２０、回路基板３０、ステージ５０、ならびにスタンド８０を備える。第３の実施形態では、鏡７ａおよび７ｂを使用して、スキャンプロセスにおいてレーザビーム１を方向転換させる。第３の実施形態では、鏡７ａおよび７ｂの機能は、プレートおよび／またはプリズムおよび／またはレーザビーム１をスキャン可能な任意の他の要素に置き換えることができる。
【００５９】
第３の実施形態では、干渉縞は、ＭＬＳ２０の事前に選択された標的領域における照射ゾーンの面積を増加させるために使用される。図１１は、第３の実施形態に係る位置合わせされた加熱構成のためのＭＬＳ２０の上面図および側面図を示す。第３の実施形態の位置合わせ法の後、図１１のこのような加熱構成に達する。位置合わせ法は図１２、図１３Ａ、および図１３Ｂを参照して以下で説明される。
【００６０】
図１２は、第３の実施形態の位置合わせ法の操作を示す。図１２に示される操作は、図６を参照して第１の実施形態で説明された操作を完了した後、開始される。図１２に示されるように、第３の実施形態の操作において、まずステップＳ４０１では、レーザビーム１がまず、図１３Ａに示されるように２つ以上の事前に選択された標的領域（すなわち、２つ以上の垂直領域２２）を覆うように拡張される。図１３Ａでは、領域１ｃは拡張レーザビーム１による照射ゾーンを示す。ここで、拡張されないレーザビーム１が２つ以上の事前に選択された標的領域を覆っているのであれば、ステップＳ４０１は省略可能である。
【００６１】
次にステップＳ４０２に進み、コントローラシステム１０１は、干渉縞を作成し、干渉縞のフリンジの相対ピッチおよび位置を調節するために、スキャナコントローラ１６０を介してスキャナ６０ａを駆動することによって鏡７ａを調節する。次にステップＳ４０３に進み、コントローラシステム１０１はカメラ４１からの干渉縞の画像を読み込む。
【００６２】
次にステップＳ４０４に進み、コントローラシステム１０１は、取得した画像に基づいて、フリンジの相対ピッチが標的相対ピッチに達したかどうか判断する。相対ピッチが標的相対ピッチに達していなければ（ステップＳ４０４にて、いいえ）、コントローラシステム１０１はステップＳ４０２に進む。他方で、相対ピッチが標的相対ピッチに達していれば（ステップＳ４０４にて、はい）、コントローラシステム１０１はステップＳ４０５に進む。
【００６３】
ここで、（波長λの光を検出可能な）顕微鏡を用いた目視による確認をステップＳ４０４で利用することもできる。さらに、ステップＳ４０４では、コントローラシステムは、干渉縞がビーム断面の中心を通過するフリンジを含むか、またフリンジが事前に選択された標的領域に平行であるかを判断してもよい。
【００６４】
ステップＳ４０４の後、図１３Ｂに示すように、干渉縞のフリンジが事前に選択された標的領域に平行であるが、事前に選択された標的領域とは重なっていない場合がある。このような場合、（図５Ａ〜図５Ｃおよび図６で説明された）第１の実施形態と同じ位置合わせ法を行って、図１１に示される位置合わせ構成を得ることができる。特に、ステップＳ４０５に示すように、コントローラシステム１０１は、照射ゾーンによりＭＬＳ２０の浅い層２６ａを加熱する。次にステップＳ４０６に進み、コントローラシステム１０１は増幅器１３０を介して入力された電気信号または電気信号変化を記録する。次にステップＳ４０７に進み、コントローラシステム１０１は、電気信号または電気信号変化がピークに達しているかどうか確認する。電気信号または電気信号変化がピークに達していなければ（ステップＳ４０７にて、いいえ）、コントローラシステム１０１はステップＳ４０２に戻る。他方で、電気信号または電気信号変化がピークに達していれば（ステップＳ４０７にて、はい）、コントローラシステム１０１はステップＳ４０８に進む。
【００６５】
ステップＳ４０８では、コントローラシステム１０１は電気信号または電気信号変化を最大化するように出力強度を調節する。この調節は第１の実施形態のように任意である。
【００６６】
このようにして、ＭＬＳ２０をスキャンして存在し得る欠陥の位置を見つけ出すための第３の実施形態の位置合わせが実行される。ここで、図１２のステップＳ４０３およびＳ４０４またはステップＳ４０５〜Ｓ４０７は省略可能である。すなわち、第３の実施形態における所望の位置合わせ構成は、ステップＳ４０３およびＳ４０４に相当する目視による確認ならびにステップＳ４０５〜Ｓ４０７に相当する電気信号の読み込みのうちいずれかに基づいて得ることができる。
【００６７】
第３の実施形態では、干渉縞を送ることができる任意の種類の光学システムを使用して、事前に選択された標的領域の所望の加熱構成を形成できる。第３の実施形態の変形例を図１４に示す。図１４では、第３の実施形態の構成と同じ構成には同じ参照番号が付けられ、重複する説明は省略される。図１４に示すように、光学システム３００Ａはレーザビーム１を操作するために使用され、レーザ源４０、偏光板２、凹レンズ３ａおよび３ｂ、凸レンズ４ａ〜４ｄ、ビームスプリッタ５ａおよび５ｂ、カメラ４１、固定鏡６ａおよび６ｂ、レンズ１０、ＭＬＳ２０、回路基板３０、ステージ５０、ならびにスタンド８０を備える。
【００６８】
図１４に示す第３の実施形態の変形例では、スキャン手順がステージ５０によるＭＬＳの移動に置き換えられるように、すべての光学素子が固定される。しかしながら、このことにより、第１の実施形態の光学素子６およびスキャナ６０により行うスキャン手順と比べて測定時間が増加するであろう。
【００６９】
上述の実施形態では、多層フラッシュメモリをＭＬＳ２０の一例として記述したが、別のＭＬＳ、例えば、ＣＰＵプロセッサ、ＭＥＭＳデバイス（容量式加速度センサ、電磁センサ等）、多層コンデンサ等をＭＬＳ２０として使用することもできる。
【００７０】
特定の実施形態が説明されたが、これらの実施形態は例のためのみに提示され、本発明の範囲を限定することを意図してはいない。実際に、本明細書に記載される新規の実施形態は種々の他の形態で実施されてもよく、さらに、本明細書に記載される実施形態における形態の種々の省略、置き換え、および変更が本発明の趣旨から逸脱することなくなされてもよい。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、本発明の範囲および趣旨に含まれるであろう形態または変形を包含することを意図する。
【符号の説明】
【００７１】
１…レーザビーム、１ａ，１ｃ…照射ゾーン、１ｂ…回折レーザビーム、２…偏光板、３，３ａ，３ｂ…凹レンズ、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，８…凸レンズ、５，５ａ，５ｂ…ビームスプリッタ、６，６ａ，６ｂ…光学素子、７…回折格子、９…四分の一波長板、１０…レンズ、２０…ＭＬＳ、２２…垂直構造、２５…基板、２６…多層ゾーン、２６ａ…浅い層、２６ｂ…深層、２７…回路層、３０…回路基板、４０…レーザ源、４１…カメラ、５０…ステージ、６０…スキャナ、８０…スタンド、１００，２００，３００…光学システム、１０１…コントローラシステム、１３０…増幅器、１４０…レーザコントローラ、１４１…カメラコントローラ、１５０…ステージコントローラ、１６０…スキャナコントローラ、１７０…コンピュータシステム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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