特表 2024-522595 微小電子デバイスの高分解能結像

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-21

(54)【発明の名称】微小電子デバイスの高分解能結像

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240614BHJP

   G02F 1/35 20060101ALN20240614BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 N

G02F1/35

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023575597

(86)(22)【出願日】2022-06-02

(85)【翻訳文提出日】2024-01-29

(86)【国際出願番号】 US2022031929

(87)【国際公開番号】W WO2022260923

(87)【国際公開日】2022-12-15

(31)【優先権主張番号】63/208,347

(32)【優先日】2021-06-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591072086

【氏名又は名称】バテル メモリアル インスティチュート

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ケント， トーマス エフ．

(72)【発明者】

【氏名】サイモン， ジェフリー エー．

【テーマコード（参考）】

2K102

4M106

【Ｆターム（参考）】

2K102AA12

2K102BB01

2K102BC01

2K102BD09

2K102DD03

2K102EA21

2K102EB10

2K102EB20

4M106AA01

4M106AA02

4M106AA10

4M106BA05

4M106DH09

4M106DH12

4M106DH32

4M106DH38

4M106DH39

(57)【要約】

結像方法では、集束される光学ビームの焦点は、集積回路（ＩＣ）ウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、順次機械的に位置付けられる。各大まかな場所において、２次元（２Ｄ）画像またはマッピングタイルが、電子ビーム操向を使用して、ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所に焦点を操向することによって入手され、各細かい場所において位置付けられる焦点を用いて、集束される光学ビームによって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手する。２Ｄ画像またはマッピングタイルは、ＩＣウエハまたはチップの画像またはマッピングを発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることを含む、組み合わせられる。電子ビーム操向は、ガルボミラーを使用して実施されてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

結像方法であって、
集積回路（ＩＣ）ウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、集束される光学ビームの焦点を順次機械的に位置付けることと、
各大まかな場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、前記集束される光学ビームの電子ビーム操向を使用して、前記ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２次元（２Ｄ）セットの細かい場所に前記集束される光学ビームの前記焦点を操向することによって、２Ｄ画像またはマッピングタイルを入手し、各細かい場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、前記集束される光学ビームによって、前記細かい場所において前記ＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手することと、
電子プロセッサを使用して、前記ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることを含む、前記２Ｄ画像またはマッピングタイルを組み合わせることと
を含む、方法。

【請求項2】

前記集束される光学ビームの前記焦点を順次機械的位置付けることは、その上に前記ＩＣウエハまたはチップが配置される、機械的平行移動段を使用して、前記集束される光学ビームの前記焦点に対して、前記ＩＣウエハまたはチップを平行移動させることを含む、請求項１に記載の結像方法。

【請求項3】

前記電子ビーム操向は、ガルボミラーを使用して実施される、請求項１－２のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項4】

ｆテータ走査レンズと、対物レンズとを含む、光学列を使用して、光学ビームを前記焦点に集束させることにより、前記集束される光学ビームを発生させることをさらに含む、請求項３に記載の結像方法。

【請求項5】

前記ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の前記大まかな場所のセットは、３次元（３Ｄ）体積に跨架し、前記ＩＣウエハまたはチップの前記画像は、前記ＩＣウエハまたはチップの３Ｄ画像である、請求項１－４のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項6】

前記出力信号を入手することは、前記集束される光学ビームによって、前記細かい場所において前記ＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される前記電荷に応答して前記ＩＣウエハまたはチップによって生産される電気信号を入手することを含む、請求項１－５のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項7】

前記出力信号は、非線形光学相互作用によって生産される、請求項１－６のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項8】

前記ＩＣウエハまたはチップは、基板の前側に配置される、活性層を備え、
前記集束される光学ビームは、９００フェムト秒またはそれを下回るパルス持続時間と、前記基板のバンドギャップよりも低い光子エネルギーとを有する、パルス式の集束される光学ビームを備え、
前記ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の前記大まかな場所のセットは、前記活性層内にあり、
前記集束されるレーザビームは、前記基板を通して通過し、前記大まかな場所に到達するように配列され、
前記出力信号は、非線形光学相互作用によって、前記細かい場所において前記ＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、請求項１－６のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項9】

前記パルス式の集束される光学ビームの前記光子エネルギーは、前記活性層のバンドギャップよりも低く、前記パルス式の集束される光学ビームの前記光子エネルギーは、１．０ｅＶまたはそれよりも低い、請求項８に記載の結像方法。

【請求項10】

その中で前記ファイバが、イッテルビウムおよび／またはエルビウムでドープされる、ファイバレーザを使用して、前記集束される光学ビームを発生させることをさらに含む、請求項１－９のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項11】

ファイバベースのフェムト秒レーザを使用して、前記集束される光学ビームを発生させることをさらに含む、請求項１－９のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項12】

各細かい場所において入手される前記出力信号は、波形を含み、
前記２Ｄ画像またはマッピングタイルを入手することはさらに、前記電子プロセッサを使用して、各細かい場所において入手される前記波形を処理し、前記２Ｄ画像またはマッピングタイル内の前記細かい場所に関する単一の値または値のデータセットを生産することを含む、請求項１－１１のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項13】

各細かい場所において入手される前記出力信号は、２つ以上のセンサから収集されるデータを含み、
前記２Ｄ画像またはマッピングタイルを入手することはさらに、前記電子プロセッサを使用して、各細かい場所において、２つ以上のセンサから収集される前記データを処理し、前記２Ｄ画像またはマッピングタイル内の前記細かい場所に関する単一の値または値のデータセットを生産することを含む、請求項１－１１のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項14】

前記重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることによって発生させられる位置合わせデータは、異なるタイル間の各細かい場所において入手される前記出力信号の空間的関係を判定するために使用される、請求項１２－１３のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項15】

前記集束される光学ビームは、無線周波数（ＲＦ）信号によって駆動されるレーザによって発生させられるパルス式の集束される光学ビームを備え、
前記出力信号を入手することは、前記パルス式の集束される光ビームの反復率およびそれに対する位相ロックにおいて発生させられる基準信号を使用する、前記出力信号のロックイン増幅を含む、請求項１－１４のいずれか１項に記載の結像方法。

【請求項16】

結像デバイスであって、
集積回路（ＩＣ）ウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、集束される光学ビームの焦点を順次機械的に位置付けるための手段と、
各大まかな場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、２次元（２Ｄ）画像タイルを入手するための手段であって、前記２Ｄ画像タイルを入手するための手段は、
（ｉ）電子ビーム操向を使用して、前記ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に前記集束される光学ビームの前記焦点を操向するための手段と、
（ｉｉ）各細かい場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、前記集束される光学ビームによって、前記細かい場所において前記ＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手するための手段と
を含む、手段と、
前記ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像タイルをともにスティッチングすることを含む、前記２Ｄ画像タイルを組み合わせるための、電子プロセッサを含む、手段と
を備える、結像デバイス。

【請求項17】

前記順次機械的位置付けのための手段は、その上に前記ＩＣウエハまたはチップが配置される機械的平行移動段を備える、請求項１６に記載の結像デバイス。

【請求項18】

前記操向するための手段は、前記集束される光学ビームを電子的に操向するためのガルボミラーを備える、請求項１６－１７のいずれか１項に記載の結像デバイス。

【請求項19】

フェムト秒ファイバレーザを含む、前記集束される光学ビームを発生させるための手段をさらに備える、請求項１６－１８のいずれか１項に記載の結像デバイス。

【請求項20】

前記フェムト秒ファイバレーザは、イッテルビウムおよび／またはエルビウムでドープされるファイバを備える、請求項１９に記載の結像デバイス。

【請求項21】

結像デバイスであって、
集束される光学ビームを発生させるように構成される、レーザおよび光学列と、
その上に集積回路（ＩＣ）ウエハまたはチップが配置される機械的平行移動段であって、前記機械的平行移動段は、前記ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、前記集束される光学ビームの焦点を順次位置付けるように動作可能である、機械的平行移動段と、
各大まかな場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、電子ビーム操向を使用して、前記ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２次元（２Ｄ）セットの細かい場所に前記集束される光学ビームの前記焦点を操向するように構成される、ビーム操向デバイスと、
各大まかな場所において位置付けられる前記集束される光学ビームの前記焦点を用いて、前記集束される光学ビームによって、細かい場所の前記２Ｄセットの前記細かい場所において前記ＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手することによって、大まかな位置毎の２Ｄ画像またはマッピングタイルを入手するように構成される、読出デバイスと
を備える、結像デバイス。

【請求項22】

前記ＩＣウエハまたはチップの画像またはマッピングを発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることを含む、前記２Ｄ画像またはマッピングタイルを組み合わせるようにプログラミングされる、電子プロセッサさらに備える、請求項２１に記載の結像デバイス。

【請求項23】

前記ビーム操向デバイスは、ガルボミラーを備え、前記光学列は、ｆテータ走査レンズと、対物レンズとを含む、請求項２１－２２のいずれか１項に記載の結像デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０２１年６月８日に出願され、「ＨＩＧＨ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＩＭＡＧＩＮＧ ＯＦ ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題された、米国仮出願第６３／２０８，３４７号の利益を主張する。

【0002】

以下は、微小電子機器技術、集積回路（ＩＣ）技術、非破壊ＩＣ試験および特性評価技術、非破壊メモリ抽出技術、ＩＣ故障分析技術、非破壊ＩＣ結像技術、および同様の用途に関する。

【背景技術】

【0003】

（背景）
光学キャリア入射は、ＩＣの活性層の具体的な場所上に集束される光学ビーム（典型的には、レーザビーム）を採用し、その場所において、電子孔対を励起する。励起された電子孔対は、光学的に入射されるキャリアを構成する。所望のキャリア入射を生産するためには、光学ビームの光子エネルギーは、典型的には、活性層のバンドギャップよりも高い。

【0004】

光学キャリア入射の多数の用途が、存在する。例えば、ＩＣウエハまたはチップを横断した光学キャリア入射の走査が、ＩＣの画像を生産するために使用され得る。そのような結像に関する出力信号は、ＩＣの選定される端子を横断して測定される電圧または電流もしくはインピーダンス、反射率測定値等であり得る。

【0005】

一般に、ＩＣウエハまたはチップは、構造的支持を提供する基板と、基板の前側に配置される活性層とを含む。活性層は、典型的には、非常に薄く、例えば、厚さが数十ミクロンまたはそれ未満であり、したがって、通常、自己支持型ではない。基板は、通常、約１００ミクロン厚またはそれよりも厚いウエハまたはチップの形態にあり、ＩＣウエハまたはチップに対する構造的支持を提供する。加工においては、大きい基板ウエア（例えば、３００ｍｍの直径、４００ｍｍの直径、またはそれよりも大きいまたは小さい直径）上で実施されるウエハレベル処理によって、部分的または全体的に完成されるＩＣの２次元的配列を製造することが、一般的であり、ウエハレベル処理の後、ウエハは、個々のＩＣを分離するためにダイスカットされる。したがって、用語「ＩＣウエハまたはチップ」は、ダイスカット前（ＩＣ「ウエハ」）またはダイスカット後（ＩＣ「チップ」）のＩＣを広義に網羅する。基板の「前側」は、その上に活性層が配置または加工される側である。活性層は、単一の層または層のスタックであってもよく、可能性として、ｎウェルまたはｐウェル等のドーピング特徴、量子ウェルまたはドット等の特徴、ポリシリコン層、および／またはその他を含む。種々の金属化トレース、絶縁層、および／または同等物が、活性層上に配置されてもよい、または活性層が、スタックである場合、金属化トレース層および／または絶縁層が、スタックの層の間に点在されてもよい。基板はまた、前側と反対側である「後側」も有する。活性層が、基板の前側で加工されるため、その中で光学ビームが前側に印加される光学キャリア入射（すなわち、前側光学キャリア入射）は、原則として、光学キャリア入射に関する厳格な焦点および必然的な高い空間的分解能を達成することができる。しかしながら、実践では、前側光学キャリア入射は、典型的には、活性層の上部において、またはその近傍（すなわち、基板から遠位）に配置される、金属化トレース、絶縁層、または同等物によって悪影響を受け得る。

【0006】

後側光学キャリア入射は、キャリアを活性層の中に光学的に入射するために使用される一方、活性層の上部において、またはその近傍に位置する金属化トレースまたは他のＩＣ特徴からの干渉を回避することができる。本アプローチでは、光学ビームは、基板の後側に印加され、基板を通して進行し、基板の前側に配置される活性層に到達する。しかしながら、後側光学キャリア入射に伴う困難が、存在する。多くの場合、活性層は、通常、十分に発達したシリコン技術の場合のように、基板と同一の材料から加工される、または基板材料のバンドギャップよりも高いバンドギャップを伴う材料から加工され得る。これらの場合では、基板のバンドギャップは、活性層のバンドギャップに匹敵し、またはそれよりも小さく、光学キャリア入射のために使用される後側照明は、基板のバンドギャップよりも高い光子エネルギーを有する。したがって、照明は、それが、活性層に到達し、それによって吸収され得る前に、基板によって吸収されるであろう。

【0007】

基板の光吸収を低減させる、または排除するために、基板は、機械的、化学的、または機械化学的処理によって薄化または除去され、および／または研磨され、光学粗度を低減させることができる。しかしながら、これらは、破壊的プロセスであり、これは、いくつかの用途に関しては望ましくない。ウエハの薄化または除去はまた、薄化または除去される基板を伴うＩＣが、脆弱であると、時間がかかり、多くの場合、繊細なプロセスである（先に言及されるように、活性層は、典型的には、非常に薄いため自己支持型ではあり得ない）。加えて、基板の薄化または除去は、活性層の中に機械的歪みおよび／または構造的欠陥を導入する、活性層の熱ヒートシンキングを修正する、（例えば、基板が、光ガイドとして作用する場合）光電子ＩＣの光学的挙動を修正する、および／またはその他等の機構によって、ＩＣウエハまたはチップの機能的挙動を改変し得る。

【0008】

いくつかの用途では、光学キャリア入射は、ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために使用される。そのようにするためには、ＩＣウエハまたはチップは、典型的には、機械的平行移動段上に搭載され、場所のグリッドの場所において光学キャリア入射を実施するために、光学キャリア入射のために使用される光学ビームに対して移動される。場所毎に、出力信号が、測定され、これは、光学的に入射される電荷によって発生させられる。出力信号は、例えば、光出力信号またはＩＣウエハまたはチップの端子において測定される電気信号であってもよい。グリッドの場所において測定された出力信号は、次いで、ＩＣウエハまたはチップの画像を形成する。

【0009】

しかしながら、そのような結像方法に伴う問題は、特に、場所のグリッドが、高空間的分解能において画像を提供するように稠密であることが所望される場合、これが、時間のかかるプロセスであり得ることである。さらに、機械的平行移動段の機械的平行移動機構の許容誤差の限定は、画像の達成可能な空間的分解能を限定し得る。

【0010】

ある改良が、本明細書に開示される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0011】

（簡単な要約）
本明細書に開示されるいくつかの例証的実施形態によると、ある結像方法が、開示される。集束される光学ビームの焦点が、集積回路（ＩＣ）ウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、順次機械的に位置付けられる。各大まかな場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、２次元（２Ｄ）画像またはマッピングタイルが、集束される光学ビームの電子ビーム操向を使用して、ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に集束される光学ビームの焦点を操向することによって入手され、各細かい場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、集束される光学ビームによって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手する。電子プロセッサを使用して、２Ｄ画像またはマッピングタイルは、ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることを含む、組み合わせられる。本方法はさらに、随意に、ＩＣウエハまたはチップの画像をディスプレイ上に表示することを含む。いくつかの実施形態では、電子ビーム操向は、ガルボミラーを使用して実施される。ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットは、随意に、３次元（３Ｄ）体積に跨架し得、ＩＣウエハまたはチップの画像は、その時、ＩＣウエハまたはチップの３Ｄ画像である。

【0012】

直前の段落の結像方法のいくつかの実施形態では、ＩＣウエハまたはチップは、基板の前側に配置される活性層を備え、集束される光学ビームは、９００フェムト秒またはそれを下回るパルス持続時間と、基板のバンドギャップよりも低い光子エネルギーとを有する、パルス式の集束される光学ビームを備え、ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットは、活性層内にあり、集束されるレーザビームは、基板を通して通過し、大まかな場所に到達するように配列され、出力信号は、細かい場所における集束されるレーザビームの２光子吸収によって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される。いくつかのそのような実施形態では、集束される光学ビームは、その中でファイバが、イッテルビウムおよび／またはエルビウムでドープされる、ファイバレーザを使用して発生させられる。

【0013】

本明細書に開示されるいくつかの例証的実施形態によると、結像デバイスは、ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、集束される光学ビームの焦点を順次機械的に位置付けるための手段と、各大まかな場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、２Ｄ画像タイルを入手するための手段と、ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像タイルをともにスティッチングすることを含む、２Ｄ画像タイルを組み合わせるための、電子プロセッサを含む、手段とを備える。２Ｄ画像タイルを入手するための手段は、（ｉ）電子ビーム操向を使用して、ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に集束される光学ビームの焦点を操向するための手段と、（ｉｉ）各細かい場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、集束される光学ビームによって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手する手段とを含む。順次機械的な位置付けのための手段は、その上にＩＣウエハまたはチップが配置される、機械的平行移動段を備えてもよい。操向するための手段は、集束される光学ビームを電子的に操向するためのガルボミラーを備えてもよい。結像デバイスはさらに、集束される光学ビームを発生させるための手段を含んでもよく、その中でファイバが、イッテルビウムおよび／またはエルビウムでドープされる、ファイバレーザを含む。

【0014】

本明細書に開示されるいくつかの例証的実施形態によると、結像デバイスが、開示される。レーザおよび光学列は、集束される光学ビームを発生させるように構成される。機械的平行移動段が、提供され、その上にＩＣウエハまたはチップが、配置される。機械的平行移動段は、ＩＣウエハまたはチップ内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、集束される光学ビームの焦点を順次位置付けるように動作可能である。ビーム操向デバイスは、各大まかな場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、電子ビーム操向を使用して、ＩＣウエハまたはチップ上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に集束される光学ビームの焦点を操向するように構成される。読出デバイスは、各大まかな場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、集束される光学ビームによって、細かい場所の２Ｄセットの細かい場所においてＩＣウエハまたはチップの中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号を入手することによって、大まかな場所毎の２Ｄ画像またはマッピングタイルを入手するように構成される。いくつかの実施形態では、電子プロセッサは、ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることを含む、２Ｄ画像またはマッピングタイルを組み合わせるようにプログラミングされる。ビーム操向デバイスは、ガルボミラーを備えてもよい。光学列は、ｆテータ走査レンズと、対物レンズとを含んでもよい。読出デバイスは、電圧計、電流計、オーム計、分光計、分光器、および／または光検出器のうちの１つ以上を備えてもよい。結像デバイスはさらに、随意に、ＩＣウエハまたはチップの画像を表示するように構成される、ディスプレイを備えてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

図面に示される任意の定量的寸法は、非限定的な例証的実施例として理解されるものとする。別様に示されない限り、図面は、縮尺通りではなく、図面の任意の側面が、縮尺通りであるものとして示される場合、図示される縮尺は、非限定的な例証的実施例として理解されるものとする。

【0016】

【図1】図１は、光学キャリア入射デバイスを図式的に図示する。

【0017】

【図2】図２は、図１の光学キャリア入射デバイスを使用して達成される、非線形光学相互作用による光学キャリア入射を図式的に図示する。

【0018】

【図3】図３は、図１の光学キャリア入射デバイスを使用して好適に実施される、ＩＣウエハまたはチップ結像プロセスを図式的に図示する。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（詳細な説明）
図１を参照すると、光学キャリア入射デバイスは、（図１において破線によって図式的に示される）パルス式光学ビーム１２を出力する、光源（例えば、例証的レーザ）１０を含む。機械的平行移動段１４は、接着剤、真空チャック、サンプルクリップ、または同等物を用いて、ＩＣウエハまたはチップ２０を保持する（詳細は示されない）。別のアプローチでは、ＩＣウエハまたはチップ２０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に搭載されてもよく、これは、ひいては、ねじまたは他の締結具によって、平行移動段１４に搭載される。例証的機械的平行移動段１４は、図１では、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向として（一般性を喪失することなく）標識される、３つの互いに直交する方向のいずれかにおいて制御可能な平行移動を提供する、３軸平行移動段である。光学列１６は、レーザ１０によるパルス式光学ビーム１２の出力を平行移動段１４によって保持されるＩＣウエハまたはチップ２０に印加するように配列される。

【0020】

図２を参照すると、ＩＣウエハまたはチップ２０の拡大図表現が、示されている。ＩＣウエハまたはチップ２０は、前側２４と、後側２６とを有する、基板２２と、基板２２の前側２４に配置される、活性層２８とを含む。一般に、活性層２８は、採用されるＩＣ技術に応じて、種々の方法において、基板２２の前側２４に配置され得る。いくつかのシリコン加工プロセスの場合では、活性層２８は、基板２２の前側２４の最上部分を修正し、活性層２８を形成する、イオン注入、ドーパント拡散、またはその他等のプロセスステップによって、基板２２の前側２４で加工される。他のシリコン加工技術では、活性層２８は、真空蒸発、スパッタリング、化学的蒸着、またはその他等の堆積技法によって、前側２４に堆積される、１つ以上のエピタキシャルシリコン層を備えてもよい。変型アプローチでは、堆積される層のうちの１つ以上は、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはケイ素とゲルマニウムとの合金（ＳｉＧｅ）等、シリコンとは異なる群ＩＶ材料のものであってもよい。活性層２８は、加えて、または代替として、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物半導体等の異なる材料タイプのうちの１つ以上の堆積される層を含み得る。前述の実施例では、基板２２は、シリコン基板である。しかしながら、より一般的には、基板２２は、これらの材料を採用する技術が、多くの場合、光電子ＩＣウエハまたはチップのために使用されるため、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、またはその他等の異なる材料から作製され得る。典型的には（必ずしもそうであるとは限らないが）、活性層２８は、基板２２と同一の材料または互換性のある類似する材料から作製される。後者のいくつかの実施例は、シリコン基板上のＳｉＧｅ活性層、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ活性層、およびＧａＡｓ基板上のアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）活性層、ＧａＡｓ基板上の交互するＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層のスタックを備える活性層、ＩｎＰ基板上の空間格子整合されたＩｎＧａＡｓ層および／またはその他を含む。これらは、単に、非限定的な例証的実施例である。以下において、例証的目的のみのために、基質２２は、シリコン基板であることが仮定され、活性層２８も同様に、シリコンまたは（例えば、異なるドーピングタイプ／レベルを伴う）シリコン層のスタックであることが仮定される。示されないが、ＩＣウエハまたはチップ２２が、金属化トレース、電気的絶縁層（例えば、堆積される酸化層および／または基板２２の前側２４の最上部分の酸化によって形成される酸化ケイ素層）、および／またはその他等の付加的な特徴を含み得ることが理解されるであろう。

【0021】

図１および２を引き続き参照すると、光学列１６は、基板２２の前側２４に配置される活性層２８内の焦点３２において、パルス式光学ビーム１２を集束するように配列される、対物レンズ３０を含む。図２に見られるように、図示される光学キャリア入射は、したがって、その中でパルス式光学ビーム１２が、基板２２を通して通過し、基板２２の前側２４に配置される活性層２８に到達する、後側光学キャリア入射を採用する。先に言及されるように、後側光学キャリア入射は、活性層の上部において、またはその近傍に位置する金属化トレースまたは他のＩＣ特徴からの散乱を回避する際の利点を有する。しかしながら、後側光学キャリア入射は、典型的には、基板のバンドギャップが、活性層のバンドギャップに匹敵する、またはそれよりも小さいとき、光学キャリア入射に関して、光学ビームが、基板のバンドギャップよりも高い光子エネルギーを有するはずであり、したがって、照明は、それが、活性層に到達し、それによって吸収され得る前に、基板によって吸収されるであろうため、非実践的である。これは、基板を薄化または除去することによって対処され得るが、先に言及されるように、アプローチする多数の不利点が存在する。

【0022】

開示される光学キャリア入射の種々の側面は、基板２２のバンドギャップを下回る、好ましくはまた、活性層２８のバンドギャップを下回る光子エネルギーを伴う光を出力する、レーザ（または他の光源）１０を使用する後側光学キャリア入射を用いて、非線形光学相互作用による吸収を利用し、活性層２８の中に電荷を入射させることによって、本問題に対処する。基板２２のバンドギャップを下回っているパルス式光学ビーム１２の光子エネルギーから必然的な結果は、ビーム１２が、吸収を殆どまたは全く伴わずに、基板２２を通して通過するということである。したがって、本明細書に開示される光学キャリア入射方法は、好ましくは、ＩＣウエハまたはチップ２０の基板２２を薄化または除去することを含まない。加えて、基板２２の後側２６の研磨は、典型的には、要求されない。典型的には、後側は、散乱に起因する偽信号を低減させるために、後側照明を採用する従来的な用途において研磨される。しかしながら、非線形光学相互作用による吸収に関して、光学的に粗い表面上の散乱は、散乱光が、非常に低い強度であるため、非線形光学相互作用を発生させることができず、信号に最小限の影響を及ぼすにすぎないであろうため、分解能を有意に悪化させない。

【0023】

線形吸収のみが、考慮される場合、パルス式光学ビーム１２はまた、キャリア入射を結果としてもたらす吸収を殆どまたは全く伴わずに、活性層２８を通して通過するであろう。しかしながら、図２に図式的に示されるように、対物レンズ３０は、活性層２８内の焦点３２において、パルス式光学ビーム３０を集束するように動作する。これは、ビーム３０の全ての光エネルギーが、焦点３２において集中されると、焦点２８における高い光強度（およびそれに対応して、高い電場強度）を結果としてもたらす。高電場は、例えば、２光子吸収（ＴＰＡ）、活性層内の第３の高調波発生（ＴＨＧ）によって生成される光学ビームの吸収、活性層内のより高い高調波発生によって生成される光学ビームの吸収、または別の非線形光学相互作用または非線形光学相互作用の組み合わせ等の非線形光学相互作用による吸収を誘発することができる。２光子吸収等の非線形光学相互作用プロセスでは、吸収は、典型的には、光強度の２乗、３乗、またはより高次の多項式に比例する。集束されるビームは、焦点３２において十分な強度を生産し、したがって、パルス式光学ビーム３０の光エネルギーの一部が、２光子吸収または他の非線形光学相互作用を用いて、焦点３２において活性層２８によって吸収され、本吸収された光エネルギーは、焦点３２においてキャリアを活性層２８の中に（光学的に）入射するために十分である。

【0024】

非線形光学相互作用による吸収を活用する本アプローチに伴う課題は、光学パワーが焦点３２において堆積されることに起因して、焦点３２における高い光強度が、焦点３２における急速な加熱を結果としてもたらし得ることである。これは、光学ビーム１２をパルス化することによって、開示される光学キャリア入射技法において最小限にされ、したがって、各パルスは、９００フェムト秒またはそれを下回るパルス持続時間を有する。換言すると、レーザ１０は、フェムト秒レーザである。いくつかの実施形態では、レーザ１０は、下記に議論されるように、ファイバベースのフェムト秒レーザである。パルスは、パルス間の熱消散を可能にするために十分な長さの時間間隔だけ分離される。例えば、フェムト秒レーザは、いくつかの非限定的な例証的実施形態では、５０～１００ＭＨｚにおいて動作し、したがって、連続フェムト秒パルスは、約１０～２０ナノ秒の時間間隔だけ離間される。したがって、パルス式光学ビーム１２は、各パルス内に十分な光エネルギーを堆積し、２光子吸収または非線形光学相互作用による他の吸収を生産するが、パルス式光学ビーム１２の（時間平均）パワーは、焦点３２における解決困難な加熱を回避するために十分に低い。

【0025】

非限定的な例証的実施例として、基板２２が、シリコン基板である場合、そのバンドギャップは、典型的には、約１．１ｅＶであるが、精密なバンドギャップエネルギーは、ドーパントまたは不純物のタイプおよびレベルに依存する。本場合に関して、パルス式光学ビーム１２の光子エネルギーは、好ましくは、シリコンバンドギャップを下回るために、１．０ｅＶまたはそれを下回る。活性層２８は、本場合では、シリコンベースの活性層であってもよいが、別の材料を備える活性層も、想定される。本光子エネルギーを伴ういくつかの好適なフェムト秒レーザは、その中でファイバが、イッテルビウム（Ｙｂ）および／またはエルビウム（Ｅｒ）でドープされる、ファイバレーザを含み、これは、９００フェムト秒（ｆｓ）またはそれを下回るパルス持続時間および１５０ミリワット（ｍＷ）またはそれよりも高い（平均）光学パワー等、シリコン基板との併用に関する望ましい動作パラメータを達成することができるが、より低いパワー、例えば、いくつかのより広範囲な実施形態では、少なくとも１０ミリワットの平均光学パワーを有するパルス式光学ビームもまた、想定される。約１，５５０～１，５６０ｎｍ（約０．８０ｅＶの光子エネルギー）の光子エネルギー、５０～１００ＭＨｚの範囲内のパルス周波数、および１５０ｍＷまたはそれよりも高い平均光学パワーを伴う、本タイプのいくつかの好適なフェムト秒ファイバレーザは、Ｍｅｎｌｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ（Ｍａｒｔｉｎｓｒｉｅｄ， Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能である。

【0026】

光学キャリア入射システムはさらに、２光子吸収または他の非線形光学相互作用プロセスによる吸収によって、焦点３２において入射されるキャリアに応答して生産される、出力信号３４を測定するように構成される。出力信号３４は、例えば、活性層２８内の焦点３２において入射されるキャリアに応答してＩＣウエハまたはチップ２０によって生産される電気信号、または活性層２８内の焦点３２において入射されるキャリアの再組み合わせまたは活性層内の非線形相互作用によって生産される光出力信号であってもよい。図１の例証的システムでは、出力信号３４は、光出力収集対物レンズ３８によって光検出器３６上に集束される、光出力を検出するための光検出器３６を使用して測定される、光出力信号である。出力信号３４が、ＩＣウエハまたはチップ２０によって生産される電気信号である場合、これは、例えば、ＩＣウエハまたはチップ２０の選定された端子を横断して測定される、電圧または電流またはインピーダンスとして測定されてもよい（端子の選定は、好適には、ＩＣウエハまたはチップ２０のアーキテクチャの先験的な知識に基づく）。さらなる非限定的な例証的実施例として、出力信号３４を生産する読出デバイスは、電圧計、電流計、オーム計、分光計、分光器、および／または光検出器のうちの１つ以上を備えてもよい。いくつかの用途では、種々の対のＩＣウエハまたはチップ２０の端子を横断して測定される、光出力信号および１つ以上の電気信号等の複数の出力信号が、測定されてもよい。

【0027】

逆に言えば、出力信号の測定は、随意であり、具体的なメモリ要素を具体的な電荷状態に設定することによってＩＣメモリを光学的にプログラミングする等のいくつかの実施形態では、出力信号が、測定されない場合があることに留意されたい。

【0028】

対物レンズ３０に加えて、図１の例証的光学列１６は、機械式チョッパ４０と、ビーム分割器４２と、ガルボミラー４４と、ｆテータ走査レンズ４６と、対物レンズ３０に入力する管レンズ４８とを含む。レーザパワーを低減させるための減衰器等の他の光学構成要素もまた、光学列１６内に含めることが想定される。ビーム分割器４２は、可視光（例えば、赤色または緑色ヘリウムネオン、すなわち、ＨｅＮｅ、レーザ）を発光する低パワー整合レーザ５０とともに、光学列１６を整合するために使用される、随意の構成要素である。チョッパ４０は、ロックイン増幅器５２と併せて動作し、出力信号３４を検出するための高感度検出器を提供する。チョッパ４０は、典型的には、フェムト秒レーザ１０よりもはるかに低い周波数において動作し、例えば、一非限定的な例証的実施形態では、チョッパ４０は、１ｋＨｚにおいて動作する一方、フェムト秒レーザ１０は、１００ＭＨｚのパルス周波数を伴うパルス式光学ビーム１２を生産する。チョッパ４０を採用するのではなく、その中でロックイン増幅器５２が、パルス式出力レーザ１０の反復率およびそれに対する位相ロックにおいて発生させられる信号である、無線周波数（ＲＦ）ロックイン増幅、またはレーザパルスからトリガされるボックスカー平均化等の別のタイプのロックイン増幅が、使用されることができる。ロックインからの信号の位相および大きさの両方が、測定され得、位相は、有利なこととして、データが転送される方法についての情報を提供することができる。

【0029】

先に言及されるように、光学キャリア入射システムに伴う別の問題は、特に、結像のために使用されるとき、場所のグリッドが、高い空間的分解能において画像を提供するように稠密である場合、時間のかかるプロセスであり得るということである。さらに、機械的平行移動段の機械的平行移動機構の許容誤差の限定は、画像の達成可能な空間的分解能を限定し得る。

【0030】

本問題に対処するために、図１の光学キャリア入射システムは、例証的ガルボミラー４４（または、ＭＥＭＳベースの変形可能ミラー、圧電性変形可能ミラー、音響光学ビーム操向、電気光学ビーム操向等の別の電子ビーム操向デバイス）を採用し、パルス式光学ビーム１２を電子的に操向し、本明細書では、２次元（２Ｄ）画像タイルと称される、画像の小さい領域を入手する。より一般的には、いくつかの実施形態では、多値データセットが、２Ｄマッピングタイルと称される、小さい領域に到達するために入手される。図１の例証的システムでは、ビーム操向デバイス４４は、ガルボミラーであり、Ｆテータ走査レンズ４６は、ガルボミラー４４によって導入されるパルス式光学ビーム１２の角度偏向を補正する。ビームの側方運動は、したがって、ガルボミラー４４の角度およびガルボミラー４４とＦテータ走査レンズ４６との間の間隔によって判定される。

【0031】

機械的平行移動段１４の動作によって到達される大まかな場所において位置付けられる集束される光学ビーム１２の焦点３２を用いて、２Ｄ画像またはマッピングタイルが、（ｉ）（ガルボミラー４４または他の電子ビーム操向デバイスを経由して）電子ビーム操向を使用して、ＩＣウエハまたはチップ２０上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に集束される光学ビーム１２の焦点３２を操向し、（ｉｉ）各細かい場所において位置付けられる集束される光学ビームの焦点を用いて、集束される光学ビーム１２によって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップ２０の中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号３４を入手することによって入手される。図１の例証的実施形態では、デジタル入手ハードウェア（ＤＡＱ）５４が、ガルボミラー４４（または他の電子ビーム操向デバイス）を制御させるために使用され、操向（ｉ）および出力信号入手（ｉｉ）を実施し、後者は、機械式チョッパ４０によって実施されるチョッピングから導出される基準信号と併用されるロックイン増幅器５２と併せて、（または、代替として、基準として、レーザ１０のパルス式出力の反復率およびそれに対する位相ロックにおいて発生させられる信号を伴うＲＦロックイン増幅を使用して）実施され、良好なノイズ除去を提供する。いくつかの例証的実施形態では、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｕｓｔｉｎ， Ｔｅｘａｓ， ＵＳＡ）製のＤＡＱが、ＤＡＱ５４として使用される。全体的な画像入手は、画像またはマッピングタイルの入手を制御し、入手された画像またはマッピングタイルを受信するために、ＤＡＱ５４を制御するコンピュータ５６によって制御され、コンピュータ５６は、ＩＣウエハまたはチップ２０内またはその上の大まかな場所のセットの大まかな場所において、集束される光学ビーム１２の焦点３２を順次機械的に位置付けるために、機械的平行移動段１４を制御する。２Ｄ画像またはマッピングタイルが、２次元画像である一方、平行移動段１４が、（図１に図示されるような）３次元（３Ｄ）平行移動段である場合、大まかな場所のセットは、２Ｄである最終画像を提供する、大まかな場所の２Ｄ配列であり得る、または大まかな場所のセットは、ｚ方向に沿った大まかな場所の間隔によって判定される奥行（ｚ）方向における大まかな分解能を伴うが、３Ｄ（すなわち、体積）である、最終画像を提供する、大まかな場所の３Ｄ配列であり得る。

【0032】

コンピュータ５６は、２Ｄ画像またはマッピングタイルを組み合わせるために、好適なソフトウェアによってプログラミングされる。タイル境界において平滑な画像コンテンツを提供するためには、近隣の画像またはマッピングタイルは、好ましくは、重複しており（例えば、隣接する大まかな場所間の間隔を画像またはマッピングタイルのサイズよりも小さくあるように設定することによって達成される）、画像またはマッピングタイルは、ＩＣウエハまたはチップ２０の画像を発生させるために、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることによって組み合わせられる。一非限定的な例証的アプローチでは、コンピュータ５６は、ＩｍａｇｅＪ画像処理セット（ｉｍａｇｅｊ．ｎｅｔおよびｇｉｔｈｕｂ．ｃｏｍ／ｉｍａｇｅｊ／ｉｍａｇｅｊ１において入手可能）の対毎および／またはグリッド／集合スティッチングプラグインを実行することによって、画像スティッチングを実施するようにプログラミングされる。

【0033】

図１の例証的実施形態は、ＤＡＱ５４と、画像入手の制御および処理のためのコンピュータ５６とを採用するが、より一般的には、これらの制御および処理動作は、電子プロセッサによって実施され得る。電子プロセッサ５４、５６は、段１４およびガルボミラー４４の両方を直接制御するコンピュータを備えてもよく、ロックイン増幅器５２から出力される信号を受信するために接続される、またはＤＡＱ５４とコンピュータ５６の図示される組み合わせを備えてもよい、または特別に構成されるマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラまたはＦＰＧＡベースのコントローラを備えてもよい、またはクラウドベースのサーバコンピュータを備えてもよい、またはそれらの種々の組み合わせを備えてもよい、および／またはその他である。

【0034】

図１に示される構成の光学キャリア入射システムが、実際に、構築され、試験された。本システムは、１００ＭＨｚのパルスレートおよび３００ｍＷの（平均）光学パワーにおいて動作する、１００ｆｓパルスを伴う、Ｍｅｎｌｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ製の１，５５０～１，５６０ｎｍのＹｂ：ファイバレーザを採用した。ガルボミラーが、０．５～２０ｍｓ／度の小休止を伴う、走査パラメータの３度×３度の走査範囲とともに、電子ビーム操向デバイス４４として使用された。対物レンズ３０は、所望の結像倍率に応じて、１０倍～１００倍の対物レンズであり、機械的平行移動段１４は、０．７５ｍｍ／ステップサイズ（４．５ｍｍの走査寸法）を伴う大まかな場所の２次元７×７グリッド、または所望の画像寸法に応じた他のグリッドおよびステップサイズの組み合わせを入手するように動作された。チョッパ４０は、１～５ｋＨｚにおいて動作され、ロックイン増幅器５２は、１ｍｓ～３ｍｓの時定数を伴って、ピコアンペア（ｐＡ）範囲内の電流入力モードにおいて動作された。他の実験では、ＲＦロックイン増幅が、使用され、基準信号は、レーザのパルス式出力に対してロックされるレーザ１０から出力される、１００ＭＨｚのＲＦ信号である。結像または空間的マッピングタスクに関して、画像またはマッピングタイルは、ＩｍａｇｅＪのＦｉｊｉオープンソース実装を使用して、ともにスティッチングされた（Ｆｉｊｉは、「Ｆｉｊｉ Ｉｓ Ｊｕｓｔ ＩｍａｇｅＪ」の頭字語である）。これらが、単に実験において使用される例証的値であり、これらの種々のパラメータに関する他の値および値の組み合わせが、具体的なハードウェアおよび実施されている光学キャリア入射タスクに応じて好適であることが期待されることを理解されたい。

【0035】

図２を参照すると、一実験では、出力３４は、２光子吸収または他の非線形光学相互作用によって生産される光出力信号であり、光検出器３６は、シリコン光検出器であった。図２に示されるプロット６０は、可視スペクトルの緑色範囲内にピークを有する光出力のプロットであり、光出力信号が、活性層内の第３の高調波発生に応答して発生させられることが確認される。

【0036】

別の実験では、光学キャリア入射による結像が、市販の８ビットマイクロコントローラＩＣ上で実施された。本場合では、画像は、光学ビーム誘発性電流（ＯＢＩＣ）画像であり、その中で出力３４は、マイクロボルト（μＶ）において測定される、パワー端子を横断した電圧であった。線形吸収を提供する８００ｎｍのポンプレーザおよび１倍テレセントリック走査レンズを使用する結像と比較して、図１のシステムを使用して入手される画像は、空間的分解能および画像コントラストの両方において、有意により優れていた。

【0037】

図３を参照すると、図１および２の光学キャリア入射システムによって実施される好適な結像方法が、フローチャートを用いて示されている。動作７０では、ＩＣウエハまたはチップ２０は、機械的平行移動段１４上に搭載される。好ましくは、搭載動作７０は、ＩＣウエハまたはチップ２０の基板２２を薄化または除去もしくは研磨することを含まない。動作７２では、機械的平行移動段１４は、初期の２Ｄまたは３Ｄ段の平行移動位置（２Ｄまたは３Ｄは、段１４がｚ方向の「奥行」移動を含むかどうかに依存し、そうである場合、大まかな点のセットが、２Ｄまたは３Ｄであるかどうかである）まで移動するように動作される。動作７４では、電子ビーム操向デバイス４４は、現在の段の平行移動位置（すなわち、現在の大まかな場所）において、画像またはマッピングタイルを走査する。より具体的には、動作７４では、ビーム操向デバイス４４は、ＩＣウエハまたはチップ２０上またはその中の細かい場所の２Ｄセットの細かい場所に集束される光学ビーム１２の焦点３２を操向するように動作され、各細かい場所において、集束される光学ビーム１２によって、細かい場所においてＩＣウエハまたはチップ２０の中に光学的に入射される電荷に応答して生産される、出力信号３４が、測定される。例証的図１では、ビーム操向デバイス４４は、電気機械的ビーム操向を提供する、例証的ガルボミラー４４である。他の実施形態では、ビーム操向デバイスは、より高速な電子ビーム操向を提供することができる、電気光学変調を採用してもよい。典型的には、細かい場所のセットは、ｘ－ｙ平面内の細かい場所の２次元グリッドを画定する。

【0038】

随意の画像処理動作７５では、入手された画像またはマッピングタイルが、処理され得る。例えば、空間的位置において収集されるアナログ信号から、後続のスティッチングを促進する、マルチチャネルビットマップ画像までの平行移動が、実施され得る。別の実施例として、各細かい場所において入手される出力信号３４は、波形を含み得、２Ｄ画像タイルの入手はさらに、電子プロセッサ５４、５６を使用して、各細かい場所において入手される波形を処理し、２Ｄ画像タイル内の細かい場所に関する単一の値を生産することを含む。別の実施例として、各細かい場所において入手される出力信号３４は、２つ以上のセンサから収集されるデータを含み得、２Ｄ画像タイルの入手はさらに、電子プロセッサ５４、５６を使用して、各細かい場所において２つ以上のセンサから収集されるデータを処理し、２Ｄ画像タイル内の細かい場所に関する単一の値を生産することを含む。後者の実施例では、センサは、入射されるキャリアに応答してＩＣウエハまたはチップ２０によって生産され、電圧計または同等物によって測定される電気信号と、光検出器３６によって測定される非線形高調波の発生によって生産される、光学信号とを含み得る。また別の変型として、処理７５は、低減されたデータセットを生産するが、細かい場所毎の単一の値を生産し得ない。例えば、各細かい場所において入手される出力信号３４が、ピーク波形である場合、処理７５は、Ａがピーク振幅、Ｐがピーク位置、かつＷがピーク全幅半値（ＦＷＨＭ）である、トリプレット（Ａ，Ｐ，Ｗ）を発生させ得る。本場合では、出力は、各細かい場所におけるトリプレット（Ａ，Ｐ，Ｗ）であり、したがって、各細かい場所における単一の値を有する画像タイルではなく、一般化されたマッピングタイルを構成する。別のアプローチとして、低減されたデータセットが、比較的小さい場合、トリプレットデータセットをエンコードするために、例えば、赤色－緑色－青色（ＲＧＢ）色空間またはＹＵＶ型色空間を使用して、値を結合し、カラーピクセル値の形態において単一の値を形成することが想定される。本場合では、出力は、各細かい場所における単一の値を伴う画像であり、その中で単一の値は、（ＲＧＢ）または（ＹＵＶ）色空間点であり、疑似カラー画像を生産する。

【0039】

動作７６では、入手された画像タイル（またはマッピングタイル）は、記憶装置７８（例えば、フラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ、磁気ディスク、ランダムアクセスメモリ、またはＲＡＭ等）内に記憶される。決定８０において、これが、結像されることになる最後の大まかな場所であるかどうかが判定される。そうではない場合、フローは、動作８２に渡され、その時点で機械的平行移動段１４が、次の段の平行移動位置（すなわち、次の大まかな場所）まで移動するように動作され、動作７４、７６、８０は、したがって、大まかな場所のセットの全ての大まかな場所に対応する画像またはマッピングタイルが、入手されるまで、繰り返される。典型的には、大まかな場所のセットは、ｘ－ｙ平面内に２Ｄグリッドを、またはｘ－ｙ－ｚ空間内にわたって３Ｄグリッドを形成する。

【0040】

最後の大まかな場所に関する画像またはマッピングタイルが、入手され、記憶されるとき、決定８０は、画像またはマッピングタイルをともにスティッチングし、ＩＣウエハまたはチップの画像を発生させることを含む、画像またはマッピングタイルを組み合わせる、動作８４にフローを移す。例えば、スティッチングは、ＦｉｊｉまたはＩｍａｇｅＪの別の実装を採用してもよい。随意に、画像は、動作８６において、例えば、コンピュータ５６のディスプレイ８８上に表示されてもよい（図１参照）。マッピングタイルがともにスティッチングされることになるような（各細かい場所における単一の値を伴う画像ではなく）各細かい場所における多値データセットを伴うマッピングの場合では、種々のタイプのスティッチングが、採用され得る。トリプレット（Ａ，Ｐ，Ｗ）が各細かい場所において出力される例証的実施例に関して、スティッチングは、すでに説明されるように動作するが、トリプレットの各フィールドに適用され得、例えば、振幅（Ａ）、ピーク位置（Ｐ）、および幅（Ｗ）の値はそれぞれ、独立して、ともにスティッチングされ得る。別のアプローチでは、トリプレット内のフィールドの１つをスティッチングする際に使用される位置合わせは、トリプレット内の他のフィールドをスティッチングするためにも使用され得る。例えば、重複する２Ｄ画像またはマッピングタイルをともにスティッチングすることによって発生させられる位置合わせデータは、異なるタイル間の各細かい場所において入手される出力信号の空間的関係を判定するために使用されてもよい。

【0041】

図３の方法では、タイル画像またはマッピングを走査する、動作７４は、図１および２を参照して本明細書に説明されるような２光子吸収または他の非線形光学相互作用プロセスによる光学キャリア入射を採用することが仮定される。しかしながら、より一般的には、動作７４は、代替として、（図１および２の実施形態におけるもの等のような非線形吸収プロセスを使用するのではなく）光学ビームの線形吸収を使用する光学キャリア入射を採用することができる。例えば、動作７４は、その中で光子が、従来の線形吸収によって吸収される、従来の光学ビーム誘発性電流（ＯＢＩＣ）を使用して、タイル画像を走査し得る。光の線形吸収を達成するためには、そのような技法は、一般に、活性層のバンドギャップよりも高い光学ビームの光子エネルギーを用いて実施されるであろう。さらに、基板が、活性層のバンドギャップよりも小さい、またはそれに匹敵するバンドギャップを有する場合、ビームが、基板の前側に印加され、したがって、それは、基板によって吸収されないか、またはビームは、基板の後側から印加されるが、走査することの前に、基板が薄化または除去されるかのいずれかである。

【0042】

線形吸収を採用するこれらの結像技法は、依然として、図３のタイル画像入手アプローチからの利益を享受することが予期される。一利点において、電子ビーム操向は、機械的平行移動段のみを使用する走査と比較して高速であり、それによって、より高速な画像入手を提供する。別の利点において、電子ビーム操向を使用して入手される画像またはマッピングタイルは、多くの場合、達成可能な空間的分解能を限定する機械的平行移動段の機械的平行移動機構の許容誤差への限定に起因して、機械的平行移動段を単独で使用することによって達成され得るものよりも高い空間的分解能を達成することができる。

【0043】

好ましい実施形態が、例証され、説明されている。明白なこととして、修正および改変が、前述の詳細な説明を熟読および理解することに応じて、当業者に想起されるであろう。全てのそのような修正および改変が、添付の請求項またはそれらの均等物の範囲内に入る限り、本発明は、それらを含むものとして解釈されることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】