特表 2024-538229 ＸＰＳを使用したマルチ測定による小ボックス内の特性評価および測定

(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】2024-10-18

(54)【発明の名称】ＸＰＳを使用したマルチ測定による小ボックス内の特性評価および測定

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/02 20060101AFI20241010BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20241010BHJP

   G01N 23/2273 20180101ALN20241010BHJP

【ＦＩ】

G01B15/02 A

H01L21/66 N

H01L21/66 P

G01N23/2273

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024524420

(86)(22)【出願日】2022-10-24

(85)【翻訳文提出日】2024-06-14

(86)【国際出願番号】 IB2022060178

(87)【国際公開番号】W WO2023067580

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】63/262,972

(32)【優先日】2021-10-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/295,478

(32)【優先日】2021-12-30

(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】518014357

【氏名又は名称】ノヴァ メジャリング インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001830

【氏名又は名称】弁理士法人東京ＵＩＴ国際特許

(72)【発明者】

【氏名】ポイス・ヒース

(72)【発明者】

【氏名】リー・ウェイ・チ

(72)【発明者】

【氏名】ワラッド・ラックスミ

(72)【発明者】

【氏名】キスリトシン・ドミトリ

(72)【発明者】

【氏名】ルント・パーカー

(72)【発明者】

【氏名】セン・ベニー

(72)【発明者】

【氏名】チェン・ジェームス

(72)【発明者】

【氏名】シン・サウラブ

【テーマコード（参考）】

2F067

2G001

4M106

【Ｆターム（参考）】

2F067AA27

2F067CC08

2F067EE04

2F067HH04

2F067JJ05

2F067KK05

2F067RR21

2G001AA01

2G001BA08

2G001CA03

2G001EA04

2G001FA08

2G001KA01

2G001KA11

2G001LA11

4M106AA01

4M106AA02

4M106CA48

4M106CB21

4M106DH24

4M106DH34

4M106DJ18

4M106DJ19

4M106DJ20

(57)【要約】

測定ボックス内のフィルム層を特性評価するシステムを開示する。上記システムは，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を取得し，上記混合割合がウェハサンプルの測定ボックス内の第１のＸ線ビームの割合を表すものであり，上記測定ボックスが基板上に配置されたボア構造を表すものであり，ボア構造内に配置されたフィルム層を持つ。上記システムは，第１のＸ線ビームに対応する測定ボックスの寄与値を取得し，寄与値が測定ボックス内の同じ種信号に寄与する測定ボックス外の種信号を表す。上記システムは，第１のＸ線ビームを用いた測定ボックスの測定に対応する第１の測定検出信号を取得する。上記システムは，第１の測定検出信号，寄与値，および第１の混合割合に基づいてフィルム層の測定値を決定する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプルの第１のフィルム層を特性評価するシステムであって，
電子光学系およびプロセッサを備え，
電子光学系が，
第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を備える第１のサンプル領域にＸ線スポットを照射し，ここで上記第１のフィルム層が第１のフィルム層材料から作られており，かつ基板材料から作られた基板の上に配置されたものであり，
上記第１のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供するように構成されており，
プロセッサが，
上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号が（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含むものであり，
（ｉ）上記種信号，（ｉｉ）上記第１のフィルム層に入射するＸ線スポットの割合を示す混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第１のフィルム層材料の有効寄与を表す第１のフィルム層材料寄与値に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定するように構成されている，
システム。

【請求項2】

上記検出信号がＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）検出信号である，請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

上記検出信号がＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）検出信号である，請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

上記測定値が上記フィルム層の厚さである，請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

上記プロセッサが，メリット関数の値に基づいて上記フィルム層の厚さを決定するように構成されており，上記メリット関数の値が，上記フィルム層の実際の減衰と上記フィルム層のモデル化減衰との間の差に基づいて決定される，請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

上記プロセッサが，メリット関数の値に基づいて上記フィルム層の厚さを決定するように構成されており，上記メリット関数の値が，（ｉ）上記第１のフィルム層材料種信号，（ｉｉ）上記基板材料種信号，（ｉｉｉ）モデル化第１フィルム層材料種信号，および（ｉｖ）モデル化基板材料種信号に基づいて決定される，請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

上記モデル化第１フィルム層材料種信号が，上記混合情報，上記第１のフィルム層内で生成された光電子に関連する第１のフィルム層減衰パラメータ，上記フィルム層の厚さ，および上記第１のフィルム層材料寄与値に基づいて計算される，請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

上記基板材料種信号が，上記混合情報，上記フィルム層の厚さ，上記基板内で生成された光電子に関連する第１のフィルム層減衰パラメータ，および上記種信号の少なくとも一つについての上記基板材料の有効寄与を表す基板材料寄与値に基づいて計算される，請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

上記混合情報が，一または複数のフィルム層に対するビーム強度分布を示すものである，請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

上記混合情報が，一または複数のビーム・ガウス・パラメータを含む，請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

上記フィルム層が，上記追加サンプルサブ領域の上面の上に配置されている，請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

上記フィルム層が，上記追加サンプルサブ領域の上面の下に配置されている，請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

上記サンプル領域が，第２のフィルム層材料から作られ，上記第１のサンプルサブ領域の外側に位置する第２のフィルム層を備え，
上記プロセッサが，
上記検出信号に基づいて，上記第２のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域における第２のフィルム層材料種信号を決定し，
（ｉ）上記種信号，（ｉｉ）上記混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つについての上記第２のフィルム層材料の有効寄与を表す第２のフィルム層材料寄与値に基づいて，上記第２のフィルム層の測定値を決定するようにさらに構成されている，
請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

上記電子光学系が，
上記第２のフィルム層および第２のサンプルサブ領域を備える第２のサンプル領域に上記Ｘ線スポットを照射し，
上記第２のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供するようにさらに構成されている，
請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

サンプルの第１のフィルム層を特性評価する方法であって，
Ｘ線スポットを用いて，第１のフィルム層および第２のサンプルサブ領域を含む第１のサンプル領域を照射し，ここで上記第１のフィルム層が第１のフィルム層材料から作られており，かつ基板材料から作られた基板の上に配置されたものであり，
上記第１のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供し，
プロセッサによって，上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号が（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）上記基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含むものであり，
プロセッサによって，（ｉ）上記種信号，（ｉｉ）上記第１のフィルム層に入射する上記Ｘ線スポットの割合を示す混合情報，および（ｉｉｉ）上記種信号の少なくとも一つについての上記第１のフィルム層材料の有効寄与を示す第１のフィルム層材料寄与値に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する，
方法。

【請求項16】

サンプルの第１のフィルム層を特性評価するための非一時的コンピュータ読取り可能媒体であって，
上記非一時的コンピュータ読取り可能媒体は，コンピュータ化システムによって実行されることで，
Ｘ線スポットによって，第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含む第１のサンプル領域を照射し，ここで上記第１のフィルム層が第１のフィルム層材料から作られており，かつ基板材料から作られた基板の上に配置されたものであり，
上記第１のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供し，
プロセッサによって，上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号が（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含むものであり，
プロセッサによって，（ｉ）上記種信号，（ｉｉ）上記第１のフィルム層に入射するＸ線スポットの割合を示す混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第１のフィルム層材料の有効寄与を表す第１のフィルム層材料寄与値に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する，
処理を上記コンピュータ化システムに実行させる命令を格納している，
媒体。

【請求項17】

サンプルの第１のフィルム層を特性評価する方法であって，
Ｘ線スポットを用いた，第１のサンプル領域の照射の結果，第１のサンプル領域から放出される電子を示す検出信号を取得し，ここで上記第１のサンプル領域は第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含み，上記第１のフィルム層が第１のフィルム層材料から作られており，かつ基板材料から作られた基板の上に配置されたものであり，
プロセッサによって，上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号が（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含むものであり，
上記プロセッサによって，（ｉ）上記種信号，（ｉｉ）上記第１のフィルム層に入射する上記Ｘ線スポットの割合を示す混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つについての上記第１のフィルム層材料の有効寄与を示す第１のフィルム層材料寄与値に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する，
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は，概略的には，半導体構造の特性評価（characterizing）および測定（measuring）のための技術に関するもので，具体的には，Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）（X-ray photoelectron spectroscopy）を使用したマルチ（複数の）測定による小ボックス内の材料層（layers of material in small boxes）を特性評価しかつ測定するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路（ＩＣ）（Integrated circuits）は，通常，シリコン基板上に形成された複数層から構成される。集積回路が小型化し，集積回路を構成する層の厚さが薄くなるほど，このような複数層から形成されるデバイスの動作は特定層の厚さに依存することが多くなる。たとえば，シリコン基板上に形成されるトランジスタはトランジスタのゲートの厚さに依存して異なる特性を持つことがある。

【0003】

ＩＣ上の層は堆積技術によって基板上に堆積され，この堆積技術では層上にパターンがエッチングされて様々なＩＣコンポーネント（部品）が形成される。このようなパターンにはトレンチまたはパディング（ボックス）（trenches or paddings（boxes））が含まれる。トレンチやボックスが材料の追加層によってコーティングされるときにトレンチやボックスが小さいと，適切な層厚を確認し，トレンチやボックス内に堆積したコーティング材料を確認することが困難になることがある。したがって，小ボックス領域内のフィルム層の厚さを決定することが有用なことがある。

【0004】

基板上に堆積したフィルム層の厚さはいくつかの手法のいずれかを用いて決定することができる。その一つはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）である。ＸＰＳでは，Ｘ線ビームを基板に照射するとともに，同時に基板の最上層から出る（escape）電子の運動エネルギーおよび数を測定することで，ＸＰＳスペクトルが得られる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＩＣコンポーネントの小型化が進んでいるので，ＸＰＳ測定用Ｘ線ビームがボックス領域内に収まらない（not fit inside a box region）ことがある。ボックス領域よりも大きなビームサイズのＸ線ビームを使用すると，ボックス内領域およびボックス周囲領域にＸ線ビームが照射されるので，収集されるＸＰＳ信号はボックス内材料およびボックス周囲材料から発せられることになる。そのため，ＸＰＳ信号のどの部分がボックス内材料だけに対応しているかを確認することが難しい。小ボックス領域に対するＸＰＳ測定の分析精度を向上させる必要性が存在する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下に示すこの開示の要約は，この開示のいくつかの態様および特徴の基本的な理解を提供するために含めている。この要約は，この開示の広範な概要ではなく，そのため，この開示のキーまたは重要な要素を特に特定すること，またはこの開示の範囲を画定することを意図していない。その唯一の目的は，以下に提示される，より詳細な説明の前段階として，簡略化された形態でこの開示のいくつかの概念を提示することである。

【0007】

開示される実施形態は，ＸＰＳを使用する複数の測定を用いて，小ボックス内のフィルム（薄膜）層の特性評価および測定を可能にする。開示されるいくつかの実施形態では，ＸＰＳ測定は，小ボックス内のフィルム層の厚さまたは組成といった，フィルム層の特定のプロパティ（特性）を分析するために使用され，ここでＸＰＳ信号は小ボックスの外側にいくらか漏出する（こぼれる）（XPS signal has some spillage outside the small boxes）ものである。

【0008】

この開示の他の態様および特徴は，以下の図面を参照した詳細な説明から明らかであろう。詳細な説明および図面は，添付の特許請求の範囲によって定義されるこの開示の様々な実施形態の様々な非限定的な例を提供することを理解されたい。

【0009】

この明細書に組み込まれ，この明細書の一部を構成する添付の図面は，この開示の実施形態を例示するものであり，この明細書の説明と一緒にこの開示の原理を説明し，例示するのに役立つ。図面は，例示的な実施形態の主要な特徴を図式的に説明することを意図している。図面は，実際の実施形態の全ての特徴や描かれた要素の相対的な寸法を描写することを意図していず，縮尺通りには描かれていない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１はいくつかの実施形態による測定を示すウェハサンプルの部分断面図であり，図１Ａはボックス構造の外側のフィルムスタックの層厚の決定の一例を示す概略図であり，図１Ｂは，ボックス構造の内側のフィルムスタックの層厚の決定の一例を示す概略図である。

【図2】測定装置の一例を示す。

【図3】図３Ａは公称ビーム１を用いた基準ウェハサンプルの測定例を示し，図３Ｂはスポット径の大きいビーム２を用いた基準ウェハサンプルの測定例を示している。

【図4】図４Ａは公称ビーム１を用いた測定用ウェハサンプルの測定例を示し，図４Ｂはスポット径の大きいビーム２を使用した測定用ウェハサンプルの測定例を示している。

【図5】公称ビーム１を用いた測定用ウェハサンプルの測定例を示している。

【図6】方法の一例を示すフロー図である。

【図7】２つのフィルム層を示すボックスを有するウェハサンプルの一例の部分断面図である。

【図8】図８ＡはＸラインスキャンを用いた基準ウェハサンプルの測定例を示し，図８ＢはＹラインスキャンを用いた基準ウェハサンプルの測定例を示している。

【図9】Ｘ線ビームのビームパラメータのシミュレーションの一例を示している。

【図10】図１０ＡはＹ方向における中心断面積に対する混合割合のシミュレーション例と測定例を示しており，図１０ＢはＸ方向における中心断面に対する混合割合のシミュレーションと測定例を示しており，図１０ＣはＸラインスキャンにおけるボックス中心に対するビーム位置に対する混合割合の例を示している。

【図11】図１１ＡはＸラインスキャンを用いた測定用ウェハサンプルの測定例を示しており，図１１ＢはＹラインスキャンを用いた測定用ウェハサンプルの測定の一例を示している。

【図12】方法の一例を示すフロー図である。

【図13】方法の一例を示すフロー図である。

【図14】方法の一例を示すフロー図である。

【図15】方法の一例を示すフロー図である。

【図16】基板の上方に配置されたパッドの一例である。

【図17】方法の一例を示すフロー図である。

【図18】材料の厚さのシミュレーションの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照して特性評価および測定方法／システムの実施形態を説明する。異なる実施形態またはそれらの組み合わせを，異なる用途に，または異なる利点を達成するために使用することができる。この明細書に開示される様々な特徴は，達成しようとする結果に応じて，利点と要件および制約とのバランスを取りながら，単独で，または他の特徴と組み合わせて，部分的にまたは最大限に利用することができる。したがって，様々な実施形態を参照して特定の利点を強調するが，開示された実施形態に限定されるものではない。すなわち，この明細書で開示される特徴は，それらが記載される実施形態に限定されるものではなく，他の特徴と「混合かつ適合」させて他の実施形態に組み込んでもよい。

【0012】

以下の詳細な説明では，この発明を十分に理解するために，多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら，この発明は，これらの具体的な詳細がなくても実施できることが当業者には理解されるであろう。他の例では，周知の方法，手順，および構成要素は，この発明を不明瞭にしないように詳細には記載されていない。

【0013】

この発明とみなされる主題は，明細書の結論部分において特に指摘され，明確に特許請求されている。しかしながら，この発明は，その目的，特徴および利点とともに，組織および操作方法の両方に関して，添付の図面とともに読まれる場合，以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。

【0014】

図解を簡略化し明瞭にするために，図に示された要素は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されよう。たとえば，いくつかの要素の寸法は，明確にするために他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに，適切と考えられる場合には，符号が，対応するまたは類似する要素を示すために図面間で繰り返されることがある。

【0015】

この明細書において，システム，方法，および非一時的コンピュータ読み取り可能媒体のいずれか一つに対する言及は，システム，方法，および非一時的コンピュータ可読媒体のいずれか他のものに対して準用されるべきである。たとえば，システムに対するあらゆる言及は，システムによって実行可能な方法，およびシステムによって実行可能な命令を格納することができる非一時的コンピュータ可読媒体に対して準用されるべきである。

【0016】

この発明の図示する少なくとも一つの実施形態は，その大部分において，当業者に公知の電子部品および回路を使用して実施することができるので，この発明の基礎となる概念の理解および認識のために，またこの発明の教示を難解にしたり，この発明の教示から逸脱させたりしないために，詳細は，上述したように必要と考えられる範囲を超えては説明されない。

【0017】

以下に例示する数値は非限定的な例とみなされるべきである。

【0018】

様々な例においてＳｉＯ２製のフィルム層（薄膜層），およびＳｉ製の基板について言及している。これらは単に材料の非限定的な例にすぎず，フィルム層はＳｉＯ２と異なる材料によって作ることができ，および／または基板はＳｉ以外の材料によって作ることができることに留意すべきである。ＳｉＯ２およびＳｉに対する言及は，それぞれ，任意のフィルム層材料および基板材料に準用されるべきである。

【0019】

図１は，特性評価または測定プロセス，たとえばサンプル上の薄いフィルム層（たとえば厚さ約０～10ｎｍ）の種（species）および／または種の厚さを決定するプロセスを示す，半導体ウェハサンプル100の一部の断面を示している。ベース層101，たとえばウェハ基板はシリコン製であり，ベース層101上に絶縁体層105が形成されている。この例では，シリコン基板ベース層上に二酸化シリコン層（a silicon-dioxide layer）が形成されている。二酸化シリコン層105は正方形または円形のボックス110の形状のボア（bore）（孔）をエッチングすることによってパターニングされ，特定の例では30μｍの長さまたは直径の辺長を持つ。実際の製造ではこのようなボアが絶縁層105に多数形成されるが，実施形態を理解するために，このようなボアの一つのみに関して説明を進めることにする。この例のボアは基板に達していず，二酸化シリコンの薄いフィルム115がベース層101上のボア底部に残っている。この図１の例では，二酸化シリコン105の層がシリコン基板101上に形成され，エッチングされてボックス110が形成されているが，ボックス110を形成するために任意の他の材料（窒化シリコン，他の酸化物または窒化物など）または製造プロセス（たとえば，選択蒸着など）を使用することができる。ボックス110は，長方形状，円形状，トレンチ形状等とすることができる。また，ボアが形成される基板101と誘電体層105との間に異なる材料の介在層（中間層）（intervening layer）が存在してもよい。

【0020】

一実施形態では，ボックス110を特徴づけるために，すなわちボックス110内（またはボックス110下）におけるフィルム層の存在，上記フィルム層の組成および厚さを決定するために，ＸＰＳが使用される。図１の例を参照すると，この実施形態では，ＸＰＳは，二酸化シリコンフィルム層がボックス110に（またはボックス下に）残っているかどうか，残っている場合にはそのフィルム層の厚さを決定するために使用される。

【0021】

一実施形態では，図１に示すサンプルにＸ線が照射され，その結果として生じるサンプルからの光電子放出（矢印によって示す）が調べられる。上記Ｘ線ビームが30μｍのボックス110内に収まるスポット120を生成した場合，ＳｉＯ２層115の厚さを，この明細書においてＳｉ信号と呼ぶＳｉ基板101からの放射（発光）のＳｉＯ２層115による減衰を使用して，計算することができる。しかし，特定の例では，発生したＸ線ビームが30μｍの寸法よりも大きい直径のスポット120を有するので，ＸＰＳ信号はボックス110の外部に流出する。この場合，ＳｉＯ２からの放射の減衰は，ボックス内の信号成分とボックス外の信号成分（たとえば，流出）とを有する。一実施形態では，基準ボックス110に対して複数の測定が実行され，ビームの混合割合（混合分率）（a mixing fraction of the beam）（ボックス内のビーム割合）（fraction of beam that is inside the box）が決定される。上記混合割合を使用して，ボックス110について複数の測定が実行され，ボックス内の同じ信号種に寄与するボックス外の信号種の寄与値（contribution value for species signal outside the box that contribute to a same species signal inside the box）が決定される。その後，上記混合割合および寄与値を用いてＳｉＯ２層115の厚さを計算することができる。

【0022】

図２は，この明細書において開示する様々な実施形態のための，特性評価または測定プロセス用のＸ線システム200の一例を示している。上記システムの動作およびこの明細書に記載する分析は，一または複数のコンピュータ205によって実行することができる。一実施形態では，コンピュータ205は顧客の場所にあるスタンドアロンコンピュータであってもよい。コンピュータ205は，適切な不揮発性コンピュータ読取り可能記憶媒体にソフトウェアに使用される命令を記憶し，一または複数のプロセッサを使用してハードウェアに命令を実行させ，この明細書の技術を実装することができる。

【0023】

電子銃210が電子ビームを放出し，このビームは，ここではアルミニウム製である陽極215に照射される。その結果，陽極においてＸ線が発生し，モノクロメータ220に向かう。Ｘ線は次にモノクロメーターにおいて回折される。この実施例ではモノクロメータ220は水晶石英製であり，ＡｌＫαＸ線のみをウェハ225上に集光するように構成されている。少量のＡｌＫαがフラックス検出器230にも集められる。フラックス検出器230の信号はＸ線数（X-ray count）からフラックス数（flux number）に変換することができる。上記フラックス数はウェハに当たったＸ線の参照指標として使用することができる。

【0024】

一次ＡｌＫαＸ線ビームがウェハ225に当たるように方向づけられる。Ｘ線がウェハ225の層（layers）を通過すると，電子および二次Ｘ線がウェハの各層から放出される。ＸＰＳエネルギーアナライザ240は放出された電子を収集してそれをＸＰＳ検出器245に向かわせる。ＸＰＳエネルギーアナライザ240は，概略的には，白色光を光子周波数ごとに分離するプリズムのように，放出された電子をそのエネルギーに応じて分離する。その結果，ＸＰＳ検出器245によって生成される信号を使用して，特定エネルギーそれぞれにおける電子の数（すなわち強度）を測定することができる。コンピュータ205によって生成される，強度（電子数）対結合エネルギーをプロットしたサンプルグラフがモニター250に表示される。

【0025】

モニター250に例示されるプロットは，サンプル内の材料がどのように識別され得るかを示す。この特定の例では，ウェハ225はシリコン製であり，二酸化シリコン105の第１層または一酸化シリコン115のフィルム層を有している。プロット中の様々なピークを，被検査対象のサンプル，ここではウェハ225に存在する材料を特定するために使用することができる。

【0026】

一実施形態では，ある層からのＸＰＳ信号の減衰が，その上に異なる材料の層が存在することを推測するために用いられる。さらに，減衰の量をＸ線ビームがボックス110内に収容されている場合に上層の厚さを定量化するために用いることができる。ボックス110の外側の信号種（species signal）の流出を有するＸ線ビームについては，混合割合（mixing fraction）ｆを使用して，ボックス内側のビームの割合（たとえば，ｆ）と，信号種の流出を計算するために使用することができるボックスの外側のビームの割合（たとえば，１－ｆ）とを定量化することができる。

【0027】

図１の具体例に着目すると，図１Ｂに例示するように，混合割合ｆ＝１，厚さｔ_０のオーバーレイヤーＳｉＯ２について，種Ｓ（図１Ｂ）の信号は，Ｉsi＝Isi’ｅ^{（-t0/λsi,SiO）}によって減衰する。ここでIsi’（参照強度（reference intensity）または参照電子数（reference electron count）と呼ばれることもある）は，層ＳｉＯ２を通過する前の種Ｓｉからの光電子の強度であり，λsi,sioは材料パラメータである（材料ＳｉＯ２を通過する種Ｓｉからの特定タイプの光電子についての有効減衰長（ＥＡＬ，effective attenuation length）である。たとえばシリコンから放出されてＳｉＯ２を通過するシリコン２ｐ光電子（silicon 2p photoelectrons）である。本書では，材料Ｂ中の材料Ａについて略記ＥＡＬが使用されることがあるが，上記材料から放出される特定の光電子を指すと理解されるべきである）。他の種（ＳｉＯ２の薄層以外，および／またはＳｉ基板以外）が存在する場合には，強度の指標（Ｉsiの場合はｓｉ，および／またはＩsioの場合はＳｉＯ），ならびに他の定数および変数の指標（たとえばＫsi，Ｋsio，λsi,SiO，および／またはλsio）は，異なる種（異なる材料）を反映するように変更される。

【0028】

図１Ｂに例示するように，上記の式に基づいて，混合割合が１未満のＸ線のビームの場合，種Ｓｉ信号減衰は，Ｉsi^Model＝ｆｅ^{（-t0/λsi,SiO）}／Ｋsiのようにモデル化することができる。ここでｆは混合割合であり，Ｋsiは信号の強度に対するＳｉの有効寄与（effective contribution）を表す定数である。したがって，ＳｉＯ２オーバーレイヤーを介したシリコンの減衰信号は，ＳｉＯ２を介したシリコンの有効減衰長に対するオーバーレイヤーの厚さの比の指数として表され，シリコンスケーリングファクターＫsiによってスケーリングされ，さらに混合割合ｆによってスケーリングされる。

【0029】

種ＳｉＯ２の信号生成は，同様に，Ｉsio^Model ＝ｆ（１－ｅ^{（-t0/λsi,SiO）}）／Ｋsioによってモデル化することができる。ここでＫsioは信号の強度に対するＳｉＯ２の有効寄与を表す定数であり，λsioは材料パラメータ（材料ＳｉＯ２を通過する種ＳｉＯ２からの特定タイプの光電子に対する有効減衰長（ＥＡＬ））である。したがって，ＳｉＯ２オーバーレイヤーから生成されるＳｉＯ２の信号は，ＳｉＯ２を通過するシリコンの有効減衰長に対するオーバーレイヤーの厚さの比の関数として表され，シリコンスケーリングファクターＫsioでスケーリングされ，さらに混合割合ｆでスケーリングされる。

【0030】

図１Ａに着目して，厚いオーバーレイヤー105（約100ｎｍ）の場合，種Ｓｉ信号の減衰はゼロと近似できる。すなわち，オーバーレイヤー105は，Ｉsiがボックスの外側で生成されないように十分に厚いと仮定される。種ＳｉＯ２信号はＩsio^Model ＝（１－ｆ）／Ｋsioによってモデル化することができる。すなわち，ＳｉＯ２信号は，ＳｉＯ２スケーリング係数Ｋsioとして表すことができ，さらに流出係数（１－ｆ）によってスケーリングされる。

【0031】

再び図１を参照して，特性評価されるウェハサンプルは材料Ｂの基板であって，その上にボックスを形成する厚さｔ_thick（たとえば，図１では約lOOｎｍ）の材料Ａの第１の層と，ボックス内の厚さｔ_thin（たとえば，図１では約２ｎｍ）の材料Ａの残余フィルム層とを含む。強度Ｉ_ＡおよびＩ_Ｂを有するボックス110内の種ＡおよびＢからの光放射は，層Ａの存在によって独立に減衰し，ボックス内の種ＡおよびＢに向けられたＸ線ビームの割合を表す混合割合によって減少し，強度はボックスの外部に流出するＸ線ビームを表す寄与値によって修正される。以降の図面では，基板を材料Ｂ，オーバーレイヤーを材料Ａと呼ぶことがある。

【0032】

一実施形態では，各測定によるフラックスのばらつきや，工具ごとのばらつきを考慮する必要があるため，生（オリジナル，未加工）強度数（the raw intensity numbers）は直接には使用されない。すなわち，Ｘ線フラックス数を使用して生強度を正規化することができる。一実施形態では，生強度数が種信号として直接に使用される。一実施形態では，Ｉsi'または１／Ｋsiの値が既知であり，要件または経験に基づいて種信号をスケーリングするための定数として使用することができる。たとえば，Ｉsi'の値は最上層を堆積する前にウェハ基板のＸＰＳ測定を実施することによって得ることができ，それは入射Ｘ線フラックスのなんらかの単位あたりの光電子の強度であってもよく，またはなんらかの公称フラックス（nominal flux）における光電子の強度などであってもよい。

【0033】

いくつかの実施形態では，ＸＰＳ測定からの測定強度の比（Ｉsio／Ｉsi）を，全モデル強度比（Ｉsio^Ｍ／Ｉsi^Ｍ）と比較して，図１のサンプルをさらに特徴付けることができる。たとえば，残差関数（residual function）（またはメリット関数（Ｍ））は，以下のように決定することができる。

【0034】

【数1】

【0035】

ここでＭはメリット関数を表し，Ｉsio／Ｉsiは測定された強度比を表し，Ｉsio^Ｍ／Ｉsi^Ｍはモデル化種強度比（modeled ratio of species intensity）を表し，ＩsiはＳiについて測定された種強度を表し，ＩsioはＳｉＯ２について測定された種強度を表し，ｔ_０はボックス110内のＳｉＯ２フィルム層115の厚さを表し，Ｋsiは種信号の強度に対するＳｉの有効寄与を表す定数を示し，Ｋsioは種信号の強度に対するＳｉＯ２の有効寄与を表す定数を示し，ｆはボックス内の入射ビームの割合を表す混合割合を示すなどである。

【0036】

Ｉsiがボックス110の外部で生成されていないと仮定すると，Ｋsiの寄与はないことになり，Ｉsio^ＭおよびＩsi^Ｍは以下のように近似することができる。

【0037】

【数2】

【0038】

Ｍ関数はλ/（λに斜め線が重ねられた記号）であることがある。この例では，強度比の数よりも多くの未知数がある。したがってボックス110を特徴付けるために追加のデータポイントが必要である。

【0039】

以下の開示では，図３～図６でさらに説明するように，複数の測定値（第１のビームおよび第２のビーム）を基準（参照）ウェハサンプルとともに使用して，図１のボックス110を特徴付けて複数の未知数を解く。

【0040】

図３Ａは公称ビーム（nominal Beam）１を使用して基準サンプル300を特徴付ける測定を示しており，図３Ｂは，一実施形態によるスポット径の大きいビーム２を使用して基準サンプル300を特徴付ける測定を示している。基準サンプル300は，一辺の長さが30μｍのボックス310を有する図１のサンプル100を表す。基準サンプル300は，材料Ｓｉが既知である基板（図示略）と材料ＳｉＯ２が既知であるオーバーレイ305を有している。ここで，データ点数を増やすために，ビーム１とビーム２が用いられて基準サンプル300が特徴付けられる。ビーム１は第１の混合割合ｆ_１を提供する直径40μｍのスポットを持ち，ビーム２は第２の混合割合ｆ_２を提供する直径50μｍのスポットを持つ。さらに，未知数の数を減らすために，基準ウエハは，既知の種および種の厚さを有する同一寸法30μｍのもので，たとえば，厚さ２ｎｍのＳｉＯ２フィルム層315である。

【0041】

一実施形態では，既知の厚さを有するサンプル300を作製するために，ウエハサンプル300を200μｍの辺長（図示略）を有する同様のボックス（ボア構造）でエッチングすることができ，40μｍビームを使用して200μｍボックスを特性評価することによって既知の厚さが得られる。ここでは，200μボックスが30μｍボックスと同様のプロセスでエッチングされ，200μｍボックスと30μｍボックスの両方が，これらのボックス内に同じフィルム層厚を有すると仮定する。200μｍのボックスに与えられる40μｍビームはボックス内のすべての種の信号を有するはずである（たとえば漏れはない）ので，厚さは，上述したように，減衰式Ｉsi＝Isi’ｅ^{（-t0/λsi,SiO）}によって決定することができる。

【0042】

既知の材料(ＳｉＯ２)および既知の厚さ(２ｎｍ)のフィルム層を有する30μｍボックスを有するとすると，ビーム１を用いてサンプル300を特性評価するメリット関数は以下のようになる。

【0043】

【数3】

【0044】

ここで，Ｍ_１はビーム１のメリット関数を表し，Ｉsio1／Ｉsi1はビーム１の測定強度比を表し，Ｉsio1^Ｍ／Ｉsi1^Ｍはビーム１のモデル化種強度比を示し，測定されるＩsi1はビーム１を用いたＳｉの測定種強度を示し，Ｉsio1はビーム１を用いたＳｉＯ２の測定種強度を示し，ｔはボックス310内のＳｉＯ２フィルム層315の厚さを示し，Ｋsioは種信号の強度に対するＳｉＯ２の有効寄与を表す定数を示し，ｆ_１は第１の混合割合を示す。

【0045】

ビーム２を用いてサンプル300を特性評価するメリット関数は，以下のようになる。

【0046】

【数4】

【0047】

ここで，Ｍ_２はビーム２のメリット関数を表し，Ｉsio2／Ｉsi2はビーム２の測定強度比を表し，Ｉsio2^Ｍ／Ｉsi2^Ｍはビーム２のモデル化種強度比を示し，Ｉsi2はビーム２を用いたＳｉの測定種強度を示し，Ｉsio2はビーム２を用いたＳｉＯ２の測定種強度を示し，ｔはボックス310内のＳｉＯ２フィルム層315の厚さを示し，Ｋsioは種信号の強度に対するＳｉＯ２の有効寄与を表す定数を示し，ｆ_２は第２の混合割合を示す。（メリット関数において，ＳｉＯ１およびＳｉＯ２という表記は，一酸化シリコンおよび二酸化シリコンではなく，ビーム１およびビーム２から得られる二酸化シリコン信号を示すことに留意されたい）。

【0048】

第１および第２のメリット関数（Ｍ_１，Ｍ_２）を参照して，既知の値は，種信号Ｉsi1，Ｉsio1（ビーム１を用いた第１測定)，種信号Ｉsi2，Ｉsio2（ビーム２を用いた第２測定)，ｔ，およびＫsioである。未知の値は混合割合ｆ_１およびｆ_２である。２つの未知数を持つ２つの方程式があるので，混合割合ｆ_１およびｆ_２は，メリット関数Ｍ_１，Ｍ_２を用いて独立に計算することができる。別の実施形態では，混合割合は，回帰技法によってメリット関数を使用して計算することができる。

【0049】

ビーム１およびビーム２についての混合割合が分かれば，特性評価プロセスは，ボックスのサイズが基準サンプルと同じままである限り，図４Ａ～４Ｂに示すように，同じビーム１およびビーム２のそれぞれを使用して，未知の材料および未知の厚さを有する測定サンプル400に対して追加測定を実行することができる。

【0050】

図４Ａは，公称ビーム１を使用した測定サンプル400の測定を示しており，図４Ｂは，一実施形態によるビーム２を使用した基準サンプル400を特徴付ける測定を示している。測定サンプル400は図１のサンプル100を表すものとすることができる。測定サンプル400は顧客から提供されることがあるもので，図３Ａ～図３Ｂの基準サンプル300と同様，ボックス410が既知の30μｍ×30μmのボックス寸法を有している。

【0051】

上述したように，ビーム１は第１の混合割合ｆ_１を提供する直径40μｍのスポットを持ち，ビーム２は第２の混合割合ｆ_２を提供する直径50μｍのスポットを持つ。さらに，測定サンプル400は基準サンプル300と同じ30μmのボックス寸法を持つので，混合割合ｆ_１およびｆ_２は，図３Ａ～図３Ｂの基準サンプル300について上述のように計算されたものと同じになる。ここで，測定サンプル400は，未知の材料Ｂの基材（図示略）と未知の材料Ａのオーバーレイヤー405を有している。ボックス410内には，材料Ｂの基板の表面に材料Ａのフィルム層415がある。

【0052】

測定サンプル400は，複数の測定，たとえば測定１におけるビーム１（40μｍスポット）を使用して特徴付けることができ，測定１の生強度データが収集されて保存される。次に，測定２において測定サンプル400を特徴付けるためにビーム２（50μｍよりも大きいスポット）を提供するようにＸ線のビームを調整することができ，生強度データが測定２について収集されて保存される。

【0053】

上記測定の後，ビーム１およびビーム２を特徴付けるメリット関数は以下のようになる。

【0054】

【数5】

【0055】

ここでＩ_Ａ1,2 ^Mは，ビーム１またはビーム２についての種信号Ａのモデル化強度を表し，Ｉ_Ｂ1,2 ^Mは，ビーム１またはビーム２について種信号Ｂのモデル化強度を表し，Ｍはメリット関数を示し，Ｉ_A1 はビーム１を使用した材料Ａについて測定された種強度を示し，Ｉ_B1 はビーム１を使用した材料Ｂについて測定された種強度を示し，Ｉ_A2 はビーム２を使用した材料Ａについて測定された種強度を示し，Ｉ_B2 はビーム２を使用した材料Ｂについて測定された種強度を示し，ｆ_１は第１の混合割合を示し，ｆ_２は第２の混合割合を表し，ｔはボックス410内の材料Ａのフィルム層415の厚さを表し，Ｋ_Ａは種信号の強度に対するＡの有効な寄与を表す定数を表し，λ_1,2は材料Ａを通過する種Ａ，Ｂからの特定タイプの光電子の材料パラメータ（有効減衰長（ＥＡＬ））である。λは，ルックアップテーブルまたはＮＩＳＴのデータベースから，種信号の結合エネルギーに基づいて，推定することができる。

【0056】

このケースでは，メリット関数Ｍに２つの測定信号比と２つの未知数（ｔおよびＫ_Ａ）が存在する。メリット関数Ｍは数値的手法によって解かれ，未知数（ｔおよびＫ_Ａ）を求めることができる。一実施形態では，回帰を使用して，上記式によって得られるように，測定された生スペクトル比（たとえば，Ｉ_A1／Ｉ_B1およびＩ_A2／Ｉ_B2）と，モデル化または推定される光放出強度比（たとえば，Ｉ_A1 ^M／Ｉ_B1 ^MおよびＩ_A2 ^M／Ｉ_B2 ^M）との間のメリット関数を同時に最小化するｔおよびＫ_Ａの値を求めることができる。

【0057】

たとえば，様々なｔ値およびＫ_Ａ値を上記式において反復的に使用してモデル化強度比Ｉ_A1 ^M／Ｉ_B1 ^Mについて様々な値を生成することができ，その結果得られる値が，メリット関数Ｍ_１の値を最小化するｔおよびＫ_Ａが決定されるまで，メリット関数Ｍ_１に差し込まれる。同時に，ｔ値およびＫ_Ａ値を上記式において反復的に使用してモデル化強度Ｉ_A2 ^MおよびＩ_B2 ^Mについて様々な値を生成することができ，その結果得られた値が，次いで，Ｍ_１およびＭ_２の値を最小化するｔおよびＫ_Ａが同時に決定されるまで，メリット関数Ｍ_２に差し込まれる。ここで，オーバーレイヤー材料Ａによって生成される信号（１－ｆ_1,2）／Ｋ_Aの部分は，ボックスの外側からボックスの内側への種信号に寄与する。

【0058】

図５は，一実施形態による公称ビーム１（40μｍスポット）を使用した，既知のオーバーレイヤー材料（Ｋ_A）505および上記既知の材料Ｋ_A のフィルム層515の未知の厚さ（ｔ）を有するサンプル500の測定を示している。測定サンプル500は一辺の長さが30μｍのボックス510を有する図４Ａ－４Ｂのサンプル400を表すことができる。一実施形態では，サンプル500は，バッチ処理において図４Ａ－４Ｂのサンプル400と同じオーバーレイヤー材料で作製することができる。混合割合およびオーバーレイヤー材料505が事前の測定から既知であるので，フィルム層の厚さの計測値を計算することができる。

【0059】

たとえば，ビーム１を使用した測定サンプル500についてのメリット関数は以下のようになる。

【0060】

【数6】

【0061】

測定された種信号Ｉ_A1／Ｉ_B1 の比は，測定サンプル500のＸＰＳ測定から得ることができる。Ｋ_Aおよびｆ_１は，事前の測定（図４Ａ－４Ｂの測定）から既知であるので，ｔはメリット関数Ｍ_１から計算することができる。

【0062】

図６は，一実施形態による，ボックス110を特徴付ける方法を示すフロー図である。工程600は，ソフトウェア，ハードウェア，またはそれらの組み合わせを含むことができる処理ロジックによって実行することができる。たとえば，工程600は，図２のコンピュータ205によって実行することができる。

【0063】

図６を参照して，ブロック601において，処理ロジックは第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する第１の混合割合ｆ_１を取得する。上記混合割合は測定ウェハサンプル（サンプル500）の測定ボックス（ボックス510）内の第１のＸ線ビームの割合（分率）を表し，上記測定ボックスは，基板上に配置され，かつボア構造内に配置されたフィルム層を有するボア構造を表す。

【0064】

たとえば，図３Ａで説明したように，既知の厚さおよび既知の材料Ｋsioを持つ基準サンプル300を使用して，第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する第１の混合割合ｆ_１を求めることができる。上記混合割合は，上述したようにメリット関数Ｍ_１を用いて計算することができる。上記混合割合ｆ_１は，Ｘ線ビームがボックスに向けられているボックス内側のＸ線ビームの部分を表すことができ，流出分（the spillage）（１－ｆ_１）は，ボックス外側のＸ線ビームの部分を表す。

【0065】

測定ボックス（ボックス510）は，図５のサンプル500によって表すことができる。ここで，サンプル500は顧客によって提供されるもので，サンプル500は，基準サンプル300と同様に30μｍ×30μｍの既知の寸法を持つ少なくとも一つのボアを有し，オーバーレイ材料Ａは既知であり，ボア底部におけるフィルム層の厚さは未知である。

【0066】

一実施形態では，第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する第１の混合割合ｆ_１の取得では，基準サンプル（基準サンプル300を有するサンプルウェハ）に対する第１の基準検出信号（ビーム１を用いた基準サンプル300の測定用ＸＰＳ信号）を取得し，第１の基準検出信号（ＸＰＳ信号）の種信号（ＳｉＯ２およびＳｉの結合エネルギーを調べてＸＰＳ信号ピーク値を決めることで決定される）から第１の基準測定比（Ｉ_SiO1／Ｉ_Si1）を取得し，上記第１の基準測定比（Ｉ_SiO1／Ｉ_Si1）に基づいて第１の混合割合ｆ_１を決定する。

【0067】

一実施形態では，第１の基準検出信号（ＸＰＳ信号）の取得は，照射される基準ボックス310を備える基準サンプル（基準サンプル300）を用意（提供）することを含み，ここで上記基準ボックスは既知の厚さ（たとえば２ｎｍ）および既知の寄与係数（Ｋsio）を有するフィルム層（ＳｉＯ２）であり，第１の条件（直径40μｍのスポットサイズ）で第１のＸ線ビーム（ビーム１）を発生させ，上記第１のＸ線ビーム（ビーム１）を基準サンプル（基準サンプル300）に向け，測定値を収集して第１の基準検出信号（ＸＰＳ信号）を得るものである。ここで，上記寄与係数Ｋsioは，ＸＰＳ信号中の種の強度に対するＳｉＯ２電子の有効寄与分（the effective contribution of SiO2 electrons to the intensity of the species in the XPS signal）を表す。

【0068】

一実施形態では，上記第１の基準測定比（Ｉ_SiO1／Ｉ_Si1）に基づく第１の混合割合ｆ_１の決定は，第１の混合割合ｆ_１を有しかつ第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する第１の残差関数（residual error function）（Ｍ₁）を決定し，上記第１の基準測定比（Ｉ_SiO1／Ｉ_Si1）および第１のモデル化強度比（Ｉ_SiO1 ^Ｍ／Ｉ_Si1 ^Ｍ）を計算し，上記第１の基準測定比および上記第１のモデル化強度比に基づいて第１の混合割合ｆ_１を計算することを含む。

【0069】

ブロック603において，処理ロジックは，第１のＸ線ビームに対応する測定ボックス（ボックス510）についての寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａを取得し，上記寄与値は，上記測定ボックス内の同じ種信号に寄与する測定ボックス外の種信号を表すものである。

【0070】

たとえば，図４Ａ－図４Ｂに記載されているように，種信号寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａは，Ｋ_Ａ値およびｆ_１値を用いて計算することができる。上述したように，測定サンプル400は，Ｋ_Ａを計算するために顧客によって提供され，ここで，サンプル400は，基準サンプル300と同じ，30μｍ×30μｍの既知の寸法を有するボア構造（ボックス410）を少なくとも有している。さらに，サンプル400のオーバーレイヤー材料405は未知であり，ボア構造410内のフィルム層415は未知の材料の未知の厚さを有する。

【0071】

直径40μｍのスポットを持つビーム１を使用して，測定を実行してビーム１の測定種強度比（a measured species intensities ratio）を収集することができる。直径50μｍのスポット（たとえばより大きなスポット）を持つビーム２を使用して，測定を実行してビーム２の測定種強度比を収集することができる。測定された種強度比と計算された混合割合ｆ_１およびｆ_２を用いて，厚さｔおよびＫ_Ａを回帰を使って同時に計算することができる。上記Ｋ_Ａおよびｆ_１を用いると，種信号寄与値（species signal contribution）は（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａとして計算することができる。

【0072】

一実施形態では，処理ロジックはさらに第２の混合割合ｆ_２を計算し，これは，基準サンプルについての第２の基準検出信号（基準サンプル300についてビーム２を用いたＸＰＳ測定）を取得し，上記第２の基準検出信号の種信号から第２の基準測定比（Ｉ_SiO2／Ｉ_Si2）を取得し，上記第２の基準測定比（Ｉ_SiO2／Ｉ_Si2）に基づいて第２の混合割合ｆ_２を決定することを含む。

【0073】

一実施形態では，第２の基準検出信号（ＸＰＳ信号）の取得は，照射される基準ボックス310を備える基準サンプル（サンプル300を備える基準サンプル）を用意することを含み，ここで上記基準ボックス310は，既知の厚さ（２ｎｍ）および既知の寄与係数（Ｋsio）を備えるフィルム層を有し，第２の条件（スポット径＝50μｍ）を有する第２のＸ線ビーム（ビーム２）を発生させ，上記第２のＸ線ビーム（ビーム２）を上記基準サンプルに向け，測定を収集して上記第２の基準検出信号（ＸＰＳ信号）を得るものである。

【0074】

一実施形態では，上記第２の基準測定比（Ｉ_SiO1／Ｉ_Si1）に基づく第２の混合割合ｆ_２の決定は，第２の混合割合ｆ_２を有しかつ第２のＸ線ビーム（ビーム２）に対応する第２の残差関数（Ｍ_２）を決定し，上記第２の基準測定比（Ｉ_SiO2／Ｉ_Si2）および第２のモデル化強度比（Ｉ_SiO2 ^Ｍ／Ｉ_Si2 ^Ｍ）を計算し，および第２の基準測定比（Ｉ_SiO2／Ｉ_Si2）および第２のモデル化強度比（Ｉ_SiO2 ^Ｍ／Ｉ_Si2 ^Ｍ）に基づいて第２の混合割合ｆ_２決定することとをさらに含む。

【0075】

一実施形態では，上記第１のＸ線ビームに対応する測定ボックスについての寄与値の取得は，測定サンプル（サンプル400）についての第２の測定検出信号（ビーム１を使用するサンプル400についてのＸＰＳ信号）および第３の測定検出信号（ビーム２を使用するサンプル400についてのＸＰＳ信号）を取得し，上記第２および第３の測定検出信号の種信号から第１の測定比（Ｉ_A1／Ｉ_B1）および第２の測定比（Ｉ_A2／Ｉ_B2）を取得し，上記第１および第２の測定比に基づいて寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａを決定することを含む。

【0076】

図４Ａ－図４Ｂに示すように，種信号寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａは，Ｋ_Ａ値およびｆ_１値を用いて計算することができ，ここで，厚さｔおよびＫ_Ａは，Ｋ_Ａを得るために，サンプル400についてビーム１による測定およびビーム２による測定によって同時に計算することができる。

【0077】

一実施形態では，上記第２および第３の測定検出信号の取得は，照射される測定ボックス410を備える第１の測定サンプル（図４Ａ－図４Ｂのウェハサンプル400）を用意することを含み，ここで上記測定ボックス410内は未知の厚さおよび未知の寄与係数（Ｋ_Ａ）のフィルム層を有し，第１の条件（40μｍスポット）の第１のＸ線ビーム（ビーム１）を発生させ，上記第１のＸ線ビーム（ビーム１）を上記測定サンプルに向け，測定を収集して上記第２の測定検出信号（ＸＰＳ信号）を得，第２の条件（50μｍスポット）の第２のＸ線ビーム（ビーム２）を発生させ，上記第２のＸ線ビーム（ビーム２）を測定サンプルに向け，測定を収集して第３の測定検出信号（ＸＰＳ信号）を得るものである。

【0078】

一実施形態では，第１の測定比（Ｉ_A1／Ｉ_B1）および第２の測定比（Ｉ_A2／Ｉ_B2）に基づく寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａの決定は，上記第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する上記第１の混合割合ｆ_１を有する第１の残差関数（Ｍ₁）を決定し，第２のＸ線ビーム（ビーム２）に対応する第２の混合割合ｆ_２を有する第２の残差関数（Ｍ_２）を決定し，回帰を実行して，第１の測定比（Ｉ_A1／Ｉ_B1）および第２の測定比（Ｉ_A2／Ｉ_B2）と，第１，第２の残差関数（Ｍ₁，Ｍ_２）に対応する第１（Ｉ_A1 ^Ｍ／Ｉ_B1 ^Ｍ）および第２（Ｉ_A2 ^Ｍ／Ｉ_B2 ^Ｍ）のモデル化強度比の差を最小化して，寄与値（Ｋ_Ａまたは（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａ）およびフィルム層の厚さ値ｔを同時に決定する。

【0079】

ブロック605において，処理ロジックは，第１のＸ線ビーム（ビーム１）を使用して測定ボックス（ボックス510）の測定に対応する第１の測定検出信号（ＸＰＳ信号）を取得する。

【0080】

たとえば，図５に記載されているように，顧客は，測定すべきサンプル500を有するウェハサンプルを提供することができ，サンプル500は，未知のフィルム厚を備える既知のオーバーレイヤ材料Ａを有している。サンプル500に対してＸＰＳ測定を実施し，測定サンプル500についてＸＰＳ信号／生強度（たとえば，第１の測定検出信号）を得ることができる。

【0081】

ブロック607において，処理ロジックは，第１の測定検出信号（ビーム１を用いて図５のサンプル500を測定するＸＰＳ信号），寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａおよび第１の混合割合ｆ_１に基づいて，上記フィルム層の測定値を決定する。

【0082】

たとえば，既知のオーバーレイヤー材料Ａを有する図５のサンプル500について収集されたＸＰＳ信号強度／生強度強度から，処理ロジックは，ＸＰＳ信号からの強度の測定比（たとえば，Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ）を得ることができる。上記測定強度比（Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ），Ｋ_Ａ，およびｆ_１を使用して，処理ロジックは，モデル化強度比（Ｉ_A ^Ｍ／Ｉ_B ^Ｍ）を使用してメリット関数Ｍ_１から厚さ値ｔを計算することができる。

【0083】

一実施形態において，上記寄与値（１－ｆ_１）／Ｋ_Ａおよび第１の混合割合ｆ_１に基づくフィルム層の測定値（たとえば，厚さｔ）の決定は，上記第１の測定検出信号（ビーム１を使用してサンプル500を測定するＸＰＳ信号）の種信号に基づいて第３の測定比（Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ）を決定し，上記第１のＸ線ビーム（ビーム１）に対応する上記第１の混合割合ｆ_１を有する第１の残差関数Ｍ_１を決定し，第３の測定比（Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ）と第１の残差関数Ｍ_１についてのモデル化強度比（Ｉ_A ^Ｍ／Ｉ_B ^Ｍ）との間の差を最小化することによって，フィルム層の測定値（厚さｔ）を計算する。

【0084】

このように，図３～図６は，30μｍの小さなボックス（ボア）内のフィルム層の材料組成およびフィルム層の厚さを特徴付けるＸＰＳ特性評価技術を説明する。40μｍおよび50μｍのビームを例示するが，それぞれの混合割合を計算するためにはどのようなスポットサイズのＸ線ビームであってもよい。さらに，この特性評価技術は，図７においてさらに説明するように，ボックス内の複数のフィルム層に拡張することができる。

【0085】

図７は，一実施形態による２つのフィルム層（715，735）を示すウェハサンプル700の一部の部分断面図である。サンプル700は，一辺の長さが30μｍのボックス710を有する図１のサンプル100を表し，かつボックス710内に２つのフィルム層を有するものとして表すことができる。図７に示すように，ボックス710は，材料Ｂの基板上に堆積した材料Ａのオーバーレイ705中に形成されている。材料Ｃの薄いフィルム層725がオーバーレイ705上に堆積されている。ボックス内700において，材料Ｃのフィルム層735（厚さ＝ｔ_２）上に材料Ａのフィルム層715（厚さ＝ｔ_１）があり，これらが材料Ｂの基板700上にある。

【0086】

ボックス700を特徴付けるために，メリット関数は以下のようにすることができる。

【0087】

【数7】

【0088】

ここで，Ｍはメリット関数を表し，Ｍiは第ｉ番目のビームについてのメリット関数を表し，Ｉ_Ai ^Mは第ｉ番目のビームについての種信号Ａのモデル化強度を表し，Ｉ_Bi ^Mは第ｉ番目のビームについての種信号Ｂのモデル化強度を表し，Ｉ_Ci ^Mは第ｉ番目のビームについての種信号Ｃについてのモデル化強度を表し，Ｉ_Aiは第ｉ番目のビームについての材料Ａの測定種強度を表し，Ｉ_Biは第ｉ番目のビームについての材料Ｂの測定種強度を表し，Ｉ_Ci は第ｉ番目のビームについての材料Ｃの測定種強度を表し，ｆ_iは第ｉ番目の混合割合を表し，ｔ₁はボックス110内の材料Ａのフィルム層の厚さを表し，Ｋ_Aは種信号の強度に対するＡの有効寄与を表す定数を表し，ｔ₂はボックス110内の材料Ｃのフィルム層の厚さを表し，Ｋ_Cは種信号の強度に対するＣの有効寄与を表す定数を表し，λ_1,2,3,4,5は，材料ＡまたはＣ中を通過する種Ａ，ＢまたはＣからの特定タイプの光電子についての材料パラメータ（実効減衰長（ＥＡＬ））である。ここでλはルックアップテーブルによって，または種信号の結合エネルギーに基づくＮＩＳＴデータベースから推測できることに留意されたい。

【0089】

上記のメリット関数にはｔ₁，ｔ₂，Ｋ_A，Ｋ_C の４つの未知の値がある。この４つの未知数を解くために，サイズの異なる２つのビームが用いられて，４つの別個の測定比Ｉ_B1／Ｉ_A1，Ｉ_C1／Ｉ_A1，Ｉ_B2／Ｉ_A2，およびＩ_C2／Ｉ_A2が提供される。４つの測定比および４つの未知数を用いて，未知数を解くためにメリット関数に回帰法を適用することができる。

【0090】

上述したように，メリット関数を解くために，異なるビーム条件によって異なる混合割合が提供され，たとえば，条件１はスポット径40μｍのビームを提供し，条件２はスポット径50μｍのビームを提供する。いくつかの実施形態では，図８Ａ－図１０においてさらに説明するように，異なるビーム位置（ｘまたはｙフセット）がメリット関数を解くために異なる混合割合を提供する。

【0091】

図８Ａは，一実施形態による，Ｘラインスキャンを使用する基準サンプル800の測定を示しており，図８Ｂは，Ｙラインスキャンを使用する基準サンプル800の測定を示している。基準サンプル800は，たとえば，30μｍボックスであって，ボックス810内に，既知のフィルム層材料ＳｉＯ２を備え，未知の厚さのフィルム層を持つ図３Ａ－図３Ｂのサンプル300を表すことができる。図８Ａ－図８Ｂに示すように，40μｍのスポット径を有するビーム１による複数の測定を，ｘおよび／またはｙオフセットを有する測定サンプル800に対して実施することができる。ｘオフセットおよびｙオフセットは，サンプル800を含むステージのｘ方向またはｙ方向の移動を意味する。Ｘスキャンの場合，一例として，時刻１において（ｘ_１，ｙ_１）＝（０，０）でスキャンを実行し，時刻２において（ｘ_２，ｙ_２）＝（10μｍ，０）でスキャンを実行し，時刻３において（ｘ_２，ｙ_２）＝（20μｍ，０）でスキャンを実行するなど，同じステージ設定を使用してスキャンを実行することができる。

【0092】

一実施形態では，ウェハサンプルに向けられたＸ線ビームはガウス状であると仮定して，上記混合割合をガウス方程式として表すことができる。ビーム１の特性を図９－図１０Ｃに示す。たとえば，ビームは，ボックス810の中心に対する中心座標（ｘc，ｙc）によって表すことができる。（σx，σy）はｘ方向およびｙ方向におけるガウス状ビーム１のの１標準偏差（the one standard deviation）である。図１０Ａ－図１０Ｃを参照して，ｙ，ｘ中心断面における測定混合割合とガウス上のモデル化混合割合がプロット1000－1003に示されている。ビーム位置に対するモデル化混合割合（the modeled mixing fraction versus beam location）がプロット1005に示されており，以下にさらに説明するように，混合割合をモデル化するのにガウス方程式が適していることを示している。ビームの中心はボックスの中心と常に一致するとは限らない（ステージ設定のわずかな変位誤差に起因）ので，Ｘ／Ｙスキャンにはわずかなオフセットがある。これらのオフセットは未知であるので，（ｘc，ｙc）を用いて，モデルデータと測定データのアライメント（揃い具合）を最適化することができる，さらに（σx，σy）を，サンプルに照射される想定ガウス状Ｘ線ビームの１標準偏差として最適化することができる。

【0093】

図８Ａ－図１０を参照して，混合割合は，ステージ位置たとえば（ｘi，ｙi），およびビームの測定オフセットたとえば（ｘc，ｙc，σx，σy）を用いて，ガウス方程式によって表すことができる。スキャンそれぞれの混合割合は以下のようになる。

【0094】

【数8】

【0095】

ここで，ｆiは第ｉ番目のビーム走査についての第ｉ番目の混合割合を表し，（ｘi，ｙi）はボックス810の中心に対するステージのｘ，ｙ位置を表し，（ｘc，ｙc）はボックス810の中心に対するビームの最適化中心座標を表し，（σx，σy）はガウス状Ｘ線ビームの１標準偏差のｘ，ｙ方向の長さである。

【0096】

次に，各Ｘ／ｙ測定スキャンを，メリット関数を用いて記述することができる。サンプル800についてのメリット関数は以下のようになる。

【0097】

【数9】

【0098】

ここで，Ｍはメリット関数を表し，Ｍiは第ｉ番目のスキャンのメリット関数を表し，ｆiは第ｉ番目のスキャンの混合割合を表し（ｆiはステージ位置（ｘi，ｙi）およびビーム測定オフセット（ｘc，ｙc，σx，σx）として表すことができる），（ｘi，ｙi）は第ｉ番目のスキャンのボックス810の中心に対するステージのｘおよびｙ位置を表し，ｎはスキャンの総数を示し，Ｉsi_iは第ｉ番目のスキャンの種Ｓｉの測定強度を表し，Ｉsio_iは第ｉ番目のスキャンについての種ＳｉＯ２の測定強度を表し，Ｋsioは種信号の強度に対するＳｉＯ２の有効寄与を表す定数を表し，（ｘc，ｙc）はボックス810の中心に対するビームの最適化中心座標を表し，ｔはボックス810内の材料ＳｉＯ２のフィルム層815の厚さを表し，（σx，σy）はｘ方向またはｙ方向の１標準偏差値を表す。

【0099】

複数のＸ／Ｙスキャンが実行されると，第ｉ番目のスキャンのそれぞれにおいて，ｘi，ｙi，Ｉsi_i，Ｉsio_i値が得られる。Ｋsio値は，サンプル800が既知のＳｉＯ２層805およびボックス810内のＳｉＯ２フィルムを有するので既知である。この場合の未知の変数はｘc，ｙc，ｔ，σx，σyである。すなわち，５回の測定スキャンによって，５つの未知の変数ｘc，ｙc，ｔ，σx，σyを解くための５つの種の強度比を提供することができ，メリット関数Ｍに回帰技術を適用することによって未知数を解くことができる。ビームのオフセットを特徴付けた後，たとえば，（ｘc，ｙc，ｔ，σx，σy）を決定した後，図１１Ａ－図１１Ｂに示すように，未知の材料Ａの未知のフィルム厚の新しい測定サンプル1100を特徴付けることができる。

【0100】

図１１Ａは，一実施形態による，Ｘラインスキャンを用いた測定サンプル1100の測定を示しており，図１１Ｂは，一実施形態による，Ｙラインスキャンを用いた測定サンプル1100の測定を示している。サンプル1100は，30μｍの辺長を持つボックス1110を備え，材料Ａのオーバーレイヤ1105を備える図８Ａおよび図８Ｂの基準サンプル800を表すことができる。測定スキャンはメリット関数によって記述することができる。上記メリット関数は以下のようにすることができる。

【0101】

【数10】

【0102】

ここで，Ｍはメリット関数を表し，Ｍiは第ｉ番目のスキャンのメリット関数を表し，Ｉ_Ａｉ／Ｉ_Ｂiは第ｉ番目のスキャンについての測定種強度比を表し，Ｉ_Ａｉ ^Ｍ／Ｉ_Ｂi ^Ｍは第ｉ番目のスキャンについてのモデル化種強度比を表し，（ｘi，ｙi）は第ｉ番目のスキャンのボックス1110の中心に対するステージのｘおよびｙ位置を表し，Ｉ_Aiは第ｉ番目のスキャンの種Ａの測定強度を表し，Ｉ_Biは第ｉ番目のスキャンについての種Ｂの測定強度を表し，（σx，σy）はｘまたはｙ方向における１標準偏差値であり，（ｘc，ｙc）はボックス1110の中心に対するビームの最適化中心座標を表し，ｔはボックス1110内の材料Ａのフィルム層1115の厚さを表し，Ｋ_A,Bは種信号の強度に対するＡ，Ｂの有効寄与を表す定数を表す。

【0103】

この場合の未知の変数は，ｘc，ｙc，ｔ，Ｋ_A,Bである。したがって，回帰技法を用いて４つの未知の変数ｘc，ｙc，ｔ，Ｋ_A,Bを解くために，４つの測定スキャンによって４つの種強度比を提供することができる。図１１では，未知の厚さを有する未知の材料の一つのフィルム層のみが特性評価されているが，Ｘ／Ｙラインスキャン特性評価技法は，一または複数の未知の材料を有する複数のフィルム層を備えるボックスサンプルに対して適用することができ，そこでは，追加のスキャンを行なって，追加の未知のパラメータを特性評価することができる。これに代えて，追加の測定スキャンから追加測定データを提供することによって，Ｋ_Bのような他のパラメータを特性評価することができる。

【0104】

図１２は，一実施形態による方法を示すフロー図である。プロセス1200は，ソフトウェア，ハードウェア，またはそれらの組合せを含むことができる処理ロジックによって実行することができる。たとえば，プロセス1200は図２のコンピュータ205によって実行することができる。

【0105】

図１２を参照して，ブロック1201において，処理ロジックは，ビーム・ガウス・パラメータ（beam Gaussian parameters）（ｘc，ｙc，σx，σy）を取得し，ここで上記ビーム・ガウス・パラメータは，サンプル（たとえば，ボックス1110）のボックス（たとえば，ボックス1110）の中心に対するＸ線ビームのオフセット座標（ｘc，ｙc）を少なくとも含む。ここで，上記測定ボックス（たとえば，ボックス1110）は，ボア構造の内部に配置されたフィルム層1115を有するボア構造を表し，上記ボア構造は，上記ボア構造の内部の基板上に作製された層1105上に形成される。

【0106】

たとえば，図８Ａ－図８Ｂに示すように，Ｘ／Ｙラインスキャンを用いた特性評価のためにウェハ・サンプル800が提供され，ビーム・ガウス・パラメータ（ｘc，ｙc，σx，σy）が得られる。サンプル800のメリット関数が用いられて，Ｘ／Ｙラインスキャン（X/Y line scans）から得られる種強度比（species intensities ratios）を使用して，未知のパラメータ，たとえば（ｘc，ｙc，σx，σy）ビーム・ガウス・パラメータが解かれる。一実施形態では，ビーム・ガウス・パラメータは，ボックスの中心に対するＸ線ビームのオフセット座標（ｘc，ｙc）を含む。

【0107】

一実施形態では，ビーム・ガウス・パラメータは，最適化標準偏差値（σx，σy）を含む。

【0108】

一実施形態では，未知のものが，フィルム層815の厚さｔの測定値を含む。この場合，追加のＸ／Ｙラインスキャンを実行して追加の測定強度比を得ることができ，これによって既知の測定強度比の数が，解かれるべき未知の変数と等しいか，またはそれより多くなるようにする。その後，厚さｔの測定値およびビーム・ガウス・パラメータを，回帰を用いて同時に決定することができる。

【0109】

ブロック1203において，処理ロジックは，Ｘ線ビーム（ビーム１）を用いて測定ボックス（たとえば，ボックス1110）の測定に対応する測定検出信号（ＸＰＳ信号）を取得する。

【0110】

ブロック1205において，処理ロジックは，測定検出信号（ＸＰＳ信号）およびスキャンパラメータ（ｘc，ｙc）に基づいて上記フィルム層の測定値（厚さ）を決定する。

【0111】

一実施形態では，処理ロジックは，測定ボックスのステージ座標を調整するステージ調整用の追加スキャンパラメータを取得し，各ステージ調整における測定に対応する追加の測定検出信号を取得し，測定追加検出信号，寄与値，およびスキャンパラメータに基づいて，測定ボックスの追加測定値（Ｋ_B）を取得する。

【0112】

一実施形態では，処理ロジックは，Ｘ方向またはＹ方向にステージ調整を行い，ステージ調整後に測定スキャンを実行して追加の測定検出信号を取得する。

【0113】

したがって，電子分光法を使用して測定ボックス内のフィルム層を特性評価する方法が提供され，この方法は，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を取得し，ここで上記混合割合は，測定ウェハサンプルの測定ボックス内の第１のＸ線ビームの割合を表すものであり，上記測定ボックスは，基板上に配置されたボア構造を表し，かつ上記ボア構造内に配置されたフィルム層を有するものであり，第１のＸ線ビームに対応する測定ボックスの寄与値を取得し，上記寄与値が，上記測定ボックス内部の同じ種信号に寄与する上記測定ボックス外部の種信号を表すものであり，上記第１のＸ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する第１の測定検出信号を取得し，上記第１の測定検出信号，寄与値，および第１の混合割合に基づいて，上記フィルム層の測定値を決定することを含む。

【0114】

上記第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合の取得は，基準ウェハサンプルについて第１の基準検出信号を取得し，第１の基準検出信号の種信号から第１の基準測定比を取得し，上記第１の基準測定比に基づいて上記第１の混合割合を決定することを含む。

【0115】

上記第１の基準検出信号の取得は，照射される基準ボックスを備える基準ウェハ・サンプルを用意し，上記基準ボックスが，既知の厚さおよび既知の寄与係数（contribution factor）を有するフィルム層を備えるものであり，第１の条件を有する第１のＸ線ビームを生成し，第１のＸ線ビームを基準ウェハ・サンプルに向け，測定値を収集して第１の基準検出信号を取得することを含む。

【0116】

上記第１の基準測定比に基づく第１の混合割合の決定は，上記第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を有する第１の残差関数（first residual error function）を決定し，第１の基準測定比および第１のモデル化強度比を計算し，上記第１の基準測定比および第１のモデル化強度比に基づいて第１の混合割合を計算することを含む。

【0117】

また，第２の混合割合の計算は，基準ウェハサンプルについて第２の基準検出信号を取得し，上記第２の基準検出信号の種信号から第２の基準測定比を取得し，上記第２の基準測定比に基づいて第２の混合割合を決定することを含む。

【0118】

上記第２の基準検出信号の取得は，照射される基準ボックスを備える基準ウェハサンプルを用意し，上記基準ボックスが既知の厚さおよび既知の寄与係数を備えるフィルム層を有するものであり，第２の条件を有する第２のＸ線ビームを生成し，上記第２のＸ線ビームを基準ウェハ・サンプルに向け，測定値を収集して第２の基準検出信号を得ることを含む。

【0119】

上記第２の基準測定比に基づく第２の混合割合の決定は，第２のＸ線ビームに対応する第２の混合割合を有する第２の残差関数を決定し，第２の基準測定比および第２のモデル化強度比を計算し，上記第２の基準測定比および第２のモデル化強度比に基づいて第２の混合割合を計算することをさらに含む。

【0120】

第１のＸ線ビームに対応する測定ボックスについての寄与値の取得は，測定ウェハサンプルについて第２および第３の測定検出信号を取得し，上記第２および第３の測定検出信号の種信号から第１および第２の測定比を取得し，上記第１および第２の測定比に基づいて寄与値を決定することを含む。

【0121】

上記第２および第３の測定検出信号の取得は，照射される測定ボックスを備える測定ウェハサンプルを用意し，上記測定ボックスが未知の厚さおよび未知の寄与係数のフィルム層を有するものであり，第１の条件を有する第１のＸ線ビームを生成し，上記第１のＸ線ビームを上記測定ウェハサンプルに向け，測定値を収集して第２の測定検出信号を得，第２の条件を有する第２のＸ線ビームを生成し，上記第２のＸ線ビームを上記測定ウェハサンプルに向け，測定値を収集して第３の測定検出信号を得ることを含む。

【0122】

上記第１および第２の測定比に基づく寄与値の決定は，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を有する第１の残差関数を決定し，第２のＸ線ビームに対応する第２の混合割合を有する第２の残差関数を決定し，上記第１および第２の残差関数に対して上記第１および第２の測定比とモデル化強度比との間の差を最小化する回帰を実行して，上記寄与値および上記フィルム層の厚さの値を同時に決することを含む。

【0123】

上記寄与値および上記第１の混合割合に基づく上記フィルム層の測定値の決定は，上記第１の測定検出信号の種信号に基づいて第３の測定比を決定し，上記第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を有する第１の残差関数を決定し，上記第１の残差関数について第３の測定比とモデル化強度比との間の差を最小化することによって上記フィルム層の測定値を計算することを含む。

【0124】

いくつかの態様では，測定ボックス内のフィルム層を特徴付けるシステムが提供され，このシステムは，測定ウェハサンプルを支持するステージ，第１のＸ線ビームを生成して測定ボックスを有する上記測定ウェハサンプルの少なくとも一領域にわたって上記測定ウェハサンプルを放射するＸ線源を備え，上記測定ウェハサンプルが基板材料から作られた基板上に配置された第１の材料の第１の層を含むものであり，上記第１の層が第１の層中に形成されたボア構造を有し，これによって上記測定ボックスの壁が形成され，かつ第１の材料の第１のフィルム層が上記ボア構造内部に配置されており，上記測定ウェハサンプルから放出される電子を異なる電子エネルギーにしたがって分割する電子分析器（electron analyzer），上記電子分析器を通過した後の電子を検出して検出信号を出力する電子検出器（electron detector），および上記検出信号を受信して，上記検出信号に基づいて，第１の材料および基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の種信号を決定するプロセッサを備え，上記プロセッサが，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を取得し，上記混合割合は上記測定ウェハサンプルの測定ボックス内の第１のＸ線ビームの割合を表すものであり，上記第１のＸ線ビームに対応する上記測定ボックスについての寄与値を取得し，上記寄与値は上記測定ボックス内の同じ種信号に寄与する上記測定ボックス外の種信号を表すものであり，上記第１のＸ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する第１の測定検出信号を取得し，上記第１の測定検出信号，上記寄与値，および上記第１の混合割合に基づいて，上記フィルム層の測定値を決定する動作をさらに実行する。

【0125】

上記第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合の取得は，基準ウェハサンプルについて第１の基準検出信号を取得し，上記第１の基準検出信号の種信号から第１の基準測定比を取得し，上記第１の基準測定比に基づいて上記第１の混合割合を決定することを含む。

【0126】

上記第１の基準検出信号の取得は，照射される基準ボックスを備える基準ウェハサンプルを用意し，上記基準ボックスが既知の厚さおよび既知の寄与係数を備えるフィルム層を有するものであり，第１の条件を有する第１のＸ線ビームを生成し，上記第１のＸ線ビームを基準ウェハサンプルに向け，測定値を収集して第１の基準検出信号を取得することを含む。

【0127】

上記第１の基準測定比に基づく第１の混合割合の決定は，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を有する第１の残差関数を決定し，第１の基準測定比および第１のモデル化強度比を計算し，上記第１の基準測定比および第１のモデル化強度比に基づいて上記第１の混合割合を計算することを含む。

【0128】

上記動作はさらに第２の混合割合を計算することを含み，この計算は，基準ウェハサンプルについて第２の基準検出信号を取得し，上記第２の基準検出信号の種信号から第２の基準測定比を取得し，上記第２の基準測定比に基づいて第２の混合割合を決定することを含む。

【0129】

上記第２の基準検出信号の取得は，照射されるべき基準ボックスを備える基準ウェハ・サンプルを用意し，上記基準ボックスが既知の厚さおよび既知の寄与係数を備えるフィルム層を有するものであり，第２の条件を有する第２のＸ線ビームを生成し，上記第２のＸ線ビームを上記基準ウェハ・サンプルに向け，測定値を収集して上記第２の基準検出信号を取得することを含む。

【0130】

また，電子分光法を用いて測定ボックス内のフィルム層を特性評価する方法が提供され，この方法は，Ｘ線ビームに対応するビーム・ガウス・パラメータを取得し，上記ビーム・ガウス・パラメータは測定ウェハサンプルの測定ボックスの中心に対する上記Ｘ線ビームのオフセット座標を少なくとも含むものであり，上記測定ボックスは基板上に配置されたボア構造を表すもので，上記ボア構造の内部に配置されたフィルム層を有するものであり，上記Ｘ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する測定検出信号を取得し，上記測定検出信号および上記ビーム・ガウス・パラメータに基づいて上記フィルム層の測定値を決定するものである。

【0131】

さらに，上記測定ボックスについてのステージ座標を調整するステージ調整用の追加スキャンパラメータを取得し，ステージ調整のそれぞれにおける測定に対応する追加測定検出信号を取得し，上記測定追加検出信号，上記寄与値，および上記スキャンパラメータに基づいて上記測定ボックスの追加測定値を決定する。

【0132】

また，Ｘ方向またはＹ方向にステージ調整を実行し，上記ステージ調整後に測定スキャンを実行して追加の測定検出信号を取得する。

【0133】

この開示の態様は，電子分光法を使用して測定ボックス（小さいボックス）内のフィルム層を特徴付ける方法を含むものであり，この方法は，第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を取得し，上記混合割合はサンプルの測定ボックス内の第１のＸ線ビームの割合を表すものであり，上記測定ボックスはボア構造および基板上に配置されるフィルム層を表すものであり，上記第１のＸ線ビームに対応する上記測定ボックスについての寄与値を取得し，上記寄与値は測定ボックス内の同じ種信号に寄与する測定ボックス外の種信号を表すものであり，上記第１のＸ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する第１の測定検出信号を取得し，上記第１の測定検出信号，上記寄与値，および上記第１の混合割合に基づいて，上記フィルム層の測定値を決定する。上記フィルム層はボア構造とボア構造との間に配置されてもよいし，上記ボア構造の内部に配置されてもよい。ボア構造内のフィルム層に対する言及はボア構造の下に位置するフィルム層にも準用されるべきである。

【0134】

さらなる態様では，電子分光法を用いて測定ボックス内のフィルム層を特徴付けるシステムが提供される。上記システムは，ウェハサンプルを支持するステージ，測定ボックスを有するウェハサンプルの少なくとも一領域にわたってウェハサンプルを放射するＸ線ビームを発生するＸ線源を備え，上記ウェハサンプルが，基板材料から作られた基板上に配置された第１の材料の第１の層を含み，上記第１の層が第１の層中に形成されたボア構造を有し，これによって上記測定ボックスの壁が形成され，かつ第１の材料の第１のフィルム層が上記ボア構造内部に配置されており，上記ウェハサンプルから放出される電子を異なる電子エネルギーにしたがって分割する電子分析器，上記電子分析器を通過した後の電子を検出して検出信号を出力する電子検出器，および上記検出信号を受信して，上記検出信号に基づいて，第１の材料および基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の種信号を決定するプロセッサを備え，上記プロセッサがさらに，上記第１のＸ線ビームに対応する第１の混合割合を取得し，上記混合割合は上記ウェハサンプルの測定ボックス内の第１のＸ線ビームの割合を表すものであり，上記第１のＸ線ビームに対応する上記測定ボックスの寄与値を取得し，上記寄与値は上記測定ボックス内の同じ種信号に寄与する上記測定ボックス外の種信号を表すものであり，上記第１のＸ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する第１の測定検出信号を取得し，上記第１の測定検出信号，上記寄与値，および上記第１の混合割合に基づいて，上記フィルム層の測定値を決定する動作を実行する。

【0135】

さらなる態様では，電子分光法を用いて測定ボックス内のフィルム層を特徴付ける方法が提供され，この方法は，Ｘ線ビームに対応するビーム・ガウス・パラメータを取得し，上記ビーム・ガウス・パラメータはサンプルの測定ボックスの中心に対するＸ線ビームのオフセット座標を少なくとも含み，上記測定ボックスは，その中にフィルム層が配置されたボア構造を表すものであり，Ｘ線ビームを用いて上記測定ボックスの測定に対応する測定検出信号を取得し，上記測定検出信号および上記ビーム・ガウス・パラメータに基づいて上記フィルム層の測定値を決定する。

【0136】

電子光学系（electron optics）およびプロセッサを含む，サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるためのシステムが提供される。図２は上記システムの非限定的な例を示すもので，上記プロセッサはコンピュータ205であってもよいし，コンピュータ205に含まれていてもよく，電子光学系は，たとえば電子銃210，陽極215，モノクロメータ220，フラックス検出器230，ＸＰＳエネルギー分析器240およびＸＰＳ検出器245の少なくともいくつかを含むことができる。

【0137】

電子光学系は，Ｘ線スポットを，第１のフィルム層を含む第１のサンプル領域（たとえば，図１の測定ボックス110）および第１のサンプルサブ領域（照射はされるが測定ボックスのサイド（the sides）に位置する）に照射するように構成されている。上記第１のフィルム層は第１のフィルム層材料製であり，基板材料製の基板の上に配置されている。

【0138】

電子光学系はまた，上記第１のサンプル領域から放出された電子を検出して検出信号を提供するように構成されている。

【0139】

上記プロセッサは上記検出信号に基づいて種信号（species signals）を決定するように構成することができ，上記種信号は，（ｉ）上記第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）上記基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0140】

プロセッサはまた，（ｉ）種信号と，（ｉｉ）第１のフィルム層に入射するＸ線スポットの割合を示す混合情報（mixing information）（たとえば，ｆ）と，（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第１のフィルム層材料の有効寄与を表す第１のフィルム層材料寄与値（たとえば，Ｋsio）とに基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定するように構成することもできる。

【0141】

上記検出信号はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）（X-ray photoelectron spectroscopy）検出信号であってもよい。

【0142】

上記測定値はフィルム層の厚さであってもよい。上記フィルム層の材料（material(s)）は種信号の周波数帯域（frequency band(s) of the species signals）に基づいて決定することができる。

【0143】

上記プロセッサは，メリット関数（たとえばＭ）の値に基づいてフィルム層の厚さを決定するように構成され，上記メリット関数の値は，上記フィルム層の実際の減衰（actual attenuation）と上記フィルム層のモデル化減衰（modeled attenuation）との間の差に基づいて決定される。上記フィルム層の実際の減衰はIsio／Ｉsiによって表すことができ，他方，上記フィルム層のモデル化減衰はIsio^M／Ｉsi^Mによって表すことができる。メリット関数の様々な例が上述されている。

【0144】

上記プロセッサはメリット関数の値に基づいてフィルム層の厚さを決定するように構成することができ，上記メリット関数の値は，（ｉ）第１のフィルム層材料種信号（たとえばＩsio），（ｉｉ）基板材料種信号（たとえばＩsi），（ｉｉｉ）モデル化第１フィルム層材料種信号（たとえば，Isio^M）および（ｉｖ）モデル化基板材料種信号（たとえばＩsi^M）に基づいて決定される。

【0145】

モデル化第１フィルム層材料種信号は，混合情報，第１のフィルム層内で生成される光電子に関連する第１フィルム層減衰パラメータ（たとえばλsio），フィルム層の厚さ，および第１フィルム層材料寄与値に基づいて計算することができる。

【0146】

基板材料種信号は，混合情報，フィルム層の厚さ，基板内で生成される光電子に関連する第１フィルム層減衰パラメータ（たとえばλsi,sio），および種信号の少なくとも一つに対する上記基板材料の有効寄与を表す基板材料寄与値（Ｋsi）に基づいて計算される。

【0147】

混合情報は一または複数のフィルム層に関連するビーム強度分布を示すことがある。したがって，混合情報は一または複数のフィルム層の上方のビーム強度分布，たとえば全放射線に対する上記測定ボックスに入射する放射の割合を示すことができる。

【0148】

混合情報は一または複数のビーム・ガウス・パラメータを含むことができる。ビーム・ガウス・パラメータの例は上述のとおりである。

【0149】

上記フィルム層は，付加的なサンプルサブ領域の上面の上方に配置されてもよく，たとえば，図１６における基板1620の上方に配置される関心パッド（pad of interest）1610を参照。Ｘ線スポット1620は，関心パッド1610と，検出器によって感知される信号に流出信号をもたらす，無関係領域（irrelevant region）または汚染領域（contaminating region）とも呼ばれる第１のサンプルサブ領域とを照射している。

【0150】

上記フィルム層は，追加サンプルサブ領域の上面の下に位置してもよい。たとえば，図１および図７を参照。

【0151】

サンプル領域は，第２のフィルム層材料から作られた，上記第１のサンプルサブ領域の外側に位置する第２のフィルム層を含んでもよい。たとえば図７を参照して，２つのフィルム層715および735が示されており，ここでは上記第２のフィルム層は符号715で示されているものとする。

【0152】

この場合，上記プロセッサはさらに，検出信号に基づいて，上記第２のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第２のフィルム層材料種信号を決定するように構成される。上記プロセッサはまた，（ｉ）種信号，（ｉｉ）混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第２フィルム層材料の有効寄与を表す第２フィルム層材料寄与値に基づいて，上記第２のフィルム層の測定値を決定するように構成される。

【0153】

２つのフィルム層がある場合，２つのフィルム層に関連する未知の変数が多くなるので，より多くの情報を収集する必要があることがある。この場合，電子光学系は，Ｘ線スポットを用いて，第２のフィルム層および第２のサンプルサブ領域を含む第２のサンプル領域を照射し，上記第２のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供することを含む，一または複数の追加の測定を実行する必要がある場合がある。追加の測定例は図８Ａおよび図８Ｂに示されている。

【0154】

図１３は一実施形態による方法を示すフロー図である。方法1300は，ソフトウェア，ハードウェア，またはそれらの組み合わせを含むことができる処理ロジックによって実行される。たとえば方法1300は，図２のコンピュータ205によって実行することができる。

【0155】

方法1300はステップ1310においてスタートし，電子光学系によって，Ｘ線スポットを用いて，第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含む第１のサンプル領域を照射する。第１のフィルム層は第１のフィルム層材料から作られ，基板材料から作られた基板の上に配置される。

【0156】

ステップ1310に続くステップ1320では，電子光学系によって，上記第１のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供する。

【0157】

ステップ1320に続くステップ1330では，プロセッサによって，上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号は（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）上記基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0158】

ステップ1330に続くステップ1340では，プロセッサによって，（ｉ）種信号，（ｉｉ）第１のフィルム層に入射するＸ線スポットの割合を示す混合情報（たとえばｆ），および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する第１のフィルム層材料の有効寄与を表す第１のフィルム層材料寄与値（たとえばＫsio）に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する。

【0159】

上記検出信号はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）検出信号であってもよい。

【0160】

上記測定値はフィルム層の厚さであってもよい。上記フィルム層の材料は上記種信号の周波数帯域に基づいて決定することができる。

【0161】

ステップ1340は，以下のうちの少なくとも一つを含むことができる。
ａ．メリット関数（たとえばＭ）の値に基づいて上記フィルム層の厚さを決定する。上記メリット関数の値は上記フィルム層の実際の減衰と上記フィルム層のモデル化減衰との間の差に基づいて決定される。上記フィルム層の実際の減衰はIsio／Ｉsiによって表すことができ，他方，上記フィルム層のモデル化減衰はIsio^M／Ｉsi^Mによって表すことができる。メリット関数の様々な例が上述されている。
ｂ．メリット関数の値に基づいて上記フィルム層の厚さを決定する。メリット関数の値は，（ｉ）第１フィルム層材料種信号（たとえばＩsio），（ｉｉ）基板材料種信号（たとえばＩsi），（ｉｉｉ）モデル化第１フィルム層材料種信号（たとえば，Isio^M）および（ｉｖ）モデル化基板材料種信号（たとえばＩsi^M）に基づいて決定される。
ｃ．混合情報，第１のフィルム層内で生成される光電子に関連する第１フィルム層減衰パラメータ（たとえばλsio），フィルム層の厚さ，および第１フィルム層材料寄与値に基づいて上記モデル化第１フィルム層材料種信号を計算する。
ｄ．混合情報，フィルム層の厚さ，基板内で生成される光電子に関連する第１フィルム層減衰パラメータ（たとえばλsi,sio），および種信号の少なくとも一つに対する上記基板材料の有効寄与を表す基板材料寄与値（たとえばＫsi）に基づいて，上記基板材料種信号を計算する。

【0162】

上記サンプル領域は，第２のフィルム層材料から作られ，上記第１のサンプルサブ領域の外側に位置する第２のフィルム層を含んでもよい。たとえば図７を参照して，２つのフィルム層715および735が示されており，ここでは上記第２のフィルム層は符号715で示されているものとする。

【0163】

この場合，ステップ1340は，検出信号に基づいて，上記第２のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第２のフィルム層材料種信号を決定することを含むことができる。プロセッサはまた，（ｉ）種信号，（ｉｉ）混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第２フィルム層材料の有効寄与を表す第２フィルム層材料寄与値に基づいて，上記第２のフィルム層の測定値を決定するように構成される。

【0164】

２つのフィルム層がある場合，２つのフィルム層に関連する未知の変数が多くなるので，より多くの情報を収集する必要があることがある。この場合，一または複数の追加測定の実行が必要とされることがある。ステップ1310は繰り返されてもよく，電子光学系によって，Ｘ線スポットを用いて，上記第２のフィルム層および上記第２のサンプルサブ領域を含む第２のサンプル領域を照射することを含むことができる。ステップ1320は繰り返されてもよく，第２のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供することを含んでもよい。

【0165】

図１４は一実施形態による方法1400を示すフロー図である。方法1400は，ソフトウェア，ハードウェア，またはそれらの組み合わせを含み処理ロジックによって実行することができる。たとえば，方法1400は図２のコンピュータ205によって実行することができる。

【0166】

方法1300は，ステップ1410においてスタートし，Ｘ線スポットによる照射の結果として，第１のサンプル領域から放出される電子を示す検出信号を取得する。上記第１のサンプル領域は第１のフィルム層と第１のサンプルサブ領域とから構成される。第１のフィルム層は第１のフィルム層材料製であり，基板材料製の基板の上に配置される。

【0167】

ステップ1410にステップ1320が続き，電子光学系によって，第１のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供する。

【0168】

ステップ1320に続くステップ1330では，プロセッサによって，上記検出信号に基づいて種信号を決定し，上記種信号は（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）上記基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0169】

ステップ1330に続くステップ1340では，プロセッサによって，（ｉ）種信号，（ｉｉ）第１のフィルム層に入射するＸ線スポットの割合を示す混合情報（たとえばｆ），および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する第１のフィルム層材料の有効寄与を表す第１のフィルム層材料寄与値（たとえばＫsio）に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する。

【0170】

上記検出信号はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）検出信号であってもよい。

【0171】

上記測定値はフィルム層の厚さであってもよい。上記フィルム層の材料は上記種信号の周波数帯域に基づいて決定することができる。

【0172】

上記サンプル領域は，第２のフィルム層材料から作られ，上記第１のサンプルサブ領域の外側に位置する第２のフィルム層を含んでもよい。たとえば図７を参照して，２つのフィルム層715および735が示されており，ここでは上記第２のフィルム層は符号715で示されているものとする。

【0173】

この場合，ステップ1340は，検出信号に基づいて，上記第２のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第２のフィルム層材料種信号を決定することを含むことができる。プロセッサはまた，（ｉ）種信号，（ｉｉ）混合情報，および（ｉｉ）上記種信号の少なくとも一つに対する上記第２フィルム層材料の有効寄与を表す第２フィルム層材料寄与値に基づいて，上記第２のフィルム層の測定値を決定するように構成される。

【0174】

２つのフィルム層がある場合，２つのフィルム層に関連する未知の変数が多くなるので，より多くの情報を収集する必要があることがある。

【0175】

ステップ1410は繰り返されてもよく，Ｘ線スポットを用いた第１のサンプル領域への照射の結果として，第２のサンプル領域から放出された電子を示す検出信号を得ることを含み，第２のサンプル領域は，第２のフィルム層および第２のサンプルサブ領域から構成される。第２のフィルム層は第２のフィルム層材料から作られ，基板材料から作られた基板の上方に配置される。

【0176】

ステップ1320は繰り返されてもよく，上記第２のサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供することを含んでもよい。

【0177】

検出信号は，注目する（関心のある）一または複数のフィルム層からの注目信号（Ｓ）と，流出領域（Ｘ線ビームによって照射される領域であるが，一または複数のフィルム層の外側の領域）からの信号（Ｃ）（流出信号（spillage signal）とも呼ばれる）との重み付き和であるとみなすことができる。信号Ｓに割り当てられる重みがｆ，信号Ｃに割り当てられる重みが１－ｆである。

【0178】

ｆとＣの値またはｆとＳの値を決定する必要がある。

【0179】

上記流出信号は，製造業者から提供された半導体プロセスに関する知識，またはダイのパターン化されていない部分が位置することがある，ＸＰＳスポットサイズよりも大きな領域を測定することによって決定することができる。流出信号を決定する他の一つの方法は，既知の流出量が測定データにおいて変化することを可能にする，体系的な方法において測定領域をスキャンすることである。たとえば図８Ａおよび図８を参照。スポットが汚染領域をより多くカバーすればするほど流出信号は増加し，他方において関心信号は減少する。測定パッドの中心から異なるオフセットで複数の点を取ることによって，この情報を使用して汚染信号を決定することができる。流出信号を決定する追加的な方法の一つは，スキャンデータを外挿して流出ゼロの場合の信号を決定することである。

【0180】

上記した係数を決定する方法はいくつかある。その一つは回帰ルーチンにおいて係数を浮動させる（float）方法である。他の一つの方法はＸＰＳスポット全体のパワー密度を完全に特徴付けることであるが，これは時間的に安定しない可能性がある。

【0181】

他の一つの方法は，十分に特性化された基準ウェハサンプルを用いて流出量を決定することである。たとえば図５を参照。

【0182】

重みを決定するさらに別の態様はフィードフォワードを含むことができ，そこでは，フィルム層の形成前およびフィルム層の形成後において構造要素が測定され，形成後の検出信号が形成後の検出信号と比較され，これによって検出信号上のフィルム層の影響の示唆（indication）が提供され，他方において上記影響はフィルム層の測定値についての示唆を提供することができる。Ｃが形成前と形成後で同じであるとすると，それを決定して検出信号から除去することができる。

【0183】

形成前の検出信号は上記フィルム層の下の層に関する情報を含むので，形成前の検出信号を用いて形成後の検出信号を正規化してもよい。

【0184】

形成前および形成後の測定の実行は，測定値の非常に高い精度の評価を提供することができ，構造要素の形成における不正確さ，評価システム間の相違，さらには測定値の経時的な偏差を克服することができる。

【0185】

図１５はサンプルの第１のフィルム層を特徴付ける方法1500の例を示している。

【0186】

方法1500はステップ1510でスタートし，Ｘ線スポットを用いて，予備的な（preliminary）第１のサンプル領域（これは，第１のサンプル領域内に第１のフィルム層を形成する前の第１のサンプル領域である）を照射する。予備的第１サンプル領域は基板および付加的構造要素を含んでもよい。基板は基板材料から作られる。

【0187】

ステップ1510にステップ1520が続き，上記予備的第１サンプル領域から放出される電子を検出して予備的検出信号を提供する。

【0188】

ステップ1520にステップ1530が続き，プロセッサによって，上記検出信号に基づいて予備的種信号を決定する。予備的種信号は上記基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の予備的基板材料種信号を含んでもよい。

【0189】

この方法は，フィルム層を含む第１のサンプル領域の形成後に再開することができる（ステップ1540）。

【0190】

ステップ1540は，Ｘ線スポットを用いて，第１のサンプル領域（ここでは，第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含む）を照射することを含む。第１のフィルム層は第１のフィルム層材料から作られ，基板の上に配置される。

【0191】

ステップ1540にステップ1550が続き，第１ののサンプル領域から放出される電子を検出して検出信号を提供する。

【0192】

ステップ1550にステップ1560が続き，プロセッサによって，上記検出信号に基づいて，種信号を決定する。上記種信号は，（ｉ）上記第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0193】

プロセッサによって，ステップ1530の予備的種信号およびステップ1560の種信号に基づいて，第１のフィルム層の測定値を決定する。上記決定は，上記予備的種信号と上記種信号との間の差に基づいてフィルム層の影響を決定し，上記差に基づいて測定値を決定することを含む。これは，たとえば，第１のフィルム層の材料寄与値などの変数を使用すること，および／または上述の任意のモデルを使用することを含んでもよい。たとえば，式Ｉ＝1/k（１－ｅ^-ｔ/σ）を用いて厚さを決定する。ここで，Ｋは特定の材料からの所与の種の光電子を生成するための標準ｋ因子（standard k factor），ｔは層の厚さ，σは材料の有効減衰長である。ｋおよびσは既知であるとする。

【0194】

別の実施形態では，フィルム層の測定値は有効材料モデル（effective material model）を用いて決定することができ，ここで，上記流出信号は有効基板材料（effective substrate model）としてモデル化される。この有効基板材料はモデル化強度方程式（modeled intensity equation）の変数として用いられ，上記方法はモデル化強度方程式を解くことを含む。モデル化強度方程式の例は以下に示す。

【0195】

標準的なＸＰＳフィルム分析では，サンプルの厚さはＩ＝1/k（１－ｅ^-ｔ/σ）によって決定され，ここでＫは特定の材料からの所与の種の光電子を生成するための標準ｋ因子，ｔは層の厚さ，σは上記材料についての有効減衰長である。

【0196】

上記モデル化強度方程式はＩ＝1/k’としてもよく，関心ある種のそれぞれについてのｋ’因子（the k’ factor for each species of interest）は，代わりにバルク基板から生じると仮定され，回帰中に浮動する（assumed to arise from a bulk substrate instead, and would be floated during a regression）。

【0197】

k'の値は，異なる半径のＸ線スポットを用いて関心ある構造要素を照射することによって決定することができる。異なる半径のＸ線スポットはフィルム層の全体をカバーするが，異なる領域の流出領域をカバーする必要がある。図４Ａおよび図４Ｂは，半径の異なる２つのＸ線スポットを示しているが，k'の決定においては，第１および第２のＸ線スポットのそれぞれがフィルム層全体をカバーすることが有益であり得る。

【0198】

図１７はサンプルの第１のフィルム層を特徴付ける方法1700の例を示している。

【0199】

方法1700はステップ1710でスタートし，電子光学系によって，第１の半径の第１のＸ線スポットを用いて，第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含む第１のサンプル領域を照射する。第１のフィルム層は第１のフィルム層材料から作られ，基板材料から作られた基板の上に配置される。

【0200】

ステップ1710にステップ1720が続き，電子光学系によって上記第１のサンプル領域から放出される電子を検出して第１の検出信号を提供する。

【0201】

ステップ1720にステップ1730が続き，プロセッサによって，上記第１の検出信号に基づいて第１の種信号を決定する。上記第１の種信号は，（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0202】

ステップ1730にステップ1740が続き，電子光学系によって，上記第１の半径と異なる第２の半径の第２のＸ線スポットを用いて，第１のフィルム層および第１のサンプルサブ領域を含む第１のサンプル領域を照射する。

【0203】

ステップ1740にステップ1750が続き，電子光学系によって，第１のサンプル領域から放出される電子を検出して第２の検出信号を提供する。

【0204】

ステップ1750にステップ1760が続き，プロセッサによって，上記第２の検出信号に基づいて第２の種信号を決定する。第１の種信号は，（ｉ）第１のフィルム層材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の第１のフィルム層材料種信号，および（ｉｉ）基板材料から放出される電子に対応するエネルギー帯域の基板材料種信号を含む。

【0205】

ステップ1760にステップ1770が続き，プロセッサによって，上記第１の種信号および第２の種信号に基づいて，上記第１のフィルム層の測定値を決定する。

【0206】

図１８は，複数のサイズのビームおよびパッドサイズに対するｋ'因子の関数としての材料（フィルム層）の厚さのシミュレーションを示している。３つのＸＰＳ測定についてのＳｉＯフィルム厚のシミュレーションが1／ｋ'の関数として提供されている。

【0207】

標準的なフィルム分析では，１／ｋ'は～0.7であることが知られており，これがＳｉＯフィルム厚を決定するための入力として用いられる。ｋの変化が許容されているとすれば，解は未解決（決定不足）（underdetermined）となる。

【0208】

ＶＦＩＶ，ｆ＝0.57（線1801）およびＶＦＩＩＩ，ｆ＝7.05（線1802）のカーブは，それぞれ，50μｍおよび40μｍのスポットを使った30μｍの測定パッドにおける効果を示しおり，ｆは測定パッド中のビームの割合である。有効材料モデルでは，異なる汚染（コンタミネーション）量を持つ２つのビームサイズを用いて解を一意に定義する。これらのカーブの交点がｋのユニークな解（一意解）となり，ひいては厚みとなる。ＶＦＩＩＩ，ｆ＝0.97（線1803）のカーブは，50μｍ測定パッドに50μｍビームを当てた場合のｋとフィルム厚の関係を示しており，流出量が少なければ少ないほど，ｋ’に対する感度は低くなる。これらのカーブは単に記述的なツールとして使用するものであり，それは，アルゴリズムが回帰法を使用して注目する種のそれぞれのｋ値を決定するからである。

【0209】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるための非一時的コンピュータ読取り可能な媒体が提供することができ，この非一時的コンピュータ読取り可能媒体は，コンピュータ化ステムによって実行されることで上記コンピュータ化システムに方法1700のステップを実行させる命令を記憶する。

【0210】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるための非一時的コンピュータ読取り可能な媒体が提供することができ，この非一時的コンピュータ読取り可能媒体は，コンピュータ化ステムによって実行されることで上記コンピュータ化システムに方法1500のステップを実行させる命令を記憶する。

【0211】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるための非一時的なコンピュータ読取り可能な媒体が提供することができ，この非一時的なコンピュータ読取り可能媒体は，コンピュータ化ステムによって実行されることで上記コンピュータ化システムに方法1400のステップを実行させる命令を記憶する。

【0212】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるための非一時的コンピュータ読取り可能な媒体が提供することができ，この非一時的コンピュータ読取り可能媒体は，コンピュータ化ステムによって実行されることで上記コンピュータ化システムに方法1300のステップを実行させる命令を記憶する。

【0213】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるシステムは，方法1300を実行するように構成することができる。

【0214】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるシステムは，方法1400を実行するように構成することができる。

【0215】

サンプルの第１のフィルム層を特性評価するシステムは，方法1500を実行するように構成することができる。

【0216】

サンプルの第１のフィルム層を特徴付けるシステムは，方法1700を実行するように構成することができる。

【0217】

同じ機能性を達成するための構成要素の任意の配置（arrangement）は，所望の機能性が達成されるように，実質的に「関連付けられる」。したがって，この明細書において，特定の機能性を達成するために組み合わされる任意の２つの構成要素は，アーキテクチャまたは介在する構成要素に関係なく，所望の機能性が達成されるように互いに「関連」しているとみなすことができる。同様に，そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は，所望の機能性を達成するために，互いに「動作可能に接続される」，または「動作可能に結合される」とみなすこともできる。

【0218】

さらに，当業者であれば，上述したオペレーション間の境界は単に例示に過ぎないことを認識しよう。複数のオペレーションが単一のオペレーションに組み合わされてもよいし，単一のオペレーションが追加のオペレーションに分散されてもよいし，オペレーションが時間的に少なくとも部分的に重複して実行されてもよい。さらに，代替の実施形態においては，オペレーションの複数のインスタンスを含んでもよく，オペレーションの順序は，他の様々な実施形態において変更されてもよい。

【0219】

また，たとえば，一実施形態では，例示された実施例は，単一の集積回路上または同じデバイス内に配置された回路として実装されてもよい。あるいは，例示された実施例は，適切な方法で互いに相互接続された任意の数の別個の集積回路または別個のデバイスとして実装されてもよい。

【0220】

また，たとえば，実施例またはその一部は，任意の適切なタイプのハードウェア記述言語などにおいて，物理的回路のソフト表現またはコード表現，または物理的回路に変換可能な論理表現として実装することができる。

【0221】

しかしながら，他の修正，変形および代替も可能である。したがって，この明細書および図面は，限定的なものではなく例示的なものとみなされる。

【0222】

特許請求の範囲において，括弧の間に置かれた参照符号は，特許請求の範囲を限定するものと解釈してはならない。「備える」という語は，特許請求の範囲に記載されたものの他の要素またはステップの存在を排除するものではない。さらに，この明細書で使用される単数の用語（「a」または「an」）は一つまたは複数として定義される。また，特許請求の範囲における 「少なくとも一つの」および「一または複数の」といった導入句の使用は，不定冠詞（「a」または「an」による別の特許請求の範囲の要素の導入が，そのような導入された特許請求の範囲の要素を含む特定の特許請求の範囲を，同じ特許請求の範囲が導入句「一または複数の」または「少なくとも一つの」および「a」または「an」のような不定冠詞を含む場合であっても，そのような要素を一つだけ含む発明に限定することを意味するものと解釈されるべきではない。定冠詞の使用についても同様である。別段の記載がない限り，「第１」および「第２」といった用語は，このような用語が説明する要素を任意に区別するために使用される。したがって，これらの用語は，そのような要素の時間的またはその他の優先順位を示すことを必ずしも意図していない。ある手段が相互に異なる請求項に記載されているという単なる事実は，これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

【0223】

この明細書では，この発明の特定の特徴を図示しかつ説明したが，多くの修正，置換，変更，および等価物が，当業者にはこれから生じるであろう。したがって，添付の特許請求の範囲は，この発明の真の精神に該当するようなすべての修正および変更をカバーすることが意図されていることを理解されたい。

【0224】

「含む」（including），「備える」（comprising），「有する」（having）のいずれかの用語への言及は，「からなる」（consisting）および／またた「から本質的になる」（consisting essentially of）の用語に準用することができる。

【0225】

この明細書に記載されるプロセスおよび技法は，本質的に特定の装置に関連するものではなく，任意の適切な構成要素の組み合わせによって実施することができることを理解されたい。さらに，様々なタイプの汎用装置を，この明細書に記載される教示にしたがって使用することができる。この開示は，特定の実施例に関連して説明されてきたが，これらの実施例は，あらゆる点で，限定的ではなく例示的であることが意図されている。当業者は，多くの異なる組み合わせがこの開示の実施に適することを理解するであろう。

【0226】

さらに，この開示の他の実施態様は，この明細書に開示されたこの開示の明細書および実施態様を考慮することから当業者には明らかであろう。注目すべきことに，この明細書に開示された表現は，開示された実施例に示されるようなパターン化された層の特定のジオメトリについての例として提供される。記載された実施形態の様々な態様および／または構成要素は，単独でまたは任意の組み合わせで使用することができる。この明細書および実施例は，例示的なものとしてのみ考慮されることが意図され，この開示の真の範囲および精神は，以下の特許請求の範囲によって示される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【国際調査報告】