DE102022110775A1

DE102022110775A1 - Zerstörungsfreies zuverlässiges Bestimmen von Probenparameterwerten

Info

Publication number: DE102022110775A1
Application number: DE102022110775.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Breitschaft; Paul Dietrich; Marvin Lindner; Sven Mähl
Original assignee: SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Current assignee: SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Priority date: 2022-05-02
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2023-11-02
Also published as: WO2023213353A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Photoelektronenspektrometer (100) mit einem Probenwertbestimmungsmodul (50) und ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt (22) einer Probe (20) basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören. Es werden Werte für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe und mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe erhalten. Basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren wird der Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe bestimmt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören. Ferner betrifft die Erfindung ein Probenparameterwertbestimmungsmodul, ein Photoelektronenspektrometer mit dem Probenparameterwertbestimmungsmodul, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium mit dem Computerprogrammprodukt.
STAND DER TECHNIK
Es ist aus Y. Hoshina et al. „Non-destructive depth profile evaluation of multi-layer thin film stack using simultaneous analysis of data from multiple X-ray photoelectron spectroscopy instruments“, 2022 Jpn. J. Appl. Phys. 61 046501 ein Messverfahren bekannt in dem Photoemissionsmessungen mit verschiedenen Anregungsenergien und unter unterschiedlichen Emissionswinkeln an verschiedenen Photoelektronenspektrometern an einer Probe durchgeführt werden, um die Probe zu charakterisieren und insbesondere ein Tiefenprofil der Probe zu bestimmen, ohne die Probe dabei zu zerstören.
Aus EP 2 542 035 B1 ist ein Photoelektronenspektrometer bekannt, das eine Probe an einem Messpunkt mit zwei unterschiedlichen Anregungsenergien bestrahlen kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es kann als eine Aufgabe der Erfindung gesehen werden, ein Messverfahren, ein Probenparameterwertbestimmungsmodul, ein Photoelektronenspektrometer, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium bereitzustellen, die ein verbessertes bzw. zuverlässigeres zerstörungsfreies Bestimmen von Werten für Probenparameter ermöglichen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Messverfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Erhalten von Werten für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe,
- Erhalten mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe,
- Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den bis zu n-1 Probenparametern und den Photoemissionsspektren.

Die Erfinder haben erkannt, dass auf Basis eines Photoemissionsspektrums eine vollständige Charakterisierung einer Probe, insbesondere das Erstellen eines Tiefenprofils der Probe mit Informationen über die Schichtstruktur enthaltend die chemische Zusammensetzung sowie die Schichtdicken, abhängig von der Anzahl an unbekannten Probenparametern, insbesondere für eine Tiefenprofilanalyse, nicht zuverlässig möglich ist. Insbesondere können komplexere Schichtstrukturen mit mehreren Schichten unterschiedlicher Schichtdicken, die verschiedene Tiefenprofile haben, ähnliche Photoemissionsspektren haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es den Wert eines oder mehrerer Probenparameter, wie zum Beispiel Schichtdicken, chemische Zusammensetzungen von Schichten, Homogenität der Schichten und chemische Zustände von Materialien in den Schichten, wie zum Beispiel Oxidationsstufen, oder dergleichen, zuverlässig basierend auf mehreren Photoemissionsmessungen zu bestimmen.
Bevorzugt ist die Probe eine feste Probe mit einer oder mehreren Schichten. Die Probe kann beispielsweise ein Silizium (Si)-Wafer mit einer darauf abgeschiedenen Schichtfolge sein. Die Probe kann auch eine Schichtstruktur mit festen, flüssigen und/oder gasförmigen Schichten enthalten. Die Probe kann auch eine andere Probenstruktur aufweisen. Beispielsweise können in der Probenstruktur verschiedene Materialien in verschiedenen Bereichen auf einer identischen horizontalen Ebene angeordnet sein. Auf der Probe können zusätzliche Schichten, zum Beispiel Kontaminationsschichten oder die Funktion der Probe nicht-beeinflussende Schichten angeordnet sein. Anstatt einer vollständigen Schicht, kann auch ein zusätzliches Gebiet, beispielsweise ein Kontaminationsgebiet auf der Oberfläche der Probe angeordnet sein, dass keine vollständige Schicht bildet. Die zusätzlichen Schichten bilden keinen Teil der Probe im Sinne der Erfindung. Zum Beispiel kann eine Kontaminationsschicht durch Ablagerung von Staub bzw. Schmutz auf einer Oberfläche der Probe entstehen. Eine solche Kontaminationsschicht bildet grundsätzlich keinen Teil der Probe. Eine Kontaminationsschicht auf der Probe kann jedoch Teil der Probe sein, sofern diese aus Sicht des Nutzers einen Teil der Probe bilden soll, z.B. aufgrund eines möglichen Einflusses der Kontaminationsschicht auf die zu messenden Eigenschaften der Probe. Die Kontaminationsschicht kann beispielsweise durch Oxidation oder Ablagerung von Staub oder Schmutz auf der Oberfläche gebildet sein. Das Verfahren kann dazu ausgebildet sein, die Kontaminationsschicht, beispielsweise durch eine Kohlenstoffschicht oder Kohlenstoff-enthaltende Schicht, zu berücksichtigen.
Alternativ kann das Verfahren ein Reinigen der Oberfläche der Probe und/oder Präparieren der Oberfläche in einem Unterdrucksystem vorsehen, so dass die Oberfläche der Probe eine reduzierte Schichtdicke einer Kontaminationsschicht aufweist oder frei von der Kontaminationsschicht ist. Zum Reinigen der Oberfläche der Probe kann beispielsweise ein Bestrahlen der Kontaminationsschicht oder ein Sputtern der Probe vorgesehen sein.
Die Probe wird im Sinne des Patents nicht zerstört, wenn sie gegenüber ihrem Zustand vor einer Photoemissionsmessung bis auf durch die Photoemissionsmessung erzeugte Veränderungen, nicht verändert wird. Die Photoemissionsmessung besteht dabei aus dem Einstrahlen einer Strahlung mit einer Wellenlänge auf die Probe und dem nach kinetischen Energien aufgelösten Empfangen von von der Probe emittierten Photoelektronen mit einem Detektor. Die Probe wird im Sinne des Patents beispielsweise zerstört, wenn Schichten der Probe durch Fremdatome verunreinigt werden oder Schichten entfernt werden. Ein Entfernen der Kontaminationsschicht, beispielsweise beim Reinigen während einer Präparation der Probe wird dabei nicht als Zerstören der Probe verstanden. Die Probe wird im Sinne des Patents nicht durch ein Reinigen der Probe zerstört, da die Kontaminationsschicht nicht Teil der zu messenden Probe ist. Um zum Beispiel beim Reinigen durch Sputtern mit Ionen die Probe nicht zu zerstören, kann vorgesehen sein, sicherzustellen, dass die Ionen nicht in die zu messende Probe eindringen. Die Kontaminationsschicht kann auch beispielsweise als ein Teil der Probe mittels Probenparametern berücksichtigt werden.
Die Photoemissionsspektren können von einem Photoelektronenspektrometer mit mehreren Wellenlängen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Photoelektronenspektrometer einen Monochromator für verschiedene Wellenlängen haben. Die verschiedenen Wellenlängen entsprechen verschiedenen Anregungsenergien. Dies ermöglicht es in einem Photoelektronenspektrometer Strahlung mit verschiedenen Anregungsenergien zu erzeugen.
Die Probenparameter können Probenstrukturparameter und Probenmaterialparameter enthalten. Die Probenstrukturparameter können zum Beispiel die Probenstruktur, die Schichtstruktur, chemische Zusammensetzungen von Schichten der Probe, chemische Zusammensetzungen von Bereichen der Probe, in den jeweiligen Schichten der Probe vorhandene Materialien, Schichtdicken t oder dergleichen enthalten. Die Schichtstruktur der Probe kann beispielsweise Informationen zur chemischen Zusammensetzung von in der Probe enthaltenen Schichten und deren Schichtdicken enthalten. Die in der Probe enthaltenen Materialien können beispielsweise durch eine Summenformel beschrieben werden. Alternativ können beispielsweise die Konzentrationen der Materialien in Abhängigkeit einer Position in der Probe angegeben werden. Zum Beispiel kann die Konzentration in Abhängigkeit einer horizontale und einer vertikalen Position des Materials in der Probe abhängig von einem Referenzpunkt angegeben werden. Für die vertikale Position kann beispielsweise eine in Richtung der einstrahlenden Strahlung orientierte Oberfläche als Referenzfläche und eine Tiefe als relativer Abstand zur Referenzfläche zum Bestimmen der vertikalen Position verwendet werden.
Die Probenmaterialparameter können zum Beispiel den totalen Photoionisationsquerschnitt σ, den Asymmetrieparameter β, die von einer kinetischen Energie von Photoelektronen abhängige Extinktionslänge λ(E_kin), Bindungsenergien E_b, Massendichten, Teilchenzahldichten, Bandlücken, Ordnungszahlen, oder dergleichen enthalten.
Der wenigstens eine Probenparameter, dessen Wert zu bestimmen ist, kann einen Teil einer Probenstruktur, insbesondere einer Schichtstruktur, am Messpunkt der Probe beschreiben. Dies ermöglicht eine zuverlässige Tiefenprofilierung der Probe an einem Messpunkt. Die Probenstruktur der Probe kann eine Konzentration der chemischen Elemente in Abhängigkeit der Tiefe angeben. Der wenigstens eine Probenparameter kann beispielsweise eine Konzentration eines chemischen Elements in Abhängigkeit der Tiefe oder eine Schichtdicke einer Schicht der Probe sein. Es können auch zum Beispiel mehrere Probenparameter eine Schichtstruktur der Probe abbilden, beispielsweise können die Probenparameter die chemischen Zusammensetzungen der Schichten der Probe darstellen. Die chemischen Zusammensetzungen der Schichten der Probe können beispielsweise Mischungen von chemischen Elementen in den verschiedenen Schichten und deren Anordnung in der Probe darstellen.
Das Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters kann wenigstens einen der Schritte:

- Bestimmen von Peakflächen in jedem der Photoemissionsspektren,
- Bestimmen eines Untergrunds in jedem der Photoemissionsspektren,

- Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Peakflächen der Photoemissionsspektren,
- Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Untergründen der Photoemissionsspektren, und
- Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Peakflächen und den Untergründen der Photoemissionsspektren,

Ein Peak entspricht einer Spitze in einem Photoemissionsspektrum. Die Peakfläche ist die Fläche unter der Kurve des Peaks, reduziert um einen Untergrund. Der Untergrund kann beispielsweise basierend auf verschiedenen Untergrundmodellen, z.B. basierend auf verschiedenen inelastischen Streuungsmodellen für die Photoelektronen bestimmt werden.
Der Untergrund entsteht durch nicht primär emittierte Photoelektronen, beispielsweise inelastisch gestreute Photoelektronen in der Probe und kann mit Hilfe der Untergrundmodelle bestimmt werden. Der Untergrund kann mit demselben oder einem anderen Untergrundmodell bestimmt werden als das für das Bestimmen der Peakflächen verwendete Untergrundmodell.
Das Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Untergründen oder den Peakflächen und Untergründen ermöglicht eine zuverlässigere Bestimmung des Wertes, da zusätzliche Informationen aus den Spektren erhalten werden können.
Die in Richtung der einstrahlenden Strahlung orientierte Oberfläche der Probe, durch die Strahlung zum Erzeugen von Photoelektronen während der Photoemissionsmessung eingestrahlt wird, kann glatt, rau oder strukturiert sein. Ferner können auch Flächen zwischen benachbarten Schichten der Probe glatt, rau oder strukturiert sein. Das Verfahren zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters kann die Art der in Richtung der einstrahlenden Strahlung orientierte Oberfläche der Probe und die Art der Flächen zwischen benachbarten Schichten der Probe berücksichtigen. Beispielsweise kann für eine raue oder strukturierte Oberfläche oder Fläche zusätzlich die Struktur bzw. Rauigkeit berücksichtigt werden.
Das Erhalten der Werte für den mindestens einen und die bis zu n-1 Probenparameter kann einen oder mehrere der Schritte enthalten:

- Eingeben eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter durch einen Nutzer,
- Messen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter mit einem weiteren Messverfahren,
- Auslesen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter aus einer Probenparameter-Datenbank mit vorbestimmten Werten für die Probenparameter.

Die weiteren Messverfahren können beispielsweise optische Verfahren, wie zum Beispiel Ellipsometrie-Messverfahren enthalten. Je nach weiterem Messverfahren können Werte für unterschiedliche Probenparameter erhalten werden. Es können auch die unterschiedlichen Verfahrensschritte zum Erhalten der Werte für die bis zu n-1 Probenparameter kombiniert werden, um einen Wert für jede Art von Probenparameter zu erhalten. Beispielsweise kann der Nutzer den Wert für einen oder mehrere der Probenparameter eingeben und basierend auf diesem Wert oder diesen Werten der Probenparameter können Werte für weitere Probenparameter aus der Probenparameter-Datenbank ausgelesen werden. Zum Beispiel kann der Nutzer die chemische Zusammensetzung der Probenstruktur eingeben und die Materialparameter der Materialien, insbesondere für deren chemische Elemente, die in der Probenstruktur enthalten sind, können aus der Probenparameter-Datenbank ausgelesen werden. In der Probenparameter-Datenbank können Werte der Probenparameter anderen Werten der Probenparameter zugeordnet sein, wie beispielsweise chemische Elemente bestimmten Bindungsenergien der verschiedenen Orbitale des chemischen Elementes. Durch das Erhalten der Werte für die Probenparameter kann der Wert des wenigstens einen Probenparameters zuverlässiger bestimmt werden. Je größer die Anzahl an erhaltenen Werten für die n-1 Probenparameter, desto zuverlässiger kann der Wert des wenigstens einen Probenparameters bestimmt werden.
In der Probenparameter-Datenbank können vorbestimmte Werte der Probenparameter zum Beispiel bestimmten Photoemissionsspektren und/oder Werten von aus den erhaltenen mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren abgeleiteten Parametern zugeordnet sein, wie beispielsweise Energiepositionen von Peaks, relative Tiefen oder dergleichen. Die Probenparameter-Datenbank kann beispielsweise durch Sammeln und entsprechendes Zuordnen von bekannten Werten von Probenparametern zu Photoemissionsspektren und/oder Werten aus Photoemissionsspektren abgeleiteter Parameter erzeugt werden. Das Auslesen eines jeweiligen Wertes für den einen oder die mehreren der Probenparameter aus der Probenparameter-Datenbank kann einen Schritt aufweisen:

- Vergleichen der in der Probenparameter-Datenbank enthaltenen Photoemissionsspektren und/oder der Werte der aus den erhaltenen mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren abgeleiteten Parameter mit den erhaltenen mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren und/oder Werten von abgeleiteten Parametern und Auslesen des jeweiligen Wertes für den einen oder die mehreren Probenparameter, die den am besten übereinstimmenden Photoemissionsspektren oder den am besten übereinstimmenden Werten aus den abgeleiteten Parametern der Probenparameter-Datenbank zugeordnet sind.

Das Verfahren kann auch vorsehen, vor dem Vergleichen der in der Probenparameter-Datenbank enthaltenen Photoemissionsspektren und/oder den Werten der abgeleiteten Parameter mit den erhaltenen mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren und/oder den Werten der abgeleiteten Parameter den Wert eines oder mehrerer Probenparameter zu erhalten. Dies ermöglicht es den Suchraum der möglichen Photoemissionsspektren einzuschränken. Dies kann ein schnelleres und zuverlässigeres Auffinden der am besten passenden Photoemissionsspektren und/oder der am besten passenden Werte der abgeleiteten Parameter ermöglichen, da weniger Photoemissionsspektren und/oder Werte für abgeleitete Parameter verglichen werden müssen. Dadurch wird das Auslesen des jeweiligen Wertes für den einen oder die mehreren Probenparameter aus der Probenparameter-Datenbank verbessert.
Beispielsweise können als Probenparameter in der Probe vorhandene chemische Elemente, z.B. Silizium (Si), Hafnium (Hf), Sauerstoff (O), Nickel (Ni), etc. von einem Nutzer eingegeben werden, bevor in einem nachfolgenden Verfahrensschritt weitere Probenparameter aus der Probenparameter-Datenbank ausgelesen werden.
Die Probenparameter-Datenbank kann Werte für verschiedene Probenparameter enthalten, wie beispielsweise bekannte Schichtstrukturen von Proben, Bindungsenergien, Massendichten, Teilchenzahldichten, totale Photoionisationsquerschnitte, Asymmetrieparameter, Bandlücken, Ordnungszahlen, oder dergleichen. Dies kann es ermöglichen, einer unbekannten Probe eine Schichtstruktur basierend auf den erhaltenen mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionspektren oder den Werten der abgeleiteten Parameter zuzuordnen.
Das Verfahren kann vorsehen, eine Schichtstruktur vorzuschlagen. Der Nutzer kann die vorgeschlagene Schichtstruktur als korrekt bestätigen oder verwerfen. Wenn der Nutzer die vorgeschlagene Schichtstruktur verwirft, kann eine basierend auf den Photoemissionsspektren am zweitbesten passende Schichtstruktur vorgeschlagen werden. Alternativ können auch für mehrere Schichtstrukturen der Wert des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den bis zu n-1 Probenparametern und den Photoemissionsspektren bestimmt werden. Die am besten passende Schichtstruktur, z.B. mit geringstem Chi Quadrat, kann dann als Schichtstruktur vorgeschlagen werden. Die Schichtstrukturen können in Abhängigkeit davon, wie gut sie passen, in einer Rangfolge angeordnet sein.
Die mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren können vom Messpunkt der Probe mit unterschiedlichen Emissionswinkeln aufgenommene Photoemissionsspektren enthalten. Die Photoemissionsspektren können Photoemissionsspektren mit derselben Anregungsenergie und mit verschiedenen Emissionswinkeln enthalten und/oder Photoemissionsspektren mit demselben Emissionswinkel und unterschiedlicher Anregungsenergie enthalten. Dies ermöglicht es, mehr Informationen aus der Probe zu erhalten. Die Photoemissionsspektren mit unterschiedlichen Emissionswinkeln können von einem winkelauflösenden Photoelektronenspektrometer aufgenommen sein. Dies ermöglicht schnelle und präzise Photoemissionsmessungen ohne die Probenneigung variieren zu müssen. Zum Messen unterschiedlicher Probenemissionswinkel können beispielsweise verschiedene Elektronentrajektorien mittels des winkelauflösenden Photoelektronenspektrometers ausgewählt werden. Alternativ kann die Probenneigung verändert werden, um einen anderen Emissionswinkel zu messen.
Die Emissionswinkel können ein Intervall von 60° aufspannen. Die Photoemissionsspektren können z.B. in einem 5° Raster aufgenommen werden, beispielsweise mit - 30°, -25°, -20°, -15°, -10°, -5°, 0°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25° und 30°. Beispielweise können Photoemissionsspektren für 13 verschiedene Winkel zwischen -30° und +30° zu einer optischen Achse einer Linsenvorrichtung des Photoelektronenspektrometers aufgenommen werden. Alternativ können auch Photoemissionsspektren mit anderen auch unregelmäßigen Winkel-Schrittweiten oder mit unregelmäßigen Winkelabständen aufgenommen werden.
Der Messpunkt der Probe kann eine Ausdehnung von 100 µm oder weniger, bevorzugt 10 µm oder weniger haben. Dies ermöglicht es, einen lokalen Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe zu bestimmen. Der Messpunkt ist hier nicht als Punkt im mathematischen Sinne zu verstehen, sondern als Punkt mit einer Ausdehnung, die verschiedene Formen und Größen, beispielsweise in Abhängigkeit einer Fokussierung eines Strahles zum Anregen von Photoelektronen aus der Probe haben kann. Falls die Probe in horizontaler Richtung unterschiedliche Werte des Probenparameters aufweist, können durch Verschieben des Messpunkts verschiedene lokale Werte der Probe aufgenommen werden. Beispielsweise kann eine Probe auch gerastert werden. Dies ermöglicht es, den Wert des wenigstens einen Probenparameters quasikontinuierlich in Abhängigkeit der vertikalen Position in der Probe darzustellen. Dies kann es z.B. ermöglichen, Konzentrationsgradienten in horizontaler Richtung zu bestimmen.
Die Anregungsenergien können im Bereich zwischen 1 keV und 10 keV liegen. Dies ermöglicht es, verschiedene Tiefen der Probe zu erreichen, beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm. Die Verwendung der verschiedenen Anregungsenergien ermöglicht es einerseits, Informationen aus verschiedenen Tiefen zu erhalten und andererseits, unterschiedliche Informationen aus derselben Tiefe zu berücksichtigen. Bei höheren Anregungsenergien kann eine größere Tiefe in der Probe erreicht werden. Zusätzlich werden aber auch Informationen aus geringeren Tiefen gewonnen, die, kombiniert mit den Informationen der geringeren Anregungsenergien für geringere Tiefen, beispielsweise eine zuverlässigere Aussage über die Schichtstruktur in den geringeren Tiefen ermöglichen.
Die verschiedenen Anregungsenergien können zum Beispiel durch das Bestrahlen von verschiedenen Anodenmaterialien mit Elektronen aus einer Elektronenkanone erzeugt werden. Die Anregungsenergien können z.B. Al Kα mit 1,49 keV, Ag Lα mit 2,98 keV, Ag Lß mit 3,15 keV, Ti Kα mit 4,51 keV, Cr Kα mit 5,41 keV, Cu mit 8,05 keV und Au mit 9,71 keV enthalten. Die für das Erzeugen der Photoemissionsspektren mit unterschiedlichen Anregungsenergien verwendeten Anregungsenergien können mit einem ähnlichen Energieabstand zueinander gewählt sein. Beispielsweise können die Anregungsenergien 1,49 keV, 2,98 keV, 4,51 keV und 5,41 keV mit Abständen zwischen 0.9 keV und 1.53 keV gewählt werden. Dies ermöglicht, die Informationsausbeute unter Berücksichtigung der Platzlimitierungen in einem Photoelektronenspektrometer mit mehreren Wellenlängen zu verbessern.
Das Verfahren kann die Schritte umfassen:

- Bereitstellen einer Kalibrierprobe, für die Werte einer Probenstruktur und einer chemischen Zusammensetzung bekannt sind und
- Bestimmen von Werten für Messverfahrensparameter zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters mit Hilfe der Kalibrierprobe.

Eine Kalibrierprobe bzw. Referenzprobe kann beispielsweise eine Probe sein, deren Probenstruktur und chemische Zusammensetzung bekannt sind, auf der aber zusätzliche Schichten angeordnet sein können, wie beispielsweise eine Kontaminationsschicht. Die Kontaminationsschicht kann beim Bestimmen der Werte der Messverfahrensparameter beispielsweise berücksichtigt werden oder sie kann durch Reinigen entfernt werden. Für die Kalibrierprobe sind Werte für eine ausreichende Anzahl an Probenparametern bekannt, die ein Bestimmen der Werte für die Messverfahrensparameter mit einer ausreichenden Genauigkeit bzw. einem akzeptablen Fehler ermöglicht. Das Verwenden einer Kalibrierprobe ermöglicht das Bestimmen von Messverfahrensparametern. Dies ermöglicht es, zuverlässigere absolute und relative Werte für Proben zu ermitteln, bei denen der Wert wenigstens eines Probenparameters nicht bekannt ist. Durch die Verfahrensschritte kann eine Kalibrierung erfolgen, beispielsweise einer absoluten Winkelskala für winkelaufgelöste Photoemissionsspektren. Die Messverfahrensparameter können z.B. Transmissionsfunktionen zwischen der Probe und einer Detektorvorrichtung des Photoelektronenspektrometers, eine Winkelkalibrierung eines absoluten Winkels des Photoelektronenspektrometers, die Geometrie der Messung, , Abbildungseigenschaften eines Analysators, Transmissionseigenschaften des Analysators, ein Verhältnis von Photonenströme einer Strahlungsquelle für unterschiedliche Anregungsenergien oder einen anderen Messverfahrensparameter enthalten. Die Geometrie der Messung kann beispielsweise von der Probenorientierung zur Eingangsöffnung einer Linsenvorrichtung des Photoelektronenspektrometers und einem Abstand der Probe zur Eingangsöffnung der Linsenvorrichtung des Photoelektronenspektrometers abhängen. Die Abbildungseigenschaften des Analysators können beispielsweise einen funktionellen Zusammenhang zwischen von ihm erzeugten Rohdaten und Messgrößen, wie zum Beispiel Elektronenenergie und Richtung im Koordinatensystem des Analysators enthalten. Die Transmissionseigenschaften des Analysators können beispielsweise einen gemessenen Photoelektronenstrom im Verhältnis zu einem emittierten Photoelektronenstrom in Abhängigkeit von Energie und Richtung der Photoelektronen enthalten. Das Verhältnis der Photonenströme der Strahlungsquelle, z.B. einer Röntgenquelle, für die unterschiedlichen Anregungsenergien können zum Beispiel zumindest teilweise den Transmissionseigenschaften des Photoelektronenspektrometers zugerechnet werden. Die Messverfahrensparameter können beispielsweise für die Peakflächen und die Untergründe der Photoemissionsspektren so bestimmt werden, dass die erwarteten Peakflächen und die erwarteten Untergründe mit den jeweils gemessenen Peakflächen und gemessenen Untergründen übereinstimmen.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen:

- Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters zusätzlich basierend auf den mit Hilfe der Kalibrierprobe bestimmten Messverfahrensparametern.

Dies ermöglicht ein zuverlässigeres Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Probenparameterwertbestimmungsmodul zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, vorgesehen. Das Probenparameterwertbestimmungsmodul weist auf:

- eine Schnittstelle zum Erhalten von Werten für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe und mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe und
- einen Prozessor zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren.

Dies ermöglicht ein zuverlässiges Bestimmen des Wertes eines oder mehrerer Probenparameter am Messpunkt der Probe.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Photoelektronenspektrometer mit einem Probenparameterwertbestimmungsmodul gemäß Anspruch 11 oder einer Ausführungsform des Probenparameterwertbestimmungsmoduls zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen der n Probenparameter am Messpunkt der Probe basierend auf den Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, vorgesehen. Das Photoelektronenspektrometer weist auf:

- eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der Probe am Messpunkt mit Strahlungen jeweils unterschiedlicher Wellenlänge,
- eine Detektorvorrichtung zum Erfassen von von der Probe emittierten Photoelektronen, wobei das Photoelektronenspektrometer ausgebildet ist, mehrere Photoemissionsspektren mit unterschiedlichen Anregungsenergien vom Messpunkt der Probe aufzunehmen und dem Probenparameterwertbestimmungsmodul bereitzustellen und

Die Detektorvorrichtung kann ausgebildet sein, die von der Probe emittierten Photoelektronen winkelaufgelöst zu erfassen. Das Photoelektronenspektrometer kann ein winkelauflösendes Photoelektronenspektrometer sein. Dies ermöglicht es ein kompaktes Photoelektronenspektrometer zum zuverlässigen Bestimmen des Wertes des wenigstens einen der n Probenparameter am Messpunkt der Probe basierend auf den Photoemissionsmessungen bereitzustellen.
Das Photoelektronenspektrometer kann einen hermetisch abschließbaren Hohlraum, insbesondere eine Vakuumkammer aufweisen, in der die Beleuchtungsvorrichtung und die Detektorvorrichtung angeordnet sein können. In dem Hohlraum kann ein Unterdruck, insbesondere ein Ultrahochvakuum erzeugt werden. Das Photoelektronenspektrometer kann eine Ultrahochvakuumpumpe aufweisen oder mit einer Ultrahochvakuumpumpe verbunden sein, um ein Ultrahochvakuum in dem Hohlraum, insbesondere der Vakuumkammer zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann das Photoelektronenspektrometer eine Unterdruckpumpe aufweisen oder mit einer Unterdruckpumpe verbunden sein, um einen Unterdruck im Hohlraum zu erzeugen. Die Unterdruckpumpe kann ausgebildet sein, einen Unterdruck im Hohlraum zu erzeugen. Die Unterdruckpumpe kann zum Beispiel ausgebildet sein einen absoluten Druck zwischen 0,1 mbar und 600 mbar, zwischen 0,1 mbar und 400 mbar, oder zwischen 1 mbar und 100 mbar, beispielsweise 20 mbar, zu erzeugen. Dies ermöglicht es verschiedene Drücke nahe dem Umgebungsdruck, insbesondere nahe dem atmosphärischen Druck zu erzeugen. Die Unterdruckpumpe kann beispielsweise eine Membranpumpe sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann eine Strahlungsquelle, beispielsweise eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung, wie Röntgenstrahlung, Synchrotron-Strahlung oder tiefe UV-Strahlung (engl. deep ultra-violet bzw. DUV) aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung kann zusätzlich einen Monochromator zum spektralen Isolieren einer bestimmten Wellenlänge aus einem von der Strahlungsquelle einfallenden Strahl bzw. zum monochromatisieren aufweisen. Dies ermöglicht es eine Strahlung bereitzustellen, die zum Bestrahlen der Probe verwendet werden kann.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann verfahrbar und/oder neigbar sein, so dass es an die Probe herangefahren werden kann, um die Probe mit der Strahlung zu bestrahlen. Alternativ, oder zusätzlich, kann die Detektorvorrichtung verfahrbar und/oder neigbar sein, so dass es an die Probe herangefahren werden kann, um aus der Probe abgegebene Photoelektronen zu empfangen. Alternativ, oder zusätzlich, kann auch die Probe verfahrbar und/oder neigbar sein, beispielsweise mit Hilfe eines Manipulators.
Die Detektorvorrichtung kann eine Frontkappenelektrode, eine oder mehrere elektronische Linsen, einen oder mehrere Ablenker, einen Analysator und/oder einen Detektor aufweisen. Die Detektorvorrichtung kann beispielsweise von der Frontkappenelektrode, den elektronischen Linsen, dem Analysator und dem Detektor gebildet sein. Die Detektorvorrichtung kann einen oder mehrere miteinander verbundene Hohlräume aufweisen, die einen Innenraum der Detektorvorrichtung bilden, durch den aus der Probe abgegebene Photoelektronen von der Frontkappenelektrode zum Detektor geführt werden können. Zusätzlich kann das die Detektorvorrichtung auch einen oder mehrere Ablenker aufweisen, um die Photoelektronen auf einen Eingang des Analysators auszurichten.
Die Frontkappenelektrode kann eine konische Form haben und eine Eingangsöffnung aufweisen, die einen konischen Verlauf hat, so dass sich in die Eingangsöffnung eintretende Gasmoleküle schnell hinter der Eingangsöffnung in dem Hohlraum, der von der Frontkappenelektrode umschlossen wird, verteilen können. Dies ermöglicht eine schnelle Druckreduktion. Hierdurch kann die freie Weglänge für Elektronen hinter der Eingangsöffnung erhöht werden. Dies ist beispielsweise hilfreich, wenn Photoemissionsmessungen bei Drücken nahe dem atmosphärischen Druck durchgeführt werden, um eine ausreichend hohe Intensität sicherzustellen.
In den mehreren miteinander verbundenen Hohlräumen können unterschiedliche Unterdrücke herrschen, die von der Eingangsöffnung in Richtung des Detektors weiter abnehmen können. Hierfür können verschiedene Druckreduktionsstufen vorgesehen sein und der Druck beispielsweise mit Hilfe von verschieden stark pumpenden Pumpen in den nacheinander angeordneten Hohlräumen verschieden stark reduziert werden. Dies kann es ermöglichen einen geringeren Druck in der Detektorvorrichtung aufrechtzuhalten, beispielsweise kann im Fall von einem absoluten Druck zwischen 0,1 mbar und 100 mbar, z.B. von 25 mbar, vor der Frontkappenelektrode ein absoluter Druck im Bereich von 10^-4 mbar bis 10^-2 mbar, z.B. 10^-3 mbar im von der Frontkappenelektrode umschlossenen Hohlraum, ein absoluter Druck von 10^-6 mbar bis 10^-4 mbar, z.B. 10^-5 mbar in einem nachfolgenden Hohlraum und ein absoluter Druck im Bereich von 10^-8 mbar bis 10^-5 mbar, z.B. 10^-6 mbar, im Hohlraum vor dem Detektor aufrechterhalten werden.
Der Analysator kann beispielsweise ein hemisphärischer Energieanalysator sein oder der Analysator kann einen solchen aufweisen. Der Detektor kann beispielsweise einen Elektronenvervielfacher, einen Phosphorschirm, eine Videokamera, einen CCD-Sensor (engl. charge-coupled device) und/oder einen CMOS-Sensor (engl. complementary metal-oxidesemiconductor) aufweisen. Der Detektor kann auch als ein DLD (engl. delay line detector) ausgeführt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung des Verfahrens gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen zum:

- Bestimmen, ob eine Schicht der Probe eine vorbestimmte Schichtdicke am Messpunkt der Probe hat,
- Bestimmen eines Grads an Diffusität einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten,
- Bestimmen einer Ausdehnung einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten,
- Bestimmen einer Reproduzierbarkeit eines Herstellungsprozesses der Probe,
- Prüfen eines Einflusses des Wertes des wenigstens einen Probenparameters auf eine Funktionsweise der Probe,
- Vergleichen verschiedener Proben,
- Finden von Rezepten zum Herstellen von Proben.

Das Bestimmen, ob eine Schicht der Probe eine vorbestimmte Schichtdicke am Messpunkt der Probe hat, ermöglicht eine verbesserte Qualitätskontrolle.
Das Bestimmen eines Grads an Diffusität einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten ermöglicht es z.B. festzustellen, ob Diffusion zwischen den Schichten aufgetreten ist. Die Schichtgrenzen können beispielsweise scharf oder vollkommen diffus sein. Bei einer scharfen Schichtgrenze treffen Materialien der einen Schicht an der Schichtgrenze auf Materialien der anderen Schicht, ohne dass sich die Materialien der Schichten über die Schichtgrenze hinweg in die jeweils andere Schicht hinein erstrecken. Bei einer diffusen Schichtgrenze befinden sich Materialien der einen Schicht auch jenseits der Schichtgrenze in der anderen Schicht und umgekehrt. Der Grad der Diffusität hängt davon ab, welcher Anteil an Materialien sich über die Schichtgrenze hinweg erstreckt. Bei einer Diffusität von 0 % erstrecken sich keine der Materialien der unterschiedlichen Schichten über die Schichtgrenze hinweg. Bei einer Diffusität F von 100 % bilden die benachbarten Schichten eine Mischung mit jeweils 50 Vol.-% Durchmischung der Materialien der benachbarten Schichten an der Schichtgrenze.
Das Bestimmen einer Ausdehnung einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten ermöglicht es zu prüfen, ob Diffusion zwischen den Schichten aufgetreten ist und wie weit Material aus der einen Schicht in die andere Schicht diffundiert ist.
Das Bestimmen einer Reproduzierbarkeit eines Herstellungsprozesses der Probe ermöglicht eine verbesserte Qualitätskontrolle.
Das Prüfen eines Einflusses des Wertes des wenigstens einen Probenparameters auf eine Funktionsweise der Probe, ermöglicht es Probenstrukturen für die Funktionsweise einer Probe zu optimieren. Es können Proben mit verschiedenen Werten des wenigstens einen Probenparameters hergestellt werden und durch Vergleichen bestimmt werden, wie sich die Änderung des Wertes auf die Funktionsweise der Probe auswirkt. Das Messverfahren ermöglicht es zu prüfen, ob die Herstellung der Probe tatsächlich zu dem erwünschten Wert des Probenparameters geführt hat. Dies kann es z.B. ermöglichen Rezepte für das Herstellen von Proben zu finden und zu optimieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Ausführungsform des Verfahrens auszuführen, vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein computerlesbares Medium vorgesehen, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Probenparameterwertbestimmungsmodul gemäß Anspruch 11, das Photoelektronenspektrometer gemäß Anspruch 12, die Verwendung gemäß Anspruch 13, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14 und das computerlesbare Medium gemäß Anspruch 15 können ähnliche und/oder identische bevorzugte Ausführungsformen haben, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
Des Weiteren kann eine bevorzugte Ausführung der Erfindung auch jedwede Kombination der Merkmale der abhängigen Ansprüche oder der vorgenannten Ausführungsformen in Verbindung mit dem entsprechenden unabhängigen Anspruch sein.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug zu in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den folgenden Figuren zeigt:

1 schematisch und exemplarisch ein Ausführungsbeispiel eines Photoelektronenspektrometers mit einem Probenparameterwertbestimmungsmodul zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören,
2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt schematisch und exemplarisch ein Ausführungsbeispiel eines Photoelektronenspektrometers 100 mit einem Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt 22 einer Probe 20 basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe 20 während der Photoemissionsmessungen, beispielsweise durch Sputtern mit einer Ionenkanone zu zerstören. Das Photoelektronenspektrometer 100 kann verwendet werden, um das in 2 gezeigte Verfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, durchzuführen.
Das Photoelektronenspektrometers 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein winkelauflösendes Photoelektronenspektrometer. Das Photoelektronenspektrometer 100 enthält eine Beleuchtungsvorrichtung 10 zum Beleuchten der Probe 20 am Messpunkt 22 mit Strahlungen in Form von Röntgenstrahlen X jeweils unterschiedlicher Wellenlänge, eine Detektorvorrichtung 30 zum Erfassen von von der Probe 20 emittierten Photoelektronen p, eine Ultrahochvakuum-Pumpe 40, das Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 und ein Hohlraum in Form einer Vakuumkammer 60. Zusätzlich ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Messvorrichtung 70 für weitere Messungen am Messpunkt 22 der Probe 20 angeordnet. Die Messvorrichtung 70 kann beispielsweise Ellipsometriemessungen durchführen, um Werte von Probenparametern zu bestimmen.
Die Beleuchtungsvorrichtung 10 enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine Röntgenquelle 12 und einen Monochromator 14. In der Röntgenquelle 12 werden Röntgenstrahlen X mit verschiedenen Wellenlängen erzeugt, indem Elektronen von einer Elektronenkanone auf verschiedene Anodenmaterialien geschossen werden. Die Röntgenstrahlen X werden dann im Monochromator 14 monochromatisiert und auf den Messpunkt 22 der Probe fokussiert. Der Monochromator 14 ist ausgebildet Röntgenstrahlen X mit verschiedenen Wellenlängen zu monochromatisieren und auf denselben Messpunkt 22 zu fokussieren. Hierfür kann der Monochromator 14 beispielsweise mehrere für die entsprechenden Wellenlängen geeignete, reflektierende Elemente in einer entsprechenden Anordnung aufweisen.
Die Probe 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Probenhalterung angeordnet (nicht gezeigt). Die Probenhalterung ist verfahrbar und neigbar. Dies ermöglicht ein Rastern der Probe 20. Zusätzlich kann die Probe 20 über ein Rastern auf dem Anodenmaterial mittels der Elektronenkanone der Röntgenquelle 12 gerastert werden.
Die Detektorvorrichtung 30 enthält eine Frontkappenelektrode 32, eine Linsenelementanordnung 34, einen Analysator 36 in Form eines Halbkugel-Analysator und einen Detektor 38 in Form eines CMOS-Detektors. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch beispielsweise ein anderer Analysator und/oder ein anderer Detektor verwendet werden.
Die Ultrahochvakuumpumpe 40 dient dazu ein Ultrahochvakuum innerhalb der Vakuumkammer 60 herzustellen.
Das Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 enthält eine Schnittstelle 52 in Form eines Sender-Empfängers, einen Prozessor 54 und ein computerlesbares Medium 56 in Form eines Speichers 56. Alternativ oder zusätzlich, kann die Schnittstelle auch jede andere Art von Schnittstelle enthalten oder sein, beispielsweise eine Kabelschnittstelle oder eine Tastatur für die Eingabe von einem Nutzer. Der Prozessor 54 ist ausgebildet ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle für das in 2 gezeigte Verfahren auszuführen. Auf dem computerlesbaren Medium 56 ist das Computerprogrammprodukt gespeichert. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Probenparameter-Datenbank gespeichert, in der vorbestimmte Werte der Probenparameter bestimmten Photoemissionsspektren zugeordnet sind. In anderen Ausführungsbeispielen können die Werte der Probenparametern auch Werten von aus Photoemissionsspektren abgeleiteten Parametern zugeordnet sein.
Im Betrieb des Photoelektronenspektrometers 100 werden monochromatisierte Röntgenstrahlen X mit verschiedenen Wellenlängen auf den Messpunkt 22 mit einer Ausdehnung von 10 µm fokussiert. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Messpunkt auch beispielsweise eine Ausdehnung von 100 µm oder weniger, bevorzugt 10 µm oder weniger haben oder zwischen 10 µm und 100 µm groß sein. Die verschiedenen Wellenlängen entsprechen verschiedenen Anregungsenergien. Die Anregungsenergien können beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 keV und 10 keV liegen. Durch die Röntgenstrahlen X mit verschiedenen Wellenlängen werden in verschiedenen Tiefen der Probe 20 Photoelektronen p erzeugt. Die Photoelektronen p treten aus der Oberfläche der Probe 20 aus und werden von der Frontkappenelektrode 32 der Detektorvorrichtung 30 empfangen. Die Linsenelementanordnung 34 leitet die Photoelektronen p in den Analysator 36, in dem diese nach kinetischen Energien aufgelöst werden. Im Detektor 38 werden die Photoelektronen p detektiert. Aus den vom Detektor 38 gemessenen Daten werden dann Photoemissionsspektren erzeugt. Es werden in diesem Ausführungsbeispiel Photoemissionsspektren mit unterschiedlichen Anregungsenergien und unterschiedlichen Emissionswinkeln aufgenommen.
Die Photoemissionsspektren werden über die Schnittstelle 52 von der Detektorvorrichtung erhalten, um diese weiterzuverarbeiten. Zusätzlich erhält die Schnittstelle 52 Werte von Probenparametern, die aus weiteren Messverfahren gewonnen wurden, beispielsweise von der Messvorrichtung 70. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Parameter-Datenbank auch extern zum Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 gespeichert sein und Werte für Probenparameter über die Schnittstelle 52 erhalten werden. In diesem Ausführungsbeispiel stehen die Werte der Probenparameter aus der Probenparameter-Datenbank dem Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 über das computerlesbare Medium 56 zur Verfügung.
Das Probenparameterwertbestimmungsmodul 50 erhält in diesem Ausführungsbeispiel Werte für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt 22 der Probe 20 und mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien und Emissionswinkeln aufgenommene Photoemissionsspektren vom Messpunkt 22 der Probe 20. Der Prozessor 54 bestimmt den Wert wenigstens eines Probenparameters am Messpunkt 22 der Probe 20 basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören. In diesem Ausführungsbeispiel beschreibt der wenigstens eine Probenparameter, dessen Wert zu bestimmen ist, einen Teil einer Probenstruktur, insbesondere einer Schichtstruktur, am Messpunkt der Probe. Das Verfahren ist besonders zum Erstellen eines Tiefenprofils für die Probe geeignet, ohne die Probe dabei zu zerstören.
Im optionalen Schritt 202 kann eine Kalibrierprobe bereitgestellt werden, für die Werte einer Probenstruktur und einer chemischen Zusammensetzung bekannt sind. Diese kann verwendet werden, um Messverfahrensparameter, insbesondere instrumentelle Parameter für die Messung zu kalibrieren.
Im optionalen Schritt 204 können Werte für die Messverfahrensparameter mit Hilfe der Kalibrierprobe bestimmt werden.
In Schritt 206 werden Werte für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe erhalten. Die Anzahl an Probenparametern n der Probe ist eine ganze positive Zahl und hängt von der Probe ab. Die Werte für die Probenparameter können auf verschiedene Arten erhalten werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Werte für die Probenparameter aus einer Kombination der folgenden drei Arten erhalten:

- Eingeben eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter durch einen Nutzer,
- Messen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter mit einem weiteren Messverfahren, und
- Auslesen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter aus einer Probenparameter-Datenbank mit vorbestimmten Werten für die Probenparameter.

In Anderen Ausführungsbeispielen können die Werte auch nur durch eine der Arten oder zwei der Arten erhalten werden.
In Schritt 208 werden mehrere mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommene Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe erhalten. Zusätzlich können auch mit unterschiedlichen Emissionswinkeln aufgenommene Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe erhalten werden. Die Emissionswinkel können beispielsweise ein Intervall von 60° aufspannen. Der Messpunkt kann beispielsweise eine Ausdehnung von 100 µm oder weniger, bevorzugt 10 µm oder weniger haben. Die Anregungsenergien können im Bereich zwischen 1 keV und 10 keV liegen.
In Schritt 210 wird der Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren bestimmt. Um den Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe zu bestimmen können Peakflächen in jedem der Photoemissionsspektren und/oder der Untergrund in jedem der Photoemissionsspektren bestimmt werden. Der Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe kann dann basierend auf den Peakflächen, den Untergründen oder beidem bestimmt werden. Falls die optionalen Schritte 202 und 204 ausgeführt wurden, kann der Wert des wenigstens einen Probenparameters zusätzlich basierend auf den mit Hilfe der Kalibrierprobe bestimmten Messverfahrensparametern bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft ein Photoelektronenspektrometer mit einem Probenwertbestimmungsmodul und ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören. Es werden Werte für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe und mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe erhalten. Basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren wird der Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2542035 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, umfassend: - Erhalten von Werten für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe, - Erhalten mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe, - Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Probenparameter, dessen Wert zu bestimmen ist, einen Teil einer Probenstruktur, insbesondere einer Schichtstruktur, am Messpunkt der Probe beschreibt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters wenigstens einen der Schritte: - Bestimmen von Peakflächen in jedem der Photoemissionsspektren, - Bestimmen eines Untergrunds in jedem der Photoemissionsspektren, und einen der Schritte: - Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Peakflächen der Photoemissionsspektren, - Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Untergründen der Photoemissionsspektren, und - Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters basierend auf den Peakflächen und den Untergründen der Photoemissionsspektren, umfasst.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erhalten der Werte für den mindestens einen und die bis zu n-1 Probenparameter einen oder mehrere der Schritte enthält: - Eingeben eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter durch einen Nutzer, - Messen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter mit einem weiteren Messverfahren, - Auslesen eines jeweiligen Wertes für einen oder mehrere der Probenparameter aus einer Probenparameter-Datenbank mit vorbestimmten Werten für die Probenparameter.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe mit unterschiedlichen Emissionswinkeln aufgenommene Photoemissionsspektren enthalten.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Emissionswinkel ein Intervall von 60° aufspannen.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Messpunkt der Probe eine Ausdehnung von 100 µm oder weniger, bevorzugt 10 µm oder weniger hat.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anregungsenergien im Bereich zwischen 1 keV und 10 keV liegen.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Kalibrierprobe, für die Werte einer Probenstruktur und einer chemischen Zusammensetzung bekannt sind und - Bestimmen von Werten für Messverfahrensparameter zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters mit Hilfe der Kalibrierprobe.
Verfahren gemäß Anspruch 9, umfassend den Schritt: - Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters zusätzlich basierend auf den mit Hilfe der Kalibrierprobe bestimmten Messverfahrensparametern.
Probenparameterwertbestimmungsmodul zum Bestimmen eines Wertes wenigstens eines von n Probenparametern an einem Messpunkt einer Probe basierend auf Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, wobei das Probenparameterwertbestimmungsmodul aufweist: - eine Schnittstelle zum Erhalten von Werten für mindestens einen und bis zu n-1 Probenparameter am Messpunkt der Probe und mehrerer mit unterschiedlichen Anregungsenergien aufgenommenen Photoemissionsspektren vom Messpunkt der Probe und - einen Prozessor zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den Werten der bis zu n-1 Probenparameter und den Photoemissionsspektren.
Photoelektronenspektrometer mit einem Probenparameterwertbestimmungsmodul gemäß Anspruch 11 zum Bestimmen des Wertes des wenigstens einen der n Probenparameter am Messpunkt der Probe basierend auf den Photoemissionsmessungen, ohne die Probe während der Photoemissionsmessungen zu zerstören, wobei das Photoelektronenspektrometer aufweist: - eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der Probe am Messpunkt mit Strahlungen jeweils unterschiedlicher Wellenlänge, - eine Detektorvorrichtung zum Erfassen von von der Probe emittierten Photoelektronen, wobei das Photoelektronenspektrometer ausgebildet ist, mehrere Photoemissionsspektren mit unterschiedlichen Anregungsenergien vom Messpunkt der Probe aufzunehmen und dem Probenparameterwertbestimmungsmodul bereitzustellen und wobei das Probenparameterwertbestimmungsmodul ausgebildet ist, den Wert des wenigstens einen Probenparameters am Messpunkt der Probe basierend auf den bis zu n-1 Probenparametern und den von der Detektorvorrichtung erhaltenen Photoemissionsspektren zu bestimmen.
Verwendung des Verfahrens gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 zum - Bestimmen, ob eine Schicht der Probe eine vorbestimmte Schichtdicke am Messpunkt der Probe hat, - Bestimmen eines Grads an Diffusität einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten, - Bestimmen einer Ausdehnung einer Schichtgrenze zwischen benachbarten Schichten, - Bestimmen einer Reproduzierbarkeit eines Herstellungsprozesses der Probe, - Prüfen eines Einflusses des Wertes des wenigstens einen Probenparameters auf eine Funktionsweise der Probe, - Vergleichen verschiedener Proben, - Finden von Rezepten zum Herstellen von Proben.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Prozessor (54) diesen veranlassen, das Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Computerlesbares Medium auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14 gespeichert ist.