Metrology of small structures for the manufacturing of electronic and optical devices
Die dimensionelle Metrologie kleiner Strukturen stellt einen zentralen Aspekt in Anwendungen im Bereich der Halbleiter- und optischen Industrie dar. Aber ebenso spielt sie im Maschinenbau wie auch in der biologischen und Medizinindustrie eine wesentliche Rolle. Die fortschreitende Miniaturisierung vom Strukturen verbunden mit der zunehmenden Bedeutung von Strukturdetails und ihrer Auswirkung auf die Funktionalität einer Oberfläche erfordern eine dimensionelle Metrologie im Submikrometer-Bereich. Derzeit wird ein umfassender Einsatz der Scatterometrie in der Halbleiterindustrie noch dadurch behindert, dass systematische Versätze zwischen Scatterometermessungen und Messungen mit dem Rasterelektronenmikroskop auftreten, weshalb Scatterometer derzeit nur für Relativmessungen in der Fertigungsentwicklung und -kontrolle eingesetzt werden.
In der optischen Industrie gewinnen diffraktive optische Elemente immer mehr an Bedeutung. Bisher werden die eher langsame Rasterkraftmikroskopie oder die Rasterelektronenmikroskopie, die nicht zum direkten Einsatz wähend des Produktionsprozesses geeignet ist, zur Vermessung von Strukturdimensionen genutzt. Eine besondere Bedeutung kommt der Charakterisierung gekrümmter strukturierter Oberflächen zu. Refraktiv-diffraktive optische Elemente ermöglichen, Mehrkomponentenprodukte durch ein einzelnes Element zu ersetzen und bilden somit die Grundlage für Miniaturisierungen in einem weiten Anwendungsspektrum. Momentan mangelt es noch an einer ausreichend verlässlichen und effizienten Metrologie zur Qualitätskontrolle dieser optischen Elemente. Scatterometrie bietet sich hier als neues Verfahren an, da das Fernfeldverhalten der Elemente direkt durch Scatterometermessungen charakterisiert werden kann bei gleichzeitiger Erfassungen der dimensionellen Eigenschaften der Strukturen.
Um den aus der dimensionellen Erfassung kleiner Strukturen wie auch aus der Charakterisierung refraktiv-diffraktiver optischer Elemente resultierenden Anforderungen zu genügen, muss die herkömmliche Scatterometrie verbessert und erweitert werden. Methodische Erweiterungen müssen u. a. eine Erweiterung hin zu kurzen Wellenlängen bis in den Bereich von Röntgenstrahlen beinhalten wie auch die Ausnutzung der Phaseninformation zusätzlich zu Intensitäten des Streufeldes. Letzteres lässt sich durch ein Abtasten mit einem kohärenten Spot und neuen Nachweisverfahren erreichen. Die im Rahmen des Projektes entwickelte wissenschaftlich-technische Methodik wird nicht nur zur Verbesserung der Scatterometrie, sondern auch zur Verbesserung von Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskopie beitragen. Einerseits wird eine Vergleichbarkeit der drei Verfahren geschaffen werden. Andererseits wird durch eine gezielte Ausnutzung redundanter und komplementärer Informationen, die die Verfahren liefern, in der kombinierten Auswertung der Messungen eine deutliche Verringerung der Unsicherheiten ermöglichen verglichen mit der Anwendung eines einzelnen Verfahrens. Die Untersuchungsergebnisse bilden nachfolgend die Basis für die Entwicklung, Charakterisierung und Kalibrierung eines Scatterometrie-Referenzstandards. Dieser soll den ersten Schritt in Richtung eines "Goldenen Referenzstandards", der für die Kalibrierung von Scatterometern, Rasterkraftmikroskopen und Rasterelektronenmikroskopen geeignet ist.
Das Verbundvorhaben wird von der PTB koordiniert. Darüber hinaus leitet sie die technischen Arbeitspakete "Erweiterte Scatterometrie" und "Scatterometrie Standard". Vertreter der europäischen Halbleiter- und optischen Industrie unterstützen das Projekt als Kooperationspartner.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
Ansprechpartner
Dr. Bernd Bodermann
Tel.: 0531 - 592 4222
E-Mail: bernd.bodermann@ptb.de
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