Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Normale für die Nanoanalytik

• Entwicklung von Referenzproben für die Nanoanalytik (Auflösungsvermögen) zusammen mit der BAM, Kalibrierung der dimensionellen Größen
• Idee und Entwicklung von Nanonormalen zur Kalibrierung von höchstauflösenden Mikroskopen (SPM, SEM)
• Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Sonde und Oberfläche in Rastersondenmikroskopen und deren Einfluß auf die Messung (Antastunsicherheit)
• Entwicklung von Normalen für die dimensionelle Nanometrologie mit Rastersonden- und Rasterelektronenmikroskopen (Durchmesser, Abstand, Spitzengeometrie, etc.) und Untersuchungen daran

Die laterale Auflösung der Messinstrumente ist ein Kernpunkt für die Analyse von nanoskaligen Strukturen, und dementsprechend werden Referenzmaterialien für die Bestimmung und regelmäßige Kontrolle der lateralen Auflösung sowie als Justier-und Einstellhilfe benötigt. Aber bisher gab es keine Referenzmaterialien mit regelmäßigen Strukturen im Größenbereich zwischen den Abmessungen des Kristallgitters (d < 1 nm) und lithographischen Strukturen (d > 150 nm). Genau in dieser Lücke liegt jedoch die laterale Auflösung der meisten Geräte, die mit Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlen die Oberfläche analysieren.
Im Rahmen des Projektes "Qualitätssicherung in der Nanoanalytik" wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein neuer Typ von Referenzmaterial entwickelt. Das Referenzmaterial BAM-L002 "Streifenmuster für die Längenkalibrierung und die Bestimmung der lateralen Auflösung im Nanometerbereich" ist der Querschliff eines Halbleiterschichtsystems. Die AlxGa1-xAs - InxGa1-xAs - GaAs - Schichten wurde mit Metallorganischer-Gasphasen-Epitaxie (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD)) am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Berlin hergestellt. Das Schichtsystem auf einem GaAs-Substrat wurde in ein leitfähiges Epoxidharz eingebettet und dann senkrecht zu den Schichten geschliffen und poliert. Die so bearbeitete Oberfläche weist dann Streifen mit Breiten zwischen 0,4 und 500 nm auf.
Das Referenzmaterial ermöglicht die Kalibrierung der Längenskala und die Bestimmung bzw. Abschätzung verschiedener Geräteparameter wie laterale Auflösung, Strahlprofil (Halbwertsbreite und Breite des Anstieg von 16% auf 84% an einer Stufe) und kleinste nachweisbare Struktur. Dazu enthält das Streifenmuster eine Kalibrierstrecke, Gitter mit verschiedenen Streifenbreiten, sehr schmale Streifen sowie breite Streifen mit Stufenübergängen. Die Zertifizierung der Streifenbreiten und Abstände erfolgte durch Messungen mit einem Transmissionsrasterelektronenmikroskop (TEM). Dazu wurden an verschiedenen Stellen des Halbleiterwafers mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) TEM-Lamellen herausgeschnitten und anschließend mit einem kalibrierten TEM gemessen.