Nanostrukturen erkennen

Röntgenkleinwinkelstreuung (Small Angle X-ray Scattering, SAXS) ist im Prinzip eine ideale – weil schnelle und hochauflösende – Messmethode, um periodisch angeordnete Nanostrukturen zu rekonstruieren, und daher ein Kandidat für prozessnahe Metrologie in der Halbleiterindustrie. Eine Messung in Transmissionsgeometrie, bei der der einfallende Röntgenstrahl den Wafer durchdringt, ist aber wegen der Röntgenabsorption nur bei sehr dünnen Wafern möglich. Dieses Problem lässt sich durch SAXS in Reflexionsgeometrie unter streifendem Strahlungseinfall (Grazing Incidence SAXS, GISAXS) zwar umgehen. Doch wegen der für diese Methode notwendigen sehr kleinen Einfallswinkel verlängert sich die Projektion des einfallenden Röntgenstrahls auf der Probe derart, dass sich die Streusignale der zu kontrollierenden sehr kleinen Messfelder mit denen der umgebenden Schaltkreis-Nanostrukturen überlagern. Aus diesem Grund wurde GISAXS als Alternative bisher verworfen.

Das Problem der Signalüberlagerung wurde jetzt aber mit einem einfachen Trick umgangen, indem die Symmetrieachse des Messfeldes in Bezug auf die der umgebenden Nanostrukturen ein wenig gedreht war. Dadurch entstehen die Streusignale in jeweils unterschiedlichen Raumwinkelbereichen und lassen sich beim Nachweis auf einem Flächendetektor räumlich gut voneinander trennen. Messfelder mit Kantenlängen von wenigen Mikrometern konnten so ohne überlagernde Störsignale von deren Umgebung vermessen werden.

In Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin wurden entsprechende Teststrukturen für das neue Verfahren entwickelt und im Elektronenstrahl-Lithografieverfahren gefertigt. Ihre erfolgreiche Charakterisierung in der PTB durch GISAXS, aber auch durch Streuexperimente mit extremer Ultraviolettstrahlung (EUV-Scatterometrie) demonstriert das Potenzial der neuen Methode für industrielle Anwendungen bei Lithografie-Masken in der Halbleiterfertigung, sodass das Verfahren kürzlich zum Patent angemeldet wurde.