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Neue Methode zur Rekonstruktion von Nanostrukturen durch hybride EUV-Messtechnik

30.03.2023

Abbildung: Ergebnis der hybriden Messung einer Gitterprobe aus Siliziumnitrit. Unter Variation des azimutalen Winkels wurde die Fluoreszenz von Stickstoff und Sauerstoff (a), sowie die Streuung der ersten drei Beugungsordnungen (b) bei einer Anregungsenergie von 680 eV gemessen. Abbildung (a) zeigt außerdem Simulationen der lokalen Feldverteilung innerhalb einer Einheitszelle der Struktur bei verschiedenen azimutalen Winkeln.

Aus kombinierten Messdaten für Röntgenstreuung und -fluoreszenz kann zerstörungsfrei die Geometrie periodischer Nanostrukturen rekonstruiert werden. Für die Anwendung dieses neuen, hybriden Verfahrens unter Nutzung von Synchrotronstrahlung wurde eine kompakte Messkammer entwickelt und bei BESSY II in Betrieb genommen.

Typische GISAXS-Messungen (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering, Röntgen-Kleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall) erfolgen unter einem sehr flachen Einfall der Strahlung auf die Probe. Im extrem-ultravioletten (EUV-) bzw. weichen Röntgen-Spektralbereich ist hingegen die Messung der Streuung von Strahlung an strukturierten Proben auch unter relativ großen Einfallswinkeln von bis zu 30° (gemessen zur Oberfläche) möglich, da hier die Reflektivität der verwendeten Materialien allgemein höher ist. Durch den großen Einfallswinkel ergeben sich zwei wesentliche Vorteile: Erstens reduziert sich die Ausdehnung des Strahlflecks auf der Probe derart, dass auch relativ kleine strukturierte Bereiche (100 µm²) untersucht werden können, wie sie aktuell für Proben aus der Halbleiterindustrie relevant sind. Zweitens ist es damit möglich, in der Messkammer zusätzlich die Anregung und Detektion von Röntgenfluoreszenz zu integrieren. Zusammen mit der Röntgenstreuung steht nun ein zweiter, komplementärer Informationskanal zur Verfügung, der zusätzlich die Bestimmung der Elementverteilung einer Probe bietet. Anhand einer Gitterprobe aus Siliziumnitrit, die als Standard für Rekonstruktionsmessungen verwendet wird, konnte diese hybride Messmethode mit der neuen Apparatur zum ersten Mal demonstriert werden.

Link zur Veröffentlichung:
R. Ciesielski, L. M. Lohr, , A. Fernández Herrero, et al. Review of Scientific Instruments 94(1), 013904 (2023)
https://doi.org/10.1063/5.0120146

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