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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Digitalisierung

Scatterometrie als Beispiel für inverse Probleme in der Metrologie

Unsere moderne Gesellschaft wird maßgeblich durch die Leistungsfähigkeit und Miniaturisierung von Mikrochips beeinflusst. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Komplexität integrierter Schaltkreise im Verhältnis zu den Komponentenkosten regelmäßig verdoppelt (mooresches Gesetz). An dieser Entwicklung hat auch die Metrologie in der Halbleiterfertigungstechnik einen Anteil. 

Bereits heute werden Strukturgrößen von unter 10 nm erreicht, was ganz besondere Anforderungen an deren Vermessung der Strukturen stellt, z.B. an die Qualitätskontrolle. Optische Streuverfahren, wie die Scatterometrie bieten ein schnelles, indirektes und präzises Messverfahren für die Bestimmung der Geometrieeigenschaften von nanostruktuierten Oberflächen.  Hierbei wird die Oberfläche mit Licht beleuchtet und die reflektierte Strahlungsintensität gemessen. Aus dem Intensitätsmuster kann durch die Lösung eines inversen Problems die ursprüngliche Nanostruktur rekonstruiert werden. Für das Lösen des inversen Problems ist es notwendig den Messprozess so genau wie möglich zu simulieren, was einem virtuellen Experiment entspricht. 

Aktueller Stand

In enger Zusammenarbeit der Fachbereiche 8.4, 7.1 und 4.2 wurden in den letzten Jahren die Auswertemethoden in der optischen Metrologie stetig verbessert, was sich durch eine Vielzahl gemeinsamer Publikationen und verschiedener Projekte zum Ausdruck kommt.

Aktuell wurde eine nanometergroße Linienstruktur untersucht, bei der eine Unregelmäßigkeit des Linienabstands, den sogenannten „pitchwalk“ auftritt. Für diese Struktur wurde in einem virtuellen Experiment die Sensitivität verschiedener Einflussgrößen auf die virtuellen Messergebnisse untersucht, um Aussagen zur Optimierung künftiger Messaufbauten zu gewinnen. Die PTB kooperiert auf diesem Gebiet mit dem Weierstaß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, der Technischen Universität Berlin und der JCMwave GmbH. 

Ziele und Ausblick

Bei dem virtuellen Experiment in der Scatterometrie werden gegenüber dem realen Experiment Idealisierungen, Approximationen und Vereinfachungen verwendet. Ziel ist es durch geeignete Fehlermodelle Abweichungen zum realen Experiment abzuschätzen. Im Ergebnis soll erreicht werden, dass für das virtuelle Experiment in der Scatterometrie realistischere Unsicherheiten angegeben werden können. 

Publikationen

  1. N. Farchmin, M. Hammerschmidt, P.-I. Schneider, M. Wurm, B. Bodermann, M. Bär and S. Heidenreich, Efficient Bayesian inversion for shape reconstruction of lithography masks, J. Micro/Nanolithography, MEMS and MOEMS, 19(2), 024001 (2020). Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1117/1.JMM.19.2.024001

  2. M. Casfor Zapata, N. Farchmin, M. Pflüger, K. Nikolaev, V. Soltwisch, S. Heidenreich, C. Laubis, M. Kolbe and F. Scholze. SPIE Advanced Lithography 113251D (2020). Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1117/12.2552037 

  3. S. Heidenreich, H. Gross and M. Bär, Bayesian approach to determine critical dimensions from scatterometric measurements. Metrologia 55(6) (2018). Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1088/1681-7575/aae41c