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Qualifizierung von laborbasierter EUV-Scatterometrie für die Halbleiterindustrie

06.03.2023

Bild: oben: Rekonstruierte Parameter des Gitterlinienprofils (h: Höhe, w: Breite, β: Seitenwandanstiegswinkel, rbtm: unterer Eckkrümmungsradius, rtop: oberer Eckkrümmungsradius, pSiO2: Massendichte des Quarzglases an der Probenoberfläche). unten: Vergleich der Rekonstruktionsunsicherheiten mit den Verteilungen ihrer normierten Dichte (ND) am laborbasierten EUV-Scatterometer der RWTH (rot) und am Strahlrohr-Scatterometer der PTB (blau).

Die Halbleiterindustrie benötigt Messysteme, mit denen die Dimensionen von Transistorstrukturen im Nanometerbereich schnell, zerstörungsfrei und metrologisch zuverlässig charakterisiert werden können. Eine große Herausforderung ist dabei die Begrenzung der Auflösung der Messsysteme durch die Wellenlänge der eingesetzten Strahlung. An der PTB und der RWTH Aachen wird deshalb die Verwendung von kurzwelliger extrem-ultravioletter (EUV) Strahlung untersucht. Zur Absicherung der Ergebnisse wurden jetzt Messungen mit dem laborbasierten EUV-Scatterometeraufbau der RWTH gegen das bei BESSY II betriebene Scatterometer der PTB verglichen.

Beide Scatterometer detektieren die an einer Probe gestreute EUV-Strahlung. Während die PTB bei BESSY II hierzu monochromatisierte Synchrotronstrahlung hoher Stabilität nutzt, können laborbasierte Messinstrumente unter Verwendung von kompakten plasmabasierten (breitbandigen) Strahlungsquellen realisiert werden. Im Messprozess müssen deren Intensitätsfluktuationen berücksichtigt werden. Ein von der RWTH entwickelter Prototyp eines laborbasierten EUV-Scatterometers wurde in Zusammenarbeit mit der PTB-Arbeitsgruppe 7.14 „EUV-Nanometrologie“ detailliert untersucht. Dabei zeigten die statistischen Untersuchungen auf Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen der individuell durchgeführten Experimente, dass der Prototyp nahezu die gleiche Genauigkeit bei der Rekonstruktion von Strukturgrößen wie das Scatterometer der PTB ermöglicht. Für diesen Funktionsvergleich wurde der Messbereich des Scatterometers an den Messbereich des laborbasierten EUV Scatterometers angepasst. Bei der Rekonstruktion von nanostrukturierten Oberflächen wurden dabei Unsicherheiten im Subnanometerbereich erreicht. Die Einbindung von höheren Beugungsordnungen der gestreuten EUV-Strahlung lässt zukünftig noch deutlich kleinere dimensionale Unsicherheiten erwarten.

Link zur Veröffentlichung:
L. M. Lohr, R. Ciesielski, S. Glabisch, et al. Appl. Opt. 62(1), 117-132 (2023)
https://doi.org/10.1364/AO.475566

Ansprechpartner:

L. M. Lohr, 7.14, E-Mail: Opens local program for sending emailleonhard.lohr(at)ptb.de

V. Soltwisch, 7.14, E-Mail: Opens local program for sending emailvictor.soltwisch(at)ptb.de