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Neuartiges DUV-Scatterometer einsatzbereit

Ein neuartiges Scatterometer zur dimensionellen Charakterisierung von nanostrukturierten Oberflächen ist in der PTB entwickelt und aufgebaut worden. Es wird insbesondere im tiefen ultravioletten Wellenlängenbereich (DUV) eingesetzt.

Einbau und Ausrichtung einer (im gebeugten Licht grün erscheinenden) Lithographie-Photomaske im neuen DUV-Scatterometer.

Mit einem Scatterometer wird die an einer Probe gebeugte bzw. gestreute Strahlung analysiert, ohne abbildende Optiken (Objektive) einzusetzen. Die Messungen sind prinzipiell nicht durch die Auflösungsgrenze abbildender Verfahren begrenzt, die in der optischen Mikroskopie in der Größenordnung einer halben Wellenlänge liegt. Die Scatterometrie eignet sich daher insbesondere zur quantitativen Bestimmung von Querschnittsprofilen (periodisch) nanostrukturierter Oberflächen.

Das neue Scatterometer wurde so konzipiert, dass möglichst viele Eigenschaften der gestreuten Strahlung erfasst werden. Es ermöglicht die hochgenaue Messung sowohl der Strahlungsleistung und des Polarisationszustandes als auch der Ausbreitungsrichtung (Beugungswinkel). Alle vom Einfallswinkel abhängigen scatterometrischen Größen der Reflektometrie, Ellipsometrie und Diffraktometrie können mit dem neuen Instrument gemessen werden. Die komplexe Auswertung erlaubt die quantitative Charakterisierung der nanostrukturierten Oberflächen auch weit unterhalb der Auflösungsgrenze optisch-abbildender Verfahren.

Als Strahlungsquelle wird ein Titan-Saphir-Laser-System mit Frequenzvervielfachung eingesetzt. Neben der zwischen 772 nm und 840 nm durchstimmbaren Fundamentalwellenlänge kann auch auf die 2., 3. und 4. Harmonische zugegriffen werden. Im DUV steht somit ein durchstimmbarer nutzbarer Wellenlängenbereich von 193 nm bis 210 nm zur Verfügung.

Bei der wichtigen Lithographiewellenlänge von 193 nm kann die PTB damit zusätzlich so genannte „at-wavelength-Metrologie“ anbieten. Diese umfasst u. a. Polarisations-/Depolarisations- und Transmissionsmessungen (Müller-Matrix-Messungen) an strukturierten wie unstrukturierten Proben. Durch die sehr gute Übereinstimmung von ersten Polarisationsmessungen mit Simulationsrechnungen konnten die Designparameter einer Nanostruktur bestätigt werden.

Mit diesem hochautomatisierten System verfügt die PTB nun über ein weltweit einzigartiges Messgerät für die Metrologie an Photolithographiemasken aktueller und kommender Technologiegenerationen.

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