Bessere quantitative Messungen in der dimensionellen Mikroskopie

Aufgrund der stetig fortschreitenden Miniaturisierung in vielen Technologiebereichen wachsen auch die Anforderungen an die Messtechnik, die zur quantitativen dimensionellen Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen eingesetzt wird. Neben anderen Verfahren, wie z. B. Rastersonden- oder Elektronenmikroskopie, ist die hochauflösende optische Mikroskopie nach wie vor in diesem Bereich ein wesentlicher Pfeiler.

Allerdings erreichen bereits heute insbesondere die im Bereich der Strukturbreitenmessung eingesetzten Verfahren nicht mehr die von der Industrie geforderten geringen Messunsicherheiten. Die erreichbaren Messunsicherheiten in der quantitativen hochauflösenden optischen Mikroskopie werden hierbei in zunehmendem Maße durch physikalisch-optische Effekte, wie z. B. Polarisationseffekte, Streufeldresonanzen und Materialabhängigkeiten, begrenzt.

Die PTB hat in Kooperation mit Partnern aus Industrie (Infineon, Muetec und Leica Microsystems) und Forschung (Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart) in diesem Jahr ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Projekt erfolgreich abgeschlossen. Das Ziel dieses Projektes bestand darin, diese Effekte systematisch zu untersuchen und ggf. auszunutzen, um einerseits Korrekturverfahren für optische Strukturbreitenmessverfahren zu entwickeln und um andererseits Messverfahren zu konzipieren und zu erproben, die physikalisch-optische Wechselwirkungsprinzipien gezielt zur Verbesserung der hochauflösenden optischen Metrologie nutzen.

Mit dem am ITO entwickelten Programmpaket MicroSim steht ein Simulationstool für die Berechnung und Visualisierung elektromagnetischer Nahfeldbeugung und der zugehörigen mikroskopischen Bilder (Fernfeld) zur Verfügung, das erstmals die Einbindung physikalisch-optischer Wechselwirkungsphänomene in die modellgestützte hochauflösende Mikroskopie möglich macht. Es wurden systematische numerische Untersuchungen der rigorosen Effekte durchgeführt. Die Ergebnisse dienen zur Charakterisierung der Einflüsse verschiedenster Struktur- und Messinstrumentparameter auf die Strukturbreitenmessung. Mit diesen Ergebnissen können die durch Störeffekte induzierten systematischen Messabweichungen weitgehend numerisch korrigiert werden.

Von den beteiligten Projektpartnern wurde ein Ringvergleich von optischen Strukturbreitenmessungen an Lithografiemasken durchgeführt. Die Ergebnisse für isolierte Grabenstrukturen sind im Bild gezeigt. Durch die Anwendung rigoroser Korrekturen konnten die zunächst beträchtlichen Messabweichungen der unterschiedlichen Systeme von ursprünglich bis zu 200 nm auf zum Teil weniger als 10 nm reduziert werden.

Ergebnisse einer Strukturbreiten (CD) -Vergleichsmessung an einer COG-Maske zwischen der PTB und verschiedenen Projektpartnern (Systeme A bis C) unkorrigiert sowie nach Anwendung einer auf rigoroser Modellierung basierenden Korrektur.