Entwicklung ganzheitlicher Konzepte zur hochauflösenden Messung von Mikrostrukturen auf Basis scannender und abbildender optischer Verfahren

Durch die stetige Verkleinerung von technischen Komponenten steigt der Anspruch an die zur Qualitätskontrolle verwendete Messtechnik. Optische 3D Oberflächenmessgeräte ermöglichen dabei eine schnelle und kontaktlose Messung der Oberflächentopographie.

Aufgrund der Welleneigenschaft von Licht treten jedoch abhängig von verschiedenen Mess­pa­ra­me­tern, der Oberflächenbeschaffenheit sowie der Messmethode systematische Abweichungen zwischen optisch gemessenen und realen Oberflächenstrukturen auf, welche die Zu­ver­läs­sig­keit der optischen Messtechnik deutlich verringern.

Im Rahmen dieses Projektes werden numerische Simulationsmodelle entwickelt, welche in der Lage sind solche Abweichungen zuverlässig für verschiedene optische Sensoren widerzuspiegeln (siehe Abb. 1-3). Die Modelle werden genutzt um physikalische Abhängigkeiten systematischer Abweichungen zu untersuchen, Abweichungen zu erkennen und bereits in dem Messprozess zu beheben, und um präzise Messgeräte und -parameter für bestimmte Anwendungen herauszufiltern.

Abbildung 1: Finite Elemente Methode (FEM) basierte Simulation und Messung von einem Rechteckgitter (Periodenlänge 6μm, Höhe 190nm) mit einem Linnik Interferometer (100x, NA=0,9) mit einer roten LED und verschiedenen Polarisationen. Zur Simulation wird eine zeiteffiziente 2D Näherung (a,d,g) und ein vollständiges 3D Modell (b,e,h) verwendet. Die Auswertung der Hüllkurve ist in Blau dargestellt, die Phasenauswertung in Rot.
Abbildung 2: FEM basierte Simulation (a,c) und Messung (b) eines Sinus-Normals mit einer Peak to Valley Höhe von 120nm und einer Periodenlänge von 2,5μm gemessen mit einem Mirau Interferometer (50x, NA=0,55) mit einer roten LED. In (a) ist eine ideale Sinusoberfläche angenommen, in (c) ist eine Rasterkraftmikroskop (engl. atomic force microscope (AFM)) Messung als Oberfläche des Messobjekts in die Simulation eingelesen. Die Hüllkurvenauswertung ist in Blau, die Phasenauswertung in Rot, die ungewrappte Phasenauswertung in Grün und die AFM Messung in Schwarz dargestellt.
Abbildung 3: Simulation (a,b) und Messung (c) eines Rechteckgitters (Periodenlänge 400nm, Höhe 140nm) gemessen mit einem Konfokalmikroskop (100x, NA=0,95) mit einer türkisen LED. Die roten Kurven zeigen die Struktur für die reale Pixelgröße. Die blauen Kurven sind mit einer feineren Pixelgröße simuliert. Für die Simulation des an dem Gitter gestreuten Lichts wurden zwei verschiedene rigorose Verfahren verwendet, die FEM (a) und die rigorous coupled-wave analysis (RCWA) (b).

 
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M.Sc. Tobias Pahl