Spektroskopische EUV-Metrologie für nanoskalige Gitter

• Antragsteller: Professor Dr. Carlo Holly, seit 7/2021
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415848294

Die stetige Strukturverkleinerung in der Halbleiterfertigung führt zu immer höheren Anforderungen an die im Produktionsprozess eingesetzte Messtechnik. Die Vermessung nanoskaliger Gitterstrukturen zur Bestimmung der kritischen Abmessung stellt hierbei eine der Kernaufgaben dar, die im geplanten Vorhaben adressiert wird.Die zurzeit eingesetzten spektroskopischen Messverfahren, unter Verwendung von infrarotem, sichtbarem und ultraviolettem Licht, sind hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit gegenüber sehr kleinen Strukturabmessungen limitiert. Daher werden alternative Messverfahren benötigt. Hierzu wurden über die letzten Jahre neue Messverfahren im Röntgenstrahlungsbereich eingehend getestet, bieten aber keinen hinreichend kleinen Messfleck und weisen zudem nur einen begrenzten Messdurchsatz auf. Messverfahren im EUV-Spektralbereich besitzen das Potential die genannten Nachteile zu beheben. Die Anwendbarkeit der EUV-Metrologie als Messverfahren für nanoskalige Gitterstrukturen soll daher innerhalb des geplanten Vorhabens theoretisch und experimentell untersucht werden.Im geplanten Vorhaben wird die spektroskopische EUV-Reflektometrie bei kleinen Einfallswinkeln genutzt, um Kontraste im EUV-Reflexionsgrad nanoskaliger Gitter bei verschiedenen Gittergeometrien (Gitterstegbreite, Trapezwinkel) zu identifizieren. Hierzu werden zunächst theoretische Untersuchungen mithilfe rigoroser elektromagnetischer Beugungssimulationen durchgeführt. Aus den Simulationsergebnissen werden Spektralbereiche und Beleuchtungseinstellungen bestimmt, die besonders hohe Kontraste zwischen Gittern unterschiedlicher Geometrie bieten. Basierend auf diesen Ergebnissen werden Proben hergestellt, die relevante Geometrievariationen aufweisen. In einem vorhandenen Experimentalaufbau des Antragstellers für die spektroskopische EUV-Reflektometrie, werden die EUV-Reflexionsgrade der hergestellten Proben anschließend experimentell bestimmt. In einem weiteren Schritt werden aus den experimentell gemessenen spektroskopischen Reflexionsgraden die geometrischen Gitterparameter rekonstruiert, wozu simulierte Reflexionsgrade iterativ an die experimentell gemessenen Reflexionsgrade angepasst werden. Außerdem werden im geplanten Vorhaben unter Berücksichtigung real gegebener Messungenauigkeiten die theoretischen Grenzen der EUV-Metrologie für nanoskalige Gitter evaluiert, wobei hier auch Spektralbereiche und Beleuchtungseinstellungen mit einbezogen werden, die im Experiment nicht direkt zugänglich sind. Abschließend wird ein Vergleich mit den bereits existierenden Messverfahren hinsichtlich der Anwendbarkeit für zukünftig relevante Strukturgrößen der Halbleiterfertigung angestellt.Im Erfolgsfall wird die notwendige Empfindlichkeit der EUV-Metrologie auch für kleinste Halbleiter-Strukturabmessungen nachgewiesen und sie kann somit zu einem integralen Bestandteil der Qualitätssicherung und Prozesskontrolle in der zukünftigen Halbleiterfertigung werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Peter Loosen, bis 7/2021