Unsicherheiten von Modellanpassungen in der EUV-Nanogitter-Metrologie

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sascha Manuel Brose
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511573344

Die Charakterisierung von Nanogittern, eingebettet zwischen die funktionalen Strukturen eines Integrierte-Schaltkreise-Wafers, ist eine der wichtigsten Messaufgaben in der Halbleiterfertigung, die mit Verfahren wie der Scatterometrie adressiert wird. Die Nanogitter dienen als Metrologie-Testfelder, die Eigenschaften der funktionalen Strukturen repräsentieren, dabei aber eine höhere Informationsdichte aufgrund ihrer Periodizität bieten. Die stetige Verkleinerung der Strukturabmessungen und die sich steigernde Dreidimensionalität der Architekturen in der Halbleiterfertigung bringen modellbasierte optische Messverfahren zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung, die IR-, VIS- oder UV-Licht als Messstrahlung nutzen (z. B. Scatterometrie), an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Ein vielversprechender alternativer Spektralbereich für diese Anwendung ist das Extrem-Ultraviolett (EUV). Für einen Vergleich modellbasierter Nanogitter-Messverfahren muss die Unsicherheit hinsichtlich der Messgrößen (z.B. Linienbreite, Linienhöhe) quantifiziert werden. Eine Reihe von Unsicherheitsquellen in der zugrunde liegenden Physik, den experimentellen Messungen und im verwendeten Modell sind ausschlaggebend für die finale Unsicherheit auf die Messgrößen. Die Identifikation, das Verständnis und die zusammenfassende Berechnung der Unsicherheitsquellen in der EUV-basierten Nanogitter-Metrologie ist der Schwerpunkt dieses Projekts. Erstens sind Korrelationen zwischen den Messgrößen eine Unsicherheitsquelle in modellbasierten Messverfahren. Da Korrelationen in EUV-Nanogitter-Messverfahren spezifisch für die Wechselwirkung von EUV-Strahlung mit einem Nanogitter sind, werden solche Korrelationen im Rahmen dieses Projekts quantifiziert. Zweitens ist die Implementierung von Rauheitseffekten im Modell eine mögliche Unsicherheitsquelle. Stochastische Rauheitseffekte sind oft schwer oder unmöglich in Rechenmodellen abzubilden. Dies liegt an notwendigen Vereinfachungen wie bspw. periodischen Randbedingungen. Drittens sind die optischen Konstanten, die im Modell verwendet werden, eine mögliche Unsicherheitsquelle. Bei sichtbaren Wellenlängen zeigen optische Konstanten sehr kleiner Strukturen auf der Nanoskala (< 30 nm), wie sie in der Halbleiterfertigung vorkommen, eine Abhängigkeit von der Strukturabmessung. Die Untersuchung eines solchen Verhaltens und die Quantifizierung für den EUV-Bereich ist Teil dieses Projekts. Der erfolgreiche Abschluss des Projekts wird einhergehen mit einem umfangreichen Verständnis der Haupteinflussfaktoren auf die Unsicherheit in modellbasierter EUV-Nanogitter-Metrologie. Ein quantitatives Framework für die zusammenfassende Berechnung verschiedener Unsicherheitsquellen wird entwickelt, auf verschiedene industrierelevante Anwendungsfälle in der Metrologie angewendet und durch Experimente validiert. Die Ergebnisse dienen als Benchmark für die EUV-Nanogitter-Metrologie gegenüber anderen konkurrierenden Messverfahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen