Entwicklung und Verifizierung eines effizienten Simulationswerkzeugs für elektrisch große, doppelt periodische 3D-Nanostrukturen in geschichteten Medien für die optische Mueller-Matrix-Fourier-Scatterometrie (ScatteroSim)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Reichelt
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553623432

Halbleiterchips bilden die Basis der modernen Wissenschaft und Technologie und treiben den globalen Wettbewerb unermüdlich voran. Bauelementarchitekturen wie FET-Strukturen, NAND-Flash-Speicher und DRAM werden in dreidimensionale (3D) Designs überführt. Die optische Streulichtmessung ist aufgrund ihrer Präzision, Geschwindigkeit und Kosteneffizienz nach wie vor eine der fortschrittlichsten Methoden zur Inspektion periodischer Nanostrukturen. Die Rückgewinnung struktureller Parameter erfordert jedoch die Lösung eines inversen Problems durch den Vergleich von berechneten und gemessenen Daten. Ohne ein robustes Simulationswerkzeug kann dieses inverse Problem nicht gelöst werden, was die Entwicklung der optischen 3D-Streulichtmessung behindert hat. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines effizienten Simulations-werkzeuges für elektrisch große doppelperiodische 3D Nanostrukturen in geschichteten Medien für die optische Müller-Matrix Fourier Scatterometrie. Dieses Werkzeug wird im Folgenden "ScatteroSim" genannt. Eines unserer Hauptziele in diesem Projekt ist die gleichzeitige Integration der Periodic Boundary Condition (PBC), der Multilevel Fast Multipole Method (MLFMM) und der Green's Function/Thin Dielectric Sheet (PLMGF/TDS) Ansätze für periodische geschichtete Medien in einem einzigen Simulationswerkzeug (ScatteroSim), basierend auf der Surface Integral Equation Method (SIE). Die spezifischen Ziele sind. (1): Entwicklung eines schnellen und rigorosen Simulationswerkzeugs ScatteroSim für elektrisch große doppelperiodische dreidimensionale Strukturen mit hohem Aspektverhältnis (Verhältnis von lateraler Größe zu Höhe größer als 10) in einem geschichteten Medium durch Implementierung kürzlich entwickelter Algorithmen. (2): Anwendung von ScatteroSim als Modellierungstechnik auf unseren neu entwickelten Weißlicht-Müller-Matrix-Fourier-Scatterometrie (MMFS) Aufbau zur Vermessung der in Ziel (1) genannten Strukturen, die in diesem Projekt auch hergestellt werden sollen. Es werden Datensätze generiert und ein neuronales Netzwerk mit Deep Learning (DL) trainiert. Wir sind davon überzeugt, dass die entwickelte Software ScatteroSim das Gebiet der optischen 3D Scatterometrie voranbringen wird, das derzeit durch das Fehlen eines leistungsfähigen Modellierungswerkzeugs eingeschränkt ist. Darüber hinaus wird sie der wissenschaftlichen Forschung an komplexen Nanostrukturen wie photonischen Kristallen, Metamaterialien, Solarzellen und verschiedenen anderen optischen Strukturen einen großen Nutzen bringen. Es wird auch die Simulation periodischer Strukturen mit Oberflächenrauhigkeit ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Karsten Frenner