Dimensional reconstruction of periodic nanoscale structures based on complementary measurements with soft X-rays in a hybrid approach

Die kontinuierliche Verkleinerung integrierter Schaltkreise erfordert eine zunehmend präzise und zerstörungsfreie Messtechnik für periodische Nanostrukturen. Während die etablierte optische Scatterometrie schnell und zerstörungsfrei ist, wird ihre Auflösung durch die Verwendung längerer Wellenlängen begrenzt. Die Scatterometrie mit extrem ultravioletter (EUV) Strahlung und weicher Röntgenstrahlung überwindet diese Einschränkung und bietet eine Genauigkeit im Sub-Nanometerbereich sowie kleinere Strahlenabdrücke, die mit modernen Testfeldern kompatibel sind. Die wachsende Verfügbarkeit von kompakten Quellen für diesen Spektralbereich erhöht zusätzlich ihr Potenzial für die industrielle Integration. Die vorliegende Arbeit evaluiert zunächst die Genauigkeit eines Scatterometers, das mit einer kompakten EUV-Strahlungsquelle ausgestattet ist, indem ein Nanogitter aus Quarzglas charakterisiert wird. Eine vergleichende Studie wurde mit einer Referenzmessung am Strahlrohr für weiche Röntgenstrahlung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) am Synchrotronspeicherring BESSY II durchgeführt. Mittels Bayes’scher Optimierung zur Analyse der Streudaten wurden die Dimensionen des Nanogitters und ihre Unsicherheiten bestimmt. Die Ergebnisse bestätigen, dass die EUV-Scatterometrie mit kompakten Quellen eine dimensionale Genauigkeit erreichen kann, die mit der von synchrotronbasierten Messungen vergleichbar ist. Darüber hinaus befasst sich diese Arbeit mit der Herausforderung, komplexe Nanostrukturen zu charakterisieren, bei denen reine Scatterometriedaten zu mehrdeutigen Lösungen führen können. Am Strahlrohr der PTB wurde ein innovatives hybrides Messsystem entwickelt und implementiert, das die Weichröntgenstreuung mit simultaner Weichröntgen-Fluoreszenzanalyse kombiniert. Diese Methode wurde auf ein Nanogitter aus Siliziumnitrid angewendet, das mit einer Schicht aus Siliziumdioxid oxidiert ist. Die kombinierte Analyse nutzt die geometrische Empfindlichkeit der Streuung und die elementspezifische Empfindlichkeit der Fluoreszenz und löst so Mehrdeutigkeiten bei der dimensionalen Rekonstruktion effektiv auf. Die Ergebnisse demonstrieren das Potenzial dieses hybriden Ansatzes für die Referenzmesstechnik von komplexen Materialsystemen mit Elementen niedriger Ordnungszahl.