Bei der Scatterometrie handelt es sich um eine Reflexionsmessung wobei zusätzlich zur klassischen Reflektometrie, als zusätzlicher Informationskanal, die Änderungen in der Polarisation berücksichtigt werden. Auf diese Weise können auch Strukturen, die mit einem Mikroskop nicht mehr aufgelöst werden, rekonstruiert werden [1][2]. Dies erreicht man durch Lösen des sogenannten inversen Problems: Gemessene und simulierte Spektren von polarisationsoptischen Größen werden verglichen und aus der besten Übereinstimmung können dann die Strukturparameter rekonstruiert werden.

Für die Messungen gibt es verschiedene verbreitete Messkonfigurationen, die sich oftmals lediglich in Messgrößen und -parametern unterscheiden. Einige der wichtigsten sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Fig. 1: Verschiedene Scatterometrie Konfigurationen

Das ITO besitzt ein kommerzielles Spektralellipsometer der Firma Horiba Jobin Yvon. Damit können ebenfalls Scatterometrie Messungen durchgeführt werden. Dabei wird der Einfalls-/Ausfallswinkel eingestellt und dann eine wellenlängenabhängige (spektrale) Messung verschiedener Messgrößen durchgeführt.

Fig. 2: Spektralellipsometer der Firma Horiba Jobin Yvon

Das Messprinzip beruht darauf, dass periodisch strukturierte Oberflächen die Polarisation des eingestrahlten Lichtes verändern. Die Änderung des Polarisationszustandes bei der Wechselwirkung von Licht und Materie lässt sich im nicht depolarisierenden Fall durch das Jones-Matrix-Kalkül beschreiben:

Der elektrische Feldvektor E einer einfallenden ebenen Welle wird durch die Jones-Matrix J verändert, die sowohl den Einfluss der zu untersuchenden Struktur als auch verschiedene optische Komponenten des Messaufbaus berücksichtigt. Als Ergebnis erhält man den Feldstärkevektor der reflektierten bzw. gebeugten Welle. Liegen Ein- und Ausfallsrichtung in einer Symmetrieebene der untersuchten Struktur, dann wird die Jones-Matrix diagonal und man kann die sogenannten  ellipsometrischen Winkel Ψ und ∆ als typische Messgröße eines Ellipsometers definieren:

Zur Simulation von Scatterometrie-Messungen wird, das am ITO entwickelte und seit einigen Jahren verwendete Simulationstool MicroSim verwendet [3]. MicroSim simuliert die optische Beugung an periodischen Strukturen mit Hilfe der RCWA (rigorous coupled wave analysis) [4].

Aktuelle Forschungsschwerpunkte in unserer Arbeitsgruppe befassen sich, in Kooperation mit verschiedenen Industriepartnern, u.a. mit dem Einfluss von Strukturrauhigkeiten auf die Rekonstruktionsqualität von Strukturparametern [5][6], sowie mit den Grenzen und Erweiterungsmöglichkeiten der Scatterometrie bei der Prozesskontrolle für zukünftige Technologieknoten in der Halbleiterindustrie [7].

Modell (Aufsicht) einer Linienstruktur mit Kantenrauheit sowie die Simulation des Nahfeldes

        
Fig.3: Modell (Aufsicht) einer Linienstruktur mit Kantenrauheit sowie die Simulation des Nahfeldes

Fig. 4: Modell einer Halbleiter-Linienstruktur (Querschnitt) und Gegenüberstellung von gemessenem und simuliertem Spektrum an solchen Strukturen, sowie die extrahierten Strukturparameter aus der Simulation mit der besten Übereinstimmung.

[1]	T. Schuster, J. Kauffmann, N. Kerwien, H. Tiziani, W. Osten and P. Reinig,  "Scatterometrie an Kreuzgitterstrukturen", Proc. DGaO 2006
[2]	T. Schuster, S. Rafler, W. Osten, P. Reinig, T. Hingst, "Scatterometry from crossed grating structures in different configurations", Proc. SPIE 6617, 661715-1 – 661715-9 (2007)
[3]	M. Totzeck:  "Numerical simulation of high-NA quantitative polarization microscopy and corresponding near-fields", Optik 112 (9), 399-406 (2001)
[4]	T. Schuster, J. Ruoff, N. Kerwien, S. Rafler, W. Osten,  "Normal vector method for convergence improvement using the RCWA for crossed gratings", J. Opt. Soc. Am. A 24(9), 2880-2890 (2007)
[5]	T. Schuster, N. Kerwien, W. Osten, P. Reinig, M. Moert, T. Hingst, and U. Mantz,  "Effect of linewidth fluctuations and sidewall roughness in scatterometry", Talk on "Conference on Lasers and Electro-Optics" (CLEO Europe), Munich 12-17 June 2005
[6]	T. Schuster, S. Rafler, K. Frenner, W. Osten,  “Influence of line edge roughness (LER) on angular resolved and on spectroscopic scatterometry”, Proc. SPIE 7155, 71550W (2008)
[7]	V. Ferreras Paz, T. Schuster, K. Frenner, L. Szikszai, M. Mört,  W. Osten,  " Sensitivity analysis and simulation based results of extendability of scatterometry towards smaller technology nodes", Talk on " 245. PTB Seminar on Scatterometry and Ellipsometry on Structured Surfaces", Braunschweig 8 - 19 March 2009