XUV/EUV-Reflektometrie als komplementäre Messmethode für die oberflächennahe Materialanalytik

Abstract

Maßgeblich getrieben durch die Unterhaltungselektronik, Mobilität und Kommunikationsbranche im privaten aber auch im industriellen Sektor verzeichnen wir momentan eine stark zunehmende Vernetzung smarter Technologien. Steigende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit erfordern eine in gleichem Maße stetige Miniaturisierung von Prozessoren, Speichermedien und Sensorik. Eine Schlüsseltechnologie zur Realisierung dieser Anforderungen ist die nunmehr aufstrebende EUV-Lithografie zur Herstellung von Strukturen auf der Nanometerskala in der Halbleiterindustrie. In ähnlicher Weise wie bei den neusten Entwicklungen in der Biosensorik oder Optoelektronik, bei denen Strukturen aus einzelnen oder nur sehr wenigen Atomlagen synthetisiert werden, erfordert diese Technologie eine Qualitätssicherung der kritischen Komponenten auf zumeist atomarer Ebene. Das stellt bisherige Verfahren vor eine große Herausforderung und erfordert zumeist die Entwicklung neuartiger Methoden, die zudem in die Massenfertigung übertragbar sein müssen. Die XUV/EUV-Reflektometrie wurde im Rahmen dieser Fragestellung als Analysemethode evaluiert. Mit einem verfügbaren Spektralbereich zwischen 2,7nm- 20nm wurde einerseits ein Messsystem entwickelt, mithilfe dessen typische optische Komponenten für die EUV-Lithografie, wie gekrümmte Spiegel auf Basis von Interferenzschichten für Steppersysteme, spektrale Filter aber auch gängige Optiken für streifenden Strahlungseinfall in Strahlführungssystemen von Synchrotrons mit hinreichender Genauigkeit auf Labormaßstab charakterisiert werden können. Andererseits wurde die Leistungsfähigkeit des Messsystems in der Materialanalytik untersucht. Aufgrund der sehr starken Wechselwirkung mit nahezu allen Materialien liegt aufgrund der sehr geringen Eindringtiefe der XUV/EUV-Strahlung eine besonders hohe Empfindlichkeit bezüglich der Oberflächeneigenschaften vor. Während die Methode eine gegenüber dem konkurrierenden Analyseverfahren der Röntgenelektronenspektroskopie leicht verminderte Genauigkeit besitzt, zeigte sich durch Untersuchungen nativer Oxidschichten, sowie dünner mittels Ionenstrahlsputtern aufgebrachten Einzelschichten von Siliziumdioxid auf Siliziumwafern eine materialabhängige Empfindlichkeit bei der Bestimmung der Schichtdicke von knapp unterhalb von einem Ångstrom. Damit bietet der Ansatz die Möglichkeit, einzelne Atomlagen zu zählen. Eine derartige Empfindlichkeit kann zwar heutzutage bereits bei der eng verwandten Röntgenreflektometrie erwartet werden. Infolge der schwachen Wechselwirkung ist allerdings für die Anpassung des winkelabhängigen Reflexionsspektrums an das zugrunde gelegte Modell eine Vielzahl von Schichtpaaren für eine genaue Bestimmung der Dicke erforderlich. Die XUV/EUV-Reflektometrie ist demnach das zurzeit einzige Verfahren, mit dem für eine Vielzahl von Materialien Einzelschichtdicken im Bereich von Atomlagen bestimmt werden können, und dies vor allem ohne komplexe und kostspielige Infrastruktur, wie sie bei der Verwendung von Synchrotronstrahlung erforderlich ist.