Hochauflösende Kantenortsbestimmung von Mikrostrukturen basierend auf optischer 3D-Messung und Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Lehmann; Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276809864

Aufgrund von Störeffekten (Batwings) lassen sich die Kanten von Mikrostrukturen bei der optischen 3D-Topographiemessung nur mit vergleichsweise großer Unsicherheit bestimmen. Dies gilt insbesondere für Messsysteme, die nach dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie oder der Fokusdetektion arbeiten. Solche Messgeräte sind aufgrund ihres hervorragenden Höhenauflösungsvermögens jedoch in der industriellen Praxis weit verbreitet. Bei der Herstellung von Produkten der Mikro- und Nanotechnologie ist die genaue Kenntnis der Kantenlage von höchster Bedeutung. Nur so kann die Maßhaltigkeit und damit das gewünschte Funktionsverhalten gewährleistet werden. Vor diesem Hintergrund befasst sich das beantrage Forschungsvorhaben mit Möglichkeiten zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei der Bestimmung von Kantenorten mittels Weißlichtinterferometrie und Fokusdetektion. Das Ziel des Projektes besteht darin, die bei der optischen 3D-Messung von Kantenstrukturen auftretenden Störeffekte eingehend zu untersuchen. Aus den Resultaten dieser Untersuchungen sollen Möglichkeiten für eine präzise Bestimmung der Kantenlage für das jeweilige Messverfahren abgeleitet und verifiziert werden. Die Forschungsarbeiten beziehen sich auf experimentelle Untersuchungen mit entsprechenden Messanordnungen zur Weißlichtinterferometrie und zur Fokusdetektion, auf Simulationen der Lichtausbreitung auf der Grundlage der Kirchhoffschen Beugungstheorie und der Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) sowie auf Vergleichsmessungen an Kalibrierobjekten mit Referenzmessverfahren (Rasterkraftmikroskopie und konfokale Mikroskopie). Da sich die Vorarbeiten der beiden Antragsteller Prof. Dr. E. Manske (TU Ilmenau) und Prof. Dr. P. Lehmann (Universität Kassel) hinsichtlich der untersuchten Messverfahren, in den theoretischen Grundlagen der Simulationsmodelle und den zur Verfügung stehenden Referenzmesssystemen in idealer Weise ergänzen, wird ein Kooperationsprojekt beantragt. Durch die geplante Kooperation entstehen Synergieeffekte, denn die Simulationsrechnungen lassen sich mit überschaubaren Modifikationen jeweils auf beide Messverfahren (Weißlichtinterferometrie und Fokusdetektion) anwenden, und die erzielten Ergebnisse können hinsichtlich der erreichten Genauigkeit und ihres Optimierungspotentials zur präzisen Kantenortsbestimmung im Vergleich bewertet werden. Die in Ilmenau entwickelte Nanomess- und Positioniermaschine soll als Plattform für Präzisionsmessungen mit den unterschiedlichen Sensoren dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen