Entwicklung ganzheitlicher Konzepte zur hochauflösenden Messung von Mikrostrukturen auf der Basis scannender und abbildender optischer Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Lehmann; Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401327404

Optische Profilometer (Weißlichtinterferometer, konfokale Mikroskope sowie konfokale, fokale und interferometrische Punktsensoren) sind aufgrund der Beugungsbegrenzung in ihrer lateralen Auflösung limitiert. In der Folge kommt es zu systematischen Abweichungen zwischen optisch gemessenen und realen Oberflächentopographien. Um dem kontinuierlich steigenden Anspruch an die Genauigkeit optischer Messtechnik gerecht zu werden, ist ein verbessertes physikalisches Verständnis der auftretenden Effekte unter Einbeziehung aller beitragenden Einflussfaktoren erforderlich. Die Berücksichtigung der Wechselwirkung des eingestrahlten Lichtes mit der strukturierten Oberfläche erfordert akkurate Simulationsmodelle, die in ganzheitliche Konzepte zur optischen Profilometrie von Mikro- und Nanostrukturen eingebunden sein müssen. Mit dem vorliegenden Vorhaben wurden hier bereits große Fortschritte erzielt, die in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert sind.Die dabei entstandenen Sensormodelle berücksichtigen die optischen Wechselwirkungen mit dem Messobjekt auf der Grundlage rigoroser Simulationen und erzielen auch bei komplexeren Strukturen eine gute Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Topographiedaten. Dabei hat sich insbesondere die Berücksichtigung der dreidimensionalen Lichtausbreitung (konische Beleuchtung und Beugung) als zielführend erwiesen. Der darauf basierende methodisch neue Ansatz, der in der Untersuchung modellbasierter iterativer inverser Verfahren zur exakten Profilrekonstruktion aus den optischen Messdaten besteht, wurde für einzelne Kantenstrukturen bereits exemplarisch umgesetzt. Um die entwickelten Modelle effektiv in der inversen Profilrekonstruktion nutzen zu können, müssen die Simulationsrechnungen jedoch auf dreidimensionale Strukturen erweitert und gleichzeitig die Laufzeit der Simulationsprogramme erheblich reduziert werden. Neben effizienteren Berechnungsmethoden ist hierfür auch der Parameter-Suchraum durch den Einsatz einer Datenbank einzuschränken. Die gemeinsamen Arbeiten der beiden beteiligten Einrichtungen ergänzen sich hinsichtlich der untersuchten Messverfahren, in den theoretischen Grundlagen der Simulationsmodelle und den zur Verfügung stehenden Referenzmesssystemen in idealer Weise, so dass Synergieeffekte resultieren und die Modelle im direkten Vergleich validiert werden können. Die erarbeiteten optischen Modelle sollen auf die oben genannten Messverfahren angewendet und damit überprüft werden. Gleiches gilt für Verfahren zur iterativen inversen Profilrekonstruktion aus den Messdaten, die aus Rechenzeitgründen zunächst an Strukturen mit geringer Anzahl anzupassender Parameter entwickelt werden. Somit ist zu erwarten, dass die zweite Projektphase wesentliche Grundlagen für die Entwicklung virtueller Messgeräte, die zur Messunsicherheitsanalyse und zur Ermittlung damit zusammenhängender Eigenschaften wie Profiltreue bzw. Topographietreue herangezogen werden können, schafft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen