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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag March 26, 2012

Übertragungsverhalten von tiefenscannenden Weißlichtinterferometern

Transfer Characteristics of White-Light Interferometers
Weichang Xie , Peter Lehmann and Jan Niehues
From the journal

Zusammenfassung

Tiefenscannende Weißlichtinterferometer haben sich in der Mikro- und Nanotechnologie als Messgeräte zur 3D-Geometrieerfassung etabliert. Während eine axiale Auflösung im Sub-Nanometerbereich erreicht werden kann, ist die laterale Auflösung durch die Beugung auf die Größenordnung der Lichtwellenlänge begrenzt. Zudem treten bei der Messung von Kantenstrukturen Abweichungen von einer korrekten Übertragung der zu messenden Topographie auf. Die Beugung führt hier zu dem Batwing-Effekt. Ein Ansatz, das Übertragungsverhalten eines optischen Profilometers zu charakterisieren, basiert auf der ITF (Instrument Transfer Function), die sich von der für Abbildungssysteme gebräuchlichen MTF (Modulation Transfer Function) ableitet. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die ITF nicht nur von der Periodenlänge eines gemessenen Profils, sondern auch von dessen Amplitude und Form abhängt. Der Profilverlauf bei Rechteckprofilen geeigneter Amplitude kann bis zu einer Periodenlänge, die der optischen Auflösung gemäß dem Rayleigh-Kriterium entspricht, korrekt erfasst werden. Bei Messobjekten mit inhomogenem Fresnel-Koeffizienten, z. B. ein Chromgitter auf einem Glassubstrat, kann die laterale Auflösung deutlich schlechter sein. Eine Simulation für stochastisch raue Oberflächenprofile zeigt eine Überhöhung der Rauheit bei kurzer Korrelationslänge des Oberflächenprofils.

Abstract

Vertical scanning white-light interferometers are well-established instruments for 3D-topography measurement in micro and nanotechnology. Although an axial resolution in the sub-nanometer range can be achieved, the lateral resolution is limited to the order of the wavelength of light by diffraction. Addtionally, discrepancies with respect to the correct topography appear if edge structures are measured. Here, diffraction leads to the batwing effect. An approach to analyze the transfer characteristics of optical instruments is based on the ITF (instrument transfer function), which is derived from the MTF (modulation transfer function) of imaging systems. Our results show that the ITF is not only dependent on the period of a surface profile, but also on its amplitude and shape. A rectangular profile can be measured correctly until the lateral resolution limit according to the Rayleigh criterion is reached and the surface structure is no longer optically resolved. The resolution in the case of surfaces with inhomogeneous Fresnel coefficients such as chromium structures on a glass substrate may be significantly lower. The simulation results of stochastically rough surface profiles show an overestimation if the lateral correlation length of the profile is short.


* Correspondence address: Universität Kassel, Fachgebiet Messtechnik, Wilhelmshöher Allee 71, 34109 Kassel,

Published Online: 2012-03-26
Published in Print: 2012-04

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Kassel, Germany

Downloaded on 29.11.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1524/teme.2012.0226/html
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