Obligatorisch für die Messung mit höchsten Auflösungen ist die Konstruktion von Mikroskopen mit beugungsbegrenzter Strahlführung und die Verwendung von Objektiven mit hoher numerischer Apertur. Während dies bei verhältnismäßig langsameren Laser-Scanning-Systemen noch leicht realisiert werden kann, führt die als Lochblende verwendete, rotierende Scheibe bei Spinning-Disc-Konfokalmikroskopen zu Abbildungsfehlern, also zu Abweichungen von der optimalen Abbildung durch das optische System, die eine Messung von Mikrogeometrien unmöglich machen. Die Rolle von Abbildungsfehlern darf nicht unterschätzt werden, nur bei qualitativ sehr hochwertigen Optiken ist der Einfluss dieser Fehler physikalisch bedingt gering. Mit dem Einsatz von Lochblenden ist zwar ein schnelles Abrastern garantiert, oftmals geht jedoch ein Großteil der Beleuchtung an der Scheibe verloren. Enthalten die zu untersuchenden Proben zudem transparente Schichten, mit Dicken im Bereich der Halbwertsbreite des Konfokalsignals, scheint die Gewinnung zuverlässiger Höheninformationen nahezu unmöglich.

In der vorliegenden Studie von Solarius wurde eine Inspektion von sog. Copper-Pillars vorgenommen. Diese mikroskopischen Kupfersäulen bestehen aus einem Zylinder aus Kupfer und einer kleinen Kappe aus Lötzinn und finden in der Chipherstellung Verwendung. Sie bilden in einer transparenten Matrix eingebettete Vertiefungen von wenigen zehn Nanometern mit Durchmessern und Abständen von deutlich unterhalb eines Mikrometers. Sie liegen somit bezüglich der lateralen Dimension in einem absoluten Grenzbereich der Mikroskopie.

Die Aufnahme der Bilddaten geschieht in bekannter Weise. Das Messfeld ist mit über 7.500 µm² verhältnismäßig groß, sodass mehr als 3.000 der zu untersuchenden Strukturen gleichzeitig erfasst werden können. Über eine komplexe Auswertung der Konfokalkurven wird jeder X-Y-Koordinate ein oder – in Schichtsystemen – mehrere Höhenwerte zugewiesen. An dieser Stelle setzt Solarius an.

In einer Konfokalkurve sind nicht nur Höhen- und Reflexionsinformationen eines Bildpunktes enthalten, sondern auch umfangreiche Information über die Abbildungsfehler des verwendeten Messsystems. Diese können mittels einer Algorithmik mathematisch bestimmt und sodann von der Berechnung der Oberflächentopographie ausgeschlossen werden. Auf diese Weise werden Objekte selbst mit kleinsten Strukturen mit hoher Wiederholgenauigkeit erfasst und vermessen. Die Tiefen-Durchkontaktierungen (Vias) konnten dabei mit einer Wiederholbarkeit von nur 3,7 nm genau berechnet werden. Die Bestimmung der Durchmesser ergab eine Wiederholgenauigkeit von gerade einmal 7 nm, was weniger als 1 % der gemessenen Größe entspricht.

Über diese neuartige Auswertung der ermittelten Konfokaldaten ist es Solarius möglich, auch bei Mikrogeometrien und dünnsten, transparenten Schichten realitätsgetreue 3D-Abbildungen von Oberflächen zu erstellen. Damit stößt die vorgestellte 3D-Messmethode in eine konkurrenzlose Nische vor und übertrifft konventionell scannende Untersuchungsmethoden im Hinblick auf Messgeschwindigkeit, Flächenakquisitionsrate und Qualität der optischen Messdaten bei weitem.

Die hohe Qualität der Sensordaten in Kombination mit hochentwickelter Signalverarbeitung und intelligenten Bildverarbeitungsalgorithmen ermöglicht es, den Übergangsbereich der konfokalen Metrologie in Richtung der AFM Systeme voranzutreiben. Die Inline Überwachung von selbstausrichtenden Strukturen ist ein guter Beweis für den Vorsprung der Solarius Technologie in der konfokalen 3D Bildgebung. Im Bild rechts sind selbstausrichtende Strukturen mit einer Linienfrequenz von 2 µm und einer Spacertiefe von 3 µm zu sehen. Solche realen Strukturen können mit Solarius Konfokalmikroskopie Tools mit einer Präzision und Genauigkeit von unter 1% der Strukturgröße gemessen werden. Das Verfahren unterstützt die Bewertung von Linien- und Raumstrukturen während der verschiedenen Prozessschritte. Die Abmessungen können sowohl nach der Lithographie im entwickelten Film als auch nach dem Ätzen in Silizium zuverlässig bestimmt werden.