Abbildende Müller-Matrix-Ellipsometrie für die Charakterisierung vereinzelter Nanostrukturen

Abstract

Zusammenfassung Ellipsometrie ist eine der vielseitigsten Methoden zur optischen Nanostrukturcharakterisierung. Insbesondere die Müller-Matrix-Ellipsometrie ermöglicht die Messung von optischen oder geometrischen Parametern mit Genauigkeiten bis in den Sub-Nanometer-Bereich. In der konventionellen Ellipsometrie wird dabei über die komplette Beleuchtungspunktgröße gemittelt. Wenn der strukturierte Bereich auf der Probe kleiner ist als der Beleuchtungspunkt, oder die Struktur keine Periodizität aufweist, kann das Messergebnis durch in den Randbereichen reflektiertes Licht beeinträchtigt werden. Besonders problematisch ist dies bei freistehenden Nanostrukturen mit charakteristischen Größen kleiner als die Beleuchtungspunktgröße. In solchen Fällen kann abbildende Ellipsometrie genutzt werden. Dabei wird eine Müller-Matrix für jedes Pixel in einem Kamerabild gemessen, wodurch der Polarisationseinfluss der Probe lokal bestimmt wird. In diesem Beitrag liefern wir Ansätze, konkrete Zusammenhänge zwischen geometrischen Eigenschaften von Nanostrukturen auf Nebendiagonalelemente der Müller-Matrix zu ermitteln. Dazu haben wir einen Aufbau für die Messung von Müller-Matrix-Bildern bei verschiedenen Einfallswinkeln in Transmission und Reflexion realisiert sowie eine Probe gefertigt, mit der wir geometrische Struktureigenschaften in Müller-Matrix-Bildern systematisch messen. Wir stellen Messungen sowie numerische Simulationen zum Vergleich der Ergebnisse vor. Des Weiteren diskutieren wir thermische Einflüsse auf Messergebnisse und stellen einen Algorithmus zu deren Behandlung vor.