Entwicklung und Charakterisierung von Messverfahren zur Bewertung von Nanostrukturen anhand deren optischen Eigenschaften

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Design und Aufbau neuartiger optischer Messverfahren und deren Anwendung zur Charakterisierung von Oberflächen mit komplexen nanoskaligen Strukturen. Bei diesen Strukturen handelt es sich um zahlreiche ungeordnete Zylinder (Durchmesser zwischen 80nm und 1000nm, Höhe zwischen 5μm und 12μm), die galvanisch auf ein Substrat aufgebracht werden. Sie werden in einem industriellen Prozess zur Herstellung von thermisch wie elektrisch hochleitfähigen Verbindungen eingesetzt. Beim Herstellen dieser Oberflächen, können jedoch Fehler auftreten. Diese gilt es mit geeigneten Messverfahren zu detektieren. Als erstes wird dazu eine genaue Beschreibung der möglichen Fehlerbilder als Ausgangspunkt für die Evaluierung geeigneter Messverfahren aufgezeigt. Hierauf folgt eine Übersicht über gängige Verfahren aus der Oberflächenmesstechnik und eine Bewertung ihrer Anwendbarkeit auf die Fragestellung. Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren werden diskutiert. Der Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines auf Beugung basierenden Messverfahrens und dessen praktischer Umsetzung. Bei diesem Ansatz werden die einzelnen Zylinder als Quellen elektromagnetischer Strahlung angesehen, welche im Messpunkt interferiert. So entsteht ein charakteristisches Beugungsbild, beruhend auf der Anordnung der Zylinder im Raum. Um die zu erwartenden Effekte erkennen zu können, wurde ein Simulationsmodell entwickelt, welches die Beugungsbilder bei beliebiger Zylinderanordnung berechnen kann. So können die unterschiedlichsten Merkmalskombinationen durchgetestet werden. Zur messtechnischen Bestätigung der Ergebnisse der Simulation wurde ein Messsystem aufgebaut, welches den halbkugelförmigen Raum über einer von einem Laser bestrahlten Probe abscannen kann. In diesem Teil der Arbeit wird auch ein großes Augenmerk auf die potentiellen Messfehler und die Grenzen des Messsystems gelegt. Zur besseren Validierung der Ergebnisse wurden Messnormale entwickelt und hergestellt, bei welchen absichtlich gewisse Fehlerbilder implementiert wurden, um den genauen Zusammenhang zwischen Oberfläche und Beugungsbild besser verstehen zu können. Schlussendlich werden die Ergebnisse der Simulation und der Messungen an den Messnormalen miteinander verglichen. Es folgen Überlegungen zur Verbesserung des Messsystems und der Vermessung echter Oberflächen, sowie eine Bewertung des Verfahrens.