Entwicklung einer optischen Fernfeldmethode zur Detektion von Nanopartikeln

Abstract

Nanopartikel haben eine steigende Anzahl verschiedener Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie und Medizin, wo unter anderem an dem Transport von Medikamenten durch Nanopartikel aus Gold geforscht wird. In der Halbleiterindustrie ist der Nachweis von Defekten und Verunreinigungen im Subwellenlängenbereich von großer Bedeutung, um die Qualität von Wafern beurteilen zu können. Eine universelle, schnelle Nachweismethode ist somit von großem Interesse. Klassische bildgebende Verfahren können jedoch Nanopartikel, die kleiner als die Beugungsgrenze sind, nicht auflösen. Die etablierten optischen Nahfeldverfahren sind komplex und zeitaufwendig. Somit besteht ein großes Interesse an einem einfach handhabbaren Fernfeldverfahren. Die Methode der kohärenten Fourier Scatterometrie zeigt, obwohl sie ursprünglich für periodische Gitterstrukturen entwickelt wurde, ein großes Potential zu Detektion von einzelnen Partikeln. Die Untersuchung von unterschiedlich vielen Nanopartikeln in bestimmten geometrischen Anordnungen ist in der Literatur nicht bekannt. Insbesondere die Unterscheidung verschiedener Anordnungen von Nanopartikeln ist für die medizinische Forschung jedoch hilfreich, um die Bildung von Clustern zu erkennen. In der Halbeiterindustrie können richtungsabhängige Defekte wichtige Hinweise auf systematische Prozessfehler liefern. Die vorliegende Arbeit schließt diese Lücke. Anordnungen von sphärischen Nanopartikeln wie Linien, Quadrate, Dreiecke oder L’s werden untersucht. Die Abmessungen dieser Strukturen liegen in der Größenordnung des Airy Durchmessers oder sind kleiner als dieser. Korrelationen zwischen Partikelgeometrien und Intensitätsverteilung in der Fourier-Ebene werden nachgewiesen, die eine Unterscheidung der verschiedenen Strukturen ermöglichen. Außerdem wird eine Methode entwickelt, mit welcher die Orientierung der Verbindungsachse benachbarter Partikel bestimmt werden kann. Darüber hinaus werden metallische Nanostrukturen untersucht. Diese bestehen aus auf Silizium aufgedampften Gold in drei verschiedenen Dicken. Diese Proben weisen neben den oben bereits erwähnten geometrischen Anordnungen auch Spiralen auf. Auch diese Strukturen werden erfolgreich unterschieden und Zusammenhänge zwischen dem Kontrast der Intensitätswerte in der Fourier-Ebene und der Dicke der Strukturen werden gefunden.