CN107388976A - 确定污染层厚或材料种类的方法、光学元件和euv光刻系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定光学系统中的表面(7)处、尤其在EUV光刻系统(101)中的表面(7)处的污染层(13)的厚度(d1,d2)和/或污染材料的种类的方法，该方法包括：用测量射线(10)来照射在其处形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)的表面(7)，检测在所述等离激元纳米颗粒(8a,b)处散射的测量射线(10a)，以及借助所检测到的测量射线(10a)来确定污染层(13)的厚度(d1,d2)和/或污染材料的种类。本发明还涉及一种用于反射EUV射线(4)的光学元件(1)以及一种EUV光刻系统。

Description

确定污染层厚或材料种类的方法、光学元件和EUV光刻系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定光学系统中的表面处、尤其在EUV光刻系统中的表面处的污染层厚度和/或(至少一种)污染材料种类的方法，还涉及一种用于反射EUV射线的光学元件以及一种EUV光刻系统。
背景技术
污染材料可能会积聚在布置在光学系统中的光学或非光学元件的表面处，随着时间的推移，这些污染材料会生长成污染层。这种光学系统的一个例子是EUV光刻设备，其中在真空环境中的反射EUV射线的光学元件和非光学部件被布置在残留气体气氛中，在该残留气体气氛中不能完全避免污染性气态物质的出现。其中会形成污染层的光学系统的其他实例是用于诸如晶片或掩模的光学元件的检查和/或计量系统。即使在使用其他波长的射线(例如在DUV波长范围内的射线)作为有用射线的光学系统中，也可形成这种污染层。这样的光学系统的一个实例是DUV光刻设备。
关于这种污染层的厚度和构成该污染层的污染材料的性质的信息可能有利于清洁目的：例如可以当污染层的厚度超过预定值时进行相应表面的清洁和/或可以必要时根据污染材料的种类而适当选择清洁类型，例如用于清洁的试剂如清洁气体。
从WO 2014/114382A1中已知一种用于确定在设有反射EUV射线的多层涂层的光学元件的自由界面上的相位的方法和/或用于确定在多层涂层上形成的污染层的厚度的方法。在该方法中，测量在用EUV射线照射多层涂层期间产生的光电流并且借助所测量的光电流和污染层的厚度之间的预设关系来确定污染层的厚度。
WO 2005/091076A2描述了一种通过电磁驻波的相移来确定多层涂层的表面层的厚度的方法。所述驻波的相移同样借助光电流来测量。
除了上述方法之外，污染层的厚度必要时也可以通过基于椭偏仪的测量来确定。然而，在这种情况下，在测量射线源和检测器之间的经定义的几何形状是有必要的，使得在镜子形式的光学元件上或者在分面镜的多个小面处进行(光栅)测量并且以该方式确定污染层厚度是非常耗费的。
发明内容
本发明的目的是提供一种前述类型的方法、一种光学元件和一种EUV光刻系统，其中，特别是在操作光学系统期间，可以以简单的方式确定光学系统中的表面处的污染层厚度和/或污染材料种类。
该目的通过引言中提到的类型的方法来实现，该方法包括以下步骤：用测量射线来照射在其处形成有(表面)等离激元纳米颗粒的表面，检测在等离激元纳米颗粒处散射的测量射线，并借助所检测到的且在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线来确定污染层的厚度和/或污染材料的种类。
与基于椭偏仪的层厚度测量相反，不检测在表面处反射的测量射线，而是检测在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线。因此，在根据本发明的测量中，不需要测量光源和检测器相对于所述表面而言的精确定义的几何形状或取向，使得可以以相当少的耗费进行污染测量。
确定其上的污染层的厚度或污染材料的种类的表面可以是布置在光学系统中的光学元件或非光学元件或部件的表面。特别地，光学系统可以是EUV光刻系统，即，可以是这样的系统，该系统用于波长在EUV波长范围(即约5nm至约30nm)的光刻。例如，EUV光刻系统可以是EUV光刻设备，EUV掩模计量系统，可以是晶片计量系统或者一般地可以是用于光学元件的计量系统。光学系统也可以是不用EUV波长范围内的射线操作的光学系统，例如可以是DUV光刻设备。
为了确定层厚度或污染材料的种类，根据本发明提出，在(尚未被污染的)表面处设置或形成等离激元纳米颗粒。等离激元纳米颗粒可以由金属材料形成，例如由金、银或必要时铜形成，因为它们的等离子体带位于可见光谱范围，从而这些金属材料可以通过其波长在可见波长范围的测量射线来激发。然而，也可将其它典型的金属材料如铂以等离激元纳米颗粒的形式安设到所述表面处。
等离激元纳米颗粒可以通过其波长位于等离激元纳米颗粒的相应材料的吸收带的波长范围内的测量射线激发成集体振荡，所述集体振荡被称为等离子体激元(或表面等离激元)。这些等离子体激元导致纳米颗粒处的高局部场强。
纳米技术的进步使金属结构也能够以纳米级数量级可控地生产和操作，由此能够实现利用定域化表面等离子体共振的作用的新应用，参见文献“Localized SurfacePlasmon Resonance Spectroscopy and Sensing”，K.A.Willets和R.P.van Duyne,Annu.Rev.Phys.Chem.2007,58,第267-297页。借助单个等离激元纳米颗粒也可以检测表面处的单个分子，例如参见I.Ament等人，Nano Lett.，2012,12(2)，第1092-1095页中的文章“Single Unlabeled Protein Detection on Individual Plasmonic Nanoparticles”。
在单个等离激元纳米颗粒上散射的测量射线具有依赖于波长的或光谱的散射光强度，该散射光强度在最大值波长λMax(共振波长)下最大并且例如在该最大值波长周围呈指数衰减。如上文引用的第一篇文章所述，纳米颗粒的局部环境的变化(例如所吸附的物质的存在)导致最大值波长λMax偏移ΔλMax，该偏移大约可以由下式描述：
ΔλMax＝mΔn[1–exp(-2d/ld)]，
其中m为纳米颗粒的折射率响应，Δn为由被吸附物(或层)产生的折射率变化，d为被吸附物(或层)的有效层厚度，并且ld为电磁场的特征衰减长度。根据上式，在所述纳米颗粒周围的折射率n的增加导致最大值波长λMax向更高波长偏移，即，红移。
在该方法的变型方案中，为了确定污染层的厚度而确定在所述等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的光谱分布的波长偏移。如上所述，在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的散射光强度的光谱分布和处于所述纳米颗粒上或包围所述纳米颗粒的层的厚度之间存在关联，从而借助散射光强度的光谱分布的波长偏移，尤其是借助所检测的测量射线的散射光强度的光谱分布的最大值波长的偏移可以推断出污染层的厚度。可以理解的是，以该方式尤其也可以(必要时连续地)确定污染层厚度随时间的变化，即，污染层厚度的增加和污染层厚度的减小(例如由于蚀刻或清洗过程造成)都可以确定。
在另一个变型中，为了确定污染材料的种类而确定在具有分别至少一种不同性质的等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的多个光谱分布的波长偏移。因为最大值波长λMax的波长偏移ΔλMax或光谱分布的波长偏移取决于折射率或取决于由存在于等离激元纳米颗粒周围的材料产生的折射率变化Δn，所以通常也可以根据等离激元纳米颗粒上散射的测量射线确定所述层的污染材料的种类。
所检测的测量射线的光谱分布的形式和通常还有最大值波长取决于所述测量射线在其上散射的各个等离激元纳米颗粒的性质。尤其地，根据污染层的材料，光谱分布的偏移的强度对于不同性质的纳米颗粒而大小不同。为了区别该层的不同材料，可以在实际测量之前进行校准测量。
在这样的校准测量时，例如可以对于不同材料分别在不同的污染层厚度下确定在具有分别不同性质的等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的波长偏移。以此方式获得的值可以存入表或清单中并且对于各污染材料分别表示特征性的签名，该签名使得根据所检测的测量射线来识别各污染材料成为可能。因为只有各污染材料的折射率影响波长偏移，所以用这里描述的方式通常仅可以区别开具有不同折射率的污染材料。
在扩展方式中，所述至少一种不同性质选自：等离激元纳米颗粒的尺寸、等离激元纳米颗粒的几何形状和等离激元纳米颗粒的材料。等离激元纳米颗粒的波长偏移对于在周围环境中的折射率变化的敏感度、即在此情形下对于污染层的不同材料的敏感度主要取决于等离激元纳米颗粒的几何形状，例如取决于它们的长径比或高宽比。棒状的等离激元纳米颗粒通常对于周围环境中的折射率变化的敏感度最高，而三角形或球形的等离激元纳米颗粒通常对于周围环境中折射率变化的敏感度最低。等离激元纳米颗粒的尺寸或者等离激元纳米颗粒的尺寸分布/多分散性以及其材料也影响对于周围环境中折射率变化的敏感度，这如上文进一步描述地可以用于识别污染材料或用于区分多种不同的污染材料。
在另一变型方案中，根据光谱分布的最大值波长的偏移或者根据光谱分布的至少两个测量波长处的散射光强度的变化来确定光谱分布的波长偏移。等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的检测通常借助检测器进行，该检测器例如可具有光谱仪，以摄取散射光强度取决于波长的光谱分布，即，在由光谱仪预设的、通常连续的波长范围进行所散射的测量射线的检测。
供选择地，检测器可以构造为，仅在两个或必要时在多于两个通常固定预设的、离散的测量波长下检测所散射的测量射线的强度。所述测量波长通常位于测量射线的散射光强度的光谱分布的侧面或侧翼处，所述测量射线在没有污染层的情况下被等离激元纳米颗粒散射。
在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的强度可以整体上在整个表面上检测，即非空间分辨式地检测。这例如在以下情形中是有用的，即，假设污染层具有基本均匀的厚度，或者污染层厚度中的位置依赖的差异例如对于表面清洁来说不太重要。
在该方法的变型中，空间分辨式检测在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线。对于空间分辨式检测，空间分辨率必要时可以选择成这样大，使得在单个等离激元纳米颗粒上散射的测量射线可以与在直接相邻的等离激元纳米颗粒上散射的测量射线区分开。然而这并不是强制性的，即，例如可以选择这样的空间分辨率，其中分别仅能够将由一个组群的多个或很多个等离激元纳米颗粒散射的测量射线与在一个相邻组群的等离激元纳米颗粒上散射的测量射线区分开。
必要时可以改变空间分辨率。在该情况下，检测器例如可以具有(变焦)光学器件，该光学器件放大该表面的特定区域以增大空间分辨率。该空间分辨式检测尤其可以用于辨别污染层厚度中的局部差异，例如通过产生所述表面处的污染层的图，其中展示污染层厚度的不同值或测量射线的光谱分布的波长偏移中的局部差异。
在另一变型中，等离激元纳米颗粒在表面层的表面处形成光学元件的反射EUV射线的涂层。如上文进一步描述，等离激元纳米颗粒可以在非光学元件的表面处或者在光学元件的表面处、例如在EUV光刻系统中形成。
用于EUV光刻系统如EUV镜子的光学元件通常具有衬底，该衬底上施涂反射涂层。反射涂层的种类主要取决于入射的EUV射线的入射角，其中通常区分为所谓的EUV射线的法线入射和切向入射。在这两种情形中，反射涂层通常均具有表面层(亦即“护层”)，以保护反射涂层免受来自周围环境的影响。表面层具有朝向周围环境的表面，在该表面处会沉积污染材料。
为了确定表面层表面处的污染层厚度和污染材料种类，表面层具有等离激元纳米颗粒。通常而言，等离激元纳米颗粒被布设为栅格阵列，即，规则地或周期性地布设，然而这并非是强制性的。等离激元纳米颗粒例如可以在自组装过程中在表面处形成，例如通过所谓的“纳米球光刻”(NSL)，所述纳米球光刻能够实现(等离子体激元)纳米颗粒的周期性阵列结构。相邻的等离激元纳米颗粒之间的间隔可以按需选成较大或较小，其中在将纳米颗粒施涂在反射的光学元件上时要注意的是，等离激元纳米颗粒在该表面处的密度不超过容许的技术参数。应当避免使等离激元纳米颗粒这样密集地彼此并排布设，使得由此导致反射率降低和/或导致光学元件的光学性质的劣化。
在扩展方式中，将等离激元纳米颗粒施涂在表面层表面处或者至少部分地嵌入到表面层中。在第一种情形中，等离激元纳米颗粒朝上突出于(尚未污染的)表面层，在第二种情形中，等离激元纳米颗粒整个或部分地“掩埋”在表面层中。在第二种情形中，等离激元纳米颗粒必要时可以不直接与所述表面形成接触。不过在该情形中对于沉积在表面处的污染材料的测量敏感度通常被降低，尤其当相对较厚的污染层存在于表面处时。
等离激元纳米颗粒嵌入到表面层中例如可以借助这样的方法进行，其中首先施涂不含纳米颗粒的表面层的一部分厚度。在随后的步骤中将等离激元纳米颗粒施涂在该部分的表面层上并且用附加的纳米颗粒填充等离激元纳米颗粒之间的间隙，所述间隙由表面层材料组成。以该方式形成了厚度基本均匀的颗粒层。在该(经熔融且因此均质的)颗粒层上施涂仅由表面层材料组成的另一部分表面层，直到表面层的希望厚度。通过将表面层材料引入到纳米颗粒之间的间隙中可以降低表面层的粗糙度。必要时还可将纳米颗粒直接施涂在处于其下的层上，从而省略上述方法的第一步骤。
在该方法的另一变型中，在运行光学系统期间，尤其在运行EUV光刻系统如EUV光刻设备期间，至少进行辐照和检测步骤。这在以下情形中是可能的，即，当用测量射线的辐照和测量射线在等离激元纳米颗粒上的散射不会干扰光学系统的运行时。通常，如果污染层的厚度或污染材料的种类所处的表面是非光学表面，即，被布置在光学系统的光路之外，则不是这种情况。另一方面，当该表面完全或部分地布置在光学系统的光路中时，所述测量通常不会干扰光学系统的运行，条件是测量射线的测量波长(n)足够远离光学系统的工作波长。这通常是在以下情形中，即，当光学系统是在约5nm至约30nm的EUV范围内的波长下运行的EUV光刻系统，而测量射线的测量波长通常在可见光波长范围内时。
本发明的另一方面涉及一种用于反射EUV射线的光学元件，包括：衬底；在所述衬底上形成用于反射所述EUV射线的涂层，所述涂层具有表面层，所述表面层具有背离所述衬底的表面，并且其中在表面层的表面处形成等离激元纳米颗粒。通常，在运行EUV光刻系统中的这种光学元件期间在表面处形成污染层，污染层的厚度和污染材料的种类可以以与上述方法相关的方式来确定。
反射EUV射线的光学元件可以在法向入射或垂直入射(即，EUV射线的入射角为小于约45°至该表面的表面法线)的情况下运行或者在切向入射(即，可用射线的入射角为大于约60°至该表面的表面法线)的情况下运行。反射的光学元件在相应的入射角范围(<45°或>60°)中通常具有最大反射率，这可以通过适当优化的反射涂层来实现。入射光(切向入射或垂直入射)的类型仅对这里描述的测量起着次要作用。对于切向入射和垂直入射都优化的反射涂层可以设有在其处形成等离激元纳米颗粒的表面层。在切向入射的情况下，所述涂层可以仅由在其处形成等离激元纳米颗粒的表面层组成。
在一种实施方式中，等离激元纳米颗粒由金属材料构成，尤其由Au、Ag或Cu构成。这三种提及的材料对可见光波长范围内的测量射线具有高吸收，从而由这些材料制成的纳米颗粒能够被激发为集体振荡(等离激元)并且产生经散射的测量射线，所述经散射的测量射线可以用进一步在上文关于该方法描述的方式进行检测和评估。
在另一实施方式中，在表面层表面处的等离激元纳米颗粒具有的宽度低于等离激元纳米颗粒的高度，或者反之亦然。原则上可以在具有不同几何形状的纳米颗粒上，例如在棒状或球状的纳米颗粒上形成定域化的表面等离子体激元，然而这种非球状的等离激元纳米颗粒却并非各向同性地散射。对于检测的灵敏度有利的是，纳米颗粒在二维投影(纳米颗粒以所述二维投影在检测器上成像)中具有约1.5至5的纵横比，其中纵横比是指在检测器上成像的、对应于等离激元纳米颗粒的二维区域的长度和宽度之间的比率。如果检测器被定位成使其在纵向侧取向，则棒状等离激元纳米颗粒通常是有利的，因为检测器否则将棒状纳米颗粒感知为球状纳米颗粒，在该球状纳米颗粒处散射的测量射线以较低灵敏度得以检测。
在另一个实施方式中，等离激元纳米颗粒以栅格形式布置在表面处。例如，当通过所谓的“纳米球光刻”(NSL)制造纳米颗粒时，可以产生以栅格或周期性阵列形式的这种布置。在确定污染层厚度时，检测器的分辨率能力决定空间分辨率。在所述栅格的相邻纳米颗粒之间的间隔应这样选择，使得这些间隔可以由检测器以空间分辨方式检测，因为否则只有检测到的信号强度增加。对于具有常规分辨能力的检测器，等离激元纳米颗粒之间的典型间隔大于约0.1mm、1mm或更大。应避免相邻纳米颗粒之间的间隔小于约20nm，以避免寄生串扰。
在另一个实施方式中，在表面处布置具有至少一种不同性质的等离激元纳米颗粒，所述性质优选选自：等离激元纳米颗粒的尺寸，等离激元纳米颗粒的几何形状和等离激元纳米颗粒的材料。如进一步在上文所述，可以通过使用具有不同性质的等离激元纳米颗粒在适当校准的情况下推断出污染材料的种类。特别地，可以使用多分散的纳米颗粒，其中纳米颗粒的尺寸，更具体地说是纳米颗粒的直径，或对于非旋转对称的纳米颗粒来说其最大伸长通常在约5nm至约100nm的量级。
本发明的另一方面涉及EUV光刻系统，特别是EUV光刻设备，其包括：至少一个表面，在所述表面处形成等离激元纳米颗粒；至少一个测量射线源，其用于用测量射线照射在其处形成等离激元纳米颗粒的表面；至少一个检测器，其用于检测在等离激元纳米颗粒处散射的测量射线，以及评估装置，其用于借助检测到的测量射线来确定所述表面处的污染层厚度和/或所述污染层的污染材料的种类。
如进一步在上文中所述，借助于测量射线源、检测器和评估装置可以原位地和在操作中(即，在EUV光刻系统的运行期间)测量污染层的厚度以及必要时污染材料的种类。为此，可以将评估装置设计成执行进一步在上文中关于测量射线的评估所描述的步骤。
在本申请的范围内，污染层不一定要理解为在整个表面上连续延伸的层，而是说污染层可以由在表面处的多个不连续的受污染的子区域组成，其中，相应的子区域的厚度可以通过在相应的子区域中在表面处形成的等离激元纳米颗粒确定。
在另一个实施方式中，所述表面，即，在其处形成等离激元纳米颗粒的表面是用于反射EUV射线的光学元件的表面层的表面，所述光学元件如上所述地形成。供选择地，所述在其处形成有等离激元纳米颗粒的表面也可以是非光学表面，即，可以是并非布设在EUV射线的光路中的部件的表面。
在另一个实施方式中，检测器被设计用于优选地以空间分辨方式检测测量射线的光谱分布。为此，检测器可以例如具有光谱仪，用该光谱仪可以在感兴趣的波长范围上连续地测量散射光强度。必要时，检测器可以仅设计用于检测具有两个或必要时多于两个的离散的测量波长的测量射线。
在另一实施方式中，测量射线源设计成产生可见光波长范围内的测量射线。使用在可见光波长范围(即在约380nm至750nm)内的测量射线是有利的，因为能够被激发成等离子体激元形式的集体振荡的大多数金属材料的吸收带位于可见光波长范围。为了产生测量射线或照射等离激元纳米颗粒，可以使用例如在整个可见光谱(白光源)的测量波长处发射测量射线的宽带测量射线源。在最简单的情况下，可以使用仅在测量波长的窄带中发射用于照射等离激元纳米颗粒的测量射线的测量射线源，条件是等离激元纳米颗粒的共振波长位于该波长带中。
参照示出本发明的基本细节的附图，从下面对本发明实施例的描述中和从权利要求书中得到本发明的其他特征和优点。各个特征可以在本发明的变型中每次单独地或以任意组合实现。
附图说明
实施例在示意图中示出并且在接下来的描述中阐述。其中
图1是用于反射EUV射线的光学元件的示意图，该光学元件具有其处形成有等离激元纳米颗粒的表面，
图2a和图2b是在等离激元纳米颗粒上散射的测量射线的光谱分布的示意图，
图3是在光学元件表面处的污染的图的示意性图示，
图4是EUV光刻设备的示意图，其具有如图1中设计的光学元件。
具体实施方式
接下来对附图的描述中相同或功能相同的部件使用同样的附图标记。
图1中示意性地示出了以EUV镜子形式的光学元件1。光学元件1具有衬底2，衬底2上施涂有在所示实施例中设计用于反射EUV射线4的涂层3。图1中示出的光学元件1被设计用于反射在法向入射下撞击在表面层6的表面7处的EUV射线4。在这种情况下，EUV射线4撞击在光学元件1上的入射角α通常小于约45°。为了针对法向入射来优化光学元件1，对于图1所示的涂层3在表面层6下方施涂对EUV射线4具有高反射率的多层涂层5。
为此，多层涂层5通常具有交替的高折射材料层和低折射材料层。多层涂层5的高折射层或低折射层的材料取决于应在光学元件1上反射的EUV射线4的波长。对于大约13.5nm的波长的照射光线，多层涂层5通常具有交替的硅层和钼层。表面层6例如可以由铑、钌或保护处于其下的多层涂层5免受环境影响的其他材料形成。
作为如图1所示的针对法向入射进行优化的反射涂层3的替代，还可将光学元件1进行优化用于反射在切向入射下撞击的EUV射线，也就是说，以相对于表面法线大于约60°的入射角α撞击在表面7处的EUV射线4。在该情况下，作为图1所示的多层涂层5的替代，必要时只有一个单独的反射层存在于涂层3中，该反射层通常由对于在切向入射下撞击的EUV射线4具有低折射率和低吸收的材料形成，特别是由金属材料如Ru、Mo或Nb制成。对于这里考虑的污染影响，用于反射在法向入射或切向入射下撞击的EUV射线4的光学元件1的设计起着次要作用。
对于图1所示的光学元件1，在表面层6的表面7处形成等离激元纳米颗粒8a，8b。纳米颗粒8a，8b由这样的材料构成，当该材料用例如以白光源形式的测量射线源9的测量射线10照射时，纳米颗粒8a，8b被激发成以(定域化的)等离激元形式的集体振荡。等离激元纳米颗粒8a，8b可以例如由像Au、Ag或Cu那样的金属材料形成，该金属材料的吸收带位于可见光波长范围内，从而可以借助于同样处于可见波长范围内的测量射线10激发这些等离激元纳米颗粒。
在图1所示的实施例中借助检测器11检测在等离激元纳米颗粒8a，8b处散射的测量射线10a。评估装置12与检测器11处于连接，以评估所检测到的且在等离激元纳米颗粒8a，8b处散射的测量射线10a。
图2a示出了在所示实施例中由检测器11以空间分辨方式检测的散射光强度IS作为波长λ的函数。为了与波长相关地检测经散射的测量射线10a，检测器11通常具有光谱仪。在所示的实施例中，检测器11具有这样大的空间分辨率，使得可测取仅由单个的在图1中所示的等离激元纳米颗粒8a散射的测量射线10a。在该等离激元纳米颗粒8a上散射的测量射线10a的光谱分布15a在图2a中展示为三种不同情形：
图2a左侧所示的光谱分布15a对应于图1所示的情形，其中表面层6的表面7没有污染。正如在图2a中可以看出的那样，当图2a所示的污染层13在表面7处形成时，光谱分布15a以及进而还有其最大值波长λMax也移动到更高的波长λ。
正如在图2a中同样可以看出的那样，污染层13在第一厚度d1时产生第一波长偏移ΔλMax,d1并且在更大的第二厚度d2时产生大于第一波长偏移ΔλMax,d1的第二波长偏移ΔλMax,d2。因此，波长偏移ΔλMax的数值表示对于污染层13的各个厚度d1,d2的量度。借助之前进行的校准测量可以在已知污染层13的材料的情况下将污染层13的特定厚度d1,d2对应于波长偏移ΔλMax。
正如在图2a中可以看出的那样，也可以如下确定波长偏移ΔλMax：不是作为波长λ的函数绘制检测器11的经散射的测量射线10a的整个光谱分布15a，而是仅仅针对两个固定预设的测量波长λ1,λ2确定(第一或第二)散射光强度Is1,Is2。第一测量波长λ1在光谱分布15a的左侧翼上形成，而第二测量波长λ2在光谱分布15a的右侧翼上形成。在测量波长λ1,λ2与光谱分布15a的中央处的距离足够大时，并且在向较大波长λ的波长偏移ΔλMax足够小时，第一散射光强度Is1减小，而第二散射光强度Is2增大，从而根据这两个散射光强度Is1,Is2之差，例如根据差值Is1–Is2或者根据商值Is1/Is2可以推断出波长偏移ΔλMax和进而推断出污染层13的厚度d1,d2。
在表面7处形成的纳米颗粒8a,8b通常具有适合于产生等离子体激元的几何形状或适合的长径比或高宽比。正如图2a中可以看出的那样，纳米颗粒8a,8b的(最大)横向宽度b通常大于纳米颗粒8a,8b的高度h，其中高度h的典型数量级为约5nm至约30nm并且其中宽度b的典型数量级为约5nm至约100nm。
正如图1中同样可以看出的那样，等离激元纳米颗粒8a,8b以规则阵列或以栅格14布设在表面7处，即，相邻的等离激元纳米颗粒8a,8b的中点具有规则的相互之间的间隔A，该间隔A例如可以处于数个毫米的数量级。相邻的纳米结构8a,8b之间的间隔A不应选得太小，由此可以遵守光学元件1在反射率以及必要时成像缺陷方面的技术参数规格。为了避免相邻的等离激元纳米颗粒8a,8b之间的寄生串扰，间隔A通常大于约20nm。
等离激元纳米颗粒8a，8b可以例如借助所谓的“纳米球光刻”(NSL)在表面7处形成，这有利于等离激元纳米颗粒的周期性阵列或栅格14的产生。在此，纳米颗粒8a，8b可以如图1所示被施加到表面层6的表面7处，或者被完全或部分地嵌入到表面层6中，正如图2a中示例性所示的那样。然而，等离激元纳米颗粒8a，8b被掩埋到表面层6中越深，则另外在上文中描述的散射光测量的敏感度通常越低，即，在确定污染层13的厚度d1,d2时的分辨率通常降低。
在表面7处可以布置各种类型的等离激元纳米颗粒8a，8b。例如，在图1中示出了(第二)等离激元纳米颗粒8b，其以其不规则几何形状而区别于光学元件1的表面7处的其它(第一)等离激元纳米颗粒8a的基本上长方体形的几何形状。应当理解，在图1所示的表面7处可以布置多于仅一个的具有不规则几何形状的等离激元纳米颗粒8b，例如，每隔一个纳米颗粒8a，8b可以具有不规则的几何形状。
如图2a中那样，在图2b中也示出了在图1的长方体形纳米颗粒8a上散射的测量射线10a的散射光强度Is的光谱分布15a。另外，图2b中还示出了在具有不规则几何形状的等离激元纳米颗粒8b上散射的测量射线10a的光谱分布15b。从图2b中可以看出，在第一长方体形纳米颗粒8a上散射的测量射线10a的光谱分布15a的最大值波长λMax,a与在第二长方体形纳米颗粒8b上散射的测量射线10a的最大值波长λMax,b不同。
尤其当检测器11检测到的经散射的测量射线10a不是源自单个纳米颗粒8a，8b而是源自多个(第一和第二)纳米颗粒8a，8b时，有利的情形是，这两个光谱分布15a，15b的最大值波长λMax,a,λMax,b相互分得这样远，使得它们在评估装置12中评估时可以在光谱上良好地分离，因为在该情况下这两个在图2b中示出的光谱分布15a,15b之和被检测为散射光强度Is。
除了这两个光谱分布15a，15b的不同的最大值波长λMax,a,λMax,b以外，这两个光谱分布15a,15b的波长偏移ΔλMax,a,ΔλMax,b(对于相同或恒定的污染层13厚度)的数值也根据污染层13的材料种类、更准确地说根据其折射率而不同。如果在由已知材料构成的污染层13的多个不同的厚度d1,d2处确定相应的波长偏移ΔλMax,a,ΔλMax,b并且将其存入清单或表中，则这些数值形成了该污染层13的相应的污染材料的一种签名(或标识)。
如果在借助评估装置12进行测量时确定各个波长偏移ΔλMax,a,ΔλMax,b，则除了污染层13的厚度d1，d2之外还可以通过与存入该表中的波长偏移ΔλMax,a,ΔλMax,b的已知值进行比较来确定污染层13的材料。
应当理解，为了区分开污染层13的多种不同的材料，在表面7处不仅可以布设图1中示出的具有两种不同的几何形状的等离激元纳米颗粒8a,b，而且也可以布设具有分别与第一种、第二种…几何形状不同的第三种、第四种…几何形状的等离激元纳米颗粒。通常有利的是，在表面7处布设在至少一种性质上彼此不同的等离激元纳米颗粒8a,8b，该性质能够实现或有利于将污染层13的不同材料区分开。除了等离激元纳米颗粒8a,8b的不同几何形状以外，该性质也可以是纳米颗粒8a,8b的尺寸，即，等离激元纳米颗粒8a,8b在表面7处的尺寸可以变化。表面7处的等离激元纳米颗粒8a,8b的材料也可以选择成不同的，以便能够确定污染层13的污染材料的种类或者以便能够识别或区分开多种不同的材料。
示例性地，在图1中从测量射线源9发出的测量射线10仅撞击到正好一个等离激元纳米颗粒8a上。然而，应当理解，测量射线源9可被设计成用测量射线10照射表面层的更大区域或整个表面7。在该情况下，在被照射的等离激元纳米颗粒8a，8b上散射的测量射线10a可以空间分辨地由检测器11检测，其中，检测器11的空间分辨率必要时例如可以借助变焦光学器件进行调整。通过变焦光学器件可以必要时用更高的空间分辨率或放大倍数来展示该表面7的某些子区域，其中必要时可以实现这样的空间分辨率，在所述空间分辨率下检测器11仅检测到在单个等离激元纳米颗粒8a上散射的测量射线10a，正如图1中所示的那样。
借助空间分辨式检测器11对经散射的测量射线10a的检测使得能够产生该表面7处的污染物的图，如图3中所示：在图3中以虚线表示的三个子区域处，以上述方式确定的波长偏移ΔλMax和进而污染层13的厚度d1高于预定阈值，而在图3所示的子区域之外不存在污染材料或只存在厚度非常小的污染材料。应当理解，通过确定波长偏移ΔλMax的若干阈值可以产生在光学元件1的表面7处的污染层13的更详细的空间分辨图，在该空间分辨图中可以区别开多个厚度间隔。
作为空间分辨式检测器11的替代，当仅应确定一个在整个表面7上整合的关于污染层13的厚度的信息时，也可以使用非空间分辨式检测器。必要时，空间分辨式或非空间分辨式检测器11也可以相对于表面7移动，例如滑动，以便在表面7的不同位置处确定污染层13的厚度d1，d2。相应地，测量射线源9也可以相对于表面7移动，以便照亮表面7的不同的子区域。
根据图1的光学元件1例如可以集成在以EUV光刻设备101的形式的光学系统中，所述EUV光刻设备101在图4中示意性地示出。EUV光刻设备101具有用于产生EUV射线的EUV光源102，所述EUV射线在50nm以下、特别是在约5nm和约15nm之间的EUV波长范围内具有高能量密度。EUV光源102可以例如以用于产生激光诱导等离子体的等离子体光源的形式或作为同步加速器射线源来设计。尤其在第一种情况下可以如图4所示地使用收集镜103，以将EUV光源102的EUV射线束成照明光束104并且以此方式进一步增加能量密度。照明光束104用于通过照明系统110照亮结构化物体M，照明系统110在本实施例中具有五个反射光学元件112至116(反射镜)。
结构化物体M例如可以是反射掩模，其具有用于在物体M上产生至少一个结构的反射的和非反射的或至少最弱反射的区域。供选择地，结构化物体M可以是多个微球体，所述多个微球体被布置成一维或多维阵列并且必要时能够围绕至少一个轴线移动，以便将EUV射线104的入射角调整到相应的反射镜。
结构化物体M反射照明光束104的一部分并且形成投影光束路径105，该投影光束路径105携带关于结构化物体M的结构的信息并且照射到投影系统120中，该投影系统120在衬底W上形成结构化物体M的图像或者其相应的子区域的图像。衬底W(例如晶片)包括半导体材料(例如硅)和感光层(例如光致抗蚀剂或光刻胶)，并且被布置在也称为晶片台WS的保持器上。
在本实施例中，投影系统120具有六个反射光学元件121至126(反射镜)，以在晶片W上产生存在于结构化物体M上的结构的图像。通常，投影系统120中的反射镜数量为四至八个，但必要时可以仅使用两个反射镜。
对于图4所示的EUV光刻设备101，例如在照明系统110的光学元件115上示出图1所示的装置，该装置包括测量射线源9、检测器11和评估装置12。应当理解，照明系统110的任何其它光学元件112-114,116或投影系统120的光学元件121-126还可以设置有相应的装置，以便确定污染层的厚度以及必要时确定污染物质的种类。
作为光学元件1的表面7的替代或补充，EUV光刻设备101中的非光学元件的表面也可以以上述方式关于污染物进行测量。作为布置在EUV光刻设备101中的表面的替代，布置在另一光学系统中的表面也可以以上述方式关于污染进行测量。

Claims (19)

1.一种用于确定光学系统中的表面(7)处、尤其在EUV光刻系统(101)中的表面(7)处的污染层(13)的厚度(d1,d2)和/或污染材料的种类的方法，该方法包括：
用测量射线(10)来照射在其处形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)的表面(7)，
检测在等离激元纳米颗粒(8a,b)处散射的测量射线(10a)，以及
借助所检测到的测量射线(10a)来确定污染层(13)的厚度(d1,d2)和/或污染材料的种类。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定污染层(13)的厚度(d1,d2)，确定在等离激元纳米颗粒(8a,b)处散射的测量射线(10a)的光谱分布(15a)的与厚度相关的波长偏移(Δλmax,d1,Δλmax,d2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了确定污染材料的种类，确定在具有分别至少一种不同性质的等离激元纳米颗粒(8a,8b)处散射的测量射线(10a)的多个光谱分布(15a,15b)的波长偏移(Δλmax,a,Δλmax,b)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一种不同性质选自：等离激元纳米颗粒(8a,b)的尺寸，等离激元纳米颗粒(8a,b)的几何形状和等离激元纳米颗粒(8a,b)的材料。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其中，根据光谱分布(15a)的最大值波长(λmax)的偏移或根据在光谱分布(15a)的至少两个测量波长(λ1,λ2)处的散射光强度(Is1,Is2)的变化来确定光谱分布(15a)的波长偏移(Δλmax)。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，以空间分辨方式检测在等离激元纳米颗粒(8a,b)处散射的测量射线(10a)。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在光学元件(1)的反射EUV射线(4)的涂层(3)的表面层(6)的表面(7)处形成等离激元纳米颗粒(8a,b)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将等离激元纳米颗粒(8a,b)施涂在表面层(6)的表面(7)上或者至少部分嵌入到表面层(6)中。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在运行所述光学系统期间，尤其在运行所述EUV光刻系统(101)期间，至少进行所述照射和所述检测的步骤。
10.用于反射EUV射线(4)的光学元件(1)，包括：
衬底(2)，
在所述衬底(2)上形成的用于反射EUV射线(4)的涂层(3)，其中所述涂层(3)具有表面层(6)，所述表面层(6)具有背离所述衬底(2)的表面(7)，并且
其中，在所述表面层(6)的表面(7)处形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)。
11.根据权利要求10所述的光学元件，其中，所述等离激元纳米颗粒(8a,b)由金属材料形成，尤其由Au、Ag或Cu形成。
12.根据权利要求10或11所述的光学元件，其中，在表面层(6)的表面(7)处的等离激元纳米颗粒(8a,b)具有的宽度(b)低于所述等离激元纳米颗粒(8a,b)的高度(h)，或者在表面层(6)的表面(7)处的等离激元纳米颗粒(8a,b)具有的高度(h)低于所述等离激元纳米颗粒(8a,b)的宽度(b)。
13.根据权利要求10至12之一所述的光学元件，其中，等离激元纳米颗粒(8a,b)以栅格(14)形式布置在所述表面(7)处。
14.根据权利要求10至13之一所述的光学元件，其中，具有至少一种不同性质的等离激元纳米颗粒(8a,b)布置在所述表面(7)处。
15.根据权利要求14所述的光学元件，其中，所述性质选自：等离激元纳米颗粒(8a,b)的尺寸，等离激元纳米颗粒(8a,b)的几何形状和等离激元纳米颗粒(8a,b)的材料。
16.EUV光刻系统(101)，包括：
至少一个表面(7)，在所述表面(7)处形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)，
至少一个测量射线源(9)，其用于用测量射线(10)照射在其处形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)的表面(7)，
至少一个检测器(11)，其用于检测在等离激元纳米颗粒(8a,b)处散射的测量射线(10a)，以及
评估装置(12)，其用于借助检测到的测量射线(10a)来确定所述表面处(7)的污染层(13)的厚度和/或所述表面处(7)的污染材料的种类。
17.根据权利要求16所述的EUV光刻系统，其中，所述形成有等离激元纳米颗粒(8a,b)的表面(7)，形成根据权利要求10至13之一所述的光学元件(1)的表面层(6)的表面(7)。
18.根据权利要求16或17所述的EUV光刻系统，其中，检测器(12)被构造为优选地以空间分辨方式检测测量射线(10a)的光谱分布。
19.根据权利要求16至18之一所述的EUV光刻系统，其中，所述测量射线源(9)构造为用于产生在可见光波长范围的测量射线(10)。
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