DE102016206088A1 - Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer kontaminierenden Schicht und/oder der Art eines kontaminierenden Materials, optisches Element und EUV-Lithographiesystem - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer kontaminierenden Schicht und/oder der Art eines kontaminierenden Materials, optisches Element und EUV-Lithographiesystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer kontaminierenden Schicht und/oder der Art eines kontaminierenden Materials an einer Oberfläche (7) in einem optischen System, insbesondere an einer Oberfläche (7) in einem EUV-Lithographiesystem, umfassend: Bestrahlen der Oberfläche (7), an der plasmonische Nanopartikel (8a, b) gebildet sind, mit Messstrahlung (10), Detektieren der an den plasmonischen Nanopartikeln (8a, b) gestreuten Messstrahlung (10a), sowie Bestimmen der Dicke der kontaminierenden Schicht und/oder der Art des kontaminierenden Materials anhand der detektierten Messstrahlung (10a). Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (1) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4) sowie ein EUV-Lithographiesystem.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer kontaminierenden Schicht und/oder der Art (mindestens) eines kontaminierenden Materials an einer Oberfläche in einem optischen System, insbesondere an einer Oberfläche in einem EUV-Lithographiesystem, ein optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung sowie ein EUV-Lithographiesystem.
  • An den Oberflächen von optischen oder nicht-optischen Elementen, die in einem optischen System angeordnet sind, können sich kontaminierende Materialien anlagern, die im Laufe der Zeit zu einer kontaminierenden Schicht anwachsen können. Ein Beispiel für ein solches optisches System stellt eine EUV-Lithographieanlage dar, bei der EUV-Strahlung reflektierende optische Elemente und nicht-optische Bauteile in einer Vakuum-Umgebung in einer Restgasatmosphäre angeordnet sind, in der sich das Auftreten von kontaminierenden gasförmigen Stoffen nicht vollständig vermeiden lässt. Andere Beispiele für optische Systeme, in denen sich eine kontaminierende Schicht bilden kann, sind Inspektions- bzw. Metrologiesysteme für optische Elemente, beispielsweise für Wafer oder für Masken. Auch in optischen Systemen, die Strahlung bei anderen Wellenlängen als Nutzstrahlung verwenden, beispielsweise Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich, können sich derartige kontaminierende Schichten bilden. Ein Beispiel für ein solches optische System stellt eine DUV-Lithographieanlage dar.
  • Informationen über die Dicke einer solchen kontaminierenden Schicht sowie die Art des bzw. der kontaminierenden Materialien, welche die kontaminierende Schicht bilden, können für Reinigungszwecke günstig sein: Beispielsweise kann die Reinigung einer jeweiligen Oberfläche erfolgen, wenn die Dicke der kontaminierenden Schicht einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder die Art der Reinigung, beispielsweise das für die Reinigung verwendete Reagens, beispielsweise ein Reinigungsgas, kann ggf. abhängig von der Art des kontaminierenden Materials geeignet gewählt werden.
  • Aus der WO 2014/114382 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Phasenlage an einer freien Grenzfläche eines mit einer EUV-Strahlung reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung versehenen optischen Elements und/oder zum Bestimmen der Dicke einer auf der Mehrlagen-Beschichtung gebildeten Kontaminationsschicht bekannt geworden. Bei dem Verfahren wird ein bei der Bestrahlung der Mehrlagen-Beschichtung mit EUV-Strahlung erzeugter Photostrom gemessen und die Dicke der Kontaminationsschicht wird anhand einer vorgegebenen Beziehung zwischen dem gemessenen Photostrom und der Dicke der Kontaminationsschicht bestimmt.
  • Die WO 2005/091076 A2 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer Deckschicht einer Mehrlagen-Beschichtung anhand einer Phasenverschiebung einer stehenden elektromagnetischen Welle. Die Phasenverschiebung der stehenden Welle wird ebenfalls mit Hilfe eines Photostroms gemessen.
  • Neben den oben beschriebenen Verfahren kann die Dicke einer kontaminierenden Schicht ggf. auch mittels einer auf Ellipsometrie beruhenden Messung bestimmt werden. Allerdings ist in diesem Fall eine definierte Geometrie zwischen der Quelle der Messstrahlung und dem Detektor notwendig, so dass es sehr aufwändig ist, auf einem optischen Element in Form eines Spiegels oder an mehreren Facetten eines Facetten-Spiegels eine (Raster-)Messung vorzunehmen und auf diese Weise die Dicke der kontaminierenden Schicht zu bestimmen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art, ein optisches Element und ein EUV-Lithographiesystem bereitzustellen, bei denen die Dicke einer kontaminierenden Schicht und/oder die Art eines kontaminierenden Materials an einer Oberfläche in einem optischen System, insbesondere während des Betriebs des optischen Systems, auf einfache Weise bestimmt werden können.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches folgende Schritte umfasst: Bestrahlen der Oberfläche, an der plasmonische Nanopartikel gebildet sind, mit Messstrahlung, Detektieren der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung, sowie Bestimmen der Dicke der kontaminierenden Schicht und/oder der Art des kontaminierenden Materials anhand der detektierten und an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung.
  • Im Gegensatz zu einer Schichtdickenmessung, welche auf Ellipsometrie beruht, wird nicht die an der Oberfläche reflekierte, sondern die an den plasmonischen Nanopartikeln gestreute Messstrahlung detektiert. Bei der erfindungsgemäßen Messung ist daher keine genau definierte Geometrie bzw. Ausrichtung der Messlichtquelle und des Detektors relativ zur Oberfläche erforderlich, so dass die Kontaminationsmessung mit erheblich geringerem Aufwand durchgeführt werden kann.
  • Bei der Oberfläche, an der die Dicke der kontaminierenden Schicht bzw. die Art des kontaminierenden Materials bestimmt wird, kann es sich um die Oberfläche eines optischen Elements oder eines nicht-optischen Elements bzw. Bauteils handeln, welches in einem optischen System angeordnet ist. Bei dem optischen System kann es sich insbesondere um ein EUV-Lithographiesystem handeln, d.h. um ein System, welches für die Lithographie bei Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, eingesetzt wird. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich beispielsweise um eine EUV-Lithographieanlage, ein EUV-Masken-Metrologiesystem, um ein Wafer-Metrologiesystem bzw. generell um ein Metrologiesystem für optische Elemente handeln. Bei dem optischen System kann es sich auch um ein optisches System handeln, welches nicht mit Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich betrieben wird, beispielsweise um eine DUV-Lithographieanlage.
  • Um die Schichtdicke bzw. die Art des kontaminierenden Materials zu bestimmen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an der (noch nicht kontaminierten) Oberfläche plasmonische Nanopartikel vorzusehen bzw. zu bilden. Die plasmonischen Nanopartikel können aus einem metallischen Material gebildet sein, beispielsweise aus Gold, Silber oder ggf. Kupfer, da deren Plasmonenbande im sichtbaren Spektralbereich liegen, so dass diese mit Messstrahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich angeregt werden können. Es können aber auch andere, typischer Weise metallische Materialien wie z.B. Platin in Form von plasmonischen Nanopartikeln an der Oberfläche angebracht werden.
  • Plasmonische Nanopartikel können durch Messstrahlung, deren Wellenlänge im Wellenlängenbereich der Absorptionsbande des entsprechenden Materials des plasmonischen Nanopartikels liegt, zu kollektiven Schwingungen angeregt werden, die als Plasmonen bezeichnet werden. Die Plasmonen führen zu hohen lokalen Feldstärken an den Nanopartikeln.
  • Fortschritte in der Nanotechnologie haben dazu geführt, dass metallische Strukturen auch in der Größenordnung von Nanometern kontrolliert hergestellt und manipuliert werden können, wodurch neue Anwendungen möglich wurden, die von dem Effekt der lokalisierten Oberflächen-Plasmonen-Resonanz Gebrauch machen, vgl. den Artikel „Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy and Sensing", K.A. Willets an R. P. van Duyne, Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, Seiten 267–297. Mit Hilfe von einzelnen plasmonischen Nanopartikeln können auch einzelne Moleküle an einer Oberfläche detektiert werden, vgl. beispielsweise den Artikel „Single Unlabeled Protein Detection on Individual Plasmonic Nanoparticles", von I. Ament et al., Nano Lett., 2012, 12 (2), Seiten 1092–1095.
  • Die an einem einzelnen plasmonischen Nanopartikel gestreute Messstrahlung weist eine wellenlängenabhängige bzw. spektrale Streulichtintensität auf, die bei einer Maximums-Wellenlänge λMax (Resonanz-Wellenlänge) maximal ist und um diese Maximums-Wellenlänge beispielsweise exponentiell abfällt. Wie in dem ersten der weiter oben zitierten Artikel beschrieben wird, führt eine Veränderung in der lokalen Umgebung des Nanopartikels, beispielsweise das Vorhandensein eines adsorbierten Stoffes, zu einer Verschiebung ΔλMax der Maximums-Wellenlänge λMax, die näherungsweise durch folgende Formel beschrieben werden kann: ΔλMax = mΔn[1 – exp(–2d/ld)], wobei m die Brechungsindex-Antwort des bzw. der Nanopartikel, Δn die durch das Adsorbat (bzw. die Schicht) erzeugte Brechungsindexänderung, d die effektive Schichtdicke des Adsorbats (bzw. der Schicht) und ld die charakteristische Abklinglänge des elektromagnetischen Feldes bezeichnen. Ein Anstieg des Brechungsindexes n in der Umgebung des Nanopartikels führt gemäß obiger Formel zu einer Verschiebung der Maximums-Wellenlänge λMax zu höheren Wellenlängen, d.h. zu einer Rotverschiebung.
  • Bei einer Variante des Verfahrens wird zum Bestimmen der Dicke der kontaminierenden Schicht eine Wellenlängenverschiebung einer spektralen Verteilung der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung bestimmt. Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht ein Zusammenhang zwischen der spektralen Verteilung der Streulichtintensität der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung und der Dicke einer auf dem Nanopartikel befindlichen bzw. diesen umgebenden Schicht, so dass anhand der Wellenlängenverschiebung der spektralen Verteilung der Streulichtintensität, insbesondere anhand der Verschiebung der Maximums-Wellenlänge der spektralen Verteilung der Streulichtintensität der detektierten Messstrahlung auf die Dicke der kontaminierenden Schicht geschlossen werden kann. Es versteht sich, dass auf diese Weise insbesondere auch (ggf. kontinuierlich) eine zeitliche Veränderung der Dicke der kontaminierenden Schicht bestimmt werden kann, d.h. dass sowohl eine Zunahme der Dicke der kontaminierenden Schicht als auch eine Abnahme der Dicke der kontaminierenden Schicht – beispielsweise aufgrund eines Ätz- oder Reinigungsprozesses – bestimmt werden kann.
  • Bei einer weiteren Variante werden zum Bestimmen der Art des kontaminierenden Materials Wellenlängenverschiebungen von mehreren spektralen Verteilungen der an plasmonischen Nanopartikeln mit jeweils mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft gestreuten Messstrahlung bestimmt. Da die Wellenlängenverschiebung ΔλMax der Maximums-Wellenlänge λMax bzw. die Wellenlängenverschiebung der spektralen Verteilung vom Brechungsindex n bzw. von der durch das in der Umgebung des plasmonischen Nanopartikels vorhandene Material erzeugten Brechungsindexänderung Δn abhängig ist, kann typischer Weise auch die Art des kontaminierenden Materials der Schicht anhand der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung bestimmt werden:
    Die Form und typischer Weise auch die Maximums-Wellenlänge der spektralen Verteilung der detektierten Messstrahlung hängt von den Eigenschaften des jeweiligen plasmonischen Nanopartikels ab, an dem diese gestreut wird. Insbesondere ist die Stärke der Verschiebung der spektralen Verteilung in Abhängigkeit vom Material der kontaminierenden Schicht für Nanopartikel mit unterschiedlichen Eigenschaften unterschiedlich groß. Um unterschiedliche Materialien der Schicht zu unterscheiden, kann vor der eigentlichen Messung eine Kalibrations-Messung durchgeführt werden.
  • Bei einer solchen Kalibrations-Messung können beispielsweise für unterschiedliche Materialien jeweils bei unterschiedlichen Dicken der kontaminierenden Schicht die Wellenlängenverschiebungen der an plasmonischen Nanopartikeln mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften gestreuten Messstrahlung bestimmt werden. Die auf diese Weise gewonnenen Werte können in einer Tabelle bzw. Liste hinterlegt werden und stellen für ein jeweiliges kontaminierendes Material jeweils eine charakteristische Signatur dar, die es ermöglicht, anhand der detektierten Messstrahlung ein jeweiliges kontaminierendes Material zu identifizieren. Da nur der Brechungsindex eines jeweiligen kontaminierenden Materials die Wellenlängenverschiebung beeinflusst, können auf die hier beschriebene Weise in der Regel nur kontaminierende Materialien unterschieden werden, die einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen.
  • Bei einer Weiterbildung ist die mindestens eine unterschiedliche Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Größe der plasmonischen Nanopartikel, Geometrie der plasmonischen Nanopartikel und Material der plasmonischen Nanopartikel. Die Sensitivität der Wellenlängenverschiebung von plasmonischen Nanopartikeln für Brechungsindexänderungen in der Umgebung, d.h. im vorliegenden Fall unterschiedliche Materialien der kontaminierenden Schicht, hängt unter anderem von der Geometrie der plasmonischen Nanopartikel, z.B. von deren Aspektverhältnis ab. Stabförmige plasmonische Nanopartikel weisen typischer Weise die größte Sensitiviät für Brechungsindexänderungen in der Umgebung auf, während plasmonische Nanopartikel in Form von Dreiecken oder Kugeln in der Regel eine geringere Sensitivität für Brechungsindexänderungen in der Umgebung aufweisen. Auch die Größe der plasmonischen Nanopartikel bzw. die Größenverteilung / Polydispersität der plasmonischen Nanopartikel sowie deren Material hat einen Einfluss auf die Sensitivität für Brechungsindexänderungen in der Umgebung, die wie weiter oben beschrieben für die Identifikation eines kontaminierenden Materials bzw. für die Unterscheidung mehrerer unterschiedlicher kontaminierender Materialien verwendet werden können.
  • Bei einer weiteren Variante wird die Wellenlängenverschiebung der spektralen Verteilung anhand einer Verschiebung einer Maximums-Wellenlänge der spektralen Verteilung oder anhand einer Veränderung der Streulichtintensität an mindestens zwei Mess-Wellenlängen der spektralen Verteilung bestimmt. Die Detektion der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung wird typischer Weise mit Hilfe eines Detektors vorgenommen, der beispielsweise ein Spektrometer aufweisen kann, um die spektrale Verteilung der Streulichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufzunehmen, d.h. die Detektion der gestreuten Messstrahlung erfolgt über einen durch das Spektrometer vorgegebenen, typischer Weise kontinuierlichen Wellenlängenbereich.
  • Alternativ kann der Detektor ausgebildet sein, die Intensität der gestreuten Messstrahlung nur bei zwei oder ggf. bei mehr als zwei in der Regel fest vorgegebenen, diskreten Mess-Wellenlängen zu detektieren. Diese Mess-Wellenlängen liegen typischer Weise an der Flanke bzw. an den Flanken der spektralen Verteilung der Streulichtintensität der Messstrahlung, die ohne eine kontaminierende Schicht von den plasmonischen Nanopartikeln gestreut wird.
  • Die Intensität der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung kann integral über die Oberfläche, d.h. nicht ortsaufgelöst, detektiert werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn davon auszugehen ist, dass die kontaminierende Schicht eine im Wesentlichen homogene Dicke aufweist bzw. wenn ortsabhängige Unterschiede in der Dicke der kontaminierenden Schicht keine hohe Relevanz z.B. für eine Reinigung der Oberfläche aufweisen.
  • Bei einer Variante des Verfahrens wird die an den plasmonischen Nanopartikeln gestreute Messstrahlung ortsaufgelöst detektiert. Bei der ortsaufgelösten Detektion kann die Ortsauflösung ggf. so groß gewählt werden, dass die an einem einzelnen plasmonischen Nanopartikel gestreute Messstrahlung von der an einem direkt benachbarten plasmonischen Nanopartikel gestreuten Messstrahlung unterschieden werden kann. Dies ist aber nicht zwingend der Fall, d.h. es kann beispielsweise eine Ortsauflösung gewählt werden, bei der jeweils nur die von einer Gruppe von mehreren bzw. von einer Vielzahl von plasmonischen Nanopartikeln gestreute Messstrahlung von Messstrahlung unterschieden werden kann, die an einer benachbarten Gruppe von plasmonischen Nanopartikeln gestreut wird.
  • Gegebenenfalls kann die Ortsauflösung variiert werden. Im diesem Fall kann der Detektor beispielsweise eine (Zoom-)Optik aufweisen, die einen bestimmten Bereich der Oberfläche vergrößert, um die Ortsauflösung zu erhöhen. Insbesondere kann die ortsaufgelöste Detektion dazu dienen, lokale Unterschiede in der Dicke der kontaminierenden Schicht zu erkennen, beispielsweise indem eine Karte der kontaminierenden Schicht an der Oberfläche erzeugt wird, in der unterschiedliche Wertebereiche der Dicke der Kontaminationsschicht bzw. lokale Unterschiede in der Wellenlängenverschiebung der spektralen Verteilung der Messstrahlung dargestellt werden.
  • Bei einer weiteren Variante sind die plasmonischen Nanopartikel an einer Oberfläche einer Deckschicht einer EUV-Strahlung reflektierenden Beschichtung eines optischen Elements gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die plasmonischen Nanopartikel an einer Oberfläche eines nicht-optischen Elements oder an einer Oberfläche eines optischen Elements z.B. in einem EUV-Lithographiesystem gebildet sein.
  • Ein optisches Element für ein EUV-Lithographiesystem, beispielsweise ein EUV-Spiegel, weist typischer Weise ein Substrat auf, auf dem eine reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Die Art der reflektierenden Beschichtung hängt unter anderem vom Einfallswinkel der auftreffenden EUV-Strahlung ab, wobei in der Regel ein so genannter normaler Einfall und ein streifender Einfall der EUV-Strahlung unterschieden werden. In beiden Fällen weist die reflektierende Beschichtung typischer Weise eine Deckschicht auf, um die reflektierende Beschichtung vor Einflüssen aus der Umgebung zu schützen. Die Deckschicht weist eine der Umgebung zugewandte Oberfläche auf, an der sich kontaminierende Materialien ablagern können.
  • Um die Dicke einer kontaminierenden Schicht bzw. die Art des kontaminierenden Materials an der Oberfläche der Deckschicht zu bestimmen, weist die Deckschicht plasmonische Nanopartikel auf. Typischer Weise sind die plasmonischen Nanopartikel in einer Rasteranordnung (einem Array), d.h. regelmäßig bzw. periodisch angeordnet, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die plasmonischen Nanopartikel können beispielsweise in einem selbststrukturierenden Prozess an der Oberfläche gebildet werden, z.B. durch die so genannte „Nanosphere Lithography“ (NSL), welche die Erzeugung von periodischen Array-Strukturen von (plasmonischen) Nanopartikeln ermöglicht. Der Abstand zwischen benachbarten plasmonischen Nanopartikeln kann je nach Bedarf größer oder kleiner gewählt werden, wobei bei der Aufbringung der Nanopartikel auf ein reflektierendes optisches Element darauf zu achten ist, dass die Dichte der plasmonischen Nanopartikel an der Oberfläche nicht die zulässige Spezifikation überschreitet. Es sollte vermieden werden, dass die plasmonischen Nanopartikel so dicht nebeneinander angeordnet sind, dass es durch diese zu einer Verringerung der Reflektivität und/oder zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des optischen Elements kommt.
  • Bei einer Weiterbildung sind die plasmonischen Nanopartikel auf die Oberfläche der Deckschicht aufgebracht oder zumindest teilweise in die Deckschicht eingebettet. Im ersteren Fall stehen die plasmonischen Nanopartikel nach oben über die (noch nicht kontaminierte) Deckschicht über, im zweiten Fall sind die plasmonischen Nanopartikel ganz oder teilweise in der Deckschicht „vergraben“. Im zweiten Fall können die plasmonischen Nanopartikel ggf. nicht direkt mit der Oberfläche in Kontakt stehen. In diesem Fall verringert sich allerdings in der Regel die Sensitivität der Messung für an der Oberfläche angelagerte kontaminierende Materialien, insbesondere wenn eine vergleichsweise dicke kontaminierende Schicht auf der Oberfläche vorhanden ist.
  • Die Einbettung der plasmonischen Nanopartikel in die Deckschicht kann beispielsweise mittels eines Verfahrens erfolgen, bei dem zunächst ein Teil der Dicke der Deckschicht ohne Nanopartikel aufgebracht wird. In einem nachfolgenden Schritt werden die plasmonischen Nanopartikel auf diesen Teil der Deckschicht aufgebracht und die Zwischenräume zwischen den plasmonischen Nanopartikeln werden mit zusätzlichen Nanopartikeln aufgefüllt, die aus dem Material der Deckschicht bestehen. Auf diese Weise wird eine Partikelschicht mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke erzeugt. Auf die (aufgeschmolzene und damit homogene) Partikelschicht wird ein weiterer Teil der Deckschicht aufgebracht, der nur aus dem Material der Deckschicht besteht, bis die gewünschte Dicke der Deckschicht erreicht ist. Durch das Einbringen des Materials der Deckschicht in die Zwischenräume zwischen den Nanopartikeln kann die Rauheit der Deckschicht reduziert werden. Gegebenenfalls können die Nanopartikel auch direkt auf die darunter liegende Schicht aufgebracht werden, so dass der erste Schritt des oben beschriebenen Verfahrens entfällt.
  • Bei einer weiteren Variante des Verfahrens erfolgen zumindest die Schritte des Bestrahlens und des Detektierens während des Betriebs des optischen Systems, insbesondere während des Betriebs des EUV-Lithographiesystems, z.B. einer EUV-Lithographieanlage. Dies ist möglich, wenn die Bestrahlung mit der Messstrahlung und die Streuung der Messstrahlung an den plasmonischen Nanopartikeln den Betrieb des optischen Systems nicht stören. In der Regel ist dies nicht der Fall, wenn die Oberfläche, an der die Dicke der kontaminierenden Schicht bzw. die Art des kontaminierenden Materials eine nicht-optische Oberfläche ist, d.h. außerhalb des Strahlengangs des optischen Systems angeordnet ist. Ist die Oberfläche hingegen ganz oder teilweise im Strahlengang des optischen Systems angeordnet, so stört die Messung den Betrieb des optischen Systems in der Regel nicht, wenn die Messstrahlung Mess-Wellenlänge(n) aufweist, die weit genug von einer Betriebswellenlänge des optischen Systems entfernt sind. Dies ist typischer Weise der Fall, wenn es sich bei dem optischen System um ein EUV-Lithographiesystem handelt, das bei Wellenlängen im EUV-Bereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm betrieben wird, während die Mess-Wellenlängen der Messstrahlung typischer Weise im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, eine auf dem Substrat gebildete Beschichtung zur Reflexion der EUV-Strahlung, wobei die Beschichtung eine Deckschicht mit einer dem Substrat abgewandten Oberfläche aufweist, und wobei an der Oberfläche der Deckschicht plasmonische Nanopartikel gebildet sind. In der Regel bildet sich beim Betrieb eines solchen optischen Elements in einem EUV-Lithographiesystem an der Oberfläche eine kontaminierende Schicht, deren Dicke sowie die Art des kontaminierenden Materials auf die weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise bestimmt werden können.
  • Reflektierende optische Elemente für EUV-Strahlung können unter normalem bzw. senkrechtem Einfall betrieben werden, d.h. für Einfallswinkel der EUV-Strahlung von weniger als ca. 45° zur Flächennormalen der Oberfläche, oder unter streifendem Einfall, d.h. für Einfallswinkel der Nutz-Strahlung von mehr als ca. 60° zur Flächennormalen der Oberfläche. Das reflektierende optische Element weist in dem entsprechenden Einfallswinkelbereich (< 45° bzw. > 60°) typischer Weise ein Maximum der Reflektivität auf, was durch eine geeignet optimierte reflektierende Beschichtung erreicht werden kann. Die Art des Lichteinfalls (streifend oder senkrecht) spielt für die hier beschriebene Messung nur eine untergeordnete Rolle. Sowohl für streifenden als auch für senkrechten Einfall optimierte reflektierende Beschichtungen können mit einer Deckschicht versehen werden, an der die plasmonischen Nanopartikel gebildet sind. Bei streifendem Einfall kann die Beschichtung ggf. nur aus der Deckschicht bestehen, an der die plasmonischen Nanopartikel gebildet sind.
  • Bei einer Ausführungsform sind die plasmonischen Nanopartikel aus einem metallischen Material gebildet, insbesondere aus Au, Ag oder Cu. Die drei genannten Materialien weisen eine hohe Absorption für Mess-Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich auf, so dass sich Nanopartikel aus diesen Materialien zu kollektiven Schwingungen (Plasmonen) anregen lassen und gestreute Messstrahlung erzeugen, die auf die weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise detektiert und ausgewertet werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die plasmonischen Nanopartikel an der Oberfläche der Deckschicht eine Breite auf, die geringer ist als die Höhe der plasmonischen Nanopartikel, oder umgekehrt. Grundsätzlich können sich an Nanopartikeln mit unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise an stabförmigen oder kugelförmigen Nanopartikeln, lokalisierte Oberflächen-Plasmonen ausbilden, derartige nicht-sphärische plasmonische Nanopartikel streuen jedoch nicht isotrop. Für die Sensitivität der Detektion ist es günstig, wenn die Nanopartikel in der zweidimensionalen Projektion, in der diese auf dem Detektor abgebildet werden, ein Aspektverhältnis zwischen ca. 1,5 und 5 aufweisen, wobei das Aspektverhältnis das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des auf dem Detektor abgebildeten zweidimensionalen Bereichs bezeichnet, der dem plasmonischen Nanopartikel entspricht. Typischer Weise ist es bei stabförmigen plasmonischen Nanopartikeln daher günstig, wenn der Detektor so positioniert ist, dass er auf die Längsseite ausgerichtet ist, da der Detektor den stabförmigen Nanopartikel ansonsten als einen sphärischen Nanopartikel wahrnimmt, an dem gestreute Messstrahlung mit geringerer Sensitivität detektiert wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform sind die plasmonischen Nanopartikel an der Oberfläche in einem Raster angeordnet. Eine solche Anordnung in einem Raster bzw. in einer periodischen Anordnung kann beispielsweise erzeugt werden, wenn die Nanopartikel durch die so genannte „Nanosphere Lithography“ (NSL) erzeugt werden. Das Auflösungsvermögen des Detektors bestimmt die Ortsauflösung bei der Bestimmung der Dicke der kontaminierenden Schicht. Die Abstände zwischen benachbarten Nanopartikeln des Rasters sollten so gewählt werden, dass diese vom Detektor ortsaufgelöst detektiert werden können, da ansonsten lediglich die detektierte Signalstärke zunimmt. Typische Abstände zwischen den plasmonischen Nanopartikeln liegen bei einem Detektor mit herkömmlichem Auflösungsvermögen bei mehr als ca. 0,1 mm, 1 mm oder darüber. Ein Abstand von weniger als ca. 20 nm zwischen benachbarten Nanopartikeln sollte vermieden werden, um ein parasitäres Übersprechen (Crosstalk) zu vermeiden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform sind an der Oberfläche plasmonische Nanopartikel mit mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft angeordnet, die bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Größe der plasmonischen Nanopartikel, Geometrie der plasmonischen Nanopartikel und Material der plasmonischen Nanopartikel. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann durch die Verwendung von plasmonischen Nanopartikeln mit unterschiedlichen Eigenschaften bei geeigneter Kalibrierung auf die Art des kontaminierenden Materials geschlossen werden. Insbesondere können hierbei polydisperse Nanopartikel verwendet werden, wobei die Größe der Nanopartikel, genauer gesagt deren Durchmesser bzw. bei nicht rotationssymmetrischen Nanopartikeln deren maximale Erstreckung in der Regel in der Größenordnung zwischen ca. 5 nm und ca. 100 nm liegt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, umfassend: mindestens eine Oberfläche, an der plasmonische Nanopartikel gebildet sind, mindestens eine Mess-Strahlungsquelle zum Bestrahlen der Oberfläche, an der die plasmonischen Nanopartikel gebildet sind, mit Messstrahlung, mindestens einen Detektor zum Detektieren der an den plasmonischen Nanopartikeln gestreuten Messstrahlung, sowie eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen einer Dicke einer kontaminierenden Schicht an der Oberfläche und/oder der Art des kontaminierenden Materials der kontaminierenden Schicht anhand der detektierten Messstrahlung.
  • Wie weiter oben beschrieben wurde, kann mit Hilfe der Mess-Strahlungsquelle, des Detektors und der Auswerteeinrichtung die Dicke der kontaminierenden Schicht sowie ggf. die Art des kontaminierenden Materials in-situ und in-operando, d.h. während des Betriebs des EUV-Lithographiesystems, gemessen werden. Die Auswerteeinrichtung kann zu diesem Zweck zur Durchführung der weiter oben im Zusammenhang mit der Auswertung der Messstrahlung beschriebenen Schritte ausgebildet sein.
  • Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einer kontaminierenden Schicht nicht zwingend eine sich kontinuierlich über die gesamte Oberfläche erstreckende Schicht verstanden, vielmehr kann eine kontaminierende Schicht aus mehreren nicht zusammenhängenden kontaminierten Teilbereichen an der Oberfläche zusammengesetzt sein, wobei die Dicke eines jeweiligen Teilbereichs durch die in dem jeweiligen Teilbereich an der Oberfläche gebildeten plasmonischen Nanopartikel bestimmt werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Oberfläche, an der die plasmonischen Nanopartikel gebildet sind, um die Oberfläche der Deckschicht eines optischen Elements zur Reflexion von EUV-Strahlung, welches wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Alternativ kann es sich bei der Oberfläche, an der die plasmonischen Nanopartikel gebildet sind, auch um eine nicht-optische Oberfläche handeln, d.h. um die Oberfläche eines Bauteils, welches nicht im Strahlengang der EUV-Strahlung angeordnet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Detektor zur bevorzugt ortsaufgelösten Detektion einer spektralen Verteilung der Messstrahlung ausgebildet. Zu diesem Zweck kann der Detektor beispielsweise ein Spektrometer aufweisen, mit dem die Streulichtintensität kontinuierlich über einen interessierenden Wellenlängenbereich gemessen werden kann. Gegebenenfalls kann der Detektor nur zur Detektion von Messstrahlung bei zwei oder ggf. mehr als zwei diskreten Mess-Wellenlängen ausgebildet sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Mess-Strahlungsquelle zur Erzeugung von Messstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet. Die Verwendung von Messstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, d.h. zwischen ca. 380 nm und 750 nm, ist günstig, da dort die Absorptionsbanden der meisten metallischen Materialien liegen, die zu kollektiven Schwingungen in Form von Plasmonen angeregt werden können. Zur Erzeugung der Messstrahlung bzw. zur Beleuchtung der plasmonischen Nanopartikel kann eine breitbandige Mess-Strahlungsquelle dienen, die beispielsweise Messstrahlung bei Mess-Wellenlängen des gesamten sichtbaren Spektrums aussendet (Weißlichtquelle). Im einfachsten Fall kann eine Mess-Strahlungsquelle verwendet werden, welche lediglich in einem schmalen Band von Mess-Wellenlängen Messstrahlung zur Bestrahlung der plasmonischen Nanopartikel aussendet, wenn in diesem Wellenlängenband die Resonanz-Wellenlänge der plasmonischen Nanopartikel liegt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines optischen Elements zur Reflexion von EUV-Strahlung mit einer Oberfläche, an der plasmonische Nanopartikel gebildet sind,
  • 2a, b schematische Darstellungen von spektralen Verteilungen von an plasmonischen Nanopartikeln gestreuter Messstrahlung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Karte von Kontaminationen an der Oberfläche des optischen Elements, sowie
  • 4 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage, die ein optisches Element aufweist, das wie in 1 ausgebildet ist.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist schematisch ein optisches Element 1 in Form eines EUV-Spiegels gezeigt. Das optische Element 1 weist ein Substrat 2 auf, auf das eine Beschichtung 3 aufgebracht ist, die im gezeigten Beispiel zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 ausgebildet ist. Das in 1 gezeigte optische Element 1 ist für die Reflexion von EUV-Strahlung 4 ausgebildet, die unter normalem Einfall auf die Oberfläche 7 der Deckschicht 6 auftrifft. Die Einfallswinkel α, unter denen die EUV-Strahlung 4 auf das optische Element 1 trifft, liegen in diesem Fall typischer Weise bei weniger als ca. 45°. Um das optische Element 1 für normalen Einfall zu optimieren, ist bei der in 1 gezeigten Beschichtung 3 unter der Deckschicht 6 eine Mehrlagen-Beschichtung 5 angebracht, welche eine hohe Reflektivität für die EUV-Strahlung 4 aufweist.
  • Die Mehrlagen-Beschichtung 5 weist zu diesem Zweck typischer Weise alternierende Schichten aus einem hoch brechenden und einem niedrig brechenden Material auf. Die Materialien der hoch bzw. niedrig brechenden Schichten der Mehrlagen-Beschichtung 5 hängen von der Wellenlänge der EUV-Strahlung 4 ab, die an dem optischen Element 1 reflektiert werden soll. Bei einer Wellenlänge von ca. 13,5 nm weist die Mehrlagen-Beschichtung 5 typischer Weise alternierende Schichten aus Silizium und Molybdän auf. Die Deckschicht 6 kann beispielsweise aus Rhodium, Ruthenium oder einem anderen Material gebildet sein, welches die darunter liegende Mehrlagen-Beschichtung 5 vor Einflüssen aus der Umgebung schützt.
  • Alternativ zu der in 1 gezeigten, für normalen Einfall optimierten reflektierenden Beschichtung 3 kann das optische Element 1 auch zur Reflexion von unter streifendem Einfall auftreffender EUV-Strahlung 4 optimiert sein, d.h. für EUV-Strahlung 4, die bei Einfallswinkeln α von mehr als ca. 60° zur Flächennormalen auf die Oberfläche 7 auftrifft. In diesem Fall kann an Stelle der in 1 gezeigten Mehrlagen-Beschichtung 5 ggf. nur eine einzelne reflektierende Schicht in der Beschichtung 3 vorhanden sein, die typischer Weise aus einem Material gebildet ist, das eine geringe Brechzahl und eine geringe Absorption für die unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung 4 aufweist, insbesondere aus einem metallischen Material, z.B. Ru, Mo oder Nb. Die Auslegung des optischen Elements 1 für die Reflexion von unter normalem Einfall oder unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung 4 spielt für die hier betrachteten Kontaminationseffekte eine untergeordnete Rolle.
  • Bei dem in 1 gezeigten optischen Element 1 sind an der Oberfläche 7 der Deckschicht 6 plasmonische Nanopartikel 8a, 8b gebildet. Die Nanopartikel 8a, b bestehen aus einem Material, welches bei der Bestrahlung mit Messstrahlung 10, die von einer Mess-Strahlungsquelle 9, beispielsweise in Form einer Weißlicht-Quelle, zu kollektiven Schwingungen in Form von (lokalisierten) Plasmonen angeregt werden. Die plasmonischen Nanopartikel 8a, b können beispielsweise aus einem metallischen Material wie Au, Ag oder Cu gebildet sein, deren Absorptionsbande im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen, so dass diese mit Hilfe der Messstrahlung 10, die ebenfalls im sichtbaren Wellenlängenbereich liegt, angeregt werden können.
  • Die an den plasmonischen Nanopartikeln 8a, b gestreute Messstrahlung 10a wird bei dem in 1 gezeigten Beispiel mit Hilfe eines Detektors 11 detektiert. Eine Auswerteeinrichtung 12 steht mit dem Detektor 11 in Verbindung, um die detektierte und an den plasmonischen Nanopartikeln 8a, b gestreute Messstrahlung 10a auszuwerten.
  • 2a zeigt die Streulichtintensität IS, die von dem Detektor 11 im gezeigten Beispiel ortsaufgelöst erfasst wird, in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Für die wellenlängenabhängige Detektion der gestreuten Messstrahlung 10a weist der Detektor 11 typischer Weise ein Spektrometer auf. Der Detektor 11 weist im gezeigten Beispiel eine Ortsauflösung auf, die so groß ist, dass die nur von einem einzelnen der in 1 gezeigten plasmonischen Nanopartikel 8a gestreute Messstrahlung 10a erfasst werden kann. Die spektrale Verteilung 15a der an diesem plasmonischen Nanopartikel 8a gestreuten Messstrahlung 10a ist in 2a für drei unterschiedliche Fälle dargestellt:
    Die in 2a links dargestellte spektrale Verteilung 15a entspricht dem in 1 gezeigten Fall, in dem die Oberfläche 7 der Deckschicht 6 frei von Kontaminationen ist. Wie in 2a zu erkennen ist, verschiebt sich die spektrale Verteilung 15a und somit auch deren Maximums-Wellenlänge λMax zu höheren Wellenlängen λ, wenn sich an der Oberfläche 7 eine in 2a gezeigte kontaminierende Schicht 13 bildet.
  • Wie in 2a ebenfalls zu erkennen ist, erzeugt die kontaminierende Schicht 13 bei einer ersten Dicke d1 eine erste Wellenlängenverschiebung ΔλMax,d1 und bei einer zweiten, größeren Dicke d2 eine zweite Wellenlängenverschiebung ΔλMax,d2, die größer ist als die erste Wellenlängenverschiebung ΔλMax,d1. Der Betrag der Wellenlängenverschiebung ΔλMax stellt somit ein Maß für die jeweilige Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 dar. Anhand einer vorher durchgeführten Kalibrations-Messung kann – bei bekanntem Material der kontaminierenden Schicht 13 – einer Wellenlängenverschiebung ΔλMax eine bestimmte Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 zugeordnet werden.
  • Wie in 2a gezeigt ist, kann die Wellenlängenverschiebung ΔλMax auch bestimmt werden, indem nicht die gesamte spektrale Verteilung 15a der gestreuten Messstrahlung 10a von dem Detektor 11 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ aufgezeichnet wird, sondern lediglich für zwei fest vorgegebene Mess-Wellenlängen λ1, λ2 eine (erste bzw. zweite) Streulichtintensität Is1, Is2 bestimmt wird. Die erste Mess-Wellenlänge λ1 ist an der linken Flanke, die zweite Mess-Wellenlänge λ2 an der rechten Flanke der spektralen Verteilung 15a gebildet. Bei ausreichend großem Abstand der Mess-Wellenlängen λ1, λ2 vom Zentrum der spektralen Verteilung 15a und bei ausreichend kleiner Wellenlängenverschiebung ΔλMax zu größeren Wellenlängen λ nimmt die erste Streulichtintensität Is1 ab, während die zweite Streulichtintensität Is2 zunimmt, so dass anhand des Unterschieds zwischen den beiden Streulichtintensitäten Is1, Is2, beispielsweise anhand der Differenz Is1 – Is2 oder anhand des Quotienten Is1/Is2 auf den Betrag der Wellenlängenverschiebung ΔλMax und somit auf die Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 geschlossen werden kann.
  • Die an der Oberfläche 7 gebildeten Nanopartikel 8a, b weisen typischer Weise eine für die Erzeugung von Plasmonen angepasste Geometrie bzw. ein geeignetes Aspektverhältnis auf. Wie in 2a zu erkennen ist, ist die (maximale) laterale Breite b der Nanopartikel 8a, b typischer Weise größer als die Höhe h der Nanopartikel 8a, b, wobei eine typische Größenordnung für die Höhe h zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm liegt und wobei eine typische Größenordnung für die Breite b zwischen ca. 5 nm und ca. 100 nm liegt.
  • Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, sind die plasmonischen Nanopartikel 8a, b auf der Oberfläche 7 in einer regelmäßigen Anordnung bzw. in einem Raster 14 angeordnet, d.h. die Mittelpunkte benachbarter plasmonischer Nanopartikel 8a, b weisen regelmäßige Abstände A voneinander auf, die beispielsweise in der Größenordnung von mehreren Millimetern liegen können. Der Abstand A zwischen benachbarten Nanostrukturen 8a, b sollte nicht zu klein gewählt werden, damit die Spezifikation des optischen Elements 1 hinsichtlich der Reflektivität sowie ggf. hinsichtlich Abbildungsfehlern eingehalten werden kann. Um einen parasitären Crosstalk zwischen benachbarten plasmonischen Nanopartikeln 8a, b zu vermeiden, sollte der Abstand A typischer Weise größer als ca. 20 nm sein.
  • Die plasmonischen Nanopartikel 8a, b können an der Oberfläche 7 beispielsweise mit Hilfe der so genannten „Nanosphere Lithography“ (NSL) gebildet werden, welche die Erzeugung von periodischen Arrays bzw. Rastern 14 von plasmonischen Nanopartikeln 8a, b begünstigt. Die Nanopartikel 8a, b können hierbei wie in 1 gezeigt ist auf die Oberfläche 7 der Deckschicht 6 aufgebracht werden, oder ganz oder teilweise in die Deckschicht 6 eingebettet werden, wie dies beispielhaft in 2a angedeutet ist. Je tiefer die plasmonischen Nanopartikel 8a, b in die Deckschicht 6 eingegraben werden, desto geringer ist jedoch typischer Weise die Sensitivität der weiter oben beschriebenen Streulichtmessung, d.h. die Auflösung bei der Bestimmung der Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 nimmt typischer Weise ab.
  • An der Oberfläche 7 können unterschiedliche Arten von plasmonischen Nanopartikeln 8a, b angeordnet werden. Beispielhaft ist in 1 ein (zweiter) plasmonischer Nanopartikel 8b gezeigt, der sich mit seiner unregelmäßigen Geometrie von der im Wesentlichen quaderförmigen Geometrie der anderen (ersten) plasmonischen Nanopartikel 8a an der Oberfläche 7 des optischen Elements 1 unterscheidet. Es versteht sich, dass auf der in 1 gezeigten Oberfläche 7 mehr als nur ein plasmonischer Nanopartikel 8b mit unregelmäßiger Geometrie angeordnet sein kann, beispielsweise kann jeder zweite der Nanopartikel 8a, b eine unregelmäßige Geometrie aufweisen.
  • Wie in 2a ist auch in 2b die spektrale Verteilung 15a der Streulichtintensität Is der an dem quaderförmigen Nanopartikel 8a von 1 gestreuten Messstrahlung 10a gezeigt. Zusätzlich ist in 2b auch die spektrale Verteilung 15b der an dem plasmonischen Nanopartikel 8b mit der unregelmäßigen Geometrie gestreuten Messstrahlung 10a dargestellt. Wie in 2b zu erkennen ist, unterscheidet sich die Maximums-Wellenlänge λMax,a der spektralen Verteilung 15a der an dem ersten quaderförmigen Nanopartikel 8a gestreuten Messstrahlung 10a von der Maximums-Wellenlänge λMax,b der an dem zweiten quaderförmigen Nanopartikel 8b gestreuten Messstrahlung 10a.
  • Insbesondere wenn die gestreute Messstrahlung 10a, die von dem Detektor 11 detektiert wird, nicht von einem einzelnen Nanopartikel 8a, 8b, sondern von einer Mehrzahl von (ersten und zweiten) Nanopartikeln 8a, 8b stammt, ist es günstig, wenn die Maximums-Wellenlängen λMax,a, λMax,b der beiden spektralen Verteilungen 15a, 15b so weit auseinander liegen, dass diese bei der Auswertung in der Auswerteeinrichtung 12 spektral gut getrennt werden können, da in diesem Fall die Summe der beiden in 2b gezeigten spektralen Verteilungen 15a, 15b als Streulichtintensität Is detektiert wird.
  • Zusätzlich zu den unterschiedlichen Maximums-Wellenlängen λMax,a, λMax,b der beiden spektralen Verteilungen 15a, 15b unterscheidet sich auch der Betrag der Wellenlängenverschiebung ΔλMax,a, ΔλMax,b (bei gleicher bzw. konstanter Dicke der kontaminierenden Schicht 13) der beiden spektralen Verteilungen 15a, 15b in Abhängigkeit von der Art des Materials der kontaminierenden Schicht 13, genauer gesagt in Abhängigkeit von dessen Brechungsindex. Wird bei mehreren unterschiedlichen Dicken d1, d2 einer kontaminierenden Schicht 13 aus einem bekannten Material die jeweilige Wellenlängenverschiebung ΔλMax,a, ΔλMax,b bestimmt und in einer Liste bzw. Tabelle hinterlegt, bilden diese Werte eine Art Signatur für ein jeweiliges kontaminierendes Material der Schicht 13.
  • Wird bei einer Messung mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 12 die jeweilige Wellenlängenverschiebung ΔλMax,a, ΔλMax,b bestimmt, kann zusätzlich zur Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 durch einen Vergleich mit den für unterschiedliche Materialien in der Tabelle hinterlegten bekannten Werten der Wellenlängenverschiebungen ΔλMax,a, ΔλMax,b das Material der kontaminierenden Schicht 13 bestimmt werden.
  • Es versteht sich, dass zur Unterscheidung einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien der kontaminierenden Schicht 13 nicht nur die in 1 gezeigten plasmonischen Nanopartikel 8a, b mit zwei unterschiedlichen Geometrien an der Oberfläche 7 angeordnet sein können, sondern auch plasmonische Nanopartikel mit einer dritten, vierten, ... Geometrie, die sich jeweils von der ersten, zweiten, ... Geometrie unterscheiden. Allgemein ist es günstig, plasmonische Nanopartikel 8a, b an der Oberfläche 7 anzuordnen, die sich in mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, welche die Unterscheidung von unterschiedlichen Materialien der kontaminierenden Schicht 13 ermöglicht bzw. begünstigt. Neben einer unterschiedlichen Geometrie der plasmonischen Nanopartikel 8a, b kann es sich bei der Eigenschaft beispielsweise um die Größe der Nanopartikel 8a, b handeln, d.h. die Größe der plasmonischen Nanopartikel 8a, b an der Oberfläche 7 kann variieren. Auch das Material der plasmonischen Nanopartikel 8a, b an der Oberfläche 7 kann unterschiedlich gewählt werden, um die Art des kontaminierenden Materials der Schicht 13 bestimmen bzw. um eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien identifizieren bzw. unterscheiden zu können.
  • In 1 trifft beispielhaft die von der Mess-Strahlungsquelle 9 ausgehende Messstrahlung 10 nur auf genau einen plasmonischen Nanopartikel 8a. Es versteht sich aber, dass die Mess-Strahlungsquelle 9 ausgebildet sein kann, einen größeren Bereich oder die gesamte Oberfläche 7 der Deckschicht mit der Messstrahlung 10 zu bestrahlen. Die an den bestrahlten plasmonischen Nanopartikeln 8a, b gestreute Messstrahlung 10a kann in diesem Fall ortsaufgelöst von dem Detektor 11 detektiert werden, wobei die Ortsauflösung des Detektors 11 gegebenenfalls z.B. mit Hilfe einer Zoom-Optik eingestellt werden kann. Durch die Zoom-Optik können gegebenenfalls bestimmte Teilbereiche der Oberfläche 7 mit höherer Ortsauflösung bzw. Vergrößerung dargestellt werden, wobei ggf. eine Ortsauflösung erreicht werden kann, bei der nur die an einem einzelnen plasmonischen Nanopartikel 8a gestreute Messstrahlung 10a von dem Detektor 11 detektiert wird, wie dies in 1 dargestellt ist.
  • Die Detektion der gestreuten Messstrahlung 10a mit Hilfe eines ortsauflösenden Detektors 11 ermöglicht es, eine Karte der Kontaminationen an der Oberfläche 7 zu erstellen, wie sie beispielhaft in 3 gezeigt ist: An den drei in 3 gestrichelt dargestellten Teilbereichen liegt die auf die weiter oben beschriebene Weise bestimmte Wellenlängenverschiebung ΔλMax und somit die Dicke d1 der kontaminierenden Schicht 13 oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, während außerhalb der in 3 gezeigten Teilbereiche kein kontaminierendes Material bzw. nur kontaminierendes Material mit einer sehr geringen Dicke vorhanden ist. Es versteht sich, dass durch die Festlegung von mehreren Schwellwerten der Wellenlängenverschiebung ΔλMax eine detailliertere ortsaufgelöste Karte der kontaminierenden Schicht 13 an der Oberfläche 7 des optischen Elements 1 erstellt werden kann, in der mehrere Dickenintervalle unterschieden werden können.
  • An Stelle eines ortsauflösenden Detektors 11 kann auch ein nicht ortsauflösender Detektor verwendet werden, wenn nur eine über die gesamte Oberfläche 7 integrierte Information bezüglich der Dicke der kontaminierenden Schicht 13 bestimmt werden soll. Gegebenenfalls kann der ortsauflösende oder nicht ortsauflösende Detektor 11 auch relativ zur Oberfläche 7 bewegt, beispielsweise verschoben werden, um an unterschiedlichen Orten der Oberfläche 7 die Dicke d1, d2 der kontaminierenden Schicht 13 zu bestimmen. Entsprechend kann gegebenenfalls auch die Mess-Strahlungsquelle 9 relativ zur Oberfläche 7 bewegt werden, um unterschiedliche Teilbereiche der Oberfläche 7 zu beleuchten.
  • Das optische Element 1 gemäß 1 kann beispielsweise in einem optischen System in Form einer EUV-Lithographieanlage 101 integriert werden, welche stark schematisch in 4 dargestellt ist. Die EUV-Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 102 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in 4 gezeigt ist ein Kollektor-Spiegel 103 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektierende optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) aufweist.
  • Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 104 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
  • Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahlengang 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionssystem 120 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, sowie eine lichtempfindliche Schicht, z.B. einen Fotolack, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
  • Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionssystem 120 sechs reflektive optische Elemente 121 bis 126 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischer Weise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionssystem 120 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
  • Bei der in 4 gezeigten EUV-Lithographieanlage 101 ist beispielhaft an einem optischen Element 115 des Beleuchtungssystems 110 die in 1 gezeigte Anordnung mit der Mess-Strahlungsquelle 9, dem Detektor 11 und der Auswerteeinrichtung 12 gezeigt. Es versteht sich, dass auch jedes andere optische Element 112 bis 114, 116 des Beleuchtungssystems 110 oder ein optisches Element 121 bis 126 des Projektionssystems 120 mit einer entsprechenden Anordnung versehen werden kann, um die Dicke einer kontaminierenden Schicht sowie ggf. die Art des kontaminierenden Materials zu bestimmen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einer Oberfläche 7 eines optischen Elements 1 kann auch eine Oberfläche eines nicht-optischen Elements in der EUV-Lithographieanlage 101 auf die weiter oben beschriebene Weise im Hinblick auf Kontaminationen vermessen werden. An Stelle einer Oberfläche, die in der EUV-Lithographieanlage 101 angeordnet ist, kann auch eine Oberfläche, die in einem anderen optischen System angeordnet ist, auf die weiter oben beschriebene Weise im Hinblick auf Kontaminationen vermessen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (19)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Dicke (d1, d2) einer kontaminierenden Schicht (13) und/oder der Art eines kontaminierenden Materials an einer Oberfläche (7) in einem optischen System, insbesondere an einer Oberfläche (7) in einem EUV-Lithographiesystem (101), umfassend: Bestrahlen der Oberfläche (7), an der plasmonische Nanopartikel (8a, b) gebildet sind, mit Messstrahlung (10), Detektieren der an den plasmonischen Nanopartikeln (8a, b) gestreuten Messstrahlung (10a), sowie Bestimmen der Dicke (d1, d2) der kontaminierenden Schicht (13) und/oder der Art des kontaminierenden Materials anhand der detektierten Messstrahlung (10a).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Bestimmen der Dicke (d1, d2) der kontaminierenden Schicht (13) eine dickenabhängige Wellenlängenverschiebung (Δλmax,d1, Δλmax,d2) einer spektralen Verteilung (15a) der an den plasmonischen Nanopartikeln (8a, b) gestreuten Messstrahlung (10a) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum Bestimmen der Art des kontaminierenden Materials Wellenlängenverschiebungen (Δλmax,a, Δλmax,b) von mehreren spektralen Verteilungen (15a, 15b) der an plasmonischen Nanopartikeln (8a, 8b) mit jeweils mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft gestreuten Messstrahlung (10a) bestimmt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die mindestens eine unterschiedliche Eigenschaft ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Größe der plasmonischen Nanopartikel (8a, b), Geometrie der plasmonischen Nanopartikel (8a, b) und Material der plasmonischen Nanopartikel (8a, b).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Wellenlängenverschiebung (Δλmax) der spektralen Verteilung (15a) anhand einer Verschiebung einer Maximums-Wellenlänge (λmax) der spektralen Verteilung (15a) oder anhand einer Veränderung der Streulichtintensität (Is1, Is2) an mindestens zwei Mess-Wellenlängen (λ1, λ2) der spektralen Verteilung (15a) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die an den plasmonischen Nanopartikeln (8a, b) gestreute Messstrahlung (10a) ortsaufgelöst detektiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) an einer Oberfläche (7) einer Deckschicht (6) einer EUV-Strahlung (4) reflektierenden Beschichtung (3) eines optischen Elements (1) gebildet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) auf die Oberfläche (7) der Deckschicht (6) aufgebracht oder zumindest teilweise in die Deckschicht (6) eingebettet sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Schritte des Bestrahlens und des Detektierens während des Betriebs des optischen Systems, insbesondere während des Betriebs des EUV-Lithographiesystems (101), erfolgen.
  10. Optisches Element (1) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4), umfassend: ein Substrat (2), eine auf dem Substrat (2) gebildete Beschichtung (3) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4), wobei die Beschichtung (3) eine Deckschicht (6) mit einer dem Substrat (2) abgewandten Oberfläche (7) aufweist, und wobei an der Oberfläche (7) der Deckschicht (6) plasmonische Nanopartikel (8a, b) gebildet sind.
  11. Optisches Element nach Anspruch 10, bei dem die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) aus einem metallischen Material gebildet sind, insbesondere aus Au, Ag oder Cu.
  12. Optisches Element nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) an der Oberfläche (7) der Deckschicht (6) eine Breite (b) aufweisen, die geringer ist als die Höhe (h) der plasmonischen Nanopartikel (8a, b), oder umgekehrt.
  13. Optisches Element nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) an der Oberfläche (7) in einem Raster (14) angeordnet sind.
  14. Optisches Element nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem plasmonische Nanopartikel (8a, b) mit mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft an der Oberfläche (7) angeordnet sind.
  15. Optisches Element nach Anspruch 14, bei dem die Eigenschaft ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Größe der plasmonischen Nanopartikel (8a, b), Geometrie der plasmonischen Nanopartikel (8a, b) und Material der plasmonischen Nanopartikel (8a, b).
  16. EUV-Lithographiesystem (101), umfassend: mindestens eine Oberfläche (7), an der plasmonische Nanopartikel (8a, b) gebildet sind, mindestens eine Mess-Strahlungsquelle (9) zum Bestrahlen der Oberfläche (7), an der die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) gebildet sind, mit Messstrahlung (10), mindestens einen Detektor (11) zum Detektieren der an den plasmonischen Nanopartikeln (8a, b) gestreuten Messstrahlung (10a), sowie eine Auswerteeinrichtung (12) zum Bestimmen der Dicke (d1, d2) einer kontaminierenden Schicht (13) und/oder der Art des kontaminierenden Materials an der Oberfläche (7) anhand der detektierten Messstrahlung (10a).
  17. EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 16, bei dem die Oberfläche (7), an der die plasmonischen Nanopartikel (8a, b) gebildet sind, die Oberfläche (7) der Deckschicht (6) eines optischen Elements (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 bildet.
  18. EUV-Lithographiesystem nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem der Detektor (12) zur bevorzugt ortsaufgelösten Detektion einer spektralen Verteilung der Messstrahlung (10a) ausgebildet ist.
  19. EUV-Lithographiesystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Mess-Strahlungsquelle (9) zur Erzeugung von Messstrahlung (10) im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet ist.
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