DE19948264A1 - Anordnung und Verfahren zur Reflektometrie - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur ReflektometrieInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Reflektometrie im extremen Ultraviolett- und im weichen Röntgenwellenlängenbereich. Mit der Erfindung kann sowohl spektral aufgelöst wie auch wellenlängenaufgelöste Reflektometrie betrieben werden. Die wellenlängenabhängige Reflektometrie wird durch eine Anordnung durchgeführt, bei der ein Plasma polychromatische Strahlung divergent emittiert, bei der Mittel zur Kollimation der Strahlung sowie Mittel zur spektralen Zerlegung der reflektierten Strahlung und ein Mehrkanaldetektor zur Erfassung der reflektierten Strahlung vorgesehen sind, wobei als Strahlungsquelle ein Pinchplasma Einsatz findet. Die winkelaufgelöste Reflektometrie besteht in einer Anordnung mit einem Plasma, welches polychromatische Strahlung divergent emittiert, mit einem Monochromator und mit einem Mehrkanaldetektor zur Erfassung der reflektierten Strahlung. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Charakterisierung von Multilayerspiegeln im EUV-Wellenlängenbereich sowie im Bereich der weichen Röntgenstrahlung, insbesondere solche für die EUV-Lithografie.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spektral aufgelösten Re
flektometrie nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 5, 11 und 13. Die Erfindung dient
dazu, um für den Spektralbereich der extremen Ultraviolettstrahlung oder der weichen
Röntgenstrahlung bestimmte optische Elemente bzw. Komponenten optischer Elemente
zu vermessen. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Vermessung von Optiken für Ex
trem-Ultraviolett-(EUV-)Strahlung, die aufgrund einer Beschichtung mit bis zu 100 La
gen von wenigen Nanometer Dicke aus abwechselnd verschiedenen Materialien (Viel
schichtspiegel oder Multilayerspiegel aus Molybdän und Silicium oder Rhenium und Be
ryllium oder Y/Al und Mo/Be) in einem schmalen Spektralbereich hohe Reflektivitäten
erreichen. Für derartige Systeme wird davon ausgegangen, dass sie in den nächsten
Jahren im Bereich der EUV-Lithografie weitverbreitete Anwendung finden. Zur Überwa
chung des Herstellungsprozesses und zur Qualitätssicherung der optischen Systeme
sind dann spektral- und/oder winkelauflösende Reflektometer im Spektralbereich der
EUV-Strahlung dringend erforderlich.
Es ist bekannt, dass die Reflektivität R(λ, ϕ) von elektromagnetischer Strahlung sowohl
von der Wellenlänge λ abhängt, mit der eine Oberfläche beaufschlagt wird, als auch von
deren Einfallswinkel ϕ gegenüber der Oberflächennormalen. Die Reflektivität R(λ, ϕ)
eines optischen Elementes ergibt sich dabei aus der Intensität der reflektierten Strahlung
geteilt durch die Intensität der einfallenden Strahlung. Bei spektraler Reflektometrie
R(λ, ϕ) wird bei konstantem Einfallswinkel ϕ und variabler Wellenlänge λ gemessen und
damit R(λ, ϕ = const) bestimmt. Bei der winkelabhängigen Reflektometrie wird
R(λ = const, ϕ) bestimmt, d. h. es wird bei konstanter Wellenlänge λ der Einfallswinkel ϕ
der Strahlung durchgestimmt.
Die Untersuchung der spektralen und/oder winkelabhängigen Reflexionseigenschaften
von Vielschicht-Spiegelsystemen, sogenannten Multilayerspiegeln, im EUV-Bereich, d. h.
im Wellenlängenbereich von ca. 10-20 nm, sowie im Bereich der weichen Röntgen
strahlung, d. h. im Wellenlängenbereich von ca. 1-10 nm, wird derzeit hauptsächlich an
Strahlrohren an Elektronenspeicherringen bzw. Synchrotron-Strahlungsquellen durch
geführt. Ein Beispiel für eine derartige Synchroton-Strahlungsquelle ist die Großfor
schungsanlage BESSY in Berlin. Ein Synchrotron ist für derartige reflektometrische
Messungen gut geeignet, denn die Synchrotronstrahlung ist eine sehr brillante Strah
lungsquelle die "weiße" EUV-Strahlung emittiert, d. h. die sehr breitbrandig emittiert. Die
se polychromatische Strahlung wird üblicherweise für ihren Einsatz zur Reflektrometrie
kollimiert, d. h. es wird ein gerichteter Strahl geschaffen, und anschließend monochro
matisiert. Die derart präparierte Strahlung wird dann zur spektralen oder (einfalls-) win
kelabhängigen Reflektometrie herangezogen, bei der ein einzelnes Detektorelement wie
zum Beispiel eine Fotodiode die reflektierte Strahlung erfasst bzw. detektiert. Bei beiden
genannten Varianten der Reflektometrie wird ein Parameter festgehalten und der andere
Parameter durchgestimmt. Dabei werden die Intensitäten der reflektierten Strahlung
seriell gemessen, d. h. die Messung besteht in einer zeitlichen Folge von Parameterän
derung und Intensitätsmessung.
Auf eine Referenzmessung zur Bestimmung der Intensität der einfallenden Strahlung
kann beim Synchrotron oft verzichtet werden. Grund hierfür ist, dass die spektrale Ver
teilung der Synchrotronstrahlung nur von der Magnetfeldstärke des entsprechenden
Ablenkmagneten und der meist konstant gehaltenen Elektronenenergie abhängt, und
dass die Brillanz der entstehenden Synchrotronstrahlung eine bekannte Funktion des im
Synchrotron fließenden und permanent gemessen Elektronenstroms ist.
Synchrotronstrahlungsquellen als Großforschungseinrichtungen weisen bei der EUV-
Reflektometrie einige erhebliche Nachteile auf. Zum einen sind die Betriebskosten für
Strahlrohre sehr hoch, und zum anderen stehen für derartige Messungen nur wenige
Strahlrohre zur Verfügung. Damit kann bei einem industriellem Bedarf an derartigen
Messungen zu Zwecken der Qualitätssicherung an optischen Elementen nicht sicherge
stellt werden, dass tatsächlich Mess- bzw. Strahlzeit an der primär für wissenschaftliche
Zwecke konzipierten Großforschungsanlage zur Verfügung steht. Weiterhin kann
nachteiligerweise die Vermessung der Proben nicht am Herstellungsort stattfinden, son
dern es ist meist ein langer Anreiseweg nötig. Daher besteht ein erheblicher industrieller
Bedarf an einer kompakten Strahlungsquelle im Labormaßstab, oder noch besser an
einer portablen Strahlungsquelle, zu Zwecken der Reflektometrie im EUV- und Rönt
genwellenlängenbereich.
In einem Fachartikel (D. H. Windt and K. K. Waskiewicz, "Soft-x-ray reflectometry of
multilayer coatings using a laser plasma source, Proc. SPIE, 1547, 144-158, 1997) wird
ein Verfahren zur Reflektometrie im weichen Röntgenwellenlängenbereich sowie im
EUV-Bereich offenbart, bei der ein lasererzeugtes Plasma als Strahlungsquelle einge
setzt wird. Dabei wird der Laserstrahl auf ein Target mit schweren Elementen fokussiert,
so dass näherungsweise "weiße" EUV-Strahlung entsteht. Eine derartige Strahlungs
quelle ist im Betrieb unproblematisch, verglichen mit dem Synchrotron sehr billig, und
kann ganz entscheidend in einem individuellen Labor Einsatz finden. Mit dem in diesem
Fachartikel offenbarten Messaufbau wird dabei Reflektometrie analog zum Synchrotron
betrieben.
Allerdings sind mit der in diesem Fachartikel offenbarten Lösung auch beachtliche
Nachteile verbunden. Zunächst emittiert die Plasmastrahlungsquelle im Vergleich zum
Synchrotron mit erheblich geringerer spektraler Brillanz, so dass grundsätzliche längere
Messzeiten in Kauf genommen werden müssen. Hinzu kommt, dass das Plasma nahezu
isotrop emittiert was den Nachteil mit sich bringt, dass bei der Kollimation der Strahlung
mittels des Eintrittsspalts des Monochromators hohe Verluste auftreten. Ein weiteres
Problem besteht darin, dass die Emission der Plasmastrahlungsquelle in Abhängigkeit
von der Materialzusammensetzung der laserlichtbeaufschlagten Stelle des Targets im
allgemeinen von Puls zu Puls in der Intensität und in der spektralen Verteilung fluktuiert.
Diese Fluktuationen treten meist unabhängig von den experimentellen Eingangspara
metern auf. Daher ist es notwendig, parallel zur Vermessung der von der Probe reflek
tierten Strahlung eine Referenzmessung der die Probe beaufschlagenden Strahlung
durchzuführen. Weiterhin kommt es bei laserinduzierten Plasmen nachteiligerweise zu
Kontaminationen durch aufgeschmolzenes und/oder verdampftes Targetmaterial. Auch
sind die Messzeiten unverhältnismäßig hoch.
In einem weiteren Fachartikel (G. Schriever et. al., J. Appl. Optics, Heft 37, Nr. 7, S.
1243 (1998)) wird eine Anordnung zur Bestimmung der Reflektionscharakteristik und
des Reflektionskoeffizienten eines Multilagenspiegels im EUV-Wellenlängenbereich be
schrieben, der ein laserproduziertes Goldplasma als Strahlungsquelle, einen
Spektrografen sowie einen Mehrkanaldetektor zur Erfassung der reflektierten Strahlung
umfasst. Der Spektrograf weist dabei einen Eingangsspalt von 100 µm Breite auf durch
welchen der reflektierte Strahl kollimiert wird. Mit dieser Anordnung entstehen jedoch
nachteiligerweise Verunreinigungen durch aufgeschmolzenes und verdampftes Target
material, welches sich unter anderem auch auf die zu vermessenden optischen Kompo
nenten niederschlagen kann.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfah
ren für die Reflektometrie im weichen Röntgenwellenlängenbereich (d. h. Wellenlänge
λ = 1-10 nm) sowie im EUV-Bereich (d. h. Wellenlänge λ = 10-20 nm) zur Verfügung zu
stellen, die preiswert und mit möglichst geringem apparativen Aufwand möglichst kurze
Messdauern ermöglichen. Vorrichtung und Verfahren sollen dabei sowohl spektrale als
auch winkelabhängige Reflektometrie ortsaufgelöst und schnell erlauben. Hierbei sollen
Verunreinigungen von aufgeschmolzenem und/oder verdampften Materialien vermieden
werden.
Die Lösung dieses technischen Problems wird durch die in den unabhängigen Ansprü
chen angegebenen Merkmaie gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen durch die Un
teransprüche angegeben sind.
In einer ersten vorteilhaften Variante der Erfindung ist ein Reflektometeraufbau vorgese
hen, der als Strahlungsquelle eine Pinchplasmaquelle vorsieht, weiterhin Mittel zur Kol
limation der Pinchplasmastrahlung, Mittel zur spektralen Zerlegung der Strahlung, sowie
einen Mehrkanaldetektor zur Erfassung der reflektierten Strahlung.
Bei von der Anmelderin durchgeführten Experimenten hat sich ein Pinchplasma als ganz
besonders geeignete Plasmastrahlungsquelle bewährt. Bei einem Pinchplasma (aus
dem Englischen: to pinch: sich zusammenziehen) zieht sich das Plasma durch magneti
sche Kräfte zusammen und erwärmt sich gleichzeitig. Bei geeignet gewählter Elektro
dengeometrie, Gasdruck und -art sowie Wahl der Strompulse kann ein derartiges Plas
ma bereitgestellt werden welches im gewünschten Wellenlängenbereich von λ = 1 bis 20
nm emittiert, und zwar divergent und polychromatisch. Beispiele für derartige
Pinchplasmen ist die Z-Pinch-Entladung oder die Plasmafokusentladung. Eine beson
ders vorteilhafte Ausführung des Pinchplasmas ist das Kanalpinchplasma, bei dem das
Plasma bedingt durch eine geeignete Elektrodengeometrie innerhalb eines Kanals zün
det und sich anschließend innerhalb dieses Kanals zu einem Plasmakanal kleineren
Durchmessers zusammenzieht. Eine hierzu geeignete Elektrodenkonfiguration ist die
des Einkanalpseudofunkenschalters, wie zum Beispiel in der DE 197 53 696 A1 be
schrieben. Ein Kanalpinchplasma ist deutlich preiswerter zu realisieren als ein laserer
zeugtes Plasma, und ist diesem hinsichtlich der Betriebssicherheit und des Betriebsauf
wandes vorzuziehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn für den Anwendungsfall hohe
Repetitionsraten gefordert werden. In diesem Fall nämlich läßt sich beim Kanal
pinchplasma die Pulsfrequenz auf einfache Weise über den Leistungsregler des Hoch
stromkreises erhöhen, während beim laserinduzierten Plasma spezielle und sehr teure
Laser erforderlich sind die die Kosten enorm in die Höhe treiben. Gegenüber dem her
kömmlichen Pinchplasma ist das Kanalpinchplasma für die hier genannte Anmeldung
sehr kompakt und weist weniger Fluktuationen als ein herkömmliches Pinchplasma auf.
Je nach Anforderungen an die Genauigkeit der Messergebnisse können die geringeren
Fluktuationen einen geringeren Aufwand bei den Referenzmessungen, also bei den
Messungen der beaufschlagenden Strahlung, bedingen. Zusätzlich ist es einfacher als
ein herkömmliches Pinchplasma zu betreiben.
Der Reflektometeraufbau enthält weiterhin Mittel zur spektralen Zerlegung der Strahlung
um winkelabhängig messen zu können, d. h. um R(λ, ϕ = const) bestimmen zu können.
Hierzu geeignet sind zum Beispiel Gitterspektrografen oder fokussierende Gitter, und bei
letzteren insbesondere Toroidialgitter.
Die spektral zerlegte reflektierte Strahlung wird einem Mehrkanaldetektor zugeführt. Der
Mehrkanaldetektor kann ein eindimensional auflösender Detektor sein wie zum Beispiel
eine Zeile von Detektoren, ein sogenannter Zeilendetektor. Ein Beispiel hierfür sind
CCD-Zeilendetektoren. Auch möglich ist ein zweidimensional ortsauflösender Detektor.
Dieser kann als zweidimensionales Array von Detektoren ausgeführt sein. Dabei hat das
zweidimensionale Array von Detektoren den Vorteil, dass es als sogenannte CCD-
Kamera kommerziell verfügbar ist, universell eingesetzt werden kann und auf ihm zu
sätzliche Informationen über die räumliche Verteilung der spektral reflektierten Strahlung
erhalten werden kann. Zeilendetektoren sind für den EUV-Wellenlängenbereich weniger
verfügbar, müssten als Sonderanfertigung an das Reflektometer angepasst werden. Ist
der Zeilendetektor in x-Richtung ausgerichtet liefert er zudem nur ein bzgl. der
y-Richtung integriertes Signal. Die nachfolgende rechnergestützte Auswertung würde sich
jedoch im Falle eines Zeilendetektors vereinfachen. Besonders bevorzugt ist eine rück
seitig gedünnte CCD-Kamera, die so ausgestaltet sind, dass sie besonders empfindlich
im EUV-Wellenlängenbereich und besonders unempfindlich gegen Strahlenschäden
sind. Dazu wird nicht wie bei herkömmlichen CCD-Kameras die Vorderseite bestrahlt wo
sich eine die EUV-Strahlung teilweise absorbierende Isolatorschicht befindet, sondern
die Rückseite der CCD-Kamera. Die Rückseite der CCD-Chips sind in einem speziellen
Bearbeitungsschritt derart dünn ausgestaltet, dass EUV-Strahlung die empfindlichen
Bereiche mit möglichst wenig Absorption erreichen.
Bei dieser Anordnung zur spektralen Reflektometrie im Sinne der vorliegenden Erfin
dung beaufschlagt die Pinchplasmastrahlungsquelle die zu untersuchende Probe mit
kollimierter polychromatischer Strahlung, oder aber es wird die Strahlung nach der Re
flexion kollimiert. Auf die Kollimation kann nicht verzichtet werden, da bei divergenter
Beaufschlagung der Probe bei der spektralen Zerlegung eine Vermischung verschiede
ner spektraler Komponenten aufgrund der Faltung verschiedener Einfallswinkel und
Beugungswinkel auftreten würde.
Eine Möglichkeit der Kollimation besteht darin, den Abstand zwischen Plasmastrah
lungsquelle und Probe hinreichend groß zu wählen, also eine Abstandskollimation
durchzuführen. Hierdurch wird jedoch nur die in einen kleinen Raumwinkel emittierte
Strahlung für die Messung genutzt. Diese Art der Kollimation ist damit wenig effizient.
Vorteilhafter ist daher die Verwendung einer Blende oder eines Blendensystems in der
Nähe der Probe. Wird ein Gitterspektrograf eingesetzt, so besteht eine elegante Reali
sierung der Kollimation darin, den Eintrittsspalt des Spektrografen als Blende zu wählen.
Am effizientesten, aber auch am aufwendigsten ist der Einsatz eines strahlformenden
optischen Elements zur Kollimation, ein sogenanntes röntgenoptisches Element
und/oder EUV-optisches Element. Hierbei steht besonders viel Ausgangsstrahlung für
die Messung zur Verfügung. Das strahlformende optische Element muss dabei für den
gesamten angestrebten Wellenlängenbereich, für den die Probe vermessen werden soll,
zuverlässig funktionieren. Im EUV-Wellenlängenbereich kommen hierfür zum Beispiel
Metalloberflächen in Betracht, die die Strahlung im streifenden Einfall reflektieren.
Es ist vorliegend auch möglich, dass mit dem Reflektometeraufbau ortsaufgelöst ge
messen wird. Hierzu wird so kollimiert, dass immer nur ein vorbestimmter Teil des zu
vermessenden optischen Elements mit Strahlung beaufschlagt wird. Dieser Teil, nach
folgend Beleuchtungsfleck genannt, kann dann durch eine Relativbewegung von Kolli
mator und zu vermessendem optischen Element variiert werden.
In einer zweiten vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Anordnung zur Reflekto
metrie im extremen Ultraviolett- und im weichen Röntgenwellenlängenbereich vorgese
hen, bei der eine Plasmastrahlungsquelle polychromatische Strahlung divergent emit
tiert, und bei der ein Monochromator und ein Mehrkanaldetektor zur Erfassung der re
flektierten Strahlung vorgesehen sind. Mit dieser Anordnung kann winkelabhängige Re
flektometrie durchgeführt werden, d. h. R(λ = const, ϕ) bestimmt werden.
Auch bei dieser Reflektometrieanordnung wird ein ortsauflösender Detektor bzw. ein
Mehrkanaldetektor eingesetzt. Dieser ermöglicht eine zeitlich gleichzeitige Detektion der
verschiedenen Raumwinkelkomponenten der emittierten Plasmastrahlung und damit
eine besonders schnelle Messung. Die Plasmastrahlung kann damit besonders effizient
genutzt werden. Die besonders effiziente Nutzung der Strahlung drückt sich ferner im
Verzicht auf einen Kollimator aus, durch den sonst die genutzten Raumwinkelbereiche
der Strahlung eingeschränkt würden. Hinsichtlich der wählbaren Strahlungsquellen gilt
hier das zur ersten Variante der Erfindung Gesagte, wobei hier zusätzlich ein laserindu
ziertes Plasma als Strahlungsquelle herangezogen werden kann. Hinsichtlich der nutz
baren Mehrkanaldetektoren gilt das oben Gesagte. Diese Variante zeichnet sich damit
dadurch aus, dass die gegenüber der Oberflächennormalen unter verschiedenen Win
keln auftreffenden Emissionskomponenten des Plasmas simultan erfasst werden.
Für die Bestimmung der Reflektivität ist neben der Intensitätsbestimmung der von der
Probe reflektierten Strahlung eine Referenzmessung erforderlich, d. h. es muss die In
tensität der beaufschlagenden Strahlung bestimmt werden. Für die Referenzmessung
gibt es unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass für die Referenzmessung reflektierte Strahlung von
einem Referenzspiegel herangezogen wird. Dabei ist es insbesondere für die ortsauf
gelöste Reflektometrie vorteilhaft, wenn der Referenzspiegel in der Nähe des Beleuch
tungsflecks des zu vermessenden optischen Elements, zum Beispiel eines Spiegels,
positioniert wird. Die Messstrahlung vom Beleuchtungsfleck auf dem Spiegel, als auch
die vom Referenzspiegel reflektierte Strahlung, können dann zeitgleich von unterschied
lichen Bereichen des Mehrkanaldetektors erfasst und separat ausgewertet werden. Zur
exakten Positionierung des Beleuchtungsflecks ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn
im Referenzspiegel eine Öffnung vorgesehen ist welche als Blende für die Messstrah
lung dient. Bei der Zuhilfenahme eines derartigen Referenzspiegels kann zeitgleich mit
nur einem Spektrografen die einfallende und die reflektierte Strahlung vom Mehrkanal
detektor gemessen werden. Die Justage kann so erfolgen, dass die Mitte des Detektors
von der reflektierten Strahlung beaufschlagt wird, und dessen Rand vom Referenzsignal.
Die zeitgleiche Messung von Messignal und Referenzsignal hat dabei den Vorteil, dass
die Messfehler bei der Bestimmung der Reflektivität geringer ausfallen.
Idealerweise wird für die Referenzmessung ein zweites, identisches Teilsystem aus
Spektrograf und Detektor aufgebaut um die auf direktem Weg vom Plasma kommende
Strahlung zu detektieren. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig. Alternativ
wird nach Durchführung die Einheit bestehend aus Detektor und spektral zerlegendem
Mittel derart neu positioniert, dass der Ausgangsstrahl direkt erfasst wird. Dies kann ver
einfacht derart realisiert werden, dass sich diese Einheit auf einem Schwenkarm befin
det, welche zur Referenzmessung um eine Achse gedreht wird.
Bei der Durchführung der Referenzmessungen hat es sich gezeigt, dass das Plasma
meist bei weitgehend konstanter spektraler Verteilung mit fluktuierender Amplitude und
somit mit fluktuierender Intensität emittiert. Bei geringerer Anforderung an die Messge
nauigkeit genügt es deshalb, möglicherweise auf den Referenzstrahlengang zu verzich
ten und statt dessen eine einmalige Referenzmessung vorzunehmen. Um diesen Effekt
zu berücksichtigen ist eine Kalibrierung erforderlich. Hierzu wird ohne ein Spektrograf im
Strahlengang der Detektor mit der Ausgangsstrahlung des Plasmas beaufschlagt und
die Intensität eines einzelnen Messkanals bzw. eines einzelnen Detektors als Referenz
genommen und bei der eigentlichen Messung das reflektierte Spektrum mit dem Signal
dieses einzelnen Detektors korrigiert.
Gegebenenfalls wird die spektrale Empfindlichkeit dieses einzelnen Detektors durch
einen entsprechenden spektralen Filter eingeengt. Dieser Filter verhindert, dass Fluktu
ationen in Spektralbereichen, die nicht zur Messung beitragen, das Messergebnis verfäl
schen.
Es kann jedoch auch vorkommen, dass das Plasma bereits mit vernachlässigbarer
Amplitudenfluktuation emittiert. Für diesen Fall kann auf eine spezielle Referenz ver
zichtet werden und die Anzahl der Pulse der gepulst betriebenen Plasmaquelle zur Be
stimmung der Intensität der einfallenden Strahlung herangezogen werden. Dies gilt ins
besondere wenn ein Kanalpinchplasma eingesetzt wird. Bei diesen erfolgt die Wellen
längenkalibrierung mittels Plasmaemissionslinien von bekannten Elementen, die der
Gasentladung zusätzlich zugeführt werden. So werden für den Betrieb des Reflektome
ters am Kanalpinch die Emissionslinien von Xenon verwendet. Zur Kalibrierung genügt
es, anhand der Xenonlinien zu kalibrieren, oder statt Xenon Sauerstoff oder Stickstoff in
die Plasmakammer einzuführen. Diese leichten Elemente emittieren wenige, aus der
Literatur bekannte Emissionslinien mit Wellenlängen, die mit einer relativen Genauigkeit
von unter 0,1% bekannt sind und so die Kalibrierung ermöglichen.
Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens soll die erfindungsgemäße
Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren an einem Beispiel erläutert werden.
Fig. 1 zeigt zunächst für die Anordnung zur wellenlängenabhängigen Reflektometrie, wie
ortsaufgelöste Messungen an einem Braggspiegel (2) durchgeführt werden können. Die
Plasmastrahlungsquelle (1), welche einen Durchmesser kleiner 1 mm aufweist, beauf
schlagt aus einer Entfernung von ca. 75 cm und einem Divergenzwinkel von kleiner als
0,001 rad einen Braggspiegel (2) unter einem Einfallswinkel von 78°. Die reflektierte
Strahlung wird einem Gitterspektrografen zugeführt welcher schematisch als zwei Kom
ponenten im Strahlengang dargestellt wird. Die erste schematische Komponente ist der
Eingangsspalt (3) des Spektrografen mit einer Breite von 100 µm, die zweite schemati
sche Komponente das spektral zerlegende Gitter (4), welches als flat-field Gitter ausge
führt ist. Die spektral zerlegte Strahlung fällt dann auf einen Mehrkanaldetektor (5), der
sich in einer Entfernung von ca. 75 cm vom Braggspiegel befindet. Der Mehrkanalde
tektor ist als CCD-Chip ausgestaltet, der bei dieser Anordnung vertikal nach oben immer
größere Wellenlängen λ detektiert. Der mit Strahlung beaufschlagte Teil des CCD-
Sensors bestimmt sich zum einen danach, welcher Anteil des Spiegels mit der jeweiligen
Kollimation ausgewählt wird, vorliegend eine Fläche von 860 µm à 360 µm, zum anderen
danach, wie der Eintrittsspalt des Spektrografen positioniert ist. Der strahlungsbeauf
schlagte Teil des CCD-Sensors ist als mittiger schwarzer Balken auf dem CCD-Sensor
zu erkennen und wies vertikal eine Breite von 30 Zeilen bzw. 720 µm auf. Durch eine
Relativbewegung von Prüfobjekt und Kollimationsöffnung, d. h. durch Verschieben der
Kollimationsöffnung oder durch eine Bewegung des Braggspiegels können andere
Oberflächenbereiche mit Strahlung beaufschlagt und dadurch insgesamt eine ortsauf
gelöste Messung vorgenommen werden.
Für die Bestimmung von Reflexionskoeffizienten eines Silicium-Molybdän-
Mehrschichtspiegeln wurde als Strahlungsquelle ein Kanalpinchplasma mit Xenon als
Entladungsgas eingesetzt. Dieses emittierte breitbandig im Wellenlängenbereich von ca.
10 nm bis 17 nm bei einer Frequenz von ca. 1 Hz. Der Weg von der Strahlungsquelle
zum Spiegel betrug ca. 150 cm. Der Messfleck auf dem Spiegel betrug ca. 1 mm à 1 mm.
Die von der Probe reflektierte Strahlung wurde mit einem flat-field Spektrograf der
spektralen Auflösung λ/Δλ = 200 spektral zerlegt und dann von einem rückseitig gedünn
ten CCD-Detektor mit 512 à 512 Elementen detektiert. Spiegel, Spektrograf und Detek
tor waren in einer Vakuumkammer angeordnet.
Für eine Messung wurde über 250 Pulse integriert, womit der statistische Fehler des
Reflektionskoeffizienten ca. 1% war. Für ein qualitativ hochwertiges Messergebnis wel
ches insbesondere beim industriellen Einsatz erforderlich ist, wird eine Genauigkeit von
kleiner als 0,3% gefordert, was durch zeitgleiche Messung des Referenzsignals sowie
durch eine Pulszahl von 1000 erzielen lässt. Dies würde bei Beibehaltung der Betriebs
parameter zu einer Verlängerung der Messzeit von 250 s auf 1000 s führen. Über den
Leistungsregler für den Hochstromkreis der Plasmastrahlungsquelle lässt sich jedoch
auch eine höhere Repetitionsrate im Kilohertzbereich einstellen und damit die Messzeit
auf deutlich unter 1 s reduzieren. Für eine ähnlich schnelle Messung mit einem laserin
duzierten Plasma müsste ein deutlich höherer Aufwand bei ungleich höheren Kosten
betrieben werden.
Zur Aufnahme eines Referenzspektrums wurde der Spektrograf so in der Kammer auf
gebaut so dass der durchgehende Strahl direkt erfasst wurde. Die Abstände und damit
der erfasste Raumwinkel wurden dabei beibehalten und damit der vom Spektrografen
genutzte Raumwinkel im Vergleich zur Messung mit Spiegel beibehalten. Für die Refe
renzmessung diente dabei ein mit der gleichen Zahl von Pulsen aufgenommenes Spekt
rum. Ein Messergebnis zeigt Fig. 2, bei der die Intensität I (λ) des Referenzspektrums
sowie der reflektierten Strahlung in den Einheiten von Zählereignissen pro Detektorele
ment und Puls in x-Richtung abgetragen ist, und die Wellenlänge λ in y-Richtung. Der
Spiegel reflektierte die Ausgangsstrahlung nicht im gesamten Spektralbereich, sondern
nur in einem Bereich von ca. 13 nm bis 15 nm. Bei einer Wellenlänge von 13.9 nm wur
de zum Beispiel eine Reflektivität von 53% gemessen.
Claims (18)
1. Anordnung zur Reflektometrie im extremen Ultraviolett- und im weichen
Röntgenwellenlängenbereich, mit einem Plasma welches polychromatische Strah
lung divergent emittiert, mit Mitteln zur Kollimation der Strahlung, mit Mitteln zur
spektralen Zerlegung der reflektierten Strahlung, und mit einem Mehrkanaldetektor
zur Erfassung der reflektierten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass als
Strahlungsquelle ein Pinchplasma vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kollimation
eine Blende, ein Blendensystem, ein röntgenoptisches Element oder eine
Abstandskollimation vorgesehen ist.
3. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeich
net, dass zur spektralen Zerlegung ein Gitterspektrograf oder ein fokussierendes
Gitter wie insbesondere ein Toroidialgitter vorgesehen ist.
4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, dass als Strahlungsquelle ein Kanalpinchplasma vorgesehen ist.
5. Anordnung zur Reflektometrie im extremen Ultraviolett- und im weichen
Röntgenwellenlängenbereich, mit einem Plasma welches polychromatische Strah
lung divergent emittiert, mit einem Monochromator und mit einem Mehrkanaldetektor
zur Erfassung der reflektierten Strahlung.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle
ein Pinchplasma, ein Kanalpinchplasma oder ein laserinduziertes Plasma vorgese
hen ist.
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich
net, dass als Detektor eine CCD-Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera mit rück
seitig gedünntem CCD-Chip vorgesehen ist.
8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, dass als Detektor ein Zeilendetektor vorgesehen ist.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, dass ein Referenzspiegel vorgesehen ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel
in der Nähe des Beleuchtungsflecks des zu prüfenden Objekts positioniert ist.
11. Verfahren zur Reflektometrie im extremen Ultraviolett- und im weichen
Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere mittels einer Anordnung nach mindes
tens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Referenzmessung zur Bestimmung
der beaufschlagenden Strahlung vorgenommen wird, und bei dem die von einem
Mehrkanaldetektor gemessene reflektierte Strahlung zuvor kollimiert und spektral
zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pinchplasmastrahlungsquelle
verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektometrie mit
einem Kanalpinchplasma durchgeführt wird.
13. Verfahren zur Reflektometrie im extremen Ultraviolett- und im weichen
Röntgenwellenlängenbereich mit einem polychromatische Strahlung divergent emit
tierenden Plasma, insbesondere mittels einer Anordnung nach mindestens einem
der Ansprüche 5 bis 10, bei dem eine Referenzmessung zur Bestimmung der beauf
schlagenden Strahlung vorgenommen wird, und bei dem die von einem Mehrkanal
detektor gemessene reflektierte Strahlung zuvor monochromatisiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektometrie mit
einem Pinchplasma, einem Kanalpinchplasma, oder einem laserinduzierten Plasma
durchgeführt wird.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Kollimation mit Hilfe einer Blende, eines Blendensystems, eines
röntgenoptischen Elements oder durch Abstandskollimation durchgeführt wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Reflektivität ortsaufgelöst gemessen wird.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekenn
zeichnet, dass für die Referenzmessung reflektierte Strahlung von einem Referenz
spiegel herangezogen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmes
sung mit dem Referenzspiegel zeitgleich mit der Messung der vom Prüfobjekt stam
menden reflektierten Strahlung durchgeführt wird.
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DE102022205971A1 (de) | 2022-06-13 | 2023-12-14 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Verfahren zum Beschichten eines Spiegelsubstrats mit einer für Nutz- Wellenlängen hochreflektierenden Mehrlagen-Beschichtung sowie Beschichtungsanlage zur Durchführung eines derartigen Verfahrens |
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1999
- 1999-10-06 DE DE19948264A patent/DE19948264C2/de not_active Expired - Fee Related
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