WO2024022822A1 - Euv-reflektometer und messverfahren - Google Patents

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WO2024022822A1
WO2024022822A1 PCT/EP2023/069345 EP2023069345W WO2024022822A1 WO 2024022822 A1 WO2024022822 A1 WO 2024022822A1 EP 2023069345 W EP2023069345 W EP 2023069345W WO 2024022822 A1 WO2024022822 A1 WO 2024022822A1
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WO
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measuring
euv radiation
beam splitter
euv
measuring beam
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/069345
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Bol
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Smt Gmbh filed Critical Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Definitions

  • the invention relates to an EUV reflectometer for measuring the reflectivity of a test object that is reflective for EUV radiation depending on the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV radiation on a reflective surface of the test object, as well as a measuring method for measuring the reflectivity of a for EUV radiation-reflecting test item.
  • EUV reflectometer is a measuring device for measuring the reflection properties of a test object for electromagnetic radiation at wavelengths in the extreme ultraviolet (EUV) spectral range.
  • EUV Extrem ultraviolet
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • the term EUV refers to a wavelength range from approx. 6 nm to approx. 20 nm within the range of soft X-rays, which is particularly important for optics in lithography systems.
  • An EUV reflectometer can be used to measure the reflectivity of a test object that is reflective of EUV radiation, depending on the wavelength of the EUV radiation (“wavelength spectrum”) and the angle of incidence of the EUV radiation (“angle spectrum”) on a reflecting surface of the test object become. Wavelength spectra and angle spectra can be used, among other things, to characterize the materials involved in reflection and their structure. EUV reflectometers are suitable, among other things, for examining reflective test objects, such as mirrors or masks that have a large number of material layers as a reflective coating (multilayer mirror).
  • an EUV reflectometer should be able to determine the degree of reflectance of a reflective surface or its reflectivity in the EUV range with high accuracy.
  • an EUV reflectometer of the type considered here comprises a reference detector arranged outside the measuring beam path and a beam splitter (measuring beam splitter) arranged in the measuring beam path serves to couple out a portion of the incident EUV radiation of the measuring beam to the reference detector and to allow another portion to pass through to the test object. This means that the intensity of the light source can be included in the calculation of the reflection at any time.
  • WO 2021/156411 A1 describes an EUV reflectometer with a reference detector.
  • the reference detector like the detector for detecting the EUV radiation reflected from the reflecting surface, is configured to detect the intensity of the incident EUV radiation.
  • the beam splitter can, for example, have a mirror that detects a part of the EUV measuring beam at the edge of the measuring beam and reflects this portion in the direction of the reference detector.
  • a beam splitter is described with a beam splitter comb that is curved in order to focus the coupled-out portion of the EUV radiation well onto the reference detector and not to over-irradiate it.
  • the object of the invention is to provide an EUV reflectometer of the type mentioned in the introduction, which offers increased measurement accuracy compared to the prior art.
  • the invention provides an EUV reflectometer with the features of claim 1. Furthermore, a measuring method with the features of claim 7 is provided. Preferred further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
  • the EUV reflectometer according to a formulation of the claimed invention is configured to measure the reflectivity of a test object that reflects EUV radiation as a function of the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV radiation on a reflective surface of the test object.
  • the reflectivity can thus be measured as a function of the wavelength and, alternatively or additionally, the reflectivity as a function of the angle of incidence.
  • the EUV reflectometer includes an EUV radiation source configured to emit EUV radiation.
  • a downstream beam shaping unit is used to receive EUV radiation from the EUV radiation source and to generate a substantially monochromatic measurement beam.
  • the EUV reflectometer further comprises a positioning device for holding the test object and for positioning the test object in relation to the measuring beam in several degrees of freedom such that when the EUV reflectometer is in operation, the measuring beam is at a predetermined measuring point in the area of a measuring spot under one predeterminable angle of incidence or a predeterminable angle of incidence range on the reflective surface. This allows the reflectivity in the area of the measuring spot to be determined.
  • a detector sensitive to EUV radiation is provided for detecting the EUV radiation reflected by the reflecting surface. During operation, this generates detector signals that represent the EUV radiation reflected by the test object.
  • the EUV reflectometer also has a measuring beam splitter arranged in the measuring beam path for coupling out a portion of the EUV radiation of the measuring beam along a reference beam path to a reference detector on. This is arranged outside the measuring beam path and is designed to generate reference detector signals which represent at least one property of the portion of the EUV radiation coupled out by the measuring beam splitter.
  • An evaluation device of the EUV reflectometer is configured to determine reflectivity measurement values using the detector signals and the reference detector signals.
  • Semi-transparent physical beam splitters have proven useful for reflection measurements in the wavelength range of visible light and beyond in the infrared and up to the range of vacuum UV light, i.e. approx. 160 nm to approx. 2000 nm. Depending on the wavelength, these reflect around 50% of the light, a small proportion is lost through scattering and absorption, the rest is transmitted.
  • Ultra-thin substrates (a few pm thick) would be required, which would have to be coated with special layers. During coating, tensions arise in the material, which in turn deforms the substrate and thus affects the quality of the reflected beam. Therefore, beam splitters are regularly used in the EUV wavelength range.
  • the cross section of the incident beam bundle of the measuring beam is divided into a portion that is allowed or transmitted through the beam splitter to the test object and a portion that is decoupled from the measuring beam path by reflecting sections of the beam splitter and travels along the reference beam path to the reference detector should.
  • the ratio IR/IT between the intensity IR of the portion coupled out (by reflection at the beam splitter) and the intensity IT of the transmitted portion is usually referred to as the division ratio TV.
  • the invention is partly based on the knowledge that previously unnoticed disadvantages can arise due to the functional principle of the measuring beam splitter.
  • a disadvantage of a beam splitter is that the actual effective splitting ratio depends on the position, size and shape and intensity distribution of the incident radiation.
  • the division ratio is therefore not a fixed quantity that depends solely on the properties of the measuring beam splitter.
  • the division ratio that is actually effective during a measurement which is also referred to as the “effective division ratio” TV E in this application, can vary. Therefore, the measurement result of a reflection measurement when using a beam splitter depends on temporal changes in the size, position, shape and intensity distribution of the incident measuring beam, which, however, are not normally known. However, the effective division ratio should be known for a reflection measurement in order to be able to expect correct reflectivity measurement values.
  • the effective division ratio is the division ratio that is actually effective at the measurement time under consideration or within a measurement time window under consideration. This can vary depending on in which area of the beam splitter the measuring beam hits the measuring beam splitter or its beam splitter surface. If the beam spot happens to be located in such a way that a higher proportion of the cross section falls on reflective sections, the proportion of EUV intensity in the decoupled portion is higher compared to the transmitted portion than in a case in which comparatively more EUV radiation falls on non-transmitting sections falls.
  • the EUV reflectometer is configured to determine an effective division ratio of the measuring beam splitter that is effective during a measurement and the evaluation device is configured to determine the reflectivity measurement values using the detector signals, the reference detector signals and the effective division ratio to determine.
  • the determined reflectivity measurement values thereby become independent of any variations in the measurement conditions that affect the effective division ratio, which means that the measurement accuracy can be improved compared to the prior art. It would be possible to determine the division ratio before a “sharp” measurement by directing the measuring beam directly onto the detector and calculating the ratio of the signals from the reference detector and the measuring detector (depending on the wavelength). However, if the division ratio changes after it has been calculated, this will falsify the reflection measurement.
  • the reference detector has a two-dimensional spatially resolving sensor and that imaging optics are arranged in the reference beam path between the measuring beam splitter and the reference detector, which during operation produce an image of a beam spot (or spot) of the measuring beam generated on the beam splitter on a sensor surface of the sensor.
  • the reference detector can obtain current information about the shape, size and position and intensity distribution of the beam spot generated by the measuring beam on the measuring beam splitter at the time of measurement.
  • This information can be related to the spatial distribution of reflective and transparent surface sections of the (geometric) measuring beam splitter. This means that the division ratio that is actually effective during the measurement (i.e. the effective division ratio) can be determined metrologically and subsequently taken into account in the evaluation.
  • the local distribution of EUV radiation in the cross section of the coupled-out portion contains information about the location and position of those reflecting sections of the beam splitter that are hit by the measuring beam.
  • the spatial distribution of the illuminated reflective sections of the beam splitter is mapped onto the sensor surface of the two-dimensional spatially resolving sensor of the reference detector. This image therefore also contains information about the shape, size and position of the intensity distribution of the beam spot generated by the measuring beam on the measuring beam splitter at the time of measurement.
  • a beam splitter comb In a beam splitter with a comb structure, the teeth of the comb reflect the EUV radiation towards the reference detector, the gaps allow the radiation to pass through so that it can fall on the sample to be measured.
  • a beam splitter comb is used as a measuring beam splitter, a stripe pattern is created on the sensor surface of the sensor, in which the stripes containing EUV radiation represent the reflective tines and intermediate “dark” sections represent the areas permeable to the EUV radiation or gaps between the tines belong.
  • the shape and size of the radiation spot ie the cross section of the measuring beam at the measuring beam splitter, can be derived, for example, from the envelope of the stripe pattern.
  • the position of the radiation spot relative to the tines (or bright stripes) can also be determined from the stripe pattern.
  • the effective splitting ratio within the actually used beam spot can be obtained from an area comparison between the overall illuminated (reflecting) area portions and those area portions that allow the EUV radiation to pass through the beam splitter and therefore appear dark or without intensity on the sensor surface.
  • the evaluation device is configured in an evaluation mode to determine an effective division ratio of the measuring beam splitter from the reference detector signals and to determine the reflectivity measured values using the effective division ratio.
  • a further increase in the significance of the reflectivity measurement is made possible by the fact that, in addition to the measuring beam splitter in the measuring beam path, a further beam splitter (reference beam splitter) is provided, which is arranged in the reference beam path between the measuring beam splitter and the imaging optics in such a way that a first portion of the from The portion of the EUV radiation coupled out of the measuring beam splitter can be transmitted or is let through to the imaging optics and a second portion of the portion of the EUV radiation coupled out from the measuring beam splitter is reflected or can be reflected to the reference detector, bypassing the imaging optics.
  • a further beam splitter reference beam splitter
  • the reference detector is located within the reference beam path in a position that optically corresponds to the position of the test object in the measuring beam path, the proportion of light from the reference beam path can be used to create a further measuring spot or "optical" parallel to the measuring spot on the test object “Twin” at the location of the sensor surface of the reference detector.
  • Two reference detectors can also be provided, one for the image of the beam spot and another for the further measuring spot or for the optical twin. In other words, the sensor surface can also be divided.
  • At least a relative change in the beam direction or the distribution of directions in the beam can be monitored. For example, by scanning with the measuring detector, the absolute position and direction of the beam can be determined once before monitoring is put into operation.
  • the imaging optics have a focal length f that is a quarter of the distance D between the measuring beam splitter and the predeterminable position of the reference detector (in Fig. 1) corresponds. If there is also a reference beam splitter in the reference beam path, the optical path length from the measuring beam splitter via the reference beam splitter to the reference detector must correspond to the optical path length between the measuring beam splitter and the spot on the test object in order to achieve a true-to-original doubling of the measuring spot on the reference detector (Fig. 3). However, a reduced image can also be advantageous if the beam in the beam splitter plane has a larger extent than available camera sensors.
  • the evaluation device is configured in an evaluation mode to determine measuring spot position data representing the position of the measuring spot and beam spot position data representing the position of a beam spot generated on the measuring beam splitter and by calculating the measuring spot position data and beam spot data.
  • Position data to calculate beam angle data which represent a beam direction of the measuring beam and / or angle of incidence of the measuring beam on the surface of the test object.
  • the invention also relates to a measuring method for measuring the reflectivity of a test object that reflects EUV radiation as a function of the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV radiation on a reflecting surface of the test object.
  • This involves generating a measuring beam with EUV radiation directed at the surface.
  • the test specimen is held and positioned in such a way that the measuring beam hits the reflecting surface at a predeterminable measuring point in the area of a measuring spot at a predeterminable angle of incidence.
  • a portion of the EUV radiation of the measuring beam is measured using a Measuring beam splitter is coupled out in such a way that a decoupled portion and a transmitted portion are generated that fall on the surface.
  • Properties of the coupled-out component and the transmitted component are detected and serve as a basis for determining reflectivity measurement values using information about the property of the coupled-out component and the property of the transmitted component.
  • An effective splitting ratio of the beam splitter that is effective in the current measurement is determined.
  • the reflectivity measurements are determined using the effective division ratio.
  • a two-dimensional image of a beam spot of the measuring beam generated on the measuring beam splitter is preferably generated using the decoupled portion on a sensor surface of a spatially resolving sensor and evaluated using an image processing system to determine the effective division ratio (TVE).
  • TVE effective division ratio
  • FIG. 1 shows a schematic top view of components of an EUV reflectometer according to a first exemplary embodiment
  • Fig. 2 shows simplified example cases of how the shape, intensity distribution, size and position of the beam spot on a beam splitter comb affect the effective splitting ratio
  • FIG 3 shows a schematic top view of components of an EUV reflectometer according to a second exemplary embodiment.
  • prepositions such as “between”, “in front of”, “behind” or the like. Unless otherwise stated, these prepositions refer to optical positions along an optical beam path.
  • FIG. 1 shows components of a first exemplary embodiment of an EUV reflectometer EUVR or a measuring device for measuring the reflectivity of a test object PR that reflects EUV radiation as a function of the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV - Radiation onto a reflective surface PRO of the test specimen PR.
  • the test specimen can, for example, be a mirror for an EUV lithography lens, which has a generally concave or convex curved reflective surface PRO.
  • the reflecting surface can be spherical or rotationally symmetrical aspherically curved or designed as a free-form surface without rotational symmetry.
  • the EUV reflectometer EUVR allows, among other things, to measure the reflectance of the test object at different wavelengths in a specified wavelength range of extreme ultraviolet (EUV) radiation.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the part of the beam guidance necessary to generate monochromatic radiation is not shown.
  • the degree of reflection results from the ratio between the intensity of the reflected radiation, which is measured using a detector DET, and the intensity of the incident radiation, the size of which can be determined using signals from a reference detector RDET.
  • the measurements can be carried out for angles of incidence in the range between 0° and 90° (without the limit values), although, due to the design, no measured values can be recorded for radiation incidence perpendicular to the surface (0° angle of incidence) and radiation incidence parallel to the surface (90° angle of incidence).
  • the ready-to-use EUV reflectometer includes an EUV radiation source, which in the exemplary embodiment includes a pulsed laser, the laser beam of which does not have a Focusing optics shown are focused on a gold target or another suitable material.
  • the laser beam creates a plasma on the surface of the target, which emits a quasi-continuous spectrum of electromagnetic radiation in the EUV range.
  • the plasma forms a source spot or emission spot QFL with a certain volume that emits the EUV radiation.
  • Such a plasma beam source is also referred to as an LPP source, for which LPP stands for “laser produced plasma”.
  • other EUV radiation sources can also be used that emit a discrete or a quasi-continuous spectrum of electromagnetic radiation in the EUV range, for example a DPP source.
  • DPP discharge produced plasma
  • it can also be synchrotron radiation from the deflection magnet of a synchrotron or from a special undulator or wiggler. Both are special periodic arrangements of magnetic fields or radiation from a FEL (free electron laser).
  • the measuring spot is the area on the test object surface PRO illuminated by the measuring beam MS and often has a diameter of around 0.5 mm.
  • the size ratio between the source spot QFL and the measuring spot MFL is essentially determined by the imaging scale of the beam shaping unit SFE. This preferably has an enlarging effect, for example on a scale of 1:10. Other magnifications are also possible, for example in the range from 5 to 15.
  • the ready-to-use assembled EUV reflectometer of the exemplary embodiment is configured to reproducibly and continuously adjust the measuring location on the test object surface PRO, i.e. the position of the measuring point on the reflecting surface PRO, as well as the angle of incidence or the angle of incidence range of the measuring beam MS at the measuring location with high accuracy.
  • a preferred embodiment of a positioning device POS that can be used for this is only shown schematically.
  • One possible implementation is described in WO 2021/156411 A1, the disclosure content of which is incorporated into the content of this description by reference.
  • the beam shaping unit SFE is shown very schematically in FIG. Only one last mirror HRE is shown in the illumination beam path, from which the measuring beam MS propagates to the test specimen PR without further reflection.
  • Realization options for one Beam shaping units are described, for example, in DE 10 2018 205 163 A1 or in WO 2021/156411 A1, the disclosure content of which is incorporated by reference into the content of this description.
  • the beam shaping unit can, for example, have the following components (see, for example, WO 2021/156411 A1.).
  • the beam shaping unit SFE includes a monochromator, which is designed as a grating monochromator or dispersive monochromator.
  • the monochromator includes a concavely curved reflection grating and an aperture arrangement downstream of the reflection grating. This can have a rectangular aperture opening, the width of which can be continuously adjusted in two mutually perpendicular directions.
  • a front reflection element is arranged in the beam path in front of the reflection grating, i.e. between the source spot QFL (source volume) and the reflection grating.
  • the beam shaping unit SFE further comprises a rear reflection element HRE, which is arranged in the beam path between the aperture arrangement and the exit of the measuring beam MS in the direction of the test object PR and images the intensity distribution in the rectangular aperture opening onto the surface PRO of the test object. It usually has an ellipsoidal reflection surface.
  • the extent of the area exposed to EUV radiation in the area of the measuring spot MFL can be sharply limited and continuously adjusted in two mutually perpendicular directions using the diaphragm arrangement.
  • the EUV reflectometer includes a reference detector RDET arranged outside the measuring beam path and a measuring beam splitter MST, which serves to generate a portion AT (coupled out Portion) of the incident EUV radiation of the measuring beam is decoupled to the reference detector RDET and a different portion TT (transmitted portion) is allowed to pass through to the test object.
  • the measuring beam splitter MST is a beam splitter in the form of a flat beam splitter comb.
  • the comb structure includes mutually parallel tines Z of the same constant width and spaces or gaps L between the tines, the width of which can correspond to that of the tines, but does not have to correspond (see Fig. 2).
  • the surfaces of the tines exposed to EUV radiation are protected by suitable reflective ones Coating designed so that they reflect the incident EUV radiation in the direction of the reference detector RDET.
  • the gaps allow the EUV radiation to pass through unhindered, so that it can fall onto the test object surface PRO.
  • the cross section of the incident beam is thus broken down into continuous components TT and reflected components AT at the beam spot SFL on the measuring beam splitter MST, with the reflected components being coupled into a reference beam path which leads to the reference detector RDET.
  • FIG. 2 shows various simplified example cases of how the shape, intensity distribution, size and position of the beam spot on a beam splitter comb can affect the splitting ratio.
  • the beam splitter comb or the measuring beam splitter MST has tines Z that are parallel to one another and gaps L between the tines.
  • the tines Z hang together on one side via a base section, extend with their longer extension in a first direction R1 and lie in a direction relative to the first direction R1 orthogonal second direction R2 equidistant next to each other.
  • the gaps L - measured in the second direction - have the same width as the tines. This allows a division ratio of 50:50 to be achieved, i.e. 50% of the incident radiation is reflected while 50% is transmitted unhindered.
  • the reflected component is represented by the letter “R”, the transmitted component by the letter “T”.
  • the incident EUV beam should ideally have a rectangular cross section, so that a rectangular beam spot SFL results in the plane of the beam splitter comb.
  • 2B shows a situation in which the measuring beam in the second direction R2 is slightly longer than in the example of FIG. 2A, with the same width in the first direction.
  • 2C shows an example in which the cross section of the measuring beam, with an unchanged width in the first direction, is slightly shorter in the second direction than in the example of FIG. 2A, so that the beam spot now has five adjacent tines, but only four adjacent gaps covers.
  • the reflected component is larger than the transmitted component (T ⁇ R), so that the effective division ratio is less than 50:50.
  • Figures 2D to 21 show further examples.
  • the cross section of the measuring beam in the second direction has the same length as in the example of Fig. 2A, but the cross section of the measuring beam tapers upwards in a trapezoidal shape. Since the wider side begins on a tine, the transmitted component T is smaller than the reflected component R (T ⁇ R).
  • the reference detector RDET has a two-dimensional spatially resolving sensor SENS with a flat sensor surface FSENS and in that a reflective imaging optics ABB is arranged in the reference beam path between the measuring beam splitter MST and the reference detector RDET, which is designed in such a way that in Operation on the sensor surface FSENS of the Sensor an image SFL 'of the beam spot SFL, i.e. the illuminated part of the measuring beam splitter MST, is generated.
  • the imaging optics ABB i.e. the optical component or the optical system for imaging the beam spot SFL from the measuring beam splitter MST onto the sensor surface FSENS, contains in the example case a mirror with a multidimensionally concavely curved reflection surface, i.e. a mirror with refractive power. But there can also be two or more mirrors, for example.
  • the plane of the measuring beam splitter MST forms the object plane of this imaging system; the optically conjugate image plane ideally coincides with the sensor surface FSENS of the two-dimensional spatially resolving sensor.
  • the image SFL 'captured by the spatially resolving reference detector RDET can therefore be understood in a similar way to the schematic representations in FIG Contains gaps L of the beam splitter comb. From this, the effective division ratio TVE effective in the measurement situation can be calculated.
  • the image SFL' of the beam spot SFL can be evaluated synchronously with the measurement and the division ratio for the actual beam spot can be calculated. This allows the measurement accuracy of a reflection measurement to be significantly increased.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment of an EUV reflectometer EUVR will now be explained with reference to FIG. The exemplary embodiment can be viewed as a modified variant of the example of FIG. 1. Therefore, the same reference numbers as in Fig. 1 are used for identical or corresponding features.
  • the embodiment of Fig. 3 is designed in such a way that not only the beam spot SFL of the measuring beam on the measuring beam splitter MST is imaged onto the reference detector RDET via the reference beam path, but also at least one further measuring spot or “optical twin” OZW on the test object surface PRO resulting measuring spot MFL on the sensor surface FSENS of the reference detector RDET is produced.
  • the at least one further measuring spot or the “optical twin” OZW is generated using the radiation component AT, which is coupled out into the reference beam path at the measuring beam splitter MST. In this respect, it is not an image (generated using an optical image) of the measuring spot MFL on the test object surface PRO.
  • the further measuring spot or the optical twin is identical to the measuring spot in terms of shape and possibly size. This opens up further possibilities for monitoring the measurement process and generating process-relevant measured values, which will be explained in more detail below.
  • this possibility is created in the example shown by providing, in addition to the measuring beam splitter MST (i.e. the beam splitter that is in the measuring beam path), a further flat beam splitter RST, which is referred to here as the reference beam splitter RST because it is arranged in the reference beam path.
  • a further flat beam splitter RST which is referred to here as the reference beam splitter RST because it is arranged in the reference beam path.
  • the reference beam splitter RST is arranged in the reference beam path between the measuring beam splitter MST and the imaging optics ABB in such a way that a first portion A1 of the portion AT of the EUV radiation coupled out by the measuring beam splitter MST is let through or transmitted to the imaging optics ABB and a second portion A2 of this portion AT coupled out bypassing the imaging optics ABB, it is reflected directly to the reference detector RDET and generates the further measuring spot or optical twin OZW there.
  • the generation of the further measurement spot or the optical twin OZW therefore does not require any separate imaging in the reference beam path.
  • the measuring beam splitter MST and the reference beam splitter RST act similarly to flat folding mirrors or deflecting mirrors, which merely fold or deflect the beam path as a whole, so that the direction of propagation of the reference radiation changes without the beam angle distribution of the beam falling on the measuring beam splitter related to the direction of propagation changing changes.
  • an illuminated part of the imaging optics - for example a strip, an oval or a rectangle - can also be flat.
  • a separate reference beam splitter can then be dispensed with.
  • the beam path that leads from the measuring beam splitter MST via the reference beam splitter RST to the sensor surface FSENS of the reference detector must be at least essentially the beam path between the measuring beam splitter MST and test specimen surface PRO correspond.
  • the optical path length between the measuring beam splitter MST and the reference detector RDET, the focal length f of the imaging optics ABB and the distance D between the measuring beam splitter MST and the test object surface PRO are coordinated with one another.
  • Two reference sensors can also be used, one for the further measuring spot or optical twin OZW of the measuring spot and one for imaging the beam spot SF on the measuring beam splitter.
  • the evaluation of the reference detector signals generated by the reference detector RDET and the detector signals generated by the detector DET takes place in an evaluation device AW, which receives and processes these signals, in particular in order to obtain precise measured values for the reflectivity of the test object surface at the location of the measurement spot.
  • the evaluation is based on a computer-based evaluation of the image SFL 'of the beam spot SFL recorded by the two-dimensional sensor SENS on its sensor surface FSENS with the aid of an image processing system integrated into the evaluation device AW and corresponding evaluation software.
  • an image is evaluated which essentially contains a stripe pattern with alternating light stripes H and dark stripes D, in particular of predetermined or predeterminable longitudinal dimensions.
  • the light stripes represent the sections of the teeth of the comb illuminated by the measuring beam, while the dark stripes represent the gaps in between without reflected intensity.
  • a beam spot reconstruction step the actual shape and size of the beam spot is determined.
  • an envelope curve HK surrounding the stripe pattern can be determined by image processing, which then corresponds to the edge of the illuminated spot.
  • position determination step the relative position of the beam spot on the beam splitter is determined.
  • the relative position of the light and dark areas within the beam spot is set in relation to its edge.
  • an area comparison is then carried out in the division ratio determination step the effective division ratio is determined, whereby the principles explained in connection with FIG. 2 can be applied.
  • the effective division ratio TVE is then used when evaluating the reflector meter data in order to determine the actual ratio between the intensities of the reflected radiation (beam path AT) and the transmitted radiation (beam path TT) during a measurement and thus the effective division ratio.

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Abstract

Ein EUV-Reflektometer (EUVR) zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings (PR) in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche (PRO) des Prüflings umfasst eine EUV-Strahlungsquelle zum Emittieren von EUV-Strahlung, eine Strahlformungseinheit (SFE) zum Empfangen von EUV-Strahlung der EUV-Strahlungsquelle und zur Erzeugung eines Messstrahls (MS), eine Positioniervorrichtung (POS) zum Halten des Prüflings (PR) und zum Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl (MS) in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb der Messstrahl (MS) an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks (MFL) unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche (PRO) trifft, einen für EUV-Strahlung sensitiven Detektor (DET) zum Erfassen der von der reflektierenden Oberfläche (PRO) reflektierten EUV-Strahlung und zur Erzeugung vvoonn Detektorsignalen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren, einen Messstrahlteiler (MST) zur Auskopplung eines Anteils (AT) der EUV- Strahlung des Messstrahls (MST) entlang eines Referenz-Strahlengangs zu einem Referenzdetektor (RDET) und den Referenzdetektor (RDET) zur Erzeugung von Referenzdetektor-Signalen, die den durch den Messstrahlteiler (MST) ausgekoppelten Anteil (AT) der EUV-Strahlung repräsentieren sowie eine Auswerteeinrichtung (AW) zur Bestimmung von Reflektivitäts-Messwerten unter Verwendung der Detektorsignale und der Referenzdetektor-Signale. Das EUV-Reflektometer (EUVR) ist dafür konfiguriert, ein während einer Messung wirksames effektives Teilungsverhältnis (TVE) des Messstrahlteilers (MST) zu bestimmen und die Auswerteeinrichtung (AW) ist dafür konfiguriert, Reflektivitäts-Messwerte unter Verwendung der Detektorsignale, der Referenzdetektor-Signale und des effektiven Teilungsverhältnisses (TVE) ZU bestimmen.

Description

EUV-Reflektometer und Messverfahren
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein EUV-Reflektometer zum Messen der Reflektivität eines für EUV- Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV- Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche des Prüflings sowie ein Messverfahren zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings.
Ein „EUV-Reflektometer“ ist eine Messvorrichtung zur Messung von Reflexionseigenschaften eines Prüflings für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im extremen ultravioletten (EUV) Spektralbereich. Die Bezeichnung EUV (Extremes Ultraviolett) bezeichnet einen Wellenlängenbereich von ca. 6 nm bis ca. 20 nm innerhalb des Bereichs weicher Röntgenstrahlung, der besondere Bedeutung für Optiken in Lithographie-Systemen hat.
Ein EUV-Reflektometer kann zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung („Wellenlängenspektrum“) und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung („Winkelspektrum“) auf eine reflektierende Oberfläche des Prüflings genutzt werden. Wellenlängenspektren und Winkelspektren können unter anderem zur Charakterisierung der an der Reflexion beteiligten Materialien und deren Struktur verwendet werden. EUV-Reflektometer eignen sich u.a. zur Untersuchung von reflektiven Prüflingen, wie beispielsweise Spiegeln oder Masken, die eine Vielzahl von Materiallagen als reflektive Beschichtung aufweisen (Viellagenspiegel bzw. multilayer mirror).
Ein EUV-Reflektometer soll in der Lage sein, den Reflexionsgrad einer reflektierenden Oberfläche bzw. ihre Reflektivität im EUV-Bereich mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Um unvermeidliche leichte Intensitätsschwankungen der EUV-Strahlungsquelle bei der Erfassung und Auswertung der Messergebnisse berücksichtigen und dadurch bedingte Messfehler vermeiden zu können, umfasst ein EUV-Reflektometer der hier betrachteten Art einen außerhalb des Messstrahlengangs angeordneten Referenzdetektor sowie einen im Messstrahlengang angeordneten Strahlteiler (Messstrahlteiler), der dazu dient, einen Anteil der auftreffenden EUV-Strahlung des Messstrahls zu dem Referenzdetektor auszukoppeln und einen anderen Anteil zum Prüfling durchzulassen. Dadurch kann zu jedem Zeitpunkt die Intensität der Lichtquelle in die Berechnung der Reflexion eingebunden werden. Die WO 2021/156411 A1 beschreibt ein EUV-Reflektometer mit Referenzdetektor. Der Referenzdetektor ist ebenso wie der Detektor zu Erfassung der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten EUV-Strahlung zum Erfassen der Intensität der auftreffenden EUV- Strahlung konfiguriert. Der Strahlteiler kann beispielsweise einen Spiegel aufweisen, der am Rand des Messstrahls einen Teil des EUV-Messstrahls erfasst und diesen Anteil in Richtung des Referenzdetektors reflektiert. Als Alternative wird ein Strahlteiler mit einem Strahlteilerkamm beschrieben, der gekrümmt ist, um den ausgekoppelten Anteil der EUV- Strahlung gut auf den Referenzdetektor zu fokussieren und ihn nicht zu überstrahlen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein EUV-Reflektometer der in der Einleitung erwähnten Art bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik eine erhöhte Messgenauigkeit bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein EUV-Reflektometer mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 7 bereitgestellt. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das EUV-Reflektometer gemäß einer Formulierung der beanspruchten Erfindung ist zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV- Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche des Prüflings konfiguriert. Somit kann die Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge und, alternativ oder zusätzlich, auch die Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel gemessen werden.
Das EUV-Reflektometer umfasst eine EUV-Strahlungsquelle, die zum Emittieren von EUV- Strahlung konfiguriert ist. Eine nachgeschaltete Strahlformungseinheit dient zum Empfangen von EUV-Strahlung der EUV-Strahlungsquelle und zur Erzeugung eines im Wesentlichen monochromatischen Messstrahls.
Im betriebsfertig montierten Zustand umfasst das EUV-Reflektometer weiterhin eine Positioniervorrichtung zum Halten des Prüflings und zum Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb des EUV- Reflektometers der Messstrahl an einer vorgegebenen Messstelle im Bereich eines Messflecks unter einem vorgebbaren Einfallswinkel bzw. einem vorgebbaren Einfallswinkelbereich auf die reflektierende Oberfläche trifft. Damit kann die Reflektivität im Bereich des Messflecks bestimmt werden.
Weiterhin ist ein für EUV-Strahlung sensitiver Detektor zum Erfassen der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten EUV-Strahlung vorgesehen. Dieser erzeugt im Betrieb Detektor-Signale, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren.
Um eventuelle Intensitätsschwankungen der EUV-Strahlungsquelle bei der Erfassung und Auswertung der Messergebnisse berücksichtigen und dadurch bedingte Messfehler vermeiden zu können, weist das EUV-Reflektometer weiterhin einen im Messstrahlengang angeordneten Messstrahlteiler zur Auskopplung eines Anteils der EUV-Strahlung des Messstrahls entlang eines Referenzstrahlengangs zu einem Referenzdetektor auf. Dieser ist außerhalb des Messtrahlengangs angeordnet und zur Erzeugung von Referenzdetektor-Signalen ausgebildet, die wenigstens eine Eigenschaft des durch den Messstrahlteiler ausgekoppelten Anteils der EUV-Strahlung repräsentieren. Eine Auswerteeinrichtung des EUV-Reflektometers ist dazu konfiguriert, unter Verwendung der Detektor-Signale und der Referenzdetektor-Signale Reflektivitäts-Messwerte zu bestimmen.
Bei Reflexionsmessungen im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts und darüber hinaus im Infraroten und bis in den Bereich des Vakuum-UV-Lichts also ca. 160 nm bis ca. 2000 nm haben sich halbtransparente physikalische Strahlteiler bewährt. Diese reflektieren je nach Wellenlänge ca. 50 % des Lichts, ein kleiner Anteil geht durch Streuung und Absorption verloren, der Rest wird transmittiert.
Aufgrund der starken Absorption aller Materialien im EUV-Wellenlängenbereich sind halbtransparente Strahlteiler im EUV-Bereich schwerer umzusetzen. Es würden hauchdünne (wenige pm Dicke) Substrate benötigt, die mit speziellen Schichten beschichtet werden müssten. Beim Beschichten entstehen Spannungen im Material, die wiederum das Substrat deformieren und so die Qualität des reflektierten Strahls beeinträchtigen. Daher werden im EUV-Wellenlängenbereich regelmäßig Strahlteiler verwendet.
Bei der Teilung eines Messstrahls mithilfe eines Strahlteilers wird der Querschnitt des auftreffenden Strahlbündels des Messstrahls in einen durch den Strahlteiler zum Prüfling hindurchgelassenen bzw. transmittierten Anteil und einen Anteil aufgeteilt, der von reflektierenden Abschnitten des Strahlteilers aus dem Messstrahlengang ausgekoppelt und entlang des Referenzstrahlengangs zum Referenzdetektor gelangen soll. Das Verhältnis IR/IT zwischen der Intensität IR des (durch Reflexion am Strahlteiler) ausgekoppelten Anteils und der Intensität IT des transmittierten Anteils wird üblicherweise als Teilungsverhältnis TV bezeichnet.
Die Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, dass sich aufgrund des Funktionsprinzips des Messstrahlteilers bisher unbeachtete Nachteile ergeben können. Ein Nachteil eines Strahlteilers besteht darin, dass das tatsächlich wirksame Teilungsverhältnis von der Position, der Größe und der Form und Intensitätsverteilung der auftreffenden Strahlung abhängt. Das Teilungsverhältnis ist somit keine feste Größe, die allein von den Eigenschaften des Messstrahlteilers abhängt. Das bei einer Messung tatsächlich wirksame Teilungsverhältnis, das in dieser Anmeldung auch als „effektives Teilungsverhältnis“ TVE bezeichnet wird, kann variieren. Daher ist das Messergebnis einer Reflexionsmessung bei Verwendung eines Strahlteilers abhängig von zeitlichen Änderungen der Größe, Position, Form und Intensitätsverteilung des auftreffenden Messstrahls, welche jedoch normalenweise nicht bekannt sind. Das effektive Teilungsverhältnis sollte aber für eine Reflexionsmessung bekannt sein, um korrekte Reflektivitäts-Messwerte erwarten zu können.
Das effektive Teilungsverhältnis ist dasjenige Teilungsverhältnis, welches zum betrachteten Messzeitpunkt oder innerhalb eines betrachteten Messzeitfensters tatsächlich wirksam ist. Dieses kann variieren je nachdem, in welchem Bereich des Strahlteilers der Messstrahl auf den Messstrahlteiler bzw. auf dessen Strahlteilerfläche trifft. Liegt der Strahlfleck zufällig so, dass ein höherer Anteil des Querschnitts auf reflektierende Abschnitte fällt, so ist der Anteil der EUV- Intensität im ausgekoppelten Anteil im Vergleich zum durchgelassenen Anteil höher als in einem Fall, bei dem vergleichsweise mehr EUV-Strahlung auf nicht transmittierende Abschnitte fällt.
Durch Berücksichtigung des effektiven Teilungsverhältnisses kann dieser Effekt berücksichtigt und dadurch die Messgenauigkeit einer Reflexionsmessung signifikant gesteigert werden.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist das EUV-Reflektometer dafür konfiguriert, ein während einer Messung wirksames effektives Teilungsverhältnis des Messstrahlteilers zu bestimmen und die Auswerteeinrichtung ist dafür konfiguriert, die Reflektivitäts-Messwerte unter Verwendung der Detektor-Signale, der Referenzdetektor-Signale und des effektiven Teilungsverhältnisses zu bestimmen. Die ermittelten Reflektivitäts-Messwerte werden dadurch unabhängig von eventuellen Variationen der Messbedingungen, die sich auf das effektive Teilungsverhältnis auswirken, wodurch die Messgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann. Es wäre möglich, das Teilungsverhältnis vor einer „scharfen“ Messung zu bestimmen, indem der Messstrahl direkt auf den Detektor gelenkt wird und das Verhältnis der Signale von Referenz-Detektor und Mess-Detektor (in Abhängigkeit von der Wellenlänge) berechnet wird. Ändert sich jedoch das Teilungsverhältnis nach dessen Berechnung, verfälscht dies die Reflexionsmessung.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Referenzdetektor einen zweidimensional ortsauflösenden Sensor aufweist und dass im Referenzstrahlengang zwischen dem Messstrahlteiler und dem Referenzdetektor eine Abbildungsoptik angeordnet ist, die im Betrieb ein Abbild eines auf dem Strahlteiler erzeugten Strahlflecks (bzw. Spots) des Messstrahls auf einer Sensorfläche des Sensors erzeugt.
Dadurch kann mithilfe des Referenzdetektors aktuelle Information über die Form, die Größe und die Position und Intensitätsverteilung des durch den Messstrahl erzeugten Strahlflecks auf dem Messstrahlteiler zum Messzeitpunkt gewonnen werden. Diese Information kann in Beziehung gesetzt werden zur räumlichen Verteilung von reflektierenden und durchlässigen Flächenabschnitten des (geometrischen) Messstrahlteilers. Dadurch kann das bei der Messung tatsächlich wirksame Teilungsverhältnis (d.h. das effektive Teilungsverhältnis) messtechnisch bestimmt und in der Folge bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Die örtliche Verteilung von EUV-Strahlung im Querschnitt des ausgekoppelten Anteils enthält Information über die Lage und Position derjenigen reflektierenden Abschnitte des Strahlteilers, die vom Messstrahl getroffen werden. Mithilfe des Abbildungssystems wird die räumliche Verteilung der ausgeleuchteten reflektierenden Abschnitte des Strahlteilers auf die Sensorfläche des zweidimensional ortsauflösenden Sensors des Referenzdetektors abgebildet. Dieses Abbild enthält somit ebenfalls die Information über die Form, die Größe und die Position der Intensitätsverteilung des durch den Messstrahl erzeugten Strahlflecks auf dem Messstrahlteiler zum Messzeitpunkt.
Bei einem Strahlteiler mit einer Kammstruktur reflektieren die Zinken des Kamms die EUV- Strahlung in Richtung des Referenzdetektors, die Lücken lassen die Strahlung durch, so dass sie auf die zu messende Probe fallen kann. Wird ein Strahlteilerkamm als Messstrahlteiler genutzt, so entsteht auf der Sensorfläche des Sensors ein Streifenmuster, bei welchem die EUV-Strahlung enthaltenden Streifen die reflektierenden Zinken repräsentieren und zwischenliegende „dunkle“ Abschnitte zu den für die EUV-Strahlung durchlässigen Bereichen bzw. Lücken zwischen den Zinken gehören. In der Auswertung (mittels eines Bildverarbeitungssystems) kann die Form und Größe des Strahlungsflecks, d.h. des Querschnitts des Messstrahls am Messstrahlteiler, z.B. aus der Umhüllenden des Streifenmusters abgeleitet werden. Aus dem Streifenmuster kann auch die Lage des Strahlungsflecks relativ zu den Zinken (bzw. hellen Streifen) ermittelt werden. Das effektive Teilungsverhältnis innerhalb des tatsächlich genutzten Strahlflecks kann aus einem Flächenvergleich zwischen den insgesamt beleuchteten (reflektierenden) Flächenanteilen und denjenigen Flächenanteilen gewonnen werden, die die EUV-Strahlung am Strahlteiler hindurchlassen und daher auf der Sensorfläche dunkel bzw. ohne Intensität erscheinen.
Mithilfe dieser bisher nicht verfügbaren Informationen über das effektive Teilungsverhältnis kann die Messgenauigkeit des EUV-Reflektometers verbessert werden. Gemäß einer Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung in einem Auswertungsmodus dazu konfiguriert, aus den Referenzdetektor-Signalen ein effektives Teilungsverhältnis des Messstrahlteilers zu ermitteln und die Reflektivitäts-Messwerte unter Verwendung des effektiven Teilungsverhältnisses zu bestimmen.
Eine weitere Steigerung der Aussagekraft der Reflektivitätsmessung wird bei manchen Ausführungsformen dadurch ermöglicht, dass zusätzlich zu dem im Messstrahlengang stehenden Messstrahlteiler ein weiterer Strahlteiler (Referenzstrahlteiler) vorgesehen ist, der im Referenzstrahlengang zwischen dem Messstrahlteiler und der Abbildungsoptik derart angeordnet ist, dass ein erster Anteil des vom Messstrahlteiler ausgekoppelten Anteils der EUV-Strahlung zur Abbildungsoptik transmittierbar ist bzw. hindurchgelassen wird und ein zweiter Anteil des vom Messstrahlteiler ausgekoppelten Anteils der EUV-Strahlung unter Umgehung der Abbildungsoptik zum Referenzdetektor reflektiert wird bzw. reflektierbar ist. Wenn sich bei dieser Anordnung der Referenzdetektor innerhalb des Referenzstrahlengangs in einer Position befindet, die optisch der Position des Prüflings im Messstrahlengang entspricht, kann der Anteil des Lichts aus dem Referenzstrahlengang dazu genutzt werden, einen zum Messfleck auf dem Prüfling parallelen, weiteren Messfleck oder „optischen Zwilling“ am Ort der Sensorfläche des Referenzdetektors zu erzeugen. Es können auch zwei Referenzdetektoren vorgesehen sein, einer für das Abbild des Strahlflecks und ein weiterer für den weiteren Messfleck bzw. für den optischen Zwilling. Anders ausgedrückt kann die Sensorfläche auch geteilt sein.
Dadurch kann beispielsweise zum einen überwacht werden, an welcher Stelle des Prüflings der Messfleck tatsächlich erzeugt wird und ob beispielsweise die Probe bzw. der Prüfling überstrahlt wird. Es kann auch überprüft werden, ob der Messfleck an der gewünschten Messstelle liegt. Weiterhin kann aus der Kombination der Information über die Position des Strahlflecks des Messstrahls auf dem Messstrahlteiler und der Position des Messflecks, also des Strahlflecks des Messstrahls auf der Oberfläche des Prüflings, die Strahlrichtung des Messstrahls und damit auch dessen Einfallswinkel bzw. die Einfallswinkelverteilung auf der Prüflingsoberfläche überwacht werden.
Durch die Messung der Intensitätsverteilung in der Ebene des Strahlteilers und in der Probenebene kann zumindest eine relative Änderung der Strahlrichtung bzw. der Verteilung der Richtungen im Strahl überwacht werden. Durch Scans mit dem Mess-Detektor kann beispielsweise einmalig vor Inbetriebnahme der Überwachung die Absolutposition und Richtung des Strahls bestimmt werden.
Um bei einer 1 :1-Abbildung ohne Verkleinerung oder Vergrößerung eine möglichst vorlagengetreue Abbildung zu erzielen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Abbildungsoptik eine Brennweite f aufweist, die einem Viertel des Abstands D zwischen dem Messstrahlteiler und der vorgebbaren Position des Referenzdetektors (in Fig. 1) entspricht. Befindet sich zusätzlich ein Referenzstrahlteiler im Referenzstrahlengang, muss die optische Weglänge vom Messstrahlteiler über den Referenzstrahlteiler zum Referenzdetektor der optischen Weglänge zwischen dem Messstrahlteiler und dem Spot auf dem Prüfling entsprechen, um eine originalgetreue Dopplung des Messspots auf dem Referenzdetektor zu erreichen (Fig. 3). Es kann jedoch auch eine verkleinerte Abbildung vorteilhaft sein, wenn der Strahl in der Strahlteilerebene eine größere Ausdehnung hat als verfügbare Kamera-Sensoren.
Dementsprechend ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung in einem Auswertungsmodus dazu konfiguriert ist, die Position des Messflecks repräsentierende Messfleck-Positionsdaten und die Position eines auf dem Messstrahlteiler erzeugten Strahlflecks repräsentierende Strahlfleck-Positionsdaten zu ermitteln und durch Verrechnung der Messfleck-Positionsdaten und Strahlfleck-Positionsdaten Strahlwinkeldaten zu berechnen, die eine Strahlrichtung des Messstrahls und/oder Einfallswinkel des Messstrahls auf die Oberfläche des Prüflings repräsentieren.
Die Erfindung betrifft auch ein Messverfahren zum Messen der Reflektivität eines für EUV- Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV- Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche des Prüflings. Dabei wird ein auf die Oberfläche gerichteter Messstrahl mit EUV-Strahlung erzeugt. Der Prüfling wird so gehalten und positioniert, dass der Messstrahl an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche trifft. Ein Anteil der EUV-Strahlung des Messstrahls wird mittels eines Messstrahlteilers derart ausgekoppelt, dass ein ausgekoppelter Anteil und ein transmittierter Anteil erzeugt wird, der auf die Oberfläche fällt. Eigenschaften des ausgekoppelten Anteils und des transmittierten Anteils werden detektiert und dienen als Basis für die Bestimmung von Reflektivitäts-Messwerten unter Verwendung von Information über die Eigenschaft des ausgekoppelten Anteils und die Eigenschaft des transmittierten Anteils. Ein bei der aktuellen Messung wirksames effektives Teilungsverhältnis des Strahlteilers wird bestimmt. Die Reflektivitäts-Messwerte werden unter Verwendung des effektiven Teilungsverhältnisses bestimmt.
Vorzugsweise wird dazu mittels des ausgekoppelten Anteils auf einer Sensorfläche eines ortsauflösenden Sensors ein zweidimensionales Abbild eines auf dem Messstrahlteiler erzeugten Strahlflecks des Messstrahls erzeugt und mithilfe eines Bildverarbeitungssystems zur Ermittlung des effektiven Teilungsverhältnis (TVE) ausgewertet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf Komponenten eines EUV-Reflektometer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt vereinfachte Beispielfälle, wie sich Form, Intensitätsverteilung, Größe und Position des Strahlflecks auf einem Strahlteilerkamm auf das effektive Teilungsverhältnis auswirken;
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf Komponenten eines EUV-Reflektometer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente zum Teil mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Dadurch kann zum besseren Verständnis bei Merkmalen der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels gegebenenfalls auch auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Relative Positionen von Optikkomponenten bzw. optischen Elementen werden z.T. mit Präpositionen wie „zwischen“, „vor“, „hinter“ oder dergleichen beschrieben. Diese Präpositionen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf optische Positionen entlang eines optischen Strahlengangs.
Die Fig. 1 zeigt stark vereinfacht und nicht maßstabsgetreu Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines EUV-Reflektometers EUVR bzw. einer Messvorrichtung zur Messung der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüfling PR in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV- Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche PRO des Prüflings PR.
Beim Prüfling kann es sich beispielsweise um einen Spiegel für ein EUV-Lithografieobjektiv handeln, der eine generell konkav oder konvex gekrümmte reflektierende Oberfläche PRO aufweist. Die reflektierende Oberfläche kann sphärisch oder rotationssymmetrisch asphärisch gekrümmt sein oder als Freiformfläche ohne Rotationssymmetrie gestaltet sein.
Das EUV-Reflektometer EUVR erlaubt es unter anderem, den Reflexionsgrad des Prüflings bei unterschiedlichen Wellenlängen in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich von extrem ultravioletter (EUV)-Strahlung zu messen. Damit sind hier vorzugsweise Wellenlängen im Bereich von 6 nm bis 20 nm, insbesondere von 8 nm bis 20 nm gemeint. Der zur Erzeugung monochromatischer Strahlung notwendige Teil der Strahlführung ist nicht dargestellt.
Der Reflexionsgrad ergibt sich dabei aus dem Verhältnis zwischen der Intensität der reflektierten Strahlung, die mithilfe eines Detektors DET gemessen wird, und der Intensität der einfallenden Strahlung, deren Größe mithilfe von Signalen eines Referenzdetektors RDET bestimmt werden kann.
Die Messungen können für Einfallswinkel im Bereich zwischen 0° und 90° (ohne die Grenzwerte) durchgeführt werden, wobei für senkrechten Strahlungseinfall (0° Einfallswinkel) und parallel zur Oberfläche verlaufenen Strahlungseinfall (90° Einfallswinkel) konstruktionsbedingt keine Messwerte erfassbar sind.
Zum betriebsfertig konfigurierten EUV-Reflektometer gehört eine EUV-Strahlungsquelle, die im Ausführungsbeispiel einen gepulsten Laser umfasst, dessen Laserstrahl mit einer nicht dargestellten Fokussieroptik auf ein Gold-Target oder ein anderes geeignetes Material fokussiert wird. Der Laserstrahl erzeugt bei der Oberfläche des Targets ein Plasma, welches im EUV-Bereich ein quasi kontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Strahlung emittiert. Das Plasma bildet einen Quellfleck bzw. Emissionsfleck QFL mit einem gewissen Volumen, der die EUV-Strahlung aussendet. Eine solche Plasmastrahlenquelle wird auch als LPP-Quelle bezeichnet, wofür LPP für „laser produced plasma“ steht. Alternativ können auch andere EUV- Strahlungsquellen verwendet werden, die ein diskretes oder ein quasi kontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Strahlung im EUV-Bereich emittieren, beispielsweise eine DPP- Quelle. Hier steht „DPP“ für „discharge produced plasma.“ Beispielsweise kann es sich auch um Synchrotronstrahlung aus dem Umlenkmagnet eines Synchrotrons oder aus einem speziellen Undulator oder Wiggler handeln. Beides sind spezielle periodische Anordnungen von Magnetfeldern oder um Strahlung aus einem FEL (free-electron-laser) handeln.
Ein Anteil der vom Quellfleck QFL (Quellvolumen) emittierten EUV-Strahlung durchtritt eine nicht dargestellte Eingangsblende einer Strahlformungseinheit SFE, die dazu konfiguriert ist, die EUV-Strahlung der EUV-Strahlungsquelle zu empfangen und daraus einen Messstrahl MS zu erzeugen, der im Betrieb des Reflektometers EUVR am prüflingsseitigen Ende auf die reflektierende Oberfläche PRO des Prüflings PR trifft und dort an einer vorgesehenen Messstelle bzw. einem vorgesehenen Messort einen Messfleck MFL bildet. Der Messfleck ist der durch den Messstrahl MS ausgeleuchtete Bereich auf der Prüflingsoberfläche PRO und hat häufig einen Durchmesser in einer Größenordnung von 0,5 mm. Das Größenverhältnis zwischen Quellfleck QFL und Messfleck MFL wird wesentlich durch den Abbildungsmaßstab der Strahlformungseinheit SFE bestimmt. Diese wirkt vorzugsweise vergrößernd, z.B. im Maßstab 1 :10. Auch andere Vergrößerungen sind möglich, z.B. im Bereich von 5 bis 15.
Das betriebsfertige montierte EUV-Reflektometer des Ausführungseispiels ist dazu konfiguriert, den Messort auf der Prüflingsoberfläche PRO, also die Lage der Messstelle auf der reflektierenden Oberfläche PRO, sowie den Einfallswinkel bzw. den Einfallswinkelbereich des Messstrahls MS am Messort mit hoher Genauigkeit reproduzierbar stufenlos einzustellen. Eine bevorzugte Ausführungsform einer hierfür verwendbaren Positioniervorrichtung POS ist nur schematisch dargestellt. Eine Realisierungsmöglichkeit ist in der WO 2021/156411 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Die Strahlformungseinheit SFE ist in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Gezeigt ist nur ein letzter Spiegel HRE im Beleuchtungsstrahlengang, von dem aus der Messstrahl MS ohne weitere Reflexion zum Prüfling PR propagiert. Realisierungsmöglichkeiten für eine Strahlformungseinheit sind z.B. in der DE 10 2018 205 163 A1 oder in der WO 2021/156411 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Die Strahlformungseinheit kann z.B. die folgenden Komponenten aufweisen (vgl. z.B. WO 2021/156411 A1.). Zum Einstellen der für die Messung genutzten Wellenlänge des Messstrahls umfasst die Strahlformungseinheit SFE einen Monochromator, der als Gittermonochromator bzw. dispersiver Monochromator ausgelegt ist. Der Monochromator umfasst ein konkav gekrümmtes Reflexionsgitter und eine dem Reflexionsgitter nachgeschaltete Blendenanordnung. Diese kann eine rechteckförmige Blendenöffnung aufweisen, deren Breite in zwei zueinander senkrechten Richtungen stufenlos eingestellt werden kann. Im Strahlengang vor dem Reflexionsgitter, also zwischen dem Quellfleck QFL (Quellvolumen) und dem Reflexionsgitter, ist ein vorderes Reflexionselement angeordnet. Dieses empfängt unmittelbar die vom Quellfleck (Quellvolumen) QFL kommende divergente EUV-Strahlung und reflektiert sie mit konkav gekrümmter Reflexionsfläche in wenigstens einer Ebene fokussiert in Richtung des Reflexionsgitters. Die Strahlformungseinheit SFE umfasst weiterhin ein hinteres Reflexionselement HRE, welches im Strahlengang zwischen der Blendenanordnung und dem Austritt des Messstrahls MS in Richtung Prüfling PR angeordnet ist und die Intensitätsverteilung in der rechteckförmigen Blendenöffnung auf die Oberfläche PRO des Prüflings abbildet. Es weist meist eine ellipsoidale Reflexionsfläche auf. Die Ausdehnung des mit EUV-Strahlung beaufschlagten Bereichs im Bereich des Messflecks MFL kann bei diesem Ausführungsbeispiel mithilfe der Blendenanordnung in zwei zueinander senkrechten Richtungen scharf begrenzt und stufenlos eingestellt werden.
Um unvermeidliche leichte Intensitätsschwankungen der EUV-Strahlungsquelle bei der Erfassung und Auswertung der Messergebnisse berücksichtigen und dadurch bedingte Messfehler vermeiden zu können, umfasst das EUV-Reflektometer einen außerhalb des Messstrahlengangs angeordneten Referenzdetektor RDET sowie einen Messstrahlteiler MST, der dazu dient, einen Anteil AT (ausgekoppelter Anteil) der auftreffenden EUV-Strahlung des Messstrahls zu dem Referenzdetektor RDET auszukoppeln und einen anderen Anteil TT (transmittierten Anteil) zum Prüfling durchzulassen.
Der Messstrahlteiler MST ist im Beispielsfall ein Strahlteiler in Form eines ebenen Strahlteilerkamms. Die Kammstruktur umfasst zueinander parallele Zinken Z gleicher konstanter Breite und zwischen den Zinken liegende Zwischenräume bzw. Lücken L, deren Breite derjenigen der Zinken entsprechen kann, aber nicht entsprechen muss (vgl. Fig. 2). Die der EUV-Strahlung ausgesetzten Oberflächen der Zinken sind durch geeignete reflektierende Beschichtung so ausgebildet, dass sie die auftreffende EUV-Strahlung in Richtung des Referenzdetektors RDET reflektieren. Die Lücken lassen dagegen die EUV-Strahlung ungehindert durch, so dass diese auf die Prüflingsoberfläche PRO fallen kann. Der Querschnitt des auftreffenden Strahlbündels wird somit am Strahlfleck SFL auf dem Messstrahlteiler MST in durchgehende Anteile TT und reflektierte Anteile AT zerlegt, wobei die reflektierten Anteile in einen Referenzstrahlengang eingekoppelt werden, der zum Referenzdetektor RDET führt.
Ein prinzipieller Nachteil solcher Strahlteiler besteht darin, dass das Teilungsverhältnis, also das Verhältnis zwischen den Intensitäten von reflektierter Strahlung und durchgelassener Strahlung, nicht konstant ist, sondern von der Position, der Größe, der Form und der Intensitätsverteilung der auftreffenden Strahlung abhängt. Zur Erläuterung zeigt Fig. 2 verschiedene vereinfachte Beispielfälle, wie sich Form, Intensitätsverteilung, Größe und Position des Strahlflecks auf einem Strahlteilerkamm auf das Teilungsverhältnis auswirken können.
Der Strahlteilerkamm bzw. der Messstrahlteiler MST hat zueinander parallele Zinken Z und zwischen den Zinken liegende Lücken L. Die Zinken Z hängen an einer Seite über einen Basisabschnitt zusammen, erstrecken sich mit ihrer längeren Ausdehnung in einer ersten Richtung R1 und liegen in einer zur ersten Richtung R1 orthogonalen zweiten Richtung R2 äquidistant nebeneinander. Die Lücken L haben - in der zweiten Richtung gemessen - die gleiche Breite wie die Zinken. Damit kann ein Teilungsverhältnis von 50:50 erreicht werden, d.h. 50 % der auftreffenden Strahlung werden reflektiert, während 50 % ungehindert transmittiert werden. Der reflektierte Anteil wird durch den Buchstaben „R“ repräsentiert, der transmittierte Anteil durch den Buchstaben „T“.
Das auftreffende EUV-Strahlenbündel soll idealenweise einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, so dass sich in der Ebene des Strahlteilerkamms ein rechteckförmiger Strahlfleck SFL ergibt.
In der Situation von Fig. 2A ist der Strahlfleck SFL (zufällig) so positioniert, dass Zinken Z und Lücken L zu gleichen Flächenanteilen abgedeckt sind. Dadurch ergibt sich ein effektives Teilungsverhältnis von 50:50 (entsprechend T = R).
Fig. 2B zeigt eine Situation, bei der der Messstrahl in der zweiten Richtung R2 etwas länger ist als beim Beispiel von Fig. 2A, bei gleicher Breite in der ersten Richtung. Dadurch ergibt sich, dass der Strahlfleck SFL nun sechs komplette Lücken L, aber nur fünf komplette Zinken Z über seine Breite abdeckt. Dadurch wird der transmittierte Anteil größer als der reflektierte Anteil (T > R), so dass das Teilungsverhältnis größer als 50:50 ist. In Fig. 2C ist ein Beispiel gezeigt, worin der Querschnitt des Messstrahls bei unveränderter Breite in der ersten Richtung in der zweiten Richtung etwas kürzer ist als im Beispiel von Fig. 2A, so dass der Strahlfleck nun fünf nebeneinanderliegende Zinken, aber nur vier nebeneinanderliegende Lücken abdeckt. Damit wird der reflektierte Anteil größer als der transmittierte Anteil (T < R), so dass das effektive Teilungsverhältnis weniger als 50:50 beträgt.
Die Fig. 2D bis 21 zeigen weitere Beispiele. In Fig. 2D hat der Querschnitt des Messstrahls in der zweiten Richtung die gleiche Länge wie im Beispiel von Fig. 2A, jedoch ist der Querschnitt des Messstrahls trapezförmig nach oben verjüngt. Da die breitere Seite auf einem Zinken beginnt, ergibt sich, dass der transmittierte Anteil T kleiner ist als der reflektierte Anteil R (T < R).
Die in den übrigen Figuren gezeigten Situationen lassen sich entsprechend ohne weitere Erläuterungen verstehen. In den Fig. 2E und 2F sind Situationen dargestellt, in denen der Strahlfleck SFL die gleiche Größe und Position wie in Fig. 2A hat, so dass sich bei gleichmäßiger Intensitätsverteilung ein Teilungsverhältnis von 50 : 50 ergeben würde. Da jedoch die Intensität über den Strahlquerschnitt von oben nach unten abnimmt, ergibt sich ein Verhältnis T > R, weil die Intensität am oberen Ende, welches über einer Lücke liegt, etwas größer ist als am unteren Ende. Die umgekehrte Situation (T < R) ist in Fig. 2F schematisch dargestellt. In Fig. 2G hat der Strahlfleck die gleiche Form und Größe wie in Fig. 2B, jedoch ist der Strahlfleck etwas nach oben gerückt, so dass nun insgesamt sieben Zinken, aber nur sechs Lücken abgedeckt werden. Dadurch ergibt sich das Verhältnis T < R. Analoges ergibt sich im Vergleich zwischen den Situationen aus Fig. 2C und 2H bzw. aus dem Vergleich zwischen Fig. 2D und 21.
In dem EUV-Reflektometer werden diese Effekte bei der Auswertung der Signale des Detektors DET (Detektorsignale) und des Referenzdetektors RDET (Referenzdetektor-Signale) berücksichtigt, so dass höchste Messgenauigkeiten erzielt werden können, obwohl das Teilungsverhältnis bei unverändertem Strahlteilerkamm von Messsituation zu Messsituation variieren kann.
Diese Verbesserung wird in konstruktiver Hinsicht dadurch ermöglicht, dass der Referenzdetektor RDET einen zweidimensional ortsauflösenden Sensor SENS mit einer ebenen Sensorfläche FSENS aufweist und dass im Referenzstrahlengang zwischen dem Messstrahlteiler MST und dem Referenzdetektor RDET eine reflektive Abbildungsoptik ABB angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb auf der Sensorfläche FSENS des Sensors ein Abbild SFL' des Strahlflecks SFL, also des beleuchteten Teils des Messtrahlteilers MST erzeugt wird.
Durch Hinzufügen der zusätzlichen Abbildungsoptik ABB in den Referenzstrahlengang zwischen Messstrahlteiler und Referenzdetektor sowie die Verwendung eines Kamera-Sensors oder eines anderen Referenzdetektors mit der Möglichkeit einer zweidimensional ortsauflösenden Messung der auftretenden Strahlungsintensität kann Information über die Form, Größe, Position und Intensitätsverteilung des reflektierten Anteils des Strahlflecks SFL auf dem Strahlteiler gewonnen werden.
Die Abbildungsoptik ABB, also die optische Komponente oder das optische System zur Abbildung des Strahlflecks SFL vom Messtrahlteiler MST auf die Sensorfläche FSENS, enthält im Beispielsfall einen Spiegel mit mehrdimensional konkav gekrümmter Reflexionsfläche, also einen Spiegel mit Brechkraft. Es können aber beispielsweise auch zwei oder mehrere Spiegel sein. Die Ebene des Messstrahlteilers MST bildet die Objektebene dieses Abbildungssystems, die dazu optisch konjugierte Bildebene fällt idealerweise mit der Sensorfläche FSENS des zweidimensional ortsauflösenden Sensors zusammen.
Das vom ortsauflösenden Referenzdetektor RDET erfasste Abbild SFL' kann somit ähnlich wie die schematischen Darstellungen in Fig. 2 verstanden werden, da es Informationen über Größe und Querschnittsform des Strahlflecks auf dem Strahlteilerkamm sowie Informationen über die relative Lage dieses Strahlflecks in Bezug auf die Zinken Z und Lücken L des Strahlteilerkamms enthält. Daraus kann das in der Messsituation wirksame effektive Teilungsverhältnis TVE berechnet werden. Das Abbild SFL' des Strahlflecks SFL kann synchron zur Messung ausgewertet und das Teilungsverhältnis für den tatsächlichen Strahlfleck berechnet werden. Damit kann die Messgenauigkeit einer Reflexionsmessung signifikant gesteigert werden.
Anhand von Fig. 3 wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel eines EUV-Reflektometers EUVR erläutert. Das Ausführungsbeispiel kann als modifizierte Variante des Beispiels von Fig. 1 angesehen werden. Daher werden für identische oder entsprechende Merkmale die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.
Die Ausführungsform von Fig. 3 ist so ausgelegt, dass nicht nur der Strahlfleck SFL des Messstrahls auf dem Messstrahlteiler MST über den Referenzstrahlengang auf den Referenzdetektor RDET abgebildet wird, sondern zusätzlich auch noch zumindest ein weiterer Messfleck beziehungsweise „optischer Zwilling“ OZW des auf der Prüflingsoberfläche PRO entstehenden Messflecks MFL auf der Sensorfläche FSENS des Referenzdetektors RDET erzeugt wird. Der zumindest eine weitere Messfleck bzw. der „optische Zwilling“ OZW wird mithilfe desjenigen Strahlungsanteils AT generiert, der am Messstrahlteiler MST in den Referenzstrahlengang ausgekoppelt wird. Es handelt sich insoweit nicht um ein (mithilfe einer optischen Abbildung erzeugtes) Bild des Messflecks MFL auf der Prüflingsoberfläche PRO. Der weitere Messfleck bzw. der optische Zwilling ist aber bezüglich Form und gegebenenfalls Größe identisch mit dem Messfleck. Dies eröffnet weitere Möglichkeiten, den Messprozess zu überwachen und prozessrelevante Messwerte zu generieren, was unten noch näher ausgeführt wird.
Konstruktiv wird diese Möglichkeit im dargestellten Beispiel dadurch geschaffen, dass zusätzlich zu dem Messstrahlteiler MST (also dem Strahlteiler, der im Messstrahlengang steht) ein weiterer ebener Strahlteiler RST vorgesehen wird, der hier als Referenzstrahlteiler RST bezeichnet wird, weil er im Referenzstrahlengang angeordnet ist. Der Referenzstrahlteiler RST ist im Referenzstrahlengang zwischen dem Messstrahlteiler MST und der Abbildungsoptik ABB derart angeordnet, dass ein erster Anteil A1 des vom Messstrahlteiler MST ausgekoppelten Anteils AT der EUV-Strahlung zur Abbildungsoptik ABB hindurchgelassen bzw. transmittiert wird und ein zweiter Anteil A2 dieses ausgekoppelten Anteils AT unter Umgehung der Abbildungsoptik ABB unmittelbar zum Referenzdetektor RDET reflektiert wird und dort den weiteren Messfleck oder optischen Zwilling OZW erzeugt. Die Generierung des weiteren Messflecks bzw. des optischen Zwillings OZW erfordert somit im Referenzstrahlengang keine eigene Abbildung. Vielmehr wirken der Messstrahlteiler MST und der Referenzstrahlteiler RST ähnlich wie ebene Faltspiegel oder Umlenkspiegel, die den Strahlengang als Ganzes lediglich falten oder umlenken, so dass sich die Ausbreitungsrichtung der Referenzstrahlung ändert, ohne dass sich die auf die Ausbreitungsrichtung bezogene Strahlwinkelverteilung des auf den Messstrahlteiler fallenden Strahlbündels ändert.
Anstelle des Referenzstrahlteilers kann auch ein ausgeleuchteter Teil der Abbildungsoptik - beispielsweise ein Streifen, ein Oval oder ein Rechteck - plan sein. Dann kann auf einen separaten Referenzstrahlteiler verzichtet werden.
Damit ein weiterer Messfleck oder optischer Zwilling OZW des Messflecks MFL am Prüfling PR auf der Sensorfläche FSENS des Referenzdetektors RDET entstehen kann, muss der Strahlweg, der vom Messstrahlteiler MST über den Referenzstrahlteiler RST zur Sensorfläche FSENS des Referenzdetektors führt, zumindest im Wesentlichen dem Strahlweg zwischen Messstrahlteiler MST und Prüflingsoberfläche PRO entsprechen. Um zu erreichen, dass sowohl das Abbild SFL1 des Strahlflecks SFL auf dem Messstrahlteiler MST als auch der parallele weitere Messfleck bzw. der parallele Zwilling OZW des Messflecks MFL auf die gleiche zweidimensionale Sensorfläche FSENS des Referenzdetektors fallen, sollten die optische Weglänge zwischen dem Messstrahlteiler MST und dem Referenzdetektor RDET, die Brennweite f der Abbildungsoptik ABB und der Abstand D zwischen dem Messstrahlteiler MST und der Prüflingsoberfläche PRO aufeinander abgestimmt werden. Soll zum Beispiel der Strahlfleck SFL auf dem Messstrahlteiler im Verhältnis 1 : 1 auf den Sensor des Referenzdetektors RDET abgebildet werden, dann sollte die Bedingung 4f = D möglichst gut eingehalten und der Referenzstrahlteiler RST direkt vor dem Abbildungssystem ABB positioniert werden.
Es können auch zwei Referenz-Sensoren verwendet werden, einer für den weiteren Messfleck bzw. optischen Zwilling OZW des Messflecks und einen für die Abbildung des Strahlflecks SF auf dem Messstrahlteilers.
Die Auswertung der vom Referenzdetektor RDET generierten Referenzdetektor-Signale und der vom Detektor DET generierten Detektorsignale erfolgt in einer Auswerteeinrichtung AW, die diese Signale empfängt und verarbeitet, insbesondere um genaue Messwerte für die Reflektivität der Prüflingsoberfläche am Ort des Messflecks zu erhalten.
Die Auswertung basiert auf einer computerbasierten Auswertung des vom zweidimensionalen Sensor SENS an dessen Sensorfläche FSENS erfassten Bildes SFL' des Strahlflecks SFL mit Hilfe eines in die Auswertereinrichtung AW integrierten Bildverarbeitungssystems und entsprechender Auswertungssoftware. Zur Bestimmung des effektiven Teilungsverhältnisses TVE wird im Beispielsfall ein Bild ausgewertet, welches im Wesentlichen ein Streifenmuster mit abwechselnd hellen Streifen H und dunklen Streifen D insbesondere vorgegebener oder vorgebbarer Längsausdehnungen enthält. Die hellen Streifen repräsentieren dabei die vom Messstrahl ausgeleuchteten Abschnitte von Zinken des Kamms, während die dunklen Streifen die zwischenliegenden Lücken ohne reflektierte Intensität repräsentieren.
In einem Strahlfleck-Rekonstruktionsschritt wird die tatsächliche Form und Größe des Strahlflecks bestimmt. Dazu kann durch Bildverarbeitung eine das Streifenmuster umgebende Hüllkurve HK ermittelt werden, die dann dem Rand des ausgeleuchteten Flecks entspricht. In einem weiteren Schritt (Positionsbestimmungsschritt) wird die relative Position des Strahlflecks auf dem Strahlteiler ermittelt. Hierzu wird die relative Lage der hellen und dunklen Bereiche innerhalb des Strahlenflecks in Bezug zu dessen Rand gesetzt. Basierend auf diesen Teilergebnis wird dann im Teilungsverhältnis-Bestimmungsschritt durch einen Flächenvergleich das effektive Teilungsverhältnis bestimmt, wobei die Grundsätze angewendet werden können, die im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurden. Das effektive Teilungsverhältnis TVE wird dann bei der Auswertung der Reflektormeterdaten verwendet, um das bei einer Messung tatsächlich vorliegende Verhältnis zwischen den Intensitäten der reflektierten Strahlung (Strahlengang AT) und der durchgelassenen Strahlung (Strahlengang TT) und damit das effektive Teilungsverhältnisses zu bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1. EUV-Reflektometer (EUVR) zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings (PR) in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche (PRO) des Prüflings umfassend: eine EUV-Strahlungsquelle zum Emittieren von EUV-Strahlung; eine Strahlformungseinheit (SFE) zum Empfangen von EUV-Strahlung der EUV- Strahlungsquelle und zur Erzeugung eines Messstrahls (MS); eine Positioniervorrichtung (POS) zum Halten des Prüflings (PR) und zum Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl (MS) in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb der Messstrahl (MS) an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks (MFL) unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche (PRO) trifft, einen für EUV-Strahlung sensitiven Detektor (DET) zum Erfassen der von der reflektierenden Oberfläche (PRO) reflektierten EUV-Strahlung und zur Erzeugung von Detektorsignalen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren; einen Messstrahlteiler (MST) zur Auskopplung eines Anteils (AT) der EUV-Strahlung des Messstrahls (MST) entlang eines Referenz-Strahlengangs zu einem Referenzdetektor (RDET), den Referenzdetektor (RDET) zur Erzeugung von Referenzdetektor-Signalen, die den durch den Messstrahlteiler (MST) ausgekoppelten Anteil (AT) der EUV-Strahlung repräsentieren; eine Auswerteeinrichtung (AW) zur Bestimmung von Reflektivitäts-Messwerten unter Verwendung der Detektorsignale und der Referenzdetektor-Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-Reflektometer (EUVR) dafür konfiguriert ist, ein während einer Messung wirksames effektives Teilungsverhältnis (TVE) des Messstrahlteilers (MST) zu bestimmen und die Auswerteeinrichtung (AW) dafür konfiguriert ist, Reflektivitäts-Messwerte unter Verwendung der Detektorsignale, der Referenzdetektor-Signale und des effektiven Teilungsverhältnisses (TVE) zu bestimmen.
2. EUV-Reflektometer (EUVR) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdetektor (RDET) einen zweidimensional ortsauflösenden Sensor (SENS) aufweist und im Referenzstrahlengang zwischen dem Messstrahlteiler (MST) und dem Referenzdetektor (RDET) eine Abbildungsoptik (ABB) zum Erzeugen eines Abbilds eines auf dem Messstrahlteiler (MST) erzeugten Strahlflecks (SF) des Messstrahls (MS) auf einer Sensorfläche (FSENS) des Sensors angeordnet ist.
3. EUV-Reflektometer (EUVR) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahlteiler (MST) eine Kammstruktur mit Zinken (Z) und Lücken (L) aufweist und dass die Auswerteeinrichtung (AW) konfiguriert ist, aus einem Streifenmuster des Abbilds Information über Form und Größe des Strahlflecks sowie die Lage des Strahlungsflecks relativ Zinken und Lücken der Kammstruktur zu ermitteln und das effektive Teilungsverhältnis (TVE) innerhalb des genutzten Strahlflecks aus einem Flächenvergleich zwischen den insgesamt beleuchteten Flächenanteilen und denjenigen Flächenanteilen zu ermitteln, die die EUV-Strahlung am Messstrahlteiler (MST) hindurchlassen und daher auf der Sensorfläche ohne Intensität erscheinen.
4. EUV-Reflektometer (EUVR) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Referenzstrahlteiler (RST), der im Referenzstrahlengang zwischen dem Messtrahlteiler (MST) und dem Abbildungssystem (ABB) derart angeordnet ist, dass ein erster Anteil (A1) des vom Messstrahlteiler (MST) ausgekoppelten Anteils (AT) der EUV-Strahlung zum Abbildungssystem (ABB) transmittierbar und ein zweiter Anteil (A2) des vom Messstrahlteiler ausgekoppelten Anteils (AT) der EUV-Strahlung unter Umgehung des Abbildungssystems zum Referenzdetektor (RDET) reflektierbar ist.
5. EUV-Reflektometer (EUVR) nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem (ABB) eine Brennweite f aufweist, die dem Vierfachen eines Abstands D zwischen dem Messstrahlteiler (MST) und der vorgebbaren Messstelle auf der reflektierenden Oberfläche (PRO) des Prüflings entspricht und dass der Referenzstrahlteiler (RST) unmittelbar vor der Abbildungsoptik (ABB) angeordnet ist.
6. EUV-Reflektometer (EUVR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AW) in einem Auswertungsmodus dazu konfiguriert ist, die Position des Messflecks (MFL) repräsentierende Messfleck-Positionsdaten und die Position eines auf dem Messstrahlteiler (MST) erzeugten Strahlflecks (SFL) repräsentierende Strahlfleck-Positionsdaten zu ermitteln und durch Verrechnung der Messfleck- Positionsdaten und Strahlfleck-Positionsdaten Strahlwinkeldaten zu berechnen, die eine Strahlrichtung des Messstrahls und/oder Einfallswinkel des Messstrahls auf die Oberfläche des Prüflings repräsentieren.
7. Messverfahren zum Messen der Reflektivität eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Prüflings (PR) in Abhängigkeit von der Wellenlänge der EUV-Strahlung und vom Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf eine reflektierende Oberfläche (PRO) mit folgenden Schritten: Erzeugen eines auf die Oberfläche (PRO) gerichteten Messstrahls (MS) mit EUV- Strahlung
Halten des Prüflings (PR) und Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl (MS) in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb der Messstrahl (MS) an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks (MFL) unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche (PRO) trifft,
Auskoppeln eines Anteils (AT) der EUV-Strahlung des Messstrahls (MS) mittels eines Messstrahlteilers (MST) derart, dass ein ausgekoppelter Anteil (AT) und ein transmittierter Anteil (TT) erzeugt wird;
Detektieren einer Eigenschaft des ausgekoppelten Anteils (AT) und einer Eigenschaft des transmittierten Anteils (TT);
Bestimmen von Reflektivitäts-Messwerten unter Verwendung von Information über die Eigenschaft des ausgekoppelten Anteils (AT) und die Eigenschaft des transmittierten Anteils (TT), dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Messung wirksames effektives Teilungsverhältnis (TVE) des Messstrahlteilers bestimmt und die Reflektivitäts-Messwerte unter Verwendung des effektiven Teilungsverhältnisses bestimmt werden.
8. Messverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ausgekoppelten Anteils (AT) auf einer Sensorfläche (FSENS) eines ortsauflösenden Sensors (SENS) ein zweidimensionales Abbild (SFL‘) eines auf dem Messstrahlteiler (MST) erzeugten Strahlflecks (SFL) des Messstrahls (MS) erzeugt und das Abbild zur Ermittlung des effektiven Teilungsverhältnis (TVE) ausgewertet wird.
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