WO2024068293A1 - Euv-reflektometer und messverfahren - Google Patents

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WO2024068293A1
WO2024068293A1 PCT/EP2023/075319 EP2023075319W WO2024068293A1 WO 2024068293 A1 WO2024068293 A1 WO 2024068293A1 EP 2023075319 W EP2023075319 W EP 2023075319W WO 2024068293 A1 WO2024068293 A1 WO 2024068293A1
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WO
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source
euv radiation
euv
spot
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075319
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Lebert
Iris Pilch
Oleksiy Maryasov
Robert Bruck
Thomas Missalla
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G01N2021/8438—Mutilayers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
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    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma

Definitions

  • the invention relates to an EUV reflectometer for measuring the reflectivity of a test object reflecting 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, as well as a measuring method for measuring the reflectivity of a test object reflecting EUV radiation.
  • 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 extreme ultraviolet
  • 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).
  • Reflectometers for soft X-rays are typically operated at synchrotron radiation sources and dedicated monochromator beamlines.
  • synchrotron radiation sources are large-scale research facilities that are expensive to operate and have limited availability, so that for industrial use Quality assurance by EUV reflectometry creates the need to develop local, compact EUV reflectometers independent of synchrotron radiation sources.
  • WO 2021/156411 A1 describes a locally usable EUV reflectometer with its own EUV radiation source.
  • the ready-to-use EUV reflectometer includes an EUV radiation source that includes a pulsed laser, the laser beam of which is 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 contains a source spot or emission spot that emits EUV radiation.
  • a portion of the EUV radiation emitted by the source spot passes through a beam-forming unit that is configured to receive this portion and to generate a measuring beam from it, which, when the reflectometer is in operation, hits the reflective surface of the test object at the test object end and forms a measuring spot there at a designated measuring point or a designated measuring location.
  • the beam-forming unit comprises a dispersive monochromator that comprises a concavely curved reflection grating and an aperture arrangement downstream of the reflection grating, which has at least one aperture that serves as the exit slit of the monochromator.
  • the EUV reflectometer also has 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, which enables the measuring beam to be at a predeterminable angle of incidence at a predeterminable measuring point in the area of a measuring spot during operation reflective surface.
  • a detector that is sensitive to EUV radiation is used to detect the EUV radiation reflected by the reflecting surface and to generate detector signals that represent the EUV radiation reflected by the test object and are evaluated by an evaluation device.
  • a prerequisite for achieving meaningful, comparable measurement results is that measurement conditions are as stable as possible over time and that the influence of unavoidable fluctuations on the measurement results is taken into account.
  • an EUV Reflectometer usually has a reference detector arranged outside the measuring beam path and a beam splitter arranged in the measuring beam path, which 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.
  • DE 10 2016 219 150 A1 describes radiation source devices that allow the location of the plasma formation and thus the source of the radiation used for measurement to be spatially stabilized, which has a positive effect on the accuracy and reproducibility of the measurement results.
  • the invention is based on the object of providing an EUV reflectometer which, compared to the prior art, offers potential for a permanently stable high measurement accuracy even after possible maintenance work.
  • the EUV reflectometer should be able to be adjusted for a measurement more quickly and/or more precisely than before, even for operators with limited experience.
  • the invention provides an EUV reflectometer with the features of claim 1. Furthermore, a measuring method with the features of claim 10 is provided. Preferred developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is made part of the content of the description by reference.
  • An EUV reflectometer of the type considered here is used to measure the reflectivity of a test object that reflects EUV radiation depending on the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV radiation on a reflecting surface of the test object.
  • the EUV reflectometer includes an EUV radiation source with means for generating a source spot for emitting EUV radiation.
  • the source spot sometimes also referred to as an emission spot (often referred to as “EUV source spot” or simply as “source spot”), is a spatially limited area from which EUV radiation from a certain wavelength spectrum is emitted essentially in all spatial directions.
  • the source spot is located within the Plasma cloud.
  • the plasma cloud i.e. a cloud of a luminous, electrically conductive gas mixture, emits not only EUV radiation but also radiation from other wavelength ranges, in particular ultraviolet radiation from the deep ultraviolet range (DUV) and the adjacent UV range, and possibly also radiation from the visible spectral range (VIS) and possibly also from the infrared range (IR).
  • these radiation components are often referred to as out-of-band radiation (OoB).
  • a beam shaping unit of the EUV reflectometer is used to receive a portion of the EUV radiation emanating from the source spot and to generate a measuring beam. During measuring operation, this is aimed at a reflective surface of a test object.
  • a positioning device of the EUV reflectometer is used to hold the test object and to position the test object in relation to the measuring beam in several degrees of freedom in such a way that during operation the measuring beam is at a predeterminable measuring point in the area of a measuring spot at a predeterminable angle of incidence (or a predeterminable angle of incidence range). hits the reflective surface.
  • An EUV radiation-sensitive detector is used to detect the EUV radiation reflected from the reflecting surface and to generate detector signals that represent the EUV radiation reflected from the test object.
  • the intensity of the reflected radiation is an important measurement variable.
  • a reference detector is also provided as well as a beam splitter, which serves to decouple a portion of the EUV radiation of the measuring beam along a reference beam path to the reference detector. Reflectivity values can be calculated in the evaluation device from the signals from the detector and the signals from the reference detector.
  • An EUV reflectometer has a source position monitoring device that is independent of the EUV radiation source for monitoring the spatial position of the source spot relative to the beam-forming unit.
  • the source spot can be directly observed, for example, using an optical system. Based on this monitoring or observation, its position in space relative to the components of the beam-forming unit can be determined.
  • Non-optical systems can also be used if necessary, e.g. those that can detect electrons and/or ions emitted from the source volume and allow conclusions to be drawn about the location of origin of the detected particles.
  • the invention is based, among other things, on the knowledge that the performance of EUV reflectometers requires, among other things, the correct orientation of the source spot and a sufficient Stability of the position of the source spot with respect to the optical path formed by the components of the beam shaping unit are essential. This stability must be present during the measurements and the correct position of the source spot should be able to be quickly restored even after any maintenance work.
  • the source position monitor is configured to determine this critical information. Larger deviations of the actual position of the source spot from its target position can cause various problems. If the position of the source spot within an expansion plane of the dispersive monochromator deviates from its target position, changes in the wavelength of the measuring beam result.
  • Deviation components perpendicular to the expansion plane can cause shifts in the position of the measurement spot parallel to the direction of deviation. Losses of information and/or transmission losses due to defocus can also occur if the source spot is not located correctly in relation to the optical components of the beam shaping unit. The position deviations can develop gradually as a result of drift, possibly also discontinuously, for example after a component is changed. There may also be statistical position fluctuations.
  • the source position monitoring device can be used, for example, when setting up the EUV reflectometer (i.e. outside of measuring operation) in order to correctly align the source spot with respect to the beam shaping unit.
  • the ideal position of the source spot can be determined when the EUV reflectometer is originally assembled. If a new setup is then necessary in later phases of use, for example after changing a target in the EUV radiation source, the source spot can be quickly brought back to the original target position using the source position monitoring device. The same is also possible after conversion or maintenance work in the EUV radiation source.
  • Another advantage is that the information can be used when optics (e.g. mirrors or gratings) in the beamline or the beam shaping unit need to be replaced.
  • the change process ensures that the source spot has not changed during the adjustment.
  • the source position monitoring device can also be used to stabilize the spatial position of the source spot before, during and/or after a measurement. If the source spot can be brought to its target position with high precision using the information from the source position monitoring device, the source spot can also serve as a reference when reassembling the beam shaping unit after changing an optical component of the beam shaping unit, i.e. as an adjustment aid. According to a further development, the source position monitoring device is part of a control loop for stabilizing the spatial position of the source spot.
  • the EUV radiation source has at least one controllable source position adjustment device for variable adjustment of the spatial position of the source spot and an evaluation device of the source position monitoring device is configured to generate control signals for controlling the source position adjustment device based on source position signals.
  • the control loop can be configured in such a way that, using the source position monitoring device, the actual position of the source spot determined by the source position monitoring device is constantly or intermittently compared according to a predeterminable measurement protocol with its target position. If a position deviation is detected that exceeds a certain threshold value, countermeasures can be initiated by controlling the source position adjustment device that keep the position deviation below the threshold value.
  • a position control loop feedback loop
  • the source position adjusting devices can be designed such that the position of the laser focus is changed with respect to the target. For this purpose, for example, a focusing lens can be moved within the laser optics.
  • the EUV radiation source is a discharge-based source (“discharge produced plasma.” (DPP) source)
  • the source position adjusters may be designed to change discharge parameters.
  • the source position monitoring device comprises a spatially resolving detector that is sensitive to EUV radiation and/or other radiation components emitted by the source spot, which is also referred to as a position monitoring detector in this application.
  • the detector has a two-dimensionally extended sensor surface and is set up to generate impact position signals that are dependent on the impact location of the EUV radiation and/or other radiation components emitted by the source spot on the sensor surface.
  • an optical imaging system is provided for imaging at least part of the source spot along an imaging beam path onto the sensor surface of the position monitoring detector.
  • An evaluation device or a hardware-based and/or software-based position determination module of the evaluation device is used to evaluate the impact position signals.
  • a spatially resolving detector is used that is at least sensitive to EUV radiation. Detection can also take place with visible (VIS), UV or IR light. The prerequisite is then that the position correlates well with the EUV source spot.
  • a position-sensitive detector can be used as a position monitoring detector.
  • a position-sensitive detector also known as a position sensitive device or position sensitive detector or optical position sensor, is a spatially resolving detector that can measure, for example, a two-dimensional position of a light point, namely the point of impact of the EUV beam in the imaging beam path, on its sensor surface.
  • the position monitoring detector can, for example, have an EUV-sensitive camera with a CCD sensor or ICCD sensor or CMOS sensor or NMOS sensor or a position-sensitive diode (PSD).
  • MPPC multi pixel photon counter
  • general photodiode arrays can also be used, and possibly also line detectors if a spatial direction is important or decisive. In this case, a spatial resolution in just one dimension is sufficient.
  • the position of the center of gravity (CoG) of the source spot or the image of the source spot can be determined with high accuracy. Due to the optical image, any shift in the source spot is noticeable in a corresponding shift in the impact position on the sensor surface, which can be evaluated quantitatively. The extent (size) of the source spot and the changes in shape can also be determined if necessary.
  • the source position monitoring device comprises a reflective coupling element for coupling out a portion of the EUV radiation emitted by the source spot that is not used to form the measuring beam along the imaging beam path of the optical imaging system in the direction of the position monitoring detector.
  • This measure takes advantage of the fact that the source spot of an EUV radiation source emits in principle in all spatial directions and that only a certain portion from a limited solid angle range is used to generate the measuring beam. Those portions that are not used to generate the measuring beam can be used to observe the source position via the optical imaging system.
  • the coupling-out element is arranged between the source spot and a front reflection element of the beam-forming unit.
  • the front reflection element is the first reflection element which reflects radiation to subsequent reflection elements to form the measuring beam.
  • at least one further aperture element can be provided which limits the EUV beam bundle and which blocks out EUV radiation components which are not used to form the measuring beam.
  • This variant therefore uses a portion of the EUV radiation that is roughly directed in the direction of the beam shaping unit.
  • an optical imaging system in such a way that a separate imaging beam path is created, which leads, for example, through an EU-transparent side window (e.g. Zr film) or a pinhole in the housing of the EUV radiation source and for observing the position of the source spot suitable is.
  • EU-transparent side window e.g. Zr film
  • a pinhole is the optical element that projects the source spot onto the detector.
  • a 1:1 image is often useful in the design in order to achieve good measurement accuracy of the position.
  • the diameter of the pinhole can be in the range of 50 pm to 5 mm, for example, depending on the design.
  • the reflective decoupling element has a curved reflection surface that is concavely curved in a single plane or in two mutually orthogonal planes.
  • the decoupling element thus becomes an imaging or refocusing optical element of the imaging beam path and thus fulfills a dual function.
  • the reflective decoupling element can be designed such that it is the only optical element in the imaging beam path that changes the beam angle distribution, so that EUV radiation from the source spot reaches the sensor surface of the position detector directly via this decoupling element (without the need for a further reflection element).
  • At least one further reflective optical element is arranged optically between the coupling-out element and the position monitoring detector.
  • One of the two elements i.e. the reflective coupling-out element or the further reflective optical element, can be designed as a plane mirror in order to fold or redirect the beam path without changing the beam angle distribution.
  • An EUV radiation source that generates a plasma cloud emitting EUV radiation by laser irradiation of a target or by discharge emits a broad spectrum of wavelengths not only from the extreme ultraviolet range (EUV), but also from the adjacent deep ultraviolet range (DUV) and also at longer wavelengths.
  • EUV extreme ultraviolet range
  • DUV adjacent deep ultraviolet range
  • the spatial region of the plasma cloud that contains the source spot for the desired EUV radiation is usually relatively small compared to the size of the plasma cloud and can, for example, typically have a diameter in the range of 50 pm.
  • preferred embodiments provide for at least one spectral filter element to be arranged in the imaging beam path for wavelength-selective reduction of the intensity of radiation components outside a desired EUV spectral range. This makes it possible to ensure that essentially only EUV radiation from the desired spectral range (e.g. around 13.5 nm) falls with significant intensity onto the sensor surface of the position monitoring detector, so that the position of the source spot can be determined accordingly precisely.
  • a separate filter element in the form of a film-like, thin spectral purity filter element that transmits EUV radiation could be used.
  • at least one reflection element equipped with a reflective multilayer coating is arranged in the imaging beam path in such a way that the EUV radiation strikes almost vertically, i.e. with angles of incidence from an angle of incidence range of less than 45°.
  • the angle of incidence here is the angle that a beam incident on a surface makes with the surface normal at the point of impact.
  • the structure of the multilayer coating acts as a Bragg reflector and is designed so that the reflectivity is maximum for the desired EUV radiation wavelengths and significantly lower for OoB radiation components, so that a spectral filtering effect is achieved.
  • Imaging system is designed to image an object located in its object plane into its image plane, the optical elements being designed such that the object plane that is optically conjugate to the image plane essentially runs through the target position of the source spot or is close to it. It has proven to be advantageous if the imaging system is designed with an enlarged imaging scale, so that every position deviation in the area of the object plane (in the area of the source spot) is imaged enlarged onto the sensor surface. This can improve the measurement accuracy.
  • the invention also relates to a measurement method according to the preamble of claim 10.
  • the measurement method is characterized by monitoring the spatial position of the source spot relative to the beam shaping unit, which is independent of the EUV radiation source.
  • FIG. 1 schematically shows components of an EUV reflectometer according to an exemplary embodiment
  • Fig. 2 shows an embodiment in a plan view on a horizontal x-y plane
  • Fig: 3 shows schematically the area of coupling out a portion of the EUV radiation for the purpose of source spot position monitoring
  • FIG. 4 shows a schematic view of the two-dimensional sensor surface of the source position detector to illustrate a positional deviation of the source spot from its target position.
  • the EUV reflectometer EUVR is a measuring device for measuring the reflectivity of a test object PR that reflects EUV radiation, depending on the wavelength of the EUV radiation and the angle of incidence of the EUV radiation on a reflective surface OB of the test object.
  • the examinee can, for example, be one Act as a mirror for an EUV lithography lens, which has a generally concave or convex curved reflective surface.
  • the positional relationships between the components shown result from the right-handed Cartesian xyz coordinate system.
  • the EUV reflectometer allows, among other things, the degree of reflection or reflectivity of the test object to be measured at different wavelengths in a specified wavelength range of extreme ultraviolet (EUV) radiation.
  • EUV extreme ultraviolet
  • This preferably means wavelengths in the range from 6 nm to 20 nm, in particular from 8 nm to 20 nm.
  • the ready-to-use EUV reflectometer includes an EUV radiation source SQ with facilities for generating a source spot QF that emits EUV radiation in all spatial directions.
  • the EUV radiation source SQ comprises a pulsed laser LAS, the laser beam LS of which is focused onto a gold target TA or another suitable material using focusing optics (not shown).
  • the laser beam generates a plasma PL on the surface of the target, which, among other things, emits a quasi-continuous spectrum of electromagnetic radiation in the EUV range.
  • the plasma PL or the plasma cloud contains a source spot QF or emission spot that emits the EUV radiation.
  • This source spot QF serves as an effective radiation source.
  • 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.”).
  • DPP discharge produced plasma.
  • An optically downstream beam shaping unit SFE is configured to receive a portion of the EUV radiation emanating from the EUV radiation source and to use it to generate a measuring beam STR, which, during operation of the measuring device, hits the reflecting surface OB of the test object PR at the end on the test object side and there forms a measuring spot MFL at a designated measuring point.
  • the beam-forming unit SFE is shown in a highly schematic manner in Fig. 1.
  • the beam-forming unit can be constructed, for example, as shown in Fig. 2 (cf. e.g. WO 2021/156411 A1).
  • Fig. 2 shows an embodiment in a plan view of a horizontal xy plane. Possible implementations for a beam-forming unit are described, for example, in DE 10 2018 205 163 A1 or 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 comprises a monochromator that is designed as a grating monochromator or dispersive monochromator.
  • the monochromator comprises a concavely curved reflection grating RG and an aperture arrangement BL downstream of the reflection grating RG.
  • This can have a rectangular aperture BO, the width of which can be continuously adjusted in two mutually perpendicular directions.
  • the aperture serves as the exit slit of the monochromator.
  • a front reflection element VRE is arranged in the beam path in front of the reflection grating RG, i.e. between the source spot QF or the radiation source SQ and the reflection grating. This directly receives the divergent EUV radiation coming from the source spot QF and reflects it with a concavely curved reflection surface focused in at least one plane in the direction of the reflection grating RG.
  • the beam shaping unit SFE also includes a rear reflection element HRE, which is arranged in the beam path between the aperture arrangement BL and the exit of the measuring beam STR in the direction of the test object PR and images the intensity distribution in the rectangular aperture opening onto the surface OB of the test object. It usually has an ellipsoidal reflection surface. In this embodiment, 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 aperture arrangement BL.
  • a positioning device POS of the EUV reflectometer is configured to hold the test object PR to be measured and to position it in relation to the measuring beam STR in several degrees of freedom such that, when the EUV reflectometer is in operation, the measuring beam impinges on the reflective surface at a predeterminable measuring point or a predeterminable measuring location in the area of a measuring spot MFL and a predeterminable angle of incidence or angle of incidence range.
  • the setting options of the positioning device POS include tilting the test object around a theta axis (parallel to the y-direction) and tilting around a phi axis (parallel to the z-direction).
  • the EUV reflectometer also includes a detector DET, which is sensitive to EUV radiation, among other things, and is configured to detect the EUV radiation reflected by the reflecting surface OB and to generate corresponding detector signals that represent the EUV radiation reflected by the test object.
  • the detector can, for example, have a measuring diode.
  • An evaluation device AW is connected to the detector DET in a signal-transmitting manner and is configured to determine reflectivity measurement values using the detector signals.
  • the EUV reflectometer EUVR comprises a reference detector RDET arranged outside the measurement beam path and a beam splitter ST, which serves to couple a portion of the incident EUV radiation of the measurement beam STR to the reference detector RDET and to allow another (larger) portion to pass through to the test object PR.
  • the beam splitter ST is a geometric beam splitter in the form of a flat beam splitter comb; other designs are possible.
  • the measurements can be carried out for angles of incidence (incidence angle) in the range between 0° and 90° (without the limit values).
  • 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 the 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 reflectance (R) 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 the reference detector RDET.
  • the EUV reflectometer is equipped with components of a source position monitoring device QPOS.
  • a source position monitoring device QPOS This comprises a spatially resolving position monitoring detector DET-P, which is sensitive to EUV radiation and has a two-dimensionally extended sensor surface SF.
  • the detector When a beam with EUV radiation falls on the sensor surface, the detector generates impact position signals that depend on the impact point of the EUV radiation on the sensor surface SF.
  • the detector DET-P is connected to the evaluation device AW, which can process the impact position signals in order to determine data that correspond to the spatial coordinates of the impact point of the EUV beam on the sensor surface.
  • the source position monitoring device QPOS also comprises several optical elements of an optical imaging system ABS, which is configured to image at least a part of the source spot QF along an imaging beam path of the imaging system ABS (dashed line in Fig. 1) onto the sensor surface SF of the position monitoring detector DET-P.
  • the optical components of the imaging system are in a fixed and permanently stable spatial relationship to the optical components of the beam-forming device SFE, so that the spatial position of the source spot QF in relation to the beam-forming unit or its beam path can be reliably determined.
  • the optical imaging system ABS includes a reflective decoupling element (or a decoupling mirror) AKE, which directs a portion of the EUV radiation emitted by the source spot QF, which cannot enter the beam path of the beam shaping unit SFE, in the direction of the optically downstream position monitoring detector DET-P decoupled.
  • 3 shows schematically that the source spot QF located within the larger plasma cloud PL emits EUV radiation in many spatial directions. Only a maximum of that portion A1 that can pass through the opening of the entrance aperture EB and reach the concave reflection surface of the front reflection element VRE enters the beam shaping unit.
  • Portions A2 that would be guided past it horizontally can be at least partially detected by the decoupling element AKE and redirected into the imaging beam path of the imaging system ABS.
  • a reflective element PLS designed as a plane mirror, which completely reflects the radiation components coupled out by the decoupling element AKE in the direction of the position detector DET-P.
  • the decoupling element AKE has a reflection surface that is concavely curved in two planes and forms the only imaging optical element of the imaging beam path, which generates an image of the source spot QF on the sensor surface SF.
  • the PLS plane mirror is only used to deflect the beam in order to make optimal use of the available installation space.
  • the decoupling element AKE is a multilayer mirror acting in the manner of a Bragg reflector, the reflecting surface of which can be designed, for example, as an ellipsoid of revolution or toroid. Average angles of incidence or incidence angles of the coupled-out EUV radiation can be in the range of around 15°, for example.
  • the flat deflection mirror PLS is also a mirror with a reflective multi-layer coating; in the example case it is operated at medium impact angles of approx. 25° to 30°. Additional optical elements can also be provided in the imaging beam path, for example a shutter, an aperture stop and/or a spectral filter film.
  • the source spot QF i.e. the spatially relatively small area which, among other things, emits the EUV radiation with wavelengths around the desired target wavelength (eg 13.5 nm), lies within the larger plasma cloud.
  • both the decoupling element AKE and the plane mirror PLS are designed as a spectral filter element.
  • the multi-layer coatings are designed in such a way that they essentially only transmit a spectrally narrow range around the desired wavelengths of around 13.5 nm with high reflectivity for the incidence angle range used, while the reflection coating is more or less detuned for other wavelengths, so that for these the reflectivities are significantly lower.
  • reflective wavelength-selective filtering is achieved without the need for additional separate filter elements, such as thin spectral purity filter films or the like.
  • one or more separate filter elements may be provided. Any scattered light as well as radiation components from OoB radiation (e.g. UV and/or VIS) can also be filtered to keep them away from the detector.
  • the imaging system ABS is designed in such a way that the source spot QF is imaged with four times magnification on the sensor surface SF of the position monitoring detector DET-P. Any spatial displacement of the source spot is therefore visible on the sensor surface with a fourfold magnification, meaning that high sensitivities can be achieved even for small positional deviations of the source spot.
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the two-dimensional sensor surface SF of the position monitoring detector DET-P. If the source spot QF were in its target position, the image of the source spot (impact position of the coupled-out EUV component A2) would be at the position SP. In fact, the source spot is outside its target position, so that its image or its actual position IP lies on the sensor surface at a distance from the target position SP.
  • the position deviations can be quantified by a position deviation vector PA, the components of which contain both the direction of the deviation and the extent of the deviation.
  • the intervention limits of the source spot control can be chosen so that the statistical position fluctuations that occur are not overcompensated, as this would result in a deterioration in the source spot position stability.
  • An expected statistical source spot deviation can be in the range from 5pm to 3pm, for example. How stable the source spot position is often depends on the physical boundary conditions of the EUV radiation source.
  • the laser plasma radiation sources often have a smaller source spot and a smaller statistical position fluctuation of the source spot than discharge radiation sources.
  • the intervention limits must not result in statistical fluctuations being corrected.
  • Drifts can be detected if the position is measured at regular intervals.
  • a drift can then be determined from the time course by determining an average value.
  • the average value can be determined from several individual measurements or the position can be determined by averaging several source emissions, for example by setting the exposure time of the position-sensitive sensor so that, for example, ten source emissions produce one measured value.
  • the deviations from the target position can be larger and these vary greatly from the adjustment that is made during the maintenance activity independently of the source position monitoring unit. For example, if you change an optical element in the laser beam path, you can pre-adjust it so that the readjustment is as minimal as possible when the radiation source is put into operation after the replacement. However, larger deviations of 100 pm or even 500 pm can also occur, which are then detected on the position-sensitive sensor as a deviation of 400 pm to 2000 pm. Large deviations after a maintenance activity are more likely to be expected if one or more components mechanically deviate significantly from their position. For components that are designed as replacement components or that can be pre-adjusted, deviations of the source spot of less than or equal to 100 pm are expected after replacement. The actual value depends on the specific function of the exchange component.
  • the source position monitoring system QPOS can be used in different phases of use of the EUV reflectometer. Once the ideal spatial position of the source spot (the target position) is determined when setting up the EUV reflectometer for the first time, this target position can always be used as the target position, for example after replacing of a target in the EUV radiation source SQ. This is then simply set up so that the source spot is again at the target position within the setting accuracy (so that there is no significant position deviation of the impact positions IP and SP. If necessary, the target position can also be changed or adjusted.
  • the source position monitoring device QPOS is part of a position control loop. This uses the information on the actual position of the source spot recorded by the position monitoring detector DET-P. From this, data on the position deviation PA between the actual position and the target position is calculated. If this position deviation is outside certain tolerance limits, the evaluation device AW sends corresponding signals to the devices for adjusting the EUV radiation source, which are adjusted accordingly in order to return the source spot QF to or close enough to the target position. For example, the position of the laser focus on the target can be changed in a controlled manner.
  • Another possible use is to restore the correct position of the source spot after replacing and/or readjusting an optical component of the beam-forming unit or a component of the EUV radiation source. Using the information about the correct position of the source spot in relation to the beam-forming unit, the adjustment can be carried out so that this source position is achieved again.

Abstract

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 (SQ) mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Quellflecks zum Emittieren von EUV-Strahlung, eine Strahlformungseinheit (SFE) zum Empfangen von EUV-Strahlung des Quellflecks 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, sowie 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. Das EUV-Reflektometer weist eine von der EUV-Strahlungsquelle (SQ) unabhängige Quellpositions-Überwachungseinrichtung (QPOS) zur Überwachung der räumlichen Position des Quellflecks relativ zur Strahlformungseinheit auf.

Description

EUV-Reflektometer und Messverfahren
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die folgende Offenbarung basiert auf der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2022 210 352.1, die am 29. September 2022 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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) Spektral bereich. 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).
Reflektometer für weiche Röntgenstrahlung (die den EUV-Bereich einschließt) werden typischerweise an Synchrotronstrahlungsquellen und dedizierten Monochromatorstrahlrohren betrieben. Synchrotronstrahlungsquellen sind allerdings aufwändig zu betreibende Großforschungseinrichtungen mit begrenzter Verfügbarkeit, so dass sich für die industrielle Qualitätssicherung durch EUV-Reflektometrie die Notwendigkeit zur Entwicklung lokaler kompakter EUV-Reflektometer unabhängig von Synchrotronstrahlungsquellen ergibt.
Die WO 2021/156411 A1 beschreibt ein lokal nutzbares EUV-Reflektometer mit eigener EUV- Strahlungsquelle. Zum betriebsfertig aufgebauten EUV-Reflektometer gehört eine EUV- Strahlungsquelle, die einen gepulsten Laser umfasst, dessen Laserstrahl 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 enthält einen Quellfleck bzw. Emissionsfleck, der EUV-Strahlung aussendet.
Ein Anteil der vom Quellfleck emittierten EUV-Strahlung durchtritt eine Strahlformungseinheit, die dazu konfiguriert ist, diesen Anteil zu empfangen und daraus einen Messstrahl zu erzeugen, der im Betrieb des Reflektometers am prüflingsseitigen Ende auf die reflektierende Oberfläche des Prüflings trifft und dort an einer vorgesehenen Messstelle bzw. einem vorgesehenen Messort einen Messfleck bildet. Zum Einstellen der für die Messung genutzten Wellenlänge des Messstrahls umfasst die Strahlformungseinheit einen dispersiven Monochromator, der ein konkav gekrümmtes Reflexionsgitter und eine dem Reflexionsgitter nachgeschaltete Blendenanordnung umfasst, die wenigstens eine Blendenöffnung aufweist, die als Austrittsspalt des Monochromators dient.
Das EUV-Reflektometer weist weiterhin eine Positioniervorrichtung zum Halten des Prüflings und zum Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl in mehreren Freiheitsgraden auf, die es ermöglicht, dass im Betrieb der Messstrahl an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche trifft. Ein für EUV-Strahlung sensitiver Detektor dient zum Erfassen der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten EUV-Strahlung und zur Erzeugung von Detektorsignalen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren und von einer Auswerteeirichtung ausgewertet werden.
Eine Voraussetzung für die Erzielung aussagekräftiger, untereinander vergleichbarer Messergebnisse sind zeitlich möglichst stabile Messbedingungen bzw. eine Berücksichtigung des Einflusses unvermeidbarer Schwankungen auf die Messergebnisse.
Beispielsweise ist die Intensität der emittierten EUV-Strahlung prinzipbedingt zeitlichen Schwankungen unterworfen. Um dies bei der Erfassung und Auswertung der Messergebnisse berücksichtigen und dadurch bedingte Messfehler vermeiden zu können, umfasst ein EUV- Reflektometer in der Regel einen außerhalb des Messstrahlengangs angeordneten Referenzdetektor sowie einen im Messstrahlengang angeordneten Strahlteiler, 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 DE 10 2016 219 150 A1 beschreibt Einrichtungen der Strahlungsquelle, die es erlauben, den Ort der Entstehung des Plasmas und damit die Quelle der zur Messung verwendeten Strahlung räumlich zu stabilisieren, was sich positiv auf die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse auswirkt.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein EUV-Reflektometer bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik Potential für eine dauerhaft stabile hohe Messgenauigkeit auch nach eventuellen Wartungsarbeiten bietet. Insbesondere soll das EUV-Reflektometer auch für Bediener mit nur beschränkter Erfahrung schneller und/oder genauer als bisher für eine Messung justiert werden können.
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 10 bereitgestellt. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Ein EUV-Reflektometer der hier betrachteten Art dient 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.
Das EUV-Reflektometer umfasst eine EUV-Strahlungsquelle mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Quellflecks zum Emittieren von EUV-Strahlung. Der gelegentlich auch als Emissionsfleck bezeichnete Quellfleck (im Englischen häufig als „EUV source spot“ oder schlicht als „source spot“ bezeichnet) ist ein räumlich begrenzter Bereich, von dem EUV-Strahlung aus einem gewissen Wellenlängenspektrum im Wesentlichen in alle Raumrichtungen ausgestrahlt wird.
Bei EUV-Strahlungsquellen, die durch Laserbestrahlung eines Targets oder durch Entladung eine EUV-Strahlung emittierende Plasmawolke erzeugt, liegt der Quellfleck innerhalb der Plasmawolke. Die Plasmawolke, also eine Wolke eines leuchtenden, elektrisch leitenden Gasgemischs, emittiert neben EUV-Strahlung auch Strahlungsanteile aus anderen Wellenlängenbereichen, insbesondere Ultraviolettstrahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) und dem angrenzenden UV-Bereich, ggf. auch Strahlung aus dem sichtbaren Spektral bereich (VIS) und ggf. auch aus dem Infrarotbereich (IR). Für Anwendungen, die nur die EUV-Strahlung nutzen wollen, werden diese Strahlungsanteile häufig als Out-of-band- Strahlung (OoB) bezeichnet.
Eine Strahlformungseinheit des EUV-Reflektometers dient zum Empfangen eines Anteils der von dem Quellfleck ausgehenden EUV-Strahlung und zur Erzeugung eines Messstrahls. Dieser ist im Messbetrieb auf eine reflektierende Oberfläche eines Prüflings gerichtet. Eine Positioniervorrichtung des EUV-Reflektometers dient zum Halten des Prüflings und zum Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb der Messstrahl an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks unter einem vorgebbaren Einfallswinkel (bzw. einem vorgebbaren Einfallswinkelbereich) auf die reflektierende Oberfläche trifft. Ein für EUV-Strahlung sensitiver Detektor dient zum Erfassen der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten EUV-Strahlung und zur Erzeugung von Detektorsignalen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren. Typischerweise ist dabei die Intensität der reflektierten Strahlung eine wichtige Messgröße. Vorzugsweise ist zusätzlich zu dem Detektor noch ein Referenzdetektor vorgesehen sowie ein Strahlteiler, der zur Auskopplung eines Anteils der EUV-Strahlung des Messstrahls entlang eines Referenz-Strahlengangs zu dem Referenzdetektor dient. Aus den Signalen des Detektors und den Signalen des Referenzdetektors können in der Auswerteeinrichtung Reflektivitätswerte berechnet werden.
Ein EUV-Reflektometer gemäß der beanspruchten Erfindung weist eine von der EUV- Strahlungsquelle unabhängige Quellpositions-Überwachungseinrichtung zur Überwachung der räumlichen Position des Quellflecks relativ zur Strahlformungseinheit auf. Der Quellfleck kann dabei z.B. mithilfe eines optischen Systems direkt beobachtet werden. Basierend auf dieser Überwachung bzw. Beobachtung kann seine Position im Raum relativ zu den Komponenten der Strahlformungseinheit bestimmt werden. Auch nicht-optische Systeme können ggf. genutzt werden, z.B. solche, die aus dem Quellvolumen emittierte Elektronen und/oder Ionen detektieren können und Rückschlüsse auf den Entstehungsort der detektierten Teilchen erlauben.
Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass für die Leistungsfähigkeit von EUV-Reflektometern u.a. die richtige Ausrichtung des Quellflecks und eine ausreichende Stabilität der Position des Quellflecks in Bezug auf den durch die Komponenten der Strahlformungseinheit gebildeten optischen Pfad wesentlich sind. Diese Stabilität muss während der Messungen vorliegen und auch nach eventuellen Wartungsarbeiten sollte die richtige Position des Quellflecks schnell wiederhergestellt werden können. Die Quellpositions- Überwachungseinrichtung ist dazu konfiguriert, diese entscheidende Information zu ermitteln. Größere Abweichungen der Ist-Position des Quellflecks von seiner Soll-Position können unterschiedliche Probleme verursachen. Weicht die Position des Quellflecks innerhalb einer Ausweitungsebene des dispersiven Monochromators von seiner Soll-Position ab, so ergeben sich Änderungen der Wellenlänge des Messstrahls. Abweichungskomponenten senkrecht zur Ausweitungsebene können Verschiebungen der Position des Messflecks parallel zur Abweichungsrichtung verursachen. Ebenso kann es zu Informationsverlusten und/oder Transmissionsverlusten durch Defokus kommen, wenn der Quellfleck nicht korrekt in Bezug auf die optischen Komponenten der Strahlformungseinheit liegt. Die Positionsabweichungen können sich allmählich im Wege von Drift entwickeln, gegebenenfalls auch diskontinuierlich zum Beispiel nach Wechsel einer Komponente. Es kann auch statistische Positionsschwankungen geben.
Es gibt zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten. Die Quellpositions-Überwachungseinrichtung kann beispielsweise beim Einrichten des EUV-Reflektometers (also außerhalb des Messbetriebs) genutzt werden, um den Quellfleck gegenüber der Strahlformungseinheit richtig auszurichten. Dazu kann beim ursprünglichen Zusammenbau des EUV-Reflektometers die ideale Position des Quellflecks (Soll-Position) bestimmt werden. Ist dann in späteren Nutzungsphasen eine Neu-Einrichtung notwendig, beispielsweise nach Wechsel eines Targets in der EUV- Strahlungsquelle, so kann der Quellfleck unter Verwendung der Quellpositions- Überwachungseinrichtung schnell wieder an die ursprüngliche Soll-Position gebracht werden. Entsprechendes ist auch nach Umbau- oder Wartungsarbeiten in der EUV-Strahlungsquelle möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Information genutzt werden kann, wenn Optiken (z.B. Spiegel oder Gitter) in der Beamline bzw. der Strahlformungseinheit getauscht werden müssen. Bei dem Wechselprozess ist abgesichert, dass sich während der Justage der Quellspot nicht geändert hat. Die Quellpositions-Überwachungseinrichtung kann auch zur Stabilisierung der räumlichen Lage des Quellflecks vor, während und/oder nach einer Messung genutzt werden. Wenn der Quellfleck unter Verwendung der Informationen aus der Quellposition- Überwachungseinrichtung hochgenau an seine Soll-Position gebracht werden kann, so kann der Quellfleck auch als Referenz beim Wiederzusammenbau der Strahlformungseinheit nach Wechsel einer optischen Komponente der Strahlformungseinheit dienen, also als Justage-Hilfe. Gemäß einer Weiterbildung ist die Quellpositions-Überwachungseinrichtung Teil eines Regelkreises zur Stabilisierung der räumlichen Lage des Quellflecks. Dabei weist die EUV- Strahlungsquelle wenigstens eine steuerbare Quellpositions-Einstelleinrichtung zur variablen Einstellung der räumlichen Position des Quellflecks auf und eine Auswerteeinrichtung der Quellpositions-Überwachungseinrichtung ist dafür konfiguriert, basierend auf Quellpositions- Signalen Steuersignale zur Ansteuerung der Quellpositions-Einstelleinrichtung zu erzeugen. Der Regelkreis kann so konfiguriert sein, dass mithilfe der Quellpositions- Überwachungseinrichtung ständig oder nach einem vorgebbaren Messprotokoll intermittierend die mit der Quellpositions-Überwachungseinrichtung festgestellte Ist-Position des Quellflecks mit seiner Soll-Position verglichen wird. Wenn dabei eine Positionsabweichung festgestellt wird, die einen gewissen Schwellwert überschreitet, können durch Ansteuerung der Quellpositions- Einstelleinrichtung Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, die die Positionsabweichung unterhalb des Schwellwerts halten. Somit kann ein Positionsregelkreis (feedback loop) zur Stabilisierung der räumlichen Position des Quellflecks geschaffen werden.
Wenn beispielsweise die EUV-Strahlungsquelle einen gepulsten Laser und eine Fokussieroptik zum Fokussieren eines von dem Laser emittierten Laserstrahls auf ein Target aufweist, können die Quellpositions-Einstelleinrichtungen so ausgebildet sein, dass die Position des Laserfokus in Bezug auf das Target verändert wird. Dazu kann beispielsweise eine Fokussierlinse innerhalb der Laseroptik verlagert werden. Wenn es sich bei der EUV-Strahlungsquelle um eine auf Entladungen basierende Quelle („discharge produced plasma.“ (DPP)-Quelle) handelt, können die Quellpositions-Einstelleinrichtungen so ausgebildet sein, dass Entladungsparameter verändert werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Quellpositions-Überwachungseinrichtung einen für EUV-Strahlung und/oder andere vom Quellfleck emittierte Strahlungsanteile sensitiven ortsauflösenden Detektor, der in dieser Anmeldung auch als Positionsüberwachungsdetektor bezeichnet wird. Der Detektor weist eine zweidimensional ausgedehnte Sensorfläche auf und ist dafür eingerichtet, vom Auftreffort der EUV-Strahlung und/oder anderer vom Quellfleck emittierter Strahlungsanteile auf der Sensorfläche abhängige Auftreffpositionssignale zu erzeugen. Weiterhin ist ein optisches Abbildungssystem zur Abbildung wenigstens eines Teils des Quellflecks entlang eines Abbildungsstrahlengangs auf die Sensorfläche des Positionsüberwachungsdetektors vorgesehen. Eine Auswerteeinrichtung bzw. ein hardwarebasiertes und/oder software-basiertes Positionsbestimmungsmodul der Auswertungseinrichtung dient zur Auswertung der Auftreffpositionssignale. Vorzugsweise wird ein ortsauflösender Detektor verwendet, der zumindest für die EUV- Strahlung sensitiv ist. Es kann auch eine Detektion mit sichtbaren (VIS), UV oder IR Licht erfolgen. Voraussetzung ist dann, dass die Position mit dem EUV-Quellfleck gut korreliert.
Als Positionsüberwachungsdetektor kann z.B. ein positionssensitiver Detektor verwendet werden. Ein positionssensitiver Detektor, auch als Position Sensitive Device bzw. Position Sensitive Detector oder optischer Positionssensor bezeichnet, ist ein ortsauflösender Detektor, der z.B. eine zweidimensionale Position eines Lichtpunkts, nämlich des Auftrefforts des EUV- Strahls im Abbildungsstrahlengang, auf seiner Sensorfläche, messen kann. Der Positionsüberwachungsdetektor kann z.B. eine EUV-sensitive Kamera mit einem CCD-Sensor oder ICCD-Sensor oder CMOS-Sensor oder NMOS-Sensor oder eine positionssensitive Diode (PSD) aufweisen. MPPC (multi pixel photon counter) oder allgemein Photodiode Arrays können ebenfalls verwendet werden, ggf. auch Liniendetektoren, wenn eine Raumrichtung wichtig bzw. bestimmend ist. Dann reicht eine Ortsauflösung in nur einer Dimension.
Wie erwähnt kann ggf. auch sichtbares oder UV-Licht detektiert werden. Ein Nachteil dabei ist, dass dann angenommen werden muss, dass die Positionsänderungen proportional zueinander sind.
Mithilfe der auf die Sensorfläche auftreffenden Strahlung, insbesondere der EUV-Strahlung, kann beispielsweise die Position des Intensitätsschwerpunkts (center of gravity, CoG) des Quellflecks bzw. des Bildes des Quellflecks mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Jede Verlagerung des Quellflecks macht sich aufgrund der optischen Abbildung in einer entsprechenden Verlagerung der Auftreffposition auf der Sensorfläche bemerkbar, diese kann quantitativ ausgewertet werden. Die Ausdehnung (Größe) des Quellspots und die Formänderungen können ggf. ebenfalls bestimmt werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Quellpositions-Überwachungseinrichtung ein reflektives Auskoppelelement zur Auskopplung eines nicht zur Bildung des Messstrahls genutzten Anteils der von dem Quellfleck emittierten EUV-Strahlung entlang des Abbildungsstrahlengangs des optischen Abbildungssystems in Richtung des Positionsüberwachungsdetektors. Diese Maßnahme nutzt aus, dass der Quellfleck einer EUV-Strahlungsquelle im Prinzip in alle Raumrichtungen emittiert und dass nur ein gewisser Anteil aus einem begrenzten Raumwinkelbereich für die Erzeugung des Messstrahls genutzt wird. Diejenigen Anteile, die für die Erzeugung des Messstrahls nicht genutzt werden, können zur Beobachtung der Quellposition über das optische Abbildungssystem genutzt werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Auskoppelelement zwischen dem Quellfleck und einem vorderen Reflexionselement der Strahlformungseinheit angeordnet. Das vordere Reflexionselement ist ausgehend von dem Quellfleck das erste Reflexionselement, welches Strahlung zur Bildung des Messstrahls zu nachfolgenden Reflexionselementen reflektiert. Zusätzlich zu dem reflektiven Auskoppelelement kann wenigstens ein weiteres das EUV- Strahlbündel begrenzendes Blendenelement vorgesehen sein, welches EUV-Strahlungsanteile ausblendet, die nicht zur Bildung des Messstrahls genutzt werden.
Diese Variante nutzt somit einen Anteil der EUV-Strahlung, die grob in Richtung der Strahlformungseinheit gerichtet ist. Alternativ wäre es möglich, ein optisches Abbildungssystem so aufzubauen, dass ein gesonderter Abbildungsstrahlengang entsteht, der zum Beispiel durch ein EU -durchlässiges seitliches Fenster (z.B. Zr-Folie) oder ein Pinhole im Gehäuse der EUV- Strahlungsquelle führt und zur Beobachtung der Position der Quellflecks geeignet ist.
Ein Pinhole ist in dieser Ausführungsform das optische Element, welches den Quellspot auf den Detektor abbildet. Bei der Auslegung ist oftmals eine 1:1 Abbildung sinnvoll, um eine gute Messgenauigkeit der Position zu erreichen. In manchen Anwendungen kann es auch notwendig sein, dass der Quellspot vergrößert abgebildet werden muss. Beispielsweise kann eine vierfache Vergrößerung vorgesehen sein. Der Durchmesser des Pinholes kann je nach Auslegungsform z.B. im Bereich von 50 pm bis 5 mm liegen.
Bei manchen Ausführungsformen weist das reflektive Auskoppelelement eine gekrümmte Reflexionsfläche auf, die in einer einzigen Ebene oder in zwei zueinander orthogonalen Ebenen konkav gekrümmt ist. Damit wird das Auskoppelelement zu einem abbildenden bzw. refokussierenden optischen Element des Abbildungsstrahlengangs und erfüllt somit eine Doppelfunktion. Das reflektive Auskoppelelement kann so ausgebildet sein, dass es das einzige die Strahlwinkelverteilung ändernde optische Element im Abbildungsstrahlengang ist, so dass EUV-Strahlung vom Quellfleck über dieses Auskoppelement direkt (ohne die Notwendigkeit eines weiteren Reflexionselements) auf die Sensorfläche des Positionsdetektors gelangt.
Unter anderem aus Gründen der besten Bauraumnutzung ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Auskoppelelement wenigstens ein weiteres reflektives optisches Element optisch zwischen dem Auskoppelelement und dem Positionsüberwachungsdetektor angeordnet ist. Eines der beiden Elemente, also das reflektive Auskoppelelement oder das weitere reflektive optische Element, kann als Planspiegel ausgebildet sein, um ohne Änderung der Strahlwinkelverteilung den Strahlengang zu falten bzw. umzulenken. Eine EUV-Strahlungsquelle, die durch Laserbestrahlung eines Targets oder durch Entladung eine EUV-Strahlung emittierende Plasmawolke erzeugt, emittiert ein breites Spektrum von Wellenlängen nicht nur aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV), sondern auch aus dem angrenzenden tiefen Ultraviolettbereich (DUV) und auch bei größeren Wellenlängen. Es gibt also Strahlungsanteile in dem für die Messaufgabe gewünschten EUV-Spektralbereich (sogenannte In-Band-Strahlung) und Strahlungsanteile außerhalb des gewünschten EUV- Spektralbereichs (sogenannte Out-of-Band-Strahlung, OoB). Derjenige Raumbereich der Plasmawolke, der den Quellfleck für die gewünschte EUV-Strahlung enthält, ist meist im Vergleich zur Größe der Plasmawolke relativ klein und kann zum Beispiel typischerweise einen Durchmesser im Bereich von 50 pm aufweisen. Um zu vermeiden, dass die Bestimmung der Position des Quellflecks durch OoB-Strahlung z.B. aus der Plasmawolke beeinträchtigt oder verfälscht wird, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass in dem Abbildungsstrahlengang wenigstens ein Spektralfilterelement zur wellenlängenselektiven Reduzierung der Intensität von Strahlungsanteilen außerhalb eines gewünschten EUV- Spektralbereichs angeordnet ist. Damit kann erreicht werden, dass im Wesentlichen nur EUV- Strahlung aus dem gewünschten Spektralbereich (z.B. um ca. 13,5 nm) mit signifikanter Intensität auf die Sensorfläche des Positionsüberwachungsdetektors fällt, so dass die Position des Quellflecks entsprechend genau bestimmt werden kann.
Zur spektralen Filterung könnte ein gesondertes Filterelement nach Art eines folienartig dünnen, EUV-Strahlung transmittierenden Spectral Purity-Filterelements (vgl. zum Beispiel DE 10 2012 202 057 A1 oder US 7,639,418 B2) genutzt werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist dagegen in dem Abbildungsstrahlengang wenigstens ein mit einer reflektiven Mehrlagenbeschichtung ausgestattetes Reflexionselement derart angeordnet, dass die EUV- Strahlung nahezu senkrecht, d.h. mit Inzidenzwinkeln aus einem Inzidenzwinkelbereich von weniger als 45°, auftrifft. Der Inzidenzwinken ist hier derjenige Winkel, den ein auf einen Oberflächenort einfallender Strahl mit der Oberflächennormalen am Auftreffort einschließt. Die Struktur der Mehrlagenbeschichtung wirkt als Bragg- Reflektor und ist so ausgelegt, dass die Reflektivität für die gewünschten EUV-Strahlungswellenlängen maximal und für OoB- Strahlungsanteile deutlich geringer ist, so dass eine spektrale Filterwirkung erzielt wird.
Für EUV-Strahlung reflektierende Oberflächen reflektieren in der Regel auch sichtbares Licht und/oder UV-Licht. Vorzugsweise werden auch OoB-Strahlungsanteile gefiltert, z.B. mittels eines Zr-Filters. Weiterhin können Einrichtungen zur Unterdrückung von Streulicht und/oder von Licht des Lasers der Strahlungsquelle vorgesehen sein. Das Abbildungssystem ist dafür ausgelegt, ein in seiner Objektebene befindliches Objekt in seine Bildebene abzubilden, wobei die optischen Elemente so ausgelegt sind, dass die zur Bildebene optisch konjugierte Objektebene im Wesentlichen durch die Soll-Position des Quellflecks verläuft oder in deren Nähe liegt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Abbildungssystem mit einem vergrößerten Abbildungsmaßstab ausgelegt wird, so dass jede Positionsabweichung im Bereich der Objektebene (im Bereich des Quellflecks) vergrößert auf die Sensorfläche abgebildet wird. Dadurch kann die Messgenauigkeit verbessert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Messverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10. Das Messverfahren ist gekennzeichnet durch eine von der EUV-Strahlungsquelle unabhängige Überwachung der räumlichen Position des Quellflecks relativ zur Strahlformungseinheit.
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.
Fig. 1 zeigt schematisch Komponenten eines EUV-Reflektometers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht auf eine horizontale x-y-Ebene;
Fig: 3 zeigt schematisch den Bereich der Auskopplung eines Anteils der EUV-Strahlung zum Zwecke der Quellfleck-Positionsüberwachung;
Fig. 4 zeigt schematische eine Ansicht der zweidimensionalen Sensorfläche des Quellpositionsdetektors zur Illustration einer Positionsabweichung des Quellflecks von seiner Soll-Position.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Fig. 1 zeigt schematisch Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines EUV- Reflektometers EUVR. Das EUV-Reflektometer EUVR ist eine 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 OB des Prüflings. Beim Prüfling kann es sich beispielsweise um einen Spiegel für ein EUV-Lithografieobjektiv handeln, der eine generell konkav oder konvex gekrümmte reflektierende Oberfläche aufweist. Aus dem rechtshändigen kartesischen xyz- Koordinatensystem ergeben sich die Lagebeziehungen zwischen den dargestellten Komponenten.
Das EUV-Reflektometer erlaubt es unter anderem, den Reflexionsgrad bzw. die Reflektivität 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.
Zum betriebsfertig konfigurierten EUV-Reflektometer gehört eine EUV-Strahlungsquelle SQ mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Quellflecks QF, der EUV-Strahlung in alle Raumrichtungen emittiert.
Die EUV-Strahlungsquelle SQ umfasst im Beispielsfall einen gepulsten Laser LAS, dessen Laserstrahl LS mit einer nicht dargestellten Fokussieroptik auf ein Gold-Target TA oder ein anderes geeignetes Material fokussiert wird. Der Laserstrahl erzeugt bei der Oberfläche des Targets ein Plasma PL, welches u.a. im EUV-Bereich ein quasi kontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Strahlung emittiert. Das Plasma PL bzw. die Plasmawolke enthält einen Quellfleck QF bzw. Emissionsfleck, der die EUV-Strahlung aussendet. Dieser Quellfleck QF dient als effektive Strahlungsquelle. 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 (DPP: „discharge produced plasma.“).
Eine optisch nachgeschaltete Strahlformungseinheit SFE ist dazu konfiguriert, einen Anteil der von der EUV-Strahlungsquelle ausgehenden EUV-Strahlung zu empfangen und daraus einen Messstrahl STR zu erzeugen, der im Betrieb der Messvorrichtung am prüflingsseitigen Ende auf die reflektierende Oberfläche OB des Prüflings PR trifft und dort an einer vorgesehenen Messstelle einen Messfleck MFL bildet.
Die Strahlformungseinheit SFE ist in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Die Strahlformungseinheit kann z.B. wie in Fig. 2 dargestellt aufgebaut sein (vgl. z.B. WO 2021/156411 A1.). Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht auf eine horizontale x-y-Ebene. 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. Zum Einstellen der für die Messung genutzten Wellenlänge des Messstrahls STR umfasst die Strahlformungseinheit SFE einen Monochromator, der als Gittermonochromator bzw. dispersiver Monochromator ausgelegt ist. Der Monochromator umfasst ein konkav gekrümmtes Reflexionsgitter RG und eine dem Reflexionsgitter RG nachgeschaltete Blendenanordnung BL. Diese kann eine rechteckförmige Blendenöffnung BO aufweisen, deren Breite in zwei zueinander senkrechten Richtungen stufenlos eingestellt werden kann. Die Blendenöffnung dient als Austrittsspalt des Monochromators. Im Strahlengang vor dem Reflexionsgitter RG, also zwischen dem Quellfleck QF bzw. der Strahlungsquelle SQ und dem Reflexionsgitter, ist ein vorderes Reflexionselement VRE angeordnet. Dieses empfängt unmittelbar die vom Quellfleck QF kommende divergente EUV-Strahlung und reflektiert sie mit konkav gekrümmter Reflexionsfläche in wenigstens einer Ebene fokussiert in Richtung des Reflexionsgitters RG. Die Strahlformungseinheit SFE umfasst weiterhin ein hinteres Reflexionselement HRE, welches im Strahlengang zwischen der Blendenanordnung BL und dem Austritt des Messstrahls STR in Richtung Prüfling PR angeordnet ist und die Intensitätsverteilung in der rechteckförmigen Blendenöffnung auf die Oberfläche OB 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 BL in zwei zueinander senkrechten Richtungen scharf begrenzt und stufenlos eingestellt werden.
Eine Positioniervorrichtung POS des EUV-Reflektometers ist dazu konfiguriert, den zu messenden Prüfling PR zu halten und in Bezug auf den Messstrahl STR in mehreren Freiheitsgraden derart zu positionieren, dass im Betrieb des EUV-Reflektometers der Messstrahl an einer vorgebbaren Messstelle bzw. einer vorgebbaren Messort im Bereich eines Messflecks MFL und einem vorgebbaren Einfallswinkel bzw. Einfallswinkelbereich auf der reflektierenden Oberfläche auftrifft. Zu den Einstellmöglichkeiten der Positioniervorrichtung POS gehören eine Kippung des Prüflings um eine Theta-Achse (parallel zur y-Richtung) und eine Verkippung um eine Phi-Achse (parallel zur z-Richtung).
Zum EUV-Reflektometer gehört weiterhin ein Detektor DET, der u.a. für EUV-Strahlung sensitiv ist und dazu konfiguriert ist, die von der reflektierenden Oberfläche OB reflektierte EUV- Strahlung zu erfassen und entsprechende Detektorsignale zu erzeugen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren. Der Detektor kann z.B. eine Messdiode aufweisen. Eine Auswerteeinrichtung AW ist signalübertragend mit dem Detektor DET verbunden und dazu konfiguriert, unter Verwendung der Detektorsignale Reflektivitäts-Messwerte zu bestimmen. Um unvermeidliche leichte Intensitätsschwankungen der EUV-Strahlungsquelle bei der Erfassung und Auswertung der Messergebnisse zu berücksichtigen und dadurch bedingte Messfehler vermeiden zu können, umfasst das EUV-Reflektometer EUVR einen außerhalb des Messstrahlengangs angeordneten Referenzdetektor RDET sowie einen Strahlteiler ST, der dazu dient, einen Anteil der auftreffenden EUV-Strahlung des Messstrahls STR zu dem Referenzdetektor RDET auszukoppeln und einen anderen (größeren) Anteil zum Prüfling PR durchzulassen. Der Strahlteiler ST ist im Beispielsfall ein geometrischer Strahlteiler in Form eines ebenen Strahlteilerkamms, andere Ausgestaltungen sind möglich.
Die Messungen können für Einfallswinkel (Inzidenzwinkel) im Bereich zwischen 0° und 90° (ohne die Grenzwerte) durchgeführt werden. Die Auswertung der vom Referenzdetektor RDET generierten Referenzdetektor-Signale und der vom Detektor DET generierten Detektorsignale erfolgt in der Auswerteeinrichtung AW, die diese Signale empfängt und verarbeitet, insbesondere um genaue Messwerte für die Reflektivität der Prüflingsoberfläche am Ort des Messflecks zu erhalten. Der Reflexionsgrad (R) 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 des Referenzdetektors RDET bestimmt werden kann.
Beispiele zur Ausgestaltung geeigneter EUV-Reflektometer sind z.B. in der DE 102018205163 A1 oder der WO 2021/156411 A1 beschrieben. Deren Offenbarungsgehalt wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Um jederzeit die Möglichkeit zu haben, die räumliche Position des Quellflecks QF in Bezug auf die optischen Komponenten bzw. den dadurch gebildeten Strahlengang der Strahlformungseinheit SFE mit hoher Positionsgenauigkeit zu bestimmen und gegebenenfalls zu korrigieren, ist das EUV-Reflektometer mit Komponenten einer Quellpositions- Überwachungseinrichtung QPOS ausgestattet. Diese umfasst einen ortsauflösenden Positionsüberwachungsdetektor DET-P, der für EUV-Strahlung empfindlich ist und eine zweidimensional ausgedehnte Sensorfläche SF aufweist. Wenn ein Strahl mit EUV-Strahlung auf die Sensorfläche fällt, so generiert der Detektor vom Auftreffort der EUV-Strahlung auf der Sensorfläche SF abhängige Auftreffpositionssignale. Der Detektor DET-P ist an die Auswerteeinrichtung AW angeschlossen, die die Auftreffpositionssignale verarbeiten kann, um daraus Daten zu ermitteln, die den Ortskoordinaten des Auftrefforts des EUV-Strahls auf der Sensorfläche entsprechen. Die Quellpositions-Überwachungseinrichtung QPOS umfasst außerdem mehrere optische Elemente eines optischen Abbildungssystems ABS, das dafür konfiguriert ist, wenigstens einen Teil des Quellflecks QF entlang eines Abbildungsstrahlengangs des Abbildungssystems ABS (gestrichelte Linie in Fig. 1) auf die Sensorfläche SF des Positionsüberwachungsdetektors DET- P abzubilden. Die optischen Komponenten des Abbildungssystems stehen in fester und dauerhaft stabiler räumlicher Beziehung zu den optischen Komponenten der Strahlformungseinrichtung SFE, so dass die räumliche Position des Quellflecks QF in Bezug auf die Strahlformungseinheit bzw. deren Strahlengang zuverlässig bestimmt werden kann.
Das optische Abbildungssystem ABS umfasst im Beispielsfall ein reflektives Auskoppelelement (bzw. einen Auskoppelspiegel) AKE, das einen Anteil der vom Quellfleck QF emittierten EUV- Strahlung, die nicht in den Strahlengang der Strahlformungseinheit SFE gelangen kann, in Richtung des optisch nachgeschalteten Positionsüberwachungsdetektors DET-P auskoppelt. Fig. 3 zeigt hierzu schematisch, dass der innerhalb der größeren Plasmawolke PL liegende Quellfleck QF in viele Raumrichtungen EUV-Strahlung abstrahlt. In die Strahlformungseinheit gelangt nur maximal derjenige Anteil A1, der die Öffnung der Eintrittsblende EB passieren und auf die konkave Reflexionsfläche des vorderen Reflexionselements VRE gelangen kann. Anteile A2, die horizontal daran vorbeigeleitet würden, können wenigstens teilweise vom Auskoppelelement AKE erfasst und in den Abbildungsstrahlengang des Abbildungssystems ABS umgelenkt werden. Im Abbildungsstrahlengang optisch hinter dem Auskoppelelement AKE befindet sich noch ein als Planspiegel ausgelegtes reflektives Element PLS, welches die vom Auskoppelelement AKE ausgekoppelten Strahlungsanteile komplett in Richtung des Positionsdetektors DET-P reflektiert. Im Beispielsfall weist das Auskoppelelement AKE eine in zwei Ebenen konkav gekrümmte Reflexionsfläche auf und bildet das einzige abbildende optische Element des Abbildungsstrahlengangs, welches auf der Sensorfläche SF ein Bild des Quellflecks QF erzeugt. Der Planspiegel PLS dient lediglich zur Strahlumlenkung, um den verfügbaren Bauraum optimal nutzen zu können.
Bei dem Auskoppelelement AKE handelt es sich um einen nach Art eines Bragg- Reflektors wirkenden Mehrlagenspiegel (multilayer mirror), dessen reflektierende Fläche beispielsweise als Rotationsellipsoid oder Toroid gestaltet sein kann. Mittlere Auftreffwinkel bzw. Inzidenzwinkel der ausgekoppelten EUV-Strahlung können beispielsweise im Bereich um 15° liegen. Der ebene Umlenkspiegel PLS ist ebenfalls ein Spiegel mit reflektiver Mehrlagenbeschichtung, er wird im Beispielsfall bei mittleren Auftreffwinkeln von ca. 25° bis 30° betrieben. Im Abbildungsstrahlengang können zusätzlich noch weitere optische Elemente vorgesehen sein, beispielsweise ein Verschluss, eine Aperturblende und/oder eine Spektralfilterfolie. Aus der durch Bestrahlung des Targets mit Laserstrahlung generierten Plasmawolke PL wird nicht nur EUV-Strahlung aus dem gewünschten Wellenlängenbereich um die vorgesehene Nutzwellenlänge (ca. 13,5 nm) emittiert, sondern darüber hinaus ein breites Spektrum anderer Wellenlängen bis hin zum tiefen Ultraviolettbereich (DUV) und darüber hinaus. Der Quellfleck QF, also derjenige räumlich relativ kleine Bereich, der u.a. die EUV-Strahlung mit Wellenlängen um die gewünschte Ziel-Wellenlänge (z.B. 13,5 nm) emittiert, liegt innerhalb der größeren Plasmawolke. Um zu erreichen, dass das Abbildungssystem ABS im Wesentlichen nur den Quellfleck QF auf den Positionsüberwachungsdetektor DET-P abbildet, sind sowohl das Auskoppelelement AKE als auch der Planspiegel PLS als Spektralfilterelement ausgelegt. Die Mehrlagenbeschichtungen sind so ausgelegt, dass sie für den genutzten Inzidenzwinkelbereich im Wesentlichen nur einen spektral engen Bereich um die gewünschten Wellenlängen um 13,5 nm mit hoher Reflektivität weiterleiten, während die Reflexionsbeschichtung für anderen Wellenlängen mehr oder weniger stark verstimmt ist, so dass für diese die Reflektivitäten erheblich geringer sind. Auf diese Weise wird eine reflektive wellenlängenselektive Filterung erreicht, ohne dass dafür weitere gesonderte Filterelemente, wie beispielsweise dünne Spectral Purity-Filterfolien oder dergleichen, vorgesehen sind. Bei anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere gesonderte Filterelemente vorgesehen sein. Eventuelles Streulicht sowie Strahlungsanteile von OoB-Strahlung (z.B. UV und/oder VIS) können ebenfalls gefiltert werden, um diese vom Detektor fernzuhalten.
Das Abbildungssystem ABS ist so ausgelegt, dass der Quellfleck QF mit vierfacher Vergrößerung auf die Sensorfläche SF des Positionsüberwachungsdetektors DET-P abgebildet wird. Jede räumliche Verlagerung des Quellflecks wird somit vierfach vergrößert auf der Sensorfläche erkennbar, wodurch hohe Empfindlichkeiten auch für kleine Positionsabweichungen des Quellflecks erzielbar sind.
Zur Illustration einer Situation mit einem Quellfleck, der deutlich außerhalb seiner Soll-Position liegt, zeigt Fig. 4 schematisch eine Draufsicht auf die zweidimensionale Sensorfläche SF des Positionsüberwachungsdetektors DET-P. Würde sich der Quellfleck QF in seiner Soll-Position befinden, so würde das Bild des Quellflecks (Auftreffposition des ausgekoppelten EUV-Anteils A2) an der Position SP liegen. Tatsächlich liegt der Quellfleck außerhalb seiner Soll-Position, so dass sein Bild bzw. dessen Ist-Position IP auf der Sensorfläche mit Abstand zur Soll-Position SP liegt. Die Positionsabweichungen kann durch einen Positionsabweichungsvektor PA quantifiziert werden, dessen Komponenten sowohl die Richtung der Abweichung als auch das Ausmaß der Abweichung enthalten. Die Eingreifgrenzen der Quellspotregelung kann so gewählt werden, dass die auftretenden statistischen Positionsschwankungen nicht überkompensiert werden, da dies eine Verschlechterung der Quellspotpositionsstabilität zur Folge hätte. Eine erwartete statistische Quellspotabweichung kann z.B. im Bereich von 5pm bis 15pm liegen. Wie stabil die Quellspotposition ist, hängt oftmals von dem physikalischen Randbedingungen der EUV- Strahlungsquelle ab. Die Laserplasma-Strahlungsquellen weisen oftmals einen kleineren Quellspot und eine kleinere statistische Positionsschwankung des Quellspots als Entladungs- Strahlungsquellen auf. Die Eingreifsgrenzen dürfen nicht dazu führen, dass statistische Schwankungen korrigiert werden.
Diese Betrachtung begrenzt sich jedoch nur auf statistische Schwankungen ohne Drifts. Für die Nachkorrektur von Drifts kann eine Berechnungsvorschrift genutzt werden, um auch kleinere Werte geeignet korrigieren zu können. Drifts können detektiert werden, wenn in regelmäßigen Zeitabständen die Position gemessen wird. Aus dem zeitlichen Verlauf kann dann eine Drift bestimmt werden, indem ein Mittelwert bestimmt wird. Der Mittelwert kann zum einen aus mehreren Einzelmessungen ermittelt werden oder es kann die Position durch Mittelung mehrerer Quellemissionen bestimmt werden, in dem z.B. die Belichtungszeit des positionssensitiven Sensors so eingestellt wird, dass z.B. zehn Quellemissionen einen Messwert ergeben.
Bei Wartungstätigkeiten können die Abweichungen von Soll-Position größer sein und diese variieren stark von der Justage, die man während der Wartungstätigkeit unabhängig von der Quellpositions-Überwachungseinheit vornimmt. Wenn man z.B. ein optisches Element im Laserstrahlengang wechselt, dann kann man dieses bereits vorjustieren, so dass bei Inbetriebnahme der Strahlungsquelle nach dem Tausch die Nachjustage möglichst gering ist. Es können jedoch auch größere Abweichungen von 100 pm oder sogar 500 pm auftreten, die dann auf dem positionssensitiven Sensor als Abweichung von 400pm bis 2000 pm detektiert wird. Große Abweichungen nach einer Wartungstätigkeit werden eher erwartet, wenn eine oder mehrere Komponenten mechanisch stark von ihrer Position abweichen. Bei Komponenten, die als Tauschkomponente ausgeführt sind oder bei denen eine Vorjustage erfolgen kann, werden Abweichungen des Quellspots nach dem Tausch von kleiner oder gleich 100 pm erwartet. Der tatsächliche Wert hängt von der jeweiligen Funktion der Tauschkomponente ab.
Das Quellpositions-Überwachungssystem QPOS kann in unterschiedlichen Nutzungsphasen des EUV-Reflektometers genutzt werden. Sobald die ideale räumliche Position des Quellflecks (die Soll-Position) beim erstmaligen Einrichten des EUV-Reflektometers festgelegt ist, kann diese Soll-Position immer als Zielposition genutzt werden, beispielsweise nach Auswechseln eines Targets in der EUV-Strahlungsquelle SQ. Diese wird danach einfach so eingerichtet, dass der Quellfleck wieder im Rahmen der Einstellgenauigkeit an der Soll-Position liegt (so dass keine signifikante Positionsabweichung der Auftreffpositionen IP uns SP vorliegt. Gegebenenfalls kann die Soll-Position auch geändert bzw. angepasst werden.
Im Beispielsfall ist die Quellpositions-Überwachungseinrichtung QPOS Bestandteil eines Positionsregelkreises. Dieser nutzt die vom Positionsüberwachungsdetektor DET-P erfassten Informationen über die Ist-Position des Quellflecks. Daraus werden Daten über die Positionsabweichung PA zwischen Ist-Position und Soll-Position errechnet. Liegt diese Positionsabweichung außerhalb gewisser Toleranzgrenzen, sendet die Auswerteeinrichtung AW entsprechende Signale an die Einrichtungen zur Einstellung der EUV-Strahlungsquelle, die entsprechend verstellt werden, um den Quellfleck QF wieder in die oder nahe genug zur Soll- Position zurückzubringen. Beispielsweise kann die Lage des Laserfokus auf dem Target gesteuert verändert werden.
Eine andere Nutzungsmöglichkeit ist die Wiederherstellung der richtigen Position des Quellflecks nach Austausch und/oder neu Justage einer optischen Komponente der Strahlformungseinheit oder einer Komponente der EUV-Strahlungsquelle. Mithilfe der Information über die richtige Position des Quellflecks in Bezug auf die Strahlformungseinheit kann die Justage so durchgeführt werden, dass diese Quellposition wieder erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. EUV-Reflektometer (EllVR) 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 (SQ) mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Quellflecks zum Emittieren von EUV-Strahlung; eine Strahlformungseinheit (SFE) zum Empfangen von EUV-Strahlung des Quellflecks 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; gekennzeichnet durch eine von der EUV-Strahlungsquelle (SQ) unabhängige Quellpositions- Überwachungseinrichtung (QPOS) zur Überwachung der räumlichen Position des Quellflecks relativ zur Strahlformungseinheit.
2. EUV-Reflektometer nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Regelkreis zur Stabilisierung der räumlichen Lage des Quellflecks, worin die EUV-Strahlungsquelle wenigstens eine steuerbare Quellpositions-Einstelleinrichtung zur variablen Einstellung der räumlichen Position des Quellflecks aufweist; und die Auswerteinrichtung der Quellpositions-Überwachungseinrichtung dafür konfiguriert ist, basierend auf Quellpositions-Signalen der Quellpositions-Überwachungseinrichtung Steuersignale zur Ansteuerung der Quellpositions-Einstelleinrichtung zu erzeugen.
3. EUV-Reflektometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die EUV- Strahlungsquelle (SQ) einen gepulsten Laser (LAS) und eine Fokussieroptik zum Fokussieren eines von dem Laser emittierten Laserstrahls auf ein Target (TA) aufweist, und dass die Quellpositions-Einstelleinrichtungen ausgebildet sind, eine Position eines Laserfokus in Bezug auf das Target zu verändern oder dass die EUV-Strahlungsquelle als eine DPP-Quelle ausgebildet ist und die Quellpositions-Einstelleinrichtungen ausgebildet sind, Entladungsparameter zu verändern.
4. EUV-Reflektometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellpositions-Überwachungseinrichtung (QPOS) umfasst: einen für EUV-Strahlung sensitiven ortsauflösenden Positionsüberwachungsdetektor (DET-P), der eine zweidimensional ausgedehnte Sensorfläche (SF) aufweist und dafür eingerichtet ist, vom Auftreffort der EUV-Strahlung auf der Sensorfläche abhängige Auftreffpositionssignale zu erzeugen; ein optisches Abbildungssystem (ABS) zur Abbildung wenigstens eines Teils des Quellflecks (QF) entlang eines Abbildungsstrahlengangs auf die Sensorfläche (SF) des Positionsüberwachungsdetektors (DET-P); eine Auswerteeinrichtung (AW) zur Auswertung der Auftreffpositionssignale.
5. EUV-Reflektometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abbildungsstrahlengang (ABS) wenigstens ein Spektralfilterelement zur wellenlängenselektiven Reduzierung der Intensität von Strahlungsanteilen außerhalb eines Arbeitswellenlängenbereichs angeordnet ist, wobei vorzugsweise in dem Abbildungsstrahlengang wenigstens ein mit einer reflektiven Mehrlagenbeschichtung ausgestattetes Reflexionselement derart angeordnet ist, dass die EUV-Strahlung nahezu senkrecht mit Inzidenzwinkeln aus einem Inzidenzwinkelbereich von weniger als 45° auftrifft.
6. EUV-Reflektometer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem einen vergrößernden Abbildungsmaßstab aufweist.
7. EUV-Reflektometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellpositions-Überwachungseinrichtung (QPOS) ein reflektives Auskoppelelement (AKE) zur Auskopplung eines nicht zur Bildung des Messstrahls (STR) genutzten Anteils der von dem Quellfleck (QF) emittierten EUV-Strahlung entlang des Abbildungsstrahlengangs des optischen Abbildungssystems in Richtung des Positionsüberwachungsdetektors (DET-P) aufweist, wobei das Auskoppelelement vorzugsweise zwischen dem Quellfleck (QF) und einem vorderen Reflexionselement (VRE) der Strahlformungseinheit (SFE) angeordnet ist.
8. EUV-Reflektometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskoppelelement (AKE) eine gekrümmte Reflexionsfläche aufweist, die in einer einzigen Ebene oder in zwei zueinander orthogonalen Ebenen konkav gekrümmt ist.
9. EUV-Reflektometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Auskoppelelement wenigstens ein weiteres reflektives optisches Element zwischen dem Auskoppelelement und dem Positionsüberwachungsdetektor (DET-P) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das reflektive Auskoppelelement (AKE) oder das weitere reflektives optisches Element als ein Planspiegel (PLS) ausgebildet ist.
10. 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 (OB) mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer EUV-Strahlungsquelle mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Quellflecks (QF) zum Emittieren von EUV-Strahlung;
Erzeugen eines auf die Oberfläche (PRO) gerichteten Messstrahls (STR) mit von dem Quellfleck emittierter EUV-Strahlung;
Halten des Prüflings (PR) und Positionieren des Prüflings in Bezug auf den Messstrahl (STR) in mehreren Freiheitsgraden derart, dass im Betrieb der Messstrahl (STR) an einer vorgebbaren Messstelle im Bereich eines Messflecks (MFL) unter einen vorgebbaren Einfallswinkel auf die reflektierende Oberfläche (OB) trifft,
Detektieren einer Eigenschaft eines von der Oberfläche des Prüflings reflektierten Strahls mittels eines Detektors (DET) zur Erzeugung von Detektorsignalen, die die vom Prüfling reflektierte EUV-Strahlung repräsentieren;
Auswerten der Detektorsignale zur Bestimmung von Reflektivitäts-Messwerten, gekennzeichnet durch eine von der EUV-Strahlungsquelle unabhängige Überwachung der räumlichen Position des Quellflecks relativ zur Strahlformungseinheit.
11. Messverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Regelung zur Stabilisierung der räumlichen Lage des Quellflecks, worin die EUV-Strahlungsquelle wenigstens eine steuerbare Quellpositions-Einstelleinrichtung zur variablen Einstellung der räumlichen Position des Quellflecks aufweist und die Quellpositions-Einstelleinrichtung basierend auf Quellpositions-Signalen gesteuert wird, die aufgrund der unabhängigen Überwachung erzeugt werden.
12. Messverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die unabhängige Überwachung ein Abbilden wenigstens eines Teils des Quellflecks auf eine zweidimensional ausgedehnte Sensorfläche und eine Ermittlung einer Ist-Position des Quellflecks durch Auswerten von Auftreffpositionssignalen umfasst, die einen Auftreffort der abgebildeten EUV-Strahlung auf der Sensorfläche repräsentieren.
13. Messverfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellpositions-Überwachungseinrichtung gemäß wenigstens einer der folgenden Nutzungsarten verwendet wird:
(i) Nutzung beim Einrichten des EUV-Reflektometers, um den Quellfleck gegenüber der Strahlformungseinheit richtig auszurichten;
(ii) Nutzung nach einem Wechsel eines Targets und/oder nach einem Umbau der EUV- Strahlungsquelle, um den Quellfleck wieder an seine ursprüngliche Soll-Position zu positionieren;
(iii) Nutzung des Quellflecks als Justage-Hilfe bei einem Wiederzusammenbau der Strahlformungseinheit nach Wechsel einer optischen Komponente der Strahlformungseinheit.
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