Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen.

Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Charakterisierung eines reflektiven optischen Elements für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, mit einer reflektiven Fläche.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich und auf Objektive für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich.

Reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV) und weichen Röntgenwellenlängenbereich (z.B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Multilayerspiegel werden insbesondere bei der Lithographie von Halbleiterbauelementen eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtintensität sicherzustellen. Die Reflektivität kann über die Lebensdauer der reflektiven optischen Elemente durch Kontamination (aufgrund der kurzwelligen Bestrahlung zusammen mit Restgasen in der Betriebsatmosphäre) der optisch genutzten reflektiven Fläche der reflektiven optischen Elemente beeinträchtigt werden. Das Abbildungsverhalten des reflektiven optischen Elements hängt im EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich vom Verlauf der EUV-Phasenfläche ab.

Um Informationen über die tatsächliche Reflektivität der reflektiven optischen Elemente zu erhalten, sollten sie vor dem Einbau in eine Lithographievorrichtung und idealerweise in regelmäßigen Abständen während ihrer Lebensdauer durch Messung ihrer Reflektivität über die optisch genutzte Fläche charakterisiert werden. Um genauere Informationen zum Kontaminationsgrad oder auch zur Güte der Multilayerstruktur zu erhalten, kann man Sekundärstrahlung wie etwas Photoelektronen oder Fluoreszenzstrahlung messen. Dazu werden reflektive optische Elemente bisher mithilfe von Reflektometern vermessen, die über in der Regel sechs Freiheitsgrade zur Bewegung des Probenhalters erlauben, jeden beliebigen Punkt der Probenoberfläche zu vermessen. Um die reflektiven optischen Elemente im Reflektometer einzujustieren, werden an ihrem Rand angrenzend Justierspiegel angeordnet, indem man diese mit den Kanten des reflektiven optischen Elements zum Anschlag bringt. Unter Annahme von kartesischen Koordinaten x, y, die die ebene Grundfläche der reflektiven Fläche des zu charakterisierenden reflektiven optischen Elements aufspannen, werden zunächst zwei Justierspiegel bei gleichem y und unterschiedlichen x im Koordinatensystem des reflektiven optischen Elements angeordnet. Damit lässt sich die Rotation um die optische Achse, beschrieben durch einen Winkel &phgr;, justieren. Außerdem lassen sich die Positionen dieser Justierspiegel relativ zur optischen Achse, auch y-Achse im Koordinatensystem des Reflektometers, bestimmen. Anschließend richtet man basierend auf diesen Messungen die y-Achse des reflektiven optischen Elements mit der y-Achse des Reflektometers aus und ergänzt einen dritten Justierspiegel, um auf ähnliche Weise auch die entsprechenden x-Achsen auszurichten. Obwohl beispielsweise das Reflektometer eine Genauigkeit von ± 0,2 mm in der (x, y)-Position bzw. von ± 0,02° im Winkel erlaubt, kommt durch die Einjustierung mithilfe von Justierspiegeln eine solche Ungenauigkeit dazu, dass sich die Reflektivität nur mit einer Ortsauflösung von größer 1 mm messen lässt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein reflektives optisches Element zur Verfügung zu stellen, das sich gut charakterisieren lässt bzw. Verfahren, mit dem sich reflektive optische Elemente gut charakterisieren lassen.

Diese Aufgabe wird durch ein reflektives optisches Element für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, mit einer reflektiven Fläche gelöst, das mindestens zwei Markierungen auf seiner reflektiven Fläche aufweist.

Derartige reflektive optische Elemente haben den Vorteil, dass die Markierungen mit einer höheren Präzision als die bisher üblichen Justierspiegel angebracht werden können. Daher können auch Charakterisierungen dieser reflektiven optischen Elemente mit einer entsprechend höheren Genauigkeit durchgeführt werden. Insbesondere können Veränderungen der Reflektivität über die reflektive Fläche, die Verteilung von Kontamination über die reflektive Fläche und Veränderungen in der Phasenfläche genau ermittelt werden und zwar unabhängig von der geometrischen Form des reflektiven optischen Elements bzw. seiner reflektiven Fläche. Auf dieser Grundlage kann entschieden werden, ob das jeweilige reflektive optische Element z.B. für die Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen geeignet ist, ggf. in Kombination mit anderen reflektiven optischen Elementen, so dass die jeweiligen Abbildungsfehler sich kompensieren.

Falls außerdem die Markierungen derart aufgebracht sind, dass sie nicht ohne weiteres entfernbar sind, erhöht sich die Reproduzierbarkeit der Charakterisierung bzw. können genauere Vergleiche des Zustandes des reflektiven optischen Elements bei unterschiedlichen Abschnitten seiner Lebensdauer gemacht werden.

Diese Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zur Charakterisierung eines reflektiven optischen Elements für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, mit einer reflektiven Fläche gelöst, wobei dieses Verfahren die Schritte aufweist:

• – Aufbringen von mindestens zwei Markierungen auf der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements;
• – Vermessen der Position der Markierungen auf der reflektiven Fläche;
• – Einbau des reflektiven optischen Elements in ein Reflektometer mit mindestens zwei Freiheitsgraden;
• – Festsetzen der Position einer der Markierungen in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Anfahren der mindestens einen weiteren Markierung und Festsetzen ihrer Position in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Anfahren eines beliebigen Punktes auf der reflektiven Fläche auf der Basis der Informationen über die Position der angefahrenen Markierungen in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Messen der Reflektivität und/oder einer Sekundärstrahlung an der angefahrenen Position auf der reflektiven Fläche unter Einfluss eingestrahlter Strahlung im extremen ultravioletten bis weichen Röntgenwellenlängenbereich.

Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Charakterisierung eines oben beschriebenen reflektiven optischen Elements gelöst mit den Schritten:

• – Vermessen der Position der Markierungen auf der reflektiven Fläche;
• – Einbau des reflektiven optischen Elements in ein Reflektometer mit mindestens zwei Freiheitsgraden;
• – Festsetzen der Position einer der Markierungen in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Anfahren der mindestens einen weiteren Markierung und Festsetzen ihrer Position in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Anfahren eines beliebigen Punktes auf der reflektiven Fläche auf der Basis der Informationen über die Position der angefahrenen Markierungen in Bezug auf die Freiheitsgrade des Reflektometers;
• – Messen der Reflektivität und/oder einer Sekundärstrahlung an der angefahrenen Position auf der reflektiven Fläche unter Einfluss eingestrahlter Strahlung im extremen ultravioletten bis weichen Röntgenwellenlängenbereich.

Die Verfahren zur Charakterisierung haben den Vorteil, das einerseits durch Anordnung von Markierungen auf der reflektiven Fläche von reflektiven optischen Elementen und andererseits durch Vermessung der Position dieser Markierungen unabhängig von dem Reflektometer, in dem sie zur Vermessung der Reflektivität und/oder Sekundärstrahlung eingebaut werden, eine hohe Präzision der Positionsbestimmung der Markierungen und damit auch der Charakterisierung der reflektiven optischen Elemente über die reflektive Fläche erreicht werden kann. Auf diese Weise lassen sich nicht nur sphärische oder zumindest symmetrische reflektive optische Elemente, sondern auch als asphärische Freiform ausgebildete reflektive optische Elemente charakterisieren.

Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Charakterisierung eines reflektiven optischen Elements für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, mit einer reflektiven Fläche gelöst, wobei dieses Verfahren die Schritte aufweist:

• – Aufbringen von mindestens zwei Markierungen auf der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements;
• – Vermessen der Position der Markierungen auf der reflektiven Fläche;
• – Anordnen des reflektiven optischen Elements in ein Reflektometer mit mindestens zwei Freiheitsgraden;
• – Bestimmen der Position einer der Markierungen in Bezug auf das durch die Freiheitsgrade des Reflektometers definierte Koordinatensystem;
• – Bestimmen der Position der mindestens einen weiteren Markierung in Bezug auf das durch die Freiheitsgrade des Reflektometers definierte Koordinatensystem;
• – Bestimmen der Position eines beliebigen Punktes auf der reflektiven Fläche in Bezug auf das durch die Freiheitsgrade des Reflektometers definierte Koordinatensystem auf der Basis der zuvor bestimmten Koordinaten der Markierungen;
• – Messen der Reflektivität an dem beliebigen Punkt auf der reflektiven Fläche unter Einfluss eingestrahlter Strahlung im extremen ultravioletten bis weichen Röntgenwellenlängenbereich;
• – Wiederholen der letzten zwei Schritte bis der Reflektivitätsverlauf über die reflektive Fläche ermittelt ist.

Diese Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit den Schritten:

• – Aufbringen einer Beschichtung mit Multilayerstruktur auf ein Substrat zur Bildung einer reflektiven Fläche;
• – Aufbringen von mindestens zwei Markierungen auf der reflektiven Fläche;
• – Ermitteln des Reflektivitätsverlaufs über die reflektive Fläche wie zuvor beschrieben;
• – Vergleich des ermittelten Reflektivitätsverlaufs mit einem unter Berücksichtigung der Multilayerstruktur der aufgebrachten Beschichtung berechneten Reflektivitätsverlauf; und
• – im Falle von wesentlichen Abweichungen des ermittelten Reflektivitätsverlaufs von dem berechneten Reflektivitätsverlauf, Nachbearbeiten der Beschichtung und erneutes Ermitteln des Reflektivitätsverlaufs bis der ermittelte Reflektivitätsverlauf im wesentlichen mit dem berechneten Reflektivitätsverlauf übereinstimmt.

Schließlich wird diese Aufgabe gelöst durch ein Objektiv für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem oben beschriebenen reflektiven optischen Element und durch ein Objektiv für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem nach dem soeben genannten Verfahren hergestelltem Spiegel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen

1a–h verschiedene Ausführungsformen von reflektiven optischen Elementen mit Markierungen;

2 schematisch eine mögliche Struktur eines reflektiven optischen Elements für den EUV- bis weichen Röntgenwellenlängenbereich;

3 die Veränderung der Intensität einer sich an einem reflektiven optischen Element ausbildenden stehenden Welle im Vergleich mit der Verschiebung der freien Grenzfläche des reflektiven optischen Elements zum Vakuum;

4a, b Reflektivität, Photoemission und Intensität der stehenden Welle für Kontaminationsdicken von 0 Å und von 35 Å;

5a, b Reflektivität und Photoemission für unterschiedliche Kontaminationsdicken und -arten;

6 eine schematische Darstellung einer EUV-Phasenflache eines reflektiven optischen Elements;

7a–c verschiedene Ausführungsformen der Markierungen;

8 schematisch einen experimentellen Aufbau zur Charakterisierung reflektiver optischer Elemente;

9a–c eine schematische Illustration der Geometrie und der Freiheitsgrade zur Charakterisierung reflektiver optischer Elemente;

10a, b schematische Darstellungen des beispielhaften Verlaufs von Substratoberfläche (10a), EUV-Phasenfläche (10a, b) und geometrischer Oberfläche (10a, b) eines reflektiven optischen Elements;

11a–e Messergebnisse an einem reflektiven optischen Element, das eine um bis zu 1 nm in der Dicke variierende Kohlenstoffkontaminationsschicht aufweist;

12a–e Messergebnisse an einem reflektiven optischen Element, das an seiner Oberfläche oxidiert ist;

13 ein schematisches Flussdiagramm zum Charakterisieren eines reflektiven optischen Elements;

14a, b Darstellungen der EUV-Phasenfläche und des Einfallswinkels ϑ über die x-y-Fläche für das in 10a, b dargestellten Beispiel;

15 ein schematisches Flussdiagramm zum Herstellen eines EUV-Spiegels; und

16 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographievorrichtung mit EUV-Objektiven.

1a zeigt beispielhaft ein reflektives optisches Element 1 für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, z.B. als Photomaske oder als Spiegel. Das reflektive optische Element 1 wird in seinen optischen Eigenschaften durch seine optische Fläche, hier die reflektive Fläche 2 bestimmt. Die reflektive Fläche 2 weist mehrere Markierungen Ma, Mb, M&phgr; auf. Im vorliegenden Beispiel ist die reflektive Fläche 2 als EUV-reflektiv beschichteter und polierter Bereich auf einer größeren Oberfläche 4 ausgebildet. Als Beschichtung um im EUV- oder weichen Röntgenwellenlängenbereich zu reflektieren, bieten sich insbesondere Multilayerbeschichtungen an. Die Markierung Ma ist ungefähr in der Mitte der reflektiven Fläche 2 des optischen Elements 1 angeordnet. Die Markierungen Mb, M&phgr; sind im äußeren Bereich der reflektiven Fläche 2 und zwar außerhalb des zur optischen Nutzung vorgesehenen Bereichs 3 angeordnet. Während die Markierungen Ma, M&phgr; jeweils einen bestimmten Punkt auf der reflektiven Fläche kennzeichnen, handelt es sich bei der Markierung Mb um eine geschlossene Linie. Die Markierung M&phgr; liegt auf der Markierung Mb und hat eine hinreichende geometrische Ausdehnung, um eine Vorzugsrichtung aufzuweisen, die dazu genutzt werden kann, eine Winkelkoordinate zur Beschreibung des Azimutwinkels &phgr; der reflektiven Fläche 2 festzulegen. Vorzugsweise ist auch die mittlere Markierung Ma so ausgebildet, dass sie mindestens eine messbare Vorzugsrichtung aufweist.

In den 1b–h sind weitere beispielhafte Ausführungsformen von reflektiven optischen Elementen 1 mit unterschiedlichen Markierungen dargestellt. Irr 1b handelt es sich um drei einzelne, über die reflektive Fläche verteilte Markierungen M1, M2, M3, die außerhalb der optisch genutzten Fläche 3, auf die bei Einsatz des reflektiven optischen Elementes 1 Strahlung fällt, auf der reflektiven Fläche 2 angeordnet sind. Eine ähnliche Ausführungsform ist in 1f mit acht Markierungen M1–M8 dargestellt. Selbstverständlich können reflektive optische Elemente auch zwei, vier, fünf, sechs, sieben, neun, zehn oder mehr Markierungen aufweisen, die sich auch zum Teil oder alle im optisch genutzten Bereich 3 der reflektiven Fläche 2 befinden können. Bei allen Ausführungsformen mit drei oder mehr einzelnen Markierungen kann auf eine Markierung mit Vorzugsrichtung verzichtet werden. Denn durch drei Punkte im Raum, die nicht auch einer Geraden liegen, wird nicht nur eindeutig eine Ebene aufgespannt, sondern durch die relative Position der Punkt zueinander lässt sich auch eine azimutale Winkelorientierung definieren.

Bei großflächigeren reflektiven optischen Elementen kann es relativ aufwendig werden, bei der Charakterisierung die einzelnen Markierungen M1–3 bzw. M1–8 im Reflektometer zu finden und anzufahren. Daher bieten die in den 1a, c, d, e, g und h gezeigten Beispiele linienförmige Markierungen Mb, Mc, Md. Bei den in den 1c, d, g gezeigten Beispielen ist die mittlere Markierung Ma zudem mit einer Vorzugsrichtung ausgebildet. Für Anwendungen, in denen sich im optisch genutzten Bereich 3 keine Markierung befinden sollte, kann, wie in 1g dargestellt, eine in sich geschlossenen Linienmarkierung Mb in Kombination mit einer Markierung M&phgr; mit Vorzugsrichtung vorgesehen sein. Bei besonders großflächigen reflektiven optischen Elementen 1 sind sich zwei in sich geschlossenen Linienmarkierungen Mb, Md vorteilhaft, wie in den 1g, h mit Markierung Ma mit Vorzugsrichtung in der Mitte oder M&phgr; auf Mb gezeigt. Selbstverständlich können auch mehr als zwei in sich geschlossene Linienmarkierungen mit oder ohne zusätzlicher Markierung mit Vorzugsrichtung vorgesehen werden und zwar sowohl innerhalb als auch außerhalb der optisch genutzten Fläche 3, je nach der für das jeweilige reflektive optische Element vorgesehenen Verwendung.

In den 7a–c sind schematisch und nicht maßstabsgerecht einige mögliche Ausführungsformen von Markierungen 13a-c gezeigt. Die hier dargestellten reflektiven optischen Elemente 1 weisen als wichtige Komponenten eine Multilayerstruktur 15 und eine Deckschicht 14 auf, die wesentlich für die optischen Eigenschaften der optischen Fläche des reflektiven optischen Elements 1 sind. Die Multilayerstruktur 15 und die Deckschicht 14 sind auf einem in den 7a–c nicht dargestellten Substrat aufgebracht. In 2 ist als Beispiel ein gebräuchlicher Aufbau eines üblichen reflektiven optischen Elements 1 ebenfalls schematisch, aber etwas detaillierter dargestellt. Auf einem Substrat 10 sind sich periodisch wiederholende Lageneinheiten j, j+1 bis n angeordnet. Im gezeigten Beispiel weist jede Lageneinheit j, j+1 bis n vier Schichten 6, 7, 9 auf, nämlich Absorberschichten 6, Spacerschichten 7 und dazwischen angeordnete Diffusionssperrschichten 9. Auf diese Weise wird sozusagen ein künstlicher Kristall hergestellt, wobei die Absorberschichten 6 den Netzebenen eines Kristalls entsprechen, an denen es unter Erfüllung der Bragg-Bedingung zu Reflexion eingestrahlter Strahlung kommen kann. Im EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich werden insbesondere Molybdän als Absorber und Silizium als Spacer verwendet. Diffusionssperrschichten 9 dienen dazu, die Abstände zwischen den Absorberschichten 6 auch über längere Zeit konstant und wohldefiniert zu halten, damit das Reflexionsverhalten auch über längere Zeit unverändert bleibt. Auf der obersten Lageneinheit n ist ein Deckschichtsystem 8 aus hier drei Schichten 8a–c angeordnet. Die oberste Schicht 8a dient der Verringerung des Kontaminationswachstums, insbesondere wenn sie ein Übergangsmetall enthält. Sie kann auch Kohlenstoff oder ein Oxid enthalten. Die beiden unteren Schichten 8b, c dienen z.B. der Phasenanpassung an die darunter liegende Multilayerstruktur 15 und/oder als Diffusionssperrschichten.

Bevorzugte Möglichkeiten, auf einem reflektiven optischen Element 1 Markierungen 13a–c aufzubringen, sind beispielsweise das lokale Entfernen von Material, so dass eine Vertiefung 13a entsteht (7a), das lokale Aufbringen von Material, so dass eine Erhebung 13b entsteht (7b), oder auch das lokale Verändern der Multilayerstruktur, so dass ein Bereich 13c mit anderen Reflektionseigenschaften und/oder Phasenfläche entsteht (7c). Die Markierungen 13a, b in Form einer Erhebung oder Vertiefung können beispielsweise lithographisch, durch Ätzen oder durch Behandeln mit einem Ionen- oder Elektronenstrahl erzeugt werden. Die lokale Veränderung der Multilayerstruktur wie in 7c dargestellt lässt sich durch Energieeintrag über Wärmebestrahlung, Bestrahlung mit EUV- oder Röntgenstrahlung oder mit Elektronen erreichen. Der Energieeintrag kann beispielsweise zu einer Erhöhung der Dichte der Multilayerschichten 15 und damit zu einer lokalen Veränderung des Reflexionsverhaltens führen. Im Gegensatz zu den Vertiefungen 13a oder Erhöhungen 13b lassen sich derartige Markierungen 13c nicht wieder rückgängig machen. Bei den Erhöhungen 13b verwendet man vorzugsweise Maskenabsorbermaterialien, die sich bei der Charakterisierung im Reflektometer besonders gut finden lassen. Besonders bevorzugt ist Chrom. Besonders gut wieder entfernen lassen sich Erhöhungen 13b aus Kohlenstoff. Sie werden bei der Reinigung des reflektiven optischen Elements von kohlenstoffhaltigen Kontaminationen automatisch mit entfernt. Geeignet sind auch Markierungen aus Oxiden. Alle drei Markierungsarten 13a, b, c lassen sich gut mit derartigen geometrischen Abmessungen herstellen, dass sie eine Vorzugsrichtung aufweisen.

Mit den oben genannten Technologien ist es außerdem möglich, diese Markierungen 13a–c mit geometrischen Abmessungen im Submikrometerbereich zu erzeugen. Insbesondere in Bezug auf die Höhe bzw. Tiefe einer Markierung 13a, b können sogar Abmessungen im Nanometerbereich, bevorzugt im Subnanometerbereich erreicht werden. Arbeitet man außerdem mit hochpräzisen Reflektometern, die Winkelpräzisionen in der Größenordnung von besser 0,01° und Verfahrgenauigkeiten in der Größenordnung von besser 0,01 mm bzw. absolute Positioniergenauigkeiten in der Größenordnung von besser 0,1 mm erlauben, und mit Strahldurchmessern in der Größenordnung von ebenfalls besser 0,1 mm, erreicht man beispielsweise mit Markierungen, die lateral eine maximale Ausdehnung von ca. 100 nm und in der Höhe von ca. 0,1 nm haben, Ortsauflösungen bei der Bestimmung der Reflektivität über die Fläche, der Bestimmung bzw. der Überprüfung des Designs von Multilayerstrukturen oder Deckschichtsystemen, insbesondere derer Gradienten, oder der Phasenfläche erlauben, die ebenfalls im Bereich von 0,1 mm liegen. Indem man mit Strahldurchmessern bis hinab in den Submikrometerbereich arbeitet, können noch bessere Ortsauflösungen erreicht werden. Bei der Verwendung von Justierspiegeln hingegen, die in Anschlag mit den Kanten 5 (siehe in 1a) des reflektiven optischen Elements 1 gebracht werden, ist die Positionierung des reflektiven optischen Elements so ungenau, dass die hohe Präzision der meisten Reflektometer für die Charakterisierung nicht ausgenutzt werden kann. Damit gewinnt man gegenüber der herkömmlichen Spiegeljustierung insbesondere in der Translation mindestens eine Größenordnung an Genauigkeit, die es erlaubt, in der Fläche schon geringe Schwankungen in den Reflektionseigenschaften wie maximale Reflektivität, Wellenlänge maximaler Reflektivität und deren Bandbreite, Schwankungen in der Phasenfläche und Schwankungen in der Belegung der reflektiven Fläche mit Kontamination räumlich aufzulösen. Damit wird zum Beispiel auf dem Gebiet der EUV-Lithographie ermöglicht, Spiegel und Photomasken so präzise zu charakterisieren, dass auch noch strengere als die bisher geltenden Toleranzen eingehalten werden können.

Der große Vorteil, nun auch Phasenflächen räumlich hochaufgelöst direkt vermessen zu können, soll anhand von 3 illustriert werden. Dort ist die normierte elektrische Feldintensität der stehenden Welle aufgetragen, die durch Interferenz der eingestrahlten Welle mit der am reflektiven optischen Element reflektierten Welle ausbildet, wobei sich das Vakuum links von den freien Grenzflächen G₀, G₁, G₂ befindet. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen Multilayerspiegel mit drei unterschiedlich dicken Kontaminationsschichten, der mit EUV-Strahlung bestrahlt wird. Durch das Anwachsen der Kontaminationsschicht während der Bestrahlung des Multilayerspiegels mit EUV- oder weicher Röntgenstrahlung verschiebt sich die Grenzfläche zum Vakuum von G₀ ohne Kontamination über G₁ bis auf G₂ um ca. 2 nm. Die Intensität der stehenden Welle im Multilayerspiegel, d.h. ab ungefähr ≥ –5 nm, sinkt entsprechend von I_K0 auf I_K1 und I_K2. Die reflektierten laufenden Wellen sind dennoch für alle drei Lagen der freien Grenzflächen G₀, G₁, G₂, der Reflektion an einer unveränderten Phasenfläche entsprechend, identisch. Es fällt auf, dass im vorliegenden Beispiel die Änderung der Intensität der stehenden Welle im Inneren des Multilayerspiegels unmittelbar mit der Verschiebung der freien Grenzfläche korreliert. Das vorliegende Messverfahren zur Bestimmung der Phasenfläche ist somit unabhängig von störenden Einflüssen wie Oberflächenkontaminationen oder Veränderungen in der Multilayerstruktur. Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist allein die für die Abbildung im EUV-Wellenlängenbereich relevante Phasenfläche und zwar störungsfrei gemessen. Wenn nur die wellenlangen- oder winkelabhängige Reflektivität des Multilayerspiegels überprüft wird, besteht hingegen die Gefahr, dass potentielle Abbildungsfehler bei Verwendung von EUV-Strahlung nicht entdeckt werden. Ebenso kann es nachteilig sein, zur Bestimmung der EUV Phasenfläche nur Methoden zu verwenden, die wie z.B. die Emission von Sekundärstrahlung sehr empfindlich auf umgebungsabhängige Kontaminationen reagieren.

Der Zusammenhang von Phasenverschiebung und Dicke von Materialbelegung auf dem Multilayerspiegel wird anhand von 4a, b verdeutlicht. Dazu sind die Reflektivität in Prozent (oberer Graph) und die Photoemission in normierter elektrischer Feldintensität über die eingestrahlte Wellenlänge (oberer Graph) bzw. über den Ort im reflektiven optischen Element oder im Vakuum (unterer Graph) aufgetragen. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich nicht nur um die Dicke einer eventuell vorhandenen Kontaminationsschicht handelt, sondern auch eine ggf. auf dem Multilayerspiegel vorgesehene Deckschicht bzw. Deckschichtsystem in die ermittelte Dicke eingehen. Da aber diese Deckschicht bzw. Deckschichtsystem in erster Näherung konstant bleiben, wird bei Wiederholung der Messungen in zeitlichen Abständen insbesondere das Anwachsen der Kontaminationsschicht dokumentiert. Auch eventuelle Abweichungen in der Multilayerstruktur und dem Deckschichtsystem vom idealen Design, z.B. in den Schichtdicken oder ggf. Gradienten wirken sich in einer Verschiebung der Phasenfläche von der für das jeweilige Design berechneten Phasenfläche aus. Diese Abweichungen können, wie der Einfluss einer Deckschicht oder eines Deckschichtsystems, in erster Näherung bei einer ersten Messung am noch unkontaminierten reflektiven optischen Element durch Vergleich mit den berechneten Sollwerten ermittelt werden. Um den verschiedenen Einflüssen Rechnung zu tragen, wird die Dicke von Materialbelegung auf der Multilayerstruktur relativ zur Lage des ersten im Multilayerspiegel bei vorgegebener Wellenlänge und vorgegebenem Einfallswinkel anzutreffenden ersten Minimum der elektrischen Feldintensität im Folgenden auch als effektive optische Deckschichtdicke bezeichnet. Das erste Minimum ist dabei das erste Minimum ausgehend von der Grenzfläche zum Vakuum innerhalb des Muitilayerspiegels. Es wird angenommen, dass der Ort aller Positionen des ersten Minimums der elektrischen Feldintensität für eine bestimmte Wellenlänge und einen bestimmten Einfallswinkel der EUV-Phasenflache für diese bestimmte Wellenlänge und diesen bestimmten Einfallswinkel entspricht.

Um die Phasenverschiebung einer stehenden Welle im EUV- bis weichen Röntgenwellenlängenbereich an der freien Grenzfläche eines reflektiven optischen Elements wie etwa einem Multilayerspiegel zu ermitteln, wird beispielsweise zunächst die Wellenlänge maximaler Reflektivität ermittelt, die die Lage der freien Grenzfläche vom reflektiven optischen Element zum Vakuum visualisiert und in 4a mit G gekennzeichnet ist. Links von der freien Grenzfläche G im unteren Graph von 4a liegt das Vakuum und rechts davon der Multilayerspiegel, hier mit Deckschichtsystem. Zusätzlich zur Reflektivität R wird als Sekundärstrahlung die Photoemission PE gemessen, und zwar über den Photostrom. Im hier dargestellten Beispiel werden die Punkte auf der Photoemissionskurve PE bei –3% (Punkt P₁) und +1% (Punkt P₂) von der Wellenlänge maximaler Reflektivität herausgegriffen. Wenn sich dazwischen ein Maximum der Kurve PE befindet, dann befindet sich auch ein Maximum der Intensität der stehenden Welle im entsprechenden Bereich der freien Grenzfläche, wie in 4a für den Fall von 0 Å Kontamination dargestellt. In 4b sind die entsprechenden Graphen für eine Kontamination von 35 Å dargestellt. Dort befindet sich ein Minimum der Kurve PE im Bereich der Wellenlänge maximaler Reflektivität und entsprechend ein Minimum der Intensität der stehenden Welle im Bereich der freien Grenzfläche G. Der Zuwachs der Kontaminationsschicht lässt sich durch Ermitteln in 4b der Verschiebung des der Messung ohne Kontamination entsprechenden Punkt G_alt im Vergleich zur neuen Lage G der freien Grenzfläche bestimmen. Damit lässt sich eine Genauigkeit der Bestimmung der Lage der freien Grenzfläche im Angströmbereich erreichen. Genauigkeiten im Subangströmbereich lassen sich dadurch erreichen, dass man Photoemissionskurven für ein Vielzahl von möglichen effektiven optischen Deckschichtdicken berechnet und dann über ein Fitten der gemessenen Photoemissionskurve PE an die berechneten Kurven die passende effektive optische Deckschichtdicke ermittelt.

In den 5a, b sind analog zu den 4a, b die normierte Reflektivität (linke Skala: 0–70%) und normierte Photoemissionskurven (rechte Skala: 0–4) für unterschiedliche Kontaminationsarten und -dicken dargestellt. In 5a handelt es sich um kohlenstoffhaltige Kontamination im Dickenbereich von 0 bis 30 Å. Die Photoemission wurde bei Dicken 0 Å (PE₀), 10 Å (PE₁₀), 20 Å (PE₂₀) und 30 Å (PE₃₀) aufgetragen, die Reflektivität wegen der geringen Änderung nur bei 0 Å (R₀) und bei 30 Å (R₃₀). In 5b handelt es sich um oxidative Kontamination, wobei die Kurven für die Photoemission für leichte (PE_minK), mittlere (PE_medK) und starke (PE_maxK) Kontamination und für die Reflektivität für leichte (R_minK) und starke (R_maxK) Kontamination aufgetragen wurde. Neben der Tatsache, dass bei starker Änderung der Photoemissionskurven die Reflektivitätskurven sich kaum verändern, fällt auf, dass sich die Lage der stehenden Welle bei kohlenstoffhaltiger Kontamination mit zunehmender Dicke sehr verschiebt, während sie sich bei oxidativer Kontamination nur unwesentlich verändert. Dies geht einher mit einer Verschiebung der freien Grenzfläche bei kohlenstoffhaltiger Kontamination im Gegensatz zu oxidativer Kontamination. Aus gemessenen Photoemissionskurven lässt sich daher nicht nur die aktuelle effektive optische Deckschichtdicke ermitteln, sondern durch die oben beschriebenen Fits der Messdaten mit vorberechneten Kurven auch die Art der Kontamination, indem man den Offset und den Faktor auswertet, die für die Anpassung der Messdaten an die passendste vorberechnete Kurve verwendet werden. Diese sind in erster Näherung dann nur noch materialabhängig.

Das Konzept der effektiven optischen Deckschichtdicke eoct ist schematisch in 6 dargestellt. Bei einem Multilayerspiegel, der die eigentliche Multilayerstruktur 15 und eine wie auch immer geartete Deckschicht 14 aufweist, kann die Oberfläche zum Vakuum VAC mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich VIS vermessen werden. Dies entspricht nicht nur der Oberfläche, die man als Mensch unmittelbar durch Sehen oder Tasten wahrnehmen kann, sondern auch der Phasenfläche P_VIS für den sichtbaren Wellenlängenbereich. Durch unterschiedliche Einflüsse von Fehlern in der Multilayerstruktur 15, von Material, Zusammensetzung und Dicke der Deckschicht 14 ergibt sich bei erneuter Vermessung der Oberfläche des Multilayerspiegels unter gleichen Bedingungen und bei gleicher Präparation des Multilayerspiegels, z.B. vorheriger Reinigung, aber nun unter Verwendung von EUV- oder weicher Röntgenstrahlung ein anderer räumlicher Verlauf der Phasenfläche P_EUV für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich. In diesem Wellenlängenbereich bildet sich nämlich eine stehende Welle 12 innerhalb des Multilayerspiegels aus. Die effektive optische Deckschichtdicke eoct über die Fläche entspricht nun der Differenz der beiden Phasenflächen P_VIS und P_EUV.

Die 8 und 9a–c dienen der Erläuterung, wie vorgegangen werden kann, um ein reflektives optische Element für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich zu charakterisieren. In 8 ist schematisch ein experimenteller Aufbau zur Charakterisierung reflektiver optischer Elemente dargestellt. Die Strahlung, die aus einer Strahlungsquelle 16 austritt und durch einen Pfeil symbolisiert ist, durchtritt zunächst Komponenten zur Strahlformung, hier z.B. einen Kollimator 17 und einen Monochromator 18. Die Wellenlänge der Strahlung liegt im Bereich von ca. 1 bis 20 nm. Geeignete Strahlungsquellen 16 sind beispielsweise laserinduzierte Plasmen oder entladungsinduzierte Plasmen. Besonders bevorzugt sind allerdings Synchrotronstrahlungsquellen, die nicht nur gut berechenbar sind, sondern insbesondere breitbandige und gerichtete Strahlung bei hohen Intensitäten zur Verfügung stellen, was die erreichbare Präzision der Messungen erhöht.

Über den Kollimator 17 kann man einen Strahl über geringe Divergenz für eine hohe Winkelauflösung oder über einen kleinen Strahlquerschnitt für hohe Ortsauflösung optimieren. Angepasst an die Geometrie der zu vermessenden Fläche kann auch die Gestalt des Strahlquerschnitts geformt werden. Über den Monochromator 18 selektiert man die gewünschte Wellenlänge, wobei für eine hohe Energieauflösung der Bereich um die gewünschte Wellenlänge möglichst gering sein sollte. Vorteilhaft ist auch das Unterdrücken von Streulicht und, bei insbesondere Undulatoren, von höheren Ordnungen der Strahlung.

Die übrigen Komponenten des Aufbaus sind in einer Vakuumkammer 19 angeordnet, die durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Das zu charakterisierende reflektive optische Element 1 kann über eine Schleuse 20 in die Vakuumkammer 19 eingebracht werden. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um einen Multilayerspiegel, bei dem eine Multilayerstruktur 15 auf einem Substrat 10 aufgebracht ist. Der Multilayerspiegel 1 ist auf einen elektrisch isolierten Probenhalter 21 aufgebracht. Wenn Strahlung auf den Multilayerspiegel 1 trifft, wird die reflektierte Strahlung in einem Photonendetektor 22 erfasst. Die Verwendung von großflächigen, ortsauflösenden Detektoren, wie z.B. CCDs (charged coupled devices) erhöht dabei durch verfeinerte Messmethodik die Messgenauigkeit. Auch durch variable einstellbare Abstände zwischen Multilayerspiegel 1 und Photonendetektor 22 und/oder zwischen Multilayerspiegel 1 und Strahlformungsoptiken 17, 18 lässt sich die Messgenauigkeit erhöhen. Gleichzeitig mit den Photonen austretende Photoelektronen werden mithilfe der Komponente 25, über die ggf. mit Hilfe der Spannungsquelle 26 ein elektrisches Feld erzeugt wird, auf den Elektronendetektor 23 geleitet. Indem am Multilayerspiegel 1 und am Elektronendetektor 23 über Amperemeter 24 der Photostrom gemessen wird, wird die Photoemission ermittelt.

Der Probenhalter 21 ist im vorliegenden Beispiel sechs Freiheitsgraden bewegbar angeordnet, wobei der Photonendetektor 22 mitgeführt wird. Solche Vorrichtungen werden auch Reflektometer genannt. Der Begriff Reflektometer ist weit zu verstehen als jegliche Anordnung aus Strahlungsquelle, Detektor und vor allem Probenhalter mit mindestens einem Freiheitsgrad, mit der die Reflektivität einer Probe gemessen werden kann. Im hier erläuterten Beispiel wird jede Komponente des Probenhalters, die einem Freiheitsgrad entspricht, über einen Motor bewegt. Die Freiheitsgrade sind kalibrierfähig und sind schematisch in 9a gezeigt. Es gibt drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade x, y, z sowie ϑ, &phgr;, &khgr;, so dass unabhängig von dem Verlauf der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements 1 jeder Punkt auf ihr vermessen werden kann. Der Winkel &phgr; wird oft auch Azimut genannt, der Winkel &khgr; wird auch als Tilt bezeichnet. Wie in 9b angedeutet ist, ist der Photonendetektor 22 derart mit dem Probenhalter gekoppelt, dass, wenn die Strahlung unter einem Winkel ϑ auf die reflektive Fläche des reflektiven optischen Elements 1 der Photonendetektor 22 unter einem Winkel von 2ϑ zur reflektiven Fläche steht, um den reflektierten Strahl zu detektieren. Diese Anordnung wird nun insbesondere eingesetzt, um die EUV-Phasenfläche P_EUV auf der Basis der Reflektivität zu vermessen (siehe 9c). In 9c ist dies schematisch für den Verlauf der EUV-Phasenfläche P_EUV in der x-z-Ebene dargestellt, also P_EUV = z(x) bei festem y. Einerseits kann für jeden Punkt dx die entsprechende Höhe dz bestimmte werden, bei der die dem einfallenden Strahl und den optischen Eigenschaften der untersuchten reflektiven Fläche entsprechende vorbestimmte Intensitätsverteilung auf dem Detektor beobachtet wird. Die vorbestimmte Intensitätsverteilung entspricht oft z.B. dem Strahlfleck, also beispielsweise der Verteilung des unter 0° auf den Detektor einfallenden direkten Strahls. Bei der Verwendung von z.B. Photodioden als Photonendetektoren wird man in der Regel den Probenhalter so verfahren, dass der Strahlfleck etwa in der Mitte der Diode positioniert wird. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass man den Probenhalter so verfährt, dass der Strahl an einer Kante die Photodiode trifft und an einer anderen Kante wieder verlässt, wonach man die Position zwischen den beiden Kantenpositionen anfährt. Bei der Verwendung von ortsauflösenden Detektoren wie z.B. CCD-Detektoren kann zusätzlich zur Position auch die Gestalt der Kontur des Strahlflecks berücksichtigt werden, was die Messgenauigkeit weiter erhöht.

Der Verlauf der EUV-Phasenfläche P_EUV ergibt sich dann unmittelbar aus dem Verlauf von z = z(x). Eine dazu komplementäre Möglichkeit besteht darin, für jeden Punkt dx den Einfallswinkel des einfallenden Strahls 27 bzw. den Ausfallswinkel des reflektierten Strahls 28 möglichst genau zu bestimmen. Der Arcustangens dieses Winkels ist gleich dem Verhältnis dz/dx und der Verlauf der EUV-Phasenflache P_EUV bestimmt sich dann als ∫(dz/dx)dx + const. Vorzugsweise nimmt man beide Messungen vor, um durch Abgleich der unterschiedlich gewonnenen Ergebnisse den Verlauf der EUV-Phasenflache mit höherer Gewissheit zu ermitteln.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Vorgehensweisen dazu geeignet sind, beliebig geformte EUV-Phasenflachen zu bestimmen und nicht nur sphärische oder zumindest symmetrische EUV-Phasenflächen.

Diese Möglichkeit der Ermittlung der EUV-Phasenflache ohne Rückgriff auf die Messung von Sekundärstrahlung wie etwa Photoemission oder Fluoreszenz wird erst durch die präzise Einjustierung des zu charakterisierenden reflektiven optischen Elements dank der oben erläuterten Markierungen auf der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements zur Verfügung gestellt. Über die bisherige Einjustierung mithilfe von Justierspiegeln ist die Ortsauflösung in der Regel zu grob, um aussagekräftig Ergebnisse zu erlangen.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei paralleler Messung von Reflektivität und Sekundärstrahlung wie z.B. Photoemission oder Fluoreszenz, die ermittelte EUV-Phasenfläche durch Vergleich mit der gemäß Gleichung

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Charakterisierung eines reflektiven optischen Elements für den extremen ultravioletten und weichen Röntgenwellenlängenbereich soll anhand von 13 erläutert werden. Zur besseren Illustration soll außerdem auf den in 10a, b exemplarisch dargestellten Oberflächenverlauf eines zu charakterisierenden reflektiven optischen Elements zurückgegriffen werden. Die Kurve 10 entspricht dem Verlauf der Substratoberfläche und werde beschrieben durch z = 5·(x/10)⁴. Die Kurve 29 entspricht der Phasenfläche und werde beschrieben durch z = 5·(x/10)³. Bei einem bestimmten Einfallswinkel ϑ und einer bestimmten Wellenlänge &lgr; liegt dort der Knoten der stehenden Welle, die sich bei Reflexion am reflektiven optischen Element ausbildet. Sie entspricht daher der Fläche geometrischer Reflexion. Bei ihrer unerwünschten Veränderung treten Abbildungsfehler auf. Man kann daher auch von der effektiven Oberfläche sprechen – im Falle eines Multilayerspiegels oder einer auf einer Multilayerstruktur basierenden Photomaske – von der effektiven Multilayeroberfläche. Bei der Kurve 30 handelt es sich um den Verlauf der Oberfläche einer Deckschicht, die durch z = 5·(x/10)² beschrieben werden kann.

Falls dieses reflektive optische Element noch keine Markierungen auf seiner reflektiven Fläche aufweist, werden solche wie oben beschrieben aufgebracht (siehe Schritt 32 in 13), im in 10 gezeigten Beispiel die Markierungen M1, M2. Deren Position auf der reflektiven Fläche wird zunächst interferometrisch oder opto-mechanisch bestimmt (Schritt 33 in 13), wobei sich Genauigkeiten vom Mikrometer- bis in den Submikrometerbereich erreichen lassen.

Danach wird das zu charakterisierenden reflektive optische Element in ein Reflektometer wie zuvor beschrieben eingesetzt (Schritt 34). Der Messstrahl wird nun vorzugsweise auf einen Durchmesser kleiner 1 &mgr;m bei minimaler Divergenz am Probenort eingestellt und das reflektive optische Element unter Ausnutzen aller Freiheitsgrade des Reflektometers so lange bewegt, bis der reflektierte Strahl im Detektor aufgefunden wird. Durch Nachfahren insbesondere der Winkel &khgr; und ϑ wird zunächst versucht, die Markierung M1 zu finden. Im Bespiel aus 10 handelt es sich dabei um eine Markierung, die sich im mittleren Bereich der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements befindet. Sobald die Markierung M1 ungefähr gefunden ist, wird durch abwechselndes Nachfahren von z und von auf iterativem Wege die Position gefunden, an der an der Stelle der Markierung M1 die oben erläuterte vorbestimmte Intensitätsverteilung auf dem Detektor, die im Übrigen ortsabhängig oder winkelabhängig gemessen werden kann, erreicht wird. Diese Position wird als Ursprung der kartesischen Koordinaten also (x, y, z) = (0, 0, 0) gesetzt (Schritt 35). Falls die Markierung M1 so ausgestaltet ist, dass sie eine Vorzugsrichtung aufweist, kann außerdem auch der Azimutwinkel &phgr; auf Null gesetzt werden.

Nun wird die andere Markierung M2 angefahren (Schritt 36), deren Position relativ zu Markierung M1 aus der ursprünglichen Positionsvermessung bekannt ist. Um allerdings ihre Position im Koordinatensystem des Reflektometers und in Bezug auf die EUV-Phasenfläche 29 exakt zu bestimmen (siehe Abstand der Markierungen M1, M2 zur EUV-Phasenfläche in 10a, b), muss wie bei Markierung M1 zunächst durch Nachfahren der Winkel &khgr; und ϑ und anschließendes abwechselndes Nachfahren von z auf iterativem Wege die Position gefunden werden, an der an der Stelle der Markierung M2 die vorbestimmte Intensitätsverteilung erreicht wird. Dabei dient der Winkel &khgr; dazu, die Orientierung des Multilayerspiegels so anzupassen, dass der reflektierte Strahl den Photonendetektor trifft. Diese Position wird dann abgespeichert (Schritt 36). Falls auch die Markierung M2 so ausgestaltet ist, dass sie eine Vorzugsrichtung aufweist, kann außerdem auch überprüft werden, ob der Azimutwinkel &phgr; gleich Null ist.

Um nun ausgehend von den Positionen der beiden Markierungen M1 und M2 weitere Punkte auf der reflektiven Fläche des reflektiven optischen Elements anzufahren, wird durch die Markierungen M1 und M2 eine Interpolationsgerade 31 (siehe 10b) gelegt und als nächster Punkt der Punkt P angefahren, der sich auf einem vorbestimmten Bruchteil der Strecke zwischen beiden Markierungen M1, M2 auf der Interpolationsgeraden 31 befindet (Schritt 37), z.B. auf der halben Strecke. Außer bei planen Oberflächenverläufen, ist nun die Höhe z nachzufahren. Dies wird vorzugsweise bei flachen Winkeln von beispielsweise etwa ϑ = 45° zum einfallenden Strahl bzw. etwa 2ϑ = 90° zum Photonendetektor durchgeführt, da unter diesem Winkel die Reflektivität sich besonders stark mit Änderungen in z ändert. Sobald ein z mit vorbestimmter Intensitätsverteilung aufgefunden ist, werden bei einem Winkel von etwa ϑ = 88° zum einfallenden Strahl bzw. etwa 2ϑ = 176° zum Photonendetektor, bei dem die Anordnung unempfindlich auf Änderungen in z reagiert, die übrigen Freiheitsgrade &khgr;, ϑ nachgefahren, bis wieder eine Position mit der vorbestimmten Intensitätsverteilung gefunden ist. Der Tilt-Winkel &khgr; wird dabei immer so eingestellt, dass der reflektierte Strahl den Photonendetektor präzise trifft. Die Messungen bei einem ϑ können dabei übrigens durch Wiederholung der Messungen bei 180°-ϑ überprüft werden. Gegebenenfalls müssen diese Schritte mehrmals wiederholt werden, bis die Position mit der vorbestimmten Intensitätsverteilung für diesen Punkt (x, y) exakt gefunden ist (Schritt 37).

Sobald die Position mit der vorbestimmten Intensitätsverteilung am Punkt (x, y) gefunden ist, wird dort die Reflektivitätskurve vorzugsweise energiedispersiv gemessen (Schritt 39). Außerdem wird die Position an diesem Punkt (x, y) gespeichert, da sie als Ausgangspunkt für das Auffinden des nächsten Punktes auf der reflektiven Fläche dient, indem durch den Punkt (x, y) und die Position entweder der Markierung M1 oder der Markierung M2 erneut eine Interpolationsgerade gelegt wird und als nächster Punkt der Punkt auf halber Strecke zwischen (x, y) und M1 bzw. M2 auf dieser neuen Interpolationsgeraden angefahren wird (Schritt 40). Dort werden die eben beschriebenen Schritte zum Auffinden der Position mit vorbestimmter Intensitätsverteilung auf dem Detektor und zum Messen und Ermitteln der interessierenden Kenngrößen wiederholt. Angenommen die Interpolationsgerade wurde durch (x, y) und M1 gelegt, wird danach erneut eine Interpolationsgerade durch den soeben vermessenen Punkt und entweder (x, y) oder M1 gelegt und eine weiterer Punkt auf halbem Weg dazwischen angefahren und ausgemessen. Dies kann beliebig wiederholt werden.

Aus den wiederholten Messungen an einer Vielzahl von Punkten P(x, y) lässt sich nicht nur der Reflektivitätsverlauf bzw. die Verteilung der maximalen Reflektivität über die vermessene Fläche ermitteln. Für jeden Punkt P(x, y) lässt sich daraus wie bereits erläutert der entsprechende Punkt auf der EUV-Phasenfläche aus dem z(x) mit vorbestimmter Intensitätsverteilung (Schritt 45) und/oder aus dem Arcustangens des Einfallswinkels die erste Ableitung der Phasenfläche an diesem Punkt ermitteln (Schritt 44). Eine Darstellung der so erreichbaren Ergebnisse für das Beispiel aus 10a, b ist in 14a für die Phasenfläche

Falls parallel der Photostrom gemessen wird (Schritt 39), wird aus der Reflektivitätskurve auch die Wellenlänge maximaler Reflektivität ermittelt. Denn diese Information wird benötigt, um durch Vergleich und Fit mit vorberechneten Photoemissionskurven die effektive optische Deckschichtdicke aus der Photostromkurve zu ermitteln (Schritt 42). Unter Auswertung des zur Anpassung der Photostromkurve an die bestpassendste Photoemissionskurve gewonnenen Anpassungsfaktor und Offset kann außerdem auf das Material der Deckschicht (Kurve 30 in 10a) geschlossen werden (Schritt 43 in 13).

Auf die beschriebene Weise lassen sich beliebig viele Punkte des reflektiven optischen Elements vermessen und der Reflektivitätsverlauf über die Fläche, die EUV-Phasenfläche, die effektive optische Deckschichtdicke über die Fläche sowie das Deckschichtmaterial mit steigender Genauigkeit ermitteln.

Falls man an der optischen effektiven Deckschichtdicke über der Fläche interessiert ist, aber den Aufwand scheut, parallel zur Reflektivität auch Sekundärstrahlung zu messen, kann die Oberfläche des reflektiven optischen Elements auch mit Strahlung aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich, z.B. interferometrisch vermessen werden und durch Differenzbildung mit der EUV-Phasenfläche die effektive optische Deckschichtdicke über die Fläche ermittelt werden. Ebenso ist es möglich, zunächst die effektive optische Deckschichtdicke z.B. über Photoemissionsmessungen zu ermitteln, um durch Differenzbildung mit der Phasenfläche im sichtbaren Wellenlängenbereich die Phasenfläche im EUV-Wellenlängenbereich zu ermitteln. Auf jeden Fall ist aber darauf zu achten, dass beide Messungen unter gleichen Bedingungen, insbesondere bei gleicher Probenpräparation durchgeführt werden. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass die Ermittlung der EUV-Phasenfläche mittels Sekundäremission durch Kontamination leicht verfälscht werden kann, weshalb eine Messung über die Reflektivität, wie hier beschrieben, bevorzugt wird.

Besondere Bedeutung hat die Charakterisierung von reflektiven optischen Elementen bei deren Herstellung, wie beispielsweise in 15 dargestellt ist. Zunächst wird eine Beschichtung mit Multilayerstruktur auf ein Substrat aufgebracht (Schritt 46), um die reflektive Fläche des herzustellenden EUV-Spiegels zu erzeugen, und werden mindestens zwei Markierungen auf der reflektiven Fläche aufgebracht (Schritt 47). Beispielsweise wie soeben wie beschrieben wird danach der Reflektivitätsverlauf über die reflektive Fläche gemessen (Schritt 48). Außerdem wird zu der aufgebrachten Multilayerbeschichtung ein Reflektivitätsverlauf errechnet (Schritt 49), mit dem der gemessene Reflektivitätsverlauf verglichen wird (Schritt 50). Falls Abweichungen zwischen beiden Reflektivitätsverläufen bestehen, wird die Beschichtung nachbearbeitet (Schritt 52). Im Extremfall kann dies soweit gehen, dass die Beschichtung entfernt und neu aufgebracht werden muss. Welches Ausmaß an Abweichungen zwischen dem berechneten und dem tatsächlichen, gemessenen Reflektivitätsverlauf akzeptiert werden kann (Schritt 51), hängt von den verwendungsspezifischen Anforderungen des jeweiligen EUV-Spiegels ab.

Ein möglicher Verwendungszweck für einen EUV-Spiegel oder auch eine Photomaske ist der Einsatz in einer EUV-Lithographievorrichtung. In 16 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 60 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Strahlformungssystem 61, ein erstes EUV-Objektiv als Belichtungssystem 64, die Photomaske 67 und ein zweites EUV-Objektiv als Projektionssystem 70. Als Strahlungsquelle 62 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst im Kollimator 63b gebündelt. Außerdem wird mit Hilfe eines Monochromators 63a durch Variation des Einfallswinkels die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Der im Strahlformungssystem 61 in Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung aufbereitete Betriebsstrahl wird dann in das Belichtungssystem 64 eingeführt. Im in 16 dargestellten Beispiel weist das Belichtungssystem 64 zwei Spiegel 65, 66 auf, die beide in jeweils einem Reflektometer (nicht dargestellt) wie bereits beschrieben angeordnet sind und somit in-situ charakterisiert werden können. Die Spiegel 65, 66 leiten den Strahl auf die Photomaske 67, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 71 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 67 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Wellenlängenbereich, das optional über entsprechende Markierungen ebenfalls wie zuvor beschrieben charakterisiert werden kann. Mit Hilfe des Projektionssystems 70 wird der von der Photomaske 67 reflektierte Strahl auf den Wafer 71 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 70 weist im dargestellten Beispiel ebenfalls zwei EUV-Spiegel 68, 69 auf, die beide in jeweils einem Reflektometer (nicht dargestellt) wie bereits beschrieben angeordnet sind und somit in-situ charakterisiert werden können. Auf diese Weise lässt sich in gewissen zeitlichen Abständen in-situ überprüfen, ob die optischen Eigenschaften der EUV-Spiegel 65, 66, 68, 69 noch den Anforderungen genügen oder so sehr kontaminiert sind, dass eine Reinigung notwendig ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 70 als auch das Belichtungssystem 64 jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können, von denen ein oder mehrere Spiegel Charakterisierungsmarkierungen aufweisen und in einem Reflektometer zur in-situ-Charakterisierung angeordnet sein können.

Exemplarisch sei auf einige Messergebnisse hingewiesen: In den 11a–e wurde ein Multilayerspiegel vermessen, der eine um bis zu 1 nm in der Dicke variierende Kohlenstoffkontaminationsschicht aufwies. in 11a sind die an allen vermessenen Punkten gemessenen maximalen Reflektivitäten über die ermittelte effektive optische Deckschichtdicke aufgetragen. Die maximale Reflektivität schwankt über die gesamte Fläche zwischen 66,60% und 65,20%. Die entsprechende Verteilung in der x-y-Fläche, wie sie über die Messung von z(x, y) bzw. die Messung des Einfallswinkel für die Punkte (x, y) ermittelt wurde, ist in 11c dargestellt. Die Ortsauflösung wird hier durch die Anzahl der Messpunkte bestimmt. Die Oberfläche wurde in 0,25 mm-Schritten abgerastert.

Gleichzeitig schwankt die effektive optische Dicke der Deckschicht zwischen ca. 3,4 nm und 4,2 nm (11a). Die Dickenverteilung über die x-y-Fläche ist in 11d aufgetragen und entspricht in erster Näherung dem Verlauf der Phasenfläche im sichtbaren Wellenlängenbereich. Wie in 11b, in der die normierte Photoemission in Abhängigkeit von der effektiven optischen Deckschichtdicke aufgetragen ist, zu erkennen ist, führt das Anwachsen der Kohlenstoffkontaminationsschicht zu einer leichten Abnahme der absoluten Photoemission. Dies wird auch durch die Auftragung der normierten Photoemission über die x-y-Fläche (11e) in Vergleich mit der Darstellung der Dickenverteilung über die x-y-Fläche (11d) bestätigt.

Entsprechende Messungen und Auswertungen wurden mit einer Schrittweite von 0,2 mm auch an einem Multilayerspiegel mit Kontamination durch Oxidation durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den 12a–e in gleicher Weise wie in den 11a–e dargestellt. Auffallend ist, dass zwar die effektive optische Deckschichtdicke nur in einem Bereich von 0,1 nm schwankt, dass aber dennoch sowohl die Reflektivität (12c) als auch die Photoemission stark schwanken. Die sich daraus in erster Näherung ergebende Phasenfläche für den sichtbaren Wellenlängenbereich ist in 12d gezeigt, mit durch die Anzahl der Messpunkte bedingter Auflösung von 0,2 mm. Stark strukturiert ist die Verteilung der Photoemission über die x-y-Fläche (12e), während dagegen der Verlauf der effektiven optischen Deckschichtdicke in der x-y-Ebene quasi konstant ist (12d). Die leichten Erhöhungen im Randbereich konnten aufgrund genauer Analyse an den entsprechenden Stellen auf eine leichte Kohlenstoffkontamination zurückgeführt werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass alle Erläuterungen, die sich auf den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich beziehen, ebenso für den weichen Röntgenwellenlängenbereich gelten.

1

reflektives optisches Element

2

reflektive Fläche

3

optisch genutzte Fläche

4

Oberfläche

5

Kante

6

Absorber

7

Spacer

8

Deckschichtsystem

8a, b, c

Deckschichten 1, 2, 3

9

Diffusionssperrschicht

10

Substrat

12

stehende Welle

13a–c

Markierungen 1-3

14

Deckschicht

15

Multilayerstruktur

16

Strahlungsquelle

17

Kollimator

18

Monochromator

19

Vakuumkammer

20

Schleuse

21

Probenhalter

22

Photonendetektor

23

Elektronendetektor

24

Amperemeter

25

Komponente

26

Spannungsquelle

27

einfallender Strahl

28

reflektierter Strahl

29

Phasenfläche

30

Deckschichtoberfläche

31

Interpolationsgerade

32–45

Verfahrensschritte

46–52

Verfahrensschritte

60

EUV-Lithographievorrichtung

61

Strahlformungssystem

62

EUV-Strahlungsquelle

63a

Monochromator

63b

Kollimator

64

Belichtungssystem

65

erster Spiegel

66

zweiter Spiegel

67

Maske

68

dritter Spiegel

69

vierter Spiegel

70

Projektionssystem

71

Wafer

Ma–c, M1–8, M&phgr;

Markierungen

IK0

Intensität ohne Kontamination

IK1,2

Intensitäten mit Kontamination

G1,2,3

freie Grenzflächen

R

Reflektivitätskurve

PE

Photostromkurve

G, Galt

freie Grenzfläche

P1, P2

Punkte

R0,30, RminK,maxK

Reflektivitätskurven

PE0,10,20,30

Photostromkurven

PEminK,medK,maxK

Photostromkurven

EUV

EUV-Strahlung

VIS

sichtbares Licht

eoct

effektive optische Deckschichtdicke

PVIS

VIS-Phasenflache

PEUV

EUV-Phasenflache

VAC

Vakuum

x, y, z

Richtungen

&phgr;, &khgr;, ϑ

Winkel

j, j+1, n

Lageneinheit