JP2009003172A - マスク検査装置、マスク検査方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の波長が同じでも、より高い検出感度を有するマスク検査装置を実現することである。
【解決手段】本発明の一態様にかかるマスク検査装置１００は、マスク基板１０６ａに形成されたパターンを観察して、マスク１０６を検査するものであって、マスク基板１０６ａのパターン面１０６ｄと反対側に配置され、パターン面１０６ｄの一部分である観察領域１２０を観察するための対物レンズ１０８と、観察領域１２０に対して略円偏光を照射する照明手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造工程で利用されるマスク（あるいはレチクルとも呼ばれるが、ここでは単にマスクと呼ぶ。）の欠陥を検出する際に利用されるマスク検査装置、マスク検査方法及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

一般にマスクの欠陥検査法には、マスクパターンと設計データとの比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ比較法と呼ばれる。）と、２つのマスクパターンにおけるパターン比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法と呼ばれる。）との２通りの方法が広く知られている。これらの検査方法ではいずれも、マスクパターンの微小な一部分を対物レンズによって拡大し、その拡大された光学像をＣＣＤ等の光検出器で検出して、上述のように比較している。また、マスクのパターン面における観察領域を明るく照明する必要がある。このため、照明用の光源（すなわちマスク検査光源）としては、例えば、波長２５７ｎｍの連続レーザ（これはアルゴンレーザにおける最大出力ラインである波長５１４ｎｍの第２高調波である。）が用いられている。これに関しては、例えば、非特許文献１あるいは非特許文献２に示されている。

また、半導体の微細化が進むに連れて、マスク上のパターンは微細化することから、欠陥検出感度向上のために、マスク検査装置の光源にも短波長化が求められている。例えば、波長１９８．５ｎｍの紫外レーザをマスク検査光源として用いたマスク検査装置が開発されている。これに関しては、例えば、特許文献１あるいは非特許文献３に示されている。

ここで、従来のマスク検査装置の構成について、図８を参照して簡単に説明する。図８は、従来の一般的なマスク検査装置８００の一部の構成を示す図である。図８に示すように、従来のマスク検査装置８００は、被検査対象であるマスク８０１の観察領域８１０を拡大して観察するための対物レンズ８０３を有している。被検査対象であるマスク８０１は、合成石英からなるマスク基板８０１ａの片面がパターン面８０１ｄになっている。また、マスク基板８０１ａの周囲にはペリクルフレーム８０１ｃが設けられている。ペリクルフレーム８０１ｃ上には、透明な薄膜であるペリクル８０１ｂが貼られている。これによって、パターン面８０１ｄを密閉された空間内に保つことができ、マスク８０１の外部の塵埃がパターン面８０１ｄに付着することを防いでいる。このペリクル８０１ｂは厚みが約１μｍと極めて薄いポリマーからなるため、破れ易い等の問題もある。

従って、このようなマスク８０１の欠陥検査をする場合、合成石英からなるマスク基板８０１ａのパターン面８０１ｄを下側にして配置される場合が多い。対物レンズ８０３は、マスク８０１のパターン面８０１ｄ側、すなわちペリクル８０１ｂ側に配置される。つまり、この場合、対物レンズ８０３は、マスク８０１の下側に配置されることになる。対物レンズ８０３で拡大して観察する観察領域８１０に対して、対物レンズ８０３と反対側、すなわちマスク８０３の上方から照明用のレーザ光Ｌ８１が供給される。レーザ光Ｌ８１は、コンデンサーレンズ８０２によって、レーザ光Ｌ８２のように絞られながら進み、マスク８０１のパターン面８０１ｄにおける観察領域８１０に集光する。

照明された観察領域８１０から発生する回折光Ｌ８３は、対物レンズ８０３を通過して、ほぼ平行なビームとして、回折光Ｌ８４のように進み、結像レンズ８０４によって、ＣＣＤ等の二次元光検出器８０５に到達する。すなわち、観察領域８１０におけるパターンが、二次元光検出器８０５上に拡大結像されることになる。

二次元光検出器８０５上に結像される拡大パターンの解像度は、観察領域８１０に照明されるレーザ光Ｌ８２の波長に比例し、対物レンズ８０３の開口数ＮＡ（numerical aperture：開口数）に反比例する。従って、解像度を高めるには、レーザ光の短波長化、又は対物レンズ８０３の高ＮＡ化をすればよいことが広く知られている。

ところで、半導体製造技術におけるリソグラフィ技術では、露光に用いる光源として、波長１９３．４ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが広く用いられており、これによる露光技術をＡｒＦリソグラフィと呼ばれている。また、さらに微細化を実現するためのリソグラフィ技術としては、露光装置の投影レンズとウエハとの間を水で満たした液浸と呼ばれる露光技術が普及し始めている。これはＡｒＦ液浸露光、あるいはＡｒＦイマージョン等と呼ばれることもある。なお、ＡｒＦ液浸露光に関しては、例えば、非特許文献４において述べられている。
特開２００６−７３９７０号公報 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５４４６， ｐｐ．２６５−２７８，２００４． 東芝レビュー、第５８巻、第７号、第５８〜６１頁、２００３年 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５５９２， ｐｐ．４３，２００５． Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ、第７３〜７４頁、２００４年５月号

マスク検査装置の感度を上げる、すなわち二次元光検出器に結像させるパターンの解像度を高めるためには、用いる光源の短波長化・対物レンズの高ＮＡ化が有効であるが、対物レンズ８０３の高ＮＡ化に関しては、現行の市販されているマスク検査装置のＮＡ＝０．６０〜０．７５が限界であった。その理由を以下に説明する。

図８に示すように、従来、マスク８０１のペリクル８０１ｂが貼り付けられている面の直下に対物レンズ８０３が配置されている。図９に示すように、観察領域８１０から発生する回折光Ｌ８３において、対物レンズ８０３で受光できる最大角度の回折光Ｌ８３'によって、対物レンズ８０３のＮＡが決まってしまう。ここで、開口数ＮＡの定義を図１０に示す。図１０に示すように、開口数ＮＡは、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθで表される。なお、図中のｎは媒質の屈折率であり、空気の場合、ほぼ１．０である。

従って、ＮＡは、パターン面８０１ｄの端と、ペリクル８０１ｂを保持するペリクルフレーム８０１ｃの内側端との間隔であるデッドスペース、及びペリクルフレーム８０１ｃの高さによって、以下のように定まってしまう。すなわち、幅が１５２ｍｍの通常の６インチマスクの場合、パターン面８０１ｄにおけるパターンを形成できる領域の最大幅は、１３２ｍｍと決められている。このため、片側１０ｍｍの余裕がある。しかし、ペリクルフレームの厚みは１ｍｍであり、さらにペリクルフレーム８０１ｃをマスク基板８０１ａの端部から１ｍｍだけ逃げを作るようにペリクルフレーム８０１ｃを設けるとすると、デッドスペースは８ｍｍ存在することになる。一方、ペリクルフレーム８０１ｃの高さは約６．３ｍｍであることを考慮すると、回折光Ｌ８３'の角度は約５１．８度となり、最大ＮＡは約０．７９となる。

ただし、実際には、デッドスペースは５ｍｍ程度と小さい場合が多く、ＮＡが０．７９であっても有効には利用することができない。このため、従来のマスク検査装置で用いられている対物レンズは、ＮＡが０．７前後のものが用いられていた。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、従来と同じ波長の光源を用いても、より高い検出感度を有するマスク検査装置、マスク検査方法及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様に係るマスク検査装置は、マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査装置であって、前記マスク基板のパターン面と反対側に配置され、前記パターン面の一部分である観察領域を観察するための対物レンズと、前記観察領域に対して略円偏光を照射する照明手段とを有するものである。これにより、デッドスペースに関係なく、最大のＮＡで回折光を受光できる。また、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらを抑制することができる。

本発明の第２の態様に係るマスク検査装置は、マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査装置であって、前記マスク基板のパターン面と反対側に配置され、前記パターン面の一部分である観察領域を観察するための対物レンズと、前記観察領域に対して、光軸に垂直な面内での位置に応じて偏光方向が異なる直線偏光を照射する照明手段とを有するものである。これにより、デッドスペースに関係なく、最大のＮＡで回折光を受光できる。また、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらをさらに抑制することができる。

本発明の第３の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記直線偏光は、前記光軸に対して対向する位置で平行であることを特徴とするものである。これにより、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらをさらに抑制することができる。

本発明の第４の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記対物レンズは、前記マスク基板の上側に配置されていることを特徴とするものである。これにより、マスクを上下反対に反転させることなく検査を行うことができ検査全体にかかる時間を短縮することができる。

本発明の第５の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記対物レンズと前記マスク基板との間に設けられ、厚みを調整することができる液体層を有するものである。これにより、マスク基板の厚みにばらつきがあっても、マスク基板の厚みと、マスク基板と液体の厚みとの和をほぼ一定にすることができるため、収差を抑制できる対物レンズを設計することが容易となる。

本発明の第６の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記マスクは、液浸露光装置で用いられるマスクであるものである。本発明は、このような場合に特に有効である。

本発明の第７の態様に係るマスク検査方法は、マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査方法であって、前記マスク基板のパターン面の一部分である観察領域に対して略円偏光を照明し、前記観察領域からの光を、前記マスク基板のパターン面の反対側に配置された対物レンズを介して受光し、欠陥を検出する。これにより、デッドスペースに関係なく、最大のＮＡで回折光を受光できる。また、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらを抑制することができる。

本発明の第８の態様に係るマスク検査方法は、マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査方法であって、前記マスク基板のパターン面の一部分である観察領域に対して、光軸に垂直な面内での位置に応じて偏光方向が異なる直線偏光を照射し、前記観察領域からの光を、前記マスク基板のパターン面の反対側に配置された対物レンズを介して受光し、欠陥を検出する。これにより、デッドスペースに関係なく、最大のＮＡで回折光を受光できる。また、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらをさらに抑制することができる。

本発明の第９の態様に係るマスク検査方法は、上記のマスク検査方法において、前記直線偏光として、前記光軸に対して対向する位置で平行である偏光を照射することを特徴とする。これにより、表面反射が回折光の周方向に依らずに一定になるため、周方向に関する回折光量のむらをさらに抑制することができる。

本発明の第１０の態様に係るマスク検査方法は、上記のマスク検査方法において、前記観察領域からの光を、前記マスク基板の上側に配置されている対物レンズを介して受光することを特徴とする。これにより、マスクを上下反対に反転させることなく検査を行うことができ検査全体にかかる時間を短縮することができる。

本発明の第１１の態様に係るマスク検査方法は、上記のマスク検査方法において、前記対物レンズと前記マスク基板との間厚みを調整することができる液体層を設けることを特徴とする。これにより、マスク基板の厚みにばらつきがあっても、マスク基板の厚みと、マスク基板と液体の厚みとの和をほぼ一定にすることができるため、収差を抑制できる対物レンズを設計することが容易となる。

本発明の第１２の態様に係るマスク検査方法は、上記のマスク検査方法において、前記マスクは、液浸露光装置で用いられるマスクである。本発明は、このような場合に特に有効である。

本発明の第１３の態様に係る半導体デバイスの製造方法は、上記いずれかに記載の検査方法により前記マスクの欠陥を検出する工程を含む。これにより、半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることができる

本発明によれば、従来と同じ波長の光源を用いても、より高い検出感度を有するマスク検査装置、マスク検査方法及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施例の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るマスク検査装置１００について、図１を参照して説明する。図１は、マスク検査装置１００の基本構成を示した図である。図１に示すように、マスク検査装置１００は、ハーフミラー１０１、ミラー１０２ａ、１０２ｂ、λ／４波長板１０３ａ、１０３ｂ、コンデンサーレンズ１０４、偏光ビームスプリッタ１０７、対物レンズ１０８、結像レンズ１０９、二次元光検出器１１０、マスク検査光源１３０を有している。本実施の形態に係るマスク検査装置１００は、マスク基板１０６ａ上に形成されたパターン面１０６ｄの外側を囲むように配置されたペリクルフレーム１０６ｃと、これに貼り付けられたペリクル１０６ｂとからなる完成したマスク１０６の検査を行うものである。本実施の形態においては、マスク基板１０６ａとしては、屈折率が約１．５６０８の合成石英を用いることができる。

マスク検査装置１００は、マスク検査光源１３０からの波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ０１を照明として用いている。レーザ光Ｌ０１は、ハーフミラー１０１に入射して２方向に分割される。そして、分割された一方のレーザ光を透過照明光とし、他方を反射照明光としている。

まず、透過照明に関して説明する。ハーフミラー１０１を透過したレーザ光Ｌ０２はミラー１０２ｂで折り返され、λ／波長板１０３ａを通過して、コンデンサーレンズ１０４に入射する。これによってレーザ光Ｌ０５のように絞られながら進み、被検査対象であるマスク１０６のパターン面１０６ｄ内の観察領域に照射される。なお、コンデンサーレンズ１０４は、マスク１０６のペリクル１０６ｂの直上に配置されている。なお、下方に進むレーザ光Ｌ０３は水平偏光であり（図中にドット付きの円で示した）、λ／４波長板１０３ａを通過することで左回りの円偏光に変換される。

以上のような透過照明によって照明されたパターン面１０６ｄ内の観察領域１２０から発生する回折光Ｌ１０のうち、対物レンズ１０８から下方に発生するものに関しては、左回りの円偏光となっている。このため、再びλ／４波長板１０３ｂを通過することで、元のレーザ光Ｌ０３に対して、９０度回転した直線偏光となる。すなわち、回折光Ｌ１０は、Ｐ波となる。その結果、回折光Ｌ１０は、偏光ビームスプリッタ１０７を透過し、結像レンズ１０９を通り、二次元光検出器１１０に当たる。つまり、パターン面１０６ｄ内の観察領域１２０の像が、対物レンズ１０８の焦点距離と結像レンズ１０９の焦点距離との比だけ拡大され、二次元光検出器１１０上に拡大投影される。

次に、反射照明に関して説明する。ハーフミラー１０１で反射したレーザ光Ｌ０６は、ミラー１０２ａで反射してレーザ光Ｌ０７のように進む。レーザ光Ｌ０７は、偏光ビームスプリッタ１０７に入射する。ここで、レーザ光Ｌ０７はＳ波であるため、レーザ光Ｌ０７は偏光ビームスプリッタ１０７で反射して、レーザ光Ｌ０８のように上方に進む。そして、レーザ光Ｌ０８がλ／４波長板１０３ｂを通過することで、右回りの円偏光であるレーザ光Ｌ０９となる。レーザ光Ｌ０９は対物レンズ１０８に入射し、マスク基板１０６ａを通過して、パターン面１０６ｄを下方から照明する。

以上のような反射照明によって照明されたパターン面１０６ｄ内の観察領域１２０から発生する回折光のうち、対物レンズ１０８から下方に発生するものは反射光であるため、反対方向の円偏光、つまり、左回りの円偏光となっている。このため、観察領域１２０で反射した回折光は、再びλ／４波長板１０３ｂを通過して今度はＰ波となる。このため、偏光ビームスプリッタ１０７を透過することができる。この回折光は、結像レンズ１０９を通り、二次元光検出器１１０に当たる。すなわち、パターン面１０６ｄにおける観察領域１２０が、二次元光検出器１１０上に拡大投影される。

本発明のマスク検査装置１００では、マスク１０６を構成するマスク基板１０６ａのパターン面１０６ｄの反対側に対物レンズ１０８が配置されている。すなわち、本実施の形態においては、マスク基板１０６ａの下方に対物レンズ１０８が配置されている。このため、マスク１０６のデッドスペースに関係なく、最大のＮＡで回折光を受光できる。しかも、観察領域１２０から発生する回折光は、屈折率ｎが〜１．５である石英からなるマスク基板１０６ａ中を通過する。このため、回折光の角度が見た目には同等であっても、対物レンズ１０８のＮＡは、約１．５倍も高められることとなる。すなわち、対物レンズ１０８のＮＡの理論限界である１．０近くまで高めることが可能である。

具体的に説明すると、図２に示すように、パターン面１０６ｄにおけるパターンの幅が、最大の１３２ｍｍ、すなわち、マスク基板１０６ａの端から１０ｍｍのところまでパターンが存在しているとする。また、マスク基板１０６ａの厚みは、通常６．３５ｍｍである。このため、回折光Ｌ１０における最大角度成分Ｌ１０'の入射角は、約５７．８度である。ところが、これは約１．５の屈折率を有する石英からなるマスク基板１０６ａ中での回折光になるため、ＮＡは１．０を超えてしまうこととなる。回折光Ｌ１０の一部は、マスク基板１０６ａ内で全反射するため、マスク基板１０６ａから外部に取り出されないが、マスク基板１０６ａから取り出される回折光Ｌ１０の最大角度成分Ｌ１０'のＮＡは１．０まで高められる。ただし、ＮＡ＝１．０は臨界値であり、現実にはＮＡは１．０未満となる。

以上説明したように、本実施の形態に係るマスク検査装置１００では、対物レンズ１０８がマスク基板１０６ａのパターン面１０６ｄと反対側に配置されている。この結果、観察領域１２０から発生する回折光Ｌ１０は、マスク基板１０６ａ中を通過することになる。このため、回折光Ｌ１０における最大の出射角度に依存する開口数ＮＡを算出する際に、マスク基板１０６ａの屈折率が乗算される。ここでは、マスク基板１０６ａは、一般のマスクと同様合成石英からなるため、波長１９３ｎｍにおける屈折率は、１．５６０８である。従って、従来装置では０．７０前後であったＮＡを、０．９５に高めることができ、解像度を約１．３６倍も向上させることができる。

また、ＮＡが０．９を超えた大きな角度で発生する回折光は、マスク基板１０６ａの表面（パターン面１０６ｄの裏面）を通過する際に、表面反射が大きくなる。図３に石英基板の表面反射率のグラフを示す。図３に示すグラフから判るように、回折光におけるＳ波の反射率は、ＮＡが０．９を越すと、約３０％前後にも増大する。ここで、Ｓ波とは、マスク１０６の表面に垂直な法線と光線とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する電界を有する偏光成分である。図３においては、Ｒｓと示された点線が、Ｓ波の入射角に対する反射率を示している。これに対して、Ｓ波と直交するＰ波の表面反射率は２〜３％程度しかなく、照明光が直線偏光の場合、回折光の方向（出射角方向ではなく、周方向のことである）に依存して、回折光の光量が低下することになる。

そこで本実施の形態に係るマスク検査装置１００では、上述したように、反射照明も透過照明もどちらの場合も、観察領域１２０を照明するレーザ光が円偏光となっている。これにより、発生する回折光Ｌ１０の周方向に関しては、マスク基板１０６ａの下側表面での表面反射率はどの方向に関しても等しくなる。このように、照明光として、円偏光を用いることにより、表面反射率が、回折光の周方向に依らずに回折光の光量が変動することがなく一定になるため、周方向に関する回折光量のむらを抑制することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るマスク検査装置について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係るマスク検査装置２００の構成を示す図である。図４に示すように、マスク検査装置２００は、ハーフミラー２０１、ミラー２０２ａ、２０２ｂ、λ／４波長板２０３ａ、２０３ｂ、コンデンサーレンズ２０４、偏光ビームスプリッタ２０７、対物レンズ２０８、結像レンズ２０９、二次元光検出器２１０、マスク検査光源２３０を有している。本実施の形態に係るマスク検査装置２００は、実施の形態１と同様に、マスク基板２０６ａ上に形成されたパターン面２０６ｄの外側を囲むように配置されたペリクルフレーム２０６ｃと、これに貼り付けられたペリクル２０６ｂとからなる完成したマスク２０６の検査を行うものである。

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、マスク２０６を構成するマスク基板２０６ａのパターン面２０６ｄの反対側に対物レンズ２０８が配置されている。このため、ＮＡが０．８以上の対物レンズ２０８を有効に利用することができ、感度の向上を図ることができる。

マスク検査装置２００は、マスク検査装置１００とほとんど同様の構成部品からなるが、反射照明と透過照明とに関する配置が上下で反対になっている。すなわち、透過照明側がマスク２０６の下側から照射されるようになっており、反射照明側がマスク２０６の上側に配置されている。以下、詳細を説明する。

マスク検査装置２００は、マスク検査光源２３０からの波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ２１を照明として用いている。レーザ光Ｌ２１は、ハーフミラー１０１に入射して２方向に分割される。そして、分割された一方のレーザ光を透過照明光とし、他方を反射照明光としている。

まず、透過照明について説明する。マスク検査光源２３０からのレーザ光Ｌ２１は、ハーフミラー２０１に入射して２方向に分割され、ハーフミラー２０１を透過したレーザ光Ｌ２２は、透過照明として進む。レーザ光Ｌ２２は、ミラー２０２ｂで折り返され、λ／４波長板２０３ａを通過して、コンデンサーレンズ２０４を通り、マスク２０６のパターン面２０６ｄ内の観察領域に照射される。

次に、反射照明について説明する。ハーフミラー２０１において反射されたレーザ光Ｌ２６は、ミラー２０２ａで折り返されてレーザ光Ｌ２７のように進み、偏光ビームスプリッタ２０７に入射する。レーザ光Ｌ２７はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ２０７で反射して、レーザ光Ｌ２８のように下方に進む。レーザ光Ｌ２８は、λ／４波長板２０３ｂを透過して、レーザ光Ｌ２９のように対物レンズ２０８に入射し、マスク基板２０６ａを通過して、パターン面２０６ｄ内の観察領域に照射される。

以上が透過照明、反射照明の構成であり、夫々によって照明された観察領域から発生する回折光のうち、上方に進むものが対物レンズ２０８を通り、偏光ビームスプリッタ２０７と結像レンズ２０９とを透過して、二次元光検出器２１０に入射する。

本実施の形態においては、マスク２０６は、マスク基板２０６ａのパターン面２０６ｄが下側となるように図示しない検査用ステージ上に載置され、検査が行われる。すなわち、マスク基板２０６ａのペリクル２０６ｂが貼着されている面が下側となる。図４に示すように、一般的に、マスク２２１、２２２、２２３及び２２４は、多数のマスクを格納できる多段式マスクカセット２２０内にペリクルを下側に向けて格納される。このため、多段式マスクカセット２２０内に格納された状態のマスクの向きと、マスク検査装置２００において検査する際のマスクの向きとが同じとなる。このため、本実施の形態に係るマスク検査装置２００では、通常の多段式マスクカセット２２０内のマスクを、上下反対に反転させることなしに、検査用ステージ（不図示）に載せることができる。これにより、検査全体にかかる時間を短縮することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るマスク検査装置３００について図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係るマスク検査装置３００の構成の一部を示す図である。図５に示すように、本実施の形態に係るマスク検査装置３００は、偏光変換板３０３、コンデンサーレンズ３０４、対物レンズ３０８、結像レンズ３０９、二次元光検出器３１０、マスク厚みばらつき補正機構３２０、マスク検査光源３３０を有している。本実施の形態に係るマスク検査装置３００は、実施の形態１と同様に、マスク基板２０６ａ上に形成されたパターン面２０６ｄの外側を囲むように配置されたペリクルフレーム２０６ｃと、これに貼り付けられたペリクル２０６ｂとからなる完成したマスク２０６の検査を行うものである。

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、マスク３０６を構成するマスク基板３０６ａのパターン面３０６ｄの反対側に対物レンズ３０８が配置されている。このため、ＮＡが０．８以上の対物レンズ３０８を有効に利用することができ、感度の向上を図ることができる。

本実施の形態に係るマスク検査装置３００の特徴としては、対物レンズ３０８内に、マスク厚みばらつき補正機構３２０が備わっている。マスク厚みばらつき補正機構３２０は、フレーム３２１、石英板３２２、インデックスマッチング液３２３を備える。フレーム３２１は、対物レンズ３０８を構成する最下レンズ３０８ａの周囲に密着するように配置される。また、石英板３２２の形状はカップ状になっており、最下レンズ３０８ａの下側に配置される。フレーム３２１と石英板３２２との間には、インデックスマッチング液３２３が満たされている。インデックスマッチング液３２３としては、石英と同等の屈折率の液体が好ましいが、純水であってもよい。

一般に、マスク基板３０６ａの厚みは、６．３５ｍｍと定められているが、実際は、０．１ｍｍ程度のばらつきがある。本発明に係る対物レンズ３０８は、観察領域から二次元光検出器３１０までの結像光学系内に、厚み約６．３５ｍｍの石英の平行平板が含まれると考慮して設計されるものである。このため、マスク基板３０６ａの厚みのばらつきは、対物レンズ３０８と観察領域との間隔の調整することにより、フォーカスをあわせることは可能である。しかしながら、マスク基板３０６ａの厚みのばらつきの範囲全体にわたって、収差を数ｎｍ以下と無視できるように各レンズを設計することが困難になる場合がある。

そこで、本実施の形態では、上述のようにマスク基板３０６ａと対物レンズ３０８の最先レンズとの間に、液体層を配置し、かつ、その液体層の厚みを調整できる調整機構を備えたものである。具体的には、マスク厚みばらつき補正機構３２０では、石英板３２２が上下に微調整できるようになっている。マスク３０６におけるマスク基板３０６ａの厚みが標準値である６．３５ｍｍよりも厚い場合には、その分だけ石英板３２２が上に微動する。一方、マスク基板３０６ａの厚みが標準値よりも薄い場合には、その分だけ石英板３２２が下に微動する。すなわち、マスク基板３０６ａの厚みがマスクごとにばらつきがあっても、マスク基板３０６ａの厚みと、インデックスマッチング液３２３の厚みとの和が常に一定になるようにしている。これによって、対物レンズ３０８の収差量をマスク基板３０６ａの厚みに依存せずに、小さい値に抑えることができる。

このように、マスク基板３０６ａと対物レンズ３０８との間に厚みを調整することができる液体層を設けることにより、マスク基板３０６ａの厚みにばらつきがあっても、マスク基板３０６ａと液体の厚みとの和をほぼ一定にすることができる。このため、収差を抑制できる対物レンズ３０８を設計することが容易になった。

また、本実施の形態に係るマスク検査装置３００において、透過照明によって検査を行う場合、コンデンサーレンズ３０４の手前にλ／４板を挿入する代わりに、場合によっては、偏光変換板３０３を光路中に挿入することができる。図６に偏光変換板３０３の機能を説明するための図を示す。この偏光変換板３０３の機能としては、図６（ａ）に示すように変更変換板３０３を通過する前の直線偏光のレーザ光が、図６（ｂ）に示すように径方向にそろった偏光方向に変換される。すなわち、偏光変換板３０３を通過することにより、直線偏光のレーザ光は、その光軸に垂直な面内での位置に応じて偏光方向が異なる直線偏光へ変換される。また、図６（ｂ）に示すように偏光変換板３０３により変換されたレーザ光は、光軸に対して、対向する位置で平行となっている。さらに、この直線偏光は、光軸を中心とした放射状の偏光となっている。従って、観察領域から発生する回折光が、マスク基板３０６ａの表面を通過する際の表面反射を、周方向に依存せず常に５％以上の小さな値にすることができる。この理由としては、斜めに出射される回折光の全てがＰ波になるからであり、図３に示した反射率からわかるように、ＮＡが０．９５以下ならば、常に５％以下の反射率となる。

また、図６に示した偏光変換板３０３の変わりに、図７に示した偏光変換板３０３'を用いてもよい。図７は、偏光変換板３０３'の機能を説明するための図である。偏光変換板３０３'は、円を４分割した扇型のλ／２波長板を、光軸を中心として対向するように２枚つなげた構造となっている。従って、図７（ａ）に示すようにこれを通過する前の直線偏光のレーザ光が、図７（ｂ）に示すようにλ／２波長板が設けられている部分だけ、９０度偏光方向が回転する。このため、マスク基板３０６ａで大きな角度で出射する回折光を、反射損失が大きなＳ波をＰ波に変換できるため、全体として反射損失を大幅に低減することができる。なお、円形のλ／２波長板の分割数を４よりも大きくしてもよい。これにより、Ｓ波をＰ波に変換する効率が高くなり、反射損失をさらに低減することができる。なお、実施の形態１及び２においても、λ／４波長板の代わりに偏光変換板を用いることも可能である。

本発明のマスク検査装置は、特に液浸露光装置（Ａｒイマージョンと呼ばれることがある）で用いられるマスクの検査に有効である。その理由としては、液浸露光装置では、露光レンズの開口数（ＮＡ）が１．３前後と、従来の液浸露光ではないドライ露光と呼ばれる場合に比べて高くなっている。このため、レジストが塗布されたウエハ上にマスクパターンを結像させる際の回折光の入射角度が高い。すなわち、回折光が大きな斜めの角度でレジスト中に入射する。その際に、高いコントラストで像を結像させるために、２つの回折光をＳ波同士で干渉させる場合が多い。このため、液浸露光装置における照明光としては、極めて偏光効率の高い直線偏光の紫外光を用いる場合が多い。従って、その直線偏光がマスク基板中を通過する際に偏光特性が悪化しないように、液浸露光に用いられるマスク基板に対しては非常に高い屈折率均一性が要求されている。具体的には、マスク基板の複屈折率は、１ｎｍ／ｃｍ近い小さな値に抑えられている。この複屈折率の値は、高品質なレンズを作成する際の硝材に要求される複屈折率と同等である。

一方、本発明のマスク検査装置における観察領域の拡大投影光学系の中に、マスク基板自体が配置されることから、マスク基板もレンズと同様に、複屈折率の高い均一性が要求される。従って、本発明世のマスク検査装置によって、液浸露光装置で用いられるマスクを検査する場合には、特にマスク基板の屈折率均一性を気にする必要がない。

以上説明したように、本発明に係るマスク検査装置は、０．８〜１．０の高いＮＡを有する対物レンズを有効に利用してパターン面を観察できるようになったため、従来のＮＡが〜０．７の対物レンズを用いたマスク検査装置に比べて、光源波長が同じでも、欠陥検出感度を２０〜３０％向上させることができる。

また、本発明に係るマスク検査装置を用いてマスクの欠陥検査を行い、パターン基板を製造することにより、半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。典型的な半導体デバイスの製造においては、マスクが露光装置にセットされ、光、イオンビームあるいは電子ビームなどを利用して、レジストが形成されたウエハの露光処理がなされる。露光処理がなされた半導体ウエハは現像処理が施され、レジストパターンがウエハ上に形成される。このパターンに従って、広く知られたエッチング処理等を行うことにより、パターン基板が製造される。その後、薄膜体積処理、酸化処理、イオン注入処理などがなされ、半導体デバイスが形成される。本発明の検査装置あるいは検査方法を用いて検査されたマスクによって、半導体デバイスの製造における露光処理を実施することができる。

なお、上述の説明では、ＡｒＦあるいはＫｒＦリソグラフィで用いられるペリクル付きの通常のマスクを検査対象として説明したが、ペリクルがないインプリントマスクにも適用することができる。特に、種々のインプリントマスクの中でも、マスクが石英などの透明な光学材からなる場合には、パターンからの回折光がマスク中を透過できるため、本発明のマスク検査装置がそのまま適用できる。このため、パターン寸法が微細なインプリントマスクでも、その基板が透明であれば本発明のマスク検査装置を適用することができるため、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）のような真空を必要とする顕微鏡を用いずとも、高感度の欠陥検査が手軽に行えるようになる。

実施の形態１に係るマスク検査装置１００の構成を示す図である。 実施の形態１に係るマスク検査装置１００において、検査できないデッドスペースを説明するための図である。 石英版の表面反射率を示すグラフである。 実施の形態２に係るマスク検査装置２００の構成を示す図である。 実施の形態３に係るマスク検査装置３００の構成を示す図である。 実施の形態３に係るマスク検査装置３００において用いられる偏光変換板３０３の説明をするための図である。 実施の形態３に係るマスク検査装置３００において用いられる偏光変換板３０３'の説明をするための図である。 従来のマスク検査装置８００の構成を示す図である。 従来のマスク検査装置８００において、検査できないデッドスペースを説明するための図である。 開口数ＮＡの説明をするための図である。

符号の説明

１００、２００、３００ マスク検査装置
１０１、２０１ ハーフミラー
１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ ミラー
１０３ａ、１０３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ λ／４波長板
１０４、２０４ コンデンサーレンズ
１０６、２０６、２２１〜２２４、３０６、８０１ マスク
１０６ａ、２０６ａ、３０６ａ、８０１ａ マスク基板
１０６ｂ、２０６ｂ、３０６ｂ、８０１ｂ ペリクル
１０６ｃ、２０６ｃ、３０６ｃ、８０１ｃ ペリクルフレーム
１０６ｄ、２０６ｄ、３０６ｄ、８０１ｄ パターン面
１０７、２０７ 偏光ビームスプリッタ
１０８、２０８、３０８、８０３ 対物レンズ
１０９、２０９、３０９、８０４ 結像レンズ
１１０、２１０、３１０、８０５ 二次元センサ
２２０ 多段式マスクカセット
３０３、３０３' 偏光変換板
３２０ マスク厚みばらつき補正機構
３２１ フレーム
３２２ 石英板
３２３ インデックスマッチング液
Ｌ０１〜Ｌ０９、Ｌ２１〜Ｌ２９、Ｌ３１〜Ｌ３２、Ｌ８１〜Ｌ８２ レーザ光
Ｌ１０、Ｌ３３〜Ｌ３４、Ｌ８３〜Ｌ８４ 回折光

Claims (13)

1. マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査装置であって、
   前記マスク基板のパターン面と反対側に配置され、前記パターン面の一部分である観察領域を観察するための対物レンズと、
   前記観察領域に対して略円偏光を照射する照明手段とを有するマスク検査装置。
2. マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査装置であって、
   前記マスク基板のパターン面と反対側に配置され、前記パターン面の一部分である観察領域を観察するための対物レンズと、
   前記観察領域に対して、光軸に垂直な面内での位置に応じて偏光方向が異なる直線偏光を照射する照明手段とを有するマスク検査装置。
3. 前記直線偏光は、前記光軸に対して対向する位置で平行であることを特徴とする請求項２に記載のマスク検査装置。
4. 前記対物レンズは、前記マスク基板の上側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３に記載のマスク検査装置。
5. 前記対物レンズと前記マスク基板との間に設けられ、厚みを調整することができる液体層を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のマスク検査装置。
6. 前記マスクは、液浸露光装置で用いられるマスクである請求項１〜５のいずれか１項に記載のマスク検査装置。
7. マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査方法であって、
   前記マスク基板のパターン面の一部分である観察領域に対して略円偏光を照明し、
   前記観察領域からの光を、前記マスク基板のパターン面の反対側に配置された対物レンズを介して受光し、欠陥を検出するマスク検査方法。
8. マスク基板に形成されたパターンを観察して、マスクを検査するマスク検査方法であって、
   前記マスク基板のパターン面の一部分である観察領域に対して、光軸に垂直な面内での位置に応じて偏光方向が異なる直線偏光を照射し、
   前記観察領域からの光を、前記マスク基板のパターン面の反対側に配置された対物レンズを介して受光し、欠陥を検出するマスク検査方法。
9. 前記直線偏光として、前記光軸に対して対向する位置で平行である偏光を照射することを特徴とする請求項８に記載のマスク検査装置。
10. 前記観察領域からの光を、前記マスク基板の上側に配置されている対物レンズを介して受光することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のマスク検査方法。
11. 前記対物レンズと前記マスク基板との間厚みを調整することができる液体層を設けることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のマスク検査方法。
12. 前記マスクは、液浸露光装置で用いられるマスクである請求項７〜１１のいずれか１項に記載のマスク検査方法。
13. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の検査方法により前記マスクの欠陥を検出する工程を含む半導体デバイスの製造方法。

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