JP5177736B2 - マスク検査装置 - Google Patents

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。）を検査するマスク検査装置に関する。

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、いずれもマスクのパターン像を顕微鏡で検出している。その際に光学的顕微鏡を用いる場合は、マスクパターンを光で照明する必要がある。その光源（すなわちマスク検査光源）には、ランプを用いる場合とレーザを用いる場合とに大別される。レーザを用いるマスク検査装置では、連続のレーザ光が発生する連続レーザが一般に用いられている。

現在、検査光源用レーザとして、波長２５７ｎｍの連続レーザ光（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）を用いたマスク検査装置が市販されている。これに関しては、例えば、非特許文献１あるいは２に示されている。

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。次世代のマスク検査光源としては、波長２００ｎｍ以下の光源が必要とされている。そこで、例えば、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザの第二高調波と波長１０６４ｎｍのファイバーレーザとの和周波数である１９８．５ｎｍの紫外レーザ光を発生させて、これ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。このようなマスク検査装置は、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。

ところで、半導体製造工程で用いられるＫｒＦやＡｒＦリソグラフィ用の一般的なマスクの構造は、図１４に示したマスク８１０のように、合成石英から成るマスク基板８０１の片面がパターン面８０２になっている。また、マスク基板８０１の周囲にはスペーサ８０３ａ、８０３ｂが設けられている。スペーサ８０３ａ、８０３ｂ上には、透明な薄膜であるペリクル８０４が貼られている。これによって、パターン面８０２を密閉された空間内に保つことができ、マスク８１０の外部の塵埃がパターン面８０２に付着することを防いでいる。このペリクル８０４は厚みが約１ミクロン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。

図１５に、従来のマスク検査装置の一般的な構成を示す。図１５に示すように、従来のマスク検査装置８００は、マスク８１０のペリクル８０４の直上に配置された対物レンズ８０７によって、パターン面８０２内の観察部を観察するものである。照明光としてのレーザ光Ｌ８１は、偏光ビームスプリッタ８０５等を用いて下方に反射され、λ／４波長板８０６を通過させて円偏光に変換され、対物レンズ８０７を通って、パターン面８０２内の観察部に照射される。照明されたパターン面８０２内の観察部が、対物レンズ８０７と投影レンズ８０８とによって拡大され、二次元センサ８０９上に投影される。なお、このように、対物レンズ８０７側から照明光を入射させる照明の仕方は反射照明と呼ばれており、それとは反対に、パターン面８０２に対して、対物レンズ８０７と反対側から照明させる照明の仕方は透過照明と呼ばれている。

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。図１６に、従来の液浸露光装置の一般的な構成を示す。図１６に示すように、液浸露光装置９００は、マスク９０１をウエハ９０２に縮小投影するために用いられる縮小投影光学系９０３における最も下に位置するレンズ（不図示）とウエハ９０２との間を純水９０４で満たしたものである。

また、ウエハ９０２は、ウエハステージ９０５の上に載せられている。ウエハ９０２と縮小投影光学系９０３とのギャップを純水９０４で満たしながら、ウエハ９０２が往復移動する。なお、純水９０４は一般に縮小投影光学系９０３の真下のみに満たされるように、純水供給部９０６から供給すると同時に、純水吸引部９０７から吸引される構造になっている。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おり、また、液浸光学系を利用したウエハ等の検査装置に関しては、例えば、特許文献２〜４において説明されている。

特開２００６−７３９７０号公報 特開２００５−８３８００号公報 特開２００５−３３８０２７号公報 特開２００６−１７１１８６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

マスク検査装置の解像性能、すなわち感度を向上させるには、用いる光源の短波長化が不可欠である。また、将来は、上述の波長１９８．５ｎｍのレーザでも感度が不足すると予想されている。仮に、波長１９３．４ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等をマスク検査光源に利用できたとしても、やはり３２ｎｍ世代のマスクの検査には不十分と予想される。

そこで、露光技術と同様に、マスク検査装置にも液浸技術を適用することを考えてみると、以下に説明する課題があり、液浸技術の適用は極めて困難であった。その理由としては、図１５に示された従来のマスク検査装置８００から判るように、仮にマスク検査に液浸技術を適用しようとすると、パターン面８０２と対物レンズ８０７との間を水で満たすことになり、ペリクル８０４が利用できない。もちろん、マスク自体の製造工程におけるペリクルを貼り付ける前の段階では、このような液浸技術を適用することも可能ではあるが、ペリクルを貼り付けて完成されたマスクを検査するために用いるマスク検査においては、液浸技術を適用することができなかった。よって、従来のマスク検査装置では、分解能を向上することが困難であり、感度を上げることができないという問題点があった。

本発明の目的は、高分解能のマスク検査装置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、マスク基板に設けら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、対物レンズを有し、前記対物レンズの前記マスク側の最端レンズと前記マスクとの間が液体で満たされているものである。これにより、分解能を向上することができる。

本発明の第２の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記対物レンズが前記マスク基板のパターン面と反対側に配置されるものである。これにより、マスクから液体を容易に除去することができる。

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、前記対物レンズは、前記マスクの上側に配置され、前記マスク基板の反パターン面に前記液体を供給する供給部と、前記液体を吸引する吸引部とが設けられているものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

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、前記マスクの下側に配置されているものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

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、前記対物レンズは、前記液体を供給する吐出口を有し、前記吐出口は、スキャン方向の上流側に設けられているものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

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、前記吐出口は、少なくともスキャン方向の上流側及び下流側に設けられ、前記対物レンズは、前記スキャン方向に対して垂直な方向に前記液体を排出する切欠部を備えるものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

本発明の第７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、前記吐出口を囲むように設けられ、前記液体を吸引する吸引口を有するものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

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、前記吸引口を囲むように設けられ、気体を吐出する気体吐出口を有するものである。これにより、装置構成を簡易なものとすることができる。

本発明の第９の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記液体を溜める容器をさらに備え、前記マスクのパターン面と反対側の面が前記液体と接するように、前記マスクが前記容器内に配置されることを特徴とするものである。これにより、安定して観察することができる。

本発明の第１０の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記パターン面が上側に設けられ、かつ前記対物レンズが前記容器の下側に配置された状態で、前記容器内における前記マスクのパターン面までの高さを測定する測定部をさらに備えるものである。これにより、マスクの厚さにばらつきがある場合でも、安定して観察することができる。

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、軸対称な反射屈折型であるものである。これにより、ゴーストの発生を防ぐことができる。

本発明の第１２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、前記マスクがペリクル付きのマスクであることを有するものである。これにより、ペリクル付きマスクを高い分解能で観察することができる。

本発明の第１３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、インプリントマスクであるものである。これにより、インプリントマスクを高い分解能で観察することができる。

本発明の第１４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、前記マスクを保持する保持部材を有し、前記対物レンズのボディー上端面に、前記保持部材に対応した段差部が形成されているものである。これにより、対物レンズがマスクの端の方に位置する場合でも、段差部に、マスクを下側から保持するアームの爪を配置することができる。

本発明の第１５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、前記段差部は、前記対物レンズのボディーの上端面に向かい合うように形成されているものである。これにより、対物レンズが、マスクの対向する２端辺のいずれに位置する場合でも、段差部にマスクを下側から保持するアームの爪を配置することができる。

本発明の第１６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、前記段差部は、前記対物レンズのボディーの上端面において、周囲を取り囲むように形成されているものである。これにより、対物レンズが、マスクの４端辺のいずれに位置する場合でも、段差部にマスクを下側から保持するアームの爪を配置することができる。

本発明の第１７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、前記マスクの検査中のマスクのスキャン方向を前記マスクの最大パターン領域の長手方向に平行にすることを特徴とするものである。これにより、マスクのパターン領域の端部とマスク端辺との間の距離が長いため、対物レンズがマスクを保持する部材と接触することがない。

本発明の第１８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、前記マスクと前記対物レンズとが相対的に移動する際に、前記対物レンズの光軸方向に関する向きが、前記移動方向によって変化できるように、前記対物レンズが回転可能に保持されているものである。これにより、吐出口が１個だけの場合でも、常にスキャン方向の上流側に吐出口を配置することができ、対物レンズにおける純水の供給と吸引の構造が簡素化できる。

本発明の第１９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、前記マスクの４辺のうち、少なくとも２辺に近接するように、前記マスクのマスク基板面と略同じ高さになるように配置された平面板を備えるものである。これにより、マスクの端に液体が流れてきても、平面板の上に広がるだけであり、マスクのペリクル側まで液体が回り込むことを防止することができる。

本発明の第２０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、前記最端レンズを囲むように設けられた複数の吐出口を有し、前記対物レンズが前記マスクに対して相対的に停止した際に、前記複数の吐出口から前記液体を供給するものである。これにより、マスクの移動を停止させるレビュー等の場合においても、最端レンズの全面を液体でカバーすることができる。

本発明によれば、高分解能のマスク検査装置を提供することが可能である。

本発明の実施の形態について以下に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を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について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るマスク検査装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、マスク検査装置１００は、検査光源１３０、ハーフミラー１０１、レンズ１０２ａ〜ｄ、均一化光学系１０３ａ、ｂ、偏光ビームスプリッタ１０４、λ／４波長板１０５、コンデンサーレンズ１０６、投影レンズ１０７、二次元センサ１０９、ミラー１１１ａ、ｂ、対物レンズ１１２、水槽１１３、純水１１４を備えている。本実施の形態に係るマスク検査装置１００は、マスク基板１０８ａ上に形成されたパターン面１０８ｃの外側を囲むように配置されたフレーム１０８ｄと、これに貼り付けられたペリクル１０８ｂとからなる完成したマスク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１０８ａ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、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。

先ず、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はレンズ１０２ａを通って絞られながら進み、均一化光学系１０３ａに入射する。均一化光学系１０３ａは、例えば、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバである。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ０３が出射され、レンズ１０２ｂを通って平行になり、ミラー１１１ｂで折り返され、コンデンサーレンズ１０６に入射する。これによってレーザ光Ｌ０４のように絞られながら進み、マスク１０８のパターン面１０８ｃ内の観察部分を照射する。なお、コンデンサーレンズ１０６は、マスク１０８のペリクル１０８ｂの直上に配置されている。

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Ｌ０５は、ミラー１１１ａで反射してレンズ１０２ｃを通り、均一化光学系１０３ｂに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ０６が出射し、レンズ１０２ｄを通って平行になり、偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。ここで、レーザ光Ｌ０７はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ１０４で反射して、レーザ光Ｌ０８のように上方に進む。レーザ光Ｌ０８はλ／４波長板１０５を通過することで、レーザ光Ｌ０９は円偏光になる。レーザ光Ｌ０９は、水槽１１３の中央部に固定された対物レンズ１１２に入射し、純水１１４とマスク１０８のマスク基板１０８ａを透過して、パターン面１０８ｃを下側から照射する。水槽１１３は、純水１１４を溜める容器である。

以下に、マスク１０８のパターン面１０８ｃ内の観察部を観察する光学系を説明する。透過照明あるいは反射照明によって照明されたパターン面１０８ｃ内の観察部から発生する光学像のレーザ光Ｌ０９（すなわち光学情報を空間的強度分布内に含んだレーザ光）は、対物レンズ１１２から下方に出射する。このレーザ光Ｌ０９には、マスク１０８で反射した反射光と、マスク１０８を透過した透過光とが含まれる。マスク１０８で反射したレーザ光Ｌ０９はマスク１０８に入射するレーザ光Ｌ０９と反対方向の円偏光になっている。このため、再びλ／４波長板１０５を通過して今度はＰ波になる。従って、マスク１０８のパターン面１０８ｃからの反射光は、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。その結果、反射光は投影レンズ１０７を通り、二次元光センサ１０９に当たる。すなわち、パターン面１０８ｃ内の観察部の像が、対物レンズ１１２の焦点距離と投影レンズ１０７の焦点距離との比だけ拡大され、二次元光センサ１０９上に拡大投影される。また、マスク１０８を透過したレーザ光Ｌ０９も対物レンズ１１２から出射して、同様の光路で二次元光センサ１０９に入射する。

本実施の形態に係るマスク検査装置１００においては、水槽１１３内には純水１１４が貯留されている。マスク１０８は、水槽１１３の中に、マスク基板１０８ａのパターン面１０８ｃと反対側の面が貯留された純水１１４に接するように載置される。マスク１０８のパターン面１０８ｃと反対側には、対物レンズ１１２が配置される。すなわち、マスク基板１０８ａのパターン面１０８ｃと反対側の面の直下に対物レンズ１１２が配置される。つまり、対物レンズ１１２とマスク基板１０８ａとの間には、純水１１４が満たされている。また、対物レンズ１１２は、複数のレンズが含まれている。そして、対物レンズ１１２に含まれるマスク１０８側の最端レンズとマスク基板１０８ａとの間には、純水１１４が満たされる。このため、パターン面１０８ｃと、対物レンズ１１２との間に、空気層を形成させることがない。これにより、対物レンズ１１２とパターン面１０８ｃとの間に屈折率約１．４４の純水１１４と、屈折率約１．５６のマスク基板１０８ａだけが挟まれる構造になる。このように、本発明によれば、マスク検査にも液浸技術を適用できるようになる。

従って、本実施の形態においては、観察するパターン面１０８ｃが石英基板上であるため、検査光源の波長を合成石英の屈折率で割った値を実質波長とする光源で検査した場合まで高めることができる。例えば、光源波長が１９３ｎｍの場合、合成石英の屈折率は約１．５６０８であるため、最短の場合、波長約１２４ｎｍの光源で検査する場合と同等の感度が得られるようになる。ただし、実際には、用いる液体の屈折率に依存し、波長１９３ｎｍにおける屈折率が１．４３６の水を用いた場合は、波長１３４ｎｍの光源で検査する場合と同等の感度になる。これによって、解像度としては、同じ波長の検査光源を用いた従来装置の場合に比べて、パターン面１０８ｃに接している合成石英の屈折率に等しい約１．５６倍向上させることができる。

なお、もし光源２４８ｎｍのキセノン水銀ランプを用いた場合、波長２４８ｎｍにおける合成石英の屈折率は１．５０８６であるため、本発明を適用することで、実質的に波長約１６４ｎｍの光源を用いた場合と同等の解像度が得られる。

なお、検査中は、マスク１０８は水槽１１３中で平面的に自由に移動できるため、対物レンズ１１２の中心付近が、パターン面１０８ｃ内の全面に位置することができるようになっている。これにより、マスク１０８のほぼ全体を観察することができる。さらに、水槽１１３と対物レンズ１１２との間を封止してもよい。これにより、純水１１４の漏れを防ぐことができる。封止するための封止材としては、ゴムなどの弾性体を用いることができる。

なお、本発明において、対物レンズ１１２をマスク１０８の下側に配置する場合、対物レンズ１１２が大きいならば、マスク基板１０８ａを下側から支えることが難しくなることがある。その場合は、マスク基板１０８ａの上側におけるペリクル１０８ｂが貼られている部分の外側を真空吸着によって保持すればよい。

本実施の形態では、対物レンズ１１２としては、反射屈折型のものが用いられており、焦点距離は約３ｍｍである。一方、投影レンズ１０７の焦点距離は約３００ｍｍであり、その結果、二次元光センサ１０９上に、パターン面１０８ｃ内の像が約１００倍に拡大されて投影される。なお、二次元光センサ１０９としては、ＣＣＤやＴＤＩ等が適する。

実施の形態２．
次に、本発明の実施形態２について、図２を参照して説明する。図２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２に示すように、本実施の形態に係るマスク検査装置２００は、検査光源２００、ハーフミラー２０１、レンズ２０２ａ〜ｄ、均一化光学系２０３ａ、ｂ、偏光ビームスプリッタ２０４、λ／４波長板２０５、コンデンサーレンズ２０６、投影レンズ２０７、二次元センサ２０９、ミラー２１１ａ、ｂ、対物レンズ２１２、純水２１４、純水供給部２１５、純水吸引部２１６を備えている。実施の形態１と重複する内容については、説明を省略する。

なお、本実施の形態に係るマスク検査装置２００においても、実施の形態１と同様に、マスク基板２０８ａ上に形成されたパターン面２０８ｃの外側を囲むように配置されたフレーム２０８ｄと、これに貼り付けられたペリクル２０８ｂとからなる完成したマスク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２０８ａとしては、屈折率が約１．５６０８の合成石英を用いた。マスク２０８は、マスク基板２０８ａのパターン面２０８ｃと反対側の面が上になるように配置されている。また、マスク２０８は、フレーム２０８ｄの外側において支持されている。

また、マスク検査装置２００でも、波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ２１を照明に用いている。レーザ光Ｌ２１は、ハーフミラー２０１に入射して２方向に分割される。先ず、反射照明に関して説明する。ハーフミラー２０１を透過したレーザ光Ｌ２２はレンズ２０２ａを通って絞られながら進み、均一化光学系２０３ａに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ２３が出射し、レンズ２０２ｂを通って平行になり、偏光ビームスプリッタ２０４に入射する。ここで、レーザ光Ｌ２３はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ２０４で反射して下方に進み、λ／４波長板２０５を通過して、円偏光のレーザ光Ｌ２４が出射する。レーザ光Ｌ２４は、対物レンズ２１２に入射し、純水２１４とマスク２０８のマスク基板２０８ａを透過して、パターン面２０８ｃ内の観察部を照射する。

次に、透過照明に関して説明する。ハーフミラー２０１で反射したレーザ光Ｌ２５は、ミラー２１１ａで反射してレンズ２０２ｃを通り、均一化光学系２０３ｂに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ２６が出射し、レンズ２０２ｄを通って平行になり、ミラー２１１ｂで折り返され、コンデンサーレンズ２０６に入射し、マスク２０８のパターン面２０８ｃ内の観察部を照射する。なお、コンデンサーレンズ２０６は、マスク２０８のペリクル２０８ｂの直下に配置している。

マスク２０８のパターン面２０８ｃ内の観察部を観察する光学系を説明する。透過照明あるいは反射照明によって照明されたパターン面２０８ｃから発生する光学像のレーザ光Ｌ２４は、対物レンズ２１２から上方に出射する。このレーザ光Ｌ２４には、マスク２０８で反射した反射光と、マスク２０８を透過した透過光とが含まれる。ここで、マスク２０８で反射したレーザ光Ｌ２４は、偏光ビームスプリッタ２０４で反射した照明用のレーザ光Ｌ２４と反対方向の円偏光である。このため、再びλ／４波長板２０５を通過して直線偏光になるが、今度はＰ波になっている。これにより、マスク２０８で反射したレーザ光Ｌ２４は偏光ビームスプリッタ２０４を透過する。その結果、投影レンズ２０７を通り、二次元光センサ２０９に当たる。すなわち、パターン面２０８ｃ内の観察部の像が、対物レンズ２１２の焦点距離と投影レンズ２０７の焦点距離との比だけ拡大され、二次元光センサ２０９上に拡大投影される。なお、二次元光センサ２０９としては、実施の形態１と同様、ＣＣＤやＴＤＩ等が適する。また、マスク２０８を透過したレーザ光Ｌ２４も対物レンズ２１２から出射して、同様の光路で二次元光センサ２０９に入射する。

本実施の形態に係るマスク検査装置２００においては、対物レンズ２１２とマスク基板２０８ａとの間に満たされる純水２１４が、純水供給部２１５から供給され、純水吸引部２１６から吸引される。これはローカルフィルと呼ばれる方式であり、実施の形態１に示された水槽１１３が不要になるメリットがある。

また、マスク２０８のパターン面２０８ｃと反対側には、対物レンズ２１２が配置される。すなわち、マスク基板２０８ａのパターン面２０８ｃと反対側の面の直上に対物レンズ２１２が配置される。つまり、対物レンズ２１２とマスク基板２０８ａとの間には、純水２１４が満たされている。このため、パターン面２０８ｃと、対物レンズ２１２との間に、空気層を形成させることがない。これにより、対物レンズ２１２とパターン面２０８ｃとの間に屈折率約１．４４の純水１１４と、屈折率約１．５６のマスク基板２０８ａだけが挟まれる構造になる。

従って、実施の形態１において説明したように、本実施の形態においても、検査光源の波長を合成石英の屈折率で割った値を実質波長とする光源で検査した場合まで高めることができる。これによって、解像度としては、同じ波長の検査光源を用いた従来装置の場合に比べて、パターン面１０８ｃに接している合成石英の屈折率に等しい約１．５６倍向上させることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る、マスク検査装置について図３を参照して説明する。図３は、実施の形態３に係る本実施の形態に係るマスク検査装置３００の一部の構成を示す図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、マスク検査装置に用いられる液浸部分である。なお、図３において、光学的な基本構成は図１に示した実施の形態１と同じであるため、図示を省略している。図３は、マスク検査装置３００の液浸部分の構成を示している。

なお、本実施の形態に係るマスク検査装置３００においても、実施の形態１と同様に、マスク基板３０１ａ上に形成されたパターン面３０１ｃの外側を囲むように配置されたフレーム３０１ｄと、これに貼り付けられたペリクル３０１ｂとからなる完成したマスク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３０１のマスク基板３０１ａにおけるパターン面３０１ｃと反対側である裏面に純水３０５を接触させた構成であるが、純水３０５の供給手法が、実施の形態１のマスク検査装置１００とは異なる。図３に示すように、供給用チューブ３０３の端部に付いている吐出部３０４から純水３０５が噴出して、対物レンズ３０２の先端面とマスク基板３０１ａの下面との間を満たすようになる。また、対物レンズ３０２の周囲には、流れ落ちる純水を受ける受け皿３０６が付いており、対物レンズ３０２の周囲を伝わって流れ落ちる純水３０５は、この受け皿３０６内に溜まり、受け皿３０６の底部に付けられた排出用チューブ３０７から排出される。

本実施の形態に係るマスク検査装置３００では、図１に示したマスク検査装置１００とは異なり、水槽１１３が不要になる。また、マスク検査装置３００は、図２に示したマスク検査装置２００のように対物レンズ２１２をマスク２０８の上側に配置するローカルフィル方式とも異なり、同じローカルフィル方式でも対物レンズ３０２をマスク３０１の下側に配置している。

図２に示したマスク検査装置２００のように、対物レンズ２１２をマスク２０８の上側に配置するローカルフィル方式では、純水を回収する際に、純水をウエハから引き上げるように吸引する必要がある。しかも、純水が周囲に流れ出さないように全てを回収する必要があるが、これらを正確に行える吸引装置を実現するのが困難であった。

これに対して、実施の形態３に係るマスク検査装置３００のローカルフィル方式では、対物レンズ３０２が液浸部分よりも下に配置されることから、積極的に純水を吸引しなくても、ギャップの狭い液浸部分以外に広がろうとした純水３０５は、自然に流れ落ちる。このため、それを受け止める受け皿３０６を置いておくだけで純水３０５は全て回収できるからである。しかも、このように、対物レンズ３０２を液浸部分よりも下側に配置する方が、装置としては簡単に構成できる。

なお、対物レンズ３０２に対する吐出部３０４の取り付け位置は、マスク３０１のスキャン方向の上流側が好ましい。これにより、吐出部３０４から放出される純水３０５が、マスク３０１自体のスキャンによって、液浸部にスムースに満たされる。

ここで、実施の形態１〜３において用いられる対物レンズ１１２、２１２、３０２について参照して説明する。対物レンズ１１２、２１２、３０２はいずれも、軸対象な反射屈折型の短焦点光学系である。軸対象な反射屈折型を用いた理由としては、レンズの最先端面から観察面までの隔たりであるワークディスタンスが、焦点距離によりも大きくとるように設計・製作することが、全屈折型のレンズに比べて容易だからである。

また、図４に、対物レンズ３０２の構成の一例が詳細に示される。図４に詳細構造を示した対物レンズ３０２のように、入射するレーザ光Ｌ０９は、対物レンズ３０２の構成要素における凸型反射面３１２に垂直に入射するため、その反射光は広がって進み、凹型反射面３１３に当たって、観察面であるマスク基板３０１ａに向かう。つまりマスク基板３０１ａに向かうレーザ光はリング状になっており、マスク基板３０１ａのパターン面３０１ｃに当たる際の入射角度分布には、垂直成分が含まれないことになる。

一方、合成石英から成るマスク基板３０１ａと純水３０５とは、屈折率が僅かに異なるため、これらの境界面で僅かに反射が生じる。その際に、もしもその境界面に垂直にレーザ光が入射するならば、反射光は正反対の方向に戻されることになるため、結果として、その反射光は、マスク検査装置１００や２００における二次元光センサ１０９及び２０９に入射することになり、ゴーストなってしまう。

これに対して、本発明では、軸対象な反射屈折型の対物レンズを用いることから、マスク基板に進むレーザ光に垂直成分がなく、純水との境界面に垂直に入射する成分がない。このため、境界面からの僅かな反射光は、二次元光センサに入射することがなく、ゴーストは発生しない。

以上より、本発明のマスク検査装置で用いる対物レンズとしては、特に構成される光学部品が軸対象の反射屈折型が好ましい。なお、一般的な軸対象な反射屈折型対物レンズは、図４に示したように、少なくとも一つの凸型反射面と、一つの凹型反射面とを有しているものである。例えば、対物レンズとして、ＣＯＲＮＩＮＧ Ｔｒｏｐｅｌ社製 μＣＡＴ Ｐａｎｔｈｅｒ ＵＶ Ｍｉｃｒｏ−Ｏｂｊｅｃｉｔｖｅを用いることができる。具体的には、照明光として波長１９３ｎｍの光を用いる場合、Ｐａｎｔｈｅｒ １９３を用いることができる。

図５は、図３に示されたマスク検査装置３００の対物レンズ３０２と純水供給手法が多少異なる対物レンズ３０２Ｂを説明するための図である。図５（ａ）は、対物レンズ３０２Ｂの構成を示す図であり、図５（ｂ）は対物レンズ３０２Ｂを用いたときの好適なスキャン例を示す図である。図５（ａ）に示すように、対物レンズ３０２Ｂにおける観察面に最も近い最端レンズ３２１はフラットになっている。この最端レンズ３２１と、マスク基板３０１ａの裏面との間が純水で満たされる。対物レンズ３０２Ｂには、純水を吐出させるための長い形状の吐出部３２２ａと３２２ｂとが、最端レンズ３２１の近傍に設けられている。これら吐出部３２２ａ、３２２ｂは、最端レンズ３２１に対して、マスクのスキャン方向側に配置されている。すなわち、２つの吐出部３２２ａ、３２２ｂはスキャン方向と平行に配置される。

図５（ａ）に示す対物レンズ３０２Ｂでは、吐出部３２２ａ、３２２ｂが２個設けられていることにより、マスクの往復スキャンの方向のどちら側に進む場合でも、２個の吐出部３２２ａ、３２２ｂのいずれか一方からの純水が、最端レンズ３２１とマスク基板との間を途切れることなく満たすことができる。また、排出すべき純水は、スキャン方向に直交する２つの方向から排出されるが、純水がスムースに流れ落ちるように、対物レンズ３０２Ｂの両側に、緩やかに凹んだカット部３２３が形成されている。すなわち、カット部２２３では、対物レンズの鏡筒が切欠かれている。この２つのカット部３２３は、スキャン方向と垂直な方向に配置される。なお、図５（ａ）に示される対物レンズ３０２Ｂにも、図３に示された対物レンズ３０２に取りつけられている受け皿３０６を取り付けてもよい。

一般にマスク基板の形状は一辺１５２ｍｍの正方形であるが、パターン領域の最大寸法は、１３２ｍｍ×１０４ｍｍの長方形であるため、マスク基板内におけるパターン領域外は、幅の狭い部分と広い部分とがある。従って、吐出部３０４を２箇所設けた対物レンズ３０２Ｂを用いる場合は、図５（ｂ）に示したように、対物レンズ３０２Ｂの中心位置に対して、パターン領域３０８の長方形の短辺方向に設けるとよい。これによると、対物レンズ３０２Ｂのようにパターン領域３０８の長辺側の端に位置しても、吐出部３０４がマスク基板３０１ａから外れることがない。また、対物レンズ３０２Ｂ'のようにパターン領域の短辺側の端に位置する場合でも、吐出部３０４がマスク基板３０１ａから外れることがない。なお、対物レンズ３０２Ｂ、Ｂ'の横に描かれた矢印は、対物レンズ３０２Ｂ、Ｂ'とマスク基板３０１ａとの相対的な変化を示したものであり、実際には対物レンズは固定されており、マスクをスキャン移動させるものである。

さらにまた、本発明のマスク検査装置に適する別の構造の対物レンズ３３０の構造を、図６を参照して説明する。図６（ａ）は対物レンズ３３０の斜視図であり、同図（ｂ）はその断面図である。対物レンズ３３０では、図３に示された対物レンズ３０２Ｂと同様に、純水を吐出させる吐出部３３２ａ、ｂが２箇所設けられているのは同じである。しかしながら、純水の吸引部３３３が、２個の吐出部３３２ａ、ｂを囲むようにリング状に設けられている。これにより、吐出部３３２ａ、ｂから噴出した純水が全てこの吸引部３３３から吸引され、対物レンズ３３０の外側に飛び出してしまうことがなくなる。このため、図３に示されたような受け皿３０６は不要である。

また、さらに別の構造の対物レンズ３４０の構造を、図７を参照して説明する。図７（ａ）は対物レンズ３４０の斜視図であり、同図（ｂ）はその断面図である。図７に示すように、対物レンズ３４０は、図６に示した対物レンズ３３０と類似しているが、純水の吸引部３４３の周囲にリング状の空気吐出部３４５を設けている点で異なる。また、対物レンズ３４０の外周面には、チューブ接続口３４６が設けられており、空気吐出部３４５から空気が放出される。これによれば、吸引部３４３から吸引し切れずに外側に溢れ出る純水が、対物レンズ３４０の外側に溢れ出ることを防ぐことができる。

次に、本発明のマスク検査装置における純水の厚みに関して、図８を用いて説明する。図８は図１に示したマスク検査装置１００の液浸部周辺のみを描いたものである。図８（ａ）に示すように、マスク基板１０８ａの厚みをｔｍａｓｋとし、純水１１４の厚みをｔｗａｔｅｒとする。本発明においては、マスク基板１０８ａの厚みに依らず、ｔｍａｓｋ＋ｔｗａｔｅｒ＝７．００ｍｍを保つように、マスク１０８と水槽１１３との間隔が調整されている。例えば、マスク基板１０８ａの厚みが標準の６．３５ｍｍの場合、純水１１４の厚みは０．６５ｍｍとなる。また、マスク基板１０８ａの厚みが標準より厚い６．４５ｍｍの場合は、純水１１４の厚みを０．５５ｍｍになるように微調整している。

このようにマスク基板１０８ａの厚みと純水１１４の厚みとの和が、マスクに依らずに一定値（ここでは７．００ｍｍ）を保つようにするために、本発明に係るマスク検査装置は、図８（ｂ）又は図８（ｃ）に示すような。純水１１４の厚みをマスク基板１０８ａの厚みに応じて調整する調整機構を備えている。

図８（ｂ）に示すように、水槽１１３の縁に取り付けられた測長用の半導体レーザ１２０を用いて、半導体レーザ１２０からパターン面１０８ｃまでの距離が一定値になるように、マスク基板１０８ａの設置高さを微調整している。なお、半導体レーザ１２０から出ている矢印は、そのレーザ光を示しており、マスク基板１０８ａの上面での反射光を受光して（ただし受光部周辺は省略してある。）、そこまでの距離を測っている。そして、例えば、水槽１１３内の純水１１４の量を調整して、高さを調整する。

以上により、合成石英からなるマスク基板１０８ａ内の光学距離と、純水１１４の光学距離との和が、マスク基板１０８ａの厚みによらず、ほぼ一定になる。これにより、パターン面１１８ｃの拡大像の歪みを無視できる程度に低減できるようになる。つまり、対物レンズ１１２における各レンズ等の設計には、像面であるパターン面１０８ｃまでに配置されるマスク基板１０８ａも透明な平行平面基板として考慮する必要がある。通常、マスク基板１０８ａの厚みが一定（通常は６．３５ｍｍ）として設計するため、厚みが変わると、フォーカスは再調整できるものの、厳密には像の歪みが増えるからである。

あるいは、マスク基板１０８ａ内の光学距離と、純水１１４の光学距離との和を一定に保つための異なる機構として、図８（ｃ）に示す調整機構を設けてもよい。図８（ｃ）に示す調整機構は、対物レンズ１１２Ｂのレンズ等を含む鏡筒の外周に配置されている。図８（ｃ）に示すように、対物レンズ１１２Ｂでは、半導体レーザ１２０Ｂが取り付けられている。半導体レーザ１２０Ｂからから出射するレーザ光Ｌ１０は、集光レンズ１２１を通ることで絞られながら進み、サファイアから成る三角プリズム１２２ａを通過することで進行方向が曲げられる。なお、三角プリズム１２２ａは純水１１４に接しており、レーザ光は純水１１４中とマスク基板１０８ａ中を進んで、パターン面１０８ｃに大きな入射角で当たる。そのため、レーザ光Ｌ１１はパターン面１０８ｃで全反射する。そして、レーザー光Ｌ１１は、再び純水１１４中を通り、三角プリズム１２２ｂに入射して進行方向が曲げられ、レーザ光Ｌ１２のように二分割センサ１２３に当たる。二分割センサ１２３からの２つの信号が信号線１２４を通って、図示されていない制御装置まで導かれる。

図８（ｃ）の例によると、マスク基板１０８ａの厚みと純水１１４の厚みの和が変化すると、レーザ光Ｌ１２が二分割センサ１２３に当たる位置が図８（ｃ）において左右に変化して、２つの信号のバランスの変化として検知される。従って、その信号バランスがマスク基板１０８ａの厚みに依らずに一定値になるように、マスク基板１０８ａを上下方向に微調整すればよい。

なお、上述の例では、マスク基板１０８ａの厚みと純水１１４の厚みとの和がマスクに依らずに一定になるように、マスク基板１０８ａの設置高さを微調整しているが、さらに歪みを低減させることも可能である。具体的には、マスク基板１０８ａの厚みが基準値より厚い場合に、マスク基板１０８ａの設置高さが僅かに低くなるように調整する。また、マスク基板１０８ａの厚みが基準値より薄い場合に、マスク基板１０８ａの設置高さが僅かに高くなるように調整する。その結果、マスク基板１０８ａの厚みに依らず、マスク基板１０８ａ中での光学距離と、純水１１４中での光学距離との和を完全に一定にできるからである。

例えば、マスク基板１０８ａの厚みが基準値の６．３５ｍｍよりも０．０５ｍｍ厚い６．４０ｍｍの場合、マスク基板１０８ａの設置高さを０．００４ｍｍ下げればよい。また、マスク基板１０８ａの厚みが基準値の６．３５ｍｍよりも０．０５ｍｍ薄い６．３０ｍｍの場合、マスク基板１０８ａの設置高さを０．００４ｍｍ上げればよい。

つまり、合成石英の厚み０．０５ｍｍにおける光学距離（すなわち真空中を通過する場合と位相が同等となる距離）は、合成石英の屈折率が波長１９３ｎｍにおいて１．５６０８であることから、０．０７８ｍｍとなる。一方、光学距離が０．０７８ｍｍとなる場合の純水の厚みは、純水の屈折率が波長１９３ｎｍにおいて約１．４３６であることから、０．０５４ｍｍになる。すなわち、単純に二層の厚みの和が一定になるように、純水の厚みを０．０５０ｍｍ薄くすることは、厳密には約０．００４ｍｍ厚過ぎてしまう。

以上のように、本発明において、マスク基板の厚みのばらつきを起因とする歪みをさらに低減させるために、マスク基板と液浸としての液体との二層を通過するレーザ光の光学距離が一定になるように、マスク基板の設置高さを微調整してもよい。このようにパターン面１０８ｃが上側に設けられ、かつ対物レンズ１１２が水槽１１３の下側に配置された状態で、水槽１１３内におけるパターン面の高さを測定する測定部を設ける。これにより、光路長を調整することができ、パターン面に焦点を合わせることができる。よって、検出感度をより向上することができる。なお、測定部としては、上記以外の構成であってもよい。

ところで、今まで説明した実施の形態では、液浸用の液体として純水が用いられているが、純水以外にフッ素系（フロリナート）の液体を用いてもよい。以下の表に使用可能なフッ素系液体の例とその物性値を示す。

また、ここで、図９を参照して、マスク検査装置によって検査できないデッドスペースを説明する。図９（ａ）は従来のマスク検査装置を用いた場合のデッドスペースを示しており、同図（ｂ）は本発明におけるマスク検査装置を用いた場合のデッドスペースを示している。図９（ａ）に示すように、従来のマスク検査装置では、マスク基板４０１ａのパターン面４０２ａ側に対物レンズ４００ａを配置する。このため対物レンズ４００ａの開口数ＮＡは非常に大きくなった場合、ぺリクル４０４ａを支えるスペーサ４０３ａによって照明光がブロックされてしまう。

図９（ｂ）に示すように、本発明では、マスク基板４００ｂ側に対物レンズ４０１ｂを配置する。このため、対物レンズ４００ｂのＮＡが非常に大きくなっても、マスク基板４０１ｂ上のパターン面４０２ｂ側において検査できる領域は、ペリクル４０４ｂを支えるスペーサ４０３ｂによってブロックされて縮小することもない。すなわち、本発明によって、パターン面４０２ｂでのデッドスペースが縮小できるようになる。例えば、図２に示すマスク検査装置２００において、反射照明を用いることにより、マスク全面を検査することができる。また、コンデンサーレンズ１０６、２０６の開口数が対物レンズ１１２、２１２よりも小さい場合、デッドスペースを縮小することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るマスク検査装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態４に係るマスク検査装置５００の構成を示す図である。上述の実施の形態１−３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普通のマスクを対象としたマスク検査装置であるが、本実施の形態ではペリクルが無いインプリントマスクを検査対象としている。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成る場合は、実施の形態１で示したマスク検査装置がそのまま適用できる。図１０に示すように、マスク検査装置５００は、基本的には、図１に示したＡｒＦやＫｒＦ用マスクを対象としたマスク検査装置１００と同様な構造になっている。

本実施の形態においては、検査光源５３０からの波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ５１を照明に用いている。レーザ光Ｌ５１は、ハーフミラー５０１に入射して２方向に分割される。ハーフミラー５０１を透過したレーザ光Ｌ５２はレンズ５０２ａを通って絞られながら進み、均一化光学系５０３ａに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ５３が出射し、レンズ５０２ｂを通って平行になり、ミラー５１１ｂで折り返され、コンデンサーレンズ５０６に入射する。これによって、レーザ光Ｌ５４のように絞られながら進み、インプリントマスク５０８の上側に配置されたパターン面５０８ｃ内の観察領域を照射する。

一方、ハーフミラー５０１で反射したレーザ光Ｌ５５は、ミラー５１１ａで反射してレンズ５０２ｃを通り、均一化光学系５０３ｂに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ５６が出射し、レンズ５０２ｄを通って平行になり、偏光ビームスプリッタ５０４に入射する。ここで、レーザ光Ｌ５７はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ５０４で反射して、レーザ光Ｌ５８のように上方に進む。レーザ光Ｌ５８がλ／４波長板５０５を通過することで、レーザ光Ｌ５９は円偏光になる。レーザ光Ｌ５９は、水槽５１３の中央部に固定された対物レンズ５１２に入射し、純水５１４とインプリントマスク５０８内を通過して、パターン面５０８ｃを照射する。なお、本実施の形態のインプリントマスク５０８は合成石英からなるため、波長１９３ｎｍのレーザ光は高く透過できる。

以上に述べた透過照明あるいは反射照明によって照明されたパターン面５０８ｃから発生する光学像のレーザ光Ｌ５９は、対物レンズ５１２から下方に出射する。このレーザ光Ｌ５９には、マスク５０８で反射した反射光と、マスク５０８を透過した透過光とが含まれる。このとき、マスク５０８で反射したレーザ光Ｌ５９は、マスク５０８に入射するレーザ光Ｌ５９と反対方向の円偏光になっている。このため、マスク５０８で反射したレーザ光Ｌ５９は、再びλ／４波長板５０５を通過して直線偏光になるが、今度はＰ波になっている。このため、マスク５０８で反射したレーザ光Ｌ５９は、偏光ビームスプリッタ５０４を透過する。その結果、投影レンズ５０７を通り、二次元光センサ５０９に当たる。すなわち、パターン面５０８ｃの像が、対物レンズ５１２の焦点距離と投影レンズ５０７の焦点距離との比だけ拡大され、二次元光センサ５０９上に拡大投影される。なお、二次元光センサ５０９としては、やはりＣＣＤやＴＤＩ等が適する。また、マスク５０８を透過したレーザ光５９も対物レンズ５１２から出射して、同様の光路で二次元光センサ５０９に入射する。

以上のように、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った。

従来のマスク検査装置では、パターンのトップ面から観察していたため、パターンの測長を行うならば、トップ面のサイズを測ることになっていた。トップ面は通常丸まっているため、精度よく測長することが困難であったからである。しかしながら、本発明では、マスク基板上のパターン面を、マスク基板側から観察するため、パターンのボトム形状を正確に観察できる。その結果、パターンの正確な測長も可能になった。このため、本発明のマスク検査装置では、測長ＳＥＭの代わりとしても利用できるようになった。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るマスク検査装置について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施の形態に係るマスク検査装置６００の構成を示す図である。本実施の形態に係るマスク検査装置６００もまた、実施の形態５と同様に、インプリントマスクを検査対象としている。

マスク検査装置６００は、検査光源６３０からの波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ６１を照明に用いている。レーザ光Ｌ６１は、ハーフミラー６０１に入射して２方向に分割される。ハーフミラー６０１を透過したレーザ光Ｌ６２はレンズ６０２ａを通って絞られながら進み、均一化光学系６０３ａに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ６３が出射し、レンズ６０２ｂを通って平行になり、偏光ビームスプリッタ６０４に入射する。ここで、レーザ光Ｌ６３はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ６０４で反射して下方に進み、λ／４波長板６０５を通過して、円偏光のレーザ光Ｌ６４が出射する。レーザ光Ｌ６４は、対物レンズ６１２に入射し、純水６１４とインプリントマスク６０８の内部を透過して、反対側に形成されたパターン面６０８ｃを照射する。

一方、ハーフミラー６０１で反射したレーザ光Ｌ６５は、ミラー６１１ａで反射してレンズ６０２ｃを通り、均一化光学系６０３ｂに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ６６が出射し、レンズ６０２ｄを通って平行になり、ミラー６１１ｂで折り返され、コンデンサーレンズ６０６に入射し、インプリントマスク６０８のパターン面６０８ｃを照射する。

以上に説明した透過照明あるいは反射照明によって照明されたパターン面６０８ｃから発生する光学像のレーザ光Ｌ６５は、対物レンズ６１２から上方に出射する。このレーザ光Ｌ６４には、マスク６０８で反射した反射光と、マスク６０８を透過した透過光とが含まれる。マスク６０８で反射したレーザ光Ｌ６４はマスク６０８に入射するレーザ光Ｌ６４と反対方向の円偏光である。このため、マスク６０８で反射したレーザ光Ｌ６４は、再びλ／４波長板６０５を通過して直線偏光になるが、今度はＰ波になっている。このため、マスク６０８で反射したレーザ光Ｌ６４は、偏光ビームスプリッタ６０４を透過して、投影レンズ６０７を通り、二次元光センサ６０９に当たる。これによって、パターン面６０８ｃの像が二次元光センサ６０９上に拡大投影される。なお、二次元光センサ６０９としては、前述した実施の形態と同様、ＣＣＤやＴＤＩ等が適する。また、マスク６０８を透過したレーザ光Ｌ６４も対物レンズ６１２から出射して、同様の光路で二次元光センサ６０９に入射する。

本実施の形態の特徴としては、対物レンズ６１２とインプリントマスク６０８との間に満たされる純水６１４は、図６に示した対物レンズ３３０、あるいは図７に示した対物レンズ３４０と同様に、対物レンズ６１２自体に設けられた純水供給部と純水吸引部（ただし図示せず。）から供給、吸引される。すなわち、本実施の形態に係るマスク検査装置６００は、ローカルフィル方式になっているのが特徴である。その結果、純水６１４がインプリントマスク６０８から落ちこぼれることはないため、対物レンズ６１２をインプリントマスク６０８の上側に配置させることが可能になっている。つまり、インプリントマスク６０８のパターン面６０８ｃが下側を向いている。これはインプリント露光装置において、ウエハにインプリントする場合と同じ向きである。従って、インプリント露光装置で使用されているインプリントマスクを定期的に検査するために、本実施の形態のマスク検査装置６００を利用する場合、インプリントマスク６０８を反転する必要がない。これによって、インプリント露光装置中にマスク検査装置６００を組み込んで、迅速なマスク検査を行うことも可能になる。

また、本実施の形態に示されたインプリントマスク６０８は、図１０に示された通常のインプリントマスク５０８よりも全体の大きさが４倍大きく、すなわち普通のＫｒＦやＡｒＦ用マスクと同じ６インチマスクと呼ばれるサイズを利用している。図１２に、このインプリントマスクを検査する場合について説明する。図１２に示すように、パターン領域６１５はインプリントマスク６０８の中央付近のみである。このため、純水６１４の吐出部６１６が対物レンズ６１２に備わってはいるが、対物レンズ６１２によってパターン領域６１５内で最も端を観察する場合、すなわち対物レンズ６１２の最端レンズ６１８がパターン領域６１５の端に位置する場合でも、吐出部６１６や吸引部６１７がインプリントマスク６０８から外側にはみ出ることがない。従って、本実施の形態では、対物レンズ６１２がインプリントマスク６０８の上側に配置されていても、ローカルフィル方式が適用できる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係るマスク検査装置について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施の形態に係るマスク検査装置７００の構成を示す図である。マスク検査装置７００は、ＥＵＶマスクを検査対象としている。マスク検査装置７００では、照明光としての波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ７１はＳ波になっている。このため、検査光源７３０からのレーザ光Ｌ７１は、偏光ビームスプリッタ７０５で反射して下方に進み、λ／４波長板７０６を通過して円偏光になってから、対物レンズ７０７を通って、ＥＵＶマスク７０１のパターン面７０２を照射する。照明されたパターン面７０２からの光学象が、対物レンズ７０７を通ってレーザ光Ｌ７２のように上方に進み、再びλ／４波長板７０６を通ることで今度はＰ波となって偏光ビームスプリッタ７０５を透過し、投影レンズ７０８を通って、二次元センサ７０９上に拡大投影される。さらに、マスク７０１で反射した反射光は、上記の実施の形態と同様に、λ／４波長板７０６と通過するため、Ｐ偏光となる。よって、光の利用効率を向上することができる。

本実施の形態では、ＥＵＶマスク７０１は、高屈折率液体７１１が入っている水槽７１０内に置かれている。これにより、ＥＵＶマスク７０１のパターン面７０２と対物レンズ７０７との間は、高屈折率液体７１１で満たされるようになっている。このように水槽７１０を用いた液浸光学系を利用する理由としては、本実施の形態では凹凸形状を有するパターン面７０２に高屈折率液体７１１を接触させるが、その凹凸部に高屈折率液体７１１が十分染み込むようにする必要があるため、水槽７１０中にＥＵＶマスク７０１を浸している。

なお、高屈折率液体７１１としては屈折率が約１．６４の液体が用いられており、その結果、実質的に波長約１１８ｎｍの光源で検査する場合と同等の高い解像性能が得られるようになった。なお、高屈折率液体７１１としては、例えば、ＪＳＲ株式会社が開発した高純度炭素水素系の液体が適する。ただし、本実施の形態でも、高屈折率液体７１１の代わりに純水を用いてもよい。

以上説明したように、本発明に係るマスク検査装置は、光源として波長１９３ｎｍのレーザを用いた場合、実質的な検査光源の波長は約１２４ｎｍになるため、従来装置を用いる場合より約１．５６倍も高い感度で欠陥等を検出できるようになる。これによると、検出欠陥の限界は検査光源波長の１／４程度と言われているため、約３１ｎｍになる。つまり４倍マスクの場合は、ウエハ上に転写される欠陥サイズ約８ｎｍまで対応できることになるため、リソグラフィ技術の２２ｎｍ世代だけでなく、１６ｎｍ世代や１１ｎｍ世代にも対応できる。あるいはまた、等倍マスクを用いるインプリントマスクの場合は、３２ｎｍ世代に対応できる。

なお、本発明では、検査が終わったマスクを回収する際に、マスク基板に付いた純水を除去する必要がある。それには、乾燥空気で吹き飛ばしても、あるいは真空吸引装置で引き込んでもよく、さらには発塵の無い材質からなる円筒状スポンジを用いて、マスク基板の裏面を拭いてもよい。これにより、純水をマスクから簡単に除去することができる。

また、本発明のマスク検査装置で高精度な検査を可能にするには、マスク基板の合成石英としては、露光装置のレンズ用に利用されている高品質、すなわち屈折率のバラツキが極力小さい材質を用いるのが好ましい。

さらにまた、マスク自体に以下のような細工を施してもよい。すなわち、液浸用液体として純水を用いる場合、マスク基板である石英との屈折率に僅かながら差があるため、マスク基板の裏面に、反射防止コーティングを施してもよい。また、図１に示したように、マスク１０８を水槽１１３中で移動させる場合は、マスク基板１０８ａの周囲に水が付きにくくするために、周囲に疎水性のコーティングを施してもよい。

また、上記の説明では、マスクをＵＶ露光用マスク、又はインプリントマスクとして説明したが、これに限るものでない。すなわち、マスク検査装置により、パターン形成を行なうための露光に用いられるマスクを検査することができる。従って、レチクルも本願のマスクに含まれる。さらに、上記の説明では、検査光源からの光を２分割して、透過照明光、及び反射照明光としたが、これに限られるものではない。例えば、マスク検査装置が、透過照明光源、及び反射照明光源をそれぞれ有していてもよい。さらに、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせて用いてもよい。また、透過像、又は反射像を撮像するため、それぞれの光路中に挿入可能なシャッターを配置してもよい。そして、透過像を撮像する場合は、反射照明光の光路中にシャッターを挿入する。また、反射像を撮像する場合は、透過照明光の光路中にシャッターを挿入する。

以下に、本願発明の主な効果について説明する。上記のように、本発明のマスク検査装置は、液浸技術を適用できるように、マスクのパターン面と対物レンズにおける最もマスク基板に近い最端レンズとの間に、空気の層を排除して液体で満たしたものである。これにより、簡便な構成で、分解能（解像度）を向上することができ、欠陥の検出感度を向上することができる。また、パターン面側から透過照明するため、ペリクル付きのマスクに対しての検査が可能となる。実施の形態１〜５に示したように、マスク基板におけるパターン面と反対側である裏面（反パターン面）側に対物レンズを配置することが好ましい。これにより、パターン面に液体が付着するのを防ぐことができる。

さらに、パターン面の観察部分からの像は、マスク基板内を通過させないと対物レンズを通らないが、ＡｒＦ用やＫｒＦ用のマスクのマスク基板は透明な合成石英から成るため、裏面からパターン面を観察することができる。そこで、特にその裏面と対物レンズの最端レンズとの間を液体で満たした液浸光学系を適用できる。しかも、液体が接する裏面は極めてフラットであるため、接触させた液体を除去することも極めて容易であり、検査後に液体がマスク基板から除去しにくくなることはない。

このように、液浸部分がフラットな裏面であることも本発明の特徴である。その理由としては、もしもパターン面を液浸にするならば、パターンの凹凸が存在する部分に液体を流すことになり、特にパターンが密集した部分では、出っ張ったパターンの間には液体が侵入しにくいことから、完全な液浸を実現することが困難になるからである。

なお、本発明で言及する対物レンズの定義としては、マスクパターン内の検査する領域を、像を検出するために用いられる二次元光センサ等に拡大投影する光学系におけるマスクパターン側に配置されるレンズ群のことである。なお、前記拡大投影する光学系とは、対物レンズと、少なくとももう一つのレンズ群あるいはレンズ（本発明では投影レンズと呼ぶ。）で構成される。投影レンズの焦点距離は、対物レンズの焦点距離よりも長くなっており、その結果、拡大投影できるようになっている。

ところで、一般にマスク基板の厚みは、６．３５ｍｍと定められているが、実際は±０．１ｍｍ程度のバラツキがある。その結果、パターン面内の観察部の像が歪むことがある。その理由としては、本発明で用いられる対物レンズにおける各レンズは、投影光学系内に配置された厚み６．３５ｍｍの石英製平行平板が含まれると考慮して設計されるものである。そのため、マスク基板の厚みのバラツキは、対物レンズと観察部との間隔の調整で、フォーカスを合わせることは可能であるが、厚みのバラツキの範囲全体に亘って、歪みを数ｎｍ程度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であるからである。

そこで、上記のように、少なくとも検査するマスクごとに、マスク基板と対物レンズにおける先端のレンズとの間に満たす水の厚みを調整できる調整機構を設ける。これによると、マスク基板の厚みにバラツキがあっても、マスク基板の厚みと、マスク基板と水の厚みとの和をほぼ一定にすることができる。

マスク基板である石英の屈折率は、波長１９３ｎｍにおいて約１．５６であり、水の屈折率は約１．４４である。これらは、空気の１．０よりも遥かに大きい。これらのことから、マスク基板の厚みがばらついた分を相殺するように、これら２層を合わせた光学距離を、ほとんど変わらないようにできる。よって、焦点位置での観察を行なうことができ、検出感度を向上させることができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係るマスク検査装置について、図１７〜図１９を参照して説明する。図１７は、本実施の形態に係るマスク検査装置１００の構成を示す図である。図１８は、本実施の形態の液浸型の対物レンズ１１２Ａの構成を示す図である。同図（ａ）は対物レンズ１１２Ａを上から（最端レンズ１１５側から）見た図であり、同図（ｂ）はその断面図である。また、図１９は、マスクのパターン領域１０８ｅと対物レンズ１１２Ａの相対位置を説明するための図である。同図（ａ）はマスク１０８の上面から見た図であり、同図（ｂ）は側面から見た図である。本実施の形態において、図１に示す実施の形態１に係るマスク検査装置１００と異なる点は、対物レンズ１１２の構造である。図１７において、図１に示すマスク検査装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本発明者らは、上述のとおり、マスク検査装置に液浸技術を適用して感度を約１．５倍程度まで高めることができる液浸型のマスク検査装置を発明した。液浸技術を適用した露光装置とは違って、マスクのパターン面はペリクルと呼ばれる透明な薄膜でカバーされているため、パターン面に直接、純水などの液浸水を接触させることはできない。そこで、本発明者らは、マスクのマスク基板側からパターン面を観察することで、液浸技術を適用できるようにした液浸型のマスク検査装置を発明した。

ところが、上述した液浸型のマスク検査装置では、以下に説明する課題がある。すなわち、図２１に示すように、対物レンズ１１２をマスク１０８の下側に配置する場合、マスク１０８を保持するアームの爪と対物レンズ１１２との干渉（ぶつかり）を避けるために、マスク１０８で許される最大のパターン面１０８ｃの全面を検査することができなかった。

つまり、図２１に示したように、１５２ｍｍ角の６インチマスクのパターン領域１０８ｅの最大サイズは、１３２×１０４ｍｍである。このため、このパターン領域１０８ｅの周囲付近を検査しようとすると、液浸型の対物レンズ１１２のボディー（円筒の場合は外径）が、１５２ｍｍ角のマスク１０８からはみ出ることになる。一方、マスク基板１０８ａと液浸型対物レンズ１１２との隙間には液浸水が満たされるが、その間隔は、通常１ｍｍ程度と薄いため、この間にアームの爪を入れることもできない。このため、対物レンズ１１２をマスク１０８の下側に配置するタイプの液浸型マスク検査装置では、検査できるパターン領域１０８ｅが、許される最大サイズより、数十ミリ程度狭くなってしまうことが問題であった。

なお、対物レンズ１１２が、パターン領域１０８ｅの端に近い部分を観察するように配置されると、そのボディーがマスク１０８からはみ出ることになる要因としては、一般的にマスク検査装置に用いられる対物レンズ１１２を構成する複数枚のレンズやミラーの外径が、最端レンズよりも大きいからである。例えば、最端レンズの外径が２０ｍｍ程度であっても、内部には外径５０ｍｍ程度の大きなレンズやミラーが用いられている。また、他の理由としては、マスク検査装置に用いられる対物レンズ１１２は、１００倍以上の高倍率で観察するために、焦点距離が２〜３ｍｍと非常に短くする必要があるのに対して、ワークディスタンスを７〜８ｍｍ程度と、焦点距離よりも大きくする必要があるからである。この結果、例えば、図２１に示したような反射屈折型の対物レンズを用いる場合が多く、そこでは、内部に外径５０〜６０ｍｍのレンズや反射鏡が用いられる。

このような問題を解決すべく、本発明者らは、図１７に示す対物レンズ１１２Ａを発明した。図１７に示すように、マスク検査装置１００は、実施の形態１と同様に、検査光源１３０、ハーフミラー１０１、レンズ１０２ａ〜ｄ、均一化光学系１０３ａ、ｂ、偏光ビームスプリッタ１０４、λ／４波長板１０５、コンデンサーレンズ１０６、投影レンズ１０７、二次元センサ１０９、ミラー１１１ａ、ｂ、対物レンズ１１２Ａ、水槽１１３、純水１１４を備えている。マスク検査装置１００は、検査光源１３０からの波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ０１を照明に用いている。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。

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はレンズ１０２ａを通って絞られながら進み、均一化光学系１０３ａに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ０３が出射され、レンズ１０２ｂを通って平行になり、ミラー１１１ｂで折り返され、コンデンサーレンズ１０６に入射する。これによってレーザ光Ｌ０４のように絞られながら進み、マスク１０８のパターン面１０８ｃ内の観察部分を照射する。なお、コンデンサーレンズ１０６は、マスク１０８のペリクル１０８ｂの直上に配置されている。

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Ｌ０５は、ミラー１１１ａで反射してレンズ１０２ｃを通り、均一化光学系１０３ｂに入射する。これによって空間的な光強度分布が均一化されたレーザ光Ｌ０６が出射し、レンズ１０２ｄを通って平行になり、偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。ここで、レーザ光Ｌ０７はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ１０４で反射して、レーザ光Ｌ０８のように上方に進む。レーザ光Ｌ０８はλ／４波長板１０５を通過することで、レーザ光Ｌ０９は円偏光になる。レーザ光Ｌ０９は、水槽１１３の中央部に固定された液浸型対物レンズ１１２に入射し、純水１１４とマスク１０８のマスク基板１０８ａを透過して、パターン面１０８ｃを下側から照射する。

マスク１０８のパターン面１０８ｃ内の観察部を観察する光学系を説明すると、透過照明あるいは反射照明によって照明されたパターン面１０８ｃ内の観察部から発生する光学像のレーザ光（すなわち光学情報を空間的強度分布内に含んだレーザ光）は、対物レンズ１１２から下方に出射するが、そのレーザ光Ｌ０９は反対方向の円偏光になっているため、再びλ／４波長板１０５を通過して今度はＰ波になるため、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。その結果、投影レンズ１０７を通り、二次元光センサ１０９に当たる。すなわち、パターン面１０８ｃ内の観察部の像が、液浸型対物レンズ１１２の焦点距離と投影レンズ１０７の焦点距離との比だけ拡大され、二次元光センサ１０９上に拡大投影される。

液浸型対物レンズ１１２Ａには、ここでは反射屈折型のものが用いられており、焦点距離は約３ｍｍである。一方、投影レンズ１０７の焦点距離は約３００ｍｍであり、その結果、二次元光センサ１０９上に、パターン面１０８ｃ内の像が約１００倍に拡大されて投影される。なお、二次元光センサ１０９としては、ＣＣＤやＴＤＩ等が適する。

マスク検査装置１００では、マスク１０８の下側に液浸型対物レンズ１１２Ａが配置されており、マスク基板１０８ａと液浸型対物レンズ１１２Ａとの間には、検査中は、液浸水としての純水１１４が満たされるようになっている。これによって、液浸型対物レンズ１１２ＡのＮＡを１以上に高くでき、同じ波長の通常のドライの検査装置に比べて、感度は約１．５倍向上している。

ここで、液浸型対物レンズ１１２Ａの構造について図１８を参照して詳細に説明する。対物レンズ１１２Ａは、ボディー１１２ａ、最端レンズ１１５、純水供給口１１６ａ、１１６ｂ、第一純水吸引口１１７ａ、１１７ｂ、第二純水吸引口１１８、ドライエアー噴出口１１９ａ、１１９ｂ、段差部１４０を備えている。

対物レンズ１１２Ａのボディー１１２ａは、略円筒形状である。ボディー１１２ａ上面の略中央には、最端レンズ１１５が設けられている。最端レンズ１１５のマスクスキャン方向の上流側又は下流側にはそれぞれ純水供給口１１６ａ、１１６ｂが形成されている。純水１１４は、純水供給口１１６ａあるいは１１６ｂから供給される。純水供給口の１１６ａか１１６ｂかどちらから純水を供給するかは、検査中のマスク１０８のスキャン方向によって決められる。つまり、供給された純水が、マスク１０８のスキャンによって最端レンズ１１５の全面をカバーするように、マスク１０８のスキャンの上流側となる純水供給口の１１６ａあるいは１１６ｂから純水１１４が供給される。

純水供給口１１６ａ、１１６ｂのスキャン方向の上流側又は下流側には、第一純水吸引口１１７ａ、１１７ｂがそれぞれ設けられている。純水供給口１１６ａ、１１６ｂから供給された純水１１４は、純水吸引口１１７ａあるいは１１７ｂのいずれかで吸引される。つまり、純水吸引口１１７ａ及び１１７ｂは、図示されていない真空吸引装置につながっており、検査中は常に吸引動作を行っている。

第一純水吸引口１１７ａ及び第２純水吸引口１１７ｂの外側には、これらを囲むように第二純水吸引口１１８が形成されている。供給された純水１１４が、純水吸引口１１７ａあるいは１１７ｂのいずれかで完全に回収できなかった場合は、これらを囲む大きな吸引口を有する第二純水吸引口１１８から、吸引し損ねた純水が吸引される。

また、第二純水吸引口１１８の外側には、ドライエアー噴出口１１９ａ、１１９ｂがスキャン方向の上流側又は下流側に形成されている。純水がマスク基板１０８ａに付着して、第二純水吸引口１１８でも吸引しにくい場合は、ドライエアー噴出口１１９ａあるいは１１９ｂからドライエアーを噴出させることで、マスク基板１０８ａに付着した純水を吹き飛ばす。これを動作させた場合に、吹き飛ばされた純水は、純水吸引口１１８から吸引されるようになる。

図１８（ｂ）に示すように、ボディー１１２ａの上側（最端レンズ１１５側）のスキャン方向に直交する方向の両端には、段差部１４０が設けられている。すなわち、対物レンズ１１２Ａのボディー１１２ａの形状は、最端レンズ１１５だけでなく、第二純水吸引口１１８やドライエアー噴出口１１９ａ、１１９ｂを含む先端面以外は、カットされて段差が付いている。これが本実施の形態の大きな特徴であり、段差部１１４を有することで、以下に説明するように、マスクのパターン領域１０８ｅの全面をくまなく検査できるようになる。

段差部１４０の高さは、後述するアームの爪１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄの厚みに対応して形成されている。段差部１４０の高さは、例えば４〜５ｍｍ程度とすることができる。ここで、図１９を参照して、マスク１０８のパターン領域１０８ｅと対物レンズ１１２Ａとの相対関係について説明する。図１９においては、液浸型対物レンズ１１２Ａによってパターン領域１０８ｅの左下端部を観察する場合が示されている。

図１９に示すように、マスク１０８は、そのマスク基板１０８ａの４つの角部において、下面からアームの爪１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄによって支持されている。図１９（ａ）に示すように、パターン領域１０８ｅの左端部を観察する場合、上から見ると、液浸型対物レンズ１１２Ａのボディー１１２ａがマスク１０８から飛び出している。しかしながら、図１９（ｂ）に示すように、横から見ると、液浸型対物レンズ１１２Ａの上面におけるカットされた段差部１４０に、アームの爪１５０ｃが入っている。同様に、マスク１０８のパターン領域１０８ｅの左上、右上、右下端部を観察する場合においても、対物レンズ１１２Ａの段差部１４０にアームの爪１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが入ることとなる。このため、対物レンズ１１２Ａとアームの爪１５０とが干渉（ぶつかる）ことがなく、パターン領域１０８ｅの最端部まで観察することができる。

ここで、本発明における液浸型対物レンズ１１２Ａの外径に関して、図２０を参照して定量的に説明する。図２０中の液浸型対物レンズ１１２Ａでは、その最端レンズ１１５だけを描いてある。液浸型対物レンズ１１２Ａの解像度を左右する特性である開口数ＮＡは、マスク基板１０８ａの屈折率をｎｍ、光軸と最端レンズ１１５の最も外側に入射する観察点から発生する回折光Ｄ１とがなす角度（見込み角）をθｍとすると、式（１）で表される。

また、回折光Ｄ１はマスク基板１０８ａから純水１１４中に進む際に屈折する。このとき、純水１１４の屈折率をｎｗ、屈折角をθｗとすると、式（２）が成り立つ。

これらの角度θｍ及びθｗ、マスク基板１０８ａの厚みｔｍ、純水１１４の厚みｔｗを用いると、最端レンズ１１５に必要な最小の半径Ｒが式（３）から求められる。

そこで、例えば、液浸型の高ＮＡ露光装置で一般的なＮＡの値１．３となる液浸型対物レンズ１１２Ａを用いるならば、波長１９３ｎｍにおけるマスク基板１０８ａ（すなわち合成石英）の屈折率１．５６０７７、純水１１４の屈折率１．４３６、マスク基板１０８ａの厚みｔｍ＝６．３５ｍｍ、純水１１４の厚みｔｗ＝１．０ｍｍを代入すると、Ｒ＝１１．７ｍｍとなる。これが最端レンズ１１５に必要な最小半径であるが、レンズ保持として、周囲に２ｍｍ程度の余裕が必要である。このため、最端レンズ１１５の周囲のボディーの外寸法（図でＸの大きさのことであり、段差を付けられない部分）を考慮すると、（Ｒ＋Ｘ）の値としては、１５ｍｍ程度以上が必要になる。この長さ（Ｒ＋Ｘ）は、図１９に示されたマスク１０８のパターン領域１０８ｅの外側における幅２４ｍｍの部分よりも小さい。従って、対物レンズ１１２Ａをマスク１０８の下側に配置した場合、段差部１４０とマスク基板１０８ａとの間隙にアームの爪１５０ａ、１５０ｃを配置することができる。

従って、本実施の形態のマスク検査装置１００では、マスク１０８のスキャン方向としては、図１９中の矢印のように、パターン領域１０８ｅの外側における幅２４ｍｍの部分の下に、液浸型対物レンズ１１２の段差部１４０が位置するような方向になっている。なお、これに対して、もしもパターン領域１０８ｅの外側における幅１０ｍｍの部分の下に、液浸型対物レンズ１１２の段差部分が位置するような方向（すなわち、図１９でマスク１０８を左右方向）にスキャンするならば、段差部はマスク１０８の外側より出てしまい、マスク基板１０８ａの下側にアームの爪を挿入するスペースが無くなってしまう。

以上説明したように、本実施の形態では、対物レンズ１１２Ａのボディー１１２ａに段差部１４０を設けたことで、液浸型対物レンズ１１２がパターン領域１０８ｅの最端を観察する位置に来ても、アームの爪１５０ａ、ｂ、ｃ、ｄを段差部１４０に挿入でき、マスク１０８を支えられるようになった。これにより、液浸型マスク検査装置において、対物レンズをマスクの下側に配置する場合でも、マスクのパターン領域全面を検査することが可能となる。

ここで、図２２及び図２３を参照して、図１７に示されたマスク検査装置１００に用いられる液浸型の対物レンズの他の例について説明する。図２２は、図１８に示された対物レンズ１１２Ａとは構造が異なる対物レンズ１１２Ｃを示す図である。図２２（ａ）は対物レンズ１１２Ｃを上側から（最端レンズ１１５側から）見た図であり、同図（ｂ）はその断面図である。図２３は、マスク１０８と対物レンズ１１２Ｃの相対位置について示す図である。なお、マスク検査装置の対物レンズ１１２Ｃ以外の構成要素については、図１７に示したものと同等であるため説明を省略する。ここでは、対物レンズ１１２Ｃに置ける純水の供給と回収に関する構造のみを説明する。図２２において、図１８に示した対物レンズ１１２Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

図２２に示すように、液浸型対物レンズ１１２Ｃの先端面の略中央には、最端レンズ１１５が形成されている。最端レンズ１１５の近傍には、マスク１０８のスキャン方向の上流側に純水供給口１１６が設けられている。純水供給口１１６の形状としては、円形の最端レンズ１１５にきわめて近い位置に配置できるように、横長で、最端レンズ１１５の外形に沿って丸まった形状となっている。図２２に示す例では、対物レンズ１１２Ｃに対して、マスクが下方向にスキャンされる。すなわち、対物レンズ１１２Ｃは、ブロック矢印で示すように、マスク１０８に対して相対的に上方向に移動する。その結果、純水供給口１１６から噴き出る純水は最端レンズ１１５全面を満たすように流れ出る。

最端レンズ１１５に接触した純水は、マスク１０８の移動によって、最端レンズ１１５から離れ、第一純水吸引口１１７で吸引される。ただし、第一純水吸引口１１７で吸引しきれなかった僅かな純水は、第二純水吸引口１１８から吸引される。この第二純水吸引口１１８は、第一純水吸引口１１７と最端レンズ１１５とを囲むような大きな円弧形状になっている。この第二純水吸引口２１８によって、マスクのスキャン中でも純水を完全に回収することができる。

本実施例の液浸型対物レンズ１１２Ｃは、図１８に示された液浸型対物レンズ１１２Ａとは異なり、純水供給口１１６が１個しか付いていない。そこで、本実施例では、マスク１０８のスキャン方向が変わる際に、純水吸引口１１６がマスクに対する液浸型対物レンズ２０１の移動方向の上流側に常に位置するように、液浸型対物レンズ１１２Ｃ自体が回転するようになっている。すなわち、図２３に示すように、対物レンズ１１２Ｃの方向が、１１２Ｃａ→１１２Ｃｂ→１１２Ｃｃと変化する。

以上のように、本実施例では、液浸型対物レンズ１１２Ｃ自体がマスクのスキャン方向に応じて向きを変えられるように回転可能に取り付けられている。これによって、純水供給口１１６を１個設ければよく、液浸型対物レンズ１１２Ｃにおける純水の供給と吸引の構造が簡素化できる。

さらに本実施例によると、図２３に示された１１２Ｃａや１１２Ｃｃのように、マスクのスキャン方向と平行な（図では上下の）向きだけでなく、左右や斜めの向きにも設定できる。つまり、マスクを上下のスキャン移動だけでなく、左右や斜めに移動させる間でも、液浸型対物レンズ１１２Ｃを液浸動作させることができる。

また、図２２に示すように対物レンズ１１２Ｃには、ドライエアー噴出口１１９が設けられている。これにより、純水供給口１１６から噴き出た純水が、最端レンズ１１５と反対側に大きく流れ出てしまうことを防ぐことができる。すなわち、純水供給口１１６から純水を噴出している間に、ドライエアー噴出口１１９から噴出されたドライエアーによって、純水を押し出すことができる。特に、このようにドライエアーの噴出によって、純水の広がり方を制御できることで、場合によっては、マスクがスキャンせずに停止している間でも、純水供給口１１６から噴き出た純水が最端レンズ１１５と反対側に大きく流れ出ないようにすることができる。従って、マスク１０８を停止させて、特定の部分を観察するレビュー機能を用いる時でも、液浸型対物レンズ１１８を液浸動作させることも可能になる。

実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係るマスク検査装置について、図２４を参照して説明する。図２４は、本実施の形態に係るマスク検査装置のマスク固定機構の構成を示す図である。図２４（ａ）は、マスク固定機構を上側から見た図であり、同図（ｂ）は側面から見た図である。

上述のとおり、マスクのマスク基板側からパターン面を観察することで、液浸技術を適用できるようにした液浸型のマスク検査装置を発明した。ところが、上述した液浸型のマスク検査装置では、以下のような他の課題がある。すなわち、図１２に示すように、マスク２０８の上側に対物レンズ２１２を配置する場合、マスク２０８のパターン面２０８ｃの端の方を観察する際に、液浸水がマスク基板２０８ａからはみ出してしまうと、マスク基板２０８ａの液浸面と反対側に回りこんでしまい、ペリクル２０８ｂを濡らしてしまう可能性があるという問題がある。

そこで、本発明のマスク検査装置において、液浸型対物レンズをマスクの上側に配置する構成を実現する場合に有効な手法であるマスク固定機構２４０に関して、図２４を用いて説明する。マスク固定機構２４０は、Ｌ字型固定板２４１、固定板２４２ａ、２４２ｂ、パッド２４３ａ〜２４３ｇ、アーム２４４ａ、２４４ｂを有している。

Ｌ字型固定板２４１、固定板２４２ａ、２４２ｂは、撥水性の高いフッ素樹脂からなる。Ｌ字型固定板２４１のマスク２０８との接触部には、パッド２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃが設けられている。また、固定板２４２ａのマスク２０８との接触部には、パッド２４３ｄ、２４３ｅが設けられている。さらに、固定板２４２ｂのマスク２０８との接触部には、パッド２４３ｆ、２４３ｇが設けられている。固定板２４２ａ、２４２ｂの略中央部には、それぞれアーム２４４ａ、２４４ｂが取り付けられており、移動可能・多少回転可能となっている。パッド２４３ａ〜２４３ｇは、厚みが約０．１ｍｍと非常に薄くなっている。すなわち、マスク２０８と、Ｌ字型固定板２４１、固定板２４２ａ、２４２ｂとの間隙は、約０．１ｍｍとなる。

マスク２０８を検査するために本発明のマスク検査装置にセットする場合、始めにマスク２０８は、Ｌ字型固定板２４１に対して、直交する二方向が突き当てられるように配置される。具体的に説明すると、図２４でマスク２０８をＬ字型固定板２４１に付いている２つの薄いパッド２４３ｂ、２４３ｃに突き当てるために、固定板２４２ａで下方向に押している。固定板２４２ａにも２箇所に薄いパッド２４３ｄ、２４３ｅが付いており、これらがマスク２０８に接触する。一方、図２４で左右方向にマスク２０８をＬ字型固定板２４１に付いている薄いパッド２４３ａ突き当てるために、固定板２４２ｂで押している。固定板２４２ｂにも２箇所に薄いパッド２４３ｆ、２４３ｇが付いており、これらがマスク２０８に接触する。

なお、図２４（ｂ）に示すように、Ｌ字型固定板２４１や固定板２４２ａ、２４２ｂの上面の高さは、マスク２０８におけるマスク基板２０８ａの上面の高さとほぼ同じになっている。従って、液浸型対物レンズ２１２がマスク２０８を外れても、Ｌ字型固定板２４１や固定板２４２ａ、２４２ｂにぶつかることはない。

以上説明したように、Ｌ字型固定板２４１、固定板２４２ａ、２４２ｂは、撥水性の高いフッ素樹脂からなり、しかもパッド２４３ａ〜２４３ｇは厚みが約０．１ｍｍと非常に薄くなっている。このため、もしもマスク２０８上にこぼれた純水がＬ字型固定板２４１や固定板２４２ａ、２４２ｂの上に広がっても、これらのギャップから下に落ちることはない。これによって、マスク２０８におけるパターン領域の最も周辺部に液浸用対物レンズ２１２が位置する場合でも、液浸用対物レンズ２１２から供給される純水２１４が、マスク２０８から下にこぼれ落ちることがない。これにより、対物レンズ２１２から供給される液浸水がマスク２０８のペリクル２０８ｂ側まで回り込むのを防止することができる。

ここで、図２４に示したマスク固定機構２４０をより簡素化した他のマスク固定機構２５０の例を図２５に示す。図２５に示すように、マスク固定機構２５０では、マスク２０８における長方形状のパターン領域２０８ｅの短手方向にある２辺のみに、広がった純水を受けるための純水受け板２５１ａ、２５１ｂが付くようになっている。すなわち、純水受け板２５１ａ、２５１ｂがマスク２０８に近接することで、マスク２０８からはみ出す純水を受け止めるようになっている。純水受け板２５１ａの略中央には、アームが取り付けられており、純水受け板２５１ａでマスク２０８を下方向に押して純水受け板２５１ｂに突き当てている。なお、ここではマスク２０８を保持するために、四隅にアームの爪２５３ａ〜ｄで固定される。

なお、本実施例のように液浸型対物レンズ２１２をマスク２０８の上側に配置する場合、液浸型対物レンズ２１２の下面に備えられた純水吸引口や第二純水吸引口による吸引によって、純水だけでなく、マスク２０８自体も吸引されて持ち上がってしまう可能性がある。そこで、本実施例では、図２４（ｂ）に示すように、真空吸着管２４５ａ、ｂ（実際には４本あり、マスク３０１の四隅に配置される。）によって、マスク２０８を下方に引っ張っている。これによってマスク２０８が持ち上がることはない。

ところで、図２４に示すように、対物レンズ２１２はマスク２０８の上側に配置されるため、図１８及び図２２に示すように段差部１４０を設ける必要がない。その結果、液浸用対物レンズの最端レンズが設けられている下面には、純水の供給口や吸引口を多数設けることができる。ここで、図２６を参照して、液浸型対物レンズの他の例について説明する。図２６は、本実施の形態で用いられる対物レンズ２２０の構成を示す図である。

図２６に示すように、対物レンズ２２０の下面の略中央部には、最端レンズ２２１が設けられている。最端レンズ２２１の周囲には、４箇所の純水供給口２２２ａ〜ｄが設けられている。また、純水供給口２２２ａ〜ｄの外側には、純水供給口２２２ａ〜ｄに対応して、４箇所の第一純水吸引口２３２ａ〜ｄが設けられている。これら純水供給口２２２ａ〜ｄ、第一純水吸引口２３２ａ〜ｄが４箇所設けられることにより、マスク２０８のスキャン方向が２方向だけでなく、４方向に移動する場合にも対応できるようにしている。すなわち、それぞれの方向の移動の際に、４箇所の純水供給口２２２ａ〜ｄの中で移動の上流側に位置するものから供給し、４箇所の純水吸引口２２３ａ〜ｄの中で移動の下流側に位置するものから吸引するようになっている。また、これら純水供給口２２２ａ〜ｄと純水吸引口２２３ａ〜ｄとを取り囲むように、リング状の第二吸引口２２４が設けられている。

以上のように、本発明のマスク検査装置において、液浸用対物レンズをマスクの上側に配置する場合は、液浸用対物レンズにおける液浸水の供給口や吸引口を多数設けることができるため、液浸用対物レンズ自体を回転させることなく、マスクの移動方向に対応するものだけを動作させることができる。

ただし、マスクの移動を停止させて特定部を液浸用対物レンズで観察する場合は、これら４個の純水供給口２２２ａ〜ｄ全てから少しづつ純水を流すのが好ましい。これによって最端レンズ２２１の全面に純水を接触させることが容易になる。

これに関して、図２７を用いて説明する。図２７は、液浸型対物レンズ２２０によるレビュー時の純水供給動作の説明図である。図２７（ａ）に示すように、マスクを図で上から下にスキャンする場合は、液浸用対物レンズ２２０における純水供給口２２２ａのみから純水を吐出させている。これによって図で斜線で示した領域が純水で満たされることで、最端レンズ２２１の全面が純水でカバーされることになる。

一方、マスクの移動を停止させるレビュー等の場合に、もしも純水供給口２２２ａのみから純水を吐出させるならば、図２７（ｂ）に示すように、最端レンズ２２１の一部分しか純水でカバーされない場合がある。これに対して、図２７（ｃ）に示すように、４箇所の純水供給口２２２ａ〜ｄ全てから純水を吐出させることで、マスク２０８が停止していても、最端レンズ２２１の全面が純水でカバーされる。

なお、本発明のような液浸型マスク検査装置における液浸水としては、純水が好ましいが、オゾン水を用いてもよい。オゾン水は、特に、有機物の不純物を分解する能力が高いため、マスク基板上に付着した有機の不純物を、マスク検査中に分解することができる。これによると、マスク検査を行うことで、マスク基板が洗浄され、マスク基板上に発生するヘイズ等の曇りを防止する効果も有する。

以上説明したように、本発明に係るマスク検査装置は、液浸方式による実用的なマスク検査装置が実現されるため、リソグラフィ技術の３２〜２２ｎｍ世代に対応できる。さらにまた、本発明のマスク検査装置では、液浸方式により１以上の高いＮＡが実現されるため、マスクをスキャンさせずに、マスク内の特定領域を本発明の液浸型対物レンズで観察するレビュー機能によって、マスクを露光装置に装着して露光する場合の光学的シミュレーションを行う場合でも、１以上の高ＮＡで行えるため、液浸型の露光装置で露光する場合の光学的シミュレーションが実現できる。

実施の形態１に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るマスク検査装置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の一部の構成を示す図である。 本発明で用いられる対物レンズの構成を示す図である。 本発明に用いることができる他の対物レンズの構成を示す図である。 本発明に用いることができる他の対物レンズの構成を示す図である。 本発明に用いることができる他の対物レンズの構成を示す図である。 本発明に係るマスク検査装置における純水の厚みを説明するための図である。 マスク検査装置によっ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。 実施の形態４に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 実施の形態５に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 インプリントマスクを検査する場合について説明する図である。 実施の形態６に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 従来のマスクの構成を示す断面図である。 従来のマスク検査装置の構成を示す図である。 従来の液浸露光装置の構成を示す図である。 実施の形態７に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 実施の形態７で用いられる対物レンズの構成を示す図である。 マスクのパターン領域と対物レンズとの相対位置を説明するための図である。 対物レンズの外径を説明するための図である。 マスクのパターン領域と対物レンズとの相対位置を説明するための図である。 本発明で用いられる対物レンズの構成を示す図である。 図２２に示す対物レンズの移動例を示す図である。 実施の形態８に係るマスク検査装置のマスク固定機構の構成を示す図である。 マスク固定機構の他の構成例を示す図である。 本発明で用いられる対物レンズの構成を示す図である。 図２６に示す対物レンズによるレビュー時の純水供給動作を説明する図である。

符号の説明

１００ マスク検査装置、 １０１ ハーフミラー、
１０２ａ〜ｄ レンズ、 １０３ａ、ｂ 均一化光学系、
１０４ 偏光ビームスプリッタ、 １０５ λ／４波長板、
１０６ コンデンサーレンズ、 １０７ 投影レンズ、
１０８ マスク、 １０８ａ マスク基板、 １０８ｂ ペリクル、
１０８ｃ パターン面、 １０８ｄ フレーム、
１０８ｅ パターン領域、 １０９ 二次元センサ、
１１１ａ，ｂ ミラー、
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ 対物レンズ、
１１２ａ、１１２ｃ ボディー、
１１３ 水槽、 １１４ 純水、 １１５ 最端レンズ、
１１６、１１６ａ、ｂ 純水供給口、
１１７、１１７ａ、ｂ 第一純水吸引口、
１１８ 第二純水吸引口、 １１９ａ、ｂ ドライエアー噴出口、
１２０、１２０Ｂ 半導体レーザ、 １２１ 集光レンズ、
１２２ａ、ｂ 三角プリズム、 １２３ 二分割センサ、
１２４ 信号線、 １３０ 検査光源、
１４０ 段差部、 １５０ アームの爪、
２００ マスク検査装置、
２０１ ハーフミラー、 ２０２ａ〜ｄ レンズ、
２０３ａ、ｂ 均一化光学系、 ２０４ 偏光ビームスプリッタ、
２０５ λ／４波長板、 ２０６ コンデンサーレンズ、
２０７ 投影レンズ、 ２０８ マスク、 ２０８ａ マスク基板、
２０８ｂ ペリクル、 ２０８ｃ パターン面、
２０８ｄ フレーム、 ２０８ｅ パターン領域、
２０９ 二次元センサ、 ２１１ａ，ｂ ミラー、
２１２ 対物レンズ、 ２１４ 純水、
２１５ 純水供給部、 ２１６ 純水吸引部、
２２０ 対物レンズ、 ２２１ 最端レンズ、
２２２ａ〜ｄ 純水供給口、
２２３ａ〜ｄ 第一純水吸引口、 ２２４ 第二純水吸引口、
２３０ 検査光源 、
２４０ マスク固定機構、 ２４１ Ｌ字型固定板、
２４２ａ、ｂ 固定板、 ２４３ａ〜ｇ パッド、
２４４ａ、ｂアーム、 ２４５ａ、ｂ 真空吸引管、
２５０ マスク固定機構、 ２５１ａ、ｂ 純水受け板、
２５２ａ〜ｄ アームの爪、 ２５３ アーム、
３００ マスク検査装置、
３０１ マスク、 ３０１ａ マスク基板、 ３０１ｂ ペリクル、
３０１ｃ パターン面、 ３０２、３０２Ｂ、３０２Ｂ' 対物レンズ、
３０３ 供給用チューブ、 ３０４ 吐出部、 ３０５ 純水、
３０６ 受け皿、 ３０７ 排出用チューブ、 ３０８ パターン領域、
３１２ 凸型反射面、 ３１３ 凹型反射面、 ３２１ 最端レンズ、
３２２ａ、ｂ 吐出部、 ３２３ カット部、 ３３０ 対物レンズ、
３３１ 最端レンズ、 ３３２ａ、ｂ 吐出部、 ３３３ 吸引部、
３４０ 対物レンズ、 ３４１ 最端レンズ、 ３４２ａ、ｂ 吐出部、
３４３ 吸引部、 ３４５ 空気吐出部、 ３４６ チューブ接続口、
４００ａ、ｂ 対物レンズ、 ４０１ａ、ｂ マスク基板、
４０２ａ、ｂ パターン面、 ４０３ａ、ｂ スペーサ、
４０４ａ、ｂ ペリクル、 ５００ マスク検査装置、
５０１ ハーフミラー、 ５０２ａ〜ｄ レンズ、
５０３ａ、ｂ 均一化光学系、 ５０４ 偏光ビームスプリッタ、
５０５ λ／４波長板、 ５０６ コンデンサーレンズ、
５０７ 投影レンズ、 ５０８ インプリントマスク、
５０８ｃ パターン面、 ５０９ 二次元センサ、
５１１ａ，ｂ ミラー、 ５１２ 対物レンズ、 ５１３ 水槽、
５１４ 純水、 ５３０検査光源 、
６００ マスク検査装置、 ６０１ ハーフミラー、
６０２ａ〜ｄ レンズ、 ６０３ａ、ｂ 均一化光学系、
６０４ 偏光ビームスプリッタ、 ６０５ λ／４波長板、
６０６ コンデンサーレンズ、 ６０７ 投影レンズ、
６０８ インプリントマスク、 ６０８ｃ パターン面、
６０９ 二次元センサ、 ６１１ａ，ｂ ミラー、
６１２ 対物レンズ、 ６１４ 純水、 ６１５ パターン領域、
６１６ 吐出部、 ６１７ 吸引部、 ６１８ 最端レンズ、
６３０ 検査光源 、
７００ マスク検査装置、 ７０１ ＥＵＶマスク、
７０２ パターン面、 ７０５ 偏光ビームスプリッタ、
７０６ λ／４波長板、 ７０７ 対物レンズ、
７０８ 投影レンズ、 ７０９ 二次元光センサ、
７１０ 水槽、 ７１１ 高屈折率液体、 ７３０ 検査光源、
８００ 従来のマスク検査装置、 ８０１ マスク基板、
８０２ パターン面、 ８０３ａ、ｂ スペーサ、
８０４ ペリクル、 ８０５ 偏光ビームスプリッタ、
８０６ λ／４波長板、 ８０７ 対物レンズ、
８０８ 投影レンズ、 ８０９ 二次元センサ、
８１０ マスク、 ９００ 液浸露光装置、 ９０１ マスク、
９０２ ウエハ、 ９０３ 縮小投影光学系、 ９０４ 純水、
９０５ ウエハステージ、 ９０６ 純水供給部、
９０７ 純水吸引部、 Ｌ０１〜１２、２１〜２７、５１〜５９ レーザ光、
６１〜６７、７１、７２、８１〜８３ レーザ光、 Ｄ１ 回折光

Claims (5)

1. マスク基板に設けられたパターンを覆うペリクルつきのマスクにおいて、液体が貯留された容器中に前記ペリクルが上になった状態で前記マスクを配置するとともに、前記マスク基板のパターン形成面と反対側の反パターン面側に対物レンズを配置し、
   前記反パターン面と前記対物レンズの前記マスク側の最端レンズとの間に前記液体を満たして前記反パターン面が液体と接触した状態として、
   前記液体の光学距離と前記マスク基板の光学距離との和がほぼ一定となるように前記液体の厚みを調整し、前記容器中を平面的に移動可能な前記マスク基板の直下にある前記対物レンズを介して、前記パターンの観察を行うマスク検査方法。
2. 前記反パターン面の全面を前記液体に接触させる請求項１に記載のマスク検査方法。
3. マスク基板に設けられたパターンを覆うペリクルつきの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形成面と反対側の反パターン面側に配置される対物レンズと、
   前記対物レンズの前記マスク側の最端レンズと前記反パターン面との間に満たされる液体と、
   前記対物レンズと前記マスク基板の前記反パターン面との間に満たされる液体を溜める容器と、
   前記液体の厚みと前記マスク基板の厚みの和がほぼ一定となるように前記液体の厚みを調整する調整手段と、を備え、
   前記マスク基板の反パターン面側の全面が前記液体と接するように、前記ペリクルが上になった状態で前記マスクが前記容器内に配置され、
   前記パターン面が上側に設けられ、かつ前記対物レンズが前記容器の下側に配置し、
   前記調整手段によって前記液体の厚みを調整した状態とし、前記容器中を平面的に移動可能な前記マスク基板の反パターン面の直下にある前記対物レンズを介して、前記パターンの観察を行うマスク検査装置。
4. 前記容器内における前記マスクのパターン面までの高さを測定する測定部をさらに備える請求項３に記載のマスク検査装置。
5. 前記対物レンズは、軸対称な反射屈折型である請求項３、又は４に記載のマスク検査方法。

Images