(57)【要約】【課題】  反射型マスクの位相欠陥を含めた欠陥の有無を、より正確かつ簡易に検査することを可能とする反射型マスクの検査方法を提供すること。【解決手段】  多層膜が形成された反射型マスクの検査方法において、前記反射型マスクに波長２乃至４０ｎｍの光を入射させた際に前記多層膜から放出される二次放射線を計測するステップと、該計測値に基づいて前記反射型マスクの欠陥の有無を判断するステップとを設けた。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜が形成された反射型マスクの検査方法において、
前記反射型マスクに波長２乃至４０ｎｍの光を入射させた際に前記多層膜から放出される二次放射線を計測するステップと、
該計測値に基づいて前記反射型マスクの欠陥の有無を判断するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記判断するステップは、前記計測値に基づいて前記多層膜へ入射する光と前記多層膜から反射する光との位相差を決定するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記多層膜の面形状を計測するステップを更に有し、
前記判断するステップは、前記二次放射線を計測するステップと前記面形状を計測するステップとで得られた計測値に基づいて、前記反射型マスクで反射された光の波面を決定するステップを有することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
多層膜が形成された反射型マスクを検査する検査装置において、
前記多層膜に波長２乃至４０ｎｍの光を入射させる照射系と、
前記多層膜に前記光が入射することにより該多層膜から放出される二次放射線を検出する検出器と、
前記検出器の検出値に基づいて前記反射型マスクの欠陥の有無を判断する制御部とを有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至３記載の方法で反射型マスクを検査するステップと、
該検査された反射型マスクのパターンで被露光体を露光するステップと、
該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の装置で反射型マスクを検査するステップと、
該検査された反射型マスクのパターンで被露光体を露光するステップと、
該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、露光装置に用いられる原版としてのマスクの検査方法に係り、特に、露光光としてＥＵＶ光を使用するＥＵＶ露光装置に主に用いられる多層膜が形成された反射型マスクを検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。５０ｎｍを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長１３．５ｎｍ程度の極端紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）光を用いた露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」という。）が開発されている。
【０００３】
ＥＵＶ露光装置は、原版としてパターンが形成された反射型マスクを使用し、その反射型マスクのマスク基板には光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜が形成される。多層膜は、例えば、精密な形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層する。その層の厚さは、たとえばＭｏ層の厚さは３ｎｍ、Ｓｉ層の厚さは４ｎｍ程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものは膜周期と呼ばれ、上記例では膜周期は７ｎｍである。
【０００４】
このような反射型マスクにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると干渉条件を満たすλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は０．６〜１ｎｍ程度である。干渉条件は近似的には以下のブラッグの式の関係式で表現できるが、精密には物質中での屈折等の影響により、この式から求めた値より微小にずれることがある。
【０００５】
２×ｄ×ｃｏｓθ＝λ
反射型マスクの反射面の面形状は非常に高い精度であることが要求される。例えば、マスク上の隣りあう領域において反射光の位相がπずれると、結像した像のその境界付近の電場強度が打ち消しあうため光強度はほとんど得られず、露光時に所望のコントラストが得られない。強度の低下の許容値を理想的な値の１０％以下とすると、マスクに許容される位相のずれはπ／１０程度である。波長１３．５ｎｍの光を入射角１０°で膜厚７ｎｍの多層膜に入射した場合、許容値のπ／１０を達成するには反射面の面形状として０．３５ｎｍの精度が要求される。
【０００６】
反射型マスクの製造工程は、マスク基板（多層膜ミラー）形成工程、マスク基板検査工程、パターン形成工程、を含む。
【０００７】
マスク基板形成工程は、まず、所定の形状の基板を作製する。次に、基板表面に多層膜を成膜する。この際、マスク基板それぞれの位置の多層膜に入射する光の角度と波長を考慮し、最適な膜厚分布とする。
【０００８】
マスク基板検査工程は、形状計測工程、反射率計測工程などからなる。形状計測工程は、多層膜の成膜が終わったマスク基板の表面形状を可視光を用いた干渉計により計測を行うと共に、マスク基板表面の面形状が所定の形状を満足しているかどうかを判断する。所定の面形状を有しないと判断されたマスク基板は、成膜が不成功であるため、多層膜を剥離して多層膜を再度形成する。そして、反射率計測工程では、マスク基板が所定の反射率分布を有するかを計測する。
【０００９】
パターン形成工程では、マスク基板検査工程において所望の性能が満たされたマスクに電子線描画などにより回路パターンを描く。
【００１０】
その他の従来技術として、Ｘ線多層膜ミラーの層構造及び界面粗さの情報をＸ線定在波スペクトルの形状から取得する方法も知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。  
また、物質中での電子のエネルギー損失に関するデータについても開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。多層膜の反射率と反射光の位相の関係については、モデル計算が開示されている（例えば、非特許文献２参照。）。更に、多層膜表面の光電効果についても開示されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１１】
更に、その他のＸ線多層膜の検査技術として、ＥＵＶ光を用いたＥＵＶ顕微鏡を用いる方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。このＥＵＶ顕微鏡は、結像光学系を有するものであり、検査対象となる多層膜ミラーを１０００倍程度に拡大して観察することが可能なものである。
【特許文献１】特開２００２−２４３６６９号公報
【特許文献２】特開２０００−５５８４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１１４２００号公報
【非特許文献１】中井洋太他、「１０ｋｅＶ以下の電子に対する物質の阻止能」、応用物理第５１巻第３号、２７９頁、１９８２年３月
【非特許文献２】Ｊ．Ｈ．Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ  ａｎｄ  Ｔ．Ｗ．Ｂａｒｂｅｅ，“Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｓ  Ｂｒａｇｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｘ−Ｒａｙｓ  ａｎｄ  Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄＰｒｅｄｉｃｔｅｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ２０，３０２７  （１９８１）
【非特許文献３】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｅ．Ｍａｌｉｎｏｗｓｋｉ，Ｃｈｉｐ  Ｓｔｅｉｎｈａｕｓ，Ｗ．Ｍｉｌｅｓ  Ｃｌｉｆｔ，Ｌｅｏｎａｒｄ  Ｅ．Ｋｌｅｂａｎｏｆｆ，Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｍｒｏｗｋａ，Ｒｅｇｉｎａ  Ｓｏｕｆｌｉ“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍｏ／Ｓｉ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｍｉｒｒｏｒｓ  ｂｙ  Ｓｉ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｃａｐｐｉｎｇ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ”Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ４６８８，Ｐａｇｅ  ４４２−４５３，Ｊｕｌ  ２００２．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マスク基板の欠陥は、位相欠陥と振幅欠陥に分けられる。
【００１３】
位相欠陥は図１７（ａ）に示すように異物などの上に十分な層数の多層膜がある場合である。位相欠陥のある多層膜基板に平面波が入射された場合、異物の位置に対応した場所の反射波の位相とその他の場所との反射波の位相がずれるため、反射波面が平面波からずれる。異物上に十分な数の多層膜が積層されているため反射率は異物の無い場合と同程度である。
【００１４】
振幅欠陥は図１７（ｂ）に示すように多層膜上部に異物などがある場合である。多層膜中に異物があり、その上に高い反射率を得るのに十分な数の多層膜が積層されていない場合も振幅欠陥に含まれる。
【００１５】
マスク基板検査の従来技術である反射率計測では反射光の振幅強度を測定するため、振幅欠陥の有無を判断することはできる。しかし、位相欠陥の有無を判断することができないという問題を有する。
【００１６】
また、特許文献１の技術では、多層膜ミラーの層形状を簡易に測定でき、振幅欠陥の有無の判断はできる。しかし、反射面の波面は位相を考慮しなければ求めることができないため、位相欠陥の有無は判別することができないという問題を有する。
【００１７】
また、ＥＵＶ顕微鏡では振幅欠陥の有無、位相欠陥の有無をともに判断できるものの、高倍率で計測するため、一回の測定で検査可能な領域が微小領域に限定される。そのためマスク全面の検査に時間がかかるという問題を有する。
【００１８】
そこで、本発明は、反射型マスクの位相欠陥を含めた欠陥の有無を、より正確かつ簡易に検査することを可能とする反射型マスクの検査方法を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一側面としての反射型マスクの検査方法は、多層膜が形成された反射型マスクの検査方法において、前記反射型マスクに波長２乃至４０ｎｍの光を入射させた際に前記多層膜から放出される二次放射線を計測するステップと、該計測値に基づいて前記反射型マスクの欠陥の有無を判断するステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の反射型マスクの検査方法によれば、反射型マスクの位相欠陥を含めた欠陥の有無を、より正確かつ簡易に検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図３を参照して、本実施形態の反射型マスクの製造方法の主要部について説明する。ここで、図３は、本実施形態の反射型マスクの製造方法１０００の主要部を示すフローチャートである。まず、所定形状の基板を作製し（ステップ１００１）、その基板上に所定の膜厚を有する多層膜を形成する（ステップ１００２）。
【００２３】
次いで、多層膜の面形状の測定を行う（ステップ１００４）。この際、従来の形状計測工程が多層膜表面の幾何学的な面形状のみを計測していたのに対して、本実施形態では、以下に詳述するように、多層膜反射面の幾何学的な面形状に加え、入射光と反射光の位相差に基づく等価的な反射面の面形状も算出している。後者を算出するに際しては、所定形状の基板上に所定の膜厚を有する多層膜が形成された反射型マスクの多層膜に波長２乃至４０ｎｍの光（ＥＵＶ光）が入射した際に、多層膜の表面近傍で形成された定在波による励起により多層膜から放出される二次放射線（蛍光Ｘ線、光電子等）を計測し、該計測値に基づいて入射光と反射光との位相差を決定し、かかる位相差を利用して後述する「等価的な反射面」の面形状を決定する。なお、ここで二次放射線とは、放射線源が直接放出した放射線（一次放射線）と物質との相互作用によって発生した放射線のことをいい、蛍光Ｘ線、光電子を含む。
【００２４】
次に、「等価的な反射面」の面形状の設計値あるいは理想的な形状からの差（誤差）が許容範囲（例えば、上述の形状誤差σ）内にあるかどうかを判断する（ステップ１００６）。ステップ１００６は、許容範囲にないと判断すれば、多層膜の形成が不適当であるとみなして多層膜を剥離し（ステップ１００８）、ステップ１００２に帰還する。一方、ステップ１００６は、許容範囲にあると判断すれば、多層膜の形成が適当であるとみなしてマスク基板の形成を終了し、マスク基板上にＥＵＶ光を吸収するタングステン等の材料からなるパターンを形成する（ステップ１０１０）。本実施形態では、このように、位相差に起因する等価的な反射面の面形状を計測して形状計測精度を高め、反射型マスクの位相欠陥を含めた欠陥を検査している。
【００２５】
光の波面は、電磁場振動の位相の等しい面として定義され、幾何光学的に表現された光線とは直交する。平行な光束の波面は、光の進行方向と直交する平面であり、このような光束は平面波と呼ばれる。
【００２６】
まず、単純化のため、入射角０°の平面波が平面ミラーで反射される場合を考える。入射角０°なので、波面はミラー表面と平行な平面である。ミラー表面での反射における位相差、即ち、反射光と入射光の位相差がミラー表面の至る所で一定である場合、入射光は反射において一定量の位相変化を受ける。このため、反射光の波面（＝等位相面）はやはりミラー表面に平行な平面となる。
【００２７】
次に、平面波が、表面が平面でないミラーで反射される場合、ミラー表面での反射における位相差がミラー表面の至る所で一定であれば、反射光は一定の位相変化を受けるが、ミラー面の凹凸によって光路差が生じるので、反射光の波面（＝等位相面）は平面からずれる。ミラー面のある位置がｈだけ盛り上がっている場合、反射光の波面はそれに対応する位置で２ｈだけ盛り上がった（ミラー面から離れた）形状になる。
【００２８】
また、平面ミラーであってもミラー表面での反射により生じる位相差がミラー表面の一部で異なる場合、反射光は場所により異なる位相変化を受けるので、反射光の波面（＝等位相面）は平面からずれた形状となる。平面ミラー上のある場所で反射における位相差が、その周囲の場所に比べてδ（ｒａｄ）だけ大きい場合、この場所で反射した反射光の波面は、周囲の場所で反射した波面に比べて、ミラー面よりδλ／２πだけ盛り上がった（ミラー面から離れた）形状になる。ここで、λは入射光の波長である。この場合、表面での反射における位相差が一定であるが、ミラー面がδλ／４πだけ盛り上がったミラーで反射したのと等価である。
【００２９】
このように、表面での反射における位相差をミラー形状に換算したミラー形状のことを「等価的な反射面」と呼ぶ。
【００３０】
更に、平面波が、表面が平面ではなく、反射により生じる位相差が面内で一定ではないミラーで反射される場合について考える。ミラー面のある位置で形状がｈだけ盛り上がり、更に、この位置で反射における位相差がその周囲の場所に比べてδ（ｒａｄ）だけ大きい場合、上記二例の重ね合わせとなって、反射光面の形状は、２ｈ＋δλ／２πだけ盛り上がった（ミラー面から離れた）形状になる。この場合、等価的な反射面は、（ｈ＋δλ／４π）だけ盛り上がった形状になる。
【００３１】
入射角θが０°でない場合には、幾何学的な光路差を補正すれば同様な考え方が成り立つため、一般的には、等価的な反射面は、ｈ＋δλ／（４πｃｏｓθ）と補正すればよい。このように、従来の形状計測工程では、ｈのみを測定していたのに対して、本実施形態ではｈ＋δλ／（４πｃｏｓθ）を算出し、これを形状誤差の許容値と比較している。また、従来は、位相差δを正しく測定できなかったが、本実施形態では以下に説明するように位相差δを簡単かつ正確に測定することを可能にしている。なお、ここまでの説明では単純化のため、平面波が入射する場合について説明したが、入射光が平面波でなく
球面波やそれに収差が重畳したような場合でも、充分小さい領域を考えれば平面波で近似できるので、上記説明は同様に成り立つ。
【００３２】
多層膜に単色で平行なＥＵＶ光を入射した場合、この多層膜で反射されたＥＵＶ光は入射光に対して位相差を有する。また多層膜内部や外部では入射光と反射光とが干渉し、定在波が発生する。本発明では、定在波を利用して上記位相差δを求めたり、入射光の波面と反射光の波面との関係を正確に測定したりする。その方法について以下で詳細に述べる。
【００３３】
多層膜にＥＵＶ光を入射し、ＥＵＶ光が反射する場合、入射光と反射光との位相差は多層膜構造や多層膜を構成する物質の光学定数、入射角、ＥＵＶ光の波長などによって変化する。入射するＥＵＶ光の電場強度をＥ０、振幅反射率をｒとした時、反射光の電場振幅はｒ×Ｅ０となる。入射光と反射光の位相差δについて入射光と反射光とが重ね合わされた電場の振幅Ｅは次式で与えられる。
【００３４】
Ｅ−Ｅ０（１＋ｒ×ｃｏｓδ）
電場強度は振幅の自乗に比例すること、光の反射率Ｒは振幅反射率ｒの自乗であることから、多層膜表面の（入射光と反射光が干渉して生成する定在波の）電場強度Ｉと入射光の電場強度Ｉ０の比（電場強度比）Ｉ／Ｉ０は次式で与えられる。
【００３５】
Ｉ／Ｉ０＝（１＋Ｒ＋２×Ｒ１／２×ｃｏｓδ）
数式３から逆に、多層膜表面の電場強度と入射光の電場強度の比Ｉ／Ｉ０及び反射率Ｒを取得すれば位相差δを求めることができる。反射率Ｒは、入射光の強度と反射光の強度を測定して両者の比を取ることで容易に測定することができる。多層膜表面の電場強度と入射光の電場強度の比Ｉ／Ｉ０を計測する方法については以下に詳細に説明する。
【００３６】
真空中の物質にＥＵＶ光が照射されると、光の一部はその物質に吸収され、光電効果を起し、電子が放出される。このとき、放出される光電子の量はその位置での電場強度に比例する。そこで、図４に示すように、多層膜のＥＵＶ光照射領域の近傍にマイクロチャンネルプレートや電子増倍管などの光電子検出器を設けて光電子の量を計測する。
【００３７】
物質のごく表面で光電効果が起きた場合には、放出された電子は殆どエネルギーを失うことなく真空中に放出される。この現象は外部光電効果と呼ばれる。一方、物質の内部（表面からおよそ１ｎｍより深い位置）で光電効果が起きた場合には、放出された電子は周囲の原子と非弾性衝突しエネルギーを急速に失い、真空中まで出て来ることは殆どない。また真空中に放出されたとしても、原子から放出された時のエネルギーの大部分を失って低いエネルギーの電子となって放出される。（非特許文献１参照）。このため、外部光電効果によって真空中に放出される電子の量は、物質の最表面近傍（表面からおよそ１ｎｍより浅い領域）の電場強度に比例する。所定の入射角θ０、所定の波長λ０で高い反射率を得るように構成された多層膜に、ブラッグの条件を満たす入射角θ０で波長λ０のＥＵＶ光を入射した場合、表面から真空中に放出される光電子の量ＱＲは、入射光と反射光との干渉によって生じた物質の最表面近傍における定在波の電場強度に比例する。
【００３８】
なお、真空中の物質にＥＵＶ光が照射されると、光の一部はその物質に吸収され、光電子だけでなく、その他の二次放射線として例えば蛍光Ｘ線が放出される。このとき、放出される蛍光Ｘ線の量もその位置での電場強度に比例する。そこで、図４に示す検出器としてＸ線検出器を用いて、蛍光Ｘ線の量を計測することとし、前述のＱＲとして蛍光Ｘ線の量を用いても良い。
【００３９】
蛍光Ｘ線のエネルギーは、それを放出する原子に固有のエネルギーを有しており、蛍光Ｘ線を分光し特定のエネルギーを有するＸ線の強度のみを計測することで、特定の原子の位置における電場強度を計測することができる。
【００４０】
従って、多層膜の最表面に、多層膜を構成する元素とは異なる元素から成る薄膜を設けておき、この元素に固有の蛍光Ｘ線の強度を計測すれば、多層膜表面近傍の電場強度を計測することができる。
【００４１】
この多層膜に、入射角θ０から大きく異なる入射角で波長λ０のＥＵＶ光を入射した場合、干渉によって反射光の強度を強め合う条件から外れるので、反射率は非常に低くなり、反射光の強度は入射光の強度に比べて非常に小さくなる。このとき多層膜表面から真空中に放出される光電子の量Ｑ０は、入射光の電場強度にほぼ比例する。但しこのとき、入射角が９０度に近くなると全反射が起きることによって反射率が高くなるので、入射角は９０度に近くない方がよい。
【００４２】
図６は、反射率と電場強度比の入射角依存性の例を示すグラフである。電場強度比とは、多層膜表面の電場強度と入射光の電場強度の比である。この例では、波長１３．５ｎｍである。入射角１０°で反射率がピークとなるよう最適化された多層膜を用いている。この例では入射角がおよそ２０度〜７０度の範囲において、反射率が入射角１０度でのピーク反射率（約７０％）の１０分の１以下になっており、規格化した電場強度は１に近い値となっている。すなわち、入射角がおよそ２０度〜７０度の範囲において、多層膜表面の電場強度は入射光の電場強度にほぼ等しくなっている。このような角度範囲でこのとき多層膜表面から真空中に放出される光電子の量Ｑ０は、入射光の電場強度にほぼ比例する。ここで示した例とは異なる入射角で反射率がピークとなる多層膜に対しても、同様に、ピークとなる入射角とは大きく異なり反射率が低くなる角度において多層膜表面から真空中に放出される光電子の量Ｑ０は、入射光の電場強度にほぼ比例する。
【００４３】
そこで、多層膜に、ブラッグの条件を満たして高い反射率が得られる入射角と、ブラッグの条件を満たさずに反射率がそれに比べて非常に低くなる入射角との２つの条件でＥＵＶ光を照射し、真空中に放出される光電子の量ＱＲ、Ｑ０を求めれば、以下の式によって多層膜表面の（定在波の）電場強度Ｉと入射光の電場強度Ｉ０の比を求めることができる。
【００４４】
ＱＲ／Ｑ０＝Ｉ／Ｉ０
入射角の異なる２つの測定条件の間で入射光の強度が変動する可能性がある場合には、入射光強度を計測する検出器を設け、入射光強度で真空中に放出される電子の量を規格化して入射光強度が変動に伴う誤差を抑制することが可能である。すなわち、図１に示した測定装置を用いて、所定の入射角θ０、所定の波長λ０で高い反射率を得るように構成された多層膜に、ブラッグの条件を満たす入射角θ０で波長λ０のＥＵＶ光を入射した場合、表面から真空中に放出される光電子の量ＱＲ、を測定する際にビーム強度モニタ（１４）で測定されたビーム強度をＩ０Ｒとする。
【００４５】
この多層膜に、入射角θ０から大きく異なる入射角で波長λ０のＥＵＶ光を入射した場合、干渉によって反射光の強度を強め合う条件から外れるので、反射率は非常に低くなり、反射光の強度は入射光の強度に比べて非常に小さくなる。このとき多層膜表面から真空中に放出される光電子の量Ｑ０を測定する際にビーム強度モニタ（１４）で測定されたビーム強度をＩ００とする。真空中に放出される光電子の量を入射光強度で規格化して次式のようにすることにより、入射光強度の変動に伴う誤差を抑制することが可能である。
【００４６】
（ＱＲ×Ｉ００）／（Ｑ０×Ｉ０Ｒ）＝Ｉ／Ｉ０
ブラッグの条件を満たす多層膜に、ブラッグの条件を満たす波長λ０からずれた波長λのＥＵＶ光を入射角θ０で射した場合、干渉によって反射光の強度を強めあう条件から外れるので、反射率は非常に低くなり、反射光の強度は入射光の強度に比べて非常に小さくなる。例えば、図８の例では、波長１２．８〜１４ｎｍを外れた波長域では、反射率がピークの反射率に比べて１０分の１以下と、非常に小さな値になっている。
【００４７】
このとき多層膜表面から真空中に放出される光電子の量ＱＬは、入射光の電場強度にほぼ比例する。但し、このとき用いる波長とブラッグの条件を満たす波長λ０とが離れすぎると、光電子の放出効率（単位入射光子数当たりに放出される光電子数）がずれてくるので、あまり離れていない波長を用いることが望ましい。具体的には、多層膜表面を構成する元素の吸収端波長を境に光電子の放出効率量は急激に変化するので、多層膜表面を構成する元素の吸収端波長を越えない範囲で波長を変えることが望ましい。
【００４８】
そこで、波長を変えながら多層膜にＥＵＶ光を照射し、高い反射率が得られる波長と、反射室がそれに比べて非常に低くなる波長との２つの波長での、真空中に放出される光電子の量ＱＲ、ＱＬを求めれば、次式から多層膜表面の電場強度Ｉと入射光の電場強度Ｉ０の比を求めることができる。
【００４９】
ＱＲ／ＱＬ＝Ｉ／Ｉ０
異なる角度で測定する場合と同様に、波長の異なる２つの条件の測定の間で入射光の強度が変動する可能性がある場合には、入射光強度を計測する検出器を設け、入射光強度で真空中に放出される光電子の量を規格化して入射光強度が変動に伴う誤差を抑制することが可能である。
【００５０】
多層膜の最表面を構成する物質と同一物質で構成された単層膜にＥＵＶ光を入射した場合、反射率は非常に低くなり、反射光の強度は入射光の強度に比べて非常に小さくなる。このとき単層膜表面から真空中に放出される光電子の量Ｑ００は、入射光の電場強度にほぼ比例する。そこで、多層膜に、高い反射率が得られる入射角でＥＵＶを照射したときに真空中に放出される光電子の量ＱＲと、多層膜の最表面を構成する物質と同一物質で構成された単層膜にＥＵＶ光を入射した場合に真空中に放出される光電子の量Ｑ００を求めれば、次式から多層膜表面の電場強度Ｉと入射光の電場強度Ｉ０の比を求めることもできる。
【００５１】
ＱＲ／Ｑ００＝Ｉ／Ｉ０
この場合にも同様に、２つの測定の間で入射光の強度が変動する可能性がある場合には、入射光強度を計測する検出器を設け、入射光強度で真空中に放出される光電子の量を規格化して入射光強度が変動に伴う誤差を抑制することが可能である。
【００５２】
次に、以下の式により位相δを算出する。
【００５３】
ｃｏｓδ＝（Ｉ／Ｉ０−１−Ｒ）／（２×Ｒ１／２）
位相差の余弦から位相差を求める際に、位相差に２πの整数倍の不確定性があるが、連続的に測定した領域内であるいは波長変化に対して位相差が連続につながるようにすればよい。また位相差の正負の不確定性があるが、多層膜の反射ピーク近傍で正の傾きを持つようにすればよい。
【００５４】
以上述べたような方法により、多層膜表面の電場強度と入射光の電場強度の比Ｉ／Ｉ０および反射率Ｒを測定することにより、入射光の位相と反射光の位相差δを求めることができる。次に、多層膜で反射したＥＵＶ光の波面を求める方法について説明する。
【００５５】
多層膜の表面形状（即ち、上述のｈ）は、当業界で既知の方法、例えば、スタイラス（触針）を表面に接触させて形状を機械的に直接測定する方法、可視光や紫外光を用いた干渉計による方法等により精度良く計測することができる。
【００５６】
ミラー表面での反射において入射光と反射光の位相差δが、ミラーの面で一定であり入射角にも依存しない場合には、通常の光線追跡法や回折積分法を用いて、多層膜で反射したＥＵＶ光の波面を求めることができる。（例えば、鶴田匡夫  応用光学Ｉ（１９９０年７月発行）を参照のこと。）
ミラー表面での反射において入射光と反射光の位相差δが、ミラーの面内で変化したり、入射角に依存したりする場合には、多層膜表面で光路長がδλ／２πだけ付加するとして回折積分法等を用いれば、多層膜形状から、多層膜で反射したＥＵＶ光の波面を求めることができる。
【００５７】
あるいは、図７に示すように、マスク基板面上の座標をｘ，ｙ、マスク基板の幾何学的な面形状をｈ（ｘ，ｙ）、ＸＹ平面に対するマスク基板面の法線の傾きをφ（ｘ，ｙ）、ＥＵＶ光のミラー面に対する入射角分布をθ（ｘ，ｙ）、ＥＵＶ光としての入射光と反射光の位相差をδ（ｘ，ｙ，λ，θ）としたとき、マスク基板面の多層膜をＥＵＶ光で見た時の等価的な面形状は次式で表される。この等価的な面形状を用いて、光線追跡法によって反射光の波面あるいは反射光の光線を求めてもよい。ここで、図７は、多層膜ミラーの反射面形状の測定方法を説明するための概略断面図である。
【００５８】
なお、図７においては、マスク基板の表面を曲面で表したが、一般にマスク基板の表面は曲率を持たないため、φ（ｘ，ｙ）は略０である。
【００５９】
【数１】
2005322754.tif 000003
【００６０】
このように、本実施形態によれば、多層膜にＥＵＶ光を入射した際に生じる定在波に伴い放出される二次放射線を利用して、入射光と反射光の位相差δを求め、多層膜表面の幾何学的な面形状の計測結果（即ち、ｈ）と位相差δとから、ＥＵＶ光から見た等価的な反射面の形状としてのｈ＋δλ／（４πｃｏｓθ）、あるいは、多層膜で反射したＥＵＶ光の波面を求めている。従来の形状測定はｈのみを求めているのに対して、本実施形態の形状測定ではｈ＋δλ／（４πｃｏｓθ）を求めているので、ＥＵＶ光から見ると形状測定の精度が向上しており、反射型マスクの位相欠陥を含めた欠陥の有無を、より正確かつ簡易に検査できる。また、本実施形態によれば、通常の反射率測定装置に光電子検出器を付加しただけのマスク検査装置によって、容易に入射光と反射光の位相差を求めることが可能であり、小規模な装置でマスク基板評価のための高精度の計測が可能となった。
【００６１】
これらの原理は様々なパターンに応用することができる。それらの例は、以下の実施例において明らかにされるであろう。
【実施例１】
【００６２】
図１は、本実施例のマスク検査装置１の概略ブロック図である。シンクロトロン放射光光源や、レーザープラズマ光源、放電プラズマ光源などのＥＵＶ光源１０から放射されたＥＵＶ光は分光器１２により所定の波長だけが取り出され、単色化される。単色化されたＥＵＶビームは測定対象としての反射型マスク（又は試料）ＭＬや検出器２４、２６が設置された測定室２０に導かれる。分光器１２及びビーム強度モニタ１４は、照射系を構成する。測定室２０は大気によるＥＵＶ光の減衰や光電子の散乱、あるいは多層膜表面への汚染付着を防止するために、真空ポンプなどの排気手段２１によって超高真空領域まで排気されている。測定対象としての反射型マスクＭＬは回転及び並進移動可能なステージ２２の上に固定されており、単色化されたＥＵＶビームが、反射型マスクＭＬの所定の位置に所定の角度で入射するようになっている。反射型マスクＭＬによって反射されたＥＵＶビームは、ＥＵＶ光検出器２４に導かれ、反射光の強度が計測される。検出器２４は、フォトダイオード、光電子増倍管、ＣＣＤなどを使用することができる。ステージ２２により反射型マスクＭＬを退避させ、検出器２４に単色化されたＥＵＶビームを直接入射することで入射光のビーム強度を計測することもできるようになっている。検出器２４の出力は、電荷増幅器を用いて電圧信号に変換し、更にアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ））１８を用いてデジタル化したのちにコンピュータなどの演算部１６に取り込む。反射型マスクＭＬで反射された反射光のビーム強度と、入射光のビーム強度の比を計算することによって演算部（制御部）１６は反射率Ｒを求めることができる。
【００６３】
光源１０から放射される光強度の時間変動を補正するために、測定室２０に導かれる単色のＥＵＶ光の強度を測定する入射光モニタ１４が設けられている。放射光光源を用いる場合には、光源の電子蓄積リングの電流を測定することで入射光モニタとしてもよい。
【００６４】
反射型マスクＭＬの近傍には光電子を検出する検出器２６が設置されている。検出器２６は、電子増倍管やマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）などを使用することができる。放出された光電子が取り込まれやすいように、検出器２６の入射電極は、反射型マスクＭＬに対して正電位になるように設定されている。反射型マスクＭＬの表面から放出された光電子が電子増倍管やＭＣＰに入射すると、内部に印加された高電圧により電子増倍作用をうけ、増幅された電荷信号として出力される。これを電荷増幅器を用いて電圧信号に変換し、更にアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１８を用いてデジタル化したのちに演算部１６に取り込む。
【００６５】
本実施例では、以下の手続によって反射光の位相を計測する。
【００６６】
まず、ステージ２２により試料ＭＬを退避し、入射光の強度を検出器２４で測定する。このとき分光器１２から出射するＥＵＶ光の波長λを変えながら、波長走査を行い、入射光の強度の波長依存性を測定する。入射光の強度をＩＲ０（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ００（λ）とする。
【００６７】
次に、ステージ２２により単色化されたＥＵＶビームが、反射型マスクＭＬの所定の位置に所定の角度で入射するように設定し、反射光の強度を検出器で測定する。同時に、検出器２６によって、試料表面から放出される光電子の量を測定する。このとき分光器１２の波長設定を変えながら、波長走査を行い、反射光の強度の波長依存性と、試料ＭＬの表面から放出される光電子の量の波長依存性とを同時に測定する。このとき、多層膜試料で反射された光強度をＩＲ１（λ）、多層膜試料の測定された光電子放出量をＱＳ（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ０１（λ）とする。
【００６８】
次に、参照試料ＲＳとして多層膜の最上層を構成する物質で構成された単層膜ミラーの光電子放出量を計測する。参照試料（又は単層膜ミラー）ＲＳの単層膜の厚さは、光電子の脱出深さより充分厚く、また測定しようとする光の透過率が充分小さいことが望ましく、光の波長が１３．５ｎｍ程度であれば、ＭｏやＳｉ、ルテニウム（Ｒｕ）などの場合、数百ｎｍ以上の厚さがあればよい。多層膜の最上層がＳｉの場合、Ｓｉウェハを使用してもよい。
【００６９】
多層膜試料ＭＬについて行ったのと同様な方法で参照試料ＲＳに対し、試料表面から放出される光電子の量の波長依存性を測定する。試料表面での電場は、入射光の電場と反射光の電場とを足しあわせたものであるが、単層膜ミラーＲＳの反射率はＥＵＶ光に対して非常に低いため、単層膜表面の電場強度は入射光の電場強度にほぼ等しい。このとき、参照試料の測定された光電子放出量の波長依存性をＱＲ（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ０２（λ）とする。
【００７０】
反射型マスクＭＬの反射率の波長依存性Ｒ（λ）は以下の式で与えられる。
【００７１】
Ｒ（λ）＝（ＩＲ１（λ）×Ｉ００（λ））／（ＩＲ０（λ）×Ｉ０１（λ））
反射型マスクＭＬの光電子放出量の参照試料ＲＳの光電子放出量との比の波長依存性Ｆ（λ）は以下の式で与えられる。
【００７２】
Ｆ（λ）＝（ＱＳ（λ）×Ｉ０２（λ））／（ＱＲ（λ）×Ｉ０１（λ））
Ｆ（λ）は、反射型マスクＭＬの光電子放出量が、単層膜ミラーＲＳに比較して何倍になっているかを示すパラメータである。単層膜表面の電場強度は入射光の電場強度にほぼ等しいので、試料の光電子放出量の単層膜試料の光電子放出量との比Ｆ（λ）は、多層膜表面の電場強度が入射光の電場強度の何倍になっているかを示す量（電場強度比）に等しい。反射率と電場強度比の波長依存性の測定結果の例を図８に示す。
【００７３】
代替的に、波長を変えながら多層膜にＥＵＶ光を照射し、高い反射率が得られる波長（この実施例においては１３．５ｎｍ）と、反射率がそれに比べて非常に低くなる波長（この実施例においては１２．５又は１４．５ｎｍ）との２つの波長での、真空中に放出される電子の量ＱＲ、ＱＬを求め、次式により、試料の光電子放出量が、単層膜ミラーに比較して何倍になっているかを示すパラメータを求めて電場強度比としてもよい。
【００７４】
Ｆ＝ＱＲ／ＱＬ＝Ｉ／Ｉ０
次に、以下の式により位相δ（λ）を算出する。
【００７５】
ｃｏｓδ（λ）＝（Ｆ（λ）−１−Ｒ（λ））／（２×Ｒ１／２（λ））
位相差δの余弦から位相差δを求める際に、位相差δに２πの整数倍の不確定性があるが、連続的に測定した領域内であるいは波長変化に対して位相差δが連続につながるようにすればよい。また位相差δの正負の不確定性があるが、多層膜の反射ピーク近傍の波長域で位相の波長依存性が正の傾きを持つように設定すればよい。このようにして求めた入射光と反射光の位相差δの波長依存性を図９に示す。
【００７６】
次に、可視光あるいは紫外光を用いたフィゾー干渉計、ミラウ干渉計などにより、多層膜試料の表面形状を計測する。表面形状計測と定在波による位相計測は、どちらを先に行っても構わないし、同時でもよい。
【００７７】
次に、ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状、即ち、δλ／（４πｃｏｓθ）及びｈ＋δλ／（４πｃｏｓθ）を算出する。
【００７８】
図１０に多層膜の構造の一例を示す。この例では、多層膜最下層に段差が生じており、Ｂ部はＡ部に比べて高くなっている。膜周期を６ｎｍ、入射するＥＵＶ光の波長を１２ｎｍ、入射角を０°、Ｂ部の段差を１．５ｎｍとする。可視光を用いた干渉計で形状を計測すると、Ｂ部はＡ部に比較して１．５ｎｍ高く計測される。また先に述べた定在波を用いた位相計測では、Ａ部とＢ部との間で位相差は認められない。従って、ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状は、Ｂ部がＡ部に比較して１．５ｎｍ高くなっている。これより、この多層膜に平面波を入射した場合、反射光の波面は、Ｂ部がＡ部に比較して３ｎｍすなわち約１／４波長だけ進んだ形状になることがわかる。
【００７９】
図１１に多層膜の構造の別の例を示す。この例では、多層膜最上層に段差が生じており、Ｄ部はＣ部に比べて高くなっている。膜周期を６ｎｍ、入射するＥＵＶ光の波長を１２ｎｍ、入射角を０°、Ｄ部の段差を１．５ｎｍとする。可視光を用いた干渉計で形状を計測すると、Ｄ部はＣ部に比較して１．５ｎｍ高く計測される。また先に述べた定在波を用いた位相計測では、Ｄ部とＣ部との間で位相差がπ／２あることがわかる。従って、ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状は表面形状と反射位相差で打ち消し合い平面になる。これより、この多層膜に平面波を入射した場合、反射光の波面は平面となることがわかる。
【００８０】
ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状を計測した結果、マスクに欠陥が見つかった場合は欠陥の修復を行う。図５はマスク製造方法の主要部のフローチャートである。
【００８１】
基板の準備から検査完了までの工程は図５に示すフローチャートに従って行われる。なお、検査が完了した後は、電子線露光装置等を用いてマスクパターンが形成される。
【００８２】
まず、基板を研磨し（ステップ１０１）、その面形状を計測すること（ステップ１０２）で、所定の形状の基板を作製する。
【００８３】
次に、その基板に多層膜を形成し（ステップ１０３）、多層膜が形成された基板（マスク基板）の位相を前述の方法で計測し（ステップ１０４）、更に、マスク基板の面形状の計測も行い（ステップ１０５）、多層膜反射面の幾何学的な面形状に加え、入射光と反射光の位相差に基づく等価的な反射面の面形状も考慮した上で反射波面を算出する（ステップ１０６）。反射波面が仕様を満たしていれば検査は完了（ステップ２００）となり、仕様を満たさない場合はマスク基板の欠陥修正を行う（ステップ１２１）。その修正の後、再度、多層膜の位相計測（ステップ１２２）、多層膜の面形状計測（ステップ１２３）を行い、反射波面を算出する（ステップ１２４）。ここでも、反射波面が仕様を満たせばマスクの欠陥検査は終了となる。
【００８４】
反射波面が仕様を満たさない場合には修正からのステップ１２１〜１２４を繰り返す。図中のステップ１２５では、規定の繰返し回数に達したか否かを確認し、規定回数に達しても反射波面が仕様を満たさない場合には全ての多層膜を除去し、ステップ１０３の多層膜の成膜工程へ戻る。
【００８５】
また、図中のステップ１３５では、多層膜の除去・再成膜の工程が規定回数に達したか否かを判断し、規定回数に達しても反射波面の仕様を満たさない場合には多層膜を除去し、ステップ１０１の基板研磨工程へ戻り、基板を再研磨して同様の工程を繰り返す。
【００８６】
更に、図中のステップ１３５では、基板の研磨の回数が規定回数に達したか否かを判断し、規定回数に達しても反射波面が仕様を満たさない場合はその基板を廃棄する（ステップ３００）。
【００８７】
マスク基板の欠陥は、前述したように、図１７（ａ）のような位相欠陥、図１７（ｂ）のような振幅欠陥が考えられる。位相計測を行い反射光波面を算出することでそれぞれ図１７（ａ）、図１７（ｂ）のような反射光波面が得られる。
【００８８】
位相欠陥の場合、以下のような手法により修復し、所望の反射光面を得る。
【００８９】
ＥＵＶ光の多層膜への入射条件が一定の場合、多層膜の反射光の位相は膜の構造に依存し、例えば、形状、構成物質、膜周期、膜厚比、密度、膜層数等に依存する。反射光の位相を変化させる一手法として、多層膜の一部を除去するコーティングミーリングの手法が知られている（例えば、「ＳＵＢ−ｎｍ  Ｆｉｇｕｒｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｍｉｒｒｏｒ  ｂｙ  Ｉｔｓ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ」（Ｍａｓａｋｉ  Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ，４６７−４６８（２００１）ｐｐ．１２８２−１２８５参照。）。
【００９０】
入射光の波長をλ、屈折率をｎ、膜厚をｄとすると、単位長さあたりのＥＵＶ光の反射位相のずれＷ、膜厚ｄをけずることで動くＥＵＶ光の反射位相のずれＬは、それぞれ次式により与えられる。
【００９１】
Ｗ＝（４π／λ）×（１／ｎ）
Ｌ〔ｒａｄｉａｎ〕＝（４π／λ）×（１／ｎ）ｄ
例えば、除去する膜厚ｄを７ｎｍ、入射するＥＵＶ光の波長を１３．５ｎｍ、入射角を０°とするとＥＵＶ光の反射光波面は除去の前後で０．２ｎｍ動くことになる。
【００９２】
ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状が所望の値になるべく多層膜の除去部分および除去量を決定する。多層膜の除去は、図１のマスク検査装置中に設けた図示しないスパッタリング装置やイオンビームミーリング装置等を用いて行う。
【００９３】
多層膜最上部に異物がある場合は洗浄することで異物を除去する。また異物上に成膜されており洗浄で除去出来ない場合は多層膜を除去する。このときマスク全面の多層膜を異物がなくなるま除去してもよいし、異物のある部分の多層膜だけを異物がなくなるまで除去して反射波面の修正を行っても良い。後者の場合はもちろん数式１４を用い、所望の反射波面が得られる除去量を算出することが望ましい。
【００９４】
図１７（ａ）、図１７（ｂ）のいずれの欠陥の場合にせよ、反射波面を修正した後に再度検査を行う。ここで、再検査として面形状の計測だけを行っても、面形状だけから反射波面を得ることはできず検査として不適当である。また、同様に反射率の計測だけを行っても反射波面の形状は分からず正しい検査結果は得られない。
【００９５】
正しい検査結果を得るためには上述したように図５のフローチャートに従い位相を計測し、反射波面を算出する必要がある。反射波面が仕様を満たせばマスクの欠陥検査は終了となる。満たさない場合は図５のフローチャートに従った工程を繰り返す。
【００９６】
ここでは図１７（ａ）の場合の位相補正にコーティングミーリングの手法を用いたが、位相の補正手段はこれに限るものではない。
【００９７】
別の手法として例えば電子ビーム、赤外線などで加熱することにより膜構造を変化させて位相補正を行ってもよい。
【００９８】
また別の手法としてマスク検査装置中に成膜装置を用い、反射波面の修正を行う場所に付加膜を成膜して位相補正を行っても良い。数式１４は付加膜の場合にも適用することができ、付加幕の最適な厚さを求めることが可能である。付加膜の物質は、使用する波長で吸収が少なく屈折率が小さいことが望ましく、例えばルテニウムである。
【００９９】
ここで０．１ｎｍの反射波面の補正をルテニウム付加膜によって行う場合に必要なルテニウムの厚みを考える。０．１ｎｍの位相差は波長１３．５ｎｍの場合、０．０４７ｒａｄである。ルテニウムの屈折率ｎは波長１３．５ｎｍ付近ではｎ＝０．８９−０．０２ｉであるので、数式１４から、０．１ｎｍの反射波面の修正を行うには０．４５ｎｍの付加膜を成膜すればよいことがわかる。
【０１００】
本実施例に拠ればマスク基板の位相を求めることでマスクの欠陥検査を行うことが可能となった。更に、欠陥が見つかった場合に修正を行い、さらにその修正後の検査を行うことが可能となった。よって、検査および修正の工程を繰り返し行うことで精度の高いマスク基板を提供することが可能となった。
【実施例２】
【０１０１】
本実施例では、実施例１に示したのと同様のマスク検査装置１を使用する。本実施例では、以下の手続によって反射光の位相を計測する。まず、ステージ２２が反射型マスクＭＬを退避し、入射光の強度を検出器２４で測定する。このとき分光器１２から出射するＥＵＶ光の波長λを変えながら、波長走査を行い、入射光の強度の波長依存性を測定する。入射光強度をＩＲ０（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ００（λ）とする。次に、単色化されたＥＵＶビームが、反射型マスクＭＬの所定の位置に所定の角度で入射するように設定し、反射光の強度を検出器で測定する。同時に、検出器２６によって、試料ＭＬ表面から放出される光電子の量を測定する。このとき分光器１２の波長設定を変えながら、波長走査を行い、反射光の強度の波長依存性と、試料ＭＬ表面から放出される光電子の量の波長依存性とを同時に測定する。このとき、多層膜試料で反射された光強度をＩＲ１（λ）、多層膜試料の測定された光電子放出量をＱＳ（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ０１（λ）とする。反射型マスクＭＬの反射率の波長依存性Ｒ（λ）は上述した数式１０で与えられる。
【０１０２】
一方、多層膜ミラー試料の光電子放出量の波長依存性Ｇ（λ）は次式で与えられる。
【０１０３】
Ｇ（λ）＝ＱＳ（λ）／（Ｉ０１（λ）×λ）
これは、多層膜ミラー試料の光電子放出量と入射光子数との比を示すパラメータである。光子１個あたりの光電子放出量は、多層膜最上層を構成する物質の吸収端波長の近傍以外の波長域ではほぼ一定値であるので、Ｇ（λ）は多層膜表面の電場強度が入射光の電場強度の何倍になっているかを示す量（電場強度比）である。反射率と光電子放出量Ｇの波長依存性の測定結果の例を図１２に示す。
【０１０４】
次に、多層膜のモデル計算により位相δ（λ）を算出する。多層膜の反射率と反射光の位相に関しては、モデル計算によって求めることができる。モデル計算は、例えば、非特許文献２に記載されている。
【０１０５】
多層膜の各界面にフレネルの式を適用し、界面の前後で入射波、透過波、反射波それぞれの電場の複素振幅の関係を各界面に対して求める。この関係から漸化式を立て、多層膜の基板側から始めて最終的に多層膜最表面の入射波と反射波の電場の複素振幅の関係すなわち複素反射率を算出する。複素反射率の虚部より位相が求まる。
【０１０６】
その結果から、表面の定在波の電場強度を求める。計算するモデルとして、モリブデンとシリコンの多層膜の最上層のシリコンの厚さとをパラメータとする。図１３に計算結果の例を示す。モリブデンとシリコンの多層膜の最上層のシリコンの厚さが０，２，４，６ｎｍの場合それぞれについて、反射率と、表面の電場強度比をプロットしてある。最上層のシリコンの厚さが変化しても反射率は殆ど変化しない。一方、表面の電場強度比は最上層のシリコンの厚さに応じて顕著に変化する。
【０１０７】
フィテッィングはまず、計算モデルのモリブデンとシリコンの多層膜の膜周期（モリブデンとシリコンの厚さの和）を変化させ、反射率の計測値が計算値と一致するように最適な膜周期を求める。
【０１０８】
次に、計算モデルの最上層のシリコンの厚さを変化させ、電場強度比が測定値と一致するように最適なシリコン厚さを求める。このとき、電場強度比の絶対値については不確定性があるので、電場強度比の波長依存性が一致するようにする。すなわち、観測された電場強度比に定数をかけたものが計算値と一致するように、定数と最上層シリコンの厚さを決める。この際、例えば観測された電場強度比に定数をかけたものとモデル計算により求めた電場強度比の差の自乗和を評価関数として、パラメータを変化させこの評価関数の値が最小になるようにフィッティングを行う。
【０１０９】
こうして実測値を最も良く再現する計算モデルを決定する。次に、この決定したモデルで多層膜の反射光の位相を求める。この位相をもって、計測した多層膜試料ＭＬの入射光と反射光の位相差とする。本実施例では、最上層のシリコンの厚さが６ｎｍのモデルが最も図１２に示した実測値に一致する。このモデルにより位相を求めると図１４のようになる。
【０１１０】
多層膜上の各点でこの方法を行い、各点の位相を計測し、マスク基板の表面形状の計測結果とあわせて、ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状あるいは、この多層膜にＥＵＶ光を入射した場合の反射光の波面を求めることができ、反射型マスクの欠陥を検査できる。
【０１１１】
本実施例によれば、モデル計算との比較を行うことにより、参照試料ＲＳの表面から放出される光電子の量の波長依存性を測定しなくても、入射光と反射光の位相差を求めることが可能であり、マスク基板の欠陥検査がより簡略化される。また、参照試料ＲＳの表面から放出される光電子の量の波長依存性を測定する場合にも、更に、モデル計算との比較を行って入射光と反射光の位相差を求めてもよい。
【実施例３】
【０１１２】
本実施例では、反射型マスクＭＬにＥＵＶ光を照射し、ＥＵＶ光の反射率と放出される光電子の量とを同時に計測する。この時、試料に対するＥＵＶ光の入射角を変化させて、反射率と光電子の量の入射角依存性を計測する。図１５に計測結果の例を示す。多層膜のモリブデンとシリコンをあわせた膜厚は８ｎｍ、ＥＵＶ光の波長は１３．５ｎｍである。この結果と次式により位相差を算出する。
【０１１３】
ｃｏｓδ（λ）＝（Ｆ（λ）−１−Ｒ（λ））／（２×Ｒ１／２（λ））
放出された光電子量から電場強度を換算するためには、実施例１と同様に参照試料ＲＳを用いるか、放出された光電子の量を反射型マスクＭＬの反射率が低い入射角での光電子放出量で規格化し、電場強度比を求める。この例の場合、入射角０°あるいは５０°付近での光電子放出量を用いて規格化すればよい。代替的に、光子１個あたりの光電子放出量は、多層膜最上層を構成する物質の吸収端波長の近傍以外の波長域ではほぼ一定値であるので、波長を少しずらし、多層膜の反射率が非常に低くなる波長で測定した光電子放出量で規格化してもよい。
【０１１４】
多層膜上の各点でこの方法を行い、各点の位相を計測し、反射型マスクの面形状の計測結果とあわせて、ＥＵＶ光で見た等価的な反射面の形状あるいは、この多層膜にＥＵＶ光を入射した場合の反射光の波面を求めることができ、反射型マスクの欠陥を検査できる。
【実施例４】
【０１１５】
以下、図１６を参照して、本発明のマスク検査装置１Ａを説明する。ここで、図１６は、本実施例のマスク検査装置１Ａの概略ブロック図である。本実施例では、実施例１に示すマスク検査装置１の構成と同様であるが、測定室２０Ａは大気によるＥＵＶ光の減衰や蛍光Ｘ線の吸収、あるいは多層膜表面への汚染付着を防止するために、真空ポンプなどの排気手段２１によって超高真空領域まで排気されている。また、反射型マスクＭＬの近傍には蛍光Ｘ線を検出する検出器２６Ａが設置されている。検出器２６Ａには半導体Ｘ線検出器（ＳＳＤ）や冷却ＣＣＤ、マイクロカロリメータ等を用いることができる。この検出器は、蛍光Ｘ線の光子のエネルギーを分別できる特性を持っていること、すなわち蛍光Ｘ線のスペクトルを計測できるかあるいは、特定のエネルギー範囲のＸのみの強度を計測できるようになっていることが望ましい。
【０１１６】
反射型マスクＭＬの最表面は、多層膜の下層を構成する物質とは異なる特定の物質からなる層が設けられている。例えば、モリブデンとシリコンからなる多層膜の表面にルテニウムの数ナノメートルの厚さの層が設けられている。Ｘ線検出器は、この最上層を構成する元素に固有の特性Ｘ線のみ検出するように、検出するエネルギー範囲が設定されている。
【０１１７】
通常、反射型マスクＭＬの最上層には、多層膜の酸化やコンタミネーションの付着を防止する為のキャップ層としてルテニウムや炭素からなる薄膜が設けてあり、この層を構成する元素に固有の特性Ｘ線のみ検出するように、検出するエネルギー範囲が設定されていてもよい。
【０１１８】
本実施例では、実施例１と同様の手続によって反射光の位相を計測する。この場合、測定は、実施例１では、反射型マスクＭＬの表面から放出される光電子の量を測定していたが、本実施例では反射型マスクＭＬの表面から放出される蛍光Ｘ線の量を測定して位相を計測している。また、本実施例のＸ線検出器は、多層膜の最上層を構成する元素に固有の特性Ｘ線のみ検出するように、検出するエネルギー範囲が設定されているので、検出される蛍光Ｘ線の強度は多層膜最表面の電場強度に比例する。
【実施例５】
【０１１９】
本実施例では、実施例１に示したのと同様のマスク検査装置１を使用する。本実施例では、以下の手続によって表面電場強度を計測し、マスクの欠陥検査を行う。
【０１２０】
まず、ステージ２２が検査対象となる反射型マスクＭＬを退避し、入射光の強度を検出器２４で測定する。このとき分光器１２から出射するＥＵＶ光の波長λを固定し、入射光の強度を測定する。入射光強度をＩＲ０（λ）、その測定の際の入射光強度モニタの出力をＩ００（λ）とする。次に、単色化されたＥＵＶビームが、反射型マスクＭＬの所定の位置に所定の角度で入射するように設定し、反射光の強度を検出器で測定する。同時に、検出器２６によって、試料ＭＬ表面から放出される光電子の量を測定する。
【０１２１】
ここで、所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が最小となるようにＥＵＶ光の入射条件（入射角、入射波長など）を設定する。例えば図８のような反射率分布の多層膜を所望の多層膜と仮定した場合、波長を１３．５ｎｍに設定する。
【０１２２】
この反射型マスクＭＬ上をビームで走査し、反射型マスクＭＬからの反射光の強度の位置依存性と、反射型マスクＭＬ表面から放出される光電子の量の位置依存性とを同時に測定する。このとき、多層膜ミラーＭＬの反射率は上述した数式１０で与えられる。一方、光電子量の位置依存性は上述した数式１３で与えられる。
【０１２３】
ここで検査に最適なＥＵＶ光の入射条件について考える。
【０１２４】
まず、所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が極大値を取るように入射条件を設定した場合を考える。光電子量の位置依存性を測定すると、マスク基板に欠陥がある場所で、得られる信号強度が減少する。よって、欠陥の位置が特定できる。
【０１２５】
図１８（ａ）に光電子量の位置依存性の概念図を示す。図１８（ａ）の例では所望の多層膜だけから得られる光電子量を１、欠陥位置だけから得られる光電子量を０、すなわち所望の多層膜位置と欠陥位置で位相がπずれると仮定した。検査時に得られる信号は所望の多層膜から得られる信号と欠陥から得られる信号の入射ビームの面積比に応じたものとなる。
【０１２６】
ここではそれぞれの位置での欠陥サイズおよび単位面積あたりの入射ビーム量は同じで、入射ビームのサイズと、その欠陥のサイズとの比が、Ａ位置、Ｂ位置、Ｃ位置でそれぞれ１０：２、１０：１、１０：０．５だと仮定した。このためＡ位置、Ｂ位置、Ｃ位置それぞれでの信号強度は、ビームサイズと欠陥サイズの面積比から０．８、０．９、０．９５となる。
【０１２７】
このように所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が極大値をとる場合では、欠陥サイズが同じ場合、ビームサイズが大きくなるに従い、所望の多層膜からの光電子量と、欠陥位置での光電子量の比が小さくなる。よってビームの面積を広げることで十分な測定精度が得られない可能性がある。
【０１２８】
一方、所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が極小値を取るように入射条件を設定した場合を考える。光電子量の位置依存性を測定すると、欠陥がある場所で信号が得られる。
【０１２９】
図１８（ｂ）に光電子量の位置依存性の概念図を示す。図１８（ｂ）の例では所望の多層膜から得られる光電子量を０、欠陥位置から光電子量を１すなわち所望の多層膜位置と欠陥位置で位相がπずれると仮定した。この場合単位面積あたりの入射ビーム量が一定であれば、ビームの面積を広げても図１８（ｂ）と同様の計測結果が得られる。
【０１３０】
よって所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が極小値を取るように入射条件を設定することが望ましいことが分かる。もちろん必ずしも極小値である必要はなく、極小値近傍であれば同様の効果が期待できる。
【０１３１】
また上記例では欠陥による位相のずれがπである場合を仮定したが、位相のずれがπでなくても同様の議論が成り立つ。
【０１３２】
本実施例では所望の多層膜を仮定したときに得られる表面電場強度が最小となるように入射条件を設定しているため、欠陥のある場所で光電子量が増大する。よって入射するビームのサイズを広げての検査を行っても高いＳＮ比が得られ、高精度な計測が可能となる。図１８（ｃ）ではｘ＝２０の位置で欠陥が検出されたことが分かる。ビームサイズを広げることで短時間での検査が可能となる。また、反射率を同時に測定しているため、反射率の位置依存性から位相欠陥か振幅欠陥かを区別することができる。
【０１３３】
以上のようにして、欠陥の位置が特定された場合は多層膜を除去し、再成膜を行う。
【０１３４】
なお、本実施例において、欠陥検査を以下の二つの工程に分けて行っても良い。
【０１３５】
具体的には、第一の工程として、まず、粗い位置分解能、すなわち比較的大きなビームサイズで反射型マスクＭＬ上を走査することにより、反射型マスクの多層膜から放出される光電子量を測定して欠陥の位置をもとめる。そして、第二の工程として、そのビームサイズを小さくし、欠陥の見つかった位置を高い位置分解能にて測定し、欠陥の詳細な位置を求める。この二つの工程を行うことで高精度の検査を短時間で行うことができる。
【０１３６】
その第二の工程では光電子量を計測する代わりに、ＥＵＶ顕微鏡を用いて欠陥場所を拡大投影して検査してもよい。ＥＵＶ顕微鏡を用いた場合も第一の工程で欠陥のおおよその位置が求められているのでマスク全面を検査する必要が無く検査時間を短縮することができる。
【０１３７】
本実施例によれば、多層膜にＥＵＶ光を入射したときに生じる光電子量の計測値を利用してマスクの欠陥検査を行うことが可能となった。また本実施例によれば検査時のビームの入射条件を最適化することで、ビームサイズを広げて短時間の計測を行っても高い精度で計測できることが可能となった。さらに欠陥検査を二つの工程で行うことで検査時間の短縮を図ることが可能となった。
【実施例６】
【０１３８】
以下、図２を参照して、本発明のＥＵＶ露光装置１００を説明する。図２は、ＥＵＶ露光装置の概略断面図である。ＥＵＶ露光装置１００は露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いてスキャン方式で露光を行う露光装置である。図２を参照するに、露光装置１００は、ＥＵＶ光源部１１０、照明光学系１２０、上述の実施例のマスク検査装置を使って検査された反射型マスク１３０、マスクステージ１３２、投影光学系１４０、ウェハ１５０、ウェハステージ１５２を有し、照明光学系１２０からウェハステージ１５２までを真空チャンバーＶＣ２に収納する。
【０１３９】
ＥＵＶ光源部１１０は、真空チャンバーＶＣ１に配置されたターゲット供給システム１１２によって集光位置１１３に供給されたターゲットに高強度のパルスレーザー光ＰＬを図示しないレーザー光源から図示しない集光光学系を介して照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、波長約１３．５ｎｍのＥＵＶ光を利用する。より詳しくは、ＥＵＶ光源１１０は、ターゲットに高輝度の励起パルスレーザーを照射することにより、そのターゲットが高温のプラズマ状態に励起され、そのプラズマが冷却する際に等方的に放出する赤外から紫外、ＥＵＶ光までの波長帯の光の中から、集光ミラー１１４がＥＵＶ光を集光して、これを露光光として使用する。
【０１４０】
パルスレーザー光ＰＬは、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどである。真空チャンバーＶＣ１は、大気に対する透過率の小さいＥＵＶ光に対して真空雰囲気環境を確保する。パルスレーザー光ＰＬは、真空チャンバーＶＣ１に設けられた窓１１１を介して集光位置１１３に集光される。ターゲットは、発生させるＥＵＶ光波長によるが、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｚｎなどの金属薄膜、Ｘｅなどの不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等のターゲット供給システム１１２により真空容器ＶＣ１に供給される。供給されたターゲットの全てがプラズマ化に寄与しないため、ターゲット供給システム１１２は残りのターゲットを回収するターゲット回収システムを備えている。
【０１４１】
真空チャンバーＶＣ２に導入されたＥＵＶ光は、照明光学系１２０を介して、所定のパターンを有するマスク１３０を照明する。照明光学系１２０はＥＵＶ光を伝播してマスク１３０を照明する機能を有し、複数のミラーと、オプティカルインテグレータと、アパーチャとを有する。オプティカルインテグレータはマスク１３０を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。アパーチャは、マスク１３０と共役な位置に設けられ、マスク１３０面で照明される領域を円弧状に限定する。
【０１４２】
反射型マスク１３０により選択的に反射されたＥＵＶ光は、数枚の反射ミラーで構成された投影光学系１４０によってレジストが塗布されたウェハ１５０に縮小投影され、マスク１３０上のパターンをウェハ１５０に転写する。
【０１４３】
マスク１３０への照明領域及びウェハ１５０の投影像は、投影光学系１４０の収差を抑えた良好な像を得るために極めて狭い同一像高の円弧状の範囲に限定されるため、マスク１３０に形成されたパターン全てをウェハ１５０に露光するために、露光装置１００はマスクステージ１３２とウェハステージ１５２が同期してスキャンしながら露光を行う、いわゆるスキャン露光方式を採用している。
【０１４４】
集光ミラー１１２、照明光学系１２０、反射型マスク１３０及び投影光学系１４０はＥＵＶ光を効率良く反射させるために基板上にＭｏとＳｉ等による多層膜が数十ペア成膜されており、その表面粗さは、反射率の低下を抑えるために標準偏差で０．１ｎｍオーダーのものが要求されている。本実施例では、反射型マスク１３０として、上述の実施例のマスク検査方法で検査したものを使用している。従って、本実施例の露光装置を用いれば、より高精度なパターンをウェハに露光することが可能となる。
【実施例７】
【０１４５】
次に、図１９及び図２０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成した反射型マスクを製作する。このステップ２においては、上述のマスク検査装置１若しくはマスク検査装置１Ａを用いて反射型マスクの検査が行われている。ステップ３（ウェハ製造）では、ウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１４６】
図２０は、図１９に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、適切に製造された反射型マスクを使用することにより、所望の解像度を有する高品位のデバイスを製造することができる。
【０１４７】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】マスク検査装置を表す図である。
【図２】ＥＵＶ露光装置の概略図である。
【図３】マスク製造方法のフローチャートである。
【図４】多層膜表面の電場強度比を測定する方法の模式図である。
【図５】マスク製造方法のフローチャートである。
【図６】反射率と電場強度比の入射角依存性を示すグラフである。
【図７】反射型マスクの反射面形状の図である。
【図８】反射率と電場強度比の波長依存性を示すグラフである。
【図９】入射光と反射光の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図１０】多層膜の構造を示す図である。
【図１１】多層膜の構造を示す図である。
【図１２】反射率と光電子放出量の波長依存性の測定結果を示すグラフである。
【図１３】モデル計算による膜厚、波長、電場強度比及び反射率の関係を示すグラフである。
【図１４】モデル計算による膜厚、波長、位相及び反射率の関係を示すグラフである。
【図１５】入射角、反射率及び電場強度比の関係を示すグラフである。
【図１６】マスク検査装置を表す図である。
【図１７】マスクの欠陥を表す図である。
【図１８】光電子量の位置依存性を示すグラフである。
【図１９】デバイスの製造方法のフローチャートである。
【図２０】図１９に示すステップ４のウェハプロセスのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４９】
１  マスク検査装置
１０  ＥＵＶ光源
１２  分光器
１４  ビーム強度モニタ
１６  演算部（制御部）
１８  電荷増幅部
２０  測定室
２２  ステージ
２４  光強度検出器
２６  蛍光Ｘ線検出器
１００  露光装置
１２０  照明光学系
１３０  反射型マスク
１４０  投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005322754.tif 000018
【図１６】
2005322754.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
2005322754.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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