JP2004061915A - マスク検査方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成すべきパターンが微細化しても容易且つ迅速に必要となる精度以上の精度でマスクを検査できるようにする。
【解決手段】測定対象としてのマスク（ワーキングレチクル３４）に形成されたパターンの像を投影光学系３で拡大して空間像計測装置２０９で観察（計測）する。ベース７に設けられた、光ファイバ２０１、レンズ２０２、及び反射ミラー２０３は、ワーキングレチクル３４の透過光像を得るための照明装置であり、ワーキングレチクル３４を底面側から照明する。また、光ファイバ２０６及びレンズ２０７は、ワーキングレチクル３４の反射光像を得るための照明装置であり、可動反射ミラー２０５で反射された光が投影光学系３を介してワーキングレチクル３４を落射照明する。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイス、又はフォトマスク等をリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用されるマスクの検査方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロデバイスの製造工程の１つとして通常設けられるフォトリソグラフィー工程では、露光対象としての基板（フォトレジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート）にマスク又はレチクル（以下、これらを総称するときは、マスクという）に形成されたパターンの縮小像を投影露光する露光装置が用いられる。基板に形成されるパターンはマスクに形成されたパターンをほぼ忠実に縮小したものであるため、マスクには極めて高い精度をもってパターンが形成される。
【０００３】
マスクを製造した場合には、形成されたパターンが設計通りか否かを検査する必要がある。従来は、おおよそ以下の２つの検査方法を用いてマスクを検査していた。
【０００４】
第１の検査方法は、ＵＶ光（紫外光）又はＤＵＶ光（深紫外光）等の短波長光をマスクに照射し、その透過光、反射光、散乱光を検出することによりパターンが設計通りに形成されているか否かを検査する方法である。
【０００５】
第２の検査方法は、露光装置を用いて検査するマスクのパターンの縮小像をフォトレジスト等の感光剤が塗布された検査用基板に投影露光して、マスクのパターンを実際に検査用基板上に転写し、感光剤の現像を行って形成されたパターン（レジストパターン）、あるいはさらにエッチング、レジスト除去等の処理を施して形成されたパターン（エッチングパターン）の線幅、形状等を測定してパターンが設計通りに形成されているか否かを検査する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、特に半導体集積回路は微細化が要求されており、半導体集積回路を製造する際に用いられるマスクのパターンも微細化している。マスクを検査するときに、上述した第１の検査方法を用いる場合には、短波長光をマスクに照射して透過光、反射光、散乱光を検出しているため、マスクのパターンの微細化に伴って、これらの検出精度を向上させて検査精度を高める必要がある。
【０００７】
例えば、縮小倍率が１／４である投影光学系を用いて基板上に線幅７０ｎｍのパターンを転写するためには、線幅が２８０ｎｍのパターンが形成されたマスクが用いられる。このマスク上で許容可能な欠陥の大きさをパターンの線幅の３０％までとすると、最低限８４ｎｍ（＝２８０ｎｍ×０．３）の大きさの欠陥を検査することができる精度が必要となる。更に、基板に形成すべきパターンが微細化されて線幅が５０ｎｍになると、６０ｎｍの大きさの欠陥を検査しうる精度が必要になる。
【０００８】
また、第２の検査方法を用いる場合には、マスクに形成されたパターンを縮小したパターン（線幅が１／４のパターン）を直接測定しているため、必然的に第１の検査方法で必要となる精度よりも４倍程度高い精度が必要となる。
【０００９】
しかしながら、マスクに形成されたパターンを直接検出する第１の検査方法及び検査用基板上に形成されたパターンを直接測定する第２の検査方法では、パターンの微細化に伴って、必要とされる精度の実現が困難な状況になりつつあり、さらには検出不可能な状態に陥るおそれがあるという問題がある。
【００１０】
また、リソグラフィ技術を用いてフォトマスクを製造する場合には、複数枚のマスク（親マスク）に形成されたパターン（親パターン）を順次透明基板（ブランクス）に転写して製造される。このようにして製造されたフォトマスクを検査して欠陥が検出された場合には、親マスクそのものに欠陥があったのか、又はフォトマスクを製造する過程において欠陥が生じたのかを短時間で検出する必要がある。さらには、マスク上において、転写されるべき位置に各親パターンが正確に転写されているか否かを短時間で検査する必要もある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、基板に形成すべきパターンが微細化しても容易且つ迅速に必要となる精度以上の精度でマスクを検査することができるマスク検査方法及びマスク検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係るマスク検査方法は、マスク（Ｒｉ，３４）のパターン領域に形成されたパターンを検査するマスク検査方法であって、前記パターン領域の一部をなす部分領域（ＳＡ１〜ＳＡ１６）に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程と、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの像を感光基板に転写する転写工程と、前記感光基板に転写されたパターンを観察して前記マスクを検査する検査工程とを備えて構成される。
【００１４】
前記第１の観点に係る発明では、マスクのパターンが形成された領域であるパターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンの拡大投影像を感光基板に転写し、該感光基板に転写された拡大パターンを観察するようにしたので、マスクに形成されるパターンが微細化しても、容易に必要となる精度以上の精度でマスクを検査することができる。
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明の第２の観点に係るマスク検査方法は、マスク（Ｒｉ，３４）のパターン領域に形成されたパターンを検査するマスク検査方法であって、前記パターン領域の一部をなす部分領域（ＳＡ１〜ＳＡ１６）に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程と、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの空間像を観察して前記マスクを検査する検査工程とを備えて構成される。
【００１６】
前記第２の観点に係る発明では、マスクのパターンが形成された領域であるパターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大投影したパターンの空間像を観察するようにしたので、マスクに形成されるパターンが微細化しても、容易に必要となる精度以上の精度でマスクを検査することができる。また、空間像を観察するようにしたので、被検査パターンの感光基板への転写・形成を行う必要がなく、上述した本発明の第１の観点に係るマスク検査方法と比較して、マスクのパターンを簡易且つ容易に検査することができる。
【００１７】
前記本発明の第１及び第２の観点に係る発明において、前記部分領域を隣接する部分領域と重ならないように設定しつつ、又は前記部分領域を隣接する部分領域と互いの周辺部が重なるように設定しつつ、前記各工程を繰り返して、前記パターン領域の全体を検査するようにできる。
【００１８】
また、前記第１及び第２の観点に係る発明において、前記拡大投影工程は、前記マスクを透過した光及び前記マスクで反射された光の少なくとも一方を拡大して、前記パターンを拡大投影するようにできる。
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明の第３の観点に係るマスク検査方法は、複数の親マスク（Ｒｉ）と、該親マスクのそれぞれに形成された親パターン（Ｐｉ）を縮小転写して形成される作業用マスク（３４）とを検査するマスク検査方法であって、前記作業用マスクのパターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程（Ｓ１０）と、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンを観察して前記作業用マスクを検査する第１検査工程（Ｓ１１）と、前記第１検査工程で欠陥が検出されたときに、拡大投影された前記作業用マスクのパターンと、当該パターンに対応する親パターンが形成された親マスクの当該親パターンとを比較し、当該パターンと当該親パターンとの一致不一致を検査する第２検査工程（Ｓ１３〜Ｓ１８）とを備えて構成される。
【００２０】
前記第３の観点に係る発明では、親マスクに形成された親パターンを縮小転写して作業用マスクを形成したときに、まず作業用マスクのパターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大して観察して該作業用マスクの欠陥の有無を検査し、作業用マスクの欠陥が検出されたときに親マスクに形成されたパターンと作業用マスクに形成されたパターンとを個別に観察し、これらの一致不一致を検査しているため、作業用マスクに形成されるパターンが微細化しても、容易に必要となる精度以上の精度で作業用マスクを検査することができるとともに、作業用マスクに生じた欠陥の原因が、親マスクにあるのか又は作業用マスクにあるのかを迅速に特定することができる。また、作業用マスクの欠陥原因を迅速に特定することができるため、作業用マスクの製造効率を向上させることもできる。
【００２１】
前記第３の観点に係る発明において、前記第２検査工程は、前記作業用マスクを透過した光を拡大投影して得られるパターンと、前記親マスクを透過した光により得られる親パターンとの一致不一致を検査する透過光検査工程、及び前記作業用マスクで反射された光を拡大投影して得られるパターンと、前記親マスクで反射された光により得られる親パターンとの一致不一致を検査する反射光検査工程の少なくとも一方を含むようにできる。
【００２２】
前記第３の観点に係る発明において、前記第１検査工程を、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンを感光基板に転写した後、当該感光基板に転写されたパターンを観察して前記作業用マスクを検査する工程とし、又は前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの空間像を観察して前記作業用マスクを検査する工程とすることができる。
【００２３】
前記第３の観点に係る発明において、前記作業用マスクの部分領域に形成されたパターンの投影倍率を、前記作業用マスクを形成する際の前記親パターンの縮小倍率の逆数と実質的に等しく設定することができる。
【００２４】
前記課題を解決するために、本発明の第４の観点に係る露光装置は、第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系（３）を有する露光装置であって、マスク（Ｒｉ，３４）のパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記マスクを保持する第１保持装置（５）と、前記第２面から前記第１面に向かう方向に前記マスクを照明する照明装置（２００〜２０３）と、感光基板の感光面を前記投影光学系に向けて前記第１面と実質的に一致するように前記感光基板を保持する第２保持装置（２）とを備えて構成される。本発明によると、上述した本発明の第１の観点に係るマスク検査方法を実施可能な露光装置が提供される。
【００２５】
前記課題を解決するために、本発明の第５の観点に係る露光装置は、第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系（３）を有する露光装置であって、マスク（Ｒｉ，３４）のパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記マスクを保持する保持装置（５）と、前記第２面から前記第１面に向かう方向に前記マスクを照明する照明装置（２００〜２０３）と、前記第１面に配置され、前記投影光学系により拡大投影される前記マスクに形成されたパターンの空間像を検出する空間像検出装置（２０９）とを備えて構成される。本発明によると、上述した本発明の第２の観点に係るマスク検査方法を実施可能な露光装置が提供される。
【００２６】
前記課題を解決するために、本発明の第６の観点に係る露光装置は、第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系（３）を有し、前記第１面に配置された親マスク（Ｒｉ）の親パターンを前記第２面に配置された作業用マスク（３４）に投影露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸に対して進退可能に構成され、前記親マスクを投影光学系の光軸上に配置する場合には、前記親マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第１面と実質的に一致するように保持する親マスク保持装置（２）と、前記投影光学系の光軸に対して進退可能に構成され、前記親マスクの親パターンが転写された作業用マスクを投影光学系の光軸上に配置する場合には、前記作業用マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記作業用マスクを保持する作業用マスク保持装置（６）と、検出面が前記第１面と実質的に一致するように、又は前記投影光学系の光軸上に前記親マスクが配置される場合には、前記検出面が前記第１面から前記投影光学系の光軸方向にずれた位置に配置可能に構成された第１空間像検出装置（２０９）と、前記投影光学系の側方に設けられた第２空間像検出装置（２１０）と、前記パターン形成面と反対の面側から前記マスクを照明する第１照明装置（２００〜２０３）と、前記投影光学系の側方に設けられた第２照明装置（２０６，２０７）と、前記親マスク及び前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されている場合に、前記第２照明装置から射出された光を反射して前記親マスクの透過光を前記第１空間像検出装置に導き、前記第１照明装置から射出されて前記作業用マスク及び前記投影光学系を介した光を反射して前記第２空間像検出装置に導く可動半透過半反射部材（２０５）とを備えて構成される。本発明によると、上述した本発明の第３の観点に係るマスク検査方法を実施可能な露光装置が提供される。
【００２７】
本発明の第６の観点に係る露光装置において、前記可動半透過半反射部材は、前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されており、前記親マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されていない場合に、前記第２照明装置から射出された光を反射して前記投影光学系を介して前記作業用マスクに導くとともに、前記作業用マスクで反射され前記投影光学系を介した光を透過して前記第１空間像検出装置に導くようにできる。
【００２８】
また、本発明の第６の観点に係る露光装置において、前記可動半透過半反射部材は、前記親マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されており、前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されていない場合に、前記第１照明装置から射出されて前記投影光学系を介した光を透過して前記親マスクに導くとともに、前記親マスクで反射された光を反射して前記第２空間像検出装置に導くようにできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図であり、この露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式のスティチング型投影露光装置である。なお、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００３１】
本実施形態の露光装置は、基板４としてウエハを用いれば半導体デバイス等のマイクロデバイスを製造する工程で用いることができ、また、基板４としてブランクスを用いればマスク（レチクル）を製造する工程でも用いることができる。以下の説明においては、基板４としてブランクスを用い、複数枚のマスターレチクル（親マスク）Ｒｉに形成された親パターンを基板４に転写してワーキングレチクル（作業用マスク）を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
図１において、光源１００からの光（ここでは、ＫｒＦエキシマレーザとする）としての紫外パルス光ＩＬ（以下、露光光ＩＬと称する）は、照明光学系１との間で光路を位置的にマッチングさせるための可動ミラー等を含むビームマッチングユニット（ＢＭＵ）１０１を通り、パイプ１０２を介して光アッテネータとしての可変減光器１０３に入射する。
【００３３】
主制御系９は基板４上のレジストに対する露光量を制御するため、光源１００との間で通信することにより、発光の開始及び停止の制御、発振周波数及びパルスエネルギーで定まる出力の制御を行うとともに、可変減光器１０３における露光光ＩＬに対する減光率を段階的又は連続的に調整する。
【００３４】
可変減光器１０３を通った露光光ＩＬは、所定の光軸に沿って配置されるレンズ系１０４、１０５よりなるビーム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ１０６に入射する。ここで、フライアイレンズ１０６を用いる代わりに、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを採用してもよい。なお、フライアイレンズ１０６は、照度分布均一性をさらに高めるために、直列に２段配置してもよい。なお、本実施形態では、可変減光器１０３とレンズ系１０４との間に可動ミラー２００を備えるが、この可動ミラー２００の詳細は後述する。
【００３５】
フライアイレンズ１０６の射出面には開口絞り系１０７が配置されている。開口絞り系１０７には、通常照明用の円形の開口絞り、複数の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り等が切り換え自在に配置されている。フライアイレンズ１０６から射出されて開口絞り系１０７の所定の開口絞りを通過した露光光ＩＬは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ１０８に入射する。ビームスプリッタ１０８で反射された光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ１０９に入射し、インテグレータセンサ１０９の検出信号は不図示の信号線を介して主制御系９に供給される。
【００３６】
ビームスプリッタ１０８の透過率及び反射率は予め高精度に計測されて、主制御系９内のメモリに記憶されており、主制御系９は、インテグレータセンサ１０９の検出信号より間接的に投影光学系３に対する露光光ＩＬの入射光量をモニタできるように構成されている。
【００３７】
ビームスプリッタ１０８を透過した露光光ＩＬは、レチクルブラインド機構１１０に入射する。レチクルブラインド機構１１０は、４枚の可動式のブラインド（遮光板）１１１及びその駆動機構を備えて構成されている。これら４枚のブラインド１１１をそれぞれ適宜な位置に設定することにより、投影光学系３の視野内の略中央で矩形状の照明視野領域が形成される。また、ブラインド１１１は後述する濃度フィルタＦに形成された減光部の一部を遮光するためにも用いられる。
【００３８】
レチクルブラインド機構１１０のブラインド１１１により矩形状に整形された露光光ＩＬは、フィルタステージＦＳ上に載置された濃度フィルタＦに入射する。濃度フィルタＦは、基本的に図２（ａ）に示されているような構成である。図２（ａ）は、濃度フィルタＦの構成の一例を示す上面図である。この濃度フィルタＦは、例えば石英ガラス、またはフッ素がドープされた石英ガラスなどのような光透過性の基板上に、クロム等の遮光性材料を蒸着した遮光部１２１と、該遮光性材料を蒸着しない透光部１２２と、該遮光性材料をその存在確率を変化させながら蒸着した減光部（減衰部）１２３とを有している。
【００３９】
減光部１２３は、ドット状に遮光性材料を蒸着したもので、ドットサイズは、濃度フィルタＦを図１に示した位置に設置している状態で、本例では濃度フィルタＦとマスターレチクルＲｉとの間に配置される複数の光学素子（１１２〜１１６）を有する光学系の解像限界以下となるものである。そのドットは、内側（透光部１２２側）から外側（遮光部１２１側）に行くに従って傾斜直線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されている。但し、そのドットは、内側から外側に行くに従って曲線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されていてもよい。
【００４０】
なお、ドット配置方法は、同一透過率部でドットを同一ピッチＰで配置するよりも、Ｐに対して、ガウス分布をもつ乱数Ｒを各ドット毎に発生させたものを加えたＰ＋Ｒで配置するのがよい。その理由は、ドット配置によって回折光が発生し、場合によっては照明系の開口数（ＮＡ）を超えて感光基板まで光が届かない現象が起き、設計透過率からの誤差が大きくなるためである。
【００４１】
また、ドットサイズは全て同一サイズが望ましい。その理由は、複数種のドットサイズを使用していると、前述の回折による設計透過率からの誤差が発生した場合に、その誤差が複雑、即ち透過率補正が複雑になるからである。ところで、濃度フィルタの描画は、ドット形状誤差を小さくするため高加速ＥＢ描画機で描画するのが望ましく、またドット形状は、プロセスによる形状誤差が測定しやすい長方形（正方形）が望ましい。形状誤差がある場合は、その誤差量が計測可能であれば透過率補正がしやすい利点がある。
【００４２】
遮光部１２１には、複数のアライメント用のマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄが形成されている。これらのマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄは、図２（ａ）に示されているように、濃度フィルタＦの遮光部１２１の一部を除去して、矩形状あるいはその他の形状の開口（光透過部）１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄを形成して、該マークとすることができる。また、図２（ｂ）に示したマークを用いることもできる。図２（ｂ）は濃度フィルタＦに形成されるマークの一例を示す上面図である。図２（ｂ）では、複数のスリット状の開口からなるスリットマーク１２５を採用している。このスリットマーク１２５は、Ｘ方向及びＹ方向の位置を計測するために、Ｙ方向に形成されたスリットをＸ方向に配列したマーク要素と、Ｘ方向に形成されたスリットをＹ方向に配列したマーク要素とを組み合わせたものである。
【００４３】
濃度フィルタＦのＺ方向の位置、Ｚ方向のチルト量、及び投影倍率は、マーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄの位置情報を計測した結果に基づいて調整される。この計測には、例えば、試料台５に少なくとも一部が設けられ、濃度フィルタＦのマークを撮像素子で検出する装置などを用いることができる。この場合、濃度フィルタＦを光軸方向に移動して複数Ｚ位置でマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄ又はマーク１２５を計測し、信号強度又は信号コントラストが最大となるＺ位置を求め、これをベストフォーカス位置とし、このベストフォーカス位置（投影光学系３の物体面または像面と共役な位置）又はこのベストフォーカス位置から一定量デフォーカスした位置に濃度フィルタＦを配置する。本例では濃度フィルタＦは、そのベストフォーカス位置からある一定量デフォーカスした位置に設置されている。
【００４４】
なお、濃度フィルタに設けるマークの数は４つに限られるものではなく、濃度フィルタの設定精度などに応じて少なくとも１つを設けておけばよい。さらに、本例では照明光学系の光軸と中心がほぼ一致するように濃度フィルタが配置され、その中心（光軸）に関して対称に４つのマークを設けるものとしたが、濃度フィルタに複数のマークを設けるときはその中心に関して点対称とならないようにその複数のマークを配置する、あるいはその複数のマークは点対称に配置し、別に認識パターンを形成することが望ましい。これは、照明光学系内に濃度フィルタを配置してエネルギー分布を計測した後にその濃度フィルタを取り出してその修正を加えて再設定するとき、結果として照明光学系の光学特性（ディストーションなど）を考慮して濃度フィルタの修正が行われているため、その濃度フィルタが回転して再設定されると、その修正が意味をなさなくなるためであり、元の状態で濃度フィルタを再設定可能とするためである。
【００４５】
図２（ａ）に示した濃度フィルタＦは、透光部１２２の周囲（４辺）に減光部１２３が形成されているが、マスターレチクルＲｉに形成されたパターンを転写する際に、減光部１２３の全体を常時用いている訳ではない。つまり、基板４上におけるパターンを転写すべきショット領域の位置に応じて、遮光部材としてのブラインド１１１を制御して減光部１２３の一部を遮光し、又は、遮光部１２３全体を用いている。これは、スティチング露光においては、隣り合うショット領域の重合部における露光量を一定とするために重合部の露光量を傾斜的に設定しており、隣り合うショット領域が無い場合には、その部位において傾斜的な露光量分布とする必要がないからである。図２（ａ）に示した開口部１２２の周囲に減光部１２３が形成されている濃度フィルタＦを用いる場合であって、ブラインド１１１によって減光部１２３を遮光するときには、４辺の内の１辺又は近接する２辺が遮光された状態でパターンの転写が行われる。
【００４６】
また、濃度フィルタＦとしては、上述のようなガラス基板上にクロム等の遮光性材料で減光部や遮光部を形成したもののみならず、液晶素子等を用いて遮光部や減光部の位置、減光部の減光特性を必要に応じて変更できるようにしたものを用いることもできる。この場合には、ブラインド１１１の制御が不要になるとともに、製造するマイクロデバイスの仕様上の各種の要請に柔軟に対応することができ、高効率的である。
【００４７】
フィルタステージＦＳは、保持している濃度フィルタＦをＸＹ平面内で回転方向及び並進方向に微動又は移動する。不図示のレーザ干渉計によって、フィルタステージＦＳのＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系９からの制御情報によってフィルタステージＦＳの動作が制御される。
【００４８】
濃度フィルタＦを通過した露光光ＩＬは、反射ミラー１１２を介してコンデンサレンズ系１１３及び結像レンズ系１１４に入射する。
【００４９】
結像用レンズ系１１４を介した露光光ＩＬは、反射ミラー１１５及び主コンデンサレンズ系１１６を介して、マスターレチクルＲｉの回路パターン領域上でブラインド１１１の矩形状の開口部と相似な照明領域（マスターレチクルＲｉに露光光ＩＬが照射される領域）を一様な強度分布で照射する。即ち、ブラインド１１１の開口部の配置面は、コンデンサレンズ系１１３、結像用レンズ系１１４、及び主コンデンサレンズ系１１６との合成系によってマスターレチクルＲｉのパターン形成面とほぼ共役となっている。
【００５０】
照明光学系１から射出された露光光ＩＬにより、レチクルステージ２に保持されたマスターレチクルＲｉが照明される。レチクルステージ２には、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のマスターレチクルＲｉが保持されている。レチクルステージ２の側方に棚状のレチクルライブラリ１６ｂが配置され、このレチクルライブラリ１６ｂはＺ方向に順次配列されたＮ（Ｎは自然数）個の支持板１７ｂを有し、支持板１７ｂにマスターレチクルＲ１，…，ＲＮが載置されている。レチクルライブラリ１６ｂは、スライド装置１８ｂによってＺ方向に移動自在に支持されており、レチクルステージ２とレチクルライブラリ１６ｂとの間に、回転自在でＺ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ１９ｂが配置されている。主制御系９がスライド装置１８ｂを介してレチクルライブラリ１６ｂのＺ方向の位置を調整した後、ローダ１９ｂの動作を制御して、レチクルライブラリ１６ｂ中の所望の支持板１７ｂとレチクルステージ２との間で、所望のマスターレチクルＲ１〜ＲＬを受け渡しできるように構成されている。
【００５１】
マスターレチクルＲｉの照明領域内のパターンの像は、投影光学系３を介して縮小倍率１／α（αは、例えば「４」）で、基板４の表面に投影される。ここで、投影光学系３の露光領域は基板４上に設定されたショット領域とほぼ同じ大きさ、つまりパターンを基板４上に投影し得る大きさに設定されている。
【００５２】
レチクルステージ２は、保持しているマスターレチクルＲｉをＸＹ平面内で回転方向及び並進方向に移動する。また、レチクルステージ２は、フォトレジスト等の感光剤が塗布された感光基板を、感光剤が塗布された面を投影光学系３側に向けて保持可能に構成されている。かかる構成とするのは、基板４に形成したパターンを投影光学系３を介してレチクルステージ２上に保持された感光基板に拡大転写して基板４のパターンを検査するためである。なお、上記の感光基板は、例えばフォトレジストが塗布されたブランクス又はフォトレジストが塗布されたウエハ（半導体基板）等が挙げられる。このレチクルステージ２は、本発明にいう第２保持装置又は親マスク保持装置に相当する。
【００５３】
感光剤が塗布された感光基板をレチクルステージ２上に保持する場合には、感光基板に塗布された感光剤がレチクルステージ２に付着するのを防止するため所定形状の治具を介して保持することが好ましい。また、詳細は後述するが、レチクルステージ２上に保持された感光基板に一度に拡大転写されるパターンは、基板４に形成したパターンの一部であり、基板４に形成したパターン４を全て感光基板に転写するためには複数枚の感光基板が必要となる。このため、感光剤が塗布された感光基板を複数枚収容し、レチクルステージ２上に保持する感光基板を交換する構成（例えば、レチクルライブラリ１６ｂ、ローダ１９ｂと同様の構成）を設けることが好適である。
【００５４】
レチクルステージ２には不図示のレーザ干渉計が設けられており、このレーザ干渉計によって、レチクルステージ２のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系９からの制御情報によってレチクルステージ２の動作が制御される。また、レチクルステージ２は、投影光学系３の光軸ＡＸ方向に移動可能に構成されるとともに、光軸ＡＸに対する角度を変更可能に構成されている。これにより、マスターレチクルＲｉのＺ方向の位置及び姿勢をそれぞれ調整することができ、例えばマスターレチクルＲｉのパターン形成面又は感光基板の感光剤が塗布された面を投影光学系３の物体面（第１面）に合わせ込むことができる。マスターレチクルＲｉのＺ方向の位置及び姿勢は、主制御系９からの制御情報によって制御される。なお、マスターレチクルＲｉのＺ方向の位置及び姿勢を検出する装置を設けることが好ましく、例えば後述するフォーカスセンサＡＦをそのまま適用してもよい。
【００５５】
一方、基板４は、基板の変形による位置ずれが起きないように、本例では３本のピンで構成されるホルダ上に無吸着またはソフト吸着され、この基板ホルダは試料台５上に固定され、試料台５は基板ステージ６上に固定されている。なお、基板ホルダとしてピンチャックホルダなどを用いて基板４を保持してもよい。試料台５及び基板ステージ６は、本発明にいう第１保持装置、保持装置、又は作業用マスク保持装置に相当する。
【００５６】
また、投影光学系３の光軸方向（Ｚ方向）に関する基板４の位置を検出する送光系ＡＦ１及び受光系ＡＦ２を有する斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、フォーカスセンサＡＦと呼ぶ）が設けられている。このフォーカスセンサＡＦは、投影光学系３の視野内でパターンの縮小像が投影される露光領域（ショット領域に対応）内の複数の計測点にそれぞれ光ビームを照射するとともに、基板４で反射された光をそれぞれ独立に受光して、各計測点における基板４のＺ方向の位置（本例では、所定の基準面、例えば投影光学系３の像面に対する基板４の表面の位置ずれ量）を検出するものである。
【００５７】
このフォーカスセンサＡＦの計測値は主制御系９に出力され、主制御系９はその計測値に基づいて試料台５を駆動し、基板４のフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）、及び傾斜角の制御（フォーカス及びレベリング調整）を行う。これにより、投影光学系３の露光領域内で投影光学系３の像面と基板４上の各ショット領域の表面とがほぼ合致する、即ち露光領域内でショット領域の全面が投影光学系３の焦点深度内に設定されることになる。
【００５８】
この試料台５上には位置決め用の基準マーク部材１２及び基板４上に照度分布を検出する照度分布検出センサ（いわゆる照度ムラセンサ）１２６が固定されている。また、基板ステージ６は、ベース７上で例えばリニアモータによりＸ方向、Ｙ方向に試料台５（基板４）を移動し位置決めする。ベース７内には光源１００からの露光光の一部を基板４の底面へ導いて基板４の底面側から基板４を照明するための送光系が設けられている。この送光系は、可変減光器１０３とレンズ系１０４との間に設けられた可動ミラー２００、光ファイバ２０１、レンズ２０２、及び反射ミラー２０３を含んで構成される。
【００５９】
可動ミラー２００は、露光光ＩＬの光路に進退可能に構成され、露光光ＩＬの光路上に配置された場合には、可変減光器１０３を透過した露光光ＩＬを反射する。可動ミラー２００で反射された露光光は、例えば不図示の集光光学系で集光されて光ファイバ２０１の一端から光ファイバ２０１内へ入射し、光ファイバ２０１を介してベース７内に導かれる。なお、送光系は上記の構成に限らず、リレー光学系により構成しても良い。この可動ミラー２００、光ファイバ２０１、レンズ２０２、及び反射ミラー２０３を含んで構成される送光系は、本発明にいう第１照明装置に相当する。
【００６０】
この露光光は光ファイバ２０１の他端から射出されてレンズ２０２で略平行光に変換された後、反射ミラー２０３で上方向（Ｚ方向）に反射されて、基板４の底面を照明する。なお、図１においては図示を省略しているが、反射ミラー２０３で反射された露光光を所定の形状に整形する整形板及びこの露光光の進行方向に対して直交する方向に移動可能に構成された遮光板を設けることが望ましい。
【００６１】
試料台５上に基板４としてパターンが形成されたワーキングレチクル（作業用マスク）がパターン形成面を投影光学系３と対向させて保持され、そのパターン形成面が投影光学系３の像面（第２面）に合わせ込まれており、且つ感光剤が塗布された感光基板がレチクルステージ２上に保持され、その表面（感光剤が塗布された面）が投影光学系３側に向けて投影光学系３の物体面（第１面）に合わせ込まれている状態で、送光系２００〜２０３を介して露光光ＩＬを基板４の底面から基板４に照射すると、そのパターンの一部が投影光学系３を介してレチクルステージ２に保持された感光基板に転写される。基板ステージ６をＸＹ面内で移動させると、ベース７に対して基板４のＸＹ面内の位置が変化するため、基板４の異なる位置（部分領域）が露光光ＩＬによって照明される。
【００６２】
また、試料台５の上部には移動鏡８ｍが固定されており、この移動鏡８ｍにはレーザ干渉計８が対向して配置されている。なお、図１においては、図示を簡略化しているが、移動鏡８ｍは、試料台５上においてＸ方向に延びた移動鏡とＹ方向に延びた移動鏡とが設けられており、各々の移動鏡に対向してレーザ干渉計が設けられている。レーザ干渉計８によって試料台５のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値がステージ制御系１０、及び主制御系９に供給されている。ステージ制御系１０は、その計測値、及び主制御系９からの制御情報に基づいて、基板ステージ６のリニアモータ等の動作を制御する。さらに、図１においては図示を省略しているが、レチクルステージ２に設けられたレーザ干渉計からの計測結果が主制御系９に供給されており、この計測結果に応じて主制御系９はレチクルステージ２のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角、Ｚ座標、及び光軸ＡＸに対する角度を制御する。
【００６３】
次に、照度分布検出センサ１２６の詳細について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は照度分布検出センサ１２６の構成を示す図である。この照度分布検出センサ１２６は、露光光ＩＬが投影光学系３を介して照明されている状態で基板ステージ６を基板４に水平な面内で移動させることにより露光光ＩＬの空間分布、即ち露光光の強度分布（照度分布）を計測するためのものである。図３（ａ）に示すように、照度分布検出センサ１２６は、矩形（本実施形態においては正方形）状の開口５４を有する遮光板５５の下側に光電センサ５６を設けて構成され、光電センサ５６による検出信号は、主制御系９に出力される。なお、開口５４の下側に光電センサ５６を設けずに、ライトガイドなどにより光を導いて他の部分で光電センサなどにより受光量を検出するようにしてもよい。
【００６４】
遮光板５５は、通常石英等の基板にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着することにより形成されるが、クロム等の金属を蒸着すると、遮光板５５上に照射された露光光の反射率が高く露光光の反射量が多くなる。その結果、遮光板５５による反射光が投影光学系３等で反射されることによりフレアが発生する。この照度分布検出センサ１２６は、基板４が露光されるときの露光光の空間分布を計測するために設けられるものであり、実際の露光時における露光光の空間分布を計測することが最も好ましい。しかし、露光光の空間分布の計測を行う際に、実際の露光時の状況と異なる状況、つまり露光光の反射量が多くなる状況があると、実際の露光時における露光光の空間分布を正確に計測することができない。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、露光時における実際の露光光の空間分布になるべく近い計測を行うために、遮光板５５上面の反射率を、基板４の反射率とほぼ同程度として反射光による影響を低減している。遮光板５５の上面には露光光の波長域において基板４の反射率と同程度の反射率を有する膜が形成されている。この膜を実現するためには、例えば、図３（ｂ）に示すように、石英の透明基板５７上にクロム５８を蒸着し、さらにクロム５８上に酸化クロムの薄膜５９を形成し、その上に基板４に塗布されるフォトレジストと同じフォトレジスト６０を同じ膜厚で塗布してもよい。このような遮光板５５上面の反射率は、その表面に形成される膜の材質のみならず、膜厚や構成（積層数、各層厚、各層の材質等）適宜に選択することにより調整することができる。基板４に反射防止膜等が形成されている場合には、そのような条件の全てをも考慮して、該遮光板５５上面の反射率を設定する。
【００６６】
かかる照度分布検出センサ１２６を用いて、遮光板５５に形成された開口５４を通過してきた露光光を、基板ステージ６を基板４表面に水平な面内で移動させつつ計測することにより、実際の露光時における露光光の空間分布とほぼ同じ空間分布を計測することができる。
【００６７】
また、主制御系９には、磁気ディスク装置等の記憶装置１１が接続され、記憶装置１１に、露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、マスターレチクルＲ１〜ＲＮの設計情報、マスターレチクルＲ１〜ＲＮの相互の位置関係、アライメント情報、投影光学系３の光学特性を示す情報等が記録されている。
【００６８】
投影光学系３の光学特性を示す情報は、例えば、像面の傾斜及び像面の湾曲等である。この情報は、投影光学系３の設計値から得られる情報又は露光装置を組み上げたときの投影光学系３の光学特性の実測値である。なお、温度及び気圧により投影光学系３の光学特性は変化する。このため、その光学特性を調整する機構を投影光学系３に設け、この機構により投影光学系３の光学特性を調整したときには記憶装置１１内の露光データファイルに記憶されている投影光学系３の光学特性を示す情報を更新するようにすることが好ましい。
【００６９】
本実施形態の露光装置は、複数のマスターレチクルを用いてショット間の重ね継ぎ露光を行う。ここで、マスターレチクルＲｉとこの露光装置とを用いてワーキングレチクル（作業用マスク）を製造する工程について簡単に説明する。図４は、マスターレチクルＲｉを用いてレチクル（ワーキングレチクル）を製造する際の製造工程を説明するための図である。図４中に示したワーキングレチクル３４が最終的に製造されるレチクルである。このワーキングレチクル３４は、石英ガラス等からなる光透過性の基板（ブランクス）の一面に、クロム（Ｃｒ）、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_２等）、又はその他のマスク材料によって転写用の原版パターン２７を形成したものである。また、その原版パターン２７を挟むように２つのアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂが形成されている。
【００７０】
ワーキングレチクル３４は、光学式の投影露光装置の投影光学系を介して、１／β倍（βは１より大きい整数、又は半整数等であり、一例として４，５，又は６等）の縮小投影で使用されるものである。即ち、図４において、ワーキングレチクル３４の原版パターン２７の１／β倍の縮小像２７Ｗを、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の各ショット領域４８に露光した後、現像やエッチング等を行うことによって、その各ショット領域４８に所定の回路パターン３５が形成される。
【００７１】
図４において、まず最終的に製造される半導体デバイスのあるレイヤの回路パターン３５が設計される。回路パターン３５は直交する辺の幅がｄＸ，ｄＹの矩形の領域内に種々のライン・アンド・スペースパターン（又は孤立パターン）等を形成したものである。この実施形態では、その回路パターン３５をβ倍して、直交する辺の幅がβ・ｄＸ，β・ｄＹの矩形の領域からなる原版パターン２７をコンピュータの画像データ上で作成する。β倍は、ワーキングレチクル３４が使用される投影露光装置の縮小倍率（１／β）の逆数である。なお、反転投影されるときは反転して拡大される。
【００７２】
次に、原版パターン２７をα倍（αは１より大きい整数、又は半整数等であり、一例として４，５，又は６等）して、直交する辺の幅がα・β・ｄＸ，α・β・ｄＹの矩形の領域よりなる親パターン３６を画像データ上で作成し、その親パターン３６を縦横にそれぞれα個に分割して、α×α個の親パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮ（Ｎ＝α^２）を画像データ上で作成する。図４では、α＝５の場合が示されている。なお、倍率αはワーキングレチクル３４の製造に用いられる投影露光装置の投影倍率（本例では図１中の投影光学系３の倍率）の逆数である。また、この親パターン３６の分割数αは、必ずしも原版パターン２７から親パターン３６への倍率αに合致させる必要はない。その後、それらの親パターンＰｉ（ｉ＝１〜Ｎ）について、それぞれ電子ビーム描画装置（又はレーザビーム描画装置等も使用できる）用の描画データを生成し、その親パターンＰｉをそれぞれ等倍で、親マスクとしてのマスターレチクルＲｉ上に転写する。
【００７３】
例えば、１枚目のマスターレチクルＲ１を製造する際には、石英ガラス等の光透過性の基板上にクロム、又はケイ化モリブデン等のマスク材料の薄膜を形成し、この上に電子線レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いてその電子線レジスト上に１番目の親パターンＰ１の等倍の潜像を描画する。その後、電子線レジストの現像を行ってから、エッチング、及びレジスト剥離等を施すことによって、マスターレチクルＲ１上のパターン領域２０に親パターンＰ１が形成される。
【００７４】
また、マスターレチクルＲ１上には、親パターンＰ１に対して所定の位置関係で２次元マークよりなるアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂを形成しておく。同様に他のマスターレチクルＲｉにも、電子ビーム描画装置等を用いてそれぞれ親パターンＰｉ、及びアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂが形成される。このアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂは、基板又は濃度フィルタに対する位置合わせに使用される。
【００７５】
このように、電子ビーム描画装置（又はレーザビーム描画装置）で描画する各親パターンＰｉは、原版パターン２７をα倍に拡大したパターンであるため、各描画データの量は、原版パターン２７を直接描画する場合に比べて１／α^２程度に減少している。さらに、親パターンＰｉの最小線幅は、原版パターン２７の最小線幅に比べてα倍（例えば５倍、又は４倍等）であるため、各親パターンＰｉは、それぞれ従来の電子線レジストを用いて電子ビーム描画装置によって短時間に、かつ高精度に描画できる。また、一度Ｎ枚のマスターレチクルＲ１〜ＲＮを製造すれば、後はそれらを繰り返し使用することによって、必要な枚数のワーキングレチクル３４を製造できるため、マスターレチクルＲ１〜ＲＮを製造するための時間は、大きな負担ではない。
【００７６】
このようにして製造されたＮ枚のマスターレチクルＲｉを用い、図１に示した露光装置でマスターレチクルＲｉの親パターンＰｉの１／α倍の縮小像を画面継ぎを行いながら転写することによりワーキングレチクル３４が製造される。
【００７７】
以上の工程を経てワーキングレチクル３４が製造されると、製造されたワーキングレチクル３４が設計通りに製造されたか否かを検査する工程が行われる。ワーキングレチクル３４の検査を行う場合には、まずワーキングレチクル３４を試料台５上（図１中の基板４が配置された位置）に保持してワーキングレチクル３４の上面（パターン形成面）を投影光学系３の像面（第２面）に合わせ込ませるとともに、レチクルステージ２上に感光基板を保持して感光基板の感光剤が塗布された面を投影光学系３の物体面（第１面）に合わせ込む。次に、可動ミラー２００を露光光ＩＬの光路上に配置して、光ファイバ２０１、レンズ２０２、及び反射ミラー２０３を介して露光光ＩＬを導き、ワーキングレチクル３４を底面側から照明する。
【００７８】
ワーキングレチクル３４が底面側から照明されると、照明された領域に形成されたパターンが投影光学系３を介することにより拡大されて（拡大投影工程）レチクルステージ２上に保持された感光基板に転写される（転写工程）。ここで、例えば、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンの線間隔が７０ｎｍであり、投影光学系３の倍率（物体面から像面への倍率）が１／４であるとすると、レチクルステージ２上に保持された感光基板に転写されるパターンの線間隔は２８０ｎｍになる。
【００７９】
また、ワーキングレチクル３４のパターン形成領域の内、一度に転写可能な最大の面積は、レチクルステージ２上に保持された感光基板の面積の１／４である。レチクルステージ２の大きさの制限から、１枚の感光基板にワーキングレチクル３４のパターンを全て転写することは困難であるため、本実施形態では複数枚の感光基板を用意するとともに、ワーキングレチクル３４のパターン形成領域を複数の領域に分割し、各感光基板に各々の領域に形成されたパターンを転写している。
【００８０】
図５は、ワーキングレチクル３４のパターン形成領域の分割例を示す図であり、（ａ）は１６分割の分割例を示しており、（ｂ）は２５分割の分割例を示している。ワーキングレチクル３４のパターン形成領域の長さをＬ１とし、幅をＬ２とする。この領域を１６分割して部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６を設定すると、各部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６は、長さがＬ１／４であり、幅がＬ２／４となる。このように分割した場合には、パターン形成領域に形成されたパターンを全て転写するために、部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６各々に対して１枚の感光基板が必要になるため、計１６枚の感光基板が必要になる。
【００８１】
ところで、図５（ａ）に示すように、パターン形成領域を単純に１６等分しただけでは、各部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６の境界における欠陥の検査を高い精度で行うことができない場合が考えられる。このような場合には、図５（ｂ）に示すようにパターン形成領域を分割する。図５（ｂ）に示した例では、各部分領域ＳＡ１〜ＳＡ２５の大きさは、図５（ａ）に示した部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６の大きさと同じであり、長さがＬ１／４であり、幅がＬ２／４となる。しかしながら、図５（ｂ）においては、隣接する部分領域を重ね合わせることで、ワーキングレチクル３４のパターン形成領域を２５分割している。図５（ｂ）のように分割した場合には、各々の部分領域ＳＡ１〜ＳＡ２５に形成されたパターンを転写するために、計２５枚の感光基板が必要になるが、境界部分における欠陥の検査精度を向上することができる。
【００８２】
ワーキングレチクル３４の各部分領域に形成されたパターンを順次感光基板に転写すると、各感光基板の現像処理を行って、各感光基板に形成されたレジストパターンを観察（計測）して設計値と比較することにより、欠陥の有無を判断する（検査工程）。レジストパターンの観察は、例えばＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて行われる。一般的にＳＥＭはパターンの像を写真に撮影するものであり、線幅の自動計測は行われていない。よって、例えば測定者がＳＥＭを用いて撮影した写真から線幅を目測で読み取る作業を行う。なお、感光基板に転写されたパターンの観察は、上記ＳＥＭを用いた方法に制限されず、パターンを感光基板に転写して得られる潜像を計測するものであってもよいが、計測精度の点を考慮するとＳＥＭで線幅の計測を行うことが好ましい。
【００８３】
以上説明した方法では、ワーキングレチクル３４のパターンを拡大して感光基板に転写し、その拡大したパターンの観察を行っているため、ワーキングレチクル３４に形成するパターンが微細化しても、観察すべき対象はそのパターンを拡大したものであるため、容易に必要となる精度以上の精度でワーキングレチクル３４を検査することができる。
【００８４】
また、本実施形態の露光装置は、ワーキングレチクル３４の検査を行うのみならず、マスターレチクルＲｉの検査を行うことも可能である。このマスターレチクルＲｉに形成されたパターンは、例えば高加速ＥＢ描画機で描画されたものである。仮に、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンの線間隔が７０ｎｍであり、投影光学系３の倍率（物体面から像面への倍率）が１／４であるとすると、マスターレチクルＲｉに形成されるパターンの線間隔は２８０ｎｍになる。
【００８５】
このマスターレチクルＲｉの検査を行う場合には、ワーキングレチクル３４の検査を行う場合と同様に、まずマスターレチクルＲｉのパターン形成面を投影光学系３側に向けてマスターレチクルＲｉを試料台５上に保持し、このパターン形成面を投影光学系３の像面（第２面）に合わせ込ませる。また、感光剤が塗布された面を投影光学系３側に向けて感光基板をレチクルステージ２上に保持し、感光剤が塗布された面を投影光学系３の物体面（第１面）に合わせ込ませる。この状態で、可動ミラー２００を露光光ＩＬの光路上に配置して、光ファイバ２０１、レンズ２０２、及び反射ミラー２０３を介して露光光ＩＬを導き、試料台５上に保持されたマスターレチクルＲｉを底面側から照明することにより、マスターレチクルＲｉに形成されたパターンを拡大して感光基板に転写する。
【００８６】
感光基板に転写されるマスターレチクルＲｉのパターンは、その線間隔が２８０ｎｍ×４＝１１２０ｎｍになる。マスターレチクルＲｉにおいて、許容可能な欠陥の大きさがパターンの線間隔の３０％であるとすると、２８０ｎｍ×０．３＝８４ｎｍとなる。この大きさの欠陥を直接検出するのは困難であるが、本実施形態の検査方法ではマスターレチクルＲｉのパターンを拡大したパターンを観察して検査しているため、許容可能な欠陥の大きさは、８４ｎｍ×４＝３３６ｎｍとなり、欠陥検査が極めて容易になる。
【００８７】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。なお、本実施形態の露光装置は、基本的には図１に示した第１実施形態の露光装置とほぼ同様の構成であるが、以下に説明する構成が付加されてマスターレチクルＲｉ及びワーキングレチクル３４の透過光像及び反射光像を観察することができるように構成されている。なお、本実施形態では、試料台５上にワーキングレチクル３４が保持されている場合を例に挙げて説明し、第１実施形態において説明した部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
図６において、２０４は光ファイバ２０１によって導かれ、レンズ２０２及び反射ミラー２０３を介した露光光の光路に対して進退可能に構成された遮光板である。この遮光板２０４が露光光の光路上に配置されると、反射ミラー２０３で反射された露光光が遮光されてワーキングレチクル３４の底面が露光光で照明されない。これに対し、遮光板２０４を露光光の光路外に配置すると、ワーキングレチクル３４の底面が露光光で照明される。
【００８９】
本実施形態の露光装置は、レチクルステージ２と投影光学系３との間に、光路に対して進退可能に構成された可動ハーフミラー２０５を備えている。この可動ハーフミラー２０５は、レチクルステージ２と投影光学系３との間の光路（投影光学系３の光軸ＡＸ）上に配置されている状態で紙面に垂直な不図示の軸（Ｙ軸）の周りに回転可能に構成されており、入射する光を所定の割合（例えば、１対１）で透過及び反射する。なお、可動ハーフミラー２０５は、本発明にいう可動半透過半反射部材に相当する。
【００９０】
可動ハーフミラー２０５が光軸ＡＸ上に配置されている状態において、可動ハーフミラー２０５の−Ｘ方向には、光ファイバ２０６、レンズ２０７、及び遮光板２０８が配置される。光ファイバ２０６は、光源１００から射出される露光光ＩＬの一部を可動ハーフミラー２０５に導くために設けられており、光ファイバ２０６の端部から射出される露光光はレンズ２０７で略平行光に変換された後、可動ミラー２０５に入射する。なお、ここでは、光ファイバ２０６及びレンズ２０７によって露光光の一部を可動ハーフミラー２０５に導く構成を例に挙げて説明するが、リレー光学系により露光光の一部を可動ハーフミラー２０５に導く構成であっても良い。上記光ファイバ２０６及びレンズ２０７からなる構成は、本発明にいう第２照明装置に相当する。
【００９１】
遮光板２０８は光ファイバ２０６によって導かれ、レンズ２０７を介した露光光の光路に対して進退可能に構成されている。この遮光板２０８を露光光の光路上に配置するとレンズ２０７を介した露光光が遮光される。これに対し、遮光板２０８を露光光の光路外に配置すると、レンズ２０７を介した露光光が光軸ＡＸ上に配置された可動ハーフミラー２０５を照明する状態になる。
【００９２】
また、図６において、２０９は空間像計測装置であり、投影光学系３の光軸ＡＸに対して進退自在に構成されるとともに、光軸ＡＸに沿った方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。前述したように、レチクルステージ２はＺ方向に移動可能に構成されているため、レチクルステージ２をＺ方向に移動させれば、空間像計測装置２０９の検出面（撮像面）が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致するように空間像計測装置２０９を配置することができる。かかる配置にすることで、投影光学系３を介して試料台５上に保持されたワーキングレチクル３４を観察（検出）することができる。なお、この空間像計測装置２０９は、本発明にいう空間像検出装置又は第１空間像検出装置に相当する。
【００９３】
また、マスターレチクルＲｉのパターン形成面が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致する位置に配置されている場合に、投影光学系３の物体面（第１面）からＺ方向に所定量だけずれた位置（例えば、図１中の照明光学系内でマスターレチクルＲｉのパターン形成面とほぼ共役な位置なども含む）にその検出面を一致させて空間像計測装置２０９を配置することもできる。この配置にすることにより、マスターレチクルＲｉを透過した光によるパターン像（パターンの透過光像）を空間像計測装置２０９で観察（検出）することができる。
【００９４】
更に、本実施形態の露光装置は、投影光学系３の側方向（光ファイバ２０６、レンズ２０７、及び光軸ＡＸ上に配置された可動ハーフミラー２０５を結ぶ線のほぼ延長線上）に、ＹＺ平面内において移動可能に構成された空間像計測装置２１０を備える。この空間像計測装置２１０は、可動ハーフミラー２０５が光軸ＡＸ上に配置されている状態における可動ハーフミラー２０５のＹ軸周りの回転量に応じて、レチクルステージ２上に保持されたマスターレチクルＲｉに形成されたパターン（親パターン）又は試料台５上に保持されたワーキングレチクル３４に形成されたパターンを観察（検出）するために設けられる。なお、この空間像検出装置２０１は、本発明にいう第２空間像検出装置に相当する。
【００９５】
空間像計測装置２０９，２１０の検出結果は、図１中の主制御系９に出力され、主制御系９において画像処理が施されて記憶装置１１内の露光データファイルに記憶されているマスターレチクルＲ１〜ＲＮの設計情報の何れか１つと比較されて欠陥の有無が判断される。
【００９６】
上記構成において、空間像計測装置２０９を用いてワーキングレチクル３４の検査を行う場合には、レチクルステージ２をＺ方向へ移動させるとともに、空間像計測装置２０９の検出面が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致するように空間像計測装置２０９を光軸ＡＸ上に配置する。図７は、空間像計測装置２０９の検出面が投影光学系の物体面とほぼ一致するように空間像計測装置２０９を配置した状態を示す図である。
【００９７】
図７に示した状態において、ワーキングレチクル３４を透過した光によるパターン像（パターンの透過光像）を観察する場合には、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路外へ配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路上へ配置する。この配置にすることにより、ワーキングレチクル３４が底面側のみから照明され、ワーキングレチクル３４を透過した光が、投影光学系３及びハーフミラー２０５を介して投影光学系３の物体面（第１面）に結像される（拡大投影工程）。この物体面に結像した透過光像は、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンを拡大した像であり、この透過光像を空間像計測装置２０９によって観察（検出）する。
【００９８】
なお、本実施形態においても、光ファイバ２０１で導かれた露光光でワーキングレチクル３４のパターン形成領域全面が照明されないため、パターン形成領域の一部（例えば、図５（ａ）に示した部分領域ＳＡ１〜ＳＡ１６又は図５（ｂ）に示した部分領域ＳＡ１〜ＳＡ２５を順次照明しつつ、空間像計測装置２０９でその透過光像を観察（検出）する。また、空間像計測装置２０９の検出面の大きさよりも、投影光学系３の物体面に結像した透過光像の大きさ（ＸＹ面内における大きさ）が大きい場合には、空間像２０９をＸＹ面内で走査しつつ透過光像を観察（検出）すればよい。空間像計測装置２０９の検出結果は、図１中の主制御系９に出力されて画像処理が施され記憶装置１１内の露光データファイルに記憶されているマスターレチクルＲ１〜ＲＮの設計情報（ワーキングレチクル３４が照明されている箇所の設計情報）と比較されて欠陥の有無が判断される（検査工程）。
【００９９】
図８は、空間像計測装置２０９の検出結果とマスターレチクルの設計情報との比較方法を説明するための図である。図８（ａ）はマスターレチクルの設計情報を模式的に示す図であり、図８（ｂ）は、空間像計測装置２０９の検出結果を模式的に示す図である。図８において、斜線を付した箇所はパターンが形成された箇所であり、斜線が付されていない箇所よりも光量が少ないため信号強度が低い箇所を示している。
【０１００】
本実施形態では、図８（ｂ）に示す空間像計測装置２０９の検出結果と図８（ａ）に示すマスターレチクルの設計情報とを重ね合わせた状態で一致するか否かによって、欠陥の有無を判断している。仮に、図８（ｂ）に示すように異物の付着による欠陥パターンｄ１及びパターンの一部が欠けている欠陥パターンｄ２がある場合には、図８（ａ）に示すパターンと図８（ｂ）に示すパターンとが一致しないため欠陥があると判断される。
【０１０１】
しかしながら、透過光像のみを用いた欠陥検査のみでは検査精度が十分でない場合がある。例えば、図８（ｂ）に示した空間像計測結果２０９を得る場合であっても、図８（ｃ）に示すように、欠陥パターンｄ１の周囲を透過する光の影響（例えば、迷光等の影響）から欠陥パターンｄ１を十分に検出できないことが考えられる。
【０１０２】
この不具合を解消して検出精度を向上させるために、本実施形態においては、ワーキングレチクル３４を反射した光によるパターン像（反射光像）を観察可能に構成されている。ワーキングレチクル３４の反射光像を観察する場合には、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路上へ配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路外へ配置する。これによって、光ファイバ２０６で導かれてレンズ２０７を介した露光光が可動ハーフミラー２０５へ入射し、その反射光が投影光学系３を介してワーキングレチクル３４を落射照明する。なお、可動ハーフミラー２０５が固定状態にある場合には、露光光による照明位置は変化しないため、ワーキングレチクル３４上における露光光の照明位置を変える場合には基板ステージ６をＸＹ平面内で移動させる。これにより、照明される部分領域を変えることができる。
【０１０３】
ワーキングレチクル３４に露光光が照射されることにより、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンで反射された光が投影光学系３及びハーフミラー２０５を介して投影光学系３の物体面（第１面）に結像される（拡大投影工程）。この物体面に結像した反射光像は、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンを拡大した像であり、この反射光像を空間像計測装置２０９によって観察（検出）する。そして、この検出結果が主制御系９で画像処理されて記憶装置１１内の露光データファイルに記憶されている設計情報と比較されて欠陥の有無が判断される（検査工程）。
【０１０４】
図８（ｄ）は反射光像を考慮した（図８（ａ）に対して、いわばネガ型の）マスターレチクルの設計情報を模式的に示す図であり、図８（ｅ）は反射光像を空間像計測装置２０９で検出した結果を模式的に示す図である。図８（ｅ）に示すように、反射光像を検出する場合には、ワーキングレチクル３４に形成されたパターンによる反射光のみを検出することができ、パターンが形成されていない箇所はほぼ光が検出できないため、ワーキングレチクル３４に点状の欠陥パターンｄ１が形成されていても、透過光像を検出するときのように欠陥パターンｄ１の周囲を通過する光による影響を殆ど受けることがなく、高い精度で欠陥検査を行うことができる。
【０１０５】
なお、本実施形態において、図６に示すようにマスターレチクルＲｉのパターン形成面が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致している状態において、マスターレチクルＲｉに替えて、感光剤が塗布された面を投影光学系３側に向けて感光基板をレチクルステージ２上に保持すれば、第１実施形態と同様に、感光基板にワーキングレチクル３４の拡大パターンを実際に転写して、観察することが可能となる。この場合において、本実施形態ではワーキングレチクル３４を透過した光によるパターン及びワーキングレチクル３４で反射された光によるパターンの何れのパターンも感光基板に転写して、そのパターンを観察することができる。また、上記実施形態では、ワーキングレチクル３４の透過光像又は反射光像と、マスターレチクルＲｉの設計情報とを比較していたが、ワーキングレチクル３４の部分領域における透過光像又は反射光像と、その部分領域のパターンが形成されたマスターレチクルＲｉの透過光像又は反射光像とを比較することも可能である。
【０１０６】
［第３実施形態］
以上説明した第１、第２実施形態においては、主にマスターレチクルＲｉに形成されたパターン又はワーキングレチクル３４に形成されたパターンを拡大して感光基板に転写し、又はその空間像を観察してマスターレチクルＲｉ単体又はワーキングレチクル３４単体の欠陥を検査する場合について説明した。以下に示す第３実施形態では、複数枚のマスターレチクルＲｉに形成されたパターンを基板４に転写して製造されたワーキングレチクル３４の欠陥の原因を特定することができる検査方法について説明する。なお、本実施形態では、図７に示す構成の露光装置が用いられる。
【０１０７】
ワーキングレチクル３４を製造したときに欠陥が生ずる原因として以下の２つが考えられる。第１の原因は、マスターレチクルＲｉに形成された親パターンそのものの欠陥又はマスターレチクルＲｉに形成されたパターンを基板４に転写する際にマスターレチクルＲｉに付着したゴミに起因するものである。また、第２の原因は、マスターレチクルＲｉに形成されたパターンを順次基板４に転写するときに、マスターレチクルＲｉの交換順序が間違って設定されていることである。本実施形態では、上述した第２実施形態の露光装置（図１及び図６参照）を用いて上記の２つの原因の特定を一連の検査シーケンスで迅速に行っている。
【０１０８】
図９は、本発明の第３実施形態によるマスク検査方法の工程の概略を示すフローチャートである。本実施形態では、まず、上述した第２実施形態の検査方法を用いて、ワーキングレチクル３４の透過光像又は反射光像が観察される（工程Ｓ１０：拡大投影工程、第１検査工程）。
【０１０９】
つまり、図７に示すように、ワーキングレチクル３４を試料台５上に保持するとともに、空間像計測装置２０９の検出面が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致するように空間像計測装置２０９を配置する。かかる配置に設定した後で、透過光像を観察する場合には、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路上に配置するとともに、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路外に配置し、ワーキングレチクル３４のある部分領域を底面側からのみ照明する。そして、照明された領域に形成されたパターンの像（透過光像）が投影光学系３を介することにより拡大される（拡大投影工程）ため、この拡大された透過光像を空間像検出装置２０９で観察（検出）する。
【０１１０】
なお、ワーキングレチクル３４は、図１に示す露光装置を用いて製造されているため、ワーキングレチクル３４に形成されるパターンの縮小倍率（この縮小倍率は、マスターレチクルＲｉに形成されたパターンに対するものである）は投影光学系３の縮小倍率となる。一方、空間像検出装置２０９で観察（検出）される透過光像は、ワーキングレチクル３４の一部のパターンを投影光学系３で拡大したものとなるため、拡大された透過光像はマスターレチクルＲｉに形成されたパターンとほぼ同じ大きさとなる。
【０１１１】
一方、反射光像を観察する場合には、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路上に配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路外に配置し、投影光学系３を介してワーキングレチクル３４のある部分領域を照明する。そして、ワーキングレチクル３４の反射光によるパターンの像（反射光像）が投影光学系３を介することにより拡大される（拡大投影工程）ため、この拡大されたパターン（反射光像）を空間像検出装置２０９で観察（検出）する。
【０１１２】
ワーキングレチクル３４の透過光像又は反射光像の観察（検出）が終了すると、主制御系９は、これらの検出結果と記憶装置９に記憶されたマスターレチクルＲｉの設計値との比較によりワーキングレチクル３４を検査する（工程Ｓ１１：第１検査工程）。
【０１１３】
以上の工程が終了すると、主制御系９はワーキングレチクル３４における欠陥の有無を判断する（工程Ｓ１２）。その結果、欠陥が無いと判断した場合、つまりワーキングレチクル３４の透過光像又は反射光像の検出結果とマスターレチクルＲｉの設計値とが一致すると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には検査工程を終了する。
【０１１４】
一方、工程Ｓ１２において、主制御系９がワーキングレチクル３４の透過光像又は反射光像の検出結果とマスターレチクルＲｉの設計値とが不一致であり、欠陥が有ると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、マスターレチクルＲｉの透過光像とワーキングレチクル３４の透過光像とを個別に観察する工程が行われる（工程Ｓ１３：第２検査工程、透過光検査工程）。
【０１１５】
図１０は、本発明の第３実施形態において、マスターレチクル及びワーキングレチクルの透過光像を個別に観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。マスターレチクル及びワーキングレチクルの透過光像を個別に観察するときには、図１０に示すように、レチクルステージ２上に保持されたマスターレチクルＲｉに関して、そのパターン形成面が投影光学系３に向けて投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致するように配置するとともに、投影光学系３の光軸ＡＸ上であって、投影光学系３の物体面（第１面）からＺ方向にずれた位置（例えば、図１中の照明光学系内でマスターレチクルＲｉのパターン形成面とほぼ共役な位置なども含む）にその検出面を一致させて空間像計測装置２０９を配置する。
【０１１６】
また、光ファイバ２０６によって導かれてＸ方向へ進む露光光がマスターレチクルＲｉ側へ反射され、ワーキングレチクル３４及び投影光学系３を介してＺ方向へ進む露光光が空間像計測装置２１０側へ反射されるように、可動ハーフミラー２０５の位置決めを行う。なお、レチクルステージ２上に配置されたマスターレチクルＲｉは、ワーキングレチクル３４を製造する際に用いたものの１つであって、光ファイバ２０１によって導かれた露光光がワーキングレチクル３４を照明する位置に形成されたパターンと同様の親パターンが形成されているものである。
【０１１７】
露光装置を図１０に示す状態に設定した後で、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路上に配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路外に配置する。かかる配置にすることで、光ファイバ２０６によって導かれた露光光がマスターレチクルＲｉを照明する状態になり、マスターレチクルＲｉの透過光像を空間像計測装置２０９を用いて観察（検出）する。
【０１１８】
マスターレチクルＲｉの透過光像の観察（検出）が終了すると、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路外に配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路上に配置して光ファイバ２０１によって導かれた露光光でワーキングレチクル３４が底面側から照明される状態にする。そして、投影光学系３を介して可動ハーフミラー２０５で反射されたワーキングレチクル３４の透過光像（拡大された像）を空間像計測装置２１０で観察（検出する）。
【０１１９】
マスターレチクルＲｉ及びワーキングレチクル３４の透過光像の観察（検出）が終了すると、主制御系９は空間像計測装置２０９，２０１の検出結果に対して画像処理を施した後に比較し、各々のパターンが一致するか否かを判断する（工程Ｓ１４：第２検査工程）。各々のパターンが一致すると判断した場合（工程Ｓ１３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ワーキングレチクル３４における欠陥の原因が、マスターレチクルＲｉに形成された親パターンそのものの欠陥又はマスターレチクルＲｉに形成されたパターンを基板４に転写する際にマスターレチクルＲｉに付着したゴミに起因するものであることを特定する（工程Ｓ１５）。
【０１２０】
つまり、工程Ｓ１０〜Ｓ１２においてワーキングレチクル３４に形成されたパターンがマスターレチクルＲｉの設計情報と異なっていると判断され、工程Ｓ１３，Ｓ１４においてワーキングレチクル３４に形成されたパターンとマスターレチクルＲｉに形成されたパターンとが一致していると判断された場合には、ワーキングレチクル３４に欠陥が生じた原因がマスターレチクルＲｉに起因するものであることが特定される。
【０１２１】
ワーキングレチクル３４の欠陥の原因が特定された後において、ワーキングレチクル３４の欠陥を容易に修正することができず、ワーキングレチクル３４の再パターニングが必要な場合には、欠陥のあるマスターレチクルＲｉに形成された親パターンを修正し、又は、マスターレチクルＲｉの洗浄を行って付着しているゴミを除去した後で、再度図１に示す露光装置を用いてマスターレチクルＲｉを用いたワーキングレチクル３４の製造（パターニング）が行われる。
【０１２２】
一方、マスターレチクルＲｉのパターンとワーキングレチクル３４のパターンとが不一致であると主制御系９が判断した場合（工程Ｓ１３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、マスターレチクルＲｉの反射光像とワーキングレチクル３４の反射光像とを個別に観察する工程が行われる（工程Ｓ１６：第２検査工程、反射光検査工程）。ここで、マスターレチクルＲｉの反射光像とワーキングレチクル３４の反射光像とを個別に観察する工程を行うのは、図８（ｃ）を参照して説明したように、透過光像の観察のみでは検出できない欠陥がある場合があり、欠陥検査の精度が高くないからである。
【０１２３】
図１１は、本発明の第３実施形態において、ワーキングレチクルの反射光像を観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。ワーキングレチクルの反射光像を観察するときには、図１１に示すように、空間像計測装置２０９の検出面が投影光学系３の物体面（第１面）とほぼ一致するように空間像計測装置２０９を光軸ＡＸ上に配置し、光ファイバ２０６で導かれた露光光が投影光学系３側へ反射されるように可動ハーフミラー２０５を位置決めし、更に遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路上に配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路外に配置する。
【０１２４】
以上の配置にすることで、光ファイバ２０６によって導かれた露光光が可動ハーフミラー２０５で反射された後、投影光学系３を介してワーキングレチクル３４のある部分領域を照明する。そして、ワーキングレチクル３４の反射光によるパターンの像（反射光像）は投影光学系３を介することにより拡大され、可動ハーフミラー２０５を介して投影光学系３の物体面（第１面）に結像する。この物体面に結像した反射光像を空間像計測装置２０９によって観察（検出）する。
【０１２５】
ワーキングレチクル３４の反射光像の観察が終了すると、次にマスターレチクルＲｉの反射光像の観察が行われる。図１２は、本発明の第３実施形態において、マスターレチクルの反射光像を観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。マスターレチクルの反射光像を観察するときには、図１１に示した状態から図１２に示すように、試料台５上に保持されていたワーキングレチクル３４を搬出するとともに、空間像計測装置２０９を移動させて、観察すべきマスターレチクルＲｉをレチクルステージ２上に保持する。このとき、マスターレチクルＲｉは、親パターンが形成されている面が投影光学系３側に向くようにレチクルステージ２上に保持され、この面が投影光学系３の物体面（第１面）と一致するように配置される。
【０１２６】
以上の配置が完了した後で、遮光板２０４を光ファイバ２０１で導かれた露光光の光路外に配置するとともに、遮光板２０８を光ファイバ２０６で導かれた露光光の光路上に配置する。かかる配置にすることで、光ファイバ２０１で導かれた露光光は反射ミラー２０３で反射された後、投影光学系３及び可動ハーフミラー２０５を介してマスターレチクルＲｉを照明する状態になる。マスターレチクルＲｉの反射光によるパターンの像（反射光像）は可動ハーフミラー２０５で反射された後、空間像計測装置２１０によって観察（検出）される。
【０１２７】
マスターレチクルＲｉ及びワーキングレチクル３４の反射光像の観察（検出）が終了すると、主制御系９は空間像計測装置２０９，２０１の検出結果に対して画像処理を施した後に比較し、各々のパターンが一致するか否かを判断する（工程Ｓ１７：第２検査工程）。各々のパターンが一致すると判断した場合（工程Ｓ１７の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、工程Ｓ１４における判断結果が「ＹＥＳ」の場合と同様に、ワーキングレチクル３４における欠陥の原因が、マスターレチクルＲｉに形成された親パターンそのものの欠陥又はマスターレチクルＲｉに形成されたパターンを基板４に転写する際にマスターレチクルＲｉに付着したゴミに起因するものであることを特定する（工程Ｓ１５）。
【０１２８】
そして、工程Ｓ１５でワーキングレチクル３４の欠陥の原因が特定された後において、ワーキングレチクル３４の欠陥を容易に修正することができず、ワーキングレチクル３４の再パターニングが必要な場合には、欠陥のあるマスターレチクルＲｉに形成された親パターンを修正し、又はマスターレチクルＲｉの洗浄を行って付着しているゴミを除去した後に、再度図１に示す露光装置を用いてマスターレチクルＲｉを用いたワーキングレチクル３４の製造（パターニング）が行われる。
【０１２９】
一方、マスターレチクルＲｉのパターンとワーキングレチクル３４のパターンとが不一致であると主制御系９が判断した場合（工程Ｓ１７の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ワーキングレチクル３４における欠陥の原因が、マスターレチクルＲｉ以外の原因であって、ワーキングレチクルの製造プロセスに起因するもの（マスターレチクルＲｉに形成されたパターンを順次基板４に転写するときに、マスターレチクルＲｉの交換順序が間違って設定されていること）であると特定する（工程Ｓ１８）。
【０１３０】
このようにして、本実施形態では、複数枚のマスターレチクルＲｉを用いて製造されたワーキングレチクル３４の欠陥を迅速に特定している。なお、以上の実施形態では、ワーキングレチクルの透過光像又は反射光像の検査（図９中の工程Ｓ１０〜Ｓ１３）において空間像計測装置２０９で観察を行っているが、空間像計測装置２０９による観察に代えて、第１実施形態のようにワーキングレチクルの透過光像又は反射光像によるパターンを感光基板に転写して検査することも可能である。しかしながら、検査の効率の観点からは空間像計測装置２０９を用いて観察を行うことが好ましい。
【０１３１】
なお、上述した実施の形態では、図５に示すように部分領域の形状は矩形状としているが、必ずしも矩形状である必要はなく、例えば、５角形、６角形、その他の多角形とすることができる。また、各部分領域が同一形状である必要もなく、異なる形状や大きさとすることができる。さらに、画面継ぎが行われる部分の形状も、長方形である必要はなく、ジグザグ帯状、蛇行帯状、その他の形状とすることができる。また、本願明細書中における「画面継ぎ」とは、パターン同士をつなぎ合わせることのみならず、パターンとパターンとを所望の位置関係で配置することをも含む意味である。
【０１３２】
上述した実施形態では露光用照明光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を用いているが、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、又はＡｒ_２レーザ光（波長１２６ｎｍ）などを用いることができる。Ｆ_２レーザを光源とする露光装置では、例えば投影光学系として反射屈折光学系が採用されるとともに、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学部材（レンズエレメント）は全て蛍石とされ、かつレーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例えばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘリウムガスで満たされる。
【０１３３】
Ｆ_２レーザを用いる露光装置では、レチクルや濃度フィルタは、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、ＬｉＦ、ＬａＦ_３、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロライド（ライカフ結晶）又は水晶等から製造されたものが使用される。
【０１３４】
エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。
【０１３５】
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
【０１３６】
例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【０１３７】
発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いるようにしてもよい。さらに、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いてもよい。
【０１３８】
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することが可能である。投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。
【０１３９】
さらに、半導体素子の製造又はレチクルの製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
【０１４０】
このような露光装置では、デバイスパターンが転写される被露光基板（デバイス基板）が真空吸着又は静電吸着などによって基板ステージ６上に保持される。ところで、ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１４１】
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【０１４２】
半導体集積回路は、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１４３】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでもない。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明によると、マスクのパターン領域の一部を拡大して感光基板に転写し、その拡大したパターンを観察し、又は拡大したパターンの空間像を観察するようにしたので、マスクに形成されるパターンが微細化しても、容易に必要となる精度以上の精度でマスクを検査することができるという効果がある。
【０１４５】
また、本発明によると、親マスクに形成された親パターンを縮小転写して作業用マスクを形成したときに、まず作業用マスクのパターン領域の一部を拡大して観察して作業用マスクの欠陥の有無を検査し、作業用マスクの欠陥が検出されたときに親マスクに形成されたパターンと作業用マスクに形成されたパターンとを個別に観察し、これらの一致不一致を検査しているので、作業用マスクに形成されるパターンが微細化しても、容易に必要となる精度以上の精度で作業用マスクを検査することができるとともに、作業用マスクに生じた欠陥の原因が、親マスクにあるのか又は作業用マスクにあるのかを迅速に特定することができるという効果がある。作業用マスクの欠陥原因を迅速に特定することができるため、作業用マスクの製造効率を向上させることもできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】濃度フィルタの構成の一例を示す上面図（ａ）及び濃度フィルタに形成されるマークの一例を示す図（ｂ）である。
【図３】照度分布検出センサの構成を示す図である。
【図４】マスターレチクルを用いてレチクル（ワーキングレチクル）を製造する際の製造工程を説明するための図である。
【図５】ワーキングレチクルのパターン形成領域の分割例を示す図であり、（ａ）は１６分割の分割例を示しており、（ｂ）は２５分割の分割例を示している。
【図６】本発明の第２実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。
【図７】空間像計測装置の検出面が投影光学系の物体面とほぼ一致するように空間像計測装置を配置した状態を示す図である。
【図８】空間像計測装置の検出結果とマスターレチクルの設計情報との比較方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるマスク検査方法の工程の概略を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態において、マスターレチクル及びワーキングレチクルの透過光像を個別に観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態において、ワーキングレチクルの反射光像を観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態において、マスターレチクルの反射光像を観察するときの露光装置の装置状態を示す図である。
【符号の説明】
２…レチクルステージ（第２保持装置、親マスク保持装置）
３…投影光学系
５…試料台（第１保持装置、保持装置、作業用マスク保持装置）
６…基板ステージ（第１保持装置、保持装置、作業用マスク保持装置）
３４…ワーキングレチクル（作業用マスク）
２００…可動ミラー（第１照明装置）
２０１…光ファイバ（第１照明装置）
２０２…レンズ（第１照明装置）
２０３…反射ミラー（第１照明装置）
２０５…可動ハーフミラー（可動半透過半反射部材）
２０６…光ファイバ（第２照明装置）
２０７…レンズ（第２照明装置）
２０９…空間像計測装置（空間像計測装置、第１空間像検出装置）
２１０…空間像計測装置（第２空間像検出装置）
Ｐｉ…親パターン
Ｒｉ…マスターレチクル（親マスク）

Claims (15)

1. マスクのパターン領域に形成されたパターンを検査するマスク検査方法であって、
   前記パターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程と、
   前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの像を感光基板に転写する転写工程と、
   前記感光基板に転写されたパターンを観察して前記マスクを検査する検査工程とを備えたことを特徴とするマスク検査方法。
2. マスクのパターン領域に形成されたパターンを検査するマスク検査方法であって、
   前記パターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程と、
   前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの空間像を観察して前記マスクを検査する検査工程とを備えたことを特徴とするマスク検査方法。
3. 前記部分領域を隣接する部分領域と重ならないように設定しつつ、前記各工程を繰り返して、前記パターン領域の全体を検査するようにした請求項１又は２に記載のマスク検査方法。
4. 前記部分領域を隣接する部分領域と互いの周辺部が重なるように設定しつつ、前記各工程を繰り返して、前記パターン領域の全体を検査するようにした請求項１又は２に記載のマスク検査方法。
5. 前記拡大投影工程は、前記マスクを透過した光及び前記マスクで反射された光の少なくとも一方を拡大して、前記パターンを拡大投影することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマスク検査方法。
6. 複数の親マスクと、該親マスクのそれぞれに形成された親パターンを縮小転写して形成される作業用マスクとを検査するマスク検査方法であって、
   前記作業用マスクのパターン領域の一部をなす部分領域に形成されたパターンを拡大して投影する拡大投影工程と、
   前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンを観察して前記作業用マスクを検査する第１検査工程と、
   前記第１検査工程で欠陥が検出されたときに、拡大投影された前記作業用マスクのパターンと、当該パターンに対応する親パターンが形成された親マスクの当該親パターンとを比較し、当該パターンと当該親パターンとの一致不一致を検査する第２検査工程とを備えたことを特徴とするマスク検査方法。
7. 前記第２検査工程は、前記作業用マスクを透過した光を拡大投影して得られるパターンと、前記親マスクを透過した光により得られる親パターンとの一致不一致を検査する透過光検査工程、及び前記作業用マスクで反射された光を拡大投影して得られるパターンと、前記親マスクで反射された光により得られる親パターンとの一致不一致を検査する反射光検査工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６に記載のマスク検査方法。
8. 前記第１検査工程は、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンを感光基板に転写し、当該感光基板に転写されたパターンを観察して前記作業用マスクを検査する工程であることを特徴とする請求項６又は７に記載のマスク検査方法。
9. 前記第１検査工程は、前記拡大投影工程で拡大投影されたパターンの空間像を観察して前記作業用マスクを検査する工程であることを特徴とする請求項６又は７に記載のマスク検査方法。
10. 前記作業用マスクの部分領域に形成されたパターンの投影倍率は、前記作業用マスクを形成する際の前記親パターンの縮小倍率の逆数と実質的に等しく設定されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のマスク検査方法。
11. 第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記マスクを保持する第１保持装置と、
    前記第２面から前記第１面に向かう方向に前記マスクを照明する照明装置と、感光基板の感光面を前記投影光学系に向けて前記第１面と実質的に一致するように前記感光基板を保持する第２保持装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
12. 第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記マスクを保持する保持装置と、
    前記第２面から前記第１面に向かう方向に前記マスクを照明する照明装置と、
    前記第１面に配置され、前記投影光学系により拡大投影される前記マスクに形成されたパターンの空間像を検出する空間像検出装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
13. 第１面の像を第２面へ縮小投影する投影光学系を有し、前記第１面に配置された親マスクの親パターンを前記第２面に配置された作業用マスクに投影露光する露光装置であって、
    前記投影光学系の光軸に対して進退可能に構成され、前記親マスクを投影光学系の光軸上に配置する場合には、前記親マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第１面と実質的に一致するように保持する親マスク保持装置と、
    前記投影光学系の光軸に対して進退可能に構成され、前記親マスクの親パターンが転写された作業用マスクを投影光学系の光軸上に配置する場合には、前記作業用マスクのパターン形成面を前記投影光学系に向けて前記第２面と実質的に一致するように前記作業用マスクを保持する作業用マスク保持装置と、
    検出面が前記第１面と実質的に一致するように、又は前記投影光学系の光軸上に前記親マスクが配置される場合には、前記検出面が前記第１面から前記投影光学系の光軸方向にずれた位置に配置可能に構成された第１空間像検出装置と、
    前記投影光学系の側方に設けられた第２空間像検出装置と、
    前記パターン形成面と反対の面側から前記マスクを照明する第１照明装置と、
    前記投影光学系の側方に設けられた第２照明装置と、
    前記親マスク及び前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されている場合に、前記第２照明装置から射出された光を反射して前記親マスクの透過光を前記第１空間像検出装置に導き、前記第１照明装置から射出されて前記作業用マスク及び前記投影光学系を介した光を反射して前記第２空間像検出装置に導く可動半透過半反射部材とを備えたことを特徴とする露光装置。
14. 前記可動半透過半反射部材は、前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されており、前記親マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されていない場合に、前記第２照明装置から射出された光を反射して前記投影光学系を介して前記作業用マスクに導くとともに、前記作業用マスクで反射され前記投影光学系を介した光を透過して前記第１空間像検出装置に導くことを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 前記可動半透過半反射部材は、前記親マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されており、前記作業用マスクが前記投影光学系の光軸上に配置されていない場合に、前記第１照明装置から射出されて前記投影光学系を介した光を透過して前記親マスクに導くとともに、前記親マスクで反射された光を反射して前記第２空間像検出装置に導くことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の露光装置。

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