(57)【要約】【課題】レーザ光による光学部材の劣化を抑制することができ、長期間の使用及び維持費の軽減を可能にするパルス分割装置、レーザ光源及び検査装置を提供する。【解決手段】本発明に係るパルス分割装置１０２は、底面及び複数の側面を有する角柱状のプリズムを備えたパルス分割装置１０２であって、複数の側面のうち、第１側面に所定の入射角で入射したパルスレーザ光は、第１側面で表面反射した第１パルスレーザ光と、第１側面で屈折してプリズムの内部に進入した第２パルスレーザ光と、に分割され、第２パルスレーザ光は、第１側面以外の複数の側面で内部全反射し、第１側面で屈折してプリズムの外部に射出した第３パルスレーザ光と、第１側面で反射した第４パルスレーザ光と、に分割され、第１パルスレーザ光及び第３パルスレーザ光は、同じ方向に伝搬する。【選択図】図３
2020063933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面及び複数の側面を有する角柱状のプリズムを備えたパルス分割装置であって、
複数の前記側面のうち、第１側面に所定の入射角で入射したパルスレーザ光は、前記第１側面で表面反射した第１パルスレーザ光と、前記第１側面で屈折して前記プリズムの内部に進入した第２パルスレーザ光と、に分割され、
前記第２パルスレーザ光は、前記第１側面以外の複数の前記側面で内部全反射し、前記第１側面で屈折して前記プリズムの外部に射出した第３パルスレーザ光と、前記第１側面で反射した第４パルスレーザ光と、に分割され、
前記第１パルスレーザ光及び前記第３パルスレーザ光は、同じ方向に伝搬する、
パルス分割装置。
【請求項２】
前記底面は、台形であり、前記底面の底辺は、前記第１側面の辺である、
請求項１に記載のパルス分割装置。
【請求項３】
前記第１側面は、第２側面及び第３側面と隣り合い、前記第１側面と前記第２側面とのなす角及び前記第１側面と前記第３側面とのなす角は等しい、
請求項１または２に記載のパルス分割装置。
【請求項４】
前記パルスレーザ光は、２５０［ｎｍ］以下の波長を含み、
前記プリズムは、フッ化カルシウムを含み、
少なくとも前記第１側面は、前記フッ化カルシウムが露出した面である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパルス分割装置。
【請求項５】
前記プリズムを複数備え、
各前記プリズムの前記底面の大きさは異なる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス分割装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパルス分割装置と、
前記パルス分割装置に入射させるパルスレーザ光を生成するパルスレーザ装置と、
を備え、
前記第１パルスレーザ光及び前記第３パルスレーザ光を含むレーザ光を生成するレーザ光源。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ光源と、
前記レーザ光で検査対象を照明する照明光学系と、
前記レーザ光で照明した前記検査対象からの光を集光する集光光学系と、
前記検査対象からの光を検出し、前記検査対象の画像を取得する検出器と、
を備えた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス分割装置、レーザ光源及び検査装置に関するものであり、例えば、半導体製造工程で利用されるフォトマスクの欠陥を検査する検査装置、並びに、検査装置に用いられるパルス分割装置及びレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、フォトマスク（あるいは、レチクルとも呼ばれるが、ここでは、単に、マスクと呼ぶ。）のパターン面を検査する検査装置を、マスク検査装置またはパターン検査装置と呼ぶ。マスク検査装置は、パターン面における微小な検査領域を、対物レンズ及び投影レンズを用いて、ＣＣＤカメラまたはＴＤＩカメラ等のイメージセンサ面に拡大投影する。これにより、マスク検査装置は、マスクのパターン面を検査する。
【０００３】
このようなマスク検査装置は、検査領域を照明用の光源（一般に、マスク検査光源と呼ぶ。）で照明する。マスク検査光源には、例えば、集光性能に優れたレーザ光を生成するレーザ光源が用いられている。レーザ光としては、解像性能を高めるために、波長の短い紫外域の光が広く用いられている。波長としては、例えば、２４８［ｎｍ］、２１３［ｎｍ］、１９９［ｎｍ］、１９３［ｎｍ］などの紫外レーザ光が利用されている。
【０００４】
紫外域のレーザ光を直接発振するエキシマレーザ等は、パルス繰り返し数、すなわち、１秒間に繰り返されるパルスの数（周波数ともいう。）が、２〜４［ｋＨｚ］程度が限界である。したがって、パルス繰り返し数が少ないエキシマレーザ等は、マスク検査光源には適さない。そこで、マスク検査光源としては、近赤外域の固体レーザから波長変換によって、紫外光を生成させる波長変換型の紫外レーザが広く利用されている。例えば、出来るだけパルス繰り返し数を高めるために、モードロックを利用して、７６〜２００［ＭＨｚ］程度の高いパルス繰り返し数で動作させている。ただし、波長変換の効率を高めるために、レーザ光としては、パルス動作のものが一般に利用されている。なお、マスク検査光源として用いられる紫外レーザに関しては、例えば、下記、非特許文献１に示されている。
【０００５】
しかしながら、レーザ光は本質的に可干渉性が高い。よって、マスク検査光源として、ランプ等ではなく、レーザ光を用いる場合には、発振の形態（つまり、連続発振かパルス発振か）及びパルス繰り返し数には関係無く、スペックルノイズが発生する。
【０００６】
スペックルノイズを低減する従来の手法としては、回転拡散板のように、時間的にレーザ光の波面を変化させる部材を用いることが挙げられる。これにより、マスクのパターン面での照明領域において、異なる状態の波面が多数重なり、スペックルが平均化される。よって、スペックルノイズを低減することができる。
【０００７】
ただし、パルス光源の場合でも、パルス繰り返し数が数１〜１０［ＭＨｚ］程度と、準連続発振（ＱＣＷ：Ｑｕａｓｉ−Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）の１００［ＭＨｚ］程度に比べて１桁程度以下に低い場合には、１つのパルスを時間的に分割して、パルス繰り返し数を増やすことが行われることがある。これによると、積算されるパルス数が増えることから、スペックルの平均化効果が増して、スペックルノイズの低減を効果的にすることができる。
【０００８】
図１０は、従来のパルス分割装置を例示した構成図である。図１０に示すように、従来のパルス分割装置９００は、部分反射膜９０１ａがコーティングされたビームスプリッタ９０１を備えている。パルス分割装置９００は、ビームスプリッタ９０１に入射したレーザ光Ｌ９１を、空間的に２方向に分割し、分割されたレーザ光のうち、一方のレーザ光を遅延させ、再度合成させる構成となっている。すなわち、ビームスプリッタ９０１に入射したレーザ光Ｌ９１の一部は、レーザ光Ｌ９２のようにそのまま透過する。
【０００９】
一方、ビームスプリッタ９０１に入射したレーザ光Ｌ９１の残りは、レーザ光Ｌ９３のように反射する。ビームスプリッタ９０１で反射したレーザ光Ｌ９３は、全反射鏡９０２ａで反射する。全反射鏡９０２ａで反射したレーザ光Ｌ９４は、全反射鏡９０２ｂで反射する。さらに、全反射鏡９０２ｂで反射したレーザ光Ｌ９５は、全反射鏡９０２ｃで反射する。そして、全反射鏡９０２ｃで反射したレーザ光Ｌ９６は、再び、ビームスプリッタ９０１に入射する。
【００１０】
ビームスプリッタ９０１に入射したレーザ光Ｌ９６は、部分反射膜９０１ａによって、一部は反射する。部分反射膜９０１ａで反射したレーザ光Ｌ９７は、ビームスプリッタ９０１を透過したレーザ光Ｌ９２と合成され、１本のビームになって伝搬する。ただし、レーザ光Ｌ９７は、３枚の全反射鏡９０２ａ、９０２ｂ及び９０２ｃを経由することで遅延する。したがって、レーザ光Ｌ９１がパルス光の場合、レーザ光Ｌ９２とレーザ光Ｌ９７は時間的にずれる。これにより、パルスが分割される。ただし、パルス幅が遅延時間より短い場合に限って、パルスは分割される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】佐久間  純、「半導体検査装置用ＤＵＶ光源開発の進展」、レーザー研究、Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．９、ｐｐ．６９７−７０７、２０１３．
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０３２３７１６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１８／０２３３８７２号明細書
【特許文献３】米国特許第９１５１９４０号明細書
【特許文献４】特開２００５−１４８５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来のパルス分割装置９００において、ビームスプリッタ９０１には、部分反射膜９０１ａ及び無反射膜がコーティングされている（一般に、無反射膜はＡＲコートと呼ばれる）。また、全反射鏡９０２ａ、９０２ｂ及び９０２ｃには、全反射膜がコーティングされている。ビームスプリッタ９０１並びに全反射鏡９０２ａ、９０２ｂ及び９０２ｃ等の光学部材に入射するレーザ光の波長が２００［ｎｍ］以下の場合には、光子エネルギーが高いことから、特にコーティング膜が直ぐに劣化することがある。よって、光学部材の寿命が短くなることが問題になっていた。なお、従来のパルス分割装置に関しては、例えば、特許文献２及び特許文献３に示されている。
【００１４】
本発明の目的は、レーザ光による光学部材の劣化を抑制することができ、長期間の使用及び維持費の軽減を可能にするパルス分割装置、レーザ光源及び検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るパルス分割装置は、底面及び複数の側面を有する角柱状のプリズムを備えたパルス分割装置であって、複数の前記側面のうち、第１側面に所定の入射角で入射したパルスレーザ光は、前記第１側面で表面反射した第１パルスレーザ光と、前記第１側面で屈折して前記プリズムの内部に進入した第２パルスレーザ光と、に分割され、前記第２パルスレーザ光は、前記第１側面以外の複数の前記側面で内部全反射し、前記第１側面で屈折して前記プリズムの外部に射出した第３パルスレーザ光と、前記第１側面で反射した第４パルスレーザ光と、に分割され、前記第１パルスレーザ光及び前記第３パルスレーザ光は、同じ方向に伝搬する。このような構成により、レーザ光による光学部材の劣化を抑制することができ、長期間の使用及び維持費の軽減を可能にする。
【００１６】
また、本発明に係るレーザ光源は、上記記載のパルス分割装置と、前記パルス分割装置に入射させるパルスレーザ光を生成するパルスレーザ装置と、を備え、前記第１パルスレーザ光及び前記第３パルスレーザ光を含むレーザ光を生成する。このような構成により、スペックルを低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明による検査装置は、上記記載のレーザ光源と、前記レーザ光で検査対象を照明する照明光学系と、前記レーザ光で照明した前記検査対象からの光を集光する集光光学系と、前記検査対象からの光を検出し、前記検査対象の画像を取得する検出器と、を備える。このような構成により、検査対象を精度よく検査することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザ光による光学部材の劣化を抑制することができ、長期間の使用及び維持費の軽減を可能にするパルス分割装置、レーザ光源及び検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、実施形態に係る検査装置を例示した構成図であり、（ｂ）は、実施形態に係る検査装置を例示した平面図である。
【図２】実施形態に係る検査装置の本体部を例示した構成図である。
【図３】（ａ）は、実施形態に係る検査装置のパルス分割装置を例示した平面図であり、（ｂ）は、実施形態に係る検査装置のパルス分割装置を例示した斜視図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係るパルス分割装置の台形プリズムによるパルス分割の原理を例示した説明図である。
【図５】（ａ）は、実施形態の変形例１に係るパルス分割装置を例示した平面図であり、（ｂ）は、実施形態の変形例２に係るパルス分割装置を例示した平面図である。
【図６】比較例に係るパルスレーザ装置が生成するレーザ光の波形を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、ピークパワーの計算結果を示す。
【図７】実施形態の変形例１及び２に係るパルス分割装置を備えたレーザ光源が生成するレーザ光の波形を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、ピークパワーの計算結果を示す。
【図８】実施形態に係るパルス分割装置を備えたレーザ光源が生成するレーザ光の波形を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、ピークパワーの計算結果を示す。
【図９】（ａ）は、実施形態の変形例３に係るプリズムを例示した上面図であり、（ｂ）は、比較例に係るプリズムを例示した上面図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例４に係るプリズムを例示した上面図である。
【図１０】従来のパルス分割装置を例示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２１】
（実施形態）
実施形態に係る検査装置を説明する。本実施形態の検査装置は、例えば、半導体製造工程で用いられるフォトマスクの検査装置である。図１（ａ）は、実施形態に係る検査装置を例示した構成図であり、（ｂ）は、平面図である。
【００２２】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、検査装置１００は、パルスレーザ装置１０１、パルス分割装置１０２及び本体部１０３を備えている。パルスレーザ装置１０１及びパルス分割装置１０２を合わせて、レーザ光源１０４という。レーザ光源１０４は、検査装置１００において、検査対象の検査に用いられる照明光を生成する。本体部１０３は、レーザ光源１０４で生成された照明光を用いて検査対象を検査する。
【００２３】
パルスレーザ装置１０１は、パルス分割装置１０２に入射させるパルスレーザ光Ｌ１を生成する。パルスレーザ装置１０１は、パルス繰り返し数、すなわち、１秒間に発生するパルス数が、例えば、７６［ＭＨｚ］のパルスレーザ光Ｌ１を生成する。以下では、パルスレーザ光Ｌ１を単にレーザ光Ｌ１という。パルスレーザ装置１０１は、例えば、２５０［ｎｍ］以下の波長を含むレーザ光Ｌ１を生成する。好ましくは、パルスレーザ装置１０１は、２１３［ｎｍ］を中心波長とする紫外域のレーザ光Ｌ１を生成する。
【００２４】
パルス分割装置１０２は、パルスレーザ装置１０１によって生成されたレーザ光Ｌ１を分割する。パルス分割装置１０２によって分割された複数のレーザ光を含むレーザ光Ｌ２は、本体部１０３に入射する。例えば、図１（ｂ）に示すように、パルスレーザ装置１０１が射出したレーザ光Ｌ１の方向と、パルス分割装置１０２が射出したレーザ光Ｌ２の方向とは直交している。よって、パルスレーザ装置１０１、パルス分割装置１０２及び本体部１０３を配置するレイアウトをコンパクトにすることができる。なお、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の方向は、直交に限らず、平行、または、それら以外の方向でもよい。まず、本体部１０３を説明する。その後、パルス分割装置１０２を説明する。
【００２５】
＜検査装置の本体部＞
図２は、実施形態に係る検査装置１００の本体部１０３を例示した構成図である。本体部１０３は、レーザ光で検査対象を照明する照明光学系と、レーザ光で照明した検査対象からの光を集光する集光光学系と、検出器１２０と、を備えている。図２に示すように、照明光学系は、ビームスプリッタ１１１、折り返しミラー１１２ａ、折り返しミラー１１２ｂ、λ／４波長板１１３ａ、λ／４波長板１１３ｂ、コンデンサレンズ１１４、偏光ビームスプリッタ１１７、対物レンズ１１８を含んでいる。集光光学系は、対物レンズ１１８、λ／４波長板１１３ｂ、偏光ビームスプリッタ１１７、投影レンズ１１９を含んでいる。
【００２６】
マスク検査装置１００の本体部１０３に入射するレーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ１１１に入射する。ビームスプリッタ１１１に入射したレーザ光Ｌ２は、一部は反射し、一部は透過する。例えば、レーザ光Ｌ２の一部は反射し、残りが透過する。よって、レーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ１１１によって、２方向に分割される。ビームスプリッタ１１１で反射したレーザ光Ｌ３を透過照明といい、ビームスプリッタ１１１を透過したレーザ光Ｌ４を反射照明と呼ぶ。
【００２７】
透過照明となるレーザ光Ｌ３は、折り返しミラー１１２ａ及び１１２ｂで反射する。折り返しミラー１１２ｂで反射したレーザ光Ｌ５は、マスク１１５の下方からマスク１１５に向かって進み、λ／４波長板１１３ａに入射する。そして、λ／４波長板１１３ａを通過したレーザ光Ｌ６は、コンデンサレンズ１１４に入射する。コンデンサレンズ１１４に入射したレーザ光Ｌ６は、マスク１１５のパターン面１１６で集光するように、マスク１１５を照明する。
【００２８】
一方、ビームスプリッタ１１１を透過して反射照明となるレーザ光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ１１７に入射する。レーザ光Ｌ４は、例えば、直線偏光とされている。この場合には、偏光ビームスプリッタ１１７に入射したレーザ光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ１１７内の分離面１１７ａで反射する。分離面１１７ａで反射したレーザ光Ｌ８は、下方に進み、λ／４波長板１１３ｂに入射する。λ／４波長板１１３ｂに入射し、λ／４波長板１１３ｂを通過したレーザ光Ｌ９は、対物レンズ１１８に入射する。対物レンズ１１８はレーザ光Ｌ９をマスク１１５のパターン面１１６で集光するように、マスク１１５を照明する。
【００２９】
透過照明及び反射照明によって照明されることにより、マスク１１５のパターン面１１６から発生し、上方向に広がって進む光は、対物レンズ１１８を通ることでレーザ光Ｌ９のように平行に進む。そして、パターン面１１６から発生した光は、λ／４波長板１１３ｂ及び偏光ビームスプリッタ１１７を通って、投影レンズ（リレーレンズとも呼ばれる）１１９を透過する。投影レンズ１１９を透過した光は、ＴＤＩカメラ等の検出器１２０に到達する。すなわち、マスク１１５のパターン面１１６から発生する光の像が、対物レンズ１１８及び投影レンズ１１９によって、検出器１２０のセンサ面に投影される。検出器１２０は、検査対象からの光を検出し、検査対象の画像を取得する。センサ面に投影された画像から、マスク１１５のパターン面１１６の欠陥を検査する。このようにして、検査装置１００の本体部１０３は、検査対象を検査する。
【００３０】
次に、パルス分割装置１０２を説明する。図３（ａ）は、実施形態に係る検査装置１００のパルス分割装置１０２を例示した平面図であり、（ｂ）は、斜視図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係るパルス分割装置１０２の台形プリズム１０２ａによるパルス分割の原理を例示した説明図である。
【００３１】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、パルス分割装置１０２は、例えば、複数のプリズムを備えている。プリズムは、底面及び複数の側面を有する角柱状である。パルス分割装置１０２は、例えば、３つの台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃを含んでいる。台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃは、上面及び下面を構成する底面が台形であり、側面は、長方形または正方形となっている。３個の台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃの底面の大きさは異なっている。例えば、３個の台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃの底面は、相似形をしており、台形プリズム１０２ａの底面より台形プリズム１０２ｂの底面の方が大きく、台形プリズム１０２ｂの底面より台形プリズム１０２ｃの底面の方が大きくなっている。
【００３２】
台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃは、例えば、材料として、フッ化カルシウムを含んでいる。なお、台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃの材料は、フッ化カルシウムに限らず、入射するレーザ光Ｌ１の波長及び強度により、適宜選択することができる。例えば、石英でもよい。台形プリズム１０２ａ〜１０２ｃの側面、すなわち、周囲の面（図３（ａ）の紙面に垂直な面）には、全反射膜等のコーティング膜が施されていない。すなわち、ノーコート面になっている。よって、少なくとも、レーザ光Ｌ１が入射する側面は、フッ化カルシウムが露出した面である。
【００３３】
図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、パルスレーザ装置１０１から出射したレーザ光Ｌ１は、台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１に所定の入射角で入射する。側面Ｆ１１は、台形である底面の長い方の底辺に接続している。すなわち、底面の底辺は、側面Ｆ１１の辺となっている。側面Ｆ１１は、側面Ｆ１２及び側面Ｆ１４と隣り合っている。側面Ｆ１１と側面Ｆ１２とのなす角α及び側面Ｆ１１と側面Ｆ１４とのなす角αは等しい。すなわち、底面の台形は、等脚台形となっている。例えば、角度αは、８７［°］である。
【００３４】
例えば、台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１に入射するレーザ光Ｌ１は、入射面である側面Ｆ１１に対してＳ波になっている。その結果、台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１で、レーザ光Ｌ１全体の約３９％のパワーが反射する。台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１で反射したレーザ光Ｌ１１を表面反射光と呼ぶ。
【００３５】
一方、図４（ｂ）に示すように、側面Ｆ１１に入射するレーザ光Ｌ１の残りの部分は、台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１で屈折して、台形プリズム１０２ａ内に進む。台形プリズム１０２ａの内部に進むレーザ光Ｌ１２は、レーザ光Ｌ１全体の約６１％になる。このように、台形プリズム１０２ａの側面Ｆ１１に所定の入射角で入射したレーザ光Ｌ１は、側面Ｆ１１で表面反射したレーザ光Ｌ１１と、側面Ｆ１１で屈折して台形プリズム１０２ａの内部に進入するレーザ光Ｌ１２と、に分割される。
【００３６】
台形プリズム１０２ａの内部に進むレーザ光Ｌ１２は、側面Ｆ１１以外の３つの側面Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４で内部全反射を繰り返す。そして、レーザ光Ｌ１２は、レーザ光Ｌ１の入射面である側面Ｆ１１に戻る。
【００３７】
側面Ｆ１１に戻ったレーザ光Ｌ１２のうち、約６１％が、台形プリズム１０２ａから出射するレーザ光Ｌ２１となる。その結果、レーザ光Ｌ２１は、台形プリズム１０２ａに入射したレーザ光Ｌ１全体の約３７％のパワーになる。出射したレーザ光Ｌ２１は、側面Ｆ１１で表面反射した約３９％のレーザ光Ｌ１１と合成され、１本のビームのように同軸上に進むように、台形プリズム１０２ａは設計されている。よって、レーザ光Ｌ１１及びレーザ光Ｌ２１は、同じ方向に伝搬する。
【００３８】
ただし、出射したレーザ光Ｌ２１は、台形プリズム１０２ａ内を通ったため、側面Ｆ１１で表面反射したレーザ光Ｌ１１に比べて、時間的に遅延している。遅延時間は、台形プリズム１０２ａ内部の光路長を光速で割った値である。したがって、入射するレーザ光Ｌ１がパルスの場合は、パルスが時間的に分割されたレーザ光になる。
【００３９】
なお、レーザ光Ｌ１２が台形プリズム１０２ａ内の側面Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４で反射して側面Ｆ１１に戻った際に、約６１％が側面Ｆ１１から台形プリズム１０２ａの外部に出射することは前述した。レーザ光Ｌ１２の残りの約３９％は、側面Ｆ１１で反射する。よって、レーザ光Ｌ１２は、側面Ｆ１１で屈折して台形プリズム１０２ａの外部に射出するレーザ光Ｌ２１と、側面Ｆ１１で反射するレーザ光Ｌ１３とに分離される。
【００４０】
レーザ光Ｌ１２が側面Ｆ１１で反射したレーザ光Ｌ１３は、再度、台形プリズム１０２ａ内を進む。そして、側面Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４により、３回全反射してから再び側面Ｆ１１に戻る。このように、台形プリズム１０２ａ内のレーザ光は、レーザ光Ｌ１の入射面である側面Ｆ１１に戻る度に、レーザ光の一部が再び、台形プリズム１０２ａの内部を進む。よって、パルスが多数に分割されるようになる。
【００４１】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、台形プリズム１０２ｂ及び１０２ｃにおいても、台形プリズム１０２ａと同様の表面反射及び屈折等により、レーザ光Ｌ１１及びＬ２１が分割される。よって、レーザ光源１０４は、レーザ光Ｌ１１及びレーザ光Ｌ２１を含むレーザ光Ｌ２を生成する。そして、レーザ光源１０４から出射したレーザ光Ｌ２は、分割された多数のパルスを含むものになっている。
【００４２】
図５（ａ）は、実施形態の変形例１に係るパルス分割装置１０２１を例示した平面図であり、（ｂ）は、実施形態の変形例２に係るパルス分割装置１０２２を例示した平面図である。本実施形態のパルス分割装置１０２では、台形プリズムを３個用いているが、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、台形プリズムを２個用いる場合でも、実施形態と同様に、パルス分割することができる。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、パルス分割装置１０２１から出射するレーザ光Ｌ２は、パルス分割装置１０２１に入射するレーザ光Ｌ１と直交している。このように、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とが直交するように台形プリズム１０２ａ及び１０２ｂを配置すると、検査装置１００をコンパクトにまとめられ、利用しやすくすることができる。
【００４４】
また、図５（ｂ）に示すように、パルス分割装置１０２２において、台形プリズム１０２ａにおけるレーザ光Ｌ１の入射面と台形プリズム１０２ｂにおけるレーザ光Ｌ１１の入射面とが対向するように配置してもよい。これにより、入射するレーザ光Ｌ１と、出射するレーザ光Ｌ２とを平行にすることができる。よって、検査装置１００におけるパルス分割装置１０２のレイアウトを容易にすることができる。
【００４５】
図６は、比較例に係るパルスレーザ装置１０１が生成するレーザ光Ｌ１の波形を例示したグラフである。図７は、実施形態の変形例１及び２に係るパルス分割装置１０２１、１０２２を備えたレーザ光源１０４が生成するレーザ光Ｌ２の波形を例示したグラフである。図８は、実施形態に係るパルス分割装置１０２を備えたレーザ光源１０４が生成するレーザ光Ｌ２の波形を例示したグラフである。各グラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、ピークパワー（相対値）の計算結果を示す。図６は、実施形態の検査装置１００と比較すると、パルス分割装置１０２が設けられていない場合に相当する。図７は、２つの台形プリズムを含む２段プリズム式のパルス分割装置を備えた場合であり、図８は、３つの台形プリズムを含む３段プリズム式のパルス分割装置を備えた場合である。
【００４６】
図６に示すように、パルス分割装置が設けられていない場合には、レーザ光Ｌ１のパルスは、パルスレーザ装置１０１が生成したパルス繰り返し数のままで出力される。このときのピークパワーを１とする。
【００４７】
図７に示すように、パルス分割装置が２段プリズム式の場合には、レーザ光Ｌ１は分割される。そして、ピークパワーが低減される。例えば、２段プリズム式の場合には、最大ピーク値が、パルス分割装置無しの場合の約３０％に低減される。
【００４８】
図８に示すように、パルス分割装置が３段プリズム式の場合には、レーザ光Ｌ１はさらに多くのパルスに分割され、ピークパワーもさらに低減される。例えば、３段プリズム式の場合には、最大ピーク値が、パルス分割装置無しの場合の約６％にも低減される。
【００４９】
本実施形態及び変形例の複数の台形プリズムの底面は、相似形をしており、台形プリズム１０２ａの底面よりも台形プリズム１０２ｂの底面の方が大きく、台形プリズム１０２ｂの底面よりも台形プリズム１０２ｃの底面の方が大きくなっている。このように、複数の台形プリズムの底面の大きさを変えることにより、各プリズムの内部を進むレーザ光の光路長を異ならせることができる。よって、分割される各パルスを出来るだけ、ばらすようにすることができる。
【００５０】
仮に、各プリズムの底面が同じ大きさであれば、各プリズムの内部を進むレーザ光の光路長は等しくなる。そうすると、各プリズムにおけるパルスの遅延時間が等しくなる。よって、分割されたパルスが同じタイミングで別のパルスと重なる可能性がある。その場合には、結果として分割数が減り、ピークパワーを低減することが困難になる。
【００５１】
なお、複数のプリズムの上面及び下面を構成する底面は、台形状に限らず、以下の変形例３及び４で示すように、多角形でもよい。
【００５２】
図９（ａ）は、実施形態の変形例３に係るプリズム１０２ｄを例示した上面図である。図９（ａ）に示すように、パルス分割装置１０２のプリズム１０２ｄの底面は、多角形でもよい。例えば、プリズム１０２ｄの底面は、５角形である。この場合には、プリズム１０２ｄの内部を進むレーザ光Ｌ１２の側面における入射角を容易に制御することができるので、容易に内部全反射させることができる。よって、側面Ｆ２１に入射したレーザ光Ｌ１を分割することができる。
【００５３】
図９（ｂ）は、比較例に係るプリズム９０４を例示した上面図である。図９（ｂ）に示すように、プリズム９０４の底面は正方形となっている。この場合には、プリズム９０４は、レーザ光Ｌ１のパルスを分割することができない。プリズム９０４の内部で４回全反射を繰り返して、元の位置に戻るようにするためには、プリズム９０４の内部を点線で示した光軸に沿って、レーザ光Ｌ１２を進ませることが必要である。ところが、全ての側面での入射角が４５［°］になるため、この点線のように進ませるようなレーザ光をプリズム９０４の外部から入射させることができない。なお、波長２１３ｎｍにおけるフッ化カルシウムの屈折率は、１．４８５６であり、その場合の全反射角は、４２．３°になる。よって、これ以上の入射角であれば全反射する。
【００５４】
図９（ｃ）は、実施形態の変形例４に係るプリズム１０２ｅを例示した上面図である。前述したように、正方形を底面とするプリズム９０４の場合には、プリズム９０４の内部に入射させたレーザ光１２を、内部全反射の繰り返しによって、元の入射面に戻すことはできない。しかしながら、図９（ｃ）に示すように、プリズム１０２ｅの底面を正方形から少しでも台形に近い形状にした場合には、入射角として、９０［°］に近い大きな角度で入射させれば、内部全反射の繰り返しによって、元の入射面から出射させることができる。図９（ｃ）では、入射角は８９［°］である。
【００５５】
しかしながら、このような台形プリズムの場合には、入射角が非常に大きいので、ビーム径の大きいレーザ光Ｌ１を入射することができない。そもそもレーザ光Ｌ１のビーム径は、１〜３ｍｍ程度である。このため、入射角が大きくなるのであれば、プリズム全体を大きくする必要が生じる。よって、プリズム内部の光路長が長くなり、内部の吸収損失が増大する。また、プリズムの製造コストの増大につながる。したがって、台形プリズムの形状としては、図４に示したように、底辺の両端の角度αが８７［°］程度が好ましく、その場合の入射角は約７５［°］になる。
【００５６】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の検査装置１００は、パルス分割装置１０２を備えている。パルス分割装置１０２に設けられたプリズムは、屈折率の違いによって、レーザ光の反射・屈折率を制御する。反射膜及び無反射膜等がコーティングされていない。よって、中心波長が２００［ｎｍ］以下のレーザ光による光学部材の劣化を抑制することができ、長期間の使用及び維持費の軽減を可能にすることができる。
【００５７】
また、パルス分割装置１０２に設けられたプリズムは、側面Ｆ１１における表面反射及び屈折により、レーザ光Ｌ１を分割することができる。また、プリズムの内部に進入したレーザ光Ｌ１２を側面Ｆ１１において反射及び屈折させ、さらに、レーザ光Ｌ１２を分割することができる。よって、ピークパワーを低減させ、光学部材の劣化を抑制することができる。また、レーザ光Ｌ１を、相互に遅延させた複数のパルスに分割することができるので、レーザ光のランダムな波面を多数重ね合わせることができ、スペックルを低減することができる。
【００５８】
例えば、レーザ光Ｌ１をほとんどＳ波とすることで、光学部材の劣化及びスペックルをより低減させることができる。
【００５９】
プリズムの表面反射及び内部全反射を利用することにより、レーザ光Ｌ１に対する損失を極めて小さくすることができる。例えば、台形プリズム１０２ａに関して、１個当たりの損失を、約０．１％程度にすることができる。損失は、台形プリズム１０２ａ内部を進む際の吸収によるものが主要因である。また、プリズムの材質として、波長２１３ｎｍに対して非常に透過率の高いフッ化カルシウムを用いることにより、レーザ光Ｌ１の損失を低減することができる。
【００６０】
プリズムの底面の形状は、台形であることが好ましい。その理由としては、プリズムの内部で全反射させるために、プリズムの内部を進むレーザ光Ｌ１２は、大きな入射角で各側面に入射する必要がある。台形プリズムの場合には、レーザ光Ｌ１２は、大きな入射角で各側面に入射させることができる。
【００６１】
例えば、図９（ａ）に示すようなプリズムの底面が五角形であれば、さらに容易に、レーザ光Ｌ１２を、大きな入射角で各側面に入射させることができる。つまり、五角形プリズムの場合、内部の全反射を４つの側面に行わせる必要があるが、それらの内部の全反射における入射角を、約５０°以上の大きな角度にすることができる。五角形のプリズムは、四角形のプリズムに比べて製造は難しいが、パルスの分割の観点では効果が高い。
【００６２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。また、実施形態及び変形例１〜４における構成は、適宜、組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００  検査装置
１０１  パルスレーザ装置
１０２、１０２１、１０２２  パルス分割装置
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  台形プリズム
１０３  本体部
１０４  レーザ光源
１１１ビームスプリッタ
１１２ａ、１１２ｂ  折り返しミラー
１１３ａ、１１３ｂ  λ／４波長板
１１４  コンデンサレンズ
１１５  マスク
１１６  パターン面
１１７  偏光ビームスプリッタ
１１７ａ  分離面
１１８  対物レンズ
１１９  投影レンズ
１２０  検出器
９００  パルス分割装置
９０１  ビームスプリッタ
９０１ａ  部分反射膜
９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ  全反射鏡
Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４  側面
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１  レーザ光
Ｌ９１、Ｌ９２、Ｌ９３、Ｌ９４、Ｌ９５、Ｌ９６、Ｌ９７  レーザ光
【図１】
2020063933.tif 000003
【図２】
2020063933.tif 000004
【図３】
2020063933.tif 000005
【図４】
2020063933.tif 000006
【図５】
2020063933.tif 000007
【図６】
2020063933.tif 000008
【図７】
2020063933.tif 000009
【図８】
2020063933.tif 000010
【図９】
2020063933.tif 000011
【図１０】
2020063933.tif 000012