(57)【要約】【課題】干渉ノイズを生じさせず、発振線幅を十分に広くすることができる安定した深紫外光を簡単な構成で発生させること。【解決手段】発振縦モードが単一モードである第１のレーザ光Ｌ１を発振する第１のレーザ発振器３１と、発振縦モードがマルチモードである第２のレーザ光Ｌ２を発振する第２のレーザ発振器３２と、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との和周波を有する第１の和周波レーザ光Ｓ１を発生させる第１の共振器３３と、発振縦モードが単一モードである第３のレーザ光Ｌ３を発振する第３のレーザ発振器３４と、第１の和周波レーザ光Ｓ１と第３のレーザ光Ｌ３との和周波を有する第２の和周波レーザ光Ｓ２を発生させる第２の共振器３５とを備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出力する計測用照明光源において、
発振縦モードが単一モードである第１のレーザ光を発振する第１のレーザ発振器と、
発振縦モードがマルチモードである第２のレーザ光を発振する第２のレーザ発振器と、
上記第１のレーザ光を導入して強調するとともに、非線形結晶物質を介して導入された上記第２のレーザ光と和周波を有する連続光又は疑似連続光の第１の和周波レーザ光を発生させる第１の共振器とを備えていることを特徴とする計測用照明光源。
【請求項２】
さらに、発振縦モードが単一モードである第３のレーザ光を発振する第３のレーザ発振器と、
上記第１の和周波レーザ光を導入して強調するとともに、非線形結晶物質を介して導入された上記第３のレーザ光と和周波を有する連続光又は疑似連続光の第２の和周波レーザ光を発生させる第２の共振器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の計測用照明光源。
【請求項３】
上記第１のレーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの４倍波であり、上記第２のレーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１倍波であり、
上記第１の和周波レーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの５倍波であることを特徴とする請求項２に記載の計測用照明光源。
【請求項４】
上記第３のレーザ発振器は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１倍波であり、
上記第２の和周波レーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの６倍波であることを特徴とする請求項３に記載の計測用照明光源。
【請求項５】
上記第１のレーザ光は、Ｎｄレーザの４倍波であり、上記第２のレーザ光は、Ｎｄレーザの１倍波であり、
上記第１の和周波レーザ光は、Ｎｄレーザの５倍波であることを特徴とする請求項２に記載の計測用照明光源。
【請求項６】
上記第３のレーザ発振器は、Ｎｄレーザの１倍波であり、
上記第２の和周波レーザ光は、Ｎｄレーザの６倍波であることを特徴とする請求項５に記載の計測用照明光源。
【請求項７】
上記第１のレーザ光は、紫外レーザ光であり、
上記第２のレーザ光は、赤外レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の計測用照明光源。
【請求項８】
上記紫外レーザの波長が２３８ｎｍから４００ｎｍであり、上記赤外レーザの波長が７５０ｎｍから１３００ｎｍであることを特徴とする請求項７に記載の計測用照明光源。
【請求項９】
上記紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの波長変換光を用いることを特徴とする請求項７に記載の計測用照明光源。
【請求項１０】
上記紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの２倍高調波光である２４４ｎｍのコヒレント光を用いることを特徴とする請求項７に記載の計測用照明光源。
【請求項１１】
上記赤外レーザとしてＮｄを活性物質とする固体レーザを用いることを特徴とする請求項７に記載の計測用照明光源。
【請求項１２】
上記赤外レーザとしてネオジムを活性物質とする波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いることを特徴とする請求項７に記載の計測用照明光源。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか記載の計測用光源と、
この計測用光源から出力された照明光を被検査パターンに照明する照明手段と、
この照明手段により照明されて被検査パターンから反射する反射光を受光して画像を読み取る画像読取手段と、
この画像読取手段により読み取られた画像情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段とを備えていることを特徴とする画像検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク、ウエハなどの半導体の微細なパターンを高精度に検査、測定する連続出力可能な計測用照明光源及びこれを用いた画像検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の検査分野で、高精度なマスクパターン欠陥の検出には、深紫外域の検査波長が必要である。一般に、短波長のレーザ遷移ほど蛍光寿命が短く、基本波で発振する深紫外レーザはほとんどパルスレーザである。最も短波長な連続出力光源としては、アルゴンイオンレーザが知られているが、実用的には３５０．７ｎｍにとどまっている。
【０００３】
このため、検査に必要な深紫外領域で連続光源を得るためには、連続発振する長波長レーザを基本波とする短波長側への波長変換を行わなければならない。すなわち、連続出力で、所定の波長より長波長の複数のレーザを基本波とした、和周波発生を行なわなければならない。しかしながら波長変換は非線形過程であり高電界が必要である。一方、連続発振は、本質的に低電界を与えるので、その波長変換には特別な変換技術を要する。
【０００４】
非線形媒質中で電界強度を高めるためには、非線形結晶に基本波を閉じ込める共振器構成を採用しなければならない。和周波発生のための共振器構成には、レーザ増幅媒体を共振器内に設置する内部共振器による方法と、基本波発生源を和周波発生用の共振器と独立させた外部共振器による方法とがある。
【０００５】
以上のような方式による深紫外光発生方法については、基本波を単一縦モード発振に制御したものが知られている。例えば、Ｓｉ原子冷却用の光源として開発されたものである。これは、図３に示すように、赤外レーザ発振器１０１から発振された波長７８０ｎｍの赤外光と、紫外レーザ発振器１０２から発振された波長３７３ｎｍの紫外光とを、非線形結晶１０３で混合し、波長２５４ｎｍの深紫外光を発生させるものである。
【０００６】
波長３７３ｎｍの深紫外光に関しては共振器長を制御することにより共振器にロックし、波長７８０ｎｍの赤外光に関しては、発振周波数を共振器長に同調させ、ひとつの共振器で２つの波長のコヒレント光を共鳴させている。波長３７３ｎｍの紫外光と波長７８０ｎｍの赤外光とを、非線形結晶ＢＢＯで混合し、波長２５４ｎｍを発生させるものである。３７３ｎｍ光に関しては共振器長制御で共振器にロックし、７８０ｎｍ光に関しては、発振周波数を共振器長に同調させ、１つの共振器で２つの波長のコヒレント光を共鳴させている（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
また、２００１年に米国シアトルで、国際会議Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒｓで報告された（講演番号ＷＡ６）例がある。図４に示すような構成で、波長２６６ｎｍの紫外光と波長７８０ｎｍの赤外光の和周波発生により深紫外波長領域の１９６．５ｎｍで２．３ｍＷの出力を得るものである。この例は、赤外光として７８０ｎｍのチタニウムサファイアレーザを用い、この共振器に非線形結晶を置き、かつ、この非線形結晶に対して、紫外光２６６ｎｍの外部共振器を組んだものである。
【０００８】
さらに、米国における国際会議、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（２−５  Ｆｅｂ  ２００３  Ｓａｎ  Ａｎｔｏｎｉｏ，  Ｔｅｘａｓ，  ＵＳＡ）で報告した例があり、波長１０６４ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザを外部共振器で強調させ、この共振器内の非線形結晶ＣＬＢＯに、共振器外部から波長２４４ｎｍのアルゴンレーザの２倍波を注入し、波長１９９ｎｍの連続光を得ている。
【０００９】
以上これらの例では、基本波は単一縦モード発振に制御されている。
【非特許文献１】熊谷  寛、レーザ学会学術講演会第２２回年次大会講演予稿集、レーザ学会、２００２年１月、ｐ．１３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した計測用照明光源にあっては、次のような問題があった。計測用照明用光源として非線形変換による光源を用いた場合には、単一縦モード発振である基本波の発振線幅を反映して、光源の線幅が狭帯化されている。例えば、波長１０６４ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザの発振線幅は１ＭＨｚである。また、波長２４４ｎｍのアルゴンレーザの２倍波の線幅は１４ＭＨｚである。これらの和周波による光源の線幅は（１４２＋１２）１／２から１４ＭＨｚとなる。一方、マルチモード発振のレーザ光源の場合には、発振線幅は通常１ＧＨｚから３０ＧＨｚと広い。
【００１１】
照明用光源としては、線幅が狭帯化されている方が、光学系の色収差による悪影響が少ないものの、照明系の各光学部品において、干渉ノイズが生じ、照明効果が著しく悪化することがある。この干渉ノイズは、計測系に対策手段を講じることである程度軽減できるが、複雑な構造となる等、計測系設計上の大きな制約が生じていた。
【００１２】
そこで本発明は、干渉ノイズを生じさせず、発振線幅を十分に広くすることができる安定した深紫外光を簡単な構成で発生させることができる計測用照明光源及びこの計測用照明光源を組み込むことで高精度の精密測定ができる画像検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の計測用照明光源及び画像検査装置は次のように構成されている。
【００１４】
（１）照明光を出力する計測用照明光源において、発振縦モードが単一モードである第１のレーザ光を発振する第１のレーザ発振器と、発振縦モードがマルチモードである第２のレーザ光を発振する第２のレーザ発振器と、上記第１のレーザ光を導入して強調するとともに、非線形結晶物質を介して導入された上記第２のレーザ光と和周波を有する連続光又は疑似連続光の第１の和周波レーザ光を発生させる第１の共振器とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
（２）上記（１）に記載された計測用照明光源であって、さらに、発振縦モードが単一モードである第３のレーザ光を発振する第３のレーザ発振器と、上記第１の和周波レーザ光を導入して強調するとともに、非線形結晶物質を介して導入された上記第３のレーザ光と和周波を有する連続光又は疑似連続光の第２の和周波レーザ光を発生させる第２の共振器とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
（３）上記（２）に記載された計測用照明光源であって、上記第１のレーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの４倍波であり、上記第２のレーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１倍波であり、上記第１の和周波レーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの５倍波であることを特徴とする。
【００１７】
（４）上記（３）に記載された計測用照明光源であって、上記第３のレーザ発振器は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１倍波であり、上記第２の和周波レーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの６倍波であることを特徴とする。
【００１８】
（５）上記（２）に記載された計測用照明光源であって、上記第１のレーザ光は、Ｎｄレーザの４倍波であり、上記第２のレーザ光は、Ｎｄレーザの１倍波であり、上記第１の和周波レーザ光は、Ｎｄレーザの５倍波であることを特徴とする。
【００１９】
（６）上記（５）に記載された計測用照明光源であって、上記第３のレーザ発振器は、Ｎｄレーザの１倍波であり、上記第２の和周波レーザ光は、Ｎｄレーザの６倍波であることを特徴とする。
【００２０】
（７）上記（１）に記載された計測用照明光源であって、上記第１のレーザ光は、紫外レーザ光であり、上記第２のレーザ光は、赤外レーザ光であることを特徴とする。
【００２１】
（８）上記（７）に記載された計測用照明光源であって、上記紫外レーザの波長が２３８ｎｍから４００ｎｍであり、上記赤外レーザの波長が７５０ｎｍから１３００ｎｍであることを特徴とする。
【００２２】
（９）上記（７）に記載された計測用照明光源であって、上記紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの波長変換光を用いることを特徴とする。
【００２３】
（１０）上記（７）に記載された計測用照明光源であって、上記紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの２倍高調波光である２４４ｎｍのコヒレント光を用いることを特徴とする。
【００２４】
（１１）上記（７）に記載された計測用照明光源であって、上記赤外レーザとしてＮｄを活性物質とする固体レーザを用いることを特徴とする。
【００２５】
（１２）上記（７）に記載された計測用照明光源であって、上記赤外レーザとしてネオジムを活性物質とする波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いることを特徴とする。
【００２６】
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれかに記載された計測用照明光源と、この計測用光源から出力された照明光を被検査パターンに照明する照明手段と、の照明手段により照明されて被検査パターンから反射する反射光を受光して画像を読み取る画像読取手段と、この画像読取手段により読み取られた画像情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、干渉ノイズを生じさせず、発振線幅を十分に広くすることができる安定した深紫外光を簡単な構成で発生させることが可能となる。また、高精度の精密測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本発明の一実施の形態に係る深紫外レーザ光源（計測用光源）３０が組み込まれた画像検査装置１０の構成を示す説明図である。画像検査装置１０は、７０ｎｍレベルのマスク欠陥を検査するものである。
【００２９】
画像検査装置１０は、画像入力装置２０と、この画像入力装置２０で入力された画像に基づいて欠陥を検出するプロセッサ４０とを備えている。
【００３０】
画像入力装置２０は、深紫外レーザ光源３０から出力される深紫外光の光路中に４５度の角度で傾斜する状態で配置されたハーフミラー２１と、このハーフミラー２１の上方部に配置されマスク等の上に形成された被検査パターンＰに結像する対物レンズ２２と、ハーフミラー２１の下方に配置された投影レンズ２３と、この投影レンズ２３のセンサ（読取手段）２４とが配設されている。センサ２４にはプロセッサ４０が接続されている。なお、ハーフミラー２１と対物レンズ２２により照明手段が形成されている。
【００３１】
深紫外レーザ光源３０は、基本波の一方を出力する狭帯域４ω−ＹＡＧレーザ発振器（紫外レーザ）３１と、基本波の他方を出力する広帯域ＹＡＧレーザ発振器（赤外レーザ）３２と、これらから発振されたレーザが入力される非線形結晶内蔵５ω発生用４ω光強調用の共振器３３と、狭帯域ＹＡＧレーザ発振器（紫外レーザ）３４と、共振器３３及び狭帯域ＹＡＧレーザ発振器３４からの出力が入力される非線形結晶内蔵６ω発生用ω光強調用の共振器３５とを備えている。
【００３２】
狭帯域４ω−ＹＡＧレーザ発振器３１は、単一縦モードレーザを基本波とした、Ｎｄ：ＹＡＧの４倍波（波長２６６ｎｍ）であり、単一縦モードＮｄ：ＹＡＧレーザを基本波として、２回の２倍波発生により得られたものである。この光源の発振線幅は１０ｋＨｚとしている。
【００３３】
広帯域ＹＡＧレーザ発振器３２は、広帯域のＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いる。共振器内にエタロンをいれて周波数制御を行い、発振線幅を１０ＧＨｚとしている。
【００３４】
共振器３３は、波長２６６ｎｍの外部共振器であって、内部に波長２６６ｎｍと波長１０６４ｎｍとにおいて和周波発生条件を満たす位相整合条件下にある非線形結晶ＣＬＢＯが設けられている。
【００３５】
狭帯域ＹＡＧレーザ発振器３４は、単一周波数Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ，線幅１００ｋＨｚ）を出力する。
【００３６】
共振器３５は、非線形結晶として波長２１３ｎｍと波長１０６４ｎｍにおける和周波発生の位相整合条件を満たすＫＢＢＦ結晶が設けられ、波長１０６４ｎｍ光を強調し、この状態で、共振器外部から先の波長２１３ｎｍ光（線幅１０ＧＨｚ）を非線形結晶中で光路を一致させるように注入し、和周波として波長の６倍波光を得た。この光源の線幅は１０ＧＨｚであった。
【００３７】
このように構成された画像検査装置１０では、次のようにして被検査パターンＰの検査を行う。まず、深紫外レーザ光源３０から深紫外レーザＬが出射される。深紫外レーザ光Ｌは次のようにして生成される。すなわち、狭帯域４ω−ＹＡＧレーザ発振器３１から出射されたレーザ光Ｌ１が共振器３３に入射される。共振器３３の外側からレーザ光Ｌ２が入射され、赤外光と紫外光の和周波（１／（１／２６６＋１／１０６４））から、第１の和周波レーザ光Ｓ１である５倍波（波長２１３ｎｍ）が得られる。このときの光源の線幅は１０ＧＨｚとなる。
【００３８】
さらに、単一周波数Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ，線幅１００ｋＨｚ）により共振器を組み、非線形結晶として波長２１３ｎｍと波長１０６４ｎｍにおける和周波発生の位相整合条件を満たすＫＢＢＦ結晶を設置し、波長１０６４ｎｍ光を強調し、この状態で、共振器外部から先の波長２１３ｎｍ光（線幅１０ＧＨｚ）を非線形結晶中で光路を一致させるように注入し、和周波として波長の６倍波光を得た。この光源の線幅は１０ＧＨｚであった。
【００３９】
共振器３５の外側からレーザ光Ｌ３が入射され、赤外光と紫外光の和周波（１／（１／２１３＋１／１０６４））から、第２の和周波レーザ光Ｓ２である６倍波（波長１７７ｎｍ）が得られる。このときの光源の線幅は１０ＧＨｚとなる。
【００４０】
深紫外レーザ光源３０から高出力の深紫外光レーザＬが発振され、この深紫外光はハーフミラー２１を介して被検査パターンＰに向かって案内され、対物レンズ２２を介して被検査パターンＰに照射される。被検査パターンＰに照射された深紫外光は被検査パターンＰから反射され、対物レンズ２２，ハーフミラー２１、投影レンズ２３を介してセンサ２４に受光されて被検査パターンＰの画像が読み取られる。この読取情報はプロセッサ４０に送信されて情報処理されてマスク欠陥の有無が検出されることになる。
【００４１】
この実施の形態によれば、発振線幅が十分に広く干渉ノイズが生じない安定した深紫外光が得られるため、例えば７０ｎｍ級のマスクの被検査パターンＰの欠陥検査を短時間で行うことが可能となる。
【００４２】
なお、上述した実施の形態においては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの５倍波、６倍波を用いて説明したが、基本波としてこの光源に限定されるものではない。例えば、基本波として、紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの２倍高調波光である２４４ｎｍの広帯域光（コヒレント光）を用い、赤外レーザとしてネオジムを活性物質とする波長１０６４ｎｍの単一周波数ＹＡＧレーザを用いるようにしてもよい。また、紫外レーザとしてアルゴンイオンレーザの波長変換光を用いてもよい。また、和周波発生における広帯域側の基本波光の発振周波数が、マルチモードであれば、フリーランの場合でも、周波数制御素子により制御された場合でもよい。さらに、紫外レーザの波長は２３８ｎｍから４００ｎｍ、赤外レーザの波長は７５０ｎｍから１３００ｎｍの範囲で適宜選択可能である。
【００４３】
さらに、本実施の形態の画像入力装置と検査装置は、図１の構成に限定されるものではなく、他の光学系を用いた場合にも適用できる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る計測用光源を組み込んだ検査装置の構成を示す説明図。
【図２】同計測用光源の構成を示す説明図。
【図３】従来の計測用光源の構成の一例を示す説明図。
【図４】従来の計測用光源の構成の別の例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１０…画像検査装置、２０…画像入力装置、２１…ハーフミラー、２２…対物レンズ、２４…センサ（読取手段）、３０…深紫外レーザ光源、３１…狭帯域４ω−ＹＡＧレーザ発振器（紫外レーザ）、３２…広帯域ＹＡＧレーザ発振器（赤外レーザ）、３３…第１の共振器、３４…狭帯域ＹＡＧレーザ発振器（紫外レーザ）、３５…第２の共振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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