(57)【要約】【課題】波長２００ｎｍ近傍の次世代マスク検査光源として、小型で低消費電力のマスク検査光源及びそのマスク検査光源を用いたマスク検査装置を提供する。【解決手段】発振波長の異なる複数の半導体レーザ１１１ａ〜１１１ｄと、複数の半導体レーザ１１１ａ〜１１１ｄそれぞれに対応する波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄとを有する深紫外光源１１であって、深紫外光源１１は、半導体レーザ１１１ａ〜１１１ｄそれぞれから発振されるレーザ光を波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄで波長変換し、波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄで波長変換されたレーザ光を合成したレーザ光を出射することを特徴とする深紫外光源。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長の異なる複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザそれぞれに対応する波長変換部材とを有する深紫外光源であって、
前記深紫外光源は、前記半導体レーザそれぞれから発振されるレーザ光を前記波長変換部材で波長変換し、当該波長変換部材で波長変換されたレーザ光を合成したレーザ光を出射することを特徴とする深紫外光源。
【請求項２】
前記複数の半導体レーザから発振した光のうち、最も長い波長の光と最も短い波長の光との波長の差が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の深紫外光源。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザから発振した光を前記波長変換部材で波長変換した光の波長は、等間隔の波長の差を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の深紫外光源。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザは、波長０．８μｍ帯で発振する半導体レーザであり、
前記波長変換部材によって変換される光は、前記半導体レーザから発振された光の第４高調波であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の深紫外光源。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザは、波長０．４μｍ帯で発振する半導体レーザであり、
前記波長変換部材によって変換される光は、前記半導体レーザから発振された光の第２高調波であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の深紫外光源。
【請求項６】
発振波長の異なる複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザそれぞれに対応する波長変換部材とを有するマスク検査装置であって、
前記複数の半導体レーザから発振した光を、前記波長変換部材で波長変換し、前記波長変換された光を合成した深紫外光を用いてマスクの欠陥検査を行うマスク検査装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザから発振した光のうち、最も長い波長の光と最も短い波長の光との波長の差が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のマスク検査装置。
【請求項８】
前記マスク検査装置は、ハーフミラーをさらに有し、
前記複数の半導体レーザは、第１の半導体レーザと第２の半導体レーザを有し、
前記第１の半導体レーザの前記ハーフミラーを透過した光と前記第２の半導体レーザの前記ハーフミラーを反射した光を合成して第１の合成レーザ光を作成し、前記第１の半導体レーザの前記ハーフミラーを反射した光と前記第２の半導体レーザの前記ハーフミラーを透過した光を合成して第２の合成レーザ光を作成し、
前記第１の合成レーザ光と前記第２の合成レーザ光のうち、一方をフォトマスクを反射して前記マスクの欠陥検査を行う反射光学系に用い、他方をフォトマスクを透過して前記マスクの欠陥検査を行う透過光学系に用いていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のマスク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深紫外光源、及びマスク検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マスク欠陥検査方法には、マスクパターンと設計データとの比較検査を行う方法（Ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ比較法）と、二つのチップにおけるパターンの比較検査を行う方法（Ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法）の二通りの方法が広く知られている。この二つの方法どちらもマスクのパターン像を顕微鏡で検出している。マスクのパターン像を得るときに光学的顕微鏡を用いる場合は、マスクパターンを光源からの光で照明する必要がある。このときに用いられる光源、すなわちマスク検査光源には、ランプを用いる場合とレーザを用いる場合とに大別される。さらにマスク検査光源にレーザを用いる場合には、連続のレーザ光（ＣＷレーザ光）が発生する連続レーザが一般に用いられている。
【０００３】
また、半導体の進歩にともない半導体装置の微細化によって、欠陥検査技術において要求される欠陥サイズが年々小さくなっている。そのため、欠陥検出感度を高めるためにも検査光源には短波長化が必要となっている。そこで、従来技術において製品化された検査装置では、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザを光源に用いていたが、最近では、波長２５７ｎｍのＣＷレーザ光（これはアルゴンレーザにおける最大出力ラインである波長５１４ｎｍの第２高調波である）を用いたマスク検査装置が市販されている。さらに、検出感度を上昇させるために、検査光源のさらなる短波長化が望まれている。なお、このような波長２５７ｎｍのＣＷレーザ光を用いた従来のマスク検査装置に関しては、例えば、下記非特許文献１あるいは２に示されている。
【０００４】
そこで、図８に示したように、次世代のマスク検査光源としては、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザの第２高調波と波長１０６４ｎｍのファイバーレーザとの和周波数である１９８．５ｎｍの紫外レーザ光を発生させた光源が開発されている。この次世代マスク検査光源に関しては、非特許文献３に示されている。
【０００５】
波長２００ｎｍ前後の次世代マスク検査光源として、従来の波長１９８．５ｎｍの紫外光を発生させる検査光源には、以下の問題があった。検査に必要とされる照明光のパワーを十分得るには、２００ｍＷ程度の紫外光を発生させる必要があり、その紫外光を得るためには、基本波で数Ｗクラスの最大級のアルゴンレーザ装置が必要になってしまう。その結果、装置が巨大なるだけでなく消費電力も数十ｋＷも必要になってしまうという問題点を有している。また、アルゴンレーザのレーザ管の交換によるランニングコストは大きく、コスト面でも問題点を有していた。
【０００６】
また、検査光源に対して、２００ｍＷ程度のパワーのＣＷレーザ光が必要である。その理由としては、ＣＷレーザ光は極めて干渉性が高いことから、回転位相板や回転拡散板等を用いて干渉性を低減させる必要があるため、その際にレーザ光の損失が発生することから、その損失を見込んだ結果２００ｍＷ程度のパワーが必要であった。
【０００７】
特に、ＣＷレーザが波長変換型のレーザの場合、波長変換効率を高めるために波長変換前、すなわち基本波のレーザのスペクトル幅を一般に０．００１ｎｍ以下と極めて狭くする必要がある。その結果、時間的コヒーレンスが非常に長くなり、干渉性が強く表れてしまう。そのため、干渉性を低減させるための上述の回転位相板等が不可欠であった。なお、回転位相板に関しては、非特許文献２において示されている。
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５４４６， ｐｐ．２６５−２７８，２００４．
【非特許文献２】東芝レビュー、第５８巻、第７号、第５８〜６１頁、２００３年
【非特許文献３】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５５９２， ｐｐ．４３，２００５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型で低消費電力の深紫外光源及びその深紫外光源を用いたマスク検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に係る深紫外光源においては、発振波長の異なる複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザそれぞれに対応する波長変換部材とを有する深紫外光源であって、前記深紫外光源は、前記半導体レーザそれぞれから発振されるレーザ光を前記波長変換部材で波長変換し、当該波長変換部材で波長変換されたレーザ光を合成したレーザ光を出射することを特徴とするものである。このようにすることによって、小型で低消費電力のマスク検査光源を提供することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る深紫外光源においては、上述の深紫外光源であって、前記複数の半導体レーザから発振した光のうち、最も長い波長の光と最も短い波長の光との波長の差が２ｎｍ以下であることを特徴とするものである。このようにすることによって、合成されたレーザ光における対物レンズによる色収差を略無視できる程度の大きさとすることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る深紫外光源においては、上述の深紫外光源であって、前記複数の半導体レーザから発振した光を前記波長変換部材で波長変換した光の波長は、等間隔の波長の差を有することを特徴とするものである。本発明の第４の態様に係る深紫外光源においては、上述の深紫外光源であって、前記複数の半導体レーザは、波長０．８μｍ帯で発振する半導体レーザであり、前記波長変換部材によって変換される光は、前記半導体レーザから発振された光の第４高調波であることを特徴とするものである。本発明の第５の態様に係る深紫外光源においては、第１の態様乃至第３の態様の深紫外光源であって前記複数の半導体レーザは、波長０．４μｍ帯で発振する半導体レーザであり、前記波長変換部材によって変換される光は、前記半導体レーザから発振された光の第２高調波であることを特徴とするものである。請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の深紫外光源。
【００１２】
本発明の第６の態様に係るマスク検査装置においては、発振波長の異なる複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザそれぞれに対応する波長変換結晶とを有する深紫外光源を有するマスク検査装置であって、前記複数の半導体レーザから発振した光を、前記波長変換結晶で波長変換し、前記波長変換された光を合成した光を用いてマスクの欠陥検査を行うものである。このようにすることによって、干渉性の低い光を光源として用いることができるため、高精度のマスク検査を行うことができる。
【００１３】
本発明の第７の態様に係るマスク検査装置においては、上述のマスク検査装置であって、前記複数の半導体レーザから発振した光のうち、最も長い波長の光と最も短い波長の光との波長の差が２ｎｍ以下であることを特徴とするものである。本発明の第８の態様に係るマスク検査装置においては、上述のマスク検査装置であって、前記マスク検査装置は、ハーフミラーをさらに有し、前記複数の半導体レーザは、第１の半導体レーザと第２の半導体レーザであって、前記第１の半導体レーザの前記ハーフミラーを透過した光と前記第２の半導体レーザの前記ハーフミラーを反射した光を合成して第１の合成レーザ光を作成し、前記第１の半導体レーザの前記ハーフミラーを反射した光と前記第２の半導体レーザの前記ハーフミラーを透過した光を合成して第２の合成レーザ光を作成し、前記第１の合成レーザ光と前記第２の合成レーザ光のうち、一方を、フォトマスクを反射して前記マスクの欠陥検査を行う反射光学系に用い、他方を、フォトマスクを透過して前記マスクの欠陥検査を行う透過光学系に用いていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る深紫外光源及びその深紫外光源を用いたマスク検査装置においては、近接した異なる波長のレーザ光を合成したレーザ光をマスク検査光源から出射することができるため、干渉性の低い照明光とすることができ、スペックルノイズ等のノイズを低減することができる。また、半導体レーザを用いているために、深紫外光源及びその深紫外光源を用いたマスク検査装置を小型化することができ、小型で低消費電力のマスク検査光源及びそのマスク検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００１６】
本実施の形態に係るマスク検査光源においては、複数の波長８００ｎｍ帯の半導体レーザダイオード（ＬＤ）を用い、それぞれの半導体ＬＤからのレーザ光を波長変換結晶によって第４次高調波である深紫外光に変換している。このときの半導体ＬＤは、それぞれ近接した異なる波長を有する半導体ＬＤとする。この波長の異なる複数の半導体ＬＤからの光を波長変換結晶によって変換されたレーザ光を合成したものを、マスク検査装置に光源として用いている。ここでいう深紫外光とは、波長２０５ｎｍ以下の光のことである。また、ここでいう波長８００ｎｍ帯とは、波長７８０ｎｍ以上８２０ｎｍ以下のことをいう。さらに、近接した異なる波長は、複数の半導体ＬＤから出射された光の波長幅が２ｎｍ以下のものをいう。
【００１７】
本実施の形態に係るマスク検査光源においては、半導体ＬＤのコンパクト性を考慮して、複数の波長変換型レーザを備えることができる。また、半導体ＬＤは発振波長を数ｎｍの範囲で自由に設定できる特徴を有していることから、複数の半導体レーザの波長幅を２ｎｍ以下の範囲で異なるものを用いることができる。その結果、波長変換によって得られる波長２００ｎｍ近傍の深紫外光において、波長幅が１ｎｍ以下で複数の深紫外光が得られることになる。
【００１８】
このように近接した異なる波長の深紫外レーザ光を合成した深紫外レーザ光を発生させることによって、干渉性を低くすることができる。そのため、スペックルノイズや干渉縞を抑制した深紫外光のマスク検査光源を提供することができる。このため、従来用いていた回転位相板等のレーザ光を減衰させる光学装置がなくなるために、光源の消費電力を少なくすることが可能となる。また、半導体ＬＤを用いているため、アルゴンレーザのようにサイズが大きなものではなく、コンパクトなマスク検査光源を実現することが可能であり、さらに、消費電力を少なくすることができる。
【００１９】
図１では、本実施の形態に係るマスク検査光源が用いられたマスク検査装置１の概略構成図を示している。マスク検査装置１は、マスク検査光源１１とマスク検査部１２とから構成されている。本実施の形態に係るマスク検査光源１１は、複数の半導体ＬＤを有し、この半導体ＬＤそれぞれからのレーザ光を、波長変換結晶によって第４次高調波である遠深紫外光を作成し合成している。このときの複数の半導体ＬＤそれぞれから発振されるレーザ光は、近接した異なる波長を有するレーザ光である。
【００２０】
このときの複数の半導体ＬＤそれぞれから発振されるレーザ光が波長変換結晶によって変換されたレーザ光における波長の幅は、２ｎｍ以下としている。すなわち、この波長変換結晶によって変換されたレーザ光の波長の最大のものと最小のものとの差が２ｎｍ以下としている。このように半導体ＬＤからのレーザ光を波長変換結晶によって変換された深紫外光を合成することによって、レーザ光のスペクトル幅を大きくすることができるために、レーザ光の干渉性が高いことから生じるスペックルノイズ等を抑止することができる。また、この干渉性を低くするために用いられる回転位相板当の光学装置が必要ではなくなる。
【００２１】
ここで、マスク検査光源の一例として、４つの波長８００ｎｍ帯の半導体ＬＤを用いたマスク検査光源１１の概略構成図を図２に示す。マスク検査光源１１内には、４個の半導体レーザダイオード（ＬＤ）１１ａ〜１１ｄを有している。この４個の半導体ＬＤ１１１ａ〜１１１ｄは、それぞれに異なる波長の光を発振するＬＤである。ここでは、一例として、半導体ＬＤ１１１ａは発振波長８０８．０ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ１１１ｂは発振波長８０８．４ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ１１１ｃは発振波長８０８．８ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ１１１ｄは発振波長８０９．２ｎｍの半導体ＬＤである。
【００２２】
このそれぞれの半導体ＬＤから取り出された近赤外のレーザ光は、それぞれの半導体ＬＤ１１１ａ〜１１１ｄに対応した波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄに入射され、これにより第２高調波が発生する。すなわち、半導体ＬＤ１１ａから発振された波長８０８．０ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶１１２ａに入射され、第２高調波である波長４０４．０ｎｍのレーザ光が出射される。同様に、半導体ＬＤ１１ｂから発振された波長８０８．４ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶１１２ｂに入射され、第２高調波である波長４０４．２ｎｍのレーザ光が出射される。
【００２３】
半導体ＬＤ１１ｃから発振された波長８０８．８ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶１１２ｃに入射され、第２高調波である波長４０４．４ｎｍのレーザ光が出射される。さらに、半導体ＬＤ１１ｄから発振された波長８０９．２ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶１１２ｄに入射され、第２高調波である波長４０４．６ｎｍのレーザ光が出射される。ここで用いられる波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄとしては、ＣＬＢＯやＢＢＯなどの結晶が用いられる。
【００２４】
次に、それぞれの波長変換結晶１１２ａ〜１１２ｄから出射された第２高調波は、それぞれのレーザ光に対応した波長変換結晶１１３ａ〜１１３ｄに入射され、これにより第４高調波が発生する。すなわち、波長変換結晶１１２ａから出射された波長４０４．０ｎｍの第２高調波は、波長変換結晶１１３ａに入射し、波長２０２．０ｎｍの第４高調波が発生する。
【００２５】
同様に、波長変換結晶１１２ｂから出射された波長４０４．２ｎｍの第２高調波は、波長変換結晶１１３ｂに入射し、波長２０２．１ｎｍの第４高調波が発生する。波長変換結晶１１２ｃから出射された波長４０４．４ｎｍの第２高調波は、波長変換結晶１１３ｃに入射し、波長２０２．２ｎｍの第４高調波が発生する。さらに、波長変換結晶１１２ｄから出射された波長４０４．６ｎｍの第２高調波は、波長変換結晶１１３ｄに入射し、波長２０２．３ｎｍの第４高調波が発生する。ここで用いられる波長変換結晶１１３ａ〜１１３ｄは、ＳＢＢＯなどが用いられる。
【００２６】
これらの波長変換結晶１１３ａ〜１１３ｄから出射された４本の紫外のレーザ光は、図２に示されたように、それぞれのレーザ光に対応した１組のミラー１１４ａ〜１１４ｆによって、合成レーザ光としている。すなわち、波長変換結晶１１３ａから出射された深紫外のレーザ光に、波長変換結晶１１３ｂから出射された深紫外のレーザ光を合成するために、１組のミラー１１４ａ、１１４ｂを用いている。同様に波長変換結晶１１３ｃから出射された深紫外のレーザ光は、１組のミラー１１４ｃ、１１４ｄによって、先ほどの合成レーザに合成されている。さらに、波長変換結晶１１３ｄから出射された深紫外のレーザ光は、１組のミラー１１４ｅ、１１４ｆによって、先ほどの合成レーザに合成されている。
【００２７】
この合成レーザ光は、集光レンズ１１５によって集光される。この集光されたレーザ光は、均一化光学系１１６に入射される。均一化光学系１１６は光導波路であり、この均一化光学系１１６内を光が導波する際に、何度も均一化光学系１１６の中の全反射を繰り返しながら光が導波される。このことによって、それぞれの波長変換結晶１１４ａ〜１１４ｄから出射されたレーザ光が交じり合い、干渉性の小さい合成レーザ光を作成することができる。また、この均一化光学系１１６は、ロッド型光学系や光ファイバが好ましい。この均一化光学系１１６によって、空間的に４つの波長が混在したレーザ光が取り出される。これによって、近接した異なる四つの波長を含む合成レーザ光が生成される。
【００２８】
また、レーザ光の合成方法に関する他の構成例として、図３にフライアイレンズを用いたレーザ合成光学系２０を示す。図３（ａ）に、このレーザ合成光学系２０の上面図を示す、また、図３（ｂ）にレーザ合成光学系２０に入射されるときの斜視図を示す。このレーザ合成光学系２０においては、フライアイレンズ２１と大型レンズ２２が用いられている。
【００２９】
このレーザ合成光学系２０において、フライアイレンズ２１と大型レンズ２２との間隔を、それぞれの焦点距離の和にほぼ等しい距離にすることで、像面２３の位置では、大型レンズ２２から出射する４本のレーザ光の断面が全てオーバーラップするようになる。この像面２３でのビームをリレーさせて照明光として利用すれば、空間的に方向の成分にも４つの波長が混合するようになる。
【００３０】
図３（ａ）では４本のレーザ光が分割してオーバーラップすることによって、４本のレーザ光が合成するように描写されている。しかしながら、実際には図３（ｂ）に示すように、フライアイレンズ２１に入射される前に、二つのシリンドリカルレンズ２４ａ、２４ｂによって、一方向にビームを引き伸ばしている。
【００３１】
すなわち、シリンドリカルレンズ２４ａによって、４つの半導体ＬＤから出射されたレーザ光が一方向に引き伸ばされ、その引き伸ばされたレーザ光が、もう一つのシリンドリカルレンズ２４ｂによって、平行光としてフライアイレンズ２１に入射されている。これによって、フライアイレンズ２１からは１６本のビームが形成され、大型レンズ２２によってそれぞれがオーバーラップすることによって、合成されたレーザ光が形成される。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係るマスク検査光源１１は、４つの半導体ＬＤから出射されたレーザ光が合成されたレーザ光を出射している。このようにすることによって、干渉性を小さくすることができ、そのために、スペックルノイズ等の発生を抑制することが可能となる。
【００３３】
次に、本実施の形態に係るマスク検査光源１１を用いたマスク検査部１２について説明する。図４には、マスク検査部１２の構成図が示されている。マスク検査部１２は、レンズ１２１、偏光ビームスプリッタ１２２、１／４波長板１２３、対物レンズ１２４、結像レンズ１２５、二次元光検出器１２６を有している。レンズ１２１は、マスク検査光源１１から出射された合成レーザ光を平行光に変換している。レンズ１２１によって平行光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ１２２に入射し、１／４波長板１２３側に反射される。
【００３４】
この偏光ビームスプリッタ１２２は、特定の偏光方向の光のみを反射するため、偏光ビームスプリッタ１２２を反射したレーザ光は、直線偏光に変換される。この反射した光は、１／４波長板１２３に入射される。このとき、直線偏光に変換されたレーザ光は、１／４波長板１２３によって円偏光に変換される。そして、対物レンズ１２４によってフォトマスク１３上に集光される。このようにすることによって、フォトマスク１３上の観察領域１３１を照明する。
【００３５】
フォトマスク１３を反射した光は、レーザ光が照射された部分のパターン情報を含んで反射し対物レンズ１２４を透過する。対物レンズ１２４によって平行光に変換された光は１／４波長板１２３によって直線偏光に変換される。このときの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ１２２を反射して１／４波長板１２３に入射されたときの偏光方向と垂直な方向の偏光を有している。このため、１／４波長板１２３によって直線偏光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ１２２によって透過されることになる。
【００３６】
偏光ビームスプリッタ１２２を透過した光は、結像レンズ１２５によって二次元光検出器１２６に集光される。すなわち、マスク検査部１２では、マスク１３上の観察領域１３１を、対物レンズ１２４と結像レンズ１２５とによって、二次元光検出器１２６上に拡大投影するようになっている。これによって、観察領域１３１内のパターンが検査される。この二次元光検出器１２６はＣＣＤ（電荷転送デバイス：Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）でもＴＤＩ（厳密にはＴＤＩ動作をするＣＣＤのことであり、ＴＤＩとはＴｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの頭文字である。以下、単にＴＤＩと呼ぶ。）でも良い。
【００３７】
本実施の形態に係るマスク検査光源１１を有するマスク検査装置１では、照明光であるレーザ光が、４つの波長を含んだ広いスペクトルになっていることから、二次元光検出器１２６によって観察領域１３１を観察する際に、スペックルノイズや干渉縞が極めて小さくなることから、単一波長のレーザ光源を用いた従来の検査装置に比べて、欠陥検出感度を大幅に向上させることができる。
【００３８】
なお、マスク検査装置１で照明として用いられるレーザ光は、波長２０２．０ｎｍ、２０２．１ｎｍ、２０２．２ｎｍ、及び２０２．３ｎｍの４つの異なる波長が含まれているが、用いられる対物レンズ１２４や結像レンズ１２５の色収差の影響を略受けない程度の波長幅となっている。すなわち、３つ以上の半導体レーザを用いて、それぞれの半導体レーザにおける発振波長を等間隔にするとよい。
【００３９】
また、本実施の形態に係るマスク検査光源１１においては、４台ものレーザシステムを用いることになるが、各レーザシステムが半導体レーザをベースとした装置であるため、従来のアルゴンレーザを用いた装置のように巨大になることはない。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係るマスク検査光源１１においては、近接した異なる波長を有する複数の半導体ＬＤを用いて合成したレーザ光を照明光として用いているため、干渉性が高いことから生じるスペックルノイズや干渉縞等のノイズを抑制することができる。そのため、高精度のマスク検査を行うことができる。また、この干渉性を低くするために用いられる回転位相板等の光学装置が必要ではなくなるため、レーザ光を減衰させる光学装置を省略することができるために、光源の消費電力を小さくすることができる。さらに、半導体ＬＤを用いていることから、従来のアルゴンレーザを用いた装置と違いコンパクトにすることが可能であり、光源の消費電力を小さくすることができる。
【００４１】
実施の形態２．
第２の実施の形態においては、マスク検査光源からのレーザ光をマスク検査部内において合成し、透過反射同時照明を行うマスク検査装置である。本実施の形態に係るマスク検査装置においては、近接した異なる波長の２本の深紫外光を合成して光源として用いているため、スペックルノイズ等のノイズを抑制することができる。構成要素や動作原理で実施の形態１と同様のものは省略する。
【００４２】
本実施の形態に係るマスク検査部４０を図５に示す。本実施の形態に係るマスク検査部４０においては、二つの半導体ＬＤからのレーザ光を波長変換装置によって変換された二本の深紫外レーザ光が入射され、その入射された深紫外レーザ光をマスク検査部４０内で合成することによって、透過反射同時照明に用いている。
【００４３】
このときに用いられるマスク検査光源３０を図６に示す。マスク検査光源３０は、第１の半導体ＬＤ３１と第２の半導体ＬＤ３２とを有している。この第１の半導体ＬＤ３１の発振波長と第２の半導体ＬＤ３２の発振波長とは近接した異なる波長である。第１の半導体ＬＤ３１と第２の半導体ＬＤ３２とから出射されたレーザ光は、波長変換結晶３３〜３６によって変換される。
【００４４】
第１の半導体ＬＤ３１から出射されたレーザ光は、波長変換結晶３３によって第２高調波に変換される。この波長変換結晶３３によって第２高調波に変換されたレーザ光は、波長変換結晶３４に入射される。この波長変換結晶３４によって、入射された第２高調波は、第４高調波Ｌ３１に変換される。
【００４５】
同様に、第２の半導体ＬＤ３２から出射されたレーザ光は、波長変換結晶３５によって第２高調波に変換される。この波長変換結晶３５によって第２高調波に変換されたレーザ光は、波長変換結晶３６に入射される。この波長変換結晶３６によって、入射された第２高調波は、第４高調波Ｌ３２に変換される。
【００４６】
このように、第１の半導体ＬＤ３１と第２の半導体ＬＤ３２から出射され、波長変換結晶３３〜３６によって第４高調波Ｌ３１、Ｌ３２に変換されたレーザ光は、マスク検査部４０に入射される。これらの第４高調波Ｌ３１、Ｌ３２は、ミラー４１とハーフミラー４２によって合成されている。
【００４７】
このとき、第４高調波Ｌ３１は、ミラー４１に入射し、ハーフミラー４２側に反射され、ハーフミラー４２に入射された光は、反射光と透過光とに分けられる。また、第４高調波Ｌ３２は、ハーフミラー４２によって、反射光と透過光とに分けられる。
【００４８】
第４高調波Ｌ３１のハーフミラー４２によって反射された光は、第４高調波Ｌ３２のハーフミラー４２によって透過された光と合成され、合成レーザ光Ｌ４１となり、反射照明系５０を通過してマスクに入射される。また、第４高調波Ｌ３１のハーフミラー４２によって透過された光は、第４高調波Ｌ３２のハーフミラー４２によって反射された光と合成され、合成レーザ光Ｌ４２となり、透過照明系６０を通過してマスクに入射される。このようにして、第４高調波Ｌ３１と第４高調波Ｌ３２が合成され、透過照明系６０と反射照明系５０とに分けられて照明されるようになる。
【００４９】
合成レーザ光Ｌ４１は、反射照明系５０に入射される。合成レーザ光Ｌ４１はレンズ５１に入射され、レンズ５１によって均一化光学系５２の入射端に集光される。均一化光学系５２に入射された光は、均一化光学系内を何回も反射することによって、第４高調波Ｌ３１と第４高調波Ｌ３２とが混ざった光とすることができる。均一化光学系５２から出射された光はレンズ５３に入射され、レンズ５３によって平行光に変換される。
【００５０】
この平行光は、偏光ビームスプリッタ５４に入射され、１／４波長板５５側に反射される。この偏光ビームスプリッタ５４は、特定の偏光方向の光のみを反射するため、偏光ビームスプリッタ５４を反射したレーザ光は、直線偏光に変換される。この反射した光は、１／４波長板５５に入射される。このとき、直線偏光に変換されたレーザ光は、１／４波長板５５によって円偏光に変換される。そして、対物レンズ５６によってフォトマスク７０上に集光される。このようにすることによって、フォトマスク７０上の観察領域７１を照明する。
【００５１】
フォトマスク７０を反射した光は、レーザ光が照射された部分のパターン情報を含んで反射し対物レンズ５６を透過する。対物レンズ５６によって平行光に変換された光は１／４波長板５５によって直線偏光に変換される。このときの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ５４を反射して１／４波長板５５に入射されたときの偏光方向と垂直な方向の偏光を有している。このため、１／４波長板５５によって直線偏光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ５４によって透過されることになる。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ５４を透過した光は、結像レンズ８１によって二次元光検出器８２に集光される。すなわち、マスク７０上の観察領域７１を、対物レンズ５６と結像レンズ８１とによって、二次元光検出器８２上に拡大投影するようになっている。これによって、観察領域７１内の反射パターンが検査される。この二次元光検出器８２はＣＣＤ（電荷転送デバイス：Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）でもＴＤＩ（厳密にはＴＤＩ動作をするＣＣＤのことであり、ＴＤＩとはＴｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの頭文字である。以下、単にＴＤＩと呼ぶ。）でも良い。
【００５３】
また、合成レーザ光Ｌ４２は、透過照明系６０に入射される。合成レーザ光Ｌ４２はミラー６１によってレンズ６２側に反射される。このミラー６１で反射した光は、レンズ６２に入射され、レンズ６２によって均一化光学系６３の入射端に集光される。均一化光学系６３に入射された光は、均一化光学系内を何回も反射することによって、第４高調波Ｌ３１と第４高調波Ｌ３２とが混ざった光とすることができる。均一化光学系６３から出射された光はレンズ６４に入射され、レンズ６４によって平行光に変換される。
【００５４】
この平行光は、ミラー６５に入射され、対物レンズ６６側に反射される。そして、対物レンズ６６によってフォトマスク７０上に集光される。このようにすることによって、フォトマスク７０上の観察領域７１を照明する。フォトマスク７０を透過した光は、レーザ光が照射された部分のパターン情報を含んで反射し対物レンズ５６を透過する。対物レンズ５６によって平行光に変換された光は１／４波長板５５によって直線偏光に変換される。このときの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ５４を透過するような偏光方向に変換されている。
【００５５】
このようにすることによって、フォトマスク７０を透過した光は、偏光ビームスプリッタ５４を透過する。偏光ビームスプリッタ５４を透過した光は、結像レンズ８１によって二次元光検出器８２に集光される。すなわち、マスク７０上の観察領域７１を、対物レンズ５６と結像レンズ８１とによって、二次元光検出器８２上に拡大投影するようになっている。これによって、観察領域７１内の透過パターンが検査される。
【００５６】
以上のように、反射照明系５０と透過照明系６０とを備えた検査装置を実現するために用いられる２本のレーザ光を形成させるために、１台のレーザシステムからのビームを２分割するのではなく、２台のレーザシステムを用いている。これらの反射照明系５０と透過照明系６０とに用いられる光が、近接した異なる波長のレーザ光を合成したレーザ光となるために、マスク上に照明した際に干渉性が高いことによって生じるスペックルノイズや干渉縞等のノイズを抑制することができる。このときに、回転位相板等の他の光学装置を用いずとも干渉性を低くすることができる。
【００５７】
このようにして、ノイズを抑制することができるため、高精度のマスク欠陥検査を行うことができる。また、光源として半導体ＬＤを用いているため、照明装置が複数となってもアルゴンレーザのような大きなサイズではなくコンパクトな光源とすることができ、装置全体として極めてコンパクトにすることができる。さらに、検査光源に要求されるレーザ光のパワーも少なくてすむことになる。
【００５８】
実施の形態３．
本実施の形態に係るマスク検査光源においては、複数の波長４００ｎｍ帯の半導体レーザダイオード（ＬＤ）を用い、それぞれの半導体ＬＤからのレーザ光を波長変換結晶によって第４次高調波である深紫外光に変換している。このときの半導体ＬＤは、それぞれ近接した異なる波長を有する半導体ＬＤとする。この波長の異なる複数の半導体ＬＤからの光を波長変換結晶によって変換されたレーザ光を合成したものを、マスク検査装置に光源として用いている。ここでいう波長４００ｎｍ帯とは、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長域のことである。複数の４００ｎｍ帯の半導体ＬＤを用い、その半導体ＬＤからの出射光を波長変換結晶によって、第２高調波に変換する。本実施の形態に係るマスク検査装置においては、近接した異なる波長の２本の深紫外光を合成して光源として用いているため、スペックルノイズ等のノイズを抑制することができる。構成要素や動作原理で実施の形態１及び実施の形態２と同様のものは省略する。
【００５９】
ここで、本実施の形態に係るマスク検査光源の一例として、４つの波長４００ｎｍ帯の半導体ＬＤを用いたマスク検査光源２００を図７に示す。マスク検査光源２００内には、４個の半導体レーザ（ＬＤ）２０１〜２０４を有している。この４個の半導体ＬＤ２０１〜２０４は、それぞれに異なる波長の光を発振するＬＤである。ここでは、一例として、半導体ＬＤ２０１は発振波長４０４．０ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ２０２は発振波長４０４．４ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ２０３は発振波長４０４．８ｎｍの半導体ＬＤ、半導体ＬＤ２０４は発振波長４０５．２ｎｍの半導体ＬＤである。
【００６０】
このそれぞれの半導体ＬＤから取り出された近赤外のレーザ光は、それぞれの半導体ＬＤ２０１〜２０４に対応した波長変換結晶２１１〜２１４に入射され、これにより第２高調波が発生する。すなわち、半導体ＬＤ２０１から発振された波長４０４．０ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶２１１に入射され、第２高調波である波長２０２．０ｎｍのレーザ光が出射される。同様に、半導体ＬＤ２０２から発振された波長４０４．４ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶２１２に入射され、第２高調波である波長２０２．２ｎｍのレーザ光が出射される。
【００６１】
半導体ＬＤ２０３から発振された波長４０４．８ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶２１３に入射され、第２高調波である波長２０２．４ｎｍのレーザ光が出射される。さらに、半導体ＬＤ２０４から発振された波長４０５．２ｎｍのレーザ光は、波長変換結晶２１４に入射され、第２高調波である波長２０２．６ｎｍのレーザ光が出射される。ここで用いられる波長変換結晶２１１〜２１４は、ＳＢＢＯなどが用いられる。
【００６２】
これらの波長変換結晶２１１〜２１４から出射された４本の紫外のレーザ光は、図７に示されたように、それぞれのレーザ光に対応した１組のミラー２２１〜２２６によって、合成レーザ光としている。すなわち、波長変換結晶２１１から出射された深紫外のレーザ光に、波長変換結晶２１２から出射された深紫外のレーザ光を合成するために、１組のミラー２２１、２２２を用いている。同様に波長変換結晶２１３から出射された深紫外のレーザ光は、１組のミラー２２３、２２４によって、先ほどの合成レーザに合成されている。さらに、波長変換結晶２１４から出射された深紫外のレーザ光は、１組のミラー２２５、"２６によって、先ほどの合成レーザに合成されている。
【００６３】
この合成レーザ光は、集光レンズ２３０によって集光される。この集光されたレーザ光は、均一化光学系２４０に入射される。均一化光学系２４０は光導波路であり、この均一化光学系２４０内を光が導波する際に、何度も均一化光学系２４０の中の全反射を繰り返しながら光が導波される。このことによって、それぞれの波長変換結晶２１１〜２１４から出射されたレーザ光が交じり合い、干渉性の小さい合成レーザ光を作成することができる。また、この均一化光学系２４０は、ロッド型光学系や光ファイバが好ましい。この均一化光学系２４０によって、空間的に４つの波長が混在したレーザ光が取り出される。これによって、近接した異なる四つの波長を含む合成レーザ光が生成される。
【００６４】
以上のように、本実施の形態に係るマスク検査光源においては近接した異なる波長を有する複数の半導体ＬＤの第２高調波を合成したレーザ光を照明光として用いているため、干渉性が高いことから生じるスペックルノイズや干渉縞等のノイズを抑制することができる。そのため、高精度のマスク検査を行うことができる。また、この干渉性を低くするために用いられる回転位相板当の光学装置が必要ではなくなるため、レーザ光を減衰させる光学装置を省略することができるために、光源の消費電力を小さくすることができる。さらに、半導体ＬＤを用いていることから、従来のアルゴンレーザを用いた装置と違いコンパクトにすることが可能であり、光源の消費電力を小さくすることができる。
【００６５】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。また、上述の実施形態及び実施例においては、マスク検査装置に用いられるマスク検査光源として深紫外光源を示したが、本発明はそれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施の形態１に係るマスク検査光源が用いられたマスク検査装置の概略構成図である。
【図２】４つの波長８００ｎｍ帯の半導体ＬＤを用いたマスク検査光源の概略構成図である。
【図３】フライアイレンズを用いたレーザ合成光学系の概略構成図である。
【図４】実施の形態１に係るマスク検査装置におけるマスク検査部の概略構成図である。
【図５】実施の形態２に係るマスク検査装置におけるマスク検査部の概略構成図である。
【図６】実施の形態２に係るマスクマスク検査光源の概略構成図である。
【図７】実施の形態３に係るマスク検査光源の概略構成図である。
【図８】従来のアルゴンレーザを用いたマスク検査光源の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  マスク検査装置
１１  マスク検査光源  １２  マスク検査部
１１１ａ〜１１１ｄ  半導体ＬＤ  １１２ａ〜１１２ｄ  波長変換結晶
１１３ａ〜１１３ｄ  波長変換結晶  １１４ａ〜１１４ｆ  ミラー
１１５  集光レンズ  １１６  均一化光学系
１２１  レンズ  １２２  偏光ビームスプリッタ  １２３  １／４波長板
１２４  対物レンズ  １２５  結像レンズ  １２６  二次元光検出器
１３  フォトマスク  １３１  観察領域
２０  レーザ合成光学系  ２１  フライアイレンズ  ２２  大型レンズ
２３  像面  ２４ａ、２４ｂ  シリンドリカルレンズ
３０  マスク検査光源  ３３〜３６  波長変換結晶
４０  マスク検査部  ４１  ミラー  ４２  ハーフミラー
５０  反射照明系  ５１  レンズ  ５２  均一化光学系  ５３  レンズ
５４  偏光ビームスプリッタ  ５５  波長板  ５６  対物レンズ
６０  透過照明系  ６１  ミラー  ６２  レンズ  ６３  均一化光学系
６４  レンズ  ６５  ミラー  ６６  対物レンズ
７０  マスク  ７１  観察領域
８１  結像レンズ  ８２  二次元光検出器
２００  マスク検査光源２１１〜２１４  波長変換結晶２２１〜２２６  ミラー
２３０  集光レンズ２４０  均一化光学系
【図１】
2008051595.tif 000003
【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】
2008051595.tif 000009
【図８】
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