(57)【要約】【課題】スペックルノイズを減少させることができ、かつ長期間安定して動作できるパルスレーザ光源及び、そのパルスレーザ光源を用いた検査装置を提供する。【解決手段】全反射鏡の反射面と部分透過鏡の反射面との間で共振することによってレーザ発振しているパルスレーザ光源であって、全反射鏡は、全反射プリズムであり、部分透過鏡は、反射面が凹面の凹凸基板であり、全反射鏡の反射面と、部分透過鏡の反射面と、部分透過鏡の出射面とにおいて、全反射プリズムと凹凸基板とが露出されていることを特徴とするパルスレーザ光源。【選択図】  図１
2007300008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射鏡の反射面と部分透過鏡の反射面との間で共振することによってレーザ発振しているパルスレーザ光源であって、
前記全反射鏡は、全反射プリズムであり、
前記部分透過鏡は、前記反射面が凹面の凹凸基板であり、
前記全反射鏡の反射面と、前記部分透過鏡の反射面と、前記部分透過鏡の出射面とにおいて、前記全反射プリズムと前記凹凸基板とが露出されていることを特徴とするパルスレーザ光源。
【請求項２】
前記凹凸基板の曲率半径が、前記全反射鏡と前記部分透過鏡の間隔である共振器長の１．５倍以上３倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ光源。
【請求項３】
前記パルスレーザ光源は、エキシマレーザであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパルスレーザ光源。
【請求項４】
前記エキシマレーザは、フッ素含有ガスを封入したチャンバーを有し、
前記フッ素含有ガスは、ネオン、アルゴン、ヘリウムのうち少なくとも一つのガスとフッ素を混合させたガスであることを特徴とする請求項３に記載のパルスレーザ光源。
【請求項５】
前記チャンバーは、前記部分透過鏡と金属キャップによって前記フッ素含有ガスを封入することを特徴とする請求項４に記載のパルスレーザ光源。
【請求項６】
前記全反射プリズムは、光の進行方向を二直角に曲げる直角プリズム、コーナーキューブ又はブリュースター型プリズムであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のパルスレーザ光源。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のパルスレーザ光源を検査光源として用いた検査装置。
【請求項８】
前記検査装置は、前記パルスレーザ光源からのレーザ光のパルス幅を長くする光パルスストレッチャーと、
前記光パルスストレッチャーから出射されたレーザ光をフォトマスクに入射させ、フォトマスク上の欠陥を検査する欠陥検査部とを有することを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
【請求項９】
前記光パルスストレッチャーは、少なくとも１組のリレーレンズを含むことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記光パルスストレッチャーは、１枚の平行平板と２個の全反射プリズムとで構成されることを特徴とする請求項８又は請求項９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、パルスレーザ光源とそのパルスレーザ光源を用いた検査装置に関する。特に、半導体製造工程で利用されるフォトマスクにおける欠陥検出に利用されるパルスレーザ光源とその光源を用いた検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマスクの欠陥検査では、マスクのパターン像を顕微鏡で観察するため、マスクにおける観察部分を光で照明する必要があり、その光源には、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、さらにレーザを用いる検査装置では、連続の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、すなわち微細化と共に、要求される欠陥サイズが年々小さくなっているため、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、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の連続レーザ光（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おり、検出感度の点から、検査光源のさらなる短波長化が望まれている。
【０００４】
特にレンズ材である合成石英が利用できる波長１９０ｎｍ前後までは、光源が短波長化できれば、顕微鏡周辺の光学系をほとんど変更せずに、感度を上げられることから、波長１９０ｎｍ近くの検査光源が望まれている。このような波長２００ｎｍ前後の連続レーザでは、波長変換型レーザが用いられる。ところが、波長変換用の非線形光学結晶を用いて波長２００ｎｍ以下を発生させる場合、非線形光学結晶中でのレーザ光の吸収が大きくなり、非線形光学結晶中でダメージが生じやすいという問題がある。そこで、紫外域で高出力のレーザ光を発振することで広く知られているエキシマレーザなどのパルスレーザ光源が用いられている。なお、前記のような波長２５７ｎｍの連続レーザを用いたマスク検査装置に関しては、例えば非特許文献１に示されている。
【０００５】
ここで、パルスレーザ光源の一例であるエキシマレーザの共振器構造に関して説明する。エキシマレーザの共振器構造は大きく分けて２つの形態に分けられる。一つは、レーザ光のスペクトルを狭帯域化（なお、以下、単に狭帯域化と呼ぶ。）せずにレーザ発振させたものであり、これには波長依存性を有しない反射鏡を全反射側に用い、また波長依存性を有しない部分透過鏡を出力側に用いたものである。
【０００６】
これに対して、もう一つの形態としては、狭帯域化させてレーザ発振させるものであり、これには波長依存性を有する反射性部材である回折格子やプリズムなどを、全反射側に用いたものである。ただし出力側には波長依存性を有しない部分透過鏡が用いられる。
【０００７】
また、狭帯域化しない前者の場合、反射鏡や部分透過鏡の曲率に関する形態としては、図１１に示した３種類に分類することができる。すなわち、図１１（ａ）に示したように、全反射側に平面鏡を用いた平面全反射鏡９５と、出力側に平面鏡を用いた部分透過平面鏡９６ａとで共振器を構成した平面−平面型の共振器、図１１（ｂ）に示したように、全反射側に凹面鏡を用いた凹面全反射鏡９７ａと、出力側にも凹面鏡を用いた部分透過凹面鏡９８とで共振器を構成した凹面−凹面型の共振器、及び図１１（ｃ）に示したように、全反射側に凹面鏡を用いた凹面全反射鏡９７ｂと、出力側には平面鏡を用いた部分透過平面鏡９６ｂとで共振器を構成した凹面−平面型の共振器とに分類できる。
【０００８】
また、一般に、全反射側の反射鏡のチャンバー９１側には全反射膜９２がコーティングされている。一方、出力側の部分透過鏡のチャンバー９１側には部分透過膜９３がコーティングされている。また、出力側の部分透過膜９３の出射側には、一般に反射防止膜９４がコーティングされている。すなわち、全反射鏡と出力鏡のどちらも共振器の内側面でレーザ光を反射させて共振するようになっている。ただし、これらのミラーがレーザチャンバー９１に直接付けられる場合は、内部のガスとの耐久性もあり、ミラーの外側面にコーティングを施す場合もある。
【０００９】
さらにまた、出力側に用いられる部分透過平面鏡に関しては、通常、平行平板は用いられず、図に示したように、角度で数度の傾きを有するウェッジ基板と呼ばれる基板が用いられている。その理由としては、もしも出力鏡として平行平板を用いた場合、外側面に施される反射防止膜の性能が高くない（すなわち、残留反射が存在する）場合、これは狭帯域化素子として知られているエタロンとして機能してしまうことになり、スペクトル帯の中で、レーザ発振しないスペクトル線が発生してしまうからである。
【００１０】
また、波長２００ｎｍ以下の連続レーザが波長変換型であるのに対して、ＡｒＦエキシマレーザでは、波長変換せずに波長１９３ｎｍで直接大出力のレーザ光が得られる。ＡｒＦエキシマレーザを検査光源に用いても、以下の２つの理由から、実用的なマスク検査装置を構成することは極めて困難であった。
【００１１】
第１の課題は、検査速度に関してである。マスク検査におけるパターン像の観察において、レーザ光を照明に用いる場合、パターン面に照射した際に生じるレーザ光に特有なスペックルノイズや干渉縞が生じてしまう。このため、パルスレーザであるＡｒＦエキシマレーザから１０パルス以上のパルスレーザ光を同じ部分に重ねて照射することで、照明光を積算させて均一化する手法が考えられている。これによると、ＡｒＦエキシマレーザ自体としては繰り返し数１０００〜４０００Ｈｚ程度が市販されているが、パターン像を観察する速度としては毎秒１００〜４００パターンになる。このパターンとは、マスク検査装置において用いられる二次元光受光素子等によって１回で読み取れるパターンを意味する。
【００１２】
その結果、パターン像の検出部に、例えば１００万画素程度の二次元受光素子を用いたとしても、毎秒１×１０８〜４×１０８画素の検出速度になる。その場合、検出できる欠陥サイズを例えば５０ｎｍとすれば、５０ｎｍ四方のメッシュは、マスクのパターン領域１３２ｍｍ×１０４ｍｍの中には、約５．５×１０１２個含まれることになるため、１枚のマスク全面の検査には、約４〜１５時間も掛かってしまう。そのため、マスク検査を行うのに要する時間が長時間になってしまう。
【００１３】
また第２の課題としては、ＡｒＦエキシマレーザの共振器を構成する反射鏡や部分透過鏡が、次第に劣化するため、これらのミラーを頻繁に交換する必要があった。特に図１１に示した従来のＡｒＦエキシマレーザの共振器では、全反射膜９２や、部分透過膜９３がレーザ光の照射によって劣化しやすいことが問題であった。すなわちこれらのコーティング膜は、波長１９３ｎｍの紫外光に対して５％前後もの吸収があるため、連続動作による温度上昇が原因となって劣化すると考えられている。
【非特許文献１】Proceedings of SPIE Vol.5256, pp.556-565, 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように、ＡｒＦエキシマレーザなどのパルスレーザ光源を検査光源に用いると、いくらレーザパワーが得られたとしても、検査速度を高められないことと、また、共振器を構成するミラーを長期間劣化させずに動作させることが問題であった。本発明の目的は、干渉性が高いことで生じるスペックルノイズを減少させることができ、かつ長期間安定して動作できるパルスレーザ光源及び、そのパルスレーザ光源を用いた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】
本発明の第１の態様に係るパルスレーザ光源において、全反射鏡の反射面と部分透過鏡の反射面との間で共振することによってレーザ発振しているパルスレーザ光源であって、
前記全反射鏡は、全反射プリズムであり、前記部分透過鏡は、前記反射面が凹面の凹凸基板であり、前記全反射鏡の反射面と、前記部分透過鏡の反射面と、前記部分透過鏡の出射面とにおいて、前記全反射プリズムと前記凹凸基板とが露出されてい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、高次のモードのレーザ光を発振させることができ、かつ、全反射プリズムと凹凸基板が露出していることからＡＲコートなどのコート材がもちいられていないために、長時間使用することが可能である。
【００１６】
本発明の第２の態様に係るパルスレーザ光源は、上述のパルスレーザ光源であって、前記凹凸基板の曲率半径が、前記全反射鏡と前記部分透過鏡の間隔である共振器長の１．５倍以上３倍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、高次のモードのレーザ光の発振が安定して行うことができる。
【００１７】
本発明の第３の態様に係るパルスレーザ光源は、上述のパルスレーザ光源であって、前記パルスレーザ光源は、エキシマレーザであることを特徴とするものである。本発明の第４の態様に係るパルスレーザ光源は、第３の態様に係るパルスレーザ光源であって、前記エキシマレーザは、フッ素含有ガスを封入したチャンバーを有し、前記フッ素含有ガスは、ネオン、アルゴン、ヘリウムのうち少なくとも一つのガスとフッ素を混合させたガスであることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第５の態様に係るパルスレーザ光源は、第４の態様に係るパルスレーザ光源であって、前記チャンバーは、前記部分透過鏡と金属キャップによって前記フッ素含有ガスを封入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、フッ素含有ガスを封入するブリュースタウインドを必要とせず、そのためにブリュースタウインドによる光の減衰を抑制することができる。
【００１９】
本発明の第６の態様に係るパルスレーザ光源は、上述のレーザ光源であって、前記全反射プリズムは、光の進行方向を二直角に曲げる直角プリズム、コーナーキューブ又はブリュースター型プリズムであることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第７の態様に係る検査装置は、上述のパルスレーザ光源を検査光源として用いたものである。この光源を用いることによって、高次のモードのレーザ光も共振させることができるため、スペックルノイズの発生を抑制することができる。そのため、検査時間を短くすることが可能となる。
【００２１】
本発明の第８の態様に係る検査装置は、第７の態様に係る検査装置であって、前記検査装置は、前記パルスレーザ光源からのレーザ光のパルス幅を長くする光パルスストレッチャーと、前記光パルスストレッチャーから出射されたレーザ光をフォトマスクに入射させ、フォトマスク上の欠陥を検査する欠陥検査部とを有することを特徴とするものである。凹凸基板を用いることによって拡がってしまうレーザ光であっても、パルス幅を長くすることができる。
【００２２】
本発明の第９の態様に係る検査装置は、第８の態様に係る検査装置であって、光パルスストレッチャーは、少なくとも１組のリレーレンズを含む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、拡がって入射されたレーザ光も入射されたプロファイルでパルス幅を長くすることができる。
【００２３】
本発明の第１０の態様に係る検査装置は、第８の態様又は第９の態様に係る検査装置であって、前記光パルスストレッチャーは、１枚の平行平板と２個の全反射プリズムとで構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るパルス光源及びそのパルス光源を用いた検査装置においては、可干渉性の極めて低いレーザ光を出射することができることから、スペックルノイズを非常に少なくすることができる。そのため、検査時にレーザパルスを多数重ねる必要がなく、検査速度を高めることが可能となる。さらに、本発明のパルスレーザ光源の共振器は、コーティング材を用いていないため、長時間安定に使用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るパルスレーザ光源においては、エキシマレーザの共振器を形成する反射鏡に全反射プリズムを用い、レーザが出射する半透明鏡に凹凸基板を用いている。このような構成にすることによって、高次モードの光も発生させることができるために、スペックルノイズを減少させることができる。また、全反射プリズムと凹凸基板を用いることによって、ＡＲ（Anti-Reflection）コートや部分透過膜などのコーティングなしでも、十分な強度のレーザ光を発振させることができる。
【００２６】
本実施の形態に係るパルスレーザ光源においては、レーザ照射によって破損しやすいコート材がないために、長時間発振させることができる。このため、長時間用いることができ、かつ、スペックルノイズを減少させることができるパルスレーザ光源を作成することができる。また、スペックルノイズを減少させることができることから、検査時に多数重ね合わせる必要がなくなり、検査に要する時間を短時間にすることができる。ここでは、本実施の形態に係るパルスレーザ光源をフォトマスクの検査装置に用いた場合を例にとって説明する。
【００２７】
本実施の形態に係るパルスレーザ光源の一例として、ＡｒＦエキシマレーザ１の構造を図１に示す。ＡｒＦエキシマレーザ１においては、レーザ発振を行うためのチャンバー１１と、チャンバー１１内に気体を封入し所定の方向の直線偏光の光のみを発振させるためのブリュースタウインド１２と、チャンバー１１内に封入されたフッ素含有混合ガス１３とを有している。このブリュースタウインド１２は、例えばフッ化カルシウムで形成されている。これは、ＡｒＦエキシマレーザ１によって発振されるレーザ光が２００ｎｍ以下の遠紫外であるため、高効率に透過させるのにフッ化カルシウムが適しているからである。
【００２８】
また、フッ素含有混合ガス１３の例としては、ネオン、アルゴン、ヘリウムのうち少なくとも一つのガスとフッ素を混合させたガスを用いている。例えば、ネオン、アルゴン、及びフッ素の３種混合になっており、アルゴンは圧力比で全体の約２０％、フッ素は約０．３％含まれている。
【００２９】
また、チャンバー１１内には、対向した電極１４が配設されている。電極１４ａは、導線１５ａを通して、高電圧パルス発生器１６に接続されている。また、電極１４ｂは、導線１５ｂを通してアースに接続されている。すなわち、一対の電極１４ａと１４ｂとの間でパルス状の高電圧を印加できる構造になっている。そのため、チャンバー１１内に満たされたフッ素含有混合ガス１３中で、高電圧を印加することによって、フッ素含有混合ガス１３のダイマーが形成される。このとき、例えば最大４０００Ｈｚの繰り返し数でパルス放電を起こせるようになっている。
【００３０】
本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１においては、共振器を全反射プリズム１７と凹凸基板１８とを用いることによって形成している。この全反射プリズム１７と凹凸基板１８とによって形成された共振器内に、チャンバー１１を配置する。チャンバー１１内で発生した光は四方八方に発生するが、共振器の間で往復する紫外光のみが増幅することによってレーザ光が発生する。
【００３１】
このとき、共振器に凹凸基板１８を用いているために、横モードと縦モード両方において高次のモードも同時に発振することができる。これは、凹凸基板１８を用いることによって、光軸方向に対して傾斜を持つ光に対しても共振することができるようになるからである。そのため、横モード及び縦モードにおける高次モードも共振させることができる。高次モードの光を共振させることができることから、レーザ光の干渉性が抑制することができる。このことから、出射したレーザ光によるスペックルノイズを低減させることができる。このスペックルノイズは、レーザ光の干渉性が高い場合に、スペックルとよばれる明暗のまだら模様が発生し、検査装置における画像上のノイズのことである。
【００３２】
凹凸基板１８は表面も裏面もＡＲコートや部分透過膜などのコーティングがされていない。このことによって、凹凸基板１８は破損しやすいコーティングがないために、レーザ光による破損がおきにくいことになる。
【００３３】
次に、全反射プリズム１７の構造の一例を図２に示す。図２（ａ）は全反射プリズム１７の上面図であり、図２（ｂ）は全反射プリズム１７の横から見た図である。全反射プリズム１７は三角柱の形状をしている。底面は、図２（ａ）に示されるように、直角二等辺三角形の形状をしている。ここで、３つの側面をＡ面、Ｂ面、及びＣ面とする。Ａ面とＢ面とのなす角が４５°であり、Ｂ面とＣ面とのなす角が９０°であり、Ｃ面とＡ面とのなす角が４５°である。このＡ面がチャンバー１１側に向いて設置され、レーザの光軸に垂直に配置される。そのため、共振器間のレーザ光はＡ面から入射し、Ｂ面とＣ面とで全反射して、Ａ面から出射される。
【００３４】
また、全反射プリズム１７の全ての面において、ＡＲコートや部分透過膜などのコーティングがされていない。このことによって、全反射プリズム１７は破損しやすいコーティングがないために、レーザ光による破損がおきにくいことになる。また、Ａ面に入射するレーザ光の約４％が表面反射するが、この表面反射もチャンバー１１内に戻されるため損失にはならず共振器内での反射となる。
【００３５】
また、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１における全反射プリズム１７として適した構成の一つの例として、図３に示した形状の全反射プリズムを用いてもよい。図３における一点鎖線はこれらの全反射プリズムを用いた場合のレーザ装置における光軸である。図３（ａ）に示したプリズムはコーナーキューブと呼ばれるプリズムである。このコーナーキューブに入射された光は、どのような角度で入射された光に対しても、入射された方向と反対方向に光が戻ってくるようになっている。
【００３６】
また、図３（ｂ）に示したプリズムはブリュースター型プリズムである。このブリュースター型プリズムは、ブリュースター角と直角とを有する三角形を底面に持つ三角柱ともうひとつの三角柱とが三角形の面が垂直になるように合体した形状をしている。このとき、ブリュースター角を有する三角形を底面に持つ三角柱において、もう一つの三角柱と接着している面は、ブリュースター角と対向する辺を有する側面である。図３（ｂ）に示したのは、そのもうひとつの三角柱が直角二等辺三角形の底面を有する三角柱である。
【００３７】
この二つの三角柱の接着面が光軸に対して垂直になるようにこのブリュースター型プリズムは配置される。このようにすることによって、レーザ光の入出射面と光軸とのなす角がブリュースター角となる。また、ブリュースター型プリズムは、所定の偏光方向の光がプリズム内に透過して反射されてくるために、直線偏光のレーザ光を共振させることができる。また、これらの全反射プリズムにおいても、全ての面においてＡＲコートや部分透過膜などのコーティングがされていない。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１においては、共振器に全反射プリズム１７と凹凸基板１８とを用いることによって、高次モードの光も共振することができる。このため、出射したレーザ光のスペックルノイズを低減させることができる。また、この全反射プリズム１７と凹凸基板１８とにおいて、全ての面に対してＡＲコートや部分透過膜などのコーティングがされていないために、長時間使用することができるレーザ装置を提供することができる。
【００３９】
次に、本実施の形態に係るパルスレーザ光源の他の実施例であるＡｒＦエキシマレーザ１００について説明する。図４は、本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１００の構成図である。ＡｒＦエキシマレーザ１００における共振器は、全反射プリズム１０２と凹凸基板１０３とで構成されている。また、対向して配置された電極１０４ａ、１０４ｂによって高電圧のパルス電圧が印加され、放電により光が放射される。全反射プリズム１０２においては、ＡｒＦエキシマレーザ１における全反射プリズム１７と同様に図２、図３に示したような全反射プリズムを用いている。
【００４０】
このＡｒＦエキシマレーザ１００の特徴としては、全反射側に用いられる全反射プリズム１０２が、チャンバー１０１の内部に配置されている点である。また、図１に示したＡｒＦエキシマレーザ１とは異なり、ブリュースタウインド１２を用いず、凹凸基板１０３と金属キャップ１０５とでチャンバー１０１内に気体を封入している。すなわち、全反射鏡である全反射プリズム１０２が内部鏡になっていることから、取り出されるレーザ光は無偏光になっている。
【００４１】
さらに、凹凸基板１０３とチャンバー１０１との間にはＯリング１０６ａが配設されている。また、金属キャップ１０５とチャンバー１０１との間にはＯリング１０６ｂが配設されている。これらのＯリング１０６によって、チャンバー１０１内に封入された気体が漏れることがなくなる。
【００４２】
このような構成にすることによって、全反射プリズム１０２がチャンバー１０１内に配置されているため、チャンバー１０１内で発生したレーザ光を、ブリュースタウインドなどを通さずに直接入射することから、損失が少なく、レーザ出力が向上する。しかも特に無偏光のレーザ光を発生させる場合に適している。
【００４３】
全反射プリズムをレーザチャンバー外部に配置する場合、全反射プリズムの表面に埃が付く場合があり、その結果その埃にレーザ光が照射して全反射プリズムの表面にダメージが生じることがあった。これに対して、レーザチャンバーの内部は、レーザガスが存在するだけであり、非常にクリーン度が高いために埃が原因となるダメージは発生しにくい。
【００４４】
また、チャンバー１０１内部を見えるようにするために、金属キャップ１０５の代わりに、フッ化マグネシウムのウインドを用いても良い。フッ化マグネシウムはフッ化カルシウムと同様に、石英とは異なりフッ素ガスへの耐性が高いだけでなく、フッ化カルシウムに比べて硬度が高い利点がある。また、全反射プリズム１０２をこの金属キャップ１０５に固定してもよい。
【００４５】
ここで、本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１における共振器の安定性について説明する。図５（ａ）には、一般的な共振器構成を示している。共振器には、全反射側の反射鏡と出力側の反射鏡とを有している。共振器長Ｌは、全反射側の反射鏡と出力側の反射鏡との間隔である。また、全反射側の反射鏡の曲率をＲ１、出力側の反射鏡の曲率をＲ２とする。図５（ｂ）には、一般的な共振器構成における共振器の安定性を示すグラフである。図５（ｂ）に示すグラフにおいて、縦軸はｇ１、横軸はｇ２である。ここで示されるｇ１とｇ２は、ｇ１＝１−Ｌ／Ｒ１、ｇ２＝１−Ｌ／Ｒ２である。
【００４６】
図５（ｂ）に示すグラフにおいて、第１象限と第３象限との中にあって、曲線ｇ１・ｇ２＝１よりも原点側にｇ１とｇ２とが位置すれば、その共振器は安定であると考えられる。ここでいう安定であるということは、多モードをより発生しやすいということである。例えば、全反射側の反射鏡と出力側の反射鏡とを平面鏡とすると、Ｒ１＝Ｒ２＝∞であるから、ｇ１＝ｇ２＝１となる。そのため、曲線ｇ１・ｇ２＝１上にｇ１とｇ２とが位置するため、多モードを発生させるほど安定ではないと考えられる。これは、少しでもｇ１とｇ２とがずれることによって不安定領域に入ってしまうからである。
【００４７】
本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１においては、凹凸基板１８の曲率を共振器長の１．５倍以上３倍以下にしているとよい。これは、レーザ共振器長の２倍程度のものを用いることで、全反射側に平面反射鏡を用いても、共振器の安定条件が安定領域の中心に位置するようになるからである。これを、図５（ｂ）を用いて説明する。出力側の凹凸基板の凹面の曲率が共振器長の２倍になると、ｇ２＝１／２となる。したがって共振器の安定性は、図５（ｂ）において斜線で示された安定領域における楕円状の斜線で示した領域の中央になることから、安定−不安定の境界から離れたポイントとなり、極めて安定した共振器構成になる。
【００４８】
その結果、非常に高い次数までの横モードが同時に発振することから、干渉性の低いレーザ光が得られる。その結果、平面反射鏡を用いずに、コーティングが不要な全反射プリズムを用いることができる。これらのことから、平面―平面型で構成される通常のエキシマレーザに比べて、高次の横モードを発振させることができる。
【００４９】
また、出力側に用いられる凹凸基板１８はフッ化カルシウムから形成されていると考えると、波長１９３ｎｍのレーザ光に対して約４％の表面反射を有する。この凹凸基板１８の凹面と凸面とでレーザ光は反射されると考えられるから、凹面と凸面の両方の反射をあわせて約８％の反射率となる。
【００５０】
ここで、ＡｒＦエキシマレーザの出力鏡が部分透過凹面鏡である場合における部分透過凹面鏡の反射率とＡｒＦエキシマレーザの出力値との関係を示すグラフを図６に示す。図６に示したグラフは、横軸が部分透過凹面鏡の反射率であり、縦軸がそのときのＡｒＦエキシマレーザの出力値である。このグラフからわかるように、部分透過凹面鏡の反射率が１５〜３０％において最大出力となっている。
【００５１】
本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１において、フッ化カルシウムから凹凸基板１８が形成されていると考えると、部分透過凹面鏡の反射率が８％である場合に相当すると考えられる。このことから、最大出力の５０％以上は得ることができることから、レーザ出力が不足することはないと考えられる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１においては、共振器に全反射プリズム１７と凹凸基板１８を用いることによって、共振器の安定性が高いために高次モードの光も共振することができ、レーザ出力が不足することがないレーザを提供することができる。このことから、ＡｒＦエキシマレーザ１から出射される光は干渉性が低く、スペックルノイズを低減することができる。また、共振器を構成する全反射側の反射鏡である全反射プリズム１７と出力側の反射鏡である凹凸基板１８との全ての面がＡＲコートや部分透過膜などのコーティングがされていないために、長時間使用することができるレーザ装置を提供することができる。
【００５３】
次に、上述のＡｒＦエキシマレーザ１を用いたマスク検査装置の概略構成図を図７に示す。本実施の形態に係るマスク検査装置は、上述のＡｒＦエキシマレーザ１、光パルスストレッチャー２、及び欠陥検査部３とで構成される。ＡｒＦエキシマレーザ１から発生したレーザ光はパルス幅が約１０ｎｓと短い。そのため、光パルスストレッチャー２を通すことによって、パルス幅を約２０ｎｓにしている。従って、光パルスストレッチャー２から出射されるレーザ光のピークパワーは、ＡｒＦエキシマレーザ１で発振したレーザ光のピークパワーの約１／２になっている。そして、光パルスストレッチャー２から出射されたレーザ光が欠陥検査部３に入射されることによって、フォトマスクのパターン検査に利用される。
【００５４】
このときのＡｒＦエキシマレーザ１におけるフッ素含有混合ガス１３としては、露光用のＡｒＦエキシマレーザに使用されている混合ガスと全く同じものを用いるとよい。これは、同じ混合ガスを用いることによって、発振されるレーザ光の波長を同じすることが容易に行うことができるためである。従って、チャンバー１１中の電極１４ａと電極１４ｂとの間でパルス放電を起こすと、波長１９３ｎｍの紫外光が発生する。
【００５５】
ここで、光パルスストレッチャー２の構成図を図８に示す。ＡｒＦエキシマレーザ１から入射されたレーザ光は、光パルスストレッチャー２内のレンズ２１ａ、２１ｂを通り、ビームスプリッタ２２に当たる。これらのレンズ２１ａとレンズ２１ｂはリレーレンズとして機能している。また、ＡｒＦエキシマレーザ１におけるチャンバー１１の中央付近のレーザ光の断面パターンがビームスプリッタ２２上に投影されるようになっている。このビームスプリッタ２２に入射された光のうち、約４０％は透過するが残りの約６０％は反射してミラー２３ａに向かう。ビームスプリッタ２２を透過した光は、そのまま光パルスストレッチャー２から出射される。
【００５６】
ミラー２３ａで反射した光は、その後レンズ２１ｃを通りミラー２３ｂに入射する。ミラー２３ｂに入射された光はミラー２３ｂで反射した後、レンズ２１ｄを通りミラー２３ｃに入射される。ミラー２３ｃに入射された光は、ミラー２３ｃで反射し再びビームスプリッタ２２に入射する。その際に、レンズ２１ｃとレンズ２１ｄとはリレーレンズとして機能しており、ビームスプリッタ２２上のレーザ光の断面パターンが、再びビームスプリッタ２２上に投影されるようになっている。
【００５７】
ビームスプリッタ２２に入射すると、約６０％が反射することから、反射光は光パルスストレッチャー２から出射される。ビームスプリッタ２２を透過した約４０％の光は、再度ミラーとレンズとを経由する。このように、何度もミラーとレンズとを回る成分が生じることから、ビームスプリッタ２２から出射されるレーザ光は、これらのレーザ光の合成となるため、光パルスストレッチャー２が無い場合に比べて、パルス幅が２倍以上に長くなる。すなわち、光の閉ループを構成し、その閉ループを何度も回る間に、取り出されるレーザ光のパルス幅を長くしている。
【００５８】
本実施の形態に係る光パルスストレッチャー２の特徴は、レンズ２１ｃとレンズ２１ｄとで構成されるリレーレンズを用いている点である。光パルスストレッチャー２においては、入射するレーザ光の拡がり角が大きくても、ビームスプリッタ２２に再度当たる際のビームが大きくならない。そのため、一定のビーム断面寸法を保つことができる。特に本実施の形態に係るＡｒＦエキシマレーザ１においては、出力側に凹凸基板１８を用いているため、取り出されるレーザ光の拡がり角が極めて大きくなってしまう。
【００５９】
そのため、ビームスプリッタとミラーとから構成される単純な光パルスストレッチャーを用いることが困難になる。しかしながら、図８に示された光パルスストレッチャー２においては、リレーレンズを用いていることから、拡がり角の大きなレーザ光に対しても、問題なくパルスを長くすることが可能である。また、特に本発明のように、反射膜などにダメージが生じやすい波長１９３ｎｍの紫外光をマスク検査光源として用いるため、利用する光パルスストレッチャーを構成する反射鏡として、全反射プリズムを用いる方が好ましい。
【００６０】
光パルスストレッチャー２の代わりに、図９に示した光パルスストレッチャー２００を用いてもよい。光パルスストレッチャー２００に入射されたレーザ光は、石英薄板２０１に入射する。このときのレーザ光は、直線偏光のＳ波を用いる。石英薄板２０１はフッ素ドープの石英から成る厚さ約０．３ｍｍの薄い平行平板であり、表面、裏面ともノーコートである。したがって、これに入射する光は、表面反射する。
【００６１】
石英薄板２０１に入射するレーザ光をＳ波とし、約６０度の角度で光パルスストレッチャー２００に入射するようにすると、表面と裏面合わせて約４０％が反射する。すなわち、石英薄板２０１は、図８に示された光パルスストレッチャー２におけるビームスプリッタ２２と同等の役目をしている。
【００６２】
石英薄板２０１に入射された光のうち、石英薄板２０１を反射した光は、光パルスストレッチャー２００から出射する。また、石英薄板２０１を透過した光は、レンズ２０２ａを透過して全反射プリズム２０３ａに入射される。全反射プリズム２０３ａに入射された光は、全反射プリズム２０３ａで反射して全反射プリズム２０３ｂに入射される。全反射プリズム２０３ｂに入射された光は、全反射プリズム２０３ｂで反射してレンズ２０２ｂを通過し石英薄板２０１に入射される。
【００６３】
このとき、石英薄板２０１は、約６０％の光を透過し約４０％の光を反射する。石英薄板２０１を透過した光はそのまま光パルスストレッチャー２００から出射される。また、石英薄板２０１を反射した光は、再度レンズや全反射プリズムを通過することになる。これを繰り返すことで、光パルスストレッチャー２００に入射されたレーザ光はパルス幅を２倍以上に引き伸ばされることになる。
【００６４】
また、レンズ２０２ａとレンズ２０２ｂとはリレーレンズを構成しており、石英薄板２０１におけるビームパターンを、再度石英薄板２０１に光が入射されたときに石英薄板２０１上に転写するようになっている。これによって、光パルスストレッチャー２００に入射するレーザ光の拡がり角が大きくても、再び、石英薄板２０１上に転写される際は、同じ断面形状のビームに保たれる。そのため、拡がり角が大きいレーザ光においても用いることが可能である。
【００６５】
本実施例の光パルスストレッチャー２００では、石英薄板２０１も２個の全反射プリズム２０３ａ、２０３ｂとも反射膜がコーティングされていないため、ダメージが生じにくく、長期間安定して動作できる。ただし、２個の全反射プリズム２０３ａ、２０３ｂ、及び２枚のレンズ２０２ａ、２０２ｂには無反射コートを施した方が良いが、無反射コートには単層のＭｇＦ２膜で十分であり、これは反射膜に比べると、ダメージが極めて生じにくい。
【００６６】
次に、欠陥検査部３について説明する。欠陥検査部３の概略構成図を図１０に示す。光パルスストレッチャー２によってパルス幅が伸ばされたレーザ光は、欠陥検査部３に入射される。このレーザはまず偏光ビームスプリッタ３１に入射される。光パルスストレッチャー２から入射されたレーザ光は直線偏光であり、この方向の直線偏光の光が反射するような偏光ビームスプリッタ３１を配置する。すなわち、この偏光ビームスプリッタ３１はこの入射されたレーザ光の偏光方向と垂直な偏光方向の光が入射されると、略透過することになる。
【００６７】
そこで、偏光ビームスプリッタ３１で、入射されたレーザ光の約９５％が反射して図１０における下方に進む。偏光ビームスプリッタ３１を反射したレーザ光は、１／４波長板３２を通過して円偏光に変換される。この円偏光に変換されたレーザ光は、対物レンズ３３を通過して検査対象であるマスク３４を照射する。マスク３４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上方向に進む。このレーザ光は、対物レンズ３３を通り、１／４波長板３２を通過して直線偏光に戻される。このときの直線偏光の偏光方向は、最初に偏光ビームスプリッタ３１に入射されたレーザ光の偏向方向と垂直の方向である。そのため、偏光ビームスプリッタ３１を透過する。偏光ビームスプリッタ３１を透過した光は、投影レンズ３５を透過し、二次元光検出器３６に入射される。すなわち、マスク３４でレーザ光が照射された部分のパターン像が、二次元光検出器３６に結像される。二次元光検出器３６の例として、画素数が２０４８×５１２個（＝１０４８５７６個）のＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサーやＣＣＤセンサーがある。
【００６８】
以上のように本発明では、干渉性の極めて少ないパルス光が検査光源に用いられることから、二次元光検出器３６に対して、１パルスが当たるだけで、マスク３４のパターン像の情報を正確に検出できる。その結果、ＡｒＦエキシマレーザ１でのパルス繰り返し数の４０００Ｈｚの全てのパルスによって、異なるパターン像のデータを取得できる。したがって、毎秒約４．２×１０９個の画素データが取得でき、５０ｎｍの欠陥感度に上げた場合でも、マスク１枚を約２０分で検査できる。
【００６９】
本発明に係るマスク検査装置では、波長１９３ｎｍで検査できるため、検査感度が従来よりも高まったことから、次世代である４５ｎｍ世代のマスクの欠陥検査に利用でき、しかもさらに次の３２ｎｍ世代から適用されると言われているＥＵＶＬ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）におけるＥＵＶマスクのマスク基板における欠陥検査にも適用できる。
【００７０】
また、本実施の形態に係るパルスレーザとして、Ｋｒ２エキシマレーザ（すなわち、クリプトンダイマーからの発光を利用したレーザである。）を用いてもよい。Ｋｒ２エキシマレーザは、波長約１４７ｎｍでレーザ発振することで知られており、これをマスク光源として用いることで、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源に用いる場合に比べて、さらに感度を高められる。しかも、波長約１４７ｎｍの光を高純度のフッ化カルシウム材を高く透過できるため、検査装置に必要な対物レンズも実現できる。この場合も、Ｋｒ２エキシマレーザによる波長１４７ｎｍの紫外光はフォトンエネルギーが極めて高いため、本発明のように、反射コーティングを不要としたレーザ共振器を用いることで、長期間安定してレーザ動作が可能である。
【００７１】
また、同様な理由から波長１２６ｎｍでレーザ動作するＡｒ２エキシマレーザを用いることもできる。ただしその場合、レンズ等の硝材にはフッ化マグネシウムを用いる方が好ましい。
【００７２】
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、パルスレーザ光源として、エキシマレーザを用いたが本発明はこれに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１に係るパルスレーザ光源の一例であるＡｒＦエキシマレーザ１の構造図である。
【図２】ＡｒＦエキシマレーザ１で用いられる全反射プリズムの一例の上面図と断面図である。
【図３】ＡｒＦエキシマレーザ１で用いられる全反射プリズムの他の例における斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るパルスレーザ光源の一例であるＡｒＦエキシマレーザ１００の構成図である。
【図５】（ａ）一般的な共振器構成図である。（ｂ）一般的な共振器構成における共振器の安定性を示すグラフである。
【図６】ＡｒＦエキシマレーザの出力鏡が部分透過凹面鏡である場合における部分透過凹面鏡の反射率とＡｒＦエキシマレーザの出力値との関係を示すグラフである。
【図７】ＡｒＦエキシマレーザ１を用いたマスク検査装置の概略構成図である。
【図８】光パルスストレッチャー２の構成図である。
【図９】光パルスストレッチャー２００の構成図である。
【図１０】欠陥検査部３の概略構成図である。
【図１１】従来のパルスレーザ光源における共振器構造を表す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  エキシマレーザ
１１  チャンバー  １２  ブリュースタウインド  １３  フッ素含有混合ガス  １４  電極
１５  導線  １６  高電圧パルス発生器  １７  全反射プリズム  １８  凹凸基板
２  光パルスストレッチャー
２１ａ〜２１ｄ  レンズ  ２２  ビームスプリッタ  ２３ａ〜２３ｃ  ミラー
３  欠陥検査部
３１  偏光ビームスプリッタ  ３２  １／４波長板  ３３  対物レンズ  ３４  マスク
３５  投影レンズ  ３６  二次元光検出器
１００  エキシマレーザ
１０１  チャンバー  １０２  全反射プリズム  １０３  凹凸基板  １０４  電極
１０５  金属キャップ  １０６  Ｏリング
２００  光パルスストレッチャー
２０１  石英薄板  ２０２  レンズ  ２０３  全反射プリズム
９１  チャンバー  ９２  全反射膜  ９３  部分透過膜  ９４  反射防止膜
９５  平面全反射鏡  ９６  部分透過平面鏡  ９７  凹面全反射鏡
９８  部分透過凹面鏡
【図１】
2007300008.tif 000003
【図２】
2007300008.tif 000004
【図３】
2007300008.tif 000005
【図４】
2007300008.tif 000006
【図５】
2007300008.tif 000007
【図６】
2007300008.tif 000008
【図７】
2007300008.tif 000009
【図８】
2007300008.tif 000010
【図９】
2007300008.tif 000011
【図１０】
2007300008.tif 000012
【図１１】
2007300008.tif 000013