(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ基本波光を発光して出射するレーザ励起光源と、
該レーザ励起光源から出射されるレーザ基本波光を入射する入射窓とレーザ基本波光の逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を外部に出射する出射窓とを密閉状態の容器に備え、前記入射窓から入射されたレーザ基本波光に対して共振させる複数の光学部材からなる光共振器、および該光共振器の内部に設けられ、前記レーザ基本波光の逓倍高調波光を発生する非線形光学素子からなり、前記出射窓に前記逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を出射する波長変換器を前記容器内に備え、さらに該容器内に不活性ガスを充満してレーザ光の揺らぎが生じない程度の微量を流出入させて清浄化する清浄化手段を備えた波長変換装置とを備えて構成し、
更に、前記波長変換装置の容器を二重若しくは三重の構造で構成し、各々の容器の間に不活性ガスを満たす間隙を有することを特徴とする紫外レーザ光発生装置。
【請求項２】
前記波長変換装置の清浄化手段は、容器内の気体を排気する排気手段と、容器内に不活性ガスを供給する供給手段とを容器に接続して構成することを特徴とする請求項１記載の紫外レーザ光発生装置。
【請求項３】
前記波長変換装置の清浄化手段は、容器内を浮遊している汚染物を容器内の壁面に固定する粘着材を含むことを特徴とする請求項１記載の紫外レーザ光発生装置。
【請求項４】
レーザ基本波光を発光して出射するレーザ励起光源と、
該レーザ励起光源から出射されるレーザ基本波光を入射する入射窓とレーザ基本波光の逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を外部に出射する出射窓とを密閉状態の容器に備え、前記入射窓から入射されたレーザ基本波光に対して共振させる複数の光学部材からなる光共振器、および該光共振器の内部に設けられ、前記レーザ基本波光の逓倍高調波光を発生する非線形光学素子からなり、前記出射窓に前記逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を出射する波長変換器を前記容器内に備え、さらに該容器内に不活性ガスを充満してレーザ光の揺らぎが生じない程度の微量を流出入させて清浄化する清浄化手段と前記容器内の汚染状態を光学的に検知する光学的検知手段とを備えた波長変換装置とを備えて構成し、
更に、前記波長変換装置の容器を二重若しくは三重の構造で構成し、各々の容器の間に不活性ガスを満たす間隙を有することを特徴とする紫外レーザ光発生装置。
【請求項５】
前記レーザ励起光源は、ＮｄのＹＡＧレーザ光の２倍波光を出射する光源で構成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の紫外レーザ光発生装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか一つに記載の紫外レーザ光発生装置と、
該紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を被検査対象物に照明する照明光学系と、
該照明光学系によって照明された被検査対象物からの反射光を集光する検出光学系と、
該検出光学系で集光される反射光を受光して信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から得られる信号に基いて前記被検査対象物上の欠陥を検出する欠陥検出回路とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか一つに記載の紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を被検査対象物に照明し、この照明された被検査対象物からの反射光を集光し、この集光される反射光を光電変換器で受光して信号に変換し、この変換された信号に基いて前記被検査対象物上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造やフラットパネルディスプレイの製造に代表される微細パターン欠陥及び異物等の検査や観察に用いられる紫外レーザ光を発生させる紫外レーザ光発生装置並びに高解像度検出が可能な欠陥検査装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体の高集積化に伴い、回路パターンは益々微細化の傾向にある。この中で半導体素子をホトリソ工程で製造する際に用いられるマスクやレチクル、これらに形成された回路パターンが露光によって転写されるウェハ上のパターン欠陥は益々高解像度での検出が要求されている。解像度を高める手法として、照明光の波長を可視光から紫外光へ短波長化することが挙げられる。従来、光源としては例えば、水銀ランプやＸｅランプ等が用いられ、ランプの持つ種々の輝線の中から必要とする波長のみを光学的に選択して使っていた。
【０００３】
しかしながら、ランプの輝線では、発光スペクトル幅が広く光学系の色収差を補正するのが困難であること、十分な照度を得るためには光源が大形になり、効率が悪いなどの課題がある。近年、半導体製造における露光装置用光源として、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ装置を搭載した露光装置が開発されているが、エキシマレーザ光源は大形であり、またフッ素ガスを使用しているため所定の安全対策が必要などの課題がある。このため、他の紫外レーザ光源として、固体のＹＡＧレーザ光を非線形光学結晶により波長変換し、ＹＡＧレーザ光の第３高調波（３５５ｎｍ）、あるいは第４高調波（２６６ｎｍ）を得ている。
【０００４】
このようにＵＶレーザ光を得るための波長変換装置が、特開平８−６０８２号公報（従来技術１）、特開平７−１５０６１号公報（従来技術２）、特開平１１−６４９０２号公報（従来技術３）、および特開平１１−８７８１４号公報（従来技術４）において知られている。
【０００５】
従来技術１には、基本波長の光を射出する光射出手段の射出側に配設され、内部を通過する光の光路長を共振長として該共振長に応じた共振周波数を有しかつ内部で該光を反射するための複数の反射手段を備えた共振手段と、該共振手段の内部を通過する光の光路上に配設され、光学的異方性を有しかつ入射された光と該光とは波長が異なる少なくとも１つの変換波長の光とを射出する非線形光学材料と、前記基本波長の光に前記共振手段の共振周波数が同調するように前記非線形光学材料へ電界を付与する電界付与手段とを備えたＵＶレーザ光を発生させる波長変換装置が記載されている。
【０００６】
また、従来技術２には、レーザ光を供給する光源と、該光源から発生したレーザ光を共振させる光共振器と、該光共振器内に配置され、レーザ光の波長を該波長より短い波長の光波に変換する非線形光学材料と、前記光共振器から出射したレーザ光を再び光共振器に通して前記光源に戻す光学系とを備えたレーザ光波長変換装置において、前記光共振器、前記非線形光学材料、および前記光学系を真空槽内に配置したことが記載されている。
【０００７】
また、従来技術３には、外部共振型の波長変換装置において、波長変換素子（例えば非線形光学結晶）とレーザ光分離光学部材（例えば、波長選択性を有するミラー）との間の空間に、光学的に透明な物質を設け、または空気や不活性ガス等で満たし、または実質的に真空状態にし、前記波長変換素子とレーザ光分離光学部材との間を外部から遮断することによって、粉塵やガス成分が前記波長変換素子のレーザ光出射面や前記レーザ光分離光学部材の受光面などに付着、析出するのを防ぐことが記載されている。
【０００８】
また、従来技術４には、レーザ共振器の使用前に、レーザ共振器を構成するミラーや非線形結晶の構成部品に付着している油分等の汚染物質を、実質上除去してレーザ共振器の寿命を延ばすことが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、波長変換装置において、光共振器内部に設置している全てのミラー等の光学部材や非線形光学結晶の表面が紫外光で照射された時と光共振器内の残留浮遊物に紫外光が照射された時に発生する僅かな反応ガスが、後々光共振器内の全てのミラー等の光学部材や非線形光学結晶の表面に付着し、透過率低下等の不具合をまねく課題があった。
【００１０】
この課題を解決できるように、上記従来技術２では、光共振器、非線形光学材料、および光学系を真空槽内に配置している。しかしながら、従来技術２では、光共振器、非線形光学材料、および光学系を真空槽内に配置しているため、光共振器、非線形光学材料、および光学系が汚染されるのを防止することが可能であるが、真空槽に対して大気圧が加わっても、光共振器、非線形光学材料、および光学系に内部応力に基づく変形が生じないように真空槽を強固なものにすると共にシール構造も確実なものにする必要があり、その結果シール構造も含めて真空槽の構造が複雑になってしまうという課題を有していた。さらに、従来技術２では、特開平７−１５０６１号公報に記載されているように、非線形光学結晶を昇温制御する必要があり、そのため、真空槽内に熱が篭ることになり、他のミラー等の光学部材に影響を及ぼすことになるという課題を有することになる。
【００１１】
また、上記従来技術３では、波長変換素子とレーザ光分離光学部材との間を外部から遮断することによって、粉塵やガス成分が前記波長変換素子のレーザ光出射面や前記レーザ光分離光学部材の受光面などに付着、析出するのを防ぐことについては考慮されているが、非線形光学結晶も含めて光共振器全体に対する汚染物の付着防止については考慮されていない。
【００１２】
以上説明したように、従来技術１〜４のいずれにも、非線形光学素子（非線形光学結晶）の昇温制御に大きく影響を受けることなく、構造を簡単にして非線形光学結晶を含めて光共振器全体に対する汚染物の付着防止については考慮されていない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、波長変換装置において、非線形光学素子から発生する熱に大きく影響を受けることなく、構造を簡単にして非線形光学素子を含めて光共振器全体に対する汚染物の付着を防止して入射されたレーザ光を効率よく波長変換し、紫外レーザ光の出力強度を低下させることなく、長寿命化を図った紫外レーザ光発生装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、波長変換装置において紫外レーザ光の出力強度の低下が生じた場合に、その要因を容易に究明してメンテナンスを行いやすくした紫外レーザ光発生装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、紫外レーザ光による安定した強度の照明によって半導体ウェハ等の被検査対象物上に形成された微細被検査パターンを高解像度に検出して微細被検査パターン上の欠陥を検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、紫外レーザ光を発生する波長変換装置において、光共振器内部での紫外光照射による残留有機物との化学反応ガスの発生ポテンシャルを抑制することに着目し、光共振器内部で残留有機物が浮遊しない構造とした。具体的には、光共振器および非線形光学素子を容器内に設置することにより密閉構造とし、外部からの有機物進入を防止した状態で容器内を不活性ガスで置換して酸化しにくい環境にすると共に非線形光学素子の恒温制御に基づく熱の篭もりを防止して他の光学部材への熱の影響を防止することにある。
【００１５】
即ち、本発明は、レーザ基本波光を発光して出射するレーザ励起光源と、該レーザ励起光源から出射されるレーザ基本波光を入射する入射窓とレーザ基本波光の逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を外部に出射する出射窓とを密閉状態の容器に備え、前記入射窓から入射されたレーザ基本波光に対して共振させる複数の光学部材からなる光共振器、および該光共振器の内部に設けられ、前記レーザ基本波光の逓倍高調波光を発生する非線形光学素子からなり、前記出射窓に前記逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を出射する波長変換器を前記容器内に備え、さらに該容器内に不活性ガスを充満させて清浄化する清浄化手段を備えた波長変換装置とを備えて構成した紫外レーザ光発生装置である。
【００１６】
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、波長変換装置の清浄化手段は、容器内の気体を排気する排気手段と、容器内に不活性ガスを供給する供給手段とを容器に接続して構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、波長変換装置の清浄化手段は、容器内を浮遊している汚染物を容器内の壁面に固定する粘着材を含むことを特徴とする。
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、波長変換装置の容器を二重若しくは三重の構造で構成し、各々の容器の間に不活性ガスを満たす間隙を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、レーザ基本波光を発光して出射するレーザ励起光源と、該レーザ励起光源から出射されるレーザ基本波光を入射する入射窓とレーザ基本波光の逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を外部に出射する出射窓とを密閉状態の容器に設け、前記入射窓から入射されたレーザ基本波光に対して共振させる複数の光学部材からなる光共振器、および該光共振器の内部に設けられ、前記レーザ基本波光の逓倍高調波光を発生する非線形光学素子からなり、前記出射窓に前記逓倍高調波光からなる紫外レーザ光を出射する波長変換器を前記容器内に備え、さらに前記容器内の汚染状態を光学的に検知する光学的検知手段を備えた波長変換装置とを備えて構成した紫外レーザ光発生装置である。
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、光学的検知手段は、複数の光電変換手段を容器内に設置して構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、さらに前記波長変換装置から出射される紫外レーザ光の出力強度を検出する検出手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置において、レーザ励起光源は、ＮｄのＹＡＧレーザ光の２倍波光を出射する光源で構成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置と、該紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を被検査対象物に照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された被検査対象物からの反射光を集光する検出光学系と、該検出光学系で集光される反射光を受光して信号に変換する光電変換器と、該光電変換器から得られる信号に基いて前記被検査対象物上の欠陥を検出する欠陥検出回路とを備えた欠陥検査装置である。
【００２１】
また、本発明は、各々出射されるレーザ光の光路を同軸化して設置される複数の紫外レーザ光発生装置と、該紫外レーザ光発生装置のいずれか一つ若しくは複数から出射された紫外レーザ光を被検査対象物に照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された被検査対象物からの反射光を集光する検出光学系と、該検出光学系で集光される反射光を受光して信号に変換する光電変換器と、該光電変換器から得られる信号に基いて前記被検査対象物上の欠陥を検出する欠陥検出回路とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記複数の紫外レーザ光発生装置の内、少なくとも一つは予備の紫外レーザ光発生装置であることを特徴とする。
また、本発明は、前記照明光学系には、複数の紫外レーザ光発生装置のいずれか一つ若しくは複数から出射された紫外レーザ光を選択して被検査対象物に照明する選択光学系を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記照明光学系において、複数の紫外レーザ発生装置の各々から出射された紫外レーザ光を合成して被検査対象物に照明する合成光学系を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置を、紫外レーザ光を連続発振させて出射するように構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系として、コヒーレンス低減光学系を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記照明光学系および検出光学系としての対物レンズを有し、更に前記照明光学系として、前記紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を前記対物レンズの瞳上を２次元に走査してコヒーレンスを低減するコヒーレンス低減光学系を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記照明光学系および検出光学系としての対物レンズを有し、更に前記照明光学系として、前記紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を前記対物レンズを通して被検査対象物に対して輪帯状照明をするように構成したことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系および検出光学系には、偏光ビームスプリッタおよび偏向素子群を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記紫外レーザ光発生装置から出射された紫外レーザ光を被検査対象物に照明し、この照明された被検査対象物からの反射光を集光し、この集光される反射光を光電変換器で受光して信号に変換し、この変換された信号に基いて前記被検査対象物上の欠陥を検出する欠陥検査方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高解像度光学系並びに欠陥検査装置およびその方法の実施の形態について図１〜図２１を用いて説明する。
【００２６】
本発明に係わる欠陥検査装置の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。本発明ではＤＵＶ領域で高輝度の照明を行うために、ＤＵＶレーザ光を出射する紫外レーザ光源（紫外レーザ光発生装置）３としている。ステージ２はＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向の自由度を有し、試料１として、被検査パターンが形成された一例である半導体ウェハ（被検査対象物）が載置される。紫外レーザ光源３から発せられた紫外レーザ光（ＤＵＶレーザ光）Ｌ２は、ビームエキスパンダ６、コヒーレンス低減光学系７、レンズ８、偏光ビームスプリッタ９、および偏光素子群１０を介して対物レンズ１１に入射し、被検査パターンが形成された被検査対象物（例えば半導体ウェハ）１上に照射される。ビームエキスパンダ６は、紫外レーザ光をある大きさに拡大するものであり、レンズ８によって対物レンズ１１の瞳付近１１ａに集光された後、試料１に照射されるいわゆるケーラー照明になっている。
【００２７】
試料１からの反射光は、試料１の垂直上方より対物レンズ１１、偏光素子群１０、偏光ビームスプリッタ９、結像レンズ１２を介してイメージセンサ１３で検出される。イメージセンサ１３としては、ＤＵＶ光を検出できる必要があり、ＴＤＩイメージセンサで構成することができる。このようにイメージセンサ１３として、ＴＤＩセンサを用いる場合、図２０に示すように、照明光束をＴＤＩセンサの受光面１３０の形状に合ったスリット形状１４０にするために、レンズ８としてシリンドリカルレンズを含むように構成することが照明効率の上で好ましい。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ９は、レーザ光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用をもつ。紫外レーザ光光源３としている紫外レーザ光は、もともと偏光レーザであり、偏光ビームスプリッタ９はコヒーレンス低減光学系７から出射された紫外レーザ光Ｌ２が全反射するように設置されている。プロセスによりウェハなどのように被検査対象物１上に形成された被検査パターンは、様々な形状を呈しているため、パターンからの反射光は、様々な偏光方向を持つようになる。偏光素子群１０は、レーザ照明光及び反射光の偏光方向を制御して、パターンの形状、密度差による反射光がイメージセンサ１３へ明るさむらとなって到達しないように照明光の偏光比率を調整する機能を有し、例えば照明波長の位相を４５度、ないし９０度変化させるための１／２波長板１０ａ、１／４波長板１０ｂが組み込まれている。そのため、偏光素子群１０から被検査対象物１に対して照明される光は、例えば円偏光された照明光となり、被検査対象物１から反射してくる光の全ては偏光素子群１０により反射面に対して垂直となり、偏光ビームスプリッタ９を透過することになる。このように、光学系７０の解像度は、照明、あるいは検出の偏光状態によって変化するため、偏光ビームスプリッタ９からイメージセンサ１３に至る光路中に出し入れ可能に設けられたミラー８６、レンズ８７、および検出器８８によって検出される対物レンズ１１の瞳面の空間像に基いて、偏光素子１０ａ、１０ｂを相対的に光軸回りに回転制御して、被検査対象物１上に形成された回路パターンの密度に応じて変化する反射光の偏光状態を制御してイメージセンサ１３で検出することにより、光学系７０の性能（解像度）を向上させることが可能となる。
【００２９】
そして、イメージセンサ１３は、例えば紫外光を検出できる蓄積形のセンサ（ＴＤＩセンサ）で形成され、被検査対象物１上に形成された被検査パターンからの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものとなる。 すなわち、ステージ２を走査して被検査対象物１を等速度で移動させつつ、イメージセンサ１３により被検査対象物１上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。そして、イメージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１３ａは、信号処理回路６０に入力されて被検査対象物上の異物等も含めて欠陥検査が行われる。信号処理回路６０は、Ａ／Ｄ変換器１４、階調変換器１５、遅延メモリ１６、比較器１７、およびＣＰＵ１９等から構成される。なお、Ａ／Ｄ変換器１４は、イメージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１３ａをディジタル画像信号に変換する。
【００３０】
焦点検出光学系７１は、ステージ２のＺ方向の変位を検出する。そして、焦点検出回路７２は、焦点検出光学系７１によって検出されるステージ２のＺ方向の変位を処理し、この処理に応じた駆動回路７３からの駆動制御指令に基いて、例えばステージ２のＺ方向の変位を駆動制御することによって、イメージセンサ１３は、被検査対象物１上に形成された被検査パターンに対して合焦点状態でそのパターンの明るさ情報を高精度で検出することができることになる。
【００３１】
階調変換器１５は、例えば８ビットの階調変換器で構成され、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されるディジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施すものである。即ち、階調変換器１５は、対数、指数、多項式変換等を施し、プロセスで半導体ウェハ等の被検査対象物１上に形成された薄膜と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補正するものである。
【００３２】
遅延メモリ１６は、階調変換器１５からの出力画像信号をイメージセンサ１３の走査幅でもって、半導体ウェハ等の被検査対象物１を構成する１セル又は１チップ又は１ショット分記憶して遅延させるものである。
【００３３】
比較器１７は、階調変換器１５から出力される画像信号と、遅延メモリ１６から得られる画像信号とを比較し、不一致部を欠陥として検出するものである。即ち、比較器１７は、遅延メモリ１６から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と検出した画像とを比較するものである。従って、ＣＰＵ１９は、キーボード、記録媒体、ネットワーク等から構成された入力手段１８を用いて設計情報に基づいて得られる半導体ウェハ等の被検査対象物１上における配列データ等の座標を入力しておくことにより、この入力された半導体ウェハ１上における配列データ等の座標に基いて、比較器１７による比較検査結果を基に、欠陥検査データを作成して記憶装置２０に格納する。この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２１に表示することもでき、また出力手段２２に出力して、例えば他のレビュー装置等で欠陥箇所の観察も可能である。
【００３４】
なお、比較器１７の詳細は、特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等でよく、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化された出力より面積や長さ、座標等を抽出する特徴抽出回路から構成されている。
【００３５】
次に、紫外レーザ光源（紫外レーザ光発生装置）３の実施例について説明する。高解像を得るためには波長の短波長化が必要であり、検査速度の向上には高輝度照明が必要である。従来は水銀キセノン等の放電ランプを用い、ランプの持つ発光スペクトル（輝線）のうち、可視域を広範囲に使っていたが、これらの光強度に比べ、紫外、深紫外領域での輝線は、可視光に比べて、数パーセント程度であり、所望の輝度を確保するためには大形の光源が必要となる。このように光源を大型化した場合、発熱の影響を受けないように光学系から遠ざけるにも限界が生じてしまう。このような観点から、本発明では、短波長を容易に確保できる紫外レーザ光（ＤＵＶ光（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｒａｙｓ））を光源３としている。紫外レーザ光としては、波長が１００ｎｍ〜４００ｎｍ程度のレーザ光を示し、ＤＵＶレーザ光としては、波長が１００ｎｍ〜３１４ｎｍ程度のレーザ光を示す。
【００３６】
紫外レーザ光源（紫外レーザ光発生装置）３は、図２に示すように、例えば、波長５３２ｎｍのレーザ基本波光を発光して出射する固体レーザ装置（レーザ励起光源）４と波長変換装置５からなる。固体レーザ装置４は、例えば発振波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を非線形光学結晶に通して２倍波とし、波長５３２ｎｍのレーザ光を一定の強度で出力されるように制御されて出射するものである。即ち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の２倍波を出力する固体レーザ装置４は、モニタされた出力に応じてレーザ電源の電流を制御することにより、一定の強度を持つレーザ光Ｌ１の出力が出射されるように構成される。そして、固体レーザ装置４から出射された波長５３２ｎｍのレーザ光Ｌ１は、単一モード発振であり、波長変換装置５に入射される。
【００３７】
また、紫外レーザ光源３の固体レーザ装置４の発振形態としては、連続発振でも、パルス発振でも構わないが、ステージ２を連続走査させて被検査対象物１からの画像をＴＤＩセンサ等のイメージセンサ１３で検出する関係で、連続発振が望ましい。
【００３８】
また、紫外レーザ光源３としては、固体のＹＡＧレーザ（１０６４ｎｍ）を非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第３高調波（３５５ｎｍ）や、第４高調波（２６６ｎｍ）を発生する装置で構成してもよい。更に、紫外レーザ光源３として存在するならば、１００ｎｍ以下でもよい。
【００３９】
次に、本発明の要素となる波長変換装置５について説明する。図２は、図１において、紫外レーザ光源３をＺ方向から見たものであり、波長変換装置５の概略構造（断面）を示すものである。波長変換装置５の容器内部には、ミラーＭ１〜Ｍ４が配置されており、固体レーザ装置４から出射して容器４１、４５に設けられた入射口３９の透明窓３５から入射したレーザ光Ｌ１は、ミラーＭ１を通過しミラーＭ２に到達する。ミラーＭ２は入射光の一部を透過し、残りを反射する。ミラーＭ２で反射されたレーザ光はミラーＭ３に至る。ミラーＭ３とミラーＭ４の光路中には非線形光学結晶３０が配置されており、ミラーＭ３で全反射されたレーザ光は、非線形光学結晶３０を通過してミラーＭ４に到達する。そして、これらミラーＭ１〜Ｍ４からなる高反射率を有する光学部材によって光共振器が構成される。更に、非線形光学結晶３０は、光学的に計算された適切な位置に配置されているので、この結晶３０により、入射光は、波長が２６６ｎｍの第２高調波に変換される。ミラーＭ４では、第２高調波の紫外レーザ光Ｌ２のみが、容器４１、４５に設けられた出射口４０の透明窓３５を通して波長変換装置５の外部に出射される。すなわち、ミラーＭ４には、第２高調波を透過し、それ以外の波長は反射するようコーティングが施されている。非線形光学結晶３０で未変換のレーザ光Ｌ３は、ミラーＭ４で反射されてミラーＭ１に達し、ミラーＭ１を通過したレーザ光Ｌ１と同じ光路を再び辿る。ここで、ミラーＭ２を通過した一部の入射光は、図示しない検出手段にて、入射光の周波数と波長変換器の共振周波数の誤差を検出し、両者が常に共振状態になるように同調させるもので、図示していないサーボ機構（例えば圧電素子等）により、例えばミラーＭ３を高速に微動し、高精度で共振器長を制御するようになっている。このように高精度に共振器長が制御されることによって、ミラーＭ１〜Ｍ４からなる高反射率を有する光学部材で光共振器が構成される。そして、容器４１、４２の内部に設けられた上記光共振器と非線形光学結晶３０とにより、波長変換器５０が構成される。
【００４０】
そこで、波長変換装置５から出射された２６６ｎｍの波長の紫外レーザ光Ｌ２には、可干渉性（コヒーレンスを有する）があり、被検査対象物１上の回路パターンをレーザ光で照明した場合、スペックルが発生する原因となる。従って、紫外レーザ光Ｌ２の照明では、コヒーレンスを低減する必要がある。コヒーレンスを低減するには、時間的あるいは空間的コヒーレンスのいずれかを低減させればよい。そこで、本発明では、コヒーレンス低減光学系７により、空間的コヒーレンスを低減するようにした。
【００４１】
図３は、本発明に係るコヒーレンス低減光学系７を含む照明光学系の一実施例を示す模式図である。波長変換装置５の出射口４０の透明窓３５から出射されたレーザ光Ｌ２は、ビームエクスパンダ６で、ある大きさに拡大された平行光束となって、レンズ２４の焦点位置に集光され、その後レンズ２５、レンズ８、偏光ビームスプリッタ９を介して対物レンズ１１の瞳上１１ａに集光される。ところで、レンズ２４の焦点位置２８は、同時にレンズ２５の焦点位置でもあり、焦点位置２８は対物レンズ１１の瞳１１ａの位置と共役になっている。
【００４２】
コヒーレンス低減光学系７は、図４に示す如く、例えば、円形状の拡散板２６を光路中の焦点位置２８に配置し、モータ２７によって高速に回転させるものである。すなわち、図５に示すように、レンズ２４（およびレンズ２５）の焦点位置に、表面が適度な粗さに加工された拡散板２６を配置し、モータ２７の回転によって、対物レンズ１１の瞳１１ａ上に集光されるレーザスポットを走査するようにして空間的コヒーレンスを低減させ、可干渉性を低減している。レーザ光は拡散板２６で、ある程度広がるが、レンズ２５はこれをカバーする開口数を持ったレンズを選定するものとし、拡散板２６の詳細な仕様は実験により決定されるものとする。また、コヒーレンス低減光学系７としては、以上述べた方法に限るものではなく、他の手段として、多面体回転ミラーや回転振動ミラー等を使うことも考えられる。
【００４３】
ところで、照明に使用しているレーザ光源３は、固体レーザによる波長が５３２ｎｍの励起光Ｌ１を波長変換装置５の容器内に配置したミラーＭ１〜Ｍ４や非線形光学結晶３０を用いて２倍波とし、波長２６６ｎｍの紫外光を得るものであるが、前述したように、波長変換においては入射光の周波数と波長変換器５０の共振周波数が常に共振状態になるように内部の光学系を同調させる必要があるなど、波長変換装置５の容器内部は非常にデリケートなものとなっている。中でも非線形光学結晶３０には潮解性があり、湿気を嫌うものである。従って、紫外レーザ光を安定して得るためには、光共振器内部に設置しているミラーＭ１〜Ｍ４や非線形光学結晶３０の表面を常にクリーンな状態で保持する必要がある。
【００４４】
また、波長変換装置５の容器の内部に設置された波長変換器５０から一定の紫外レーザ光を出射させるために、非線形光学結晶３０の温度を一定に保つための恒温装置（図示せず）が非線形光学結晶３０を支持する微動機構４５内に設置されている。
【００４５】
ここで、波長変換装置５の容器４１、４５の内部を、クリーンな状態に保持できない場合には、紫外レーザ光が照射されることによって、化学反応が起こり、内部の光学素子表面へ付着、硬化して紫外レーザ光の出力強度の低下を招くこととなる。そこで、紫外レーザ光の出力強度が低下した場合には、波長変換装置５の容器内部のミラーなどの光学部材Ｍ１〜Ｍ４の再調整やレーザ照射により非線形光学結晶３０の表面が焼き付いたとして、結晶３０へのレーザ照射位置を少しづつ変えることにより対処することが可能であるが、いずれも多大な労力と時間を要することになる。
【００４６】
そこで、まず、本発明に係る波長変換装置５の第１の実施例について説明する。この第１の実施例としては、図６および図７に示す如く、光学部材Ｍ１〜Ｍ４からなる光共振器と非線形光学結晶３０とから構成される波長変換器５０を容器４１により外気と遮断し、密閉した状態の構造とした。図７は蓋３１を取り除いた状態を示している。すなわち、容器４１に形成したレーザ光入射口３９及び出射口４０に、透明窓３５を設けて例えばＯリング３６等を用いてシールドし、清浄化用の例えば不活性ガス貯蔵容器（図示せず）から容器４１内への清浄化用の例えば不活性ガスの気体を供給するための先端にフィルタ３７を設けた供給バルブ３２、排気ポンプに接続されて容器４１内の残留気体を排気するための排気バルブ３３、および容器４１内の気体の状態、特に不活性ガスが充満されたことを観察するための検出器３４を設けた。このように、容器４１内を清浄化する清浄化手段としては、例えば不活性ガス貯蔵容器（図示せず）に接続された先端にフィルタ３７を設けた供給バルブ３２と、排気ポンプに接続された排気バルブ３３と、例えば不活性ガスが充満されたことを観察するための検出器３４とによって構成される。このように構成することにより、波長変換装置５の容器内の光学系の調整が完了後、図６に示すように、蓋３１を取り付け、排気バルブ３３に図示していない排気ポンプを接続して容器４１内の残留気体を排気する。次に、供給バルブ３２から不活性ガスを供給する。検出器３４は例えば気圧計であり、容器４１内の気圧をモニタするものである。容器４１内の気圧が１気圧になったときに不活性ガスの供給が完了する。不活性ガスとしては波長変換器５０内のレーザ光と化学反応しないガスが好ましく、例えば窒素ガスやアルゴンガス等があげられる。また、供給バルブ３２の先端には、フィルタ３７が設けられており、これは不活性ガスを供給する際の流量制御と異物等の不純物の混入を防止する役目を奏する。
【００４７】
特に、排気ポンプ３３に排気バルブ３３を接続して容器４１内の残留気体を排気し、次に不活性ガスを供給バルブ３２から容器４１内に供給して１気圧程度に充満した状態で、供給バルブ３２および排気バルブ３３を閉めて容器４１を密封状態にしても良い。また、不活性ガスを供給バルブ３２から容器４１内に供給して１気圧程度に充満し、その後、レーザ光の揺らぎが生じない程度にして不活性ガスを微量流しつづけても良い。
【００４８】
以上説明した第１の実施例によれば、容器４１内への新たな異物の混入を防止することができ、その結果、光共振器内部に設置しているミラーＭ１〜Ｍ４や結晶３０の表面を常にクリーンな状態で保持することが可能となり、紫外レーザ光の出力強度の低下を招くことを防止することができる。
【００４９】
次に、本発明に係る波長変換装置５の第２の実施例について説明する。この第２の実施例としては、図９に示す如く、波長変換器５０を容器４２とケーシング（容器）４５との二重構造により外気と遮断し、密閉した状態の構造とした。この第２の実施例の場合、蓋３１を閉めることによる波長変換器５０への機械的な応力発生を防止することができる。即ち、外側のケーシング４５には、入射口３９及び出射口４０に透明窓３５を設けて例えばＯリング３６等を用いてシールドし、気体を供給、排出するための、バルブ３２、３３、容器内の気体の状態を観察するための検出器３４を設けた。そして、波長変換器５０を内蔵する容器４２を、ケーシング（容器）４５内に支持部材４３で支持して二重構造で構成した。そして、内側の容器４２には、入射口３９の透明窓３５を通して入射するレーザ光を入射させる入射口４６および出射口４０の透明窓３５へ紫外レーザ光Ｌ２を出射する出射口４７を形成し、容器４２の内外を連通する吸気孔４８および排気孔４９並びに圧力孔５１を形成している。特に、吸気孔４８および排気孔４９を小さくして多数穿設することによって、不活性ガスを微量流し続けても、容器４２の外側とケーシング４５の内側との間においてバッファーの役目を果たし、容器４２内での不活性ガスの流れを殆どなくしてレーザ光の揺らぎをなくすことが可能となる。当然、排気ポンプ３３に排気バルブ３３を接続して容器４２内も含めてケーシング４５内の残留気体を排気し、次に不活性ガスを供給バルブ３２からケーシング４５内に供給して１気圧程度に充満した状態で、排気バルブ３３および供給バルブ３２を閉めてケーシング４５を密封状態にしても良い。このように、波長変換装置５の第２の実施例によれば、波長変換器５０への機械的な応力の発生を防止し、しかも、レーザ光と化学反応しない不活性ガス、例えば窒素ガスやアルゴンガス等で充満させるように供給することによって容器４２内への新たな異物の混入を防止することができ、その結果、光共振器内部に設置しているミラーＭ１〜Ｍ４や結晶３０の表面を常にクリーンな状態で保持することが可能となり、紫外レーザ光の出力強度の低下を招くことを防止することができる。
【００５０】
なお、第２の実施例は、波長変換器５０を容器４２とケーシング（容器）４５との二重構造により外気と遮断し、密閉した状態の構造としたが、構造は多少複雑になるが、容器を三重構造で構成してもよい。このように容器を三重構造にすれば、不活性ガスを微量流しつづける場合でも、容器と容器の間にバッファーとなる間隙を形成することができるので、益々レーザ光の揺らぎをなくすことが可能となる。
【００５１】
次に、本発明に係る波長変換装置５の第３の実施例について説明する。この第３の実施例は、図８に示す如く第１の実施例における容器４１の内壁に粘着材３８を塗布して構成した。勿論、第３の実施例は、第２の実施例における容器４２の内壁に粘着材３８を塗布して構成しても良い。この第３の実施例によれば、容器４１、４２内に残留していた異物３９が、不活性ガスを供給している時、風圧で舞い上がり内部の光学部品に付着するのを防止することができ、しかも、容器４１、４２内の気体を排気しているとき、粘着材３８に接触した浮遊異物３９をとらえ、半永久的に保持することができる。
【００５２】
次に、本発明に係る波長変換装置５の第４の実施例について説明する。この第４の実施例は、図１０に示す如く、第３の実施例において、波長変換装置５の容器内部に複数の光センサＳ１〜Ｓ６を配置し、該複数の光センサＳ１〜Ｓ６により容器４１、４２内で発生する汚染物からの散乱光を検出し、容器内の汚染度、即ち汚染状態を検知することにより光学部材Ｍ１〜Ｍ４や非線形光学素子３０の汚染状態を監視できるようにしたものである。即ち、複数の光センサＳ１〜Ｓ６は、容器４１、４２内で発生する汚染物からの散乱光を検出する光学的な汚染物検出手段を構成する。汚染物は通常有機物につき、光センサＳ１〜Ｓ６は、有機物から発生する蛍光散乱光を検出することになる。そして、複数の光センサＳ１〜Ｓ６の各々は、図示していないが、集光レンズと光電変換素子から成っており、例えばミラーＭ１〜Ｍ４の表面および非線形光学結晶３０の表面の汚染状態を検出する。光電変換素子は受光量に応じて起電力を発生するので、これに閾値を設け、閾値を超えた場合はミラーＭ１〜Ｍ４の表面および非線形光学結晶３０の表面が汚染されていると判断する。例えば、光センサＳ２から出力信号があればミラーＭ２の表面に汚染物４０が付着したことがわかる。レーザ光の波長は既知なので、光センサＳ１〜Ｓ６として特定の波長帯域のみに感度が高い光センサを用いることで、外乱光の影響を防止でき、検出閾値を低く設定できるので、ミラーＭ１〜Ｍ４および結晶３０の表面のわずかな汚染物も高感度で検出できる。もし、図１に示す欠陥検査装置において、波長変換装置５から出射される紫外レーザ光Ｌ２の出力強度を、照明光路から分岐して設けられた光電変換器等から構成される検出手段（図示せず）でモニタした結果、その出力強度の低下が見受けられたならば、その要因は光センサＳ１〜Ｓ６の何れかで検出される対象の光学部材Ｍ１〜Ｍ４、３０の表面が汚染物で汚染されたためと判断し、その光学部材の表面をクリーニングするか、汚染されていない光学部材に交換することになる。なお、波長変換装置５から出射される紫外レーザ光Ｌ２をモニタする方法として、ビームエクスパンダ６またはコヒーレンス低減光学系７の出力をモニタしてもよい。当然、ビームエクスパンダ６またはコヒーレンス低減光学系７の出力をモニタする場合には、この光学系６または７の汚染による出力強度の低下も含まれることになる。
【００５３】
また、光センサＳ１〜Ｓ６から汚染に基づく出力信号がなく、上記の如く検出手段（図示せず）でモニタすることによって波長変換装置５から出射される紫外レーザ光Ｌ２の出力強度が低下した場合には、非線形光学結晶３０に原因があると考えられる。この場合、レーザ照射で結晶３０の内部が焼き付けられた可能性が高いので、微動調整機構４５によって、非線形光学結晶３０をＹＺ方向に移動し、紫外レーザ光Ｌ２の出力強度が上昇するように調整される。勿論、本第４の実施例は、図９に示す第２の実施例に適用することは可能である。
【００５４】
以上説明したように、波長変換装置内の汚染状態をモニタすることにより、波長変換装置のメンテナンスの要否の判断を容易に、且つ適切にすることができ、その結果、理由なく波長変換装置内の光学系調整に余計な時間を費やすことをなくすことができる。
【００５５】
以上説明した本発明に係る実施の形態によれば、紫外レーザ光の光出力を低下させることなく、長寿命のレーザ光源、即ち、波長変換器の寿命を延ばし長期に渡って安定紫外レーザ光の発振を得ることができ、その結果、被検査対象物１上に形成された微細パターンを高解像度に検出し、該微細パターンに発生する欠陥を高信頼度で検査することができる。
【００５６】
次に、本発明に係わる欠陥検査装置の第２の実施の形態を図１１、図１８、および図１９を用いて説明する。この第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と相違する点は、まず、図１９に示すように、固体レーザ装置（レーザ励起光源）４と波長変換装置５とを備えた紫外レーザ光源（紫外レーザ光発生装置）３を該紫外レーザ光源３から出射された紫外レーザ光が同軸化されるように複数設置し、図１９（ｂ）に示すように、１本だけを発振させて他が故障した時に切替えて使用してもよく、また図１９（ａ）に示すように全部を発振させて個々については低出力で使用しても良いことにある。即ち、第２の実施の形態においては、固体レーザ装置４と波長変換装置５とを備えた紫外レーザ光源３ａ、３ｂ、３ｃを複数設け、紫外レーザ光源３ａ、３ｂ、３ｃの各々から出射された紫外レーザ光をミラー８１ａ、８１ｂ、８１ｃの各々で例えばＺ方向に折り返し、同軸化してビームエキスパンダ６に入力するように構成する。特に、図１９（ｂ）に示すように、各ミラー（選択光学系）８１ａ〜８１ｃを切替えて選択することによって、紫外レーザ光源３ａ〜８ｃの出力を切替えて選択することが可能となる。これにより、常に、予備として設けられた正常な紫外レーザ光源から紫外レーザ光を出射させて被検査対象物１上に照射し、該被検査対象物１上に形成された微細パターンを高解像度に検出し、該微細パターンに発生する欠陥を高信頼度で検査することが可能となる。このように、正常な紫外レーザ光源を使用している間において、故障若しくは劣化した異常な紫外レーザ光源の波長変換装置５を調整したり、或いは正常の波長変換器５と交換することが可能となる。
【００５７】
なお、図１９（ａ）に示すように、複数の紫外レーザ光源３ａ〜３ｃから出射される紫外レーザ光を合成光学系８１ａ〜８１ｃで合成して使用する場合、全体の出力を例えばＴＶカメラ８５でモニタし、このモニタされる全体の出力が所定の値が得られるように劣化した紫外レーザ光源に代わって正常な紫外レーザ光源における固体レーザ装置４に対して例えば電流値を調整して出力を増大させて自動調整することが可能である。また、劣化した紫外レーザ光源の波長変換装置５に対して、微動調整機構４５によって、非線形光学結晶３０をＹＺ方向に移動させることによって、紫外レーザ光Ｌ２の出力強度を上昇するように調整することも可能である。
【００５８】
更に、図１８に示す如く、複数の光源３ａ、３ｂからなる紫外レーザ光源３を光学系７０から分離して設置し、ステージ等が発する機械的振動の紫外レーザ光源３への伝播、および紫外レーザ光源３からの光学系７０への熱伝導を遮断する構成にしている。なお、図１８に示す本実施例では、紫外レーザ光源３を除振定盤８０の下部に設置した場合を示す。この場合、図示していないが、紫外レーザ光源３の発する熱が上部の定盤８０に伝わらないように局所的に排気がなされるように構成されている。紫外レーザ光源３ａ〜３ｃから出射された各レーザ光Ｌ２は、各ミラー８１ａ〜８１ｃでＺ方向に折り返され、ミラー９０、ビームエキスパンダ６を介して、光学系７０に到達する。半導体ウエハ１の表面のパターン検査は、ウエハ１を載置したステージ２をＸＹ方向に走査し、全面を検査するが、検査中はステージ移動に伴ってその重心位置が変化するため、定盤８０が傾斜する。この場合、エアーサーボ等により、定盤８０は水平状態に戻されるが、紫外レーザ光源３から出射される紫外レーザ光Ｌ２は、ビーム径が１ｍｍ程度以下であり、光学系７０と紫外レーザ光Ｌ２の光軸が一時的に光軸外となることが予想される。このため、本発明では、定盤８０上にミラー９０、レンズ９１、位置検出器９２を設置し、これにより紫外レーザ光Ｌ２の移動量を検出し、ミラー８１をピエゾなどのアクチュエータを用いて移動させ、軸外になった紫外レーザ光Ｌ２の光路を高速修正するものである。ここで、ミラー９０は、紫外レーザ光Ｌ２の僅かな光を反射するように反射膜がコーティングされたものであり、レンズ９１はこの反射光を位置検出器９２に拡大投影するものである。位置検出器９２は、例えば受光素子をＸＺ方向に分割して配置して構成され、受光素子の検出信号を図示していない電気回路で演算してレーザ光の移動量を検出する。これにより、各紫外レーザ光源３ａ、３ｂから出射される紫外レーザ光を安定して光学系７０に入射させることが可能となる。
【００５９】
以上説明したように、固体レーザ装置４と波長変換装置５とを備えた紫外レーザ光源３を複数設置するように構成したので、紫外レーザ光源の出力を切替えて選択することが可能となり、その結果、常に、正常な紫外レーザ光源を確保することが可能となり、紫外レーザ光を用いた微細パターンの検査を継続して高信頼度で行うことが可能となる。
【００６０】
次に、コヒーレンス低減光学系７の他の実施例について説明する。この実施例においては、図１２に示す如く直交する２枚の走査ミラー６１，６４によって構成される瞳上走査機構により、レーザ光を２次元的に走査して、空間的にコヒーレンスを低減するようにしている。図１３は照明系の模式図である。紫外レーザ光源３から出射され、ビームエキスパンダ６によりある大きさに拡大された紫外レーザ光Ｌ２は、平行光束となってミラー６１で反射し、レンズ６２で集光後、レンズ６３で再度平行光束となってレンズ８によって対物レンズ１１の瞳１１ａ上に集光される。６７、６９は、走査ミラー６１、６４でのレーザ光の反射位置を示しており、被検査対象物１の表面と共役な位置関係となっている。また、６８は、対物レンズ１１の瞳１１ａと共役な第１瞳共役面である。従って、走査ミラー６１、６３を電気信号によって回転または揺動制御することによって、紫外レーザ光Ｌ２を対物レンズ１１の瞳１１ａ上で、２次元的に走査することが可能となる。走査ミラー６１，６４へ入力する電気信号としては、例えば三角波や正弦波等があり、この入力する電気信号の周波数や振幅を変えることで、対物レンズ１１の瞳１１ａ上において上記紫外レーザ光Ｌ２の様々な形状の走査が可能となる。特に、走査ミラー６１、６４の走査を制御して、紫外レーザスポットを、図１４に示すように、対物レンズ１１の瞳１１ａ上を輪帯状に走査することによって、対物レンズ１１を通して被検査対象物１上にコヒーレンスを低減して輪帯状照明を行うことが可能となる。更に、後述するように、ＴＤＩセンサに対応させて照明光が紫外マルチスリットスポットビームの場合でも、走査ミラー６１、６４で構成される瞳上走査機構の後に拡散板を置くことによって、完全に光干渉をなくすことができる。
【００６１】
ところで、照明光路中に被検査対象物１の照明に支障のない照明光量を分岐するミラー８２を配置し、照明レーザ光の一部を上記ミラー８２で分岐させてＴＶカメラ８５で観察できるように構成した。即ち、上記ミラー８２で分岐される光は紫外レーザ光であるため、該紫外レーザ光が入射した際蛍光を発するスクリーン８３を、対物レンズ１１の瞳１１ａと共役な位置に設置した。その結果、スクリーン８３上に発生した蛍光像（紫外レーザ光を輪帯状に２次元的に走査した場合）９２をレンズ８４で拡大することにより、図１４（ａ）に示すような画像９１をＴＶカメラ８５で観察することが可能となる。なお、９３は、対物レンズ１１の瞳１１ａの外径を示す。そして、図１８に示す信号処理回路６０において、ＴＶカメラ８５から出力する画像９１を処理することによって、例えば、照明光９２の瞳１１ａの中心からのずれ量を求めることができ、このずれ量を制御回路９５にフィードバックすることにより、コヒーレンス低減光学系７の走査ミラー６１、６４による走査の制御が可能となる。
【００６２】
また、信号処理回路６０は、ＴＶカメラ８５で受光した画像を２値化して、ある明るさ以上の画素を加算して照明の面積を求めることにより、照明条件（照明σ）を最適化することも可能である。
【００６３】
なお、上記走査ミラー６１、６４による紫外レーザ光の走査は、イメージセンサ１３の蓄積時間内に行うことは言うまでもない。
【００６４】
次に、照明条件の他の実施例について説明する。即ち、この実施例は、紫外レーザ光を、対物レンズ１１の瞳上でマルチスポット照明するものである。このようにマルチスポット照明することによって、照明σをかせげるので、走査ミラー６１、６４による走査時間を遅くすることが可能となる。図１５は、コヒーレンス低減光学系７にマルチレンズアレイ６５とレンズ６６とを配した立体図であり、図１６は、これを用いた照明系の模式図である。即ち、入射する紫外レーザ光Ｌ２に対して、マルチレンズアレイ６５とレンズ６６とを付加することにより、マルチの仮想の紫外レーザ光源を作り出し、これを対物レンズ１１の瞳１１ａ上に集光させるように構成する。なお、図１６（ａ）に示す１１０は、マルチスポット光を形成するためのマスクを示す。図１６（ｂ）に示す１１０ａは、マルチスポット光を形成するマスク、図１６（ｃ）に示す１１０ｂは、マルチスリットスポット光を形成するマスクである。１１２ａ、１１２ｂは透過する部分を示し、１１１ａ、１１１ｂは遮光する部分を示す。仮想の紫外レーザ光源を作り出す手段６５としては、例えば、図１７（ａ）に示す如く、シリンドリカルレンズアレイ１１３を２個直交させて配置したレンズアレイ１１４、或いは図１７（ｂ）に示す如く、小形の凸レンズを２次元的に配置したロットレンズアレイ１１５を光路中に配置することによって達成される。しかし、イメージセンサ１３として、蓄積形ＴＤＩセンサを用いる場合には、図２０に示す如く、マルチスポット光として、ＴＤＩセンサの受光面１３０に対応するように、マルチスリットスポット光１４０にする必要がある。そのため、上記手段６５としては、例えば、図１７（ｃ）に示す細長のロットレンズアレイ１１６を用いれば良い。
【００６５】
そして、対物レンズ１１の瞳１１ａ上での輪帯照明となるマルチスポット光の走査状態を図１４（ｂ）に示す。ＴＤＩセンサ対応のマルチスリットスポット光でも、同様に対物レンズ１１の瞳１１ａ上で走査することになる。なお、対物レンズ１１の瞳１１ａ上でのレーザ集光点のピッチ１２０はレンズ６６の焦点距離をはじめ、その他のレンズの焦点距離を変えれば自由に変えることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、波長変換装置において、非線形光学素子から発生する熱に大きく影響を受けることなく、構造を簡単にして非線形光学素子を含めて光共振器全体に対する汚染物の付着を防止して入射されたレーザ光を効率よく波長変換し、紫外レーザ光の出力強度を低下させることなく、長寿命化を図った紫外レーザ光発生装置を実現することができる効果を奏する。
【００６７】
また、本発明によれば、波長変換装置において紫外レーザ光の出力強度の低下が生じた場合に、その要因を容易に究明してメンテナンスの要否の判断も含めてメンテナンスを容易にすることができる効果を奏する。
【００６８】
また、本発明によれば、紫外レーザ光による安定した強度の照明によって半導体ウェハ等の被検査対象物上に形成された微細被検査パターンを高解像度に検出して微細被検査パターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る紫外レーザ光発生装置の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示すコヒーレンス低減光学系を含む照明光学系の一実施例を示す模式図である。
【図４】コヒーレンス低減光学系の一実施例を示す斜視図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】本発明に係る波長変換装置の外観を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る波長変換装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明に係る波長変換装置の第３の実施例を示す断面図である。
【図９】本発明に係る波長変換装置の第２の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る波長変換装置の第４の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図１２】コヒーレンス低減光学系の他の実施例を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す光学系の模式図である。
【図１４】紫外レーザスポット光を対物レンズの瞳上を走査して空間的コヒーレンスを低減して照明する状態（輪帯照明状態）を示す図である。
【図１５】マルチスポットを用いて空間的コヒーレンスを低減する光学系の一実施例を示す斜視図である。
【図１６】マルチスポットを用いた照明光学系を示す模式図である。
【図１７】マルチスポットを形成する光学素子の実施例を説明する図である。
【図１８】本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す正面図である。
【図１９】本発明に係る第２の実施の形態に用いられる紫外レーザ光源の説明図である。
【図２０】イメージセンサとしてＴＤＩセンサを用いた場合において用いられるスリット照明光束を示す図である。
【符号の説明】
１…被検査対象物（試料）、２…ステージ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…紫外レーザ光源（紫外レーザ光発生装置）、４…固体レーザ装置（レーザ励起光源）、５…波長変換装置、６…ビームエキスパンダ、７…コヒーレンス低減光学系、９…偏光ビームスプリッタ、１０…偏光素子群、１１…対物レンズ、１２…結像レンズ、１３…イメージセンサ（光電変換器）、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…階調変換器、１６…遅延メモリ、１７…比較器、１９…ＣＰＵ、２４、２５…レンズ、２６…拡散板、３０…非線形光学素子（非線形光学結晶）、３２…供給バルブ、３３…排気バルブ、３４…検出器、３５…透明窓、３６…Ｏリング、３７…フィルタ、３９…入射口、４０…出射口、４１、４２…容器、４５…ケーシング（容器）、４６…入射口、４７…出射口、４８…吸気孔、４９…排気孔、５０…波長変換器、５１…圧力孔、６０…信号処理回路、６１、６４…走査ミラー（瞳上走査機構）、６２、６３、６６…レンズ、６５…マルチレンズアレイ、７１…焦点検出光学系、８１，８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…ミラー（選択光学系、合成光学系）、１３０…ＴＤＩセンサの受光面、１４０…スリットスポット照明光束、Ｍ１〜Ｍ４…光共振器を構成するミラー。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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