(57)【要約】【課題】小型で消費電力が低く、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期させる制御を必要としないシンプルな構造のマスク検査装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係るマスク検査装置１は、マスク２２０上の欠陥を撮像する二次元光センサー２０８と、二次元光センサー２０８のラインレートより高い繰返し数の光を、マスク２２０に照射するモードロック型の基本波レーザ１０１とを備える。基本波レーザ１０１から出射される光の繰返し数は、二次元光センサー２０８のラインレートの１００倍以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物上の欠陥を撮像する二次元撮像装置と、
前記二次元撮像装置のラインレートより高い繰返し数の光を、前記被検査物に照射するモードロック型のレーザ光源と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記レーザ光源から出射される光の繰返し数は、前記二次元撮像装置のラインレートの１００倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記二次元撮像装置の前記被検査物の画像を撮像するタイミングは、前記被検査物と前記二次元撮像装置の相対位置によって決められることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
前記検査対象物を観察するための対物レンズをさらに備え、
前記対物レンズのワーキングディスタンスは、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記レーザ光源は、波長１．０６μｍ帯でレーザ発振する固体レーザあるいはファイバーレーザからのレーザ光を波長変換したレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
被検査物上の欠陥を二次元撮像装置により撮像して、前記被検査物の検査を行う検査方法であって、
モードロック型のレーザ光源から前記二次元撮像装置のラインレートより高い繰返し数の光を前記被検査物に照射し、
前記被検査物を透過又は反射した光を前記二次元撮像装置により撮像する検査方法。
【請求項７】
前記レーザ光源から前記二次元撮像装置のラインレートの１００倍以上の繰返し数の光を出射することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
【請求項８】
前記被検査物と前記二次元撮像装置の相対位置により、前記二次元撮像装置の前記被検査対象物を撮像するタイミングを決定することを特徴とする請求項６又は７に記載の検査方法。
【請求項９】
ワーキングディスタンスが３ｍｍ以上である対物レンズで前記検査対象物を観察することを特徴とする請求項６、７又は８に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記レーザ光源は、波長１．０６μｍ帯でレーザ発振する固体レーザあるいはファイバーレーザからのレーザ光を波長変換し、波長変換したレーザ光を前記被検査物に照射することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の検査方法により前記被検査物であるマスク又は基板の欠陥を検出する工程を含むパターン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査装置、検査方法及びパターン基板の製造方法に関し、特に、半導体製造工程で利用されるフォトマスク（以下、単にマスクと呼ぶ。）やウエハにおける欠陥を検出する際に利用される検査装置、検査方法及びパターン基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマスクの欠陥検査装置では、被検査物であるマスクのパターン面における観察領域（一般には直径１００〜２００μｍの微小領域）を拡大して観察している。この場合、観察領域を光で照明する必要がある。その光源（マスク検査光源と呼ばれる。ここでは、単に光源と呼ぶ。）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。レーザを用いた検査装置では、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】
半導体技術の進歩すなわち微細化に伴い、検出が要求される欠陥サイズは年々小さくなっている。欠陥検出感度を高めるために、検査光源の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。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の第二高調波である。）を用いたマスク検査装置が市販されている。しかしながら、検出感度の向上の点から、検査光源の更なる短波長化が望まれている。なお、このような波長２５７ｎｍの連続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、非特許文献１あるいは非特許文献２に示されている。
【０００４】
半導体の微細化が進むに連れてマスク上のパターンは微細化することから、欠陥検出感度向上のために、マスク検査装置の光源にも短波長化が求められている。次世代のマスク検査光源としては、波長２００ｎｍ以下の光源が必要とされている。そこで、例えば、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザの第二高調波と波長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て、これをマスク検査光源として用いたマスク検査装置が開発されている。
【０００５】
図７に従来のマスク検査光源８００の構成を示す。この従来のマスク検査光源８００では、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザ８０１ａと波長１０６４ｎｍのファイバーレーザ８０１ｂとを備えている。図７に示すように、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザ８０１ａの第二高調波と、波長１０６４ｎｍのファイバーレーザ８０１ｂとの和周波発生により１９８．５ｎｍの紫外レーザ光を発生させている。このようなマスク検査装置は、例えば、特許文献１あるいは非特許文献３に示されている。
【０００６】
しかしながら、従来の波長１９８．５ｎｍの紫外光を発生させる光源では、大型の水冷アルゴンレーザを利用する。このため、装置が巨大になるだけでなく、消費電力も数十ｋＷも必要になってしまう。さらに、アルゴンレーザのレーザ管の交換によりランニングコストが高いなどの問題があった。
【０００７】
そこで、波長変換によって波長１９３ｎｍの紫外光を１００ｍＷ前後も発生できる、小型で低消費電力の固体レーザが開発されている。図８に従来の波長変換型１９３ｎｍ固体レーザ９００の構成を示す。この従来の波長変換型１９３ｎｍ固体レーザ９００では、基本波レーザ９０１として波長約１５４７ｎｍのファイバーレーザを用い、図８に示したような波長変換の手法を用いて、波長１９３ｎｍのレーザ光を発生させている。これに関しては、例えば、特許文献２に示されている。なお、この固体レーザを従来の１９３ｎｍ固体レーザと呼ぶ。
【０００８】
従来の１９３ｎｍ固体レーザには、基本波レーザとしてファイバーレーザが用いられている。また、このファイバーレーザは、発振段と増幅段との組み合わせになっている。発振段には、半導体レーザ（ＬＤ）が用いられている。このＬＤは、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しによりパルス動作になっている。このため、最終的に得られる波長１９３ｎｍのレーザ光もパルス状であるが、そのパルス繰返し数は１００ｋＨｚ前後であり、最大でも２ＭＨｚと言われている。
【０００９】
ここで、一般的な固体レーザの繰返し数に関して説明する。一般的に固体レーザは、連続的（ＣＷ）に発光するＬＤ等で励起すればＣＷ動作が可能である。また、フラッシュランプのように、パルス発光する光源で励起すればパルス動作ができる。ただし、フラッシュランプでは、繰返し数はせいぜい１００Ｈｚ程度が限界である。一方、ＣＷ励起しながら、Ｑスイッチ動作させることで、繰り返し数を増大させることができることが知られている。例えば、代表的な固体レーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザ（単にＹＡＧレーザと呼ばれる。）では、１〜２０ｋＨｚの繰返し動作ができる。ただし、固体レーザでも、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザでは、最高３００ｋＨｚ程度まで繰り返し動作が可能であることも知られている。
【００１０】
一方、固体レーザのレーザ発振形態には、モードロックと呼ばれるものがある。モードロックとは、多数の縦モードで同時にレーザを発振させ、各モードの位相をそろえたものである。このモードロック型の固体レーザは、共振器長をＬ、光速をｃとすると、周期Ｔ＝２Ｌ／ｃの時間間隔でパルス動作することができる。共振器長は、一般に１ｍ前後であることから、周期は約６．６７ｎｓ前後になる。つまり、１５０ＭＨｚ前後の繰返し数でレーザ動作することになる。
【００１１】
ただし、モードロック動作は、多数の縦モードを同時に発振させる必要があるため、レーザのスペクトル幅（正確には、レーザ発振が可能となる利得が得られるスペクトル帯域）が比較的広いレーザだけが可能な動作である。従って、スペクトル幅が比較的に広いことで知られているファイバーレーザやチタンサファイアレーザなどで用いられる場合が多い動作形態である。
【特許文献１】特開２００６−７３９７０号公報
【特許文献２】特開２００５−３５１９１９号公報
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ４４６， 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】
【００１２】
従来の１９３ｎｍ固体レーザのように、数百ｋＨｚ程度の繰返し数のパルスレーザをマスク検査光源に用いようとすると、以下に説明する問題が生じることを、本発明者らは発見した。
【００１３】
すなわち、マスク検査装置で用いられる二次元光センサー（縦・横の二次元的に受光素子が並べられたイメージセンサー、つまり撮像装置のことである。）では、２００〜３００ｋＨｚのラインレートで、センサー内で発生した電荷を転送している。通常二次元光センサーは、３〜５μ秒程度の１ライン分の受光期間の８０％程度は電荷を蓄積しており、残りの２０％程度の期間で電荷を転送している。このような二次元光センサーでは、電荷転送時にセンサーに入射した光に対しては、センサーの感度が低下することがあった。このため、従来、３００ｋＨｚ程度の繰り返し動作が可能であるＱスイッチ型等のパルスレーザを光源として用いた場合、二次元光センサーのラインレートと同期させてレーザ発振させなければならず、余分な制御が必要になるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、小型で消費電力が低く、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期させる制御を必要としないシンプルな構造の検査装置、検査方法及びパターン基板の製造方法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の態様に係る検査装置は、被検査物上の欠陥を撮像する二次元撮像装置と、前記二次元撮像装置のラインレートより高い繰返し数の光を、前記被検査物に照射するモードロック型のレーザ光源とを備えるものである。このように、レーザ光源の繰返し数が二次元撮像装置のラインレートより高いため、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期させる制御をしなくても、被検査物の検査性能を向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記レーザ光源から出射される光の繰返し数は、前記二次元撮像装置のラインレートの１００倍以上であることを特徴とするものである。このように、レーザ光源の繰返し数を、二次元撮像装置のラインレートの１００倍以上高くすることにより、二次元撮像装置における１ライン分の受光期間内で、電荷転送時以外に受光される光のパルス数を増大させることができる。従って、ラインごとのムラを１／１００以下に抑制し、正確な検査を行うことができる。
【００１７】
本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記二次元撮像装置の前記被検査物の画像を撮像するタイミングは、前記被検査物と前記二次元撮像装置の相対位置によって決められることを特徴とするものである。本発明によれば、二次元撮像装置における電荷転送のタイミングを、実際に観察する被検査物の移動量が各ラインの受光期間の電荷転送までの期間ごとに一定量になるように決定しても、これによる光量バラツキを無視できるほど小さくすることができる。
【００１８】
本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記検査対象物を観察するための対物レンズをさらに備え、前記対物レンズのワーキングディスタンスは、３ｍｍ以上であることを特徴とするものである。これにより、マスク面と対物レンズとの間で光の干渉が生じることがなく、疑似欠陥の発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記レーザ光源は、波長１．０６μｍ帯でレーザ発振する固体レーザあるいはファイバーレーザからのレーザ光を波長変換したレーザ光を照射することを特徴とするものである。本発明は、このような場合に特に有効である。
【００２０】
本発明の第６の態様に係る検査方法は、被検査物上の欠陥を二次元撮像装置により撮像して検査する検査方法であって、モードロック型のレーザ光源から前記二次元撮像装置のラインレートより高い繰返し数の光を前記被検査物に照射し、前記被検査物を透過又は反射した光を前記二次元撮像装置により撮像する。これにより、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期させる制御をしなくても、被検査物の検査性能を向上させることが可能となる。
【００２１】
本発明の第７の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記レーザ光源から前記二次元撮像装置のラインレートの１００倍以上の繰返し数の光を出射することを特徴とする。これにより、二次元撮像装置における１ライン分の受光期間内で、電荷転送時以外に受光される光のパルス数を増大させることができる。従って、ラインごとのムラを少なくとも１／１００以下に抑制し、正確な検査を行うことができる。
【００２２】
本発明の第８の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記被検査物と前記二次元撮像装置の相対位置により、前記二次元撮像装置の前記被検査対象物を撮像するタイミングを決定することを特徴とする。これにより、二次元撮像装置における電荷転送のタイミングを、実際に観察する被検査物の移動量が各ラインの受光期間の電荷転送までの期間ごとに一定量になるように決定しても、これによる光量バラツキを無視できるほど小さくすることができる。
【００２３】
本発明の第９の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、ワーキングディスタンスが３ｍｍ以上である対物レンズで前記検査対象物を観察することを特徴とする。これにより、マスク面と対物レンズとの間で光の干渉が生じることがなく、疑似欠陥の発生を抑制することができる。
【００２４】
本発明の第１０の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記レーザ光源は、波長１．０６μｍ帯でレーザ発振する固体レーザあるいはファイバーレーザからのレーザ光を波長変換し、波長変換したレーザ光を前記被検査物に照射することを特徴とする。本発明は、このような場合に特に有効である。
【００２５】
本発明の第１１の態様に係るパターン基板の製造方法は、上記のいずれかに記載の検査方法により前記被検査物であるマスク又は基板の欠陥を検出する工程を含む。これにより、パターン基板の製造歩留まりを向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、小型で消費電力が低く、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期させる制御を必要としないシンプルな構造の検査装置、検査方法、パターン基板の製造方法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】
【００２７】
本発明の実施の形態について以下に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例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を実質的に同様の内容を示している。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る検査装置について、図１〜３を参照して説明する。ここでは、検査装置の一例として、半導体製造工程で利用されるフォトマスク（以下、単にマスクと呼ぶ。）の検査装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るマスク検査装置１の基本構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係るマスク検査装置１に用いられるマスク検査光源１００の構成を示す図である。図３は、マスク検査装置本体２００の構成を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、マスク検査装置１は、マスク検査光源１００、マスク検査装置本体２００を備えている。また、マスク検査光源１００は、モードロック型の基本波レーザ１０１と波長変換部１０２とを有している。基本波レーザ１０１としては、例えば、一般的な高出力型ファイバーレーザを用いることができる。基本波レーザ１０１は、モードロック動作をしている。なお、モードロック動作とは、レーザ発振における複数の縦モード間の位相同期を行うことにより、短パルス列を作ることを言う。モードロック型の固体レーザでは、５０〜２００ＭＨｚのパルス繰返し数で動作させることができる。本実施の形態では、基本波レーザ１０１は、例えば、繰返し数１００ＭＨｚで、波長１０６４ｎｍのレーザ光Ｌ１を出射する。
【００３０】
波長変換部１０２は、入力される基本波レーザ１０１からのレーザ光Ｌ１の波長変換を行う。図２に示すように、波長変換部１０２は、３つの非線形光学結晶１２１、１２２、１２３を有している。基本波レーザ１０１から出射されたレーザ光Ｌ１は、波長変換部１０２に入る。そして、非線形光学結晶１２１、１２２、１２３で３回波長変換され、波長２１３ｎｍの紫外域の直線偏光のレーザ光Ｌ２となる。このレーザ光Ｌ２がマスク検査装置本体２００に進み、マスクの欠陥検査に用いられる。
【００３１】
マスク検査光源１００における波長変換部１０２の構成の詳細に関して、図２を参照して説明する。基本波レーザ１０１から取りだされたレーザ光Ｌ１は、まず非線形光学結晶１２１に入射する。これにより、第二高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光Ｌ１２が発生する。非線形光学結晶１２１としては、ＬＢＯ結晶等を用いることができる。ただし、レーザ光Ｌ１２には、未変換の波長１０６４ｎｍのレーザ光も含まれる。
【００３２】
そして、レーザ光Ｌ１２は、非線形光学結晶１２２に入射する。これにより、さらにその第二高調波、すなわち、レーザ光Ｌ１の第四高調波である、波長２６６ｎｍの紫外のレーザ光Ｌ１３が発生する。非線形光学結晶１２２としては、ＢＢＯ結晶等を用いることができる。ただし、レーザ光Ｌ１３には、未変換の波長１０６４ｎｍのレーザ光、及び、波長５３２ｎｍのレーザ光も含まれる。
【００３３】
そして、レーザ光Ｌ１３は、非線形光学結晶１２３に入射する。これにより、波長１０６４ｎｍである近赤外のレーザ光と、波長２６６ｎｍである紫外のレーザ光とで和周波発生が行われ、波長２１３ｎｍの紫外のレーザ光Ｌ２が発生する。このレーザ光Ｌ２は、波長変換で発生したものなので、基本波であるレーザ光Ｌ１と全く同じ１００ＭＨｚの繰返し数のパルス動作を行うことになる。非線形光学結晶１２３としても、ＢＢＯ結晶等を用いることができる。
【００３４】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係るマスク検査装置１におけるマスク検査装置本体２００の構成について説明する。図３に示すように、マスク検査装置本体２００は、ビームスプリッタ２０１、ミラー２０２ａ、２０２ｂ、λ／４波長板２０３ａ、２０３ｂ、コンデンサレンズ２０４、偏光ビームスプリッタ２０５、対物レンズ２０６、結像レンズ２０７、二次元光センサー２０８、精密ステージ２１０ａ、２１０ｂ、可動部２１１ａ、２１１ｂ、固定部２１２ａ、２１２ｂ、制御装置２１３等を有している。本実施の形態に係るマスク検査装置１は、被検査対象の一例として、マスク基板２２０ａ上に形成されたパターン面２２０ｂの外側を囲むように配置されたペリクルフレーム２２０ｃと、これに貼り付けられたペリクル２２０ｄとからなるマスク２２０の検査を行うものである。
【００３５】
マスク検査光源１００から出射された波長２１３ｎｍの直線偏光であるレーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ２０１に当たって分割される。レーザ光Ｌ２のうち約３０％は、ビームスプリッタ２０１で反射される。反射されたレーザ光Ｌ３は、透過照明として用いられる。また、レーザ光Ｌ２の残りの７０％は、ビームスプリッタ２０１を透過する。透過したレーザ光Ｌ４は、反射照明として用いられる。
【００３６】
レーザ光Ｌ３は、ミラー２０２ａ、２０２ｂで反射され、レーザ光Ｌ５のように図３中上方に進む。そして、レーザ光Ｌ５は、λ／４波長板２０３ａを通過して円偏光のレーザ光Ｌ６となる。レーザ光Ｌ６は、コンデンサレンズ２０４を通って絞られながら進み、マスク２２０のマスク基板２２０ａを通過して、マスクのパターン面２２０ｂの観察領域に集光する。
【００３７】
一方、反射照明であるレーザ光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ２０５に当たって反射され、レーザ光Ｌ８のように、図３中下方に進む。レーザ光Ｌ８は、λ／４波長板２０３ｂを通過して、円偏光のレーザ光Ｌ９となる。レーザ光Ｌ９は、対物レンズ２０６に入射して絞られながら進み、透過照明と同様、パターン面２２０ｂの観察領域に集光する。
【００３８】
以上のような透過照明、反射照明によって照明された観察領域から発生する回折光のうち、図３中上方に進むものが、対物レンズ２０６を通り、λ／４波長板２０３ｂを通過して上方に進む。このλ／４波長板２０３ｂを通過して上方に進むレーザ光の偏光に関して以下に説明する。
【００３９】
観察領域から発生する回折光のうち、マスク２２０の下方から照射される透過照明によって発生するものは、前述したように透過照明が円偏光であるため、λ／４波長板２０３ｂを通過すると直線偏光に戻る。ただし、偏光ビームスプリッタ２０５を高い透過率で透過する向きの偏光方向になっている。従って、このレーザ光は、結像レンズ２０７を通過して、二次元光センサー２０８に到達する。
【００４０】
また、観察領域から発生する回折光のうち、マスク２２０の上方から照射される反射照明によって発生するものは、レーザ光Ｌ９が反射したものであるため、再びλ／４波長板２０３ａを通過すると、下方に進む円偏光のレーザ光Ｌ９と直交する偏光方向となって上方に進む。その結果、このレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２０５を透過し、結像レンズ２０７を透過して、二次元光センサー２０８に到達する。
【００４１】
二次元光センサー２０８としては、例えば、３００ｋＨｚのラインレートで動作するＴＤＩセンサーを用いることができる。なお、対物レンズ２０６と結像レンズ２０７とによって、マスク２２０のパターン面２２０ｂの観察領域が、二次元光センサー２０８上に拡大投影される。これにより、微小な観察領域が拡大されて観察されることで、微小な欠陥を検出することができる。
【００４２】
被検査物のマスク２２０は、リニアスケールを有する精密ステージ２１０ａ、２１０ｂの可動部２１１ａ、２１１ｂの上に載置され、吸着されている。これらの可動部２１１ａ、２１１ｂは、固定部２１２ａ、２１２ｂの上でスムースに往復移動（往復スキャン）するようになっている。このスキャンによるマスク２２０のリアルタイムの位置は、可動部２１１ａ、２１１ｂの移動をモニターすることで検知できるようになっている。すなわち、図３において、固定部２１２ａ、２１２ｂから突き出ている矢印がレーザ光を示している。このレーザ光が、可動部２１１ａ、２１１ｂの側面に当たり、そこでの反射光を検出することで、可動部２１１ａ、２１１ｂの位置がリアルタイムで検知される。
【００４３】
本実施の形態では、二次元撮像装置である二次元光センサー２０８のマスク２２０の画像を撮像するタイミングは、マスク２２０と二次元光センサー２０８との相対位置によって決められる。上述のように検知された可動部２１１ａ、２１１ｂの位置情報は、図３中矢印で示すように、制御装置２１３に送信される。制御装置２１３は、可動部２１１ａ、２１１ｂの位置情報に基づいて、二次元光センサー２０８のラインレート、すなわち、撮像タイミングを制御する。
【００４４】
従来、数百ｋＨｚで動作する従来の光源において、光源の構造によっては、レーザ発振タイミングを外部から制御することが困難な場合があった。このような場合は、逆にレーザ発振のタイミングにあわせて、二次元光センサーのラインレートを動作させようとしたが、以下の問題が生じていた。すなわち、レーザ発振のタイミングが正確に一定であれば、二次元光センサーも正確に一定のタイミングのラインレートに固定する必要がある。しかし、二次元光センサーのラインレートを一定に固定した場合に、ステージの等速スキャン中の速度が変動すると、二次元光センサーによって取得するマスクのパターン面の光学像が引き伸ばされたり、縮小されることとなってしまう。このため、検査性能が悪化してしまうことがあった。このように、二次元光センサーのラインレートを光源の動作で制御することは、スキャン速度の変動を補償できず、検査性能を悪化させる要因となっていた。
【００４５】
このため、上述したように、二次元光センサー２０８のラインレートは、マスク２２０のスキャン速度（正確には、精密ステージ２１０ａ、２１０ｂの可動部２１１ａ、２１１ｂのリアルタイムの位置）の情報を基に微調整される。これにより、正確な光学像を得ることができ、検査性能の低下を抑制することができる。
【００４６】
このように、二次元光センサー２０８における電荷転送のタイミングの決め方として、実際に観察するマスク２２０の移動量が、各ラインの受光期間の電荷転送までの期間（電荷蓄積期間）ごとに一定量になるように決定した場合、１ラインの受光期間の長さが変動してしまうことがある。図４に、二次元光センサー２０８のラインレートを説明する図を示す。図４（ａ）に示すように、１ライン分の受光期間のうち、電荷を転送するための期間以外が正常に受光する期間（電荷蓄積期間）となる。１ラインの受光期間は、マスク２２０の移動量により変動するため、図４（ｂ）に示すように、正常な受光を行う電荷蓄積期間の長さが変動することがある。
【００４７】
従来、繰返し数が二次元光センサーと同じ３００ｋＨｚの光源を用いた場合、１ライン分の受光期間の長さが変動すると、その受光期間内にパルスが全く照射されなかったり、あるいは２発照射させることがある。そのため、従来は二次元光センサーにおけるラインレートに同期させて、光源のレーザ発振を制御する必要があった。
【００４８】
しかしながら、本実施の形態に係るマスク検査装置１に用いられている二次元光センサー２０８のラインレートは３００ｋＨｚであるのに対して、照明光であるレーザ光Ｌ２のパルス繰返し数は１００ＭＨｚである。このように、本発明では、モードロック型のマスク検査光源１００は、二次元光センサー２０８のラインレートよりも３００倍以上もの高いパルス繰返し数の光をマスク２２０に照射する。このように、レーザ光源の繰返し数が二次元撮像装置のラインレートより高いため、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期する制御をしていなくても、１ライン分の受光期間の長さが変動した場合に、その電荷蓄積期間内にパルスが全く照射されないなどの問題は生じない。従って、本発明では、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期する制御システムが不要となり、検査装置の構成をシンプルなものとすることができる。また、マスク２２０の撮像を良好に行うことができ、検査性能を向上させることが可能となる。
【００４９】
マスク検査光源１００から出射されるレーザ光のパルス繰返し数は、二次元光センサー２０８のラインレートの１００倍以上であることが好ましい。本実施の形態では、二次元光センサー２０８のラインレートは３００ｋＨｚであるのに対して、照明光であるレーザ光Ｌ２のパルス繰返し数は１００ＭＨｚである。このため、二次元光センサー２０８の１ライン分の受光期間内に、約３３３パルスものパルスレーザ光が観察領域に照射されることになる。このように、二次元撮像装置における１ライン分の受光期間内で、電荷転送時以外に受光される光のパルス数（正常に受光される期間（電荷蓄積期間）内のパルス数、以下、有効パルス数と呼ぶ。）を増大させることができる。
【００５０】
従って、もしそれぞれのパルスエネルギーのばらつきが１０％あったとしても、ラインごとの有効パルス数分の光量（トータルの光エネルギー）のバラツキは１％以下に低減できる。また、１ライン分の受光期間の長さが例えば１％程度変動することがあっても、１ライン分の受光期間内に入射するパルスレーザ光のトータルのエネルギーのラインごとのバラツキを低減させることができる。従って、本発明によれば、二次元光センサー２０８における電荷転送のタイミングを、実際に観察する被検査物の移動量が、各ラインの受光期間の電荷転送までの期間ごとに一定量になるように決定しても、これによる各ラインの光量バラツキは無視できるほど小さくすることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態においては、二次元光センサー２０８とマスク検査光源１００とを同期させる必要がない。このため、二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期する制御システムが不要となり、検査装置の構成をシンプルなものとすることができる。また、二次元光センサー２０８のラインレートを、マスク２２０の位置をモニタリングすることにより微調整することができる。このため、マスク２２０の撮像を良好に行うことができ、検査性能を向上させることが可能となる。
【００５２】
ここで、対物レンズ２０６のワーキングディスタンス（ＷＤ）について、図５を参照して説明する。ワーキングディスタンスとは、被検査物であるマスク２２０の観察領域とこれに焦点を合わせた対物レンズ２０６の先端との距離である。すなわち、図５に示すように、対物レンズ２０６の最先端レンズ２０６ａからマスク２２０のパターン面２２０ｂまでの距離がワーキングディスタンスとなる。本実施の形態では、ペリクルフレーム２２０ｃの高さが６ｍｍであることから、ワーキングディスタンスが８〜１０ｍｍの一般的な対物レンズを用いている。
【００５３】
これに関して、対物レンズ２０６のワーキングディスタンスが、マスク検査光源１００から出射されるレーザ光のコヒーレンス長よりも短くなると、対物レンズ２０６の最先端レンズ２０６ａ（最もマスク２２０側のレンズ）の表面で反射するわずかな光と、マスク２２０のパターン面２２０ｂで反射する光とが干渉する場合がある。
【００５４】
表１に、従来の連続ＣＷレーザ、Ｑスイッチ固体レーザ、半導体レーザのＯＮ／ＯＦＦによるパルスレーザ、本発明に用いられるモードロック型の固体レーザのコヒーレント長を示す。なお、表１に示されたコヒーレント長は、光速ｃを各方式のレーザのスペクトル幅Δνで割った値とする一般的な公式により算出したものである。各方式のレーザのスペクトル幅は、それぞれのレーザの詳細な構造によって異なるが、例えば、波長２００ｎｍに近い紫外レーザである連続ＣＷレーザの場合、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．２，ｐｐ．７３−７５．に記載されているように、Δνは約１ＭＨｚである。従って、連続ＣＷレーザのコヒーレント長は、約３００ｍとなる。また、Ｑスイッチ固体レーザの場合、ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３６７９，ｐｐ．４９７−５０３．に記載されているように、Δνは約０．２ｐｍである。このため、Ｑスイッチ固体レーザのコヒーレント長は、約１９ｃｍになる。
【表１】
2009074802.tif 000003
【００５５】
表１に示すように、従来の光源ではコヒーレント長が数十から数百ｍｍである。このため、一般的な８〜１０ｍｍのワーキングディスタンスの対物レンズ２０６を用いると、ほとんどの場合、ワーキングディスタンスがコヒーレント長以下になる。その結果、マスクのパターン面２２０ｂから発生する光と、対物レンズ２０６の最先端レンズ２０６ａの下面から僅かに反射する光との間で干渉が生じ、それがノイズとなって二次元光センサー２０８で取得する光学画像を乱すことがあり、検査性能を悪化させることがあった。
【００５６】
これに対して、モードロック型の固体レーザから取り出されるレーザ光のスペクトル幅は、１００ＧＨｚ以上と極めて広くなっている。例えば、Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｅｎｅｇｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．９７，ｐｐ．３６−３９．に記載されているものでは、波長は約１０５５ｎｍ、波長幅は約０．９ｎｍである。従って、このモードロック型の固体レーザのコヒーレント長は約１．２４ｍｍと短くなる。ただし、本実施の形態に係るマスク検査光源１００では、このレーザ光を波長変換して、５倍波である波長約２１１ｎｍの紫外光を発生させているため、波長幅も１／５程度になる。従って、このモードロック型の固体レーザのレーザ光を波長変換した本実施の形態に係るマスク検査光源１００では、コヒーレント長は約０．２５ｍｍとさらに短くなる。
【００５７】
このように、本発明では、基本波レーザとしてモードロック型レーザを用いている。このため、本発明のマスク検査光源１００から取り出されるレーザ光Ｌ２のスペクトル幅は１００〜１０００ＧＨｚと、他の方式のレーザ光に比べると桁違いに大きい。従って、そのコヒーレント長は、０．３〜３ｍｍと小さくなる。このため、対物レンズ２０６とマスク２２０のパターン面２２０ｂとの間隔であるワーキングディスタンス（ＷＤ）を、コヒーレント長よりも長くすることができるようになった。
【００５８】
従って、一般的な８〜１０ｍｍ程度のワーキングディスタンスの対物レンズ２０６を用いても、マスク２２０のパターン面２２０ｂと対物レンズ２０６との間で、光の干渉が生じることがない。これにより、検査性能の悪化を抑制することができる。また、マスク検査装置本体で用いられる対物レンズのワーキングディスタンスが８〜１０ｍｍよりも短いものでも、３ｍｍよりも長いものであれば用いることができる。従って、ペリクルが設けられていない、ＥＵＶ用のマスクの検査を行う際には、さらに短いワーキングディスタンスの対物レンズ２０６を用いることが可能である。
【００５９】
次に、本発明のマスク検査装置１に適したマスク検査光源の他の構成について、図６を参照して説明する。図６は、マスク検査光源３００の構成を示す図である。図６に示すように、マスク検査光源３００は、モードロック型の基本波レーザ３０１と波長変換部３０２とを有している。マスク検査光源３００では、基本波レーザ３０１として、モードロック型のチタンサファイアレーザが用いられている。基本波レーザ３０１から取り出されるレーザ光Ｌ３１は、波長８２０ｎｍで、約８０ＭＨｚの繰返し数のパルスレーザ光である。
【００６０】
波長変換部３０２は、入力される基本波レーザ３０１からのレーザ光Ｌ３１の波長変換を行う。図６に示すように、波長変換部３０２は、３つの非線形光学結晶３２１、３２２、３２３を有している。基本波レーザ３０１から出射されたレーザ光Ｌ３１は、波長変換部３０２に入る。そして、非線形光学結晶３２１、３２２、３２３で３回波長変換され、波長２０５ｎｍの紫外域の直線偏光のレーザ光Ｌ３４となる。このレーザ光Ｌ３がマスク検査装置本体２００に進み、マスクの欠陥検査に用いられる。
【００６１】
具体的には、レーザ光Ｌ３１は、波長変換部３０２の非線形光学結晶３２１に入射する。これにより、第二高調波である波長４１０ｎｍのレーザ光Ｌ３２が出射する。非線形光学結晶３２１としては、ＬＢＯ結晶等を用いることができる。ただし、レーザ光Ｌ３２には、未変換の波長８２０ｎｍのレーザ光が含まれる。
【００６２】
そして、レーザ光Ｌ３２は、非線形光学結晶３２２に入射する。これにより、波長４１０ｎｍと波長８２０ｎｍとの和周波数である波長２７３．３ｎｍのレーザ光Ｌ３３が出射する。非線形光学結晶３２２としては、ＢＢＯ結晶等を用いることができる。ただし、レーザ光Ｌ３３には、未変換の波長８２０ｎｍのレーザ光も含まれる。このレーザ光Ｌ３３が非線形光学結晶３２３に入射することで、波長２０５ｎｍのレーザ光Ｌ３４が出射する。このレーザ光Ｌ３４が、マスク検査装置本体に導かれる。非線形光学結晶３２３としても、ＢＢＯ結晶等を用いることができる。このレーザ光Ｌ３４は、波長変換で発生したものなので、基本波であるレーザ光Ｌ３１と同じ繰返し数のパルス動作を行うことになる。
【００６３】
本実施の形態に係るマスク検査装置１に用いられている二次元光センサー２０８のラインレートは３００ｋＨｚであるのに対して、マスク検査光源３００から取り出されるレーザ光Ｌ３４のパルス繰返し数は８０ＭＨｚである。すなわち、マスク検査光源３００から取り出されるレーザ光Ｌ３４のパルス繰返し数は、二次元光センサー２０８のラインレートよりも高い。従って、上述したように二次元撮像装置とレーザ光源とを正確に同期する制御をしていなくても、マスク２２０の撮像を良好に行うことができ、検査性能を向上させることが可能となる。また、本実施例のマスク検査光源３００では、波長可変レーザとして代表的なチタンサファイアレーザを用いている。このため、波長変換部で用いられる非線形光学結晶の種類によっては、レーザ光Ｌ３４をさらに短波長化にすることも可能である。
【００６４】
以上説明したように、本発明によると、検査装置本体で用いられる二次元光センサーのラインレートごとに、光源を制御する必要がないことから、システム全体の制御機能を簡素化できた。また、８〜１０ｍｍのワーキングディスタンスの対物レンズを用いても、マスクパターン面との間で干渉が生じないことから、検査中に生じる擬似欠陥の個数を大幅に低減できるようになった。
【００６５】
さらに、特に本発明の光源ではワーキングディスタンスを３ｍｍ近くまで短くできることから、例えば、ＥＵＶ用マスクのように、ペリクルを用いないマスクの検査を専用とするマスク検査装置を構成する場合、３〜５ｍｍと短いワーキングディスタンスの対物レンズを用いることができる。
【００６６】
本発明の光源では、パルス繰り返し数を５０〜２００ＭＨｚで動作させることが容易になるため、１パルスのエネルギーは１〜４ｐＪと極めて小さくなる。従って、一般的な二次元光センサーのライン速度の２００〜３００ｋＨｚに合わせたパルス光源に比べて、１／１００以下になる。このため、光源自体の光学部品だけでなく、マスク検査装置本体内の光学部品へのダメージを大幅に低減できる。
【００６７】
また、マスクやマスクブランクスの検査、あるいは、半導体ウェハの検査処理に本発明の検査装置を用いることによって、基板の欠陥検査を行いパターン基板を製造することにより、半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。典型的な半導体デバイスの製造においては、マスク原板が露光装置にセットされ、光、イオンビームあるいは電子ビームなどを利用して、レジストを形成されたウェハの露光処理がなされる。露光処理がなされた半導体ウェハは現像処理が施され、レジストパターンがウェハ上に形成される。これにより、パターン基板が製造される。
【００６８】
本発明の検査装置あるいは検査方法を用いて検査されたマスク、あるいはマスクブランクスを用いたマスクによって、半導体デバイスの製造における露光処理を実施することができる。また、本発明の検査装置あるいは検査方法を用いて検査されたウェハに広く知られた半導体デバイス製造処理を施し、半導体デバイスを製造することができる。なお、公知の欠陥修正装置を用いて、欠陥修正を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態に係るマスク検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るマスク検査光源の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るマスク検査装置本体の構成を示す図である。
【図４】二次元光センサーのラインレートを説明するための図である。
【図５】対物レンズのワーキングディスタンスを説明するための図である。
【図６】実施の形態に係るマスク検査光源の他の構成を示す図である。
【図７】従来のマスク検査光源の構成を示す図である。
【図８】従来のマスク検査光源の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  マスク検査装置
１００  マスク検査光源
１０１  基本波レーザ
１０２  波長変換部
１２１、１２２、１２３  非線形光学結晶
２００  マスク検査装置本体
２０１  ビームスプリッタ
２０２ａ、２０２ｂ  ミラー
２０３ａ、２０３ｂ  λ／４波長板
２０４  レンズ
２０５  偏光ビームスプリッタ
２０６  対物レンズ
２０６ａ  最先端レンズ
２０７  結像レンズ
２０８  二次元光センサー
２１０ａ、２１０ｂ  精密ステージ
２１１ａ、２１１ｂ  可動部
２１２ａ、２１２ｂ  固定部
２１３  制御装置
２２０  マスク
２２０ａ  マスク基板
２２０ｂ  パターン面
２２０ｃ  ペリクルフレーム
２２０ｄ  ペリクル
３００  マスク検査光源
３０１  基本波レーザ
３２１、３２２、３２３  非線形光学結晶
Ｌ１  波長１０６４ｎｍのレーザ光
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９  波長２１３ｎｍのレーザ光
Ｌ１２  波長５３２ｎｍと波長１０６４ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ１３  波長２６６ｎｍと波長５３２ｎｍと波長１１０６４ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ３１  波長８２０ｎｍのレーザ光
Ｌ３２  波長４１０と波長８２０ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ３３  波長２７３．３ｎｍと波長８２０ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ３４  波長２０５ｎｍのレーザ光
【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】
2009074802.tif 000010
【図８】
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