(57)【要約】【課題】波長１９３ｎｍ近傍で効率よく発光し、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプを提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る１９３ｎｍ点光源ランプ１００は、アルゴンガスとフッ素ガスを含むＡｒＦ混合ガスを噴出するノズル１０２と、ノズル１０２の噴出口の近傍に配置された一対の電極１０３ａ、１０３ｂと、一対の電極１０３ａ、１０３ｂに直流電圧を印加するための直流電源１１１とを有する。一対の電極１０３ａ、１０３ｂ間には、繰返しパルス状に初期電子を供給する初期電子発生器１３０が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルゴンガスとフッ素ガスを含む混合ガスを噴出するノズルと、
前記ノズルの噴出口の近傍に配置された一対の電極と、
前記一対の電極に直流電圧を印加するための電源とを有する点光源ランプ。
【請求項２】
前記一対の電極間に初期電子を供給する初期電子発生部をさらに備える請求項１に記載の点光源ランプ。
【請求項３】
前記初期電子発生部は、繰返しパルス状に初期電子を供給することを特徴とする請求項４に記載の点光源ランプ。
【請求項４】
前記初期電子発生部は、紫外光を発生する重水素ランプを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の点光源ランプ。
【請求項５】
前記初期電子発生部は、電子ビームを発生する電子銃を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の点光源ランプ。
【請求項６】
前記初期電子発生部は、Ｑスイッチ動作の固体レーザを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の点光源ランプ。
【請求項７】
前記初期電子発生部は、
連続点灯する重水素ランプと、
前記重水素ランプからの連続発光の光をオン／オフ動作させ、パルス状の光とするシャッターとを備える請求項２又は３に記載の点光源ランプ。
【請求項８】
前記一対の電極は、コンデンサを有する充電回路中に配置されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の点光源ランプ。
【請求項９】
前記電源からの直流電圧のオン／オフを切替えるスイッチング素子を有する請求項１に記載の点光源ランプ。
【請求項１０】
前記電源は、直流電圧パルスを生成し、前記一対の電極に印加する請求項１に記載の点光源ランプ。
【請求項１１】
前記一対の電極間に、繰返しパルス状の電界を印加する電界印加部を有する請求項１に記載の点光源ランプ。
【請求項１２】
前記一対の電極のうちの陰極近傍に設けられたウェネルトをさらに備え、
前記ウェネルトは、前記陰極に対する電位が変化される請求項１に記載の点光源ランプ。
【請求項１３】
前記ノズル及び前記一対の電極が配置されるチャンバを備え、
前記チャンバ内に噴出された前記混合ガスの噴出圧が前記チャンバ内の雰囲気における圧力よりも高く、
前記チャンバ内の雰囲気の圧力が大気圧よりも高いことを特徴とする請求項１〜１２に記載の点光源ランプ。
【請求項１４】
前記混合ガスは、バッファガスとしてネオン又はヘリウムを含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の紫外点光源ランプ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の点光源ランプを備えるマスク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点光源ランプ及びマスク検査装置に関し、特に、波長１９３ｎｍ近傍で高速繰返しパルス発光する点光源ランプ、及びこれをマスク検査光源として用いた、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。）の欠陥を検出する際に利用されるマスク検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマスクの欠陥検査法には、マスクパターンと設計データとの比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ比較法と呼ばれる。）と、２つのチップにおけるパターン比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法と呼ばれる。）の２通りの方法が広く知られている。これらの検査方法では、いずれもマスクのパターン像を顕微鏡で検出している。その際に光学的顕微鏡を用いる場合は、マスクパターンを光で照明する必要がある。その光源（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。レーザを用いるマスク検査装置では、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】
マスク検査光源として点光源ランプと用いる場合と、レーザを用いる場合の波長以外の大きな違いとしては、以下のような点がある。すなわち、レーザの場合は、レーザ光に特有のスペックルノイズが発生する。このため、レーザを欠陥検査光源として用いると、スペックルノイズと欠陥とを見間違えることがある。つまり、実際には欠陥がないのに、欠陥と判断される場合（一般に、これは疑似欠陥と呼ばれる。）が多発することがある。
【０００４】
半導体技術の進歩、すなわち微細化と共に、要求される欠陥サイズは年々小さくなっている。このため、欠陥検出感度を高めるためにもマスク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の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。検出感度の向上の点から、マスク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。
【０００５】
半導体の微細化が進むにつれて、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である１９８．５ｎｍの紫外レーザを発生させて、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。これに関しては、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】
また、非特許文献４では、真空紫外光を発生する希ガスエキシマ光源が提案されている。非特許文献４においては、パルスジェットを用いて希ガスクラスタを生成し、これを電子衝突励起することにより希ガスエキシマを生成する方法が示されている。この方法では、ジェットノズルを通して真空中に希ガスを超音速で噴出することで、断熱膨張により希ガスエキシマが生成される。
【特許文献１】特開２００６−７３９７０号公報
【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．
【非特許文献４】「ガスジェット放電励起真空紫外キセノンエキシマ光源」、光技術情報誌「ライトエッジ」Ｎｏ．４、第２３巻、第６号レーザー研究、１９９６年２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した波長１９８．５ｎｍの従来のレーザシステムの問題点は大きく分けて２つある。１つ目としては、従来のレーザシステムは、電気効率が０．０１％程度という非常に低いアルゴンイオンレーザをベースに用いている点である。このため、このレーザシステムとしても数十ｋＷという膨大な消費電力が必要であり、しかも装置自体が巨大になってしまう。もう１つの問題点としては、従来のレーザシステムでは波長変換素子を用いており、波長変換素子に対して長時間レーザ光を照射しているとダメージが生じることがある。
【０００８】
これに対して、波長変換をすることなく、波長１９３ｎｍで高出力にレーザ動作するＡｒＦエキシマレーザが知られている。ＡｒＦエキシマレーザは、電気効率も１％程度と高い特長がある。しかし、ＡｒＦエキシマレーザは、パルス動作しか行うことができず、しかもパルス繰返し数はせいぜい５〜６ｋＨｚが限界である。マスク検査装置において受光素子として広く用いられているＣＣＤやＴＤＩセンサーでは、パルス繰返し数が２００〜１０００ｋＨｚという高速で動作する必要がある。このため、ＡｒＦエキシマレーザをマスク検査光源として利用することは困難であった。
【０００９】
特許文献４に記載の希ガスエキシマ光源では、希ガスクラスタを生成するために、真空中に希ガスを噴出する必要がある。また、希ガスエキシマ光源のパルス繰返し数を高速にするためには、希ガスのパルスジェットを短パルス化する必要があり、実現が困難である。
【００１０】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、波長１９３ｎｍ近傍で効率よく発光し、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプ及びこれを用いた次世代のマスク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】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る点光源ランプは、アルゴンガスとフッ素ガスを含む混合ガスを噴出するノズルと、前記ノズルの噴出口の近傍に配置された一対の電極と、前記一対の電極に直流電圧を印加するための電源とを有するものである。このように、ＡｒＦ混合ガスを高速に流すことで、発光によって枯渇するフッ素分子を補充することができ、１９３ｎｍ近傍でパルス発光を持続させることができる。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記一対の電極間に初期電子を供給する初期電子発生部をさらに備えるものである。これにより、放電のトリガーとして初期電子を供給することができるため、効率よく１９３ｎｍ近傍の紫外光を発生することが可能となる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記初期電子発生部は、繰返しパルス状に初期電子を供給することを特徴とするものである。このような構成により、放電のスイッチングとして繰り返しパルス状に初期電子を供給することができる。このため、繰り返し数は、初期電子を供給する速度（周波数）によって、２００ｋＨｚ以上に高くすることが容易である。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記初期電子発生部は、紫外光を発生する重水素ランプを有することを特徴とするものである。重水素ランプは、波長１００〜２００ｎｍの強い真空紫外光を発生できため、混合ガス中に照射することで、その高いフォトンエネルギーによって、ガスを電離させ、初期電子を大量に発生できる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記初期電子発生部は、電子ビームを発生する電子銃を有することを特徴とするものである。電子銃は２００ｋＨｚ以上の高速繰り返しパルス動作が容易であるため、これによって、高速繰り返しパルス動作の１９３ｎｍ点光源ランプを実現できる。
【００１６】
本発明の第６の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記初期電子発生部は、Ｑスイッチ動作の固体レーザを有することを特徴とするものである。Ｑスイッチ動作の固体レーザには、１００ｋＨｚ以上の高い繰り返し数でパルス動作できるものがあり、しかも数ナノ秒以下の短いパルス光が発生する。このため、ピークパワーが高く、ガス中に集光することで、ガスを電離させて、初期電子を発生することができる。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記初期電子発生部は、連続点灯する重水素ランプと、前記重水素ランプからの連続発光の光をオン／オフ動作させ、パルス状の光とするシャッターとを備えるものである。これにより、連続発光の重水素ランプを用いても、一度発生した連続光を、チョッパなどのシャッターを用いることで、パルス光に変換でき、高速繰返しパルス動作の１９３ｎｍ点光源ランプを実現することができる。
【００１８】
本発明の第８の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記一対の電極は、コンデンサを有する充電回路中に配置されていることを特徴とするものである。これにより、ランプ放電の回路がスイッチング素子を含むパルス回路ではなく、コンデンサを直流電圧で充電させるだけでよい。
【００１９】
本発明の第９の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記電源からの直流電圧のオン／オフを切替えるスイッチング素子を有するものである。これにより、高速繰返しパルス動作の１９３ｎｍ点光源ランプを実現することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記電源は、直流電圧パルスを生成し、前記一対の電極に印加するものである。これにより、高速繰返しパルス動作の１９３ｎｍ点光源ランプを実現することができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記一対の電極間に、繰返しパルス状の電界を印加する電界印加部を有するものである。これにより、電界を印加した瞬間に、放電電流が遮断されるため、パルス状の発光が可能になる。しかも、パルス状に電界を印加させる際の繰り返し速度を２００ｋＨｚ以上に高めることも容易である。
【００２２】
本発明の第１２の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記一対の電極のうちの陰極近傍に設けられたウェネルトをさらに備え、前記ウェネルトは、前記陰極に対する電位が変化されるものである。これにより、高速繰返しパルス動作の１９３ｎｍ点光源ランプを実現することができる。
【００２３】
本発明の第１３の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記ノズル及び前記一対の電極が配置されるチャンバを備え、前記チャンバ内に噴出された前記混合ガスの噴出圧が前記チャンバ内の雰囲気における圧力よりも高く、前記チャンバ内の雰囲気の圧力が大気圧よりも高いことを特徴とするものである。これにより、チャンバ内を真空に引くことなく、１９３ｎｍの点光源ランプを実現できる。
【００２４】
本発明の第１４の態様に係る点光源ランプは、上記の点光源ランプにおいて、前記混合ガスは、バッファガスとしてネオン又はヘリウムを含むものである。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１５の態様に係るマスク検査装置は、上記いずれかに記載の点光源ランプを備えるものである。これにより、波長１９３ｎｍ近傍で効率よく発光し、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプを用いることで、検出感度を向上した次世代のマスク検査装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、波長１９３ｎｍ近傍で効率よく発光し、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプ及びこれを用いた次世代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】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について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１に係る点光源ランプについて、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る１９３ｎｍ点光源ランプ１００の構成を示す図である。図１（ａ）は点光源ランプ１００を上から見た図であり、同図（ｂ）は点光源ランプ１００を横から見た図である。なお、図１においては、説明のためレンズ１０５ｃ等の図示を省略している。図２は、実施の形態１に係る１９３ｎｍ点光源ランプ１００に用いられるガス循環系１２０の構成を示す図である。図１に示すように、１９３ｎｍ点光源ランプ１００は、充電回路１１０、ガス循環系１２０、初期電子発生器１３０を備えている。充電回路１１０は、直流電源１１１、コンデンサ１１２、コイル１１３を含む。充電回路１１０は、直流電源１１１によりコンデンサ１１２を充電するための回路である。なお、図１においては、判りやすい様に充電回路１１０を構造図ではなく電気回路で示してある。また、本実施の形態に係る点光源ランプ１００は、チャンバ１０１、ノズル１０２、電極１０３ａ、１０３ｂ、排気口１０４、レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、ダイクロイックミラー１０６を備える。
【００２９】
本実施の形態に係る点光源ランプ１００では、アルゴンガスとフッ素ガスを含み、バッファガスとしてネオンあるいはヘリウムを含む混合ガス（以下、ＡｒＦ混合ガスと呼ぶ。）が用いられる。このＡｒＦ混合ガスを、直流電圧が印加された一対の電極１０３ａ、１０３ｂ間に高速に噴出させる。本実施の形態では、この電極１０３ａ、１０３ｂ間に繰返しパルス動作の放電開始用初期電子を供給する。なお、初期電子とは、放電を開始させるのに十分な数の電子のことである。
【００３０】
ガス循環系１２０は、気密性の高いチャンバ１０１を含んだ閉ループ状になっている。図２に示すように、ガス循環系１２０は、熱交換器１２１、ポンプ１２２、ガス供排気系１２３を備えている。熱交換器１２１は、循環されるＡｒＦ混合ガスを冷却するものである。ポンプ１２２は、ＡｒＦ混合ガスをノズル１０２から噴出させる。ポンプ１２２としては、例えば、ドライポンプやスクロールポンプ等を用いることができる。ガス循環系１２０では、ＡｒＦ混合ガスを循環させることで、ノズル１０２から高速のＡｒＦ混合ガスが連続的に噴出するようになっている。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、ノズル１０２の下流側、すなわち、ノズル１０２から噴出されるＡｒＦ混合ガスが到達するチャンバ１０１の側面には、排気口１０４が設けられている。このように、チャンバ１０１の排気口１０４をＡｒＦ混合ガスが供給されるノズル１０２と対面の位置に配置することにより、噴出されるＡｒＦ混合ガスを速やかにチャンバ１０１から排気することができる。チャンバ１０１内は、排気口１０４に接続されたポンプ１２２により排気され、所定の圧力に保たれる。チャンバ１０１内に噴出された混合ガスの噴出圧は、チャンバ１０１内の雰囲気における圧力よりも高く、また、チャンバ１０１内の雰囲気の圧力は大気圧よりも高い。チャンバ１０１内の圧力とＡｒＦ混合ガスの噴出圧との差は、３気圧以上あることが好ましい。例えば、ノズル１０２からの噴出圧が９気圧である場合、チャンバ１０１内の圧力は６気圧又はそれ以下に保たれる。このように、本実施の形態に係る点光源ランプ１００では、チャンバ１０１内を真空に引く必要はない。
【００３２】
ノズル１０２の先端近傍、すなわち、噴出口の近傍には、充電回路１１０に接続された一対の電極１０３ａ、１０３ｂが配置されている。一対の電極のうちの一方の電極１０３ａは、直流電源１１１の負極及びコンデンサ１１２の一方の電極に接続されている。また、他方の電極１０３ｂは、コイル１１３を介して直流電源１１１の正極に接続されており、さらに、コンデンサ１１２の他方の電極に接続されている。
【００３３】
初期電子発生器１３０は、電極１０３ａ、１０３ｂ間に、放電開始用初期電子（放電を開始させるのに十分な数の初期電子のことであるが、以下、初期電子と呼ぶ。）を供給する。本実施の形態においては、初期電子発生器１３０は、パルス電源１３１、重水素ランプ１３２を有している。重水素ランプ１３２は、２５０ｋＨｚのパルス電源１３１によって動作する。従って、重水素ランプ１３２は、パルス状の真空紫外光を発生する。
【００３４】
重水素ランプ１３２から出射された真空紫外光は、レンズ１０５ａを通過して平行なビームになり、ダイクロイックミラー１０６に入射する。ダイクロイックミラー１０６は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する。ダイクロイックミラー１０６は、入射光に対して４５°の角度で配置されている。本実施の形態においては、ダイクロイックミラー１０６は、入射する真空紫外域の波長の光をレンズ１０５ｂ側に反射する。ダイクロイックミラー１０６で反射した光は、チャンバ１０１の側面に設けられたレンズ１０５ｂに入射する。レンズ１０５ｂに入射した光は、レンズ１０５ｂを通過することにより絞られながら進み、電極１０３ａ、１０３ｂ間で集光する。
【００３５】
１９３ｎｍ点光源ランプ１００では、ノズル１０２から噴出するＡｒＦ混合ガスに、初期電子発生器１３０である重水素ランプ１３２からの真空紫外光が集光することで、Ａｒガスやバッファガスであるネオンが電離し、初期電子が発生する。この初期電子がトリガーとなって、電極１０３ａ、１０３ｂ間に大電流が流れる。これにより、ＡｒＦ混合ガスが励起子、励起状態のＡｒＦ（以下、ＡｒＦ＊と示す）が生成される。このＡｒＦ＊が失活する際に、波長１９３ｎｍ前後の自然放出光が発生する。この波長１９３ｎｍの紫外光は四方八方に発生する。
【００３６】
この波長１９３ｎｍの紫外光の中で、図１（ｂ）中、上下の２方向に取り出されるものを、レンズ１０５ｂ、１０５ｃによって平行ビームに変換する。従って、レンズ１０５ｂは、重水素ランプ１３２からの真空紫外光を電極１０３ａ、１０３ｂ間に集光する役割と、電極間で発生した波長１９３ｎｍの紫外光を取り出す役割とを果たしている。このようにして取り出された光は、後述するマスク検査装置２００の検査光として用いられる。つまり、レンズ１０５ｂを通過した紫外光Ｌ２１を透過照明として、レンズ１０５ｃを通過した紫外光Ｌ２５を反射照明として利用することができる。
【００３７】
次に、図１に示された１９３ｎｍ点光源ランプ１００の発光タイミングに関して、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態に係る点光源ランプ１００の充電回路１１０におけるコンデンサ１１２の充電エネルギーを示す図である。図３に示すように、点光源ランプ１００のコンデンサ１１２は、直流電源１１１によって充電される。本実施の形態においては、約４μｓｅｃかけて充電される。そして、重水素ランプ１３２から真空紫外光が照射される。この真空紫外光がトリガーとなって、電極１０３ａ、１０３ｂ間で放電が開始される。これによって、コンデンサ１１２に蓄えられていた電荷が一気に回路を流れるように短絡する。つまり、電極１０３ａ、１０３ｂ間でアーク電流が流れる。これにより、ＡｒＦ混合ガスは励起され、波長１９３ｎｍの紫外光が発生する。
【００３８】
コンデンサに蓄えられていた電荷がなくなると放電は停止する。発光時間は、例えば、約１０ｎｓｅｃである。放電が停止すると、電極１０３ａ、１０３ｂ間が開放状態になる。このため、再びコンデンサ１１２が充電され始める。以上のように、コンデンサ１１２が直流電源１１１で充電され、重水素ランプ１３２が所定の繰返し数で真空紫外光を照射することにより、１９３ｎｍ点光源ランプ１００は繰返しパルス発光を実現することができる。すなわち、コンデンサ１１２は直流電源１１１で充電されるだけで、トリガーとなる真空紫外光の照射をスイッチングすることにより、繰返しパルス発光が可能となる。なお、本実施の形態では、充電時間が約４μｓｅｃであり、放電は１０ｎｓｅｃ前後と短いため、コンデンサ１１２の充放電の周期も約４μｓｅｃである。つまり、充放電の繰返し数が約２５０ｋＨｚになっている。
【００３９】
このように、点光源ランプの放電回路がスイッチング素子を含むパルス回路ではなく、コンデンサ１１２を直流電圧で充電させるだけであり、放電のスイッチングとして、繰り返しパルス動作的に初期電子を供給する。このため、繰り返し数は、初期電子を供給する速度（周波数）によって、２００ｋＨｚ以上に高くすることが容易である。また、ＡｒＦ混合ガスを高速に噴出させることで、発光によって枯渇するフッ素分子を常に補充することができ、パルス発光を持続させることができる。なお、これに関しては、ＡｒＦエキシマレーザにおいて広く知られているように、ＡｒＦ混合ガスを高速に流さないとレーザ発振しなくなるのを防ぐためのガスフローと同等の作用である。さらに、ＡｒＦ混合ガスを噴出させるため、プラズマが高速で移動することから、電極がスパッタされず、長寿命になる。また、本実施の形態に係る点光源ランプ１００を用いることによって、電極間隔を小さくできるため、高輝度のランプが実現できる。また、電源が直流であり、小型で安価になる。
【００４０】
また、本実施の形態では、特に初期電子の供給手段として、重水素ランプから放射される紫外光を用いている。重水素ランプでは、波長１００〜２００ｎｍの強い真空紫外光を発生できることが知られている。これを混合ガス中に照射することにより、その高いフォトンエネルギーによってガスを電離させ、初期電子を大量に発生することができる。
【００４１】
次に、図１示された１９３ｎｍ点光源ランプ１００を用いたマスク検査装置２００について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係るマスク検査装置２００の構成を示す図である。図４に示すように、マスク検査装置２００は、ミラー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、λ／４波長板２０２ａ、２０２ｂ、コンデンサーレンズ２０３、偏光ビームスプリッタ２０４、対物レンズ２０５、結像レンズ２０６、二次元光検出器２０７を備えている。本実施の形態に係るマスク検査装置２００は、被検査対象の一例として、マスク基板２１０ａ上に形成されたパターン面２１０ｂの外側を囲むように配置されたペリクルフレーム２１０ｃと、これに貼り付けられたペリクル２１０ｄとからなるマスク２１０の検査を行うものである。
【００４２】
１９３ｎｍ点光源ランプ１００からは、透過照明と反射照明の２本の紫外光がほぼ平行なビームとなって取り出される。まず、透過照明について説明する。透過照明として用いられる紫外光Ｌ２１は、ミラー２０１ｂ、ミラー２０１ｃでそれぞれ折り返され、λ／４波長板２０２ａを通過して、コンデンサーレンズ２０３に入射する。コンデンサーレンズ２０３に入射した紫外光Ｌ２３は絞られながら進み、Ｌ２４のようにマスク基板２１０ａを通過して、マスク２１０のパターン面２１０ｂ内の観察領域に照射される。
【００４３】
一方、反射照明について説明する。反射照明として用いられる紫外光Ｌ２５は、偏光ビームスプリッタ２０４に入射する。偏光ビームスプリッタ２０４で反射する直線偏光の成分は図４中下方に進み、λ／４波長板２０２ｂを透過して、対物レンズ２０５に入射する。そして、対物レンズ２０５を透過した光はパターン面２１０ｂ内の観察領域に照射される。
【００４４】
以上のように、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４中上方に進むものが対物レンズ２０５を透過する。そして、対物レンズ２０５を透過した光が、偏光ビームスプリッタ２０４、結像レンズ２０６を透過して、二次元光検出器２０７に入射して、パターン検査処理が行われる。本実施の形態に係る１９３ｎｍ点光源ランプ１００はレーザではないため、スペックルノイズが全く無い。このため、これを用いたマスク検査装置２００では、擬似欠陥を大幅に低減できる効果を有する。
【００４５】
なお、図５に示すように、重水素ランプ１３２からの真空紫外光を電極１０３ａ、１０３ｂ間に集光するためのレンズ１０５ａ、１０５ｂと、電極１０３ａ、１０３ｂ間で発生した紫外光を取り出すレンズ１０５ｃ、１０５ｄとを別々に設けるようにしてもよい。
【００４６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る点光源ランプ３００の構成について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態２に係る点光源ランプ３００の構成を示す図である。図６に示すように、本実施の形態に係る１９３ｎｍ点光源ランプ３００は、充電回路３１０、ガス循環系３２０、初期電子発生器３３０を備えている。充電回路３１０は、直流電源３１１によりコンデンサ３１２、コイル３１３を含む。また、本実施の形態に係る点光源ランプ１００は、チャンバ３０１、ノズル３０２、電極３０３ａ、３０３ｂ、排気口３０４、レンズ３０５を備える。本実施の形態に係る点光源ランプ３００において、実施の形態１に係る点光源ランプ１００と異なる点は、初期電子発生器として重水素ランプの代わりに高繰返しの短パルスレーザを用いている点である。また、初期電子発生器３３０以外の他の構成については、実施の形態１と略同等であるため説明を省略する。
【００４７】
図６に示した１９３ｎｍ点光源ランプ３００では、初期電子発生器３３０に高繰返し短パルスレーザを用いている。高繰返し短パルスレーザとしては、Ｑスイッチ動作の固体レーザを用いることができる。本実施の形態において用いた高繰返し短パルスレーザの特性としては、パルス幅約１００ｎｓ、繰返し数２５０ｋＨｚである。このため、この高繰返し短パルスレーザでは、約４００ｋＷのピークパワーのパルス光が得られる。このパルス光を電極３０３ａ、３０３ｂ間に集光させることで、Ａｒやネオンが電離し、初期電子が発生する。
【００４８】
このように、１００ｋＨｚ以上の高い繰り返し数でパルス動作でき、ピークパワーが高く、数ナノ秒以下の短いパルス光を発生することができるＱスイッチ動作の固体レーザを用いることによって、このパルス光をガス中に集光することで、ガスを電離させて、初期電子を発生しやすくすることができる。
【００４９】
また、上述したように、初期電子を供給する速度（周波数）によって、繰返し数を２００ｋＨｚ以上に高くすることが容易である。また、ＡｒＦ混合ガスを高速に噴出させることで、発光によって枯渇するフッ素分子を常に補充することができ、パルス発光を持続させることができる。また、本実施の形態に係る点光源ランプ１００を用いることによって、電極間隔を小さくできるため、高輝度のランプが実現できる。
【００５０】
なお、図１に示した１９３ｎｍ点光源ランプ１００における初期電子発生器１３０の重水素ランプ１３２からの真空紫外光、及び図６に示した１９３ｎｍ点光源ランプ３００における初期電子発生器３３０の高繰返し短パルスレーザからのレーザ光を、ノズルと対面する方向から供給せずに、図７に示すように、斜め方向から供給してもよい。このように、初期電子発生のための真空紫外光又はレーザ光を斜め方向から供給することにより、ダイクロイックミラーを用いない場合でもチャンバの排気口をＡｒＦ混合ガスを供給するノズルに対向した位置に配置することができる。これにより、ノズルから噴出されるＡｒＦ混合ガスを速やかにチャンバから排気することができる。
【００５１】
実施の形態３．
実施の形態３に係る１９３ｎｍ点光源ランプ５００の構成について、図８、図９を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係る点光源ランプ５００の一部の構成を示す図である。また、図９は、点光源ランプ５００において用いられる回転式チョッパの構成を示す図である。なお、チャンバ等、他の構成については、図１に示したものと同等の構成を採用することができる。図８に示すように、本実施の形態に係る点光源ランプ５００は、初期電子発生器５３０として、直流電源５３１、重水素ランプ５３２を備えている。本実施の形態で用いられる重水素ランプ５３２としては、図１に示した点光源ランプ１００の初期電子発生器１３０である重水素ランプ１３２のようなパルス駆動のものではなく、広く商品化されている直流電源駆動で連続発光の重水素ランプ５３２を用いることが可能である。
【００５２】
初期電子発生器５３０では、約１５０Ｖの直流電源によって連続発光する重水素ランプ５３２が用いられている。重水素ランプ５３２で発生する真空紫外光は、平凸レンズを向かい合わせて配置したレンズペア５０５ａを透過して、一度焦点を結び、再びレンズペア５０５ｂによって再度集光する。このレンズペア５０５ｂによって集光する位置にチャンバ内の電極５０３ａ、５０３ｂが配置される。
【００５３】
重水素ランプ５３２からの真空紫外光が最初の焦点を結ぶ位置、すなわち、レンズペア５０５ａによって集光する位置には、回転式チョッパ５１０が配置されている。図９に示すように、回転式チョッパ５１０は、円板に多数のスリットが配置された構成を有している。この回転式チョッパ５１０を高速で回転させることにより、パルス状の真空紫外光を電極間に供給することができる。特に２００ｋＨｚ以上の高速繰り返しパルス光を生成させるために、高速回転型のチョッパ５１０を用いるのが好ましい。
【００５４】
これにより、波長１９３ｎｍ近傍で効率よく発光し、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプを実現することが可能である。また、上述したように、ＡｒＦ混合ガスを高速に噴出させることで、発光によって枯渇するフッ素分子を常に補充することができ、パルス発光を持続させることができる。
【００５５】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る１９３ｎｍ点光源ランプ６００の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施の形態に係る点光源ランプ６００の構成を示す図である。なお、チャンバ等、他の構成については、図１に示したものと同等の構成を採用することができる。本実施の形態に係る点光源ランプ６００は、初期電子発生器６３０として、電子銃６３１を備えている。すなわち、本実施の形態では、上述した真空紫外光、レーザ光の代わりに、電子ビームを照射することにより初期電子を発生させる。
【００５６】
図１０に示すように、初期電子発生器６３０中には、電子銃６３１が備えられている。また、チャンバ６０１には、チャンバ６０１と電子銃６３１との間を隔てるように、ベリリウムウインド６３２が配置されている。電子銃６３１から発生する電子ビームは、ベリリウムウインド６３２からチャンバ内部に設けられた電極５０３ａ、５０３ｂ間の周辺まで進むようになっている。これが直接放電の初期電子となる。電子銃６３１は、数百ｋＨｚ以上の高速繰返しパルス動作を行うのが容易である。このため、これを初期電子発生器５３０として用いることによって、２００ｋＨｚ以上の高い繰返し数でパルス発光できる点光源ランプを実現することが可能である。
【００５７】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る１９３ｎｍ点光源ランプ７００の構成について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施の形態に係る点光源ランプ７００の構成を示す図である。なお、チャンバ等、他の構成については、図１に示したものと同等の構成を採用することができる。本実施の形態に係る点光源ランプ７００は、初期電子発生器を用いずに、その代わりに、電極７０３ａ、７０３ｂ間の放電を遮断するための電極７０３ｃが設けられている。すなわち、波長１９３ｎｍの光の発光のための電極７０３ａ、７０３ｂの近傍に、第３の電極７０３ｃが配置されている。
【００５８】
この第３の電極７０３ｃには、スイッチング素子７１１を介して電源７１０が接続されている。電源７１０により第３の電極７０３ｃに電圧を印加することによって、電極７０３ａ、７０３ｂ間に電界が生じるこの電界によって放電による電子を曲げて、放電を遮断することができる。スイッチング素子７１１によりオン／オフを切替えて、第３の電極７０３ｃに高速繰返し動作で電圧を印加することによって、電極７０３ａ、７０３ｂ間の放電を高速繰返し動作で行うことができる。
【００５９】
このように、ＡｒＦ混合ガスの高速流に配置された一対の電極７０３ａ、７０３ｂを、コンデンサを有する充電回路中に配置し、かつ電極７０３ａ、７０３ｂ間に、繰り返しパルス動作的に電界を印加させる。これにより、電界を印加した瞬間に、放電電流が遮断されるため、パルス状の発光が可能になる。しかもパルス的に電界を印加させる際の繰り返し速度を２００ｋＨｚ以上に高めることも容易である。また、初期電子発生器が不要となるため、装置全体が小型化することができる。
【００６０】
他の実施の形態．
図１２に、他の実施の形態に係る１９３ｎｍ点光源ランプ８００の構成を示す。なお、チャンバ等、他の構成については、図１に示したものと同等の構成を採用することができる。本実施の形態に係る点光源ランプ８００は、初期電子発生器を用いずに、その代わりに、陰極８０３ａの近傍にウェネルト８０４が設けられている。陰極８０３ａに対するウェネルト８０４の電位を変化させることによって、陰極８０３ａ・陽極８０３ｂ間の加速電界を増強することができる。
【００６１】
ウェネルト８０４には、スイッチング素子８１０が接続されている。スイッチング素子８１０により陰極８０３ａに対するウェネルト８０４の電位を高速繰返し動作で変化させることによって、陽極８０３ａと陰極８０３ｂとの間の放電を高速繰返し動作で行うことができる。また、陰極８０３ａからの電子は、ウェネルト８０４に印加された負の電圧による影響で、ウェネルト８０４と陽極８０３ｂとの間で絞られて、クロスオーバーが形成される。このクロスオーバーに向かって、ノズル１０２からＡｒＦ混合ガスが噴出される。
【００６２】
なお、上述の実施の形態においては、充電回路の電源として、直流電圧を印加するものについて説明したが、直流電圧パルスを印加するものを用いてもよい。また、充電回路の電源からコンデンサに供給する電圧のオン／オフを切替えるスイッチング素子を設けてもよい。
【００６３】
実施例．
本発明の実施例について以下に説明する。図１に示されるような、１９３ｎｍ点光源ランプをシミュレートした。チャンバ内の圧力は６気圧とし、ＡｒＦ混合ガスの噴出圧は９気圧とした。ＡｒＦ混合ガスの流量は１０−３ｍ３／ｍｉｎとし、流速は３０ｍ／ｓｅｃとした。また、重水素ランプの周波数は２５ｋＨｚとした。ノズル径は、０．２ｍｍφとした。これにより、アーク長が０．５ｍｍの１９３ｎｍの紫外光を得ることができた。なお、この場合、点光源ランプの繰返し数は２５ｋＨｚである。ＡｒＦ混合ガスの流速と重水素ランプの周波数、ノズル径等を調整することにより、さらに高繰返し数の１９３ｎｍ点光源ランプを実現することが可能である。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係る１９３ｎｍ点光源ランプは、波長１９３ｎｍの点光源紫外光を高速繰返し動作で発光できため、特にマスク検査用光源として適している。また、その他の応用としては、点光源であるため、レンズを用いることにより平行ビームが容易に形成できる。このため、レーザ光と同様に、離れた場所まで紫外光を伝送することが用意となる。従って、スペックルノイズが悪影響を及ぼす露光用光源などにも適用することができる。露光用光源としてＡｒＦエキシマレーザを用いる場合と比較すると、装置が小型で安価になる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１に係る点光源ランプの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る点光源ランプに用いられるガス循環系の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る点光源ランプの発光タイミングを説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係る点光源ランプを用いたマスク検査装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る点光源ランプの他の構成を示す図である。
【図６】実施の形態２に係る点光源ランプの構成を示す図である。
【図７】実施の形態１又は２に係る点光源ランプの他の構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る点光源ランプの構成の一部を示す図である。
【図９】実施の形態３に係る点光源ランプに用いられる回転式チョッパの構成を示す図である。
【図１０】実施の形態５に係る点光源ランプの構成の一部を示す図である。
【図１１】実施の形態６に係る点光源ランプの構成の一部を示す図である。
【図１２】その他の実施の形態に係る点光源ランプの構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００、３００、４００、５００、６００、７００、８００  １９３ｎｍ点光源ランプ
１０１、３０１、４０１、６０１、７０１、８０１  チャンバ
１０２、３０２、４０２、６０２、７０２、８０２  ノズル
１０３ａ、１０３ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、４０３ａ、４０３ｂ、５０３ａ、５０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ、７０３ａ、７０３ｂ、８０３ａ、８０３ｂ  電極
１０４、３０４、４０４  排気口
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、３０５  レンズ
１０６  ダイクロイックミラー
１１０、３１０  充電回路
１１１、３１１  直流電源
１１２、３１２  コンデンサ
１１３、３１３  コイル
１２０、３２０  ガス循環系
１３０、３３０、５３０  初期電子発生器
１３１、５３１  電源
１３２、５３２  重水素ランプ
２００  マスク検査装置
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ  ミラー
２０２ａ、２０２ｂ  λ／４波長板
２０３  コンデンサーレンズ
２０４  偏光ビームスプリッタ
２０５  対物レンズ
２０６  結像レンズ
２０７  二次元光検出器
５０５ａ、５０５ｂ  ペアレンズ
５１０  回転式チョッパ
６３１  電子銃
６３２  ベリリウムウインド
７１０  電源
７１１  スイッチング素子
８０４  ウェネルト
８１０  スイッチング素子
【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】
2009032487.tif 000011
【図１０】
2009032487.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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