JP2008129035A - Light source device for mask inspection, and mask inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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光源装置及びマスク検査装置に関する。 The present invention relates to a mask inspection light source device and a mask inspection apparatus used when detecting defects in a photomask (hereinafter simply referred to as a mask) used in a semiconductor manufacturing process.
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つのマスク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。)との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。 In general, a mask defect inspection method includes a mask pattern and design data comparison inspection method (generally referred to as a die-to-database comparison method) and a pattern comparison inspection method for two masks (generally a die-to-die comparison). Two methods are widely known. In any of these inspection methods, a mask pattern image is detected with a microscope. In that case, when using an optical microscope, it is necessary to illuminate the mask pattern with light. The light source (that is, mask inspection light source) is roughly classified into a case of using a lamp and a case of using a laser. In a mask inspection apparatus using a laser, a continuous laser that generates continuous laser light is generally used.
近年、半導体の進歩すなわち微細化と共に、検出が要求される欠陥サイズは年々小さくなっている。従って、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、従来製品化されたマスク検査装置では、波長364nmのアルゴンレーザが光源として用いられていた。また、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。しかし、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。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。
In recent years, with the progress of semiconductors, that is, miniaturization, the defect size required to be detected has been reduced year by year. Therefore, in order to increase the defect detection sensitivity, it is necessary to shorten the wavelength of the inspection light source. Therefore, an argon laser having a wavelength of 364 nm has been used as a light source in a mask inspection apparatus that has been commercialized. Recently, a mask inspection apparatus using a continuous laser beam having a wavelength of 257 nm (this is a second harmonic wave having a wavelength of 514 nm, which is the maximum output line of an argon laser) is commercially available. However, further shortening of the wavelength of the inspection light source is desired from the viewpoint of detection sensitivity. A conventional mask inspection apparatus using such a continuous laser beam having a wavelength of 257 nm is disclosed in
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。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。
Since the pattern on the mask becomes finer as the semiconductor becomes finer, the light source of the mask inspection apparatus is also required to have a shorter wavelength in order to improve the defect detection sensitivity. As a next generation mask inspection light source, a light source having a wavelength of 200 nm or less is required. Therefore, for example, there is a mask inspection apparatus that generates 198.5 nm ultraviolet laser light, which is the sum frequency of the second harmonic of an argon laser with a wavelength of 488 nm and a fiber laser with a wavelength of 1064 nm, and uses this as a mask inspection light source. Has been developed. Such a mask inspection apparatus is disclosed in
一方、マスク検査装置においては、前述したようなマスク検査光源だけでなく、マスクの観察部に対物レンズの焦点を合わせるためのオートフォーカス機構にもレーザ装置が用いられている。オートフォーカス用レーザには、フォーカス位置を高速に追従させる必要があることから、連続発振型が好ましく、あるいは数十kHz以上の高繰り返し型のレーザが必要である。そこで、波長405〜408nmのブルーの半導体レーザや、波長473nmの波長変換型固体レーザが用いられることが多かった。 On the other hand, in the mask inspection apparatus, a laser apparatus is used not only for the mask inspection light source as described above but also for an autofocus mechanism for focusing the objective lens on the observation part of the mask. Since the autofocus laser needs to follow the focus position at a high speed, a continuous oscillation type is preferable, or a high repetition type laser of several tens of kHz or more is required. Therefore, a blue semiconductor laser having a wavelength of 405 to 408 nm and a wavelength conversion solid-state laser having a wavelength of 473 nm are often used.
ここで、マスク検査装置のオートフォーカス用レーザの波長に関して説明する。一般に、フォトマスクのパターン形成面上に形成されるパターン状の膜は、厚み約100〜300nm程度である。このため、マスクの欠陥検査時には、そのパターン面に100nm程度以下の精度で焦点を合わせる必要がある。従って、オートフォーカス用レーザの波長は短い程良い。ところが、オートフォーカス用レーザは、マスク検査光源の照明光と一緒にマスク上に照射させる必要がある。このため、ダイクロイックミラーを用いて、それぞれの光を同軸上に合わせて、マスク上に照射させている。 Here, the wavelength of the autofocus laser of the mask inspection apparatus will be described. Generally, a patterned film formed on the pattern formation surface of a photomask has a thickness of about 100 to 300 nm. For this reason, at the time of defect inspection of the mask, it is necessary to focus on the pattern surface with an accuracy of about 100 nm or less. Therefore, the shorter the wavelength of the autofocus laser, the better. However, the autofocus laser needs to be irradiated onto the mask together with the illumination light of the mask inspection light source. For this reason, using a dichroic mirror, each light is coaxially irradiated and irradiated on the mask.
ダイクロイックミラーは、反射率・透過率に波長依存性を有する。このダイクロイックミラーの特性から、オートフォーカス用レーザの波長は、マスク検査光源の波長から少なくとも100nm程度は離れている必要がある。そこで、従来、例えば検査光源の波長が257nmである場合、オートフォーカス用レーザの波長は約350nmより長くしている。また、装置のコンパクト性も考慮すると、前述した波長405nmの半導体レーザが最適であった。なお、波長405nmの光源をオートフォーカスに用いることに関しては、例えば、特許文献2に示されている。 The dichroic mirror has wavelength dependency in reflectance and transmittance. From the characteristics of this dichroic mirror, the wavelength of the autofocus laser needs to be at least about 100 nm away from the wavelength of the mask inspection light source. Therefore, conventionally, for example, when the wavelength of the inspection light source is 257 nm, the wavelength of the autofocus laser is longer than about 350 nm. In consideration of the compactness of the apparatus, the above-described semiconductor laser having a wavelength of 405 nm was optimal. Note that the use of a light source having a wavelength of 405 nm for autofocusing is disclosed in Patent Document 2, for example.
また、波長405nm以下の連続レーザとしては、波長370nm程度まではコンパクトな市販品の半導体レーザ(例えば、日亜化学製)が入手できる。しかしながら、半導体レーザでは、波長が0.4μmを切ると、レーザ出力が大幅に低下してしまう。例えば、波長385nmの半導体レーザでは、最大出力は10mW程度までのものしか市販されていない。 As a continuous laser having a wavelength of 405 nm or less, a compact commercially available semiconductor laser (for example, manufactured by Nichia) can be obtained up to a wavelength of about 370 nm. However, in the semiconductor laser, when the wavelength is less than 0.4 μm, the laser output is greatly reduced. For example, a semiconductor laser having a wavelength of 385 nm is only commercially available with a maximum output of up to about 10 mW.
一方、波長0.4μm以下で連続発振する波長変換型固体レーザとしては、波長266nmのYAGレーザの第4高調波が代表的である。このYAGレーザは、出力が数百mWのものまで市販されている。しかしながら、YAGレーザは装置が大きく、またコスト的にも2000万円前後もすることから、オートフォーカス用レーザとして利用することには問題が多かった。 On the other hand, as a wavelength conversion solid-state laser that continuously oscillates at a wavelength of 0.4 μm or less, the fourth harmonic of a YAG laser having a wavelength of 266 nm is representative. This YAG laser is commercially available with an output of several hundred mW. However, since the YAG laser is large and costs about 20 million yen, there are many problems in using it as an autofocus laser.
また、マスク検査装置では、微小な観察部だけでなく、多少広い部分を観察するために低倍率の観察光学系を設ける場合がある。これは低倍レビューと呼ばれることもある。この場合の照明光として、レーザかランプが必要であった。従来の一般的なマスク検査装置には、オートフォーカス用や低倍レビュー用にもレーザ装置が必要であり、検査光源を含めると、レーザ装置が最低2台必要になっていた。 In addition, in a mask inspection apparatus, a low-magnification observation optical system may be provided in order to observe not only a minute observation part but also a rather wide part. This is sometimes called a low magnification review. In this case, a laser or a lamp is necessary as illumination light. A conventional general mask inspection apparatus needs a laser apparatus for autofocusing and low magnification review. When an inspection light source is included, at least two laser apparatuses are necessary.
さらに、従来、波長約1547nmのレーザを用いた波長変換型波長193nmの固体レーザが開発され、それをマスク検査装置用光源に用いる提案がある。図7に従来の波長変換型波長193nm固体レーザの構成を示す。この従来型の波長変換型波長193nm固体レーザでは、図7に示したような波長変換の手法を用いることから、波長193nmのレーザ光の発生には、基本波の第7高調波である波長221nmと基本波との和周波数を利用していた。なお、このような従来の波長変換型波長193nmの固体レーザを用いたマスク検査装置に関しては、例えば、特許文献3、4において示されている。
次世代マスク検査光源である波長198.5nmの紫外光を発生させる検査光源では、以下に示す問題点があった。特許文献1あるいは非特許文献3に記載されている検査光源では、大型の水冷アルゴンレーザを利用している。従って、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い、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。さらに、オートフォーカス用や低倍レビュー用にもレーザ装置が必要であるため、装置構成をコンパクトにすることが困難であった。
The inspection light source that generates ultraviolet light having a wavelength of 198.5 nm, which is a next-generation mask inspection light source, has the following problems. The inspection light source described in
また、図7に示されている特許文献3、4に記載の固体レーザでは、途中の段階では波長387nmのレーザ光を発生させてはいるが、これは波長221nmを発生させるために用いている。つまり、もしこの波長387nmのレーザ光の一部を分離して、オートフォーカス用光源等の別用途に用いようとするならば、波長221nmのレーザ光のパワーが低下することから、波長193nmのレーザ光のパワーも低下してしまうことになる。また、これらの従来技術では、和周波発生を利用しているため、レーザの性能を高くすることが困難であった。 Further, in the solid-state lasers described in Patent Documents 3 and 4 shown in FIG. 7, a laser beam having a wavelength of 387 nm is generated at an intermediate stage, but this is used for generating a wavelength of 221 nm. . In other words, if a part of the laser beam with a wavelength of 387 nm is separated and used for another application such as an autofocus light source, the power of the laser beam with a wavelength of 221 nm is reduced. The power of light will also decrease. Further, in these conventional techniques, since the sum frequency generation is used, it is difficult to improve the laser performance.
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、高性能でコンパクトな構成のマスク検査光源装置、及びそれを用いたマスク検査検査を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a mask inspection light source device having a high performance and a compact configuration, and a mask inspection inspection using the mask inspection light source device.
本発明の第1の態様に係るマスク検査光源装置は、レーザ光源を備え、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を用いて、波長400nm以下のレーザ光を出力し、かつ、前記400nm以下のレーザ光の第二高調波を出力するものである。これにより、高性能でコンパクトな構成のマスク検査光源装置を提供することができる。また、波長400nm以下のレーザ光の第二高調波は、波長200nm以下になるため、マスク検査光源として感度的に優れている。 A mask inspection light source device according to a first aspect of the present invention includes a laser light source, outputs laser light having a wavelength of 400 nm or less using laser light output from the laser light source, and laser having a wavelength of 400 nm or less. It outputs the second harmonic of light. As a result, a mask inspection light source device having a high performance and a compact configuration can be provided. In addition, since the second harmonic of the laser beam having a wavelength of 400 nm or less has a wavelength of 200 nm or less, it is excellent in sensitivity as a mask inspection light source.
本発明の第2の態様に係るマスク検査光源装置は、上記のマスク検査光源装置において、前記波長400nm以下のレーザ光は、エルビウムドープ型ファイバレーザからの出射光の第四高調波であるものである。 In the mask inspection light source device according to the second aspect of the present invention, in the mask inspection light source device, the laser light having a wavelength of 400 nm or less is a fourth harmonic of light emitted from an erbium-doped fiber laser. is there.
本発明の第3の態様に係るマスク検査光源装置は、上記のマスク検査光源装置において、前記波長400nm以下のレーザ光は、チタンサファイアレーザの第二高調波であるものである。 The mask inspection light source device according to a third aspect of the present invention is the above mask inspection light source device, wherein the laser light having a wavelength of 400 nm or less is a second harmonic of a titanium sapphire laser.
本発明の第4の態様に係るマスク検査装置は、上記のいずれかに記載のマスク検査光源装置を備え、前記波長400nm以下のレーザ光の第二高調波を、マスクを検査する検査用照明光として用いたものである。これにより、高性能でコンパクトな構成のマスク検査光源装置を提供することができる。また、波長400nm以下のレーザ光の第二高調波は、波長200nm以下になるため、感度を向上させることができる。 A mask inspection apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes the mask inspection light source device according to any one of the above, and an inspection illumination light that inspects a mask for a second harmonic of the laser light having a wavelength of 400 nm or less. It was used as. As a result, a mask inspection light source device having a high performance and a compact configuration can be provided. Further, since the second harmonic of the laser beam having a wavelength of 400 nm or less has a wavelength of 200 nm or less, the sensitivity can be improved.
本発明の第5の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記波長400nm以下のレーザ光を、オートフォーカス用レーザ光として用いるものである。マスク検査光源である波長200nm以下のレーザ光を発生させる際に、波長200nm以下のレーザ光に変換されずに残った波長400nm以下のレーザ光を、オートフォーカス用の光源として利用することができる。よって、新たなレーザ光源装置が不要となり、しかも、検査用の波長200nm以下のレーザ光のパワーを損失することもなく、装置構成をコンパクトにできる。 A mask inspection apparatus according to a fifth aspect of the present invention uses the laser beam having a wavelength of 400 nm or less as the autofocus laser beam in the mask inspection apparatus described above. When laser light having a wavelength of 200 nm or less, which is a mask inspection light source, is generated, laser light having a wavelength of 400 nm or less remaining without being converted into laser light having a wavelength of 200 nm or less can be used as a light source for autofocus. Therefore, a new laser light source device is not required, and the device configuration can be made compact without losing the power of the laser light having a wavelength of 200 nm or less for inspection.
本発明の第6の態様に係るマスク検査装置は、上記のマスク検査装置において、前記波長400nm以下のレーザ光を、マスクを観察する観察用レーザ光として用いるものである。マスク検査光源である波長200nm以下のレーザ光を発生させる際に、波長200nm以下のレーザ光に変換されずに残った波長400nm以下のレーザ光を、観察用レーザ光として利用することができる。よって、新たなレーザ光源装置が不要となり、しかも、検査用の波長200nm以下のレーザ光のパワーを損失することもなく、装置構成をコンパクトにできる。 A mask inspection apparatus according to a sixth aspect of the present invention uses the laser beam having a wavelength of 400 nm or less as an observation laser beam for observing a mask in the mask inspection apparatus described above. When laser light having a wavelength of 200 nm or less, which is a mask inspection light source, is generated, laser light having a wavelength of 400 nm or less that remains without being converted into laser light having a wavelength of 200 nm or less can be used as the observation laser light. Therefore, a new laser light source device is not required, and the device configuration can be made compact without losing the power of the laser light having a wavelength of 200 nm or less for inspection.
本発明によれば、高性能でコンパクトな構成のマスク検査光源装置、及びそれを用いたマスク検査装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a mask inspection light source device having a high performance and a compact configuration, and a mask inspection device using the mask inspection light source device.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description shows preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, the same reference numerals denote the same contents.
本発明の実施の形態に係るマスク検査装置について、図1〜図5を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係るマスク検査装置1の構成を示す図である。図1に示すように、本実施の形態に係るマスク検査装置1は、大別して、マスク検査光源100とマスク検査装置本体200とで構成されている。マスク検査光源100は、紫外線を出射する紫外線光源である。マスク検査光源100からは、例えば、波長193.4nmのレーザ光L08と、波長386.8nmのレーザ光L04cとが取り出され、マスク検査装置200内に供給される。
A mask inspection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図2に、マスク検査光源100の構成を示す。図2に示すように、マスク検査光源100では、基本波レーザ101は波長1547.2nmのレーザ光L01を発生する。この基本波レーザ101としては、半導体レーザをシード光としたファイバ増幅器等が適している。
FIG. 2 shows the configuration of the mask inspection
また、特に、基本波レーザ101としては、波長400nm以下のレーザ光を発生させるために、エルビウムドープ型ファイバレーザを用いることが好ましい。例えば、マスク検査光源の波長を193nmとするならば、波長約387nmのレーザ光を用いる必要がある。この波長約387nmの4倍の長さは、波長約1547nmとなる。エルビウムドープ型ファイバレーザは、広く知られているように、波長1.55ミクロン帯のレーザ光を平均出力1W以上で発生できる。なお、エルビウムドープ型ファイバレーザの使い方としては、発振器に波長1.55ミクロン帯の半導体レーザを用いて、そこからのレーザ光を増幅するために使うのが好ましい。特に前記半導体レーザとしては、波長幅の狭いDFB型が好ましい。
In particular, as the
波長1547.2nmのレーザ光L01は、波長変換結晶(あるいは非線形光学結晶と呼ばれる。)102aに入射し、第二高調波である波長773.6nmと、未変換の残留基本波を含んだレーザ光L01bが出射される。レーザ光L01bはダイクロイックミラー103aに入射し、波長773.6nmのレーザ光L02aは反射し、残留基本波である波長1547.2nmのレーザ光L01cは透過する。なお、波長変換結晶102aには、例えば、LBO結晶などを用いるのが好ましい。
A laser beam L01 having a wavelength of 1547.2 nm is incident on a wavelength conversion crystal (or called a non-linear optical crystal) 102a and includes a second harmonic wave having a wavelength of 773.6 nm and an unconverted residual fundamental wave. L01b is emitted. The laser beam L01b is incident on the
波長773.6nmのレーザ光L02aは、ミラー104aで曲げられてから、波長変換結晶102bに入射する。これによって、その第二高調波(つまり基本波の第四高調波)である波長386.8nmと未変換部を含むレーザ光L02bが出射される。レーザ光L02bはダイクロイックミラー103bに入射し、波長386.8nmのレーザ光L04aは反射し、未変換部の波長773.6nmのレーザ光L02cは透過する。なお、波長変換結晶102bにも、例えば、LBO結晶などが好ましい。
The laser beam L02a having a wavelength of 773.6 nm is bent by the
波長386.8nmのレーザ光L04aは、ミラー104bで曲げられてから、波長変換結晶102cに入射する。これによって、その第二高調波(つまり基本波の第八高調波)である波長193.4mと未変換部を含むレーザ光L04bが出射する。レーザ光L04bはダイクロイックミラー103cに入射し、波長193.4nmのレーザ光L08は反射し、未変換部の波長386.8nmのレーザ光L04cは透過する。レーザ光L04cは、マスク検査装置200に出力される。波長193.4nmのレーザ光L08はミラー104cで反射して、マスク検査装置200本体の方に進む。なお、波長変換結晶102cには、例えば、SBBO結晶やKBBF結晶など、波長386.8nmの第二高調波によって波長193.4nmが発生できるものであれば何でもよい。具体的には、DEEP PHOTONICS社製IP04を用いることができる。これにより、効率よく波長変換することができる。
The laser beam L04a having a wavelength of 386.8 nm is incident on the
本実施の形態に係るマスク検査装置1で用いられるマスク検査光源100は、基本波が波長約1.55ミクロンの赤外レーザを用いて、それを僅か3回波長変換するだけで、検査光源である波長193.4nmの紫外レーザ光を発生させることができる。このため、図7に示した従来の波長変換型193nm固体レーザに比べて、装置が簡素化され、コンパクト化されている。また、和周波発生を用いていないため、例えば、波長幅を狭くすることができる。よって、性能を向上することができる。
The mask inspection
次に、本発明のマスク検査装置本体200を図3を用いて説明する。マスク検査装置200では、マスク検査光源100から取り出される波長193.4nmのレーザ光L08と、波長386.8nmのレーザ光L04cとが供給される。レーザ光L08はハーフミラー201に入射して2方向に分岐する。ここで、2方向に分岐したレーザ光L08の一方により、反射照明を行い、他方により透過照明を行っている。まず。透過照明について説明する。ハーフミラー201を出射したレーザ光L11は、レンズ202aで集光され、均一化光学系203aに入射する。均一化光学系203aには、例えば、ロッド型インテグレータと呼ばれるものなどが適する。あるいは、均一化光学系203aとしてバンドルファイバを用いることもできる。レーザ光L11は均一化光学系203内で全反射を繰り返しながら伝播していく。
Next, the mask inspection apparatus
均一化光学系203aから、空間的に強度分布が均一化されたレーザ光L12が出射する。これはレンズ202bを通り、偏光ビームスプリッタ204aに入射し、レーザ光L13のように下方に反射する。レーザ光L13は、ダイクロイックミラー205を通過してから、λ/4波長板206aを通って円偏光になる。円偏光となったレーザ光L13は、対物レンズ207aを通ってマスク208上の観察領域210aを照明する。なお、以上は反射照明と呼ばれる照明系である。
A laser beam L12 having a spatially uniform intensity distribution is emitted from the homogenizing
マスク208を反射して上方に進むレーザ光L14は、対物レンズ207aを通過後、再びλ/4波長板206aを通過して直線偏光に戻る。ここで、上方に進むレーザ光L14と下方に進むレーザ光L13とは偏光方向が直交する。このことから、上方に進むレーザ光L14は偏光ビームスプリッタ204aを透過する。その結果、レーザ光L15のように進んで結像レンズ211aを透過して二次元光検出器212aに当たる。これによって観察領域210aを二次元光検出器212a上に拡大投影させて、パターン検査する。このように、λ/4波長板206を用いて、マスクに入射するレーザ光L13とマスクで反射したレーザ光L14との偏光方向を直交させる。これにより、光の利用効率を向上することができる。
The laser light L14 reflected from the
一方、ハーフミラー201を下方に進むレーザ光L21は、ミラー203aで反射してレンズ202cを通過して均一化光学系203bに入射する。レーザ光L21は、均一化光学系203b内を進むことで、空間的に強度分布が均一化されたレーザ光L23が出射される。均一化光学系203bは均一化光学系203aと同様の構成を有している。均一化光学系203bを出射したレーザ光L23はミラー213bで反射してコンデンサレンズ214を通り、マスク208上の観察領域210aを照射する。なお、以上は透過照明と呼ばれる照明系である。そして、このマスク208上の観察領域210aを通過した透過光は、透過照明と同様に、二次元光検出器212aで検出される。すなわち、対物レンズ207a、λ/4波長板206a、ダイクロイックミラー205、偏光ビームスプリッタ204a、結像レンズ211aを透過して、二次元光検出器212aに入射する。なお、反射照明による観察領域210aと透過照明による観察領域210aは、同じ位置としている。すなわち、透過照明におけるコンデンサレンズ214での照明位置と、反射照明における対物レンズ207aでの照明位置とは一致している。
On the other hand, the laser beam L21 traveling downward through the
ところで、マスク検査装置1には、マスク208の観察領域210aと対物レンズ207aとの間隔を微調整することで、観察領域210aの像が、二次元光検出器212aでシャープに投影されるように調整する必要である。そのため、マスク検査装置200には、以下に説明するようなオートフォーカス機構が備わっている。
By the way, in the
本発明のマスク検査装置1のオートフォーカス機構では、マスク検査光源100から取り出された波長386.8nmのレーザ光L04cを利用している。つまり、図3に点線で示したように、レーザ光L04cは、細いままで利用され、ダイクロイックミラー205に当たって、レーザ光L31のように下方に反射し、対物レンズ207aを通過して、マスク208の観察領域210aに当たる。ここで反射するレーザ光L14は、再びダイクロイックミラー205で反射すると、三角ミラー215で反射するため、位置センサー216に当たる。この位置センサー216は、日の字センサーとも呼ばれ、光量センサーが2個つながったものであり、ここに当たるレーザ光の中心位置が検出できるようになっている。なお、これに関しては、図4を用いて以下に説明する。
In the autofocus mechanism of the
図4は本発明のマスク検査装置1におけるオートフォーカス機構の部分のみを示した図である。オートフォーカス用のレーザ光L04cは、初め、図3と同様に点線で示されている。すなわち、レーザ光L31のようにマスク208に入射する。そして、マスク208のパターン面が対物レンズ207aの合焦点位置となっていると、レーザ光L32のように進む。すなわち、マスク208で反射したレーザ光L32は、位置センサー216の中央に入射する。ここで、マスク208が矢印のように下方に移動した場合(つまり、マスク208と対物レンズ207aとの間隔が拡大した場合)、マスク208のパターン面からのレーザ光L31の反射光は、図4中一点鎖線で示すレーザ光L32'のように、レーザ光L32とは異なる経路を進むことになる。その結果、レーザ光L32'が三角ミラー215で反射すると、位置センサー216では、レーザ光L33'のように図4中で右側にシフトする。位置センサー216は例えば、2分割フォトダイオードであり、2分割された領域の差分を出力する。よって、このシフト量が位置センサー216によって検出され、マスク208の焦点位置がずれたことが判別される。そして、マスク208と対物レンズ207aとの間隔を補正するようにオートフォーカス機構が働く。
FIG. 4 is a diagram showing only an autofocus mechanism portion in the
以上のように、本実施形態のマスク検査装置1において用いられるオートフォーカス機構では、細いレーザビームを用いる必要があり、細くても広がりにくいビームの特性が要求される。なお、レーザ光の広がり角は、その波長に比例することから、細いビームを広がりにくくするためにも、出来るだけ短波長であることが好ましい。そこで、本実施形態では、オートフォーカス用レーザに波長386.8nmの紫外レーザ光を用いており、その結果、従来、一般に用いられてきた波長405nmの半導体レーザの場合や、波長473nmの固体レーザを用いた場合に比べて短波長化されたことから、オートフォーカスの精度が高まる。
As described above, the autofocus mechanism used in the
一方、図5に示すように、ダイクロイックミラー205の透過率特性は検査光源の波長193.4nmでは、高い透過率になっているが、波長386.8nmでは高く反射できるようになっている。一般に、ダイクロイックミラーに入射させる異なる波長の2本のレーザ光に対して、それぞれ高い透過率と高い反射率を実現させるためには、それら2つの波長の差が少なくとも100nmは隔たっている必要がある。本発明では2つの波長差は193.4nmであり、十分に離れていることから、ダイクロイックミラー205では、分離効率を非常に高くできるようになっている。つまり、本発明のオートフォーカス用レーザの波長である386.8nmは、従来よりもオートフォーカスの精度が高く、かつダイクロイックミラーでの分離特性も良いという二つの特性を両立させたものである。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the transmittance characteristic of the
ところで、本発明のマスク検査装置1では、図3に示したように、波長386.8nmのレーザ光L04cをオートフォーカス以外にも、低倍率レビュー用照明光としても利用する場合がある。この低倍率レビュー用照明光に関して下記に説明する。本実施の形態では、レーザ光L04cの一部を低倍率レビュー用照明光として用いている。
Incidentally, in the
低倍率レビュー機能を設ける場合は、マスク検査装置200におけるダイクロイックミラー205において、レーザ光L04cのP波が30〜50%透過する特性のものに交換する。ただしS波に関しては、ほぼ100%反射する特性が好ましい。その結果、P波として供給されたレーザ光L04cの一部がダイクロイックミラー205を透過して、ビームエキスパンダー217で拡大され、λ/2波長板218を通過してS波になる。S波となったレーザ光L04cは、偏光ビームスプリッタ204bに当って下方に反射し、λ/4波長板206bを通過する。λ/4波長板206bはS波を円偏光にする。λ/4波長板206bを通過したレーザ光L04cは、対物レンズ207bを通過してマスク208b上の観察領域210bに照射される。そこからの反射光は再び対物レンズ207bを通り、λ/4波長板206bを通過してから偏光ビームスプリッタ204bに入射する。ここで、P波であったレーザ光L04は往復でλ/4波長板206bを2回通過しているので、S波となる。よって、マスク208からの反射光は、偏光ビームスプリッタ204bを透過する。偏光ビームスプリッタ204bを透過した反射光は、結像レンズ211bを通って二次元光検出器212bに当たる。なお、対物レンズ207bと結像レンズ211bとの焦点距離の比から定まる拡大率は、対物レンズ207aと結像レンズ211aとの焦点距離の比から定まる検査用の光学系の拡大率よりも低くなっており、低倍レビューとして用いられる。すなわち、観察領域210bを低倍で観察する機能が備わっている。
When providing a low-magnification review function, the
以上のように、本発明のマスク検査装置1では、低倍レビューの機能も有している。上記のように、新たな光源やレーザ装置を備える必要もなく、低倍レビュー機能を実現できる。さらに、不必要となる387nmの光を用いて低倍レビューを観察している。このため、低倍レビュー用光源として、検査用のレーザ光を分岐して用いる必要がないことから、検査用のレーザ光L14のパワーを損なうことない。
As described above, the
また、以上のように、低倍レビュー用には波長386.8nmのレーザ光を用いていることから、対物レンズ207bや結像レンズ211bには、高価なDUV用石英やフッ化カルシウムを硝材に用いる必要がなく、通常の石英を用いることができる。
As described above, since laser light having a wavelength of 386.8 nm is used for low magnification review, the
次に、本発明のマスク検査装置に適したマスク検査光源の他の構成例を図6を用いて説明する。図6はマスク検査光源300の構成図である。図6に示す基本波レーザ301としては、チタンサファイアレーザが用いられている。チタンサファイアレーザは、波長700〜900nmで、平均出力1W以上でレーザ発振できることが知られている。波長400nm以下のレーザ光を発生させるためには、チタンサファイアレーザの第2高調波を用いる。なお、チタンサファイアレーザの動作形態としては、本発明では、波長変換を行うため、ピークパワーの高いモードロック型の高速パルス繰返し動作が好ましい。
Next, another configuration example of the mask inspection light source suitable for the mask inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a configuration diagram of the mask inspection
本実施の形態においては、基本波レーザ301から波長773.6nmのレーザ光が取り出される。波長773.6nmのレーザ光L41aは、波長変換結晶302aに入射する。これによって、その第二高調波である波長386.8nmと未変換部を含むレーザ光L41bが出射する。レーザ光L41bはダイクロイックミラー303aに入射し、波長386.8nmのレーザ光L42aは反射し、未変換部の波長773.6nmのレーザ光L41cは透過する。なお、波長変換結晶302aにはLBO結晶などが好ましい。
In the present embodiment, laser light having a wavelength of 773.6 nm is extracted from the
波長386.8nmのレーザ光L42aは、ミラー304aで曲げられてから、波長変換結晶302bに入射する。これによって、その第二高調波(つまり基本波の第四高調波)である波長193.4mと未変換部を含むレーザ光L42bが出射する。レーザ光L42bはダイクロイックミラー303bに入射し、波長193.4nmのレーザ光L43は反射し、未変換部の波長386.8nmのレーザ光L42cは透過する。波長193.4nmのレーザ光L43はミラー304bで反射して、マスク検査装置本体200の方に進む。なお、本実施例でも、波長変換結晶302bには、SBBO結晶やKBBF結晶など、波長386.8nmの第二高調波によって波長193.4nmが発生できるものであれば何でもよい。
The laser beam L42a having a wavelength of 386.8 nm is bent by the mirror 304a and then enters the
以上に説明したように、本発明に係るマスク検査装置は、次世代の波長200nm以下の短波長光源を搭載したマスク検査装置を対象としたものであり、マスク製造メーカにおける次世代マスクの製造時の欠陥検査に利用できるだけでなく、半導体製造工場におけるマスクの品質管理にも利用できる。さらに、上記のマスク検査光源は、数MHz以上の繰り返し周波数で利用することができるため、擬似CWのレーザ光となり、マスク検査に好適である。このように、本実施の形態によれば、和周波発生を用いずに波長193.4nmの紫外線を発生することができる。さらに、193.4nmのレーザ光を検査用照明光として用いることにより、感度を向上することができる。よって、正確に検査を行うことができる。また、アルゴンレーザが不要であり、かつ第2高調波を発生させる波長変換結晶の数を3以下にすることができるため、装置構成をコンパクトにすることができる。さらに、波長変換結晶の数の低下に伴い、レーザパワーのロスを低減することができる。このため出力パワーを高くすることができ、性能を向上することができる。 As described above, the mask inspection apparatus according to the present invention is intended for a mask inspection apparatus equipped with a next-generation short-wavelength light source having a wavelength of 200 nm or less. It can be used not only for defect inspection, but also for mask quality control in semiconductor manufacturing plants. Furthermore, since the above mask inspection light source can be used at a repetition frequency of several MHz or more, it becomes a pseudo CW laser beam and is suitable for mask inspection. Thus, according to the present embodiment, it is possible to generate ultraviolet light having a wavelength of 193.4 nm without using sum frequency generation. Furthermore, the sensitivity can be improved by using 193.4 nm laser light as the inspection illumination light. Therefore, the inspection can be performed accurately. Moreover, since an argon laser is not required and the number of wavelength conversion crystals that generate the second harmonic can be reduced to 3 or less, the apparatus configuration can be made compact. Furthermore, loss of laser power can be reduced as the number of wavelength conversion crystals decreases. Therefore, the output power can be increased and the performance can be improved.
また、本発明によると、波長200nm以下のマスク検査光源用レーザ光のパワーを全く低下させることなく、オートフォーカス用レーザ光として、波長400nm以下のレーザ光を供給でき、オートフォーカス専用のレーザ装置を備える必要がない。
また、従来のオートフォーカス用光源の波長405〜473nmよりも短波長のレーザ光でオートフォーカスを行えることから、解像度が高まり、マスク上でのオートフォーカス光のスポットを小さくできる。その結果、高精度でオートフォーカスができるようになる。
In addition, according to the present invention, a laser beam having a wavelength of 400 nm or less can be supplied as an autofocus laser beam without reducing the power of the laser beam for a mask inspection light source having a wavelength of 200 nm or less. There is no need to prepare.
In addition, since autofocus can be performed with laser light having a wavelength shorter than the wavelength 405 to 473 nm of the conventional autofocus light source, the resolution is increased and the spot of the autofocus light on the mask can be reduced. As a result, autofocus can be performed with high accuracy.
1 マスク検査装置
100 マスク検査光源
102a〜c 波長変換結晶
103a〜c ダイクロイックミラー
104a〜c ミラー
200 マスク検査装置
201 ハーフミラー
202a〜d レンズ
203a、b 均一化光学系
204a、b 偏光ビームスプリッタ
205 ダイクロイックミラー
206a、b λ/4波長板
207a、b 対物レンズ
208 マスク
210a、b 観察領域
212a、b 二次元光検出器
213a、b ミラー
214 コンデンサレンズ
215 三角ミラー
216 位置センサー
217 ビームエキスパンダー
218 λ/2波長板
300 マスク検査光源
301 チタンサファイアレーザ
302a、b 波長変換結晶
303a、b ダイクロイックミラー
304a、b ミラー
L01a、c 波長1547.2nmのレーザ光
L02a、c、L41a 波長773.6nmのレーザ光
L04a、c、L31〜33、L32'、L33'、L42a、L43 波長386.8nmのレーザ光
L08、L11〜14、L21〜24、L42c 波長193.4nmのレーザ光
L02b、L41b 波長1547.2nm及び波長773.6nmnmを含むレーザ光
L02b、L41b 波長773.6nm及び波長386.8nmを含むレーザ光
L04b、L42b 波長386.8nm及び波長193.4nmを含むレーザ光
1
102a-c
Claims (6)
前記レーザ光源を用いて波長400nm以下のレーザ光を出力し、かつ、前記400nm以下のレーザ光の第二高調波を出力するマスク検査光源装置。 Equipped with a laser light source,
A mask inspection light source device that outputs a laser beam having a wavelength of 400 nm or less using the laser light source and outputs a second harmonic of the laser beam having a wavelength of 400 nm or less.
前記波長400nm以下のレーザ光の第二高調波を、マスクを検査する検査用照明光として用いるマスク検査装置。 A mask inspection light source device according to any one of claims 1 to 3,
A mask inspection apparatus that uses second harmonics of laser light having a wavelength of 400 nm or less as inspection illumination light for inspecting a mask.
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JP6004126B1 (en) * | 2016-03-02 | 2016-10-05 | レーザーテック株式会社 | Inspection device and focus adjustment method thereof |
US9671686B2 (en) | 2014-06-12 | 2017-06-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Exposure methods using e-beams and methods of manufacturing masks and semiconductor devices therefrom |
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