JP2008191476A - マスク検査光源装置及びマスク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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である。
【解決手段】本発明の一態様に係るマスク検査装置１は、レーザ光源を備え、レーザ光源を用いて、和周波発生により波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光を出力し、かつ、波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光の波長から４０ｎｍ以上離れた波長の第２のレーザ光を出力する。また、第１のレーザ光は、チタンサファイアレーザからの出射光と第２のレーザ光との和周波である。
【選択図】 図３

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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、装置のコンパクト性を考慮すると、オートフォーカス用レーザとして前述した波長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。

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。

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レーザの第四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。

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。

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８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８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、基本波の第七高調波である波長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。
特開２００６−７３９７０号公報 米国特許出願公開６６６１５８０号明細書 特開２００５−０１０４０２号公報 特開２００５−３５１９１９号公報 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ４４６， ｐｐ．２６５−２７８，２００４． 東芝レビュー、第５８巻、第７号、第５８〜６１頁、２００３年 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５５９２， ｐｐ．４３，２００５．

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。

また、図８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。

通常、検査装置に用いられている対物レンズは、反射防止膜がコーティングされた複数枚のレンズが積層されて構成されている。反射防止膜がコーティングされたレンズの残留反射率は、反射防止膜の膜厚に依存して周期的に変化することが知られている。また、反射防止膜がコーティングされたレンズの残留反射率は、入射する光の波長に依存する。このため、入射する光の波長に対する残留反射率が極小となるように、反射防止膜の膜厚は決定される。しかしながら、特許文献２に記載されているように、波長４０５ｎｍの光源をオートフォーカスに用いた場合、波長１９８．５ｎｍの検査光源に対する残留反射率と波長４０５ｎｍの光源の残留反射率の周期がほぼ等しく位相がすれているため、両者が等しく極小とならない。従って、波長１９８．５ｎｍの検査光源に対する残留反射率が極小となるように、反射防止膜の膜厚を決定すると、オートフォーカス用の光源から出射される波長４０５ｎｍの光がレンズ面で反射してしまい、光の有効利用ができないという問題があった。

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装置を提供することである。

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、前記レーザ光源を用いて、和周波発生により波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光を出力し、かつ、前記波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光の波長から４０ｎｍ以上離れた波長の第２のレーザ光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２００ｎｍ以下の第１のレーザ光は、マスク検査光源として感度的に優れている。さらに、第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、波長が５０ｎｍ以上離れているため、ダイクロイックミラーで効率よく分離することができる。

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、前記第１のレーザ光は、チタンサファイアレーザからの出射光と前記第２のレーザ光との和周波であるものである。

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、前記第２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二高調波と前記第２のレーザ光との和周波であるものである。

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、前記第１のレーザ光を、マスクを検査する検査用照明光として用いるものである。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２００ｎｍ以下の第１のレーザ光をマスク検査用の光源として用いることにより、検出感度を向上させることができる。

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、前記第２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以下の第１のレーザ光を発生させる際に、波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光の波長から４０ｎｍ以上離れた第２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。

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、前記第２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以下の第１のーザ光を発生させる際に、波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光の波長から４０ｎｍ以上離れた第２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。

本発明の第７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、前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を試料に集光するレンズを備え、前記レンズの表面には、反射防止膜がコーティングされているものである。

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。

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。

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Ｌ０４と、波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ｃとが取り出され、マスク検査装置２００内に供給される。

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、基本となるレーザ装置にチタンサファイアレーザ１０１が用いられ、波長７７３．６ｎｍのレーザ光Ｌ０１ａが発生する。チタンサファイアレーザ１０１ではモードロックにより、パルス幅約１ｐｓの高速繰返しパルス動作を行っている。

レーザ光Ｌ０１ａは波長変換結晶（あるいは非線形光学結晶と呼ばれる。）１０２ａに入射して、第二高調波である波長３８６．８ｎｍのレーザ光Ｌ０２が発生する。これはパワー的にはレーザ光Ｌ０１ａの約５０％である。ただし、波長変換結晶１０２ａによって変換しなかった基本波であるレーザ光Ｌ０１ｂも約５０％含まれる。波長変換結晶１０２ａには、例えば、ＢＢＯ結晶などを用いるのが好ましい。

そして、波長３８６．８ｎｍのレーザ光Ｌ０２とレーザ光Ｌ０１ｂとが波長変換結晶００２ｂに入射することで、これらの和周波数である波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ａが発生する。ただし、この波長変換結晶１０２ｂでも変換しなかった基本波のレーザ光Ｌ０１ｃが約２０％存在する。なお、波長変換結晶１０２ｂにも、例えば、ＢＢＯ結晶などが好ましい。

波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ａと基本波のレーザ光Ｌ０１ｃとが波長変換結晶１０２ｃに入射することで、波長１９３．４ｎｍを含むレーザ光Ｌ０３ｂが発生する。これはダイクロイックミラー１０３に入射し、波長１９３．４ｎｍのレーザ光Ｌ０４のみが反射し、ミラー１０４で折り返されて、検査装置本体２００へ進む。なお、波長変換結晶１０２ｃには、波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ａと波長７７３．６ｎｍのレーザ光Ｌ０１ｃの和周波発生により、波長１９３．４ｎｍが発生できるものであれば何でもよい。例えば、波長変換素子１０２ｃとして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。

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７７４ｎｍ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８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。

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Ｌ０４と、波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ｃとが供給される。レーザ光Ｌ０４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Ｌ０４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２０３ａ内で全反射を繰り返しながら伝播していく。

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。

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。

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。

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。

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２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ｃ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Ｌ０３ｃ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Ｌ３２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。

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Ｌ０３ｃ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。

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２５７．９ｎｍ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。

ここで、ダイクロイックミラー１０３の特性を図５に示す。図５に示すように、ダイクロイックミラー１０３は、波長１９３．４ｎｍに対して９０％以上の高い反射を有するのと同時に、波長２５７．９ｎｍに対しては、９０％以上の高い透過率を有する。その結果、波長変換結晶１０２ｃにおいて変換しなかった波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ｃはダイクロイックミラー１０３を透過して、検査装置本体２００に向かい、オートフォーカス用として用いられる。

本実施の形態のように、マスク検査光源１００では、検査波長である１９３．４ｎｍのレーザ光を発生させるために、最終段の波長変換結晶１０２ｃにおいて和周波発生を行っているが、そこで用いられる２本のレーザ光の波長差が６４．５ｎｍと比較的大きいことが特徴である。その結果、光学特性の優れたダイクロイックミラーを用いることで、これら２本のレーザ光を効率良く分離できる。これにより、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効率も良いという二つの特性を両立することができる。ただし、実際には２本のレーザ光の波長が最低４０ｎｍ離れていれば利用できる。

なお、これに対して、従来の波長変換型１９３ｎｍ固体レーザでは、例えば、基本波が１５４７ｎｍのレーザ光を用いて、最終段の波長変換結晶において、第七高調波と残留基本波との和周波発生で１９３ｎｍを発生させる装置が用いられることもあった。しかしながら、その方式では、第七高調波の波長は約２２１ｎｍとなるため、１９３ｎｍとの差は約２８ｎｍしかなく、これらを効率良く分離するダイクロイックミラーを実現することが極めて困難であった。そのため、従来は１９３ｎｍのレーザ光を効率良く分離するようなダイクロイックミラーを用いると、検査波長でない２２１ｎｍのレーザ光が大きく損失してしまい、本発明のようにオートフォーカス用として利用することが難しかった。

ところで、本実施例のマスク検査光源１００のように、特に最終段の波長変換結晶１０２ｃにおいて、波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ａを用いた和周波発生によって、波長１９３．４ｎｍのレーザ光Ｌ０４を発生させることの新たな効果を、図６を用いて以下に説明する。図６は、石英レンズ上にフッ化マグネシウムの単層コーティングを施した場合の残留的な反射率を示したグラフである。図６（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、コーティング層の厚みに対して、波長１９３．４ｎｍのレーザ光と、それより長い種々の波長のレーザ光の残留反射率を示している。（ａ）は、波長４７３ｎｍのレーザ光の場合であり、（ｂ）は波長４０５ｎｍのレーザ光の場合であり、（ｃ）は波長３８６．８ｎｍのレーザ光の場合であり、（ｄ）は波長２５７．９ｎｍのレーザ光の場合であり、（ｅ）は波長２２１ｎｍのレーザ光の場合である。すなわち、これら５種類の波長のレーザ光を、オートフォーカス用レーザ光と仮定した場合に、対物レンズ等の表面にＡＲ（Antireflection：反射防止）コーティングを施すためのコーティングの設計指針を与えるものである。

すなわち、対物レンズには、検査波長である波長１９３．４ｎｍのレーザ光だけでなく、オートフォーカス用のレーザ光も通過するため、各レンズの表面に施すＡＲコーティングには、検査波長である波長１９３．４ｎｍと、オートフォーカス用レーザの波長の両方に対して、残留反射率が低くなるようなコーティングが望ましい。なお、図６では単層コーティングの場合であるが、多層コーティングの場合でも、残留反射率の波長特性の傾向は同等と考えられる。また、どちらの波長でも極小値が２％程度になるのは単層コーティングだからであり、多層にすることでこの極小値を下げられる。

図６における各グラフ中には、波長１９３．４ｎｍにおける残留反射率の極小値をとり、しかもオートフォーカス波長でも、できるだけ残留反射率の小さくなる場合の膜厚を矢印で示してある。図から判るように、（ａ）に示す波長４７３ｎｍの場合のオートフォーカス波長における残留反射率は２％程度と、波長１９３．４ｎｍの場合の極小値に近いが、（ｂ）に示す波長４０５ｎｍの場合や、（ｃ）に示す波長３８６ｎｍの場合のオートフォーカス波長における残留反射率は３％前後と、１９３．４ｎｍの極小値より約１％大きくなる。

これに対して、本実施例のように（ｄ）に示す波長２５７．９ｎｍの場合は、波長２５７．９ｎｍのオートフォーカス用のレーザ光に対する残留反射率は約２．２％程度であり、波長１９３．４ｎｍの場合の極小値に近い。従って、本実施例では、対物レンズでの波長１９３．４ｎｍの検査用レーザ光の損失を抑えることができるのみならず、波長２５７．９ｎｍのオートフォーカス用レーザ光の損失も小さくできる。

なお、（ｅ）に示すように、波長２２１ｎｍの場合は、さらに僅かに残留反射率は低下するが、前述したように、この波長は１９３．ｎｍに近いため、効率良く分離できるダイクロイックミラーが実現できない問題がある。

また、オートフォーカス波長は短い方が、オートフォーカスの精度が高まることを考慮すると、残留反射率が比較的小さい波長４７３ｎｍのレーザを用いるより、本実施例のように波長２５７．９ｎｍのレーザ光をオートフォーカスに用いるのが総合的に優れている。

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２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ０３ｃ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Ｌ０３ｃの一部を低倍率レビュー用照明光として用いている。

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Ｌ０３ｃ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Ｌ０３ｃ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Ｌ０３ｃ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Ｌ０３ｃ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。

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２５７．９ｎｍ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。

また、以上のように、低倍レビュー用には波長２５７．９ｎｍ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。

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７を参照して説明する。図７は、マスク検査装置３００の構成図である。本実施例では、エルビウムドープ型ファイバレーザ３０１が用いられている。エルビウムドープ型ファイバレーザ３０１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３０１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。特に半導体レーザとしては、波長幅の狭いＤＦＢ型が好ましい。

本実施の形態においては、エルビウムドープ型ファイバレーザ３０１から波長１５４７．２ｎｍのレーザ光Ｌ４１が取り出される。レーザ光Ｌ４１は波長変換結晶３０２ａに入射して、第二高調波である波長７７３．６ｎｍのレーザ光Ｌ４２、及び、第三高調波である波長５１５．７ｎｍのレーザ光Ｌ４３が発生する。波長変換結晶３０２ａには、例えば、ＬＢＯ結晶などを用いるのが好ましい。そして、第三高調波である波長５１５．７ｎｍのレーザ光Ｌ４３は波長変換結晶３０２ｂに入射して、第二高調波である２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ４４ａが発生する。波長変換結晶３０２ｂには、例えば、ＢＢＯ結晶などを用いるのが好ましい。

そして、波長２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ４４ａと波長７７３．６ｎｍのレーザ光Ｌ４２とが波長変換結晶３０２ｃに入射することで、これらの和周波数である波長１９３．４ｎｍのレーザ光と未変換部を含むレーザ光Ｌ４４ｂが発生する。これはダイクロイックミラー３０３に入射し、波長１９３．４ｎｍのレーザ光Ｌ４５のみが反射し、ミラー３０４で折り返されて、検査装置本体２００へ進む。なお、波長変換結晶３０２ｃには、例えば、ＤＥＥＰ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ社製ＩＰ０４を用いることができる。また、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２５７．９ｎｍのレーザ光Ｌ４４ｃが利用される。

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、和周波発生により波長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、かつ第二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。

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２００ｎｍから５０ｎ以上離れた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。さらに、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とともに、光学特性の優れたダイクロイックミラーを用いることで、これら２本のレーザ光を効率良く分離できる。

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。 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。 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。 実施の形態に係るオートフォーカス機構を説明するための図である。 実施の形態に係るマスク検査装置に用いられるダイクロイックミラーの特性を示す図である。 石英レンズのコーティング層の厚みに対する、波長１９３．４ｎｍのレーザ光及びそれより長い種々の波長のレーザ光の残留反射率を示すグラフである。 実施の形態に係るマスク検査光源の他の構成例を示す図である。 従来の波長変換型１９３ｎｍ固体レーザ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ マスク検査装置
１００ マスク検査光源
１０１ チタンサファイアレーザ
１０２ａ〜ｃ 波長変換結晶
１０３ ダイクロイックミラー
１０４ 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 エルビウムドープ型ファイバレーザ
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、ｂ、ｃ、Ｌ４２ 波長７７３．６ｎｍのレーザ光
Ｌ０２ 波長３８６．８ｎｍのレーザ光
Ｌ０３ａ、ｃ、Ｌ３１〜３３、Ｌ３２'、Ｌ３３'、Ｌ４４ａ、Ｌ４４ｃ 波長２５７．９ｎｍのレーザ光
Ｌ０３ｂ、Ｌ４４ｂ 波長２５７．９ｎｍ及び波長１９３．４ｎｍを含むレーザ光
Ｌ０４、Ｌ１１〜１４、Ｌ２１〜２４、Ｌ４５ 波長１９３．４ｎｍのレーザ光
Ｌ４１ 波長１５４７．２ｎｍのレーザ光
Ｌ４３ 波長５１５．７ｎｍのレーザ光

Claims (7)

1. レーザ光源を備え、
   前記レーザ光源を用いて、和周波発生により波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光を出力し、かつ、前記波長２００ｎｍ以下の第１のレーザ光の波長から４０ｎｍ以上離れた波長の第２のレーザ光を出力するマスク検査光源装置。
2. 前記第１のレーザ光は、チタンサファイアレーザからの出射光と前記第２のレーザ光との和周波である請求項１に記載のマスク検査光源装置。
3. 前記第２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二高調波と前記第２のレーザ光との和周波である請求項１に記載のマスク検査光源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマスク検査光源装置を備え、
   前記第１のレーザ光を、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。
5. 前記第２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請求項４に記載のマスク検査装置。
6. 前記第２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請求項４又は５に記載のマスク検査装置。
7. 前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を試料に集光するレンズを備え、
   前記レンズの表面には、反射防止膜がコーティングされている請求項４〜６のいずれか１項に記載のマスク検査装置。

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