JP3978307B2 - Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof - Google Patents

Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP3978307B2
JP3978307B2 JP2000265894A JP2000265894A JP3978307B2 JP 3978307 B2 JP3978307 B2 JP 3978307B2 JP 2000265894 A JP2000265894 A JP 2000265894A JP 2000265894 A JP2000265894 A JP 2000265894A JP 3978307 B2 JP3978307 B2 JP 3978307B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
ultraviolet laser
container
laser light
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000265894A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001296570A (en
Inventor
幸雄 宇都
俊彦 中田
実 吉田
俊二 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000265894A priority Critical patent/JP3978307B2/en
Publication of JP2001296570A publication Critical patent/JP2001296570A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3978307B2 publication Critical patent/JP3978307B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【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。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultraviolet laser beam generator for generating an ultraviolet laser beam used for inspection and observation of fine pattern defects and foreign matters represented by semiconductor device manufacturing and flat panel display manufacturing, and defect inspection capable of high-resolution detection. The present invention relates to an apparatus and a method thereof.
[0002]
[Prior art]
For example, as semiconductors are highly integrated, circuit patterns are becoming increasingly finer. Among these, masks and reticles used when manufacturing semiconductor elements in a photolithography process, and pattern defects on a wafer onto which circuit patterns formed on these are transferred by exposure are increasingly required to be detected with high resolution. As a technique for increasing the resolution, it is possible to shorten the wavelength of illumination light from visible light to ultraviolet light. Conventionally, as a light source, for example, a mercury lamp, an Xe lamp, or the like is used, and only a necessary wavelength is optically selected from various bright lines of the lamp.
[0003]
However, the bright line of the lamp has a wide emission spectrum width and it is difficult to correct the chromatic aberration of the optical system, and the light source becomes large in order to obtain sufficient illuminance, resulting in poor efficiency. In recent years, an exposure apparatus equipped with a KrF excimer laser device having a wavelength of 248 nm has been developed as a light source for an exposure apparatus in semiconductor manufacturing. However, the excimer laser light source is large and uses a fluorine gas. There are issues such as the need for safety measures. Therefore, as another ultraviolet laser light source, the wavelength of solid YAG laser light is converted by a nonlinear optical crystal to obtain the third harmonic (355 nm) or the fourth harmonic (266 nm) of the YAG laser light.
[0004]
As described above, wavelength conversion apparatuses for obtaining UV laser light are disclosed in JP-A-8-6082 (conventional technology 1), JP-A-7-15061 (conventional technology 2), and JP-A-11-64902 (conventional technology). Technique 3) and Japanese Patent Laid-Open No. 11-87814 (conventional technique 4) are known.
[0005]
Prior art 1 has a resonance frequency corresponding to the resonance length, which is disposed on the emission side of the light emitting means for emitting light of the fundamental wavelength, and has an optical path length of light passing through the inside as a resonance length. Resonance means having a plurality of reflection means for reflecting the light, and disposed on an optical path of light passing through the resonance means, having optical anisotropy and incident light, and the light A nonlinear optical material that emits at least one conversion wavelength light having a wavelength different from that of light; and an electric field application that applies an electric field to the nonlinear optical material so that a resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. And a wavelength conversion device for generating UV laser light.
[0006]
Further, in the prior art 2, a light source that supplies laser light, an optical resonator that resonates laser light generated from the light source, and a wavelength that is shorter than the wavelength of the laser light are disposed in the optical resonator. In the laser light wavelength conversion device comprising: a nonlinear optical material that converts the light wave into a light wave; and an optical system that returns the laser light emitted from the optical resonator to the light source through the optical resonator again, the optical resonator, It describes that the nonlinear optical material and the optical system are arranged in a vacuum chamber.
[0007]
Further, in the prior art 3, in an external resonance type wavelength conversion device, an optical element is provided in a space between a wavelength conversion element (for example, a nonlinear optical crystal) and a laser beam separation optical member (for example, a mirror having wavelength selectivity). By providing a transparent material, filling with air or an inert gas, or substantially in a vacuum state, and blocking between the wavelength conversion element and the laser beam separation optical member from the outside, dust and gas It is described that the components are prevented from adhering to and depositing on the laser light emitting surface of the wavelength conversion element, the light receiving surface of the laser light separating optical member, and the like.
[0008]
Further, in the prior art 4, before using the laser resonator, contaminants such as oil adhering to the mirror and non-linear crystal components constituting the laser resonator are substantially removed to remove the laser resonator. It is described to extend the life.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the wavelength converter, when the surface of all optical members such as mirrors and non-linear optical crystals installed in the optical resonator is irradiated with ultraviolet light, and ultraviolet light is applied to the residual suspended matter in the optical resonator. There was a problem that a slight reaction gas generated when irradiated later adhered to the surfaces of all optical members such as mirrors and non-linear optical crystals in the optical resonator, leading to problems such as a decrease in transmittance.
[0010]
In order to solve this problem, in the prior art 2, the optical resonator, the nonlinear optical material, and the optical system are arranged in the vacuum chamber. However, in the prior art 2, since the optical resonator, the nonlinear optical material, and the optical system are arranged in the vacuum chamber, the optical resonator, the nonlinear optical material, and the optical system can be prevented from being contaminated. Although it is possible, even if atmospheric pressure is applied to the vacuum chamber, the vacuum chamber is made strong and a seal structure so that the optical resonator, nonlinear optical material, and optical system are not deformed due to internal stress. Therefore, there is a problem that the structure of the vacuum chamber including the seal structure becomes complicated. Furthermore, in the prior art 2, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-15061, it is necessary to control the temperature of the nonlinear optical crystal, so that heat is generated in the vacuum chamber and other mirrors are used. It has the subject that it will affect optical members, such as.
[0011]
Moreover, in the said prior art 3, by blocking | interrupting between a wavelength conversion element and a laser beam separation optical member from the outside, dust and a gas component are the laser beam emission surface of the said wavelength conversion element, or the said laser beam separation optical member. Although consideration is given to preventing adhesion and deposition on the light-receiving surface, etc., consideration is not given to prevention of adhesion of contaminants to the entire optical resonator including the nonlinear optical crystal.
[0012]
As described above, in any of the prior arts 1 to 4, an optical resonator including a nonlinear optical crystal with a simplified structure without being greatly affected by temperature rise control of the nonlinear optical element (nonlinear optical crystal). No consideration is given to the prevention of contamination from the whole.
[0013]
In order to solve the above problems, the object of the present invention is to reduce the contamination of the entire optical resonator including the nonlinear optical element by simplifying the structure without being greatly affected by the heat generated from the nonlinear optical element. It is an object of the present invention to provide an ultraviolet laser light generating device that prevents the attachment of an object and efficiently converts the wavelength of incident laser light and extends the lifetime without reducing the output intensity of the ultraviolet laser light.
Another object of the present invention is to provide an ultraviolet laser light generation device that facilitates maintenance by easily investigating the cause when the output intensity of ultraviolet laser light is reduced in the wavelength conversion device. It is in.
Further, another object of the present invention is to detect a fine inspection pattern formed on an inspection object such as a semiconductor wafer with high resolution by illumination with a stable intensity by ultraviolet laser light, and to detect the fine inspection pattern on the fine inspection pattern. It is an object of the present invention to provide a defect inspection apparatus and method capable of inspecting defects.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention focuses on suppressing the generation potential of a chemical reaction gas with residual organic matter by irradiation with ultraviolet light inside an optical resonator in a wavelength conversion device that generates ultraviolet laser light. The structure is such that residual organic matter does not float inside the optical resonator. Specifically, an optical resonator and a non-linear optical element are installed in the container to form a sealed structure, and the inside of the container is replaced with an inert gas in a state in which an organic substance is prevented from entering from the outside, thereby making it difficult to oxidize. At the same time, it is intended to prevent the heat trapping based on the constant temperature control of the nonlinear optical element to prevent the influence of heat on other optical members.
[0015]
That is, the present invention relates to a laser excitation light source that emits and emits laser fundamental wave light, an ultraviolet light that is composed of an incident window that receives the laser fundamental wave light emitted from the laser excitation light source, and a multiplied harmonic light of the laser fundamental wave light. Provided in a hermetically sealed container with an exit window that exits to the outside, an optical resonator comprising a plurality of optical members that resonate with the laser fundamental wave light incident from the entrance window, and provided inside the optical resonator A wavelength converter that includes a nonlinear optical element that generates a multiplied harmonic light of the laser fundamental wave light, and that emits an ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light in the emission window, and further includes a wavelength converter in the container. It is an ultraviolet laser beam generator configured to include a wavelength conversion device provided with a cleaning means for cleaning by filling with an active gas.
[0016]
Further, in the ultraviolet laser beam generator according to the present invention, the cleaning means of the wavelength converter connects the exhaust means for exhausting the gas in the container and the supply means for supplying the inert gas into the container. It is characterized by comprising.
Moreover, the present invention is characterized in that, in the ultraviolet laser beam generator, the cleaning means of the wavelength converter includes an adhesive material that fixes the contaminants floating in the container to the wall surface in the container.
Further, the present invention is characterized in that in the ultraviolet laser beam generator, the wavelength conversion device has a double or triple structure, and a gap filled with an inert gas is provided between the containers.
[0017]
The present invention also provides a laser excitation light source that emits and emits a laser fundamental wave light, an ultraviolet laser beam comprising an incident window that receives the laser fundamental wave light emitted from the laser excitation light source, and a harmonic wave multiplied by the laser fundamental wave light. An exit window that exits to the outside is provided in a sealed container, and is provided in an optical resonator composed of a plurality of optical members that resonate with the fundamental laser light incident from the entrance window, and the optical resonator. A non-linear optical element that generates a multiplied harmonic light of the laser fundamental wave light, and a wavelength converter that emits an ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light in the emission window, and further, a contamination in the container It is an ultraviolet laser beam generator configured to include a wavelength converter provided with an optical detection means for optically detecting the state.
Moreover, the present invention is characterized in that, in the ultraviolet laser beam generator, the optical detection means is configured by installing a plurality of photoelectric conversion means in a container.
[0018]
Further, the present invention is characterized in that the ultraviolet laser beam generator further comprises a detecting means for detecting an output intensity of the ultraviolet laser beam emitted from the wavelength converter.
[0019]
In the ultraviolet laser beam generator according to the present invention, the laser excitation light source is a light source that emits a second harmonic wave of the Nd YAG laser beam.
[0020]
The present invention also provides the ultraviolet laser light generation device, an illumination optical system that illuminates an inspection target object with the ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light generation device, and an inspection object illuminated by the illumination optical system. Based on a detection optical system that collects reflected light from an object, a photoelectric converter that receives reflected light collected by the detection optical system and converts it into a signal, and a signal obtained from the photoelectric converter A defect inspection apparatus comprising a defect detection circuit for detecting a defect on the inspection object.
[0021]
The present invention also provides a plurality of ultraviolet laser light generators installed with coaxial optical paths of the emitted laser light, and an ultraviolet laser light emitted from any one or a plurality of the ultraviolet laser light generators. An illumination optical system that illuminates the object to be inspected, a detection optical system that collects reflected light from the object to be inspected illuminated by the illumination optical system, and reflected light that is collected by the detection optical system A defect inspection apparatus comprising: a photoelectric converter that receives light and converts it into a signal; and a defect detection circuit that detects a defect on the inspection target based on a signal obtained from the photoelectric converter. is there.
Further, the invention is characterized in that at least one of the plurality of ultraviolet laser light generators is a spare ultraviolet laser light generator.
In the present invention, the illumination optical system includes a selection optical system that illuminates an object to be inspected by selecting ultraviolet laser light emitted from any one or a plurality of ultraviolet laser light generators. It is characterized by that.
Further, the present invention is characterized in that the illumination optical system includes a combining optical system that combines the ultraviolet laser light emitted from each of the plurality of ultraviolet laser generators to illuminate the object to be inspected.
In addition, the present invention is characterized in that the ultraviolet laser beam generator is configured to emit an ultraviolet laser beam by continuously oscillating it.
Further, the present invention is characterized in that the defect inspection apparatus has a coherence reduction optical system as an illumination optical system.
Further, the present invention includes an objective lens as the illumination optical system and a detection optical system, and further, as the illumination optical system, ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light generator is passed over the pupil of the objective lens. A coherence reduction optical system that reduces the coherence by scanning in two dimensions is provided.
[0022]
The present invention further includes an objective lens as the illumination optical system and a detection optical system, and further, as the illumination optical system, ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light generator is passed through the objective lens to be inspected. It is characterized in that it is configured to illuminate an object with an annular illumination.
[0023]
In the defect inspection apparatus according to the present invention, the illumination optical system and the detection optical system include a polarizing beam splitter and a deflecting element group.
[0024]
Further, the present invention illuminates the object to be inspected with the ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light generator, condenses the reflected light from the illuminated object to be inspected, and collects the light. In this defect inspection method, reflected light is received by a photoelectric converter and converted into a signal, and a defect on the inspection object is detected based on the converted signal.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a high-resolution optical system, a defect inspection apparatus, and a method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0026]
A first embodiment of a defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present invention, in order to perform high-luminance illumination in the DUV region, an ultraviolet laser light source (ultraviolet laser light generator) 3 that emits DUV laser light is used. The stage 2 has degrees of freedom in the X, Y, Z, and θ directions, and a semiconductor wafer (an object to be inspected), which is an example in which an inspection pattern is formed, is placed as the sample 1. The ultraviolet laser light (DUV laser light) L2 emitted from the ultraviolet laser light source 3 is transmitted to the objective lens 11 via the beam expander 6, the coherence reduction optical system 7, the lens 8, the polarizing beam splitter 9, and the polarizing element group 10. Incident light is irradiated onto an inspection object (for example, a semiconductor wafer) 1 on which an inspection pattern is formed. The beam expander 6 expands the ultraviolet laser light to a certain size, and is a so-called Koehler illumination that is focused on the vicinity 11 a of the pupil of the objective lens 11 by the lens 8 and then irradiates the sample 1. .
[0027]
The reflected light from the sample 1 is detected by the image sensor 13 from above the sample 1 through the objective lens 11, the polarizing element group 10, the polarizing beam splitter 9, and the imaging lens 12. The image sensor 13 needs to be able to detect DUV light and can be composed of a TDI image sensor. When a TDI sensor is used as the image sensor 13 as described above, as shown in FIG. 20, a cylindrical lens is included as the lens 8 in order to make the illumination light flux into a slit shape 140 that matches the shape of the light receiving surface 130 of the TDI sensor. Such a configuration is preferable in terms of illumination efficiency.
[0028]
The polarizing beam splitter 9 has a function of reflecting when the polarization direction of the laser beam is parallel to the reflecting surface and transmitting when the laser beam is perpendicular. The ultraviolet laser light used as the ultraviolet laser light source 3 is originally a polarized laser, and the polarizing beam splitter 9 is installed so that the ultraviolet laser light L2 emitted from the coherence reduction optical system 7 is totally reflected. Since the inspection pattern formed on the inspection object 1 such as a wafer by the process has various shapes, the reflected light from the pattern has various polarization directions. The polarizing element group 10 controls the polarization direction of the laser illumination light and the reflected light, and sets the polarization ratio of the illumination light so that the reflected light due to the pattern shape and density difference does not reach the image sensor 13 due to uneven brightness. For example, a half-wave plate 10a and a quarter-wave plate 10b are incorporated for changing the phase of the illumination wavelength by 45 degrees or 90 degrees. Therefore, the light illuminated from the polarizing element group 10 onto the inspection object 1 becomes, for example, circularly polarized illumination light, and all of the light reflected from the inspection object 1 is reflected by the polarizing element group 10. It becomes perpendicular to the surface and passes through the polarization beam splitter 9. Thus, since the resolution of the optical system 70 changes depending on the illumination or detection polarization state, the mirror 86, the lens 87, and the detection provided in the optical path from the polarization beam splitter 9 to the image sensor 13 are provided. Based on the spatial image of the pupil plane of the objective lens 11 detected by the device 88, the polarization elements 10a and 10b are controlled to rotate relatively around the optical axis, and the circuit pattern formed on the object 1 to be inspected. The performance (resolution) of the optical system 70 can be improved by controlling the polarization state of the reflected light that changes according to the density and detecting it with the image sensor 13.
[0029]
The image sensor 13 is formed of, for example, a storage type sensor (TDI sensor) that can detect ultraviolet light, and depends on the brightness (lightness) of reflected light from the pattern to be inspected formed on the object 1 to be inspected. The grayscale image signal is output. That is, brightness information (grayscale image signal) of the inspection pattern formed on the inspection object 1 is detected by the image sensor 13 while the inspection object 1 is moved at a constant speed by scanning the stage 2. . The grayscale image signal 13a obtained from the image sensor 13 is input to the signal processing circuit 60 and subjected to defect inspection including foreign matter on the inspection target. The signal processing circuit 60 includes an A / D converter 14, a gradation converter 15, a delay memory 16, a comparator 17, a CPU 19, and the like. The A / D converter 14 converts the grayscale image signal 13a obtained from the image sensor 13 into a digital image signal.
[0030]
The focus detection optical system 71 detects the displacement of the stage 2 in the Z direction. Then, the focus detection circuit 72 processes the displacement in the Z direction of the stage 2 detected by the focus detection optical system 71, and, for example, based on the drive control command from the drive circuit 73 corresponding to this process, the Z of the stage 2 By driving and controlling the displacement in the direction, the image sensor 13 can detect the brightness information of the pattern in a focused state with high accuracy with respect to the pattern to be inspected formed on the object 1 to be inspected. become.
[0031]
The gradation converter 15 is composed of, for example, an 8-bit gradation converter, and a gradation as described in JP-A-8-320294 is applied to the digital image signal output from the A / D converter 14. Conversion is performed. That is, the gradation converter 15 performs logarithm, exponent, polynomial conversion, and the like, and the brightness of the image generated by the interference between the thin film formed on the inspection object 1 such as a semiconductor wafer and the laser beam in the process. Unevenness is corrected.
[0032]
The delay memory 16 stores the output image signal from the gradation converter 15 for one cell, one chip, or one shot constituting the object 1 to be inspected, such as a semiconductor wafer, according to the scanning width of the image sensor 13. It is something to be made.
[0033]
The comparator 17 compares the image signal output from the gradation converter 15 with the image signal obtained from the delay memory 16 and detects a mismatched portion as a defect. That is, the comparator 17 compares the detected image with the image delayed by an amount corresponding to the cell pitch or the like output from the delay memory 16. Accordingly, the CPU 19 inputs coordinates such as array data on the inspection object 1 such as a semiconductor wafer obtained based on the design information using the input means 18 constituted by a keyboard, a recording medium, a network, and the like. Thus, based on the inputted coordinates such as array data on the semiconductor wafer 1, defect inspection data is created based on the comparison inspection result by the comparator 17 and stored in the storage device 20. This defect inspection data can be displayed on the display means 21 such as a display as required, and can also be output to the output means 22 so that the defect location can be observed with, for example, another review device.
[0034]
The details of the comparator 17 may be those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-212708. For example, the image alignment circuit, the difference image detection circuit for the aligned image, and the difference image are binarized. The non-coincidence detection circuit is configured by a feature extraction circuit that extracts an area, length, coordinates, and the like from the binarized output.
[0035]
Next, an embodiment of the ultraviolet laser light source (ultraviolet laser light generator) 3 will be described. In order to obtain high resolution, it is necessary to shorten the wavelength, and high brightness illumination is necessary to improve the inspection speed. In the past, a discharge lamp such as mercury xenon was used, and the visible spectrum was widely used in the emission spectrum (bright line) of the lamp. Compared with these light intensities, the bright line in the ultraviolet and deep ultraviolet regions is visible. Compared with light, it is about several percent, and a large light source is required to secure desired luminance. When the size of the light source is increased in this way, there is a limit in moving away from the optical system so as not to be affected by heat generation. From such a viewpoint, in the present invention, an ultraviolet laser beam (DUV light (Deep Ultraviolet ray)) that can easily secure a short wavelength is used as the light source 3. As the ultraviolet laser light, laser light having a wavelength of about 100 nm to 400 nm is shown, and as the DUV laser light, laser light having a wavelength of about 100 nm to 314 nm is shown.
[0036]
As shown in FIG. 2, the ultraviolet laser light source (ultraviolet laser light generator) 3 includes, for example, a solid-state laser device (laser excitation light source) 4 that emits and emits laser fundamental light having a wavelength of 532 nm and a wavelength converter 5. . The solid-state laser device 4 emits a Nd: YAG laser beam having an oscillation wavelength of 1064 nm through a nonlinear optical crystal to be a double wave, and a laser beam having a wavelength of 532 nm, which is controlled so as to be output at a constant intensity. It is. That is, the solid-state laser device 4 that outputs the second harmonic wave of the Nd: YAG laser beam controls the current of the laser power source in accordance with the monitored output, so that the output of the laser beam L1 having a certain intensity is emitted. Configured to be The laser beam L 1 having a wavelength of 532 nm emitted from the solid-state laser device 4 is single-mode oscillation and is incident on the wavelength conversion device 5.
[0037]
Further, the oscillation mode of the solid-state laser device 4 of the ultraviolet laser light source 3 may be continuous oscillation or pulse oscillation. However, the stage 2 is continuously scanned and an image from the object 1 to be inspected is an image sensor such as a TDI sensor. Because of the relationship detected at 13, continuous oscillation is desirable.
[0038]
The ultraviolet laser light source 3 is a device that generates a third harmonic (355 nm) or a fourth harmonic (266 nm) of the fundamental wave by converting the wavelength of a solid YAG laser (1064 nm) with a nonlinear optical crystal or the like. It may be configured. Furthermore, if it exists as the ultraviolet laser light source 3, it may be 100 nm or less.
[0039]
Next, the wavelength converter 5 that is an element of the present invention will be described. FIG. 2 is a view of the ultraviolet laser light source 3 in FIG. 1 as viewed from the Z direction, and shows a schematic structure (cross section) of the wavelength conversion device 5. Mirrors M1 to M4 are arranged inside the container of the wavelength conversion device 5, and the laser light L1 emitted from the solid-state laser device 4 and incident from the transparent window 35 of the incident port 39 provided in the containers 41 and 45 is , Passes through the mirror M1 and reaches the mirror M2. The mirror M2 transmits part of the incident light and reflects the rest. The laser beam reflected by the mirror M2 reaches the mirror M3. The nonlinear optical crystal 30 is disposed in the optical path between the mirror M3 and the mirror M4, and the laser light totally reflected by the mirror M3 passes through the nonlinear optical crystal 30 and reaches the mirror M4. And an optical resonator is comprised by the optical member which has these mirrors M1-M4 and which has a high reflectance. Furthermore, since the nonlinear optical crystal 30 is disposed at an appropriate position calculated optically, the incident light is converted into a second harmonic having a wavelength of 266 nm by the crystal 30. In the mirror M4, only the second harmonic ultraviolet laser light L2 is emitted outside the wavelength converter 5 through the transparent window 35 of the emission port 40 provided in the containers 41 and 45. That is, the mirror M4 is coated so as to transmit the second harmonic and reflect other wavelengths. The laser light L3 that has not been converted by the nonlinear optical crystal 30 is reflected by the mirror M4 and reaches the mirror M1, and again follows the same optical path as the laser light L1 that has passed through the mirror M1. Here, a part of incident light that has passed through the mirror M2 is detected by detecting means (not shown) to detect an error between the frequency of the incident light and the resonance frequency of the wavelength converter, and is tuned so that both are always in a resonance state. Therefore, the resonator length is controlled with high accuracy by, for example, finely moving the mirror M3 at high speed by a servo mechanism (for example, a piezoelectric element) not shown. By controlling the resonator length with high accuracy in this way, an optical resonator is constituted by an optical member having a high reflectance composed of the mirrors M1 to M4. A wavelength converter 50 is configured by the optical resonator and the nonlinear optical crystal 30 provided inside the containers 41 and 42.
[0040]
Therefore, the ultraviolet laser beam L2 having a wavelength of 266 nm emitted from the wavelength conversion device 5 has coherence (has coherence), and when the circuit pattern on the inspection object 1 is illuminated with the laser beam, the spec Cause the occurrence of Therefore, it is necessary to reduce the coherence in the illumination with the ultraviolet laser beam L2. In order to reduce coherence, either temporal or spatial coherence may be reduced. Therefore, in the present invention, the spatial coherence is reduced by the coherence reduction optical system 7.
[0041]
FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of an illumination optical system including the coherence reduction optical system 7 according to the present invention. The laser light L2 emitted from the transparent window 35 of the emission port 40 of the wavelength conversion device 5 is converted into a parallel light beam expanded to a certain size by the beam expander 6, and is condensed at the focal position of the lens 24. Thereafter, the light is condensed on the pupil 11 a of the objective lens 11 through the lens 25, the lens 8, and the polarization beam splitter 9. Incidentally, the focal position 28 of the lens 24 is also the focal position of the lens 25, and the focal position 28 is conjugate with the position of the pupil 11a of the objective lens 11.
[0042]
As shown in FIG. 4, the coherence reduction optical system 7 has, for example, a circular diffuser plate 26 disposed at a focal position 28 in the optical path and rotated at high speed by a motor 27. That is, as shown in FIG. 5, a diffusion plate 26 whose surface is processed to an appropriate roughness is disposed at the focal position of the lens 24 (and the lens 25), and the pupil 11 a of the objective lens 11 is rotated by the rotation of the motor 27. Spatial coherence is reduced by scanning a laser spot that is focused on, thereby reducing coherence. The laser beam spreads to some extent on the diffusion plate 26. The lens 25 is selected as a lens having a numerical aperture that covers this, and the detailed specifications of the diffusion plate 26 are determined by experiments. Further, the coherence reduction optical system 7 is not limited to the method described above, and a polyhedral rotating mirror, a rotating vibration mirror, or the like may be used as another means.
[0043]
By the way, the laser light source 3 used for illumination uses the mirrors M1 to M4 and the nonlinear optical crystal 30 in which the excitation light L1 having a wavelength of 532 nm by the solid-state laser is disposed in the container of the wavelength conversion device 5 to be a double wave. As described above, it is necessary to tune the internal optical system so that the frequency of the incident light and the resonant frequency of the wavelength converter 50 are always in a resonant state, as described above. For example, the inside of the container of the wavelength conversion device 5 is very delicate. Among them, the nonlinear optical crystal 30 has deliquescence and dislikes moisture. Therefore, in order to stably obtain ultraviolet laser light, it is necessary to always keep the surfaces of the mirrors M1 to M4 and the nonlinear optical crystal 30 installed in the optical resonator in a clean state.
[0044]
In addition, there is a thermostat (not shown) for keeping the temperature of the nonlinear optical crystal 30 constant in order to emit a constant ultraviolet laser beam from the wavelength converter 50 installed inside the container of the wavelength converter 5. It is installed in a fine movement mechanism 45 that supports the nonlinear optical crystal 30.
[0045]
Here, when the inside of the containers 41 and 45 of the wavelength conversion device 5 cannot be kept in a clean state, a chemical reaction occurs by irradiating with ultraviolet laser light, and adheres to and cures the internal optical element surface. As a result, the output intensity of the ultraviolet laser beam is reduced. Therefore, when the output intensity of the ultraviolet laser light is reduced, it is assumed that the surface of the nonlinear optical crystal 30 is burned by readjustment of the optical members M1 to M4 such as mirrors inside the container of the wavelength conversion device 5 and laser irradiation. This can be dealt with by changing the position of the laser irradiation to 30 little by little, but both require a lot of labor and time.
[0046]
Thus, first, a first embodiment of the wavelength conversion device 5 according to the present invention will be described. In this first embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a wavelength converter 50 composed of an optical resonator composed of optical members M1 to M4 and a nonlinear optical crystal 30 is blocked from outside air by a container 41. The structure was hermetically sealed. FIG. 7 shows a state where the lid 31 is removed. That is, a transparent window 35 is provided at the laser beam incident port 39 and the emission port 40 formed in the container 41 and shielded by using, for example, an O-ring 36 or the like, for example, an inert gas storage container (not shown) for cleaning. A supply valve 32 provided with a filter 37 at the tip for supplying, for example, an inert gas gas for cleaning into the container 41, and an exhaust for exhausting residual gas in the container 41 connected to an exhaust pump The detector for observing the state of the gas in the valve | bulb 33 and the container 41, especially that the inert gas was filled was provided. Thus, as the cleaning means for cleaning the inside of the container 41, for example, the supply valve 32 provided with the filter 37 at the tip connected to an inert gas storage container (not shown) and the exhaust pump are connected. The exhaust valve 33 and a detector 34 for observing that the inert gas is filled, for example, are configured. With this configuration, after the adjustment of the optical system in the container of the wavelength conversion device 5 is completed, the lid 31 is attached and an exhaust pump (not shown) is connected to the exhaust valve 33 as shown in FIG. The residual gas in the container 41 is exhausted. Next, an inert gas is supplied from the supply valve 32. The detector 34 is, for example, a barometer, and monitors the atmospheric pressure in the container 41. The supply of the inert gas is completed when the atmospheric pressure in the container 41 reaches 1 atm. As the inert gas, a gas that does not chemically react with the laser beam in the wavelength converter 50 is preferable, and examples thereof include nitrogen gas and argon gas. In addition, a filter 37 is provided at the tip of the supply valve 32, and this serves to control the flow rate when supplying the inert gas and to prevent impurities such as foreign matters from being mixed.
[0047]
In particular, the exhaust valve 33 is connected to the exhaust pump 33 to exhaust the residual gas in the container 41, and then the inert gas is supplied from the supply valve 32 into the container 41 and is supplied in a state of being filled to about 1 atm. The container 32 may be sealed by closing the valve 32 and the exhaust valve 33. Alternatively, the inert gas may be supplied from the supply valve 32 into the container 41 to be filled to about 1 atmosphere, and then the inert gas may be flown in a small amount so that the laser beam does not fluctuate.
[0048]
According to the first embodiment described above, new foreign matter can be prevented from entering the container 41, and as a result, the surfaces of the mirrors M1 to M4 and the crystal 30 installed in the optical resonator. Can always be kept in a clean state, and the output intensity of the ultraviolet laser light can be prevented from being lowered.
[0049]
Next, a second embodiment of the wavelength conversion device 5 according to the present invention will be described. In the second embodiment, as shown in FIG. 9, the wavelength converter 50 is shut off from the outside air by a double structure of a container 42 and a casing (container) 45 and sealed. In the case of the second embodiment, it is possible to prevent mechanical stress from being generated on the wavelength converter 50 by closing the lid 31. That is, the outer casing 45 is provided with transparent windows 35 at the entrance port 39 and the exit port 40, shielded by using, for example, an O-ring 36, etc., and the valves 32 and 33 for supplying and discharging the gas, A detector 34 for observing the state of the gas was provided. The container 42 containing the wavelength converter 50 was supported by a support member 43 in a casing (container) 45 to have a double structure. The inner container 42 is formed with an incident port 46 for entering laser light incident through the transparent window 35 of the incident port 39 and an exit port 47 for emitting the ultraviolet laser light L2 to the transparent window 35 of the exit port 40, An intake hole 48, an exhaust hole 49, and a pressure hole 51 communicating with the inside and outside of the container 42 are formed. In particular, by making a large number of the intake holes 48 and the exhaust holes 49 small, even if a small amount of inert gas continues to flow, it functions as a buffer between the outside of the container 42 and the inside of the casing 45, It is possible to eliminate the flow of the inert gas in 42 and eliminate the fluctuation of the laser beam. Naturally, the exhaust valve 33 is connected to the exhaust pump 33 to exhaust the residual gas in the casing 45 including the inside of the container 42, and then the inert gas is supplied from the supply valve 32 into the casing 45 to reach about 1 atm. In a filled state, the exhaust valve 33 and the supply valve 32 may be closed to seal the casing 45. Thus, according to the second embodiment of the wavelength converter 5, the generation of mechanical stress on the wavelength converter 50 is prevented, and an inert gas that does not chemically react with the laser beam, such as nitrogen gas, By supplying the gas so as to be filled with argon gas or the like, it is possible to prevent a new foreign substance from entering the container 42. As a result, the surfaces of the mirrors M1 to M4 and the crystal 30 installed in the optical resonator. Can always be kept in a clean state, and the output intensity of the ultraviolet laser light can be prevented from being lowered.
[0050]
In the second embodiment, the wavelength converter 50 is shut off from the outside air by the double structure of the container 42 and the casing (container) 45, and is sealed, but the structure is somewhat complicated. You may comprise a container with a triple structure. If the container has a triple structure in this way, even when a small amount of inert gas continues to flow, a gap serving as a buffer can be formed between the containers, so that the fluctuation of the laser beam can be eliminated more and more. Become.
[0051]
Next, a third embodiment of the wavelength conversion device 5 according to the present invention will be described. In the third embodiment, an adhesive material 38 is applied to the inner wall of the container 41 in the first embodiment as shown in FIG. Of course, in the third embodiment, the adhesive material 38 may be applied to the inner wall of the container 42 in the second embodiment. According to the third embodiment, it is possible to prevent the foreign matter 39 remaining in the containers 41 and 42 from flying up by the wind pressure and adhering to the internal optical components when the inert gas is supplied. In addition, when the gas in the containers 41 and 42 is exhausted, the floating foreign material 39 in contact with the adhesive material 38 can be caught and held semipermanently.
[0052]
Next, a fourth embodiment of the wavelength conversion device 5 according to the present invention will be described. As shown in FIG. 10, in the fourth embodiment, a plurality of optical sensors S1 to S6 are arranged inside the container of the wavelength converter 5 in the third embodiment, and the plurality of optical sensors S1 to S6 are used to store the container. It is possible to monitor the contamination state of the optical members M1 to M4 and the non-linear optical element 30 by detecting scattered light from the contaminants generated in 41 and 42 and detecting the degree of contamination in the container, that is, the contamination state. Is. That is, the plurality of optical sensors S1 to S6 constitute an optical contaminant detection unit that detects scattered light from contaminants generated in the containers 41 and 42. The contaminant is usually an organic substance, and the optical sensors S1 to S6 detect fluorescent scattered light generated from the organic substance. Each of the plurality of optical sensors S1 to S6 includes a condenser lens and a photoelectric conversion element (not shown), and detects, for example, the contamination state of the surfaces of the mirrors M1 to M4 and the surface of the nonlinear optical crystal 30. To do. Since the photoelectric conversion element generates an electromotive force according to the amount of received light, a threshold value is provided for this, and when the threshold value is exceeded, it is determined that the surfaces of the mirrors M1 to M4 and the surface of the nonlinear optical crystal 30 are contaminated. For example, if there is an output signal from the optical sensor S2, it can be seen that the contaminant 40 has adhered to the surface of the mirror M2. Since the wavelength of the laser beam is known, by using an optical sensor having high sensitivity only in a specific wavelength band as the optical sensors S1 to S6, the influence of disturbance light can be prevented and the detection threshold can be set low, so that the mirrors M1 to M4 In addition, slight contamination on the surface of the crystal 30 can be detected with high sensitivity. In the defect inspection apparatus shown in FIG. 1, a detection means (not shown) comprising a photoelectric converter or the like provided by branching the output intensity of the ultraviolet laser light L2 emitted from the wavelength converter 5 from the illumination optical path. If the output intensity decreases as a result of monitoring, the cause is that the surfaces of the optical members M1 to M4 and 30 to be detected by any of the optical sensors S1 to S6 are contaminated with contaminants. Therefore, the surface of the optical member is cleaned or replaced with an uncontaminated optical member. As a method for monitoring the ultraviolet laser light L2 emitted from the wavelength converter 5, the output of the beam expander 6 or the coherence reduction optical system 7 may be monitored. Naturally, when the output of the beam expander 6 or the coherence reduction optical system 7 is monitored, a decrease in output intensity due to contamination of the optical system 6 or 7 is also included.
[0053]
Further, when there is no output signal based on contamination from the optical sensors S1 to S6, and the output intensity of the ultraviolet laser light L2 emitted from the wavelength converter 5 is lowered by monitoring with the detection means (not shown) as described above. Is considered to be caused by the nonlinear optical crystal 30. In this case, since there is a high possibility that the inside of the crystal 30 is burned by the laser irradiation, the nonlinear optical crystal 30 is moved in the YZ direction by the fine adjustment mechanism 45 so that the output intensity of the ultraviolet laser light L2 is increased. Is done. Of course, the fourth embodiment can be applied to the second embodiment shown in FIG.
[0054]
As described above, by monitoring the contamination state in the wavelength conversion device, it is possible to easily and appropriately determine whether or not the wavelength conversion device needs to be maintained. It is possible to eliminate extra time for adjusting the optical system.
[0055]
According to the embodiment of the present invention described above, a long-lived laser light source, i.e., a wavelength converter, can be extended for a long time without lowering the light output of the ultraviolet laser light. Oscillation can be obtained, and as a result, a fine pattern formed on the inspection object 1 can be detected with high resolution, and defects generated in the fine pattern can be inspected with high reliability.
[0056]
Next, a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 11, FIG. 18, and FIG. This second embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a solid-state laser device (laser excitation light source) 4 and a wavelength conversion device 5 are first provided as shown in FIG. A plurality of ultraviolet laser light sources (ultraviolet laser light generators) 3 provided are installed so that the ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light source 3 is coaxial, and only one is provided as shown in FIG. May be used by switching them when others fail, and as shown in FIG. 19A, all of them may be oscillated and used at low output. That is, in the second embodiment, a plurality of ultraviolet laser light sources 3a, 3b, and 3c including the solid-state laser device 4 and the wavelength conversion device 5 are provided, and emitted from each of the ultraviolet laser light sources 3a, 3b, and 3c. The ultraviolet laser light is folded in the Z direction, for example, in each of the mirrors 81 a, 81 b, 81 c, coaxially input, and input to the beam expander 6. In particular, as shown in FIG. 19B, by switching and selecting each mirror (selection optical system) 81a to 81c, it is possible to switch and select the outputs of the ultraviolet laser light sources 3a to 8c. As a result, the ultraviolet laser light is always emitted from the normal ultraviolet laser light source provided as a reserve and irradiated onto the inspection object 1, and the fine pattern formed on the inspection object 1 has a high resolution. It is possible to detect and detect defects generated in the fine pattern with high reliability. Thus, while using a normal ultraviolet laser light source, it is possible to adjust the wavelength converter 5 of the abnormal ultraviolet laser light source that has failed or deteriorated, or to replace it with a normal wavelength converter 5. Become.
[0057]
In addition, as shown to Fig.19 (a), when combining and using the ultraviolet laser beam radiate | emitted from several ultraviolet laser light source 3a-3c with the synthetic | combination optical systems 81a-81c, the whole output is TV camera 85, for example. For example, the output of the solid laser device 4 in a normal ultraviolet laser light source is adjusted in place of the deteriorated ultraviolet laser light source so that a predetermined value is obtained for the entire output to be monitored. It can be increased and automatically adjusted. Further, the wavelength conversion device 5 of the deteriorated ultraviolet laser light source is adjusted so as to increase the output intensity of the ultraviolet laser light L2 by moving the nonlinear optical crystal 30 in the YZ direction by the fine adjustment mechanism 45. Is also possible.
[0058]
Further, as shown in FIG. 18, an ultraviolet laser light source 3 composed of a plurality of light sources 3a and 3b is installed separately from the optical system 70, propagation of mechanical vibrations emitted from the stage and the like to the ultraviolet laser light source 3, and ultraviolet laser The heat conduction from the light source 3 to the optical system 70 is blocked. In the present embodiment shown in FIG. 18, a case where the ultraviolet laser light source 3 is installed below the vibration isolation platen 80 is shown. In this case, although not shown, the exhaust is locally performed so that the heat generated by the ultraviolet laser light source 3 is not transmitted to the upper surface plate 80. The laser beams L2 emitted from the ultraviolet laser light sources 3a to 3c are folded back in the Z direction by the mirrors 81a to 81c and reach the optical system 70 via the mirror 90 and the beam expander 6. In the pattern inspection of the surface of the semiconductor wafer 1, the stage 2 on which the wafer 1 is mounted is scanned in the X and Y directions and the entire surface is inspected. During the inspection, the position of the center of gravity changes as the stage moves. Tilts. In this case, the surface plate 80 is returned to the horizontal state by an air servo or the like, but the ultraviolet laser light L2 emitted from the ultraviolet laser light source 3 has a beam diameter of about 1 mm or less, and the optical system 70 and the ultraviolet laser light L2 It is expected that the optical axis is temporarily off the optical axis. Therefore, in the present invention, the mirror 90, the lens 91, and the position detector 92 are installed on the surface plate 80, thereby detecting the amount of movement of the ultraviolet laser light L2, and the mirror 81 is moved using an actuator such as a piezo. The optical path of the off-axis ultraviolet laser beam L2 is corrected at high speed. Here, the mirror 90 is coated with a reflective film so as to reflect a slight amount of the ultraviolet laser light L2, and the lens 91 projects the reflected light on the position detector 92 in an enlarged manner. The position detector 92 is configured, for example, by dividing the light receiving element in the XZ direction, and detects a movement amount of the laser light by calculating a detection signal of the light receiving element by an electric circuit (not shown). Thereby, the ultraviolet laser light emitted from each of the ultraviolet laser light sources 3a and 3b can be stably incident on the optical system 70.
[0059]
As described above, since a plurality of ultraviolet laser light sources 3 including the solid-state laser device 4 and the wavelength conversion device 5 are installed, the output of the ultraviolet laser light source can be switched and selected. Therefore, it is always possible to ensure a normal ultraviolet laser light source, and it is possible to continuously inspect a fine pattern using the ultraviolet laser light with high reliability.
[0060]
Next, another embodiment of the coherence reduction optical system 7 will be described. In this embodiment, the coherence is spatially reduced by two-dimensionally scanning the laser beam by an on-pupil scanning mechanism composed of two orthogonal scanning mirrors 61 and 64 as shown in FIG. I have to. FIG. 13 is a schematic diagram of an illumination system. The ultraviolet laser light L2 emitted from the ultraviolet laser light source 3 and enlarged to a certain size by the beam expander 6 is reflected by the mirror 61 as a parallel light beam, condensed by the lens 62, and then again by the lens 63. Then, the light is condensed on the pupil 11 a of the objective lens 11 by the lens 8. Reference numerals 67 and 69 denote laser beam reflection positions at the scanning mirrors 61 and 64, respectively, and are in a positional relationship conjugate with the surface of the inspection object 1. Reference numeral 68 denotes a first pupil conjugate plane conjugate with the pupil 11a of the objective lens 11. Accordingly, by rotating or swinging the scanning mirrors 61 and 63 with an electric signal, the ultraviolet laser light L2 can be scanned two-dimensionally on the pupil 11a of the objective lens 11. The electrical signals input to the scanning mirrors 61 and 64 include, for example, a triangular wave and a sine wave. By changing the frequency and amplitude of the input electrical signal, the ultraviolet laser light L2 on the pupil 11a of the objective lens 11 is changed. Various shapes can be scanned. In particular, the scanning mirrors 61 and 64 are controlled to scan the ultraviolet laser spot on the pupil 11a of the objective lens 11 in a ring shape as shown in FIG. It becomes possible to reduce the coherence on 1 and perform ring-shaped illumination. Further, as will be described later, even when the illumination light is an ultraviolet multi-slit spot beam corresponding to the TDI sensor, it is possible to completely emit light by placing a diffusion plate after the on-pupil scanning mechanism composed of the scanning mirrors 61 and 64. Interference can be eliminated.
[0061]
By the way, a mirror 82 that branches an illumination light amount that does not interfere with the illumination of the object 1 to be inspected is arranged in the illumination optical path, and a part of the illumination laser beam is branched by the mirror 82 so that it can be observed by the TV camera 85. Configured. That is, since the light branched by the mirror 82 is ultraviolet laser light, a screen 83 that emits fluorescence when the ultraviolet laser light is incident is placed at a position conjugate with the pupil 11 a of the objective lens 11. As a result, the fluorescent image generated on the screen 83 (when the ultraviolet laser beam is scanned two-dimensionally in a ring shape) 92 is enlarged by the lens 84, whereby an image 91 as shown in FIG. Observation with the camera 85 is possible. Reference numeral 93 denotes the outer diameter of the pupil 11a of the objective lens 11. Then, in the signal processing circuit 60 shown in FIG. 18, by processing the image 91 output from the TV camera 85, for example, the amount of deviation of the illumination light 92 from the center of the pupil 11a can be obtained. By feeding back to the control circuit 95, scanning by the scanning mirrors 61 and 64 of the coherence reduction optical system 7 can be controlled.
[0062]
Further, the signal processing circuit 60 binarizes the image received by the TV camera 85 and adds the pixels having a certain brightness or higher to obtain the illumination area, thereby optimizing the illumination condition (illumination σ). Is also possible.
[0063]
Needless to say, the scanning of the ultraviolet laser light by the scanning mirrors 61 and 64 is performed within the accumulation time of the image sensor 13.
[0064]
Next, another embodiment of illumination conditions will be described. That is, in this embodiment, the ultraviolet laser light is illuminated by multi-spot illumination on the pupil of the objective lens 11. By performing multi-spot illumination in this way, the illumination σ can be increased, so that the scanning time by the scanning mirrors 61 and 64 can be delayed. FIG. 15 is a three-dimensional view in which the multi-lens array 65 and the lens 66 are arranged in the coherence reduction optical system 7, and FIG. 16 is a schematic diagram of an illumination system using the same. That is, the multi-lens array 65 and the lens 66 are added to the incident ultraviolet laser light L2, thereby creating a multi-imaginary ultraviolet laser light source and condensing it on the pupil 11a of the objective lens 11. Configure. Note that reference numeral 110 shown in FIG. 16A denotes a mask for forming multi-spot light. 110b shown in FIG. 16B is a mask for forming multi-spot light, and 110b shown in FIG. 16C is a mask for forming multi-slit spot light. Reference numerals 112a and 112b denote portions that transmit light, and reference numerals 111a and 111b denote portions that shield light. As a means 65 for creating a virtual ultraviolet laser light source, for example, as shown in FIG. 17A, a lens array 114 in which two cylindrical lens arrays 113 are arranged orthogonally, or as shown in FIG. This is achieved by arranging a lot lens array 115 in which two convex lenses are two-dimensionally arranged in the optical path. However, when an accumulation type TDI sensor is used as the image sensor 13, as shown in FIG. 20, it is necessary to use multi-slit spot light 140 as multi-spot light so as to correspond to the light receiving surface 130 of the TDI sensor. . Therefore, as the means 65, for example, an elongated lot lens array 116 shown in FIG.
[0065]
And the scanning state of the multi-spot light used as the annular illumination on the pupil 11a of the objective lens 11 is shown in FIG. Even with multi-slit spot light corresponding to the TDI sensor, scanning is performed on the pupil 11a of the objective lens 11 in the same manner. The pitch 120 of the laser condensing point on the pupil 11a of the objective lens 11 can be freely changed by changing the focal length of the lens 66 and other lenses.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the wavelength converter, the structure is simplified and contamination of the entire optical resonator including the nonlinear optical element is prevented without being greatly affected by the heat generated from the nonlinear optical element. There is an effect that it is possible to realize an ultraviolet laser light generation device that achieves a long life without efficiently converting the wavelength of incident laser light and reducing the output intensity of the ultraviolet laser light.
[0067]
Further, according to the present invention, when the output intensity of the ultraviolet laser beam is reduced in the wavelength conversion device, the cause can be easily investigated to facilitate maintenance including determination of necessity of maintenance. There is an effect that can be done.
[0068]
In addition, according to the present invention, a fine inspection pattern formed on an inspection target such as a semiconductor wafer is detected with high resolution by illumination with a stable intensity by ultraviolet laser light, and defects on the fine inspection pattern are detected. There is an effect that can be inspected with high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a defect inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ultraviolet laser light generating apparatus according to the present invention.
3 is a schematic diagram showing an example of an illumination optical system including the coherence reduction optical system shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of a coherence reduction optical system.
FIG. 5 is a front view of FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view showing an external appearance of a wavelength converter according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a wavelength converter according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the wavelength converter according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the wavelength converter according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the wavelength converter according to the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing another embodiment of the coherence reduction optical system.
13 is a schematic diagram of the optical system shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a state (annular illumination state) in which an ultraviolet laser spot light is scanned on a pupil of an objective lens to reduce spatial coherence.
FIG. 15 is a perspective view showing an embodiment of an optical system that reduces spatial coherence using multi-spots.
FIG. 16 is a schematic diagram showing an illumination optical system using multi-spots.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an optical element that forms a multi-spot.
FIG. 18 is a front view showing a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram of an ultraviolet laser light source used in a second embodiment according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a slit illumination light beam used when a TDI sensor is used as an image sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test object (sample), 2 ... Stage 3, 3a, 3b, 3c ... Ultraviolet laser light source (ultraviolet laser light generator), 4 ... Solid laser device (laser excitation light source), 5 ... Wavelength converter, DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Beam expander, 7 ... Coherence reduction optical system, 9 ... Polarizing beam splitter, 10 ... Polarizing element group, 11 ... Objective lens, 12 ... Imaging lens, 13 ... Image sensor (photoelectric converter), 14 ... A / D converter, 15 ... gradation converter, 16 ... delay memory, 17 ... comparator, 19 ... CPU, 24, 25 ... lens, 26 ... diffuser plate, 30 ... nonlinear optical element (nonlinear optical crystal), 32 ... supply Valves 33: Exhaust valves 34 ... Detectors 35 ... Transparent windows 36 ... O-rings 37 ... Filters 39 ... Incident ports 40 ... Emission ports 41, 42 ... Containers 45 ... Casings (containers) 46 ... the entrance, 7 ... Exit port, 48 ... Intake hole, 49 ... Exhaust hole, 50 ... Wavelength converter, 51 ... Pressure hole, 60 ... Signal processing circuit, 61, 64 ... Scanning mirror (upper pupil scanning mechanism), 62, 63, 66 ... lens, 65 ... multi-lens array, 71 ... focus detection optical system, 81, 81a, 81b, 81c ... mirror (selection optical system, synthesis optical system), 130 ... light receiving surface of TDI sensor, 140 ... slit spot illumination light beam, M1 to M4: mirrors constituting an optical resonator.

Claims (7)

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。
A laser excitation light source that emits and emits laser fundamental light; and
An incident window for entering the laser fundamental wave light emitted from the laser excitation light source and an emission window for emitting the ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light of the laser fundamental wave light to the outside are provided in a sealed container, and incident from the incident window. An optical resonator composed of a plurality of optical members that resonate with respect to the laser fundamental wave light, and a non-linear optical element that is provided inside the optical resonator and generates a multiplied harmonic light of the laser fundamental light, and The window is provided with a wavelength converter for emitting ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light in the window, and the container is further filled with an inert gas so that a trace amount that does not cause fluctuation of the laser light flows in and out. And comprising a wavelength conversion device equipped with a cleaning means for cleaning ,
Furthermore, the wavelength conversion device container has a double or triple structure, and there is a gap filled with an inert gas between the containers .
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。  2. The cleaning means of the wavelength conversion device is configured by connecting an exhaust means for exhausting the gas in the container and a supply means for supplying an inert gas into the container to the container. Ultraviolet laser beam generator. 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。  2. The ultraviolet laser beam generator according to claim 1, wherein the cleaning means of the wavelength conversion device includes an adhesive material for fixing contaminants floating in the container to the wall surface in the container. 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。
A laser excitation light source that emits and emits laser fundamental light; and
An incident window for entering the laser fundamental wave light emitted from the laser excitation light source and an emission window for emitting the ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light of the laser fundamental wave light to the outside are provided in a sealed container, and incident from the incident window. An optical resonator composed of a plurality of optical members that resonate with respect to the laser fundamental wave light, and a non-linear optical element that is provided inside the optical resonator and generates a multiplied harmonic light of the laser fundamental light, and The window is provided with a wavelength converter for emitting ultraviolet laser light composed of the multiplied harmonic light in the window, and the container is further filled with an inert gas so that a trace amount that does not cause fluctuation of the laser light flows in and out. A wavelength converting device including a cleaning means for cleaning and an optical detection means for optically detecting a contamination state in the container ,
Furthermore, the wavelength conversion device container has a double or triple structure, and there is a gap filled with an inert gas between the containers .
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〜の何れか一つに記載の紫外レーザ光発生装置。The laser excitation light source, ultraviolet laser light generating apparatus according to any one of claims 1-4, characterized in that it consists of a light source for emitting a second harmonic light of the YAG laser beam of Nd. 請求項1〜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。
The ultraviolet laser beam generator according to any one of claims 1 to 4 ,
An illumination optical system for illuminating an object to be inspected with ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light generator;
A detection optical system for collecting the reflected light from the object to be inspected illuminated by the illumination optical system;
A photoelectric converter that receives reflected light collected by the detection optical system and converts it into a signal;
A defect inspection apparatus comprising: a defect detection circuit that detects a defect on the inspection object based on a signal obtained from the photoelectric converter.
請求項1〜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。An ultraviolet laser beam emitted from the ultraviolet laser beam generator according to any one of claims 1 to 4 is illuminated on an object to be inspected, and reflected light from the illuminated object to be inspected is collected. A defect inspection method characterized in that the collected reflected light is received by a photoelectric converter and converted into a signal, and a defect on the inspection object is detected based on the converted signal.
JP2000265894A 2000-02-09 2000-09-01 Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof Expired - Fee Related JP3978307B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000265894A JP3978307B2 (en) 2000-02-09 2000-09-01 Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000038124 2000-02-09
JP2000-38124 2000-02-09
JP2000265894A JP3978307B2 (en) 2000-02-09 2000-09-01 Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001296570A JP2001296570A (en) 2001-10-26
JP3978307B2 true JP3978307B2 (en) 2007-09-19

Family

ID=26585474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000265894A Expired - Fee Related JP3978307B2 (en) 2000-02-09 2000-09-01 Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3978307B2 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004233163A (en) 2003-01-29 2004-08-19 Hitachi High-Technologies Corp Method and device for inspecting pattern defect
JP2005208294A (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Institute Of Physical & Chemical Research Nonlinear crystal holding box in laser device, and the laser device using the same
JP4599559B2 (en) * 2005-04-26 2010-12-15 国立大学法人 宮崎大学 Plastic surface diagnostic method and plastic surface diagnostic device
JP5255763B2 (en) * 2006-12-27 2013-08-07 リコー光学株式会社 Optical inspection method and apparatus
JP2010243559A (en) * 2009-04-01 2010-10-28 Nikon Corp Light source device
JP5075893B2 (en) * 2009-09-15 2012-11-21 株式会社東芝 Pattern inspection system
JP5740190B2 (en) * 2011-03-28 2015-06-24 ギガフォトン株式会社 Laser system and laser generation method
US11180866B2 (en) * 2013-04-10 2021-11-23 Kla Corporation Passivation of nonlinear optical crystals
CN105980580B (en) * 2013-11-17 2020-03-03 宽腾矽公司 Optical system and assay chip for detecting, detecting and analyzing molecules
WO2015125635A2 (en) * 2014-02-19 2015-08-27 スペクトロニクス株式会社 Wavelength conversion device
KR20190108594A (en) * 2017-01-20 2019-09-24 세키스이 메디칼 가부시키가이샤 Carbon isotope analysis device and carbon isotope analysis method
WO2019038825A1 (en) 2017-08-22 2019-02-28 ギガフォトン株式会社 Wavelength conversion device
JP7169062B2 (en) * 2017-12-14 2022-11-10 株式会社キーエンス Laser processing equipment and laser oscillator
CN109752318B (en) * 2019-02-28 2024-09-20 中国电力科学研究院有限公司 Mie scattering-based high-voltage cable insulating layer impurity detection device and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001296570A (en) 2001-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7305015B2 (en) Ultraviolet laser-generating device and defect inspection apparatus and method therefor
JP3978307B2 (en) Ultraviolet laser beam generator, defect inspection apparatus and method thereof
US7911601B2 (en) Apparatus and method for inspecting pattern
KR102615131B1 (en) Mask assembly and associated methods
KR101485632B1 (en) Euv lithography device and method for processing an optical element
US6937754B1 (en) Inspection equipment
US9182359B2 (en) Apparatus and method for inspecting pattern defect
JP6042550B2 (en) EUV radiation generator and method of operation for the EUV radiation generator
US8345233B2 (en) Inspection apparatus and inspection method
JP5544663B2 (en) EUV mask inspection apparatus and EUV mask inspection method
KR20170036184A (en) Optical Inspection Apparatus, Method of Inspecting Substrate and Method of Manufacturing Substrate
JP2007522654A (en) Lithographic apparatus and device manufacturing method
JP2024502439A (en) Pupil plane beam scanning for measurement
JP2003177102A (en) Method and apparatus for inspecting pattern defects
US7133127B2 (en) Lighting optical machine and defect inspection system
US6621628B1 (en) Laser microscope and confocal laser scanning microscope
US7515245B2 (en) Lithographic apparatus and device manufacturing method
JP3752935B2 (en) Pattern defect inspection method and apparatus
JPH11260688A (en) Projection aligner
JP4206234B2 (en) Pattern defect inspection apparatus and pattern defect inspection method
TW202434875A (en) Defect inspection method
JP2000180301A (en) Laser-durability measuring apparatus and holder

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060327

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070220

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070423

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070529

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070625

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100629

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110629

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110629

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120629

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120629

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130629

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees