JP5825642B2 - 光源装置、検査装置、及び波長変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、検査装置、及び波長変換方法に関する。

半導体集積回路の高性能化のために、半導体デバイス上の回路パターンはますます微細化・高集積化している。そのような半導体デバイスの製造においては、マスクブランクスと呼ばれるフォトマスクの原版ないし、レチクルと呼ばれる回路パターンが描かれたフォトマスク内の微小な欠陥を測定する過程が必須である。露光光源としてＡｒＦエキシマレーザによる波長１９３．４ｎｍ近傍の深紫外(ＤＵＶ：Deep UltraViolet)光が使われる最先端の半導体露光用マスクの欠陥検査には、照射光源として同様の波長のＤＵＶ光源を用いた光学式欠陥検査装置が利用されている。

例えば、光学式欠陥検査装置は、連続ないし高繰返しパルス発振出力のＤＵＶレーザ光を回路パターンに均一に照射する。そして、検査装置は、そのパターンをＣＣＤカメラ等に結像してデータ処理を行い、欠陥を検出する。検査装置のＤＵＶ光波長は分解能向上の観点からは短いほど有利である。一方で製造工程における検査時間の短縮も重要である。そのためには検査用ＤＵＶ光源の高出力化とともに、ＣＣＤカメラ等との同期が不要となる超高繰返し、理想的には連続出力が求められている。また光出力としては１００ｍＷ程度が必要である。

このような超高繰り返し、ないし高出力の連続出力ＤＵＶレーザ光源としては、非線形光学結晶を用いた波長変換により発生する方法が唯一の実用的アプローチとして追求されている。Ｎｄ^３＋添加固体レーザの第４次高調波(波長２６６ｎｍ)や、アルゴンイオンレーザ第２高調波（２５７ｎｍ、２４４ｎｍ)等がその代表である。さらに、近年は２００ｎｍ未満の ＤＵＶ光が必要とされている。

特許文献１には、波長１９８．５ｎｍの連続発振のＤＵＶ光源が開示されている。この方式では非特許文献１に記されているが、発明者の知る限り波長２００ｎｍ未満で１００ｍＷ以上の発生が報告された現状唯一の連続出力ＤＵＶ光源である。しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザの波長に等しい１９３．４ｎｍ近傍での連続出力光源がマスク検査装置用ＤＵＶ光源として望まれている。１９３．４ｎｍ近傍の連続出力光源が実用化されれば、露光波長に対する欠陥を正確に評価できる等、その有用性は遥かに高く、最先端の半導体製造に大きく貢献できる。

特許４５９０５７８号公報 特表２００９−５４０５３８号公報

J.Sakuma, Y. Okada, T. Sumiyoshi, H. Sekita, M. Obara, "CW DUV light sources for inspection tools," 25th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology 3-7 Oct. 2005, paper 5992-139. Jun Sakuma, Koichi Moriizumi, Haruhiko Kusunose, "True CW 193.4-nm light generation based on frequency conversion of fiber amplifiers," Optics Express, Vol. 19, Issue 16, pp. 15020-15025 (August 2011) M Scholz et al, "1.3-mW tunable and narrow-band continuous-wave light source at 191 nm," Opt Express, pp. 18659-18664, (2012). 金田有史,"外部共振器型面発光半導体レーザー," レーザー研究、第３７巻、第９号、頁101〜107.

波長変換により波長１９３．４ｎｍの紫外光を得るには、一つないし複数のレーザ光源を基本波として用い、それらの高調波発生ないし和周波混合の組合せにより発生させることが必要である。その重要性は極めて高いため１９３．４ｎｍ光の発生方式については過去に様々な提案が為されてきた。

しかしながら、実際に発生が報告された方式は、パルス発振が殆どであり、発明者の知る限り連続出力光源は非特許文献２の１件しかない。その理由は特許文献１に述べられているが、端的に言って技術的に実現可能なレーザ光源と非線形光学結晶の組合せで実用的な連続出力の１９３．４ｎｍ光を得る方式が見出されていなかったということである。

特許文献１では、２段の和周波混合を用いる方式が開示されている。具体的には、２回の第２高調波発生によって、発生波長１０６４ｎｍ付近のレーザ光を波長２６６ｎｍ付近の紫外光に変換している。そして、非臨界位相整合条件(Non-critical Phasematching, NCPM)を満たすＬＢＯ結晶を利用した第１の和周波混合によって、発生波長１９５０〜２０１０ｎｍの出力光と波長２６６ｎｍ付近の紫外光から、２３４．１〜２３４．９ｎｍの紫外光を生成している。なお、波長１９５０〜２０１０ｎｍの出力光の発生には、Ｔｍ添加ファイバレーザ（TDFL：Thulium doped fiber laser）またはアンプ（TDFA：Thulium doped fiber amplifier）が用いられている。

そして、ＣＬＢＯ結晶を用いた第２の和周波混合により、波長２６６ｎｍの紫外光と発振波長１０９６〜１１１１ｎｍのレーザ光から、１９３．４ｎｍのＤＵＶ光を生成している。なお、波長１０９６〜１１１１ｎｍレーザ光の発生には、Ｙｂ添加ファイバレーザ（YDFL：Ytterbium doped fiber laser）ないしアンプ（YDFA：Ytterbium doped fiber amplifier）が用いられる。このように、特許文献１には、非常に高効率な１９３．４ｎｍ光源を実現できることが提案されている。しかしながら、この方式での最大出力は、非特許文献２で報告された１１ｍＷ程度であり、半導体検査応用には不足するおそれがある。また、特許文献１の方式では、和周波混合を２段設ける必要がある。

非特許文献３には１９３．４ｎｍより多少短い１９１ｎｍ光源が示されており、それは１９３．４ｎｍの発生も可能な方式だが、その出力は僅か１．３ｍＷである。また、特許文献２には、波長１９３．０ｎｍのレーザシステムが開示されている。特許文献２の実施例２のレーザシステムは、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、及びＣＬＢＯ結晶を用いている。具体的には、ＬＢＯ結晶は、第２高調波発生によって、Ｎｄ添加ファイバ増幅器（ＮＤＦＡ：Neodymium-Doped Fiber Amplifier）からの９３５．６ｎｍ出力を波長４６７．８ｎｍのレーザ光に変換する。ＢＢＯ結晶は、第２高調波発生によって、波長４６７．８ｎｍのレーザ光を、波長２３３．９ｎｍのレーザ光に変換する。ＣＬＢＯ結晶は、和周波混合によって、波長２３３．９ｎｍのレーザ光と、Ｙｂドープファイバ増幅器により供給される１１０４ｎｍのレーザ光とから、波長１９３．０ｎｍのレーザ光を発生させる。

ＣＬＢＯ結晶は潮解性があるため、水の沸点である１００℃より十分高温に保って利用する必要があり、通常１３０℃以上で使われている。特許文献２の方式では、ＣＬＢＯ結晶の動作温度は３８４Ｋ（１１１℃）とあり、結晶劣化の懸念は非常に高い。また、９３５．６ｎｍ光の発生が必要なのでＮＤＦＡを利用するとあるが、その発振光を得るためのＮｄ添加ファイバレーザ（ＮＤＦＬ：Neodymium-Doped Fiber Laser）は３準位と呼ばれるレーザ発振を行うため、高出力化以上に発生そのものが容易ではなく、実現例も非常に限られている。
ＣＬＢＯ結晶の温度を１３０℃以上で動作させつつ１９３ｎｍ光を和周波混合で発生させるためには、赤外光波長を１１１１ｎｍ以上とする必要があり、よく利用される１５０℃ならば１１１５ｎｍとする必要がある。しかし、これらの波長はＹｂ添加ファイバレーザ、ファイバアンプの利得領域の長波長側限界付近であり、やはり高出力化というより発生そのものが非常に難しいという問題がある。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、高出力のＤＵＶ光を安定して発生させることができる光源装置、波長変換方法、検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様に係る光源装置は、波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させる第１のレーザ光源と、波長１１１１〜１１３０ｎｍの第２のレーザ光を発生させる第２のレーザ光源と、前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させる第１の波長変換手段と、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるＣＬＢＯ結晶を備えた第２の波長変換手段と、を備えたものである。この構成により、高出力のＤＵＶ光を安定して出力することができる。

上記の光源装置において、前記ＣＬＢＯ結晶が１３０℃以上の状態で用いられていてもよい。この構成により、高出力のＤＵＶ光を安定して出力することができる。

上記の光源装置において、波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させる第１のレーザ光源と、赤外の第２のレーザ光を発生させる第２のレーザ光源と、前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させる第１の波長変換手段と、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるＣＬＢＯ結晶を１３０℃以上の状態で用いている第２の波長変換手段と、を備えたものである。この構成により、高出力のＤＵＶ光を安定して出力することができる。

上記の光源装置において、前記第１のレーザ光源が利得媒質として半導体量子井戸を用いていてもよい。これにより、所望の波長のレーザ光を高出力で発生させることができる。

上記の光源装置において、前記第２のレーザ光源が、利得媒質として半導体量子井戸を用いていてもよい。これにより、所望の波長のレーザ光を高出力で発生させることができる。

前記第２のレーザ光源が、利得媒質としてＮｄイオンを添加したＹＡＧ結晶を用いているものもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ結晶には、１１１２ｎｍ、１１１６ｎｍ、１１２３ｎｍにそれぞれ遷移があり、これらのうちの一つを用いることにより、高出力のレーザ光を発生させることができる

前記第１及び第２の波長変換手段が、複数の光学鏡を有する外部共振器を備え、前記ＣＬＢＯ結晶が、前記外部共振器内に配置され、前記第１の波長変換手段の外部共振器内に、非線形光学結晶が配置され、前記第１及び第２のレーザ光源が連続発振であり、前記ＤＵＶ光を連続発振させてもよい。これにより、連続発振のＤＵＶ光を安定かつ高出力で発生させることができる。

本発明の一態様に係る検査装置は、上記の光源装置で発生した前記ＤＵＶ光を試料に照射して検査を行うものである。これにより、正確に検査することができる。

本発明の一態様に係る波長変換方法は、赤外波長を紫外波長に変換する波長変換方法であって、波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させるステップと、波長１１１１〜１１３０ｎｍの第２のレーザ光を発生させるステップと、前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させるステップと、ＣＬＢＯ結晶を用いて、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるステップと、を備えたものである。

本発明の一態様に係る波長変換方法は、赤外波長を紫外波長に変換する波長変換方法であって、波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させるステップと、赤外の第２のレーザ光を発生させるステップと、前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させるステップと、１３０℃以上に加熱したＣＬＢＯ結晶を用いて、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるステップと、を備えたものである。

本発明によれば、高出力のＤＵＶ光を安定して発生させることができる光源装置、マスク検査装置、及びコヒーレント光発生方法を提供することができる。

本実施形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 光源装置の構成を示す図である。 ＣＬＢＯ結晶の動作温度と波長との関係を示すグラフである。 本実施の形態にかかる光源装置を用いた検査装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

図１に本実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す。光源装置１０は、第１のレーザ光源１１と、第２のレーザ光源１２と、第１の波長変換手段２０と、第２の波長変換手段３０とを備えている。第１の波長変換手段２０は、第１の高調波発生手段２１と、第２の高調波発生手段２２とを備えている。

第１のレーザ光源１１は、赤外光を連続発振する。具体的には、第１のレーザ光源１１は、波長９３２〜９３６ｎｍのレーザ光源である。第１のレーザ光源１１は、例えば、半導体量子井戸を利得媒質としてダイオードレーザ等により光励起する光励起半導体レーザ（ＯＰＳＬ：Optically Pumped Semiconductor Laser）であり、第１のレーザ光を発生する。ＯＰＳＬは例えば非特許文献４に解説があるが、波長８０８ｎｍ等の半導体レーザにより高強度の励起が可能であることから高効率、高出力のレーザ発振が可能であると同時に半導体結晶の設計により所望の近赤外波長での発振を得ることが出来る特徴を有する。例えば９２０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０６４ｎｍ等で２０Ｗを超える出力が得られている。
同様に半導体量子井戸を利得媒質として用いた外部共振型ダイオードレーザ（ECDL：External Cavity Diode Laser)や、DFB(Distributed Feedback)/DBR(Distributed Bragg Reflector))レーザ、及びそれらと組み合わされるTapered Amplifier(TA)などの光源であっても良い。ECDLやDFB/DBR半導体レーザは単体では光出力を得ることは困難であるが、TAとの組み合わせにより、1ワット以上の高出力が得られる。第１のレーザ光は、第１の波長変換手段２０に入射する。第１の波長変換手段２０では、第１の高調波発生手段２１と第２の高調波発生手段２２が２段に設けられている。第１の高調波発生手段２１は、例えば、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶等の非線形光学結晶を有している。第１の高調波発生手段２１は、第１のレーザ光の第２高調波を発生する第２高調波発生（SHG: second harmonic Generation）手段である。したがって、第１の高調波発生手段２１は、波長９３２〜９３６ｎｍのレーザ光を波長４６６〜４６８ｎｍのレーザ光に波長変換する。以下、第１の高調波発生手段２１で発生した第２高調波を第１のＳＨＧとする。

第１の高調波発生手段２１で生成された第１のＳＨＧは、第２の高調波発生手段２２に入射する。第２の高調波発生手段２２は、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ_２Ｏ_４）結晶等の非線形光学結晶を有している。第２の高調波発生手段２２は、第１のＳＨＧの第２高調波発生を発生する第２高調波発生手段である。第２の高調波発生手段２２は、波長４６６〜４６８ｎｍのレーザ光を波長２３３〜２３４ｎｍのレーザ光に波長変換する。第２の高調波発生手段２２で発生した第２高調波を第２のＳＨＧとする。第２の高調波発生手段２２で発生した第２のＳＨＧは、第２の波長変換手段３０に入射する。したがって、第１の波長変換手段２０は、第１のレーザ光の第４高調波を発生する。

第２のレーザ光源１２は、赤外光を連続発振する。具体的には、第２のレーザ光源１２は、Ｎｄ:ＹＡＧレーザである。なお、第２のレーザ光源１２として、Ｎｄ:ＹＡＧレーザの代わりに、ＯＰＳＬを用いることも可能である。あるいは、第２のレーザ光源１２として、イッテリビウム（Ｙｂ）添加ファイバレーザ（ＹＤＦＬ：Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ）ないしアンプ（ＹＤＦＡ：Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いてもよい。第２のレーザ光の波長は、１１１１〜１１３０ｎｍとなっている。第２のレーザ光は、第２の波長変換手段３０に入射する。

第２の波長変換手段３０は、非線形光学結晶であるＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶を有している。ＣＬＢＯ結晶は、非臨界位相整合（ＮＣＰＭ：Ｎｏｎ−ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｉｎｇ）、ないし非臨界位相整合に近い条件での和周波混合によって、ＤＵＶ光を発生する。第２の波長変換手段３０は、第２のレーザ光と第２のＳＨＧの和周波を発生させる。第２の波長変換手段３０は、和周波混合によって、中心波長１９３．２〜１９３．４ｎｍのＤＵＶ光を発生する。さらに、第１のレーザ光源１１と第２のレーザ光源１２を連続発振させている。この構成により、中心波長１９３．２〜１９３．４ｎｍのＤＵＶ光を連続発振させることができる。このように、光源装置１０は、第１のレーザ光源１１、及び第２のレーザ光源１２で発生した赤外波長の光を波長変換して、中心波長１９３．２〜１９３．４ｎｍのＤＵＶ光を発生している。

次に、図２を参照して、光源装置１０に用いられる第１の波長変換手段２０、及び第２の波長変換手段３０の具体的な構成例を説明する。図２は、光源装置１０の構成を示す図である。図２では、第１の高調波発生手段２１、第２の高調波発生手段２２、第２の波長変換手段３０がそれぞれ、４枚の光学鏡を有する外部共振器を有している。例えば、第１の高調波発生手段２１は、光学鏡２１１〜２１４、ＬＢＯ結晶２１５、及びアクチュエータ２１６を備えている。そして、４枚の光学鏡２１１〜２１４が外部共振器２１０を構成している。光学鏡２１１〜２１４は、例えば、凹面鏡又は平面鏡である。

第１のレーザ光源１１からの第１のレーザ光を、光学鏡２１１を介して、外部共振器２１０に導かれる。第１のレーザ光は、光学鏡２１１〜２１４での反射を順番に繰り返していく。外部共振器２１０内には、非線形光学素子であるＬＢＯ結晶２１５が配置されている。ここでは、光学鏡２１３と光学鏡２１４の間に、ＬＢＯ結晶２１５が配置されている。したがって、ＬＢＯ結晶２１５が、第１のレーザ光の第２高調波（第１のＳＨＧ）を発生させる。波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を用いているため、第１のＳＨＧの波長は、４６６〜４６８ｎｍとなっている。

ＬＢＯ結晶２１５で生成された第１のＳＨＧは、光学鏡２１４を通過して、第２の高調波発生手段２２に入射する。なお、光学鏡２１２には、共振器長を調整するためのアクチュエータ２１６が取り付けられている。すなわち、第１の高調波発生手段２１から出力される第１のＳＨＧの出力が最大となるように、アクチュエータ２１６が光学鏡２１２の位置を制御している。ここでは、例えばＦＭサイドバンド法、又は偏光法によって、共振器長を調整している。

第２の高調波発生手段２２は、第１の高調波発生手段２１と同様の構成を有している。すなわち、第２の高調波発生手段２２は、４枚の光学鏡２２１〜２２４を有する外部共振器２２０を備えている。そして、光学鏡２２２には、アクチュエータ２２６が取り付けられている。なお、光学鏡２２１〜２２４、及びアクチュエータ２２６は、光学鏡２１１〜２１４、及びアクチュエータ２１６と同様であるため、説明を省略する。第１のＳＨＧは、光学鏡２２１を介して、外部共振器２２０に導かれる。

外部共振器２１０内には、非線形光学素子であるＢＢＯ結晶２２５が配置されている。ここでは、光学鏡２２３と光学鏡２２４の間に、ＢＢＯ結晶２２５が配置されている。ＢＢＯ結晶２２５は、第１のＳＨＧの第２高調波（第２のＳＨＧ）を発生する。したがって、第１の波長変換手段２０は、第１のレーザ光の第４高調波を発生させる。第１のＳＨＧの中心波長が４６６〜４６８ｎｍとなっているため、第２のＳＨＧの中心波長は、２３３〜２３４ｎｍとなっている。

第２の波長変換手段３０は、第１の高調波発生手段２１、及び第２の高調波発生手段２２と同様に、外部共振器２３０を備えている。すなわち、第２の波長変換手段３０は、４枚の光学鏡２３１〜２３４を備えた外部共振器２３０となっている。そして、光学鏡２３２には、アクチュエータ２３６が取り付けられている。なお、光学鏡２３１〜２３４、及びアクチュエータ２３６は、光学鏡２１１〜２１４、及びアクチュエータ２１６と同様であるため、説明を省略する。

第２のＳＨＧは、光学鏡２３３を介して、外部共振器２３０に導かれる。また、第２のレーザ光源１２で発生した第２のレーザ光は、光学鏡２３１を介して、外部共振器２３０に導かれる。第２のＳＨＧと第２のレーザ光は、光学鏡２３１〜２３４での反射を順番に繰り返していく。また、第２のＳＨＧと第２のレーザ光は、共通する光軸に沿って、外部共振器２３０内を伝搬する。

外部共振器２３０内には、非線形光学素子であるＣＬＢＯ結晶２３５が配置されている。ここでは、光学鏡２３３と光学鏡２３４との間には、ＣＬＢＯ結晶２３５が配置されている。第２のＳＨＧの中心波長は、２３３〜２３４ｎｍとなっている、第２のレーザ光の中心波長は、１１１１〜１１３０ｎｍとなっている。ＣＬＢＯ結晶２３５は、第２のＳＨＧと第２のレーザ光の和周波混合によって、中心波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのレーザ光を発生する。光源装置１０は、約１９３ｎｍのレーザ光を連続発振する。

なお、第１の高調波発生手段２１、第２の高調波発生手段２２、第２の波長変換手段３０のそれぞれにおいて、外部共振器２１０、２２０、２３０に用いられる光学鏡の数は４枚に限られるものではなく、２枚以上であればよい。

第２のレーザ光は波長１１１１ｎｍ以上となっている。こうすることで、ＣＬＢＯ結晶２３５の動作温度を１３０℃以上とした状態で、位相整合させることができる。すなわち、ＣＬＢＯ結晶２３５を１３０℃以上に保った状態で、和周波を発生させる。これにより、ＣＬＢＯ結晶２３５を位相整合条件で動作させることが可能になる。すなわち、第２の波長変換手段３０では、１３０°以上に加熱した状態で、ＣＬＢＯ結晶２３５を使用している。これにより、ＣＬＢＯ結晶２３５の結晶劣化を防ぐことができる。高出力のＤＵＶ光を安定して出力することができる。

ここで、図３を参照して、第２のレーザ光のレーザ波長と、位相整合条件でのＣＬＢＯ結晶２３５の動作温度との関係について説明する。図３は、横軸をレーザ波長とし、縦軸を位相整合したときの動作温度としたグラフである。また、図３では、動作温度の計算結果と、実測値から推測した動作温度のグラフを示している。計算結果に示されるように、レーザ波長と位相整合条件での動作温度は、ほぼ線形になる。また、実測値は、計算値よりも位相整合条件での動作温度が低くなる。図３を用いることで、実測値から、１１３０ｎｍまでの動作温度を推測することができる。すなわち、２つの実測値を通る直線を伸ばすことによって、１１３０ｎｍまでの動作温度が算出される。

ＣＬＢＯ結晶２３５の潮解温度である１３０℃以上を動作温度とする場合、第２のレーザ光の波長を１１１１ｎｍとする必要がある。さらに、ＣＬＢＯ結晶２３５の動作温度として適切な温度１３０〜２２０℃で位相整合する波長は、１１１１〜１１３０ｎｍとする。さらに、動作温度をより適切な温度１４０〜１８０℃とする場合、波長を１１１３〜１１２０ｎｍとする。

第１のレーザ光の中心波長λ１を９３２〜９３６ｎｍの範囲とし、その第４高調波を発生させる。ＣＬＢＯ結晶２３５が、第２のレーザ光と、第１のレーザ光の第４高調波との和周波を発生する。こうすることで、位相整合させた場合でも、ＣＬＢＯ結晶２３５を１３０℃以上で動作させることができる。よって、ＣＬＢＯ結晶２３５の結晶劣化を防ぐことができる。これにより、ＣＬＢＯ結晶２３５の潮解を防ぐことができ、安定してＤＵＶ光を発生させることができる。

また、特許文献２では、第３準位のＮＦＤＡを用いて、９３５．６ｎｍのレーザ光を発生させているため、高出力化が困難である。これに対して、本実施形態ではＯＰＳＬが、中心波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させている。すなわち、第１のレーザ光源１１は、利得媒質として、半導体量子井戸を用いている。こうすることで、半導体の定数調整により、発振波長を決めることができる。すなわち、ＯＰＳＬでは、材料選択により、所望の波長のレーザ光を得ることができる。また、第１のレーザ光源１１としてＯＰＳＬを用いることで、高出力の光を発生させることができる。

特許文献２では、ＹＤＦＬが、１１０４ｎｍのレーザ光を発生させている。これに対して、本実施の形態では、ＯＰＳＬが、第２のレーザ光を発生している。すなわち、第２のレーザ光源１２は、利得媒質として、半導体量子井戸を用いている。こうすることで、半導体の定数調整により、発振波長を決めることができる。すなわち、ＯＰＳＬでは、材料選択により、所望の波長のレーザ光を得ることができる。また、第２のレーザ光源１２としてＯＰＳＬを用いることで、高出力の光を発生させることができる。

あるいは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザが、第２のレーザ光を発生させてもよい。すなわち、第２のレーザ光源１２は、ネオジウムイオン（Ｎｄ^３＋）を添加したＹＡＧ結晶を利得媒質として用いてもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合、中心波長１１１２ｎｍ、１１１６ｎｍ、又は１１２３ｎｍの赤外光を高出力で発生させることができる。これにより、高出力のＤＵＶ光を得ることができる。ＯＰＳＬ、又はＮｄ：ＹＡＧレーザを第２のレーザ光源１２として用いることで、特許文献２に比して、高出力化を図ることができる。さらに、ＣＬＢＯ結晶２３５を１３０℃以上に加熱した状態としているため、ＣＬＢＯ結晶２３５を安定させることができる。これにより、高出力のＤＵＶ光を安定して出力することができる。

次に、光源装置１０を用いた検査装置について、図４を用いて説明する。図４は、マスク検査装置の全体構成を示す図である。図４に示す検査装置は、半導体製造の露光工程に用いられるマスクの検査装置である。なお、検査対象であるフォトマスクは、主に１９３ｎｍのＤＵＶ光を露光波長とするリソグラフィーに用いられる。

図４に示すように、マスク検査装置３００は、マスク検査光源１００、レンズ３０２ａ〜３０２ｄ、均一化光学系３０３ａ、３０３ｂ、λ／２波長板３０４、偏光ビームスプリッタ３０５、λ／４波長板３０６、対物レンズ３０７、結像レンズ３１１、二次元光検出器３１２、ミラー３１３ａ〜３１３ｃ、コンデンサーレンズ３１４、３λ／４波長板３１５を有している。マスク検査光源１００としては、図１、図２で示した光源装置１０を用いている。すなわち、マスク検査光源１００は、１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生する。

マスク検査装置３００では、マスク検査光源１００から、Ｐ波である２本のＤＵＶレーザ光、すなわち、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１と透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２とが供給される。例えば、光源装置１０で発生したＤＵＶ光を分岐することで、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１と透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２とを生成することができる。反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１は、レンズ３０２ａで集光され、均一化光学系３０３ａに入射する。均一化光学系３０３ａには、例えば、ロッド型インテグレータと呼ばれるものなどが適する。

均一化光学系３０３ａから、空間的に強度分布が均一化されたＤＵＶレーザ光Ｌ３０１が出射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０１は、レンズ３０２ｂを通り、λ／２波長板３０４を通ることによって偏光方向が９０度回転してＳ波となる。そして、Ｓ波となったＤＵＶレーザ光Ｌ３０１は、偏光ビームスプリッタ３０５に入射し、ＤＵＶレーザ光Ｌ３０２のように図４の下方に反射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０２は、λ／４波長板３０６を通って円偏光のＤＵＶレーザ光Ｌ３０３になる。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０３は、対物レンズ３０７を通ってマスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照明する。なお、以上は反射照明と呼ばれる照明系である。そして、マスク３０８のパターン面３０９で反射して上方に進む反射光がＤＵＶレーザ光Ｌ３０４となる。

一方、マスク検査光源１００から供給される透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２は、それぞれミラー３１３ａ、３１３ｂに当たって折り返されて、ＤＵＶレーザ光Ｌ３０６となる。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０６は、レンズ３０２ｃで集光され、均一化光学系３０３ｂに入射する。均一化光学系３０３ｂ内を進むことで、空間的に強度分布が均一化されたＤＵＶレーザ光Ｌ３０７が出射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０７はレンズ３０２ｄを通過し、ミラー３１３ｃで反射し、３λ／４波長板３１５を通過して、円偏光のＤＵＶレーザ光Ｌ３０８のようになる。そして、ＤＵＢレーザ光Ｌ３０８は、コンデンサーレンズ３１４を通り、マスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照射する。なお、以上は透過照明と呼ばれる照明系である。マスク３０８を通過して、上方に進む透過光は、ＤＵＶレーザ光Ｌ３０４となる。

マスク３０８を反射したＤＵＶレーザ光Ｌ３０４、又はマスク３０８を透過したＤＵＶレーザ光Ｌ３０４は、対物レンズ３０７を通過後、λ／４波長板３０６を通過して直線偏光に戻る。上方に進むＤＵＶレーザ光Ｌ３０４は、下方に進むＤＵＶレーザ光Ｌ３０２とは偏光方向が直交するＰ波となり、偏光ビームスプリッタ３０５を透過する。その結果、ＤＵＶレーザ光Ｌ３０５のように進んで結像レンズ３１１を通過して二次元光検出器３１２に当たる。これによって観察領域３１０を二次元光検出器３１２上に拡大投影させて、パターン検査する。なお、二次元光検出器３１２としては、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、又はＴＤＩセンサなどが適している。

このようにすることで、露光波長とほぼ同じ１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を用いて、マスク３０８をパターン検査することができる。よって、より正確にマスクを検査することができる。また、高出力のＤＵＶ光を安定して照射することができるため、正確な検査を短時間で行うことができる。もちろん、検査装置の構成、及び検査対象は、特に限定されるものではない。

なお、以上の発明の説明において、和周波混合に用いるＣＬＢＯ結晶はＮＣＰＭ動作であるとしたが、ＮＣＰＭに近い動作であれば実用上は差し支えない。ＮＣＰＭ用の結晶は通常そのカット角が結晶軸に対して０度ないし９０度であるが、多少ずれていても構わない。また、それにより入射光波長、発生光波長が以上の説明と多少異なっていたとしても、発明の本質から外れるものではない。また、結晶の不純物等によって若干位相整合するための波長や温度が説明と異なる場合もあるが、やはり発明の本質から外れるものではない。また、ＣＬＢＯ結晶２３５を１３０℃以上で動作させることができれば、赤外の第２のレーザ光の波長は、１１１１〜１１３０ｎｍに限られるものではない。

１１ 第１のレーザ光源
１２ 第２のレーザ光源
２０ 第１の波長変換手段
２１ 第１の高調波発生手段
２２ 第２の高調波発生手段
３０ 第２の波長変換手段
２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４ 光学鏡
２１６、２２６、２３６ アクチュエータ
２１５ ＬＢＯ結晶
２２５ ＢＢＯ結晶
２３５ ＣＬＢＯ結晶

Claims (10)

1. 波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させる第１のレーザ光源と、
   波長１１１１〜１１３０ｎｍの第２のレーザ光を発生させる第２のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させる第１の波長変換手段と、
   前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるＣＬＢＯ結晶を備えた第２の波長変換手段と、を備え、
   前記第１のレーザ光源が、利得媒質として半導体量子井戸を用いている光源装置。
2. 前記ＣＬＢＯ結晶が１３０℃以上の状態で用いられている請求項１に記載の光源装置。
3. 波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させる第１のレーザ光源と
   赤外の第２のレーザ光を発生させる第２のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させる第１の波長変換手段と、
   前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるＣＬＢＯ結晶を１３０℃以上の状態で用いている第２の波長変換手段と、を備え、
   前記第１のレーザ光源が、利得媒質として半導体量子井戸を用いている光源装置。
4. 前記第２のレーザ光源が、利得媒質として半導体量子井戸を用いている請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記第１及び第２の波長変換手段が、複数の光学鏡を有する外部共振器を備え、
   前記ＣＬＢＯ結晶が、前記外部共振器内に配置され、
   前記第１の波長変換手段の外部共振器内に、非線形光学結晶が配置され、
   前記第１及び第２のレーザ光源が連続発振であり、前記ＤＵＶ光を連続発振させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させる第１のレーザ光源と、
   波長１１１１〜１１３０ｎｍの第２のレーザ光を発生させる第２のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させる第１の波長変換手段と、
   前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるＣＬＢＯ結晶を備えた第２の波長変換手段と、を備え、
   前記第１及び第２の波長変換手段が、複数の光学鏡を有する外部共振器を備え、
   前記ＣＬＢＯ結晶が、前記外部共振器内に配置され、
   前記第１の波長変換手段の外部共振器内に、非線形光学結晶が配置され、
   前記第１及び第２のレーザ光源が連続発振であり、前記ＤＵＶ光を連続発振させる光源装置。
7. 前記第２のレーザ光源が、利得媒質としてＮｄイオンを添加したＹＡＧ結晶を用いている請求項６に記載の光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置で発生した前記ＤＵＶ光を試料に照射して検査を行う検査装置。
9. 赤外波長を紫外波長に変換する波長変換方法であって、
   波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させるステップと、
   波長１１１１〜１１３０ｎｍの第２のレーザ光を発生させるステップと、
   前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させるステップと、
   ＣＬＢＯ結晶を用いて、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるステップと、を備え、
   前記第１のレーザ光を、利得媒質として半導体量子井戸を用いて発光させる波長変換方法。
10. 赤外波長を紫外波長に変換する波長変換方法であって、
    波長９３２〜９３６ｎｍの第１のレーザ光を発生させるステップと、
    赤外の第２のレーザ光を発生させるステップと、
    前記第１のレーザ光の第４高調波を発生させるステップと、
    １３０℃以上に加熱したＣＬＢＯ結晶を用いて、前記第４高調波と前記第２のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．２〜１９３．６ｎｍのＤＵＶ光を発生させるステップと、を備え、
    前記第１のレーザ光を、利得媒質として半導体量子井戸を用いて発光させる波長変換方法。