JP4065880B2 - レーザー装置及び和周波発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー装置或いは和周波発生方法に係り、例えば、半導体製造に用いるマスクや製造されるウェハの検査に用いる光源及びその光の発生方法に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（フォトマスク、マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。電子ビーム描画装置については、文献にも記載されている（例えば、特許文献１参照）。或いは、電子ビーム以外にもレーザービームを用いて描画するレーザービーム描画装置の開発が試みられており、文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。このＬＳＩの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクの欠陥があげられる。特に、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、かかる欠陥を検査する装置の開発が行われている。この装置は、マスクを照明する照明光学系と、マスクの像を検出して画像信号を出力するためのセンサと、出力された画像信号に基づいてマスクパターンを検査する検査装置を有している。

上述したように、半導体装置の高性能化に伴い、マスクのマスクパターンはますます微細化・高集積化している。これに伴い検査装置には高い分解能を発揮することが求められている。高分解能を実現するためには照明光の波長を短波長化する必要があるため、深紫外域の検査波長をもつレーザー光源を用いる必要がある。

一般的に、短波長のレーザー遷移ほど蛍光寿命が短く、基本波で発振する深紫外レーザーはほとんどパルスレーザーである。もっとも短波長な、連続出力光源としては、アルゴンイオンレーザーが知られているが、実用的には３５０．７ｎｍにとどまっている。検査に必要な深紫外領域で、連続光源を得るためには、連続発振する長波長レーザーを基本波とする短波長側への波長変換を行わなければならない。すなわち、連続出力で、所定の波長より長波長の複数のレーザーを基本波とした、和周波発生を行なわなければならない。しかしながら波長変換は、非線形過程であり、変換効率を高めるために高電界が必要である。一方、連続発振は、本質的に低電界を与えるので、その波長変換には特別な変換技術を要する。ここで、非線形媒質中で電界強度を高めるためには、非線形結晶に基本波を閉じ込める共振器構成を採用しなければならない。和周波発生のための共振器構成には、レーザー増幅媒体を共振器内に設置する内部共振器による方法と、基本波発生源を和周波発生用の共振器と独立させた外部共振器による方法とがある。

外部共振器による深紫外光発生の方法として、波長３７３ｎｍの紫外光と波長７８０ｎｍの赤外光とを、非線形結晶ＢＢＯにおいて相互作用させ、波長２５４ｎｍの光を発生させるものがある。３７３ｎｍ光に関しては共振器長制御で共振器にロックし、７８０ｎｍ光に関しては、発振周波数を共振器長に同調させ、ひとつの共振器で２つの波長のコヒレント光を共鳴させている例がある（例えば、非特許文献１参照）。また、波長２６６ｎｍの紫外光と波長７８０ｎｍの赤外光の和周波発生により深紫外波長領域の１９６．５ｎｍで２．３ｍＷの出力が得られた例が、２００１年に米国シアトルで、国際会議Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒｓ（講演番号ＷＡ６）で報告されている。この例は、赤外光として７８０ｎｍのチタニウムサファイアレーザーを用い、この共振器に非線形結晶を置き、かつこの非線形結晶に対して、紫外光２６６ｎｍの外部共振器を組んだものである。その他、波長１０６４ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーを外部共振器で強調させ、この共振器内の非線形結晶ＣＬＢＯに、共振器外部から波長２４４ｎｍのアルゴンレーザーの２倍波を注入し、波長１９９ｎｍの連続光を得た例がある（例えば、特許文献３参照）。以上これらの例では、基本波は全て単一縦モード発振に制御されている。

ここで、単一縦モード発振である基本波では、和周波発生された深紫外光も単一縦モード（縦シングルモード）となる。縦シングルモードの深紫外光は、その発振線幅を反映して、光源の線幅が狭帯化されている。照明用光源としては、線幅が狭帯化されている方が、光学系の色収差による悪影響が少ない一方で、照明系の各光学部品において、可干渉性から一定の干渉パターン（スペックル）が干渉ノイズ（スペックルノイズ）として発生してしまうということがある。干渉ノイズが生じると、照明効果が著しく悪化することがある。そこで、縦モード（周波数領域）についてスペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生が望まれる。しかし、マルチモードを用いた場合には、複数の周波数に発振モードが***しているので、同一出力でも各モードの電界強度が低下してしまうため、周波数変換する際に、縦シングルモードによる周波数変換に比べ著しく変換効率が悪くなってしまうため、光学装置、特に検査装置として必要な光量の深紫外光が得られず、和周波発生させる光源は実用化されていない。ここで、スペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生の従来例としては、和周波のきわめて特殊な条件である、二つの同一波長のマルチモード光による和周波発生（第二高調波発生）を行なっている例がある（例えば、特許文献４参照）。この例では、同一波長の和周波発生のため、ひとつの外部共振器で第二高調波を発生させている。
特開２００２−２３７４４５号公報 米国特許５，３８６，２２１号公報 特開２００４−５５６９５号公報 米国特許５，６９６，７８０号公報 "シリコン原子のレーザー冷却"，レーザー学会学術講演会第２２回年次大会講演予稿集（２００２大阪）ｐ１３７

上述したように、照明用光源としては、線幅が狭帯化されている方が、光学系の色収差による悪影響が少ない一方で、照明系の各光学部品において、干渉ノイズが生じ、照明効果が著しく悪化することがある。この干渉ノイズは、ある程度計測系に対策手段を講じることもできるが、計測系設計上大きな制限となり、装置成立上障害となっていた。一方、特許文献４に記載されているようなきわめて特殊な場合を除いて、スペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生機構は実用化されていない。

本発明は、上述した問題点を克服し、マルチモードを用いた和周波発生方法を提供し、さらに、かかる和周波を発生させるレーザー光源となるレーザー装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の和周波発生方法は、
第１のレーザー光源を用いて、第１の波長を有する第１のレーザー光を発生する第１のレーザー光発生工程と、
内部に定在波型の共振器を有する第２のレーザー光源を用いて、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のレーザー光を縦マルチモード光で発生する第２のレーザー光発生工程と、
前記第１のレーザー光発生工程により発生された第１のレーザー光を第１の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた第１のレーザー光に非線形結晶を通過させる第１の共振工程と、
前記第２のレーザー光発生工程により発生された第２のレーザー光を前記第２のレーザー光源内の共振器長の２ｎ倍（但し、ｎは整数）の共振器長に構成された第２の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた前記第２のレーザー光に前記非線形結晶を通過させる第２の共振工程と、
を備えたことを特徴とする。

そして、かかる和周波発生方法を利用した本発明の一態様のレーザー装置は、
第１の波長を有する第１のレーザー光を発生する第１のレーザー光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のレーザー光を縦マルチモード光で発生する第２のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光源から発生された第１のレーザー光を取込んで共振させる第１の外部共振器と、
前記第１の外部発振器内に設けられた非線形結晶と、
前記第２のレーザー光源から発生された第２のレーザー光を取込んで共振させ、取込まれた前記第２のレーザー光が前記非線形結晶を通過するように配置された第２の外部共振器と、
を備え、
前記第２のレーザー光源は、内部に定在波型の共振器を有し、
前記第２の外部共振器は、前記第２のレーザー光源内の共振器長の２ｎ倍（但し、ｎは整数）の共振器長に構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の外部共振器と第２の外部共振器とを別々に備えたことにより、マルチモード光を第２の外部共振器で共振させることができ、電界強度を高めることができる。よって、和周波発生時のマルチモード光の変換効率を高めることができ、異なる周波数のレーザー光を用いた場合でもマルチモードの和周波を得ることができる。

実施の形態１．
以下、図面を用いて説明する。
図１は、実施の形態１におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。
図１において、レーザー装置１００は、縦シングルモードのレーザー光である基本波１として、波長が、２３８ｎｍ〜４００ｎｍの赤外光を発生するレーザー光源２００と、縦モード（周波数領域）についてマルチモードのレーザー光である基本波２として、波長が、７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの紫外光を発生するレーザー光源３００と、レーザー光源２００から発生した基本波１を取込んで共振させる外部共振器４００と、レーザー光源３００から発生された基本波２を取込んで共振させる外部共振器５００と、外部共振器４００，５００内に設けられた非線形結晶６００とを備えている。すなわち、実施の形態１では、縦モード（周波数領域）について、シングルモード基本波１とマルチモード基本波２を採用し、それぞれに独立な電界強調共振器となる外部共振器４００と外部共振器５００とを構成する。
外部共振器４００は、インピーダンス整合ミラー４１２、高反射ミラー４１４，４１６，４１８を有し、リング共振器を構成している。そして、外部共振器５００は、インピーダンス整合ミラー５１２、高反射ミラー５１４，５１６，５１８を有し、リング共振器を構成し、さらに、高反射ミラー５２２，５２４を有している。各ミラーは、可動ミラーである。

図２は、基本波１用の外部共振器と基本波２用の外部共振器とを別々に示した図である。
図２では、図１の構成を理解し易くするため、基本波１用の外部共振器と基本波２用の外部共振器とを別々に示した。

まず、基本波１のレーザー光発生工程として、レーザー光源２００から基本波１を発生する。
一方、基本波２のレーザー光発生工程として、レーザー光源３００から基本波２を発生する。

そして、基本波１の共振工程として、基本波１を外部共振器４００内に取込んで共振させ、取込まれた基本波１に非線形結晶６００を通過させる。外部共振器４００では、レーザー光源２００から出力された基本波１をインピーダンス整合ミラー４１２から外部共振器４００内に取込み、高反射ミラー４１４，４１６，４１８で反射させ、さらに、インピーダンス整合ミラー４１２でも反射させることで共振器を構成している。また、ここでは、高反射ミラー４１６と高反射ミラー４１８との間の光路上に非線形結晶６００を配置している。

同様に、基本波２の共振工程として、基本波２を外部共振器５００内に取込んで共振させ、取込まれた基本波２に非線形結晶６００を通過させる。外部共振器５００では、レーザー発振器３００から発振された基本波２をインピーダンス整合ミラー５１２から外部共振器５００内に取込み、高反射ミラー５１４，５１６，５１８で反射させ、さらに、インピーダンス整合ミラー５１２でも反射させることで共振器を構成している。また、ここでは、インピーダンス整合ミラー５１２と高反射ミラー５１４との間の光路上に非線形結晶６００を配置している。さらに、外部共振器５００では、一対の高反射ミラー５２２と高反射ミラー５２４とのミラーペアにより、高反射ミラー５１６で反射された基本波２を繰り返し反射させてから、本来の光路となる高反射ミラー５１８に基本波２を戻している。

そして、和周波発生工程として、共振させられ、電界強度が上がった基本波１と基本波２とを非線形結晶６００を通過させて和周波発生させて、外部に出力としてかかる和周波を取り出している。

図３は、基本波と和周波との関係を示す図である。
図３（ａ）に示すように、縦シングルモード光同士の基本波を用いて和周波発生を行なった場合には、出力される和周波も縦シングルモード光となる。従来は、かかる縦シングルモード光同士の基本波を用いて和周波発生を行なっていたため、出力された和周波も線幅が狭帯化され、干渉ノイズが問題となっていた。図３（ｂ）では、縦シングルモード光の基本波とマルチモードの基本波とを用いて和周波発生を行なった場合を示している。かかる場合には、出力される和周波がマルチモード光となり、スペクトル幅を広くすることができる。同様に、図３（ｃ）に示すように、マルチモードの基本波同士を用いて和周波発生を行なった場合も、出力される和周波がマルチモード光となり、スペクトル幅を広くすることができる。
ここで、計測用照明用光源として和周波のような非線形変換による光源を用いた場合には、単一縦モード発振である基本波では、その発振線幅を反映して、光源の線幅が狭帯化される。例えば、波長１０６４ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーの発振線幅は、１ＭＨｚである。また、波長２４４ｎｍのアルゴンレーザーの２倍波の線幅は１４ＭＨｚである。これらの和周波による光源の線幅は（１４２＋１２）１／２から１４ＭＨｚとなる。いっぽう、マルチモード発振のレーザー光源の場合には、発振線幅は光源により大きく異なるが通常１ＧＨｚから３０ＧＨｚと広い。よって、スペクトル幅が広く、制御し易いマルチモードを発生するレーザー光源が望まれる。

図４は、マルチモード基本波をシングルパスさせて和周波発生を行なった場合を説明するための図である。
図４では、縦シングルモード光の基本波とマルチモードの基本波とを用いて和周波発生を行なった場合を示している。そして、後述するように共振構成が組みにくいマルチモード光については、共振器を組まずに非線形結晶を通過させるシングルパスにより、外部共振器により共振させた縦シングルモード光と和周波発生を行なうと、出力光は、電界が小さいマルチモード光に合わせて微量光となってしまう。これでは、光源として用いるレーザー装置としては、不十分となる。よって、マルチモード光についても電界強度を向上させる必要がある。

本実施の形態１では、図１で示すように外部共振器５００を用いてマルチモード光についても電界強度を向上させることにより、必要な光量の和周波出力を得ることができるようにしている。

本実施の形態１では、基本波のひとつとして、単一縦モードレーザーであるネオジウムを活性物質ＹＡＧレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ）の４倍波（波長２６６ｎｍ）を基本波１とする。これは、単一縦モードＮｄ：ＹＡＧレーザーを基本波として、２回の２倍高調波発生により得られたものである。この光源の線幅は、１０ｋＨｚである。
図５は、Ｎｄ：ＹＡＧの４倍波（波長２６６ｎｍ）を発生させるレーザー光源の構成を示す概念図である。
基本波１を発生するレーザー光源２００内では、まず、レーザー光源２１０から１０６４ｎｍの波長をもつＮｄ：ＹＡＧレーザーを発振し、インピーダンス整合ミラー２２１と高反射ミラー２２２，２２３，２２４とで構成されるリング共振器２２０を用いて共振させ、非線形結晶２２５を通過させる。これにより２倍高調波（５３２ｎｍ）を得ることができる。さらに、２倍高調波（５３２ｎｍ）をインピーダンス整合ミラー２３１と高反射ミラー２３２，２３３，２３４とで構成されるリング共振器２３０を用いて共振させ、非線形結晶２３５を通過させる。これにより４倍高調波（２６６ｎｍ）を得ることができる。

次に、他のひとつの基本波として、広帯域（マルチモード）のＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）を用いる。これを基本波２とする。基本波２を発振するレーザー光源３００内の共振器内にエタロンをいれて周波数制御を行い、発振線幅を１０ＧＨｚとした。

図１に示すように、波長２６６ｎｍの外部共振器４００を構成し、外部共振器４００内に波長２６６ｎｍと波長１０６４ｎｍとにおいて和周波発生条件を満たす位相整合条件下にある非線形結晶６００としてＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０：ｃｅｓｉｕｍ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｏｒａｔｅ）を設置した。さらに、このＣＬＢＯの光路と重なるように、広帯域のＮｄ：ＹＡＧレーザー用の外部共振器５００を構成し、図１に示すような二重共振器構成をおこなった。広帯域の光源の線幅は、１０ＧＨｚであった。
ここで、例えば、１０６４ｎｍを常光、２６６ｎｍを常光として、和周波２１３ｎｍを異常光とすると、結晶温度１６０度のときに、和周波発生条件としてエネルギー保存則：１０６４（ｏ）＋２６６（ｏ）＝２１３（ｅ）が成立させ、かつ、位相整合条件、すなわち角運動量保存則としての位相整合角θ（結晶入射時の方位角、内角）は、６８．５度となる。

図６は、波長変換の式を示す図である。
基本波１の波長をλ１、基本波２の波長をλ２、和周波の波長をλ３とすると、波長λ１、λ２、λ３との間には、図６に示すような関係が成り立つ。よって、これらの２つの基本波の和周波発生により、深紫外光となるマルチモードのＮｄ：ＹＡＧの５倍波（波長２１３ｎｍ）を得ることができる。

ここで、広帯域のマルチモード基本波に対して、外部共振器を構成するためには、外部共振器５００が当該基本波２のレーザー光源３００内にある共振器の共振器長（実効的光学長）の整数倍の共振器長（実効的光学長）をもつことにより達成することができる。すなわち、外部共振器５００とレーザー光源３００内にある共振器との二つの共振器が、同等の周波数間隔を持つ共振器長を持てばよい。しかしながら、マルチモード基本波２を発振するレーザー光源３００内の共振器が定在波型の共振器であり、共振器光学長がＬであるならば、この基本波２に対応する波長変換用の外部共振器５００は、図１に示すようなリング共振器にしたい。そこで、少なくとも２Ｌの整数倍（２ｎＬ）の光学共振器長を持つ共振器を構成することにより外部共振器５００をリング共振器にすることを達成することができる。

ところで、通常、リング共振器は、共振器長として数１０ｃｍ、例えば、２２ｃｍで構成される。一方、マルチモードレーザーとして用いる１Ｗ以上の出力をもつレーザーは、共振器の光学長が１ｍ以上であることが多い。とすれば、外部共振器５００の共振器長は、少なくとも２ｍ以上となってしまう。しかしながら、共振器長を伸ばすためにリング共振器のミラーの間隔を広げることは光学系の機械的安定性の観点から困難である。すなわち、このような光学長の長い共振器を安定に実現することは、一般的には困難である。そこで、本実施の形態では、共振器長調整手段として、高反射ミラーペアを外部共振器５００内に設置し、設置角の調整により、多重反射を生じさせ、実質的な共振器長を調整することができるようにした。これにより、小型で堅牢な、長共振器長を持つ、外部共振器を実現することができる。

図７は、高反射ミラーペアの動作を説明するための図である。
外部共振器５００では、一対の高反射ミラー５２２と高反射ミラー５２４とのミラーペアにより、高反射ミラー５１６で反射された基本波２の光束を取込み、互いに相手に繰り返し反射させて光路長を長くしてから、本来の光路となる高反射ミラー５１８に基本波２を戻している。例えば、図７（ａ）に示すように、反射回数の少ない状態から、高反射ミラー５２４の角度θ１と高反射ミラー５２２の角度θ２とを、図７（ｂ）に示すように、反射回数の多い状態になるように調整することにより、基本波２が共振する設置角に合わせることができる。
例えば、高反射ミラーペアの一例として、基板は、合成石英を用い、形状は、円板上に形成する。但し、矩形でも構わない。また、構成は、反射面同士が向かいあい、平行設置から、数度まで調整できるものであれば好適である。さらに、反射率は当該波長で、９９．９９９％程度のものがより望ましい。また、面精度当該波長で、１／５０λ以下がより望ましい。

図８は、実施の形態１におけるレーザー装置の別の構成を示す概念図である。
図８におけるレーザー装置１００では、レーザー光源２００を配置する位置を図１の構成と異なっている。そのため、外部共振器４００を構成するインピーダンス整合ミラー４１２、高反射ミラー４１４，４１６，４１８を配置する位置も図１の構成と異なっている。図８では、レーザー光源２００を配置する位置が図１における位置と比べ、非線形結晶６００を軸に約１８０°回転した場合と同等となっている。かかる構成でも同様に和周波発生を行なうことができる。

以上のように、本実施の形態１の構成によれば、縦シングルモード基本波とマルチモード基本波とにより、複雑な構成をとらずに、和周波発生を行なうことができる。その結果、干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、基本波２のすべてのモードに対して、和周波用に外部共振器を形成したが、実施の形態２では、その一部のモードに対して、和周波用に外部共振器を形成する場合について説明する。
まず、実施の形態２では、基本波２としてマルチモードアルゴンレーザーを用いた例を説明する。１Ｗ以上の出力をもつアルゴンレーザーは、共振器の光学長は１ｍ以上であることが多い。横モード（空間領域）がシングルモードであっても、周波数制限をおこなわない限り、縦モードはマルチモードとなる。ここで、光学長が１ｍである共振器の縦モード間隔は、光速／２×１ｍであり、約１５０ＭＨｚである。使用するアルゴンレーザーの利得幅が１５ＧＨｚであったとき、約１００の縦モードが存在することになる。このすべてのモードに対して、和周波用に外部共振器を形成するには、この外部共振器をリング共振器で構成すると、共振器の光学長を２ｍにしなければならない。かかる場合には、実施の形態１で説明したような共振器長調整手段を必要とする。
しかし、共振器形成に伴う光学損失を考慮すると、必ずしもすべてのモードに対して共振器で強調する必要が無いこともある。発明者は、基本波２のマルチモードのうち、複数の一部のモードについて、共振させることでも十分な基本波強調が得られる場合があることを見出した。例えば、モード間隔が９００ＭＨｚの共振器を用いても、十分な基本波強調が得られる結果を得た。かかる場合、リング共振器として、約３３ｃｍの共振器長で形成することができ、小型の共振器を形成することができた。

図９は、実施の形態２におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。
図９において、レーザー装置１１０は、図１の構成から一対の高反射ミラー５２２，５２４とを除いた以外は、図１の構成と同様である。すなわち、レーザー装置１１０は、縦シングルモードのレーザー光である基本波１を発生するレーザー光源２００と、マルチモードのレーザー光である基本波２を発生するレーザー光源３００と、レーザー光源２００から発生された基本波１を取込んで共振させる外部共振器４００と、レーザー光源３００から発生された基本波２を取込んで共振させる外部共振器５００と、外部発振器４００，５００内に設けられた非線形結晶６００とを備えている。すなわち、実施の形態１では、シングルモード基本波１とマルチモード基本波２を採用し、それぞれに独立な電界強調共振器となる外部共振器４００と外部共振器５００とを構成する。
外部共振器４００は、インピーダンス整合ミラー４１２、高反射ミラー４１４，４１６，４１８を有し、リング共振器を構成している。そして、外部共振器５００は、インピーダンス整合ミラー５１２、高反射ミラー５１４，５１６，５１８を有し、リング共振器を構成している。

図１０は、モード間隔と共振器長との関係を説明するための図である。
図１０（ａ）には、マルチモードのレーザー光である基本波２のスペクトルを示している。ここで、モード間隔は、光速ｃ／共振器長Ｌで示すことができる。したがって、全縦モードのうち、数本ずつ間引くこと、言い換えれば、数本ずつおきに共振させれば、モード間隔が広がることになり、その分、共振器長Ｌを小さくすることができる。図１０（ｂ）に示すように、全縦モードを６本おきに共振させることにより、モード間隔が６倍となり、共振器長Ｌを１／６にすることができる。よって、本来必要な共振器長２ｍを約３３ｃｍにすることができる。

発明者は、実験の結果、マルチモード光を用いて干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得るための外部共振器５００の効果は、少なくとも、全縦モード本数の１／１０以上のモードを強調すると好適であることを見出した。

例えば、縦シングルモード基本波同士の和周波で得られた光源の線幅が、１０ｋＨｚであり、実施の形態１のようにマルチモード基本波を用いて全縦モードを共振させた和周波で得られた光源の線幅が１０ＧＨｚとすると、本実施の形態２のように全縦モード本数の１／１０以上共振させることにより、光源の線幅が１ＧＨｚ以上となり、十分、干渉ノイズを抑制することができる。

実施の形態３．
図１１は、検査装置の構成を示す概念図である。
図１１では、実施の形態１或いは実施の形態２の光源となるレーザー装置１００を搭載した照明系を持つ検査装置で、７０ｎｍレベルのマスク欠陥を検査する画像入力装置を含んだ検査装置の構成例を示す。検査装置は、実施の形態１或いは実施の形態２により構成されるレーザー装置である光源１００と、光源１００から照射された干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光をハーフミラー６１０で基板６３０側に反射させて、対物レンズ６２０を介して、マスクやウェハといった被測定物である反射型被検査パターンが形成された基板６３０に照明する。基板６３０から反射された光は、対物レンズ６２０を介してハーフミラー６１０を透過して、投影レンズ６４０を介してセンサ６５０で受光する。そして、プロセッサー６６０により画像処理を行なうことにより被検査パターンの画像を取得する。言い換えれば、既述の和周波出力をハーフミラーを介して被検査パターンに照射、照明し、その画像をセンサに取り込み、プロセッサーによる信号処理で欠陥の有無を検査している。

７０ｎｍレベルのマスク欠陥を検査するには、２００〜２５７ｎｍの波長のレーザーが必要とされるが、光源となる実施の形態１或いは実施の形態２により構成されるレーザー装置では、波長２１３ｎｍのである干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を照射することができるので、７０ｎｍレベルのマスク欠陥を検査することができる。

以上のように、実施の形態１或いは実施の形態２によれば、計測用照明として、干渉ノイズを生じさせない、高出力で、発振線幅を制御した光源を得ることができる。さらに、実施の形態３によれば、安定な深紫外光源を搭載した照明装置または検査装置を供し、高速かつ精密な測定を可能とすることができる。また、ここでは、被検査パターンの画像を反射光を用いて取得する反射型の検査装置を説明しているが、被検査パターンの画像を透過光を用いて取得する透過型の検査装置であっても構わないことは言うまでもない。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

さらに、波長の異なるマルチモード基本波同士であっても、それぞれが、反射ミラーペアを搭載した外部共振器を用いれば、同様に、複雑な構成をとらずに、和周波発生を行なうことができる。その結果、干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得ることができる。

また、インピーダンス整合ミラーや高反射ミラーの制御手法等については説明を省略したが、必要とされる制御手法を適宜選択して用いることができる。同様に、光学系の構成についても必要とされるものを適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての反射ミラー或いは試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。 基本波１用の外部共振器と基本波２用の外部共振器とを別々に示した図である。 基本波と和周波との関係を示す図である。 マルチモード基本波をシングルパスさせて和周波発生を行なった場合を説明するための図である。 Ｎｄ：ＹＡＧの４倍波（波長２６６ｎｍ）を発生させるレーザー発振器の構成を示す概念図である。 波長変換の式を示す図である。 高反射ミラーペアの動作を説明するための図である。 実施の形態１におけるレーザー装置の別の構成を示す概念図である。 実施の形態２におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。 モード間隔と共振器長との関係を説明するための図である。 検査装置の構成を示す概念図である。

符号の説明

１００ レーザー装置
２００，３００ レーザー光源
４００，５００ 外部共振器
４１２，５１２ インピーダンス整合ミラー
６００ 非線形結晶
４１４，４１６，４１８，５１４，５１６，５１８，５２２，５２４ 高反射ミラー

Claims (5)

1. 第１の波長を有する第１のレーザー光を発生する第１のレーザー光源と、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のレーザー光を縦マルチモード光で発生する第２のレーザー光源と、
   前記第１のレーザー光源から発生された第１のレーザー光を取込んで共振させる第１の外部共振器と、
   前記第１の外部発振器内に設けられた非線形結晶と、
   前記第２のレーザー光源から発生された第２のレーザー光を取込んで共振させ、取込まれた前記第２のレーザー光が前記非線形結晶を通過するように配置された第２の外部共振器と、
   を備え、
   前記第２のレーザー光源は、内部に定在波型の共振器を有し、
   前記第２の外部共振器は、前記第２のレーザー光源内の共振器長の２ｎ倍（但し、ｎは整数）の共振器長に構成されたことを特徴とするレーザー装置。
2. 前記レーザー装置は、さらに、前記第２の外部共振器内の光路上の一部に、前記第２の外部共振器に取込まれた前記第２のレーザー光を取込み、繰り返し反射させてから前記第２の外部共振器内の光路上に前記第２のレーザー光を戻す一対のミラーを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザー装置。
3. 第１のレーザー光源を用いて、第１の波長を有する第１のレーザー光を発生する第１のレーザー光発生工程と、
   内部に定在波型の共振器を有する第２のレーザー光源を用いて、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のレーザー光を縦マルチモード光で発生する第２のレーザー光発生工程と、
   前記第１のレーザー光発生工程により発生された第１のレーザー光を第１の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた第１のレーザー光に非線形結晶を通過させる第１の共振工程と、
   前記第２のレーザー光発生工程により発生された第２のレーザー光を前記第２のレーザー光源内の共振器長の２ｎ倍（但し、ｎは整数）の共振器長に構成された第２の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた前記第２のレーザー光に前記非線形結晶を通過させる第２の共振工程と、
   を備えたことを特徴とする和周波発生方法。
4. 前記第２の共振工程において、一対のミラーを用いて前記第２のレーザー光を互いに相手に繰り返し反射して共振器長を調整することを特徴とする請求項３記載の和周波発生方法。
5. 前記第２の外部共振器は、前記第２のレーザー光のマルチモードのうち、複数の一部のモードについて、共振させることを特徴とする請求項１記載のレーザー装置。

Images