JP5087038B2

JP5087038B2 - パタン検査装置

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Publication number: JP5087038B2
Application number: JP2009074776A
Authority: JP
Inventors: 信一今井
Original assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2009175749A

Description

本発明は、パタン検査装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパタン欠陥を検査するパタン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパタン検査装置に関する。

近年、大規模集積回路（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、回路パタンが形成された原画パタン（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、微細な回路パタンを描画することができるパタン描画装置を用いる。かかるパタン描画装置を用いてウェハに直接パタン回路を描画することもある。パタン描画装置については、電子ビームやレーザビームを用いて描画する装置の開発が試みられている。

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、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、ＬＳＩを構成するパタンは、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。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パタ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パタン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパタン寸法の微細化に伴って、パタ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。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパタン検査装置の高精度化が必要とされている。

一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパタンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパタン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパタン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。

ここで、従来のパタン検査装置では、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパタンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パタンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅｔｏｄｉｅ検査」や、パタン設計されたＣＡＤデータをマスクにパタンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データを検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、光学画像と参照画像とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パタン欠陥有りと判定する。

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。半導体ロードマップによれば、９０ｎｍノード以降では、２６６ｎｍ以下の検査波長をもつ照明光が必要となる。

検査装置の照明光としては、高精度にセンサ上に結像させるためにも連続光が望ましいが、検査に必要な２６６ｎｍ以下の深紫外領域で、連続光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。共振器構成を採用した連続光光源として、例えば、波長１９３ｎｍの連続光源が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、従来、照明光を得るための連続光光源は、基本波光源の一部に大型のアルゴンレーザーを用いたり、基本波の電界を強調するために上述したような共振器装置を導入したりする必要があったため、それ自体がきわめて大型となってしまう。また、共振器装置等では空間伝播する光路が長いために外乱の影響を受けやすい。さらには、複雑な構成をとっているために整備に時間がかかり、また頻繁にメンテナンスが必要なため連続運転時間が限られてしまう。

さらに、かかる共振器構成を設けた光源では、その装置構成が複雑かつ大きいために、検査装置に搭載することが困難となってしまう。或いは、搭載できたとしても検査装置の光学系と一体化させることが困難となってしまう。そのため、光源は検査装置の横等に配置される、或いは、検査装置の光学系と離れて搭載されることになるが、光源から出射された照明光は、検査装置の光学系までミラーやレンズ等を複雑に組み合わせた空間伝播により長い光路を伝播させられることが一般的である。そのため、検査装置におけるステージ等の移動により生じる振動による影響を受けやすくなってしまうといった問題があった。そのため、光軸の維持管理に多大な努力を払わなければならなかった。また、検査装置と一体化することが難しいため、検査装置の設計が制限されてしまっていた。

一方、高電界が得やすいパルスレーザー光を用いた短波長レーザー光源を検査装置の光源として構成したとしてもレーザー光源そのものを検査装置に搭載することは、やはり大きすぎて困難である。或いは、搭載できたとしても検査装置の光学系と一体化させることが困難となってしまう。そのため、同様に、採用するとしても検査装置の横等に配置される、或いは、検査装置の光学系と離れて搭載されることになる。そのため、光源から出射された照明光は、検査装置の光学系までミラーやレンズ等を複雑に組み合わせた空間伝播により長い光路を伝播させられる点で同じであり、振動による影響を受けやすくなってしまう。よって、光軸の維持管理に多大な努力を払わなければならなかった点や、検査装置の設計が制限されてしまっていた点も同様である。

ここで、高電界が得やすいパルスレーザー光を用いた短波長レーザー光源としては、文献に波長が１．５μｍ程度のレーザー光の８倍高調波発生により１９３ｎｍのパルスレーザー光が得られるパルス光源が報告されている（例えば、特許文献３、非特許文献１参照）。その他、波長が１９９ｎｍの光源を搭載した検査装置が文献に報告されている（例えば、非特許文献２参照）。

特開平８−７６３５９号公報特開平１０−３４１０５４号公報特開２００１−８３５５７号公報

Ｔｈｅ２３ｒｄａｎｎｕａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａｚｅｒｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ（ＣＬＥＯ２００３）ａｎｄ１１ｔｈＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＬａｚｅｒＳｃｉｅｎｃｅｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＱＥＬＳ２００３），論文番号ＣＴｕＴ４Ｔｈｅ２４ｒｄＡｎｎｕａｌＢＡＣＵＳＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＰｈｏｔｏｍａｓｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２００４Ｍｏｎｔｅｒｅｙ，ＣＡ．，ＵＳＡ），論文番号ＳＰＩＥ５５６７−１１０

上述したように、従来、パタン検査装置の照明光を得るための光源は、様々な問題を抱えていた。
本発明は、上述した問題点を克服し、より振動に強い信頼性の高いパタン検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のパタン検査装置は、
基本波を発生する光源と、
前記基本波の波長を２６６ｎｍ以下の波長に変換する波長変換部と、
前記光源と前記波長変換部とを接続する光ファイバーと、
を備えたパタン検査装置であって、
前記波長変換部を装置本体に搭載し、前記波長変換部の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とする。

また、本発明の他の態様のパタン検査装置は、
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のレーザー光を発生する第２のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光とに基づいて、波長が２６６ｎｍ以下の深紫外光を発生させる深紫外光源と、
前記第１のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する第１の光ファイバーと、
前記第２のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する第２の光ファイバーと、
前記第１と第２の光ファイバーにより前記第１と第２のレーザー光源と分離された前記深紫外光源を搭載し、前記深紫外光源により発生した深紫外光を照明光として被検査試料のパタンを検査する、振動を伴うパタン検査部と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の他の態様のパタン検査装置は、
波長が１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍで、第１の光ファイバーを通過した第１のレーザー光の４倍高調波光と波長が１５５７ｎｍ〜１５７１ｎｍで、第２の光ファイバーを通過した第２のレーザー光とによる第１の和周波光と、前記第２のレーザー光とによる第２の和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記第２の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とする。

或いは、波長が１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍで、第１の光ファイバーを通過した第１のパルスレーザー光の４倍高調波光と波長が１５５７ｎｍ〜１５７１ｎｍで、第２の光ファイバーを通過した第２のパルスレーザー光の２倍高調波光とによる和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査するようにしても好適である。

本発明の一態様のパタン検査装置によれば、光ファイバーによりレーザー光源と照明光源とを分離することができる。その結果、照明光源をコンパクト化することができ、パタン検査部に搭載することができる。よって、空間伝播する光路を短縮することができるので、パタン検査における振動の影響を小さくすることができる。また、本発明の他の態様のパタン検査装置によれば、深紫外域の検査波長をもつレーザー光を照明光として用いることができる。

実施の形態１におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。実施の形態１におけるパタン検査装置の内部構成を示す概念図である。実施の形態１における波長変換部の内部構成と照明光の発生を説明するための概念図である。光ファイバーにおける透過率と波長との関係を示す図である。波長変換部の出力と周波数との関係を示す図である。光学画像の取得手順を説明するための図である。実施の形態２における波長変換部の内部構成と照明光の発生を説明するための概念図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。
図１において、パタン検査装置２００は、パタン検査部１００と基本波光源（１）３１０と基本波光源（２）３２０と波長変換部３３０と光ファイバー３４２と光ファイバー３４４とを備えている。パタン検査部１００は、光学系筐体２１０と走査部筐体２２０を有している。波長変換部３３０は、パタン検査部１００に搭載され、特に、光学系筐体２１０に搭載される。波長変換部３３０は、光学系筐体２１０と一体化されると好適である。基本波光源（１）３１０と基本波光源（２）３２０とが、光ファイバー３４２と光ファイバー３４４とにより波長変換部３３０と分離した構成とすることで、パタン検査装置２００の照明光用の深紫外光源の一例となる波長変換部３３０をパタン検査部１００、特に、パタン検査部１００の光学系筐体２１０に搭載することができる。光学系筐体２１０に波長変換部３３０を搭載することができるので、空間伝播する光路を短くすることができ、後述する走査部筐体２２０からの振動による光軸ずれ等を低減し、検査への影響を低減させることができる。

図２は、実施の形態１におけるパタン検査装置の内部構成を示す概念図である。
図２において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料のパタン欠陥を検査するパタン検査装置２００におけるパタン検査部１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、図１の光学系筐体２１０に配置される照明光学系１７０と、走査部筐体２２０に配置されるＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、ピエゾ素子１４２を備えている。制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートフォーカス制御回路１４０、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パタンモニタ１１８、プリンタ１１９に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パタン検査装置２００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

図３は、実施の形態１における波長変換部の内部構成と照明光の発生を説明するための概念図である。
図３において、レーザー光源の一例となる基本波光源（１）３１０では、波長が１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍ（以下、１０６４ｎｍと記載する）のレーザー光（基本波１）を発生する。例えば、基本波光源（１）３１０として、半導体レーザーを用い、図３では１０６４ｎｍ−ＬＤと示している。ＬＤは半導体レーザーをＬａｓｅｒＤｉｏｄｅと呼ぶ事から一般的に、半導体レーザーの略称として用いられている。半導体レーザーは、電流駆動によりレーザー光を発生させる。そして、基本波光源（１）３１０にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。例えば、連続動作時に平均出力１００ｍＷの半導体レーザーを用いて、駆動電流を２ＭＨｚのパルス電流で駆動し、駆動電流波形のパルス幅を２ｎｓとしたところ、レーザーパルスとして１．５ｎｓのパルスを得ることができた。このとき得られた平均出力は０．３ｍＷであった。
そして、光ファイバー３４２は、伝送ファイバーであると共に増幅ファイバーでもあり、図示していない励起レーザーから励起光を入射され、１０６４ｎｍのレーザー光を増幅させる。例えば、上述した平均出力０．３ｍＷのパルスレーザー光を増幅ファイバーに導入し、５Ｗの平均出力を得ることができた。増幅ファイバーは、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を活性物質として添加した石英ファイバーを用いることができる。但し、これに限るものではなく、他の添加物が含まれていても、構わないことは言うまでもない。光ファイバー３４２は、基本波光源（１）３１０と波長変換部３３０とを接続する。

各光学系の接続には、それぞれ専用部品を用いるが、本実施の形態を説明する場合に必要な構成以外の詳細はここでは省略している。ここまでの光学部品とその接続部品、および電気部品や増幅ファイバー励起用の半導体レーザーとその駆動源を、基本波光源（１）３１０に収納する。これらの光学部品はすべて偏波面保存が行われている。基本波光源（１）３１０の出力は、光ファイバー３４２で次の波長変換部３３０に伝送される。

レーザー光源の一例となる基本波光源（２）３２０では、波長が１５５７ｎｍ〜１５７１ｎｍ（以下、１５６２ｎｍと記載する）のレーザー光（基本波２）を発生する。例えば、基本波光源（２）３２０として、半導体レーザーを用い、図３では１５６２ｎｍ−ＬＤと示している。そして、基本波光源（２）３２０にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。例えば、連続動作時に平均出力８０ｍＷの半導体レーザーを用いて、駆動電流を２ＭＨｚのパルス電流で駆動し、駆動電流波形のパルス幅を２ｎｓとしたところ、レーザーパルスとして１．５ｎｓのパルスを得ることができた。このとき得られた平均出力は０．２４ｍＷであった。既述の１０６４ｎｍ−ＬＤと同時に駆動し、１２０ｐｓ以下のジッターで動作させることができた。
そして、光ファイバー３４４は、伝送ファイバーであると共に増幅ファイバーでもあり、図示していない励起レーザーから励起光を入射され、１５６２ｎｍのレーザー光を増幅させる。例えば、上述した平均出力０．２４ｍＷのパルスレーザー光を増幅ファイバーに導入し、５Ｗの平均出力を得ることができた。増幅ファイバーは、例えばエルビウム（Ｅｒ）を活性物質として添加した石英ファイバーを用いることができる。但し、これに限るものではなく、他の添加物が含まれていても、構わないことは言うまでもない。光ファイバー３４４は、基本波光源（２）３２０と波長変換部３３０とを接続する。

各光学系の接続には、それぞれ光通信用の専用部品を用いるが、本実施の形態を説明する場合に必要な構成以外の詳細はここでは省略している。ここまでの光学部品とその接続部品、および電気部品や増幅ファイバー励起用の半導体レーザーとその駆動源を、基本波光源（２）３２０に収納する。これらの光学部品はすべて偏波面保存が行われている。基本波光源（２）３２０の出力は、光ファイバー３４４で次の波長変換部３３０に伝送される。

深紫外光源の一例となる波長変換部３３０では、１０６４ｎｍのレーザー光と１５６２ｎｍのレーザー光とに基づいて、波長変換により波長が２６６ｎｍ以下の深紫外光である１９８ｎｍの深紫外光を発生させる。具体的には以下のように波長変換を行なう。

まず、１０６４ｎｍのレーザー光の４倍高調波光を発生させる。光ファイバー３４２から入光した１０６４ｎｍのレーザー光を集光レンズ４０２で集光させることで電界を上げ、波長１０６４ｎｍ光の第二高調波発生用の非線形結晶４０４に入射させて、波長１０６４ｎｍ光の第二高調波となる波長が５３２ｎｍのレーザー光を発生させる。そして、波長が５３２ｎｍのレーザー光を第四高調波発生用の非線形結晶４０６に入射させて、波長１０６４ｎｍ光の第四高調波となる波長が２６６ｎｍのレーザー光を発生させる。第二高調波発生用の非線形結晶４０４として、例えば、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ_４：ＫＴＰ）を用い、第四高調波発生の非線形結晶４０６としてベータ−ホウ酸バリウム（β−ＢａＢ_２Ｏ_４：ＢＢＯ）を用いると好適である。但し、それぞれの波長変換に用いる結晶は、当該波長で透明でそれぞれの波長変換過程において位相整合するものであれば、どのような結晶を用いても構わないことは言うまでもない。

一方、１５６２ｎｍのレーザー光については、２倍高調波光を発生させる。光ファイバー３４４から入光した１５６２ｎｍのレーザー光を集光レンズ４１２で集光させることで電界を上げ、波長１５６２ｎｍ光の第二高調波発生用の非線形結晶４１４に入射させて、波長１５６２ｎｍ光の第二高調波となる波長が７８１ｎｍのレーザー光を発生させる。第二高調波発生用の非線形結晶４１４として、例えば、３価ホウ酸リチウム（ＬｉＢ_３Ｏ_５：ＬＢＯ）を用いると好適である。但し、この波長７８１ｎｍ光の発生には、非線形結晶としてＬＢＯが用いられたが、この波長変換に用いる結晶は、当該波長で透明で波長変換過程において位相整合するものであれば、どのような結晶を用いても構わないことは言うまでもない。

そして、波長変換部３３０内では、さらに上記波長変換に引き続き、波長１０６４ｎｍ光の第四高調波光である波長２６６ｎｍのレーザー光を反射ミラー４０８で反射させ、波長１５６２ｎｍの第二高調波光である波長７８１ｎｍのレーザー光と結合用ミラー４１６を介して結合させる。そして、整合レンズ系４１８を介して和周波発生用の非線形結晶４２０に単行の集光光により同軸入射させて、両者の和周波である深紫外光、波長１９８ｎｍのレーザー光を発生させる。単行の集光光により入射させることにより変換効率を高めることができる。そして、このとき用いた非線形結晶４２０には、ＢＢＯを用いると好適である。但し、当該波長で透明で波長変換過程において位相整合するものであれば、他の結晶を用いても構わないことは言うまでもない。そして、コリメートレンズ４２２を介して波長１９８ｎｍのレーザー光をパタン検査装置２００の照明光として、照明光学系１７０に入射させる。そして、後述するように波長１９８ｎｍのレーザー光を照明光として被検査試料となるフォトマスク１０１のパタンを検査する。

図４は、光ファイバーにおける透過率と波長との関係を示す図である。
図４に示すように、６５ｎｍノード以下に必要な２６６ｎｍ以下の検査波長をもつ照明光では、光ファイバーにおける透過率が極端に低いことがわかる。一方、本実施の形態の構成のように、波長が１５６２ｎｍの光では、ほぼ１００％の透過率を示している。また、波長が１０６４ｎｍの光では、波長が１５６２ｎｍの光と比べやや劣るものの１００％に近い透過率を示している。よって、本実施の形態の構成のように、基本波として波長が１０６４ｎｍのレーザー光と波長が１５６２ｎｍのレーザー光とを用いることで、光ファイバーを光源装置に用いることができる。そして、光ファイバーを用いることができるので、基本波光源となる基本波光源（１）３１０及び基本波光源（２）３２０と波長変換部３３０とを分離することができる。そして、例えば大型で振動を嫌う基本波光源（１）３１０及び基本波光源（２）３２０をパタン検査装置２００の本体から離れた場所に配置することができ、直接検査装置の振動を受けないようにすることができる。さらに、光ファイバーを用いることができるので、基本波光源（１）３１０及び基本波光源（２）３２０から波長変換部３３０まで空間伝播させずに済ますことができる。その結果、パタン検査装置２００の振動や外乱等による光軸ずれを防止することができる。

また、基本波（１）及び基本波（２）共に、パルス波を用いることで、波長変換部３３０において共振器構成を設けなくて済ますことができる。その結果、部品点数を少なくすることができ波長変換部３３０をコンパクトにすることができる。波長変換部３３０をコンパクトにすると同時に軽量化することができるので、占有容積の小さい波長変換部３３０をパタン検査部１００、特に、パタン検査部１００の光学系筐体２１０に搭載し、パタン検査部１００の光学系に直結することができる。光学系筐体２１０に波長変換部３３０を搭載することができるので、パタン検査部１００の光学系までの空間伝播する光路を短くすることができる。よって、さらに、振動等による光軸ずれ等を低減し、検査への影響を低減させることができる。そして、パタン検査部１００の光学系までの光路を短くすることができるので、照明光の利用効率を高めることができる。

また、発明者は、高精度な検査用の短波長光源として、透過光学系を使用するために現時点で最も好適な最短波長は、１９８ｎｍ程度であることを見出している。すなわち、光学部品として石英部品が使用可能であり、空気の吸収が無視できること等が主な理由として挙げられる。これより短い波長領域では、光学部品のばらつきにより吸収端にかかるものが出てきており、均質な光学部品が入手できなくなることが想定される。

図５は、波長変換部の出力と周波数との関係を示す図である。
図５に示すように、発明者は、駆動電流パルスの周波数を変えることにより、パタン検査装置２００の検査に必要な出力を持った深紫外光源の出力繰り返し周波数を１００ｋＨｚから１０ＭＨｚまで変えることができた。
そして、従来、連続光を用いて、画像取得を行うシステムにおいて、画像取得が電荷蓄積素子による場合、光源の繰り返し周波数が１００ｋＨｚ以上である場合、従来連続光が用いられた用途に、本実施の形態における光源が適用可能であることを見出した。実際には、画像取得手段の単位時間あたりの取得画像数であるフレームレート以上の光源繰り返し周波数が得られれば、光源として適用可能であった。例えば、本実施の形態におけるフォトダイオードアレイ１０５のフレームレートを１０ｋＨｚとすれば、１０パルス分の画像を重ねることができ、１０回分平均化することができる。よって、画像として好適となる。そして、光源の繰り返し周波数がフレームレートより高ければ高いほど鮮明な検査画像を取得することができる。

そして、パタン検査部１００は、かかる１９８ｎｍの深紫外光を照明光として被検査試料のパタンを検査する。
光学画像取得工程として、光学画像取得部１５０は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク１０１における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置され、フォトマスク１０１に形成されたパタンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている、照明光用の深紫外光源の一例となる波長変換部３３０によって光が照射される。波長変換部３３０から照射される光束は、照明光学系１７０を介して試料となるフォトマスク１０１を照射する。フォトマスク１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像し、入射する。フォトマスク１０１のたわみやＸＹθテーブル１０２のＺ方向への変動を吸収するため，オートフォーカス制御回路１４０により制御されるピエゾ素子１４２を用いてフォトマスク１０１への焦点合わせを行なう。

図６は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
被検査領域は、図６に示すように、Ｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図６に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第２の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパタンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ１０５には、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるフォトマスク１０１のパタンを撮像する。深紫外光源となる波長変換部３３０を含め、これらの照明光学系１７０、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。

ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。そして、ＸＹθテーブル１０２の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。また、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。

センサ回路１０６から出力された測定データ（光学画像）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に送られる。測定パタンデータは例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。

一方、フォトマスク１０１のパタン形成時に用いた設計データは、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
そして、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して展開回路１１１に読み出される。
そして、展開工程として、展開回路１１１は、読み出された被検査試料となるフォトマスク１０１の設計図形データを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。そして、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理を施す。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定パタンデータは、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言える。この状態では両者の特性に差異があるので、設計側のイメージデータにもフィルタ処理を施すことにより、測定パタンデータに合わせることができる。このようにして光学画像と比較する参照画像を作成する。

そして、比較工程として、比較回路１０８は、試料となるフォトマスク１０１から得られる透過画像に基づいてセンサ回路１０６で生成された被検査パタン画像となる光学画像と、展開回路１１１と参照回路１１２で生成した検査基準パタン画像となる参照画像とを取り込み、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。

以上のように構成することで、利用効率の高い照明光を用いて信頼性の高いパタン検査方法を実現することができる。

ここで、従来、アルゴンレーザーベースで５０ｋＷの電力と毎分５０Ｌの冷却水を必要としたが、本実施の形態における光源を用いることで、消費電力は百分の一の５００Ｗとなり、冷却水も不要になった。冷却水を不要にすることができるので、ゴムやプラスチックチューブ等の汚染源を排除することができる。また、従来は専用の光源設置スペースが必要であったが、本実施の形態の構成により、被照明装置に小型の波長変換部３３０のみ設置し、他の残りの構成部を例えば被照明装置の制御系と同一のラックに収めることにより、光源専用の設置面積を不要とすることができた。さらに、被照明部が振動を伴う場合に、必要最小限の光源部のみ耐震対策を施し、他の残りの構成部品は、通常の振動対策だけで良くなり、大幅に光源製造コストを削減することも可能になった。

また、従来と比べて大幅に高効率で小型な深紫外光源を実現することができるばかりでなく、長寿命素子である半導体レーザーと増幅用光ファイバーをベースに構成することができる。そして、さらにメンテナンスが必要な光学部品は独立した筐体に収めることができる。
また、必要最小限な構成部品で構成される波長変換部３３０を装置本体に直接搭載し、光ファイバーで結合された残りの構成部品を別床に設置することができるため、搭載装置の構成自由度を大幅に大きくすることが可能になった。
以上のように本実施の形態によれば、波長域１９７ｎｍから波長２００ｎｍまでの照明用として各種装置に搭載可能な、実用的でコンパクトでロバスト性の高い光源を用いて信頼性の高いパタン検査方法を実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光（基本波１）の４倍高調波光と波長が１５６２ｎｍのパルスレーザー光（基本波２）の２倍高調波光とによる和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査する構成について説明した。実施の形態２では、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光（基本波１）の４倍高調波光と波長が１５６２ｎｍのパルスレーザー光（基本波２）とによる第１の和周波光と、波長が１５６２ｎｍのパルスレーザー光（基本波２）とによる第２の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査する構成について説明する。

実施の形態２における波長変換部３３０の内部構成以外は、実施の形態１と同様で構わないため説明を省略する。
図７は、実施の形態２における波長変換部の内部構成と照明光の発生を説明するための概念図である。
図７において、レーザー光源の一例となる基本波光源（１）３１０では、実施の形態１と同様、波長が１０６４ｎｍのレーザー光（基本波１）を発生する。例えば、基本波光源（１）３１０として、半導体レーザーを用い、図７では１０６４ｎｍ−ＬＤと示している。そして、基本波光源（１）３１０にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。基本波光源（１）３１０の出力は、光ファイバー３４２で次の波長変換部３３０に伝送される。

レーザー光源の一例となる基本波光源（２）３２０では、実施の形態１と同様、波長が１５６２ｎｍのレーザー光（基本波２）を発生する。例えば、基本波光源（２）３２０として、半導体レーザーを用い、図７では１５６２ｎｍ−ＬＤと示している。そして、基本波光源（２）３２０にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。既述の１０６４ｎｍ−ＬＤと同時に駆動し、１２０ｐｓ以下のジッターで動作させることができた。基本波光源（２）３２０の出力は、光ファイバー３４４で次の波長変換部３３０に伝送される。

そして、波長変換部３３０内では、さらに上記波長変換に引き続き、波長１０６４ｎｍ光の第四高調波光である波長２６６ｎｍのレーザー光を図示していない反射ミラー等の光学系で反射させ、波長１５６２ｎｍのレーザー光と和周波発生用の非線形結晶４３０に単行の集光光により同軸入射させて、両者の和周波である波長２２７ｎｍのレーザー光を発生させる。単行の集光光により入射させることにより変換効率を高めることができる。そして、このとき用いた非線形結晶４３０には、ＢＢＯを用いると好適である。但し、当該波長で透明で波長変換過程において位相整合するものであれば、他の結晶を用いても構わないことは言うまでもない。例えば、ＬＢＯやＣＬＢＯでも好適である。

そして、波長変換部３３０内では、さらに上記波長変換に引き続き、波長２２７ｎｍのレーザー光と波長１５６２ｎｍのレーザー光とを和周波発生用の非線形結晶４３２に単行の集光光により同軸入射させて、両者の和周波である波長１９８ｎｍのレーザー光を発生させる。このとき用いた非線形結晶４３０には、ＢＢＯを用いると好適である。但し、当該波長で透明で波長変換過程において位相整合するものであれば、他の結晶を用いても構わないことは言うまでもない。例えば、ＣＬＢＯでも好適である。そして、波長１９８ｎｍのレーザー光をパタン検査装置２００の照明光として、照明光学系１７０に入射させる。そして、上述したように波長１９８ｎｍのレーザー光を照明光として被検査試料となるフォトマスク１０１のパタンを検査する。

ここでは、レーザー光の光路を可変するための全反射鏡等の光学系について図示ならびに説明を簡略したが、適宜必要な光学系を用いてレーザー光の光路を可変しても構わないことは言うまでもない。

以上のように実施の形態２の構成によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路１１４、展開回路１１１、参照回路１１２、比較回路１０８等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。

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。例えば、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いる構成にしてもよい。検査基準パタンデータとなる参照画像は設計データから生成しているが、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パタンのデータを用いても良い。言い換えれば、ｄｉｅｔｏｄｉｅ検査でもｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ検査でも構わない。

また、各実施の形態では、ＸＹθテーブル１０２が移動することで検査位置が走査されているが、ＸＹθテーブル１０２を固定してその他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。さらに、各実施の形態では、波長変換部３３０の出力である照明光が上方から下方に向かって光路を形成しているが、これに限るものではなく、構成する光学系に応じてその他の方向に向かって光路を形成してもよい。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法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パタン検査装置或いはパタン検査装置用の光源は、本発明の範囲に包含される。

１００パタン検査部
１０１フォトマスク
１０２ＸＹθテーブル
１０４拡大光学系
１０５フォトダイオードアレイ
１０６センサ回路
１０７位置回路
１０８比較回路
１０９磁気ディスク装置
１１０制御計算機
１１１展開回路
１１２参照回路
１５０光学画像取得部
２００パタン検査装置
２１０光学系筐体
２２０走査部筐体
３１０基本波光源（１）
３２０基本波光源（２）
３３０波長変換部
３４２，３４４光ファイバー
４０２，４１２集光レンズ
４０４，４０６，４１４，４２０，４３０，４３２非線形結晶

Claims

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のレーザー光を発生する第２のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光とに基づいて、波長が２６６ｎｍ以下の深紫外光を発生させる深紫外光源と、
前記第１のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する第１の光ファイバーと、
前記第２のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する第２の光ファイバーと、
前記第１と第２の光ファイバーにより前記第１と第２のレーザー光源と分離された前記深紫外光源を搭載し、前記深紫外光源により発生した深紫外光を照明光として被検査試料のパタンを検査する、振動を伴うパタン検査部と、
を備えたことを特徴とするパタン検査装置。
波長が１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍで、第１の光ファイバーを通過した第１のレーザー光の４倍高調波光と波長が１５５７ｎｍ〜１５７１ｎｍで、第２の光ファイバーを通過した第２のレーザー光とによる第１の和周波光と、前記第２のレーザー光とによる第２の和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記第２の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とするパタン検査装置。
波長が１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍで、第１の光ファイバーを通過した第１のパルスレーザー光の４倍高調波光と波長が１５５７ｎｍ〜１５７１ｎｍで、第２の光ファイバーを通過した第２のパルスレーザー光の２倍高調波光とによる和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とするパタン検査装置。