レーザ装置の出力調整方法、レーザ装置および検査装置
【課題】異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置について、簡便且つ正確にその出力を調整することのできる方法と、この方法により出力調整可能なレーザ装置と、このレーザ装置を光源として備えた検査装置とを提供する。
【解決手段】第２の非線形光学結晶４は、波長２６６ｎｍのレーザ光を出射する。第３の非線形光学結晶８は、波長７８２ｎｍのレーザ光を出射する。これらの光は第４の非線形光学結晶１１に入射し、和周波発生により波長変換されて、波長１９８．５ｎｍの光になる。反射ミラー５の角度と、波長選択性反射ミラー９の角度と、測定部１３で測定された波長１９８．５ｎｍの光の出力とは、それぞれ制御装置１４に送られる。制御装置１４は、出力が最大となるよう反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の角度を調整する。
【解決手段】第２の非線形光学結晶４は、波長２６６ｎｍのレーザ光を出射する。第３の非線形光学結晶８は、波長７８２ｎｍのレーザ光を出射する。これらの光は第４の非線形光学結晶１１に入射し、和周波発生により波長変換されて、波長１９８．５ｎｍの光になる。反射ミラー５の角度と、波長選択性反射ミラー９の角度と、測定部１３で測定された波長１９８．５ｎｍの光の出力とは、それぞれ制御装置１４に送られる。制御装置１４は、出力が最大となるよう反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の角度を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置の出力調整方法、レーザ装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、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。こうした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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
ところで、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。歩留まりを低下させる大きな要因の１つとして、マスクのパターン欠陥が挙げられる。そして、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩ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。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検出する検査装置には、高い検査精度が必要とされる。
【０００４】
欠陥検出をする手法の１つとして、「ダイ−トゥ−データベース（ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ）検査」がある。これは、描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力し、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、パターンを撮像して得られた測定データ（光学画像）と比較する手法である。ここで、描画データは、パターン設計されたＣＡＤデータが描画装置に入力可能なフォーマットに変換されたものである。
【０００５】
ダイ−トゥ−データベース検査では、光源から出射された光が光学系を介して検査対象であるマスクに照射される。マスクはテーブル上に載置されており、テーブルが移動することによって照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過または反射した光はレンズを介して画像センサ上に結像し、画像センサで撮像された光学画像は測定データとして比較部へ送られる。比較部では、測定データと参照データとが適当なアルゴリズムにしたがって比較される。そして、これらのデータが一致しない場合には欠陥ありと判定される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
光源から出射される光には、ステッパで使用される波長またはこれに近い波長の光が使用される。例えば、波長１９８．５ｎｍのレーザ光を検査光として用いる場合、この光は、波長７８２ｎｍと波長２６６ｎｍの２つのレーザ光を重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ波長変換することで得られる（例えば、特許文献２および３参照。）。
【０００７】
特許文献３には、波長１０６４〜１０６５ｎｍのレーザ光を波長変換して得た第４高調波と、波長１５６０〜１５７０ｎｍのレーザ光を波長変換して得た第２高調波とから、和周波発生手段を用いて波長１９８．３〜１９８．８ｎｍのレーザ光を発生させる方法が記載されている。
【０００８】
このような和周波発生により所定波長の光を所望の出力で得るには、重ね合わされる光が非線形光学結晶に同軸入射しなければならない。このため、光源であるレーザ装置においては正確な光軸調整が必要になる。レーザ光の照射によって非線形光学結晶や光学素子が劣化したり、光源に機械的な要因が加わったりすると、光軸にずれが生じて所望の出力の光を得られなくなる。それ故、定期的なメンテナンスによって出力調整を行わなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１２１７８号公報
【特許文献２】特開２００７−８６１０１号公報
【特許文献３】特開２００７−８６１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置について、簡便且つ正確にその出力を調整することのできる方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置と、このレーザ装置を光源として備えた検査装置とを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、波長λ１の光を第１のミラーで反射させて第２のミラーに照射し、第２のミラーで反射した波長λ１の光と第２のミラーを透過した波長λ２の光とを重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ、非線形光学結晶で波長λ１の光と波長λ２の光との和周波光である波長λ３の光を発生させるレーザ装置の出力調整方法において、
第１のミラーと第２のミラーの各角度を変えたときの波長λ３の光の出力変化を測定し、出力が最大となるよう第１のミラーと第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第１の態様において、λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、波長λ１の光を発生する第１の光発生手段と、
波長λ２の光を発生する第２の光発生手段と、
波長λ１の光を反射する第１のミラーと、
波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過する第２のミラーと、
第２のミラーで反射した波長λ１の光と、第２のミラーを透過した波長λ２の光とが入射する非線形光学結晶と、
非線形光学結晶で発生した波長λ３の光の出力を測定する測定部と、
第１のミラーと第２のミラーの各角度を制御する制御部とを有し、
波長λ３の光は、波長λ１の光と波長λ２の光との和周波光であり、
制御部は、第１のミラーと第２のミラーの各角度を自動的に変えるとともに、測定部から情報を受け取って、各角度を変えたときの波長λ３の出力変化を取得し、出力が最大となるよう第１のミラーと第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置に関する。
【００１５】
本発明の第２の態様において、λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して光学画像を取得し、この光学画像と、検査対象の設計データから作成された参照画像または上記光を検査対象に照射して得られた別の光学画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする検査装置に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置について、簡便且つ正確にその出力を調整することのできる方法が提供される。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置が提供される。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置を光源として備えた検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態における検査装置の構成図である。
【図２】本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【図３】検査工程を示すフローチャートである。
【図４】光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図５】フィルタ処理を説明する図である。
【図６】本実施の形態における光源の光学系の概略構成図である。
【図７】本実施の形態のレーザ装置の出力調整方法を示すフローチャートである。
【図８】第１のミラーのＸ方向の角度と、第２のミラーのＸ方向の角度と、レーザ光の出力との関係を示した一例である。
【図９】第１のミラーのＹ方向の角度と、第２のミラーのＹ方向の角度と、レーザ光の出力との関係を示した一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本実施の形態における検査装置の構成図である。この図に示すように、検査装置１００は、光学画像取得部Ａと制御部Ｂを有する。
【００２２】
光学画像取得部Ａは、光源１０３と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ方向）に移動可能なＸＹθテーブル１０２と、透過照明系を構成する照明光学系１７０と、拡大光学系１０４と、フォトダイオードアレイ１０５と、センサ回路１０６と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。
【００２３】
制御部Ｂでは、検査装置１００全体の制御を司る制御計算機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、参照回路１１２、展開回路１１１、オートローダ制御部１１３、テーブル制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。ＸＹθテーブル１０２は、テーブル制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびθ軸モータによって駆動される。これらのモータには、例えば、ステップモータを用いることができる。
【００２４】
データベース方式の基準データとなる設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に格納されており、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１１１に送られる。展開回路１１１では、設計パターンデータがイメージデータ（設計画素データ）に変換される。その後、このイメージデータは、参照回路１１２に送られて参照データの生成に用いられる。
【００２５】
尚、図１では、本実施の形態で必要な構成要素を記載しているが、検査に必要な他の公知要素が含まれていてもよい。
【００２６】
図２は、本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施の形態の描画条件に対応したＣＡＤデータ２０１は、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データ２０２に変換される。設計中間データ２０２には、レイヤ（層）毎に作成されて基板上に形成されるパターンデータが格納される。上述したように、電子ビーム描画装置３００は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていないので、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータ２０３に変換された後に電子ビーム描画装置３００に入力される。同様に、検査装置１００もＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されておらず、電子ビーム描画装置３００と互換性のあるフォーマットデータ２０３に変換された上でデータ入力される。尚、検査装置１００に固有のフォーマットデータに変換された上でデータ入力される場合もある。
【００２８】
ところで、描画用または検査用のフォーマットデータ、あるいは、これらに変換する前のＯＡＳＩＳデータには、マスクに描画するパターンの解像度を高めるための補助パターンや、パターンの線幅および空隙の精度を維持することを目的としてパターン形状を複雑に加工するための図形が付加されている。それ故、パターンデータの容量は肥大化しており、電子ビーム描画装置や検査装置では、描画時間や検査時間の停滞を防ぐための工夫がなされている。具体的には、パターンデータを読み出してデータ展開する機構部分に、大容量で高速処理が可能な並列処理計算機と、処理に必要な読み出し速度に十分対応できるよう設計されたハードディスク装置とが組み合わされるなどしている。
【００２９】
図３は、検査工程を示すフローチャートである。
【００３０】
図３に示すように、検査工程は、光学画像取得工程（Ｓ２０２）と、設計パターンデータの記憶工程（Ｓ２１２）と、設計画像データ生成工程の一例となる展開工程（Ｓ２１４）およびフィルタ処理工程（Ｓ２１６）と、比較工程（Ｓ２２６）とを有する。
【００３１】
Ｓ２０２の光学画像取得工程では、図１の光学画像取得部Ａが、マスク基板１０１の光学画像（測定データ）を取得する。ここで、光学画像は、設計パターンに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスクの画像である。光学画像の具体的な取得方法は、例えば、次に示す通りである。
【００３２】
検査試料となるマスク基板１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向および回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置される。そして、マスク基板１０１に形成されたパターンに対し、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置された光源１０３から光が照射される。より詳しくは、光源１０３から照射される光束が、照明光学系１７０を介してマスク基板１０１に照射される。マスク基板１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６が配置されている。マスク基板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する。ここで、拡大光学系１０４は、図示しない自動焦点機構によって自動的に焦点調整がなされるよう構成されていてもよい。
【００３３】
図４は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
【００３４】
検査領域は、図４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１４０に仮想的に分割され、さらにその分割された各検査ストライプ１４０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４に示されるようなスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。そして、第１の検査ストライプ１４０における画像を取得した後、第２の検査ストライプ１４０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の画像が連続的に入力される。そして、第３の検査ストライプ１４０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１４０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１４０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。
【００３５】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、さらにセンサ回路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、センサが配置されている。このセンサの例としては、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサが挙げられる。ＸＹθテーブル１０２がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってマスク基板１０１のパターンが撮像される。ここで、光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成される。
【００３６】
ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下、テーブル制御回路１１４によって駆動され、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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータには、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により測定されて位置回路１０７に送られる。また、ＸＹθテーブル１０２上のマスク基板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、検査終了後には自動的に排出される様になっている。
【００３７】
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上でのマスク基板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。
【００３８】
図３のＳ２１２は記憶工程であり、マスク基板１０１のパターン形成時に用いた設計パターンデータが、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。
【００３９】
設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものである。磁気ディスク装置１０９には、例えば、図形の基準位置における座標、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納される。
【００４０】
さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。
【００４１】
図３のＳ２１４は展開工程である。この工程においては、図１の展開回路１１１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出されたマスク基板１０１の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。そして、このイメージデータは参照回路１１２に送られる。
【００４２】
図形データとなる設計パターンデータが展開回路１１１に入力されると、展開回路１１１は、設計パターンデータを図形毎のデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データを展開する。展開された設計画像データは、センサ画素に相当する領域（マス目）毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算する。そして、各画素内の図形占有率が画素値となる。
【００４３】
図３のＳ２１６はフィルタ処理工程である。この工程では、参照回路１１２によって、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理が施される。
【００４４】
図５は、フィルタ処理を説明する図である。
【００４５】
センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、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、言い換えれば連続的に変化するアナログ状態にある。したがって、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定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（光学データ）を作成する。
【００４６】
測定データは、上述したように、比較回路１０８に送られる。そして、設計パターンデータは、展開回路１１１および参照回路１１２により参照画像データに変換され、比較回路１０８に送られる。
【００４７】
比較回路１０８では、センサ回路１０６から得られた光学画像と参照回路１１２で生成した参照画像を適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較し、誤差が所定の値を超えた場合にその箇所を欠陥と判断する。欠陥と判断した場合には、その座標と、欠陥判定の根拠となったセンサ撮影画像（光学画像）および参照画像とを検査結果として保存する。
【００４８】
光源１０３は、所定の波長の光を発生するレーザ装置である。そして、光源１０３から出射される光は、ステッパで使用される波長またはこれに近い波長の光であることが好ましい。本実施の形態では、波長１９８．５ｎｍの光を光源１０３からの出射光として用いる。この光は、波長７８２ｎｍと波長２６６ｎｍの２つのレーザ光を重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ波長変換することで得られる。
【００４９】
図６は、光源１０３の光学系の概略構成図である。
【００５０】
図６において、第１の半導体レーザ１からは、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光が出射される。また、第２の半導体レーザ６からは、波長１５６０ｎｍ〜１５７０ｎｍのレーザ光が出射される。
【００５１】
第１の光発生手段である第１の半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、第１の集光レンズ２で集光された後、第１の非線形光学結晶３に入射する。第１の非線形光学結晶３としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶が用いられる。第１の非線形光学結晶３は、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光の第２高調波として、波長５３２ｎｍ〜５３２．５ｎｍのレーザ光を出射する。第１の非線形光学結晶３から出射された波長５３２ｎｍ〜５３２．５ｎｍのレーザ光は、第２の非線形光学結晶４に入射する。第２の非線形光学結晶４としては、例えばＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４）結晶が用いられる。第２の非線形光学結晶４は、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光の第４高調波として、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光を出射する。
【００５２】
第２の光発生手段である第２の半導体レーザ６から出射されたレーザ光は、第２の集光レンズ７で集光された後、第３の非線形光学結晶８に入射する。第３の非線形光学結晶８としては、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶が用いられる。第３の非線形光学結晶８は、波長１５６０ｎｍ〜１５７０ｎｍのレーザ光の第２高調波として、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光を出射する。
【００５３】
第２の非線形光学結晶４から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光は、第１のミラーである反射ミラー５で反射された後、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９に斜めに照射される。波長選択性反射ミラー９は、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光を反射する一方、第３の非線形光学結晶８から出射された波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光を透過させる。
【００５４】
波長選択性反射ミラー９により反射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長選択性反射ミラー９を透過した波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とは、重なり合って同じ方向に進み、整合レンズ系１０で整合された後、第４の非線形光学結晶１１である和周波発生用非線形光学結晶に入射する。第４の非線形光学結晶１１としては、例えばＢＢＯ結晶が用いられる。第４の非線形光学結晶１１では、整合レンズ系１０から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが和周波混合されて、波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光になる。その後、波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光は、コリメータレンズ１２で平行光となってレーザ装置から出力される。
【００５５】
尚、第１〜第４の非線形光学結晶は、上記例に限られるものではなく、波長変換の際における各波長において透明であり、且つ、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、上記例以外の他の結晶を用いてもよい。
【００５６】
波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが第４の非線形光学結晶１１に入射する際には、位相整合条件を保つため、これらの光が同軸入射することが必要になる。しかしながら、レーザ光の照射によって非線形光学結晶やレンズおよびミラーなどの光学素子が劣化したり、光源に機械的な要因が加わったりすると、光軸にずれが生じて所望の出力の光を得られなくなる。そこで、定期的なメンテナンスによって出力を調整することが必要になる。
【００５７】
ここで、出力調整方法としては、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とについてそれぞれ光軸を調整し、それによって波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を調整することが考えられる。
【００５８】
例えば、まず、波長７８２ｎｍのレーザ光を２つのミラーで光路調整してフォトダイオードに導く。そして、フォトダイオードに入射するレーザ光の光量が最大となるよう、２つのミラーの角度を調整する。次に、波長２６６ｎｍのレーザ光を同じフォトダイオードに入射させる。このとき、７８２ｎｍで調整した一方のミラーの角度を基準として波長２６６ｎｍの光量が最大となるよう、他方のミラーの角度を調整する。
【００５９】
しかしながら、上記方法では、光軸調整を波長７８２ｎｍの光と波長２６６ｎｍの光について行うので、調整したミラー角度で波長１９８．５ｎｍの光を出射しても、それが必ずしもレーザ装置の最大出力になるとは限らない。また、重ね合わせる２つの光についてそれぞれ光軸調整を行う上に、光軸調整には専用のハードウェアが必要となるためその立ち上げや調整にも時間がかかり、メンテナンス時間が長くなることも問題である。
【００６０】
そこで、本発明者は、鋭意研究した結果、本発明に至った。図６〜図９を参照して、本実施の形態によるレーザ装置の出力調整方法について説明する。
【００６１】
図７は、レーザ装置の出力調整方法を示すフローチャートである。レーザ装置のメンテナンスでは、図６の反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９をシフトさせてこれらのミラーとレーザ光の光軸とがなす最適な角度を求める。すなわち、反射ミラー５で反射され、さらに波長選択性反射ミラー９に照射された後このミラーで反射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長選択性反射ミラー９を透過した波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが、重なりあって同じ方向に進むよう、そして、第４の非線形光学結晶１１で和周波混合されて生成した波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力が最大となるよう、これらのミラーの角度を調整する。
【００６２】
具体的には、第２の非線形光学結晶４から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光が反射ミラー５に照射されるとき、および、反射ミラー５で反射されるときのミラーと光軸のなす各角度、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光が波長選択性反射ミラー９に照射されるとき、および、波長選択性反射ミラー９で反射されるときのミラーと光軸のなす各角度、並びに、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光が波長選択性反射ミラー９を透過するときのミラーと光軸のなす角度をそれぞれ調整する。これらの角度は、光軸と、各ミラーの面内のＸ方向とミラー面に垂直なＹ方向の角度とによって定義される。
【００６３】
本実施の形態におけるレーザ装置の出力調整方法では、まず、反射ミラー５のＸ方向の角度と波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度を変えながら測定部１３で波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を測定する。そして、出力が最大となるときの反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各Ｘ方向の角度を求めて最適角度とする。
【００６４】
図８は、第１のミラーである反射ミラー５のＸ方向の角度と、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度と、波長１９８．５ｎｍのレーザ光の出力との関係を示した一例である。この例では、出力が最大値（９０．１ｍＷ）となるときの反射ミラー５のＸ方向の角度（−８５ｍｄｅｇ）と波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度（−９３２ｍｄｅｇ）がそれぞれ最適角度になる。
【００６５】
続いて、反射ミラー５のＹ方向の角度と波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度を変えながら測定部１３で波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を測定する。そして、出力が最大となるときの反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各Ｙ方向の角度を求めて最適角度とする。
【００６６】
図９は、第１のミラーである反射ミラー５のＹ方向の角度と、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度と、波長１９８．５ｎｍのレーザ光の出力との関係を示した一例である。この例では、出力が最大値（９２．４ｍＷ）となるときの反射ミラー５のＹ方向の角度（−１９０ｍｄｅｇ）と波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度（−４７３ｍｄｅｇ）がそれぞれ最適角度になる。
【００６７】
本実施の形態では、図６の制御装置１４でミラーの角度の最適化が行われる。すなわち、制御装置１４は、反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各角度を自動的に変えて、それによる波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力の変化を取得する。つまり、反射ミラー５の角度と、波長選択性反射ミラー９の角度と、測定部１３で測定した波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力とは、それぞれ制御装置１４に送られ、制御装置１４は、図８および図９に示すような関係を取得し、出力が最大となるよう反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の角度を調整する。尚、上記例では、ミラーのＸ方向の角度を調整してからＹ方向の角度を調整したが、これらの順序は逆であってもよい。
【００６８】
上記のようにして反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の最適角度を調整した後は、図７に示すように非線形光学結晶１１の結晶温度を最適化する。尚、ミラーの角度を調整しても波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力が最大とならない場合には、再度上記工程を繰り返してミラーの角度を調整する。その結果、レーザ光の出力値が最大となれば各非線形光学結晶の結晶温度を最適化する。一方、レーザ光の出力値が最大とならない場合には、手動に切り替えてミラーの角度を調整する。
【００６９】
非線形光学結晶１１の結晶温度を最適化した後は、レーザ装置のメンテナンスを終了する。
【００７０】
以上述べたように、本実施の形態のレーザ装置の出力調整方法では、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とについてそれぞれ光軸を調整し、それによってレーザ装置の出力を調整するのではなく、実際に発振される波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を検出しながら調整するので、正確な出力調整を行うことができる。また、光軸調整は、ミラーの角度とレーザ光の出力とを制御装置に送り、制御装置で出力が最大となるようミラーの角度を調整することにより行うので、専用のハードウェアを必要としない。したがって、簡便且つ短時間で出力調整を行うことができる。
【００７１】
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００７２】
例えば、上記実施の形態では、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とを用いて、和周波発生により波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光を出射する例について述べたが、本発明は上記各波長に限られるものではない。異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置であれば本発明を適用することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース方式を例に説明したが、欠陥検査の方法はダイ−トゥ−ダイ方式であってもよい。すなわち、本発明の検査装置は、本発明のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して取得した光学画像同士を比較して欠陥を検出するものであってもよい。
【００７４】
さらに、上記実施の形態では、本発明の説明に直接必要としない装置構成や制御手法などに関する記載を省略したが、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ことは言うまでもない。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全て検査装置または検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７５】
１００ 検査装置
１０１ マスク基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
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
１１３ オートローダ制御部
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１３０ オートローダ
１７０ 照明光学系
２０１ ＣＡＤデータ
２０２ 設計中間データ
２０３ フォーマットデータ
３００ 描画装置
１ 第１の半導体レーザ
２ 第１の集光レンズ
３ 第１の非線形光学結晶
４ 第２の非線形光学結晶
５ 反射ミラー
６ 第２の半導体レーザ
７ 第２の集光レンズ
８ 第３の非線形光学結晶
９ 波長選択性反射ミラー
１０ 整合レンズ系
１１ 第４の非線形光学結晶１１
１２ コリメータレンズ
１３ 測定部
１４ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置の出力調整方法、レーザ装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、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。こうした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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
ところで、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。歩留まりを低下させる大きな要因の１つとして、マスクのパターン欠陥が挙げられる。そして、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩ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。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検出する検査装置には、高い検査精度が必要とされる。
【０００４】
欠陥検出をする手法の１つとして、「ダイ−トゥ−データベース（ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ）検査」がある。これは、描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力し、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、パターンを撮像して得られた測定データ（光学画像）と比較する手法である。ここで、描画データは、パターン設計されたＣＡＤデータが描画装置に入力可能なフォーマットに変換されたものである。
【０００５】
ダイ−トゥ−データベース検査では、光源から出射された光が光学系を介して検査対象であるマスクに照射される。マスクはテーブル上に載置されており、テーブルが移動することによって照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過または反射した光はレンズを介して画像センサ上に結像し、画像センサで撮像された光学画像は測定データとして比較部へ送られる。比較部では、測定データと参照データとが適当なアルゴリズムにしたがって比較される。そして、これらのデータが一致しない場合には欠陥ありと判定される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
光源から出射される光には、ステッパで使用される波長またはこれに近い波長の光が使用される。例えば、波長１９８．５ｎｍのレーザ光を検査光として用いる場合、この光は、波長７８２ｎｍと波長２６６ｎｍの２つのレーザ光を重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ波長変換することで得られる（例えば、特許文献２および３参照。）。
【０００７】
特許文献３には、波長１０６４〜１０６５ｎｍのレーザ光を波長変換して得た第４高調波と、波長１５６０〜１５７０ｎｍのレーザ光を波長変換して得た第２高調波とから、和周波発生手段を用いて波長１９８．３〜１９８．８ｎｍのレーザ光を発生させる方法が記載されている。
【０００８】
このような和周波発生により所定波長の光を所望の出力で得るには、重ね合わされる光が非線形光学結晶に同軸入射しなければならない。このため、光源であるレーザ装置においては正確な光軸調整が必要になる。レーザ光の照射によって非線形光学結晶や光学素子が劣化したり、光源に機械的な要因が加わったりすると、光軸にずれが生じて所望の出力の光を得られなくなる。それ故、定期的なメンテナンスによって出力調整を行わなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１２１７８号公報
【特許文献２】特開２００７−８６１０１号公報
【特許文献３】特開２００７−８６１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置について、簡便且つ正確にその出力を調整することのできる方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置と、このレーザ装置を光源として備えた検査装置とを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、波長λ１の光を第１のミラーで反射させて第２のミラーに照射し、第２のミラーで反射した波長λ１の光と第２のミラーを透過した波長λ２の光とを重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ、非線形光学結晶で波長λ１の光と波長λ２の光との和周波光である波長λ３の光を発生させるレーザ装置の出力調整方法において、
第１のミラーと第２のミラーの各角度を変えたときの波長λ３の光の出力変化を測定し、出力が最大となるよう第１のミラーと第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第１の態様において、λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、波長λ１の光を発生する第１の光発生手段と、
波長λ２の光を発生する第２の光発生手段と、
波長λ１の光を反射する第１のミラーと、
波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過する第２のミラーと、
第２のミラーで反射した波長λ１の光と、第２のミラーを透過した波長λ２の光とが入射する非線形光学結晶と、
非線形光学結晶で発生した波長λ３の光の出力を測定する測定部と、
第１のミラーと第２のミラーの各角度を制御する制御部とを有し、
波長λ３の光は、波長λ１の光と波長λ２の光との和周波光であり、
制御部は、第１のミラーと第２のミラーの各角度を自動的に変えるとともに、測定部から情報を受け取って、各角度を変えたときの波長λ３の出力変化を取得し、出力が最大となるよう第１のミラーと第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置に関する。
【００１５】
本発明の第２の態様において、λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して光学画像を取得し、この光学画像と、検査対象の設計データから作成された参照画像または上記光を検査対象に照射して得られた別の光学画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする検査装置に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置について、簡便且つ正確にその出力を調整することのできる方法が提供される。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置が提供される。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するとともに、簡便且つ正確にその出力を調整することのできるレーザ装置を光源として備えた検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態における検査装置の構成図である。
【図２】本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【図３】検査工程を示すフローチャートである。
【図４】光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図５】フィルタ処理を説明する図である。
【図６】本実施の形態における光源の光学系の概略構成図である。
【図７】本実施の形態のレーザ装置の出力調整方法を示すフローチャートである。
【図８】第１のミラーのＸ方向の角度と、第２のミラーのＸ方向の角度と、レーザ光の出力との関係を示した一例である。
【図９】第１のミラーのＹ方向の角度と、第２のミラーのＹ方向の角度と、レーザ光の出力との関係を示した一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本実施の形態における検査装置の構成図である。この図に示すように、検査装置１００は、光学画像取得部Ａと制御部Ｂを有する。
【００２２】
光学画像取得部Ａは、光源１０３と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ方向）に移動可能なＸＹθテーブル１０２と、透過照明系を構成する照明光学系１７０と、拡大光学系１０４と、フォトダイオードアレイ１０５と、センサ回路１０６と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。
【００２３】
制御部Ｂでは、検査装置１００全体の制御を司る制御計算機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、参照回路１１２、展開回路１１１、オートローダ制御部１１３、テーブル制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。ＸＹθテーブル１０２は、テーブル制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびθ軸モータによって駆動される。これらのモータには、例えば、ステップモータを用いることができる。
【００２４】
データベース方式の基準データとなる設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に格納されており、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１１１に送られる。展開回路１１１では、設計パターンデータがイメージデータ（設計画素データ）に変換される。その後、このイメージデータは、参照回路１１２に送られて参照データの生成に用いられる。
【００２５】
尚、図１では、本実施の形態で必要な構成要素を記載しているが、検査に必要な他の公知要素が含まれていてもよい。
【００２６】
図２は、本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施の形態の描画条件に対応したＣＡＤデータ２０１は、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データ２０２に変換される。設計中間データ２０２には、レイヤ（層）毎に作成されて基板上に形成されるパターンデータが格納される。上述したように、電子ビーム描画装置３００は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていないので、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータ２０３に変換された後に電子ビーム描画装置３００に入力される。同様に、検査装置１００もＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されておらず、電子ビーム描画装置３００と互換性のあるフォーマットデータ２０３に変換された上でデータ入力される。尚、検査装置１００に固有のフォーマットデータに変換された上でデータ入力される場合もある。
【００２８】
ところで、描画用または検査用のフォーマットデータ、あるいは、これらに変換する前のＯＡＳＩＳデータには、マスクに描画するパターンの解像度を高めるための補助パターンや、パターンの線幅および空隙の精度を維持することを目的としてパターン形状を複雑に加工するための図形が付加されている。それ故、パターンデータの容量は肥大化しており、電子ビーム描画装置や検査装置では、描画時間や検査時間の停滞を防ぐための工夫がなされている。具体的には、パターンデータを読み出してデータ展開する機構部分に、大容量で高速処理が可能な並列処理計算機と、処理に必要な読み出し速度に十分対応できるよう設計されたハードディスク装置とが組み合わされるなどしている。
【００２９】
図３は、検査工程を示すフローチャートである。
【００３０】
図３に示すように、検査工程は、光学画像取得工程（Ｓ２０２）と、設計パターンデータの記憶工程（Ｓ２１２）と、設計画像データ生成工程の一例となる展開工程（Ｓ２１４）およびフィルタ処理工程（Ｓ２１６）と、比較工程（Ｓ２２６）とを有する。
【００３１】
Ｓ２０２の光学画像取得工程では、図１の光学画像取得部Ａが、マスク基板１０１の光学画像（測定データ）を取得する。ここで、光学画像は、設計パターンに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスクの画像である。光学画像の具体的な取得方法は、例えば、次に示す通りである。
【００３２】
検査試料となるマスク基板１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向および回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置される。そして、マスク基板１０１に形成されたパターンに対し、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置された光源１０３から光が照射される。より詳しくは、光源１０３から照射される光束が、照明光学系１７０を介してマスク基板１０１に照射される。マスク基板１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６が配置されている。マスク基板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する。ここで、拡大光学系１０４は、図示しない自動焦点機構によって自動的に焦点調整がなされるよう構成されていてもよい。
【００３３】
図４は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
【００３４】
検査領域は、図４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１４０に仮想的に分割され、さらにその分割された各検査ストライプ１４０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４に示されるようなスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。そして、第１の検査ストライプ１４０における画像を取得した後、第２の検査ストライプ１４０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の画像が連続的に入力される。そして、第３の検査ストライプ１４０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１４０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１４０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。
【００３５】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、さらにセンサ回路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、センサが配置されている。このセンサの例としては、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサが挙げられる。ＸＹθテーブル１０２がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってマスク基板１０１のパターンが撮像される。ここで、光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成される。
【００３６】
ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下、テーブル制御回路１１４によって駆動され、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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータには、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により測定されて位置回路１０７に送られる。また、ＸＹθテーブル１０２上のマスク基板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、検査終了後には自動的に排出される様になっている。
【００３７】
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上でのマスク基板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。
【００３８】
図３のＳ２１２は記憶工程であり、マスク基板１０１のパターン形成時に用いた設計パターンデータが、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。
【００３９】
設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものである。磁気ディスク装置１０９には、例えば、図形の基準位置における座標、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納される。
【００４０】
さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。
【００４１】
図３のＳ２１４は展開工程である。この工程においては、図１の展開回路１１１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出されたマスク基板１０１の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。そして、このイメージデータは参照回路１１２に送られる。
【００４２】
図形データとなる設計パターンデータが展開回路１１１に入力されると、展開回路１１１は、設計パターンデータを図形毎のデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データを展開する。展開された設計画像データは、センサ画素に相当する領域（マス目）毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算する。そして、各画素内の図形占有率が画素値となる。
【００４３】
図３のＳ２１６はフィルタ処理工程である。この工程では、参照回路１１２によって、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理が施される。
【００４４】
図５は、フィルタ処理を説明する図である。
【００４５】
センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、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、言い換えれば連続的に変化するアナログ状態にある。したがって、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定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（光学データ）を作成する。
【００４６】
測定データは、上述したように、比較回路１０８に送られる。そして、設計パターンデータは、展開回路１１１および参照回路１１２により参照画像データに変換され、比較回路１０８に送られる。
【００４７】
比較回路１０８では、センサ回路１０６から得られた光学画像と参照回路１１２で生成した参照画像を適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較し、誤差が所定の値を超えた場合にその箇所を欠陥と判断する。欠陥と判断した場合には、その座標と、欠陥判定の根拠となったセンサ撮影画像（光学画像）および参照画像とを検査結果として保存する。
【００４８】
光源１０３は、所定の波長の光を発生するレーザ装置である。そして、光源１０３から出射される光は、ステッパで使用される波長またはこれに近い波長の光であることが好ましい。本実施の形態では、波長１９８．５ｎｍの光を光源１０３からの出射光として用いる。この光は、波長７８２ｎｍと波長２６６ｎｍの２つのレーザ光を重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ波長変換することで得られる。
【００４９】
図６は、光源１０３の光学系の概略構成図である。
【００５０】
図６において、第１の半導体レーザ１からは、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光が出射される。また、第２の半導体レーザ６からは、波長１５６０ｎｍ〜１５７０ｎｍのレーザ光が出射される。
【００５１】
第１の光発生手段である第１の半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、第１の集光レンズ２で集光された後、第１の非線形光学結晶３に入射する。第１の非線形光学結晶３としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶が用いられる。第１の非線形光学結晶３は、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光の第２高調波として、波長５３２ｎｍ〜５３２．５ｎｍのレーザ光を出射する。第１の非線形光学結晶３から出射された波長５３２ｎｍ〜５３２．５ｎｍのレーザ光は、第２の非線形光学結晶４に入射する。第２の非線形光学結晶４としては、例えばＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４）結晶が用いられる。第２の非線形光学結晶４は、波長１０６４ｎｍ〜１０６５ｎｍのレーザ光の第４高調波として、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光を出射する。
【００５２】
第２の光発生手段である第２の半導体レーザ６から出射されたレーザ光は、第２の集光レンズ７で集光された後、第３の非線形光学結晶８に入射する。第３の非線形光学結晶８としては、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶が用いられる。第３の非線形光学結晶８は、波長１５６０ｎｍ〜１５７０ｎｍのレーザ光の第２高調波として、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光を出射する。
【００５３】
第２の非線形光学結晶４から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光は、第１のミラーである反射ミラー５で反射された後、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９に斜めに照射される。波長選択性反射ミラー９は、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光を反射する一方、第３の非線形光学結晶８から出射された波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光を透過させる。
【００５４】
波長選択性反射ミラー９により反射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長選択性反射ミラー９を透過した波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とは、重なり合って同じ方向に進み、整合レンズ系１０で整合された後、第４の非線形光学結晶１１である和周波発生用非線形光学結晶に入射する。第４の非線形光学結晶１１としては、例えばＢＢＯ結晶が用いられる。第４の非線形光学結晶１１では、整合レンズ系１０から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが和周波混合されて、波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光になる。その後、波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光は、コリメータレンズ１２で平行光となってレーザ装置から出力される。
【００５５】
尚、第１〜第４の非線形光学結晶は、上記例に限られるものではなく、波長変換の際における各波長において透明であり、且つ、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、上記例以外の他の結晶を用いてもよい。
【００５６】
波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが第４の非線形光学結晶１１に入射する際には、位相整合条件を保つため、これらの光が同軸入射することが必要になる。しかしながら、レーザ光の照射によって非線形光学結晶やレンズおよびミラーなどの光学素子が劣化したり、光源に機械的な要因が加わったりすると、光軸にずれが生じて所望の出力の光を得られなくなる。そこで、定期的なメンテナンスによって出力を調整することが必要になる。
【００５７】
ここで、出力調整方法としては、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とについてそれぞれ光軸を調整し、それによって波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を調整することが考えられる。
【００５８】
例えば、まず、波長７８２ｎｍのレーザ光を２つのミラーで光路調整してフォトダイオードに導く。そして、フォトダイオードに入射するレーザ光の光量が最大となるよう、２つのミラーの角度を調整する。次に、波長２６６ｎｍのレーザ光を同じフォトダイオードに入射させる。このとき、７８２ｎｍで調整した一方のミラーの角度を基準として波長２６６ｎｍの光量が最大となるよう、他方のミラーの角度を調整する。
【００５９】
しかしながら、上記方法では、光軸調整を波長７８２ｎｍの光と波長２６６ｎｍの光について行うので、調整したミラー角度で波長１９８．５ｎｍの光を出射しても、それが必ずしもレーザ装置の最大出力になるとは限らない。また、重ね合わせる２つの光についてそれぞれ光軸調整を行う上に、光軸調整には専用のハードウェアが必要となるためその立ち上げや調整にも時間がかかり、メンテナンス時間が長くなることも問題である。
【００６０】
そこで、本発明者は、鋭意研究した結果、本発明に至った。図６〜図９を参照して、本実施の形態によるレーザ装置の出力調整方法について説明する。
【００６１】
図７は、レーザ装置の出力調整方法を示すフローチャートである。レーザ装置のメンテナンスでは、図６の反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９をシフトさせてこれらのミラーとレーザ光の光軸とがなす最適な角度を求める。すなわち、反射ミラー５で反射され、さらに波長選択性反射ミラー９に照射された後このミラーで反射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長選択性反射ミラー９を透過した波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とが、重なりあって同じ方向に進むよう、そして、第４の非線形光学結晶１１で和周波混合されて生成した波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力が最大となるよう、これらのミラーの角度を調整する。
【００６２】
具体的には、第２の非線形光学結晶４から出射された波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光が反射ミラー５に照射されるとき、および、反射ミラー５で反射されるときのミラーと光軸のなす各角度、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光が波長選択性反射ミラー９に照射されるとき、および、波長選択性反射ミラー９で反射されるときのミラーと光軸のなす各角度、並びに、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光が波長選択性反射ミラー９を透過するときのミラーと光軸のなす角度をそれぞれ調整する。これらの角度は、光軸と、各ミラーの面内のＸ方向とミラー面に垂直なＹ方向の角度とによって定義される。
【００６３】
本実施の形態におけるレーザ装置の出力調整方法では、まず、反射ミラー５のＸ方向の角度と波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度を変えながら測定部１３で波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を測定する。そして、出力が最大となるときの反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各Ｘ方向の角度を求めて最適角度とする。
【００６４】
図８は、第１のミラーである反射ミラー５のＸ方向の角度と、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度と、波長１９８．５ｎｍのレーザ光の出力との関係を示した一例である。この例では、出力が最大値（９０．１ｍＷ）となるときの反射ミラー５のＸ方向の角度（−８５ｍｄｅｇ）と波長選択性反射ミラー９のＸ方向の角度（−９３２ｍｄｅｇ）がそれぞれ最適角度になる。
【００６５】
続いて、反射ミラー５のＹ方向の角度と波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度を変えながら測定部１３で波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を測定する。そして、出力が最大となるときの反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各Ｙ方向の角度を求めて最適角度とする。
【００６６】
図９は、第１のミラーである反射ミラー５のＹ方向の角度と、第２のミラーである波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度と、波長１９８．５ｎｍのレーザ光の出力との関係を示した一例である。この例では、出力が最大値（９２．４ｍＷ）となるときの反射ミラー５のＹ方向の角度（−１９０ｍｄｅｇ）と波長選択性反射ミラー９のＹ方向の角度（−４７３ｍｄｅｇ）がそれぞれ最適角度になる。
【００６７】
本実施の形態では、図６の制御装置１４でミラーの角度の最適化が行われる。すなわち、制御装置１４は、反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の各角度を自動的に変えて、それによる波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力の変化を取得する。つまり、反射ミラー５の角度と、波長選択性反射ミラー９の角度と、測定部１３で測定した波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力とは、それぞれ制御装置１４に送られ、制御装置１４は、図８および図９に示すような関係を取得し、出力が最大となるよう反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の角度を調整する。尚、上記例では、ミラーのＸ方向の角度を調整してからＹ方向の角度を調整したが、これらの順序は逆であってもよい。
【００６８】
上記のようにして反射ミラー５と波長選択性反射ミラー９の最適角度を調整した後は、図７に示すように非線形光学結晶１１の結晶温度を最適化する。尚、ミラーの角度を調整しても波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力が最大とならない場合には、再度上記工程を繰り返してミラーの角度を調整する。その結果、レーザ光の出力値が最大となれば各非線形光学結晶の結晶温度を最適化する。一方、レーザ光の出力値が最大とならない場合には、手動に切り替えてミラーの角度を調整する。
【００６９】
非線形光学結晶１１の結晶温度を最適化した後は、レーザ装置のメンテナンスを終了する。
【００７０】
以上述べたように、本実施の形態のレーザ装置の出力調整方法では、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とについてそれぞれ光軸を調整し、それによってレーザ装置の出力を調整するのではなく、実際に発振される波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光の出力を検出しながら調整するので、正確な出力調整を行うことができる。また、光軸調整は、ミラーの角度とレーザ光の出力とを制御装置に送り、制御装置で出力が最大となるようミラーの角度を調整することにより行うので、専用のハードウェアを必要としない。したがって、簡便且つ短時間で出力調整を行うことができる。
【００７１】
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００７２】
例えば、上記実施の形態では、波長２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍのレーザ光と、波長７８０ｎｍ〜７８５ｎｍのレーザ光とを用いて、和周波発生により波長１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍのレーザ光を出射する例について述べたが、本発明は上記各波長に限られるものではない。異なる波長の光を用いて和周波発生手段により所定の光を出射するレーザ装置であれば本発明を適用することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース方式を例に説明したが、欠陥検査の方法はダイ−トゥ−ダイ方式であってもよい。すなわち、本発明の検査装置は、本発明のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して取得した光学画像同士を比較して欠陥を検出するものであってもよい。
【００７４】
さらに、上記実施の形態では、本発明の説明に直接必要としない装置構成や制御手法などに関する記載を省略したが、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ことは言うまでもない。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全て検査装置または検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７５】
１００ 検査装置
１０１ マスク基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
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
１１３ オートローダ制御部
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１３０ オートローダ
１７０ 照明光学系
２０１ ＣＡＤデータ
２０２ 設計中間データ
２０３ フォーマットデータ
３００ 描画装置
１ 第１の半導体レーザ
２ 第１の集光レンズ
３ 第１の非線形光学結晶
４ 第２の非線形光学結晶
５ 反射ミラー
６ 第２の半導体レーザ
７ 第２の集光レンズ
８ 第３の非線形光学結晶
９ 波長選択性反射ミラー
１０ 整合レンズ系
１１ 第４の非線形光学結晶１１
１２ コリメータレンズ
１３ 測定部
１４ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の光を第１のミラーで反射させて第２のミラーに照射し、前記第２のミラーで反射した前記波長λ１の光と前記第２のミラーを透過した波長λ２の光とを重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶で前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との和周波光である波長λ３の光を発生させるレーザ装置の出力調整方法において、
前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を変えたときの前記波長λ３の光の出力変化を測定し、前記出力が最大となるよう前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置の出力調整方法。
【請求項２】
λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置の出力調整方法。
【請求項３】
波長λ１の光を発生する第１の光発生手段と、
波長λ２の光を発生する第２の光発生手段と、
前記波長λ１の光を反射する第１のミラーと、
前記波長λ１の光を反射し、前記波長λ２の光を透過する第２のミラーと、
前記第２のミラーで反射した前記波長λ１の光と、前記第２のミラーを透過した前記波長λ２の光とが入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶で発生した波長λ３の光の出力を測定する測定部と、
前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を制御する制御部とを有し、
前記波長λ３の光は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との和周波光であり、
前記制御部は、前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を自動的に変えるとともに、前記測定部から情報を受け取って、前記各角度を変えたときの前記波長λ３の出力変化を取得し、前記出力が最大となるよう前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して光学画像を取得し、前記光学画像と、前記検査対象の設計データから作成された参照画像または前記光を前記検査対象に照射して得られた別の光学画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする検査装置。
【請求項１】
波長λ１の光を第１のミラーで反射させて第２のミラーに照射し、前記第２のミラーで反射した前記波長λ１の光と前記第２のミラーを透過した波長λ２の光とを重ね合わせて非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶で前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との和周波光である波長λ３の光を発生させるレーザ装置の出力調整方法において、
前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を変えたときの前記波長λ３の光の出力変化を測定し、前記出力が最大となるよう前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置の出力調整方法。
【請求項２】
λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置の出力調整方法。
【請求項３】
波長λ１の光を発生する第１の光発生手段と、
波長λ２の光を発生する第２の光発生手段と、
前記波長λ１の光を反射する第１のミラーと、
前記波長λ１の光を反射し、前記波長λ２の光を透過する第２のミラーと、
前記第２のミラーで反射した前記波長λ１の光と、前記第２のミラーを透過した前記波長λ２の光とが入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶で発生した波長λ３の光の出力を測定する測定部と、
前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を制御する制御部とを有し、
前記波長λ３の光は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との和周波光であり、
前記制御部は、前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を自動的に変えるとともに、前記測定部から情報を受け取って、前記各角度を変えたときの前記波長λ３の出力変化を取得し、前記出力が最大となるよう前記第１のミラーと前記第２のミラーの各角度を調整することを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
λ１は２６６ｎｍ〜２６６．２５ｎｍであり、
λ２は７８０ｎｍ〜７８５ｎｍであり、
λ３は１９８．３ｎｍ〜１９８．８ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のレーザ装置から出射された光を検査対象に照射して光学画像を取得し、前記光学画像と、前記検査対象の設計データから作成された参照画像または前記光を前記検査対象に照射して得られた別の光学画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１２８３７６（Ｐ２０１１−１２８３７６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６８１６（Ｐ２００９−２８６８１６）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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