JP2008286889A - マスク検査光源、波長変換方法及びマスク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク検査光源に利用できるような十分なパワーのＤＵＶレーザ光を供給できるマスク検査光源を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係るマスク検査光源１０１'は、レーザ光を発生するモードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１と、モードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１から発生するレーザ光を連続動作のグリーンレーザ光で励起させるチタンサファイア再生増幅器１１２とを備えるレーザ装置と、レーザ装置から取り出されるレーザ光の第四高調波を発生する波長変換装置とを有するものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体製造工程で利用されるフォトマスク（以下、単にマスクと呼ぶ。）における欠陥を検出する際に利用されるマスク検査光源、波長変換方法及びマスク検査装置に関する。

一般にマスクの欠陥検査法には、マスクパターンと設計データとの比較検査法（一般に、Ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ比較法と呼ばれる）と、２つのマスクパターンにおけるパターン比較検査法（一般に、Ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法と呼ばれる）との２通りの方法が広く知られている。これらの検査方法では、いずれもマスクのパターン像を顕微鏡で検出している。その際に光学的顕微鏡を用いる場合は、マスクパターンを光で照明する必要がある。その光源（すなわちマスク検査光源）には、ランプを用いる場合とレーザを用いる場合とに大別される。レーザを用いるマスク検査装置では、連続のレーザ光が発生する連続レーザが一般に用いられている。

半導体技術の進歩すなわち微細化に伴い、検出が要求される欠陥サイズは年々小さくなっている。欠陥検出感度を高めるために、検査光源の短波長化が必要となっている。そこで、従来、製品化された検査装置では、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザを光源に用いていたが、最近では、波長２５７ｎｍの連続レーザ光（これは、アルゴンレーザにおける最大出力ラインである波長５１４ｎｍの第二高調波である）を用いたマスク検査装置が市販されている。しかしながら、検出感度の向上の点から、検査光源尾更なる短波長化が望まれている。なお、このような波長２５７ｎｍの連続レーザ光を用いた従来のマスク検査装置に関しては、例えば、非特許文献１あるいは非特許文献２に示されている。

半導体の微細化が進むに連れてマスク上のパターンは微細化することから、欠陥検出感度向上のために、マスク検査装置の光源にも短波長化が求められている。次世代のマスク検査光源としては、波長２００ｎｍ以下の光源が必要とされている。そこで、例えば、波長４８８ｎｍのアルゴンレーザの第二高調波と波長１０６４ｎｍのファイバーレーザとの和周波数である１９８．５ｎｍの紫外レーザ光を発生させて、これをマスク検査光源として用いたマスク検査装置が開発されている。このようなマスク検査装置は、例えば、特許文献１あるいは非特許文献３に示されている。

一方、波長４００ｎｍ前後の紫外レーザ光（以下、ＵＶレーザ光とする）の第二高調波として、波長２００ｎｍ前後の深市外レーザ光（以下ＤＵＶレーザ光とする）を発生できる非線形光学結晶としてＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶（以下、ＫＢＢＦ結晶とする）が知られている。ＫＢＢＦ結晶に関しては、非特許文献４に示されている。

ＫＢＢＦ結晶による波長変換を実現させるための位相整合条件を満たすために、波長変換前のＵＶレーザ光（以下、基本波と呼ぶ場合もある）の光路が薄板の表面に対して、全反射角よりも大きな角度で結晶中を伝播させる必要が生じる場合があり、基本波を外部から結晶中に入射させることができないことがあった。

そこで、従来特許文献２あるいは特許文献３に示されるように、ＫＢＢＦ結晶の入射面及び出射面に石英やフッ化カルシウムの三角プリズムをそれぞれ密着させることで、ＫＢＢＦ結晶中に全反射角よりも大きな角度で基本波を入射させることができ、位相整合条件を達成できる手法が提案されている。この手法を用いると、非特許文献５に示されるように、ＵＶレーザ光から、約１２％もの高い変換効率でＤＵＶレーザ光を発生させることができる。

このような手法はＰＣＴ（Prism Coupling Technique）と呼ばれている。この手法の一例の断面構造を図１５に示す。図１５に示すように、薄板のＫＢＢＦ結晶９０１の両面には、三角プリズム９０２ａ、９０２ｂがそれぞれ密着され、一体化されている。ただし、ＫＢＢＦ結晶９０１と三角プリズム９０２ａ、９０２ｂとの密着面には、それぞれ屈折率マッチングオイルなどを塗っておく場合がある。これによると、例えば、ＵＶレーザ光Ｌ９０１が三角プリズム９０２ａに入射すると、ほとんど反射することなく、ＫＢＢＦ結晶９０１と三角プリズム９０２ｂを透過する。その際に、ＵＶレーザ光Ｌ９０１がＫＢＢＦ結晶９０１中を進む進行方向が位相整合条件を満たすようにすることで、波長変換が行われる。これにより、波長２００ｎｍ前後の第二高調波のＤＵＶレーザ光Ｌ９０２が発生する。ただし、波長変換しなかった残留基本波のＵＶレーザ光Ｌ９０３も同方向に取り出される。以下、このようなＫＢＢＦ結晶と三角プリズムが一体化された部材をＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶と呼ぶ。
特開２００６−７３９７０号 特開２００２−３６５６７９号 ＵＳＰ６，８５９，３０５ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５４４６， ｐｐ．２６５−２７８，２００４． 東芝レビュー、第５８巻、第７号、第５８〜６１頁、２００３年 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ５５９２， ｐｐ．４３，２００５． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．２１，ｐｐ．２９３０−２９３２，１９９５． Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．８，ｐｐ．６３７−６３９，２００２．

本発明者は、ＫＢＢＦ結晶を用いて、波長４００ｎｍ前後のＵＶレーザ光の第二高調波であるＤＵＶレーザ光を発生させて、これをマスク検査光源として用いることを試みた。しかしながら、以下に説明するように、従来の報告例に比べて波長変換効率が大幅に低下するという問題に直面した。

非特許文献５に示された報告例では、基本波は繰返し数１ｋＨｚ、パルス幅５０ｆｓとなっている。このため、パルス光のピークパワーは、約１．３ＧＷと極めて高い。広く知られているように、波長変換効率を高めるには、ピークパワーを高める必要がある。従来の報告例では、基本波のピークパワーが極めて高いため、長さが非常に短いＫＢＢＦ結晶を用いても、約１２％もの高い変換効率で波長変換を行うことができたと考えられる。

これに対して、検査装置では、検査装置本体で用いられる対物レンズでの色収差を抑制するために、レーザ光の波長幅を１ｎｍ以下にする必要がある。しかしながら、非特許文献５に示された報告例では、５０ｆｓという超短パルスを用いている。このため、従来の報告例では、波長幅は５ｎｍ以上に広くなってしまう。つまり、従来の超短パルスレーザ光は、マスク検査光源としては利用できない。マスク検査光源として利用できるようにするためには、波長幅を１ｎｍ以下に狭くする必要があり、パルス幅を１ｐｓ以上に長くする必要がある。しかしながら、パルス幅を長くしてしまうと、他の条件が同等でも、ピークパワーは１／２０以下に低下してしまう。

また、マスク検査光源では、高速に検査するために、受光素子であるＴＤＩセンサなどを２００〜１０００ｋＨｚという高速で動作させる必要がある。このため、マスク検査光源には、連続光あるいはＴＤＩセンサの動作周波数以上の高い繰返し数で動作するパルス状のＤＵＶレーザ光を用いる必要がある。このように、マスク検査光源では、従来の報告例と比べて、パルス繰返し数が数百倍も大きい。このため、パルスエネルギーが数百分の一となり、同じ平均パワーで同じパルス幅の場合には、ピークパワーが数百分の一に低下してしまう。

このように、マスク検査光源で利用できるパルスレーザ光は、従来の報告例に示された超短パルスのレーザ光に比べて、ピークパワーが小さくなってしまうことが避けられない。このため、結晶中で、多少集光性能を高めても、波長変換効率が大きく低下してしまうと考えられる。

一方、ＫＢＢＦ結晶は劈開性が強く、結晶成長によって厚いものを製作することが極めて困難と言われており、厚みとしてはせいぜい１ｍｍ程度の薄板しか製作できなかった。その結果、波長変換効率を上げるために、結晶の厚みを大きくすることもできなかった。

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、本発明の目的は、マスク検査光源に利用できるような十分なパワーのＤＵＶレーザ光を供給できるマスク検査光源、波長変換方法及びマスク検査装置を提供することである。

本発明の第１の態様に係るマスク検査光源は、レーザ光を発生するモードロック型チタンサファイアレーザ発振器と、前記モードロック型チタンサファイアレーザ発振器から発生するレーザ光を連続動作のグリーンレーザ光で励起させるチタンサファイア再生増幅器とを備えるレーザ装置と、前記レーザ装置から取り出されるレーザ光の第四高調波を発生する波長変換部とを有するものである。これにより、パルスエネルギーが高く、しかも３００ｋＨｚ前後の高い繰返し数のパルスレーザ光を発生できる。このため、波長変換効率を大幅に高めることができ、高出力のＤＵＶレーザ光を得ることができる。

本発明の第２の態様に係るマスク検査光源は、上記のマスク検査光源において、前記波長変換部は、前記第四高調波を発生させるために入射される第１波長及び第２波長のレーザ光からこれらの和周波発生させるための第１非線形光学結晶と、前記第１非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第２非線形光学結晶とを備えるものである。これにより、残留した第１波長及び第２波長のレーザ光を用いてさらにＤＵＶレーザ光を発生させることができ、波長変換効率を向上させることができる。

本発明の第３の態様に係るマスク検査光源は、検査波長のレーザ光を波長変換によって発生させる波長変換部を有し、前記波長変換部は、前記検査波長のレーザ光を発生させるために入射させる第１波長及び第２波長のレーザ光からこれらの和周波発生させるための第１非線形光学結晶と、前記第１非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第２非線形光学結晶とを備えるものである。これにより、残留した第１波長及び第２波長のレーザ光を用いてさらにＤＵＶレーザ光を発生させることができ、波長変換効率を向上させることができる。

本発明の第４の態様に係るマスク検査光源は、上記のマスク検査光源において、前記第１波長と前記第２波長とが略同等の波長であり、前記第１非線形光学結晶と前記第２非線形光学結晶とが、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶であることを特徴とするものである。これにより、残留した略同等の第１波長及び第２波長のレーザ光を用いてさらにＤＵＶレーザ光を発生させることができ、波長変換効率を向上させることができる。

本発明の第５の態様に係るマスク検査光源は、上記のマスク検査光源において、前記第１非線形光学結晶及び／又は前記第２非線形光学結晶は、板状のＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面又は出射面あるいは入射面及び出射面のそれぞれに接触するように配置された透明光学部材を備えるものである。これにより、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶中で位相整合条件を満たす光学距離を長くすることができ、波長変換効率を向上することができる。

本発明の第６の態様に係るマスク検査光源は、上記のマスク検査光源において、前記透明光学部材は、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と対向する面に、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面あるいは出射面に接触しない非接触部を有するものである。これにより、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶中で基本波のレーザ光がジグザグに何度も折り返すことにより、位相整合条件を満たす光学距離を飛躍的に長くすることができる。従って、総合的に波長変換される効率を大幅に高めることができる。

本発明の第７の態様に係るマスク検査光源は、上記のマスク検査光源において、前記第２非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第３非線形光学結晶をさらに備えるものである。これにより、さらに残留した第１波長及び第２波長のレーザ光を用いてＤＵＶレーザ光を発生させることができ、波長変換効率をより向上させることができる。

本発明の第８の態様に係るマスク検査装置は、上記のいずれかに記載のマスク検査光源を用いたものである。これにより、上記のマスク検査光源から発生する２本のレーザ光を無駄にすることなく利用することができる。

本発明の第９の態様に係るマスク検査装置は、請求項７に記載のマスク検査光源と、前記第１非線形光学結晶から出射されマスクに向かう反射照明光と、前記マスクから光検出器に向かう反射光との光路上に配置され、移動可能に設けられた偏光ビームスプリッタと、前記第２非線形光学結晶及び前記第３非線形光学結晶から出射され前記マスクに向かう透過照明光が前記光検出器に向かう光路上から前記偏光ビームスプリッタが移動された状態で、当該光路上に配置され、前記偏光ビームスプリッタと略同等の光路長を有する移動可能に設けられた光学部材を備えるものである。これにより、透過照明による検査を行う場合には、偏光ビームスプリッタの代わりに、略同等の光路長を有する光学部材（例えば、石英キューブ）を光路上に配置することができる。このため、光路長を合わせることができ、Ｐ波とＳ波との両方を含むＤＵＶレーザ光であっても、損失無く検出することができる。

本発明の第１０の態様に係る波長変換方法は、板状のＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面又は出射面あるいは入射面及び出射面のそれぞれに接触するように配置された透明光学部材とを備え、前記透明光学部材は、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と対向する面に、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面あるいは出射面に接触しない非接触部を有する非線形光学結晶の波長変換方法であって、前記非線形光学結晶に入射したレーザ光を、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶内で反射させて第二高調波を発生させる。これにより、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶中で基本波のレーザ光がジグザグに何度も折り返すことにより、位相整合条件を満たす光学距離が飛躍的に長くすることができる。従って、総合的に波長変換される効率を大幅に高めることができる。

本発明によれば、マスク検査光源に利用できるような十分なパワーのＤＵＶレーザ光を供給できるマスク検査光源、波長変換方法及びマスク検査装置を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下に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例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を実質的に同様の内容を示している。

本発明の実施の形態に係るマスク検査装置について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るマスク検査装置３００の構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係るマスク検査装置３００に用いられるマスク検査光源１００の構成を示す図である。図３、図４は、マスク検査光源１００に用いられるチタンサファイアレーザ１０１の好ましい構成を説明するための図である。図５は、マスク検査光源１００に用いられるＤＵＶ照明発生システム２００の構成を示す図である。なお、以下に説明する各図において、レーザ光の近くに表記する矢印と黒点付き丸は、それぞれＰ波、Ｓ波を示すものとする。Ｐ波は電界の振幅方向が紙面と平行な面内であるもの、Ｓ波はＰ波に直交し、電界の振幅方向が紙面に対して垂直な面内であるものとする。

図１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〜３１３ｄ、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。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１の下方に反射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ３０２は、λ／４波長板３０６を通って円偏光になり、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。

マスク３０８のパターン面３０９で反射して上方に進むＤＵＶレーザ光Ｌ３０４は、対物レンズ３０７を通過後、再び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、３００ｋＨｚ前後もの高速に動作できるＴＤＩセンサなどが適している。

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３０３ａ、３１３ｂに当たって折り返され、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はミラー３１３ｃで反射し、３λ／４波長板３１５を通過してから、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。

図２に示すように、マスク検査光源１００は、チタンサファイアレーザ１０１、波長変換結晶１０２、ＤＵＶ照明光発生システム２００を有している。チタンサファイアレーザ１０１は、基本となる波長７７３．６ｎｍのＩＲレーザ光Ｌ１０１を発生する。ＩＲレーザ光Ｌ１０１の平均パワーは、約１Ｗであり、パルス繰返し数は約７６ＭＨｚになっている。ＩＲレーザ光Ｌ１０１は波長変換結晶１０２に入射して、第二高調波である波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ１０２が発生し、後述するＤＵＶ照明光発生システム２００に入射する。波長変換結晶１０２としては、ＬＢＯ結晶などを用いることができる。ＤＵＶ照明光発生システム２００から、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光が２本発生し、それぞれ反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１、及び透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２となる。すなわち、マスク検査光源１００では、チタンサファイアレーザ１０１で発生された波長７７３．６ｎｍのレーザ光の第四高調波である波長１９３．４ｎｍの２本のＤＵＶレーザ光が発生する。マスク検査装置３００では、マスク検査光源１００から供給される波長１９３．４ｎｍの２本のＤＵＶレーザ光をどちらも照明に利用しており、無駄になるＤＵＶレーザ光はない。

次に、図３及び図４を参照して、マスク検査光源１００において用いられる好適な構成のチタンサファイアレーザ１０１'について説明する。上述したようにパルス繰返し数が約７６ＭＨｚのＩＲレーザ光Ｌ１０１をそのまま波長変換することも可能であるが、本実施の形態においては、波長変換結晶１０２による波長変換効率を高めるために、取り出されるＩＲレーザ光Ｌ１０１のパルスエネルギーを大幅に高めている。

図３に示すように、チタンサファイアレーザ１０１'は、モードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１、再生増幅器１１２を有している。本実施の形態に係るチタンサファイアレーザ１０１'は、モードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１から取り出されるパルス状のＩＲレーザ光Ｌ１０１ａを、再生増幅器１１２で増幅することによって、パルスエネルギーが１００倍程度増大したＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂを発生させる。

図４に示すように、再生増幅器１１２は、チタンサファイア結晶１１３、ポッケルス素子１１４ａ、１１４ｂ、偏光ビームスプリッタ１１５ａ、１１５ｂ、ミラー１１６ａ、１１６ｂを有している。再生増幅器１１２では、レーザ媒質であるチタンサファイア結晶１１３に対して、励起用レーザ光である連続動作（ＣＷ動作）のグリーンレーザ光Ｐ１００が照射される。連続動作のグリーンレーザ光としては、例えば、アルゴンイオンレーザからの波長５１４．５ｎｍのレーザ光が適する。

モードロック型チタンサファイアレーザ発振器から取り出される繰返し数７６ＭＨｚのパルス状のＩＲレーザ光Ｌ１０１ａは、紙面に対して垂直な偏光方向である（Ｓ波とする）。ＩＲレーザ光Ｌ１０１ａは、偏光ビームスプリッタ１１５ａに入射して強く反射して左方向に進み、電圧が印加されたポッケルス素子１１４ａを通過する。これにより位相がλ／４だけ回転する。そして、ミラー１１６ａで反射して戻され、再びポッケルス素子１１４ａを通過する。これにより、位相がλ／２だけ回転することとなる。すなわち、Ｐ波であるＩＲレーザ光Ｌ１０１ｃとなる。ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｃは、チタンサファイア結晶１１３、偏光ビームスプリッタ１１５ｂを通過する。ポッケルス素子１１４ｂには電圧が印加されていないため、ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｃは、偏光方向が変わることなくポッケルス素子１１４ｂを通過し、ミラー１１６ｂに当たって戻される。

一方、ポッケルス素子１１４ａは、電圧がオフになっている。その結果、ポッケルス素子１１４ａと通過するレーザ光の偏光方向は変化しない。従って、ミラー１１６ａと１１６ｂとの間で、Ｐ波となっているＩＲレーザ光Ｌ１０１ｃは数千回往復し、その間にエネルギーが高められる。エネルギーが十分に高まったら、ポッケルス素子１１４ｂに電圧が印加される。これにより、ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｃの偏光方向が９０度回転するため、偏光ビームスプリッタ１１５ｂで強く反射され、ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂとして取り出される。

モードロック型チタンサファイアレーザ発振器は一般に７６ＭＨｚ前後の高い繰り返し数でパルス動作するため、１パルスのエネルギーはナノジュールレベルと小さい。しかしながら、本実施の形態では、再生増幅器１１２の励起光源として、ＣＷ動作のグリーンレーザ光Ｐ１００を用いている。このため、モードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１から発生するレーザ光を入射光として、連続動作のグリーンレーザ光で励起されたチタンサファイア再生増幅器１１２に通すことで、パルスエネルギーを１００倍程度までも増幅できる。

このため、増幅されて取り出されるＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂの繰返し数を３００ｋＨｚとして動作することができる。これは、図１に示したマスク検査装置３００における二次元光検出器３１２の動作数と略一致している。これにより、パルスエネルギーが高く、しかも３００ｋＨｚ前後の高い繰返し数のパルスレーザ光を発生できる。また、取り出されたＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂの波長変換効率を大幅に高めることができ、第四高調波によって高出力のＤＵＶレーザ光を得ることができる。

特に、連続動作のグリーンレーザ光で励起されたチタンサファイア再生増幅器を併用することが本発明の特徴である。これにより、最大繰り返し数がせいぜい数十ｋＨｚ程度までしか効率良く動作できないパルスの固体レーザの第二高調波（例えば、ＹＡＧレーザの第二高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光）を励起用レーザ光とする場合に比べて、大幅に繰り返し数を高めることができる。すなわち、取り出されるパルス増幅光の繰り返し数は、再生増幅器からパルス増幅光を取り出すために用いられる電気光学素子や音響光学素子の動作速度で定まってしまうが、励起レーザとして連続動作のグリーンレーザ光を用いることで、最大３００ｋＨｚまで動作させることができる。これにより、前述したように一般的なＴＤＩの動作数と同等にできる。

なお、本実施の形態においては、再生増幅器１１２は、増幅されたＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂの取り出しに、電気光学結晶であるポッケルス素子１１４ｂを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、音響光学素子を用いて、キャビテーションダンピングによって取り出してもよい。

また、本実施例のモードロック型チタンサファイアレーザ発振器１１１としては、例えば、米国コヒーレント社から市販されているＭｉｒａ９０００などが適し、また、再生増幅器１１２としては、同社から市販されているＲｅｇＡ９０００などが適する。

次に、図５を参照して、チタンサファイアレーザ１０１から取り出されるＩＲレーザ光Ｌ１０１（好ましくは、Ｌ１０１ｂ）の第四高調波を発生するためのＤＵＶ照明光発生システム２００の構成について説明する。図５は、マスク検査光源１００で用いられるＤＵＶ照明光発生システム２００の構成を示す図である。図５に示すように、ＤＵＶ照明光発生システム２００は、２つのＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶２０１、２０２、ダイクロイックミラー２０３、ミラー２０４を有している。

ＤＵＶ照明光発生システム２００に入射するＳ波であるＵＶレーザ光Ｌ１０２は、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶２０１に入射し、第二高調波である波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ１０３と、残留基本波であるＵＶレーザ光Ｌ１０４が発生する。なお、ＤＵＶレーザ光Ｌ１０３は直線偏光であり、ここではＰ波とする。すなわち、図５中矢印で示すように、ＤＵＶレーザ光Ｌ１０３は、電界の振幅方向が紙面と平行な面内であるとする。また、ＵＶレーザ光Ｌ１０４の偏光方向は、ＤＵＶレーザ光Ｌ１０３の偏向方向と直交する、すなわちＳ波となるため、図中黒点付き丸で示される。

ＤＵＶレーザ光Ｌ１０３は、ダイクロイックミラー２０３に当たって反射し、ミラー２０４で折り返され、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１として、ＤＵＶ照明光発生システム２００から取り出される。なお、この反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１はＰ波となっている。

一方、波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ１０４は、ダイクロイックミラー２０３を透過し、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶２０２内に進む。これによって、第二高調波である波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光が発生する。これは、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２として、ＤＵＶ照明光発生システム２００から取り出される。ただし、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２の偏光方向はＵＶＢレーザ光Ｌ１０４と直交するため、ここでは透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２はＰ波となる。

なお、ＰＣＴ型ＬＢＢＦ結晶２０１では、前述したように、波長変換効率が余り高くない。従って、残留基本波であるＵＶレーザ光Ｌ１０４は比較的高い平均パワーになっている。このため、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶２０２によって、再度波長変換することで得られる透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２は、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１とほぼ同等のパワーで発生している。

図５で説明したように、本実施の形態のマスク検査光源１００は、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光を２本発生させているが、マスク検査装置３００の本体内では、これらのＤＵＶレーザ光を２本とも無駄なく利用している。

なお、チタンサファイアレーザ１０１から出射されるＩＲレーザ光Ｌ１０１の第四高調波を発生する波長変換手段の構成としては、上述の例に限定されるものではない。図６に、図５に示されたＤＵＶ照明光発生システムの代案を示す。図６はＤＵＶ照明光発生システム４００の構成を示す図である。図６に示すＤＵＶ照明光発生システム４００において、図５と異なる点は、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶を３個用いている点である。図６に示すように、ＤＵＶ照明光発生システム４００は、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶４０１、４０２、４０３、ダイクロイックミラー４０４ａ、４０４ｂ、ミラー４０５ａ〜４０５ｃ、λ／２波長板４０６、偏光ビームスプリッタ４０７を有している。

ＤＵＶ照明光発生システム４００に入射するＳ波である波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ１０２は、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶４０１に入射する。これにより、第二高調波である波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４０１と、残留基本波であるＵＶレーザ光Ｌ４０２が発生する。なお、ここでは、ＤＵＶレーザ光Ｌ４０１はＰ波であり、ＵＶレーザ光Ｌ４０２は、基本波であるＵＶレーザ光Ｌ１０２と同じであるため、Ｓ波のままである。

ＤＵＶレーザ光Ｌ４０１は、ダイクロイックミラー４０４ａに当たって反射し、ミラー４０５で折り返され、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１として、ＤＵＶ照明光発生システム４００から取り出される。従って、上述したＤＵＶ照明光発生システム２００と同様に、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１はＰ波となっている。

一方、残留基本波である波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ４０２は、ダイクロイックミラー４０４ａを透過し、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶４０２内に進む。これによって、第二高調波である波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４０３と、残留基本波であるＵＶレーザ光Ｌ４０４が発生する。なお、ＤＵＶレーザ光Ｌ４０３はＵＶレーザ光Ｌ４０２の偏光方向と直交するため、Ｐ波となる。ＤＵＶレーザ光Ｌ４０３は、ダイクロイックミラー４０４ｂに当たって反射し、ミラー４０５ｂで折り返され、λ／２波長板４０６を通過することで、偏光方向が９０度回転し、Ｓ波となる。

また、残留基本波である波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ４０４は、ダイクロイックミラー４０４ｂを透過し、再びＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶４０３に入射する。これによって、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４０６が発生し、偏光ビームスプリッタ４０７に入射して、ほとんどが透過する。なお、ＤＵＶレーザ光Ｌ４０６は、偏光方向がＵＶレーザ光Ｌ４０４と直交するため、Ｐ波となる。

一方、λ／２波長板４０６を通過した波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４０５は、ミラー４０５ｃで折り返され、偏光ビームスプリッタ４０７に入射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ４０５の偏光方向は、ＤＵＶレーザ光Ｌ４０６と直交しているため、偏光ビームスプリッタ４０７で高く反射する。従って、ＤＵＶレーザ光Ｌ４０５とＤＵＶレーザ光Ｌ４０６とは合成され、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２となって、ＤＵＶ照明光発生システム４００から取り出される。つまり、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２は、Ｐ波とＳ波の両方を含んでいる。

ＤＵＶ照明光発生システム４００の特徴としては、ＰＣＴ型ＬＢＢＦ結晶を３個用いることで、残留基本波を２回波長変換することができる。これにより、トータル的に発生する波長１９３．４ｎｍの平均パワーを、ＤＵＶ照明光発生システム２００に比べて、３０％前後も高めることができる。

このＤＵＶ照明光発生システム４００を用いたマスク検査光源を利用したマスク検査装置の構成は、図１に示したマスク検査装置３００と略同じである。ところが、ＤＵＶ照明光発生システム４００から取り出される透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２はＰ波とＳ波を含んでいる。このため、この透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２が３λ／４波長板３１５を通過すると、互いに反対方向の円偏光が含まれた照明光となって、マスク３０８を照明することとなる。従って、マスク３０８を通過するＤＵＶレーザ光Ｌ３０４がλ／４波長板３０６を通過すると、再び、Ｐ波とＳ波とを含むＤＵＶレーザ光になる。その結果、偏光ビームスプリッタ３０５を全て通過することができない。

そこで、ＤＵＶ照明光発生システム４００を用いる場合は、マスク検査装置本体３００における偏光ビームスプリッタ３０５は、矢印Ａ１のように、図１中左右に可動式になっており、光路上から外すことができる。これによって、Ｐ波とＳ波との両方を含むＤＵＶレーザ光Ｌ３０２は、損失無く二次元光検出器３１２に到達できる。

このように、ＫＢＢＦ結晶での１回の波長変換効率が低くても、波長変換を複数回行うことで、トータルの紫外光のパワーを十分増やすことができ、マスク検査に利用することができるようになった。

次に、図７及び図８を参照して、図５に示されたＤＵＶ照明光発生システムの他の代案及びこれを用いたマスク検査光源について説明する。図７は、マスク検査光源１００'の構成を示す図である。また、図８はＤＵＶ照明光発生システム２５０の構成を示す図である。図７に示すように、マスク検査光源１００'は、チタンサファイアレーザ１０１'、波長変換結晶１０２ａ、１０２ｂ、ＤＵＶ照明光発生システム２５０を有している。図７に示すマスク検査光源１００'には、図３及び図４で説明したチタンサファイアレーザ１０１'が用いられる。なお、繰返し数が約７６ＭＨｚのチタンサファイアレーザ１０１を用いることもできる。

チタンサファイアレーザ１０１'は、基本となる波長７７３．６ｎｍのＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂを発生する。ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂのパルス繰返し数は、３００ｋＨｚ前後である。ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｂは波長変換結晶１０２ａに入射して、第二高調波である波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ１０２ａと残留基本波であるレーザ光Ｌ１０１ｄが発生し、波長変換結晶１０２ｂに入射する。そして、ＵＶレーザ光Ｌ１０２と残留基本波であるレーザ光Ｌ１０１ｄとの和周波発生により、第三高調波である２５７．６ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂと残留基本波であるレーザ光Ｌ１０１ｅが発生する。ＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂとレーザ光Ｌ１０１ｅは、後述するＤＵＶ照明光発生システム２５０に入射する。なお、波長変換結晶１０２ａとしてはＬＢＯ結晶、波長変換結晶１０２ｂとしてはＢＢＯ結晶を用いることができる。

ＤＵＶ照明光発生システム２５０から、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光が２本発生し、それぞれ反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１１、及び透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１１２となる。すなわち、マスク検査光源１００では、チタンサファイアレーザ１０１で発生された波長７７３．６ｎｍのレーザ光の第四高調波である波長１９３．４ｎｍの２本のＤＵＶレーザ光が発生する。

図８に示すように、ＤＵＶ照明光発生システム２５０は、波長変換結晶（ＮＬＯ：Nonlinear Optical Crystal）２５１、２５２、ダイクロイックミラー２５３、ミラー２５４を有している。図８において、ＤＵＶ照明発生システム２５０に入射するＳ波であるレーザ光Ｌ２５１は、図７に示すＩＲレーザ光Ｌ１０１ｅ及びＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂを含むものである。波長変換結晶２５１、２５２としては、例えば、ＢＢＯ結晶を用いることができる。

ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｅ及びＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂを含むレーザ光Ｌ２５１は、波長変換結晶２５１に入射する。これにより、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光、残留したＩＲレーザ光及びＵＶレーザ光を含むレーザ光Ｌ２５２が発生する。なお、ここでは、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光はＰ波であり、ＩＲレーザ光及びＵＶレーザ光はＳ波のままである。レーザ光Ｌ２５２のうち、ＤＵＶレーザ光Ｌ２５３は、ダイクロイックミラー２５３に当たって反射し、ミラー４５４で折り返され、反射照明用ＤＵＣレーザ光Ｌ１１１として、ＤＵＶ照明光発生システム２５０から取り出される。

一方、レーザ光Ｌ２５２のうち、残留した波長２５７．６ｎｍのＵＶレーザ光とＩＲレーザ光とを含むレーザ光Ｌ２５４は、ダイクロイックミラー２５３を透過し、波長変換結晶２５２内に進む。これによって、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光が発生する。これは、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ１２２として取り出される。なお、レーザ光Ｌ４５５に含まれるＤＵＶレーザ光Ｌ１２２は、Ｐ波となる。

このように、本実施の形態のマスク検査光源１００'は、残留したＩＲレーザ光Ｌ１０１ｅ及びＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂを利用して、和周波発生により再度波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光が発生させている。このため、波長変換効率を向上させることができる。なお、上述の通り、マスク検査光源１００'では、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光を２本発生させているが、マスク検査装置３００の本体内では、これらのＤＵＶレーザ光を２本とも無駄なく利用している。

なお、図８に示す、ＤＵＶ照明光発生システム２５０の代わりに、図９に示すＤＵＶ照明光発生システム４５０を用いてもよい。図９は、ＤＵＶ照明光発生システム４５０の構成を示す図である。図９に示すように、ＤＵＶ照明光発生システム４５０は、波長変換結晶４５１、４５２、４５３、ダイクロイックミラー４５４ａ、４５４ｂ、ミラー４５５ａ〜４５５ｃ、λ／２波長板４６６、偏光ビームスプリッタ４５７を有している。図９において、ＤＵＶ照明発生システム４５０に入射するＳ波であるレーザ光Ｌ４５１は、図７に示すＩＲレーザ光Ｌ１０１ｅ及びＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂを含むものである。なお、波長変換結晶４５１、４５２、４５３としては、例えば、ＢＢＯ結晶を用いることができる。

ＩＲレーザ光Ｌ１０１ｅ及びＵＶレーザ光Ｌ１０２ｂを含むレーザ光Ｌ４５１は、波長変換結晶４５１に入射する。これにより、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光、残留したＩＲレーザ光及びＵＶレーザ光を含むレーザ光Ｌ４５２が発生する。なお、ここでは、波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光はＰ波であり、ＩＲレーザ光及びＵＶレーザ光はＳ波のままである。レーザ光Ｌ４５２のうち、ＤＵＶレーザ光Ｌ４５３は、ダイクロイックミラー４５４ａに当たって反射し、ミラー４５５ａで折り返され、反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ４６１として、ＤＵＶ照明光発生システム４５０から取り出される。

一方、レーザ光Ｌ４５２のうち、残留した波長２５７．６ｎｍのＵＶレーザ光と、ＩＲレーザ光とを含むレーザ光Ｌ４５４は、ダイクロイックミラー４５４ａを透過し、波長変換結晶４５２内に進む。このため、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光、残留したＩＲレーザ光及びＵＶレーザ光を含むレーザ光Ｌ４５５が発生する。なお、レーザ光Ｌ４５５に含まれるＤＵＶレーザ光Ｌ４５６は、Ｐ波となる。ＤＵＶレーザ光Ｌ４５６は、ダイクロイックミラー４５４ｂに当たって反射し、ミラー４５５ｂで折り返され、λ／２波長板４５６を通過することで、偏光方向が９０度回転し、Ｓ波となる。

また、残留した波長２５７．６ｎｍのＵＶレーザ光と、ＩＲレーザ光とを含むレーザ光Ｌ４５７は、ダイクロイックミラー４５４ｂを透過し、再び波長変換結晶４５３に入射する。このため、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４５８が発生し、偏光ビームスプリッタ４５７に入射して、ほとんどが透過する。なお、ＤＵＶレーザ光Ｌ４５８は、偏光方向がＵＶレーザ光Ｌ４５７と直交するため、Ｐ波となる。

一方、λ／２波長板４５６を通過した波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光Ｌ４５９は、ミラー４５５ｃで折り返され、偏光ビームスプリッタ４５７に入射する。ＤＵＶレーザ光Ｌ４５９の偏光方向は、ＤＵＶレーザ光Ｌ４５８と直交しているため、偏光ビームスプリッタ４５７で高く反射する。従って、ＤＵＶレーザ光Ｌ４５８とＤＵＶレーザ光Ｌ４５９とは合成され、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ４６２となって、ＤＵＶ照明光発生システム４５０から取り出される。つまり、透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ４６２は、Ｐ波とＳ波の両方を含んでいる。

このように、ＤＵＶ照明光発生システム４５０の特徴としては、波長変換結晶を３個用いて和周波発生によりＤＵＶレーザ光を発生することができる。これにより、トータル的に発生する波長１９３．４ｎｍの平均パワーを高めることができる。また、図６において説明したＤＵＶ照明光発生システム４００と同様に、ＤＵＶ照明光発生システム４５０から出射される透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ４６２は、Ｐ波とＳ波の両方を含んでいる。このため、マスク検査装置本体３００における偏光ビームスプリッタ３０５は、矢印Ａ１のように、図１中左右に可動式とし、光路上から外すことができる。

なお、図６に示すＤＵＶ照明光発生システム４００あるいは図９に示すＤＵＶ照明光発生システム４５０を用いる場合、図１０に示すように、透過照明により検査を行うときに偏光ビームスプリッタ４６５の代わりに光路上に挿入される石英キューブ４８０を設けてもよい。石英キューブ４８０は、偏光ビームスプリッタ４６５と略等しい光路長を有するものである。例えば、石英キューブ４８０は偏光ビームスプリッタ４６５と略等しい屈折率であり、略同等の厚みを有している。透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ４６２は、上述の通り、Ｐ偏光とＳ偏光を含んでいる。このため、透過照明による検査を行う場合には、矢印Ａ１のように、偏光ビームスプリッタ４６５の代わりに、石英キューブ４８０を光路上に入れることができる。これによって、Ｐ波とＳ波との両方を含むＤＵＶレーザ光Ｌ３０２は、損失無く、二次元光検出器３１２に到達できる。また、偏光ビームスプリッタ４６５の代わりに石英キューブを挿入することにより、光路長を合わせることができる。

次に、本発明のマスク検査光源を構成する際に、特に有効となる新しい構造のＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶に関して、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態に係るＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００の構成を示す図である。ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００では、密着させる三角プリズムの形状が従来とは異なっている。すなわち、図１１に示すように、三角プリズム７０２ａ、７０２ｂには、ＫＢＢＦ結晶７０１に密着する面に彫り込み部が形成されている。つまり、ＫＢＢＦ結晶７０１の入射面と彫り込み付き三角プリズム７０２ａとの間、ＫＢＢＦ結晶７０１と彫り込み込みつき三角プリズム７０２ｂとの間には、それぞれ非接触部が発生する。なお、非接触部では、ＫＢＢＦ結晶とプリズム等の透明光学部材との間に屈折率マッチングオイル等の透明薄膜も介さず、空気や窒素等の気体で隔てられる。

この結果、彫り込みつき三角プリズム７０２ａに入射した基本波であるＵＶレーザ光Ｌ７０１は、彫り込みつき三角プリズム７０２ａとＫＢＢＦ結晶７０１との接触部においてＫＢＢＦ結晶７０１内に進む。そして、ＵＶレーザ光Ｌ７０１がＫＢＢＦ結晶７０１の裏面（図１１中右上の面、出射面）に当たる位置では、彫り込み付き三角プリズム７０２ｂには彫り込み部が形成されており、ＫＢＢＦ結晶７０１とは接触していない。このため、レーザ光Ｌ７０１は、ＫＢＢＦ結晶７０１の裏面で全反射する。また、全反射した後のレーザ光Ｌ７０１は、ＫＢＢＦ結晶７０１の表面（図１１中左下の面、入射面）に当たる。この位置では、彫り込みつき三角プリズム７０２ａには、彫り込み部が形成されており、ＫＢＢＦ結晶７０１とは接触していない。このため、レーザ光Ｌ７０１は、ＫＢＢＦ結晶７０１の表面で再度全反射する。

このように、彫り込みつき三角プリズム７０２ａ、７０２ｂの彫り込み部に対応する位置にレーザ光が当たる際には、全反射することから、例えば、ＵＶレーザ光は、ＫＢＢＦ結晶７０１中でジグザグに折り返して進む。その際に、基本波のＵＶレーザ光がＫＢＢＦ結晶７０１中で図１１中左側に進む際に、位相整合条件が満たされ、波長変換する。

一方、ＫＢＢＦ結晶７０１中でジグザグに折り返して進んだ基本波のＵＶレーザ光が、彫り込み付き三角プリズム７０２ｂと密着している部分に当たると、ＵＶレーザ光は全反射せず、彫り込み付き三角プリズム７０２ｂ中を通過して外部に取り出される。これにより、第二高調波Ｌ７０２と残留基本波Ｌ７０３とが取り出される。

以上説明したように、本実施の形態に係るＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００では、結晶中で基本波のＵＶレーザ光がジグザグに何度も折り返す。このため、位相整合条件を満たす光学距離が飛躍的に長くなる。従って、総合的に波長変換される効率を大幅に高めることができる。これにより、前述したようにピークパワーが低いパルス状のレーザ光用いるマスク検査光源でも、本実施の形態のＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００を適用することで、効率よくＤＵＶレーザ光を発生できる。なお、彫り込み付き三角プリズム７０２ａ、７０２ｂの材質としては、石英やフッ化カルシウム等の透明性の高い光学部材を用いるのが好ましい。

次に、図１２を参照して、図１１で示したＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００とは異なる構造のＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶８００について説明する。図１２は、ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶８００の構成を示す図である。ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶８００では、ＫＢＢＧ結晶８０１に接触させる三角プリズム８０２ａ、８０２ｂの形状は、従来と同様に単純な三角形である。ただし、三角プリズム８０２ａとＫＢＢＦ結晶８０１との間、及び、三角プリズム８０２ｂとＫＢＢＦ結晶８０１との間の一部には、それぞれ透明シート８０３ａ、８０３ｂが設けられている。透明シート８０３ａ、８０３ｂは、従来のインデックスマッチング液とは異なり、流動性が低い。このため、三角プリズム８０２ａ、８０２ｂを、透明シート８０３ａ、８０３ｂが設けられた特定の領域だけＫＢＢＦ結晶８０１に密着させることができる。

従って、三角プリズム８０２ａとＫＢＢＦ結晶８０１が透明シート８０３ａを介して密着した部分において全反射条件が崩れ、ＵＶレーザ光Ｌ８０１がＫＢＢＦ結晶８０１内部に入射する。また、三角プリズム８０２ｂとＫＢＢＦ結晶８０１が透明シート８０３ｂを介して密着した部分において、ＫＢＢＦ結晶８０１内部での全反射条件が崩れる。これにより、ＫＢＢＦ結晶８０１内部から三角プリズム８０２ｂ中を通過して外部に取り出される。これにより、第二高調波Ｌ８０２と残留基本波Ｌ８０３とが取り出される。また、透明シート８０３ａ、８０３ｂが設けられていない部分では、ＫＢＢＦ結晶と三角プリズム８０２ａ、８０２ｂとは接触していない。このため、上述したように、ＫＢＢＦ結晶８０１内部でＵＶレーザ光、ＤＵＶレーザ光をジグザグに全反射を繰り返させることが可能となる。本例では、図１１に示したＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００と比較すると、三角プリズムが単純な形状でよいという特長がある。

次に、図１３を参照して、マスク検査光源１００の代案であるマスク検査光源５００について説明する。図１３は、マスク検査光源５００の構成を示す図である。図１３に示すように、マスク検査光源５００は、ファイバーレーザ５０１、波長変換結晶５０２、５０３、ＤＵＶ照明光発生システム２００を有している。マスク検査光源５００では、基本となるレーザとして、波長１５４７．２ｎｍで高出力動作するファイバーレーザ５０１を用いている。

波長１５４７．２ｎｍの赤外レーザ光（以下、ＩＲレーザ光とする）Ｌ５０１は、波長変換結晶５０２に入射し、第二高調波である波長７７３．６ｎｍのＩＲレーザ光Ｌ５０２が発生する。ＩＲレーザ光Ｌ５０２は波長変換結晶５０３に入射し、波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ５０３が発生する。波長変換結晶５０２、５０３としては、ＬＢＯ結晶を用いることができる。このＵＶレーザ光Ｌ５０３は、ＤＵＶ照明光発生システム２００に入射することで、波長１９３．４ｎｍの反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ５１１と透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ５１２とが発生する。これらは、図１あるいは図１０に示されるマスク検査装置で利用される。

なお、マスク検査光源５００におけるＤＵＶ照明光発生システムの代わりに、図５に示したＤＵＶ照明光発生システム４００を用いてもよい。このマスク検査光源５００の特長としては、基本となるレーザに、ファイバーレーザを用いているため、装置が簡素化され、コンパクト化が可能となる。

さらにまた、図１４を参照して、マスク検査光源１００の代案であるマスク検査光源６００について説明する。図１４は、本実施の形態に係るマスク検査光源６００の構成を示す図である。図１４に示すように、マスク検査光源６００は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ６０１、波長変換結晶６０２、６０３、ＤＵＶ照明光発生システム２００を有している。マスク検査光源６００では、基本となるレーザとして、波長１０６４ｎｍで高出直動作するＮｄ：ＹＶＯ４レーザＬ６０１を用いている。また、波長変換結晶６０２としてはＬＢＯ結晶、波長変換結晶６０３としてはＢＢＯ結晶を用いることができる。

Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ６０１から取り出される波長１０６４ｎｍのＩＲレーザ光Ｌ６０１は、波長変換結晶６０２に入射し、第二高調波である波長５３２ｎｍと残留基本波である波長１０６４ｎｍの両方が含まれたレーザ光Ｌ６０２が発生する。レーザ光Ｌ６０２は、波長変換結晶６０３に入射し、波長５３２ｎｍと波長１０６４ｎｍとの和周波発生が行われ、波長３５５ｎｍのＵＶレーザ光Ｌ６０３が発生する。このＵＶレーザ光Ｌ６０３がＤＵＶ照明光発生システム２００に入射することで、波長１７７．５ｎｍの反射照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ６１１と透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ６１２とが発生する。これらは、図１に示したマスク検査装置３００あるいは図１０に示したマスク検査装置４６０で利用される。

なお、マスク検査光源６００におけるＤＵＶ照明光発生システム２００の代わりに、図６示したＤＵＶ照明光発生システム４００を用いてもよい。このマスク検査光源６００の特長としては、発生させる反射照明用レーザ光Ｌ６１１と透過照明用ＤＵＶレーザ光Ｌ６１２との波長が１７７．５ｎｍであるため、波長１９３．４ｎｍの場合に比べて、波長が短く、検査感度を高めることができる。

なお、ＤＵＶ照明光発生システム２００の代わりに、和周波発生により波長１９３．４ｎｍのＤＵＶ照明光を発生する、図８に示すＤＵＶ発生システム２５０あるいは図９に示すＤＵＶ照明光発生システム４５０を用いることも可能である。

以上説明したように、基本波として、０．８μｍ近くのレーザ光を用いる場合は、その０．８μｍ近くのレーザ光を発生させるレーザ装置として、モードロック型のチタンサファイアレーザ発振器と、そこから発生するレーザ光を入射光として連続動作のグリーンレーザ光で励起するチタンサファイア再生増幅器とで構成されたレーザ装置を用いることで、パルスエネルギーが高く、しかも３００ｋＨｚ前後の高い繰返し数のパルスレーザ光を発生できる。すなわち、マスク検査光源に適するピークパワーの小さいパルス状のＵＶレーザ光をベースとして、マスク検査に利用できるような十分なパワーのＤＵＶレーザ光を供給できる。これにより、効率よく波長変換を行うことができ、第四高調波によって、高出力のＤＵＶレーザ光を得ることができる。

また、本発明によると、ＫＢＢＦ結晶での１回の波長変換効率が低くても、２回、あるいは３回行うことで、トータルの紫外光のパワーを十分増やすことができ、マスク検査に利用することができる。

あるいはまた、ＫＢＢＦ結晶とプリズム等の透明光学部材とが向かい合う面の中で、互いに密着させない非接触部を設けることで、基本波の０．４μｍのレーザ光を、ＫＢＢＦ結晶中で複数回全反射を繰り返させることができる。これにより、ＫＢＢＦ結晶中で波長変換する際の光学長を長くすることができ、トータルの変換効率を高めることができる。これにより、厚い結晶が得られないＫＢＢＦ結晶を用いても、マスク検査に利用できるような十分なパワーのＤＵＶレーザ光を供給できるマスク検査光源を提供することができる。

本発明に係るマスク検査装置では、次世代の波長２００ｎｍ以下のＤＵＶレーザ光を用いたマスク検査装置を対象としてものであり、マスク製造メーカにおける次世代マスクの製造時の欠陥検査に利用できるだけでなく、半導体製造向上におけるマスクの品質管理にも利用できる。

なお、図１１、１２に示したような本発明に係るＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶７００、８００では、結晶を厚くできない問題点を有するＫＢＢＦ結晶を用いる場合でも、光学長を大幅に長くでき、変換効率を向上できることから、特にマスク検査光源に用いるだけでなく、広く波長変換に適用できる。

実施の形態に係るマスク検査装置の構成を示す図である。 実施の形態に係るマスク検査光源の構成を示す図である。 実施の形態に係るチタンサファイアレーザの構成を示す図である。 本発明に用いられる再生増幅器の構成を示す図である。 実施の形態に係るＤＵＶ照明光発生システムの構成を示す図である。 実施の形態に係るＤＵＶ照明光発生システムの他の構成を示す図である。 実施の形態に係るマスク検査光源の他の構成を示す図である。 実施の形態に係るＤＵＶ照明光発生システムの他の構成を示す図である。 実施の形態に係るＤＵＶ照明光発生システムの他の構成を示す図である。 実施の形態に係るマスク検査装置に他の構成を示す図である。 実施の形態に係るＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶の構成を示す図である。 実施の形態に係るＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶の他の構成を示す図である。 実施の形態に係るマスク検査光源の他の構成を示す図である。 実施の形態に係るマスク検査光源の他の構成を示す図である。 従来のＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶の構成を示す図である。

符号の説明

１００ マスク検査光源
１０１、１０１' チタンサファイアレーザ
１０２、１０２ａ、１０２ｂ 波長変換結晶
１１１ モードロック型チタンサファイアレーザ発振器
１１２ 再生増幅器
１１３ チタンサファイア結晶
１１４ａ、１１４ｂ ポッケルス素子
１１５ａ、１１５ｂ 偏光ビームスプリッタ
１１６ａ、１１６ｂ ミラー
２００ ＤＵＶ照明光発生システム
２０１、２０２ ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶
２０３ ダイクロイックミラー
２０４ ミラー
２５０ ＤＵＶ照明光発生システム
２５１、２５２ 波長変換結晶
２５３ ダイクロイックミラー
２５４ ミラー
３００ マスク検査装置
３０２ａ〜３０２ｄ レンズ
３０３ａ、３０３ｂ 均一化光学系
３０４ λ／２波長板
３０５ 偏光ビームスプリッタ
３０６ λ／４波長板
３０７ 対物レンズ
３０８ マスク
３０９ パターン面
３１０ 観察領域
３１１ 結像レンズ
３１２ 二次元光検出器
３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ ミラー
３１４ コンデンサーレンズ
３１５ ３λ／４波長板
４００ ＤＵＶ照明光発生システム
４０１、４０２、４０３ ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶
４０４ａ、４０４ｂ ダイクロイックミラー
４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ ミラー
４０６ λ／２波長板
４５０ ＤＵＶ照明光発生システム
４５１、４５２、４５３ 波長変換結晶
４５４ａ、４５４ｂ ダイクロイックミラー
４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ ミラー
４５６ λ／２波長板
４５７ 偏光ビームスプリッタ
５００ マスク検査光源
５０１ ファイバーレーザ
５０２、５０３ 波長変換結晶
６００ マスク検査光源
６０１ Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
６０２、６０３ 波長変換結晶
７００ ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶
７０１ ＫＢＢＦ結晶
７０２ａ、７０２ｂ 彫り込み付き三角プリズム
８００ ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶
８０１ ＫＢＢＦ結晶
８０２ａ、８０２ｂ 三角プリズム
８０３ａ、８０２ｂ 透明シート
９００ ＰＣＴ型ＫＢＢＦ結晶
９０１ ＫＢＢＦ結晶
９０２ａ、９０２ｂ 三角プリズム
Ｌ１０１、Ｌ１０１ａ、Ｌ１０１ｂ、Ｌ１０１ｄ、Ｌ１０１ｅ、Ｌ５０２ 波長７７３．６ｎｍのＩＲレーザ光
Ｌ１０２、Ｌ１０２ａ、Ｌ４０２、Ｌ４０４、Ｌ５０３ 波長３８６．８ｎｍのＵＶレーザ光
Ｌ１０２ｂ 波長２５７．９ｎｍのＵＶレーザ光
Ｌ２５３、Ｌ１０３、Ｌ３０１、Ｌ３０２、Ｌ３０３、Ｌ３０４、Ｌ３０５、Ｌ３０６、Ｌ３０７、Ｌ３０８、Ｌ４０１、Ｌ４０３、Ｌ４０５、Ｌ４０６、Ｌ４５６、Ｌ４５８、Ｌ４５９ 波長１９３．４ｎｍのＤＵＶレーザ光
Ｌ２５１、Ｌ２５４、Ｌ４５１、Ｌ４５４、Ｌ４５７ 波長７７３．６ｎｍと波長３８６．８ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ２５２、Ｌ４５２、Ｌ４５５ 波長７７３．６ｎｍと波長３８６．８ｎｍと波長１９３．４ｎｍを含むレーザ光
Ｌ１１１、Ｌ５１１、Ｌ６１１ 反射照明用ＤＵＶレーザ光
Ｌ１１２、Ｌ５１２、Ｌ６１２ 透過照明用ＤＵＶレーザ光
Ｌ５０１ 波長１５４７．２ｎｍのＩＲレーザ光
Ｌ６０１ 波長１０６４ｎｍのＩＲレーザ光
Ｌ６０２ 波長５３２ｎｍと波長１０６４ｎｍとを含むレーザ光
Ｌ６０３ 波長３５５ｎｍのＵＶレーザ光
Ｌ７０１、Ｌ８０１、Ｌ９０１ 波長４００ｎｍ前後のＵＶレーザ光
Ｌ７０２、Ｌ８０２、Ｌ９０２ 波長２００ｎｍ前後のＤＵＶレーザ光
Ｐ１００ ＣＷグリーンレーザ光

Claims (10)

1. レーザ光を発生するモードロック型チタンサファイアレーザ発振器と、前記モードロック型チタンサファイアレーザ発振器から発生するレーザ光を連続動作のグリーンレーザ光で励起させるチタンサファイア再生増幅器とを備えるレーザ装置と、
   前記レーザ装置から取り出されるレーザ光の第四高調波を発生する波長変換部とを有するマスク検査光源。
2. 前記波長変換部は、
   前記第四高調波を発生させるために入射される第１波長及び第２波長のレーザ光からこれらの和周波発生させるための第１非線形光学結晶と、
   前記第１非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第２非線形光学結晶とを備える請求項１に記載のマスク検査光源。
3. 検査波長のレーザ光を波長変換によって発生させる波長変換部を有し、
   前記波長変換部は、
   前記検査波長のレーザ光を発生させるために入射させる第１波長及び第２波長のレーザ光からこれらの和周波発生させるための第１非線形光学結晶と、
   前記第１非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第２非線形光学結晶とを備えるマスク検査光源。
4. 前記第１波長と前記第２波長とが略同等の波長であり、
   前記第１非線形光学結晶と前記第２非線形光学結晶とが、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶であることを特徴とする請求項２又は３に記載のマスク検査装置。
5. 前記第１非線形光学結晶及び／又は前記第２非線形光学結晶は、板状のＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面又は出射面あるいは入射面及び出射面のそれぞれに接触するように配置された透明光学部材とを備える請求項２〜４のいずれか１項に記載のマスク検査光源。
6. 前記透明光学部材は、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と対向する面に、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面あるいは出射面に接触しない非接触部を有する請求項５に記載のマスク検査光源。
7. 前記第２非線形光学結晶から出射されるレーザ光に含まれる前記第１波長及び前記第２波長のレーザ光からこれらの和周波を発生させるための第３非線形光学結晶をさらに備える請求項２〜６のいずれか１項に記載のマスク検査光源。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のマスク検査光源を用いたマスク検査装置。
9. 請求項７に記載のマスク検査光源と、
   前記第１非線形光学結晶から出射されマスクに向かう反射照明光と、前記マスクから光検出器に向かう反射光との光路上に配置され、移動可能に設けられた偏光ビームスプリッタと、
   前記第２非線形光学結晶及び前記第３非線形光学結晶から出射され前記マスクに向かう透過照明光が前記光検出器に向かう光路上から前記偏光ビームスプリッタが移動された状態で、当該光路上に配置され、前記偏光ビームスプリッタと略同等の光路長を有する移動可能に設けられた光学部材を備えるマスク検査装置。
10. 板状のＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面又は出射面あるいは入射面及び出射面のそれぞれに接触するように配置された透明光学部材とを備え、
    前記透明光学部材は、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶と対向する面に、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶の入射面あるいは出射面に接触しない非接触部を有する非線形光学結晶の波長変換方法であって、
    前記非線形光学結晶に入射したレーザ光を、前記ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２結晶内で反射させて第二高調波を発生させる波長変換方法。

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