(57)【要約】【課題】フォトマスク、レチクル、及び／またはウェハの検査での使用に適した１９３ｎｍのレーザー検査システムを提供する。【解決手段】検査システムは、約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーと、検出器と、光学素子とを含み、光学素子が、検出器を使用して反射及び透過の画像を同時に収集するように構成される。レーザーは、基本波レーザーと、光パラメトリック発生器と、第４高調波発生器と、周波数混合モジュールと、を備える。周波数混合モジュールは、一方の非線形結晶がタイプＩの周波数合計を行い、他方の非線形結晶がタイプＩＩの周波数合計を行うように構成された、２つの非線形結晶を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査システムであって、
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーを備え、前記レーザーが、
基本波レーザーと、
前記基本波レーザーに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、
前記光パラメトリック発生器、または前記基本波レーザーに結合されて、第４高調波を生成する第４高調波発生器と、
前記光パラメトリック発生器及び前記第４高調波発生器に結合されて、前記第４高調波と前記ダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備え、
前記周波数混合モジュールが、一方の非線形結晶がタイプＩの周波数合計を行い、他方の非線形結晶がタイプＩＩの周波数合計を行うように構成された２つの非線形結晶を備え、
前記検査システムが、検出器と光学素子とを更に含み、前記光学素子が、前記検出器を使用して反射及び透過の画像を同時に収集するように構成された、検査システム。
【請求項２】
前記検査システムが、暗視野検査システムである、請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
照射のコヒーレンスを減少させるための少なくとも１つの音響光学変調器、または電気光学変調器をさらに備える、請求項１に記載の検査システム。
【請求項４】
パルス繰返し率を増加させるためのパルスレート乗算器をさらに備える、請求項１に記載の検査システム。
【請求項５】
同じ検出器を使用して反射及び透過の画像を同時に収集するための構成要素をさらに備える、請求項１に記載の検査システム。
【請求項６】
検査されているターゲット上に照射されたラインを形成するための構成要素をさらに備える、請求項１に記載の検査システム。
【請求項７】
ターゲット上に複数の同時に照射されたスポットを形成するための構成要素をさらに備える、請求項１に記載の検査システム。
【請求項８】
前記基本波レーザーが、約１０６４．３ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ、または約１０３０ｎｍの基本波長を生成する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項９】
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーであって、
基本波レーザーと、
前記基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する第１の周波数増倍モジュールと、
前記第１の周波数増倍モジュールに結合されて、第４高調波を生成する第２の周波数増倍モジュールと、
前記第１の周波数増倍モジュール及び前記基本波レーザーのうちの１つに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、
前記光パラメトリック発生器及び前記第２の周波数増倍モジュールに結合されて、前記第４高調波と前記ダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備え、
前記周波数混合モジュールが、２つの非線形結晶、タイプＩの変換によって前記第４高調波と前記ダウンコンバートされた信号の周波数との合計に等しい周波数を生成するように構成された第１の非線形結晶と、タイプＩＩ変換によって前記第４高調波と前記ダウンコンバートされた信号の前記周波数の２倍との合計に等しい前記周波数を生成するように構成された第２の非線形結晶と、を備える、レーザー。
【請求項１０】
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーであって、
基本波レーザーと、
前記基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する周波数増倍モジュールと、
前記周波数増倍モジュールに結合されて、第３高調波を生成する周波数合成器と、
前記周波数増倍モジュール及び前記周波数合成器のうちの１つに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、
前記光パラメトリック発生器及び前記周波数合成器に結合されて、前記第３高調波と前記ダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備える、レーザー。
【請求項１１】
前記ダウンコンバートされた信号が、約８１８ｎｍ〜９１８ｎｍの信号波長を有する、請求項１０に記載のレーザー。
【請求項１２】
前記ダウンコンバートされた信号が、約８４６ｎｍ〜８５６ｎｍの信号波長を有する、請求項１０に記載のレーザー。
【請求項１３】
検査システムであって、
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーを備え、前記レーザーが、
基本波レーザーと、
前記基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する第２高調波発生器と、
前記基本波レーザー及び前記第２高調波発生器に結合されて、第３高調波を生成する周波数合成器と、
前記第２高調波発生器に結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、
前記光パラメトリック発生器及び前記周波数合成器に結合されて、前記第３高調波と前記ダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備える検査システム。
【請求項１４】
波長が約１９３．４ｎｍの光を生成するための方法であって、
約１０６４ｎｍの基本波長を生成することと、
前記基本波長の第１の部分から第２高調波波長を生成することと、
前記基本波長の第２の部分と、前記第２高調波波長の生成からの未消費の基本波長と、のうちの１つから約１４１６ｎｍのダウンコンバートされた信号波長を生成することと、
前記第２高調波波長を使用して第４高調波波長を生成することと、
前記第４高調波波長と前記ダウンコンバートされた信号波長を混合し、前記第４高調波波長に前記ダウンコンバートされた信号波長の周波数の２倍を加えたものに等しい周波数に対応する出力波長を生成することと、を含み、前記混合することが、タイプＩの周波数合計及びタイプＩＩの周波数合計を含む、方法。
【請求項１５】
波長が約１９３．４ｎｍの光を生成する方法であって、
約１０６４ｎｍの基本波長を生成することと、
前記基本波長の一部から第２高調波波長を生成することと、
未消費の基本高調波波長及び前記第２高調波波長の第１の部分から第３高調波波長を生成することと、
前記第２高調波波長の第２の部分及び未消費の第２高調波波長のうちの１つから約８００ｎｍ〜９５０ｎｍの間のダウンコンバートされた信号波長を生成することと、
前記第３高調波波長と前記ダウンコンバートされた信号波長とを混合し、前記第３高調波波長に前記ダウンコンバートされた信号波長の周波数の２倍を加えたものに等しい周波数に対応する出力波長を生成することと、を含む、方法。
【請求項１６】
前記基本波レーザーが、約１０６４．３ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ、または約１０３０ｎｍの基本波長を生成する、請求項９に記載のレーザー。
【請求項１７】
前記光パラメトリック発生器が、周期的にポーリングされる非線形の光学的結晶を備える、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項１８】
前記周期的にポーリングされる非線形の光学的結晶が、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウム、化学量論的タンタル酸リチウム、酸化マグネシウムドープ化学量論的タンタル酸リチウム、及びチタン酸リン酸カリウム（ＫＴＰ）のうちの１つである、請求項１７に記載のレーザー。
【請求項１９】
前記ダウンコンバートされた信号が、約１３８０ｎｍ〜１６１２ｎｍの信号波長を有する、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２０】
前記ダウンコンバートされた信号が、約１４１６ｎｍの信号波長を有する、請求項１９に記載のレーザー。
【請求項２１】
前記レーザーが、連続波レーザー、Ｑスイッチ型レーザー、モードロック型レーザー、または準連続波レーザーのうちの１つである、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２２】
前記光パラメトリック発生器が、光パラメトリック増幅器、または光パラメトリック発振器を備える、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２３】
前記基本波レーザーが、レーザーダイオード、またはファイバーレーザーを備える、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２４】
前記基本波レーザーが、セシウムリチウムボレート（ＣＬＢＯ）結晶を含む、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２５】
前記周波数混合モジュールが、セシウムリチウムボレート（ＣＬＢＯ）結晶、ベータバリウムボレート（ＢＢＯ）結晶、またはリチウムトリボレート（ＬＢＯ）結晶を含む、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２６】
前記周波数混合モジュールが、水素アニール処理された非線形結晶を含む、請求項１６に記載のレーザー。
【請求項２７】
前記基本波レーザーが、約１０６４．３ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ、または約１０３０ｎｍの基本波長を生成する、請求項１０に記載のレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権出願
本出願は、２０１３年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／７５６，２０９号に優先権を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
関連出願
本出願は、Ｃｈｕａｎｇらによって２０１３年３月１２日に出願された米国特許出願第１３／７９７，９３９号、名称「１９３ｎｍレーザーを使用する固定レーザー及び検査システム」に関連し、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本開示は、レーザーに関し、具体的には、１９３ｎｍ近傍の放射線を生成し、フォトマスク、レチクル、及び／またはウェハの検査での使用に適する固体またはファイバーレーザーに関する。このレーザーは、パルス型（Ｑスイッチ型またはモードロック型）、またはＣＷ（連続波）であり得る。
【背景技術】
【０００４】
１９３ｎｍの光を生成するためのエキシマレーザーは、当該分野で公知である。残念ながら、このようなレーザーは、それらの低いレーザーパルス繰返し率と、高い所有コストをもたらすそれらのレーザー媒体中の有毒で腐食性のガスの使用と、の理由から、検査用途に十分に適しているものではない。
【０００５】
１９３ｎｍ近傍の光を生成する固体及びファイバーレーザーもまた、公知である。例示のレーザーは、２つの異なる基本波長または基本波の第８高調波を使用し、それらのいずれも、高価であるまたは大量生産されない、レーザーまたは材料を必要とする。さらに、それらのレーザーのほとんどは、非常に低いパワー出力を有し、数ＭＨｚ以下のレーザーパルス繰返し率に制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５４５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、レーザー、好ましくは１９３ｎｍ近傍の放射を生成し、フォトマスク、レチクル、及び／またはウェハの検査での使用に適する固体またはファイバーレーザー、の必要性が生じる。とりわけ、そのような高速の検査は、多くの場合、複数のＭＨｚ（例えば、いくつかの場合では、５０ＭＨｚ以上）の最小のレーザーパルスの繰返し率を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーを説明する。このレーザーは、基本波レーザー、光パラメトリック発生器、第４高調波発生器、及び周波数混合モジュールを備える。光パラメトリック発生器は、基本波レーザーに結合され、ダウンコンバートされた信号を生成することができる。第４高調波発生器は、光パラメトリック発生器に結合され、第４高調波を生成することができる。周波数混合モジュールは、光パラメトリック発生器及び第４高調波発生器に結合され、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成することができる。とりわけ、周波数混合モジュールは、２つの非線形結晶を備える。一実施形態では、第１の非線形結晶は、タイプＩＩの変換によって、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数との合計に等しい周波数を生成するように構成され、第２の非線形結晶は、タイプＩの変換によって、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数を生成するように構成される。
【０００９】
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するための別のレーザーを説明する。このレーザーは、基本波レーザー、第１及び第２の周波数増倍モジュール、光パラメトリック発生器、及び周波数混合モジュールを備える。第１の周波数増倍モジュールは、基本波レーザーに結合され、第２高調波を生成することができる。第２の周波数増倍モジュールは、第１の周波数増倍モジュールに結合され、第４高調波を生成することができる。光パラメトリック発生器は、第１の周波数増倍モジュールまたは基本波レーザーに結合され、ダウンコンバートされた信号を生成することができる。周波数混合モジュールは、光パラメトリック発生器及び第２の周波数増倍モジュールに結合され、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成することができる。とりわけ、周波数混合モジュールは、２つの非線形結晶を備える。一実施形態では、第１の非線形結晶は、タイプＩの変換によって、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数との合計に等しい周波数を生成するように構成され、第２の線形結晶は、タイプＩＩの変換によって、第４高調波とダウンコンバートされた信号の２倍との合計の周波数に等しい周波数を生成するように構成される。
【００１０】
約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのさらに別のレーザーを説明する。このレーザーは、基本波レーザー、周波数増倍モジュール、周波数合成器、光パラメトリック発生器、及び周波数混合モジュールを備える。周波数増倍モジュールは、基本波レーザーに結合され、第２高調波を生成することができる。周波数合成器は、周波数増倍モジュールに結合され、第３高調波を生成することができる。光パラメトリック発生器は、周波数増倍モジュールまたは周波数合成器に結合され、ダウンコンバートされた信号を生成することができる。周波数混合モジュールは、光パラメトリック発生器及び周波数合成器に結合され、第３高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成することができる。
【００１１】
それらの１９３．４ｎｍのレーザーは、容易に入手可能であり、かつ比較的高価でない構成要素を使用して構築することができる。例えば、様々な記載された実施形態で使用される基本波レーザーは、約１０６４．３ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ、または約１０３０ｎｍの基本波周波数を生成することができる。それらの基本波レーザーは、様々なパワーと繰返し率との組合せで、リーズナブルな価格で容易に入手可能である。基本波レーザーは、レーザーダイオードまたはファイバーレーザーを含むことができる。
【００１２】
光パラメトリック発生器は、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）として、または光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）として、実現され、周期的にポーリングされる非線形の光学的結晶を備えることができる。例示の周期的にポーリングされる非線形結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウム（Ｍｇ：ＬＮ）、化学量論的タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、酸化マグネシウムドープ化学量論的タンタル酸リチウム（Ｍｇ：ＳＬＴ）、またはチタン酸リン酸カリウム（ＫＴＰ）から形成することができる。
【００１３】
光パラメトリック発生器によって生成されるダウンコンバートされた信号は、約１３８０ｎｍ〜１６１２ｎｍ、１４１６ｎｍ、８１８ｎｍ〜９１８ｎｍ、及び８４６ｎｍ〜８５６ｎｍのうちの１つの信号波長を有する。
【００１４】
周波数混合モジュールは、セシウムリチウムボレート（ＣＬＢＯ）結晶、ベータバリウムボレート（ＢＢＯ）結晶、またはリチウムトリボレート（ＬＢＯ）結晶を含むことができる。一例示の混合技術では、約２６６ｎｍの波長の第４高調波が、約１４１６ｎｍ（赤外光）のダウンコンバートされた信号と混合されて、約２２４ｎｍの波長が生成される。約２２４ｎｍの光は、次に、ダウンコンバートされた信号と再結合されて、約１９３ｎｍの波長が生成される。それらの２つの周波数混合段は、１９３ｎｍレーザーの全体的な高効率及び安定性に寄与する。いくつかの好ましい実施形態では、それらの２つの周波数混合段は、１００℃付近の温度にあるＣＬＢＯ結晶を備えることができ、それらの２つの変換を高効率（例えば、非線形係数が約０．５〜１ｐｍＶ−１であり得る）及び小さいウォークオフ角度で行うことができる。一実施形態では、ＣＬＢＯにおけるタイプＩＩの混合は、約１９３ｎｍの波長を生成するために、ＣＬＢＯにおけるタイプＩの混合が続く、約２２４ｎｍの波長を生成する変換段で使用することができる。別の実施形態では、ＣＬＢＯにおけるタイプＩの混合は、約１９３ｎｍの波長を生成するために、ＣＬＢＯにおけるタイプＩＩの混合が続く、約２２４ｎｍの波長を生成する変換段で使用することができる。いくつかの実施形態では、それらの２つの周波数混合段のうちの１つまたは両方は、ＢＢＯ（ベータバリウムボレート）またはＬＢＯ（リチウムトリボレート）などのＣＬＢＯ以外の非線形の光学的結晶を使用して行うことができる。
【００１５】
本明細書に記載された約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するための改善されたレーザーは、連続波レーザー、Ｑスイッチ型レーザー、モードロック型レーザー、または準連続波レーザーであることができる。第８高調波レーザーと比較すると、それらの改善されたレーザーは、かなり安価であり、かつ長寿命であり、より良好な所有コストを有する。さらに、低い繰返し率のレーザーと比較すると、それらの改善されたレーザーは、関連する検査システムの照射光学素子をかなり単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】例示の改善された１９３ｎｍのレーザーのブロック図を示す。
【図１Ｂ】例示の改善された１９３ｎｍのレーザーのブロック図を示す。
【図１Ｃ】例示の改善された１９３ｎｍのレーザーのブロック図を示す。
【図１Ｄ】図１Ａ及び１Ｂに示された改善された１９３ｎｍのレーザーについての例示の波長範囲の表を示す。
【図１Ｅ】図１Ｃに示された改善された１９３ｎｍのレーザーについての例示の波長範囲の表を示す。
【図２】第４高調波発生器の一実施形態を示す。
【図３】周波数混合器モジュールの一実施形態を示す。
【図４Ａ】改善された１９３ｎｍのレーザーで使用することができる周波数混合器の実施形態を示す。
【図４Ｂ】改善された１９３ｎｍのレーザーで使用することができる周波数混合器の実施形態を示す。
【図５】シードレーザーが、安定化された狭帯域シードレーザー光を生成することができる例示の増幅器モジュールを示す。
【図６】周波数ωｓのダウンコンバートされた信号を生成するように構成された例示のＯＰＯ／ＯＰＡを示す。
【図７】１つのセンサに関する画像または信号の２つのチャネルを同時に検出するレチクル、フォトマスク、またはウェハ検査システムを示す。
【図８】複数の対物レンズ及び上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つを備える例示の検査システムを示す。
【図９】反射屈折イメージングシステムへの直角入射レーザー暗視野照明の追加を示す。
【図１０Ａ】表面の領域を検査するための照明システム及び収集システムを備える表面検査装置を示す。
【図１０Ｂ】表面検査装置のための収集システムの例示のアレイを示す。
【図１１】表面の異常を検査するために使用することができる表面検査システムを示す。
【図１２】直角及び斜めの照明ビームの両方を使用して異常検出を実現するために構成された検査システムを示す。
【図１３】検査または計測システムで上述の改善された１９３ｎｍのレーザーと共に使用される例示のパルス乗算器を示す。
【図１４】検査または計測システムで上述の改善された１９３ｎｍのレーザーと共に使用される可干渉性低減サブシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａは、例示の改善された１９３ｎｍのレーザー１００Ａのブロック図を示す。レーザー１００Ａでは、周波数ωで動作する基本波レーザー１０２は、基本波光１２８（業界では、「基本波」と呼ばれる）を生成することができる。一実施形態では、周波数ω（基本波）は、１０６４ｎｍ近傍の赤外線に対応することができる。本明細書で、波長が無条件で使用されるとき、そのような波長は、光の真空波長を指すことに留意されたい。例示の基本波レーザー１０２は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）のレーザー媒体、もしくはＮｄドープイットリウムオルトバナデートのレーザー媒体、またはイッテルビウムドープファイバレーザによって、実現することができる。適切な基本波レーザーは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．（８０ＭＨｚ及び１２０ＭＨｚの繰返し率を備えたＰａｌａｄｉｎファミリー内のモデルを含む）、Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｅｘｐｌｏｒｅｒファミリー内のモデルを含む）、及び他の製造業者からパルス型（Ｑスイッチ型またはモードロック型）またはＣＷ（連続波）として市販されている。そのような基本波レーザーのレーザーパワーレベルは、数ミリワットから数十ワット以上の範囲であり得る。
【００１８】
レーザー１００Ａでは、基本波１２８は、光パラメトリック発生器、例えば光パラメトリック発振器または光パラメトリック増幅器（ＯＰＯ／ＯＰＡ）１１６の方に向けられる。ＯＰＯ／ＯＰＡ１１６は、基本波光１２８の一部を周波数ωｓのダウンコンバートされた信号１２９にダウンコンバートすることができる。いくつかの好ましい実施形態では、ωｓに対応する波長は、約１４１６ｎｍ（例えば、約１３３０ｎｍ〜約１６１２ｎｍの範囲内、約１３７８ｎｍ〜１４６１ｎｍの範囲内、または約１４１３ｎｍ〜約１４１７ｎｍの範囲内）である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、基本波１２８の一部のみが、ダウンコンバージョンプロセスで消費される。そのような実施形態では、基本波光１２８の未消費の部分、すなわち、未消費の基本波１３０は、第４高調波発生モジュール１０３に向けられる。モジュール１０３（以下でさらに詳細に説明される）は、典型的には、未消費の基本波（ω）から第４高調波（４ω）を生成するための複数の周波数変換段を備える。この第４高調波（４ω）は、周波数混合モジュール１１８で、ダウンコンバートされた信号１２９と合成され、４ωと２ωとの合計に実質的に等しい周波数を有するレーザー出力１４０を作成することができる。いくつかの実施形態では、レーザー出力１４０の出力波長は、１９３．３６８ｎｍに実質的に等しい。他の実施形態では、出力波長は、約１９０ｎｍ〜２００ｎｍの間、または約１９２ｎｍ〜１９５ｎｍの間、である。
【００２０】
図１Ｂは、代替の改善された１９３ｎｍのレーザー１００Ｂのブロック図を示す。この実施形態では、基本波（ω）（上述のレーザーのいずれかによって生成される）は、第１の周波数増倍モジュール１１０に向けられ、第２高調波（２ω）を生成する。第１の周波数増倍モジュール１１０によって出力される未消費の基本波は、ＯＰＯ／ＯＰＡ１１６に向けることができ、それは、今度はダウンコンバートされた信号ωｓを生成する。上記のように、ダウンコンバートされた信号ωｓの波長は、約１４１６ｎｍ（例えば、約１３３０ｎｍ〜約１６１２ｎｍの範囲内、約１３８０ｎｍ〜１４１６ｎｍの範囲内、または約１４１３ｎｍ〜約１４１７ｎｍの範囲内）である。
【００２１】
第１の周波数増倍モジュール１１０によって生成された第２高調波（２ω）は、第２の周波数増倍モジュール１１２に向けられ、第４高調波（４ω）を生成する。周波数混合モジュール１０３は、第４高調波（４ω）とダウンコンバートされた信号（ωｓ）とを合成し、４ωと２ωｓとの合計にほぼ等しい周波数を有するレーザー出力１４０を作成することができる。上記のように、いくつかの実施形態では、この出力波長は、１９３．３６８ｎｍにほぼ等しい。他の実施形態では、出力波長は、約１９０ｎｍ〜２００ｎｍの間、または約１９２ｎｍ〜１９５ｎｍの間、である。
【００２２】
さらに別の実施形態では、基本波レーザー１０２によって出力される基本波（ω）は、２つの部分に分割することができる。１つの部分は、第１の周波数増倍モジュール１１０に向けられ、他の部分は、ＯＰＯ／ＯＰＡ１１６に向けられる（矢印１０９によって示される）。このように、この実施形態では、第１の周波数増倍モジュール１１０によって出力される未消費の基本波ωは、ＯＰＯ／ＯＰＡ１１６に向けられない。第２の周波数増倍モジュール１１２及びＯＰＯ／ＯＰＡ１１６は、図１Ｂに示されるように、共に依然として周波数混合モジュール１０３に結合されている。この変更された実施形態では、前述の改善された１９３ｎｍのレーザー１００Ｂのものと実質的に同様な波長が使用され、生成される。
【００２３】
図１Ｄは、図１Ａ及び１Ｂに示された改善された１９３ｎｍのレーザーについての例示の波長範囲（ｎｍ単位）の表を示す。各基本波レーザータイプについて、例示の短波長基本波及び例示の長波長基本波が、所望の出力波長（表に示された例示では、１９３．４ｎｍ）に必要な高調波及びダウンコンバートされた信号に対応する波長と共に、示されている。基本波レーザーの正確な波長は、レーザー媒体の正確な組成、レーザー媒体の動作温度、及び光共振器を含む多くの要因に依存する。所与のレーザー媒体の同じレーザーラインを使用する２つのレーザーは、前述の及び他の要因により、１ｎｍまたは数ｎｍの数十分の一だけ異なる波長で動作することができる。該当分野の当業者は、表に記載されているものに近い任意の基本波波長から所望の出力波長を生成するために、ダウンコンバートされた信号に適切な波長を選択する方法を理解するであろう。同様に、所望の出力波長が１９３．４ｎｍから数ｎｍだけ異なる場合、この所望の出力波長もまた、ダウンコンバートされた信号の波長の適切な調整によって達成することができる。
【００２４】
図１Ｃは、改善された１９３ｎｍのレーザー１００Ｃの別の代替の実施形態を示す。この実施形態では、基本波レーザー１０２によって出力される基本波ωは、周波数増倍モジュール１１０に向けられ、第２高調波２ωを生成する。基本波ωは、上述のレーザーのいずれかによって生成することができる。周波数増倍モジュール１１０で消費されない基本波ωの一部及び第２高調波２ωは、次に、第３高調波３ωを生成する周波数合成器１３３に向けられる。
【００２５】
周波数合成器１３３によって消費されない第２高調波２ωは、次にＯＰＯ／ＯＰＡ１３６に向けられ、周波数ωｓを有するダウンコンバートされた信号１３２を生成する。１つの変更された実施形態（矢印１４０によって示される）では、第２高調波２ωの一部が周波数増倍モジュール１１０の出力から直接に取り出され、ＯＰＯ／ＯＰＡ１３６に向けられる（すなわち、周波数合成器１３３の出力から未消費の第２高調波を取り出す代わりに）。いくつかの実施形態では、ダウンコンバートされた信号１３２は、約８５０ｎｍである（例えば、約８１８ｎｍ〜約９１８ｎｍの範囲内、または約８３６ｎｍ〜８６７ｎｍの範囲内、または約８４６ｎｍ〜約８５６ｎｍの範囲内）。ωｓのために選択される正確な波長は、基本波レーザーの正確な波長及び所望の出力波長に依存することに留意されたい。同じタイプの異なる基本波レーザーは、異なるレーザー媒体の温度、レーザー媒体の組成のばらつき、及びレーザー共振器の設計の他の小さい差により、ナノメートルの数十分の一だけ波長が異なることがあり得る。いくつかの実施例では、改善された１９３ｎｍのレーザーを使用し、１９３ｎｍの数ｎｍ以内の出力波長、例えば１９２ｎｍ〜１９５ｎｍの間、または１９０ｎｍ〜２００ｎｍの間、の出力波長、が可能である。
【００２６】
周波数混合モジュール１３８は、第３高調波３ωとダウンコンバートされた信号１３２（ωｓ）とを組み合わせ、３ωと２ωｓとの合計に実質的に等しい周波数に対応する波長のレーザー出力１５０を作成することができる。いくつかの実施形態では、この出力波長は、１９３．３６８ｎｍに実質的に等しい。他の実施形態では、この出力波長は、約１９０ｎｍ〜２００ｎｍの間、または約１９２ｎｍ〜１９５ｎｍの間、である。いくつかの実施形態では、周波数混合モジュール１３８は、３ωとωｓとを混合して約２５０ｎｍの波長のそれら２つの周波数の合計を作成するための（ωが約１０６４ｎｍの波長に対応するとき）ＣＬＢＯ結晶を含むことができる。いくつかの実施形態では、周波数混合モジュール１３８は、３ω＋ωｓの合計とωｓとを混合してレーザー出力１５０（１つの好ましい実施形態では、約１９３．４ｎｍの波長に対応する）を作成するためのＢＢＯ、ＫＢＢＦ（カリウムベリリウムフルオロボレート）、またはＫＢＯ（５ホウ酸カリウム４水和物）結晶をさらに含むことができる。図１Ｅは、図１Ｃに示される改善された１９３ｎｍのレーザーのための例示の波長範囲（ｎｍ単位）の表を示す。図１Ｅは、図１Ａ及び１Ｂの改善された１９３ｎｍのレーザーのための図１Ｄに示されるものと類似の情報を示す。図１Ｄのための上記の詳細な説明を参照されたい。
【００２７】
図２は、第４高調波発生器２００の好ましい実施形態を示す。周波数ωの基本波２０１は、第１の周波数増倍モジュール２０２によって、第２高調波（２ω）２０２Ａに変換される。第２高調波２０２Ａは、第２の周波数増倍モジュール２０３によって、第４高調波（４ω）２０３Ａに変換される。第１の周波数増倍モジュール２０２及び第２の周波数増倍モジュール２０３内で使用されない未消費の基本波２０２Ｂ及び未消費の第２高調波２０３Ｂは、それぞれ、それらのモジュールによって別々に出力することができる。
【００２８】
第４高調波発生器２００の１つの好ましい実施形態では、第２高調波発生モジュール２０２は、周波数変換のためのＬＢＯ結晶を含むことができる。他の実施形態では、第２高調波発生モジュール２０２は、周波数変換のためのＣＬＢＯ、ＢＢＯ、または他の非線形結晶を含むことができる。第４高調波発生器２００の１つの好ましい実施形態では、第４の高調波発生モジュール２０３は、周波数変換のためのＣＬＢＯ結晶を含むことができる。他の実施形態では、第４高調波発生モジュール２０３は、周波数変換のためのＢＢＯまたは他の非線形結晶を含むことができる。
【００２９】
図３は、周波数混合器モジュール３００の好ましい実施形態を示す。周波数混合器モジュール３００では、第１の周波数混合器３０２が、第４高調波（４ω）３０１Ａ及びダウンコンバートされた信号（ωｓ）３０１Ｂを受け取り、４ωとωｓとの合計に等しい周波数の合計周波数３０３Ａを生成する。合計周波数３０３Ａ及びωｓの周波数の未消費の信号３０３Ｂは、４ω＋２ωｓの周波数のレーザー出力３０５を生成する第２の周波数混合器３０４に向けられる。いくつかの実施形態では、第１の周波数混合器３０２は、未消費の第４高調波３０３Ｃを第２の周波数混合器３０４から離れるように向ける。他の実施形態では、未消費の第４高調波３０３Ｃは、それらの実施形態では、第２の周波数混合器３０４の偏光特性がレーザー出力３０５の生成に影響をほとんどまたは全く与えないように向けられるので、第２の周波数混合器３０４に送ることができる。
【００３０】
好ましい実施形態では、合計周波数３０３Ａは、約２２４ｎｍの波長に等価である周波数である。いくつかの実施形態では、合計周波数３０３Ａは、２２３．９５ｎｍの波長に対応する周波数に実質的に等しい。他の実施形態では、合計周波数３０３Ａは、約２２１ｎｍ〜約２２９ｎｍの範囲内の波長に対応する周波数である。さらに他の実施形態では、合計周波数３０３Ａは、約２２２ｎｍ〜約２２６ｎｍの範囲内の波長に対応する周波数である。好ましい実施形態では、周波数混合器３０２は、周波数変換のためのＣＬＢＯ結晶を含む。好ましい実施形態では、周波数混合器３０４は、周波数変換のためのＣＬＢＯ結晶を含む。
【００３１】
周波数混合モジュール１３８（図１Ｃ）は、その入力が、第４高調波（４ω）及び信号周波数（ωｓ）の代わりに第３高調波（３ω）及び信号周波数（ωｓ）であることを除いて、周波数混合モジュール３００について図３で示されたものと同様な様式で実現することができる。周波数混合器３０２及び３０４で使用されるいくつかの適切な結晶は、上述されている。具体的には、周波数混合モジュール３００を周波数混合モジュール１３８のために使用するとき、ＣＬＢＯは、それが位相整合しないので、１９３．４ｎｍ近傍の波長を生成するために周波数混合器３０４で使用することができないことに留意されたい。上述のように、この場合、ＢＢＯ、または別の非線形結晶を周波数混合器３０４で使用しなければならない。
【００３２】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２、及び３に示された実施形態のいずれかでは、必要に応じて基本波または他の波長を向けるためにミラーを使用することができる。例えば、プリズム、ビームスプリッタ、ビームコンバイナ、及びダイクロイックコーティングされたミラーは、必要に応じて、ビームを分離し、また合成するために使用することができる。ミラー及びビームスプリッタの様々な組合せは、任意の適切なシーケンスで、異なる周波数発生器及び混合器間で様々な波長を分離し、またルーティングするために使用することができる。周波数変換結晶及びプリズムの面は、反射防止コーティングを使用せずに、入射波長の反射を最小限にする、または制御するために、ブリュースター角度にほぼまたは実質的に等しい角度で切断することができる。この切断は、ＵＶ放射線が入射する表面には特に有利であり、なぜなら、反射防止コーティングは、そのような表面で使用されている場合、ＵＶに曝されると劣化することもあり、したがってレーザーの信頼性が低下することもあるからである。波長板または他の光学的要素は、必要に応じて波長のいずれかの偏光特性を回転して、偏光特性を次の周波数変換または周波数混合段の適切な結晶軸に整合させるために使用することができる。
【００３３】
図１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃは、基本波周波数の４倍（図１Ｃでは、基本波周波数の３倍）に信号周波数の２倍を加えたものに実質的に等しい周波数を生成するための様々な改善されたレーザーを示し、信号周波数は、基本波からのダウンコンバージョンによって作成される（図１Ｃでは、第２高調波からのダウンコンバージョン）。基本波周波数の４倍に信号周波数の２倍を加えたもの、または基本波周波数の３倍に信号周波数の２倍を加えたものを生成するための上述のものと同様の他のレーザーの実施形態は、可能であり、本発明の範囲内である。
【００３４】
上述の図は、構成要素の実際の物理的レイアウトを表すことを意図しない。上述の図は、プロセスに関連する主な光学的モジュールを示しているが、全ての光学的要素を示していない。該当分野の当業者は、上述の図及びそれに関連する記述から改善されたレーザーを構築する方法を理解するであろう。必要に応じて、より多くのまたはより少ないミラーまたはプリズムを使用して、光を向けることができることを理解されたい。必要に応じて、レンズ及び／または曲面ミラーを使用し、ビームウェストを非線形結晶の内部または近傍の実質的に円形または楕円形の断面の焦点に、集束させることができる。必要に応じて、プリズム、格子、または回折光学的要素を使用し、各周波数変換器または混合器モジュールの出力の異なる波長を操縦する、または分離することができる。必要に応じて、プリズム、コーティングされたミラー、または他の要素を使用し、周波数変換器及び混合器への入力の異なる波長を合成することができる。ビームスプリッタ、またはコーティングされたミラーを必要に応じて使用し、１つの波長を２つのビームに分割することができる。フィルターを使用し、任意の段の出力の不必要な波長を阻止することができる。必要に応じて、波長板を使用し、偏光特性を回転させることができる。必要に応じて、他の光学的要素を使用することができる。２０１２年５月１７日に出願され、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／２９３，４８５号、名称「高損傷閾値周波数変換システム」は、ＵＶ波長を生成する周波数変換段での使用に特に適する様々な光学的要素を記載する。いくつかの場合では、未消費の光が、次の段で光が必要とされていない場合でも、１つの周波数変換段から次の段に通過することを可能にすることは、許容され得る。これは、パワー密度が損傷の原因とならないほど十分に低い場合、かつ所望の周波数変換プロセスにほとんど干渉しない場合（例えば、結晶角度で位相整合しない理由で、または光の偏光特性により）、許容され得る。適切な技術分野の当業者は、改善されたレーザーの実現形態で可能である様々なトレードオフ及び代替物を理解するであろう。
【００３５】
好ましい実施形態では、第２高調波を生成する第１の周波数増倍モジュール１１０（図１Ｂ）は、約１４９℃の温度で実質的に非臨界位相整合して約５３２ｎｍの光を生成するリチウムトリボレート（ＬＢＯ）結晶を含むことができる。別の実施形態では、第４高調波を生成する第２の周波数増倍モジュール１１２（図１Ｂ）及び周波数混合器３０２及び３０４（図３）は、セシウムリチウムボレート（ＣＬＢＯ）、ベータバリウムボレート（ＢＢＯ）、ＬＢＯ、または他の非線形結晶で、臨界位相整合を使用することができる。好ましい実施形態では、第２の周波数混合器３０４は、約１００℃の温度において、高いＤｅｆｆ（約０．５〜１ｐｍ／Ｖ）及び低ウォークオフ角（約３５ｍｒａｄ未満）で、臨界位相整合されるＣＬＢＯ結晶を含む。この温度は、ＣＬＢＯ結晶による水の吸収を最小限にするので、使用するために便利な温度である。しかしながら、入射光に対する結晶の角度を適切に調整することにより、より高い及びより低い温度を使用することができる。いくつかの実施形態では、第２の周波数混合器３０４は、ＣＬＢＯと比較して、より大きいウォークオフ角（約１００ｍｒａｄ）及びより大きいＤｅｆｆ（約１〜２ｐｍ／Ｖ）を有するＢＢＯを含む。好ましい実施形態では、周波数混合器３０２は、約１００℃の温度において、高いＤｅｆｆ（約０．８ｐｍ／Ｖ）及び低ウォークオフ角（約４０ｍｒａｄ未満）で、臨界位相整合されるＣＬＢＯ結晶を含む。その場合、第２の周波数混合器３０４は、ＣＬＢＯと比較して、より大きいウォークオフ角（約９６ｍｒａｄ）及びより大きいＤｅｆｆ（約１〜２ｐｍ／Ｖ）を有するＢＢＯを含むことができる。
【００３６】
周波数増倍モジュール１１２及び周波数混合器３０２及び３０４は、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらによって、２０１２年３月５日に出願された同時係属中の米国特許出願第１３／４１２，５６４号、名称「高品質の安定した出力ビームを有するレーザー、及び長寿命の高変換効率非線形結晶」で開示された方法及びシステムのいくつか、または全てを有利に使用することができる。米国特許出願第１３／４１２，５６４号は、２０１１年７月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／５１０，６３３号、名称「高品質の安定した出力ビームを有するモードロック型ＵＶレーザー、長寿命の高変換効率非線形結晶、及びモードロック型レーザーを使用するウェハ検査システム」の優先権を主張する。これらの特許出願の両方は、参照により本明細書に完全に記載されているかのように組み込まれる。
【００３７】
高調波生成段（周波数増倍モジュール１１０及び１１２によって行われるものなど）及び周波数混合段（周波数混合器３０２及び３０４によって行われるものなど）のいずれも、Ｊ．Ｊｏｓｅｐｈ  Ａｒｍｓｔｒｏｎｇによって、２００９年７月２日に公開された、ＰＣＴ国際公開特許出願ＷＯ２００９／０８２４６０、名称「光学的結晶の環境を制御するためのエンクロージャ」に記載されたもののような１つ以上の保護環境を備えることができる。このＰＣＴ公開は、参照により本明細書に完全に記載されているかのように組み込まれる。単一の保護環境は、複数の段または単一の段を囲むことができることに留意されたい。
【００３８】
高調波発生器（例えば、周波数増倍モジュール１１０及び１１２）のいずれも、水素アニール処理された非線形結晶を有利に使用することができることにさらに留意されたい。このような結晶は、Ｃｈｕａｎｇらによって、２０１１年１０月７日に出願された米国特許仮出願第６１／５４４，４２５号、及びＣｈｕａｎｇらによって、２０１２年６月１日に出願された同時係属中の米国特許出願第１３／４８８，６３５号に記載されているように処理することができる。これらの出願は、参照により本明細書に記載されているかのように組み込まれる。水素アニール処理された結晶は、周波数増倍器１１２及び２０３と、周波数混合器３０２及び３０４と、を含む深ＵＶ波長を伴うそれらの段で、特に有用であり得る。
【００３９】
図４Ａ及び４Ｂは、上述の改善されたレーザーで使用することができる周波数混合器のいくつかの好ましい実施形態を示す。図４Ａは、タイプＩＩの混合が最初の周波数混合段で使用され、タイプＩの混合が最終の周波数混合段で使用される周波数混合器４００Ａの一実施形態を示す。典型的には、３波混合は、複屈折結晶材料（すなわち、屈折率が通過する光の偏光特性及び方向に依存する）で行われ、フィールドの偏光特性及び結晶の配向は、位相整合条件が達成されるように選択される。典型的には、複屈折結晶は、３つの軸を有し、そのうちの１つまたは２つが他のもの（複数可）と異なる屈折率を有する。例えば、一軸性結晶は、単一の異常軸（ｅ）と、２つの通常軸（ｏ）を有する。２つの入力周波数が同じ偏光特性（通常、結晶のｏ軸に平行）を有する場合、位相整合は「タイプＩの位相整合」と呼ばれ、それらの偏光特性が垂直の場合、それは「タイプＩＩの位相整合」と呼ばれる。しかしながら、どの周波数が結晶軸に対してどんな偏光特性を有しているかをさらに指定する他の慣例が存在する。
【００４０】
最初の周波数混合段は、ＣＬＢＯなどの非線形結晶４０２を含む。第４高調波及び信号波長は、方向４１０にほぼ同一線上で結晶４０２に入り、この結晶の内部または近傍でビームウェストに集束される（ビームウェストは図示せず）。信号波長は、矢印４２０によって示される方向にその電界ベクトルで偏光される。第４高調波は、信号波長に対して実質的に垂直に偏光される。非線形結晶４０２の異常軸（ｅ）は、矢印４２５によって示されるように、方向４２０に対して実質的に平行に向けられる。非線形結晶４０２の通常軸は、方向４２０に実質的に垂直に向けられる。結晶４０２のｏ軸は、位相整合を達成するために、結晶内の光の伝播方向に対してある角度で回転される。１４１６ｎｍ近傍の信号波長及び２６６ｎｍ近傍の第４高調波波長を使用する約１００℃の温度におけるＣＬＢＯ内のタイプＩＩの整合の場合には、この角度は約５８．９°であり、同じ波長を使用する約１００℃におけるＢＢＯの場合には、この角度は約４５．７°である。適切な分野の当業者は、位相整合を達成するために、温度及び角度の異なる組合せを選択する方法を理解する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、結晶４０２の入力表面４４２は、第４高調波（すなわち、方向４１０）に対してほぼブリュースター角度となるように切断される。この角度は、入力表面４４２上に一切の反射防止コーティングを必要とせずに、第４高調波の波長の反射を最小限にする。いくつかの実施形態では、入力表面４４２は、第４高調波及び／または信号波長の反射される光を減少させる反射防止コーティングを有することができる。結晶４０２の出力表面４５２は、コーティングされてもコーティングされなくてもよい。コーティングしないことの利点は、コーティングは、強いＵＶ放射線に曝されたときに、短い寿命を有することができることである。
【００４２】
結晶４０２からの出力光４１２は、光学素子４０３によって、非線形結晶４０４を含む最終の周波数混合段に向けられる。３つの波長、すなわち、信号波長、第４高調波の波長、及び信号と第４高調波との合計の波長、が結晶４０２を出射する。小さいウォークオフ角により、これらの３つの角度は、正確にではないが、ほぼ同一直線上で移動する。光学素子４０３は、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、及び／または他の光学的要素を備えることができる。光学素子４０３は、結晶４０４の内部、または近傍で、ビームウェストを再集束させることができる。いくつかの実施形態では、光学素子４０３は、波長が結晶４０４に入るとき、より同一直線上になるように、ウォークオフをおおよそ補償することができる。いくつかの実施形態では、光学素子４０３は、いずれの未消費の第４高調波を分離することができる。光学素子４０３の他の実施形態は、偏光特性方向４２１に対して垂直に偏光され、それにより、結晶４０４内で位相整合されないので、未消費の第４高調波を分離しないこともあり得る。偏光特性方向４２１は、信号波長、及び信号と第４高調波波長との合計の波長、の両方の電場の方向である。偏光特性方向４２１は、入力信号波長の偏光特性方向４２０に対して実質的に平行である。いくつかの実施形態では、光学素子４０３は、異なる波長のパルスを異なる時間の量だけ相対的に遅延させ、その結果、それらは、結晶４０４内部で実質的に同時に到着する。他の実施形態では、パルスが十分に長く、その結果、波長依存遅延を光学素子４０３内に組み込まないで、パルスが結晶４０４内部で重畳する。いくつかの実施形態では、光学素子４０３を省略することができる。全ての波長のレイリー範囲が十分に長く、さらにウォークオフがビーム直径に対して十分に小さく、かつパルス長さが十分に長くて両方の結晶内部で異なる波長が実質的重畳するという条件で、効率的混合が、再集束させることなく、結晶４０２及び４０３の両方で起こる場合、光学素子４０３を省略することができる。光学素子４０３は、コーティングされてもコーティングされなくてもよい。
【００４３】
結晶４０４は、信号と第４高調波との合計に対応する波長に対してほぼブリュースター角度で向けられた入力表面４４４を有することができる。このような実施形態では、表面４４４は、コーティングしないことが可能であり、これは、高強度のＵＶ放射線による損傷に対する感受性が減少する利点を有する。他の実施形態では、表面４４４は、反射防止コーティングを有することができる。いくつかの実施形態では、表面４４４は、出力光４１２に対して実質的に垂直であり得る。結晶４０４は、そのｏ軸を含む面が偏光特性方向４２１を含む面及び結晶４０２から来る出力光４１２の方向に対して実質的に平行であるように、向けられる。結晶４０４のｅ軸は、偏光特性方向４２１に対して実質的に垂直である。結晶４０４の１つのｏ軸は、位相整合を達成するように、出力光４１２の方向に対してある角度に回転される。約１４１６ｎｍ及び２２４ｎｍの波長を使用する約１００℃におけるＣＬＢＯ内でのタイプＩの整合の場合、この角度は約６５．４°である。同様の波長で約１００℃におけるＢＢＯの場合、この角度は約５０．０°である。いくつかの実施形態では、出力表面４５４は、出力波長の透過を最大限にするためにレーザーの出力波長に対しておおよそブリュースター角度で向けられる。前述の実施形態では、出力波長の偏光特性方向は、偏光特性方向４２１に対して垂直である。
【００４４】
好ましい実施形態は、光学素子４０５を使用し、所望の出力波長、すなわちレーザー出力４５０を他の不必要な波長４５１から分離することができる。光学素子４０５は、ビームスプリッタ、プリズム、格子、または他の光学的要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、結晶４０４の出力表面４５４のウォークオフと角度との組合せは、光学素子４０５を必要とせずに、レーザー出力４５０を他の波長から十分に分離することを達成することができる。
【００４５】
図４Ｂは、タイプＩの混合が最初の周波数混合段で使用され、タイプＩＩの混合が最終の周波数混合段で使用される周波数混合器４００Ｂの代替の実施形態を示す。最初の周波数混合段は、ＣＬＢＯなどの非線形結晶４０２’を含む。第４高調波（４ω）及び信号（ωｓ）波長は、方向４１０’に沿ってほぼ同一直線上で結晶４０２’に入り、結晶４０２’の内部または近傍のビームウェストに集束される（ビームウェストは図示せず）。この実施形態では、信号波長及び第４高調波の両方が、矢印４２０’によって示される方向で互いに実質的に平行であるそれらの電場ベクトルで偏光される。結晶４０２’のｏ軸を含む面は、方向４２０’を含む面と、結晶４０２’内の光の伝播の方向と、に対して平行である。結晶４０２’のｅ軸は、図４Ｂのページの面に対して垂直である。結晶４０２’のｏ軸は、位相整合を達成するように、結晶４０２’内の光の伝播の方向に対してある角度で回転される。１４１６ｎｍ近傍の信号波長及び２６６ｎｍ近傍の第４高調波波長を使用する約１００℃の温度におけるＣＬＢＯ内のタイプＩの整合の場合、この角度は約５３．５°である。同様な波長で約１００℃におけるＢＢＯの場合、この角度は約４２．４°である。適切な分野の当業者は、位相整合を達成するために、温度及び角度の異なる組合せを選択する方法を理解する。
【００４６】
いくつかの実施形態では、結晶４０２’の入力表面４４２’は、第４高調波波長のための方向４１０’に対しておおよそブリュースター角度であるように切断される。この角度は、入力表面４２２’上に一切の反射防止コーティングを必要とせずに、第４高調波波長の反射を最小限にする。いくつかの実施形態では、入力表面４４２’は、第４高調波及び／または信号波長の反射される光を減少させるための反射防止コーティングを有することができる。結晶４０２’の出力表面４５２’は、コーティングされてもよく、コーティングされなくともよい。コーティングしないことの利点は、コーティングは、強いＵＶ放射線に曝されると短い寿命を有することができることである。
【００４７】
結晶４０２’からの出力光４１２’は、光学素子４０３’によって、非線形結晶４０４’を含む最終の周波数混合段に向けられる。光学素子４０３’は、図４Ａを参照して上述した光学素子４０３と同じ機能を行う。光学素子４０３’は、光学素子４０３について説明したものと同様な要素で実現することができる。周波数混合器４００Ｂのいくつかの実施形態は、光学素子４０３’を省略することができる。
【００４８】
方向４２１’は、信号及び任意の未消費の第４高調波の両方の電場の方向である。方向４２１’は、信号波長の方向４２０’に対して実質的に平行である。信号と第４高調波との合計に対応する波長の光は、方向４２１’に対して垂直に偏光される。
【００４９】
周波数混合器４００Ｂでは、結晶４０４’は、信号と第４高調波との合計に対応する波長に対しておおよそブリュースター角度で向けられた入力表面４４４’を有することができる。そのような実施形態では、表面４４４’は、コーティングしないことが可能であり、これは、高強度のＵＶ放射線による損傷に対する感受性が減少する利点を有する。他の実施形態では、表面４４４’は、反射防止コーティングを有することができる。いくつかの実施形態では、表面４４４’は、光４１２に対して実質的に垂直であり得る。結晶４０４’は、そのｏ軸を含む面が方向４２１’に対して実質的に垂直であり、そのｅ軸が方向４２１’に対して実質的に平行であるように、向けられる。結晶４０４’のｏ軸は、位相整合を達成するように、結晶４０４’の内部の光の伝播の方向に対してある角度だけ回転される。約１４１６ｎｍ及び２２４ｎｍの波長を使用する約１００℃におけるＣＬＢＯ内のタイプＩＩの整合の場合、この角度は約７２．７°であり、同様の波長で約１００℃におけるＢＢＯの場合、この角度は約５３．１°である。いくつかの実施形態では、結晶４０４’の出力表面４５４’は、出力波長の透過を最大限にするために、レーザーの出力波長に対しておおよそブリュースター角度で向けられる。周波数混合器４００Ｂでは、レーザー出力４５０’の偏光特性方向は、方向４２１’に対して垂直である。
【００５０】
周波数混合器４００Ｂのいくつかの好ましい実施形態は、光学素子４０５’を使用し、レーザー出力４５０’を他の不必要な波長４５１’から分離する。光学素子４０５’は、ビームスプリッタ、プリズム、格子、または他の光学的要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、結晶４０４’の出力表面４５４’のウォークオフ及び角度の組合せは、光学素子４０５’を必要とせずに、レーザー出力４５０’を不必要な波長４５１’から十分に分離することを達成することができる。
【００５１】
周波数混合器４００Ａ及び４００Ｂの好ましい実施形態では、入力される第４高調波のかなりの部分、またはほとんど全てが、信号波長でのハイパワーの使用により、結晶４０２／４０２’内で消費される。いくつかの好ましい実施形態は、信号に十分にハイパワーのレベルを使用し、その結果、結晶４０２／４０２’内で作成される合計に信号周波数を加えたもののかなりの部分、またはほとんど全てが、結晶４０４／４０４’内で消費される。
【００５２】
ＣＬＢＯ結晶が、最終の２つの混合段で使用されるとき（すなわち、周波数混合気４００Ａの４０２及び４０４、または周波数混合器４００Ｂの４０２’及び４０４’）、タイプＩＩの混合に続いてタイプＩの混合を使用する図４Ａの実施形態は、最初の混合段について非線形係数が同様であるのに対して、最終の混合について約２倍の非線形係数（約０．５ｐｍ／Ｖと比較して約１ｐｍ／Ｖ）を有するという利点を有する。
【００５３】
ＢＢＯ結晶は、最初及び最終の段の両方で使用されるとき、タイプＩの変換が、両方の混合段についてタイプＩＩの約２倍程度以上より効率的であるので、図４Ａと図４Ｂの実施形態の間の効率の差は、小さい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、約１０６４ｎｍの基本波波長で十分なパワーを生成するために、１つ以上の増幅器を使用して基本波のパワーを増加させることができる。２つ以上の増幅器が使用される場合、好ましくは、１つのシードレーザーが全ての増幅器にシーディングし、それらが全て同じ波長を出力し、レーザーパルスが同期されるように、使用されるべきである。図５は、シードレーザー５０３が、所望の基本波波長（例えば、約１０６４ｎｍ）の安定化された狭帯域シードレーザー光５０４を生成することができる例示の増幅器モジュール５００を示す。いくつかの実施形態では、シードレーザー５０３は、ＮｄドープＹＡＧレーザー、Ｎｄドープイットリウムオルトバナデートレーザー、ファイバーレーザー、または安定化ダイオードレーザーのうちの１つである。シード光５０４は、光をより高いパワーレベルに増幅する第１の増幅器５０７に進む。いくつかの実施形態では、第１の増幅器５０７は、ＮｄドープＹＡＧまたはＮｄドープイットリウムオルトバナデートを含む。一実施形態では、増幅器ポンプ５０５は、第１の増幅器５０７をポンピングすることができるレーザーを備える。いくつかの実施形態では、このポンピングは、約８０８ｎｍの波長で、または約８８８ｎｍの波長で、動作する１つ以上のダイオードレーザーを使用して行うことができる。他の実施形態では、第１の増幅器５０７は、Ｙｂドープファイバー増幅器を含むことができる。
【００５５】
図５はまた、増幅器モジュール５００のいくつかの実施形態で使用することができる例示の追加の構成要素を示す。ＯＰＯ／ＯＰＡ１１６、周波数増倍モジュール１１０、及び周波数合成器１３３（図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、１９３．４ｎｍ近傍の波長が必要される出力パワーに依存する基本波レーザー波長を入力として受け取るので、必要とされる帯域幅、安定性、及びビーム品質で単一の増幅器によって便利に生成することができるさらなる基本波レーザー波長が必要とされ得る。実際には、光増幅器のパワー出力を増加させることにより、帯域幅の増加、熱レンズまたは他の影響によるビーム品質の劣化、安定性の低下、及び／または寿命の短縮をもたらす可能性がある。
【００５６】
したがって、増幅器モジュール５００のいくつかの実施形態では、第１の増幅器５０７及び追加の第２の増幅器５１７を使用し、異なる周波数変換段に向けられる２つの基本波レーザー出力１２８及び５２８をそれぞれ生成することができる。第２の増幅器５１７は、第１の増幅器５０７と実質的の同一であり得る。一実施形態では、増幅器ポンプ５１５は、第２の増幅器５１７をポンピングすることができるレーザーを備える。増幅器ポンプ５１５は、増幅器ポンプ５０５と実質的に同一であり得る。とりわけ、出力１２８及び５２８が同じ波長であり、かつ同期することを保証するために、同じシードレーザー５０３を使用して両方のレーザーにシーディングすることができる。ビームスプリッタ５１１及びミラー５１２は、シード光５０４を分割し、その一部を第２の増幅器５１７に向けることができる。
【００５７】
図６は、周波数ωｓのダウンコンバートされた信号を生成するように構成された例示のＯＰＯ／ＯＰＡ６００を示す。この実施形態では、ビーム合成器６１１は、基本波波長の入力レーザー光６００（基本波周波数ωに対応する波長）とシードレーザー６０３によって生成されたダウンコンバートされた信号周波数ωｓに対応する波長のシードレーザー光６０４とを合成する。
【００５８】
ビーム合成器６１１は、第１の波長を効率的に反射し、一方第２の波長を透過するダイクロイックコーティングを備えることができる（例えば、ビーム合成器６１１は、示されるように基本波を反射し、シードレーザー光を透過することができ、示されていないが、その逆も可能である）。ビーム合成器後、第１及び第２の波長は、周期的にポーリングされるニオブ酸リチウム、酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウム、ＫＴＰ、または他の適切な非線形結晶材料を含むことができる非線形変換器６０７を介して、実質的に同一直線上で移動する。
【００５９】
いくつかの好ましい実施形態では、ダイオードレーザーまたは低出力ファイバーレーザーなどのシードレーザー６０３は、約１４１６ｎｍ（約１３３０ｎｍ〜約１６１２ｎｍの範囲内、または約１３７８ｎｍ〜１４６１ｎｍの範囲内、または約１４１３ｎｍ〜約１４１７ｎｍの範囲内など）の波長を有するシードレーザー光６０４を生成し、それは、次に所望の周波数ωｓのダウンコンバージョンプロセスをシーディングするために使用される。シードレーザー６０３は、約１ｍＷ、数ｍＷ、または数十ｍＷのパワーのみを必要とする。いくつかの好ましい実施形態では、シードレーザー６０３は、例えば格子を使用することと、温度を安定化することと、によって安定化される。シードレーザー６０３は、望ましくは偏光した光を生成するべきであり、それは、次に基本波、すなわち入力レーザー光６０２の偏光特性に対して実質的に垂直に偏光された非線形変換器６０７に導入される。いくつかの実施形態では、非線形結晶は、自然放出に基づくレーザー／増幅器を作成するために、非線形変換器６０７の共振空洞内に収容することができる。
【００６０】
この実施形態では、ビームスプリッタ６２１（または、他の実施形態ではプリズム）は、波長ωｓのダウンコンバートされた信号１２９を未消費の基本波６２３から分離することができる。他の実施形態（図示せず）では、未消費の基本波６２３は、入力レーザー光６０２の次に到来するレーザーパルスに整合するように時間遅延を伴って非線形変換器６０７の入力に戻し、再循環することができる。ＯＰＯ／ＯＰＡ１３６（図１Ｃ）は、入力レーザー光６０２が、基本波（ω）ではなく、第２高調波（２ω）であることを除いて、図６に示されたものと同様な構成で実現することができる。
【００６１】
準ＣＷレーザーは、約５０ＭＨｚで動作するモードロック型レーザーなど高繰返し率レーザー、または基本波レーザー１０２のためのより高い繰返し率を使用して、構築することができる。真のＣＷレーザーは、基本波レーザー１０２のためのＣＷレーザーを使用して構築することができる。ＣＷレーザーは、十分なパワー密度を構築して効率的な周波数変換を得るために、周波数変換段の１つ以上が共振空洞内に収容されることを必要とすることができる。
【００６２】
一実施形態では、１０３０ｎｍ近傍の基本波波長は、約１０６４ｎｍの基本波の代わりに使用することができる。このような波長は、ＹｂドープＹＡＧ結晶またはＹｂドープファイバーの利得媒体を使用するレーザーによって生成することができる。１０３０ｎｍの基本波波長を用いると、約１５５２．８ｎｍのＯＰＯ信号の波長は、１９３．３６８ｎｍ近傍の最終の出力波長を生成する。上記と実質的に同様な周波数変換方式を使用し、第２高調波（５１５ｎｍ近傍）、第４高調波（２５７．５ｎｍ近傍）、信号（ωｓ）と第４高調波との合計（２２０．９ｎｍ近傍）を生成することができる。ＢＢＯまたはＣＬＢＯは、ＵＶ周波数変換及び混合段に使用することができる。他の非線形結晶もまた、周波数変換または混合段の一部に好適であり得る。
【００６３】
さらに別の実施形態では、１０４７ｎｍ近傍または１０５３ｎｍ近傍の基本波波長は、約１０６４ｎｍの基本波の代わりに使用される。１０４７ｎｍ近傍または１０５３ｎｍ近傍で動作するレーザーは、例えばＮｄ：ＹＬＦ（ネオジムドープイットリウムフッ化リチウム）に基づくことができる。適切な信号波長は、所望のレーザー出力波長を達成するように選択することができる。例えば、約１４８０ｎｍの波長を有する信号周波数ωｓは、１０４７ｎｍ近傍の基本波から１９３．４ｎｍ近傍の４ω＋２ωｓのレーザー出力を生成することができる。あるいは、約１４５７ｎｍの波長に対応する信号周波数は、１０５３ｎｍ近傍の基本波と共に使用し、同様のレーザー出力を生成することができる。
【００６４】
さらに別の実施形態では、１０３０ｎｍ、１０４７ｎｍ、または１０５３ｎｍ近傍の基本波レーザー波長は、３ω＋２ωｓを使用して約１９３．４ｎｍの出力波長を生成することができ、ωｓは、それぞれ約８８５ｎｍ、８６７ｎｍ、または８６１ｎｍである。
【００６５】
改善された１９３ｎｍのレーザーは、例えば第８高調波生成（概してより多くの周波数変換段を必要とする）よりも複雑でなく、かつより効率的であり、また２つの異なる基本波波長を合成するものよりもかなり複雑でない。したがって、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーは、フォトマスク、レチクル、またはウェハ検査時に、多くのシステム利点を提供することができる。
【００６６】
この改善された１９３ｎｍのレーザーは、２０１３年３月１２日にＣｈｕａｎｇらによって出願された米国特許出願第１３／７９７，９３９号（Ｐ３９１３）のレーザーと比較していくつかの利点を有する。第１の利点は、改善された１９３ｎｍのレーザーの最終の周波数変換段が、所与の基本波パワーからより高い出力パワーを、またはより低いパワーの基本波から同じ出力パワーを、生成する点でより効率的であるということである。第２の利点は、１．４μｍまたは１．５μｍ近傍で動作する光学的構成要素及びテスト機器は、波長が２．１μｍ近傍のものよりも容易に入手可能であるということである。第３の利点は、１．４μｍまたは１．５μｍ近傍の信号波長の場合、アイドラと比較してかなり多くのエネルギーが信号に入り、これにより、出力パワーへの基本波パワーのより効率的な変換が得られる（パワーのほぼ等量が信号及びアイドラに行くことになる２．１μｍ近傍の信号波長と比較すると）ということである。第４の利点は、１．４μｍ近傍または１．５μｍ近傍の信号波長は、いずれの水または−ＯＨの吸収ピークに近接しないので、結晶のいずれかの内部の、または光路の内部の、少量の水分をより大幅に許容できることをもたらすということである。第６の利点は、最終の周波数混合段（例えば、周波数混合モジュール１０３、図１Ａ）は、３つの入力波長（すなわち、第４高調波、基本波、及び信号）の代わりに２つのみの入力波長（すなわち、第４高調波、及び信号）を使用するということである。同じ利点の多くが、第３高調波を波長が約８００ｎｍ〜９００ｎｍの間の信号波長に合成する改善された１９３ｎｍのレーザー（図１Ｃ）に適用されることに留意されたい。
【００６７】
波長が１０６４ｎｍ、１０５３ｎｍ、１０４７ｎｍ、及び１０３０ｎｍ近傍で動作する基本波レーザーは、モードロック型、Ｑスイッチ型、準ＣＷ、及びＣＷレーザーを含めて、異なるパワーレベル及び繰返し率の範囲で容易に入手可能である。改善された１９３ｎｍのレーザーは、１ＭＨｚより高い繰返し率で動作することができ、これは、高速の検査用途にとって重要である。５０ＭＨｚより高い繰返し率で動作するモードロック型または準ＣＷ基本波レーザーの使用は、同じパワーのより低い繰返し率のレーザーと比較すると、高速の画像収集が可能となり、各パルスのピークパワーを減少させる（それにより、光学素子及び検査対象の物品に対する損傷が少なくなる）ので、半導体ウェハ、フォトマスク、及びレチクルの高速検査には特に有用である。上述の実施形態は、１９３．３ｎｍのレーザー出力を生成するために様々な基本波波長を使用することを記述しているが、１９３．３ｎｍの数ナノメートルの以内の他の波長は、信号波長の適切な選択を使用して生成することができる。そのようなレーザー及びそのようなレーザーを利用するシステムは、本発明の範囲内である。
【００６８】
図７〜１４は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つを備えることができるシステムを示す。これらのシステムは、フォトマスク、レチクル、またはウェハの検査及び計測用途で使用することができる。
【００６９】
図７は、１つのセンサ７７０上の画像または信号の２つのチャネルと同時に検出するレチクル、フォトマスク、またはウェハの検査システム７００を示す。照明源７０９は、本明細書に記載されたような改善された１９３ｎｍのレーザーを組み込む。光源は、パルス乗算器及び／または可干渉性低減スキームをさらに備える。２つのチャネルは、検査対象７３０が透明（例えば、レチクルまたはフォトマスク）のとき、反射された及び透過された強度を含むことができる、または入射角度、偏光特性状態、波長範囲、またはそれらのいくつかの組合せなどの２つの異なる照明モードを含むことができる。
【００７０】
図７に示されるように、照明中継光学素子７１５及び７２０は、照明源７０９から検査対象７３０へ照明を中継する。検査対象７３０は、検査対象となるレチクル、フォトマスク、半導体ウェハ、または他の物品であり得る。画像中継光学素子７４０、７５５、及び７６０は、検査対象７３０によって反射された、及び／または透過された光をセンサ７７０に中継する。２つのチャネルで検出される信号または画像に対応するデータは、データ７８０として示され、処理のためにコンピュータ（図示せず）に送信される。
【００７１】
レチクルまたはフォトマスクからの透過された及び反射された光を計測するように構成することができるレチクルまたはフォトマスクの検査システムの実施形態の他の詳細は、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，３５２，４５７号及び同第７，５２８，９４３号に記載されている。改善された１９３ｎｍのレーザーを組み込むことができるレチクル及びフォトマスクの検査システムについてのその他の詳細は、参照によってその両方が本明細書に組み込まれる米国特許第７，５２８，９４３号と同第５，５６３，７０２号によって提供される。
【００７２】
図８は、複数の対象と、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つと、を備える例示の検査システム８００を示す。システム８００では、レーザー源８０１からの照明は、照明サブシステムの複数のセクションに送られる。照明サブシステムの第１のセクションは、要素８０２ａ〜８０６ａを備える。レンズ８０２ａは、レーザー源８０１からの光を集束させる。レンズ８０２ａからの光は、次にミラー８０３ａで反射される。ミラー８０３ａは、照明の目的のためにこの位置に置かれるが、他の位置に配置することもできる。ミラー８０３ａからの光は、次に照明瞳面８０５ａを形成するレンズ８０４ａによって収集される。検査モードの要件に依存して、光を変調させるための開口部、フィルター、または他のデバイスを、瞳面８０５ａ内に置くことができる。瞳面８０５ａからの光は、次にレンズ８０６ａを通過し、照明フィールド面８０７を形成する。
【００７３】
照明サブシステムの第２のセクションは、要素８０２ｂ〜８０６ｂを備える。レンズ８０２ｂは、レーザー源８０１からの光を集束させる。レンズ８０２ｂからの光は、次にミラー８０３ｂで反射される。ミラー８０３ｂからの光は、照明瞳面８０５ｂを形成するレンズ８０４ｂによって収集される。検査モードの要件に依存して、光を変調するための開口部、フィルター、または他のデバイスを瞳面８０５ｂに置くことができる。瞳面８０５ｂからの光は、次にレンズ８０６ｂを通過し、照明フィールド面８０７を形成する。第２のセクションからの光は、次に、照明フィールド面８０７における照明フィールド光エネルギーが組み合わせられた照明セクションからなるように、ミラーまたは反射表面によって方向が変えられる。
【００７４】
フィールド面光は、次に、ビームスプリッタ８１０で反射される前に、レンズ８０９によって収集される。レンズ８０６ａ及び８０９は、対物瞳面８１１に第１の照明瞳面８０５ａの画像を形成する。同様に、レンズ８０６ｂ及び８０９は、対物瞳面８１１に第２の照明瞳面８０５ｂの画像を形成する。対物レンズ８１２（または、あるいは８１３）は、瞳光を受け取り、サンプル８１４に照明フィールド８０７の画像を形成する。対物レンズ８１２または対物レンズ８１３は、サンプル８１４の近くに配置することができる。サンプル８１４は、サンプルを所望の位置に配置するステージ（図示なし）で移動することができる。サンプル８１４から反射された、及び散乱された光は、高ＮＡの反射屈折対物レンズ８１２または対物レンズ８１３によって収集される。対物瞳面８１１に反射された光瞳を形成後、光エネルギーは、イメージングサブシステム内に内部フィールド８１６を形成する前に、ビームスプリッタ８１０及びレンズ８１５を通過する。この内部イメージングフィールドは、サンプル８１４及びそれに対応する照明フィールド８０７の画像である。このフィールドは、照明フィールドに対応する複数のフィールドに空間的に分離される。これらのフィールドの各々は、分離したイメージングモードをサポートすることができる。例えば、１つのイメージングモードは、明視野イメージングモードであり得るが、別のものは、暗視野イメージングモードであり得る。
【００７５】
これらのフィールドの１つは、ミラー８１７を使用して方向を変えることができる。方向を変えられた光は、次に、別のイメージング瞳８１９ｂを形成する前に、レンズ８１８ｂを通過する。このイメージング瞳は、瞳８１１及びそれに対応する照明瞳８０５ｂの画像である。検査モードの要件に依存して、光を変調するための開口部、フィルター、または他のデバイスは、瞳面８１９ｂに置くことができる。瞳面８１９ｂからの光は、次にレンズ８２０ｂを通過し、センサ８２１ｂ上に画像を形成する。同様な方式で、ミラーまたは反射表面８１７によって通過する光は、レンズ８１８ａによって収集され、イメージング瞳８１９ａを形成する。イメージング瞳８１９ａからの光は、次に、検出器８２１ａ上に画像を形成するために、レンズ８２０ａによって収集される。検出器８２１ａ上に結像された光は、センサ８２１ｂ上に結合された光と異なるイメージングモードに使用することができる。
【００７６】
システム８００で用いられる照明システムは、レーザー源８０１、収集光学素子８０２〜８０４、瞳面８０５の近くに置かれるビーム成形構成要素、及び中継光学素子８０６及び８０９からなる。内部フィールド面８０７は、レンズ８０６と８０９との間に位置する。１つの好ましい構成では、レーザー源８０１は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つを備えることができる。
【００７７】
レーザー源８０１に関して、透過の２つの点または角度を有する単一の均一なブロックとして示されているが、実際にはこれは、照明の２つのチャネル、例えば、要素８０２ａ〜８０６ａを通過する第１の周波数（例えば、１９３ｎｍ近傍の深ＵＶ波長）のレーザー光エネルギーなどの光エネルギーの第１のチャネルと、要素８０２ｂ〜８０６ｂを通過する第２の周波数（例えば、同じレーザーからの第４高調波などの異なる高調波、または異なるレーザーからの光）のレーザー光エネルギーなどの光エネルギーの第２のチャネルとを提供することができるレーザー源を表す。
【００７８】
レーザー源８０１からの光エネルギーは、９０度離されて放出されるように示され、要素８０２ａ〜８０６ａ及び８０２ｂ〜８０６ａは、９０度の角度で向けられるが、実際には、光は、必ずしも２次元ではなく、様々な向きで放出することができ、構成要素は、示されているものと異なるように向けることができる。図８は、したがって、用いられた構成要素の単なる表現であり、示された角度または距離は、縮尺されたものでも、設計のために具体的に必要とされるものでもない。
【００７９】
瞳面８０５ａ／８０５ｂの近くに置かれた要素は、開口部成形の概念を使用して現在のシステムに用いることができる。この設計を使用し、均一な照明または近似的に均一な照明、ならびに個々の点照明、リング照明、４重極照明、または他の所望のパターンを、実現することができる。
【００８０】
対物レンズのための様々な実施形態は、一般的なイメージングサブシステム内で用いることができる。単一の固定された対物レンズを使用することができる。単一の対物レンズは、全ての所望のイメージング及び検査モードをサポートすることができる。このような設計は、イメージングシステムが比較的大きなフィールドサイズ及び比較的高い開口数をサポートする場合、達成可能である。開口数は、瞳面８０５ａ、８０５ｂ、８１９ａ、及び８１９ｂに置かれる内部開口部を使用することにより、所望の値まで縮小することができる。
【００８１】
複数の対物レンズはまた、図８に示されるように使用することができる。例えば、２つの対物レンズ８１２及び８１３が示されているが、任意の数が可能である。そのような設計における各対物レンズは、レーザー源８０１によって生成される各波長に対して最適化することができる。これらの対物レンズ８１２及び８１３は、固定された位置を持つことができるか、サンプル８１４に近接する位置に移動することができるか、のいずれかである。複数の対物レンズをサンプルの近接に移動するために、標準的な顕微鏡に共通であるように、回転式タレットを使用することができる。サンプルの近接に対物レンズを移動するための他の設計は、限定するものではないが、ステージ上で横方向に対物レンズを平行移動させることと、ゴニオメータを使用して円弧上で対物レンズを平行移動させることと、を含めて、利用可能である。さらに、固定された対物レンズとタレット上の複数の対物レンズの任意の組合せを、本システムに従って達成することができる。
【００８２】
この構成の最大開口数は、０．９７に近付くまたはそれを超えることができるが、ある場合においてはより小さくてもよい。この高ＮＡの反射屈折イメージングシステムで可能である広範囲の照明及び収集角度は、その大きなフィールドサイズと組み合わせられて、システムが複数の検査モードを同時にサポートすることを可能にする。前の段落から理解できるように、複数のイメージングモードは、照明デバイスと関連する単一の光学的システムまたは機械を使用して実現することができる。照明及び収集について開示された高ＮＡは、同じ光学的システムを使用してイメージングモードの実行形態を可能にし、したがって、異なるタイプの欠陥またはサンプルについてのイメージングの最適化を可能にする。
【００８３】
イメージングサブシステムはまた、中間画像形成光学素子８１５を備える。画像形成光学素子８１５の目的は、サンプル８１４の内部画像８１６を形成することである。この内部画像８１６では、検査モードの１つに対応する光の方向を変えるように、ミラー８１７を置くことができる。イメージングモードのための光が空間的に分離しているので、この位置で光の方向を変えることが可能である。画像形成光学素子８１８（８１８ａ及び８１８ｂ）及び８２０（８２０ａ及び８２０ｂ）は、可変焦点ズーム、集束光学素子を備えた複数の無限焦点チューブレンズ、または複数画像形成マグチューブを含めて、いくつかの異なる形態で実現することができる。２００９年７月１６日に公開され、参照によって本明細書に組み込まれる米国公開出願第２００９／０１８０１７６号は、システム８００に関するさらなる詳細を記載している。
【００８４】
図９は、反射屈折イメージングシステム９００に直角入射レーザー暗視野照明の追加を示す。暗視野照明は、レーザー９０１と、照明ビームサイズ及び検査対象の表面上のプロファイルを制御するための適合化光学素子９０２と、機械的ハウジング９０４内の開口及び窓９０３と、光軸に沿うレーザーをサンプル９０８の表面への直角入射に方向を変えるプリズム９０５と、を備える。プリズム９０５はまた、サンプル９０８の表面特徴からの鏡面反射と、対物レンズ９０６の光学的表面からの反射と、を画像面９０９への光路に沿って向ける。対物レンズ９０６のためのレンズは、反射屈折対物レンズ、集束レンズ群、及びズームチューブレンズセクションの一般的な形態で設けることができる。好ましい実施形態では、レーザー９０１は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つによって実行することができる。２００７年１月４日に公開された公開米国特許出願第２００７／０００２４６５号は、参照により本明細書に組み込まれ、システム９００をさらに詳細に記載する。
【００８５】
図１０Ａは、表面１０１１の領域を検査するための照明システム１００１と収集システム１０１０を備える表面検査装置１０００を示す。図１０Ａに示されるように、レーザーシステム１０２０は、レンズ１００３を介して光ビーム１００２を向ける。好ましい実施形態では、レーザーシステム１０２０は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つと、アニール処理された結晶と、結晶のアニール処理された状態を、湿気また他の環境的汚染物質から保護することによって、標準的な動作の間維持するためのハウジングと、を備える。第１のビーム成形光学素子は、レーザーからビームを受け取り、そのビームを結晶内の、またはその近接のビームウェストの楕円形の断面に集束させるように構成することができる。
【００８６】
レンズ１００３は、その主要面がサンプル表面１０１１に対して実質的に平行であり、その結果、照明ライン１００５がレンズ１００３の焦点面内の表面１０１１上に形成されるように、向けられる。さらに、光ビーム１００２及び集束されたビーム１００４は、表面１０１１への非直交入射角度に向けられる。具体的には、光ビーム１００２及び集束されたビーム１００４は、表面１０１１への直角方向から約１度〜約８５度の間の角度に向けることができる。このように、照明ライン１００５は、実質的に、集束されたビーム１００４の面内にある。
【００８７】
収集システム１０１０は、照明ライン１００５から散乱された光を収集するためのレンズ１０１２と、レンズ１０１２から出る光を光感知検出器のアレイを備える電荷結合デバイス（ＣＣＤ）１０１４などのデバイス上に集束させるためのレンズ１０１３と、を備える。一実施形態では、ＣＣＤ１０１４は、検出器の線形なアレイを備えることができる。そのような場合では、ＣＣＤ１０１４内の検出器の線形なアレイは、照明ライン１０１５に対して平行に向けることができる。一実施形態では、複数の収集システムを備えることができ、収集システムの各々は、方向が異なる同様な構成要素を備えることができる。
【００８８】
例えば、図１０Ｂは、表面検査装置のための収集システム１０３１、１０３２、及び１０３３の例示のアレイを示す（その照明システムは、例えば、簡略化のために示されていないが、照明システム１００１のものと同様である）。収集システム１０３１内の第１の光学素子は、サンプル１０１１の表面から第１の方向に散乱された光を収集する。収集システム１０３２内の第２の光学素子は、サンプル１０１１の表面から第２の方向に散乱された光を収集する。収集システム１０３３内の第３の光学素子は、サンプル１０１１の表面から第３の方向に散乱された光を収集する。第１、第２、及び第３のパスは、サンプル１０１１の表面への異なる入射角度にあることに留意されたい。サンプル１０１１を支持するプラットホーム１０３５は、光学素子とサンプル１０１１との間の相対的運動を生じさせるために使用することができ、その結果、サンプル１０１１の表面全体を走査することができる。２００９年４月２８に発行された米国特許第７，５２５，６４９号は、参照により本明細書に組み込まれ、表面検査装置１０００及び他の複数の収集システムをさらに詳細に記載する。
【００８９】
図１１は、表面１１０１上の異常を検査するために使用することができる表面検査システム１１００を示す。この実施形態では、表面１１０１は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つを備えるレーザーシステム１１３０の実質的に静止した照明デバイス部分によって照明することができる。レーザーシステム１１３０の出力は、偏光光学素子１１２１、ビーム拡張器及び開口１１２２、及びビーム拡張し、集束させるためのビーム形成光学素子１１２３を連続して通過することができる。
【００９０】
集束されたレーザービーム１１０２は、次に、ビームフォールディング構成要素１１０３及びビーム偏向器１１０４によって反射され、表面を照明するために表面１１０１の方にビーム１１０５を向ける。好ましい実施形態では、ビーム１１０５は、表面１１０１に対して直角または垂直であるが、他の実施形態では、ビーム１１０５は、表面１１０１に対して斜めの角度であってもよい。
【００９１】
一実施形態では、ビーム１１０５は、表面１１０１に対して実質的に垂直または直角であり、ビーム偏向器１１０４は、表面１１０１からのビームの鏡面反射をビーム転向構成要素１１０３の方に反射し、したがって、鏡面反射が検出器に到達することを防ぐシールドとして機能する。鏡面反射の方向は、サンプルの表面１１０１に対して直角であるラインＳＲに沿う。ビーム１１０５が表面１１０１に対して直角である一実施形態では、このラインＳＲは、照明ビーム１１０５の方向と一致し、この共通の基準ラインまたは方向は、本明細書では検査システム１１００の軸と呼ばれる。ビーム１１０５が表面１１０１に対して斜めの角度である場合、鏡面反射ＳＲの方向は、ビーム１１０５の到来方向と一致しない、このような例では、表面法線の方向を示すラインＳＲは、検査システム１１００の収集部分の主軸と呼ばれる。
【００９２】
小さい粒子によって散乱された光は、ミラー１１０６によって収集され、開口１１０７及び検出器１１０８の方に向けられる。大きい粒子によって散乱された光は、レンズ１１０９によって収集され、開口１１１０及び検出器１１１１の方に向けられる。いくつかの大きい粒子は、検出器１１０７へ収集されて向けられる光を散乱することもあり、同様に、いくつかの小さい粒子は、検出器１１１１へ収集されて向けられる光を散乱することもあるが、そのような光は、それぞれの検出器が検出するように設計された散乱された光の強度と比較すると比較的低い強度である。一実施形態では、検出器１１１１は、光感知要素のアレイを備えることができ、光感知要素のアレイの各光感知要素は、照明ラインの拡大された画像の対応する部分を検出するように構成される。一実施形態では、検査システムは、パターン化されていないウェハ上の欠陥の検出での使用に適するように構成することができる。Ｍａｒｘらによって２００１年８月７日に発行された米国特許第６，２７１，９１６号は、参照により本明細書に組み込まれるが、検査システム１１００をさらに詳細に記載する。
【００９３】
図１２は、直角及び斜めの照明ビームの両方を使用して異常検出を実現するように構成された検査システム１２００を示す。この構成では、レーザーシステム１２３０は、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーのうちの１つを備え、レーザービーム１２０１を提供することができる。レンズ１２０２は、空間的フィルター１２０３を介してビーム１２０１を集束させ、レンズ１２０４は、そのビームを平行化し、偏光ビームスプリッタ１２０５に搬送する。ビームスプリッタ１２０５は、第１の偏光成分を直角照明チャネルに、かつ第２の偏光成分を斜めの照明チャネルに、通過させ、第１及び第２の成分は直交する。直角照明チャネル１２０６では、第１の偏光成分は、光学素子１２０７によって集束され、ミラー１２０８によってサンプル１２０９の表面の方に反射される。サンプル１２０９によって散乱された放射線は、放物面ミラー１２１０によって、検出器または光電子増倍管１２１１へ収集されて集束される。
【００９４】
斜めの照明チャネル１２１２では、第２の偏光成分は、ビームスプリッタ１２０５によって、そのようなビームを、半波長板１２１４を介して反射するミラー１２１３に反射され、光学素子１２１５によってサンプル１２０９に集束される。斜めのチャネル１２１２内の斜めの照明ビームから発生してサンプル１２０９によって散乱された放射線は、放物面ミラー１２１０によって収集され、光電子増倍管１２１１に集束される。検出器または光電子増倍管１２１１は、ピンホールの入口を有する。そのピンホール及び照明されたスポット（直角及び斜めの照明チャネルから表面１２０９上に）は、好ましくは放物面ミラー１２１０の焦点にある。
【００９５】
放物面ミラー１２１０は、サンプル１２０９からの散乱された放射線を平行化ビーム１２１６に平行化する。平行化ビーム１２１６は、次に対物レンズ１２１７によって、分析器１２１８を介して光電子増倍管１２１１に集束される。放物面形状以外の形状を有する湾曲した鏡面もまた、使用することができること留意されたい。機器１２２０は、スポットがサンプル１２０９の表面全体を走査するように、ビームとサンプル１２０９との間の相対的運動を提供することができる。Ｖａｅｚ−Ｉｒａｖａｎｉらによって２００１年３月１３日に発行された米国特許第６，２０１，６０１号は、参照により本明細書に組み込まれ、検査システム１２００をさらに詳細に記載する。
【００９６】
図１３は、検査または計測システムで、上述の改善された１９３ｎｍのレーザーと共に使用される例示のパルス乗算器１３００を示す。パルス乗算器１３００は、改善された１９３ｎｍのレーザー１３１０からの各入力パルス１３０１からパルス列を生成するように構成される。入力パルス１３０１は、入力パルス１３０１の偏光特性によって、偏光ビームスプリッタ１３０２に衝突し、その光の全てをレンズ１３０６に透過する。したがって、透過される偏光特性は、入力パルス１３０１の入力偏光特性に対して平行である。レンズ１３０６は、入力パルス１３０１を半波長板１３０５に集束させて向ける。概して、波長板は、光波の垂直偏光特性成分間で位相をシフトさせることができる。例えば、直線偏光を受け取る半波長板は、２つの波、光軸に対して平行である１つの波と、光軸に対して垂直であるもう１つの波と、を生成することができる。半波長板１３０５では、平行な波は、垂直な波よりも若干遅く伝播することができる。半波長板１３０５は、出射する光について、一方の波が他方の波に対して半波長だけ（１８０度）だけ正確に遅延されるように製造される。
【００９７】
したがって、半波長板１３０５は、各入力パルス１３０１からパルス列を生成することができる。パルス列の正規化された振幅は、ｃｏｓ２θ（θは半波長板１３０５の角度である）、ｓｉｎ２２θ、ｓｉｎ２２θｃｏｓ２θ、ｓｉｎ２２θｃｏｓ２２θ、ｓｉｎ２２θｃｏｓ３２θ、ｓｉｎ２２θｃｏｓ４２θ、ｓｉｎ２２θｃｏｓ５２θ、などである。とりわけ、レーザーパルスからのパルス列の総計のエネルギーは、実質的に半波長板１３０５を通過して保存することができる。
【００９８】
半波長板１３０５によって生成される奇数項からのエネルギーの合計は、
（ｃｏｓ２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ３２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ５２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ７２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ９２θ）２＋．．．
＝ｃｏｓ２２θ＋ｓｉｎ４２θ（ｃｏｓ２２θ＋ｃｏｓ６２θ＋ｃｏｓ１０２θ＋．．．）
＝２ｃｏｓ２２θ／（１＋ｃｏｓ２２θ）、に等しい。
【００９９】
対照的に、半波長板１３０５によって生成される偶数項からのエネルギーの合計は、
（ｓｉｎ２２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ２２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ４２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ６２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ８２θ）２＋（ｓｉｎ２２θｃｏｓ１０２θ）２＋．．．
＝ｓｉｎ４２θ（１＋ｃｏｓ４２θ＋ｃｏｓ８２θ＋ｃｏｓ１２２θ＋．．．）
＝ｓｉｎ２２θ／（１＋ｃｏｓ２２θ）、に等しい。
【０１００】
パルス乗算器１３００の一態様によれば、半波長板１３０５の角度θは、奇数項の合計が偶数項の合計に等しいことを提供するように、決定することができる（以下に示されるように）。
２ｃｏｓ２２θ＝ｓｉｎ２２θ
ｃｏｓ２２θ＝１／３
ｓｉｎ２２θ＝２／３
θ＝２７．４度
【０１０１】
半波長板１３０５を出射する光は、ミラー１３０４及び１３０３によって反射され、偏光ビームスプリッタ１３０２に戻る。したがって、偏光ビームスプリッタ１３０２、レンズ１３０６、半波長板１３０５、及びミラー１３０４及び１３０３は、リング空洞構成を形成する。リング空洞を通過後に偏光ビームスプリッタ１３０２に衝突する光は、半波長板１３０５によって生成される２つの偏光特性を有する。したがって、偏光ビームスプリッタ１３０２は、矢印１３０９によって示されるように、一部の光を透過し、他の光を反射する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１３０２は、入力パルス１３０１と同じ偏光特性を有するミラー１３０３からの光と透過する。この透過された光は、出力パルス１３０７としてパルス乗算器１３００を出射する。反射された光は、入力パルス１３０１のものに対して垂直の偏光特性を有し、リング空洞内に再導入される（簡略化のため、パルスは示されない）。
【０１０２】
とりわけ、これらの再導入されたパルスは、上述の方式でリング内を通過することができ、半波長板１３０５によってさらに部分的偏光特性の切換え後、偏光ビームスプリッタ１３０２によって光が分割される。したがって、概して、上述のリング空洞は、一部の光を出射させ、残りの光（いくらかの最小限の損失を伴う）がリングの周回を継続することを可能にするように構成される。リングの各通過時（追加の入力パルスの導入をせずに）、総計の光のエネルギーは、出力パルス１３０７としてリングを出射する光により、減少する。
【０１０３】
周期的に、新規の入力パルス１３０１がレーザー１３１０によってパルス除算器１３００に提供される。一実施形態では、レーザーは、約１２５ＭＨｚの繰返し率で約０．１ナノ秒（ｎｓ）のレーザーパルスを生成することができる。リングのサイズ、したがってリングの時間遅延は、矢印１３０８によって示される軸に沿ってミラー１３０４を移動させることにより、調整することができることに留意されたい。
【０１０４】
リング空洞の長さは、増倍率で除算したパルス間隔から直接に計算される公称の長さよりも僅かに大きい、または僅かに小さい、ことがある。これは、偏光ビームスプリッタと正確に同じ時間に到着しないパルスをもたらし、出力パルスを僅かに広げる。例えば、入力パルスの繰返し率が１２５ＭＨｚのとき、空洞遅延は、２による周波数増倍の場合、公称で４ｎｓになるであろう。一実施形態では、多重に反射されるパルスが、到来するパルスとして全く同時に到着しないように、４．０５ｎｓに対応する空洞長さを使用することができる。さらに、１２５ＭＨｚの入力パルス繰返し率の場合の４．０５ｎｓの空洞長さはまた、有利にパルスを広げ、かつパルス高さを減少させる。異なる入力パルス率を有する他のパルス乗算器は、異なる空洞遅延を有することができる。
【０１０５】
とりわけ、連携して働く偏光ビームスプリッタ１３０２及び半波長板１３０５は、リング内部を通過する各周回毎に減少する偶数及び奇数のパルスを生成する。これらの偶数及び奇数のパルスは、エネルギーエンベローブを提供するものとして特徴付けることができ、エネルギーエンベローブは、偶数のパルス列（すなわち、複数の偶数のパルス）または奇数のパルス列（すなわち、複数の奇数のパルス）からなる。パルス乗算器１３００の一態様によれば、これらのエネルギーエンベローブは、実質的に等しい。
【０１０６】
パルス増倍のさらなる詳細は、２０１２年６月１日に出願され、参照によって本明細書に組み込まれる同時係属中の米国特許出願第１３／４８７，０７５号、名称「レーザーパルス乗算器を使用する半導体検査及び計測システム」に見出すことができる。上記のパルス乗算器は、改善された１９３ｎｍのレーザーと共に使用することができる一例示に過ぎないことに留意されたい。この改善されたレーザーと他のパルス乗算器を合成することは、本発明の範囲内である。例えば、本明細書に記載の改善された１９３ｎｍのレーザーはまた、Ｃｈｕａｎｇらによって２０１２年１２月１１日に出願され、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／７１１，５９３号、名称「レーザーパルス乗算器を使用する半導体検査及び計測システム」に記載されているレーザーパルス乗算器のいずれかと共に使用することができる。
【０１０７】
図１４は、本発明の実施形態に従って、検査または計測システムへの組み込みに好適であるパルス化レーザーと連携して使用されるパルス成形または可干渉性低減デバイスの態様を示す。光源１４１０は、本明細書に記載の改善された１９３ｎｍのレーザーを備える。光源１４１０は、一連のパルスを含む光ビーム１４１２を生成する。この実施形態の一態様は、必要とされる１０分の１ピコ秒の時間間隔（１０分の１ピコ秒の時間間隔は、スペクトル幅の数ｎｍに等価である）で変えることができる光ビーム１４１２の実質的に迅速な時間的変調を行い、その時間的変調を空間的変調に変換するために、レーザーの有限のスペクトル範囲を利用することである。
【０１０８】
分散要素及び電気光学変調器の使用は、スペックル低減及び／またはパルス成形のために提供する。例えば、照明サブシステムは、光の可干渉性パルスのパス内に配置された分散要素を備える。図１４に示されるように、分散素子は、光の可干渉性パルスの断面に対して角度θ１で配設された面１４１４に配置することができる。図１４に示されるように、光のパルスは、角度θ１’及び断面寸法ｘ１’で分散要素を出射する。一実施形態では、分散要素はプリズムである。別の実施形態では、分散要素は回折格子である。分散要素は、光パルス内の光分布の空間的及び時間的特性を混合することにより、光のパルスの可干渉性を低減するように構成される。具体的には、プリズムまたは回折格子などの分散要素は、光のパルス内の光分布の空間的及び時間的特性の間を部分的に混合することを提供する。分散要素は、照明サブシステム及び計測または検査システムの光学的特性に依存して変わることができる任意の適切なプリズムまたは回折格子を備えることができる。
【０１０９】
照明サブシステムは、分散要素を出射する光のパルスのパス内に配置された電気光学変調器をさらに備える。例えば、図１４に示されるように、照明サブシステムは、分散要素を出射する光のパルスのパス内に配置された電気光学変調器１４１６を備えることができる。電気光学変調器１４１６は、光のパルス内の光分布を時間的に変調することにより、光のパルスの可干渉性を低減するように構成される。具体的には、電気光学変調器１４１６は、光分布の任意の時間的変調を提供する。したがって、分散要素及び電気光学変調器１４１６は、光源によって生成された光パルスに併用効果を有する。具体的には、分散要素と電気光学変調器１４１６の併用は、任意の時間的変調を作成し、その時間的変調を出力ビーム１４１８の任意の空間的変調に変換する。
【０１１０】
一実施形態では、電気光学変調器１４１６は、１０分の１ピコ秒の時間間隔の光のパルス内の光分布の時間的変調を変えるように構成される。別の実施形態では、電気光学変調器１４１６は、各期間で約１０３個の非周期的サンプルを提供し、それにより約１０−１３秒の非干渉性の時間を提供するように構成される。
【０１１１】
パルス成形、可干渉性、及びスペックル低減装置及び方法のさらなる詳細は、２０１１年１１月１７日に公開された同時係属中の米国公開特許出願第２０１１／０２７９８１９号と、２０１１年９月２２日に公開された米国公開特許出願第２０１１／０２２８２６３号と、に開示されている。これらの出願の両方は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１２】
本明細書に記載の構造及び方法の様々な実施形態は、単に本発明の原理の実例であり、本発明の範囲を記載の特定の実施形態に限定することを意図しない。例えば、ＣＬＢＯ、ＬＢＯ、またはＢＢＯもしくは周期的にポーリングされる材料以外の非線形結晶は、周波数変換及び混合段のいくつかで使用することができる。
【０１１３】
一実施形態におけるレーザーは、基本波レーザーと、基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する第１の周波数増倍モジュールと、第１の周波数増倍モジュールに結合されて、第４高調波を生成する第２の周波数増倍モジュールと、第１の周波数増倍モジュール及び基本波レーザーのうちの１つに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、光パラメトリック発生器及び第２の周波数増倍モジュールに結合されて、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備え、周波数混合モジュールが、２つの非線形結晶、タイプＩの変換によって第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数との合計に等しい周波数を生成するように構成された第１の非線形結晶と、タイプＩＩ変換によって第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数を生成するように構成された第２の非線形結晶と、を備えてもよい。
【０１１４】
一実施形態におけるレーザーは、基本波レーザーと、基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する周波数増倍モジュールと、周波数増倍モジュールに結合されて、第３高調波を生成する周波数合成器と、周波数増倍モジュール及び周波数合成器のうちの１つに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、光パラメトリック発生器及び周波数合成器に結合されて、第３高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備えてもよい。
【０１１５】
一実施形態における光生成方法は、約１０６４ｎｍの基本波長を生成することと、基本波長の第１の部分から第２高調波波長を生成することと、基本波長の第２の部分と、第２高調波波長の生成からの未消費の基本波長と、のうちの１つから約１４１６ｎｍのダウンコンバートされた信号波長を生成することと、第２高調波波長を使用して第４高調波波長を生成することと、第４高調波波長とダウンコンバートされた信号波長を混合し、第４高調波波長にダウンコンバートされた信号波長の周波数の２倍を加えたものに等しい周波数に対応する出力波長を生成することと、を含み、上記した混合することが、タイプＩの周波数合計及びタイプＩＩの周波数合計を含んでもよい。
【０１１６】
一実施形態における光生成方法は、約１０６４ｎｍの基本波長を生成することと、基本波長の一部から第２高調波波長を生成することと、未消費の基本高調波波長及び第２高調波波長の第１の部分から第３高調波波長を生成することと、第２高調波波長の第２の部分及び未消費の第２高調波波長のうちの１つから約８００ｎｍ〜９５０ｎｍの間のダウンコンバートされた信号波長を生成することと、第３高調波波長とダウンコンバートされた信号波長とを混合し、第３高調波波長にダウンコンバートされた信号波長の周波数の２倍を加えたものに等しい周波数に対応する出力波長を生成することと、を含んでもよい。
【０１１７】
一実施形態における検査システムは、約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーを備え、レーザーが、基本波レーザーと、基本波レーザーに結合されて、第２高調波を生成する第２高調波発生器と、基本波レーザー及び第２高調波発生器に結合されて、第３高調波を生成する周波数合成器と、第２高調波発生器に結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、光パラメトリック発生器及び周波数合成器に結合されて、第３高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備えてもよい。
【０１１８】
一実施形態における検査システムは、約１９３．４ｎｍの出力波長を生成するためのレーザーを備え、レーザーが、基本波レーザーと、基本波レーザーに結合されて、ダウンコンバートされた信号を生成する光パラメトリック発生器と、光パラメトリック発生器、または基本波レーザーに結合されて、第４高調波を生成する第４高調波発生器と、光パラメトリック発生器及び第４高調波発生器に結合されて、第４高調波とダウンコンバートされた信号の周波数の２倍との合計に等しい周波数のレーザー出力を生成する周波数混合モジュールと、を備え、周波数混合モジュールが、一方の非線形結晶がタイプＩの周波数合計を行い、他方の非線形結晶がタイプＩＩの周波数合計を行うように構成された２つの非線形結晶を備え、検査システムが、検出器と光学素子とを更に含み、光学素子が、検出器を使用して反射及び透過の画像を同時に収集するように構成されてもよい。
【０１１９】
上記した検査システムは、暗視野検査システムであってもよい。また、上記した検査システムは、照射のコヒーレンスを減少させるための少なくとも１つの音響光学変調器、または電気光学変調器をさらに備えてもよい。また、上記した検査システムは、パルス繰返し率を増加させるためのパルスレート乗算器をさらに備えてもよい。また、上記した検査システムは、同じ検出器を使用して反射及び透過の画像を同時に収集するための構成要素をさらに備えてもよい。また、上記した検査システムは、検査されているターゲット上に照射されたラインを形成するための構成要素をさらに備えてもよい。また、上記した検査システムは、ターゲット上に複数の同時に照射されたスポットを形成するための構成要素をさらに備えてもよい。また、上記した検査システムの基本波レーザーが、約１０６４．３ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ、または約１０３０ｎｍの基本波長を生成してもよい。
【図１Ａ】
2019095801.tif 000003
【図１Ｂ】
2019095801.tif 000004
【図１Ｃ】
2019095801.tif 000005
【図１Ｄ】
2019095801.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2019095801.tif 000010
【図４Ｂ】
2019095801.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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