(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２００ｎｍより短い波長を有する連続波（ｃｗ）干渉性出力放射を発生させるレーザ装置であって、
少なくとも希ガスまたは希ガス混合物を受けるチャンバと、
前記チャンバ内に焦点を合わされた少なくとも１つのｃｗ励起レーザを発生させて前記チャンバ内に少なくとも１つのレーザ維持プラズマを発生させる励起レーザ源と、
前記チャンバ内に位置するレンズシステムであって、約２００ｎｍより短い波長を有する少なくとも１つの連続波（ｃｗ）レーザを生成すべく、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマのエキシマ放出にフィードバックを提供する共焦または不安定共振器を形成するための光学キャビティを前記チャンバ内に提供するレンズシステムと、
を備え、
前記レンズシステムは、
前記ｃｗ励起レーザの波長以上の波長を透過し、前記エキシマ放出の波長範囲の少なくとも一部を含む波長において高い反射率を有する材料から形成される第１ミラーと、
前記エキシマ放出の前記波長範囲の少なくとも一部を含む波長において反射率を有する材料から形成される第２ミラーと、を備え、かつ、
前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマが、前記光学キャビティの形状と実質的に一致する形状を有するように構成される、レーザ装置。
【請求項２】
前記チャンバが前記希ガスまたは希ガス混合物を受け約１０バールより高い圧力に保持するよう構成される、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記希ガスまたは希ガス混合物が、Ｘｅ、Ｋｒ、またはＡｒのうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光学キャビティ内に位置するレージング媒体であって、エキシマ励起状態を用いてエネルギを励起原子状態に衝突的に伝達して前記レージング媒体から前記ｃｗレーザを生成するよう配置されたレージング媒体をさらに含む、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記ｃｗレーザが、紫外線（ＵＶ）または真空ＵＶ波長を有する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記チャンバが、前記希ガスまたは希ガス混合物を受け、約１０ａｔｍより高い圧力に保持するよう構成される、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記励起レーザ源が、約０．８から０．９μｍまたは約１μｍ以上の波長と１ｋＷ以上の平均出力とを有する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記励起レーザ源が、非干渉性ダイオードの複数のファイバ束である、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記励起レーザ源がＹｂ系能動性媒体の複数のファイバ束である、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記希ガスが、前記チャンバ内のいずれのヘテロ二量体に比較しても少なくとも５１％の相対充填圧力を有する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記希ガスまたは希ガス混合物を前記チャンバを通じて流すためのポンプを更に備える、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記励起レーザ源および前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムが、少なくとも０．２の小信号単一経路ゲインを有することにより前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマ内でエキシマ放出を生成するよう配置される、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記ゲインが励起分布の濃度数かける放出断面かける前記光学キャビティの長さおよび２よりも大きい範囲の能動性レーザ媒体に基づく、請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記光学キャビティが約１ｍｍと１０ｃｍの間の長さと約１００μｍから３ｍｍの範囲の直径を有する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムが、１つまたはそれ以上の線狭窄素子を有する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
フォトリソグラフィレティクルまたはウェーハの欠陥を検査する検査システムであって、
請求項１に記載のレーザ装置と、
レティクルまたはウェーハに出力ビームを向けるためのイメージング光学部品と、
前記出力ビームが前記レティクルまたはウェーから反射または散乱することに応じた前記出力ビームの前記レティクルまたはウェーハからの反射または透過に応じて検出信号または画像を受ける、検出器と、
前記検出信号または画像を分析して前記レティクルまたはウェーハ上の欠陥を検出するよう構成されたプロセッサおよびメモリと、を備える検査システム。
【請求項１７】
レティクルからウェーハへパターンを転写するフォトリソグラフィシステムであって、
請求項１に記載のレーザ装置と、
前記出力ビームを前記レティクルを通じてウェーハに向けるイメージング光学部品と、を備えるフォトリソグラフィシステム。
【請求項１８】
約２００ｎｍより短い波長を有する連続波（ｃｗ）干渉性出力放射を発生させるレーザ装置であって、
少なくとも希ガスまたは希ガス混合物を受ける第１チャンバと、
前記第１チャンバ内に焦点を合わされた少なくとも１つのｃｗ励起レーザを発生させて前記第１チャンバ内に少なくとも１つのレーザ維持プラズマを発生させる励起レーザ源と、
オリフィスを有する第２チャンバと、
前記第２チャンバ内に位置するレンズシステムであって、約２００ｎｍより短い波長を有する少なくとも１つの連続波（ｃｗ）レーザを生成すべく、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマのエキシマ放出にフィードバックを提供する共焦または不安定共振器を形成するための光学キャビティを前記第２チャンバ内に提供するレンズシステムと、
を備え、
前記第１チャンバが第１圧力を有するよう構成され、前記第２チャンバが前記第１圧力よりも相当に低い第２圧力を有するよう構成され、これにより、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマの前記第１チャンバから突き出した部分が前記オリフィスを通じて前記第２チャンバへ突き出され、
前記レンズシステムは、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマの前記第２チャンバへ突き出した部分が、前記光学キャビティの形状と実質的に一致する形状を有するように構成される、レーザ装置。
【請求項１９】
前記第１圧力が約１０バールよりも高く、前記第２圧力が約１トルよりも低く、前記オリフィスが約３０から２００μｍの間の直径を有する、請求項１８に記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記励起レーザ源が、前記光学キャビティの長さ方向に沿って整列された複数のレーザ維持マイクロプラズマを形成するための複数のｃｗレーザを発生させるための複数のファイバ束を含む、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項２１】
約２００ｎｍよりも短い波長を有する出力放射を生成する方法であって、
チャンバ内で少なくとも希ガスまたは希ガス混合物を受けることと、
前記チャンバ内に位置するレーザキャビティであって、エキシマ放出にフィードバックを提供するための共焦または不安定共振器を形成するレーザキャビティ内に前記エキシマ放出を引き起こすべく、励起レーザ源を用いて少なくとも１つのレーザ維持プラズマを発生させることと、
前記エキシマ放出および前記レーザキャビティからのフィードバックに基づいて前記レーザキャビティからエキシマレーザを出力することと、
前記エキシマレーザを半導体サンプルに向けることと、
前記半導体サンプル上の前記エキシマレーザに応じて前記半導体サンプルから反射または散乱した出力光に基づいて前記半導体サンプルを検査することと、を含み、
前記レーザキャビティは、
前記励起レーザ源が発生させるｃｗ励起レーザの波長以上の波長を透過し、前記エキシマ放出の波長範囲の少なくとも一部を含む波長において高い反射率を有する材料から形成される第１ミラーと、
前記エキシマ放出の前記波長範囲の少なくとも一部を含む波長において反射率を有する材料から形成される第２ミラーと、を備え、かつ、
前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマが、前記レーザキャビティの形状と実質的に一致する形状を有するように構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１３年１２月１７日にリチャード・Ｗ・ソラーズ等によって出願された、発明の名称が「サブ２００ｎｍレーザ励起等核エキシマレーザ」である米国特許仮出願第６１／９１７，３３９号の優先権を主張し、この出願の全体をここに引用して援用する。
【０００２】
本発明は、一般に、ウェーハおよびレティクル検査の分野に関する。本発明は特に、２００ｎｍより短い波長を有する干渉性連続波（ｃｗ）光源を提供する装置および技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、半導体製造産業では、シリコンなどの基板に積層されパターニングされる半導体材料を用いて集積回路を制作するために高度に複雑な技術が要求される。集積回路は、典型的には、複数のレティクルから製作される。レティクルの生成およびこれに続くレティクルの光学的な検査は、半導体の生産において標準のステップとなっている。まず、回路設計者は、特定の集積回路（ＩＣ）設計を示す回路パターンデータを、レティクル生産システムまたはレティクルライタに供給する。
【０００４】
回路集積化の大型化と半導体デバイスの大きさの減少により、レティクルおよび制作されるデバイスは、より欠陥に敏感になっている。すなわち、デバイスに故障を引き起こす欠陥が次第に小さくなりつつある。一般に、デバイスは、エンドユーザまたは顧客に発送する前に欠陥が無いことが求められる。
【０００５】
半導体産業において、半導体レティクルまたはウェーハ上の欠陥を検出するために様々な検査システムが使われている。検査ツールの１種として、光学検査システムがある。光学検査システムでは、１つまたはそれ以上の放射ビームが半導体ウェーハまたはレティクルに向けられ、その後、反射したおよび／または散乱したビームが検出される。検出されたビームは、検出電気信号または画像を生成するために用いられ、そして、このような信号または画像が分析され、ウェーハ上に欠陥が存在するかどうかが判断される。
【０００６】
レティクルまたはウェーハ上の欠陥を計測するための検査システムの多くにおいて、レーザが光源として使われる。レーザは、高輝度の光を供給でき、レンズを通じてサンプルへと容易に向けることのできる光の平行ビームを供給できる。これに加え、例えば、２００ｎｍよりも短い、短波長を有するレーザ源は、比較的小さな特徴サイズを検査するために有利に使うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１８１１９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
改善された検査技術およびサブ２００ｎｍの光源を有する装置に対する、継続的な要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、本開示の概要を、本発明の特定の実施形態の基本を理解するために単純化して示す。この概要は、本開示の全体の総括ではなく、また、本発明の鍵となるまたは重要な要素を特定するものではなく、本発明の範囲の輪郭を示すものではない。この概要の唯一の目的は、ここに開示された概念のいくつかを、以下に示す、より詳細な説明の前置きとして単純化された形で示すことである。
【００１０】
約２００ｎｍよりも短い波長の連続波（ｃｗ）干渉性出力放射を発生させるレーザ装置が開示される。この装置は、少なくとも希ガスまたは希ガス混合物を受けるチャンバと、前記チャンバ内で少なくとも１つのレーザ維持プラズマを発生させるために前記チャンバ内に焦点を合わされる少なくとも１つのｃｗ励起レーザを発生させるための励起レーザ源と、を含む。この装置はさらに、その内部で前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマが、約２００ｎｍよりも短い波長を有する少なくとも１つの連続波（ｃｗ）レーザを生成するための励起源として機能する光学キャビティを形成するためのレンズシステムを含む。
【００１１】
特定の実施態様において、前記チャンバが前記希ガスまたは希ガス混合物を受け、これを約１０バールよりも高い圧力に保持するよう構成される。他の実施態様において、前記希ガスまたは希ガス混合物がＸｅ、Ｋｒ、またはＡｒのうちの１つ又はそれ以上を含む。さらに他の例において、前記励起レーザ源および前記レンズシステムが、前記少なくとも１つのプラズマのエキシマ放出から前記ｃｗレーザを生成するよう配置される。さらに他の実施態様において、前記レーザ装置がさらに、前記光学キャビティ内に位置するレージング媒体を含む。この実施態様において、前記レージング媒体は、エキシマの励起状態を用いて、励起された原子状態に衝突的にエネルギを伝達し、前記レージング媒体から前記ｃｗレーザを生成するよう配置される。その他の例において、前記ｃｗレーザは、紫外線（ＵＶ）波長または真空ＵＶ波長を有する。
【００１２】
代替実施形態において、前記チャンバは、前記希ガスまたは希ガス混合物を受け、これを約１０ａｔｍよりも高い圧力に保持するよう構成される。他の実施形態において、前記励起レーザ源が、約０．８μｍから０．９μｍ以上または約１μｍ以上の波長を有し、１ｋＷ以上の平均出力を有する。他の実施形態において、前記励起レーザ源は、非干渉性ダイオードの複数ファイバ束である。さらに他の実施態様において、前記励起レーザ源はＹｂ系能動性媒体の複数のファイバ束である。その他の態様において、前記希ガスが前記チャンバ内のヘテロ二量体気体に比べて、少なくとも５１％の相対充填圧力を有する。他の実施形態において、前記レーザ装置が、前記希ガスまたは希ガス混合物を前記チャンバを通じて流すためのポンプを含む。
【００１３】
他の実態態様において、前記励起レーザ源および前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムが、前記少なくとも１つのプラズマのエキシマ放出から前記ｃｗレーザを生成するよう配置される。前記光学キャビティは、前記ｃｗ励起レーザの波長以上の波長を透過し、前記エキシマ放出の波長範囲の少なくとも一部を含む波長において高い反射率を有する材料から形成される第１ミラーと、前記エキシマ放出の前記波長範囲の少なくとも一部を含む波長において反射性を有する材料から形成される第２ミラーと、から形成される。
【００１４】
他の実施形態において、前記励起レーザ源および前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムが、少なくとも０．２の小信号単一経路ゲインを有することにより、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマ内にエキシマ放出を生成するよう配置される。さらに他の態様では、前記ゲインが励起分布の濃度数かける放出断面かける前記光学キャビティの長さおよび２よりも大きい範囲の能動性レーザ媒体に基づく。
【００１５】
他の実施態様において、前記光学キャビティが約１ｍｍから１０ｃｍの長さを有し、約１００μｍから３ｍｍの範囲の直径を有する。さらに他の態様において、前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマが、前記光学キャビティの形状と実質的に一致する形状を有する。さらに他の例では、前記レーザ装置が、オリフィスを有する第２のチャンバを含む。この態様において、前記第１のチャンバが第１の圧力を有するよう構成され、前記第２のチャンバが、前記第１の圧力よりも相当に低い第２の圧力を有するよう構成され、これにより、前記第１のチャンバから前記オリフィスを通じて前記第２のチャンバへと前記少なくとも１つのレーザ維持プラズマの突出部分を突出させる。この態様において、前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムは前記第２のチャンバに位置し、これにより、前記突出部分を受ける。１つの例において、前記第１の圧力は約１０バールよりも高く、前記第２の圧力が約１トルよりも低い圧力であり、前記オリフィスが、約３０μｍから２００μｍの直径を有する。他の態様において、前記励起レーザ源は、前記光学キャビティの前記長さに沿って整列された複数のレーザ維持マイクロプラズマを形成するための複数のｃｗレーザを発生させるための複数のファイバ束を含む。他の実施態様において、前記光学キャビティを形成するための前記レンズシステムが、１つまたはそれ以上の線狭窄要素を含む。
【００１６】
他の実施形態において、本発明は、フォトリソグラフィレティクルまたはウェーハの欠陥を検査する検査システムに関する。この検査システムは、上記の実施形態のいずれかに記載のレーザ装置と、前記出力ビームをレティクルまたはウェーハに向けるためのイメージング光学部品と、を含む。このシステムはまた、前記出力ビームの前記レティクルまたはウェーハからの反射またはこれによる散乱に応じた前記出力ビームの前記レティクルまたはウェーハからの反射またはこれの透過に応じた検出信号または画像を受ける検出器と、前記検出信号または画像を分析して前記レティクルまたはウェーハ上の欠陥を検出するよう構成されたプロセッサおよびメモリと、を含む。
【００１７】
他の実施形態において、本発明は、レティクルからウェーハへパターンを転写するフォトリソグラフィシステムに関する。このフォトリソグラフィシステムは、上記の実施形態のいずれかに記載のレーザ装置と、前記出力ビームをレティクルを通ってウェーハに向けるためのイメージング光学部品と、を含む。
【００１８】
代替実施形態において、本発明は、約２００ｎｍよりも短い波長を有する出力放射を発生させる方法に関する。少なくとも１つのレーザ維持プラズマが発生され、レーザキャビティ内にエキシマ放出を引き起こす。前記エキシマ放出に基づき、前記レーザキャビティからエキシマレーザが出力される。前記エキシマレーザは、半導体サンプルに向けられる。前記半導体サンプルは、前記エキシマレーザが前記半導体サンプルに当たることに応じて前記半導体サンプルから反射または散乱された出力光に基づき検査される。
【００１９】
本発明のこれらおよび他の態様が、さらに以下に図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】等核系エキシマレーザを発生させる処理を図示する図である。
【図２】本発明の第１の実施態様による、エキシマレーザ発生器の詳細図である。
【図３】本発明の第２の実施態様によるエキシマレーザ源発生器を図示する図である。
【図４】本発明の第３の実施態様によるプラズマ発生器を図示する図である。
【図５】代替実施形態における、同一点に光を向けるよう配置された複数のファイバ束を示す図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による連続波（ｃｗ）エキシマレーザを発生させるための手順を示すフローチャートである。
【図７Ａ】特定の実施形態によるフォトマスクからウェーハにマスクパターンを転写するリソグラフィシステムを示す簡易概要図である。
【図７Ｂ】特定の実施形態による検査装置の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の説明において、本発明を十分に理解できるよう、いくつかの特定の詳細が示される。本発明は、これらの特定の詳細のいくつかまたは全てが無くとも実施できる。他の場合には、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知の部品または処理操作を詳細に説明していない。本発明は、特定の実施形態に関連して説明するが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図は無いことを理解されたい。
【００２２】
序説
【００２３】
高出力のサブ２００ｎｍレーザ、特にｃｗ（連続波）レーザは、シリコン系半導体ウェーハの検査に望ましい。半導体レーザ制作に使われる材料はしばしば、９０ｎｍ程度までの小さいチップ検査や５０ｎｍ程度までの短い波長のチップ検査にも好適である反射率および吸収長を有する。欠陥検出のためのウェーハ検査ツールの感度は、レーザ自体の波長の逆数の少なくとも１（特定の応用法に依る）のべき法則に比例するため、この応用法のために短い波長のレーザが開発し続けられている。さらに、ｃｗ（ｑスイッチ、モードロック、ゲインスイッチ、または他のパルス形式などのパルス状ではない）が、ｃｗ光の適用によりウェーハのダメージが最小化されるため、好適である。
【００２４】
近年、ソリッドステートレーザの波長を調波変換により短い波長領域へと拡大させることに注目が集まっている。高変換効率を達成するために、調波変換は、基本波長と高調波波長とを位相整合させる非線形材料により行われる。これらの非線形材料の駆動を最適化するために、外部キャビティを配置して非線形材料を含めて、キャビティ内で基本または駆動フォトンを再循環させることができる。しかしながら、過去２０年以上にわたる、これらの材料の開発では、１ワットよりも遙かに大きい、信頼性のある（５０００−２００００時間）デバイスができていない。非線形材料を必要としないで動作するサブ２００ｎｍレーザが非常に強く望まれる。
【００２５】
エキシマ（励起二量体（エキサイティッド・ダイマ）の略）は、一般的に、寿命の短い、二量体またはヘテロ二量体分子であり、２つの種から形成され、これらの種のうちの少なくとも１つが、価電子殻が完全に埋まった構造を有する（例えば、希ガス）。この場合、このような分子の形成は、このような原子が電子的に励起された状態にある場合にのみ可能である。エキシマを使い、短い波長の光を発生させることができる。
【００２６】
ヘテロ核分子および２つ以上の種を有する分子はまた、エキシプレックス分子（励起錯体（エキサイティッド・コンプレックス）の略）とも呼ばれる。いくつかのエキシマレーザは、ＡｒＦ、ＸｅＦ、ＫｒＦ、ＡｒＣｌなど、ヘテロ核希ガスハロゲン化物ゲイン媒体および同族体やＦ２レーザなどに基づく。残念ながら、ヘテロ核希ガスハロゲン化物ゲイン媒体に基づくエキシマは、動作時にパルスごとのエネルギが高く、かつ、例えば、商用のデバイスにおいて約４ｋＨｚまでである中程度の反復速度のパルスレーザ（連続波でない）を生成することしかできない。
【００２７】
希ガスハロゲン化物ゲイン媒体に基づく、このようなエキシマレーザを、中間反復速度を有する短いパルスに制限する基本的な特性は、上部レージング状態を占める原因となる反応速度論、すなわち、束縛エキシマである。これらの制限の理由の１つは、ハロゲン系放電での束縛エキシマの形成のための経路が、負の電荷を有するハロゲン化物二量体と希ガスのイオン状態とのもりうち反応（ｈａｒｐｏｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）であることである。これらの動的反応の結果、当初の原料である気体ハロゲン二量体が消費され、これらの反応でハロゲン化物原子として放出される。この結果得られた自由原子の、負の電荷を有するハロゲン化物二量体または負の電荷を有するハロゲン化物イオンへの運動変換は遅く、追加急冷レージングなどのような、初期混合物におけるハロゲン化物二量体の量を増加させることによっては、解決できない。動的チェーンは、それ自体の反応物を消費し、反復速度を増加させるための唯一の解決法は、反応物を流してレージング領域を新しい材料を補給し続けることである。しかしながら、励起速度は、レーザ反復速度の４乗に比例して増大するため、この方法は成立させることはできない。よって、希ガスハロゲン化物エキシマおよびハロゲン化物エキシマは、中間反復速度および短いパルスの形式に制限されている。
【００２８】
レーザ励起等核エキシマレーザ
【００２９】
本発明の特定の実施形態では、ｃｗエキシマＵＶ（紫外線）および真空ＵＶレーザ放出を生成する、等核系エキシマレーザ発生器が提供され、この放出では、エキシマを形成することのできる高圧（１０バール以上）の気体を含む気体セルに焦点を合わせた高出力ｃｗ励起レーザを有するプラズマを作り出すことにより、レーザのゲイン領域が達成され維持される。等核気体の例としては、Ｘｅ２、Ｋｒ２、Ａｒ２、Ｎｅ２などの二原子希ガスやその混合物等があげられる。ヘリウムやネオンなどの軽い希ガス原子をこの混合物に追加することにより、必要な反応速度を加速することができる。
【００３０】
図１は、等核希ガスからエキシマレーザを発生させるための処理を図示する図である。図示するように、基底状態の希ガス（ＲＧ）原子１０２ａは、電子ｅ−によって励起されて励起状態希ガス（ＲＧ＊）原子１０４に遷移することができる。等核分子における束縛励起状態エキシマの形成のための主要な反応経路は、例えば、２つの基底状態希ガス原子と１つの希ガス材料の励起状態原子またはイオンとの３者の衝突である。図１の例において、基底状態ＲＧ１０２ｂが励起ＲＧ＊１０４および第３の粒子（Ｍ）１０６と衝突して希ガスエキシマ１０８を形成する。第３の粒子Ｍは、ガス混合物のもう１つの希ガス原子であってもよいが、ＲＧ原子またはＲＧ＊原子と同じ希ガスタイプである必要はない。エキシマは、寿命が短く、２つの基底状態原子１０２ｃおよび１０２ｄに崩壊し、フォトンを放出する（例えば、Ｘｅの場合、１７２ｎｍ）。励起ＲＧ＊１０４が、非常に高い圧力下で、３者衝突が結果生成されるエキシマを安定化されるほどに大幅な濃度で形成されたとき、十分な保存出力を得ることができ、適切に設計されたレーザキャビティ内でｃｗレーザ発振を維持することができる。
【００３１】
レーザポンプを用いてプラズマを励起する本発明による好適な方法に対して、放電励起を用いて、ｃｗ等核二原子エキシマを十分な濃度で形成するための試みが数多く行われてきた。これらのデバイスにおいて発振を維持するために必要な、１００ＭＷ／ｃｃ以上の桁程度の、保存寿命当たりの非常に高いエネルギ密度のため、ｃｗ放射は不安定であり、ｃｗレーザ発振を実証するために十分な保存エネルギ（出力）密度を供給することには失敗していた。一般的に、数十ナノ秒の期間の相対論的ｅ−ビーム励起源を使い、パルス等核二原子エキシマレーザを形成していた、または、ｃｗ電気放電を用いてこれらの種から非干渉性放射を得ていた。
【００３２】
発生されたエキシマは、その励起状態を、酸素原子、水銀原子、または他のＵＶまたはＶＵＶ領域に強い放出を有する原子などの種の原子励起状態に衝突的に転移させるために使うこともできる。これらの励起原子状態は、レージング媒体として使うことができる。つまり、プラズマ内で一般的にイオンになる原子を使い、エキシマから全てのエネルギを取り出し、これらの原子自体をレージングさせることができる。
【００３３】
等核系エキシマの方法の他の好適な特徴は、希ガスのみの高圧ガス混合物が、１５−１８ａｔｍまたはそれ以上、または１０ａｔｍよりも高い圧力でも、励起状態のエネルギ保存を維持することである。これにより、一般的には約１ａｔｍ程度で動作し数ａｔｍよりも大幅に高い圧力ではその蛍光が消滅する通常の希ガスハロゲン化合物とは異なる希ガスハロゲン化合物となる。よって、これらのｃｗ等核エキシマは、高い気圧を有し、したがって高いゲイン能力を有することにより、その低い誘導放出断面を補うことができる。
【００３４】
図２は、本発明の第１の態様におけるエキシマレーザ発生器２００をより詳しく図示する図である。図示するように、システムエキシマレーザシステム２００は、平均出力率が約１−３ｋＷまたはそれ以上（または１ｋＷ以上）の０．８から０．９μｍレーザまたは１μｍレーザなどの、高平均出力を有するｃｗレーザビーム２０３を発生させその焦点を合わせるためのレーザポンプ２０２を含む。特定の実施形態において、レーザポンプ２０２は、非干渉性ダイオードのファイバ束やＹｂ系能動性媒体のファイバ束などの形であってもよい。非干渉性ダイオードの場合、ファイバ束は受動性であり、ダイオードの放射をカプラの端部のみに搬送する。この例では、ダイオードは、１ｋＷ付近およびそれよりも高い出力の近赤外線波長であってもよい。Ｙｂ系レーザの場合、複数の励起ダイオードを、Ｙｂをドーピングしたガラス製のファイバの各々に結合することができる。ファイバ（受動性）またはファイバ（能動性）束の両方の源が、約１ｋＷ付近またそれより高く、３０ｋＷ程度までの範囲のｃｗ出力を有していてもよい。ガラスがドーピングされたファイバは、光（例えば、０．８ミクロンダイオード光）を吸収し、これを、例えば、１ミクロンのファイバ光に変換する。Ｙｂの方式において、各ファイバからの放出は、各々に対して非干渉性である。Ｙｂ波長は、ドリフトしないという利点があり、この結果、レーザ励起プラズマを、時間が経つにつれ、より安定させることができる。
【００３５】
１つの例では、エキシマレーザ発生器２００は、少なくとも希ガス又はここに説明する混合物が充填されるチャンバ２０４を含む。１つの実施形態において、希ガスは、チャンバに含まれる気体の５１％以上の相対充填圧力を有する。例えば、チャンバは、少数派構成要素の相対充填圧力が１から４９パーセントである気体を含む。
【００３６】
このチャンバ２０４内の圧力は、約１０バールから４０バールの範囲であってもよい。一旦チャンバ２０４に気体ポンプ２１２を介して入口バルブ２１２ａを通じて気体が充填されて特定の圧力に達すると、入口バルブ２１２ａを閉じてチャンバ２０４内に静的気体を形成することができる。チャンバ２０４は、球状などのいずれの適切な形状を有していてもよい。代替実施形態において、気体ポンプ２１２は、気体を、入口２１２ａを通じて内部へと循環させ、チャンバを通じて循環させ、出口バルブ２１２ｂを通じて外部へと循環させることができ、これにより、光学キャビティに垂直な気体の流れを形成する。
【００３７】
焦点を合わされたレーザ２０３は、第１ミラー２０６ａを通ってまたはこれの周りを通過し、チャンバ２０４内に含まれる実質的に等核な気体に焦点を合わされ、これにより、プラズマ２０８が形成される。この第１ミラー２０６ａは、励起レーザの波長以上の波長、例えば、約１μｍ以上の波長、を透過する材料から形成される。この第１ミラー２０６ａはまた、エキシマ放出の波長範囲の少なくとも一部、例えば、Ｘｅ２＊の場合には約１６５ｎｍから１７５ｎｍの範囲、を含む波長において高い反射率を有する。第１ミラー２０６ａは、異なるエキシマ放出波長を有する他の等核気体が使われた場合には、異なる反射率範囲を有していてもよい。
【００３８】
第１ミラー２０６ａは、第２ミラー２０６ｂと共に、エキシマ放出において生成されたフォトンのためのレーザキャビティ２０７を形成するように、第２ミラー２０６ｂに対して配置される。第２ミラー２０６ｂは、予想されるエキシマ波長（例えば、１７１ｎｍ）に対して約９０％以上の反射率を有する材料から形成される。エキシマにより生成されたレーザ２１０は、光学キャビティ２０７から出力される。
【００３９】
特定の実施形態に関わらず、光学キャビティのミラーは、共焦または不安定共振器を形成して能動性媒体にフィードバックを提供できる。すなわち、ミラーは、共焦キャビティの長さＬよりも共に長い曲率半径（Ｒ１およびＲ２）を有することができる。不安定共振器などの他の種類の共振器が形成されてもよい。
【００４０】
一般的に、エキシマ生成レーザ２１０は、励起反転分布が発生するとき、例えば、励起分布が低い状態分布よりも高いとき、に等核ガスから達成できる。小信号ゲインは単純に以下である。
【００４１】
Ｎ＊σＬ
【００４２】
ここで、Ｎ＊は、その中でレーザが生成されるレーザキャビティ内に存在する材料の励起状態分布の濃度（単位体積当たりの数）であり、σは放出断面積であり、Ｌはレーザキャビティまたはレージング処理により形成されたプラズマ２０８の経路長である。換言すると、Ｎ＊は各フォトンから見た励起状態分布密度であり、励起状態の数密度により特徴付けられ、σは、レーザキャビティ内のプラズマの誘導放出断面積である。
【００４３】
Ｎ＊σＬの結果は、一般的に２０％／Ｌ（ｃｍ）または０．２よりも大きいことが望ましく、この結果、エキシマ生成レーザが生成される。一例として、Ｎ＊σＬは、２以上の範囲を有する。Ｎ＊σＬが２と等しいということは、第１ミラーと第２ミラーとの間のエキシマ放出誘導により生成された各フォトンが、もう２つのフォトンを発生させるということを意味する。レーザがキャビティ内を移動するに従って起こる可能性のあるフォトンの損失を補償するために、十分に高い値が望まれる。フォトン損失は、照射ミラーにおける再吸収やミラー周りでの回析などによって引き起こされる可能性がある。
【００４４】
一例として、σは、Ｘｅ２＊の場合に、８ｘ１０−１８ｃｍ２±１０％である。レーザキャビティモードは、横電磁モード（ＴＥＭ００）レーザにおける約２００μｍなどの特定の断面直径Ｄを有する。図示する実施形態において、プラズマ２０８は球の形状を有し、光学キャビティの長さＬをカバーするためにこのレーザ断面Ｄよりも大きい直径を有する。しかしながら、球形状のプラズマ２０８は、光学キャビティ内でのエキシマレーザの形成に寄与しないエキシマ放出領域を有する。
【００４５】
ミラー（例えば、２０６ａおよび２０６ｂ）は、チャンバ２０４内に位置することができ、これにより、実用的な長さのレーザキャビティ長Ｌを達成する。例えば、ミラーは、約３ｍｍから１０ｃｍの間の長さＬを形成するようにお互いに対して配置される。
【００４６】
図２に図示する例では、レーザ維持プラズマが、おおよそ球体の形状に形成される。レーザキャビティは通常、相当に小さな半径（数百ミクロンのオーダー）の鉛筆または円筒形のような形状の体積からの放射を取り出し、長さは、２つのキャビティミラー間の距離である。代替実施形態において、プラズマは、レーザ発生器の部品によって、エキシマ励起の円筒形または鉛筆形のプラズマが生成されるように形状を決められ、これにより、光学キャビティの形状に、より一致させることができる。例えば、プラズマは、差異を有してポンプされた真空チャンバ内のオリフィスを通じて突き出すことにより円筒形の形状にすることができ、これにより、エキシマゲイン体積をレーザミラーにより形成される光学キャビティにより好適に一致させる。レーザキャビティ光学モードの体積に一致する体積内でゲイン媒体の上部レベルが残留する（または、より正確には、連続的に生成される）という特性を用いることにより、より高いレーザ効率が達成できる。
【００４７】
本発明の特定の実施形態は、プラズマ形状をより近くレーザキャビティの形状に一致させるよう発生する機構を含む。すなわち、１つ又はそれ以上のレーザ維持プラズマをｃｗエキシマレーザの励起源として用いて、このような複数のプラズマの形状が、約１ｍｍから１０ｃｍの合計長と約１００μｍから数ｍｍの範囲の直径を有するものとする。
【００４８】
図３は、本発明の代替態様によるエキシマレーザ源発生器を図示する図である。図２の部品と同じ符号の部品は、上述と同様の構成または動作を有する。図示するように、第１チャンバ２０４は、実質的な真空（例えば、１トル以下）に保たれる第２チャンバ３０４と隣接する。第１チャンバ２０４は、例えば、長方形などのいずれの適切な形状であってもよく、第２チャンバ３０４も同様である。差異ポンプ動作が、例えば、第１チャンバの入口２１２ａを通じて特定の圧力まで気体を追加し第２チャンバ３０４から気体を出口２１２ｂを通じて排出することにより達成できる。
【００４９】
第１および第２ミラー３０６ａおよび３０６ｂが、光学キャビティを形成し、この光学キャビティ内へとプラズマ部分３０２が第１および第２隣接チャンバ壁内のオリフィス３１４および第１ミラー３０６ａを通じて突き出される。すなわち、プラズマ２０８は高圧チャンバ２０４からオリフィス３１４を通じて、差異ポンプされる第２の低圧チャンバ３０４へと漏れ、また超音速的に膨張する。突き出されたプラズマ３０２は、約１ｃｍの長さを有していてもよく、これは、ミラー３０６ａおよび３０６ｂ間でエキシマゲイン長生成物を形成してエキシマレーザ３１０を生成するために十分である。
【００５０】
この実施形態において、プラズマは、高温プラズマとして残留し、励起レーザの焦点に直接存在しなくなったあとも、マイクロ秒単位の期間（例えば、数１０マイクロ秒）、ゲインを維持する。したがって、大きなレーザプラズマが高圧チャンバ（１０バール以上）で発生されたときには、このようなチャンバの片側のオリフィスが、図３に示すようにオリフィスまたは穴が形成される壁における、反対側の低圧チャンバ（１トル以下）に気体が超音速的に膨張することを可能にできる。特定の態様では、オリフィスは約３０から２００μｍの間の直径を有する。
【００５１】
ここで説明するレーザ発生システムのいずれも、プリズムまたはエタロン（例えば３１６）などの１つ又はそれ以上の線狭窄要素を、レージングキャビティ内に含んで、狭線放出を生成してもよい。ここで、「狭い」とは、非干渉性エキシマ蛍光放出線幅の半分よりも小さい任意の帯域幅と定義される。
【００５２】
他の線形プラズマ例において、プラズマ形状が、複数の小さなレーザ維持プラズマを線形に構成して、線形に配置されたマイクロプラズマの直径を追加することにより軸方向の寸法を達成することにより達成されてもよい。図４は、本発明の代替実施形態によるプラズマ発生器４００を図示する図である。図示するように、プラズマ発生器は、複数のファイバ束（例えば、４０１ａおよび４０１ｂ）を含み、この各々が励起光（例えば、４０２ａまたは４０２ｂ）を発生する。これらの別個のファイバ束は、各々が別個のレーザマイクロプラズマ（例えば４０４ａまたは４０４ｂ）を励起する光を移送する。図は、線状に配置された１２個の別個のファイバ束を示す。しかしながら、任意の適切な数のファイバ束を用いて、任意の数のマイクロプラズマを生成することができる。
【００５３】
この例では、各プラズマの中心が、（仮想の）円筒４０６の軸上に発生する。この配置により、ミラーを円筒４０６のキャップ部または端部に配置することを可能にし、これにより、システムがレーザへのフィードバックのために最大のゲインを有する。円筒４０６のゲインは、単位体積当たりのゲインエキシマの数と、誘導放出の断面積および２つのミラーの間に含まれる能動性プラズマの長さとの積に関連するため、フォトンの、２つのミラー間の１回の往復ゲインと同等の長さが得られるよう、ファイバを選択し配置することができる。このゲインが損失（吸収や散乱など）を上回る場合、円筒４０６の端部からレーザが発生する。
【００５４】
これに対し、図５の配置は、その光を同じ点に向けるよう配置された、代替実施形態による、複数のファイバ束（例えば、５０２）を示す。この配置の結果、１つの大きなボール状のプラズマ５０３が形成される。この例では、プラズマは、円筒軸５０４の方向に「長く」ない。この配置は、低いゲインを有しレーザ結果を有さない場合がある。しかしながら、この構成の他の配置は、上記で図２に関して説明されたレーザキャビティ内での損失を上回るゲインを達成する場合がある。
【００５５】
１５ａｔｍにおいて、これらのプラズマは、約３ｅＶの温度を有し、これにより、高圧気体セル密度の約１０分の１のプラズマ数密度となる。１７０ｎｍ近くのキセノンの放出は、全体の放出の約６％であると示されている。誘導放出断面積を８ｘ１０−１８ｃｍ２とすると、１７０ｎｍでのプラズマの小信号ゲインは、１ｍｍの長さのプラズマの場合、少なくとも３である。１５から１０ａｔｍのセル圧力およびプラズマ励起レベルは、約１００ＭＷ／ｃｍ２である。これらの仕様は、等核エキシマ生成においてうまく機能する。
【００５６】
等核分子を使ったエキシマ放出の結果、非常に短い波長となる。例えば、Ｘｅ２＊二量体のエキシマ放出の基本波長は、１７１ｎｍのピークを有し、Ｋｒ２＊二量体では１４６ｎｍ、Ａｒ２＊二量体では１２６ｎｍのピークを有する。本発明のエキシマレーザ発生実施形態では、非線形材料（３ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）またはベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）結晶など）を用いることなくこれらの波長を達成してレーザの高調波を形成する。これに加え、高調波に基づくレーザシステムとは異なり、本発明のｃｗエキシマレーザ発生器は、少なくとも５ワット以上の平均パワー出力と与えられた寿命を有するレーザを生成することができる。
【００５７】
図６は、本発明の１つの実施形態におけるｃｗエキシマレーザを発生させるための手順６００を示すフローチャートである。まず、動作６０２において、少なくとも１つのレーザ維持プラズマを発生させることができ、これにより、レーザキャビティ内にエキシマ放出を引き起こす。次に、動作６０４において、このようなエキシマ放出に基づきレーザキャビティからレーザを出力できる。次に、動作６０６において、このレーザエキシマを半導体ウェーハまたはレティクルなどのサンプルに向けることができる。そして、動作６０８において、サンプル上のエキシマレーザに応答してサンプルから反射または散乱される出力光に基づき、サンプルを検査することができる（またはこのようなサンプル上で計測を行うことができる）。
【００５８】
システム例
【００５９】
ここに説明するレーザ装置は、任意の適切な光学システムに統合できる。システムの例としては、フォトリソグラフィシステムや半導体ウェーハまたはレティクル検査または計測ツールなどが挙げられる。
【００６０】
図７Ａは、特定の実施形態による、フォトマスクＭからウェーハＷにマスクパターンを転写するために使用できる典型的なリソグラフィシステムを単純化して示す概要図である。このようなシステムの例としては、スキャナや、ステッパ、より詳しくは、オランダ国フェルトホーフェン（Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）にあるＡＳＭＬ社から入手できるＰＡＳ５５００システムなどが挙げられる。一般的には、照射源７０３が光ビームを、照射レンズ７０５を通じて、マスク平面７０２上に位置するフォトマスクＭへと向ける。
【００６１】
照射源７０３は、上述のレーザ装置のいずれの形態を有していてもよい。照射レンズ７０５は、その平面７０２上に開口数７０１を有する。開口数７０１の値は、フォトマスク上のどの欠陥がリソグラフィ上重要な欠陥であり、どの欠陥がそうでないかの決定に影響を与える。フォトマスクＭを通過するビームの一部が、イメージング光学部品７５３を通ってウェーハＷに向けられてパターン転写を開始するパターン化光学信号を形成する。
【００６２】
図７Ｂは、特定の実施形態による、平面７５２上に比較的大きな開口数７５１ｂを有するイメージングレンズ７５１ａを含む、検査（または計測）システム７５０の概要図である。図示する検査システム７５０は、例えば、向上した検査のために６０−１０００Ｘの倍率を提供するよう設計された顕微拡大光学部品７５３を含む。検査システムの平面７５２上の開口数７５１ｂはしばしば、リソグラフィシステム７００の平面７０２上の開口数７０１よりかなり大きく、これにより、テスト検査画像と実際に印刷された画像との間に差異を生じさせる。これらの光学システム（７００、７５０）の各々は、生成された画像に異なる光学的な効果を及ぼし、このようなシステムには、検査または計測処理中におけるこのような効果を補償するための技術を実装できる。
【００６３】
ここに説明するレーザ装置は、図７Ｂに概略を示すシステムのような、様々な特殊な構成の検査システム上で実装することができる。システム７５０は、照射光学部品７５１を通じて平面７５２上のフォトマスクまたはウェーハなどのサンプルＳに向けられるレーザビームを生成する照射源７６０を含む。他の実施形態は、平面７５２上のウェーハの前にビームスプリッタを配置することを含む。この実施形態において、光はビームスプリッタを通過してウェーハに向かい、ビームスプリッタへと反射されて、ビームスプリッタが、ウェーハ画像の一部を、入射および反射ビーム経路に対して角度を有して配置されるセンサへ向ける。光源は、ここに説明したレーザ装置のいずれの形態を有していてもよく、これにより、２００ｎｍよりも短い波長を有する光を発生させる。上記で説明したように、検査システム７５０は、対応するリソグラフィシステムの平面開口数（例えば、図７Ａの要素７０１）よりも大きくてもよい、平面７５２上の開口数７５１ｂを有する。検査対象のサンプルＳは、平面７５２上に配置され、源に露光される。
【００６４】
サンプルＳからのパターン化画像は、一群の拡大光学要素７５３を通り、この要素７５３がパターン化画像をセンサ７５４に投影する。適切なセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＣＤアレイ、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサ、ＴＤＩセンサアレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、および他のセンサを含む。反射システムでは、光学素子がサンプルに光を照射し、反射された画像を捕捉する。
【００６５】
センサ７５４に捕捉された信号は、コンピュータシステム７７３またはより一般的には信号処理装置により処理することができ、これらの装置は、処理のためにセンサ７５４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成されるアナログ−デジタル変換器を含んでいてもよい。コンピュータシステム７７３は、検知した光ビームの強度、位相、および／または他の特徴を分析するよう構成してもよい。コンピュータシステム７７３は、結果のテスト画像および他の検査特徴を表示するためのユーザインターフェース（例えば、コンピュータスクリーン上に）を提供するよう構成（例えば、プログラム命令により）されてもよい。コンピュータシステム７７３はまた、検知閾値の変更などのユーザ入力を可能にするための１つまたはそれ以上の入力装置（例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック）を含んでいてもよい。特定の実施形態において、コンピュータシステム７７３は、以下に詳細を示す検査技法を実行するよう構成される。コンピュータシステム７７３は、典型的には、入出力ポートに結合した１つ又はそれ以上のプロセッサと、適切なバスまたは他の通信機構を介して１つまたはそれ以上のメモリと、を含む。
【００６６】
このような情報およびプログラム命令は、特別に構成されたコンピュータシステム上で実装できるため、このようなシステムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に保存することのできる、ここで説明した様々な動作を実行するためのプログラム命令／コンピュータコードを含む。機械読み取り可能な媒体の例としては、ここに挙げられるものに制限されないが、ハードディスク、フロッピディスク、磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光学媒体、光学ディスクなどの磁気光学媒体、読み出し専用記憶装置（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのプログラム命令を保存して実行するよう特別に構成されたハードウェア装置が挙げられる。プログラム命令の例としては、コンパイラなどにより生成される機械コードと、コンピュータによりインタプリタを使って実行できる、より高レベルのコードを含むファイルと、の両方が挙げられる。
【００６７】
特定の実施形態において、サンプルを検査するシステムは、以下の動作を実行するよう構成された、少なくとも１つのメモリと少なくとも１つのプロセッサとを含む：テスト送信画像および／またはテスト反射画像を含む、サンプルのテスト光強度画像を生成すること、および、テスト光強度画像を参照画像（撮像されたサンプルからのものまたは設計データベースからのもの）に基づいて分析して欠陥を特定すること。
【００６８】
上述の図面および説明は、システムの特定の部品に対する制限として解釈すべきではなく、また、システムは、多くの他の形態で実施できることに留意されたい。例えば、検査または測定ツールは、いくつかの適切な既知の、レティクルまたはウェーハの特徴の重要な側面を解決するよう配置された撮像または計測ツールのいずれかであってもよいと企図される。例として、検査または測定システムは、明視野撮像顕微鏡、暗視野撮像顕微鏡、全天撮像顕微鏡、位相差顕微鏡、偏光差顕微鏡、および干渉性プローブ顕微鏡のために適していてもよい。また、単一および複数の撮像方法を用いて対象物の画像を撮影してもよい。これらの方法は、例えば、単一グラブ、二重グラブ、単一グラブ干渉性プローブ顕微鏡（ＣＰＭ）、および二重グラブＣＰＭ方法を含む。光波散乱計測法などの非撮像光学方法を用いてもよい。
【００６９】
上述の発明は、理解を明確にするためにいくらかの詳細を説明したが、添付の請求項の範囲内で特定の変更および修正が実行できることは明らかである。本発明の処理、システム、および装置を実装するために多くの代替方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、制約としてではなく例示として理解されるべきであり、本発明は、ここに記載した詳細に制限されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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