(57)【要約】    改良されたレーザーシステムおよび関連する技術は、１０６４ｎｍに近い基本真空波長から、約１９３．３６８ｎｍの紫外線（ＵＶ）波長を発生させる。好適な実施形態は、入力波長の未消費の部分を少なくとも一段階に分割し、別の段階での使用のためにその未消費の部分を向け直す。改良されたレーザーシステムおよび関連する技術は、産業において現在使用されているそれよりも、より安価で、より長寿命のレーザーをもたらす。これらのレーザーシステムは、簡単に入手可能で、比較的安価な部品によって構築され得る。
2015524080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムであって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーと、
前記基本振動数を下方変換し、前記基本振動数の半高調波であるＯＰ出力を発生させるように構成された光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、
第５の調和振動数を発生させるために、前記ＯＰモジュールの未消費の基本振動数を使用するように構成された第５の高調波発生器モジュールと、
前記約１９３．３６８ｎｍの波長光を有するレーザー出力を発生させるために、前記第５の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合するための振動数混合モジュールと、を含む、レーザーシステム。
【請求項２】
前記基本波レーザーが、イッテルビウム添加ファイバーレーザーを含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項３】
前記基本波レーザーが、Ｑ−スイッチ、モードロック、および連続波（ＣＷ）レーザーのうち１つを含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項４】
前記基本波レーザーが、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネットレーザー媒体、ネオジム添加イットリウムオルトバナジウムレーザー媒体、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物を含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項５】
前記ＯＰモジュールが、約２１２７ｎｍの波長光または約２１０９．７ｎｍの波長光を発生させる種レーザーを含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項６】
前記ＯＰモジュールが、半導体レーザーまたはファイバーレーザーを含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項７】
前記第５の高調波発生器モジュールが、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器と、
前記第２の調和振動数を倍増し、第４の調和振動数を発生させるように構成された、第４の高調波発生器と、
前記第５の調和振動数を発生させるために、前記第４の調和振動数と前記第２の高調波発生器の未消費の基本振動数とを結合するように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項８】
前記第５の高調波発生器モジュールが、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器と、
第３の調和振動数を発生させるために、前記第２の調和振動数と前記第２の高調波発生器の未消費の基本振動数とを結合するように構成された、第３の高調波発生器と、
前記第５の調和振動数を発生させるために、前記第３の調和振動数と第３の高調波発生器の未消費の第２の調和振動数とを結合するように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項１に記載のレーザーシステム。
【請求項９】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムであって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるように構成された、基本波レーザーと、
第５の調和振動数を発生させるために、前記基本振動数を使用するように構成された、第５の高調波発生器モジュールと、
前記第５の高調波発生器モジュールの未消費の基本振動数を下方変換し、前記基本振動数の半高調波であるＯＰ出力を発生させるように構成された、光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、
前記約１９３．３６８ｎｍの波長光を有するレーザー出力を発生させるために、前記第５の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合するための振動数混合モジュールと、を含む、レーザーシステム。
【請求項１０】
前記基本波レーザーが、イッテルビウム添加ファイバーレーザーを含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１１】
前記基本波レーザーが、Ｑ−スイッチ、モードロック、および連続波（ＣＷ）レーザーのうち１つを含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１２】
前記基本波レーザーが、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネットレーザー媒体、ネオジム添加イットリウムオルトバナジウムレーザー媒体、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物を含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１３】
前記第５の高調波モジュールが、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器と、
前記第２の調和振動数を倍増し、第４の調和振動数を発生させるように構成された、第４の高調波発生器と、
前記第４の調和振動数と前記第２の高調波発生器の未消費の基本振動数とを結合し、第５の調和振動数を発生させるように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１４】
前記第５の高調波発生器モジュールが、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器と、
第３の調和振動数を発生させるために、前記第２の調和振動数と前記第２の高調波発生器の未消費の基本振動数とを結合するように構成された、第３の高調波発生器と、
前記第５の調和振動数を発生させるために、前記第３の調和振動数と前記第３の高調波発生器の未消費の第２の調和振動数とを結合するように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１５】
前記ＯＰモジュールが、約２１２７ｎｍまたは約２１０９．７ｎｍの波長光を発生させる種レーザーを含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１６】
前記ＯＰモジュールが、半導体レーザーまたはファイバーレーザーを含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１７】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムであって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるように構成された、基本波レーザーと、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器モジュールと、
第５の調和振動数を発生させるために、前記第２の調和振動数を倍増し、結果として生じる振動数を前記第２の高調波発生器モジュールの未消費の基本振動数と結合するように構成された、第５の高調波発生器モジュールと、
前記第５の高調波発生器モジュールから前記第２の調和振動数の未消費の部分を下方変換し、約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるように構成された光パラメトリック（ＯＰ）モジュールであって、ωは前記基本振動数である、ＯＰモジュールと、
約１９３．３６８ｎｍの対応する波長を有するレーザー出力を発生させるために、前記第５の調和振動数と前記ＯＰアイドラーとを結合するように構成された、振動数混合モジュールと、を含む、レーザーシステム。
【請求項１８】
前記基本波レーザーが、イッテルビウム添加ファイバーレーザーを含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項１９】
前記基本波レーザーが、Ｑ−スイッチ、モードロック、および連続波（ＣＷ）レーザーのうち１つを含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２０】
前記基本波レーザーが、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネットレーザー媒体、ネオジム添加イットリウムオルトバナジウムレーザー媒体、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物を含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２１】
前記ＯＰモジュールが、約２１２７ｎｍまたは約２１０９．７ｎｍの波長光を発生させる種レーザーを含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２２】
前記ＯＰモジュールが、半導体レーザーまたはファイバーレーザーを含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２３】
前記第５の高調波発生器モジュールが、
前記第２の調和振動数を倍増し、第４の調和振動数を発生させるように構成された、第４の高調波発生器と、
前記第５の調和振動数を発生させるために、前記第４の調和振動数と前記未消費の基本振動数とを結合するように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２４】
前記第５の高調波発生器モジュールが、
第３の調和振動数を発生させるために、前記第２の調和振動数と前記未消費の基本振動数とを結合するように構成された、第３の高調波発生器と、
前記第５の調和振動数を発生させるために、前記第３の調和振動数と前記第３の高調波発生器の未消費の第２の調和振動数とを結合するように構成された、第５の高調波発生器と、を含む、請求項１７に記載のレーザーシステム。
【請求項２５】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムであって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるように構成された、基本波レーザーと、
前記基本振動数を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器モジュールと、
前記第２の調和振動数の一部を下方変換し、ωは前記基本振動数である、約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるように構成された、光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、
前記ＯＰモジュールの前記第２の調和振動数の他の部分を倍増し、第４の調和振動数を発生させるように構成された、第４の高調波モジュールと、
約１９３．３６８ｎｍの対応する波長を有するレーザー出力を発生させるために、前記第４の調和振動数と前記ＯＰ信号とを結合するように構成された、振動数混合モジュールと、を含む、レーザーシステム。
【請求項２６】
前記基本波レーザーが、イッテルビウム添加ファイバーレーザーを含む、請求項２５に記載のレーザーシステム。
【請求項２７】
前記基本波レーザーが、Ｑ−スイッチ、モードロック、および連続波（ＣＷ）レーザーのうち１つを含む、請求項２５に記載のレーザーシステム。
【請求項２８】
前記基本波レーザーが、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネットレーザー媒体、ネオジム添加イットリウムオルトバナジウムレーザー媒体、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物を含む、請求項２５に記載のレーザーシステム。
【請求項２９】
前記ＯＰモジュールが、約２１２７ｎｍまたは約２１０９．７ｎｍの波長光を発生させる種レーザーを含む、請求項２５に記載のレーザーシステム。
【請求項３０】
前記ＯＰモジュールが、半導体レーザーまたはファイバーレーザーを含む、請求項２５に記載のレーザーシステム。
【請求項３１】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムであって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるように構成された、基本波レーザーと、
前記基本振動数の一部を下方変換し、前記基本振動数のおよそ半高調波であるＯＰ出力を発生させるように構成された、光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、
前記基本振動数の他の部分を倍増し、第２の調和振動数を発生させるように構成された、第２の高調波発生器と、
前記第２の調和振動数を倍増し、第４の調和振動数を発生させるように構成された、第４の高調波発生器と、
約４．５の調和振動数を発生させるために、前記第４の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合するように構成された、第１の振動数混合モジュールと、
約１９３．３６８ｎｍの対応する波長を有するレーザー出力を発生させるために、前記第２の高調波発生器の未消費の基本振動数と前記約４．５の調和振動数とを結合するように構成された、第２の振動数混合モジュールと、を含む、レーザーシステム。
【請求項３２】
前記ＯＰモジュールが、約２１２７ｎｍまたは約２１０９．７ｎｍの波長光を発生させる種レーザーを含む、請求項３１に記載のレーザーシステム。
【請求項３３】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる方法であって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させることと、
前記基本振動数の半高調波である光パラメトリック（ＯＰ）出力を発生させるように、前記基本振動数を下方変換することと、
第５の調和振動数を発生させるように、前記下方変換の未消費の基本振動数を処理することと、
前記約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるように、前記第５の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合させることと、を含む、方法。
【請求項３４】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる方法であって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させることと、
第５の調和振動数を発生させるように、前記基本振動数を処理することと、
前記基本振動数の半高調波である光パラメトリック（ＯＰ）出力を発生させるように、前記処理の未消費の基本振動数を下方変換することと、
前記約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるように、前記第５の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合させることと、を含む、方法。
【請求項３５】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる方法であって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させることと、
第２の調和振動数を発生させるように、前記基本振動数を倍増させることと、
約１．５ωの光パラメトリック（ＯＰ）信号および約０．５ωのＯＰアイドラーであって、ωは前記基本振動数である、ＯＰ信号およびＯＰアイドラーを発生させるように、前記第２の調和振動数を下方変換することと、
第５の調和振動数を発生させるように、前記倍増の未消費の基本振動数と前記下方変換の未消費の第２の調和振動数とを結合させることと、
前記約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるように、前記第５の調和振動数と前記ＯＰアイドラーとを結合させることと、を含む、方法。
【請求項３６】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる方法であって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させることと、
第２の調和振動数を発生させるように、前記基本振動数を倍増させることと、
ωは前記基本振動数である、約１．５ωの光パラメトリック（ＯＰ）信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるように、前記第２の調和振動数の一部を下方変換することと、
第４の調和振動数を発生させるように、前記第２の調和振動数の他の部分を倍増させることと、
前記約１９３ｎｍの波長光を発生させるように、前記第４の調和振動数と前記ＯＰ信号とを結合させることと、を含む、方法。
【請求項３７】
約１９３ｎｍの波長光を発生させる方法であって、
約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させることと、
前記基本振動数のおよそ半高調波である光パラメトリック（ＯＰ）出力を発生させるように、前記基本振動数の一部を下方変換することと、
第２の調和振動数を発生させるように、前記基本振動数の他の部分を倍増させることと、
第４の調和振動数を発生させるように、前記第２の調和振動数を倍増させることと、
約４．５の調和振動数を発生させるように、前記第４の調和振動数と前記ＯＰ出力とを結合させることと、
前記約１９３ｎｍの波長光を発生させるように、前記約４．５の調和振動数と前記基本振動数の別の部分の前記倍増の未消費の基本振動数とを結合させることと、を含む、方法。
【請求項３８】
フォトマスク、レチクル、または半導体ウエハーの表面の欠陥を検査するための光学検査システムであって、
光軸に沿う入射光線の放射のための光源であって、前記光源が、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換のための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が約１９３．３６８ｎｍの波長光の発生のために使用される光源であって、前記光源が少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、光源と、
前記光軸に沿って配置され、前記フォトマスク、レチクルまたは半導体ウエハーの表面への前記入射光線の誘導ための複数の光学部品を含む光学システムであって、前記光学システムが前記表面を走査するように構成された、光学システムと、
透過光検出器を含む透過光検出器構成であって、前記透過光検出器が透過光の光強度の感知のために配置される、透過光検出器構成と、
反射光検出器を含む反射光検出器構成であって、前記反射光検出器が反射光の光強度の感知のために配置される、反射光検出器構成と、を含む、光学検査システム。
【請求項３９】
試料の表面を検査するための検査システムであって、
複数の光チャンネルを生産するように構成された照射サブシステムであって、生産される各光チャンネルが少なくとも１つの他の光チャンネルと異なる特徴を有し、前記照射サブシステムが、約１９３ｎｍの波長の入射光線の放射のための光源であって、前記光源が約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換のための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含む、光源、を含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が少なくとも１つのチャンネルのための前記約１９３ｎｍの波長光の発生のために使用され、前記光源が少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、照射サブシステムと、
前記複数の光チャンネルを受信し、前記複数の光チャンネルを空間的に分割された結合光線に結合し、前記空間的に分割された結合光線を前記試料へと誘導するように構成された光学素子と、
前記試料から反射光を検出するように構成された少なくとも１つの検出器を含むデータ取得サブシステムであって、前記データ取得サブシステムが、前記反射光を前記複数の光チャンネルに対応する複数の受信チャンネルに分割するように構成された、データ取得サブシステムと、を含む、検査システム。
【請求項４０】
反射屈折検査システムであって、
約１９３ｎｍの波長の入射光線の放射のための紫外線（ＵＶ）光源であって、前記ＵＶ光源が、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換ための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３ｎｍの波長光の発生のために使用される、ＵＶ光源と、
複数の造影サブセクションであって、各造影サブセクションが、
前記ＵＶ光の焦点を前記システム内の中間像に合わせ、同時に単色収差の補正および紫外線領域内に少なくとも１つの波長を含む収差の色度変化を提供するために、前記システムの光路に沿って配置される複数のレンズ素子を含むフォーカスレンズ群であって、前記フォーカスレンズ群が前記ＵＶ光を受信するように位置するビームスプリッターをさらに含む、フォーカスレンズ群と、
前記中間像に近接した前記光路に沿って配列される、正味の正の屈折力を有する対物レンズ群であって、前記対物レンズ群が、異なる分散を有する複数のレンズ素子を含み、第２の所定位置に配置され、前記波長域上に、前記システムの一次および二次横色だけでなく、少なくとも二次縦色も含む色収差の実質的な補正を提供するために選択される、曲率を有するレンズ表面を有する、対物レンズ群と、
少なくとも２つの反射面を含み、少なくとも１つの反射面が、前記フォーカスレンズ群との組み合わせで、前記システムの一次縦色が前記波長域上で実質的に補正されるような、前記中間像の実像を形成するために配置される、反射屈折レンズ群と、
その高次色収差を変化させることなく、ズームまたは倍率の変更が可能なズーミングチューブレンズ群であって、前記システムの１つの光路に沿って配置されるレンズ表面を含む、ズーミングチューブレンズ群と、
リニアズーム動作を可能にするように構成され、それによりファインズームおよび広範囲ズームの両方を提供する、折り返しミラー群と、を含む、造影サブセクションと、を含む、反射屈折検査システム。
【請求項４１】
反射屈折造影システムであって、
約１９３ｎｍの波長光の発生のための紫外線（ＵＶ）光源であって、前記ＵＶ光源が、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換のための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３ｎｍの波長光の発生のために使用される、ＵＶ光源であって、前記ＵＶ光源が少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、ＵＶ光源と、
適応光学素子と、
反射屈折対物、フォーカスレンズ群、およびズーミングチューブレンズセクションを含む、対物と、
前記ＵＶ光を光軸に沿って垂直入射で試料の表面に誘導し、前記対物の光学面からの光路に沿った反射だけでなく、前記試料の表面特徴からの鏡面反射も結像面へと誘導するための、プリズムと、を含む、反射屈折造影システム。
【請求項４２】
表面検査装置であって、
約１９３．３６８ｎｍの放射の出力線の発生のためのレーザーシステムであって、前記レーザーシステムが、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換ための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器と、を含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３．３６８ｎｍの波長の発生のために使用される、レーザーシステムであって、前記レーザーシステムが少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、レーザーシステムと、
実質的に前記焦点線の入射面内の前記表面上に照射ラインを形成するために、前記放射の線の焦点を表面に対して非垂直入射角に合わせるように構成された照射システムであって、前記焦点線および前記焦点線を通過し前記表面に垂直な方向によって、前記入射面が定義される照射システムと、
前記照射ラインを撮像するように構成された収集システムであって、前記収集システムが、前記照射ラインを含む、前記表面の一領域からの散乱光を収集するための造影レンズを含む、収集システムと、
前記収集される光の焦点を合わせるためのフォーカスレンズと、
一連の受光素子を含む装置であって、前記一連の受光素子の各受光素子が、前記照射ラインの拡大像の対応する部分を検出するように構成された、装置と、を含む、表面検査装置。
【請求項４３】
試料の異常を検出するための光学システムであって、前記光学システムが、
第１のおよび第２の線の発生のためのレーザーシステムであって、前記レーザーシステムが、
約１９３ｎｍの放射の出力線の発生のためのレーザーシステムであって、前記レーザーシステムが、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換ための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３ｎｍの波長の発生のために使用される、レーザーシステムであって、前記レーザーシステムが少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、レーザーシステムと、
前記出力線を第１の線および第２の線に分割する手段と、を含む、レーザーシステムと、
前記放射の第１の線を、第１の経路に沿って前記試料の表面上の第１の地点上に誘導する第１の光学素子と、
前記放射の第２の線を、第２の経路に沿って前記試料の表面上の第２の地点上に誘導する第２の光学素子であって、前記第１のおよび第２の経路が、前記試料の前記表面に対して異なる入射角である、第１の光学および第２の光学素子と、
第１の検出器と、
前記試料の前記表面上の前記第１のまたは前記第２の地点からの散乱放射の受信のための曲面鏡表面を含み、前記第１のまたは第２の線から生じ、前記散乱放射の焦点を前記第１の検出器に合わせる、収集光学素子であって、前記第１の検出器が、前記曲面鏡表面によって焦点がそれ上に合わせられる前記放射に反応して、単一の出力値を提供する、収集光学素子と、
前記試料の前記表面にわたって前記地点が走査されるように、前記第１のおよび第２の線と前記試料との間の相対運動を引き起こす器具と、を含む、試料の異常を検出するための光学システム。
【請求項４４】
フォトマスクまたはレチクル検査システムであって、
約１９３．３６８ｎｍの放射の出力線の発生のためのレーザーシステムであって、前記レーザーシステムが、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換のための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３．３６８ｎｍの波長の発生のために使用される、レーザーシステムであって、前記レーザーシステムが少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、レーザーシステムと、
前記出力線の焦点をフォトマスクまたはレチクル上に合わせるための手段と、
散乱光を前記フォトマスクまたは前記レチクルから収集するための手段と、を含む、フォトマスクまたはレチクル検査システム。
【請求項４５】
ウエハー検査システムであって、
約１９３ｎｍの放射の出力線の発生のためのレーザーシステムであって、前記レーザーシステムが、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数の発生のための基本波レーザーと、ＯＰ出力の発生のための、前記基本振動数または調和振動数の下方変換ための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の調和振動数の発生のための複数の高調波発生器とを含み、前記基本振動数、前記複数の調和振動数、および前記ＯＰ出力の少なくとも一部が前記約１９３ｎｍの波長の発生のために使用される、レーザーシステムであって、前記レーザーシステムが少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化されることを含む、レーザーシステムと、
前記出力線の焦点をウエハー上に合わせる手段と、
前記ウエハーからの散乱光を収集するための手段と、を含む、ウエハー検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  １９３ｎｍ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｄ  Ａｎ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  １９３ｎｍ  Ｌａｓｅｒ」と題し、２０１２年５月２２日に出願された米国仮出願第６１／６５０，３４９に対する優先権を主張し、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、約１９３ｎｍに近い光を発生し、フォトマスク、レクチル、またはウエハー検査における使用に適する、レーザーシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路業界は、集積回路、フォトマスク、太陽電池、電荷結合素子などの、これまでより小さい特徴を解像するとともに、サイズがほぼ特徴サイズ程度またはそれよりも小さい欠陥を検出するために、ますます高い解像度を有する検査具を必要とする。短波長光源、例えば、２００ｎｍ以下の光を発生させる光源は、そのような解像度を提供し得る。しかしながら、そのような短波長光を提供し得る光源は、エキシマレーザーおよび少数の固体およびファイバーレーザーに実質的に限定されている。残念ながら、これらの各レーザーは、重大な不利を有する。
【０００４】
エキシマレーザーは、集積回路の製造において一般的に使用される紫外線光を発生させる。エキシマレーザーは、紫外線光を発生させるために、高圧状況下で、希ガスおよび反応性ガスの組み合わせを典型的に使用する。集積回路業界においてますます非常に望ましい波長である１９３ｎｍの波長光を発生させる、従来のエキシマレーザーは、（希ガスとして）アルゴンおよび（反応性ガスとして）フッ素を使用する。残念ながら、フッ素は有害かつ腐食性であり、その結果高額な所有経費につながる。さらに、そのようなレーザーは、それらの低い繰り返し率（典型的には約１００Ｈｚから数ｋＨｚ）および検査中の試料の損傷をもたらす非常に高い最大出力のため、検査用途にそれほど適していない。
【０００５】
２００ｎｍ未満の出力を生産する少数の固形およびファイバーに基づくレーザーが、当技術分野において知られている。残念ながら、これらのレーザーのほとんどは、非常に低い出力（例えば、６０ｍＷ未満）、または２つの異なる基本波源または第８の高調波発生などの非常に複雑な設計を有し、このどちらも複雑、不安定、高額および／または商業的に魅力を欠く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２０１９５２号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１１４５５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、１９３ｎｍ光を発生し、さらに上記の不利益を克服し得るレーザーの必要が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載される改良されたレーザーシステムおよび関連する技術に従って、約１９３．３６８ｎｍの紫外線（ＵＶ）波長を、１０６４ｎｍに近い基本真空波長から発生し得る。記載されるレーザーシステムおよび関連する技術は、産業において現在使用されているそれよりも、より安価で、より長寿命のレーザーをもたらす。これらのレーザーシステムは、簡単に入手可能で、比較的安価な部品によって構築され得る。したがって、記載されるレーザーシステムおよび関連する技術は、現在の市場におけるＵＶレーザーと比較して、著しく良い所有経費を提供し得る。
【０００９】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのレーザーシステムを記載する。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの波長に対応する基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーを含み得る。基本振動数は、本明細書においてωと称される。光パラメトリック（ＯＰ）モジュール（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など）は、基本振動数を下方変換し、基本振動数の半高調波であるＯＰ出力を発生させるように構成される。第５の高調波発生器モジュールは、第５の調和振動数を発生させるために、ＯＰモジュールの未消費の基本振動数を使用するように構成される。振動数混合モジュールは、約１９３．３６８ｎｍの波長光を有するレーザー出力を発生させるために、第５の調和振動数とＯＰ出力とを結合し得る。
【００１０】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるための別のレーザーシステムを、記載する。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの波長に対応する基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーを含み得る。第５の高調波発生器モジュールは、第５の調和振動数を発生させるために、基本振動数を使用するように構成される。ＯＰモジュールは、ＯＰ出力を発生させるために、第５の高調波発生器モジュールの未消費の基本振動数を下方変換するように構成される。振動数混合モジュールは、約１９３．３６８ｎｍの波長光を有するレーザー出力を発生させるために、第５の調和振動数とＯＰ出力とを結合し得る。
【００１１】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのさらに別のレーザーシステムを、記載する。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの波長に対応する基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーを含み得る。第２の高調波発生器モジュールは、第２の調和振動数を発生させるために、基本振動数の一部を倍増するように構成される。第５の高調波モジュールは、第５の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数を倍増し、結果として生じる振動数を第２の高調波発生器モジュールの未消費の基本振動数と結合するように構成される。ＯＰモジュールは、ωが基本振動数である、約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるために、第５の高調波発生器モジュールから第２の調和振動数の未消費の部分を下方変換するように構成される。振動数混合モジュールは、約１９３．３６８ｎｍの波長のレーザー出力を発生させるために、第５の調和振動数とＯＰアイドラーとを結合し得る。
【００１２】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのさらに別のレーザーシステムを記載する。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーを含み得る。第２の高調波発生器モジュールは、第２の調和振動数を発生させるために、基本振動数を倍増するように構成される。ＯＰモジュールは、ωが基本振動数である、約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるために、第２の調和振動数の一部を下方変換するように構成される。第４の高調波発生器モジュールは、第４の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数の別の部分を倍増するように構成される。振動数混合モジュールは、約１９３．３６８ｎｍの波長光のレーザー出力を発生させるために、第４の調和振動数とＯＰ信号とを結合するように構成される。
【００１３】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるためのさらに別のレーザーシステムを記載する。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるように構成された基本波レーザーを含み得る。ＯＰモジュールは、基本振動数の一部を下方変換し、基本振動数のおよそ半高調波であるＯＰ出力を発生させるように構成される。第２の高調波発生器モジュールは、第２の調和振動数を発生させるために、基本振動数の一部を倍増するように構成される。第４の高調波発生器モジュールは、第４の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数を倍増するように構成される。第１の振動数混合モジュールは、４．５の調和振動数を発生させるために、第４の調和振動数およびＯＰ出力を受信するように構成される。第２の振動数混合モジュールは、約１９３．３６８ｎｍの波長光のレーザー出力を発生させるために、第２の高調波発生器の基本振動数の未消費の部分と約４．５の調和振動数とを結合するように構成される。
【００１４】
レーザーシステムの実施形態のいくつかにおいて、基本波レーザーは、Ｑ−スイッチレーザー、モードロックレーザー、または連続波（ＣＷ）レーザーを含み得る。いくつかの実施形態において、基本波レーザーのレーザー媒体は、イッテルビウム添加ファイバー、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット結晶、ネオジム添加イットリウムオルトバナジウム結晶、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物を含み得る。
【００１５】
一実施形態において、ＯＰモジュールは、縮退的に動作する、すなわち、０．５ωの振動数である、一信号のみが存在する。縮退下方変換を使用するそれらの実施形態において、非線形結晶の特性および波長が許容する際は、最大効率のために、タイプＩ下方変換（すなわち、発生される２つの光子が同一の偏光を有する）を使用することが好適である。別の実施形態において、ＯＰモジュールは、一方が０．５ωよりわずかに高い振動数であり、他方が０．５ωよりわずかに低い振動数である、わずかに異なる振動数の信号およびアイドラーを発生させる。例えば、基本波レーザーが１０６４．４ｎｍの波長を発生させる場合、信号の振動数は、２１０９．７ｎｍの波長に対応し、アイドラーの振動数は、２１４８．３ｎｍの波長に対応するであろう。
【００１６】
一実施形態において、ＯＰモジュールは、ＯＰ発振器（ＯＰＯ）を含み得る。別の実施形態において、ＯＰモジュールは、ＯＰ増幅器（ＯＰＡ）を含むことができ、所望の信号波長および帯域幅の光を発生させる種レーザーを含むことができる。種レーザーは、例えば、半導体レーザーまたはファイバーレーザーを含み得る。好適な実施形態において、回折格子によって、分布帰還型によって、体積型ブラッグ回折格子によって、または所望の波長および帯域幅を正確に保持するための他の手段によって、種レーザーを安定化する。
【００１７】
種レーザー（またはＯＰＯに基づくＯＰモジュール内のＯＰＯ波長）を、基本波レーザーの波長に基づいて、１９３．３６８ｎｍに近い、所望のレーザーシステムの出力波長ために、選択または調整しなくてはならないことに留意すること。例えば、所望の波長が１９３．３６８ｎｍであり、基本波レーザーの中心波長が１０６４．４ｎｍである場合、種レーザーは、約０．５ωの信号振動数を使用するそれらの実施形態において、２１０９．７ｎｍを発生させる必要がある。同一のレーザー材料を使用する際であっても、個々の基本波レーザーは、中心波長において１０分の数ｎｍの差で１つのものから別のものまで（動作温度および材料組成における変化を含む要因に応じて）変化し得るため、いくつかの好適な実施形態において、種レーザーの波長は調整可能である。いくかの実施形態において、レーザーシステムの出力波長を、数ｐｍの差で調整可能である必要があり得、これは種またはＯＰＯ波長を数ｎｍの差で調整することによって実現され得る。
【００１８】
一実施形態において、第５の高調波モジュールは、第２の、第４の、および第５の高調波発生器を含み得る。第２の高調波発生器は、第２の調和振動数を発生させるために、基本振動数を倍増するように構成される。第４の高調波発生器は、第４の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数を倍増するように構成される。第５の高調波発生器は、第５の調和振動数を発生させるために、第４の調和振動数と第２の高調波発生器の基本波の未消費の部分とを結合するように構成される。
【００１９】
別の実施形態において、第５の高調波モジュールは、第２の、第３の、および第５の高調波発生器を含み得る。第２の高調波発生器は、第２の調和振動数を発生させるために、基本振動数を倍増するように構成される。第３の高調波発生器は、第３の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数と第２の高調波発生器の基本波の未消費の部分とを結合するように構成される。第５の高調波発生器は、第５の調和振動数を発生させるために、第３の調和振動数と第３の高調波発生器の第２の調和振動数の未消費の部分とを結合するように構成される。
【００２０】
さらに別の実施形態において、第５の高調波発生器モジュールは、第４のおよび第５の高調波発生器を含み得る。第４の高調波発生器は、第４の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数を倍増するように構成される。第５の高調波発生器は、第５の調和振動数を発生させるために、第４の調和振動数および基本振動数の一部を受信するように構成される。
【００２１】
さらに別の実施形態において、第５の高調波発生器モジュールは、第３のおよび第５の高調波発生器を含み得る。第３の高調波発生器は、第３の調和振動数を発生させるために、第２の調和振動数と基本振動数とを結合するように構成される。第５の高調波発生器は、第５の調和振動数を発生させるために、第３の調和振動数と第３の高調波発生器の未消費の第２の調和振動数とを結合するように構成される。
【００２２】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる方法を記載する。この方法において、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させ得る。この基本振動数は、基本振動数の半高調波であるＯＰ出力を発生させるために、下方変換し得る。下方変換の基本振動数の未消費の部分は、第５の調和振動数を発生させるために使用し得る。第５の調和振動数と信号振動数とを、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために結合し得る。
【００２３】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる別の方法を記載する。この方法において、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させ得る。この基本振動数は、第５の調和振動数を発生させるために使用し得る。未消費の基本振動数は、基本振動数の半高調波であるＯＰ出力を発生させるために、下方変換し得る。第５の調和振動数とＯＰ出力とを、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために、結合し得る。
【００２４】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させる別の方法を記載する。この方法において、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させることができる。基本振動数は、第２の調和振動数を発生させるために、倍増させることができる。第２の調和振動数の一部は、ωが基本振動数である約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるために、下方変換し得る。倍増の基本振動数の未消費の部分および下方変換の第２の調和振動数の未消費の部分は、第５の調和振動数を発生させるために使用し得る。第５の調和振動数とＯＰアイドラーとを、約１９３．３６８ｎｍを発生させるために結合し得る。
【００２５】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるさらに別の方法を記載する。この方法において、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させ得る。基本振動数は、第２の調和振動数を発生させるために、倍増し得る。第２の調和振動数の一部は、ωが基本振動数である約１．５ωのＯＰ信号および約０．５ωのＯＰアイドラーを発生させるために、下方変換し得る。第２の調和振動数の基本振動数の別の部分は、第４の調和振動数を発生させるために倍増し得る。第４の調和振動数とＯＰ信号とを、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために、結合し得る。
【００２６】
約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるさらに別の方法を記載する。この方法において、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させることができる。基本振動数の一部は、約０．５ωのＯＰ出力を発生させるために、下方変換し得る。基本振動数の別の部分は、第２の調和振動数を発生させるために、倍増し得る。第２の調和振動数は、第４の調和振動数を発生させるために、倍増し得る。第４の調和振動数とＯＰ出力とを、約４．５の調和振動数を発生させるために結合し得る。約４．５の調和振動数と基本波のさらに別の部分とを、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために、結合し得る。
【００２７】
試料を検査するための様々なシステムを記載する。これらのシステムは、約１９３．３６８ｎｍの放射の出力線を発生させるためのレーザーシステムを含み得る。レーザーシステムは、約１０６４ｎｍの対応する波長を有する基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含み得る。基本振動数、複数の振動数、およびＯＰ出力は、約１９３．３６８ｎｍの放射を発生させるために使用し得る。レーザーシステムを、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。システムは、出力線の焦点を試料に合わせる手段、および試料からの散乱または反射光を収集する手段をさらに含み得る。
【００２８】
フォトマスク、レチクル、または半導体ウエハーの表面の欠陥を検査するための光学検査システムを記載する。システムは、光軸に沿って入射光線を放射するための光源であって、光源が本明細書に記載されるようなレーザーシステムを含む、光源、を含み得る。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するための光パラメトリック（ＯＰ）モジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含み得る。基本振動数、複数の振動数、およびＯＰ出力は、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために使用し得る。レーザーシステムを、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。光軸に沿って配置され、複数の光学部品を含む光学システムは、個々の光線であって、個々の光線の全てがフォトマスク、レチクルまたは半導体ウエハーの表面上の異なる位置に走査地点を形成する、個々の光線、に入射光線を分割するように構成される。走査地点は、表面を同時に走査するように構成される。透過光検出器構成は、個々の光線と、レチクルマスクまたは半導体ウエハーの表面との交差が引き起こす、複数の透過光線の個々に対応する透過光検出器を含み得る。透過光検出器を、透過光の光強度を感知するために配置する。反射光検出器構成は、個々の光線と、レチクルマスクまたは半導体ウエハーの表面との交差が引き起こす、複数の反射光線の個々に対応する反射光検出器を含み得る。反射光検出器を、反射光の光強度を感知するために配置する。
【００２９】
フォトマスク、レチクル、または半導体ウエハーの表面の欠陥を検査するための別の光学検査システムを記載する。この検査システムは、信号または像の２つのチャンネルを同時に照射し、検出する。両チャンネルを、同一のセンサーで同時に検出する。２つのチャンネルは、検査対象物が透過性である際（例えば、レチクルまたはフォトマスク）反射および透過強度を含んでもよく、または、入射角、偏光状態、波長域またはこれらのいくつかの組み合わせなどの、２つの異なる照射様式を含んでもよい。
【００３０】
試料の表面を検査するための検査システムもまた記載する。この検査システムは、複数の光チャンネルであって、生産される各光チャンネルが少なくとも１つの他の光チャンネルエネルギーと異なる特徴を有する、光エネルギーチャンネル、を生産するように構成された照射サブシステムを含む。照射サブシステムは、約１９３．３６８ｎｍの波長の入射光線を放射するための光源を含む。光源は、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含み、基本振動数、複数の振動数、およびＯＰ出力を、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために使用する。光源を、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。光学素子は、複数の光チャンネルを受信し、複数の光エネルギーチャンネルを空間的に分割された結合光線に結合し、空間的に分割された結合光線を試料へと誘導するように構成される。データ取得サブシステムは、試料から反射光を検出するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。データ取得サブシステムは、反射光を複数の光チャンネルに対応する複数の受信チャンネルに分割するように構成され得る。
【００３１】
反射屈折検査システムもまた記載する。このシステムは、ＵＶ光、複数の造影サブセクション、および折り返しミラー群を発生させるための紫外線（ＵＶ）光源を含む。ＵＶ光源は、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含み、基本振動数、複数の振動数、およびＯＰ出力を、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために使用する。ＵＶ光源を、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。複数の造影サブセクションの各サブセクションは、フォーカスレンズ群、対物レンズ群、反射屈折レンズ群、およびズーミングチューブレンズ群を含み得る。
【００３２】
フォーカスレンズ群は、ＵＶ光の焦点をシステム内の中間像に合わせるために、システムの光路に沿って配置される複数のレンズ素子を含み得る。フォーカスレンズ群は、紫外線領域内に少なくとも１つの波長を含む波長域上で、単色収差の補正および収差の色度変化をも同時に提供し得る。フォーカスレンズ群は、ＵＶ光を受信するように位置するビームスプリッターをさらに含み得る。
【００３３】
対物レンズ群は、中間像に近接した光路に沿って配列される、正味の正の屈折力を有し得る。対物レンズ群は、異なる分散を有する複数のレンズ素子を含み得る。レンズ表面を、第２の所定位置に配置し、波長域上でシステムの一次および二次横色だけでなく、少なくとも二次縦色も含む色収差の実質的な補正を提供するために選択される、曲率を有し得る。
【００３４】
反射屈折レンズ群は、少なくとも２つの反射面を含むことができ、少なくとも１つの反射面が、フォーカスレンズ群との組み合わせで、システムの一次縦色が波長域上で実質的に補正されるような、中間像の実像を形成するために配置される。その高次色収差を変化させることなく、ズームまたは倍率の変更をし得るズーミングチューブレンズ群は、システムの１つの光路に沿って配置されるレンズ表面を含み得る。折り返しミラー群は、ニアズーム動作を可能にするように構成されることができ、それによりファインズームおよび広範囲ズームの両方を提供する。
【００３５】
反射屈折造影システムもまた記載する。このシステムは、ＵＶ光を発生させるための紫外線（ＵＶ）光源を含み得る。このＵＶ光源は、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含むことができ、基本振動数、複数の振動数、および信号振動数を、約１９３．３６８ｎｍの波長光を発生させるために使用する。ＵＶ光源を、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。照射線サイズおよび検査される表面上のプロファイルを制御するために、適応光学素子をも提供する。対物は、互いに動作可能な関係にある、反射屈折対物、フォーカスレンズ群、およびズーミングチューブレンズセクションを含み得る。ＵＶ光を光軸に沿って垂直入射で試料の表面に誘導し、対物の光学面からの光路に沿った反射だけでなく、試料の表面特徴からの鏡面反射も結像面へと誘導するために、プリズムを提供し得る。
【００３６】
表面検査装置もまた記載する。この装置は、約１９３．３６８ｎｍの放射の線を発生させるためのレーザーシステムを含み得る。レーザーシステムは、約１０６３ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含むことができ、基本振動数、複数の振動数、および信号振動数を、約１９３．３６８ｎｍの放射を発生させるために使用する。レーザーシステムを、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。照射システムは、実質的に焦点線の入射面内の表面上に照射ラインを形成するために、放射の線の焦点を表面に対して非垂直入射角に合わせるように構成され得る。焦点線および焦点線を通過し表面に垂直な方向によって、入射面を定義する。
【００３７】
試料の異常を検出するための光学システムもまた記載する。この光学システムは、第１のおよび第２の線を発生させるためのレーザーシステムを含む。レーザーシステムは、約１９３．３６８ｎｍの放射の出力線を発生させるためのレーザーシステムを含む。このレーザーシステムは、約１０６４ｎｍの基本振動数を発生させるための基本波レーザーと、ＯＰ出力を発生させるために基本振動数または調和振動数を下方変換するためのＯＰモジュールと、複数の振動数を発生させるための複数の高調波発生器および振動数混合モジュールと、を含むことができ、基本振動数、複数の振動数、およびＯＰ出力を、約１９３．３６８ｎｍの放射を発生させるために使用する。レーザーシステムを、少なくとも１つの未消費の振動数を使用するように最適化する。出力線は、標準の部品を使用して、第１のおよび第２の線に分割し得る。第１の光学素子は、第１の線を、第１の経路に沿って試料の表面上の第１の地点上に誘導し得る。第２の光学素子は、第２の線を、第２の経路に沿って試料の表面上の第２の地点上に誘導し得る。第１のおよび第２の経路は、試料の表面に対して異なる入射角である。収集光学素子は、試料の表面上の第１のまたは第２の地点からの散乱放射を受信し、第１のまたは第２の線から生じ、散乱放射の焦点を第１の検出器に合わせる、曲面鏡表面を含み得る。第１の検出器は、曲面鏡表面が焦点をその上に合わせる放射に反応して、単一の出力値を提供する。試料の表面にわたって地点を走査するように、第１のおよび第２の線と試料との間の相対運動を引き起こす、器具を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】光パラメトリックモジュールおよび第５の高調波発生器を使用して、約１９３．３６８ｎｍの光を発生させるための例示的なレーザーのブロック図を図示する。
【図１Ｂ】光パラメトリックモジュールおよび第５の高調波発生器を使用して、約１９３．３６８ｎｍの光を発生させるための別の例示的なレーザーのブロック図を図示する。
【図１Ｃ】光パラメトリックモジュールおよび第４の高調波発生器を使用して、約１９３．３６８ｎｍの光を発生させるためのさらに別の例示的なレーザーのブロック図を図示する。
【図２Ａ】例示的な第５の高調波発生器モジュールを図示する。
【図２Ｂ】別の例示的な第５の高調波発生器モジュールを図示する。
【図３Ａ】さらに別の例示的な第５の高調波発生器モジュールを図示する。
【図３Ｂ】別の例示的な第５の高調波発生器モジュールを図示する。
【図４】光パラメトリックモジュールおよび第４の高調波発生器を使用して、１９３ｎｍの光を発生させるためのさらに別の例示的なレーザーのブロック図を図示する。
【図５】例示的な基本波レーザーのブロック図を図示する。
【図６】基本波長の２倍または基本振動数の半分の赤外光を作成する、例示的な縮退ＯＰ増幅器を図示する。
【図７】正確に基本波長の２倍または基本振動数の半分ではない赤外光を作成する、別の例示的なＯＰ増幅器を図示する。
【図８】改良されたレーザーを含む、例示的な検査システムを図示する。
【図９】像（または信号）の２つのチャンネルを１つのセンサー上で同時に検出する、レチクル、フォトマスク、またはウエハー検査システムを図示する。
【図１０】複数の対物および改良されたレーザーを含む、例示的な検査システムを図示する。
【図１１】改良されたレーザーを含む、調整可能な倍率を有する例示的な検査システムの光学素子を図示する。
【図１２】暗視野および明視野様式を有し、改良されたレーザーを含む、例示的な検査システムを図示する。
【図１３Ａ】改良されたレーザーを含む、表面検査装置を図示する。
【図１３Ｂ】表面検査装置のための例示的な一連の収集光学素子を図示する。
【図１４】改良されたレーザーを含む、例示的な表面検査システムを図示する。
【図１５】改良されたレーザーを含み、通常および斜方照射線の両方を使用する、検査システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本明細書に記載される改良されたレーザー技術およびレーザーシステムに係る、約１９３．４ｎｍ（例えば、１９３．３６８ｎｍに近い真空波長）の紫外線（ＵＶ）波長を、１０６３．５ｎｍに近い基本真空波長（例えば、１０６３．５２ｎｍに近い、または、別の例では約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間）から発生させ得る。本明細書において、限定なしに波長を示す際、それが光の真空波長に言及するということが想定される。
【００４０】
本発明の全ての実施形態は、２つ以上の振動数変換段階において少なくとも１つの振動数を使用する。通例、振動数変換段階は、それらの入力光を完全には消費せず、それは、本発明に記載される改良されたレーザーシステムにおいて有利に利用され得る。発明の好適な実施形態は、入力波長の未消費の部分を少なくとも一段階に分割し、別の段階での使用のためにその未消費の部分を向け直す。振動数変換および振動数混合は、非線形過程である。変換効率は、入力レベルの上昇とともに上昇する。例えば、その段階の効率を最大化し、その段階に使用される結晶の全長（したがって経費）を最小化するために、基本波レーザーの出力全体を、第２の高調波発生器などの一段階に最初に向け直し得る。この例において、基本波の未消費の部分を、第５の高調波発生器または光パラメトリックモジュールなどの別の段階に、その段階での使用のために誘導するであろう。
【００４１】
未消費の入力振動数を分割し、それがその段階の出力と相互伝搬することを可能にするよりもむしろ、それを別の段階に別々に誘導することの利点は、光路の全長を各振動数に対して別々に制御することができ、それによりパルスが同時に到達することを確保することである。別の利点は、コーティングおよび光学部品を、２つの振動数の必要性との間で妥協するよりもむしろ、個々の各振動数に最適化することができることである。特に、第２の高調および第４の高調波発生器の出力振動数は、入力振動数に対して垂直偏光を有するであろう。一振動数を最小の反射で認めるためのブルースター窓は、その偏光その窓に対しては不適切であるため、一般的にその他の振動数に対して高い反射性を有するであろう。
【００４２】
本発明の好適な実施形態は、遠紫外線波長（約３５０ｎｍよりも短い波長など）を発生させる、振動数変換および振動数混合段階に対して防御環境を使用する。適切な防御環境は、２０１２年１０月３０日にＡｒｍｓｔｒｏｎｇに発行された、「Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」と題する米国特許第８，２９８，３３５号、および２０１３年１月２４日に発行された、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらによる、「Ｌａｓｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ，  Ｓｔａｂｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｂｅａｍ，  Ａｎｄ  Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｃｒｙｓｔａｌ」と題する米国特許出願公開第２０１３／００２１６０２号に記載され、その両方が参照によって本明細書に組み込まれる。特に、ブルースター窓は、入力および出力振動数が進入または退出するのを可能にするために、そのような環境において有益である。レーザーシステム内の損失および迷光を最小化するために必要な、各振動数を別々に誘導することは、別々のブルースター窓またはコーティングの使用を可能にする。
【００４３】
下記に記載される改良されたレーザー技術およびレーザーシステムは、基本波長を５．５で割る（すなわち、基本振動数に５．５を掛ける）ために半高調波を使用する。波長をＮで割ることは、その対応する振動数にＮを掛けることとしても表現することができ、Ｎは整数または分数であろうと、任意の数であることに留意すること。図面に使用されるように、ωを基本振動数として指定する。例えば、図１Ａ〜１Ｃは、挿入句内、例えば、（ω）、（０．５ω）、（１．５ω）、（２ω）、（４ω）、（４．５ω）、および（５ω）などの、例示的なレーザーシステムの様々な部品によって（基本波に対して）発生される光の波長を示す。基本振動数の高調波は同様の記号表示を使用して示し得ること、例えば、第５の（第５の）高調波は５ωに相当すること、に留意すること。０．５ω、１．５ω、および４．５ωの高調波もまた、半高調波と称され得る。いくつかの実施形態において、正確に０．５ωであるよりもむしろ、０．５ωからわずかに移動した振動数を使用することに留意すること。約０．５ω、約１．５ωなどとして記載される振動数は、実施形態によって、正確な半高調波またはわずかに移動した振動数に言及し得る。図面の素子の記載において容易に参照できるように、数字表示（例えば、「第５の高調波」）は、振動数そのものに言及する一方で、単語表示（例えば、「第５の高調波」）は、振動数を発生させる部品に言及する。
【００４４】
図１Ａは、約１９３．４ｎｍの紫外線（ＵＶ）波長を発生させるための、例示的なレーザーシステム１００を図示する。この実施形態において、レーザーシステム１００は、基本振動数ω、つまり、基本１０２である光を発生させる基本波レーザー１０１を含む。一実施形態において、基本振動数ωは、１０６４ｎｍに近い赤外波長に対応する振動数であり得る。例えば、いくつかの好適な実施形態において、基本波レーザー１０１は、実質的に１０６３．５２ｎｍの波長を放射し得る。他の実施形態において、基本波レーザー１０１は、約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間の波長を放射し得る。基本波レーザー１０１は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット）またはＮｄ添加イットリウムオルトバナジウムなどの適切なレーザー媒体を使用するレーザーにより実装し得る。バナジウム酸ガドリニウムおよびバナジウム酸イットリウムのネオジム添加混合物（例えば、２つのバナジウム酸の約５０：５０混合物は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはネオジム添加イットリウムオルトバナジウムのいずれかよりも、１０６３．５ｎｍの波長に近い、より高い利得を有し得る別の適切なレーザー媒体である。イッテルビウム添加ファイバーレーザーは、１０６３．５ｎｍに近い波長のレーザー光を発生させるのに使用され得る、別の代替手段である。約１０６３．５ｎｍの波長で機能するように修正または調整され得るレーザーは、パルスレーザー（Ｑ−スイッチまたはモードロック）またはＣＷ（連続波）レーザーとして商業的に入手可能である。そのような修正可能なレーザーの例示的な製造業者は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．（例えば、８０ＭＨｚおよび１２０ＭＨｚの繰り返し率を有するＰａｌａｄｉｎ族内のモデル）、Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（例えば、Ｅｘｐｌｏｒｅｒ族内のモデル）、および他の製造業者を含む。波長および帯域幅を制御するために、基本波レーザー１０１と共に使用され得る技術は、分布帰還型、またはファイバーブラッグ回折格子、回折格子、またはエタロンなどの波長選択装置の使用を含む。他の実施形態において、先ほど記載したこれらのような商業的に入手可能なレーザーは、典型的には約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間の波長である、その標準波長で動作する。そのような実施形態において、信号またはアイドラーの振動数（下記参照）は、所望の出力波長を発生させるために、正確な０．５ωから移動し得る。
【００４５】
とりわけ、基本波レーザー１０１は、出力光の全体的な安定性および帯域幅を決定する。安定で狭帯域幅のレーザーは、約１ｍＷから数十ワットのレベルのような、一般的に低いおよび適度の出力レベルで実現するのがより容易である。波長を安定化し、より高い出力またはより短い波長のレーザーの帯域幅を狭めることは、より複雑かつ高価である。基本波レーザー１０１のレーザー出力レベルは、数ミリワットから数十ワットまたはそれ以上まで変動し得る。したがって、基本波レーザー１０１は、容易に安定化し得る。
【００４６】
基本波１０２を、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）または光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）へと誘導し得る。光周波数を振動させるＯＰＯは、二次非線形光相互作用の手段によって、その入力振動数を１つまたは２つの出力振動数に下方変換する。２つの出力振動数の場合、「信号」振動数および「アイドラー」振動数を発生させる（図面内「（信号＋アイドラー）」と示す）。２つの出力振動数の合計は、入力振動数に等しい。縮退ＯＰモジュールと呼ばれる、１つの出力振動数の場合、信号およびアイドラー振動数は同一であり、したがって実際上は識別不能である。ＯＰＡは、光パラメトリック増幅工程を使用して入力波長の種（または入力）光を増幅するレーザー光源である。便宜上、ＯＰＯまたはＯＰＡのどちらかに言及するために、総称「ＯＰモジュール」を本明細書において使用する。
【００４７】
レーザーシステム１００において、ＯＰモジュール１０３は、基本波１０２の一部を縮退出力振動数（約０．５ω）１０７に下方変換する。したがって、縮退の場合、ＯＰモジュール１０３によって下方変換される光出力の波長は、基本波１０２の波長の２倍である。例えば、基本波１０２が１０６３．５ｎｍの波長を有する場合、信号１０７の波長は、２１２７ｎｍである。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール１０３は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、またはＫＴＰ（リン酸カリウムチタニル）などの非線形結晶を含み得る。いくつかの実施形態において、ＯＰモジュール１０３は、ダイオードレーザー、低出力ファイバーレーザーなどの低出力レーザーを含み得る。
【００４８】
とりわけ、基本波１０２の一部のみが、下方変換工程において消費される。実際に、一般的には、ＯＰモジュールおよび高調波発生器は、それらの入力光を完全には消費せず、これは、本明細書に記載される改良されたレーザーシステムにおいて、有利に利用され得る。例えば、ＯＰモジュール１０３の未消費の基本波１０４を、基本波から第５の高調波を発生させるためのいくつかの振動数変換および混合段階を含む第５の高調波（５ω）発生器モジュール１０５に誘導し得る（図２Ａおよび２Ｂへの以下の参照で詳細に記載される）。
【００４９】
同様に、代替の実施形態において、基本波１０２′を、第５の高調波１０６を発生させるために、まず第５の高調波発生器モジュール１０５に誘導することができ、第５の高調波１０６の発生において未消費の基本波１０２′（未消費の基本波１０４′）を、出力振動数１０７への下方変換のために、ＯＰモジュール１０３に誘導することができる。
【００５０】
第５の高調波発生器モジュール１０５の出力、すなわち、第５の高調波１０６は、振動数混合モジュール１０８内の出力振動数１０７と結合（すなわち、混合）され得る。一実施形態において、振動数混合モジュール１０８は、ベータバリウムボレイト（ＢＢＯ）、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、または水素アニールされたホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）などの、１つ以上の（同一型の）非線形結晶を含み得る。振動数混合モジュール１０８は、１９３．３６８ｎｍの対応する波長を有する約５．５ωの振動数（すなわち、約５．５で割った基本波長）を有するレーザー出力１０９を発生させる。
【００５１】
タイプＩ縮退下方変換を使用することの利点は、不要な波長または偏光の発生において出力が浪費されないことである。ある波長での十分な出力の基本波レーザーの、１９３．３６８ｎｍに近い所望の出力波長の５．５倍が妥当な経費で簡単に入手可能である場合、縮退下方変換を含む実施形態が好適であり得る。非縮退下方変換の利点は、実質的に１０６３．５ｎｍの波長のレーザーは、現在そのような出力レベルでは簡単に入手することができない一方で、約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間の波長のレーザーは、数十ワットまたは１００Ｗの出力レベルで簡単に入手可能であることである。非縮退下方変換は、簡単に入手可能な高出力レーザーが、１９３．３６８ｎｍに近い任意の所望の出力波長を発生させることを可能にする。
【００５２】
図１Ｂは、約１９３．３６８ｎｍのＵＶ波長を発生させるための別の例示的なレーザーシステム１３０を図示する。この実施形態において、基本振動数ωで動作する基本波レーザー１１０は、基本波１１１を発生させる。一実施形態において、振動数ωは、約１０６３．５ｎｍの波長に、または別の実施形態において、約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間の波長に、対応し得る。基本波１１１を、第２の高調波１１３を発生させるための基本波１１１を倍増する、第２の高調波発生器モジュール１１２に誘導し得る。第２の高調波発生器モジュール１１２からの基本波１１１の未使用の部分、すなわち、未消費の基本波１２１を、第５の高調波発生器モジュール１１６に誘導し得る。第２の高調波１１３を、ＯＰモジュール１１４に誘導し得る。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール１１４は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、またはＫＴＰなどの非線形結晶を含み得る。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール１１４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低出力レーザーを含み得る。
【００５３】
一好適な実施形態において、ＯＰモジュール１１４は、約１．５ωの信号および約０．５ωのアイドラーを含む出力振動数１２０を発生させる。信号およびアイドラーの波長は、この実施形態において非常に異なるために、信号およびアイドラーは、例えば、ダイクロイックコーティング、プリズム、または回折格子を使用して容易に分割されうることに留意すること。いくかの実施形態において、信号およびアイドラーは、実質的に直交な偏光を有するため、例えば、偏光ビームスプリッターによって分割され得る。レーザーシステム１３０において、０．５ωのまたは約０．５ωのアイドラーが、対象の振動数要素である。例えば、基本波１０２が１０６３．５ｎｍの波長である場合、アイドラーに関連するＯＰモジュール１１４によって下方変換される光出力の波長は、基本波１０２の波長の２倍である２１２７ｎｍである。別の例において、基本波１０２が、１０６４．４ｎｍの波長であり、所望の出力波長が１９３．３６８ｎｍである場合、アイドラーの波長は、２１０９．７ｎｍであるだろう。
【００５４】
他の実施形態において、所望の波長のみが振動数混合モジュール１１８内で位相整合するため、信号およびアイドラーを分割することは必須ではないことに留意すること。つまり、振動数混合モジュール１１８は、信号およびアイドラーの両方を受信するが、実際には０．５ωであるアイドラーのみを使用するように構成され得る。これらの実施形態における不要な波長は約７１０ｎｍの波長であるため、振動数混合モジュール１１８内での使用に適するほとんどの非線形結晶は、そのような波長では著しくは吸収しないため、不要な波長が重大な熱または他の望ましくない影響を引き起こす可能性は低い。
【００５５】
第５の高調波発生器モジュール１１６は、第５の高調波１１７を発生させるために、ＯＰモジュール１１４からの未消費の第２の高調波１１５と未消費の基本波１２１とを結合する（例示的な第５の高調波発生器モジュールは、例えば、図３Ａおよび３Ｂを参照）。振動数混合モジュール１１８は、約５．５ωのレーザー出力１１９を発生させるために、第５の高調波１１７と出力振動数１２０のアイドラー部分とを混合する。一実施形態において、振動数混合モジュール１１８は、ＢＢＯ（ベータバリウムボレイト）、ＬＢＯ、またはＣＬＢＯ結晶などの、１つ以上の非線形結晶を含み得る。
【００５６】
基本波１０２および１０２′に対して図１Ａに図示するそれに類似した方法で、レーザーシステム１３０のいくかの実施形態において、第２の高調波１１３′をまず第５の高調波発生器モジュール１１６に誘導し、その第２の高調波１１５′が破線によって示すようにＯＰモジュール１１４に誘導し得ることに留意すること。
【００５７】
図１Ｃは、約１９３．４ｎｍのＵＶ波長を発生させるためのさらに別の例示的なレーザーシステム１４０を図示する。この実施形態において、振動数ωで動作する基本波レーザー１２２は、基本波１２３を発生させる。この実施形態において、振動数ωは、約１０６３．５ｎｍの波長、または約１０６４．０ｎｍと約１０６４．６ｎｍとの間の波長に対応し得る。
【００５８】
基本波１２３を、第２の高調波１２５を発生させるために基本波１２３を倍増する、第２の高調波発生器モジュール１２４に誘導し得る。第２の高調波１２５を、ＯＰモジュール１２６に誘導する。一実施形態において、ＯＰモジュール１２６は、約１．５ωの信号１２９および約０．５ωのアイドラーを含む出力振動数１２９を発生させる。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール１２６は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、またはＫＴＰなどの非線形結晶を含み得る。他の実施形態において、ＯＰモジュール１２６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低出力レーザーを含み得る。下記に説明されるように、出力振動数１２９の信号部分（約１．５ω）が、振動数混合モジュール１３１の対象の振動数要素である。
【００５９】
いくかの実施形態において、第２の高調波発生器１２４からの第２の高調波１２５′を、まず第４の高調波発生器１２８に誘導し、第４の高調波発生器１２８からの未消費の第２の高調波１２７′を、下方変換のためにＯＰモジュール１２６に誘導する。
【００６０】
レーザーシステム１４０において、振動数混合モジュール１３１は、約５．５ωの波長を有するレーザー出力１３２を発生させるために、出力振動数１２９の信号部分と第４の高調波１３３とを結合する。上記に述べるように、信号およびアイドラーの振動数の違いのため、アイドラーは、振動数混合モジュール１３１によって受信される前の、信号からの分割が不要であり得る。一実施形態において、振動数混合モジュール１３１は、５．５ωの出力１３２を実現するために、第４の高調波１３３を１．５ωの信号と結合させるための、約１２０℃の温度で動作する非臨界位相整合ＢＢＯまたはＫＢＢＦ（フッ化ホウ化ベリリウム酸カリウム）結晶を含み得る。
【００６１】
図２Ａは、例示的な第５の高調波発生器モジュール２５０を図示する。この実施形態において、第２の高調波発生器２０１は、第５の高調波発生器モジュール２５０の外部の段階から基本波２００（ω）（または未消費の基本波）を受信し、第２の高調波２０２を発生させるためにそれを倍増する。第４の高調波発生器２０４は、第２の高調波２０２を受信し、第４の高調波２０５を発生させるためにそれを倍増する。第５の高調波発生器２０７は、第５の高調波出力２１０を発生させるために、第４の高調波２０５と第２の高調波発生器２０１からの未消費の基本波２０３とを結合する。第２の高調波発生器２０１の未消費の第２の高調波２０６、第５の高調波発生器２０７の未消費の基本波２０８、および第５の高調波発生器２０７の未消費の第４の高調波２０９は、この実施形態において使用されないため、必要であれば出力から分割され得ることに留意すること。一実施形態において、未消費の基本波２０８を、その図内の破線１０４′によって示すように、図１ＡのＯＰモジュール１０３に誘導し得る。
【００６２】
図２Ｂは、他の例示的な第５の高調波発生器モジュール２６０を図示する。この実施形態において、第２の高調波発生器２１１は、第５の高調波発生器モジュールの外部の段階から基本波２２２（ω）（または未消費の基本波）を受信し、第２の高調波２１２を発生させるためにそれを倍増する。第３の高調波発生器２１４は、第３の高調波２１５を発生させるために、第２の高調波２１２と第２の高調波発生器２１１の未消費の基本波２１３とを結合する。第５の高調波発生器２１８は、第５の高調波出力２１９を発生させるために、第３の高調波２１５と第３の高調波発生器２１４の未消費の第２の高調波２１６とを結合する。第３の高調波発生器２１４の未消費の基本波２１７、第５の高調波発生器２１８の未消費の第２の高調波２２０、および第５の高調波発生器２１８の未消費の第３の高調波２２１は、この実施形態において使用されないため、必要であれば出力から分割され得ることに留意すること。一実施形態において、未消費の基本波２１７を、その図内の破線１０４′によって示すように、図１ＡのＯＰモジュール１０３に誘導し得ることに留意すること。
【００６３】
図３Ａは、さらに別の例示的な第５の高調波発生器モジュール３００を図示する。この実施形態において、第４の高調波発生器３０２は、第５の高調波発生器モジュール３００の外部の段階から第２の高調波３０１を受信し、第４の高調波３０３を発生させるためにそれを倍増する。第５の高調波発生器３０５は、第５の高調波出力３０８を発生させるために、第４の高調波３０３と第５の高調波発生器モジュール３００の外部の段階からの基本波３０８（または未消費の基本波）とを結合する。第４の高調波発生器３０２の未消費の第２の高調波３０４、第５の高調波発生器３０５の未消費の基本波３０６、および第５の高調波発生器３０５の未消費の第４の高調波３０７は、この実施形態において使用されないため、必要であれば出力から分割され得ることに留意すること。一実施形態において、未消費の第２の高調波３０４を、その図内の破線１１５′によって示すように、図１ＢのＯＰモジュール１１４に誘導し得ることに留意すること。
【００６４】
図３Ｂは、さらに別の例示的な第５の高調波発生器モジュール３１０を図示する。この実施形態において、第３の高調波発生器３１３は、第３の高調波３１５を発生させるために、第５の高調波発生器モジュール３１０の外部の段階からの基本波３１１（未消費の基本波）と同じく第５の高調波発生器モジュール３１０の外部の段階からの第２の高調波３１２（または未消費の第２の高調波）とを結合する。第５の高調波発生器３１７は、第５の高調波出力３２０を発生させるために、第３の高調波３１５と第３の高調波発生器３１３からの未消費の第２の高調波とを結合する。第３の高調波発生器３１３の未消費の基本波３１４、第５の高調波発生器３１７の未消費の第２の高調波３１８、および第５の高調波発生器３１７の未消費の第３の高調波３１９は、この実施形態において使用されないため、必要であれば出力から分割され得ることに留意すること。一実施形態において、未消費の第２の高調波３１８を、その図内の破線１１５′によって示すように、図１ＢのＯＰモジュール１１４に誘導し得ることに留意すること。
【００６５】
図４は、約１９３．４ｎｍのＵＶ波長を発生させるための別の例示的なレーザーシステム４００を図示する。この実施形態において、振動数ωで動作する基本波レーザー４０１は、基本波４０２を発生させる。ＯＰモジュール４０３は、縮退または非縮退出力振動数４０５を発生させるために基本波４０２を使用する。したがって、例えば、基本波４０２が１０６３．５ｎｍの波長である場合、出力振動数の下方変換される光の波長は、基本波４０２の波長の２倍である２１２７ｎｍである。別の例において、基本波４０２が１０６４．４ｎｍの波長であり、所望の出力波長が１９３．３６８ｎｍである場合、出力振動数４０５は、２１０９．７ｎｍの信号波長に対応するであろう。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール４０３は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、またはＫＴＰなどの非線形結晶を含み得る。いくかの実施形態において、ＯＰモジュール４０３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低出力レーザーを含み得る。
【００６６】
第２の高調波発生器４０６は、第２の高調波４０７を発生させるために、ＯＰモジュール４０３からの未消費の基本波４０４を倍増する。第４の高調波発生器４０９は、第４の高調波４１０を発生させるために、第２の高調波４０７を倍増する。振動数混合モジュール４１２は、約２３６ｎｍの波長を有する約４．５の高調波４１３を発生させるために、出力振動数４０５と第４の高調波４１０とを結合する。振動数混合モジュール４１６は、約１９３．３６８ｎｍの波長を有する約５．５ωのレーザー出力４１７を発生させるために、約４．５の高調波４１３と第２の高調波発生器４０６からの未消費の基本波４０８とを混合する。
【００６７】
第４の高調波発生器４０９の未消費の第２の高調波４１１、未消費の第４の高調波、および振動数混合モジュール４１２からの未消費のＯＰ信号４１４は、この実施形態において使用されないため、必要であれば出力から分割され得ることに留意すること。
【００６８】
３つのモジュール、第２の高調波発生器４０６、振動数混合モジュール４１６、およびＯＰモジュール４０３において、基本波（ω）が使用されるということにさらに留意すること。発生器またはモジュールからの未消費の基本波を利用するための、様々な異なる配置が可能である。例えば、いくつかの実施形態において、基本波は、基本波４０２によって示すように基本波レーザー４０１によってＯＰモジュール４０３に直接提供される代わりに、第２の高調波発生器４０６からの未消費の基本波４０４′を含み得る。同様に、特定の好適な実施形態において、基本波（ω）４０２′は、より多くの第２の高調波４０７をより容易に発生させるために、第２の高調波発生器４０６に直接提供され得る。未消費の基本波４０８および／または第２の高調波発生器４０６の出力からの４０４′を、振動数混合モジュール４１６および／またはＯＰモジュール４０３にそれぞれ誘導し得る。いくかの実施形態において、振動数混合モジュール４１６からの未消費の基本波４１８′を、ＯＰモジュール４０３に誘導し得る。
【００６９】
様々なレーザーシステムの図面は、所定の振動数入力光から所定の振動数出力光を発生させるための、例示的な部品／段階を図示することを意図することが理解されること。便宜上、図面は、この工程に関連する主要な光モジュールおよび高調波発生器を示す。したがって、図面は、部品の実際の物理的な配置を表すことを意図せず、実際の実装は、追加の光学素子を特に含むであろう。
【００７０】
例えば、本明細書に記載されるどの実施形態においても、必要に応じて、鏡は、基本波または他の高調波を誘導するために使用し得る。例えば、プリズム、ビームスプリッター、ビームコンバイナー、およびダイクロイックコーティング鏡、などの他の光学部品は、必要に応じて線を分割し、結合するために使用し得る。鏡およびビームスプリッターの様々な組み合わせは、異なる高調波発生器と混合器との間の様々な波長を任意の順序で分割し、移動するために使用し得る。レンズおよび／または曲面鏡は、適切な場合には、ビームウエストの焦点は、非線形結晶の内部のまたはそれに近接した実質的に円形または楕円形の横断面の焦点に合わせるために使用し得る。プリズム、回折格子、または回折光学素子は、必要に応じて、高調波発生器および混合器モジュールの出力で異なる波長を分割するために使用し得る。プリズム、コーティング鏡または他の素子は、必要に応じて、高調波発生器および混合器への入力の異なる波長を結合するために使用し得る。ビームスプリッターまたはコーティング鏡は、必要に応じて、波長を分割または１つの波長を２つの線に分割するために使用し得る。フィルターは、任意の段階の出力で、望ましくないおよび／または未消費の波長を遮断するために使用し得る。波長板は、例えば、入力波長の偏光を非線形結晶の軸に対して正確に配列するため、必要に応じて偏光を回転させるために使用し得る。当業者は、実施形態に係るレーザーを構築する方法を図面およびそれらの関連する記載から理解するであろう。
【００７１】
実施形態において、未消費の基本波および未消費の高調波を、後続の高調波発生器にとって不要である際、所望の高調波から分割されるものとして示すものの、いくつかの場合において、たとえその光がその高調波発生器内で不要であっても、未消費の光が後続の高調波発生器へと通過することを可能にすることが許容され得る。未消費の光のこの移動は、出力密度がその段階の部品への損傷を引き起こさないために十分低い場合、および所望の振動数変換工程との最小限の干渉がある場合に許容され得る（例えば、使用中の結晶角で位相整合が存在しないため）。当業者は、未消費の基本波／高調波を所望の高調波から分離するべきかどうかを決定するために、様々な交換および代替手段を理解するであろう。
【００７２】
一実施形態において、上記に記載される第２の高調波発生器のうちの少なくとも１つは、約５３２ｎｍの光を生産するために、約１４９℃の温度で実質的に非臨界位相整合である、ＬＢＯ結晶を含み得る。一実施形態において、上記に記載される第３の高調波発生器のうちの少なくとも１つは、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、または他の非線形結晶を含み得る。一実施形態において、上記に記載される第４のおよび第５の高調波発生器のうちの少なくとも１つは、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、または他の非線形結晶内の臨界位相整合を使用し得る。いくつかの実施形態において、５ωを約０．５ωと混合する、図１Ａ内の１０８、および図１Ｂ内の１１８のような振動数混合モジュールは、高いＤｅｆｆ（約１ｐｍ／Ｖ）および低いウォークオフ角（ＣＬＢＯでは＜４５  ｍｒａｄ、ＬＢＯでは＜１０  ｍｒａｄ）によって臨界位相整合される、ＣＬＢＯまたはＬＢＯ結晶を含み得る。他の実施形態において、４ωを約１．５ωと混合する図１Ｃ内の１３１、または約４．５ωを基本波と混合する図４内の４１６などの振動数混合モジュールは、ＢＢＯまたはＫＢＢＦ結晶を含み得る。
【００７３】
いくかの実施形態において、第４の高調波発生器、第５の高調波発生器、および／または振動数混合モジュールは、その両方が参照によって本明細書に組み込まれる、「Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ，  ｓｔａｂｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ  ｂｅａｍ，  ａｎｄ  ｌｏｎｇ−ｌｉｆｅ  ｈｉｇｈ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｃｒｙｓｔａｌ」と題し、２０１２年３月５日に出願された、米国特許出願第１３／４１２，５６４号、および（米国特許出願第１３／４１２，５６４号が優先権を主張する）「Ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ＵＶ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ，  ｓｔａｂｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ  ｂｅａｍ，  ｌｏｎｇ−ｌｉｆｅ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｃｒｙｓｔａｌ  ａｎｄ  ａ  ｗａｆｅｒ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ」と題し、２０１１年７月２２日に出願された、米国仮出願第６１／５１０，６３３号に開示される方法またはシステムのいくつかまたは全てを有利に利用し得る。
【００７４】
一実施形態において、本明細書に説明されるどの高調波発生器も、水素アニール非線形結晶を有利に含み得る。そのような結晶は、Ｃｈｕａｎｇらによる「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ」と題し、２０１２年６月１日に出願された米国特許出願第１３／４８８，６３５号、およびＣｈｕａｎｇらによる「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＮＬＯ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｂｙ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ」と題し、２０１１年１０月７日に出願された米国仮出願第６１／５４４，４２５号に記載されるように処理し得る。これらの出願の両方が、参照によって本明細書に組み込まれる。水素アニール結晶は、遠紫外線波長に関連するそれらの段階、例えば、第４のおよび第５の高調波発生器および振動数混合モジュールにおいて、特に有益であり得る。
【００７５】
いくかの実施形態において、ＯＰモジュールの信号振動数またはアイドラー振動数を第４のまたは第５の高調波と混合する振動数混合モジュールを、ＯＰモジュールの内部に配置することに留意すること。これは、信号振動数またはアイドラー振動数を、ＯＰモジュールから移動させる必要を回避する。それは、混合をより効率的にする振動数混合にとって利用可能な、（必要に応じて）最も高い信号またはアイドラー出力レベルを有する利益をも有する。
【００７６】
一実施形態において、基本波で十分な出力（例えば、約１０６３．５ｎｍの波長）を発生させるため、基本波の出力を上昇させるために、１つ以上の増幅器を使用し得る。２つ以上の増幅器を使用する場合、１つの種レーザーを、それらの増幅器に播種するために使用することができ、それにより全ての増幅器が同一の波長を出力し、同期出力パルスを有することを確保する。例えば、図５は、所望の基本波長（例えば、約１０６３．５ｎｍ）で種光を発生させる、種レーザー（安定化狭帯域化レーザー）５０３を含む基本波レーザー５００の例示的な構成を図示する。種レーザー５０３は、例えば、Ｎｄ添加ＹＡＧレーザー、Ｎｄ添加イットリウムオルトバナジウムレーザー、ファイバーレーザー、または安定化ダイオードレーザーによって実装され得る。
【００７７】
増幅器５０２は、種光をより高い出力レベルに増幅する。一実施形態において、増幅器５０２は、Ｎｄ添加ＹＡＧ、Ｎｄ添加イットリウムオルトバナジウム、またはバナジウム酸ガドリニウムおよびイットリウムオルトバナジウムのＮｄ添加混合物を含み得る。他の実施形態において、増幅器５０２は、Ｙｂ添加ファイバー増幅器を含み得る。増幅器ポンプ５０１は、増幅器５０２を往復運動させるために使用し得る。一実施形態において、増幅器ポンプ５０１は、約８０８ｎｍの波長で動作する１つまたはそれ以上のダイオードレーザーを含み得る。
【００７８】
複数の振動数変換段階が、（１９３．４ｎｍの波長に近い要求される出力に応じて）基本波レーザー波長を必要とし得るため、単一の増幅器によって従来発生されるよりも、より多くの基本波レーザー光が必要となり得る。そのような場合、複数の増幅器を使用し得る。例えば、基本波レーザー５００において、増幅器５０６および増幅器ポンプ５０７が、増幅器５０２および増幅器ポンプ５０１に加えて提供され得る。増幅器５０２と同様に、増幅器５０６もまた、種光をより高い出力に増幅し得る。増幅器ポンプ５０７は、増幅器５０６を往復運動させ得る。
【００７９】
複数の増幅器の実施形態において、各増幅器は、自身の基本波レーザー出力を発生させ得る。図５において、増幅器５０２は基本波レーザー出力（基本波）５０８を発生させることができ、増幅器５０６は基本波レーザー出力（基本波）５０９を発生させることができる。この配置において、基本波５０８および５０９を、異なる振動数変換段階に誘導し得る。基本波５０８および５０９が同一の波長であり、同期されることを確保するためには、種レーザー５０３は同一の種光を増幅器５０２および５０６に提供するべきであり、増幅器５０２および５０６は実質的に同一であるべきであり、増幅器ポンプ５０１および５０７は実質的に同一であるべきであることに留意すること。同一の種光を増幅器５０２および５０６の両方に提供することを確保するために、ビームスプリッター５０４および鏡５０５は、種光を分割し、そのほんの一部を増幅器５０６に誘導し得る。２つの増幅器のみを図５内に示すものの、基本波レーザーの他の実施形態は、複数の基本波出力を発生させるために、より多くの増幅器、増幅器ポンプ、ビームスプリッターおよび鏡を、同様の配置内に含み得る。
【００８０】
図６は、基本波長の２倍（すなわち、基本振動数の半分）の赤外光６０６を作成する例示的な縮退ＯＰＡ６００を図示する。この実施形態において、ビームコンバイナー６０２は、基本波６０３（例えば、１０６３．５ｎｍ）と種レーザー６０１によって発生される種光とを結合する。一実施形態において、ビームコンバイナー６０２は、１つの波長を他の波長を透過させると同時に効率的に反射させる、ダイクロイックコーティングを含み得る。別の実施形態において、ビームコンバイナー６０２は、２つの実質的に直交な偏光を効率的に結合する、偏光ビームコンバイナーであり得る。図６に示す配置において、２つの波長は、非線形変換器６０４の中を通って実質的に共線的に進行し得る。非線形変換器６０４は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、ＫＴＰ、または他の適切な非線形結晶質を含み得る。
【００８１】
一実施形態において、種レーザー６０１は、基本波レーザーｍｐ波長の２倍の種波長（例えば、基本波レーザーが１０６３．５ｎｍである場合、２１２７ｎｍ）を発生させる、低出力レーザー（例えば、ダイオードレーザーまたは低出力ファイバーレーザー）であり得る。この波長は、ＯＰＡ６００における下方変換工程を播種するために使用し得る。半導体レーザーは、化合物半導体のバンドギャップを２１２７ｎｍの光子の約０．５８２９ｅＶエネルギーに一致させるための適切な合成物を有する、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＡｓｐ、またはＧａＩｎＡｓＳｂなどの化合物半導体に基づいていてもよい。このダイオードの配置において、種レーザー６０１は、約１ｍＷ、数ｍＷ、または数十ｍＷの出力であることのみを必要とする。一実施形態において、種レーザー６０１は、例えば、回折格子および温度の安定化を使用することによって安定化され得る。種レーザー６０１は、（非線形変換器６０４の）非線形結晶に導入され、基本波の偏光に対して実質的に直角に偏光される偏光を発生させ得る。別の実施形態において、（非線形変換器６０４の）非線形結晶は、レーザー／増幅器に基づく自然放出を作成するために、共鳴空洞内に含まれ得る。一実施形態において、出力波長６０６は、ビームスプリッターまたはプリズム６０５を使用して未消費の基本波６０７から分割され得る。
【００８２】
縮退下方変換のためにＯＰＡを使用することの利点は、狭帯域安定化種レーザー信号によるＯＰＡの播種が、誘導放出を通して狭帯域出力をもたらすことである。これは、信号およびアイドラーが非線形結晶内で位相整合する任意の波長域上で自然発生し得るために、縮退下方変換が（非線形結晶に応じて）広帯域出力を生産する、生来の傾向を克服する。ＯＰＯにおいて、対象の波長の狭帯域（本明細書に開示されるレーザーシステムにおいては、典型的に数十ｎｍの帯域幅）内で高い反射性（または必要に応じて透過性）を有するが、その狭帯域外では非常に低い反射性（または透過性）を有するフィルターを製造することは、一般的に困難である。
【００８３】
ＯＰＡの他の実施形態は、基本波の波長の実質的に２倍の波長を発生させるために、フォトニック結晶ファイバーを使用し得る。ＯＰＡのさらに他の実施形態は、（非線形変換器６０４の）フォトニック結晶ファイバー下方変換器を播種するために、約２１２７ｎｍで動作する種レーザーダイオードを使用し得る。下方変換に非線形光学結晶を使用することは、（非線形変換器６０４の）非線形結晶がΧ（３）工程である代わりにΧ（２）工程であるため、より効率的であり得る。それにもかかわらず、いくつかの状況において、フォトニック結晶は有益であり得る。
【００８４】
レーザーは、正確には出力波長の５．５倍に等しくない波長で開始し得ることに留意すること。例えば、基本波は、約１０６４．４ｎｍの波長であり得る一方で、所望の出力波長は、１９３．３６８ｎｍに近い。その場合、縮退下方変換を使用する代わりに、２つの異なる出力波長（すなわち、信号およびアイドラー）をＯＰＯまたはＯＰＡによって発生させ得る。これらの２つの波長は、互いに近い（例えば、いくつかの実施形態において、数ｎｍまたは数十ｎｍの差で分割される）ため、信号およびアイドラーが垂直偏光を有し、偏光ビームスプリッターによって分割され得るように、（位相整合が実現する場合）タイプＩＩ振動数変換を使用し得る。別の実施形態において、（必要に応じて）他の波長を反射または透過させないのと同時に、所望の波長を反射または透過するために、適切な全長のエタロン（適切な設計のまたは体積型ブラッグ回折格子）を使用し得る。
【００８５】
図７は、基本波長の２倍（すなわち、基本振動数の半分）からわずかに移動した赤外光７０６を作成する例示的な非縮退ＯＰＡ７００を図示する。この実施形態において、ビームコンバイナー７０２は、基本波７０３（例えば、１０６４．４ｎｍ）と、種レーザー７０１（例えば、基本波が１０６４．４ｎｍで、所望のレーザーシステム出力波長が１９３．３６８ｎｍである場合、２１０９．７ｎｍの波長）によって発生される種光とを結合する。この基本波長は、Ｎｄ添加ＹＡＧレーザー、Ｎｄ添加イットリウムオルトバナジウムレーザー、バナジウム酸ガドリニウムおよびイットリウムオルトバナジウムのＮｄ添加混合物レーザー、またはＹｂ添加ファイバーレーザーによって発生され得る。一実施形態において、ビームコンバイナー７０２は、１つの波長を、他の波長を効率的に透過させると同時に効率的に反射させる、ダイクロイックコーティングまたは回折光学素子を含み得る。この配置において、２つの波長は、非線形変換器７０４の中を通って実質的に共線的に進行し得る。非線形変換器７０４は、周期分極ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、ＫＴＰ、または他の適切な非線形結晶質を含み得る。非線形変換器７０４は、種波長を増幅し、（基本波長が１０６４．４ｎｍであり、種波長が２１０９．７ｎｍである場合、約２１４８．２ｎｍに等しい）第２の波長もまた発生させ得る。
【００８６】
出力ビームスプリッター、フィルター、エタロンまたは回折光学素子などの素子７０５は、不要な（例えば、約２１４８．２ｎｍ）波長７０７を、必要な（約２１０９．７ｎｍ）波長７０６から分割するために使用し得る。素子７０５は、必要であれば、任意の未消費の基本波を出力線７０６から分割するためにもまた使用し得る。いくかの実施形態において、信号波長よりもむしろ、アイドラー波長（２１４８．２ｎｍなど）が播種され得る。アイドラーが播種される際には、基本波レーザーおよび種レーザー両方の帯域幅によって信号帯域幅が決定される一方で、信号が播種される際には、信号の帯域幅は種レーザーの帯域幅によって主に決定されることに留意すること。
【００８７】
これら２つの波長を分割する後、（例えば、２１０９．７ｎｍの波長の）信号振動数は、実質的に１９３．３６８ｎｍの出力波長を発生させるために、（例えば、実質的に２１２．８８０ｎｍの波長である）基本波の第５の高調波と混合され得る。この混合は、上記に記載される実施形態またはそれらの同等物のいずれかに従って行い得る。代替手段として、実質的に２１０９．７ｎｍの波長は、実質的に２３６．２９６ｎｍの光を作成するために、（実質的に２６６．１ｎｍの波長である）基本波の第４の高調波と混合され得る。これは、同様に、実質的に１９３．３６８ｎｍの出力波長を作成するために、基本波（または未消費の基本波）と混合され得る。この混合は、図４に示された実施形態またはその同等物のいずれかに従って、行い得る。
【００８８】
準ＣＷレーザー動作は、約５０ＭＨｚまたはそれ以上の繰り返し率で動作するモードロックレーザーなどの高い繰り返し率のレーザーを使用して、基本波レーザーのために構築され得る。真ＣＷレーザーは、ＣＷレーザーを使用して、基本波レーザーのために構築され得る。ＣＷレーザーは、効率的な振動数変換を得るのに十分な出力密度を増大させるために、共鳴空洞内に１つ以上の振動数変換段階が含まれることを必要とし得る。
【００８９】
図８〜１５は、振動数変換のためにＯＰモジュールを使用する、上記に記載するレーザーシステムを含み得るシステムを図示する。これらのシステムは、フォトマスク、レクチル、またはウエハー検査において使用され得る。
【００９０】
図８は、基板８１２の表面を検査するための例示的な光学検査システム８００を図示する。システム８００は、一般的に、第１の光学配置８５１および第２の光学配置８５７を含む。示すように、第１の光学配置８５１は、少なくとも光源８５２、検査光学素子８５４、および参照光学素子８５６を含む一方で、第２の光学配置８５７は、少なくとも透過光光学素子８５８、透過光検出器８６０、反射光光学素子８６２、および反射光検出器８６４を含む。一好適な配置において、光源８５２は、上記に記載される改良されたレーザーのうち１つを含む。
【００９１】
光源８５２は、光線を屈折させ、焦点を合わせるために配置される、音響光学装置８７０の中を通過する光線を放射するように構成される。音響光学装置８７０は、一対の音響光学素子、例えば、光線をＹ方向に屈折させ、Ｚ方向に焦点を合わせる、音響光学事前走査器および音響光学走査器を含み得る。例として、ほとんどの音響光学装置は、ＲＦ信号を石英またはＴｅＯ２などの結晶に送信することによって動作する。このＲＦ信号は、音波が結晶の中を進行することを引き起こす。進行音波のために、結晶は非対称となり、屈折率が結晶全体を通して変化することを引き起こす。この変化は、入射線が、振動性の方法で屈折する集束進行地点を形成することを引き起こす。
【００９２】
光線が音響光学装置８７０から出現する際、それはその後一対の４分の１波長板８７２およびリレーレンズ８７４の中を通過する。リレーレンズ８７４を、光線をコリメートするために配置する。コリメートされた光線は、その後回折格子８７６に到達するまで進行し続ける。回折格子８７６を、光線を広げるため、より具体的には、光線を互いに空間的に識別可能な（すなわち、互いに空間的に異なる）３つの異なる線に分割するために配置する。ほとんどの場合、空間的に異なる線もまた、等しい間隔を離して、実質的に等しい光強度を有するように配置する。
【００９３】
回折格子８７６を退出する際、３つの線は、開口部８８０の中を通過し、その後ビームスプリッターキューブ８８２に到達するまで進行し続ける。ビームスプリッターキューブ８８２を、（４分の１波長板８７２との組み合わせで）線を２つの経路、すなわち、下方に誘導される一方と、（図８内に示す配置において）右方に誘導される他方と、に分割するために配置する。下方に誘導される経路を、線の第１の光部分を基板８１２に分配するために使用する一方で、右方に誘導される経路を、線の第２の光部分を参照光学素子８５６に分配するために使用する。ほとんどの実施形態において、割合比率は各光学検査システムの特定の設計に従って変化し得るものの、ほとんどの光を、基盤８１２に分配し、少数の割合の光を参照光学素子８５６に分配する。一実施形態において、参照光学素子８５６は、参照集光レンズ８１４および参照検出器８１６を含み得る。参照集光レンズ８１４を、線の一部を、光強度を測定するために配置される参照検出器８１６上に収集し、誘導するために配置する。参照光学素子は、当技術分野で一般的に知られており、簡潔のために詳細には説明されない。
【００９４】
ビームスプリッター８８２から下方に誘導される３つの線を、光を向け直し、拡大する、いくつかのレンズ素子を含む望遠鏡８８８によって受信する。一実施形態において、望遠鏡８８８は、タレット上で回転する複数の望遠鏡を含む望遠鏡システムの一部である。例えば、３つの望遠鏡を使用し得る。これらの望遠鏡の目的は、基盤上の走査地点のサイズを変化させ、それにより最小検出可能欠陥サイズの選択を可能にすることである。より具体的には、各望遠鏡は、一般的に異なる画素サイズを表す。そのようなものとして、一望遠鏡は、検査をより早く、より低感度（例えば、低解像度）にするより広い地点サイズを発生させ得る一方で、別の望遠鏡は、検査をより遅く、より高感度（例えば、高解像度）にするより狭い地点サイズを発生させ得る。
【００９５】
望遠鏡８８８から、３つの線が、線の焦点を基板８１２の表面に合わせるために配置される対物レンズ８９０の中を通過する。線が３つの異なる地点として表面を交差する時に、反射光線および透過光線の両方を発生させ得る。透過光線は、基板８１２の中を通過する一方で、反射光線は表面に反射する。例として、反射光線は、基板の不透過性表面に反射する可能性があり、透過光線は基板の透過性領域の中を透過する可能性がある。透過光線を、透過光光学素子８５８によって収集し、反射光線を反射光光学素子８６２によって収集する。
【００９６】
透過光光学素子８５８について、基盤８１２の中を通過する後の透過光線を、第１の透過レンズ８９６によって収集し、球面収差補正レンズ８９８を用いて透過プリズム８１０上に焦点を合わせる。プリズム８１０は、透過光線を再配置し、屈折させるために配置される、各透過光線に対するファセットを有するように構成され得る。ほとんどの場合において、プリズム８１０を、ビームがそれぞれ透過光検出器構成８６０（３つの異なる検出器を有するように示される）内の単一の検出器に位置するように、線を分割するために使用する。したがって、線がプリズム８１０を退出する際、それらは、それぞれが透過光強度の測定のために配置される３つの検出器のうち１つの上に、各分割された線の焦点を個々に合わせる、第２の透過レンズ８０２の中を通過する。
【００９７】
反射光光学素子８６２について、基盤８１２に反射する後の反射光線を、対物レンズ８９０によって収集し、その後線を望遠鏡８８８へと誘導する。望遠鏡８８８に到達する前に、線は、４分の１波長板８０４の中もまた通過する。概括的な言葉で、対物レンズ８９０および望遠鏡８８８は、収集される線を、入射光線を操作する方法に対して光学的に反対の方法で操作する。つまり、対物レンズ８９０は線をリコリメートし、望遠鏡８８８はそれらのサイズを縮小する。線が望遠鏡８８８を退出する際、それらは、ビームスプリッターキューブ８８２に到達するまで、（逆向きに）進行し続ける。ビームスプリッター８８２は、線を中央経路８０６上に誘導するために、４分の１波長板８０４と連動するように構成される。
【００９８】
経路８０６を進行し続ける線を、その後、各線の焦点を各反射光線に対するファセットを含む反射プリズム８０９上に合わせる、第１の反射レンズ８０８によって収集する。反射プリズム８０９を、反射光線を再配置し、屈折するために配置する。透過プリズム８１０と同様に、反射プリズム８０９を、線を、それらがそれぞれの反射光検出器構成８６４内の単一の検出器に位置するように、分割するために使用する。示すように、反射光検出器構成８６４は、３つの個々に異なる検出器を含む。線が反射プリズム８０９を退出する際、それらは、それぞれが反射光強度の測定のために配置されるそれぞれの検出器のうち１つの上に、各分割された線の焦点を個々に合わせる、第２の反射レンズ８１１の中を通過する。
【００９９】
前述の光学組み立てによって容易にできる、複数の検査様式が存在する。例として、光学組み立ては、透過光検査様式、反射光検査様式、および同時検査様式を容易にし得る。透過光検査様式について、透過性領域および不透過性領域を有する従来の光マスクなどの、透過様式検出が、基板上の欠陥検出のために典型的に使用される。光線がマスク（または基板８１２）を走査する時に、光は透過点でマスクを貫通し、マスクの後部に位置し、第１の透過レンズ８９６、第２の透過レンズ８０２、球面収差レンズ８９８、およびプリズム８１０を含む透過光光学素子８５８によって収集される各光線の強度を測定する、透過光検出器８６０によって検出される。
【０１００】
反射光検査様式について、反射光検査は、クロム、現像されたフォトレジスト、または他の機構の形態で像情報を含む、透過性または不透過性基板上に実行され得る。基板８１２によって反射される光は、検査光学素子８５４と同一の光路に沿って逆向きに通過するが、その後偏光ビームスプリッター８８２によって検出器８６４に転換される。より具体的には、第１の反射レンズ８０８、プリズム８０９、および第２の反射レンズ８１１は、転換される光線からの光を検出器８６４上に投射する。反射光検査は、不透過性基板表面の上部上の汚染を検出するためにも使用され得る。
【０１０１】
同時検査様式について、透過光および反射光の両方を、欠陥の存在および／または種類を決定するために利用する。システムの２つの測定値は、透過光検出器８６０によって感知される、基板８１２の中を透過する光線の強度、および反射光検出器８６４によって検出される、反射光線の強度である。それらの２つの測定値を、その後、もしあれば基板８１２上の対応する点での欠陥の種類を決定するために、処理し得る。
【０１０２】
より具体的には、同時透過および反射検出は、透過検出器によって感知される不透過性欠陥の存在を開示し得る一方で、反射検出器の出力を欠陥の種類を開示するために使用し得る。例として、基板上のクロムドットまたは粒子のいずれかは、両方とも透過光検出器からの低い透過光指標をもたらし得るが、反射クロム欠陥は、高い反射光指標をもたらす可能性があり、粒子は、反射検出器からの低い反射光指標をもたらす可能性がある。したがって、反射および透過検出の両方を使用することによって、欠陥の反射または透過特性のみを検査する場合にはなされ得ない、クロム形状の上部上の粒子を見つけることができる。さらに、それらの反射および透過光強度の比率などの、欠陥の特定の種類の特徴を決定し得る。この情報は、その後自動的に欠陥を分類するために使用し得る。１９９６年１０月８日に発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第５，５６３，７０２号は、システム８００に関する追加の詳細を記載する。
【０１０３】
本発明の特定の実施形態に従って、約１９３ｎｍのレーザーシステムを組み込む検査システムは、データの２つのチャンネルを単一の検出器上に同時に検出し得る。そのような検査システムを、レチクル、フォトマスクまたはウエハーなどの基板を検査するために使用することができ、２００９年５月５日にＢｒｏｗｎらに対して発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第７，５２８，９４３号内に記載されるように動作することができる。
【０１０４】
図９は、像または信号の２つのチャンネルを１つのセンサー９７０上に同時に検出する、レチクル、フォトマスクまたはウエハー検査システム９００を示す。照射源９０９は、本明細書に記載されるように１９３ｎｍのレーザーシステムを組み込む。光源は、パルス乗算器および／または可干渉性低下配置をさらに含み得る。２つのチャンネルは、検査対象物９３０が透過性である（例えば、レチクルまたはフォトマスク）際、反射および透過強度を含むことができ、または入射角、偏光状態、波長域またはこれらの組み合わせなどの、２つの異なる照射様式を含むことができる。
【０１０５】
図９に示すように、照射するリレー光学素子９１５および９２０は、源９０９からの照射を検査対象物９３０にリレーする。検査対象物９３０は、レチクル、フォトマスク、半導体ウエハーまたは検査されるべき他の品目であり得る。像リレー光学素子９５５および９６０は、検査対象物９３０によって反射および／または透過される光をセンサー９７０にリレーする。検出される２つのチャンネルに対する信号または像に対応するデータを、データ９８０として示し、コンピューター（図示せず）に処理のために送信する。
【０１０６】
図１０は、複数の対物および上記に記載する改良されたレーザーのうち１つを含む、例示的な検査システム１０００を図示する。システム１０００において、レーザー源１００１からの照射を、照射サブシステムの複数のセクションに送信する。照射サブシステムの第１のセクションは、素子１００２ａから１００６ａまでを含む。レンズ１００２ａは、レーザー１００１からの光の焦点を合わせる。レンズ１００２ａからの光は、その後鏡１００３ａから反射する。鏡１００３ａを、図示の目的のためにこの位置に配置されており、どこに配置されてもよい。鏡１００３ａからの光を、その後照射瞳面１００５ａを形成するレンズ１００４ａによって収集する。開口部、フィルター、または光を修正する他の装置を、検査様式の必須要件に応じて、瞳面１００５ａ内に配置し得る。瞳面１００５ａからの光は、その後レンズ１００６ａの中を通過し、照射フィールド面１００７を形成する。
【０１０７】
照射サブシステムの第２のセクションは、素子１００２ｂから１００６ｂまでを含む。レンズ１００２ｂは、レーザー１００１からの光の焦点を合わせる。レンズ１００２ｂからの光は、その後鏡１００３ｂから反射する。鏡１００３ｂからの光を、その後照射瞳面１００５ｂを形成するレンズ１００４ｂによって収集する。開口部、フィルター、または光を修正する他の装置を、検査様式の必須要件に応じて、瞳面１００５ｂ内に配置し得る。瞳面１００５ｂからの光は、その後レンズ１００６ｂの中を通過し、照射フィールド面１００７を形成する。第２のセクションからの光を、その後照射フィールド面１００７での照射フィールド光エネルギーが、結合された照射セクションで構成されるように、鏡または反射面によって誘導する。
【０１０８】
フィールド面光を、その後ビームスプリッター１０１０に反射する前に、レンズ１００９によって収集する。レンズ１００６ａおよび１００９は、第１の照射瞳面１００５ａの像を対物瞳面１０１１に形成する。同様に、レンズ１００６ｂおよび１００９は、第２の照射瞳面１００５ｂの像を対物瞳面１０１１に形成する。対物１０１２（または代替手段として１０１３）は、その後瞳光を取り込み、照射フィールド１００７の像を試料１０１４に形成する。対物１０１２または対物１０１３を、試料１０１４に近接して位置付ける。試料１０１４は、試料を所望の位置に位置付けるステージ（図示せず）上で移動し得る。試料１０１４からの反射および散乱光を、高ＮＡ（開口数）反射屈折対物１０１２または対物１０１３によって収集する。反射光瞳を対物瞳面１０１１で形成する後、光エネルギーは、造影サブシステム内に内部フィールド１０１６を形成する前に、ビームスプリッター１０１０およびレンズ１０１５を通過する。この内部造影フィールドは、試料１０１４およびそれに応じる照射フィールド１００７の像である。このフィールドは、照射フィールドに対応する複数のフィールドに、空間的に分割され得る。これらのフィールドのそれぞれは、別々の造影様式を支持し得る。
【０１０９】
これらのフィールドのうち１つを、鏡１０１７を使用して向け直し得る。向け直された光は、その後別の造影瞳１０１９ｂを形成する前に、レンズ１０１８ｂの中を通過する。この造影瞳は、瞳１０１１およびそれに応じる照射瞳１００５ｂの像である。開口部、フィルター、または光を修正する他の装置を、検査様式の必須要件に応じて、瞳面１０１９ｂ内に配置し得る。瞳面１０１９ｂからの光は、その後レンズ１０２０ｂの中を通過し、像をセンサー１０２１ｂ上に形成する。同様の方法で、鏡または反射面１０１７によって通過する光を、レンズ１０１８ａによって収集し、造影瞳１０１９ａを形成する。造影瞳１０１９ａからの光を、その後像を検出器１０２１ａ上に形成する前に、レンズ１０２０ａによって収集する。検出器１０２１ａ上に撮像される光は、異なる造影様式のためにセンサー１０２１ｂ上に撮像される光から使用し得る。
【０１１０】
システム１０００において用いられる照射サブシステムは、レーザー源１００１、収集光学素子１００２〜１００４、瞳面に近接して配置される線形成部品１００５、およびリレー光学素子１００６および１００９で構成される。内部フィールド面１００７を、レンズ１００６と１００９との間に位置付ける。一好適な配置において、レーザー源９０１は、上記に記載する改良されたレーザーのうち１つを含み得る。
【０１１１】
レーザー源１００１について、２つの透過の点または角を有する単一の一様ブロックとして図示される一方で、実際には、これは２つの照射チャンネル、例えば、素子１００２ａ〜１００６ａの中を通過する第１の振動数でのレーザー光エネルギーなどの第１の光エネルギーチャンネル、素子１００２ｂ〜１００６ｂの中を通過する第２の振動数でレーザー光エネルギーなどのおよび第２の光エネルギーチャンネル、を提供することが可能なレーザー源を表す。１つのチャンネル内の明視野エネルギーおよび他のチャンネル内の暗視野様式などの、異なる光エネルギー様式を用い得る。
【０１１２】
レーザー源１００１からの光エネルギーを９０度離れて放射し、素子１００２ａ〜１００６ａおよび１００２ｂ〜１００６ｂを９０度の角に向けることを示す一方で、実際には、光は、必ずしも２次元内に限らず様々な方向に放射することができ、部品は、示されるのとは異なるように向けることができる。したがって、図１０は、単に用いられる部品の表現であり、示される角または距離は縮尺するものでも、設計に対して特に要求されるものではない。
【０１１３】
瞳面１００５に近接して配置される素子を、開口部成形の概念を使用して現在のシステムに用い得る。この設計を使用して、個々の点照射、リング照射、クアドラポル照射、または他の所望の様式だけでなく、一様照射または一様に近い照射を実現し得る。
【０１１４】
対物に対する様々な実装は、一般的な造影サブシステム内で用い得る。単一の固定対物を使用し得る。単一の対物は、全ての所望の造影および検査様式を支持し得る。そのような設計は、造影システムが比較的広いフィールドサイズおよび比較的高い開口数を支持する場合に、実現可能である。開口数は、瞳面１００５ａ、１００５ｂ、１０１９ａ、および１０１９ｂに配置される内部開口部を使用することによって所望の値まで減少させ得る。
【０１１５】
複数の対物もまた、図１０に示すように使用し得る。例えば、２つの対物１０１２および１０１３を示すものの、任意の数が可能である。そのような設計における各対物を、レーザー源１００１によって生産される各波長のために最適化し得る。それらの対物１０１２および１０１３は、固定位置を有するか、または試料１０１４に近接する位置に移動されるか、のいずれかであり得る。試料に近接する複数の対物を移動するために、標準的な顕微鏡において一般的であるように、回転タレットを使用し得る。ステージ上で対物を横方向に移動すること、およびアーク上で角度計を使用して対物を移動すること、を含むがこれに限られない、試料に近接する対物の移動のための他の設計が利用可能である。さらに、タレット上の固定対物および複数の対物の任意の組み合わせを、本システムに従って実現し得る。
【０１１６】
この配置の最大開口数は、０．９７に接近またはそれを超過し得るが、特定の例においてより高くあり得る。この高ＮＡ反射屈折造影システムによって可能な広範囲の照射および収集角は、その広いフィールドサイズと結合して、システムが複数の検査様式を同時に支持することを可能にする。先の段落から理解され得るように、複数の造影様式は、単一の光学システムまたは照射装置と連結する機械を使用して実装し得る。照射および収集のために開示される高ＮＡは、同一の光学システムを使用する造影様式の実装を可能にし、これにより異なる種類の欠陥または試料に対する造影の最適化を可能にする。
【０１１７】
造影サブシステムは、中間像形成光学素子１０１５もまた含む。像形成光学素子１０１５の目的は、試料１０１４の内部像１０１６を形成することである。この内部像１０１６において、鏡１０１７を、検査様式のうち１つに対応する光を向け直すために配置し得る。造影様式のための光が空間的に分割されるため、この位置で光を向け直すことが可能である。像形成光学素子１０１８（１０１８ａおよび１０１８ｂ）および１０２０（１０２０ａおよび１０２０ｂ）を、可変焦点ズーム、集束光学素子を有する複数の無限焦点チューブレンズ、または複数の像形成マグチューブを含むいくつかの異なる形態において、実装し得る。２００９年７月１６日に公開され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国公開出願第２００９／０１８０１７６号は、システム１０００に関する追加の詳細を記載する。
【０１１８】
図１１は、３つのサブシステム１１０１Ａ、１１０１Ｂ、１１０１Ｃを含む、例示的な超広帯域ＵＶ顕微鏡造影システム１１００を図示する。サブセクション１１０１Ｃは、反射屈折対物セクション１１０２およびズーミングチューブレンズ１１０３を含む。反射屈折対物セクション１１０２は、反射屈折レンズ群１１０４、対物レンズ群１１０５、およびフォーカスレンズ群１１０６を含む。システム１１００は、対象物／試料１１０９（例えば、検査されるウエハー）を像面１１１２に撮像し得る。
【０１１９】
反射屈折レンズ群１１０４は、平面に近い（または平面）反射板（反射コーティングされたレンズ素子である）、メニスカスレンズ（反射面である）、および凹球面鏡を含む。反射素子の両方は、中間像面からの光が凹球面鏡の中を通過し、平面に近い（または平面）反射板によって凹球面鏡上に反射され、途中の関連するレンズ素子（複数可）を横断しながら、平面に近い（または平面）反射板の中を通過して戻すことを可能にするための、反射材料を含まない中央光学開口部を有し得る。反射屈折レンズ群１１０４を、ズーミングチューブレンズ１１０３との連結で、システムの一次縦色が実質的に波長域上で補正されるように、中間像の実像を形成するために、位置付ける。
【０１２０】
対物レンズ群１１０５は、溶融石英およびフッ化物ガラス、または回折面などの、２つまたはそれ以上の異なる屈折材料から構成され得る。対物レンズ群１１０５は、共に光学的に結合することができるか、または代わりに空中にわずかに離して配置することができる。溶融石英およびフッ化物ガラスは、深紫外線領域内の分散において実質的に異ならないため、対物レンズ群のいくつかの構成素子の個々の出力は、異なる分散を提供するために高い高さである必要がある。対物レンズ群１１０５は、中間像に近接した光路に沿って配列される正味の正の屈折力を有する。そのような色収差を補正した対物レンズは、超広スペクトル領域上の一次および二次横色だけでなく、少なくとも二次縦色を含む、色収差の完全な補正を可能にする。一実施形態において、１つの対物レンズ部品のみが、システムの他のレンズとは異なる屈折材料である必要がある。
【０１２１】
フォーカスレンズ群１１０６は、好適には全てが単一の種類の材料によって形成され、単色収差および収差の色度変化の両方を補正し、光の焦点を中間像に合わせるために選択される、曲率および位置を有する反射面およびを有する、複数のレンズ素子を含む。フォーカスレンズ群１１０６の一実施形態において、レンズ１１１３の低出力との組み合わせは、球面収差、コマ収差、および非点収差における色度変化を補正する。ビームスプリッター１１０７は、ＵＶ光源１１０８のための入射口を提供する。ＵＶ光源１１０８は、上記に記載される改良されたレーザーによって有利に実装し得る。
【０１２２】
ズーミングチューブレンズ１１０３は、溶融石英などの全て同一の屈折材料であってもよく、一次縦および一次横色がズーム中に変化しないように設計される。これらの一次色収差は、ゼロに補正される必要はなく、１つのガラスの種類のみが使用される場合はそうされてはならず、それらは固定されていなくてはならず、これは可能である。その後反射屈折対物セクション１１０２の設計を、ズーミングチューブレンズ１１０３のこれらの未補正だが固定された色収差を補完するために、修正しなくてはならない。その高次色収差を変化させることなく、ズームまたは倍率の変更をし得るズーミングチューブレンズ１１０３は、システムの１つの光路に沿って配置されるレンズ表面を含む。
【０１２３】
一好適な実施形態において、ズーミングチューブレンズ１００３は、まず反射屈折対物１１０２セクションとは無関係に、（溶融石英およびフッ化カルシウムなどの）２つの屈折材料を使用して補正される。ズーミングチューブレンズ１１０３を、その後反射屈折対物セクション１１０２と結合し、その時に、反射屈折対物セクション１１０２を、システム１１００の残余の高次色収差を補完するために修正し得る。この補完は、対物レンズ群１１０５および低出力レンズ群１１１３のために、可能である。結合されたシステムは、その後全てのパラメーターが最良の実行を実現するために変化することによって、最適化される。
【０１２４】
サブセクション１１０１Ａおよび１１０１Ｂは、サブセクション１２０１Ｃのそれと実質的に同様な部品を含み、したがって詳細に説明されないことに留意すること。
【０１２５】
システム１１００は、３６倍から１００倍までのズームを可能にするリニアズーム動作を提供するための、折り返しミラー群１１１１を含む。広範囲ズームは連続的な倍率変更を提供する一方で、ファインズームはエイリアシングを低下させ、反復像配列のためのセル間の減算などの電子像処理を可能にする。折り返しミラー群１１１１は、反射素子の「トロンボーン」システムとして特徴付けられる。ズームは、ズーミングチューブレンズ群１１０３を一群として移動すること、およびトロンボーンのスライドの腕を移動することによって行われる。トロンボーン運動は焦点のみに影響を与え、その位置のｆ♯速度は非常に遅いため、この運動の精度は非常に無規律であり得る。このトロンボーン配置の１つの利点は、それがシステムを著しく短縮することである。別の利点は、能動型（非平坦）光学素子に関連するズーム動作が１つのみ存在することである。トロンボーンのスライドを有する他のズーム動作は、エラーに対して鈍感である。１９９９年１２月７日に発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第５，９９９，３１０号は、システム１１００をより詳細に記載する。
【０１２６】
図１２は、垂直入射レーザー照射（暗視野または明視野）の反射屈折造影システム１２００への追加を図示する。システム１２００の照射ブロックは、レーザー１２０１、検査される表面上の照射線サイズおよびプロファイルを制御するための適応光学素子１２０２、機械収容部１２０４内の開口部および窓１２０３、レーザーを光軸に沿って試料１２０８の表面に対して垂直入射に向け直すためのプリズム１２０５、を含む。プリズム１２０５は、試料１２０８の表面特徴からの鏡面反射、および像面１２０９への光路に沿った対物１２０６の光学面からの反射もまた誘導する。対物１２０６に対するレンズを、反射屈折対物、フォーカスレンズ群、ズーミングチューブレンズセクション（例えば、図１１を参照されたい）の一般的な形態において提供し得る。一好適な実施形態において、レーザー１２０１を、上記に記載する改良されたレーザーによって実装し得る。２００７年１月４日に公開され、本明細書に参照によって組み込まれる、公開特許出願第２００７／０００２４６５号は、システム１２００をより詳細に記載する。
【０１２７】
図１３Ａは、照射システム１３０１および表面領域１３１１を検査するための収集システム１３１０を含む、表面検査装置１３００を図示する。図１３Ａに示すように、レーザーシステム１３２０は、光線１３０２をレンズ１３０３の中を通して誘導する。一好適な実施形態において、レーザーシステム１３２０は、上記に記載する改良されたレーザー、アニール結晶、および結晶のアニール状態を動作中に低温で保持するための収容部を含む。第１の線形成光学素子は、レーザーからの線を受信し、線の焦点を、結晶内またはそれに近接したビームウエストにおける楕円形の横断面に合わせるように、構成され得る。
【０１２８】
レンズ１３０３を、その主要面が試料表面１３１１に対して実質的に並行になり、結果として照射ライン１３０５をレンズ１３０３の焦点面内の表面１３１１上に形成するように、向ける。さらに、光線１３０２および焦点線１３０４を、非直交入射角で表面１３１１に誘導する。特に、光１３０２および焦点線１３０４を、約１度と約８５度との間の角で、正常方向から表面１３１１へと誘導し得る。この方法において、照射ライン１３０５は、実質的に焦点線１３０４の入射面内に存在する。
【０１２９】
収集システム１３１０は、照射ライン１３０５からの散乱光を収集するためのレンズ１３１２、およびレンズ１３１２から出てくる光の焦点を、一連の受光検出器を含む電荷結合素子（ＣＣＤ）１３１４などの装置上に合わせるためのレンズ１３１３を含む。一実施形態において、ＣＣＤ１３１４は、検出器の線形配列を含み得る。そのような場合、ＣＣＤ１３１４内部の検出器の線形配列を、照射ライン１３１５に対して並行に向け得る。一実施形態において、複数の収集システムを含むことができ、各収集システムは同様の部品を含むが、配向性が異なる。
【０１３０】
例えば、図１３Ｂは、表面検査装置（例えば、照射システム１３０１のそれと同様なその照射システムは、便宜上示さない）のための収集システム１３３１、１３３２および１３３３の例示的な配列を図示する。収集システム１３３１内の第１の光学素子は、試料１３１１の表面から第１の方向への散乱光を収集する。収集システム１３３２内の第２の光学素子は、試料１３１１の表面から第２の方向への散乱光を収集する。収集システム１３３３内の第３の光学素子は、試料１３１１の表面から第３の方向への散乱光を収集する。第１の、第２の、および第３の経路は、試料１３１１の前述の表面に対して異なる反射角であることに留意すること。試料１３１１を支持する基盤１３１２は、試料１３１１の全表面が走査され得るように、光学素子と試料１３１１との間の相対運動を引き起こすために使用し得る。２００９年４月２８日に発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第７，５２５，６４９号は、表面検査装置１３００および他の複数の収集システムをより詳細に記載する。
【０１３１】
図１４は、表面１４０１上の異常を検査するために使用され得る、表面検査システム１４００を図示する。この実施形態において、表面１４０１を、上記に記載する改良されたレーザーが発生するレーザー線を含む、レーザーシステム１４３０の実質的に固定された照射装置部分によって、照射し得る。レーザーシステム１４３０の出力を、線を拡大し焦点を合わせるために、偏光光学素子１４２１、ビーム拡大器および開口部１４２２、および線形成光学素子１４２３の中を連続的に通過させ得る。
【０１３２】
結果として生じる焦点レーザー線１４０２を、線１４０５を表面１４０１へと表面の照射のために誘導するために、その後線折りたたみ部品１４０３および線屈折器１４０４によって反射する。他の実施形態において、線１４０５は表面１４０１に対して斜角であり得るものの、前述の好適な実施形態において、線１４０５は表面１４０１に対して実質的に垂直または直角である。
【０１３３】
一実施形態において、線１４０５は、表面１４０１に対して実質的に直角または垂直であり、屈折器１４０４は、表面１４０１からの線の鏡面反射を線変向部品１４０３へと反射し、これにより鏡面反射が検出器に到達するのを防ぐための遮蔽板として機能する。鏡面反射の方向は、試料の表面１４０１に対して垂直である、線ＳＲに沿う。線１４０５が表面１４０１に対して垂直である一実施形態において、この線ＳＲは、照射線１４０５の方向と一致し、この一般的な参照線または方向は、本明細書において検査システム１４００の軸として言及される。線１４０５が表面１４０１に対して斜角である場合、鏡面反射ＳＲの方向は、入射する線１４０５の方向とは一致しないであろう。そのような場合、表面法線の方向を示す線ＳＲは、検査システム１４００の収集部分の主軸として言及される。
【０１３４】
小粒子による散乱光を、鏡１４０６によって収集し、開口部１４０７および検出器１４０８へと誘導する。大粒子による散乱光を、レンズ１４０９によって収集し、開口部１４１０および検出器１４１１へと誘導する。いくつかの大粒子は、収集され、検出器１４０８へと誘導される光をも散乱させ、同様に、いくつかの小粒子は、収集され、検出器１４１１へと誘導される光をも散乱させるが、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ている散乱光の強度と比較して、比較的低強度であることに留意すること。一実施形態において、検出器１４１１は、一連の受光素子を含むことができ、受光素子の配列の各受光素子は、照射ラインの拡大像の対応する部分を検出するように構成される。一実施形態において、検査システムは、パターン化されていないウエハー上の欠陥の検出に使用するために構成され得る。２００１年８月７日に発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第６，２７１，９１６号は、検査システム１４００をより詳細に記載する。
【０１３５】
図１５は、通常および斜方照射線の両方を使用して異常検出を実装するように構成された検査システム１５００を図示する。この配置において、上記に記載される改良されたレーザーを含むレーザーシステム１５３０は、レーザー線１５０１を提供し得る。レンズ１５０２は、線１５０１の焦点を、空間フィルター１５０３を通して合わせ、レンズ１５０４は、線をコリメートし、それを偏光ビームスプリッター１５０５に伝える。ビームスプリッター１５０５は、第１の偏光要素を通常照射チャンネルへと、第２の偏光要素を斜方照射チャンネルへと、通過させ、第１のおよび第２の要素は直交である。通常照射チャンネル１５０６において、第１の偏光要素の焦点を光学素子１５０７によって合わせ、鏡１５０８によって試料１５０９の表面へと反射する。試料１５０９による散乱放射を収集し、放物面鏡１５１０によって光電子増倍管１５１１に焦点を合わせる。
【０１３６】
斜方照射チャンネル１５１２において、第２の偏光要素をビームスプリッター１５０５によって、そのような線を、半波長板１５１４を通して反射する鏡１５１３に反射させ、光学素子１５１５によって試料１５０９に焦点を合わせる。斜方チャンネル１５１２内の斜方照射線から生じ、試料１５０９によって散乱される放射もまた、放物面鏡１５１０によって収集し、光電子増倍管１５１１に焦点を合わせる。光電子増倍管１５１１は、ピンホール入射口を有することに留意すること。ピンホールおよび照射地点（表面１５０９上の通常および斜方照射チャンネルから）は、好適には放物面鏡１５１０の焦点に存在する。
【０１３７】
放物面鏡１５１０は、試料１５０９からの散乱放射を、コリメートされた線１５１６にコリメートする。コリメートされた線１５１６の焦点を、その後対物１５１７によって、アナライザー１５１８の中を通して光電子増倍管１５１１に合わせる。放物面形状以外の形状を有する曲面鏡表面を使用し得ることに留意すること。器具１５２０は、試料１５０９の表面にわたって地点を走査するように、線と試料１５０９との間の相対運動を提供し得る。２００１年３月１３日に発行され、本明細書に参照によって組み込まれる、米国特許第６，２０１，６０１号は、検査システム１５００をより詳細に記載する。
【０１３８】
他のレチクル、フォトマスク、またはウエハー検査システムは、上記に記載される改良されたレーザーを有利に使用し得る。例えば、他のシステムは、米国特許第５，５６３，７０２号、第５，９９９，３１０号、第６，２０１，６０１号、第６，２７１，９１６号、第７，３５２，４５７号、第７，５２５，６４９号、および第７，５２８，９４３号に記載されるものを含む。さらなるシステムは、米国公開第２００７／０００２４６５号および第２００９／０１８０１７６号に記載されるものを含む。検査システムにおいて使用する際、この改良されたレーザーシステムは、公開ＰＣＴ出願ＷＯ第２０１０／０３７１０６号および米国特許出願第１３／０７３，９８６号において開示される、可干渉性およびスペックル低下装置および方法と有利に結合し得る。この改良されたレーザーは、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｅａｋ  ｐｏｗｅｒ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌａｓｅｒ  ｐｕｌｓｅｓ  ａｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ａｎｄ  ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓａｍｅ」と題し、２０１１年６月１３日に出願された、米国仮出願第６１／４９６，４４６号、および「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｕｌｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ」と題し、２０１２年６月１日に出願された、米国特許出願第１３／４８７，０７５号（現在は米国公開第２０１２／０３１４２８６号として２０１２年１２月１３日に公開）において開示される方法およびシステムとも有利に結合し得る。この段落で引用される特許、特許公開、および特許出願は、本明細書に参照によって組み込まれる。
【０１３９】
上記の実施形態のいくつかは、約１９３．３６８ｎｍの出力波長に変換される約１０６３．５ｎｍの基本波長を記載するものの、１９３．３６８ｎｍの数ｎｍ内の他の波長を、基本波長および信号波長の適切な選択を使用するこの手法によって発生させ得ることが理解されるべきである。そのようなレーザーを利用するそのようなレーザーおよびシステムは、本発明の範囲内である。
【０１４０】
改良されたレーザーは、第８の高調波レーザーよりも著しく安価であり、より長寿命を有し、これにより第８の高調波レーザーと比較してより良い所有経費を提供する。１０６４ｎｍ近くで動作する基本波レーザーは、妥当な価格で、様々な組み合わせの出力と繰り返し率で簡単に入手可能であることに留意すること。実際に、改良されたレーザーは、簡単に入手可能で比較的安価な部品を用いて、その全体を構築することができる。改良されたレーザーは、高い繰り返し率のモードロックまたはＱ−スイッチレーザーであり得るため、改良されたレーザーは、低い繰り返し率のレーザーと比較して、レチクル／フォトマスク／ウエハー検査システムの照射光学素子を簡素化し得る。
【０１４１】
上記に記載される、この発明の構造および方法の様々な実施形態は、この発明の原理の例示的であるのみで、発明の範囲を記載される特定の実施形態に制限することを意図しない。
【０１４２】
例えば、正確に基本波長の２倍の波長を発生させる代わりに、波長を、約１０ｎｍ、２０ｎｍまたは数百ｎｍの差で基本波長の２倍から移動させて、発生させ得る。正確に基本波長の２倍ではない波長を使用することによって、５．５で割った基本波長からわずかに移動した出力波長を発生させることが可能である。例えば、約５．４と５．６との間の値で割った基本波長、またはいくかの実施形態において、約５．４９と５．５１との間の値で割った基本波長。いくつかの実施形態は、基本振動数の約半分、および基本振動数の約１．５倍である振動数を発生させるために、基本波の第２の調和振動数を下方変換する。したがって、この発明は、以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物によってのみ、制限される。
【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ｂ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１３Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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