JP2012230924A

JP2012230924A - レーザ駆動の光源及び方法

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Publication number: JP2012230924A
Application number: JP2012188275A
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Inventors: Donald K Smith; スミス，ドナルド・ケイ
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Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2012-11-22
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Abstract

【課題】改善された高輝度光源を提供する。
【解決手段】光源１００は、チャンバ１２８と、前記チャンバ内のガスをイオン化するための点火源１４０と、前記チャンバ内の前記イオン化ガスにエネルギーを供給して高輝度光１３６を生成するための連続波レーザ１０４と、を備える。光源１００は、イオン化ガスに供給される連続波レーザエネルギーの特性を変更するため、レンズ、ミラー等の光学要素を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ駆動の光源を提供するための方法および装置に関する。

高輝度光源は、様々な用途で使用され得る。例えば、高輝度光源は、半導体ウェハまたはウェハの製造で使用される材料（例えばレチクルおよびフォトマスク）と関連した検査、試験、または特性測定用に使用され得る。あるいは、高輝度光源によって生成された電磁エネルギーは、ウェハの製造、顕微鏡システム、またはフォトレジスト硬化システムで使用されるリソグラフィ装置で照射源として使用され得る。光のパラメータ（例えば波長、パワーレベルおよび輝度）は用途次第でいろいろである。

例えば、ウェハ検査システムにおける現況技術は、光を生成するのにキセノンアークまたは水銀アークのランプの使用を含む。アークランプは、ランプのチャンバ内に配置されたキセノンまたは水銀ガスを励起するために使用されるアノードおよびカソードを含む。アノードとカソードの間で放電が生成され、励起された（例えばイオン化された）ガスに電力を供給して、光源の動作中イオン化ガスによって放射された光を維持する。動作中、アノードおよびカソードは、アノードとカソードの間にあるイオン化ガスに送られる放電のために非常に熱くなる。結果として、アノードおよび／またはカソードは消耗する傾向があり、また、光源を汚すか光源の故障をもたらす可能性がある粒子を放出する恐れがある。また、これらのアークランプは、とりわけ紫外線スペクトルにおいて、いくつかの用途向けには輝度が十分でない。さらに、これらのランプではアークの位置が不安定になる恐れがある。

したがって、改善された高輝度光源が必要である。また、高輝度光を生成するプラズマを維持するのに放電に依存しない改善された高輝度光源も必要である。

本発明は、高輝度光を生成するための光源を特徴とする。本発明は、一態様では、チャンバを有する光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のガスをイオン化するための点火源も含む。光源は、チャンバ内のイオン化ガスにエネルギーを供給するための少なくとも１つのレーザも含み、高輝度光を生成する。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、高輝度光が生じる領域に向けられた複数のレーザである。いくつかの実施形態では、光源は、イオン化ガスに供給されたレーザエネルギーの特性を変更するための少なくとも１つの光学要素も含む。光学要素は、例えばレンズ（例えば不遊レンズ、色消しレンズ、単一要素レンズおよびフレネルレンズ）またはミラー（例えばコーティングされたミラー、誘導体でコーティングされたミラー、狭帯域ミラーおよび紫外線を透過して赤外線を反射するミラー）であり得る。いくつかの実施形態では、光学要素は、ガスにレーザエネルギーを向けるための１つまたは複数の光ファイバ要素である。

チャンバは、紫外線透過領域を含むことができる。チャンバまたはチャンバ内の窓は、石英、Ｓｕｐｒａｓｉｌ（登録商標）石英（ＨｅｒａｅｕｓＱｕａｒｔｚＡｍｅｒｉｃａ、ＬＬＣ社、ジョージア州ビュフォード）、サファイア、ＭｇＦ_２、ダイヤモンドおよびＣａＦ_２から成るグループから選択された材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、チャンバは密閉されたチャンバである。いくつかの実施形態では、チャンバは能動的に励起され得る。いくつかの実施形態では、チャンバは誘電材料（例えば石英）を含む。チャンバは例えばガラスバルブであり得る。いくつかの実施形態では、チャンバは紫外線透過性誘電体チャンバである。

ガスは、１つまたは複数の希ガス、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｄ_２、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｆ_２、金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、エキシマ形成ガス、空気、蒸気、金属酸化物、エアロゾル、流れる溶媒、または再生溶媒であり得る。ガスは、チャンバ内の対象（例えば固体または液体）に衝突するパルスレーザビームによって生成され得る。対象は金属のプールまたはフィルムであり得る。いくつかの実施形態では、対象は移動することができる。例えば、対象は、高輝度光が生じる領域へ向けられる液体でよい。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、光ファイバ要素内へ結合される複数のダイオードレーザである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、パルスまたは連続波レーザを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、ＩＲレーザ、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、イッテルビウムレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザまたはガス放電レーザである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、イオン化媒体に強く吸収される電磁エネルギーの少なくとも１つの波長を放射する。

点火源は、電極、紫外線点火源、容量性点火源、誘導性点火源、ＲＦ点火源、マイクロ波点火源、閃光ランプ、パルスレーザまたはパルスランプであり得るか、またはこれらを含むことができる。点火源は、チャンバ内の固体または液体の対象に当たる連続波（ＣＷ）またはパルスレーザであり得る。点火源は、チャンバに対して外部または内部に存在することができる。

光源は、イオン化ガスによって放射された電磁放射の特性を変更するために少なくとも１つの光学要素を含むことができる。光学要素は、例えば１つまたは複数のミラーまたはレンズであり得る。いくつかの実施形態では、光学要素は、イオン化ガスによって放射された電磁放射をツール（例えばウェハ検査ツール、顕微鏡、計量ツール、リソグラフィツールまたは内視鏡検査ツール）に送るように構成される。

本発明は、別の態様では、光を生成するための方法に関する。この方法は、点火源でチャンバ内のガスをイオン化するステップを含む。この方法は、チャンバ内のイオン化ガスにレーザエネルギーを供給して高輝度光を生成するステップも含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、イオン化ガスに供給されたレーザエネルギーの特性を変更するために、少なくとも１つの光学要素によってレーザエネルギーを方向づけるステップも含む。いくつかの実施形態では、この方法は、能動的にチャンバを励起するステップを含む。イオン性媒体は、移動する対象であり得る。いくつかの実施形態では、この方法は、光の特性を変更するために少なくとも１つの光学要素によって高輝度光を方向づけるステップも含む。いくつかの実施形態では、この方法は、イオン化媒体によって放射された高輝度光をツール（例えばウェハ検査ツール、顕微鏡、計量ツール、リソグラフィツールまたは内視鏡検査ツール）に送るステップも含む。

別の態様では、本発明は光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のイオン性媒体をイオン化するためのチャンバおよび点火源を含む。光源は、チャンバ内のイオン化媒体に対して実質的に連続したエネルギーを供給して高輝度光を生成するための少なくとも１つのレーザも含む。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、連続波レーザまたは高いパルス繰返し数のレーザである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、イオン化媒体にエネルギーのパルスを供給する高いパルス繰返し数のレーザであり、そのため、高輝度光は実質的に連続的である。いくつかの実施形態では、動作中、高輝度光の大きさは、約９０％を上回って変動することはない。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、イオン化媒体にエネルギーが供給されないときに、イオン化媒体の冷却を最小化するためにエネルギーを実質的に連続して供給する。

いくつかの実施形態では、光源は、イオン化媒体に供給されたレーザエネルギーの特性を変更するための少なくとも１つの光学要素（例えばレンズまたはミラー）を含むことができる。光学要素は、例えば不遊レンズ、色消しレンズ、単一要素レンズ、フレネルレンズ、コーティングされたミラー、誘電体でコーティングされたミラー、狭帯域ミラー、または紫外線を透過して赤外線を反射するミラーであり得る。いくつかの実施形態では、光学要素は、レーザエネルギーをイオン性媒体に向けるための１つまたは複数の光ファイバ要素である。

いくつかの実施形態では、チャンバは紫外線透過領域を含む。いくつかの実施形態では、チャンバまたはチャンバ内の窓は、石英材料、Ｓｕｐｒａｓｉｌ（登録商標）石英材料、サファイア材料、ＭｇＦ２材料、ダイヤモンド材料またはＣａＦ２材料を含む。いくつかの実施形態では、チャンバは密閉されたチャンバである。チャンバは能動的に励起され得ることがある。いくつかの実施形態では、チャンバは誘電材料（例えば石英）を含む。いくつかの実施形態では、チャンバはガラスバルブである。いくつかの実施形態では、チャンバは紫外線透過性誘電体チャンバである。

イオン性媒体は、固体、液体またはガスであり得る。イオン性媒体は、１つまたは複数の希ガス、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｄ_２、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｆ_２、金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、エキシマ形成ガス、空気、蒸気、金属酸化物、エアロゾル、流れる溶媒、再生溶媒、または揮発性の対象を含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン性媒体はチャンバ内の対象であり、点火源は、対象にぶつかるパルスレーザビームを供給するパルスレーザである。対象は金属のプールまたはフィルムであり得る。いくつかの実施形態では、対象は移動することができる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザは、光ファイバ要素内へ結合される複数のダイオードレーザである。少なくとも１つのレーザは、イオン化媒体に強く吸収される電磁エネルギーの少なくとも１つの波長を放射することができる。

点火源は、電極、紫外線点火源、容量性点火源、誘導性点火源、ＲＦ点火源、マイクロ波点火源、閃光ランプ、パルスレーザまたはパルスランプであり得るか、またはこれらを含むことができる。点火源は、チャンバに対して外部または内部に存在することができる。

いくつかの実施形態では、光源は、イオン化媒体によって放射された電磁放射の特性を変更するための少なくとも１つの光学要素（例えばミラーまたはレンズ）を含む。光学要素は、イオン化媒体によって放射された電磁放射をツール（例えばウェハ検査ツール、顕微鏡、計量ツール、リソグラフィツールまたは内視鏡検査ツール）に送るように構成され得る。

本発明は、別の態様では、光を生成するための方法に関する。この方法は、チャンバ内のイオン性媒体を点火源でイオン化するステップを含む。この方法は、チャンバ内のイオン化媒体に対して実質的に連続したレーザエネルギーを供給して高輝度光を発生させるステップも含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、イオン性媒体に供給されたレーザエネルギーの特性を変更するために、少なくとも１つの光学要素によってレーザエネルギーを方向づけるステップも含む。この方法は、チャンバを能動的に励起するステップも含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン性媒体は移動する対象である。イオン性媒体は、固体、液体またはガスを含むことができる。いくつかの実施形態では、この方法は、光の特性を変更するために、少なくとも１つの光学要素によって高輝度光を方向づけるステップも含む。いくつかの実施形態では、この方法は、イオン化媒体によって放射された高輝度光をツールに送るステップも含む。

本発明は、別の態様では、チャンバを有する光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のイオン性媒体をイオン化するための第１の点火手段を含む。光源は、チャンバ内のイオン化媒体に対して実質的に連続したレーザエネルギーを供給するための手段も含む。

本発明は、別の態様では、反射面を含むチャンバを有する光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のガスをイオン化するための点火源も含む。光源は、反射器の方へ向けられた電磁エネルギーの所定の波長の第１の組を少なくとも実質的に反射し、電磁エネルギーの所定の波長の第２の組が反射器を通り抜けることを少なくとも実質的に可能にする反射器も含む。光源は、チャンバ内のイオン化ガスに電磁エネルギーを供給するための少なくとも１つのレーザ（例えば連続波のファイバレーザ）もチャンバの外部に含み、高輝度光を発生するプラズマを生成する。連続波レーザは、パルスレーザのような短いバーストではなく、連続して、または実質的に連続して放射する。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザが、反射器によって電磁エネルギーの第１の組の波長をチャンバの反射面（例えば内側面）へ向け、反射面が電磁エネルギーの波長の第１の組の少なくとも一部分をプラズマの方へ向ける。いくつかの実施形態では、高輝度光の少なくとも一部分が、チャンバの反射面の方へ向けられ、反射器の方へ反射され、かつ反射器によってツールの方へ反射される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザが、電磁エネルギーの第１の組の波長を反射器の方へ向け、反射器が電磁エネルギーの波長の第１の組の少なくとも一部分をチャンバの反射面の方へ反射し、反射面が電磁エネルギーの波長の第１の組の一部分をプラズマの方へ向ける。

いくつかの実施形態では、高輝度光の少なくとも一部分が、チャンバの反射面に向けられ、反射器の方へ反射され、かつ光源の出力に向かって反射器を通り抜ける。いくつかの実施形態では、光源は、高輝度光を受け取るために光源の出力に対して間を置いて配置された顕微鏡、紫外線顕微鏡、ウェハ検査システム、レチクル検査システムまたはリソグラフィシステムを備える。いくつかの実施形態では、高輝度光の一部分が、チャンバの反射面に向けられ、反射器の方へ反射され、電磁エネルギーの所定の波長の第２の組を含む電磁エネルギーは反射器を通り抜ける。

光源のチャンバは、窓を含むことができる。いくつかの実施形態では、チャンバは密閉されたチャンバである。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面は湾曲した形状、放物面の形状、楕円の形状、球形状または非球面の形状を備える。いくつかの実施形態では、チャンバは反射性の内側面を有する。いくつかの実施形態では、チャンバの外側にコーティングまたはフィルムが配置されて反射面をもたらす。いくつかの実施形態では、チャンバの内側にコーティングまたはフィルムが配置されて反射面をもたらす。いくつかの実施形態では、反射面は、チャンバの内側面とは別の構造または光学要素である。

光源は、レーザからの電磁エネルギーが進む経路に沿って配設された光学要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、光学要素は、レーザからプラズマへの電磁エネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面は、レーザからプラズマへの電磁エネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面は、プラズマによって発生された高輝度光を大きな立体角にわたって収集するように適合される。いくつかの実施形態では、反射面、反射器および窓の１つまたは複数は、電磁エネルギーの所定の波長（例えば電磁エネルギーの赤外線波長）をフィルタリングするための材料を含む（例えばコーティングされるかまたは含む）。

本発明は、別の態様では、反射面を有するチャンバを含む光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のガスをイオン化するための点火源も含む。光源は、チャンバ内のイオン化ガスに電磁エネルギーを供給するための少なくとも１つのレーザもチャンバの外部に含み、高輝度光を発生するプラズマを生成する。光源は、少なくとも１つのレーザからチャンバの反射面へ電磁エネルギーが進む経路に沿って配置された反射器も含む。

いくつかの実施形態では、反射器は、反射器の方へ向けられた電磁エネルギーの所定の波長の第１の組を少なくとも実質的に反射し、かつ電磁エネルギーの所定の波長の第２の組が反射器を通り抜けることを少なくとも実質的に可能にするように適合される。

本発明は、別の態様では、光を生成するための方法に関する。この方法は、反射面を有するチャンバ内のガスを点火源でイオン化するステップを含む。この方法は、チャンバ内のイオン化ガスにレーザエネルギーを供給して高輝度光を発生するプラズマを生成するステップも含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、反射器によって電磁エネルギーの第１の組の波長を含むレーザエネルギーをチャンバの反射面の方へ向けるステップを含み、反射面が電磁エネルギーの波長の第１の組の少なくとも一部分をプラズマの方へ反射する。いくつかの実施形態では、この方法は、高輝度光の少なくとも一部分をチャンバの反射面の方へ向けるステップを含み、この高輝度光は、反射器の方へ反射され、かつ反射器によってツールの方へ反射される。

いくつかの実施形態では、この方法は、電磁エネルギーの第１の組の波長を含むレーザエネルギーを反射器の方へ向けるステップを含み、反射器は、電磁エネルギーの波長の第１の組の少なくとも一部分をチャンバの反射面の方へ反射し、反射面は、電磁エネルギーの波長の第１の組の一部分をプラズマの方へ向ける。いくつかの実施形態では、この方法は、高輝度光の一部分をチャンバの反射面に向けるステップを含み、この高輝度光は反射器の方へ反射され、また、電磁エネルギーの所定の波長の第２の組を含む電磁エネルギーは反射器を通り抜ける。

この方法は、レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によって、プラズマの方へ、大きな立体角にわたってレーザエネルギーを向けるステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、この方法は、レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によってレーザエネルギーを方向づけて、プラズマの方へ約０．０１２ステラジアンの立体角にわたってレーザエネルギーを向けるステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によってレーザエネルギーを方向づけて、プラズマの方へ約０．０４８ステラジアンの立体角にわたってレーザエネルギーを向けるステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によってレーザエネルギーを方向づけて、プラズマの方へ約２π（約６．２８）ステラジアンを上回る立体角にわたってレーザエネルギーを向けるステップを含む。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面は、プラズマにレーザエネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面は、プラズマによって発生された高輝度光を大きな立体角にわたって収集するように適合される。

本発明は、別の態様では、光を生成するための方法に関する。この方法は、反射面を有するチャンバ内のガスを点火源でイオン化するステップを含む。この方法は、電磁エネルギーの波長の第１の組をチャンバ内のイオン化ガスの方へ少なくとも実質的に反射する反射器の方へレーザからの電磁エネルギーを向けて、高輝度光を発生するプラズマを生成するステップも含む。

いくつかの実施形態では、レーザからの電磁エネルギーは、まず反射器によってチャンバの反射面の方へ反射される。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面の方へ向けられた電磁エネルギーは、プラズマの方へ反射される。いくつかの実施形態では、高輝度光の一部分が、チャンバの反射面の方へ向けられ、反射器の方へ反射されて反射器を通り抜ける。

いくつかの実施形態では、レーザからの電磁エネルギーは、まず反射器を通り抜けてチャンバの反射面の方へ進む。いくつかの実施形態では、チャンバの反射面の方に向けられた電磁エネルギーは、プラズマの方へ反射される。いくつかの実施形態では、高輝度光の一部分が、チャンバの反射面の方へ向けられ、反射器の方へ反射され、かつ反射器によって反射される。

本発明は、別の態様では、反射面を有するチャンバを含む光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のガスをイオン化するための手段も含む。光源は、反射器の方へ向けられた電磁エネルギーの所定の波長の第１の組を少なくとも実質的に反射し、電磁エネルギーの所定の波長の第２の組が反射器を通り抜けることを少なくとも実質的に可能にするための手段も含む。光源は、チャンバ内のイオン化ガスに電磁エネルギーを供給するための手段も含み、高輝度光を発生するプラズマを生成する。

本発明は、別の態様では、密閉されたチャンバを含む光源を特徴とする。光源は、チャンバ内のガスをイオン化するための点火源も含む。光源は、チャンバ内のイオン化ガスにエネルギーを供給するための少なくとも１つのレーザも密閉されたチャンバの外部に含み、高輝度光を発生するプラズマを生成する。光源は、密閉されたチャンバによって放射された高輝度光の少なくとも一部分を受け取って光源の出力の方へ反射するために、密閉されたチャンバの外部に配設される湾曲した反射面も含む。

いくつかの実施形態では、光源は、レーザからの電磁エネルギーが進む経路に沿って配設された光学要素を含む。いくつかの実施形態では、密閉されたチャンバは、湾曲した反射面に対して密閉されたチャンバを配置する支持要素を含む。いくつかの実施形態では、密閉されたチャンバは石英バルブである。いくつかの実施形態では、光源は、レーザ電磁エネルギーの少なくとも一部分を受け取って高輝度光を発生するプラズマに対して電磁エネルギーを合焦するために、密閉されたチャンバの内部または外部に配設される第２の湾曲した反射面を含む。

本発明は、別の態様では、密閉されたチャンバおよびチャンバ内のガスをイオン化するための点火源を含む光源を特徴とする。光源は、電磁エネルギーを供給するために、密閉されたチャンバの外部に少なくとも１つのレーザも含む。光源は、電磁エネルギーの少なくとも一部分を受け取ってチャンバ内のイオン化ガスの方へ反射するための湾曲した反射面も含んで高輝度光を発生するプラズマを生成し、湾曲した反射面は、プラズマによって放射された高輝度光の少なくとも一部分も受け取って光源の出力の方へ反射する。

いくつかの実施形態では、湾曲した反射面は、チャンバ内のプラズマがある領域に対して電磁エネルギーを合焦する。いくつかの実施形態では、湾曲した反射面はチャンバ内に配置される。いくつかの実施形態では、湾曲した反射面はチャンバの外部に配置される。いくつかの実施形態では、高輝度光は、紫外線光であるか、紫外線光を含むか、あるいは実質的に紫外線光である。

本発明の、前述の目的、態様、特徴および利点ならびに他のそれらのものが、以下の説明および特許請求の範囲から、より明らかになる。
本発明の、前述の目的、特徴、および利点ならびに他のそれらのものは、本発明自体と同様に、必ずしも原寸に比例しない添付図面と共に解読されたとき、以下の例示の説明からより十分に理解されるはずである。

図１は、光を発生するための光源１００の概略ブロック図であり、本発明を具現したものである。光源１００は、イオン性媒体（図示せず）を含むチャンバ１２８を含む。光源１００は、プラズマ１３２を生成するイオン性媒体を有するチャンバ１２８の領域１３０に対してエネルギーを供給する。プラズマ１３２は、プラズマ１３２から生じる高輝度光１３６を発生し放射する。光源１００は、高輝度光１３６を起動および／または維持するために、チャンバ１２８内にあるプラズマ１３２に供給されるレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源１０４も含む。

いくつかの実施形態では、レーザ源１０４からイオン性媒体へのエネルギー伝達の効率を最大限にするために、レーザ源１０４によって発生された電磁エネルギーの少なくとも１つの波長がイオン性媒体に強く吸収されるのが望ましい。

いくつかの実施形態では、高輝度光源を実現するために、プラズマ１３２のサイズは小さいのが望ましい。輝度は、光源によって単位立体角の中へ放射された単位面積当りのパワーである。光源によって生成された光の輝度が、十分な解像度で物体（例えばウェハ表面上のフィーチャ）を点検または測定するためのシステム（例えば計量ツール）またはオペレータの能力を決定する。レーザ源１０４が、高パワーのレーザビームでプラズマを駆動および／または維持することも望ましい。

小さいサイズのプラズマ１３２を発生し、プラズマ１３２に高パワーのレーザを供給すると、同時に高輝度光１３６をもたらす。レーザ源１０４によって導入された大部分のパワーが、次いで小さなボリュームの高温プラズマ１３２から放射されるので、光源１００は高輝度光１３６を生成する。プラズマ１３２の温度は、レーザビームによる加熱のために、放射および他のプロセスによってバランスされるまで上昇することになる。レーザで維持されたプラズマ１３２内に実現される高温によって、短い波長の電磁エネルギー（例えば紫外線エネルギー）での放射が増加する。１つの実験では、約１０，０００Ｋと約２０，０００Ｋの間の温度が観測された。プラズマ１３２の放射は、一般的な意味で、プランクの放射則に従う電磁スペクトルにわたって分布する。最大の放射の波長は、ウィーンの変位則に従って黒体の温度に反比例する。レーザで維持されたプラズマは、黒体ではないが黒体のように挙動し、約３００ｍｍの波長の紫外線領域における最も高い輝度は、レーザで維持されたプラズマについては約１０，０００Ｋと約１５，０００Ｋの間の温度を有すると予想される。しかし、従来のアークランプの大多数はこれらの温度で動作することができない。

したがって、本発明のいくつかの実施形態では、光源１００が動作中のプラズマ１３２の温度を、十分に明るい光１３６が発生し、放射された光が動作中に実質的に連続的であることを確実にするように維持するのが望ましい。

この実施形態では、レーザ源１０４は、光ファイバ要素１０８を介してレーザビームを出力するダイオードレーザである。光ファイバ要素１０８は、レーザビーム光線１１６を実質的に互いに平行にするのを支援することによりダイオードレーザの出力の調整を支援するコリメータ１１２にレーザビームを供給する。次いで、コリメータ１１２は、ビームエキスパンダ１１８にレーザビーム１１６を向ける。ビームエキスパンダ１１８は、レーザビーム１１６のサイズを拡大してレーザビーム１２２を生成する。また、ビームエキスパンダ１１８は、光学レンズ１２０にレーザビーム１２２を向ける。光学レンズ１２０は、チャンバ１２８のうちのプラズマ１３２が存在する（またはプラズマ１３２が発生され維持されるのが望ましい）領域１３０に向けられる小径レーザビーム１２４を生成するために、レーザビーム１２２を合焦するように構成される。

この実施形態では、光源１００は、２つの電極（例えばチャンバ１２８内に配置されたアノードおよびカソード）として図示された点火源１４０も含む。点火源１４０は、チャンバ１２８内で（例えばチャンバ１２８の領域１３０で）放電を発生させて、イオン性媒体に点火する。次いで、レーザは、イオン化媒体にレーザエネルギーを供給して、高輝度光１３６を発生するプラズマ１３２を維持または生成する。次いで、光源１００によって発生された光１３６は、チャンバから、例えばウェハ検査システム（図示せず）に向けられる。

本発明の例示の実施形態によって代替形態のレーザ源が企図される。いくつかの実施形態では、コリメータ１１２、ビームエキスパンダ１１８またはレンズ１２０は、どれも必要とされなくてよい。いくつかの実施形態では、追加または代替の光学要素が使用され得る。レーザ源は、例えば、赤外線（ＩＲ）レーザ源、ダイオードレーザ源、ファイバレーザ源、イッテルビウムレーザ源、ＣＯ_２レーザ源、ＹＡＧレーザ源またはガス放電レーザ源であり得る。いくつかの実施形態では、レーザ源１０４は、パルスレーザ源（例えば高いパルス繰返し数のレーザ源）または連続波レーザ源である。ファイバレーザは、レーザダイオードを使用して特別なドープファイバを励起し、次いでこのレーザダイオードがレーザ発振して出力（すなわちレーザビーム）を生成する。いくつかの実施形態では、複数のレーザ（例えばダイオードレーザ）が、１つまたは複数の光ファイバ要素（例えば光ファイバ要素１０８）に結合される。ダイオードレーザは、１つのダイオード（または通常は多数のダイオード）から光を得て、ファイバを下って出力に光を向ける。いくつかの実施形態では、レーザ源１０４としての用途にはファイバレーザ源および直接遷移形半導体レーザ源が望ましい。というのは、これらは、比較的低コストで、形状係数またはパッケージサイズが小さく、比較的効率が高いからである。

約７００ｎｍから約２０００ｎｍのＮＩＲ（近赤外線）波長領域では、最近、効率的で費用対効果が大きい高パワーレーザ（例えばファイバレーザおよび直接遷移型ダイオードレーザ）が入手可能である。この波長領域のエネルギーは、より一般的にバルブ、窓およびチャンバの製造に使用されている一定の材料（例えばガラス、石英およびサファイア）を通ってより容易に伝送される。したがって、以前に可能であった領域より、現在は７００ｎｍから２０００ｎｍの領域でレーザを使用して動作する光源を作製するほうが実用的である。

いくつかの実施形態では、レーザ源１０４は、光源１００に対して高輝度光１３６を生成するのに十分な実質的に連続したレーザエネルギーを供給する高いパルス繰返し数のレーザ源である。いくつかの実施形態では、放射された高輝度光１３６は、実質的に連続であり、この場合、例えばこの高輝度光の振幅（例えば輝度またはパワー）は、動作中には約９０％を上回って変動することはない。いくつかの実施形態では、プラズマに送られるレーザエネルギーのピークパワーと、プラズマに送られるレーザエネルギーの平均パワーとの比率は、約２−３である。いくつかの実施形態では、プラズマ１３２に供給される実質的に連続したエネルギーは、放射された光１３６の望ましい輝度を維持するためのイオン化媒体の冷却を最小化するのに十分である。

この実施形態では、光源１００は、複数の光学要素（例えばビームエキスパンダ１１８、レンズ１２０および光ファイバ要素１０８）を含み、チャンバ１３２に送られたレーザビームの特性（例えば直径および配向）を変更する。１つまたは複数の光学要素（例えばミラーまたはレンズ）でレーザビームの様々な特性が変更され得る。例えば、レーザビームの径、方向、発散、収束および配向の一部または全体を変更するのに１つまたは複数の光学要素が使用され得る。いくつかの実施形態では、光学要素は、レーザビームの波長を変更し、かつ／またはレーザビーム中の電磁エネルギーの特定の波長をフィルタリングする。

本発明の様々な実施形態で使用され得るレンズは、不遊レンズ、色消しレンズ、単一要素レンズおよびフレネルレンズを含む。本発明の様々な実施形態で使用され得るミラーは、コーティングされたミラー、誘電体でコーティングされたミラー、狭帯域ミラーおよび紫外線を透過して赤外線を反射するミラーを含む。一例として、本発明のいくつかの実施形態では、レーザビームからの赤外線エネルギーをフィルタリングする一方で紫外線エネルギーがミラーを通り抜けてツール（例えばウェハ検査ツール、顕微鏡、リソグラフィツールまたは内視鏡検査ツール）に送られることを可能にするのが望ましいとき、紫外線を透過して赤外線を反射するミラーが使用される。

この実施形態では、チャンバ１２８は、当初はイオン性媒体（例えば固体、液体またはガス）を含む密閉されたチャンバである。その代わりに、いくつかの実施形態では、チャンバ１２８は能動的に励起され得て、ガス入口（図示せず）を通って１つまたは複数のガスがチャンバ１２８内へ導入され、ガス出口（図示せず）を通ってガスがチャンバ１２８を出ることができる。チャンバは、例えば、誘電材料、石英材料、Ｓｕｐｒａｓｉｌ（登録商標）石英、サファイア、ＭｇＦ_２、ダイヤモンドまたはＣａＦ_２の１つまたは複数から製作され得るか、またはこれらの１つまたは複数を含む。材料のタイプは、例えば使用されるイオン性媒体のタイプおよび／または発生されてチャンバ１２８から出力されることが望まれる光１３６の波長を基に選択されてよい。いくつかの実施形態では、チャンバ１２８の領域は、例えば紫外線エネルギーに対して透過性である。石英を使用して製作されたチャンバ１２８によって、一般に、約２マイクロメートル相当の波長の電磁エネルギーがチャンバの壁を通り抜けることが可能になる。サファイアのチャンバ壁によって、一般に約４マイクロメートル相当の波長の電磁エネルギーが壁を通り抜けることが可能になる。

いくつかの実施形態では、チャンバ１２８には、高圧および高温を維持することができる密閉されたチャンバが望ましい。例えば、一実施形態では、イオン性媒体は水銀蒸気である。動作中に水銀蒸気を含むために、チャンバ１２８は、約１．０１３ＭＰａ（約１０気圧）から約２０．２６ＭＰａ（約２００気圧）の間の圧力を維持し、約９００℃で動作することができる密閉された石英バルブである。石英バルブによって、光源１００のプラズマ１３２によって発生された紫外線光１３６を、チャンバ１２８の壁を通して伝送することも可能になる。

本発明の代替実施形態では、様々なイオン性媒体が使用され得る。例えば、イオン性媒体は、１つまたは複数の希ガス、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｄ_２、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｆ_２、金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、エキシマ形成ガス、空気、蒸気、金属酸化物、エアロゾル、流れる溶媒、または再生溶媒であり得る。いくつかの実施形態では、チャンバ１２８内でイオン性ガスを発生するのに、チャンバ１２８内の固体または液体の対象（図示せず）が使用される。対象にエネルギーを供給してイオン性ガスを発生するために、レーザ源１０４（または代替レーザ源）が使用され得る。対象は、例えば金属のプールまたはフィルムであり得る。いくつかの実施形態では、対象は、チャンバ内を移動する固体または液体である（例えばチャンバ１２８の領域１３０を通って進む液体の小滴の形である）。いくつかの実施形態では、プラズマ１３２に点火するために、まずチャンバ１２８内へ第１のイオン性ガスが導入され、次いで、プラズマ１３２を維持するために、別の第２のイオン性ガスが導入される。この実施形態では、第１のイオン性ガスは、点火源１４０を使用して容易に点火されるガスであり、第２のイオン性ガスは、特定の波長の電磁エネルギーを生成するガスである。

この実施形態では、点火源１４０はチャンバ１２８内に配置された１対の電極である。いくつかの実施形態では、電極はチャンバ１２８の同じ側に配置される。例えばＲＦ点火源またはマイクロ波点火源と共に単一の電極が使用され得る。いくつかの実施形態では、従来のアークランプバルブで有効な電極は、点火源（例えばＵｓｈｉｏ社（カリフォルニア州サイプレスに営業所がある）製のモデルＵＳＨ−２００ＤＰ石英バルブ）である。いくつかの実施形態では、電極は、従来のアークランプバルブで使用される電極より小さく、かつ／またはより遠く離れて配置される。というのはチャンバ１２８内の高輝度プラズマを維持するのに電極が不要なためである。

様々なタイプおよび構成の点火源も企図されるが、それらは本発明の範囲内にある。いくつかの実施形態では、点火源１４０は、チャンバ１２８の外部にあるか、あるいはチャンバ１２８に対して部分的に内部にあり、かつ部分的に外部にある。光源１００で使用され得る代替タイプの点火源１４０は、紫外線点火源、容量性放電点火源、誘導性点火源、ＲＦ点火源、マイクロ波点火源、閃光ランプ、パルスレーザおよびパルスランプを含む。一実施形態では、点火源１４０は不要であり、代わりに、レーザ源１０４が、イオン性媒体に点火し、プラズマ１３２を発生させ、かつプラズマおよびプラズマ１３２によって放射される高輝度光１３６を維持するために使用される。

いくつかの実施形態では、光源１００の動作中にチャンバ１２８内のガス圧または蒸気圧が所望のレベルに維持されることを確実するために、チャンバ１２８の温度および内容物を維持するのが望ましい。いくつかの実施形態では、点火源１４０は光源１００の動作中に動作され得て、点火源１４０は、プラズマ１３２に対してレーザ源１０４によって供給されるエネルギーに加えてエネルギーを供給する。このように、点火源１４０は、チャンバ１２８の温度および内容物を維持する（または十分なレベルに維持する）ために使用される。

いくつかの実施形態では、本明細書に別記されるのと同様に、光源１００は、プラズマ１３２（例えばイオン化ガス）によって放射された電磁エネルギー（例えば高輝度光１３６）の特性を変更するために少なくとも１つの光学要素（例えば少なくとも１つのミラーまたはレンズ）を含む。

図２は、本発明の原理を組み込む光源２００の一部分の概略ブロック図である。光源２００は、イオン性ガスを含むチャンバ１２８を含み、その一方で、チャンバ１２８内の圧力を維持して電磁エネルギーがチャンバ１２８に出入りすることも可能にする窓２０４を有する。この実施形態では、チャンバ１２８は、イオン性ガス（例えば水銀またはキセノン）に点火してプラズマ１３２を生成する点火源（図示せず）を有する。

レーザ源１０４（図示せず）は、レーザビーム２２０を生成するためにレンズ２０８によって方向づけられるレーザビーム２１６を供給する。レンズ２０８は、レーザビーム１２４を生成するために、レーザビーム２２０を反射する薄膜反射器２１２の表面２２４上にレーザビーム２２０を合焦する。反射器２１２は、プラズマ１３２がある領域１３０に対してレーザビーム１２４を向ける。レーザビーム１２４は、プラズマ１３２にエネルギーを供給して、チャンバ１２８の領域１３０内のプラズマ１３２から放射される高輝度光１３６を維持および／または発生する。

この実施形態では、チャンバ１２８は、放物面形状および反射性の内側面２２８を有する。放物面形状と反射面は、相当な量の高輝度光１３６を、窓２０４に向けて、またその窓から外へ、協働して反射する。この実施形態では、反射器２１２は、放射された光１３６（例えば紫外線光の少なくとも１つまたは複数の波長）に対して透過性である。このように、放射された光１３６は、チャンバ１２８から伝送されて例えば計量ツール（図示せず）に向けられる。一実施形態では、放射された光１３６は、ツールに向けられる前に、まず追加の光学要素の方へ、またはその光学要素を通して、方向づけられる。

説明のために、本発明の例示の実施形態によって、光源を使用して紫外線光を発生するように実験が行われた。チャンバ内のイオン性媒体としてキセノンを使用した実験に、光源のチャンバ（例えば図１の光源１００のチャンバ１２８）としてＨａｍａｍａｔｓｕ社（ニュージャージー州ブリッジウォーターに営業所がある）製のモデルＬ６７２４石英バルブが使用された。チャンバ内のイオン性媒体として水銀を使用した実験に、光源のチャンバとしてＵｓｈｉｏ社（カリフォルニア州サイプレスに営業所がある）製のモデルＵＳＨ−２００ＤＰ石英バルブが使用された。図３は、チャンバ内にあるプラズマによって生成された高輝度光のＵＶ輝度のプロット３００を、プラズマに供給されたレーザパワー（単位はワット）の関数として示す。実験で使用されたレーザ源は、１．０９マイクロメートルで１００ワットの連続波レーザであった。プロット３００のＹ軸３１２は、ワット／ｍｍ２ステラジアン（ｓｒ）の単位のＵＶ輝度（約２００ｍｍと約４００ｍｍの間のもの）である。プロット３００のＸ軸３１６は、プラズマに供給されたレーザビームのパワー（単位はワット）である。曲線３０４は、チャンバ内のイオン性媒体としてキセノンを使用して発生されたプラズマによって生成された高輝度光のＵＶ輝度である。キセノンを使用した実験におけるプラズマは、約１ｍｍと約２ｍｍの間の長さで直径は約０．１ｍｍであった。プラズマの長さは、レーザビームの輻輳角を調整することにより制御された。集束ビームが焦点に近いときに集束ビームはプラズマを維持することができる輝度に達するので、角度が大きいと（すなわち開口数が大きいと）より短いプラズマがもたらされる。曲線３０８は、チャンバ内のイオン性媒体として水銀を使用して発生されたプラズマによって生成された高輝度光のＵＶ輝度である。水銀を使用した実験におけるプラズマは、約１ｍｍの長さで直径は約０．１ｍｍであった。

説明のために、本発明の例示の実施形態によって、光源を使用して紫外線を発生するように別の実験が行われた。チャンバ（例えば図１の光源１００のチャンバ１２８）内のイオン性媒体として水銀を使用した実験に、光源のチャンバとしてＵｓｈｉｏ社（カリフォルニア州サイプレスに営業所がある）製のモデルＵＳＨ−２００ＤＰ石英バルブが使用された。実験で使用されたレーザ源は、ＳＰＩＬａｓｅｒｓＰＬＣ社（カリフォルニア州ロスガトスに営業所がある）からの、１．０９マイクロメートルで１００ワットのイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザであった。図４は、水銀から発生されたチャンバ内のプラズマによるレーザエネルギー伝送対プラズマに供給されたパワーの量（単位はワット）のプロット４００を示す。プロット４００のＹ軸４１２は、透過係数（単位は無次元）である。プロット４００のＸ軸４１６は、プラズマに供給されたレーザビームのパワー（単位はワット）である。プロット４００内の曲線は、レーザ源を使用して１ｍｍの吸収長が達成されたことを示す。１００ワットで観測された０．３４の伝送値は、約１ｍｍの１／ｅ吸収長に対応する。

図５は、本発明の原理を組み込む光源５００の一部分の概略ブロック図である。光源５００は、反射面５４０を有するチャンバ５２８を含む。反射面５４０は、例えば放物面の形状、楕円の形状、湾曲した形状、球形状または非球面形状を有することができる。この実施形態では、光源５００は、チャンバ５２８内の領域５３０に、イオン性ガス（例えば水銀またはキセノン）に点火してプラズマ５３２を生成する点火源（図示せず）を有する。

いくつかの実施形態では、反射面５４０は反射性の内側表面または外側表面であり得る。いくつかの実施形態では、チャンバの内側または外側にコーティングまたはフィルムが配置されて反射面５４０をもたらす。

レーザ源（図示せず）は、反射器５１２の表面５２４に向けられるレーザビーム５１６を供給する。反射器５１２は、チャンバ５２８の反射面５４０の方へレーザビーム５２０を反射する。反射面５４０は、レーザビーム５２０を反射してプラズマ５３２の方へ向ける。レーザビーム５１６は、プラズマ５３２にエネルギーを供給して、チャンバ５２８の領域５３０内のプラズマ５３２から放射される高輝度光５３６を維持および／または発生する。プラズマ５３２によって放射された高輝度光５３６は、チャンバ５２８の反射面５４０の方へ向けられる。高輝度光５３６の少なくとも一部分は、チャンバ５２８の反射面５４０によって反射されて反射器５１２の方へ向けられる。反射器５１２は、放射された高輝度光５３６（例えば紫外線光の少なくとも１つまたは複数の波長）に対して実質的に透過性である。このように、高輝度光５３６は、反射器５１２を通り抜けて例えば計量ツール（図示せず）に向けられる。いくつかの実施形態では、高輝度光５３６は、ツールに向けられる前に、まず窓または追加の光学要素の方へ、あるいはその窓または追加の光学要素を通るように、方向づけられる。

いくつかの実施形態では、光源５００は、チャンバ５２８の凹面の領域に配置された別体の密閉されたチャンバ（例えば図７の密閉されたチャンバ７２８）を含む。密閉されたチャンバは、プラズマ５３２を生成するために使用されるイオン性ガスを含む。代替実施形態では、密閉されたチャンバはチャンバ５２８を含む。いくつかの実施形態では、密閉されたチャンバは、反射器５１２も含む。

図６は、本発明の原理を組み込む光源６００の一部分の概略ブロック図である。光源６００は、反射面６４０を有するチャンバ６２８を含む。反射面６４０は、例えば放物面の形状、楕円の形状、湾曲した形状、球形状または非球面形状を有することができる。この実施形態では、光源６００は、チャンバ６２８内の領域６３０内のイオン性ガス（例えば水銀またはキセノン）に点火してプラズマ６３２を生成する点火源（図示せず）を有する。

レーザ源（図示せず）は、反射器６１２の方に向けられるレーザビーム６１６を供給する。反射器６１２は、レーザビーム６１６に対して実質的に透過性である。レーザビーム６１６は、反射器６１２を通り抜けてチャンバ６２８の反射面６４０の方へ向けられる。反射面６４０は、レーザビーム６１６を反射してチャンバ６２８の領域６３０のプラズマ６３２の方へ向ける。レーザビーム６１６は、プラズマ６３２にエネルギーを供給して、チャンバ６２８の領域６３０のプラズマ６３２から放射される高輝度光６３６を維持および／または発生する。プラズマ６３２によって放射された高輝度光６３６は、チャンバ６２８の反射面６４０の方へ向けられる。高輝度光６３６の少なくとも一部分は、チャンバ６２８の反射面６４０によって反射されて反射器６１２の表面６２４の方へ向けられる。反射器６１２は、高輝度光６３６（例えば紫外線光の少なくとも１つまたは複数の波長）を反射する。このように、高輝度光６３６（例えば可視光および／または紫外線光）は、例えば計量ツール（図示せず）に向けられる。いくつかの実施形態では、高輝度光６３６は、ツールに向けられる前に、まず窓または追加の光学要素の方へ、あるいはその窓または追加の光学要素を通るように、方向づけられる。いくつかの実施形態では、高輝度光６３６は紫外線光を含む。紫外線光は、例えば約５０ｎｍと４００ｎｍの間の可視光線より短い波長を有する電磁エネルギーである。

いくつかの実施形態では、光源６００は、チャンバ６２８の凹面の領域にある別体の密閉されたチャンバ（例えば図７の密閉されたチャンバ７２８）を含む。密閉されたチャンバは、プラズマ６３２を生成するために使用されるイオン性ガスを含む。代替実施形態では、密閉されたチャンバはチャンバ６２８を含む。いくつかの実施形態では、密閉されたチャンバは反射器６１２も含む。

図７は、光を発生するための本発明を具現した光源７００の概略ブロック図である。光源７００は、イオン性媒体（図示せず）を含む密閉されたチャンバ７２８（例えば密閉された石英バルブ）を含む。光源７００は、プラズマ７３２を生成するイオン性媒体を有するチャンバ７２８の領域７３０にエネルギーを供給する。プラズマ７３２は、プラズマ７３２から生じる高輝度光７３６を発生し放射する。光源７００は、チャンバ７２８内にあるプラズマ７３２に供給されるレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源７０４も含み、高輝度光７３６を起動および／または維持する。

この実施形態では、レーザ源７０４は、光ファイバ要素７０８を介してレーザビームを出力するダイオードレーザである。光ファイバ要素７０８は、レーザビーム光線７１６を互いに実質的に平行にするのを支援することによりダイオードレーザの出力の調整を支援するコリメータ７１２にレーザビームを供給する。次いで、コリメータ７１２は、ビームエキスパンダ７１８にレーザビーム７１６を向ける。ビームエキスパンダ７１８は、レーザビーム７１６のサイズを拡大してレーザビーム７２２を生成する。また、ビームエキスパンダ７１８は、光学レンズ７２０にレーザビーム７２２を向ける。光学レンズ７２０は、レーザビーム７２２を合焦して、より小径のレーザビーム７２４を生成するように構成される。レーザビーム７２４は、湾曲した反射面７４０のベース７２４にある開口または窓の７７２を通り抜けて、チャンバ７２８の方へ向けられる。チャンバ７２８は、レーザビーム７２４に対して実質的に透過性である。レーザビーム７２４は、チャンバ７２８を通り抜けて、プラズマ７３２が存在するチャンバ７２８の領域７３０（またはレーザ７２４によってプラズマ７３２が発生されかつ維持されるのが望ましいところ）の方へ向かう。

この実施形態では、イオン性媒体はレーザビーム７２４によって点火される。代替実施形態では、光源７００は、イオン性媒体に点火するために、例えばチャンバ７２８内（例えばチャンバ７２８の領域７３０）に、放電を発生する点火源（例えば１対の電極または紫外線エネルギー源）を含む。次いで、レーザ源７０４は、イオン化媒体にレーザエネルギーを供給して、高輝度光７３６を発生するプラズマ７３２を維持する。チャンバ７２８は、高輝度光７３６（または高輝度光７３６中の電磁放射の所定の波長）に対して実質的に透過性である。次いで、光源７００によって発生された光７３６（例えば可視光および／または紫外線光）は、チャンバ７２８から反射面７４０の内側面７４４の方へ向けられる。

この実施形態では、光源７００は、複数の光学要素（例えばビームエキスパンダ７１８、レンズ７２０および光ファイバ要素７０８）を含み、チャンバ７３２に送られたレーザビームの特性（例えば直径および配向）を変更する。１つまたは複数の光学要素（例えばミラーまたはレンズ）でレーザビームの様々な特性が変更され得る。例えば、レーザビームの径、方向、発散、収束および配向の一部または全体を変更するのに１つまたは複数の光学要素が使用され得る。いくつかの実施形態では、光学要素は、レーザビームの波長を変更し、かつ／またはレーザビーム中の電磁エネルギーの特定の波長をフィルタリングする。

図８Ａおよび図８Ｂは、光を発生するための本発明を具現した光源８００の概略ブロック図である。光源８００は、イオン性媒体（図示せず）を含むチャンバ８２８を含む。光源８００は、プラズマを生成するイオン性媒体を有するチャンバ８２８の領域８３０にエネルギーを供給する。プラズマは、プラズマから生じる高輝度光を発生し放射する。光源８００は、チャンバ８２８内にあるプラズマに供給されるレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源８０４も含み、高輝度光を起動および／または維持する。

いくつかの実施形態では、高輝度光源を実現するために、プラズマのサイズは小さいのが望ましい。輝度は、光源によって単位立体角の中へ放射された単位面積当りのパワーである。光源によって生成された光の輝度が、十分な解像度で物体（例えばウェハ表面上のフィーチャ）を点検または測定するためのシステム（例えば計量ツール）またはオペレータの能力を決定する。レーザ源８０４が、高パワーレーザビームでプラズマを駆動および／または維持することも望ましい。

小さいサイズのプラズマを発生し、プラズマに高パワーレーザを供給すると、同時に高輝度光をもたらす。レーザ源８０４によって導入された大部分のパワーが、次いで小さなボリュームの高温プラズマから放射されるので、光源８００は高輝度光を生成する。プラズマの温度は、レーザビームによる加熱のために、放射および他のプロセスによってバランスされるまで上昇することになる。レーザで維持されたプラズマ内に達成される高温は、短い波長の電磁エネルギー（例えば紫外線エネルギー）での放射を増加させる。１つの実験では、約１０，０００Ｋと約２０，０００Ｋの間の温度が観測された。プラズマの放射は、一般的な意味でプランクの放射則に従う電磁スペクトルにわたって分布する。最大の放射の波長は、ウィーンの変位則に従って黒体の温度に反比例する。レーザで維持されたプラズマは、黒体ではないが黒体のように挙動し、約３００ｎｍの波長の紫外線領域における最も高い輝度は、レーザで維持されたプラズマについては約１０，０００Ｋと約１５，０００Ｋの間の温度を有すると予想される。しかし、従来のアークランプはこれらの温度で動作することができない。

本発明のいくつかの実施形態では、サイズの小さいプラズマを実現するために、チャンバ８２８内のプラズマに対して大きな立体角にわたってレーザエネルギーを送るのが望ましい。大きな立体角にわたってレーザエネルギーを送るために、様々な方法および光学要素が使用され得る。本発明のこの実施形態では、レーザエネルギーがチャンバ８２８内のプラズマに送られる立体角の大きさを変更するために、ビームエキスパンダおよび光学レンズのパラメータが変更される。

図８Ａを参照すると、レーザ源８０４は、光ファイバ要素８０８を介してレーザビームを出力するダイオードレーザである。光ファイバ要素８０８は、レーザビーム光線８１６を互いに実質的に平行にするのを支援することによりダイオードレーザの出力の調整を支援するコリメータ８１２にレーザビームを供給する。コリメータ８１２は、光学レンズ８２０にレーザビーム８１６を向ける。光学レンズ８２０は、レーザビーム８１６を合焦するように構成され、立体角８７８を有するより小径のレーザビーム８２４を生成する。レーザビーム８２４は、チャンバ８２８のプラズマ８３２が存在する領域８３０へ向けられる。

この実施形態では、光源８００は、２つの電極（例えばチャンバ８２８内に配置されたアノードおよびカソード）として図示された点火源８４０も含む。点火源８４０は、チャンバ８２８内で（例えばチャンバ８２８の領域８３０で）放電を発生させて、イオン性媒体に点火する。次いで、レーザは、イオン化媒体にレーザエネルギーを供給して、高輝度光８３６を発生するプラズマ８３２を維持または生成する。次いで、光源８００によって発生された光８３６は、チャンバから、例えばウェハ検査システム（図示せず）に向けられる。

図８Ｂは、チャンバ８２８内のプラズマに対して、立体角８７４にわたってレーザエネルギーが送られる本発明の一実施形態を示す。本発明のこの実施形態は、ビームエキスパンダ８５４を含む。ビームエキスパンダ８５４は、レーザビーム８１６のサイズを拡大してレーザビーム８５８を生成する。ビームエキスパンダ８５４は、光学レンズ８６２にレーザビーム８５８を向ける。ビームエキスパンダ８５４と光学レンズ８６２の組合せは、図８Ａのレーザビーム８２４の立体角８７８より大きい立体角８７４を有するレーザビーム８６６を生成する。図８Ｂのより大きな立体角８７４は、図８Ａのプラズマよりサイズの小さいプラズマ８８４を生成する。この実施形態では、Ｘ軸およびＹ軸に沿った図８Ｂのプラズマ８８４のサイズは、図８Ａのプラズマ８３２のサイズより小さい。このように、光源８００は、図８Ａの光８３６と比べてより明るい図８Ｂの光８７０を発生する。

図８Ａおよび図８Ｂで示された光源の動作が可能になるようにビームエキスパンダおよび光学レンズが選択されて実験が行われた。密閉されたチャンバ８２８としてＨａｍａｍａｔｓｕ社（ニュージャージー州ブリッジウォーターに営業所がある）のＬ２２７３キセノンバルブが使用された。ＳＰＩ連続波（ＣＷ）の１００Ｗ、１０９０ｎｍファイバレーザ（カリフォルニア州ロスガトスに営業所があるＳＰＩＬａｓｅｒｓＰＬＣ社によって販売される）を使用して、Ｈａｍａｍａｔｓｕ社のＬ２２７３キセノンバルブ内にプラズマが形成された。連続波レーザは、パルスレーザの場合のような短いバーストではなく、連続して、または実質的に連続して放射する。ファイバレーザ８０４は、特別なドープファイバ（ファイバレーザ８０４に内蔵されるが図示せず）を励起するために使用されるレーザダイオードを含む。次いで、特別なドープファイバがレーザ発振してファイバレーザ８０４の出力を生成する。次いで、ファイバレーザ８０４の出力は、光ファイバ要素８０８を通ってコリメータ８１２へ進む。次いで、コリメータ８１２がレーザビーム８１６を出力する。

図８Ａのビーム８１６に対応する最初のレーザビームの直径（Ｙ軸に沿ったもの）は５ｍｍであった。レーザビーム８１６は、１／ｅ^２輝度レベルに対して測定されると直径５ｍｍのガウスビームであった。

レンズ８２０に相当する、実験で使用されたレンズは、直径３０ｍｍで４０ｍｍの焦点距離を有するものであった。これが、約０．０１２ステラジアンの照射立体角のプラズマ８３２を生成した。この機構で生成されたプラズマ８３２の長さ（Ｘ軸に沿ったもの）は、約２ｍｍであると測定された。プラズマ８３２の直径（Ｙ軸に沿ったもの）は約０．０５ｍｍであった。プラズマ８３２は、高輝度紫外線光８３６を発生した。

図８Ｂを参照すると、ビームエキスパンダ８５４として２倍のビームエキスパンダが使用された。ビームエキスパンダ８５４は、ビーム８１６を、直径５ｍｍ（Ｙ軸に沿ったもの）から、ビーム８５８に相当する直径１０ｍｍへ拡大した。図８Ｂのレンズ８６２は、図８Ａのレンズ８２０と同一のものであった。ビームエキスパンダ８５４と光学レンズ８６２の組合せは、約０．０４８ステラジアンの照射立体角８７４を有するレーザビーム８６６を生成した。この実験では、プラズマの長さ（Ｘ軸に沿ったもの）は約１ｍｍであると測定され、Ｙ軸に沿って測定された直径は依然として０．０５ｍｍであった。プラズマを維持するのに必要な輝度がプラズマの境界で一定であるとすると、立体角の４倍の変化によってプラズマ長のこの２倍の短縮が予想される。（Ｘ軸に沿った）プラズマ長における２倍の短縮（図８Ａでの２ｍｍから図８Ｂでの１ｍｍへの短縮）の結果、規定されたレーザビーム入力パワーに対して、プラズマによって放出された放射の輝度がおおよそ２倍になった。というのは、プラズマによるパワー吸収がほぼ同じでありながら、プラズマの放射領域がほぼ半分になった（Ｘ軸に沿った長さの短縮による）ためである。この実験は、レーザからの照射立体角を大きくすることによりプラズマをより小さくできることを実証した。

一般に、大きな照射立体角は、レーザビーム径を増加させ、かつ／または対物レンズの焦点距離を短縮することにより実現され得る。反射性の光学部品がプラズマの照射に使用されると、前述の実験より照射立体角をはるかに大きくすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、プラズマが、深い、湾曲した反射面（例えば放物面または楕円体）に囲まれるとき、照射立体角は約２π（約６．２８）ステラジアンより大きくなり得る。その表面でプラズマを維持するために一定輝度の光が必要とされるという概念を基に、一実施形態では、本発明者は、（上記実験で説明されたのと同一のバルブおよびレーザパワーを使用して）５ステラジアンの立体角は直径と長さが等しいプラズマをもたらし、ほぼ球状のプラズマを生成するはずであると計算した。

当業者なら、変形形態、変更形態、および本明細書に説明されたもの以外の実装形態を、特許請求の範囲における本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく考えつくはずである。したがって、本発明は、先行の例示の説明によるのではなく、以下の特許請求の範囲の趣旨および範囲によって定義されることになっている。

本発明の例示の実施形態による光源の概略ブロック図である。本発明の例示の実施形態による光源の一部分の概略ブロック図である。本発明による光源を使用してプラズマに供給されたレーザパワーの関数としてのＵＶ輝度のグラフである。本発明による光源を使用して水銀から発生されたプラズマを通過するレーザエネルギー伝送を示すグラフである。本発明の例示の実施形態による光源の概略ブロック図である。本発明の例示の実施形態による光源の概略ブロック図である。本発明の例示の実施形態による光源の概略ブロック図である。図８Ａは、本発明の例示の実施形態により、レーザからの電磁エネルギーが第１の立体角にわたってプラズマに供給される光源の概略ブロック図である。図８Ｂは、本発明の例示の実施形態により、レーザからの電磁エネルギーが大きな立体角にわたってプラズマに供給される図８Ａの光源の概略ブロック図である。

Claims

チャンバと、
前記チャンバ内のガスをイオン化するための点火源と、
前記チャンバ内の前記イオン化ガスにエネルギーを供給して高輝度光を生成するための少なくとも１つの連続波レーザとを備える光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザは、前記高輝度光が生じる領域に向けられる複数の連続波レーザを含む請求項１に記載の光源。
前記イオン化ガスに供給される前記連続波レーザエネルギーの特性を変更するために少なくとも１つの光学要素を備える請求項１に記載の光源。
前記光学要素がレンズまたはミラーである請求項３に記載の光源。
前記光学要素が、不遊レンズ、色消しレンズ、単一要素レンズおよびフレネルレンズから成るグループから選択されたレンズである請求項４に記載の光源。
前記光学要素が、コーティングされたミラー、誘電体でコーティングされたミラー、狭帯域ミラーおよび紫外線を透過して赤外線を反射するミラーから成るグループから選択されたミラーである請求項４に記載の光源。
前記光学要素が、前記連続波レーザエネルギーを前記ガスに向けるための１つまたは複数の光ファイバ要素である請求項３に記載の光源。
前記チャンバが紫外線透過領域を備える請求項１に記載の光源。
前記チャンバが紫外線透過誘電体チャンバである請求項８に記載の光源。
前記チャンバまたは前記チャンバの窓が、石英、Ｓｕｐｒａｓｉｌ（登録商標）石英、サファイア、ＭｇＦ_２、ダイヤモンドおよびＣａＦ_２から成るグループから選択された材料を含む請求項１に記載の光源。
前記チャンバが密閉されたチャンバである請求項１に記載の光源。
前記チャンバが誘電材料からなる請求項１に記載の光源。
前記チャンバがガラスバルブである請求項１２に記載の光源。
前記ガスが、１つまたは複数の希ガス、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｄ_２、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｆ_２、金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、エキシマ形成ガス、空気、蒸気、金属酸化物、エアロゾル、流れる溶媒、または再生溶媒である請求項１に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、光ファイバ要素内に結合された複数のダイオードレーザを備える請求項１に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、ＩＲレーザ、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、イッテルビウムレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、およびガス放電レーザから成るグループから選択される請求項１に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、イオン化媒体に強く吸収される電磁エネルギーの少なくとも１つの波長を放射する請求項１に記載の光源。
前記点火源が、電極、紫外線点火源、容量性点火源、誘導性点火源、閃光ランプ、パルスレーザおよびパルスランプから成るグループから選択される請求項１に記載の光源。
前記点火源が前記チャンバの外部または内部にある請求項１に記載の光源。
前記イオン化ガスによって放射された電磁放射の特性を変更するために少なくとも１つの光学要素を備える請求項１に記載の光源。
前記光学要素がレンズまたはミラーである請求項２０に記載の光源。
前記光学要素が、前記イオン化ガスによって放射された前記電磁放射をツールに送るように構成される請求項２０に記載の光源。
前記ツールが、ウェハ検査ツール、顕微鏡、計量ツール、リソグラフィツールおよび内視鏡検査ツールから成るグループから選択される請求項２２に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、前記チャンバ内の前記イオン化媒体に対して実質的に連続したエネルギーを供給して高輝度光を生成する請求項１に記載の光源。
前記チャンバが反射面を備える請求項１に記載の光源。
更に、反射器を備え、前記反射器が、反射器の方へ向けられた電磁エネルギーの所定の波長の第１の組を少なくとも実質的に反射し、電磁エネルギーの所定の波長の第２の組が前記反射器を通り抜けることを少なくとも実質的に可能にする請求項２５に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが前記チャンバの外部にある請求項２６に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが前記チャンバ内の前記イオン化ガスに電磁エネルギーを供給し高輝度光を発生させるプラズマを生じる請求項２７に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、電磁エネルギーの第１の組の波長を前記反射器の方へ向け、前記反射器が電磁エネルギーの波長の前記第１の組の少なくとも一部分を前記チャンバの前記反射面の方へ反射し、前記反射面が電磁エネルギーの波長の前記第１の組の一部分を前記プラズマの方へ向ける請求項２８に記載の光源。
前記高輝度光の少なくとも一部分が、前記チャンバの前記反射面の方へ向けられ、前記反射器の方へ反射され、かつ前記光源の出力に向かって前記反射器を通り抜ける請求項２９に記載の光源。
前記高輝度光を受け取るために前記光源の前記出力に対して間を置いて配置された顕微鏡、紫外線顕微鏡、ウェハ検査システム、レチクル検査システムまたはリソグラフィシステムを備える請求項３０に記載の光源。
前記高輝度光の一部分が、前記チャンバの前記反射面の方へ向けられ、前記反射器の方へ反射され、また、電磁エネルギーの所定の波長の前記第２の組を含む電磁エネルギーが前記反射器を通り抜ける請求項３１に記載の光源。
前記チャンバが窓を備える請求項２８に記載の光源。
前記チャンバが密閉されたチャンバである請求項２８に記載の光源。
前記チャンバの前記反射面が、湾曲した形状、放物面の形状、楕円の形状、球形状または非球面の形状を成す請求項２８に記載の光源。
前記レーザからの前記電磁エネルギーが進む経路に沿って配設された光学要素を備える請求項２８に記載の光源。
前記光学要素が、前記レーザから前記プラズマへの電磁エネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される請求項３６に記載の光源。
前記チャンバの前記反射面が、前記レーザから前記プラズマへの電磁エネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される請求項２８に記載の光源。
前記チャンバの前記反射面が、前記プラズマによって発生された前記高輝度光を大きな立体角にわたって収集するように適合される請求項２８に記載の光源。
前記大きな立体角が３ステラジアンより大きい請求項３９に記載の光源。
前記大きな立体角が５ステラジアンである請求項４０に記載の光源。
前記反射面、反射器および前記窓の１つまたは複数が、電磁エネルギーの所定の波長をフィルタリングするための材料を含む請求項３３に記載の光源。
前記レーザが連続波のファイバレーザである請求項２８に記載の光源。
更に、前記少なくとも１つのレーザから前記チャンバの前記反射面へ電磁エネルギーが進む経路に沿って配置された反射器を備え、
前記少なくとも１つの連続波レーザが前記チャンバの外部にあり、
前記少なくとも１つの連続波レーザが、高輝度光を発生するプラズマを生成するように、前記チャンバ内の前記イオン化ガスに電磁エネルギーを供給する請求項２５に記載の光源。
前記反射器が、前記反射器の方へ向けられた電磁エネルギーの所定の波長の第１の組を少なくとも実質的に反射し、かつ電磁エネルギーの所定の波長の第２の組が前記反射器を通り抜けることを少なくとも実質的に可能にするように適合される請求項４４に記載の光源。
前記チャンバが密閉される請求項１に記載の光源。
前記少なくとも１つの連続波レーザが、前記密閉されたチャンバの外部にあり、前記少なくとも１つの連続波レーザにより供給されるエネルギーが電磁エネルギーである請求項４６に記載の光源。
更に、前記密閉されたチャンバの外部に配設され、前記密閉されたチャンバによって放射された前記高輝度光の少なくとも一部分を受け取って前記光源の出力の方へ反射する湾曲した反射面とを備える請求項４７に記載の光源。
前記連続波レーザからの前記電磁エネルギーが進む経路に沿って配設された光学要素を備える請求項４８に記載の光源。
前記密閉されたチャンバが、前記湾曲した反射面に対して前記密閉されたチャンバを配置する支持要素を備える請求項４８に記載の光源。
前記連続波レーザ電磁エネルギーの少なくとも一部分を受け取り、かつ前記高輝度光を発生する前記プラズマに対して前記電磁エネルギーを合焦するために、前記密閉されたチャンバの内部または外部に配設される第２の湾曲した反射面を備える請求項４８に記載の光源。
更に、前記電磁エネルギーの少なくとも一部分を受け取って前記チャンバ内の前記イオン化ガスの方へ反射し、高輝度光を発生するプラズマを生成する湾曲した反射面を備え、前記湾曲した反射面が、前記プラズマによって放射された前記高輝度光の少なくとも一部分も受け取って前記光源の出力の方へ反射する請求項４７に記載の光源。
前記湾曲した反射面が、前記チャンバ内の前記プラズマがある領域に対して前記電磁エネルギーを合焦する請求項５２に記載の光源。
前記湾曲した反射面が前記チャンバ内に配置される請求項５２に記載の光源。
前記湾曲した反射面が前記チャンバの外部に配置される請求項５２に記載の光源。
前記高輝度光が紫外線光を含む請求項５２に記載の光源。
点火源でチャンバ内のガスをイオン化するステップと、
前記チャンバ内の前記イオン化ガスに連続波レーザエネルギーを供給して高輝度光を生成するステップと、
前記チャンバ内を１０気圧から２００気圧の間の圧力とするステップと、
を含む、光を生成するための方法。
前記チャンバ内の前記イオン化ガスに対して実質的に連続したレーザエネルギーを供給して高輝度光を生成する請求項５７に記載の方法。
前記イオン化ガスに供給される前記連続波レーザエネルギーの特性を変更するための少なくとも１つの光学要素によって前記連続波レーザエネルギーを方向づけるステップを含む請求項５７に記載の方法。
前記光の特性を変更するための少なくとも１つの光学要素によって前記高輝度光を方向づけるステップを含む請求項５７に記載の方法。
前記イオン化ガスによって放射された前記高輝度光をツールに送るステップを含む請求項５７に記載の方法。
前記チャンバが反射面を含み、前記イオン化ガスに連続波レーザエネルギーを供給することによりプラズマが生成され、前記プラズマが高輝度光を発生する請求項５７に記載の方法。
電磁エネルギーの第１の組の波長を含む前記連続波レーザエネルギーを前記反射器の方へ向けるステップを含み、前記反射器が電磁エネルギーの波長の前記第１の組の少なくとも一部分を前記チャンバの前記反射面の方へ反射し、前記反射面が電磁エネルギーの波長の前記第１の組の一部分を前記プラズマの方へ向ける請求項６２に記載の方法。
前記高輝度光の一部分を前記チャンバの前記反射面の方へ向けるステップを含み、前記高輝度光の一部分が前記反射器の方へ反射され、また、電磁エネルギーの所定の波長の前記第２の組を含む電磁エネルギーが前記反射器を通り抜ける請求項６３に記載の方法。
前記連続波レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によって前記連続波レーザエネルギーを方向づけて、大きな立体角にわたって前記プラズマの方へ前記連続波レーザエネルギーを向けるステップを含む請求項６２に記載の方法。
前記チャンバの前記反射面が、前記レーザから前記プラズマへの前記連続波レーザエネルギーを大きな立体角にわたって供給するように適合される請求項６２に記載の方法。
前記チャンバの前記反射面が、前記プラズマによって発生された前記高輝度光を大きな立体角にわたって収集するように適合される請求項６２に記載の方法。
前記連続波レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によって前記連続波レーザエネルギーを方向づけて、０．０１２ステラジアンの立体角にわたって前記プラズマの方へ前記連続波レーザエネルギーを向けるステップを含む請求項６２に記載の方法。
前記連続波レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によって前記連続波レーザエネルギーを方向づけて、０．０４８ステラジアンの立体角にわたって前記プラズマの方へ前記連続波レーザエネルギーを向けるステップを含む請求項６２に記載の方法。
前記連続波レーザエネルギーの特性を変更する光学要素によって前記連続波レーザエネルギーを方向づけて、２πステラジアンより大きな立体角にわたって前記プラズマの方へ前記連続波レーザエネルギーを向けるステップを含む請求項６２に記載の方法。
更に、電磁エネルギーの波長の第１の組を前記チャンバ内の前記イオン化ガスの方へ少なくとも実質的に反射する反射器の方へ連続波レーザからの連続波レーザエネルギーを向けて、高輝度光を発生するプラズマを生成するステップと、を含む請求項６２に記載の方法。
前記連続波レーザエネルギーが電磁エネルギーである請求項７１に記載の方法。
前記連続波レーザからの前記電磁エネルギーが、まず前記反射器によって前記チャンバの前記反射面の方へ反射される請求項７２に記載の方法。
前記高輝度光の一部分が、前記チャンバの前記反射面の方へ向けられ、前記反射器の方へ反射されて前記反射器を通り抜ける請求項７１に記載の方法。
前記チャンバの前記反射面の方に向けられた前記電磁エネルギーが、前記プラズマの方へ反射される請求項７１に記載の方法。
前記高輝度光の一部分が、前記チャンバの前記反射面の方へ向けられ、前記反射器の方へ反射されて前記反射器によって反射される請求項７４に記載の方法。