JP2015524080A - 193nmレーザーを使用する固体レーザーおよび検査システム - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (45)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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