JP2017509923A - レーザの帯域幅を縮小するためのシステムと方法およびレーザを用いた検査システムと方法 - Google Patents

Abstract

ＤＵＶレーザは、エタロン等の光学帯域幅フィルタ装置を含み、これは基本レーザのレーザ発振キャビティの外に配置され、１つの波長範囲を周波数変換連鎖の一部に、また別の波長範囲を周波数変換列の別の部分に誘導し、それによって周波数変換連鎖の変換効率を高く保ちながら、ＤＵＶレーザ出力の帯域幅を縮小する。

Description

本願は、深ＵＶ（ＤＵＶ）および真空ＵＶ（ＶＵＶ）波長の放射を生成するのに適したレーザと、ＤＵＶおよびＶＵＶ波長のレーザ光を生成するための方法に関する。特に、本願は、ＤＵＶおよびＶＵＶレーザのスペクトル帯域幅を縮小し、制御するためのシステムと方法に関する。本明細書に記載されているレーザは、フォトマスク、レチクル、および半導体ウェハの検査に使用されるものをはじめとする検査システムでの使用に特に適している。

優先権出願
本願は、２０１４年３月２０日に出願された、「レーザの帯域幅を縮小するめためのシステムと方法およびレーザを使用した検査システムと方法（Ａ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ａ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｌａｓｅｒ）」と題する米国仮特許出願第６１／９５５，７９２号の優先権を主張するものであり、同仮出願を参照によって本願に援用する。

関連出願
本願は、２０１３年１月２４日に出願された、「ＯＰＯを用いた１９３ｎｍレーザおよび１９３ｎｍレーザを用いた検査システム（１９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ｕｓｉｎｇ ＯＰＯ ａｎｄ ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ａ １９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ）」と題する米国仮特許出願第６１／７５６，２０９号、２０１４年１月１７日に出願された、「１９３ｎｍレーザおよび検査システム（１９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許出願第１４／１５８，６１５号、２０１３年３月１２日に出願された、「固体レーザおよび１９３ｎｍレーザを用いた検査システム（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ）」と題する米国特許出願第１３／７９７，９３９号、２０１３年２月１３日に出願された、「１９３ｎｍレーザおよび１９３ｎｍレーザを用いた検査システム（１９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ａ １９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ）」と題する米国仮特許出願第６１／７６４，４４１号、２０１４年１月３１日に出願された、「１９３ｎｍレーザおよび検査システム（１９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許出願第１４／１７０，３８４号、２０１２年１２月５日に出願された、「レーザパルスマルチプライヤを用いた半導体検査および計測システム（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）」と題する米国仮特許出願第６１／７３３，８５８号、および２０１２年１２月１１日に出願された、「レーザパルスマルチプライヤを用いた半導体検査および計測システム（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）」と題する米国特許出願第１３／７１１，５９３号に関連する。これらの関連出願を、参照によって本願に援用する。
集積回路業界は、粒径が１００ｎｍ以下と、微細化する欠陥や粒子を検出するために、ますます高感度の検査器具を必要としている。さらに、これらの検査器具は、フォトマスク、レチクル、またはウェハの面積の大部分、さらには１００％を短時間、例えば１時間以内に検査するために、高速で動作しなければならない。

一般に、ＤＵＶおよびＶＵＶ波長等の短波長は、長波長と比較して、微細な欠陥を検出するための感度がより高い。フォトマスクまたはレチクルの検査は、そのフォトマスクまたはレチクルから印刷する際に使用されるリソグラフィと同じ波長を使って行われることが好ましい。現在、最重要のリソグラフィステップには実質的に１９３．４ｎｍの波長が使用され、より重要性の低いリソグラフィステップには実質的に２４８ｎｍの波長が使用される。

高速検査には、検査中のサンプルを高強度で照明し、微細な粒子または欠陥から散乱する少量の光を検出するため、またはパターン内の欠陥による反射率の小さな変化を検出できるようにするために、ハイパワーレーザが必要となる。必要なレーザパワーレベルは、フォトマスクとレチクルを検査するための約１００ｍＷからベアシリコンウェハ上の微細粒子と欠陥を検出するための１０Ｗ以上の範囲であるかもしれない。

典型的には、半導体業界における検査には、非常に狭い帯域幅のレーザが必要である。このような検査システムは通常、高い検査速度で大きな面積を画像化できるように、広視野（典型的には、直径数百マイクロメートルから数ｍｍ）の対物レンズを使用する。低ディストーション、広視野の対物レンズは高価であり、複雑である。その対物レンズを広い帯域幅（例えば、数十ｐｍを超える）にわたって動作させることが必要であると、コストと複雑さが大幅に増す。約２０ｐｍ以下の帯域幅のＤＵＶレーザが、半導体業界における検査用途には非常に望ましい。

ＤＵＶレーザは当業界で知られている。１９９２年９月１日に発行された、「周波数変換技術を利用した多重波長固体レーザ（Ｍｕｌｔｉｗａｖｅ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｓｓｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」と題するＬｉｎの米国特許第５，１４４，６３０号および１９９８年４月２１日に発行された、「紫外固体レーザ、その使用方法、およびレーザ手術用装置（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ，Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｍｅ Ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｇｅｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）」と題するＭｅａｄらの米国特許第５，７４２，６２６号に、例示的なＤＵＶレーザが記載されている。これらのレーザにおいて、第４次および第５次高調波が、１０６４ｎｍ付近の波長で動作するパルス基本赤外レーザから生成され、それによって約２６６ｎｍと２１３ｎｍの波長が得られる。ＬｉｎとＭｅａｄはまた、光パラメトリック発振器（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（ＯＰＯ）を使って、基本レーザから１０６４ｎｍより長い赤外波長を生成することを教示している。

レーザ発振器の出力帯域幅は、そのキャビティ内のダイナミクスによって決まる。先行技術のパルスレーザにおいて、レーザ帯域幅をさらに縮小するために、様々な帯域幅限定装置、例えばエタロン、複屈折フィルタ、または光格子がレーザキャビティ内に組み込まれている。これらの方式のすべてが侵襲的であるため、不可避的にレーザに有害な影響を与える。これらの有害な影響としては、余分なパワー損失または複雑化があり、それはしばしば、レーザの効率低下、温度安定性の低下、ミスアラインメントに対する感度の上昇、およびレーザシステムウォームアップ時間の延長につながる。さらに、多くの場合、キャビティ内のビームサイズが小さく、レーザキャビティの設計により決まり、キャビティ内のレーザパワー密度が通常はレーザパワーよりはるかに高いことから、これらのキャビティ内構成要素は格段に損傷を受けやすい。

先行技術のパルスＤＵＶレーザにおいて、ＤＵＶ出力の帯域幅は、基本赤外レーザの帯域幅に直接依存する。すなわち、基本レーザの帯域幅が広いほど、ＤＵＶ出力の帯域幅も広くなる。レーザの帯域幅を縮小するには、レーザ発振キャビティの設計を変更する必要がある。キャビティは、帯域幅、繰返し周波数のほか、平均およびピークパワーを含むレーザの多くの特性を制御する可能性があるため、キャビティの設計変更によって他のレーザパラメータを保持しながら帯域幅を縮小することは、複雑で時間のかかる作業でありうる。さらに、特定のＤＵＶレーザ帯域幅仕様の実現は、容易に入手可能な赤外基本レーザでは不可能かもしれない。

チャープがレーザパルス長を引き伸ばし、そのピークパワーを低下させることがよく知られている（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｐ−ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｃｈｉｒｐ．ｈｔｍｌ参照）。非線形変換効率はピークパワーに対応するため、ピーク出力がより低いと、全体的な変換効率が低下し、それによってレーザシステムから生成される最大ＵＶパワーが限定される。したがって、ある必要な帯域幅について、非線形変換効率を高くするには、フーリエ変換限界に近い（「チャープフリー」ともいわれる）パルスが望ましい。しかしながら、分散、空間的ホールバーニング（ｓｐａｔｉａｌ−ｈｏｌｅ ｂｕｒｎｉｎｇ）（ＳＨＢ）、ゲイン飽和、および非線形性等のレーザのキャビティ内のダイナミクスにより、レーザから生成されるパルスはチャープされることが多い。

米国特許出願公開第２０１３／０３１３４４０号

したがって、上記の欠点のいくつかまたは全部を克服するＤＵＶレーザの必要性が生じている。特に、ＤＵＶレーザの帯域幅を縮小または制御するための手段の必要性が生じている。

最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザが説明されている。このＤＵＶレーザは、基本レーザと、周波数変換モジュールと、周波数混合モジュールと、光学帯域幅フィルタ装置と、を含む。基本レーザは、基本波長帯域幅の基本波長を生成する。光学帯域幅フィルタ装置は、基本波長を受け取り、基本波長から第一および第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含むように選択する。周波数変換モジュールは、基本波長の第一の部分を変換して、第二の波長を有する「信号光」を提供し、周波数混合モジュールは、第二の波長を基本波長の第二の部分と混合して、合計（出力）波長を生成する。光学帯域幅フィルタ装置を利用してより狭い第二の部分を選択することにより、本発明は幅広い基本波長帯域幅を持つ基本レーザを使いやすくすることによって（すなわち、特定の狭い基本波長帯域幅を有する高価な「カスタムビルト」の基本レーザが不要となる）、システムコストを低下させる。これに加えて、周波数変換モジュールを利用して、基本周波数のうちの広い、「拒絶された」第一の部分から、使用可能な第二の波長を有する信号光を抽出し、この信号光を第二の部分と混合するために周波数混合モジュールに誘導することにより、本発明はまた、基本周波数の第一の（「拒絶された）」部分のうちの利用可能部分を効率的に「再循環させる」ことで、エネルギー損失を最小化する。したがって、その結果として得られる合計（出力）波長は、従来の手法（例えば、高調波変換および周波数混合）を用いて生成可能なものよりはるかに狭い波長帯域幅を有する、広い基本波長帯域幅から効率的に生成される。

他の実施形態において、ＤＵＶレーザは、基本レーザと、周波数変換モジュールと、高調波変換モジュールと、周波数混合モジュールと、光学帯域幅フィルタ装置と、を含む。基本レーザは、基本波長帯域幅の基本波長を生成する。周波数変換モジュールは、基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する。高調波変換モジュールは、基本波長の第二の部分から高調波波長を生成する。周波数混合モジュールは、第二の波長を高調波波長と混合して、合計波長を生成する。光学帯域幅フィルタ装置は、基本波長から第一および第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第二の部分より狭い波長範囲を含むように選択する。

また別の実施形態において、ＤＵＶレーザは、基本レーザと、周波数変換モジュールと、高調波変換モジュールと、周波数混合モジュールと、光学帯域幅フィルタ装置と、を含む。基本レーザは、基本波長帯域幅を有する基本波長を生成する。周波数変換モジュールは、基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する。高調波変換モジュールは、第二の波長から高調波波長を生成する。周波数混合モジュールは、高調波波長を基本波長の第二の部分と混合して、合計波長を生成する。光学帯域幅フィルタ装置は、基本波長から第一および第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第一の部分より広い波長範囲を含むように選択する。

本発明のある態様によれば、光学帯域幅フィルタ装置は、基本レーザのレーザ発振キャビティの外に位置付けられる。光学帯域幅フィルタ装置は、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、および光格子からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含んでいてもよい。周波数変換モジュールは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（ＯＰＡ）、およびラマン増幅器からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含んでいてもよい。第二の波長は、ＯＰＯまたはＯＰＡからの信号光として生成されてもよい。１つの実施形態において、基本レーザは、約４０５ｎｍ以下の波長を生成するダイオードレーザを含む。他の実施形態において、基本レーザは、ファイバレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）レーザ、またはＮｄドープバナデートレーザを含んでいてもよい。１つの実施形態において、合計波長は約１９３ｎｍと等しい。他の実施形態において、合計波長は約１８４ｎｍと等しい。

深ＵＶレーザ放射を生成する方法が記載されている。１つの実施形態において、この方法は、基本波長および基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、基本波長の第二の部分から高調波波長を生成するステップと、第二の波長と高調波波長と合計して、出力波長を生成するステップと、を含む。特に、基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む。

深ＵＶレーザ放射を生成する他の方法も記載されている。１つの実施形態において、この方法は、基本波長と基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、第二の波長と高調波波長の第二の部分を合計して、出力波長を生成するステップと、を含む。特に、基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む。

深ＵＶレーザ放射を生成するまた別の方法が記載されている。１つの実施形態において、この方法は、基本波長と基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、第二の波長から高調波を生成するステップと、基本波長の第二の部分と高調波波長を合計して、出力波長を生成するステップと、を含む。特に、基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む。

これらの方法に関して、第一および第二の部分を選択するステップは、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、または光格子のうちの少なくとも１つにより実行されてもよい。特に、このような光学帯域幅フィルタ装置は、事実上、１つの波長範囲を周波数変換連鎖の１つの部分に、また別の波長範囲を周波数変換列の中の別の部分に誘導し、それによって、光学帯域幅フィルタ装置を使用し、単純に不要な波長を拒絶することによって帯域幅を縮小するレーザと比較して、パワー損失が大幅に減少する。さらに、狭帯域化装置をレーザキャビティの外に設置することにより、キャビティ内帯域幅制御装置の有害な影響の一部または全部を回避できる。帯域幅以外のレーザパラメータは、レーザ発振キャビティを設計変更せずに、ほとんど保持できる。基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップは、ＯＰＯ、ＯＰＡ、またはラマン増幅器によって実行されてもよい。基本レーザ光を生成するステップは、ダイオードレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄドープバナデートレーザ、およびＹｂドープファイバレーザのうちの１つにより実行されてもよい。

ある例示的な検査システムが記載されている。この検査システムは、照明源と、光学系と、検出器と、を含む。照明源は、所望の波長と帯域幅のＤＵＶ放射を生成するＤＵＶレーザを含む。ＤＵＶレーザは、光学帯域幅フィルタ、例えばエタロンを含み、これは１つの波長範囲を周波数変換鎖の１つの部分に、また別の波長範囲を周波数変換列の中の別の部分に誘導する。光学系は、照明源からの放射をサンプルへと誘導し、合焦させる。サンプルはステージにより支持され、これは検査中に光学系に関して移動する。検出器は、サンプルからの反射または散乱光を受け取るように構成され、光学系はさらに、反射または散乱光を集光し、検出器に誘導し、そこで合焦させる。検出器は、１つまたは複数のイメージセンサを含む。少なくとも１つのイメージセンサは、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサであってもよい。

この例示的検査システムは、１つまたは複数の照明光路を含んでいてもよく、これはサンプルを異なる入射角および／または異なる方位角から、および／または異なる波長および／または偏光状態で照明する。この例示的な検査システムは、１つまたは複数の集光光路を含んでいてもよく、これはサンプルにより異なる方向に反射され、または散乱した光を集光し、および／または異なる波長および／または異なる偏光状態に対する感受性を持つ。この例示的な検査システムはＴＤＩセンサを含んでいてもよく、これは両側に読取回路を有し、２つの異なる信号を同時に読み取るために使用される。この例示的な検査システムは、電子衝撃イメージセンサまたはアバランシェイメージセンサを含んでいてもよい。

レーザの帯域幅を制御し、それと同時に、そのチャープを減少させる、ある例示的方法が記載されている。帯域幅制御装置は、レーザ発振キャビティの外に設置される。特定の状況下で、帯域幅フィルタ処理後、チャープされたパルスは、より狭い帯域幅とより短いパルス長を有するフーリエ変換限界付近のパルスに変換できる。これは、非線形周波数変換における高い変換効率のために非常に望ましい。

最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザを含む照明源を内蔵する、ある例示的検査システムを示す図である。 １つまたは複数の集光光路を有するライン照明と、最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザを使用する、ある例示的検査システムを示す図である。 １つまたは複数の集光光路を有するライン照明と、最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザを使用する、ある例示的検査システムを示す図である。 垂直および傾斜照明のほか、最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザを含む、ある例示的検査システムを示す図である。 明視野および暗視野照明光路を有する、ある例示的検査システムを示す図である。この検査システムの中の、暗視野照明光路のために使用されるＤＵＶレーザは、最適化された帯域幅制御を提供する。 最適化された帯域幅制御を提供するＤＵＶレーザを含む、分割読取イメージセンサと照明源を内蔵する、ある例示的検査システムを示す図である。 帯域幅を制御するために光学帯域幅フィルタ装置、例えばエタロンを含む、ある例示的ＤＵＶレーザを示す図である。 帯域幅を制御するために光学帯域幅フィルタ装置、例えばエタロンを含む、ある代替的な例示的ＤＵＶレーザを示す図である。 帯域幅を制御するために光学帯域幅フィルタ装置、例えばエタロンを含む、他の例示的ＤＵＶレーザを示す図である。 帯域幅フィルタ処理後の、ある例示的なパルス幅短縮を示す図である。

図１は、ウェハ、レチクル、またはフォトマスク等のサンプル１０８を測定するように構成された、ある例示的な検査システム１００を示す。サンプル１０８は、光学系の下でサンプル１０８の様々な領域に移動しやすくするためのステージ１１２に載せられる。ステージ１１２は、ＸＹステージまたはＲ−θステージを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ステージ１１２は、検査中にサンプル１０８の高さを調節して、常にピントが合った状態にすることができる。他の実施形態においては、対物レンズ１０５を調節して、常にピントが合った状態にすることができる。

照明源１０２は１つまたは複数のレーザおよび／または広帯域光源を含んでいてもよい。照明源１０２は、ＤＵＶおよび／またはＶＵＶ放射を発生してもよい。照明源１０２は、本明細書に記載されている帯域幅制御を取り入れたＤＵＶレーザのうちの１つを含む。対物レンズ１０５を含む光学系１０３は、その放射をサンプル１０８に向かって誘導し、そこに合焦させる。光学系１０３はまた、ミラー、レンズ、および／またはビームスプリッタを含んでいてもよい。サンプル１０８からの反射または散乱光は、光学系１０３によって集光され、検出器アセンブリ１０４の中にある検出器０６へと誘導され、そこに合焦される。検出器１０６は、２次元アレイセンサまたは１次元ラインセンサを含んでいてもよい。１つの実施形態において、検出器１０６の出力はコンピューティングシステム１１４に供給され、これがその出力を分析する。コンピューティングシステム１１４は、キャリア媒体１１６上に保存可能なプログラム命令１１８により構成される。

検査システム１００の１つの実施形態は、サンプル１０８上の線を照明し、散乱および／または反射光を１つまたは複数の暗視野および／または明視野集光光路の中で集光する。この実施形態において、検出器１０６はラインセンサまたは電子衝撃ラインセンサを含んでいてもよい。

検査システム１００の他の実施形態は、サンプル１０８上の複数の点を照明し、散乱および／または反射光を１つまたは複数の暗視野および／または明視野集光光路の中で集光する。この実施形態において、検出器１０６は２次元アレイセンサまたは電子衝撃２次元アレイセンサを含んでいてもよい。

検査システム１００の各種の実施形態のさらに詳しい事柄は、２０１２年７月９日に出願された「ウェハ検査システム（Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許出願第１３／５５４，９５４号、２０１１年６月７日に発行された「小型反射屈折対物レンズを用いた分割視野検査システム（Ｓｐｌｉｔ Ｆｉｅｌｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｓｍａｌｌ Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｏｂｊｅｔｉｖｅｓ）」と題する米国特許第７，９５７，０６６号、２００８年３月１８日に発行された、「反射屈折光学システムにおけるレーザ暗視野照明のためのビーム伝送システム（Ｂｅａｍ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ Ａ Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許第７，３４５，８２５号、１９９９年１２月７日に発行された「広範囲ズーム能力を備える超広帯域ＵＶ顕微鏡イメージングシステム（Ｕｌｔｒａ−Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＵＶ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｗｉｄｅ Ｒａｎｇｅ Ｚｏｏｍ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）」と題する米国特許第５，９９９，３１０号、および２００９年４月２８日に発行された、「２次元イメージングによるレーザライン照明を用いた表面検査システム（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｉｎｓｐｅｃｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｌｉｎｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）」と題する米国特許第７，５２５，６４９号に記載されている。これらの特許および特許出願を参照によって本願に援用する。

図２Ａおよび２Ｂは、本明細書に記載されているＤＵＶレーザおよび／または方法を取り入れた暗視野検査システムの態様を示している。例えば、図２Ａにおいて、照明用光学系２０１は光２０２を生成するＤＵＶレーザシステム２２０を含み、この光がミラーまたはレンズ２０３によって検査中のサンプル２１１の表面上の線２０５に合焦される。ＤＵＶレーザシステム２２０は、本明細書に記載されているＤＵＶレーザを含み、これは最適化された帯域幅制御を提供する。集光光学系２１０は、レンズおよび／またはミラー２１２および２１３を使って、線２０５からの散乱光をセンサ２１５へと誘導する。集光光学系の光軸２１４は、線２０５の照明平面内にない。いくつかの実施形態において、軸２１４は線２０５に略垂直である。センサ２１５は、線形アレイセンサ等のアレイセンサを含んでいてもよい。

図２Ｂは、複数の視野集光システム２３１、２３２、および２３３を含む１つの実施形態を示しており、各システムは図２Ａの集光光学系２１０と実施的に同じである。集光用システム２３１、２３２、および２３３は、図２Ａの照明光学系２０１と実質的に同様の照明光学系と共に使用される。この実施形態において、サンプル２１１はステージ２２１の上に支持され、これは光学系の下で被検領域を移動させる。ステージ２２１はＸ−ＹステージまたはＲ−θステージを含んでいてもよく、これは、最小限のデッドタイムでサンプルの大きい面積を検査するために、検査中に実質的に連続的に移動することが好ましい。

図２Ａおよび２Ｂに示されている実施形態による検査システムのより詳細な事柄は、２００９年４月２８日に発行された、「２次元イメージング機能を備える、ライン照明を用いた表面検査システム（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｎｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）」と題する米国特許第７，５２５，６４９号に記載されている。２００３年８月１９日に発行された、「表面の異常および／または特徴物を検出するためのシステム（Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ａｎｏｍａｌｉｅｓ Ａｎｄ／Ｏｒ Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ｏｆ Ａ Ｓｕｒｆａｃｅ）」と題する米国特許第６，６０８，６７６号にはまた、パターンニングされていない、またはパターニングされたウェハの検査に適した照明システムも記載されている。これらの特許を、参照によって本願に援用する。

図３は、垂直および傾斜照明ビームの両方を用いてサンプル上の粒子または欠陥を検出するように構成された検査システム３００を示す。この構成において、ＤＵＶレーザシステム３３０は、レーザビーム３０１を提供する。ＤＵＶレーザシステム３３０は本明細書に記載されているＤＵＶレーザを含み、これは最適化された帯域幅制御を提供する。レンズ３０２は、空間フィルタ３０３を通じてビーム３０１を合焦する。レンズ３０４は、ビームをコリメートして、これを偏光ビームスプリッタ３０５へと伝送する。ビームスプリッタ３０５は、第一の偏光成分を垂直照明光路に、第二の偏光成分を傾斜照明光路に通過させ、第一および第二の成分は直交する。垂直照明光路３０６において、第一の偏光成分は光学系３０７によって合焦され、ミラー３０８によってサンプル３０９の表面へと反射される。サンプル３０９（例えば、ウェハまたはフォトマスク）により散乱した放射は、放物面ミラー３１０によって集光され、センサ３１１に合焦される。

傾斜照明光路３１２において、第二の偏光成分はビームスプリッタ３０５によってミラー３１３へと反射され、このようなビームはミラーにより反射されて、２分の１波長板３１４を通過し、光学系３１５によってサンプル３０９に合焦される。傾斜光路３１２内での傾斜照明ビームから発せられ、サンプル３０９により散乱した放射もまた、放物面ミラー３１０により集光され、センサ３１１に合焦される。センサと被照明領域（垂直および傾斜照明光路の両方から、表面３０９上を形成する）が放物面ミラー３１０の焦点にあることが好ましい。

放物面ミラー３１０は、サンプル３０９からの散乱放射をコリメートして平行ビーム３１６とする。平行ビーム３１６は次に、対物レンズ３１７により、およびアナライザ３１８を通ってセンサ３１１に合焦される。放物面の形状以外の形状を持つ湾曲鏡面も使用してよい点に留意されたい。器具３２０は、ビームとサンプル３０９との間の相対運動を提供し、サンプル３０９の表面全体にわたりスポットが走査されるようにする。２００１年３月１３日に発行された、「サンプル検査システム（Ｓａｍｐｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」と題する米国特許第６，２０１，６０１号には、検査システム３００がより詳しく記載されている。同特許を参照によって本願に援用する。

図４は、明視野および暗視野検査モードを有する検査システムとして構成された、ある例示的な反射屈折イメージングシステム４００を示している。システム４００は２つの光源、すなわち、レーザ４０１と広帯域光照明モジュール４２０を内蔵していてもよい。１つの実施形態において、レーザ４０１は本明細書に記載されているＤＵＶレーザを含んでいてよく、これは最適化された帯域幅制御を提供する。

暗視野モードにおいて、順応光学系４０２は、検査中の表面上のレーザ照明ビームの大きさと分布を制御する。機械的筐体４０４は、開口および窓４０３と、サンプル４０８の表面に垂直に入射する光軸に沿ってレーザの方向を変えるためのプリズム４０５と、を含む。プリズム４０５はまた、サンプル４０８の表面特徴物からのスペクトル反射を対物レンズ系４０６の外に誘導する。対物レンズ系４０６は、サンプル４０８による散乱光を集光し、それをセンサ４０９に合焦させる。対物レンズ系４０６のためのレンズは、反射屈折対物レンズ４１２、合焦レンズ群４１４、任意選択でズーム機能を含んでいてもよいチューブレンズ部４１４の一般的形態で提供できる。

明視野モードにおいて、広帯域照明モジュール４２０は、広帯域光をビームスプリッタ４１０に誘導し、これはその光を合焦レンズ群４１３および反射屈折対物レンズ４１２へと反射する。反射屈折対物レンズ４１２は、サンプル４０８を広帯域光で照明する。サンプル４０８から反射され、または散乱した光は、対物レンズ系４０６によって集光され、センサ４０９に合焦される。広帯域照明モジュール４２０は、例えばレーザポンププラズマ光源またはアークランプを含む。広帯域照明モジュール４２０はまた、オートフォーカスシステムを含んでいてもよく、これによってサンプル４０８の、反射屈折対物レンズ４１２に関する高さを制御する信号を供給する。２００８年３月１８日に発行された、「反射屈折光学システムにおけるレーザ暗視野照明用ビーム伝送システム（Ｂｅａｍ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｉｎ Ａ Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許第７，３４５，８２５号には、システム４００がより詳しく記載されており、同特許を参照によって本願に援用する。

図５は、１つのセンサ５７０で２つの画像または信号チャネルを当時に検出するレチクル、フォトマスク、またはウェハ検査システム５００を示す。イメージセンサ５７０は、分割読取イメージセンサを含む。照明源５０９は、本明細書に記載されているようなＤＵＶレーザを含み、これは最適化された帯域幅制御を提供する。このＤＵＶレーザの動作波長は２００ｎｍより短くてもよく、例えば約１９３ｎｍの波長である。２つのチャネルは、被検物５３０が透明（例えば、レチクルまたはフォトマスク）であれば、反射および透過された強度を含んでいてもよく、または、入射角、偏光状態、波長範囲、またはこれらの何れかの組合せ等、２種類の照明モードを含んでいてもよい。光は、チャネル１照明リレイ５１５およびチャネル２照明リレイ５２０を使って被検査物５３０に誘導される。

被検物５３０は、検査対象のレチクル、フォトマスク、または半導体ウェハであってもよい。画像リレイ光学系５４０は、被検物５３０により反射および／または透過された光をチャネル１画像モードリレイ５５５とチャネル２画素モードリレイ５６０に誘導することができる。チャネル１画像モードリレイ５５５は、チャネル１照明リレイ５１５に対応する反射または透過を検出するように調整され、チャネル２画像モードリレイセンサ５６０は、チャネル２照明リレイ５２０に対応する反射または透過を検出するように調整される。チャネル１画像モードリレイ５５５とチャネル２画像モードリレイ５６０は今度は、それらの出力をセンサ５７０に誘導する。２つのチャネルに関する検出信号または画像に対応するデータは、データ５８０として示され、処理のためにコンピュータ（図示せず）に送信されてもよい。

レチクルおよびフォトマスクからの透過および反射光を測定するように構成されてもよいレチクルおよびフォトマスク検査システムならびに方法のその他の詳細事項は、２００８年４月１日に発行された、「マルチビーム検査装置および方法（Ｍｕｌｔｉ Ｂｅａｍ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する米国特許第７，３５２，４５７号と、１９９６年１０月８日に発行された、「自動フォトマスク検査装置および方法（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する米国特許第５，５６３，７０２号に記載されており、両特許を参照により本願に援用する。

イメージセンサ５７０の例示的実施形態に関するその他の詳細事項は、２０１３年１２月４日に出願された、「パルス照明を用いた動画像の高速撮影のための方法と装置（Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｏｆ Ｍｏｖｉｎｇ Ｉｍａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｕｌｓｅｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）」と題する米国特許出願第１４／０９６，９１１号および、２００９年５月５日に発行された、「複数の画像の同時高速撮影のための方法と装置（Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｍａｇｅｓ）」と題する米国特許第７，５２８，９４３号において提供されており、その両方を参照によって本願に援用する。

図６Ａは、最適化された帯域幅制御を提供するように構成された、ある例示的ＤＵＶレーザ６００を示している。このシステムでは、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）６０４が使用される。ＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４における波長調整可能性を利用して、ＤＵＶレーザ６００は、選択された特定の波長の出力光を生成でき、すなわち、この波長は基本レーザの整数倍高調波と等しくても、等しくなくてもよい。特に、基本光６０２（基本レーザ６０１により生成される）の帯域幅は、エタロン６０３を通過することによって狭帯域化できる（例えば、矢印６１１Ａおよび６１１Ｂ参照）。エタロン６０３は、中心を基本光６０２の中央波長の付近に置く狭い波長範囲にわたり高い透過率を有することが好ましく、それによってエタロンを透過した光、すなわち狭帯域化基本光６０２’は基本光６０２より狭い帯域幅を有する。狭帯域化基本光６０２’は、高調波変換モジュール６０７に誘導され、これが第ｎ次高調波（ｎω）６０８を生成し、これは典型的にＤＵＶ波長である。第ｎ次高調波６０８は基本光６０２を高調波変換モジュール６０７に直接供給することにより得られるものより狭い波長を有する。

エタロン６０３は、図６Ａに示されるように、それが透過させない波長での入射エネルギーの大部分を反射するため、帯域外の拒絶された基本光６０２’’の広い帯域幅は、そのスペクトル中央に窪みがある。この拒絶された光６０２’’は、本来は廃棄されるが、ＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４のためのポンプ光として使用できる。非線形パラメトリックプロセスにおけるエネルギー保存の結果、ＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４は依然として、拒絶された基本光６０２’’の広帯域ポンプ光から狭帯域幅信号光６０５を生成でき、それと引き換えに、広帯域幅のアイドラ光６０６が生成され、これもそのスペクトルの中央に同様の窪みを有するが、拒絶された基本光６０２’’より広い帯域幅を有する。しかしながら、アイドラ光６０６はレーザ内で使用されないため、このアイドラ光６０６はレーザの性能に大きな影響を与えない。信号光６０５の帯域幅は、ＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４の中のシードレーザまたは波長選択要素、例えば体積ブラッグ回折格子により決まる。

１つの実施形態において、ラマン増幅器をＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４の代わりに使用できる。ラマン増幅器により生成された増幅信号光の帯域幅はそのポンプ光の帯域幅とは独立しているため（それは典型的に、ラマン増幅器の中の波長選択要素に依存する）、ラマン増幅器はまた、所望の狭い帯域幅の信号光６０５を生成できる。

周波数混合モジュール６０９は、第ｎ次高調波６０８（ｎω）と信号光６０５（ωｓ）の周波数を合計することによってレーザ出力６１０を生成できる。第ｎ次高調波６０８の帯域幅がエタロン６０３によって縮小されており、信号光６０５の帯域幅はＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４によって決定されるため、レーザ出力６１０の帯域幅は、エタロン６０３を内蔵しない、それ以外は同じレーザにおいてあるであろうものより狭い（すなわち、矢印６１１Ａにより示される帯域幅が、矢印６１１Ｂにより示される帯域幅の代わりに使用される）。この帯域幅縮小は、エタロン６０３が透過させないエネルギーの大部分を反射するため、最小限のパワー損失で実現される。

１つの例示的実施形態において、基本レーザ６０１は、例えばＮｄ：ＹＡＧ（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）またはＮｄドープバナデートレーザを使って約１０６４ｎｍの波長で動作してもよい。この場合、高調波変換モジュール６０７は、約２１３ｎｍの第５次高調波６０８（５ω）を生成してもよく、ＯＰＯ／ＯＰＡモジュール６０４は、約２１０８ｎｍの波長を有する信号光６０５を生成してもよく、周波数混合モジュール６０９は、２１３ｎｍと２１０８ｎｍの波長を混合することによって約１９３ｎｍの波長を有するレーザ出力６１０を生成してもよい。約１９３ｎｍの波長は、半導体フォトマスクとウェハの検査に有用な波長である。

他の例示的実施形態において、基本レーザ６０１は、例えばＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄドープバンデートレーザを使って約１０６４ｎｍの波長で動作してもよい。この場合、高調波変換モジュール６０７は、約２６６ｎｍの第４次高調波６０８（４ω）を生成してもよく、ＯＰＯ／ＯＰＡモジュール６０４は、約１４１６ｎｍの波長の信号光６０５を生成してもよく、周波数混合モジュール６０９は、まず２６６ｎｍと１４１６ｎｍの波長を混合して約２２４ｎｍの合計波長を生成し、その後、約２２４ｎｍの合計波長を１４１６ｎｍ波長の信号光６０５と再び混合して、約１９３ｎｍの波長のレーザ出力６１０を生成してもよい。

また別の例示的実施形態において、基本レーザ６０１は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）またはＮｄドープバンデートレーザを使って、約１０６４ｎｍの波長で動作してもよい。この実施形態において、高調波変換モジュール６０７は、約２１３ｎｍの第５次高調波６０８（５ω）を生成してもよく、ＯＰＯ／ＯＰＡモジュール６０４は、約１２６８ｎｍ〜約１４００ｎｍの間の波長を有する信号光６０５を生成してもよく、周波数混合モジュール６０９は、２１３ｎｍおよび信号波長を混合することによって約１８２．５ｎｍ〜約１８５ｎｍの波長を有するレーザ出力６１０を生成してもよい。約１８４ｎｍの波長は、半導体フォトマスクとウェハを検査するのに有益な波長であり、それは、短波長のほうが一般に、より微細な特徴物と欠陥に対する感度がより高いからである。さらに、約１８４ｎｍの波長の光はこの方式により効率的に生成でき、それは、ＣＬＢＯがこのような波長の組合せのための非臨界位相整合に近く、したがって、周波数混合にとって効率的で安定しているからである。

図６Ｂは、最適化された帯域幅制御を提供する代替的な例示的ＤＵＶレーザ６２０を示す。ＤＵＶレーザ６２０のこの実施形態は、ＤＵＶ レーザ６００（図６Ａ）のそれと同様であるが、例外として、ＤＵＶレーザ６２０が高調波変換モジュールを含まない。ＤＵＶレーザ６２０において、周波数混合モジュール６０９Ｂは、狭帯域化基本光６０２’と信号光６０５を直接混合することによってレーザ出力６１０Ｂを生成する。ＤＵＶレーザ６２０および６００の中で同じ名称を有する構成要素は、同じ機能を有し、したがって、図６Ｂに関しては説明しないことに留意されたい。ＤＵＶレーザ６２０は、基本レーザ６０１がＵＶ波長、例えば４０５ｎｍまたは３７５ｎｍの波長を生成する際に特に有用である。このような波長は、例えばレーザダイオードにより生成できる。

１つの例示的実施形態において、基本レーザ６０１は、約３７５ｍの波長で動作するレーザダイオードを含んでいてもよい。この場合、ＯＰＯ／ＯＰＡモジュール６０４は、約６０７ｍ〜約７５０ｎｍの間の波長を有する信号光６０５を生成してもよく、周波数混合モジュール６０９は、３７５ｎｍと信号波長を混合することによって、約２３２ｎｍ〜約２５０ｎｍの間の波長を有するレーザ出力６１０を生成してもよい。この方式は、約２３２ｎｍ〜約２５０ｎｍの間の出力波長を効率的かつ安価に生成でき、これは、周波数混合モジュール６０９が周波数混合にＣＬＢＯ結晶を使用してもよいからである。ＣＬＢＯは、このような波長組合せのための非臨界位相整合に近く、したがって、周波数混合を効率的かつ安定に行うことができる。

図６Ｃは、最適化された帯域幅制御を提供する他の例示的ＤＵＶレーザ６３０を示す。ＤＵＶレーザ６３０のこの実施形態は、ＤＵＶレーザ６００（図６Ａ）のそれと同様であるが、以下の例外がある。この場合、高調波変換モジュール６０７Ｃは、信号光６０５の第ｎ次信号高調波６０８Ｃ（ｎωｓ）を生成するために使用される。これに加えて、周波数混合モジュール６０９Ｃは、狭帯域化基本光６０２’と第ｎ次信号高調波６０８Ｃを混合することによってレーザ出力６１０Ｃを生成する。ＤＵＶレーザ６３０および６００の中で同じ名称を有する構成要素は、同じ機能を有し、したがって、図６Ｃに関しては説明しないことに留意されたい。ＤＵＶ ６３０のこの実施形態は、レーザ出力６１０Ｃの波長が特定の基本レーザでは実現できない時（例えば、周波数混合モジュール６０９または高調波変換モジュール６０７（図６ＡのＤＵＶレーザ６００）のための利用可能な非線形結晶が波長の１つまたは複数について位相整合しえないため）に、特に有用である。ＤＵＶレーザ６３０は、周波数混合モジュール６０９Ｃと高調波変換モジュール６０７Ｃのための異なる波長組合せを提供でき、ある場合には、ＤＵＶ ６００（図６Ａ）では不可能な時に所望のレーザ出力波長を生成するための別の方法を提供できる。

１つの例示的実施形態において、基本レーザ６０１は、例えばＴｉサファイヤレーザを使って、約８００ｎｍの波長で動作してもよい。この場合、ＯＰＯ／ＯＰＡモジュール６０４は、約８８８ｎｍ〜１０８０ｎｍの間の波長を有する信号光６０５（ωｓ）を生成してもよく、高調波変換モジュール６０７Ｃは、約２９６ｎｍ〜３６０ｎｍの間の第３次高調波６０８Ｃ（３ωｓ）を生成してもよく、周波数混合モジュール６０９Ｃは、第３次高調波と約８００ｎｍの波長を混合することにより、約２１６ｎｍ〜２４８ｎｍの間の波長を有するレーザ出力６１０Ｃを生成してもよい。

図７は、パルス幅短縮が帯域幅フィルタ処理によってどのように可能であるかを示している。モードロックまたは変調レーザ発振器により生成されるレーザパルスは通常、略ガウススペクトル形状を有し、略線形のチャープを示す。「Ｔ０」は、チャープパスと同じ帯域幅のパルスのフーリエ変換限界パルス幅であり、「Ｔ」は帯域幅縮小前のパルスであり、「Ｔ’」は帯域幅縮小後のパルス幅である。帯域幅縮小比は、フィルタ処理後（すなわち、エタロン通過後）のパルス帯域幅をフィルタ処理前のパルス帯域幅で割ったものと定義される。図７において、帯域幅縮小を行わない場合、すなわち、Ｔ’＝Ｔの場合が参照のために実線７０１でグラフ化されている。線７０１より上の点は、パルス幅が増大した場合、すなわちＴ’＞Ｔの場合を表す。線７０１より下の点は、パルス幅が減少した場合、すなわち、Ｔ’＜Ｔの場合を表す。異なる帯域幅縮小比（０．６と０．８）の２つの場合がそれぞれ破線７０２と点線７０３で示されている。

図７は、特定の状況下で、チャープパルスの帯域幅縮小の結果としてパルスが短縮し、フーリエ変換限界に近くなることを示している。例えば、０．６の帯域幅縮小比の場合、パルス幅Ｔが約２ Ｔ０より大きければ、帯域幅を縮小するとパルス幅が短くなる。他の例として、０．８の帯域幅縮小比の場合、パルス幅Ｔが約１．６ Ｔ０より大きければ、帯域幅を縮小するとパルス幅が縮小する。上で説明したように、パルス幅の縮小は、高調波変換および周波数混合プロセスの効率を保持するのに役立つ。初期のパルス幅がＴ０に近付くと、すなわち、初期のパルスがフーリエ変換限界に近付くと、帯域幅を縮小すれば必然的にパルス幅が増大することに留意されたい。

図７においてグラフ化された線は、ガウスパルス波形について計算された。その他の一般的なレーザパルス波形、例えばｓｅｃｈ^２型パルスも同じ傾向を示す。例えば、Ａｇｒａｗａｌの「非線形ファイバオプティクス（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ）」、４ｔｈ ｅｄ．，ｐｐ５４−５９，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，２００７を参照されたい。

典型的なハイパワーレーザ（例えば、約３０Ｗ以上の出力のレーザ）は、同じ帯域幅のフーリエ変換限界パルスよりかなり長いパルス幅を有する。その結果、本明細書で開示されている各種の方法とＤＵＶレーザは、約１００ｍＷ以上のパワーで狭帯域幅ＤＵＶレーザ出力光を生成しながら、同時に変換効率を良好に保つために特に有用である。

本明細書に記載されているＤＵＶレーザの最適化された帯域幅制御から利益を得ることのできる１９３ｎｍレーザのより詳細な説明は、２０１３年３月１２日に出願された、「固体１９３ｎｍレーザおよび固体１９３ｎｍレーザを用いた検査システム（Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ １９３ｎｍ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｎ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ １９３ｎｍ ｌａｓｅｒ）」と題する米国特許出願第１３／７９７，９３９号、２０１３年１月２４日に出願された、「ＯＰＯを用いた１９３ｎｍレーザおよび１９３ｎｍレーザを用いた検査システム（１９３ｎｍ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ ＯＰＯ ａｎｄ ａｎ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ １９３ｎｍ ｌａｓｅｒ）」と題する米国仮特許出願第６１／７５６，２０９号、および２０１３年２月１３日に出願された、「１１０９ｎｍを用いた１９３ｎｍレーザ（１９３ｎｍ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ １１０９ｎｍ）」と題する米国仮特許出願第６１／７６４，４４１号に記載されている。これらの出願のすべてを参照によって本願に援用する。

上述のＤＵＶレーザは、信号光ωｓの波長を適切に選択し、周波数混合モジュール（すなわち、周波数混合モジュール６０９、６０９Ｂ、または６０９Ｃ）を適切に変更することにより、約２００ｎｍより短い他の波長で動作できる点に留意されたい。特に、１９０ｎｍより短い真空ＵＶ波長をこのようなレーザで生成できる。

本明細書で説明されているＤＵＶレーザの何れかを内蔵する検査またはイメージングシステムの中での使用に適したイメージセンサの例示的実施形態は、２０１３年１０月１０日に公開された、「ボロン層を備えるバックライトセンサ（Ｂａｃｋ−Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｗｉｔｈ Ｂｏｒｏｎ Ｌａｙｅｒ）」と題する米国特許出願公開第２０１３／０２６４４８１号に記載されており、これを参照によって本願に援用する。

上記の説明は、当業者が本願で提供されている発明を製作し、使用できるようにするために、特定の用途とその要求事項に関連して提示されている。本明細書中で使用されるかぎり、「上」および「下」等の方向を示す用語（ｔｏｐ、ｂｏｔｔｏｍ、ｏｖｅｒ、ｕｎｄｅｒ、ｕｐｐｅｒ、ｕｐｗａｒｄ、ｌｏｗｅｒ、ｄｏｗｎ、ｄｏｗｎｗａｒｄ）は、説明を目的として相対的な位置を提供するためのものであり、絶対的な参照枠を指定しようとしていない。最適化された帯域幅制御を有するＤＵＶレーザと方法の上述の各種の実施形態は例示的に過ぎず、本発明の範囲を限定しようとしていない。

当業者にとっては上述の実施形態への各種の変更が明らかであり、本明細書で定義される一般的原理は、他の実施形態にも応用できる。例えば、高調波変換モジュール、図Ａの６０７および図Ｃの６０７Ｃは、第２次、第３次、第４次、第５次、第６次、またはそれより高次の高調波を生成してもよい。他の例において、エタロンまたは干渉計は、狭い波長範囲を反射し、その狭い範囲外の波長を透過させるように設計されてもよい。このような光学帯域幅フィルタ装置は、レーザのレイアウトを適切に変更して、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃのエタロン６０３の代用とすることができる。狭帯域化基本光６０２’は、必要に応じて、高調波変換モジュール６０７、周波数混合モジュール６０９、または周波数混合モジュール６０９Ｃに反射され、拒絶された基本光６０２’’は、ＯＰＯ／ＯＰＡ ６０４等の周波数変換モジュールへと透過されるであろう。

したがって、本明細書に記載されているＤＵＶレーザと方法は、図と説明文で示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示されている原理と新規な特徴と矛盾しない、最も広い範囲が付与されるものとする。

Claims (42)

1. 基本波長帯域幅の基本波長を生成する基本レーザと、
   基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する周波数変換モジュールと、
   第二の波長を基本波長の第二の部分と混合して、合計波長を生成する周波数混合モジュールと、
   基本波長から第一および第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含むように選択する光学帯域幅フィルタ装置と、
   を含むレーザ。
2. 請求項１に記載のレーザにおいて、
   光学帯域幅フィルタ装置は、レーザ発振キャビティの外に位置付けられるレーザ。
3. 請求項１に記載のレーザにおいて、
   光学帯域幅フィルタ装置は、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、および光格子からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
4. 請求項１に記載のレーザにおいて、
   周波数変換モジュールは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、およびラマン増幅器からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
5. 請求項４に記載のレーザにおいて、
   第二の波長は、ＯＰＯまたはＯＰＡからの信号光として生成されるレーザ。
6. 請求項５に記載のレーザにおいて、
   基本レーザは、約４０５ｎｍ以下の波長を生成するダイオードレーザを含むレーザ。
7. 基本波長帯域幅の基本波長を生成する基本レーザと、
   基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する周波数変換モジュールと、
   基本波長の第二の部分から高調波波長を生成する高調波変換モジュールと、
   第二の波長を高調波波長と混合して合計波長を生成する周波数混合モジュールと、
   基本波長から第一の部分と第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含むように選択する光学帯域幅フィルタ装置と、
   を含むレーザ。
8. 請求項７に記載のレーザにおいて、
   光学帯域幅フィルタ装置はレーザ発振キャビティの外に位置付けられるレーザ。
9. 請求項７に記載のレーザにおいて、
   光学帯域幅フィルタ装置は、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、および光格子からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
10. 請求項７に記載のレーザにおいて、
    周波数変換モジュールは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、およびラマン増幅器からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
11. 請求項１０に記載のレーザにおいて、
    第二の波長は、ＯＰＯまたはＯＰＡからの信号光として生成されるレーザ。
12. 請求項１１に記載のレーザにおいて、
    基本レーザは、ファイバレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）レーザ、またはＮｄドープバンデートレーザを含むレーザ。
13. 請求項１２に記載のレーザにおいて、 合計波長は約１８０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長であるレーザ。
14. 基本波長帯域幅の基本波長を生成する基本レーザと、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する周波数変換モジュールと、
    第二の波長から高調波波長を生成する高調波変換モジュールと、
    高調波波長を基本波長の第二の波長と混合して合計波長を生成する周波数混合モジュールと、
    基本波長から第一の部分と第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含むように選択する光学帯域幅フィルタ装置と、
    を含むレーザ。
15. 請求項１４に記載のレーザにおいて、
    光学帯域幅フィルタ装置はレーザ発振キャビティの外に位置付けられるレーザ。
16. 請求項１４に記載のレーザにおいて、
    光学帯域幅フィルタ装置は、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、および光格子からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
17. 請求項１４に記載のレーザにおいて、
    周波数変換モジュールは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、およびラマン増幅器からなる群より選択される少なくとも１つの装置を含むレーザ。
18. 請求項１７に記載のレーザにおいて、
    第二の波長は、ＯＰＯまたはＯＰＡからの信号光として生成されるレーザ。
19. 請求項１８に記載のレーザにおいて、
    基本レーザは、ファイバレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ）レーザ、またはＮｄドープバンデートレーザを含むレーザ。
20. 請求項１９に記載のレーザにおいて、合計波長は約１８０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長であるレーザ。
21. 深ＵＶレーザ放射を生成する方法であって、
    基本波長と基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、
    基本波長の第二の部分から高調波波長を生成するステップと、
    第二の波長と高調波波長を合計して、出力波長を生成するステップと、
    を含み、
    基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、
    基本波長から第一の部分と第二の部分を選択するステップをさらに含み、選択する前記ステップは、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、または光格子のうちの少なくとも１つにより実行される方法。
23. 請求項２１に記載の方法において、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する前記ステップは、ＯＰＯ、ＯＰＡ、またはラマン増幅器により実行される方法。
24. 請求項２１に記載の方法において、
    基本レーザ光を生成する前記ステップは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄドープバンデートレーザ、およびＹｂドープファイバレーザのうちの１つにより実行される方法。
25. 請求項２４に記載の方法において、
    出力波長は約１８０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長である方法。
26. 深ＵＶレーザ放射を生成する方法であって、
    基本波長と基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、
    第二の波長と高調波波長の第二の部分を合計して出力波長を生成するステップと、
    を含み、
    基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、
    基本波長から第一の部分と第二の部分を選択するステップをさらに含み、選択する前記ステップは、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、または光格子のうちの少なくとも１つにより実行される方法。
28. 請求項２６に記載の方法において、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換する前記ステップは、ＯＰＯ、ＯＰＡ、またはラマン増幅器により実行される方法。
29. 請求項２６に記載の方法において、
    基本レーザ光を生成する前記ステップは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄドープバンデートレーザ、およびＹｂドープファイバレーザのうちの１つにより実行される方法。
30. 深ＵＶレーザ放射を生成する方法であって、
    基本波長と基本波長帯域幅を有する基本レーザ光を生成するステップと、
    基本波長の第一の部分を第二の波長に変換するステップと、
    第二の波長から高調波波長を生成するステップと、
    基本波長の第二の部分と高調波波長を合計して出力波長を生成するステップと、
    を含み、
    基本波長の第二の部分は基本波長帯域幅の中の、第一の部分より狭い波長範囲を含む方法。
31. 請求項３０に記載の方法において、
    第一の部分と第二の部分を基本波長から選択するステップをさらに含み、選択する前記ステップは、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、または光格子のうちの少なくとも１つにより実行される方法。
32. 請求項３０に記載の方法において、
    基本波長の第一の部分を第二の部分に変換する前記ステップは、ＯＰＯ、ＯＰＡ、またはラマン増幅器により実行される方法。
33. 請求項３０に記載の方法において、
    基本レーザ光を生成する前記ステップは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄドープバンデートレーザ、およびＹｂドープファイバレーザのうちの１つにより実行される方法。
34. サンプルを検査するシステムであって、
    サンプルを照明するＵＶレーザを含む照明源であって、ＵＶレーザが、基本波長からの第一の部分と基本波長からの第二の部分を、第二の部分が基本波長帯域幅の中で、第一の部分より狭い波長範囲を含むように選択するための光学帯域幅フィルタ装置を含むような照明源と、
    サンプルの光出力、反射、または透過を、光出力が第一のチャネルに対応する場合は第一のチャネルの画像モードリレイに、また光出力が第二のチャネルに対応する場合は、第二のチャネルの画像モードリレイに誘導するように構成された画像リレイ光学系と、
    第一のチャネルの画像モードリレイと第二のチャネルの画像モードリレイのリレイ出力を受け取るように構成されたセンサと、
    を含むシステム。
35. 請求項３４に記載のシステムにおいて、
    光学帯域幅フィルタ装置は、エタロン、光学誘電体フィルタ、体積ブラッグ回折格子、複屈折フィルタ、または光格子を含むシステム。
36. 請求項３４に記載のシステムにおいて、
    センサは半導体薄膜を含み、半導体薄膜は、半導体薄膜の第一の表面上に形成された回路素子と、半導体薄膜の第二の表面上に堆積された純ボロン層を含むシステム。
37. 請求項３６に記載の検査システムにおいて、
    イメージセンサは、電子衝撃イメージセンサをさらに含む検査システム。
38. サンプルを検査するシステムであって、
    深紫外（ＤＵＶ）レーザを含む照明源であって、これは所定の波長と帯域幅を有するＤＵＶ放射を生成し、ＤＵＶレーザが１つの波長範囲を周波数変換連鎖の１つの部分に、また別の波長範囲を周波数変換列の別の部分に誘導する光学帯域幅フィルタ装置を含むような照明源と、
    照明源からの放射をサンプルへと誘導し、そこに合焦させる光学系と、
    サンプルからの反射または散乱光を受け取る検出器と、を含み、
    光学系が、反射または散乱光を集光し、検出器へと誘導し、そこに合焦させるようにさらに構成されているシステム。
39. 請求項３８に記載のシステムにおいて、
    検出器は１つまたは複数のイメージセンサを含むシステム。
40. 請求項３９に記載のシステムにおいて、
    １つまたは複数のイメージセンサのうちの少なくとも１つのイメージセンサがＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサであるシステム。
41. 請求項３８に記載のシステムにおいて、
    サンプルを異なる入射角度から照明する１つまたは複数の照明小色をさらに含むシステム。
42. 請求項３８に記載のシステムにおいて、
    サンプルからの異なる方向への反射または散乱光を集光する１つまたは複数の集光光路を含むシステム。