JP2020514795A - １８３ｎｍＣＷレーザ及び検査システム - Google Patents

Abstract

レーザアセンブリが、１μｍと１．１μｍとの間の第１基本波波長を有する第１基本ＣＷ光から第４高調波光を発生させることと、第４高調波光を第１基本ＣＷ光と混合することによって第５高調波光を発生させることと、次いで、第５高調波光を１．２６μｍと１．８２μｍとの間の第２波長を有する第２基本又は信号ＣＷ光と混合することと、によって約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内にある連続波（ＣＷ）レーザ出力光を発生させる。第５高調波光は、第１非線形結晶を通して第１基本ＣＷ光を循環させる外部共振器を用いて、第１非線形結晶を通して第４高調波光を導くことによって発生させられる。レーザ出力光は、第２非線形結晶を通して循環させられた第２基本又は信号ＣＷ光を通過させる第２共振器を用いて、第２非線形結晶を通して第５高調波光を導いて発生させられる。

Description

本出願は、連続波（ＣＷ）レーザ、並びに例えばフォトマスク、レチクル及び半導体ウェハを検査するために用いられる検査システムに関する。

優先権出願
本出願は、２０１７年１月３日にＣｈｕａｎｇらによって出願された、名称が「１８３ ｎｍ ＣＷ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」である米国仮特許出願第６２／４４１，８７５号の優先権を主張する。

半導体デバイスの寸法が縮小するにつれて、デバイスに故障を生じさせることがある最大粒子又はパターン欠陥のサイズも縮小する。そのため、パターン付き及びパターン無し半導体ウェハ及びレチクルにあるより小さい粒子及び欠陥を検出する必要性が生じる。光の波長よりも小さい粒子によって散乱させられる光の強度は、通常、その粒子の寸法の大きいべき乗のようなスケールを有する（例えば、孤立した小さい球状粒子からの光の全体散乱強度のスケールは、球の直径の６乗に比例し、波長の４乗に反比例する）。散乱光の輝度が増加するため、より短い波長は、概して、小さい粒子及び欠陥を検出することに対して、より長い波長よりも良好な感度を提供することになる。

小さい粒子及び欠陥から散乱させられた光の強度が、通常、非常に低いので、非常に短い時間に検出され得る信号を発生させるためには、高い照明強度が要求される。０．３Ｗ以上の平均光源パワーレベルが必要とされることがある。これらの高い平均パワーレベルにおいて、高いパルス繰返し率が望ましく、その理由は、繰返し率が高い程、パルス毎のエネルギがより低く、それゆえに、検査されているシステム光学部品又は物品への損傷のリスクがより低いからである。検査及び計測に必要な照明は、概して、連続波（ＣＷ）光源が最も適している。ＣＷ光源は、一定のパワーレベルを有するため、ピークパワー損傷問題を回避し、また、画像又はデータが連続的に取得されることを可能にする。

そのため、深紫外線（ＤＵＶ）範囲内の、具体的には１９３ｎｍよりも短い放射を発生させ、フォトマスク、レチクル及び／又はウェハの検査での使用に適しているＣＷレーザに対するニーズが生じている。しかし、対象の多くの波長、特に紫外線（ＵＶ）波長において、十分な放射輝度（単位立体角当たりの単位面積当たりのパワー）のＣＷ光源が、利用可能でないか、高価であるか、又は信頼性が低い。より高いパワーレベルにおける近１８３ｎｍでのＣＷ出力を可能にするビーム源が実際に製造され得るならば、それは、より正確で高速の検査／計測を可能にし、最先端の半導体製造に寄与することが可能であろう。

深ＵＶ（ＤＵＶ）光を発生させるためのパルスレーザが、当該技術分野で公知である。１９３ｎｍでの光を発生させるための先行技術のエキシマレーザが、周知である。残念なことに、そのようなレーザは、検査用途に適しておらず、その理由は、それらのレーザパルス繰返し率が低く、それらのレーザ媒体内での中毒性及び腐食性ガスを使用し、それで、高い所有経費をもたらすからである。１９３ｎｍ出力近傍の光を発生させるための少数の固体及びファイバベースのレーザも、また当該技術分野で公知である。例示的なレーザは、２個の異なる基本波波長（例えば、Ｌｅｉらによる特許文献１）又は基本波の第８高調波（例えば、Ｔｏｋｕｈｉｓａらによる特許文献２）を用い、それらのいずれもが、高価であるか又は大量生産的でないレーザ又は材料を必要とする。別の手法（Ｍｅａｄらへの特許文献３）は、半導体検査用途に必要とされるような安定した出力及び高パワーを有する商品をもたらさなかった（約０．３Ｗ以上が、修理点検イベント同士の間に３ヵ月以上連続的に動作できるレーザに典型的に必要とされる）。更に、これらのレーザの大部分は、非常に低いパワー出力しか有さず、数ＭＨｚ以下のレーザパルス繰返し率に限られている。最近、Ｃｈｕａｎｇらは、１８３ｎｍモードロックレーザ及び関係する検査システムについて、特許（特許文献４）を出願した。

しかし、２００ｎｍ未満の波長を有するＣＷレーザは、十分なパワーレベルで市販されていないか、またはそれほど信頼性が高くない。Ｓａｋｕｍａによる特許文献５に記載されているような例示的なレーザは、異なる波長の３個の基本波レーザを備える複合装置によって約１００ｍＷでの１９３ｎｍＣＷ放射を発生させてもよいけれども、安定性は実際には未知である。約１８３ｎｍまでの波長範囲内にあるＣＷ光を発生させるための先行技術は、いまのところ存在していない。

現在利用可能な深ＵＶ（ＤＵＶ）、すなわち３００ｎｍより短い波長のＣＷレーザは、赤外（ＩＲ）基本波レーザの第４高調波を発生させることによって作動する。２個の周波数変換ステージが必要とされる。第１ステージは、第２高調波を発生させ、第２ステージは、第４高調波を発生させる。それぞれの周波数２逓倍ステージは、非線形光学（ＮＬＯ）結晶を使用する。周波数２逓倍プロセスは、電界強度の二乗に依存する。結晶内部のパワー密度が低いならば、変換プロセスは、非常に非効率である。数ワット又は数十ワットのパワーの赤外レーザは、非線形結晶中に集中させられると、低いパワー密度のために、ごくわずかの第２高調波しか生成しない。このことは、同様の平均パワーレベルのパルスレーザとは対照的であり、当該パルスレーザは、ピークパワー密度が平均パワー密度よりも多数倍だけより大きいので、相当量の第２高調波を生成してもよい（最良の場合、入力の概略５０％が第２高調波に変換される場合がある）。

ＤＵＶＣＷレーザは、共振共振器を用いることにより、ＮＬＯ結晶のパワー密度を増加させて、変換効率を改善する。第２高調波に変換されることなく結晶を通って通過する光の大部分は、共振共振器内で再循環させられることにより、パワー密度を高める。第２高調波は、共振器から外に進行することが許容される。最終的に、パワー密度は、第２高調波として共振器を離れるパワーと共振器内での損失との和が、入力パワーに等しいレベルまで高まる。深ＵＶ波長を発生させるために、これらの共振器のうちの２個は、直列に接続されなければならない。第１共振器は、ＩＲ基本波を再循環させることによって第２高調波（可視波長、典型的には５３２ｎｍ等の緑色波長）を発生させ、第２共振器は、第２高調波を再循環させることによって第４高調波（２６６ｎｍ等の深ＵＶ波長）を発生させる。

図１は、２個の共振器を含む先行技術の深ＵＶＣＷレーザの主要構成要素を示す。この図において、第２高調波を発生させる共振器は、ミラー１１０、１１１、１１２及び１１３、並びにＮＬＯ結晶１１５を備える。第４高調波を発生させる共振器は、ミラー１３０、１３１、１３２及び１３３、並びにＮＬＯ結晶１３５を備える。この図は、また、先行技術のデバイスの別の重要な側面を示す。共振共振器は、アクティブ制御される必要がある。第１共振器のための制御装置は、周波数ｆ１での信号を発生させる発振器１０４と、変調器１０３と、フォトダイオード１０５と、アクチュエータ制御信号１０７を発生させてミラー１１１の位置を制御する同期検出器１０６と、を備える。第２共振器のための制御装置は、周波数ｆ２での信号を発生させる発振器１２４と、変調器１２３と、フォトダイオード１２５と、アクチュエータ制御信号１２７を発生させてミラー１３１の位置を制御する同期検出器１２６と、を備える。

（波長が１０６４ｎｍの）ＩＲ光は、ミラー１１０を通って第１共振器に入り、ミラー１１１及び１１２から反射した後に、ＮＬＯ結晶１１５に入る。結晶１１５に入るＩＲ光の一部分は、５３２ｎｍの波長の第２高調波に変換される。５３２ｎｍ光は、ミラー１１３を通過し、第２の共振する共振器まで導かれる。結晶１１５を通過するＩＲ光の大部分は、変換されることなく結晶から出て、ミラー１１３から反射し、当該ミラーは、５３２ｎｍ光を透過させる一方で、１０６４ｎｍ光を反射するように被覆されている。ミラー１１３から反射された光は、入力ミラー１１０の後方に到達する。ミラー１１０上の被覆は、ミラー１１３からの光線の入射角で到着するＩＲに対して高反射性であり、一方、基本波レーザ１０１から到着する入来ＩＲ放射に対して高透過性であるように設計されている。共振器内の高いパワー密度を作成するために、共振器の周りを循環したＩＲ放射が、入来放射と同位相でミラー１１０に到着することが重要である。このことは、図に示すようにサーボ制御装置によって達成され、当該制御装置は、圧電変換器又はボイスコイルによってミラー１１１を機械的に動かして、正しい共振器長を維持する。フォトダイオード１０５は、共振器内で循環する光のごく一部を監視して信号をサーボ制御装置に提供する。入力レーザビームは、周波数ｆ１の変調器１０３によって変調されることにより、サーボ制御装置によって用いられる時変信号を提供して、共振器が調整される必要があるか否か、及び共振器がどの方向に調整されるべきかを決定する。

上記のレーザ共振器サーボ制御ループは、Ｐｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ−Ｈａｌｌ又はＰＤＨ制御として一般に用いられ知られている。それの理論は、Ｄｒｅｖｅｒらによる非特許文献１に記載されている。いくつかの追加の詳細が、Ｂｌａｃｋ（１９９８）による特許文献６及び非特許文献２に見ることができる。

いくつかのレーザサーボ制御ループにおいて一般に用いられる別のロック方式は、Ｈａｎｓｃｈ−Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ（ＨＣ）技術と呼ばれる。このロック方式において、共振器に入る前のビームに対して変調が必要ではないけれども、それは、偏光を感知できる共振器に対してのみ作動する。それは、反射又は透過されたビーム全体の偏光変化を検出することにより、共振器が共振しているか否かを決定する。詳細は、Ｈａｎｓｃｈ及びＣｏｕｉｌｌａｕｄによる非特許文献３に見ることができる。

第２共振器は、入力波長が５３２ｎｍであり、出力波長が２６６ｎｍであることを除いて、実質的に第１共振器に類似した態様で動作する。第２共振器構成要素の被覆及び材料は、それらの波長に対して適切に選ばれる。図１に示すように、第２変調器１２３は、第２共振器に入る前に、周波数ｆ２の光を変調させる。フォトダイオード１２５は、循環する光のごく一部を検出する。１２５からの信号が用いられて、制御信号１２７を発生させ、当該制御信号は、ミラー１３１の位置を制御して、共振器の正しい長さを維持する。

いくつかの先行技術のデバイス（図示せず）において、第２変調器１２３が省略され、両方のサーボループが、同一の変調周波数で動作する。いくつかの先行技術のデバイス（図示せず）においては、どちらの変調器も存在しない。その代わりに、ＩＲレーザ１０１が、レーザを動作させることによって変調された出力を発生させて、２個のモードが発生させられ、それらの２個のモードは、波長分離及び相対振幅を有するように選ばれていることにより、適切に変調させられた出力が、２個のモードのビーティングによって発生させられる。

いくつかの先行技術のデバイスにおいて、共振器は、４個の代わりに、２個又は３個のミラーから構成されてもよい。

いくつかの先行技術のデバイスにおいて、ＤＵＶ出力波長は、ＮＬＯ結晶１３５と共振器ミラー１３３との間に置かれたビームスプリッタ（図示せず）によって再循環する可視光から分離されてもよい。

検査及び計測のための照明ニーズは、通常、連続波（ＣＷ）光源によって最もよく満足させられる。ＣＷ光源は、一定のパワーレベルを有し、それにより画像又はデータが連続的に取得されるのを可能にする。

パルス光源は、ＣＷ光源の時間平均パワーレベルよりもずっと高い瞬間ピークパワーレベルを有する。レーザパルスの非常に高いピークパワーが、光学部品に及び測定されている試料又はウェハに損傷をもたらすのは、大部分の損傷機構が、非線形であり、平均パワーよりもむしろピークパワーにより強く依存するからである。パルス繰返し率が高い程、同一の時間平均パワーレベルに対するパルス毎の瞬間ピークパワーがより低くなる。それで、場合によっては、追加のパルス増倍管が用いられて、より多くのシステムの複雑さを追加する繰返し率を増加させることがある。

加えて、モードロックレーザは、典型的には、ＣＷレーザと比較して比較的広い帯域幅を有する。それで、収差を最小化し、感度を増大させるために、検査／計量ツールにおける照明光学システム設計がより複雑化され、それにより、また、システムコストを有意により高くする。

赤外（ＩＲ）基本波レーザの第４高調波を発生させる先行技術のＤＵＶＣＷレーザは、２３０ｎｍ未満の波長を生成できなかった。対象の多くのより短い波長、特に２００ｎｍ未満の範囲内の紫外（ＵＶ）波長において、十分な放射輝度（単位立体角当たりの単位面積当たりのパワー）のＣＷ光源は、利用可能ではないか、高価であるか、又は信頼性が低い。約１８３ｎｍまでの波長範囲内のＣＷ光を発生させるためのいかなる先行技術もなかった。

そのため、約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内の出力波長を有するＣＷレーザ光を発生させることができ、そして上記の問題及び短所のうちのいくつか又は全てを回避する検査システム及び関連するレーザシステムを提供することに対するニーズが生じている。

米国特許出願公開第２０１４／０１１１７９９号明細書 米国特許第７，６２３，５５７号明細書 米国特許第５，７４２，６２６号明細書 米国特許出願公開第２０１６／００９９５４０号明細書 米国特許第８，５０３，０６８号明細書 米国特許第５，３６７，５３１号明細書

Ｄｒｅｖｅｒら、「Ｌａｓｅｒ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ３１（２）：９７〜１０５（１９８３） Ｂｌａｃｋ、ＬＩＧＯ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｎｏｔｅ ＬＩＧＯ−Ｔ９８００４５−００−Ｄ、１９９８ Ｈａｎｓｃｈ及びＣｏｕｉｌｌａｕｄ、「Ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ａ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｖｉｔｙ」、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．３５（３）、４４１（１９８０）

本発明は、半導体製造産業において利用される検査システムの改善に関し、具体的には、約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内（例えば、約１８３ｎｍ）の出力波長を有し、そして０．３Ｗ以上の光源パワーレベルを有するＣＷレーザ光を発生させることができるような検査システムのためのレーザアセンブリに関する。留意すべきは、以下の説明において、波長が無条件に言及される場合、その波長は、真空中の波長であると仮定されてもよいことである。

本明細書で述べられたレーザアセンブリ及び関連する方法に従って、約１８３ｎｍのＣＷレーザ出力光が、第１基本波周波数と共にそれに対応する約１０００ｎｍから約１１００ｎｍまでの範囲内の波長を有する第１基本波光を発生させることと、第１基本波光を利用して、第１基本波光の第４高調波及び第１基本波光の第５高調波を発生させることと、次いで、第５高調波光を、第２基本波周波数と共にそれに対応する約１２６０ｎｍから約１８２０ｎｍまでの範囲内の波長を有する第２基本波光と混合することによってＣＷレーザ出力光を発生させることと、によって生成されてもよい。本発明の側面に従って、第５高調波光は、第１基本波光を第１基本波周波数で共振するように構成された（第１）共振器で循環させて、循環させられた第１基本波光が第１非線形結晶を通過するようにすることと、第４高調波光を、第４高調波光と循環させられた第１基本波光とを結合させて第５高調波を発生させるという態様で、また第１非線形結晶を通過するように（すなわち、第１共振器内で循環されることなく）導くことと、によって第１基本波光と第４高調波光を混合することによって発生させられる。同様に、ＣＷレーザ出力光は、第２基本波周波数で共振するように、そして、第２非線形結晶を通して循環させられた第２基本波光を導くように構成されている（第２）共振器内で循環させられる第２基本波光を、第５高調波光と循環させられた第２基本波光とを結合させるという態様で、第２非線形結晶を通過するように（すなわち、第２共振器内で循環させられることなく）導かれる第５高調波光と混合することによって発生させられる。第１及び第２基本波周波数でそれぞれ共振するように第１及び第２共振器を構成することと、第１及び第２非線形結晶を利用して、循環させられる基本波光を第４及び第５高調波とそれぞれ結合することとは、ノイズ発生を低減し、そして、第４高調波光及び第５高調波光をそれぞれの第１及び第２共振器内部で循環させる必要性を解消することによって、全体的なシステム安定性及び光学部品寿命を増加させる。

本発明の実施形態に従って、レーザアセンブリは、第１基本波レーザと、第４高調波発生モジュールと、第５高調波発生モジュールと、第２基本波レーザと、周波数混合モジュールと、を含む。第１基本波レーザは、（例えば、約１０７０ｎｍ、約１０６４ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ又は約１０３０ｎｍのうちの１つに等しい）基本波波長及びそれに対応する第１基本波周波数を有する基本波光を発生させるように構成されている。第４高調波発生モジュールは、２個のカスケード式周波数２逓倍共振器を備え、第１周波数２逓倍共振器は、基本波光の第１部分を受け取り、第２周波数２逓倍共振器がその後に続き、そして、第４高調波光（すなわち、第１基本波周波数の４倍に等しい第４高調波周波数（４ω）を有する）を発生させるよう構成されている。第５高調波発生モジュールは、第１基本波光の第２部分を受け取り、また、第４高調波発生モジュールから第４高調波光を受け取り、そして、第５高調波光（すなわち、第１基本波周波数の５倍に等しい第５高調波周波数（５ω）を有する）を第１基本波光が循環する外部共振器内で発生させるように構成されている。第２基本波レーザは、約１２６０ｎｍから約１８２０ｎｍまでの範囲内の波長及びそれに対応する第２基本波周波数を有する第２光を発生させるように構成されている。周波数混合モジュールは、第５高調波発生モジュールから第５高調波光を受け取るように光学結合され、そして、第２基本波光と第５高調波光とを混合することによって、第５高調波周波数と第２基本波周波数との和に等しい周波数を有する１８３ｎｍＣＷレーザ出力を発生させるように構成され、周波数混合結晶が、第２基本波光のために外部強化共振器内に置かれている。外部強化共振器を利用して第５高調波光と第２基本波光とを混合することの長所は、第２基本波レーザがカスタムデバイスよりもむしろ既製のレーザであってもよいということである。

本発明の代替実施形態では、レーザアセンブリは、基本波レーザと、第４高調波発生モジュールと、第５高調波発生モジュールと、ポンプレーザと、内部共振器周波数混合モジュールと、を含む。第１基本波光の第５高調波は、上記のものと同様の態様で発生させられるけれども、この場合、１８３ｎｍ光を発生させるための最後の周波数混合ステージが、第２基本波レーザ及び外部共振キャビティを用いて第２基本波光を強化する代わりに、内部共振器周波数混合モジュールを利用する。内部共振器周波数混合モジュールは、利得媒体と、ＮＬＯ結晶と、を含むレーザ共振器を備える。利得媒体は、適切な波長を有するポンプレーザによってポンピングされて、第２基本波周波数と共にそれに対応する１２６０ｎｍと１８２０ｎｍとの間の波長を有する第２基本ＣＷ光を発生させる。ＮＬＯ結晶は、第５高調波発生モジュールからの第５高調波ＣＷ光を受け取るように結合され、そして、第５高調波光と第２基本波光とを混合することによって第１基本波周波数の第５高調波と第２基本波周波数との和に等しい周波数を有する１８３ｎｍＣＷレーザ出力を発生させるように構成されている。内部共振器周波数混合手法を利用することの長所は、外部共振器を用いることと比較して、この手法を実装するためにより少ない数の光学部品しか必要とされないということである。

本発明の別の代替実施形態では、レーザアセンブリは、基本波レーザと、第４高調波発生モジュールと、第５高調波発生モジュールと、ポンプレーザと、ＣＷ光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）内部共振器周波数混合モジュールと、を含む。第１基本波光の第５高調波は、上記のものと同様の態様で発生させられるけれども、この場合、１８３ｎｍ光を発生させるための最終の周波数混合ステージにおいて、第２基本波レーザを用いる代わりに、ＯＰＯ内部共振器周波数混合モジュールを利用する。ＯＰＯ内部共振器周波数混合モジュールは、周期分極反転非線形光学結晶と、ＮＬＯ結晶とを含む、信号周波数で共振するＣＷ共振器を備える。周期分極反転非線形光学結晶は、適切な波長を有するポンプレーザによってポンピングされることにより、信号周波数と共にそれに対応する１２６０ｎｍと１８２０ｎｍとの間の波長を有するＣＷ信号光を発生させる。ＮＬＯ結晶は、第５高調波発生モジュールから第５高調波ＣＷ光を受け取るように結合され、そして、第５高調波光と信号光とを混合することによって、第１基本波周波数の第５高調波と第２基本波周波数との和に等しい周波数を有する１８３ｎｍＣＷレーザ出力を発生させるよう構成されている。ＣＷＯＰＯ内部共振器周波数混合手法を利用することの長所は、信号周波数が、ポンプレーザの周波数から独立して選択又は調整されて、出力光の周波数の正確な選択を可能にしてもよいということである。

一実施形態では、第５高調波発生モジュール及び周波数混合モジュールのうちの少なくとも１つは、アニールされた、水素処理又は重水素処理セシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶を含み、当該結晶は、約２０６ｎｍと２１４ｎｍとの間の波長を約１２６０ｎｍから約１８２０ｎｍまでの間の赤外波長と混合することによって、１８３ｎｍ近傍の波長を発生させるようにほぼノンクリティカル位相整合されるように構成されている。ほぼノンクリティカル位相整合であるため、周波数混合は、非常に効率的であり（例えば、非線形係数が、約１ｐｍＶ^−１であるか又はそれよりもわずかに大きいことがある）、ウォークオフ角度が小さい（例えば、約３０ｍｒａｄ未満）。好ましい実施形態では、第５高調波発生モジュールのためのアニールされたＣＬＢＯ結晶は、約８０℃以下である一定温度に保持され、周波数混合モジュールのためのアニールされたＣＬＢＯ結晶は、約３０℃以下である一定温度に保持される。

先行技術の深ＵＶＣＷレーザを示す。 本発明の例示的実施形態に従う例示的なＣＷレーザアセンブリを示す簡略ブロック図である。 本発明の例示的実施形態に従う例示的なＣＷレーザアセンブリを示す簡略ブロック図である。 本発明の実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリ内で利用される例示的な第５高調波発生モジュールを示す簡略線図である。 本発明の代替実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリによって生成されてその内部で混合される例示的な波長の表である。 本発明の代替の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリ内で利用される例示的な周波数混合モジュールを示す簡略ブロック図である。 本発明の代替の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリ内で利用される例示的な周波数混合モジュールを示す簡略ブロック図である。 本発明の代替の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリ内で利用される例示的な周波数混合モジュールを示す簡略ブロック図である。 本発明の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する例示的なレチクル又はフォトマスク検査システムを示す簡略線図である。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する例示的な多目的検査システムを示す簡略線図である。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する暗視野及び明視野検査モードを有する例示的な検査システムを示す簡略線図である。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する暗視野検査システムを示す。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する暗視野検査システムを示す。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用するパターン無しウェハのための例示的な表面検査システムを示す簡略線図である。 本発明の別の特定実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリを利用する垂直及び傾斜照明ビームの両方を用いる異常検出を実装するように構成された例示的な検査システムを示す簡略線図である。

本発明は、半導体検査システムのためのセンサについての改善に関する。以下の説明は、当業者の一人が特定の用途及びそれの要件に関連して提供されるように本発明を製作して使用することを可能にするように示されている。本明細書で使用されるとき、「最上部」、「左側」、「右側」、「水平方向」及び「下向き」等の方向用語は、説明のために相対位置を提供することを意図しており、絶対座標系を示すことを意図していない。記載された実施形態への様々な修正は、当業者には明らかであろうし、本明細書で規定される一般原理は、別の実施形態に適用可能である場合がある。そのため、本発明は、示され説明された特定の実施形態に限定されることが意図されないけれども、本明細書で開示された原理及び新規特徴と整合する最も広い範囲が権利付与されるべきである。

図２Ａ及び２Ｂは、本発明の例示的実施形態に従う例示的なＣＷレーザアセンブリを示す簡略ブロック図であり、当該アセンブリは、約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲にある（例えば、約１８３ｎｍの）波長を有する。レーザアセンブリ２００Ａと２００Ｂは、最後の周波数混合モジュールの設計が異なるけれども、それらは、実質的に同一のコア光学部品のセット、すなわち第１基本波レーザ２０１、第４高調波発生モジュール２４０、第５高調波発生モジュール２５０及び周波数混合モジュールを利用し、当該セットは、約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ出力光を発生させるように配列され構成されている。留意すべきは、図２Ａ及び２Ｂのそれぞれにおける同一のコア構成要素は、同一の参照番号によって識別されることにより、これらのコア構成要素が、２つの例示的実施形態のそれぞれにおいて、同一又は類似の態様で構成され機能することを示すことである。具体的には、それぞれの実施形態では、第１基本波レーザ２０１は、基本波光２１１を発生させるように構成されており、当該基本波光は、約１０００ｎｍから約１１００ｎｍまで（すなわち、約１μｍと１．１μｍとの間）の範囲内の第１基本波波長及び対応する第１基本波周波数ω_１を有する。第４高調波発生モジュール２４０は、２個の周波数２逓倍共振器を備えており、第１周波数２逓倍共振器２２０が、第１基本波光２１１の少なくとも一部分２１２を受け取って、第１基本波周波数ω_１の２倍に等しい第２高調波周波数２ω_１を有する第２高調波光２２１を発生させ、そして、第２周波数２逓倍共振器２３０が、第２高調波光２２１を受け取って、第１基本波周波数ω_１の４倍に等しい第４高調波周波数４ω_１を有する第４高調波光２４１を発生させる。第５高調波発生モジュール２５０が、第１基本波光２１１の第２部分２１３及び第４高調波光２１４を受け取り、そして、図３に関連して以下で述べるもの等の共振する共振器内で周波数混合を実装し、第１基本波光２１１だけが、循環してパワーを強化することにより、第１基本波周波数ω_１の５倍に等しい第５高調波周波数５ω_１で第５高調波光２５１を発生させる。レーザアセンブリ２００Ａ及び２００Ｂ内のそれぞれの周波数混合モジュールは、第５高調波光２５１を受け取るように光学結合され、そして、第５高調波光を、周波数ω_２を有する第２基本波光と混合することによって、周波数５ω_１＋ω_２を有するレーザ出力光を発生させるように構成されている。しかし、図２Ａのレーザアセンブリ２００Ａの特徴は、第２基本波レーザ２０２が、周波数混合モジュール内に形成された第２外部共振共振器２６０Ａに光学結合される第２基本波光２３１を発生させるように構成され、当該周波数混合モジュールは、例えば、図５Ａに関連して以下で述べるように、第２基本波光ω_２のパワーが、強化され、そして第５高調波５ω_１と混合されるように構成されていることである。対照的に、図２Ｂのレーザアセンブリ２００Ｂでは、第５高調波光２５１と第２基本波光との周波数混合が、レーザ共振器内部で生じ、そこで、第２基本波光が利得媒体を介して発生させられ、同時にポンプレーザ２０４からのビーム２３４によってポンピングされる。上記のコア構成要素のそれぞれの機能上の配列及び動作は、レーザアセンブリ２００Ａ（図２Ａ）及び２００Ｂ（図２Ｂ）の詳細な説明に関連して以下でさらに詳細に説明される。

図２Ａ及び２Ｂを参照すると、上記のコア構成要素に加えて、レーザアセンブリ２００Ａ及び２００Ｂは、第１基本波レーザ２１１と、第４高調波発生モジュール２４０及び第５高調波発生モジュール２５０の両方との間に光学結合されているビームスプリッタ２１０を利用する。具体的には、第１基本波レーザ２０１は、ビームスプリッタ２１０上に導かれる第１基本波光２１１を発生させ、当該ビームスプリッタは、基本波光２１１を２個の部分、すなわち、第１（例えば、水平）方向に第４高調波発生モジュール２２０まで導かれる第１部分２１２と、第２（例えば、下向き）方向に第５調波発生器２５０まで導かれる第２部分２１３と、に分割するように機能する。第５高調波発生モジュール２５０は、基本波光部分２１３と第４高調波光とを混合して、第５高調波光２５１を発生させ、次いで、それを周波数混合モジュール２６０Ａ（図２Ａ）又は２６０Ｂ（図２Ｂ）まで伝送する。

図２Ａ及び２Ｂを参照すると、第１基本ＣＷレーザ２０１は、公知技術を用いて、基本波周波数ω_１で（産業において単に「基本波」と呼ばれる）第１基本ＣＷ光２１１を発生させるように構成されている。一実施形態では、第１基本波レーザ２０１は、第１基本波光２１１が約１０６４ｎｍ又は１０７０ｎｍの赤外波長に対応する第１基本波周波数ω_１で発生させられるように構成されている。例示的実施形態では、第１基本波レーザ２０１は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）レーザ媒体、Ｎｄドープイットリウムオルトバナジウム酸塩（Ｎｄ：ＹＶＯ４）レーザ媒体のうちの１つを用いて、又はイッテルビウムドープファイバレーザによって実装される。好適な基本ＣＷレーザは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社、ＩＰＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ及び別のメーカーから商業的に入手可能である。そのような基本波レーザについてのレーザパワーレベルは、ミリワットから数十ワット以上までの範囲に及んでもよい。代替の例示的実施形態では、第１基本波レーザ２０１は、１０５３ｎｍ又は１０４７ｎｍ近傍の基本波波長で基本波レーザ光を発生させるＮｄ：ＹＬＦ（ネオジムドープイットリウムフッ化リチウム）レーザ媒体を用いるレーザによって実装される。更に別の例示的実施形態では、基本波レーザ２０１は、Ｙｂ：ＹＡＧ（イッテルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット）レーザ媒体を用いて、又は１０３０ｎｍ近傍の基本波波長の基本波レーザ光を発生させるイッテルビウムドープファイバレーザによって実装されてもよい。

図２Ａ及び２Ｂの例示的実施形態に従って、第４高調波発生モジュール２４０は、直列の２個の周波数２逓倍モジュール２２０及び２３０を有するように構成されており、そして、周波数２逓倍モジュールのそれぞれは、少なくとも３個の光学ミラーと、その中に配列された非線形結晶と、をそれぞれ含む外部共振共振器を備える。先行技術のＣＷレーザの場合のように、共振器は、標準のＰＤＨ又はＨＣロック技術によって安定させられてもよい。共振器長は、制御信号によってミラー又はプリズムの位置を調整することによって共振を維持するように調整される。第１周波数２逓倍モジュール２２０が、基本波周波数ω_１の基本波部分２１２を受け取って変換することにより、第１基本波周波数（２ω_１）の２倍の第２高調波光２２１を発生させる。第２周波数２逓倍モジュール２３０が、第２高調波光２２１を受け取って変換することにより、第１基本波周波数（４ω_１）の４倍の第４高調波光２４１を発生させる。

いくつかの別の実施形態（図示せず）では、第１周波数２逓倍モジュールは、基本波レーザと結合されて、基本固体状態レーザ共振器内部に置かれたＮＬＯ結晶による内部共振器周波数２逓倍を有してもよく、そして別の外部共振共振器が、更に周波数を２倍にして第４高調波光を発生させるように構成され、その場合には、別の基本波レーザが用いられて、第１基本波周波数ω_１を有する第１基本波光部分２１３を発生させ、そして、それを第５高調波発生モジュール２５０に光学結合してもよい。

好ましい実施形態では、第２高調波光２２１を発生させる、図２Ａ及び２Ｂの第１周波数２逓倍モジュール２２０は、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を含んでもよく、当該結晶は、約５１５ｎｍと約５３５ｎｍとの間の波長範囲内の波長の第２高調波を生成するために、室温と約２００℃との間の温度で（結晶面の適切な選択のために）実質的にノンクリティカル位相整合されてもよい。いくつかの実施形態では、第１周波数２逓倍モジュール２２０は、セシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶又はβホウ酸バリウム（ＢＢＯ）結晶を含んでもよく、そのうちのいずれかは、約５１５ｎｍと約５３５ｎｍとの間の波長範囲内の第２高調波を発生させるようにクリティカル位相整合されてもよい。いくつかの別の実施形態では、第１周波数２逓倍モジュール２０２は、ＫＴｉＯＰＯ_４（ＫＴＰ）、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶、又は周波数変換のための別の非線形結晶を含んでもよい。第４高調波を発生させる第２周波数２逓倍モジュール２３０は、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ又は別の非線形結晶におけるクリティカル位相整合を用いてもよい。好ましい実施形態では、第２周波数２逓倍モジュール２３０は、水素処理又は重水素処理ＣＬＢＯ結晶を備える。

ＣＷ基本波ＩＲレーザの第４高調波が、高パワー、低ノイズ及び高安定性を伴って発生させられてもよい方法についての更なる詳細が、Ｃｈｕａｎｇによる米国特許第９，２９３，８８２号に見ることができる。この特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。いくつかの代替実施形態が、ＣＷ基本波ＩＲレーザの第４又は第５高調波に対応する周波数を有するＤＵＶ ＣＷレーザを発生させるように実装されてもよい。より少ない共振共振器又はより安定した共振器によってＣＷ基本波ＩＲレーザのより安定した第４又は第５高調波を発生させる方法についての更なる詳細が、Ｃｈｕａｎｇらによる、２０１４年６月２日に出願された米国特許出願公開第２０１４０３６２８８０号（代理人整理番号ＫＬＡ−０５９ Ｐ４２１８）に見ることができる。この特許出願も、また参照によって本明細書に組み込まれる。

図３は、本発明の実施形態に従う、図２Ａ及び２Ｂの１８３ｎｍレーザアセンブリ内で利用される例示的な第５高調波発生モジュール２５０を示す簡略線図である。第１基本波（ω_１）部分２１３が、入力カプラ３０３を通って、平坦ミラー３０３、３０４、湾曲ミラー３０５、３０６及び（入力平面３２１及び反対側の出力平面３２２を含む）ＮＬＯ結晶３０９を備えるボウタイリング共振器に入り、そして、パワーを強化するために再循環させられる。図３に示すような好ましい実施形態では、結晶３０９の入力平面３２１及び出力平面３２２の両方は、カットされており、第１基本波光３１３の偏波に対してブルースターの角度で、すなわち図３の共振器平面上の矢印３２９によって示される方向にほぼあるように配置されている。第５高調波発生が、好ましくは、ＣＬＢＯ又はＢＢＯ等の非線形光学結晶を用いるタイプ１の周波数混合によって行われるので、第４高調波光の偏波は、第１基本波光の偏波にほぼ平行であり、それで、結晶３０９の入力及び出力面は、典型的には、また、第４高調波光２４１のブルースターの角度近傍にある。この角度は、第１基本波光及び第４高調波光の両方の反射を最小化し、したがって、いくつかの実施形態では、ＮＬＯ結晶３０９の入力平面３２１及び出力平面３２２の両方での反射防止被覆に対する必要性を解消するのを容易にする。結晶面を被覆しないことの長所は、強力なＵＶ照射に露出される場合に、被覆が短い寿命を有することがあることである。ＮＬＯ結晶３０９は、入力平面３２１で、第４高調波光２４１（すなわち、第４高調波発生モジュール２４０からの）及び共振器内部を循環する基本波光３１３の両方を受け取るように設置され、それにより、第４高調波光２４１及び第１基本波光３１３の両方は、ＮＬＯ結晶３０９にほぼ共線的に入る（例えば、結晶に入った後に、第４高調波光２４１及び基本波光３１３は、結晶表面３２３にほぼ平行な方向に進む）。これを達成するためには、入力第４高調波光２１４が、ＮＬＯ結晶の色分散に基づいて、共振器内部で循環する第１基本波光３１３からわずかに偏った角度で入る必要がある。発生させられた第５高調波（５ω_１）光２５１及び未消滅第４高調波（４ω_１）光３１１も、また第１基本波光からわずかに偏った角度でブルースターカット結晶を通って出る。（図３に示すような）好ましい実施形態では、第４高調波光２４１／３１１及び発生させられた第５高調波光２５１が、基本波３１３から十分遠くに分離されることにより、ミラー３０５が、入来第４高調波２４１のビーム経路内になく、ミラー３０６が、発生させられた第５高調波光２５１又は未消滅第４高調波光３１１のビーム経路内になく、そのため、ミラー３０５／３０６は、第１基本波波長での高い反射のためだけに被覆される。この実施形態では、ＤＵＶ被覆が共振器内にはなく、それでＤＵＶ放射に暴露されたときの被覆損傷が問題にならない。

図３によると、第１基本波光２１３は、共振器に入る前にレンズセット３０２によって集中させられて、ＮＬＯ結晶３０９の内部又は近傍にビームウエストを有する共振共振器の固有モードに整合し、一方、第４高調波光２４１は、第１基本波ビーム３１３から小さい角度だけ（数度だけ等）偏った角度で、ミラー又はプリズム（図示せず）によって導かれ、そして、レンズ又はレンズセット３０８によって、ＮＬＯ結晶３０９の内部又は近傍に配設された対応するビームウエストに集中させられる（ビームウエストは図示されず）。未消滅第１基本波（ω_１）光３１４は、３０９を通過し、ミラー３０６によって反射され、そして共振器内部で循環することにより強度を高める。強化された基本波（ω_１）パワー密度が十分に強い場合、第４高調波光（４ω_１）から第５高調波（５ω_１）までの変換効率が、非常に高く、最高５０％まで、又はそれを超えさえする。この実施形態では、第５高調波周波数は、第１基本波周波数ω_１で共振する共振器だけを用いて発生させられる。

代替実施形態では、第４高調波光２４１と第１基本波光３１３とが共線的に非線形結晶に入るときの両者の間の偏差角が、非常に小さいので、ミラー３０５は、入力第４高調波光２４１のビーム経路内にあり、同様に、ミラー３０６は、未消滅第４高調波光３１１及び発生させられた第５高調波光２５１のビーム経路内にある。別の実施形態では、第１基本波３１３及び第４高調波２４１は、実質的に垂直入射でＮＬＯ結晶３０９に入射してもよい（すなわち、第１基本波及び第４高調波は、互いに実質的に共線的に進んでいる）。ＮＬＯ結晶３０９の入力平面は、適切な反射防止被覆によって被覆されてもよい。第１基本波及び第４高調波が、ＮＬＯ結晶３０９に実質的に共線的に入るようないずれかの実施形態では、第５高調波光は、第１基本波（に対して非常に小さい退出角で）とほとんど共線的にＮＬＯ結晶３０９を出ることになる。そのような場合、湾曲ミラー３０５及び３０６は、第４及び／又は第５高調波が効率的に通過することを可能にし、同時に基本波を高効率で反射するダイクロイック被覆を有してもよい。代替として、ビームスプリッタ又はダイクロイックミラー（図示せず）が、ＮＬＯ結晶３０９の上流及び／又は下流に挿入されて、必要に応じて、異なる高調波を結合し、分離し、及び導く。

随意のビームスプリッタ又は波長分離器が、共振器の外部で利用されることにより、いずれかの未消滅第４高調波光３１１（そして、必要に応じて、共振器から外に漏れる第１基本波光３１４のうちのいずれか）を第５高調波光２５１から更に分離してもよい。ビームスプリッタ又は波長分離器は、プリズム、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタ又は光学要素の結合を備えてもよい。

好ましい実施形態では、ＮＬＯ結晶３０９は、アニールされた（重水素処理又は水素処理）セシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶を備え、アニールされたＣＬＢＯ結晶は、好適な加熱又は冷却システム３３０（例えば、電熱器又は熱電式加熱器若しくは冷却器）によって約８０℃以下の一定温度で保持される。別の実施形態では、第５高調波発生モジュール２５０は、周波数和のために構成されたＢＢＯ又は別の非線形結晶を備えてもよい。

代替実施形態では、第５高調波発生器は、ボウタイ共振器の代わりにデルタ共振器、定在波共振器又は別の形状の共振器を備えてもよい。定在波共振器が用いられる場合、第５高調波は、注入された第４高調波光と同じ方向に発生させられる。先行技術のＣＷレーザの場合のように、これらの共振器のうちの任意のものは、標準ＰＤＨ又はＨＣロック技術によって安定させられてもよい。共振器長は、圧電変換器（ＰＺＴ）、ボイスコイル又は別のアクチュエータに電気接続された制御信号（図示せず）によって、（図３のミラー３０４等の）ミラーのうちの１つの位置又はプリズムの位置を調節することによって共振を維持するように調整される。

図４は、本発明の代替実施形態に従って、図２Ａ及び２Ｂのレーザアセンブリによって発生させられて、その内部で混合されることにより、およそ１８１ｎｍから１８５ｎｍまでの範囲内（例えば、約１８３ｎｍ）の波長を有するレーザ出力光２７０を発生させる例示的な波長の表を表す。それぞれの第１基本波レーザタイプに対して、例示的な第１基本波波長が、高調波に対応する波長と共に示され、そして、例示的な第２基本波レーザタイプ（レーザ媒体）が、（表内に示される例の１８１ｎｍと１８５ｎｍとの間の）望ましい出力波長に対して必要な発生させられる第２波長とともに示されている。基本波レーザの正確な波長は、レーザ媒体の正確な組成、レーザ媒体の動作温度及び光学共振器の設計を含む多くの因子に依存する。所与のレーザ媒体の同一のレーザ線を用いる２個のレーザは、前記の及び別の因子に起因して１ｎｍ又は数ｎｍの十分の幾つかだけ異なる波長で動作してもよい。当業者であれば、適切な第２基本波波長を選んで、表中にリストされた第１基本波波長に近い任意の第１基本波波長から所望の出力波長を発生させる方法を理解するであろう。同様に、所望の出力波長が、１８１ｎｍから１８５ｎｍまでの数ｎｍだけ異なる場合、所望の出力波長は、また、第１又は第２基本波波長についての波長の適切な調整によって達成されてもよい。

代替実施形態では、基本波レーザ２０１が、約１０７０ｎｍ、約１０６４ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ及び約１０３０ｎｍのうちの１つに等しい対応する波長を有する基本波周波数ωの基本波光２１１を発生させるように構成され、そして、第２基本波光が、第２周波数及び対応する波長を有するように構成され、当該第２基本波光が、第１基本波周波数の第５高調波（例えば、約１０６４ｎｍ又は約１０７０ｎｍの基本波波長に対して約１２６０ｎｍから１４２０ｎｍまで）と混合されるとき、約１８３ｎｍのレーザ出力光を発生させる。更なる例として、基本波波長が約１０３０ｎｍであるとき、第２基本波光は、約１４９０ｎｍから１８２０ｎｍまでの波長を伴って発生させられ、そして、約１０４７ｎｍ又は約１０５３ｎｍ波長の基本波レーザに対しては、第２基本波光は、約１２９０ｎｍと１５９０ｎｍとの間の波長を伴って発生させられる。これらの第２基本波周波数のうちの少なくとも１つを発生させることができる基本波レーザは、典型的に、様々なパワーレベルにおいて正当な価格で容易に利用可能である。例えば、１３１９ｎｍの波長を有するレーザ光を発生させるＮｄ：ＹＡＧレーザ及び１３４２ｎｍの波長を有するレーザ光を発生させるＮｄ：バナジン酸塩レーザは、最高数十Ｗのパワーレベルで利用可能であり、１０６４ｎｍの波長を有する第１基本波レーザの第５高調波と混合されるとき、１８３．２及び１８３．７ｎｍでのレーザ出力が、それぞれ生成されることになる。同様に、約１６４５ｎｍの波長を発生させるＥｒ：ＹＡＧ（エルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット）レーザが、１０３０ｎｍの波長を有する第１基本波レーザの第５高調波と混合されるならば、１８３．１ｎｍでのレーザ出力が生成される。別の例では、約１５３５ｎｍの波長を発生させるエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバレーザが、１０４７ｎｍの波長を有する第１基本波レーザの第５高調波と混合されるならば、１８４．３ｎｍでのレーザ出力が生成される。外部共振共振器内で、又は固体レーザ共振器内部で循環する第２基本波光については、第２基本波光の内部共振器パワーレベルが、数ｋＷまで又はそれを超えるまで向上されることがある。ほぼノンクリティカル位相整合が最後の周波数混合モジュール内で用いられるので、その最後の変換ステージは、約数百ｍＷから数Ｗ以上までの範囲内のパワーレベルでの安定した出力を効率的に可能にする。

図５Ａは、図２Ａの１８３ｎｍＣＷレーザ２００Ａ内で利用される例示的な周波数混合モジュール２６０Ａを示す簡略ブロック図である。図５Ｂ及び５Ｃは、図２Ｂに示す内部共振器周波数混合モジュール２６０Ｂの代替の例示的実施形態を示す簡略ブロック図である。

図２Ａのレーザアセンブリに従う一実施形態では、周波数混合モジュール２６０Ａは、第２基本波レーザから発生させられた第２基本波光と、第５高調波発生モジュール２５０からの第５高調波光とを第２基本波周波数のみで共振する外部共振器内でＮＬＯ結晶によって結合させて、和周波数５ω_１＋ω_２を有する１８３ｎｍ光を発生させるように構成されている。

周波数混合モジュール２６０Ａが、図５Ａに示され、図３に示す第５高調波発生モジュール２５０に類似した態様で動作する。ミラー５０３、５０４、５０５、５０６を備える共振器が、第２基本波周波数ω_２で共振する。第５高調波発生モジュール２５０から発生させられた第１基本波周波数（５ω_１）２５１の第５高調波が、ほぼＮＬＯ結晶５０９内又は近傍でビームウエストを有するＮＬＯ結晶５０９内部の第２基本波光（ω_２）と重複する。レンズ（又はレンズセット）５０２が、入来ビームを、ＮＬＯ結晶５０９の中心近傍にそれ自体のウエストのうちの少なくとも１つを有する共振器の基本波モードにモード整合させるように構成されている。レンズ又はレンズセット５０８は、第５高調波光（５ω_１）をＮＬＯ結晶５０９の中心近傍に集中させる。ＮＬＯ結晶５０９は、第２基本波周波数（ω_２）と基本波周波数（５ω_１）の第５高調波との和をとることにより、１８１ｎｍから１８５ｎｍまでの範囲内の、すなわち約１８３ｎｍのそれに対応する波長を有する和周波数（５ω_１＋ω_２）を形成する。ミラー５０６は、いずれかの未消滅第２基本波光（ω_２）５１４Ａを入力カプラ５０３まで反射させ、それで、それが共振器内部で循環して共振器内でパワーを強化する。好ましい実施形態では、ＮＬＯ結晶５０９の２個の表面５２１及び５２２は、矢印５２９の方向として表されている第２基本波光（ω_２）５１３Ａの偏波に対してブルースターの角近傍の角度でカットされている。ブルースターの角近傍の角度でカットされている表面５２１及び５２２についての１つの長所は、反射防止被覆がＮＬＯ５０９表面５２１及び５２２上に必要とされないということである。別の長所は、入来第５高調波光２５１、未消滅第５高調波光５１２Ａ及び発生させられた１８３ｎｍ光２７０Ａが、ＮＬＯ結晶の色分散に基づいてＮＬＯ結晶５０９の外部で第２基本波光５１３Ａから分離されることである。更に、第２基本波５１３Ａからの第５高調波２５１の分離、及び未消滅第２基本波５１４Ａからの未消滅第５高調波５１２Ａの分離が、十分に大きいので、ミラー５０５及び５０６がビーム２５１、５１２Ａ及び２７０Ａのビーム経路内にないならば、それらは、第２基本波周波数（ω_２）での高反射率を求めて被覆される必要だけがある。このことは、高パワーＤＵＶ光に露出されたときに、被覆劣化又は損傷を最小化する。さもなければ、別の実施形態では、垂直入射を伴うＮＬＯ結晶５０９が、実装されてもよい。ビーム２５１が第２基本波ビーム５１３Ａから十分に遠くで分離されないならば、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー又はプリズム（図示せず）が、ＮＬＯ結晶５０９とミラー５０５（又は、ダイクロイック被覆は、ミラー５０５において用いられてもよい）との間に用いられることにより、第２基本波光（ω_２）５１３Ａを通過させて、入来第５高調波光（５ω_１）２５１をＮＯＬ結晶５０９中に導く。ビーム５１２Ａ及び２７０Ａが、未消滅第２基本波光５１４Ａから十分遠くに分離されないならば、ＮＬＯ結晶５０９とミラー５０６（又はミラー５０６上のダイクロイック被覆）との間のビームスプリッタ、ダイクロイックミラー又はプリズム（図示せず）が用いられて、未消滅第２基本波光（ω_２）５１４Ａを渡し、和をとられた周波数（５ω_１＋ω_２）で発生させられた１８３ｎｍ光２７０Ａ及び未消滅第５高調波（５ω_１）５１２Ａを共振器から外へ進路変更させてもよい。

いくつかの実施形態では、ボウタイ共振器を有する代わりに、デルタ形状等の別の形状の共振器又は定在波共振器が用いられる。定在波共振器が用いられるならば、和をとられた周波数は、注入された第５高調波光と同じ方向に発生させられる。先行技術のＣＷレーザの場合のように、共振器は、標準ＰＤＨ又はＨＣロック技術によって安定化されてもよい。共振器長は、圧電変換器（ＰＺＴ）、ボイスコイル又は別のアクチュエータに電気接続された制御信号（図示せず）によってミラー（図５Ａのミラー５０４等の）又はプリズムの位置を調整することによって、共振を維持するように調整される。

図２Ｂを参照すると、別の実施形態では、レーザ２００Ｂは、内部共振器周波数混合モジュール２６０Ｂを利用して、和をとられた周波数（５ω_１＋ω_２）で１８３ｎｍ光を発生させる。図５Ｂ及び５Ｃは、２つの代替実施形態を示し、当該代替実施形態では、混合モジュール２６０Ｂ（図２Ｂ）の（第２）共振器が、固体レーザ共振器（図５Ｂ）又は光学パラメトリック発振共振器（図５Ｃ）のいずれかを用いて実装される。それぞれの場合、（第２）共振器は、（第２）光（すなわち、固体レーザ共振器（図５Ｂ）の場合における第２基本波光、又は光学パラメトリック発振共振器（図５Ｃ）の場合における信号光のいずれか）を循環させるように構成されている。両方の場合において、循環される光は、約１２６０ｎｍから約１４２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する周波数範囲を有し、そのため、図５Ｂにおける循環される光の第２基本波周波数及び図５Ｃにおける循環される信号光の信号周波数の両方は、便宜的に「ω_２」を用いて参照される。

固体レーザ共振器を用いる内部共振器周波数混合モジュール２６０Ｂ１を表す簡略線図が、図５Ｂに示されている。外部共振共振器を用いることにより第２基本波周波数を強化し、周波数混合を実行して１８３ｎｍ光を発生させる代わりに、和周波数発生のためのＮＬＯ結晶５０９が、第２基本波周波数ω_２で光を発生させる固体レーザ共振器内部に置かれる。図５Ｂに示すように、第２基本波周波数を発生させるレーザ共振器は、入力カプラ５５３、ミラー５５４、５５５、５６６、利得媒体５６０及び光学ダイオード５６１、エタロン５６２等の追加要素を備える。図２Ｂを参照すると、ポンプ周波数（ω_ｐ）を有するポンプビーム２３４が、ポンプレーザ２０４から発生させられ、利得媒体５６０のほぼ中心に１つ又は複数のレンズ５５２によって集中させられ、そして吸収される。第２基本波周波数（ω_２）が、両方の方向に反転分布によって発生させられる。第２基本波光の単一方向進行を確実にするために、いくつかの例示的実施形態で、波長板と、ファラデー回転子と、を備えてもよい光学ダイオード５６１が、共振器内に挿入され、それで、反対方向に発生させられた初期光が通過せず、増幅されない。エタロン及び／又は複屈折フィルタ５６２が、発生させられた第２基本波光のビーム経路内に置かれることにより、右側帯域幅について選択して共振器内でのモードホッピングを防止する。ミラー５５３、５５４、５５５及び５５６は、第２基本波周波数に対する高反射率を求めて被覆され、それで、当該第２基本波周波数は、共振器内部で循環して外に漏れず、このことは、レーザ波長の部分透過のために被覆された出力カプラがビームを外に出すように実装されている典型的なレーザ共振器とは対照的である。

図５Ｂに示すように、ＮＬＯ結晶５０９が、第２基本波光５１３Ｂのビーム経路内のウエスト位置に挿入されることにより、第２基本波周波数（ω_２）、及び第５高調波発生モジュール２５０から発生させられた（周波数５ω_１の）第５高調波２５１からの和周波数発生によって、１８３ｎｍ光を発生させる。レンズ又はレンズセット５０８は、第５高調波２５１をＮＬＯ結晶５０９の中心近傍に集中させる。ミラー５５６は、いずれかの未消滅第２基本波光５１４Ｂを入力カプラ５５３まで反射し、それで、当該未消滅第２基本波光は、共振器内部で循環してパワーを強化する。好ましい実施形態では、ＮＬＯ結晶５０９の２個の表面５２１及び５２２は、矢印５２９によって示している、第２基本波光５１３Ｂの偏波に対するブルースターの角近傍でカットされている。ブルースターの角近傍の角度でカットされている表面５２１及び５２２についての１つの長所は、反射防止被覆がＮＬＯ結晶５０９の２個の表面５２１及び５２２上に必要とされないということである。別の長所は、入来第５高調波光２５１、未消滅第５高調波５１２Ｂ及び発生させられた１８３ｎｍ光２７０Ｂが、ＮＬＯ結晶５０９の色分散に基づいて第２基本波光５１３Ｂから分離されるということである。更に、第２基本波５１３Ｂからの第５高調波２５１の分離、及び未消滅第２基本波光５１４Ｂからの未消滅第５高調波５１２Ｂの分離が十分大きいことにより、ミラー５５５及び５５６が、ビーム２５１、５１２Ｂ及び２７０Ｂのビーム経路内にないならば、それらは、第２基本波周波数（ω_２）での高反射率を求めて被覆される必要だけがある。このことは、高パワーＤＵＶ光に暴露されるときの被覆劣化又は損傷を最小化する。さもなければ、別の実施形態では、ＮＬＯ結晶５０９は、垂直入射によって実装されてもよい。ビーム２５１が第２基本ビーム５１３Ｂから十分遠くに分離されないならば、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー又はプリズム（図示せず）が、ＮＬＯ結晶５０９とミラー５５５との間に用いられることにより（又はダイクロイック被覆がミラー５５５上に用いられてもよい）、第２基本波光５１３Ｂを通過させて、入来第５高調波光２５１をＮＯＬ結晶５０９中に導いてもよい。ビーム５１２Ｂ及び２７０Ｂが、未消滅第２基本波５１４Ｂから十分遠くに分離されないならば、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー又はプリズム（図示せず）が、ＮＬＯ結晶５０９とミラー５５６（又はミラー５５６上のダイクロイック被覆）との間で用いられることにより、未消滅第２基本波光（ω_２）５１４Ｂを通過させて、和周波数（５ω_１＋ω_２）で発生させられた１８３ｎｍ光２７０Ｂ及び未消滅第５高調波５１２Ｂを共振器から外に進路変更させる。この実施形態では、周波数混合モジュールは、第２基本波周波数で共振する外部共振器を備えていないけれども、第２基本波周波数を発生させる固体レーザ共振器を備えるので、共振器は、感度がより低く、それで共振器長を制御するためのアクティブフィードバック制御ループが必要でないことがある。

代替実施形態（図示せず）では、ポンプ光が、別の側面から利得媒体５６０に集中させられ、そして、ミラー５５４を通過するか、又は両方向から同時に入ってもよい。いくつかの例示的実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：Ｖａｎａｄａｔｅレーザについてのポンピングが、約８０８ｎｍの波長で、又は約８８８ｎｍの波長で動作する１つ又は複数のダイオードレーザを用いて実行されてもよく、一方、Ｅｒ：ＹＡＧレーザについてのポンピングが、約１５３２ｎｍで動作するエルビウムドープファイバレーザによって実行されてもよい。

和周波数（５ω_１＋ω_２）での１８３ｎｍ光の内部共振器発生のために、図２Ｂの２６０Ｂ１の代わりに用いられてもよい代替実施形態２６０Ｂ２が、図５Ｃに示されている。図５Ｂに示し、上記で述べたように、第２基本波周波数ω_２で光を発生させる固体レーザ共振器内部にＮＬＯ結晶５０９を置く代わりに、ＮＬＯ結晶５０９が、図５Ｃに示すように、信号周波数ω_２で共振し、ミラー５７３、５７４、５７５及び５７６並びにＮＬＯ材料５７０を備えるＯＰＯ共振器内に置かれる。ポンプ周波数（ω_ｐ）を有するポンプビーム２３４が、図２Ｂのポンプレーザ２０４から発生させられ、１つ又は複数のレンズ５７２によって、ＮＬＯ材料５７０の中心近傍の焦点に集中させられ、そしてそこで、信号周波数ω_２及びアイドラー周波数（ω_ｐ−ω_２に等しい）にダウンコンバートされる。留意されるべきは、本明細書で用いられるとき、信号周波数ω_２は、信号又はアイドラーがより高い周波数を有するかどうかに関係なく、１８３ｎｍ光２７０Ｂを発生させるのに望ましい周波数を指すことである（このことは、信号周波数がアイドラー周波数より高いという一般通念とは対照的である）。ミラー５７３、５７４、５７５及び５７６が、信号周波数ω_２に対する高反射率を求めて被覆されることにより、進路変更されない信号が、共振器内部で循環して共振器内部に信号周波数の高パワー密度を蓄積する。一実施形態では、信号周波数ω_２についての正確な周波数制御が、ミラー５７６に取り付けられた圧電変換器（ＰＺＴ）又はボイスコイル等のミラーのうちの１つに取り付けられたアクチュエータによって、共振器の光路長をアクティブ制御することによって実装される。代替実施形態では、信号周波数ω_２の周波数制御は、１つ又は複数の鏡面上に置かれた狭帯域反射被覆によって、又は共振器内に置かれた狭帯域透過又は反射要素（図示せず）によって達成される。ポンプ光は、例えば、ミラー５７３上の適切な被覆によって、又は共振器内部の独立した入力カプラ（図示せず）によって、入力カプラを通して共振器中に導かれる。未消滅ポンプ及びアイドラー（一緒に５７８Ｃとしてラベル付けされている）は、示すようなミラー５７４等の１つのミラー上の波長選択被膜を通って共振器から出てもよく、又は、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ（図示せず）等の１つ又は複数の光学要素によって共振器から外に進路変更させられてもよい。

ＮＬＯ材料５７０は、好ましくは、周期分極反転ＭｇＯドープ化学量論的タンタル酸リチウム（ＭｇＯ：ＳＬＴ）又は、周期分極反転ＭｇＯドープニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＬＮ）等の周期分極反転非線形光学結晶である。分極周期は、ポンプ周波数及び信号周波数の擬似位相整合について選ばれる。ポンプレーザは、ダウンコンバージョンによって信号周波数を発生させるのに適したポンプ周波数を発生させるいずれかの便利なレーザであってもよい。一実施形態では、ポンプレーザ周波数ω_ｐは、第１基本波周波数ω_１に等しい。一実施形態では、図２Ｂの第１基本波レーザ２０１は、第１基本波光２１１とポンプ光２３４との周波数が等しいとき、その両方を発生させてもよい。一実施形態では、ＯＰＯ内部共振器周波数混合モジュール２６０Ｂ２からの未消滅ポンプ光（すなわち、５７８Ｃ内部のポンプ周波数の光）は、第１基本波周波数とポンプ周波数とが等しいとき、第４高調波発生モジュール又は第５高調波発生モジュール等の別のモジュールまで導かれてもよい。

図５Ｃに示すように、ＮＬＯ結晶５０９は、信号光５１３Ｂのビーム経路内のウエスト位置に挿入されることにより、信号周波数（ω_２）及び第５高調波発生モジュール２５０から発生させられた第５高調波（５ω_１）２５１からの和周波数発生によって１８３ｎｍ光２７０Ｂを発生させる。レンズ又はレンズセット５０８は、ＮＬＯ結晶５０９の中心近傍に第５高調波（５ω_１）を集中させる。ミラー５７６は、いずれかの未消滅信号光５１４Ｃをミラー（入力カプラ）５７３まで反射することにより、当該信号光は、共振器内部で循環してパワーを強化する。好ましい実施形態では、ＮＬＯ結晶５０９の２個の表面５２１及び５２２は、矢印５２９Ｃによって示している、信号光５１３Ｃの偏波に対してブルースターの角近傍でカットされている。ブルースターの角近傍の角度でカットされている表面５２１及び５２２の長所が、上記で説明されている。未消滅信号５１４Ｃ及び未消滅第５高調波５１２Ｃは、図２Ａ及び２Ｂに関して上記で述べた光学構成のうちの任意のものによって１８３ｎｍ光２７０Ｂから分離されてもよい。

再び図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを参照すると、好ましい実施形態では、ウォークオフと結晶５０９の出力平面の角との結合は、他の波長からのレーザ出力２７０Ａ／２７０Ｂの十分な分離を達成することにより、他の光学部品が、別の不必要な波長（例えば、第５高調波光５１２Ａ／５１２Ｂ／５１２Ｃの未消滅部分及び／又は第２基本波光又は信号光の漏れ）から望ましい出力波長、すなわち、約１８３ｎｍのレーザ出力光２７０Ａ／２７０Ｂを更に分離することに必要とされないことがない。いくつかの実施形態では、それは、共振器の外部の１つ又は複数の光学要素を用いて、望ましい出力波長を別の不必要な波長から更に分離してもよい。この光学部品は、ビームスプリッタ、プリズム、格子又は別の光学要素を含んでもよい。

図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃについての好ましい実施形態では、非線形結晶５０９が、アニールされた（重水素処理又は水素処理）セシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶を備え、アニールされたＣＬＢＯ結晶は、好適な温度制御システム３３０（例えば、熱電式冷却器）によって約３０℃以下の一定温度に保持される。一実施形態では、非線形結晶５０９の温度は、約０℃未満、例えば、約−５℃又は−１０℃であってもよい。別の実施形態では、周波数混合モジュール２６０Ａ／２６０Ｂは、周波数和のためのＢＢＯ又は別の非線形結晶を備えてもよい。

第２基本波又は１３４２ｎｍ近傍の信号波長と２０９．４ｎｍ近傍の波長を有する第５高調波とについての約３０℃の温度のＣＬＢＯ内でのタイプ−１整合に対して、位相整合角は、約７９°である。１３００ｎｍ近傍の第２基本波長と２１３ｎｍ近傍の波長を有する第５高調波とについての約３０℃の温度でのＣＬＢＯ内でのタイプ−１整合に対して、位相整合角は、約８１°である。これらの例の両方が、高性能及び低ウォークオフを有するほぼノンクリティカル位相整合が、１８３ｎｍ近傍の波長を発生させるために達成されてもよいことを示す。これらの波長結合は、単なる例であって、本発明の範囲を限定することを意図しない。当業者であれば、位相整合を達成するために波長、温度及び角度の異なる結合を選択する方法を理解するであろう。

上記の説明及び関連する図は、約１８３ｎｍの波長を有する光を発生させるための様々なレーザを示す。いくつかの特定の波長及び波長範囲が、実施形態を示すために説明される。１８３ｎｍよりも数ｎｍだけより短いかより長い異なる波長を発生させる上記のものと類似した別のレーザ実施形態が、可能であり、そして本発明の範囲内にある。

留意するべきは、実施形態のうちの任意のものにおいて、ミラー、プリズム、ペリスコープ等が、必要に応じて基本波又は別の波長を導くために用いられてもよいことである。プリズム、ビームスプリッタ、ビームコンバイナ及びダイクロイック被覆ミラーは、例えば、必要に応じてビームを分離又は結合するために用いられてもよい。ミラー及びビームスプリッタの様々な結合が用いられて、いずれかの適切なシーケンス内の異なる周波数変換ステージの間で様々な波長を分離及びルーティングしてもよい。周波数変換結晶、プリズム、ビームスプリッタ又はレンズの面が、入射波長に対してブルースターの角とほぼ等しい角度でカットされていることにより、反射防止被覆を用いることなく、反射を最小化又は制御してもよい。このカッティングは、特にＵＶ照射が入射するところの面に対して有利な場合があり、その理由は、反射防止被覆は、ＵＶに暴露されるとき、劣化することがあり、それで、そのような表面上で用いられる場合、レーザの信頼性を低下させることがあるからである。波長板（ブルースター角波長板又は制動器を含む）又は別の光学要素が必要に応じて用いられて、波長のうちの任意のものの偏波を回転させることにより、偏波を次の周波数変換又は周波数混合ステージの適切な結晶軸と整列させてもよい。ＤＵＶレーザ内のブルースター角光学部品の使用は、名称が「Ｈｉｇｈ Ｄａｍａｇｅ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」である、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇへの米国特許第８，７１１，４７０号に更に詳細に記載されている。

周波数変換ステージのうちの任意のものは、名称が「Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌｓ」である、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇによる米国特許第８，２９８，３３５号に記載されたもの等の１つ又は複数の保護環境を含んでもよい。この特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。単一の保護環境が複数のステージ又は単一のステージを囲んでもよい点に留意する。

周波数変換ステージのうちの任意のものは、両方ともに、名称が「Ａｌｌｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄａｍａｇｅ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｌｏｒ ｃｅｎｔｅｒｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｈｏｎｏｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ」である、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらへの米国特許第９，４６１，４３５号及び第９，０５９，５６０号に記載された方法又はシステムのうちの任意のもの、名称が「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｔｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｉｎ ａ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ」である、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇによる米国特許第８，８２４，５１４号に記載された装置又は方法のうちの任意のもの、名称が「Ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」である、Ｇｅｎｉｓによる米国特許第８，９７６，３４３号に記載された装置又は方法のうちの任意のもの、２０１３年６月１９日に出願された、名称が「Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｈｉｆｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ」である、Ｇｅｎｉｓによる米国仮特許出願第６１／８３７，０５３号に記載されたシステム及び方法のうちの任意のもの、並びにそれぞれ２０１２年６月２９日及び２０１３年２月７日に出願され、両方とも名称が「Ｓｃａｎ ｒａｔｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｒｙｓｔａｌ ｉｎ ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｌａｓｅｒ」である、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇらによる米国仮特許出願第６１／６６６，６７５号及び第６１／７６２，２６９号に記載されたシステム及び方法のうちの任意のものを組み込んでもよい。これらの特許、出願及び仮出願の全ては、参照によって本明細書に組み込まれる。

更に留意するべきは、周波数変換ステージのうちの任意のものが、有利に、重水素、水素及び／又はフッ素ドープ又は処理非線形結晶を用いてもよいことである。そのような結晶は、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらにより２０１０年９月３日に出願された米国特許第９，０２３，１５２号、Ｃｈｕａｎｇらにより２０１２年６月５日に出願された米国特許第９，２５０，１７８号、又は、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらにより２０１４年４月８日に出願された米国特許出願第１４／２４８，０４５号に記載されたプロセス又は方法のうちの任意のものによって作成、加工又は処理されてもよい。これらの特許及び出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。ドープ又は処理結晶は、第２周波数２逓倍モジュール２３０、第５高調波発生モジュール２５０及び周波数混合モジュール２６０Ａ、２６０Ｂ１及び２６０Ｂ２を含む、深ＵＶ波長を含むそれらのステージにおいて特に有用である場合がある。

上記の図は、構成要素の実際の物理レイアウトを表すことを意図していない。上記の図は、プロセスに関係する主な光学モジュールを示すけれども、すべての光学要素を示しているわけではない。当業者であれば、１８３ｎｍレーザを上記の図及びそれらの関連する説明から作成する方法を理解するであろう。数個以上の光学部品が、光を必要とされるところに導くために用いられてもよいことを理解すべきである。レンズ及び／又は湾曲ミラーが、必要に応じて用いられて、非線形結晶の内部又は近傍の実質的に円形又は楕円形の断面の焦点にビームウエストを集中させてもよい。プリズム、ビームスプリッタ、格子又は回折光学素子が用いられて、必要に応じて、それぞれの周波数変換モジュール又は混合モジュールの出力における異なる波長を操縦又は分離してもよい。プリズム、被覆ミラー又は別の要素が必要に応じて用いられて、周波数変換及び混合モジュールへの入力において異なる波長を結合させてもよい。ビームスプリッタ又は被覆ミラーが必要に応じて用いられて、１つの波長を２個のビームに分割してもよい。フィルタが、いずれかのステージの出力において、望ましくない波長を遮断又は分離するために用いられてもよい。波長板が、必要に応じて用いられて、偏波を回転させてもよい。別の光学要素が、必要に応じて用いられてもよい。場合によっては、１つの周波数変換ステージからの未消滅光が、たとえ当該光が後続のステージにおいて必要とされないとしても、次のステージに進むことを可能にすることが許容されてもよい。このことは、パワー密度が十分低いので損傷を生じさせない場合、及び、（例えば、結晶角での位相整合がないため、又は光の偏波のため）望ましい周波数変換プロセスに対する妨害がほとんどない場合に、許容されてもよい。当業者であれば、１８３ｎｍレーザの実装において可能である様々なトレードオフ及び選択肢を理解するであろう。

１８１ｎｍから１８５ｎｍまでの望ましい波長のレーザ出力光２７０を発生させるのを容易にする様々な基本波波長を用いる本発明が、本明細書に記載されているけれども、数ナノメートル以内の別の波長が、異なる基本波波長を用いて発生させられてもよい。添付されたクレームにおいて別途明記されない限り、そのようなレーザ及びそのようなレーザを利用するシステムは、本発明の範囲内にあると見なされる。

パルスレーザと比較して、ＣＷ光源は、一定のパワーレベルを有し、このことが最大パワー損傷問題を防止し、また画像又はデータが連続的に取得されることを可能にする。また、発生させられたＣＷ光の帯域幅が、典型的なモードロックレーザよりも桁違いに狭いので、対応する照明又は検出光学システムの設計が、性能の向上に対する複雑化をずっと少なくし、そしてシステムコストが低減されてもよい。

２００ｎｍ以下の波長を有するＣＷレーザは、十分なパワーレベルのものが市販されておらず、又は信頼性が低い。約１８３ｎｍまでの波長範囲内のＣＷ光を発生させるための従来技術が存在しなかった。本発明の実施形態は、約１８３ｎｍまでのより短波長を発生させ、そのため、長波長よりも、小粒子及び欠陥を検出するための良好な感度を提供する。

それらの短波長に加えて、本発明の１８３ｎｍＣＷレーザは、１９３ｎｍＣＷレーザと比較していくつかの利点を有する。第６又は第８高調波として１９３ｎｍを発生させるレーザと比較して、本発明の１８３ｎｍレーザは、数十Ｗのパワーレベルにおいて容易に利用可能である基本波波長を用いるという長所を有する。第１基本波周波数の第５高調波と第２周波数とを混合することによって１９３ｎｍを発生させるレーザと比較した長所は、１８３ｎｍレーザの周波数混合モジュールがより効率的であるということであり、その理由は、ＣＬＢＯが、約２０６ｎｍから約２１４ｎｍまでの範囲内の第５高調波波長から１８３ｎｍを発生させることに対してほとんど非クリティカル位相整合されるからである。このことは、第２基本波周波数及び第１基本波周波数の第５高調波の最終出力へのより効率的な変換を可能にし、また、周波数混合モジュールをより安定化させる。

更に、システム全体は、ずっと少ないノイズを伴ってより安定している。本発明において説明したように、第５高調波発生モジュールの共振器は、第１基本波周波数に対してだけ共振し、第４高調波周波数に対しては共振しないので、第４高調波発生モジュールの共振器からのノイズは、第５高調波発生モジュールの共振器に結合されない。同様に、１つの例示的な実施形態では、周波数混合モジュールの共振器は、第２基本波周波数に対してだけ共振し、第１基本波周波数の第５高調波に対しては共振しないので、第５高調波発生器の共振器からのノイズは、周波数混合モジュールの共振器に結合されない。周波数混合モジュールの別の実施形態は、第２基本波周波数で共振する外部共振器を備えていないけれども、第２基本波周波数を発生させる固体レーザ共振器を備えるので、共振器は、感度がより低く、それで共振器長に対するアクティブフィードバック制御ループが必要ではないことがある。

更に、本明細書で開示された本発明のレーザのいくつかの実施形態は、第５高調波発生モジュール及び周波数混合モジュールの共振器内部の光学要素のうちの任意のものの上にＤＵＶ被覆を必要としない。被覆は、強いＤＵＶ放射に暴露されるとき、寿命が短い場合がある。それで、被覆がないことの長所は、被覆に起因する損傷を最小化し、高パワーＤＵＶ出力をより安定化させることである。

本発明の別の側面は、発明の１８３ｎｍＣＷレーザを組み込むウェハ、レチクル又はフォトマスク検査若しくは測定システムである。そのようなシステムの側面は、図６〜１１に示されている。

レチクル又はフォトマスク検査システム６００が、図６に示され、米国特許第７，３５２，４５７号に記載されているようなレチクル又はフォトマスク等の基板６１２から透過及び反射された光を測定するように構成されてもよく、当該米国特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本開示の発明のレーザを用いてもよいレチクル及びフォトマスク検査システムに関する更なる詳細については、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，５６３，７０２号をも参照されたい。本開示の発明のレーザを利用するレチクル又はフォトマスク検査システムは、Ｂｒｏｗｎらによる米国特許第７，５２８，９４３号に記載されているような単一の検出器におけるレチクル又はフォトマスクから反射及び透過された画像を同時に検出してもよい。この特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

システム６００は、第１光学配列６５１及び第２光学配列６５７を概して含む。示すように、第１光学配列６５１は、少なくとも光源６５２と、検査光学部品６５４と、基準光学部品６５６と、を含み、一方、第２光学配列６５７は、少なくとも透過光光学部品６５８と、透過光検出器６６０と、反射光光学部品６６２と、反射光検出器６６４と、を含む。１つの好ましい構成において、光源６５２は、上記の改善されたレーザのうちの１つを含む。

光源６５２は、音響光学デバイス６７０を通過する光ビームを放出するように構成され、当該デバイスは、光ビームを偏向及び集中させるように配列されている。音響光学デバイス６７０は、１対の音響光学要素、例えば音響光学プリスキャナと、音響光学スキャナとを含んでもよく、当該音響光学要素は、光ビームをＹ方向に偏向させ、Ｚ方向に集中させる。例として、大部分の音響光学デバイスは、ＴｅＯ_２等の石英又は結晶にＲＦ信号を送ることによって動作させる。このＲＦ信号は、結晶を通して音波を進行させる。進行する音波のために、結晶は非対称になり、このことが、屈折率を結晶全体にわたって変化させる。この変化は、入射ビームが発振様式において偏向させられる集中進行スポットを形成するようにさせる。

光ビームが音響光学デバイス６７０から出現すると、それは、次いで、１対の１／４波長板６７２及びリレーレンズ６７４を通過する。リレーレンズ６７４は、光ビームを視準するように配列されている。視準された光ビームは、次いで、それ自体の経路に沿って進み、最終的に回折格子６７６に到達する。回折格子６７６は、光ビームを広げるように、より詳しくは、光ビームを３個の異なるビームに分離するように配列されており、当該３個の異なるビームは、互いに空間的に識別可能である（すなわち、空間的に異なる）。ほとんどの場合、空間的に異なるビームは、また、等しい間隔があけられ、そして、実質的に等しい光強度を有するように配列されている。

回折格子６７６を離れるときに、３個のビームは、開口６８０を通過し、次いで進行して、最終的にビームスプリッタ立方体６８２に到達する。（１／４波長板６７２と結合している）ビームスプリッタ立方体６８２は、ビームを２個の経路、すなわち、（図６に示す構成の）下方に向いた一方と右側に向いた他方に分割するように配列されている。下方に向いた経路は、ビームの第１光部分を基板６１２に分散するために用いられ、一方、右側に向いた経路は、ビームの第２光部分を基準光学部品６５６に分散するために用いられる。ほとんどの実施形態では、大部分の光が、基板６１２に分散され、わずかな割合の光が、基準光学部品６５６に分散されるけれども、その割合は、それぞれの光学検査システムの特定の設計に従って変化してもよい。一実施形態では、基準光学部品６５６は、基準集光レンズ６１４と、基準検出器６１６と、を含んでもよい。基準集光レンズ６１４は、基準検出器６１６上にビームの部分を集光して導くように配列され、当該基準検出器は、光の強度を測定するように配列されている。基準光学部品は、概して当該技術分野において周知であり、簡潔さのために詳細に論じられることはない。

ビームスプリッタ６８２から下方に導かれた３個のビームは、テレスコープ６８８によって受け取られ、当該テレスコープは、光の向きを変え、広げるいくつかのレンズ要素を含む。一実施形態では、テレスコープ６８８は、タレット上で回転する複数のテレスコープを含むテレスコープシステムの部分である。例えば、３個のテレスコープが用いられてもよい。これらのテレスコープの目的は、基板上の走査スポットのサイズを変え、それにより、最小の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、テレスコープのそれぞれは、概して画素サイズが異なる。このように、１個のテレスコープが、検査をより高速及びより低感度（例えば、低分解能）にするより大きいスポットサイズを発生させてもよく、一方、別のテレスコープは、検査をより低速及びより高感度（例えば、高分解能）にするより小さいスポットサイズを発生させてもよい。

テレスコープ６８８から、３個のビームが対物レンズ６９０を通過し、当該対物レンズは、基板６１２の表面上にビームを集中させるように配列されている。ビームが３個の異なるスポットとして表面を横断するとき、反射光ビームと透過光ビームの両方が、発生させられてもよい。透過光ビームは、基板６１２を通過し、一方、反射光ビームは、表面から反射する。例として、反射光ビームは、基板の不透明な表面から反射してもよく、そして、透過光ビームは、基板の透明な領域を透過してもよい。透過光ビームは、透過光光学部品６５８によって集光され、そして反射光ビームは、反射光光学部品６６２によって集光される。

透過光光学部品６５８に関して、透過光ビームは、基板６１２を通過した後に、第１透過レンズ６９６によって集光されて、球面収差校正レンズ６９８を用いて透過プリズム６１０上に集中させられる。プリズム６１０は、透過光ビームを再配置し、屈曲させるように配列されている透過光ビームのそれぞれに対するファセットを有するように構成されてもよい。ほとんどの場合、プリズム６１０が用いられてビームを分離することにより、当該ビームは、それぞれ（３個の異なる検出器を有するように示す）透過光検出器配列６６０内の単一の検出器に当たる。したがって、ビームがプリズム６１０を離れると、それらは、第２透過レンズ６０２を通過し、当該レンズは、個々に、分離されたビームのそれぞれを３個の検出器のうちの１つに集中させ、当該検出器のそれぞれは、透過光の強度を測定するように配列されている。

反射光光学部品６６２に関して、基板６１２から反射した後の反射光ビームは、対物レンズ６９０によって集光され、当該対物レンズは、次いでビームをテレスコープ６８８に向かって導く。テレスコープ６８８に到達する前に、ビームは、また、１／４波長板６０４を通過する。通常表現では、対物レンズ６９０及びテレスコープ６８８は、入射ビームが操作される態様に対して光学的に逆である方式で、集光されたビームを操作する。すなわち、対物レンズ６９０は、ビームを再視準し、テレスコープ６８８は、それらのサイズを低減する。ビームがテレスコープ６８８を離れると、ビームは、ビームスプリッタ立方体６８２に到達するまで（後方に）進行する。ビームスプリッタ６８２は、１／４波長板６０４と作動して、ビームを中央経路６０６上に導くように構成されている。

経路６０６上を進行するビームは、次いで第１反射レンズ６０８によって集光され、当該第１反射レンズは、反射プリズム６０９上にビームのそれぞれを集中させ、当該反射プリズムは、反射光ビームのそれぞれに対するファセットを含む。反射プリズム６０９は、反射光ビームを再配置し、屈曲させるように配列されている。透過プリズム６１０と同様に、反射プリズム６０９が用いられてビームを分離することにより、ビームがそれぞれ反射光検出器配列６６４内の単一の検出器に当たる。示すように、反射光検出器配列６６４は、３個の個々に異なる検出器を含む。ビームが反射プリズム６０９を離れると、それらは、第２反射レンズ６１１を通過し、当該第２反射レンズは、個々に、これらの検出器のうちの１つ上に分離されたビームのそれぞれを集中させ、当該検出器のそれぞれは、反射光の強度を測定するように配列されている。

上記の光学アセンブリによって容易にされてもよい複数の検査モードが存在する。例として、光学アセンブリは、透過光検査モード、反射光検査モード及び同時検査モードを容易にしてもよい。透過光検査モードに関して、透過モード検出は、典型的には、透明領域及び不透明領域を有する従来の光学マスク等の基板についての欠陥検出に用いられる。光ビームがマスク（又は、基板６１２）を走査するとき、光は、透明ポイントにおいてマスクに侵入し、透過光検出器６６０によって検出され、当該透過光検出器は、マスクの後方にあり、そして、第１透過レンズ６９６、第２透過レンズ６０２、球面収差レンズ６９８及びプリズム６１０を含む透過光光学部品６５８によって集光された光ビームのそれぞれの強度を測定する。

反射光検査モードに関して、反射光検査は、透明又は不透明基板において実行されてもよく、当該基板は、クロム、現像フォトレジスト又は別の特徴の形式の画像情報を含む。基板６１２によって反射された光は、検査光学部品６５４と同一の光路に沿って後方に進むけれども、次いで偏光ビームスプリッタ６８２によって検出器６６４中に進路変更させられる。より具体的には、第１反射レンズ６０８、プリズム６０９及び第２反射レンズ６１１が、進路変更させられた光ビームからの光を検出器６６４上に投射する。反射光検査は、また不透明の基板表面の最上部にある汚染を検出するために用いられてもよい。

同時検査モードに関して、透過光と反射光の両方が利用されて、欠陥の存在及び／又はタイプを決定する。システムについての２個の測定値は、透過光検出器６６０によって感知されるような基板６１２を透過させられた光ビームの強度と、反射光検出器６６４によって検出されるような反射光ビームの強度と、である。それらの２個の測定値は、次いで、基板６１２上のそれに対応するポイントにおける欠陥のタイプを、もしあれば決定するように処理されてもよい。

より具体的には、同時の透過及び反射検出は、透過検出器によって感知された不透明な欠陥の存在を開示し、同時に、反射検出器の出力が用いられて欠陥のタイプを開示してもよい。一例として、基板上のクロムドット又は粒子は、両方とも、透過検出器からの低い透過光表示を生じさせることがあるけれども、反射クロム欠陥は、高い反射光表示を生じさせることがあり、そして、粒子は、同一の反射光検出器からより低い反射光表示を生じさせることがある。したがって、反射と透過の両方の検出を用いることによって、欠陥についての反射又は透過された特徴だけが調査される場合にはできないような、クロム外形の最上部にある粒子の所在を見つけてもよい。加えて、特定のタイプの欠陥についての特徴的性質、例えば、それらの反射と透過された光強度との比等が決定されてもよい。この情報は、次いで欠陥を自動的に分類するために用いられてもよい。

このレーザは、検査システム内の光源のうちの１つとして用いられてもよく、当該検査システムは、図７に示すシステム７００等の、異なる波長範囲について最適化された異なる対物レンズによって、異なる波長又は波長範囲をカバーする複数の光源を有する。そのような検査システムは、米国特許出願公開第２００９／０１８０１７６号に記載されており、当該内容は全体として参照によって本明細書に組み込まれる。

システム７００において、レーザ源７０１からの照明は、照明サブシステムの複数の部分に送られる。照明サブシステムの第１部分は、要素７０２ａ〜７０６ａを含む。レンズ７０２ａは、レーザ７０１からの光を集中させる。レンズ７０２ａからの光は、次いで、ミラー７０３ａから反射する。ミラー７０３ａは、照明の目的でこの位置に置かれ、そして他の場所に置かれてもよい。ミラー７０３ａからの光は、次いで、レンズ７０４ａよって集光され、当該レンズは、照明瞳平面７０５ａを形成する。光を修正するための開口、フィルタ又は別のデバイスが、検査モードの要件に基づいて瞳平面７０５ａ内に置かれてもよい。瞳平面７０５ａからの光は、次いで、レンズ７０６ａを通過して、照明フィールド平面７０７を形成する。

照明サブシステムの第２部分は、要素７０２ｂ〜７０６ｂを含む。レンズ７０２ｂは、レーザ７０１からの光を集中させる。レンズ７０２ｂからの光は、次いで、ミラー７０３ｂから反射する。ミラー７０３ｂからの光は、次いで、照明瞳平面７０５ｂを形成するレンズ７０４ｂによって集光される。光を修正するための開口、フィルタ又は別のデバイスが、検査モードの要件に基づいて瞳平面７０５ｂ内に置かれてもよい。瞳平面７０５ｂからの光は、次いで、レンズ７０６ｂを通過し、照明フィールド平面７０７を形成する。第２部分からの光は、次いで、ミラー又は反射面によって向きを変えられることにより、照明フィールド平面７０７における照明フィールド光エネルギが、結合された照明部分から構成される。

フィールド平面光は、次いで、ビームスプリッタ７１０から反射する前にレンズ７０９によって集光される。レンズ７０６ａ及び７０９は、対物レンズ瞳平面７１１において第１照明瞳平面７０５ａの画像を形成する。同様に、レンズ７０６ｂ及び７０９は、対物レンズ瞳平面７１１において第２照明瞳平面７０５ｂの画像を形成する。対物レンズ７１２（又は、代替的に７１３）は、次いで、瞳光を受け、試料７１４において照明フィールド７０７の画像を形成する。対物レンズ７１２又は対物レンズ７１３は、試料７１４の近傍に設置されてもよい。試料７１４は、ステージ（図示せず）上で動いてもよく、当該ステージは、望ましい位置に試料を配置する。試料７１４から反射及び散乱させられた光は、高ＮＡ反射屈折対物レンズ７１２又は対物レンズ７１３によって集光される。対物レンズ瞳平面７１１において反射光瞳を形成した後に、光エネルギは、結像サブシステム内に内部フィールド７１６を形成する前に、ビームスプリッタ７１０及びレンズ７１５を通過する。この内部結像フィールドは、試料７１４及び対応する照明フィールド７０７の画像である。このフィールドは、照明フィールドに対応する複数のフィールドに空間的に分離されてもよい。これらのフィールドのそれぞれは、独立した結像モードをサポートしてもよい。

これらのフィールドのうちの１つは、ミラー７１７を用いて向きを変えられてもよい。向きを変えられた光は、次いで、別の結像瞳７１９ｂを形成する前に、レンズ１０１８ｂを通過する。この結像瞳は、瞳７１１及び対応する照明瞳７０５ｂの画像である。光を修正するための開口、フィルタ又は別のデバイスが、検査モードの要件に基づいて瞳平面７１９ｂ内に置かれてもよい。瞳平面７１９ｂからの光は、次いで、レンズ１０２０ｂを通過してセンサ７２１ｂ上に画像を形成する。同様の態様で、ミラー又は反射表面７１７を通り過ぎる光は、レンズ７１８ａによって集光されて結像瞳７１９ａを形成する。結像瞳７１９ａからの光は、次いで、検出器７２１ａ上に画像を形成する前に、レンズ７２０ａによって集光される。検出器７２１ａ上に結像された光は、センサ７２１ｂ上に結像された光と異なる結像モードのために用いられてもよい。

システム７００内で利用される照明サブシステムは、レーザ源７０１、集光光学部品７０２〜７０４、瞳平面７０５の近傍に置かれたビーム成形構成要素及びリレー光学部品７０６及び７０９から構成されている。内部フィールド平面７０７が、レンズ７０６と７０９との間に置かれる。１つの好ましい構成では、レーザ源７０１は、上記の改善されたレーザのうちの１つを含んでもよい。

レーザ源７０１に関して、透過の２個の地点又は角度を有する単一の均一ブロックとして示されているけれども、実際は、これは、照明の２個のチャネルを提供することができるレーザ源であり、当該２個のチャネルとは、例えば、要素７０２ａ〜７０６ａを通過する第１周波数のレーザ光エネルギ等の光エネルギの第１チャネルと、要素７０２ｂ〜７０６ｂを通過する第２周波数のレーザ光エネルギ等の光エネルギの第２チャネルと、である。異なる光照明モード、例えば、一方のチャネル内での明視野照明及び他方チャネル内での暗視野モード等が使用してもよい。

レーザ源７０１からの光エネルギが、９０度の間隔をあけて放出されるように示され、そして、要素７０２ａ〜７０６ａと７０２ｂ〜７０６ｂとが、９０度の角度に向けられているけれども、実際には、光は、必ずしも二次元内にない様々な向きで放出されてもよく、そして、構成要素は、示しているのと異なるように向けられてもよい。図７は、そのため、使用される構成要素の単に代表的なものであり、示している角度又は距離は、共通の尺度を有さず、設計に対する具体的な要件でもない。

瞳平面７０５の近傍に置かれた要素は、開口形状のコンセプトを用いる現在のシステム内で使用されてもよい。この設計を用いて、個々の点照明、リング照明、四極子照明又は別の望ましいパターンだけでなく、均一照射又は近均一照射が、実現されてもよい。

対物レンズについての様々な実装が、一般の結像サブシステムにおいて使用されてもよい。単一の固定対物レンズが、使用されてもよい。単一の対物レンズが、全ての望ましい結像及び検査モードをサポートしてもよい。そのような設計は、結像システムが比較的大きいフィールドサイズ及び比較的高い開口数をサポートする場合に、達成可能である。開口数は、瞳平面７０５ａ、７０５ｂ、７１９ａ及び７１９ｂに置かれた内部開口を用いることによって目標値まで低減されてもよい。

複数の対物レンズが、また、図７に示すように用いられてもよい。例えば、２個の対物レンズ７１２及び７１３が示されているけれども、任意の数が可能である。そのような設計でのそれぞれの対物レンズは、レーザ源７０１によって発生させられたそれぞれの波長に対して最適化されてもよい。これらの対物レンズ７１２及び７１３は、位置が固定されるか、又は試料７１４の近傍の適所まで動かされるかのいずれかであってもよい。複数の対物レンズを試料の近傍に動かすために、回転タレットが、標準の顕微鏡において一般的であるように用いられてもよい。試料の近傍で対物レンズを動かすための別の設計が利用可能であり、当該設計は、ステージ上で対物レンズを横方向に並進させること、及び角度計を用いて円弧状に対物レンズを並進させることを含むが、これらに限定されない。加えて、固定対物レンズとタレット上の複数の対物レンズとの任意の結合が、本システムに従って達成されてもよい。

この構成の最大開口数は、０．９７に近くなるか又は上回ってもよいけれども、特定の例ではより高くてもよい。この高ＮＡ反射屈折結像システムについて可能な照明及び集光角の広い範囲が、それ自体の大きいフィールドサイズと組み合わされて、システムが同時に複数の検査モードをサポートすることを可能にする。上記パラグラフから理解されてもよいように、複数の結像モードは、照明デバイスと関連した単一の光学システム又は機械を用いて実装されてもよい。照明及び集光について開示された高ＮＡは、同一の光学システムを用いる結合モードの実装を許容し、それによって、様々なタイプの欠陥又は試料についての結像の最適化を可能にする。

結像サブシステムが、また、光学部品７１５を形成する中間画像を含む。光学部品７１５を形成する画像の目的は、試料７１４の内部画像７１６を形成することである。この内部画像７１６では、ミラー７１７は、検査モードのうちの１つに対応する光の向きを変えるように置かれてもよい。結像モードに対する光は、空間的に独立しているので、この位置での光の向きを変えることは可能である。画像形成光学部品７１８（７１８ａ及び７１８ｂ）並びに７２０（７２０ａ及び７２０ｂ）が可変焦点ズーム、集中光学部品を有する複数の無限焦点チューブレンズ又は複数の画像形成マグチューブを含むいくつかの異なる形式で実装されてもよい。

このレーザは、図８に示すように、暗視野及び明視野検査モードを有する検査システムにおいて用いられてもよい。この図及びシステムは、米国特許出願公開第２００７／０００２４６５号に記載されており、その内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。図８は、垂直入射レーザ照明を組み込む反射屈折結像システム８００を示す。システム８００の照明ブロックは、レーザ８０１と、検査されている表面上の照明ビームサイズ及びプロファイルを制御するための適応光学部品８０２と、機械式ハウジング８０４内の開口及び窓８０３と、試料８０８の表面への垂直入射において光軸に沿ってレーザの向きを変えるプリズム８０５と、を含む。プリズム８０５は、また、試料８０８の表面特徴からの鏡面反射及び対物レンズ８０６の光学表面からの反射を光路に沿って画像平面８０９まで導く。対物レンズ８０６のためのレンズは、反射屈折対物レンズ、集中レンズグループ及びズーミングチューブレンズ部分８０７の一般的形式で提供されてもよい。好ましい実施形態では、レーザ８０１は、上記の改善されたレーザのうちの１つによって実装されてもよい。

このレーザは、図９Ａ及び９Ｂに示すような傾斜線照明を有する暗視野検査システムにおいて用いられてもよい。この検査システムは、示すような軸外及び近垂直集光を含む２個又は３個の異なる集光システムを有してもよい。この暗視野検査システムは、また、垂直入射線照明（図示せず）を含んでもよい。図９Ａ及び９Ｂに示すシステムの説明を含むより多くの詳細が、米国特許第７，５２５，６４９号に見ることができ、その内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。

図９Ａは、表面９１１の領域を検査するための照射システム９０１と、集光システム９１０と、を含む表面検査装置９００を示す。図９Ａに示すように、レーザシステム９２０は、ビーム成形光学部品９０３を通して光ビーム９０２を導く。好ましい実施形態では、レーザシステム９２０は、上記のレーザのうちの１つを含む。第１ビーム成形光学部品９０３は、レーザシステムからビームを受け取るように構成されてもよく、当該ビームは表面９１１上に集中させられる。

ビーム成形光学部品９０３は、それの主平面が試料表面９１１にほぼ平行であり、その結果、照明線９０５が、ビーム成形光学部品９０３の焦点平面内の表面９１１上に形成されるように向けられている。加えて、光ビーム９０２及び集中ビーム９０４は、表面９１１に非直交入射角で導かれる。特に、光ビーム９０２及び集中ビーム９０４は、表面９１１に垂直方向から約１°と約８５°との間の角度で導かれてもよい。このように、照明線９０５は、実質的に集中ビーム９０４の入射平面内にある。

集光システム９１０は、照明線９０５から散乱させられた光を集光するためのレンズ９１２と、光検出器のアレイを備える電荷結合素子（ＣＣＤ）９１４等のデバイス上にレンズ９１２から外に出る光を集中させるためのレンズ９１３と、を含む。一実施形態では、ＣＣＤ９１４は、検出器の直線アレイを含んでもよい。そのような場合、ＣＣＤ９１４内部の検出器の直線アレイは、照明線９０５に平行に向けられてもよい。一実施形態では、複数の集光システムが含まれてもよく、集光システムのそれぞれは、類似の構成要素を含むけれども、向きが異なる。

例えば、図９Ｂは、表面検査装置のための集光システム９３１、９３２、及び９３３の例示的なアレイを示す（それの照射システム、例えば、照射システム９０１に類似のものは、簡略のため図示せず）。集光システム９３１内の第１光学部品は、試料９１１の表面から第１方向に散乱させられた光を集光する。集光システム９３２の第２光学部品は、試料９１１の表面から第２方向に散乱させられた光を集光する。集光システム９３３の第３光学部品は、試料９１１の表面から第３方向に散乱させられた光を集光する。留意すべきは、第１、第２及び第３経路が、試料９１１の前記表面に対して異なる反射角にあることである。試料９１１を支持する試料台９１２が用いられて、光学部品と試料９１１との間で相対移動を生じさせることにより、試料９１１の表面全体が走査されてもよい。

このレーザは、また、図１０及び１１に示すもの等のパターン無しウェハのための検査システム内で用いられてもよい。そのような検査システムは、これらの図に示すように、斜及び／又は垂直入射照明並びに散乱光に対する大きい集光立体角を組み込んでもよい。パターン無しウェハ検査システムに関するより多くの詳細及び図１０及び１１の要素についての説明は、米国特許第６，２０１，６０１号及び第６，２７１，９１６号に見ることができ、それらの内容の両方は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

図１０は、表面１００１上にある異常を検査するために用いられてもよい表面検査システム１０００を示す。この実施形態では、表面１００１は、上記の改善されたレーザのうちの１つによって発生させられたレーザビームを備えるレーザシステム１０３０の実質的に固定の照明デバイス部分によって照明されてもよい。レーザシステム１０３０の出力は、偏光光学部品１０２１、ビーム拡大器及び開口１０２２、並びにビームを拡大及び集中させるためのビーム形成光学部品１０２３を連続的に通過させられてもよい。

結果として生じる集中レーザビーム１００２は、次いで、ビーム折畳み構成要素１００３及びビーム偏向器１００４によって反射されることにより、ビーム１００５を表面１００１に向かって導いて表面を照明する。好ましい実施形態において、ビーム１００５は、表面１００１に対して実質的に垂直であるか又は直角をなしているが、別の実施形態では、ビーム１００５は、表面１００１に対して斜角であってもよい。

一実施形態では、ビーム１００５は表面１００１に対して実質的に直角又は垂直であり、そしてビーム偏向器１００４は、ビームの鏡面反射を表面１００１からビーム回転構成要素１００３に向かって反射し、それによって、シールドとして作用して鏡面反射が検出器に到達することを防止する。鏡面反射の方向は、線ＳＲに沿っており、当該線は、試料の表面１００１に垂直である。ビーム１００５が表面１００１に垂直である一実施形態では、この線ＳＲは、照明ビーム１００５の方向と一致し、この場合、この共通の基準線又は方向は、本明細書では、検査システム１０００の軸線と呼ばれる。ビーム１００５が表面１００１に対して斜角である場合、鏡面反射ＳＲの方向は、ビーム１００５の入来方向と一致しないであろうが、そのような例では、面法線の方向を示す線ＳＲは、検査システム１０００の集光部分の主軸線と呼ばれる。

小粒子によって散乱させられた光は、ミラー１００６によって集光されて、開口１００７及び検出器１００８に向かって導かれる。大粒子によって散乱させられた光は、レンズ１００９によって集光されて、開口１０１０及び検出器１０１１に向かって導かれる。留意すべきは、いくつかの大粒子は、また集光されて検出器１００８まで導かれる光を散乱させることもあり、同様に、いくつかの小粒子は、また集光されて検出器１０１１まで導かれる光を散乱させることもあるけれども、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、比較的低い強度のものであることである。一実施形態では、検出器１０１１は、光感知要素のアレイを含んでもよく、光感知要素のアレイのそれぞれの光感知要素は、照明線の拡大された画像のそれに対応する部分を検出するように構成されている。一実施形態では、検査システムは、パターン無しウェハ上の欠陥の検出に用いるように構成されてもよい。

図１１は、垂直及び斜照明ビームの両方を用いる異常検出を実装するように構成された検査システム１１００を示す。この構成において、レーザシステム１１３０は、上記の改善されたレーザのうちの１つを含み、そしてレーザビーム１１０１を提供してもよい。レンズ１１０２は、空間フィルタ１１０３を通してビーム１１０１を集中させ、レンズ１１０４は、ビームを視準し、それを偏光ビームスプリッタ１１０５に送る。ビームスプリッタ１１０５は、第１偏光成分を垂直照明チャネルに渡し、第２偏光成分を斜照明チャネルに渡し、この場合、第１成分と第２成分とは直交している。垂直照明チャネル１１０６において、第１偏光成分は、光学部品１１０７によって集中させられ、ミラー１１０８によって試料１１０９の表面に向かって反射される。試料１１０９によって散乱させられた放射は、放物面ミラー１１１０によって光電子増倍管１１１１に集光及び集中させられる。

斜照明チャネル１１１２において、第２偏光成分は、ビームスプリッタ１１０５によってミラー１１１３まで反射され、当該ミラーは、そのようなビームを１／２波長板１１１４を通して反射し、そして光学部品１１１５によって試料１１０９に集中させる。斜チャネル１１１２内の斜照明ビームから発生し、試料１１０９によって散乱させられた放射は、また、放物面ミラー１１１０によって集光されて検出器１１１１に集中させられる。いくつか実施形態では、検出器１１１１は、光電子増倍管、直線アレイ検出器及び画像強化直線アレイ検出器のうちの１つを備える。留意すべきは、検出器１１１１が、それの入口に開口を有することである。開口及び（表面１１０９上の垂直及び斜照明チャネルから）照明されるスポット又は線は、好ましくは、放物面ミラー１１１０の焦点にある。

放物面ミラー１１１０は、試料１１０９から散乱された放射を視準ビーム１１１６中に視準する。視準化ビーム１１１６は、次いで、対物レンズ１１１７によって集中させられ、検光器１１１８を通して検出器１１１１まで進む。留意すべきは、放物面形状以外の形状を有する湾曲鏡面が、また用いられてもよいことである。器具１１２０が、ビームと試料１１０９との間の相対移動を提供することにより、ビームが試料１１０９の表面にわたって走査されてもよい。

本発明がある特定の実施形態に関して説明されてきたけれども、本発明の発明的特徴は、別の実施形態に同様に適用可能であり、それらの全ては、本発明の範囲内にあることが意図されていることが当業者には明らかであろう。

Claims (35)

1. 約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内の波長を有する連続波（ＣＷ）レーザ出力光を発生させるためのレーザアセンブリであって、
   第１基本波周波数と共にそれに対応する約１μｍと１．１μｍとの間の第１基本波波長を有する第１基本ＣＷ光を発生させるように構成された第１基本ＣＷレーザと、
   前記第１基本ＣＷ光の第１部分を受け取るように結合され、前記第１基本波周波数の４倍に等しい第４高調波周波数を有する第４高調波光を発生させるように構成された第４高調波発生モジュールと、
   前記第１基本ＣＷ光の第２部分を受け取るように、及び前記第４高調波発生モジュールからの前記第４高調波光を受け取るように結合された第５高調波発生モジュールであって、前記第５高調波発生モジュールは、前記第４高調波光と前記第１基本ＣＷ光の第２部分とを混合することによって、前記第１基本波周波数の５倍に等しい第５高調波周波数を有する第５高調波光を発生させるように構成されている、第５高調波発生モジュールと、
   前記第５高調波光を、第２周波数と共にそれに対応する１．２６μｍと１．８２μｍとの間の第２波長を有する第２ＣＷ光と混合することによって、前記レーザ出力光を発生させるように構成された周波数混合モジュールと、を備え、
   前記第５高調波発生モジュールは、第１共振器と、第１非線形結晶と、を備え、前記第１共振器は、前記第１基本ＣＷ光の第２部分を循環させることにより、循環させられた前記第１基本波光が前記第１非線形結晶を通過するように構成されている複数の第１ミラーによって形成され、前記第１非線形結晶は、前記循環させられた第１基本波光を前記第４高調波発生器から直接受け取られた前記第４高調波光と混合して前記第５高調波光を発生させるように構成され、
   前記周波数混合モジュールは、第２共振器と、第２非線形結晶と、を備え、前記第２共振器は、前記第２ＣＷ光を循環させて、前記循環させられた第２ＣＷ光が前記第２非線形結晶を通過するように構成されている複数の第２ミラーによって形成され、前記第２非線形結晶は、前記第５高調波光を前記第５高調波発生器から直接受け取ることにより、前記第５高調波光が前記循環させられた第２ＣＷ光と混合して前記レーザ出力光を発生させるように構成され、
   前記第１及び第２非線形結晶のうちの少なくとも１つは、アニールされたセシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶、水素処理ＣＬＢＯ結晶及び重水素処理ＣＬＢＯ結晶のうちの１つを備える、レーザアセンブリ。
2. 第１パワーレベルの前記第２ＣＷ光を発生させるように構成された第２基本波レーザを更に備え、
   前記周波数混合モジュールは、前記第２ＣＷ光を前記第２基本波レーザから受け取って、前記第２ＣＷ光が前記第２共振器内で循環させられるように構成され、前記第２共振器は、前記第２ＣＷ光の第２基本波周波数で共振することにより、前記循環させられた第２ＣＷ光の第２パワーレベルが前記第１パワーレベルよりも大きいように構成されている、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
3. 第１周波数の第２レーザ光を発生させるように構成されたポンプレーザを更に備え、
   前記第２共振器は、固体レーザ共振器及び光学パラメトリック発振共振器のうちの１つを備え、前記第２共振器は、前記ポンプレーザから受け取られた前記第２レーザ光を用いて前記循環させられる第２ＣＷ光を発生させることにより、前記循環させられる第２ＣＷ光は、前記第１周波数よりも低い第２周波数を有するように構成されている、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
4. 前記第１基本波レーザは、前記第１基本波周波数が、約１０７０ｎｍ、約１０６４ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ及び約１０３０ｎｍのうちの１つに等しいそれに対応する波長を有するように構成されている、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
5. 前記第１基本波レーザは、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープファイバレーザ又はファイバ増幅器、ネオジム（Ｎｄ）ドープ固体レーザ及びＮｄドープファイバレーザ又はファイバ増幅器のうちの１つを備える、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
6. 前記第４高調波発生モジュールは、２個の周波数２逓倍共振器モジュールを備える、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
7. 前記第５高調波発生モジュールは、前記第４高調波光及び前記循環させられた第１基本波光が実質的に共線的に前記第１非線形結晶を透過させられるように構成されている、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
8. 前記第２基本波レーザは、Ｙｂドープファイバレーザ、Ｎｄドープ固体レーザ、ファイバレーザ又はファイバ増幅器、及びエルビウム（Ｅｒ）ドープ固体レーザ、ファイバレーザ又はファイバ増幅器のうちの１つを備える、請求項２に記載のレーザアセンブリ。
9. 前記周波数混合モジュールは、Ｎｄドープ利得媒体及びエルビウム（Ｅｒ）ドープ利得媒体のうちの１つを更に備える、請求項３に記載のレーザアセンブリ。
10. 前記第２共振器は、光学ダイオード及びエタロンを更に備える、請求項３に記載のレーザアセンブリ。
11. 前記周波数混合モジュールは、周期分極反転酸化マグネシウムドープ化学量論的タンタル酸リチウム及び周期分極反転酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウムのうちの１つを更に備える、請求項３に記載のレーザアセンブリ。
12. 前記周波数混合モジュールは、前記第５高調波光を前記循環させられる第２ＣＷ光とともに実質的に共線的に前記第２非線形結晶を透過させるように構成されている、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
13. 前記第１非線形結晶を約８０℃以下の一定温度で保持するための手段を更に備える、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
14. 第２非線形結晶を約３０℃以下の一定温度で保持するための手段を更に備える、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
15. 前記第１基本波レーザは、前記第１基本波周波数が、約１０６４ｎｍ及び約１０７０ｎｍのうちの１つに等しいそれに対応する波長を有するように構成され、前記第２周波数は、約１２６０ｎｍから約１４２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
16. 前記第１基本波レーザは、前記第１基本波周波数が約１０４７ｎｍ及び約１０５３ｎｍのそれに対応する波長を有するように構成され、前記第２周波数は、約１２９０ｎｍから約１５９０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
17. 前記第１基本波レーザは、前記第１基本波周波数が約１０３０ｎｍのそれに対応する波長を有するように構成され、前記第２周波数は、約１４９０ｎｍから約１８２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
18. 約１８１ｎｍから約１８５ｎｍまでの範囲内の波長を有する連続波（ＣＷ）レーザ出力光を発生させる方法であって、
    第１基本波周波数と共にそれに対応する約１μｍと１．１μｍとの間の第１基本波波長を有する第１基本波光を発生させることと、
    前記第１基本波光の第１部分を、前記第１基本波周波数の４倍に等しい第４高調波周波数を有する第４高調波光に変換することと、
    前記第１基本波光の第２部分と前記第４高調波光とを混合することによって、前記第１基本波周波数の５倍に等しい第５高調波周波数を有する第５高調波光を発生させることであって、前記混合することは、前記第２部分を第１共振器内で循環させることにより、前記循環させられた第１基本波光が前記第４高調波光を受け取るようにまた設置されている第１非線形結晶を通過することを備える、ことと、
    前記ＣＷレーザ出力光を発生させるために、前記第５高調波光を、第２周波数と共にそれに対応する１．２６μｍと１．８２μｍとの間の波長を有する第２ＣＷ光と混合することであって、前記混合することは、前記第２ＣＷ光を第２共振器内で循環させることにより、前記循環させられた第２ＣＷ光が前記第５高調波光を受け取るようにまた設置されている第２非線形結晶を通過することを備える、ことと、を備え、
    前記第１及び第２非線形結晶のうちの少なくとも１つは、アニールされたセシウムホウ酸リチウム（ＣＬＢＯ）結晶、水素処理ＣＬＢＯ結晶及び重水素処理ＣＬＢＯ結晶のうちの１つを備える、方法。
19. 第１パワーレベルの及び第２基本波周波数を有する第２基本波光として前記第２ＣＷ光を発生させるために、第２基本波レーザを利用することと、
    前記第２基本波光を前記第２基本波レーザから前記第２共振器中に導くことであって、それにより前記第２基本波光が前記第２共振器内で循環させられ、前記第２共振器は、前記第２基本波周波数で共振することにより、前記循環させられる第２基本波光の第２パワーレベルが前記第１パワーレベルよりも大きいように構成されている、ことと、を更に備える、請求項１８に記載の方法。
20. 第１周波数の第２レーザ光を発生させるために、ポンプレーザを利用することを更に備え、
    前記第５高調波光を第２ＣＷ光と混合することは、前記第２レーザ光を前記第２共振器中に導くことを備え、
    前記第２共振器は、固体レーザ共振器を備え、前記固体レーザ共振器は、前記ポンプレーザから受け取られた前記第２レーザ光を用いて前記循環させられる第２ＣＷ光を発生させることにより、前記循環させられる第２ＣＷ光が前記第１周波数よりも低い第２周波数を有するように構成されている、請求項１８に記載の方法。
21. 第１周波数の第２レーザ光を発生させるために、ポンプレーザを利用することを更に備え、
    前記第５高調波光を第２ＣＷ光と混合することは、前記第２レーザ光を前記第２共振器中に導くことを備え、
    前記第２共振器は、光学パラメトリック発振共振器を備え、前記光学パラメトリック発振共振器は、前記ポンプレーザから受け取られた前記第２レーザ光のダウンコンバージョンによって前記循環させられるＣＷ光を発生させることにより、前記循環させられるＣＷ光が前記第１周波数よりも低い第２周波数を有するように構成されている、請求項１８に記載の方法。
22. 前記第１基本波光を発生させることは、約１０７０ｎｍ、約１０６４ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０４７ｎｍ及び約１０３０ｎｍのうちの１つに等しい波長を有するレーザ光を発生させることを備える、請求項１８に記載の方法。
23. 前記第１基本波光を発生させることは、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープファイバレーザ又はファイバ増幅器、ネオジム（Ｎｄ）ドープ固体レーザ及びＮｄドープファイバレーザ又はファイバ増幅器のうちの１つを利用することを備える、請求項１８に記載の方法。
24. 前記第１基本波光の第１部分を前記第４高調波光に変換することは、前記第１基本波光の第１部分を２個の周波数２逓倍共振器を通過させることを備える、請求項１８に記載の方法。
25. 前記第５高調波光を発生させることは、前記第４高調波光と前記第１基本波光の第２部分とを実質的に共線的に前記第１非線形結晶を透過させることを備える、請求項１８に記載の方法。
26. Ｙｂドープファイバレーザ、Ｎｄドープ固体レーザ、ファイバレーザ又はファイバ増幅器、及びエルビウム（Ｅｒ）ドープ固体レーザ、ファイバレーザ又はファイバ増幅器のうちの１つを利用して前記第２ＣＷ光を発生させることを更に備える、請求項１８に記載の方法。
27. 前記第５高調波光を前記第２ＣＷ光と混合することは、前記循環させられる第２ＣＷ光をＮｄドープ利得媒体及びエルビウム（Ｅｒ）ドープ利得媒体のうちの１つを通して導くことを備える、請求項１８に記載の方法。
28. 前記第５高調波光を前記第２ＣＷ光と混合することは、前記循環させられる第２ＣＷ光を光学ダイオード及びエタロンのうちの少なくとも１つを通して導くことを備える、請求項１８に記載の方法。
29. 前記第５高調波光を前記第２ＣＷ光と混合することは、前記循環させられる第２ＣＷ光を周期分極反転酸化マグネシウムドープ化学量論的タンタル酸リチウム及び周期分極反転酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウムのうちの１つを通して導くことを備える、請求項２１に記載の方法。
30. 前記第５高調波光と前記第２ＣＷ光とを混合することは、前記第５高調波光と前記第２ＣＷ光とを実質的に共線的に前記第２非線形結晶を透過させることを備える、請求項１８に記載の方法。
31. 前記方法は、前記第１非線形結晶を約８０℃以下の一定温度で保持することと、前記第２非線形結晶を約３０℃以下の一定温度で保持することと、を更に備える、請求項１８に記載の方法。
32. 前記第１基本波周波数は、約１０６４ｎｍ又は約１０７０ｎｍのそれに対応する波長を有し、前記第２周波数は、約１２６０ｎｍから約１４２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１８に記載の方法。
33. 前記第１基本波周波数は、約１０６４ｎｍのそれに対応する波長を有し、前記第２周波数は、約１２６０ｎｍから約１４２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項２１に記載の方法。
34. 前記第１基本波周波数は、約１０４７ｎｍ又は約１０５３ｎｍのそれに対応する波長を有し、前記第２周波数は、約１２９０ｎｍから約１５９０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１８に記載の方法。
35. 前記第１基本波周波数は、約１０３０ｎｍのそれに対応する波長を有し、前記第２周波数は、約１４９０ｎｍから約１８２０ｎｍまでの範囲内のそれに対応する波長を有する、請求項１８に記載の方法。