JP5255838B2

JP5255838B2 - 半導体検査用のファイバ増幅器ベースの光源

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Publication number: JP5255838B2
Application number: JP2007529941A
Authority: JP
Inventors: ユン−ホチャン; ジョセフジェイアームストロング
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2025-08-16
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Description

本出願は、２００４年８月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６０４５４０号「半導体検査用のファイバ増幅器ベースの光源（Fiber Amplifier Based Light Source for Semiconductor Inspection）」および２００４年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／６２０８１４号「半導体ウエハ検査用のコヒーレント遠紫外光源（Coherent DUV Sources for Semiconductor Wafer Inspection）」の利益を主張するものである。

本発明は、全体として、半導体ウエハ検査システムやフォトマスク検査システムなどの検査システムと共に用いられる照射器に関し、特にそのような検査システムと共に用いられるファイバ増幅器ベースの光源に関する。

高スループットかつ優れた分解能を発揮するウエハ検査システムやフォトマスク検査システムに対する半導体業界の要求は依然として強い。このような検査システムの後継世代においては、より短波長の光エネルギーを用いてウエハやレチクルを照射することによって、さらに高い分解能が実現する傾向がある。

ＵＶ−ＤＵＶ波長を含む複数の波長の光を用いてウエハやレチクルを照射すると、確実な実用的利点が得られる。優れたウエハ検査システムやフォトマスク検査システムに適したレーザを提供することは、とりわけ困難である。複数の波長や比較的短波長の光エネルギーを発生させる従来のレーザは、通常は大規模で高価な装置になり、比較的寿命が短く平均出力が低い。通常、ウエハ検査システムやフォトマスク検査システムには、十分なスループットと十分な欠陥シグナルノイズ比（ＳＮＲ）を実現するための、平均出力が高く、ピーク出力が低く、比較的短波長のレーザが必要となる。

現在利用できるレーザの中で、エキシマレーザは、短波長で平均出力の高い光源である。しかしながら、エキシマレーザは通常は低い繰り返しレート（repetition rate）、例えば４ないし１０ｋＨｚの範囲で動作する。この範囲の繰り返しレートでは、ピーク出力レベルが極めて高くなる傾向があり、ウエハやレチクルを破損する可能性がある。そのためエキシマレーザでは、多くの高精度なウエハ検査システムやレチクル検査システムにおける要件を満たすことができない。

十分なＤＵＶ出力を提供する別の方法として、より長波長の光源からより短波長の光を発生させる。この波長変更プロセスは、一般に周波数変換と呼ばれる。周波数変換は不十分になることがあり、周波数変換結晶（frequency conversion crystal）に十分な光を供給するための高ピーク出力レーザが必要となる場合がある。

周波数変換を用いる場合、十分な短波長出力を発生させるシステムにおいて十分な長波長出力を発生させる必要がある。十分な長波長出力を発生させることは、従来のレーザでは困難または不可能な場合がある。長波長出力量を増加させる１つの方法として、元のレーザ光源に増幅器を追加する。レーザ増幅器では、一般に空間プロファイルが悪いことや非線形効果を有することなどの特定の問題が伴い、熱レンズとして知られる効果が発生する可能性がある。熱レンズ効果は利得媒体の屈折率が温度と共に変化する場合に発生するが、常に利得媒体の温度は増幅器を通過する光の強度と共に変化する。高出力レーザでこの変化を十分に高い精度で制御することは不可能ではないにしても困難である。レーザの温度が変化すると、ビームの空間プロファイルも変化する傾向がある。非ガウスビームでは、周波数変換プロセスの効果が低下する傾向があり、光学素子が破損する可能性がある。

このような状況において、紫外−遠紫外（ＵＶ−ＤＵＶ）波長を含む複数の波長を用いたレーザベースの照射器や照射構造は、従来の種類の照射器よりも優れた利点をもたらす可能性がある。十分なＳＮＲを提供するのに十分な出力レベルで動作し、比較的安価で寿命の長い照射構造は、適用方法によっては他の照射器にも好適である可能性がある。

周知のシステムにおける上記の問題を克服するシステムを提供し、上記の欠点を有する装置に対して優れた機能性を有する光学検査システムの照射設計を提供することは、有益であると考えられる。

本設計の一態様として、試料検査システムに用いられる照射器を提供する。この照射器は、光エネルギーを受け取ってその光エネルギーを試料に伝送する少なくとも１つの光ファイバを備える。この照射器は少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を備えてもよく、さまざまな機器を追加したり異なる方法を用いたりなどさまざまな状況において照射器の性能を高めたり利用したりすることができる。

本発明の上記およびその他の利点は、以下の本発明の詳細な説明や添付の図面から当業者に理解されるであろう。

以下の図によって本発明の例を示すが、本発明を限定する意図はない。

本設計によれば、利得媒体が光ファイバからなる、半導体検査用のファイバ増幅器ベースの光源を実現することができる。あるいは、少なくとも１つのレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器とを備える、ウエハ検査システムまたはフォトマスク検査システム用の照射器が提供される。レーザ発振器は、固体レーザまたは半導体ダイオードレーザとすることができ、Ｑスイッチまたはモード同期（mode-locked）のパルス列を発生させる手段を含んでもよい。照射器の性能を高めるために、ピーク出力減衰器（peak power reducing hardware）、周波数変換媒体（frequency conversion media）、空間シフト媒体（spatial shifting media）、空間スムージング媒体（spatial smoothing media）、イメージリレー機器（image relay hardware）、時間シフト媒体（temporal shifting media）に限らず、さまざまな装置を用いることができる。

図１および図２は、ウエハ検査システムまたはフォトマスク検査システム用の照射器を示す。図１はレーザ発振器１０１を示し、図２は１つ以上のレーザ発振器２０１と１つ以上のファイバレーザ増幅器２０２とを組み合わせた少し複雑な照射器を示す。本設計はウエハ検査システムまたはフォトマスク検査システム用の照射器に関し、利得媒体が光ファイバを備える。光ファイバ技術と光学結晶とを組み合わせることで、狭帯域光の帯域を広げたり狭帯域波長の光を別の狭帯域波長の光にシフトさせたりして、光波長を同調させることができる。

また本設計において、１つ以上のレーザを使用してコヒーレント光を発生させて１つ以上のファイバレーザ増幅器でそのコヒーレント光を増幅させることなどにより、ウエハやフォトマスクを照射して検査することもできる。以下に説明するように、一定の実施形態では、ファイバレーザ増幅器内でシングルモード伝搬を維持することもできる。

ファイバレーザ増幅器２０２の許容入力（power handling capacity）は、比較的大口径のファイバを用いて高めることができるが、逆に波面の質が低下してファイバレーザ増幅器２０２がマルチモードの挙動を示す可能性がある。本設計では、図３に示すように、ファイバレーザ増幅器２０２がテーパ状の端部を有する大口径ファイバを備えてもよい。光子は、広領域入力３０１からテーパ状の領域に入る。コア３０４の大きさはテーパ状領域３０２内で小さくなるが、クラッド３０３の大きさは小さくなるか一定になるようにすることができる。テーパ状の端部は、ファイバレーザ増幅器内でのより高次なモードを抑制する傾向がある。ビームはファイバを出てシングルモードで出力３０５に伝搬して通過する。

代わりに、フォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことによって、または修正屈折率プロファイル（modified index profile）を有する光ファイバによって、シングルモード（ガウスビームプロファイルなど）の高品質な波面を提供することができる。フォトニック結晶ファイバはマルチコアファイバであってもよい。図４は、フォトニック結晶ファイバ４０１，４０２，４０３の断面の３つの例を示す。これら３つのいずれの例においても、灰色部分はガラスまたはドープされたガラスを示し、白色部分は空気を示す。第１のファイバ４０１はドープされたファイバコア４０６、外部クラッド４０４、環状構造に配置されたエアクラッド４０５の複数のチャネルを示す。第２のファイバ４０２と第３のファイバ４０３とは、ハニカム構造に配置されたエアクラッドのチャネルを示す。通常、これらの構造は、ファイバの長さ方向に沿って空間的に均一である。エアクラッドのチャネル４０５により、約５０ミクロンより大きい口径のファイバ内で、シングルモードの高品質な波面の形成が容易になる。

ファイバレーザ増幅器を屈曲させたり、ファイバレーザ増幅器の端部をテーパ状にしたり、ファイバレーザ増幅器２０２の屈折率を変更したりすることで、ファイバレーザ増幅器２０２内で、ファイバ光学媒体が占有する領域であるモード領域を大きくしたり、シングルモード出力を得たりすることができる。

イッテルビウム、エルビウム、ツリウム、ネオジム、プラセオジム、ホルミウムなどの適切なランタニド元素をファイバレーザ増幅器２０２にドープすることにより、レーザ発振器２０１の帯域内で、ファイバレーザ増幅器２０２を増幅するための周波数を評価することができる。

非線形効果によってファイバレーザ増幅器から出力される狭帯域光の帯域が広がるが、通常これは望ましくない。広帯域光は、後段の周波数変換プロセスの効率を低下させる可能性がある。本設計では、光エネルギーパルスがファイバレーザ増幅器２０２に進行する前に光エネルギーパルスを（時間で）拡張するか、または比較的大きいシングルモード出力を発生させるファイバを用いることで、非線形効果に対処する。ポンプクラッドを有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことで、比較的大きいシングルモード出力を得ることができる。

パルスのエネルギーを時間で拡張すると、パルスの全エネルギーを維持できるが、ピーク出力が低下する可能性がある。図５は単一の格子を用いたエネルギー拡張の例であり、レーザから出力される初期パルス５０１が比較的短い時間周期で発生し、かつ高いピーク出力を示す例である。初期パルス５０１は格子５０２を通過することができる。その後のパルス５０３はより長い時間周期で発生し、総エネルギーは同等だが、ピーク出力は低下する。集束レンズ５０４は、パルスレーザビームをファイバ増幅器５０５に集束する。複数パス構造や複数パルス構造において、鏡などの反射面に加えて２つ以上の格子を用いることもできる。

エネルギー拡張を行うために、本設計では、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を発生させ、レーザ発振器に対してモード同期やＱスイッチを行ってパルス出力ビームを生成し、そのパルス出力ビームのパルスを拡張し、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器でコヒーレント光を増幅することにより、ウエハやフォトマスクなどの試料を照射することができる。この構造では、複数のレーザ発振器を用いて上記のようにレーザ発振器をポンプすることができる。モード同期やＱスイッチは当業者に周知のレーザ技術であるが、通常、モード同期では、レーザ内でレーザエネルギー量を各モードに合わせて変調して、所望の特性を有するエネルギーバーストを選択的に発生させる。Ｑスイッチはレーザ装置の光共振器部内で用いて、レイジング媒体内で比較的高レベルの反転（光利得やエネルギー蓄積）が発生するまでレイジング作用を防止することができる。

ファイバレーザ増幅器で非線形効果を防止するために用いられる第２の技術では、モード領域を拡大する。本設計では、図６に示すように、ポンプクラッドを用いてハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことができる。比較のため、図６には、ビームが小規模のシングルモードである従来のシングルモードファイバ６０１を示す。従来のシングルモードファイバ６０１は、比較的小さくドープされたファイバコア６０３と外部クラッド６０２とを有する。ポンプクラッドを有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバ６０４は、より大規模のシングルモードビームを伝搬でき、フォトニック結晶構造６０７を有するドープされたファイバコア、ポンプクラッド６０６、および外部クラッド６０５を備えることができる。

複数のファイバ増幅器用照射器を用いると、出力を大きくしたり、利用可能な波長の数を増やしたりすることができる。図７は、出力周波数値が同等である複数のファイバレーザ増幅器を有する照射器を示す。図７に示すように、照射器は２つのレーザ発振器７０１，７０３と２つのファイバレーザ増幅器７０２，７０４とを備えることができる。いずれのレーザ発振器７０１，７０３も、同等の中心周波数λ₁を発生させる。ここで、添え字”１”はレーザ発振器７０１，７０３の出力が増幅されていないことを示す。いずれのファイバレーザ増幅器７０２，７０４も、周波数が実質的に同じである光を増幅する。図中、λ₁の前の文字”Ｘ”は、レーザ出力の強度が増幅器によってある倍率で増幅されたことを示す。

図８は、別の構造における、出力周波数が実質的に同じである複数のファイバレーザ増幅器を示す。図８に示すように、照射器は２つのファイバレーザ増幅器８０２，８０３にレーザを供給する１つのレーザ発振器８０１を備えることができる。いずれのレーザ増幅器８０２，８０３も、実質的に同じである周波数を増幅する。図８の構造では、レーザ発振器８０１の出力光を２つのファイバレーザ増幅器８０２，８０３に伝送するためのビームスプリッタ８０４または別の装置が必要になる場合がある。図７および図８の構造では、利用可能な出力を大きくしたり、周波数が実質的に同じである光の複数のチャネルを提供したりすることで、同じ検査システム内で明視野イメージングと暗視野イメージングを行うことができる。

図９は、複数のファイバレーザ増幅器を備え、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する照射器を示す。図９は、２つのレーザ発振器９０１，９０３と２つのファイバレーザ増幅器９０２，９０４とを備える照射器を示す。いずれのレーザ発振器９０１，９０３も、同等の中心周波数（λ₁）を発生させる。第１のファイバレーザ増幅器９０２は、第１のレーザ発振器９０１の利得帯域幅内の周波数λ₁を選択的に増幅することができ、第２のファイバレーザ増幅器９０４は、第２のレーザ発振器９０３の利得帯域幅内の別の周波数λ₂を選択的に増幅することができる。

図１０は、出力周波数が異なる複数のファイバレーザ増幅器の別の構造を示す。図１０は、１つのレーザ発振器１００１と２つのファイバレーザ増幅器１００２，１００３とを備える照射器を示す。第１のファイバレーザ増幅器１００２は、レーザ発振器１００１の利得帯域幅内の周波数λ₁を有する光を選択的に増幅する。第２のファイバレーザ増幅器１００３は、同じレーザ発振器１００１の利得帯域幅内の別の周波数λ₂を有する光を選択的に増幅する。この別の構造では、レーザ発振器１００１の出力光を２つのファイバレーザ増幅器１００２，１００３に伝送するためのビームスプリッタ１００４または別の装置を用いることができる。図９および図１０の構造により、材料や厚さが異なる層を容易に検査することができる。

図９および図１０の装置を用いて、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光のビームを発生させ、このコヒーレント光のビームを複数のサブビームに分割し、複数のファイバレーザ増幅器を用いてこのコヒーレント光のサブビームを増幅することにより、ウエハやフォトマスクなどの試料を照射することができる。あるいは、ファイバレーザ増幅器で、レーザ発振器の利得帯域幅内の同じまたは同等である周波数を増幅することができる。別の実施形態では、各ファイバレーザ増幅器で、レーザ発振器の利得帯域幅内の異なる周波数を増幅することができる。

一般に、図７ないし図１０と同等の構造では、任意の数のレーザ発振器およびファイバレーザ増幅器を用いることができるが、それぞれコストと性能とについてトレードオフが伴うことになる。

レーザ発振器２０１は、固体レーザや半導体ダイオードレーザなど、実質的にあらゆる種類のレーザであってよい。半導体レーザは、通常、出力が数百ミリワットであり、中心周波数が６００ｎｍないし９００ｎｍである。

比較的短波長の光によって、ウエハやフォトマスクの微小な特徴に対する高分解能検査を向上させることができる。特定の種類の検査では、ファイバレーザ増幅器から出力された光の周波数を変換するための機器を備える照射器が必要になる場合がある。周波数変換を効率的に行うには、通常、比較的高いピーク出力が必要になり、比較的高いピーク出力を発生させるために、Ｑスイッチまたはモード同期のパルス列を生成する１つまたは複数の装置を用いることができる。

図１１は、少なくとも１つのレーザ発振器１１０１と、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器１１０２と、Ｑスイッチまたはモード同期のパルス列生成装置１１０３とを備える検査システム用照射器を示す。図１１の装置を使用する照射では、レーザ発振器をポンプすることによってコヒーレント光を発生させ、このレーザ発振器または複数のレーザ発振器に対してモード同期やＱスイッチを行ってパルス出力ビームを生成し、１つ以上のファイバレーザ増幅器でコヒーレント光を増幅する。

一般に、高ピーク出力は効率的な周波数変換に役立つが、ビームのピーク出力は繰り返しレートに反比例する。このため、比較的低い繰り返しレートでは比較的高いピーク出力が発生する。繰り返しレートを高くすると、試料で反射する信号や試料を通過する信号の捕捉に用いられる時間領域積分（ＴＤＩ）センサの性能を向上させることができる。

Ｑスイッチまたはモード同期のパルス列１１０３の生成には、受動装置または能動装置を用いることができる。受動装置には、例えば、半導体物質またはカーボンナノチューブで製造される飽和性吸収体が挙げられる。能動装置としては、例えば、音響光学変調器や電気光学変調器、反射率を制御可能なアクティブミラー、電子スイッチが挙げられる。

図１２は、ファイバレーザ発振器１２０６を示し、ブラケットは、ブラケットの右側にあるすべての部材がファイバレーザ発振器の構成要素であることを示す。１つのミラーを、Ｑスイッチまたはモード同期のパルスを生成する飽和性吸収体１２０１とすることができる。飽和性吸収体１２０１は、半導体物質で構成されるブラッグ反射器、一般には、連続発振レーザから光を受け取る際に短時間で吸収から反射に変化するようにｎドープとｐドープとを交互に行った約５０ないし８０層のガリウムヒ素のヘテロ構造で構成されるブラッグ反射器とすることができる。飽和性吸収体１２０１とドープファイバ１２０５との間にコリメートレンズ１２０７を配置するか、または飽和性吸収体１２０１をドープファイバ１２０５に直接取り付けることができる。

通常、飽和性吸収体１２０１は、ファイバの長さによって変化する、約５ないし１００ＭＨｚを超える範囲の繰り返しレートを発揮する。飽和性吸収体１２０１が共振器のラウンドトリップ時間よりも速く動作する限りは、共振器の長さによって繰り返しレートが決まる。この構造では、ファイバの長さが１．８７５メートルの場合、約８０ＭＨｚの繰り返しレートを発揮する。

ファイバレーザ発振器１２０６の第２のミラーは、出力格子１２０４である。複数のレーザダイオード１２０２が、利得媒体、すなわちポンプクラッドで被覆されたドープファイバ１２０５をポンプすることができる。ポンプコンバイナ１２０３は、レーザダイオード１２０２から、ドープファイバ１２０５を被覆するポンプクラッドに光を導くことができる。

図１３は、能動的な強度変調器１３０２を有しリング状に構成されたファイバレーザ発振器１３０１の例を示す。ファイバリング共振器１３０３は、ポンプクラッドを有する光ファイバを備えることができる。２つのレーザダイオード１３０４はポンプエネルギーを供給する。図に示すように、ドープファイバ１３０５を設けることもできる。

本設計では、１つ以上のファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を発生させることによって照射することができる。ファイバレーザ発振器は、比較的小型で安価である。照射器は、１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを備えることができ、少なくとも１つのレーザ発振器をファイバレーザ発振器とすることができる。例えば、図２の１つ以上のレーザ発振器２０１をファイバレーザ発振器とすることができる。本設計では、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とを組み合わせることができる。この場合、少なくとも１つのファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を発生させ、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてこのコヒーレント光を増幅することができる。ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とを組み合わせると、比較的高い出力と比較的良好なビーム品質が得られる。

少なくとも１つのファイバレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器とを有する照射器は、１つ以上のレーザダイオード１２０２をファイバレーザ発振器のポンプシステムとして備えることができる。現在、各レーザダイオード１２０２は通常１ないし５ワットのエネルギーを発生させる。レーザダイオード１２０２のバーまたは配置構造によって１０ないし４０ワットのエネルギーを発生させることができる。レーザダイオード１２０２は、光ファイバの吸収ピークに近い波長の光エネルギーを生成することができる。ポンプダイオードは、ファイバレーザ発振器よりも波長の短い光を出力することができる。

密接に関連する設計として、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とを備え、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とのどちらかがポンプクラッドに組み込まれた検査システム用照射器がある。図１４は、ポンプクラッドが組み込まれた光ファイバの４つの断面１４０１，１４０２，１４０３，１４０４を示す。各断面において、内側の白色の円はドープファイバのコア１４０５を表す。暗部または黒色の領域は外部クラッド１４０７を表す。また、中間調または灰色の領域はポンプクラッド１４０６を表す。

ポンプクラッド１４０６は、光をポンプして伝搬できるドープなしの光ファイバを備える。ポンプクラッド１４０６は、ポンプ光をファイバの長さ方向に沿って導光する。ポンプ光はドープファイバのコア１４０５で反射を繰り返すため、ドープファイバのコア１４０５がポンプ光を吸収する確率が高くなる。ポンプクラッド１４０６によって、ドープファイバのコア１４０５の長さ方向全体にわたって均一な吸収が促進される。断面１４０２に示すように、ドープファイバのコア１４０５をファイバアセンブリの中心から離すと吸収を向上させることができる。非対称の光ファイバ構造１４０３，１４０４では、断面が対称的な構造１４０１に比べて吸収を向上させることができる。

この構造を用いた照射では、レーザ発振器をポンプすることによってコヒーレント光を発生させ、１つ以上のファイバレーザ増幅器でこのコヒーレント光を増幅することができる。ポンプでは、ポンプクラッドを用いてファイバレーザ発振器をポンプすることができる。ポンプ光は、ファイバレーザ発振器端部から光をポンプすることによって発振器内に送り込むことができる。図１５はエンドポンプの一例を示す。入力ポンプ光１５０１は、左側においてファイバレーザ発振器に入射する。断面図において、中心部の白色の領域は屈折率が最も高いドープファイバのコア１５０２を示し、ドープファイバのコアを囲む中間調または灰色の領域は屈折率が中間のポンプクラッド１５０３を示し、ファイバの外側にある暗部または黒色の領域は屈折率が低い外部クラッド１５０４を示す。ポンプクラッド１５０３によって、ポンプレーザ光子吸収を向上させたり、ファイバレーザ発振器全体における吸収の空間的均一性を高めたりすることができる。なお図１２にも、ポンプクラッドを用いたファイバレーザ発振器のエンドポンプが示されている。複数のレーザダイオード１２０２によりポンプエネルギーが発生し、ポンプコンバイナ１２０３によりエネルギーがポンプクラッドに伝わる。ファイバレーザ発振器と同様にファイバレーザ増幅器にもエンドポンプを適用することができる。

図１６は、レーザダイオード１６０２がポンプコンバイナを使用せずに端部からファイバをポンプする、ファイバレーザ発振器または増幅器１６０１を示す。ダイクロイックミラー１６０３を用いてファイバ内で発生する光からポンプ光を分離することができる。

あるいは、ポンプ光をファイバレーザ発振器の側部からファイバレーザ発振器に送り込むことができる。図１７は、側部からポンプを行う一実施形態を示す。ポンプダイオードの入力１７０４は、左上からプリズム１７０５と屈折率整合液または機械的結合１７０６とを経由してファイバレーザ発振器に入る。プリズム１７０５の屈折率は、ポンプクラッド１７０２の屈折率に一致または近似させることができる。プリズム１７０５とポンプクラッド１７０２との間にある空気の代わりに屈折率整合液１７０６を用いて反射を最小化することができる。

上記の設計では、ファイバレーザ発振器の出力結合ミラー（output coupling mirror）として、図１２の格子１２０４にファイバブラッグ格子を用いることができる。この場合、ファイバレーザ発振器の少なくとも１つのミラーが格子を備えることができる。ミラーにおける格子の周期数が増えると反射率も大きくなるため、格子の設計はミラーや反射面の反射率に大きく影響する。格子は、ファイバレーザ発振器の広帯域光をフィルタすることもできる。周期間隔によって、ファイバの利得帯域幅内で利得が発生する周波数が決まる。このような設計では、ファイバレーザ発振器で狭帯域出力が可能になる。

格子によって光の群速度分散を制御することができ、これによりパルスを分割し、増幅器に入射する光のピーク出力を低下させることができる。増幅器に入射する光のピーク出力を低下させることで、増幅器を線形に動作させることができる。ファイバレーザ発振器がいくつかの離散した狭帯域波長で光を出力するように、格子を動作させることもできる。このようにして、単一のファイバレーザ発振器で多数の検査波長を生成することができる。そのため、照射器は異なる格子周波数を有する格子を備えることができる。

図１８は、異なる格子周波数として４つの周期１８０２，１８０３，１８０４，１８０５を有する格子１８０１を示す。この種類の格子を用いると、ファイバレーザ発振器が、発振器の利得帯域幅内における４つの離散した波長の狭帯域光を出力することができ、離散した各波長は４つの周期のいずれかに相当する。

格子によって、ファイバレーザ発振器が広帯域光を発振することもできる。そのような構造は、図１９のチャープ格子１９０１のようなチャープ格子を有するファイバレーザ発振器を備える。また、そのような構造では、連続的に変化する周期を提供して、ファイバレーザ発振器が広帯域出力を行えるようにすることができる。

短波長の光エネルギーを利用する場合など特定の適用例においては、光を周波数変換結晶に通すことができる。周波数変換結晶は、偏波率が１つの光エネルギーに対して位相整合を提供する。この場合、照射器は偏波保持ファイバを有するファイバレーザ発振器を備えることができる。図２０は、固体コアを有する偏波保持ファイバの一例を示す。中心部の白色の領域はドープファイバのコア２００４である。ドープファイバのコア２００４を囲む中間調または灰色の領域はポンプクラッド２００３である。ポンプクラッドを囲む暗部または黒色の領域は外部クラッド２００２である。この構成は、さらに、非対称構成または固体コアの断面の対称性を低下すべく構成された、異なる材料２００１を含む。異なる材料２００１を用いることで固体コアに複屈折性を与える内部応力が生じ、この結果ファイバで単一偏波の光が良好になる。異なる材料２００１は、例えばガラスやポリマとすることができる。

図２１は、偏波保持フォトニック結晶ファイバの２つの断面２１０１，２１０２を示す。図２１では、第１のファイバの断面２１０１においてドープファイバのコア２１０６、エアクラッド２１０５、および外部クラッド２１０４を示す。ファイバは非対称構成の別の材料２１０３を含んでいてもよい。第２のファイバの断面２１０２において、エアチャネルを非対称に配置することができる。これらいずれの構造２１０１，２１０２においても、フォトニック結晶ファイバで単一偏波の光が良好になる。したがって、ファイバレーザ発振器やファイバレーザ増幅器で光の偏波を制御することができる。

上記の設計では、２つ以上のファイバレーザ発振器を用いることができる。波長が同じ複数のファイバレーザ発振器を用いると、利用可能な出力が大きくなったり、明視野イメージングと暗視野イメージングとのそれぞれに別個のチャネルを設けたりすることができる。このため、照射器内でファイバレーザ発振器が同じまたは同等の発振波長（emission wavelength）を有することができる。

図２２は、２つのファイバレーザ発振器２２０１，２２０３と２つのファイバレーザ増幅器２２０２，２２０４とを示す。いずれのファイバレーザ発振器２２０１，２２０３も同じ発振波長（１λ₁）を有し、いずれのファイバレーザ増幅器も同じ発振波長（Ｘλ₁）を有する。添え字”１”は、ファイバレーザ発振器２２０１，２２０３の出力が増幅されていないことを示す。値”Ｘ”は、ファイバレーザ増幅器２２０２，２２０４の出力がＸの値で増幅されていることを示す。

図２３は、２つのファイバレーザ発振器２３０１，２３０３と２つのファイバレーザ増幅器２３０２，２３０４とを示す。いずれのファイバレーザ発振器２３０１，２３０３も同じまたは同等の発振波長（１λ₁）を有する。第１のファイバレーザ増幅器２３０２は、第１のファイバレーザ発振器２３０１の利得帯域幅内の１つの波長（Ｘλ₁）を増幅することができ、第２のファイバレーザ増幅器２３０４は、第２のファイバレーザ発振器２３０３の利得帯域幅内の別の波長（Ｘλ₂）を増幅することができる。２つのファイバレーザ発振器は、出力ビームを混合して第３の周波数のコヒーレント光を発生させる機能を提供することもできる。

最先端のウエハやフォトマスクの微小な特徴に対する高分解能検査には、ウエハ露光装置の波長（１９８ｎｍまたは２４８ｎｍ）に近い波長の光が必要になる場合がある。光ファイバを利得媒体として用いる検査システムでは、周波数変換媒体を有する照射器を用いると効果的である場合がある。図２４は、レーザ発振器２４０１とファイバレーザ増幅器２４０２と周波数変換媒体２４０３とを備える照射器を示す。

周波数変換媒体は、ニオブ酸リチウム、ベータホウ酸バリウム、リチウムトリボレート（lithium barium borate）、セシウムリチウムボレート（cesium lithium barium borate)、その他の複屈折結晶などの非線形結晶とすることができる。図２５は入力光２５０２が入射した複屈折結晶を示す図である。周波数変換された光２５０４と周波数変換されない光２５０３とが結晶から出ていく。

周波数変換媒体は、周期分極ニオブ酸リチウムなどの周期分極物質（periodically polled material）、ニオブ酸マグネシウムストロンチウムリチウム（magnesium strontium lithium niobate）、ＢａＭｇＦ₄、ＫＴＰ族の物質（ＭＴｉＯＸＯ₄（ここで、ＭはＫ、ＲｂまたはＣｓ、ＸはＰまたはＡｓ））とすることもできる。図２６は、連続する領域において磁性領域の向きが交互に変わる周期分極強磁性物質（periodically polled ferromagnetic material）を示す。周期分極物質の上部２６０１では周期の大きさは一定である。また、底部２６０２の周期分極物質では周期の大きさが物質の長さ方向に沿って変化する、つまり周期分極が”チャープ”される。領域が”扇形”（くさび形）である周期分極結晶を、チャープされた結晶の代わりに用いてもよい。実施形態に応じて、その他の種類の周波数変換媒体を用いてもよい。

ファイバレーザ増幅器と周波数変換媒体とを別の場所に配置すると、ファイバレーザ増幅器や関連のポンプダイオードからの廃熱が光学素子の熱安定性を損なわないことや効率的に空間を利用できることなどの利点が得られる。

図２７ないし図３０は、レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、および周波数変換媒体のさまざまな構造を示す。図２７は、１つのレーザ発振器が２つのファイバレーザ発振器２７０２，２７０３に光を伝送する図を示す。２つのファイバレーザ増幅器２７０２，２７０３で増幅された光は、同じ周波数変換媒体２７０４に入射する。図２７の設計では、周波数変換の前段に別の増幅を提供することができる。図２８は、２つのファイバレーザ増幅器２８０２，２８０３に光を伝送するレーザ発振器２８０１を備える照射器を示し、両方の増幅器が同じまたは同等の周波数を増幅する。各ファイバレーザ増幅器が１つの周波数変換媒体に光を伝送することができる。第１のファイバレーザ増幅器２８０２が１つの周波数変換媒体２８０４に光を伝送し、第２のファイバレーザ増幅器２８０３が別の周波数変換媒体２８０５に光を伝送することができる。この設計では同じまたは同等の波長を有する２つの周波数２倍ビーム（frequency-doubled beam）を提供することができ、この設計を検査システムに用いることによって、高分解能の暗視野検査と明視野検査とを行うことができる。

図２９は、２つのファイバレーザ増幅器２９０２，２９０３に光を伝送するレーザ発振器２９０１を備える照射器を示し、各増幅器がレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する。各ファイバレーザ増幅器がそれぞれの周波数変換媒体に光を伝送することができる。ファイバレーザ増幅器２９０２が周波数変換媒体２９０４に光を伝送し、ファイバレーザ増幅器２９０３が周波数変換媒体２９０５に光を伝送して、周波数が異なる２つの周波数２倍ビームを提供することができる。

図３０は、２つのレーザ発振器３００１，３００２と、２つのファイバレーザ増幅器３００３，３００４と、２つの周波数変換媒体３００５，３００６とを備える照射器を示す。両方のレーザ発振器が同じまたは同等の波長を発振し（emit）、両方のファイバレーザ増幅器が同じまたは同等の波長を増幅する。この構造では、検査システムに別の出力を提供したり、検査システムが明視野検査用の１つの周波数２倍ビームと、このビームと周波数が同じである暗視野検査用の別の周波数２倍ビームを提供したりすることができる。

図３１は、２つのレーザ発振器３１０１，３１０２と、２つのファイバレーザ増幅器３１０３，３１０４と、２つの周波数変換媒体３１０５，３１０６とを備える照射器を示す。２つのレーザ発振器は異なる波長を発振する（emit）ことができる。周波数変換後に、照射器は波長が異なる２つの周波数２倍ビームを提供することができる。この構造では、高分解能検査用の２つの波長を提供することができる。

コヒーレント光の周波数変換には、第２高調波、第３高調波、第４高調波、またはより高次の高調波の発生が伴う場合がある。周波数変換を複数の段階で行うと効果的である。例えば、ファイバレーザ増幅器から出力された赤外線光が、リチウムトリボレートまたは周期分極物質の結晶に入射することができる。また、この第１の周波数２倍媒体から出力された周波数２倍光は、ベータホウ酸バリウムやセシウムリチウムボレートなどの第２の周波数２倍媒体に入射することができる。さらに、この第２の周波数変換段階から出力された光は、ウエハステッパ（wafer stepper）またはウエハスキャナ（wafer scanner）の波長に近い波長を有することができる。ファイバレーザ発振器は、比較的十分なポインティング安定性を提供し、ガウスプロファイルのビームを出力する。

従ってウエハの照射には、レーザ発振器のモード同期またはＱスイッチと、得られたコヒーレント光の少なくとも１つのファイバレーザ増幅器による増幅と、コヒーレント光の周波数変換とを伴う場合がある。図３２は、１つのファイバレーザ増幅器３２０２に光を伝送する１つのレーザ発振器３２０１を示し、このファイバレーザ増幅器は２つの周波数変換媒体３２０３，３２０４に光を伝送する。この設計では、ファイバレーザ発振器に対してモード同期またはＱスイッチを行い、ファイバレーザ増幅器でコヒーレント光を増幅し、増幅されたビームを２つ以上のサブビームに分割し、各サブビームの周波数を変換することによって照射を行うことができる。

各サブビームの周波数は、図３２に示すように同じ周波数に変換することもできるし、図３３に示すように１つの周波数変換媒体３３０３を出たビームに対して別の周波数変換媒体３３０５で第２の段階の周波数変換を行うことによって異なる周波数に変換することもできる。いずれの場合も、複数の周波数逓倍ビームが存在するので、検査システムに対して従来にはない柔軟性を得られる。

周波数変換媒体は入射光の一部のみを変換する。この媒体は、２倍された周波数を有する光と残留基本周波数光（residual fundamental-frequency light）と呼ばれる変換されていない光とを出力することができる。この残留基本周波数光を増幅すると、増幅した残留基本周波数光を別の周波数変換結晶に提供することができるなどの利点が得られる。図３４は、レーザ発振器３４０１の光がファイバレーザ増幅器３４０２に入射する図を示す。増幅された光（Ｘλ₁）は周波数変換媒体３４０３に入射することができる。残留基本周波数光（λ₁）と同様に、周波数変換媒体から周波数２倍光（λ₂）を出力することができる。残留基本周波数光はファイバレーザ増幅器３４０４に入射することができる。あるいは、ファイバレーザ増幅器３４０４から出た光が別の周波数変換媒体３４０５に入射することもできる。

このように本設計では、インライン照射用に設けられたファイバレーザ増幅器とは別のファイバレーザ増幅器を用いた周波数変換プロセスによって残留基本周波数光を増幅することができる。増幅された残留基本周波数光の周波数を変換することによって、かかる設計の効果を向上させることができる。

ビームをセシウムリチウムサファイア（cesium lithium sapphire）などの結晶を経由して伝送することにより、ビームの周波数を調整することができる。セシウムリチウムサファイア結晶は波長が２６６ｎｍの入力光を受けると、結晶に関連する角度要素に応じて波長が２６６ないし３２０ｎｍの光を出力する。この設計では、上記の設計で周波数変換された光の周波数を調整することができる。

ビームの出力が特定の閾値を超える場合に、複屈折結晶によって入射ビームの周波数を変換することができる。また、増幅器を用いて周波数変換の前にビームの出力を大きくすることができる。場合によっては、周波数変換された光のピーク出力を低下させる機器を設けて試料への損傷を防止することができる。したがって、このような設計では時間シフト媒体を用いることができる。時間シフト媒体は照射パルスを時間で拡張し、そのパルスのピーク出力を低下させる。図３５Ａは、レーザ発振器３５０１、ファイバレーザ増幅器３５０２、周波数変換媒体３５０３、および時間シフト媒体３５０４を示す。時間シフト媒体３５０４は、格子、エタロン、１つ以上のビームスプリッタ、またはビームスプリッタとミラーなどの反射面との組み合わせなど、さまざまな形式を用いることができる。図３５Ｂに示すように、格子３５０６を時間シフト媒体として用いて、パルスを時間で効果的に拡張することができる。パルス幅がＴである入射パルス３５０７が格子３５０６に入射することができる。格子３５０６は、出射パルス３５０８の一方の側を、光が距離２Ｌを進行するのに要する時間だけ遅らせることができ、これによってパルスのピーク出力が低下する。

図３６は、ビームスプリッタ３６０１，３６０２と１つ以上の反射面３６０３とが時間シフト媒体としてどのように機能するかを示す。ビームは、周波数変換媒体などの伝送装置３６０４から図３６に入射する。ビームスプリッタ３６０１，３６０２と反射面３６０３とにより、各パルスの一部が異なる経路を進行し、１０ナノ秒遅延または２０ナノ秒遅延、あるいはそれら両方（３０ナノ秒遅延）が発生する。この構造ではパルスが分割されて長くなるので、ビームのピーク出力が低下する。遅延がパルス幅を上回る場合、ビームスプリッタは１つのパルスを別個のパルスの列に分割することもできる。このような設計は、任意の数のビームスプリッタを反射面と共にまたは反射面なしで用いることによって実現することができる。

図３７は、時間シフト媒体として機能するエタロン３７０１を示す。この設計のエタロン３７０１は、比較的反射率の高い面３７０２と比較的反射率の低い面３７０３とを備えるガラスのブロックである。入射パルス３７０４は反射率の低い面３７０３に衝突し、光の一部がこの反射率の低い面３７０３で反射する。残りの光は反射率の低い面３７０３を通過し、反射率の高い面３７０２に衝突して外部に反射する。光子はエタロン３７０１内を何度も往復するが、反射する度に光子の一部が外部へ逃げる。このようにして、エタロン３７０１は１つのパルスを一連の反射パルス３７０５に分割し、入射パルス３７０４のピーク出力を低下させる。

光の輝度（brightness）の空間的均一性を実現するために、本設計は空間スムージング媒体をさらに備えてもよい。空間スムージング媒体により、周波数変換された光の輝度の空間的均一性を高めることができる。図３８は、レーザ発振器３８０１、ファイバレーザ増幅器３８０２、周波数変換媒体３８０３、および空間スムージング媒体３８０４を示す。拡散体、回折光学素子、レンズアレイ、ライトパイプ、格子、エタロン、アパーチャ、勾配伝達素子（gradient transmission element）、アポダイゼーション装置、レンズ、その他の光学要素のさまざまな組み合わせのほか、さまざまな装置を空間スムージング媒体として用いることができる。

図３９Ａおよび図３９Ｂは、空間的に不均一な入力を受け取って空間的に均一な出力を伝送するホモジナイザロッド（homogenizer rod）３９０１と、集束レンズを有するレンズアレイと、の２つの空間スムージング媒体を示す。不均一な照射は、図に示す方向に従って左からレンズアレイ３９０２に衝突する。レンズアレイ３９０２はビームを多数のサブビームに分割する。集束レンズ３９０３はすべてのサブビームを重なり面３９０４に集束し、照射が空間的に均一になる。簡略化のため、図３９Ｂでは光が重なり面３９０４の２点のみに集束する例を示すが、図示する構造を用いて重なり面全体にわたって輝度を均一にすることができる。

図４０Ａ、図４０Ｂおよび図４０Ｃは、空間スムージング媒体の別の３つの例を示す。図４０Ａは、集束レンズ４００１の後段に設けられた可動のすりガラスまたは回折光学素子４００２によってレーザビームからスペックルが除去される例を示す。ここでスペックルとは、干渉によって短距離スケールで生じる明暗のパターンを指す。図４０Ｂでは、レンズ４００４の前段に設けられた回折光学素子４００３により、瞳面において実質的に輝度が空間的に均一になる。図４０Ｃの空間スムージング媒体は、瞳照射（pupil illumination）を形成するための回折光学素子４００６と、レンズ４００７と、フィールド照射を形成するための回折光学素子４００８と、集束レンズ４００９とを含むことができる。このような設計では、周波数変換された光の空間的均一性を向上させることができる。

狭帯域光は広帯域光に変換することができる。特定の媒体を通過する狭帯域の光のビームに対してラマン散乱と４光波混合とを行うと、そのビームはスーパーコンティニウムと呼ばれる広帯域ビームとして媒体から出力される。このような媒体は、入射光のスペクトルをシフトするため、”スペクトルシフト媒体”と考えられている。図４１は、レーザ発振器４１０１、ファイバレーザ増幅器４１０２、周波数変換媒体４１０３、およびスペクトルシフト媒体４１０４を示す。

種々の物質をスペクトルシフト媒体として用いることができる。スペクトルシフト媒体は、フォトニック結晶ファイバ、または重水素、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム、フッ素、および／または窒素のうち１つ以上の元素を含むガスを含んでもよい。スペクトルシフト媒体は、プラズマ、結晶、ポリマ、またはエタノールや水酸化アンモニウムに限らない液体であってもよい。図４２は、さまざまなスペクトルシフト媒体を示す。フォトニック結晶ファイバ４２０１は、スペクトルシフト媒体として用いることができる。フォトニック結晶ファイバ４２０２の断面では、溶融シリカのマトリクス４２０４内にエアチャネル４２０３が示されている。フォトニック結晶ファイバは、断面４２０５に示すようにエアチャネルにガス４２０６を充填すると、より効果的なスペクトルシフト媒体にすることができる。別のスペクトルシフト媒体として溶融シリカキャピラリ４２０７があり、溶融シリカ４２０８に囲まれた中空コアにガス４２０９が充填されている。図４３は、ガスが充填されたセル４３０１を有する別のスペクトルシフト媒体を示す。狭帯域光４３０２が左から入射し、広帯域光４３０３が右へ出力される。

スーパーコンティニウムは、レーザをポンプすることによってコヒーレント光を発生させ、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてこのコヒーレント光を増幅し、このコヒーレント光の帯域幅を広げることで生成してもよい。周波数変換された光と周波数変換されていない光との帯域幅を広げてスーパーコンティニウムを生成してもよく、複数のビームに対応してもよい。モード同期は、単一のビームに用いても複数のビームの場合に用いてもよい。

本設計の照射サブシステムは、照射器と、検査システムにビームをリレーするイメージリレーシステムとの両方を備えてもよい。図４４に示すように、照射サブシステムには、レーザ発振器４４０１、ファイバレーザ増幅器４４０２、周波数変換媒体４４０３、およびイメージリレーシステム４４０４を備えてもよい。

図４５は、図３９および図４０に示す構造の後段に設けることができるイメージリレーシステムの２つの例４５０１，４５０６を示す。いずれの例も、イメージング光学素子４５０５，４５０９の瞳面に光を伝送することができる。構造４５０１では３つのレンズ４５０２，４５０３，４５０４を用いることができ、構造４５０６では２つのレンズ４５０７，４５０８を用いることができる。ここに開示する照射器をイメージリレーシステムと組み合わせて、照射サブシステムを形成してもよい。

図４５に示すイメージリレーシステムは、一般に明視野イメージングに用いられる。図４６に示すイメージリレーシステムは、一般に暗視野イメージングに用いられる。３つのレンズ４６０１，４６０２，４６０３を組み合わせ、瞳面上の１点を照射する。

ここで説明した実施形態は、顕微鏡、フォトマスクリペア工具、電気通信システム、医療用診断および治療システム、および／または物理科学または生物科学の実験用研究室設備に用いることができる。

ここに示した設計や図示した態様は本発明を限定するものではなく、別の構成要素を用いて本発明が教示する内容や利点と組み合わせることができる。したがって、本発明は特定の実施形態に関して説明したが、さらなる修正を加えることができることも理解できる。本願は、全体として本発明の原則に従い、かつ本発明の属する技術分野において周知および慣習的な実施に相当する本発明の応用を含む、あらゆる変形、使用例、または適用例を含むものとする。

レーザ発振器を示す図である。１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを組み合わせた照射器を示す図である。テーパ状の端部を有する大口径のファイバを示す図である。フォトニック結晶ファイバの断面の３つの例を示す図である。単一の格子を用いたエネルギー拡張の例であり、レーザから出力される初期パルスが比較的短い時間周期で発生しかつピーク出力が高い例を示す図である。ファイバレーザ増幅器に組み込む、ポンプクラッドを用いたハイブリッドフォトニック結晶ファイバを示す図である。出力周波数値が同等である複数のファイバレーザ増幅器を有する照射器を示す図である。別の構造における、出力周波数が実質的に同じである複数のファイバレーザ増幅器を示す図である。複数のファイバレーザ増幅器を備え、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する照射器を示す図である。出力周波数が異なる複数のファイバレーザ増幅器の別の構造を示す図である。Ｑスイッチまたはモード同期のパルス列生成装置を有する照射器を示す図である。ファイバレーザ発振器を示す図である。能動的な強度変調器を有しリング状に構成されたファイバレーザ発振器を示す図である。ポンプクラッドが組み込まれた光ファイバの４つの断面を示す。エンドポンプの一例を示す図である。レーザダイオードがポンプコンバイナを使用せずにファイバを端部からポンプするファイバレーザ発振器を示す図である。側部からポンプを行うレーザ発振器を示す図である。異なる格子周波数として４つの周期を有する格子を示す図である。チャープ格子を示す図である。固体コアを有する偏波保持ファイバの一例を示す図である。偏波保持フォトニック結晶ファイバの２つの断面を示す図である。波長が同じまたは同等である２つのファイバレーザ発振器および２つのファイバレーザ増幅器を示す図である。波長が異なる２つのファイバレーザ発振器と２つのファイバレーザ増幅器を示す図である。レーザ発振器とファイバレーザ増幅器と周波数変換媒体とを備える照射器を示す図である。入力光が入射した複屈折結晶を示す図である。連続する領域において磁性領域の向きが交互に変わる周期分極強磁性物質を示す図である。１つのレーザ発振器が２つのファイバレーザ発振器に光を伝送する図である。２つのファイバレーザ増幅器に光を伝送するレーザ発振器を備え両方の増幅器が同じまたは同等の周波数を増幅する照射器を示す図である。２つのファイバレーザ増幅器に光を伝送するレーザ発振器を備え各増幅器がレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する照射器を示す図である。２つのレーザ発振器と２つのファイバレーザ増幅器と２つの周波数変換媒体とを備える照射器を示す図である。２つのレーザ発振器と２つのファイバレーザ増幅器と２つの周波数変換媒体とを備え２つのレーザ発振器は異なる波長を発振することができる照射器を示す図である。１つのファイバレーザ増幅器に光を伝送する１つのレーザ発振器を示し、このファイバレーザ増幅器は２つの周波数変換媒体に光を伝送する図である。１つの周波数変換媒体を出た後に別の周波数変換媒体で第２の段階の周波数変換が行われるビームを示す図である。レーザ発振器の光がファイバレーザ増幅器に入射する図である。レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、および時間シフト媒体を示す図である。時間シフト媒体としての格子を示す図である。時間シフト媒体として機能する、ビームスプリッタと１つ以上の反射面とを示す図である。時間シフト媒体として機能するエタロンを示す図である。レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、および空間スムージング媒体を示す図である。第１の空間スムージング媒体を示す図である。第２の空間スムージング媒体を示す図である。空間スムージング媒体の第１の別の例を示す図である。空間スムージング媒体の第２の別の例を示す図である。空間スムージング媒体の第３の別の例を示す図である。レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、およびスペクトルシフト媒体を示す図である。フォトニック結晶ファイバを示す図である。さまざまなスペクトルシフト媒体の断面を示す図である。ガスが充填されたセルを有するスペクトルシフト媒体を示す図である。レーザ発振器とファイバレーザ増幅器と周波数変換媒体とイメージリレーシステムとを備える照射サブシステムを示す図である。図３９および図４０に示す構造の後段に設けることができるイメージリレーシステムの例を示す図である。図３９および図４０に示す構造の後段に設けることができるイメージリレーシステムの例を示す図である。一般に暗視野イメージングに用いられるイメージリレーシステムを示す図である。

Claims

試料検査システムに用いられる照射器であって、
コヒーレント光を生成するように構成された１つのレーザ発振器を含むレーザ装置と、
前記レーザ発信器からのコヒーレント光を受け取って増幅し、増幅したコヒーレント光を検査する試料に向けてそれぞれ伝送するように構成され、それぞれが偏波保持フォトニック結晶ファイバを有する複数の並列なファイバレーザ増幅器と、を備え、
前記レーザ装置は、モード同期を用いて、約５ないし１００ＭＨｚを超える範囲の繰り返しレートで所望の特性を有するエネルギーバーストを選択的に発生させる、
照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記レーザ発振器が、
半導体物質と、
カーボンナノチューブと、
音響光学変調器と、
電気光学変調器と、
電気スイッチと、
を備える群から選ばれた１つで製造される飽和性吸収体を有する装置を備えることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記各ファイバレーザ増幅器が端部を備え、前記各ファイバレーザ増幅器の前記端部がテーパ状であることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記フォトニック結晶ファイバがマルチコアファイバであることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記各ファイバレーザ増幅器が、修正屈折率プロファイルを有する光ファイバを備えることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記各ファイバレーザ増幅器が、イッテルビウムと、エルビウムと、ツリウムと、ネオジムと、プラセオジムと、ホルミウムとを備える群から選ばれた少なくとも１つを含むランタニド元素でドープされていることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記複数のファイバレーザ増幅器が、同等の出力周波数を有することを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記複数のファイバレーザ増幅器が、異なる出力周波数を有することを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器をからなることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記レーザ装置が、同等の発振波長を有する複数のレーザ発振器を備えることを特徴とする照射器。
請求項１に記載の照射器であって、
前記コヒーレント光は帯域幅を有し、前記照射器は、前記コヒーレント光の帯域幅を広げてスーパーコンティニュウムを生成する手段をさらに備えることを特徴とする照射器。
試料を検査する方法であって、
レーザ装置内のレーザ発振器をポンプすることによってコヒーレント光を発生させ、
前記コヒーレント光を偏波保持フォトニック結晶ファイバを有するファイバレーザ増幅器で増幅し、
前記増幅したコヒーレント光を前記ファイバレーザ増幅器から前記試料を検査するために前記試料に伝送する、
方法であり、
前記レーザ装置は、モード同期を用いて、約５ないし１００ＭＨｚを超える範囲の繰り返しレートで所望の特性を有するエネルギーバーストを選択的に発生させる、
方法。
請求項１２に記載の方法であって、
前記ファイバレーザ増幅器の光の偏波を、実質的に増幅と同時に制御することをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
前記コヒーレント光がある帯域幅を有し、前記方法が、
前記コヒーレント光の前記帯域幅を広げてスーパーコンティニウムを生成することをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法であって、
前記コヒーレント光の一部に対してコヒーレント光の周波数を変換することをさらに含むことを特徴とする方法。