JP6275240B2 - １９３ｎｍレーザ及び１９３ｎｍレーザを用いた検査システム - Google Patents

Description

優先出願
本出願は、「１９３ｎｍ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｎ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ １９３ｎｍ ｌａｓｅｒ」と題し、２０１３年３月１８日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／８０３，１０８号の優先権を主張する。

関連出願の相互参照
本出願は、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｅｌｏｗ ａｂｏｕｔ ２００ ｎｍ」と題し、２００７年４月１６日に出願された米国特許出願第１１／７３５，９６７号、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ １９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ」と題し、２０１２年７月２５日に出願された米国特許出願第１３／５５８，３１８号、及び「１９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ａ １９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ」と題し、２０１３年２月１３日に出願された米国仮出願第６１／７６４，４４１号、及び「１９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題し、２０１４年１月３１日に出願された米国特許出願第１４／１７０，３８４号に関連しており、それらの全ては参照により本明細書に組み込まれている。

本出願は、１９３ｎｍ付近の波長等の約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの波長の光を発生させ、フォトマスク、レチクル、またはウェーハ検査用途に好適である、光ファイバ式レーザに関する。

集積回路産業は、集積回路、フォトマスク、太陽電池、電荷結合デバイス等のいっそう小さな形体を解像し、また、その寸法がおよそ形体寸法またはそれ未満の大きさである欠陥を検出するために、さらに高解像度の検査ツールを必要としている。短波長光源、例えば２００ｎｍ未満の光を発生させる光源は、そのような解像度を提供することができる。しかしながら、そのような短波長光を提供することが可能な光源は実質的に、エキシマレーザならびに少数の固体レーザ及びファイバレーザに限定されている。残念ながら、これらのレーザの各々は重大な欠点を有する。

エキシマレーザは、集積回路の製造に通常用いられる紫外線光を発生させる。エキシマレーザは通常、紫外線光を発生させるために高圧条件下で希ガスと活性ガスの組み合わせを用いる。集積回路産業において益々待望されている波長である１９３．４ｎｍの波長の光を発生させる従来のエキシマレーザは、（希ガスとして）アルゴンと（活性ガスとして）フッ素とを用いる。残念ながら、フッ素は有毒且つ腐食性であるので、所有費用が高くなる。さらに、そのようなレーザは、繰り返し率が低く（通常、約１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ）、ピーク出力が極めて高く、結果として検査中にサンプルを損傷させ得るために、検査用途にあまり適していない。

２００ｎｍを下回る出力を発生させる少数の固体レーザ及びファイバ式レーザが当該技術分野で知られている。残念ながら、これらのレーザのほとんどは、電力出力が極めて低いか（例えば、６０ｍＷ未満）、あるいは、ともに複雑、不安定、高価であり、かつ／または商業的魅力に欠ける、２つの異なる基本波源または第８高調波発生等の複雑な設計である。

特開２０１１−１２８３３０号公報

したがって、１９３ｎｍの光を発生させることが可能でありながら、なおも上記の欠点を克服するレーザが必要とされる。

約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば１９３ｎｍの真空波長で紫外線光を発生させるためのレーザが記載される。このレーザは、ポンプレーザ、基本波レーザ、及び周波数混合段階を含む。基本波レーザは、約１１５０ｎｍ〜約１１７５ｎｍ、例えば１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させることができる。本明細書において波長値が無制限に与えられる場合、波長値は真空波長を指すことを想定するものとする。約１１０９ｎｍの波長に対応する周波数でポンプレーザをラマンシフトさせることにより、基本周波数を発生させることができる。

第１の段階は、第２高調波周波数を発生させるために基本周波数の一部を結合させることができる。一実施形態では、第２の段階は、第４高調波周波数を発生させるために第２の高調波周波数の一部を結合させることができる。第３の段階は、第５高調波周波数を発生させるために基本周波数の一部と第４高調波周波数とを結合させることができる。第４の段階は、約１９３．４ｎｍの波長に対応する和周波数を発生させるためにポンプ周波数の一部と第５高調波周波数とを結合させることができる。第１の段階は、三硼酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を含むことができるのに対し、第２、第３、及び第４の段階の各々は、硼酸セシウム・リチウム（ＣＬＢＯ）結晶を含み得る。一実施形態では、第２、第３、及び第４の段階のうちの１つ以上は、ＣＬＢＯ結晶等の焼鈍された非線形結晶を含む。

別の実施形態では、第２の段階は、第３高調波周波数を発生させるために基本周波数と第２高調波周波数とを結合させることができる。第３の段階は、第５高調波周波数を発生させるために第２高調波周波数と第３高調波周波数とを結合させることができる。第４の段階は、約１９３．４ｎｍの和周波数を発生させるためにポンプ周波数の一部と第５高調波周波数とを結合させることができる。第１及び第２の段階はＬＢＯ結晶を含むことができ、第３の段階はベータ硼酸バリウム（ＢＢＯ）結晶を含むことができ、第４の段階はＣＬＢＯ結晶を含むことができる。一実施形態では、第２、第３、及び第４の段階のうちの１つ以上は、焼鈍されたＬＢＯ、ＢＢＯ、及び／またはＣＬＢＯ結晶を含むことができる。

いくつかの実施形態では、レーザは、基本周波数を増幅するための光増幅器を含むこともできる。この光増幅器として、添加光禁制帯型光ファイバ増幅器、ゲルマニウム添加ラマン増幅器、または無添加石英ファイバラマン増幅器を挙げることができる。種レーザとして、ラマンファイバレーザ、低出力イッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバレーザ、光禁制帯型ファイバレーザ、または量子ドット技術を用いたダイオードレーザ等の赤外線ダイオードレーザを挙げることができる。

レーザは、必要に応じて第１、第２または第３の段階に基本周波数を提供するためのビーム分割器及び／またはプリズムも含むことができる。基本周波数を適切な段階に誘導するために少なくとも１つの鏡またはプリズムを用いることができる。一実施形態では、消費されていない高調波を適切な段階に誘導するために一組の鏡またはプリズムを用いることができる。

いくつかの実施形態では、ポンプレーザ出力の全てが基本波レーザに誘導される。基本波レーザの出力では、消費されていないポンプレーザ光が基本波レーザ光から分離され、周波数混合段階に誘導される。別の実施形態では、ポンプレーザ出力のごく一部が周波数混合段階に誘導されるのに対し、ポンプレーザ出力の大部分は基本波レーザに誘導される。

いくつかの実施形態では、第４の段階は、非線形結晶内でポンプ周波数の高い出力密度を維持して、第４の段階の効率を高めるようにポンプ周波数を再循環させるための光空洞を備え得る。

一実施形態では、第２の段階は、非線形結晶内で基本波の高い出力密度を維持して、第２の段階の効率を高めるために、基本波を再循環させる光空洞を備えている。別の実施形態では、第３の段階は、非線形結晶内で基本波の高い出力密度を維持して、第３の段階の効率を高めるように基本波を再循環させる光空洞を備えている。

約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの波長の光、例えば約１９３ｎｍの波長の光を発生させる方法も記載される。本方法は、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数から、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させることを含む。第２高調波を発生させるために基本周波数の一部を結合させることができる。第４高調波を発生させるために第２高調波の一部を結合させることができる。第５高調波周波数を発生させるために基本周波数と第４高調波周波数とを結合させることができる。約１９３．４ｎｍの波長に対応する和周波数を発生させるために基本周波数と第５高調波周波数とを結合させることができる。本方法のいくつかの実施形態では、ポンプ周波数は、より効率的に第５高調波を出力波長に変換するために、そのポンプ周波数を第５高調波と混合させる空洞内で再循環される。本方法のいくつかの実施形態では、基本波は、より効率的に第４高調波を第５高調波に変換するために、その基本波を第４高調波と結合させる空洞内で再循環される。

光を発生させる別の方法も記載される。この方法は、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数から約１１７１ｎｍの基本周波数を発生させることを含む。第２高調波周波数を発生させるために基本周波数の一部を結合させることができる。第３高調波周波数を発生させるために第２高調波周波数の一部を基本周波数と結合させることができる。第５高調波周波数を発生させるために第２高調波周波数と第３高調波周波数とを結合させることができる。約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば１９３．４ｎｍの波長に対応する和周波数を発生させるためにポンプ周波数と第５高調波周波数とを組み合わせることができる。本方法のいくつかの実施形態では、ポンプ周波数は、より効率的に第５高調波を出力波長に変換するためにそのポンプ周波数を第５高調波と混合させる空洞内で再循環される。本方法のいくつかの実施形態では、基本波は、より効率的に第２高調波を第３高調波に変換するために、その基本波を第２高調波と混合させる空洞内で再循環される。

サンプルを検査するためのさまざまなシステムが記載される。これらのシステムは、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で放射出力ビームを発生させるためのレーザを含むことができる。このレーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数を発生させるためのポンプレーザと、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させるための基本波レーザと、出力ビームを発生させるための周波数混合モジュールとを含むことができる。約１９３ｎｍの放射を発生させるためにポンプ周波数、基本周波数及び複数の周波数を用いることができる。いくつかの実施形態では、レーザは、別の段階で一高調波発生器または周波数混合モジュールから少なくとも１つの消費されていない周波数を用いるように最適化される。一実施形態では、ポンプ周波数が、最終の周波数混合モジュール内で再循環される。本システムは、出力ビームをサンプル上に集束させるための手段と、サンプルから散乱または反射された光を収集するための手段とをさらに含むことができる。

フォトマスク、レチクル、または半導体ウェーハの表面の欠陥を検査するための光学式検査システムが記載される。この検査システムは、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で光を発生させるための、本明細書に記載されるレーザのうちの１つを組み込んでいる。レーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数を発生させるためのポンプレーザと、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させるための基本波レーザと、複数の周波数を発生させるための周波数混合モジュールとを含むことできる。約１９３ｎｍの放射を発生させるために、ポンプ周波数、基本周波数及び複数の周波数を用いることができる。いくつかの実施形態では、レーザは、別の段階の１つの高調波発生器または周波数混合モジュールからの少なくとも１つの消費されていない周波数を用いるように最適化される。一実施形態では、ポンプ周波数は、最終の周波数混合モジュール内で再循環される。この検査システムは、２つの経路の信号または画像を同時に照射し、検出する。両方の経路は同じセンサ上で同時に検出される。２つの経路は、検出された物体が透明（例えば、レチクルまたはフォトマスク）である場合、反射及び透過強度を含んでもよく、入射角、偏光状態、波長領域、またはそれらのある組み合わせ等の２つの異なる照射モードを含んでもよい。

フォトマスク、レチクル、または半導体ウェーハの表面の欠陥を検査するための光学式検査システムが記載される。このシステムは、光軸に沿って入射光ビームを発するための光源を含むことができ、その光源は、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数と約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数とから、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば１９３ｎｍの波長を発生させる。光軸に沿って配置される光学システムは、フォトマスク、レチクル、または半導体ウェーハの表面上に入射光ビームを誘導するように構成された複数の光学部品を含む。本システムは、透過光の光強度を感知するための透過光検出構成を含む。本システムは、反射光の光強度を感知するための反射光検出構成をさらに含む。

表面検査装置も記載される。この装置は、レーザを含むことができる。約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で放射ビームを発生させるためのレーザを含むことができる。このレーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数から放射ビームを発生させること、及び複数の周波数を発生させるための複数の高調波発生器及び周波数混合モジュールを含むことができる。ポンプ周波数、基本周波数及び複数の周波数は、約１９３ｎｍの放射を発生させるのに用いられる。いくつかの実施形態では、レーザは、別の段階の１つの高調波発生器または周波数混合モジュールからの少なくとも１つの消費されていない周波数を用いるように最適化される。一実施形態では、ポンプ周波数が、最終の周波数混合モジュール内で再循環される。表面に対して垂直ではない入射角で放射ビームを集束させ、実質的に集束ビームの入射面内のその表面上に照射線を形成するように、本装置の照射システムを構成することができる。入射面は、集束ビームと集束ビームを通り且つ表面に垂直である方向とにより定義される。照射線を結像するように、本装置の収集システムを構成することができる。一実施形態では、収集システムは、照射線を含む表面の領域から散乱された光を収集するための結像レンズを含むことができる。収集光を集束させるための集束レンズを提供することができる。光感知要素アレイを含むデバイスも提供することができる。このアレイでは、照射線の拡大像の対応部分を検出するように光感知要素アレイの各々の光感知要素を構成することができる。

サンプルの異常を検出するための光学システムも記載される。この光学検査システムは、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で光を発生させるための、本明細書に記載されるレーザのうちの１つを含む。レーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数を発生させるためのポンプレーザと、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させるための基本波レーザと、複数の周波数を発生させるための複数の高調波発生器及び周波数混合モジュールとを含むことできる。約１９３ｎｍの放射を発生させるためにポンプ周波数、基本周波数及び複数の周波数を用いることができる。本システムは、第１のビームを第１のチャネルに沿ってサンプルの表面上の第１のスポットの上に誘導するための第１の光学系を含むことができる。システムは、第２のビームを第２のチャネルに沿ってサンプルの表面上の第２のスポット上に誘導するための第２の光学系をさらに含むことができる。第１及び第２のチャネルは、サンプルの表面に対して異なる入射角である。収集光学系は、サンプル表面上のスポットから散乱された放射を受信し且つその散乱された放射を第１の検出器に集束させる、湾曲された鏡面を含むことができる。第１の検出器は、湾曲された鏡面によりその検出器上に集束された放射に応答して、出力値を提供する。収集光学系は、サンプル表面上のスポットから散乱された放射を受信し且つその散乱された放射を第２の検出器に集束させる、レンズをさらに含むことができる。第２の検出器は、前記レンズによりその検出器上に集束された放射に応答して、出力値を提供する。第１及び第２のスポットがサンプルの表面にわたり走査されるように、第１及び第２のビームとサンプルとの間に相対運動を生じさせる器具を提供することができる。

サンプルの異常を検出するための別の光学システムが記載される。この光学システムは、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で光を発生させるための、本明細書に記載されるレーザのうちの１つを含む。レーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数を発生させるためのポンプレーザと、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させるための基本波レーザと、複数の周波数を発生させるための、複数の高調波発生器及び周波数混合モジュールとを含むことできる。約１９３ｎｍの放射を発生させるためにポンプ周波数、基本周波数及び複数の周波数を用いることができる。光学システム内の光学系は、複数の光チャネルを受信し、複数の光エネルギーチャネルを空間的に分離された結合光ビームに結合させ、空間的に分離された結合光ビームをサンプルに向けて誘導するように構成される。光学システム内のデータ取得サブシステムは、サンプルから反射された光を検出するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。反射光を複数の光チャネルに対応する複数の受信チャネルに分離するように、データ取得サブシステムを構成することができる。

暗視野照射を有する反射屈折式撮像システムも記載される。このシステムは、ＵＶ光を発生させるための紫外線（ＵＶ）光源を含むことができる。ＵＶ光源は、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば約１９３ｎｍの波長で光を発生させるための、本明細書に記載されるレーザのうちの１つを含む。レーザは、約１１０９ｎｍの波長に対応するポンプ周波数を発生させるためのポンプレーザと、約１１７１ｎｍの波長に対応する基本周波数を発生させるための基本波レーザと、第５高調波発生器と、約１９３ｎｍの波長の光を発生させるための周波数混合モジュールとを含むことできる。検査されている表面上の照射ビーム径及び形状を制御するために適合光学系も与えられる。対物レンズは、互いに対して動作可能な関係にある反射屈折式対物レンズと集束レンズ群と拡大用管状レンズとを含むことができる。ＵＶ光を光軸に沿ってサンプルの表面に対して垂直な入射で誘導し、サンプルの表面形体からの鏡面反射並びに対物レンズの光学面からの反射を光路に沿って結像面に誘導するためのプリズムを提供することができる。

約１１７１ｎｍの基本周波数（ω）と約１１０９ｎｍのポンプ周波数（ω０）とを用いて１９３ｎｍの波長の光を発生させるための模範的なレーザのブロック図を示す。 模範的な第５高調波発生器モジュールを示す。 代わりの模範的な第５高調波発生器モジュールを示す。 約１１０９ｎｍのポンプ波長を発生させるための模範的なポンプ及び基本波レーザを示す。 模範的な周波数混合モジュールのブロック図を示す。 ２つの画像または信号データチャネルを同時に収集し且つ１９３ｎｍのレーザを組み込んでいる模範的な検査システムを示す。 １９３ｎｍレーザを組み込んでいる模範的なフォトマスクまたはレチクル検査システムを示す。 複数の収集光学系と１９３ｎｍレーザとを有する模範的な検査システムを示す。 複数の収集光学系と１９３ｎｍレーザとを有する模範的な検査システムを示す。 １９３ｎｍレーザを含む模範的な表面検査システムを示す。 １９３ｎｍレーザを含む別の模範的な表面検査システムを示す。 複数の対物レンズと１９３ｎｍレーザとを含む模範的な検査システムを示す。 暗視野モードと明視野モードとを有し、１９３ｎｍレーザを含む模範的な検査システムを示す。

１９３ｎｍ光を発生させるための改良された光ファイバ式レーザが記載される。このレーザは、１９３ｎｍの光を発生させるために基本波長（１１７１ｎｍ付近のω）の第５高調波（５ω）をポンプ波長（１１０９ｎｍ付近のω０）と結合させる。非線形媒体を適切に選択することにより、以下に記載されるように、ほぼ非臨界の位相整合を用いてそのような混合を達成することができる。この混合により変換効率が高くなり、安定性が良好になり、信頼性が高くなる。

図１は、１９３ｎｍの光を発生させるための光ファイバ式レーザ１００の模範的な実施形態の簡略化されたブロック図を示す。この実施形態では、レーザ１００は、１１０９．１ｎｍの波長等の約１１０９ｎｍの波長に対応する周波数でポンプレーザ光１０２を発生させる、１１０９ｎｍ付近の波長で動作するポンプレーザ１０１を含む。便宜上、ポンプ波長は、本明細書ではω０で指定されることになる。ポンプレーザ１０１は、Ｙｂ添加光ファイバレーザまたは別のレーザを備え得る。ポンプレーザ１０１は、好ましくは安定化され、（約３００ｐｍ以下である、９５％のエネルギーを含む帯域幅すなわちＥ９５帯域幅等）狭い帯域幅を有していなければならない。波長と帯域幅とを制御するために、ファイバブラッグ格子、回折格子またはエタロン、または分散帰還等の波長選択デバイスをポンプレーザ１０１とともに用いることができる。基本波レーザ光１０４を本明細書においてωで指定される基本周波数で発生させる基本波レーザ１０３にエネルギーを注入するために、ω０の周波数でのポンプレーザ光１０２が用いられる。好ましくは、基本周波数ωは、１１７１．０ｎｍの波長等の約１１７１ｎｍの波長に対応する。ラマンファイバレーザにより基本波レーザ１０３を実現することができる。基本波レーザ１０３は、好ましくは安定化され、狭い帯域を有さなければならない。ポンプレーザ１０１及び基本波レーザ１０３の一模範的実施形態は、図３により詳しく示され、以下に記載される。

基本波レーザ１０３により出力される基本波レーザ光１０４は、第５高調波発生器モジュール１０５に誘導される。第５高調波発生器モジュール１０５は、基本波の第５高調波（５ω）１０６を発生させるために複数の周波数変換段階を含む。好ましい実施形態では、第５高調波１０６は、約２３４．２ｎｍの波長に対応する。第５高調波発生器モジュール１０５の模範的な実施形態は図２Ａ及び図２Ｂに示され、以下に記載される。

周波数混合モジュール１０７は、レーザ出力１０８を約１９３．４ｎｍの波長で発生させるために（第５高調波発生器１０５から）第５高調波１０６とポンプ光（ω０）との両方を受信する。ポンプレーザ光（ω０）は、ポンプレーザ１０１の出力からポンプレーザ光１０２’の一部を分離することにより、または基本波レーザ１０３からポンプレーザ光１０２’’を誘導することにより周波数混合モジュール１０７に誘導され得る。周波数混合モジュール１０７は、非線形結晶、好ましくは水素焼鈍されたＣＬＢＯ（硼酸セシウム・リチウム）または焼鈍されたＣＬＢＯを含む。ＣＬＢＯは、約１８７℃未満の結晶温度において、１１０９．１ｎｍ及び２３４．２ｎｍ付近の波長に対してほぼ非臨界的に位相整合される。好ましい実施形態では、ＣＬＢＯの温度は、約７ｍｒａｄの光路ずれ角をもたらす約１２０℃であり、それにより長い結晶（いくつかの実施形態では、約１５ｍｍ〜２０ｍｍ）を使用することができる。周波数混合モジュール１０７の模範的な実施形態のより詳しいことは、図４に示され、以下に記載される。水素焼鈍されたＣＬＢＯを含む水素焼鈍された非線形結晶についてのより詳しいことは、２０１２年６月１日に出願され、本明細書に参照により組み込まれている「非線形光学結晶の水素不活性化」と題される米国特許第１３／４８８，６３５号に見出すことができる。

図２Ａは、第５高調波発生器モジュール１０５（図１）の機能を実行するのに適した模範的な第５高調波発生器モジュール２００の簡略化されたブロック図を示す。第５高調波発生器モジュール２００では、基本波（ω）２０１は、第２高調波（２ω）２０３を発生させる第２高調波発生器２０２に直接提供される。高調波発生器が、第５高周波発生器モジュール２００内で用いられるその入力光を完全には消費しないことに留意する。具体的には、第２高調波発生器２０２により消費されない基本波（ω）（すなわち、消費されていない基本波（ω）２０７）を第５高調波発生器２０６に提供することができる。

一実施形態（図示されず）では、消費されていない基本波（ω）は、第４高調波発生器２０４により発生される第４高調波２０５とともに第５高調波発生器２０６に到達するように、第２高調波発生器２０２と第４高調波発生器２０４とを直接通過して伝搬することを許されている。この取り組みは、本明細書に記載されるポンプ及び基本波レーザに対して好ましいパルス幅である約１０ｐｓ以上のパルス幅に対して実用的であり得る。時間で１０ｐｓのパルス幅は、パルスの空間的長さが約３ｍｍであり、第２高調波発生器２０２と第４高調波発生器２０４とを通過するパルス伝搬の小さな差分遅延が一般的に重要ではないことを意味する。

別の実施形態では、消費されていない基本波（ω）２０７は、第２高調波発生器２０２の出力で第２高調波（２ω）２０３から分離され、部品、例えば鏡及びプリズムにより第５高調波発生器２０６に誘導され得る。この取り組みにより、基本波（ω）及び第４高調波（４ω）２０５のパルスが第５高調波発生器２０６に到着する時期を最適化することができ、光学系被膜、ビーム整列、及びビームくびれを個別に最適化することができる。

第２高調波発生器２０２は、非線形結晶、好ましくはＬＢＯ（三硼酸リチウム）を用いる。ＬＢＯは、１１７１ｎｍ付近の波長に対して、約４５℃の温度でＸＺ結晶面に対して非臨界的に位相整合され、それにより４５℃付近の温度、またはそれよりも少し高い温度に対して光路ずれは重大ではなくなる。適切な分量の基本波（ω）２０１を第２高調波（２ω）２０３に変換し、且つ第５高調波発生器２０６用の適切な分量の消費されない基本波（ω）２０７を残すように結晶長を選択することができる。

第２高調波（２ω）２０３は、第４高調波（４ω）２０５を発生させる第４高調波発生器２０４に誘導される。望まれる場合、いずれかの消費されていない第２高調波（２ω）２１１は、例えば偏光ビーム分割器により、第４高調波（４ω）２０４から分離され得る。消費されていない第２高調波２１１はそのうえ、第２高調波出力密度を結晶内で増加させて、より効率的に第２高調波（２ω）２０３を第４高調波（４ω）２０５に変換するように、消費されていないパルスが次の入力パルスに一致するような空洞内で再循環され得る。入力周波数を再循環させる例は、図４に周波数変換モジュール４００に対して示される。第２高調波（２ω）２０３を第４高調波発生器２０４内で再循環させるために、図４に示される方式に類似の方式が用いられ得るであろう。

第４高調波発生器２０４は、非線形結晶、好ましくはＣＬＢＯまたはＬＢＯを用いる。ＣＬＢＯは、５８５．５ｎｍ付近の波長に対して、１２０℃付近の温度に対して約５２．８°の角度で、約３７ｍｒａｄの光路ずれ角と０．７ｐｍＶ^−１のｄ_ｅｆｆとで臨界的に位相整合される。ＬＢＯは、５８５．５ｎｍ付近の波長に対して、５０℃未満〜２００℃超過の温度で、ＸＹ結晶面に対して６７．７°と６８．４°との間の角度で、約１２ｍｒａｄ〜１４ｍｒａｄの範囲内の低い光路ずれ角であるが、ＣＬＢＯのｄ_ｅｆｆよりも著しく低い約０．３ｐｍＶ^−１のｄ_ｅｆｆで臨界的に位相整合される。

第４高調波（４ω）２０５は、第２高調波発生器２０２からの消費されていない基本波（ω）２０７と第４高調波（４ω）２０５を非線形結晶内で混合することにより第５高調波（５ω）を発生させる第５高調波発生器２０６に誘導される。望まれる場合、消費されていない第４高調波（４ω）と消費されていない基本波（ω）（共に２１３と標識される）は、例えばプリズムまたは偏光ビーム分割器により第５高調波から分離され得る。いずれかの消費されていない基本波（ω）２０７はそのうえ、結晶内で基本波出力密度を増加させて、より効率的に第４高調波（４ω）２０５を第５高調波（５ω）２０９に変換するように、消費されていないパルスが次の入力パルスに一致するような空洞内で再循環され得る。上記のように、入力周波数を再循環させる例は、図４に周波数混合モジュール４００に対して示される。消費されていない基本波（ω）２０７を第５高調波発生器２０６内で再循環させるために、図４に示される方式に類似の方式が用いられ得るであろう。

好ましい実施形態では、第５高調波発生器２０４は、周波数混合のために非線形結晶としてＣＬＢＯまたはＬＢＯを用いる。ＣＬＢＯは、２９２．７５ｎｍ及び１１７１ｎｍの波長に対して、約１２０℃の温度で約５６．１°の角度で、約３８ｍｒａｄの光路ずれ角と約０．８ｐｍＶ^−１のｄ_ｅｆｆとで臨界的に位相整合される。ＬＢＯは、２９２．７５ｎｍ及び１１７１ｎｍ付近の波長に対して、５０℃未満〜２００℃超過の温度でＸＹ結晶面に対して約７２．０°〜７３．７°の角度で、約１１ｍｒａｄ〜１３ｍｒａｄの低い光路ずれ角であるが、ＣＬＢＯのｄ_ｅｆｆよりも著しく低い約０．３ｐｍＶ^−１のｄ_ｅｆｆで臨界的に位相整合される。一実施形態では、第５高調波発生器２０６は、水素焼鈍されたＣＬＢＯまたはＬＢＯ結晶を用いる。

図２Ｂは、第５高調波発生器モジュール１０５（図１）の機能を実行するのに適した模範的な代わりの第５高調波発生器モジュール２２０の簡易化されたブロック図を示す。第５高調波発生器２２０は、第５高調波発生器モジュール２００の第５高調波発生器２０６に対する臨界位相整合と比較して第５高調波発生器２２０がその第５高調波発生器２２６に対してほぼ非臨界的な位相整合を用いることができる点で、第５高調波発生器２００を上回る利点を有する。必要とされる出力レベル、レーザ繰り返し率、レーザパルス波長、費用及び他の因子に依存して、モジュール２００またはモジュール２２０のどちらかが最適であり得る。

第５高調波発生器モジュール２２０では、第２高調波発生器２０２（図２Ａ）に対して上に記載された方法に類似の方法で、基本波（ω）２２１が、第２高調波（２ω）２２３Ａを発生させる第２高調波発生器２２２に直接提供される。好ましくは、第２高調波発生器２０２に対して上に記載された方法にほぼ類似の方法で、非線形結晶に対してＬＢＯ結晶が用いられる。

上記のように、第２高調波発生器２２２により入力光の全てが消費されるわけではない。第５高調波発生器モジュール２２０では、第２高調波発生器２２２は、第２高調波（２ω）２２３Ａと消費されていない基本波（ω）２２３Ｂとを出力し、それらの両方を第３高調波（３ω）発生器２２４に誘導する。第２高調波（２ω）２２３Ａ及び消費されていない基本波（ω）２２３Ｂを第３高調波発生器２２４の非線形結晶内の実質的に一致する焦点に再び集束させるために、レンズ、プリズム、鏡及び他の光学要素を用いることができる。必要に応じて、第２高調波（２ω）２２３Ａと消費されていない基本波（ω）２２３Ｂとの間に比較的小さな遅延を導入し、第２高調波発生器２２２により生じるパルス間の相対的な遅延を相殺して、パルスが第３高調波発生器２２４の非線形結晶にほぼ同時に到達するように、適切な光学材料が用いられ得る。

第３高調波発生器２２４は、非線形結晶内で第２高調波（２ω）２２３Ａと基本波（ω）２２３Ｂとを混合することにより第３高調波（３ω）を発生させる。望まれる場合、いずれかの消費されていない基本波（ω）２２７は、例えばプリズムにより、第３高調波（３ω）２２５Ａ及び消費されていない第２高調波（２ω）２２５Ｂから分離され得る。消費されていない基本波（ω）２２７はそのうえ、結晶内で基本波出力密度を増加させて、より効率的に第２高調波（ω）２２３Ａを第３高調波（ω）２２５Ａに変換するように、消費されていないパルスが次の入力パルスに一致するような空洞内で再循環され得る。入力周波数を再循環させる例は、図４に周波数混合モジュール４００に対して示される。消費されていない基本波（ω）２２７を第３高調波発生器２２４内で再循環させるために、図４に示される方式と類似の方式が用いられ得るであろう。

好ましい実施形態では、第３高調波発生器２２４は、周波数混合用の非線形結晶としてＬＢＯを用いる。ＬＢＯは、１１７１ｎｍ及び５８５．５ｎｍ付近の波長のＩＩ型の混合のために、５０℃未満〜２００℃超過の温度で、ＹＺ結晶面に対して約２２．７°〜３４．９°の角度で、約７ｍｒａｄ〜１０ｍｒａｄの範囲内の低い光路ずれ角で臨界的に位相整合される。ＬＢＯは、Ｉ型の混合のためにＸＹ面に対して臨界的に位相整合することもできるが、光路ずれ角は少しばかり大きく（約１５ｍｒａｄ）、一方の入力波長の偏光は、Ｉ型混合のために、それを他方のものに整列させなければならない。

第３高調波（３ω）２２５Ａ及び消費されていない第２高調波（２ω）２２５Ｂは両方とも、非線形結晶内でそれらの周波数を共に混合することにより第５高調波（５ω）２２９を発生させる第５高調波発生器２２６に誘導される。望まれる場合、いずれかの消費されていない第３高調波及び消費されていない第２高調波（共に２３３と標識される）は、例えばプリズムまたは偏光ビーム分割器により第５高調波から分離され得る。消費されていない第２高調波（２ω）２２５Ｂのいずれかの部分はそのうえ、結晶内で第２高調波出力密度を増加させて、より効率的に第３高調波（３ω）２２５Ａを第５高調波２２９に変換するように、消費されていないパルスが次の入力パルスと一致するような空洞内で再循環され得る。入力周波数を再循環させる例は、図４に周波数変換モジュール４００に対して示される。第５高調波発生器２２６内で第２高調波（２ω）２２５Ｂを再循環させるために、図４に示されるものに類似の方式が用いられ得るであろう。

第５高調波発生器２２６の好ましい実施形態では、非線形結晶は、５８５．５ｎｍ及び３９０．３ｎｍの波長に対して約１６１℃の温度で非臨界的に位相整合されるＣＬＢＯである。そのような実施形態では、ＣＬＢＯ結晶は、約８５．１°〜８７．４°の温度で、約４ｍｒａｄ〜７ｍｒａｄの範囲内の低い光路ずれ角でほぼ非臨界的に位相整合されるように用いることができる。一実施形態では、第５高調波発生器２２６は、水素焼鈍されたＣＬＢＯ結晶を用いる。

図３は、ポンプレーザ及び基本波レーザ３００の模範的な実施形態を示す。ポンプ種レーザ３０２は、好ましい実施形態では約１１０９．１ｎｍの波長に対応する所望のポンプ周波数（ω０）でポンプ種３０３を発生させる。ポンプ種レーザ３０２は、好ましくは、約３００ｐｍ未満、いくつかの実施形態では１００ｐｍ未満のＥ９５帯域を有する安定した狭帯域レーザである。いくつかの実施形態では、ポンプ種レーザ３０２は、安定化ダイオードレーザ、または安定化低出力ファイバレーザである。いくつかの実施形態では、ポンプ種レーザ３０２は、ＣＷレーザである。他の実施形態では、ポンプ種レーザ３０２は、パルスレーザであり、主発振器３０８及びポンプレーザダイオード３０１に同期して誘発される。

ポンプ種（ω０）３０３は、ポンプレーザダイオード３０１からのより短い波長の光と結合される。好ましくは、ポンプレーザダイオード３０１は、９７５ｎｍ付近の波長等の約９００ｎｍ〜約１μｍの波長を出力する。ポンプレーザダイオード３０１は、約１ｎｍまたは数ｎｍの波長領域にわたる比較的広帯域の光を発生させ得る。ポンプレーザダイオード３０１からの出力は、ポンプ種（ω０）３０３と結合され、第１のポンプ増幅器３０４内に供給される。第１のポンプ増幅器３０４は、好ましくはＹｂ添加光ファイバを備えている。第１のポンプ増幅器３０４は、ポンプ種（ω０）３０３を数ｍＷ〜数百ｍＷまたは数Ｗ、または約１００ｍＷ〜数Ｗ等のより高い出力レベルに増幅する。いくつかの実施形態では、第１のポンプ増幅器３０４の出力は、ポンプ周波数（ω０）をより高い出力レベルに増幅するために第２のポンプ増幅器３０６に送られ得る。いくつかの実施形態（図示されず）では、ポンプ周波数ω０で出力をさらに増加させるために、第２の増幅器３０６に類似する追加の増幅器が鎖状に連結され得る。いくつかの実施形態では、レーザのほぼ１９３ｎｍの出力波長で必要とされる出力に依存して、ポンプ周波数ω０での出力は、数Ｗ、または数十Ｗ、または一実施形態では約１００Ｗに増加され得る。図３に示されるように、１つ以上のＡＳＥ（増幅誘発発光）フィルタ３０５は、ＡＳＥを抑制し、その出力帯域がポンプ種レーザ３０２の出力帯域に実質的に同じことを確保するために、増幅鎖内に（及び／または個別の増幅器内に）分配され得る。ポンプ周波数での増幅光の（５０％未満等）一部は分離され、周波数混合モジュール１０７（図１）に誘導される。ポンプ周波数での増幅光のその一部は、増幅鎖の末端でポンプ３１７として捕獲され得る、またはラマン増幅器後にポンプ３１７’として分離され得る。いくつかの実施形態では（図示されず）、ポンプ周波数での増幅光の一部は、増幅鎖に沿ってある程度捕獲され得る。

この実施形態では、ポンプ周波数での増幅光は、ラマン増幅器３１０に誘導される。ラマン増幅器３１０は、主発振器３０８により発生される基本波種（ω）３０９のラマン増幅により基本周波数（ω）３１９を発生させる。主発振器３０８は、所望の基本周波数ωで、好ましくは約３００ｐｍ未満、またはいくつかの実施形態では約１００ｐｍ未満のＥ９５帯域である基本波帯域で基本波種（ω）３０９を発生させる。好ましい実施形態では、周波数ωは、１１７１ｎｍ付近の波長に対応する。主発振器３０８は、基本波種レーザの総安定性を主に確定するので、安定していなければならない。基本波種（ω）３０９は、図３に示されるようにラマン増幅器３１０の直前でポンプ周波数での増幅光と結合されてもよく、基本波種（ω）３０９”として示されるように増幅鎖内のような前段階で、または基本波種（ω）３０９’により示されるような第１のポンプ増幅器の前で注入されてもよい。一実施形態では（図示されず）、基本波種は、ポンプ種３０３がポンプレーザダイオード３０１からの光と結合される前に、ポンプ種３０３と結合され得る。この構成は、レーザダイオードの高出力が結合される前に、低出力の光のみを結合させるという利点を有する。ラマン増幅器用の種をポンプ光と結合させるための異なる方式のさらなる詳細は、「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題し、２０１３年１１月１５日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願第１４／０２２，１９０号に記載される。

好ましい実施形態では、ラマン増幅器３１０は、溶融石英ファイバ、またはゲルマニウム添加溶融石英ファイバを備えている。溶融石英及びゲルマニウム添加溶融石英のラマン利得は高いので、約２ｍ以下のファイバは、（主発振器３０８の出力及び基本波３１９の所望の出力に依存して）十分な利得を与え得る。ゲルマニウム添加溶融石英の利得は純粋な溶融石英と比べて高いので、ゲルマニウムで添加されている場合、より短い長さのファイバを用いることができる。ゲルマニウムは吸湿性であるので、ゲルマニウム添加レベルは、好ましくは、約１０％〜２０％の添加レベル等の３０％未満である。

ポンプ光、ポンプレーザダイオードからの光、または基本波（ω）３１９のＡＳＥからの光のレベルを最小限にするために、ファイバブラッグ格子（図示されず）等のフィルタはラマン増幅器３１０の後に配置され得る。

ラマンファイバ増幅器は、比較的広い帯域（約２００ｃｍ^−１）にわたり高利得を有するので、いくつかの実施形態では、１１７１ｎｍからわずかにシフトした基本波波長、例えば約１１５０ｎｍ〜約１１７５ｎｍの波長は、１１０９ｎｍ付近のポンプ波長から発生され得る。同様に、１１７１ｎｍ付近の基本波は、約１１０５ｎｍ〜約１１３０ｎｍのポンプ波長等の、１１０９ｎｍからわずかにシフトしたポンプ波長から発生され得る。ゆえに、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍのさまざまな深ＵＶ波長は、このレーザにより、周波数変換に用いられる非線形結晶の特性を考慮しつつ基本波ω及びポンプ波ω０を適切に選択することにより発生され得る。

図４は、第５高調波（５ω）４０１Ａをポンプ波（ω０）４０１Ｂと混合することにより、レーザ出力４０９（または代わりにレーザ出力４０９’）を１９３ｎｍ付近の波長で発生させる模範的な周波数変換モジュール４００を示す。周波数混合モジュール４００は、周波数混合モジュール１０７（図１）の機能を実行することができる。

周波数混合モジュール４００では、第５高調波（５ω）４０１Ａとポンプ（ω０）４０１Ｂとを含む入力光は、ビーム結合光学系４１０により結合され、次に非線形結晶４０６に向けて誘導され、その結晶に集束される。光学系４１０は、光の２つの入力周波数（４０１Ａ及び４０１Ｂ）を実質的に共線状にし、結晶に整合するようにそれらの偏光面を調節し（例えば、Ｉ型の周波数混合では偏光は実質的に整列されるべきである）、２つの周波数を非線形結晶４０６内で実質的に重なり合うビームくびれに集束させるために、プリズム、ビーム分割器、１／４波長板、及び／またはレンズのうちのいずれかの組み合わせを含み得る。好ましい実施形態では、非線形結晶４０６は、適切なブリュスター角で切断されたその入力面及び出力面を有し、第５高調波（５ω）４０１Ａ及びレーザ出力４０９のそれぞれの面での反射損失を最小限にする。出力面がブリュスター角で切断されている実施形態では、レーザ出力４０９は、その表面での屈折により他の波長から十分に分離され得る。結晶４０６の出力面がブリュスター角ではない、または周波数の角方向の分離が十分に大きくない代わりの実施形態では、レーザ出力４０９’を分離するために（偏光ビーム分割器等）ビーム分割器４０７’が用いられてもよい。

周波数混合モジュール４００の一実施形態では、ポンプ周波数の出力密度を非線形結晶４０６内で増加させるために消費されていないポンプ周波数光４１１を再循環させる光学空洞内に非線形結晶４０６が含まれるが、周波数混合モジュール４００に対しては総ポンプレーザ出力のごく一部のみを用いる。消費されていないポンプ波（ω０）４１１は、非線形結晶４０６を離れた後、部分的透過鏡４０２に到達して、実質的に次の到達ポンプ４０１Ｂパルスと一致するように、鏡４０３、４０４、及び４０５で反射される。鏡４０２は、入力されるレーザパルし４０１Ａ及び４０１Ｂを透過させ、他方では再循環される消費されていないポンプ波４１１を反射させるように被膜される。鏡４０２の表面から同じ表面に戻るまでの光路全長は、再循環パルスが入力パルスと一致するように、入力パルスの間隔、またはその間隔の（二分の一または三分の一等）単位分数に等しくなければならない。例えば、レーザ繰り返し率は１００ＭＨｚである場合、その空洞の光路長は２．９９８ｍまたは１．５００ｍに近い必要がある。図４は蝶ネクタイ型環状空洞を示すが、当該技術分野で周知の環状または線状のいずれかの光学空洞を用いることができる。

別の実施形態では、消費されていないポンプ波（ω０）４１１は再循環されない。そのような実施形態では、鏡４０２、４０３、４０４、及び４０５は省略され、消費されていないポンプ波（ω０）４１１は、非線形結晶４０６の後にビーム廃棄場（図示されず）に誘導される。

いずれかの消費されていない第５高調波（５ω）４１３は非線形結晶４０６後に廃棄され得る。消費されていないポンプ波４１１を再循環させることにより結晶内で高出力レベルのポンプ周波数を得ることができるので、消費されていないポンプ波４１１を再循環させるそれらの実施形態は通常、非線形結晶４０６に適した長さを選択することにより、非線形結晶４０６内の周波数変換プロセスにおいて第５高調波の全てを主に消費することができる。

一実施形態では、深ＵＶ放射はこれらの材料に損傷を徐々に提供するので、非線形結晶４０６、または非線形結晶４０６及びビーム分割器４０７は走査される。その走査は、連続的な低速走査であってもよく、出力ビーム形状または強度の劣化が検出された後に離散段階で起こってもよい。２０１２年６月２９日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている「周波数変換レーザ内の結晶の連続動作に対する走査率」と題する米国仮出願第６１／６６６，６７５号において、非線形結晶を走査することについてのさらなる情報を見出すことができる。

当業者に周知であるように、レーザ及びそのさまざまなモジュール内の必要とされる場所に光を誘導するのに鏡及びプリズムが用いられ得る。必要に応じて非線形結晶内部のまたはその近傍の点にビームくびれを集束させるのにレンズ及び湾曲鏡が用いられ得る。必要とされるときに各々の高調波発生器モジュールの出力で異なる波長を分離するのにプリズム、ビーム分割器、格子、または他の回折性光学要素が用いられ得る。必要に応じて高調波発生器に対する入力で異なる波長を結合させるのに、適切に被膜された鏡、ビーム分割器／結合器またはプリズムが用いられ得る。

上の表１は、いくつかの適切な非線形結晶と各々の周波数変換工程に対する動作条件とを要約する。第５（Ａ）高調波発生器は、図２Ａの第５高調波発生器２０６を指すのに対し、第５高調波（Ｂ）発生器は、図２Ｂの第５高調波発生器２２６を指す。ＬＢＯとＣＬＢＯの両方は、第４高調波発生器に、及び第５高調波（Ａ）発生器に潜在的に適している。いくつかの段階において本発明の範囲から逸脱することなく（ＬＢＯ、ＣＬＢＯ及びベータ硼酸バリウム、ＢＢＯを含む）他の結晶または代わりの方位のＬＢＯに交換されてもよいことに留意する。当業者に理解され得るように、表１の結晶を、角度に対して対応する変更が行われる限り、列挙された温度とは数度異なる温度で動作させることができる。結晶の選択及び動作温度は、光路ずれ角、変換効率、（特に、深ＵＶ放射を使用または発生させるそれらの段階に対する）損傷、（ＬＢＯ及びＣＬＢＯ等の吸湿材料に対する）湿気吸収からの保護、適切な質及び寸法の結晶の費用及び入手可能性を含む多くの因子を考慮に入れなければならない。

高調波発生器または周波数混合モジュールのうちのいずれかは、２０１２年３月５日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている「高品質レーザ、安定な出力ビーム、及び長寿命光変換効率非線形結晶」と題する米国特許出願第１３／４１２，５６４号に開示される方法及びシステムのうちのいくつかまたは全てを用い得る。

図５〜１１は、１１０９ｎｍ付近のポンプ波長と１１７１ｎｍ付近の基本波長とを用いて、１９３ｎｍ付近の波長を発生させる上記のレーザを含み得るシステムを示す。フォトマスク、レチクル、ウェーハ、及び他の検査用途にこれらのシステムを用いることができる。

ある実施形態にしたがって、１９３ｎｍ付近の波長で動作するレーザを組み込む検査システムが記載される。その検査システムは、単一の検出器上の２つのデータチャネルを同時に検出し得る。そのような検出システムは、レチクル、フォトマスク、またはウェーハ等の基板を検査するのに用いられる場合があり、２００９年５月１５日にＢｒｏｗｎらに交付され、本明細書に参照により組み込まれる、米国特許第７，５２８，９４３号に記載されるように動作し得る。

図５は、模範的なレチクル、フォトマスク、またはセンサ５７０上に２つの画像または信号チャネルを同時に検出するウェーハ検査システム５００を示す。照射源５０９は、本明細書に記載されるような１９３ｎｍのレーザを組み込む。光源は、パルス倍増器及び／または干渉削減方式をさらに備え得る。２つのチャネルは、検査対象５３０が透明（例えば、レチクルまたはフォトマスク）である場合、反射及び透過強度を含んでもよく、または入射角、偏光状態、波長範囲またはそれらのある組み合わせ等の、２つの異なる照射モードを含んでもよい。

図５に示されるように、照射中継光学系５１５及び５２０は、光源５０９からの検査対象５３０までの照射を中継する。検査対象５３０は、レチクル、フォトマスク、半導体ウェーハ、または検査されるべき他の物品であり得る。像中継光学系５５５及び５６０は、検査対象５３０により反射及び／または透過される光をセンサ５７０に中継する。２つのチャネルに対する検出信号または検出像に対応するデータは、データ５８０として示され、第１のチャネル及び第２のチャネルを同時に読み取り、データを処理のためにコンピュータ（図示されず）に伝送するように構成された回路により読み取られる。

図６は、基板６１２の表面を検査するための模範的な光学式検査システム６００を示す。システム６００は一般に、第１の光学装置６５１と第２の光学装置６５７とを含む。図示されるように、第１の光学装置６５１は、少なくとも１つの光源６５２と検査光学系６５４と参照光学系６５６とを含むのに対し、第２の光学装置６５７は、少なくとも透過光光学系６５８と透過光検出器６６０と反射光光学系６６２と反射光検出器６６４とを含む。好ましい一実施形態では、光源６５２は、上記の改良されたレーザのうちの１つを含む。

光源６５２は、光ビームを偏向し、集束させるように配置される音響光学デバイス６７０を通過する光ビームを発するように構成される。光源６５２は、本明細書に記載される１９３ｎｍレーザのうちの１つを含む。音響光学デバイス６７０は、光ビームをＹ方向に偏向し、そのビームをＺ方向に集束させる一対の音響光学要素、例えば音響光学事前走査装置と音響光学走査装置とを含み得る。例として、たいていの音響光学デバイスは、ＲＦ信号を水晶またはＴｅＯ_２等の結晶に送信することにより動作する。このＲＦ信号により、音波は結晶を通って伝搬する。結晶は、音波の伝搬のために非対称になり、それにより屈折率が結晶の全体にわたり変化する。この変化により、入射ビームは、振動的に偏向される集束伝搬スポットを形成する。

光ビームは、音響光学デバイス６７０から現れるとき、一対の１／４波長板６７２と中継レンズ６７４を通過する。中継レンズ６７４は光ビームを平行化するように配置される。次に平行化光ビームは、回折格子６７６に到達するまでその経路上で続く。回折格子６７６は、光ビームを裾広がりにするために、より具体的には光ビームを、空間的に互いに区別可能である（空間的に区別される）３つの個別のビームに分離するために配置される。たいていの事例では、空間的に区別されるビームは、等しく離間され、実質的に等しい光強度を有するようにも整えられる。

３つのビームは、回折格子６７６を離れた後、開口６８０を通過し、次にビーム分割キューブ６８２に到達するまで続く。ビーム分割キューブ６８２は（１／４波長板６７２と組み合わせて）、ビームを２つの経路に分割するように整えられている、すなわち（図６に示される構成において）一方は下方に誘導され、他方は右に誘導される。下方に誘導される経路は、ビームの第１の光部分を基板６１２に分配するのに用いられるのに対し右側に誘導される経路は、ビームの第２の光部分を参照光学系６５６に分配するのに用いられる。たいていの実施形態では、大部分の光が基板６１２に分配され、小さな割合の光が参照光学系６５６に分配されるが、その割合は各々の光学検査システムの特定の設計にしたがって変化してもよい。一実施形態では、参照光学系６５６は、参照収集レンズ６１４と参照検出器６１６とを含むことができる。参照収集レンズ６１４は、光の強度を測定するように整えられている参照検出器６１６上にビームの一部を収集し、誘導するように整えられている。参照光学系は一般的に当業者によく知られており、簡潔化のために詳しくは考察されない。

ビーム分割器６８２から下方に誘導される３つのビームは、光を再誘導し、拡大するいくつかのレンズ要素を含む望遠鏡６８８により受信される。一実施形態では、望遠鏡６８８は、ラレット上で回転する複数の望遠鏡を含む望遠システムの一部である。例えば、３つの望遠鏡が用いられ得る。これらの望遠鏡の目的は、基板上の走査スポットの寸法を変えることであり、それにより最小限の検出可能な欠陥寸法を選択することができる。より具体的には、望遠鏡の各々は一般に、異なる画素寸法を有する。そのように、１つの望遠鏡は、検査をより高速にし、より低感度（例えば、低解像度）にする大きなスポット寸法を発生させてもよく、検査をより低速にし、より高感度（例えば、高解像度）にする小さなスポット寸法を発生させてもよい。

望遠鏡６８８から、３つのビームが、基板６１２の表面上にビームを集束させるために配置される対物レンズ６９０を通過する。ビームが３つの個別のスポットとして表面に交わるとき、反射光ビームと透過光ビームの両方が発生され得る。透過光ビームが基板６１２を通過するのに対し、反射光ビームは表面で反射する。例として、反射光ビームが基板の不透明な表面からで反射してもよく、透過光ビームが基板の透明領域を通って透過してもよい。透過光ビームは透過光光学系６５８により収集され、反射光ビームは反射光光学系６６２により収集される。

透過光光学系６５８に関して、透過光ビームは、基板６１２を通過した後、第１の透過レンズ６９６により収集され、球面収差補正レンズ６９８を用いて透過プリズム６１０上に集束される。透過光ビームを再配置し、曲げるように整えられる透過光ビームの各々に対して面を有するようにプリズム６１０を構成することができる。たいていの事例では、プリズム６１０は、（３つの個別の検出器を有するように示される）ビームを各々が透過光検出構成６６０内の単一の検出器上に落ちるように分離するために用いられる。したがって、ビームは、プリズム６１０を離れるときに第２の透過レンズ６０２を通過し、そのレンズは、分離されたビームの各々を３つの検出器のうちの１つの上に個別に集束させ、それらの検出器の各々は、透過光の強度を測定するように整えられている。

反射光光学系６６２に関して、反射光ビームは、基板６１２から反射した後、次にビームを望遠鏡６８８に向けて誘導する対物レンズ６９０により収集される。ビームは、望遠鏡６８８に達する前に１／４波長板６０４も通過する。一般論として、対物レンズ６９０及び望遠鏡６８８は、どのように入射ビームが操作されるのかに関連して、光学的に反対の様式で平行化されたビームを操作する。すなわち対物レンズ６９０はビームを平行化し直し、望遠鏡６８８はビーム径を低減する。ビームは、望遠鏡６８８を離れるとき、ビーム分割キューブ６８２に到達するまで（後方に）続く。ビーム分割器６８２は、１／４波長板６０４と協働してビームを中央経路６０６上に誘導するように構成されている。

次に経路６０６上で続くビームは、反射光ビームの各々に対する面を含む反射プリズム６０９上に各々のビームを集束させる第１の反射レンズ６０８により収集される。反射プリズム６０９は、反射光ビームを再配置し、曲げるように整えられる。透過プリズム６１０と同様に、反射プリズム６０９は、ビームを各々が反射光検出構成６６４内の単一の検出器上に落ちるように分離するように用いられる。図示されるように、反射光検出構成６６４は、３つの個別に異なる検出器を含む。ビームは、反射プリズム６０９を離れるとき、第２の反射レンズ６１１を通過し、その反射レンズは、分離されたビームの各々をこれらの検出器のうちの１つの上に集束させ、それらの検出器の各々は、反射光の強度を測定するように整えられている。

上記の光学アセンブリにより容易にされ得る複数の検査モードがある。例として、光学アセンブリは、透過光検出モード、反射光検出モード、及び同時検査モードを容易にすることができる。透過光検査モードに関して、透過モード検出は通常、透明領域と不透明領域とを有する従来のフォトマスク等の基板上の欠陥検出に用いられる。光ビームがマスク（または基板６１２）を走査するとき、光は、マスクを透明点で通り抜け、マスクの背後に配置され、透過光光学系６５８により収集された各々の光ビームの強度を測定する透過光検出器６６０により検出される。

反射光検査モードに関しては、クロム、現像されたフォトレジストまたは他の形体物の形態での画像情報を包含する透明基板または不透明基板上で反射光検査を実行することができる。基板６１２により反射された光は、検査光学系６５４と同じ光路に沿って後方に通るが、次に偏光ビーム分割器６８２により検出器６６４に逸らされる。より具体的には、第１の反射レンズ６０８、プリズム６０９、及び第２の反射レンズ６１１は、逸らされた光ビームからの光を検出器６６４上に投影する。不透明基板表面の上面上の汚染を検出するために反射光検出が用いられてもよい。

同時検査モードに関しては、欠陥の存在及び／または種類を確定するために透過光と反射光の両方を用いる。システムの２つの測定値は、透過光検出器６６０により感知された、基板６１２を通じて透過された光ビームの強度と、反射光検出器６６４により検出されるような反射光ビームの強度とである。次に、もしあれば基板６１２上の対応する点で欠陥の種類を確定するために、これら２つの測定値を処理することができる。

より具体的には、透過反射同時検出は、透過検出器により感知される不透明な欠陥の存在を明らかにすることができ、一方では反射検出器の出力を用いて欠陥の種類を明らかにすることができる。例として、基板上のクロム点または粒子によって、両方とも、結果として透過検出器からの透過光度が低くなり得るが、反射性のクロム欠陥によって同じ反射光検出器からの反射光度が高くなり、粒子によって反射光度が低くなり得る。したがって、反射検出と透過検出の両方を用いることにより、クロム模様の上に粒子を置いてもよく、それは、欠陥の反射特性または透過特性のみが検査される場合には行うことができなかった。加えて、それらの反射光強度と透過光強度の比率等の、ある種類の欠陥に対する特徴を確定し得る。次に、欠陥を自動的に分類するためにこの情報を用いることができる。２００８年４月１日に発行され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，５６３，７０２号は、検査システム６００に関する追加の詳細事項を記載する。

図７Ａは、表面領域７１１を検査するための照射システム７０１と収集システム７１０とを含む模範的な表面検査システム７００を示す。図７Ａに示されるように、レーザシステム７２０は、光ビーム７０２をレンズ７０３に通して誘導する。好ましい実施形態では、レーザシステム７２０は、上記のレーザ、焼鈍された結晶、及び結晶の焼鈍条件を維持するための筐体を含む。レーザからビームを受信し、ビームを、結晶内のまたは結晶近傍のビームくびれで楕円断面に集束させるような第１のビーム形成光学系を構成することができる。

レンズ７０３は、その主面がサンプル表面７１１に実質的に平行であるように方位が定められ、結果として、照射線７０５がレンズ焦点面７０３内の表面７１１上に形成される。加えて、光ビーム７０２及び集束ビーム７０４は、表面７１１に直交しない入射角に誘導される。特に、光ビーム７０２及び集束ビーム７０４は、表面７１１に垂直な方向から約１度〜約８５度の角度に誘導され得る。このように、照射線７０５は実質的に集束ビーム７０４の入射面内にある。

収集システム７１０は、照射線７０５から散乱される光を収集するためのレンズ７１２と、光感知検出器アレイを含む電荷結合デバイス（ＣＣＤ）７１４等のデバイス上に、レンズ７１２から入力される光を集束させるためのレンズ７１３とを含む。一実施形態では、ＣＣＤ７１４は、直列検出器アレイを含み得る。そのような事例では、ＣＣＤ７１４内の直列検出器アレイの方位を、照射線７０５に平行に定めることができる。一実施形態では、複数の収集システムを含むことができ、収集システムの各々は、類似の部品を含むが、方位が異なる。

例えば、図７Ｂは、表面検査システムに対する収集システム７３１、７３２、及び７３３の模範的な配列を示す（簡易化のために、例えば照射システム７０１のものに類似するその照射システムは図示されず）。収集システム７３１内の第１の光学系は、サンプル７１１の表面から第１の方向に散乱された光を収集する。収集システム７３２内の第２の光学系は、サンプル７１１の表面から第２の方向に散乱された光を収集する。収集システム７３３内の第３の光学系は、サンプル７１１の表面から第３の方向に散乱された光を収集する。第１、第２及び第３の経路は、サンプル７１１の前記表面に対して異なる反射角であることに留意する。光学系とサンプル７１１との間に相対運動を生じさせ、サンプル７１１の全表面が走査され得るように、サンプル７１１を支えるプラットフォーム７１２を用いることができる。２００９年４月２８日に発行され、参考により本明細書に組み込まれている米国特許第７，５２５，６４９号は、表面検査装置７００と他の複数の収集システムとをさらに詳しく記載している。

図８は、異表面８０１上の常を検査するのに用いられ得る模範的な表面検査システム８００を示す。この実施形態では、１８９ｎｍ〜２００ｎｍの波長を発生させる上記のレーザにより発生するレーザビームを含むレーザシステム８３０の実質的に定常の照射装置部分により表面８０１を照射することができる。そのビームを拡大し、集束させるために、レーザシステム８３０の出力を偏光光学系８２１、ビーム拡大器及び開口部８２２、及びビーム形成光学系８２３に連続的に通過させることができる。

次に、結果として得られる集束レーザビーム８０２は、ビーム８０５を表面８０１の方に誘導し、その表面を照射するために、ビーム折り畳み部品８０３及びビーム偏向器８０４により反射される。好ましい実施形態では、ビーム８０５は、表面８０１に対して実質的に垂直または鉛直であるが、他の実施形態では、ビーム８０５は、表面８０１に対して斜角であってもよい。

一実施形態では、ビーム８０５は、表面８０１に対して実質的に鉛直または垂直であり、ビーム偏向器８０４は、表面８０１からのビームの鏡面反射をビーム変向部品８０３に向けて反射し、それにより鏡面反射が偏向器に達することを防止するための遮蔽として働く。鏡面反射の方向は、サンプルの表面８０１に垂直である線ＳＲに沿っている。ビーム８０５が表面８０１に垂直である一実施形態では、この線ＳＲは、照射ビーム８０５の方向と一致し、この共通の参照線または方向は、本明細書では検査システム８００の軸と呼ばれる。ビーム８０５は表面８０１に対して斜角である場合、鏡面反射ＳＲの方向は、ビーム８０５の入力方向と一致しないであろう。そのような事例では、表面法線の方向を指し示す線ＳＲは、検査システム８００の収集部分の主軸と呼ばれる。

小さな粒子により散乱される光は、鏡８０６により収集され、開口８０７及び検出器８０８に向けて誘導される。大きな粒子により散乱される光は、レンズ８０９により収集され、開口８１０及び検出器８１１に向けて誘導される。大きな粒子は、そのうえ収集され検出器８０８に誘導される光を散乱させることになり、同様にいくつかの小さな粒子は、そのうえ収集され、検出器８１１に誘導される光を散乱させることになるが、そのような光は、各々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に比べて比較的低い強度のものであることに留意する。一実施形態では、検出器８１１は、光感知要素アレイを含むことができ、光感知要素のアレイの各々の光感知要素は、照射線の拡大像の対応する部分を検出するように構成される。一実施形態では、パターン形成されていないウェーハ上の欠陥を検出するのに用いられるように検査システムを構成することができる。２０１１年８月７日に発行され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６，２７１，９１６号は、検査システム８００をさらに詳しく記載する。

図９は、垂直及び斜角照射ビームを用いて異常検出を実施するように構成された模範的な検査システム９００を示す。この構成では、約１８９ｎｍ〜２００ｎｍの波長を発生させる上記のレーザを含むレーザシステム９３０は、レーザビーム９０１を提供する。レンズ９０２は、空間フィルタ９０３及びレンズ９０４を通してビーム９０１を集束させ、そのビームを平行化し、偏光ビーム分割器９０５に運ぶ。ビーム分割器９０５は、第１の偏光成分を垂直照射経路に通し、第２の偏光成分を斜角照射経路に通し、ここでは第１及び第２の成分は直交する。垂直照射経路９０６では、第１の偏光成分は、光学系９０７により集束され、鏡９０８によりサンプル９０９の表面に向けて反射される。使用９０９により散乱される放射は、放物面鏡９１０により収集され、光電子倍増管９１１に集束される。

斜角照射経路９１２では、第２の偏光成分は、ビーム分割器９０５により、半波長プレート９１４を通してそのようなビームを反射する鏡９１３に反射され、光学部品９１５によりサンプル９０９に集束される。斜角経路９１２内の斜角照射ビームから始まり、サンプル９０９により散乱される放射は、放物面鏡９１０により収集され、光電子倍増管９１１に集束される。光電子倍増管９１１がピンホール入口を有することに留意する。ピンホール及び（表面９０９上の直交及び斜角照射経路からの）照射スポットは、好ましくは、放物面鏡９１０の焦点にある。

放物面鏡９１０は、サンプル９０９からの散乱放射を平行化ビーム９１６に平行化する。次に平行化ビーム９１６は、対物レンズ９１７により分析器９１８に通されて光電子倍増管９１１に集束される。放物面形以外の形を有する湾曲された表面が用いられてもよいことに留意する。器具９２０は、スポットが使用９０９の表面にわたり走査されるように、ビームとサンプル９０９との間の相対運動を提供することができる。２００１年３月１３日に発行され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６，２０１，６０１号は、検査システム９００をより詳細に記載する。

図１０は、複数の対物レンズと上記のレーザのうちの１つとを含む模範的な検査システム１０００を示す。システム１０００では、レーザ源１００１からの照射は、照射サブシステムの複数の部分に送られる。レーザ源１００１は、光を約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの波長で発生させる上記のレーザのうちの１つを含む。照射サブシステムの第１の部分は要素１００２ａ〜１００６ａを含む。レンズ１００２ａはレーザ１００１からの光を集束させる。次にレンズ１００２ａからの光は鏡１００３ａから反射する。鏡１００３ａは、照射目的のためにこの場所に置かれており、その他の場所に配置されてもよい。次に鏡１００３ａからの光は、照射瞳面１００５ａを形成するレンズ１００４ａにより収集される。検査モードの要求に応じて、光を変調するための開口部、フィルタ、または他の装置が瞳面１００５ａ内に置かれてもよい。次に瞳面１００５ａからの光は、レンズ１００６ａを通過して照射野面１００７を形成する。

照射サブシステムの第２の部分は、要素１００２ｂ〜１００６ｂを含む。レンズ１００２ｂはレーザ１００１からの光を集束させる。次にレンズ１００２ｂからの光は鏡１００３ｂから反射する。次に鏡１００３ｂからの光は、照射瞳面１００５ｂを形成するレンズ１００４ｂにより収集される。検査モードの要求に応じて、光を変調するための開口部、フィルタ、または他の装置が瞳面１００５ｂ内に置かれてもよい。次に瞳面１００５ｂからの光は、レンズ１００６ｂを通過して照射野面１００７を形成する。次に、照射野面１００７での照射野光エネルギーが、結合された照射部分から構成されるように、第２の部分からの光は鏡または反射表面により再誘導される。

次に野面の光は、ビーム分割器１０１０で反射する前にレンズ１００９により収集される。レンズ１００６ａ及び１００９は、第１の照射瞳面１００５ａの像を対物レンズ瞳面１０１１で形成する。同様に、レンズ１００６ｂ及び１００９は、第２の照射瞳面１００５ｂの像を対物レンズ瞳面１１０１で形成する。次に対物レンズ１０１２（または代わりに１０１３）は、瞳光を取得し、照射野１００７の像をサンプル１０１４で形成する。サンプル１０１４の近傍に対物レンズ１０１２または対物レンズ１０１３を配置することができる。サンプル１０１４は、サンプルを所望の場所に配置するステージ（図示されず）上で移動することができる。サンプル１０１４から反射され、散乱される光は、高ＮＡ反射屈折性対物レンズ１０１２または対物レンズ１０１３により収集される。反射光瞳を対物レンズ瞳面１０１１で形成した後、光エネルギーは、撮像サブシステム内で内部野１０１６を形成する前にビーム分割器１０１０とレンズ１０１５とを通る。この内部結像野は、サンプル１０１４の像と、それに対応して照射野１００７とである。この結像野は、照射野に対応する複数の野に空間的に分離され得る。これらの野の各々は、個別の結像モードに対応することができる。

鏡１０１７を用いてこれらの視野のうちの１つを再誘導することができる。次に再誘導された光は、別の結像瞳１０１９ｂを形成する前にレンズ１０１８ｂを通過する。この結像瞳は、瞳１０１１の像と、それに対応して照射瞳１００５ｂである。光を変更するための開口部、フィルタ、または他の装置は、検査モードの必要性に応じて瞳面１０１９ｂ内に配置され得る。次に瞳面１０１９ｂからの光は、レンズ１０２０ｂを通過し、センサ１０２１ｂ上に像を形成する。類似の方法では、鏡または反射表面１０１７のそばを通る光は、レンズ１０１８ａにより収集され、結像瞳１０１９ａを形成する。次に結像瞳１０１９ａからの光は、検出器１０２１ａ上に像を形成する前にレンズ１０２０ａにより収集される。センサ１０２１ｂ上に結像される光とは異なる結像モードに対しては、検出器１０２１ａ上に結像される光を用いることができる。

システム１０００で用いられる照射サブシステムは、レーザ源１００１と、収集光学系１００２〜１００４と、瞳面１１０５の近傍に配置されるビーム整形部品と、中継光学系１００６及び１００９とで構成される。内部野面１００７がレンズ１００６と１００９との間に配置される。好ましい一実施形態では、レーザ源１００１は上記のレーザのうちの１つを含むことができる。

レーザ源１００１に関して、２つの透過点または透過角度を有する単一の均一な塊としてとして照射されるが、実際には、これは、２つの経路の照射を、例えば要素１００２ａ〜１００６ａを通過する第１の周波数でのレーザ光エネルギー等の第１の光エネルギーチャネルと、要素１００２ｂ〜１００６ｂを通過する第２の周波数でのレーザ光エネルギー等の第２の光エネルギーチャネルとを提供することを可能にするレーザ源を必要とする。一方の経路には明視野モード、他方の経路には暗視野モード等の異なる光照射及び検出モードが用いられ得る。

レーザ源１００１からの光エネルギーは、９０度で個別に発光されているように示され、要素１００２ａ〜１００６ａ及び１００２ｂ〜１００６ｂが９０度の角度で方向付けられているが、実際には、必ずしも２次元ではなく、さまざまな方位で発光されてもよい。部品は、図示されるのとは異なるように方向付けされてもよい。したがって、図１０は、用いられる部品を単に表しているだけであり、図示される角度または距離は、調整されておらず、設計のために具体的に必要とされるものでもない。

瞳面１００５の近傍に配置される要素は、開口成形の概念を用いて現行のシステム内で用いられ得る。この設計を用いて、均一な照射またはほぼ均一な照射、並びに個別の点照射、環状照射、４極照射、または他の所望のパターンが実現され得る。

汎用の撮像サブシステムにおいて、対物レンズに対するさまざまな実装が用いられ得る。単一の固定対物レンズが用いられ得る。撮像システムが比較的大きな視野面積と比較的高い開口数とに対応している場合に、そのような設計が達成され得る。瞳面１００５ａ、１００５ｂ、１０１９ａ、及び１０１９ｂ内に配置される内部開口を用いることにより、開口数を所望の値に低減することができる。

図１０に示されるように複数の対物レンズが用いられてもよい。例えば、２つの対物レンズ１０１２及び１０１３が示されているが、任意の数が可能である。そのような設計での各々の対物レンズは、レーザ源１００１により発生される各々の波長に対して最適化され得る。これらの対物レンズ１０１２及び１０１３は、位置を固定することができる、またはサンプル１０１４近傍の位置に移動することができる。複数の対物レンズをサンプルの近傍に移動させるために、標準的な顕微鏡に共通するような回転タレットが用いられ得る。対物レンズをサンプルの近傍に移動させるための他の設計は、利用可能であり、対物レンズをステージ上で横手方向に並進させることと、ゴニオメータを用いて対物レンズを円弧上に並進させることとを含むがこれに限定されない。加えて、本発明にしたがって、固定された対物レンズ及びタレット上の複数の対物レンズのうちのいずれかの組み合わせを得ることができる。

この構成の最大開口数は、０．９７に近づいてもよく、超えてもよいが、ある事例においてはより高い場合がある。この高ＮＡ反射屈折撮像システムを用いて、その大きな視野面積との組み合わせた可能な幅広い照射及び収集角度により、そのシステムは複数の検査モードに同時に対応することができる。前の段落から理解され得るように、照射装置と組み合わせた単一の光学システムまたは機械を用いて、複数の結像モードを実施することができる。照射及び収集のために開かれた高いＮＡにより、同じ光学システムを用いて結像モードを実施することができ、それにより異なる種類の欠陥またはサンプルに対する撮像を最適化することができる。

撮像サブシステムは、中間画像形成光学系１０１５も含む。画像形成光学系１０１５の目的は、サンプル１０１４の内部像１０１６を形成することである。この内部像１０１６では、検査モードのうちの１つに対応する光を再誘導するために鏡１０１７を配置することができる。結像モード用の光は空間的に分離しているので、光をこの場所に再誘導することができる。画像形成光学系１０１８（１０１８ａ及び１０１８ｂ）及び１０２０（１０２０ａ及び１０２０ｂ）は、焦点可変式拡大器、複数の集束光学部品付き無限焦点管形レンズ、または複数の画像形成磁束管を含むいくつかの異なる形態で実現することができる。２００９年７月１６日に公開され、本明細書に参照により組み込まれている米国出願公開出願第２００９／０１８０１７６号は、システム１０００に関する追加の詳細事項を記載している。

図１１は、反射屈折撮像システム１１００への垂直入射レーザ暗視野照射の追加を示す。暗視野照射は、ＵＶレーザ１１０１と、検査されている表面上の照射ビーム径及び半面像を制御するための適合光学系１１０２と、機械的筐体１１０４内の開口及び窓１１０３と、レーザを光軸に沿ってサンプル１１０８の表面に垂直な入射で再誘導するためのプリズム１１０５とを含む。プリズム１１０５はそのうえ、サンプル１１０８の表面形体からの鏡面反射及び対物レンズ１１０６の光学面からの反射を光路に沿って結像面１１０９に誘導する。対物レンズ１１０６のレンズは、反射屈折対物レンズ、集束レンズ群、及び拡大管レンズ部分の一般形で提供され得る。好ましい実施形態では、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの波長を発する上記のレーザによりレーザ１１０１を実現することができる。１９９９年１２月７日に発行された米国特許第５，９９９，３１０号、及び２００７年１月４日に公開された米国出願第２００７／０００２４６５号は、システム１１００をさらに詳しく記載している。特許と出願の両方は、参照により本明細書に組み込まれている。

他のレチクル、フォトマスク、またはウェーハシステムは、上記の改良されたレーザを有利に用いることができる。例えば、他のシステムは、米国特許第５，５６３，７０２号、５，９９９，３１０号、第６，２０１，６０１号、第６，２７１，９１６号、第７，３５２，４５７号、第７，５２５，６４９号、及び第７，５２８，９４３号に記載されるものを含む。さらなる他のシステムは、米国出願第２００９／０１８０１７６号に記載されるものを含む。この改良されたレーザは、検査及び計測システムに用いられる場合、公開ＰＣＴ出願ＷＯ２０１０／０３７１０６及び米国特許出願第１３／０７３，９８６号に開示される干渉波動・斑点低減装置及び方法と有利に組み合わせられ得る。この改良されたレーザは、２０１２年６月１日に出願され、２０１２年１２月１３日に米国出願第２０１２／０３１４２８６号としてここで公開された「レーザパルス倍率器を用いた半導体検査及び計測システム」と題する米国特許出願第１３／７１１，５９３号に開示される方法及びシステムと有利に組み合わせられ得る。これらの特許及び出願の全ては、参照により本明細書に組み込まれている。

深ＵＶレーザの最も重要な部分は、最終周波数変換段階である。１１７１ｎｍ付近の基本波の第５高調波を１１０９ｎｍ付近のポンプ波長と混合する、１９３ｎｍの付近の波長を発生させる上記のレーザにより、その最終周波数変換に対して実質的に非臨界の位相整合を用いることができる。ほぼ非臨界の位相整合は、大きな結晶を用いることができ、整列の小さな変化により影響を受けないので、より効率的であり、臨界位相整合よりも適している。より長い結晶により、同じ総変換効率を維持しながら結晶の低いピーク出力密度を用いることもでき、それにより結晶への損傷の蓄積が緩やかになることに留意する。特に、本明細書で記載されるレーザは、あまり複雑ではなく、第８高調波発生よりも効率的である。したがって、上記の１９３ｎｍのレーザは、フォトマスク、レチクル、またはウェーハを検査及び計測する間の十分なシステム上の利点を提供することができる。

上記のことは、１９３．４ｎｍの出力波長を生じさせる約１１７１ｎｍの基本波長と約１１０９．１ｎｍのポンプ波長とを記述しているが、基本周波数とポンプ周波数との適切な選択を用いたこの取り組みにより１９３．４ｎｍから数ｎｍ内の他の波長が発生され得ると理解されるべきである。そのようなレーザを用いるそのようなレーザ及びシステムは、本発明の範囲内である。

上記の本発明の構造体及び方法のさまざまな実施形態は、本発明の原理を説明するためのものであり、本発明の範囲を記載される特定の実施形態に限定することを意図していない。例えば、いくつかの周波数変換段階において、ＣＬＢＯ、ＬＢＯ、またはＢＢＯもしくは周期分極性材料以外の非線形結晶を用いることができる。したがって、本発明は、以下の請求項及びそれらの均等物によってのみ限定される。

Claims (18)

1. 光を発生させるためのレーザであって、前記レーザは、
   約１１０５ｎｍ〜約１１３０ｎｍの対応波長を有するポンプ周波数を発生させるポンプレーザと、
   前記ポンプ周波数の一部から基本周波数を発生させる基本波レーザであって、前記基本周波数は約１１５０ｎｍ〜約１１７５ｎｍの対応波長を有する、基本波レーザと、
   前記基本周波数の第５高調波を発生させる第５高調波発生器モジュールと、
   前記ポンプ周波数と前記第５高調波周波数とを結合させて、約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの出力波長を発生させる周波数混合モジュールと、
   を含み、
   前記周波数混合モジュールが、前記ポンプ周波数の未消費部分を再循環させる光空洞をさらに備える、レーザ。
2. 前記第５高調波発生器が、前記基本周波数の一部から第２高調波を発生させる第１の段階を含む、請求項１に記載のレーザ。
3. 前記第１の段階が三硼酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を含む、請求項２に記載のレーザ。
4. 前記第５高調波発生器が、
   前記第２高調波から第４高調波を発生させる第２の段階と、
   前記第４高調波と前記基本周波数の一部とを結合させることにより前記第５高調波を発生させる第３の段階と、
   をさらに含む、請求項２に記載のレーザ。
5. 前記第２及び第３の段階のうちの少なくとも１つが、焼鈍された硼酸セシウム・リチウム（ＣＬＢＯ）結晶、焼鈍されたＬＢＯ結晶、水素焼鈍されたＣＬＢＯ結晶、及び水素焼鈍されたＬＢＯ結晶のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のレーザ。
6. 前記第５高調波発生器が、
   前記第２高調波の一部と前記基本周波数の一部とを結合させることにより第３高調波を発生させる第２の段階と、
   前記第３高調波と前記第２高調波の一部とを結合させることにより前記第５高調波を発生させる第３の段階と、
   をさらに含む、請求項２に記載のレーザ。
7. 前記第２の段階が、ＬＢＯ結晶または焼鈍されたＬＢＯ結晶を含む、請求項６に記載のレーザ。
8. 前記第３の段階が、硼酸セシウム・リチウム（ＣＬＢＯ）結晶、焼鈍されたＣＬＢＯ結晶、及び水素焼鈍されたＣＬＢＯ結晶のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のレーザ。
9. 前記基本波レーザが、ラマンシフタ、ラマン発振器、及びラマン増幅器のうちの１つを備えている、請求項１に記載のレーザ。
10. 前記ラマンシフタ、ラマン発振器、またはラマン増幅器が、添加溶融石英光ファイバ、ゲルマニウム添加溶融石英光ファイバ、及び無添加溶融石英光ファイバのうちの１つを含む、請求項９に記載のレーザ。
11. 前記ポンプレーザが、イッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバ及び赤外線ダイオードレーザのうちの１つを含む、請求項１に記載のレーザ。
12. 前記ダイオードレーザが量子ドット技術を用いる、請求項１１に記載のレーザ。
13. 前記周波数混合モジュールが、焼鈍された硼酸セシウム・リチウム（ＣＬＢＯ）結晶または水素焼鈍されたＣＬＢＯ結晶を含む、請求項１に記載のレーザ。
14. 光を発生させる方法であって、前記方法は、
    約１１０５ｎｍ〜約１１３０ｎｍの対応波長を有するポンプ周波数を発生させることと、
    前記ポンプ周波数の一部から基本周波数を発生させることであって、前記基本周波数は約１１５０ｎｍ〜約１１７５ｎｍの波長に対応する、発生させることと、
    前記基本周波数から第５高調波を発生させることと、
    前記ポンプ周波数と前記第５高調波とを結合させて約１８９ｎｍ〜約２００ｎｍの出力波長を発生させることと、
    を含み、
    前記ポンプ周波数と前記第５高調波とを結合させることが、前記ポンプ周波数の未消費部分を再循環させることを含む、方法。
15. 前記基本周波数の前記発生が、前記ポンプ周波数をラマンシフトさせることを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ポンプ周波数と前記第５高調波周波数との前記結合が、焼鈍されたＣＬＢＯ結晶または水素焼鈍されたＣＬＢＯ結晶を用いる、請求項１４に記載の方法。
17. 前記基本周波数からの前記第５高調波周波数の前記発生が、
    前記基本周波数の一部から第２高調波を発生させることと、
    前記第２高調波から第４高調波を発生させることと、
    前記第４高調波と前記基本周波数の一部とを結合させることにより前記第５高調波を発生させることと
    を含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記基本周波数からの前記第５高調波周波数の前記発生が、
    前記基本周波数の一部から第２高調波を発生させることと、
    前記第２高調波の一部と前記基本周波数の一部とを結合させることにより第３高調波を発生させることと、
    前記第３高調波と前記第２高調波の一部とを結合させることにより第５高調波を発生させることと、
    を含む、請求項１４に記載の方法。

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