JP6324963B2 - 固体照射光源及び検査システム - Google Patents

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関連出願
本願は、「Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ １９３ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で２０１２年９月１１日に出願された米国特許仮出願第６１／６９９，７０６号の優先権を主張し、その開示は、参照により本明細書に援用される。

本願は、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で２０１１年９月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／５３８，３５３号、２０１１年１１月１１日に「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で出願された米国特許仮出願第６１／５５９，２９２号、２０１２年１月２７日に「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で出願された米国特許仮出願第６１／５９１，３８４号、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で２０１２年２月２７日に出願された米国特許仮出願第６１／６０３，９１１号，及び「Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ Ａｎｄ Ａｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ １９３ ｎｍ Ｌａｓｅｒ」という名称で２０１２年７月２５日に出願されたＣｈｕａｎｇらの同時係属米国特許出願第１３／５５８，３１８号に関連する。上述の全ての出願は、参照により本明細書に援用される。

また、本願は、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｅｌｏｗ ａｂｏｕｔ ２００ｎｍ」という名称で２００７年４月１６日に出願された米国特許出願第１１／７３５，９６７号にも関連し、この出願は参照により本明細書に援用される。

本願は、赤外線基本波長の高調波変換による深ＵＶ光（例えば、１９３ｎｍ近傍の波長の光）を生成する固体レーザーに関する。このようなレーザーは、フォトマスク、レチクル、又はウエハ検査での使用に適する。

短波長のレーザー光線は、高解像度の画像を生成でき、レーザー検査システムにおいては、画像処理試料の特徴及び欠陥に関する良好な情報を得ることができる。高解像度のレーザー検査システムに対する要求の高まりに応えるために、半導体産業における最近の傾向は、短波長ＵＶ−ＤＵＶレーザー検査システム（すなわち、２５０ｎｍ未満のレーザー光線を用いるシステム）に向かっている。例えば、２１３ｎｍ、２０６ｎｍ、又は１９３ｎｍのレーザー光線で動作する短波長ＵＶ−ＤＵＶレーザー検査システムが現在開発されている。

短波長ＵＶ−ＤＵＶレーザー検査システム用の光学系を生成するのに必要なコスト及び複雑さを可能な限り小さくするために、照射光源は、実質的に全ての光エネルギーが狭周波数帯内に存在するレーザー光線を生成できなければならない。ＵＶ−ＤＵＶレーザー検査システムでは、エネルギーの９５％が包含される帯域幅の範囲（すなわち、光の「Ｅ９５」帯域幅値）が、通常の望ましい目標である。従って、課題は、短波長ＵＶ−ＤＵＶ（例えば、２５０ｎｍ未満の公称波長値を有する光）かつ狭いＥ９５帯域幅（すなわち、公称又は「中央」ＵＶ周波数の±１％、好ましくは、±０．１％）の狭周波数帯ＵＶを生成する照射光源を提供することが課題である。

狭周波数帯紫外光の生成に通常使われる固体レーザーはバルクレーザーとファイバレーザーとの２種類が存在する。バルクレーザーは、ネオジム、クロム、エルビウム、又はイッテルビウムなどの希土類元素がドープされたガラス又は別の結晶性物質の活性固体媒体を備える。バルクレーザーは、非常に狭周波数帯で高い最大出力を有するレーザー光を生成でき、複雑さのより少ない（従って、低コストの）光学システムとしての使用を可能とする。しかし、バルクレーザーの波長の選択幅は、極めて限られており、従って、一部のレーザー検査システムには適さない。さらに、バルクレーザーからの信頼性の高い高出力光の生成には困難な点が多い。

バルクレーザーとは対照的に、ファイバレーザーは、エルビウム、イッテルビウム、ネオジウム、ジスプロシウム、ホルミウム、プラセオジム、又はツリウムなどの希土類元素がドープされたがドープされた光ファイバにより形成された活性利得媒体を備える。ファイバレーザーは、高最大出力のレーザー光を生成できるという理由から、レーザー検査システムの基本光を生成するための魅力的な選択肢である。さらに、レーザー光の周波数は、ファイバ中のドープ剤の量を変えることにより、特定の周波数に「調整（ｔｕｎｅ）」できる。

図１は、従来の検査システム用ＵＶレーザー光を生成できるファイバベースの照射光源１００を示す。ファイバベース照射光源１００は、シードレーザー１０１及び出力を増幅するファイバ増幅器１０５を備える主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）構成を有する。必要な波長と出力を直接生成できるＭＯＰＡ構成はバルクレーザーより複雑であるが、その構成部品は一般に規格品であり、そのため、より高出力の新しいバルクレーザーよりも開発が簡単であると思われる。

例えば、この実施形態では、ファイバベース照射光源１００は、例えば、１０６０ｎｍのパルス光を出力するシードレーザー１０１を備える。光アイソレータ１０２は、パルス光出力を受け、その伝播が確実に一方向のみとなるようにする。具体的には、光アイソレータ１０２は、ファラデー回転子及びそれに伴う偏光を使い望ましくない戻り光を防ぐ。光カプラ１０３は、光アイソレータ１０２の偏光出力を受け、また、ポンピング光源１０４から入力を受ける。ポンピング光源１０４を用いて、ファイバ増幅器１０５の利得媒体にエネルギーを移す。このエネルギーは、媒体に吸収され、それにより、原子が励起状態になる。典型的な実施形態では、ポンプエネルギーは電流又は光から供給できる。しかし、いずれの実施形態でも、ポンプ出力は、シードレーザー１０１のレージング閾値より大きい。

ファイバ増幅器１０５は、光カプラ１０３の出力を受け、励起パルス光の出力を増幅する。一実施形態では、ファイバ増幅器１０５は、１種又は複数種のイッテルビウムドープファイバ（ＹｂＤＦ）を備える。光アイソレータ１０６は、増幅パルス光を受け、上述のように戻り光を取り除く。ＭＯＰＡ構成は、後方反射、特に、光増幅後の後方反射に敏感な場合があることに留意されたい。従って、光アイソレータ（例えば、光アイソレータ１０２及び１０６）は、ファラデーアイソレータを備えてこの戻り光感受性を緩和できる。光学フィルタ１０７は、光アイソレータ１０６の偏光出力を受け、出力光１０８を生成できる。一実施形態では、出力光１０８は、１種又は複数種の波長成分（すなわち、基本光源）を含んでもよい。複数の波長成分が存在する場合は、スイッチなどの追加の部品を用いて所望の波長成分を選択できる。一実施形態では、光アイソレータ、ポンピング光源、光カプラ、ファイバ増幅器、及び光学フィルタなどの追加の増幅段をファイバベースの照射光源１００に組み込んでもよい。

米国特許出願公開第２００９／０１８５５８８号 米国特許出願公開第２０１１／００８５１４９号 米国特許出願公開第２００７／０１４６６９３号

しかし、それぞれの追加の増幅段は、特に、高い平均及び最大出力の場合に複雑さが増える。４０Ｗの平均出力レベル及び２０ｋＷの最大出力では、それらが損傷を受けないように光ファイバを接合することが難しい。加えて、ファイバ及び連結部材の能動冷却が必要となる。また、高出力増幅器は、熱発生の問題に加えてポンプの高出力化が必要である。また、パルス光源は、自己位相変調（ＳＰＭ）を起こし、これにより、レーザーのスペクトルバンド幅が広がる。このことが、ファイバ増幅器からどのくらい高い平均及び最大出力が引き出せるかに関し基本的限界を設定することになる。従って、改善された照射光源に対する必要性が生ずる。

検査システム用の照射光源がここに記載される。この照射光源は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーとを備える。光カプラは、パルスシードレーザーの出力と連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合してよい。前置増幅段は、光カプラの出力を受けてよい。出力増幅器は、前置増幅段の出力を受けてよい。

検査システム用の別の照射光源がここに記載される。この照射光源は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、パルスシードレーザーの出力を受けるための前置増幅段とを備える。光カプラは、前置増幅段の出力及び約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーの出力を結合してよい。出力増幅器は、光カプラの出力を受けてよい。

検査システム用のさらに別の照射光源がここに記載される。この照射光源は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、パルスシードレーザーの出力を受けるための前置増幅段とを備える。出力増幅器は、前置増幅段の出力を増幅できる。光カプラは、出力増幅器の出力と約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合してよい。ラマン利得ファイバは、光カプラの出力を受けてよい。

前置増幅段は、複数の順次接続型前置増幅器を備えてよい。一実施形態では、少なくとも１つの前置増幅器は、入力光の伝播方向にポンプ光を入射させる。例えば、少なくとも１つの前置増幅器は、照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタ、ポンプレーザー、ＡＳＥフィルタ及びポンプレーザーの出力を結合する光カプラ、ならびに、光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器を備えてよい。一実施形態では、少なくとも１つの前置増幅器は、入力光の伝播と逆方向にポンプ光を入射させる。例えば、少なくとも１つの前置増幅器は、照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタ、ＡＳＥフィルタの出力を増幅するファイバ増幅器、ポンプレーザー、及びファイバ増幅器とポンプレーザーの出力を結合する光カプラ、を備えてよい。さらに別の実施形態では、少なくとも１つの前置増幅器は、入力光の伝播と逆の第１の方向、ならびに、伝播方向の第２の方向にポンプ光を入射させる。例えば、少なくとも１つの前置増幅器は、照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタ、第１のポンプレーザー、ＡＳＥフィルタと第一のポンプレーザーの出力を結合する第１の光カプラ、第１の光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器、第２のポンプレーザー、及びファイバ増幅器と第２のポンプレーザーの出力を結合する第２の光カプラを備えてよい。

約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成する方法が記載される。本方法では、パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長が生成される。ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長が生成される。第１の波長と第２の波長とを結合して結合された波長が生成される。結合された波長は増幅される。結合された波長の第６高調波が生成され、約１９３ｎｍの波長が得られる。

約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成する別の方法が記載される。本方法では、パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長が生成されてよい。第１の波長は、増幅されて第１の増幅された波長が生成される。ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長が生成される。第１の増幅された波長と第２の波長とを結合して結合された波長が生成されてよい。該結合された波長を増幅して第２の増幅された波長が生成されてよい。第２の増幅された波長の第６高調波が生成され、約１９３ｎｍの波長が得られる。

約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成するさらに別の方法が記載される。本方法では、パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長が生成される。第１の波長は、増幅されて第１の増幅された波長が生成される。ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長が生成される。第１の増幅された波長と第２の波長とを結合して結合された波長が生成されてよい。結合された波長をラマン利得ファイバによって増幅して第２の増幅された波長が生成されてよい。第２の増幅された波長の第６高調波が生成され、約１９３ｎｍの波長が得られる。

レチクル、フォトマスク、又はウエハなどの試料の検査システムも本明細書で記載される。これらのシステムには、本明細書で記載される照射光源の１つを備えてよい。

検査システム用ＵＶレーザー光を生成できる従来のファイバベース照射光源を示す図である。 検査システム用ＵＶレーザー光を生成できるファイバベース照射光源のブロック図である。照射光源は、１１６０ｎｍの波長のラマンシードレーザー及び１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーを備え、これらは、複数の順次接続型前置増幅段及び下流出力増幅器の前で結合される。 図２Ａの照射光源の２点の波形の図である。 図２Ａの照射光源の２点の波形の図である。 検査システム用ＵＶレーザー光を生成できるファイバベース照射光源のブロック図である。照射光源は、複数の順次接続型前置増幅段に供給される１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザー、及び下流出力増幅器に注入される１１６０ｎｍの波長のラマンシードレーザーを備える。 図３Ａの照射光源の３点の波形の図である。 図３Ａの照射光源の３点の波形の図である。 図３Ａの照射光源の３点の波形の図である。 検査システム用ＵＶレーザー光を生成できる、さらに別のファイバベース照射光源のブロック図である。照射光源は、複数の順次接続型前置増幅段に供給される１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザー、及び出力増幅器の出力に結合されるラマン利得ファイバに注入される１１６０ｎｍの波長のラマンシードレーザーを備える。 図４Ａの照射光源の３点の波形の図である。 図４Ａの照射光源の３点の波形の図である。 図４Ａの照射光源の３点の波形の図である。 図２Ａ、３Ａ、及び４Ａのファイバベース照射光源に使うことができる代表的前置増幅器のブロック図である。 図２Ａ、３Ａ及び４Ａのファイバベース照射光源に使うことができる別の代表的前置増幅器のブロック図である。 図２Ａ、３Ａ及び４Ａのファイバベース照射光源に使うことができる別の代表的前置増幅器のブロック図である。 図２Ａ、３Ａ及び４Ａのファイバベース照射光源に使うことができる代表的出力増幅器のブロック図である。 ラマン利得ファイバの代表的構成のブロック図である。 上述の改善を行った基板表面検査用照射光源の内の１つを備える代表的光学検査システムの図である。 上述の改善を行った、１つのセンサーで２チャネルのイメージ又は信号を同時に検出する照射光源の内の１つを備えるレチクル、フォトマスク、又はウエハ検査システムの図である。 複数の対物レンズ及び上述の改善された照射光源の１つを備える代表的検査システムの図である。 ３つのサブセクションを備え、それぞれが上述の改善された照射光源の１つを備える代表的超広帯域ＵＶ顕微鏡結像システムの図である。 上述の改善された照射光源の１つを備える垂直入射レーザー照射（暗視野又は明視野）を追加した反射屈折結像システムの図である。 表面エリアを検査するための上述の改善された照射光源の１つと集光システムとを含む照射システムを備える表面検査装置の図である。 上述の改善された照射光源の１つと集光システムとを含む照射システムを備える表面検査装置のための代表的複数集光システム配列の図である。 表面の異常を検査するために使用することができる上述の改善された照射光源の１つを備える表面検査システムの図である。 垂直照射ビームと斜め照射ビームの両方を用いて異常検出を行うように構成された、上述の改善された照射光源の１つを備える検査システムの図である。

図２Ａは、検査システム用ＵＶレーザー光を生成できるファイバベース照射光源２００のブロック図である。照射光源２００は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザー２０１、及び約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザー２０２を備える（すなわち、２つの波長の分離は、融解石英中のラマン遷移のピークにほぼ対応する）。パルスシードレーザー２０１のパルスシード及びラマンシードレーザー２０２のラマンシードは、光カプラ２０３中で光学的に結合される。その後、光カプラ２０３の出力は、複数の順次結合された前置増幅段２０４に供給される。次に、前置増幅２０４の出力は、出力増幅器２０５に供給される。図２Ａに示す実施形態では、前置増幅段２０４は、３つの前置増幅器２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃを備える。しかし、照射光源２００の他の実施形態では、所望の出力レベルに応じて任意の数の前置増幅器を組み込むことができる。

一実施形態では、１１６０ｎｍでのラマン利得を最も効率的にポンピングすると思われるために、パルスシードレーザー２０１に対し１１０４ｎｍの波長が選択される（代表的ポンピングは、図５Ａ，５Ｂ，６を参照して記載する）。しかし、融解石英（ラマン利得ファイバ２０６、前置増幅段２０４及び出力増幅器２０５の１つ以上で使用可能である）のラマン利得は、非常に広く（６０ｎｍを超える）、そのため、広範囲の波長を用いて１１６０ｎｍラマン変換をポンピングすることができる。パルスシードレーザー２０１は、種々のパルス幅、繰返し率、最大出力、及びパルス波形を有することができることに留意されたい。パルスシードレーザー２０１は、モードロックレーザー、Ｑスイッチレーザー、ゲインスイッチレーザー又はダイオードレーザーであってよい。また、連続波レーザーを使うこともでき、続けて、電気光学変調器を用いてその出力がチョップされる。連続波レーザーの使用により、繰返し率、パルス幅、及び／又はパルス波形の調節が容易になる。例えば、方形パルス波形のラマン生成が非常に効率的に行える。

ラマンシードレーザーの使用は、本明細書で記載される照射光源において特に重要である。具体的には、ラマンシードレーザーは、光学的にポンピングされるが、従来のレーザーの場合のように反転分布を起こさない。その代わりに、ラマンシードレーザーでは、光子が吸収され、誘導ラマン散乱により低周波光子として送出される。２つのフォトンエネルギー間の差は、照射光源に使われるファイバ増幅器の利得媒体に対応するように固定できる。この対応により、適切に選択されたポンプレーザー波長（例えば、上記波長）に基づいた、特定のレーザー出力波長の生成が可能となる。

好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー２０２のラマンシードは、第６高調波が約１９３．４ｎｍになるように、約１１６０．２ｎｍの波長を有する。しかし、異なる波長を使うことも可能であり、この場合も本発明の範囲内にある。好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー２０２は、極狭周波数帯の連続波レーザーであり、光カプラ２０３中の誘導ラマン散乱の帯域幅が可能な限り狭くなるのを確実にする。その他の実施形態では、ラマンシードレーザー２０２は、パルスシードレーザー２０１と同期したパルス光源であってもよい。一部の実施形態では、スペクトルフィルタ（後述）を前置増幅器段２０４中に配置して、パルスシードレーザー２０１又はラマンシードレーザー２０２に損害を与えるすべての望ましくない発光を防止できる。代表的なラマンシードレーザーは、ラマンファイバレーザーを用いて、又はシリコンラマンレーザーで実現できる。照射光源２００の構成は、有利にも、出力増幅器２０５の下流部品（例えば、出力２０７の後ろの結合器）で低応力になるように、ラマンシードレーザー２０２のラマンシード及びパルスシードレーザー２０１のパルスシードを結合して前置増幅段２０４に送出できる。そうでない場合は、長寿命で、高平均出力及び高最大出力の光学的結合及びファイバ接合を実現するのが困難である。一例として、１００ＭＨｚパルスレーザーの場合に、４０Ｗの平均出力、及び２０ｋＷの最大出力で信頼性が問題になり始める。特に、約１９３ｎｍ、例えば、１９３．４ｎｍの波長の出力２０７の第６高調波が、出力２０７から生成できる。１１０４ｎｍの第６高調波は、１８４ｎｍで、多くの所望の用途にとって適切な波長ではない。

一部の実施形態では、ラマンシードレーザー２０２は、約１１６０ｎｍの波長を提供するが、ラマン利得の大部分は、前置増幅段２０４及び出力増幅器２０５ではなく、ラマン利得増幅器２０６から生じる可能性がある。その他の実施形態では、前置増幅段２０４の前置増幅は、その中のファイバ増幅器（図５Ａ，５Ｂを参照して後述する）がファイバ増幅器中で所望のラマン利得出力を生成できるように設計される。一実施形態では、補助的なラマン利得ファイバ２０６は、出力増幅器２０５の出力を受けるように配置され、ポンプ波長を増幅することなく、ラマン利得の一部を提供できる。このような構成は、前置増幅段２０４及び出力増幅器２０５により与えられた増幅利得とは独立したラマン利得の調整を容易に可能とする。

図２Ｂは、前置増幅段２０４への入力時点のシードプロファイルの例を示す。この例では、パルス光源１１０４ｎｍは、２０ｐｓパルス幅（全幅半値ＦＷＨＭ）及び５０Ｗ最大出力を有する。１１６０ｎｍシードレーザーは、平均出力１００ｍＷの連続レーザーである。また、チョップされたＣＷレーザーから生ずるパルスなどのはるかに長いパルス、又はフェムト秒レーザーからのパルスなどのはるかに短いパルスを使用することも可能である。図２Ｃは、出力増幅器２０５の出力時の１１０４ｎｍ光及び１１６０ｎｍ光の時間的プロファイルを示す。図から分かるように、ラマンプロセスにより、１１０４ｎｍ光のかなりの部分が１１６０ｎｍ光に変化している。ラマン利得ファイバ２０６に非ドープ部分を付加することにより、追加のラマン利得が可能である。

図３Ａは、検査システム用ＵＶレーザー光を生成できる別のファイバベース照射光源３００のブロック図を示す。照射光源３００は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザー３０１を備えており、その出力を複数の順次結合された前置増幅段３０４に供給できる図３Ａに示す実施形態では、前置増幅段３０４は、３つの前置増幅器３０４Ａ、３０４Ｂ、及び３０４Ｃを備える。しかし、照射光源３００の他の実施形態では、所望の出力レベルに応じて任意の数の前置増幅器を組み込むことができる。前置増幅段３０４の出力及びラマンシードレーザー３０２の出力は、光カプラ３０３に供給され、次に、その出力が出力増幅器３０５に供給される。

一実施形態では、１１６０ｎｍでのラマン利得を最も効率的にポンピングすると思われるために、パルスシードレーザー３０１に対し１１０４ｎｍの波長が選択される。しかし、融解石英（ラマン利得ファイバ３０６、前置増幅段３０４及び出力増幅器３０５の１つ以上で使用可能である）のラマン利得は、非常に広く（６０ｎｍを超える）、そのため、広範囲の波長を用いて１１６０ｎｍラマン変換（例えば、前置増幅段３０４、出力増幅器３０５、及び／又はラマン利得ファイバ３０６により行われるプロセス）をポンピングすることができる。パルスシードレーザー３０１は、種々のパルス幅、繰返し率、最大出力、及びパルス波形を有することができることに留意されたい。パルスシードレーザー２０１は、モードロックレーザー、Ｑスイッチレーザー、ゲインスイッチレーザー又はダイオードレーザーであってよい。また、連続波レーザーを使うこともでき、続けて、電気光学変調器を用いてその出力がチョップされる。連続波レーザーの使用により、繰返し率、パルス幅、及び／又はパルス波形の調節が容易になる。例えば、前置増幅段３０４からの増幅方形パルス波形と、ラマンシードレーザー３０２からのラマンシードとの組み合わせは、非常に効率的である。

好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー２０２のラマンシードは、第６高調波が約１９３．４ｎｍになるように、約１１６０．２ｎｍの波長を有する。しかし、異なる波長を使うことも可能であり、この場合も本発明の範囲内にある。好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー３０２は、極狭周波数帯の連続波レーザーであり、光カプラ３０３中の誘導ラマン散乱の帯域幅が可能な限り狭くなるのを保証する。その他の実施形態では、ラマンシードレーザー３０２は、パルスシードレーザー３０１と同期したパルス光源であってもよい。

照射光源３００の構成は、有利にも、ラマンシードレーザー３０２のラマンシードが低出力で注入されるのを可能とし、それによって出力増幅器３０５のいずれかの内部フィルタに関連する損失（図６を参照して記載する）を避けることができる。さらに、この低出力注入により、出力増幅器３０５の下流の部品（例えば、出力３０７の後ろの溶融結合器）に対する低応力が保証される。特に、出力３０７の約１９３ｎｍの第６高調波が、出力３０７から生成できる。

一実施形態では、出力増幅器３０５は、前置増幅段３０４により生成されるラマン利得から所望の１１６０ｎｍ出力を生成する増幅器ファイバを備える。任意の一実施形態では、ラマン利得ファイバ３０６は、出力増幅器３０５の出力を受けて、ポンプ波長（パルスシードレーザー３０１の波長）を増幅せずにラマン利得の一部を実行することができる。この実施形態では、ラマン利得は、出力増幅器３０５の増幅利得とは独立に調整できる。

図３Ｂは、前置増幅段３０４への入力時点の１１０４ｎｍシードプロファイルの例を示す。この例では、パルス光源１１０４ｎｍは、２０ｐｓパルス幅（全幅半値ＦＷＨＭ）及び５０Ｗ最大出力を有する。図３Ｃは、前置増幅段３０４の出力時の１１０４ｎｍ光の時間的プロファイルを示す。この時点では１１６０ｎｍのラマン信号がないので、１１０４ｎｍ光のみが増幅されている。１００ｍＷ ＣＷシード３０２を使った、出力増幅器３０５の代表的出力を図３Ｄに示す。図から分かるように、ラマンプロセスにより、１１０４ｎｍ光のかなりの部分が１１６０ｎｍ光に変化している。ラマン利得ファイバ３０６の非ドープ部分を付加することにより、追加のラマン利得が可能である。

図４Ａは、検査システム用ＵＶレーザー光を生成できる別のファイバベース照射光源４００のブロック図を示す。照射光源４００は、約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザー４０１を備えており、その出力を複数の順次結合された前置増幅段４０４に供給できる。図４Ａに示す実施形態では、前置増幅段４０４は、３つの前置増幅器４０４Ａ，４０４Ｂ，４０４Ｃを備える。しかし、照射光源４００の他の実施形態では、所望の出力レベルに応じて任意の数の前置増幅器を組み込むことができる。次に、前置増幅４０４の出力は、出力増幅器４０５に供給される。

この実施形態では、ラマンシードレーザー４０２のラマンシードレーザーは、出力増幅器４０５の出力と光カプラ４０３中で結合される。その後、光カプラ４０３の出力は、ラマン利得ファイバ４０６に供給され、出力４０７を生成する。従って、この構成は、低出力ラマンシードと出力増幅器４０５からの高出力光を結合し、それにより、前置増幅段４０４又は出力増幅器４０５の前又はそれらのプロセスの間の、別々の波長の注入に伴う全ての厄介な問題を排除する（図５Ａ，５Ｂ，６を参照して後述）。特に、出力４０７の約１９３ｎｍの第６高調波が、出力４０７から生成できる。

一実施形態では、１１６０ｎｍでのラマン利得を最も効率的にポンピングするために、パルスシードレーザー４０１に対し１１０４ｎｍの波長が選択される。しかし、融解石英のラマン利得は、非常に広く（６０ｎｍを超える）、そのため、広範囲の波長を用いて１１６０ｎｍラマンシードをポンピングすることができる。パルスシードレーザー４０１は、種々のパルス幅、繰返し率、最大出力、及びパルス波形を有することができることに留意されたい。パルスシードレーザー４０１は、モードロックレーザー、Ｑスイッチレーザー、ゲインスイッチレーザー又はダイオードレーザーであってよい。また、連続波レーザーを使うこともでき、続けて、電気光学変調器を用いてその出力がチョップされる。連続波レーザーの使用により、繰返し率、パルス幅、及び／又はパルス波形の調節が容易になる。例えば、方形パルス波形のラマン生成が非常に効率的に行える。

好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー４０２のラマンシードは、第６高調波が約１９３．４ｎｍになるように、約１１６０．２ｎｍの波長を有する。しかし、異なる波長を使うことも可能であり、この場合も本発明の範囲内にある。好ましい一実施形態では、ラマンシードレーザー４０２は、極狭周波数帯の連続波レーザーである。その他の実施形態では、ラマンシードレーザー４０２は、パルスシードレーザー４０１と同期したパルス光源であってもよい。

図４Ｂは、前置増幅段４０４への入力時点の１１０４ｎｍシードプロファイルの例を示す。この例では、パルス光源１１０４ｎｍは、２０ｐｓパルス幅及び５０Ｗ最大出力を有する。図４Ｃは、出力増幅器４０５の出力時の１１０４ｎｍ光の時間的プロファイルを示す。この時点では１１６０ｎｍのラマン信号がないので、１１０４ｎｍ光のみが増幅されている。１００ｍＷ ＣＷシード４０２を使った、ラマン利得ファイバ４０６の出力を図４Ｄに示す。図から分かるように、ラマンプロセスにより、１１０４ｎｍ光のかなりの部分が１１６０ｎｍ光に変化している。

図５Ａは、代表的前置増幅器５００を示し、これは、図２Ａ、３Ａ、及び４Ａに示す前置増幅段の１つを形成できる。本実施形態では、前置増幅器５００は、上流部品からの入力５０８を受ける増幅自然放出光（ＡＳＥ）フィルタ５０１を備える。光カプラ５０２は、ＡＳＥフィルタ５０１の出力とポンプレーザー５０４の出力を結合し、１つの出力を生成する。ポンプレーザー５０４を用いて、ファイバ増幅器５０３の利得媒体にエネルギーを移す。このエネルギーは、媒体に吸収され、それにより、原子が励起状態になる。ポンプレーザー５０４は、半導体レーザー又はファイバレーザーを用いて実現でき、このポンプレーザーは入力５０８の発振閾値より高いエネルギーを有する。一実施形態では、ポンプレーザー５０４は、一緒に連結された複数の単一エミッターダイオードを備えてよい。単一のエミッターダイオードは比較的長い寿命を有する傾向があるので、ポンプレーザー５０４のこのような構成は有利であると思われる。ポンプレーザー５０４のポンプ光は、８００〜１０００ｎｍの範囲であってよいが、１０９０ｎｍもの長さであってもよい（ポンピングに多光子プロセスが不用なために、このような柔軟性が生ずる）。光カプラ５０２の出力は、ファイバ増幅器５０３に供給される。ファイバ増幅器５０３は、コアポンプ型でも、クラッドポンプ型でもよい。クラッドポンピングは非常によく使われ、ポンプ光がコアと非ドープクラッドの両方を伝播するファイバレーザー独特の性質である。これにより、ファイバの長尺に沿ったより均一なポンピングが可能となる。コアポンピングは、通常、非常に短いファイバ片のみを使用する場合に行われる。ファイバ増幅器５０３の出力５０９は下流部品に供給できる。高平均出力及び高最大出力では、全ての溶融接合の品質が長期稼働に対し危険な状態になる可能性がある。具体的には、何らかの混入物がこのような接合の寿命を短くすると思われる。ＣＯ_２レーザー融着などの新しい技術により、有利にも、極小限の混入物で高出力接合が可能となる。記載及び図示されているように、前置増幅器５００の構成は、入力光伝播の方向に伝播するポンプ光を使用する。

ＡＳＥは自然放出により生成された光であり、ファイバ増幅器５０３の場合のように、利得媒体の誘導放出により光学的に増幅されることに留意されたい。例えば、ＡＳＥは、ファイバ増幅器５０３の利得媒体がポンプレーザー５０２によりポンピングされる際に生成できる。過剰ＡＳＥは、ファイバ増幅器５０３の利得媒体中で達成できる最大ゲインを制限するため望ましくない。ＡＳＥフィルタ５０１は、有利にも、入力５０８中に存在するＡＳＥ、ならびに、前置増幅器５００中で生成されたＡＳＥを吸収又は抽出できる。ＡＳＥはファイバの両方向に伝播することに留意されたい。これらのフィルタには２つの目的がある。第１の目的は、逆伝播による低い出力の部品に対する損傷を防ぐことである。第２の目的は、順伝播方向のＡＳＥ光の増幅を最小限にすることである。すなわち、ＡＳＥが増幅されると、望ましい１１０４ｎｍ光から離れて利得が生ずる。

ＡＳＥは、出力５０９と関係するノイズにも大きく関与することにもさらに留意されたい。従って、好ましい一実施形態では、ＡＳＥフィルタ５０１は、単一周波線路の９０％を伝送すると同時に、広帯域スペクトルＡＳＥバックグラウンドノイズをレーザー線より８０ｄＢ超低いレベルまで減らすように構成できる。この構成には、バルクの感光性ケイ酸塩ガラス中に書き込まれたブラッグ格子（ＲＢＧ）を組み込んでもよく、又は他の干渉フィルタ技術を用いてもよい。一部の実施形態では、さらなるＡＳＥ軽減は、ファイバ増幅器５０３のファイバ長、又はファイバのドープレベルを変えることにより実現できる。一部の実施形態では、光アイソレータを用いてＡＳＥの影響を制限することもできる。

図５Ｂは、別の代表的前置増幅器５１０を示し、これは、図２Ａ、３Ａ、及び４Ａに示す前置増幅段の１つを形成できる。本実施形態では、前置増幅器５１０は、上流部品からの入力５１８を受ける増幅自然放出光（ＡＳＥ）フィルタ５１１を備える。ファイバ増幅器５１２は、ＡＳＥフィルタ５１１の出力を受け、出力を生成する。その後、ファイバ増幅器５１２の出力は、光カプラ５１３を用いてポンプレーザー５１４からの出力と結合される。ポンプレーザー５１４を用いて、ファイバ増幅器５１２の利得媒体にエネルギーを移す。このエネルギーは、媒体に吸収され、それにより、原子が励起状態になる。ポンプレーザー５１４は、半導体レーザー又はファイバレーザーを用いて実現でき、このポンプレーザーは入力５１８の発振閾値より高いエネルギーを有する。一実施形態では、ポンプレーザー５１４は、一緒に連結された複数の単一エミッターダイオードを備えてよい。単一のエミッターダイオードは比較的長い寿命を有する傾向があるので、ポンプレーザー５１４のこのような構成は有利であると思われる。ポンプレーザー５１４のポンプ光は、８００〜１０００ｎｍの範囲であってよいが、１０９０ｎｍもの長さであってもよい。ファイバ増幅器５１２は、コアポンプ型でも、クラッドポンプ型でもよい。ファイバ増幅器５１３の出力５１９は下流部品に供給できる。記載及び図示されているように、前置増幅器５１０の構成は、入力光伝播の方向とは逆方向に伝播するポンプ光を使用する。この構成は、種々の用途での非線形効果を最小化できる。特に、自己位相変調（ＳＰＭ）は光ファイバ中のスペクトルの広がりを生ずる非線形効果である。逆伝播ポンプは、ファイバの出力端に向かってより多くのレーザー利得を配置し、それにより、実効非線形長を減らすことができる。

図５Ｃは、代表的前置増幅器５２０を示し、これは、図２Ａ、３Ａ、及び４Ａに示す前置増幅段の１つを実現するために使用できる。この実施形態では、前置増幅器５２０は、上流部品からの入力５２８を受けてよいＡＳＥフィルタ５２１を備える。第１の光カプラ５２２は、ＡＳＥフィルタ５２１の出力と第１のポンプレーザー５２４の出力を結合してよい。第１の光カプラ５２２の出力は、ファイバ増幅器５２３に供給される。第１のポンプレーザー５２４は、半導体レーザー又はファイバレーザーを用いて実現でき、このポンプレーザーは入力５２８の発振閾値より高いエネルギーを有する。一実施形態では、ポンプレーザー５２４は、一緒に連結された複数の単一エミッターダイオードを備えてよい。単一のエミッターダイオードは比較的長い寿命を有する傾向があるので、第１のポンプレーザー５２４のこのような構成は有利であると思われる。ポンプレーザー５２４のポンプ光は、８００〜１０００ｎｍの範囲であってよいが、１１００ｎｍもの長さであってもよい。第１の光カプラ５２２の出力は、ファイバ増幅器５２３に供給される。ファイバ増幅器５２３は、コアポンプ型でも、クラッドポンプ型でもよい。第２の光カプラ５２５は、ファイバ増幅器５２３の出力と第２のポンプレーザー５２６の出力を結合してよい。第２のポンプレーザー５２６は、半導体レーザー又はファイバレーザーを用いて実現でき、このポンプレーザーはファイバ増幅器５２３の出力の発振閾値より高いエネルギーを有する。一実施形態では、ポンプレーザー５２６は、一緒に連結された複数の単一エミッターダイオードを備えてよい。単一のエミッターダイオードは比較的長い寿命を有する傾向があるので、第２のポンプレーザー５２６のこのような構成は有利であると思われる。ポンプレーザー５２６のポンプ光は、８００〜１０００ｎｍの範囲であってよいが、１１００ｎｍもの長さであってもよい。第２の光カプラ５２５の出力５２９は下流部品に供給できる。記載及び図示されているように、前置増幅器５２０の構成は、入力光伝播の方向、及びそれとは逆方向の両方に伝播するポンプ光を使用し、それにより、長いファイバのより均一なポンピングを可能とする。これは、例えば、約１１０４ｎｍのような長い波長の場合に問題となる場合がある。理由は、Ｙｂの利得が極めて低いからである。このような場合には、典型的な前置増幅器は極めて長く、例えば、数十メートルの長さになる可能性があるが、２方向に効果的にポンピングしてこの長さを減らすことができる。

前置増幅器５００，５１０，５２０（図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃにそれぞれ示す）のいずれも照射光源２００，３００，４００（図２，図３，図４にそれぞれ示す）のいずれかを実装するために使用できる。例えば、一実施形態では、前置増幅器４０４Ａ，４０４Ｂ，４０４Ｃ（図４Ａ）は、前置増幅器５００（図５Ａ）のみの構成を用いて実装することができる。別の一実施形態では、前置増幅器４０４Ａ，４０４Ｂ，４０４Ｃは、それぞれ、前置増幅器５００，５１０，５２０（図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃにそれぞれ図示）の構成を用いて実装することができる。さらに別の実施形態では、前置増幅器４０４Ａは、前置増幅器５００の構成を用いて実装することができ、前置増幅器４０４Ｂ，４０４Ｃは、前置増幅器５２０の構成を用いて実装することができる。従って、代表的前置増幅器の任意の組み合わせを、上述の改良された照射光源に使用できる。

図６は、出力増幅器６００の代表的配置を示す。この実施形態では、出力増幅器６００の構成は、前置増幅器５２０の構成に類似している。しかし、出力増幅器は、前置増幅器と同様に、順方向、逆方向、又はそれら両方向にポンピングできる。従って、ほかの実施形態では、代表的出力増幅器の構成は、前置増幅器５００又は５１０で示された構成と同様であってよい。出力増幅器は、出力を引き出すように設計され、他方、前置増幅器は、ほとんどの場合は高利得を重視して設計されることに留意されたい。従って、典型的には、出力増幅器の繊維直径は、可能な限りエネルギーを取り出す体積を付与するために、前置増幅器の繊維直径より大きい。

図７は、代表的ラマン利得ファイバ７００を示し、これは、所望のラマン利得を得ることができる任意のタイプのラマンファイバ７０３を備える。一実施形態では、１１０４ｎｍポンプ光７０１を増幅しないファイバを使用可能である。ラマンファイバ７０３は融解石英でもその他のガラス材料でもよい。また、該ラマンファイバは、ゲルマニウムなどの材料がドープされてラマン利得を改善できる。フォトニック結晶構造を有するファイバも使用可能である。ファイバに加えて、結晶材料（簡略化のために示していない）を使用してその他のラマン波長を生成することも可能である。１１６０ｎｍのラマンシード又は増幅信号７０２と一緒に１１０４ｎｍの入力ポンプ光７０１がラマンファイバ７０３に入力される。１１０４ｎｍポンプ光からのエネルギーが１１６０ｎｍのラマン信号に移される。ラマンファイバ７０３の後で波長分離器７０４を用いて２つの波長が分離される。この波長分離器７０４は、２色性塗料、回折格子、エタロン、体積ブラッググレーティング、又はその他の類似の波長選択技術であってよい。

図８〜１５は、上述の照射光源の内の１つを組み込むことができるシステムを示す。これらのシステムは、フォトマスク、レチクル又はウエハ検査の用途に用いることができる。

図８は、基板８１２の表面を検査するための代表的な光学検査システム８００を示す。システム８００は、一般的に、第１の光学配置８５１及び第２の光学配置８５７を備える。図に示すように、第１の光学配置８５１は、少なくとも、光源８５２、検査光学系８５４、及び参照光学系８５６を備え、一方、第２の光学配置８５７は、少なくとも、透過光学系８５８、透過光検出器８６０、反射光学系８６２、及び反射光検出器８６４を備える。一つの好ましい構成では、光源８５２は、上述の照射光源の内の１つを含む。

光源８５２は、光ビームを屈折させてこれを合焦させるように配置された音響光学デバイス８７０を通る光ビームを放射するように構成される。音響光学デバイス８７０は、一対の音響光学素子、たとえば、音響光学プレスキャナ及び音響光学スキャナを備えることができ、これらは、Ｙ方向における光ビームを屈折させてＺ方向に合焦させる。一例として、ほとんどの音響光学デバイスは、ＲＦ信号を石英又はＴｅＯ_２などの結晶に送信することによって動作する。このＲＦ信号によって、音波が結晶を通って伝播する。伝播する音波のため、結晶は非対称になり、結晶の至るところで屈折率が変化する。この屈折率の変化によって、入射ビームが振動により屈折されて合焦した伝播スポットを形成する。

光ビームは、音響光学デバイス８７０から出ると、次に一対の４分の１波長板８７２及びリレーレンズ８７４を通り抜ける。リレーレンズ８７４は、光ビームを平行にするように配設される。平行になった光ビームは、その後回折格子８７６に到達するまでその経路を進み続ける。回折格子８７６は、光ビームを広げるように、より詳細には、光ビームを３つの別個のビームに分離するように配設される。これらの別個のビームは、互いに空間的に識別できる（すなわち、空間的に別個のものである）。ほとんどの場合には、空間的に別個のビームはまた、互いに等しい間隔をあけて、実質的に等しい光度を有するように配置される。

３本のビームは、回折格子８７６を離れると、アパーチャ８８０を通り抜け、その後ビームスプリッタキューブ８８２に到達するまで進み続ける（４分の１波長板８７２と組み合わせて）。ビームスプリッタキューブ８８２は、ビームを２つの経路に分割するように配設される。すなわち、一方のビームは下向きに、他方のビームは右向きに導かれる（図８に示す構成で）。下に向けられた経路は、ビームの第１の光部分を基板８１２に分配するのに用いられ、右に向けられたた経路は、ビームの第２の光部分を参照光学系８５６に分配するのに用いられる。ほとんどの実施形態では、光の大部分が基板８１２に分配され、わずかな比率の光が参照光学系８５６に分配される。しかし、その比率は各光学検査システムに特有の設計に応じて異なってもよい。一実施形態では、参照光学系８５６は、参照集光レンズ８１４及び参照検出器８１６を備えてよい。参照集光レンズ８１４は、ビームの一部分を集光し、光の強度を測定するように配置された参照検出器８１６に向けるように配設される。参照光学系は、一般的に当技術分野において周知であり、簡潔さのために詳細には論じない。

ビームスプリッタ８８２から下に導かれた３本のビームは、光の方向を変え、広げる数個のレンズ要素を含む望遠鏡８８８に受光される。一実施形態では、望遠鏡８８８は、ターレット上で回転する複数の望遠鏡を備える望遠鏡システムの一部である。例えば、３つの望遠鏡を用いることができる。これらの望遠鏡の目的は、基板上の走査スポットのサイズを変更することによって、最小の検出可能な欠陥サイズを選択できるようにすることである。より詳細には、各望遠鏡は、一般的に、異なるピクセルサイズを示す。従って、一つの望遠鏡が、検査は速いが感度が低い（たとえば、低解像度）より大きなスポットサイズを生成し、一方、別の望遠鏡が、検査は遅いが感度が高い（たとえば、高解像度）、より小さいスポットサイズを生成できる。

望遠鏡８８８から出た３本のビームは、基板８１２の表面にビームを合焦させるように配設された対物レンズ８９０を通過する。ビームが３つの別個のスポットとして該表面と交差すると、反射光ビーム及び透過光ビームの両方が生成され得る。透過光ビームは基板８１２を通過し、一方、反射光ビームは表面に反射する。一例として、反射光ビームは、基板の不透明な表面に反射し、透過光ビームは、基板の透明領域を通り伝達することができる。透過光ビームは、透過光学系８５８によって集光され、反射光ビームは、反射光学系８６２によって集光される。

透過光学系８５８に関しては、透過光ビームは、基板８１２を通過後、第１の透過レンズ８９６により集光され、球面収差補正レンズ８９８の助けを借りて透過プリズム８１０に合焦する。プリズム８１０は、透過光ビームごとに小面を有するように構成することができ、この小面は透過光ビームの位置を変え、曲げるように配設される。ほとんどの場合、プリズム８１０を用いてビームを分離し、ビームの各々を透過光検出器８６０の各々の検出器（３つの別個の検出器を有する検出器として示す）に入射させる。従って、ビームはプリズム８１０を離れると、分離したビームの各々を個々に３つの検出器の１つに合焦させる第２の透過レンズ８０２を通り抜ける。３つの検出器の各々は、透過光の強度を測定するように配設される。

反射光学系８６２に関しては、基板８１２に反射した後の反射光ビームは対物レンズ８９０に集光され、その後、該対物レンズはビームを望遠鏡８８８に向ける。ビームは、望遠鏡８８８に到達する前に、４分の１波長板８０４も通過する。一般的な条件では、対物レンズ８９０及び望遠鏡８８８は、入射ビームを動作する方法に対して光学的に逆の方法で集光したビームを動作する。すなわち、対物レンズ８９０は、ビームを再度平行にし、望遠鏡８８８はビームのサイズを小さくする。ビームは望遠鏡８８８を離れると、ビームスプリッタキューブ８８２に到達するまで（逆方向に）進み続ける。ビームスプリッタ８８２は、４分の１波長板８０４と連携してビームを中央経路８０６に向けるように配設される。

ビームは、経路８０６を進み続け、その後、第１の反射レンズ８０８に集光する。第１の反射レンズ８０８は、反射光ビームごとの小面を含む反射プリズム８０９にビームの各々を合焦させる。反射プリズム８０９は、反射光ビームの位置を変え、曲げるように配設される。反射プリズム８０９は、透過プリズム８１０と同様に、ビームを分離してビームの各々を反射光検出器８６４の各々の検出器に入射させるのに用いられる。図に示すように、反射光検出器８６４は、３つの別個の検出器を備える。ビームは反射プリズム８０９を離れると、第２の反射レンズ８１１を通り抜ける。該反射レンズは、分離したビームの各々を、それぞれ、反射光の強度を測定するように配設されたそれらの検出器の一つに合焦させる。

前述の光学アセンブリによって容易に行うことができる複数の検査モードがある。例えば、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行うことができる。透過光検査モードは、透過モード検出は、通常、基板上の、例えば、透明領域及び不透明領域を有する従来の光マスクにおける欠陥を検出するために使われる。光ビームがマスク（又は、基板８１２）を走査するとき、光は透明点においてマスクを突き抜け、マスクの後方に位置する透過光検出器８６０によって検出される。この検出器８６０は、第１の透過レンズ８９６、第２の透過レンズ８０２、球面収差レンズ８９８、及びプリズム８１０を含む透過光学系８５８によって集光された光ビームの各々の強度を測定する。

反射光検査モードは、クロム、現像されたフォトレジスト、又は他の特徴の形態の画像情報を含む透明又は不透明基板に対し反射光検査を実施することができる。基板８１２に反射された光は、検査光学系８５４を前と同じ光路に沿って逆行して進むが、その後偏光ビームスプリッタ８８２によって検出器８６４の方に進路変更される。より詳細には、第１の反射レンズ８０８、プリズム８０９、及び第２の反射レンズ８１１は、進路変更された光ビームからの光を検出器８６４に投射する。反射光検査は、不透明基板表面上部の汚れの検出にも用いることができる。

同時検査モードは、透過光及び反射光の両方を活用して、欠陥の存在及び／又はタイプを決定する。システムの２つの測定値は、透過光検出器８６０によって検知された基板８１２を透過した光ビームの強度と、反射光検出器８６４によって検出された反射光ビームの強度である。それらの２つの測定値を、その後処理して、欠陥がある場合には基板８１２の対応するポイントにおける欠陥のタイプを決定することができる。

より詳細には、透過光及び反射光による同時検出によって、透過検出器により検知される不透明欠陥の存在を明らかにすることができ、同時に、反射検出器の出力を用いて欠陥のタイプを明らかにすることができる。例えば、基板上のクロムドット又は粒子は共に、透過検出器によって低い透過光として現れる可能性があるが、反射性のクロム欠陥は反射光検出器によって高い反射光として現れ、粒子は同じ反射光検出器によってより低い反射光として現れる可能性がある。従って、反射光及び透過光による検出の両方を用いることによって、欠陥の反射又は透過特性の一方のみを調査する場合にはなしえないと思われる、クロム配置の上部の粒子の位置を発見することができる。加えて、特定タイプの欠陥に対応する識別特性、例えば、それらの反射光度と透過光度との比率を測定することができる。次に、この情報を用いて欠陥を自動的に分類することができる。１９９６年１０月８日に発行された米国特許第５，５６３，７０２号に、システム８００に関する追加の詳細が記載されている。この特許は、参照により本明細書に援用される。

本発明の特定の実施形態では、約１９３ｎｍレーザーシステムを組み込んだ検査システムは、単一の検出器で２つのチャネルのデータを同時に検出できる。このような検査システムを用いて、レチクル、フォトマスク又はウエハなどの基板を検査でき、２００９年５月５日に発行されたＢｒｏｗｎらの米国特許第７，５２８，９４３号に記載のように動作できる。この特許は、参照により本明細書に援用される。

図９は、１つのセンサー９７０で２チャネルのイメージ又は信号を同時に検出するレチクル、フォトマスク、又はウエハ検査システム９００を示す。照射光源９０９は、本明細書で記載の１９３．４ｎｍレーザーシステムを組み込んでいる。光源は、パルス乗算器及び／又はコヒーレンス低減機構をさらに含んでもよい。２つのチャネルは、検査対象物９３０が透明である場合（例えば、レチクル又はフォトマスク）、反射及び透過強度を含んでもよく、又は入射角度、偏光状態、波長帯又は幾つかのこれらの組み合わせなどの２つの異なる照射モードを含んでもよい。

図９に示すように、照射リレー光学系９１５，９２０は、照射を光源９０９から検査対象物９３０に中継する。検査対象物９３０は、レチクル、フォトマスク、半導体ウエハ、又はその他の検査物品であってよい。イメージリレー光学系９５５，９６０は、検査対象物９３０により反射及び／又は透過される光をセンサー９７０に中継する。２つのチャネルの検出信号又はイメージに対応するデータは、データ９８０として示され、処理のためにコンピュータ（図示せず）に伝送される。

図１０は、複数の対物レンズ及び上述の照射光源の内の１つを含む代表的な検査システム１０００を示す。システム１０００では、レーザー光源１００１からの照射が照射サブシステムの複数の部分に送られる。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、レーザー１００１からの光を合焦させる。レンズ１００２ａからの光は、その後ミラー１００３ａに反射する。ミラー１００３ａは、例示目的でこの位置に設置されるが、他の位置に配置することもできる。ミラー１００３ａからの光は、その後レンズ１００４ａによって集光され、照射瞳面１００５ａを形成する。光を変性するためのアパーチャ、フィルタ又は他のデバイスを、検査モードの要件に応じて瞳面１００５ａに設置することができる。瞳面１００５ａからの光は、その後レンズ１００６ａを通過し、照射視野面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、レーザー１００１からの光を合焦させる。レンズ１００２ｂからの光は、その後ミラー１００３ｂに反射する。ミラー１００３ｂからの光は、その後レンズ１００４ｂによって集光され、照射瞳面１００５ｂを形成する。光を変性するためのアパーチャ、フィルタ又は他のデバイスを、検査モードの要件に応じて瞳面１００５ｂに設置することができる。瞳面１００５ｂからの光は、その後レンズ１００６ｂを通過し、照射視野面１００７を形成する。照射視野面１００７における照射視野光エネルギーが組み合わされた照射部分から構成されるように、第２の部分からの光はその後ミラー又は反射面によって方向を変えられる。

視野面の光は、その後ビームスプリッタ１０１０に反射する前に、レンズ１００９によって集光される。レンズ１００６ａ，１００９は、対物レンズ瞳平面１０１１の位置に第１の照射瞳面１００５ａの像を形成する。同様に、レンズ１００６ｂ，１００９は、対物レンズ瞳平面１０１１の位置に第２の照射瞳面１００５ｂの像を形成する。対物レンズ１０１２（又は、その代わりに、１０１３）は、その瞳光を取り込み、試料１０１４の位置に照射視野１００７の像を形成する。対物レンズ１０１２，１０１３は、試料１０１４に接近させて配置できる。試料１０１４は、所望の位置に試料を配置するステージ（図示せず）上を動かすことができる。試料１０１４から反射及び散乱した光は、高ＮＡの反射屈折対物レンズ１０１２又は１０１３によって集光される。光エネルギーは、対物レンズ瞳面１０１１に反射光の瞳を形成した後、ビームスプリッタ１０１０及びレンズ１０１５を通り、その後結像サブシステム内に内部視野１０１６を形成する。この内部結像視野は、試料１０１４及び対応する照射視野１００７の像である。この視野は、照射視野に対応する複数の視野に空間的に分離することができる。これらの視野の各々は、個々の結像モードをサポートすることができる。

これらの視野の一つは、ミラー１０１７を用いて方向を変えることができる。方向を変えられた光は、次に、レンズ１０１８ｂを通過して、その後別の結像瞳１０１９ｂを形成する。この結像瞳は、瞳１０１１及び対応する照射瞳１００５ｂの像である。光を変性するためのアパーチャ、フィルタ又は他のデバイスを、検査モードの要件に応じて瞳面１０１９ｂに設置することができる。瞳面１０１９ｂからの光は、その後レンズ１０２０ｂを通過し、センサー１０２１ｂに像を形成する。同様に、ミラー又は反射面１０１７を通った光は、レンズ１０１８ａによって集光され、結像瞳１０１９ａを形成する。結像瞳１０１９ａからの光は、次に、レンズ１０２０ａによって集光され、その後検出器１０２１ａに像を形成する。検出器１０２１ａに投影された光は、センサー１０２１ｂに投影された光とは異なる結像モードに用いることができる。

システム１０００に採用される照射サブシステムは、レーザー光源１００１、集光光学系１００２〜１００４、瞳面１００５に接近して設置されたビーム成形構成要素、ならびにリレー光学系１００６及び１００９から構成される。内部視野平面１００７は、レンズ１００６とレンズ１００９との間に配置される。１つの好ましい構成では、レーザー光源１００１は、上述の照射光源の内の１つを備えてよい。

レーザー光源１００１に関しては、光を伝送する２つのポイント又は角度を有する単一の均一ブロックとして図示したが、実際には、これは２つの照射チャネルを備えることが可能なレーザー光源を表す。これらのチャネルは、例として、光エネルギー、例えば、要素１００２ａ〜１００６ａを通る、第１の周波数のレーザー光エネルギーの第１のチャネルと、光エネルギー、例えば、要素１００２ｂ〜１００６ｂを通る、第２の周波数のレーザー光エネルギーの第２のチャネルである。これらには互いに異なる光エネルギーモードを採用することができる。例えば、一方のチャネルに明視野エネルギー、他方のチャネルに暗視野モードを採用することができる。

レーザー光源１００１からの光エネルギーは互いに９０度離れて放出され、要素１００２ａ〜１００６ａ及び１００２ｂ〜１００６ｂは９０度の方向に配置するように示したが、実際には、光は、必ずしも二次元ではないさまざまな向きに放射することができ、構成要素は、示したものとは異なる方向に配置することができる。従って、図１０は、用いられる構成要素を簡単に表するものであり、示した角度又は距離は、正確な縮尺ではなく、設計上、特に要求されるものでもない。

瞳面１００５に接近して配置される要素は、アパーチャ成形の概念を利用して現在のシステムに利用することができる。この設計を用いれば、均一照射又は略均一の照射、ならびに、個別点照射、輪帯照射、四極照射、又は他の望ましいパターンの照射も実現できる。

対物レンズのさまざまな実施は、一般の結像サブシステムに採用することができる。単独の固定対物レンズを用いることができる。単独の対物レンズは、すべての所望の結像及び検査モードをサポートすることができる。そのような設計は、結像システムが比較的大きい視野サイズ及び比較的大き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、瞳面１００５ａ，１００５ｂ，１０１９ａ，１０１９ｂに設置された内部アパーチャを用いることによって、所望の値に減少させることができる。

図１０に示すように複数の対物レンズを用いることもできる。例えば、２つの対物レンズ１０１２，１０１３を示しているが、任意の数のレンズを用いることが可能である。そのような設計における対物レンズの各々は、レーザー光源１００１によって生成される波長に応じて最適化することができる。これらの対物レンズ１０１２，１０１３は、定位置に固定してもよいし、試料１０１４に接近する位置に動くものでもよい。試料に接近させるように複数の対物レンズを動かすために、標準の顕微鏡によく使われる回転ターレットを用いることができる。試料に接近させるように対物レンズを動かすための他の設計が利用可能である。この設計は、限定されないが、ステージ上で対物レンズを横方向に平行移動させる設計、及びゴニオメータを用いて対物レンズを円弧状に移動させる設計を含む。加えて、固定対物レンズとターレットにおける複数の対物レンズとの任意の組み合わせも、現行システムにより達成できる。

この構成の最大開口数は、０．９７に近いか又はこれを超える値であるが、特定の例ではその数値をより高くすることができる。この高ＮＡの反射屈折結像システムで可能な広範囲の照射及び集束角が、その大きな視野サイズと組み合わされて、システムは複数の検査モードを同時にサポートすることができる。前の段落から解るように、照射装置に連結する単一の光学系又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。照射及び集光に関し開示された高ＮＡによって、同じ光学系を用いて結像モードの実施が可能になる。従って、異なるタイプの欠陥又は試料に応じた結像の最適化が可能になる。

結像サブシステムは、中間像形成光学系１０１５も含む。像形成光学系１０１５の目的は、試料１０１４の内部像１０１６を形成することである。この内部像１０１６において、ミラー１０１７を、検査モードの１つに対応する光の方向を変えるように設置することができる。結像モード用の光は空間的に分離するため、この位置における光の方向を変えることが可能になる。像形成光学系１０１８（１０１８ａ，１０１８ｂ）及び１０２０（１０２０ａ，１０２０ｂ）は、いくつかの異なる形態で実施することができる。例えば、可変焦点ズーム、集光光学系を有する複数の無限焦点チューブレンズ、又は複数の像形成マグチューブを含む形態がある。２００９年７月１６日に公開され、参照により本明細書に援用される米国公開出願第２００９／０１８０１７６号に、システム１０００に関する追加の詳細が記載されている。

図１１に、３つのサブセクション１１０１Ａ，１１０１Ｂ，１１０１Ｃを含む代表的な超広帯域ＵＶ顕微鏡結像システム１１００を示す。サブセクション１１０１Ｃは、反射屈折対物レンズ部分１１０２、及びズーミングチューブレンズ１１０３を備える。反射屈折対物レンズ部分１１０２は、反射屈折レンズ群１１０４、視野レンズ群１１０５、及び集束レンズ群１１０６を備える。システム１１００は、対象物及び／又は試料１１０９（たとえば、検査されるウエハ）を像平面１１１２に結像することができる。

反射屈折レンズ群１１０４は、略平面の（又は平面の）反射器（反射コーティングを施したレンズ要素）、凹凸レンズ（屈折面）、及び凹球面反射器を含む。これらの反射性要素の両方が、反射性材料の存在なしで中央光学的アパーチャを持ち、これにより、中間像面からの光は、凹球面反射器を通過して、略平面の（又は平面の）反射器に反射して凹球面反射器に向かい、途中で関連する１つ以上のレンズ要素を通過して、略平面の（又は、平面の）反射器を通過して戻ることができる。反射屈折レンズ群１１０４は、中間像の実像を形成するように配置される。これは、ズーミングチューブレンズ１１０３と組み合わせて、波長域全体にわたるシステムの１次縦色収差を実質的に補正する。

視野レンズ群１１０５は、２種以上の異なる屈折性材料、例えば、溶融石英及びフッ化物ガラス、又は回折面から作ることができる。視野レンズ群１１０５は、一緒に光学的に結合してもよいし、あるいは、空中でわずかに間隙を介して配置してもよい。溶融石英とフッ化物ガラスとは深紫外線領域における分散が実質的に相違しないため、異なる分散を与えるために、視野レンズ群のいくつかの構成要素の個々のパワーを大きくする必要がある。視野レンズ群１１０５は、中間像に近接する光路に沿って整列された正味の正のパワーを有する。そのような色収差補正視野レンズの使用によって、超広帯域のスペクトル領域にわたる、少なくとも２次縦色に加えて、１次及び２次の横色も含む色収差の完全な補正が可能になる。一実施形態では、唯一の視野レンズ構成要素を、システムの他のレンズとは異なる屈折性材料から構成する必要がある。

集束レンズ群１１０６は複数のレンズ要素を含み、これらは、好ましくはすべてが単一の材料タイプから形成され、単色収差及び色収差の両方を補正するように選択された曲率及び位置を有する屈折面を持ち、中間像に光を合焦させる。集束レンズ群１１０６の一実施形態では、低パワーのレンズ１１１３の組み合わせが、球面収差、コマ収差及び非点収差における色度変化を補正する。ビームスプリッタ１１０７は、ＵＶ光源１１０８用の入射口を提供する。ＵＶ光源１１０８は、有利にも、上述の照射光源によって実施することができる。

ズーミングチューブレンズ１１０３は、すべて同じ屈折性材料、例えば、溶融石英から構成でき、１次縦色及び１次横色がズーミング中に変化しないように設計される。これらの１次色収差は、ゼロまで補正する必要はなく、単一種類のガラスのみを用いた場合ゼロまで補正することができないが、収差を変化させない必要があり、これは可能である。その結果、ズーミングチューブレンズ部分１１０３のこれらの補正されていないが、変化していない色収差を補正するように、反射屈折対物レンズ１１０２の設計を変更する必要がある。ズーミングチューブレンズ群１１０３は、その高次の色収差を変化させることなく倍率をズーム又は変化させることができ、システムの光路に沿って配置されたレンズ面を備える。

好ましい一実施形態では、ズーミングチューブレンズ１００３は、２つの屈折性材料（例えば、溶融石英及びフッ化カルシウム）を用いて、反射屈折対物レンズ部分１１０２とは独立して最初に補正される。次に、ズーミングチューブレンズ１１０３は、反射屈折対物レンズ１１０２と組み合わされ、その時点で、反射屈折対物レンズ部分１１０２をシステム１１００の残りの高次の色収差を補正するように修正できる。この補正は、視野レンズ群１１０５と低パワーレンズ群１１１３によって実現可能である。組み合わされたシステムは、次に、最高性能を達成するように変更されたすべてのパラメータを用いて最適化される。

サブセクション１１０１Ａ，１１０１Ｂがサブセクション１２０１Ｃとほぼ同様の構成要素を含み、従って、詳細には考察しないことに留意されたい。

システム１１００は、３６Ｘ〜１００Ｘのズームを可能にする直線ズーム運動ができる折り畳みミラー群１１１１を備える。広範囲ズームは連続的な倍率変更を可能にし、細かいズームは、エイリアシングを減らし、電子的画像処理、例えば、繰り返しの画像配列におけるセル間サブトラクションを可能にする。折り畳みミラー群１１１１は、反射要素の「トロンボーン」システムとして特徴づけることができる。ズーミングは、一つの単位としてレンズ群１１０３群を動かし、さらにトロンボーンスライドのアームも動かすことによって行われる。トロンボーン運動が合焦のみに作用し、その位置におけるｆ♯速度が非常に遅いため、この運動の精度は非常に不正確となることがある。このトロンボーン構成の１つの利点は、システムが著しく短くなることである。別の利点は、能動型（非平坦）光学素子を必要とする唯一のズーム運動であることである。また、トロンボーンスライドを使った他のズーム運動は、誤差に鈍感である。１９９９年１２月７日に発行され、参照により本明細書に援用される米国特許第５，９９９，３１０号に、システム１１００に関するさらなる詳細が記載されている。

図１２は、反射屈折結像システム１２００への垂直入射レーザー照射（暗視野又は明視野）の追加例を示す。システム１２００の照射ブロックは、レーザー１２０１、検査される表面における照射ビームのサイズ及び輪郭を制御する適合光学系１２０２、機械的ハウジング１２０４のアパーチャ及びウィンドウ１２０３、ならびにレーザーを垂直入射の光軸に沿って試料１２０８の表面に方向を変えるプリズム１２０５を備える。また、プリズム１２０５は、試料１２０８の表面形状に由来する正反射を、及び対物レンズ１２０６の光学面からの反射を同様に、光路に沿って像平面１２０９の方向に向ける。対物レンズ１２０６のレンズは、一般的な形態の反射屈折対物レンズ、集束レンズ群及びズーミングチューブレンズ部分（たとえば、図１１参照）として提供されてもよい。好ましい実施形態では、レーザー１２０１は、前述の照射光源によって実現することができる。２００７年１月４日に公開され、参照により本明細書に援用される特許公開第２００７／０００２４６５号に、システム１２００に関して、さらに詳細に記載されている。

図１３Ａは、表面１３１１領域を検査するための照射システム１３０１及び集光システム１３１０を備える表面検査器具１３００を示す。図１３Ａに示すように、レーザーシステム１３２０は、光ビーム１３０２を、レンズ１３０３を通る方向に導く。好ましい実施形態では、レーザーシステム１３２０は、前述の照射光源、アニール結晶、及び低温での標準動作中に結晶のアニール状態を維持するハウジングを備える。第１のビーム成形光学系は、レーザーからのビームを受け入れ、ビームを結晶内又はそれに近接するビームウエスト位置の楕円断面に合焦させるように構成できる。

レンズ１３０３の向きは、その主平面が試料表面１３１１と実質的に平行で、結果として、照射線１３０５がレンズ１３０３の焦点面内の表面１３１１に形成されるように配置される。加えて、光ビーム１３０２及び収束ビーム１３０４は、表面１３１１への入射が非直交角度となるように導かれる。特に、光ビーム１３０２及び焦点ビーム１３０４を、表面１３１１に垂直な方向から約１度〜約８５度斜めの方向に導くことができる。この方法では、照射線１３０５は、実質的に収束ビーム１３０４の入射面内にある。

集光システム１３１０は、照射線１３０５から散乱した光を集光するためのレンズ１３１２、及びレンズ１３１２から出た光を素子、例えば、光検出器のアレイを備える電荷結合素子（ＣＣＤ）１３１４に合焦させるためのレンズ１３１３を含む。一実施形態では、ＣＣＤ１３１４は、検出器の直線配列を備えてよい。そのような場合は、ＣＣＤ１３１４内の検出器の直線配列は、照射線１３１５と平行な向きに配置できる。一実施形態では、複数の集光システムを備えることができ、それらの各々が同様の構成要素を含むが、向きが異なる。

例えば、図１３Ｂは、表面検査器具用の代表的な集光システム配列１３３１，１３３２，１３３３を示す（たとえば、その照射システムは照射システム１３０１と同様であり、これは簡潔を期するために不図示）。集光システム１３３１の第１の光学系は、試料１３１１の表面から第１の方向に散乱した光を集光する。集光システム１３３２の第２の光学系は、試料１３１１の表面から第２の方向に散乱した光を集光する。集光システム１３３３の第３の光学系は、試料１３１１の表面から第３の方向に散乱した光を集光する。第１の経路、第２の経路及び第３の経路は、試料１３１１の前記表面に対する異なる角度の反射の経路であることに留意されたい。試料１３１１を支持するプラットフォーム１３３５を用いて、試料１３１１の表面全域が走査できるように、該光学系と試料１３１１との間を相対運動させることができる。２００９年４月２８日に発行され、参照により本明細書に援用される米国特許第７，５２５，６４９号に、表面検査器具１３００及び他の複数の集光システムに関するさらなる詳細が記載されている。

図１４は、表面１４０１の異常を検査するために用いることができる表面検査システム１４００を示す。この実施形態では、表面１４０１を、前述の照射光源によって生成されるレーザービームを含むレーザーシステム１４３０の実質的に固定された照射装置部分によって照射することができる。レーザーシステム１４３０の出力は、ビームを広げてこれを合焦させる、偏光光学系１４２１と、ビーム拡大器及びアパーチャ１４２２と、ビーム形成光学系１４２３とを連続的に通り抜けることができる。

合焦したレーザービーム１４０２は、次に、ビーム折り返し構成要素１４０３及びビーム偏向器１４０４に反射し、ビーム１４０５は表面１４０１の方に導かれて当該表面を照射する。好ましい実施形態では、ビーム１４０５は、表面１４０１に実質的に垂直又は直角に入射する。しかし、他の実施形態では、ビーム１４０５は表面１４０１に斜角で入射してもよい。

一実施形態では、ビーム１４０５は、表面１４０１に実質的に直角又は垂直に入射し、ビーム偏向器１４０４が、表面１４０１からのビームの正反射をビーム変向構成要素１４０３の方に反射する。この結果、ビーム偏向器１４０４は正反射が検出器に到達するのを防ぐ遮蔽板として機能する。正反射の方向は、試料表面１４０１に垂直である線ＳＲに沿う方向である。ビーム１４０５が表面１４０１に垂直である一実施形態では、この線ＳＲはビーム１４０５の照射方向と一致する。この共通基準線又は方向を、本明細書では検査システム１４００の軸と呼ぶ。ビーム１４０５が表面１４０１に対して斜角である場合には、正反射ＳＲの方向は、ビーム１４０５が入る方向に一致しない。そのような例では、表面法線の方向を示す線ＳＲは、検査システム１４００の集光部分の主軸と称される。

小さな粒子によって散乱された光は、ミラー１４０６に集光し、アパーチャ１４０７及び検出器１４０８の方に導かれる。大きな粒子によって錯乱された光は、レンズ１４０９に集光し、アパーチャ１４１０及び検出器１４１１の方に導かれる。一部の大きな粒子が光を散乱し、同様に集光されたその光を検出器１４０８の方向に向け、一部の小さな粒子が光を散乱し、同様に集光されたその光を検出器１４１１の方向に向けるが、そのような光は、それぞれの検出器が検出するように設計された散乱光の強度と比較して比較的低強度であることに留意されたい。一実施形態では、検出器１４１１は受光素子のアレイを備えることができ、このアレイの各受光素子は、照射線の拡大像の対応する一部分を検出するように構成される。一実施形態では、検査システムを、パターン形成されていないウエハの欠陥の検出に使用するように構成することができる。２００１年８月７日に発行され、参照により本明細書に援用される米国特許第６，２７１，９１６号に、検査システム１４００のさらなる詳細が記載されている。

図１５は、垂直照射ビームと斜め照射ビームの両方を用いて異常検出を実現するように構成された検査システム１５００を示す。この構成では、レーザーシステム１５３０は、前述の照射光源を備え、レーザービーム１５０１を提供することができる。レンズ１５０２が、ビーム１５０１を、空間フィルタ１５０３を通るように合焦させ、レンズ１５０４がビームを平行にして偏光ビームスプリッタ１５０５に伝達する。ビームスプリッタ１５０５は、第１の偏光成分を垂直照射チャネルに通し、第２の偏光成分を斜め照射チャネルに通す。ここでは、第１の成分と第２の成分とは直角を成す。垂直照射チャネル１５０６において、第１の偏光成分は、光学系１５０７によって合焦され、ミラー１５０８に反射して試料１５０９表面の方に送られる。試料１５０９によって散乱した放射は、放物面ミラー１５１０によって集光され、光電子増倍管１５１１に合焦する。

斜め照射チャネル１５１２では、第２の偏光成分は、ビームスプリッタ１５０５によりミラー１５１３の方向に反射される。このビームは、ミラー１５１３によって２分の１波長板１５１４を通るように反射され、光学系１５１５によって試料１５０９に合焦する。斜めチャネル１５１２の斜め照射ビームから生じた照射は、試料１５０９によって散乱され、同様に放物面ミラー１５１０によって集光されて、光電子増倍管１５１１に合焦する。光電子増倍管１５１１はピンホール入射口を有することに留意されたい。ピンホール及び照射されたスポット（表面１５０９の垂直及び斜め照射チャネルから照射された）は、好ましくは、放物面ミラー１５１０の焦点の位置にある。

放物面ミラー１５１０は、試料１５０９からの散乱照射を平行ビーム１５１６にする。平行ビーム１５１６は、次に、対物レンズ１５１７によって合焦され、アナライザー１５１８を通り光電子増倍管１５１１に送られる。放物面形状以外の形状を有する湾曲ミラー面も用いることができることに留意されたい。機器１５２０は、試料１５０９の表面全域におけるスポットを走査するように、ビームと試料１５０９との間を相対運動させることができる。２００１年３月１３日に発行され、参照により本明細書に援用される米国特許第６，２０１，６０１号に、検査システム１５００のさらなる詳細が記載されている。

他のレチクル、フォトマスク、又はウエハ検査システムは、有利にも、前述の改善された照射光源を使用できる。例えば、他のシステムには、米国特許第５，５６３，７０２号、同５，９９９，３１０号、同６，２０１，６０１号、同６，２７１，９１６号、同７，３５２，４５７号、同７，５２５，６４９号、及び同７，５２８，９４３号で記載のものが含まれる。またさらなるシステムは、米国特許公開第２００７／０００２４６５号、及び同２００９／０１８０１７６号に記載のものが含まれる。検査システムに使用する場合、前述の照射光源は、有利にも、コヒーレンス及びスペックル低減器具、ならびに国際公開第ＷＯ ２０１０／０３７１０６号、及び米国特許出願第１３／０７３，９８６号に開示の方法と組み合わせることができる。また、前述の照射光源は、有利にも、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｅａｋ ｐｏｗｅｒ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ａｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｓａｍｅ」という名称で２０１１年６月１３日出願の米国特許仮出願第６１／４９６，４４６号、及び「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ」の名称で米国特許出願第１３／４８７，０７５号として２０１２年６月１日に出願され、現在、米国特許公開第２０１２／０３１４２８６号として公開されている特許に開示の方法とシステムとも組み合わせることができる。この段落で引用された特許、特許公報、及び特許出願は、参照により本明細書に援用される。

添付する図面を参照しながら、本明細書に本発明の例示的実施形態を詳細に記載したが、本発明はこれらの実施形態に厳密に限定されないことを理解されたい。これらの実施形態は、すべてを網羅するものではなく、本発明を開示された厳密な形態に限定することも意図されていない。従って、この技術分野の専門家には、多くの修正及び変形があり得ることは自明であろう。従って、本発明の範囲は、次の請求項及びその等価物により規定されることが意図されている。

Claims (28)

1. 検査システム用の照射光源であって、
   約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
   約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
   前記パルスシードレーザーの出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
   前記光カプラの出力を受ける前置増幅段と、
   前記前置増幅段の出力を受ける出力増幅器と、
   を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を含む照射光源。
2. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向にポンプ光を使用する、請求項１に記載の照射光源。
3. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、ポンプレーザーと、前記ＡＳＥフィルタ及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラと、前記光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器とを備える、請求項１に記載の照射光源。
4. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向と逆の方向にポンプ光を使用する、請求項１に記載の照射光源。
5. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、前記ＡＳＥフィルタの出力を増幅するファイバ増幅器と、ポンプレーザーと、前記ファイバ増幅器及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラとを備える、請求項１に記載の照射光源。
6. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播と逆の第１の方向、ならびに、前記伝播方向である第２の方向にポンプ光を使用する、請求項１に記載の照射光源。
7. 少なくとも１つの前置増幅器が、
   前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、
   第１のポンプレーザーと、
   前記ＡＳＥフィルタ及び前記第１のポンプレーザーの出力を結合する第１の光カプラと、
   前記第１の光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器と、
   第２のポンプレーザーと、
   前記ファイバ増幅器及び前記第２のポンプレーザーの出力を結合する第２の光カプラと、
   を備える、請求項１に記載の照射光源。
8. 検査システム用の照射光源であって、
   約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
   前記パルスシードレーザーの出力を受ける前置増幅段と、
   約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
   前記前置増幅段の出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
   前記光カプラの出力を受ける出力増幅器と、
   を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を備える照射光源。
9. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向にポンプ光を使用する、請求項８に記載の照射光源。
10. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、ポンプレーザーと、前記ＡＳＥフィルタ及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラと、前記光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器とを備える、請求項８に記載の照射光源。
11. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向と逆の方向にポンプ光を使用する、請求項８に記載の照射光源。
12. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、前記ＡＳＥフィルタの出力を増幅するファイバ増幅器と、ポンプレーザーと、前記ファイバ増幅器及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラとを備える、請求項８に記載の照射光源。
13. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播と逆の第１の方向、ならびに、前記伝播方向である第２の方向にポンプ光を使用する、請求項８に記載の照射光源。
14. 少なくとも１つの前置増幅器が、
    前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、
    第１のポンプレーザーと、
    前記ＡＳＥフィルタ及び前記第１のポンプレーザーの出力を結合する第１の光カプラと、
    前記第１の光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器と、
    第２のポンプレーザーと、
    前記ファイバ増幅器及び前記第２のポンプレーザーの出力を結合する第２の光カプラと、
    を備える、請求項８に記載の照射光源。
15. 検査システム用の照射光源であって、
    約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
    前記パルスシードレーザーの出力を受ける前置増幅段と、
    前記前置増幅段の出力を増幅する出力増幅器と、
    約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
    前記出力増幅器の出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
    前記光カプラの出力を受けるラマン利得ファイバと、
    を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を備える照射光源。
16. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向にポンプ光を使用する、請求項１５に記載の照射光源。
17. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、ポンプレーザーと、前記ＡＳＥフィルタ及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラと、前記光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器とを備える、請求項１５に記載の照射光源。
18. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播する方向と逆の方向にポンプ光を使用する、請求項１５に記載の照射光源。
19. 少なくとも１つの前置増幅器が、前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、前記ＡＳＥフィルタの出力を増幅するファイバ増幅器と、ポンプレーザーと、前記ファイバ増幅器及び前記ポンプレーザーの出力を結合する光カプラとを備える、請求項１５に記載の照射光源。
20. 少なくとも１つの前置増幅器が、入力光の伝播と逆の第１の方向、ならびに、前記伝播方向である第２の方向にポンプ光を使用する、請求項１５に記載の照射光源。
21. 少なくとも１つの前置増幅器が、
    前記照射光源の上流部品からの入力を受けるＡＳＥフィルタと、
    第１のポンプレーザーと、
    前記ＡＳＥフィルタ及び前記第１のポンプレーザーの出力を結合する第１の光カプラと、
    前記第１の光カプラの出力を増幅するファイバ増幅器と、
    第２のポンプレーザーと、
    前記ファイバ増幅器及び前記第２のポンプレーザーの出力を結合する第２の光カプラと、
    を備える、請求項１５に記載の照射光源。
22. 約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成する方法であって、
    パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長を生成するステップと、
    ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長を生成するステップと、
    前記第１の波長と前記第２の波長とを結合して結合された波長を生成するステップと、
    前記結合された波長を増幅するステップと、
    前記結合された波長の第６高調波を生成するステップと、
    を含む方法。
23. 約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成する方法であって、
    パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長を生成するステップと、
    前記第１の波長を増幅して第１の増幅された波長を生成するステップと、
    ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長を生成するステップと、
    前記第１の増幅された波長と前記第２の波長とを結合して結合された波長を生成するステップと、
    前記結合された波長を増幅して第２の増幅された波長を生成するステップと、
    前記第２の増幅された波長の第６高調波を生成するステップと、
    を含む方法。
24. 約１９３ｎｍの深ＵＶ波長のレーザー光を生成する方法であって、
    パルスシードレーザーにより、約１１０４ｎｍの第１の波長を生成するステップと、
    前記第１の波長を増幅して第１の増幅された波長を生成するステップと、
    ラマンシードレーザーにより、約１１６０ｎｍの第２の波長を生成するステップと、
    前記第１の増幅された波長と前記第２の波長とを結合して結合された波長を生成するステップと、
    ラマン利得ファイバによって前記結合された波長を増幅して第２の増幅された波長を生成するステップと、
    前記第２の増幅された波長の第６高調波を生成するステップと、
    を含む方法。
25. レチクル、フォトマスク、又はウエハなどの試料の検査用システムであって、
    約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
    約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
    前記パルスシードレーザーの出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
    前記光カプラの出力を受ける前置増幅段と、
    前記前置増幅段の出力を受ける出力増幅器と、
    を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を備える照射光源を備える、
    システム。
26. レチクル、フォトマスク、又はウエハなどの試料の検査用システムであって、
    約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
    前記パルスシードレーザーの出力を受ける前置増幅段と、
    約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
    前記前置増幅段の出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
    前記光カプラの出力を受ける出力増幅器と、
    を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を備える照射光源を備える、
    システム。
27. レチクル、フォトマスク、又はウエハなどの試料の検査用システムであって、
    約１１０４ｎｍの波長のパルスシードレーザーと、
    前記パルスシードレーザーの出力を受ける前置増幅段と、
    前記前置増幅段の出力を増幅する出力増幅器と、
    約１１６０ｎｍの波長の連続波ラマンシードレーザーと、
    前記出力増幅器の出力と前記連続波ラマンシードレーザーの出力とを結合する光カプラと、
    前記光カプラの出力を受けるラマン利得ファイバと、
    を備え、前記前置増幅段が、複数の順次接続型前置増幅器を備える照射光源を備える、
    システム。
28. レチクル、フォトマスク、又はウエハを検査する方法であって、
    約１１０４ｎｍの波長を生成するステップと、
    前記約１１０４ｎｍの波長を１段以上のファイバ増幅によって増幅するステップと、
    約１１６０ｎｍの波長を生成するステップと、
    前記約１１６０ｎｍの波長をラマン増幅器で増幅するステップであって、前記ラマン増幅器が前記増幅された波長の約１１０４ｎｍでポンピングされ、増幅の最終段の前に、前記生成１１６０ｎｍ波長が１１０４ｎｍ光と結合されるステップと、
    前記ラマン増幅器により増幅された後で、約１１６０ｎｍ波長の第６高調波を生成するステップと、
    第６高調波光で検査されるレチクル、フォトマスク、又はウエハを照射するステップと、
    を含む方法。