KR20150016584A - 고체 레이저 및 193nm 레이저를 사용하는 검사 시스템 - Google Patents

고체 레이저 및 193nm 레이저를 사용하는 검사 시스템 Download PDF

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영 호 알렉스 추앙
제이 조셉 암스트롱
블라디미르 드리빈스키
존 필든
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케이엘에이-텐코 코포레이션
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Abstract

개선된 레이저 시스템들 및 이와 관련된 기술들은 1,064nm에 가까운 기본 진공 파장으로부터 대략 193.368nm의 자외선 (UV) 파장을 발생시킨다. 바람직한 실시예들은 입력 파장의 소비되지 않은 부분을 적어도 하나의 단계로 분리해 내어 다른 단계에서의 사용을 위하여 그 소비되지 않은 부분의 진행 방향을 바꾼다. 개선된 레이저 시스템들 및 이와 관련된 기술들은 그 결과 레이저들을 현재 산업계에서 사용되고 있는 것들 보다 더 싸고 수명이 더 길게 한다. 이들 레이저 시스템들은 쉽게 이용할 수 있고 비교적 값이 싼 컴포넌트들로 구축될 수 있다.

Description

고체 레이저 및 193NM 레이저를 사용하는 검사 시스템{SOLID-STATE LASER AND INSPECTION SYSTEM USING 193NM LASER}
본 발명은 본 명세서에 참고로 포함되며, 2012년 5월 22일 “고체 상태 193nm 레이저 및 고체 상태 193nm 레이저를 이용한 검사 시스템”이라는 명칭으로 출원된 미국 예비 특허 출원 제61/650,349호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시는 193nm에 가까운 광을 발생시키는 레이저 시스템에 관한 것이며, 포토 마스크, 레티클(reticle) 또는 웨이퍼 검사에 사용하기 적합하다.
집적 회로 산업은 최소 배선폭의 차수 또는 그 이하의 크기를 가지는 결함들을 검출할 뿐만 아니라 집적 회로, 포토 마스크, 태양 전지, 촬상 소자 등의 더욱 소형화하는 특성을 해결하기 위하여 점점 더 높은 해상도를 가지는 검사 도구를 요구한다. 단파장 광원들, 예를 들어, 200nm 이하의 광을 발생시키는 광원들은 이와 같은 해상도를 제공할 수 있다. 그러나, 이와 같은 단파장의 광을 제공할 수 있는 광원들은 실질적으로 엑시머 레이저들(excimer lasers)과 소수의 고체 및 광섬유 레이저들로 한정된다. 불행하게도, 이들 레이저 각각은 심각한 단점들을 갖는다.
엑시머 레이저는 집적 회로를 생산하는데 일반적으로 사용되는 자외선을 발생시킨다. 엑시머 레이저는 자외선을 발생시키기 위해 고압 조건에서 비활성 가스와 반응성 가스의 혼합물을 전형적으로 사용한다. 집적 회로 산업에서 점차 매우 바람직한 파장이 되는 193nm 파장의 광을 발생시키는 종래의 엑시머 레이저는 (비활성 가스로) 아르곤과 (반응성 가스로) 불소를 사용한다. 불행하게도, 불소는 독성과 부식성이 있어서, 소유하기 위하여 많은 비용이 든다. 더욱, 이와 같은 레이저들은 그들의 낮은 (전형적으로 약 100Hz와 수 kHz 사이의) 반복률과 검사 도중 샘플의 훼손을 가져오는 매우 높은 최대 전력으로 인하여 검사용 응용들(inspection applications)에 적합하지 않다.
200nm 이하의 출력을 생산하는 소수의 고체 및 광섬유 기반의 레이저들은 당 기술 분야에 알려져 있다. 불행하게도, 이들 레이저의 대부분은 매우 낮은 출력 (예를 들어, 60mW 이하) 또는 두 개의 다른 기본 광원들 또는 제8 고조파 발생과 같은 매우 복잡한 디자인을 갖는데, 이들 기본 광원은 모두 복잡하고, 불안정하고 및/또는 상업적으로 매력적이지 않다.
따라서, 상기의 단점들을 극복하면서도 193nm의 광을 발생시킬 수 있는 레이저에 대한 필요성이 발생한다.
본 명세서에서 설명되는 개선된 레이저 시스템들 및 이와 관련된 기술들에 따르면, 1,064nm에 가까운 기본 진공 파장에서 대략 193.368nm의 자외선 (UV) 파장이 발생될 수 있다. 기술된 레이저 시스템들과 이와 관련된 기술들은 그 결과 레이저들을 현재 산업계에서 사용되고 있는 것들보다 더 싸고 수명이 더 길게 한다. 이들 레이저 시스템은 쉽게 이용할 수 있고 비교적 값이 싼 컴포넌트들로 구축될 수 있다. 따라서, 기술된 레이저 시스템들과 이와 관련된 기술들은 현재 시장에 있는 UV 레이저들과 비교하여 훨씬 더 유리한 소유권의 비용을 제공할 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템이 설명된다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 파장에 해당하는 기본 주파수(fundamental frequency)를 발생하도록 구성된 기본 레이저를 포함할 수 있다. 기본 주파수는 본 명세서에서 ω로 지칭된다. (광학 파라메트릭 발진기 또는 광학 파라메트릭 증폭기와 같은) 광학 파라메트릭(optical parametric, OP) 모듈은 기본 주파수를 하향 변환하고, 기본 주파수의 반고조파(half harmonic)인 OP 출력을 발생시키도록 구성된다. 제5 고조파 발생기 모듈은 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 OP 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수를 사용하도록 구성된다. 주파수 혼합 모듈은 대략 193.368nm 파장의 레이저 출력을 발생시키기 위해 제5 고조파 주파수와 OP 출력을 결합할 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 레이저 시스템이 설명된다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 파장에 해당하는 기본 주파수를 발생하도록 구성된 기본 레이저를 포함할 수 있다. 제5 고조파 발생기 모듈은 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수를 사용하도록 구성된다. OP 모듈은 OP 출력을 발생시키기 위해 제5 고조파 발생기 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수를 하향 변환하도록 구성된다. 주파수 혼합 모듈은 대략 193.368nm 파장의 레이저 출력을 발생시키기 위해 제5 고조파 주파수와 OP 출력을 결합할 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 레이저 시스템이 설명된다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 파장에 해당하는 기본 주파수를 발생하도록 구성된 기본 레이저를 포함할 수 있다. 제2 고조파 발생기 모듈은 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수의 일부를 배가하도록 구성된다. 제5 고조파 발생기 모듈은 제 2 고조파를 배가시키고, 제 5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 그 결과의 주파수를 제2 고조파 발생기 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수와 결합한다. OP 모듈은 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω에서의 OP 아이들러(OP idler)를 발생시키기 위해 제5 고조파 발생기 모듈로부터의 제2 고조파 주파수의 소비되지 않은 부분을 하향 변환하도록 구성되고, 여기에서 ω는 기본 주파수이다. 주파수 혼합 모듈은 대략 193.368nm 파장의 레이저 출력을 발생시키기 위해 제5 고조파 주파수와 OP 아이들러를 결합할 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 레이저 시스템이 설명된다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생하도록 구성된 기본 레이저를 포함할 수 있다. 제2 고조파 발생기 모듈은 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수를 배가하도록 구성된다. OP 모듈은 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω에서의 OP 아이들러를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수의 일 부분을 하향 변환하도록 구성되고, 여기에서 ω는 기본 주파수이다. 제4 고조파 발생기 모듈은 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수의 다른 부분을 배가하도록 구성된다. 주파수 혼합 모듈은 대략 193.368nm 파장의 광을 레이저 출력으로 발생시키기 위해 제4 고조파 주파수와 OP 신호를 결합할 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 레이저 시스템이 설명된다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생하도록 구성된 기본 레이저를 포함할 수 있다. OP 모듈은 기본 주파수의 일 부분을 하향 변환하고 기본 주파수의 대략 반고조파(half harmonic)인 OP 출력을 발생시키기 위해 구성된다. 제2 고조파 발생기 모듈은 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수의 일 부분을 배가하도록 구성된다. 제4 고조파 발생기 모듈은 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수를 배가하도록 구성된다. 제1 주파수 혼합 모듈은 4.5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제4 고조파 주파수와 OP 출력을 수신하도록 구성된다. 제2 주파수 혼합 모듈은 대략 193.368nm 파장의 광을 레이저 출력으로 발생시키기 위해 제2 고조파 발생기의 기본 주파수의 소비되지 않은 부분과 4.5 고조파 주파수를 결합하도록 구성된다.
레이저 시스템 실시예들 중 일부에서, 기본 레이저는 Q-스위치 레이저, 모드-동기(mode-locked) 레이저 또는 연속파 (continuous wave, CW) 레이저를 포함한다. 일부 실시예에서, 기본 레이저의 레이저 발생 매체는 이터븀-도핑된 광섬유, 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 결정, 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 결정 또는 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 바나데이트의 네오디뮴-도핑된 혼합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, OP모듈은 퇴화하도록(degenerately) 동작한다. 즉, 주파수가 0.5ω인 신호만 존재한다. 축퇴형(degenerate) 하향 변환을 사용하는 일부 실시예에서, 비선형 결정 특성들과 파장에 의해 허용될 경우, 최대의 효율을 위하여 타입 I 하향 변환을 사용하는 것이 바람직하다 (즉, 발생된 두 개의 양자들은 동일한 편광을 가진다). 다른 실시예에서, OP 모듈은 0.5ω 보다 약간 높은 하나의 주파수와 0.5ω 보다 약간 낮은 다른 하나의 주파수인, 약간 다른 주파수들에서 신호와 아이들러(idler)를 발생시킨다. 예를 들어, 기본 레이저가 1064.4nm의 파장을 발생시키면, 신호 주파수는 2019.7nm의 파장에 해당하고 아이들러 주파수는 2148.3nm의 파장에 해당할 것이다.
일 실시예에서, OP 모듈은 OP 발진기(OPO)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, OP 모듈은 OP 증폭기(OPA)를 포함할 수 있고, 원하는 신호 파장 및 대역폭의 광을 발생시키는 시드 레이저(seed laser)를 포함할 수 있다. 시드 레이저는 예를 들어 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 시드 레이저는 원하는 파장 및 대역폭을 정확하게 유지하기 위하여 회절 격자, 분산 피이드백, 볼륨 브래그 회절 격자 또는 다른 수단에 의하여 안정화 된다.
기본 레이저의 주파수에 근거하여 193.368nm에 가까운 원하는 레이저 시스템 출력 파장을 달성하기 위하여 시드 레이저(또는 OPO 기반 OP 모듈의 OPO 파장)가 선택되거나 조절되어야 함에 유의한다. 예를 들어, 원하는 파장이 193.368nm이고 기본 레이저의 중심 파장이 1064.4nm이면, 대략 0.5ω의 신호 주파수를 사용하는 실시예에서 시드 레이저는 2019.7nm의 파장을 발생시킬 필요가 있다. 동일한 레이징(lasing) 물질이 사용되더라도 (동작 온도를 포함하는 요소들와 재료 구성의 변경들에 의해) 개별적인 기본 레이저들은 중심 파장에서 십분의 수 nm 정도 서로 달라질 수 있으므로, 일부 바람직한 실시예에서, 시드 레이저 파장은 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 시스템 출력 파장은 수 pm 정도 조절 가능할 필요가 있으며, 이는 시드 또는 OPO 파장을 수 nm 조절함으로써 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 제5 고조파 모듈은 제2, 제4 및 제5 고조파 발생기들을 포함할 수 있다. 제2 고조파 발생기는 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수를 배가하도록 구성된다. 제4 고조파 발생기는 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수를 배가하도록 구성된다. 제5 고조파 발생기는 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제4 고조파 주파수와 제2 고조파 발생기의 기본파의 소비되지 않은 부분을 결합하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 제5 고조파 모듈은 제2, 제3 및 제5 고조파 발생기들을 포함할 수 있다. 제2 고조파 발생기는 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 기본 주파수를 배가하도록 구성된다. 제3 고조파 발생기는 제3 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수와 제2 고조파 발생기의 기본파의 소비되지 않은 부분을 결합하도록 구성된다. 제5 고조파 발생기는 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제3 고조파 주파수와 제3 고조파 발생기의 제2 고조파 주파수의 소비되지 않은 부분을 결합하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 제5 고조파 발생기 모듈은 제4 및 제5 고조파 발생기들을 포함할 수 있다. 제4 고조파 발생기는 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수를 배가하도록 구성된다. 제5 고조파 발생기는 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제4 고조파 주파수와 기본 주파수의 소비되지 않은 부분을 수신하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 제5 고조파 발생기 모듈은 제3 및 제5 고조파 발생기들을 포함할 수 있다. 제3 고조파 발생기는 제3 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제2 고조파 주파수와 기본 주파수를 결합하도록 구성된다. 제5 고조파 발생기는 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 제3 고조파 주파수와 제3 고조파 발생기의 소비되지 않은 제2 고조파 주파수를 결합하도록 구성된다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법을 설명한다. 이 방법으로, 대략 1064nm의 기본 주파수가 발생될 수 있다. 기본 주파수는 기본 주파수의 반고조파인 OP 출력을 발생시키기 위해 하향 변환될 수 있다. 하향 변환된 기본 주파수의 소비되지 않은 부분은 제5 고조파 주파수를 발생시키는데 사용될 수 있다. 제5 고조파 주파수와 신호 주파수는 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 결합될 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 다른 방법을 설명한다. 이 방법으로, 대략 1064nm의 기본 주파수가 발생될 수 있다. 이 기본 주파수는 제5 고조파 주파수를 발생시키는데 사용될 수 있다. 소비되지 기본 주파수는 기본 주파수의 반고조파인 OP 출력을 발생시키기 위해 하향 변환될 수 있다. 제5 고조파 주파수와 OP 출력은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 결합될 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 다른 방법을 설명한다. 이 방법으로, 대략 1064nm의 기본 주파수가 발생될 수 있다. 이 기본 주파수는 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 배가될 수 있다. 제2 고조파 주파수의 일 부분은 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω에서의 OP 아이들러를 발생시키기 위해 하향 변환될 수 있으며, ω는 기본 주파수이다. 배가되는 기본 주파수의 소비되지 않은 부분과 하향 변환된 제2 고조파 주파수의 소비되지 않은 부분은 제5 고조파 주파수를 발생시키는데 사용될 수 있다. 제5 고조파 주파수와 OP 아이들러는 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 결합될 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 방법을 설명한다. 이 방법으로, 대략 1064nm의 기본 주파수가 발생된다. 이 기본 주파수는 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 배가될 수 있다. 제2 고조파 주파수의 일 부분은 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω에서의 OP 아이들러를 발생시키기 위해 하향 변환될 수 있으며, ω는 기본 주파수이다. 제2 고조파 주파수의 다른 부분은 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 배가될 수 있다. 제4 고조파 주파수와 OP 신호는 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 결합될 수 있다.
대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 또 다른 방법을 설명한다. 이 방법으로, 대략 1064nm의 기본 주파수가 발생된다. 기본 주파수의 일 부분은 대략 0.5ω의 OP 출력을 발생시키기 위해 하향 변환될 수 있다. 기본 주파수의 다른 부분은 제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 배가될 수 있다. 제2 고조파 주파수는 제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 배가될 수 있다. 제4 고조파 주파수와 OP 출력은 대략 4.5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 결합될 수 있다. 대략 4.5 고조파 주파수와 기본파의 또 다른 부분은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 결합될 수 있다.
샘플들을 검사하기 위한 다양한 시스템들이 설명된다. 이러한 시스템들은 대략 193.368nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함할 수 있다. 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 OP 출력은 대략 193.368nm의 복사선 빔을 발생시키는데 사용될 수 있다. 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화되어 있다. 이 시스템은 출력 빔을 샘플 상에 집중시키는 수단과 산란되거나 샘플에서 반사된 광을 수집하는 수단을 더 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼, 레티클 또는 포토 마스크의 표면의 결함들을 검사하기 위한 광학 검사 시스템을 설명한다. 이 시스템은 광축을 따라 입사 광선 빔을 발산하는 광원을 포함할 수 있으며, 이 광원은 본 명세서에서 설명되는 레이저 시스템을 포함한다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 광학 파라메트릭(OP) 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함할 수 있다. 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 OP 출력은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는데 사용될 수 있다. 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화 되어 있다. 광축을 따라 배치되며 복수의 광 컴포넌트들을 포함하는 광학 시스템이 입사 광선 빔을 개별적인 광 빔들로 분리하도록 구성되며, 모든 개별적인 광 빔들은 포토 마스크, 레티클 또는 반도체 웨이퍼의 표면 상의 서로 다른 위치들에 스캐닝 스팟들(scanning spots)을 형성한다. 스캐닝 스팟들은 동시에 표면을 스캔하도록 구성된다. 투과 광 검출기 어레인지먼트(transmitted light detector arrangement)는 개별적인 광 빔들과 레티클 마스크 또는 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 교차로 인해 발생되는 복수의 투과 광 빔들의 각각에 대응하는 투과 광 검출기들을 포함할 수 있다. 투과 광 검출기들은 투과된 광의 세기를 감지하기 위해 배치된다. 반사 광 검출기 어레인지먼트는 개별적인 광 빔들과 레티클 마스크 또는 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 교차로 인해 발생되는 복수의 반사 광 빔들의 각각에 대응하는 반사 광 검출기들을 포함할 수 있다. 반사 광 검출기들은 반사된 광의 세기를 감지하기 위해 배치된다.
결함들을 검출하기 위하여 포토 마스크, 레티클 또는 반도체 웨이퍼의 표면을 검사하는 다른 광학 검사 시스템을 설명한다. 이 검사 시스템은 동시에 두 채널들의 신호 또는 이미지를 조명하고 검출한다. 두 개의 채널들은 모두 동일한 센서 상에서 동시에 검출된다. 두 개의 채널들은 검사 대상이 투명한 경우 (예를 들어, 레티클 또는 포토 마스크) 반사 및 투과 세기를 포함할 수 있고, 입사 각들, 편광 상태들, 파장 범위들 또는 이들의 일부 조합들과 같은 두 개의 다른 조명 모드들을 포함할 수 있다.
샘플의 표면을 검사하는 검사 시스템이 또한 설명된다. 이 검사 시스템은 복수의 광 채널들을 생산하도록 구성된 조명 서브시스템을 포함하며, 각 채널의 광은 적어도 다른 채널의 광 에너지와 다른 특성들을 가지도록 생산된다. 조명 서브시스템은 대략 193.368nm 파장의 입사 광선 빔을 발산하는 광원, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함하며, 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 OP 출력은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는데 사용된다. 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화 되어 있다. 광학계는 복수 채널들의 광을 수신하여, 복수 광 에너지 채널들을 공간적으로 분리되도록 결합된 광 빔으로 결합하고, 공간적으로 분리되도록 결합된 광 빔을 샘플 측으로 진행시킨다. 데이터 획득 서브시스템은 샘플으로부터 반사된 광을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 데이터 획득 서브시스템은 반사된 광을 복수 채널들의 광에 대응하는 복수의 수신 채널들로 분리하도록 구성될 수 있다.
반사굴절 검사 시스템이 또한 설명된다. 이 시스템은 자외선(UV)을 발생시키는 자외선 광원, 복수의 이미징 서브 섹션들 및 접이식 거울 그룹(folding mirror group)을 포함한다. 자외선 광원은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함하며, 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 OP 출력은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는데 사용된다. 자외선 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화 되어 있다. 복수의 이미징 서브 섹션들의 각 서브 섹션은 초점 렌즈 그룹, 시야 렌즈 그룹(field lens group), 반사굴절 렌즈 그룹 및 주밍 튜브 렌즈 그룹(zooming tube lens group)을 포함할 수 있다.
초점 렌즈 그룹은 광을 시스템 내 중간 이미지에 집중시키기 위해 시스템의 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈 소자들을 포함할 수 있다. 초점 렌즈 그룹은 또한 자외선 범위에서 적어도 하나의 파장을 포함하는 파장 대역 상의 단색 수차들 및 수차들의 색체 변형(chromatic variation)에 대한 보정을 동시에 제공할 수 있다. 초점 렌즈 그룹은 광을 수신하기 위해 위치하는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.
시야 렌즈 그룹은 중간 이미지 인근의 광학 경로를 따라 정렬된 순수한 양의 전력(net positive power)을 가질 수 있다. 시야 렌즈 그룹은 서로 다른 분산들을 가진 복수의 렌즈 소자들을 포함할 수 있다. 렌즈 표면들은 제2 미리결정된 위치들에 배치될 수 있고, 파장 대역 상의 시스템의 일차 및 이차 횡색수차(lateral color)들 뿐만 아니라 적어도 이차 종색수차(longitudinal color)를 포함하는 색수차들의 실질적인 교정을 제공하기 위해 선택된 곡률들을 가질 수 있다.
반사굴절 렌즈 그룹은 초점 렌즈 그룹과 결합하여 시스템의 일차 종색수차를 파장 대역 상에서 실질적으로 교정함으로써 중간 이미지의 실제 이미지를 형성하도록 배치된 적어도 두 개의 반사면들과 적어도 하나의 굴절면을 포함할 수 있다. 더 높은 차수의 색수차들을 변경하지 않고 줌을 하거나 배율을 변경할 수 있는 주밍 튜브 렌즈 그룹은 시스템의 하나의 광축을 따라 배치된 렌즈 표면들을 포함할 수 있다. 접이식 거울 그룹은 선형 줌 동작을 허용하도록 구성될 수 있어서, 미세 줌과 광역 줌을 제공한다.
반사굴절 이미징 시스템이 또한 설명된다. 이 시스템은 자외선을 발생시키는 자외선(UV) 광원을 포함할 수 있다. 이 광원은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함하며, 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 신호 주파수는 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는데 사용된다. 자외선 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화 되어 있다. 적응식 광학계는 또한 검사를 받는 표면 위의 조명 빔 사이즈와 프로파일을 조정하기 위해 제공된다. 대물 렌즈(objective)는 상호 동작 관계에 있는 반사굴절 대물 렌즈, 초점 렌즈 그룹 및 주밍 튜브 렌즈 섹션을 포함할 수 있다. 프리즘은 수직 입사인 경우(at normal incidence) 광축을 따라 샘플의 표면으로 자외선을 진행시키고, 대물 렌즈의 광 표면들에 의한 반사들뿐만 아니라 샘플의 표면 특성들에 의한 거울 반사들을 이미징 평면으로 광학 경로를 따라 진행시키기 위해 제공될 수 있다.
표면 검사 장치가 또한 설명된다. 이 장치는 대략 193.368nm에서 복사선 빔(beam of radiation)을 발생시키는 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함하며, 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 신호 주파수는 대략 193.368nm의 복사선 빔을 발생시키는데 사용된다. 조명 시스템은 실질적으로 집속 빔(focused beam)의 입사 평면 내에 있는 표면 상에 조명 라인을 형성하기 위해 복사선 빔을 표면에 상대적인 비수직 입사 각도로 집중시키도록 구성될 수 있다. 입사 평면은 집속 빔과 집속 빔을 관통하고 표면에 수직인 방향에 의하여 정의된다.
샘플의 아노말리(anomaly)들을 검출하는 광학 시스템이 또한 설명된다. 이 광학 시스템은 제1 및 제2 빔들을 발생시키는 레이저 시스템을 포함한다. 레이저 시스템은 대략 193.368nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 이 레이저 시스템은 대략 1064nm의 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들 및 주파수 혼합 모듈들을 포함하며, 기본 주파수, 복수의 주파수들 및 OP 출력은 대략 193.368nm의 복사선 빔을 발생시키는데 사용된다. 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화 되어 있다. 출력 빔은 표준 컴포넌트들을 사용하여 제1 및 제2 빔들로 분할될 수 있다. 제1 광학계는 제1 빔을 샘플의 표면 상의 제1 스팟 상으로 제1 경로를 따라 진행시킬 수 있다. 제2 광학계는 제2 빔을 샘플의 표면 상의 제2 스팟 상으로 제2 경로를 따라 진행시킬 수 있다. 제1 및 제2 경로들은 샘플 표면으로의 입사 각들이 서로 다르다. 수집 광학계는 샘플 표면 상의 제1 및 제2 스팟들로부터 산란된 복사선 빔을 수신하고, 제1 및 제2 빔들에서 시작하여 산란된 복사선 빔을 제1 검출기에 집중시키는 곡면 거울 표면을 가질 수 있다. 제1 검출기는 곡면 거울 표면에 의해 검출기에 집중되는 복사선 빔에 응답하여 단일 출력 값을 제공한다. 샘플의 표면 전체에 걸쳐 스팟들이 스캔되도록 제1 및 제2 빔들과 샘플 사이에 상대적인 동작을 발생시키는 도구가 제공될 수 있다.
도 1a는 광학 파라메트릭 모듈과 제5 고조파 발생기를 사용하여 대략 193.368nm의 광을 발생시키는 예시적인 레이저의 블록도를 도시한다.
도 1b는 광학 파라메트릭 모듈과 제5 고조파 발생기를 사용하여 대략 193.368nm의 광을 발생시키는 다른 예시적인 레이저의 블록도를 도시한다.
도 1c는 광학 파라메트릭 모듈과 제4 고조파 발생기 모듈을 사용하여 대략 193.368nm의 광을 발생시키는 또 다른 예시적인 레이저의 블록도를 도시한다.
도 2a는 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈을 도시한다.
도 2b는 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈을 도시한다.
도 3a는 또 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈을 도시한다.
도 3b는 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈을 도시한다.
도 4는 광학 파라메트릭 모듈과 제4 고조파 발생기를 사용하여 193nm의 광을 발생시키는 또 다른 예시적인 레이저의 블록도를 도시한다.
도 5는 예시적인 기본 레이저의 블록도를 도시한다.
도 6은 기본 파장의 2배 또는 기본 주파수의 절반의 적외선을 생성하는 예시적인 축퇴형 OP 증폭기를 도시한다.
도 7은 정확히 기본 파장의 2배 또는 기본 주파수의 절반이 아닌 적외선을 생성하는 다른 예시적인 OP 증폭기를 도시한다.
도 8은 개선된 레이저를 포함하는 예시적인 검사 시스템을 도시한다.
도 9는 하나의 센서 상에서 두 개 채널들의 이미지(또는 신호)를 동시에 검출하는 레티클, 포토 마스크 또는 웨이퍼 검사 시스템을 도시한다.
도 10은 다수의 대물 렌즈(objective)들과 개선된 레이저를 포함하는 예시적 검사 시스템을 도시한다.
도 11은 개선된 레이저를 포함하는 조절 가능한 배율을 가지는 예시적 검사 시스템의 광학계를 도시한다.
도 12는 다크-필드 및 브라이트-필드 모드들을 가지며 개선된 레이저를 포함하는 예시적 검사 시스템을 도시한다.
도 13a는 개선된 레이저를 포함하는 표면 검사 장치를 도시한다. 도 13b는 표면 검사 장치를 위한 수집 광학계의 예시적 배열을 도시한다.
도 14는 개선된 레이저를 포함하는 예시적 표면 검사 시스템을 도시한다.
도 15는 개선된 레이저를 포함하고 수직 및 빗각 조명 빔들(normal and oblique illumination beams)을 모두 사용하는 검사 시스템을 도시한다.
본 명세서에서 설명되는 개선된 레이저 기술과 레이저 시스템에 따르면, 대략 193.4nm의 자외선 (UV) 파장(예를 들어, 193.368nm에 가까운 진공 파장)은 1063.5nm에 가까운 (예를 들어, 1063.52nm에 가깝거나 또는 다른 예에서 약 1064.0nm와 약 1064.6nm 사이의) 기본 진공 파장으로부터 발생될 수 있다. 본 명세서에서 조건없이 파장이 주어지는 경우, 이는 광의 진공 파장을 언급하는 것으로 가정된다.
본 발명의 모든 실시예는 하나 이상의 주파수 변환 단계에서 적어도 하나의 주파수를 사용한다. 일반적으로, 주파수 변환 단계들은 그들의 입력 광을 완전히 소비하지 않으며, 이는 본 명세서에 설명된 개선된 레이저 시스템에서 유리하게 작용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 입력 파장의 소비되지 않은 부분을 적어도 하나의 단계로 분리해 내어 다른 단계에서의 사용을 위하여 그 소비되지 않은 부분의 진행 방향을 바꾼다. 주파수 변환과 주파수 혼합은 비선형 프로세스들이다. 입력 파워 레벨이 증가하면 변환 효율이 증가한다. 예를 들어, 한 단계의 효율을 최대화하고 이 단계에서 사용되는 결정의 길이(그리고 따라서 비용)을 최소화하기 위하여 기본 레이저의 전체 출력은 먼저 제2 고조파 발생기와 같은 하나의 단계로 진행될 수 있다. 이 예에서, 이 단계에서 사용되기 위하여, 기본파의 소비되지 않은 부분은 제5 고조파 발생기 또는 광 파라메트릭 모듈과 같은 다른 단계로 진행된다.
소비되지 않은 입력 주파수를 분리해 내어 그 단계의 출력과 함께 전파하는 것을 허용하지 않고 별도로 다른 단계로 진행시키는 것의 장점은 광학 경로 길이들이 각 주파수에 대하여 별도로 제어될 수 있어, 펄스들이 동시에 도착하는 것을 보장할 수 있다는 것이다. 다른 장점은 코팅들과 광 컴포넌트들은 두 개의 주파수들의 필요성들 사이에서 타협하는 대신 개별적인 주파수 각각에 대하여 최적화될 수 있다는 것이다. 특히, 제2 고조파 또는 제4 고조파 발생기의 출력 주파수는 입력 주파수에 대하여 수직 편광을 가질 것이다. 반사가 최소인 한 개의 주파수를 허용하는 브루스터 창(Brewster window)은 그 편광이 그 창에 맞지 않기 때문에 일반적으로 다른 주파수에 대하여 높은 반사도를 가질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 (약 350nm보다 짧은 파장들과 같은) 깊은 자외선 파장들을 발생시키는 주파수 변환 및 혼합 단계들을 위한 보호 환경들을 사용한다. 적합한 보호 환경들은 2012년 10월 30일 암스트롱에게 발행된 “광 결정들의 환경 제어를 위한 외함(Enclosure)”라는 제목의 미국 특허 제8,298,335호와 2013년 1월 24일 드리빈스키 등에 의해 발간된 “높은 품질의 레이저, 안정된 출력 빔 및 수명이 길고 변환 효율이 높은 비선형 결정”라는 제목의 미국 특허 출원 제2013/0021602호에 설명되며, 이들 모두는 참고로 본 명세서에 포함된다. 특히, 브루스터 창들은 입출력 주파수들이 들어오고 나가는 것을 허용하는 이와 같은 환경들에서 유용하다. 각 주파수를 별도로 진행시키는 것은 레이저 시스템 내에 손실이나 미광(stray light)을 최소화하는 것이 필요한 경우 별도의 브루스터 창들 또는 코팅들의 사용을 별도로 허용한다.
아래에 설명된 개선된 레이저 기술들 및 레이저 시스템들은 기본 파장을 5.5로 나누기 위해 (즉, 기본파에 5.5 를 곱함) 반고조파들을 사용한다. 파장을 N으로 나누는 것은 또한 대응 주파수를 N으로 곱하는 것으로 설명될 수 있음에 유의하며, N은 정수 또는 분수 중 어느 하나이다. 도면에서 사용된 바와 같이, ω는 기본 주파수로 지정된다. 예를 들어, 도 1a 내지 1C는, 예를 들어, (ω), (0.5ω), (1.5ω), (2ω), (4ω), (4.5ω) 및 (5ω)와 같이, 예시적 레이저 시스템들의 다양한 컴포넌트들에 의해 발생되는 (기본 파장에 상대적인) 광의 파장들을 괄호들 안에 나타낸다. 예를 들어 제5 고조파는 5ω에 해당하는 것과 같이 기본 주파수의 고조파는 유사한 표시법들을 사용하여 나타낼 수 있음에 유의한다. 0.5ω, 1.5ω 및 4.5ω의 고조파들은 또한 반고조파들로 불릴 수 있다. 일부 실시예에서, 정확하게 0.5ω 보다는, 0.5ω에서 약간 천이된 주파수들이 사용됨에 유의한다. 대략 0.5ω, 대략 1.5ω 등으로 설명된 주파수들은 실시예에 따라 정확한 반고조파들 또는 약간 천이된 주파수들을 지칭할 수 있다. 도면의 요소들을 설명하는데 참고가 용이하도록, 수치 표시(예를 들어, “제5 고조파”)는 주파수 자체를 지칭하며, 반면에 단어 표시(예를 들어, “다섯번째 고조파”)는 주파수를 발생시키는 컴포넌트를 지칭한다.
도 1a는 대략 193.4nm의 자외선 (UV) 파장을 발생시키는 예시적인 레이저 시스템(100)을 도시한다. 본 실시예에서, 레이저 시스템(100)은 기본 주파수 ω, 즉 기본파(102)에서 광을 발생시키는 기본 레이저(101)를 포함한다. 일 실시예에서, 기본 주파수 ω는 1064nm 인근의 자외선 파장에 해당하는 주파수일 수 있다. 예를 들어, 일부 바람직한 실시예에서, 기본 레이저(101)는 실질적으로 1063.52nm의 파장을 방출할 수 있다. 다른 실시예에서, 기본 레이저(101)는 약 1064.0nm와 약 1064.6nm 사이의 파장을 방출할 수 있다. 기본 레이저(101)는 Nd:YAG (네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷) 또는 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트와 같은 적절한 레이징 매체를 사용하여 레이저에 의해 구현될 수 있다. 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 바나데이트의 네오디뮴-도핑된 혼합물(예를 들어, 두 가지 바나데이트들의 대략 50:50 혼합)은 파장 1063.5nm 인근에서 Nd:YAG 또는 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트보다 더 높은 이득을 가질 수 있는 다른 적절한 레이징 매체이다. 이터븀-도핑된 광섬유 레이저들은 1063.5nm 인근의 파장에서 레이저 광을 발생시키는데 사용될 수 있는 다른 대안이다. 대략 1063.5nm의 파장에서 동작하도록 변형되거나 조절될 수 있는 레이저들은 (Q-스위치 또는 모드-동기) 펄스 레이저들 및 연속파 (CW) 레이저들로 상업적으로 구입이 가능하다. 이와 같은 변형 가능 레이저들의 예시적인 제조업자들은 코히어런트 사 (예를 들어, 80 내지 120 MHz의 반복률들을 갖는 팔라딘 계열의 모델들), 뉴포트 사 (예를 들어, 익스플로어 계열의 모델들) 및 기타 제조업자들을 포함한다. 파장과 대역폭을 조정하기 위해 기본 레이저(101)에 사용될 수 있는 기술들은 분산 피이드백, 광섬유 브래그 격자들, 회절 격자들 또는 에타론들(etalons)과 같은 파장 선택형 디바이스들의 사용을 포함한다. 다른 실시예에서, 바로 앞에서 나열한 것들과 같은 상업적으로 구입 가능한 레이저는 전형적으로 약 1064.0nm와 약 1064.6nm 사이의 파장인 표준 파장에서 동작된다. 이와 같은 실시예에서, 신호 또는 아이들러 주파수는 (아래를 참조) 원하는 출력 파장을 발생시키기 위해 정확히 0.5ω에서 천이될 수 있다.
특히, 기본 레이저(101)는 출력 광의 전체적인 안정성과 대역폭을 판단한다. 안정적인 협대역 레이저들은 일반적으로 약 1mW 내지 수십 와트의 레벨들과 같은 낮은 그리고 중간의 전력 레벨에서 달성하기가 더 용이하다. 더 높은 전력과 더 짧은 파장의 레이저들의 파장을 안정화하고 대역폭을 좁히는 것은 더욱 복잡하고 비싸다. 기본 레이저(101)를 위한 레이저 전력 레벨들은 수 밀리와트에서 수십 와트 이상의 범위가 될 수 있다. 따라서, 기본 레이저(101)는 쉽게 안정화될 수 있다.
기본파(102)는 광학 파라메트릭 발진기 (OPO) 또는 광학 파라메트릭 증폭기(OPA)를 향하여 진행될 수 있다. 광학 주파수에서 발진하는 OPO는 이차 비선형 광학 상호작용을 통하여 자신의 입력 주파수를 하나 또는 둘의 출력 주파수들로 하향 변환한다. 출력 주파수가 둘인 경우, “신호” 주파수와 “아이들러” 주파수가 발생된다 (도면에는 “(신호 + 아이들러)”로 도시됨). 두 출력 주파수들의 합은 입력 주파수와 동일하다. 축퇴형 OP 모듈이라고 불리는 출력 주파수가 하나인 경우, 신호와 아이들러 주파수들은 동일하고 따라서 구분없이 모든 실용적인 목적들을 위한 것이다. OPA는 광학 파라미터릭 증폭 프로세스를 사용하여 입력 파장의 시드 (또는 입력) 광을 증폭시키는 레이저 광원이다. 간단하게, OPO 또는 OPA 중 하나를 지칭하게 위해, 일반적인 용어인 “OP 모듈”이 본 명세서에서 사용된다.
레이저 시스템(100)에서, OP 모듈(103)은 기본파(102)의 일부를 축퇴 출력 주파수(대략 0.5ω)(107)로 하향 변환한다. 따라서, 축퇴의 경우에는, OP 모듈(103)에 의해 하향 변환된 광 출력의 파장은 기본파(102) 파장의 두 배가된다. 예를 들어, 기본파(102)가 1063.5nm의 파장을 가지는 경우, 신호(107)의 파장은 2127nm이다. 일부 실시예에서, OP 모듈(103)은 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬 또는 KTP(포타슘 티타닐 포스페이트)와 같은 비선형 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, OP 모듈(103)은 다이오드 레이저 또는 저전력 광섬유 레이저와 같은 저전력 레이저를 포함할 수 있다.
특히, 기본파(102)의 일부만 하향 변화 과정에서 소비된다. 실제로, OP 모듈들과 고조파 발생기들은 그들의 입력 광을 완전히 소비하지 않으며, 이는 본 명세서에서 설명된 개선된 레이저 시스템에서 유리하게 작용될 수 있다. 예를 들어, OP 모듈(103)의 소비되지 않은 기본파(104)는 제5 (5ω) 고조파 발생기 모듈(105)로 진행될 수 있으며, 이는 기본파로부터 제5 고조파를 발생시키기 위해 몇 개의 주파수 변환과 혼합 단계들을 포함한다 (도 2a 및 2B를 참조하여 아래에 상세히 설명된다).
유사하게, 다른 대체 실시예에서, 기본파(102')는 먼저 제5 고조파(106)를 발생시키기 위해 제5 고조파 발생기 모듈(105)로 진행될 수 있으며, 제5 고조파(106)의 발생에 소비되지 않은 기본파(102')(소비되지 않은 기본파(104'))는 출력 주파수(107)로의 하향 변환을 위해 OP 모듈(103)로 진행될 수 있다.
제5 고조파 발생기 모듈(105)의 출력, 즉, 제5 고조파(106)는 주파수 혼합 모듈(108)에서 출력 주파수(107)와 결합(즉, 혼합)될 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 혼합 모듈(108)은 하나 이상의 베타 붕산 바륨 (BBO), 삼붕산 리튬 (LBO) 또는 수소 열처리된 세슘 리튬 보레이트 (CLBO) 결정들과 같은 (동일한 유형의) 비선형 결정들을 포함할 수 있다. 주파수 혼합 모듈(108)은 대략 5.5ω에서 대응 파장이 193.368nm(즉, 대략 5.5로 나누어진 기본 파장)인 주파수를 갖는 레이저 출력(109)를 발생시킨다.
타입 I의 축퇴형 하향 변환을 사용하는 장점은 원하지 않는 파장 또는 편광을 발생시키는데 전력을 낭비하지 않는다는 점이다. 193.368nm 인근의 원하는 출력 파장의 5.5배의 파장에서 충분한 전력의 기본 레이저를 합리적인 가격에 쉽게 이용할 수 있다면 축퇴형 하향 변환을 포함하는 실시예들이 바람직할 수 있다. 비축퇴형 하향 변환의 장점은 약 1064.0nm와 약 1064.6nm 사이의 파장에서 수십 와트 또는 100W의 전력 레벨들의 레이저들을 쉽게 이용할 수 있는 반면, 실질적으로 1063.5nm의 파장에서 상기 전력 레벨의 레이저들은 현재 쉽게 사용할 수 없다. 비축퇴형 하향 변환은 쉽게 사용할 수 있는 고전력 레이저들이 193.369nm에 가까운 원하는 어떠한 출력 파장이라도 발생시키는 것을 허용한다.
도 1b는 대략 193.368nm의 자외선 파장을 발생시키는 다른 예시적인 레이저 시스템(130)을 도시한다. 본 실시예에서, 기본 주파수 ω에서 동작하는 기본 레이저(110)는 기본파(111)를 발생시킨다. 일 실시예에서, 주파수 ω는 대략 1063.5nm의 파장에 해당할 수 있고, 다른 실시예에서 약 1064.0nm와 1064.6nm 사이의 파장에 해당할 수 있다. 기본파(111)는 제2 고조파(113)를 발생시키기 위해 기본파(111)를 배가시키는 제2 고조파 발생기 모듈(112)로 진행될 수 있다. 제2 고조파 발생기 모듈(112)에서 소비되지 않은 기본파(111) 부분, 즉, 소비되지 않은 기본파(111)는 제5 고조파 발생기 모듈(116)로 진행될 수 있다. 제2 고조파(113)는 OP 모듈(114)로 진행될 수 있다. 일부 실시예에서, OP 모듈(114)은 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬 또는 KTP와 같은 비선형 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, OP 모듈(114)은 다이오드 레이저 또는 저전력 광섬유 레이저와 같은 저전력 레이저를 포함할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, OP 모듈(114)은 대략 1.5ω에서는 신호를 0.5ω에서눈 아이들러를 포함하는 출력 주파수들을 발생시킨다. 본 실시예에서 신호와 아이들러의 파장들은 완전히 다르기 때문에 신호와 아이들러는 예를 들어 다이크로익(dichroic) 코팅들, 프리즘들 또는 격자들을 사용하여 쉽게 분리될 수 있음에 유의한다. 일부 실시예에서, 신호와 아이들러는 실질적으로 직교하는 편광들을 가지며, 따라서 예를 들어 편광 빔 스플리터에 의해 분리될 수 있다. 레이저 시스템(130)에서, 0.5ω 또는 대략 0.5ω에서의 아이들러는 관심있는 주파수 성분이다. 예를 들어, 기본파(102)가 1063.5nm의 파장에 있으면, 아이들러와 연관된 OP 모듈(114)에 의해 출력되는 하향 변환된 광의 파장은 2127nm이며, 이는 기본파(102) 파장의 2배이다. 다른 실시예에서, 기본파(102)가 1064.4nm의 파장에 있고 원하는 출력 파장이 193.368nm이면, 아이들러 파장은 2109.7nm가 될 것이다.
다른 실시예에서, 원하는 파장만 주파수 혼합 모듈(118)에서 적절하게 위상이 매치되기 때문에 신호와 아이들러를 분리할 필요가 없음에 유의한다. 즉, 주파수 혼합 모듈(118)은 신호와 아이들러를 모두 수신하지만, 0.5ω에 있는 아이들러만 실제로 사용하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서 원하지 않는 파장은 대략 710nm의 파장이기 때문에, 주파수 혼합 모듈(118)에서 사용하기에 적합한 대부분의 비선형 결정들은 이와 같은 주파수들에서 두드러지게 흡수하지 않으며, 따라서 원하지 않는 파장은 심각한 발열 또는 다른 바람직하지 않은 영향들을 발생시키지 않을 것이다.
제5 고조파 발생기 모듈(116)은 제5 고조파(117)를 발생시키기 위해 OP 모듈(114)의 소비되지 않은 제2 고조파(115)와 소비되지 않은 기본파(121)을 결합한다 (예를 들어, 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈들에 대하여 도 3a와 3B를 참조). 주파수 혼합 모듈(118)은 대략 5.5ω에서 레이저 출력(119)를 생성하기 위해 제5 고조파(117)와 출력 주파수들(120)의 아이들러 부분을 혼합한다. 일 실시예에서, 주파수 혼합 모듈(118)은 하나 이상의 BBO (베타 붕산 바륨), LBO 또는 CLBO 결정들과 같은 비선형 결정들을 포함할 수 있다.
기본파(102 및 102')에 대하여 도 1a에 도시된 것과 유사한 방법으로, 레이저 시스템(130)의 일부 실시예에서, 제2 고조파(113')는 먼저 제5 고조파 발생기 모듈(116)로 진행될 수 있고, 제2 고조파(115')의 소비되지 않은 부분은 점선들에 의해 도시되는 바와 같이 OP 모듈(114)로 진행될 수 있음에 유의한다.
도 1c는 대략 193.4nm의 자외선 파장을 발생시키는 또 다른 예시적인 레이저 시스템(140)을 도시한다. 본 실시예에서, 주파수 ω에서 동작하는 기본 레이저(122)는 기본파(123)을 발생시킨다. 본 실시예에서, 주파수 ω는 대략 1063.5nm의 주파수 또는 약 1064.0nm와 약 1064.6nm 사이의 주파수에 해당할 수 있다.
기본파(123)는 제2 고조파(125)를 발생시키기 위해 기본파(123) 배가시키는 제2 고조파 발생기 모듈(124)로 진행될 수 있다. 제2 고조파(125)는 OP 모듈(126)로 진행된다. 일 실시예에서, OP 모듈(126)은 대략 1.5ω에서는 신호(129)를 대략 0.5ω에서는 아이들러를 포함하는 출력 주파수들(129)을 발생시킨다. 일부 실시예에서, OP 모듈(126)은 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬 또는 KTP와 같은 비선형 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, OP 모듈(126)은 다이오드 레이저 또는 저전력 광섬유 레이저와 같은 저전력 레이저를 포함할 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, (대략 1.5ω에서) 출력 주파수들(129)의 신호 부분은 주파수 혼합 모듈(131)의 관심있는 주파수 성분이다.
OP 모듈(126)의 소비되지 않은 제2 고조파(127)는 제4 고조파 발생기 모듈(128)로 진행될 수 있다. 제4 고조파 발생기 모듈(128)은 제4 고조파(133)를 발생시키기 위해 소비되지 않은 제2 고조파(127)를 배가시킨다.
일부 실시예에서, 제2 고조파 발생기(124)로부터의 제2 고조파(125')는 먼저 제4 고조파 발생기(128)로 진행되고, 제4 고조파 발생기(128)의 소비되지 않은 제2 고조파(127')는 하향 변환을 위해 OP 모듈(126)로 진행된다.
레이저 시스템(140)에서, 주파수 혼합 모듈(131)은 대략 5.5ω의 파장을 가지는 레이저 출력(132)을 발생시키기 위해 출력 주파수들(129)의 신호 부분과 제4 고조파(133)를 결합한다. 위에서 기술한 바와 같이, 신호와 아이들러 사이의 차이 때문에 아이들러는 주파수 혼합 모듈(131)에 의해 수신되기 전까지 신호로부터 분리될 필요가 없다. 일 실시예에서, 주파수 혼합 모듈(131)은 5.5ω 출력(132)을 달성하도록 제4 고조파(133)와 1.5ω 신호를 결합하기 위해 대략 120℃에서 동작하며 치명적이지 않게 위상이 매치되는 BBO 또는 KBBF (칼륨플루오르보레이토베릴레이트) 결정을 포함할 수 있다.
도 2a는 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈(250)을 도시한다. 본 실시예에서, 제2 고조파 발생기(201)는 제5 고조파 발생기 모듈(250) 외부 단계(stage)로부터 기본파(200)(ω)(또는 소비되지 않은 기본파)를 수신하여 제2 고조파를 발생시키기 위해 이를 배가시킨다. 제4 고조파 발생기(204)는 제2 고조파(202)를 수신하여 제4 고조파(205)를 발생시키기 위해 이를 배가시킨다. 제5 고조파 발생기(207)는 제5 고조파 출력(210)을 발생시키기 위해 제4 고조파(205)와 제2 고조파 발생기(201)의 소비되지 않은 기본파(203)를 결합한다. 제2 고조파 발생기(201)의 소비되지 않은 제2 고조파(206), 제5 고조파 발생기(207)의 소비되지 않은 기본파(208) 및 제5 고조파 발생기(207)의 소비되지 않은 제4 고조파(209)는 본 실시예에서 사용되지 않고, 따라서 원하는 경우 출력으로부터 분리될 수 있음에 유의한다. 일 실시예에서, 소비되지 않은 기본파(208)는 도 1a에서 점선(104')으로 도시되는 바와 같이 도 1a의 OP 모듈(103)로 방향이 바뀔 수 있다.
도 2b는 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈(260)을 도시한다. 본 실시예에서, 제2 고조파 발생기(211)는 제5 고조파 발생기 모듈 외부 단계로부터 기본파(222)(ω)(또는 소비되지 않은 기본파)를 수신하여 제2 고조파(212)를 발생시키기 위해 이를 배가시킨다. 제3 고조파 발생기(214)는 제3 고조파(215)를 발생시키기 위해 제2 고조파(212)와 제2 고조파 발생기(211)의 소비되지 않은 기본파(213)를 결합한다. 제5 고조파 발생기(218)는 제5 고조파 출력(219)을 발생시키기 위해 제3 고조파(215)와 제3 고조파 발생기(214)의 소비되지 않은 제2 고조파(216)를 결합한다. 제3 고조파 발생기(214)의 소비되지 않은 기본파(217), 제5 고조파 발생기(218)의 소비되지 않은 제2 고조파(220) 및 제5 고조파 발생기(218)의 소비되지 않은 제3 고조파(221)는 본 실시예에서 사용되지 않고, 따라서 원하는 경우 출력으로부터 분리될 수 있음에 유의한다. 일 실시예에서, 소비되지 않은 기본파(217)는 도 1a에서 점선(104')으로 도시되는 바와 같이 도 1a의 OP 모듈(103)로 다시 진행될 수 있음에 유의한다.
도 3a는 또 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈(300)을 도시한다. 본 실시예에서, 제4 고조파 발생기(302)는 제5 고조파 발생기 모듈 (300) 외부 단계로부터 제2 고조파(301)를 수신하여 제4 고조파(303)를 발생시키기 위해 이를 배가시킨다. 제5 고조파 발생기(305)는 제5 고조파(308)를 발생시키기 위해 제4 고조파(303)와 제5 고조파 발생기 모듈 (300) 외부 단계로부터의 기본파(308) (또는 소비되지 않은 기본파)를 결합한다. 제4 고조파 발생기(302)의 소비되지 않은 제2 고조파(304), 제5 고조파 발생기(305)의 소비되지 않은 기본파(306) 및 제5 고조파 발생기(305)의 소비되지 않은 제4 고조파(307)는 본 실시예에서 사용되지 않고, 따라서 원하는 경우 출력들로부터 분리될 수 있음에 유의한다. 일 실시예에서, 소비되지 않은 제2 고조파(304)는 도 1b에서 점선(115')으로 도시되는 바와 같이 도 1b의 OP 모듈(114)로 진행될 수 있음에 유의한다.
도 3b는 또 다른 예시적인 제5 고조파 발생기 모듈(310)을 도시한다. 본 실시예에서, 제3 고조파 발생기(313)는 제3 고조파(315)를 발생시키기 위해 제5 고조파 발생기 모듈 (310) 외부 단계로부터의 기본파(311)(또는 소비되지 않은 기본파)와 또한 제5 고조파 발생기 모듈 (310) 외부 단계로부터의 제2 고조파(312)(또는 소비되지 않은 제2 고조파)를 결합한다. 제5 고조파 발생기(317)는 제5 고조파(320)를 발생시키기 위해 제3 고조파(315)와 제3 고조파 발생기(313)의 소비되지 않은 제2 고조파를 결합한다. 제3 고조파 발생기(313)의 소비되지 않은 기본파(314), 제5 고조파 발생기(317)의 소비되지 않은 제2 고조파(318) 및 제5 고조파 발생기(317)의 소비되지 않은 제3 고조파(319)는 본 실시예에서 사용되지 않고, 따라서 원하는 경우 출력들로부터 분리될 수 있음에 유의한다. 일 실시예에서, 소비되지 않은 제2 고조파(318)는 도 1b에서 점선(115')으로 도시되는 바와 같이 도 1b의 OP 모듈(114)로 진행될 수 있음에 유의한다.
도 4는 대략 193.4nm의 자외선 파장을 발생시키는 다른 예시적인 레이저 시스템(400)을 도시한다. 본 실시예에서, 주파수 ω에서 동작하는 기본 레이저(401)는 기본파(402)를 발생시킨다. OP 모듈(403)은 축퇴형 또는 비축퇴형 출력 주파수(405)를 발생시키기 위해 기본파(402)를 사용한다. 따라서, 예를 들어, 기본파(402)가 1063.5nm의 주파수에 있는 경우, 출력 주파수의 하향 변환된 광의 파장은 2127nm이고, 이는 기본파(402) 파장의 두 배가 된다. 다른 예에서, 기본파(402)가 1064.4nm의 주파수에 있고 원하는 출력 파장이 193.368nm인 경우, 출력 주파수(405)는 2109.7nm의 신호 파장에 해당할 것이다. 일부 실시예에서, OP 모듈(403)은 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬 또는 KTP와 같은 비선형 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, OP 모듈(403)은 다이오드 레이저 또는 저전력 광섬유 레이저와 같은 저전력 레이저를 포함할 수 있다.
제2 고조파 발생기(406)는 제2 고조파(407)를 발생시키기 위해 OP 모듈(403)의 소비되지 않은 기본파(404) 배가시킨다. 제4 고조파 발생기(409)는 제4 고조파(410)를 발생시키기 위해 제2 고조파(407)를 배가시킨다. 주파수 혼합 모듈(412)은 대략 236nm의 파장을 갖는 대략 4.5ω 고조파(413)를 발생시키기 위해 출력 주파수(405)와 제4 고조파(410)을 결합한다. 주파수 혼합 모듈(416)은 대략 193.368nm의 파장을 갖는 대략 5.5ω의 레이저 출력(417)을 발생시키기 위해 대략 4.5ω 고조파(413)와 제2 고조파 발생기(406)의 소비되지 않은 기본파(408)을 혼합한다.
제4 고조파 발생기(409)의 소비되지 않은 제2 고조파(411)와 주파수 혼합 모듈(412)의 소비되지 않은 제4 고조파와 소비되지 않은 OP 신호(414)는 본 실시예에서 사용되지 않고, 따라서 원하는 경우 출력들로부터 분리될 수 있음에 유의한다.
제2 고조파 발생기(406), 주파수 혼합 모듈(416) 및 OP 모듈(403)의 세 개 모듈에서 기본파(ω)가 사용됨에 더 유의한다. 발생기 또는 모듈의 소비되지 않은 기본파를 작용시키는 다양한 다른 방식들이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기본파는, 기본파(402)에 의해 보여지는 바와 같이 기본 레이저(401)에 의해 직접 OP 모듈(403)로 제공되는 대신, 제2 고조파 발생기(406)의 소비되지 않은 기본파(404')를 포함할 수 있다. 이와 같이, 소정의 바람직한 실시예에서, 더 많은 제2 고조파(407)를 더욱 용이하게 발생시키기 위해 기본파(ω)(402')는 직접 제2 고조파 발생기(406)로 제공될 수 있다. 제2 고조파 발생기(406)의 출력의 소비되지 않은 기본파(408 및/또는 404')는 각각 주파수 혼합 모듈(416) 및/또는 OP 모듈(403)로 진행될 수 있다. 일부 실시예에서, 주파수 혼합 모듈(416)의 소비되지 않은 기본파(418')는 OP 모듈(403)로 진행될 수 있다.
다양한 레이저 시스템들의 도면은 소정 주파수의 입력 광으로부터 소정 주파수의 출력 광을 발생시키는 예시적인 컴포넌트들/단계들을 설명하기 위한 것임이 이해될 것이다. 간단하게, 도면은 본 프로세스에 연루된 주요 광 모듈들과 고조파 발생기들을 도시한다. 따라서, 도면은 컴포넌트들의 실제적인 물리적 레이아웃을 나타내는 것을 의미하는 것이 아니고, 실제의 구현들은 전형적으로 추가적인 광 요소들을 포함한다.
예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 실시예들의 어느 하나에서, 기본파 또는 다른 고조파들을 진행시키는데 필요에 따라 거울들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 프리즘들, 빔 스플리터들, 빔 결합기들 및 다이크로익 코팅 거울들과 같은 다른 광 컴포넌트들은 필요에 따라 빔들을 분리 및 결합시키는데 사용될 수 있다. 거울들과 빔 스플리터들의 다양한 조합들이 다양한 파장들을 어떤 적합한 순서로 다른 고조파 발생기들과 혼합기들 사이에서 분리하거나 진행시키는데 사용될 수 있다. 렌즈들 및/또는 곡면 거울들은 빔 웨이스트(beam waist)를 선형 결정들의 내부 또는 인근의 적절한 그리고 실질적으로 환형이거나 타원형인 단면들의 초점들에 집중시키는데 사용될 수 있다. 프리즘들, 격자들 또는 회절 광 소자들은 필요한 경우 고조파 발생기들과 혼합기 모듈들의 출력에서 서로 다른 파장들을 분리하는데 사용될 수 있다. 프리즘들, 코딩된 거울들 또는 다른 소자들은 고조파 발생기들과 혼합기들의 입력에서 서로 다른 파장들을 결합하기 위해 적절하게 사용될 수 있다. 빔 스플리터들 또는 코딩된 거울들은 파장들을 분리하거나 하나의 파장을 두 개의 빔들로 분할하기 위해 적절히 사용될 수 있다. 필터들은 어떤 단계의 출력에서 원하지 않는 및/또는 소비되지 않은 파장들을 차단하는데 사용될 수 있다. 웨이브 플레이트들(Waveplates)은 예를 들어, 비선형 결정의 축들에 상대적인 입력 파장의 편광을 정확하게 정렬하기 위해, 필요에 따라 편광을 회전시키는데 사용될 수 있다. 적절한 분야의 기술자는 도면 및 관련된 기술로부터 실시예들에 따른 레이저들을 구축하는 방법을 이해할 것이다.
다음 단계의 고조파 발생기에서 필요하지 않을 때에는 소비되지 않은 기본파와 소비되지 않은 고조파들은 원하는 고조파로부터 분리되어 있는 것으로 실시예에서 설명되지만, 어떤 경우에는, 소비되지 않은 광이 다음 단계의 고조파 발생기에서 필요하지 않더라도 그 광을 고조파 발생기로 전달하도록 허용하는 것을 수용할 수도 있다. 전력 밀도가 그 단계의 컴포넌트들에 손상을 미치지 않을 정도로 충분히 낮고 그리고 (예를 들어, 사용 중인 결정 각에서 위상 매칭이 없음으로 인하여) 원하는 주파수 변환 프로세스와의 간섭이 최소인 경우에는, 소비되지 않은 광의 이와 같은 전달을 수용할 수 있다. 적절한 분야의 기술자는 소비되지 않은 기본파/고조파들이 원하는 고조파로부터 분리되어야 하는지 판단하기 위한 다양한 거래 조건들과 대안들을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 위에서 설명한 제2 고조파 발생기들 중 적어도 하나는 대략 532nm에서 광을 생산하기 위해 약 149℃의 온도에서 실질적으로 치명적이지 않게 위상이 매치되는 LBO 결정을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 위에서 설명한 제3 고조파 발생기들 중 적어도 하나는 CLBO, BBO, LBO 또는 다른 비선형 결정들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1a의 108 및 도 1b의 118과 같이 5ω를 대략 0.5ω와 혼합하는 주파수 혼합 모듈은 CLBO 또는 LBO 결정을 포함할 수 있으며, 이는 높은 Deff (~1 pm/V)와 낮은 워크-오프(walk-off angle) 각도(CLBO에 대하여 < 45 mrad 그리고 LBO에 대하여 < 10 mrad)와 결정적으로 위상이 매치된다. 다른 실시예에서, 4ω을 대략 1.5ω와 혼합하는 도 1c의 131 또는 대략 4.5ω를 기본파와 혼합하는 도 4의 416과 같은 주파수 혼합 모듈은 BBO 또는 KBBF 결정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제4 고조파 발생기, 제5 고조파 발생기 및/또는 주파수 혼합 모듈은 2011년 7월 22일 “높은 품질, 안정된 출력 빔, 수명이 길고 변환 효율이 높은 비선형 결정을 가진 모드-동기 자외선 레이저와 모드-동기 레이저를 사용하는 웨이퍼 검사 시스템”이라는 제목으로 출원된 미국 특허 예비 출원 제61/510,633호 뿐만 아니라 (이로부터 미국 특허 출원 제13/412,564호가 우선권을 주장함), 2012년 3월 5일 “높은 품질, 안정된 출력 빔, 수명이 길고 변환 효율이 높은 비선형 결정을 가진 레이저”라는 제목으로 출원된 미국 특허 출원 제13/412,564호에 개시된 방법들과 시스템들의 일부 또는 전부를 유리하게 사용할 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참고로 포함된다.
일 실시예에서, 본 명세서에서 논의되는 고조파 발생기들은 모두 유리하게도 수소 열처리된 비선형 결정들을 포함할 수 있다. 이와 같은 결정들은 2012년 6월 1일 추앙 등에 의해 “비선형 광 결정들의 수소 패시배이션”라는 제목으로 출원된 미국 특허 출원 제13/488,635호와 2011년 10월 7일 추앙 등에 의해 “수소 패시배이션에 의한 NLO 결정 특성들의 개선”이라는 제목으로 출원된 미국 특허 예비 출원 제61/554,425에 설명된 바와 같이 처리 될 수 있다. 이들 출원들은 모두 본 명세서에 참고로 포함된다. 수소 열처리된 결정들은 깊은 자외선 파장들과 연루된 단계들, 예를 들어, 제4 및 제 5 고조파 발생기들과 주파수 혼합 모듈들에 있어서 특히 유용할 수 있다.
일부 실시예에서, OP 모듈의 신호 주파수 또는 아이들러 주파수를 제4 고조파 또는 제5 고조파와 혼합하는 주파수 혼합 모듈은 OP 모듈 내에 있음에 유의한다. 이는 신호 주파수 또는 아이들러 주파수를 OP 모듈의 바깥으로 가져가는 필요성을 피한다. 이는 또한 주파수 혼합 모듈이 더욱 효율적으로 혼합하는데 이용 가능한 가장 높은 신호 또는 아이들러 전력 레벨을 (필요에 따라) 가지는 장점이 있다.
일 실시예에서, 기본파(예를 들어, 대략 1063.5nm 파장)에서 충분한 전력을 발생시키기 위해 기본파의 전력을 높이기 위해 하나 이상의 증폭기들이 사용될 수 있다. 하나 이상의 증폭기들이 사용되는 경우, 하나의 시드 레이저가 이 증폭기들을 시드하는데 사용될 수 있고, 이에 따라 모든 증폭기들이 동일한 파장을 출력하고 동기된 출력 펄스들을 가질 수 있음을 보장한다. 예를 들어, 도 5는 원하는 기본 파장(예를 들어, 대략 1063.5nm)에서 시드 광을 발생시키는 시드 증폭기(안정된 협대역 레이저)(503)의 기본 레이저(500)의 예시적인 구성을 도시한다. 시드 레이저(503)는 예를 들어 Nd-도핑된 YAG 레이저, Nd-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이저, 광섬유 레이저 또는 안정된 다이오드 레이저에 의해 구현될 수 있다.
증폭기(502)는 시드 광을 더 높은 전력 레벨로 증폭한다. 일 실시예에서, 증폭기(502)는 Nd-도핑된 YAG 레이저, Nd-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이저 또는 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 오쏘바나데이트의 Nd-도핑된 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 증폭기(502)는 Yb-도핑된 광섬유 증폭기를 포함할 수 있다. 증폭기 펌프(501)는 증폭기(502)를 펌프하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 증폭기 펌프(501)는 대략 808nm의 파장에서 동작하는 하나 이상의 다이오드 레이저들을 포함할 수 있다.
다수의 주파수 변환 단계들은 (193.4nm 인근의 파장에서 요구되는 출력에 따라서) 기본 레이저 파장을 요구할 수 있으므로, 단일의 증폭기에 의해 편리하게 발생되는 것 보다 많은 기본 레이저 광이 요구될 수 있다. 이와 같은 경우에, 다수의 증폭기들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기본 레이저(500)에는 증폭기(502)와 증폭기 펌프(501)뿐만 아니라 증폭기(506)와 증폭기 펌프(507)가 구비될 수 있다. 증폭기(502)와 같이, 증폭기(506)도 시드 광을 더 높은 전력으로 증폭할 수 있다. 증폭기 펌프(507)은 증폭기(506)를 펌프할 수 있다.
다수 증폭기의 실시예에서, 각 증폭기는 자신의 기본 레이저 출력을 발생시킬 수 있다. 도 5에서, 증폭기(502)는 기본 레이저 출력(기본파)(508)을 발생시킬 수 있고, 증폭기(506)는 기본 레이저 출력(기본파)(509)을 발생시킬 수 있다. 이 구성에서, 기본파들(508 및 509)은 다른 주파수 변환 단계들로 진행될 수 있다. 기본파들(508 및 509)이 동일한 파장에서 동기되는 것을 보장하기 위해, 시드 레이저(503)가 동일한 시드 광을 증폭기들(502 및 506)에게 제공해야 하고, 증폭기들(502 및 506)은 실질적으로 동일해야 하고, 증폭기 펌프들(501 및 507)이 실질적으로 동일해야 함에 유의한다. 동일한 시드 광이 양쪽 증폭기들(502 및 506)에게 제공되는 것을 보장하기 위해, 빔 스플리터(504)와 거울(505)이 시드 광을 분할하여 그 일부를 증폭기(506)로 진행시킬 수 있다. 도 5에는 오직 두 개의 증폭기들만 도시되지만, 기본 레이저의 다른 실시예들은 다수의 기본 출력을 발생시키기 위해 더 많은 증폭기들, 증폭기 펌프들, 빔 스플리터들 및 거울들을 유사한 구성 내에 포함할 수 있다.
도 6은 기본 파장 두 배(즉, 기본 주파수의 절반)의 적외선(606)을 생성하는 예시적인 축퇴형 OPA(600)를 도시한다. 본 실시예에서, 빔 결합기(602)는 기본 주파수(예를 들어, 1063.5nm)와 시드 레이저(601)에 의해 발생된 시드 광을 결합한다. 일 실시예에서, 빔 결합기(602)는 다른 파장들은 투과시키면서 하나의 파장은 효율적으로 반사하는 다이크로익 코팅을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 빔 결합기(602)는 두 개의 실질적으로 직교하는 편광들을 효율적으로 결합하는 편광 빔 결합기일 수 있다. 도 6에 도시된 구성에서, 두 개의 파장들은 비선형 컨버터(604)를 통하여 실질적으로 동일 선상에서 진행할 수 있다. 비선형 컨버터(604)는 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬, KTP 또는 다른 적합한 비선형 결정성 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 시드 레이저(601)는 기본 레이저 파장 두 배(즉, 기본 레이저가 1063.5nm인 경우 2127nm)의 시드 파장을 발생시키는 저전력 레이저(예를 들어, 다이오드 레이저 또는 저전력 광섬유 레이저)일 수 있다. 이 파장은 OPA(600)에서 하향 변환 프로세스를 시드하는데 사용될 수 있다. 레이저 다이오드는 복합 반도체의 밴드 갭을 2127nm 광자의 대략 0.5829eV 에너지에 매치하기 위한 적절한 성분을 가진 갈륨 인듐 아세나이드 (GalnAs), 인 비소화 인듐 (InAsP) 또는 갈륨 인듐 아세나이드 스티븀(GalnAsSb)과 같은 복합 반도체에 기반할 수 있다. 이 다이오드 구성에서, 시드 레이저(601)는 대략 1mW, 수 mW 또는 수십 mW 정도의 전력만 필요하다. 일 실시예에서, 시드 레이저(601)는 예를 들어 격자를 사용하여 온도를 안정시킴으로 안정화될 수 있다. 시드 레이저(601)는 (비선형 컨버터(604)의) 비선형 결정으로 전달되고 기본파의 편광에 실질적으로 수직으로 편광된 광을 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에서, (비선형 컨버터(604)의) 비선형 결정은 자발적 방출(spontaneous emission)을 근거로 레이저/증폭기를 생성하기 위하여 공진 공동 (resonant cavity) 내에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 출력 파장(606)은 빔 스플리터 또는 프리즘(605)를 이용하여 소비되지 않은 기본파(607)로부터 분리될 수 있다.
축퇴형 하향 변환을 위해 OPA를 사용하는 장점은 협대역의 안정화된 시드 레이저 신호로 OPA를 시드하면 유도 방출(stimulated emission)을 통해 협대역 출력이 결과로 발생된다는 것이다. 이는 신호와 아이들러가 비선형 결정 내에서 위상이 매치되는 어떤 파장 범위에서든 즉시 생성될 수 있기 때문에 (비선형 결정에 따라) 광대역 출력을 발생시키는 축퇴형 하향 변환의 자연스러운 경향을 극복한다. OPO에서, 관심있는 파장들의 좁은 대역에서는 (전형적으로, 본 명세서에 개시된 레이저 시스템들에 있어서 수십분의 수 nm의 대역폭) 반사도(또는 투과도, 적절하게)가 높지만 좁은 대역 바깥에서는 반사도(또는 투과도)가 매우 낮은 필터들을 제작하는 것은 일반적으로 어렵다.
OPA의 다른 실시예들은 실질적으로 기본파 파장 두 배의 파장을 발생시키기 위해 광자 결정 광섬유를 사용할 수 있다. OPA의 또 다른 실시예들은 (비선형 컨버터(604)의) 광자 결정 광섬유 하향 컨버터를 시드하기 위해 대략 2127nm에서 동작하는 시드 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. (비선형 컨버터(604)의) 비선형 결정이 χ(3) 프로세스 대신 χ(2) 프로세스이기 때문에 하향 변환을 위해 비선형 광 결정을 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 광자 결정은 어떤 경우에는 유용할 수 있다.
레이저는 출력 파장의 정확하게 5.5배가 아닌 파장으로 시작할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 기본파는 약 1064,5nm의 파장일 수 있고, 반면에 원하는 출력 파장은 193.368nm에 가깝다. 이 경우, 측퇴형 하향 변환을 사용하는 대신, 두 개의 다른 출력 파장들(즉, 신호와 아이들러)이 OPO 또는 OPA에 의해 발생될 수 있다. 이 두 개의 파장들이 서로 인접하기 때문에 (예를 들어, 일부 실시예에서 수 nm 또는 수십 nm로 분리되기 때문에), 신호와 아이들러가 수직하는 편광들을 가지며 편광 빔 스플리터에 분리될 수 있도록 (위상 매칭이 달성될 수 있는 경우) 타입 II 주파수 변환이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 파장은 (적절하게) 반사하거나 투과하지 않고 원하는 파장을 반사 또는 투과하도록 적절한 길이(또는 적절한 디자인의 볼륨 브라그 격자)의 에탈론이 사용될 수 있다.
도 7은 기본 파장 2배에서 약간 천이된 (즉, 기본 주파수의 절반) 적외선(706)을 생성하는 예시적인 비축퇴형 OPA(700)을 도시한다. 본 실시예에서, 빔 결합기(702)는 기본파(703)(예를 들어, 1064.4nm)와 (기본파가 1064.4nm이고 원하는 레이저 시스템 출력 파장이 193.368nm인 경우 예를 들어 2109.7nm의 파장에서) 시드 레이저(701)에 의해 발생된 시드 광을 결합한다. 이 기본 파장은 Nd-도핑된 YAG 레이저, Nd-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이저, 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 오쏘바나데이트의 Nd-도핑된 혼합물 레이저 또는 Yb-도핑된 광섬유 레이저에 의해 발생될 수 있다. 일 실시예에서, 빔 결합기(702)는 다른 파장을 효율적으로 투과시키면서 하나의 파장을 효율적으로 반사하는 다이크로익 코팅 또는 회절 광 소자를 포함할 수 있다. 이 구성에서, 두 개의 파장들은 비선형 컨버터(704)를 통해 실질적으로 동일 선상에서 운행할 수 있다. 비선형 컨버터(704)는 주기적으로 폴링되는 니오브산 리튬, 산화 마그네슘-도핑된 니오브산 리튬, KTP 또는 다른 적합한 비선형 결정성 물질을 포함할 수 있다. 비선형 컨버터(704)는 시드 파장을 증폭하고 또한 제2 파장(기본 파장이 1064.4nm이고 시드 파장이 2109.7nm인 경우, 이는 대략 2148.2nm와 동일할 것임)을 발생시킬 수 있다.
출력 빔 스플리터, 필터, 에탈론 또는 회절 광 소자와 같은 소자(705)는 원하지 않는 (예를 들어, 대략 2148.2nm) 파장(707)을 원하는 (대략 2109.7nm) 파장(706)으로부터 분리하는데 사용될 수 있다. 소자(705)는 또한 필요한 경우 소비되지 않은 기본파를 출력 빔(706)으로부터 분리하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 파장보다 (2148.2nm와 같은) 아이들러 파장이 시드될 수 있다. 아이들러가 시드되는 경우, 신호 대역폭은 기본 레이저와 시드 레이저 모두의 대역폭들에 의해 결정되고, 반면에 신호가 시드되는 경우, 신호의 대역폭이 시드 레이저 대역폭에 의해 주로 결정됨에 유의한다.
이 두 개의 파장들을 분리한 후, 실질적으로 193.368nm의 출력 파장을 발생시키기 위해 (예를 들어, 2109.7nm의 파장에서) 신호 주파수는 (예를 들어, 실질적으로 212.880nm의 파장의) 기본파의 제5 고조파와 혼합될 수 있다. 이와 같은 혼합은 상기 실시예들 중 어떠한 것 또는 그들의 동등물들에 이어서 수행될 있다. 대안적으로, 실질적으로 2109.7nm인 파장은 실질적으로 236.296nm에서 광을 생성하기 위해 (실질적으로 266.1nm의 파장의) 기본파의 제4 고조파와 혼합될 수 있다. 이는 결국 실질적으로 193.368nm의 출력 파장을 생성하기 위해 기본파(또는 소비되지 않은 기본파)와 혼합될 수 있다. 이와 같은 혼합은 도 4에 도시된 실시예 또는 그들의 동등물들 중 어떠한 것에 이어서 수행될 있다.
유사 연속파 레이저 (quasi-CW laser) 동작은 대략 50MHz 이상의 반복률에서 동작하는 모드-동기 레이저와 같은 반복률이 높은 레이저를 기본 레이저로 사용하여 구축될 수 있다. 진정한 CW 레이저는 CW 레이저를 기본 레이저로 사용하여 구축될 수 있다. CW 레이저는 충분한 주파수 변환을 얻기 위해 충분한 전력 밀도를 형성하도록 공진 공동들내에 포함되기 위해 하나 이상의 주파수 변환 단계들이 필요할 수 있다.
도 8 내지 15는 주파수 변환들을 위한 OP 모듈들을 사용하는 상기 레이저 시스템들을 포함할 수 있는 시스템들을 도시한다. 이러한 시스템들은 포토 마스크, 레티클 또는 웨이퍼 검사 응용들에 사용될 수 있다.
도 8은 기판(812)의 표면을 검사하는 예시적인 광학 검사 시스템(800)을 도시한다. 시스템(800)은 일반적으로 제1 광학적 배치(851) 및 제2 광학적 배치(857)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 광학적 배치(851)는 적어도 광원(852), 검사 광학계(852) 및 기준 광학계(856)을 포함하며, 반면에 제2 광학적 배치(857)는 적어도 투과 광 광학계 (858), 투과 광 검출기들(860), 반사 광 광학계(862) 및 반사 광 검출기들(864)을 포함한다. 바람직한 일 실시예에서, 광원(852)은 상기 개선된 레이저들 중 하나를 포함한다.
광원(852)은 광 빔을 편향시키고 집중시키도록 배치된 음향 광학 디바이스(870)를 통과하는 광 빔을 방출하도록 구성된다. 음향 광학 디바이스(870)는 광 빔을 Y-방향으로 편향시키고 Z-방향으로 집중시키는 한 쌍의 음향 광학 소자들, 예를 들어, 음향 광학 프리 스캐너와 음향 광학 스캐너를 포함할 수 있다. 일 예로서, 대부분의 음향 광학 디바이스들은 RF 신호를 Te02와 같은 석영이나 수정으로 보냄으로써 동작한다. 이 RF 신호는 수정을 통과하여 운행하기 위해 음파를 발생시킨다. 운행하는 음파로 인하여, 수정은 비대칭이 되고, 이는 수정 전체에 굴절률이 변하도록 한다. 이러한 변화는 입사 빔들이 진동하는 방식으로 편향된, 초점이 맞추어진 운행 스팟(focused travelling spot)을 형성하도록 한다.
음향 광학 디바이스(870)에서 광 빔이 나타나면, 한 쌍의 사분 파장 판들(quarter wave plates)(872)과 릴레이 렌즈(874)를 통과한다. 릴레이 렌즈(874)는 광 빔을 콜리메이트(collimate)하도록 배치된다. 콜리메이트된 광 빔은 회절 격자(876)에 도달할 때까지 경로를 따라 계속 진행한다. 회절 격자(876)는 광 빔을 펼치도록 (flaring out), 특히, 광 빔을 세 개의 다른 빔들로 분리하도록 배치되며, 이는 상호 간에 공간적으로 분별이 가능하다 (즉, 공간적으로 다르다). 대부분의 경우, 공간적으로 다른 빔들은 상호 동일한 거리로 이격되고 실질적으로 동일한 광 세기들을 가지도록 배치된다.
회절 격자(876)를 떠난 후, 세 개의 빔들은 개구(880)를 통과하여 빔 스플리터 큐브(882)에 도달할 때까지 계속 진행한다. 빔 스플리터 큐브(882)는 (사분 파장 판들(872)과 함께) 빔들을 두 개의 경로들로 분할하도록, 즉, (도 8에 도시된 구성에서) 하나는 아래쪽을 향하고 다른 하나는 오른쪽으로 향하도록 배치된다. 아래쪽을 향한 경로는 빔들의 제1 광선 부분을 기판(812) 쪽으로 분배하도록 사용되며, 반면에 오른쪽 향한 경로는 빔들의 제2 광선 부분을 기준 광학계(856) 쪽으로 분배하도록 사용된다. 대부분의 실시예에서, 비록 퍼센티지 비율들이 각 광학 검사 시스템의 특정 디자인에 따라 변하지만, 대부분의 광은 기판(812) 쪽으로 분배되고, 광의 작은 퍼센티지는 기준 광학계(856) 쪽으로 분배된다. 일부 실시예에서, 기준 광학계(856)는 기준 집광 렌즈(reference collection lens)(814)와 기준 검출기(816)을 포함할 수 있다. 기준 집광 렌즈(814)는 빔들의 일부분을 수집하여 광의 세기를 측정하도록 배치되는 기준 검출기(816) 상으로 진행하도록 배치된다. 기준 광학계는 일반적으로 당 기술 분야에 널리 알려져 있으므로 복잡한 것을 피하기 위해 자세히 논의되지는 않을 것이다.
빔 스플리터 큐브(882)에서 아래쪽을 향한 세 개의 빔들은 광의 진행 방향을 바꾸고 광을 확장시키는 몇 개의 렌즈 소자들을 포함하는 망원경(888)에 의해 수신된다. 일 실시예에서, 망원경(888)은 터렛(turret) 상에서 회전하는 복수의 망원경들을 포함하는 망원경 시스템의 일부이다. 예를 들어, 세 개의 망원경들이 사용될 수 있다. 이들 망원경들의 목적은 기판 상의 스캐닝 스팟의 크기를 변동시키기 위한 것으로 최소로 검출 가능한 결함 크기의 선택을 허용한다. 특히, 각각의 망원경은 일반적으로 다른 픽셀 크기를 나타낸다. 따라서, 하나의 망원경은 검사를 더 빨리 덜 민감하게 (예를 들어, 낮은 해상도로) 수행하도록 더 큰 스팟 사이즈를 발생시키고, 반면에 다른 망원경은 검사를 더 느리고 더 민감하게 (예를 들어, 높은 해상도로) 수행하도록 더 작은 스팟 사이즈를 발생시킨다.
망원경(888)으로부터, 세 개의 빔들이 빔을 기판(812)의 표면 위에 집중시키도록 배치된 대물렌즈(890)를 통과한다. 빔들이 세 개의 다른 스팟들로 표면과 교차하므로, 반사된 광 빔들과 투과된 광 빔들이 모두 발생될 수 있다. 투과된 광 빔들은 기판(812)을 통과하고, 반면에 반사된 광 빔들은 표면 바깥으로 반사된다. 일 예로서, 반사된 광 빔들은 기판의 불투명한 표면들 바깥으로 반사되고, 투과된 광 빔들은 기판의 투명한 영역들을 투과하여 나갈 수 있다. 투과된 광 빔들은 투과 광 광학계(858)에 의해 수집되고, 반사된 광 빔들은 반사 광 광학계(862)에 의해 수집된다.
투과 광 광학계(858)와 관련하여, 투과된 광 빔들은 기판(812)을 통과한 후 제1 투과 렌즈(806)에 의해 수집되어 구면 수차 보정 렌즈(898)의 도움을 받아 투과 프리즘(810) 상에 집중된다. 프리즘(810)은 투과된 광 빔들을 다시 위치시키고 휘도록 배치된 투과된 광 빔들 각각에 대하여 하나의 면을 갖도록 구성될 수 있다. 대부분의 경우에, 프리즘(810)은 빔들을 분리하여 분리된 빔들이 각각 (세 개의 다른 검출기들을 가진 것으로 도시된) 투과 광 검출기 배열(860)의 단일 검출기 상에 도달하도록 사용된다. 따라서, 빔들이 프리즘(810)을 떠나면, 그들은 분리된 빔들 각각을 개별적으로 세 개의 검출기들 중 하나에 집중시키는 제2 투과 렌즈(802)를 통과하며, 각각의 검출기는 투과 광의 세기를 측정하도록 배치된다.
반사 광 광학계(862)와 관련하여, 반사된 광 빔들은 기판(812)의 바깥으로 반사된 후 빔들을 망원경(888) 쪽으로 향하게 하는 대물 렌즈(890)에 의해 수집된다. 망원경(888)에 도달하기 전에, 빔들은 또한 사분 파장 판(804)을 통과한다. 일반적으로, 대물 렌즈(890)와 망원경(888)은 입사 빔들이 취급되는 방법과 광학적으로 반대되는 방법으로 수집된 빔들을 취급한다. 즉, 대물 렌즈(890)는 빔들을 다시 콜리메이트하고, 망원경(888)은 그들의 크기를 줄인다. 빔들이 망원경(888)을 떠나면, 그들은 빔 스플리터 큐브(882)에 도달할 때까지 계속하여 (역방향으로) 진행한다. 빔 스플리터(882)는 빔들을 소정의 경로(806) 상으로 진행시키기 위해 사분 파장 판(804)과 함께 동작하도록 구성된다.
경로(806) 상에서 계속 진행하는 빔들은 각각의 빔들을 반사된 광 빔들 각각에 대해 하나의 면을 포함하는 반사 프리즘(809) 상에 집중시키는 제1 반사 렌즈(808)에 의해 수집된다. 반사 프리즘(809)은 반사된 광 빔들을 다시 위치시키고 휘도록 배치된다. 투과 프리즘(810)과 유사하게, 반사 프리즘(809)은 빔들을 분리하여 분리된 빔들이 각각 반사 광 검출기 배열(864)의 단일 검출기 상에 도달하도록 사용된다. 도시된 바와 같이, 반사 광 검출기 배열(864)은 세 개의 개별적으로 다른 검출기들을 포함한다. 빔들이 반사 프리즘(809)을 떠나면, 그들은 분리된 빔들 각각을 개별적으로 이들 검출기들 중 하나에 집중시키는 제2 반사 렌즈(811)를 통과하며, 각각의 검출기는 반사 광의 세기를 측정하도록 배치된다.
전술한 광 어셈블리에 의해 사용될 수 있는 다수의 검사 모드들이 존재한다. 일 예로서, 광 어셈블리는 투과 광 검사 모드, 반사 광 검사 모드 및 동시 검사 모드를 사용할 수 있다. 투과 광 검사 모드와 관련하여, 투과 모드 검출은 전형적으로 투명한 영역들과 불투명한 영역들을 갖는 종래의 광 마스크들과 같은 기판들 상의 결함을 검출하기 위해 사용된다. 광 빔들이 마스크(또는 기판(812))를 스캔할 때, 광은 마스크의 투명한 지점들을 관통하여 마스크 뒤에 위치하여 제1 투과 렌즈(896), 제2 투과 렌즈(802), 구면 수차 보정 렌즈(898) 및 프리즘(810)을 포함하는 투과 광 광학계(858)에 의해 수집된 빔들 각각의 세기를 측정하는 투과 광 검출기들(860)에 의해 검출된다.
반사 광 검사 모드와 관련하여, 반사 광 검사는 크로뮴, 현상된 포토레지스트 또는 다른 특성들의 형태로 이미지 정보를 포함하는 투명 또는 불투명 기판들 상에 수행될 수 있다. 기판(812)에 의해 반사된 광은 검사 광학계와 동일한 광학 경로를 따라 반대 방향으로 통과하지만, 편광 빔 스플리터(882)에 의해 검출기들(864)로 방향이 전환된다. 특히, 제1 반사 렌즈(808), 프리즘(809) 및 제2 반사 렌즈(811)는 광을 방향이 전환된 광 빔들로부터 검출기(864) 상으로 투사한다. 반사 광 검사는 또한 불투명한 기판 표면의 오염을 검출하는데 사용된다.
동시 검사 모드와 관련하여, 투과 광과 반사 광은 모두 결함의 존재 및/또는 종류를 판단하기 위해 활용된다. 시스템의 두 개의 측정된 값들은 기판(812)을 투과하여 투과 광 검출기들(860)에 의해 감지된 광 빔들의 세기와 반사 광 검출기(864)에 의해 검출된 반사 광 빔들의 세기이다. 이들 두개의 측정된 값들은 기판(812)의 해당 지점에서 결함이 있는 경우 결함의 종류를 판단하기 위해 처리된다.
특히, 투과와 반사 동시 검출은 투과 광 검출기들에 의해 감지된 불투명한 결함의 존재를 밝힐 수 있고, 반사 광 검출기들의 출력은 결함의 종류를 밝히는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 상의 크롬 도트와 입자 중 하나는 투과 검출기로부터의 낮은 투과 광을 표시하는 결과가 되지만, 반사 크롬 결함은 높은 반사 광을 표시하는 결과가 되고, 입자는 동일한 반사 광 검출기들로부터의 낮은 반사 광을 표시하는 결과가 될 수 있다. 따라서, 반사 및 투과 검출 모두를 사용하여, 결함의 반사 또는 투과 특성들만 검사할 경우에는 할 수 없는 크롬 기하 구조 상의 입자를 찾을 수 있다. 또한, 반사된 그리고 투과된 광 세기들의 비율과 같은 소정의 종류들의 결함들에 대한 시그니처들(signatures)을 판단할 수 있다. 이 정보는 결함들을 자동으로 분류하는데 사용될 수 있다. 1996년 10월 8일 발간되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,563,702호에서 시스템(800)을 더 상세히 설명한다.
본 발명의 소정의 실시예에 따르면, 대략 193nm 레이저 시스템을 포함하는 검사 시스템은 하나의 검출기 상에서 두 개 채널들의 데이터를 동시에 검출할 수 있다. 이와 같은 검사 시스템은 레티클, 포토 마스크 또는 웨이퍼와 같은 기판을 검사하는데 사용될 수 있고, 2009년 5월 5일 브라운 등에 의해 발행되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,528,943호에 설명된 바와 같이 동작할 수 있다.
도 9는 하나의 센서(970) 상에서 두 채널들의 이미지 또는 신호를 동시에 검출하는 레티클, 포토 마스크 또는 웨이퍼 검사 시스템(900)을 도시한다. 조명원(909)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 193nm의 레이저 시스템을 포함한다. 광원은 펄스 체배기 및/또는 일관성 감소 기법(coherence reducing scheme)을 더 포함할 수 있다. 두 개의 채널들은 피검사 대상(930)이 투명할 경우 (예를 들어, 레티클 또는 포토 마스크) 반사 및 투과 세기를 포함할 수 있거나, 또는 입사 각들, 편광 상태들, 파장 범위들 또는 이들의 일부 조합과 같은 두 개의 조명 모드들을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조명 릴레이 광학계들(915 및 920)은 조명원(909)으로부터 피검사 대상(930)까지 조명을 중계한다. 피검사 대상(930)은 검사될 포토 마스크, 반도체 웨이퍼 또는 다른 항목일 수 있다. 이미지 릴레이 광학계들(955 및 960)은 피검사 대상(930)에 의해 반사 및/또는 투과된 광을 센서(970)로 중계한다. 두 개의 채널에 대하여 검출된 신호들 또는 이미지들에 해당하는 데이터는 데이터(980)로 도시되고 처리를 위해 컴퓨터로 전송된다.
도 10은 다수의 대물 렌즈들과 상기 개선된 레이저들 중 하나를 포함하는 예시적인 검사 시스템(1000)을 도시한다. 시스템(1000)에서, 레이저 광원(1001)에서 나오는 조명이 조명 서브시스템의 다수의 섹션들로 보내진다. 조명 서브시스템의 제1 섹션은 소자들(1002a 내지 1006a)을 포함한다. 렌즈(1002a)는 레이저(1001)에서 나오는 광을 모은다. 렌즈(1002a)에서 나오는 광은 거울(1003a)에서 반사된다. 거울(1003a)은 설명의 목적으로 이곳에 위치하며, 다른 곳에 위치할 수 있다. 거울(1003a)에서 반사된 광은 렌즈(1004a)에 의해 수집되고, 이는 조명 동공 평면(1005a)를 형성한다. 광을 수정하기 위한 개구, 필터 또는 다른 디바이스가 검사 모드의 요구사항들에 따라 동공 평면(1005a) 내에 위치할 수 있다. 동공 평면(1005a)에서 나오는 광은 렌즈(1006a)를 통과하여 조명 필드 평면(illumination field plane)(1007)을 형성한다.
조명 서브시스템의 제2 섹션은 소자들(1002a 내지 1006a)을 포함한다. 렌즈(1002a)는 레이저(1001)에서 나오는 광을 모은다. 렌즈(1002a)에서 나오는 광은 거울(1003a)에서 반사된다. 거울(1003a)은 설명의 목적으로 이곳에 위치하며, 다른 곳에 위치할 수 있다. 거울(1003a)에서 나오는 광은 조명 동공 평면(1005a)를 형성하는 렌즈(1004a)에 의해 수집된다. 광을 수정하기 위한 개구, 필터 또는 다른 디바이스가 검사 모드의 요구사항들에 따라 동공 평면(1005a) 내에 위치할 수 있다. 동공 평면(1005a)에서 나오는 광은 렌즈(1006a)를 통과하여 조명 필드 평면(illumination field plane)(1007)을 형성한다. 제2 섹션에서 나오는 광은 거울 또는 반사면에 의해 방향이 바뀌어 조명 필드 평면(1007)에서의 조명 필드 광 에너지는 결합된 조명 섹션들을 포함한다.
필드 평면 광은 빔 스플리터(1010) 바깥으로 반사되기 전에 렌즈(1009)에 의해 수집된다. 렌즈들(1006a 및 1009)은 대물 동공 평면(1011)에서 제1 조명 동공 평면(1005a)의 이미지를 형성한다. 마찬가지로, 렌즈들(1006b 및 1000)은 대물 동공 평면(1011)에서 제2 조명 동공 평면(1005b)의 이미지를 형성한다. 대물 렌즈(1012)(또는 대안적으로 1013)는 동공의 광을 취하여 샘플(1014)에서 조명 필드(1007)의 이미지를 형성한다. 대물 렌즈(1012) 또는 대물 렌즈(1013)는 샘플(1014)에 근접하여 위치할 수 있다. 샘플(1014)은 샘플을 원하는 장소에 위치시키는 단계(도시되지 않음)로 이동할 수 있다. 샘플(1014)에서 반사되고 산란된 광은 높은 NA의 반사굴절 대물 렌즈(1012) 또는 대물 렌즈(1013)에 의해 수집된다. 대물 렌즈 동공 평면(1011)에서 반사 광 동공을 형성한 후, 이미징 서브시스템 내에 내부 필드(1016)를 형성하기 전에 광 에너지는 빔 스플리터(1010)와 렌즈(1015)를 통과한다. 이 내부 이미징 필드는 샘플(1014)의 이미지이고 따라서 조명 필드(1007)가 된다. 이 필드는 조명 필드들에 해당하는 다중 필드들로 공간적으로 분리된다. 이들 필드의 각각은 분리 이미징 모드를 지원할 수 있다.
이들 필드들 중 하나는 거울(1017)을 사용하여 방향이 바뀔 수 있다. 방향이 바뀐 광은 다른 이미징 동공(1019b)를 형성하기 전에 렌즈(1018b)를 통과한다. 이 이미징 동공은 동공(1011)의 이미지이며 따라서 조명 동공(1005b)이 된다. 광을 수정하기 위한 개구, 필터 또는 다른 디바이스가 검사 모드의 요구사항들에 따라 동공 평면(1019b) 내에 위치할 수 있다. 동공 평면(1019b)에서 나오는 광은 렌즈(1020b)를 통과하여 센서(1021b)의 이미지를 형성한다. 유사한 방법으로, 거울 또는 반사면(1017)에 의해 통과하는 광은 렌즈(1018a)에 의해 수집되고 이미징 동공(1019a)를 형성한다. 이미징 동공(1019a)에서 나오는 광은 검출기(1021a) 상에 이미지를 형성하기 전에 렌즈(1020a)에 의해 수집된다. 검출기(1021a) 상에 이미지화된 광은 센서(1021b) 상에 이미지화된 광과는 다른 이미지 모드를 사용할 수 있다.
시스템(1000)에 채용된 조명 서브시스템은 레이저 광원(1001), 수집 광학계들(1002 내지 1004), 동공 평면(1005)에 근접하여 위치한 빔 형성 컴포넌트들 및 중계 광학계들(1006 내지 1009)을 포함한다. 내부 필드 평면(1007)은 렌즈들(1006 및 1009) 사이에 위치한다. 바람직한 일 실시예에서, 레이저 광원(901)은 상기 개선된 레이저들 중 하나를 포함할 수 있다.
레이저 광원(1001)과 관련하여, 두 개의 투과 포인트들 또는 각도들을 가진 단일의 동일한 블록으로 설명되지만, 실제로 이는, 예를 들어, 소자들(1002a 내지 10026a)을 통과하는 제1 주파수에서의 레이저 광 에너지와 같은 광 에너지의 제1 채널과 소자들(1002b 내지 10026b)을 통과하는 제2 주파수에서의 레이저 광 에너지와 같은 광 에너지의 제2 채널과 같은 두 개의 조명 채널들을 제공할 수 있는 레이저 광원을 나타낸다. 한 채널에는 브라이트 필드 에너지 그리고 다른 채널에는 다크 필드 모드와 같이, 서로 다른 광 에너지 모드들이 채용될 수 있다.
레이저 광원(1001)에서 나오는 광 에너지가 90도 각도로 이격하여 방출되는 것으로 도시되고 소자들(1002a 내지 1006a와 1002b 내지 1006b)이 90도 각도로 위치하지만, 실제로 광은 반드시 두 개의 차원이 아니라 다양한 방향에서 방출될 수 있으며, 컴포넌트들은 도시된 바와 달리 위치할 수 있다. 도 10은 따라서 단순히 채용된 컴포넌트들의 표현이며, 각들 또는 거리들은 축척에 따라 도시되거나 설계를 위해 구체적으로 요구되는 바에 따라 도시되지는 않는다.
동공 평면(1005)에 근접하여 위치한 소자들은 개구 성형(aperture shaping)의 개념을 사용하는 현재 시스템에 채용될 수 있다. 이러한 설계를 사용하여 개별적인 포인트 조명, 링 조명, 사극자 조명 또는 다른 바람직한 패턴들뿐만 아니라, 균일한 조명 또는 거의 균일한 조명이 실현될 수 있다.
상기 대물 렌즈들을 위한 다양한 구현들이 일반적인 이미징 시스템에 채용될 수 있다. 단일의 고정 대물 렌즈가 사용될 수 있다. 단일 대물 렌즈는 모든 원하는 이미징 및 검사 모드들을 지원할 수 있다. 이미징 시스템이 상대적으로 큰 필드 사이즈와 상대적으로 높은 개구 수를 지원하면 이와 같은 디자인은 달성 가능하다. 개구의 수는 동공 평면들(1005a, 1005b, 1019a 및 1019b)에 위치한 내부의 개구들을 사용하여 원하는 수로 줄일 수 있다.
다수의 대물 렌즈들은 또한 도 10에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 대물 렌즈들(1012와 1013)이 도시되지만, 어떠한 갯수의 대물 렌즈들도 가능하다. 이와 같은 디자인에서 각 대물 렌즈는 레이저 광원(1001)에 의해 생산된 각 파장에 최적화 될 수 있다. 이들 대물 렌즈들(1012와 1013)은 고정된 위치들을 가지거나 샘플(1014)에 근접한 위치로 이동될 수 있다. 다수의 대물 렌즈들을 샘플에 근접한 곳으로 이동하기 위해, 표준 현미경들에 공통적으로 사용되는 것 처럼 회전식 터렛들이 사용될 수 있다. 한 단계에서 대물 렌즈들을 측면으로 옮기는 것과 고니오미터(goniometer)를 사용하여 대물 렌즈들을 아크 상으로 옮기는 것을 포함하며 이에 한정되지 않는, 대물 렌즈들을 샘플에 근접한 곳으로 이동하기 위한 다른 디자인들도 가능하다. 또한, 본 발명에 따라 고정된 대물 렌즈들과 터렛 상의 다수의 대물 렌즈들의 조합이 이루어 질 수 있다.
이 구성의 최대 개구 수는 0.97에 접근하거나 초과할 수 있지만, 어떤 경우에는 더 높아질 수 있다. 이와 같이 높은 개구수(NA)의 반사굴절 시스템에서 가능한 조명과 수집 각도들의 넓은 범위는 큰 필드 사이즈와 결합하여 시스템이 다수의 검사 모드들을 동시에 지원하는 것을 허용한다. 이전의 문단들에서 알 수 있듯이, 다수의 이미징 모드들은 단일의 광 시스템이나 기계를 조명 디바이스와 연계하도록 사용하여 구현될 수 있다. 조명과 수집용으로 개시된 높은 NA는 동일한 광 시스템을 사용하여 이미징 모드들의 구현을 허용하며, 따라서, 다른 유형들의 결함들이나 샘플들에 대한 이미징의 최적화를 허용한다.
이미징 서브시스템은 또한 중간 이미지 형성 광학계(1015)를 포함한다. 이미지 형성 광학계(1015)의 목적은 샘플(1014)의 내부 이미지(1016)을 형성하는 것이다. 이 내부 이미지(1016)에서, 거울(1017)이 검사 모드들 중 하나에 해당하는 광의 진행 방향을 바꾸도록 위치할 수 있다. 이미징 모드들에 대한 광이 공간적으로 분리되어 있으므로 이 위치에서 광의 진행 방향을 바꾸는 것이 가능하다. 이미지 형성 광학계들((1018)(1018a 및 1018b)와 (1020)(1020a 및 1020b))은 가변초점 줌, 포커싱 광학계를 가진 다수의 무한 초점 튜브 렌즈들 또는 다수의 이미지 형성 맥 튜브(mag tube)를 포함하는 여러 가지 다른 형태들로 구현될 수 있다. 2009년 7월 16일 발간되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제2009/0180176호에서 시스템(1000)의 추가적인 상세히 내용을 설명한다.
도 11은 세 개의 서브-색션들(1101A, 1101B 및 1101C)을 포함하는 예시적인 초광대역 자외선 (UV) 현미경 이미징 시스템(1100)을 도시한다. 서브-색션(1101C)은 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102)과 주밍 튜브 렌즈(1103)를 포함한다. 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102)은 반사굴절 렌즈 그룹(1104), 시야 렌즈 그룹(field lens group)(1105) 및 초점 렌즈 그룹(1106)을 포함한다. 시스템(1100)은 객체/샘플(1109)(예를 들어, 검사될 웨이퍼)을 이미지 평면(1112) 상에 이미지화 할 수 있다.
반사굴절 렌즈 그룹(1104)은 평면에 가까운 (또는 평면) 반사체(반사하도록 코팅된 렌즈 소자), 요철 렌즈(meniscus lens) (굴절 표면)와 오목 구면 반사체를 포함한다. 두 개의 반사 소자는 모두 광이 중간 이미지 평면에서 시작하여, 오목 구면 반사체를 통과하고, 평면에 가까운 (또는 평면) 반사체에 의해 오목 구면 반사체 상으로 반사되고, 평면에 가까운 (또는 평면) 반사체를 다시 통과하여 경로 상에 있는 연관된 렌즈 소자 또는 소자들을 운행하는 것을 허용하기 위해 반사 물질이 없이 중심 광 개구들을 가질 수 있다. 반사굴절 렌즈 그룹(1104)은 주밍 튜브 렌즈(1103)와 결합하여 시스템의 일차 종색수차가 파장 밴드 상에서 실질적으로 교정되는 방법으로, 중간 이미지의 실제 이미지를 형성하도록 위치한다.
시야 렌즈 그룹(1105)은 융해된 실리카와 불소 유리 또는 회절 표면들과 같은 두 개 이상의 다른 굴절 물질들로부터 만들어질 수 있다. 시야 렌즈 그룹(1105)은 광학적으로 서로 결합되거나 또는 대안적으로 공기 중에서 약간 이격될 수 있다. 융해된 실리카와 불소 유리는 깊은 자외선 범위에서 분산(dispersion)이 실질적으로 달라지지 않아, 시야 렌즈 그룹의 여러 컴포넌트 소자의 개별적인 전력들은 다른 분산들을 제공하기 위해 크기가 클 필요가 있다. 시야 렌즈 그룹(1105)은 중간 이미지 인근의 광학 경로를 따라 정렬된 순수한 양의 전력을 가진다. 이와 같은 시야 렌즈의 사용은 초광역 스펙트럼 밴드에 걸쳐 일차 및 이차 횡색수차(lateral color)뿐만 아니라 적어도 이차 종색수차를 포함한 색수차의 완전한 교정을 허용한다. 일 실시예에서, 오직 하나의 시야 렌즈 컴포넌트만 시스템의 다른 렌즈들과는 상이한 굴절 물질로 구성될 필요가 있다.
초점 렌즈 그룹(1106)은 바람직하게는 모두 단색 수차들 및 수차들의 색체 변형을 모두 보정하고 광을 중간 이미지로 집중시키기 위해 선택된 곡률들과 위치를 갖는 굴절 표면들이 있는 단일 종류의 물질로 형성된 다수의 렌즈 소자들 포함한다. 초점 렌즈 그룹(1106)의 일 실시예에서, 저전력 렌즈들(1113)의 조합은 구면 수차, 코마 및 난시의 색체 변형을 보정한다. 빔 스플리터(1107)는 자외선 광원(1108)를 위한 입구를 제공한다. 자외선 광원(1108)은 유리하게도 상기의 개선된 레이저에 의해 구현될 수 있다.
주밍 튜브 렌즈(1103)은 융해된 실리카와 같은 모두 동일한 굴절 물질일 수 있고, 일차 종색수차 및 일차 횡색수차가 주밍 동안 변하지 않도록 설계된다. 이들 일차 색수차들은 제로로 보정될 필요가 없고, 하나의 유리 타입만 사용되면 제로로 보정될 수도 없지만, 정지 상태이어야 하고 이는 가능하다. 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102)의 설계는 이와 같은 수정되지 않았지만 정적인 주밍 튜브 렌즈(1103)의 색수차들을 보상하기 위해 수정이 가능해야 한다. 높은 차수의 색수차들을 변경하지 않으면서 줌을 하거나 배율을 변경할 수 있는 주밍 튜브 렌즈(1103)는 시스템의 광학 경로를 따라 배치된 렌즈 표면들을 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 주밍 튜브 렌즈(1103)는 먼저 (융해된 실리카와 플루오르화 칼슘과 같은) 두 개의 굴절 물질들을 이용하여 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102)과는 독립적으로 보정된다. 그리고, 주밍 튜브 렌즈(1103)는 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102)과 결합되며, 이때, 반사굴절 대물 렌즈 섹션(1102) 시스템(1100)의 잔존하는 높은 차수의 색수차들을 보상하기 위해 수정될 수 있다. 시야 렌즈 그룹(1105)과 저전력 렌즈 그룹(1113)으로 인하여 이러한 보상이 가능하다. 그리고, 결합된 시스템은 최고의 성능을 달성하기 위해 변화되는 모든 파라미터들에 대해 최적화된다.
서브 섹션들(1101A 및 1101B)은 서브 섹션(1201C)의 컴포넌트와 실질적으로 유사한 컴포넌트를 포함하므로 자세히 논의되지 않는 것에 유의한다.
시스템(1100)은 36배 내지 100배의 줌을 허용하는 선형 줌 동작을 제공하기 위해 접이식 거울 그룹(1111)을 포함한다. 넓은 범위의 줌은 연속적인 배율의 변화를 제공하고, 반면에, 미세 줌은 에일리어싱(aliasing)을 줄이고 반복되는 이미지 어레이를 위한 셀-대-셀 공제(subtraction)와 같은 전자 이미지 처리를 허용한다. 접이식 거울 그룹(1111)은 반사 소자들의 “트롬본” 시스템으로 특징지워질 수 있다. 주밍은 주밍 튜브 렌즈(1103)의 그룹을 하나의 단위로 움직이고, 또한, 트롬본 슬라이드의 암(arm)을 움직임으로 수행된다. 트롬본 동작은 초점에만 영향을 미치고 이 장소에서의 f# 속도가 매우 낮아서, 이 동작의 정확도는 매우 떨어진다. 이러한 트롬본 구성의 한가지 장점은 시스템의 길이를 획기적으로 줄인다는 것이다. 다른 장점은 활성의 (평평하지 않은) 광 소자들이 관련되는 줌 동작은 오직 하나인 것이다. 트롬본 슬라이드의 다른 줌 동작은 오류들에 둔감하다. 1999년 12월 7일 발행되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,999,310호에서 시스템(1100)을 더 상세히 설명한다.
도 12는 반사굴절 이미징 시스템(1200)에 추가되는 (다크 필드 또는 브라이트 필드) 수직 입사 레이저 조명을 도시한다. 시스템(1200)의 조명 블록은 레이저(1202), 조명 빔 사이즈와 검사를 받을 표면 상의 프로파일을 제어하는 적응식 광학계(1202), 기계적 하우징(1204)의 개구 및 윈도우(1203), 및 수직 입사각에서 레이저의 방향을 샘플(1208)의 표면으로 광축을 따라 변경하는 프리즘(1205)를 포함한다. 프리즘(1205)은 또한 샘플(1208)의 표면 특성들로부터의 거울 반사와 대물 렌즈(1206)의 광측으로부터의 반사들을 광축을 따라 이미지 평면(1209)으로 진행시킨다. 대물 렌즈(1206)를 위한 렌즈들이 반사굴절 대물 렌즈, 초점 렌즈 그룹 및 주밍 튜브 렌즈 섹션의 일반적인 형태로 제공될 수 있다 (예를 들어, 도 11 참조). 바람직한 일 실시예에서, 레이저(1201)는 상기 개선된 레이저에 의해 구현될 수 있다. 2007년 1월 4일 발간되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 제2007/0002465호에서 시스템(1200)을 더 상세히 설명한다.
도 13a는 표면의 영역들을 검사하는 조명 시스템(1301)과 수집 시스템(1310)을 포함하는 표면 검사 장치(1300)을 도시한다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 레이저 시스템(1320)은 렌즈(1303)를 통하여 광 빔(1302)을 진행시킨다. 바람직한 일 실시예에서, 레이저 시스템(1320)은 낮은 온도에서 표준 동작 동안 결정의 열처리된 조건을 유지하기 위해 상기 개선된 레이저, 열처리된 결정 및 하우징을 포함한다. 제1 빔 성형 광학계(First beam shaping optics)는 레이저로부터 빔을 수신하여 빔을 결정 내 또는 결정 인근의 빔 웨이스트에 있는 타원형 단면에 집중시키도록 구성될 수 있다.
렌즈(1303)는 주 평면이 실질적으로 샘플 표면(1311)과 평행하고 그 결과 조명 라인(1305)이 렌즈(1303)의 초점 평면 내의 표면(1311) 상에 형성되도록 위치한다. 또한, 광 빔(1302)과 집속 빔(1304)은 표면(1311)으로의 비직교 입사각으로 진행한다. 특히, 광 빔(1302)과 집속 빔(1304)은 표면(1311)으로의 수직 방향으로부터 약 1도 내지 약 85도 사이의 각도로 진행될 수 있다. 이와 같은 방법으로, 조명 라인(1305)은 실질적으로 집속 빔(1304)의 입사 평면 내에 있게 된다.
수집 시스템(1310)은 조명 라인(1305)으로부터 산란된 광을 수집하는 렌즈(1312)와 렌즈(1312)로부터 나오는 광을 감광성 검출기들(light sensitive detectors)의 어레이를 포함하는 촬상 소자(charge coupled device, CCD)(1314)와 같은 디바이스 상에 집중시키는 렌즈(1313)을 포함한다. 일 실시예에서, CCD(1314)는 검출기들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, CCD(1314)의 검출기들의 선형 어레이는 조명 라인(1315)에 평행하게 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 수집 시스템들이 포함될 수 있으며, 수집 시스템들 각각은 방향은 다르지만 유사한 컴포넌트들을 포함한다.
예를 들어, 도 13b는 표면 검사 장치에 대한 예시적인 수집 시스템들(1331, 1332 및 1333)의 어레이를 도시한다 (여기에서, 예를 들어, 조명 시스템(1301)의 조명 시스템과 유사한, 장치의 조명 시스템은 도시되지 않음). 수집 시스템(1331) 내의 제1 광학계는 샘플(1311)의 표면에서 제 1 방향으로 산란된 광을 수집한다. 수집 시스템(1332) 내의 제2 광학계는 샘플(1311)의 표면에서 제 2 방향으로 산란된 광을 수집한다. 수집 시스템(1333) 내의 제3 광학계는 샘플(1311)의 표면에서 제 3 방향으로 산란된 광을 수집한다. 제1, 제2 및 제3 경로들은 샘플(1311)의 표면으로 반사되는 각도들이 다른 것에 유의한다. 샘플(1311)의 표면 전체가 스캔될 수 있도록 샘플(1311)을 지지하는 플랫폼(1312)이 광학계와 샘플(1311) 사이에 상대적인 동작을 발생시키는데 사용될 수 있다. 2009년 4월 28일 발행되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,525,649호에서 표면 검사 장치(1300)와 기타 다른 다수의 수집 시스템들을 더 상세히 설명한다.
도 14는 표면(1401) 상의 아노말리들을 검사하기 위해 사용될 수 있는 표면 검사 시스템(1400)을 도시한다. 본 실시예에서, 표면(1401)은 상기 개선된 레이저에 의해 발생되는 레이저 빔을 포함하는 레이저 시스템(1430)의 실질적으로 정지된 조명 디바이스 부분에 의해 조명될 수 있다. 레이저 시스템(1430)의 출력은 빔을 확장하고 집중시키기 위해 편광 광학계(1421), 빔 확장기 및 개구(1422) 및 빔 형성 광학계(1423)를 연속으로 통과한다.
그 결과 집중된 레이저 빔(1402)은 표면을 조명하기 위해 빔(1405)이 표면(1401)으로 향하도록 빔 폴딩 컴포넌트(beam folding component)(1403)와 빔 편향기(deflector)(1404)에 의해 반사된다. 바람직한 일 실시예에서, 빔(1402)은 실질적으로 표면(1401)에 수직이거나 직각이고, 다른 실시예에서, 빔(1405)은 표면(1401)에 빗각(oblique angle)일 수 있다.
일 실시예에서, 빔(1405)은 실질적으로 표면(1401)에 직각이거나 수직이고, 빔 편향기(1404)는 표면(1401)으로부터의 빔의 거울 반사를 빔 터닝 컴포넌트(beam turning component)(1403)로 반사하여, 거울 반사가 검출기들에 도달하는 것을 방지하도록 작용한다. 거울 반사의 방향은 샘플의 표면(1401)에 수직인 라인 SR을 따라 간다. 빔(1405)이 표면(1401)에 수직인 일 실시예에서, 라인 SR은 조명 빔(1405)의 방향과 일치하고, 이와 같은 공통 기준 라인과 방향은 본 명세서에서 검사 시스템(1400)의 축이라고 지칭된다. 빔(1405)이 표면(1401)에 대하여 빗각인 경우, 거울 반사(SR)의 방향이 빔(1405)의 유입 방향과 일치하지 않으며, 이와 같은 경우, 표면에 수직인 방향을 나타내는 라인 SR은 검사 시스템(1400)의 수집 부분의 주축이라고 지칭된다.
작은 입자들에 의해 산란된 광은 거울(1406)에 의해 수집되고 개구(1407)와 검출기(1408) 쪽으로 향하게 된다. 큰 입자들에 의해 산란된 광은 렌즈들(1409)에 의해 수집되고 개구(1410)와 검출기(1411) 쪽으로 향하게 된다. 일부 큰 입자들은 또한 수집되고 검출기(1408)로 향하게 되는 광을 산란시킬 것이고, 유사하게, 일부 작은 입자들은 또한 수집되고 검출기(1411)로 향하게 되는 광을 산란시킬 것이지만, 이와 같은 광은 각 검출기가 검출하도록 설계된 산란된 광의 세기에 비하여 상대적으로 세기가 낮음에 유의한다. 일 실시예에서, 검출기(1411)는 감광 소자들의 어레이를 포함할 수 있으며, 감광 소자들의 어레이의 각 감광 소자는 조명 라인의 확대된 이미지의 해당하는 부분을 검출하도록 구성된다. 일 실시예에서, 검사 시스템은 팬턴화되지 않은 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하는데 사용하도록 구성될 수 있다. 2001년 8월 7일 발행되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,271,916호에서 검사 장치(1700)을 더 상세히 설명한다.
도 15는 수직 및 빗각 조명 빔들을 모두 사용하여 아노말리 검출을 구현하도록 구성된 검사 시스템(1500)을 도시한다. 이 구성에서, 상기 개선된 레이저를 포함하는 레이저 시스템(1530)은 레이저 빔(1501)을 제공할 수 있다. 렌즈(1502)는 공간 필터(1503)을 통하여 빔(1501)을 집중시키고, 렌즈(1504)는 빔을 콜리메이트하고 편광 빔 스플리터(1505)로 전달한다. 빔 스플리터(1505)는 제1 편광 컴포넌트를 수직 (normal) 조명 채널로 제2 편광 컴포넌트를 빗각 조명 채널로 전달하고, 제1 및 제2 컴포넌트들은 직교한다. 수직 조명 채널(1506)에서, 제1 편광 컴포넌트는 광학계(1507)에 의해 집중되고 거울(1508)에 의해 샘플(1509)의 표면으로 반사된다. 샘플(1509)에 의해 산란된 복사선 빔은 포물면경(1510)에 의해 수집되고 광전자 증폭관(photomultiplier tube)(1511)으로 집중된다.
빗각 조명 채널(1512)에서, 제2 편광 컴포넌트는 빔 스플리터(1505)에 의해 이와 같은 빔을 반파장판(1514)을 통해 반사하는 거울(1513)로 반사되고 광학계(1515)에 의해 샘플(1509)로 집중된다. 빗각 채널(1512)의 빗각 조명 빔에서 시작하고 샘플(1509)에 의해 산란되는 복사선 빔은 또한 포물면경(1510)에 의해 수집되고 광전자 증폭관(1511)으로 집중된다. 광전자 증폭관(1511)는 핀홀 입구를 가짐에 유의한다. 핀홀과 (표면(1509) 상의 수직 및 빗각 조명 채널들로부터) 조명된 스팟은 바람직하게 포물면경(1510)의 초점에 위치한다.
포물면경(1510)은 샘플(1509)에서 산란된 복사선 빔을 콜리메이트 빔(1516)으로 콜리메이트한다. 콜리메이트된 빔(1516)은 대물 렌즈(1517)에 의해 분석기(1518)을 통해 광전자 증폭관(1511)으로 집중된다. 포물면 이외의 형태들을 갖는 곡면 거울 표면들도 사용될 수 있음에 유의한다. 도구(1520)는 스팟들이 샘플(1509)의 표면 전체에 걸쳐 스캔되도록 빔들과 샘플(1509) 사이에서 상대적인 동작을 제공한다. 2001년 3월 13일 발행되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,201,601호에서 검사 장치(1500)을 더 상세히 설명한다.
다른 레티클, 포토 마스크 또는 웨이퍼 검사 시스템들은 상기 개선된 레이저를 유리하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 다른 시스템들은 미국 특허들 제5,563,702호, 제5,999,310호, 제6,201,601호, 제6,271,916호, 제7,352,457호, 제7,525,649 및 제7,528,943호에 설명된 시스템들을 포함한다. 또 다른 시스템들은 미국 특허 제2007/0002465호 및 제2009/0180176호에 설명된 시스템들을 포함한다. 검사 시스템에서 사용될 경우, 이 개선된 레이저는 유리하게도 PCT 특허 출원 WO 2010/037106호와 미국 특허 출원 제13/073,986호에 개시된 결맞음 및 스펙클(coherence and speckle) 감소 장치 및 방법들과 결합될 수 있다. 이 개선된 레이저는 또한 유리하게도 2011년 6월 13일 “레이저 펄스들의 광 피크 전력 감소와 이를 이용한 반도체 및 계측 시스템”이라는 제목으로 출원된 미국 특허 예비 출원 제61/496,446호와 “레이저 펄스 체배기를 이용한 반도체 검사 및 계측 시스템”이라는 제목으로 2012년 6월 1일 출원된 미국 특허 출원 제13/487,075호와 이제 2012년 12월 13일 등록된 미국 특허 제13/487,075호에 개시된 방법들 및 시스템들과 결합될 수 있다. 본 절에서 인용된 특허들, 특허 공보들 및 특허 출원들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
상기 실시예에서는 대략 193.368nm의 출력 파장으로 변환될 대략 1063.5nm의 기본 파장을 설명하지만, 193.368nm의 수 nm 이내의 다른 파장들이 기본 파장과 신호 파장의 적절한 선택을 이용하여 이 접근 방법에 의해 발생될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 이와 같은 레이저들과 이와 같은 레이저들을 활용하는 시스템들은 본 발명의 범위 내에 있다.
개선된 레이저는 제8 고조파 레이저보다 훨씬 싸고 긴 수명을 가질 것이므로, 제8 고조파 레이저와 비교하여 더 유리한 소유 비용을 제공한다. 1064nm 인근에서 동작하는 기본 레이저들을 전력과 반복률의 다양한 조합으로 합리적인 가격에 쉽게 구입할 수 있음에 유의한다. 실제로, 개선된 레이저는 쉽게 구입할 수 있고 상대적으로 값이 싼 컴포넌트들을 사용하여 전체적으로 구축할 수 있다. 개선된 레이저는 높은 반복률의 모드-동기 또는 Q-스위치 레이저일 수 있으므로, 개선된 레이저는 낮은 반복률의 레이저와 비교하여 레티클/포토 마스크/웨이퍼 검사 시스템의 조명 광학계를 간단하게 할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 구조들과 방법들의 다양한 실시예들은 단지 본 발명의 원리들을 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 설명된 특별한 실시예들로 한정하려는 의도가 아니다.
예를 들어, 정확히 기본 파장 2배가 되는 파장을 발생시키는 대신, 파장은 기본 파장으로부터 대략 10nm, 20nm 또는 수백 nm 천이되도록 발생될 수 있다. 정확히 기본 파장 2배가 아닌 파장을 사용하여, 5.5로 나누어진 기본 파장으로부터 약간 천이된 출력 파장을 발생시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 기본 파장은 대략 5.4와 5.6 사이의 값으로 나누어지거나 또는 일부 실시예에서 기본 파장은 5.49와 5.51 사이의 값으로 나누어진다. 일부 실시예는 대략 기본 주파수의 절반 및 대략 기본 주파수 1.5배의 주파수들을 발생시키기 위해 기본파의 제2 고조파 주파수를 하향 변환한다. 따라서, 본 발명은 아래의 청구항들 및 이들의 동등물들에 의해서만 제한된다.

Claims (45)

  1. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수(fundamental frequency)를 발생시키도록 구성된 기본 레이저;
    상기 기본 주파수를 하향 변환하고 상기 기본 주파수의 반고조파(half harmonic)인 광학 파라메트릭(optical parametric, OP) 출력을 발생시키도록 구성된 광학 파라메트릭(OP) 모듈;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 OP 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수를 사용하도록 구성된 제5 고조파 발생기 모듈; 및
    대략 193.368nm 파장의 광을 갖는 레이저 출력을 발생시키기 위해 상기 제5 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하는 주파수 혼합 모듈
    을 포함하는, 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 이터븀-도핑된 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 Q-스위치 레이저, 모드-동기(mode-locked) 레이저 및 연속파(continuous wave, CW) 레이저 중 하나를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가네이트 레이징 매체(neodymium-doped yttrium aluminum garnate lasing medium), 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이징 매체(neodymium-doped yttrium orthovanadate lasing medium) 또는 가돌리늄 바나데이트(gadolinium vanadate)와 이트륨 바나데이트(yttrium vanadate)의 네오디뮴-도핑된 혼합물을 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 대략 2127nm 파장 또는 대략 2109.7nm 파장의 광을 발생시키는 시드(seed) 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    상기 기본 주파수를 배가시키고(double) 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기;
    상기 제2 고조파 주파수를 배가시키고 제4 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제4 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 제2 고조파 발생기의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    상기 기본 주파수를 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기;
    제3 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수와 상기 제2 고조파 발생기의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제3 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제3 고조파 주파수와 상기 제3 고조파 발생기의 소비되지 않은 제2 고조파 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  9. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키도록 구성된 기본 레이저;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 기본 주파수를 사용하도록 구성된 제5 고조파 발생기 모듈;
    상기 제5 고조파 발생기 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수를 하향 변환하고 상기 기본 주파수의 반고조파인 OP 출력을 발생시키도록 구성된 광학 파라메트릭(OP) 모듈; 및
    대략 193.368nm 파장의 광을 갖는 레이저 출력을 발생시키기 위해 상기 제5 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하는 주파수 혼합 모듈
    을 포함하는, 레이저 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 이터븀-도핑된 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 Q-스위치 레이저, 모드-동기 레이저 및 연속파(CW) 레이저 중 하나를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가네이트 레이징 매체, 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이징 매체 또는 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 바나데이트의 네오디뮴-도핑된 혼합물을 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    상기 기본 주파수를 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기;
    상기 제2 고조파 주파수를 배가시키고 제4 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제4 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 제2 고조파 발생기의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    상기 기본 주파수를 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기;
    제3 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수와 상기 제2 고조파 발생기의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제3 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제3 고조파 주파수와 상기 제3 고조파 발생기의 소비되지 않은 제2 고조파 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 대략 2127nm 파장 또는 대략 2109.7nm 파장의 광을 발생시키는 시드 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  17. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키도록 구성된 기본 레이저;
    상기 기본 주파수를 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기 모듈;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수를 배가시키고 결과적인 주파수와 상기 제2 고조파 발생기 모듈의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기 모듈;
    상기 제5 고조파 발생기 모듈로부터의 상기 제2 고조파 주파수의 소비되지 않은 부분을 하향 변환하고 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω의 OP 아이들러(idler)를 발생시키도록 구성된 광학 파라메트릭(OP) 모듈 ― 상기 ω는 상기 기본 주파수임 ― ; 및
    대략 193.368nm의 대응 파장을 갖는 레이저 출력을 발생시키기 위해 상기 제5 고조파 주파수와 상기 OP 아이들러를 결합하도록 구성된 주파수 혼합 모듈
    을 포함하는, 레이저 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 이터븀-도핑된 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 Q-스위치 레이저, 모드-동기 레이저 및 연속파(CW) 레이저 중 하나를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가네이트 레이징 매체, 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이징 매체 또는 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 바나데이트의 네오디뮴-도핑된 혼합물을 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 대략 2127nm 파장 또는 2109.7nm 파장의 광을 발생시키는 시드 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    상기 제2 고조파 주파수를 배가시키고 제4 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제4 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 제5 고조파 발생기 모듈은,
    제3 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수와 상기 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하도록 구성된 제3 고조파 발생기; 및
    상기 제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제3 고조파 주파수와 상기 제3 고조파 발생기의 소비되지 않은 제2 고조파 주파수를 결합하도록 구성된 제5 고조파 발생기
    를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  25. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키도록 구성된 기본 레이저;
    상기 기본 주파수를 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기 모듈;
    상기 제2 고조파 주파수의 일 부분을 하향 변환하고 대략 1.5ω의 OP 신호와 대략 0.5ω의 OP 아이들러를 발생시키도록 구성된 광학 파라메트릭(OP) 모듈― 상기 ω는 상기 기본 주파수임 ― ; 및
    상기 OP 모듈의 상기 제2 고조파 주파수의 다른 부분을 배가시키고 제4 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제4 고조파 발생기 모듈; 및
    대략 193.368nm의 대응 파장을 갖는 레이저 출력을 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 OP 신호를 결합하도록 구성된 주파수 혼합 모듈
    을 포함하는, 레이저 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 이터븀-도핑된 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 Q-스위치 레이저, 모드-동기 레이저 및 연속파(CW) 레이저 중 하나를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 기본 레이저는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가네이트 레이징 매체, 네오디뮴-도핑된 이트륨 오쏘바나데이트 레이징 매체 또는 가돌리늄 바나데이트와 이트륨 바나데이트의 네오디뮴-도핑된 혼합물을 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 대략 2127nm 파장 또는 2109.7nm 파장의 광을 발생시키는 시드 레이저를 포함하는, 레이저 시스템.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  31. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 레이저 시스템에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키도록 구성된 기본 레이저;
    상기 기본 주파수의 일 부분을 하향 변환하고 상기 기본 주파수의 대략 반고조파인 OP 출력을 발생시키기 위해 구성된 광학 파라메트릭(OP) 모듈;
    상기 기본 주파수의 다른 부분을 배가시키고 제2 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제2 고조파 발생기;
    상기 제2 고조파 주파수를 배가시키고 제4 고조파 주파수를 발생시키도록 구성된 제4 고조파 발생기;
    대략 4.5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하도록 구성된 제1 주파수 혼합 모듈;
    대략 193.368nm의 대응 파장을 갖는 레이저 출력을 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 발생기의 소비되지 않은 기본 주파수와 상기 대략 4.5 고조파 주파수를 결합하도록 구성된 제2 주파수 혼합 모듈
    을 포함하는, 레이저 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 OP 모듈은 대략 2127nm 파장 또는 대략 2109.7nm 파장의 광을 발생시키는 시드 레이저를 포함하는 것인, 레이저 시스템.
  33. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키는 단계;
    상기 기본 주파수의 반고조파인 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수를 하향 변환하는 단계;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 하향 변환 단계의 소비되지 않은 기본 주파수를 처리하는 단계; 및
    대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 상기 제5 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하는 단계
    를 포함하는, 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법.
  34. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키는 단계;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 기본 주파수를 처리하는 단계;
    상기 기본 주파수의 반고조파인 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 처리 단계의 소비되지 않은 기본 주파수를 하향 변환하는 단계; 및
    대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 상기 제5 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하는 단계
    를 포함하는, 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법.
  35. 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키는 단계;
    제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 기본 주파수를 배가시키는 단계;
    대략 1.5ω의 광학 파라메트릭(OP) 신호와 대략 0.5ω의 OP 아이들러를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수를 하향 변환하는 단계 ― 상기 ω는 상기 기본 주파수임 ― ;
    제5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 배가 단계의 소비되지 않은 기본 주파수와 상기 하향 변환 단계의 소비되지 않은 제2 고조파 주파수를 결합하는 단계; 및
    대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키기 위해 제5 고조파 주파수와 상기 OP 아이들러를 결합하는 단계
    를 포함하는, 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는 방법.
  36. 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는 방법에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키는 단계;
    제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 기본 주파수를 배가시키는 단계;
    대략 1.5ω의 광학 파라메트릭(OP) 신호와 대략 0.5ω의 OP 아이들러를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수의 일 부분을 하향 변환하는 단계 ― 상기 ω는 상기 기본 주파수임 ― ;
    제4 고조파 주파수를 발생시키기 상기 제2 고조파 주파수의 다른 부분을 배가시키는 단계; 및
    대략 193nm 파장의 광을 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 OP 신호를 결합하는 단계
    를 포함하는, 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는 방법.
  37. 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는 방법에 있어서,
    대략 1064nm의 대응 파장을 갖는 기본 주파수를 발생시키는 단계;
    상기 기본 주파수의 대략 반고조파인 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수의 일 부분을 하향 변환하는 단계;
    제2 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 기본 주파수의 다른 부분을 배가시키는 단계;
    제4 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제2 고조파 주파수를 배가시키는 단계;
    대략 4.5 고조파 주파수를 발생시키기 위해 상기 제4 고조파 주파수와 상기 OP 출력을 결합하는 단계;
    대략 193nm 파장의 광을 발생시키기 위해 상기 대략 4.5 고조파 주파수와 상기 기본 주파수의 다른 부분을 배가시키는 단계의 소비되지 않은 기본 주파수를 결합하는 단계
    를 포함하는, 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는 방법.
  38. 포토 마스크, 레티클 또는 반도체 웨이퍼의 표면의 결함들을 검사하는 광학 검사 시스템에 있어서,
    광축을 따라 입사광 빔을 방출하는 광원 ― 상기 광원은, 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈, 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하고, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들, 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 대략 193.368nm 파장의 광을 발생시키는데 사용하며, 상기 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    상기 광축을 따라 배치되고, 상기 입사광 빔을 상기 포토 마스크, 레티클 또는 반도체 웨이퍼의 표면으로 지향시키는 복수의 광학 컴포넌트들을 포함하며, 상기 표면을 스캔하도록 구성된 광학 시스템;
    투과된 광의 광 세기를 감지하도록 배열된 투과 광 검출기들을 포함하는 투과 광 검출기 어레인지먼트(arrangement); 및
    반사된 광의 광 세기를 감지하도록 배열된 반사 광 검출기들을 포함하는 반사 광 검출기 어레인지먼트
    를 포함하는, 광학 검사 시스템.
  39. 샘플의 표면을 검사하는 검사 시스템에 있어서,
    복수의 광 채널들을 생산하도록 구성되며, 대략 193nm 파장의 입사광 빔을 방출하는 광원을 포함하는 조명 서브시스템 ― 생산된 광의 각각의 채널은 광의 적어도 하나의 다른 채널과는 다른 특성들을 가지며, 상기 광원은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, OP 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 광학 파라메트릭(OP) 모듈, 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하고, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 적어도 하나의 채널을 위해 상기 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는데 사용되고, 상기 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    상기 복수의 광 채널들을 수용하며, 상기 복수의 광 채널들을 하나의 공간적으로 분리 결합된 광 빔으로 결합하며, 상기 공간적으로 분리 결합된 광 빔을 샘플을 향해 지향시키도록 구성된 광학계; 및
    상기 샘플로부터 반사 광을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함하는 데이터 획득 서브시스템
    을 포함하며, 상기 데이터 획득 서브시스템은 상기 반사된 광을 상기 복수의 광 채널들에 대응하는 복수의 수용된 채널들로 분리하도록 구성된 것인, 검사 시스템.
  40. 반사굴절(catadioptric) 검사 시스템에 있어서,
    대략 193nm 파장의 입사광 빔을 방출하며, 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하는 자외선(UV) 광원 ― 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 상기 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는데 사용됨 ― ;
    복수의 이미징 서브 섹션들 ― 각각의 서브 섹션은,
    상기 UV 광을 상기 시스템 내의 중간 이미지에 집중시키고 동시에 자외선 범위에서 적어도 하나의 파장을 포함하는 파장 대역 상의 단색 수차들 및 수차들의 색체 변형(chromatic variation)에 대한 보정을 제공하기 위하여 상기 시스템의 광학 경로를 따라 배치되는 복수의 렌즈 소자들을 포함하고, 상기 UV 광을 수용하도록 위치하는 빔 스플리터를 더 포함하는 초점 렌즈 그룹,
    상기 중간 이미지 인근의 상기 광학 경로를 따라 정렬된 순수한 양의 전력(net positive power)을 가지며, 서로 다른 분산들을 가진 복수의 렌즈 소자들을 포함하며, 제2 미리결정된 위치들에 배치된 렌즈 표면들을 가지며, 상기 파장 대역 상의 상기 시스템의 일차 및 이차 횡색수차들 뿐만 아니라 적어도 이차 종색수차를 포함하는 색수차들의 실질적인 교정을 제공하기 위해 선택된 곡률들을 가지는 시야 렌즈 그룹(field lens group),
    상기 초점 렌즈 그룹과 결합하여 상기 시스템의 일차 종색수차가 상기 파장 대역 상에서 실질적으로 교정되도록, 상기 중간 이미지의 실제 이미지를 형성하게끔 배치된 적어도 하나의 굴절면 및 적어도 두 개의 반사면들을 포함하는 반사굴절 렌즈 그룹, 및
    높은 차수의 색수차들을 변경하지 않으면서 줌(zoom) 하거나 배율을 변경할 수 있고, 상기 시스템의 광학 경로를 따라 배치된 렌즈 표면들을 포함하는 주밍 튜브 렌즈 그룹
    을 포함함 ― ; 및
    선형 줌 동작을 허용하도록 구성되어, 미세 줌(fine zoom)과 광역 줌(wide zoom)을 제공하는 접이식 거울 그룹
    을 포함하는, 반사굴절 검사 시스템.
  41. 반사굴절 이미징 시스템에 있어서,
    대략 193nm 파장의 광을 발생시키는 자외선(UV) 광원 ― 상기 자외선(UV) 광원은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하고, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 상기 대략 193nm 파장의 광을 발생시키는데 사용되며, 상기 자외선(UV) 광원은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    적응식 광학계;
    반사굴절 대물 렌즈, 초점 렌즈 그룹 및 주밍 튜브 렌즈 섹션을 포함하는 대물 렌즈; 및
    수직 입사 시, 광축을 따라 샘플의 표면으로 상기 UV 광을 지향시키고, 상기 대물 렌즈의 광학 표면들로부터의 반사들뿐만 아니라 상기 샘플의 표면 피쳐들에 의한 거울 반사들을 광학 경로를 따라 이미징 평면으로 진행시키는 프리즘
    을 포함하는, 반사굴절 이미징 시스템.
  42. 표면 검사 장치에 있어서,
    대략 193.368nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템 ― 상기 레이저 시스템은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈, 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하고, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 대략 193.368nm 파장을 발생시키는데 사용되고, 상기 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    실질적으로 집속 빔의 입사 평면 내에 있는 상기 표면 상에 조명 라인을 형성하기 위해 상기 복사선 빔을 상기 표면에 상대적인 비수직 입사 각도로 집중시키도록 구성되는 조명 시스템 ― 상기 입사 평면은 상기 집속 빔과 상기 집속 빔을 관통하고 상기 표면에 수직인 방향에 의하여 정의됨 ― ;
    상기 조명 라인을 이미지화하도록 구성되며, 상기 조명 라인을 포함하는 상기 표면의 영역으로부터 산란된 광을 수집하는 이미징 렌즈를 포함하는 수집 시스템;
    수집된 광을 집중시키는 초점 렌즈; 및
    감광 소자들의 어레이를 포함하는 디바이스
    를 포함하며, 상기 감광 소자들의 어레이의 각각의 감광 소자는 상기 조명 라인의 확대된 이미지의 해당하는 부분을 검출하도록 구성되는 것인, 표면 검사 장치.
  43. 샘플의 아노말리(anomaly)들을 검출하는 광학 시스템에 있어서,
    제1 빔 및 제2 빔을 발생시키는 레이저 시스템 ― 상기 레이저 시스템은,
    대략 193nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템, 및
    상기 출력 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분리하는 수단
    을 포함하고, 상기 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하고, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 대략 193nm 파장을 발생시키는데 사용되며, 상기 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    상기 제1 복사선 빔을 상기 샘플의 표면 상의 제1 스팟 상으로 제1 경로를 따라 지향시키는 제1 광학계;
    상기 제2 복사선 빔을 상기 샘플의 표면 상의 제2 스팟 상으로 제2 경로를 따라 지향시키는 제2 광학계 ― 상기 제1 및 제2 경로들은 상기 샘플의 상기 표면에 대해 입사 각들이 서로 다름 ― ;
    제1 검출기;
    상기 샘플의 상기 표면 상의 상기 제1 및 제2 스팟들로부터 산란된 복사선을 수용하고 상기 제1 빔 또는 제2 빔에서 시작하여 상기 산란된 복사선을 상기 제1 검출기에 집중시키는 곡면 거울 표면을 포함하는 수집 광학계 ― 상기 제1 검출기는 상기 곡면 거울 표면에 의해 상기 검출기에 집중되는 상기 복사선에 응답하여 단일 출력 값을 제공함 ― ; 및
    상기 샘플의 상기 표면 전체에 걸쳐 상기 스팟들이 스캔되도록, 상기 제1 빔 및 제2 빔과 상기 샘플 사이에 상대 운동을 야기하는 도구
    를 포함하는, 광학 시스템.
  44. 포토 마스크 또는 레티클 검사 시스템에 있어서,
    대략 193.368nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템 ― 상기 레이저 시스템은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하며, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분을 대략 193.368nm 파장을 발생시키는데 사용하며, 상기 레이저 시스템은적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    상기 출력 빔을 포토 마스크 또는 레티클 상에 집중시키는 수단; 및
    산란된 광을 상기 포토 마스크 또는 상기 레티클로부터 수집하는 수단
    을 포함하는, 포토 마스크 또는 레티클 검사 시스템.
  45. 웨이퍼 검사 시스템에 있어서,
    대략 193nm에서 복사선 출력 빔을 발생시키는 레이저 시스템 ― 상기 레이저 시스템은 대략 1064nm의 대응 파장을 가지는 기본 주파수를 발생시키는 기본 레이저, 광학 파라메트릭(OP) 출력을 발생시키기 위해 상기 기본 주파수 또는 고조파 주파수를 하향 변환하는 OP 모듈 및 복수의 고조파 주파수들을 발생시키는 복수의 고조파 발생기들을 포함하며, 상기 기본 주파수, 상기 복수의 고조파 주파수들 및 상기 OP 출력의 적어도 일 부분은 대략 193nm 파장을 발생시키는데 사용되고, 상기 레이저 시스템은 적어도 하나의 소비되지 않은 주파수를 사용하도록 최적화됨 ― ;
    상기 출력 빔을 웨이퍼 상에 집중시키는 수단; 및
    산란된 광을 상기 웨이퍼로부터 수집하는 수단
    을 포함하는, 웨이퍼 검사 시스템.
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