サブ２１３ｎｍ波長を生成するためのＣＬＢＯにおける非臨界位相整合
【課題】今までに利用可能な構造よりも長い寿命、高い安定性、高い損傷閾値を与えるように特に処理された材料を使用して２１３ｎｍ又は２１３ｎｍ未満の波長の光エネルギを効果的且つ効率的に生成する光源を提供することが望ましい。
【解決手段】光エネルギを生成するための方法が提供される。方法は、約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む光エネルギを生成するための方法を提供する。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【解決手段】光エネルギを生成するための方法が提供される。方法は、約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む光エネルギを生成するための方法を提供する。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体ウエハ検査システムやフォトマスク検査システムなどの検査システムと併せて使用される照明器に関し、特に、そのような検査システムと共に使用されるファイバ増幅器ベースの光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業においては、高いスループット及び分解能の向上を示すウエハ及びフォトマスク検査システムの需要が引き続き存在する。後に続く世代のそのような検査システムは、短い波長を有する光エネルギを使用してウエハ又はレチクルを照明することにより高い分解能を得る傾向がある。
【０００３】
特定の実用的利点は、２１３ｎｍ又は２１３ｎｍ未満の波長を有する光でウエハ又はレチクルを照明する際に得られる場合がある。高品質ウエハ及びフォトマスク検査システムに適したレーザを供給することは、特別な課題を与える。ＤＵＶ光エネルギを生成する従来のレーザは、一般に寿命が比較的短く平均出力が低い、大型で高価な装置である。ウエハ検査システム及びフォトマスク検査システムは、一般に、十分なスループット及び適切な欠陥信号対雑音比（ＳＮＲ）のため、一般に高い平均出力、低いピーク出力、比較的短い波長を有するレーザを必要とする。
【０００４】
適切なＤＵＶ出力を供給するための主な方法は、長い波長源から短い波長光を生成することを伴う。この波長変更プロセスは一般に周波数変換と呼ばれる。周波数変換は、非効率となる可能性があり、また、周波数変換結晶に対して十分な光を供給するために、高ピーク出力レーザを必要とする可能性がある。
【０００５】
２１３ｎｍ未満、特に２００ｎｍ未満の波長の光を生成することは非常に困難となり得る。半導体検査のために使用される光源は、比較的高い出力と、長い寿命と、安定した性能とを必要とする。高性能検査技術のためのこれらの要件を満たす光源は存在しない。現在のＤＵＶ周波数変換されたレーザの寿命及び安定性は、一般に、周波数変換結晶、特に、２６６、２１３、２００、１９５ｎｍのようなＤＵＶ波長に晒される周波数変換結晶によって制限される。
【０００６】
ＤＵＶレーザにとって高い効率は重要である。高い効率は、熱の生成が少ない信頼できる小型の低出力基本波レーザ源を可能にする。低出力基本波レーザは、ファイバレーザが使用される場合には、スペクトル広がりを殆ど生み出さない。また、高い効率は、低コスト及び良好な安定性をもたらす傾向もある。これらの理由により、ＤＵＶへの効率的な周波数変換が比較的重要である。
【０００７】
高速検査は、時間的に連続した一時的なプロファイル又は非常に高い繰り返し率でパルス状をなすプロファイルを有する光源を必要とする。そのような光源は、サンプル上の各結像位置が同じ或いは類似の強度を示すことが望ましいことから必要とされる。類似の強度は、例えば連続光源によって与えられる。また、類似の強度は、多くのパルスが各結像位置で平均化されるように十分高い繰り返し率で光源がパルス駆動される場合に与えられ得る。この場合、レーザのパルス性は一般に測定をもたらさない。
【０００８】
高効率周波数変換及び高速検査のための要件は、レーザ光源が、好ましくは比較的高い繰り返し率のパルスモードで動作することである。このようにすると、高い変換効率及び高速検査を光源から得ることができる。
【０００９】
この環境において、遠紫外線紫外線（ＵＶ−ＤＵＶ）波長を含む波長を有するレーザベースの照明器又は照明装置は、以前のタイプの照明器を越える利点を与えることができる。十分な出力レベルで動作し、適切なＳＮＲを与え、比較的安価で比較的長い寿命を有するそのような照明装置は、特定の先進的用途における他の照明器よりも好ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５７４２６２６号明細書
【特許文献２】特開平８−９１９９７号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、今までに利用可能な構造よりも長い寿命、高い安定性、高い損傷閾値を与えるように特に処理された材料を使用して２１３ｎｍ又は２１３ｎｍ未満の波長の光エネルギを効果的且つ効率的に生成する光源を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、光エネルギを生成するための方法が提供される。方法は、約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【００１３】
他の実施形態は、他の基本周波数の基本光エネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を例えばラマン線のレーザエネルギへシフトさせ及び／又は第２高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて第３高調波周波数レーザエネルギを生成することを使用する段階とを含む。
【００１４】
本発明のこれらの利点及び他の利点は、本発明の以下の詳細な説明及び添付図面から当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザ発振器を示す図である。
【図２】１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを組み合わせた照明器を示す図である。
【図３】テーパ状端部を有する大径ファイバを示す図である。
【図４】フォトニック結晶ファイバの断面の３つの例を示す図である。
【図５】単一の格子を使用するエネルギ拡散の一例を示しており、レーザから出る初期パルスが比較的短い期間にわたって生じて高いピーク出力を示す図である。
【図６】ポンプクラッドを使用するファイバレーザ増幅器へのハイブリッドフォトニック結晶ファイバを示す図である。
【図７】それぞれが同様の出力周波数値を有する複数のファイバレーザ増幅器を含む照明器を示す図である。
【図８】略同じ出力周波数を有する異なる形態の複数のファイバレーザ増幅器を示す図である。
【図９】複数のファイバレーザ増幅器を備える照明器であって、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する照明器を示す図である。
【図１０】異なる出力周波数を有する複数のファイバレーザ増幅器の他の形態を示す図である。
【図１１】ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成する装置を有する照明器を示す図である。
【図１２】ファイバレーザ発振器を示す図である。
【図１３】能動強度変調器を有するリング状に構成されたファイバレーザを示す図である。
【図１４】ポンプクラッドを組み込む光ファイバの４つの断面を示す図である。
【図１５】エンドポンピングの一例を示す図である。
【図１６】レーザダイオードがポンプコンバイナの使用を伴わずにエンドからファイバをポンプするファイバレーザ発振器を示す図である。
【図１７】サイドからポンプするレーザ発振器を示す図である。
【図１８】４つの周期の複数の例を伴う異なる格子周波数を有する格子を示す図である。
【図１９】チャープ格子を示す図である。
【図２０】中実コアを有する偏光保持ファイバの１つのタイプを示す図である。
【図２１】偏光保持フォトニック結晶ファイバの２つの断面を示す図である。
【図２２】全てが同じ或いは類似の波長を使用する２つのファイバレーザ増幅器及び２つのファイバレーザ発振器を示す図である。
【図２３】異なる波長を使用する２つのファイバレーザ増幅器及び２つのファイバレーザ発振器を示す図である。
【図２４】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、及び周波数変換媒体を備える照明器を示す図である。
【図２５】入力光が結晶に入る状態の複屈折性結晶を示す図である。
【図２６】磁区の方向が連続領域で交互になっている周期分極反転強磁性体を示す図である。
【図２７】２つのファイバレーザ増幅器に供給する単一のレーザ発振器を示す図である。
【図２８】いずれも同じ或いは類似する周波数を増幅する２つのファイバレーザ増幅器に供給するレーザ発振器を含む照明器を示す図である。
【図２９】それぞれがレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する２つのファイバレーザ増幅器に供給するレーザ発振器を有する照明器を示す図である。
【図３０】２つのレーザ発振器、２つのファイバレーザ増幅器、及び２つの周波数変換媒体を有する照明器を示す図である。
【図３１】２つのレーザ発振器、２つのファイバレーザ増幅器、及び２つの周波数変換媒体を有し、２つのレーザ発振器が異なる波長を発してもよい照明器を示す図である。
【図３２】その後に２つの周波数変換媒体に対して供給する単一のファイバレーザ増幅器に供給する単一のレーザ発振器を示す図である。
【図３３】１つの周波数変換媒体から出て他の周波数変換媒体で第２の段階の周波数変換を受けるビームを示す図である。
【図３４】ファイバレーザ増幅器に入るレーザ発振器からの光を示す図である。
【図３５Ａ】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び時間シフト媒体を示す図である。
【図３５Ｂ】時間シフト媒体としての格子を示す図である。
【図３６】ビームスプリッタ及び時間シフト媒体としての機能を果たす１つ以上の反射面を示す図である。
【図３７】時間シフト媒体としての機能を果たすエタロンを示す図である。
【図３８】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び空間平滑化媒体を示す図である。
【図３９Ａ】第１の空間平滑化媒体を示す図である。
【図３９Ｂ】第２の空間平滑化媒体を示す図である。
【図４０Ａ】空間平滑化媒体の第１の更なる例を示す図である。
【図４０Ｂ】空間平滑化媒体の第２の更なる例を示す図である。
【図４０Ｃ】空間平滑化媒体の第３の更なる例を示す図である。
【図４１】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及びスペクトルシフト媒体を示す図である。
【図４２Ａ】フォトニック結晶フィルタを示す図である。
【図４２Ｂ】様々なスペクトルシフト媒体の断面を示す図である。
【図４３】ガスを収容するセルを有するスペクトルシフト媒体を示す図である。
【図４４】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び像中継システムを含む照明サブシステムを示す図である。
【図４５Ａ】図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置してもよい像中継システムの例を示す図である。
【図４５Ｂ】図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置してもよい像中継システムの例を示す図である。
【図４６】一般に暗視野イメージング用に形成された像中継システムを示す図である。
【図４７】基本周波数及び第４高調波を混合することによるホウ酸セシウムリチウム（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０すなわちＣＬＢＯ）における非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【図４８】ラマンシフトされた第４高調波と基本周波数とを混合することによるＣＬＢＯにおける非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【図４９】基本周波数と第３高調波とを混合することによるＣＬＢＯにおける非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面の図において、発明を限定的ではなく一例として説明する。
【００１７】
この構造によれば、少なくとも１つのレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を備えるウエハ検査システム又はフォトマスク検査システムのための照明器が提供される。レーザ発振器は固体レーザ又は半導体ダイオードレーザであってもよく、また、レーザ発振器は、ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成するための手段を組み込んでもよい。照明器の性能を高めるために、ピーク出力低減ハードウェア、周波数変換媒体、空間シフト媒体、空間平滑化媒体、像中継ハードウェア、時間シフト媒体を含むが、これらに限定されない様々な装置が使用されてもよい。
【００１８】
また、この構造は高性能光源を提供することができ、その場合、光エネルギを生成するための新規な方法が提供される。方法は、基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【００１９】
他の実施形態は、他の基本周波数の基本光エネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を例えばラマン線のレーザエネルギへシフトさせ及び／又は第２高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて第３高調波周波数レーザエネルギを生成することを使用する段階とを含む。
【００２０】
＜ファイバベースの照明器＞
図１及び図２は、ウエハ又はフォトマスク検査システムのための照明器を示している。図１はレーザ発振器１０１を示しており、一方、図２は、１つ以上のレーザ発振器２０１と１つ以上のファイバレーザ増幅器２０２とを組み合わせる更にやや複雑な照明器を示している。この構造は、利得媒体が光ファイバを備えるウエハ検査システム又はフォトマスク検査システムのための照明器である。光学結晶の付加を伴う光ファイバ技術は、狭帯域光を広げることにより或いは光を１つの狭帯域波長から他の狭帯域波長へとシフトさせることにより光波長の調整を可能にする。
【００２１】
また、この構造は、検査のためにウエハ又はフォトマスクを照明しようとするものであり、１つ以上のレーザを使用してコヒーレント光を生成し、その後、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅することを含む。特定の実施形態において、構造は、後述するようにファイバレーザ増幅器内でシングルモード伝搬を維持してもよい。
【００２２】
ファイバレーザ増幅器２０２のパワーハンドリング能力は、比較的大きな直径を有するファイバを使用することにより高められてもよいが、これは波面の質を低下させる可能性があり、また、ファイバレーザ増幅器２０２がマルチモード挙動を示す場合がある。この構造において、ファイバレーザ増幅器２０２は、図３に示されるようにテーパ状端部を有する大径ファイバを備えていてもよい。光子は、大面積入力部３０１を通じてテーパ領域に入る。コア３０４のサイズはテーパ領域３０２で減少し、一方、クラッド３０３のサイズは減少してもよく或いは一定のままであってもよい。テーパ状端部は、ファイバレーザ増幅器において高次モードを抑える傾向がある。ビームは、ファイバから出て、出力部３０５へ向けてシングルモードで伝搬し、出力部３０５を通過する。
【００２３】
他の構造は、フォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことにより或いは変性屈折率プロファイルを有する光ファイバを組み込むことにより、シングルモードを伴う高品質波面（すなわち、ガウスビームプロファイル）を与える。フォトニック結晶ファイバはマルチコアファイバであってもよい。図４は、フォトニック結晶ファイバ４０１、４０２及び４０３の断面の３つの例を示している。３つの全ての例において、灰色領域はガラス又はドープガラスを表わしており、白色領域は空気を表わしている。第１のファイバ４０１は、ドープファイバコア４０６と、外側クラッド４０４と、リング形態で配置された空気クラッドの複数のチャネル４０５とを示している。第２のファイバ４０２及び第３のファイバ４０３は、ハニカム形態で配置された空気クラッドチャネルを示している。これらの形態は、一般に、ファイバ長に沿って空間的に均一である。空気クラッドチャネル４０５は、約５０ミクロンよりも大きい直径を有するファイバ内でシングルモードを有する高品質波面を容易にする。
【００２４】
モード領域は増大されてもよい。ここで、モード領域は、光ファイバ媒体によって占められる領域であり、シングルモード出力は、ファイバレーザ増幅器を曲げることによって、ファイバレーザ増幅器の端部をテーパ状にすることによって或いはファイバレーザ増幅器２０２の屈折率を変えることによってファイバレーザ増幅器２０２内で得られる。
【００２５】
レーザ発振器２０１の帯域幅内で、ファイバレーザ増幅器２０２を増幅させるための周波数は、イッテルビウム、エルビウム、ツリウム、ネオジム、プラセオジム、又は、ホルミウムなどの適切なランタニド元素でファイバレーザ増幅器２０２をドープすることによって評価されてもよい。
【００２６】
非線形効果は、ファイバレーザ増幅器から出る狭帯域光を広げる可能性があり、一般に望ましくない。広帯域光は、その後の周波数変換プロセスの効率を低下させる可能性がある。この構造において、非線形効果は、光エネルギパルスがファイバレーザ増幅器２０２に入る前にパルスを拡張させる（経時的に）ことにより、或いは、比較的大きなシングルモード出力を生成できるファイバを使用することにより扱われる。比較的大きなシングルモード出力は、ポンプクラッドを有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことによって得ることができる。
【００２７】
パルスのエネルギを経時的に広げることにより、パルスの全エネルギは維持されるが、ピーク出力が減少する可能性がある。図５は、単一格子を使用したエネルギ拡散の一例を示している。この場合、レーザから出る初期パルス５０１は、比較的短い期間にわたって起こり、高いピーク出力を示す。初期パルス５０１は格子５０２を通過することができる。その後のパルス５０３は、長い期間にわたって起こり、類似した全エネルギを有することができるが、低いピーク出力を有する。集束レンズ５０４は、パルスレーザビームをファイバ増幅器５０５へ合焦させることができる。マルチプルパス形態又はマルチプルパルス形態のミラーなどの反射面に加えて、複数の格子が使用されてもよい。
【００２８】
エネルギ拡散を達成するため、この構造は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成し、レーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチしてパルス出力ビームを形成し、パルス出力ビームのパルスを広げ、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅させることにより、ウエハ又はフォトマスクなどの試験片を照明してもよい。なお、この構成では、前述の構造によって複数のレーザ発振器が使用されてポンプされてもよい。モードロッキング及びｑスイッチングは当業者に公知のレーザ技術であるが、一般に、モードロッキングは、レーザ内で各モード毎にレーザエネルギ量を変調して、所望の特性を有するエネルギバーストを選択的に生成することを含む。Ｑスイッチングは、比較的高いレベルの反転（光学利得及びエネルギ蓄積）をレージング媒体で得ることができるまでレージング作用を防止するためにレーザ装置の光学共振器部分で使用されてもよい。
【００２９】
ファイバレーザ増幅器で非線形効果を回避するために使用される第２の技術は、モード領域を増大させることである。この構造は、図６に示されるポンプクラッドを使用してハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込んでもよい。比較の目的で、図６は、小さなシングルモードを有するビームを可能にする従来のシングルモードファイバ６０１を示している。従来のシングルモードファイバ６０１は、外側クラッド６０２を持つ比較的小さなドープファイバコア６０３を有する。ポンプクラッド６０４を有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバは、レーザシングルモードビームを伝搬させることができるとともに、フォトニック結晶構造を有するドープファイバコア６０７、ポンプクラッド６０６、及び外側クラッド６０５を含んでもよい。
【００３０】
複数のファイバ増幅照明器は、増大された出力又は増大された数の利用可能な波長を与えることができる。図７は、それぞれが同様の出力周波数値を有する複数のファイバレーザ増幅器を含む照明器を示している。図７から分かるように、照明器は、２つのレーザ発振器７０１及び７０３ならびに、２つのファイバレーザ増幅器７０２及び７０４を含んでもよい。両方のレーザ発振器７０１、７０３は同様の中心周波数λ１を生成する。ここで、添え字「１」は、レーザ発振器７０１及び７０３の出力が増幅されないことを示している。両方のファイバレーザ増幅器７０２及び７０４は略同じ周波数を有する光を増幅する。λ１の前の文字「Ｘ」は、増幅器がレーザの出力の強度に係数を乗じたことを示している。
【００３１】
また、図８は、異なる形態の略同じ出力を有する複数のファイバレーザ増幅器を示している。図８から分かるように、照明器は、２つのファイバレーザ増幅器８０２及び８０３に供給する１つのレーザ発振器８０１を含んでもよい。両方のレーザ増幅器８０２及び８０３は、略同じ周波数を増幅する。図８の形態は、レーザ発振器８０１から２つのファイバレーザ増幅器８０２及び８０３へ出力光を供給するためにビームスプリッタ８０４又は他の装置を必要としてもよい。図７及び図８における形態は、利用可能な出力を増大させることができ、或いは、同じ検査システム内で明視野イメージング及び暗視野イメージングを可能にするために、略同じ周波数を有する光の複数のチャネルを供給することができる。
【００３２】
図９は、複数のファイバレーザ増幅器を備える照明器を示しており、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する。図９は、２つのレーザ発振器９０１及び９０３と２つのファイバレーザ増幅器９０２及び９０４を有する照明器を示している。両方のレーザ発振器９０１及び９０３は同様の中心周波数（λ１）を生成する。第１のファイバレーザ増幅器９０２は、第１のレーザ発振器９０１の利得帯域幅内で１つの波長λ１を選択的に増幅してもよく、また、第２のファイバレーザ増幅器９０４は、第２のレーザ発振器９０３の利得帯域幅内で異なる波長λ２を選択的に増幅する。
【００３３】
図１０は、異なる出力周波数を有する複数のファイバレーザ増幅器の代替的な形態を示している。図１０は、１つのレーザ発振器１００１ならびに２つのファイバレーザ増幅器１００２及び１００３を有する照明器を示している。第１のファイバレーザ増幅器１００２は、レーザ発振器１００１の利得帯域幅内で１つの波長λ１を有する光を選択的に増幅する。第２のファイバレーザ増幅器１００３は、同じレーザ発振器１００１の利得帯域幅内で異なる波長λ２を有する光を選択的に増幅する。この代替的な形態は、レーザ発振器１００１から２つのファイバレーザ増幅器１００２及び１００３へと出力光を供給するために、ビームスプリッタ１００４又は他の装置を使用することができる。図９及び図１０の形態は、異なる材料及び異なる厚さを有する層の検査を容易にすることができる。
【００３４】
図９及び図１０の装置は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光のビームを生成し、コヒーレント光の前記ビームを複数のサブビームに分けるとともに、複数のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光のサブビームを増幅させることにより、ウエハ又はフォトマスクなどの試験片を照明するために使用されてもよい。或いは、ファイバレーザ増幅器は、レーザ発振器の利得帯域幅内で同じ或いは同様の波長を増幅してもよい。他の実施形態は、レーザ発振器の利得帯域幅内で異なる波長を増幅する各ファイバレーザ増幅器を伴ってもよい。
【００３５】
一般に、図７〜図１０の形態と類似する形態では、任意の数のレーザ発振器及びファイバレーザ増幅器が使用されてもよく、また、そのような構造は、コスト及び性能において特定のトレードオフに直面する場合がある。
【００３６】
レーザ発振器２０１は、実質的には固体レーザや半導体ダイオードレーザなどの任意のタイプのレーザであってもよい。半導体レーザは、一般に、数百ミリワットの出力と、６００〜９００ｎｍの中心波長を有する。
【００３７】
ウエハ及びフォトマスク上の小さな特徴の高分解能検査は、比較的短い波長を有する光によって促進させることができる。特定のタイプの検査は、ファイバレーザ増幅器によって出力される光周波数を変換するためのハードウェアを有する照明器を必要とする可能性がある。効率的な周波数変換は、一般に、比較的高いピーク出力を必要とし、また、比較的高いピーク出力の生成は、ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成するための１つ又は複数の装置を使用してもよい。
【００３８】
図１１は、少なくとも１つのレーザ発振器１１０１と、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器１１０２と、ｑスイッチ或いはモードロックパルス列形成装置１１０３を有する検査システムのための照明器を示している。図１１の装置を使用する照明は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成し、前記１つ又は複数のレーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチしてパルス状の出力ビームを形成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅することを含んでもよい。
【００３９】
高いピーク出力は、一般に、効率的な周波数変換において有用であるが、ビームにおけるピーク出力は繰り返し率に反比例する。したがって、比較的低い繰り返し率が比較的高いピーク出力を生み出す。高い繰り返し率は、試験片から反射される信号或いは試験片を通じた信号を取得するために使用される時間領域積分（ＴＤＩ）センサの性能を高めることができる。
【００４０】
ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列１１０３の形成は、受動素子又は能動素子を使用してもよい。受動素子は、例えば、半導体材料又はカーボンナノチューブから形成される可飽和吸収体であってもよい。能動素子は、例えば、音響光学変調器、電気光学変調器、反射率が制御された能動ミラー、或いは、電子スイッチであってもよい。
【００４１】
図１２はファイバレーザ発振器１２０６を示しており、この場合、ブラケットは、ブラケットの右側にある全ての構成要素が協働してファイバレーザ発振器を形成することを示している。１つのミラーは、ｑスイッチされ或いはモードロックされたパルスを生成する可飽和吸収体１２０１であってもよい。可飽和吸収体１２０１は、連続波レーザから光を受けるときに短いタイムスケールにわたって吸収性から反射性へと変化するｎドープ及びｐドープが交互になされた約５０〜８０個の範囲の層を有する半導体材料から、一般的には、ガリウムヒ素ヘテロ構造から形成されるブラッグリフレクタであってもよい。可飽和吸収体１２０１とドープファイバ１２０５との間にコリメータレンズ１２０７が位置されてもよく、或いは可飽和吸収体１２０１がドープファイバ１２０５に対して直接に貼り付けられてもよい。
【００４２】
可飽和吸収体１２０１は、一般に、ファイバの長さに応じて約５〜１００ＭＨｚを越える範囲の繰り返し率を与えてもよい。可飽和吸収体１２０１がキャビティの往復時間よりも速く動作する限り、キャビティの長さが繰り返し率を決定する。この構成において、１．８７５メートルのファイバ長は、一般に、約８０ＭＨｚの範囲のある場所の繰り返し率をもたらす。
【００４３】
ファイバレーザ発振器１２０６の第２のミラーは出力格子１２０４である。複数のレーザダイオード１２０２が利得媒体をポンプしてもよく、ドープファイバ１２０５がポンプクラッドによって取り囲まれてもよい。ポンプコンバイナ１２０３は、光をレーザダイオード１２０２から、ドープファイバ１２０５を取り囲むポンプクラッドへと方向付けてもよい。
【００４４】
図１３は、能動強度変調器１３０２を有するリング状に構成されたファイバレーザ発振器１３０１の一例を示している。ファイバリング共振器１３０３は、ポンプクラッドを有する光ファイバを含んでもよい。２つのレーザダイオード１３０４がポンプエネルギを供給する。図示のようにドープファイバ１３０５が設けられていてもよい。
【００４５】
この構造は、１つ以上のファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成することにより照明してもよい。ファイバレーザ発振器は比較的コンパクトで安価となりやすい。照明器は、１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを含んでもよく、その場合、少なくとも１つのレーザ発振器がファイバレーザ発振器である。例えば、図２のレーザ発振器２０１のうちの１つ以上がファイバレーザ発振器であってもよい。この構造は、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器との組み合わせを含んでもよい。そのような構造は、少なくとも１つのファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅してもよい。ファイバレーザ発振器とファイバ増幅器との組み合わせは、比較的高い出力及び高いビーム品質を与える傾向がある。
【００４６】
少なくとも１つのファイバレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器とを有する照明器は、ファイバレーザ発振器のためのポンピングシステムとして１つ以上のレーザダイオード１２０２を含んでもよい。この個々のレーザダイオード１２０２は一般に１〜５ワットの範囲のエネルギを生成する。レーザダイオード１２０２のバー又は配列は１０〜４０ワットの範囲で生成することができる。レーザダイオード１２０２は、光ファイバの吸収ピーク付近の波長で光エネルギを生成してもよい。ポンプダイオードは、ファイバレーザ発振器よりも短い波長を有する光を発してもよい。
【００４７】
密接に関連する構造は、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とを備え、且つファイバレーザ発振器又はファイバレーザ増幅器のいずれかがポンプクラッドを組み込む検査システムのための照明器である。図１４は、ポンプクラッドを組み込む光ファイバの４つの断面１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４を示している。各断面において、内部の白い円はドープファイバコア１４０５を表わしている。暗い或いは黒い領域は外部クラッド１４０７を表わしている。中間又は灰色の領域はポンプクラッド１４０６を表わしている。
【００４８】
ポンプクラッド１４０６は、ポンプ光を伝搬させることができるようにドーピングを伴わない光ファイバを含む。ポンプクラッド１４０６は、ファイバの長さの下側へポンプ光を案内する。ポンプ光がドープファイバコア１４０５を通じて複数間反射し、それにより、ドープファイバコア１４０５がポンプ光を吸収する可能性が高くなる。ポンプクラッド１４０６は、ドープファイバコア１４０５の長さの全体にわたって均一な吸収を容易にする。吸収は、断面１４０２に示されるようにファイバアセンブリの中心から離れて、ドープファイバコア１４０５を位置させることにより高められる。非対称な光ファイバ形態１４０３及び１４０４は、対称な断面形態１４０１と比べて吸収を増大させることができる。
【００４９】
この構成を用いて、照明は、ファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅することを含んでもよい。ポンピングは、ポンプクラッドを使用してファイバレーザ発振器をポンプすることを含んでもよい。ポンプ光は、発振器のエンドから光をポンプすることによりファイバレーザ発振器に注入されてもよい。図１５はエンドポンピングの１つの例を示している。入力ポンプ光１５０１はファイバレーザ発振器の左側に入る。断面図は、屈折率が最も高いドープファイバコア１５０２、中心の白色領域、屈折率が中程度のポンプクラッド１５０３、ドープファイバコアを取り囲む中間の或いは灰色の領域、及びファイバの外側の暗い或いは黒い領域によって表わされる屈折率が低い外側クラッド１５０４を示している。ポンプクラッド１５０３は、ポンプレーザ光子吸収を高めることができるとともに、ファイバレーザ発振器の全体にわたって吸収の空間的均一性を高めることができる。なお、図１２もポンプクラッドを使用したファイバレーザ発振器のエンドポンピングを示している。幾つかのレーザダイオード１２０２がポンプエネルギに寄与し、また、ポンプコンバイナ１２０３がエネルギをポンプクラッドへ方向付ける。エンドポンピングは、ファイバレーザ増幅器及びファイバレーザ発振器に適用されてもよい。
【００５０】
図１６は、ポンプコンバイナを使用することなくレーザダイオード１６０２がエンドからファイバをポンプするファイバレーザ発振器又は増幅器１６０１の図を示している。ファイバ内で生じる光からポンプ光を分離するためにダイクロイックミラー１６０３が使用されてもよい。
【００５１】
ポンプ光は、サイドからファイバレーザ発振器内に交互に注入されてもよい。図１７は、サイドからのポンピングの１つの実施形態を示している。ポンプダイオード入力１７０４は、プリズム１７０５及び屈折率整合流体又は機械的なカップリング１７０６を通じてファイバレーザ発振器の左上に入る。プリズム１７０５の屈折率は、ポンプクラッド１７０２の屈折率と一致していてもよく或いは屈折率に近くてもよい。屈折率整合流体１７０６は、プリズム１７０５とポンプクラッド１７０２との間の空気と置き換わって反射を最小限に抑えてもよい。
【００５２】
構造は、ファイバレーザ発振器のための出力カップリングミラーとしての機能を果たすファイバブラッグ格子を図１２の格子１２０４として使用してもよい。そのような構造では、ファイバレーザ発振器における少なくとも１つのミラーが格子を含んでもよい。格子の構造はミラー又は反射面の反射率にかなりの影響を与える。これは、ミラーにおける周期の数が大きくなればなるほど、反射率も大きくなるからである。また、格子は、ファイバレーザ発振器の広帯域光をフィルタ処理することもできる。周期同士の間の間隔は、利得を受けるファイバの利得帯域幅内の周波数を決定する。そのような構造により、ファイバレーザ発振器が狭帯域出力を有することができる。
【００５３】
また、格子は、光の群速度分散を制御することができ、それにより、パルスを壊して、増幅器に入る光のピーク出力を下げる。増幅器に入る光のピーク出力を下げると、増幅器の線形動作を維持することができる。また、格子は、ファイバレーザ発振器が幾つかの別個の狭帯域波長で光を発するように作用してもよい。このようにすると、単一のファイバレーザ発振器が多数の検査波長を供給できる。したがって、照明器は、異なる格子周波数を使用する格子を含んでもよい。
【００５４】
図１８は、４つの周期１８０２、１８０３、１８０４及び１８０５の複数の例を伴う異なる格子周波数を有する格子１８０１を示している。このタイプの格子により、ファイバレーザ発振器は、発振器の利得帯域幅内の４つの別個の波長の狭帯域光を発することができ、それぞれの別個の波長は４つの周期のうちの１つに対応している。
【００５５】
格子によってファイバレーザ発振器が広帯域光を発することができてもよい。そのような構造は、チャープ格子、例えば図１９のチャープ格子１９０１を有するファイバレーザ発振器を含む。そのような構造は、連続的に変化する周期を与えることができ、それにより、ファイバレーザ発振器が広帯域出力を有する。
【００５６】
短波長光エネルギの利益を享受する特定の用途では、周波数変換結晶を通じて光が伝えられてもよい。周波数変換結晶は、単一の偏光度を示す光エネルギに位相整合を与える。そのような構造において、照明器は、偏光保持ファイバを有するファイバレーザ発振器を含んでもよい。図２０は、中実コアを有する偏光保持ファイバの１つのタイプを示している。中心の白色領域はドープファイバコア２００４である。ドープファイバコア２００４を取り囲む灰色又は中間の領域はポンプクラッド２００３である。ポンプクラッドを取り囲む黒色又は暗い領域は外部クラッド２００２である。また、構造は、非対称構造を有する異なる材料２００１を含み、或いは、中実コアの断面の対称性を低下させるように構成されている。異なる材料２００１は、中実コアを複屈折にする内部応力を形成し、その結果、１つの偏光の光を好むファイバが得られる。異なる材料２００１は例えばガラス又はポリマーであってもよい。
【００５７】
図２１は、偏光保持フォトニック結晶ファイバ２１０１及び２１０２の２つの断面を示している。第１のファイバ２１０１の断面内において、図２１は、ドープファイバコア２１０６と、空気クラッド２１０５と、外部クラッド２１０４とを示している。ファイバは、非対称構造を有する他の材料２１０３を含んでもよい。第２のファイバ２１０２の断面内では、空気チャネルが非対称に配置されてもよい。これらの両方の形態２１０１及び２１０２により、フォトニック結晶ファイバは単一偏光の光を好むようになる。したがって、ファイバレーザ発振器又はファイバレーザ増幅器内で光エネルギ偏光が制御されてもよい。
【００５８】
この構造では複数のファイバレーザ発振器が使用されてもよい。同じ波長を有する複数のファイバレーザ発振器を使用して、利用可能な出力を増大させ、或いは、明視野及び暗視野イメージングのための別個のチャネルを与えてもよい。したがって、照明器において、ファイバレーザ発振器は同じ或いは類似の発光波長を有してもよい。
【００５９】
図２２は、２つのファイバレーザ発振器２２０１及び２２０３ならびに２つのファイバレーザ増幅器２２０２及び２２０４を示している。両方のファイバレーザ発振器２２０１、２２０３が同じ発光波長（１λ１）を有し、両方のファイバレーザ増幅器が同じ発光波長（Ｘλ１）を有する。添字「１」は、ファイバレーザ発振器２２０１及び２２０３からの出力が増幅されないことを示している。「Ｘ」値は、ファイバレーザ増幅器２２０２及び２２０４からの出力がＸの値だけ増幅されることを示している。
【００６０】
図２３は、２つのファイバレーザ発振器２３０１及び２３０３ならびに２つのファイバレーザ増幅器２３０２及び２３０４を示している。両方のファイバレーザ発振器２３０１及び２３０３が同じ或いは類似の発光波長（１λ１）を有する。第１のファイバレーザ増幅器２３０２は、第１のファイバレーザ発振器２３０１の利得帯域幅内で１つの波長（Ｘλ１）を増幅してもよく、また、第２のファイバレーザ増幅器２３０４は、第２のファイバレーザ発振器２３０３の利得帯域幅内で異なる波長（Ｘλ２）を増幅してもよい。２つのファイバレーザ発振器は、出力ビームを混合して第３の周波数のコヒーレント光を生成できる能力を与えてもよい。
【００６１】
最先端のウエハ及びフォトマスク上の小さい特徴の高分解能検査は、１９８ｎｍ又は２４８ｎｍとなり得るウエハ露光具の波長付近の波長を有する光を必要とする場合がある。ファイバ光学利得媒体を使用する検査システムは、周波数変換媒体を有する照明器の利益を享受できる。図２４は、レーザ発振器２４０１と、ファイバレーザ増幅器２４０２及び周波数変換媒体２４０３を備える照明器を示している。
【００６２】
周波数変換媒体は、ニオブ酸リチウム、βホウ酸バリウム、リチウムホウ酸バリウム、ホウ酸セシウムリチウムバリウム、又は、他の複屈折結晶などの非線形結晶であってもよい。図２５は、入力光２５０２が結晶中に入っている状態の複屈折結晶２５０１を示している。周波数変換された光２５０４及び周波数変換されていない光２５０３が結晶から出る。
【００６３】
また、周波数変換媒体は、周期分極反転ニオブ酸リチウム、マグネシウムストロンチウムニオブ酸リチウム、ＢａＭｇＦ４、又は、ＫＴＰ系列の材料（ＭＴｉＯＸＯ４、ここで、ＭはＫ、Ｒｂ又はＣｓであり、ＸはＰ又はＡｓである）などの周期分極反転材料であってもよい。図２６は、磁区の方向が連続領域で交互になっている周期分極反転強磁性体を示している。周期分極反転材料の上端２６０１では、周期の大きさが一定である。周期分極反転材料の下端２６０２では、材料の長さに沿って周期の大きさが変化し、或いは、周期的なポーリングが「チャープされている」。チャープされる結晶の代わりに、磁区が「扇型に広げられる」（Ｖ字形状をなす）周期分極反転結晶が設けられてもよい。用途に応じて他のタイプの周波数変換媒体が設けられてもよい。
【００６４】
ファイバレーザ増幅器及び周波数変換媒体を異なる場所に配置すると、光学素子の熱安定性を損なうファイバレーザ増幅器及び関連するポンプダイオードからの廃熱ができないこと、及び有効なスーペース利用を含む特定の利益を与えることができる。
【００６５】
図２７〜図３０は、レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、及び周波数変換媒体の様々な形態を示している。図２７は、２つのファイバレーザ増幅器２７０２及び２７０３に供給する単一のレーザ発振器２７０１を示している。両方のファイバレーザ増幅器２７０２及び２７０３からの増幅光が同じ周波数変換媒体２７０４に入ってもよい。図２７の構造は、周波数変換ステップの前に付加的な増幅を与えることができる。図２８は、いずれも同じ或いは類似する周波数を増幅する２つのファイバレーザ増幅器２８０２及び２８０３に供給するレーザ発振器２８０１を含む照明器を示している。各ファイバレーザ増幅器が単一の周波数変換媒体に供給してもよい。第１のファイバレーザ増幅器２８０２が１つの周波数変換媒体２８０４に供給してもよく、一方、第２のファイバレーザ増幅器２８０３が他の周波数変換媒体２８０５に供給してもよい。そのような構造は、同じ或いは類似する波長を示す２つの周波数逓倍ビームを供給することができるとともに、高分解能を有する暗視野及び明視野検査の両方を可能にする検査システムで使用されてもよい。
【００６６】
図２９は、それぞれがレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する２つのファイバレーザ増幅器２９０２及び２９０３に供給するレーザ発振器２９０１を有する照明器を示している。各ファイバレーザ増幅器がそれ自体の周波数変換媒体に供給してもよい。ファイバレーザ増幅器２９０２が周波数変換管媒体２９０４に供給してもよく、一方、ファイバレーザ増幅器２９０３が周波数変換媒体２９０５に供給してもよく、それにより、異なる波長を有する２つの周波数逓倍ビームが供給される。
【００６７】
図３０は、２つのレーザ発振器３００１及び３００２ならびに２つのファイバレーザ増幅器３００３及び３００４と、２つの周波数変換媒体３００５、３００６を有する照明器を示している。両方のレーザ発振器が同じ或いは類似する波長を発し、また、両方のファイバレーザ増幅器が同じ或いは類似する波長を増幅する。この形態は、検査システムのための付加的な出力を与え、或いは検査システムが明視野検査のための１つの周波数逓倍ビームと暗視野検査のための同じ周波数を有する他の周波数逓倍ビームとを供給できるようにする。
【００６８】
図３１は、２つのレーザ発振器３１０１及び３１０２、ならびに２つのファイバレーザ増幅器３１０３及び３１０４、ならびに２つの周波数変換媒体３１０５及び３１０６を有する照明器を示している。２つのレーザ発振器が異なる波長を発してもよい。周波数変換後、照明器は、異なる波長を有する周波数逓倍ビームを供給してもよい。この形態は、高分解能検査のための２つの波長を供給できる。
【００６９】
コヒーレント光の周波数の変換は、第２高調波、第３高調波又は第４高調波又は更に高い高調波の生成を伴うことができる。複数の段階の周波数変換が有利な場合がある。例えば、ファイバレーザ増幅器から出る赤外光は、リチウムホウ酸バリウム又は周波数分極反転材料の結晶に入射してもよい。この第１の周波数逓倍媒体から出る周波数逓倍光は、βホウ酸バリウム又はホウ酸セシウムリチウムバリウムの結晶などの第２の周波数逓倍媒体に入ってもよい。第２の周波数変換段階から出る光は、ウエハステッパ又はスキャナの波長に近い波長を有してもよい。ファイバレーザ発振器は、比較的十分な位置決め安定性を与えるとともに、ガウスプロファイルを有するビームを発する。
【００７０】
したがって、ウエハの照明は、レーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチして、結果として得られるコヒーレント光を少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を用いて増幅するとともに、コヒーレント光の周波数を変換することを伴ってもよい。図３２は、単一のファイバレーザ増幅器３２０２に供給する単一のレーザ発振器３２０１を示しており、ファイバレーザ増幅器３２０２は、その後、２つの周波数変換媒体３２０３及び３２０４に供給する。構造は、レーザファイバ発振器をモードロックし或いはｑスイッチして、ファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅するとともに、増幅されたビームを２つ以上のサブビームに分割して、各サブビームの周波数を変換することにより照明してもよい。
【００７１】
各サブビームの周波数は、図３２に示されるように同じ周波数へ変換されてもよく、或いは、図３３に示されるように異なる周波数へ変換されてもよい。この場合、一つの周波数変換媒体３３０３から出るビームは、他の周波数変換媒体３３０５において第２の段階の周波数変換を受ける。いずれの場合にも、複数の周波数逓倍ビーム（multiple frequency-doubled beams）の存在は、今までに例のない自由度を検査システムに対して与える。
【００７２】
周波数変換媒体は入射光の一部だけを変換する。媒体は、逓倍周波数（doubled frequency）を有する何らかの光と、残留基本周波数光と呼ばれる何らかの変換されていない光とを発してもよい。この残留基本周波数光を増幅すると、増幅された残留基本周波数光を他の周波数変換結晶に対して供給できるといったような、特定の利点が得られる。図３４は、ファイバレーザ増幅器３４０２に入るレーザ発振器３４０１からの光を示している。増幅された光（ｘλ１）は周波数変換媒体３４０３に入ってもよい。周波数逓倍光（λ２）は残留基本周波数光（λ１）として周波数変換媒体から出てもよい。残留基本周波数光はファイバレーザ増幅器３４０４に入ってもよい。或いはファイバレーザ増幅器３４０４から出る光は他の周波数変換媒体３４０５に入ることができる。
【００７３】
したがって、この構造は、更なるファイバレーザ増幅器を使用して、周波数変換プロセスからの残留基本周波数光を、インライン照明目的で供給されるものよりも大きく増幅することを含んでもよい。そのような構造は、増幅された残留基本周波数光の周波数を変換することによって強化されてもよい。
【００７４】
ビームの周波数は、セシウムリチウムサファイアなどの結晶を通じてビームを送ることにより調整されてもよい。セシウムリチウムサファイア結晶が２６６ｎｍの波長を有する入力光を受ける場合、結晶は、結晶に関連する角度態様に応じて２６６ｎｍ〜３２０ｎｍの波長を有する光を発することができる。そのような構造は、前述した構造における周波数変換光の周波数を調整させることができる。
【００７５】
複屈折結晶は、ビームの出力が特定の閾値を超えるときに入射ビームの周波数を変換することができる。増幅器は、周波数変換前にビームの出力を増大させるために設けられてもよい。ある場合には、試験片を傷つけることを避けるため、周波数変換された光のピーク出力を下げるためのハードウェアが設けられてもよい。したがって、そのような構造は、時間シフト媒体（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ）を含んでもよい。時間シフト媒体は、照明パルスを経時的に広げ、それにより、そのピーク出力を減少させる。図３５Ａは、レーザ発振器３５０１、ファイバレーザ増幅器３５０２、周波数変換媒体３５０３及び時間シフト媒体３５０４を示している。時間シフト媒体３５０４は、格子、エタロン、１つ以上のビームスプリッタ、又は、ビームスプリッタとミラーなどの反射面との組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な形態をとってもよい。図３５Ｂから分かるように、格子３５０６は、経時的にパルスを効果的に引き延ばす時間シフト媒体としての機能を果たすことができる。パルス幅Ｔを有する入力パルス３５０７が格子３５０６に入ってもよい。格子３５０６は、光が距離２Ｌを移動するために必要な時間だけ、出て行くパルス３５０８の一方側を遅らせ、それにより、パルスのピーク出力を下げてもよい。
【００７６】
図３６は、ビームスプリッタ３６０１及び３６０２ならびに１つ以上の反射面３６０３がどのように時間シフト媒体としての機能を果たすことができるのかを示している。ビームは、周波数変換媒体などの伝達装置３６０４から図３６に入る。ビームスプリッタ３６０１及び３６０２ならびに反射面３６０３により、各パルスの一部が異なる経路をとり、それにより、１０ナノ秒遅延し、或いは２０ナノ秒遅延し、或いは、これらの両方だけ遅延（３０ナノ秒の遅延）する。この構成は、パルスを分割して引き延ばし、それにより、ビームのピーク出力を減少させる。遅延がパルス幅を超える場合には、ビームスプリッタが１つのパルスを別個のパルスからなる列へと分割する。そのような構造は、反射面を伴って或いは伴うことなく、任意の数のビームスプリッタを使用して実施されてもよい。
【００７７】
図３７は、時間シフト媒体としての機能を果たすエタロン３７０１を示している。この構造のエタロン３７０１は、反射率が比較的高い表面３７０２と反射率が比較的低い表面３７０３とを有するガラスのブロックである。入射パルス３７０４が低反射率面３７０３にぶつかり、その光の一部が低反射率面３７０３から反射される。光の残りの部分は、低反射率面３７０３を通過して、高反射率面３７０２に突き当たり、外部へ反射される。エタロン３７０１内で光子が何度も前後に跳ね返り、その度に光子の一部が逃げる。このようにして、エタロン３７０１は、１つのパルス３７０４を一連の反射パルス３７０５へと分割し、入射パルス３７０４のピーク出力を減少させることができる。
【００７８】
光輝度に空間的均一性を与えるため、この構造は、空間平滑化媒体を更に含んでもよい。空間平滑化媒体は、周波数変換光の輝度の空間的均一性を高めることができる。図３８は、レーザ発振器３８０１、ファイバレーザ増幅器３８０２、周波数変換媒体３８０３、及び空間平滑化媒体３８０４を示している。拡散器、回折光学素子、レンズアレー、ライトパイプ、格子、エタロン、絞り、勾配伝達素子、アポディゼーション装置、レンズ、及び他の光学部品の様々な組み合わせを含む様々な装置が空間平滑化媒体としての機能を果たしてもよい。
【００７９】
図３９Ａ及び図３９Ｂは、空間的に不均一な入力を受け且つ空間的に均一な出力を伝えるように構成されたホモジナイザロッド３９０１と集束レンズを有するレンズアレーとを含む２つの空間平滑化媒体を示している。不均一照明は、図示の方向で左からレンズアレー３９０２にぶつかる。レンズアレー３９０２は、ビームを多くのサブビームに分割する。集束レンズ３９０３は、全てのサブビームを、照明が空間的に均一なオーバーラップ面３９０４に合焦させることができる。簡単にするため、図３９Ｂは、オーバーラップ面３９０４の２つの点だけで合焦する光を示しているが、図示の形態は、オーバーラップ面の全体にわたって均一な輝度を与えるために使用されてもよい。
【００８０】
図４０Ａ、４０Ｂ及び４０Ｃは空間平滑化媒体の３つの更なる例を示している。図４０Ａにおいて、集束レンズ４００１の下流側にあるスリガラス又は回折光学素子の移動ピース４００２は、レーザビームからスペックルを除去する。スペックルという用語は、干渉によって引き起こされる短い距離スケールにわたる明暗のパターンのことである。図４０Ｂにおいて、レンズ４００４の前にある回折光学素子４００３は、空間的にほぼ均一な輝度を瞳孔面上に与えることができる。図４０Ｃの空間平滑化媒体は、瞳孔照明を形作るための回折光学素子４００６、レンズ４００７、フィールド照明を形作るための回折光学素子４００８、及び集束レンズ４００９を含んでもよい。そのような構造は、周波数変換された光の空間的均一性を高めることができる。
【００８１】
狭帯域光が広帯域光へ変換されてもよい。特定の媒体を通過する光の狭帯域ビームは、ラマン散乱及び四光波混合を受けて、スーパーコンティニュームとして知られる広帯域ビームとして媒体から出てもよい。そのような媒体は、入射光のスペクトルをシフトすることから、「スペクトルシフト媒体」と見なされる。図４１は、レーザ発振器４１０１と、ファイバレーザ増幅器４１０２、周波数変換媒体４１０３、及びスペクトルシフト媒体４１０４を示している。
【００８２】
異なる物質がスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。スペクトルシフト媒体は、フォトニック結晶ファイバ、又は、以下の元素、すなわち、重水素、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム、フッ素、及び／又は、窒素のうちの１つ以上を含むガスを備えていてもよい。また、スペクトルシフト媒体は、プラズマ、結晶、ポリマー、又は、エタノールや水酸化アンモニウムを含むがこれらに限定されない液体であってもよい。図４２は様々なスペクトルシフト媒体を示している。フォトニック結晶ファイバ４２０１はスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。フォトニック結晶ファイバ４２０２の断面は、石英ガラスマトリクス４２０４内に空気チャネル４２０３を示している。フォトニック結晶ファイバは、断面４２０５に示されるように空気チャンバがガス４２０６で満たされる場合、かなり有効なスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。他のスペクトルシフト媒体は石英ガラス毛細管４２０７である。この場合、ガス４２０９は、石英ガラス４２０８によって取り囲まれる中空コアを満たす。図４３は、ガスを収容するセル４３０１を有する他のスペクトルシフト媒体を示している。狭帯域光４３０２が左側に入り、広帯域光４３０３が右側に入る。
【００８３】
スーパーコンティニュームは、レーザをポンプしてコヒーレント光を生成し、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅するとともに、スーパーコンティニュームを形成するためにコヒーレント光の帯域幅を広げることによって形成されてもよい。スーパーコンティニュームを形成するために周波数変換された光及び周波数変換されない光が広げられてもよく、また、複数のビームが扱われてもよい。単一ビーム又は多重ビームの状況においてモードロッキングが使用されてもよい。
【００８４】
この構造の照明サブシステムは、照明器、及びビームを検査システムへ中継するための像中継システムの両方を含んでもよい。図４４に示されるように、照明サブシステムは、レーザ発振器４４０１、ファイバレーザ増幅器４４０２、周波数変換媒体４４０３、及び像中継システム４４０４を含んでもよい。
【００８５】
図４５は、図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置していてもよい像中継システムの２つの例４５０１及び４５０６を示している。両方とも、結像光学素子４５０５及び４５０９における瞳孔面に対して光を供給することができる。形態４５０１は３つのレンズ４５０２、４５０３及び４５０４を使用してもよく、一方、形態４５０６は２つのレンズ４５０７及び４５０８を使用してもよい。ここに開示される照明器を像中継システムと組み合わせて照明サブシステムを形成してもよい。
【００８６】
図４５に示される像中継システムは、一般に、明視野イメージング用に形成されている。図４６に示される像中継システムは、一般に、暗視野イメージング用に形成されている。３つのレンズ４６０１、４６０２及び４６０３は協働して瞳孔面内の単一の点を照明する。
【００８７】
＜ＣＬＢＯを使用する改良型構造＞
ＤＵＶ周波数変換のためにＣＬＢＯを使用すると、高い周波数変換効率、高い損傷閾値、及び比較的良好な安定性を与えることができる。
【００８８】
高い周波数変換効率は、レーザパルスのピーク出力、結晶の非線形係数、及び結晶中の相互作用長に依存する。高いピーク出力、大きな非線形係数、長い相互作用長は、高効率変換を生み出す。高いピーク出力は、前述したようにモードロックされたファイバレーザによって供給することができる。ＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ（βホウ酸バリウム又はβＢａＢ２Ｏ４）結晶は、一般に、ＤＵＶ周波数変換に適している。いずれも適度な非線形係数を有するが、ＢＢＯは一般にＣＬＢＯよりも大きい。しかしながら、ＢＢＯにおける大きなウォークオフ角は結晶中の相互作用長を制限し、したがって、結果的な周波数変換効率を制限する。また、この大きなウォークオフ角は、ＢＢＯにおける高効率変換において低質なビームプロファイルを形成し得る。
【００８９】
非臨界位相整合が困難であり或いは不可能な場合には、ウォークオフ効果を補償して効率を大きく高めるために２つの周波数変換結晶が直列に使用されてもよい。しかしながら、２つの周波数変換結晶を使用すると、特に周波数変換プロセスのＤＵＶ部分においてコスト及び複雑度が増大する可能性もある。ＣＬＢＯを使用すると、複数の周波数変換結晶を使用しないで非臨界位相整合を使用することができる。非臨界位相整合は、ウォークオフが存在しないため、長い相互作用長を可能にする。また、周波数変換されたビームにおける空間的なビームプロファイルは、非臨界位相整合においてかなり良好である。これらの理由により、周波数変換においては、特にＤＵＶ周波数変換の最後の段階においては非臨界位相整合を使用することが望ましい。しかしながら、特定の結晶においては、臨界的或いは略臨界的な位相整合状態を生み出すことができる唯一の特定の波長組み合わせが存在する。
【００９０】
また、ＣＬＢＯなどの負一軸結晶における位相整合要件は、以下の条件が満たされることも要する。
【数１】
【数２】
【００９１】
ここで、ｎ−σは結晶の異常軸（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ａｘｉｓ）に沿う屈折率であり、ｎθは結晶の正常軸（ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｘｉｓ）に沿う屈折率である。θは、変換されるべき光の伝搬ベクトルと結晶の光軸との間の角度である。θが９０度でない場合には、位相整合状態が臨界位相整合と呼ばれる。この状態では、ポインティングベクトル及び伝搬ベクトルの方向が分岐する。このウォークオフ効果は、光が結晶を通じて伝搬する際に空間的な重なり合いを減少させる。空間的な重なり合いが減少すると、使用できる結晶の長さが制限され、したがって、周波数変換効率が制限される。θが９０度である場合には、位相整合が非臨界であると言われ、ポインティングベクトル及び伝搬ベクトルは一般にウォークオフを示さない。θが９０度であることにより、周波数変換効率を高めるために長い結晶を使用することができる。非臨界位相整合においては、数式（２）がｎθ（９０）＝ｎ−σに簡素化される。この結果を使用して数式（１）を検討すると、この数式を満たして非臨界位相整合を得るために特定の混合周波数又は波長が必要とされる。したがって、結晶における非臨界位相整合状態を決定するためには、波長値に対する屈折率値を確かめなければならない。
【００９２】
ＣＬＢＯにおいて、波長に対する屈折率値は、一般に、参照することにより本願に組み込まれる、Ｙｕｓｕｋｅ Ｍｏｒｉらによる論文「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅｓｉｕｍ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂｏｒａｔｅ」（Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，ｐｐ．２９６−２９８）に記載されている。これらの値を使用すると、非臨界位相整合を生み出す波長組み合わせを決定することができる。
【００９３】
２１３ｎｍ未満の合成波長を伴うＣＬＢＯの場合、必要とされる混合波長は標準的なレーザ源から利用できない。これにより、特に効率的な高出力レーザが望ましい場合には、これらの短い波長のＣＬＢＯにおいて、非臨界位相整合を使用することが難しくなる。混合波長を生成するためにファイバ系レーザを使用することにより、この問題に対する幾つかの解決策を得ることができる。
【００９４】
基本周波数レーザ発生器及び周波数変換結晶はいずれも長い寿命を有するのが有効である。前述したファイバレーザ系の基本的なレーザ源は、殆どの場合、５００００時間を超える耐用年数、一般的には周波数変換結晶よりも長い寿命を有することができる。高出力周波数変換レーザで使用される標準的な周波数変換結晶は、単位結晶部位当たり２００時間程度の比較的短い寿命を有する。２６６ｎｍ、２１３ｎｍ、２００ｎｍ及び１９５ｎｍのような波長のＤＵＶで高出力を生成するためには、長い寿命を有する結晶が非常に有益である。ＣＬＢＯは、その良好な周波数変換効率及び高い透明性に起因して、この用途においては非常に良好な結晶である。しかしながら、標準的なＣＬＢＯ結晶は、長期の損傷及び劣化に晒される。
【００９５】
適切な結晶成長技術、表面処理技術、及び取り扱い技術を使用すると、ＣＬＢＯ結晶の寿命を延ばすことができる。ＣＬＢＯ損傷メカニズムは、バルク損傷と表面損傷とに分けることができる。バルク損傷は、２つの主要な損傷源、すなわち、結晶化欠陥及び結晶内部の不純物によってもたらされる。
【００９６】
結晶化欠陥の数は、結晶成長チャンバ内の溶液の均一性を高めることにより減らすことができる。これは、高い粘性が混合を制限するため、困難となり得る。しかしながら、溶液攪拌及び、るつぼ回転を加えることにより、溶液均一性を劇的に高めることができる。結晶内部の主要な不純物は、残留炭酸塩水酸化物である。炭酸塩不純物は、焼結前に水中で出発材料を生成することにより減らすことができる。従来の手法は、結晶の吸湿性及び水酸化物による最終材料における損傷閾値の減少に起因して、水を除去しようとする。この処理は、カルボン酸塩を完全に分解し得る。
【００９７】
水酸化物不純物は、成長した結晶を長時間にわたってベークすることによって除去されてもよい。１２０時間にわたって１５０℃でベークすると、水酸化物不純物の数をかなり減らすことができる。表面損傷は、結晶中に埋め込まれた残留光学研磨材料によってもたらされる。この材料は、イオンミリング又は他の同様の技術によって除去できる。汚染された結晶材料を切り取るために、約４０〜６０ｎｍの結晶材料が除去されてもよい。これらの技術のうちの１つ以上を組み合わせて使用すると、結晶損傷閾値をかなり高めることができる。
【００９８】
例えば半導体検査の分野では、比較的高い安定性が特に有益である。安定性は、短期間及び長期間の両方にわたって存在することが望ましい。周波数変換されたＤＵＶレーザにおいて、短期間にわたる安定性は、一般に、基本的なレーザ出力を義務付け、ビームプロファイルは一定のままである。また、安定性は、一般に、周波数変換プロセスの変化を義務付けず、前述したようにファイバレーザを使用する利点がある。周波数変換の安定性のため、非臨界位相整合は、他の照明方法及び方式を超える特定の利点を与えることができる。例えば、非臨界位相整合は、一貫したＤＵＶ出力の維持を容易にし得る。また、長期間にわたる安定性のため、長い結晶寿命が非常に有益である。周波数変換結晶は、特に２６６ｎｍの波長又はそれを下回る波長の光を生成すると、寿命が限られてしまう。出力が増大するにつれて、寿命は急速に減る傾向になる。したがって、非臨界位相整合を使用すると、長い結晶寿命を与えることができる。
【００９９】
熱ウォークオフは、結晶中に局所的な加熱を引き起こすＤＵＶ光の吸収に起因するＢＢＯなどの結晶に伴う問題となり得る。局所的な加熱は、発散されたレーザビーム内でウォークオフ角を変化させる。非臨界位相整合が使用されると、ウォークオフ角はほぼ０度であり、結晶中のＤＵＶ光の吸収に起因して最小限の変化が起こる。また、ヒータ又は加熱ユニットを使用して非臨界位相整合状態を維持し且つ本質的に保つことにより、結晶の温度を調整することができる。加熱は、特に、レーザの周囲の大気温度が大きく変動するときに有益となり得る。
【０１００】
この構造態様の第１の実施形態は、９９８．４４４ｎｍ波長の基本波レーザ源に基づいている。その後、このレーザは、第２高調波へと周波数変換された後、第４高調波へと周波数変換される。第４高調波は、その後、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯ内で混合され、それにより、１９９．７ｎｍの波長が得られる。基本的なレーザは、ＬＢＯなどの標準的な周波数変換結晶、ＢｉＢＯ（三ホウ酸ビスマス）などの新たに開発された結晶、又は、周期分極反転材料を使用して４９９．２２２ｎｍに周波数逓倍することができる。周波数変換方法は、良好なビームプロファイルをほぼ維持しつつ効率が高いときに最良の結果をもたらす。２つの周波数変換結晶を直列に使用するとウォークオフが補償され、また、熱ウォークオフ効果は効率を大きく高めることができる。
【０１０１】
動作時、他の周波数逓倍段階を使用して第２高調波から２４９．６１１の第４高調波を生成することができる。第４高調波の生成は、この段階におけるＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のプロセスは、９９８．４４４の基本波長を第４高調波と混合して１９９．７ｎｍの波長を生成する。波長混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。特定された波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能である。この場合、温度調整は、場合により、結晶を監視して加熱することにより比較的一定の温度に経時的に維持することを伴う。
【０１０２】
９９８．４４４ｎｍの高出力基本波レーザを得ることは困難となり得る。この基本波長を生成するための１つの方法は、ダイレクトダイオードレーザを使用することである。現在、この波長のダイレクトダイオードレーザは、やや限られたパルス出力を有する。或いは、ファイバレーザ／増幅手法が使用されてもよい。そのような基本波レーザを生成するために、３つのファイバベースの方法を使用することができる。第１の手法は、９９８．４４４ｎｍの基本波長を有するファイバレーザを使用することである。この波長を有するレーザの生成は、最近、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｏｋｈｏｔｎｉｋｏｖらによる論文「Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｔｕｎａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ９８０−１０７０ｎｍ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ」（Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１７）で実証された。
【０１０３】
第２の方法は、１９９６．８８ｎｍの波長で動作する周波数逓倍Ｔｍ（ツリウム）ファイバレーザを使用する。このレーザは、ＬＢＯ、ＢｉＢＯ又は周期分極反転材料を使用して周波数逓倍することができる。第３の方法は、９９８．４４４ｎｍのラマンシフトされた波長を有するファイバレーザを使用する。
【０１０４】
第１の実施形態の一例は、図４７に示されており、以下の表の例に適合する。
＜第１の実施形態の例＞
１ω ９９８．４４４
２ω ４９９．２２２ LBO又はBIBO
４ω ２４９．６１１ CLBO又はBBO
４ω＋１ω １９９．７ CLBO
【０１０５】
第２の実施形態は、１１９３．３３ｎｍにラマンシフトされる１０６４ｎｍの波長の基本波レーザ源に基づいている。この場合、レーザのラマンシフトされた波長は、第２高調波周波数又は第２高調波周波数レーザエネルギレベルに周波数逓倍された後、第４高調波へと周波数逓倍される。第４高調波は、その後、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯ内で混合され、それにより、１９４．９ｎｍの波長を得てもよい。ラマンシフトされたレーザは、ＬＢＯ、ＢｉＢＯなどの標準的な周波数変換結晶又は周期分極反転材料を使用して４７７．３３２ｎｍに周波数逓倍することができる。特に良好なビームプロファイルを維持しつつ非常に効率的な周波数変換方法が望ましい。２つの周波数変換結晶を直列に使用するとウォークオフが補償され、また、熱ウォークオフ効果は全体の効率を大きく高めることができる。
【０１０６】
第４高調波は、他の周波数逓倍段階を使用して第２高調波から２３８．６６６ｎｍで生成することができる。この周波数逓倍段階はＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のステップは、１０６４ｎｍの基本波長を第４高調波と混合して１９４．９ｎｍの波長を有する成分を生成することである。混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。これらの波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能であり、これにより、一般的には再び結晶が得られ、結晶を加熱し及び／又は監視することにより特定の温度が維持される。また、２１３ｎｍ未満のＣＬＢＯで非臨界位相整合を生み出すために、１０６４ｎｍに近い他の基本波長及びラマンシフトが使用されてもよい。
【０１０７】
第２の実施形態の一例は、図４８に示されており、以下の表の例に適合する。
＜第２の実施形態の例＞
１ω １０６４
１ω １１９３．３３へのラマンシフト
２ω ラマン ４７７．３３２ LBO又はBIBO
４ω ラマン ２３８．６６６ CLBO又はBBO
４ω＋１０６４ １９４．９ CLBO
【０１０８】
参考例は、８４７．００８ｎｍの波長で動作する基本波レーザ源に基づいている。この場合、システムは、レーザ光エネルギを第３高調波へ周波数変換する。その後、システムは、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯにおいて第３高調波を基本周波数と混合し、２１１．７５ｎｍの波長を有するレーザビームを生成する。基本波レーザ周波数は、ＬＢＯ、ＢｉＢＯなどの標準的な周波数変換結晶又は周期分極反転材料を使用して４２３．５０４ｎｍに周波数逓倍することができる。この場合も、良好なビームプロファイルを維持する効率的な周波数変換方法が優れた結果をもたらす。
【０１０９】
この構成では、２つの周波数変換結晶が一般的に直列に使用されてもよい。第１の結晶は、一般的に当業者に公知のタイプＩ周波数逓倍を行ない、また、第２の結晶は、第２高調波周波数と基本周波数とのタイプII周波数混合を行ない、２８２．３３６ｎｍの波長を有する第３高調波周波数を得る。この段階はＬＢＯ、ＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のステップは、８４７．００８ｎｍの基本波長と第３高調波周波数とを混合して、２１１．７５ｎｍの波長を有する合成レーザビームを生成する。組み合わせ或いは混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。先と同様、これらの波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能である。
【０１１０】
この手法に伴う大きな課題は、８５０ｎｍの波長で動作する高出力基本波レーザを得ることである。この基本波長を生成するための１つの方法は、ダイレクトダイオードレーザを使用する。このダイオードレーザは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、垂直外部キャビティ面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）、又は、光学的にポンプされる半導体レーザの形態をなすことができる。現在、この波長のダイレクトダイオードレーザはパルス出力を制限している。他の手法は、Ｔｉ：ＳＡＦ又はＣｒ：ＬｉＳＡＦなどの結晶を利得媒体として使用する固体基本波レーザを用いる。或いは、これらの結晶は、増幅器形態で使用することができるとともに、シードレーザを増幅するために使用できる。シードレーザは、前述した低出力８５０ｎｍダイオードであってもよい。
【０１１１】
参考例は、図４９に示されており、以下の表の例に適合する。
＜参考例＞
１ω ８４７．００８ｎｍ
２ω ４２３．５０４ LBO又はBIBO
３ω ２８２．３３６ LBO、CLBO又はBBO
３ω＋１ω ２１１．７５ CLBO
【０１１２】
本明細書に開示された周波数変換の実施形態は、顕微鏡ｎｍフォトマスク修正具、遠隔通信システム、医学的診断・処置システム、及び／又は、物理科学又は生物科学で実験を行なうための実験装置と関連して使用されてもよい。
【０１１３】
本明細書で与えられた構造及び図示された特定の態様は、限定を意味するものではなく、本発明の教示内容及び利点を依然として組み込みつつ他の構成要素を含んでもよい。このように、特定の実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明を更に改良できることは言うまでもない。本出願は、一般に本発明の原理に従い且つ本発明が属する当分野での公知の慣習的な実施の範囲内に入る、この開示内容からの逸脱を含む本発明の任意の変形、用途或いは適応を網羅しようとするものである。
【０１１４】
この出願は、２００４年８月２５日に出願された「Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国仮特許出願第６０／６０４，５４０号及び２００４年１０月２０日に出願された「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＤＵＶ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国仮特許出願第６０／６２０，８１４号の利益を主張する２００５年２月１１日に出願された発明者Ｃｈｕａｎｇらの「Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国特許出願第１１／０５６，８５５号の一部継続出願である２００５年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／７０３，２０９号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体ウエハ検査システムやフォトマスク検査システムなどの検査システムと併せて使用される照明器に関し、特に、そのような検査システムと共に使用されるファイバ増幅器ベースの光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業においては、高いスループット及び分解能の向上を示すウエハ及びフォトマスク検査システムの需要が引き続き存在する。後に続く世代のそのような検査システムは、短い波長を有する光エネルギを使用してウエハ又はレチクルを照明することにより高い分解能を得る傾向がある。
【０００３】
特定の実用的利点は、２１３ｎｍ又は２１３ｎｍ未満の波長を有する光でウエハ又はレチクルを照明する際に得られる場合がある。高品質ウエハ及びフォトマスク検査システムに適したレーザを供給することは、特別な課題を与える。ＤＵＶ光エネルギを生成する従来のレーザは、一般に寿命が比較的短く平均出力が低い、大型で高価な装置である。ウエハ検査システム及びフォトマスク検査システムは、一般に、十分なスループット及び適切な欠陥信号対雑音比（ＳＮＲ）のため、一般に高い平均出力、低いピーク出力、比較的短い波長を有するレーザを必要とする。
【０００４】
適切なＤＵＶ出力を供給するための主な方法は、長い波長源から短い波長光を生成することを伴う。この波長変更プロセスは一般に周波数変換と呼ばれる。周波数変換は、非効率となる可能性があり、また、周波数変換結晶に対して十分な光を供給するために、高ピーク出力レーザを必要とする可能性がある。
【０００５】
２１３ｎｍ未満、特に２００ｎｍ未満の波長の光を生成することは非常に困難となり得る。半導体検査のために使用される光源は、比較的高い出力と、長い寿命と、安定した性能とを必要とする。高性能検査技術のためのこれらの要件を満たす光源は存在しない。現在のＤＵＶ周波数変換されたレーザの寿命及び安定性は、一般に、周波数変換結晶、特に、２６６、２１３、２００、１９５ｎｍのようなＤＵＶ波長に晒される周波数変換結晶によって制限される。
【０００６】
ＤＵＶレーザにとって高い効率は重要である。高い効率は、熱の生成が少ない信頼できる小型の低出力基本波レーザ源を可能にする。低出力基本波レーザは、ファイバレーザが使用される場合には、スペクトル広がりを殆ど生み出さない。また、高い効率は、低コスト及び良好な安定性をもたらす傾向もある。これらの理由により、ＤＵＶへの効率的な周波数変換が比較的重要である。
【０００７】
高速検査は、時間的に連続した一時的なプロファイル又は非常に高い繰り返し率でパルス状をなすプロファイルを有する光源を必要とする。そのような光源は、サンプル上の各結像位置が同じ或いは類似の強度を示すことが望ましいことから必要とされる。類似の強度は、例えば連続光源によって与えられる。また、類似の強度は、多くのパルスが各結像位置で平均化されるように十分高い繰り返し率で光源がパルス駆動される場合に与えられ得る。この場合、レーザのパルス性は一般に測定をもたらさない。
【０００８】
高効率周波数変換及び高速検査のための要件は、レーザ光源が、好ましくは比較的高い繰り返し率のパルスモードで動作することである。このようにすると、高い変換効率及び高速検査を光源から得ることができる。
【０００９】
この環境において、遠紫外線紫外線（ＵＶ−ＤＵＶ）波長を含む波長を有するレーザベースの照明器又は照明装置は、以前のタイプの照明器を越える利点を与えることができる。十分な出力レベルで動作し、適切なＳＮＲを与え、比較的安価で比較的長い寿命を有するそのような照明装置は、特定の先進的用途における他の照明器よりも好ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５７４２６２６号明細書
【特許文献２】特開平８−９１９９７号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、今までに利用可能な構造よりも長い寿命、高い安定性、高い損傷閾値を与えるように特に処理された材料を使用して２１３ｎｍ又は２１３ｎｍ未満の波長の光エネルギを効果的且つ効率的に生成する光源を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、光エネルギを生成するための方法が提供される。方法は、約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【００１３】
他の実施形態は、他の基本周波数の基本光エネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を例えばラマン線のレーザエネルギへシフトさせ及び／又は第２高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて第３高調波周波数レーザエネルギを生成することを使用する段階とを含む。
【００１４】
本発明のこれらの利点及び他の利点は、本発明の以下の詳細な説明及び添付図面から当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザ発振器を示す図である。
【図２】１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを組み合わせた照明器を示す図である。
【図３】テーパ状端部を有する大径ファイバを示す図である。
【図４】フォトニック結晶ファイバの断面の３つの例を示す図である。
【図５】単一の格子を使用するエネルギ拡散の一例を示しており、レーザから出る初期パルスが比較的短い期間にわたって生じて高いピーク出力を示す図である。
【図６】ポンプクラッドを使用するファイバレーザ増幅器へのハイブリッドフォトニック結晶ファイバを示す図である。
【図７】それぞれが同様の出力周波数値を有する複数のファイバレーザ増幅器を含む照明器を示す図である。
【図８】略同じ出力周波数を有する異なる形態の複数のファイバレーザ増幅器を示す図である。
【図９】複数のファイバレーザ増幅器を備える照明器であって、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する照明器を示す図である。
【図１０】異なる出力周波数を有する複数のファイバレーザ増幅器の他の形態を示す図である。
【図１１】ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成する装置を有する照明器を示す図である。
【図１２】ファイバレーザ発振器を示す図である。
【図１３】能動強度変調器を有するリング状に構成されたファイバレーザを示す図である。
【図１４】ポンプクラッドを組み込む光ファイバの４つの断面を示す図である。
【図１５】エンドポンピングの一例を示す図である。
【図１６】レーザダイオードがポンプコンバイナの使用を伴わずにエンドからファイバをポンプするファイバレーザ発振器を示す図である。
【図１７】サイドからポンプするレーザ発振器を示す図である。
【図１８】４つの周期の複数の例を伴う異なる格子周波数を有する格子を示す図である。
【図１９】チャープ格子を示す図である。
【図２０】中実コアを有する偏光保持ファイバの１つのタイプを示す図である。
【図２１】偏光保持フォトニック結晶ファイバの２つの断面を示す図である。
【図２２】全てが同じ或いは類似の波長を使用する２つのファイバレーザ増幅器及び２つのファイバレーザ発振器を示す図である。
【図２３】異なる波長を使用する２つのファイバレーザ増幅器及び２つのファイバレーザ発振器を示す図である。
【図２４】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、及び周波数変換媒体を備える照明器を示す図である。
【図２５】入力光が結晶に入る状態の複屈折性結晶を示す図である。
【図２６】磁区の方向が連続領域で交互になっている周期分極反転強磁性体を示す図である。
【図２７】２つのファイバレーザ増幅器に供給する単一のレーザ発振器を示す図である。
【図２８】いずれも同じ或いは類似する周波数を増幅する２つのファイバレーザ増幅器に供給するレーザ発振器を含む照明器を示す図である。
【図２９】それぞれがレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する２つのファイバレーザ増幅器に供給するレーザ発振器を有する照明器を示す図である。
【図３０】２つのレーザ発振器、２つのファイバレーザ増幅器、及び２つの周波数変換媒体を有する照明器を示す図である。
【図３１】２つのレーザ発振器、２つのファイバレーザ増幅器、及び２つの周波数変換媒体を有し、２つのレーザ発振器が異なる波長を発してもよい照明器を示す図である。
【図３２】その後に２つの周波数変換媒体に対して供給する単一のファイバレーザ増幅器に供給する単一のレーザ発振器を示す図である。
【図３３】１つの周波数変換媒体から出て他の周波数変換媒体で第２の段階の周波数変換を受けるビームを示す図である。
【図３４】ファイバレーザ増幅器に入るレーザ発振器からの光を示す図である。
【図３５Ａ】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び時間シフト媒体を示す図である。
【図３５Ｂ】時間シフト媒体としての格子を示す図である。
【図３６】ビームスプリッタ及び時間シフト媒体としての機能を果たす１つ以上の反射面を示す図である。
【図３７】時間シフト媒体としての機能を果たすエタロンを示す図である。
【図３８】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び空間平滑化媒体を示す図である。
【図３９Ａ】第１の空間平滑化媒体を示す図である。
【図３９Ｂ】第２の空間平滑化媒体を示す図である。
【図４０Ａ】空間平滑化媒体の第１の更なる例を示す図である。
【図４０Ｂ】空間平滑化媒体の第２の更なる例を示す図である。
【図４０Ｃ】空間平滑化媒体の第３の更なる例を示す図である。
【図４１】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及びスペクトルシフト媒体を示す図である。
【図４２Ａ】フォトニック結晶フィルタを示す図である。
【図４２Ｂ】様々なスペクトルシフト媒体の断面を示す図である。
【図４３】ガスを収容するセルを有するスペクトルシフト媒体を示す図である。
【図４４】レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、周波数変換媒体、及び像中継システムを含む照明サブシステムを示す図である。
【図４５Ａ】図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置してもよい像中継システムの例を示す図である。
【図４５Ｂ】図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置してもよい像中継システムの例を示す図である。
【図４６】一般に暗視野イメージング用に形成された像中継システムを示す図である。
【図４７】基本周波数及び第４高調波を混合することによるホウ酸セシウムリチウム（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０すなわちＣＬＢＯ）における非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【図４８】ラマンシフトされた第４高調波と基本周波数とを混合することによるＣＬＢＯにおける非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【図４９】基本周波数と第３高調波とを混合することによるＣＬＢＯにおける非臨界位相整合によってサブ２１３ｎｍレーザエネルギを生成するステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面の図において、発明を限定的ではなく一例として説明する。
【００１７】
この構造によれば、少なくとも１つのレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を備えるウエハ検査システム又はフォトマスク検査システムのための照明器が提供される。レーザ発振器は固体レーザ又は半導体ダイオードレーザであってもよく、また、レーザ発振器は、ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成するための手段を組み込んでもよい。照明器の性能を高めるために、ピーク出力低減ハードウェア、周波数変換媒体、空間シフト媒体、空間平滑化媒体、像中継ハードウェア、時間シフト媒体を含むが、これらに限定されない様々な装置が使用されてもよい。
【００１８】
また、この構造は高性能光源を提供することができ、その場合、光エネルギを生成するための新規な方法が提供される。方法は、基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成する段階とを含む。混合は、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる。
【００１９】
他の実施形態は、他の基本周波数の基本光エネルギを生成する段階と、基本周波数レーザエネルギの一部を例えばラマン線のレーザエネルギへシフトさせ及び／又は第２高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて第３高調波周波数レーザエネルギを生成することを使用する段階とを含む。
【００２０】
＜ファイバベースの照明器＞
図１及び図２は、ウエハ又はフォトマスク検査システムのための照明器を示している。図１はレーザ発振器１０１を示しており、一方、図２は、１つ以上のレーザ発振器２０１と１つ以上のファイバレーザ増幅器２０２とを組み合わせる更にやや複雑な照明器を示している。この構造は、利得媒体が光ファイバを備えるウエハ検査システム又はフォトマスク検査システムのための照明器である。光学結晶の付加を伴う光ファイバ技術は、狭帯域光を広げることにより或いは光を１つの狭帯域波長から他の狭帯域波長へとシフトさせることにより光波長の調整を可能にする。
【００２１】
また、この構造は、検査のためにウエハ又はフォトマスクを照明しようとするものであり、１つ以上のレーザを使用してコヒーレント光を生成し、その後、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅することを含む。特定の実施形態において、構造は、後述するようにファイバレーザ増幅器内でシングルモード伝搬を維持してもよい。
【００２２】
ファイバレーザ増幅器２０２のパワーハンドリング能力は、比較的大きな直径を有するファイバを使用することにより高められてもよいが、これは波面の質を低下させる可能性があり、また、ファイバレーザ増幅器２０２がマルチモード挙動を示す場合がある。この構造において、ファイバレーザ増幅器２０２は、図３に示されるようにテーパ状端部を有する大径ファイバを備えていてもよい。光子は、大面積入力部３０１を通じてテーパ領域に入る。コア３０４のサイズはテーパ領域３０２で減少し、一方、クラッド３０３のサイズは減少してもよく或いは一定のままであってもよい。テーパ状端部は、ファイバレーザ増幅器において高次モードを抑える傾向がある。ビームは、ファイバから出て、出力部３０５へ向けてシングルモードで伝搬し、出力部３０５を通過する。
【００２３】
他の構造は、フォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことにより或いは変性屈折率プロファイルを有する光ファイバを組み込むことにより、シングルモードを伴う高品質波面（すなわち、ガウスビームプロファイル）を与える。フォトニック結晶ファイバはマルチコアファイバであってもよい。図４は、フォトニック結晶ファイバ４０１、４０２及び４０３の断面の３つの例を示している。３つの全ての例において、灰色領域はガラス又はドープガラスを表わしており、白色領域は空気を表わしている。第１のファイバ４０１は、ドープファイバコア４０６と、外側クラッド４０４と、リング形態で配置された空気クラッドの複数のチャネル４０５とを示している。第２のファイバ４０２及び第３のファイバ４０３は、ハニカム形態で配置された空気クラッドチャネルを示している。これらの形態は、一般に、ファイバ長に沿って空間的に均一である。空気クラッドチャネル４０５は、約５０ミクロンよりも大きい直径を有するファイバ内でシングルモードを有する高品質波面を容易にする。
【００２４】
モード領域は増大されてもよい。ここで、モード領域は、光ファイバ媒体によって占められる領域であり、シングルモード出力は、ファイバレーザ増幅器を曲げることによって、ファイバレーザ増幅器の端部をテーパ状にすることによって或いはファイバレーザ増幅器２０２の屈折率を変えることによってファイバレーザ増幅器２０２内で得られる。
【００２５】
レーザ発振器２０１の帯域幅内で、ファイバレーザ増幅器２０２を増幅させるための周波数は、イッテルビウム、エルビウム、ツリウム、ネオジム、プラセオジム、又は、ホルミウムなどの適切なランタニド元素でファイバレーザ増幅器２０２をドープすることによって評価されてもよい。
【００２６】
非線形効果は、ファイバレーザ増幅器から出る狭帯域光を広げる可能性があり、一般に望ましくない。広帯域光は、その後の周波数変換プロセスの効率を低下させる可能性がある。この構造において、非線形効果は、光エネルギパルスがファイバレーザ増幅器２０２に入る前にパルスを拡張させる（経時的に）ことにより、或いは、比較的大きなシングルモード出力を生成できるファイバを使用することにより扱われる。比較的大きなシングルモード出力は、ポンプクラッドを有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込むことによって得ることができる。
【００２７】
パルスのエネルギを経時的に広げることにより、パルスの全エネルギは維持されるが、ピーク出力が減少する可能性がある。図５は、単一格子を使用したエネルギ拡散の一例を示している。この場合、レーザから出る初期パルス５０１は、比較的短い期間にわたって起こり、高いピーク出力を示す。初期パルス５０１は格子５０２を通過することができる。その後のパルス５０３は、長い期間にわたって起こり、類似した全エネルギを有することができるが、低いピーク出力を有する。集束レンズ５０４は、パルスレーザビームをファイバ増幅器５０５へ合焦させることができる。マルチプルパス形態又はマルチプルパルス形態のミラーなどの反射面に加えて、複数の格子が使用されてもよい。
【００２８】
エネルギ拡散を達成するため、この構造は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成し、レーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチしてパルス出力ビームを形成し、パルス出力ビームのパルスを広げ、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅させることにより、ウエハ又はフォトマスクなどの試験片を照明してもよい。なお、この構成では、前述の構造によって複数のレーザ発振器が使用されてポンプされてもよい。モードロッキング及びｑスイッチングは当業者に公知のレーザ技術であるが、一般に、モードロッキングは、レーザ内で各モード毎にレーザエネルギ量を変調して、所望の特性を有するエネルギバーストを選択的に生成することを含む。Ｑスイッチングは、比較的高いレベルの反転（光学利得及びエネルギ蓄積）をレージング媒体で得ることができるまでレージング作用を防止するためにレーザ装置の光学共振器部分で使用されてもよい。
【００２９】
ファイバレーザ増幅器で非線形効果を回避するために使用される第２の技術は、モード領域を増大させることである。この構造は、図６に示されるポンプクラッドを使用してハイブリッドフォトニック結晶ファイバをファイバレーザ増幅器２０２に組み込んでもよい。比較の目的で、図６は、小さなシングルモードを有するビームを可能にする従来のシングルモードファイバ６０１を示している。従来のシングルモードファイバ６０１は、外側クラッド６０２を持つ比較的小さなドープファイバコア６０３を有する。ポンプクラッド６０４を有するハイブリッドフォトニック結晶ファイバは、レーザシングルモードビームを伝搬させることができるとともに、フォトニック結晶構造を有するドープファイバコア６０７、ポンプクラッド６０６、及び外側クラッド６０５を含んでもよい。
【００３０】
複数のファイバ増幅照明器は、増大された出力又は増大された数の利用可能な波長を与えることができる。図７は、それぞれが同様の出力周波数値を有する複数のファイバレーザ増幅器を含む照明器を示している。図７から分かるように、照明器は、２つのレーザ発振器７０１及び７０３ならびに、２つのファイバレーザ増幅器７０２及び７０４を含んでもよい。両方のレーザ発振器７０１、７０３は同様の中心周波数λ１を生成する。ここで、添え字「１」は、レーザ発振器７０１及び７０３の出力が増幅されないことを示している。両方のファイバレーザ増幅器７０２及び７０４は略同じ周波数を有する光を増幅する。λ１の前の文字「Ｘ」は、増幅器がレーザの出力の強度に係数を乗じたことを示している。
【００３１】
また、図８は、異なる形態の略同じ出力を有する複数のファイバレーザ増幅器を示している。図８から分かるように、照明器は、２つのファイバレーザ増幅器８０２及び８０３に供給する１つのレーザ発振器８０１を含んでもよい。両方のレーザ増幅器８０２及び８０３は、略同じ周波数を増幅する。図８の形態は、レーザ発振器８０１から２つのファイバレーザ増幅器８０２及び８０３へ出力光を供給するためにビームスプリッタ８０４又は他の装置を必要としてもよい。図７及び図８における形態は、利用可能な出力を増大させることができ、或いは、同じ検査システム内で明視野イメージング及び暗視野イメージングを可能にするために、略同じ周波数を有する光の複数のチャネルを供給することができる。
【００３２】
図９は、複数のファイバレーザ増幅器を備える照明器を示しており、特定のファイバレーザ増幅器が異なる出力周波数を有する。図９は、２つのレーザ発振器９０１及び９０３と２つのファイバレーザ増幅器９０２及び９０４を有する照明器を示している。両方のレーザ発振器９０１及び９０３は同様の中心周波数（λ１）を生成する。第１のファイバレーザ増幅器９０２は、第１のレーザ発振器９０１の利得帯域幅内で１つの波長λ１を選択的に増幅してもよく、また、第２のファイバレーザ増幅器９０４は、第２のレーザ発振器９０３の利得帯域幅内で異なる波長λ２を選択的に増幅する。
【００３３】
図１０は、異なる出力周波数を有する複数のファイバレーザ増幅器の代替的な形態を示している。図１０は、１つのレーザ発振器１００１ならびに２つのファイバレーザ増幅器１００２及び１００３を有する照明器を示している。第１のファイバレーザ増幅器１００２は、レーザ発振器１００１の利得帯域幅内で１つの波長λ１を有する光を選択的に増幅する。第２のファイバレーザ増幅器１００３は、同じレーザ発振器１００１の利得帯域幅内で異なる波長λ２を有する光を選択的に増幅する。この代替的な形態は、レーザ発振器１００１から２つのファイバレーザ増幅器１００２及び１００３へと出力光を供給するために、ビームスプリッタ１００４又は他の装置を使用することができる。図９及び図１０の形態は、異なる材料及び異なる厚さを有する層の検査を容易にすることができる。
【００３４】
図９及び図１０の装置は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光のビームを生成し、コヒーレント光の前記ビームを複数のサブビームに分けるとともに、複数のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光のサブビームを増幅させることにより、ウエハ又はフォトマスクなどの試験片を照明するために使用されてもよい。或いは、ファイバレーザ増幅器は、レーザ発振器の利得帯域幅内で同じ或いは同様の波長を増幅してもよい。他の実施形態は、レーザ発振器の利得帯域幅内で異なる波長を増幅する各ファイバレーザ増幅器を伴ってもよい。
【００３５】
一般に、図７〜図１０の形態と類似する形態では、任意の数のレーザ発振器及びファイバレーザ増幅器が使用されてもよく、また、そのような構造は、コスト及び性能において特定のトレードオフに直面する場合がある。
【００３６】
レーザ発振器２０１は、実質的には固体レーザや半導体ダイオードレーザなどの任意のタイプのレーザであってもよい。半導体レーザは、一般に、数百ミリワットの出力と、６００〜９００ｎｍの中心波長を有する。
【００３７】
ウエハ及びフォトマスク上の小さな特徴の高分解能検査は、比較的短い波長を有する光によって促進させることができる。特定のタイプの検査は、ファイバレーザ増幅器によって出力される光周波数を変換するためのハードウェアを有する照明器を必要とする可能性がある。効率的な周波数変換は、一般に、比較的高いピーク出力を必要とし、また、比較的高いピーク出力の生成は、ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列を形成するための１つ又は複数の装置を使用してもよい。
【００３８】
図１１は、少なくとも１つのレーザ発振器１１０１と、少なくとも１つのファイバレーザ増幅器１１０２と、ｑスイッチ或いはモードロックパルス列形成装置１１０３を有する検査システムのための照明器を示している。図１１の装置を使用する照明は、レーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成し、前記１つ又は複数のレーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチしてパルス状の出力ビームを形成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅することを含んでもよい。
【００３９】
高いピーク出力は、一般に、効率的な周波数変換において有用であるが、ビームにおけるピーク出力は繰り返し率に反比例する。したがって、比較的低い繰り返し率が比較的高いピーク出力を生み出す。高い繰り返し率は、試験片から反射される信号或いは試験片を通じた信号を取得するために使用される時間領域積分（ＴＤＩ）センサの性能を高めることができる。
【００４０】
ｑスイッチされた或いはモードロックされたパルス列１１０３の形成は、受動素子又は能動素子を使用してもよい。受動素子は、例えば、半導体材料又はカーボンナノチューブから形成される可飽和吸収体であってもよい。能動素子は、例えば、音響光学変調器、電気光学変調器、反射率が制御された能動ミラー、或いは、電子スイッチであってもよい。
【００４１】
図１２はファイバレーザ発振器１２０６を示しており、この場合、ブラケットは、ブラケットの右側にある全ての構成要素が協働してファイバレーザ発振器を形成することを示している。１つのミラーは、ｑスイッチされ或いはモードロックされたパルスを生成する可飽和吸収体１２０１であってもよい。可飽和吸収体１２０１は、連続波レーザから光を受けるときに短いタイムスケールにわたって吸収性から反射性へと変化するｎドープ及びｐドープが交互になされた約５０〜８０個の範囲の層を有する半導体材料から、一般的には、ガリウムヒ素ヘテロ構造から形成されるブラッグリフレクタであってもよい。可飽和吸収体１２０１とドープファイバ１２０５との間にコリメータレンズ１２０７が位置されてもよく、或いは可飽和吸収体１２０１がドープファイバ１２０５に対して直接に貼り付けられてもよい。
【００４２】
可飽和吸収体１２０１は、一般に、ファイバの長さに応じて約５〜１００ＭＨｚを越える範囲の繰り返し率を与えてもよい。可飽和吸収体１２０１がキャビティの往復時間よりも速く動作する限り、キャビティの長さが繰り返し率を決定する。この構成において、１．８７５メートルのファイバ長は、一般に、約８０ＭＨｚの範囲のある場所の繰り返し率をもたらす。
【００４３】
ファイバレーザ発振器１２０６の第２のミラーは出力格子１２０４である。複数のレーザダイオード１２０２が利得媒体をポンプしてもよく、ドープファイバ１２０５がポンプクラッドによって取り囲まれてもよい。ポンプコンバイナ１２０３は、光をレーザダイオード１２０２から、ドープファイバ１２０５を取り囲むポンプクラッドへと方向付けてもよい。
【００４４】
図１３は、能動強度変調器１３０２を有するリング状に構成されたファイバレーザ発振器１３０１の一例を示している。ファイバリング共振器１３０３は、ポンプクラッドを有する光ファイバを含んでもよい。２つのレーザダイオード１３０４がポンプエネルギを供給する。図示のようにドープファイバ１３０５が設けられていてもよい。
【００４５】
この構造は、１つ以上のファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成することにより照明してもよい。ファイバレーザ発振器は比較的コンパクトで安価となりやすい。照明器は、１つ以上のレーザ発振器と１つ以上のファイバレーザ増幅器とを含んでもよく、その場合、少なくとも１つのレーザ発振器がファイバレーザ発振器である。例えば、図２のレーザ発振器２０１のうちの１つ以上がファイバレーザ発振器であってもよい。この構造は、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器との組み合わせを含んでもよい。そのような構造は、少なくとも１つのファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅してもよい。ファイバレーザ発振器とファイバ増幅器との組み合わせは、比較的高い出力及び高いビーム品質を与える傾向がある。
【００４６】
少なくとも１つのファイバレーザ発振器と少なくとも１つのファイバレーザ増幅器とを有する照明器は、ファイバレーザ発振器のためのポンピングシステムとして１つ以上のレーザダイオード１２０２を含んでもよい。この個々のレーザダイオード１２０２は一般に１〜５ワットの範囲のエネルギを生成する。レーザダイオード１２０２のバー又は配列は１０〜４０ワットの範囲で生成することができる。レーザダイオード１２０２は、光ファイバの吸収ピーク付近の波長で光エネルギを生成してもよい。ポンプダイオードは、ファイバレーザ発振器よりも短い波長を有する光を発してもよい。
【００４７】
密接に関連する構造は、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ増幅器とを備え、且つファイバレーザ発振器又はファイバレーザ増幅器のいずれかがポンプクラッドを組み込む検査システムのための照明器である。図１４は、ポンプクラッドを組み込む光ファイバの４つの断面１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４を示している。各断面において、内部の白い円はドープファイバコア１４０５を表わしている。暗い或いは黒い領域は外部クラッド１４０７を表わしている。中間又は灰色の領域はポンプクラッド１４０６を表わしている。
【００４８】
ポンプクラッド１４０６は、ポンプ光を伝搬させることができるようにドーピングを伴わない光ファイバを含む。ポンプクラッド１４０６は、ファイバの長さの下側へポンプ光を案内する。ポンプ光がドープファイバコア１４０５を通じて複数間反射し、それにより、ドープファイバコア１４０５がポンプ光を吸収する可能性が高くなる。ポンプクラッド１４０６は、ドープファイバコア１４０５の長さの全体にわたって均一な吸収を容易にする。吸収は、断面１４０２に示されるようにファイバアセンブリの中心から離れて、ドープファイバコア１４０５を位置させることにより高められる。非対称な光ファイバ形態１４０３及び１４０４は、対称な断面形態１４０１と比べて吸収を増大させることができる。
【００４９】
この構成を用いて、照明は、ファイバレーザ発振器をポンプしてコヒーレント光を生成するとともに、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅することを含んでもよい。ポンピングは、ポンプクラッドを使用してファイバレーザ発振器をポンプすることを含んでもよい。ポンプ光は、発振器のエンドから光をポンプすることによりファイバレーザ発振器に注入されてもよい。図１５はエンドポンピングの１つの例を示している。入力ポンプ光１５０１はファイバレーザ発振器の左側に入る。断面図は、屈折率が最も高いドープファイバコア１５０２、中心の白色領域、屈折率が中程度のポンプクラッド１５０３、ドープファイバコアを取り囲む中間の或いは灰色の領域、及びファイバの外側の暗い或いは黒い領域によって表わされる屈折率が低い外側クラッド１５０４を示している。ポンプクラッド１５０３は、ポンプレーザ光子吸収を高めることができるとともに、ファイバレーザ発振器の全体にわたって吸収の空間的均一性を高めることができる。なお、図１２もポンプクラッドを使用したファイバレーザ発振器のエンドポンピングを示している。幾つかのレーザダイオード１２０２がポンプエネルギに寄与し、また、ポンプコンバイナ１２０３がエネルギをポンプクラッドへ方向付ける。エンドポンピングは、ファイバレーザ増幅器及びファイバレーザ発振器に適用されてもよい。
【００５０】
図１６は、ポンプコンバイナを使用することなくレーザダイオード１６０２がエンドからファイバをポンプするファイバレーザ発振器又は増幅器１６０１の図を示している。ファイバ内で生じる光からポンプ光を分離するためにダイクロイックミラー１６０３が使用されてもよい。
【００５１】
ポンプ光は、サイドからファイバレーザ発振器内に交互に注入されてもよい。図１７は、サイドからのポンピングの１つの実施形態を示している。ポンプダイオード入力１７０４は、プリズム１７０５及び屈折率整合流体又は機械的なカップリング１７０６を通じてファイバレーザ発振器の左上に入る。プリズム１７０５の屈折率は、ポンプクラッド１７０２の屈折率と一致していてもよく或いは屈折率に近くてもよい。屈折率整合流体１７０６は、プリズム１７０５とポンプクラッド１７０２との間の空気と置き換わって反射を最小限に抑えてもよい。
【００５２】
構造は、ファイバレーザ発振器のための出力カップリングミラーとしての機能を果たすファイバブラッグ格子を図１２の格子１２０４として使用してもよい。そのような構造では、ファイバレーザ発振器における少なくとも１つのミラーが格子を含んでもよい。格子の構造はミラー又は反射面の反射率にかなりの影響を与える。これは、ミラーにおける周期の数が大きくなればなるほど、反射率も大きくなるからである。また、格子は、ファイバレーザ発振器の広帯域光をフィルタ処理することもできる。周期同士の間の間隔は、利得を受けるファイバの利得帯域幅内の周波数を決定する。そのような構造により、ファイバレーザ発振器が狭帯域出力を有することができる。
【００５３】
また、格子は、光の群速度分散を制御することができ、それにより、パルスを壊して、増幅器に入る光のピーク出力を下げる。増幅器に入る光のピーク出力を下げると、増幅器の線形動作を維持することができる。また、格子は、ファイバレーザ発振器が幾つかの別個の狭帯域波長で光を発するように作用してもよい。このようにすると、単一のファイバレーザ発振器が多数の検査波長を供給できる。したがって、照明器は、異なる格子周波数を使用する格子を含んでもよい。
【００５４】
図１８は、４つの周期１８０２、１８０３、１８０４及び１８０５の複数の例を伴う異なる格子周波数を有する格子１８０１を示している。このタイプの格子により、ファイバレーザ発振器は、発振器の利得帯域幅内の４つの別個の波長の狭帯域光を発することができ、それぞれの別個の波長は４つの周期のうちの１つに対応している。
【００５５】
格子によってファイバレーザ発振器が広帯域光を発することができてもよい。そのような構造は、チャープ格子、例えば図１９のチャープ格子１９０１を有するファイバレーザ発振器を含む。そのような構造は、連続的に変化する周期を与えることができ、それにより、ファイバレーザ発振器が広帯域出力を有する。
【００５６】
短波長光エネルギの利益を享受する特定の用途では、周波数変換結晶を通じて光が伝えられてもよい。周波数変換結晶は、単一の偏光度を示す光エネルギに位相整合を与える。そのような構造において、照明器は、偏光保持ファイバを有するファイバレーザ発振器を含んでもよい。図２０は、中実コアを有する偏光保持ファイバの１つのタイプを示している。中心の白色領域はドープファイバコア２００４である。ドープファイバコア２００４を取り囲む灰色又は中間の領域はポンプクラッド２００３である。ポンプクラッドを取り囲む黒色又は暗い領域は外部クラッド２００２である。また、構造は、非対称構造を有する異なる材料２００１を含み、或いは、中実コアの断面の対称性を低下させるように構成されている。異なる材料２００１は、中実コアを複屈折にする内部応力を形成し、その結果、１つの偏光の光を好むファイバが得られる。異なる材料２００１は例えばガラス又はポリマーであってもよい。
【００５７】
図２１は、偏光保持フォトニック結晶ファイバ２１０１及び２１０２の２つの断面を示している。第１のファイバ２１０１の断面内において、図２１は、ドープファイバコア２１０６と、空気クラッド２１０５と、外部クラッド２１０４とを示している。ファイバは、非対称構造を有する他の材料２１０３を含んでもよい。第２のファイバ２１０２の断面内では、空気チャネルが非対称に配置されてもよい。これらの両方の形態２１０１及び２１０２により、フォトニック結晶ファイバは単一偏光の光を好むようになる。したがって、ファイバレーザ発振器又はファイバレーザ増幅器内で光エネルギ偏光が制御されてもよい。
【００５８】
この構造では複数のファイバレーザ発振器が使用されてもよい。同じ波長を有する複数のファイバレーザ発振器を使用して、利用可能な出力を増大させ、或いは、明視野及び暗視野イメージングのための別個のチャネルを与えてもよい。したがって、照明器において、ファイバレーザ発振器は同じ或いは類似の発光波長を有してもよい。
【００５９】
図２２は、２つのファイバレーザ発振器２２０１及び２２０３ならびに２つのファイバレーザ増幅器２２０２及び２２０４を示している。両方のファイバレーザ発振器２２０１、２２０３が同じ発光波長（１λ１）を有し、両方のファイバレーザ増幅器が同じ発光波長（Ｘλ１）を有する。添字「１」は、ファイバレーザ発振器２２０１及び２２０３からの出力が増幅されないことを示している。「Ｘ」値は、ファイバレーザ増幅器２２０２及び２２０４からの出力がＸの値だけ増幅されることを示している。
【００６０】
図２３は、２つのファイバレーザ発振器２３０１及び２３０３ならびに２つのファイバレーザ増幅器２３０２及び２３０４を示している。両方のファイバレーザ発振器２３０１及び２３０３が同じ或いは類似の発光波長（１λ１）を有する。第１のファイバレーザ増幅器２３０２は、第１のファイバレーザ発振器２３０１の利得帯域幅内で１つの波長（Ｘλ１）を増幅してもよく、また、第２のファイバレーザ増幅器２３０４は、第２のファイバレーザ発振器２３０３の利得帯域幅内で異なる波長（Ｘλ２）を増幅してもよい。２つのファイバレーザ発振器は、出力ビームを混合して第３の周波数のコヒーレント光を生成できる能力を与えてもよい。
【００６１】
最先端のウエハ及びフォトマスク上の小さい特徴の高分解能検査は、１９８ｎｍ又は２４８ｎｍとなり得るウエハ露光具の波長付近の波長を有する光を必要とする場合がある。ファイバ光学利得媒体を使用する検査システムは、周波数変換媒体を有する照明器の利益を享受できる。図２４は、レーザ発振器２４０１と、ファイバレーザ増幅器２４０２及び周波数変換媒体２４０３を備える照明器を示している。
【００６２】
周波数変換媒体は、ニオブ酸リチウム、βホウ酸バリウム、リチウムホウ酸バリウム、ホウ酸セシウムリチウムバリウム、又は、他の複屈折結晶などの非線形結晶であってもよい。図２５は、入力光２５０２が結晶中に入っている状態の複屈折結晶２５０１を示している。周波数変換された光２５０４及び周波数変換されていない光２５０３が結晶から出る。
【００６３】
また、周波数変換媒体は、周期分極反転ニオブ酸リチウム、マグネシウムストロンチウムニオブ酸リチウム、ＢａＭｇＦ４、又は、ＫＴＰ系列の材料（ＭＴｉＯＸＯ４、ここで、ＭはＫ、Ｒｂ又はＣｓであり、ＸはＰ又はＡｓである）などの周期分極反転材料であってもよい。図２６は、磁区の方向が連続領域で交互になっている周期分極反転強磁性体を示している。周期分極反転材料の上端２６０１では、周期の大きさが一定である。周期分極反転材料の下端２６０２では、材料の長さに沿って周期の大きさが変化し、或いは、周期的なポーリングが「チャープされている」。チャープされる結晶の代わりに、磁区が「扇型に広げられる」（Ｖ字形状をなす）周期分極反転結晶が設けられてもよい。用途に応じて他のタイプの周波数変換媒体が設けられてもよい。
【００６４】
ファイバレーザ増幅器及び周波数変換媒体を異なる場所に配置すると、光学素子の熱安定性を損なうファイバレーザ増幅器及び関連するポンプダイオードからの廃熱ができないこと、及び有効なスーペース利用を含む特定の利益を与えることができる。
【００６５】
図２７〜図３０は、レーザ発振器、ファイバレーザ増幅器、及び周波数変換媒体の様々な形態を示している。図２７は、２つのファイバレーザ増幅器２７０２及び２７０３に供給する単一のレーザ発振器２７０１を示している。両方のファイバレーザ増幅器２７０２及び２７０３からの増幅光が同じ周波数変換媒体２７０４に入ってもよい。図２７の構造は、周波数変換ステップの前に付加的な増幅を与えることができる。図２８は、いずれも同じ或いは類似する周波数を増幅する２つのファイバレーザ増幅器２８０２及び２８０３に供給するレーザ発振器２８０１を含む照明器を示している。各ファイバレーザ増幅器が単一の周波数変換媒体に供給してもよい。第１のファイバレーザ増幅器２８０２が１つの周波数変換媒体２８０４に供給してもよく、一方、第２のファイバレーザ増幅器２８０３が他の周波数変換媒体２８０５に供給してもよい。そのような構造は、同じ或いは類似する波長を示す２つの周波数逓倍ビームを供給することができるとともに、高分解能を有する暗視野及び明視野検査の両方を可能にする検査システムで使用されてもよい。
【００６６】
図２９は、それぞれがレーザ発振器の利得帯域幅内の異なる波長を増幅する２つのファイバレーザ増幅器２９０２及び２９０３に供給するレーザ発振器２９０１を有する照明器を示している。各ファイバレーザ増幅器がそれ自体の周波数変換媒体に供給してもよい。ファイバレーザ増幅器２９０２が周波数変換管媒体２９０４に供給してもよく、一方、ファイバレーザ増幅器２９０３が周波数変換媒体２９０５に供給してもよく、それにより、異なる波長を有する２つの周波数逓倍ビームが供給される。
【００６７】
図３０は、２つのレーザ発振器３００１及び３００２ならびに２つのファイバレーザ増幅器３００３及び３００４と、２つの周波数変換媒体３００５、３００６を有する照明器を示している。両方のレーザ発振器が同じ或いは類似する波長を発し、また、両方のファイバレーザ増幅器が同じ或いは類似する波長を増幅する。この形態は、検査システムのための付加的な出力を与え、或いは検査システムが明視野検査のための１つの周波数逓倍ビームと暗視野検査のための同じ周波数を有する他の周波数逓倍ビームとを供給できるようにする。
【００６８】
図３１は、２つのレーザ発振器３１０１及び３１０２、ならびに２つのファイバレーザ増幅器３１０３及び３１０４、ならびに２つの周波数変換媒体３１０５及び３１０６を有する照明器を示している。２つのレーザ発振器が異なる波長を発してもよい。周波数変換後、照明器は、異なる波長を有する周波数逓倍ビームを供給してもよい。この形態は、高分解能検査のための２つの波長を供給できる。
【００６９】
コヒーレント光の周波数の変換は、第２高調波、第３高調波又は第４高調波又は更に高い高調波の生成を伴うことができる。複数の段階の周波数変換が有利な場合がある。例えば、ファイバレーザ増幅器から出る赤外光は、リチウムホウ酸バリウム又は周波数分極反転材料の結晶に入射してもよい。この第１の周波数逓倍媒体から出る周波数逓倍光は、βホウ酸バリウム又はホウ酸セシウムリチウムバリウムの結晶などの第２の周波数逓倍媒体に入ってもよい。第２の周波数変換段階から出る光は、ウエハステッパ又はスキャナの波長に近い波長を有してもよい。ファイバレーザ発振器は、比較的十分な位置決め安定性を与えるとともに、ガウスプロファイルを有するビームを発する。
【００７０】
したがって、ウエハの照明は、レーザ発振器をモードロックし或いはｑスイッチして、結果として得られるコヒーレント光を少なくとも１つのファイバレーザ増幅器を用いて増幅するとともに、コヒーレント光の周波数を変換することを伴ってもよい。図３２は、単一のファイバレーザ増幅器３２０２に供給する単一のレーザ発振器３２０１を示しており、ファイバレーザ増幅器３２０２は、その後、２つの周波数変換媒体３２０３及び３２０４に供給する。構造は、レーザファイバ発振器をモードロックし或いはｑスイッチして、ファイバレーザ増幅器を用いてコヒーレント光を増幅するとともに、増幅されたビームを２つ以上のサブビームに分割して、各サブビームの周波数を変換することにより照明してもよい。
【００７１】
各サブビームの周波数は、図３２に示されるように同じ周波数へ変換されてもよく、或いは、図３３に示されるように異なる周波数へ変換されてもよい。この場合、一つの周波数変換媒体３３０３から出るビームは、他の周波数変換媒体３３０５において第２の段階の周波数変換を受ける。いずれの場合にも、複数の周波数逓倍ビーム（multiple frequency-doubled beams）の存在は、今までに例のない自由度を検査システムに対して与える。
【００７２】
周波数変換媒体は入射光の一部だけを変換する。媒体は、逓倍周波数（doubled frequency）を有する何らかの光と、残留基本周波数光と呼ばれる何らかの変換されていない光とを発してもよい。この残留基本周波数光を増幅すると、増幅された残留基本周波数光を他の周波数変換結晶に対して供給できるといったような、特定の利点が得られる。図３４は、ファイバレーザ増幅器３４０２に入るレーザ発振器３４０１からの光を示している。増幅された光（ｘλ１）は周波数変換媒体３４０３に入ってもよい。周波数逓倍光（λ２）は残留基本周波数光（λ１）として周波数変換媒体から出てもよい。残留基本周波数光はファイバレーザ増幅器３４０４に入ってもよい。或いはファイバレーザ増幅器３４０４から出る光は他の周波数変換媒体３４０５に入ることができる。
【００７３】
したがって、この構造は、更なるファイバレーザ増幅器を使用して、周波数変換プロセスからの残留基本周波数光を、インライン照明目的で供給されるものよりも大きく増幅することを含んでもよい。そのような構造は、増幅された残留基本周波数光の周波数を変換することによって強化されてもよい。
【００７４】
ビームの周波数は、セシウムリチウムサファイアなどの結晶を通じてビームを送ることにより調整されてもよい。セシウムリチウムサファイア結晶が２６６ｎｍの波長を有する入力光を受ける場合、結晶は、結晶に関連する角度態様に応じて２６６ｎｍ〜３２０ｎｍの波長を有する光を発することができる。そのような構造は、前述した構造における周波数変換光の周波数を調整させることができる。
【００７５】
複屈折結晶は、ビームの出力が特定の閾値を超えるときに入射ビームの周波数を変換することができる。増幅器は、周波数変換前にビームの出力を増大させるために設けられてもよい。ある場合には、試験片を傷つけることを避けるため、周波数変換された光のピーク出力を下げるためのハードウェアが設けられてもよい。したがって、そのような構造は、時間シフト媒体（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ）を含んでもよい。時間シフト媒体は、照明パルスを経時的に広げ、それにより、そのピーク出力を減少させる。図３５Ａは、レーザ発振器３５０１、ファイバレーザ増幅器３５０２、周波数変換媒体３５０３及び時間シフト媒体３５０４を示している。時間シフト媒体３５０４は、格子、エタロン、１つ以上のビームスプリッタ、又は、ビームスプリッタとミラーなどの反射面との組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な形態をとってもよい。図３５Ｂから分かるように、格子３５０６は、経時的にパルスを効果的に引き延ばす時間シフト媒体としての機能を果たすことができる。パルス幅Ｔを有する入力パルス３５０７が格子３５０６に入ってもよい。格子３５０６は、光が距離２Ｌを移動するために必要な時間だけ、出て行くパルス３５０８の一方側を遅らせ、それにより、パルスのピーク出力を下げてもよい。
【００７６】
図３６は、ビームスプリッタ３６０１及び３６０２ならびに１つ以上の反射面３６０３がどのように時間シフト媒体としての機能を果たすことができるのかを示している。ビームは、周波数変換媒体などの伝達装置３６０４から図３６に入る。ビームスプリッタ３６０１及び３６０２ならびに反射面３６０３により、各パルスの一部が異なる経路をとり、それにより、１０ナノ秒遅延し、或いは２０ナノ秒遅延し、或いは、これらの両方だけ遅延（３０ナノ秒の遅延）する。この構成は、パルスを分割して引き延ばし、それにより、ビームのピーク出力を減少させる。遅延がパルス幅を超える場合には、ビームスプリッタが１つのパルスを別個のパルスからなる列へと分割する。そのような構造は、反射面を伴って或いは伴うことなく、任意の数のビームスプリッタを使用して実施されてもよい。
【００７７】
図３７は、時間シフト媒体としての機能を果たすエタロン３７０１を示している。この構造のエタロン３７０１は、反射率が比較的高い表面３７０２と反射率が比較的低い表面３７０３とを有するガラスのブロックである。入射パルス３７０４が低反射率面３７０３にぶつかり、その光の一部が低反射率面３７０３から反射される。光の残りの部分は、低反射率面３７０３を通過して、高反射率面３７０２に突き当たり、外部へ反射される。エタロン３７０１内で光子が何度も前後に跳ね返り、その度に光子の一部が逃げる。このようにして、エタロン３７０１は、１つのパルス３７０４を一連の反射パルス３７０５へと分割し、入射パルス３７０４のピーク出力を減少させることができる。
【００７８】
光輝度に空間的均一性を与えるため、この構造は、空間平滑化媒体を更に含んでもよい。空間平滑化媒体は、周波数変換光の輝度の空間的均一性を高めることができる。図３８は、レーザ発振器３８０１、ファイバレーザ増幅器３８０２、周波数変換媒体３８０３、及び空間平滑化媒体３８０４を示している。拡散器、回折光学素子、レンズアレー、ライトパイプ、格子、エタロン、絞り、勾配伝達素子、アポディゼーション装置、レンズ、及び他の光学部品の様々な組み合わせを含む様々な装置が空間平滑化媒体としての機能を果たしてもよい。
【００７９】
図３９Ａ及び図３９Ｂは、空間的に不均一な入力を受け且つ空間的に均一な出力を伝えるように構成されたホモジナイザロッド３９０１と集束レンズを有するレンズアレーとを含む２つの空間平滑化媒体を示している。不均一照明は、図示の方向で左からレンズアレー３９０２にぶつかる。レンズアレー３９０２は、ビームを多くのサブビームに分割する。集束レンズ３９０３は、全てのサブビームを、照明が空間的に均一なオーバーラップ面３９０４に合焦させることができる。簡単にするため、図３９Ｂは、オーバーラップ面３９０４の２つの点だけで合焦する光を示しているが、図示の形態は、オーバーラップ面の全体にわたって均一な輝度を与えるために使用されてもよい。
【００８０】
図４０Ａ、４０Ｂ及び４０Ｃは空間平滑化媒体の３つの更なる例を示している。図４０Ａにおいて、集束レンズ４００１の下流側にあるスリガラス又は回折光学素子の移動ピース４００２は、レーザビームからスペックルを除去する。スペックルという用語は、干渉によって引き起こされる短い距離スケールにわたる明暗のパターンのことである。図４０Ｂにおいて、レンズ４００４の前にある回折光学素子４００３は、空間的にほぼ均一な輝度を瞳孔面上に与えることができる。図４０Ｃの空間平滑化媒体は、瞳孔照明を形作るための回折光学素子４００６、レンズ４００７、フィールド照明を形作るための回折光学素子４００８、及び集束レンズ４００９を含んでもよい。そのような構造は、周波数変換された光の空間的均一性を高めることができる。
【００８１】
狭帯域光が広帯域光へ変換されてもよい。特定の媒体を通過する光の狭帯域ビームは、ラマン散乱及び四光波混合を受けて、スーパーコンティニュームとして知られる広帯域ビームとして媒体から出てもよい。そのような媒体は、入射光のスペクトルをシフトすることから、「スペクトルシフト媒体」と見なされる。図４１は、レーザ発振器４１０１と、ファイバレーザ増幅器４１０２、周波数変換媒体４１０３、及びスペクトルシフト媒体４１０４を示している。
【００８２】
異なる物質がスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。スペクトルシフト媒体は、フォトニック結晶ファイバ、又は、以下の元素、すなわち、重水素、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム、フッ素、及び／又は、窒素のうちの１つ以上を含むガスを備えていてもよい。また、スペクトルシフト媒体は、プラズマ、結晶、ポリマー、又は、エタノールや水酸化アンモニウムを含むがこれらに限定されない液体であってもよい。図４２は様々なスペクトルシフト媒体を示している。フォトニック結晶ファイバ４２０１はスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。フォトニック結晶ファイバ４２０２の断面は、石英ガラスマトリクス４２０４内に空気チャネル４２０３を示している。フォトニック結晶ファイバは、断面４２０５に示されるように空気チャンバがガス４２０６で満たされる場合、かなり有効なスペクトルシフト媒体としての機能を果たすことができる。他のスペクトルシフト媒体は石英ガラス毛細管４２０７である。この場合、ガス４２０９は、石英ガラス４２０８によって取り囲まれる中空コアを満たす。図４３は、ガスを収容するセル４３０１を有する他のスペクトルシフト媒体を示している。狭帯域光４３０２が左側に入り、広帯域光４３０３が右側に入る。
【００８３】
スーパーコンティニュームは、レーザをポンプしてコヒーレント光を生成し、１つ以上のファイバレーザ増幅器を使用してコヒーレント光を増幅するとともに、スーパーコンティニュームを形成するためにコヒーレント光の帯域幅を広げることによって形成されてもよい。スーパーコンティニュームを形成するために周波数変換された光及び周波数変換されない光が広げられてもよく、また、複数のビームが扱われてもよい。単一ビーム又は多重ビームの状況においてモードロッキングが使用されてもよい。
【００８４】
この構造の照明サブシステムは、照明器、及びビームを検査システムへ中継するための像中継システムの両方を含んでもよい。図４４に示されるように、照明サブシステムは、レーザ発振器４４０１、ファイバレーザ増幅器４４０２、周波数変換媒体４４０３、及び像中継システム４４０４を含んでもよい。
【００８５】
図４５は、図３９及び図４０に示される形態の下流側に位置していてもよい像中継システムの２つの例４５０１及び４５０６を示している。両方とも、結像光学素子４５０５及び４５０９における瞳孔面に対して光を供給することができる。形態４５０１は３つのレンズ４５０２、４５０３及び４５０４を使用してもよく、一方、形態４５０６は２つのレンズ４５０７及び４５０８を使用してもよい。ここに開示される照明器を像中継システムと組み合わせて照明サブシステムを形成してもよい。
【００８６】
図４５に示される像中継システムは、一般に、明視野イメージング用に形成されている。図４６に示される像中継システムは、一般に、暗視野イメージング用に形成されている。３つのレンズ４６０１、４６０２及び４６０３は協働して瞳孔面内の単一の点を照明する。
【００８７】
＜ＣＬＢＯを使用する改良型構造＞
ＤＵＶ周波数変換のためにＣＬＢＯを使用すると、高い周波数変換効率、高い損傷閾値、及び比較的良好な安定性を与えることができる。
【００８８】
高い周波数変換効率は、レーザパルスのピーク出力、結晶の非線形係数、及び結晶中の相互作用長に依存する。高いピーク出力、大きな非線形係数、長い相互作用長は、高効率変換を生み出す。高いピーク出力は、前述したようにモードロックされたファイバレーザによって供給することができる。ＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ（βホウ酸バリウム又はβＢａＢ２Ｏ４）結晶は、一般に、ＤＵＶ周波数変換に適している。いずれも適度な非線形係数を有するが、ＢＢＯは一般にＣＬＢＯよりも大きい。しかしながら、ＢＢＯにおける大きなウォークオフ角は結晶中の相互作用長を制限し、したがって、結果的な周波数変換効率を制限する。また、この大きなウォークオフ角は、ＢＢＯにおける高効率変換において低質なビームプロファイルを形成し得る。
【００８９】
非臨界位相整合が困難であり或いは不可能な場合には、ウォークオフ効果を補償して効率を大きく高めるために２つの周波数変換結晶が直列に使用されてもよい。しかしながら、２つの周波数変換結晶を使用すると、特に周波数変換プロセスのＤＵＶ部分においてコスト及び複雑度が増大する可能性もある。ＣＬＢＯを使用すると、複数の周波数変換結晶を使用しないで非臨界位相整合を使用することができる。非臨界位相整合は、ウォークオフが存在しないため、長い相互作用長を可能にする。また、周波数変換されたビームにおける空間的なビームプロファイルは、非臨界位相整合においてかなり良好である。これらの理由により、周波数変換においては、特にＤＵＶ周波数変換の最後の段階においては非臨界位相整合を使用することが望ましい。しかしながら、特定の結晶においては、臨界的或いは略臨界的な位相整合状態を生み出すことができる唯一の特定の波長組み合わせが存在する。
【００９０】
また、ＣＬＢＯなどの負一軸結晶における位相整合要件は、以下の条件が満たされることも要する。
【数１】
【数２】
【００９１】
ここで、ｎ−σは結晶の異常軸（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ａｘｉｓ）に沿う屈折率であり、ｎθは結晶の正常軸（ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｘｉｓ）に沿う屈折率である。θは、変換されるべき光の伝搬ベクトルと結晶の光軸との間の角度である。θが９０度でない場合には、位相整合状態が臨界位相整合と呼ばれる。この状態では、ポインティングベクトル及び伝搬ベクトルの方向が分岐する。このウォークオフ効果は、光が結晶を通じて伝搬する際に空間的な重なり合いを減少させる。空間的な重なり合いが減少すると、使用できる結晶の長さが制限され、したがって、周波数変換効率が制限される。θが９０度である場合には、位相整合が非臨界であると言われ、ポインティングベクトル及び伝搬ベクトルは一般にウォークオフを示さない。θが９０度であることにより、周波数変換効率を高めるために長い結晶を使用することができる。非臨界位相整合においては、数式（２）がｎθ（９０）＝ｎ−σに簡素化される。この結果を使用して数式（１）を検討すると、この数式を満たして非臨界位相整合を得るために特定の混合周波数又は波長が必要とされる。したがって、結晶における非臨界位相整合状態を決定するためには、波長値に対する屈折率値を確かめなければならない。
【００９２】
ＣＬＢＯにおいて、波長に対する屈折率値は、一般に、参照することにより本願に組み込まれる、Ｙｕｓｕｋｅ Ｍｏｒｉらによる論文「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅｓｉｕｍ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂｏｒａｔｅ」（Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，ｐｐ．２９６−２９８）に記載されている。これらの値を使用すると、非臨界位相整合を生み出す波長組み合わせを決定することができる。
【００９３】
２１３ｎｍ未満の合成波長を伴うＣＬＢＯの場合、必要とされる混合波長は標準的なレーザ源から利用できない。これにより、特に効率的な高出力レーザが望ましい場合には、これらの短い波長のＣＬＢＯにおいて、非臨界位相整合を使用することが難しくなる。混合波長を生成するためにファイバ系レーザを使用することにより、この問題に対する幾つかの解決策を得ることができる。
【００９４】
基本周波数レーザ発生器及び周波数変換結晶はいずれも長い寿命を有するのが有効である。前述したファイバレーザ系の基本的なレーザ源は、殆どの場合、５００００時間を超える耐用年数、一般的には周波数変換結晶よりも長い寿命を有することができる。高出力周波数変換レーザで使用される標準的な周波数変換結晶は、単位結晶部位当たり２００時間程度の比較的短い寿命を有する。２６６ｎｍ、２１３ｎｍ、２００ｎｍ及び１９５ｎｍのような波長のＤＵＶで高出力を生成するためには、長い寿命を有する結晶が非常に有益である。ＣＬＢＯは、その良好な周波数変換効率及び高い透明性に起因して、この用途においては非常に良好な結晶である。しかしながら、標準的なＣＬＢＯ結晶は、長期の損傷及び劣化に晒される。
【００９５】
適切な結晶成長技術、表面処理技術、及び取り扱い技術を使用すると、ＣＬＢＯ結晶の寿命を延ばすことができる。ＣＬＢＯ損傷メカニズムは、バルク損傷と表面損傷とに分けることができる。バルク損傷は、２つの主要な損傷源、すなわち、結晶化欠陥及び結晶内部の不純物によってもたらされる。
【００９６】
結晶化欠陥の数は、結晶成長チャンバ内の溶液の均一性を高めることにより減らすことができる。これは、高い粘性が混合を制限するため、困難となり得る。しかしながら、溶液攪拌及び、るつぼ回転を加えることにより、溶液均一性を劇的に高めることができる。結晶内部の主要な不純物は、残留炭酸塩水酸化物である。炭酸塩不純物は、焼結前に水中で出発材料を生成することにより減らすことができる。従来の手法は、結晶の吸湿性及び水酸化物による最終材料における損傷閾値の減少に起因して、水を除去しようとする。この処理は、カルボン酸塩を完全に分解し得る。
【００９７】
水酸化物不純物は、成長した結晶を長時間にわたってベークすることによって除去されてもよい。１２０時間にわたって１５０℃でベークすると、水酸化物不純物の数をかなり減らすことができる。表面損傷は、結晶中に埋め込まれた残留光学研磨材料によってもたらされる。この材料は、イオンミリング又は他の同様の技術によって除去できる。汚染された結晶材料を切り取るために、約４０〜６０ｎｍの結晶材料が除去されてもよい。これらの技術のうちの１つ以上を組み合わせて使用すると、結晶損傷閾値をかなり高めることができる。
【００９８】
例えば半導体検査の分野では、比較的高い安定性が特に有益である。安定性は、短期間及び長期間の両方にわたって存在することが望ましい。周波数変換されたＤＵＶレーザにおいて、短期間にわたる安定性は、一般に、基本的なレーザ出力を義務付け、ビームプロファイルは一定のままである。また、安定性は、一般に、周波数変換プロセスの変化を義務付けず、前述したようにファイバレーザを使用する利点がある。周波数変換の安定性のため、非臨界位相整合は、他の照明方法及び方式を超える特定の利点を与えることができる。例えば、非臨界位相整合は、一貫したＤＵＶ出力の維持を容易にし得る。また、長期間にわたる安定性のため、長い結晶寿命が非常に有益である。周波数変換結晶は、特に２６６ｎｍの波長又はそれを下回る波長の光を生成すると、寿命が限られてしまう。出力が増大するにつれて、寿命は急速に減る傾向になる。したがって、非臨界位相整合を使用すると、長い結晶寿命を与えることができる。
【００９９】
熱ウォークオフは、結晶中に局所的な加熱を引き起こすＤＵＶ光の吸収に起因するＢＢＯなどの結晶に伴う問題となり得る。局所的な加熱は、発散されたレーザビーム内でウォークオフ角を変化させる。非臨界位相整合が使用されると、ウォークオフ角はほぼ０度であり、結晶中のＤＵＶ光の吸収に起因して最小限の変化が起こる。また、ヒータ又は加熱ユニットを使用して非臨界位相整合状態を維持し且つ本質的に保つことにより、結晶の温度を調整することができる。加熱は、特に、レーザの周囲の大気温度が大きく変動するときに有益となり得る。
【０１００】
この構造態様の第１の実施形態は、９９８．４４４ｎｍ波長の基本波レーザ源に基づいている。その後、このレーザは、第２高調波へと周波数変換された後、第４高調波へと周波数変換される。第４高調波は、その後、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯ内で混合され、それにより、１９９．７ｎｍの波長が得られる。基本的なレーザは、ＬＢＯなどの標準的な周波数変換結晶、ＢｉＢＯ（三ホウ酸ビスマス）などの新たに開発された結晶、又は、周期分極反転材料を使用して４９９．２２２ｎｍに周波数逓倍することができる。周波数変換方法は、良好なビームプロファイルをほぼ維持しつつ効率が高いときに最良の結果をもたらす。２つの周波数変換結晶を直列に使用するとウォークオフが補償され、また、熱ウォークオフ効果は効率を大きく高めることができる。
【０１０１】
動作時、他の周波数逓倍段階を使用して第２高調波から２４９．６１１の第４高調波を生成することができる。第４高調波の生成は、この段階におけるＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のプロセスは、９９８．４４４の基本波長を第４高調波と混合して１９９．７ｎｍの波長を生成する。波長混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。特定された波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能である。この場合、温度調整は、場合により、結晶を監視して加熱することにより比較的一定の温度に経時的に維持することを伴う。
【０１０２】
９９８．４４４ｎｍの高出力基本波レーザを得ることは困難となり得る。この基本波長を生成するための１つの方法は、ダイレクトダイオードレーザを使用することである。現在、この波長のダイレクトダイオードレーザは、やや限られたパルス出力を有する。或いは、ファイバレーザ／増幅手法が使用されてもよい。そのような基本波レーザを生成するために、３つのファイバベースの方法を使用することができる。第１の手法は、９９８．４４４ｎｍの基本波長を有するファイバレーザを使用することである。この波長を有するレーザの生成は、最近、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｏｋｈｏｔｎｉｋｏｖらによる論文「Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｔｕｎａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ９８０−１０７０ｎｍ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ」（Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１７）で実証された。
【０１０３】
第２の方法は、１９９６．８８ｎｍの波長で動作する周波数逓倍Ｔｍ（ツリウム）ファイバレーザを使用する。このレーザは、ＬＢＯ、ＢｉＢＯ又は周期分極反転材料を使用して周波数逓倍することができる。第３の方法は、９９８．４４４ｎｍのラマンシフトされた波長を有するファイバレーザを使用する。
【０１０４】
第１の実施形態の一例は、図４７に示されており、以下の表の例に適合する。
＜第１の実施形態の例＞
１ω ９９８．４４４
２ω ４９９．２２２ LBO又はBIBO
４ω ２４９．６１１ CLBO又はBBO
４ω＋１ω １９９．７ CLBO
【０１０５】
第２の実施形態は、１１９３．３３ｎｍにラマンシフトされる１０６４ｎｍの波長の基本波レーザ源に基づいている。この場合、レーザのラマンシフトされた波長は、第２高調波周波数又は第２高調波周波数レーザエネルギレベルに周波数逓倍された後、第４高調波へと周波数逓倍される。第４高調波は、その後、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯ内で混合され、それにより、１９４．９ｎｍの波長を得てもよい。ラマンシフトされたレーザは、ＬＢＯ、ＢｉＢＯなどの標準的な周波数変換結晶又は周期分極反転材料を使用して４７７．３３２ｎｍに周波数逓倍することができる。特に良好なビームプロファイルを維持しつつ非常に効率的な周波数変換方法が望ましい。２つの周波数変換結晶を直列に使用するとウォークオフが補償され、また、熱ウォークオフ効果は全体の効率を大きく高めることができる。
【０１０６】
第４高調波は、他の周波数逓倍段階を使用して第２高調波から２３８．６６６ｎｍで生成することができる。この周波数逓倍段階はＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のステップは、１０６４ｎｍの基本波長を第４高調波と混合して１９４．９ｎｍの波長を有する成分を生成することである。混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。これらの波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能であり、これにより、一般的には再び結晶が得られ、結晶を加熱し及び／又は監視することにより特定の温度が維持される。また、２１３ｎｍ未満のＣＬＢＯで非臨界位相整合を生み出すために、１０６４ｎｍに近い他の基本波長及びラマンシフトが使用されてもよい。
【０１０７】
第２の実施形態の一例は、図４８に示されており、以下の表の例に適合する。
＜第２の実施形態の例＞
１ω １０６４
１ω １１９３．３３へのラマンシフト
２ω ラマン ４７７．３３２ LBO又はBIBO
４ω ラマン ２３８．６６６ CLBO又はBBO
４ω＋１０６４ １９４．９ CLBO
【０１０８】
参考例は、８４７．００８ｎｍの波長で動作する基本波レーザ源に基づいている。この場合、システムは、レーザ光エネルギを第３高調波へ周波数変換する。その後、システムは、非臨界位相整合を使用してＣＬＢＯにおいて第３高調波を基本周波数と混合し、２１１．７５ｎｍの波長を有するレーザビームを生成する。基本波レーザ周波数は、ＬＢＯ、ＢｉＢＯなどの標準的な周波数変換結晶又は周期分極反転材料を使用して４２３．５０４ｎｍに周波数逓倍することができる。この場合も、良好なビームプロファイルを維持する効率的な周波数変換方法が優れた結果をもたらす。
【０１０９】
この構成では、２つの周波数変換結晶が一般的に直列に使用されてもよい。第１の結晶は、一般的に当業者に公知のタイプＩ周波数逓倍を行ない、また、第２の結晶は、第２高調波周波数と基本周波数とのタイプII周波数混合を行ない、２８２．３３６ｎｍの波長を有する第３高調波周波数を得る。この段階はＬＢＯ、ＣＬＢＯ又はＢＢＯを使用することができる。最後のステップは、８４７．００８ｎｍの基本波長と第３高調波周波数とを混合して、２１１．７５ｎｍの波長を有する合成レーザビームを生成する。組み合わせ或いは混合は、ＣＬＢＯにおいて非臨界位相整合を使用して行なわれる。先と同様、これらの波長からの僅かな変化は、結晶を温度調整することにより可能である。
【０１１０】
この手法に伴う大きな課題は、８５０ｎｍの波長で動作する高出力基本波レーザを得ることである。この基本波長を生成するための１つの方法は、ダイレクトダイオードレーザを使用する。このダイオードレーザは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、垂直外部キャビティ面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）、又は、光学的にポンプされる半導体レーザの形態をなすことができる。現在、この波長のダイレクトダイオードレーザはパルス出力を制限している。他の手法は、Ｔｉ：ＳＡＦ又はＣｒ：ＬｉＳＡＦなどの結晶を利得媒体として使用する固体基本波レーザを用いる。或いは、これらの結晶は、増幅器形態で使用することができるとともに、シードレーザを増幅するために使用できる。シードレーザは、前述した低出力８５０ｎｍダイオードであってもよい。
【０１１１】
参考例は、図４９に示されており、以下の表の例に適合する。
＜参考例＞
１ω ８４７．００８ｎｍ
２ω ４２３．５０４ LBO又はBIBO
３ω ２８２．３３６ LBO、CLBO又はBBO
３ω＋１ω ２１１．７５ CLBO
【０１１２】
本明細書に開示された周波数変換の実施形態は、顕微鏡ｎｍフォトマスク修正具、遠隔通信システム、医学的診断・処置システム、及び／又は、物理科学又は生物科学で実験を行なうための実験装置と関連して使用されてもよい。
【０１１３】
本明細書で与えられた構造及び図示された特定の態様は、限定を意味するものではなく、本発明の教示内容及び利点を依然として組み込みつつ他の構成要素を含んでもよい。このように、特定の実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明を更に改良できることは言うまでもない。本出願は、一般に本発明の原理に従い且つ本発明が属する当分野での公知の慣習的な実施の範囲内に入る、この開示内容からの逸脱を含む本発明の任意の変形、用途或いは適応を網羅しようとするものである。
【０１１４】
この出願は、２００４年８月２５日に出願された「Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国仮特許出願第６０／６０４，５４０号及び２００４年１０月２０日に出願された「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＤＵＶ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国仮特許出願第６０／６２０，８１４号の利益を主張する２００５年２月１１日に出願された発明者Ｃｈｕａｎｇらの「Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ」と題される米国特許出願第１１／０５６，８５５号の一部継続出願である２００５年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／７０３，２０９号の利益を主張する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギを生成するための方法であって、
約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、
基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、
第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、
第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成し、前記混合がホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
基本周波数レーザエネルギがファイバレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基本周波数レーザエネルギが半導体ダイオードレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
基本周波数レーザエネルギがラマンレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基本周波数レーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢｉＢＯ結晶、及び周期分極反転材料を含むグループからの少なくとも１つが使用される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基本周波数レーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために２つの結晶が使用される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
位相整合状態を維持するためにＣＬＢＯ結晶の温度が制御される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基本周波数レーザエネルギが周波数逓倍レーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
周波数逓倍レーザは、約１９９６ｎｍの波長を有するＴｍドープされたファイバレーザである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＣＬＢＯ結晶は、
ＣＬＢＯの表面をイオン研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
表面をＭＲＦ研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
焼結前に水溶液を使用して出発材料を処理する段階と、
結晶成長中に溶液を攪拌する段階と、
少なくとも１００時間にわたってＣＬＢＯ結晶をベークして、任意の残留水分を除去する段階と、
を含むグループからの少なくとも１つにしたがって処理される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
約１０６４ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する基本波レーザ源を使用して光エネルギを生成するための方法であって、
基本周波数レーザエネルギの一部を、約１１９３ｎｍの波長を有するラマン線のレーザエネルギへシフトさせる段階と、
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、
第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、
第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成し、前記混合がホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合を含む段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
基本周波数レーザエネルギがファイバレーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基本周波数レーザエネルギが半導体ダイオードレーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
基本周波数レーザエネルギが固体レーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢｉＢＯ結晶、及び周期分極反転材料を含むグループからの少なくとも１つが使用される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために２つの結晶が使用される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
位相整合状態を維持するためにＣＬＢＯ結晶の温度が制御される請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ＣＬＢＯ結晶の処理は、
ＣＬＢＯ結晶の表面をイオン研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
表面をＭＲＦ研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
焼結前に水溶液を使用して出発材料を処理する段階と、
結晶成長中に溶液を攪拌する段階と、
少なくとも１００時間にわたってＣＬＢＯ結晶をベークして、任意の残留水分を除去する段階と、
を含むグループからの少なくとも１つにしたがって処理される請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
光エネルギを生成するための方法であって、
約９９８ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する段階と、
基本周波数レーザエネルギの一部を第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、
第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、
第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成し、前記混合がホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合によって行なわれる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
基本周波数レーザエネルギがファイバレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基本周波数レーザエネルギが半導体ダイオードレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
基本周波数レーザエネルギがラマンレーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基本周波数レーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢｉＢＯ結晶、及び周期分極反転材料を含むグループからの少なくとも１つが使用される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基本周波数レーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために２つの結晶が使用される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
位相整合状態を維持するためにＣＬＢＯ結晶の温度が制御される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基本周波数レーザエネルギが周波数逓倍レーザによって生成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
周波数逓倍レーザは、約１９９６ｎｍの波長を有するＴｍドープされたファイバレーザである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＣＬＢＯ結晶は、
ＣＬＢＯの表面をイオン研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
表面をＭＲＦ研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
焼結前に水溶液を使用して出発材料を処理する段階と、
結晶成長中に溶液を攪拌する段階と、
少なくとも１００時間にわたってＣＬＢＯ結晶をベークして、任意の残留水分を除去する段階と、
を含むグループからの少なくとも１つにしたがって処理される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
約１０６４ｎｍの波長の基本周波数レーザエネルギを生成する基本波レーザ源を使用して光エネルギを生成するための方法であって、
基本周波数レーザエネルギの一部を、約１１９３ｎｍの波長を有するラマン線のレーザエネルギへシフトさせる段階と、
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換する段階と、
第２高調波周波数レーザエネルギを第４高調波周波数レーザエネルギへ更に変換する段階と、
第４高調波周波数レーザエネルギを基本周波数レーザエネルギの一部と混合させて、和周波数のレーザエネルギを生成し、前記混合がホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）の結晶における非臨界位相整合を含む段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
基本周波数レーザエネルギがファイバレーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基本周波数レーザエネルギが半導体ダイオードレーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
基本周波数レーザエネルギが固体レーザによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢｉＢＯ結晶、及び周期分極反転材料を含むグループからの少なくとも１つが使用される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
ラマンレーザエネルギを第２高調波周波数レーザエネルギへ変換するために２つの結晶が使用される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
位相整合状態を維持するためにＣＬＢＯ結晶の温度が制御される請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ＣＬＢＯ結晶の処理は、
ＣＬＢＯ結晶の表面をイオン研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
表面をＭＲＦ研磨して、サブ表面損傷及び標準的な研磨汚染物質を除去する段階と、
焼結前に水溶液を使用して出発材料を処理する段階と、
結晶成長中に溶液を攪拌する段階と、
少なくとも１００時間にわたってＣＬＢＯ結晶をベークして、任意の残留水分を除去する段階と、
を含むグループからの少なくとも１つにしたがって処理される請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５Ａ】
【図３５Ｂ】
【図３７】
【図３８】
【図３９Ａ】
【図３９Ｂ】
【図４０Ａ】
【図４０Ｂ】
【図４０Ｃ】
【図４１】
【図４２Ａ】
【図４２Ｂ】
【図４３】
【図４４】
【図４５Ａ】
【図４５Ｂ】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図１２】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５Ａ】
【図３５Ｂ】
【図３７】
【図３８】
【図３９Ａ】
【図３９Ｂ】
【図４０Ａ】
【図４０Ｂ】
【図４０Ｃ】
【図４１】
【図４２Ａ】
【図４２Ｂ】
【図４３】
【図４４】
【図４５Ａ】
【図４５Ｂ】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図１２】
【図３６】
【公開番号】特開２０１２−２２３４０（Ｐ２０１２−２２３４０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５２８１（Ｐ２０１１−２２５２８１）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【分割の表示】特願２００８−５２４１３７（Ｐ２００８−５２４１３７）の分割
【原出願日】平成１８年７月２６日（２００６．７．２６）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【分割の表示】特願２００８−５２４１３７（Ｐ２００８−５２４１３７）の分割
【原出願日】平成１８年７月２６日（２００６．７．２６）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
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