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公開番号2025178393
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025162923,2022575949
出願日2025-09-30,2021-06-07
発明の名称積み重ねられた四ホウ酸ストロンチウム板を使用した周波数変換
出願人ケーエルエーコーポレイション
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類G02F 1/37 20060101AFI20251128BHJP(光学)
要約【課題】133nmよりも短い範囲で放射線を発生し、フォトマスク、レチクル、又はウェハの検査における使用に適したモードロック又はCWレーザに対する必要性がある。
【解決手段】積み重ねられた四ホウ酸ストロンチウムSrB4O7結晶板を含む非線形結晶は、疑似位相整合のための周期構造を作成するように構成され、レーザアセンブリの最終周波数変換段で使用されて、125nm～183nmの範囲の波長を有するレーザ出力光を発生する。1～1.1μmの間の基本波長を有する1つ以上の基本光ビームは、複数の中間周波数変換段を使用して倍増及び/又は合計されて、1つ以上の中間光ビーム周波数を発生し、次に、最終周波数変換段は、非線形結晶を利用して、単一の中間光ビーム周波数を倍増するか、2つの中間光ビーム周波数を合計して、所望のレーザ出力光を高出力及び光子エネルギーレベルで発生する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
約１２５ｎｍ～約１８３ｎｍの範囲内の対応する波長を備える出力周波数を有するレーザ出力光ビームを発生するための検査用レーザアセンブリであって、
対応する基本周波数を有する基本光ビームを発生するようにそれぞれ構成された１つ以上の基本波レーザと、
前記１つ以上の基本光ビームを使用して１つ以上の中間光ビームを発生するように集合的に構成される複数の中間周波数変換段であって、前記１つ以上の中間光ビームのそれぞれが関連する中間周波数を有している、複数の中間周波数変換段と、
前記１つ以上の中間光ビームを非線形結晶に通すように構成された最終周波数変換段と、を備え、
ここで前記非線形結晶は、積み重ねた構成で配置される複数の四ホウ酸ストロンチウムＳｒＢ
４
Ｏ
７
（ＳＢＯ）結晶板を含み、各前記ＳＢＯ結晶板は少なくとも１つの隣接する前記結晶板と界面表面を形成し、
ここで前記複数のＳＢＯ結晶板は、前記１つ以上の中間光ビームの疑似位相整合（ＱＰＭ）を実現する周期構造を形成するように協調的に構成されることで、前記非線形結晶を出る光が前記出力周波数を有する前記レーザ出力光ビームを含み、
前記複数のＳＢＯ結晶板は、前記各ＳＢＯ結晶板の第１の結晶軸が前記隣接するＳＢＯ結晶板の第２の結晶軸に対して反転するように構成され、かつ、光の伝播方向において前記周期構造の極間の間隔は、１つ以上の入力光周波数と出力周波数との前記疑似位相整合（ＱＰＭ）を可能にする臨界長の奇数倍に等しいレーザアセンブリ。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記最終周波数変換段は、前記１つ以上の中間光ビームが、前記複数のＳＢＯ結晶板を通って前記第１の結晶軸及び前記第２の結晶軸の（ｉ）ａ軸及び（ｉｉ）ｂ軸のうちの１つに平行な方向に伝播するように構成される、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
【請求項３】
前記最終周波数変換段は更に、
前記１つ以上の中間光ビームを受け取って循環させるように構成されることで、前記１つ以上の中間光ビームのビームウエストが前記非線形結晶で生じる、複数のミラーと、
前記非線形結晶を出る前記光を受け取るように配置され、前記出射光の第１の部分を反射して前記レーザ出力光ビームを形成するように、かつ前記出射光の第２の部分を通過し、前記複数のミラーによって循環されるように構成されるビームスプリッタと、
を含む、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
【請求項４】
前記ビームスプリッタは、ＳＢＯ結晶、ＳＢＯガラス、又はＣａＦ
２
結晶のうちの１つを含む、請求項３に記載のレーザアセンブリ。
【請求項５】
前記１つ以上の基本波レーザは、対応する基本波長が１μｍ～１．１μｍの間の基本周波数を有する基本光を発生するように構成され、
前記複数の中間周波数変換段は、
前記基本光を受け取るように結合され、前記基本周波数の２倍に等しい第２次高調波周波数を有する第２次高調波光を発生するように構成された第１の周波数倍増段と、
前記第１の周波数倍増段から前記第２次高調波光を受け取るように結合され、前記基本周波数の４倍に等しい第４次高調波周波数を有する第４次高調波光として前記中間光ビームを発生するように構成された第２の周波数倍増段と、を含み、
前記最終周波数変換段は、前記第４次高調波光を周波数倍増するように構成されて、前記レーザ出力光の前記出力周波数が前記基本周波数の８倍に等しい第８次高調波周波数となる、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
【請求項６】
前記最終周波数変換段は更に、ビームスプリッタであって、前記非線形結晶を出る光を受け取るように配置され、前記ビームスプリッタの表面から反射される前記出射光の反射部分が前記レーザ出力光ビームを形成する前記第８次高調波周波数を含むように、かつ前記ビームスプリッタを通過する前記出射光の反射されない部分が前記第４次高調波周波数の未消費の部分を含むように構成されるビームスプリッタを含む、請求項５に記載のレーザアセンブリ。
【請求項７】
前記複数のＳＢＯ結晶板は、第１の前記ＳＢＯ結晶板の第１の結晶軸が、隣接する第２の前記ＳＢＯ結晶板の第２の結晶軸に対して反転されるように構成され、
前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の前記結晶軸は、前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の両方の結晶ｃ軸が、前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板を通過する前記第４次高調波光の偏光方向と実質的に平行になるように配向され、
前記出力周波数は実質的に１３３ｎｍに等しく、
前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の少なくとも１つは、前記周期構造の極間の間隔が０．１３μｍの臨界長の奇数倍に実質的に等しくなるような厚さを有し、前記第４次高調波周波数と前記第８次高調波周波数の疑似位相整合を可能にする、請求項５に記載のレーザアセンブリ。
【請求項８】
前記１つ以上の基本波レーザは、
対応する基本波長が１μｍ～１．１μｍの間の第１の基本周波数を有する第１の基本光を発生するように構成される第１の基本波レーザと、
対応する基本波長が１μｍ～１．１μｍの間の第２の基本周波数を有する第２の基本光を発生するように構成される第２の基本波レーザと、を含み、
前記複数の中間周波数変換段は、
前記第１の基本光を受け取るように結合され、前記第１の基本周波数の２倍に等しい第２次高調波周波数を有する第２次高調波光を発生するように構成された周波数倍増段と、
前記周波数倍増段から前記第２次高調波光と前記第２の基本光とを受け取るように結合され、前記中間光ビームを、前記第１の基本周波数の３倍に実質的に等しい第３次高調波周波数を有する第３次高調波光として発生するように構成された周波数合計段と、を含み、
前記最終周波数変換段は、前記第３次高調波光を周波数倍増するように構成されて、前記レーザ出力光の前記出力周波数が前記第１の基本周波数の６倍に実質的に等しい第６次高調波周波数となる、請求項１に記載のレーザアセンブリ。
【請求項９】
前記最終周波数変換段は更に、ビームスプリッタであって、前記非線形結晶を出る光を受け取るように配置され、前記ビームスプリッタの表面から反射される前記出射光の反射部分が前記レーザ出力光ビームを形成する前記第６次高調波周波数を含むように、かつ前記ビームスプリッタを通過する前記出射光の反射されない部分が前記第３次高調波周波数の未消費の部分を含むように構成されるビームスプリッタを含む、請求項８に記載のレーザアセンブリ。
【請求項１０】
前記複数のＳＢＯ結晶板は、第１の前記ＳＢＯ結晶板の第１の結晶軸が、隣接する第２の前記ＳＢＯ結晶板の第２の結晶軸に対して反転されるように構成され、
前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の前記結晶軸は、前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の両方の結晶ｃ軸が、前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板を通過する前記第３次高調波光の偏光方向と実質的に平行になるように配向され、
前記出力周波数は実質的に１７７ｎｍに等しく、
前記第１及び第２のＳＢＯ結晶板の少なくとも１つは、前記周期構造の極間の間隔が０．６０μｍの臨界長の奇数倍に実質的に等しくなるような厚さを有し、前記第３次高調波周波数と前記第６次高調波周波数の疑似位相整合を可能にする、請求項８に記載のレーザアセンブリ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、ＶＵＶ波長を有する光を発生することができるレーザに関し、特に、約１２５ｎｍ～１８３ｎｍの範囲の光を発生することができるレーザと、そのようなレーザを使用して、例えば、フォトマスク、レチクル、及び半導体ウェハを検査する検査システムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、「１７７ｎｍａｎｄ１３３ｎｍＣＷＬａｓｅｒｓＵｓｉｎｇＳｔａｃｋｅｄＳｔｒｏｎｔｉｕｍＴｅｔｒａｂｏｒａｔｅＰｌａｔｅｓ」と題する、米国仮特許出願第６３／０３８，１３４号の優先権を主張し、それは２０２０年６月１２日に出願されたものであり、参照により本明細書に援用される。本出願は更に、「１５２ｎｍａｎｄ１７７ｎｍＣＷＬａｓｅｒｓＵｓｉｎｇＳｔａｃｋｅｄＳｔｒｏｎｔｉｕｍＴｅｔｒａｂｏｒａｔｅＰｌａｔｅｓ」と題する、米国仮特許出願第６３／０７６，３９１号の優先権を主張し、それは２０２０年９月１０日に出願されたものであり、参照により本明細書に援用される。
【０００３】
本出願は更に、以下の米国特許文献に関連し、それらの全てが参照により本明細書に援用されており、それらは、Ｖａｅｚ－Ｉｒａｖａｎｉらの米国特許第６，２０１，６０１号、Ｍａｒｘｅｒらの米国特許第６，２７１，９１６号、Ｌｅｏｎｇらの米国特許第７，５２５，６４９号、Ｃｈｕａｎｇらの米国特許第７，８１７，２６０号、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇの米国特許第８，２９８，３３５号及び第８，８２４，５１４号、Ｇｅｎｉｓの米国特許第８，９７６，３４３号、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉの米国特許第９，０２３，１５２号、Ｄｒｉｂｉｎｓｋｉらの米国特許第９，４６１，４３５号及び第９，０５９，５６０号、Ｃｈｕａｎｇの米国特許第９，２９３，８８２号及び第９，６６０，４０９号、Ｃｈｕａｎｇらの米国特許第９，２５０，１７８号、第９，４５９，２１５号、第９，５０９，１１２号、第１０，０４４，１６６号及び第１０，２８３，３６６、ならびにＤｒｉｂｉｎｓｋｉらに公開された米国特許出願第２０１４／０３０５３６７号である。
【０００４】
半導体デバイスの寸法が縮小するにつれて、デバイスを故障させる可能性のある最小粒子又はパターン欠陥のサイズも縮小する。したがって、パターン付き、及びパターン付きでない半導体ウェハ及びレチクル上のより小さい粒子及び欠陥を検出する必要が生じる。粒子によって散乱される光の強度は、その光の波長より小さく、一般に、その粒子の寸法の高次べき数としてスケールされる（例えば、隔離された小さい球状粒子からの光の総散乱強度は、球の直径の６乗に比例し、波長の４乗に反比例する）。散乱光の強度が増加するため、より短い波長は、一般に、小さい粒子及び欠陥を検出するための感度が、より長い波長の感度よりも高くなる。
【０００５】
小さい粒子及び欠陥から散乱される光の強度は、一般に非常に低いため、高い照射強度が、非常に短時間で検出され得る信号を生成するために必要とされる。０．３Ｗ以上の平均光源パワーレベルが必要とされ場合がある。これらの高い平均パワーレベルでは、高いパルス繰返し率が望ましく、それは繰返し率が高いほどパルス毎のエネルギーは低くなり、したがって、システム光学部品又は検査される物品に対する損傷のリスクが小さくなるためである。検査と計測に対する照明の必要性は、一般に連続波（ＣＷ）光源によって最も適される。ＣＷ光源は、一定のパワーレベルを有するため、ピークパワー損傷問題を回避し、画像又はデータを継続的に取得することを可能にする。しかし、場合によっては、繰返し率が約５０ＭＨｚ以上のモードロックレーザが有用となる場合があり、これは、繰返し率が高いということが、パルス毎のエネルギーを十分に低くして、特定の計測及び検査用途に関する損傷を回避し得る、ということを意味するためである。
【０００６】
ＶＵＶ光を発生するためのパルスレーザは、当技術分野において周知である。１３３ｎｍで光を発生するための先行技術のレーザは、よく知られている（例えば、非特許文献１、及び非特許文献２）。残念ながら、そのようなレーザは、レーザパルスの繰返し率が低く、平均パワーレベルが低いため、検査用途にはあまり適さない。
【０００７】
しかし、ＶＵＶ範囲の波長を備えるモードロック及びＣＷレーザは、十分なパワーレベルで市販されていないか、又は信頼性が非常に低い。モードロック又はＣＷ光を、約１３３ｎｍまでの波長範囲において、約０．３Ｗより大きいパワーで発生するための先行技術は存在していなかった。
【０００８】
パルス光源は、ＣＷ光源の時間平均パワーレベルよりもはるかに高い瞬間的なピークパワーレベルを有する。レーザパルスの非常に高いピークパワーは、光学部品に、及び測定されるサンプル又はウェハに損傷を与える可能性があり、それはほとんどの損傷メカニズムが非線形であり、平均パワーよりもピークパワーに強く依存するためである。パルス繰返し率が高いほど、同じ時間平均パワーレベルのパルスあたりの瞬時ピークパワーは低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
米国特許出願公開第２０１８／０１８８６３３号
【非特許文献】
【００１０】
Ｇ．Ｗ．Ｆａｒｉｓ、及びＭ．Ｊ．Ｄｙｅｒ「Ｔｗｏ－ｐｈｏｔｏｎｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｎｅｏｎａｔ１３３ｎｍ」、ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ．１８巻、３８２頁（１９９３年）
Ａ．Ｔｕ(uウムラウト)ｎｎｅｒｍａｎｎ、Ｃ．Ｍｏｍｍａ、Ｋ．Ｍｏｓｓａｖｉ、Ｃ．Ｗｉｎｄｏｌｐｈ、及びＢ．Ｗｅｌｌｅｇｅｈａｕｓｅｎ、「ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎａｂｌｅｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅＶＵＶｒａｄｉａｔｉｏｎｂｙｆｏｕｒ－ｗａｖｅｍｉｘｉｎｇｉｎＸｅｎｏｎｗｉｔｈｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄＫｒＦ－ｅｘｃｉｍｅｒｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓ」、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．２９巻、１２３３頁（１９９３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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