193nm激光器及检验系统的制作方法
【专利说明】193NM激光器及检验系统
[0001]优先权串请案
[0002]本发明申请案主张在2013年I月24日提出申请且以引用方式并入本文中的美国临时专利申请案61/756，209的优先权。
[0003]相关串请案
[0004]本发明申请案与标题为“固态激光器及使用193nm激光器的检验系统(Solid-State Laser and Inspect1n System Using 193nm Laser)，，的由张(Chuang)等人在2013年3月12日提出申请且以引用方式并入本文中的美国专利申请案13/797,939相关。
技术领域
[0005]本发明涉及一种激光器，且更具体来说，涉及一种产生接近193nm的辐射且适于供在对光掩模、掩模原版(reticle)及/或晶片的检验中使用的固态或光纤激光器。所述激光器可为脉冲(Q开关或锁模)式或CW(连续波)式。
【背景技术】
[0006]用于产生处于193nm的光的准分子激光器在此项技术中是众所周知的。令人遗憾地，由于此些激光器的低激光脉冲重复率及其在其激光介质中使用有毒且腐蚀性气体(此导致高持有成本)，因此所述激光器极其不适于检验应用。
[0007]用于产生接近193nm的光的固态及光纤激光器也是已知的。示范性激光器使用两种不同基波波长或基波的八次谐波，其中的每一者需要昂贵或非大量生产的激光器或材料。此外，这些激光器中的大部分具有极其低电力输出且限于数MHz或更少的激光脉冲重复率。
[0008]因此，出现对激光器且优选地对产生接近193nm的辐射且适于供在对光掩模、掩模原版及/或晶片的检验中使用的固态或光纤激光器的需求。明显地，高速下的此些检验通常需要许多MHz (例如，在一些情形中大于50MHz)的最小激光脉冲重复率。
【发明内容】
[0009]描述一种用于产生大约193.4nm的输出波长的激光器。此激光器包含基波激光器、光学参数产生器、四次谐波产生器及混频模块。耦合到所述基波激光器的所述光学参数产生器可产生经下变频信号。耦合到所述光学参数产生器的所述四次谐波产生器可产生四次谐波。耦合到所述光学参数产生器及所述四次谐波产生器的所述混频模块可产生等于所述四次谐波与所述经下变频信号的频率的两倍的和的频率的激光输出。明显地，所述混频模块包括两个非线性晶体。在一个实施例中，第一非线性晶体经配置以通过第II型转换产生等于所述四次谐波与经下变频信号的频率的和的频率，且第二非线性晶体经配置以通过第I型转换产生等于所述四次谐波与所述经下变频信号的所述频率的两倍的和的频率。
[0010]描述用于产生大约193.4nm的输出波长的另一激光器。此激光器包含基波激光器、第一及第二倍频模块、光学参数产生器及混频模块。耦合到所述基波激光器的所述第一倍频模块可产生二次谐波。耦合到所述第一倍频模块的所述第二倍频模块可产生四次谐波。耦合到所述第一倍频模块或所述基波激光器的所述光学参数产生器可产生经下变频信号。耦合到所述光学参数产生器及所述第二倍频模块的所述混频模块可产生等于所述四次谐波及所述经下变频信号的频率的两倍的和的频率的激光输出。明显地，所述混频模块包括两个非线性晶体。在一个实施例中，第一非线性晶体经配置以通过第I型转换产生等于所述四次谐波与所述经下变频信号的频率的和的频率，且第二非线性晶体经配置以通过第II型转换产生等于所述四次谐波与所述经下变频信号的两倍的和的频率的频率。
[0011]描述用于产生大约193.4nm的输出波长的又一激光器。此激光器包含基波激光器、倍频模块、频率组合器、光学参数产生器及混频模块。耦合到所述基波激光器的所述倍频模块可产生二次谐波。耦合到所述倍频模块的所述频率组合器可产生三次谐波。耦合到所述倍频模块或所述频率组合器的所述光学参数产生器可产生经下变频信号。耦合到所述光学参数产生器及所述频率组合器的所述混频模块可产生等于所述三次谐波与所述经下变频信号的频率的两倍的和的频率的激光输出。
[0012]这些193.4nm激光器可使用容易购得且相对廉价的组件构造。举例来说，各种所描述实施例中所使用的基波激光器可产生大约1064.3nm、大约1053nm、大约1047nm或大约1030nm的基波频率。这些基波激光器按功率及重复率的各种组合以合理价格而容易购得。所述基波激光器可包含激光二极管或光纤激光器。
[0013]实施为光学参数放大器(OPA)或光学参数振荡器(OPO)的光学参数产生器可包含周期性轮询的非线性光学晶体。示范性周期性轮询的非线性晶体可由铌酸锂(LN)、经氧化镁掺杂的铌酸锂(Mg:LN)、化学计量钽酸锂(SLT)、经氧化镁掺杂的化学计量钽酸锂(Mg:SLT)或磷酸钛氧钾(KTP)形成。
[0014]由光学参数产生器产生的经下变频信号具有大约1380nm到1612nm、1416nm、818nm到918nm及846nm到856nm中的一者的信号波长。
[0015]混频模块可包含硼酸铯锂(CLBO)晶体、β硼酸钡(BBO)晶体或三硼酸锂(LBO)晶体。在一个示范性混合技术中，处于大约266nm的波长的四次谐波与处于大约1416nm的经下变频信号(红外光)混合以产生大约224nm的波长。大约224nm光然后与经下变频信号重新组合以产生大约193nm的波长。此两个混频级促成193nm激光器的总高效率及稳定性。在一些优选实施例中，此两个混频级可包含CLBO晶体，所述CLBO晶体在接近100°C的温度下可以高效率(例如，非线性系数可为大约0.5pm V1到Ipm V 及小走离角执行这两个转换。在一个实施例中，CLBO中的第II型混合可用于后继接着用以产生大约193nm波长的CLBO中的第I型混合的产生大约224nm波长的转换级。在另一实施例中，CLBO中的第I型混合可用于后继接着用以产生大约193nm波长的CLBO中的第II型混合的产生大约224nm的转换级。在一些实施例中，可使用除CLBO外的非线性光学晶体(例如BBO (β硼酸钡)或LBO(三硼酸锂))来执行此两个混频级中的一者或两者。
[0016]本文中所描述的用于产生大约193.4nm的输出波长的改进型激光器可为连续波激光器、Q开关激光器、锁模激光器或准连续波激光器。与八次谐波激光器相比，这些改进型激光器是明显较不昂贵，其具有较长寿命及较佳持有成本。此外，与低重复率激光器相比，这些改进型激光器可显着简化相关联检验系统的照明光学器件。
【附图说明】
[0017]图1A、1B及IC展示示范性改进型193nm激光器的框图。
[0018]图1D展示针对图1A及IB中所示的改进型193nm激光器的示范性波长范围的表。
[0019]图1E展示图1C中所示的改进型193nm激光器的示范性波长范围的表。
[0020]图2展示四次谐波产生器的一个实施例。
[0021]图3展示混频器模块的一个实施例。
[0022]图4A及4B展示可用于改进型193nm激光器中的混频器的一些实施例。
[0023]图5图解说明其中种子激光器可产生稳定化窄频带种子激光的示范性放大器模块。
[0024]图6图解说明经配置以频率ω s产生经下变频信号的示范性0Ρ0/0ΡΑ。
[0025]图7展示在一个传感器上同时检测两个图像或信号信道的掩模原版、光掩模或晶片检验系统。
[0026]图8图解说明包含多个物镜及上文所描述改进型193nm激光器中的任一者的示范性检验系统。
[0027]图9图解说明将垂直入射激光暗场照明添加到反折射成像系统。
[0028]图1OA图解说明用于检验表面区域的包含照明系统及收集系统的表面检验设备。
[0029]图1OB图解说明用于表面检验设备的示范性收集系统阵列。
[0030]图11图解说明可用于检验表面上异常的表面检验系统。
[0031]图12图解说明经配置以使用垂直及倾斜照明光束两者来实施异常检测的检验系统。
[0032]图13图解说明与检验或计量系统中的上文所描述的改进型193nm激光器一起使用的示范性脉冲倍增器。
[0033]图14图解说明用于与检验或计量系统中的上文所描述的改进型193nm激光器一起使用的相干性减小子系统。
【具体实施方式】
[0034]图1A展示示范性改进型193nm激光器100A的框图。在激光器100A中，以频率ω操作的基波激光器102可产生基波光128(业内称为“基波”)。在一个实施例中，频率ω (基波)可对应于接近1064nm的红外线波长。应注意，当在本文中使用波长而无限定条件时，此波长是指光的真空波长。示范性基波激光器102可藉由使用Nd:YAG(经钕掺杂的钇铝石榴石)激光介质或经Nd掺杂的钒酸钇激光介质的激光器或藉由经镱掺杂的光纤激光器来实施。适合基波激光器可从相干有限公司(Coherent Inc.)(包含具有80MHz及120MHz的重复率的Paladin系列中的模型)、理波公司(Newport Corporat1n)(包含Explorer系列中的模型)及其它制造商商业购得为脉冲(Q开关或锁模)式或CW(连续波)式。用于此些基波激光器的激光器功率电平可介于从若干毫瓦到数十瓦特或更多的范围。
[0035]在激光器100A中，基波128经引导朝向光学参数产生器，例如，光学参数振荡器或光学参数放大器(0Ρ0/0ΡΑ)116。0Ρ0/0ΡΑ 116可将基波光128的部分下变频成频率《派经下变频信号129。在一些优选实施例中，对应于Os的波长为大约1416nm(例如，在从约1330nm到约1612nm的范围内，在从约1378nm到1461nm的范围内，或在从约1413nm到约1417nm的范围内)。
[0036]在一些实施例中，在下变频过程中仅消耗基波128的部分。在此些实施例中，基波光128的未消耗部分(即，未消耗基波130)经引导到四次谐波产生模块103。模块103 (下文进一下详细描述)通常包含多个频率转换级以从未消耗基波(ω)产生4次谐波(4ω)。此4次谐波(4ω)可在混频模块118中与经下变频信号129组合以形成具有实质上等于4ω与和的频率的激光输出140。在一些实施例中，激光输出140的输出波长实质上等于193.368nm。在其它实施例中，输出波长介于大约190nm与200nm之间或介于大约192nm与195nm之间。
[0037]图1B展示替代改进型193nm激光器100B的框图。在此实施例中，基波(ω)(由上文所提及激光器中的任何者产生)经引导到第一倍频模块110以产生二次谐波(2ω)。由第一倍频模块110输出的未消耗基波可经引导到0Ρ0/0ΡΑ 116，0Ρ0/0ΡΑ 116继而产生经下变频信号《s。如上文所述，经下变频信号Ws的波长为大约1416nm(例如，在从约1330nm到约1612nm的范围内，在从约1380nm到1461nm的范围内，或在从约1413nm到约1417nm的范围内)。
[0038]由第一倍频模块110产生的二次谐波(2ω)经引导到第二倍频模块112以产生四次谐波(4ω)。混频模块103可组合四次谐波(4ω)与经下变频信号(cos)以形成具有大约等于4ω与和的频率的激光输出140。如上文所述，在一些实施例中，此输出波长大约等于193.368nm。在其它实施例中，输出波长介于大约190nm与200nm之间或介于大约192nm 与 195nm 之间。
[0039]在又另一实施例中，由基波激光器102输出的基波(ω)可分裂成两部分。一部分经引导到第一倍频模块110，且另一部分经引导到0Ρ0/0ΡΑ 116 (由箭头109所示)。因此，在此实施例中，由第一倍频模块110输出的未消耗基波ω未经引导到0Ρ0/0ΡΑ 116。第二倍频模块112与0Ρ0/0ΡΑ 116均仍耦合到混频模块103，如图1B中所示。在此经修改实施例中使用且产生实质上类似波长，如在上文所描述改进型193nm激光器100B中。
[0040]图1D展示针对图1A及IB中所示的改进型193nm激光器的示范性波长范围(以rim为单位)的表。针对每基波激光器类型，展示示范性短波长基波及示范性长波长基波，连同对应于所要输出波长所需要的谐波及经下变频信号的波长(在表中所示的实例中为193.4nm)。基波激光器的精确波长取决于诸多因素，包含激光介质的精确组合物、激光介质的操作温