193nm激光器及檢驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】193NM激光器及檢驗(yàn)系統(tǒng)
[0001]優(yōu)先權(quán)串請案
[0002]本發(fā)明申請案主張在2013年I月24日提出申請且以引用方式并入本文中的美國臨時專利申請案61/756，209的優(yōu)先權(quán)。
[0003]相關(guān)串請案
[0004]本發(fā)明申請案與標(biāo)題為“固態(tài)激光器及使用193nm激光器的檢驗(yàn)系統(tǒng)(Solid-State Laser and Inspect1n System Using 193nm Laser)，，的由張(Chuang)等人在2013年3月12日提出申請且以引用方式并入本文中的美國專利申請案13/797,939相關(guān)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明涉及一種激光器，且更具體來說，涉及一種產(chǎn)生接近193nm的輻射且適于供在對光掩模、掩模原版(reticle)及/或晶片的檢驗(yàn)中使用的固態(tài)或光纖激光器。所述激光器可為脈沖(Q開關(guān)或鎖模)式或CW(連續(xù)波)式。
【背景技術(shù)】
[0006]用于產(chǎn)生處于193nm的光的準(zhǔn)分子激光器在此項(xiàng)技術(shù)中是眾所周知的。令人遺憾地，由于此些激光器的低激光脈沖重復(fù)率及其在其激光介質(zhì)中使用有毒且腐蝕性氣體(此導(dǎo)致高持有成本)，因此所述激光器極其不適于檢驗(yàn)應(yīng)用。
[0007]用于產(chǎn)生接近193nm的光的固態(tài)及光纖激光器也是已知的。示范性激光器使用兩種不同基波波長或基波的八次諧波，其中的每一者需要昂貴或非大量生產(chǎn)的激光器或材料。此外，這些激光器中的大部分具有極其低電力輸出且限于數(shù)MHz或更少的激光脈沖重復(fù)率。
[0008]因此，出現(xiàn)對激光器且優(yōu)選地對產(chǎn)生接近193nm的輻射且適于供在對光掩模、掩模原版及/或晶片的檢驗(yàn)中使用的固態(tài)或光纖激光器的需求。明顯地，高速下的此些檢驗(yàn)通常需要許多MHz (例如，在一些情形中大于50MHz)的最小激光脈沖重復(fù)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]描述一種用于產(chǎn)生大約193.4nm的輸出波長的激光器。此激光器包含基波激光器、光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器、四次諧波產(chǎn)生器及混頻模塊。耦合到所述基波激光器的所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器可產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號。耦合到所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器的所述四次諧波產(chǎn)生器可產(chǎn)生四次諧波。耦合到所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器及所述四次諧波產(chǎn)生器的所述混頻模塊可產(chǎn)生等于所述四次諧波與所述經(jīng)下變頻信號的頻率的兩倍的和的頻率的激光輸出。明顯地，所述混頻模塊包括兩個非線性晶體。在一個實(shí)施例中，第一非線性晶體經(jīng)配置以通過第II型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生等于所述四次諧波與經(jīng)下變頻信號的頻率的和的頻率，且第二非線性晶體經(jīng)配置以通過第I型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生等于所述四次諧波與所述經(jīng)下變頻信號的所述頻率的兩倍的和的頻率。
[0010]描述用于產(chǎn)生大約193.4nm的輸出波長的另一激光器。此激光器包含基波激光器、第一及第二倍頻模塊、光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器及混頻模塊。耦合到所述基波激光器的所述第一倍頻模塊可產(chǎn)生二次諧波。耦合到所述第一倍頻模塊的所述第二倍頻模塊可產(chǎn)生四次諧波。耦合到所述第一倍頻模塊或所述基波激光器的所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器可產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號。耦合到所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器及所述第二倍頻模塊的所述混頻模塊可產(chǎn)生等于所述四次諧波及所述經(jīng)下變頻信號的頻率的兩倍的和的頻率的激光輸出。明顯地，所述混頻模塊包括兩個非線性晶體。在一個實(shí)施例中，第一非線性晶體經(jīng)配置以通過第I型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生等于所述四次諧波與所述經(jīng)下變頻信號的頻率的和的頻率，且第二非線性晶體經(jīng)配置以通過第II型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生等于所述四次諧波與所述經(jīng)下變頻信號的兩倍的和的頻率的頻率。
[0011]描述用于產(chǎn)生大約193.4nm的輸出波長的又一激光器。此激光器包含基波激光器、倍頻模塊、頻率組合器、光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器及混頻模塊。耦合到所述基波激光器的所述倍頻模塊可產(chǎn)生二次諧波。耦合到所述倍頻模塊的所述頻率組合器可產(chǎn)生三次諧波。耦合到所述倍頻模塊或所述頻率組合器的所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器可產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號。耦合到所述光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器及所述頻率組合器的所述混頻模塊可產(chǎn)生等于所述三次諧波與所述經(jīng)下變頻信號的頻率的兩倍的和的頻率的激光輸出。
[0012]這些193.4nm激光器可使用容易購得且相對廉價的組件構(gòu)造。舉例來說，各種所描述實(shí)施例中所使用的基波激光器可產(chǎn)生大約1064.3nm、大約1053nm、大約1047nm或大約1030nm的基波頻率。這些基波激光器按功率及重復(fù)率的各種組合以合理價格而容易購得。所述基波激光器可包含激光二極管或光纖激光器。
[0013]實(shí)施為光學(xué)參數(shù)放大器(OPA)或光學(xué)參數(shù)振蕩器(OPO)的光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器可包含周期性輪詢的非線性光學(xué)晶體。示范性周期性輪詢的非線性晶體可由鈮酸鋰(LN)、經(jīng)氧化鎂摻雜的鈮酸鋰(Mg:LN)、化學(xué)計量鉭酸鋰(SLT)、經(jīng)氧化鎂摻雜的化學(xué)計量鉭酸鋰(Mg:SLT)或磷酸鈦氧鉀(KTP)形成。
[0014]由光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生的經(jīng)下變頻信號具有大約1380nm到1612nm、1416nm、818nm到918nm及846nm到856nm中的一者的信號波長。
[0015]混頻模塊可包含硼酸銫鋰(CLBO)晶體、β硼酸鋇(BBO)晶體或三硼酸鋰(LBO)晶體。在一個示范性混合技術(shù)中，處于大約266nm的波長的四次諧波與處于大約1416nm的經(jīng)下變頻信號(紅外光)混合以產(chǎn)生大約224nm的波長。大約224nm光然后與經(jīng)下變頻信號重新組合以產(chǎn)生大約193nm的波長。此兩個混頻級促成193nm激光器的總高效率及穩(wěn)定性。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，此兩個混頻級可包含CLBO晶體，所述CLBO晶體在接近100°C的溫度下可以高效率(例如，非線性系數(shù)可為大約0.5pm V1到Ipm V 及小走離角執(zhí)行這兩個轉(zhuǎn)換。在一個實(shí)施例中，CLBO中的第II型混合可用于后繼接著用以產(chǎn)生大約193nm波長的CLBO中的第I型混合的產(chǎn)生大約224nm波長的轉(zhuǎn)換級。在另一實(shí)施例中，CLBO中的第I型混合可用于后繼接著用以產(chǎn)生大約193nm波長的CLBO中的第II型混合的產(chǎn)生大約224nm的轉(zhuǎn)換級。在一些實(shí)施例中，可使用除CLBO外的非線性光學(xué)晶體(例如BBO (β硼酸鋇)或LBO(三硼酸鋰))來執(zhí)行此兩個混頻級中的一者或兩者。
[0016]本文中所描述的用于產(chǎn)生大約193.4nm的輸出波長的改進(jìn)型激光器可為連續(xù)波激光器、Q開關(guān)激光器、鎖模激光器或準(zhǔn)連續(xù)波激光器。與八次諧波激光器相比，這些改進(jìn)型激光器是明顯較不昂貴，其具有較長壽命及較佳持有成本。此外，與低重復(fù)率激光器相比，這些改進(jìn)型激光器可顯著簡化相關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)系統(tǒng)的照明光學(xué)器件。
【附圖說明】
[0017]圖1A、1B及IC展示示范性改進(jìn)型193nm激光器的框圖。
[0018]圖1D展示針對圖1A及IB中所示的改進(jìn)型193nm激光器的示范性波長范圍的表。
[0019]圖1E展示圖1C中所示的改進(jìn)型193nm激光器的示范性波長范圍的表。
[0020]圖2展示四次諧波產(chǎn)生器的一個實(shí)施例。
[0021]圖3展示混頻器模塊的一個實(shí)施例。
[0022]圖4A及4B展示可用于改進(jìn)型193nm激光器中的混頻器的一些實(shí)施例。
[0023]圖5圖解說明其中種子激光器可產(chǎn)生穩(wěn)定化窄頻帶種子激光的示范性放大器模塊。
[0024]圖6圖解說明經(jīng)配置以頻率ω s產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號的示范性0Ρ0/0ΡΑ。
[0025]圖7展示在一個傳感器上同時檢測兩個圖像或信號信道的掩模原版、光掩?；蚓瑱z驗(yàn)系統(tǒng)。
[0026]圖8圖解說明包含多個物鏡及上文所描述改進(jìn)型193nm激光器中的任一者的示范性檢驗(yàn)系統(tǒng)。
[0027]圖9圖解說明將垂直入射激光暗場照明添加到反折射成像系統(tǒng)。
[0028]圖1OA圖解說明用于檢驗(yàn)表面區(qū)域的包含照明系統(tǒng)及收集系統(tǒng)的表面檢驗(yàn)設(shè)備。
[0029]圖1OB圖解說明用于表面檢驗(yàn)設(shè)備的示范性收集系統(tǒng)陣列。
[0030]圖11圖解說明可用于檢驗(yàn)表面上異常的表面檢驗(yàn)系統(tǒng)。
[0031]圖12圖解說明經(jīng)配置以使用垂直及傾斜照明光束兩者來實(shí)施異常檢測的檢驗(yàn)系統(tǒng)。
[0032]圖13圖解說明與檢驗(yàn)或計量系統(tǒng)中的上文所描述的改進(jìn)型193nm激光器一起使用的示范性脈沖倍增器。
[0033]圖14圖解說明用于與檢驗(yàn)或計量系統(tǒng)中的上文所描述的改進(jìn)型193nm激光器一起使用的相干性減小子系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1A展示示范性改進(jìn)型193nm激光器100A的框圖。在激光器100A中，以頻率ω操作的基波激光器102可產(chǎn)生基波光128(業(yè)內(nèi)稱為“基波”)。在一個實(shí)施例中，頻率ω (基波)可對應(yīng)于接近1064nm的紅外線波長。應(yīng)注意，當(dāng)在本文中使用波長而無限定條件時，此波長是指光的真空波長。示范性基波激光器102可藉由使用Nd:YAG(經(jīng)釹摻雜的釔鋁石榴石)激光介質(zhì)或經(jīng)Nd摻雜的釩酸釔激光介質(zhì)的激光器或藉由經(jīng)鐿摻雜的光纖激光器來實(shí)施。適合基波激光器可從相干有限公司(Coherent Inc.)(包含具有80MHz及120MHz的重復(fù)率的Paladin系列中的模型)、理波公司(Newport Corporat1n)(包含Explorer系列中的模型)及其它制造商商業(yè)購得為脈沖(Q開關(guān)或鎖模)式或CW(連續(xù)波)式。用于此些基波激光器的激光器功率電平可介于從若干毫瓦到數(shù)十瓦特或更多的范圍。
[0035]在激光器100A中，基波128經(jīng)引導(dǎo)朝向光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生器，例如，光學(xué)參數(shù)振蕩器或光學(xué)參數(shù)放大器(0Ρ0/0ΡΑ)116。0Ρ0/0ΡΑ 116可將基波光128的部分下變頻成頻率《派經(jīng)下變頻信號129。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，對應(yīng)于Os的波長為大約1416nm(例如，在從約1330nm到約1612nm的范圍內(nèi)，在從約1378nm到1461nm的范圍內(nèi)，或在從約1413nm到約1417nm的范圍內(nèi))。
[0036]在一些實(shí)施例中，在下變頻過程中僅消耗基波128的部分。在此些實(shí)施例中，基波光128的未消耗部分(即，未消耗基波130)經(jīng)引導(dǎo)到四次諧波產(chǎn)生模塊103。模塊103 (下文進(jìn)一下詳細(xì)描述)通常包含多個頻率轉(zhuǎn)換級以從未消耗基波(ω)產(chǎn)生4次諧波(4ω)。此4次諧波(4ω)可在混頻模塊118中與經(jīng)下變頻信號129組合以形成具有實(shí)質(zhì)上等于4ω與和的頻率的激光輸出140。在一些實(shí)施例中，激光輸出140的輸出波長實(shí)質(zhì)上等于193.368nm。在其它實(shí)施例中，輸出波長介于大約190nm與200nm之間或介于大約192nm與195nm之間。
[0037]圖1B展示替代改進(jìn)型193nm激光器100B的框圖。在此實(shí)施例中，基波(ω)(由上文所提及激光器中的任何者產(chǎn)生)經(jīng)引導(dǎo)到第一倍頻模塊110以產(chǎn)生二次諧波(2ω)。由第一倍頻模塊110輸出的未消耗基波可經(jīng)引導(dǎo)到0Ρ0/0ΡΑ 116，0Ρ0/0ΡΑ 116繼而產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號《s。如上文所述，經(jīng)下變頻信號Ws的波長為大約1416nm(例如，在從約1330nm到約1612nm的范圍內(nèi)，在從約1380nm到1461nm的范圍內(nèi)，或在從約1413nm到約1417nm的范圍內(nèi))。
[0038]由第一倍頻模塊110產(chǎn)生的二次諧波(2ω)經(jīng)引導(dǎo)到第二倍頻模塊112以產(chǎn)生四次諧波(4ω)?；祛l模塊103可組合四次諧波(4ω)與經(jīng)下變頻信號(cos)以形成具有大約等于4ω與和的頻率的激光輸出140。如上文所述，在一些實(shí)施例中，此輸出波長大約等于193.368nm。在其它實(shí)施例中，輸出波長介于大約190nm與200nm之間或介于大約192nm 與 195nm 之間。
[0039]在又另一實(shí)施例中，由基波激光器102輸出的基波(ω)可分裂成兩部分。一部分經(jīng)引導(dǎo)到第一倍頻模塊110，且另一部分經(jīng)引導(dǎo)到0Ρ0/0ΡΑ 116 (由箭頭109所示)。因此，在此實(shí)施例中，由第一倍頻模塊110輸出的未消耗基波ω未經(jīng)引導(dǎo)到0Ρ0/0ΡΑ 116。第二倍頻模塊112與0Ρ0/0ΡΑ 116均仍耦合到混頻模塊103，如圖1B中所示。在此經(jīng)修改實(shí)施例中使用且產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上類似波長，如在上文所描述改進(jìn)型193nm激光器100B中。
[0040]圖1D展示針對圖1A及IB中所示的改進(jìn)型193nm激光器的示范性波長范圍(以rim為單位)的表。針對每基波激光器類型，展示示范性短波長基波及示范性長波長基波，連同對應(yīng)于所要輸出波長所需要的諧波及經(jīng)下變頻信號的波長(在表中所示的實(shí)例中為193.4nm)?；す馄鞯木_波長取決于諸多因素，包含激光介質(zhì)的精確組合物、激光介質(zhì)的操作溫