0晶體 對所述四次諧波波長提供波長轉(zhuǎn)換。
【附圖說明】
[00%]圖1說明包含多個腔的現(xiàn)有技術(shù)DUV CW激光，每一腔包含多個鏡及NLO晶體。
[0029] 圖2說明包含多個腔的改進的DUV CW激光，其中第二腔包含相對于彼此成預(yù)定定 向的兩個NLO晶體。
[0030] 圖3說明可用于圖2中所示的改進的DUV CW激光中的示范性NLO晶體的端視圖。
[0031] 圖4說明用于圖2中所示的改進的DUV CW激光中的第一及第二化0晶體的相對定 向。
[0032] 圖5到12說明可包含所描述的改進的DUV CW激光的系統(tǒng)。運些系統(tǒng)可用于光掩模、 主光罩或晶片檢驗應(yīng)用中。
【具體實施方式】
[0033] 如下文詳細描述，改進的DUV CW激光可包含對四次諧波產(chǎn)生器的若干改進。運些 改進可組合或個別地使用。圖2說明示范性的改進的DUV CW激光200。注意，圖2中使用與圖1 的對應(yīng)元件相同的數(shù)字標(biāo)記的元件具有與參考圖1所描述的功能相同的功能且可W大體上 類似方式實施此類元件。例如，在此實施例中，DUV CW激光200包含基頻激光101及二次諧波 產(chǎn)生器102A，所述兩者已參考圖1詳細描述。
[0034] 參考圖2,通過二次諧波產(chǎn)生器102A產(chǎn)生的光201通過模式匹配透鏡224聚焦且通 過鏡130進入四次諧波產(chǎn)生器202B。在一個實施例中，光201可處于約53化m的波長(或另一 可見波長）。光201通過從鏡130、131、132及133(參考圖1所描述)反射而圍繞四次諧波產(chǎn)生 器202B循環(huán)。注意，四次諧波產(chǎn)生器202B的一些實施例可只具有兩個或Ξ個鏡而非所示的 四個。鏡130、131、132及133經(jīng)涂布W便對于循環(huán)光的入射角在所述可見波長處高度反射。 鏡130的涂層還必須透射W不同于循環(huán)光的入射角到達的光201。
[0035] 可通過所屬領(lǐng)域中已知的鎖定方案（在上文列出所述鎖定方案中的一些）中的任 一者來控制實施四次諧波產(chǎn)生器202B的腔的長度。在一個實施例中，可使用亨斯-庫約（ Huns油-Couillaud)鎖定方案(參見上文列出的參考文獻)控制四次諧波產(chǎn)生器202B的腔長 度。注意，高可見光功率水平(例如約10W或更大)可損壞調(diào)制器，或可耐受此類功率的調(diào)制 器可為昂貴的。四次諧波產(chǎn)生器202B的亨斯-庫約（Hansch-Couillaud)鎖定方案可使用經(jīng) 定向W便使光201的偏光旋轉(zhuǎn)小角度(例如小于約2°的角度）的半波板223。無源組件(例如 半波板223)可比有源組件(例如調(diào)制器)更能耐受高可見光功率。經(jīng)由鏡130離開四次諧波 產(chǎn)生器202B的循環(huán)光的小部分連同具有正交偏光(通過半波板223產(chǎn)生）的輸入光的反射分 量一起被引導(dǎo)到伺服控制件260,所述伺服控制件260控制腔長度。具體地說，伺服控制件 260可確定四次諧波產(chǎn)生器202B的長度是否需要調(diào)整且如果需要，那么確定所述長度是應(yīng) 增加還是應(yīng)減小及增加或減小的程度。致動器控制件127W物理方式控制鏡131的位置W維 持第二腔的適當(dāng)長度使得來自鏡133的反射光的相位與到達鏡130的可見光201的相位相 同。如果需要，可通過光束分割器252及光束截止器251任選地使來自腔的光衰減。在任何必 要衰減之后，光穿過四分之一波板253,四分之一波板253經(jīng)定向使得其軸與腔的偏光方向 成大體上45度W使兩個正交偏光彼此干擾。偏光光束分割器254將四分之一波板253的輸出 分離成通過兩個光電二極管255檢測的兩個正交偏光。任選地，如果偏光光束分割器254確 實提供足夠的偏光鑒別，那么線性偏光器(未展示)可放置于光電二極管255前方。伺服控制 電路259從來自兩個光電二極管的信號的差產(chǎn)生致動器控制件127。
[0036] 如上文所提及，DUV CW激光200包含在四次諧波產(chǎn)生器中的兩個化0晶體:提供頻 率轉(zhuǎn)換的第一化0晶體235及未提供任何頻率轉(zhuǎn)換的第二化0晶體236。在一個實施例中，化0 晶體235可產(chǎn)生四次諧波(例如，從532nm的輸入波長產(chǎn)生266nm的波長）。在一個優(yōu)選實施例 中，可通過經(jīng)氨退火的化0晶體實施化0晶體235。示范性經(jīng)氨退火的化B0(棚酸飽裡)NL0描 述于2012年6月5日申請的美國專利申請案13/544,425中，所述專利申請案主張2011年10月 7日申請的美國臨時申請案61/544,425的優(yōu)先權(quán)，所述兩個專利申請案W引用的方式并入 本文中。使用經(jīng)氨退火的化0晶體勝過常規(guī)化0晶體的優(yōu)點在于，所述經(jīng)氨退火的化0晶體可 在較少或較慢損壞的情況下W較高DUV功率密度操作。因此，包含至少一個經(jīng)氨退火的化0 晶體的DUV CW激光可提供更穩(wěn)定的輸出，歸因于維護或修復(fù)之間的增加的時間間隔而具有 較長壽命及較低操作成本。
[0037] 在一些優(yōu)選實施例中，DUV CW激光200可將光201聚焦于化0晶體235內(nèi)的楠圓焦點 中，其中楠圓的長軸經(jīng)定向成大體上平行于NL0晶體含有e軸(異常軸）的平面。此定向展示 于圖3中，圖3展示NL0晶體235的端視圖。如圖3中所示，光被聚焦到NL0晶體235中或接近于 化0晶體235的楠圓光點303。注意，楠圓光點303的長軸大體上平行于化0晶體235含有e軸的 平面(即，如圖3中所描繪的水平平面)而對準。在一些優(yōu)選實施例中，楠圓光點303的較短軸 的焦點減小達近似與長軸的焦點增加到近似維持功率密度及因此維持轉(zhuǎn)換效率相同的因 子?？赏ㄟ^使模式匹配透鏡或鏡224中的一或多者圓柱形彎曲或在兩個不同方向上具有不 同曲率半徑而實現(xiàn)楠圓聚焦。在一些實施例中，二次諧波產(chǎn)生器102A可針對四次諧波產(chǎn)生 器202B輸出未必沿著正確軸呈長形或具有所需偏屯、率的楠圓光束。在一個實施例中，圓柱 形望遠鏡或其它光學(xué)器件可用于模式匹配透鏡或鏡224W按所需形狀及大小將楠圓光點重 新塑形且重新聚焦到四次諧波產(chǎn)生器202B中。
[0038] NL0晶體235內(nèi)部的聚焦激光福射的強電場引起所述晶體的材料的折射率的改變 (稱為光折射）。因為電場強度從楠圓光點303的中屯、到其邊沿降低，所W在楠圓光點303的 中屯、處的折射率改變大于在其邊沿處的折射率改變。此外，光折射效應(yīng)在含有e軸的方向上 更強。
[0039] 使用具有平行于含有e軸的平面的長軸的楠圓聚焦的優(yōu)點在于，輸出光束的離散 (walk-off)發(fā)生在此方向上。在此方向上的長形楠圓允許使用較長化0晶體同時維持光束 質(zhì)量。由德賓斯基(Dribinski)等人于2012年3月2日申請且W引用的方式并入本文中的美 國專利申請案13/412，564描述光在NL0晶體中的示范性楠圓聚焦。
[0040] 注意，光折射將像散引入到四次諧波產(chǎn)生器腔中。控制如通過鏡之間的距離測量 的腔長度的常規(guī)伺服控制件可只校正來自平均折射率改變的平均路徑長度改變且未校正 由聚焦光束內(nèi)的不同位置處的不同折射率改變引起的任何像散。第二晶體236在材料組合 物上大體上類似于頻率轉(zhuǎn)換晶體（即，第一晶體235)，區(qū)別僅在于第二晶體236的晶體軸圍 繞平行于光201的傳播方向的軸旋轉(zhuǎn)90°且因此第二晶體236并不執(zhí)行任何頻率轉(zhuǎn)換。在一 個實施例(經(jīng)展示）中，第二化0晶體236放置于第一化0晶體235的正下游使得四次諧波光及 殘余二次諧波光穿過所述第二晶體。因為二次諧波及四次諧波兩者造成化0晶體中的光折 射及其它非理想效應(yīng)，所W將第二化0晶體236放置于第一化0晶體235的下游確保由第二 NL0晶體236產(chǎn)生的像差大體上類似于由第一化0晶體235產(chǎn)生的像差，區(qū)別僅在于由第二 化0晶體236產(chǎn)生的像差旋轉(zhuǎn)90°。在其它實施例中，第二化0晶體236是放置于第一化0晶體 235的正上游(未展示)使得第二化0晶體236未經(jīng)受四次諧波化V)光。因為諧振腔中的二次 諧波的功率密度遠大于四次諧波的功率密度，所W大部分光折射效應(yīng)是由二次諧波產(chǎn)生且 因此第二化0晶體236中的像差可足夠類似于第一化0晶體235中的像差(除90°旋轉(zhuǎn)W外）W 大體上消除第一化0晶體235中產(chǎn)生的像散。將第二化0晶體236放置于第一化0晶體235的上 游的優(yōu)點在于，如果第二化0晶體未暴露于可使化0晶體降級的四次諧波UV福射，那么其將 具有較長壽命。在此情況中，第二化0晶體236將需要較不頻繁地更換(或完全不需要更換） 且因此激光在多年中的維護成本將較低。在一些實施例中，如果在四次諧波產(chǎn)生器202B中 循環(huán)的光經(jīng)重新聚焦于腔中的特定點處，那么第一 NL0晶體235可放置于所述位置處而非緊 鄰于第二NL0晶體236。
[0041 ]在一個實施例中，四次諧波產(chǎn)生器202B中的第一及第二化0晶體使其輸入及輸出 表面W相對于入射可見光所成的近似布魯斯特角(Brewster's angle)切割，其中表面經(jīng)定 向使得入射可見光相對于所述表面大體上P偏光。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，布魯斯特 切割表面對于P偏光具有大體上零反射率。使用布魯斯特切割表面無需化0晶體的表面上的 抗反射涂層。可耐受四次諧波產(chǎn)生器內(nèi)部的高功率密度的抗反射涂層可能并不可用。因為 四次諧波使其偏光垂直于可見光的偏光，所W四次諧波不會具有來自針對可見光經(jīng)布魯斯 特切割的表面的低反射率。因此如果使用布魯斯特切割晶體，那么優(yōu)選將第二化0晶體236 放置于第一 NL0晶體235的上游W避免四次諧波福射的損耗。
[0042]第二化0晶體236的目的是大體上消除由第一化0晶體235引起的像散。為實現(xiàn)此目 的，在一個實施例中，定向第二化0晶體236使得其光學(xué)軸圍繞光的傳播方向相對于第一化0 晶體235的光學(xué)軸旋轉(zhuǎn)大體上90°。因為由第二化0晶體236引入的像散相對于第一化0晶體 235大體上旋轉(zhuǎn)90°，所W兩個像散大體上彼此抵消。雖然包含第二化ο晶體236增加了DUV CW激光200的成本，但是所述成本增加可通過相較于在四次諧波產(chǎn)生器中使用單一晶體的 激光(例如，參見圖1)的較高性能、較長壽命及降低的維護頻率來抵消。NLO晶體235及236的 光學(xué)軸的相對定向展示于圖4中。第一化0晶體235的e軸相對于傳入光410(即，二次諧波）的 傳播及偏光的方向?qū)蔠便實現(xiàn)用于在所需晶體溫度下從二次諧波產(chǎn)生四次諧波的相位 匹配。例如，如果NLO晶體包括CLBO,所述化BO的所需操作溫度是約50°C且二次諧波處于 53化m的波長，那么晶體的e軸應(yīng)相對于傳入光的傳播方向成大體上61.6°且應(yīng)垂直于所述 傳入光的偏光方向。圖4為了說明目的展示位于相對于光的傳播方向成角度的大體上水平 方向上的e軸。如所示，第二化0晶體236經(jīng)定向使得含有其e軸的平面及光的傳播方向大體 上垂直(所述e軸在方向408上），其大體上垂直于第一化0晶體235的含有e軸的平面的定向 及光的傳播方向（所述e軸在方向405上）。第二化0晶體236中的e軸的方向408與光的傳播方 向之間的角度的值大體上等于第一化0晶體235中的e軸的方向405與光的方向之間的角度 的值，但是兩個晶體的晶體軸的定向圍繞傳入光410的傳播方向相對于彼此旋轉(zhuǎn)90°。
[0043] 如果化0晶體是雙軸雙折射而非如先前實例中那樣單軸雙折射，那么相同原理仍 適用。第一化0晶體235的光學(xué)軸必須經(jīng)定向而相對于傳入光410(二次諧波）的傳播及偏光 的方向?qū)蔠便實現(xiàn)用于在所需晶體溫度下從二次諧波產(chǎn)生四次諧波的相位匹配。第二 NLO晶體236必須經(jīng)定向使得其光學(xué)軸圍繞傳入光410的傳播方向旋轉(zhuǎn)90°。
[0044] 再次參考圖2,在一些實施例中，鏡130、131、132及133中的一或多者是用W將在四 次諧波產(chǎn)生器202B中循環(huán)的光重新聚焦到大體上在第一化0晶體235內(nèi)部或接近于第一化0 晶體235的光束腰的球面鏡。在一些實施例中，鏡130、131、132及133中的一或多者是圓柱形 的W近似補償?shù)谝换?晶體235的像散?？墒褂么酥骁R代替傾斜板245或第二化0晶體236， 或除了使用傾斜板245或第二化0晶體236之外，還可使用此柱面鏡。在一些實施例中，致動 器(未展示)可控制柱面鏡的曲率W調(diào)整像散補償。在一些實施例中，致動器(未展示)可改 變球面鏡的方向上的曲率W補償像散。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何選取鏡曲率W將循 環(huán)光聚焦到圓形或楠圓焦點中W及如何校正像散。
[0045] 所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其它像散控制