CN105659447B - 低噪声、高稳定性、深紫外光的连续波激光 - Google Patents

Abstract

一种用于产生深紫外光DUV的连续波CW光的激光包含二次谐波产生器及四次谐波产生器。所述四次谐波产生器包含多个镜以及第一及第二非线性光学NLO晶体。所述第一NLO晶体产生具有四次谐波波长的光，且经放置而与所述多个镜成操作关系。所述第二NLO晶体经放置而与所述第一NLO晶体成操作关系，使得具有二次谐波波长的光穿过所述第一NLO晶体及所述第二NLO晶体两者。注意，所述第二NLO晶体的第二光学轴围绕所述第二NLO晶体内光的传播方向相对于所述第一NLO晶体的第一光学轴旋转约90度。所述第二NLO晶体不提供波长转换。

Description

低噪声、高稳定性、深紫外光的连续波激光

相关申请案

本申请案主张2013年9月10日申请的标题为“具有改进稳定性的CW DUV激光(CWDUV Laser With Improved Stability)“的美国临时专利申请案61/876,201的优先权。

技术领域

本发明涉及低噪声、高稳定性、深紫外光(DUV)的连续波(CW)激光以及包含此类激光的检验及度量系统。

背景技术

半导体检验及度量需要非常稳定、低噪声的光源以检测小缺陷及/或进行小尺寸的非常精确测量。UV光源是重要的，因为较短波长通常对小缺陷或尺寸的更敏感。

低噪声、高稳定性激光当前可用于可见及近红外(IR)的波长。然而，存在非常少的CW激光可用于DUV的波长。即使在可用时，此类激光也是昂贵且有噪声的、具有较差长期稳定性且可能需要频繁调整及/或维护。此外，此类激光通常具有小于250mW的功率，而大多数工业应用需要较高功率，因为其实现更快且更精确的检验及测量。

已知DUV CW激光通常通过产生IR基频激光的四次谐波而操作。通常使用两个频率转换级，其中第一级从基频产生二次谐波频率(又称为二次谐波)且第二级使用所述二次谐波频率产生四次谐波频率(又称为四次谐波)。每一倍频级(即，所述第一级及所述第二级)使用非线性光学(NLO)晶体。

倍频过程取决于电场强度的平方，这为所属领域的技术人员所知。因此，如果NLO晶体内部的功率密度较低，那么转换过程非常低效。几瓦特或甚至几十瓦特功率的IR激光在聚焦到NLO晶体中时由于其低功率密度而产生非常少的二次谐波。相比而言，脉冲激光可提供比其平均功率密度高许多倍的峰值功率密度。因此，具有类似于IR激光的时间平均功率密度的时间平均功率密度的脉冲激光可产生大量二次谐波。例如，在一些脉冲激光中，脉冲激光的大致50％输入可转换为二次谐波。

DUV CW激光可使用谐振腔(又称为腔)以增大其NLO晶体中的功率密度，从而提高其转换效率。穿过NLO晶体而未转换为二次谐波的大部分光在腔中再循环以增进功率密度。允许经产生的任何二次谐波穿出腔。最终，功率密度增进到其中作为二次谐波离开所述腔的功率加上所述腔中的损耗等于输入功率的水平且因此达到稳定状态。为产生DUV波长，通常可将两个谐振腔串联连接。第一腔通过再循环IR基波长而产生二次谐波(例如，可见波长，例如532nm)。串联耦合到所述第一腔的第二腔通过再循环所述二次谐波而产生四次谐波(例如，DUV波长，例如266nm)。注意，如用于描述腔及/或所述腔的组件的术语“耦合”可或不可包含腔的组件物理接触。

图1说明使用两个腔的示范性已知激光配置，其中第一腔实施二次谐波产生器102A且第二腔实施四次谐波产生器102B。二次谐波产生器102A包含用以产生二次谐波的多个镜110、111、112及113以及NLO晶体115。四次谐波产生器102B包含用以产生四次谐波的多个镜130、131、132及133以及NLO晶体135。可使用振荡器104(产生频率f1的信号)、调制器103、光电二极管105以及同步检测器106来主动控制二次谐波产生器102A。类似地，可使用振荡器124(产生频率f2的信号)、调制器123、光电二极管125以及同步检测器126来主动控制四次谐波产生器102B。

来自基频激光101的IR光(例如，1064nm)通过镜110进入二次谐波产生器102A且在从镜111及112反射之后进入NLO晶体115。IR光进入NLO晶体115的部分经转换为二次谐波(例如，到532nm)。镜113涂布有反射IR光但透射二次谐波的材料。因此，二次谐波光穿过镜113且经引导到四次谐波产生器102B。

穿过晶体115的大部分IR光在未经转换的情况下从NLO晶体115出射且因此通过镜113反射且引导回到镜110。镜110涂布有对从镜113以射线的入射角到达的IR光高度反射但对来自基频激光101的传入IR光高度透射的材料。

为增进二次谐波产生器102A中的高功率密度，已在第一腔中循环的IR光应与来自基频激光101的传入光同相而到达镜110。为此目的，可使用伺服控制件以机械移动镜111以实现预定腔长度，从而提供所需相位。在图1中所示的配置中，用于二次谐波产生器102A的伺服控制件包含振荡器104、调制器103、光电二极管105、同步检测器106及致动器控制件107。类似地，用于四次谐波产生器102B的伺服控制件包含振荡器124、调制器123、光电二极管125、同步检测器126及致动器控制件127。示范性致动器控制件可包含压电换能器或音圈以维持预定腔长度且因此最大化所述腔中的功率密度。

如图1中所示，通过调制器103以(通过振荡器104提供的)频率f1调制来自基频激光101的输入IR光以提供时变信号。注意，任何镜上的涂层是不完美的，从而允许一些泄漏。因此，光电二极管105接收在第一腔中循环的光的小部分(即，经由镜110通过镜113反射的光)以提供信号到同步检测器106。同步检测器106(其可包含混频器或一些其它类似组件)比较光电二极管105的输出与频率f1的振荡器104的输出以产生用于致动器控制件107的控制信号。具体地说，同步检测器106可确定第一腔的长度是否需要调整且如果需要，那么确定所述长度是应增加还是应减小及增加或减小的程度。示范性伺服控制件描述于美国专利5,367,531以及布莱克(Black)的激光干涉引力波天文台技术备忘表LIGO-T980045-00-D(1998年)(LIGO Technical Note LIGO-T980045-00-D(1998))中。

第二调制器123以频率f2调制(通过镜113提供的)到四次谐波产生器102B的输入光以提供另一时变信号。光电二极管125检测(经由镜130来自镜133的)循环光的小部分。同步检测器126比较光电二极管125的输出与在频率f2的振荡器124的输出以产生用于致动器控制件127的控制信号。具体地说，同步检测器126可确定四次谐波产生器102B的长度是否需要调整且如果需要，那么确定是应增加还是应减小所述长度。致动器控制件127物理控制镜131的位置以维持四次谐波产生器102B的适当长度使得来自镜133的反射光的相位与(经由镜113)提供到镜130的相位相同。

因此，四次谐波产生器102B以大体上类似于二次谐波产生器102A的方式操作，区别仅在于进入四次谐波产生器102B的光的输入波长是二次谐波(例如，532nm)且输出波长是四次谐波(例如，266nm)。注意，二次及四次谐波产生器组件的涂层及材料是针对其相应波长而适当地选取。

在一些现有技术装置(未展示)中，省略第二调制器123，从而导致两个伺服控制件在相同调制频率下操作。在其它现有技术装置(也未展示)中，不存在第一调制器103也不存在第二调制器123。例如，IR激光101通过操作激光使得产生两个模式来产生经调制输出，所述两个模式经选取具有波长分离及相对振幅使得通过所述两个模式的“拍动(beating)”(例如，参见灿格(Zanger)等人的美国公开专利申请案2006/0176916)产生适当调制的输出。所属领域中已知的无需调制激光的另一谐振腔伺服控制方法是最先由亨施及库约(Couillaud)在《光学通信》，35，第442页到444页(1980年)(Optical Communications,35,442-444,(1980))中描述的方法，所述方法使用偏光以测量谐振腔中的相变。

在又其它现有技术装置中，一或多个谐波产生器可包括两个或三个镜而非四个镜。在一些实施例中，两个腔可具有不同数目个镜。在又其它现有技术装置中，可通过放置于NLO晶体135与镜133之间的光束分割器(未展示)将DUV输出波长与再循环光分离(因此，镜133可涂布有只具有反射性的材料)。

注意，图1中所示的伺服控制件可有效地校正归因于(例如)温度改变的腔长度的缓慢改变。其还可有效地校正由低振幅、低频率振动引起的腔长度改变。不幸的是，其它因素可使腔的输出降级且无法仅仅通过调整腔长度而校正。如果未经补偿的效应改变，那么此类因素可降低转换过程的效率且导致输出激光功率随时间的向下倾向。

未经补偿的效应可包含归因于NLO晶体的性质的在空间上变化的改变的焦距及像散的改变。此类改变在通过某个位置处的光折射引起时可归因于所述位置处的聚焦光束的功率密度而逆转，或可归因于对NLO晶体的材料的损坏而不可逆转。

不幸的是，DUV CW激光100仅可补偿腔长度的改变。因此，DUV CW激光100不能补偿在其第一或第二腔中的NLO晶体的焦点或像散的任何改变。因为在每一NLO晶体中的强烈聚焦的激光光通常引发所述NLO晶体中的可逆转及不可逆转改变两者，所以DUV CW激光100一般在最佳强度下操作且具有较短寿命。

因此，需要一种可补偿NLO晶体在其构成谐波产生器中的焦点或像散的任何改变的DUV CW激光。

发明内容

一种用于产生深紫外光(DUV)的连续波(CW)光的激光包含二次谐波产生器及四次谐波产生器。所述二次谐波产生器将具有基波长的光转换为具有二次谐波波长的光。可使用谐振腔或通过其它构件来实现此转换。所述四次谐波产生器将具有所述二次谐波波长的所述光转换为具有四次谐波波长的光。

在优选实施例中，四次谐波产生器包含多个镜、第一非线性光学(NLO)晶体及第二NLO晶体。所述第一NLO晶体产生具有四次谐波波长的光，且经放置而与所述多个镜成操作关系。二次谐波穿过所述第一NLO晶体及所述第二NLO晶体。注意，所述第二NLO晶体的第二光学轴围绕所述第二NLO晶体内具有二次谐波波长的光的传播方向相对于所述第一NLO晶体的第一光学轴旋转约90度。所述第二NLO晶体并不提供任何波长转换。

在一个实施例中，所述第一NLO晶体及所述第二NLO晶体中的每一者经氢退火。在另一实施例中，所述第一NLO晶体及所述第二NLO晶体中的每一者包括经氢退火的CLBO(硼酸铯锂)晶体。具有二次谐波的光可聚焦到所述第一NLO晶体中或接近于所述第一NLO晶体的大体上椭圆光束腰，其中椭圆的长轴大体上处在含有第一e轴的平面中。所述第二NLO晶体可保持在大体上与所述第一NLO晶体相同的温度。可选取所述第一NLO晶体的相位匹配角及温度以便减少所述第一NLO晶体中由其中的聚焦光束产生的像散。在一个实施例中，控制至少所述第一NLO晶体的温度(例如，控制在约50℃或更低温度)以减少所述第一NLO晶体中由聚焦光束产生的像散。

所述四次谐波产生器可进一步包含具有平行表面的一对薄板。所述对薄板可以大体上相等且相反的角度倾斜以便最小化在补偿像散时光束的任何位移。所述四次谐波产生器可进一步包含自动调整像散补偿以便大体上消除由所述四次谐波产生器引入的像散的反馈控制回路。

本发明还描述一种用于检验晶片、主光罩或光掩模的系统。此系统可包含DUV CW激光，所述DUV CW激光包含在四次谐波产生器中的第一及第二NLO晶体，如本文中所描述。

本发明揭示一种在激光中产生深紫外光(DUV)的连续波(CW)光的方法。此方法包含：将具有基波长的光转换为具有二次谐波波长的光；及使用第一非线性光学(NLO)晶体及第二NLO晶体将具有所述二次谐波波长的所述光转换为具有四次谐波波长的光。产生具有所述四次谐波波长的所述光包含：使二次谐波穿过所述第一NLO晶体及所述第二NLO晶体；及使所述第二NLO晶体的第二光学轴围绕在所述第二NLO晶体内具有二次谐波波长的光的传播方向相对于所述第一NLO晶体的第一光学轴旋转约90度。注意，只有所述第一NLO晶体对所述四次谐波波长提供波长转换。

附图说明

图1说明包含多个腔的现有技术DUV CW激光，每一腔包含多个镜及NLO晶体。

图2说明包含多个腔的改进的DUV CW激光，其中第二腔包含相对于彼此成预定定向的两个NLO晶体。

图3说明可用于图2中所示的改进的DUV CW激光中的示范性NLO晶体的端视图。

图4说明用于图2中所示的改进的DUV CW激光中的第一及第二NLO晶体的相对定向。

图5到12说明可包含所描述的改进的DUV CW激光的系统。这些系统可用于光掩模、主光罩或晶片检验应用中。

具体实施方式

如下文详细描述，改进的DUV CW激光可包含对四次谐波产生器的若干改进。这些改进可组合或个别地使用。图2说明示范性的改进的DUV CW激光200。注意，图2中使用与图1的对应元件相同的数字标记的元件具有与参考图1所描述的功能相同的功能且可以大体上类似方式实施此类元件。例如，在此实施例中，DUV CW激光200包含基频激光101及二次谐波产生器102A，所述两者已参考图1详细描述。

参考图2，通过二次谐波产生器102A产生的光201通过模式匹配透镜224聚焦且通过镜130进入四次谐波产生器202B。在一个实施例中，光201可处于约532nm的波长(或另一可见波长)。光201通过从镜130、131、132及133(参考图1所描述)反射而围绕四次谐波产生器202B循环。注意，四次谐波产生器202B的一些实施例可只具有两个或三个镜而非所示的四个。镜130、131、132及133经涂布以便对于循环光的入射角在所述可见波长处高度反射。镜130的涂层还必须透射以不同于循环光的入射角到达的光201。

可通过所属领域中已知的锁定方案(在上文列出所述锁定方案中的一些)中的任一者来控制实施四次谐波产生器202B的腔的长度。在一个实施例中，可使用亨斯-库约(-Couillaud)锁定方案(参见上文列出的参考文献)控制四次谐波产生器202B的腔长度。注意，高可见光功率水平(例如约10W或更大)可损坏调制器，或可耐受此类功率的调制器可为昂贵的。四次谐波产生器202B的亨斯-库约(-Couillaud)锁定方案可使用经定向以便使光201的偏光旋转小角度(例如小于约2°的角度)的半波板223。无源组件(例如半波板223)可比有源组件(例如调制器)更能耐受高可见光功率。经由镜130离开四次谐波产生器202B的循环光的小部分连同具有正交偏光(通过半波板223产生)的输入光的反射分量一起被引导到伺服控制件260，所述伺服控制件260控制腔长度。具体地说，伺服控制件260可确定四次谐波产生器202B的长度是否需要调整且如果需要，那么确定所述长度是应增加还是应减小及增加或减小的程度。致动器控制件127以物理方式控制镜131的位置以维持第二腔的适当长度使得来自镜133的反射光的相位与到达镜130的可见光201的相位相同。如果需要，可通过光束分割器252及光束截止器251任选地使来自腔的光衰减。在任何必要衰减之后，光穿过四分之一波板253，四分之一波板253经定向使得其轴与腔的偏光方向成大体上45度以使两个正交偏光彼此干扰。偏光光束分割器254将四分之一波板253的输出分离成通过两个光电二极管255检测的两个正交偏光。任选地，如果偏光光束分割器254未提供足够的偏光鉴别，那么线性偏光器(未展示)可放置于光电二极管255前方。伺服控制电路259从来自两个光电二极管的信号的差产生致动器控制件127。

如上文所提及，DUV CW激光200包含在四次谐波产生器中的两个NLO晶体：提供频率转换的第一NLO晶体235及未提供任何频率转换的第二NLO晶体236。在一个实施例中，NLO晶体235可产生四次谐波(例如，从532nm的输入波长产生266nm的波长)。在一个优选实施例中，可通过经氢退火的NLO晶体实施NLO晶体235。示范性经氢退火的CLBO(硼酸铯锂)NLO描述于2012年6月5日申请的美国专利申请案13/544,425中，所述专利申请案主张2011年10月7日申请的美国临时申请案61/544,425的优先权，所述两个专利申请案以引用的方式并入本文中。使用经氢退火的NLO晶体胜过常规NLO晶体的优点在于，所述经氢退火的NLO晶体可在较少或较慢损坏的情况下以较高DUV功率密度操作。因此，包含至少一个经氢退火的NLO晶体的DUV CW激光可提供更稳定的输出，归因于维护或修复之间的增加的时间间隔而具有较长寿命及较低操作成本。

在一些优选实施例中，DUV CW激光200可将光201聚焦于NLO晶体235内的椭圆焦点中，其中椭圆的长轴经定向成大体上平行于NLO晶体含有e轴(异常轴)的平面。此定向展示于图3中，图3展示NLO晶体235的端视图。如图3中所示，光被聚焦到NLO晶体235中或接近于NLO晶体235的椭圆光点303。注意，椭圆光点303的长轴大体上平行于NLO晶体235含有e轴的平面(即，如图3中所描绘的水平平面)而对准。在一些优选实施例中，椭圆光点303的较短轴的焦点减小达近似与长轴的焦点增加到近似维持功率密度及因此维持转换效率相同的因子。可通过使模式匹配透镜或镜224中的一或多者圆柱形弯曲或在两个不同方向上具有不同曲率半径而实现椭圆聚焦。在一些实施例中，二次谐波产生器102A可针对四次谐波产生器202B输出未必沿着正确轴呈长形或具有所需偏心率的椭圆光束。在一个实施例中，圆柱形望远镜或其它光学器件可用于模式匹配透镜或镜224以按所需形状及大小将椭圆光点重新塑形且重新聚焦到四次谐波产生器202B中。

NLO晶体235内部的聚焦激光辐射的强电场引起所述晶体的材料的折射率的改变(称为光折射)。因为电场强度从椭圆光点303的中心到其边沿降低，所以在椭圆光点303的中心处的折射率改变大于在其边沿处的折射率改变。此外，光折射效应在含有e轴的方向上更强。

使用具有平行于含有e轴的平面的长轴的椭圆聚焦的优点在于，输出光束的离散(walk-off)发生在此方向上。在此方向上的长形椭圆允许使用较长NLO晶体同时维持光束质量。由德宾斯基(Dribinski)等人于2012年3月2日申请且以引用的方式并入本文中的美国专利申请案13/412,564描述光在NLO晶体中的示范性椭圆聚焦。

注意，光折射将像散引入到四次谐波产生器腔中。控制如通过镜之间的距离测量的腔长度的常规伺服控制件可只校正来自平均折射率改变的平均路径长度改变且未校正由聚焦光束内的不同位置处的不同折射率改变引起的任何像散。第二晶体236在材料组合物上大体上类似于频率转换晶体(即，第一晶体235)，区别仅在于第二晶体236的晶体轴围绕平行于光201的传播方向的轴旋转90°且因此第二晶体236并不执行任何频率转换。在一个实施例(经展示)中，第二NLO晶体236放置于第一NLO晶体235的正下游使得四次谐波光及残余二次谐波光穿过所述第二晶体。因为二次谐波及四次谐波两者造成NLO晶体中的光折射及其它非理想效应，所以将第二NLO晶体236放置于第一NLO晶体235的下游确保由第二NLO晶体236产生的像差大体上类似于由第一NLO晶体235产生的像差，区别仅在于由第二NLO晶体236产生的像差旋转90°。在其它实施例中，第二NLO晶体236是放置于第一NLO晶体235的正上游(未展示)使得第二NLO晶体236未经受四次谐波(UV)光。因为谐振腔中的二次谐波的功率密度远大于四次谐波的功率密度，所以大部分光折射效应是由二次谐波产生且因此第二NLO晶体236中的像差可足够类似于第一NLO晶体235中的像差(除90°旋转以外)以大体上消除第一NLO晶体235中产生的像散。将第二NLO晶体236放置于第一NLO晶体235的上游的优点在于，如果第二NLO晶体未暴露于可使NLO晶体降级的四次谐波UV辐射，那么其将具有较长寿命。在此情况中，第二NLO晶体236将需要较不频繁地更换(或完全不需要更换)且因此激光在多年中的维护成本将较低。在一些实施例中，如果在四次谐波产生器202B中循环的光经重新聚焦于腔中的特定点处，那么第一NLO晶体235可放置于所述位置处而非紧邻于第二NLO晶体236。

在一个实施例中，四次谐波产生器202B中的第一及第二NLO晶体使其输入及输出表面以相对于入射可见光所成的近似布鲁斯特角(Brewster’s angle)切割，其中表面经定向使得入射可见光相对于所述表面大体上p偏光。如所属领域的技术人员所熟知，布鲁斯特切割表面对于p偏光具有大体上零反射率。使用布鲁斯特切割表面无需NLO晶体的表面上的抗反射涂层。可耐受四次谐波产生器内部的高功率密度的抗反射涂层可能并不可用。因为四次谐波使其偏光垂直于可见光的偏光，所以四次谐波不会具有来自针对可见光经布鲁斯特切割的表面的低反射率。因此如果使用布鲁斯特切割晶体，那么优选将第二NLO晶体236放置于第一NLO晶体235的上游以避免四次谐波辐射的损耗。

第二NLO晶体236的目的是大体上消除由第一NLO晶体235引起的像散。为实现此目的，在一个实施例中，定向第二NLO晶体236使得其光学轴围绕光的传播方向相对于第一NLO晶体235的光学轴旋转大体上90°。因为由第二NLO晶体236引入的像散相对于第一NLO晶体235大体上旋转90°，所以两个像散大体上彼此抵消。虽然包含第二NLO晶体236增加了DUVCW激光200的成本，但是所述成本增加可通过相较于在四次谐波产生器中使用单一晶体的激光(例如，参见图1)的较高性能、较长寿命及降低的维护频率来抵消。NLO晶体235及236的光学轴的相对定向展示于图4中。第一NLO晶体235的e轴相对于传入光410(即，二次谐波)的传播及偏光的方向对准以便实现用于在所需晶体温度下从二次谐波产生四次谐波的相位匹配。例如，如果NLO晶体包括CLBO，所述CLBO的所需操作温度是约50℃且二次谐波处于532nm的波长，那么晶体的e轴应相对于传入光的传播方向成大体上61.6°且应垂直于所述传入光的偏光方向。图4为了说明目的展示位于相对于光的传播方向成角度的大体上水平方向上的e轴。如所示，第二NLO晶体236经定向使得含有其e轴的平面及光的传播方向大体上垂直(所述e轴在方向408上)，其大体上垂直于第一NLO晶体235的含有e轴的平面的定向及光的传播方向(所述e轴在方向405上)。第二NLO晶体236中的e轴的方向408与光的传播方向之间的角度的值大体上等于第一NLO晶体235中的e轴的方向405与光的方向之间的角度的值，但是两个晶体的晶体轴的定向围绕传入光410的传播方向相对于彼此旋转90°。

如果NLO晶体是双轴双折射而非如先前实例中那样单轴双折射，那么相同原理仍适用。第一NLO晶体235的光学轴必须经定向而相对于传入光410(二次谐波)的传播及偏光的方向对准以便实现用于在所需晶体温度下从二次谐波产生四次谐波的相位匹配。第二NLO晶体236必须经定向使得其光学轴围绕传入光410的传播方向旋转90°。

再次参考图2，在一些实施例中，镜130、131、132及133中的一或多者是用以将在四次谐波产生器202B中循环的光重新聚焦到大体上在第一NLO晶体235内部或接近于第一NLO晶体235的光束腰的球面镜。在一些实施例中，镜130、131、132及133中的一或多者是圆柱形的以近似补偿第一NLO晶体235的像散。可使用此柱面镜代替倾斜板245或第二NLO晶体236，或除了使用倾斜板245或第二NLO晶体236之外，还可使用此柱面镜。在一些实施例中，致动器(未展示)可控制柱面镜的曲率以调整像散补偿。在一些实施例中，致动器(未展示)可改变球面镜的方向上的曲率以补偿像散。所属领域的技术人员将理解如何选取镜曲率以将循环光聚焦到圆形或椭圆焦点中以及如何校正像散。

所属领域技术人员将理解，其它像散控制装置及方法可替代上文所描述的装置及方法且将在本发明的范围内。

在一些优选实施例中，控制至少NLO晶体235的操作温度以最小化像散。对于CLBO，此表示在低温(优选小于约100℃，或在一些实施例中小于约50℃，或小于约30℃)下操作NLO晶体235。由聚焦光引起的CLBO及一些其它NLO晶体材料的折射率的改变在较低温度下比在较高温度下要小。

为在大体上小于100℃的温度下操作NLO晶体235，在一个实施例中，四次谐波产生器202B(其包含其构成镜及NLO晶体)可包含在受保护的低湿度环境中。此环境防止水分由NLO晶体235及NLO晶体236吸收。水分使大多数NLO晶体材料的性能及寿命降级(尤其在产生DUV波长时)。因此，NLO晶体235及236应保持在近似相同温度使得在每一晶体中产生近似类似的像散量。

在一些实施例中，DUV CW激光200可包含具有平行表面的两个倾斜薄板245。放置于光路径中的单一倾斜薄板引入像散且还使光束移位。然而，围绕平行轴倾斜相等但相反量的两个板245在不使光束移位的情况下引入像散。因此，倾斜板245可经调整以大体上校正在未使用第二NLO晶体236时由第一NLO晶体245引入的像散或可校正未通过第二NLO晶体236校正(或过校正)的任何残余像散。因此，可使用倾斜板245代替第二NLO晶体236，或除了使用第二NLO晶体236之外还可使用倾斜板245。

在一个实施例中，布鲁斯特切割NLO晶体(对于至少第一NLO晶体235)与两个倾斜板245一起使用。NLO晶体的输入及输出表面经切割使得输入光以接近布鲁斯特角入射，其中所述输入光的偏光相对于所述表面大体上p偏光使得在NLO晶体的任一表面处存在可见光的最小反射。

在一些实施例中，倾斜板245在激光的操作期间保持以预定倾斜角固定。在其它实施例中，可调整倾斜角以补偿由第一NLO晶体235引起的可逆转像散。在又其它实施例中，通过传感器(未展示)监测四次谐波产生器202B中的像散，所述传感器产生调整倾斜板245以大体上消除像散的信号。

在一个实施例中，第二腔的DUV输出可通过光束分割器237(如图2中所示)或通过镜133上的适当涂层与光201分离。因为DUV及可见光具有大体上彼此正交的偏光，所以光束分割器237可为偏光光束分割器(举例来说，例如经定向相对于光201成布鲁斯特角的偏光光束分割器)。替代性地，光束分割器237可具有优先反射DUV波长同时透射可见波长的涂层。

图5到12说明可包含上述改进的DUV CW激光(又称为在系统级的照明或光源)的系统。这些系统可用于光掩模、主光罩或晶片检验应用中。

图5说明用于检验衬底512的表面的示范性光学检验系统500。系统500大体上包含第一光学布置551及第二光学布置557。如所示，第一光学布置551包含至少光源552、检验光学器件554及参考光学器件556，而第二光学布置557包含至少透射光光学器件558、透射光检测器560、反射光光学器件562及反射光检测器564。在一个优选配置中，光源552包含上述改进的DUV CW照明源。

光源552经配置以发射穿过声光装置570的光束，声光装置570经布置以使所述光束偏转并聚焦。声光装置570可包含一对声光元件(例如，声光预扫描仪及声光扫描仪)，其使光束在Y方向上偏转且将其聚焦在Z方向上。例如，大多数声光装置通过发送RF信号到石英或晶体(例如TeO₂)而操作。此RF信号引起声波行进穿过所述晶体。由于正行进的声波，所述晶体变得不对称，从而引起折射率贯穿所述晶体而改变。此改变引起入射光束形成以振荡方式偏转的聚焦行进光点。

当光束从声光装置570出射时，所述光束接着穿过一对四分之一波板572及中继透镜574。中继透镜574经布置以准直光束。接着，经准直的光束在其路径上继续直到其到达衍射光栅576为止。衍射光栅576经布置以展开(flaring out)所述光束且更特定地说将所述光束分离成三个相异光束，所述相异光束在空间上可彼此区分(即，空间相异)。在大多数情况中，所述空间相异光束还经布置以等距隔开且具有大体上相等的光强度。

在所述三个光束离开衍射光栅576之后，其穿过孔径580且接着继续直到其到达光束分割器立方体582为止。光束分割器立方体582(结合四分之一波板572)经布置以将光束分成两个路径，即，一个路径向下引导且另一路径引导到右侧(在图5中所示的配置中)。向下引导的路径是用于将所述光束的第一光部分分配到衬底512，而引导到右侧的路径是用于将所述光束的第二光部分分配到参考光学器件556。在大多数实施例中，将大部分光分配到衬底512且将较小百分比的光分配到参考光学器件556，但是百分比比率可根据每一光学检验系统的特定设计而改变。在一个实施例中，参考光学器件556可包含参考集光透镜514及参考检测器516。参考集光透镜514经布置以收集光束的部分且将光束的部分引导于参考检测器516上，参考检测器516经布置以测量光强度。参考光学器件在所属领域中众所周知且为简单起见将不会加以详细论述。

从光束分割器582向下引导的三个光束系通过望远镜588接收，望远镜588包含重新引导并扩张光的若干透镜元件。在一个实施例中，望远镜588是包含围绕转座旋转的多个望远镜的望远镜系统的部分。例如，可使用三个望远镜。这些望远镜的目的是改变衬底上的扫描光点的大小且从而允许选择最小可检测缺陷大小。更特定地说，望远镜中的每一者大体上表示不同像素大小。因而，一个望远镜可产生较大光点大小，从而使检验更快且更不敏感(例如，低分辨率)，而另一望远镜可产生较小光点大小，从而使检验更慢且更敏感(例如，高分辨率)。

从望远镜588开始，三个光束穿过物镜590，物镜590经布置以将所述光束聚焦到衬底512的表面上。在所述光束与表面交叉为三个相异光点时，可产生反射光束及透射光束两者。所述透射光束穿过衬底512，而所述反射光束反射离开所述表面。例如，所述反射光束可反射离开所述衬底的不透明表面，且所述透射光束可透射穿过所述衬底的透明区域。所述透射光束是通过透射光光学器件558收集且所述反射光束是通过反射光光学器件562收集。

关于透射光光学器件558，透射光束在穿过衬底512之后通过第一透射透镜596收集且在球面像差校正器透镜598的帮助下聚焦到透射棱镜510上。棱镜510可经配置以具有针对所述透射光束中的每一者的琢面，所述琢面经布置以复位且折曲所述透射光束。在大多数情况中，棱镜510是用于分离光束使得其各自落在透射光检测器布置560(展示为具有三个相异检测器)中的单一检测器上。因此，当光束离开棱镜510时，其穿过第二透射透镜502，第二透射透镜502将分离光束中的每一者个别地聚焦到所述三个检测器中的一者上，所述三个检测器中的每一者经布置以测量透射光的强度。

关于反射光光学器件562，反射光束在反射离开衬底512之后通过物镜590收集，接着物镜590引导所述光束朝向望远镜588。在到达望远镜588之前，所述光束还穿过四分之一波板504。一般而言，物镜590及望远镜588以在光学上相对于如何操纵入射光束逆转的方式操纵收集光束。即，物镜590重新准直所述光束且望远镜588减小其大小。当所述光束离开望远镜588时，其继续(向后)直到其到达光束分割器立方体582为止。光束分割器582经配置以与四分之一波板504一起运作以将所述光束引导到中心路径506上。

接着，通过第一反射透镜508收集在路径506上继续的光束，第一反射透镜508将所述光束中的每一者聚焦到反射棱镜509上，反射棱镜509包含针对所述反射光束中的每一者的琢面。反射棱镜509经布置以重新定位且弯曲反射光束。类似于透射棱镜510，反射棱镜509用于分离光束使得其各自落在反射光检测器布置564中的单一检测器上。如所示，反射光检测器布置564包含三个个别相异检测器。当光束离开反射棱镜509时，其穿过第二反射透镜511，第二反射透镜511将分离光束中的每一者个别地聚焦到这些检测器中的一者上，此类检测器中的每一者经布置以测量反射光的强度。

存在可通过前述光学组合件促进的多个检验模式。例如，光学组合件可促进透射光检验模式、反射光检验模式及同时检验模式。关于透射光检验模式，透射模式检测通常用于衬底(例如具有透明区域及不透明区域的常规光学掩模)上的缺陷检测。在光束扫描掩模(或衬底512)时，光在透明点处穿透所述掩模且通过透射光检测器560检测，透射光检测器560定位于所述掩模后方且测量通过包含第一透射透镜596、第二透射透镜502、球面像差透镜598及棱镜510的透射光光学器件558收集的光束中的每一者的强度。

关于反射光检验模式，可对含有呈铬、显影光致抗蚀剂或其它特征的形式的图像信息的透明或不透明衬底执行反射光检验。由衬底512反射的光沿着与检验光学器件554相同的光学路径向后行进，但接着通过偏光光束分割器582转向到检测器564中。更特定地说，第一反射透镜508、棱镜509及第二反射透镜511将来自经转向光束的光投影到检测器564上。反射光检验还可用于检测不透明衬底表面的顶部上的污染。

关于同时检验模式，利用透射光及反射光两者以确定缺陷的存在及/或类型。系统的两个测量值是如通过透射光检测器560感测的透射穿过衬底512的光束的强度及如通过反射光检测器564检测的反射光束的强度。接着，可处理所述两个测量值以确定衬底512上的对应点处的缺陷(如果有)的类型。

更特定地说，同时透射及反射检测可揭示通过透射检测器感测的不透明缺陷的存在，而反射检测器的输出可用于揭示缺陷的类型。作为实例，衬底上的铬点或颗粒皆可导致来自透射检测器的低透射光指示，但反射铬缺陷可导致来自反射光检测器的高反射光指示，且颗粒可导致来自相同反射光检测器的较低反射光指示。因此，通过使用反射及透射检测两者，可定位铬几何结构的顶部上的颗粒，如果只检查缺陷的反射特性或透射特性，那么不能进行此定位。此外，可确定特定类型缺陷的特征，例如其反射光强度与透射光强度的比率。接着，可使用此信息以对缺陷进行自动分类。于1996年10月8日颁布且以引用的方式并入本文中的美国专利5,563,702描述关于系统500的额外细节。

根据本发明的某些实施例，并有激光系统的检验系统可同时检测单一检测器上的两个数据通道。此检验系统可用于检验衬底(例如主光罩、光掩模或晶片)，且可如于2009年5月5日颁予布朗(Brown)等人且以引用的方式并入本文中的美国专利7,528,943中所描述那样操作。

图6展示同时检测一个传感器670上的图像或信号的两个通道的主光罩、光掩模或晶片检验系统600。照明源609并有如本文中所描述的改进的DUV CW激光且可进一步包括相干性降低方案。当受检验物体630是透明(例如，主光罩或光掩模)时，所述两个通道可包括反射及透射强度，或可包括两个不同照明模式(例如入射角、偏光状态、波长范围或其某个组合)。

如图6中所示，照明中继光学器件615及620将来自源609的照明中继到受检验物体630。受检验物体630可为主光罩、光掩模、半导体晶片或待检验的其它物品。图像中继光学器件640、655及660将通过受检验物体630反射及/或透射的光中继到传感器670。对应于所述两个通道的检测信号或图像的数据展示为数据680且传输到计算机(未展示)以进行处理。

图7说明包含多个物镜及上述改进的DUV CW激光中的一者的示范性检验系统700。在系统700中，将来自激光701(激光701并有本文中所描述的UV激光中的一者)的照明发送到照明子系统的多个区段。所述照明子系统的第一区段包含元件702a到706a。透镜702a聚焦来自激光701的光。接着，来自透镜702a的光从镜703a反射。出于说明目的，镜703a放置于此位置处且可定位于别处。接着，来自镜703a的光通过形成照明光瞳平面705a的透镜704a收集。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面705a中放置孔径、滤光器或用于修改光的其它装置。接着，来自光瞳平面705a的光穿过透镜706a且形成照明场平面707。

照明子系统的第二区段包含元件702b到706b。透镜702b聚焦来自激光701的光。接着，来自透镜702b的光从镜703b反射。接着，来自镜703b的光通过形成照明光瞳平面705b的透镜704b收集。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面705b中放置孔径、滤光器或用于修改光的其它装置。接着，来自光瞳平面705b的光穿过透镜706b且形成照明场平面707。接着，来自所述第二区段的光通过镜或反射表面重新引导使得照明场平面707处的照明场光能包括经组合照明区段。

接着，场平面光在反射离开光束分割器710之前通过透镜709收集。透镜706a及709在物镜光瞳平面711处形成第一照明光瞳平面705a的图像。同样地，透镜706b及709在物镜光瞳平面711处形成第二照明光瞳平面705b的图像。接着，物镜712(或替代性地713)获取光瞳光且在样本714处形成照明场707的图像。物镜712或物镜713可定位成接近于样本714。样本714可在载物台(未展示)上移动，这将所述样本定位于所需位置中。从样本714反射及散射的光通过高NA折反射物镜712或物镜713收集。在物镜光瞳平面711处形成反射光光瞳之后，光能在成像子系统中形成内场716之前通过光束分割器710及透镜715。此内部成像场是样本714及对应照明场707的图像。此场可在空间上分离成对应于照明场的多个场。这些场中的每一者可支持单独成像模式。

可使用镜717重新引导这些场中的一者。接着，重新引导的光在形成另一成像光瞳719b之前穿过透镜718b。此成像光瞳为光瞳711及对应照明光瞳705b的图像。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面719b中放置孔径、滤光器或用于修改光的其它装置。接着，来自光瞳平面719b的光穿过透镜720b且在传感器721b上形成图像。以类似方式，经过镜或反射表面717的光通过透镜718a收集且形成成像光瞳719a。接着，来自成像光瞳719a的光在检测器721a上形成图像之前通过透镜720a收集。成像于检测器721a上的光可用于与成像于传感器721b上的光不同的成像模式。

系统700中采用的照明子系统由激光源701、集光光学器件702到704、放置成接近于光瞳平面705的光束塑形组件及中继光学器件706及709组成。内场平面707定位于透镜706与透镜709之间。在一个优选配置中，激光源701可包含上述改进的DUV CW激光中的一者。

关于激光701，虽然说明为具有两个透射点或角度的单一均匀块，但是实际上此表示能够提供两个照明通道(例如，第一光能通道(例如在第一频率下穿过元件702a到706a的激光光能)及第二光能通道(例如在第二频率下穿过元件702b到706b的激光光能))的激光源。可采用不同光能模式，例如在一个通道中采用明场能量且在另一通道中采用暗场模式。

虽然来自激光源701的光能是展示为以90度间隔发射且元件702a到706a及元件702b到706b是定向成90度角，但是实际上可以各种定向(不一定以二维)发射光，且所述组件可不同于所示那样进行定向。因此，图7仅仅是所采用的组件的表示且所示的角度或距离并未按比例绘制也非设计特定要求。

可在使用孔径塑形的概念的当前系统中采用放置成接近于光瞳平面705的元件。使用此设计，可实现均匀照明或近似均匀照明以及个别点照明、环状照明、四极照明或其它所需图案。

可在一般成像子系统中采用物镜的各种实施方案。可使用单一固定物镜。所述单一物镜可支持全部所需成像及检验模式。如果成像系统支持相对较大的场大小及相对较高的数值孔径，那么可实现此设计。可通过使用放置于光瞳平面705a、705b、719a及719b处的内部孔径而将数值孔径减小到所需值。

还可如图7中所示那样使用多个物镜。例如，虽然展示两个物镜712及713，但是任何数目个物镜是可行的。可针对由激光701产生的每一波长优化此设计中的每一物镜。这些物镜712及713可具有固定位置或可移动到接近于样本714的位置中。为使多个物镜移动到接近于所述样本，可如标准显微镜上常见那样使用旋转转座。可使用用于在样本附近移动物镜的其它设计，所述设计包含(但不限于)在载物台上横向平移所述物镜及使用测向器在弧上平移所述物镜。此外，可根据本系统实现固定物镜及转座上的多个物镜的任何组合。

此配置的最大数值孔径可接近或超过0.97，但在某些实例中可更高。此高NA折反射成像系统可能具有的大范围的照明及收集角结合其大的场大小允许所述系统同时支持多个检验模式。如可从前文段落了解，可使用单一光学系统或结合照明装置的机器实施多个成像模式。针对照明及收集揭示的高NA允许使用相同光学系统实施成像模式，从而允许针对不同类型的缺陷或样本优化成像。

成像子系统还包含中间图像形成光学器件715。图像形成光学器件715的用途是形成样本714的内部图像716。在此内部图像716处，可放置镜717以重新引导对应于检验模式中的一者的光。可重新引导此位置处的光，因为用于成像模式的光在空间上分离。可以若干不同形式(包含可变焦距变焦(varifocal zoom)、具有聚焦光学器件的多个无焦管透镜或多个图像形成mag管)实施图像形成光学器件718(718a及718b)及720(720a及720b)。于2009年7月16日公开且以引用的方式并入本文中的美国公开申请案2009/0180176描述关于系统700的额外细节。

图8说明具有可调整放大率的示范性超宽带UV显微镜成像系统800。图8说明所述显微镜的三种不同放大率：在如801A所示那样配置光学器件的情况下为36X；在如801B所示那样配置光学器件的情况下为64X；及在如801C所示那样配置光学器件的情况下为80X。如801C处所示，光学器件包含折反射物镜区段802及变焦管透镜803。折反射物镜区段802包含折反射透镜群组804、场透镜群组805及聚焦透镜群组806。系统800可将物体/样本809(例如，被检验的晶片)成像到图像平面812。

折反射透镜群组804包含近似平面(或平面)反射体(其是反射性涂布透镜元件)、凹凸透镜(其是折射表面)及凹球面反射体。两个反射元件可具有不具备反射材料的中心光学孔径以允许来自中间图像平面的光穿过所述凹球面反射体、通过所述近似平面(或平面)反射体反射到所述凹球面反射体上，且往回穿过所述近似平面(或平面)反射体，从而横越途中(on the way)的相关联透镜元件。折反射透镜群组804经定位以形成中间图像的实像，使得结合变焦管透镜803在波长带内大体上校正系统的初级纵向色彩。

场透镜群组805可由两种或两种以上不同折射材料(例如熔融硅石及氟化玻璃)或衍射表面制成。场透镜群组805可光学耦合在一起或替代性地可在空气中略微隔开。因为熔融硅石及氟化玻璃的色散在深紫外光范围中并无实质差异，所以场透镜群组的若干组件元件的个别功率需具有高量值以提供不同色散。场透镜群组805具有沿着接近于中间图像的光学路径对准的净正光焦度。使用此消色场透镜允许在超宽光谱范围内完全校正包含至少次级纵向色彩以及初级及次级横向色彩的色像差。在一个实施例中，只有一个场透镜组件需要具有不同于系统的其它透镜的折射材料。

聚焦透镜群组806包含优选全部由单一类型的材料形成的多个透镜元件，其中折射表面具有经选择以校正单色像差及像差的色变动两者且将光聚焦到中间图像的曲率及位置。在聚焦透镜群组806的一个实施例中，具有低功率的透镜813的组合校正球面像差、彗形像差(coma)及像散的色变动。光束分割器807对UV光源808提供入口。UV光源808可有利地通过上述改进的DUV CW激光中的一者实施。

变焦管透镜803可全部为相同折射材料(例如熔融硅石)且经设计使得在变焦期间不改变初级纵向色彩及初级横向色彩。这些初级色像差无须校正到零，且在仅使用一种玻璃类型的情况下不能校正到零，但是其必须固定，这是可行的。接着，必须修改折反射物镜区段802的设计以补偿变焦管透镜803的这些未经校正但固定的色像差。变焦管透镜803(其可变焦或改变放大倍率而不改变其高阶色像差)包含沿着系统的光学路径安置的透镜表面。

在一个优选实施例中，首先独立于使用两种折射材料(例如熔融硅石及氟化钙)的折反射物镜区段802而校正变焦管透镜803。接着，组合变焦管透镜803与折反射物镜区段802，此时可修改折反射物镜区段802以补偿系统800的残余高阶色像差。由于场透镜群组805及低功率透镜群组813，此补偿是可行的。接着，在改变全部参数以实现最佳性能的情况下优化所述经组合的系统。

系统800包含用以提供允许从36X到100X的变焦的线性变焦运动的折叠镜群组811。所述折叠镜群组的三个不同位置经展示为对应于三种不同放大率36X、64X及80X。大范围变焦提供连续放大率改变，而精细变焦降低频叠且允许电子图像处理(例如对于重复图像阵列的单元间减法)。折叠镜群组811可特性化为反射元件的“长号(trombone)”系统。变焦通过以下动作完成：使变焦管透镜803的群组作为单元而移动且还移动如图8中所示的长号U型滑管的臂。因为长号运动只影响焦点且其位置处的f#速度非常低，所以此运动的精确度可极为宽松。此长号配置的一个优点在于，其显著地缩短系统。另一优点在于，只存在涉及有源(非平坦)光学元件的一种变焦运动。并且，所述长号U型滑管的另一变焦运动对错误并不敏感。于1999年12月7日颁布且以引用的方式并入本文中的美国专利5,999,310进一步详细描述系统800。

图9说明将法线入射激光照明(暗场或明场)添加到折反射成像系统900。系统900的照明块包含：激光901；调适光学器件902，其用以控制受检验的表面上的照明光束大小及轮廓；孔径及窗903，其在机械外壳904中；及棱镜905，其用以沿着光学轴以法线入射到样本908的表面而重新引导激光。棱镜905还沿着光学路径将来自样本908的表面特征的镜面反射及来自物镜906的光学表面的反射引导到图像平面909。可以折反射物镜、聚焦透镜群组及变焦管透镜区段(例如，参见图8)的一般形式提供用于物镜906的透镜。在优选实施例中，可通过上述改进的DUV CW激光中的一者实施激光901。于2007年1月4日公开且以引用的方式并入本文中的公开专利申请案2007/0002465进一步详细描述系统900。

图10A说明用于检验表面1011的区域的包含照明系统1001及集光系统1010的表面检验设备1000。如图10A中所示，激光系统1020引导光束1002穿过透镜1003。在优选实施例中，激光系统1020包含上述改进的DUV CW激光中的一者。第一光束塑形光学器件可经配置以从激光接收光束且将所述光束聚焦到晶体中或接近于所述晶体的光束腰处的椭圆形截面。

透镜1003经定向使得其主平面大体上平行于样本表面1011，且因此在表面1011上于透镜1003的焦平面中形成照明线1005。此外，以非正交入射角将光束1002及聚焦光束1004引导到表面1011。特定地说，可以与法线方向成约1度与约85度之间的角度将光束1002及聚焦光束1004引导到表面1011。以此方式，照明线1005大体上处在聚焦光束1004的入射平面中。

集光系统1010包含用于收集从照明线1005散射的光的透镜1012及用于将来自透镜1012的光聚焦到装置(例如电荷耦合装置(CCD)1014，包括光敏检测器的阵列)上的透镜1013。在一个实施例中，CCD 1014可包含检测器的线性阵列。在此类情况中，CCD 1014内的检测器的线性阵列可定向成平行于照明线1015。在一个实施例中，可包含多个集光系统，其中所述集光系统中的每一者包含类似组件，但是定向不同。

例如，图10B说明用于表面检验设备(其中为简单起见未展示其照明系统，例如，类似于照明系统1001的照明系统)的集光系统1031、1032及1033的示范性阵列。集光系统1031中的第一光学器件收集在第一方向上从样本1011的表面散射的光。集光系统1032中的第二光学器件收集在第二方向上从样本1011的表面散射的光。集光系统1033中的第三光学器件收集在第三方向上从样本1011的表面散射的光。注意，第一、第二及第三路径与样本1011的所述表面成不同反射角。可使用支撑样本1011的平台1035以引起光学器件与样本1011之间的相对运动，使得可扫描样本1011的整个表面。于2009年4月28日颁布且以引用的方式并入本文中的美国专利7,525,649进一步详细描述表面检验设备1000及其它多个集光系统。

图11说明可用于检验表面1101上的异常的表面检验系统1100。在此实施例中，表面1101可通过包括由上述改进的DUV CW激光中的一者产生的激光束的激光系统1130的大体上固定照明装置部分照明。激光系统1130的输出可连续地穿过偏光光学器件1121、光束扩张器及孔径1122以及光束成形光学器件1123以扩张并聚焦光束。

接着，所得聚焦激光束1102通过光束折叠组件1103及光束偏转器1104反射以引导光束1105朝向表面1101以用于照明所述表面。在优选实施例中，光束1105大体上法向或垂直于表面1101，但是在其它实施例中光束1105可与表面1101成倾斜角。

在一个实施例中，光束1105大体上垂直或法向于表面1101且光束偏转器1104使来自表面1101的光束的镜面反射反射朝向光束转向组件1103，从而充当防止所述镜面反射到达检测器的屏蔽。所述镜面反射的方向是沿着线SR，线SR法向于样本的表面1101。在光束1105法向于表面1101的一个实施例中，此线SR与照明光束1105的方向一致，其中此共同参考线或方向在本文中是称为检验系统1100的轴。在光束1105与表面1101成倾斜角的情况下，镜面反射的方向SR将不会与光束1105的传入方向一致；在此实例中，指示表面法线的方向的线SR是称为检验系统1100的收集部分的主轴。

由小颗粒散射的光通过镜1106收集且朝向孔径1107及检测器1108引导。由大颗粒散射的光通过透镜1109收集且朝向孔径1110及检测器1111引导。注意，一些大颗粒还使经收集且引导到检测器1108的光散射，且类似地，一些小颗粒还使经收集且引导到检测器1111的光散射，但此光相较于相应检测器经设计以检测的散射光的强度具有相对较低的强度。在一个实施例中，检测器1111可包含光敏元件的阵列，其中所述光敏元件阵列的每一光敏元件经配置以检测照明线的放大图像的对应部分。在一个实施例中，检验系统可经配置以用于检测未图案化晶片上的缺陷。于2001年8月7日颁布且以引用的方式并入本文中的美国专利6,271,916进一步详细描述检验系统1100。

图12说明经配置以使用法线照明光束及倾斜照明光束两者实施异常检测的检验系统1200。在此配置中，包含上述改进的DUV CW激光中的一者的激光系统1230可提供激光束1201。透镜1202使光束1201聚焦穿过空间滤光器1203且透镜1204准直所述光束且将其递送到偏光光束分割器1205。光束分割器1205将第一偏光分量传递到法线照明通道且将第二偏光分量传递到倾斜照明通道，其中所述第一及第二分量是正交的。在所述法线照明通道1206中，所述第一偏光分量是通过光学器件1207聚焦且通过镜1208反射朝向样本1209的表面。通过样本1209散射的辐射是通过抛物面镜1210收集且聚焦到光电倍增管1211。

在倾斜照明通道1212中，第二偏光分量通过光束分割器1205反射到镜1213(镜1213使此光束反射穿过半波板1214)且通过光学器件1215聚焦到样本1209。源自倾斜通道1212中的倾斜照明光束且通过样本1209散射的辐射还通过抛物面镜1210收集且聚焦到光电倍增管1211。注意，光电倍增管1211具有针孔入口。所述针孔及照明光点(来自表面1209上的法向照明通道及倾斜照明通道)优选处于抛物面镜1210的焦点处。

抛物面镜1210将来自样本1209的散射辐射准直成准直光束1216。接着，准直光束1216通过物镜1217聚焦且通过检偏镜1218而到光电倍增管1211。注意，还可使用具有除抛物面形状以外的形状的弯曲镜表面。仪器1220可提供光束与样本1209之间的相对运动使得跨样本1209的表面扫描光点。于2001年3月13日颁布且以引用的方式并入本文中的美国专利6,201,601进一步详细描述检验系统1200。

其它主光罩、光掩模或晶片检验系统可有利地使用上述改进的DUV CW激光中的一者。例如，其它系统包含以下美国专利中所描述的系统：5,563,702、5,999,310、6,201,601、6,271,916、7,352,457、7,525,649及7,528,943。又进一步系统包含美国公开案2007/0002465及2009/0180176中所描述的系统。此段落中叙述的专利、专利公开案及专利申请案以引用的方式并入本文中。

虽然本文中已参考附图详细描述本发明的说明性实施例，但是应理解，本发明并不限于所述精确实施例。所述精确实施例并不希望为详尽性或将本发明限于所揭示的精确形式。因而，所属领域的实践者将明白许多修改及变动。因此，希望通过所附权利要求书及其效物来界定本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于产生深紫外光的连续波光的激光，所述激光包括：

二次谐波产生器，其用于将具有基波长的光转换为具有二次谐波波长的光；及

四次谐波产生器，其用于将具有所述二次谐波波长的所述光转换为具有四次谐波波长的光，所述四次谐波产生器包含：

多个镜，其经配置以在所述四次谐波产生器中循环光；

第一非线性光学晶体，其具有第一光学轴，所述第一光学轴相对于在所述四次谐波产生器中循环的所述光定向，以使所述第一非线性光学晶体将具有所述二次谐波波长的所述光的一部分转换为具有所述四次谐波波长以及具有第一像散的光，所述第一非线性光学晶体与所述多个镜成操作关系，以使在所述四次谐波产生器中循环的所述光仅在单一光传播方向上指向所述第一非线性光学晶体；及

第二非线性光学晶体，其与所述第一非线性光学晶体成操作关系，使得具有所述二次谐波波长的所有光穿过所述第一非线性光学晶体，且具有所述二次谐波波长的所述光的至少一部分仅在所述单一光传播方向上穿过所述第二非线性光学晶体，

其中所述第二非线性光学晶体的第二光学轴相对于所述第一非线性光学晶体的所述第一光学轴旋转大约90度，且所述第二非线性光学晶体经配置使得由所述第二非线性光学晶体内的具有所述二次谐波波长的所述光产生的第二像散减少所述第一像散，以使穿过所述第二非线性光学晶体的具有所述二次谐波波长的所述光中没有任何光被所述第二非线性光学晶体转换为具有所述四次谐波波长的光。

2.根据权利要求1所述的激光，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体中的每一者经氢退火。

3.根据权利要求1所述的激光，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体中的每一者包括经氢退火的硼酸铯锂晶体。

4.根据权利要求1所述的激光，其中具有所述二次谐波的所述光被聚焦到所述第一非线性光学晶体中或接近于所述第一非线性光学晶体的大体上椭圆光束腰，其中椭圆的长轴大体上平行于第一e轴。

5.根据权利要求1所述的激光，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体的温度经控制以减少所述第一非线性光学晶体中由其中的聚焦光束产生的所述第一像散。

6.根据权利要求1所述的激光，其中至少所述第一非线性光学晶体的温度经控制以减少所述第一非线性光学晶体中由其中的聚焦光束产生的像散。

7.根据权利要求6所述的激光，其中受控温度是约50℃或更低。

8.根据权利要求1所述的激光，所述四次谐波产生器进一步包含具有平行表面的一对薄板，所述对薄板以大体上相等且相反的角度倾斜以便最小化在补偿像散时光束的任何位移。

9.根据权利要求1所述的激光，所述四次谐波产生器进一步包含反馈控制回路，所述反馈控制回路自动调整像散补偿以便大体上消除由所述第一非线性光学晶体引入的所述第一像散。

10.一种用于检验晶片、主光罩或光掩模的系统，所述系统包括：

深紫外光的连续波激光，其包含：

二次谐波产生器，其用于将具有基波长的光转换为具有二次谐波波长的光；及四次谐波产生器，其用于将具有所述二次谐波波长的所述光转换为具有四次谐波波长的光，所述四次谐波产生器包含：

多个镜，其经配置以在所述四次谐波产生器中循环光；

第一非线性光学晶体，其经配置以通过转换具有所述二次谐波波长的所述光的经转换部分而产生具有所述四次谐波波长以及第一像散的所述光，所述第一非线性光学晶体与所述多个镜成操作关系，以使在所述四次谐波产生器中循环的所述光仅在单一光传播方向上指向所述第一非线性光学晶体；及

第二非线性光学晶体，其与所述第一非线性光学晶体成操作关系，使得具有所述二次谐波波长的所有光穿过所述第一非线性光学晶体，具有所述二次谐波波长的所述光的未经转换部分仅在所述单一光传播方向上从所述第一非线性光学晶体穿过所述第二非线性光学晶体，且具有由所述第一非线性光学晶体产生的所述四次谐波波长的所述光仅在所述单一光传播方向上穿过所述第二非线性光学晶体，

其中所述第二非线性光学晶体的第二光学轴相对于所述第一非线性光学晶体的第一光学轴旋转大约90度，且所述第二非线性光学晶体经配置使得所述第二非线性光学晶体内的由具有所述二次谐波波长的所述光产生的第二像散减少所述第一像散，以使具有所述二次谐波波长的所述光的未经转换部分中没有任何光被所述第二非线性光学晶体转换为具有所述四次谐波波长的光。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体中的每一者经氢退火。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体中的每一者包括经氢退火的硼酸铯锂晶体。

13.根据权利要求10所述的系统，其中具有所述二次谐波的光被聚焦到所述第一非线性光学晶体中或接近于所述第一非线性光学晶体的大体上椭圆光束腰，其中椭圆的长轴大体上平行于第一e轴。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一非线性光学晶体及所述第二非线性光学晶体的温度经控制以减少所述第一非线性光学晶体中由其中的聚焦光束产生的所述第一像散。

15.根据权利要求10所述的系统，其中至少所述第一非线性光学晶体的温度经控制以减少所述第一非线性光学晶体中由其中的聚焦光束产生的所述第一像散。

16.根据权利要求15所述的系统，其中受控温度为约50℃或更低。

17.根据权利要求10所述的系统，所述四次谐波产生器进一步包含具有平行表面的一对薄板，所述对薄板以大体上相等且相反的角度倾斜以便最小化在补偿像散时光束的任何位移。

18.根据权利要求10所述的系统，所述四次谐波产生器进一步包含反馈控制回路，所述反馈控制回路自动调整像散补偿以便大体上消除由所述第一非线性光学晶体引入的所述第一像散。

19.一种在激光中产生深紫外光的连续波光的方法，所述方法包含：

将具有基波长的光转换为具有二次谐波波长的光；

通过在腔中循环具有所述二次谐波波长的所述光，将具有所述二次谐波波长的所述光的一部分转换为具有四次谐波波长的光，所述腔经配置以使所述光仅在单一光传播方向上穿过第一非线性光学晶体；

使用第二非线性光学晶体消除在所述第一非线性光学晶体中产生的第一像散，所述第二非线性光学晶体相对于所述第一非线性光学成操作关系设置，以使穿过所述第一非线性光学晶体的具有二次谐波波长的所述光的至少一部分仅在所述单一光传播方向上穿过所述第二非线性光学晶体，其中所述第二非线性光学晶体经配置使得由所述第二非线性光学晶体内的像差产生的第二像散实质上消除所述第一像散；以及

其中消除所述第一像散包含配置所述第二非线性光学晶体，使得所述第二非线性光学晶体的第二光学轴相对于所述第一非线性光学晶体的第一光学轴旋转大约90度，以使穿过所述第二非线性光学晶体的具有所述二次谐波波长的光中没有任何光被所述第二非线性光学晶体转换为具有所述四次谐波波长的光。