TW201510593A

TW201510593A - 固態照明源及檢查系統

Info

Publication number: TW201510593A
Application number: TW102133031A
Authority: TW
Inventors: J Joseph Armstrong
Original assignee: Kla Tencor Corp
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-03-16
Also published as: TWI623784B

Abstract

一種用於一檢驗系統之例示性照明源包含具有大約1104 nm之一波長之一脈衝種子雷射及具有大約1160 nm之一波長之一連續波拉曼種子雷射。一光學耦合器可組合該脈衝種子雷射及該連續波拉曼種子雷射之輸出。預放大級可接收該光學耦合器之一輸出。一功率放大器可接收該等預放大級之一輸出。可使用該經放大、組合波長產生六次諧波。用於檢驗一樣品諸如一比例光罩、光罩或晶圓之系統可包含本文所述之該等照明源之一者。

Description

固態照明源及檢查系統 SYSTEM

[相關申請案]

本申請案主張標題為「Solid-State Laser and Inspection System Using 193 nm Laser」且於2012年9月11日申請之美國臨時專利申請案61/699,706之優先權，該案以引用的方式併入本文中。

本申請案係關於標題為「Solid-State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」且於2011年9月23日申請之美國臨時申請案61/538,353；2011年11月11日申請、標題為「Solid State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」之美國臨時申請案61/559,292；標題為「Solid-State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」且於2012年1月27日申請之美國臨時申請案61/591,384；標題為「Solid-State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」且於2012年2月27日申請之美國臨時申請案61/603,911；及Chuang等人之標題為「Solid-State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」且於2012年7月25日申請之同在申請中之美國專利申請案第13/558,318號。上述申請案之全部申請案以引用的方式併入本文中。

本申請案亦係關於標題為「Coherent light generation below about 200 nm」且於2007年4月16日申請之美國專利申請案11/735,967，該案以引用的方式併入本文中。

本申請案係關於一種藉由紅外線基諧波長之諧波轉換而產生深UV光(諸如波長接近193 nm)之固態雷射。此一雷射適用於光罩(photomask)、比例光罩(reticle)或晶圓檢驗中。

較短波長雷射光可產生較高解析度影像，其在雷射檢驗系統中可提供關於成像樣本上之特徵及缺陷之更佳資訊。為了滿足對具有更高解析度之雷射檢驗系統之日益增大之需求，半導體產業中之當前趨勢係朝向開發短波長UV-DUV雷射檢驗系統(即，利用低於250 nm之雷射光之系統)。舉例而言，當前正在開發以213 nm、206 nm或193 nm雷射光操作之短波長UV-DUV雷射檢驗系統。

為了最小化產生短波長UV-DUV雷射檢驗系統之光學系統所需之成本及複雜性，照明源必須能夠產生其中實質上全部光能處在窄頻寬內之雷射光。在UV-DUV雷射檢驗系統中，含95%能量之頻寬範圍(即，光之「E95」頻寬值)通常係所要目標。因此，挑戰係提供一種產生窄頻帶UV雷射光(其作為係短波長UV-DUV(例如，具有低於250 nm之標稱波長值之光)且具有窄E95頻寬(即，在標稱或「中心」UV頻率之±1%內且較佳在±0.1%內))之照明源。

存在通常用於產生窄頻帶UV光之兩種類型之固態雷射：塊體雷射及光纖雷射。塊體雷射包含玻璃或摻雜有稀土元素(諸如釹、鉻、鉺或鐿)之另一晶體材料之活性固體介質。塊體雷射可產生具有非常窄之頻寬及高峰值功率之雷射光，其允許使用較不複雜(且因此較低成本)之光學系統。但是，塊體雷射之波長選擇非常有限且因此不適於一些雷射檢驗系統。此外，自塊體雷射產生可靠高功率光具有挑戰性。

與塊體雷射相比，光纖雷射包含由摻雜有稀土元素(諸如鉺、鐿、釹、鏑、鈥、鐠或銩)之光纖形成之活性增益介質。光纖雷射係用於在雷射檢驗系統中產生基諧光之吸引人的選擇，此係因為其等可產生具有高峰值功率之雷射光。此外，雷射光之頻率可藉由變更(諸)光纖中之摻雜材料量而「調諧」至一指定頻率。

圖1繪示一習知基於光纖之照明源100，其可為針對檢驗系統產生UV雷射光。基於光纖之照明源100具有主振盪器功率放大器(MOPA)組態(其包含一種子雷射101及一光纖放大器105以提高輸出功率)。雖然MOPA組態比可直接產生所需輸出波長及功率之塊體雷射更複雜，但是其構成組件通常係現成的且因此與具有較高輸出功率之新塊體雷射相比開發更簡單。

舉例而言，在本實施例中，基於光纖之照明源100包含輸出例如1060 nm之脈衝光之一種子雷射101。一光學隔離器102接收脈衝光輸出並確保其透射僅在一方向上。具體言之，光學隔離器102使用法拉第(Faraday)旋轉器及其相關偏光以防止不需要的回饋。光學耦合器103接收光學隔離器102之偏光輸出以及來自泵浦光源104之輸入。泵浦光源104係用於將能量傳送至光纖放大器105之增益介質中。此能量被介質吸收，藉此激發其原子狀態。在典型實施例中，泵浦能量可由電流或光提供。但是，在任一實施例中，泵浦功率比種子雷射101之雷射臨限值高。

光纖放大器105接收光學耦合器103之輸出並提供功率放大至經供能脈衝光。在一實施例中，光纖放大器105包含一或多個摻鐿光纖(YbDF)。如上所述，光學隔離器106可接收經放大脈衝光並消除回饋。注意，MOPA組態可對背反射靈敏，尤其在光放大之後。因此，光學隔離器(例如，光學隔離器102及106)可包含法拉第隔離器以減輕此回饋靈敏度。光學濾波器107可接收光學隔離器106之偏光輸出並產生輸出光108。在一實施例中，輸出光108可包含一或多個波長分量(即，基諧光源)。當存在多個波長分量時，可使用額外組件(諸如開關)以選擇所要波長分量。在一實施例中，包含光學隔離器、泵浦光源、光學耦合器、光纖放大器及光學濾波器之額外放大級可包含在基於光纖之照明源100中。

不幸的是，各額外放大級增加複雜性，尤其在高平均功率及峰值功率下。在40 W之平均功率位準及20 kW之峰值功率下，編接光纖使得其等不會受損係非常困難的。此外，光纖及連接器之主動冷卻變得必要。高功率放大器亦需要增大之泵功率，從而增加熱產生。脈衝源亦導致自相位調變(SPM)，其將增大雷射之光譜頻寬。此對可自光纖放大器提取多少平均功率及峰值功率設置基本限制。因此，需要一種經改良之照明源。

本文描述用於檢驗系統之照明源。此照明源包含具有大約1104 nm之波長之一脈衝種子雷射及具有大約1160 nm之波長之一連續波拉曼(Raman)種子雷射。一光學耦合器可組合脈衝種子雷射及連續波拉曼種子雷射之輸出。預放大級可接收光學耦合器之輸出。功率放大器可接收預放大級之輸出。

本文描述用於檢驗系統之另一照明源。此照明源包含具有大約1104 nm之波長之一脈衝種子雷射及用於接收脈衝種子雷射之輸出之預放大級。一光學耦合器可組合預放大級之輸出及具有大約1160 nm之波長之連續波拉曼種子雷射之輸出。一功率放大器可接收光耦合器之輸出。

本文描述用於檢驗系統之又一照明源。此照明源包含具有大約1104 nm之波長之一脈衝種子雷射及用於接收脈衝種子雷射之輸出之預放大級。一功率放大器可放大預放大級之輸出。一光學耦合器可組合功率放大器及具有大約1160 nm之波長之連續波拉曼種子雷射之輸出。一拉曼增益光纖可接收光耦合器之輸出。

預放大級可包含複數個循序連接之預放大器。在一實施例中，至少一預放大器使用輸入光之傳播方向上之泵浦光。舉例而言，至少一預放大器可包含用於接收來自照明源之一上游組件之輸入之一放大自發發射(ASE)濾波器、一泵浦雷射、用於組合ASE濾波器及泵浦雷射之輸出之一光學耦合器及用於放大光學耦合器之輸出之一光纖放大器。在另一實施例中，至少一預放大器使用與輸入光之傳播相反之方向上之泵浦光。舉例而言，至少一預放大器可包含用於接收來自照明源之一上游組件之輸入之一ASE濾波器、用於放大ASE濾波器之輸出之一光纖放大器、一泵浦雷射及用於組合光纖放大器及泵浦雷射之輸出之一光學耦合器。在又一實施例中，至少一預放大器使用與輸入光之傳播相反之第一方向上以及傳播之第二方向上之泵浦光。舉例而言，至少一預放大器可包含用於接收來自照明源之一上游組件之輸入之一ASE濾波器、一第一泵浦雷射、用於組合ASE濾波器及第一泵浦雷射之輸出之一第一光學耦合器、用於放大第一光學耦合器之輸出之一光纖放大器、一第二泵浦雷射及用於組合光纖放大器及第二泵浦雷射之輸出之一第二光學耦合器。

描述產生大約193 nm之深UV波長之雷射光之方法。在此方法中，產生大約1104 nm之一第一波長，該第一波長係由一脈衝種子雷射產生。產生大約1160 nm之一第二波長，該第二波長係由一拉曼種子雷射產生。組合該第一波長及該第二波長以產生組合波長。放大組合波長。可產生組合波長之六次諧波以提供大約193 nm。

描述產生大約193 nm之深UV波長之雷射光之另一方法。在此方法中，可產生大約1104 nm之一第一波長，該第一波長係由脈衝種子雷射產生。放大該第一波長以產生第一放大波長。產生大約1160 nm 之第二波長，該第二波長係由拉曼種子雷射產生。可組合該第一放大波長及該第二波長以產生組合波長。可放大該組合波長以產生第二放大波長。可產生該第二放大波長之六次諧波以提供大約193 nm。

描述產生大約193 nm之深UV波長之雷射光之又一方法。在此方法中，產生大約1104 nm之第一波長，該第一波長係由脈衝種子雷射產生。放大第一波長以產生第一放大波長。產生大約1160 nm之第二波長，該第二波長係由拉曼種子雷射產生。可組合第一放大波長及第二波長以產生組合波長。可使用拉曼增益光纖放大組合波長以產生第二放大波長。可產生第二放大波長之六次諧波以提供大約193 nm。

本文中亦描述用於檢驗樣品(諸如比例光罩、光罩或晶圓)之系統。此等系統可包含本文所述之照明源之一者。

100‧‧‧基於光纖之照明源

101‧‧‧種子雷射

102‧‧‧光學隔離器

103‧‧‧光學耦合器

104‧‧‧泵浦光源

105‧‧‧光纖放大器

106‧‧‧光學隔離器

107‧‧‧光學濾波器

108‧‧‧輸出光

200‧‧‧基於光纖之照明源

201‧‧‧脈衝種子雷射

202‧‧‧拉曼種子雷射

203‧‧‧光學耦合器

204‧‧‧預放大級

204A‧‧‧預放大器

204B‧‧‧預放大器

204C‧‧‧預放大器

205‧‧‧功率放大器

206‧‧‧輔助拉曼增益光纖

207‧‧‧輸出

300‧‧‧基於光纖之照明源

301‧‧‧脈衝種子雷射

302‧‧‧拉曼種子雷射

303‧‧‧光學耦合器

304‧‧‧預放大級

304A‧‧‧預放大器

304B‧‧‧預放大器

304C‧‧‧預放大器

305‧‧‧功率放大器

306‧‧‧拉曼增益光纖

307‧‧‧輸出

400‧‧‧基於光纖之照明源

401‧‧‧脈衝種子雷射

402‧‧‧拉曼種子雷射

403‧‧‧光學耦合器

404‧‧‧預放大級

404A‧‧‧預放大器

404B‧‧‧預放大器

404C‧‧‧預放大器

405‧‧‧功率放大器

406‧‧‧拉曼增益光纖

407‧‧‧輸出

500‧‧‧預放大器

501‧‧‧放大自發發射(ASE)濾波器

502‧‧‧光學耦合器

503‧‧‧光纖放大器

504‧‧‧泵浦雷射

508‧‧‧輸入

509‧‧‧輸出

510‧‧‧預放大器

511‧‧‧放大自發發射(ASE)濾波器

512‧‧‧光纖放大器

513‧‧‧光學耦合器

514‧‧‧泵浦雷射

518‧‧‧輸入

519‧‧‧輸出

520‧‧‧預放大器

521‧‧‧放大自發發射(ASE)濾波器

522‧‧‧第一光學耦合器

523‧‧‧光纖放大器

524‧‧‧第一泵浦雷射

525‧‧‧第二光學耦合器

526‧‧‧第二泵浦雷射

528‧‧‧輸入

529‧‧‧輸出

600‧‧‧功率放大器

700‧‧‧拉曼增益光纖

701‧‧‧1104 nm泵浦光

702‧‧‧1160 nm之拉曼種子或放大信號

703‧‧‧拉曼光纖

704‧‧‧波長分離器

800‧‧‧光學檢驗系統

802‧‧‧第二透射透鏡

804‧‧‧四分之一波板

806‧‧‧中心路徑

808‧‧‧第一反射透鏡

809‧‧‧反射稜鏡

810‧‧‧透射稜鏡

811‧‧‧第二反射透鏡

812‧‧‧基板

814‧‧‧參考集光透鏡

816‧‧‧參考偵測器

851‧‧‧第一光學配置

852‧‧‧光源

854‧‧‧檢驗光學器件

856‧‧‧參考光學器件

857‧‧‧第二光學配置

858‧‧‧透射光光學器件

860‧‧‧透射光偵測器

862‧‧‧反射光光學器件

864‧‧‧反射光偵測器

870‧‧‧聲光裝置

872‧‧‧四分之一波板

874‧‧‧中繼透鏡

876‧‧‧繞射光柵

880‧‧‧孔徑

882‧‧‧光束分割器立方體/偏光光束分割器/光束分割器

888‧‧‧望遠鏡

890‧‧‧物鏡

896‧‧‧第一透射透鏡

898‧‧‧球面像差校正器透鏡

900‧‧‧晶圓檢驗系統

909‧‧‧照明源

915‧‧‧照明中繼光學器件

920‧‧‧照明中繼光學器件

930‧‧‧受檢驗物體

940‧‧‧影像中繼光學器件

955‧‧‧影像中繼光學器件

960‧‧‧影像中繼光學器件

970‧‧‧感測器

980‧‧‧資料

1000‧‧‧檢驗系統

1001‧‧‧雷射源

1002a‧‧‧元件/透鏡

1002b‧‧‧元件/透鏡

1003a‧‧‧元件/透鏡

1003b‧‧‧元件/鏡

1004a‧‧‧元件/透鏡

1004b‧‧‧元件/透鏡

1005a‧‧‧元件/第一照明光瞳平面

1005b‧‧‧元件/第二照明光瞳平面

1006a‧‧‧元件/透鏡

1006b‧‧‧元件/透鏡

1007‧‧‧照明場平面/內場平面/照明場

1009‧‧‧中繼光學器件/透鏡

1010‧‧‧光束分割器

1011‧‧‧物鏡光瞳平面

1012‧‧‧折反射物鏡

1013‧‧‧物鏡

1014‧‧‧樣本

1015‧‧‧透鏡/中間影像形成光學器件

1016‧‧‧內場/內部影像

1017‧‧‧鏡

1018a‧‧‧影像形成光學器件/透鏡

1018b‧‧‧影像形成光學器件/透鏡

1019a‧‧‧光瞳平面/成像光瞳

1019b‧‧‧光瞳平面/成像光瞳

1020a‧‧‧影像形成光學器件/透鏡

1020b‧‧‧影像形成光學器件/透鏡

1021a‧‧‧偵測器

1021b‧‧‧感測器

1100‧‧‧超寬頻紫外線(UV)顯微鏡成像系統

1101A‧‧‧子區段

1101B‧‧‧子區段

1101C‧‧‧子區段

1102‧‧‧折反射物鏡區段

1103‧‧‧變焦管透鏡

1104‧‧‧折反射透鏡群組

1105‧‧‧場透鏡群組

1106‧‧‧聚焦透鏡群組

1107‧‧‧光束分割器

1108‧‧‧紫外線(UV)光源

1109‧‧‧物體/樣本

1111‧‧‧摺疊鏡群組

1112‧‧‧影像平面

1113‧‧‧透鏡

1200‧‧‧折反射成像系統

1201‧‧‧雷射

1202‧‧‧調適光學器件

1203‧‧‧孔徑與窗

1204‧‧‧機械外殼

1205‧‧‧稜鏡

1206‧‧‧物鏡

1208‧‧‧樣本

1209‧‧‧影像平面

1300‧‧‧表面檢驗設備

1301‧‧‧照明系統

1302‧‧‧光束

1303‧‧‧透鏡

1304‧‧‧聚焦光束

1305‧‧‧照明線

1310‧‧‧集光系統

1311‧‧‧樣本表面

1312‧‧‧透鏡

1313‧‧‧透鏡

1314‧‧‧電荷耦合裝置(CCD)

1320‧‧‧雷射系統

1331‧‧‧集光系統

1332‧‧‧集光系統

1333‧‧‧集光系統

1335‧‧‧平台

1400‧‧‧表面檢驗系統

1401‧‧‧表面

1402‧‧‧聚焦雷射光束

1403‧‧‧光束摺疊組件/光束轉向組件

1404‧‧‧光束偏轉器

1405‧‧‧光束/照明光束

1406‧‧‧鏡

1407‧‧‧孔徑

1408‧‧‧偵測器

1409‧‧‧透鏡

1410‧‧‧孔徑

1411‧‧‧偵測器

1421‧‧‧偏光光學器件

1422‧‧‧光束擴張器與孔徑

1423‧‧‧光束成形光學器件

1430‧‧‧雷射系統

1500‧‧‧檢驗系統

1501‧‧‧雷射光束

1502‧‧‧透鏡

1503‧‧‧空間濾波器

1504‧‧‧透鏡

1505‧‧‧偏光光束分割器

1506‧‧‧法線照明通道

1507‧‧‧光學器件

1508‧‧‧鏡

1509‧‧‧樣本

1510‧‧‧抛物面鏡

1511‧‧‧光倍增管

1512‧‧‧傾斜照明通道

1513‧‧‧鏡

1514‧‧‧半波板

1515‧‧‧光學器件

1516‧‧‧準直光束

1517‧‧‧物鏡

1518‧‧‧檢偏鏡

1520‧‧‧儀器

1530‧‧‧雷射系統

SR‧‧‧線

圖1繪示習知基於光纖之照明源，其可針對一檢驗系統產生UV雷射光。

圖2A繪示基於光纖之照明源(其可針對一檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源包含具有1160 nm波長之一拉曼種子雷射及具有1104 nm波長之一脈衝種子雷射，其等在複數個循序連接之預放大級及一下游功率放大器之前組合。

圖2B及圖2C繪示圖2A之照明源中之兩點處之波形。

圖3A繪示另一基於光纖之照明源(其可針對一檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源包含提供至複數個循序連接之預放大級之具有1104 nm波長之一脈衝種子雷射及注入下游功率放大器中之具有1160 nm波長之一拉曼種子雷射。

圖3B、圖3C及圖3D繪示圖3A之照明源中之三點處之波形。

圖4A繪示又一基於光纖之照明源(其可針對一檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源包含提供至複數個循序連接之預放大級之具有1104 nm波長之一脈衝種子雷射、一功率放大器及注入耦合至功率放大器之輸出之一拉曼增益光纖中之具有1160 nm波長之一拉曼種子雷射。

圖4B、圖4C及圖4D繪示圖4A之照明源中之三點處之波形。

圖5A繪示可用於圖2A、圖3A及圖4A之基於光纖之照明源中之例示性預放大器之方塊圖。

圖5B繪示可用於圖2A、圖3A及圖4A之基於光纖之照明源中之另一例示性預放大器之方塊圖。

圖5C繪示可用於圖2A、圖3A及圖4A之基於光纖之照明源中之另一例示性預放大器之方塊圖。

圖6繪示可用於圖2A、圖3A及圖4A之基於光纖之照明源中之例示性功率放大器之方塊圖。

圖7繪示拉曼增益光纖之例示性組態之方塊圖。

圖8繪示用於檢驗基板之表面之包含上述經改良照明源之一者之例示性光學檢驗系統。

圖9展示同時偵測一感測器上之兩個影像或信號通道之包含上述經改良照明源之一者之比例光罩、光罩或晶圓檢驗系統。

圖10繪示包含多個物鏡及上述經改良照明源之一者之例示性檢驗系統。

圖11繪示包含三個子區段之例示性超寬頻UV顯微鏡成像系統，各子區段包含上述經改良照明源之一者。

圖12繪示將法線入射雷射照明(暗場或明場)添加至包含上述經改良照明源之一者之折反射成像系統。

圖13A繪示用於檢驗表面之區域之表面檢驗設備，其包含照明系統(其包含上述經改良照明源之一者)及集光系統。

圖13B繪示用於包含上述經改良照明源之一者之表面檢驗設備之多個集光系統之例示性陣列。

圖14繪示可用於檢驗表面上之異常之包含上述經改良照明源之一者之表面檢驗系統。

圖15繪示包含上述經改良照明源之一者之檢驗系統，該檢驗系統經組態以使用法線及傾斜照明光束兩者實施異常偵測。

圖2A繪示基於光纖之照明源200(其可針對檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源200包含具有大約1104 nm之波長之一脈衝種子雷射201及具有實質上1160 nm之波長之一拉曼種子雷射202(即，兩個波長之分離實質上對應於熔融矽中之拉曼躍遷之峰值)。脈衝種子雷射201之脈衝種子及拉曼種子雷射202之拉曼種子在光學耦合器203中光學組合。光學耦合器203之輸出接著被提供至複數個循序耦合之預放大級204。預放大級204之輸出繼而被提供至功率放大器205。在圖2A中所示之實施例中，預放大級204包含三個預放大器204A、204B及204C。但是，取決於所要輸出功率位準，照明源200之其他實施例可包含任意數目個預放大器。

在一實施例中，針對脈衝種子雷射201選擇1104 nm之波長，此係因為其將最高效地泵浦1160 nm之拉曼增益(參考圖5A、圖5B及圖6描述例示性泵浦)。但是，由於熔融矽(其可用於拉曼增益光纖206、預放大級204及功率放大器205之一或多者中)中之拉曼增益非常寬(超過60 nm)，故可在廣泛波長範圍內泵浦1160 nm拉曼轉換。注意脈衝種子雷射201可具有多種脈衝寬度、重複速率、峰值功率及脈衝形狀。脈衝種子雷射201可為鎖模雷射、Q開關雷射、增益開關雷射或二極體雷射。亦可使用連續波雷射，接著使用電光調變器對其之輸出進行截波。使用連續波雷射促進重複速率、脈衝寬度及/或脈衝形狀之容易調整。舉例而言，在方形脈衝形狀之情況下，拉曼產生非常高效。

使用拉曼種子雷射在本文所述之照明源中尤為重要。具體言之，拉曼種子雷射經光學泵浦，但並未如習知雷射中般產生粒子數反轉。代替性地，在拉曼種子雷射中，光子經吸收且藉由受激拉曼散射而重新發射為較低頻率光子。兩個光子能量之間之差異可固定為對應於照明源中所使用之光纖放大器之增益介質。此對應允許基於謹慎選擇之泵浦雷射波長(例如，上述波長)而產生特定雷射輸出波長。

在一較佳實施例中，拉曼種子雷射202之拉曼種子具有實質上1160.2 nm之波長，因此其6次諧波將處於實質上193.4 nm。但是，可使用不同波長且仍在本發明之範疇內。在一較佳實施例中，拉曼種子雷射202係具有非常窄之頻寬以確保光學耦合器203中之受激拉曼散射之頻寬儘可能窄之連續波雷射。在其他實施例中，拉曼種子雷射202可為與脈衝種子雷射201同步之脈衝源。在一些實施例中，光譜濾波器(下文所述)可定位在預放大級204中以防止任意非所要之發射損壞脈衝種子雷射201或拉曼種子雷射202。例示性拉曼種子雷射可使用拉曼光纖雷射或使用矽拉曼雷射實施。照明源200之組態可在低功率位準下將拉曼種子雷射202之拉曼種子及脈衝種子雷射201之脈衝種子有利地耦合至預放大級204中使得在功率放大器205下游之組件(例如，輸出207之後之熔融組合器)上存在低應力。否則，光學組合器及光纖編接難以用高平均功率及高峰值功率以長壽命完成。作為一實例，在100 MHz脈衝雷射中，可靠性在40 W之平均功率及20 kW之峰值功率下開始成為問題。應注意，可自輸出207產生輸出207之六次諧波(其係大約193 nm，例如193.4 nm)。注意，1104 nm之6次諧波係184 nm，其並非針對許多所要應用之正確波長。

在一些實施例中，拉曼種子雷射202提供實質上1160 nm之波長；但是，大多數拉曼增益可來自拉曼增益放大器206，而非預放大級204及功率放大器205。在其他實施例中，預放大級204之預放大器經設計使得其中之光纖放大器(下文參考圖5A及圖5B所述)可在光纖放大器中產生所要拉曼增益輸出。在一實施例中，經定位以接收功率放大器205之輸出之一輔助拉曼增益光纖206可提供拉曼增益之一部分而不放大泵浦波長。此一組態可促進獨立於由預放大級204及功率放大器205提供之放大器增益定製拉曼增益。

圖2B展示至預放大級204之輸入處之種子量變曲線之實例。在此實例中，脈衝源1104 nm具有20 ps脈衝寬度(半高全寬FWHM)及50 W之峰值功率。1160 nm種子雷射係具有100 mW之平均功率之連續雷射。亦可使用更長之脈衝(諸如源自截波CW雷射之脈衝)或更短之脈衝(諸如來自飛秒雷射之脈衝)。圖2C展示功率放大器205之輸出處之1104 nm光及1160 nm光之時間量變曲線。如可見，大部分1104 nm光已透過拉曼程序改變為1160 nm光。藉由將未摻雜部分添加至拉曼增益光纖206，額外拉曼增益係可行的。

圖3A繪示另一基於光纖之照明源300(其可針對檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源300包含具有大約1104 nm之波長之脈衝種子雷射301，該脈衝種子雷射301可將其輸出提供至複數個循序耦合之預放大級304。在圖3A中所示之實施例中，預放大級304包含三個預放大器304A、304B及304C。但是，取決於所要輸出功率位準，照明源300之其他實施例可包含任意數目個預放大器。預放大級304之輸出及拉曼種子雷射302之輸出被提供至一光學耦合器303，該光學耦合器303繼而將其輸出提供至功率放大器305。

在一實施例中，針對脈衝種子雷射301選擇1104 nm之波長，此係因為其將最高效地泵浦1160 nm之拉曼增益。但是，由於熔融矽(其可用於拉曼增益光纖306、預放大級304及功率放大器305之一或多者中)中之拉曼增益非常寬(超過60 nm)，故可在廣泛波長範圍內泵浦1160 nm拉曼轉換(例如，由預放大級304、功率放大器305及/或拉曼增益光纖306執行之拉曼程序)。注意，脈衝種子雷射301可具有多種脈衝寬度、重複速率、峰值功率及脈衝形狀。脈衝種子雷射201可為鎖模雷射、Q開關雷射、增益開關雷射或二極體雷射。亦可使用連續波雷射，接著使用電光調變器對其之輸出進行截波。使用連續波雷射促進重複速率、脈衝寬度及/或脈衝形狀之容易調整。舉例而言，來自預放大級304之經放大方形脈衝形狀與來自拉曼種子雷射302之拉曼種子之組合係非常高效的。

在一較佳實施例中，拉曼種子雷射202之拉曼種子具有實質上1160.2 nm之波長，因此其6次諧波將處於實質上193.4 nm。但是，可使用不同波長且仍在本發明之範疇內。在一較佳實施例中，拉曼種子雷射302係具有非常窄之頻寬以確保光學耦合器303中之受激拉曼散射之頻寬儘可能窄之連續波雷射。在其他實施例中，拉曼種子雷射302可為與脈衝種子雷射301同步之脈衝源。

照明源300之組態可有利地允許以低功率注入拉曼種子雷射302之拉曼種子，藉此避免與功率放大器305之任意內部濾波器(參考圖6所述)相關聯之損耗。此外，此低功率注入確保功率放大器305下游之組件(例如，輸出307之後之熔融組合器)上之低應力。應注意，可自輸出307產生輸出307之六次諧波(其係大約193 nm)。

在一實施例中，功率放大器305可包含自由預放大級304產生之拉曼增益產生所要1160 nm輸出之一放大器光纖。在一選用實施例中，拉曼增益光纖306可接收功率放大器305之輸出以執行拉曼增益之一部分而不放大泵浦波長(脈衝種子雷射301之波長)。在此實施例中，拉曼增益可獨立於功率放大器305之放大器增益而定製。

圖3B展示至預放大級304之輸入處之1104 nm種子量變曲線之實例。在此實例中，脈衝源1104 nm具有20 ps脈衝寬度(半高全寬FWHM)及50 W之峰值功率。圖3C繪示預放大級304之輸出處之1104 nm光之時間量變曲線。由於在此點處不存在1160 nm拉曼信號，故已僅放大1104 nm光。使用100 mW CW種子302，在圖3D中展示功率放大器305之例示性輸出。如可見，大部分1104 nm光已透過拉曼程序改變為1160 nm光。藉由添加拉曼增益光纖306之未摻雜部分，額外拉曼增益係可行的。

圖4A繪示另一基於光纖之照明源400(其可針對檢驗系統產生UV雷射光)之方塊圖。照明源400包含具有大約1104 nm之波長之一脈衝種子雷射401，該脈衝種子雷射401係提供至複數個循序耦合之預放大級404。在圖4A中所示之實施例中，預放大級404包含三個預放大器404A、404B及404C。但是，取決於所要輸出功率位準，照明源400之其他實施例可包含任意數目個預放大器。預放大級404之輸出係提供至功率放大器405。

在此實施例中，拉曼種子雷射402之輸出在一光學耦合器403中組合功率放大器405之輸出。光學耦合器403之輸出接著被提供至一拉曼增益光纖406，該拉曼增益光纖406繼而產生輸出407。因此，此組態組合低功率拉曼種子及來自功率放大器405之高功率光，藉此消除在預放大級404之光纖放大器或功率放大器405(下文參考圖5A、圖5B及圖6所述)之前或內注入單獨波長的任意複雜性。應注意，可自輸出407產生輸出407之六次諧波(其係大約193 nm)。

在一實施例中，針對脈衝種子雷射401選擇1104 nm之波長，此係因為其將最高效地泵浦1160 nm之拉曼增益。但是，由於熔融矽中之拉曼增益非常寬(超過60 nm)，故可在廣泛波長範圍內泵浦1160 nm拉曼種子。注意，脈衝種子雷射401可具有多種脈衝寬度、重複速率、峰值功率及脈衝形狀。脈衝種子雷射401可為鎖模雷射、Q開關雷射、增益開關雷射或二極體雷射。亦可使用連續波雷射，接著使用電光調變器對其之輸出進行截波。使用連續波雷射促進重複速率、脈衝寬度及/或脈衝形狀之容易調整。舉例而言，在方形脈衝形狀之情況下，拉曼產生係非常高效的。

在一較佳實施例中，拉曼種子雷射402之拉曼種子具有實質上1160.2 nm之波長，因此其6次諧波將處於實質上193.4 nm。但是，可使用不同波長且仍在本發明之範疇內。在一較佳實施例中，拉曼種子雷射402係具有非常窄之頻寬之連續波雷射。在其他實施例中，拉曼種子雷射402可為與脈衝種子雷射401同步之脈衝源。

圖4B展示至預放大級404之輸入處之1104 nm種子量變曲線之實例。在此實例中，脈衝源1104 nm具有20 ps脈衝寬度及50 W之峰值功率。圖4C展示功率放大器405之輸出處之1104 nm光之時間量變曲線。由於在此點處不存在1160 nm拉曼信號，故已僅放大1104 nm光。使用100 mW CW種子402，在圖4D中展示拉曼增益光纖406之輸出。如可見，大部分1104 nm光已透過拉曼程序改變為1160 nm光。

圖5A繪示可形成圖2A、圖3A及圖4A中所示之預放大級之一者之例示性預放大器500。在此實施例中，預放大器500包含接收來自上游組件之輸入508之一放大自發發射(ASE)濾波器501。一光學耦合器502可組合ASE濾波器501之輸出及泵浦雷射504之輸出以產生一輸出。泵浦雷射504用於將能量傳送至光纖放大器503之增益介質中。此能量被介質吸收，藉此激發其原子狀態。泵浦雷射504可使用雷射二極體或光纖雷射實施，其具有高於輸入508之雷射發光臨限值(lasing threshold)之能量。在一實施例中，泵浦雷射504可包含耦合在一起之複數個單個射極二極體。由於單個射極二極體傾向於具有相對較長壽命，故泵浦雷射504中之此一組態可係有利的。泵浦雷射504之泵浦光可在800 nm至1000 nm之範圍中，但可長達1090 nm(此靈活性係可行的，因為泵浦無需多光子程序)。光學耦合器502之輸出被提供至光纖放大器503。光纖放大器503可經核心泵浦或包層泵浦。包層泵浦非常常見且係光纖雷射之獨有性質，其中泵浦光在核心及未摻雜包層兩者中傳播。此允許沿著長光纖長度之更均勻泵浦。核心泵浦通常在僅使用非常短光纖件時完成。光纖放大器503之輸出509可被提供至一下游組件。在高平均功率及高峰值功率下，對於長期操作，任意熔融連接之品質可係關鍵的。具體言之，任意污染將縮短此一編接之壽命。諸如CO₂雷射熔融之新技術可有利地以最小污染實現高功率編接。如所述及所示，預放大器500之組態使用在輸入光傳播方向上傳播之泵浦光。

注意，ASE係由自發發射產生之光且藉由增益介質(諸如光纖放大器503之增益介質)之受激發射而光學放大。舉例而言，可在藉由泵浦雷射502泵浦光纖放大器503之增益介質時產生ASE。過量ASE係非所要的，此係因為其限制可在光纖放大器503之增益介質中獲得之最大增益。ASE濾波器501可有利地吸收或提取存在於輸入中之ASE以及預放大器500中產生之ASE。注意，ASE將在光纖中之兩個方向上傳播。此等濾波器具有兩個目的。第一目的係防止歸因於逆向傳播光而對較低功率組件之損壞。第二目的係最小化正向傳播方向上之ASE光之放大。即，當ASE被放大時，其將增益帶離所要之1104 nm光。

進一步應注意，ASE亦可顯著促成與輸出509相關聯之雜訊。因此，在一較佳實施例中，ASE濾波器501可經組態以將寬頻光譜ASE背景雜訊有效減小至低於雷射線超過80 dB同時仍傳輸90%之單頻率線。此組態可包含記錄在光敏矽酸鹽玻璃之塊體中之布拉格光柵(RBG)或可使用其他干涉濾波器技術。在一些實施例中，進一步ASE減輕可藉由改變光纖放大器503之光纖長度或光纖摻雜位準而達成。在一些實施例中，光學隔離器亦可用於限制ASE之影響。

圖5B繪示可形成圖2A、圖3A及圖4A中所示之預放大級之一者之另一例示性預放大器510。在此實施例中，預放大器510包含接收來自上游組件之輸入518之放大自發發射(ASE)濾波器511。一光纖放大器512可接收ASE濾波器511之輸出並產生一輸出。光纖放大器512之輸出接著可使用一光學耦合器513而與來自一泵浦雷射513之輸出組合。泵浦雷射514用於將能量傳送至光纖放大器512之增益介質中。此能量被介質吸收，藉此激發其原子狀態。泵浦雷射514可使用雷射二極體或光纖雷射實施，其具有高於輸入518之雷射發光臨限值之能量。在一實施例中，泵浦雷射514可包含耦合在一起之複數個單個射極二極體。由於單個射極二極體傾向於具有相對較長壽命，故泵浦雷射514中之此一組態可係有利的。泵浦雷射514之泵浦光可在800 nm至1000 nm之範圍中，但可長至1090 nm。光纖放大器512可經核心泵浦或包層泵浦。光學耦合器513之輸出519可被提供至下游組件。如所述及所示，預放大器510之組態使用相反於輸入光傳播方向傳播之泵浦光。此組態可最小化不同應用中之非線性效應。特定言之，自相位調變(SPM)係導致光纖中光譜加寬之非線性效應。逆向傳播泵浦可將更多雷射增益朝向光纖之輸出端放置，藉此減小有效非線性長度。

圖5C繪示可用於實施圖2A、圖3A及圖4A中所示之預放大級之一者之例示性預放大器520。在此實施例中，預放大器520包含可接收來自上游組件之輸入528之一ASE濾波器521。一第一光學耦合器522可將ASE濾波器521之輸出與第一泵浦雷射524之輸出組合。第一光學耦合器522之輸出被提供至一光纖放大器523。第一泵浦雷射524可使用雷射二極體或光纖雷射實施，其具有高於輸入528之雷射發光臨限值之能量。在一實施例中，泵浦雷射524可包含耦合在一起之複數個單個射極二極體。由於單個射極二極體傾向於具有相對較長壽命，故第一泵浦雷射524中之此一組態可係有利的。第一泵浦雷射524之泵浦光可在800 nm至1000 nm之範圍中，但可長至1100 nm。第一光學耦合器522之輸出被提供至一光纖放大器523。光纖放大器523可經核心泵浦或包層泵浦。一第二光學耦合器525可將光纖放大器523之輸出與第二泵浦雷射526之輸出組合。第二泵浦雷射526可使用雷射二極體或光纖雷射實施，其具有高於光纖放大器523之輸出之雷射發光臨限值之能量。在一實施例中，泵浦雷射526可包含耦合在一起之複數個單個射極二極體。由於單個射極二極體傾向於具有相對較長壽命，故第二泵浦雷射526中之此一組態可係有利的。第二泵浦雷射526之泵浦光可在800 nm至1000 nm之範圍中，但可長至1100 nm。第二光學耦合器525之輸出529可被提供至下游組件。如所述及所示，預放大器520之組態使用在輸入光傳播之方向上及與其相反之方向上傳播之泵浦光，藉此允許長光纖之更均勻泵浦。此在長波長(例如，大約1104 nm)的情況下可係一問題，因為Yb之增益非常低。在此等情況中，典型預放大器可能非常長，例如，數十米長之數量級，但可在兩個方向上有效泵浦以減小此長度。

注意，預放大器500、510及520(分別展示在圖5A、圖5B及圖5C中)之任意者可用於實施照明源200、300及400(分別展示在圖2、圖3及圖4中)之任一者。舉例而言，在一實施例中，預放大器404A、404B及404C(圖4A)可僅使用預放大器500(圖5A)之組態實施。在另一實施例中，預放大器404A、404B及404C可分別使用預放大器500、510及520(分別圖5A、圖5B及圖5C)之組態實施。在又一實施例中，預放大器404A可使用預放大器500之組態實施，且預放大器404B及404C可使用預放大器520之組態實施。因此，易於瞭解可在上述經改良照明源中使用例示性預放大器之任意組合。

圖6展示功率放大器600之例示性幾何結構。在此實施例中，功率放大器600之架構類似於預放大器520之架構。但是，功率放大器可如預放大器般在正向方向、逆向方向或兩個方向(所示)上泵浦。因此，在其他實施例中，例示性功率放大器之架構可與針對預放大器 500或510所示之架構相同。注意，功率放大器經設計用於提取功率，而預放大器經設計以主要集中於高增益。因此，通常，功率放大器中之光纖直徑大於預放大器之光纖直徑以提供儘可能多的體積以提取能量。

圖7繪示例示性拉曼增益光纖700，其包含可提供所要拉曼增益之任意類型之拉曼光纖703。在一實施例中，可使用不放大1104 nm泵浦光701之光纖。拉曼光纖703可為熔融矽或其他玻璃材料。其亦可摻雜有如鍺之材料以改良拉曼增益。亦可使用具有光子晶體結構之光纖。除光纖外，亦可使用晶體材料(為簡單起見未展示)以產生其他拉曼波長。將1104 nm之輸入泵浦光701連同1160 nm之拉曼種子或放大信號702一起輸入至拉曼光纖703。將來自1104 nm泵浦光之能量傳送至1160 nm之拉曼信號。在拉曼光纖703之後，可使用波長分離器704分離兩個波長。此波長分離器704可為二向色塗層、繞射光柵、標準量具、體積布拉格光柵或其他類似波長選擇技術。

圖8至圖15繪示可包含上述照明源之一者之系統。此等系統可用於光罩、比例光罩或晶圓檢驗應用中。

圖8繪示用於檢驗一基板812之表面之一例示性光學檢驗系統800。系統800大體上包含一第一光學配置851及一第二光學配置857。如所示，第一光學配置851包含至少一光源852、檢驗光學器件854及參考光學器件856，而第二光學配置857包含至少透射光光學器件858、透射光偵測器860、反射光光學器件862及反射光偵測器864。在一較佳組態中，光源852包含上述照明源之一者。

光源852經組態以發射行進穿過一聲光裝置870之一光束，該聲光裝置870經配置用於偏轉及聚焦光束。聲光裝置870可包含一對聲光元件(例如，一聲光預掃描儀及一聲光掃描儀)，其等使光束在Y方向上偏轉且將其聚焦在Z方向上。舉例而言，多數聲光裝置藉由發送一 RF信號至石英或一晶體(諸如TeO₂)而操作。此RF信號導致一聲波前進穿過該晶體。由於正在前進的聲波，該晶體變得不對稱，從而導致折射率貫穿該晶體而變化。此變化導致入射光束形成以振盪方式偏轉之一聚焦前進光點。

當光束自聲光裝置870出射時，該光束接著行進穿過一對四分之一波板872及一中繼透鏡874。中繼透鏡874經配置以準直光束。接著，經準直光束繼續在其路徑上直至其到達一繞射光柵876。繞射光柵876經配置用於展開光束且更特定言之用於將光束分離為三個相異光束，其等在空間上可彼此區分(即，空間相異)。在多數情況中，空間相異光束亦配置為等距隔開且具有實質上相等的光強度。

在離開繞射光柵876之後，三個光束行進穿過一孔徑880且接著繼續直至其等到達一光束分割器立方體882。光束分割器立方體882(結合四分之一波板872)經配置以將該等光束分裂為兩個路徑，即一路徑向下引導且另一路徑引導至右側(在圖8中所示之組態中)。向下引導之路徑係用以將該等光束之一第一光部分配至基板812，而引導至右側之路徑係用以將該等光束之一第二光部分分配至參考光學器件856。在多數實施例中，將大部分光分配至基板812且將較小百分比之光分配至參考光學器件856，但是百分比比率可根據各光學檢驗系統之特定設計而改變。在一實施例中，參考光學器件856可包含一參考集光透鏡814及一參考偵測器816。參考集光透鏡814經配置以收集光束之部分並將光束之部分引導於參考偵測器816上，該參考偵測器經配置以量測光強度。參考光學器件通常在此項技術中為人所熟知且為簡單起見將不會加以詳細論述。

自光束分割器882向下引導之三個光束係由一望遠鏡888接收，該望遠鏡888包含重定向並擴張光之若干透鏡元件。在一實施例中，望遠鏡888係包含圍繞一轉座旋轉之複數個望遠鏡之一望遠鏡系統之部分。例如，可使用三個望遠鏡。此等望遠鏡之目的係改變基板上之掃描光點的大小且藉此容許選擇最小可偵測缺陷大小。更特定言之，該等望遠鏡之各者大體上表示一不同像素大小。因而，一望遠鏡可產生一較大光點大小，從而使檢驗更快且更不敏度(例如，低解析度)，而另一望遠鏡可產生一較小光點大小，從而使檢驗更慢且更敏度(例如，高解析度)。

自望遠鏡888觀看，該三個光束行進穿過經配置以將該等光束聚焦至基板812之表面上之一物鏡890。在該等光束與表面交叉為三個相異光點時，可產生反射光束及透射光束二者。該等透射光束行進穿過基板812，而該等反射光束自表面反射。例如，該等反射光束可自該基板之不透明表面反射，且該等透射光束可透射穿過該基板之透明區。該等透射光束係藉由透射光光學器件858收集且該等反射光束係藉由反射光光學器件862收集。

關於透射光光學器件858，該等透射光束在行進穿過基板812之後係藉由一第一透射透鏡896收集且在一球面像差校正器透鏡898的幫助下聚焦至一透射稜鏡810上。稜鏡810可經組態以具有針對該等透射光束之各者之一琢面，琢面經配置以重定位且折曲該等透射光束。在多數情況中，稜鏡810係用以分離該等光束使得其等各自落在透射光偵測器配置860(展示為具有三個相異偵測器)中之一單個偵測器上。因此，當該等光束離開稜鏡810之後，其等行進穿過一第二透射透鏡802，該第二透射透鏡802將分離光束之各者個別地聚焦至該三個偵測器之一者上，該三個偵測器之各者經配置以量測透射光之強度。

關於反射光光學器件862，反射光束在自基板812反射之後係藉由物鏡890收集，該物鏡890接著引導該等光束朝向望遠鏡888。在到達望遠鏡888之前，該等光束亦行進穿過一四分之一波板804。一般而言，物鏡890及望遠鏡888以在光學上相對於如何操縱入射光束逆轉之一方式操縱收集光束。即，物鏡890重新準直該等光束，且望遠鏡888減小其等大小。當該等光束離開望遠鏡888時，其等繼續(向後)直至其等到達光束分割器立方體882。光束分割器882經組態以與四分之一波板804一起運作以將該等光束引導至一中心路徑806上。

接著，藉由一第一反射透鏡808收集繼續在路徑806上之光束，該第一反射透鏡808將該等光束之各者聚焦至一反射稜鏡809上，該反射稜鏡809包含針對該等反射光束之各者之一琢面。反射稜鏡809經配置以重定位且折曲該等反射光束。類似於透射稜鏡810，反射稜鏡809係用以分離該等光束使得其等各自落在反射光偵測器配置864中之一單個偵測器上。如所示，反射光偵測器配置864包含三個個別相異偵測器。當該等光束離開反射稜鏡809時，其等行進穿過一第二反射透鏡811，該第二反射透鏡811將分離光束之各者個別地聚焦至此等偵測器之一者上，此等偵測器之各者經配置以量測反射光之強度。

存在可藉由前述光學總成促進之多個檢驗模式。例如，光學總成可促進一透射光檢驗模式、一反射光檢驗模式及一同時檢驗模式。關於透射光檢驗模式，透射模式偵測通常用於基板(諸如具有透明區及不透明區之習知光學遮罩)上之缺陷偵測。在光束掃描遮罩(或基板812)時，光在透明點穿透該遮罩且藉由透射光偵測器860偵測，該等透射光偵測器860定位於該遮罩後面且量測藉由包含第一透射透鏡896、第二透射透鏡802、球面像差透鏡898及稜鏡810之透射光光學器件858收集之光束之各者的強度。

關於反射光檢驗模式，可對含有呈鉻、顯影光阻劑或其他特徵之形式之影像資訊之透明或不透明基板執行反射光檢驗。藉由基板812反射的光沿與檢驗光學器件854相同之光學路徑向後行進，但是接著藉由一偏光光束分割器882轉向至偵測器864中。更特定言之，第一反射透鏡808、稜鏡809及第二反射透鏡811將來自經轉向光束之光投影至偵測器864上。反射光檢驗亦可用以偵測不透明基板表面之頂部上的污染。

關於同時檢驗模式，利用透射光及反射光二者以判定一缺陷之存在及/或類型。系統之兩個量測值係透射穿過基板812如藉由透射光偵測器860感測之光束之強度及如藉由反射光偵測器864偵測之反射光束之強度。接著，可處理該等兩個量測值以判定基板812上之一對應點處之缺陷(若有)之類型。

更特定言之，同時透射及反射偵測可揭示藉由透射偵測器感測之一不透明缺陷的存在，而反射偵測器之輸出可用以揭示缺陷類型。作為一實例，一基板上之一鉻點或一粒子皆可導致來自透射偵測器之一低透射光指示，但是一反射鉻缺陷可導致來自反射光偵測器之一高反射光指示且一粒子可導致來自相同反射光偵測器之一較低反射光指示。因此，藉由使用反射及透射偵測二者，可定位鉻幾何結構的頂部上之一粒子，若僅檢查缺陷之反射特性或透射特性，則不能進行此定位。此外，可判定某些類型缺陷的訊符，諸如其等反射光強度與透射光強度之比率。接著，可使用此資訊以對缺陷自動分類。於1996年10月8日發佈且以引用方式併入本文之美國專利5,563,702描述關於系統800之額外細節。

根據本發明之某些實施例，併有一大約193奈米雷射系統之一檢驗系統可同時偵測一單個偵測器上之兩個資料通道。此一檢驗系統可用以檢驗諸如一比例光罩、一光罩或一晶圓之一基板，且可如由Brown等人於2009年5月5日發佈且以引用方式併入本文之美國專利7,528,943中所述般進行操作。

圖9展示同時偵測一感測器970上之兩個影像或信號通道之一比例光罩、光罩或晶圓檢驗系統900。照明源909併有如本文所述之一193.4奈米雷射系統。光源可進一步包括一脈衝倍增器及/或一相干性減小方案。當一受檢驗物體930係透明(例如一比例光罩或光罩)時，該兩個通道可包括反射強度及透射強度，或可包括兩個不同的照明模式，諸如入射角、偏光狀態、波長範圍或其等之某個組合。

如圖9中所示，照明中繼光學器件915及920將來自源909之照明中繼至該受檢驗物體930。該受檢驗物體930可為一比例光罩、一光罩、一半導體晶圓或待檢驗之其他物品。影像中繼光學器件955及960將藉由該受檢驗物體930反射及/或透射之光中繼至感測器970。對應於該兩個通道之偵測信號或影像之資料係展示為資料980且傳輸至一電腦(未展示)以供處理。

圖10繪示包含多個物鏡及上述照明源之一者之一例示性檢驗系統1000。在系統1000中，將來自一雷射源1001之照明發送至照明子系統之多個區段。照明子系統之一第一區段包含元件1002a至1006a。透鏡1002a聚焦來自雷射1001之光。來自透鏡1002a之光接著自鏡1003a反射。為圖解之目的，鏡1003a放置在此位置處且可定位在別處。來自鏡1003a之光接著藉由形成照明光瞳平面1005a之透鏡1004a收集。可取決於檢驗模式之要求而在光瞳平面1005a中放置一孔徑、濾波器或用以修改光之其他裝置。來自光瞳平面1005a之光接著行進穿過透鏡1006a且形成照明場平面1007。

照明子系統之一第二區段包含元件1002b至1006b。透鏡1002b聚焦來自雷射1001之光。來自透鏡1002b之光接著自鏡1003b反射。來自鏡1003b之光接著藉由形成照明光瞳平面1005b之透鏡1004b收集。可取決於檢驗模式之要求而在光瞳平面1005b中放置一孔徑、濾波器或用以修改光之其他裝置。來自光瞳平面1005b之光接著行進穿過透鏡1006b且形成照明場平面1007。來自該第二區段之光接著藉由鏡或反射表面重定向使得照明場平面1007處之照明場光能包括經組合照明區段。

場平面光接著在自一光束分割器1010反射之前藉由透鏡1009收集。透鏡1006a及1009在物鏡光瞳平面1011處形成第一照明光瞳平面1005a之一影像。同樣地，透鏡1006b及1009在物鏡光瞳平面1011處形成第二照明光瞳平面1005b之一影像。一物鏡1012(或替代地1013)接著獲取光瞳光且在樣本1014處形成照明場1007之一影像。物鏡1012或物鏡1013可定位成接近於樣本1014。樣本1014可在一載物台上移動(未展示)，從而將該樣本定位在所要位置中。自該樣本1014反射及散射之光係藉由高NA折反射物鏡1012或物鏡1013收集。在物鏡光瞳平面1011處形成一反射光光瞳之後，光能在成像子系統中形成一內場1016之前通過光束分割器1010及透鏡1015。此內部成像場係樣本1014及對應照明場1007之一影像。此場可在空間上分離為對應於照明場之多個場。此等場之各者可支援一單獨成像模式。

可使用鏡1017重定向此等場之一者。重定向光接著在形成另一成像光瞳1019b之前行進穿過透鏡1018b。此成像光瞳係光瞳1011及對應照明光瞳1005b之一影像。可取決於檢驗模式之要求而在光瞳平面1019b中放置一孔徑、濾波器或用以修改光之其他裝置。來自光瞳平面1019b之光接著行進穿過透鏡1020b且在感測器1021b上形成一影像。以一類似方式，經過鏡或反射表面1017之光係藉由透鏡1018a收集且形成成像光瞳1019a。來自成像光瞳1019a之光接著在偵測器1021a上形成一影像之前藉由透鏡1020a收集。成像於偵測器1021a上之光可用於不同於成像於感測器1021b上之光之一成像模式。

系統1000中所採用之照明子系統係由雷射源1001、集光光學器件1002至1004、放置成接近於一光瞳平面1005之光束塑形組件及中繼光學器件1006及1009組成。一內場平面1007定位在透鏡1006與1009之間。在一較佳組態中，雷射源1001可包含上述照明源之一者。

關於雷射源1001，雖然繪示為具有兩個透射點或角度之一單個均勻區塊，但是實際上此表示能夠提供兩個照明通道(例如一第一光能通道(諸如在一第一頻率下行進穿過元件1002a至1006a之雷射光能)及一第二光能通道(諸如在一第二頻率下行進穿過元件1002b至1006b之雷射光能))之一雷射源。可採用不同的光能模式，諸如在一通道中採用明場能量且在另一通道中採用一暗場模式。

雖然來自雷射源1001之光能經展示以90度間隔發射且該等元件1002a至1006a及1002b至1006b係定向成90度角，但是實際上可以各種定向(不一定係二維)發射光且該等組件可不同於所示般進行定向。因此，圖10僅係所採用的組件之一表示且所示的角度或距離並未按比例繪製亦非設計特定要求。

可在使用孔徑塑形之概念之當前系統中採用放置成接近於光瞳平面1005之元件。使用此設計，可實現均勻照明或近似均勻照明以及個別點照明、環狀照明、四極照明或其他所要圖案。

可在一般的成像子系統中採用物鏡之各種實施方案。可使用一單個固定物鏡。該單個物鏡可支援所有所要成像及檢驗模式。若成像系統支援一相對較大的場大小及相對較高的數值孔徑，則可達成此一設計。可藉由使用放置在光瞳平面1005a、1005b、1019a及1019b處之內部孔徑將數值孔徑減小至一所要值。

亦可如圖10中所示般使用多個物鏡。例如，雖然展示兩個物鏡1012及1013，但是任何數目個物鏡係可行的。可針對藉由雷射源1001產生之各波長最佳化此一設計中之各物鏡。此等物鏡1012及1013可具有固定位置或移動至接近於該樣本1014之位置中。為使多個物鏡移動而接近於該樣本，可如標準顯微鏡上所常見般使用旋轉轉座。可使用用於在一樣本附近移動物鏡之其他設計，該等設計包含(但不限於)在一置物台上橫向平移該等物鏡及使用一測向器在一弧上平移該等物鏡。此外，可根據本系統達成固定物鏡與一轉座上之多個物鏡之任何組合。

此組態之最大數值孔徑可接近或超過0.97，但是在某些例項中可更高。此高NA折反射成像系統可能具有之大範圍的照明及收集角結合其大的場大小容許該系統同時支援多個檢驗模式。如可自先前段落所了解，可搭配照明裝置使用一單個光學系統或機器實施多個成像模式。針對照明及收集揭示之高NA允許使用相同的光學系統實施成像模式，藉此容許針對不同類型的缺陷或樣本最佳化成像。

成像子系統亦包含中間影像形成光學器件1015。該影像形成光學器件1015之目的係形成樣本1014之一內部影像1016。在此內部影像1016處，可放置一鏡1017以重定向對應於該等檢驗模式之一者之光。可重定向此位置處之光，這係因為用於成像模式之光在空間上分離。可以若干不同形式(包含可變焦距變焦(varifocal zoom)、具有聚焦光學器件之多個無焦管透鏡或多個影像形成mag管)實施影像形成光學器件1018(1018a及1018b)及1020(1020a及1020b)。於2009年7月16日發表且以引用方式併入本文之美國公開申請案2009/0180176描述關於系統1000之額外細節。

圖11繪示包含三個子區段1101A、1101B及1101C之一例示性超寬頻UV顯微鏡成像系統1100。子區段1101C包含一折反射物鏡區段1102及一變焦管透鏡1103。折反射物鏡區段1102包含一折反射透鏡群組1104、一場透鏡群組1105及一聚焦透鏡群組1106。系統1100可將一物體/樣本1109(例如，正檢驗之一晶圓)成像至一影像平面1112。

折反射透鏡群組1104包含一近似平面(或平面)反射體(其係一反射性塗佈透鏡元件)、一凹凸透鏡(其係一折射表面)及一凹球面反射體。該兩個反射元件可具有不具備反射材料之中心光學孔徑以容許來自一中間影像之光行進穿過該凹球面反射體、藉由該近似平面(或平面)反射體反射至該凹球面反射體上，且往回行進穿過該近似平面(或平面)反射體，從而橫越途中之相關聯透鏡元件或若干相關聯透鏡元件。折反射透鏡群組1104經定位以形成中間影像之一實像，使得結合變焦管透鏡1103在波長帶內實質上校正系統之初級縱向色彩。

場透鏡群組1105可由兩種或更多種不同的折射材料(諸如熔融矽及氟化玻璃)或繞射表面製成。場透鏡群組1105可光學地耦合在一起或替代地可在空氣中稍微隔開。因為熔融矽及氟化玻璃之色散在深紫外線範圍中並無實質上不同，所以該場透鏡群組之若干組件元件之個別光焦度必須為高量值以提供不同色散。場透鏡群組1105具有沿接近中間影像之光學路徑對準之一淨正光焦度。使用此一褪色場透鏡容許在一超寬光譜範圍內完全校正包含至少次級縱向色彩以及初級及次級橫向色彩之色像差。在一實施例中，僅一場透鏡組件需具有不同於系統之其他透鏡之一折射材料。

聚焦透鏡群組1106包含較佳全部由單個類型材料形成之多個透鏡元件，其中折射表面具有經選擇以校正單色像差及像差之色變動二者且將光聚焦至一中間影像之曲率及位置。在聚焦透鏡群組1106之一實施例中，具有低光焦度之透鏡1113之一組合校正球面像差、彗形像差及像散之色變動。一光束分割器1107對一UV光源1108提供一入口。UV光源1108可有利地藉由上述照明源加以實施。

變焦管透鏡1103可全部為相同折射材料(諸如熔融矽)且經設計使得在變焦期間不改變初級縱向色彩及初級橫向色彩。此等初級色像差無須校正為零且在僅使用一玻璃類型之情況下不能校正為零，但是其等必須固定，這係可行的。接著必須修改折反射物鏡區段1102之設計以補償變焦管透鏡1103之此等未經校正但固定的色像差。可變焦或改變放大率而不改變其高階色像差之變焦管透鏡1103包含沿該系統之一光學路徑安置之透鏡表面。

在一較佳實施例中，首先獨立於使用兩種折射材料(諸如熔融矽及氟化鈣)之折反射物鏡1102區段而校正變焦管透鏡1003。接著，組合變焦管透鏡1103與折反射物鏡區段1102，此時可修改折反射物鏡區段1102以補償系統1100之殘餘高階色像差。由於場透鏡群組1105及低光焦度透鏡群組1113，此補償係可行的。接著，最佳化經組合系統使得改變所有參數以達成最佳效能。

注意，子區段1101A及1101B包含實質上類似於子區段1201C之組件且因此並未加以詳細論述。

系統1100包含一折疊鏡群組1111以提供容許自36X至100X之一變焦之線性變焦運動。大範圍變焦提供連續放大率改變，而精細變焦減小頻疊且容許電子影像處理，諸如針對一重複影像陣列之單元間減法。折疊鏡群組1111可特性化為反射元件之一「長號」系統。變焦係藉由以下動作完成：使變焦管透鏡1103之群組作為一單元而移動且亦移動長號U型滑管之臂。因為長號運動僅影響聚焦且其位置處之f#速度極低，所以此運動之精確度可能極為寬鬆。此長號組態之一優點係：其顯著地縮短該系統。另一優點係：僅存在涉及主動(非平坦)光學元件之一變焦運動。且該長號U型滑管之另一變焦運動對錯誤並不敏感。於1999年12月7日發佈且以引用方式併入本文之美國專利5,999,310進一步詳細地描述系統1100。

圖12繪示對一折反射成像系統1200添加一法線入射雷射照明(暗場或明場)。系統1200之照明區塊包含：一雷射1201；調適光學器件1202，其等用以控制所檢驗表面上之照明光束大小及輪廓；一孔徑與窗1203，其在一機械外殼1204中；及一稜鏡1205，其用以沿光學軸以法線入射至一樣本1208之表面而重定向該雷射。稜鏡1205亦沿光學路徑將來自樣本1208之表面特徵之鏡面反射及來自一物鏡1206之光學表面之反射引導至一影像平面1209。可以一折反射物鏡、一聚焦透鏡群組及一變焦管透鏡群組(參見圖11)之一般形式提供用於物鏡1206之透鏡。在一較佳實施例中，雷射1201可藉由上述照明源實施。於2007年1月4日發表且以引用方式併入本文之公開專利申請案2007/0002465進一步詳細地描述系統1200。

圖13A繪示用於檢驗表面1311之區域一表面檢驗設備1300，其包含照明系統1301及集光系統1310。如圖13A中所示，一雷射系統1320引導一光束1302穿過一透鏡1303。在一較佳實施例中，雷射系統1320包含上述照明源、一退火晶體及在低溫標準操作期間維持晶體之退火條件之一外殼。第一光束塑形光學器件可經組態以自雷射接收一光束且將該光束聚焦至該晶體中或附近的一光束腰處之一橢圓形截面。

透鏡1303經定向使得其主平面實質上平行於一樣本表面1311且因此在表面1311上於透鏡1303之焦平面中形成照明線1305。此外，以一非正交入射角將光束1302及聚焦光束1304引導至表面1311。特定言之，可以與一法線方向成約1度與約85度之間之一角度將光束1302及聚焦光束1304引導至表面1311。以此方式，照明光線1305實質上係在聚焦光束1304之入射平面中。

集光系統1310包含用於收集自照明線1305散射之光之透鏡1312及用於將由透鏡1312產生的光聚焦至一裝置(諸如電荷耦合裝置(CCD)1314，包括光敏偵測器之一陣列)上之透鏡1313。在一實施例中，CCD 1314可包含偵測器之一線性陣列。在此等情況中，CCD 1314內之偵測器之線性陣列可定向成平行於照明線1315。在一實施例中，可包含多個集光系統，其中該等集光系統之各者包含類似組件，但定向不同。

例如，圖13B繪示用於一表面檢驗設備之集光系統1331、1332及1333之一例示性陣列(其中為簡單起見未展示其照明系統，例如，類似於照明系統1301)。集光系統1331中之第一光學器件收集在一第一方向上自樣本1311散射之表面之光。集光系統1332中之第二光學器件收集在一第二方向上自樣本1311之表面散射之光。集光系統1333中之第三光學器件收集在一第三方向上自樣本1311之表面散射之光。注意，第一路徑、第二路徑及第三路徑與樣本1311之該表面成不同的反射角。可使用支撐樣本1311之一平台1335以引起該等光學器件與樣本1311之間的相對運動，使得可掃描樣本1311之整個表面。於2009年4月28日發佈且以引用方式併入本文之美國專利7,525,649進一步詳細描述表面檢驗設備1300及其他多個集光系統。

圖14繪示可用於檢驗一表面1401上之異常之一表面檢驗系統1400。在此實施例中，表面1401可藉由包括由上述照明源產生之一雷射光束之一雷射系統1430之一實質上固定照明裝置部分照明。雷射系統1430之輸出可連續行進穿過偏光光學器件1421、一光束擴張器與孔徑1422及光束成形光學器件1423以擴張並聚焦光束。

所得聚焦雷射光束1402接著藉由一光束折疊組件1403及一光束偏轉器1404反射以引導光束1405朝向表面1401以用於照明該表面。在較佳實施例中，光束1405實質上法向或垂直於表面1401，但是在其他實施例中光束1405可與表面1401成一傾斜角。

在一實施例中，光束1405實質上垂直或法向於表面1401且光束偏轉器1404將來自表面1401之光束之鏡面反射反射朝向光束轉向組件1403，藉此用作防止該鏡面反射到達偵測器之一防護罩。該鏡面反射之方向係沿線SR，該線SR法向於樣本之表面1401。在光束1405法向於表面1401之一實施例中，此線SR與照明光束1405之方向一致，其中此共同參考線或方向在本文被稱為檢驗系統1400之軸。在光束1405與表面1401成一傾斜角之情況下，鏡面反射之方向SR將不會與光束1405之傳入方向一致；在此例項中，指示表面法線之方向之線SR被稱為檢驗系統1400之收集部分之主軸。

由小粒子散射之光係藉由鏡1406收集且經引導朝向孔徑1407及偵測器1408。由大粒子散射之光係藉由透鏡1409收集且經引導朝向孔徑1410及偵測器1411。注意，一些大粒子將散射亦經收集且引導至偵測器1408之光，且類似地，一些小粒子將散射亦經收集且引導至偵測器1411之光散射，但是此光之強度相對較低於各自偵測器經設計以偵測之散射光強度。在一實施例中，偵測器1411可包含光敏元件之一陣列，其中該光敏元件陣列之各光敏元件經組態以偵測照明線之一放大影像之一對應部分。在一實施例中，檢驗系統可經組態以用於偵測未經圖案化晶圓上之缺陷。於2001年8月7日發佈且以引用方式併入本文之美國專利6,271,916進一步詳細描述檢驗系統1400。

圖15繪示經組態以使用法線及傾斜照明光束兩者來實施異常偵測之一檢驗系統1500。在此組態中，包含上述照明源之一雷射系統1530可提供一雷射光束1501。一透鏡1502使該光束1501聚焦穿過一空間濾波器1503且透鏡1504準直該光束且將其遞送至一偏光光束分割器1505。光束分割器1505將一第一偏光分量傳遞至法線照明通道且將一第二偏光分量傳遞至傾斜照明通道，其中該第一分量及該第二分量係正交的。在該法線照明通道1506中，該第一偏光分量係藉由光學器件1507聚焦且藉由鏡1508反射朝向一樣本1509之一表面。藉由樣本1509散射之輻射係藉由一抛物面鏡1510收集且聚焦至一光倍增管1511。

在傾斜照明通道1512中，第二偏光分量係藉由光束分割器1505反射至一鏡1513(其使此光束反射穿過一半波板1514)且藉由光學器件1515聚焦至樣本1509。源自該傾斜通道1512中之傾斜照明光束且藉由樣本1509散射之輻射亦係藉由抛物面鏡1510收集且聚焦至光倍增管1511。注意，光倍增管1511具有一針孔入口。該針孔及照明光點(來自表面1509上之法線及傾斜照明通道)較佳處於該抛物面鏡1510之焦點處。

該抛物面鏡1510將來自樣本1509之散射輻射準直成一準直光束 1516。接著，準直光束1516係藉由一物鏡1517聚焦且透過一檢偏鏡1518而至該光倍增管1511。注意，亦可使用具有除抛物面形狀以外之形狀之彎曲鏡表面。一儀器1520可提供光束與樣本1509之間之相對運動使得跨樣本1509之表面掃描光點。2001年3月13日發佈且以引用方式併入本文之美國專利6,201,601進一步詳細描述檢驗系統1500。

其他比例光罩、光罩或晶圓檢驗系統可有利地使用上述改良之照明源。例如，其他系統包含美國專利5,563,702、5,999,310、6,201,601、6,271,916、7,352,457、7,525,649及7,528,943中所述之系統。又進一步系統包含美國公開案2007/0002465及2009/0180176中所述之系統。當用於一檢驗系統時，上述照明源可有利地與已發表之PCT申請案WO 2010/037106及美國專利申請案13/073,986中所揭示之相干性及斑紋減小設備及方法組合。上述照明源亦可有利地與以下申請案中所揭示之方法及系統組合：2011年6月13日申請之標題為「Optical peak power reduction of laser pulses and semiconductor and metrology systems using same」之美國臨時申請案61/496,446及2012年6月1日申請且在2012年12月13日作為美國公開案2012/0314286發表之標題為「Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier」之美國專利申請案13/487,075。此段落中敘述之專利、專利公開案及專利申請案係以引用方式併入本文。

雖然已在本文中參考附圖詳細描述本發明之闡釋性實施例，但是應瞭解本發明不限於該等精確實施例。其等不旨在詳盡或將本發明限制於所揭示之精確形式。因而，熟習此項技術者將明白許多修改及變動。因此，希望本發明之範疇由下列申請專利範圍及其等效物定義。