TWI582512B - 具有高品質、穩定輸出光束及長壽命高轉換效率之非線性晶體之雷射 - Google Patents

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Description

具有高品質、穩定輸出光束及長壽命高轉換效率之非線性晶體之雷射
本發明係關於雷射，且特定言之，本發明係關於使用非線性晶體以藉由一頻率轉換程序而自較長波長輻射獲得較短波長輻射之雷射。
本申請案主張名稱為「Mode-Locked UV Laser With High Quality,Stable Output Beam,Long-Life High Conversion Efficiency Non-Linear Crystal And A Wafer Inspection Using A Mode-Locked UV Laser」且2011年7月22日申請之美國臨時申請案61/510,633之優先權。
半導體製造之各連續節點需要偵測晶圓上之較小缺陷及粒子。因此，仍總是需要較高功率及較短波長UV(紫外線)雷射用於晶圓檢驗。因為缺陷或粒子尺寸被減小，所以由該缺陷或粒子反射或散射之光之分率通常亦被減少。因此，需要一改良信雜比以偵測較小缺陷及粒子。若一較亮光源係用以照射缺陷或粒子，則更多光子將被散射或反射且信雜比可被改良(由於其他雜訊源被控制)。使用較短波長可進一步改良對較小缺陷之敏感度，此係因為由一粒子散射之光之分率(小於光之波長)隨波長減小而增大。
一般而言，具有高光束品質(例如，具有約等於1之M2，其中M2為光束之光束參數乘積與相同波長之一理想高斯(Gaussian)光束之光束參數乘積之一比率)之一等幅波(CW)雷射可滿足半導體晶圓檢驗及度量需要。若足夠功率及光 束品質之CW光束無法取得，則較次最佳替代者一般為(例如)具有約50兆赫(MHz)或更高之一重複頻率之一高重複頻率雷射。此等高重複頻率對鎖模雷射(其為一類型之脈衝雷射)而言係可行的。Q切換雷射具有更低很多之重複頻率(低於10兆赫，通常低於1兆赫)。一般而言，鎖模雷射能夠發出約數皮秒或甚至數飛秒之極短脈衝。一鎖模雷射誘發其共振腔之模式之間之一定相關係，使得此等模式之間之干涉導致被產生之雷射光作為脈衝。
光束品質(例如由M2所量測)對半導體檢驗及度量應用很重要，此係因為一雷射光束必須聚焦成一小光點(或線)以偵測小缺陷或粒子及/或量測小面積。若光束品質不佳，則晶圓上之聚焦光點(或線)不具高斯輪廓且該輪廓之尾部含有比理想輪廓更多之能量。該等較大尾部導致自相關區外部收集信號之至少部分以藉此減少來自相關區之信號之對比度。
可藉由產生一長波長光束之一諧波或藉由混合不同頻率之兩個雷射光束以產生等於兩個頻率之和(或差)之一頻率而使非線性晶體用以產生一UV雷射光束。因為該諧波產生及該混合程序為非線性程序，所以更高入射功率密度通常導致一更有效率轉換程序及更高輸出功率。
然而，一非線性晶體上之入射雷射功率之增大會具有非所要副作用。具體言之，一高功率位準可改變該晶體之折射率(光折射效應)。因為該晶體中之聚焦雷射光點具有一近似高斯輪廓，所以該晶體內之不同位置處之強度不同。 因此，折射率之變化隨該晶體中之位置而變動。該晶體中之此折射率梯度可使輸出光束畸變以藉此導致散光。由於輸出雷射光束之品質惡化，所以由該光束產生之晶圓上之光點或線變寬且因此使小粒子或缺陷之偵測效率更低。雖然可由位於該晶體後之光束路徑中之光學器件大致校正少量散光，但此校正將僅為大致的且將僅在初始散光位準非常低之條件下有效。
晶體上之較高入射功率位準之另一非所要副作用在於：可隨著時間逝去而在晶體中發生永久損壞。就累積暴露而言，此損壞可導致大體上減小功率強度以及大體上增加散光。因此，用光學器件校正散光需要頻率補償調整，其在商業應用中不切實際。再者，散光亦可快速增加至即使調整亦無法準確補償之位準。
產生一較短輸出波長亦可加速晶體之降級，此係因為輸出光子更具能量且因此可改變晶體之特性或甚至永久損壞該晶體。因此，在較短輸出波長中，散光及其他有害光束品質及強度效應亦會越來越多發生。
非線性晶體中之最佳功率密度權衡最大轉換效率(其通常需要儘可能高之一功率密度)與最小化色中心形成、光折射效應及雙光子吸收(其等之全部藉由降低功率密度而最小化)，同時維持一良好光束輪廓。
明顯地，光折射效應及雙光子吸收可導致光學性質之一暫時變化，其至少持續入射雷射脈衝之持續時間且其後通常持續一短時間。如在一Q切換雷射中，當雷射重複頻率 較低時，一脈衝與下一脈衝之間可具有足夠時間用於晶體之此等變化以部分或完全弛張返回至初始狀態。若晶體以一高溫(諸如，介於120℃至150℃之間，其為標準操作之一典型溫度範圍)操作，則此弛張可更快。通常，由高重複頻率(諸如50兆赫、100兆赫或更高)(如由鎖模雷射所實現)更佳地服務半導體檢驗及度量之應用。然而，此高重複頻率通常不容許時間用於改變晶體性質以自一脈衝實質上弛張至下一脈衝。
非線性晶體(諸如CLBO(硼酸銫鋰)或CBO(硼酸銫))可用以產生來自一可見雷射光輸入之二次諧波之深UV光。例如，可使用CLBO來產生來自一532奈米雷射光束之266奈米波長光。在另一實施例中，可藉由混合(例如)266奈米與1064奈米波長而產生約213奈米波長之光。可使此等晶體操作之最大功率位準受限於晶體中之缺陷及雜質。
一晶體中之雜質或其晶格中之缺陷可降級該晶體之壽命或產生色中心位置，色中心位置處之晶體光學性質變化快於晶體中之其他位置。因此，應儘可能將最高純度之起始材料用於製造晶體。
明顯地，即使起始材料中不存在雜質(諸如水)，雜質亦可在一晶體之生長程序期間或甚至在正常操作期間(當用在一檢驗系統中時)併入至該晶體中。此等雜質可在功率密度較高時負面影響晶體壽命。不幸地，起始材料之純度改良無法減少操作期間併入之雜質。
用於降低或減慢晶體劣化之一已知技術為以一高溫(通 常介於120℃至150℃之間)操作晶體以在晶體中產生較高能量電子。此等較高能量電子能夠更容易地四處移動以藉此抵消短期內之光誘發變化之部分。此項技術對低重複頻率雷射最有用，此係因為脈衝之間存在一相對較長時間間隔(其容許自一脈衝之效應恢復)。此高操作溫度亦可有助於防止使用中之晶體吸水。
雖然以一高溫操作晶體可提供具有足夠高遷移率之更多電子以抵消晶體中之一些變化，但其亦增加晶體中之缺陷狀態之能量。因此，該高操作溫度可緩解機制之一些缺陷，同時加劇其他缺陷。明顯地，當重複頻率較高時，增加溫度無法有效減少晶體中之短期變化。
應對晶體損壞之另一已知技術為：使用晶體中之一位置達一時段，接著在輸出光束品質及/或強度過度降級之前移動至一新位置。用於頻率轉換之晶體中之位置頻繁調整意謂：在操作時間之一可觀部分內，雷射被調整、被重新對準或在一調整之後穩定。即使該調整及重新對準係自動化的，亦存在無法在雷射調整後之穩定期內完全按規範操作之時間。在工業(如半導體業，其中製造設備一天24小時運轉)之檢驗及量測應用中，操作時間之此中斷或減少為一顯著缺點。若損壞率較高，則即使頻繁及自動調整晶體中之轉換位置，晶體仍僅可在需要被替換之前延續數天或數周。半導體業無法接受服務事件之間之此一短時間間隔。
因此，需要一種高功率雷射系統，其包含一頻率轉換晶體(即，能夠產生基諧雷射波長之諧波之一非線性晶體)且 亦可確保一高品質、穩定雷射光束及一長晶體壽命。
本發明描述一種可以低溫操作之鎖模雷射系統。如本文中所使用，一「低溫」為約50℃及以下(其中一習知標準操作溫度為至少100℃且通常介於120℃至150℃之間)。在一實施例中，該低溫可介於30℃與-10℃之間。此雷射系統可包含一退火頻率轉換晶體及保護該晶體在低溫標準操作期間免受雜質損害且藉此維持該晶體之該退火條件之一外殼。一般而言，該晶體可具有約等於以下各者之較小者之一長度：沿一非離散方向之瑞利(Rayleigh)距離之兩倍；一長度，其等於沿一離散方向之一光束腰半徑之兩倍除以一離散角(以弧度為單位)。在一實施例中，該晶體可具有一增加長度(諸如12.5毫米長或15毫米長CLBO，相較於用於將532奈米轉換成266奈米之一典型10毫米長CLBO)。第一光束塑形光學器件可經組態以將來自一光源之一光束聚焦至位於該晶體中或該晶體接近處之一光束腰處之一橢圓形橫截面。一諧波分離區塊可將來自該晶體之一輸出分成空間中被分離之不同頻率光束。在一實施例中，該鎖模雷射系統可進一步包含第二光束塑形光學器件，其經組態以將所要頻率光束之一橢圓形橫截面轉換成具有一所要縱橫比(諸如一圓形橫截面)之一光束。
在一實施例中，晶體中之橢圓形橫截面可具有2：1至6：1之間之一縱橫比。第一光束塑形光學器件可包含一稜鏡、一圓柱形彎曲元件、一徑向對稱彎曲元件及一繞射元件之 至少一者。諧波分離區塊可包含一稜鏡，諸如一佩林-勃洛卡(Pellin-Broca)稜镜。晶體可為CLBO(硼酸銫鋰)晶體、CBO(硼酸銫)晶體、BBO(β-硼酸鋇)晶體、LBO(三硼酸鋰)晶體、鈮酸鋰晶體、KDP(磷酸二氫鉀)晶體或另一非線性光學晶體。
本發明亦描述一種以低溫操作一雷射系統之方法。在此方法中，來自一光源之一光束可聚焦至一退火頻率轉換晶體中或該晶體接近處之一光束腰處之一橢圓形橫截面中。來自該晶體之一輸出之一所要頻率光束可與任合非所要頻率光束分離。該方法可進一步包含在低溫標準操作期間維持該晶體之一退火條件及/或將該橢圓形橫截面轉換成一圓形橫截面。
本發明亦描述一種使一頻率轉換晶體退火之方法。在此方法中，可在約2小時內將該晶體之溫度增加至約150℃。可使溫度保持約150℃達約10小時。接著，可在約1小時內將溫度增加至約200℃。此時，可使溫度保持在150℃至200℃之間達約100小時。最後，可在約3小時內將溫度降低至室溫。
本發明亦描述另一種使一頻率轉換晶體退火之方法。在此方法中，在上述第一退火步驟期間，判定-OH鍵吸收是否處於一第一能級。若不處於該第一能級，則繼續使溫度保持約150℃。若處於該第一能級，則在約1小時內將溫度增加至約200℃。在上述第二退火步驟期間，判定-OH鍵吸收是否處於一第二能級。若不處於該第二能級，則繼續使 溫度保持在150℃至200℃之間。若處於該第二能級，則在約3小時內將溫度降低至室溫。在一實施例中，可使用FTIR(傅立葉變換紅外光譜法)來執行吸收判定。例如，FTIR可監測一紅外光譜中每公分約3580波數(3580 cm-1)處之-OH鍵。
本發明亦描述一種多級斜升(ramp-up)退火程序。在此程序中，一第一斜升階段可使一溫度增加至一第一預定溫度。可使該溫度保持處於該第一預定溫度達一第一預定時段。接著，一第二斜升階段可使該溫度增加至一第二預定溫度，該第二預定溫度高於該第一預定溫度。可使該溫度保持處於該第二預定溫度達一第二預定時段。最後，可將該溫度降低至室溫。
本發明亦描述另一種多級斜升退火程序。在此程序中，一第一斜升階段可使一溫度增加至一第一預定溫度。可使該溫度保持處於該第一預定溫度，直至-OH鍵吸收處於一第一能級。接著，一第二斜升階段可使該溫度增加至一第二預定溫度，該第二預定溫度高於該第一預定溫度。可使該溫度保持處於該第二預定溫度，直至-OH鍵吸收處於一第二能級。最後，將該溫度降低至室溫。
本發明亦描述一種用於偵測一測試表面上之污染物及缺陷之光學系統。此光學系統可包含用於產生一雷射光束之改良雷射系統及沿一路徑將該雷射光束導引至該測試表面且在該測試表面上產生一照射光點之光學器件。亦提供一偵測器及橢球鏡表面。該鏡表面及偵測器具有相對於與該 測試表面垂直之一線而對稱之一軸。該鏡表面界定定位於該測試表面接近處以自該表面接收穿過其之散射光之一輸入孔徑，及一射出孔徑。該鏡表面相對於該對稱軸而實質上旋轉對稱，使得該鏡表面以相對於該對稱軸之旋轉對稱方式將穿過該輸入孔徑之光反射及聚焦至該偵測器。該射出孔徑位於該輸入孔徑之相對處。
本發明亦描述一種用於偵測一樣本之異常之光學系統。此光學系統可包含用於產生第一及第二光束之改良雷射系統。第一光學器件可沿一第一路徑將該第一輻射光束導引至該樣本之一表面上之一第一光點上。第二光學器件可沿一第二路徑將該第二輻射光束導引至該樣本之一表面上之一第二光點上。該等第一及第二路徑以不同角度入射至該樣本之該表面。集光光學器件可包含一彎曲鏡表面，其用於接收來自該樣本表面上之該第一或第二光點及源於該第一或第二光束之散射輻射且將該散射輻射聚焦至一第一偵測器。該第一偵測器可回應於由該彎曲鏡表面聚焦至其上之該輻射而提供一單一輸出值。一儀器可導致該兩個光束與該樣本之間之相對運動，使得該等光點掃描該樣本之整個表面。
本發明亦描述一種表面檢驗裝置。此裝置可包含用於產生一輻射光束之改良雷射系統。一照射系統可經組態以聚焦具有相對於一表面之一非法向入射角之該輻射光束以在實質上呈該聚焦光束之一入射平面之該表面上形成一照射線。由該聚焦光束及穿過該聚焦光束且與該表面正交之一 方向界定該入射平面。一集光系統可經組態以使該照射線成像。該集光系統可包含：一成像透鏡，其用於收集自該表面之一區散射之光(其包括該照射線)；一聚焦透鏡，其用於聚焦所收集之光；及一器件，其包括一陣列之光敏元件。該光敏元件陣列之各光敏元件可經組態以偵測該照射線之一放大影像之一對應部分。
本發明亦描述一種包含用於產生一輸入雷射脈衝之改良雷射系統之脈衝倍增器。此脈衝倍增器可進一步包含接收輸入雷射脈衝之一偏振光束分光器。一波板可自該偏振光束分光器接收光且產生一第一組脈衝及一第二組脈衝，該第一組脈衝具有不同於該第二組脈衝之一偏振。一組鏡可產生包含該偏振光束分光器及該波板之一環形腔。該偏振光束分光器可將該第一組脈衝透射為該脈衝倍增器之一輸出且將該第二組脈衝反射至該環形腔中。
根據一改良雷射系統及操作，一鎖模雷射系統包含一退火頻率轉換晶體及在正常操作期間產生位於該晶體中或該晶體接近處之一橢圓形橫截面光束腰之一輸入光源。在一些實施例中，該頻率轉換晶體係維持處於一低溫。如本文中所使用，一「低溫」為約50℃及以下。在一實施例中，該低溫可介於30℃至-10℃之間。組件與操作之此組合可確保光束品質、光束穩定性及晶體壽命。
根據一雷射系統之一些實施例，可包含一「長」晶體(下文所述)。在一雷射之一典型頻率轉換階段中，輸入雷 射光束被聚焦至該頻率轉換晶體中或該頻率轉換晶體接近處之一近似圓形橫截面光束腰。該晶體越長，將被轉換成輸出波長之(若干)輸入波長越多，此係因為輸入雷射光束在該晶體內花費越多時間。然而，一過長晶體因輸入與輸出波長之間之離散而使光束品質降級。最大可用轉換晶體長度之一判定因數為離散角(其取決於晶體材料及輸入與輸出波長)及光束直徑。在檢驗及量測半導體之應用中，需要良好光束品質，所以最大可用晶體長度通常約等於雷射光束腰直徑除以離散角(以弧度為單位)。以一方程式表示，若光束腰之半徑為w0，離散角(以弧度為單位)為αwo且及晶體長度為L，則最大可用晶體長度由以下方程式近似給出：
例如，為在一CLBO晶體中將一532奈米輸入雷射光束轉換成266奈米，離散角為約33毫弧度(mrad)(具有取決於操作溫度之一弱點)。若光束腰半徑為約175微米，則最大晶體長度將為約11毫米。一10毫米CLBO晶體長度通常用於此一應用。雖然增加光束腰半徑將容許使用一更長晶體，但總體轉換效率將被降低，此係因為每單位長度之轉換效率取決於與w0之平方成反比之功率密度。
非常小之w0值一般不可取，此係因為一過高功率密度快速損壞晶體。此外，小w0值減小聚焦雷射光束之瑞利距離以因此使系統對未對準更敏感，且若晶體長度大於約兩倍 瑞利距離，則導致晶體長度之僅一部分被有效率地用於頻率轉換。具有一近似橫截面光束及良好光束品質(即，M2約等於1.0，如下所論述)之一雷射光束之瑞利距離由以下方程式給出：
若具有足夠好品質之足夠大晶體可以一合理成本購得，則通常選擇約等於以上瑞利距離兩倍與Lmax之較小者之晶體長度。因此，一般而言，晶體具有約等於以下各者之較小者之一長度：一瑞利距離之兩倍；及一長度，其等於一光束腰半徑之兩倍除以一離散角(以弧度為單位)。
在本發明之一些實施例中，將光束聚焦至晶體中或晶體接近處之光束腰處之一橢圓形橫截面，如下所述。沿相對於非離散方向之離散方向拉長該橢圓。沿離散方向之一增大光束腰半徑容許使用一更長晶體，此係因為Lmax僅取決於沿離散方向之w0值。
一橢圓形聚焦處之功率密度與光束腰半徑之乘積成反比(或與一圓形橫截面光束腰之光束腰半徑平方成反比)。不使用一圓形聚焦，而是使用具有兩個光束腰半徑(其等經選擇使得功率密度實質上等效於該圓形聚焦之功率密度)之一橢圓形聚焦以導致該圓形聚焦情況與該橢圓形聚焦情況之間之每單位長度之轉換效率及損壞率實質上類似。然而，因為該橢圓形聚焦具有沿離散方向之一更大光束腰半徑，所以晶體長度可更長以導致一總體轉換效率增加。替代地，該橢圓形聚焦之光束腰半徑可經選定以便略微減小 功率密度(例如，減小至圓形光束腰之功率密度之約70%)以便減小晶體之損壞率，同時使用一足夠長晶體(在此實例中為兩倍長)以導致實質上相等之總體轉換效率。亦應注意，若橢圓具有一過大縱橫比，則沿更緊密聚焦方向之更小w0值將導致沿該方向之一更小瑞利距離且因此限制最大可用晶體長度。熟習技術者應瞭解總體轉換效率、損壞率、晶體長度及成本之間之此等及其他權衡且可選擇一適當光束腰輪廓。
由於在根據本發明之實施例而使用一橢圓形聚焦時沿非離散方向之光束腰半徑小於離散光束腰半徑，所以沿非離散方向之瑞利距離短於沿離散方向之瑞利距離。因此，最大有效晶體長度大致取決於以下各者之較小者：沿非離散方向之瑞利距離之兩倍；及由沿離散方向之一光束腰半徑之兩倍除以一離散角(以弧度為單位)界定之長度。
例如，在使用一CLBO晶體來將532奈米轉換成266奈米之一頻率轉換階段中，不使用半徑約175微米之一圓形光束腰，而是可使用半徑約125微米(非離散方向)及半徑250微米(離散方向)之一橢圓形光束腰。此等兩種情況中之功率密度實質上類似，但橢圓形聚焦容許約15毫米之一最大晶體長度(相較於圓形聚焦之約11毫米之一最大晶體長度)。若與更長晶體一起使用，則將使橢圓形聚焦之總體轉換效率提高約50%。
圖1A繪示一簡化之改良雷射系統100。在雷射系統100中，可使用光束塑形光學器件102來將一光源101之輸出聚 焦至一頻率轉換晶體103(為便於引用，亦稱為晶體103)中或該晶體接近處之一橢圓形橫截面高斯光束腰。如本文中所使用，術語「接近」較佳地小於自晶體103之中心起之瑞利距離之一半。應注意，晶體103可為一長晶體(如上所論述)或一標準尺寸晶體。在一較佳實施例中，橢圓之主軸之高斯寬度之間之縱橫比可介於約2：1至約6：1之間。應注意，一橢圓104之主軸104A與104B彼此垂直且界定橢圓104之最長長度及最寬寬度。在其他較佳實施例中，橢圓之主軸之間之比率可介於約2：1至約10：1之間。在一實施例中，更寬高斯寬度與頻率轉換晶體之離散方向實質上對準(例如，在約10°內對準)。
圖1B繪示一例示性高斯雷射光束108(具有放大尾部(為了清晰))，其中線104C指示一2x光束腰(亦稱為一聚焦區)。圖1C、圖1D及圖1E繪示例示性外殼，其等可實施可在標準操作期間保護頻率轉換晶體103之外殼107。在一實施例中，外殼107可保護晶體103免受雜質損害以藉此有助於維持晶體103之退火條件(即使具有一低標準操溫作度，即，小於約50℃)。應注意，隨時間逝去而暴露於雜質之一晶體將開始劣化且可實質上恢復返回至一非退火條件。2008年5月6日申請之名稱為「Enclosure For Controlling The Environment of Optical Crystals」之美國專利申請案12/154,337更詳細描述此等外殼，且以引用方式併入本文中。在其他實施例中，外殼107可為包含一雷射系統之晶體103及其他組件之一更大結構。在一實施例中，外殼107 足夠大以收容雷射系統之全部組件。應注意，外殼越大，雷射系統之保養及修理之所需預防措施越多(以保護晶體103免於降級且維持其退火條件)。因此，在一實施例中，外殼107較佳為較小，而非較大。
光束塑形光學器件102可包含歪像光學器件，其等可改變來自光源101之輸出之橫截面。歪像光學器件可包含(例如)一稜鏡、一圓柱形彎曲元件、一徑向對稱彎曲元件及一繞射元件之至少一者。在一實施例中，光源101可包含一雷射以產生待在晶體103內加倍之可見範圍(例如532奈米)內之一頻率。在其他實施例中，光源101可包含一雷射源以產生待在晶體103內組合以產生一頻率和或頻率差之兩個或兩個以上頻率。
圖1F繪示一例示性頻率轉換，其產生來自(例如)一1064奈米基諧波長之四次諧波產生。可使用二次諧波產生技術191及頻率分離技術192來將由一雷射190產生之基諧波長轉換成二次諧波196(即，532奈米波長)。頻率分離技術192可使非所需基諧波(即，一未耗盡基諧波197)與二次諧波196分離。在一實施例中，可使用上述光束塑形光學器件102、頻率轉換晶體103及諧波分離區塊105來實施二次諧波產生技術191及頻率分離技術192。
接著，二次諧波196可為四次諧波198(即，266奈米波長)之來源，可藉由使用四次諧波產生技術193及頻率分離技術194而產生四次諧波198。頻率分離技術194使一非所需二次諧波(即，未耗盡二次諧波199)與四次諧波198分 離。在一實施例中，可使用上述光束塑形光學器件102、頻率轉換晶體103及諧波分離區塊105來實施四次諧波產生技術193及頻率分離技術194。在另一實施例中，可使用上述光束塑形光學器件102、頻率轉換晶體103及諧波分離區塊105來實施頻率轉換及分離階段(諸如，實例中之二次及四次諧波轉換階段)之一者以上。
應注意，圖1F之例示性頻率轉換僅具繪示性且非為一限制。其他諧波可藉由以下操作而產生(例如)：混合基諧波與二次諧波以產生三次諧波；或混合基諧波與四次諧波(或混合二次與三次諧波)以產生五次諧波。產生紫外線(UV)波長之轉換階段之任何者或全部可使用光束塑形光學器件、頻率轉換晶體及諧波分離區塊。應注意，雖然圖1F似乎被繪製為諧波分離區塊反射非所需頻率且所需頻率實質上不偏離地行進，但此僅繪示諧波分離區塊使頻率分離且非意謂限制被反射或透射之頻率。
圖2A、圖2B及圖2C繪示例示性歪像光學器件。圖2A繪示可經組態以幾乎以布魯斯特(Brewster)角操作之兩個稜鏡201及202。在一實施例中，稜鏡201及202可經調諧以調整光束之橢圓率且無需在系統中引入任何功率。圖2B繪示具有兩個透鏡203及204之一圓柱形望遠鏡。應注意，可在一圓柱形望遠鏡中設定準直度以補償大部分散光。圖2C繪示具有三個透鏡205、206及207之一遠焦圓柱形變倍望遠鏡。一遠焦圓柱形變倍望遠鏡可用以調諧光束直徑且設定焦點。應注意，雖然圖2A、圖2B及圖2C之歪像光學器件 包含兩個或三個組件，但其他實施例可包含任何數目之組件。其實，圖2A至圖2C之光學器件組態僅具繪示性且不具限制性。返回參考圖1，光束塑形光學器件102產生一橢圓形橫截面光束輸出，接著，可使用已知球形或圓柱形光學器件(圖中未展示)來將該橢圓形橫截面光束輸出聚焦於晶體103中或晶體103接近處之光束腰處。
諧波分離區塊105可包含用於光束分離之一稜鏡。在一實施例中，一未鍍膜佩林-勃洛卡稜镜可產生兩個光束，使得一光束(即，具有所要頻率之光束)因菲涅耳(Fresnel)反射而具有極少損失且另一光束(即，具有非所要頻率之光束)因菲涅耳反射而遭受嚴重損失。明顯地，由佩林-勃洛卡稜镜產生之輸出光束相對於輸入光束成90度以容許便利地設置及移除非所需光束(即，非所需頻率)。應注意，其他實施例可包含產生具有所要波長之多個光束及/或用於移除具有非所要頻率之一或多個非所需光束之其他構件。再者，諧波分離區塊105可產生任何次數之諧波(例如二次、三次、四次或五次諧波)及/或此等諧波及/或基諧波之頻率和或頻率差。
明顯地，光束塑形光學器件106可定位於晶體103之後以使雷射系統100之輸出光束產生實質上呈圓形之一對稱光束輪廓。如熟習技術者所瞭解，在一實施例中，與光束塑形光學器件102之轉換(圓形光束至橢圓形光束)類似之光學器件可用以將輸出光束自一橢圓形橫截面轉換成一圓形橫截面。然而，應注意，在離散面(其垂直於普通軸且導致 光束之畸變)中，輸出光束之散度實質上類似於輸入光束之散度，但可因由晶體103導致之光束輪廓之畸變而略微變大。相比而言，輸出光束沿非離散方向(即，沿普通軸)之寬度將因非線性(近似為二次方程式)轉換程序而減小約1/倍。另外，用於實施光束塑形光學器件106之光學器件亦應考量輸出光束之較短波長。明顯地，較高雷射功率及/或較短雷射波長容許以較高速率偵測較小缺陷。接近於M2=1.0之一高品質光束可緊密聚焦至一小光點或窄線以藉此有助於小缺陷之偵測。應注意，1.0之一M2值對應於具有一理想高斯橫截面之一雷射光束。在一較佳實施例中，光束塑形光學器件106可產生具有小於約1.2之一M2值之一輸出光束。
雖然M2為光束品質之一量測，但光束品質可由其散光進一步量化。根據雷射系統100之另一態樣，光束塑形光學器件102(及光束塑形光學器件106(當被使用時))可產生具有一散光之一UV輸出雷射光束以導致兩個軸之相對腰位置中之不大於10%之瑞利距離偏移。
應注意，在一些應用中，一橢圓形輸出光束可更佳匹配雷射系統100之應用。例如，當UV照射光束以一傾斜角入射在晶圓上時，一橢圓形雷射光束將容許一圓形光點。對於此一應用，光束塑形光學器件106未必需要歪像光學器件。替代地，在其他實施例中，光束塑形光學器件106之歪像光學器件可將輸出橢圓形橫截面改變成與由光束塑形光學器件102輸出之橫截面不同之一橢圓形橫截面。在該 實施例中，可由Mx 2及My 2量測光束品質，其中x及y表示橢圓之主軸(即，圖1中之104A及104B)。在此情況中，Mx 2與My 2兩者應小於1.2。
在一實施例中，可執行一改良退火程序以減少晶體103中之缺陷或雜質(諸如H2O及/或OH)。一般而言，可在具有小於約20 ppm(百萬分之二十)水之一環境中執行退火。在一實施例中，該環境可含有清潔乾燥空氣或乾燥惰性氣體(諸如N2或Ar)。
在圖3A所展示之一多級斜升退火程序300中，可在步驟301中使溫度在約2小時之一時間間隔內自室溫緩慢升高至約150℃。步驟302可使溫度保持處於約150℃達約10小時至20小時。接著，步驟303可使溫度在另一約1小時時段內增加至約200℃。若初始晶體具有特別高之水含量，則步驟303可執行此溫度緩慢升溫。接著，步驟304可使溫度保持在約150℃至200℃之間達至少100小時(在一些實施例中，達約200小時或300小時)。另一方面，若初始水含量較低，則可使用一較快升溫斜率(步驟303)及(例如)48小時之一較短退火時間(步驟304)。步驟305可在約3小時內將溫度降低至室溫。應注意，與步驟301至305相關聯之時間係針對具有約5毫米至15毫米範圍內之線性尺寸之晶體。因為自晶體塊移除水之程序本質上為一擴散程序，所以具有較大尺寸(且因此具有表面面積與體積之較低比率)之晶體需要較長退火時間。相比而言，可在一較短時間內使具有較小尺寸(且因此具有表面面積與體積之較大比率)之晶體 充分退火。
再者，升溫斜率可經調整以因水最初被過快驅除或由溫度變化誘發之機械應力而確保不發生晶體之機械損壞。一般而言，具有較高水含量或較大機械尺寸之晶體需要比較小或較乾燥晶體更慢之升溫斜率及/或更長之約150℃保持時間。
在圖3B所展示之另一多級斜升退火程序310中，FTIR(傅立葉變換紅外光譜法)可用以監測紅外光譜中之每公分約3580波數處之-OH鍵(包含H2O)吸收。例如，在步驟302A中，可對一晶體進行FTIR監測，同時該晶體經受退火(即，使溫度保持處於約150℃)。步驟302B可判定吸收是否處於一第一能級，諸如，-OH吸收峰值自其初始值減小約20%。若不處於該第一能級，則程序繼續至步驟302A。若處於該第一能級，則程序前進至步驟303之退火。另外，可在步驟304A中於退火期間(即，使溫度保持在約150℃至200℃之間)對一晶體進行FTIR量測。步驟304B可判定吸收是否處於一第二能級，諸如，-OH吸收峰值面積已被減小至其原始值之約5%。若不處於該第二能級，則程序繼續至304A。若處於該第二能級，則程序前進至步驟305之斜降。
退火程序300及310可用於各種頻率轉換晶體，其包含(例如)由CLBO、CBO、BBO、LBO(三硼酸鋰)、鈮酸鋰、KDP或其他非線性材料製成之晶體。在一些實施例中，此等晶體材料可含有其他元素，諸如摻雜劑。退火程序300 及310對吸濕性材料(諸如CBO及CLBO)特別有效。甚至對於一些非吸濕性材料，退火可有效減少表面或塊狀污染物。
遠低於150℃之雷射操作溫度在與具有極少缺陷或雜質之一高級頻率轉換晶體一起使用時特別有效。明顯地，可在比正常操作低很多之一溫度處使用具有極少缺陷/雜質之一晶體以藉此增加晶體壽命。例如，在一實施例中，可在接近或甚至低於室溫之一溫度(諸如約10℃至約50℃之間之一操作溫度)處使用晶體103(使用上述程序之一者來使其退火)。在一較佳實施例中，晶體之操作溫度為約30℃。在另一較佳實施例中，晶體可保持在不含水蒸氣之一受控環境中且接著被用在極低溫度(諸如約0℃、-10℃或更冷)中。在一實施例中，一熱電(或帕耳帖(Peltier))冷卻器可用以維持及控制晶體103之溫度。
轉換晶體之壽命增加有利地減小雷射系統之保養頻率且增加併入雷射系統之檢驗或度量工具之有成效操作時間之百分比。晶體之增加壽命亦意謂雷射系統之操作成本降低，此係因為雷射系統之各服務事件之間之時間間隔可被增大。
本文中所述之雷射系統可有利地併入2011年3月28日申請之美國專利申請案13/073,986('986申請案)(現被公開為US20110228263)中所揭示之相干性降低方案，該案以引用方式併入本文中。如'986申請案中所述，可藉由調變光及混合光之空間與時間特性而使一或多個色散元件與一或多個光電調變器之一組合用以降低相干性。
圖4繪示可用於檢驗一表面401上之異常之一表面檢驗系統400。在此實施例中，可由系統400(其包括由雷射系統100(參閱圖1)產生之一雷射光束)之一實質上固定照射器件部分照射表面401。雷射系統100之輸出可連續通過偏振光學器件421、光束擴張器與孔徑422及光束形成光學器件423以擴張及聚焦光束。
接著，由一光束折疊組件403及一光束偏轉器404反射聚焦雷射光束402以將光束405導引向表面401以照射表面。在較佳實施例中，光束405實質上正交或垂直於表面401，但在其他實施例中，光束405可與表面401成一傾斜角。
在一實施例中，光束405實質上垂直或正交於表面401且光束偏轉器404將來自表面401之鏡表面反射光束反射向光束轉向組件403以藉此充當防止鏡表面反射到達偵測器之一防護板。鏡表面反射之方向係沿與表面401正交之線SR。在光束405與表面401正交之一實施例中，此線SR與照射光束405之方向一致，其中此共同參考線或方向在本文中被稱為檢驗系統400之軸。當光束405與表面401成一傾斜角時，鏡表面反射SR之方向將與光束405之入射方向不一致；在此例子中，線SR(其指示表面法線之方向)被稱為檢驗系統400之收集部分之主軸。
由小粒子散射之光係由鏡406收集且被導引向孔徑407及偵測器408。由大粒子散射之光係由透鏡409收集且被導引向孔徑410及偵測器411。應注意，一些大粒子將使亦被收集及導引至偵測器407之光散射，且類似地，一些小粒子 將使亦被收集及導引至偵測器411之光散射，但此光之強度相對低於各自經設計偵測器所偵測之散射光之強度。在一實施例中，檢驗系統可經組態以用以偵測未經圖案化晶圓上之缺陷。
圖5繪示經組態以使用法向與傾斜照射光束兩者來實施異常偵測之一檢驗系統500。在此組態中，雷射系統100(圖1)可提供一雷射光束501。一透鏡502使光束501聚焦透過空間濾波器503且透鏡504準直光束且將其傳送至一偏振光束分光器505。光束分光器505將一第一偏振分量傳遞至法向照射通道且將一第二偏振分量傳遞至傾斜照射通道，其中該等第一與第二分量係正交的。在法向照射通道506中，該第一偏振分量係由光學器件507聚焦且由鏡508反射向一樣本509之一表面。由樣本509散射之輻射係由抛物面鏡510收集及聚焦至一光倍增管511。
在傾斜照射通道512中，第二偏振分量係由光束分光器505反射至一鏡513(其使此光束反射透過一半波板514)且由光學器件515聚焦至樣本509。源於傾斜通道512中之傾斜照射光束且由樣本509散射之輻射係由抛物面鏡510收集且被聚焦至光倍增管511。光倍增管511具有一針孔入口。該針孔及照射光點(來自表面509上之法向及傾斜照射通道)較佳位於抛物面鏡510之焦點處。
抛物面鏡510將來自樣本509之散射輻射準直成一準直光束516。接著，準直光束516係由一物鏡517聚焦且透過一檢偏鏡518而至光倍增管511。應注意，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520可提供光束與樣本509之間之相對運動，使得光點掃描樣本509之整個表面。
圖6繪示另一表面檢驗裝置600，其包含用於檢驗表面611之區域之照射系統601及集光系統610。如圖6中所展示，雷射系統100(圖1)經組態以導引光束602透過透鏡603。透鏡603經定向使得其主平面實質上平行於表面611，因此，照射線605係形成於透鏡603之焦平面中之表面611上。另外，光束602及聚焦光束604係沿一非正交入射角導引至表面611。特定言之，光束602及聚焦光束604可沿與一法向方向成約1°至約85°之間之一角度導引至表面611。以此方式，照射線605實質上在聚焦光束604之入射平面中。
集光系統610包含：透鏡612，其用於收集自照射線605散射之光；及透鏡613，其用於將來自透鏡612之光聚焦至一器件(諸如電荷耦合器件(CCD)614，其包括一陣列之光敏偵測器)上。在一實施例中，CCD 614可包含一線性陣列之偵測器。在此等情況中，CCD 614內之該偵測器線性陣列可被定向成與照射線615平行。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7繪示一表面檢驗裝置之一例示性陣列之集光系統701、702及703(其中為簡潔起見，圖中未展示(例如)與照射系統601類似之該表面檢驗裝置之照射系統)。
美國專利5,108,176、5,377,001、5,377,002、5,189,481、5,712,701、6,118,525、6,201,601、6,271,916、6,608,676、7,088,443、7,492,451、7,525,649及7,957,066以及美國公開申請案2009/0180176及2011/0073982(全部以引用方式併入本文中)描述可包含雷射系統100之其他檢驗系統實施例。雷射系統100亦可與以下方案之一或多者組合：2011年6月13日申請之美國臨時專利申請案61/496,446中揭示之脈衝伸長方案及脈衝速率倍增方案，該案以引用方式併入本文中。
圖8繪示一例示性脈衝倍增器800，其經組態以自由雷射系統100(圖1)輸出之各輸入脈衝801產生脈衝列。輸入脈衝801衝射一偏振光束分光器802，偏振光束分光器802因為輸入脈衝801之輸入偏振而將其全部光透射至一透鏡806。因此，該透射偏振平行於輸入脈衝801之輸入偏振。透鏡806將輸入脈衝801之光聚焦及導引至一半波板805。一般而言，一波板可使一光波之垂直偏振分量之間之相位偏移且因此改變穿過該波板之光之偏振狀態。在一波板中，一偏振分量之傳播略慢於垂直分量之傳播。半波板805經製造使得在光射出時一偏振分量實質上為相對於另一偏振分量而延遲(180度)之一波長之一半。在一些較佳實施例中，半波板805經定向使得其光學軸與入射偏振之平面實質上成27.4°角。因此，在此等較佳實施例中，當具有輸入偏振之光撞射半波板805時，其偏振實質上旋轉54.8°角。
自半波板805射出之光係由鏡804及803回射至偏振光束分光器802。因此，偏振光束分光器802、透鏡806、半波 板805及鏡804與803形成一環形腔組態。衝射偏振光束分光器802之光在穿越該環形腔之後因半波板805而以相對於輸入偏振之角度(在一些較佳實施例中，實質上為一54.8°角)偏振。因此，偏振光束分光器802透射一些光且反射其他光，如由箭頭809所指示。具體言之，偏振光束分光器802透射具有與輸入脈衝801相同之偏振之來自鏡803之光。此透射光自脈衝倍增器800射出作為輸出脈衝807。反射光(其具有與輸入脈衝801之偏振垂直之一偏振)被重新引入至該環形腔中(為簡潔起見，圖中未展示脈衝)。在半波板805之軸被定向成與輸入偏振實質上成27.4°角之該等較佳實施例中，一單一入射脈衝之能量之實質上三分之二將被回射至該環形腔中且該單一脈衝之入射能之實質上三分之一將被透射。
明顯地，此等重新引入脈衝可以上述方式穿越環，其中由半波板805進一步旋轉偏振且接著由偏振光束分光器802分割光。因此，一般而言，上述環形腔經組態以容許一些光射出且容許光之剩餘部分(具有少量損失)繼續圍繞環。在環之各穿越期間，若不引入額外輸入脈衝，則全部光之能量將因光自環射出作為輸出脈衝807而減小。
將一新輸入脈衝801週期性提供至脈衝倍增器800。可藉由沿由箭頭808指示之軸移動鏡804而調整環之尺寸及因此之環之時間延遲。若環之時間延遲被調整為來自雷射100之脈衝之間之重複時間之約一半，則輸出脈衝之一半將為輸入脈衝之間之約一半且來自環之脈衝之另一半將與輸入 脈衝大致一致。
在一例示性實施例中，雷射可具有125兆赫之一重複頻率及約10皮秒至20皮秒之一脈衝寬度且空腔可具有4.05奈秒之一延遲時間，使得已圍繞空腔而進行一往返之一脉衝達到兩個輸入脈衝之間之約一半且已進行兩個往返之一第二脈衝達到下一輸入雷射脈衝後之約100皮秒。因此，在此例示性實施例中，將使具有125兆赫之窄輸入脈衝之一穩定串流變成具有250兆赫之一重複頻率之一更寬脈衝之一串流(變寬係因為空腔時間已被故意設定為輸入脉衝之間之時間間隔之約(但不準確)一半)。在半波板之光學軸係定向成與輸入脈衝之偏振成實質上27.4°角之較佳實施例中，輸出脈衝之總能量將實質上彼此相等。
本發明之結構及方法之上述各種實施例僅為本發明之原理之說明例且非意欲使本發明之範疇受限於所述特定實施例。例如，上述檢驗系統可併入至暗視場檢驗工具或明場檢驗工具中。因此，本發明僅受限於以下申請專利範圍及其等效物。
100‧‧‧雷射系統
101‧‧‧光源
102‧‧‧光束塑形光學器件
103‧‧‧頻率轉換晶體
104‧‧‧橢圓
104A‧‧‧主軸
104B‧‧‧主軸
104C‧‧‧線
105‧‧‧諧波分離區塊
106‧‧‧光束塑形光學器件
107‧‧‧外殼
108‧‧‧高斯雷射光束
190‧‧‧雷射
191‧‧‧二次諧波產生技術
192‧‧‧頻率分離技術
193‧‧‧四次諧波產生技術
194‧‧‧頻率分離技術
196‧‧‧二次諧波
197‧‧‧未消盡基諧波
198‧‧‧四次諧波
199‧‧‧未消盡二次諧波
201‧‧‧稜鏡
202‧‧‧稜鏡
203‧‧‧透鏡
204‧‧‧透鏡
205‧‧‧透鏡
206‧‧‧透鏡
207‧‧‧透鏡
400‧‧‧表面檢驗系統
401‧‧‧表面
402‧‧‧聚焦雷射光束
403‧‧‧光束折疊組件/光束轉向組件
404‧‧‧光束偏轉器
405‧‧‧光束
406‧‧‧鏡
407‧‧‧孔徑
408‧‧‧偵測器
409‧‧‧透鏡
410‧‧‧孔徑
411‧‧‧偵測器
421‧‧‧偏振光學器件
422‧‧‧光束擴張器及孔徑
423‧‧‧光束塑形光學器件
500‧‧‧檢驗系統
501‧‧‧雷射光束
502‧‧‧透鏡
503‧‧‧空間濾波器
504‧‧‧透鏡
505‧‧‧偏振光束分光器
506‧‧‧法向照射通道
507‧‧‧光學器件
508‧‧‧鏡
509‧‧‧樣本/表面
510‧‧‧抛物面鏡
511‧‧‧光倍增管
512‧‧‧傾斜照射通道
513‧‧‧鏡
514‧‧‧半波板
515‧‧‧光學器件
516‧‧‧準直光束
517‧‧‧物鏡
518‧‧‧檢偏鏡
520‧‧‧儀器
600‧‧‧表面檢驗裝置
601‧‧‧照射系統
602‧‧‧光束
603‧‧‧透鏡
604‧‧‧聚焦光束
605‧‧‧照射線
610‧‧‧集光系統
611‧‧‧表面
612‧‧‧透鏡
613‧‧‧透鏡
614‧‧‧電荷耦合器件(CCD)
701‧‧‧集光系統
702‧‧‧集光系統
703‧‧‧集光系統
800‧‧‧脈衝倍增器
801‧‧‧輸入脈衝
802‧‧‧偏振光束分光器
803‧‧‧鏡
804‧‧‧鏡
805‧‧‧半波板
806‧‧‧透鏡
807‧‧‧輸出脈衝
808‧‧‧箭頭
809‧‧‧箭頭
圖1A繪示根據本發明之一簡化雷射系統。
圖1B繪示一例示性高斯雷射光束，其中指示光束腰。
圖1C、圖1D及圖1E繪示例示性外殼，其等可實施用於保護頻率轉換晶體免受雜質損害之一外殼以藉此在雷射操作或不操作時維持晶體之退火條件。
圖1F繪示一例示性多步頻率轉換。
圖2A、圖2B及圖2C繪示用於產生一光源輸出之一橢圓形橫截面之例示性歪像光學器件。
圖3A及圖3B繪示可用在一頻率轉換晶體上之例示性退火程序。
圖4、圖5、圖6及圖7繪示包含改良雷射系統之例示性檢驗系統。
圖8繪示經組態以自由改良雷射系統產生之各輸入雷射脈衝產生脈衝列之一例示性脈衝倍增器。
100‧‧‧雷射系統
101‧‧‧光源
102‧‧‧光束塑形光學器件
103‧‧‧頻率轉換晶體
104‧‧‧橢圓
104A‧‧‧主軸
104B‧‧‧主軸
105‧‧‧諧波分離區塊
106‧‧‧光束塑形光學器件
107‧‧‧外殼

Claims (15)

  1. 一種可以低溫操作之鎖模雷射系統，該雷射系統包括：一光源；一退火頻率轉換晶體；一外殼，其在低溫標準操作期間維持該晶體之一退火條件；第一光束塑形光學器件，其經組態以自該光源接收一光束且將該光束聚焦至位於該晶體中或接近該晶體處之一光束腰處之一橢圓形橫截面；及一諧波分離區塊，其將來自該晶體之一輸出分成空間中被分離之不同頻率光束。
  2. 如請求項1之鎖模雷射系統，其中該晶體具有等於以下各者之一較小者之一長度：沿一非離散方向之一瑞利距離之兩倍；及一長度，其等於沿一離散方向之一光束腰半徑之兩倍除以一離散角(以弧度為單位)。
  3. 如請求項2之鎖模雷射系統，其中該晶體為產生266奈米之一諧波之硼酸銫鋰(CLBO)晶體且該長度為至少12.5毫米。
  4. 如請求項1之鎖模雷射系統，其進一步包含經組態以將一所要頻率光束之一橢圓形橫截面轉換成一所要縱橫比之第二光束塑形光學器件。
  5. 如請求項1之鎖模雷射系統，其中該晶體中之該橢圓形橫截面具有2：1至6：1之間之一縱橫比。
  6. 如請求項1之鎖模雷射系統，其中該第一光束塑形光學 器件包含一稜鏡、一圓柱形彎曲元件、一徑向對稱彎曲元件及一繞射元件之至少一者。
  7. 如請求項1之鎖模雷射系統，其中該諧波分離區塊包含一稜鏡。
  8. 如請求項7之鎖模雷射系統，其中該稜鏡為一佩林-勃洛卡稜鏡。
  9. 如請求項1之鎖模雷射系統，其中該晶體包含一材料，其係選自CLBO(硼酸銫鋰)晶體、CBO(硼酸銫)晶體、BBO(β-硼酸鋇)晶體、LBO(三硼酸鋰)晶體、鈮酸鋰晶體、或KDP(磷酸二氫鉀)晶體中之一者。
  10. 如請求項1之鎖模雷射系統，其進一步包含用於產生該光源之一光學頻率諧波之一第二退火頻率轉換晶體。
  11. 一種以低溫操作一雷射系統之方法，該方法包括：將來自一光源之一光束聚焦至位於一退火頻率轉換晶體中或接近該退火頻率轉換晶體處之一光束腰處之一橢圓形橫截面中；及使用一諧波分離區塊以使來自該晶體之一輸出之一所要頻率光束與任何非所要頻率光束分離。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含在低溫標準操作期間維持該晶體之一退火條件。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包含將該橢圓形橫截面轉換成一圓形橫截面。
  14. 一種脈衝倍增器，其包括：一雷射系統，其用於產生一輸入雷射脈衝，該雷射系 統包括：一光源；一退火頻率轉換晶體，其具有等於以下各者之一較小者之一長度：沿一非離散方向之一瑞利距離之兩倍；及一長度，其等於沿一離散方向之一光束腰半徑之兩倍除以一離散角(以弧度為單位)；一外殼，其在一低溫標準操作期間維持該晶體之一退火條件；第一光束塑形光學器件，其經組態以自該光源接收一光束且將該光束聚焦至該晶體中或該晶體接近處之一光束腰處之一橢圓形橫截面；及一諧波分離區塊，其自該晶體接收一輸出且自該輸出產生該輸入雷射脈衝及至少一非所要頻率光束；一偏振光束分光器，其接收該輸入雷射脈衝；一波板，其用於自該偏振光束分光器接收光且產生一第一組脈衝及一第二組脈衝，該第一組脈衝具有不同於該第二組脈衝之一偏振；及一組鏡，其等用於產生包含該偏振光束分光器及該波板之一環形腔，其中該偏振光束分光器將該第一組脈衝透射為該脈衝倍增器之一輸出且將該第二組脈衝反射至該環形腔中。
  15. 如請求項14之脈衝倍增器，其中該晶體為產生266奈米之一諧波之硼酸銫鋰(CLBO)晶體且該長度為至少12.5毫米。
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