TWI654809B - 使用１９３奈米雷射之固態雷射及檢測系統 - Google Patents
使用１９３奈米雷射之固態雷射及檢測系統Info
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Abstract
本發明揭示改良之雷射系統及相關聯技術，其等由近似1064奈米之一基諧波真空波長產生大約193.368奈米之一紫外線(UV)波長。較佳實施例分離出至少一級之一輸入波長之一未耗盡部分且重定向該未耗盡部分以於另一級中使用。該等改良之雷射系統及相關聯技術導致比當前用於工業中之雷射更便宜、壽命更長之雷射。此等雷射系統可用易於獲得、相對便宜的組件建構。
Description
本申請案主張標題為「Solid-State 193 nm Laser And An Inspection System Using A Solid-State 193 nm Laser」且申請於2012年5月22日之美國臨時申請案61/650,349之優先權，該案係以引用方式併入本文。
本發明係關於一種產生近似193奈米光且適用於光罩、倍縮光罩或晶圓檢測中之雷射系統。
積體電路產業要求檢測工具的解析度愈來愈高以解析積體電路、光罩、太陽能電池、電荷耦合裝置等等之愈來愈小的特徵，且偵測大小為特徵大小之數量級或小於特徵大小之缺陷。短波長光源(例如，產生200奈米以下的光之源)可提供此解析度。然而，能夠提供此短波長光之光源實質上限於準分子雷射及少數固態及光纖雷射。不幸的是，此等雷射之各者具有顯著缺點。
一準分子雷射產生一紫外線光，其通常用於生產積體電路中。一準分子雷射通常在高壓條件下使用惰性氣體與反應性氣體之一組合以產生該紫外線光。產生193奈米波長光(其愈加係積體電路產業中之高度所要波長)之一習知準分子雷射使用氬(作為惰性氣體)及氟(作為
反應性氣體)。不幸的是，氟係有毒的且具腐蝕性，藉此導致高的持有成本。此外，此等雷射由於其等低重複率(通常自約100Hz至若干kHz)及極高峰值功率(其將導致在檢測期間損壞樣本)而不太適用於檢測應用。
產生次200奈米輸出之少數基於固態及光纖之雷射在此項技術中已為人所知。不幸的是，大多數此等雷射具有極低功率輸出(例如，60mW以下)或極複雜設計，諸如兩個不同基諧波源或八個諧波產生，其等皆係複雜、不穩定、昂貴及/或不具商業吸引力。
因此，需要一種能夠產生193奈米光且克服上述缺點之雷射。
根據本文所述之改良之雷射系統及相關聯技術，可由近似1064奈米之一基諧波真空波長產生大約193.368奈米之一紫外線(UV)波長。所述雷射系統及相關聯技術導致比當前用於工業中之雷射更便宜、壽命更長之雷射。此等雷射系統可用易於獲得、相對便宜的組件建構。因此，與當前市場上的UV雷射相比，所述雷射系統及相關聯技術提供明顯更佳的持有成本。
本發明描述一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統。此雷射系統可包含經組態以產生對應於大約1064奈米之一波長之一基諧波頻率之一基諧波雷射。該基諧波頻率在本文被稱為ω。一光學參數(OP)模組(諸如一光學參數振盪器或一光學參數放大器)經組態以降頻轉換該基諧波頻率且產生一OP輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之半諧波。一五次諧波產生器模組經組態以使用該OP模組之一未耗盡基諧波頻率以產生5次諧波頻率。一混頻模組可組合該5次諧波頻率與該OP輸出以產生具有大約193.368奈米波長之一雷射輸出。
本發明描述另一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統。此雷射系統可包含經組態以產生對應於大約1064奈米之一波長之
一基諧波頻率之一基諧波雷射。一五次諧波產生器模組經組態以使用該基諧波頻率以產生5次諧波頻率。一OP模組經組態以降頻轉換該五次諧波產生器模組之一未耗盡基諧波頻率以產生一OP輸出。一混頻模組可組合5次諧波頻率與該OP輸出以產生具有大約193.368奈米波長之一雷射輸出。
本發明描述又另一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統。此雷射系統可包含經組態以產生對應於大約1064奈米之一波長之一基諧波頻率之一基諧波雷射。一二次諧波產生器模組經組態以使該基諧波頻率之一部分加倍以產生2次諧波頻率。一五次諧波產生器模組經組態以使該二次諧波頻率加倍並組合一所得頻率與該二次諧波產生器模組之一未耗盡基諧波頻率以產生五次諧波頻率。一OP模組經組態以降頻轉換來自該五次諧波產生器模組之2次諧波頻率之一未耗盡部分以產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係基諧波頻率。一混頻模組可組合該5次諧波頻率與該OP閒頻信號以產生具有大約193.368奈米波長之一雷射輸出。
本發明描述又另一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統。此雷射系統可包含經組態以產生大約1064奈米之一基諧波頻率之一基諧波雷射。一二次諧波產生器模組經組態以使該基諧波頻率加倍以產生2次諧波頻率。一OP模組經組態以降頻轉換該2次諧波頻率之一部分以產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係基諧波頻率。一四次諧波產生器模組經組態以使該2次諧波頻率之另一部分加倍以產生4次諧波頻率。一混頻模組經組態以組合該四次諧波頻率與該OP信號以產生大約193.368奈米波長光之一雷射輸出。
本發明描述又另一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統。此雷射系統可包含經組態以產生大約1064奈米之一基諧波頻率之
一基諧波雷射。一OP模組經組態以降頻轉換該基諧波頻率之一部分且產生一OP輸出，該OP輸出大約為該基諧波頻率之半諧波。一二次諧波產生器模組經組態以使該基諧波頻率之一部分加倍以產生2次諧波頻率。一四次諧波產生器模組經組態以使該2次諧波頻率加倍以產生4次諧波頻率。一第一混頻模組經組態以接收該4次諧波頻率及該OP輸出以產生一4.5次諧波頻率。一第二混頻模組經組態以組合該二次諧波產生器之基諧波頻率之一未耗盡部分與該4.5次諧波頻率以產生大約193.368奈米波長光之一雷射輸出。
在一些雷射系統實施例中，基諧波雷射可包括一Q切換雷射、一鎖模雷射或一連續波(CW)雷射。在一些實施例中，該基諧波雷射之雷射介質可包含一摻鐿光纖、一摻釹釔鋁石榴石晶體、一摻釹釩酸釔晶體或釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物。
在一實施例中，OP模組係簡併操作，即僅存在一信號，該信號之一頻率為0.5ω。在使用簡併降頻轉換之該等實施例中，為達到最大效率，當非線性晶體性質及波長允許時較佳使用類型I降頻轉換(即，所產生的兩個光子具有相同偏光)。在另一實施例中，OP模組產生稍微不同頻率之一信號及一閒頻信號，其中一者之頻率稍微高於0.5ω且另一者之頻率稍微低於0.5ω。例如，若基諧波雷射產生1064.4奈米之一波長，則信號頻率將對應於2109.7奈米之一波長，且閒頻信號頻率將對應於2148.3奈米之一波長。
在一實施例中，OP模組可包含一OP振盪器(OPO)。在另一實施例中，OP模組可包含一OP放大器(OPA)且可包含產生所要信號波長及頻寬的光之一種子雷射。該種子雷射可包括(例如)一雷射二極體或一光纖雷射。在較佳實施例中，該種子雷射係藉由一光柵、分佈式回饋、一體積布拉格光柵或其他方式穩定化以精確地維持所要波長及頻寬。
注意，必須基於基諧波雷射之波長選擇或調整種子雷射(或一基於OPO之OP模組中之OPO波長)以達成近似193.368奈米之所要雷射系統輸出波長。例如，若所要波長係193.368奈米且基諧波雷射之中心波長係1064.4奈米，則在使用大約0.5ω之一信號頻率之該等實施例中種子雷射需要產生2109.7奈米。因為個別基諧波雷射(即使在使用相同雷射材料時)之中心波長可彼此改變零點幾奈米(取決於包含操作溫度及材料組合物變動之因素)，所以在一些較佳實施例中，種子雷射波長係可調整的。在一些實施例中，雷射系統輸出波長可需要被調整幾皮米，此可藉由將種子或OPO波長調整幾奈米而完成。
在一實施例中，五次諧波產生器模組可包含二次、四次及五次諧波產生器。該二次諧波產生器經組態以使基諧波頻率加倍以產生2次諧波頻率。該四次諧波產生器經組態以使該2次諧波頻率加倍以產生4次諧波頻率。該5次諧波產生器經組態以組合該4次諧波頻率與該二次諧波產生器之基諧波之一未耗盡部分以產生5次諧波頻率。
在另一實施例中，五次諧波產生器模組可包含二次、三次及五次諧波產生器。該二次諧波產生器經組態以使基諧波頻率加倍以產生2次諧波頻率。該三次諧波產生器經組態以組合該2次諧波頻率與該二次諧波產生器之基諧波之一未耗盡部分以產生3次諧波頻率。該五次諧波產生器經組態以組合該3次諧波頻率與該三次諧波產生器之2次諧波頻率之一未耗盡部分以產生5次諧波頻率。
在又另一實施例中，五次諧波產生器模組可包含四次及五次諧波產生器。該四次諧波產生器經組態以使2次諧波頻率加倍以產生4次諧波頻率。該五次諧波產生器經組態以接收該4次諧波頻率及基諧波頻率之一部分以產生5次諧波頻率。
在又另一實施例中，五次諧波產生器模組可包含三次及五次諧波產生器。該三次諧波產生器經組態以組合二次諧波頻率與基諧波頻
率以產生3次諧波頻率。該五次諧波產生器經組態以組合該3次諧波頻率與該三次諧波產生器之一未耗盡2次諧波頻率以產生5次諧波頻率。
本發明描述一種產生大約193.368奈米波長光之方法。在此方法中，可產生大約1064奈米之一基諧波頻率。可降頻轉換此基諧波頻率以產生一OP輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之半諧波。可使用降頻轉換之基諧波頻率之一未耗盡部分以產生5次諧波頻率。可組合該5次諧波頻率與信號頻率以產生大約193.368奈米波長光。
本發明描述另一種產生大約193.368奈米波長光之方法。在此方法中，可產生大約1064奈米之一基諧波頻率。可使用此基諧波頻率以產生一五次諧波頻率。可降頻轉換一未耗盡基諧波頻率以產生一OP輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之半諧波。可組合該五次諧波頻率與該OP輸出以產生大約193.368奈米波長光。
本發明描述另一種產生大約193.368奈米波長光之方法。在此方法中，可產生大約1064奈米之一基諧波頻率。可使該基諧波頻率加倍以產生2次諧波頻率。可降頻轉換該2次諧波頻率之一部分以產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係基諧波頻率。可使用加倍之基諧波頻率之一未耗盡部分及降頻轉換之2次諧波頻率之一未耗盡部分以產生5次諧波頻率。可組合該5次諧波頻率與該OP閒頻信號以產生大約193.368奈米波長光。
本發明描述另一種產生大約193.368奈米波長光之方法。在此方法中，可產生大約1064奈米之一基諧波頻率。可使該基諧波頻率加倍以產生2次諧波頻率。可降頻轉換該2次諧波頻率之一部分以產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係基諧波頻率。可使二次諧波頻率之另一部分加倍以產生4次諧波頻率。可組合該4次諧波頻率與該OP信號以產生大約193.368奈米波長光。
本發明描述另一種產生大約193.368奈米波長光之方法。在此方
法中，可產生大約1064奈米之一基諧波頻率。可降頻轉換該基諧波頻率之一部分以產生大約0.5ω之一OP輸出。可使該基諧波頻率之另一部分加倍以產生2次諧波頻率。可使該2次諧波頻率加倍以產生4次諧波頻率。可組合該4次諧波頻率與該OP輸出以產生一大約4.5次諧波頻率。可組合該大約4.5次諧波頻率與基諧波之又另一部分以產生大約193.368奈米波長光。
本發明描述用於檢測樣本之各種系統。此等系統可包含用於產生大約193.368奈米之一輸出輻射光束之一雷射系統。該雷射系統可包含：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率。可使用該基諧波頻率、該複數個頻率及該OP輸出以產生大約193.368奈米輻射。最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率。該等系統可進一步包含用於將輸出光束聚焦於該樣本上之構件及用於收集來自該樣本之散射光或反射光之構件。
本發明描述一種用於針對缺陷檢測一光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之一表面之光學檢測系統。此系統可包含用於沿一光學軸發射一入射光束之一光源，該光源包含如本文所述之一雷射系統。此雷射系統可包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1064奈米之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率。可使用該基諧波頻率、該複數個頻率及該OP輸出以產生大約193.368奈米波長光。最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率。沿該光學軸安置且包含複數個光學組件之一光學系統經組態以將入射光束分離為個別光束，所有該等個別光束在光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之一表面上之不同位置處形成掃描光點。該等掃描光點
經組態以同時掃描該表面。一透射光偵測器配置可包含對應於由該等個別光束與光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之表面交叉引起的複數個透射光束之個別透射光束之透射光偵測器。該等透射光偵測器經配置以感測透射光之光強度。一反射光偵測器配置可包含對應於由該等個別光束與光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之表面交叉引起的複數個反射光束之個別反射光束之反射光偵測器。該等反射光偵測器經配置以感測反射光之光強度。
本發明描述另一種用於針對缺陷檢測一光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之一表面之光學檢測系統。此檢測系統同時照明並偵測兩個信號或影像通道。在相同感測器上同時偵測該兩個通道。當受檢測物體係透明的(例如一倍縮光罩或光罩)時，該兩個通道可包括反射及透射強度，或可包括兩種不同的照明模式，諸如入射角、偏光狀態、波長範圍或其等之某一組合。
本發明亦描述一種用於檢測一樣本之一表面之檢測系統。此檢測系統包含經組態以產生複數個光通道之一照明子系統，所產生的各光通道具有不同於至少一其他光能通道之特性。該照明子系統包含用於發射大約193.368奈米波長之一入射光束之一光源。該光源包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1064奈米之一基諧波頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個頻率及該OP輸出以產生大約193.368奈米波長光。最佳化該光源以使用至少一未耗盡頻率。光學器件經組態以接收該複數個光通道並將該複數個光能通道組合成一空間分離組合光束且引導該空間分離組合光束朝向該樣本。一資料擷取子系統包含經組態以偵測來自該樣本之反射光之至少一偵測器。該資料擷取子系統可經組態以將該反射光分離為對應於該複數個光通道之複數個接收通
道。
本發明亦描述一種折反射檢測系統。此系統包含用於產生紫外線(UV)光之一UV光源、複數個成像子區段及一折疊鏡群組。該UV光源包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1064奈米之一基諧波頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個頻率及該OP輸出以產生大約193.368奈米波長光。最佳化該UV光源以使用至少一未耗盡頻率。該複數個成像子區段之各子區段可包含一聚焦透鏡群組、一場透鏡群組、一折反射透鏡群組及一變焦管透鏡群組。
該聚焦透鏡群組可包含沿系統之一光學路徑安置之複數個透鏡元件以將UV光聚焦於該系統內之一中間影像處。該聚焦透鏡群組亦可在包含一紫外線範圍中之至少一波長之一波長帶內同時提供單色像差及像差之色變動之校正。該聚焦透鏡可進一步包含經定位以接收UV光之一光束分割器。
該場透鏡群組可具有沿接近中間影像之光學路徑對準之一凈正光焦度。該場透鏡群組可包含具有不同色散之複數個透鏡元件。透鏡表面可安置在第二預定位置處且具有經選擇以對該波長帶提供包含系統之至少次級縱向色彩以及初級及次級橫向色彩之色像差之實質校正之曲率。
該折反射透鏡群組可包含至少兩個反射表面及至少一折射表面，其等經安置以形成中間影像之一實像使得結合該聚焦透鏡群組在該波長帶內實質上校正該系統之初級縱向色彩。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群組可包含沿該系統之一光學路徑安置之透鏡表面。該折疊鏡群組可經組態以容許線性變焦運動，藉此提供精細變焦及大範圍變焦。
本發明亦描述一種折反射成像系統。此系統可包含用於產生紫外線(UV)光之一UV光源。此UV光源包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1064奈米之一基諧波頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個頻率及信號頻率以產生大約193.368奈米波長光。最佳化該UV光源以使用至少一未耗盡頻率。亦提供調適光學器件以控制所檢測表面上之照明光束大小及輪廓。一物鏡可包含彼此成操作關係之一折反射物鏡、一聚焦透鏡群組及一變焦管透鏡區段。可提供一稜鏡以沿光學軸引導UV光法向入射至一樣本之一表面且沿一光學路徑將來自該樣本之表面特徵部之鏡面反射及來自該物鏡之光學表面之反射引導至一成像平面。
本發明亦描述一種表面檢測設備。此設備可包含用於產生大約193.368奈米之一輻射光束之一雷射系統。該雷射系統可包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1063奈米之一基諧波頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個頻率及信號頻率以產生大約193.368奈米輻射。最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率。一照明系統可經組態以依相對於一表面成一非法向入射角聚焦該輻射光束以實質上在聚焦光束之一入射平面中於該表面上形成一照明線。該入射平面係藉由該聚焦光束及通過該聚焦光束且法向於該表面之一方向而界定。
本發明亦描述一種用於偵測一樣本之異常之光學系統。此光學系統包含用於產生第一光束及第二光束之一雷射系統。該雷射系統包含用於產生大約193.368奈米之一輸出輻射光束之一雷射系統。此雷射系統可包含：一基諧波雷射，其用於產生大約1064奈米之一基諧波
頻率；一OP模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器及混頻模組，其等用於產生複數個頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個頻率及該OP輸出以產生大約193.368奈米輻射。最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率。該輸出光束可使用標準組件分割成該第一光束及該第二光束。第一光學器件可沿一第一路徑將該第一光束引導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光束引導至該樣本之一表面上之一第二光點上。該第一路徑及該第二路徑與該樣本之表面成不同的入射角。集光光學器件可包含自該樣本表面上之第一光點或第二光點接收散射輻射且源自該第一光束或該第二光束並將該散射輻射聚焦至一第一偵測器之一彎曲鏡表面。該第一偵測器回應於藉由該彎曲鏡表面聚焦至該第一偵測器上之輻射提供一單個輸出值。可提供一儀器，該儀器引起該第一光束及該第二光束與該樣本之間之相對運動使得跨該樣本之表面掃描該等光點。
100‧‧‧雷射系統
101‧‧‧基諧波雷射
102‧‧‧基諧波
102’‧‧‧基諧波
103‧‧‧光學參數(OP)模組
104‧‧‧未耗盡基諧波
104’‧‧‧未耗盡基諧波/虛線
105‧‧‧五次諧波(5ω)產生器模組
106‧‧‧5次諧波
107‧‧‧簡併輸出頻率/信號
108‧‧‧混頻模組
109‧‧‧雷射輸出
110‧‧‧基諧波雷射
111‧‧‧基諧波
112‧‧‧二次諧波產生器模組
113‧‧‧2次諧波
113’‧‧‧2次諧波
114‧‧‧光學參數(OP)模組
115‧‧‧2次諧波
115’‧‧‧2次諧波
116‧‧‧五次諧波產生器模組
117‧‧‧5次諧波
118‧‧‧混頻模組
119‧‧‧雷射輸出
120‧‧‧輸出頻率
121‧‧‧未耗盡基諧波
122‧‧‧基諧波雷射
123‧‧‧基諧波
124‧‧‧二次諧波產生器模組
125‧‧‧2次諧波
125’‧‧‧2次諧波
126‧‧‧光學參數(OP)模組
127‧‧‧未耗盡2次諧波
127’‧‧‧未耗盡2次諧波
128‧‧‧四次諧波產生器模組
129‧‧‧信號/輸出頻率
130‧‧‧雷射系統
131‧‧‧混頻模組
132‧‧‧雷射輸出/5.5ω輸出
133‧‧‧4次諧波
140‧‧‧雷射系統
200‧‧‧基諧波
201‧‧‧二次諧波產生器
202‧‧‧2次諧波
203‧‧‧未耗盡基諧波
204‧‧‧四次諧波產生器
205‧‧‧4次諧波
206‧‧‧未耗盡2次諧波
207‧‧‧五次諧波產生器
208‧‧‧未耗盡基諧波
209‧‧‧未耗盡4次諧波
210‧‧‧5次諧波輸出
211‧‧‧二次諧波產生器
212‧‧‧2次諧波
213‧‧‧未耗盡基諧波
214‧‧‧三次諧波產生器
215‧‧‧3次諧波
216‧‧‧未耗盡2次諧波
217‧‧‧未耗盡基諧波
218‧‧‧五次諧波產生器
219‧‧‧5次諧波輸出
220‧‧‧未耗盡2次諧波
221‧‧‧未耗盡3次諧波
222‧‧‧基諧波
250‧‧‧五次諧波產生器模組
260‧‧‧五次諧波產生器模組
300‧‧‧五次諧波產生器模組
301‧‧‧2次諧波
302‧‧‧四次諧波產生器
303‧‧‧4次諧波
304‧‧‧未耗盡2次諧波
305‧‧‧五次諧波產生器
306‧‧‧未耗盡基諧波
307‧‧‧未耗盡4次諧波
308‧‧‧基諧波/五次諧波輸出
310‧‧‧五次諧波產生器模組
311‧‧‧基諧波
312‧‧‧2次諧波
313‧‧‧三次諧波產生器
314‧‧‧未耗盡基諧波
315‧‧‧3次諧波
317‧‧‧五次諧波產生器
318‧‧‧未耗盡2次諧波
319‧‧‧未耗盡3次諧波
320‧‧‧5次諧波輸出
400‧‧‧雷射系統
401‧‧‧基諧波雷射
402‧‧‧基諧波
402’‧‧‧基諧波
403‧‧‧光學參數(OP)模組
404‧‧‧未耗盡基諧波
404’‧‧‧未耗盡基諧波
405‧‧‧輸出頻率
406‧‧‧二次諧波產生器
407‧‧‧2次諧波
408‧‧‧未耗盡基諧波
409‧‧‧四次諧波產生器
410‧‧‧4次諧波
411‧‧‧未耗盡2次諧波
412‧‧‧混頻模組
413‧‧‧4.5次諧波
414‧‧‧未耗盡4次諧波及未耗盡光學參數(OP)信號
416‧‧‧混頻模組
417‧‧‧雷射輸出
418’‧‧‧未耗盡基諧波
500‧‧‧基諧波雷射
501‧‧‧放大器泵浦
502‧‧‧放大器
503‧‧‧種子雷射
504‧‧‧光束分割器
505‧‧‧鏡
506‧‧‧放大器
507‧‧‧放大器泵浦
508‧‧‧基諧波雷射輸出/基諧波
509‧‧‧基諧波雷射輸出/基諧波
600‧‧‧簡併光學參數放大器(OPA)
601‧‧‧種子雷射
602‧‧‧光束組合器
603‧‧‧基諧波
604‧‧‧非線性轉換器
605‧‧‧光束分割器/稜鏡
606‧‧‧紅外光/輸出波長
607‧‧‧未耗盡基諧波
700‧‧‧非簡併光學參數放大器(OPA)
701‧‧‧種子雷射
702‧‧‧光束組合器
703‧‧‧基諧波
704‧‧‧非線性轉換器
705‧‧‧元件
706‧‧‧紅外光/波長/輸出光束
707‧‧‧波長
800‧‧‧光學檢測系統
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‧‧‧檢測光學器件
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/透射光偵測器配置
862‧‧‧反射光光學器件
864‧‧‧反射光偵測器/反射光偵測器配置
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‧‧‧晶圓檢測系統
909‧‧‧照明源
915‧‧‧照明中繼光學器件
920‧‧‧照明中繼光學器件
930‧‧‧受檢測物體
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‧‧‧檢測系統
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/低功率透鏡群組
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‧‧‧折疊鏡群組
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‧‧‧表面檢測設備
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/平台(圖13B)
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
1400‧‧‧表面檢測系統
1401‧‧‧表面
1402‧‧‧聚焦雷射光束
1403‧‧‧光束折疊組件/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‧‧‧檢測系統
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‧‧‧法向照明通道
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1A圖解說明用於使用一光學參數模組及一五次諧波產生器產生大約193.368奈米光之一例示性雷射之一方塊圖。
圖1B圖解說明用於使用一光學參數模組及一五次諧波產生器產生大約193.368奈米光之另一例示性雷射之一方塊圖。
圖1C圖解說明用於使用一光學參數模組及一四次諧波產生器模組產生大約193.368奈米光之又另一例示性雷射之一方塊圖。
圖2A圖解說明一例示性五次諧波產生器模組。
圖2B圖解說明另一例示性五次諧波產生器模組。
圖3A圖解說明又另一例示性五次諧波產生器模組。
圖3B圖解說明另一例示性五次諧波產生器模組。
圖4圖解說明用於使用一光學參數模組及一四次諧波產生器產生
大約193奈米光之又另一例示性雷射之一方塊圖。
圖5圖解說明一例示性基諧波雷射之一方塊圖。
圖6圖解說明產生兩倍基諧波長或一半基諧波頻率之紅外光之一例示性簡併OP放大器。
圖7圖解說明產生並非確切兩倍基諧波長或一半基諧波頻率之紅外光之另一例示性OP放大器。
圖8圖解說明包含改良之雷射之一例示性檢測系統。
圖9圖解說明同時偵測一感測器上之兩個影像(或信號)通道之一倍縮光罩、光罩或晶圓檢測系統。
圖10圖解說明包含多個物鏡及改良之雷射之一例示性檢測系統。
圖11圖解說明包含改良之雷射具有可調整放大率之一例示性檢測系統之光學器件。
圖12圖解說明具有暗場及明場模式且包含改良之雷射之一例示性檢測系統。
圖13A圖解說明包含改良之雷射之一表面檢測設備。圖13B圖解說明用於表面檢測設備之集光光學器件之一例示性陣列。
圖14圖解說明包含改良之雷射之一例示性表面檢測系統。
圖15圖解說明包含改良之雷射且使用法線及傾斜照明光束兩者之一檢測系統。
根據本文所述之一改良雷射技術及雷射系統，可由近似1063.5奈米(例如，近似1063.52奈米或在另一實例中介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間)之一基諧波真空波長產生大約193.4奈米之一紫外線(UV)波長(例如近似193.368奈米之一真空波長)。在本文無限定地給定一波長之情況下，假定該波長指代光的真空波長。
本發明之每項實施例在一個以上頻率轉換級中使用至少一頻率。一般而言，頻率轉換級並未完全耗盡其等輸入光，此可有利地在本文所述之改良之雷射系統中得到充分利用。本發明之較佳實施例分離出至少一級之一輸入波長之一未耗盡部分且重定向該未耗盡部分以於另一級中使用。頻率轉換及混頻係非線性程序。轉換效率隨著輸入功率位準增加而增加。例如，基諧波雷射之整個輸出可首先被引導至一級(諸如一二次諧波產生器)以最大化該級之效率且最小化用於該級之晶體之長度(及因此成本)。在此實例中，基諧波之未耗盡部分將被引導至另一級(諸如一五次諧波產生器或一光學參數模組)以於該級中使用。
分離出一未耗盡輸入頻率且將其單獨引導至另一級而非容許其與該級之輸出共同傳播之一優點在於：可針對各頻率單獨控制光學路徑長度，藉此確保脈衝同時到達。另一優點在於：可針對各個別頻率最佳化塗層及光學組件而非在兩種頻率的需要之間損及塗層及光學組件。特定言之，一二次諧波產生器或四次諧波產生器之輸出頻率相對於輸入頻率將具有一垂直偏光。用於允許一頻率以最小反射進入之布魯斯特窗(Brewster window)通常將針對另一頻率而具有一高反射率，這係因為該另一頻率之偏光對該窗而言係錯誤的。
本發明之較佳實施例對產生深UV波長(諸如短於約350奈米之波長)之頻率轉換級及混頻級使用保護環境。在2012年10月30日頒予Armstrong之標題為「Enclosure for controlling the environment of optical crystals」之美國專利8,298,335及2013年1月24日由Dribinski等人發表之標題為「Laser With High Quality,Stable Output Beam,And Long Life High Conversion Efficiency Non-Linear Crystal」之美國公開申請案2013/0021602中描述合適的保護環境，該兩個申請案皆係以引用方式併入本文。特定言之，布魯斯特窗可用於此等環境以容許輸入
及輸出頻率進入或離開。單獨引導各頻率容許視需要使用不同的布魯斯特窗或塗層以最小化雷射系統內的損耗及雜散光。
下文所述之改良之雷射技術及雷射系統使用半諧波以使基諧波長除以5.5(即，使基諧波頻率乘以5.5)。注意，使一波長除以N亦可被描述為使其對應頻率乘以N，其中N係任何數字(無論整數或分數)。如圖式中使用，ω指定為基諧波頻率。例如，圖1A至圖1C以插入括號指示藉由例示性雷射系統之各種組件產生之光波長(相對於基諧波頻率)，例如(ω)、(0.5ω)、(1.5ω)、(2ω)、(4ω)、(4.5ω)及(5ω)。注意，可使用類似符號指示基諧波頻率之一諧波，例如，五次諧波等於5ω。0.5ω、1.5ω及4.5ω之諧波亦可被稱為半諧波。注意在一些實施例中，使用稍微自0.5ω移位之頻率而非確切使用0.5ω之頻率。被描述為大約0.5ω、大約1.5ω等等之頻率可取決於實施例而指代確切半諧波或稍微移位頻率。為在描述該等圖式之元件時便於引用，數字表示法(例如，「5次諧波」)指代頻率本身，而字詞表示法(例如，「五次諧波」)指代產生該頻率之組件。
圖1A圖解說明用於產生大約193.4奈米之一紫外線(UV)波長之一例示性雷射系統100。在此實施例中，雷射系統100包含產生一基諧波頻率ω(即，基諧波102)之光之一基諧波雷射101。在一實施例中，該基諧波頻率ω可為對應於近似1064奈米之一紅外線波長之頻率。例如，在一些較佳實施例中，基諧波雷射101可發射實質上1063.52奈米之一波長。在其他實施例中，基諧波雷射101可發射介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間之一波長。基諧波雷射101可藉由使用一合適的雷射介質(諸如摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)或摻釹釩酸釔)之一雷射而實施。釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物(例如，該兩種釩酸鹽之一大約50：50混合物)係另一合適的雷射介質，其在近似1063.5奈米之波長下可具有高於Nd：YAG或摻釹釩酸釔之增益。摻鐿光纖雷射係可用以
產生近似1063.5奈米之一波長之雷射光之另一替代物。可經修改或調諧以在大約1063.5奈米波長下運作之雷射可作為脈衝雷射(Q切換或鎖模)或連續波(CW)雷射購得。此等可修改雷射之例示性製造商包含Coherent Inc.(例如，具有80兆赫茲及120兆赫茲之重複率之Paladin族中的模型)、Newport Corporation(例如，Explorer族中的模型)及其他製造商。可與基諧波雷射101一起使用以控制波長及頻寬之技術包含分佈式回饋或使用諸如光纖布拉格光柵、繞射光柵或標準量具之波長選擇性裝置。在其他實施例中，諸如剛剛列舉之一市售雷射係以其標準波長操作，標準波長通常係介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間之一波長。在此等實施例中，信號或閒頻信號頻率(參見下文)可自確切0.5ω移位以產生所要輸出波長。
注意，基諧波雷射101判定輸出光之總體穩定性及頻寬。在低功率位準及中等功率位準(諸如約1毫瓦至幾十瓦之位準)下，通常更易於達成穩定的窄頻寬雷射。穩定化波長且縮小較高功率或較短波長雷射之頻寬更為複雜且昂貴。基諧波雷射101之雷射功率位準可在毫瓦至幾十瓦或更大之範圍中。因此，可容易地穩定化基諧波雷射101。
基諧波102可經引導朝向一光學參數振盪器(OPO)或一光學參數放大器(OPA)。以光學頻率振盪之一OPO藉由二階非線性光學相互作用將其輸入頻率降頻轉換為一或兩個輸出頻率。在兩個輸出頻率之情況中，產生一「信號」頻率及一「閒頻信號」頻率(在圖式中展示為「信號+閒頻信號」)。該兩個輸出頻率之總和等於輸入頻率。在一輸出頻率(稱為一簡併OP模組)之情況中，信號頻率與閒頻信號頻率相同且因此難以針對所有實踐目的進行區分。一OPA係使用一光學參數放大程序放大輸入波長之種子(或輸入)光之一雷射光源。為簡單起見，本文使用一般術語「OP模組」以指代一OPO或一OPA。
在雷射系統100中，一OP模組103將基諧波102之一部分降頻轉換
為一簡併輸出頻率(大約0.5ω)107。因此，在簡併情況中，藉由OP模組103降頻轉換之光輸出的波長係兩倍於基諧波102的波長。例如，若基諧波102具有1063.5奈米之一波長，則信號107之波長係2127奈米。在一些實施例中，OP模組103可包含一非線性晶體，諸如週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰或磷酸鈦氧鉀(KTP)。在一些實施例中，OP模組103可包含一低功率雷射，諸如二極體雷射或一低功率光纖雷射。
注意，在降頻轉換程序中僅耗盡基諧波102之部分。實際上，一般而言，OP模組及諧波產生器並未完全耗盡其等輸入光，此可有利地在本文所述之改良之雷射系統中得到充分利用。例如，OP模組103之一未耗盡基諧波104可被引導至一五次諧波(5ω)產生器模組105，其包括若干頻率轉換級及混頻級以由該基諧波產生5次諧波(下文參考圖2A及圖2B更詳細描述)。
類似地，在一替代性實施例中，基諧波102’可首先被引導至該五次諧波產生器模組105以產生一5次諧波106，且在產生該5次諧波106期間未耗盡的基諧波102’(未耗盡基諧波104’)可被引導至OP模組103以降頻轉換至輸出頻率107。
可在一混頻模組108中組合(即，混合)五次諧波產生器模組105之輸出(即，5次諧波106)與輸出頻率107。在一實施例中，混頻模組108可包含(相同類型之)一或多個非線性晶體，諸如β-硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)或氫退火硼酸鋰銫(CLBO)晶體。混頻模組108產生具有大約5.5ω之一頻率且具有193.368奈米之一對應波長之一雷射輸出109(即，基諧波長除以大約5.5)。
使用類型I簡併降頻轉換之優點係：在產生一非所要波長或偏光期間不浪費功率。若在5.5倍於近似193.368奈米之所要輸出波長之一波長下具有足夠功率之一基諧波雷射容易以合理成本獲得，則包含簡
併降頻轉換之實施例可係較佳的。非簡併降頻轉換之優點係：可容易以幾十瓦或100瓦之功率位準獲得波長介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間的雷射，而當前不容易以此等功率位準獲得實質上1063.5奈米之波長的雷射。非簡併降頻轉換容許容易地獲得大功率雷射以產生接近193.368奈米之任何所要輸出波長。
圖1B圖解說明用於產生大約193.368奈米之一UV波長之另一例示性雷射系統130。在此實施例中，在一基諧波頻率ω下操作之一基諧波雷射110產生基諧波111。在一實施例中，頻率ω可對應於大約1063.5奈米之一波長，或在另一實施例中，對應於介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間之一波長。基諧波111可被引導至一二次諧波產生器模組112，其使基諧波111加倍以產生一2次諧波113。來自二次諧波產生器模組112之基諧波111之一未耗盡部分(即，未耗盡基諧波121)可被引導至一五次諧波產生器模組116。該2次諧波113可被引導至一OP模組114。在一些實施例中，OP模組114可包含一非線性晶體，諸如週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰或KTP。在一些實施例中，OP模組114可包含一低功率雷射，諸如二極體雷射或一低功率光纖雷射。
在一較佳實施例中，OP模組114產生包含大約1.5ω之一信號及大約0.5ω之一閒頻信號之輸出頻率120。注意因為該信號及該閒頻信號之波長在此實施例中完全不同，所以可使用(例如)二向色塗層、稜鏡或光柵容易地分離該信號及該閒頻信號。在一些實施例中，該信號及該閒頻信號具有實質上正交偏光且因此可藉由(例如)一偏光光束分割器分離。在雷射系統130中，0.5ω或大約0.5ω的閒頻信號係所關注的頻率分量。例如，若該基諧波111之波長為1063.5奈米，則藉由OP模組114降頻轉換之與該閒頻信號相關聯之光輸出之波長係2127奈米，其係兩倍於基諧波102之波長。在另一實例中，若基諧波102之波長為
1064.4奈米且所要輸出波長係193.368奈米，則該閒頻信號波長將為2109.7奈米。
注意在其他實施例中，無須分離信號與閒頻信號，這係因為在混頻模組118中僅所要波長適當地相位匹配。即，混頻模組118可經組態以接收該信號及該閒頻信號二者，但是實際上僅使用該閒頻信號(其為0.5ω)。因為在此等實施例中非所要波長係大約710奈米之一波長，所以在此等波長下並未顯著吸收適用於混頻模組118中之大部分非線性晶體，且因此非所要波長不太可能引起顯著加熱或其他非所要效應。
五次諧波產生器模組116組合來自OP模組114之一未耗盡2次諧波115與未耗盡基諧波121以產生一5次諧波117(參見，例如圖3A及圖3B，例示性五次諧波產生器模組)。一混頻模組118混合5次諧波117與輸出頻率120之閒頻信號部分以產生大約5.5ω之一雷射輸出119。在一實施例中，混頻模組118可包含一或多個非線性晶體，諸如β-硼酸鋇(BBO)、LBO或CLBO晶體。
注意，以類似於圖1A中針對基諧波102及102’圖解說明之一方式，在雷射系統130之一些實施例中，2次諧波113’可首先被引導至該五次諧波產生器模組116，且該2次諧波之未耗盡部分115’被引導至OP模組114，如虛線所示。
圖1C圖解說明用於產生大約193.4奈米之一UV波長之又另一例示性雷射系統140。在此實施例中，在一頻率ω下操作之一基諧波雷射122產生一基諧波123。在此實施例中，頻率ω可對應於大約1063.5奈米之一波長或介於約1064.0奈米與約1064.6奈米之間之一波長。
基諧波123可被引導至一二次諧波產生器模組124，其使基諧波123加倍以產生一2次諧波125。該2次諧波125被引導至一OP模組126。在一實施例中，OP模組126產生包含大約1.5ω之一信號及大約
0.5ω之一閒頻信號之輸出頻率129。在一些實施例中，OP模組126可包含一非線性晶體，諸如週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰或KTP。在其他實施例中，OP模組126可包含一低功率雷射，諸如二極體雷射或一低功率光纖雷射。如下文所論述，輸出頻率129之信號部分(大約1.5ω)係混頻模組131所關注的頻率分量。
OP模組126之一未耗盡2次諧波127可被引導至一四次諧波產生器模組128。四次諧波產生器模組128使未耗盡2次諧波127加倍以產生一4次諧波133。
在一些實施例中，來自該二次諧波產生器124之2次諧波125’首先被引導至該四次諧波產生器128，且來自該四次諧波產生器128之未耗盡2次諧波127’被引導至該OP模組126以用於降頻轉換。
在雷射系統140中，混頻模組131組合輸出頻率129之信號部分與4次諧波133以產生具有大約5.5ω之一波長之一雷射輸出132。如上所提及，由於信號與閒頻信號之頻率差，該閒頻信號在由混頻模組131接收之前無須與該信號分離。在一實施例中，混頻模組131可包含在大約120℃之一溫度下操作以組合該4次諧波133與該1.5ω信號以達成5.5ω輸出132之一非臨界相位匹配BBO或氟硼鈹酸鉀(KBBF)晶體。
圖2A圖解說明一例示性五次諧波產生器模組250。在此實施例中，一二次諧波產生器201自該五次諧波產生器模組250外部之一級接收一基諧波200(ω)(或一未耗盡基諧波)且使該基諧波200加倍以產生一2次諧波202。一四次諧波產生器204接收2次諧波202並使該2次諧波202加倍以產生一4次諧波205。一五次諧波產生器207組合4次諧波205與來自二次諧波產生器201之一未耗盡基諧波203以產生一5次諧波輸出210。注意，四次諧波產生器204之一未耗盡2次諧波206、五次諧波產生器207之一未耗盡基諧波208及五次諧波產生器207之一未耗盡4次諧波209未用於此實施例中，且因此可與輸出分離(若需要)。在一實
施例中，可如圖1A中之虛線104’所示般將未耗盡基諧波208重定向至該圖之OP模組103。
圖2B圖解說明另一例示性五次諧波產生器模組260。在此實施例中，一二次諧波產生器211自該五次諧波產生器模組外部之一級接收一基諧波222(ω)(或一未耗盡基諧波)且使該基諧波222加倍以產生一2次諧波212。一三次諧波產生器214組合2次諧波212以及二次諧波產生器211之一未耗盡基諧波213以產生一3次諧波215。一五次諧波產生器218組合3次諧波215與3次諧波產生器214之一未耗盡2次諧波216以產生一5次諧波輸出219。注意三次諧波產生器214之一未耗盡基諧波217、五次諧波產生器218之一未耗盡2次諧波220及五次諧波產生器218之一未耗盡3次諧波221未用於此實施例中，且因此可與輸出分離(若需要)。注意在一實施例中，可如圖1A中之虛線104’所示般將未耗盡基諧波217引導至該圖之OP模組103。
圖3A圖解說明又另一例示性五次諧波產生器模組300。在此實施例中，一四次諧波產生器302自該五次諧波產生器模組300外部之一級接收一2次諧波301且使該2次諧波301加倍以產生一4次諧波303。一五次諧波產生器305組合4次諧波303以及來自該五次諧波產生器模組300外部之一級之一基諧波308(或一未耗盡基諧波)以產生一5次諧波輸出308。注意，4次諧波產生器302之一未耗盡2次諧波304、五次諧波產生器305之一未耗盡基諧波306及五次諧波產生器305之一未耗盡4次諧波307未用於此實施例中，且因此可與輸出分離(若需要)。注意在一實施例中，可如圖1B中之虛線115’所示般將未耗盡2次諧波304引導至該圖之OP模組114。
圖3B圖解說明又另一例示性五次諧波產生器模組310。在此實施例中，一三次諧波產生器313組合來自該五次諧波產生器模組310外部之一級之一基諧波311(或一未耗盡基諧波)與亦來自該五次諧波產生
器模組310外部之一級之一2次諧波312(或一未耗盡2次諧波)以產生一3次諧波315。一五次諧波產生器317組合3次諧波315與來自3次諧波產生器313之一未耗盡2次諧波以產生一5次諧波輸出320。注意3次諧波產生器313之一未耗盡基諧波314、5次諧波產生器317之一未耗盡2次諧波318及五次諧波產生器317之一未耗盡3次諧波319未用於此實施例中，且因此可與輸出分離(若需要)。注意在一實施例中，未耗盡二次諧波318可如圖1B中之虛線115’所示般引導至該圖之OP模組114。
圖4圖解說明用於產生大約193.4奈米之一UV波長之另一例示性雷射系統400。在此實施例中，在一頻率ω下操作之一基諧波雷射401產生一基諧波402。一OP模組403使用基諧波402以產生一簡併或非簡併輸出頻率405。因此，例如，若該基諧波402的波長為1063.5奈米，則輸出頻率之經降頻轉換的光波長係2127奈米，其係兩倍於基諧波402的波長。在另一實例中，若基諧波402的波長為1064.4奈米且所要輸出波長係193.368奈米，則該輸出頻率405將對應於2109.7奈米之信號波長。在一些實施例中，OP模組403可包含一非線性晶體，諸如週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰或KTP。在一些實施例中，OP模組403可包含一低功率雷射，諸如二極體雷射或一低功率光纖雷射。
一二次諧波產生器406使來自OP模組403之一未耗盡基諧波404加倍以產生一2次諧波407。一四次諧波產生器409使2次諧波407加倍以產生一4次諧波410。一混頻模組412組合該輸出頻率405與該4次諧波410以產生一大約4.5次諧波413，其具有大約236奈米之一波長。一混頻模組416混合該大約4.5次諧波413及來自二次諧波產生器406之一未耗盡基諧波408以產生具有大約193.368奈米之一波長之一大約5.5ω雷射輸出417。
注意四次諧波產生器409之一未耗盡2次諧波411、來自混頻模組412之一未耗盡4次諧波及未耗盡OP信號414未用於此實施例中，且因
此可與輸出分離(若需要)。
進一步需注意，基諧波(ω)係用於三個模組中：二次諧波產生器406、混頻模組416及OP模組403。用於充分利用來自一產生器或模組之未耗盡基諧波之各種不同的方案係可行的。例如，在一些實施例中，該基諧波可包含來自二次諧波產生器406之一未耗盡基諧波404’而非如基諧波402所示般藉由基諧波雷射401直接提供至OP模組403。同樣地，在某些較佳實施例中，基諧波(ω)402’可直接提供至二次諧波產生器406以便更容易地產生更多二次諧波407。可將來自二次諧波產生器406之輸出之未耗盡基諧波408及/或404’分別引導至混頻模組416及/或OP模組403。在一些實施例中，可將來自混頻模組416之一未耗盡基諧波418’引導至OP模組403。
應瞭解，各種雷射系統之圖式旨在圖解說明例示性組件/步驟以由一預定頻率輸入光產生一預定頻率輸出光。為簡單起見，該等圖式展示此程序中涉及的主要光學模組及諧波產生器。因此，該等圖式並非意欲表示該等組件之實際實體佈局，且實際實施方案通常將包含額外的光學元件。
例如，在本文所述之任一實施例中，可視需要使用鏡以引導基諧波或其他諧波。例如，可視需要使用諸如稜鏡、光束分割器、光束組合器及二向色塗佈鏡之其他光學組件以分離並組合光束。可使用鏡及光束分割器之各種組合以依任何適當序列分離並路由不同諧波產生器與混頻器之間的各種波長。可適當地使用透鏡及/或曲面鏡以將光束腰聚焦至非線性晶體內部或附近的實質上圓形或橢圓形截面之焦點。可視需要使用稜鏡、光柵或繞射光學元件以分離諧波產生器及混頻器模組之輸出處的不同波長。可視情況使用稜鏡、塗佈鏡或其他元件以組合諧波產生器及混頻器之輸入處的不同波長。可視情況使用光束分割器或塗層鏡以分離波長或將一波長分為兩個光束。可使用濾光
器以在任何級之輸出處阻斷非所要及/或未耗盡波長。例如，可視需要使用波板以旋轉偏光以便相對於一非線性晶體之軸準確地對準一輸入波長之偏光。自該等圖式及其等相關聯描述，熟習此項技術者將瞭解如何構建根據實施例之雷射。
雖然在實施例中未耗盡基諧波及未耗盡諧波(當一後續諧波產生器不需要時)係展示為與所要諧波分離，但是在一些情況中即使一後續諧波產生器中無需未耗盡光，容許該光通過至該諧波產生器亦係可接受的。若功率密度足夠低而不損壞該級之組件且若存在所要頻率轉換程序之最小干擾(例如，由於未使用在晶體角度之相位匹配)，則未耗盡光之此傳送係可接受的。熟習此項技術者將瞭解各種權衡及替代物以判定未耗盡基諧波/諧波是否應與所要諧波分離。
在一實施例中，上述二次諧波產生器之至少一者可包含一LBO晶體，其在約149℃之溫度下實質上非臨界地相位匹配以產生大約532奈米的光。在一實施例中，上述三次諧波產生器之至少一者可包含CLBO、BBO、LBO或其他非線性晶體。在一實施例中，上述四次諧波產生器及五次諧波產生器之至少一者可使用CLBO、BBO、LBO或其他非線性晶體中之臨界相位匹配。在一些實施例中，混合5ω與大約0.5ω之混頻模組(諸如圖1A中的108及圖1B中的118)可包含一CLBO或一LBO晶體，其係與一高Deff(~1pm/V)及一低走離角(對於CLBO<45毫弧度且對於LBO<10毫弧度)臨界地相位匹配。在其他實施例中，諸如圖1C中混合4ω與大約1.5ω之混頻模組131或圖4中混合大約4.5ω與基諧波之混頻模組416可包含一BBO或KBBF晶體。
在一些實施例中，四次諧波產生器、五次諧波產生器及/或混頻模組可有利地使用以下申請案中揭示之一些或所有方法及系統：於2012年3月5日申請之標題為「Laser with high quality,stable output beam,and long-life high-conversion-efficiency non-linear crystal」之美
國專利申請案13/412,564以及於2011年7月22日申請之標題為「Mode-locked UV laser with high quality,stable output beam,long-life high conversion efficiency non-linear crystal and a wafer inspection system using a mode-locked laser」之美國臨時申請案第61/510,633號(且美國專利申請案13/412,564主張其優先權)，該等案皆以引用方式併入本文。
在一些實施例中，本文論述之任何諧波產生器可有利地包含氫退火非線性晶體。此等晶體可如以下申請案中所述般進行處理：於2012年6月1日申請之Chuang等人之標題為「Hydrogen Passivation of Nonlinear Optical Crystals」之美國專利申請案13/488,635及於2011年10月7日申請之Chuang等人之標題為「Improvement of NLO Crystal Properties by Hydrogen Passivation」之美國臨時申請案61/544,425。此等申請案皆係以引用方式併入本文。氫退火晶體在涉及深UV波長之該等級(例如，四次諧波產生器及五次諧波產生器以及混頻模組)中可尤其有用。
注意在一些實施例中，在OP模組內部放置混合OP模組之信號頻率或閒頻信號頻率與四次諧波或五次諧波之混頻模組。此避免需要將該信號頻率或閒頻信號頻率帶出該OP模組。其亦具有以下優點：使最高信號或閒頻信號(視情況)功率位準可用於混頻，從而使混合更有效率。
在一實施例中，為在基諧波(例如，大約1063.5奈米波長)下產生足夠功率，可使用一或多個放大器以增加該基諧波之功率。若使用兩個或更多個放大器，則可使用一種子雷射以接種該等放大器，藉此確保所有放大器輸出相同波長且具有同步輸出脈衝。例如，圖5圖解說明包含產生所要基諧波長(例如，大約1063.5奈米)之種子光之一種子雷射(穩定化窄頻雷射)503之一基諧波雷射500之一例示性組態。種子
雷射503可藉由(例如)一摻釹YAG雷射、一摻釹釩酸釔雷射、一光纖雷射或一穩定化二極體雷射實施。
放大器502將種子光放大至一較高功率位準。在一實施例中，放大器502可包含摻釹YAG、摻釹釩酸釔或釩酸釓與釩酸釔之摻釹混合物。在其他實施例中，放大器502可包含摻鐿光纖放大器。一放大器泵浦501可用以泵激放大器502。在一實施例中，放大器泵浦501可包含在大約808奈米波長下操作之一或多個二極體雷射。
因為多個頻率轉換級可需要基諧波雷射波長(取決於近似193.4奈米波長所需之輸出功率)，所以需要的基諧波雷射光多於可藉由一單個放大器方便地產生之光。在此等情況中，可使用多個放大器。例如，在基諧波雷射500中，除放大器502及放大器泵浦501以外亦可提供一放大器506及一放大器泵浦507。如同放大器502，放大器506亦可將種子光放大至一較高功率。放大器泵浦507可泵激放大器506。
在一多個放大器實施例中，各放大器可產生其本身的基諧波雷射輸出。在圖5中，放大器502可產生基諧波雷射輸出(基諧波)508且放大器506可產生基諧波雷射輸出(基諧波)509。在此組態中，基諧波508及509可被引導至不同的頻率轉換級。注意，為確保基諧波508及509的波長相同且同步，種子雷射503應對放大器502及506提供相同的種子光，放大器502與506應實質上相同且放大器泵浦501與507應實質上相同。為確保對放大器502及506二者提供相同的種子光，一光束分割器504及一鏡505可分裂該種子光且將其之一分率引導至放大器506。雖然圖5中僅展示兩個放大器，但是一基諧波雷射之其他實施例可以一類似組態包含更多放大器、放大器泵浦、光束分割器及鏡以產生多個基諧波輸出。
圖6圖解說明產生兩倍於基諧波長(即，基諧波頻率的一半)之紅外光606之一例示性簡併OPA 600。在此實施例中，一光束組合器602
組合一基諧波603(例如，1063.5奈米)與由一種子雷射601產生之種子光。在一實施例中，光束組合器602可包含有效地反射一波長同時透射另一波長之二向色塗層。在另一實施例中，光束組合器602可為有效地組合兩個實質上正交偏光之一偏光光束組合器。在圖6中所示之組態中，該兩個波長可實質上共線前進穿過一非線性轉換器604。非線性轉換器604可包括週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰、KTP、或其他合適的非線性結晶材料。
在一實施例中，種子雷射601可為一低功率雷射(例如，二極體雷射或低功率光纖雷射)，其產生兩倍於基諧波雷射之波長之一種子波長(例如，若該基諧波雷射係1063.5奈米，則種子波長係2127奈米)。此波長可用以在OPA 600中接種降頻轉換程序。一雷射二極體可基於諸如GaInAs、InAsP或GaInAsSb之一化合物半導體，其中適當的組合物使該化合物半導體之能帶隙匹配於一2127奈米光子之大約0.5829電子伏特能量。在此二極體組態中，種子雷射601的功率僅需要為大約1毫瓦、幾毫瓦或幾十毫瓦。在一實施例中，種子雷射601可藉由使用(例如)一光柵及穩定化溫度而穩定化。種子雷射601可產生偏光，該偏光被引入至(非線性轉換器604之)一非線性晶體中且經偏光實質上垂直於基諧波之偏光。在另一實施例中，(非線性轉換器604之)非線性晶體可包含於一諧振腔中以基於自發發射產生一雷射/放大器。在一實施例中，輸出波長606可使用一光束分割器或稜鏡605而與一未耗盡基諧波607分離。
使用用於簡併降頻轉換之一OPA之一優點係：使用一窄頻穩定化種子雷射信號接種OPA將會導致透過激發發射之一窄頻輸出。此克服簡併降頻轉換產生一寬頻輸出(取決於非線性晶體)之自然傾向，這係因為可在任何波長範圍內自發地產生相位匹配於非線性晶體中之信號及閒頻信號。在一OPO中，通常難以製造在所關注波長之窄頻(通常
係本文揭示之雷射系統中之零點幾奈米之一頻寬)中具有高反射率(或視情況透射率)但在該窄頻外部具有極低反射率(或透射率)之濾光器。
一OPA之其他實施例可使用一光子晶體光纖以產生實質上兩倍於基諧波之波長之一波長。一OPA之又其他實施例可使用在大約2127奈米下操作之一種子雷射二極體以接種(非線性轉換器604之)光子晶體光纖降頻轉換器。對降頻轉換使用一非線性光學晶體可能更加有效，這係因為(非線性轉換器604之)非線性晶體係一χ(2)程序而非一χ(3)程序。然而，一光子晶體可用於一些境況中。
注意，一雷射可開始於並非確切地等於輸出波長之5.5倍之一波長。例如，基諧波之一波長可為約1064.4奈米，而所要輸出波長接近193.368奈米。在該情況中，可藉由一OPO或OPA產生兩個不同的輸出波長(即，信號及閒頻信號)，而非使用簡併降頻轉換。因為此兩個波長緊靠在一起(例如，在一些實施例中分離幾奈米或幾十奈米)，所以可使用類型II頻率轉換(若可達成相位匹配)，使得信號及閒頻信號具有垂直偏光且可藉由一偏光光束分割器分離。在其他實施例中，可使用適當長度之一標準量具(或適當設計之體積式布拉格光柵)以反射或透射所要波長同時(視情況)不反射或透射另一波長。
圖7圖解說明產生稍微自兩倍基諧波長(即，基諧波頻率的一半)移位之紅外光706之一例示性非簡併OPA 700。在此實施例中，一光束組合器702組合一基諧波703(例如，1064.4奈米)與由一種子雷射701產生之種子光(若基諧波為1064.4奈米且所要雷射系統輸出波長係193.368奈米，則種子光波長為(例如)2109.7奈米)。此基諧波長可藉由一摻釹YAG雷射、一摻釹釩酸釔雷射、釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物雷射或一摻鐿光纖雷射產生。在一實施例中，光束組合器702可包含有效地反射一波長同時有效地透射另一波長之一二向色塗層或一繞射光學元件。在此組態中，該兩個波長可實質上共線前進穿過一非
線性轉換器704。非線性轉換器704可包括週期極化鈮酸鋰、掺雜氧化鎂之鈮酸鋰、KTP或其他合適的非線性結晶材料。非線性轉換器704可放大種子波長且亦產生一第二波長(若基諧波長係1064.4奈米且種子波長係2109.7奈米，則該第二波長將約等於2148.2奈米)。
可使用諸如一輸出光束分割器、濾波器、標準量具或繞射光學元件之一元件705以使一非所要(例如，大約2148.2奈米)波長707與所要(大約2109.7奈米)波長706分離。若需要，元件705亦可用以使任何未耗盡基諧波與輸出光束706分離。在一些實施例中，可接種一閒頻信號波長(諸如2148.2奈米)而非信號波長。注意當接種閒頻信號時，藉由基諧波雷射及種子雷射二者之頻寬判定信號頻寬，而當接種信號時，在很大程度上藉由種子雷射頻寬判定信號之頻寬。
在分離此兩個波長之後，信號頻率(例如，波長係2109.7奈米)可與基諧波之五次諧波(例如，其之一波長係實質上212.880奈米)混合以產生實質上193.368奈米之一輸出波長。可在上述任一實施例或其等效物之後完成此混合。或者，該實質上2109.7奈米波長可與基諧波之四次諧波(其之一波長係實質上266.1奈米)混合以產生實質上236.296奈米之光。此繼而可與基諧波(或一未耗盡基諧波)混合以產生實質上193.368奈米之一輸出波長。可在圖4中所示之實施例或其等效物之任一者之後完成此混合。
對於基諧波雷射，可使用一高重複率雷射(諸如在大約50兆赫茲或較高重複率下操作之一鎖模雷射)建構一準CW雷射操作。對於基諧波雷射，可使用一CW雷射建構一真實的CW雷射。一CW雷射可需要包含於諧振腔中之頻率轉換級之一或多者以增建足以得到有效頻率轉換之功率密度。
圖8至圖15圖解說明可包含使用OP模組進行頻率轉換之上述雷射系統之系統。此等系統可用於光罩、倍縮光罩或晶圓檢測應用中。
圖8圖解說明用於檢測一基板812之表面之一例示性光學檢測系統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、檢測光學器件854及參考光學器件856，而該第二光學配置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包含上述改良之雷射之一者。
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經配置以使該光束偏轉並聚焦。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。例如，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改變。此改變導致入射光束形成以一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經配置以展開(flare out)該光束且更特定言之將該光束分離為三個相異光束，該等光束在空間上可彼此區分(即，空間相異)。在多數情況中，該等空間相異光束亦經配置以等距隔開且具有實質上相等的光強度。
在該三個光束離開該繞射光柵876之後，其等行進穿過一孔徑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測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，從而使檢測更快且更不敏度(例如，低解析度)，而另一望遠鏡可產生一較小光點大小，從而使檢測更慢且更敏度(例如，高解析度)。
從望遠鏡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測模式。例如，光學總成可促進一透射光檢測模式、一反射光檢測模式及一同時檢測模式。
關於透射光檢測模式，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。在光束掃描該遮罩(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。
關於反射光檢測模式，可對含有呈鉻、顯影光阻劑及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測。藉由基板812反射的光沿與檢測光學器件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。反射光檢測亦可用以偵測不透明基板表面之頂部上的污染。
關於同時檢測模式，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測系統可同時偵測一單個偵測器上之兩個資料通道。此一檢測系統可用以檢測諸如一倍縮光罩、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倍縮光罩、光罩或晶圓檢測系統900。照明源909併有如本文所述之一193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。當一受檢測物體930係透明(例如一倍縮光罩或光罩)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測物體930。該受檢測物體930可為一倍縮光罩、一光罩、一半導體晶圓或待檢測之其他物品。影像中繼光學器件955及960將藉由該受檢測物體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圖解說明包含多個物鏡及上述改良之雷射之一者之一例示性檢測系統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。可取決於檢測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。可取決於檢測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。可取決於檢測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可包含上述改良之雷射之一者。
關於雷射源1001，雖然圖解說明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模式且在另一通道中採用一暗場。
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測模式。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測模式。如可從先前段落所了解，可使用一單個光學系統或搭配照明裝置之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測模式之一者之光。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圖解說明包含三個子區段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，正檢測之一晶圓)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功率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凈正光焦度。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，具有低功率之透鏡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可有利地藉由上述改良之雷射加以實施。
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1103。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及低功率透鏡群組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1101C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圖解說明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，其等用以控制所檢測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之表面特徵部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可藉由上述改良之雷射實施。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圖解說明用於檢測表面1311之區域一表面檢測設備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包含上述改良之雷射、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，可以與一法向方向成約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1305。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圖解說明用於一表面檢測設備之集光系統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1312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測設備1300及其他多個集光系統。
圖14圖解說明可用於檢測一表面1401上之異常之一表面檢測系統1400。在此實施例中，表面1401可藉由包括由上述改良之雷射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測系統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被稱為檢測系統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，一些大粒子亦使經收集且引導至偵測器1408之光散射，且類似地，一些小粒子亦使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，檢測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進一步詳細描述檢測系統1400。
圖15圖解說明經組態以使用法向及傾斜照明光束兩者來實施異常偵測之一檢測系統1500。在此組態中，包含上述改良之雷射之一雷射系統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向照明通道
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。在該法向照明通道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上之法向及傾斜照明通道)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進一步詳細描述檢測系統1500。
其他倍縮光罩、光罩或晶圓檢測系統可有利地使用上述改良之雷射。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。當用於一檢測系統時，此改良之雷射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。此改良之雷射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。
雖然一些上述實施例描述被轉換為大約193.368奈米之一輸出波長之一大約1063.5奈米基諧波長，但是應瞭解，可藉由此途徑使用基諧波長及信號波長之一適當選擇產生193.368奈米之幾奈米內之其他波長。此等雷射及利用此等雷射之系統係在本發明之範疇內。
改良之雷射將明顯比8次諧波雷射便宜且具有較長壽命，藉此與8次諧波雷射相比提供更好的持有成本。注意，在近似1064奈米操作之基諧波雷射在功率及重複率之各種組合中可容易地以合理價格獲得。實際上，改良之雷射整體可使用可容易獲得且相對便宜之組件而建構。因為改良之雷射可為一高重複率鎖模或Q切換雷射，所以與一低重複率雷射相比，改良之雷射可簡化倍縮光罩/光罩/晶圓檢測系統之照明光學器件。
上文描述之本發明之結構及方法之各種實施例僅圖解說明本發明之原理且並不旨在將本發明之範疇限於所述之特定實施例。
例如，可產生自兩倍基諧波長移位大約10奈米、20奈米或幾百奈米之一波長而非產生確切兩倍於該基諧波長之一波長。藉由使用並非確切兩倍於基諧波長之一波長，可產生自除以5.5之基諧波長稍微移位之一輸出波長。例如，使基諧波長除以介於大約5.4與5.6之間之一值，或在一些實施例中，使基諧波長除以介於大約5.49與5.51之間之一值。一些實施例降頻轉換基諧波之二次諧波頻率以產生基諧波頻率之大約一半及基諧波頻率之大約1.5倍之頻率。因此，本發明僅受
限於下列申請專利範圍及其等效物。
Claims (45)
- 一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其經組態以產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其經組態以降頻轉換該基諧波頻率且產生一OP輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之一半諧波；一五次諧波產生器模組，其經組態以使用該OP模組之一未耗盡基諧波頻率以產生一五次諧波頻率；及一混頻模組，其用於組合該五次諧波頻率與該OP輸出以產生具有大約193.368奈米波長光之一雷射輸出。
- 如請求項1之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻鐿光纖雷射。
- 如請求項1之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一Q切換雷射、鎖模雷射及一連續波(CW)雷射之一者。
- 如請求項1之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻釹釔鋁石榴石雷射介質、一摻釹釩酸釔雷射介質或釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物。
- 如請求項1之雷射系統，其中該OP模組包含產生大約2127奈米波長或大約2109.7奈米波長之光之一種子雷射。
- 如請求項1之雷射系統，其中該OP模組包含一雷射二極體或一光纖雷射。
- 如請求項1之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一二次諧波產生器，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一四次諧波產生器，其經組態以使該二次諧波頻率加倍且產生一四次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該四次諧波頻率與該二次諧波產生器之一未耗盡基諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 如請求項1之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一二次諧波產生器，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一三次諧波產生器，其經組態以組合該二次諧波頻率與該二次諧波產生器之一未耗盡基諧波頻率以產生一三次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該三次諧波頻率與該三次諧波產生器之一未耗盡二次諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其經組態以產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一五次諧波產生器模組，其經組態以使用該基諧波頻率以產生一五次諧波頻率；及一光學參數(OP)模組，其經組態以降頻轉換該五次諧波產生器模組之一未耗盡基諧波頻率且產生一OP輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之一半諧波；一混頻模組，其用於組合該五次諧波頻率與該OP輸出以產生具有該大約193.368奈米波長光之一雷射輸出。
- 如請求項9之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻鐿光纖雷射。
- 如請求項9之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一Q切換雷射、鎖模雷射及一連續波(CW)雷射之一者。
- 如請求項9之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻釹釔鋁石榴石雷射介質、一摻釹釩酸釔雷射介質或釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物。
- 如請求項9之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一二次諧波產生器，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一四次諧波產生器，其經組態以使該二次諧波頻率加倍且產生一四次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該四次諧波頻率與該二次諧波產生器之一未耗盡基諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 如請求項9之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一二次諧波產生器，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一三次諧波產生器，其經組態以組合該二次諧波頻率與該二次諧波產生器之一未耗盡基諧波頻率以產生一三次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該三次諧波頻率與該三次諧波產生器之一未耗盡二次諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 如請求項9之雷射系統，其中該OP模組包含產生大約2127奈米波長或大約2109.7奈米之光之一種子雷射。
- 如請求項9之雷射系統，其中該OP模組包含一雷射二極體或一光纖雷射。
- 一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其經組態以產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一二次諧波產生器模組，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一五次諧波產生器模組，其經組態以使該二次諧波頻率加倍並組合一所得頻率與該二次諧波產生器模組之一未耗盡基諧波頻率以產生一五次諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其經組態以降頻轉換來自該五次諧波產生器模組之該二次諧波頻率之一未耗盡部分且產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係該基諧波頻率；及一混頻模組，其經組態組合該五次諧波頻率與該OP閒頻信號以產生具有大約193.368奈米之一對應波長之一雷射輸出。
- 如請求項17之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻鐿光纖雷射。
- 如請求項17之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一Q切換雷射、鎖模雷射及一連續波(CW)雷射之一者。
- 如請求項17之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻釹釔鋁石榴石雷射介質、一摻釹釩酸釔雷射介質或釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物。
- 如請求項17之雷射系統，其中該OP模組包含產生大約2127奈米波長或大約2109.7奈米之光之一種子雷射。
- 如請求項17之雷射系統，其中該OP模組包含一雷射二極體或一光纖雷射。
- 如請求項17之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一四次諧波產生器，其經組態以使該二次諧波頻率加倍且產生一四次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該四次諧波頻率與該未耗盡基諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 如請求項17之雷射系統，其中該五次諧波產生器模組包含：一三次諧波產生器，其經組態以組合該二次諧波頻率與該第未耗盡基諧波頻率以產生一三次諧波頻率；及一五次諧波產生器，其經組態以組合該三次諧波頻率與該三次諧波產生器之一未耗盡二次諧波頻率以產生該五次諧波頻率。
- 一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其經組態以產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一二次諧波產生器模組，其經組態以使該基諧波頻率加倍且產生一二次諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其經組態以降頻轉換該二次諧波頻率之一部分以產生大約1.5ω之一OP信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係該基諧波頻率；一四次諧波產生器模組，其經組態以使該OP模組之該二次諧波頻率之另一部分加倍且產生一四次諧波頻率；一混頻模組，其經組態以組合該四次諧波頻率與該OP信號以產生具有大約193.368奈米之一對應波長之一雷射輸出。
- 如請求項25之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻鐿光纖雷射。
- 如請求項25之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一Q切換雷射、鎖模雷射及一連續波(CW)雷射之一者。
- 如請求項25之雷射系統，其中該基諧波雷射包含一摻釹釔鋁石榴石雷射介質、一摻釹釩酸釔雷射介質或釩酸釓與釩酸釔之一摻釹混合物。
- 如請求項25之雷射系統，其中該OP模組包含產生大約2127奈米波長或大約2109.7奈米之光之一種子雷射。
- 如請求項25之雷射系統，其中該OP模組包含一雷射二極體或一光纖雷射。
- 一種用於產生大約193.368奈米波長光之雷射系統，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其經組態以產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其經組態以降頻轉換該基諧波頻率之一部分且產生一OP輸出，該OP輸出大約為該基諧波頻率之一半諧波；一二次諧波產生器，其經組態以使該基諧波頻率之另一部分加倍且產生一二次諧波頻率；一四次諧波產生器，其經組態以使該二次諧波頻率加倍且產生一四次諧波頻率；一第一混頻模組，其經組態以組合該四次諧波頻率與該OP輸出以產生一大約4.5次諧波頻率；及一第二混頻模組，其經組態以組合該二次諧波產生器之一未耗盡基諧波頻率與該大約4.5次諧波頻率以產生具有大約193.368奈米之一對應波長之一雷射輸出。
- 如請求項31之雷射系統，其中該OP模組包含產生大約2127奈米波長或大約2109.7奈米之光之一種子雷射。
- 一種產生大約193.368奈米波長光之方法，該方法包括：產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；降頻轉換該基諧波頻率以產生一光學參數(OP)輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之一半諧波；處理該降頻轉換之一未耗盡基諧波頻率以產生一五次諧波頻率；及組合該五次諧波頻率與該OP輸出以產生該大約193.368奈米波長光。
- 一種產生大約193.368奈米波長光之方法，該方法包括：產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；處理該基諧波頻率以產生一五次諧波頻率；降頻轉換該處理之一未耗盡基諧波頻率以產生一光學參數(OP)輸出，該OP輸出係該基諧波頻率之一半諧波；及組合該五次諧波頻率與該OP輸出以產生該大約193.368奈米波長光。
- 一種產生大約193.368奈米波長光之方法，該方法包括：產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；使該基諧波頻率加倍以產生一二次諧波頻率；降頻轉換該二次諧波頻率以產生大約1.5ω之一光學參數(OP)信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係該基諧波頻率；組合該加倍之一未耗盡基諧波頻率與該降頻轉換之一未耗盡二次諧波以產生一五次諧波頻率；及組合該五次諧波頻率與該OP閒頻信號以產生該大約193.368奈米波長光。
- 一種產生大約193奈米波長光之方法，該方法包括：產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；使該基諧波頻率加倍以產生一二次諧波頻率；降頻轉換該二次諧波頻率之一部分以產生大約1.5ω之一光學參數(OP)信號及大約0.5ω之一OP閒頻信號，其中ω係該基諧波頻率；使該二次諧波頻率之另一部分加倍以產生一四次諧波頻率；及組合該四次諧波頻率與該OP信號以產生該大約193奈米波長光。
- 一種產生大約193奈米波長光之方法，該方法包括：產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；降頻轉換該基諧波頻率之一部分以產生一光學參數(OP)輸出，該OP輸出大約為該基諧波頻率之一半諧波；使該基諧波頻率之另一部分加倍以產生一二次諧波頻率；使該二次諧波頻率加倍以產生一四次諧波頻率；組合該四次諧波頻率與該OP輸出以產生一大約4.5次諧波頻率；及組合該大約4.5次諧波頻率與該加倍該基諧波頻率之另一部分之一未耗盡基諧波頻率以產生該大約193奈米波長光。
- 一種用於針對缺陷檢測一光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之一表面之光學檢測系統，該系統包括：一光源，其用於沿一光學軸發射一入射光束，該光源包含：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生大約193.368奈米波長光，最佳化該光源以使用至少一未耗盡頻率；一光學系統，其沿該光學軸安置且包含用於將該入射光束引導至該光罩、倍縮光罩或半導體晶圓之一表面之複數個光學組件，該光學系統經組態以掃描該表面；一透射光偵測器配置，其包含透射光偵測器，該等透射光偵測器經配置以感測透射光之一光強度；及一反射光偵測器配置，其包含反射光偵測器，該等反射光偵測器經配置以感測反射光之一光強度。
- 一種用於檢測一樣本之一表面之檢測系統，該檢測系統包括：一照明子系統，其經組態以產生複數個光通道，所產生的各光通道具有不同於至少一其他光通道之特性，該照明子系統包含用於發射大約193奈米波長之一入射光束之一光源，該光源包含：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以針對至少一通道產生該大約193奈米波長光，最佳化該光源以使用至少一未耗盡頻率；光學器件，其等經組態以接收該複數個光通道並將該複數個光通道組合成一空間分離組合光束且引導該空間分離組合光束朝向該樣本；及一資料擷取子系統，其包括經組態以偵測來自該樣本之反射光之至少一偵測器，其中該資料擷取子系統經組態以將該反射光分離為對應於該複數個光通道之複數個接收通道。
- 一種折反射檢測系統，其包括：一紫外線(UV)光源，其用於發射大約193奈米波長之一入射光束，該UV光源包含：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193奈米波長光；複數個成像子區段，各子區段包含：一聚焦透鏡群組，其包含沿該系統之一光學路徑安置之複數個透鏡元件以將UV光聚焦於該系統內之一中間影像處且同時在包含一紫外線範圍中之至少一波長之一波長帶內提供單色像差及像差之色變動之校正，該聚焦透鏡群組進一步包含經定位以接收該UV光之一光束分割器；一場透鏡群組，其具有沿接近該中間影像之該光學路徑對準之一凈正光焦度，該場透鏡群組包含具有不同色散之複數個透鏡元件，其中透鏡表面安置在第二預定位置處且具有經選擇以在該波長帶內提供包含該系統之至少次級縱向色彩以及初級及次級橫向色彩之色像差之實質校正之曲率；一折反射透鏡群組，其包含至少兩個反射表面及至少一折射表面，其等經安置以形成該中間影像之一實像使得結合該聚焦透鏡群組在該波長帶內實質上校正該系統之初級縱向色彩；及一變焦管透鏡群組，其可變焦或改變放大率而不改變其高階色像差，包含沿該系統之一光學路徑安置之透鏡表面；及一折疊鏡群組，其經組態以容許線性變焦運動，藉此提供精細變焦及大範圍變焦二者。
- 一種折反射成像系統，其包括：一紫外線(UV)光源，其用於產生大約193奈米波長光，該UV光源包含：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193奈米波長光，最佳化該UV光源以使用至少一未耗盡頻率；調適光學器件；一物鏡；其包含一折反射物鏡、一聚焦透鏡群組及一變焦管透鏡區段；及一稜鏡，其用於沿一光學軸引導該UV光法向入射至一樣本之一表面且沿一光學路徑將來自該樣本之表面特徵部之鏡面反射及來自該物鏡之光學表面之反射引導至一成像平面。
- 一種表面檢測設備，其包括：一雷射系統，其用於產生大約193.368奈米之一輸出輻射光束，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193.368奈米波長，最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率；一照明系統，其經組態以相對於一表面成一非法向入射角聚焦該輻射光束以實質上在該聚焦光束之一入射平面中於該表面上形成一照明線，其中該入射平面係藉由該聚焦光束及通過該聚焦光束且法向於該表面之一方向而界定；一集光系統，其經組態以使該照明線成像，其中該集光系統包括：一成像透鏡，其用於收集自包括該照明線之該表面之一區域散射之光；一聚焦透鏡，其用於聚焦該收集光；及一裝置，其包括一光敏元件陣列，其中該光敏元件陣列之各光敏元件經組態以偵測該照明線之一放大影像之一對應部分。
- 一種用於偵測一樣本之異常之光學系統，該光學系統包括：一雷射系統，其用於產生第一光束及第二光束，該雷射系統包括：一雷射系統，其用於產生大約193奈米之一輸出輻射光束，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193奈米波長，最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率；及用於將該輸出光束分割成一第一光束及一第二光束之構件；第一光學器件，其等沿一第一路徑將該第一輻射光束引導至該樣本之一表面上之一第一光點上；第二光學器件，其等沿一第二路徑將該第二輻射光束引導至該樣本之一表面上之一第二光點上，該第一路徑及該第二路徑與該樣本之該表面成不同的入射角；一第一偵測器；集光光學器件，其等包含一彎曲鏡表面，該彎曲鏡表面用於自該樣本之該表面上之該第一光點或該第二光點接收散射輻射且源自該第一光束或該第二光束且將該散射輻射聚焦至該第一偵測器，該第一偵測器回應於藉由該彎曲鏡表面聚焦至該第一偵測器上之輻射提供一單個輸出值；及一儀器，其引起該第一光束及該第二光束與該樣本之間之相對運動使得跨該樣本之該表面掃描該等光點。
- 一種光罩或倍縮光罩檢測系統，其包括：一雷射系統，其用於產生大約193.368奈米之一輸出輻射光束，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193.368奈米波長，最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率；用於將該輸出光束聚焦至一光罩或一倍縮光罩上之構件；及用於收集來自該光罩或該倍縮光罩之散射光之構件。
- 一種晶圓檢測系統，其包括：一雷射系統，其用於產生大約193奈米之一輸出輻射光束，該雷射系統包括：一基諧波雷射，其用於產生具有大約1064奈米之一對應波長之一基諧波頻率；一光學參數(OP)模組，其用於降頻轉換該基諧波頻率或一諧波頻率以產生一OP輸出；及複數個諧波產生器，其等用於產生複數個諧波頻率，其中使用該基諧波頻率、該複數個諧波頻率及該OP輸出之至少一部分以產生該大約193奈米波長，最佳化該雷射系統以使用至少一未耗盡頻率；用於將該輸出光束聚集至一晶圓上之構件；及用於收集來自該晶圓之散射光之構件。
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