TWI656705B - 使用雷射脈衝倍增器之半導體檢測和計量系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種脈衝倍增器，其包含一分束器及一或多個鏡。該分束器接收一系列輸入雷射脈衝且將各脈衝之能量之部分引導至一環形腔中。在圍繞該環形腔循環之後，該脈衝能量之部分透過該分束器離開該環形腔且該能量之部分經再循環。藉由選擇環形腔光學路徑長度，可使一輸出系列之雷射脈衝之重複速率成為輸入重複速率之一倍數。可藉由選取該分束器之傳輸及反射係數來控制輸出脈衝之相對能量。此脈衝倍增器可花費不多地降低每脈衝之峰值功率同時在具有最小總功率損耗之情況下增加每秒之脈衝數目。

Description

使用雷射脈衝倍增器之半導體檢測和計量系統
本發明係關於使用雷射脈衝之光學峰值功率降低以用於半導體檢測及計量系統且特定言之係關於使用一分束器及一或多個鏡以產生一最佳化之脈衝倍增器。
用於檢測及計量之照明需求通常係藉由連續波(CW)光源最佳滿足。一CW光源具有允許連續獲取影像或資料之一恆定功率位準。然而，在所關注的許多波長(尤其紫外線(UV)波長)處，足夠輻射率(每單位立體角每單位面積之功率)之CW光源係不可用、昂貴或不可靠的。 一脈衝光源具有比一CW光源之時間平均功率位準高出許多之一瞬時峰值功率位準。然而，若一脈衝雷射係具有所關注波長處之足夠時間平均輻射率之唯一可用或具成本效益的光源，則使用具有一高重複速率及寬脈衝寬度之一雷射係最佳的。脈衝重複速率愈高，對於相同時間平均功率位準之每脈衝之瞬時峰值功率愈低。雷射脈衝之較低峰值功率導致對光學器件及經量測之樣本或晶圓之較少損壞，此係因為大多數損壞機構係非線性的且更強烈地取決於峰值功率而非取決於平均功率。 在一些應用中，一增加之重複速率之一額外優點係在於每資料獲取或每像素收集更多脈衝從而導致脈衝至脈衝變動之較佳平均化及較佳信雜比。此外，對於一快速移動樣本，一較高脈衝速率可導致樣本位置隨時間而變之一較佳取樣，此乃因在各脈衝之間移動之距離較小。 可藉由改良雷射介質、泵系統及/或其驅動電子器件而增加一雷射子系統之重複速率。不幸的是，修改已經以一預定重複速率操作之一UV雷射可需要顯著時間及金錢投入以改良其構成元件之一或多者且僅可將重複速率改良一小增量。此外，增加一UV雷射中之基本雷射之重複速率降低該基本雷射之峰值功率。此降低頻率轉換(其係必然地一非線性程序)之效率且因此使得更難產生高平均UV功率位準。 因此，對一實際、便宜技術之需要出現以改良一UV雷射之對該雷射之輸出起作用之重複速率。
一般而言，描述一種對一系統產生最佳化之脈衝之方法。以此方法，可使用一分束器及一環形腔將一輸入雷射脈衝光學分裂成複數個脈衝。藉由一分束器將一外來脈衝分裂成兩個。該脈衝之部分繼續行進且該脈衝之部分進入環形腔。在該脈衝圍繞該環形腔行進一次之後，其重新遇到分束器且再次被分裂成兩個。一部分離開環形腔且另一部分圍繞該環形腔再次行進。 若該雷射產生在時間上實質上均等分離之一脈衝串流(即，以一實質上恆定之重複速率產生該等脈衝)，則可設定環形腔長度使得已圍繞該環形腔行進一次之一脈衝將到達外來雷射脈衝之間。例如，可設定環形腔長度使得一脈衝以兩個外來脈衝之間之時間間隔之約一半圍繞該環形腔行進一次。 分束器判定各入射脈衝之能量之哪一分率進入環形腔。該分束器亦判定已圍繞該腔行進之一脈衝之能量之哪一分率將離開該腔。藉由對分束器之適當選擇，可控制脈衝之相對振幅。在一實施例中，選取環形腔長度使得一脈衝以兩個外來脈衝之間之時間間隔之約一半圍繞該環形腔行進且選取分束器使得離開該環形腔之脈衝在能量上彼此近似相等，藉此有效地使雷射之重複速率加倍。 一脈衝倍增器可包含一分束器及一組鏡。該分束器接收一輸入雷射脈衝。該組鏡形成環形腔。在一些實施例中，該環形腔包含一稜鏡使得該稜鏡及鏡一起形成該腔。該分束器有利地反射(或傳輸)第一組脈衝作為該脈衝倍增器之一輸出且將第二組脈衝傳輸(或反射)至該環形腔中。 該腔中之該等鏡之一或多者可係曲面的以使脈衝在該環形腔中重新聚焦。在一些實施例中，一或多個透鏡可併入至該腔中以使脈衝重新聚焦。 在一實施例中，可將一腔之輸出引導至另一腔之輸入。在一實施例中，第一環形腔可以雷射之重複速率兩倍之速率產生一脈衝串流且第二環形腔可使該重複速率再次加倍，藉此使該雷射重複速率乘以4。在一些實施例中，三個環形腔可用於使重複速率乘以8或四個環形腔可用於使重複速率乘以16。 上文所描述之脈衝倍增器之任一者可併入至一晶圓檢測系統、一圖案化晶圓系統、一遮罩檢測系統或一計量系統中。該脈衝倍增器可花費不多地降低每脈衝之峰值功率同時在具有最小總功率損耗之情況下增加每秒之脈衝數目。該脈衝倍增器可有利地使用現有雷射啟用高速檢測及計量。
相關申請案交叉參考 本申請案主張2012年12月5日所申請之標題為「Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier」之美國臨時專利申請案61/733,858之優先權且係與2011年6月13日所申請之標題為「Optical Peak Power Reduction Of Laser Pulses And Semiconductor Inspection And Metrology Systems Using Same」之美國臨時專利申請案61/496,446及2012年6月1日所申請之標題為「Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier」之美國申請案13/487,075有關。全部此等申請案以引用的方式併入本文中。 根據一改良脈衝倍增器之一態樣，可將各雷射脈衝光學分裂成複數個脈衝。在一實施例中，此等脈衝可具有近似相等之能量且可在時間上近似均等間隔。該雷射脈衝之此分裂可在具有最小能量損耗之情況下對上文所提及之問題提供一實際及便宜的解決方案。 圖1A繪示經組態以自各輸入脈衝產生脈衝列之一例示性脈衝倍增器100。輸入脈衝自方向101到達且撞擊在一分束器103上，分束器103使各脈衝之部分沿著一輸出方向102傳輸且使部分反射至一鏡106。該等輸入脈衝及輸出脈衝實質上沿著平行於箭頭104之一方向偏振。因此，輸出偏振實質上平行於輸入偏振。 鏡106將輸入脈衝之光引導至一稜鏡108。離開稜鏡108之光係經引導至一鏡107，鏡107引導該光返回至分束器103。因此，兩個鏡106及107、稜鏡108及分束器103形成一環形腔。自鏡107到達分束器103之各脈衝之部分係經反射離開該環形腔且部分係透過分束器103傳輸且圍繞該環形腔再循環。稍後更詳細描述分束器103。 鏡106及107具有經選取使得其等使在腔內之光重新聚焦以實質上或部分地保存雷射光束腰圍及形狀達圍繞環形腔之至少數個往返之曲率半徑(且因此焦距)。例如但並非藉由限制之方式，輸入雷射脈衝可實質上經準直，鏡106可使各雷射脈衝聚焦至稜鏡108之中心附近之一光束腰且鏡107可實質上重新準直各雷射脈衝。此配置具有並未使一光束腰在分束器103上或附近且因此並不使分束器103經受最高功率密度之優點。熟習此項適當技術者將瞭解許多其他聚焦配置係可行的。 較佳地切割稜鏡108之輸入面109使得光以實質上或近似等於該稜鏡之材料之布魯斯特角(Brewster's angle)之一角入射，藉此最小化歸因於自輸入面109之反射之光損耗。較佳地，輸出面(未標記)亦以布魯斯特角定向以最小化在輸出面處之光損耗。因為輸入光脉衝實質上沿著方向104偏振，所以對兩個稜鏡面使用布魯斯特角實質上消除歸因於稜鏡108之光損耗。在一些較佳實施例中，稜鏡108可包括紫外線(UV)級或準分子級熔融矽石、氟化鈣(CaF2 )或氟化鎂(MgF2 )。 在較佳實施例中，將環形腔之光學路徑長度設定為實質上或近似等於連續外來脈衝之間之距離之一單位分率，其中兩個脈衝之間之距離係等於光速乘以彼等脈衝之間之時間間隔。例如，在一些實施例中，可將該腔之光學路徑長度設定為實質上或近似外來脈衝之間之距離之一半、三分之一或四分之一。對於此等環形腔，每第二、第三或第四脈衝將分別實質上或近似與一到達輸入脈衝重合。藉由實例之方式但並非限制地，若該等外來雷射脈衝具有125 MHz之一重複速率，則1.199 m之一環形腔光學路徑長度將產生替代性地實質上處於兩個外來脈衝之間之中途且約與一外來脈衝重合之脈衝，藉此以250 MHz之一重複速率產生輸出脈衝。 在一些實施例中，可將腔光學路徑長度設定為連續外來脈衝之間之距離之單位分率之一適當倍數。例如，在一脈衝加倍器中，可將環形腔光學路徑長度設定為連續外來脈衝之間之距離之實質上或近似3/2倍或5/2倍，而非該距離之一半。此長度可在輸出重複速率為高(例如約1 GHz或更高)時係有利的，此係因為所需實體腔長度將僅為15 cm或更短(取決於該重複速率及自鏡之反射之數目)。此一短環形腔長度可難以對準或可需要在曲面鏡之一或多者上之非常大的一入射角以適應1 mm或數mm之一雷射光束腰。一般而言，保持在曲面鏡上之入射角為小以使光學像差保持為小係較佳的。 環形腔光學路徑長度可略大於或略小於依據脈衝間隔除以倍增因數直接計算之標稱長度。此長度導致脈衝並不在完全相同時間到達分束器且略加寬輸出脈衝。例如但並非藉由限制之方式，當輸入脈衝重複速率為125 MHz且輸入脈衝寬度為約100 ps時，標稱環形腔延遲對於2倍頻率倍增將為4 ns (即，約1.199 m之一腔光學路徑長度)。在一實施例中，可使用對應於4.05 ns之一環形腔光學路徑長度(即，約1.214 m之一環形腔光學路徑長度)使得經倍增之反射脈衝僅彼此略重疊或與外來脈衝略重疊。以此方式，對於125 MHz輸入脈衝重複速率之該4.05 ns腔長度可有利地加寬脈衝且降低脈衝高度。具有不同輸入脈衝速率或倍增因數之其他脈衝倍增器可具有不同腔延遲。注意，在此實例中，對應於約3.95 ns之一腔光學路徑長度將在輸出脈衝之高度上達成一實質上類似之降低。 注意，雷射脈衝並不通常具有明顯上升時間及下降時間且在許多情況中具有一近似高斯形狀。為選取適當環形腔長度以便降低峰值功率之目的，脈衝寬度可定義為該脈衝之半高寬值(FWHM)或1/e2 寬度或脈衝寬度之任何其他量測。在一些較佳實施例中，可將腔光學路徑長度設定為比連續脈衝之間之間隔之一半之當量長或短約等於脈衝寬度之約一半之一量。 顯著地，每當各脈衝圍繞環形腔行進時，圖1A中之分束器103使彼脈衝之部分反射離開該環形腔且將彼脈衝之部分傳輸至該環形腔中。因此，各脈衝之能量對於橫越於該環形腔內部之各往返減少。實務上，在各鏡反射及各稜鏡面處將存在進一步能量損耗，但此等損耗相較於藉由分束器引導離開該腔之能量之分率將通常為小。在時間上接近而到達分束器之一脈衝序列可特性化為提供能量包絡。在其中腔之光學長度係輸入脈衝之間之距離之約一半之實例性實施例中，能量包絡由在時間上接近於一輸入脈衝之到達而到達分束器之偶脈衝列(即，複數個偶脈衝)及在兩個輸入脈衝之間之時間之約中途到達之一奇脈衝列(即，複數個奇脈衝)組成。根據本發明之較佳實施例之一態樣，此等能量包絡在能量上近似或實質上相等。 圖2A繪示例示性能量包絡202A、202B、202C及202D，其等分別由輸出脈衝列201A、201B、201C及201D組成。如所展示，輸出脈衝列例示上文所描述之使一125 MHz輸入之重複速率加倍之一脈衝倍增器之實施例。即，選取腔長度以便對各往返添加約0.05 ns之一額外時間延遲使得一單一脈衝橫越整個腔(即，0→1、1→2、2→3等)所花費之時間係4.050 ns。 注意，原始脈衝200A及200B並非功率包絡202A及202C之部分，經展示用於上下文。明確言之，圖1A中之分束器103使用原始脈衝200A及200B以產生輸出脈衝列201A至201D。在包絡202A及202C下之個別脈衝係標記為0、2、4及6，此係因為第一脈衝並不進入環形腔且隨後脈衝已圍繞該腔2次、4次及6次。在包絡202B及202D下，個別脈衝係標記為1、3、5及7以指示對於各脈衝圍繞該腔之次數。圖2B繪示可使在脈衝列201A及201B之各者中之個別脈衝之正規化總和實質上彼此相等且約等於各輸入脈衝之總能量之一半(若來自鏡及稜鏡之腔損耗為最小)。因此，對於脈衝倍增器100所描述之組態可使原始重複脈衝速率加倍同時降低峰值功率且確保在各輸出脈衝中之實質上或近似相等之能量。 顯著地，返回參考圖1A，在如上文所描述之對環形腔之各橫越期間，鏡106及107可每當其等圍繞該環形腔行進時使光脈衝重新聚焦使得各脈衝之形狀或輪廓(舉例而言，如藉由諸如光束腰尺寸、光束腰橢圓率及M2 (其係工業中眾所周知之一ISO標準，即，一實際光束之光束參數積對處於相同波長之一理想高斯光束之光束參數積之比率)之參數量測)對於至少數個往返保持近似恆定。此一致性允許在具有自包絡至包絡或自一包絡之開始至結束之最小差異之情況下添加脈衝(舉例而言，如圖2A及圖2B中所展示)。注意，因為各脈衝每當其通過分束器103時在能量上降低，所以該能量對於僅數個往返保持為顯著的。因此，可容忍(例如)由光學像差(諸如像散)引起之脈衝形狀或品質之小變化，此係因為到像差在多個往返之後已積聚至一顯著位準之時間，脈衝能量已減少至一可忽略位準。 因此，分束器103可自從方向101到達之各輸入脈衝產生脈衝列。 若藉由分束器103傳輸之能量之分率係由T (亦稱為傳輸率T)表示，藉由該分束器反射之分率係由R (亦稱為反射率R)表示，且圍繞環形腔經傳輸一次之能量之分率係由C (亦稱為環形腔傳輸率)(定義為返回到達分束器之一脈衝之能量對彼相同脈衝在其最初離開該分束器時之能量之比率)表示，則對於一單一輸入脈衝，連續脈衝之輸出能量在表達為輸入脈衝之能量之分率時將為T、RCR、RC(TC)R、RC(TC)2 R、RC(TC)3 R、RC(TC)4 R、…。 注意，能量之守恆意味T + R ≤ 1及C ≤ 1。對於一無損耗分束器R + T = 1且對於一無損耗環形腔C = 1。 若該腔之光學長度係約等於兩個連續脈衝之間之距離之一半，則圖2A中之輸出包絡202A將包括輸入脈衝200A之一分率T (在此包絡下標記為0)加上已橫越環形腔偶數次之全部脈衝(在包絡202A下標記為2、4及6)。包絡202C將類似地包括輸入脈衝200B之能量之一分率T (在包絡202C下標記為0)、已繞該腔兩次之脈衝200A之能量之一分率R2 C(TC)(在包絡202C下標記為2)加上已繞該環形腔4次、6次等之較早脈衝之部分。此總和係展示為圖2B中之201A。圖2A中之輸出包絡202B及202D將各包括已橫越環形腔奇數次之脈衝之總和。例如，在包絡202B下標記為1之脈衝係已繞環形腔一次之脈衝200A之能量之分率R2 C。此總和係展示為圖2B中之201B。 根據脈衝倍增器100之一態樣，選取分束器之反射率R、分束器之傳輸率T及環形腔傳輸率C使得圖2B之總和201A及201B係實質上或近似相等。若R2 C = T + T2 C，則彼等總和將相等。 若分束器損耗係由εB 表示，其中εB = 1 – T – R，且環形腔損耗係由εC 表示，其中εC = 1 – C，則對於相等脈衝包絡，T係由以下表達式所給定：近似形式係在εB 及εC 兩者皆相較於1為小(將經常為該情況)時有用的。注意，若εB 及εC 兩者皆可忽略(即，分束器損耗或腔損耗均不顯著)，則對於相等脈衝包絡，T = 1/3且R = 2/3。 注意，圖2B中所展示之方程式係針對圖1A及圖1B之實施例。如稍後所闡釋，在對其他實施例之參考中，T及R之角色互換。對於彼等實施例，在如圖2B所展示之方程式中T應替代R且R應替代T。 因為T、R及鏡塗層(且因此εB 及εC )可歸因於正常製造可變性自組件至組件略改變，所以在一些應用中可期望能夠對環形腔做出小的調整以達成各輸出脈衝中之實質上相等之能量。因此，在一些實施例中，可調整腔傳輸損耗(εC )以實質上匹配在奇數包絡(即，總和201B)及偶數包絡(即，總和201A)下之能量。在此調整期間，可略旋轉稜鏡108使得光不再以精確布魯斯特角撞擊其，藉此引起各脈衝之一小分率經反射離開環形腔且因此增大εC 。可視需要做出環形腔之鏡之角度之小調整以維持腔對準。因為稜鏡108處之損耗在光以布魯斯特角入射於該稜鏡上時係處於一最小值(實質上為零)，所以熟習此項適當技術者將理解標稱環形腔應係針對自布魯斯特角稍微位移之該稜鏡之一入射角使得朝向或遠離布魯斯特角之調整係可行的。 圖2A及圖2B繪示其中環形腔長度係比外來雷射脈衝之間之間隔之一半稍長(例如，50 ps)之情況。如所展示，各輸出脈衝之包絡快速增加至一最大強度且接著在較弱脈衝連續到達輸出端時更緩慢衰減。將易於理解若環形腔長度比外來雷射脈衝之間之間隔之一半略短(例如，短50 ps)，則該等包絡將在時間上實質上相反，從而緩慢地積聚至一最大強度且接著更快速衰減。上文方程式及分析係可應用於計算及調整輸出包絡。對於許多應用，任一方法將作用於使重複速率加倍及降低峰值功率。 注意，若腔長度係實質上相等於除輸入脈衝間距之一半以外之某一分率，例如，脈衝間距之三分之一，則輸出脈衝包絡將藉由來自圖2B之該等總和之不同總和予以判定。若腔長度係實質上相等於脈衝間距之三分之一，則第一包絡將為輸入脈衝之分率T加上已繞環形腔三之一倍數次(3次、6次等)之脈衝之總和，第二包絡將為已繞環形腔一次、四次、七次等之脈衝之總和，且第三包絡將為已繞環形腔兩次、五次、八次等之脈衝之總和。對於此環形腔長度，第四包絡將實質上類似於第一包絡。因為即使環形腔以其他方式無損耗(C = 1)已繞環形腔兩次之脈衝亦必然比已繞一次之脈衝弱(此係因為T必須小於1否則沒有顯著脈衝能量進入該腔)，所以不可能使得該第二輸出包絡及該第三輸出包絡甚至近似相等。若需要大於2之脈衝速率倍增因數，但不需要各輸出脈衝中之相等能量，則一單一環形腔可為合適的。若對於大於2之一脈衝速率倍增因數需要實質上或近似相等之脈衝能量，則兩個或兩個以上脈衝倍增器必須耦合以實現彼情況。 注意，為簡單起見，圖1A繪示光學組件如同其等皆佈置於亦含有輸入光方向101及輸出光方向102之一平面中。在實際實施方案中，該等組件可佈置於三維中。例如，鏡106可沿著至少部分向下之一方向反射撞擊其之光使得來自方向101之輸入光在稜鏡108上方穿過。在此組態中，將定向稜鏡108使得離開其之光將向上行進至鏡107。 亦注意，分束器103不需要放置於兩個鏡之間之中途。在其他實施例中，分束器103可相比一鏡更接近另一鏡經放置。熟習此項適當技術者將瞭解該等組件之許多不同配置係可行的。 '075應用之脈衝倍增器在經組態以使各脈衝在環形腔中循環時重新聚焦其時需要比圖1A之脈衝倍增器更多之組件。此外，'075應用之脈衝倍增器在環形腔中使用兩個不同偏振狀態。此等偏振狀態尤其在深UV波長處可使用於各表面之塗層之設計複雜化。良好作用於偏振狀態同時容忍外來雷射脈衝之高峰值功率位準之深UV分束器之製造可為困難的。類似地，對於環形腔中之傳輸元件(諸如波片(在'075實施例中)、透鏡或稜鏡)可能不存在堅固深UV抗反射塗層。因此，在一替代實施例中，對稜鏡108之面使用布魯斯特角意謂在該等稜鏡面上不具有任何塗層之情況下可達成最小光損耗。此外，如下文進一步詳細描述，可藉由使用較少組件簡化環之對準。 圖1B繪示包含兩個環形腔以產生高於可自一單一環形腔獲得之一倍增因數之一例示性脈衝倍增器110。例如，第一環形腔可經組態以按輸入雷射之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝。第二環形腔可經組態以按該第一環形腔之輸出之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝，藉此使輸入雷射之重複速率乘以4同時維持各輸出脈衝中之實質上相等之能量。該等組態之任一者及上文針對該第一環形腔所描述之全部方法可應用於該第二環形腔。 在圖1B中，第一環形腔如上文所描述包含組件103、106、108及107。包含一分束器113、鏡116及117以及一稜鏡118之第二環形腔以類似於第一環形腔之一方式運作，惟該第二環形腔使該第一環形腔之輸出之脈衝速率而非直接來自雷射之脈衝速率倍增除外。來自第一環形腔之分束器103之光係經引導至第二環形腔之分束器113。分束器113實質上類似於分束器103而運作。鏡116及117使雷射脈衝在第二環形腔內重新聚焦且具有適於第二環形腔之光學路徑長度(在較佳實施例中，其短於第一環形腔之光學路徑長度)之曲率半徑(且因此焦距)。稜鏡118較佳使其輸入面及輸出面以實質上或近似布魯斯特角切割(其輸入面標記為119)。輸出光沿著一方向112離開第二環形腔且包括來自第一環形腔之脈衝及已繞第二環形腔循環之脈衝之一組合。 圖1C繪示使用一鏡而非兩個鏡(如圖1A中所展示)之另一例示性脈衝倍增器120。在此實施例中，輸入光自一方向121到達且藉由一分束器123部分反射至一輸出方向122中(與其中沿著輸出方向傳輸輸入光之部分之圖1A之實施例相比較)。透過分束器123傳輸之光進入包含一鏡126、一稜鏡128及分束器123之環形腔。鏡126使在該環形腔內循環之光重新聚焦。較佳地，鏡126之曲率半徑係實質上等於該環形腔之光學路徑長度之一半使得在圍繞該環形腔之各往返藉由一倍之一放大率使光束腰重新聚焦。如在圖1A之實施例中，布魯斯特角切割係較佳用於稜鏡128之輸入面及輸出面，藉此最小化或很大程度消除在彼等面處之反射損耗(稜鏡128之輸入面在圖1C中標記為129)。以類似於較早實施例之一方式，輸入光應沿著一方向124實質上或近似偏振以便很大程度消除稜鏡128處之損耗。在光離開稜鏡128之後，其經引導返回至分束器123，其中各脈衝之部分係透過分束器123沿著輸出方向122傳輸且部分係經反射回至環形腔中。 脈衝倍增器120以實質上類似於圖1A之脈衝倍增器100之一方式運作，惟圖1C之分束器123中之傳輸及反射角色相對於其等在圖1A之分束器103中之角色而互換除外。只要R及T互換，上文方程式就可應用於此環形腔。對於在使用倍增器120使輸入脈衝之速率加倍時實質上相等之脈衝包絡，若腔及分束器之損耗可忽略則R應為約1/3且T應為約2/3。當如上文對於圖1A之倍增器100所教示般存在環形腔及/或分束器之損耗時，可選擇R及T之略不同之值以維持實質上相等之脈衝包絡。 脈衝倍增器120(圖1C)優於脈衝倍增器100(圖1A)之一優點係彼脈衝倍增器120使用一鏡而非兩個鏡從而導致更少光損耗(尤其在深UV波長處)。較少組件亦可簡化環形腔之光學對準。另一方面，注意，對於脈衝倍增器120(相較於脈衝倍增器100)光學像差(諸如像散及橫向色差)可為更大。此等光學像差是否可接受取決於雷射之光束腰、環形腔長度及所需輸出脈衝光束輪廓。如熟習此項適當技術者將瞭解，保持曲面鏡126上之一低入射角有助於最小化光學像差。 圖1D繪示包含類似於圖1C中所繪示之一環形腔之兩個環形腔以產生高於可自一單一環形腔便於獲得之一倍增因數之一替代例示性脈衝倍增器130。例如，第一環形腔可經組態以按輸入雷射之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝。第二環形腔可經組態以按該第一環形腔之輸出之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝，藉此使輸入雷射之重複速率乘以4同時維持各輸出脈衝中之實質上相等之能量。 在圖1D中，第一環形腔如上文所描述包含分束器123、鏡126及稜鏡108。第二環形腔包含一分束器133、一鏡137及一稜鏡138。來自該第一環形腔之分束器123之光係經引導至該第二環形腔之分束器133。分束器133實質上類似於分束器123而運作。鏡137使雷射脈衝在第二環形腔內重新聚焦且較佳具有實質上等於該第二環形腔之光學路徑長度之一曲率半徑。如上文針對其他實施例所描述，稜鏡138較佳使其輸入面及輸出面切割使得入射及傳輸光線相對於該面成實質上或近似布魯斯特角。輸出光透過分束器133沿著一方向132離開第二環形腔且包括來自第一環形腔之脈衝及已繞第二環形腔循環之脈衝之一組合。分束器133亦如針對先前實施例所描述般使各脈衝之一分率再循環。 圖1E展示具有與圖1C之佈局不同之一佈局(但相同組件)之另一例示性脈衝倍增器140。若在環形腔中光之入射角在圖1C之鏡126及分束器123上實質上類似，則保持彼等入射角為低將導致自鏡126穿過稜鏡128至分束器123之光學路徑長度僅略長於自分束器123至鏡126之光學路徑長度。因為鏡126較佳具有實質上等於該腔之總光學路徑長度之一半之一曲率半徑，所以將使雷射脈衝重新聚焦至介於稜鏡128與分束器123之間之一位置處(但通常相當接近分束器123)之一光束腰。對於在深UV波長處使用之脈衝倍增器，此可導致入射於分束器128之表面上之一高功率密度且可降低其壽命。 圖1E之實施例修改環形腔之幾何形狀以移動光束腰使其離分束器123之表面稍遠點。在一些較佳實施例中，光束腰係放置於稜鏡128之輸出面與分束器123之表面之間之約中途處。 如圖1E中所展示，分束器123與鏡126之間之距離係d1，鏡126與稜鏡128之輸入面之間之距離係d2，沿著由光跟隨之軸之稜鏡128之長度係L1且自稜鏡128之輸出面至分束器123之距離係d3。因此，環形腔之總光學路徑長度係等於d1 + d2 + d3 + L1*n，其中n係在雷射之波長處稜鏡材料之折射率。例如，若稜鏡128包括CaF2 且雷射波長為266 nm，則該折射率將為1.462。若(例如)輸入雷射之重複速率係125 MHz且將藉由環形腔執行該重複速率之一加倍，則該環形腔之光學路徑長度應約等於光在4 ns中行進之距離(即，約1.199 m)。如上文所闡釋，在某些較佳實施例中，將環形腔之光學路徑長度設定為比此距離稍長或稍短之一長度以進一步降低雷射之峰值功率。例如，對於具有125 MHz之一重複速率之一雷射可將環形腔之光學路徑長度設定為約1.214 m。 如上文所闡釋，較佳地，鏡126之曲率半徑係約等於光學路徑長度之一半。離鏡126光學路徑長度之一半遠使雷射光束腰重新聚焦。輸入雷射應較佳在分束器123之前聚焦使得自雷射光束腰至鏡126之光學路徑距離亦約等於腔之光學路徑之一半。 在鏡126上之入射角係θ1 使得入射於鏡126上之光如所展示般透過2θ1 之一角度偏轉。在分束器123上之入射角係θ2 。對於稜鏡128之布魯斯特角θB 係藉由在雷射波長處該稜鏡材料之折射率予以判定。對於在266 nm之一波長處之CaF2 ，布魯斯特角係約55.6°。如所展示，使以布魯斯特角入射於稜鏡128之表面上之光線偏離等於2θB - 90°之一角度(即，對於在266 nm之一波長處之CaF2 為約21.3°之一角度)。如所展示，使稜鏡128相對於平行於分束器123與鏡126之間之光之一線成一角度δ傾斜。 自幾何形狀中，可導出以下關係： 2θ1 = 2θB - 90° + δ 2θ2 = 2θB - 90° - δ d1 = L1*cos(δ) + d2*cos(2θ1 ) + d3*cos(2θ2 ) d3*sin(2θ2 ) = d2*sin(2θ1 ) + L1*sin(δ) 與所要環形腔光學路徑長度及稜鏡128之性質組合之此等方程式允許選擇適當角度、稜鏡長度L1及組件間距d1、d2及d3以在一所要位置處放置光束腰，同時維持在鏡126上之一相當小入射角θ1 因此保持光學像差為可接受的。 在類似於圖1B及圖1D中所展示之方式之一方式中，可包含(即，光學耦合)如圖1E中所展示之腔之兩個腔以達成一較高倍增速率(諸如一四倍之倍增速率)。 圖3A展示一例示性雷射脈衝倍增器300，雷射脈衝倍增器300並不包含一稜鏡且因此可在不存在與雷射波長及峰值功率位準相容之用於稜鏡之易於可用及/或便宜之材料時使用。 雷射脈衝自方向301到達。各脈衝之部分係自一分束器303反射至一輸出方向302中且部分進入一環形腔(該環形腔可因為其之交叉路徑而稱為一蝶式環形腔)。如上文所闡釋，若該環形腔及分束器303無損耗的，則分束器303將較佳反射各雷射脈衝之能量之約三分之一且將約三分之二傳輸至該環形腔中。如上文所闡釋，可修改此等值以考量分束器及環形腔之損耗以在一脈衝速率加倍器中維持實質上相等能量輸出脈衝。 在一雷射脈衝進入環形腔之後，其係自一平面鏡304反射且經引導朝向一曲面鏡305。鏡305朝向一曲面鏡306反射該雷射脈衝。鏡306朝向分束器303反射回該雷射脈衝。選取鏡305及306之曲率以使各雷射脈衝在環形腔內部重新聚焦。鏡305及306之曲率半徑(且因此焦距)之不同組合係可行的。例如，可使輸入雷射脈衝聚焦至分束器303及鏡304之間之實質上中途之一光束腰。鏡305可具有經選取以便準直該等雷射脈衝之一曲率半徑。鏡306可具有相同曲率半徑(假定該等組件之一對稱佈局)以使各脈衝重新聚焦至分束器303與鏡304之間之實質上中途之一光束腰。在另一實施例中，輸入雷射脈衝係實質上經準直。在此情況中，鏡305可使該等雷射脈衝重新聚焦至鏡305與鏡306之間之實質上中途之一光束腰。接著，鏡306可重新準直該等雷射脈衝。熟習此項適當技術者將瞭解除上文所描述之兩個方案之外之其他重新聚焦方案係可行的。 當脈衝撞擊分束器303時，該脈衝之部分係沿著輸出方向302傳輸且部分係圍繞環形腔再循環。如上文所闡釋，腔長度可相等於稍大於或稍小於兩個連續外來雷射脈衝之間之間隔之一半。 熟習此項適當技術者將瞭解平面鏡304與曲面鏡305及306之一者可隨著該等曲面鏡之焦距之一適當變化而在位置上交換。 圖3B繪示包含類似於圖3A中所繪示之一環形腔之兩個環形腔以產生高於可自一單一環形腔便於獲得之一倍增因數之一替代例示性脈衝倍增器310。例如，第一環形腔可經組態以按輸入雷射之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝。第二環形腔可經組態以按該第一環形腔之輸出之重複速率之兩倍產生具有實質上相等能量之脈衝，藉此使輸入雷射之重複速率乘以4同時維持各輸出脈衝中之實質上相等之能量。 在圖3B中，第一環形腔如上文所描述包含組件303、304、305及306。第二環形腔包括一分束器313及鏡314、315及316。來自該第一環形腔之分束器303之光係經引導至該第二環形腔之分束器313。分束器313實質上類似於分束器303而運作。鏡314將該光重新引導至曲面鏡315。鏡315及316使雷射脈衝在第二環形腔內重新聚焦。輸出光透過分束器313沿著一方向312離開第二環形腔且包括來自第一環形腔之脈衝及已繞第二環形腔循環之脈衝之一組合。分束器313亦如針對先前實施例所描述般使各脈衝之一分率再循環。 注意，儘管圖3B描繪該等組件如同其等皆佈置於一平面中，但該佈局可為三維的。例如，來自方向101之輸入雷射脈衝可在第二環形腔之光學組件之上方或下方行進。 圖4A展示亦不包含一稜鏡之另一例示性雷射脈衝倍增器400。此實施例僅包含一分束器及具有實質上相等曲率半徑之兩個曲面鏡。此實施例之對準尤其簡單。此實施例係類似於如Herriott等人之「Off-axis Spherical Mirror Interferometers」(應用光學3，#4，第523頁至第526頁，1964年)及Herriott等人之「Folded Optical Delay Lines」(應用光學4，#8，第883頁至第889頁，1965年)中所描述之一赫里奥特池。顯著地，此實施例包含環形腔中之一分束器以執行脈衝倍增。Herriott等人之參考文獻並未描述在腔中包含一分束器且並未描述脈衝速率倍增應用。 雷射脈衝自一方向401到達。各脈衝之部分係藉由一分束器407沿著一輸出方向402傳輸且部分進入環形腔。如上文針對圖1A所闡釋，當用作一脈衝速率加倍器時，若環形腔及分束器407係無損耗的，則分束器407將較佳傳輸各雷射脈衝之能量之約三分之一且將約三分之二反射至該環形腔中。如上文所闡釋，可修改此等值以考量分束器及腔之損耗以在一脈衝速率加倍器中維持實質上相等能量輸出脈衝。 在一雷射脈衝進入環形腔之後，其係自一曲面鏡405反射且經引導朝向一曲面鏡406。鏡406重新引導光返回朝向鏡405。在來自兩個鏡之多個反射(來自圖4A中所展示之實例中之各鏡之兩個反射)之後，脈衝在重新聚焦之後返回到達分束器407。如Herriott等人(1964年)所描述，來自各鏡之反射之數目僅取決於兩個鏡相對於該等鏡之間距d之曲率半徑且並不取決於光進入環形腔之確切角度。例如，若該兩個鏡之曲率半徑係d (即，各鏡之焦距係d/2)，則在來自各鏡之兩個反射之後，各脈衝將已經重新聚焦且將返回到達分束器407，其中該脈衝之部分將沿著方向402經反射離開環形腔且部分將經傳輸返回至該環形腔中。Herriott等人(1964年)給定該等鏡之焦距(且因此曲率半徑)之值作為對於離開各鏡之2個、3個、4個、6個、12個及24個反射之d之一倍數。如Herriott等人所闡釋，其他數目之反射係可行的。如Herriott等人(1964年)所描述，該等反射取決於反射之數目及光自分束器407入射於鏡405上之角度而可能不在於一平面中。來自各鏡之兩個以上反射使該腔相較於使用來自各鏡之兩個反射之一腔更加緊緻。然而，因為在各鏡反射處損耗一些光，所以在鏡反射損耗並不如此小時(舉例而言，如在深UV波長處)每鏡兩個反射將為較佳的，但在每反射之損耗小時(例如，在紅外線、可見光或近UV波長處)每鏡兩個以上反射可能可用。 無論輸入雷射脈衝之光束腰之位置如何，脈衝倍增器400將使雷射脈衝重新聚焦使得沿著方向402離開之輸出脈衝將看似具有近似或實質上類似於輸入脈衝之發散及光束腰。在脈衝倍增器400之一些較佳實施例中，來自方向401之輸入雷射脈衝將實質上經準直以便最小化入射於分束器407上之功率密度。接著，輸出雷射脈衝亦將實質上經準直。 圖4B展示比圖4A之脈衝倍增器400更緊緻之另一脈衝速率倍增器410。脈衝倍增器410使用一平面鏡416以后向反射來自一曲面鏡415之光，因此為相同腔光學路徑長度而相較於脈衝倍增器400對分倍增器410之該兩個鏡之間之距離(即，對於脈衝倍增器410之d/2之一鏡間距導致與對於脈衝倍增器400之d之一鏡間距相同之光學路徑長度)。曲面鏡415具有與鏡405(圖4A)相同之曲率半徑。脈衝倍增器410優於脈衝倍增器400之另一優點係在於分束器417可與平面鏡416近似共面而定位，藉此簡化構造及對準。注意，分束器417之反射及傳輸角色相較於其等在脈衝倍增器400中之分束器407中之角色而互換。 脈衝倍增器410使用一第二分束器413以分離輸入雷射脈衝及輸出雷射脈衝。在圖4B中所展示之實施例中，分束器413係經配置以便傳輸外來雷射脈衝之實質上100%之一偏振分束器，該等外來雷射脈衝係如藉由一箭頭404所展示般相對於分束器413實質上p偏振。在某些實施例中，此傳輸係藉由定向分束器413使得來自方向411之光針對雷射之波長以近似布魯斯特角入射而達成。 爲了分束器413反射各輸出脈衝之能量之一高百分比，該等輸出脈衝之偏振需要實質上定向為相對於分束器413之s偏振。此偏振可藉由定位於分束器413與417之間之一四分之一波片418達成。四分之一波片418係經定向以便將輸入偏振轉換至實質上圓偏振。在環形腔內部之奇數數目個反射(在圖4B中所展示之實施例中為七個反射)之後，該圓偏振之旋向性已逆轉(即，左圓偏振成為右圓偏振或反之亦然)使得輸出脈衝在其等通過四分之一波片418時經轉換回至相對於輸入偏振旋轉90°之實質上線性偏振。注意，與'075應用之在環形腔中含有波片之實施例相反，四分之一波片418係在環形腔之外部。 本文中所描述之脈衝倍增器之實施例在環形腔中均不需要一波片。代替性地，僅分束器係用於判定各脈衝之離開該腔之分率及圍繞該腔再循環之分率。 注意，脈衝倍增器410中之光束腰可在鏡416之表面上或接近鏡416之表面。是否使用脈衝倍增器410或脈衝倍增器400之選擇取決於雷射之波長、功率密度及對環形腔可用之空間。 以類似於圖1及圖3之實施例之一方式，圖4A及圖4B中所展示之實施例之兩個或兩個以上脈衝倍增器可耦合在一起以達成較高倍增速率。 有利的是，檢測系統可包含上文所描述之脈衝倍增器。該檢測系統可為一明場檢測系統、一暗場檢測系統或具有明場模式及暗場模式兩者之一系統。該檢測系統可經組態以檢測半導體晶圓或光微影遮罩。明確言之，該檢測系統可經組態以偵測一圖案化樣本上之圖案化缺陷或可經組態以偵測在一圖案化或未圖案化表面上之微粒、凹處或凸塊。 例如，藉由上文所描述之脈衝倍增器產生之高重複速率雷射脈衝可用於一即時閃光(flash-on-the-fly)檢測系統中，其中一單一雷射脈衝照明待檢測之一移動樣本(諸如一晶圓或主光罩)之一部分且一影像係藉由一相機獲取。因為各雷射脈衝係具有短持續時間，所以有效地凍結該運動且獲取一非模糊影像。有利的是，如藉由上文所描述之脈衝倍增器所提供之一較高重複速率可使得每單位時間能夠獲取更多影像，藉此允許更快運動。在用於一即時閃光檢測系統中之一脈衝倍增器之一些實施例中，因為一目標係凍結運動，所以較佳的是在使脈衝速率倍增時並不過度地加寬各雷射脈衝。因此，在此等實施例中，可將腔長度設定為實質上相等於連續外來脈衝之間之時間間隔之一半。 圖5繪示包含併入一脈衝倍增器520之一光源之一例示性未圖案化晶圓檢測系統500。在系統500中，可使用一機構502旋轉及平移一晶圓501以確保該晶圓之整個表面係可掃描的。脈衝倍增器520可有利地針對經引導至晶圓501上之一垂直光束503及一傾斜光束504產生脈衝。接著，(例如)使用一科布連兹球體(Coblenz sphere)508及光學器件509將來自晶圓501之經反射之入射光引導至偵測器上(為簡單起見未展示)。系統500可提供(例如)包含一窄光電倍增管(PMT)505及一寬PMT 506之窄偵測路徑及寬偵測路徑兩者。1993年2月23日授證給Jann等人之美國專利5,189,481更詳細描述系統500且以引用的方式併入本文中。顯著地，脈衝倍增器520可使來自一UV、深UV或真空UV雷射之脈衝倍增。脈衝倍增器520可有利地增加重複速率同時降低所使用之無論哪一雷射之峰值功率。 2001年3月13日授證給Vaez-Iravani等人之美國專利6,201,601及2001年8月7日授證給Marx等人之美國專利6,271,916提供有關可有利地併入本文中所描述之脈衝倍增器之任一者之未圖案化晶圓檢測系統之進一步細節。此等專利之兩者皆以引用的方式併入本文中。 圖6繪示包含一光源(該光源包括一脈衝倍增器601)之一例示性圖案化晶圓檢測系統600，該光源可提供近垂直及傾斜照明兩者(為清晰起見僅展示傾斜照明602)。脈衝倍增器601可自一UV、深UV或真空UV雷射產生脈衝。有利的是，脈衝倍增器601可增加所使用之雷射之重複速率，同時降低其峰值功率。在系統600中，多通道收集603可在一增加之信雜比(SNR)之情況下提供一大收集區域、併像及通道融合。如藉由脈衝倍增器601產生之照明偏振可提供先前層抑制及缺陷選擇性。促進多通道集合603之照明通道可照明晶圓604上之一或多個點、一或多條窄線或一矩形區域。偵測通道可包含傅氏(Fourier)濾光(對於圖案化抑制)、偏振選擇、角度範圍及/或數值孔徑(NA)控制。2009年4月28日授證給Leong等人且以引用的方式併入本文中之美國專利7,525,649進一步詳細描述表面檢測裝置600及其他多個收集系統。 有利的是，計量系統亦可包含上文所描述之脈衝倍增器。例示性計量系統可包含(但不限於)：一橢圓偏振計(例如，參見美國專利第6,734,968號，其以引用的方式併入本文中)、一角析反射計(例如，參見美國專利4,999,014或美國專利7,667,841，兩者皆以引用的方式併入本文中)或一光聲量測系統(例如，參見美國專利4,710,030，其以引用的方式併入本文中)。在併入一脈衝倍增器之一光聲量測系統之一些實施例中，較佳的是並不過度地加寬各雷射脈衝以針對各輸出脈衝具有一高峰值功率。因此，在此等實施例中，可將腔之光學長度設定為實質上相等於連續外來脈衝之間之間隔之一半。 注意，包含一脈衝倍增器之任何檢測或計量系統可結合一脈衝塑形及/或同調性降低器件而使用。例示性脈衝塑形及同調性降低器件包含(但不限於)在Chuang等人之同在申請中之美國公開專利申請案2011/0279819及2011/0228263兩者中所描述之此等器件。此兩個申請案皆主張2008年9月29日申請之美國臨時申請案61/100,990之優先權。全部此等申請案以引用的方式併入本文中。此等脈衝塑形器件可用於降低各雷射脈衝之同調性或以其他方式修改該脈衝之形狀。 圖7繪示根據本發明之實施例之結合適於併入一檢測或計量系統中之一脈衝倍增器使用之一脈衝塑形或同調性降低器件之態樣。一光源710包括一脈衝雷射及一脈衝倍增器。光源710產生包括一系列脈衝之一光束712。此實施例之一態樣係利用有限頻譜範圍之雷射以執行一光束712之一實質上迅速時間調變，此可在約十分之一皮秒時間標度上改變(十分之一皮秒時間間隔在頻譜寬度上相等於約1 pm)且將時間調變變換至空間調變。 對於斑點減少及/或脈衝塑形提供一色散元件及一電光調變器之使用。例如，照明子系統包含定位於光之同調脈衝之路徑中之一色散元件。如圖7中所展示，該色散元件可定位於與光之同調脈衝之截面x1 成角度θ1 而配置之一平面714處。如圖7中進一步展示，光之該等脈衝與截面維度x1 '成角度θ1 '而離開該色散元件。在一實施例中，該色散元件係一稜鏡。在另一實施例中，該色散元件係一繞射光柵。該色散元件經組態以藉由混合在光之脈衝中之光分佈之空間特性及時間特性而降低光之該等脈衝之同調性。特定言之，一色散元件(諸如一稜鏡或繞射光柵)提供光之脈衝中之光分佈之空間特性與時間特性之間之一些混合。該色散元件可包含可取決於照明子系統及計量或檢測系統之光學特性而改變之任何合適稜鏡或繞射光柵。 照明子系統進一步包含定位於離開色散元件之光之脈衝之路徑中之一電光調變器。例如，如圖7中所展示，該照明子系統可包含定位於離開該色散元件之光之脈衝之路徑中之一電光調變器716。該電光調變器經組態以藉由時間上調變在光之脈衝中之光分佈而降低光之脈衝之同調性。特定言之，該電光調變器提供光分佈之一任意時間調變。因此，色散元件及電光調變器對藉由光源產生之光之脈衝具有一組合效應。特定言之，該色散元件與該電光調變器之組合產生一任意時間調變且將該時間調變變換至一輸出光束718之一任意空間調變。 在一實施例中，電光調變器經組態而以十分之一皮秒時間間隔改變在光之脈衝中之光分佈之時間調變。在另一實施例中，電光調變器經組態以在該電光調變器之調變之各週期上提供約1000個非週期樣本藉此提供約10-13 秒之一去同調時間。 根據本發明之特定實施例，併入一脈衝倍增器之一檢測系統可在一單一偵測器上同時偵測兩個資料通道。此一檢測系統可用於檢測一基板(諸如一主光罩、一光罩或一晶圓)且可如2009年5月15日授證給Brown等人之美國專利7,528,943中所描述般操作。該'943專利以引用的方式併入本文中。 圖8展示在一感測器870上同時偵測影像或信號之兩個通道之一主光罩、光罩或晶圓檢測系統800。在一些實施例中，一或兩個照明源809及810併入一脈衝倍增器。在一些實施例中，包括一脈衝倍增器之一單一光源可用於照明源809及810。該兩個通道在一檢測物件830係透明(例如，一主光罩或光罩)時可包括反射及傳輸強度或可包括兩個不同照明模式(諸如入射角、偏振狀態、波長或其等之一些組合)。 如圖8中所展示，照明中繼光學器件815及820分別中繼自源809及810至檢測物件830之照明。檢測物件830可為一主光罩、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855及860中繼藉由檢測物件830反射及/或傳輸至感測器870之光。對應於兩個通道之經偵測信號或影像之資料係展示為資料890且經傳輸至用於處理之一電腦(未展示)。 可經組態以量測來自主光罩或光罩之傳輸及反射光之主光罩及光罩檢測系統及方法之其他細節係描述於2008年4月1日授證之Kvamme等人且以引用的方式併入本文中之美國專利7,352,457中。有關可併入一脈衝倍增器之主光罩及光罩檢測系統及方法之額外細節可見於1996年10月8日授證之Emery等人且以引用的方式併入本文中之美國專利第5,563,702號中。 根據本發明之特定實施例併入一脈衝倍增器之一檢測系統可併入多個通道，其中各通道可包括具有不同特性(諸如類型、波長範圍等)之光。利用多個通道且適於併入一脈衝倍增器之檢測系統及方法係描述於2009年7月16日公開之Armstrong等人且以引用的方式併入本文中之美國公開申請案2009/0180176中。 根據本發明之特定實施例併入一脈衝倍增器之一檢測系統可併入一主要照明源、一次要照明源及一折反射式物鏡，其中該等照明源之至少一者包括一脈衝倍增器。適於併入一脈衝倍增器且利用一主要照明源及一次要照明源以及一折反射式物鏡之檢測系統及方法係描述於2007年1月4日公開之Chuang等人之美國公開申請案2007/0002465中且該案以引用的方式併入本文中。 顯著地，脈衝倍增器可花費不多地降低每脈衝之峰值功率同時在具有最小總功率損耗之情況下增加每秒之脈衝數目。脈衝倍增器可有利地使用現有雷射啟用高速檢測及計量。暗場檢測系統依靠雷射光源。上文所描述之脈衝倍增器允許彼等系統使用將以其他方式具有非常低之一脈衝重複速率之雷射且對極高重複速率UV雷射或CW雷射提供一潛在替代品(若沒有適當雷射係可用或可用雷射太昂貴或不可靠)。 上文連同繪示本發明之原理之附圖提供本發明之一或多個實施例之一詳細描述。本發明係結合此等實施例而描述但本發明並不限於任何實施例。 例如，在一實施例中，光學組件可針對雷射波長用適當塗層予以塗佈。任何傳輸元件(諸如波片)之各表面亦可具有最小化在各表面處反射之雷射能量之量之一抗反射塗層。鏡可用經設計以在雷射波長處最大化反射且最小化散射之塗層予以塗佈。 在另一實例中，在一實施例中，環形腔可具有與上文給定之實例不同之一形狀或鏡之一數目。例如，可使用一懷特池(J. White之「Long Optical Paths of Large Aperture」，美國光學學會之期刊32 #5，第285頁，1942年)或其他環形腔。 在一些實施例中，一或多個鏡可在多個環形腔之間共用。在一些情況中，與分離腔相比較，此可簡化對準以及製造一更緊緻之脈衝倍增器。 本發明之範疇係僅藉由申請專利範圍限制且本發明涵蓋眾多替代例、修改及等效物。在以上描述中闡述眾多特定細節以提供對本發明之一徹底理解。此等細節係為實例而提供且可在不具有此等特定細節之一些或全部之情況下根據申請專利範圍實踐本發明。為清晰起見，並未詳細描述在與本發明有關之技術領域中已知之技術材料以使得不必模糊本發明。
0‧‧‧個別脈衝
1‧‧‧個別脈衝
2‧‧‧個別脈衝
3‧‧‧個別脈衝
4‧‧‧個別脈衝
5‧‧‧個別脈衝
6‧‧‧個別脈衝
7‧‧‧個別脈衝
100‧‧‧例示性脈衝倍增器/脈衝倍增器/倍增器
101‧‧‧輸入光方向/方向
102‧‧‧輸出光方向/輸出方向
103‧‧‧分束器/組件
104‧‧‧箭頭
106‧‧‧鏡/組件
107‧‧‧鏡/組件
108‧‧‧稜鏡/組件
109‧‧‧輸入面
110‧‧‧例示性脈衝倍增器
112‧‧‧方向
113‧‧‧分束器
116‧‧‧鏡
117‧‧‧鏡
118‧‧‧稜鏡
119‧‧‧稜鏡輸入面
120‧‧‧例示性脈衝倍增器/脈衝倍增器/倍增器
121‧‧‧方向
122‧‧‧輸出方向
123‧‧‧分束器
124‧‧‧方向
126‧‧‧曲面鏡
128‧‧‧稜鏡
129‧‧‧稜鏡輸入面
130‧‧‧例示性脈衝倍增器
132‧‧‧方向
133‧‧‧分束器
137‧‧‧鏡
138‧‧‧稜鏡
140‧‧‧例示性脈衝倍增器
200A‧‧‧原始脈衝/輸入脈衝
200B‧‧‧原始脈衝/輸入脈衝
201A‧‧‧輸出脈衝列/總和
201B‧‧‧輸出脈衝列/總和
201C‧‧‧輸出脈衝列
201D‧‧‧輸出脈衝列
202A‧‧‧能量包絡/功率包絡/輸出包絡
202B‧‧‧能量包絡/輸出包絡
202C‧‧‧能量包絡
202D‧‧‧能量包絡/輸出包絡
300‧‧‧例示性雷射脈衝倍增器
301‧‧‧方向
302‧‧‧輸出方向
303‧‧‧分束器/組件
304‧‧‧平面鏡/組件
305‧‧‧曲面鏡/組件
306‧‧‧曲面鏡/組件
310‧‧‧例示性脈衝倍增器
312‧‧‧方向
313‧‧‧分束器
314‧‧‧鏡
315‧‧‧曲面鏡
316‧‧‧鏡
400‧‧‧例示性雷射脈衝倍增器/脈衝倍增器
401‧‧‧方向
402‧‧‧輸出方向
404‧‧‧箭頭
405‧‧‧曲面鏡
406‧‧‧曲面鏡
407‧‧‧分束器
410‧‧‧脈衝速率倍增器
411‧‧‧方向
413‧‧‧第二分束器
415‧‧‧曲面鏡
416‧‧‧平面鏡
417‧‧‧分束器
418‧‧‧四分之一波片
500‧‧‧例示性未圖案化晶圓檢測系統/系統
501‧‧‧晶圓
502‧‧‧機構
503‧‧‧垂直光束
504‧‧‧傾斜光束
505‧‧‧窄光電倍增管
506‧‧‧寬光電倍增管
508‧‧‧科布連兹球體
509‧‧‧光學器件
520‧‧‧脈衝倍增器
600‧‧‧例示性圖案化晶圓檢測系統/系統/表面檢測裝置
601‧‧‧脈衝倍增器
602‧‧‧傾斜照明
603‧‧‧多通道收集
604‧‧‧晶圓
710‧‧‧光源
712‧‧‧光束
714‧‧‧平面
716‧‧‧電光調變器
718‧‧‧輸出光束
800‧‧‧主光罩、光罩或晶圓檢測系統
809‧‧‧照明源
810‧‧‧照明源
815‧‧‧照明中繼光學器件
820‧‧‧照明中繼光學器件
830‧‧‧檢測物件
855‧‧‧影像中繼光學器件
860‧‧‧影像中繼光學器件
870‧‧‧感測器
890‧‧‧資料
C‧‧‧環形腔之傳輸率
d‧‧‧鏡之間距/兩個鏡之曲率半徑
d1‧‧‧距離/組件間距
d2‧‧‧距離/組件間距
d3‧‧‧自稜鏡之輸出面至分束器之距離/組件間距
d/2‧‧‧各鏡之焦距/鏡間距
L1‧‧‧長度/稜鏡長度
R‧‧‧分束器之反射率
T‧‧‧分束器之傳輸率
x1‧‧‧剖面
x1'‧‧‧剖面維度
θ1‧‧‧角度
θ1'‧‧‧角度
δ‧‧‧角度
圖1A繪示經組態以產生具有為一輸入脈衝列之速率之整數倍之一重複速率之一脈衝列之一例示性脈衝倍增器。 圖1B繪示自兩個腔組態以產生具有高於可自一單一腔獲得之一重複速率之一脈衝列之一例示性脈衝倍增器。 圖1C繪示經組態以產生具有為輸入脈衝列之速率之整數倍之一重複速率之一脈衝列之一替代例示性脈衝倍增器。 圖1D繪示可耦合圖1C中所展示之腔之兩者以產生具有高於可自一單一腔獲得之一重複速率之一脈衝列之一方法。 圖1E繪示圖1C中所展示之脈衝倍增器之一實施例之更多細節。 圖2A繪示藉由圖1A、圖1B、圖1C、圖1D、圖1E、圖3A、圖3B、圖4A及圖4B之脈衝倍增器之一者之例示性能量包絡輸出。各能量包絡包含一輸出脈衝列。 圖2B繪示一脈衝倍增器可使原始重複脈衝速率加倍同時降低峰值功率且確保在各脈衝中之實質上相等之能量。 圖3A及圖3B繪示分別包括一單一蝶式環形腔及兩個蝶式環形腔之替代例示性脈衝倍增器。 圖4A繪示基於一赫里奥特池(Herriott cell)之一替代例示性脈衝倍增器。 圖4B繪示基於一赫里奥特池之一半之一替代例示性脈衝倍增器。 圖5繪示併入一脈衝倍增器之一例示性未圖案化之晶圓檢測系統。 圖6繪示併入一脈衝倍增器之一例示性圖案化之晶圓檢測系統。 圖7繪示可與一脈衝倍增器結合之一例示性同調性降低及/或脈衝塑形方案。 圖8繪示併入一脈衝倍增器之一例示性光罩、主光罩或晶圓檢測系統。

Claims (16)

  1. 一種脈衝倍增器，其包括：一第一環形腔，其包含：一第一分束器，其接收位於一第一頻率之複數個連續輸入雷射脈衝；及包含一或多個鏡的一鏡組；及一第二環形腔，其包含：一第二分束器；及包含一或多個鏡的一第二鏡組；其中該第一分束器將該等輸入雷射脈衝之每一者之一第一分率引導至該第二分束器，以及將該等輸入雷射脈衝之每一者之一第二分率引導至該第一環形腔中作為一第一循環雷射脈衝，其中該第二分束器將入射於其上之各雷射脈衝之一第三分率引導至該脈衝倍增器之一輸出，以及將入射於其上之各雷射脈衝之能量之一第四分率引導至該第二環形腔中作為一第二循環雷射脈衝，其中該第一環形腔具有約為在該等連續外來脈衝之間之距離之一半的一光學路徑長度，其中在該等連續外來脈衝之間之該距離等於光速乘以在該等連續外來脈衝之間的時間間隔，及其中該第二環形腔之一光學路徑長度約為該第一環形腔之該光學路徑的一奇整數倍一半。
  2. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一分束器在該第一循環雷射脈衝已橫越該第一環形腔一次之後進一步引導該第一循環雷射脈衝之能量之實質上該第二分率離開該第一環形腔至該第二分束器，同時引導該第一循環雷射脈衝之該能量之實質上該第一分率返回至該第一環形腔中。
  3. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第二分束器在該第二循環雷射脈衝已橫越該第二環形腔一次之後進一步引導該第二循環雷射脈衝之能量之實質上該第四分率離開該第二環形腔作為該脈衝倍增器之一輸出，同時引導該第二循環雷射脈衝之該能量之實質上該第三分率返回至該第二環形腔中。
  4. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一分率實質上等於該第三分率。
  5. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第二分率實質上等於該第四分率。
  6. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一環形腔及該第二環形腔之至少一者的進一步特徵在於其不含有一波片。
  7. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一環形腔及該第二環形腔皆不含有一波片。
  8. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一分率約為三分之一，且該第二分率約為三分之二。
  9. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第三分率約為三分之一，且該第四分率約為三分之二。
  10. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一分率、該第二分率、該第三分率及該第四分率經選擇而使得回應於該等連續輸入雷射脈衝以在該脈衝倍增器之該輸出處提供實質上相等能量輸出脈衝。
  11. 如請求項1之脈衝倍增器，其中每當各雷射脈衝橫越該第一環形腔時，該第一環形腔中之各雷射脈衝實質上重新聚焦，且其中每當各雷射脈衝橫越該第二環形腔時，該第二環形腔中之各雷射脈衝實質上重新聚焦。
  12. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第一環形腔進一步包括一稜鏡。
  13. 如請求項1之脈衝倍增器，其中該第二環形腔進一步包括一稜鏡。
  14. 如請求項1之脈衝倍增器，其中包含一或多個鏡的該鏡組包括至少兩個曲面鏡。
  15. 如請求項14之脈衝倍增器，其中包含一或多個鏡的該第二鏡組包括至少兩個曲面鏡。
  16. 如請求項14之脈衝倍增器，其中該等曲面鏡之至少兩者具有實質上類似之曲率半徑。
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