本申請案主張2014年3月20日申請的標題為“用于減少激光的帶寬的系統及方法及使用激光的檢驗系統及方法(A System and Method for Reducing the Bandwidth of a Laser and an Inspection System and Method Using a Laser)”且以引用的方式并入本文中的第61/955,792號美國臨時專利申請案的優先權。

相關申請案

本申請案與以下各者有關：2013年1月24日申請的標題為“使用OPO的193nm激光及使用193nm激光的檢驗系統(193nm Laser Using OPO and an Inspection System Using a 193nm Laser)”的第61/756,209號美國臨時專利申請案；2014年1月17日申請的標題為“193nm激光及檢驗系統(193nm Laser and Inspection System)”的第14/158,615號美國專利申請案；2013年3月12日申請的標題為“固態激光器及使用193nm激光的檢驗系統(Solid-State Laser and Inspection System Using 193nm Laser)”的第13/797,939號美國專利申請案；2013年2月13日申請的標題為“193nm激光及使用193nm激光的檢驗系統(193nm Laser and an Inspection System Using a 193nm Laser)”的第61/764,441號美國臨時專利申請案；2014年1月31日申請的標題為“193nm激光及檢驗系統(193nm Laser and Inspection System)”的第14/170,384號美國專利申請案；2012年12月5日申請的標題為“使用激光脈沖倍增器的半導體檢驗及計量系統(Semiconductor Inspection and Metrology System Using Laser Pulse Multiplier)”的第61/733,858號美國臨時專利申請案；及2012年12月11日申請的標題為“使用激光脈沖倍增器的半導體檢驗及計量系統(Semiconductor Inspection and Metrology System Using Laser Pulse Multiplier)”的第13/711,593號美國專利申請案。這些相關申請案以引用的方式并入本文中。

技術領域

本申請案涉及適于產生深UV(DUV)及真空UV(VUV)波長的輻射的激光器，且涉及用于產生DUV及VUV波長的激光器光的方法。特定來說，本申請案涉及用于減少及控制DUV及VUV激光器的光譜帶寬的系統及方法。本文中描述的激光器尤其適用于檢驗系統中，包含用于檢驗光掩模、分劃板及半導體晶片的檢驗系統。

背景技術：

集成電路工業需要具有越來越高的靈敏度的檢驗工具來檢測日益變小的缺陷及其大小可為100nm或更小的顆粒。此外，這些檢驗工具必須高速操作以在較短時間周期(例如，一小時或更少)內檢驗光掩模、分劃板或晶片的大部分區域或甚至100％的區域。

一般來說，與較長波長相比，例如DUV及VUV波長的短波長對于檢測小缺陷具有更高靈敏度。光掩模或分劃板的檢驗優選使用與在從所述光掩模或分劃板印刷時使用的光刻相同的波長來完成。目前，將大體上193.4nm的波長用于最關鍵的光刻步驟，且將大體上248nm的波長用于較不關鍵的光刻步驟。

高速檢驗需要高功率激光器以使用高強度照明所檢驗的樣本，以檢測從小粒子或缺陷散射的小量的光，或允許檢測歸因于圖案中的缺陷的小反射比改變。所需激光功率電平可在從大約100mW(針對光掩模及分劃板的檢驗)直到10W以上(針對裸硅晶片上的小粒子及瑕疵的檢測)的范圍內。

通常，半導體工業中的檢驗需要具有極窄帶寬的激光器。此類檢驗系統通常使用具有大視場(通常尺寸為從數百微米到數mm)的物鏡透鏡，以允許大區域以高檢驗速度成像。具有低失真及大視場的物鏡透鏡是昂貴且復雜的。需要物鏡透鏡在大帶寬(例如大于數十pm)內操作顯著增加成本及復雜性。對于半導體工業中的檢驗應用，極其期望具有大約20pm或更小的帶寬的DUV激光器。

所屬領域中已知DUV激光器。在1992年9月1日頒予林(Lin)的標題為“使用頻率轉換技術的多波固態激光器(Multiwave Solid State Laser Using Frequency Conversion Techniques)”的美國專利5,144,630，及在1998年4月21日頒予米德(Mead)等人的標題為“使用激光手術設備的紫外固態激光方法及激光手術設備(Ultraviolet Solid State Laser Method Of Using Same And Laser Surgery Apparatus)”的美國專利5,742,626描述示范性DUV激光器。在這些激光器中，四次及五次諧波由在接近1064nm的波長下操作的脈沖式基頻紅外線激光器產生，從而導致大約266nm及213nm的波長。林(Lin)及米德(Mead)也教示使用光學參數振蕩器(OPO)從基頻激光器產生長于1064nm的紅外波長。

激光振蕩器的輸出帶寬由其腔內動態確定。在現有技術脈沖式激光器中，為進一步減少激光帶寬，已將各種帶寬限制裝置(例如標準量具、雙折射濾光器或光學光柵)并入到激光腔中。因為全部這些方法都為侵入式，所以其不可避免地引入對激光器的不利效應。這些不利效應包含額外功率損耗及更大復雜性，其通常導致較低激光效率、不良熱穩定性、較嚴格(tighter)未對準靈敏度及較長激光系統暖機時間。此外，因為腔內光束大小通常較小且由激光腔設計預先確定，且腔內激光功率密度通常遠高于激光輸出功率，所以這些腔內組件更易受損。

在現有技術脈沖式DUV激光器中，DUV輸出的帶寬直接取決于基頻紅外激光器的帶寬。即，基頻激光器的帶寬越寬，DUV輸出帶寬越寬。減少激光器的帶寬需要重新設計激光振蕩器腔。因為腔可控制激光器的許多性質(包含帶寬、重復率以及平均及峰值功率)，所以重新設計腔來減少帶寬同時維持其它激光參數可為復雜且耗時的任務。此外，使用現成(readily available)紅外基頻激光器可能無法實現特定DUV激光帶寬規格。

眾所周知的是，啁啾(chirp)拉伸激光脈沖的長度且降低其峰值功率(例如，參見http://www.rp-photonics.com/chirp.html)。因為非線性轉換效率隨峰值功率按比例調整，所以較低峰值功率將降低總體轉換效率，從而限制從激光系統產生的最大UV功率。因此，對于給定所需帶寬，高非線性轉換效率需要接近于變換限制(也稱為“無啁啾(chirp-free)”)脈沖。然而，因為例如色散、空間燒孔(spatial-hole burning,SHB)、增益飽和及非線性的激光腔內動態，從激光器產生的脈沖通常帶有啁啾。

因此，需要克服一些或全部上文缺點的DUV激光器。特定來說，需要一種減少或控制DUV激光器的帶寬的手段。

技術實現要素：

描述一種用于提供最優帶寬控制的DUV激光器。此DUV激光器包含基頻激光器、頻率轉換模塊、頻率混合模塊及光學帶寬濾波裝置。所述基頻激光器產生具有基頻波長帶寬的基頻波長。所述光學帶寬濾波裝置經定位以接收所述基頻波長，且從所述基頻波長選擇第一部分及第二部分使得所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。所述頻率轉換模塊轉換所述基頻波長的所述第一部分以提供具有第二波長的“信號光”，且所述頻率混合模塊混合所述第二波長與所述基頻波長的所述第二部分以產生加總(輸出)波長。通過利用所述光學帶寬濾波裝置來選擇所述較窄第二部分，本發明通過促進使用具有寬基頻波長帶寬范圍的基頻激光器(即，避免需要具有特定窄基頻波長帶寬的昂貴“定制(custom-built)”基頻激光器)而降低系統成本。另外，通過利用所述頻率轉換模塊從基頻的寬“拒斥(rejected)”第一部分提取具有可用第二波長的信號光，且將所述信號光引導到所述頻率混合模塊中以與所述第二部分混合，本發明還通過有效地“再循環”所述基頻的第一(拒斥)部分的可用部分而最小化能量損耗。因此，從具有遠窄于使用常規技術(例如，諧波轉換及頻率混合)可產生的波長帶寬的寬基頻波長帶寬有效率地產生所得加總(輸出)波長。

在另一實施例中，DUV激光器包含基頻激光器、頻率轉換模塊、諧波轉換模塊、頻率混合模塊及光學帶寬濾波裝置。所述基頻激光器產生具有基頻波長帶寬的基頻波長。所述頻率轉換模塊將所述基頻波長的第一部分轉換為第二波長。所述諧波轉換模塊從所述基頻波長的第二部分產生諧波波長。所述頻率混合模塊混合所述第二波長與所述諧波波長以產生加總波長。所述光學帶寬濾波裝置從所述基頻波長選擇所述第一部分及所述第二部分，使得所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。

在又另一實施例中，DUV激光器包含基頻激光器、頻率轉換模塊、諧波轉換模塊、頻率混合模塊及光學帶寬濾波裝置。所述基頻激光器產生具有基頻波長帶寬的基頻波長。所述頻率轉換模塊將所述基頻波長的第一部分轉換為第二波長。所述諧波轉換模塊從所述第二波長產生諧波波長。所述頻率混合模塊混合所述諧波波長與所述基頻波長的第二部分以產生加總波長。所述光學帶寬濾波裝置從所述基頻波長選擇所述第一部分及所述第二部分，使得所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。

根據本發明的方面，所述光學帶寬濾波裝置定位于所述基頻激光器的激光振蕩器腔外部。所述光學帶寬濾波裝置可包含從由以下各者組成的群組中選出的至少一個裝置：標準量具、光學電介質濾波器、體積布拉格光柵(volume Bragg grating)、雙折射濾光器及光學光柵。所述頻率轉換模塊可包含從由以下各者組成的群組中選出的至少一個裝置：光學參數振蕩器(OPO)、光學參數放大器(OPA)及拉曼(Raman)放大器。可產生所述第二波長作為來自所述OPO或所述OPA的信號光。在一個實施例中，所述基頻激光器包括產生大約405nm或更短的波長的二極管激光器。在另一實施例中，所述基頻激光器可包括光纖激光器、摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器或摻Nd釩酸鹽激光器。在一個實施例中，所述加總波長大約等于193nm。在另一實施例中，所述加總波長大約等于184nm。

描述一種產生深UV激光輻射的方法。在一個實施例中，所述方法包含：產生具有基頻波長及基頻波長帶寬的基頻激光器光；將所述基頻波長的第一部分轉換為第二波長；從所述基頻波長的第二部分產生諧波波長；及加總所述第二波長及所述諧波波長以產生輸出波長。應注意，所述基頻波長的所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。

描述另一種產生深UV激光輻射的方法。在一個實施例中，此方法包含：產生具有基頻波長及基頻波長帶寬的基頻激光器光；將所述基頻波長的第一部分轉換為第二波長；及加總所述第二波長及所述諧波波長的第二部分以產生輸出波長。應注意，所述基頻波長的所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。

描述另一種產生深UV激光輻射的方法。在一個實施例中，此方法包含：產生具有基頻波長及基頻波長帶寬的基頻激光器光；將所述基頻波長的第一部分轉換為第二波長；從所述第二波長產生諧波波長；及加總所述基頻波長的第二部分及所述諧波波長以產生輸出波長。應注意，所述基頻波長的所述第二部分包括所述基頻波長帶寬內窄于所述第一部分的波長范圍。

關于這些方法，第一部分及第二部分的選擇可由以下各者中的至少一者執行：標準量具、光學電介質濾波器、體積布拉格光柵、雙折射濾光器或光學光柵。應注意，此類光學帶寬濾波裝置實際上將一個波長范圍引導到頻率轉換鏈的一部分中且將另一波長范圍引導到頻率轉換列的另一部分中，因此與使用光學帶寬濾波裝置通過僅拒斥無用(unwanted)波長來減少帶寬的激光器相比，實質上降低功率損耗。此外，通過將帶寬窄化裝置放置于激光腔外部，可避免對腔內帶寬控制裝置的一些或全部不利效應。可在很大程度上維持除帶寬外的激光參數而無需重新設計激光振蕩器腔。將基頻波長的第一部分轉換為第二波長可由OPO、OPA或拉曼放大器來執行。產生基頻激光器光可由以下各者中的一者執行：二極管激光器、Nd:YAG激光器、摻Nd釩酸鹽激光器及摻Yb光纖激光器。

描述一種示范性檢驗系統。此檢驗系統包含照明源、光學器件及檢測器。所述照明源包含產生所要波長及帶寬的DUV輻射的DUV激光器。所述DUV激光器包含光學帶寬濾波裝置，例如標準量具，所述光學帶寬濾波裝置將一個波長范圍引導到頻率轉換鏈的一部分中，且將另一波長范圍引導到所述頻率轉換列的另一部分中。所述光學器件經配置以將來自所述照明源的輻射引導且聚焦到樣本上。所述樣本由載物臺支撐，所述載物臺在檢驗期間相對于所述光學器件移動。所述檢測器經配置以接收來自所述樣本的反射或散射光，其中所述光學器件進一步經配置以收集所述反射或散射光，將其引導且聚焦到所述檢測器上。所述檢測器包含一或多個圖像傳感器。至少一個圖像傳感器可為時間延遲積分(TDI)傳感器。

所述示范性檢驗系統可包含從不同入射角及/或不同方位角及/或以不同波長及/或偏光狀態照明所述樣本的一或多個照明路徑。所述示范性檢驗系統可包含在不同方向上收集由所述樣本反射或散射的光及/或對不同波長及/或不同偏光狀態敏感的一或多個集光路徑。所述示范性檢驗系統可包含在兩個側上具有用以同時讀出兩個不同信號的讀出電路的TDI傳感器。所述示范性檢驗系統可包含電子轟擊圖像或雪崩圖像傳感器。

描述一種用于控制激光器的帶寬且同時減少其啁啾的示范性方法。帶寬控制裝置放置于激光振蕩器腔外部。在某些境況下，在帶寬濾波之后，可將啁啾脈沖轉換為具有較窄帶寬及較短脈沖長度的更接近于變換限制脈沖。這對非線性頻率轉換的較高轉換效率來說是高度期望的。

附圖說明

圖1說明并入包括提供最優帶寬控制的DUV激光器的照明源的示范性檢驗系統。

圖2A及2B說明使用具有一或多個集光通道的線照明及提供最優帶寬控制的DUV激光器的示范性檢驗系統。

圖3說明包含提供法線照明及傾斜照明以及最優帶寬控制的DUV激光器的示范性檢驗系統。

圖4說明具有明場及暗場照明通道的示范性檢驗系統。在此檢驗系統中用于暗場照明通道的DUV激光器提供最優帶寬控制。

圖5說明并入分離讀出圖像傳感器及包括提供最優帶寬控制的DUV激光器的照明源的示范性檢驗系統。

圖6A說明包含用于控制帶寬的光學帶寬濾波裝置(例如，標準量具)的示范性DUV激光器。

圖6B說明包含用于控制帶寬的光學帶寬濾波裝置(例如，標準量具)的替代示范性DUV激光器。

圖6C說明包含用于控制帶寬的光學帶寬濾波裝置(例如，標準量具)的另一示范性DUV激光器。

圖7說明帶寬濾波之后的示范性脈沖寬度縮短。

具體實施方式

圖1說明經配置以測量樣本108(例如晶片、分劃板或光掩模)的示范性檢驗系統100。樣本108放置于載物臺112上以便促進樣本108在光學器件下方移動到不同區域。載物臺112可包括X-Y載物臺或R-θ載物臺。在一些實施例中，載物臺112可在檢驗期間調整樣本108的高度以維持聚焦。在其它實施例中，可調整物鏡透鏡105以維持聚焦。

照明源102可包括一或多個激光器及/或寬帶光源。照明源102可發射DUV及/或VUV輻射。照明源102包含并入本文中描述的帶寬控制的DUV激光器中的一者。包含物鏡透鏡105的光學器件103引導那個輻射朝向樣本108且將其聚焦于樣本108上。光學器件103也可包括鏡、透鏡及/或光束分離器。從樣本108反射或散射的光由光學器件103收集、引導并聚焦到檢測器組合件104內的檢測器106上。檢測器106可包含二維陣列傳感器或一維線傳感器。在一個實施例中，將檢測器106的輸出提供到計算系統114，計算系統114分析所述輸出。計算系統114由程序指令118配置，程序指令118可儲存于載體媒體116上。

檢驗系統100的一個實施例照明樣本108上的線，且在一或多個暗場及/或明場集光通道中收集散射及/或反射光。在此實施例中，檢測器106可包含線傳感器或電子轟擊線傳感器。

檢驗系統100的另一實施例照明樣本108上的多個光點，且在一或多個暗場及/或明場集光通道中收集散射及/或反射光。在此實施例中，檢測器106可包含二維陣列傳感器或電子轟擊二維陣列傳感器。

可在以下各者中發現檢驗系統100的各種實施例的額外細節：標題為“晶片檢驗系統(Wafer Inspection System)”且在2012年7月9日申請的美國專利申請案13/554,954；標題為“使用小折反射物鏡的分離場檢驗系統(Split Field Inspection System Using Small Catadioptric Objectives)”且在2011年6月7日頒布的美國專利7,957,066；標題為“用于折反射光學系統中的激光暗場照明的光束傳遞系統(Beam Delivery System For Laser Dark-Field Illumination In A Catadioptric Optical System)”且在2008年3月18日頒布的美國專利7,345,825；標題為“具有寬范圍的變焦能力的超寬帶UV顯微鏡成像系統(Ultra-Broadband UV Microscope Imaging System With Wide Range Zoom Capability)”且在1999年12月7日頒布的美國專利5,999,310；及標題為“使用具有二維成像的激光線照明的表面檢驗系統(Surface Inspection System Using Laser Line Illumination With Two Dimensional Imaging)”且在2009年4月28日頒布的美國專利7,525,649。這些專利及專利申請案以引用的方式并入本文中。

圖2A及2B說明并入本文中描述的DUV激光器及/或方法的暗場檢驗系統的方面。舉例來說，在圖2A中，照明光學器件201包括用于產生光202的DUV激光系統220，光202由鏡或透鏡203聚焦成所檢驗的樣本211的表面上的線205。DUV激光系統220包含本文中描述的DUV激光器，其可提供最優帶寬控制。集光光學器件210使用透鏡及/或鏡212及213將從線205散射的光引導到傳感器215。集光光學器件的光學軸214未處于線205的照明平面中。在一些實施例中，軸214近似垂直于線205。傳感器215可包括陣列傳感器，例如線性陣列傳感器。

圖2B說明包含多個暗場集光系統231、232及233的一個實施例，每一系統大體上類似于圖2A的集光光學器件210。集光系統231、232及233與大體上類似于圖2A中的照明光學器件201的照明光學器件組合地使用。在此實施例中，樣本211支撐于載物臺221上，載物臺221使待檢驗的區域在光學器件下方移動。載物臺221可包括X-Y載物臺或R-θ載物臺，其優選地在檢驗期間大體上連續地移動以便以最小停滯時間(dead time)檢驗樣本的大區域。

可在標題為“使用具有二維成像的線照明的表面檢驗系統(Surface Inspection System Using Line Illumination With Two Dimensional Imaging)”且在2009年4月28日頒布的美國專利7,525,649中發現根據圖2A及2B中說明的實施例的檢驗系統的更多細節。標題為“用于檢測表面的異常及/或特征的系統(System For Detecting Anomalies And/Or Features Of A Surface)”且在2003年8月19日頒布的美國專利6,608,676也描述適于檢驗未經圖案化或經圖案化晶片的線照明系統。這些專利以引用的方式并入本文中。

圖3說明經配置以使用法線照明光束及傾斜照明光束兩者檢測樣本上的粒子或缺陷的檢驗系統300。在此配置中，DUV激光系統330提供激光束301。DUV激光系統330包含本文中描述的DUV激光器(其提供最優帶寬控制)。透鏡302聚焦光束301使其通過空間濾波器303。透鏡304準直光束且將其傳送到偏光光束分離器305。光束分離器305將第一偏光分量傳遞到法線照明通道且將第二偏光分量傳遞到傾斜照明通道，其中所述第一分量及所述第二分量是正交的。在法線照明通道306中，第一偏光分量由光學器件307聚焦且由鏡308反射朝向樣本309的表面。由樣本309(例如晶片或光掩模)散射的輻射由拋物面鏡310收集且聚焦到傳感器311。

在傾斜照明通道312中，第二偏光分量由光束分離器305反射到鏡313(其使此類光束反射通過半波板314)且由光學器件315聚焦到樣本309。源自傾斜通道312中的傾斜照明光束且由樣本309散射的輻射也由拋物面鏡310收集且聚焦到傳感器311。傳感器及照明區域(來自形成表面309的法線及傾斜照明通道兩者)優選地在拋物面鏡310的焦點處。

拋物面鏡310將來自樣本309的散射輻射準直成準直光束316。接著，準直光束316由物鏡317聚焦且通過檢偏鏡318而到傳感器311。應注意，也可使用具有除拋物面形狀外的形狀的彎曲鏡表面。儀器320可提供光束與樣本309之間的相對運動，使得跨越樣本309的表面掃描光點。標題為“樣本檢驗系統(Sample Inspection System)”且在2001年3月13日頒布的美國專利6,201,601進一步詳細描述檢驗系統300。此專利以引用的方式并入本文中。

圖4說明配置為具有明場及暗場檢驗模式的檢驗系統的示范性折反射成像系統400。系統400可并入兩個照明源：激光器401及寬帶光照明模塊420。在一個實施例中，激光器401可包含本文中描述的DUV激光器(其提供最優帶寬控制)。

在暗場模式中，調適光學器件402控制所檢驗的表面上的激光照明光束大小及輪廓。機械外殼404包含孔徑與窗403，及用以沿光學軸以法線入射將激光重新引導到樣本408的表面的棱鏡405。棱鏡405也將來自樣本408的表面特征的鏡面反射引導出物鏡406。物鏡406收集由樣本408散射的光且將其聚焦于傳感器409上。可以折反射物鏡412、聚焦透鏡群組413及管透鏡區段414(其任選地可包含變焦能力)的一般形式提供用于物鏡406的透鏡。

在明場模式中，寬帶照明模塊420將寬帶光引導到光束分離器410，光束分離器410將那束光反射朝向聚焦透鏡群組413及折反射物鏡412。折反射物鏡412用寬帶光照明樣本408。從樣本408反射或散射的光由物鏡406收集且聚焦于傳感器409上。寬帶照明模塊420包括例如激光泵浦等離子體光源或弧光燈。寬帶照明模塊420也可包含用于提供信號以控制樣本408相對于折反射物鏡412的高度的自動對焦系統。在2008年3月18日頒布的標題為“用于折反射光學系統中的激光暗場照明的光束傳遞系統(Beam Delivery System For Laser Dark-Field Illumination In A Catadioptric Optical System)”且以引用的方式并入本文中的美國專利7,345,825進一步詳細描述系統400。

圖5說明同時檢測一個傳感器570上的兩個圖像或信號通道的分劃板、光掩模或晶片檢驗系統500。圖像傳感器570包括分離讀出圖像傳感器。照明源509包含如本文中描述的DUV激光器(其提供最優帶寬控制)。此DUV激光器的操作波長可短于200nm，例如大約193nm的波長。當受檢驗對象530是透明(例如分劃板或光掩模)時，所述兩個通道可包括反射及透射強度，或可包括兩個不同照明模式，例如入射角、偏光狀態、波長范圍或其某一組合。使用通道一照明中繼515以及通道二照明中繼520將光引導到受檢驗對象530。

受檢驗對象530可為待檢驗的分劃板、光掩模或半導體晶片。圖像中繼光學器件540可將由受檢驗對象530反射及/或透射的光引導到通道一圖像模式中繼555及通道二圖像模式中繼560。通道一圖像模式中繼555經調諧以檢測對應于通道一照明中繼515的反射或透射，而通道二圖像模式中繼傳感器560經調諧以檢測對應于通道二照明中繼520的反射或透射。通道一圖像模式中繼555及通道二圖像模式中繼560又將其輸出引導到傳感器570。將對應于所述兩個通道的檢測到的信號或圖像的數據展示為數據580且可將其發射到計算機(未展示)以進行處理。

可經配置以測量來自分劃板或光掩模的透射及反射光的分劃板及光掩模檢驗系統及方法的其它細節描述于以下各者中：在2008年4月1日頒布的標題為“多光束檢驗設備及方法(Multiple Beam Inspection Apparatus And Method)”的美國專利7,352,457；及在1996年10月8日頒布的標題為“自動光掩模檢驗設備及方法(Automated Photomask Inspection Apparatus And Method)”的美國專利5,563,702，所述案兩者都以引用的方式并入本文中。

關于圖像傳感器570的示范性實施例的額外細節提供于以下各者中：在2013年12月4日申請的標題為“用于使用脈沖式照明高速獲取移動圖像的方法及設備(Method And Apparatus For High Speed Acquisition Of Moving Images Using Pulsed Illumination)”的第14/096,911號美國專利申請案；及在2009年5月5日頒布的標題為“用于同時高速獲取多個圖像的方法及設備(Method And Apparatus For Simultaneous High-Speed Acquisition Of Multiple Images)”的美國專利7,528,943，所述案兩者都以引用的方式并入本文中。

圖6A說明經配置以提供最優帶寬控制的示范性DUV激光器600。在系統中采用光學參數振蕩器(OPO)或光學參數放大器(OPA)604。利用OPO/OPA 604中的波長可調性，DUV激光器600可產生經選取特定波長(即，可等于或可不等于基頻激光器的整數諧波的波長)的輸出光。注意，基頻光602(由基頻激光器601產生)的帶寬可通過穿過標準量具603而窄化(例如，參見箭頭611A及611B)。標準量具603優選地在中心接近于基頻光602的中心波長的窄波長范圍內具有高透射性，使得透射通過標準量具的光(窄化基頻602’)具有窄于基頻602的帶寬。將窄化基頻光602’引導到諧波轉換模塊607(其產生通常是DUV波長的n次諧波(nω)608)。應注意，n次諧波608具有窄于將基頻602直接提供到諧波轉換模塊607所引起的帶寬。

如圖6A中所展示，由于標準量具603反射其不透射的波長的大部分入射能量，所以帶外拒斥基頻602”具有寬帶寬，所述寬帶寬在其光譜中間具有傾角(dip)。原本將浪費的此拒斥光602”可用作OPO/OPA 604的泵浦光。作為非線性參數過程中的能量守恒的結果，OPO/OPA 604仍可以產生寬帶寬閑頻光(idler light)606(其在其光譜中間具有類似傾角，但帶寬比拒斥基頻602”寬)為代價而從拒斥基頻602”的寬帶泵浦光產生窄帶寬信號光605。然而，因為閑頻光606未用于激光器中，所以此閑頻光606對激光性能不具有顯著影響。信號光605的帶寬由種子激光器或OPO/OPA 604中的波長選擇元件(例如體積布拉格光柵)確定。

在一個實施例中，拉曼放大器可取代OPO/OPA 604。因為由拉曼放大器產生的經放大信號光的帶寬獨立于其泵浦光的帶寬(其通常取決于拉曼放大器中的波長選擇元件)，所以拉曼放大器也可產生具有所要窄帶寬的信號光605。

頻率混合模塊609可通過加總n次諧波608(nω)及信號光605(ωs)的頻率來產生激光輸出610。因為n次諧波608的帶寬已由標準量具603減少且信號光605的帶寬由OPO/OPA 604確定，所以激光輸出610的帶寬比其在未并入標準量具603的在其它方面相同的激光(即，將使用由箭頭611A指示的帶寬代替由箭頭611B指示的帶寬)中原本所具有的帶寬窄。以最小功率損耗實現此減少的帶寬，因為標準量具603反射其未透射的大部分能量。

在一個示范性實施例中，基頻激光器601可使用(例如)Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)或摻Nd釩酸鹽激光器，在大約1064nm的波長下操作。在此情況中，諧波轉換模塊607可產生大約213nm的五次諧波608(5ω)，OPO/OPA模塊604可產生具有大約2108nm的波長的信號光605，且頻率混合模塊609可通過混合213nm及2108nm波長來產生具有大約193nm的波長的激光輸出610。大約193nm的波長對于檢驗半導體光掩模及晶片來說是有用波長。

在另一示范性實施例中，基頻激光器601可使用(例如)Nd:YAG或摻Nd釩酸鹽激光器，在大約1064nm的波長下操作。在此情況中，諧波轉換模塊607可產生大約266nm的四次諧波608(4ω)，OPO/OPA模塊604可產生具有大約1416nm的波長的信號光605，且頻率混合模塊609首先混合266nm及1416nm波長以產生大約224nm的加總波長，接著再混合大約224nm的加總波長與1416nm波長信號光605以產生波長大約193nm的激光輸出610。

在又另一示范性實施例中，基頻激光器601可使用(例如)Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)或摻Nd釩酸鹽激光器在大約1064nm的波長下操作。在此實施例中，諧波轉換模塊607可產生大約213nm的五次諧波608(5ω)，OPO/OPA模塊604可產生具有在大約1268nm與大約1400nm之間的波長的信號光605，且頻率混合模塊609可通過混合213nm及信號波長來產生具有大約182.5nm到大約185nm的波長的激光輸出610。大約184nm的波長對于檢驗半導體光掩模及晶片來說是有用波長，這是因為短波長通常具有對較小特征及缺陷的更好靈敏度。此外，大約184nm波長光可由此方案有效地產生，這是因為CLBO接近于此類波長組合的非臨界相位匹配，且因此對于頻率混合來說是有效且穩定的。

圖6B展示具有最優帶寬控制的替代示范性DUV激光器620。DUV激光器620的實施例類似于DUV激光器600的實施例(圖6A)，區別僅在于DUV激光器620不包含諧波轉換模塊。在DUV激光器620中，頻率混合模塊609B通過直接混合經窄化基頻602’及信號光605而產生激光輸出610B。應注意，DUV激光器620及600中具有相同標記的組件具有相同功能且因此未參考圖6B進行描述。在基頻激光器601產生UV波長(例如405nm或375nm的波長)時，DUV激光器620尤其有用。此類波長可由例如激光二極管產生。

在一個示范性實施例中，基頻激光器601可包括在大約375nm的波長下操作的激光二極管。在此情況中，OPO/OPA模塊604可產生具有在大約607nm與大約750nm之間的波長的信號光605，且頻率混合模塊609可通過混合375nm及信號波長而產生具有在大約232nm與大約250nm之間的波長的激光輸出610。此方案可有效且廉價地產生在大約232nm與大約250nm之間的輸出波長，這是因為頻率混合模塊609可針對頻率混合使用CLBO晶體。CLBO接近于此類波長組合的非臨界相位匹配且因此可有效及穩定地進行頻率混合。

圖6C展示具有最優帶寬控制的另一示范性DUV激光器630。除以下者外，DUV激光器630的此實施例類似于DUV激光器600的實施例(圖6A)。在此情況中，使用諧波轉換模塊607C以產生信號光605的n次信號諧波608C(nωs)。另外，頻率混合模塊609C通過混合經窄化基頻602’及n次信號諧波608C而產生激光輸出610C。應注意，DUV激光器630及600中具有相同標記的組件具有相同功能且因此未參考圖6C進行描述。在激光輸出610C的波長無法用特定基頻激光實現(例如，因為頻率混合模塊609或諧波轉換模塊607的可用非線性晶體(DUV激光器600，圖6A)無法針對波長中的一或多者進行相位匹配)時，DUV 630的實施例尤其有用。DUV激光器630可針對頻率混合模塊609C及諧波轉換模塊607C提供不同波長組合，且在一些情況中可在DUV 600的實施例(圖6A)無法產生時提供產生所要激光輸出波長的可行方式。

在一個示范性實施例中，基頻激光器601可使用例如Ti藍寶石激光器在大約800nm的波長下操作。在此情況中，OPO/OPA模塊604可產生具有在大約888nm與1080nm之間的波長的信號光605(ωs)，諧波轉換模塊607可產生在大約296nm與360nm之間的三次諧波608(3ωs)，且頻率混合模塊609可通過混合三次諧波及大約800nm波長而產生具有介于大約216nm與248nm之間的波長的激光輸出610。

圖7說明可如何通過帶寬濾波縮短脈沖寬度。由鎖模或調制激光振蕩器產生的激光脈沖通常具有近似高斯(Gaussian)光譜形狀且展現近似線性啁啾。“T0”是具有與啁啾脈沖相同的帶寬的脈沖的變換限制脈沖寬度；“T”是在帶寬減少之前的脈沖寬度；且“T’”是在帶寬減少之后的脈沖寬度。帶寬減少比定義為在濾波之后(即，在穿過標準量具之后)的脈沖帶寬除以在濾波之前的脈沖帶寬。在圖7中，將無帶寬減少的情況(即，T’＝T)標繪為實線701以供參考。線701上方的點表示其中脈沖寬度增加的情況，即，T’>T。線701下方的點表示其中脈沖寬度減少的情況，即，T’<T。不同帶寬減少比(0.6及0.8)的兩種情況分別由虛線702及點線703說明。

圖7展示在某些境況下，啁啾脈沖的帶寬減少將導致較短脈沖，其更接近于變換限制。舉例來說，對于0.6帶寬減少比，當脈沖寬度T大于約2T0時，減少帶寬會縮短脈沖寬度。在另一實例中，對于0.8帶寬減少比，當脈沖寬度T大于約1.6T0時，脈沖寬度在帶寬減少時減少。如上文解釋，減少脈沖寬度有助于維持諧波轉換及頻率混合過程的效率。應注意，當初始脈沖寬度接近于T0(即，初始脈沖接近于變換限制)時，則任何帶寬減少必然增加脈沖寬度。

圖7中標繪的線是針對高斯脈沖形狀而計算。例如sech²脈沖的其它常見激光脈沖形狀展示相同趨勢。例如，參見阿格拉沃爾(Agrawal)的“非線性光纖(Nonlinear Fiber Optics)”，2007年第4版第54到59頁，學術出版社(Academic Press)。

典型高功率激光器(例如具有約30W或更大的輸出的激光器)具有顯著長于相同帶寬的變換限制脈沖的脈沖寬度。因此，本文中揭示的各種方法及DUV激光器對于以約100mW或更大的功率產生窄帶寬DUV激光輸出光同時維持良好轉換效率尤其有用。

可受益于本文中描述的DUV激光器的最優帶寬控制的193nm激光的更詳細描述由以下各者提供：標題為“固態193nm激光及使用固態193nm激光的檢驗系統(Solid-state193nm laser and an inspection system using a solid-state 193nm laser)”且在2013年3月12日申請的第13/797,939號美國專利申請案；標題為“使用OPO的193nm激光及使用193nm激光的檢驗系統(193nm laser using OPO and an inspection system using a 193nm laser)”且在2013年1月24日申請的第61/756,209號美國臨時專利申請案；及標題為“使用1109nm的193nm激光(193nm laser using 1109nm)”且在2013年2月13日申請的第61/764,441號美國臨時專利申請案。全部這些申請案以引用的方式并入本文中。

應注意，上文描述的DUV激光器可通過適當選擇信號光ωs的波長且對頻率混合模塊(即，頻率混合模塊609、609B或609C)進行適當改變而在短于約200nm的其它波長下操作。特定來說，短于190nm的真空UV波長可由此類激光器產生。

可在2013年10月10日發表的標題為“具有硼層的背照式傳感器(Back-Illuminated Sensor With Boron Layer)”且以引用的方式并入本文中的美國公開專利申請案2013/0264481中發現適用于并入本文中描述的任何DUV激光器的檢驗或成像系統中的圖像傳感器的示范性實施例。

呈現上文描述以使所屬領域的一般技術人員能夠如在特定應用及其要求的內容背景中所規定那樣制成且使用本發明。如本文中所使用，例如“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“向上”、“下”、“下降”及“向下”的方向性術語希望提供相對位置以用于描述的目的，且并不希望指定絕對參考系。上文描述的具有最優帶寬控制的DUV激光器及方法的各種實施例僅是說明性的且并不希望限制本發明的范圍。

所屬領域中的技術人員將明白對所描述實施例的各種修改，且本文中定義的一般原理可應用于其它實施例。舉例來說，圖6A的諧波轉換模塊607及圖6C的607C可產生二次、三次、四次、五次、六次或更高次諧波。在另一實例中，標準量具或干涉儀可經設計以反射窄波長范圍且透射那個窄范圍外部的波長。在對激光器的布局進行適當改變的情況下，此類光學帶寬濾波裝置可替代圖6A、6B及6C的標準量具603。窄化基頻602’視情況將反射到諧波轉換模塊607、頻率混合模塊609或頻率混合模塊609C，且拒斥基頻602”將透射到例如OPO/OPA 604的頻率轉換模塊。

因此，本文中描述的DUV激光器及方法并不希望限于所展示及描述的特定實施例，而是應符合與本文中揭示的原理及新穎特征一致的最廣范圍。