使用193nm激光器的固态激光器及检验系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及使用193nm激光器的固态激光器及检验系统。本发明专利技术揭示改进的激光器系统及相关联技术，其由接近1064nm的基谐波真空波长产生大约193.368nm的紫外线UV波长。优选实施例分离出至少一级的输入波长的未消耗部分且重新定向所述未消耗部分以在另一级中使用。所述改进的激光器系统及相关联技术导致比当前用于工业中的激光器更便宜、寿命更长的激光器。这些激光器系统可用易于获得、相对便宜的组件构造。

【技术实现步骤摘要】
使用193nm激光器的固态激光器及检验系统本申请是申请日为2013年05月17日，申请号为“201380037266.7”，而专利技术名称为“使用193nm激光器的固态激光器及检验系统”的申请的分案申请。相关申请案本申请案主张标题为“固态193nm激光器及使用固态193nm激光器的检验系统(Solid-State193nmLaserAndAnInspectionSystemUsingASolid-State193nmLaser)”且在2012年5月22日申请的第61/650,349号美国临时申请案的优先权，所述案以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及一种产生接近193nm光且适用于光掩模、光罩或晶片检验中的激光器系统。
技术介绍
集成电路工业要求检验工具的分辨率越来越高以分辨集成电路、光掩模、太阳能电池、电荷耦合装置等等的越来越小的特征，以及检测大小大约为特征大小或小于特征大小的缺陷。短波长光源(例如，产生200nm以下的光的源)可提供此分辨率。然而，能够提供此短波长光的光源实质上限于准分子激光器及少数固态及光纤激光器。不幸的是，这些激光器中的每一者具有显著缺点。准分子激光器产生紫外光，其通常在生产集成电路中使用。准分子激光器通常在高压条件下使用惰性气体与反应性气体的组合以产生所述紫外光。产生193nm波长光(其日益成为集成电路工业中的高度所要波长)的常规准分子激光器使用氩(作为惰性气体)及氟(作为反应性气体)。不幸的是，氟是有毒的且具腐蚀性，从而导致高的持有成本。此外，此类激光器由于其低重复率(通常从约100Hz到若干kHz)及极高峰值功率(其将导致在检验期间损坏样本)而不太适用于检验应用。产生次200nm输出的少数基于固态及光纤的激光器在此项技术中已为人所知。不幸的是，大多数这些激光器具有极低功率输出(例如，60mW以下)或极复杂的设计，例如两个不同基谐波源或八次谐波产生，其皆为复杂、不稳定、昂贵及/或不具商业吸引力。因此，需要一种能够产生193nm光且克服上述缺点的激光器。
技术实现思路
根据本文所述的改进的激光器系统及相关联技术，可由接近1064nm的基谐波真空波长产生大约193.368nm的紫外线(UV)波长。所述激光器系统及相关联技术导致比当前用于工业中的激光器更便宜、寿命更长的激光器。这些激光器系统可用易于获得、相对便宜的组件构造。因此，与当前市场上的UV激光器相比，所述激光器系统及相关联技术可提供明显更好的持有成本。本专利技术描述一种用于产生大约193.368nm波长光的激光器系统。此激光器系统可包含经配置以产生对应于大约1064nm的波长的基谐波频率的基谐波激光器。所述基谐波频率在本文被称为ω。光学参数(OP)模块(例如光学参数振荡器或光学参数放大器)经配置以降频转换所述基谐波频率且产生OP输出，所述OP输出为所述基谐波频率的一半谐波。五次谐波产生器模块经配置以使用OP模块的未消耗基谐波频率以产生5次谐波频率。混频模块可组合5次谐波频率与OP输出以产生具有大约193.368nm波长的激光器输出。本专利技术描述另一种用于产生大约193.368nm波长光的激光器系统。此激光器系统可包含经配置以产生对应于大约1064nm的波长的基谐波频率的基谐波激光器。五次谐波产生器模块经配置以使用所述基谐波频率以产生5次谐波频率。OP模块经配置以降频转换所述五次谐波产生器模块的未消耗基谐波频率以产生OP输出。混频模块可组合5次谐波频率与OP输出以产生具有大约193.368nm波长的激光器输出。本专利技术描述又一种用于产生大约193.368nm波长光的激光器系统。此激光器系统可包含经配置以产生对应于大约1064nm的波长的基谐波频率的基谐波激光器。二次谐波产生器模块经配置以使所述基谐波频率的一部分加倍以产生2次谐波频率。五次谐波产生器模块经配置以使所述二次谐波频率加倍并组合所得频率与所述二次谐波产生器模块的未消耗基谐波频率以产生五次谐波频率。OP模块经配置以降频转换来自所述五次谐波产生器模块的2次谐波频率的未消耗部分以产生大约1.5ω的OP信号及大约0.5ω的OP闲频信号，其中ω为基谐波频率。混频模块可组合5次谐波频率与OP闲频信号以产生具有大约193.368nm波长的激光器输出。本专利技术描述又一种用于产生大约193.368nm波长光的激光器系统。此激光器系统可包含经配置以产生大约1064nm的基谐波频率的基谐波激光器。二次谐波产生器模块经配置以使所述基谐波频率加倍以产生2次谐波频率。OP模块经配置以降频转换所述2次谐波频率的一部分以产生大约1.5ω的OP信号及大约0.5ω的OP闲频信号，其中ω为基谐波频率。四次谐波产生器模块经配置以使所述2次谐波频率的另一部分加倍以产生4次谐波频率。混频模块经配置以组合所述四次谐波频率与OP信号以产生大约193.368nm波长光的激光器输出。本专利技术描述又一种用于产生大约193.368nm波长光的激光器系统。此激光器系统可包含经配置以产生大约1064nm的基谐波频率的基谐波激光器。OP模块经配置以降频转换所述基谐波频率的一部分且产生OP输出，所述OP输出大约为所述基谐波频率的一半谐波。二次谐波产生器模块经配置以使所述基谐波频率的一部分加倍以产生2次谐波频率。四次谐波产生器模块经配置以使所述2次谐波频率加倍以产生4次谐波频率。第一混频模块经配置以接收所述4次谐波频率及OP输出以产生4.5次谐波频率。第二混频模块经配置以组合所述二次谐波产生器的基谐波频率的未消耗部分与所述4.5次谐波频率以产生大约193.368nm波长光的激光器输出。在一些激光器系统实施例中，基谐波激光器可包括Q切换激光器、锁模激光器或连续波(CW)激光器。在一些实施例中，所述基谐波激光器的激光介质可包含掺镱光纤、掺钕钇铝石榴石晶体、掺钕钒酸钇晶体或钒酸钆与钒酸钇的掺钕混合物。在一个实施例中，OP模块简并(degenerately)操作，即仅存在一信号，所述信号的频率为0.5ω。在使用简并降频转换的那些实施例中，为达到最大效率，当非线性晶体性质及波长允许时优选使用类型I降频转换(即，所产生的两个光子具有相同偏光)。在另一实施例中，OP模块产生稍微不同频率的信号及闲频信号，其中一者的频率稍微高于0.5ω且另一者的频率稍微低于0.5ω。例如，如果基谐波激光器产生1064.4nm的波长，那么信号频率将对应于2109.7nm的波长，且闲频信号频率将对应于2148.3nm的波长。在一个实施例中，OP模块可包含OP振荡器(OPO)。在另一实施例中，OP模块可包含OP放大器(OPA)且可包含产生所要信号波长及带宽的光的种子激光器。所述种子激光器可包括(例如)激光器二极管或光纤激光器。在优选实施例中，所述种子激光器为通过光栅、分布式反馈、体积布拉格光栅或其它方式稳定化以精确地维持所要波长及带宽。注意，必须基于基谐波激光器的波长选择或调整种子激光器(或基于OPO的OP模块中的OPO波长)以实现接近193.368nm的所要激光器系统输出波长。例如，如果所要波长为193.368nm且基谐波激光器的中心波长为1064.4nm，那么在使用大约0.5ω的信号频率的所述实施例中种子激光器需要产生2109.7nm。因为个别基谐波激光器(即使在使用相同激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生具有在200nm以下的输出波长的激光器输出光的激光器系统，所述激光器系统包含：基谐波激光器，其经配置以产生具有基谐波频率的基谐波光；二次谐波产生器模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述二次谐波产生器模块接收所述基谐波光的至少第一部分，所述二次谐波产生器模块经配置以产生具有等于所述基谐波频率的两倍的二次谐波频率的二次谐波光；光学参数OP模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述OP模块接收所述二次谐波光的第一部分，其中所述OP经配置以产生具有比所述基谐波频率低的降频转换的频率的降频转换的信号；五次谐波产生器模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述五次谐波产生器模块接收所述二次谐波光的第二部分，其中所述五次谐波产生器模块经配置以产生具有等于所述基谐波频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光；以及混频模块，其光学地耦合以接收来自于所述OP模块的所述降频转换的信号和来自于所述五次谐波产生器模块的所述五次谐波光，并经配置以通过混合所述降频转换的信号和所述五次谐波光以产生所述激光器输出光；其中所述OP模块包含光学参数振荡器，所述光学参数振荡器经配置以通过降频转换所述二次谐波光的所述第一部分以产生所述降频转换的信号，以及其中所述OP模块经配置以使所述降频转换的频率和所述五次谐波频率的总和产生具有所述在200nm以下的输出波长的所述激光器输出光。...

【技术特征摘要】
2012.05.22 US 61/650,349;2013.03.12 US 13/797,9391.一种用于产生具有在200nm以下的输出波长的激光器输出光的激光器系统，所述激光器系统包含：基谐波激光器，其经配置以产生具有基谐波频率的基谐波光；二次谐波产生器模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述二次谐波产生器模块接收所述基谐波光的至少第一部分，所述二次谐波产生器模块经配置以产生具有等于所述基谐波频率的两倍的二次谐波频率的二次谐波光；光学参数OP模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述OP模块接收所述二次谐波光的第一部分，其中所述OP经配置以产生具有比所述基谐波频率低的降频转换的频率的降频转换的信号；五次谐波产生器模块，其耦合到所述基谐波激光器以使所述五次谐波产生器模块接收所述二次谐波光的第二部分，其中所述五次谐波产生器模块经配置以产生具有等于所述基谐波频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光；以及混频模块，其光学地耦合以接收来自于所述OP模块的所述降频转换的信号和来自于所述五次谐波产生器模块的所述五次谐波光，并经配置以通过混合所述降频转换的信号和所述五次谐波光以产生所述激光器输出光；其中所述OP模块包含光学参数振荡器，所述光学参数振荡器经配置以通过降频转换所述二次谐波光的所述第一部分以产生所述降频转换的信号，以及其中所述OP模块经配置以使所述降频转换的频率和所述五次谐波频率的总和产生具有所述在200nm以下的输出波长的所述激光器输出光。2.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述基谐波激光器包含掺钕钇铝石榴石、掺钕钒酸钇以及钒酸钆与钒酸钇的掺钕混合物中的一者。3.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述基谐波激光器包含Q切换激光器、锁模激光器及光纤激光器中的一者。4.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述基谐波激光器经配置以产生具有介于约1064.0nm与1064.6nm之间的基谐波长的所述基谐波光。5.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述OP模块经配置以使所述降频转换的信号具有约等于所述基谐波频率一半的闲频信号频率，由此所述降频转换的频率和所述五次谐波频率的总和产生具有等于所述基谐波频率的约5.5倍的输出频率的所述激光器输出光。6.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述五次谐波产生器模块包含：四次谐波产生器，其经配置以接收所述二次谐波频率并使所述二次谐波频率加倍且产生四次谐波频率；以及五次谐波产生器，其经配置以组合所述四次谐波频率与未消耗基谐波频率以产生所述五次谐波频率。7.如权利要求6所述的激光器系统，其中所述四次谐波产生器、所述五次谐波产生器以及所述混频模块中的至少一个包含氢退火硼酸锂铯CLBO晶体。8.如权利要求6所述的激光器系统，其中所述四次谐波产生器、所述五次谐波产生器，以及所述混频模块中的至少一个包含非线性光学晶体，以及其中所述四次谐波产生器、所述五次谐波产生器和所述混频模块中的所述一个进一步包括光学组件，所述光学组件经配置以将输入光束的光束腰聚焦到所述非线性光学晶体内部或附近的实质上椭圆形截面。9.如权利要求1所述的激光器系统，其中所述五次谐波产生器模块包含：三次谐波产生器，其经配置以组合所述二次谐波频率和所述基谐波光的第二部分以产生三次谐波频率；以及五次谐波产生器，其经配置以组合所述三次谐波频率和所述三次谐波产生器的未消耗二次谐波频率以产生五次谐波频率。10.如权利要求9所述的激光器系统，其中所述五次谐波产生器和所述混频模块中的至少一个包含氢退火硼酸锂铯CLBO晶体。11.如权利要求9所述的激光器系统，其中所述三次谐波产生器、所述五次谐波产生器，以及所述混频模块中的至少一个包含非线性光学晶体，以及其中所述三次谐波产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：勇霍·亚历克斯·庄，J·约瑟夫·阿姆斯特朗，弗拉基米尔·德里宾斯基，约翰·费尔登，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US