[发明专利]183NM CW激光器及检验系统

说明书

一种激光器组合件通过下列步骤产生在约181nm到约185nm的范围中的连续波CW激光器输出光：从具有介于1μm与1.1μm之间的第一基频波长的第一基频CW光产生四次谐波光；通过混合所述四次谐波光与所述第一基频CW光而产生五次谐波光；及接着混合所述五次谐波光与具有介于1.26μm与1.82μm之间的第二波长的第二基频或信号CW光。使用使第一基频CW光循环通过第一非线性晶体的外部腔且通过引导所述四次谐波光通过所述第一非线性晶体而产生所述五次谐波光。使用使经循环第二基频或信号CW光通过第二非线性晶体的第二腔且引导所述五次谐波光通过所述第二非线性晶体而产生所述激光器输出光。

优先权申请案

本申请案主张庄(Chuang)等人在2017年1月3日申请的标题为“183nm CW激光器及检验系统(183nm CW Laser and Inspection System)”的第62/441,875号美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本申请案涉及用于检验例如光掩模、光罩及半导体晶片的连续波(CW)激光器及检验系统。

背景技术

随着半导体装置的尺寸缩小，可导致装置发生故障的最大粒子或图案缺陷的大小也缩小。因此，需要检测图案化及未图案化半导体晶片及光罩上的较小粒子及缺陷。由小于光波长的粒子散射的所述光的强度通常按照所述粒子的尺寸的高幂而按比例调整(例如，来自隔离小球形粒子的光的总散射强度与球体的直径的六次幂成比例且与波长的四次幂成反比地调整)。由于散射光的增大强度，与较长波长相比，较短波长通常将提供检测小粒子及缺陷的更好敏感度。

由于从小粒子及缺陷散射的光强度通常十分低，因此需要高照明强度以产生可在十分短时间内检测到的信号。可需要0.3W或更大的平均光源功率电平。在这些高平均功率电平下，可期望高脉冲重复率，这是因为重复率越高，每脉冲能量越低且因此对系统光学器件或所检验的物品的损坏风险越低。通常连续波(CW)光源最能满足对于检验及计量的照明需求。CW光源具有恒定功率电平，这避免峰值功率损坏问题且还允许连续获取图像或数据。

因此，需要产生在深紫外线(DUV)范围中(尤其比193nm短)且适用于检验光掩模、光罩及/或晶片的辐射的CW激光器。然而，在许多所关注波长(尤其紫外线(UV)波长)下，具有足够辐射率(每单位立体角每单位面积功率)的CW光源不可用、昂贵或不可靠。如果实际上可产生在较高功率电平下实现近183nm的CW输出的束源，那么其可实现更精确及快速检验/计量且促成尖端半导体生产。

所属领域中已知用于产生深UV(DUV)光的脉冲激光器。熟知用于产生193nm的光的现有技术准分子激光器。不幸的是，此类激光器由于其低激光器脉冲重复率及其在激光介质中的有毒及腐蚀气体的使用(此导致高拥有成本)而并非特别适合于检验应用。所属领域中还已知用于产生近193nm输出的光的少量固态及基于光纤的激光器。示范性激光器使用两种不同基频波长(例如，雷(Lei)等人的US 2014/0111799)或基频的八次谐波(例如，德久(Tokuhisa)等人的第7,623,557号美国专利)，所述文献中的任一者需要昂贵或并非大量生产的激光器或材料。另一方法(米德(Mead)等人的第5,742,626号美国专利)尚未导致具有如半导体检验应用所需的稳定输出及高功率的商业产品(在可在服务事件之间连续运行三个月或三个月以上的激光器中通常需要约0.3W或更大)。此外，大部分这些激光器具有非常低功率输出且限于几MHz或更小的激光器脉冲重复率。最近，庄等人已申请关于183nm锁模激光器及相关检验系统的专利(第2016/0099540号美国公开申请案)。

然而，具有亚200nm波长的CW激光器无法以足够功率电平市售或非常不可靠。如在佐久间(Sakuma)的第8,503,068号美国专利中描述的示范性激光器可在约100mW下产生193nm CW辐射，其中复杂设备包括不同波长的三个基频激光器，但稳定性实际上未知。尚不存在用于产生在低到约183nm的波长范围中的CW光的任何现有技术。