CN110352538B - 183nm cw激光器及检验*** - Google Patents

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Abstract

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。

Description

183NM CW激光器及检验***
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***(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***。
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***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***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。
当前可用的深UV(DUV)(即，短于300nm的波长)CW激光器通过产生红外线(IR)基频激光器的四次谐波而操作。需要两个频率转换级。第一级产生二次谐波，且第二级产生四次谐波。每一倍频级使用非线性光学(NLO)晶体。倍频过程取决于电场强度的平方。如果晶体内部的功率强度较低，那么转换过程非常低效。当具有几瓦特或几十瓦特特功率的红外线激光器聚焦到非线性晶体中时，其因低功率密度而产生非常少二次谐波。这与具有类似平均功率电平的脉冲激光器形成对照，其可产生大量二次谐波(在最好情况中，约50％的输入可经转换成二次谐波)，因为峰值功率密度比平均功率密度高许多倍。
DUV CW激光器使用谐振腔以增大NLO晶体中的功率密度，以便改进转换效率。通过晶体但未被转换成二次谐波的大部分光在谐振腔内再循环，以便增进功率密度。允许二次谐波传递出腔。最终，功率密度增进到其中随二次谐波离开腔的功率加上腔中的损耗等于输入功率的电平。为产生深UV波长，这些腔中的两者必须串联连接。第一腔通过再循环IR基频而产生二次谐波(可见波长，通常绿色波长，例如532nm)且第二腔通过再循环二次谐波而产生四次谐波(深UV波长，例如266nm)。
图1展示包含两个腔的现有技术深UV CW激光器的主要组件。在此图中，产生二次谐波的腔包括镜110、111、112及113以及NLO晶体115。产生四次谐波的腔包括镜130、131、132及133以及NLO晶体135。此图还展示现有技术装置的另一重要方面。需要主动控制谐振腔。用于第一腔的控制包括产生处于频率f1的信号的振荡器104、调制器103、光电二极管105及产生致动器控制信号107以控制镜111的位置的同步检测器106。用于第二腔的控制包括产生处于频率f2的信号的振荡器124、调制器123、光电二极管125及产生致动器控制信号127以控制镜131的位置的同步检测器126。
IR光(波长为1064nm)穿过镜110进入第一腔且在从镜111及112反射之后进入NLO晶体115。进入晶体115的IR光的部分经转换成532nm的波长的二次谐波。532nm光通过镜113且经引导到二次谐波腔。通过晶体115的大部分IR光从晶体出射但未被转换且从镜113反射，镜113经涂布以便反射1064nm光同时透射532nm光。从镜113反射的光返回到输入镜110。镜110上的涂层经设计成对以射线的入射角从镜113到达的IR具有高度反射性，同时对从基频激光器101到达的传入IR辐射具有高度透射性。为在腔中建立高功率密度，已围绕腔循环的IR辐射与传入辐射同相到达镜110是重要的。此如由伺服控制说明那样实现，所述伺服控制通过压电传感器或音圈机械地移动镜111以维持正确腔长度。光电二极管105监测在腔中循环的光的小部分，以便提供信号到伺服控制。通过调制器103按频率f1调制输入激光束，以便提供由伺服控制用于确定是否需要调整腔且应在哪方向上调整腔的时变信号。
上文描述的激光器腔伺服控制回路是常用的且称为Pound-Drever-Hall或PDH控制。其理论由德雷弗(Drever)等人的“使用光学谐振器的激光相位及频率稳定(Laserphase and frequency stabilization using an optical resonator)”；《应用物理》(Appl.Phys).B31(2):97-105,(1983)加以描述。可在布莱克(Black)的第5,367,531号美国专利及LIGO技术说明LIGO-T980045-00-D(1998)中找到一些额外细节。
一些激光器伺服控制回路中常用的其它锁定方案称为亨施-库约
Figure GDA0002186457870000031
(HC)技术。在此锁定方案中，光束在进入腔之前无需调制，但此仅适用于偏光敏感的腔。其检测总反射或透射光束的偏光改变以确定腔是否处于谐振。可在亨施及库约的论文“通过反射参考腔的偏振光谱进行激光频率稳定(Laser frequencystabilization by polarization spectroscopy of a reflecting referencecavity)”，《光学通信》(Opt.Commun).35(3),441(1980)中找到细节。
第二腔以大体上类似于第一腔的方式操作，只有输入波长是532nm且输出波长是266nm除外。针对所述波长适当选择第二腔组件的涂层及材料。如在图1中展示，第二调制器123在光进入第二腔之前按频率f2调制光。光电二极管125检测循环光的小部分。来自125的信号用于产生控制信号127，其控制镜131的位置以便维持腔的正确长度。
在一些现有技术装置(未展示)中，省略第二调制器123且两个伺服回路在相同调制频率下操作。在一些现有技术装置(未展示)中，不存在调制器。代替性地，IR激光器101通过操作激光器使得产生两个模式而产生经调制输出，所述两个模式经选择以具有波长分离及相对振幅，使得通过所述两个模式的拍频产生适当调制的输出。
在一些现有技术装置中，腔可包括两个或三个镜而非四个。
在一些现有技术装置中，可通过放置于NLO晶体135与腔镜133之间的光束***器(未展示)使DUV输出波长与再循环可见光分离。
连续波(CW)光源通常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，这允许连续获取图像或数据。
脉冲光源具有远高于CW光源的时间平均功率电平的瞬时峰值功率电平。激光器脉冲的非常高峰值功率导致对光学器件及对所测量样本或晶片的损坏，这是由于大部分损坏机制是非线性的且更强烈地取决于峰值功率而非平均功率。脉冲重复率越高，用于相同时间平均功率电平的每脉冲瞬时峰值功率越低。因此在一些情况中，可使用额外脉冲倍增器来增大重复率，这增加更多***复杂性。
另外，锁模激光器通常具有相对比CW激光器宽的带宽。因此，检验/计量工具中的照明光学***设计更复杂，以便最小化像差且增大敏感度，这还使***成本显著变高。
产生红外线(IR)基频激光器的四次谐波的现有技术DUV CW激光器无法产生低于230nm的波长。在许多较低所关注波长(尤其在亚200nm范围中的紫外线(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。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。
因此，需要提供一种能够产生具有在约181nm到约185nm的范围中的输出波长的CW激光且避免一些或全部上述问题及缺点的检验***及相关联激光器***。
发明内容
本发明涉及半导体制造工业中利用的检验***的改进，且特定来说，涉及用于此类检验***的能够产生具有在约181nm到约185nm(例如，约183nm)的范围中的输出波长且具有0.3W或更大的光源功率电平的CW激光的激光器组合件。应注意，在下列描述中，在没有限定的情况下提及波长时，所述波长可假定为真空中的波长。
根据本文中描述的激光器组合件及相关联方法，可通过下列步骤产生约183nm的CW激光器输出光：产生具有拥有在约1000nm到约1100nm的范围中的对应波长的第一基频频率的第一基频光；利用所述第一基频光以产生所述第一基频光的四次谐波及所述第一基频光的五次谐波；及接着通过混合所述五次谐波光与具有拥有在约1260nm到约1820nm的范围中的对应波长的第二基频频率的第二基频光而产生所述CW激光器输出光。根据本发明的方面，通过按下列步骤混合所述第一基频光与所述四次谐波光而产生所述五次谐波光：在经配置以按所述第一基频频率谐振的(第一)腔中循环所述第一基频光使得所述经循环第一基频光通过第一非线性晶体；及引导所述四次谐波光使得其还通过所述第一非线性晶体(即，未在所述第一腔中循环)以组合所述四次谐波光与所述经循环第一基频光以产生所述五次谐波。以类似方式，通过混合在(第二)腔(其经配置以按所述第二基频频率谐振且引导所述经循环第二基频光通过第二非线性晶体)中循环的第二基频光与经引导通过所述第二非线性晶体(即，未在所述第二腔中循环)的所述五次谐波光以组合所述五次谐波光与所述经循环第二基频光而产生所述CW激光器输出光。配置所述第一腔及所述第二腔以分别按所述第一基频频率及所述第二基频频率谐振及利用所述第一非线性晶体及所述第二非线性晶体以分别组合所述经循环基频光与所述四次谐波及所述五次谐波通过避免在所述相应第一腔及第二腔内循环所述四次谐波及所述五次谐波的需要而减少噪声产生且增大整体***稳定性及光学器件使用年限。
根据本发明的实施例，激光器组合件包含第一基频激光器、四次谐波产生模块、五次谐波产生模块、第二基频激光器及混频模块。所述第一基频激光器经配置以产生具有基频波长(例如，等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm或约1030nm中的一者)的基频光及对应第一基频频率。所述四次谐波产生模块包括两个串接倍频腔，其中第一倍频腔接收所述基频光的第一部分且其后接着第二倍频腔，且经配置以产生所述四次谐波光(即，具有等于所述第一基频频率的四倍的四次谐波频率(4ω))。所述五次谐波产生模块接收所述第一基频光的第二部分且还从所述四次谐波产生模块接收所述四次谐波光，且经配置以在所述第一基频光在其中循环的外部腔中产生五次谐波光(即，具有等于所述第一基频频率的五倍的五次谐波频率(5ω))。所述第二基频激光器经配置以产生具有在约1260nm到约1820nm的范围中的波长及对应第二基频频率的第二光。所述混频模块经光学耦合以从所述五次谐波产生模块接收所述五次谐波光且经配置以通过混合所述第二基频光与所述五次谐波光而产生具有等于五次谐波频率与所述第二基频频率的总和的频率的183nm CW激光器输出，其中混频晶体经放置于用于所述第二基频光的外部增强腔中。利用所述外部增强腔来混合所述五次谐波光与所述第二基频光的优点是所述第二基频激光器可为现成激光器而非定制装置。
在本发明的替代实施例中，激光器组合件包含基频激光器、四次谐波产生模块、五次谐波产生模块、泵浦激光器及腔内混频模块。以类似于上文描述的方式产生所述第一基频光的所述五次谐波，但在此情况中，产生183nm光的最后混频级利用腔内混频模块而非使用第二基频激光器及增强所述第二基频光的外部谐振腔。所述腔内混频模块包括包含增益介质及NLO晶体的激光器腔。通过具有适当波长的所述泵浦激光器泵激所述增益介质以产生具有拥有介于1260nm与1820nm之间的对应波长的第二基频频率的第二基频CW光。所述NLO晶体经耦合以从所述五次谐波产生模块接收所述五次谐波CW光且经配置以通过混合所述五次谐波光与所述第二基频光而产生具有等于所述第一基频频率的五次谐波与所述第二基频频率的总和的频率的所述183nm CW激光器输出。利用腔内混频方法的优点是与使用外部腔相比需要较少光学组件来实施此方法。
在本发明的另一替代实施例中，激光器组合件包含基频激光器、四次谐波产生模块、五次谐波产生模块、泵浦激光器及CW光学参数振荡器(OPO)腔内混频模块。以类似于上文描述的方式产生第一基频光的五次谐波，但在此情况中，在产生183nm光的最后混频级中利用OPO腔内混频模块而非使用第二基频激光器。所述OPO腔内混频模块包括按信号频率谐振的CW腔，其包含周期性极化非线性光学晶体及NLO晶体。通过具有适当波长的泵浦激光器泵激所述周期性极化非线性光学晶体以产生具有拥有介于1260nm与1820nm之间的对应波长的信号频率的CW信号光。所述NLO晶体经耦合以从所述五次谐波产生模块接收所述五次谐波CW光且经配置以通过混合所述五次谐波光与所述信号光而产生具有等于所述第一基频频率的五次谐波与所述第二基频频率的总和的频率的所述183nm CW激光器输出。利用CWOPO腔内混频方法的优点是可独立于泵浦激光器的频率来选择或调整信号频率，从而允许输出光的频率的精确选择。
在一个实施例中，所述五次谐波产生模块及所述混频模块中的至少一者包含经退火、经氢处理或氘处理的硼酸铯锂(CLBO)晶体，其经配置以经接近非临界相位匹配以用于通过混合介于约206nm与214nm之间的波长与介于约1260nm到约1820nm之间的红外线波长而产生近183nm的波长。由于接近非临界相位匹配，所述混频非常高效(例如，非线性系数可近似或略大于1pm V-1)且走离角度小(例如，小于约30mrad)。在优选实施例中，用于五次谐波产生模块的经退火CLBO晶体保持在约80℃或更低的恒定温度下，且用于混频模块的经退火CLBO晶体保持在约30℃或更低的恒定温度下。
附图说明
图1说明现有技术深UV CW激光器。
图2A及2B是展示根据本发明的示范性实施例的示范性CW激光器组合件的简化框图。
图3是展示根据本发明的实施例的在图2A及2B的激光器组合件中利用的示范性五次谐波产生模块的简化图。
图4是根据本发明的替代实施例的由图2A及2B的激光器组合件产生且在所述激光器组合件内混合的示范性波长的表。
图5A、5B及5C是展示根据本发明的替代特定实施例的在图2A及2B的激光器组合件中利用的示范性混频模块的简化框图。
图6是展示根据本发明的特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的示范性光罩或光掩模检验***的简化图。
图7是展示根据本发明的另一特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的示范性多目标检验***的简化图。
图8是展示根据本发明的另一特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的具有暗场及明场检验模式的示范性检验***的简化图。
图9A及9B说明根据本发明的另一特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的暗场检验***。
图10是展示根据本发明的另一特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的用于未图案化晶片的示范性表面检验***的简化图。
图11是展示根据本发明的另一特定实施例的利用图2A及2B的激光器组合件的经配置以使用法向及倾斜照明光束实施异常检测的示范性检验***的简化图。
具体实施方式
本发明涉及用于半导体检验***的传感器的改进。呈现下列描述以使所属领域的一般技术人员能够制作及使用如在特定应用及其要求的上下文中提供的本发明。如本文中使用，方向术语，例如“顶部”、“左”、“右”、“水平”及“向下”希望出于描述的目的提供相对位置，且不希望指定绝对参考系。所属领域的技术人员将明白对所描述实施例的各种修改，且本文中定义的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明并不希望限于所展示及描述的特定实施例，而应符合与本文中揭示的原理及新颖特征一致的最广泛范围。
图2A及2B是展示根据本发明的示范性实施例的具有在约181nm到约185nm的范围中(例如，约183nm)的波长的示范性CW激光器组合件的简化框图。尽管激光器组合件200A及200B在最后混频模块的设计上不同，但其利用大体上相同组核心光学组件：第一基频激光器201、四次谐波产生模块240、五次谐波产生模块250及混频模块，其经布置及配置以产生具有在约181nm到约185nm的范围中的波长的激光器输出光。应注意，由图2A及2B中的每一者中的相同元件符号识别相同核心组件以指示这些核心组件在两个示范性实施例中的每一者中以相同或类似的方式配置及运作。特定来说，在各实施例中，第一基频激光器201经配置以产生具有在约1000nm到约1100nm的范围中(即，介于约1μm与1.1μm之间)的第一基频波长及对应第一基频频率ω1的基频光211。四次谐波产生模块240包括两个倍频腔，其中第一倍频腔220接收第一基频光211的至少一部分212且产生具有等于第一基频频率ω1的两倍的二次谐波频率2ω1的二次谐波光221且第二倍频腔230接收二次谐波光221且产生具有等于第一基频频率ω1的四倍的四次谐波频率4ω1的四次谐波光241。五次谐波产生模块250接收第一基频光211的第二部分213及四次谐波光241且在谐振腔(例如在下文参考图3描述的谐振腔)中实施混频，其中仅循环第一基频光211以增强功率以产生处于等于第一基频频率ω1的五倍的五次谐波频率5ω1的五次谐波光251。激光器组合件200A及200B中的每一混频模块经光学耦合以接收五次谐波光251且经配置以通过混合五次谐波光与具有频率ω2的第二基频光而产生具有频率5ω1+ω2的激光器输出光。然而，图2A的激光器组合件200A的区别在于第二基频激光器202经配置以产生第二基频光231，其经光学耦合到形成于(例如)如在下文参考图5A描述那样配置的混频模块260A中的第二外部谐振腔，使得第二基频光的功率增强且与五次谐波5ω1混合。相比之下，在图2B的激光器组合件200B中，五次谐波光251与第二基频光的频率混合发生在激光器腔内，其中在使用来自泵浦激光器204的光束234泵激增益介质时经由所述增益介质产生第二基频光。在下文参考激光器组合件200A(图2A)及200B(图2B)的详细描述另外详细描述上文提及的核心组件中的每一者的功能布置及操作。
参考图2A及2B，除上文提及的核心组件以外，激光器组合件200A及200B还利用光束***器210，其经光学耦合在第一基频激光器201与四次谐波产生模块240及五次谐波产生模块250两者之间。特定来说，第一基频激光器201产生第一基频光211，其经引导到光束***器210上，光束***器210用以将基频光211分成两个部分：第一部分212，其在第一(例如，水平)方向上引导到四次谐波产生模块240；及第二部分213，其在第二(例如，向下)方向上引导到五次谐波产生器250。五次谐波产生模块250混合基频光部分213与四次谐波光以产生五次谐波光251且接着将其传输到混频模块260A(图2A)或260B(图2B)。
参考图2A及2B，第一基频CW激光器201使用已知技术配置以按基频频率ω1产生第一基频CW光211(在行业中简称为“基频”)。在一个实施例中，第一基频激光器201经配置使得按对应于约1064nm或1070nm的红外线波长的第一基频频率ω1产生第一基频光211。在示范性实施例中，使用Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器介质、掺Nd钒酸钇(Nd:YVO4)激光器介质或掺镱光纤激光器中的一者实施第一基频激光器201。合适基频CW激光器在商业上可购自相干公司(Coherent Inc.)、IPG光电(IPG Photonics)及其它制造商。此类基频激光器的激光器功率电平可在从毫瓦到几十瓦特或更大的范围中。在替代示范性实施例中，通过使用产生近1053nm或1047nm的基频波长的基频激光的Nd:YLF(掺钕氟化钇铝)激光器介质的激光器实施第一基频激光器201。在又一示范性实施例中，可使用Yb:YAG(掺镱钇铝石榴石)激光器介质或通过产生近1030nm的基频波长的基频激光的掺镱光纤激光器实施基频激光器201。
根据图2A及2B中的示范性实施例，四次谐波产生模块240经配置以具有串联的两个倍频模块220及230且倍频模块中的每一者包括分别包含布置于其中的至少三个光学镜及非线性晶体的外部谐振腔。如在现有技术CW激光器中，可使用标准PDH或HC锁定技术稳定所述腔。通过经由控制信号调整镜或棱镜的位置而调整腔长度以维持谐振。第一倍频模块220接收及转换处于基频频率ω1的基频部分212以产生两倍于第一基频频率(2ω1)的二次谐波光221。第二倍频模块230接收及转换二次谐波光221以产生四倍于第一基频频率(4ω1)的四次谐波光241。
在一些其它实施例(未展示)中，第一倍频模块可与基频激光器组合以具有拥有放置于基频固态激光器腔内部的NLO晶体的腔内倍频且另一外部谐振腔经配置以使频率进一步加倍以产生四次谐波光，在此情况中，另一基频激光器可用于产生具有第一基频频率ω1的第一基频光部分213且将其光学耦合到五次谐波产生模块250。
在优选实施例中，产生二次谐波光221的图2A及2B中的第一倍频模块220可包含三硼酸锂(LBO)晶体，其可在介于室温与约200℃之间的温度下(针对晶体平面的适当选择)经大体上非临界相位匹配以用于产生在介于约515nm与约535nm之间的波长范围中的二次谐波。在一些实施例中，第一倍频模块220可包含硼酸铯锂(CLBO)晶体或β硼酸钡(BBO)晶体，其任一者可经临界相位匹配以用于产生在介于约515nm与约535nm之间的波长范围中的二次谐波。在一些其它实施例中，第一倍频模块220可包含KTiOPO4(KTP)、周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体或用于频率转换的其它非线性晶体。产生四次谐波的第二倍频模块230可使用CLBO、BBO或其它非线性晶体中的临界相位匹配。在优选实施例中，第二倍频模块230包括经氢处理或氘处理的CLBO晶体。
可在庄的第9,293,882号美国专利中找到如何可凭借高功率、低噪声及良好稳定性产生CW基频IR激光器的四次谐波的进一步细节。此专利以引用的方式并入本文中。可实施一些替代实施例以产生具有对应于CW基频IR激光器的四次或五次谐波的频率的DUV CW激光器。可在庄等人在2014年6月2日申请的美国专利申请案US 20140362880 A1中找到如何可使用较少谐振腔或更稳定腔产生CW基频IR激光器的更稳定四次或五次谐波的进一步细节。(代理人案号KLA-059P4218)。此专利申请案也以引用的方式并入本文中。
图3是展示根据本发明的实施例的在图2A及2B的183nm激光器组合件中利用的示范性五次谐波产生模块250的简化图。第一基频(ω1)部分213通过输入耦合器303进入包括平面镜303、304、曲面镜305、306及NLO晶体309(包含输入表面321及相对输出表面322)的蝴蝶结环形腔且经再循环以增强功率。在如图3中说明的优选实施例中，晶体309的输入表面321及输出表面322两者经切割及定位以便相对于第一基频光313的偏光(即，在由图3的腔平面上的箭头329指示的方向上)大约成布鲁斯特角(Brewster's angle)。由于优选通过使用非线性光学晶体(例如CLBO或BBO)的类型1混频完成五次谐波产生，四次谐波光的偏光将大体上平行于第一基频光的偏光，因此晶体309的输入表面及输出表面通常也接近于四次谐波光241的布鲁斯特角。此角最小化第一基频光及四次谐波光两者的反射，且因此在一些实施例中促进避免对于NLO晶体309的输入表面321及输出表面322两者上的抗反射涂层的需求。无涂层晶体表面的优点是涂层在暴露到强UV辐射时可具有短使用年限。NLO晶体309经定位以在输入表面321处接收四次谐波光241(即，来自四次谐波产生模块240)及在腔内部循环的基频光313两者，使得四次谐波光241及第一基频光313两者近似共线地进入NLO晶体309(例如，在进入晶体之后，四次谐波光241及基频光313在近似平行于晶体表面323的方向上行进)。为实现此，归因于NLO晶体的色散，输入四次谐波光241需要按从在腔内部循环的第一基频光313的略微偏离角传入。所产生的五次谐波(5ω1)光251及未耗尽的四次谐波(4ω1)光311还按从第一基频光的略微偏离角通过布鲁斯特切割晶体离开。在优选实施例中(如在图3中说明)，四次谐波光241/311及所产生的五次谐波251与基频光313分离得足够远，使得镜305并不在传入四次谐波241的光束路径中且镜306并不在所产生的五次谐波光251或未耗尽的四次谐波光311的光束路径中，因此镜305/306经涂布以仅在第一基频波长下高度反射。在此实施例中，腔中不存在DUV涂层，因此在暴露到DUV辐射时的涂层损坏不成问题。
根据图3，第一基频光213在进入腔之前由透镜组302聚焦以匹配具有在NLO晶体309内部或接近于NLO晶体309的光束腰的谐振腔的固有模式，而四次谐波光241由镜或棱镜(未展示)按从第一基频光束313偏离小角(例如偏离几度)的角度引导且通过透镜或透镜组308聚焦到安置于NLO晶体309内部或接近于NLO晶体309的对应光束腰(未展示光束腰)。未耗尽的第一基本(ω1)光314通过309，由镜306反射且在腔内部循环以增进强度。如果经增强基频(ω1)功率密度足够强，那么从四次谐波光(4ω1)到五次谐波(5ω1)的转换效率非常高，高达或甚至高于50％。在此实施例中，仅使用按第一基频频率ω1谐振的腔产生五次谐波频率。
在替代实施例中，用于使四次谐波光241及第一基频光313共线地进入非线性晶体的其之间的偏离角可非常小，使得镜305处在输入四次谐波光241的光束路径中，且类似地镜306处在未耗尽的四次谐波光311及所产生的五次谐波光251的光束路径中。在另一实施例中，第一基频313及四次谐波241可按大体上法向入射入射于NLO晶体309上(即，第一基频及四次谐波大体上彼此共线地行进)。NLO晶体309的输入表面可经涂布有适当抗反射涂层。在其中第一基频及四次谐波大体上共线地进入NLO晶体309的任何实施例中，五次谐波光将与第一基频几乎共线地(与第一基频成非常小走离角)离开NLO晶体309。在此类情况中，曲面镜305及306可具有允许四次及/或五次谐波高效地通过同时凭借高效率反射基频的二向色涂层。替代地，光束***器或二向色镜(未展示)可视情况***在NLO晶体309的上游及/或下游以组合、分离及引导不同谐波。
可在腔外部利用选用光束***器或波长分离器以进一步分离出任何未耗尽的四次谐波光311(及如果必要，泄漏出腔的任何第一基频光314)与五次谐波光251。光束***器或波长分离器可包括棱镜、偏光光束***器、二向色光束***器或光学元件组合。
在优选实施例中，NLO晶体309包括经退火(经氘处理或氢处理)的硼酸铯锂(CLBO)晶体且通过合适加热或冷却***330(例如，电加热器或热电加热器或冷却器)将经退火CLBO晶体保持在约80℃或更低的恒定温度下。在另一实施例中，五次谐波产生模块250可包括BBO或经配置用于频率加总的其它非线性晶体。
在替代实施例中，五次谐波产生器可包括三角腔(delta cavity)、驻波腔或代替蝴蝶结腔的其它形状腔。如果使用驻波腔，那么在与经注入四次谐波光相同的方向上产生五次谐波。如在现有技术CW激光器中，可使用标准PDH或HC锁定技术稳定这些腔中的任一者。通过经由连接到压电传感器(PZT)、音圈或其它致动器的控制信号(未展示)调整镜中的一者(例如图3中的镜304)的位置或棱镜的位置而调整腔长度以维持谐振。
图4展示根据本发明的替代实施例的由图2A及2B的激光器组合件产生且在激光器组合件内混合以产生具有大约在181nm到185nm的范围中(例如，约183nm)的波长的激光器输出光270的示范性波长的表。对于每一第一基频激光器类型，展示示范性第一基频波长连同对应于谐波的波长以及示范性第二基频激光器类型(激光器介质)连同所要输出波长(在表中展示的实例中，介于181nm与185nm之间)所需的所产生第二波长。基频激光器的确切波长取决于许多因素，包含激光器介质的确切组合物、激光器介质的操作温度及光学腔的设计。使用给定激光器介质的相同激光器线的两个激光器可在归因于前述及其它因素而相差几十纳米或几纳米的波长下操作。适当领域的技术人员将理解如何选择适当第二基频波长以便从接近于表中所列的波长的任何第一基频波长产生所要输出波长。类似地，如果所要输出波长与181nm到185nm相差几纳米，那么还可通过第一或第二基频波长的适当波长调整而实现所要输出波长。
在替代实施例中，基频激光器201经配置以产生具有等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm及约1030nm中的一者的对应波长的处于基频频率ω的基频光211，且第二基频光经配置以具有第二频率及对应波长，当其与第一基频频率的五次谐波(例如，针对约1064nm或约1070nm的基频波长的约1260nm到1420nm)混合时产生约183nm的激光器输出光。通过进一步实例，当基频波长是约1030nm时，第二基频光经产生具有约1490nm到1820nm的波长；且对于约1047nm或约1053nm波长的基频激光器，第二基频光经产生具有介于约1290nm与1590nm之间的波长。能够产生这些第二基频频率中的至少一者的基频激光器在各种功率电平中通常可容易以合理价格获得。例如，产生具有1319nm的波长的激光的Nd:YAG激光器及产生具有1342nm的波长的激光的Nd:钒酸盐激光器可以高达几十瓦特的功率电平获得，且当与具有1064nm的波长的第一基频激光器的五次谐波混合时，将分别产生183.2nm及183.7nm的激光器输出。类似地，如果产生约1645nm的波长的Er:YAG(掺铒钇铝石榴石)激光器与具有1030nm的波长的第一基频激光器的五次谐波混合，那么产生183.1nm的激光器输出。在另一实例中，如果产生约1535nm的波长的掺铒(Er)光纤激光器与具有1047nm的波长的第一基频激光器的五次谐波混合，那么产生184.3nm的激光器输出。在第二基频光在外部谐振腔中或固态激光器腔内部循环的情况下，第二基频光的腔内功率电平可升高到几千瓦特或甚至更高。由于在最终混频模块中使用接近非临界相位匹配，因此最终转换级是高效的，从而允许在约几百毫瓦特到几瓦特或更大的范围中的功率电平下的稳定输出。
图5A是展示在图2A的183nm CW激光器200A中利用的示范性混频模块260A的简化框图。图5B及5C是展示图2B中展示的腔内混频模块260B的替代示范性实施例的简化框图。
在根据图2A的激光器组合件的一个实施例中，混频模块260A经配置以使用仅按第二基频频率谐振的外部腔中的NLO晶体组合从第二基频激光器产生的第二基频光与来自五次谐波产生模块250的五次谐波光以产生具有加总频率5ω1+ω2的183nm光。
混频模块260A说明于图5A中且以类似于图3中展示的五次谐波产生模块250的方式操作。包括镜503、504、505、506的腔按第二基频频率ω2谐振。从五次谐波产生模块250产生的第一基频频率的五次谐波(5ω1)251与具有近似在NLO晶体509中或附近的光束腰的NLO晶体509内部的第二基频光(ω2)重叠。透镜(或透镜组)502经配置用于将传入光束模式匹配到腔的基本模式，其具有在NLO晶体509的中心附近的至少一个腰。透镜或透镜组508将五次谐波光(5ω1)聚焦在NLO晶体509的中心附近。NLO晶体509将第二基频频率(ω2)与基频频率的五次谐波(5ω1)加总以产生具有在181nm到185nm的范围中(即，约183nm)的对应波长的经加总频率(5ω1+ω2)。镜506将任何未耗尽的第二基频光(ω2)514A反射到输入耦合器503，因此其在腔内部循环以增强腔中的功率。在优选实施例中，按接近相对于第二基频光(ω2)513A的偏光(展示为箭头方向529)的布鲁斯特角的角度切割NLO晶体509的两个表面521及522。按接近布鲁斯特角的角度切割表面521及522的一个优点是在NLO 509表面521及522上无需抗反射涂层。另一优点是传入五次谐波光251、未耗尽的五次谐波光512A及所产生的183nm光270A归因于NLO晶体的色散而在NLO晶体509外部与第二基频光513A分离。此外，如果五次谐波251与第二基频光513A的分离及未耗尽的五次谐波512A与未耗尽的第二基频514A的分离足够大，使得镜505及506并不在光束251、512A及270A的光束路径中，那么其仅需经涂布以用于在第二基频频率(ω2)的高反射率。此最小化暴露到高功率DUV光时的涂层降级或损坏。另外，在另一实施例中，可实施具有法向入射的NLO晶体509。如果光束251未与第二基频光束513A分离足够远，那么可在NLO晶体509与镜505之间使用光束***器、二向色镜或棱镜(未展示)(或可在镜505上使用二向色涂层)以使第二基频光(ω2)513A通过且将传入五次谐波光(5ω1)251引导到NLO晶体509中。如果光束512A及270A未与未耗尽的第二基频514A分离足够远，那么可使用NLO晶体509与镜506之间的光束***器、二向色镜或棱镜(未展示)(或镜506上的二向色涂层)以使未耗尽的第二基频光(ω2)514A通过且将处于经加总频率(5ω1+ω2)的所产生183nm光270A及未耗尽的五次谐波(5ω1)512A转向离开腔。
在一些实施例中，使用其它形状的腔，例如三角形或驻波腔，而非具有蝴蝶结腔。如果使用驻波腔，那么在与经注入五次谐波光相同的方向上产生经加总频率。如在现有技术CW激光器中，可使用标准PDH或HC锁定技术稳定所述腔。通过经由连接到压电传感器(PZT)、音圈或其它致动器的控制信号(未展示)调整镜(例如图5A中的镜504)或棱镜的位置而调整腔长度以维持谐振。
参考图2B，在另一实施例中，激光器200B利用腔内混频模块260B而以经加总频率(5ω1+ω2)产生183nm光。图5B及5C展示其中使用固态激光器腔(图5B)或光学参数振荡器腔(图5C)实施混合模块260B(图2B)的(第二)腔的两个替代实施例。在每一情况中，(第二)腔经配置以循环(第二)光(即，在固态激光器腔(图5B)的情况中的第二基频光或在光学参数振荡器腔(图5C)的情况中的信号光)。在两个例子中，经循环光具有拥有在约1260nm到约1420nm的范围中的对应波长的频率范围，且因此为方便起见使用“ω2”指涉图5B中的经循环光的第二基频频率及图5C中的经循环信号光的信号频率两者。
在图5B中说明展示使用固态激光器腔的腔内混频模块260B1的简化图。代替使用外部谐振腔来增强第二基频频率且执行混频以产生183nm光，将用于和频率产生的NLO晶体509放置于以第二基频频率ω2产生光的固态激光器腔内部。如在图5B中说明，产生第二基频频率的激光器腔包括输入耦合器553、镜554、555、556、增益介质560及额外元件(例如光学二极管561、标准具562)。具有泵浦频率(ωp)的泵浦光束234从参考图2B的泵浦激光器204产生，通过一或多个透镜552聚焦到近似增益介质560的中心且被吸收。通过两个方向上的粒子数反转产生第二基频频率(ω2)。为确保第二基频光的单方向行进，将光学二极管561(在一些示范性实施例中，其可包括波板及法拉第旋转器)***腔中，因此在相反方向上的初始光产生无法通过及加以放大。标准具及/或双折射滤波器562经放置于所产生第二基频光的光束路径中以针对正确带宽选择且避免腔中的模态跳跃。与其中实施经涂布用于激光器波长的部分透射的输出耦合器以使光束离开的典型激光器腔相比，镜553、554、555及556经涂布用于第二基频频率的高反射率，因此其在腔内部循环且并未泄漏出。
如在图5B中说明，NLO晶体509经***在第二基频光513B的光束路径中的腰位置处，以便通过从第二基频频率(ω2)及由五次谐波产生模块250产生的五次谐波251(处于频率5ω1)的和频率产生而产生183nm光。透镜或透镜组508将五次谐波251聚焦在NLO晶体509的中心附近。镜556将任何未耗尽的第二基频光514B反射到输入耦合器553，因此其在腔内部循环以增强功率。在优选实施例中，按接近相对于第二基频光513B的偏光(由箭头529指示)的布鲁斯特角切割NLO晶体509的两个表面521及522。按接近布鲁斯特角的角度切割表面521及522的一个优点是在NLO晶体509的两个表面521及522上无需抗反射涂层。另一优点是传入五次谐波光251、未耗尽的五次谐波512B及所产生的183nm光270B归因于NLO晶体509的色散而与第二基频光513B分离。此外，如果五次谐波251与第二基频513B的分离及未耗尽的五次谐波512B与未耗尽的第二基频514B的分离足够大使得镜555及556并不在光束251、512B及270B的光束路径中，那么其仅需经涂布以用于在第二基频频率(ω2)的高反射率。此最小化暴露到高功率DUV光时的涂层降级或损坏。另外，在另一实施例中，可凭借法向入射实施NLO晶体509。如果光束251未与第二基频光束513B分离足够远，那么可在NLO晶体509与镜555之间使用光束***器、二向色镜或棱镜(未展示)(或可在镜555上使用二向色涂层)以使第二基频光513B通过且将传入五次谐波光251引导到NLO晶体509中。如果光束512B及270B未与未耗尽的第二基频514B分离足够远，那么可使用NLO晶体509与镜556之间的光束***器、二向色镜或棱镜(未展示)(或镜556上的二向色涂层)以使未耗尽的第二基频光(ω2)514B通过且将处于经加总频率(5ω1+ω2)的所产生183nm光270B及未耗尽的五次谐波512B转向离开腔。在此实施例中，混频模块并不包括按第二基频频率谐振的外部腔而包括产生第二基频频率的固态激光器腔，因此腔较不敏感且可无需用于控制腔长度的主动反馈控制回路。
在替代实施例(未展示)中，泵浦光可从另一侧聚焦到增益介质560且通过镜554或同时从两个方向传入。在一些示范性实施例中，针对Nd:YAG或Nd:钒酸盐激光器的泵激可使用按约808nm的波长或约888nm的波长操作的一或多个二极管激光器完成，而针对Er:YAG激光器的泵激可使用按约1532nm操作的掺Er光纤激光器完成。
在图5C中说明可代替用于处于经加总频率(5ω1+ω2)的183nm光的腔内产生的图2B中的260B1使用的替代实施例260B2。代替将NLO晶体509放置于产生处于第二基频频率ω2的光的固态激光器腔内部(如在图5B中说明及在上文说明)，NLO晶体509经放置于按信号频率ω2谐振且包括镜573、574、575及576以及NLO材料570的OPO腔中(如在图5C中说明)。具有泵浦频率(ωp)的泵浦光束234从图2B中的泵浦激光器204产生，由一或多个透镜572聚焦到接近于NLO材料570的中心的焦点且其中其经降频转换到信号频率ω2及闲频信号(idler)频率(等于ωp-ω2)。应注意，如在本文中使用，信号频率ω2是指产生183nm光270B所需的频率，而与信号或闲频信号是否具有较高频率无关(与其中信号频率高于闲频信号频率的普通惯例相比)。镜573、574、575及576经涂布用于信号频率ω2的高反射率，使得未转换信号在腔内部循环以在腔内部增进信号频率的高功率密度。在一个实施例中，通过凭借附接到镜中的一者的致动器(例如附接到镜576的压电传感器(PZT)或音圈)主动控制腔的光学路径长度而实施信号频率ω2的精确频率控制。在替代实施例中，通过放置于镜表面中的一或多者上的窄带反射涂层或通过放置于腔中的窄带透射或反射元件(未展示)实现信号频率ω2的频率控制。通过输入耦合器(例如，通过镜573上的适当涂层或通过腔内的分离输入耦合器(未展示))将泵浦光引导到腔中。未耗尽的泵浦及闲频信号(共同标记为578C)可通过一个镜(例如如展示的镜574)上的波长选择涂层离开腔或可通过一或多个光学元件(例如二向色镜或光束***器(未展示))转向离开腔。
NLO材料570优选是周期性极化非线性光学晶体，例如周期性极化掺MgO的化学计量钽酸锂(MgO:SLT)或周期性极化MgO掺杂铌酸锂(MgO:LN)。针对泵浦频率与信号频率的准相位匹配选择极化周期。泵浦激光器可为产生适合于通过降频转换产生信号频率的泵浦频率的任何方便激光器。在一个实施例中，泵浦激光器频率ωp等于第一基频频率ω1。在一个实施例中，图2B中的第一基频激光器201可在第一基频光211与泵浦光234的频率相等时产生第一基频光211及泵浦光234。在一个实施例中，在第一基频频率与泵浦频率相等时，可将来自OPO腔内混频模块260B2的未耗尽泵浦光(即，578C内的处于泵浦频率的光)引导到其它模块，例如四次谐波产生模块或五次谐波产生模块。
如在图5C中说明，NLO晶体509经***在信号光513C的光束路径中的腰位置处，以便通过从信号频率(ω2)及由五次谐波产生模块250产生的五次谐波(5ω1)251的和频率产生而产生183nm光270B。透镜或透镜组508将五次谐波(5ω1)聚焦在NLO晶体509的中心附近。镜576将任何未耗尽的信号光514C反射到镜(输入耦合器)573，使得其在腔内部循环以增强功率。在优选实施例中，按接近相对于信号光513C的偏光(由箭头529C指示)的布鲁斯特角切割NLO晶体509的两个表面521及522。在上文说明按接近布鲁斯特角的角度切割表面521及522的优点。未耗尽的信号514C及未耗尽的五次谐波512C可通过在上文关于图2A及2B描述的光学配置中的任一者而与183nm光270B分离。
再次参考图5A、5B及5C，在优选实施例中，走离与晶体509的输出表面的角度的组合可实现激光器输出270A/270B与其它波长的足够分离，使得无需其它光学器件来进一步分离所要输出波长(即，处于约183nm的激光器输出光270A/270B)与其它非所要波长(例如，五次谐波光512A/512B/512C的未耗尽部分及/或第二基频或信号光的泄漏)。在一些实施例中，其可使用腔外部的一或多个光学元件以进一步分离所要输出波长与其它非所要波长。此光学器件可包含光束***器、棱镜、光栅或其它光学元件。
在图5A、5B及5C的优选实施例中，非线性晶体509包括经退火(经氘处理或氢处理)的硼酸铯锂(CLBO)晶体且通过合适温度控制***330(例如，热电冷却器)将将退火CLBO晶体保持在约30℃或更低的恒定温度下。在一个实施例中，非线性晶体509的温度可低于0℃，例如，约-5℃或-10℃。在其它实施例中，混频模块260A/260B可包括BBO或用于频率加总的其它非线性晶体。
对于在处于约30℃的温度下的CLBO中与近1342nm的第二基频或信号波长及具有近209.4nm的波长的五次谐波的I型匹配，相位匹配角是约79°。对于在处于约30℃的温度下的CLBO中近1300nm的第二基频波长及具有近213nm的波长的五次谐波的I型匹配，相位匹配角是约81°。这些实例中的两者展示可实现具有高效率及低走离的接近非临界相位匹配以用于产生近183nm的波长。这些波长组合仅为实例且不意在限制本发明的范围。适当领域的技术人员理解如何选择波长、温度及角度的不同组合以实现相位匹配。
上文描述及相关联图说明用于产生具有约183nm的波长的光的各种激光器。描述一些特定波长及波长范围以便说明实施例。类似于上文描述的实施例的产生比183nm短或长几纳米的不同波长的其它激光器实施例是可能的且在本发明的范围内。
应注意，在实施例中的任一者中，镜、棱镜、潜望镜等可视需要用于引导基频波长或其它波长。例如，可视需要使用棱镜、光束***器、光束组合器及二向色涂布镜以分离及组合光束。可使用镜与光束***器的各种组合以按任何适当序列分离及路由不同频率转换级之间的各种波长。可按约等于入射波长的布鲁斯特角的角度切割频率转换晶体、棱镜、光束***器或透镜的面，以便在不使用抗反射涂层的情况下最小化或控制反射。此切割对于UV辐射入射于其中的表面可为尤其有利的，因为抗反射涂层可在暴露到UV时降级且因此如果用在此类表面上，那么可使激光器的可靠性降级。可使用波板(包含布鲁斯特角波板或延迟器)或其它光学元件以视需要旋转波长中的任一者的偏光以使偏光与下一频率转换或混频级的适当晶轴对准。在阿姆斯特朗(Armstrong)的标题为“高损伤阈值频率转换***(High Damage Threshold Frequency Conversion System)”的第8,711,470号美国专利中更详细描述DUV激光器中的布鲁斯特角光学器件的使用。此专利以引用的方式并入本文中。
频率转换级中的任一者可包含一或多个保护环境，例如在阿姆斯特朗的标题为“用于控制光学晶体环境的围封(Enclosure for controlling the environment ofoptical crystals)”的第8,298,335号美国专利中所描述的那些。此专利以引用的方式并入本文中。应注意，单个保护环境可围封多个级或单个级。
频率转换级中的任一者可并入：在杜宾斯基(Dribinski)等人的标题都为“通过抑制瞬时色心形成及控制声子群来减轻激光诱导的光学材料损伤(Alleviation of laser-induced damage in optical materials by suppression of transient color centersformation and control of phonon population)”的第9,461,435号及第9,059,560号美国专利中描述的方法或***中的任一者；在阿姆斯特朗的标题为“测量非线性光学晶体中的晶位寿命(Measuring crystal site lifetime in a non-linear optical crystal)”的第8,824,514号美国专利中描述的设备或方法中的任一者；在格尼斯(Genis)的标题为“激光晶体退化补偿(Laser crystal degradation compensation)”的第8,976,343号美国专利中描述设备及方法中的任一者；在格尼斯在2013年6月19日申请且标题为“用以延长寿命并最小化扫描非线性光学晶体的扰动的优先偏移方向(Preferential shift directionto prolong the life and minimize perturbations of a scanning nonlinearoptical crystal)”的第61/837,053号美国临时专利申请案中描述的***及方法中的任一者；及在阿姆斯特朗等人分别在2012年6月29日及2013年2月7日申请且标题都为“频率转换激光器中晶体连续运动的扫描速率(Scan rate for continuous motion of a crystalin a frequency converted laser)”的第61/666,675号及第61/762,269号美国临时专利申请案中描述的***及方法中的任一者。所有这些专利、申请案及临时申请案以引用的方式并入本文中。
应进一步注意，频率转换级中的任一者可有利地使用经氘、氢及/或氟掺杂或处理的非线性晶体。可通过杜宾斯基等人在2010年9月3日申请的第9,023,152号美国专利或庄等人在2012年6月5日申请的第9,250,178号美国专利或杜宾斯基等人在2014年4月8日申请的第14/248,045号美国专利申请案中描述的过程或方法中的任一者产生、加工或处理此类晶体。这些专利及申请案以引用的方式并入本文中。经掺杂或处理晶体在涉及深UV波长、包含第二倍频模块230、五次谐波产生模块250及混频模块260A、260B1及260B2的所述级中可为尤其有用。
上文描述的图不希望表示组件的实际物理布局。上文描述的图展示过程中涉及的主要光学模块，但不展示每一光学元件。适当领域的技术人员将从上文描述的图及其相关联描述理解如何构建183nm激光器。应理解，可视需要使用更多或更少光学组件以引导光。可视情况使用透镜及/或曲面镜以将光束腰聚焦到非线性晶体内部或附近的大体上圆形或椭圆形横截面的焦点。可视需要使用棱镜、光束***器、光栅或衍射光学元件以操纵或分离每一频率转换模块或混合模块的输出处的不同波长。可视情况使用棱镜、涂布镜或其它元件以组合频率转换及混合模块的输入处的不同波长。可视情况使用光束***器或涂布镜以将一个波长分为两个光束。可使用滤波器以阻断或分离任何级的输出处的非所要波长。可视需要使用波板以旋转偏光。可适当地使用其它光学元件。在一些情况中，可接受允许来自一个频率转换级的未耗尽光通过到下一级，即使在后续级中无需所述光。如果功率密度足够低而不导致损坏且如果几乎不存在所要频率转换过程的干扰(例如，由于无在按晶体角度的相位匹配或归因于光的偏光)，那么此可为可接受的。适当领域的技术人员将理解，各种折衷及替代方案在183nm激光器的实施方案中是可能的。
尽管在本文中使用促进产生处于从181nm到185nm的所要波长的激光器输出光270的各种基频波长描述本发明，但可使用不同基频波长产生几纳米内的其它波长。除非在所附权利要求书中另外规定，否则此类激光器及利用此类激光器的***被视为在本发明的范围内。
与脉冲激光器相比，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。此外，所产生CW光的带宽比典型锁模激光器窄若干数量级，因此对应照明或检测光学***的设计的复杂性可小得多且具有更好性能且可减少***成本。
具有亚200nm波长的CW激光器商业上无法以充足功率电平获得或非常不可靠。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。本发明的实施例产生低到约183nm的较短波长，因此与较长波长相比，提供用于检测小粒子及缺陷的优选敏感度。
除其较短波长以外，本发明的183nm CW激光器具有相较于193nm CW激光器的若干优点。相较于产生193nm作为六次或八次谐波的激光器，本发明的183nm激光器具有使用容易以几十瓦特的功率电平获得的基频波长的优点。相较于通过混合第一基频频率的五次谐波与第二频率而产生193nm的激光器的优点是183nm激光器的混频模块更高效，这是因为CLBO经接近非临界相位匹配以用于从在约206nm到约214nm的范围中的五次谐波波长产生183nm。此允许将第二基频频率及第一基频频率的五次谐波更高效地转换成最终输出且还使混频模块更稳定。
此外，整个***更稳定且具有少得多的噪声。如在本发明中描述，五次谐波产生模块的腔仅针对第一基频频率而非四次谐波频率谐振，因此来自四次谐波产生模块的腔的噪声未耦合到五次谐波产生模块的腔。类似地，在一个示范性实施例中，混频模块的腔仅针对第二基频频率而非第一基频频率的五次谐波谐振，因此来自五次谐波产生器的腔的噪声未耦合到混频模块的腔。混频模块的其它实施例并不包括按第二基频频率谐振的外部腔而包括产生第二基频频率的固态激光器腔，因此腔较不敏感且无需用于腔长度的主动反馈控制回路。
此外，本文中揭示的本发明激光器的一些实施例无需五次谐波产生模块及混频模块的腔内部的光学元件中的任一者上的DUV涂层。涂层在暴露到强DUV辐射时可具有短使用年限。因此不具有涂层的优点是其最小化归因于涂层的损坏且使高功率DUV输出更稳定。
本发明的另一方面是一种并入本发明183nm CW激光器的晶片、光罩或光掩模检验或计量***。在图6到11中说明此类***的方面。
光罩或光掩模检验***600可经配置以测量来自衬底612(例如如在图6中展示且在第7,352,457号美国专利(其以宛如全文阐述引用的方式并入本文中)中描述的光罩或光掩模)的透射及反射光。对于关于可使用本发明的发明激光器的光罩及光掩模检验***的更多细节，还参见第5,563,702号美国专利，所述专利以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。利用本发明的发明激光器的光罩或光掩模检验***可在单个检测器上同时检测来自光罩或光掩模的反射及透射图像，如在布朗(Brown)等人的第7,528,943号美国专利中描述。此专利以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
***600大体上包含第一光学布置651及第二光学布置657。如展示，第一光学布置651包含至少一光源652、检验光学器件654及参考光学器件656，而第二光学布置657包含至少透射光光学器件658、透射光检测器660、反射光光学器件662及反射光检测器664。在一个优选配置中，光源652包含上文描述的改进激光器中的一者。
光源652经配置以发射通过声光装置670的光束，声光装置670经布置以使光束偏转及聚焦。声光装置670可包含一对声光元件(例如，声光预扫描仪及声光扫描仪)，其使光束在Y方向上偏转且将其聚焦在Z方向上。通过实例，多数声光装置通过发送RF信号到石英或晶体(例如TeO2)而操作。此RF信号导致声波行进通过晶体。由于正在行进的声波，晶体变得不对称，此导致折射率贯穿晶体而改变。此改变导致入射光束形成以振荡方式偏转的聚焦行进光点。
当光束从声光装置670出射时，所述光束接着通过一对四分之一波板672及中继透镜674。中继透镜674经布置以准直光束。接着，准直光束在其路径上继续直到其到达衍射光栅676。衍射光栅676经布置用于展开光束且更特定来说用于将光束分离为三个相异光束，其在空间上可彼此区分(即，空间相异)。在多数情况中，空间相异光束还布置为等距隔开且具有大体上相等光强度。
在离开衍射光栅676之后，三个光束通过孔径680且接着继续直到其到达光束***器立方体682。光束***器立方体682(结合四分之一波板672)经布置以将光束分成两个路径，即一个路径向下引导且另一路径引导到右侧(在图6中展示的配置中)。向下引导的路径用于将光束的第一光部分分配到衬底612，而引导到右侧的路径用于将光束的第二光部分分配到参考光学器件656。在多数实施例中，将大部分光分配到衬底612且将较小百分比的光分配到参考光学器件656，但是百分比比率可根据每一光学检验***的特定设计而变化。在一个实施例中，参考光学器件656可包含参考集光透镜614及参考检测器616。参考集光透镜614经布置以收集光束的部分且将光束的部分引导于参考检测器616上，所述参考检测器616经布置以测量光强度。参考光学器件通常在所属领域中为人所熟知且为简单起见将不会加以详细论述。
从光束***器682向下引导的三个光束是由望远镜688接收，所述望远镜688包含重新引导及扩张光的若干透镜元件。在一个实施例中，望远镜688是包含围绕转座旋转的多个望远镜的望远镜***的部分。例如，可使用三个望远镜。这些望远镜的目的是改变衬底上的扫描光点的大小且借此允许选择最小可检测缺陷大小。更特定来说，望远镜中的每一者大体上表示不同像素大小。因而，一个望远镜可产生较大光点大小，从而使检验更快且更不敏感(例如，低分辨率)，而另一望远镜可产生较小光点大小，从而使检验更慢且更敏感(例如，高分辨率)。
从望远镜688，所述三个光束通过物镜690，物镜690经布置以将光束聚焦到衬底612的表面上。在光束与表面交叉为三个相异光点时，可产生反射光束及透射光束两者。透射光束通过衬底612，而反射光束从表面反射。通过实例，反射光束可从衬底的不透明表面反射，且透射光束可透射穿过衬底的透明区。透射光束是通过透射光光学器件658收集且反射光束是通过反射光光学器件662收集。
关于透射光光学器件658，透射光束在通过衬底612之后被第一透射透镜696收集且在球面像差校正器透镜698的帮助下聚焦到透射棱镜610上。棱镜610可经配置以具有用于透射光束中的每一者的琢面，琢面经布置以重新定位及折曲透射光束。在多数情况中，棱镜610用于分离光束，使得其相应落在透射光检测器布置660(展示为具有三个相异检测器)中的单个检测器上。因此，当光束离开棱镜610之后，其通过第二透射透镜602，第二透射透镜602将分离光束中的每一者个别地聚焦到三个检测器中的一者上，所述三个检测器中的每一者经布置以测量透射光的强度。
关于反射光光学器件662，反射光束在从衬底612反射之后被物镜690收集，物镜890接着引导光束朝向望远镜688。在到达望远镜688之前，光束还通过四分之一波板604。一般来说，物镜690及望远镜688以在光学上相对于如何操纵入射光束相反的方式操纵收集光束。即，物镜690重新准直所述光束，且望远镜688减小其大小。当光束离开望远镜688时，其继续(向后)直到其到达光束***器立方体682。光束***器682经配置以与四分之一波板604一起运作以将光束引导到中心路径606上。
接着，通过第一反射透镜608收集在路径606上继续的光束，第一反射透镜608将光束中的每一者聚焦到反射棱镜609上，反射棱镜609包含用于反射光束中的每一者的琢面。反射棱镜609经布置以重新定位反射光束及使反射光束弯曲。类似于透射棱镜610，反射棱镜609用于分离光束，使得其相应落在反射光检测器布置664中的单个检测器上。如展示，反射光检测器布置664包含三个个别相异检测器。当光束离开反射棱镜609时，其通过第二反射透镜611，第二反射透镜611将分离光束中的每一者个别地聚焦到这些检测器中的一者上，这些检测器中的每一者经布置以测量反射光的强度。
存在可通过前述光学组合件促进的多个检验模式。通过实例，光学组合件可促进透射光检验模式、反射光检验模式及同时检验模式。关于透射光检验模式，透射模式检测通常用于衬底(例如具有透明区及不透明区的常规光学掩模)上的缺陷检测。在光束扫描掩模(或衬底612)时，光在透明点处穿透掩模且通过透射光检测器660检测，透射光检测器660经定位于掩模后面且测量通过包含第一透射透镜696、第二透射透镜602、球面像差透镜698及棱镜610的透射光光学器件658收集的光束中的每一者的强度。
关于反射光检验模式，可对含有呈铬、显影光致抗蚀剂或其它特征的形式的图像信息的透明或不透明衬底执行反射光检验。由衬底612反射的光沿着与检验光学器件654相同的光学路径向后行进，但是接着通过偏光光束***器682转向到检测器664中。更特定来说，第一反射透镜608、棱镜609及第二反射透镜611将来自经转向光束的光投射到检测器664上。反射光检验还可用于检测不透明衬底表面的顶部上的污染。
关于同时检验模式，利用透射光及反射光两者以确定缺陷的存在及/或类型。***的两个测量值是如通过透射光检测器660感测的透射穿过衬底612的光束的强度及如通过反射光检测器664检测的反射光束的强度。接着，可处理所述两个测量值以确定衬底612上的对应点处的缺陷(如果存在)的类型。
更特定来说，同时透射及反射检测可揭示通过透射检测器感测的不透明缺陷的存在，而反射检测器的输出可用于揭示缺陷类型。作为实例，衬底上的铬点或粒子都可导致来自透射检测器的低透射光指示，但反射铬缺陷可导致高反射光指示且粒子可导致来自相同反射光检测器的较低反射光指示。因此，通过使用反射及透射检测两者，我们可定位铬几何结构的顶部上的粒子，如果仅检查缺陷的反射特性或透射特性，那么不能进行此定位。另外，我们可确定某些类型的缺陷的签名，例如其反射光强度与透射光强度的比率。接着，可使用此信息以对缺陷自动分类。
此激光器可用作具有涵盖不同波长或波长范围的多个光源的检验***(例如图7中展示的***700)中的光源中的一者，其中针对不同波长范围优化不同物镜。在第2009/0180176号美国公开申请案中描述此检验***，所述申请案以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
在***700中，将来自激光器源701的照明发送到照明子***的多个区段。照明子***的第一区段包含元件702a到706a。透镜702a聚焦来自激光器701的光。来自透镜702a的光接着从镜703a反射。出于说明的目的，镜703a经放置在此位置处且可定位在别处。来自镜703a的光接着由形成照明光瞳平面705a的透镜704a收集。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面705a中放置孔径、滤波器或用以修改光的其它装置。来自光瞳平面705a的光接着通过透镜706a且形成照明场平面707。
照明子***的第二区段包含元件702b到706b。透镜702b聚焦来自激光器701的光。来自透镜702b的光接着从镜703b反射。来自镜703b的光接着由形成照明光瞳平面705b的透镜704b收集。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面705b中放置孔径、滤波器或用以修改光的其它装置。来自光瞳平面705b的光接着通过透镜706b且形成照明场平面707。来自第二区段的光接着通过镜或反射表面重新引导，使得照明场平面707处的照明场光能包括经组合照明区段。
场平面光接着在从光束***器710反射之前由透镜709收集。透镜706a及709在物镜光瞳平面711处形成第一照明光瞳平面705a的图像。同样地，透镜706b及709在物镜光瞳平面711处形成第二照明光瞳平面705b的图像。物镜712(或替代地713)接着获取光瞳光且在样本714处形成照明场707的图像。物镜712或物镜713可经定位成接近于样本714。样本714可在载物台(未展示)上移动，从而将样本定位在所要位置中。从样本714反射及散射的光是通过高NA折反射物镜712或物镜713收集。在物镜光瞳平面711处形成反射光光瞳之后，光能在成像子***中形成内场716之前通过光束***器710及透镜715。此内部成像场是样本714及对应照明场707的图像。此场可在空间上分离为对应于照明场的多个场。这些场中的每一者可支持单独成像模式。
可使用镜717重新引导这些场中的一者。重新引导光接着在形成另一成像光瞳719b之前通过透镜718b。此成像光瞳是光瞳711及对应照明光瞳705b的图像。可取决于检验模式的要求而在光瞳平面719b中放置孔径、滤波器或用以修改光的其它装置。来自光瞳平面719b的光接着通过透镜720b且在传感器721b上形成图像。以类似方式，经过镜或反射表面717的光由透镜718a收集且形成成像光瞳719a。来自成像光瞳719a的光接着在检测器721a上形成图像之前由透镜720a收集。成像于检测器721a上的光可用于与成像于传感器721b上的光不同的成像模式。
***700中所采用的照明子***是由激光器源701、集光光学器件702到704、放置成接近于光瞳平面705的光束塑形组件及中继光学器件706及709组成。内场平面707经定位在透镜706与709之间。在一个优选配置中，激光器源701可包含上文描述的改进激光器中的一者。
关于激光器源701，虽然说明为具有两个透射点或角度的单个均匀块，但实际上此表示能够提供两个照明通道(例如，第一光能通道(例如在第一频率下通过元件702a到706a的激光能)及第二光能通道(例如在第二频率下通过元件702b到706b的激光能))的激光器源。可采用不同光照明模式，例如一个通道中的明场照明及另一通道中的暗场模式。
虽然来自激光器源701的光能经展示为以90度间隔发射且所述元件702a到706a及702b到706b经定向成90度角，但实际上可以各种定向(未必在两个维度上)发射光且所述组件可不同于展示那样进行定向。因此，图7仅为所采用的组件的表示且所展示的角度或距离并未按比例绘制也非针对设计特别要求。
可在使用孔径塑形的概念的当前***中采用放置成接近于光瞳平面705的元件。使用此设计，可实现均匀照明或近似均匀照明以及个别点照明、环状照明、四极照明或其它所要图案。
可在一般成像子***中采用物镜的各种实施方案。可使用单个固定物镜。单个物镜可支持所有所要成像及检验模式。如果成像***支持相对大场大小及相对高数值孔径，那么可实现此设计。可通过使用放置在光瞳平面705a、705b、719a及719b处的内部孔径将数值孔径减小到所要值。
还可如图7中展示那样使用多个物镜。例如，尽管展示两个物镜712及713，但任何数目是可能的。可针对通过激光器源701产生的每一波长优化此设计中的每一物镜。这些物镜712及713可具有固定位置或移动到接近于样本714的位置中。为移动多个物镜使其接近于样本，可如标准显微镜上所常见那样使用旋转转座。用于移动物镜使其接近于样本的其它设计是可用的，包含(但不限于)在载物台上横向平移物镜及使用测向器在弧上平移物镜。另外，可根据本***实现固定物镜与转座上的多个物镜的任何组合。
此配置的最大数值孔径可接近或超过0.97，但在某些例子中可更高。此高NA折反射成像***可能具有的大范围的照明及收集角结合其大场大小允许所述***同时支持多个检验模式。如可从先前段落所了解，可搭配照明装置使用单个光学***或机器实施多个成像模式。针对照明及收集揭示的高NA允许使用相同光学***实施成像模式，借此允许针对不同类型的缺陷或样本优化成像。
成像子***还包含中间图像形成光学器件715。图像形成光学器件715的用途是形成样本714的内部图像716。在此内部图像716处，可放置镜717以重新引导对应于检验模式中的一者的光。可重新引导此位置处的光，这是因为用于成像模式的光在空间上分离。可以若干不同形式(包含可变焦距变焦(varifocal zoom)、具有聚焦光学器件的多个无焦管透镜或多个图像形成mag管)实施图像形成光学器件718(718a及718b)及720(720a及720b)。
可在如在图8中展示的具有暗场及明场检验模式的检验***中使用此激光器。在公开的第2007/0002465号美国申请案中说明此图及***，所述案以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。图8说明并入法向入射激光器照明的折反射成像***800。***800的照明块包含：激光器801；调适光学器件802，其用以控制所检验表面上的照明光束大小及轮廓；孔径与窗803，其在机械外壳804中；及棱镜805，其用以以相对于样本808的表面的法向入射重新引导沿着光学轴的激光。棱镜805还沿着光学路径将来自样本808的表面特征的镜面反射及来自物镜806的光学表面的反射引导到图像平面809。可以折反射物镜、聚焦透镜群组及变焦管透镜区段807的一般形式提供用于物镜806的透镜。在优选实施例中，可通过上文描述的改进激光器中的一者实施激光器801。
可在如在图9A及9B中展示的具有倾斜线照明的暗场检验***中使用此激光器。此检验***可具有2个或3个不同集光***，包含如展示的离轴及近法向收集。此暗场检验***还可包含法向入射线照明(未展示)。可在第7,525,649号美国专利中找到包含图9A及9B中展示的***的说明的更多细节，所述专利以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
图9A说明用于检验样本911的表面的区的表面检验设备900，其包含照明***901及集光***910。如在图9A中展示，激光器***920引导光束902通过光束塑形光学器件903。在优选实施例中，激光器***920包含上文描述的激光器中的一者。第一光束塑形光学器件903可经配置以从激光器***接收光束，所述光束经聚焦到样本911的表面上。
光束塑形光学器件903经定向，使得其主平面大体上平行于样本911的表面且因此在样本911的表面上在光束塑形光学器件903的焦平面中形成照明线905。另外，按非正交入射角将光束902及聚焦光束904引导到样本911的表面。特定来说，可按与法线方向成约1°与约85°之间的角度将光束902及聚焦光束904引导到样本911的表面。以此方式，照明线905大体上是在聚焦光束904的入射平面中。
集光***910包含用于收集从照明线905散射的光的透镜912及用于将来自透镜912的光聚焦到装置(例如电荷耦合装置(CCD)914，其包括光敏检测器阵列)上的透镜913。在一个实施例中，CCD 914可包含线性检测器阵列。在此类情况中，CCD 914内的线性检测器阵列可定向成平行于照明线905。在一个实施例中，可包含多个集光***，其中集光***中的每一者包含类似组件，但定向不同。
例如，图9B说明用于表面检验设备的集光***931、932及933的示范性阵列(其中为简单起见未展示其照明***，例如，类似于照明***901)。集光***931中的第一光学器件收集在第一方向上从样本911的表面散射的光。集光***932中的第二光学器件收集在第二方向上从样本911的表面散射的光。集光***933中的第三光学器件收集在第三方向上从样本911的表面散射的光。应注意，第一路径、第二路径及第三路径与样本911的所述表面成不同反射角。可使用支撑样本911的平台以引起光学器件与样本911之间的相对运动，使得可扫描样本911的整个表面。
还可在用于未图案化晶片(例如在图10及11中展示的晶片)的检验***中使用此激光器。此检验***可并入倾斜及/或法向入射照明及用于如在这些图中展示的散射光的大集光立体角。可在第6,201,601号及第6,271,916号美国专利中找到关于未图案化检验***的更多细节及图10及11的元件的说明，所述专利两者以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
图10说明可用于检验表面1001上的异常的表面检验***1000。在此实施例中，可通过包括由上文描述的改进激光器中的一者产生的激光束的激光器***1030的大体上固定照明装置部分来照明表面1001。激光器***1030的输出可连续通过偏光光学器件1021、光束扩张器与孔径1022以及光束成形光学器件1023以扩张及聚焦光束。
所得聚焦激光束1002接着通过光束折叠组件1003及光束偏转器1004反射以引导光束1005朝向表面1001以用于照明所述表面。在优选实施例中，光束1005大体上法向或垂直于表面1001，但在其它实施例中光束1005可与表面1001成倾斜角。
在一个实施例中，光束1005大体上垂直或法向于表面1001且光束偏转器1004将来自表面1001的光束的镜面反射反射朝向光束转向组件1003，借此用作防止镜面反射到达检测器的防护罩。镜面反射的方向是沿着线SR，线SR法向于样本的表面1001。在其中光束1005法向于表面1001的一个实施例中，此线SR与照明光束1005的方向一致，其中此共同参考线或方向在本文被称为检验***1000的轴。在光束1005与表面1001成倾斜角的情况下，镜面反射的方向SR不会与光束1005的传入方向一致；在此例子中，指示表面法线的方向的线SR被称为检验***1000的集光部分的主轴。
由小粒子散射的光由镜1006收集且经引导朝向孔径1007及检测器1008。由大粒子散射的光由透镜1009收集且经引导朝向孔径1010及检测器1011。应注意，一些大粒子将散射还经收集且引导到检测器1008的光，且类似地，一些小粒子将散射还经收集且引导到检测器1011的光，但此光的强度相对低于相应检测器经设计以检测的散射光的强度。在一个实施例中，检测器1011可包含光敏元件阵列，其中光敏元件阵列的每一光敏元件经配置以检测照明线的放大图像的对应部分。在一个实施例中，检验***可经配置用于检测未图案化晶片上的缺陷。
图11说明经配置以使用法向及倾斜照明光束两者来实施异常检测的检验***1100。在此配置中，包含上文描述的改进激光器中的一者的激光器***1130可提供激光束1101。透镜1102使光束1101聚焦穿过空间滤波器1103且透镜1104准直所述光束且将其递送到偏光光束***器1105。光束***器1105使第一偏光分量通过到法向照明通道且使第二偏光分量通过到倾斜照明通道，其中第一分量与第二分量正交。在法向照明通道1106中，第一偏光分量是通过光学器件1107聚焦且通过镜1108反射朝向样本1109的表面。通过样本1109散射的辐射通过抛物面镜1110收集且聚焦到光倍增管1111。
在倾斜照明通道1112中，第二偏光分量通过光束***器1105反射到镜1113，镜1113使此光束反射穿过半波板1114且通过光学器件1115聚焦到样本1109。源自倾斜通道1112中的倾斜照明光束且通过样本1109散射的辐射还通过抛物面镜1110收集且聚焦到检测器1111。在一些实施例中，检测器1111包括光倍增管、线性阵列检测器及图像增强线性阵列检测器中的一者。应注意，检测器1111在其入口处具有孔径。(来自表面1109上的法向及倾斜照明通道的)孔径及照明光点或线优选在抛物面镜1110的焦点处。
抛物面镜1110将来自样本1109的散射辐射准直成准直光束1116。准直光束1116接着通过物镜1117聚焦且穿过检偏镜1118到检测器1111。应注意，还可使用具有除抛物面形状以外的形状的曲面镜表面。仪器1120可提供光束与样本1109之间的相对运动，使得光束跨样本1109的表面扫描。
尽管已关于某些特定实施例描述本发明，但所属领域的技术人员将明白，本发明的发明特征还可应用于其它实施例，其全部希望落入本发明的范围内。

Claims (55)

1.一种用于产生具有在约181nm到约185nm的范围中的波长的连续波CW激光器输出光的激光器组合件，所述激光器组合件包括：
第一基频CW激光器，其经配置以产生具有拥有介于约1μm与1.1μm之间的对应第一基频波长的第一基频频率的第一基频CW光；
四次谐波产生模块，其经耦合以接收所述第一基频CW光的第一部分且经配置以产生具有等于所述第一基频频率的四倍的四次谐波频率的四次谐波光；
五次谐波产生模块，其经耦合以接收所述第一基频CW光的第二部分且从所述四次谐波产生模块接收所述四次谐波光，其中所述第一基频CW光的所述第二部分与所述四次谐波光之间具有偏离角，所述五次谐波产生模块经配置以通过混合所述四次谐波光与所述第一基频CW光的所述第二部分而产生具有等于所述第一基频频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光；
混频模块，其经配置以通过混合所述五次谐波光与具有拥有介于1.26μm与1.82μm之间的对应第二波长的第二频率的第二CW光而产生所述激光器输出光，
其中所述五次谐波产生模块包括第一腔及第一非线性晶体，所述第一腔是由多个第一镜形成，所述多个第一镜经配置以循环所述第一基频CW光的所述第二部分使得所述经循环第一基频光通过所述第一非线性晶体，所述第一非线性晶体经配置以混合所述经循环第一基频光与从所述四次谐波产生器直接接收的所述四次谐波光以产生所述五次谐波光，
其中所述混频模块包括第二腔及第二非线性晶体，所述第二腔是由多个第二镜形成，所述多个第二镜经配置以循环所述第二CW光使得所述经循环第二CW光通过所述第二非线性晶体，且所述第二非线性晶体经配置以从所述五次谐波产生器直接接收所述五次谐波光，使得所述五次谐波光与所述经循环第二CW光混合以产生所述激光器输出光，且
其中所述第一非线性晶体及所述第二非线性晶体中的至少一者包括经退火硼酸铯锂CLBO晶体、经氢处理的CLBO晶体及经氘处理的CLBO晶体中的一者。
2.根据权利要求1所述的激光器组合件，其进一步包括经配置以产生处于第一功率电平的所述第二CW光的第二基频激光器，
其中所述混频模块经配置以从所述第二基频激光器接收所述第二CW光，使得所述第二CW光在所述第二腔中循环，且所述第二腔经配置以按所述第二CW光的第二基频频率谐振，使得所述经循环第二CW光的第二功率电平大于所述第一功率电平。
3.根据权利要求2所述的激光器组合件，其中所述第二基频激光器包括掺Yb光纤激光器，掺Nd固态激光器、光纤激光器或光纤放大器，及掺铒Er固态激光器、光纤激光器或光纤放大器中的一者。
4.根据权利要求1所述的激光器组合件，其进一步包括经配置以产生处于第一频率的第二激光的泵浦激光器，
其中所述第二腔包括固态激光器腔及光学参数振荡器腔中的一者，所述第二腔经配置以使用从所述泵浦激光器接收的所述第二激光产生所述经循环第二CW光，使得所述经循环第二CW光具有低于所述第一频率的第二频率。
5.根据权利要求4所述的激光器组合件，其中所述混频模块进一步包括掺Nd增益介质及掺铒Er增益介质中的一者。
6.根据权利要求4所述的激光器组合件，其中所述第二腔进一步包括光学二极管及标准具。
7.根据权利要求4所述的激光器组合件，其中所述混频模块进一步包括周期性极化掺氧化镁的化学计量钽酸锂及周期性极化掺氧化镁的铌酸锂中的一者。
8.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述第一基频激光器经配置使得所述第一基频频率具有等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm及约1030nm中的一者的对应波长。
9.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述第一基频激光器包括掺镱Yb光纤激光器或光纤放大器、掺钕Nd固态激光器，及掺Nd光纤激光器或光纤放大器中的一者。
10.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述四次谐波产生模块包括两个倍频腔模块。
11.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述五次谐波产生模块经配置使得所述四次谐波光及所述经循环第一基频光共线地透射穿过所述第一非线性晶体。
12.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述混频模块经配置以使所述五次谐波光与所述经循环第二CW光共线地透射穿过所述第二非线性晶体。
13.根据权利要求1所述的激光器组合件，其进一步包括用于将所述第一非线性晶体维持在约80℃或更低的恒定温度下的构件。
14.根据权利要求1所述的激光器组合件，其进一步包括用于将第二非线性晶体维持在约30℃或更低的恒定温度下的构件。
15.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述第一基频激光器经配置使得所述第一基频频率具有等于约1064nm及约1070nm中的一者的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1260nm到约1420nm的范围中的对应波长。
16.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述第一基频激光器经配置使得所述第一基频频率具有约1047nm及约1053nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1290nm到约1590nm的范围中的对应波长。
17.根据权利要求1所述的激光器组合件，其中所述第一基频激光器经配置使得所述第一基频频率具有约1030nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1490nm到约1820nm的范围中的对应波长。
18.一种产生具有在约181nm到约185nm的范围中的波长的连续波CW激光器输出光的方法，所述方法包括：
产生具有拥有介于约1μm与1.1μm之间的对应第一基频波长的第一基频频率的第一基频光；
将所述第一基频光的第一部分转换成具有等于所述第一基频频率的四倍的四次谐波频率的四次谐波光；
通过混合所述第一基频光的第二部分与所述四次谐波光而产生具有等于所述第一基频频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光，其中所述第一基频光的所述第二部分与所述四次谐波光之间具有偏离角，其中所述混合包括使所述第二部分在第一腔中循环使得所述经循环第一基频光通过还经定位以接收所述四次谐波光的第一非线性晶体；及
混合所述五次谐波光与具有拥有介于1.26μm与1.82μm之间的对应波长的第二频率的第二CW光以产生所述CW激光器输出光，其中所述混合包括使所述第二CW光在第二腔中循环使得所述经循环第二CW光通过还经定位以接收所述五次谐波光的第二非线性晶体，
其中所述第一非线性晶体及所述第二非线性晶体中的至少一者包括经退火硼酸铯锂CLBO晶体、经氢处理的CLBO晶体及经氘处理的CLBO晶体中的一者。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
利用第二基频激光器以产生所述第二CW光作为处于第一功率电平且具有第二基频频率的第二基频光；及
将来自所述第二基频激光器的所述第二基频光引导到所述第二腔中，使得所述第二基频光在所述第二腔中循环，其中所述第二腔经配置以按所述第二基频频率谐振，使得所述经循环第二基频光的第二功率电平大于所述第一功率电平。
20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括利用泵浦激光器以产生处于第一频率的第二激光，
其中混合所述五次谐波光与第二CW光包括将所述第二激光引导到所述第二腔中，且
其中所述第二腔包括固态激光器腔，其经配置以使用从所述泵浦激光器接收的所述第二激光产生所述经循环第二CW光使得所述经循环第二CW光具有低于所述第一频率的第二频率。
21.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括利用泵浦激光器以产生处于第一频率的第二激光，
其中混合所述五次谐波光与第二CW光包括将所述第二激光引导到所述第二腔中，且
其中所述第二腔包括光学参数振荡器腔，其经配置以通过从所述泵浦激光器接收的所述第二激光的降频转换而产生所述经循环CW光，使得所述经循环CW光具有低于所述第一频率的第二频率。
22.根据权利要求21所述的方法，其中混合所述五次谐波光与第二CW光包括：引导所述经循环第二CW光通过周期性极化掺氧化镁的化学计量钽酸锂及周期性极化掺氧化镁的铌酸锂中的一者。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一基频频率具有约1064nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1260nm到约1420nm的范围中的对应波长。
24.根据权利要求18所述的方法，其中产生所述第一基频光包括产生具有等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm及约1030nm中的一者的波长的激光。
25.根据权利要求18所述的方法，其中产生所述第一基频光包括利用掺镱Yb光纤激光器或光纤放大器、掺钕Nd固态激光器及掺Nd光纤激光器或光纤放大器中的一者。
26.根据权利要求18所述的方法，其中将所述第一基频光的所述第一部分转换成所述四次谐波光包括：使所述第一基频光的所述第一部分通过两个倍频腔。
27.根据权利要求18所述的方法，其中产生所述五次谐波光包括：使所述四次谐波光及所述第一基频光的所述第二部分共线地透射穿过所述第一非线性晶体。
28.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括利用掺Yb光纤激光器、掺Nd固态激光器、光纤激光器或光纤放大器及掺铒Er固态激光器、光纤激光器或光纤放大器中的一者产生所述第二CW光。
29.根据权利要求18所述的方法，其中混合所述五次谐波光与所述第二CW光包括：引导所述经循环第二CW光通过掺Nd增益介质及掺铒Er增益介质中的一者。
30.根据权利要求18所述的方法，其中混合所述五次谐波光与第二CW光包括：引导所述经循环第二CW光通过光学二极管及标准具中的至少一者。
31.根据权利要求18所述的方法，其中混合所述五次谐波光与所述第二CW光包括：使所述五次谐波光及所述第二CW光大体上共线地透射穿过所述第二非线性晶体。
32.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述第一非线性晶体维持在约80℃或更低的恒定温度下，且将所述第二非线性晶体维持在约30℃或更低的恒定温度下。
33.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一基频频率具有约1064nm或约1070nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1260nm到约1420nm的范围中的对应波长。
34.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一基频频率具有约1047nm或约1053nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1290nm到约1590nm的范围中的对应波长。
35.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一基频频率具有约1030nm的对应波长，且其中所述第二频率具有在约1490nm到约1820nm的范围中的对应波长。
36.一种检验***，其包括：
激光器组合件，其经配置以产生具有在约181nm到约185nm的范围中的波长的连续波CW激光器输出光；
第一光学器件，其经配置以从所述激光器组合件引导所述激光器输出光至所检验的物品；
第二光学器件，其经配置以收集由所述所检验的物品影响的所述激光器输出光的图像信息部分，且经配置以引导所述图像信息部分至一或多个检测器，
其中所述激光器组合件包括：
第一基频CW激光器，其经配置以产生具有拥有介于约1μm与1.1μm之间的对应第一基频波长的第一基频频率的第一基频CW光；
四次谐波产生模块，其经耦合以接收所述第一基频CW光的第一部分且经配置以产生具有等于所述第一基频频率的四倍的四次谐波频率的四次谐波光；
五次谐波产生模块，其经耦合以接收所述第一基频CW光的第二部分且从所述四次谐波产生模块接收所述四次谐波光，其中所述第一基频CW光的所述第二部分与所述四次谐波光之间具有偏离角，所述五次谐波产生模块经配置以通过混合所述四次谐波光与所述第一基频CW光的所述第二部分而产生具有等于所述第一基频频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光；
混频模块，其经配置以通过混合所述五次谐波光与具有拥有介于1.26μm与1.82μm之间的对应第二波长的第二频率的第二CW光而产生所述激光器输出光，
其中所述五次谐波产生模块包括第一腔及第一非线性晶体，所述第一腔是由多个第一镜形成，所述多个第一镜经配置以循环所述第一基频CW光的所述第二部分使得经循环的第一基频CW光通过所述第一非线性晶体，所述第一非线性晶体经配置以混合所述经循环的第一基频CW光与从所述四次谐波产生器直接接收的所述四次谐波光以产生所述五次谐波光，
其中所述混频模块包括第二腔及第二非线性晶体，所述第二腔是由多个第二镜形成，所述多个第二镜经配置以循环所述第二CW光使得经循环的第二CW光通过所述第二非线性晶体，且所述第二非线性晶体经配置以从所述五次谐波产生器直接接收所述五次谐波光，使得所述五次谐波光与所述经循环的第二CW光混合以产生所述激光器输出光，且
其中所述第一非线性晶体及所述第二非线性晶体中的至少一者包括经退火硼酸铯锂CLBO晶体、经氢处理的CLBO晶体及经氘处理的CLBO晶体中的一者。
37.根据权利要求36所述的检验***，其中所述激光器组合件进一步包括经配置以产生处于第一功率电平的所述第二CW光的第二基频激光器，
其中所述混频模块经配置以从所述第二基频激光器接收所述第二CW光，使得所述第二CW光在所述第二腔中循环，且所述第二腔经配置以按所述第二CW光的第二基频频率谐振，使得所述经循环的第二CW光的第二功率电平大于所述第一功率电平。
38.根据权利要求37所述的检验***，其中所述第二基频激光器包括掺Yb光纤激光器，掺Nd固态激光器、光纤激光器或光纤放大器，及掺铒Er固态激光器、光纤激光器或光纤放大器中的一者。
39.根据权利要求36所述的检验***，其中所述激光器组合件进一步包括经配置以产生处于第一频率的第二激光的泵浦激光器，
其中所述第二腔包括固态激光器腔及光学参数振荡器腔中的一者，所述第二腔经配置以使用从所述泵浦激光器接收的所述第二激光产生所述经循环的第二CW光，使得所述经循环的第二CW光具有低于所述第一频率的第二频率。
40.根据权利要求39所述的检验***，其中所述混频模块进一步包括掺Nd增益介质及掺铒Er增益介质中的一者。
41.根据权利要求39所述的检验***，其中所述第二腔进一步包括光学二极管及标准具。
42.根据权利要求36所述的检验***，其中所述第一基频CW激光器经配置使得所述第一基频频率具有等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm及约1030nm中的一者的对应波长。
43.根据权利要求36所述的检验***，其中所述第一基频CW激光器包括掺镱Yb光纤激光器或光纤放大器、掺钕Nd固态激光器，及掺Nd光纤激光器或光纤放大器中的一者。
44.根据权利要求36所述的检验***，其中所述四次谐波产生模块包括两个倍频腔模块。
45.根据权利要求36所述的检验***，其中所述五次谐波产生模块经配置使得所述四次谐波光及所述经循环的第一基频CW光共线地透射穿过所述第一非线性晶体。
46.一种检验样本的方法，所述方法包括：
产生具有在约181nm到约185nm的范围中的波长的连续波CW激光器输出光，其中产生所述CW激光器输出光包括：
产生具有拥有介于约1μm与1.1μm之间的对应第一基频波长的第一基频频率的第一基频CW光；
将所述第一基频CW光的第一部分转换成具有等于所述第一基频频率的四倍的四次谐波频率的四次谐波光；
通过混合所述第一基频CW光的第二部分与所述四次谐波光而产生具有等于所述第一基频频率的五倍的五次谐波频率的五次谐波光，其中所述第一基频CW光的所述第二部分与所述四次谐波光之间具有偏离角，其中所述混合包括使所述第二部分在第一腔中循环使得经循环的第一基频CW光通过还经定位以接收所述四次谐波光的第一非线性晶体；及
混合所述五次谐波光与具有拥有介于1.26μm与1.82μm之间的对应波长的第二频率的第二CW光以产生所述CW激光器输出光，其中所述混合包括使所述第二CW光在第二腔中循环使得经循环的第二CW光通过还经定位以接收所述五次谐波光的第二非线性晶体，
引导所述输出激光至所检验的物品上；并且
收集由所述所检验的物品影响的所述激光器输出光的图像信息部分，且引导所述图像信息部分至一或多个检测器，
其中所述第一非线性晶体及所述第二非线性晶体中的至少一者包括经退火硼酸铯锂CLBO晶体、经氢处理的CLBO晶体及经氘处理的CLBO晶体中的一者。
47.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括：
利用第二基频激光器以产生所述第二CW光作为处于第一功率电平且具有第二基频频率的第二基频光；及
将来自所述第二基频激光器的所述第二基频光引导到所述第二腔中，使得所述第二基频光在所述第二腔中循环，其中所述第二腔经配置以按所述第二基频频率谐振，使得所述经循环的第二基频光的第二功率电平大于所述第一功率电平。
48.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括利用泵浦激光器以产生处于第一频率的第二激光，
其中混合所述五次谐波光与第二光包括将所述第二激光引导到所述第二腔中，且其中所述第二腔包括固态激光器腔，其经配置以使用从所述泵浦激光器接收的所述第二激光产生所述经循环的第二CW光使得所述经循环的第二光具有低于所述第一频率的第二频率。
49.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括利用泵浦激光器以产生处于第一频率的第二激光，
其中混合所述五次谐波光与第二光包括将所述第二激光引导到所述第二腔中，且
其中所述第二腔包括光学参数振荡器腔，其经配置以通过从所述泵浦激光器接收的所述第二激光的降频转换而产生所述经循环的光，使得所述经循环的光具有低于所述第一频率的第二频率。
50.根据权利要求46所述的方法，其中产生所述第一基频CW光包括产生具有等于约1070nm、约1064nm、约1053nm、约1047nm及约1030nm中的一者的波长的激光。
51.根据权利要求46所述的方法，其中产生所述第一基频CW光包括利用掺镱Yb光纤激光器或光纤放大器、掺钕Nd固态激光器，及掺Nd光纤激光器或光纤放大器中的一者。
52.根据权利要求46所述的方法，其中将所述第一基频CW光的所述第一部分转换成所述四次谐波光包括：使所述第一基频CW光的所述第一部分通过两个倍频腔。
53.根据权利要求46所述的方法，其中产生所述五次谐波光包括：使所述四次谐波光及所述第一基频CW光的所述第二部分共线地透射穿过所述第一非线性晶体。
54.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括利用掺Yb光纤激光器、掺Nd固态激光器、光纤激光器或光纤放大器及掺铒Er固态激光器、光纤激光器或光纤放大器中的一者产生所述第二CW光。
55.根据权利要求46所述的方法，其中混合所述五次谐波光与所述第二CW光包括：引导所述经循环的第二CW光通过掺Nd增益介质及掺铒Er增益介质中的一者。
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