[发明专利]具有高质量、稳定输出光束及长寿命高转换效率的非线性晶体的激光器

说明书

本发明揭示一种具有高质量、稳定输出光束及长寿命高转换效率的非线性晶体的激光器。具体的，本发明揭示一种可以低温操作的锁模激光器系统，其可包含退火频率转换晶体及用以在所述低温标准操作期间维持所述晶体的退火状况的外壳。在一个实施例中，所述晶体可具有增加的长度。第一光束塑形光学器件可经配置以将来自光源的光束聚焦到位于所述晶体中或所述晶体接近处的光束腰处的椭圆形横截面。谐波分离块可将来自所述晶体的输出分成在空间上分离的不同频率的光束。在一个实施例中，所述锁模激光器系统可进一步包含第二光束塑形光学器件，其经配置以将椭圆形横截面的所要频率光束转换成具有例如圆形横截面的所要纵横比的光束。

本申请是发明名称为“具有高质量、稳定输出光束及长寿命高转换效率的非线性晶体的激光器”，申请号为201710397661.6，申请日为2012年6月28日的发明专利申请的分案申请；申请号为201710397661.6的申请是申请号为201280044059.X的分案申请。

相关申请案

本申请案主张标题为“具有高质量、稳定输出光束、长寿命高转换效率的非线性晶体的锁模紫外激光器及使用锁模紫外激光器的晶片检验(Mode-Locked UV Laser WithHigh Quality,Stable Output Beam,Long-Life High Conversion Efficiency Non-Linear Crystal And A Wafer Inspection Using A Mode-Locked UV Laser)”且在2011年7月22日申请的美国临时申请案61/510,633的优先权。

技术领域

本发明涉及激光器，且特定来说，本发明涉及使用非线性晶体以通过频率转换过程而从较长波长辐射获得较短波长辐射的激光器。

背景技术

半导体制造的每一连续节点需要检测晶片上的较小缺陷及粒子。因此，仍总是需要用于晶片检验的较高功率及较短波长UV(紫外线)激光器。因为缺陷或粒子尺寸被减小，所以由所述缺陷或粒子反射或散射的光的分率通常也被减少。因此，需要改善信噪比以检测较小缺陷及粒子。如果较亮光源用于照射缺陷或粒子，那么更多光子将被散射或反射且信噪比可被改善(只要其它噪声源被控制)。使用较短波长可进一步改善对较小缺陷的敏感度，这是因为由粒子散射的光的分率(小于光的波长)随波长减小而增大。

一般来说，具有高光束质量(例如，具有约等于1的M²，其中M²为光束的光束参数乘积与相同波长的理想高斯(Gaussian)光束的光束参数乘积的比率)的等幅波(CW)激光器可满足半导体晶片检验及度量需要。如果无法取得足够功率及光束质量的CW激光器，那么较次最佳替代者一般为(例如)具有约50兆赫(MHz)或更高的重复频率的高重复频率激光器。此类高重复频率对锁模激光器(其为某一类型的脉冲激光器)来说为可行的。Q切换激光器具有更低很多的重复频率(低于10兆赫，通常低于1兆赫)。一般来说，锁模激光器能够发出约数皮秒或甚至数飞秒的极短脉冲。锁模激光器诱发其共振腔的模式之间的定相关系，使得那些模式之间的干涉导致激光器光作为脉冲而产生。

光束质量(例如由M²所测量)对半导体检验及度量应用很重要，这是因为激光束必须聚焦成小光点(或线)以检测小缺陷或粒子及/或测量小面积。如果光束质量不佳，那么晶片上的聚焦光点(或线)不具高斯轮廓且所述轮廓的尾部含有比理想轮廓更多的能量。那些较大尾部导致从关注区外部收集信号的至少部分以借此降低来自关注区的信号的对比度。

可通过产生长波长光束的谐波或通过混合不同频率的两个激光束以产生等于两个频率的和(或差)的频率而使用非线性晶体产生UV激光束。因为所述谐波产生及所述混合过程是非线性过程，所以更高入射功率密度通常产生更有效率的转换过程及更高输出功率。