[发明专利]使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统

说明书

相关申请案

本申请案主张2012年12月5日申请的名为“使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统(Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier)”的美国临时专利申请案61/733,858的优先权，且与2011年6月13日申请的名为“激光脉冲的光学峰值功率降低及使用激光脉冲的光学峰值功率降低的半导体检验及计量系统(Optical Peak Power Reduction Of Laser Pulses And Semiconductor Inspection And Metrology Systems Using Same)”的美国临时专利申请案61/496,446及2012年6月1日申请的名为“使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统(Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier)”的美国申请案13/487,075有关。全部这些申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及使用激光脉冲的光学峰值功率降低以用于半导体检验及计量系统，且特别涉及使用分束器及一或多个镜以产生优化脉冲倍增器。

背景技术

针对检验及计量的照明需要通常是由连续波(CW)光源最佳地满足。CW光源具有允许连续地获取图像或数据的恒定功率电平。然而，在许多关注波长(尤其是紫外线(UV)波长)下，具有足够辐射率(每单位立体角每单位面积的功率)的CW光源是不可用的、昂贵的或不可靠的。

脉冲式光源具有比CW光源的时间平均功率电平高得多的瞬时峰值功率电平。然而，如果脉冲式激光为在关注波长下具有足够时间平均辐射率的唯一可用或具成本效益的光源，那么使用具有高重复速率及宽脉冲宽度的激光是最佳的。脉冲重复速率越高，对于相同时间平均功率电平的每脉冲的瞬时峰值功率越低。激光脉冲的较低峰值功率引起对光学器件及经测量的样本或晶片的较少损坏，这是因为大多数损坏机制是非线性的且更强烈地取决于峰值功率而非取决于平均功率。

在一些应用中，增加的重复速率的额外优点在于：每数据获取或每像素收集更多脉冲，从而导致脉冲到脉冲变化的较佳平均化及较佳信噪比。此外，对于快速移动样本，较高脉冲速率可导致样本位置随时间而变的较佳取样，这是因为在每一脉冲之间移动的距离较小。

可通过改善激光介质、泵系统及/或其驱动电子器件而增加激光子系统的重复速率。不幸的是，修改已经以预定重复速率操作的UV激光可需要显著的时间及金钱投入以改善其构成元件中的一或多者，且仅可将重复速率改善达一小增量。此外，增加UV激光中的基本激光的重复速率会降低基波的峰值功率。这会降低频率转换(其必然地为非线性过程)的效率且因此使较难以产生高平均UV功率电平。

因此，需要实用的花费不多的技术来改善UV激光的对所述激光的输出起作用的重复速率。

发明内容

一般而言，描述一种产生用于系统的优化脉冲的方法。在这种方法中，可使用分束器及环形腔将输入激光脉冲光学上分裂成多个脉冲。由分束器将外来脉冲分裂成两个。所述脉冲的部分继续行进，且所述脉冲的部分进入环形腔。在所述脉冲围绕所述环形腔行进一次之后，其重新遇到所述分束器且再次被分裂成两个。一部分离开所述环形腔，且另一部分围绕所述环形腔再次行进。

如果激光产生在时间上实质上相等地分离的脉冲流(即，以实质上恒定重复速率产生所述脉冲)，那么可设置环形腔长度，使得已围绕所述腔行进一次的脉冲将到达外来激光脉冲之间。例如，可设置环形腔长度，使得脉冲以两个外来脉冲之间的时间间隔的大致一半围绕所述环形腔行进一次。

所述分束器确定每一入射脉冲的能量的哪一分数进入所述环形腔。所述分束器还确定已围绕所述腔行进的脉冲的能量的哪一分数将离开所述腔。通过适当地选取分束器，可控制所述脉冲的相对振幅。在一个实施例中，选取环形腔长度，使得脉冲以两个外来脉冲之间的时间间隔的大致一半围绕所述环形腔行进，且选取所述分束器，使得离开所述环形腔的所述脉冲在能量上彼此大致相等，由此有效地使所述激光的重复速率加倍。

一种脉冲倍增器可包含分束器及一组镜。所述分束器接收输入激光脉冲。所述组镜形成所述环形腔。在一些实施例中，所述环形腔包含棱镜，使得所述棱镜及镜一起形成所述腔。所述分束器有利地反射(或透射)第一组脉冲作为所述脉冲倍增器的输出且将第二组脉冲透射(或反射)回到所述环形腔中。