[發明專利]深紫外DUV連續波CW激光及產生DUV CW激光輻射的方法

有效

• 申請號: 201480039637.X
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN105379032B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 勇-霍·莊;陸曉旭;約翰·費爾登
• 申請（專利權）人: 科磊股份有限公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 張世俊

一種深紫外DUV連續波CW激光包含：基波CW激光，其經配置以產生具有在約1μm與1.1μm之間的對應波長的基波頻率；三次諧波產生器模塊，其包含一或多個周期性極化的非線性光學NLO晶體，所述NLO晶體產生三次諧波及任選的二次諧波；及四次諧波產生器模塊及五次諧波產生器中的一者。所述四次諧波產生器模塊包含經配置以使所述基波頻率與所述三次諧波組合以產生四次諧波的以所述基波頻率諧振的腔。所述四次諧波產生器模塊包含用于使所述基波頻率與所述三次諧波組合以產生五次諧波的以所述基波頻率諧振的腔或用于使所述二次諧波與所述三次諧波組合以產生所述五次諧波的以所述二次諧波頻率諧振的腔。

相關申請案

本申請案主張2013年6月11日由莊(Chuang)等人申請的題為“具有改進的穩定性的CW DUV激光(CW DUV Laser with Improved Stability)”的第61/833,716號美國臨時專利申請案的優先權，所述申請案以引用方式并入本文中。

背景技術

半導體檢測及計量學需要非常穩定、低噪聲的光源以檢測小缺陷及/或進行小尺寸的非常精密的測量。UV光源(即，具有波長100nm到400nm的光源)是非常重要的，這是因為一般來說，短波長對小缺陷或尺寸具有較佳敏感度。

低噪聲、高穩定性激光對可見及近紅外中的波長是可用的。然而，存在具有大于250mW的功率的非常少的可用深UV CW激光，且所述激光是昂貴的、有噪聲的、具有較差的長期穩定性且可能需要頻繁調整或維護。

當前可用的深UV(DUV)(即，短于300nm的波長)CW激光通過產生紅外(IR)基波激光的四次諧波而操作。使用兩個頻率轉換級：第一級產生二次諧波且第二級產生四次諧波。每一頻率轉換級使用非線性光學(NLO)晶體。

倍頻過程取決于電場強度的平方。如果晶體內部的功率密度為低，那么轉換過程就非常無效。幾瓦特或幾十瓦特功率的紅外激光當聚焦于NLO晶體中時由于低功率密度而產生非常小的二次諧波。此與類似平均功率電平的脈沖激光相反，所述脈沖激光可產生大量二次諧波(在最佳情況中大致50％的輸入可轉換到二次諧波)，這是因為峰值功率密度高于平均功率密度許多倍。

DUV CW(連續波)激光使用諧振腔以增加NLO晶體中的功率密度以改進轉換效率。未轉換到二次諧波的穿過NLO晶體的大部分光在諧振腔中被再循環以便增強功率密度。允許二次諧波傳遞出諧振腔。最終，功率密度增強到其中作為二次諧波離開所述諧振腔的功率加所述諧振腔中的損耗等于輸入功率的電平。因此，為產生深UV波長，這些腔中的兩者必須串聯連接。第一諧振腔通過再循環IR基波而產生二次諧波(即，可見波長，通常為綠光波長，例如532nm)，且第二諧振腔通過再循環所述二次諧波而產生四次諧波(即，深UV波長，例如266nm)。

圖1說明包含兩個諧振腔的示范性深UV CW激光100。在激光100中，用于產生二次諧波的第一腔包含鏡110、111、112及113以及NLO晶體115。用于產生四次諧波的第二腔包含鏡130、131、132及133以及NLO晶體135。顯著地，這些腔必須經受主動控制。對所述第一腔的控制包含振蕩器104(在頻率f1下產生信號)、調制器103、光電二極管105以及同步檢測器106(產生控制鏡111的位置的致動器控制信號107)。對第二腔的控制包含振蕩器124(在頻率f2下產生信號)、調制器123、光電二極管125以及同步檢測器126(產生控制鏡131的位置的致動器控制信號127)。