光源生成装置、光源生成方法以及相关的检测系统与流程

1.本揭示文件有关一种半导体设备(semiconductor equipment)。特别有关于一种极紫外光辐射光源生成装置(extreme ultraviolet(euv)radiation light source generation apparatus)。


背景技术：

2.微影术(lithography)是半导体产业的基础。半导体产业之所以得以快速发展，可归功于微影术的快速发展。然而集成电路面对越来越多逻辑闸的整合布局需求，原有的工艺技术已经受到极大挑战。
3.在不同微影技术中，光学微影术(photo lithography)是最重要的项目。其通过辐射源(radiation source)通过图型化遮罩(patterned mask)(例如，光罩(photo mask)或倍缩光罩(reticle))对准曝光目标，而将光罩上电路图案投影至具感光材料(light-sensitive material)(例如，光阻(photo resist))涂布的基板(例如，晶圆)上对应的位置。由于光学微影术的成本效益佳，也适合整合于半导体的量产与加工应用，在先进工艺不断被开发下，光学微影术工艺与相关设备仍会在半导体产业维持其关键地位。
4.于半导体使用的光学微影术需具有以下几点要求，包含：高解析度(例如，精确地调整焦点)、降低曝光波长及增加透镜的孔径(numerical aperture，na)、高感光度的感光材料、精确对位(alignment accuracy)、精确的工艺参数控制、及低缺陷密度(low defect density)(例如，通过事先检测遮罩以提升曝光良率)。
5.微影术工艺图案的特征尺寸(feature size)受到投影辐射源的波长限制。因而越来越多先进工艺采用深紫外光(deep ultraviolet，duv)或极紫外光(extreme ultraviolet，euv)作为微影术的辐射源。因此，应用于极紫外光工艺相关的光阻材料、缺陷检测与提升穿透度光罩保护薄膜(protective pellicle)的研究课题也蓬勃发展。
6.极紫外光工艺的特征尺寸可达10纳米(nanometer，nm)以下。若使用传统波长较长(例如，193纳米)激光或深紫外光做为检测辐射源，可能无法观察到遮罩上的细微缺陷。业界通常使用激光生成电浆(laser produced plasma，lpp)或电荷生成电浆(discharged produced plasma，dpp)来产生非同调光的极紫外光辐射源。然而，使用非同调光的缺陷检测会需要额外的光学元件来集光，降低光学转换效率，也增加缺陷检测的复杂度及困难度，且产生电浆的过程中亦会造成大量污染。


技术实现要素：

7.本揭示文件提供一种极紫外光(euv)辐射光源生成装置，其包含泵浦源(pump laser)、至少一塑形单元(pulse shaping unit)、波长转换单元(wavelength conversion unit)、以及高阶谐波生成单元(a high-order harmonics generation unit)。泵浦源用以提供脉冲激光辐射光束。至少一塑形单元的每一者用以对脉冲激光辐射光束进行展频(spectrum extending)操作与相位补偿操作，相位补偿操作用以使塑形单元发射的脉冲激
光辐射光束中多个频率成分的相位一致。波长转换单元用以对脉冲激光辐射光束进行中心波长转换操作。高阶谐波生成单元用以接收经过塑形单元处理以及中心波长转换操作的脉冲激光辐射光束，并将接收到的脉冲激光辐射光束聚焦至高阶谐波生成介质，以产生高阶谐波辐射光束。
8.本揭示文件提供一种极紫外光辐射光源生成方法，其包含以下步骤：利用泵浦源提供脉冲激光辐射光束至光传输路径，其中脉冲激光辐射光束具有第一脉冲宽度；于光传输路径上进行中心波长转换操作，以将脉冲激光辐射光束的第一中心波长转换为第二中心波长，其中第一中心波长不等于第二中心波长；于光传输路径上进行第一展频操作，以将脉冲激光辐射光束的第一频宽延展至第二频宽，其中第一频宽小于第二频宽；于光传输路径上进行第一相位补偿操作，其中第一相位补偿操作用以使具有第二频宽的脉冲激光辐射光束中多个频率成分的相位一致(in phase)，且经过第一相位补偿操作的脉冲激光辐射光束具有第二脉冲宽度，第一脉冲宽度大于第二脉冲宽度；聚焦经过第一展频操作、第一相位补偿操作、以及中心波长转换操作的脉冲激光辐射光束至高阶谐波生成介质，以输出高阶谐波辐射光束。
9.本揭示文件提供一种缺陷检测系统，其包含极紫外光辐射光源生成装置与缺陷检测装置。极紫外光辐射光源生成装置包含泵浦源、至少一塑形单元、波长转换单元、以及高阶谐波生成单元。泵浦源用以提供脉冲激光辐射光束。至少一塑形单元的每一者用以对脉冲激光辐射光束进行展频操作与相位补偿操作，相位补偿操作用以使塑形单元发射的脉冲激光辐射光束中多个频率成分的相位一致。波长转换单元用以对脉冲激光辐射光束进行中心波长转换操作。高阶谐波生成单元用以接收经过塑形单元处理以及中心波长转换操作的脉冲激光辐射光束，并用以将接收到的脉冲激光辐射光束聚焦至高阶谐波生成介质，以产生高阶谐波辐射光束。缺陷检测装置包含检测平台、侦测单元、以及分析单元。检测平台用以放置待测样品，且高阶谐波辐射光束以一特定入射角射入待测样品。侦测单元用以侦测高阶谐波辐射光束对待测样品的绕射结果。分析单元电连接侦测单元，用以依据绕射结果建立对应于待测样品的影像。
10.可理解的是，前述的概略描述与以下的详细描述仅为示例，其用意在于为请求保护的揭示提供进一步的说明。
附图说明
11.图1为根据本揭示文件一实施例的半导体制造流程的示意图。
12.图2为依照本揭示文件的一实施例的缺陷检测系统简化后的功能方块图。
13.图3为依照本揭示文件的一实施例的极紫外光辐射光源生成装置简化后的功能方块图。
14.图4为依照本揭示文件的一实施例的极紫外光辐射光源生成装置简化后的功能方块图。
15.图5为依照本揭示文件的一实施例的极紫外光辐射光源生成装置简化后的功能方块图。
16.图6为依照本揭示文件的一实施例的极紫外光辐射光源生成装置简化后的功能方块图。
17.图7a是根据本揭示文件的一实施例的连续谱单元的示意图。
18.图7b是根据本揭示文件的另一实施例的连续谱单元的示意图。
19.图7c为通过连续谱单元的脉冲激光辐射光束的脉冲宽度的示意图。
20.图7d是根据本揭示文件的又一实施例的连续谱单元的示意图。
21.图8a为依据本揭示文件一实施例的输入连续谱单元的脉冲激光辐射光束简化后的波形示意图。
22.图8b为依据本揭示文件一实施例的连续谱单元输出的脉冲激光辐射光束简化后的波形示意图。
23.图9a是根据本揭示文件的一实施例所绘示的脉冲压缩单元的示意图。
24.图9b是根据本揭示文件的另一实施例所绘示的脉冲压缩单元的示意图。
25.图10a为依据本揭示文件一实施例所绘示的图1的高阶谐波生成单元简化后的功能方块图。
26.图10b为依据本揭示文件一实施例所绘示的高阶谐波生成单元的电子作动示意图。
27.图11a为高阶谐波生成单元所输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
的发射频谱的示意图。
28.图11b为未调整波长与未调整脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波生成单元处理而产生的发射频谱示意图。
29.图11c为调整过脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波生成单元处理而产生的发射频谱示意图。
30.图11d为调整过波长与调整过脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波生成单元处理而产生的发射频谱示意图。
31.图12为根据本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成方法的流程图。
32.图13为根据本揭示文件的另一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成方法的流程图。
33.图14是依据本揭示文件的一实施例所绘示的缺陷检测装置的示意图。
34.图15是依据本揭示文件另一实施例所绘示的缺陷检测装置的示意图。
具体实施方式
35.以下将配合相关附图来说明本揭示文件的实施例。在附图与说明书中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。
36.在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专利范围所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
37.在此所使用的“及/或”的描述方式，包含所列举的其中的一或多个项目的任意组
合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。
38.本揭示文件所提及的极紫外光(extreme ultraviolet，euv)可包含波长范围位于实质上为5至100纳米的电磁辐射(electromagnetic radiation)。
39.本揭示文件所提及的极紫外光微影术的曝光波长(exposure wavelength)可以实质上为13.5纳米，或实质上位于13.5纳米
±
2％范围的频带内极紫外光(in band euv)。
40.本揭示文件所提及的侦测波长可实质上为10～120纳米。
41.本揭示文件所提及的基板或图案化基板可以是空白晶圆与图案化晶圆等。
42.本揭示文件所提及的遮罩(mask)，可以是光罩(reticle)，或具保护膜(pellicle)的光罩。
43.以下先说明本揭示文件的实施例中所使用的标号。相同的标号表示相同或相似的元件，举例来说，连续谱单元接收的脉冲激光辐射光束标号为l，而通过连续谱单元的脉冲激光辐射光束标号为l’。又例如，脉冲压缩单元接收的脉冲激光辐射光束标号为l’，而脉冲压缩单元发射的脉冲激光辐射光束标号为l”。
44.本揭示文件所提及的脉冲激光辐射光束l，其具有以对应索引(index)标示的频宽β、波长λ、及脉冲宽度t。举例而言，脉冲激光辐射光束l1具有频宽β1、波长λ1、脉冲宽度t1。又例如，脉冲激光辐射光束l2具有频宽β2、波长λ2、脉冲宽度t2，以此类推。
45.本揭示文件所提及的频宽(bandwidth)均以脉冲激光于频域上波形的半高全宽(full width at half maximum，fwhm)表示。
46.本揭示文件所提及的脉冲宽度(pulse duration)均以脉冲激光于时域上波形的半高全宽表示。
47.本揭示文件所述的极紫外光辐射光源生成装置的光传输路径(optical propagation path)是由多个脉冲激光辐射光束组成。
48.图1为依据本揭示文件一实施例所绘示的半导体制造流程(semiconductor manufacturing process)的示意图。如图1所示，半导体制造流程包含光阻涂布与极紫外光微影术。首先，基板101会进入感光材料涂布步骤(步骤s01)，以将光阻102涂布于基板101上。接着，基板101会进入极紫外光微影术的遮罩图案曝光步骤(步骤s02)，以利用极紫外光103与遮罩104将图案105蚀刻于基板101上。极紫外光103是为激光生成电浆或电荷生成电浆产生的电浆态(plasma state)光源。由于电浆态光源是为非同调光(incoherent)且其准直性较低(non-collimated)，因此需要很多光学元件(例：反射镜、滤光镜、集光器等)用以收集中心波长实质上等于13.5纳米的光线。再者，由于极紫外光光源特性的关系，其光学元件的反射效率也不高，因此电浆态极紫外光光源往往具有极高的功率损耗(power loss)。而由于极紫外光微影术工艺图案的最小特征尺寸是小于10纳米，相应地对于遮罩的图案设计与检测要求也更加严格。些微的遮罩缺陷、遮罩与基板的对位失误、或者其他光学上的扰动(interference)都会影响极紫外光微影术的曝光品质或是相关的遮罩检测品质。
49.值得一提的是，非同调光所需要的光学元件数量较多，可能会增加遮罩检测时的光学扰动，进而影响遮罩检测的品质。因此，非同调光源较不适合用来进行同波长检测(at-wavelength optical metrology)。高谐波生成(high-order harmonics generation，hhg)可用以产生同调的极紫外光，但这种方式生成的同调极紫外光的平均功率较低。因此，本揭示文件揭露一种可提供高功率极紫外光的极紫外光激光光源生成装置及生成方法，及使用
高功率极紫外光进行同波长检测的装置及方法。
50.图2为依照本揭示文件的一实施例所绘示的缺陷检测系统2000简化后的示意图。如图2所示，缺陷检测系统2000包含极紫外光辐射光源生成装置1000与缺陷检测装置2100。极紫外光辐射光源生成装置1000包含设置于光传输路径2200上的泵浦源(pump laser)1002、至少一塑形单元(pulse shaping unit，例如，塑形单元1100a和1100b)、波长转换单元(wavelength conversion unit)1200、及高阶谐波生成单元(high-order harmonics generation unit)1300。
51.当至少一塑形单元的数量为1个时，塑形单元1100a(或塑形单元1100b)可以设置于泵浦源1002与波长转换单元1200之间，或者是波长转换单元1200与高阶谐波生成单元1300之间。当至少一连续谱单元的数量为2个以上，塑形单元1100a和1100b可以分别设置于泵浦源1002与波长转换单元1200之间及波长转换单元1200与高阶谐波生成单元1300之间。
52.塑形单元1100a和1100b用以对光传输路径2200上的脉冲激光辐射光束进行展频与相位补偿，以缩短脉冲激光辐射光束的脉冲宽度，进而提升脉冲激光辐射光束的尖峰功率(peak intensity)。波长转换单元1200用以调整光传输路径2200上的脉冲激光辐射光束的中心波长。高阶谐波生成单元1300用以接收该调整过尖峰功率与中心波长的脉冲激光辐射光束，并依据接收到的脉冲激光辐射光束产生适合用以遮罩检测的高功率极紫外光。缺陷检测装置2100用以自高阶谐波生成单元1300接收极紫外光，并利用极紫外光检测待测样品2110。塑形单元的数量及位置可以依据实际设计需求来决定，稍后将进一步说明。
53.在一些实施例中，泵浦源1002可以使用掺镱铝石榴石(yb:yag)或掺钛蓝宝石(ti:sapphire)的激光光源来实现。在一实施例中，含掺镱铝石榴石的泵浦源1002的输出波长可以是1030纳米、而脉冲宽度为240飞秒。在一实施例中，含掺钛蓝宝石的泵浦源1002的输出波长可以是800纳米，且脉冲宽度为30飞秒，然本揭示文件并不以此为限。值得一提的是，泵浦源1002的激光增益介质(laser gain medium)的选用是可以根据泵浦源1002的重复率(repetition rate)与尖峰功率有关，使得泵浦源1002的平均功率可以实质上为1瓦以上。在一实施例中，泵浦源1002的重复率可以实质上由1千赫兹(hz)至1百万赫兹的范围。另外，缺陷检测系统2000的各单元之间可以依实际设计需求设置额外的光学元件用以改变光传输路径2200或者聚焦(focus)脉冲激光辐射光束。光学元件可例如是透镜(lens)、曲面聚焦镜(concave mirror)、抛物面镜(parabolic mirror)及反射镜(reflective mirror)，但本揭示文件并不以此为限。
54.值得一提的是，高阶谐波生成单元1300包含气体传递单元1302与气室(gas cell)1304。气体传递单元1302用以提供高阶谐波生成介质(例如，惰性气体靶材)至气室1304内，且高阶谐波生成单元1300会将接收到的脉冲激光辐射光束聚焦至气室1304内的高阶谐波生成介质。高阶谐波生成单元1300的运作将于后续段落进一步说明。
55.在一实施例中，高阶谐波生成单元1300和缺陷检测装置2100是操作于真空环境。
56.在另一实施例中，极紫外光辐射光源生成装置1000还包含过滤单元ft。过滤单元ft用以滤除高阶谐波生成单元1300产生的脉冲激光光束中的红外光与某些波长的极紫外光，并保留特定波长(例如，13.5纳米)的极紫外光。实作上，过滤单元ft可以用金属薄膜、针对特定光波长的高反射镜、或是光谱仪与光圈的组合来实现。
57.图3为依照本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成装置3000简化
后的功能方块图。图3的极紫外光辐射光源生成装置3000可用以实现图2的极紫外光辐射光源生成装置1000。如图3所示，极紫外光辐射光源生成装置3000包含依序设置于极紫外光辐射光源生成装置3000的光传输路径上的泵浦源1002、塑形单元1100a、波长转换单元1200、及高阶谐波生成单元1300，其中塑形单元1100a包含连续谱单元1110a和脉冲压缩单元1112a。为简洁起见，图3中没有绘示出极紫外光辐射光源生成装置3000的完整光传输路径。
58.在本实施例中，泵浦源1002是用以产生具有中心波长λ1、频宽β1、以及脉冲宽度t1的脉冲激光辐射光束l1。连续谱单元1110a用以接收脉冲激光辐射光束l1，并输出具有频宽β1’的脉冲激光辐射光束l1’，其中频宽β1’是大于频宽β1。脉冲压缩单元1112a用以接收脉冲激光辐射光束l1’，并输出具有脉冲宽度t1”的脉冲激光辐射光束l1”，其中脉冲宽度t1”小于脉冲激光辐射光束l1’的脉冲宽度。波长转换单元1200用以接收脉冲激光辐射光束l1”，并输出具中心波长λ2的脉冲激光辐射光束l2，其中中心波长λ2可以大于或小于中心波长λ1。高阶谐波生成单元1300用以接收脉冲激光辐射光束l2，并利用脉冲激光辐射光束l2产生具有特定电子伏特(ev)(例如，92电子伏特)的脉冲激光辐射光束l
hhg
。
59.在一实施例中，脉冲激光辐射光束l1的中心波长λ1可以是1030纳米，而脉冲宽度t1可以大致上为200飞秒(femtosecond，fs)到2皮秒(picosecond，ps)的范围，然揭示文件并不以此为限。熟习本技术领域之人可依据本揭示文件的教示，使用其他合适种类的泵浦源1002。
60.图4为依照本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成装置4000简化后的功能方块图。如图4所示，极紫外光辐射光源生成装置4000包含依序设置于极紫外光辐射光源生成装置4000的光传输路径上的泵浦源1002、波长转换单元1200、塑形单元1100a、及高阶谐波生成单元1300，亦即波长转换单元1200是设置于塑形单元1100a与泵浦源1002之间。
61.泵浦源1002是用以产生具有中心波长λ1、频宽β1、以及脉冲宽度t1的脉冲激光辐射光束l1。波长转换单元1200用以接收脉冲激光辐射光束l1，并输出具中心波长λ2、脉冲宽度t2、以及频宽β2的脉冲激光辐射光束l2，其中中心波长λ2可以大于或小于中心波长λ1。连续谱单元1110a用以接收脉冲激光辐射光束l2，并输出具有频宽β2’的脉冲激光辐射光束l2’，其中频宽β2’大于频宽β2，脉冲激光辐射光束l2’的脉冲宽度小于脉冲宽度t2。脉冲压缩单元1112a用以接收连续谱单元1110a输出的脉冲激光辐射光束l2’，并输出具有脉冲宽度t2”的脉冲激光辐射光束l2”，其中脉冲宽度t2”小于脉冲激光辐射光束l2’的脉冲宽度。高阶谐波生成单元1300用以接收脉冲激光辐射光束l2”，并依据脉冲激光辐射光束l2”输出具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束l
hhg
。
62.图5依照本揭示文件一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成装置5000简化后的功能方块图。图5的极紫外光辐射光源生成装置5000相似于图3的极紫外光辐射光源生成装置3000，差异在于，图5的极紫外光辐射光源生成装置5000还包含塑形单元1100b。塑形单元1100b设置于极紫外光辐射光源生成装置5000的光传输路径上，且位于波长转换单元1200与高阶谐波生成单元1300之间。塑形单元1100b包含连续谱单元1110b和脉冲压缩单元1112b。连续谱单元1110b用以接收波长转换单元1200输出的脉冲激光辐射光束l2，并输出具有频宽β2’的脉冲激光辐射光束l2’。脉冲激光辐射光束l2’的频宽β2’大于脉冲激光辐射光束l2的频宽β2，且脉冲激光辐射光束l2’的脉冲宽度小于脉冲激光辐射光束l2的脉冲宽
度t2。
63.前述极紫外光辐射光源生成装置3000的其余对应连接方式、元件、实施方式以及优点，皆适用以极紫外光辐射光源生成装置5000。为简洁起见，在此不重复赘述。
64.图6为依照本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成装置6000简化后的功能方块图。图6的极紫外光辐射光源生成装置6000相似于图4的极紫外光辐射光源生成装置4000，差异在于，图6的极紫外光辐射光源生成装置6000还包含塑形单元1100c。塑形单元1100c设置于极紫外光辐射光源生成装置6000的光传输路径上，且位于塑形单元1100a与高阶谐波生成单元1300之间。塑形单元1100c包含连续谱单元1110c和脉冲压缩单元1112c。连续谱单元1110c用以接收脉冲压缩单元1112a输出的脉冲激光辐射光束l2”，并输出脉冲激光辐射光束l21。脉冲激光辐射光束l21的频宽大于脉冲激光辐射光束l2”的频宽β2”，且脉冲激光辐射光束l21的脉冲宽度小于脉冲激光辐射光束l2”的脉冲宽度t2”。
65.前述极紫外光辐射光源生成装置4000的其余对应连接方式、元件、实施方式以及优点，皆适用以极紫外光辐射光源生成装置6000。为简洁起见，在此不重复赘述。
66.综上所述，本揭示文件所揭示的极紫外光辐射光源生成装置，其特点在于调整输入至高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束。通过调整输入至高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束的中心波长、时域上的脉冲波形、以及脉冲宽度，高阶谐波生成单元1300能够输出达到特定电子伏特的脉冲激光辐射光束。
67.本揭示文件所揭示的极紫外光辐射光源生成装置，输入至高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束于时域上的脉冲宽度(pulse duration)可以是皮秒或飞秒等级。
68.本揭示文件所揭示的极紫外光辐射光源生成装置，其具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束(pulse laser radiation beam)的功率可以在纳瓦(nanowatt，nw)至瓦(watt，w)等级。
69.以下将分别说明本揭示文件所揭示的极紫外光辐射光源生成装置的各元件的具体实施方式。图7a是根据本揭示文件的一实施例的连续谱单元710的示意图。图7b为本揭示文件的另一实施例的连续谱单元720的示意图。图7c是图7b的连续谱单元的压缩比示意图。图7d为本揭示文件的又一实施例的连续谱单元730的示意图。前述实施例中的连续谱单元1110a、1110b、以及1110c的每一者可以用连续谱单元710、720或730来实现。为便于理解，以下的多个实施例将以图3的连续谱单元1110a为例，分别配合图7a～7d进行说明。
70.连续谱单元是利用脉冲激光辐射光束在不同介质内的非线性效应，特别是三阶非线性效应，使得脉冲激光辐射光束的频谱产生展频的效果。首先请先参考图7a，连续谱单元710包含多个凝态透光板712-1～712-n，用以接收对应的脉冲激光辐射光束l1，且用以输出对应的脉冲激光辐射光束l1’。凝态透光板712-1～712-n是沿着脉冲激光辐射光束l1的光传输路径依序设置(arranged in sequence)。凝态透光板712-1～712-n的每一者的入光面与光传输路径所夹的角可以为布鲁斯特角(brewster’s angle)。每两相邻的凝态透光板的玻片中点的间距(spacing)是可以由大到小设置。例如凝态透光板712-1的玻片中点与凝态透光板712-2的玻片中点相隔预设距离d1；凝态透光板712-2的玻片中点与凝态透光板712-3的玻片中点相隔预设距离d2；凝态透光板712-3的玻片中点与凝态透光板712-4的玻片中点相隔预设距离d3，且预设距离d1大于预设距离d2，预设距离d2又大于预设距离d3，依此类推。
71.连续谱单元710随着凝态透光板712-1～712-n多次地产生三阶非线性效应因而达到更宽的频宽，然而连续谱单元710所能延展的频宽会随着凝态透光板712-1～712-n的数量增加而逐渐达到饱和状态。这是由于凝态透光板712-1～712-n的材料特性以及随着凝态透光板712-1～712-n的数量增加，脉冲激光辐射光束l1亦逐渐发散。因此，为使连续谱单元710以最有效率的方式达到最大频宽，熟习本技术领域之人可依据本揭示文件的教示，依实际需求调整凝态透光板712-1～712-n的数量、相对位置及厚度等而完成各种均等变化与修饰。
72.所述的凝态透光板的厚度是与自聚焦(self-focusing)特性有关，这是由于脉冲激光辐射光束于横截面(cross-section view)上的强度(intensity)为空间分布(spatially distributed)。当脉冲激光辐射光束于凝态透光板内传输时会重新进行聚焦，而于光传输路径上自聚焦后，于空气介质下传输时又会略为发散。因此，脉冲激光辐射光束根据穿过的凝态透光板，反复的进行自聚焦再发散。因此凝态透光板的厚度的选择是可以与脉冲激光辐射光束的强度及凝态透光板的特性有关。在一实施例中，凝态透光板的自聚焦发生位置位于凝态透光板之外。
73.于另一实施例中，连续谱单元710包含多个具抗反射膜(anti-reflection film)的凝态透光板(未绘示)。多个具抗反射膜的凝态透光板是沿着脉冲激光辐射光束l1的光传输路径依序设置，且多个具抗反射膜的凝态透光板的入光面可以为互相平行设置。
74.请接着参考图7b与图7c，连续谱单元720包含中空光纤(hollow core fiber)722，通过脉冲激光辐射光束在中空光纤722内惰性气体介质的三阶非线性效应，以达到频谱延展的效果。气态介质的非线性效应与中空光纤的长度有关，一般而言，中空光纤的长度越长，则三阶非线性效应所累计的非线性相位偏移(nonlinear phase shift)越高，其展频的效果也越明显。图7c为经过连续谱单元720的脉冲激光辐射光束的脉冲宽度示意图。曲线1用于表示未经过连续谱单元720的脉冲激光辐射光束l1，其脉冲宽度wa约为185飞秒。曲线2用于表示经过连续谱单元720的脉冲激光辐射光束l1’，其脉冲宽度wb约为9飞秒。因此，于本实施例中的中空光纤的压缩比约为1:20至1:100。
75.请接着参考图7d，连续谱单元730可以用多次传递腔(multipass cell)实现，多次传递腔包含反射镜732、反射镜734、以及一个具非线性效应的介质736。连续谱单元730是通过脉冲激光辐射光束在连续谱单元730内多次通过介质所造成三阶非线性效应，以达到频谱延展的效果。值得注意的是，脉冲激光辐射光束l1与脉冲激光辐射光束l1’分别为未通过与通过连续谱单元730的脉冲激光辐射光束。
76.其他可展频的材料还包含有光子晶体光纤(photonic crystal fiber)、高非线性光纤(high nonlinear fiber)、或固态晶材(bulk crystal)(例如，蓝宝石)，而连续谱单元的展频材料选用需根据接收到的脉冲激光辐射光束的能量及欲延展的频谱宽度来决定，然揭示文件并不以上述材料为限。根据本揭示文件的教示，通过泵浦源波长的选用及连续谱单元的使用而产生高能量的极紫外光光源的其他实施例可为熟习本技术领域之人所理解。
77.图8a为依据本揭示文件一实施例的输入连续谱单元710的脉冲激光辐射光束l1简化后的波形示意图。图8b为依据本揭示文件一实施例的连续谱单元710输出的脉冲激光辐射光束l1’简化后的波形示意图。先参考图8a，输入至连续谱单元710的脉冲激光辐射光束l1的包络(envelope)以虚线表示，而脉冲激光辐射光束l1的载波信号(carrier signal)以
实线表示。接着参考图8b，脉冲激光辐射光束l1’的包络以虚线表示，而脉冲激光辐射光束l1’的载波信号以实线表示。
78.由图8a与图8b可知，脉冲激光辐射光束l1及脉冲激光辐射光束l1’的载波频率实质上相等，但脉冲激光辐射光束l1在频域上具有相位一致的不同频率成分。由图8b可知，由于经过连续谱单元710的脉冲激光辐射光束l1’的频宽变大，使得脉冲激光辐射光束l1’较高频率的成分与较低频率的成分的相位不一致。
79.请参考图3，为消除频谱相位差异，脉冲激光辐射光束l1’需要进一步输入至脉冲压缩单元1112a，以通过相位补偿(phase compensation)的方式将脉冲激光辐射光束l1’中的不同频率成分调整为实质上相位一致。如此一来，因为不同频率成分的建设性干涉(constructive interference)的缘故，使得脉冲压缩单元1112a输出的脉冲激光辐射光束l1”于时域的脉冲宽度小于脉冲激光辐射光束l1及脉冲激光辐射光束l1’的脉冲宽度。
80.于一实施例中，脉冲激光辐射光束l1与脉冲激光辐射光束l1”的脉冲宽度的比值最大可以达到10，然本揭示文件并不以此为限。脉冲激光辐射光束l1与脉冲激光辐射光束l1”的脉冲宽度的比例可以依据实际设计需求而调整。
81.另外，请参考图5，由于极紫外光辐射光源生成装置5000包含两个连续谱单元1110a～1110b，且包含两个脉冲压缩单元1112a～1112b，极紫外光辐射光源生成装置5000的脉冲激光辐射光束l1与脉冲激光辐射光束l2”的脉冲宽度的比值最大可以达到100。在一实施例中，脉冲激光辐射光束l1与脉冲激光辐射光束l2”的脉冲宽度之比为1:20～1:1000。
82.在一实施例中，极紫外光辐射光源生成装置5000的脉冲激光辐射光束l1的中心波长λ1可以实质上为1030纳米，频宽β1约为6纳米，且脉冲宽度t1约为200飞秒。脉冲激光辐射光束l2”的脉冲宽度t2”实质上可以是10飞秒或以下。
83.图9a是根据本揭示文件的一实施例所绘示的脉冲压缩单元910的示意图。脉冲压缩单元910可以用以实现前述多个实施例中的脉冲压缩单元1112a、1112b、以及1112c，且包含多个实质上平行设置的啁啾镜912和914。啁啾镜912和914每一者是具多个涂布层的透镜。为方便说明，图9a仅绘示两个啁啾镜，但本揭示文件不以此为限。在一些实施例中，啁啾镜的数量可依据实际设计需求来决定。
84.为便于说明，以下将以图3的脉冲压缩单元1112a为例配合图9a进行说明。如图9a所示，脉冲压缩单元910用以接收对应的脉冲激光辐射光束l1’。脉冲激光辐射光束l1’包含不同相位的多个频率成分，且啁啾镜912和914的每个涂布层用以反射不同频率成分中的对应一者。不同频率成分被多次反射之后便会具有实质上一致相位。换言之，脉冲压缩单元910输出的脉冲激光辐射光束l1”所包含的不同频率成分，会具有实质上一致的相位。
85.图9b是根据本揭示文件的一实施例所绘示的脉冲压缩单元920的示意图。脉冲压缩单元920包含绕射元件922、绕射元件924、以及液晶像素阵列926(liquid crystal pixel matrix)。为方便说明，图9b仅绘示两个绕射元件922和924，但本揭示文件不以此为限。在一些实施例中，绕射元件的数量可依据实际设计需求来决定。在一实施例中，所述的绕射元件可以是以光栅(grating)实现。
86.为便于说明，以下将以图3的脉冲压缩单元1112a为例配合图9b进行说明。如图9b所示，当脉冲压缩单元920接收到脉冲激光辐射光束l1’时，绕射元件922和绕射元件924用以调整脉冲激光辐射光束l1’的光传输路径，以使脉冲激光辐射光束l1’射入液晶像素阵列
926。液晶像素阵列926可独立控制不同区域的液晶的倾角。如此一来，不同频率成分通过液晶像素阵列之后其相位便与频率无关，达到光空间调变(spatial light modulation)的功效。
87.在一些实施例中，脉冲压缩单元还可以用光栅对(grating pair)及一些光学元件(例如，透镜或反射镜)的组合来实现，然本揭示文件并不以此为限。应理解的是，基于本揭示文件的教示，熟习本技术领域之人可理解亦可使用其他适合应用于脉冲激光辐射光束的脉冲宽度压缩技术。
88.在另一些实施例中，脉冲压缩单元除了可以利用相位补偿调整脉冲激光辐射光束于时域中的振幅，还可以调整脉冲激光辐射光束的其他特征。举例而言，请再次参考图9b，液晶像素阵列926可以通过分时独立控制不同区域的液晶的倾角，在时间上调整脉冲激光辐射光束的亮度(luminance)。借此以达到光时间调变(time light modulation)的功效。
89.另外，当输入的脉冲激光辐射光束的频宽越大时，脉冲压缩单元所能调整的特征范围就越广。因此，在某些实施例中，连续谱单元可设置于脉冲压缩单元之前，以使输入至脉冲压缩单元的脉冲激光辐射光束能具有尽量大的频宽。
90.请回到图4，本揭示文件中的波长转换单元1200可包含非线性光学晶体(nonlinear optical crystals)，用以转换脉冲激光辐射光束l1的中心波长λ1，以输出具中心波长λ2与频宽β2的脉冲激光辐射光束l2，其中λ1可以不等于λ2。在一实施例中，波长转换单元1200是由二倍频晶体实现。因此，中心波长λ2等于n倍的中心波长λ1，其中n为整数。
91.波长转换单元1200的接收频谱(acceptance bandwidth)可以是sinc2函数(sinc square function)。因此，波长转换单元1200所能接收的最大频宽是与接收频谱有关。若射入波长转换单元1200的脉冲激光辐射光束的频宽大于波长转换单元1200的接收频谱，可能会使得波长转换单元1200的波长转换效率减低。因此，如第4和6图所示，波长转换单元1200可设置于泵浦源1002与连续谱单元1110a之间，以使波长转换单元1200有较佳波长转换效率。
92.另外，请参考图5，波长转换单元1200是设置于连续谱单元1110a与连续谱单元1110b之间，以避免波长转换单元1200接收到经过两次展频而具有太大频宽的脉冲激光辐射光束。如此一来，不但增加了脉冲激光辐射光束l
hhg
的可调性，亦同时确保了波长转换单元1200的波长转换效率。
93.所述的非线性光学晶体可以包含用以实现非线性光学处理的材料，例如二倍频(second-harmonics generation，shg)、三倍频(third-harmonics generation，thg)、光参量振荡(optical parametric oscillator，opo)、光参量放大(optical parametric amplification，opa)、自相位调变(self-phase modulation，spm)、光参量啁啾脉冲放大(optical parametric chirped-pulse amplification，opcpa)、合频产生(sum-frequency generation，sfg)或差频产生(difference-frequency generation，dfg)等等。应理解的是，基于本揭示文件的教示，熟习本技术领域之人可理解亦可使用其他适用于脉冲激光辐射光束的频率转换(frequency conversion)技术。
94.图10a为依据本揭示文件一实施例所绘示的图2的高阶谐波生成单元1300简化后的功能方块图。图10b为依据本揭示文件一实施例所绘示的高阶谐波生成单元1300的电子作动示意图。如图10a所示，高阶谐波生成单元1300包含气体传递单元1302与气室1304，且
用以接收高阶谐波生成源hls。高阶谐波生成源hls是高阶谐波生成单元1300接收到的脉冲激光辐射光束，例如图3的脉冲激光辐射光束l2、图4的脉冲激光辐射光束l2”、图5的脉冲激光辐射光束l2”、以及图6的脉冲激光辐射光束l21’。
95.气体传递单元1302用以提供高阶谐波生成介质gm至气室1304。高阶谐波生成单元1300会将高阶谐波生成源hls聚焦至气室1304内的高阶谐波生成介质gm。在一些实施例中，高阶谐波生成介质gm可以是氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)等惰性气体。在某些实施例中，在高阶谐波生成源hls的脉冲宽度约为10～20飞秒的情况下，当高阶谐波生成源hls的中心波长为1030纳米时，本领域通常知识者可选用氩气并搭配气压的调整以达到较佳强度的位于13.5nm中心波长的脉冲激光辐射光束l
hhg
。在某些实施例中，当高阶谐波生成源hls的中心波长为515纳米时，本领域通常知识者可选用氦气并搭配气压的调整以达到较佳强度的位于13.5nm中心波长的脉冲激光辐射光束l
hhg
，本揭示文件并不以此为限。在一些实施例中，可以依照实际需求调整中心波长、脉冲宽度、聚焦点位置、气体种类、及气体压力等等。
96.请接着参考图10b，聚焦至高阶谐波生成介质gm的高阶谐波生成源hls会使得高阶谐波生成介质gm位于基态的束缚电子游离化(ionized)而成为自由电子ef。自由电子在游离过程中会被加速而获得动能。随着高阶谐波生成源hls的电场反转，部分自由电子ef在回到基态的过程中会与高阶谐波生成介质gm的原子at再次结合(recombination)。因此，产生了具有特定中心波长(亦即具有特定电子伏特)的脉冲激光辐射光束l
hhg
。
97.在一实施例中，高阶谐波生成单元1300输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
的电子伏特实质上等于92电子伏特，且中心波长为13.5纳米。
98.在一些实施例中，高阶谐波生成单元1300输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
的电子伏特实质上等于26电子伏特，且中心波长为47纳米。
99.在一些实施例中，高阶谐波生成单元1300输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
频谱是位于极紫外光及软x光射线范围，而脉冲激光辐射光束l
hhg
在大气环境下(atmosphere environment)会被吸收。因此，高阶谐波生成单元1300需操作于真空环境(vacuum environment)。
100.图11a为依据本揭示文件一实施例的高阶谐波生成单元1300所输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
的发射频谱(emission spectrum)示意图。如图11a所示，发射频谱包含具有不同谐次(harmonic order)能量的多个脉冲激光辐射光束，x轴为电子伏特(亦即光子能量，photon energy)而y轴为标准化的频谱强度(intensity)。每一个谐次能量的频谱线宽随电子伏特越大而逐渐增加；谐次的能量间距亦随着电子伏特越大而逐渐些微地(slightly)增加。电子伏特越大表示对应的波长越短，以92电子伏特为例，其对应的波长为13.5纳米。值得一提的是，由于脉冲激光辐射光束l
hhg
的截止波长(cut-off wavelength)(亦即最高的谐次能量所对应的波长)可以与输入高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束的中心波长有关。因此可以通过调整输入高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束的中心波长与脉冲宽度以获得预期的截止波长。
101.详细而言，当输入高阶谐波生成单元1300的脉冲激光辐射光束的中心波长越大且脉冲宽度越小，则脉冲激光辐射光束l
hhg
的截止能量越大，且截止波长越短。
102.例如，图11b为未调整波长与未调整脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波
生成单元1300而产生的发射频谱示意图。图11c为仅调整脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波生成单元1300而产生的发射频谱示意图。图11d为调整过中心波长与调整过脉冲宽度的脉冲激光辐射光束经过高阶谐波生成单元1300而产生的发射频谱示意图。以图11b为例，其谐次能量大部分落于55电子伏特以下，所以其对应的波长约为22.5纳米以上。以图11c为另一例子，其谐次能量大部分落于68电子伏特以下，亦即其对应的波长约为18纳米以上。以图11d为又一例子，其谐次能量大部分落于65～100电子伏特的范围，亦即对应的波长约为13～18纳米。
103.换言之，通过对输入至高阶谐波生成单元1300的脉冲辐射激光光束展频与调整中心波长，可以使高阶谐波生成单元1300的输出频谱往短波长方向移动。如此一来，便可以根据实际需求调整具有特定电子伏特的高阶谐波脉冲激光辐射光束的频谱强度。
104.一般而言，希望高阶谐波生成单元1300输出的具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束的频谱强度可以越大越好。在一实施例中，可以通过控制高阶谐波生成介质位于基态(ground state)原子与激发态(excited state)离子的比例，以使得具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束的相位一致。如此一来，具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束的频谱强度便会因为建设性干涉而提高。
105.在另一实施例中，图10a的气体传递单元1302可控制高阶谐波生成介质gm的气压，亦即，气体传递单元1302可以调整作为高阶谐波生成介质gm的气体的浓度。如此一来，具特定电子伏特的脉冲激光辐射光束的相位一致以达到建设性干涉，以提升频谱强度，然本揭示文件并不以此为限。基于本揭示文件的教示，熟习本技术领域之人可理解也可使用任何合适的相位匹配技术。
106.于另一实施例，极紫外光辐射光源生成装置还可以包含带通滤波器(band pass filter)，带通滤波器是设置以使得具特定能量的脉冲激光辐射光束通过，及阻绝其余电子能量的脉冲激光辐射光束通过，但本揭示文件并不以此为限。基于本揭示文件的教示，熟习本技术领域之人可理解也可使用其他合适的光学滤波技术。
107.图12为根据本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成方法7000的流程图。极紫外光辐射光源生成方法7000包含以下步骤：
108.步骤s7100：将脉冲激光辐射光束l1射入(incident)一光传输路径，其中脉冲激光辐射光束l1具有中心波长λ1、频宽β1及脉冲宽度t1；
109.步骤s7200：于该光传输路径，转换脉冲激光辐射光束l1的中心波长λ1，以产生脉冲激光辐射光束l2，其中脉冲激光辐射光束l2具有中心波长λ2、频宽β2及脉冲宽度t2；
110.步骤s7300：于该光传输路径，延展脉冲激光辐射光束l2的频宽β2，以产生脉冲激光辐射光束l2’，其中脉冲激光辐射光束l2’具有频宽β2’。脉冲激光辐射光束l2’的频谱是为超连续谱(supercontinuum spectrum)，且频宽β2’大于频宽β1及频宽β2；
111.步骤s7400：于该光传输路径，补偿脉冲激光辐射光束l2’的相位，以生成脉冲激光辐射光束l2”，其中脉冲激光辐射光束l2”的脉冲宽度t2”小于脉冲激光辐射光束l2’的脉冲宽度；
112.步骤s7500：聚焦脉冲激光辐射光束l2”至高阶谐波生成介质gm，以输出一高阶谐波脉冲激光辐射光束l
hhg
，其中高阶谐波脉冲激光辐射光束包含具特定电子伏特(例如，92电子伏特)的辐射。
113.图13为根据本揭示文件的一实施例所绘示的极紫外光辐射光源生成方法8000的流程图。极紫外光辐射光源生成方法8000相似于图12的极紫外光辐射光源生成方法7000，差异在于，极紫外光辐射光源生成方法8000还包含：
114.步骤s8100：在步骤s7400之后，于该光传输路径，延展脉冲激光辐射光束l2”的频宽β2”，以产生脉冲激光辐射光束l21，其中脉冲激光辐射光束l21的频宽大于脉冲激光辐射光束l2”的频宽β2”；
115.步骤s8200：于该光传输路径，补偿脉冲激光辐射光束l21的相位，以生成脉冲激光辐射光束l21’，其中脉冲激光辐射光束l21’的脉冲宽度小于脉冲激光辐射光束l21的脉冲宽度，且极紫外光辐射光源生成方法8000于步骤s8200结束后会执行前述步骤s7500；
116.在某些实施例的极紫外光辐射光源生成方法7000与8000中，在执行完步骤s7100之后，可以先执行步骤s7300与步骤7400，然后再执行步骤s7200。
117.图14是依据本揭示文件的一实施例所绘示的缺陷检测装置1400简化后的示意图。图14的缺陷检测装置1400可用以实现图2的缺陷检测装置2100。缺陷检测装置1400包含检测平台1410、侦测单元1420及分析单元1430。检测平台1410用以放置一待测样品1401。在一些实施例中，待测样品1401可以是空白光罩(mask blank)、图案化光罩(patterned mask)或者是经曝光的图案化基板(例如，晶圆)，但本发明并不以此为限。可理解的是，基于本揭示文件的教示，熟习本技术领域之人可理解也可使用任何可使用极紫外光脉冲激光辐射光束进行同波长检测的待测样品。另外，侦测单元1420可以用电荷耦合元件(charge-coupled device，ccd)或基于互补式金氧半导体的感测器(cmos based sensor)来实现。
118.缺陷检测装置1400用以利用一具特定电子伏特的高阶谐波辐射光束1403作为检测光源。高阶谐波辐射光束1403可以是前述多个实施例中的高阶谐波生成单元1300所输出的脉冲激光辐射光束l
hhg
。换言之，高阶谐波辐射光束1403为同调光，因此缺陷检测装置1400可使用基于绕射(diffraction based)的同调光缺陷检测方法。
119.缺陷检测装置1400会将高阶谐波辐射光束1403以一特定角度的入射角θ射入待测样品1401。在一实施例中，入射角θ可以是与曝光时的角度实质上相等的角度，例如是6度，但本揭示文件不以此为限。经待测样品1401反射后的高阶谐波辐射光束1403，会形成包含待测样品1401信息的反射辐射光束1405。侦测单元1420会收集反射辐射光束1405，以获得高阶谐波辐射光束1403对待测样品1401的绕射结果。侦测单元1420还会将绕射结果以有线或无线的方式传送至分析单元1430，以供分析单元1430依据绕射结果建立待测样品1401的影像。
120.在本实施例中，反射辐射光束1405在射入侦测单元1420的过程中无需经过反射或穿透式的聚焦光学元件。因此，缺陷检测装置1400可以避免反射辐射光束1405的功率损耗以提升检测准确度及产量，且可降低整体的系统复杂度。分析单元1430可以利用同调绕射成像法(coherent diffraction imaging)，依据未聚焦的反射辐射光束1405建立待测样品1401的影像。
121.图15是依据本揭示文件另一实施例所绘示的缺陷检测装置1500简化后的示意图。图15的缺陷检测装置1500可用以实现图2的缺陷检测装置2100，且相似于图14的缺陷检测装置1400，差异在于，图15的缺陷检测装置1500还包含一聚焦光学元件1510。聚焦光学元件1510可以为反射或穿透式的光学元件。具体的缺陷检测方法与前一实施例相似或相同，不
再另行赘述。相较于前一实施例，本实施例增加的聚焦光学元件1510可以将具有待测样品1401信息的光束集中，以得到更准确的分析结果。
122.详细而言，反射辐射光束1405经聚焦光学元件1510聚焦后，会形成包含待测样品1401信息的聚焦辐射光束1501。侦测单元1420会收集聚焦辐射光束1501，以获得高阶谐波辐射光束1403对待测样品1401的绕射结果。侦测单元1420还会将绕射结果以有线或无线的方式传送至分析单元1430，以供分析单元1430依据绕射结果建立待测样品1401的影像。
123.在本实施例中，分析单元1430可以利用简单的影像处理方法建立待测样品1401的影像，可例如，将获得的绕射结果与使用者数据库的绕射结果数据进行比较，以加快缺陷检测速度。当获得的绕射结果与绕射结果数据不一致时，则再进一步对待测样品的特定区域进行详细缺陷检测(defect classification)，以对待测样品的特定区域的缺陷进行修补。
124.由于极紫外光脉冲激光辐射光束在大气环境下会被吸收。因此，在某些实施例中，缺陷检测装置1400和1500是设置于真空环境中。
125.然本发明的应用不仅仅局限于光罩的缺陷检测，还可以是图案化晶圆或者空白晶圆的缺陷检测，还可能为光阻剂(photoresist)的剂量(dose)测量，及光罩保护薄膜(mask pellicle)的光学表现(optical performance)量测(例如穿透率及反射率)。
126.综上所述，本揭示文件的一实施例揭示一种极紫外光辐射光源生成装置，其中泵浦源提供的脉冲激光辐射光束通过至少一塑形单元及波长转换单元，以提供高阶谐波生成源。脉冲激光辐射光束并通过高阶谐波生成单元以产生具有特定电子伏特的高阶谐波脉冲激光辐射光束。
127.以上仅为本揭示文件的实施例，凡依本揭示文件权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本揭示文件的涵盖范围。