KR101709820B1 - 레이저 시스템용 계측 모듈 - Google Patents

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베른하르트 베이글
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칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하
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Abstract

레이저 시스템(100)은 레이저(110), 상기 레이저를 포함하는 하우징(101), 및 상기 레이저 시스템의 작동중에 상기 레이저로부터의 레이저 광선을 수신하도록 배치된 제1 챔버(120)를 포함한다. 상기 시스템은 또한, 상기 제1 챔버를 인접 챔버와 분리하고, 레이저 광선(201)의 경로에 배치되며, 상기 제1 챔버(225)와 인접 챔버 사이에 창을 형성하는 제1 광학소자(220); 상기 제1 광학소자(220)로부터의 상류 또는 하류의 광선(201)의 경로에 배치되는 빔 스플리터(210); 및 광선 검출 장치(240)를 포함한다. 상기 시스템의 작동중에, 상기 빔 스플리터(210)는 레이저 광선(201)을 수신하여, 상기 광선 검출 장치로, 메인 빔(201)으로서 레이저 광선의 제1 부분을 투과하고, 제1 서브 빔으로서 상기 레이저 광선의 제2 부분(202, 203)을 지향시킨다.

Description

레이저 시스템용 계측 모듈{METROLOGY MODULE FOR LASER SYSTEM}
본 발명은 2009년 8월 26일자로 출원되고 발명의 명칭이 "셔터 및 계측 어셈블리"인 임시 특허출원번호 제61/237,025호를 기초로 우선권 주장을 수반하는 출원이며, 그 전체 내용은 참조로 여기에 통합된다.
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 레이저 시스템용 계측 모듈에 관한 것이다.
전기 방전식 가스 레이저는 공지되어 있고, 레이저는 1960년대에 발명된 직후부터 실용화되었다. 두 전극 사이에서의 고전압 방전을 통해 레이저 가스가 자극되어, 기체상의 이득 매질(gaseous gain medium)이 생성된다. 이득 매질을 포함하는 공명 캐비티(resonance cavity)에서 빛이 자극되어 증폭된 다음 레이저 광선의 형태로 캐비티로부터 방출된다. 대부분의 방전식 가스 레이저는 펄스 모드에서 작동된다. 전기 방적식 가스 레이저의 특정 유형이 엑시머 레이저(excimer laser)이다. 집적 회로의 리소그래피에 유용한 엑시머 레이저의 실시 형태는 2009년 7월 28일에 발행되고 발명의 명칭이 "초협대역이고 2챔버를 갖는 고반복율 가스 방전 레이저시스템"인 미국특허 제7,567,607호에 기재되어 있다.
집적 회로 리소그래피용으로 사용되는 경우, 엑시머 레이저는 통상적으로 집적 회로 제조 라인에서 연속적으로 작동된다. 라인이 정지되면 매우 큰 비용이 든다. 이러한 이유로 구성 요소의 대부분은 신속하게 교체할 수 있는 모듈로 구성된다.
레이저 시스템에서 사용되는 계측 모듈의 실시 형태는 공지되었다. 모듈형태의 계측 모듈은 레이저 시스템 내에서의 설치 및 교체 작업들을 용이하게 한다. 더욱이, 모듈은 레이저 시스템의 하우징 내의 작은 공간에 설치될 수 있도록 비교적 소형이다.
일부 실시 형태에서, 계측 모듈은 산업 환경에서의 혹독한 연장 사용에 견딜 수 있는 광학 어셈블리를 특별히 포함한다. 예를 들어, 모듈들은, 리소그래피 도구에 사용되는 레이저 시스템과 같은 고출력 자외선 레이저 시스템에서 사용된다. 상기 모듈은, 고출력 자외선 레이저 광선에 반복적으로 노출되지만 상대적으로 천천히 열화되는 광학 요소를 포함시킬 수 있다.
특정 실시 형태에서, 계측 모듈은 박막의 광학 코팅이 없는 벌크 부품(예컨대, 코팅되지 않은 쐐기형 요소, 코팅되지 않은 병렬평판 플레이트, 또는 코팅되지 않은 렌즈)인 광학소자를 특별히 포함한다. 특정 조건에서, 벌크 광학 요소는, 그러한 환경에서 열화되는 광학 코팅보다, 고출력 레이저 광선에 길게 노출되어도 견딜 수 있다. 따라서 코팅되지 않은 광학소자를 사용하여 더 강력한 계측 모듈을 제공할 수 있다.
실시 형태에서, 모듈은 아웃고잉(outgoing) 레이저 광선에 심각한 열화를 유발하지 않고도 메인 빔으로부터 하나 또는 그 이상의 서브 빔을 도출하는 빔 픽오프부(pick off)를 포함한다. 상기 서브 빔은, 예를 들어, 비교적 파면 왜곡(wavefront distortion)이 적고, 메인 빔과 비슷한 편광을 가지며, 계측 모듈의 광학소자에서의 이차적인 반사로부터(예컨대, 제2 표면으로부터) 용이하게 분리되어 생성되므로, 다양한 계량 계측에 유용한 서브 빔이 만들어진다.
일부 실시 형태에서, 계측 모듈은 효율적으로 메인 레이저 빔의 편광 상태(예컨대, 직교 편광 상태의 비율)에 대한 정보를 계측할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 특정 실시 형태에서, 계측 모듈은 레이저 빔의 전파 방향(포인팅)에서의 변형을 모니터링할 수 있다.
본 발명(들)의 다양한 측면은 이하에 요약된다.
개괄적으로, 일 국면에서, 본 발명의 특징적인 레이저 시스템은, 레이저와; 상기 레이저와, 상기 레이저 시스템 작동 중에 상기 레이저로부터의 레이저 광선(laser radiation)을 받도록 배치된 제1 챔버(예컨대, 퍼지 용적부(purge volume))로 이루어지는 하우징과; 상기 제1 챔버를 인접 챔버와 분리하고, 레이저 광선의 경로에 배치되며, 상기 제1 챔버와 상기 인접 챔버 사이에 창을 형성하는 제1 광학소자와; 상기 제1 광학소자로부터의 상류 및 하류의 경로에 장착된 빔 스플리터(beam splitter),; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 상기 레이저 시스템의 작동 중에, 상기 빔 스플리터가 레이저 광선을 수신하여, 상기 광선 검출 장치로, 메인 빔으로서 레이저 광선의 제1 부분을 전달하며(transmit), 제1 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제2 부분을 지향시킨다(direct).
상기 레이저의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 광선은 300nm미만의 파장(248nm 또는 193nm의 파장)을 갖는다. 상기 레이저는 엑시머 레이저이다. 상기 레이저는 아르곤 플루오르화 레이저 가스 매질(argon fluoride lasing gas medium)을 포함한다.
상기 빔 스플리터와 광선 검출 장치가 상기 제1 챔버 내에 배치된다. 상기 제1 서브 빔을 형성하는, 레이저 광선의 제2 부분이 상기 빔 스플리터의 표면에서 반사된다.
상기 제1 광학소자는, 작동중에 메인 빔의 경로와는 상이한 경로를 따라 제2 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제3 부분을 지향시키는 제2 빔 스플리터이다. 상기 레이저 시스템은, 상기 제1 광선 검출 장치와는 상이한 제2 광선 검출 장치를 포함하고, 상기 제2 광선 검출장치는 제2 서브 빔을 받도록 위치된다.
상기 광학소자는 쐐기형상(wedge-shaped)의 소자이다. 상기 광학소자가 상기 빔 스플리터로 인한 메인 빔의 편향 또는 오프셋을 보상함으로써, 상기 광학소자와 상호 작용 이후의 메인 빔의 경로가 상기 빔 스플리터 상으로 입사하는 광선의 경로와 평행하게 된다.
상기 빔 스플리터가 상기 광선의 제3 부분을 제1 서브 빔의 방향과는 상이한 방향으로 제2 서브 빔으로서 지향시킨다. 상기 빔 스플리터는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 평행하지 않는 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 광선으로부터 제1 서브 빔을 도출하고, 상기 제2 표면은 상기 광선으로부터 제2 서브 빔을 도출한다.
상기 빔 스플리터는 쐐기형상의 부재이다. 일부 실시 형태에서, 상기 빔 스플리터와 상기 광학소자 모두가 쐐기형상 부재이다. 상기 쐐기형상 부재들 모두는 제1 광학면(optical surface)을 갖고, 상기 빔 스플리터의 제1 광학면은 상기 광학소자의 제1 광학면과 평행하다. 상기 레이저 광선은 상기 빔 스플리터의 제1 표면으로 입사되고, 레이저 광선의 메인 빔은 상기 광학소자의 제1 광학면을 통해 출사된다.
상기 빔 스플리터와 상기 광학소자 모두는, 서로 대향하고 서로에 대해 평행한 제2 광학면을 각각 갖는다. 상기 쐐기형상 부재는 모두 동일한 쐐기 각도(wedge angle)를 갖는다. 상기 레이저 광선의 경로상에 있는 상기 쐐기형상 부재의 일부는 비코팅면(uncoated surface)(예컨대, 상기 표면은 반사방지 코팅과 같은 광학 코팅이 없음)으로 이루어진다. 상기 빔 스플리터와 제1 광학소자 중 어느 하나 또는 이들 모두는 비코팅면을 포함한다.
상기 제1 광학소자는, 광선이 제1 광학소자의 적어도 하나의 표면상에 브루우스터의 각도(Brewster's angle)로 입사하도록 배치된다.
상기 챔버는 상기 인접 챔버로부터 밀폐된다.
개괄적으로, 추가의 국면에서, 본 발명의 특징적인 어셈블리는, 제1 벽와 상기 제1 벽에 대향하는 제2 벽으로 이루어지고, 상기 제1 벽은 제1 조리개를 포함하고, 상기 제2 벽은 제2 조리개를 포함하는 챔버와,; 상기 제1 조리개와 제2 조리개 사이의 경로에서 챔버 내에 배치된 제1 빔 스플리터와,; 상기 제2 조리개에 위치된 광학소자,; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 상기 빔 스플리터는, 받아진 광선이 상기 제1 조리개를 통과하는 경로를 따라 상기 챔버로 들어가고, 광선의 일부가 메인 빔으로서 상기 추가적인 광학소자로 지향되며, 제1 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제2 부분이 상기 광선 검출 장치로 지향하도록 위치된다.
상기 어셈블리의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 계측하는 장치는: 챔버와,; 상기 챔버 안에 배치되어, 작동중에 레이저로부터의 광선을 받아, 광선의 일부를 메인 빔으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔을 제2 빔 경로를 따라 지향시키는 제1 빔 스플리터를 포함한다. 상기 장치는,: 광선 검출 장치와,; 상기 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 상기 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 상기 제2 서브 빔을 상기 광선 검출 장치로 지향시키는 제2 빔 스플리터,; 및 상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 배치되어, 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성된 광학장치;를 더 포함한다.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는 각각 반사면을 갖고, 작동중에, 상기 제1 빔 스플리터의 반사면은 제2 빔 경로를 따라 광선의 제2 부분을 반사하고, 상기 제2 빔 스플리터의 반사면은 제1 서브 빔의 광선의 일부를 반사하여 제2 서브 빔을 형성하며, 상기 반사면들과 광학장치는, 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 가시광선(light)을 갖도록 배치된다.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 상기 제2 빔 스플리터가 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 광선(radiation)을 갖도록 배치된다.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 상기 제2 빔 스플리터가 메인 빔과 동등한, 두개의 직교하는 선형 편광방향의 투과율(transmittance)을 갖춘 광선을 갖도록 배치된다.
상기 광선 검출 장치는 디어테뉴에이션(diattenuation)가 없다.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터의 각각은 반사면을 갖고, 작동중에, 상기 제1 빔 스플리터의 반사면은 상기 제2 빔 경로를 따르는 광선의 제2 부분을 반사하고, 상기 제2 빔 스플리터의 반사면은 상기 제1 서브 빔의 광선의 일부를 반사하여 제2 서브 빔을 형성하며, 상기 반사면은, 상기 제2 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 경우, 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 광선을 갖도록 배치된다.
상기 광학장치는 편광 회전기이다. 상기 편광 회전기는 90°로 회전하여 제1 서브 빔의 편광상태를 형성한다.
상기 광학장치는 복굴절(birefringent) 소재로 형성된 광학소자를 포함한다. 상기 광학 장치는 리타더(retarder)(예컨대, 반파장판(half-wave plate))이다.
일부 실시 형태에서, 상기 광학장치는 광학 활성물질(optically-active material)로 형성된 광학소자를 포함한다. 상기 광학장치는 쐐기형상의 부재이다. 상기 광학 활성물질은 결정성 석영(crystalline quartz)이다.
상기 광선 검출 장치는 제2 서브 빔의 출력(power) 또는 에너지를 검출한다.
상기 장치는 제3 빔 스플리터와 제2 광선 검출 장치를 포함하여, 상기 제3 빔 스플리터는, 제1 서브 빔의 경로, 또는 제2 빔 스플리터로부터 전송된 서브 빔의 경로에 위치되고, 작동중에 상기 제3 빔 스플리터가, 제1 서브 빔 또는 전송된 서브 빔으로부터 제3 서브 빔을 도출하여, 제3 서브 빔을 상기 제2 광선 검출 장치로 지향시킨다. 상기 제3 빔 스플리터는 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의, 제1 서브 빔의 경로에 배치된다. 제3 빔 스플리터는 상기 제1 빔 스플리터와 상기 광학장치 사이의, 제1 서브 빔의 경로에 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제2 서브 빔과 상기 제3 서브 빔이 각각의 서브 빔들의 경로에 규정된 좌표계에 대해 상기 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 갖도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제3 서브 빔의 편광 상태가 각각의 서브 빔들의 경로에 규정된 좌표계에 대해 상기 제2 서브 빔의 편광 상태로부터 실질적으로 90°로 회전되도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터는, 상기 제2 서브 빔과 상기 제3 서브 빔이, 제1 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 상태에서, 상기 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 갖도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제3 서브 빔의 편광 상태가, 제1 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 상태에서, 상기 제2 서브 빔의 편광 상태로부터 실질적으로 90°로 회전되도록 배치된다.
개괄적으로, 추가의 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 계측하는 장치는: 제1 빔 스플리터와,; 제2 빔 스플리터,; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 작동중에 제1 빔 스플리터는, 레이저로부터 광선을 받아, 메인 빔으로서 광선의 일부를 제1 빔 경로를 따라 보내고, 및 제1 서브 빔으로서 광선의 제2 부분을 제2 빔 경로를 따라 보내며,; 제2 빔 스플리터는 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 제2 서브 빔을 광선 검출 장치에 보내고,; 및 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 제1 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제2 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하지 않도록 설정된다.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 장치는 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 배치되고, 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 설정되는 광학 장치를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 상기 장치는 제3 빔 스플리터와 제2 광선 검출 장치를 포함하고,: 상기 제3 빔 스플리터는 제2 빔 스플리터의 전송 광선의 경로에 위치하며, 작동중에, 제3 빔 스플리터는 전송된 빔으로부터 제2 광선 검출 장치까지의 제3 서브 빔을 도출하고, 및 상기 제3 빔 스플리터는, 제3 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제1 빔 스플리터에 대해 레이저 빔의 입사 평면과 평행하도록 설정된다. 상기 제3 서브 빔은, 제2 서브 빔으로서의 직교 편광 상태의 실질적으로 다른 혼합의 광선을 갖는다. 제3 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성된 광학 장치를 포함한다. 제3 서브 빔과 제2 서브 빔이 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 보정하는 데에 사용된다.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은,: 레이저로부터의 제이저 광선을 메인 빔과 서브 빔으로 분리하는 단계와; 상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와; 상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 계측으로서, 상기 서브의 편광 상태를 변경하는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계; 및 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 결정하는 단계로 이루어지고, 상기 정보를 결정하는 단계는 제1 계측 및 제2 계측에서의 각각의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 서브 빔의 편광 상태를 변경하는 단계는 상기 서브 빔의 편광 상태를 90°로 회전하는 단계를 포함한다.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은: 레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계와; 제1 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제1 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와; 제1 광선 검출 장치와 상이한 제2 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계,; 및 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 제1 계측 및 제2 계측에서의 각각의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 계측과 제2 계측을 동시에 실행한다. 제2 서브 빔의 편광 상태는 실질적으로, 제1 서브 빔의 편광 상태로부터 90°로 회전된다.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은: 레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계와,; 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와,; 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치의 각각을 사용한, 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 제1 계측과 상기 제2 계측 중 어느 하나에 제1 서브 빔의 편광 상태를 회전시키는 단계를 포함하는 단계와,; 제1 계측에 기초하여 캘리브레이션 계수를 결정하는 단계로서, 제1 서브 빔의 에너지의 제1 측정과, 제2 서브 빔의 에너지의 제1 측정과의 사이의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 단계,; 및 제2 측정과 캘리브레이션 계수를 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 관한 내용을 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계에 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 각각의 에너지에 대한 각각의 제2 측정 간의 비율과 차이를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 각각 사용하는 각각의 상기 제1 계측들을 동시에 실행한다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 각각 사용하는 각각의 상기 제2 계측들을 동시에 실행한다.
상기 캘리브레이션 계수는, 상기 제1 서브 빔과 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 가질 때 결정된다.
상기 제2 서브 빔의 편광 상태가 실질적으로 제1 서브 빔의 편광 상태로부터 90°로 회전된다.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 전파 방향의 변화를 모니터링하는 장치는,: 레이저 빔으로부터 서브 빔을 도출하도록 배치되는 빔 스플리터와,; 작동중에 광선의 위치의 변화를 모니터링하는 센서와,; 상기 빔 스플리터와 광선의 센서 사이의 서브 빔의 경로에 배치되고, 상기 서브 빔을 상기 센서 상에 초점을 맞추는 광학소자,; 및 상기 광학소자와 상기 센서 사이에 배치되는 광변환 플레이트(light conversion plate)를 포함한다. 작동중에, 상기 광변환 플레이트가 제1 파장의 서브 빔의 광선을 흡수하고, 광선을 제1 파장과 상이한 제2 파장으로 방출하며, 제2 파장의 광선은 센서에 의해 검출 가능하다.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 광학소자는 렌즈 또는 미러이다. 상기 센서는 위치 민감형 다이오드 또는 사분면 포토다이오드(quadrant photodiode)이다. 상기 센서는 최대 치수를 갖는 검출면을 포함하고, 상기 광변환 플레이트는 상기 검출면의 최대 치수보다 적은 두께의 플레이트를 갖는다.
상기 플레이트의 두께는 상기 검출면의 최대 치수의 절반보다 적다(예컨대, 상기 검출면의 최대 치수의 4분의 1보다 적다). 상기 광변환 플레이트는 상기 검출면의 최대 치수와 상기 플레이트의 두께의 두배를 더한 것보다 더 큰 최대 치수를 갖는다.
상기 장치는 상기 광변환 플레이트를 지지하는 기판을 포함하고, 상기 기판은 상기 형광 플레이트와 상기 센서 사이에 위치되며, 작동중에 상기 형광 플레이트 상에 입사되는 적어도 일부의 광선이, 기판으로 이어지고, 상기 기판의 에지로 안내되는 웨이브이다.
또다른 국면에서, 본 바렴의 특징적인 시스템은, 레이저 및 이전 국면의 장치를 포함하고, 상기 시스템의 작동중에, 상기 레이저가, 상기 서브 빔을 도출하는 상기 빔 스플리터로부터 레이저 빔을 제공한다. 상기 레이저는 엑시머 레이저이다. 상기 레이저 빔은 248nm 또는 193nm의 파장을 갖는다.
상기 시스템은 상기 센서와 통신하는 전자처리 장치(예컨대, 전자제어장치)를 포함하고, 상기 전자처리 장치는, 센서로부터의 정보를 수신하고, 상기 레이저 빔의 방향의 변화에 대한 정보를 출력하도록 프로그래밍된다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시 형태의 상세는 첨부 도면에서 제시되고, 이하에 기재된다. 그밖의 특징 및 이점은 그 기재와 도면, 그리고 청구항들을 통해 명확해진다.
도 1은 레이저 시스템의 실시 형태의 다양한 구성 요소를 나타내는 도면이다.
도 2는 레이저 빔 픽오프 어셈블리 및 셔터 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 3은 레이저 빔 픽오프 어셈블리 및 셔터 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 4는 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 5는 입사 각도의 함수로서의 p-편광 및 s-편광의 반사율의 구성을 나타낸다.
도 6은 레이저를 발하는 광선의 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 7A는 레이저를 발하는 광선의 편광 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 7B는 도 7A에 나타난 장치를 사용한, 편광 계측을 위한 플로우 차트이다
도 8은 편광 비율의 함수로서의, 에너지 검출기에서의 상대적인 신호의 그래프를 나타낸다.
도 9는 동시적인 중성 편광의 에너지 계측 및 편광 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 1OA는 도 9에 도시된 설정을 캘리브레이션하기 위한 구성을 나타낸다.
도 1OB는 도 1OA의 시스템을 사용하는 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 1OC는 도 1OA의 시스템을 사용하는 또다른 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 11은 빔 포인팅 계측 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 12는 다이오드에서의 산출 빔 강도의 구성을 나타낸다.
도 13은 두개의 하위 모듈을 갖는 계측 모듈의 실시 형태를 나타낸다.
도 14는 도 13의 계측 모듈의 실시 형태를 나타낸다.
도 15는 레이저 빔의 이차원 이미징을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 16A는 검출기 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 16B는 검출기 어셈블리의 또다른 실시 형태를 나타낸다.
도 17은 CCD 카메라로 계측된 이미지를 나타낸다.
도 18은 스페클 콘트라스트 계측을 위한 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 19는 도 18의 계측 어셈블리를 위한 폴딩 스킴(foling scheme)을 나타낸다.
도 20은 각종 계측을 위한 카메라의 레이아웃을 나타낸다.
도 21은 샤프트 씰을 사용하는 회전형 피드스루(feedthrough)의 실시 형태를 나타낸다.
도 22는 수동 구동부의 실시 형태를 나타낸다.
도 23A는 공압 구동식 리니어 액츄에어터의 실시 형태를 나타낸다.
도 23B는 도 23A의 공압 구동식 리니어 액츄에이터의 확대도이다.
도 24는 마이크로 리소그래피(microlithography) 장치의 실시 형태를 나타낸다.
여러 도면의 유사한 참조부호들은 유사한 요소들을 가리킨다.
도 1을 참조하면, 레이저 시스템(100)은 레이저 모듈(110), 계측 모듈(120) 전자 모듈(130), 및 가스 공급부(140)를 둘러싸는 하우징(101)을 포함한다. 레이저 모듈(110)과 계측 모듈(120)은 퍼지 용적부(151) 내에서 더 둘러싸이며, 퍼지 용적부(151)에는 가스 공급부(140)가 연결된다. 가스 공급부(140)와 퍼지부(150)는 레이저 모듈과 계측 모듈이 작동할 수 있는 제어된 분위기를 제공한다. 전자 모듈(120)은 레이저 모듈(110) 및 계측 모듈(120)과 통신하여 시스템의 작동을 제어한다. 레이저 시스템(100)의 작동 중에, 레이저 모듈(110)은 계측 모듈(120)로 지향하는 레이저 광선을 생성한다. 계측 모듈(120)은, 광선이 출력 빔(160)으로서 시스템(100)을 나가기 전에, 레이저 광선의 다양한 속성을 계측한다.
레이저 모듈(110)은, 광학 캐비티, 이득 매체(gain medium), 펌프 (예컨대, 광학 펌프) 및 관련 레이저 광학부(laser optics)을 포함한다. 일부 실시 형태에서는 레이저 모듈(110)은 엑시머 레이저 모듈이다.
계측 모듈(120)은, 각종 광학소자와, 레이저 모듈(110)에서 받은 광선의 특성화를 위한 하나 또는 그 이상의 광선 검출기를 포함한다. 계측 모듈(120)에 포함될 수 있는 광학 어셈블리의 다양한 실시 형태는 이하에 설명된다.
전자 모듈(130)은 전자제어장치와 전원공급부를 포함한다. 광선 검출기의 출력은, 레이저 모듈(110)에 보낸 전기 신호를 차례로 제어하는 전자 모듈(130)과 인터페이스로 연결되어, 레이저 캐비티의 작동에 영향을 주거나 작동을 수정한다.
가스 공급부(140)는 가스처리장치를 포함하고 퍼지 용적부(151)로 퍼징 가스를 공급한다. 일부 실시 형태에서, 상기 퍼지 용적부는, 레이저 광선이 전파되는 레이저 시스템(100)의 일부에 해당한다. 가스 공급부(140)는 상기 퍼지 용적부에, 광선의 전파에 적합한 가스, 예를 들어, 광선에 대하여 불활성인 가스를 공급한다. 특정 실시 형태에서는, 상기 퍼지 용적부가 질소로 퍼징될 수 있다.
퍼지 용적부(151)는 단일의 용적부로서 도 1에 도시되며, 일반적으로 퍼지 용적부의 구조는 변경할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 용적부(151)는 각각이 그외의 것에 대해 씰링된 다수의 챔버를 포함한다. 일반적으로 퍼지 용적부(151)는, 레이저 광선이 레이저 시스템(100)을 나가기 전에, 레이저 광선이 전파되는 제어된 분위기를 제공한다.
더욱이, 레이저 모듈(110)과 계측 모듈(120)은 일반적으로 퍼지 용적부(151) 안에 전체적으로 포함된 것으로 도시되어 있지만, 이들 모듈 중 어느 한 구성 요소는 퍼지 용적부의 외부에 수용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(120)의 검출기는 퍼지 용적부(151)의 외부에 놓인다. 이러한 배치에는 퍼지 용적부에 근접하게 검출기의 입력면(input face)을 배치하는 것을 포함한다. 이 배열은, 검출기의 입력면만 퍼지 용적부 내에 씰링되면 이점을 갖는다. 검출기의 외부가 퍼지 용적부의 바깥에 배치됨으로써, 퍼지 용적부에서의 전기 도선(feedthrough)의 사용을 최소화할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 레이저 모듈 및 계측 모듈에 대해 하나의 신호 퍼지 용적부 대신에, 복수의 퍼지 용적부가, 그 각각이 하우징 및 씰링부를 갖는 개별 용적부로 분할될 수 있다.
일반적으로, 출력 빔(160)의 파장은 사용되는 레이저 모듈의 종류에 따라 다를 수 있다. 일부 실시 형태에서는 레이저 시스템(100)이 300nm 미만의 파장을 갖는 광선을 방출한다. 예를 들어, 레이저 시스템(100)은 248nm 또는 193nm의 파장을 갖는 출력 광선을 발생시키는 엑시머 레이저일 수 있다. 레이저 모듈(110)은 193nm로 출력 광선을 발생시키는, 분자 아르곤 플루오라이드(molecular argon fluoride) 와 같은 레이저 처리의 가스 매체(lasing gas medium)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일반적으로 각양각색의 상이한 어셈블리가 계측 모듈(120)에 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(120)은 레이저 광으로부터 복수의 서브 빔 중 하나를 도출하기 위해 픽오프(pick-off) 어셈블리가 포함된다. 픽오프 어셈블리의 실시 형태는 도 2에 표시된다. 여기서, 메인 빔 픽오프 어셈블리(200)는 제1 빔 스플리터(210)와 제2 빔 스플리터(220)를 포함한다. 픽오프 어셈블리(200)는 또한 셔터 미러(230)와 파워 센서(240)를 포함한다.
상기 양 빔 스플리터(210,220)는, 쐐기형상 부재이고, 계측 모듈로 들어가는 메인 빔(201)의 경로에 있는 각각의 빔 스플리터 표면들이 각각의 서브 빔을 픽오프한다. 상기 서브 빔은 도 2에서 도면부호 202, 203, 204 및 205로 표시된다.
레이저 모듈(110)을 나가는 메인 빔(201)은 빔 스플리터(210) 상에 입사되고, 메인 빔의 일부는 계측을 위한 서브 빔(202)으로서 픽오프된다. 하나 또는 그 이상의 서브 빔(예컨대, 서브 빔(202, 203))은 빔 스플리터(210)에 의해 생성된다. 메인 빔(201)의 일부는 빔 스플리터(210)를 통해 전송된 다음, 빔 스플리터(220)로 입사된다. 하나 또는 그 이상의 서브 빔(예컨대, 서브 빔(204, 205))은 빔 스플리터로부터 반사에 의해 생성될 수 있다. 메인 빔(201)의 일부는 빔 스플리터(220)를 통해 전송된 다음, 메인 빔(201)의 빔 경로으로부터 선택적으로 삽입하거나 제거하는 셔터 미러(230)로 지향한다. 셔터 미러(230)가 메인 빔(201)의 빔 경로에서 제거되면, 빔 스플리터(220)를 통해 전송되는 메인 빔(201)의 일부는 파워 센서(240)로 입사한다. 파워 센서(240)는 미국특허 제7,567,607에 기재되어 있는 타입으로 될 수 있는데, 예를 들어, 그 내용은 여기서 본 명세서 전체에 통합된다. 파워 센서(240)가 메인 빔(201)의 경로에서 제거되면, 메인 빔(201)은 계측 모듈(220)을 나와서, 레이저 시스템(100)의 하류의 추가 어플리케이션에 사용되기 위해 지향된다.
메인 빔(201)에 대한 빔 스플리터(210)의 표면들의 배향(orientation)과, 그 표면들에서 발생하는 굴절로 인해, 메인 빔(201)은 공간적으로 오프셋되고, 빔 스플리터(210)에 의해 일단 전파된 초기 전파 방향에 대하여 편향된다. 쐐기형상의 제2 빔 스플리터(즉, 도면부호 220)는, 쐐기형상의 제1 빔 스플리터(즉, 도면부호 210)에 의해 도입된 메인 빔의 빔 오프셋과 편향을 수정할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 쐐기형상의 빔 스플리터(210)의 입구 표면(212) 및, 빔 스플리터(220)의 출구 표면(224)이 평행 (또는, 거의 평행)하게 되는 것이 유리이다.
대안적으로, 또는 부가적으로, 빔 스플리터(210)의 출구 표면(214)과, 쐐기형상의 빔 스플리터(220)의 입구 표면(222)도 또한, 평행 (또는 거의 평행)할 수 있다. 이러한 구성에서는 빔 편향, 색채 효과와 빔의 확대 또는, 대칭에 의한 축소가 만약 존재해도, 상대적으로 적다. 이 쐐기형상의 빔 스플리터들의 두께와 그들 사이의 거리는 쐐기형상의 빔 스플리터에 의해 빔 오프셋을 줄이도록 선택된다. 빔 오프셋은 일부 실시 형태에서 제로로 되거나, 또는 원하는 다른 값으로 설정된다.
일부 실시 형태에서 빔 스플리터(210) 및 빔 스플리터(220)의 광학 활성 표면 어느 것도 광학 코팅을 포함하지 않는다.
빔 스플리터의 상이한 표면들로부터 반사된 빔들의, 상대적으로 용이한 분리를 가능하게 하기 때문에, 얇고 실질적으로 병렬 평판형(plane-parallel) 빔 스플리터 보다 쐐기형상의 빔 스플리터가 유리할 수 있으며. 이는 계측을 목적으로 하는 단일의 서브 빔의 용이한 분리를 가능하게 한다. 예를 들어, 얇은 병렬 평판형의 빔 스플리터의 제1 (입구) 표면 및 제2 (출구) 표면으로부터의 입사 빔의 반사는 지나치게 간격이 벌어지고, 평행 경로를 따라 전파될 수 있어서, 하나의 서브 빔을 그외의 서브 빔으로부터 분리하기 어렵게 한다.
코팅 표면을 사용하지 않는 쐐기형상의 빔 스플리터를 사용하는 것은, 광학 코팅을 활용하는 빔 스플리터보다 유익한데,(예컨대, 빔 스플리터로부터의 원하지 않는 제2 표면 반사를 줄이기 위한 반사 방지(anti-reflective, AR) 코팅), 코팅되지 않는 표면은 자연스럽게 상대적으로 낮은 반사율(예컨대, 약 1%의 범위 안)을 갖도록 배치되어, 레이저 광선(예를 들어, 지속적인 높은 출력에 노출)에 노출될 때의 광학 코팅에 의한 열화가 발생하지 않는다.
빔 스플리터(210, 220)가 어셈블리(200) 내에서 쐐기형상을 갖지만, 일반적으로, 다른 유향의 빔 스플리터도 사용할 수 있다. 예를 들어, 병렬 평판형의 빔 스플리터(예컨대, 광학 코팅이 있거나 없거나)를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2에 도시된 두 개의 쐐기형상의 빔 스플리터는 4개의 개별적으로 반사된 서브 빔을 함께 제공한다. 일반적으로 이러한 서브 빔은 몇 개가 되든지 계측을 위해 사용될 수 있다. 빔 스플리터는 각 빔이 서로 다른 속성을 갖도록 설계할 수 있다. 예를 들어, 서로 상이한 빔들은, 시스템에서의 빔의 사용 방법에 따라, 다른 상대적인 출력이나 편광 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 두 개의 서브 빔은 계측에 사용되고, 다른 두개는 간단히 폐기될 수 있다(예를 들어, 빔 스톱으로 지향). 따라서, 빔 스플리터는 두 개의 폐기 서브 빔이 레이저의 편광의 정도에 따라, 에너지를 매우 적게 또는 전혀 포함하지 않도록 구성할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 빔 스플리터의 표면은 입사 빔에 대하여 브루우스터의 각도(Brewster's angle)로 배열된다. 이 배열은 그 표면에서의 전송 손실을 줄일 수 있다(예컨대, 최소화). 브루우스터의 각도 θB는 θB = tan-1(nt/ni)로 계산되는데, 여기서, nt는 전송 매체의 굴절률이고, ni는 입사 빔이 입사되는 지점에서의 매체의 굴절률이다. 브루우스터의 각도로, 입사면에 대해 평행한 편광 성분(p-편광)을 갖는 모든 광선이 인터페이스에서 전송되면서, 입사면에 대해 수직인 입사광 편광 성분(s-편광)만 반사된다.
일부 실시 형태에서, 쐐기형상의 빔 스플리터의 내부 표면(214, 224) 모두가 그 표면에 빔 입사에 대해 브루우스터의 각도로 배열됨으로써, 메인 빔(201)에서의 전송 손실이 최소로 된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 레이저 빔이 종이 면에 대해 주로 평행하게 편광되는 것으로 가정했을 때, 브루우스터의 각도로 배열된 결과로, 서브 빔(203, 204)들은 에너지가 매우 적거나 전혀 포함하지 않는다. 그러나, 특정 실시 형태에서, 광학 어셈블리가, 충분한 에너지를 갖고 다른 광선 검출기 또는 다른 계기에 공급될 수 있는 네 개의 반사 빔의 각각을 생성하도록 배열될 수 있다.
예를 들어, 쐐기형상의 빔 스플리터의 굴절률이 1.50인 경우(즉, 193nm의 레이저 광선 파장에서 칼슘 불화물(calcium fluoride)로 만든 빔 스플리터의 경우)를 고려하면, 외부 표면(212)은 메인 빔(201)의 빔 경로에 대하여 45°의 각도로 배향될 때(광선 검출기로 지향하는 서브 빔(202)에 대해 90°로 반사되도록 함), 빔 스플리터가 5.569°의 쐐기각도를 가지면, 쐐기형상의 빔 스플리터의 내부 표면(214)에서 브루우스터의 상태가 얻어진다. 각 쐐기형상의 표면에서의 두 개의 서로 다른 직교 선형 편광에 대한 반사율은 다음과 같다:
메인 빔(201)에 대해 45°인 외부 표면(예컨대, 도면부호 212, 224) : 0.85%(p) / 9.24%(s)
브루우스터의 각도인 내부 표면(예컨대, 도면부호 214, 222) : 0.00%(p) / 14.86%(s)
따라서, 이러한 구성에 대해, 메인 빔의 픽오프 어셈블리(200)로 인한 메인 빔의 총 전송 손실은, p-편광은 1.7%이고, s-편광은 40.3%이다. 만약, 레이저 빔이 거의 완전하게 p-편광인 경우 손실은 2%미만이다. 따라서, s-편광과 p-편광 사이의 투과율의 차이로 인해, 메인 빔의 픽오프 어셈블리(200)도 또한, 메인 빔(201)의 편광을 정리하는 데 도움이 된다.
대안적으로, 만약 광선이 45°와 다른 각도로 표면(212, 224)들에 입사하면, 쐐기 각도는, 내부 표면에서 브루우스터의 각도로 매칭하도록 조정된다.
일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징 파티션(225)에 통합된다. 하우징 파티션(225)은 퍼지 용적부를 규정하는 데에 사용된다. 본 실시 형태에서, 빔 스플리터(210)는 하우징 파티션(225)의 좌측에 규정된 하나의 퍼지 용적부에 위치하면서, 셔터 미러(230)는 하우징 파티션(225)의 우측에 규정된 다른 퍼지 용적부에 위치할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)은 계측 모듈(120)의 출구 창으로 사용되고, 일부 경우에서는 레이저 시스템(100)의 출구 창으로 사용된다.
일부 실시 형태에서, 하우징 파티션(225)은, 빔 스플리터(220)와 접촉하는 인듐 필름을 포함한다. 하우징 파티션(225)에 사용되는 씰링 형태(scheme)에 따라서는, 기계적 스트레스가 빔 스플리터(220)에 가해진다. 빔 스플리터(220)에 기계적 스트레스가 가해지면 서브 빔(204 및 205)으로 파면의 변형이 유도된다. 따라서, 이러한 서브 빔은 낮은 파면 왜곡이 요구되는 계측(예컨대, 빔 프로파일 계측)에 적합하지 않다. 결과적으로, 일부 실시 형태에서, 서브 빔(204 및/또는 205)은, 예를 들어 스펙트럼이나 에너지 계측과 같은 상대적으로 파면 변형에 민감하지 않 같은 계량 계측에 사용된다.
반면에, 빔 스플리터(210)는, 하우징 파티션과 통합되지 않기 때문에 빔 스플리터(220)에 비해 상대적으로 스트레스가 없도록 하는 방식으로, 어셈블리(200) 내에 설치된다. 따라서 특정 실시 형태에서, 서브 빔(202 및/또는 203)은 이미징과 같은 파면에 민감한 계측을 위해 사용된다.
일반적으로, 메인 빔(201)의 다양한 속성은 서브 빔(202 내지 205)을 경유하여 계측될 수 있다. 예를 들어, 계측 모듈(120)은 메인 빔의, 하나 또는 그 이상의 빔 프로파일, 빔 위치, 빔 다이버전스, 빔 포인팅, 파면, 펄스 지속 시간, 펄스 에너지, 편광 특성, 스펙트럼, 대역폭, 파장, 스페클 콘트라스트(speckle contrast), 횡방향 또는 일시적인 가간섭성 길이(coherence length)의 측정을 위해 사용된다.
빔 스플리터(210)가, 도 2에 도시된 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)의 상류에 위치될 때, 대안적인 배치가 가능한다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(210)는 빔 스플리터(220)로부터 하류에 위치된다. 즉, 빔(201)은 빔 스플리터(210) 이전에 빔 스플리터(220)에 입사된다.
셔터 미러(230)는 레이저 시스템(100)으로부터의 빔(201)의 출력을 제어하고, 선택적으로 미러를 메인 빔(201)의 경로에 삽입하는 액츄에이터(예컨대, 전자기계 액츄에이터)에 연결된다. 셔터 미러(230)가 메인 빔(201)의 경로에 삽입되면 레이저 시스템(100)을 나가는 광선 출력이 없다(또는 무시할 정도로 적다). 대신에, 메인 빔은 셔터 미러(230)로부터 빔 덤프(예컨대, 수냉 빔 덤프)로 지향한다.
일부 실시 형태에서, 셔터 미러(230)는 메인 빔을 빔 스플리터(220)을 통해 되돌려서, 메인 빔 경로의 바로 옆의 적절한 위치에 있는 빔 덤프로 지향하도록 배열된다. 이러한 구성은 공간 제약을 완화하는 데 도움이 될 수 있다. 특정 실시 형태에서, 셔터 미러가 그러한 메인 빔(201)의 빔 경로에 삽입되면 셔터 미러(230)는 빔 스플리터 중 하나를 대체할 수 있어, 셔터 미러(230)에 의해 추가적 공간이 필요하지 않다.
특정 실시 형태에서, 프리즘 셔터는 거울 대신 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 직각 프리즘(330)은 셔터로 사용된다. 셔터 프리즘(330)은 메인 빔(301)의 빔 경로에 삽입되지 않은 경우, 빔 스플리터(310, 320)은 상술한 방법으로 서브 빔을 생성하여, 서브 빔을 하나 또는 그 이상의 광선 탐지기로 지향하도록 한다. 셔터 프리즘(330)이 빔 스플리터(310)와 빔 스플리터(320) 사이의 메인 빔(301)의 빔 경로에 삽입되어, 메인 빔(301)이 레이저 시스템(100)에서 나오는 것을 막는다. 메인 빔(301)은 셔터 프리즘(330)의 입력 면으로 들어가서, 프리즘의 빗변(hypotenuse) 면에서 총 내부 반사를 거치고, 메인 빔(301)의 초기 전파 경로에 실질적으로 수직인 셔터 프리즘(330)을 나온 다음, 빔 덤프로 지향한다.
프리즘(330)의 광학 표면은 코팅되지 않을 수 있다. 레이저 광선이 코팅의 저하를 일으킬 수 있기 때문에 코팅되지 않은 표면은 코팅 표면에 비해 레이저 광선에 더 크게 노출되어도 견딜 수 있다. 예를 들어, 300nm 미만의 엑시머 레이저는 유전체 미러(dielectric mirror)를 형성하는 데 사용되는 다중층 코팅을 저하시킬 수 있다. 따라서 코팅되지 않은 프리즘 셔터는 코팅된 셔터 미러에 비해 수명이 향상된다. 아울러, 도 3에 도시된 배열도 또한, 광선이 레이저 시스템(100)을 나가서는 안될 경우에 메인 빔을 빔 덤프로 지향하도록 하는데 더 적은 공간이 사용되도록 한다.
상술한 바와 같이, 빔 스플리터(210)로부터 픽오프되는 서브 빔의 에너지는, 빔 스플리터(210)에 코팅되지 않은 표면이 사용하면, 메인 빔(210)의 편광 상태에 항상 민감하게 된다. 레이저의 편광 상태에 의존하지 않는 에너지 계측수단을 얻기 위해, 계측 어셈블리는, 에너지 계측 장치에서의 광선의 편광 상태가 실질적으로 메인 빔의 편광 상태와 일치되도록 배열된다. 두 광선의 편광 상태가 일치하면 두 빔의 두 개의 직교 편광 방향에서 계측된 광선의 농도는 실질적으로 동일하다. 이러한 농도는, 두 개의 직교 편광 방향의 각각에 정렬된 편광자(polarizer)가 빔에 위치된 후에 전송되는 광선의 양을 계측함에 의해 얻을 수 있다. 또한, 광선의 편광 상태는 빔 내에 포함된 직교 편광의 혼합라고 할 수있다. 예를 들어, 빔이 마지막으로 반사된 표면의 입사면에 대한, 빔에 포함된 s-편광의 비율과 p-편광의 비율은, 두 빔이 동일한 편광 상태를 가질 때, 두 빔에서 동일하다. 즉, 두 빔은 디어테뉴에이션(diattenuation)이 제로인데, 이는 두 개의 직교 편광 방향에 대해, 평행한 편광 광선의 진폭과 수직한 편광 광선의 진폭의 차동 감쇠(고유 편광(eigenpolarization))이다. 편광 상태 일치의 아이디어는 또한, 스톡 매개 변수(Stokes parameters)의 측면에서 표현할 수 있다. 서브 빔의 편광 상태가 메인 빔과 동일할 때, 서브 빔과 메인 빔 모두에서의 정규화된 스톡스 벡터 컴포넌트인 S1/S2과 S2/S0는 동일하다.
일부 실시 형태에서, 두 개의 직교 편광 방향은 두 개의 직교 선형 편광이다.
메인 빔의 에너지의 정확한 측정을 위해, 메인 빔과 동일한 편광 상태를 갖는 서브 빔을 발생시키는 중성 편광의 픽오프 스킴(polarization-neutral pick-off scheme)이 사용된다. 예를 들어, 서로에 대하여 비병렬 방식으로 배향된 입사면을 각각 갖는, 코팅되지 않은 표면으로부터의 두 개의 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 사용하는 빔 스플리팅 표면은 중성 편광의 픽오프를 제공할 수 있다. 표면의 입사 평면은, 표면상의 입사광의 법선 벡터와 전파 벡터 모두를 포함하는 평면이다.
도 4를 참조하면, 중성 편광의 픽오프는, 메인 빔(401)이 45°의 입사각으로 부딪히는 곳에 빔 스플리터(410)를 사용함으로써 달성된다. 중성 편광의 픽오프를 획득하는 방법을 도시하기 위해, 예를 들어, 메인 빔(401)이 p-편광 및 s-편광의 동일한 편광 혼합(각각 50%)를 갖는 경우를 고려하면, p-편광 및 s-편광은, 빔 스플리터(410)에서의 광선의 입사 평면과 관련하여 규정된다. 빔 스플리터(410)에서의 메인 빔(401)의 입사각도(45°)로 인해, 메인 빔(401)에서의, p-편광인 R p 와 s-편광인 R s 가 서브 빔(402)으로서 빔 스플리터(410)에서 반사되어, 빔 스플리터(420)로 지향한다. R p 와 R s 은 표면에서의 p-편광 및 s-편광의 반사율이다. 빔 스플리터(420)는, 입사 평면이 빔 스플리터(410)의 입사 평면에 대해 평행하지 않도록 배향된다. 마찬가지로, 빔 스플리터(420)는 서브 빔(402)에 대해 45°로 배향된다. 빔 스플리터(420)가 배향된 결과, 메인 빔(401)에서 픽오프된 서브 빔(402)에 포함된 p-편광인 R p 는 이제, 빔 스플리터(420)의 입사 평면에 대해 s-편광으로 되고, 이 s-편광인 R s 가 서브 빔(403)으로서 빔 스플리터(420)에서 반사되어, 에너지 계측 장치(430)로 지향한다.
빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 반사된 후, 빔 스플리터(410)에 대하여 규정된, 메인 빔(401)에 포함된 p-편광의 전체 R(R p × R s )은 에너지 계측 장치(430)로 지향한다. 마찬가지로, 빔 스플리터(410)에 대해 규정된 s-편광은, 빔 스플리터(420)의 배향으로 인해, 빔 스플리터(420)에 대해 p-편광으로 된다. 따라서, 빔 스플리터(420)는 이 광선의 R p 를 반사하여 에너지 계측 장치(430)로 지향시킨다. 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 반사된 후, 빔 스플리터(410)에 대하여 규정된, 메인 빔(401)에 포함된 s-편광의 R(R s ×R p )은 에너지 계측 장치(430)로 지향하는데, 그 비율은 p-편광의 경우와 동일하다.
도 4에 나타난 광학 구성의 결과로, 서브 빔(403)에 포함된 직교 편광 방향을 가진 광선의 혼합은, 메인 빔(410)에 포함된 직교 편광 방향을 가진 광선의 혼합과 동일하게 된다. 예를 들어, 두 개의 빔 스플리터 각 인커밍(incoming) 광선에 대하여 45°로 배향될 경우, R p 는 0.085%이고, R s 는 9.24%이며, R은 0.0785%이다. 이에 비해, 빔 스플리터(410)로부터 하나가 반사되어 생성된 서브 빔(402)은, 10.8의 p-편광에 대한 s-편광의 비율(9.24% / 0.85%)을 갖는다.
추가 예로서, 모두 동일한 에너지를 갖는 메인 빔 A와 메인 빔 B가, s-편광과 p-편광의 다른 혼합을 갖는 경우를 고려하면 다음과 같다.:
표 1
s-편광 p-편광 메인 빔의 에너지비율
메인 빔 A 10% 90% 1.689%
메인 빔 B 90% 10% 8.401%
표 1의 마지막 열은 빔 스플리터로부터 단일로 반사된 후의 서브 빔 내에 포함된 메인 빔의 에너지 비율을 나타낸다. 따라서, 동일한 에너지를 갖지만 서로 다른 편광 상태인 두 개의 빔은, 에너지 계측 픽오프가 중성 편광 방식으로 행해지지 않으면, 빔 에너지 계측 장치(430)에서 상이한 에너지가 계측된다. 이 예는 메인 빔을 위한 중성 편광의 에너지 계측의 중요성을 보여준다.
빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 동일한 45°의 입사각도는, 도 4에 나타난 설정에 사용 가능한 여러 구성 중 하나이다. 예를 들어, 상기 설정은 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 위와 다른, 양자 동일의 입사각도(45°이외)로 구성할 수 있다. 대안적으로, 상기 설정은 빔 스플리터(410, 420)들에서 양자가 다른 입사각도로 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 빔 스플리터는 브루우스터의 각도 이상의 입사 각도인 표면을 갖도록 배열되고, 다른 하나는, p-편광과 s-편광의 반사율의 비율(p/s 비율)이 양 입사각도에 대해 동일한 동안은, 아래와 같다.
도 5는 입사 각도의 함수로서 p/s의 반사율을 나타낸다. 또한, 입사 각도에 대한 몇 가지 옵션은 표 2에 나열되어 있다. 일반적으로 p-편광의 반사율이 다음의 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.:
Figure 112012024190889-pct00001
그리고, s-편광의 반사율은 다음의 방정식으로 계산할 수 있다 :
Figure 112012024190889-pct00002
여기서, θt는 두 방정식에서 법선 표면과 전송된 광선 사이에 만들어진 각도이다.
표 2
각도 1 각도 2 에너지 계측장치로의 메인 빔의 전송율
45° 45° 7.9×10-4
30° 30° 1.47×10-3
45° 67.4° 2.21×10-3
한 쌍의 입사각도가 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서의 두 개의 45°의 반사와 상이함으로써, 서브 빔(403)의 에너지를, 두 개의 45°의 반사로부터 얻어진 에너지보다 더 높거나 낮은 수준으로 조절할 수 있다. 이러한 방법으로, 서브 빔(403)의 에너지가 에너지 계측 장치(430)의 계측 범위 내로 맞춰질 수 있다.
도 4에 나타난 구성은, 에너지 계측 장치(430)에서 메인 빔(401)에 포함된 편광 상태의 혼합에 대하여 중성 편광의 에너지 계측을 가능하게 한다. 그러나, 이 구성은 아웃고잉 빔(404)에 대한 중성 편광에는 필요하지 않다. 아웃고잉 빔(404)에 대한 중성 편광의 에너지 계측은, 메인 빔(401)에 의해 발생한 편광 상태의 변화도 고려되어야 한다. 그러한 변화는, 메인 빔(401)이 아웃고잉 빔(404)으로서 빔 스플리터(410)을 통해 전달될 때 발생할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 메인 빔 픽오프 어셈블리와 레이저 출구 사이에 광학수단이 추가되면, 메인 빔(401)이 아웃고잉 빔(404)으로서 전송되면서 메인 빔(401)의 편광 상태에 추가적인 변경이 일어날 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 이면(rear surface)에서의 반사가 아웃고잉 빔(404)을 레이저 출구로 지향시키기 위해 사용된다면, 추가적인 표면에서의 반사에 의한 편광 상태의 변화가 고려될 필요가 있다. 메인 빔(401)으로부터 픽오프된 서브 빔이 레이저 에너지의 계측을 위해 에너지 탐지기로 전송되므로, 각 에너지 계측 장치에서의 광선의 편광 상태는, 바람직하게는, 레이저 출구에서 빔의 편광 상태와 일치한다.
예를 들어, 쐐기형상의 빔 스플리터를 통해 브루우스터의 각도로 배열된 빔 스플리터의 이면과, 인커밍 메인 빔(401)에 대하여 45°로 배치된 빔 스플리터의 전방 표면으로 전송되는 아웃고잉 빔(404)의 편광 상태는 다음과 같이 계산된다. 메인 빔(401)의 p-편광 요소는 전방 표면에서 45°의 반사를 거치고, 99.15%의 p-편광이 전방 표면을 통해 전송된다. p-편광은, 이면에 전부 전송되고, 브루우스터의 각도로 배열된다. 따라서, 인커밍 메인 빔(404)에 포함된 p-편광의 99.15%가 아웃고잉 빔(404)에 속해 있다. 한편, 메인 빔(401)에 포함된 s-편광의 90.76%가 전방 표면을 통해 전달하고, s-편광의 86.14%는 브루우스터의 각도로 배향된 이면에 전달된다. 따라서, 인커밍 메인 빔(404)에 포함된 s-편광의 78.18%가 아웃고잉 빔(404)에 속해 있다. 그러므로, 아웃고잉 빔(404)의 편광 상태는, 쐐기형상의 빔 스플리터의 반사 및 전송의 결과로서 인커밍 메인 빔(404)의 편광과 다르다.
일부 실시 형태에서, 픽오프 어셈블리가, 레이저를 나가는 아웃고잉 빔의 편광 상태와 일치하는 편광 상태를 갖는 서브 빔을 생산하는 데 사용된다. 이러한 서브 빔은, 그런 다음, 아웃고잉 빔에 대하여 중성 편광의 계측을 위한 에너지 계측 장치로 지향될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 중성 편광 픽오프 어셈블리(600)는 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)를 포함한다. 빔 스플리터(610)는 도 4에 도시된 실시 형태와 마찬가지로, 서브 빔(602)을 발생시키기 위해 인커밍 메인 빔(601)에 45°로 배향된 전방 표면을 갖는 쐐기형상의 빔 스플리터이다. 그러나, 도 4에 나타난 실시 형태와는 달리, 서브 빔(602)에 대하여 45°로 빔 스플리터(620)를 배향하는 대신에, 빔 스플리터(620)가, 전송된 메인 빔(604)의 편광 상태와 정확하게 일치하는 에너지 계측 장치(630)에서 서브 빔(603)을 생산하도록 조절된다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(620)가 서브 빔(602)에 대하여 66.05°의 입사 각도로 배향되어, 레이저 출구에서 전송된 메인 빔(604)의 편광 상태와 일치하는 서브 빔(603)을 생산한다.
일반적으로, 두 개의 병렬평면형 빔 스플리터 중 첫번째는 빔 전파 방향에 대하여 45°의 각도로 배열되고, 두번째 빔 스플리터의 기울기 각도는 어떠한 반사가 각각의 빔 스플리터에 사용되는가에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 다음과 같은 두 개의 가능한 구성의 세트를 고려하면, 이 두 개는, 전송된 메인 빔(604)에 존재하는 바와 같이, 에너지 측정 장치에서 동일한 s/p 투과율을 갖는 서브 빔을 생성한다(나열된 숫자 비율은 제1 빔 스플리터에 대한 투과율 s/p이다):
전송 메인 빔(604) : 0.838
a) 제1 빔 스플리터의 45°의 전방 표면 10.83
제2 빔 스플리터의 45.98°의 전방 표면 0.0774
에너지 계측의 총계 0.838
b) 제1 빔 스플리터의 45°의 양 표면 9.96
제2 빔 스플리터의 46.01°의 양 표면 0.0841
에너지 계측의 총계 0.838
예 a)에서, 제1 빔 스플리터의 제2 표면은 브루우스터의 각도로 구성됨으로써, 10.83의 비율은 단지 단일의 반사를 거친 빔에서 얻어진다. 한편으로, 예 b)의 제1 빔 스플리터의 제2 표면도, 제1 표면과 제2 표면 간의 떨어진 정도가 작음으로 인해, 반사 빔에 기여한다. 즉, 예 b)에서, 비율 9.96은 (i) 제1 스플리터의 제1 표면에서의 메인 빔의 반사, (ii) 제1 스플리터의 제2 표면에서의 반사, 그리고 (iii) 제1 스플리터의 제1 표면에서의 전송을 거치고 나서 얻어진다. 유사한 고려사항이, 제1 표면의 기울기 각도가 45°와 다를 경우, 상기 플레이트가 병렬 평면이 아닌 경우, 또는 브루우스터 각도의 양측의 기울기 각도가 선택되는 경우에 적용된다(예컨대, 도 5에 나타난 조합이 선택될 수 있다.). 개괄적으로, 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터의 각각은 원하는 입사 각도를 제공하도록 조절된다.
도 4에 기재된 인커밍 빔에 대한 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성과, 도 6에 기재된 아웃고잉 빔에 대한 중성 편광의 에너지 계측에 추가하여, 레이저 빔의 편광 계측을 제공하는 실시 형태가 도 7A에 나타내어져 있다. 도 7A를 참조하면, 어셈블리(700)는, 앞서 설명된 도 6에 도시된 구성에 추가하여, 편광 회전기(730)를 포함한다. 편광 회전기(730)는, 계측 모듈이 상술한 에너지 계측과 함께 편광 계측도 행할 수 있도록 한다. 편광 회전기(730)는, 편광 계측중의 서브 빔(602)의 빔 경로에서, 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 사이에 삽입될 수 있다. 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 모두는, 중성 편광의 에너지 계측을 위해 사용될 때, 도 6에 나타낸 바와 동일한 방식으로 배향된다. 편광 회전기(730)는 서브 빔(602)의 직교 편광된 광의 혼합을 변경하여, 상이한 직교 편광의 혼합을 갖는 서브 빔(603)을 생성한다. 따라서, 에너지 계측 장치(630)로 지향된 서브 빔(603)의 직교 편광의 혼합은 더 이상, 메인 빔(601)의 직교 편광의 혼합에 대한 중성 편광이 아니다. 대신에, 에너지 계측 장치(630)는 메인 빔(601)의 직교 편광의 혼합에 따르는 신호를 기록하고, 차례로 메인 빔(601)의 편광 계측을 제공할 것이다.
에너지 계측 장치에서 계측된 직교 편광의 혼합된 광에 대한 웨이브 플레이트의 효과를 설명하기 위해, 서브 빔(602)의 편광을 90°로 회전시키는 편광 회전기를 고려한다. 또한 메인 빔(601)으로부터 서브 빔(602)으로 지향된 빔 스플리터(610)의 입사 평면에 평행한 편광의 성분(즉, p-편광)을 고려한다. 이 p-편광 성분은, p-편광을 90°로 회전시키는 회전기(730)를 통과한 후에 빔 스플리터(610)의 입사 평면에 대해 수직으로 된다. 즉, p-편광이 s-편광으로 된다. 상술한 바와 같이, 빔 스플리터(620)의 입사 평면은 빔 스플리터(610)의 입사 평면과 평행하지 않다. 결과적으로, 빔 스플리터 상에 입사될 때, 웨이브 플레이트에 의해 생성된 s-편광은 이제 빔 스플리터(620)의 입사 평면에 대해 p-편광으로 된다. 그러므로, 메인 빔(601)의 p-편광 성분은, p-편광으로서 빔 스플리터(610, 620)들의 양쪽에서 반사를 거쳐, 각 빔 스플리터(610, 620)에 대하여 중성 편광이 아닌 서브 빔(603)으로 된다. 대조적으로, 회전기(730)가 서브 빔(602)의 경로에서 제거되면, (빔 스플리터(610)에 대한) p-편광은 빔 스플리터(620)의 입사 평면에 대하여 s-편광 빔으로서 빔 스플리터(620)에서의 반사를 거친다. 이 경우, 메인 빔(601)의 p-편광 요소는 빔 스플리터(610)과 빔 스플리터(620)에서 각각 p-편광과 s-편광으로서의 반사를 거친다. 빔 스플리터(610)에서의 p-편광의 낮은 반사율은, 빔 스플리터(620)에 대해 이제 s-편광으로 된 광선의 동일 요소의 높은 반사율에 의해 보상된다. 서브 빔(603)은 따라서, 중성 편광이다. 같은 분석은 유사한 방식으로 메인 빔(601)의 s-편광 요소에 적용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 편광 회전기(703)는, 빔 스플리터(610)에 대해 s-편광 또는 p-편광 중 어느 하나의 진동 평면(plane of oscillation)에 대해 45°로 배향된 빠른 축을 갖는 복굴절 웨이브 플레이트 (λ/2-플레이트)로 될 수 있다. 더욱이, 웨이브 플레이트에 에탈론(etalon)과 같은 간섭 효과를 회피하기 위해, 편광 회전기(703)는 다소 쐐기 형상을 갖는 웨이브 플레이트일 수 있다.
특정 실시 형태에서, 편광 회전기(703)은 결정성 석영 등의 광학 활성 물질로부터 형성될 수 있다. 직선 편광의 광선이 광축(optical axis)을 따라 광학 활성 크리스탈 (예컨대, 석영 크리스탈 등)을 횡단할 때, 그 편광 상태는 동일하게 유지되지만 전기장 벡터의 진동 평면의 배향은 이동한 거리에 따른 각도로 회전한다. 또한, 등방성 축(axis of isotropy)을 참조하면, 크리스탈의 광축이, 광축의 방향과 관련된 오직 하나의 광 전파 속도가 있는 속성에 의해 규정된다. 일부 실시 형태에서는 광학 활성 크리스탈의 두께는, 90°의 홀수배만큼 서브 빔(602)의 편광을 회전하도록 선택된다. 예를 들면, 193nm의 파장에서 결정성 석영의 광학 활성도는 324°/mm이다. 따라서, 결정성 석영으로 만들어진 편광 회전의 두께는 0.278mm의 홀배수일 수 있고, 제조 동안에 편리하게 처리될 수 있다. 아울러, 결정성 석영의 광학 활성을 바탕으로 한 편광 회전기는 회전 판의 두께에 대해 충분히 둔감함으로써, 전송된 빔의 편광 회전량에 중대한 영향을 주지 않고 다소 쐐기형상이 될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 편광 회전기(730)는 수동으로 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 편광 회전기(730)는 후술된 바와 같이, 작동 기구(예컨대, 전자 기계식 또는 공압 액츄에이터)를 사용하여 빔 경로에 도입될 수 있다.
편광 계측의 감도는, 편광 회전기(730)이 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입될 때의 서브 빔(603)의 편광 불균형에 좌우되고, 결국, 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 입사 각도 및, 편광 회전기(730)에 의해 전해진 편광 회전에 좌우된다.
도 8은 메인 빔(601)의 편광 상태의 혼합이, 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입된 편광 회전기(730)를 갖는 계측과, 서브 빔(602)으로부터 편광 회전기(730)를 제거한 계측에 기초하여 결정될 수 있는 방법을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 라인(810,820)들은, 편광 회전이 있는 경우와 없는 경우의 각각에서, 레이저 출구에서의 편광 비율의 함수로서의 에너지 계측 장치(630)에서의 상대적인 신호의 플롯(plot)을 나타낸다. 1.00의 편광 비율은 빔이 완전히 p-편광으로 된 것을 나타낸다. 라인(810)은 도 7에 도시된 편광 회전기(730)가 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입되지 않았을 때의 상대적인 신호이고, 라인(820)은 회전기(730)가 빔에 삽입되었을 때 계측된 상대적인 신호이다. 편광 회전기(730)가 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입되어 90°로 빔 편광을 회전할 때, (제1 스플리터에 대한) 빔의 s-요소가 p-요소보다 127배나 강하여 에너지 계측의 불균형을 초래한다. 그 결과, 빔의 s-요소는 직접 계측될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전체 전송도는 또한, 완전한 p-편광으로부터 작은 편차가 계측될 수 있기에 충분히 높다. 100%에서 97%로의 편광율의 변화(p-편광 양의 감소)는, 편광 회전기(730)가 삽입될 때, 검출기에서 9%에서 26%로 신호가 증가한 것에 대응한다. 그러므로, 메인 빔의 편광 상태는 어셈블리(700)에 의해 계측될 수 있다.
개괄적으로, 편광 계측은 어셈블리(700)를 사용하여 다음의 단계를 이용하여 행해질 수 있다:
1. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730) 없이 에너지 계측 장치(630)로 지향된 서브 빔(603)의 에너지를 계측한다.
2. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730)를 삽입한다.
3. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730)를 갖춘 에너지 계측 장치(630)에 지향된 서브 빔(603)의 에너지를 계측한다.
4. 편광 회전기(730)가 있는 그리고 없는, 에너지 계측 장치(630)에 기록된 신호의 에너지 비율을 결정한다.
5. 빔 경로으로부터 편광 회전기(730)가 삽입 또는 제거될 때 에너지 계측 기기(630)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(601)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 바와 같은 캘리브레이션 그래프와 비교하여 메인 빔(601)의 편광 비율을 결정한다.
도 7B는 상술한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
앞의 논의에서, 메인 빔의 중성 편광, 또는 메인 빔의 편광 상태 중 어느 하나를 계측하는 실시 형태가 기재되었다. 그렇지만, 일부 실시 형태에서, 이러한 빔 특성 모두가 동시에 계측된다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 계측 시스템(900)은, 메인 빔 스플리터(910), 제2 빔 스플리터(920), 에너지 계측 장치(930), 제3 빔 스플리터(940), 및 편광 계측 장치(950)를 포함한다. 빔 스플리터(910, 920)를 포함하는 계측 시스템(900)의 부분은, 아웃고잉 빔(904)의 에너지 계측 장치(930)에서의 중성 편광의 에너지 계측을 위해, 도 6에 도시된 바와 마찬가지로 구성된다. 계측 시스템(900)은 빔 스플리터(940)을 사용하여 서브 빔(905)을 지향시키는데, 서브 빔(905)은 편광 계측 장치(950)에서의 편광 계측을 위해 빔 스플리터(920)로부터 전송된다. 빔 스플리터(940)는 그 입사 평면이, 메인 빔 스플리터(910)의 입사 평면에 대해 평행하지만, 빔 스플리터(902)의 입사 평면에 대해서는 평행하지 않게 배향된다.
도 7A에 기재된 바와 같이, 회전기(730)을 도면부호 602의 빔 경로으로 도입하는 것은 서브 빔(603)의 초기 중성 편광 계측을 저해한다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(940)는 편광 회전기(730)와 유사하게 기능하여, 에너지 계측 장치에서 계측된 서브 빔(903)의 편광 상태의 혼합에 비해 편광 계측에서 계측된 편광 상태의 상이한 혼합을 갖는, 서브 빔(906)을 생성하는데 사용될 수 있다.
이러한 계측이 이루어지는 방법을 설명하기 위해, 빔 스플리터(920)의 입사 평면과 평행한 광선의 편광 요소(p-편광)를 고려한다. 서브 빔(902)의 빔 경로에 편광 회전기가 없는 경우에, 이러한 광의 p-편광 요소는, 메인 빔(901)으로부터 반사되면서, 빔 스플리터(910)의 입사 평면에 대한 s-편광으로 된다. 빔 스플리터(920)를 통해 전달되는 서브 빔(905)의 p-편광 성분은 빔 스플리터(940)의 입사 평면에 대해 s-편광으로서 빔 스플리터(940)에 입사된다. 빔 스플리터(940)에서 반사되는 이러한 s-편광도 메인 빔(901)의 s-편광 성분이다. 상술한 바와 같이, 서브 빔(906)의 s-편광 성분은 두 개의 반사의 결과, 즉 빔 스플리터(910) 및 빔 스플리터(940)의 각각에 대한 모두 s-편광인 반사의 결과이기 때문에, 편광 계측 장치(950)로 전송된 광선은 중성 편광이 아니며, 따라서, 메인 빔(901)의 편광 상태에 대한 정보는 편광 계측 장치(950)에서 얻을 수 있다. 같은 분석은 유사한 방식으로 메인 빔(901)의 p-편광 성분에 적용할 수 있다.
다시 말해, 계측 시스템(900)의 배열의 결과로, 서브 빔(906)은, 서브 빔(902)의 빔 경로에 90°회전기가 삽입되어야 서브 빔(903)에서 얻어지는 것과 유사한, 직교 편광의 혼합을 포함한다. 결과적으로, 중성 편광 에너지 계측과 편광 계측이 순차적으로 이루어져야 하는, 삽입가능한 편광 회전기(730)를 갖춘, 도 6 및 도 7에 나타난 구성에 비해, 계측 시스템(900)를 사용하여 중성 편광 에너지 계측 및 편광 계측 모두가 동시에 이루어질 수 있다.
개괄적으로, 메인 빔에서 나온, 두개의 상이한 빔 스플리터로부터의 두개의 상이한 서브 빔은, 메인 빔의 중성 편광 에너지와 편광 상태의 동시 계측의 유형에서 사용될 수 있다.
두 개의 계측 장치(예컨대, 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940))를 사용하여 메인 빔의 중성 편광 에너지와 편광 상태의 동시 계측을 행하는 것에 부가하여, 특정 실시 형태에서, 두 개의 계측 장치 간의 캘리브레이션이 가능하다. 도 1OA를 참조하면, 계측 시스템(1000)은 계측 시스템(900)에 비해, 서브 빔(905)의 경로에 추가로 삽입 가능한 편광 회전기(1060)를 포함한다. 계측 시스템(1000)의 다른 요소는 도 9의 계측 시스템(900)에 나타난 것과 동일하다. 계측 시스템(1000)은 또한 편광 계측 장치(940)를 에너지 계측 장치(930)로 캘리브레이션하는데 사용될 수 있다.
서브 빔에 회전기를 삽입하여 서브 빔의 초기 중성 편광 계측을 저해하는 편광 회전기를 사용하는 방법은 도 7A을 참조로 설명되었다. 계측 시스템(1000)에서, 그러나, 편광 회전기(1060)는, 서브 빔(905)의 편광을 회전하여 서브 빔(906) 중성 편광을 만드는 정반대의 기능을 수행한다. 90°로 서브 빔(905)의 (빔 스플리터(920)에 대한) s-편광 성분의 편광을 회전하는 편광 회전기(1060)의 경우를 고려한다. 이 s-편광 성분은 메인 빔(901)의 (빔 스플리터(910)에서 입사 평면에 대해 봤을 때의) p-편광 성분에 의한다. 빔 스플리터(920)에 대한 서브 빔(905)의 s-편광 성분의 광선은 편광 회전기(1060)를 통해 전송된 뒤, 도면부호 920의 동일한 입사 평면에 대한 p-편광으로 될 것이다. 이 p-편광은, 빔 스플리터(940)의 입사 평면에 대해, 빔 스플리터(940)로부터 s-편광으로서 반사된다. 다시 말해, 서브 빔(906)은 빔 스플리터(910, 940)들로부터의 두 개의 반사의 결과이다. 빔 스플리터(940)에 대한 서브 빔(906)에 포함된 광선의 s-편광 성분을 고려하면, 이 두 반사는 먼저 빔 스플리터(910)에 대한 p-편광과 빔 스플리터(940)에 대한 s-편광을 포함한다. 빔 스플리터(910)와 빔 스플리터(940)의 각각에서 두 개의 적절한 입사 각도를 선택함으로써, 서브 빔(906)은 중성 편광으로 만들어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 두 개의 입사 각도, 즉 빔 스플리터(910)에서의 하나와, 빔 스플리터(940)에서의 하나는 동일할 필요가 없으며, p-편광에 대한 s-편광의 반사율의 비율(s/p)이 두 개의 상이한 각도에서 동일하다면, 브루우스터의 각도를 전후로 하여 상이한 각도들이 선택될 수 있다.
서브 빔(905)의 빔 경로에서의 편광(1060)의 결과로, 서브 빔(903)과 서브 빔(905)의 모두는 중성 편광이다. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호들이 그러면 서로에 대해 캘리브레이션되어, 편광 계측 캘리브레이션이 주어질 수 있다. 이러한 캘리브레이션은 외부 편광 계측기로 편광 계측 장치(940)를 캘리브레이션하는 것을 포함하는 대안에서 바람직하다. 캘리브레이션은, 193nm의 레이저 광선으로 인한 포토다이오드(photodiode)(UV-경화/확장형 포토다이오드도 포함)의 열화의 저하 때문에 필요할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 포토다이오드는 약 1억회의 레이저 주사 후에 재캘리브레이션된다. 별도로, 도 2에 참조로 기재된 파워 센서(240)는 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940) 모두를 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.
계측 시스템(1000)을 사용하여 편광 계측과 캘리브레이션을 행하는 것은 다음 단계를 포함한다.:
1. 서브 빔(905)의 빔 경로에 편광 회전기(1070)를 삽입한다.
2. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.
3. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940)에서 계측된 에너지 비율을 계산한다.
4. 단계 3에서 계측된 에너지 비율을 기초로 두 계측 장치 간의 캘리브레이션 계수를 결정한다.
5. 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1070)를 제거한다.
6. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.
7. 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940) 간의 에너지 비율 또는 차이를 계산한다.
8. 빔의 경로에서 편광 회전기(1060)가 삽입 또는 제거될 때의 편광 계측 기기(940)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(901)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 바와 같은 캘리브레이션 그래프와 비교하여 메인 빔(901)의 편광 비율을 결정하고, 그리고 단계 4에서 결정된 캘리브레이션 계수와 비교한다.
도 10B는 플로우 차트 형태로 상술된 방법을 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 서브 빔(906)은, 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1060)가 없는 상태에서 중성 편광으로 구성될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 캘리브레이션은 빔 경로에 편광 회전기(1060)를 삽입하지 않고도 직접 행해질 수 있다. 대신에, 편광 계측이 이루어질 때 편광 회전기(1060)가 서브 빔(905)의 빔 경로에 삽입된다.
상술한 시스템을 사용하여 편광 계측과 캘리브레이션을 행하는 것은 다음 단계를 포함한다.:
1. 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1070)를 제거한다.
2. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.
3. 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940)에서 계측된 에너지 비율을 계산한다.
4. 단계 3에서 계측된 에너지 비율을 기초로 두 계측 장치 간의 캘리브레이션 계수를 결정한다.
5. 서브 빔(905)의 빔 경로에 편광 회전기(1070)를 삽입한다.
6. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.
7. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940) 간의 에너지 비율 또는 차이를 계산한다.
8. 빔 경로에서 편광 회전기(1060)가 삽입 또는 제거될 때 편광 계측 장치(940)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(901)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 캘리브레이션 그래프와 비교하여, 메인 빔(901)의 편광 비율, 그리고 단계 4에서 산출된 캘리브레이션 계수를 결정한다.
도 1OC는 상술한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
전술한 실시 형태에는 중성 편광 에너지 계측과 편광 계측을 얻는 다양한 방법이 기재되었는데, 계측 모듈(120)은 또한, 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 다른 특성을 계측하는 데에 사용된다. 예를 들어, 레이저 광선의 전파 방향은 다음의 실시예에 설명된 포인팅 계측을 이용하여 계측된다. 레이저 빔의 전파 방향을 모니터링하기위한 장치의 예시적인 실시예는 도 11에 나타난다. 여기서, 포인팅 계측장치(1000)는, 렌즈(1110), 포토다이오드(1120), 광변환 플레이트(1130), 그리고 하우징(1140)을 포함한다. 장치(1000)는 다음과 같이 레이저 빔의 전파 방향을 모니터링한다. 렌즈(1110)는 광변환 플레이트(1130)에 레이저 빔(1101)(예컨대, 레이저 시스템(100)의 메인 빔의 서브 빔)의 초점을 맞춘다. 광변환 플레이트는 레이저 광을 받아서, 수신된 방사를 다른(예컨대, 더 긴) 파장의 방사로 변환한다. 일부 실시 형태에서, 광 변환 플레이트(1130)는 입사된 입사 자외선(UV) 광선을 더 긴 파장의 가시 광선으로 변환한다. 예를 들어, 가시 광은 500nm에서 600nm 사이의 파장을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 193nm의 방사는 약 550nm의 파장을 갖는 가시 광으로 변환될 수 있다. 광변환은, 예를 들어 인광(phosphorescence) 또는 형광에 의해 수행될 수 있다.
일 예로서, 입사 레이저 광선에 대응하여, 광변환 플레이트는, 하우징(1140)의 간극 내에 위치되는, 포토다이오드(1120)쪽으로 형광 광이 전송되는 위치에서 형광을 발할 수 있다. 형광 발광은 그러면 포토다이오드(1120)에 의해 검출될 수 있다.
포토다이오드(1120)는, 포토다이오드의 수평 저항력을 기초로 한 위치 감응형 검출기(PSD)일 수 있다(예컨대, 하마마츠사 제품과 같은 상용의 PSD). 렌즈(1110)와 PSD의 조합은 신호의 고속 판독을 가능하게 하는데, 그것은 포토다이오드 상에 빔 스폿 입사의 질량 중심(center-of-mass)이 자동적으로 계측되고, 신호가 실제 빔 다이버전스와 독립적이기 때문이다. PSD는 가장자리를 따라 4 전극에서의 광전류(photocurrent)의 차이를 기초로 빔 스폿의 위치를 계산한다. PSD들은 저잡음 증폭 회로가 사용될 때, 1μm 범위의 해상도를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 렌즈(1110)는 20μrad 이하의 해상도인 포인팅 계측을 위해 약 0.5m의 초점 거리를 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 집중된 레이저 빔(1101)은 퍼지 용적부 안에서 전파되고, 광변환 플레이트(1130)는 하우징(1140)에 대해 퍼지 용적부을 씰링한다. 일부 실시 형태에서, 포토다이오드는 퍼지 용적부의 외부, 그리고 광변환 플레이트의 뒤에 배치되어, 오염의 리스크과 수명 문제를 최소화한다.
PSD에서 계측된 신호의 공간적 분포는 예를 들어, 도 12에 도시된 구성에 의해 설명되는 바와 같이, 계산될 수 있다. 이 플롯은 mm단위의 x축과 y축 스케일을 갖는 광전환 플레이트 뒤에 배치된 PSD 상의 계산된 강도 스폿을 나타낸다. 광변환 플레이트(변환기)로부터 2mm 떨어져서 PSD 표면을 위치시키면, PSD에서 검출된 스폿의 크기가 약 4mm까지로 증가되어, PSD 표면에 양호한 평균 신호를 제공할 수 있다. 이 확대 스폿은 또한, PSD를 대신하여, 사분면 포토다이오드 (QPD)를 사용하여 계측할 수도 있다. 광변환 플레이트(1130)는 바람직하게는, 예를 들어, PSD의 최대 치수의 4분의 1보다 작은 판 두께를 갖는데, 이로써 PSD상에서 작은 사이즈의 형광 스폿을 유지할 수 있다.
상술에 실시 형태에 추가하여, 포인팅 계측이, 형광 판으로부터 다이오드까지의 빔 스폿의 이미징에 의해 행해질 수 있는데, 다이오드는 형광 변환기로 코팅되거나, 또는 광변환 플레이트 없이 UV-경화 포토다이오드가 사용될 수 있다.
PSD 백그라운드의 산란광은 검출기의 감도를 떨어뜨리는데, 빔 스폿이 PSD 상에서 이동할 때, 백그라운드의 신호는 변경되지 않기 때문이다. 가능한 산란광의 소스는 계측 모듈 내부로부터의 산란광과 형광판 내부에서 생성된 산란광을 포함한다. 백그라운드의 산란광을 줄이기 위해, 일부 실시 형태에서, 형광 플레이트의 최대 치수는 PSD의 최대 치수와 형광 플레이트의 두께의 2배의 합계보다 크다. 광 변환 플레이트(1130)와 PSD 사이의 작은 공기 갭을 유지함으로써, 산란광은 광변환 플레이트의 총 내부 반사를 거치면서 광변환 플레이트 안에 갇혀, PSD에 도달하는 것이 방지된다. 하우징(1150) 주변의 인듐 씰 및 광변환 플레이트(1130)의 직경을 증대시키는 것이 또한 산란광이 PSD에 도달하지 않는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 또한, 접착제층 또는 흡수층이 광변환 플레이트(1130)에 적용될 수 있다.
여러 다른 계측에 대해, 이하에서는 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 기타 관련 특성을 결정하는 것이 설명된다. 예를 들어, 도 13은 셔터와, 계측 모듈(1310) 및 코어 모듈(1320)을 포함하는 계측 어셈블리(1300)를 나타낸다. 어셈블리(1300)은 적어도 두 부분으로 나뉜다.: 코어 모듈(1310)은 메인 빔 광학부, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같은 셔터 미러 또는 셔터 프리즘을 포함하고, 그리고 계측 모듈(1310)은 계측 광학부 및 검출기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(1310) 및 코어 모듈(1320)은, 메인 빔 경로에 있는 제1 빔 스플리터로부터 계측 모듈(1310)까지 빔을 전송하는 창에 의해 분리된 두 개의 개별적인 퍼지 용적부이다.
추가의 실시 형태에서, 여러 계측 장치는 동일한 계측 모듈에 수용된다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, 계측 모듈(1320)은, CCD 카메라(1330), 빔 포인팅을 위한 계측 시스템, 근거리장 및 원거리장 레이저의 스페클 콘트라스트부 및 2D 이미징부를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 빔이 코어 모듈(1320) 내에서 특정 수준으로 감쇠됨으로써, 광의 최소량이 계측 모듈(1320)로 들어가서, 산란광을 줄이는데 도움이 된다. 개별적인 계측 모듈은, 코어 광학부 및 구성 요소를 포함하는 전체 모듈을 제거할 필요없이 교체, 수리, 업그레이드를 용이하게 행할 수 있고, 따라서 메인 빔에 영향을 주지 않는다. 개별적인 계측 모듈은 또한, 그것이 코어 모듈로부터 분리되면 운반과 설치가 용이할 수도 있다. 계측 모듈(1320) 내에서 세 개의 계측 경로는, 쐐기의 후면 및 정면에서의 반사, 그리고 쐐기를 통과하는 빔에 의해 생성된다. 아울러, 다른 분할/분배 스킴(scheme)이 가능하다.
레이저 빔의 2차원 이미징은 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 빔 품질을 특성화하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 2차원(2D) 이미징 어셈블리(1500)는 볼록 렌즈(1510), 오목 렌즈(1520), 및 레이저 광선을 이미징하는 데 사용되는 2D 카메라(1530)를 포함한다. 근거리장 및 원거리장의 2D 이미징은 매우 컴팩트한 이미징 어셈블리(1500)로 행해질 수 있다. 근거리장 이미징은, (예컨대, 배율 0.3의) 이미징용의 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 통해 계측 서브 빔의 전송에 의해 이루어지고, 그리고 원거리장 이미징은 볼록 렌즈를 통한 계측 서브 빔의 전송과 (예컨대, 400mm의 초점 거리를 가진) 오목 렌즈 내부에서의 이중 반사에 의해 이루어진다. 이미징 어셈블리(1500)는 독일 공개특허 DE 10 2006 018 804 A1에 상세하게 설명되며, 그 내용은 여기서 본 문서 전체에 통합된다.
개괄적으로, 계측 검출기는 퍼지 용적부의 내부와, 계측 모듈의 퍼지 용적부 외부 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 16A를 참조하면, 검출기 어셈블리(1600)는 퍼지 용적부 내에 수용된다. 검출기 어셈블리(1600)는, 퍼징된 계측 용적부(1650) 내에 내부 CCD카메라(1610)를 포함한다. 내부 CCD카메라(1610)는, 예를 들어, 형광체 코팅 CCD카메라가 될 수 있다.
반대로, 도 16B를 참조하면, 검출기 어셈블리(1605)는 퍼지 용적부(1660)의 외부에 있는 카메라(1620)를 포함한다. 여기서, 검출기 어셈블리(1605)는, 카메라(1620) 이외에, 대물렌즈(1630) 및 형광 플레이트(1640)을 포함한다. 형광 플레이트(1640)는 도핑된 유리 또는 크리스털로 만들어져, 방사를 퍼지 용적부 밖으로 나가게 하는 창을 형성할 수 있다. 검출기 어셈블리(1605)는 전자장치가 퍼지 용적부(1660) 내에 없다는 장점을 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 단일의 카메라는 레이저 빔을 하나 이상의 별개의 계측을 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 17은 하나의 카메라에 의해 캡쳐된 이미지(1700)를 나타낸다. 이미지(1700)는 엑시머 레이저 광선의 원거리장(다이버전스) 이미지(1720) 및 근거리장(프로파일) 이미지(1710)를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 레이저 광선의 스페클 콘트라스트(speckle contrast)를 계측할 수 있다. 도 18은, 스피닝 디퓨저(spinning diffuser, 1810), 집속 렌즈(1820), 볼록 거울(1830), 및 카메라(1840)를 포함하는 스페클 계측 어셈블리(1800)를 나타낸다. 스피닝 디퓨저(1810)는, 카메라의 불균등성(inhomogeneity)에 독립적인 계측을 가능하게 한다. 집속 렌즈(1820)의 초점 거리는 카메라의 화소에 수반되는 스페클 입자를 해결하기 충분하도록 길어야한다. 일부 실시 형태에서, 집속 렌즈(1820)는 6.4μm의 픽셀 크기를 가진 카메라를 위해 약 1미터의 초점 거리를 갖는다. 망원 장치(telephoto arrangement)는 볼록 렌즈와 볼록 거울의 구성을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 망원 장치가 사용되어, 공간 절약에 도움이 될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 추가적 특징이 일부 계측 모듈에서의 공간 제한을 보상하기 위해 추가될 수 있다. 예를 들어, 도 19는 스페클 계측 어셈블리(1920)가 계측 모듈 내에 들어맞는 것을 가능케 하기 위해 공간을 줄이기 위한 추가적인 폴딩 미러(1910)를 나타낸다.
스페클 계측 어셈블리(1800)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 비용 절감을 위해, 2D 이미징 기능을 갖춘 카메라(1330)를 공유할 수 있다. 도 20은 프로파일 계측부(2010), 다이버전스 계측부(2020), 및 스페클 계측부(2030)의 카메라(1330) 상에서의 도식적인 레이아웃을 나타낸다. 2D 이미징 및 스페클 계측 빔은, 분할 미러(split mirror), 빔 스플리터 또는 기타 광학소자를 사용하여 카메라(1330)(또는 형광 플레이트) 상에서 서로 이웃하게 배치될 수 있다.
상술의 실시 형태에서 설명된 바와 같이, 셔터 미러(230) 셔터 프리즘(330), 편광 회전기(730), 편광 회전기(1300), 및 기타 광학부 또는 광선 검출 장치가 일시적으로, 메인 빔 또는 서브 빔의 광선 경로에 삽입된다. 이러한 요소는 전기 DC 모터, 공압 실린더 또는 다른 메커니즘에 의해 수동으로 작동될 수 있다. 모터 혹은 공압 실린더가 요소를 작동시키는 데 사용되는 경우, 모터 또는 공압 실린더는, 퍼지 용적부의 오염을 피하기 위해, 퍼지 용적부의 바깥쪽에 위치될 수 있다. 기계적 피드스루(feedthrough)는, 그러면, 퍼지 용적부 내부의 요소(예를 들어, 셔터 미러(230), 편광 회전기(730), 파워 센서(140) 등)를 구동하는 전기적 또는 공압적 액츄에이터를 연결하는 데 사용된다.
예를 들어, 도 21과 도 22를 참조하면, 포지셔닝 어셈블리(2100)는, 회전 샤프트 씰(2110), 레버 아암(2120), 회전 액추에이터(2130), 및 구동될 요소(2140)(예컨대, 미러 등의 광학 요소가 될 수 있음)을 포함한다. 회전 샤프트 씰(2110)은 기계적 피드스루를 씰링하는 데 사용된다. 대안적으로, 마그네틱 커플링 장치와 같은 진공 씨일링된 피드 스루 방법이 적용될 수 있다. 액츄에이터(2130)는 수동으로 구동되거나 아니면, 예컨대, 공압 또는 전기 DC 모터에 의해 구동될 수 있다. 액츄에이터(2130)는 규정된 각도, 예컨대, 45°혹은 90°로, 액츄에이터에 통합된 단계들로 회전을 수행할 수 있다. 액츄에이터(2130)는 요소(2140)가 이동되도록 레버 아암(2120)을 회전시킨다.
리니어 액츄에이터는 광학 또는 기계 부품, 예컨대, 셔터 미러나 파워미터를 구동하는 데 사용된다. 리니어 액츄에이터는 공압 또는 자기적으로 구동된다. 도 23a를 참조하면, 액추에이터 장치(2300)는 가스 공급 라인(2130)(예컨대, 질소), 소켓(2320), 벨로우(bellow, 2330), 공압 실린더(2340), 및 작동부재(2360)를 수용하기 위한 장착부(2350)(예컨대, 미러 등의 광학부재)를 포함한다. 벨로우(2310)는 작동부재(2360)를 위 아래로 구동하는 공압 실린더(2340)를 씰링한다. 벨로우(2310)는 많은 작동 사이클을 견딜 수 있어야 한다. 벨로우(2310)는, 퍼지 용적부 밖에 위치한 액츄에이터로부터, 부재(2140)가 탑재되는 공간안의 퍼지 용적부를 분리한다. 마그네틱 커플링 장치는 회전과 선형 작동의 모두를 위해 사용된다.
개괄적으로, 레이저 시스템(예컨대, 레이저 시스템(100))은 다양하게 응용되어 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 레이저 시스템은 리소그래피 노광 장치의 소스부로 사용된다. 도 24를 참조하면, 예를 들어, 레이저 시스템(100)은 리소그래피 장치(10)의 소스부이다. 투영 노광 장치(10)는 프로젝션 라이트(13)의 생성을 위한 조명 시스템(12)을 포함하고, 조명 시스템(12)은 광원(14)과, 도면부호 16이 가리키는 조명 광학부, 및 조리개(18)로 구성된다. 도시된 실시예에서, 프로젝션 라이트(13)는 193nm의 파장 λ를 갖는다. 투영 노광 장치(10)는 또한, 다수의 렌즈를 포함하는 투영 렌즈(20)를 포함하는데, 자명하기 때문에 일부만 도 24에 예로서 표시되고, 도면부호 L1 내지 L5로 표시된다.
투영 렌즈(20)는, 감광층(photosensitive layer, 26)상에서 축소된 스케일로, 투영 렌즈(20)의 오브젝트 평면(object plane, 22)에 배열된 마스크(24)를 이미징하는데 사용된다. 감광층(26)은, 예를 들면, 포토 레지스트로 구성되며, 투영 렌즈(20)의 이미지 평면(28)에 배열되어, 캐리어(30)에 적용된다.
캐리어(30)는, 횡단이동장치에 의해, 이미지 평면(28)에 대해 평행하게 이동 가능한, 양푼(basin)과 같은 상방 개방형 컨테이너(32)의 바닥에 고정된다(상세의 도시 생략). 상기 컨테이너(32)는, 투영 노광 장치(10)가 작동중에, 침지액(34)에 잠겨있는 이미지측에서 투영 렌즈(20)의 마지막 렌즈(L5)가 침지하는 수준까지 침지액(34)으로 채워진다. 렌즈를 대신하여, 이미지측에서의 투영 렌즈(20)의 마지막 광학소자는, 예를 들어, 병렬평면형 터미널 플레이트(terminal plate)일 수 있다. 침지액(34)의 굴절률은 대략 감광층(26)의 굴절률과 일치한다. 193nm 또는 248nm의 파장을 갖는 프로젝션 라이트의 경우, 침지액(34)으로서, 예를 들어, 고순도의 탈이온수가 가용하다.
컨테이너(32)는, 인렛 파이프(inlet pipe, 36)와 아웃렛 파이프(outlet pipe, 38)를 통해, 침지액(34)의 정화를 위한 순환 펌프 및 필터를 포함한 부재가 수용되는 조절 유닛(conditioning unit, 40)에 연결된다. 조절 유닛(40), 인렛 파이프(36), 아웃렛 파이프(38), 및 컨테이너(32)는 함께, 침지액이 정화되고 일정한 온도를 유지하는 동안 순환되도록 하는 42로 표시한 침지 장치를 형성한다. 침지액(34)의 절대 온도는 가능한한 정확하게 셋팅되어야 하는데, 이는 기준 온도로부터 벗어나면, 초점 에러와 이미지쉘의 결점에 의해 투영 렌즈(20)에 의한 이미징이 악화되기 때문이다. 그러한 이미징의 악화은 결국 노광에 사용할 수 있는 프로세스 윈도우의 크기 감소로 이어진다.
레이저 시스템(100)의 다른 용도는, 예를 들면, 평판패널부재의 어닐링(annealing), 눈 수술과 같은 외과 용도, 및 피부과 치료 용도를 포함한다. 그외 실시 형태는 청구항들에 기재된다.

Claims (76)

  1. 레이저 빔의 에너지의 중성 편광 계측을 위한 장치로서,
    챔버;
    상기 챔버 안에 배치되어, 작동 중에 레이저로부터의 광선을 받고, 광선의 일부를 메인 빔으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔(402, 602, 902)으로서 제2 빔 경로를 따라 지향시키는 제1 빔 스플리터(410, 610, 910);
    에너지 계측 장치(430, 630, 930); 및
    상기 제1 서브 빔(402, 602, 902)을 받도록 배치되어, 상기 제1 서브 빔(402, 602, 902)으로부터 제2 서브 빔(403, 603, 903)을 도출하여, 상기 제2 서브 빔(403, 603, 903)을 상기 에너지 계측 장치(430, 630, 930)로 지향시키는 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)를 포함하고,
    상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)는, 상기 제1 빔 스플리터(410, 610, 910)의 입사 평면에 대한 p-편광 빔이 상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)에서 상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)의 입사 평면에 대한 s-편광 빔으로 반사되도록 배치되고, 및
    상기 제1 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터는 각각 반사면을 갖고, 작동 중에, 상기 제1 빔 스플리터(410, 610, 910)의 반사면은 상기 제2 빔 경로를 따라 광선의 제2 부분을 반사하고, 상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)의 반사면은 상기 제1 서브 빔의 광선의 일부를 반사하여 제2 서브 빔을 형성하며, 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터의 상기 반사면은, 상기 제2 서브 빔(403, 603, 903)이 메인 빔(401, 404, 601, 604, 901, 904)과 동일한 직교 편광 혼합비를 갖도록 배치되는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는, 상기 에너지 계측 장치(430, 630, 930)로의 경로가 디어테뉴에이션(diattenuation)이 없도록 구성되는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 광학 장치(730)는, 상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 삽입될 수 있게 배치되어, 상기 광학 장치(730)는 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성되는 장치.
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  11. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 계측 장치(430, 630, 930)는 제2 서브 빔의 출력(power)을 검출하는 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 계측 장치(430, 630, 930)는 제2 서브 빔의 에너지를 검출하는 장치.
  13. 청구항 3에 있어서, 제3 빔 스플리터(940), 편광 계측 장치(950)와 추가 광학 장치(1060)를 더 포함하며, 상기 제3 빔 스플리터(940)는, 제1 서브 빔의 경로, 또는 제2 빔 스플리터(920)로부터 투과된 서브 빔(905)의 경로에 위치되고, 작동중에 상기 제3 빔 스플리터(940)가, 제1 서브 빔 또는 투과된 서브 빔(905)으로부터 제3 서브 빔(906)을 도출하여, 제3 서브 빔(906)을 상기 편광 계측 장치(950)로 지향시키도록 배치되고, 상기 추가 광학 장치(1060)는 상기 제2 빔 스플리터(920)와 상기 제3 빔 스플리터(940)의 사이의 상기 서브 빔(905)의 경로에 위치되는 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터(910, 920, 940)와 상기 추가 광학 장치(1060)는, 상기 제2 서브 빔(903)과 상기 제3 서브 빔(906)이 각각의 서브 빔들의 경로에 의해 규정된 좌표계에 대해 상기 메인 빔과 동일한 편광 상태를 갖도록 배치되는 장치.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터(910, 920, 940)와 상기 추가 광학 장치(1060)는, 상기 제3 서브 빔(906)의 편광 상태가 각각의 서브 빔들의 경로에 의해 규정된 좌표계에 대해 상기 제2 서브 빔(903)의 편광 상태로부터 90°로 회전되도록 배치되는 장치.
  16. 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 계측하는 장치로서,
    제1 빔 스플리터(410, 610, 910);
    제2 빔 스플리터(420, 620, 920); 및
    에너지 계측 장치(430, 630, 930)를 포함하고,
    작동 중에:
    제1 빔 스플리터(410, 610, 910)는, 레이저로부터 광선을 받아, 광선의 일부를 메인 빔(404, 604, 904)으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 및 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔(402, 602, 902)으로서 제2 빔 경로를 따라 지향시키며;
    제2 빔 스플리터(420, 620, 920)는 제1 서브 빔(402, 602, 902)을 받도록 배치되어, 제1 서브 빔(402, 602, 902)으로부터 제2 서브 빔(403, 603, 903)을 도출하여, 제2 서브 빔(403, 603, 903)을 에너지 계측 장치(430, 630, 930)에 지향시키고;
    제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 제1 빔 스플리터(410, 610, 910)에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하지 않고, 상기 제1 빔 스플리터(410, 610, 910)의 입사 평면에 대한 p-편광 빔이 상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)에서 상기 제2 빔 스플리터(420, 620, 920)의 입사 평면에 대한 s-편광 빔으로 반사되도록 설정되고;
    제3 빔 스플리터(940)와 편광 계측 장치(950)를 더 포함하고,
    상기 제3 빔 스플리터(940)는 제2 빔 스플리터(920)의 투과된 빔(905)의 경로에 위치하며,
    작동 중에, 제3 빔 스플리터(940)는 편광 계측 장치(950)로의 투과된 빔(905)으로부터 제3 서브 빔(906)을 도출하고,
    상기 제3 빔 스플리터(940)는, 제3 빔 스플리터(940)에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제1 빔 스플리터(910)에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하도록 구성되는 장치.
  17. 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법으로서,
    레이저로부터의 레이저 광선을 메인 빔(604)과 제1 서브 빔(602)으로 분리하는 단계;
    상기 제1 서브 빔(602)로부터 제2 서브 빔(603)을 도출하는 단계;
    상기 제2 서브 빔(603)의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
    상기 제2 서브 빔(603)의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 제1 서브 빔(602)의 편광 상태를 변경하는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계; 및
    상기 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 정보를 결정하는 단계는 상기 제1 계측 및 제2 계측의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하는 단계는 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 90°로 회전하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법으로서,
    제1 빔 스플리터(910)에 의하여 레이저 빔으로부터 제1 서브 빔(902)을 도출하는 단계;
    제2 빔 스플리터(920)에 의하여 상기 제1 서브 빔(902)으로부터 제2 서브 빔(903)을 도출하는 단계;
    상기 제1 서브 빔(902) 또는 제2 빔 스플리터(920)에서 투과된 빔으로부터 제3 서브 빔(906)을 도출하는 단계;
    에너지 계측 장치(930)를 사용하여 상기 제2 서브 빔(903)의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
    상기 에너지 계측 장치(930)와 상이한 편광 계측 장치(950)를 사용하여 상기 제3 서브 빔(906)의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계; 및
    상기 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 상기 제1 계측 및 제2 계측의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 제1 계측과 제2 계측을 동시에 실행하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 제3 서브 빔의 편광 상태는, 상기 제1 서브 빔의 편광 상태로부터 90°로 회전되는 방법.
  22. 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법으로서,
    레이저 빔으로부터 제1 서브 빔(902)을 도출하는 단계;
    상기 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔(903)을 도출하는 단계;
    상기 제1 서브 빔으로부터 제3 서브 빔(905)을 도출하는 단계;
    에너지 계측 장치와 편광 계측 장치를 각각 사용하여 상기 제2 서브 빔과 제3 서브 빔(903; 906)의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
    에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(950)를 각각 사용하여 상기 제2 서브 빔과 제3 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 제1 계측이나 상기 제2 계측을 행하는 단계는 상기 제1 서브 빔(902)의 편광 상태를 회전시키는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계;
    상기 제1 계측에 기초하여 캘리브레이션 계수를 결정하는 단계로서, 상기 제2 서브 빔(903)의 에너지의 제1 계측과, 상기 제3 서브 빔(906)의 에너지의 제1 계측 사이의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는, 캘리브레이션 계수 결정 단계; 및
    상기 제2 계측과 캘리브레이션 계수를 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 제2 서브 빔과 제3 서브 빔의 에너지에 대한 제2 계측 간의 비율과 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 제2 서브 빔과 제3 서브 빔을 사용하는 상기 제1 계측을 동시에 실행하는 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 제2 서브 빔과 제3 서브 빔을 사용하는 상기 제2 계측을 동시에 실행하는 방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 상기 제2 서브 빔(903)과 상기 제3 서브 빔(906)이 메인 빔과 동일한 편광 상태를 가질 때 캘리브레이션 계수가 결정되는 방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 상기 제3 서브 빔(906)의 편광 상태가 상기 제1 서브 빔(902)의 편광 상태로부터 90°로 회전되는 방법.
  27. 청구항 3에 있어서, 상기 광학 장치(730)는 편광 회전기인 장치.
  28. 청구항 13에 있어서, 상기 추가 광학 장치(1060)는 편광 회전기인 장치.
  29. 청구항 27 또는 청구항 28에 있어서, 상기 편광 회전기는 제1 서브 빔의 편광상태를 90°로 회전하도록 구성되는 장치.
  30. 청구항 3에 있어서, 상기 광학 장치(730)는 복굴절(birefringent) 소재로 형성된 광학소자로 이루어지는 장치.
  31. 청구항 13에 있어서, 상기 추가 광학 장치(1060)는 복굴절(birefringent) 소재로 형성된 광학소자로 이루어지는 장치.
  32. 청구항 3에 있어서, 상기 광학 장치(730)는 리타더(retarder)인 장치.
  33. 청구항 13에 있어서, 상기 추가 광학 장치(1060)는 리타더(retarder)인 장치.
  34. 청구항 32 또는 청구항 33에 있어서, 상기 리타더는 반파장판(half-wave plate)인 장치.
  35. 청구항 3에 있어서, 상기 광학 장치(730)는 광학 활성물질(optically-active material)로 형성된 쐐기형상의 광학소자로 이루어지는 장치.
  36. 청구항 13에 있어서, 상기 추가 광학 장치(1060)는 광학 활성물질(optically-active material)로 형성된 쐐기형상의 광학소자로 이루어지는 장치.
  37. 청구항 35 또는 청구항 36에 있어서, 상기 광학 활성물질은 결정성 석영(crystalline quartz)인 장치.
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