KR20180133466A - 테이퍼드 광섬유를 이용한 초연속체 발생에 의한 광폭 스펙트럼 방사선 - Google Patents

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Abstract

방사선을 수신하기 위한 입력을 가지며 측정 타겟을 향해 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 출력을 갖는 테이퍼드(tapered) 광섬유로서, 상기 입력에서 수신된 방사선을 스펙트럼 확장시키도록 구성된 상기 테이퍼드 광섬유; 및 상기 측정 타겟으로부터 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하는, 측정 장치.

Description

테이퍼드 광섬유를 이용한 초연속체 발생에 의한 광폭 스펙트럼 방사선
본 발명은 테이퍼드 광섬유를 사용하여 스펙트럼 확장된 방사선을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 4월 19일에 출원되었으며, 그 전체가 본 명세서에 참고로서 포함된, 미국 가출원 제62/324,785호의 우선권을 주장한다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상 상기 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예컨대, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로 지칭되는 패터닝 디바이스는 상기 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 (예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예컨대, 하나 또는 수 개의 다이들의 일부를 포함하는) 타겟부 상으로 전사될 수 있다. 상기 패턴의 전사는 전형적으로 상기 기판 상에 제공된 방사선-감응성 재료(레지스트) 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패턴화되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하고, 이 방향에 평행한 또는 역-평행한 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 패턴을 기판 상에 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것도 가능하다.
리소그래피 프로세스에서, 광학 측정 기술을 사용하여 측정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 리소그래피 장치의 도움으로, 상이한 패턴들이 기판 상에 정확하게 정렬된 위치에서 연속적으로 이미징된다. 상기 기판은 서로 정렬된 연속적인 이미지들 사이에서 물리적 및 화학적 변화들을 겪을 수 있다. 상기 기판은 적어도 하나의 패턴의 이미지로 노광된 후 장치로부터 제거되고, 그리고 원하는 프로세스 단계들을 거친 후, 상기 기판은 추가 패턴 등의 이미지로 노광하기 위해 다시 배치되며, 이때 추가 패턴 및 임의의 후속 패턴들의 이미지들이 기판 상의 적어도 하나의 이미 노광된 이미지와 관련하여 정확하게 위치되는 것이 보장되어야 한다. 이를 위해, 상기 기판에는 상기 기판 상에 기준 위치를 제공하기 위해 하나 이상의 정렬 타겟들(예컨대, 정렬 마크들)이 제공되고, 리소그래피 장치에는 하나 이상의 정렬의 타겟들의 정렬 위치를 측정하기 위한 정렬 시스템이 제공된다. 하나 이상의 정렬 타겟들의 정렬 위치를 측정함으로써, 원칙적으로 기판 상의 한 지점의 위치가 예측될 수 있으며, 예컨대, 이전에 노광된 타겟부의 위치가 계산될 수 있고, 리소그래피 장치가 이전에 노광된 타겟부의 상부의 연속하는 타겟부를 노광하도록 제어될 수 있다.
일반적으로, 기판 상의 정렬 타겟은 회절 격자들과 같은 하나 이상의 회절 구조들을 포함한다. 그 다음, 정렬 시스템은 하나 이상의 격자를 향해 방사선을 방출하는 방사선 소스를 갖는 정렬 센서 시스템 및 예컨대 제1, 제2, 제3 및/또는 하나 이상의 격자들의 위치를 결정하는데 사용되는 고차 방사선의 회절된, 입사 방사선의 재지향된 부분(예컨대, 회절된 방사선)을 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다.
또한, 예컨대 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조들(예컨대, 레지스트 및/또는 기판 상의 또는 기판의 다른 층의 디바이스 피처들)의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 구조들의 하나 이상의 파라미터들은 전형적으로 측정되거나 결정되며, 예컨대 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속적인 층들 간의 오버레이 오류가 측정되거나 결정된다. 리소그래피 프로세스에서 형성된 미세 구조들의 측정을 수행하기 위한 다양한 기술들이 있다. 크리티컬 디멘전(CD)을 측정하는 데 자주 사용되는 주사 전자 현미경 및 디바이스의 두 층들의 정렬의 정확도, 오버레이를 측정하기 위한 특수 툴들을 비롯하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 그러한 툴의 예는 리소그래피 분야에서 사용하기 위해 개발된 산란계(scatterometer)이다. 이 디바이스는 타겟의 관심 속성을 결정할 수 있는 "스펙트럼" 을 획득하기 위해 기판 표면 상의 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 다시 지향된 방사선의 하나 이상의 특성들 - 예컨대, 파장의 함수로서의 단일 반사 각도에서의 강도; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장들에서의 강도; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정한다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들, 예컨대, 엄밀한 결합파 해석 또는 유한 요소 방법들, 라이브러리 검색 및 주성분 분석과 같은 반복 접근법에 의한 타겟 구조의 재구성에 의해 수행될 수 있다. 정렬과 마찬가지로, 타겟은 회절 격자, 예컨대 일반적으로 다른 층의 다른 격자에 의해 중첩된 하나의 층의 격자의 복합 격자(compound grating)일 수 있다.
많은 광학 측정 시스템들(예컨대, 리소그래피 정렬 및/또는 오버레이 센서들)은 정확한 정렬을 위해 광대역의 스펙트럼 폭 및 짧은 가간섭성 길이를 갖는 밝은 공간적 가간섭성 방사선으로부터 이익을 얻는다. 또한, 예컨대, 상기 방사선이 가시광 스펙트럼 전체는 아니더라도 대부분의 스펙트럼에 걸쳐 있고 약 900 nm 또는 그 이상에서 근적외선까지 포함하는 다중 컬러들/파장들을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 그러한 밝은 방사선은 획득하기 어려울 수 있다. 예컨대, 발광 다이오드(LED)와 같은 고출력 방사선 소스는 그것의 광대역의 스펙트럼 폭 때문에 짧은 가간섭성 길이를 갖는다. 그러나 그것은 충분한 스펙트럼 광 휘도가 부족할 수 있다. 한편, 레이저 다이오드와 같은 레이저는 본질적으로 밝지만, 예컨대 광센서에서 바람직하지 않은 가간섭성 효과들을 초래할 수 있는 긴 가간섭성 길이를 갖는다. 다양한 고속 변조 기술들로 스펙트럼 폭을 확장시킴으로써 레이저의 가간섭성 길이를 줄이기 위한 노력은 방사선 소스 시스템을 복잡하고 신뢰성이 떨어지도록 하는 경향이 있다.
따라서, 광학 측정을 위해 사용되는 가시광 및/또는 근적외선 영역에서 짧은 가간섭성 길이, 높은 스펙트럼 강도, 및 공간 가간섭성을 갖는 많은 기존의 광폭 스펙트럼 방사선 소스들은 설계가 복잡하고 신뢰성 및 성능 이슈들/문제점들을 갖는다. 따라서, 예컨대, 양호한 성능, 양호한 신뢰성 및/또는 보다 낮은 비용에 대한 잠재력을 갖는 광학 측정 시스템에 대한 광폭 스펙트럼 방사선을 제공하는 비교적 간단하고 직접적인 접근법을 제공하는 것이 바람직하다.
따라서, 예컨대, 500nm 내지 900nm의 파장 영역에서 광대역의 스펙트럼 폭을 갖는 밝은 스펙트럼을 출력하는 광학 측정 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니지만, 방사선 소스가 신뢰성 있고 소형이며 밝은 스펙트럼 휘도(radiance)를 갖는 것이 유리할 것이다.
일 실시예에서, 방사선을 수신하기 위한 입력을 가지며 측정 타겟을 향해 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 출력을 갖고, 상기 입력에서 수신된 상기 방사선을 스펙트럼 확장시키도록 구성된 상기 테이퍼드 광섬유; 및 상기 측정 타겟으로부터 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하는, 측정 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 출력 방사선을 생성하기 위해 수신된 방사선을 테이퍼드 광섬유를 사용하여 스펙트럼 확장하는 단계; 상기 출력 방사선을 측정 타겟 상으로 제공하는 단계; 및 검출기 시스템에서 상기 측정 타겟으로부터의 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
이제, 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 예로서만 기술될 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 측정 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 측정 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 정렬 센서 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은 약 500nm 내지 약 900nm의 스펙트럼 폭을 갖는 짧은 가간섭성 길이 방사선 시스템의 실시예를 개략적으로 도시한다.
실시예들을 상세히 설명하기 전에, 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
- 방사선 빔(B)(예컨대, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL);
- 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 특정 파라미터들에 따라 상기 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제1위치설정장치(PM)에 연결된 지지대 구조(예컨대, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(W)(예컨대, 레지스트 코팅된 웨이퍼)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터들에 따라 상기 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2위치설정장치(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WTa); 및
- 상기 기판(W)의 타겟부(C)(예컨대, 하나 이상의 다이들을 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 상기 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)
을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기, 또는 다른 유형들의 광학 구성 요소들, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형들의 광학 구성 요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지대 구조는 패터닝 디바이스의 방향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예컨대 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 홀딩되는지 여부와 같은, 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대 구조는 패터닝 디바이스를 홀딩하기 위해 기계적, 진공, 정전기 또는 다른 클램핑 기술들을 사용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대 구조는 예컨대, 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대 구조는 패터닝 디바이스가 예컨대 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어들의 임의의 사용은 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 패턴이 위상편이 특성(phase-shifting features) 또는 소위 어시스트 피처(assist features)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부의 원하는 패턴에 정확하게 대응하지 않을 수 있음을 주목해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같은, 타겟부에 생성되는 디바이스 내의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스들의 예들은 마스크들, 프로그램 가능한 미러 어레이들, 및 프로그램 가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크들은 리소그래피에서 잘 알려져 있으며 바이너리(binary), 교번 위상-시프트(alternating phase-shift) 및 감쇠 위상-시프트(attenuated phase-shift)와 같은 마스크 유형들은 물론 다양한 하이브리드 마스크 유형들을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 각각이 개별적으로 기울어질 수 있는, 작은 미러들의 매트릭스 배열을 사용한다. 상기 기울어진 미러들은 상기 미러 매트릭스에 의해 반사된 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대해, 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적절하게, 굴절, 반사, 반사굴절, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예컨대, 투과형 마스크를 채택하는) 투과형 유형이다. 대안적으로, 상기 장치는 (예컨대, 상술한 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택하거나, 또는 반사 마스크를 채택하는) 반사 형 유형일 수 있다.
리소그래피 장치는 두 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(예컨대, 두 개 이상의 기판 테이블, 두 개 이상의 패터닝 디바이스 지지대 구조들, 또는 기판 테이블 및 계측 테이블)을 갖는 유형일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계들에서는 추가 테이블들을 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 하나 이상의 테이블들이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 준비 단계들이 하나 이상의 다른 테이블들 상에서 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물에 의해 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 또한, 액침액은 리소그래피 장치의 다른 공간들, 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수있다. 액침 기술들은 투영 시스템들의 개구수를 증가시키는 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침" 이라는 용어는 기판과 같은 구조가 액체에 잠겨져야 함을 의미하는 것이 아니라, 노광 동안 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것만을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예컨대, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체들일 수 있다. 그러한 경우에, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예컨대 적절한 지향 미러들 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 상기 소스(SO)로부터 조명기로 전달된다. 다른 경우들에서, 상기 소스는 예컨대 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께, 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각 강도 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면 내의 강도 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(일반적으로 각각 σ-외측 및 σ-내측으로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다. 조명기는 단면에 원하는 균일성과 강도 분포를 갖도록, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지대 구조(예컨대, 마스크 테이블(MT)) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크(MA)) 상에 입사되고, 상기 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 통과하면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 상기 투영 시스템(PS)은 상기 빔을 기판(W)의 타겟부(C) 상에 포커싱한다. 제2위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa)은 예컨대, 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치시키 위해, 정확하게 이동된다. 이와 유사하게, 제1위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시적으로 도시되지 않음)는 예컨대, 마스크 라이브러리로부터의 기계적 검색 후, 또는 스캔 동안, 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 제1위치 설정기(PM)의 일부를 형성하는, 롱-스트로크 모듈(개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(미세 위치 설정)의 도움으로 실현될 수 있다. 유사하게, 기판 테이블(WTa)의 이동은 제2위치 설정기(PW)의 일부를 형성하는, 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 실현될 수 있다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우에, 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT)는 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수 있거나, 또는 고정될 수 있다.
패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 타겟들(M1, M2) 및 기판 정렬 타겟들(P1, P2)을 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 타겟들은 전용 타겟부들을 차지하지만, 그들은 타겟부들(이들은 스크라이브-레인 정렬 타겟(scribe-lane alignment target)들로 알려져 있음) 사이의 공간들에 위치될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 타겟들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 디바이스 피처들 사이에서, 다이들 내에 작은 정렬 타겟들이 포함될 수도 있는데, 이 경우 마커들은 가능한 작고 그리고 인접한 피처들과는 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건들을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 타겟들을 검출하는 정렬 시스템은 이하에서 더 설명된다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 반면, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 기판 테이블(WTa)은 이후 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광에서 이미징된 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WTa)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소) 및 상반전 특성들에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광에서 타겟부의 (비-스캐닝 방향에서의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 모션(motion)의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향에서의) 높이를 결정한다.
3. 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지대(예컨대, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 홀딩하여 기본적으로 정지 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WTa)이 이동되거나 또는 스캐닝된다. 이 모드에서, 일반적으로 펄스 방사선 소스가 사용되고, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이러한 동작 모드는 상술한 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
상술된 사용 모드들의 조합들 및/또는 변형들 또는 완전히 다른 사용 모드들이 또한 사용될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb)과, 그 사이에서 상기 테이블들이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 포함하는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 예컨대, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션(EXP)에서 노광되는 동안, 다른 기판이 측정 스테이션(MEA)에서 다른 기판 테이블 상에 로딩될 수 있으며 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 상기 준비 단계들은 높이 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 단계 및 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 타겟들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있으며, 두 개의 센서들 모두 기준 프레임(RF)에 의해 지지된다. 위치 센서(IF)가 그것이 노광 스테이션뿐만 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 상기 테이블의 위치들이 모든 스테이션들에서 추적될 수 있도록 제2위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 기판이 없는 다른 테이블은 측정 스테이션에서 대기한다(이때 선택적으로 측정 활동이 발생할 수 있음). 상기 다른 테이블은 하나 이상의 측정 디바이스들을 가지며 선택적으로 다른 도구들(예컨대, 세정 장치)을 가질 수 있다. 상기 기판이 노광을 완료하면 상기 기판이 없는 테이블이 노광 스테이션으로 이동하여 예컨대, 측정들을 수행하고 상기 기판이 있는 테이블은 기판이 언로드되고(unloaded) 다른 기판이 로드되는(load) 위치(예컨대, 측정 스테이션)로 이동한다. 이들 다중-테이블 배열들은 장치의 처리량을 실질적으로 증가시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때로는 리소 셀(lithocell) 또는 리소 클러스터(lithocluster)라고도 지칭되는 리소그래피 셀(lithographic cell)(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 또한 기판 상에 하나 이상의 사전- 및 사후- 노광 프로세스들을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착시키는 하나 이상의 스핀 코터들(SC, spin coaters), 노광된 레지스트를 현상하는 하나 이상의 현상기들(DE), 하나 이상의 냉각 플레이트들(CH) 및 하나 이상의 베이크 플레이트들(BK)을 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판을 들어 올리고, 그것을 상이한 프로세스 디바이스들 사이로 이동시키며 그것을 리소그래피 장치의 적재 구획(LB, loading bay)으로 전달한다. 종종 집합적으로 트랙으로 지칭되는 이들 디바이스들은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 또한 제어하는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 스스로 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어하에 있다. 따라서, 상이한 장치는 처리량 및 프로세싱 효율을 최대화하도록 동작될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 (및/또는 기판 테이블 및/또는 패터닝 디바이스)은 기판 상에 기준 위치를 제공하기 위해 하나 이상의 정렬 타겟들이 제공될 수 있으며, 리소그래피 장치에는 하나 이상의 정렬 타겟들의 정렬 위치를 측정하기 위해 정렬 시스템이 제공된다. 하나 이상의 정렬 타겟들의 정렬 위치를 측정함으로써, 원칙적으로 기판 상의 하나 이상의 포인트들의 위치가 예측될 수 있으며, 예컨대, 이전에 노광된 타겟부의 위치가 계산될 수 있고, 리소그래피 장치는 상기 이전에 노광된 타겟부 상에 연속적인 타겟부를 노광시키도록 제어될 수 있다.
일반적으로, 기판 상의 정렬 타겟은 하나 이상의 회절 격자들을 포함한다. 그 후, 리소그래피 장치의 정렬 시스템은 하나 이상의 격자들을 향한 방사선을 방출하는 방사선 소스를 갖는 정렬 센서 시스템 및 예컨대, 제1, 제2 및 제3 및/또는 하나 이상의 격자들의 위치를 결정하기 위해 사용되는 고차의 회절된 방사선인, 하나 이상의 격자로부터의 회절된 방사선을 검출하는 검출기를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판을 검사하여 후속하는 층들 사이의 오버레이 오류, 라인 두께, 크리티컬 디멘전(임계 치수)(CD, critical dimension) 등과 같은 하나 이상의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 오류가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치의 또 다른 기판이 여전히 노광될만큼 충분히 신속하게 그리고 곧 수행될 수 있다면, 하나 이상의 후속 기판들의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 (수율을 향상시키기 위해) 박리되고(stripped) 재작업되거나, 또는 폐기될 수 있으며, 그렇게 함으로써 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 대해 노광을 수행하는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟부들에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부들에만 추가 노광이 수행될 수 있다. 다른 가능성은 오류를 보상하기 위해 후속 프로세스 단계의 설정을 적용하는 것이며, 예컨대 트림(trim) 식각 단계의 시간은 리소그래피 프로세스 단계로부터 기인한 기판 대 기판 CD 변화를 보상하도록 조정될 수 있다.
검사 장치는 기판의 하나 이상의 특성들, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 하나 이상의 특성들이 층마다 및/또는 기판 전체에 걸쳐 어떻게 변화하는지를 결정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소 셀(lithocell)에 통합될 수 있거나 또는 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층의 하나 이상의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 가지며- 방사선에 노광된 레지스트 부분과 그렇지 않은 부분 사이의 굴절률 차이는 매우 작다 - 그리고 모든 검사 장치가 상기 잠상의 유용한 측정들을 수행하기 위한 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서 관습상 노광된 기판에서 수행되는 첫 번째 단계이며 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 사이의 콘트라스트를 증가시키는 노광 후 베이크 단계(PEB) 후에 측정들이 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광되거나 노광되지 않은 부분들이 제거된 포인트에서 - 또는 식각과 같은 패턴 전사 단계 후에 현상된 레지스트 이미지의 측정들을 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만 예컨대, 프로세스 제어의 목적을 위해, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 측정 장치(SM1)의 일 실시예를 도시한다. 이는 기판(6)의 타겟(예컨대, 회절 격자) 상으로 방사선을 투영하는 방사선 투영기(2)(예컨대, 광대역 (백색광) 방사선 투영기)를 포함한다. 반사된 방사선은 검출기(4)(예컨대, 분광계 검출기)에 전달되며, 이 경우 상기 검출기는 정반사성의(specular) 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서 강도의 측정)을 측정한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조 또는 프로파일은, 예컨대 프로세싱 유닛(PU)에 의해, 예컨대, 엄밀한 결합파 해석(Rigorous Coupled Wave Analysis)과 비선형 회귀에 의해 또는 도 3의 하단에 표시된 시뮬레이션 된 스펙트라의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로 재구성을 위해, 구조의 일반적인 형태가 알려져 있으며 산란측정 데이터로부터 결정될 구조의 몇몇 파라미터들만 남기고, 구조를 만드는 프로세스의 지식으로부터 몇몇 파라미터들이 가정된다. 이러한 산란계는 수직 입사 산란계(normal-incidence scatterometer) 또는 경사 입사 산란계(oblique-incidence scatterometer)로서 구성될 수 있다.
측정 장치(SM2)의 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 간섭 필터(13) 및 편광자(17)를 통해 렌즈 시스템(12)을 사용하여 포커싱되고, 부분 반사 표면(16)에 의해 반사되고 그리고 높은 개구수(NA), 바람직하게는 0.9 이상 또는 0.95 이상을 갖는 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W)의 타겟 상에 포커싱된다. (렌즈(15)와 기판(W) 사이의 액체를 사용하는) 액침 측정은 1 이상의 개구수를 갖는 렌즈를 가질 수도 있다. 이후, 산란된 방사선이 검출되도록 하기 위해 반사된 방사선은 부분 반사 표면(16)을 통해 검출기(18)로 전달된다. 검출기는 렌즈(15)의 초점 길이에 있는 역-투영된 퓨필 평면(11)에 위치될 수 있지만, 대신 상기 퓨필 평면은 검출기(18) 상의 보조 광학기(미도시)로 재-이미징될 수 있다. 상기 퓨필 평면은 방사선의 반경 위치가 입사각을 규정하고 그리고 각도 위치가 방사선의 방위각을 규정하는 평면이다. 상기 검출기는 예컨대 기판 타겟의 2차원 각도 산란 스펙트럼(즉, 산란 각도의 함수로서 강도의 측정)이 측정될 수 있도록 하는 2차원 검출기이다. 검출기(18)는 예컨대 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있고, 예컨대, 프레임 당 40 밀리 초의 노출 시간을 가질 수 있다.
기준 빔은, 예컨대, 입사 방사선의 강도를 측정하기 위해 종종 사용된다. 이를 위해, 방사선 빔이 부분 반사 표면(16)에 입사 할 때, 그 일부는 기준 빔으로서 상기 표면을 통해 기준 미러(14)를 향해 전송된다.
하나 이상의 간섭 필터들(13)은 예컨대 405 내지 790 nm의 범위 또는 200 내지 300 nm와 같은 더 낮은 범위의 관심 파장을 선택하는데 이용 가능하다. 간섭 필터(들)는 상이한 필터들의 세트를 포함하기보다는 조정 가능할 수 있다. 하나 이상의 간섭 필터들 대신 또는 그에 추가하여 격자가 사용될 수 있다.
검출기(18)는 단일 파장 (또는 좁은 파장 범위) 에서의 산란된 방사선의 강도, 복수의 파장들에서의 각각의 강도 또는 파장 범위에 걸쳐 집적된 강도를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡단 자계-(TM) 및 횡단 전계-(TE) 편광된 방사선의 강도 및/또는 횡단 자계- 및 횡단 전계- 편광된 방사선 간의 위상차를 개별적으로 측정할 수 있다.
광대역 방사선 소스(2)(즉, 넓은 범위의 방사선 주파수들 또는 파장들 - 및 그에 따른 컬러들을 갖는 하나)를 사용하는 것이 가능하며, 큰 에탕듀(etendue)를 제공하고, 다중 파장들의 혼합을 허용한다. 광대역 내의 복수의 파장들은 바람직하게 각각 δλ의 대역폭 및 적어도 2δλ (즉, 파장 대역폭의 두 배)의 간격을 갖는다. 방사선의 몇몇 "소스들"은 예컨대, 섬유 다발을 사용하여 분할된, 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해 산란 스펙트라는 다수의 파장들에서 병렬로 측정될 수 있다. 2차원 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는, 3차원 스펙트럼(파장 및 두 개의 상이한 각도)이 측정될 수 있다. 이를 통해 더 많은 정보가 측정될 수 있어 계측 프로세스의 견고성을 높일 수 있다. 이는 미국 특허 출원 공보 제US2006-0066855호에 자세히 개시되어 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
타겟에 의해 빔이 재지향되기 전후의 상기 빔의 하나 이상의 특성들을 비교함으로써, 기판의 하나 이상의 특성들이 결정될 수 있다. 이는 예컨대 재지향된 빔을 기판의 모델을 사용하여 계산된 이론적인 재지향된 빔들과 비교함으로써 그리고 측정된 재지향된 빔과 계산된 재지향된 빔 간에 최상의 근사를 제공하는 모델을 검색함으로써 수행될 수 있다. 일반적으로 피라미터화 된 일반 모델이 사용되며 모델의 파라미터들 예컨대 패턴의 측벽 각도, 폭, 및 높이는 가장 일치할 때까지 달라진다.
산란계의 두 가지 주요 유형들이 사용된다. 분광 산란계(spectroscopic scatterometer)는 광대역 방사 빔을 기판 상에 지향시키고 특정 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 강도)을 측정한다. 각도 분해 산란계는 단색 방사선 빔을 사용하고 각도의 함수로서 산란된 방사선의 강도 (또는 타원 구성의 경우 강도 비 및 위상차)를 측정한다. 대안적으로, 상이한 파장들의 측정 신호들이 개별적으로 측정될 수 있으며 분석 단계에서 결합될 수 있다. 편광된 방사선은 동일한 기판으로부터 하나 이상의 스펙트럼을 생성하는데 사용될 수 있다.
기판의 하나 이상의 파라미터들을 결정하기 위해, 기판의 모델로부터 생성된 이론적인 스펙트럼과, 파장(분광 산란계) 또는 각도(각도 분해 산란계) 둘 중 하나의 함수로서 재지향된 빔에 의해 생성된 측정된 스펙트럼 사이에서 최선의 일치함이 발견된다. 상기 최선의 일치함을 찾기 위해 다양한 방법들이 존재하며, 상기 방법들은 조합될 수 있다. 예컨대, 제1방법은 반복적인 검색 방법이며, 여기서 제1세트의 모델 파라미터들이 제1스펙트럼을 계산하는데 사용되고, 비교는 측정된 스펙트럼으로 이루어진다. 그런 다음 모델 파라미터들의 두 번째 세트가 선택되고, 두 번째 스펙트럼이 계산되며 두 번째 스펙트럼의 비교가 측정된 스펙트럼으로 이루어진다. 이들 단계들은 최적의 매칭 스펙트럼을 제공하는 파라미터들의 세트를 찾는 것을 목표로 반복된다. 일반적으로 비교로부터의 정보는 후속 세트의 파라미터들의 선택을 조정하는 데 사용된다. 이 프로세스는 반복 검색 기술로 알려져있다. 최적의 매치를 제공하는 파라미터들의 세트를 갖는 모델은 측정된 기판에 대한 최적의 설명으로 간주된다.
두 번째 방법은 각각의 스펙트럼이 특정한 모델 파라미터들의 세트에 대응하는 스펙트라의 라이브러리(library)를 만드는 것이다. 전형적으로, 모델 파라미터들의 세트는 기판 특성들의 모든 또는 거의 모든 가능한 변화들을 포함하도록 선택된다. 측정된 스펙트럼은 라이브러리의 스펙트라와 비교된다. 반복 검색 방법과 유사하게, 최적의 매치를 제공하는 스펙트럼에 해당하는 파라미터들의 세트를 갖는 모델은 측정된 기판의 최적의 설명으로 간주된다. 보간 기법들은 이 라이브러리 검색 기법에서 최적의 파라미터들의 세트를 더 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다.
임의의 방법에서, 계산된 스펙트럼에서 충분한 데이터 포인트들(파장들 및/또는 각도들)이 정확한 매치, 전형적으로 각 스펙트럼에 대해 80 내지 800 데이터 포인트들 사이 또는 그 이상을 가능하게 하기 위해 사용되어야 한다. 반복적인 방법을 사용하면, 각 파라미터 값에 대한 각 반복은 80개 이상의 데이터 포인트들에서의 계산을 포함할 것이다. 이것은 적절한 프로파일 파라미터들을 획득하는 데 필요한 반복 횟수로 곱해진다. 따라서 많은 계산들이 필요할 수 있다. 실제로 이것은 처리의 정확성과 속도 사이에서 절충안이 된다. 라이브러리 방식에서는 라이브러리를 설정하는 데 필요한 정확도와 시간 간에 유사한 절충안이 있다.
또 다른 측정 실시예에서, 방사선이 검출될 수 있고 제1차 방사선의 측정된 강도의 차이는 측정 타겟(예컨대, 기판 상의 상이한 층의 다른 격자 위에 놓이는 격자를 포함하는)으로부터 관심 파라미터, 예컨대 오버레이와 상관된다.
상술한 임의의 측정 장치에서, 기판(W) 상의 타겟은 현상 후, 피처들이 고체 레지스트 라인들로 형성되도록 인쇄되는 격자일 수 있다. 피처들은 선택적으로 기판 내로 식각될 수 있다.
일 실시예에서, 타겟 패턴은 관련 파라미터의 변화가 인쇄된 타겟의 변화로서 나타나도록 초점, 선량, 오버레이, 리소그래피 투영 장치의 색 수차 등과 같은 관심 파라미터에 민감하도록 선택된다. 예컨대, 타겟 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)에서의 색 수차 및 조명 대칭에 민감할 수 있으며, 이러한 수차의 존재는 인쇄된 타겟 패턴의 변화에 자체적으로 나타날 것이다. 따라서 인쇄된 타겟 패턴의 산란계 데이터는 타겟 패턴을 재구성하는데 사용된다. 라인 폭 및 형상과 같은 타겟 패턴의 파라미터들은 인쇄 단계 및/또는 다른 산란 측정 프로세스의 지식으로부터, 프로세싱 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
산란계의 실시예들이 본 명세서에 설명되었지만, 다른 유형의 계측 장치가 일 실시예에서 사용될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 참조로서 그 전체가 포함되는, 미국 특허 출원 공보 제2013-0308142호에 기술된 바와 같은 암시야 계측 장치가 사용될 수 있다. 또한, 이들 다른 유형들의 계측 장치는 산란 측정과 완전히 다른 기술을 사용할 수 있다.
또한, 검사 장치의 예들이 설명되었지만 (주로 산란 측정 원리들로 동작함), 정렬 장치는 소스로부터 타겟(예컨대, 정렬 격자) 상으로 방사선을 제공하는 단계, 검출기를 이용하여 타겟으로부터 방사선의 재지향된 부분(예컨대, 회절된)을 검출하는 단계, 및 두 개 이상의 대상들(예컨대, 기판 및 패터닝 디바이스) 간의 정렬을 결정하기 위해 검출된 방사선을 분석하는 단계의 유사한 원리들로 동작한다.
도 5는 예시적인 정렬 시스템(100)을 도시하는 개략도이다. 정렬 시스템(100)은 프리즘(108)에 전자기 방사선(106)을 제공하는, 레이저와 같은 가간섭성 조명 소스(104)를 포함한다. 전자기 방사선의 적어도 일 부분은 기판 테이블(WT) 상의, 기판(W) 상에 위치될 수 있는, 정렬 타겟(112)(예컨대, 정렬 마크)을 조명하도록 인터페이스(110)로부터 반사된다. 정렬 타겟(112)은 180도 대칭을 가질 수 있다. 180도 대칭이란, 정렬 타겟(112)이 정렬 타겟(112)의 평면에 수직인 대칭축에 대해 180도 회전될 때, 정렬 타겟은 회전되지 않은 정렬 타겟과 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다. 이것이 참인 축을 대칭축이라고 한다. 일 실시예에서, 정렬 타겟(112)은 기판(W) 상의 방사선 감응성 필름에 위치된다.
일 실시예에서, (예컨대, 기판 테이블(WT)을 이동시킴으로써) 화살표(114)로 지시된 방향으로 정렬 타겟(112)과 방사선 빔 사이에 상대적인 움직임이 제공된다. 정렬 타겟(112)에 의해 재지향되는 전자기 방사선은 프리즘(108)을 통과하여 이미지 회전 간섭계(116)에 의해 수집된다. 양호한 품질의 이미지가 형성될 필요는 없지만, 정렬 타겟의 피처들이 해결되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 이미지 회전 간섭계(116)는 임의의 적절한 광학 요소들의 세트일 수 있고, 일 실시예에서, 정렬 타겟의 두 개의 이미지를 형성하는 프리즘들의 조합이며, 다른 180도에 대해 이미지들 중 하나를 회전시키고 그리고 이후 정렬 타겟(112)과 정렬될 때 전자기 방사선이 구조적으로 또는 파괴적으로 편광 센스(polarization sense) 또는 진폭 센스(amplitude sense)로 간섭하여, 정렬 타겟(112)의 중심을 용이하게 검출할 수 있도록 두 개의 이미지들을 간섭 측정으로 재조합한다. 간섭계(116)에 의해 설정된 회전 중심을 통과하는 광학 광선은 센서 정렬 축(118)을 정의한다.
검출기(120)는 이미지 회전 간섭계(116)로부터 전자기 방사선을 수신한다. 검출기(120)는 이후 하나 이상의 신호들을 신호 분석기(122)에 제공한다. 신호 분석기(122)는 정렬 타겟(112)의 중심이 결정될 때 기판 테이블(WT)의 위치가 알려지도록, 기판 테이블(WT) 또는 그것의 위치 센서(IF)에 커플링된다. 따라서, 정렬 타겟(112)의 위치는 기판 테이블(WT)을 참조하여 정확하게 알려진다. 대안적으로, 정렬 센서(100)의 위치는 정렬 타겟(112)의 중심이 정렬 센서(100)를 참조하여 알려지도록 알려질 수 있다. 따라서, 정렬 타겟(112)의 중심의 정확한 위치는 기준 위치에 대해 알려진다.
일 실시예에서, 조명 소스(104)는 4색 레이저 모듈 어셈블리(LMA) 및 편광된 멀티플렉서(PMUX)를 포함한다. LMA는 4개의 구별되는 레이저 빔들을 생성하도록 구성된다. 예컨대, LMA(30)는 532nm의 녹색 파장의 방사선 빔, 633nm의 적색 파장의 방사선 빔, 780nm의 근적외선 파장의 방사선 빔 및 850nm의 원적외선 파장의 방사선 빔을 생성할 수 있다. 편광된 멀티플렉서는 LMA에 의해 생성된 상기 4개의 레이저 빔들을 정렬 시스템(100)을 위한 조명 소스로서 작용하는 단일 편광된 빔으로 다중 송신하도록 구성된다.
고휘도를 갖는 방사선 소스는, 패터닝 디바이스 및/또는 기판의 정렬을 측정하는 단계, 산란 측정 등과 같은 리소그래피의 다양한 프로세스들에 바람직하다. 방사선 소스가 공칭 파장 주위의 광대역의 스펙트럼 폭을 가지는 것이 바람직하며 그 스펙트럼 폭은 조정 가능하고 안정적이다. 또한, 방사선 소스가 상이한 대역폭들을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 방사선 소스가 타겟 피처 크기, 박막 화학(예컨대, 포토레지스트, 반사 방지 코팅 등), 하나 이상의 박막 광학 특성(예컨대, 굴절률, 투과율 등), 및/또는 리소그래피 프로세스에서 사용되는 하나 이상의 박막 적층 특성(예컨대, 두께)에 따라 다양한 상이한 컬러들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 부가적으로, 방사선 소스는 예컨대, 의사 또는 고스트 반사들로부터의 가간섭성 간섭 효과(coherence interference)를 감소시키기 위해 짧은 간섭 길이를 갖는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 공칭 파장 주위의 상대적으로 광대역의 스펙트럼 폭을 갖는 방사선 소스가 제공된다. 일 실시예에 따르면, 상기 방사선 소스는 테이퍼드 광섬유의 입력 단부에 방사선 (연속파 및/또는 주기적 광 펄스 트레인의 형태로 펄스화 된)을 출력하는 레이저를 커플링하는 것에 의해 그리고 테이퍼드 광섬유의 출력 단부에서의 출력 방사선이 500nm 내지 900nm (또는 그 이상)에서 선택되는 스펙트럼 폭, 예컨대 500nm 내지 900nm 스펙트럼 영역을 포함하는 스펙트럼 폭을 갖도록, 테이퍼드 광섬유의 방사선을 스펙트럼 확장하는 것에 의해 제공된다.
이러한 스펙트럼 폭을 달성하기 위해, 레이저의 파라미터 및/또는 테이퍼드 광섬유의 파라미터가 변조될 수 있다. 예컨대, 파장, 평균 전력, 피크 전력, 펄스 폭, 펄스 분리, 펄스 반복률 또는 이들로부터 선택된 임의의 조합과 같은 레이저의 파라미터는 출력 방사선의 스펙트럼 폭을 제공하도록 조정될 수 있다. 일례로서, 섬유의 비정상적인 분산에 사용되는 레이저 파장을 배치하고 레이저 방사선의 솔리톤 기반의 스펙트럼 확장을 용이하게 하기 위해 테이퍼 웨이스트의 폭(예컨대, 직경)과 같은, 테이퍼드 광섬유의 파라미터는 섬유의 분산을 제어하기 위해 변조될 수 있다. 즉, 그룹 속도 분산(GVD, group velocity dispersion)은 적절한 테이퍼 웨이스트 단면 크기(예컨대, 직경 또는 폭)를 갖는 가시광 또는 근적외선 파장에서 변칙적일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 코어 및/또는 피복 단면 크기(예컨대, 직경) 및/또는 길이와 같은 섬유의 전이 섹션(비-테이퍼드 섹션과 테이퍼 웨이스트 사이) 및/또는 비-테이퍼드 섹션의 하나 이상의 디멘전들은, 시스템의 송신, 생성된 스펙트럼 폭, 및/또는 출력 빔의 공간 모드 품질과 같은 시스템의 성능을 개선 및/또는 최대화하도록 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 방사선 소스는 두 개 이상의 레이저들을 테이퍼드 광섬유의 입력 단부에 커플링함으로써 제공된다. 두 개 이상의 레이저들 각각은 연속 또는 펄스 방사선을 제공한다. 일 실시예에서, 두 개 이상의 레이저들은 각각 500nm 내지 900nm 스펙트럼 범위 내의 파장을 가지며, 500nm 내지 900nm (또는 그 이상)의 스펙트럼 영역 내에서 광폭의 스펙트럼 방사선을 생성하는데 사용된다. 두 개 이상의 레이저들의 사용은 시스템의 출력 전력을 향상시킬 수 있고 레이저들에 관해를 다중성을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 검출기 시스템의 스펙트럼 응답 내의 파장들을 갖는 다수의 레이저들은 검출기에 필요한 전력, 스펙트럼 폭, 및/또는 신뢰도를 달성하기 위해 동시에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 출력들은 사용된 레이저들의 파장들 및/또는 편광들에 따라 이색성의 또는 편광 결합기로 테이퍼드 섬유에 대해 결합된다. 일부 예들에서, 두 개 이상의 레이저들은 상이한 편광들을 가질 수 있고 편광 결합기로 결합된다. 일부 예들에서, 두 개 이상의 레이저들은 적어도 하나의 이색성의 미러로 결합된 상이한 공칭 파장들을 가질 수 있다.
도 6은 예컨대 500 nm 내지 900 nm 스펙트럼 영역을 포함하는, 500 nm 내지 900 nm에서 선택되는 스펙트럼 폭을 갖는 짧은 가간섭성 길이 방사선 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 시스템(600)은 하나 이상의 광학 요소들(620)을 통해 테이퍼드 광섬유(630)에 (예컨대, 주기 펄스 트레인의 형태로) 입력 방사선(615)을 제공하는 방사선 소스(610)를 포함한다. 일 실시예에서, 입력 방사선(615)은 자유 공간에 제공된다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 500 nm 내지 900 nm에서 선택된 하나 이상의 파장들의 방사선을 출력하는 레이저(예컨대, Ti-사파이어 레이저(Ti-sapphire laser), 알렉산드라이트 레이저(Alexandrite laser), 루비 레이저(ruby laser), 프라세오디뮴 기반 레이저(praseodymium-based laser), Nd:YAG 또는 Er:Yd 레이저와 같은 주파수 증배 적외선 레이저, 가시광 또는 근적외선 NIR 레이저 다이오드 등)를 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 약 780nm의 공칭 파장에서 동작하는 자유 공간 펄스 레이저(예컨대, Ti-사파이어 펄스 레이저)를 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 자유 공간 편광 결합기로 결합된 상이한 편광들을 갖는 두 개 이상의 레이저들(예컨대, Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 루비 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, Nd:YAG 또는 Er:Yd 레이저와 같은 주파수 증배 적외선 레이저, 가시광 또는 근적외선 NIR 레이저 다이오드)을 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 적어도 하나의 이색성 미러(dichroic mirror)로 결합된 상이한 파장들을 갖는 두 개 이상의 레이저들(예컨대, Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 루비 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, Nd:YAG 또는 Er:Yd 레이저와 같은 주파수 증배 적외선 레이저, 가시광 또는 근적외선 NIR 레이저 다이오드)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 경우에, 하나 이상의 광학 요소들(620)은 예컨대 콜리메이터(collimator) 및/또는 커플링 렌즈(coupling lense)를 포함한다. 일 실시예에서, 입력 방사선(615)은 광섬유에 제공된다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 약 780nm의 공칭 파장에서 동작하는 섬유 레이저(예컨대, 주파수 증배 에르븀 파이버(섬유, fiber) 레이저)를 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 적어도 하나의 섬유-기반 편광 빔 결합기에 의해 결합된 상이한 편광들을 갖는 두 개 이상의 섬유 레이저들(예컨대, 주파수가 증배 에르븀 파이버 레이저들)을 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 소스(610)는 다중화 모듈 또는 적어도 하나의 섬유 커플러로 결합된 상이한 파장들을 갖는 두 개 이상의 섬유 레이저들(예컨대, 주파수 증배 에르븀 파이버 레이저들)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 경우에, 하나 이상의 광학 요소들(620)은 예컨대, 광 커넥터를 포함할 수 있다.
출력 방사선(665)은 테이퍼드 광섬유(630)의 출력에서 획득된다. 이후, 출력 방사선(665)은 예컨대 콜리메이터, 렌즈, 프리즘, 격자, 에탈론(etalon), 스펙트럼 필터, 또는 다른 광학 요소를 포함할 수 있는 출력 광학기들(670)에 제공된다. 일 실시예에서, 출력 방사선의 스펙트럼 내에 위치된 통과 대역 파장(들)을 갖는, 공간 필터링으로 커플링된 격자 또는 프리즘과 같은 스펙트럼 분산 광학기, 에탈론, 또는 스펙트럼 필터와 같은, 파장 스펙트럼 분산 광학 소자와 같은 파장 감응 광학기들은, 다운스트림(downstream)에서 사용하기 위해 스펙트럼 확장된 방사선의 파장 및 스펙트럼 폭을 선택 및/또는 제어하기 위한 섬유 뒤에 배치될 수 있다. 따라서 일 실시예에서, 출력 방사선의 파장 및/또는 스펙트럼 폭을 감소 및/또는 제어하기 위해 테이퍼드 광섬유(630)의 출력에서 또는 상기 출력의 다운스트림(downstream)에서 대역 통과 필터가 제공된다. 예컨대, 스펙트럼 폭은 원하는 것보다 클 수 있으며, 대역 통과 필터는 스펙트럼 폭을 감소시키거나 출력 스펙트럼 폭의 임의의 스펙트럼 폭을 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 대역 통과 필터는 상이한 양의 필터링을 제공하기 위해 상이한 파장들에서 조정 가능하다. 조정 가능한 필터의 일례로서, 각각의 필터가 상이한 파장 또는 스펙트럼 폭의 양에 특정한, 복수의 필터들 중 선택된 하나를 빔 경로에 놓기 위한 교환기가 제공될 수 있다. 교환기는 상이한 필터들을 빔 경로 내로 회전시키는 회전 휠일 수 있다. 출력 광학기(670)로부터의 방사선(680)은 이후 예컨대 광학 측정에 사용하기 위해 기판(W) 상의 타겟에 제공된다.
일 실시예에서, 입력 방사선(615)의 공칭 파장은 광 센서가 설계되는 하나 이상의 파장들(일 실시예에서는, 복수의 파장들)과 일치하거나, 또는 그보다 더 짧다. 광 센서의 하나 이상의 파장들을 설계하는 또는 그 근처의 공칭 파장을 갖는 레이저의 스펙트럼 확장은 센서를 위한 광대역의 스펙트럼 폭의 방사선을 생성하는, 보다 직접적이고, 효율적이며, 신뢰성 있는 수단을 제공한다. 바꾸어 말하면, 센서에 의해 요구되는 하나 이상의 파장들에서의 또는 그보다 짧은 공칭 파장을 갖는 레이저의 스펙트럼 확장은 포함되는 보다 지배적이고 효율적인 비선형 광학 프로세스들로 인해 보다 긴 파장의 레이저보다 일반적으로 더 효율적이고 안정적이다.
상술한 바와 같이, 방사선 소스(610)는 하나 이상의 펄스 레이저들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 펄스 레이저들 각각은 레이저에 의해 방출된 방사선의 단일 펄스의 지속 기간인 펄스 폭, 및 단위 시간당 레이저에 의해 방출된 총 에너지를 측정하는 평균 전력을 특징으로 한다. 펄스 레이저를 특성화할 수 있는 추가적인 파라미터들은 피크 펄스 전력, 펄스 분리 또는 펄스 반복 주파수를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 다양한 펄스 레이저들은 수 펨토초(fs)만큼 짧거나 또는 더 짧거나 또는 10 피코초(ps)만큼 긴 펄스 폭을 가질 수 있다. 평균 레이저 전력은 약 1mW에서 약 10W까지 달라질 수 있다. 또한, 펄스 레이저로부터의 펄스의 반복률은 약 1kHz에서 100MHz 이상까지 달라질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 테이퍼드 광섬유(630)는 제1 비-테이퍼드 영역(640), 제1 전이 영역(645), 테이퍼드 영역(650), 제2 전이 영역(655), 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)을 포함한다. 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 코어 단면 크기(예컨대, 직경)는 약 10 ㎛ 이하이다. 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 피복 단면 크기(예컨대, 직경)는 약 140 ㎛ 이하이다. 따라서 일 실시예에서, 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 코어 상부의 피복의 두께는 약 65㎛ 이하이다. 실시 예에서, 제1 비-테이퍼드 영역(645)의 길이는 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 길이와 동일하다. 일 실시예에서, 제1 비-테이퍼드 영역(645)의 길이는 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 길이와 다르다.
제1 전이 영역(645)은 제1 비-테이퍼드 영역(640)을 테이퍼드 영역(650)에 커플링하도록 구성된다. 마찬가지로, 제2 전이 영역(655)은 테이퍼드 영역(650)을 제2 비-테이퍼드 영역(660)에 커플링하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제1 전이 영역(645) 및 제2 전이 영역(655)의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm이다. 일 실시예에서, 제1 전이 영역(645)의 길이는 제2 전이 영역(655)의 길이와 동일하다. 일 실시예에서, 제1 전이 영역(645)의 길이는 제2 전이 영역(655)의 길이와 다르다.
테이퍼드 영역(650)은 입력 방사선(615)이 출력 방사선(665)으로 주로 스펙트럼 확장되는 곳이다. 테이퍼드 영역(650)의 길이는 약 10cm 내지 약 50cm이다. 때때로, 테이퍼드 영역(650)의 길이는 테이퍼드 광섬유(630)의 임계 길이로 언급된다. 테이퍼드 영역(650)의 단면 크기(예컨대, 직경)는 약 1.0㎛ 내지 약 2.5㎛이다. 일 실시예에서, 테이퍼드 영역(650)의 단면 크기는 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 코어 단면 크기보다 작다. 일 실시예에서, 테이퍼드 영역(650)은 대기 (즉, 어떠한 외부 물질도 없는)에 노출되거나 (예컨대, 얇은 테이퍼드 영역을 지원하기 위해) 그 주위에 제공되는 재료를 가질 수 있다. 테이퍼드 영역(650)이 그 주위의 재료를 갖는 경우, 테이퍼드 영역(650)은 코어로 간주될 수 있다.
충분히 높은 스펙트럼 확장을 달성하기 위해, 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역(650)에 높은 강도의 방사선이 제공되어야 한다. 상술한 바와 같이, 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)의 코어 단면 크기는 테이퍼 영역(650)의 단면 크기보다 크다. 이것은 제1 비-테이퍼드 영역(640) 및 제2 비-테이퍼드 영역(660)에서의 방사선 강도들이, 상기 강도가 빔 스폿 단면 크기(예컨대, 직경)의 제곱에 반비례하기 때문에, 테이퍼드 영역(650)의 방사선 강도로부터 상당히 감소되도록 설계된다. 그 결과, 테이퍼드 광섬유(630)의 입력 패싯(facet) 및 출력 패싯에서 광학 손상의 위험이 감소된다. 일 실시예에서, 섬유 입력 및/또는 출력 패싯에서의 광학 손상의 위험은 그들 상에 용융된(fused) 캡슐화 또는 테이퍼드 광섬유 (예컨대, 테이퍼가 입력 패싯 쪽으로 감소되거나 테이퍼가 출력 패싯으로부터 멀리 연장되는 곳)로 더 감소될 수 있다. 스펙트럼 확장을 위해 사용되는 테이퍼드 섬유(630)의 비-테이퍼드 입력 단부(640)에 용융된 테이퍼드 광섬유는 또한 테이퍼드 광섬유에 레이저 빔을 커플링시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 입력/출력 단부에 용융된 테이퍼드 광섬유의 비-테이퍼드 영역은 다른 표준 광섬유들과의 및/또는 업스트림/다운스트림 광학기와의 인터페이싱을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 스펙트럼 확장은 공칭 파장에 대해 0.5 nm보다 큰 스펙트럼 폭을 초래한다. 일 실시예에서, 스펙트럼 확장은 공칭 파장에 대해 2 nm보다 큰 스펙트럼 폭을 초래한다.
일 실시예에서, 출력 방사선(665)의 스펙트럼 폭은 비교적 넓다. 일 실시예에서, 스펙트럼 확장은 초연속체(supercontinuum)를 초래한다. 일 실시예에서, 상기 초연속체는 공칭 파장에 대해 약 350nm 이상, 400nm 이상, 500nm 이상, 또는 900nm 이상의 스펙트럼 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 초연속체는 약 500 nm 내지 900 nm의 범위로부터 선택된 스펙트럼 폭을 갖는다.
일 실시예에서, 스펙트럼 폭은 공칭 파장에 대해 대칭이다. 일 실시예에서, 스펙트럼 폭은 공칭 파장에 대해 비대칭이다. 일 실시예에서, 스펙트럼 폭이 비대칭인 경우, 스펙트럼 폭의 약 5 % 이하, 약 10 % 이하, 약 20 % 이하, 약 30 % 이하, 또는 약 40 % 이하는 공칭 파장보다 좁다.
강도 변조된 레이저 방사선 또는 펄스 레이저 방사선의 경우, 방사선 강도에 따라 변화하는 굴절률을 갖는 비선형 광학 매질, 즉 광학 커 효과(optical Kerr effect)에서 (즉, 특히 테이퍼드 광섬유의 테이퍼 영역에서) 자기 위상 변조(self-phase modulation, SPM)라 불리는 비선형 광학 프로세스가 발생될 수 있다. 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역에서 발생하는 SPM은 식 (1)에 의해 수학적으로 설명될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, n은 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역에서의 강도 변화 굴절률이고, n0는 테이퍼드 광섬유의 공칭 굴절률이며, n2는 광섬유의 테이퍼드 영역에서의 전기-광학 계수이며, I는 테이퍼드 영역의 강도이다. 상기 전기-광학 계수는 섬유의 재료에 특정하다. 예컨대 실리카(silica)는 약 3.2 x 10-20 m2/W의 전기-광학 계수를 갖는다. 파장 주파수(k)를 갖는 섬유 길이(L)에 대한 위상 변화(ΔΦ)는 다음과 같다:
Figure pct00002
그리고 그에 따른 주파수 확장(Δv(t))은 다음과 같다:
Figure pct00003
여기서 λ는 입력 레이저 방사선의 파장이다.
따라서, 일반적으로, 스펙트럼 확장의 양은 테이퍼드 광섬유의 임계 길이(L) (즉, 테이퍼드 광섬유(630)의 테이퍼드 영역(650)의 길이)에 비례하고, 예컨대, 주어진 펄스 에너지를 갖는 더 짧은 펄스들에 대해 더 크며, 여기서 시간의 강도 변화율은 더 빠르다. 따라서, 시스템에서 생성된 스펙트럼 확장된 방사선의 상이한 대역폭들 및 전력들은 레이저의 전력, 레이저의 펄스 폭, 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역의 단면 크기 및/또는 테이퍼드 광섬유의 임계 길이(즉, 테이퍼드 영역의 길이)를 변경시킴으로서 달성될 수 있다. 출력 방사선의 스펙트럼 폭은 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역의 보다 긴 길이(L) 및/또는 보다 높은 입력 펌프 전력으로 증가될 수 있다. 확실히, 상기 식들의 비례의 원칙들은 일반적으로 초연속체 스펙트럼 확장에 대해 유지되어야 하지만, 상기 식들로부터의 실제 결과들은 예컨대, 테이퍼 웨이스트(waist)의 치수들(dimensions)에 의해 제어되는 테이퍼드 섬유의 비정상적인(anomalous) 분산 영역 내의 공칭 레이저 파장(들)에 의해 생성된 솔리톤 기반의 비선형 광학 프로세스들의 비선형성으로 인해 초연속체 스펙트럼 확장에 대한 정확한 결과를 얻을 수 없다. 일반적으로, 테이퍼드 섬유(650)의 비정상적인 분산 영역은 테이퍼드 섬유 웨이스트 단면 크기(예컨대, 직경)가 감소함에 따라 보다 짧은 파장으로 이동될 것이다.
충분히 높은 강도들에서 그리고 적절한 상호 작용 길이들로, SPM의 비선형 효과들은 교차 위상 변조(cross-phase modulation, XPM), 변조 불안정성 분석(modulation instability, MI), 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering, SRS), 및/또는 사광파 혼합(four-wave mixing, FWM)과 같은 다른 비선형 프로세스들에 의해 향상될 수 있다. 이러한 프로세스들은 100nm 를 초과하여 추가적인 스펙트럼 확장을 가져와 초연속체 방사선 출력을 생성할 수 있다. 예컨대, 초연속체 확장을 생성하기 위해, 테이퍼드 광섬유의 임계 길이(즉, 테이퍼드 영역의 길이)는 길 것이고, 레이저 입력 방사선 전력은 높을 것이며 그리고/또는 펄스 길이는 짧을 것이다.
라만 산란에서, 입력 레이저 주파수로부터 하향 시프트 된 (상향 시프트 된) 주파수들을 갖는 스토크스(Stokes) (반 스토크스(anti-Stokes)) 방사선이라고 불리는 방사선이 레이저 방사선에서 생성된다. 매질의 레이저 강도와 상호 작용 길이가 충분하면, 스토크스 방사선은 SRS의 경우에 입력 에너지를 증가시키고 고갈시킬 수 있다. SRS 프로세스들의 캐스케이드(cascade)는 더 낮은 주파수의 방사선을 생성한다. 강렬한 입력 및 스토크스 방사선 모두가 존재할 때, 반 스토크스 방사선은 입력 주파수로부터 상향 시프트 된 주파수들로 SRS 동안 생성될 수 있다. 주파수 시프트들은 매질의 진동 모드들에 따라 다르다.
라만 산란 외에, 전체 에너지가 보존되는 새로운 방사선 필드를 생성하기 위해 다중 방사선 필드들이 상호작용하고 그리고 방사선 필드들의 위상 정합(phase matching)이 이루어지는 사광파 혼합(FWM) 프로세스로 추가적인 주파수가 생성될 수 있다. 또한, SPM 및 XPM에 의한 방사선의 스펙트럼 확장은 방사선의 스펙트럼을 확장하고 합성시켜 광폭의 스펙트럼을 형성할 수 있다.
라만 이득 계수(gr), 직경(d) 및 감쇠 계수(α)를 갖는 광섬유 내의 SRS에 대한 임계 방사선 강도(Pth)는 식 (5)와 함께 식 (4)와 같이 근사화된다:
Figure pct00004
Figure pct00005
그러나 테이퍼드 광섬유(650)의 비정상적인 분산 영역 내의 공칭 레이저 파장(들)에있어서, 레이저 빔의 스펙트럼 확장은 관련 비선형 광학 프로세스들 및 솔리톤들의 존재로 인해 테이퍼드 섬유(650) 웨이스트에서 초연속체 생성에 의해 지배될 것이다.
테이퍼드 광섬유로의 레이저 방사선의 커플링에 의해 달성되는 스펙트럼 확장은 레이저 방사선의 공칭 파장 주위에서 대칭이 아닐 수 있음을 주목해야 한다. 이러한 스펙트럼 확장을 통해 얻어진 스펙트럼 범위는 상술한 수학적 방정식들 및/또는 광학 메커니즘에 의해 결정될 수 있다. 그러나 대칭적인 스펙트럼 확장은 일부 실시예들에서 적절한 파라미터 값들을 사용하여 또는 적절한 다운스트림 스펙트럼 필터링/선택 광학기들에 의해 달성될 수있다.
방사선의 가간섭성 길이는 그 스펙트럼 폭에 반비례한다. 따라서 레이저로부터의 방사선의 스펙트럼 폭을 확장함으로써, 방사선의 가간섭성 길이는 단축될 수 있다. 예컨대, 약 750 미크론 미만의 가간섭성 길이를 얻을 수 있다. 예컨대, 약 400 미크론 내지 약 750 미크론의 범위로부터 선택된 가간섭성 길이를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 약 0.5mm 미만의 가간섭성 길이를 얻을 수 있다. 예컨대, 짧은 가간섭성 길이는 예컨대, 정렬 동안 존재하는 의사 또는 고스트 반사들의 간섭 효과들을 감소시킬 수 있기 때문에 유리하다. 다양한 실시예들에서, 방사선의 가간섭성 길이는 약 400 ㎛ 내지 약 750 ㎛의 범위에서 선택된다. 명백하게, 실제 가간섭성 길이는 입력 방사선(예컨대, 녹색 파장의 방사선)의 공칭 파장 및 가간섭성 길이, 및 본 명세서에 서술된 바와 같이 달성된 스펙트럼 확대뿐만 아니라, 광학 정렬 센서 시스템을 위한 다운스트림 광학기들에 의해 선택된 스펙트럼 폭에 의해 결정될 것이다.
일 실시예에서, 레이저의 공칭 파장을 확대하기 위해 사용된 본 명세서에 기술된 테이퍼드 광섬유 및 레이저는 광학 센서, 예컨대, 정렬 검출기의 광학 센서와 같은 리소그래피 애플리케이션을 위한 광학 센서에서 가간섭성 오프셋 효과들을 유리하게 감소시킬 수 있다. 예컨대, 정렬 센서는 가시광에서 밝고 짧은 가간섭성 길이 방사선을 필요로 할 수 있고, 본 명세서에 기술된 바와 같은 확장은 그러한 밝고 짧은 가간섭성 길이 방사선에 의해 야기된 그러한 센서에서의 가간섭성 효과들을 감소시킬 수 있다. 가간섭성 오프셋 효과들은 예컨대, 센서 내의 광학 요소들 사이의 공동들(cavities)로부터 발생한다. 이러한 공동들은 대체로 보정가능하지 않을 수 있으며 따라서 상기 확장은 이를 보상할 수 있다. 기술된 바와 같은 상기 짧은 가간섭성 길이 및 확장은 그러한 가간섭성 효과들로부터 발생하는 정렬 오프셋의 15 pm 또는 그 이상을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 방사선 소스의 스펙트럼 폭은 예컨대, 입력 방사선의 하나 이상의 파라미터들을 변조함으로써 신뢰성 있고 용이하게 변조될 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 폭은 펄스 폭을 감소시킴으로써(즉, 강도의 변화율을 증가시킴으로써), 또는 입력 방사선의 강도를 증가시킴으로써 증가될 수 있거나 또는 스펙트럼 폭은 펄스 폭을 증가시킴으로써(즉, 방사선 강도의 변화율을 감소시킴으로써), 또는 입력 방사선의 강도를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 스펙트럼 폭은 테이퍼드 광섬유의 임계 길이(즉, 테이퍼드 영역의 길이)를 증가시킴으로써 또는 테이퍼드 광섬유(특히 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역에서)의 전기-광학 계수를 증가시킴으로써 증가될 수 있으며, 또는 테이퍼드 광섬유의 임계 길이(즉, 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역의 길이)를 감소시킴으로써 또는 테이퍼드 광섬유(특히, 테이퍼드 광섬유의 테이퍼드 영역에서)의 전기-광학 계수를 감소시킴으로써 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 테이퍼드 광섬유(630)는 통상의 실리카 계 광섬유, 예컨대 원통형의 단면을 갖는 표준 스텝 인덱스 또는 그레이형 인덱스 광섬유를 가열 및 연신함으로써 형성된다. 상기 통상의 실리카 계 광섬유는 단일 모드 섬유, 소수 모드 섬유, 또는 다중 모드 섬유일 수 있다.
일 실시예에서, 테이퍼드 광섬유(630)는 단일 광학 모드 또는 복수의 광학 모드들을 지원한다. 일 실시예에서, 테이퍼드 광섬유(630)는 하나 이상의 재료들, 예컨대 도핑되지 않은 또는 도핑된 실리카, 플루오로지르코네이트(fluoroziconate), 플루오로알루미네이트(fluoroaluminate), 칼코게나이드 글래스(chalcogenide glass), 플라스틱 또는 방사선 강도에 따라 달라지는 굴절률을 갖는 임의의 다른 재료로부터 제조될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 광폭의 스펙트럼 및 짧은 가간섭성 길이는 비선형 프로세스에 의해 방사선을 생성하기 위해 방사선을 테이퍼드 광섬유 내로 펌핑(pumping)함으로써 동시에 획득될 수 있다. 즉, 방사선은, 테이퍼드 광섬유의 복잡한 분산 특성들 및 높은 방사선 강도 변화율로 인한 하나 이상의 비선형 광학 프로세스들이 테이퍼드 광섬유 내의 입력 방서선의 파장의 양측에서 광폭의 스펙트럼 또는 방사선의 초연속체를 생성하는, 작은 테이퍼 웨이스트를 갖는 테이퍼드 광섬유 내로 결합된다. 특히, 일 실시예에서, 가시광 및/또는 근적외선 영역(예컨대, 상기 500-900nm 영역)의 광폭의 스펙트럼 방사선은 테이퍼드 광섬유에서 비선형 프로세스를 사용하여 생성된다. 일 실시예에서, 가시광 또는 근적외선 영역에서 출력 파장을 갖는 (및 예컨대, 짧은 피코 초 또는 펨토초 펄스를 가지는) 레이저 방사선 및 테이퍼드 광섬유를 사용하여 방사선이 생성된다. 일 실시예에서, 상기 생성된 방사선은 초연속체이다.
일 실시예에서, 예컨대 출력 방사선의 스펙트럼 내가 아닌 또는 가시광 외부의 방사선 보다는 출력 방사선의 스펙트럼 내의 또는 가시광 스펙트럼의 입력 방사선을 사용함으로써, 출력 방사선의 스펙트럼 내에서 또는 그렇지 않은 경우에, 출력 방사선(예컨대, 가시광 방사선의 스펙트럼)의 전력 스펙트럼의 불안정성 또는 노이즈는 그러한 불안정성 또는 노이즈가 초연속체의 생성을 담당하는 근본적인 비선형 광학 프로세스의 동력학으로 인해 출력 방사선과 입력 방사선 사이의 파장 차이에 따라 증가하는 경향이 있기 때문에 감소될 수 있다. 이는 출력 방사선 스펙트럼(예컨대, 가시광 또는 500-900nm 영역)에서 사용하기 위해 설계된 측정 시스템 검출기의 성능을 향상시킬 수 있다.
펌프 레이저 방사선의 비선형 광학 스펙트럼 확장을 제공하기 위한 테이퍼드 광섬유의 사용은 예컨대 보다 복잡하고 및/또는 높은 비용의 솔루션들과 비교하여, 비용을 감소시키며, 간단함을 향상시키고, 신뢰성을 향상시키며, 및/또는 시스템의 설계의 유연성을 제공한다. 테이퍼드 광섬유를 사용하면 성능이 확장 가능하고 측정 센서의 성능 및 신뢰성 요구 사항들을 만족/충족시킬 수 있는 시스템을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 상기 시스템은 테이퍼 웨이스트의 길이 및/또는 단면 크기(예컨대, 직경)와 같은, 테이퍼드 광섬유의 하나 이상의 파라미터들 및/또는 펌프 방사선 파장, 평균 전력, 펄스 지속 시간 및/또는 펄스 반복률과 같은, 펌프 레이저 방사선의 하나 이상의 파라미터들을 최적화함으로써 설계 측면에서 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 출력 방사선은 정렬 센서의 스펙트럼 범위 내 또는 근방에 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 일반적인 실리카 계 섬유가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선의 광 강도를 감소시키기 위해 (그리고 따라서, 예컨대 광학 손상의 가능성을 줄이고 시스템의 신뢰성을 향상시키기 위해) 테이퍼드 광섬유의 입력 패싯 상에 엔드캡(endcap)을 용융시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 예컨대 시스템의 출력 전력을 증가시키기 위해, 가시광 내의 두 개의 연속적으로 편광된 레이저들은 편광 결합기를 사용하여 결합되어 펌프 방사선을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상이한 출력 파장들을 갖는 다중 펌프 레이저들은 하나 이상의 이색성(dichroic) 미러들을 사용하여 결합될 수 있다. 복수의 레이저들을 사용함으로써, 예컨대, 펌프 레이저 중복(pump laser redundancy)을 가능하게 함으로써, 시스템의 수명/신뢰성이 증가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 레이저 방사선은 녹색 파장을 갖는 방사선을 생성하는 레이저, 예컨대 약 780 nm 레이저, Ti-사파이어 레이저, 또는 주파수 증배 에르븀 레이저에 의해 방사선을 생성하는 펌프 레이저에 의해 생성된다.
레이저들은 널리 이용 가능하다. 또한, 테이퍼드 광섬유는, 예컨대 일반적인 광섬유를 가열 및 연신함으로써 비교적 용이하게 제조될 수 있다. 그러므로, 짧은 가간섭성 길이를 제공하기 위해 하나 이상의 레이저들 및 테이퍼드 광섬유를 사용하여, 공칭 가시광 파장 주위의 광대역의 스펙트럼 폭 방사선은 ASML의 SMASH 정렬 센서와 같은 측정 장치에서 방사선의 스펙트럼 폭을 확장하기 위한 효율적이고 신뢰성 있고 그리고 조정 가능한 수단을 유리하게 제공하면서 기존의 측정 시스템 설정에 대한 방해를 유리하게 최소화할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 정렬 센서와 같은 측정 장치에 대한 500-900nm의 광대역의 스펙트럼 폭 방사선은 테이퍼드 섬유 내의 초연속체 생성(supercontinuum generation, SCG)에 의해 생성된다. 상대적으로 단순하고 다목적의 테이퍼드 섬유 설계에서, 테이퍼드 섬유의 비정상적인 분산은 예컨대, 사용된 레이저(들)의 파장들과 관련하여 테이퍼 웨이스트 치수를 조작함으로써 조정될 수 있다. 솔리톤 기반의 비선형 광학 프로세스들은 초연속체 생성에 유용하며 그들은 비선형 매질의 비정상적인 분산 영역에서 레이저(들)를 작동시킴으로써 촉진된다. 실제로, 그룹 속도 분산(GVD)은 적절한 테이퍼 웨이스트 치수(예컨대, 직경)를 갖는 가시광 파장에서 변칙적일 수 있다. 따라서, 측정 장치의 센서의 스펙트럼 영역 내의 레이저(들)는 성능(예컨대, 효율, 노이즈, 스펙트럼 범위 등)을 향상 시키는데 사용될 수 있다. 그리고 일 실시예에서, 하나 이상의 레이저가 더 우수한 신뢰성(레이저들에서의 중복과 함께) 및/또는 성능을 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 측정 장치가 제공되며, 상기 측정 장치는, 방사선을 수신하기 위한 입력을 가지며 측정 타겟을 향해 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 출력을 갖는 테이퍼드 광섬유로서, 상기 입력에서 수신된 상기 방사선을 스펙트럼 확장시키도록 구성된 상기 테이퍼드 광섬유; 및 상기 측정 타겟으로부터 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 코어에서 상기 방사선을 수신하기 위한 비-테이퍼드(untapered) 영역과 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 테이퍼드 영역을 포함하며, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 상기 비-테이퍼드 영역의 상기 코어의 단면 크기보다 작다. 일 실시예에서, 상기 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기 및/또는 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 수신하기 위한 상기 테이퍼드 광섬유의 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기는 약 10 ㎛ 이하이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 약 2.5㎛ 이하이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 영역의 길이는 약 10cm 내지 약 50cm이다. 일 실시예에서, 제1 전이 영역이 상기 비-테이퍼드 영역과 상기 테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제1 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 5cm이다. 일 실시예에서, 제2 전이 영역이 상기 테이퍼드 영역과 추가의 비-테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제2 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 그것에 입사하는 방사선의 강도에 따라 변화하는 굴절률을 갖는 재료를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 적어도 하나의 광학 모드를 지원한다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 상기 수신된 방사선은 가시광 또는 근적외선의 공칭 파장을 갖는 레이저에 의해 발생되고, 상기 출력 방사선은 가시광 또는 근적외선이다. 일 실시예에서, 상기 레이저는 펄스 레이저이다. 일 실시예에서, 상기 레이저는 Ti-사파이어 레이저(Ti-sapphire laser), 알렉산드라이트 레이저(Alexandrite laser) 또는 프라세오디뮴 기반 레이저(praseodymium-based laser)이다. 일 실시예에서, 상기 레이저는 주파수 증배(frequency doubled) 에르븀(erbium) 레이저 또는 가시광 또는 근적외선 레이저 다이오드이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 상기 수신된 방사선은 두 개 이상의 레이저들로부터의 방사선의 결합이다. 일 실시예에서, 상기 두 개 이상의 레이저들은 Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, 주파수 증배 에르븀 레이저, 가시광 레이저 다이오드, 및/또는 근적외선 레이저 다이오드로부터 선택된 하나 이상이다. 일 실시예에서, 상기 장치는 상기 출력 방사선이 500nm 내지 900nm 범위(regime) 내의 스펙트럼 폭을 갖도록 상기 레이저의 파라미터를 변조하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함한다. 일 실시예에서, 상기 파라미터는 평균 전력, 피크 전력, 펄스 폭, 펄스 반복률, 또는 이들로부터 선택된 임의의 조합이다. 일 실시예에서, 상기 장치는 상기 출력 방사선의 상기 스펙트럼 폭을 감소시키기 위해 및/또는 제어하기 위해, 상기 테이퍼드 광섬유의 출력에서 또는 상기 테이퍼드 광섬유의 다운스트림에서 대역 통과 필터를 더 포함한다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 스텝 인덱스(step index) 또는 그레이형 인덱스(graded index) 광섬유를 가열 및 연신(stretch)함으로써 형성된다. 일 실시예에서, 상기 검출기 시스템은 상기 출력 방사선의 상기 재지향된 부분에 응답하여 두 개 이상의 대상물(object)들의 정렬을 결정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 출력 방사선을 생성하기 위해 수신된 방사선을 테이퍼드 광섬유를 사용하여 스펙트럼 확장하는 단계; 상기 출력 방사선을 측정 타겟 상으로 제공하는 단계; 및 검출기 시스템에서 상기 측정 타겟으로부터의 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 코어에서 상기 방사선을 수신하기 위한 비-테이퍼드 영역과 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 테이퍼드 영역을 포함하며, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 상기 비-테이퍼드 영역의 상기 코어의 단면 크기보다 작다. 일 실시예에서, 상기 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기 및/또는 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 수신하기 위한 상기 테이퍼드 광섬유의 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기는 약 10 ㎛ 이하이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 약 2.5㎛ 이하이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 영역의 길이는 10cm 내지 50cm이다. 일 실시예에서, 제1 전이 영역이 상기 비-테이퍼드 영역과 상기 테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제1 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 5cm이다. 일 실시예에서, 제2 전이 영역이 상기 테이퍼드 영역과 추가의 비-테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제2 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 그것에 입사하는 방사선의 강도에 따라 변화하는 굴절률을 갖는 재료를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 적어도 하나의 광학 모드를 지원한다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 상기 수신된 방사선은 가시광 또는 근적외선의 공칭 파장을 갖는 레이저에 의해 발생되고, 상기 출력 방사선은 가시광 또는 근적외선이다. 일 실시예에서, 상기 레이저는 펄스 레이저이다. 일 실시예에서, 상기 레이저는 Ti-사파이어 레이저(Ti-sapphire laser), 알렉산드라이트 레이저(Alexandrite laser) 또는 프라세오디뮴 기반 레이저(praseodymium-based laser)이다.
일 실시예에서, 상기 레이저는 주파수 증배 에르븀(erbium) 레이저 또는 가시광 또는 근적외선 레이저 다이오드이다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 상기 수신된 방사선은 두 개 이상의 레이저들로부터의 방사선의 결합이다. 일 실시예에서, 상기 두 개 이상의 레이저들은 Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, 주파수 증배 에르븀 레이저, 가시광 레이저 다이오드, 및/또는 근적외선 레이저 다이오드로부터 선택된 하나 이상이다. 일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 출력 방사선이 500nm 내지 900nm 범위(regime) 내의 스펙트럼 폭을 갖도록 상기 레이저의 파라미터를 변조하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 상기 파라미터는 평균 전력, 피크 전력, 펄스 폭, 펄스 반복률, 또는 이들로부터 선택된 임의의 조합이다. 일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 출력 방사선의 스펙트럼 폭을 감소시키기 위해 및/또는 제어하기 위해, 상기 테이퍼드 광섬유의 출력에서 또는 상기 테이퍼드 광섬유의 다운스트림에서 대역 통과 필터를 사용하여 상기 출력 방사선을 필터링하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 상기 테이퍼드 광섬유는 스텝 인덱스(step index) 또는 그레이형 인덱스(graded index) 광섬유를 가열 및 연신함으로써 형성된다. 일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 출력 방사선의 상기 재지향된 부분에 응답하여 두 개 이상의 대상물들의 정렬을 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예는 본 명세서에 개시된 방법을 기술하는 기계 판독 가능한 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 상기 기계 판독 가능한 명령은 두 개 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 상기 두 개 이상의 컴퓨터 프로그램들은 하나 이상의 상이한 메모리들 및/또는 데이터 저장 매체에 저장될 수 있다.
본 명세서에 설명된 임의의 제어기들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들이 리소그래피 장치의 적어도 하나의 구성 요소 내에 위치된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서들에 의해 판독 될 때 각각 또는 조합하여 동작할 수 있다. 상기 제어기들은 신호들을 수신, 처리 및 송신하기 위한 임의의 적절한 구성을 각각 또는 조합하여 가질 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 적어도 하나의 제어기들과 통신하도록 구성된다. 예컨대, 각각의 제어기는 상술한 방법들에 대한 기계 판독 가능한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 상기 제어기들은 그러한 컴퓨터 프로그램들을 저장하기 위한 데이터 저장 매체 및/또는 그러한 매체를 수신하기 위한 하드웨어를 포함할 수 있다. 따라서 상기 제어기(들)는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들의 기계 판독 가능한 명령들에 따라 동작할 수 있다.
광학 리소그래피와 관련하여 실시예들을 사용하는 것에 대하여 특정 언급이 이루어졌지만, 실시예가 다른 애플리케이션, 예컨대 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있으며, 전후 관계가 허용하는 경우, 광학 리소그래피에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 내로 가압될 수 있으며, 그 후 상기 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다(cured). 상기 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그것에 패턴을 남기고 레지스트로부터 이동된다.
또한, 본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대한 특정 언급이 있을 수 있지만, 본 명세서에 기재된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템들, 자기 도메인 메모리들을 위한 안내 및 검출 패턴들, 평판 디스플레이들, 액정 디스플레이(LCD)들, 박막 자기 헤드들 등의 제조와 같은, 다른 애플리케이션들을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 당업자는 그러한 대안적인 애플리케이션들과 관련하여, 본 명세서에서 "웨이퍼(wafer)" 또는 "다이(die)"라는 용어들은 각각 보다 일반적인 용어들인 "기판" 또는 "타겟부"와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급된 상기 기판은 노광 전 또는 후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 경우, 본 명세서의 개시는 그러한 기판 처리 툴 및 다른 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 상기 기판은 예컨대 다층 IC를 생성하기 위해 한번 이상 처리 될 수 있으므로, 본 명세서에서 사용된 기판이라는 용어는 이미 다수의 처리된 층들을 포함하는 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어들은 근적외선(near infrared) 방사선(예컨대, 약 700 nm 내지 약 1400 nm 범위의 파장을 갖는 방사선), 가시광 방사선(예컨대, 약 390 nm 내지 700 nm, 예컨대 약 633 nm 의 범위의 또는 약 495 nm 내지 약 570 nm, 예컨대 약 515 nm, 약 520 nm, 또는 약 532 nm 의 범위의 파장을 갖는 방사선), 자외선(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157 또는 126㎚의 파장을 갖는), 극자외선(EUV) 방사선(예컨대, 5 내지 20㎚ 범위의 파장을 갖는) 뿐만 아니라 이온 빔들 또는 전자 빔들과 같은 입자 빔들을 포함하는 전자기 방사선의 모든 유형들을 포함한다.
전후 관계가 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성 요소들을 포함하는 다양한 유형들의 광학 구성 요소들 중 임의의 하나 또는 조합을 지칭할 수 있다.
상기 설명들은 설명을 위해 의도된 것이며 제한하기 위한 것은 아니다. 따라서, 이하에 설명된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 바와 같은 수정들이 본 발명에 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 하나 이상의 실시예들의 하나 이상의 양상들이 적절하게 하나 이상의 다른 실시예들의 하나 이상의 양상들과 결합되거나 대체될 수 있다. 그러므로, 그러한 조정들 및 수정들은 본 명세서에 제시된 교시 및 안내에 기초하여 개시된 실시예들의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 본 명세서의 전문 용어 또는 표현이 상기 교시 및 안내에 비추어 숙련된 당업자에 의해 해석되도록 예시에 의해 설명하기 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구 범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (40)

  1. 방사선을 수신하기 위한 입력을 가지며 측정 타겟을 향해 스펙트럼 확장된(spectrally broadened) 출력 방사선을 제공하기 위한 출력을 갖고, 상기 입력에서 수신된 방사선을 스펙트럼 확장시키도록 구성된 테이퍼드(tapered) 광섬유; 및
    상기 측정 타겟으로부터 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는, 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 코어에서 방사선을 수신하기 위한 비-테이퍼드(untapered) 영역과 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 테이퍼드 영역을 포함하며, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 상기 비-테이퍼드 영역의 상기 코어의 단면 크기보다 작은, 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기 및/또는 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 수신하기 위한 상기 테이퍼드 광섬유의 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기는 약 10 ㎛ 이하인, 측정 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 약 2.5㎛ 이하인, 측정 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 영역의 길이는 약 10cm 내지 약 50cm인, 측정 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전이 영역이 상기 비-테이퍼드 영역과 상기 테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제1 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm인, 측정 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전이 영역이 상기 테이퍼드 영역과 추가의 비-테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제2 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm인, 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 광섬유에 입사하는 방사선의 강도에 따라 변화하는 굴절률을 갖는 재료를 갖는, 측정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 적어도 하나의 광학 모드를 지원하는(support), 측정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 수신된 방사선은 가시광 또는 근적외선의 공칭 파장을 갖는 레이저에 의해 발생되고, 상기 출력 방사선은 가시광 또는 근적외선인, 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 레이저는 펄스 레이저인, 측정 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 레이저는 Ti-사파이어 레이저(Ti-sapphire laser), 알렉산드라이트 레이저(Alexandrite laser) 또는 프라세오디뮴 기반 레이저(praseodymium-based laser)인, 측정 장치.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 레이저는 주파수 증배(frequency doubled) 에르븀(erbium) 레이저 또는 가시광 또는 근적외선 레이저 다이오드인, 측정 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유의 상기 입력에서 수신된 방사선은 두 개 이상의 레이저들로부터의 방사선의 결합인, 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 레이저들 중 둘 이상은, Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, 주파수 증배 에르븀 레이저, 가시광 레이저 다이오드, 및/또는 근적외선 레이저 다이오드로부터 선택된 하나 이상인, 측정 장치.
  16. 제10항에 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 방사선이 500nm 내지 900nm 범위(regime) 내의 스펙트럼 폭을 갖도록 상기 레이저의 파라미터를 변조하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하는, 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 파라미터는 평균 전력, 피크 전력, 펄스 폭, 펄스 반복률, 또는 이들로부터 선택된 임의의 조합인, 측정 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 방사선의 스펙트럼 폭을 감소 및/또는 제어하기 위해, 상기 테이퍼드 광섬유의 출력의 다운스트림에서 또는 상기 테이퍼드 광섬유의 출력에서 대역 통과 필터를 더 포함하는, 측정 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 스텝 인덱스(step index) 또는 그레이형 인덱스(graded index) 광섬유를 가열 및 연신(stretch)함으로써 형성되는, 측정 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 시스템은 상기 출력 방사선의 상기 재지향된 부분에 응답하여 두 개 이상의 대상물(object)들의 정렬을 결정하도록 구성되는, 측정 장치.
  21. 출력 방사선을 생성하기 위해 수신된 방사선을 테이퍼드 광섬유를 사용하여 스펙트럼 확장하는 단계;
    상기 출력 방사선을 측정 타겟 상으로 제공하는 단계; 및
    검출기 시스템에서 상기 측정 타겟으로부터의 상기 출력 방사선의 재지향된 부분을 수신하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 코어에서 방사선을 수신하기 위한 비-테이퍼드 영역과 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 제공하기 위한 테이퍼드 영역을 포함하며, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 상기 비-테이퍼드 영역의 상기 코어의 단면 크기보다 작은, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기 및/또는 상기 스펙트럼 확장된 출력 방사선을 수신하기 위한 상기 테이퍼드 광섬유의 비-테이퍼드 영역의 코어 단면 크기는 약 10 ㎛ 이하인, 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 테이퍼드 영역의 단면 크기는 약 2.5㎛ 이하인, 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 영역의 길이는 10cm 내지 50cm인, 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전이 영역이 상기 비-테이퍼드 영역과 상기 테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제1 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm인, 방법.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전이 영역이 상기 테이퍼드 영역과 추가의 비-테이퍼드 영역을 커플링하도록 구성되며, 상기 제2 전이 영역의 길이는 약 1cm 내지 약 5cm인, 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 광섬유에 입사하는 방사선의 강도에 따라 변화하는 굴절률을 갖는 재료를 갖는, 방법.
  29. 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 적어도 하나의 광학 모드를 지원하는, 방법.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유의 입력에서 수신된 방사선은 가시광 또는 근적외선의 공칭 파장을 갖는 레이저에 의해 발생되고, 상기 출력 방사선은 가시광 또는 근적외선인, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 레이저는 펄스 레이저인, 방법.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 레이저는 Ti-사파이어 레이저(Ti-sapphire laser), 알렉산드라이트 레이저(Alexandrite laser) 또는 프라세오디뮴 기반 레이저(praseodymium-based laser)인, 방법.
  33. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 레이저는 주파수 증배 에르븀(erbium) 레이저 또는 가시광 또는 근적외선 레이저 다이오드인, 방법.
  34. 제21항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유의 입력에서 수신된 방사선은 두 개 이상의 레이저들로부터의 방사선의 결합인, 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 레이저들 중 둘 이상은, Ti-사파이어 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 프라세오디뮴 기반 레이저, 주파수 증배 에르븀 레이저, 가시광 레이저 다이오드, 및/또는 근적외선 레이저 다이오드로부터 선택된 하나 이상인, 방법.
  36. 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 방사선이 500nm 내지 900nm 범위(regime) 내의 스펙트럼 폭을 갖도록 상기 레이저의 파라미터를 변조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 파라미터는 평균 전력, 피크 전력, 펄스 폭, 펄스 반복률, 또는 이들로부터 선택된 임의의 조합인, 방법.
  38. 제21항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 방사선의 스펙트럼 폭을 감소 및/또는 제어하기 위해, 상기 테이퍼드 광섬유의 출력에서 또는 상기 테이퍼드 광섬유의 출력의 다운스트림에서 대역 통과 필터를 사용하여 상기 출력 방사선을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제21항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼드 광섬유는 스텝 인덱스(step index) 또는 그레이형 인덱스(graded index) 광섬유를 가열 및 연신함으로써 형성되는, 방법.
  40. 제21항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 방사선의 상기 재지향된 부분에 응답하여 두 개 이상의 대상물들의 정렬을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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