KR20190082883A - 스펙트럼 특징 계측을 위한 광 빔의 균질화 - Google Patents

스펙트럼 특징 계측을 위한 광 빔의 균질화 Download PDF

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Abstract

계측 시스템은 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위해 사용된다. 계측 시스템은: 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기; 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 광학 주파수 분리 장치; 및 출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서;를 포함하되, 빔 균질화기는, 상기 광 빔의 공간 모드들 중 적어도 하나의 크기에 매칭되는 표면 면적을 각각의 셀이 가지는 파면 수정 셀의 어레이를 가지고; 광학 주파수 분리 장치는 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하고 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성된다.

Description

스펙트럼 특징 계측을 위한 광 빔의 균질화
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 29일에 출원된 미국 출원 번호 제15/364,006호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
개시되는 주제는 광 빔의 예컨대 대역폭 또는 파장과 같은 스펙트럼 특징을 측정하고 분석하기 위하여 광 빔을 균질화하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 리소그래피 (또는 광 리소그래피)에서, 집적회로(IC)의 제작에는 (웨이퍼라고도 불리는) 반도체 (예컨대, 실리콘) 기판 상에서 다양한 물리적 및 화학적 프로세스가 수행되는 것이 포함된다. 광 리소그래피 노광 장치 또는 스캐너는 기판의 목표하는 부분 상에 원하는 패턴을 부여하는 기기이다. 웨이퍼는 축선 방향을 따라 연장되는 광 빔에 의하여 조사되고, 웨이퍼는 축선 방향에 측면을 이루는 (그리고 수직한) 평면을 따라 놓이도록 스테이지에 고정된다. 광 빔은 심자외 (DUV) 범위, 예를 들어, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 400 nm의 파장을 가진다.
광 빔은 광학 소스에 의하여 생성된다. 광 빔의 스펙트럼 특징 또는 특성(예를 들어, 대역폭 및 파장)을 정확하게 앎으로써, 웨이퍼에서의 최소 피처 크기 또는 임계 치수(CD)의 제어가 가능해질 수 있다. CD는 웨이퍼 상에 프린트될 수 있는 피처 크기이다.
일반적인 일부 양태에서, 계측 시스템은 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하도록 구성된다. 상기 계측 시스템은 상기 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기(homogenizer), 상기 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 광학 주파수 분리 장치, 및 적어도 하나의 센서를 포함한다. 상기 빔 균질화기는 파면 수정 셀의 어레이를 포함하고, 각각의 파면 수정 셀은 상기 광 빔의 공간 모드들 중 적어도 하나의 크기에 매칭되는 표면 면적을 포함한다. 상기 광학 주파수 분리 장치는 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하고 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성된다. 상기 센서는 출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지한다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 계측 시스템은 상기 적어도 하나의 센서의 출력에 연결되는 제어 시스템을 포함하되, 상기 제어 시스템은: 하나 이상의 펄스에 대하여 상기 광학 주파수 분리 장치로부터 출력되는 공간 콤포넌트의 특성을 측정하고; 상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하며; 상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 스펙트럼 특징의 수용가능한 값의 범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 상기 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭일 수 있다. 상기 계측 시스템은 상기 펄스형 광 빔에 광학적으로 연결되는 스펙트럼 특징 선택 시스템을 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 연결될 수 있고; 상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 수용가능한 범위 밖에 있다고 상기 제어 시스템이 판단하면, 상기 제어 시스템은 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 수정하기 위하여 조절 신호를 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 전송하도록 구성될 수 있다.
셀 표면 면적이 상기 공간 모드(spatial mode)의 면적의 0.5배 내지 1.5배이면 셀의 표면 면적은 상기 광 빔의 모드 크기에 매칭될 수 있다. 셀 표면 면적이 상기 공간 모드의 면적의 0.9배 내지 1.1배이면 셀의 표면 면적은 상기 광 빔의 모드 크기에 매칭될 수 있다.
상기 계측 시스템은 상기 광 빔의 경로에 있는 광학 확산기를 더 포함할 수 있고, 상기 빔 균질화기는 상기 광학 확산기로부터 출력되는 광 빔을 수신한다. 상기 광학 확산기는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
상기 계측 시스템은 광 빔을 생성하는 소스와 광 리소그래피 노광 장치 사이의 경로에 있는 빔 분리 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 빔 분리 디바이스는 광 빔의 제1 비율을 상기 빔 균질화기를 향해 지향시킬 수 있고, 광 빔의 제2 비율을 상기 광 리소그래피 노광 장치를 향한 경로를 따라 지향시킬 수 있다. 상기 계측 시스템은 상기 빔 분리 디바이스와 상기 빔 균질화기 사이에 광학적 시간적 펄스 스트레처를 또한 포함할 수 있다. 상기 광학적 시간적 펄스 스트레처는 수동형 광학 요소일 수 있다.
상기 빔 균질화기는 복수의 파면 수정 셀을 가지는 어레이를 포함할 수 있다. 상기 빔 균질화기는 상기 어레이의 광 빔 출력을 수신하는 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 빔 균질화기는 각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 적어도 2개의 어레이들을 포함할 수 있다. 상기 빔 균질화기는 상기 적어도 2개의 어레이들의 광 빔 출력을 수신하는 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 계측 시스템은 상기 적어도 2개의 어레이들 중 하나 이상에 연결되고, 상기 적어도 2개의 어레이들 사이의 거리를 조절하도록 구성되는 액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 균질화된 빔 평면은 상기 렌즈의 초점면에 있을 수 있다. 상기 계측 시스템은 상기 균질화된 빔 평면에 스피닝 확산기를 포함할 수 있다.
상기 렌즈는 상기 어레이 또는 상기 적어도 2개의 어레이들로부터의 출력 광 빔의 회절 스파이크 사이의 간격이 상기 빔 균질화기로부터의 출력 광 빔을 수신하는 적어도 하나의 센서의 면적보다 크도록 충분히 큰 초점 길이를 가질 수 있다.
상기 파면 수정 셀 어레이는 불화 칼슘, 용융 실리카, 불화 알루미늄, 캡슐화된(encapsulated) 불화 마그네슘, 불화 가돌리늄, 또는 나트륨 알루미늄 플루오린화물(sodium aluminum fluoride)로 이루어질 수 있다.
상기 파면 수정 셀 어레이는 렌즈 또는 렌즈릿(lenslet)의 어레이를 포함할 수 있다.
상기 파면 수정 셀 어레이는 투과형 셀 어레이일 수 있다.
상기 광학 주파수 분리 장치는 하나 이상의 에탈론(etalon)을 포함할 수 있다.
상기 광 빔은 적어도 일부는 심자외 범위에 있는 복수의 파장을 가질 수 있다. 상기 광 빔의 공간 모드의 크기는 모든 지점이 고정된 위상관계를 가지는 광 빔에 걸친 횡방향 면적에 대응될 수 있다.
상기 빔 균질화기는 광학 소스의 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있을 수 있다. 상기 빔 균질화기는 광학 소스의 마스터 오실레이터로부터 출력되는 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있을 수 있다.
다른 일반적인 양태에서, 계측 시스템은 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하도록 구성된다. 상기 계측 시스템은: 상기 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기, 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔을 수신하는 광학 주파수 분리 장치, 및 출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서;를 포함한다. 상기 빔 균질화기는 각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 한 쌍의 어레이들; 및 렌즈;를 포함한다. 상기 한 쌍의 어레이의 셀들은 상기 빔 균질화기를 통과하는 펄스형 광 빔의 각각의 공간 모드가 상기 렌즈의 초점면에서 동일한 면적에 투영되도록 이격되고 크기설정된다. 상기 광학 주파수 분리 장치는 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하고 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성된다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 셀은 상기 광 빔의 공간 모드의 크기에 매칭되는 표면 면적을 가질 수 있다. 상기 파면 수정 셀의 표면 면적은 상기 공간 모드의 면적의 0.5배 내지 1.5배일 수 있다. 상기 광 빔의 공간 모드의 크기는 모든 지점이 고정된 위상관계를 가지는 광 빔에 걸친 횡방향 면적에 대응될 수 있다.
상기 계측 시스템은 상기 적어도 하나의 센서의 출력에 연결되는 제어 시스템을 포함할 수 있고, 상기 제어 시스템은: 상기 광 빔의 하나 이상의 펄스에 대하여 상기 출력되는 공간 콤포넌트의 특성을 측정하고; 상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하며; 추정된 스펙트럼 특징이 상기 스펙트럼 특징의 수용가능한 값의 범위 내에 있는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 계측 시스템은 상기 광 빔의 경로에 있는 광학 확산기를 포함할 수 있고, 상기 빔 균질화기는 상기 광학 확산기로부터 출력되는 광 빔을 수신할 수 있다.
상기 계측 시스템은 상기 렌즈의 초점면에 스피닝 확산기를 포함할 수 있다.
상기 광학 주파수 분리 장치는 하나 이상의 에탈론을 포함할 수 있다.
다른 일반적인 양태에서, 심자외 광원은: 펄스형 광 빔을 생성하는 적어도 하나의 이득 매질을 포함하는 광학 소스; 상기 펄스형 광 빔의 제1 부분을 계측 경로에 따라 지향시키고, 상기 펄스형 광 빔의 제2 부분을 리소그래피 경로에 따라 지향시키는 빔 분리 디바이스; 상기 계측 경로에 있는 계측 시스템; 및 상기 광학 소스로부터 상기 펄스형 광 빔을 수신하고 상기 펄스형 광 빔을 광 리소그래피 노광 장치에 지향시키는 리소그래피 경로에 있는 빔 전달 시스템;을 포함한다. 상기 계측 시스템은: 상기 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기; 상기 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔을 수신하고, 상기 펄스형 광 빔과 상호작용 함과 아울러 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성되는 광학 주파수 분리 장치; 및 출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서;를 포함하되. 상기 빔 균질화기는: 각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 적어도 한 쌍의 어레이들; 및 렌즈;를 포함하고, 상기 한 쌍의 어레이들의 셀들은 상기 빔 균질화기를 통과하는 펄스형 광 빔의 각각의 공간 모드가 상기 렌즈의 초점면에서 동일한 면적에 투영되도록 이격되고 크기설정된다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원은 상기 빔 분리 디바이스와 상기 빔 균질화기 사이에 광학적 시간적 펄스 스트레처를 포함할 수 있다.
상기 광학 소스는: 펄스형 시드 광 빔을 생성하는 마스터 오실레이터의 일부인 제1 이득 매질; 및 상기 마스터 오실레이터로부터 상기 펄스형 시드 광 빔을 수신하고 상기 펄스형 광 빔을 출력하는 파워 증폭기의 일부인 제2 이득 매질;을 포함할 수 있다. 빔 균질화기는 상기 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있을 수 있고, 또는 빔 균질화기는 상기 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있을 수 있다. 제1 빔 균질화기는 상기 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있을 수 있고, 제2 빔 균질화기는 상기 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있을 수 있다.
다른 일반적인 양태에서, 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 방법은 상기 광 빔의 각각의 횡방향 공간 모드를 빔 균질화 평면에서 동일한 횡방향 면적에 투영하는 것을 포함하여 상기 광 빔을 균질화하는 단계; 상기 균질화된 광 빔을, 상기 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 공간 콤포넌트를 출력하는 광학 주파수 분리 장치과 상호작용시키는 단계; 상기 공간 콤포넌트를 감지하는 단계; 감지된 공간 콤포넌트의 특성을 측정하는 단계; 상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 추정하는 단계; 및 상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 스펙트럼 특징의 수용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 수용가능한 범위 밖에 있다고 판단되면, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 수정하기 위해 조절 신호가 스펙트럼 특징 선택 시스템에 보내질 수 있다.
도 1은 광 리소그래피 노광 장치를 향해 지향되는 펄스형 광 빔을 생성하는 광 리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 광 리소그래피 시스템에 의하여 생성되는 펄스형 광 빔의 예시적인 광학 스펙트럼의 그래프이다.
도 3은 도 1의 광 리소그래피 시스템에 의하여 생성되는 하나 이상의 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하는 예시적인 계측 시스템의 블록도이다.
도 4a는 도 3의 계측 시스템의 예시적인 진단 장치의 블록도이다.
도 4b는 도 4a의 진단 장치의 예시적인 코히어런스-면적(coherence-area) 매칭 장치의 블록도이다.
도 5는 도 4b에 도시된 바와 같은 코히어런스-면적 매칭 장치를 사용하는 도 3의 계측 시스템의 예시적인 진단 장치의 블록도이다.
도 6은 개략적인 측면 단면도 및 도 4a, 도 4b, 또는 도 5의 코히어런스-면적 매칭 장치에서 사용되는 예시적인 파면 수정 디바이스의 횡방향 평면도이다.
도 7은 도 3, 도 4a, 도 4b, 또는 도 5의 계측 시스템의 빔 균질화 평면의 위치뿐만 아니라 예시적인 진단 장치를 도시하는 개략적인 광학 다이어그램이다.
도 8은 도 5의 계측 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 검출 시스템의 블록도이다.
도 9는 도 1의 광 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 광학 소스의 블록도이다.
도 10은 도 1의 광 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 11은 도 1의 광 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 제어 시스템의 블록도이다.
도 12는 상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하기 위하여 도 1의 광 리소그래피 시스템에 의하여 수행되는 예시적인 절차의 플로우차트이다.
도 13은 임의의 도면의 코히어런스-면적 매칭 장치에서 사용될 수 있는 예시적인 파면 수정 디바이스의 블록도이다.
도 14는 코히어런스-면적 매칭 장치를 포함하고 도 1의 광 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 빔 균질화기를 포함하는 광학 소스의 다른 구현예의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 광 리소그래피 시스템(100)은 웨이퍼(120) 상에 마이크로 전자 피처를 패터닝하기 위하여 리소그래피 노광 장치(115)를 향해 지향되는 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 광학 소스(105)를 포함한다. 광 리소그래피 시스템(100)은 심자외 (DUV) 범위의, 예를 들어, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광 빔(110)을 사용한다. 파장은, 예를 들어, 248 nm 또는 193 nm일 수 있다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝된 마이크로 전자 피처의 크기는 광 빔(110)의 파장에 의존하는데, 파장이 낮을수록 마이크로 전자 피처의 최소 크기가 작아진다. 광 빔(110)의 파장이 248 nm 또는 193 nm인 경우, 마이크로 전자 피처의 최소 크기는, 예를 들어, 50 nm 또는 그 이하일 수 있다. 웨이퍼(120)에서 펄스형 광 빔(110)의 포커스 위치는 광 빔(110)의 파장에 상관된다. 또한, 광 빔(110)의 대역폭은 충격 이들 피처의 임계 치수에 영향을 미친다.
측정되거나 결정되고 펄스형 광 빔(110)의 분석과 제어에 사용되는 대역폭은, 도 2에 도시된 바와 같이 광학 스펙트럼(200)의 실제의 순간적인 대역폭일 수 있다. 광학 스펙트럼(200)은 상이한 파장(또는 주파수)에 대하여 광 빔(110)의 광학 에너지 또는 출력이 어떻게 분포되는지에 관한 정보를 포함한다. 광 빔(110)의 광학 스펙트럼(200)은 파장 또는 광 주파수의 함수로서 스펙트럼 강도(반드시 절대 교정(absolute calibration)은 아닌)가 도시된 다이어그램의 형태로 도시된다. 광학 스펙트럼(200)은 광 빔(110)의 스펙트럼 형상 또는 스펙트럼으로 지칭될 수 있다. 광 빔(110)의 스펙트럼 특성 또는 특징은 광학 스펙트럼의 임의의 양태 또는 표현을 포함한다. 예를 들어, 대역폭은 스펙트럼 특징이다. 광 빔의 대역폭은 스펙트럼 형상의 폭의 척도이며, 이 폭은 레이저 광의 파장 또는 주파수의 관점에서 주어질 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 형상의 최대 피크 강도의 분율 X에서의 스펙트럼의 전체 폭(FWXM으로 지칭됨)은 광선 대역폭을 특징짓는데 사용될 수 있다. 한 예로서, 통상적으로 사용되는 스펙트럼 형상 특성화에서, 분율 X는 50%이고, 각각의 메트릭은 일반적으로 반치전폭(full width at half maximum)(FWHM)으로 지칭된다. 다른 예로서, 적분된 스펙트럼 강도(EY로 지칭됨)의 분율(Y)을 포함하는 스펙트럼의 폭은 광 빔 대역폭을 특성화하는데 사용될 수 있다. 광 빔(110)의 스펙트럼 특성을 특성화하기 위해 일반적으로 사용되는 일례에서, 분율(Y)는 95 %이다.
(예를 들어, 광학 소스(105)에서 이득 매질 또는 매질들의 밀도나 압력, 광 콤포넌트의 온도 구배, 압력 구배, 광학 왜곡 등과 같은) 다양한 왜란(disturbance)이 광학 소스(105) 및 광 빔(110)에 작용하여 광 빔(110)의 스펙트럼 특성 또는 특징을 변화시킨다. 예를 들어, 광 빔(110)과 상호작용하는 광 콤포넌트에 의하여 야기되는 색 수차는 광 빔(110)의 대역폭의 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 광 리소그래피 시스템(100)은, 왜란이 광 빔(110)에 미치는 영향을 결정하고 그러한 왜란이 광 빔(110)에 미치는 효과를 보정하기 위하여 사용되는, 예를 들어, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130), 적어도 하나의 측정 (또는 계측) 시스템(170), 및 제어 시스템(185)과 같은 다른 콤포넌트를 포함한다.
왜란으로 인하여, 웨이퍼(120)에서 광 빔(110)의 (대역폭 또는 파장과 같은) 실제 스펙트럼 특징은 원하는 스펙트럼 특징에 대응되거나 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 광 빔(110)의 (대역폭 등의) 실제 스펙트럼 특징은 광학 스펙트럼(200)으로부터 메트릭의 값을 추정함으로써 작동 중에 측정되거나 추정되어, 오퍼레이터 또는 자동화된 시스템(예컨대, 피드백 제어기)이 광 빔(110)의 측정된 또는 추정된 대역폭을 사용하여 광학 소스(105)의 특성을 조절하고 광 빔(110)의 광학 스펙트럼을 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이러한 목적으로, 계측 시스템(170)은 빔 분리기(160)와 진단 장치(165)를 포함한다. 진단 장치(165)는 빔 분리기(160)에 의하여 광 빔(110)으로부터 분리되는 광 빔(110')을 수신한다. 빔 분리기(160)는 광학 소스(105)와 광 리소그래피 노광 장치(115) 사이의 경로에 위치된다. 빔 분리기(160)는 광 빔(110')(광 빔(110)의 제1 부분 또는 비율)을 진단 장치(165)를 향해 지향시키고, 광 빔(110)의 제2 부분 또는 비율을 노광 장치(115)를 향해 지향시킨다. 일부 구현예에서, 광 빔(100)의 대부분은 노광 장치(115)를 향한 제2 부분으로 지향된다. 예를 들어, 빔 분리기(160)는 광 빔(110)의 일부(예를 들어, 1~2%)를 진단 장치(165)를 향해 지향시키고, 광 빔(110')은 광 빔(110)의 출력의 1~2%를 가지게 된다. 빔 분리기는 예를 들어 빔 분할기(beam splitter)일 수 있다.
진단 장치(165)는 광 빔(110')의 광학 스펙트럼(200)에 관한 정보를 기초로 하여 광 빔(110)의 (대역폭 및/또는 파장과 같은) 스펙트럼 특징 또는 특징들을 측정하는 스펙트럼 검출 시스템(310)을 포함한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 스펙트럼 검출 시스템(310)는, 광 빔(110')과 상호작용하고 상기 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 공간 콤포넌트(110')를 출력하는 (에탈론 분광계와 같은) 분광계, 그리고 출력된 공간 콤포넌트를 기초로 하여 스펙트럼 특징 또는 특징들을 추정하는 센서를 포함한다.
센서에서 광 빔(110')의 스펙트럼 성분을 균일하게 샘플링하고, 센서에 광 빔(110')의 강도를 고르게 분배하며, 센서로부터 스펙트럼 특징의 더욱 정확한 측정을 제공하기 위하여, 진단 장치(165)는 빔 준비 시스템(300)의 일부로서 빔 균질화기(305)를 포함한다. 빔 균질화기(305)는 스페클 노이즈(speckle noise)를 줄이고 스펙트럼 검출 시스템(310)의 센서에 충돌하는 광 빔(110')의 빔 균질화를 향상하도록 구성되는 코히어런스-면적 매칭 장치(315)를 포함한다. 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 광 빔(110')의 상이한 공간 콤포넌트들을 혼합하고, 광 빔(110')이 에탈론 분광계에 들어가기 전에 광 빔(110')의 강도 프로파일을 평활화한다. 또한, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는, 스펙트럼 검출 시스템(310)에 진입하기 전에 그 공간 모드들(즉, 횡방향 전자기 모드)이 빔 균질화 평면(beam homogenization plane;(BHP))에서 중첩되도록 광 빔(110')을 수정한다. 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 광 빔(110')이 스펙트럼 검출 시스템(310)에 진입하기 전에 광 빔(110')의 공간적 코히어런스를 줄인다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 파면-수정 셀(418)의 적어도 하나의 어레이(416)를 포함한다. 어레이(416)는 빔 경로의 방향에 수직하게 배치된다; 이 예에서, 빔 경로는 Z 방향으로 지정된다. 각각의 셀(418)은 광 빔(110')의 파면을 수정하는 광학 요소이다. 예를 들어, 각각의 셀(418)은 볼록 표면을 가지는 렌즈와 같은 굴절형 광학 요소일 수 있고, 따라서, 어레이(416)는 마이크로렌즈 어레이일 수 있다.
일부 구현예에서, 어레이(416)의 마이크로렌즈(418)는, 마이크로렌즈(418)의 인접한 중심 사이의 (Z 방향에 수직한 X-Y 평면에 따른) 거리가 피치(P)로 지칭되는 표준 거리만큼 분리되는 어레이를 형성하도록 주기적 이차원 그리드로 배치된다.
또한, 각각의 셀(418)은 X-Y 평면에 따라 면적(A(C))을 가진다. 셀(418)의 면적(A(C))은 어레이(416)의 피치(P)에 수학적으로 관련되는데, 여기서 어레이(416)의 피치(P)는 X-Y 평면에서 인접한 셀의 중심 사이의 가장 짧은 거리를 말한다. 각각의 셀(418)의 면적(A(C))은 광 빔(110')의 횡방향 공간 모드(417) 중 하나 이상의 (예를 들어, 면적(A(SM))과 같은) 크기에 매칭된다. 횡방향 공간 모드(417)의 크기 또는 면적(A(SM))은 빔 경로(Z 방향)에 수직한 평면(X-Y 평면)에 따른 면적이다.
일부 구현예에서, 어레이(416)의 셀(418)에 대하여 면적(A(C))의 무작위(random) 또는 준-무작위(pseudo-random) 분포를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 각각의 셀(418)의 면적(A(C))은 광 빔(110')의 코히어런스 특성에 매칭될 수 있고, 따라서 어레이(416) 내의 특정한 셀(418)의 면적은 어레이(416)의 다른 셀(418)의 면적과 별개일 수 있다.
횡방향 공간 모드는, 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내에서 한번 왕복 한 후에 자기 스스로를 재생하는 전자기장 분포이다. 광학 소스(105) 내의 공진기의 기하 구조와 구성 때문에, 횡방향 공간 모드는 복잡한 강도 분포를 가지며, 잘 정의되지 않을 수 있다. 각각의 횡방향 공간 모드는 별개의 파장을 가지며, 광 빔(110')은 광학 소스(105)의 기하 구조와 구성에 따라 대략 1000~2000 개의 횡방향 공간 모드를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광 빔(110')의 횡방향 공간 모드의 추정된 크기 또는 면적은 빔 분리기(160)의 출력에서 직교 횡방향으로 0.7 mm Х 0.1 mm이다. 광 빔(110')의 전반적인 횡방향 크기가 12.5 mm Х 12.5 mm라면, 빔 분리기(160)의 출력에서 광 빔(110')에 약 1800 코히어런스 셀이 있을 것이다. 도 4b에 도시된 광 빔(110')의 예시적인 횡방향 공간 모드(417)는 Z 방향에 따른 도시이고, 도시의 목적 만으로 나타낸 다소 단순한 횡방향 모드의 순수히 개략적인 표현으로서, 광 빔(110')의 모드들 중 임의의 것에서 생성되는 실제 강도 분포가 아닐 수 있다. 추가적으로, 어레이(416) 및 셀(418)은 축척까지 맞춰 도시된 것은 아니다.
셀 면적(A(C))이 공간 모드 크기(A(SM))의 0.5 내지 1.5 배 내에 (예를 들어, 0.9 내지 1.1 배 내에) 있다면, 셀의 면적(A(C))은 횡방향 공간 모드 크기(A(SM))에 "매칭"되는 것으로 고려될 수 있다. 셀 면적(A(C))을 공간 모드 크기(A(SM))에 매칭시킴으로써, 광 빔(110')의 공간 모드들 모두를 코히어런스-면적 매칭 장치(315)의 하류의 빔 균질화 평면에서 동일한 면적에 투영하는 것이 가능하게 된다. 셀 면적(A(C))과 횡방향 공간 모드 크기(A(SM)) 사이의 더욱 근사하게 매칭되는 것은, 일부 상황에서, 예를 들어, 횡방향 공간 모드가 더욱 명확히 규정되거나 및/또는 서로 오버랩하지 않는 상황에서 유익할 수 있다.
단일 공간 모드(417) 내에서는 코히어런스가 있고, 따라서 상기 공간 모드의 면적(417) 내의 모든 지점은 상호간에 고정된 위상관계를 가지므로, 공간 모드 크기(A(SM))는 광 빔(110')의 공간적 코히어런스 면적 또는 크기를 추정함으로써 결정될 수 있다. 공간적 코히어런스 면적은, 가변 거리에 의해 분리되고 광 빔(110')의 경로에 놓여지는 두 핀홀 사이의 간섭 무늬를 측정함으로써 결정될 수 있다.
도 4a에도 도시된 바와 같이, 빔 균질화기(305)는 광 빔(110')의 양태를 수정하기 위한 다른 엘리먼트나 콤포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 균질화기는 펄스 스트레처 시스템(420), 확산기 시스템(425), 및 공간적 조절 시스템(430)을 포함할 수 있다.
펄스 스트레처 시스템(420)는, 평균 출력을 감소시키지 않으면서 광 빔(110')의 피크 출력이 감소되도록, 큰 손실을 초래함이 없이 광 빔(110)" 내의 펄스 각각의 지속시간을 증가시키기 위하여 광 빔(110')에 광학적으로 작용하는 펄스 스트레처를 포함한다. 균질화된 빔 평면에서 발견될 수 있는 광학 스페클 노이즈를 더욱 줄이기 위하여, 펄스 스트레처 시스템(420)은 광 빔(110')이 코히어런스-면적 매칭 장치(315)에 들어가기 전에 광 빔(110')에 작용한다. 펄스 스트레처 시스템(420)은, 광 빔(110')의 펄스의 진폭을 분할 부분들로 분할하고, 이러한 분할 부분들 사이에 광학적 지연을 도입하며, 재결합 펄스의 이들 시간적으로 지연된 부분을 재결합하여 광 빔(110')의 시간적으로 스트레칭된 펄스를 출력에서 제공하는 광학적 및 수동형 구성의 광학 요소이다. 이러한 방식으로, 펄스의 코히어런트 하지 않은(not coherent) 상이한 시간적 부분들이 결합되고, 광 빔(110')의 스페클 노이즈가 더욱 감소되며, 따라서 광 빔(110')의 공간적 균일성이 향상된다.
아래에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 펄스 스트레처 시스템(420)는 빔 분할기와 반사형 광학기와 같은 광 콤포넌트를 포함할 수 있다. 반사형 광학기는 초점을 공유하는 평판 미러 또는 곡면 (예를 들어, 오목 또는 볼록) 미러들일 수 있다. 펄스 스트레처 시스템(420)에 의해 생성되는 펄스의 분할 부분에 도입되는 지연은 광 빔(110')의 빠른 시간 콤포넌트보다 크거나 같다. 예를 들어, 광학 소스로부터의 광 빔(110')의 펄스 지속시간은 약 40 ns일 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 테스트 데이터는, 임의의 주어진 순간에서, 펄스는 해당 주어진 순간의 2.5 ns 이내에 놓이는 펄스에서 다른 순간과 시간적으로 코히어런트(coherent) 하지만, 펄스는 2.5 ns보다 더 지연된 펄스에서의 순간과는 크게 감소된 코히어런스를 가지는 것을 보여준다 . 따라서, 코히어런스 시간(펄스의 위상이나 진폭이 큰 양으로 배회하는 지연시간)은 이 예에서 약 2.5 ns이다. 이 예에서, 분할 부분에 도입되는 지연은 약 2.5 ns일 수 있고, 분할 부분이 펄스 스트레처 시스템(420)을 1회 통과하는 총 경로 길이는 수십 센티미터 (cm) 또는 약 70~80 cm의 정도일 수 있다. 펄스 스트레처 시스템(420)의 예가 이하에서 도 5를 참조로 설명된다.
확산기 시스템(425)는 광 빔(110')이 코히어런스-면적 매칭 장치(315)에 들어가기 전에 광 빔(110')을 고르게 확산시키도록 구성되는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 확산기 시스템(425)은 코히어런스-면적 매칭 장치(315)에 걸쳐 광 빔(110')이 고르게 퍼지게 하며, 따라서 고강도 밝은 점을 최소화하거나 제거할 수 있게 된다. 확산기 시스템(425)은 확산기 시스템(425)으로부터 출력되는 광 빔(110')의 각도 발산도가 코히어런스-면적 매칭 장치(315) 내의 어레이(416)의 수광각(acceptance angle)보다 작은 것을 확보하는 방식으로 광 빔(110')의 각도 발산도를 변경한다. 예를 들어, 확산기 시스템(425)은, 각도 발산도가 어레이(416)의 수광각보다 훨씬 작아지도록(예를 들어, 20~40% 작아지도록) 광 빔(110')의 각도 발산도를 수정할 수 있다. 확산기 시스템(425)은 코히어런스-면적 매칭 장치(315)에 의해 때때로 생성될 수 있는 회절 스파이크를 평활화하거나 아니면 완화한다. 확산기 시스템(425)는 회절 스파이크 측면으로 (즉, 공간적으로 광 빔(110')의 방향에 수직한 방향을 따라) 이동된 복제물을 다수 생성하고, (스펙트럼 검출 시스템(310) 내의) 이미지 평면에서 광 빔(110')의 강도 프로파일을 평활화한다. 확산기 시스템(425)은 (투과형 또는 반사형일 수 있는) 마이크로렌즈 어레이 또는 회절형 광학기일 수 있다. 확산기 시스템(425)은 정지된 또는 고정된 마이크로렌즈 어레이 또는 회절형 광학기일 수 있다. 확산기 시스템(425)의 예를 이하에서 도 5를 참조로 설명한다.
공간적 조절 시스템(430)은 코히어런스-면적 매칭 장치(315)의 출력에 위치하며, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)의 주기적 성질에 의해 야기되는 회절 스파이크들 사이의 간격을 퍼지게 하기 위하여 광 빔(110')을 굴절시킨다. 이러한 방식으로, 회절 스파이크 사이의 간격은, 스펙트럼 검출 시스템(310) 내의 센서의 관심 영역보다 커지도록, 공간적 조절 시스템(430)에 의해 증가될 수 있다. 공간적 조절 시스템(430)은 그 초점면이 코히어런스-면적 매칭 장치(315)의 빔 균질화 평면과 오버랩하도록 위치되는 렌즈일 수 있다. 공간적 조절 시스템(430)의 예가 이하에서 도 5를 참조로 설명된다.
도 5를 참조하면, 예시적인 계측 시스템(570)이 도시되어 있다. 도 5의 계측 시스템(570)에서, 진단 장치(565)는 빔 분리기(560)에 의하여 주 광 빔(110)으로부터 분리된 광 빔(110')을 수신한다. 진단 장치(565)는 펄스 스트레처 시스템(520), 확산기 시스템(525), 코히어런스-면적 매칭 장치(515), 및 공간적 조절 시스템(530)을 포함하는 빔 균질화기(505)를 가지는 빔 준비 시스템(500)을 포함한다. 계측 시스템(570) 내에서 모든 광 콤포넌트는, 광 빔(110')의 파장에 대응되는 파장 범위에서, 예를 들어, DUV 파장 범위에서 작동하도록 구성되는 재료 및 코팅으로 이루어진다.
펄스 스트레처 시스템(520)은 광 빔(110')의 펄스의 진폭을 진폭 부분들로 분리하는 빔 분할기(521)를 포함하고, 일련의 미러(522A, 522B, 522C, 522D)를 사용하여 분할 부분을 링 둘레로 순환시킨다. 링 둘레로 순환시킨 후에, 분할 부분의 시간적으로 지연된 부분은 펄스 스트레처 시스템(520)을 벗어나고, 빔 분할기(521)를 투과한 분할 부분과 재결합한다. 미러(522A, 522B, 522C, 522D)는 평평하거나 곡면일 수 있다.
확산기 시스템(525)은 펄스 스트레처 시스템(520)의 출력에 그리고 코히어런스-면적 매칭 장치(515)에 앞서 위치되는 마이크로렌즈 어레이이다. 앞서 설명한 바와 같이, 확산기 시스템(525)은 광 빔(110')을 확산시키고, 또한 광 빔(110')의 각도 발산도가 코히어런스-면적 매칭 장치(515) 내의 어레이의 수광각보다 작은 것을 확보하는 방식으로 광 빔(110')의 각도 발산도를 변경한다.
일부 구현예에서, 코히어런스-면적 매칭 장치(515)는 한 쌍의 파면 수정 디바이스(516A, 516B)를 포함한다. 각각의 디바이스(516A, 516B)는 (도 4에 도시된 바와 같은) 이차원 파면 수정 셀의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 코히어런스-면적 매칭 장치(615)는, 파면 수정 디바이스(516A, 516B)로서, 마이크로렌즈 어레이들(616A, 616B)를 포함한다. 각각의 어레이(616A, 616B)는, 파면 수정 셀로서, 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B) 세트를 포함하고, 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B)는 광 빔(110')의 빛을 굴절시킨다. 도 6에서, 3개의 마이크로렌즈(618A, 618B)만이 참조되었으나, 이보다 더 많은 또는 더 적은 수의 마이크로렌즈가 어레이를 이룰 수 있다. 어레이(616A)의 마이크로렌즈(618A)는 마이크로렌즈(618A)의 인접한 중심 사이의 거리가 피치(P)로 지칭되는 표준 거리만큼 분리되는 어레이를 형성하도록 주기적 이차원 그리드로 배치된다.
앞서 설명한 바와 같이, 어레이들(616A, 616B)은 빔 경로의 방향에 수직하게 배치된다; 이 예에서, 빔 경로는 Z 방향으로 지정되고, 따라서 어레이는 X-Y 평면을 따라 연장된다. 또한, 어레이(616A)의 마이크로렌즈(618A)는, X-Y 평면을 따라 어레이(616B)의 마이크로렌즈(618B)와 정렬된다. 각각의 마이크로렌즈는 밀리미터(mm)보다 작고 때로는 10 마이크로미터(μm)만큼 작은 직경 또는 길이를 가지는 소형 렌즈이다. 단일 마이크로렌즈는 빛을 굴절시키기 위하여 하나의 평면 표면과 하나의 구형의 볼록 표면을 가지는 단일 엘리먼트이다. 어레이(616A, 616B)의 마이크로렌즈는 각각의 기판(619A, 619B)과 같은 지지체에 적용된다. 마이크로렌즈(618A, 618B) 및 기판(619A, 619B)은 광 빔(110')의 파장 범위에 대하여 투과형인 재료로 이루어진다. 일부 구현예에서, 마이크로렌즈(618A, 618B) 및 각각의 기판(619A, 619B)은 불화 칼슘으로 이루어진다.
다른 구현예에서, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 (디바이스(516A)와 같은) 단일 파면 수정 디바이스를 포함하고, 단일 파면 수정 디바이스(316)는, 센서에서 광 빔(110')의 스펙트럼 성분을 균일하게 샘플링하고, 센서에 광 빔(110')의 강도를 고르게 분배하며, 센서로부터 스펙트럼 특징의 더욱 정확한 측정을 제공하도록, 빔(110')을 균질화하기 위하여, 진단 장치(165)의 다른 양태와 함께 기능할 수 있다. 이러한 구현예에서, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 여전히 스페클 노이즈를 줄이고 스펙트럼 검출 시스템(310)의 센서에 충돌하는 광 빔(110')의 빔 균질화를 향상하도록 구성될 것이다. 단일 파면 수정 디바이스(516A)를 사용하여도, 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는 광 빔(110')의 스펙트럼 성분을 섞고, 광 빔(110')이 에탈론 분광계에 들어가기 전에 광 빔(110')의 강도 프로파일을 평활화할 수 있다. 추가적으로, 단일 파면 수정 디바이스(516A)를 사용하는 코히어런스-면적 매칭 장치(315)는, 스펙트럼 검출 시스템(310)에 들어가기 전에 (그 횡방향 전자기 모드인) 그 공간 모드가 빔 균질화 평면(BHP)에서 오버랩하도록 광 빔(110')을 수정할 수 있다.
이 예에서, 마이크로렌즈(618A, 618B)는 (X-Y 평면을 따라) 육각형 형상을 가지고, 높은 충진 팩터(fill factor)를 가지도록 배치된다-이는 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B) 사이에 노출되는 기판이 거의 없음을 의미한다. 충진 팩터는 마이크로렌즈(618A, 618B) 사이에 노출된 기판(619A, 619B)의 면적에 대하여 마이크로렌즈(618A, 618B)에 의해 덮인 면적의 비율로 측정되며, 충진 팩터는 적어도 90%일 수 있다. 마이크로렌즈(618A, 618B)는 플라노-볼록(plano-convex) 형상일 수 있고, 여기서 평판 측면은 각각의 기판(619A, 619B)을 마주한다. 어레이(616A, 616B)의 규격은 광 빔(110')의 횡방향 크기와 광 빔(110')의 횡방향 공간 모드의 크기에 의하여 결정된다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 각각의 마이크로렌즈(618A, 619B)의 면적(A(C))은 광 빔(110')의 각각의 공간 모드(417)의 크기(A(SM))에 매칭된다. 마이크로렌즈(618A, 618B)의 면적(A(C))은 피치(P)에 직접 관련된다. 광 빔(110')의 공간 모드(417)는 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내의 설계와 경계 조건에 의해 형성된다. 상기 광 빔의 공간 모드(110')는 광 빔(110')의 전파 방향에 수직한 (즉, 횡방향) 평면에서 측정되는 방사선의 특정한 전자기장 패턴이다. (횡방향 모드인) 공간 모드는 공간적 강도 분포로서 나타나며, 각각의 공간 모드는 별개의 파장과 연관된다. 각각의 공간 모드는 공간적으로 상관된 필드 패턴을 규정하며, 코히어런스 셀로 간주될 수 있다. 이러한 맥락에서 코히어런스는 측방향으로 (광 빔(110')의 방향에 수직하게) 또는 길이방향으로 (광 빔(110')의 방향과 평행하게) 공간상 상이한 지점에서 파동 사이의 상관관계(또는 예측가능한 상호관계)를 기술하는 공간적 코히어런스를 의미한다. 따라서, 공간적 코히어런스는, 시간에 대하여 평균할 때, (광 빔(110')의) 파동의 범위에서 공간상 두 지점이 간섭하는 능력을 기술한다. 공간적 코히어런스는 광 빔(110')의 전파 방향에 대해 횡방향의 파면에서 위상 관계의 척도로 간주될 수 있다. 코히어런스 셀의 면적은 모든 지점이 고정된 위상관계를 가지는 파면의 영역이다.
일부 구현예에서, 약 0.15 mm의 공간 모드 길이와 근사하게 매칭되기 위하여, 피치(P)는 약 0.1 내지 약 0.2 mm의 값이다. 일예에서, 어레이(616A, 616B)는 X-Y 평면에 따라 약 10.8 mm * 10.8 mm의 규격을 가지고, 어레이(616A, 616B)는 X 및 Y 방향 각각을 따라 약 80~90 마이크로렌즈들(618A, 618B)의 그리드로 배열될 수 있다. 육각형 마이크로렌즈(618A)에 대하여0.15 mm의 피치(P)는 일반적으로 약 0.017 mm2의 면적(A(C))에 대응된다. 마이크로렌즈 어레이(616A)의 평면에서 광 빔(110')에 대한 상기 횡방향 공간 모드의 추정된 크기는 약 0.3 mm * 0.1 mm이다. 이 예에서, 횡방향 공간 모드의 크기는 약 0.016 mm2의 면적에 대응된다. 위에서 설명한 바와 같이, 빔 분리기(160)의 출력에서 광 빔(110')의 횡방향 공간 모드의 크기는 직교하는 횡방향에서 약 0.7 mm * 0.1 mm이지만, 광 빔(110')의 횡방향 공간 모드의 이러한 크기는 마이크로렌즈 어레이(616A)를 조명하기 전에 파면 수정 광학기와 상호작용함으로써 직교하는 횡방향 중 하나를 따라 약 2.3배만큼 감소될 수 있다.
또한, 그리드 내에는 Y 방향을 따른 것과는 상이한 수의 마이크로렌즈(618A, 618B)가 X 방향을 따라 있을 수 있고, 또는 마이크로렌즈(618A, 619B)의 형상은 변화하는 피치(P)를 가질 수 있다.
또한, 어레이들(616A, 616B) 사이의 간격 또는 거리(D)는 어레이들(616A, 616B) 중 하나 이상에 물리적으로 연결된 액추에이터로 조절될 수 있다. 도시된 예에서, 거리(D)는 Z 방향에 따른 것이다. 액추에이터는 제어 시스템(185)에 연결될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 공간적 조절 시스템(530)은, 그 초점면이 코히어런스-면적 매칭 장치(615)의 빔 균질화 평면(BHP)에 오버랩하도록 위치하는 렌즈이다. 이 예에서, 이동 (예를 들어, 스피닝) 확산기(535)는 빔 균질화 평면(BHP)에 위치된다. 스피닝 확산기(535)가 이하에서 설명된다.
또한 도 7를 참조하면, 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B)의 초점 길이 및 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B)의 개구부 크기는 각각의 마이크로렌즈(618A, 618B)에 의하여 샘플링되는 광 빔(110')의 발산도를 결정한다. 이 발산도는, 렌즈(630)의 초점 길이와 함께, 어레이(616B)가 어레이(616A)의 초점면에 위치하면 (따라서, 거리(D)가 어레이(616A)의 초점 길이에 동등하면) 빔 균질화 평면(BHP)에서 광 빔(110')의 (광 빔(110')의 방향에 대하여 횡방향에 따른) 크기 또는 면적을 결정한다. 어레이(616A)와 어레이(616B) 사이의 거리(D)가 변화되면, 빔 균질화 평면(BHP)에서 광 빔(110')의 횡방향 크기가 변화된다. 빔 균질화 평면(BHP)에서 광 빔(110')의 횡방향 크기를 변화시킴으로써, 스펙트럼 검출 시스템(510)(도 5) 내에서 센서(550)에 미치는 영향 레벨을 변경(예를 들어, 약화)시키는 것이 가능하다. 어레이(616B)는 코히어런스-면적 매칭 장치(515)의 시계 또는 수광각을 증가시키도록 기능한다.
이 예에서, 마이크로렌즈(618A, 618B)의 곡선 또는 볼록 표면은 (도 6에 도시된 바와 같이) 서로 마주볼 수 있다. 특히, 마이크로렌즈(618A, 618B)가 플라노-볼록(plano-convex) 렌즈인 경우, 어레이(616A)의 마이크로렌즈(618A)의 볼록 표면이 어레이(616B)의 마이크로렌즈(618B)의 볼록 표면에 가장 가깝도록 마이크로렌즈 어레이들(616A, 616B)이 정렬될 수 있다. 이러한 디자인은 각각의 마이크로렌즈의 초점 길이가 각각의 기판(619A, 619B)의 두께(T)와 비교하여 상대적으로 짧은 경우에 유용하다. 일예에서, 기판(619A 또는 619B)의 두께(T)는 약 2~3 mm이고, 마이크로렌즈(618A 또는 618B)의 초점 길이는 약 6 mm이다. 마이크로렌즈(618A, 618B)의 곡면 표면을 서로 마주보게 배치함으로써, 어레이(616A)의 초점면이 다른 어레이(616B)의 기판(619B)의 외부에 머무르는 것을 확보할 수 있다. 이러한 구성은, 어레이들(616A, 616B)의 두 마이크로렌즈 표면이 접촉할 정도로 가까울 수 있기 때문에, 스펙트럼 검출 시스템(510)의 센서(550)에서 영향 약화에 넓은 범위를 제공할 수 있다.
각각의 마이크로렌즈의 초점 길이가 두께(T)의 정도인 예에서는, 마이크로렌즈(618A, 618B)의 볼록 표면이 서로 마주하지 않도록 어레이들(616A, 616B)을 정렬하는 것이 가능하다. 이러한 정렬은 마이크로렌즈(616A)의 초점 길이가 기판(619A)의 두께(T)보다 매우 큰 상황에서 유용하다. 또한, 마이크로렌즈(616A)의 초점 길이가 기판(619A)의 두께(T) 정도인 상황에서는, 도 13에 관하여 설명하는 바와 같이 두 마이크로렌즈 어레이들(616A, 616B)은 단일 기판으로부터 만들어질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 어레이들(616A, 616B) 쌍의 마이크로렌즈(618A, 618B)는, 코히어런스-면적 매칭 장치(615)를 통과하는 펄스형 광 빔(110')의 각각의 공간 모드가 빔 균질화 평면(BHP)에 오버랩하는 렌즈(530)의 초점면에서 동일한 면적에 투영되도록, (D의 값으로) 이격되고 X-Y 평면을 따라 크기를 가진다. 빔 균질화 평면(BHP)에서 균질화된 광 빔(110')의 형상은 마이크로렌즈(618A, 618B)의 형상과 동일하고, 따라서 육각형 형상이 될 것이다. 어레이(616B)가 어레이(616A)의 초점면에 위치한다면 (이 경우, D는 어레이(616A)의 초점 길이와 같게 된다), 빔 균질화 평면(BHP)에서 육각형 형상의 변은 약 2~4 mm의 길이를 가진다.
다시 도 5를 참조하면, 스피닝 확산기(535)는, 광 빔(110')이 균질화되는 평면인 빔 균질화 평면(BHP)에 위치한다. 스피닝 확산기(535)는 광 빔(110')의 경로 방향을 중심으로 회전하는 확산기이다. 확산기(535)는 스펙트럼 검출 시스템(510)의 개구부(561)를 채우기 위하여 콘(cone)으로 광 빔(110')을 확산시킨다. 스피닝 확산기(535)는 코히어런스-면적 매칭 장치(515) 내에서 샘플링되는 공간 모드의 복제물들의 간섭으로부터 기인할 수 있는 광 빔(110') 내의 강도의 임의의 스파이크를 또한 감소시킨다. 또한, 개구부(561)는 스펙트럼 검출 시스템(510) 내에서 입력 렌즈(562)의 초점면(FP(562))에 위치된다. 스펙트럼 검출 시스템(510)의 개구부(561)를 입력 렌즈(562)의 초점면(FP(562))에 위치시킴으로써, 초점면(FP(562))으로부터의 각각의 지점은 점 소스로 작용하고, 따라서, 입력 렌즈(562)는 에탈론(563)에 들어가기 전에 광 빔(110')을 시준(collimate)하도록 작용한다. 출력 렌즈(564)는 그 초점면(FP(564))이 센서(550)의 활성 면적과 오버랩하도록 에탈론(563)의 출구에 위치된다.
일부 구현예에서, 에탈론(563)은 반사 표면이 서로 마주하도록 짧은 거리 (예를 들어, 밀리미터 내지 센티미터) 이격된 한 쌍의 부분 반사 유리 또는 광학적 평판(563A, 563B)을 포함한다. 다른 구현예에서, 에탈론(563)은 2개의 평행한 반사 표면을 가지는 단일 플레이트를 포함할 수 있다. 평판(563A, 563B)은 후방 표면이 간섭 무늬를 생성하는 것을 방지하기 위하여 웨지 형상으로 이루어질 수 있다; 후방 표면은 종종 반사방지 코팅을 또한 가진다. 광 빔(110')은 쌍을 이루는 평판(563A, 563B)을 통과하면서, 다중 반사되고 복수의 투과선을 생성하는데, 이들은 출력 렌즈(564)에 의하여 수집되고 센서(550)의 활성 영역으로 이동된다. 투과선의 방향에 의존하는 간섭 효과는, 광 빔(110')의 상이한 스펙트럼 콤포넌트들의 보강 및 상쇄 간섭을 생성하여, 선택된 스펙트럼 콤포넌트만이 주어진 광선의 방향을 따라 투과되게 된다. 이러한 방식으로, 광 빔(110')의 스펙트럼 성분은 투과선의 공간적 방향으로 매핑된다. 스펙트럼 검출 시스템(510)은 센서(550)가 출력 렌즈(564)의 초점면에 있는 것을 확보하기 위하여, 필요에 따라 광학 지연기(580)를 또한 포함한다.
또한 도 8을 참조하여, 스펙트럼 검출 시스템(510)의 더욱 세부사항이 제공된다.
에탈론(563)은 광 빔(110')과 상호작용하며, 광 빔(110')의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트(574)를 출력한다. 광 빔(110')의 스펙트럼 콤포넌트들은 광 빔(110')의 광학 스펙트럼(572)에 있고; 따라서, 이들은 광 빔(110')의 광학 에너지 또는 출력이 상이한 파장에 대하여 어떻게 분배되는지에 대응된다. 공간 콤포넌트(574)는 이차원 공간으로 배핑된 이들 강도에 대응된다. 따라서, 에탈론(563)은 광 빔(110')의 (파장과 같은) 스펙트럼 정보를 센서(550)에 의하여 감지되거나 검출될 수 있는 공간적 정보로 변환한다. 이 변환은, 스펙트럼 정보가 센서(550)에 의하여 관찰될 수 있도록, (파장과 같은) 스펙트럼 정보를 공간 내의 상이한 위치로 매핑한다.
에탈론(563)은 공간 콤포넌트(574)로서 동심 링 세트의 외관을 가지는 간섭 패턴을 생성한다. 이 간섭 패턴은, 개구부(561) 상에 광 빔(110')의 강도 분포가 더욱 균일할수록 더욱 균일한 강도 분포의 외관을 가진다. 특히, 링(ring)의 예리함(sharpness)은 에탈론(563)의 평판(563A, 563B)의 반사율에 좌우된다. 따라서, (에탈론이 높은 품질 팩터(Q)를 가지도록) 평판(563A, 563B)의 반사율이 높다면, 빔(110')이 단색 광 빔일 때 에탈론(563)은 어두운 배경에 일련의 좁고 밝은 링을 생성한다. 달리 말하면, 광 빔(110')의 두 스펙트럼 콤포넌트(574)가 광학 스펙트럼 내에서 동일하게 표현되더라도, 에탈론(563)으로의 입력 광 빔이 대응되는 광선 방향 양쪽을 균일하게 조명하지 않으면 각각의 간섭 패턴 링의 피크 강도는 같지 않을 것이다. 파장의 함수로 에탈론(563)의 투과는 결과적인 프린지 패턴(571)으로 나타나고, 이는 제어 시스템(185)으로 지향되는 광학 스펙트럼(572)을 생성한다.
완전한 간섭 패턴이 나타나면, 교정이나 추정을 수행하는 것이 필요치 않다; 대신에, 센서(550)의 활성 면적보다 살짝 넓은 영역 내에 내에만 프린지를 발생시키는 것이 가능하다.
센서(550)는 출력되는 공간 콤포넌트(574)를 수신하고 감지한다. 센서(550)는 센싱 영역의 활성 면적을 일반적으로 지칭하는 선형 축선에 의하여 규정될 수 있다. 센싱 영역의 선형 축선은 공간 콤포넌트(574)의 전파 방향에 수직할 수 있다.
센서(550)는 출력되는 공간 콤포넌트(574)를 수신하고 감지하는 감지기일 수 있다. 예를 들어, 일차원을 따라 측정하는데 사용될 수 있는 한 종류의 적합한 감지기는 선형 포토다이오드 어레이이다. 선형 포토다이오드 어레이는 하나의 패키지 내에서 동일한 간격의 선형 배치로 형성되는 동일한 크기의 다중의 엘리먼트로 구성된다. 포토다이오드 어레이는 광 빔(110')에 내포된 파장에 민감하다; 따라서, 광 빔(110')이 심자외 범위의 파장만을 포함하는 광학 스펙트럼을 가진다면, 포토다이오드 어레이는 심자외 범위에서 파장을 가지는 광에 민감한 것이다. 다른 예로서, 센서(550)는 이차원 전하 결합 소자(charged coupled device; CCD) 또는 이차원 상보형 금속 산화물 반도체(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 센서와 같은 2차원 센서일 수 있다. 다시 말하면, 광 빔(110')이 심자외 범위의 파장만 포함하는 광학 스펙트럼을 가진다면, 이차원 센서(550)는 심자외 범위의 파장을 가지는 빛에 민감하게 된다. 센서(550)는 충분히 빠른 속도로, 예를 들어, 약 6 kHz로 데이터를 읽어낼 수 있어야 한다.
제어 시스템(185)은, 광 빔(110)에 광학적으로 결합되는 광학 소스(105)와 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)뿐만 아니라, 센서(550)의 출력에 연결된다. 제어 시스템(185)은 공간 콤포넌트(574)의 특성을 측정하고, 광 빔(110)의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하기 위하여 이들 측정된 특성을 분석한다. 제어 시스템(185)은 광 빔(110)의 각각의 펄스에 대하여 또는 광 빔(110)의 일련의 펄스에 대하여 측정, 분석, 및 교정을 수행할 수 있다.
측정된 특성(P)은 (크기 또는 수치값에 의해 완전히 기술되는) 스칼라 양일 수 있고, 또는 (크기와 방향 둘에 의해 완전히 기술되는) 벡터 양일 수 있다. 광학 스펙트럼(572)의 너비와 같은 메트릭은 스칼라 특성(P)의 예이다. 이 예에서, 광학 스펙트럼(572)의 전체 형상은 알려지지 않았으나 메트릭은 알려져 광학 스펙트럼(572)의 형상을 추정하는데 사용되는 것이 가능하다. 벡터 특성(P)의 예는 광학 스펙트럼(572)을 기술하는 전체 파형이다. 이 예에서, 전체 스펙트럼으로부터 임의의 메트릭을 계산할 수 있고, 전체 스펙트럼을 가짐으로써, 더욱 정확한 교정을 할 수 있다. 감지된 공간 콤포넌트는 펄스형 광 빔(110')의 하나 이상의 펄스의 범위에 대하여 측정될 수 있다.
제어 시스템(185)은 광학 스펙트럼(572)의 너비(W)를 특성(P)으로 측정할 수 있다. 광학 스펙트럼(572)의 너비(W)는 광 빔(110')의 대역폭(스펙트럼 특징)의 추정치를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 스펙트럼(572)의 너비(W)는 FWXM(최대 피크 강도의 분율 X에서 스펙트럼(572)의 전체 너비)과 같은 메트릭을 사용하여 결정된다. 다른 구현예에서, 광학 스펙트럼(572)의 너비(W)는 EY(적분된 스펙트럼 강도의 분율(Y)을 포함하는 스펙트럼의 너비)와 같은 메트릭을 사용하여 결정된다. 다른 메트릭은 광학 스펙트럼(572)의 특성을 측정하기 위하여 적합하다.
도 9를 참조로, 일부 구현예에서, 광학 소스(105)는 예시적인 광학 소스(905)이다. 광학 소스(905)는 펄스 레이저 빔을 광 빔(110)으로 생성하는 펄스 레이저 소스이다. 광학 소스(905)는 시드 광 빔(seed light beam)(910A)을 파워 증폭기(PA)(910)에 제공하는 마스터 오실레이터(MO)(900)를 포함하는 2 단 레이저 시스템이다. 마스터 오실레이터(900)는 전형적으로 증폭이 발생하는 이득 매질 및 광 공진기와 같은 광 피드백 메카니즘을 포함한다. 파워 증폭기(910)는 전형적으로 마스터 오실레이터(900)로부터의 시드 레이저 빔이 시딩될 때 증폭이 발생하는 이득 매질을 포함한다. 파워 증폭기(910)가 재생 링 공진기(regenerative ring resonator)로 설계되는 경우, 이는 파워 링 증폭기(power ring amplifier)(PRA)로서 표현되며, 이 경우 링 설계로부터 충분한 광 피드백이 제공될 수 있다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 상대적으로 낮은 출력 펄스 에너지에서 광 빔(110A)의 중심 파장 및 대역폭과 같은 스펙트럼 파라미터의 미세 조정을 가능하게 하기 위해 마스터 오실레이터(900)로부터 광 빔(110A)을 수신한다. 파워 증폭기(910)는 마스터 오실레이터(900)로부터 시드 광 빔(910A)을 수신하고 이 출력을 증폭하여 광 리소그래피에 사용하기 위한 출력에 필요한 파워를 얻는다.
마스터 오실레이터(900)는 2개의 연장된 전극을 가진 방전 챔버, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키는 팬을 포함한다. 레이저 공진기는 방전 챔버의 제1 측에 있는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 방전 챔버의 제2 측에 있는 출력 커플러(915) 사이에 형성되어 시드 광 빔(910A)을 파워 증폭기(910)로 출력한다.
광학 소스(905)는 또한 출력 커플러(915)로부터의 출력을 수신하는 다른 스펙트럼 측정 모듈(920) 및 필요에 따라 빔의 크기 및/또는 형태를 수정하는 하나 이상의 빔 수정 광학 시스템(925)을 포함할 수 있다. 스펙트럼 측정 모듈(920)은 시드 광 빔(910A)의 파장(예를 들어, 중심 파장)을 측정하는데 사용될 수 있는 (계측 시스템(170)과 같은) 다른 타입의 계측 시스템의 예이다.
파워 증폭기(910)는 파워 증폭기 방전 챔버를 포함하고, 재생 링 증폭기(regenerative ring amplifier)인 경우, 파워 증폭기는 순환하는 경로를 형성하도록 광 빔을 방전 챔버로 되반사시키는 빔 반사체 또는 빔 선회 디바이스(930)를 또한 포함한다. 파워 증폭기 방전 챔버는 한 쌍의 연장된 전극, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키기 위한 팬을 포함한다. 시드 광 빔(910A)은 파워 증폭기(910)를 반복적으로 통과함으로써 증폭된다. 빔 수정 광학 시스템(925)은 출력 광 빔(110)을 형성하기 위해 시드 광 빔(910A)을 인-커플(in-couple)하고 파워 증폭기로부터의 증폭된 방사선의 일부를 아웃-커플(out-couple)하는 방안(예를 들어, 부분 반사 미러)을 제공한다.
마스터 오실레이터(900) 및 전력 증폭기(910)의 방전 챔버에 사용되는 레이저 가스는 요구되는 파장 및 대역폭 주위에서 레이저 빔을 생성하기 위한 임의의 적합한 가스일 수 있다. 예를 들어, 레이저 가스는 약 193 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 아르곤(argon fluoride)(ArF) 또는 약 248 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 크립톤(krypton fluoride)(KrF)일 수 있다.
스펙트럼 측정 모듈(920)은 마스터 오실레이터(900)의 출력(시드 광 빔(910A))의 파장을 모니터링한다. 스펙트럼 측정 모듈(920)은 광학 소스(905) 내의 다른 위치에 배치될 수 있거나 광학 소스(905)의 출력에 배치될 수 있다.
파워 증폭기(910)에 의해 생성된 펄스의 반복률은 스캐너(115) 내의 제어기(140)로부터의 명령 하에 제어 시스템(185)에 의해 마스터 오실레이터(900)가 제어되는 반복 속도에 의해 결정된다. 파워 증폭기(910)로부터 출력되는 펄스의 반복률은 스캐너(115)에 의해 보여지는 반복률이다.
위에서 설명한 바와 같이, 광학 요소만을 사용하여 대역폭을 개략적으로 그리고 미세하게 제어하는 것이 가능하다. 한편, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130) 내의 프리즘의 각도를 조절함으로써 대역폭을 개략적이고 넓은 범위에서 제어하는 한편, MO(900) 및 PRA(910) 내의 전극의 활성화 사이의 차분 타이밍을 제어함으로써 대역폭을 미세하고 좁은 범위에서, 그리고 빠르게 제어하는 것이 가능하다.
도 10을 참조하면, 일부 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 펄스형 광 빔(110A)과 광학적으로 상호작용하도록 구성되는 일련의 광학적 특징부 또는 콤포넌트(1000, 1005, 1010, 1015, 1020), 그리고 펌웨어 및 소프트웨어의 여하한 조합의 형태로 전자 장치를 포함하는 제어 모듈(1050)를 포함한다. 광 콤포넌트(1000, 1005, 1010, 1015, 1020)는 개략적인 스펙트럼 특징 조절 시스템을 제공하도록 구성될 수 있고, 그리고, 그러한 콤포넌트의 조절이 충분히 빠르다면, 미세한 스펙트럼 특징 조절 시스템을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 10에는 도시되지 않았지만, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 미세한 스펙트럼 특징 제어를 제공하기 위한 다른 광학적 특징부 또는 비광학적 특징부를 포함하는 것이 가능하다.
제어 모듈(1050)은 각각의 광 콤포넌트(1000, 1005, 1010, 1015, 1020)에 물리적으로 결합된 하나 이상의 작동 시스템(1000A, 1005A, 1010A, 1015A, 1020A)에 연결된다. 장치(130)의 광 콤포넌트는, 격자 일 수 있는 분산형 광학 요소(1000), 및 프리즘 일 수 있는 한 세트의 굴절형 광학 요소(1005, 1010, 1015, 1020)로 구성된 빔 확장기(1001)를 포함한다. 격자(1000)는 광 빔(110A)을 분산시키고 반사시키도록 설계된 반사형 격자일 수 있다; 따라서, 격자(1000)는 DUV 범위 내의 파장을 갖는 펄스형 광 빔(110A)과 상호 작용하기에 적합한 재료로 제조된다. 프리즘(1005, 1010, 1015, 1020) 각각은 프리즘 몸체를 통과할 때 광 빔(110A)을 분산시키고 재지향하는 역할을 하는 투과 프리즘이다. 각각의 프리즘은 광 빔(110A)의 파장의 투과를 허용하는 (예를 들어, 불화 칼슘과 같은) 물질로 제조될 수 있다. 4개의 굴절형 광학 요소(1005, 1010, 1015, 1020)가 도시되었으나, 4개 미만이거나 4개를 초과하여 빔 확장기(1001)에 사용되는 것이 가능하다.
펄스형 광 빔(110A)은 개구부(1055)를 통해 장치(130)로 들어가고, 그 다음에 격자(1000)의 회절면(1002)에 충돌하기 전에 프리즘(1020), 프리즘(1010), 및 프리즘(1005)을 순차적으로 통과한다. 연속적인 프리즘(1020, 1015, 1010, 1005)을 빔(110A)이 통과할 때마다, 광 빔(110A)은 광학적으로 확대되고 다음 광 콤포넌트 쪽으로 재지향(각도로 굴절)된다. 광 빔(110A)은 개구(1055)를 통과하여 장치(130)로부터 벗어나기 전에, 격자(1000)으로부터 회절되고 반사되어 프리즘(1005), 프리즘(1010), 프리즘(1015) 및 프리즘(1020)을 순차적으로 통과한다. 격자(1000)로부터 연속적인 프리즘(1005, 1010, 1015, 1020)을 통과 할 때마다, 광 빔(110A)은 개구(1055)를 향해 이동함에 따라 광학적으로 압축된다.
빔 확장기(1001)의 (프리즘(1005, 1010, 1015, 또는 1020) 중 어느 하나일 수 있는) 프리즘의 회전은 광 빔(110A)이 해당 회전되는 프리즘의 입사면에 충돌하는 입사각을 변화시킨다. 더욱이, 해당 회전된 프리즘을 통한 광 빔(110A)의 2개의 국부 광학 품질, 즉, 광학 배율 및 빔 굴절각은, 해당 회전된 프리즘의 입사면에 충돌하는 광 빔(110A)의 입사각의 함수이다. 프리즘을 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율은, 해당 프리즘에 들어가는 광 빔(110A)의 횡방향 너비에 대한 해당 프리즘을 벗어나는 광 빔(110A)의 횡방향 폭의 비를 말한다.
빔 확장기(1001) 내의 프리즘 중 하나 이상에서 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 변화는 빔 확장기(1001)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(1065))에서 전체적인 변화를 초래한다. 빔 확장기(1001)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(1065))은, 빔 확장기(1001)를 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo)의, 빔 확장기(1001)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi)에 대한 비율이다. 또한, 빔 확장기(1001) 내의 프리즘 중 하나 이상을 통과하는 국부 빔 굴절각에서의 변화는 격자(1000)의 표면(1002)에서 광 빔(110A)의 입사각(1062)에서의 전체적인 변화를 초래한다.
광 빔(110A)의 파장은 광 빔(110A)이 격자(1000)의 회절면(1002)에 충돌하는 입사각(1062)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110)의 광학 배율(1065)을 변경함으로써 조절될 수 있다.
장치(130)는 광 빔(110A)이 격자(1000)의 회절면(1002)에 충돌하는 입사각(1062)을 조절함으로써, 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내에서 생성되는 광 빔(110A)의 파장을 조절하도록 설계된다. 구체적으로, 이는 프리즘(1005, 1010, 1015, 1020) 및 격자(1000) 중 하나 이상을 회전시켜 광 빔(110A)의 입사각(1062)을 조절함으로써 행해질 수 있다.
또한, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(1065))을 조절함으로써 조절된다. 따라서, 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(1065)을 변화시키는 프리즘(1005, 1010, 1015, 1020) 중 하나 이상을 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 특정 프리즘의 회전은 국부적인 빔 굴절각 및 해당 프리즘에서의 국부 광학 배율 모두의 변화를 초래하기 때문에, 이 설계에서는 파장 및 대역폭의 제어가 결합된다.
또한, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(1020)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(1005)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(1020)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 임의의 변화가 다른 프리즘(1015, 1010, 및 1005)에서의 광학 배율의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(1020)과 격자(1000) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(1020)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(1015, 1010, 1005)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(1005)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(1020)의 회전에 상대적으로 둔감하다.
예를 들어, 파장을 변화시키지 않고 대역폭을 변경하기 위해서는, 입사각(1062)을 변화시키지 않고 광학 배율(1065)을 변경해야 하고, 이는 프리즘(1020)을 크게 회전시키고, 프리즘(1005)는 작게 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.
제어 모듈(1050)은 각각의 광 콤포넌트(1000, 1005, 1010, 1015, 1020)에 물리적으로 결합되는 하나 이상의 작동 시스템(1000A, 1005A, 1010A, 1015A, 1020A)에 연결된다. 작동 시스템이 각각의 광 콤포넌트에 대해 도시되어 있지만, 장치(130) 내의 광 콤포넌트 중 일부는 정지 상태로 유지되거나 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 격자(1000)는 정지 상태로 유지될 수 있고, 프리즘(1015)은 정지 상태로 유지되고 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수 있다.
작동 시스템(1000A, 1005A, 1010A, 1015A, 1020A) 각각은 각각의 광 콤포넌트에 연결된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 광 콤포넌트들의 조절은 광 빔(110A)의 특정 스펙트럼 특징들(파장 및/또는 대역폭)의 조절을 초래한다. 제어 모듈(1050)은 제어 시스템(185)으로부터 제어 신호를 수신하는데, 이 제어 신호는 작동 시스템 중 하나 이상을 작동시키거나 제어하기 위한 특정 명령을 포함한다. 작동 시스템들은 협력하여 작동하도록 선택되고 설계할 수 있다.
작동 시스템(1000A, 1005A, 1010A, 1015A, 1020A)의 액추에이터 각각은 각각의 광 콤포넌트를 이동시키거나 제어하기 위한 기계적인 디바이스이다. 액추에이터는 모듈(1050)로부터 에너지를 수용하고, 그 에너지를 각각의 광 콤포넌트에 가해지는 일종의 운동으로 변환시킨다. 예를 들어, 작동 시스템은 빔 확장기의 프리즘 중 하나 이상을 회전시키기 위한 역학 디바이스(force device) 및 회전 스테이지 중 임의의 하나일 수 있다. 작동 시스템은, 예를 들어 스테퍼 모터와 같은 모터, 밸브, 압력 제어 장치, 압전 디바이스, 선형 모터, 유압 액추에이터, 음성 코일 등을 포함할 수 있다.
격자(1000)는 큰 블레이즈 앵글 에첼 격자(Echelle grating)일 수 있고, 격자 방정식을 만족하는 임의의 입사각(1062)으로 격자(1000)에 입사하는 광 빔(110A)은 반사(회절)될 것이다. 격자 방정식은, 격자(1000)의 스펙트럼 차수, 회절되는 파장 (회절되는 빔의 파장), 격자(1000) 상의 광 빔(110A)의 입사각(1062), 격자(1000)로부터 회절된 광 빔(110A)의 출사각, 격자(1000) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도, 및 격자(1000)의 회절면의 그루브 간격 사이의 상호관계를 제공한다. 또한, 격자(1000)에 대한 광 빔(110A)의 입사각(1062)이 격자(1000)로부터의 광 빔(110A)의 출사각과 동일하도록 격자(1000)가 사용되는 경우, 격자(1000) 및 빔 확장기(프리즘(1005, 1010, 1015, 1020))은 리트로(Littrow) 구성으로 배치되고, 격자(1000)로부터 반사된 광 빔(110A)의 파장은 리트로 파장이다. 격자(1000) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도는 0에 가깝다고 가정할 수 있다. 공칭 파장을 반사시키기 위해, 격자(1000)는 격자(1000) 상에 입사되는 광 빔(110A)에 대하여 정렬되어, 공칭 파장이 역으로 반사되어 빔 확장기(프리즘들(1005, 1010, 1015, 1020))를 통해 광학 소스(105)에서 증폭된다. 이후, 격자(1000) 상에 광 빔(110A)의 입사각(1062)을 변화시킴으로써, 광학 소스(105) 내의 공진기의 전체 이득 대역폭에 걸쳐 리트로 파장이 조정될 수 있다.
각 프리즘(1005, 1010, 1015, 1020)은 광 빔(110A)의 횡 방향을 따라 충분히 넓어, 광 빔(110A)이 통과하는 표면 내에 광 빔(110A)이 포함된다. 각 프리즘은 개구(1055)로부터 격자(1000)를 향하는 경로상의 광 빔(110A)을 광학적으로 확대하고, 따라서 프리즘(1020)으로부터 프리즘(1005)까지 각 프리즘은 순차적으로 크기가 커진다. 따라서, 프리즘(1005)은 프리즘(1010)보다 크고, 프리즘(1010)은 프리즘(1015)보다 크며, 프리즘(1020)이 가장 작은 프리즘이다.
위에서 설명한 바와 같이, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(1020)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(1005)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(1020)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 임의의 변화가 다른 프리즘(1015, 1010, 및 1005)에서의 광학 배율의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(1020)과 격자(1000) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(1020)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(1015, 1010, 1005)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(1005)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(1020)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 따라서, 파장은 프리즘(1005)을 회전시킴으로써 개략적으로 변경되고, 프리즘(1020)은 (개략적인 방식으로) 회전될 수 있다. 광 빔(110A)의 입사각(1062)은 프리즘(1005)의 회전에 의하여 변경되고, 프리즘(1020)의 회전은 프리즘(1005)의 회전에 의해 야기되는 배율 변경을 상쇄한다. 프리즘(1020)은 개략적이고, 넓은 범위의, 그리고 느린 대역폭 제어를 위하여 사용될 수 있다. 이에 대비하여, 프리즘(1010)을 제어함으로써, 대역폭은 미세하고 좁은 범위에서 그리고 더욱 빠르게 제어될 수 있다.
도 11을 참조하면, 여기에 설명된 시스템 및 방법의 양태에 관련된 제어 시스템(185)에 관한 세부 사항이 제공된다. 제어 시스템(185)은 도 11에 도시되지 않은 다른 특징부를 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 시스템(185)은 디지털 전자 회로, 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 및 소프트웨어 중 하나 이상을 포함한다.
제어 시스템(185)은 메모리(1100)를 포함하고, 이는 판독-전용 메모리(ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 실행되도록 저장하기에 적합한 스토리지 디바이스는, 예를 들자면 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스; 내장 하드 디스크 또는 착탈식 디스크와 같은 자기 디스크; 자기-광학적 디스크발성 및 CD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비-휘발성 메모리를 포함한다. 제어 시스템(185)은 하나 이상의 입력 디바이스(1105)(예컨대 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 마우스, 핸드-헬드 입력 디바이스 등) 및 하나 이상의 출력 디바이스(1110)(예컨대 스피커 또는 모니터)를 더 포함할 수 있다.
제어 시스템(185)은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(1115), 및 프로그래밍 가능한 프로세서(예컨대 프로세서(1115)에 의해 실행되도록 머신-판독가능 스토리지 디바이스에 유형화되어 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품(1120)을 포함한다. 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(1115)는 각각, 입력 데이터를 처리하여 적합한 출력을 발생함으로써 요구되는 기능을 수행하도록, 명령들의 프로그램을 실행할 수 있다. 일반적으로, 프로세서(1115)는 메모리(1100)로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 앞선 기기들 모두는 특수하게 설계된 ASIC(주문형 집적회로)에 의하여 보완되거나 그 안에 통합될 수 있다.
제어 시스템(185)은, 특히 다른 콤포넌트들 중에서도, 스펙트럼 특징 분석 모듈(1125), 리소그래피 분석 모듈(1130), 결정 모듈(1135), 광원 작동 모듈(1150), 리소그래피 작동 모듈(1155), 및 빔 준비 작동 모듈(1160)를 포함한다. 이러한 모듈 각각은 프로세서(1115)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품들의 세트일 수 있다. 또한, 모듈(1125, 1130, 1135, 1150, 1155, 1160) 중 어느 것이라도 메모리(1100)에 저장된 데이터에 접근할 수 있다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(1125)은 계측 시스템(170) 및 스펙트럼 측정 모듈(920)으로부터 출력을 수신한다. 리소그래피 분석 모듈(1130)은 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 정보를 수신한다. 결정 모듈(1135)은 (모듈(1125, 1130)과 같은) 분석 모듈로부터 출력을 수신하고, 분석 모듈로부터의 출력에 기초하여 어떠한 작동 모듈 또는 모듈이 활성화되어야 할지를 결정한다. 광원 작동 모듈(1150)은 광학 소스(105) 중 하나 이상 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 연결된다. 리소그래피 작동 모듈(1155)은 스캐너(115), 구체적으로 리소그래피 제어기(140)에 연결된다. 빔 준비 작동 모듈(1160)은 빔 준비 시스템(112)의 하나 이상의 콤포넌트에 연결된다.
도 11에는 소수의 모듈만 도시되어 있지만, 제어 시스템(185)은 다른 모듈을 포함하는 것이 가능하다. 또한, 모든 콤포넌트가 동일 위치에 있는 것처럼 보이는 박스로 제어 시스템(185)이 표현되어 있지만, 제어 시스템(185)은 서로 물리적으로 멀리 떨어져 있는 콤포넌트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(1150)은 광학 소스(105) 또는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 물리적으로 함께 배치될 수 있다.
일반적으로, 제어 시스템(185)은 계측 시스템(170) 및/또는 스펙트럼 측정 모듈(920)으로부터 광 빔(110)에 관한 적어도 일부 정보를 수신하고, 스펙트럼 특징 분석 모듈(1125)은 정보에 대한 분석을 수행하여 스캐너(115)에 공급되는 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭)을 어떻게 조절할지를 결정한다. 이 결정에 기초하여, 제어 시스템(185)은 제어 모듈(1050)을 통해 광학 소스(105)의 동작을 제어하기 위해 신호를 스펙트럼 특징 선택 장치(130) 및/또는 광학 소스(105)에 전송한다. 일반적으로, 스펙트럼 특징 분석 모듈(1125)은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 파장 및/또는 대역폭)을 추정하는 데 필요한 분석을 수행한다. 스펙트럼 특징 분석 모듈(1125)의 출력은 결정 모듈(1135)에 전송되는 스펙트럼 특징의 추정치이다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(1125)은 추정된 스펙트럼 특징을 수신하도록 연결되고 또한 스펙트럼 특징 목표값을 수신하도록 연결되는 비교 블록을 포함한다. 일반적으로, 비교 블록은 스펙트럼 특징 목표값과 추정값 사이의 차이를 나타내는 스펙트럼 특징 오차값을 출력한다. 결정 모듈(1135)은 스펙트럼 특징 오차값을 수신하고, 스펙트럼 특징을 조절하기 위해 시스템(100)에 대한 보정을 가장 잘 수행하는 방법을 결정한다. 따라서, 결정 모듈(1135)은 스펙트럼 특징 오차값에 기초하여 스펙트럼 특징 선택 장치(130)(또는 광학 소스(105))를 조절하는 방법을 결정하는 신호를 광원 작동 모듈(1150)에 전송한다. 광원 작동 모듈(1150)의 출력은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송되는 한 세트의 액추에이터 명령을 포함한다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(1150)은 장치(1030) 내의 작동 시스템에 연결된 제어 모듈(1050)에 명령을 전송한다.
또한, 리소그래피 분석 모듈(1130)은, 예를 들어 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 변경하거나 광 빔(110)의 펄스 반복률을 변경하기 위해, 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 명령을 수신할 수 있다. 리소그래피 분석 모듈(1130)은 이들 명령에 대한 분석을 수행하여 스펙트럼 특징을 조절하는 방법을 결정하고 분석 결과를 결정 모듈(1135)로 보낸다. 제어 시스템(185)은 광학 소스(105)가 주어진 반복 속도로 작동하게 한다. 보다 구체적으로, 스캐너(115)는 ((리소그래피 분석 모듈(1130)을 통해) 제어 시스템을 통해) 모든 펄스(즉, 펄스 대 펄스 기반)에 대하여 트리거 신호를 광학 소스(105)에 전송하고, 이러한 트리거 신호들 사이의 간격은 임의적일 수 있지만, 스캐너(115)가 규칙적인 간격으로 트리거 신호를 전송할 때 이들 신호의 반복 속도는 반복률이다. 반복률은 스캐너(115)에 의해 요구되는 비율일 수 있다.
도 12를 참조로, 절차(1200)는 광 빔(110')의 스펙트럼 특징을 추정하기 위하여 광 리소그래피 시스템(100)에 의해 수행된다. 광 빔(110')은 균질화된다(1205). 위에서 설명한 바와 같이, 광 빔(110')은 파면 수정 셀의 한 쌍의 어레이들을 통과하면서 균질화되는데, 각각의 셀은 광 빔(110')의 공간 모드들의 크기와 매칭되는 표면 면적을 가진다. 이러한 방식으로, 상기 광 빔의 각각의 횡방향 공간 모드(110')는 빔 균질화 평면에서 동일한 횡방향 면적에 투영된다.
균질화된 광 빔은, 상기 광 빔(1210)의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 공간 콤포넌트를 출력하는, (계측 시스템(170) 내의 에탈론(563) 또는 스펙트럼 분석 모듈(920)의 스펙트럼 검출 시스템(1410) 내의 광 콤포넌트와 같은) 광학 주파수 분리 장치와 상호작용된다. 예를 들어, 균질화된 광 빔은 에탈론(563)을 통과하도록 지향되는데, 에탈론(563)은 광 빔(110')의 (파장과 같은) 스펙트럼 정보를 공간적 정보로 변환한다. 출력된 공간 콤포넌트는, 예를 들어, 센서(550)에 의하여 감지된다(1215). 제어 시스템(185)은 센서(550)의 출력을 수신하고, 감지된 공간 콤포넌트의 특성을 측정한다(1220). 제어 시스템(185)은 측정된 특성을 분석하여 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 추정하고(1225), 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 스펙트럼 특징의 수용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판단한다(1230).
또한, 제어 시스템(185)이 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 수용가능한 범위 밖에 있다고 결정하면(1230), 제어 시스템(185)은 펄스형 광 빔(110)의 스펙트럼 특징을 수정하기 위해 조절 신호를 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)에 보낸다.
다른 구현예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 예를 들어, 다른 구현예에서, 계측 시스템(170)은, 광 빔(110)의 다른 양태의 측정을 위하여, 도시되거나 설명되지 아니한 다른 특징부를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 마이크로렌즈(618A, 618B) 및 각각의 기판(619A, 619B)은 용융 실리카, 불화 알루미늄, 캡슐화된(encapsulated) 불화 마그네슘, 불화 가돌리늄, 또는 나트륨 알루미늄 플루오린화물(sodium aluminum fluoride)로 이루어질 수 있다.
도 13을 참조하면, 다른 구현예에서, 코히어런스-면적 매칭 장치(515)는, 파면 수정 디바이스(516A, 516B)로서, 두 마이크로렌즈 어레이들(1316A, 1316B)을 포함하고, 각각의 어레이(1316A, 1316B)는 단일 지지체 기판(1319)에 적용된다. 이러한 방식으로, 각각의 어레이의 마이크로렌즈의 곡선 또는 볼록 표면은 (도 13에 도시된 바와 같이) 서로 반대로 보도록 할 수 있다. 특히, 마이크로렌즈가 플라노-볼록 렌즈인 경우, 어레이(1316A)의 마이크로렌즈의 평면 표면이 어레이(1316B)의 마이크로렌즈의 평면 표면에 가장 가깝도록 마이크로렌즈 어레이들(1316A, 1316B)이 정렬될 수 있다.
도 14를 참조로, 다른 구현예에서, 광 리소그래피 시스템(100)의 다른 영역에서 광 빔(110)의 공간적 코히어런스를 감소시키기 위하여 코히어런스-면적 매칭 장치(315) 또는 전체 빔 균질화기(305)를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 빔 균질화기(305) 또는 단지 코히어런스-면적 매칭 장치(315)가 마스터 오실레이터(900)로부터 출력되는 시드 광 빔(910A)의 일부 (910A')의 경로에 배치될 수 있다. 이 구현예에서, 빔 균질화기(305)는 스펙트럼 분석 모듈(920) 내에서 스펙트럼 검출 시스템(1410)으로 지향되는 시드 광 빔 부분(910A')의 공간적 코히어런스를 감소시키도록 구성된다. 시드 광 빔 부분(910A')은 빔 분리기(1460)에 의해 시드 광 빔 부분(910A)로부터 분할되고, 빔 분리기(1460)는 시드 광 빔 부분(910A')을 스펙트럼 검출 시스템(1410) 및 빔 균질화기(305)를 포함하는 진단 장치(1465)를 향해 지향시킨다. 이 예에서, 스펙트럼 검출 시스템(1410)은 제어 시스템(185)에 의한 추가적인 진단을 위하여 시드 광 빔 부분(910A')의 파장과 같은 스펙트럼 특징을 측정 또는 검출하는데 사용될 수 있다.

Claims (39)

  1. 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템으로서,
    상기 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기 - 상기 빔 균질화기는 파면 수정 셀의 어레이를 가지고, 각각의 셀은 상기 광 빔의 공간 모드들 중 적어도 하나의 크기에 매칭되는 표면 면적을 가짐;
    상기 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 광학 주파수 분리 장치 - 상기 광학 주파수 분리 장치는 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하고 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성됨;
    출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서;를 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  2. 제1 항에서,
    상기 적어도 하나의 센서의 출력에 연결되는 제어 시스템을 더 포함하되,
    상기 제어 시스템은:
    하나 이상의 펄스에 대하여 상기 광학 주파수 분리 장치로부터 출력되는 공간 콤포넌트의 특성을 측정하고;
    상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하며;
    상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 스펙트럼 특징의 수용가능한 값의 범위 내에 있는지 여부를 판단하도록 구성되는;
    펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  3. 제2 항에서,
    상기 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭인 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  4. 제2 항에서,
    상기 펄스형 광 빔에 광학적으로 연결되는 스펙트럼 특징 선택 시스템을 더 포함하되,
    상기 제어 시스템은 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 연결되고;
    상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 수용가능한 범위 밖에 있다고 상기 제어 시스템이 판단하면, 상기 제어 시스템은 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 수정하기 위하여 조절 신호를 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 전송하도록 구성되는;
    펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  5. 제1 항에서,
    셀 표면 면적이 상기 공간 모드의 면적의 0.5배 내지 1.5배이면 셀 표면 면적 상기 광 빔의 모드 크기에 매칭되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  6. 제1 항에서,
    셀 표면 면적이 상기 공간 모드의 면적의 0.9배 내지 1.1배이면 셀 표면 면적은 상기 광 빔의 모드 크기에 매칭되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  7. 제1 항에서,
    상기 광 빔의 경로에 있는 광학 확산기를 더 포함하되,
    상기 빔 균질화기는 상기 광학 확산기로부터 출력되는 광 빔을 수신하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  8. 제7 항에서,
    상기 광학 확산기는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  9. 제1 항에서,
    광 빔을 생성하는 소스와 광 리소그래피 노광 장치 사이의 경로에 있는 빔 분리 디바이스를 더 포함하되,
    상기 빔 분리 디바이스는:
    광 빔의 제1 비율을 상기 빔 균질화기를 향해 지향시키고,
    광 빔의 제2 비율을 상기 광 리소그래피 노광 장치를 향하는 경로로 지향시키는
    펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  10. 제9 항에서,
    상기 빔 분리 디바이스와 상기 빔 균질화기 사이에 광학적 시간적 펄스 스트레처를 더 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  11. 제10 항에서,
    상기 광학적 시간적 펄스 스트레처는 수동형 광학 요소인 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  12. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기는:
    각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 적어도 2개의 어레이들; 및
    상기 적어도 2개의 어레이들의 광 빔 출력을 수신하는 렌즈;
    를 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  13. 제12 항에서,
    상기 균질화된 빔 평면은 상기 렌즈의 초점면에 있는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  14. 제13 항에서,
    상기 균질화된 빔 평면에 스피닝 확산기를 더 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  15. 제13 항에서,
    상기 렌즈는 상기 적어도 2개의 어레이들로부터의 출력 광 빔의 회절 스파이크 사이의 간격이 상기 빔 균질화기로부터의 출력 광 빔을 수신하는 적어도 하나의 센서의 면적보다 크도록 충분히 큰 초점 길이를 가지는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  16. 제12 항에서,
    적어도 2개의 어레이들 중 하나 이상에 연결되고 상기 적어도 2개의 어레이들 사이의 거리를 조절하도록 구성되는 액추에이터를 더 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  17. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기 셀 어레이는 불화 칼슘, 용융 실리카, 불화 알루미늄, 캡슐화된(encapsulated) 불화 마그네슘, 불화 가돌리늄, 또는 나트륨 알루미늄 플루오린화물(sodium aluminum fluoride)로 이루어지는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  18. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기 셀 어레이는 렌즈릿(lenslet)의 어레이를 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  19. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기 셀 어레이는 투과형 셀 어레이인 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  20. 제1 항에서,
    상기 광학 주파수 분리 장치는 하나 이상의 에탈론을 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  21. 제1 항에서,
    상기 광 빔은 적어도 일부는 심자외 범위에 있는 복수의 파장을 가지는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  22. 제1 항에서,
    상기 광 빔의 공간 모드의 크기는 모든 지점이 고정된 위상관계를 가지는 광 빔에 걸친 횡방향 면적에 대응되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  23. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기는 광학 소스의 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  24. 제1 항에서,
    상기 빔 균질화기는 광학 소스의 마스터 오실레이터로부터 출력되는 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  25. 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템으로서,
    상기 펄스형 광 빔의 경로에 있는 빔 균질화기;
    상기 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔을 수신하고, 상기 펄스형 광 빔과 상호작용함과 아울러 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성되는 광학 주파수 분리 장치; 및
    출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서;를 포함하되,
    상기 빔 균질화기는,
    각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 한 쌍의 어레이들; 및
    렌즈;를 포함하고
    상기 한 쌍의 어레이들의 셀들은 상기 빔 균질화기를 통과하는 펄스형 광 빔의 각각의 공간 모드가 상기 렌즈의 초점면에서 동일한 면적에 투영되도록 이격되고 크기설정되는
    펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  26. 제25 항에서,
    각각의 셀은 상기 광 빔의 공간 모드의 크기에 매칭되는 표면 면적을 가지는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  27. 제26 항에서,
    파면 수정 셀의 표면 면적은 상기 공간 모드의 면적의 0.5배 내지 1.5배인 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  28. 제26 항에서,
    상기 광 빔의 공간 모드의 크기는 모든 지점이 고정된 위상관계를 가지는 광 빔에 걸친 횡방향 면적에 대응되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  29. 제25 항에서,
    상기 적어도 하나의 센서의 출력에 연결되는 제어 시스템을 더 포함하되,
    상기 제어 시스템은:
    상기 광 빔의 하나 이상의 펄스에 대하여 상기 출력되는 공간 콤포넌트의 특성을 측정하고;
    상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하며;
    추정된 스펙트럼 특징이 상기 스펙트럼 특징의 수용가능한 값의 범위 내에 있는지 여부를 판단하는;
    펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  30. 제25 항에서,
    상기 광 빔의 경로에 있는 광학 확산기를 더 포함하되,
    상기 빔 균질화기는 상기 광학 확산기로부터 출력되는 광 빔을 수신하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  31. 제25 항에서,
    상기 렌즈의 초점면에 스피닝 확산기를 더 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  32. 제25 항에서,
    상기 광학 주파수 분리 장치는 하나 이상의 에탈론을 포함하는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 계측 시스템.
  33. 심자외 광원으로서,
    펄스형 광 빔을 생성하는 적어도 하나의 이득 매질을 포함하는 광학 소스;
    상기 펄스형 광 빔의 제1 부분을 계측 경로에 따라 지향시키고, 상기 펄스형 광 빔의 제2 부분을 리소그래피 경로에 따라 지향시키는 빔 분리 디바이스;
    상기 계측 경로에 있는 계측 시스템; 및
    상기 광학 소스로부터 상기 펄스형 광 빔을 수신하고 상기 펄스형 광 빔을 광 리소그래피 노광 장치에 지향시키는, 리소그래피 경로에 있는 빔 전달 시스템을 포함하되,
    상기 계측 시스템은:
    상기 펄스형 광 빔의 경로에 있고, 각각의 어레이가 복수의 파면 수정 셀을 가지는 적어도 한 쌍의 어레이들을 가지는 빔 균질화기;
    렌즈;
    상기 빔 균질화기를 벗어나는 펄스형 광 빔을 수신하고, 상기 펄스형 광 빔과 상호작용 함과 아울러 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 복수의 공간 콤포넌트를 출력하도록 구성되는 광학 주파수 분리 장치; 및
    출력되는 공간 콤포넌트를 수신하고 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함하고
    상기 한 쌍의 어레이들의 셀들은 상기 빔 균질화기를 통과하는 펄스형 광 빔의 각각의 공간 모드가 상기 렌즈의 초점면에서 동일한 면적에 투영되도록 이격되고 크기를 가지는 심자외 광원.
  34. 제33 항에서,
    상기 빔 분리 디바이스와 상기 빔 균질화기 사이에 광학적 시간적 펄스 스트레처를 더 포함하는 심자외 광원.
  35. 제33 항에서,
    상기 광학 소스는:
    펄스형 시드 광 빔을 생성하는 마스터 오실레이터의 일부인 제1 이득 매질; 및
    상기 마스터 오실레이터로부터 상기 펄스형 시드 광 빔을 수신하고 상기 펄스형 광 빔을 출력하는 파워 증폭기의 일부인 제2 이득 매질;을 포함하는 심자외 광원.
  36. 제35 항에서,
    빔 균질화기가 상기 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있거나, 또는 빔 균질화기가 상기 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 심자외 광원.
  37. 제35 항에서,
    제1 빔 균질화기는 상기 펄스형 시드 광 빔의 경로에 있고, 제2 빔 균질화기는 상기 파워 증폭기로부터 출력되는 펄스형 광 빔의 경로에 있는 심자외 광원.
  38. 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 방법으로서,
    상기 광 빔의 각각의 횡방향 공간 모드를 빔 균질화 평면에서 동일한 횡방향 면적에 투영하는 것을 포함하여 상기 광 빔을 균질화하는 단계;
    상기 균질화된 광 빔을, 상기 광 빔의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 공간 콤포넌트를 출력하는 광학 주파수 분리 장치과 상호작용시키는 단계;
    상기 공간 콤포넌트를 감지하는 단계;
    감지된 공간 콤포넌트의 특성을 측정하는 단계;
    상기 측정된 특성을 분석하여 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 추정하는 단계; 및
    상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 스펙트럼 특징의 수용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 방법.
  39. 제38 항에서,
    상기 펄스형 광 빔의 추정된 스펙트럼 특징이 수용가능한 범위 밖에 있다고 판단되면, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 수정하기 위해 조절 신호를 스펙트럼 특징 선택 시스템에 보내는 단계;를 더 포함하는 광 빔의 스펙트럼 특징을 측정하기 위한 방법.
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