KR20220143754A - 비선형 요소를 포함하는 어셈블리 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

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KR20220143754A
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비탈리 프로시옌초브
용펑 니
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

비선형 요소를 포함하는 어셈블리로서, 비선형 요소는 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하도록 구성된다. 어셈블리는 광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소를 더 포함한다. 비선형 요소는 일반적으로 비선형 광섬유, 예컨대 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)이다.

Description

비선형 요소를 포함하는 어셈블리 및 이를 이용하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 3월 31일자로 출원된 EP 출원 제20166940.5호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 비선형 요소를 포함하는 어셈블리 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 비선형 요소는 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하도록 구성된다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)에 있는 패턴(또는 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로도 지칭됨)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365nm(i-line), 248nm, 193nm 및 13.5nm 이다. 4-20 nm 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm 의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예컨대 파장 193 nm의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 로우-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서의 투영 광학계의 개구수이고, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄되는 최소 피처 크기이지만, 이 경우 1/2 피치)이고, k1은 실험상 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특별한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자가 계획한 형상 및 치수와 유사한 기판 상의 패턴을 재현하는 것이 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이즈 조명 스킴, 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 종종 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 함)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 "분해능 향상 기법"(RET)으로 일반적으로 규정되는 기타 다른 방법이 여기에 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 응용예에서, 리소그래피 장치 내부 및 리소그래피 장치 외부 모두에서 많은 다양한 유형의 측정이 수행될 수 있다. 일반적으로, 그러한 측정은 측정 타겟을 조사하기 위해 방사선 소스를 이용하고 타겟으로부터 산란되는 입사 방사선의 부분의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 동작가능한 검출 시스템을 이용하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 리소그래피 장치 외부의 측정 장치의 예는 계측 장치 및 검사 장치를 포함한다. 계측 장치는 기판의 하나 이상의 특성에 관한 데이터를 반환할 수 있으며, 여기서 데이터는 정량적 데이터일 수 있다. 검사 장치는 기판 상의 결함 또는 불완전성을 검출할 수 있다. 리소그래피 장치 내부의 측정 시스템의 예는 기판 상의 패턴의 특성을 측정하기 위한 토포그래피 측정, 위치 측정 및 정렬 측정을 포함한다.
측정 품질은 측정과 연관된 리소그래피 프로세스의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 측정 품질에 영향을 줄 수 있는 요소 중 하나는 측정에 사용된 방사선의 품질이다.
기판의 서로 다른 특성을 조사하기 위해 다른 유형의 방사선이 사용될 수도 있다.
방사선 소스(예컨대, 중공 코어 광결정 섬유를 사용)는 효율이 낮을 수 있다. 예를 들어, 펌프 파워(즉, 입력 방사선)의 최대 40%가 생성된 방사선(즉, 광대역 방사선)과 함께 광섬유로부터 나올 수 있다. 이상적으로는, 입력 방사선이 광섬유 내에서 변환되어야 하며 그 중 극히 일부만 광섬유로부터 나온다.
방사선 소스는 예를 들어 방사선 소스 자체에 의해 지배되는 예측할 수 없는 방식으로 방사선을 생성할 수도 있다. 단일 샷 생성 프로세스 자체는 시스템 내의 양자 노이즈에 의해 지배되는 혼돈 상태이므로 방사선 소스에 제한되지 않는다. 이러한 의미에서, 단일 샷 스펙트럼을 제어하는 것은 불가능하며 방사선 소스로부터 나오는 스펙트럼에 영향을 미치는 것이 불가능하다. 방사선 소스의 스펙트럼 성능은 이를 보상하거나 스펙트럼을 수정할 수단이 없으면 열화될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 비선형 요소를 포함하는 어셈블리가 제공되며, 비선형 요소는 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하도록 구성되고, 어셈블리는 광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소를 더 포함한다.
이는 동일한 양의 입력 방사선으로부터 생성되는 광대역 방사선을 증가시키고 유효 에너지 변환 효율을 증가시키는 이점을 가질 수 있다. 또한, 이는 비선형 요소의 길이를 줄이는 이점이 있을 수 있다. 시스템의 노이즈 성능도 향상될 수 있다.
비선형 요소는 광대역 출력 방사선을 제공하기 위해 입력 방사선의 파장 스펙트럼을 확장할 수 있다.
광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성될 수 있다. 광대역 방사선의 일부분은 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서의 방사선일 수 있다. 즉, 비-공핍(un-depleted) 입력(펌프) 방사선이다. 입력 방사선은 단일 파장, 복수의 이산 파장, 또는 협대역 파장 범위를 포함할 수 있다.
광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선에 대한 펄스 압축 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 이것은 광대역 방사선을 생성하는 비선형 프로세스를 개시하도록 반사된 비-공핍 입력 방사선의 세기를 증가시키는 이점을 가질 수 있다. 입력 방사선 펄스의 압축은 위상 변조에 의한 것일 수 있다.
광학 요소는 광대역 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성될 수 있다. 광학 요소는 투과 요소일 수 있다. 광대역 방사선은 입력 방사선을 포함할 수 있다. 광대역 방사선은 초연속체 방사선일 수 있다.
광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성될 수 있다. 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 실질적으로 100%를 투과시키도록 구성될 수 있다.
상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상기 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 광학 요소를 더 포함할 수 있고, 상기 추가적인 광학 요소는 적어도 일부 광대역 방사선을 투과시키고, 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 상기 광학 요소로 반사시키며 상기 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성될 수 있다. 광학 요소는 반사 요소일 수 있다. 추가적인 광학 요소는 다이크로익 미러일 수 있다. 광학 요소는 처프(chirped) 미러, 격자 쌍 또는 프리즘 쌍을 포함할 수 있다.
추가적인 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성될 수 있다. 추가적인 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 실질적으로 100%를 투과시키도록 구성될 수 있다.
광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
광학 요소는 광대역 방사선의 대부분(majority)을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성될 수 있다. 광대역 방사선의 이러한 대부분은 입력 방사선을 포함할 수 있다. 광대역 방사선은 생성된 광대역 방사선일 수 있다. 반사된 광대역 방사선은 비선형 요소에서 추가 광대역 방사선을 생성할 수 있다. 광학 요소는 반사 요소일 수 있다.
광학 요소는 투과 요소일 수 있다. 광학 요소는 광대역 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성될 수 있다. 광학 요소는 광대역 방사선의 10% 이하를 투과시키도록 구성될 수 있다.
광학 요소는 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
어셈블리는 축에서 벗어난 적어도 일부의 광대역 방사선을 반사시키고 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성되는, 상기 비선형 요소의 상류에 위치된 보조 광학 요소를 포함할 수 있다. 보조 광학 요소는 비선형 요소로부터 멀리 광대역 방사선을 반사시킬 수 있다.
어셈블리는 광대역 방사선의 적어도 일부를 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 상류에 위치된 상류 광학 요소를 더 포함할 수 있다. 상류 광학 요소는 입력 방사선을 투과시킬 수 있다. 상류 광학 요소는 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상류 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 상류 광학 요소를 포함할 수 있고, 추가적인 상류 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 투과시키고, 적어도 일부 광대역 방사선을 상기 상류 광학 요소로 반사시키며 상기 상류 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성될 수 있다. 상류 광학 요소는 반사 요소일 수 있다. 추가적인 상류 광학 요소는 다이크로익 미러일 수 있다. 추가적인 상류 광학 요소는 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시킬 수 있다.
상류 광학 요소는 광대역 방사선의 펄스들을 성형하도록 구성될 수 있다. 이로써 비선형 요소로부터 나오는 평균 스펙트럼에 영향을 미칠 수 있고 열화된 스펙트럼 성능을 보상하는 이점이 있을 수 있다. 광대역 방사선은 응용예의 요구 사항에 따라 조작될 수 있다. (예컨대, 펄스 성형 또는 펄스 압축을 위한) 동적 요소가 동작 중에 변경될 수 있다.
상류 광학 요소는 스펙트럼 필터링 목적; 광대역 방사선으로부터 특정 주파수를 필터링하도록 구성될 수 있다.
선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 어셈블리는 비선형 요소 내로 방사선을 포커싱하고 비선형 요소를 빠져나가는 실질적으로 시준된 방사선을 제공하기 위해 각각 비선형 요소의 상류 및 하류에 위치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함한다. 하류 광학 요소는 스펙트럼 필터 또는 음향 광학 튜닝가능 필터를 포함할 수 있다.
어셈블리는 광학 요소, 추가적인 광학 요소, 상류 광학 요소, 추가적인 상류 광학 요소, 보조 광학 요소, 제1 렌즈 및 제2 렌즈 중 적어도 하나를 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 방사선이 비선형 요소에 진입하게 할 수 있다. 각 컴포넌트에 대해 별도의 액추에이터가 있을 수 있다.
비선형 요소는 중공 코어 섬유일 수 있다.
중공 코어 섬유는 광결정 섬유일 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 위에서 기술한 바와 같은 어셈블리를 포함하는 계측 배열체가 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 위에서 기술한 바와 같은 계측 배열체를 포함하는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 위에서 기술한 바와 같은 계측 배열체를 포함하는 검사 장치가 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 위에서 기술한 바와 같은 어셈블리를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 위에서 기술한 바와 같은 계측 배열체를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하는 방법으로서, 방법은: 광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소로부터 비선형 요소로 다시 반사시키는 단계를 포함한다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략도이다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 4는 스캐터로미터의 개략도를 나타낸다.
도 5은 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 본 발명의 실시예에 따라 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구; 및 (d) 제1 쌍 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구를 나타낸다.
도 6은 레벨 센서의 개략도이다.
도 7은 정렬 센서의 개략도이다.
도 8은 횡방향 평면(즉, 광섬유의 축에 수직)에서 일 실시예에 따른 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 9은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 일 실시예에 따른 방사선 소스의 개략도이다.
도 10(a) 및 (b)는 초연속체 생성을 위한 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF) 설계의 예에 대한 횡방향 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)를 포함하는 어셈블리의 개략적인 개요를 나타낸 것이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 어셈블리 내에서 하류 광학 요소로부터의 반사를 보여주는 그래프를 나타낸 것이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 어셈블리 내에서 상류 광학 요소로부터의 반사를 보여주는 그래프를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)를 포함하는 어셈블리의 개략적인 개요를 도시한다.
도 14은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)를 포함하는 어셈블리의 개략적인 개요를 나타낸 것이다.
본 개시내용에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 자외선(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 갖는 극 자외선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄하기 위해 사용된다.
본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브"라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 패터닝 디바이스의 예는, 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그래밍 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판 지지체를 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에 조명 시스템(IL)은, 예컨대 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 및/또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및/또는 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있고, 이는 또한 액침 리소그래피라 불린다. 액침 기술에 대한 추가 정보는 US6952253에 제공되어 있으며, 이는 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT)(또한 "이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는, 기판 지지체(WT)가 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행되면서, 나머지 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 이러한 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해 이용 중일 수 있다.
기판 지지체(WT) 이외에, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 보유할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 액침액을 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예컨대 마스크(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에서 포커싱되고 및 정렬된 위치에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하기 위해 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟부(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있는데, 이는 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 하며, 종종 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하며, 이들은 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하기 위한 것이며, 예컨대 레지스트 층에서 용매를 컨디셔닝하기 위한 것이다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 기판(W)을 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 이들 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사 툴(미도시)이 리소 셀(LC)에 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
검사 장치(계측 장치라고도 칭할 수도 있음)가 기판(W)의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관되는 속성이 층마다 어떻게 달라지는지 또는 상이한 기판들(W)의 속성이 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소 셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후 레지스트 층 내의 이미지) 또는 반잠상 이미지(노광후 베이크 단계(PEB) 이후 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭 등의 패턴 전사 단계 이후)에 대해 속성을 측정할 수 있다.
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 프로세스는 기판(W) 상의 구조체의 치수설정 및 배치의 높은 정확도를 요하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이들 시스템 중 하나는 계측 툴(MT)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이들 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 프로세스 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 프로세스 윈도우는 특정 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 포커스, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측하고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 가장 큰 전체 프로세스 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행하기 위해 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용할 수 있다(도 3에서 첫 번째 스케일 SC1에 양방향 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 예컨대 최적이 아닌 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측하기 위해, (예를 들어, 계측 툴(MT)으로부터의 입력을 사용하여) 프로세스 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하는 중인지를 검출하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 도 3에서 두 번째 스케일 SC2에 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있어서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다(도 3에서 세 번째 스케일 SC3에 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴은 일반적으로 계측 툴(MT)이라고 한다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스캐터로미터 계측 툴(MT)을 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 툴(MT)이 알려져 있다.
알려진 스캐터로미터의 예는 종종, 언더필된 타겟(측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성할 수 있을 정도로 큰 타겟 - 단순한 격자 또는 상이한 층들에서의 중첩되는 격자들의 형태임) 또는 오버필된 타겟(조명 스폿이 타겟을 부분적으로 또는 완전히 내포하게 됨)과 같은 전용화된 계측 타겟의 제공에 의존한다. 또한, 계측 툴, 예를 들어 언더필된 타겟, 예컨대 격자를 조명하는 각도 분해 스캐터로미터의 사용은, 산란 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정 결과와 비교함으로써 격자의 속성이 계산될 수 있는 소위 재구성 방법의 사용을 가능하게 한다. 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
스캐터로미터는, 이러한 스캐터로미터의 대물계의 퓨필 또는 퓨필과 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정이라 함) 또는 이미지 평면 또는 이러한 이미지 평면에 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정이라 함) 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 가능하게 하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광선에서부터 근적외선에 이르는 파장 범위의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
제1 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서 격자의 속성을 재구성하거나 계산하기 위해 측정된 신호에 재구성 방법이 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호 작용을 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션 결과와 측정의 결과를 비교한 결과일 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제2 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 분광 스캐터로미터이다. 이러한 분광 스캐터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되어, 정반사 방사선의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서의 세기 측정치)을 측정하게 된다. 이러한 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 예를 들어 엄격 결합파 분석 및 비선형 회귀에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 타원계측 스캐터로미터이다. 타원계측 스캐터로미터는 각각의 편광 상태에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치는 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형 편광된 광)을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스가 또한 편광된 방사선을 제공할 수 있다. 기존의 타원계측 스캐터로미터의 다양한 실시예가 미국 특허 출원 11/451,599, 11/708,678, 12/256,780, 12/486,449, 12/920,968, 12/922,587, 13/000,229, 13/033,135, 13/533,110 및 13/891,410 등에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
스캐터로미터(MT)의 일 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 반사 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서 비대칭을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 적응되며, 비대칭은 오버레이의 정도와 관련된다. 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체가 2개의 상이한 층(반드시 연속된 층일 필요는 없음)에 적용될 수 있고, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는 예를 들어 공동 특허 출원 EP1,628,164A에 기술된 바와 같은 대칭적인 검출 구성을 가질 수 있고, 따라서 임의의 비대칭이 명확하게 구별될 수 있다. 이는 격자의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공하게 된다. 주기적 구조체의 비대칭을 통해 타겟이 측정될 때 주기적 구조체를 함유하는 2개의 층 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가의 예는 PCT 특허 출원 공보 WO 2011/012624 또는 미국 특허 출원 US 20160161863에서 찾을 수 있고, 이러한 문헌은 원용에 의해 전체 내용이 본원에 통합된다.
관심 있는 다른 파라미터는 초점과 선량일 수 있다. 초점 및 선량은 미국 특허 출원 US2011-0249244에 기재된 바와 같이 산란계측에 의해(또는 대안적으로 주사 전자 현미경에 의해) 동시에 결정될 수도 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다. 초점 에너지 매트릭스(FEM - 초점 노출 매트릭스라고도 함)에서 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽 각도 측정치의 고유한 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수도 있다. 임계 치수와 측벽 각도의 이러한 고유한 조합을 사용할 수 있는 경우 초점 및 선량 값은 이러한 측정치로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은, 주로 레지스트에, 하지만 예컨대 에칭 프로세스 이후에도, 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 복합 격자의 앙상블일 수 있다. 전형적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 라인폭은 계측 타겟으로부터 기인한 회절 차수를 캡처할 수 있도록 하는 측정 광학계(특히 광학계의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급한 바와 같이, 회절된 신호는 두 개의 층들 사이의 시프트('오버레이'라고도 함)를 결정하는 데 사용되거나 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질에 대한 안내를 제공하는 데 사용될 수 있으며 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제어하는 데 사용될 수 있다. 타겟은 더 작은 하위 세그먼트들을 가질 수 있고, 이들은 타겟에서 설계 레이아웃의 기능적 부분의 치수를 모방하도록 구성된다. 이러한 하위 세그먼트화로 인해, 전체 프로세스 파라미터 측정이 설계 레이아웃의 기능적 부분에 더 유사하게 되도록 타겟은 설계 레이아웃의 기능적 부분과 더 유사하게 거동할 것이다. 타겟은 언더필 모드 또는 오버필 모드로 측정될 수 있다. 언더필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필 모드에서는, 상이한 타겟을 동시에 측정하여 상이한 프로세싱 파라미터를 동시에 결정할 수도 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체적인 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하는 데에 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용된 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 하나 이상의 파라미터는 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는 예를 들어, 프로세싱 변동에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 추가적인 예가 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 출원 US 2016/0370717A1에 기술되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
스캐터로미터 등의 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(6) 상에 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란 방사선은 정반사된 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서의 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 전달된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조체 또는 프로파일이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있으며, 이는 예를 들어, 정밀 결합파 분석 및 비선형 회귀 분석에 의해 또는 도 4의 하단에 표시된 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼 라이브러리와의 비교를 통해 이루어진다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위해, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 파라미터는 구조체가 만들어진 프로세스에 대한 지식으로부터 가정되고, 산란계측 데이터로부터 결정되어야 하는 구조체의 몇 가지 파라미터만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로 구성될 수 있다.
도 5(a)는 계측 장치, 보다 구체적으로 암시야 스캐터로미터의 일 실시예를 나타낸다. 타겟(T)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 5(b)에 보다 상세히 예시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로서 알려진 유형이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 브랜치를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 있다. 이러한 장치에서, 광원(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 빔 스플리터(15)를 통해 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 여전히 검출기 상에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 퓨필 평면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 (공액) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 역-투영 이미지(back-projected image)인 평면에서, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 개구 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태로 배치된다. 기판(W)은 지지체(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 측정 방사선 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟을 이용하는 경우, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 개구가 (유용한 광량을 허용하는데 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일정 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라 일정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 타겟의 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 5의 (a) 및 (b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축외인 것으로 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 5(a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두가 북쪽(N)과 남쪽(S)으로 표시된 정반대 측의 개구를 지정하는 것으로 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1차 회절 광선(+1(N)으로 표시됨)이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1차 회절 광선(1(S)로 표시됨)이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다.
제2의 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 브랜치로 분할한다. 제1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 수많은 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.
제2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 퓨필 평면에 공액 관계를 이루는 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이러한 이미지를 처리하는 프로세서(PU)에 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 용어는 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격라 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 5에 도시된 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 전달하기 위하여 축외 개구를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서, 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 5차 및 더 높은 차수의 빔(도 5에는 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 개구 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이게 하도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 하나의 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90 ° 및 270 °만큼 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 개구 플레이트가 도 5(c) 및 (d)에 도시되어 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.
리소그래피 장치에 통합될 수 있는 토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서는 기판(또는 웨이퍼)의 상면의 토포그래피를 측정하도록 배열된다. 높이 맵이라고도 하는 기판의 토포그래피 맵은 기판 상의 위치의 함수로서 기판의 높이를 나타내도록 이들 측정치로부터 생성될 수 있다. 이러한 높이 맵은 기판 상의 적절한 초점 위치에 패터닝 디바이스의 공간상을 제공하기 위해 기판 상의 패턴의 전사 동안에 기판의 위치를 수정하는 데에 후속적으로 사용될 수도 있다. 이러한 문맥에서 "높이"는 광범위하게 기판에 대해 평면으로부터 벗어난 치수(Z-축으로도 지칭됨)를 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 일반적으로, 레벨 또는 높이 센서는 (자체 광학 시스템에 대해) 고정된 위치에서 측정을 수행하고, 기판과 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템 사이의 상대 이동을 통해 기판을 가로지르는 위치에서 높이 측정이 일어나게 된다.
당업계에 공지된 바와 같은 레벨 또는 높이 센서(LS)의 예가 도 6에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 작동 원리만을 예시한다. 이러한 예에서, 레벨 센서는 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함하는 광학 시스템을 포함한다. 투영 유닛(LSP)은 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 의해 부여되는 방사선 빔(LSB)을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함한다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어 초연속체 광원과 같은 광대역 또는 협대역 방사선 소스, 편광 또는 비편광, 펄스형 또는 연속형, 예를 들어 편광 또는 비편광 레이저 빔일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는 복수의 LED와 같이 서로 다른 색상 또는 파장 범위를 갖는 복수의 방사선 소스를 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선으로 제한되지 않고, 추가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 및 기판의 표면으로부터 반사되기에 적합한 임의의 범위의 파장을 포괄할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)을 생성하는 주기적 구조를 포함하는 주기적 격자이다. 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)은, 0도 내지 90도로, 통상적으로 70도 내지 80도로, 입사 기판 표면에 수직인 축(Z축)에 대해 입사각(ANG)을 갖고 기판(W) 상의 측정 위치(MLO)를 향해 지향된다. 측정 위치(MLO)에서, 패터닝된 방사선 빔(BE1)은 기판(W)에 의해 반사되고(화살표 BE2로 표시됨) 검출 유닛(LSD)을 향해 지향된다.
측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정하기 위해, 레벨 센서는 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(미도시)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수도 있다. 검출기(DET)는, 광검출기와 같이, 수신된 광을 나타내거나(예컨대 수신된 광의 세기를 나타내거나) 카메라와 같이 수신된 세기의 공간적 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 유형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
삼각 측량 기법을 사용하여 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정할 수 있다. 검출된 높이 레벨은 일반적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 신호 강도와 관련되며, 이러한 신호 강도는 특히 투영 격자(PGR)의 설계 및 (비스듬한) 입사각(ANG)에 의존하는 주기성을 갖는다.
투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은 투영 격자(PGR)와 검출 격자(DGR) 사이의 패터닝된 방사선 빔의 경로를 따라 렌즈 및/또는 거울과 같은 추가 광학 요소를 포함할 수 있다(도시되지 않음).
일 실시예에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있고, 검출 격자(DGR)가 배치된 위치에 검출기(DET)가 배치될 수도 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지에 대한 보다 직접적인 검출을 제공한다.
기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 기판(W)의 표면 상에 측정 빔(BE1)의 어레이를 투영하도록 구성될 수 있고, 이로써 더 큰 측정 범위를 커버하는 측정 영역(MLO) 또는 스폿의 어레이를 생성할 수 있다.
일반적인 유형의 다양한 높이 센서가 예를 들어 US7265364 및 US7646471에 개시되어 있으며, 이러한 문헌 모두 원용에 의해 포함된다. 가시광선 또는 적외선 대신 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가 US2010233600A1에 개시되어 있으며, 이러한 문헌은 원용에 의해 포함된다. 원용에 의해 포함되는 WO2016102127A1에서는 검출 격자를 필요로 하지 않으면서 격자 이미지의 위치를 검출하고 인식하기 위해 다중-요소 검출기를 사용하는 컴팩트한 높이 센서에 관해 설명하고 있다.
복잡한 디바이스의 제조에 있어서, 전형적으로 수많은 리소그래피 패터닝 단계가 수행되어, 기판 상의 연속된 층들에 기능 피처들을 형성하게 된다. 따라서, 리소그래피 장치의 성능의 중요한 양상은 이전 층에 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 레이아웃된 피처들과 관련하여 적용된 패턴을 올바르고 정확하게 배치할 수 있는 능력이다. 이러한 목적을 위해, 기판에는 하나 이상의 마크 세트가 제공된다. 각각의 마크는 나중에 위치 센서, 일반적으로 광학 위치 센서를 사용하여 위치를 측정할 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"로 지칭될 수 있고 마크는 "정렬 마크"로 지칭될 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치들이 정확하게 측정될 수 있는 하나 이상의(예컨대, 복수의) 정렬 센서들을 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서는 회절 및 간섭과 같은 광학적 현상을 이용하여 기판에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에서 널리 사용되는 정렬 센서의 일례는 미국 특허 제6,961,116 호에 기재된 자기-참조 간섭계에 기초한다. 예를 들어 US2015261097A1에 개시된 바와 같이 위치 센서의 다양한 개선 및 수정사항이 발전되어 왔다. 이들 문헌 모두의 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다.
마크 또는 정렬 마크는 기판 상에 제공된 층 상에 또는 층 내에 형성되거나 기판 내에 (직접) 형성된 일련의 바아를 포함할 수 있다. 이들 바아는, 마크가 잘 알려진 공간 주기(피치)를 갖는 회절 격자로 간주될 수 있도록, 규칙적으로 이격되어 있고 격자 라인으로서 기능할 수 있다. 이러한 격자 라인의 배향에 따라, X축을 따라 또는 Y축(X축에 실질적으로 수직 배향됨)을 따라 위치의 측정을 가능하게 할 수 있도록 마크가 설계될 수 있다. X축 및 Y축 양자 모두에 대해 +45도 및/또는 -45도로 배열되는 바아를 포함하는 마크는 US2009/195768A에 설명한 바와 같은 기술을 사용하여 조합된 X- 및 Y- 측정을 허용하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 본원에 통합된다.
정렬 센서는 방사선 스폿을 이용해 광학적으로 각 마크를 스캔하여, 정현파와 같이 주기적으로 변하는 신호를 얻게 된다. 이러한 신호의 위상을 분석하여 정렬 센서에 대해 상대적인 마크의 위치와 따라서 기판의 위치를 결정하게 되는데, 정렬 센서는 리소그래피 장치의 기준 프레임에 대해 고정된다. 정렬 센서가 주기적인 신호의 서로 상이한 사이클들 뿐만 아니라 한 사이클 내의 정확한 위치(위상)를 구별할 수 있도록, 상이한 (개략적 및 미세) 마크 치수와 관련된 소위 개략적 마크와 미세 마크가 제공될 수 있다. 서로 상이한 피치의 마크도 이러한 목적으로 사용할 수 있다.
마크의 위치를 측정하는 것은, 마크가 예컨대 웨이퍼 그리드의 형태로 제공되는 기판의 변형에 대한 정보도 제공할 수 있다. 기판의 변형은, 예를 들어 기판이 방사선에 노출될 때 기판 테이블에 대한 기판의 정전기적 클램핑 및/또는 기판의 가열에 의해 발생할 수 있다.
도 7은 원용에 의해 포함되는 예를 들어 US6961116에 설명되어 있는 것과 같은 공지된 정렬 센서(AS)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는, 조명 스폿(SP)으로서, 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상으로 방향전환 광학계에 의해 방향전환되는 하나 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공한다. 이러한 예에서 방향전환 광학계는 스폿 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)가 조명되는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 작을 수 있다.
마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 정보 전달 빔(IB)으로 시준된다(이러한 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통해). "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절(반사라고 할 수 있음)을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 위에서 언급된 US6961116에 개시된 유형의 자기-참조 간섭계(SRI)는 빔(IB)과 자체적으로 간섭한 후에 빔이 광검출기(PD)에 의해 수광된다. 방사선 소스(RSO)에 의해 둘 이상의 파장이 생성되는 경우 별도의 빔들을 제공하기 위해 추가의 광학계(도시되지 않음)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있거나 필요한 경우 다수의 픽셀을 포함할 수도 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이러한 예에서 스폿 미러(SM)를 포함하는 방향전환 광학계는, 정보 전달 빔(IB)이 마크(AM)로부터의 고차 회절 방사선만을 포함하도록, 마크로부터 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수도 있다(이는 측정에 필수적인 것은 아니고, 신호 대 잡음비를 향상시킴).
세기 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI) 내의 광학 처리와 유닛(PU) 내의 연산 처리의 조합에 의해 기준 프레임에 대한 기판 상의 X 및 Y-위치의 값들이 출력된다.
도시된 유형의 단일 측정은 단지 마크의 한 피치에 해당하는 특정 범위 내에서 마크의 위치를 고정한다. 정현파의 어느 주기가 마크된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위해 이와 함께 좀 더 개략적인 측정 기술이 사용된다. 마크가 제조되는 재료와 마크가 제공되는 위치의 아래 및/또는 위의 재료에 관계없이 향상된 정확도 및/또는 마크의 강건한 검출을 위해 더 개략적인 및/또는 더 미세한 수준에서의 동일한 프로세스가 서로 다른 파장에서 반복될 수도 있다. 파장은 광학적으로 다중화 및 역다중화되어 동시에 처리될 수 있고/있거나 시분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다.
이러한 예에서 정렬 센서와 스폿(SP)은 고정된 채로 유지되는 한편 이동하는 것은 기판(W)이다. 따라서 정렬 센서는, 기판(W)의 이동 방향과 반대 방향으로 마크(AM)를 효과적으로 스캔하면서, 기준 프레임에 견고하고 정확하게 장착될 수 있다. 기판(W)이 기판 지지체 상에 장착되고 기판 위치설정 시스템이 기판 지지체의 움직임을 제어함으로써 기판(W)의 움직임이 제어된다. 기판 지지체 위치 센서(예를 들어, 간섭계)는 기판 지지체의 위치를 측정한다(미도시). 일 실시예에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지체 상에 제공된다. 기판 지지체 상에 제공된 마크의 위치를 측정하면 위치 센서에 의해 결정된 바와 같은 기판 지지체의 위치가 교정될 수 있다(예컨대, 정렬 시스템이 연결된 프레임에 대해 상대적으로). 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치의 측정에 의해 기판 지지체에 대한 기판의 위치가 결정될 수 있다.
위에서 언급된 스캐터로미터, 토포그래피 측정 시스템 또는 위치 측정 시스템과 같은 계측 툴(MT)은 측정을 수행하기 위해 방사선 소스로부터 발생하는 방사선을 사용할 수 있다. 계측 툴에 의해 사용되는 방사선의 특성은 수행될 수 있는 측정의 유형과 품질에 영향을 미칠 수 있다. 일부 응용예의 경우, 기판을 측정하기 위해 다수의 방사선 주파수를 사용하는 것이 유리할 수 있고, 예를 들어 광대역 방사선이 사용될 수 있다. 다수의 서로 다른 주파수는 다른 주파수와의 간섭이 없거나 간섭을 최소화하면서 계측 타겟으로부터 전파, 조사 및 산란될 수도 있다. 따라서, 예를 들어 더 많은 계측 데이터를 동시에 획득하기 위해 서로 상이한 주파수가 사용될 수 있다. 서로 상이한 방사선 주파수는 또한 계측 타겟의 다른 특성을 조사하고 발견할 수도 있다. 광대역 방사선은 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 산란계측 툴 또는 검사 툴과 계측 시스템(MT)에서 유용할 수 있다. 광대역 방사선 소스는 초연속체 소스일 수 있다.
초연속체 방사선과 같은 고품질 광대역 방사선은 생성하기 어려울 수 있다. 광대역 방사선을 생성하기 위한 한 가지 방법은, 예를 들어 비선형의 고차 효과를 이용하여, 높은 파워의 협대역 또는 단일 주파수 입력 방사선을 확장시키는 것일 수 있다. (레이저를 사용하여 생성될 수 있는) 입력 방사선은 펌프 방사선으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 입력 방사선은 시드 방사선이라 지칭될 수도 있다. 확장 효과를 위한 높은 파워의 방사선을 얻기 위해, 방사선은 작은 영역으로 구속되어 강하게 국소화된 높은 세기의 방사선이 달성된다. 그러한 영역에서, 방사선은 광대역 출력 방사선을 생성하도록 비선형 매질을 형성하는 확장용 구조 및/또는 재료와 상호작용할 수 있다. 높은 세기의 방사선 영역에서, 적절한 비선형 매질을 제공함으로써 방사선 확장을 가능하게 하고 및/또는 개선하기 위해 상이한 재료들 및/또는 구조들이 사용될 수 있다.
일부 구현예로서, 도 9를 참조하여 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 입력 방사선을 확장하기 위한 방법 및 장치는 입력 방사선을 구속하기 위해 그리고 입력 방사선을 출력 광대역 방사선으로 확장하기 위해 섬유를 사용할 수 있다. 섬유는 중공 코어 섬유일 수 있고, 섬유 내에서 방사선의 효과적인 안내 및 구속을 달성하기 위한 내부 구조를 포함할 수 있다. 섬유는 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)일 수 있으며, 이는 주로 섬유의 중공 코어 내부에서 강한 방사선 구속에 특히 적합하여, 높은 방사선 세기를 달성한다. 섬유의 중공 코어는 입력 방사선을 확장시키기 위한 확장용 매질로 작용하는 가스로 채워질 수 있다. 이러한 섬유 및 가스 배열은 초연속체 방사선 소스를 생성하는 데 사용될 수 있다. 섬유에 입력되는 방사선은 전자기 방사선, 예를 들어 적외선, 가시광선, UV 및 극자외선 스펙트럼 중 하나 이상의 방사선일 수 있다. 출력 방사선은 본 명세서에서 백색광으로 지칭될 수 있는 광대역 방사선으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예는 광섬유를 포함하는 그러한 광대역 방사선 소스의 새로운 설계에 관한 것이다. 광섬유는 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)이다. 특히, 광섬유는 방사선의 구속을 위한 반공진 구조를 포함하는 유형의 중공 코어, 광결정 섬유일 수 있다. 반공진 구조를 포함하는 그러한 섬유는 반공진 섬유, 튜브형 섬유, 단일 링 섬유, 음의 곡률 섬유 또는 억제된 커플링 섬유로서 당업계에 알려져 있다. 이러한 섬유의 다양한 상이한 설계가 당업계에 알려져 있다. 대안적으로, 광섬유는 광자 밴드갭 섬유(HC-PBF, 예를 들어 Kagome 섬유)일 수 있다.
서로 다른 물리적 가이드 메커니즘을 각각 기반으로 하는 수많은 유형의 HC-PCF가 설계제작될 수 있다. 이러한 두 가지 HC-PCF에는 중공-코어 광자 밴드갭 섬유(HC-PBF) 및 중공-코어 반공진 반사 섬유(HC-ARF)가 포함된다. HC-PCF의 설계 및 제조에 대한 세부사항은 미국 특허 US 2004/015085 A1(HC-PBF의 경우) 및 국제 PCT 특허 출원 WO 2017/032454 A1(중공 코어 반공진 반사 섬유의 경우)에서 찾을 수 있으며, 이들은 원용에 의해 본원에 포함된다. 도 10(a)는 Kagome 격자 구조를 포함하는 Kagome 섬유를 나타낸다.
방사선 소스에 사용하기 위한 광섬유의 예에 관해 이제 도 8을 참조하여 설명할 것이고, 이러한 도면은 횡방향 평면에서 광섬유(OF)의 개략적인 단면도이다. 도 8의 섬유의 실제 예와 유사한 추가 실시예가 WO 2017/032454 A1에 개시되어 있다.
광섬유(OF)는 기다란 몸체를 포함하고, 섬유(OF)의 나머지 두 치수에 비해 한 치수에서 더 기다랗다. 이러한 더 긴 치수는 축 방향으로 지칭될 수 있고 광섬유(OF)의 축을 규정할 수 있다. 2개의 다른 치수는 횡방향 평면으로 지칭될 수 있는 평면을 규정한다. 도 8은 xy 평면으로 표시된 이러한 횡방향 평면(즉, 축에 수직)에서 광섬유(OF)의 단면을 보여준다. 광섬유(OF)의 횡방향 단면은 섬유 축을 따라 실질적으로 일정할 수 있다.
광섬유(OF)는 어느 정도의 가요성을 갖고 따라서 축의 방향은 일반적으로 광섬유(OF)의 길이를 따라 균일하지 않을 것이라는 점을 이해할 것이다. 광축, 횡방향 단면 등의 용어는 국소적인 광축, 국소적인 횡방향 단면 등을 의미함을 이해할 것이다. 또한, 컴포넌트들이 원통형 또는 튜브형인 것으로 설명하는 경우 이들 용어는 광섬유(OF)가 구부러질 때 왜곡될 수 있는 그러한 형상을 포괄한다는 점을 이해할 것이다.
광섬유(OF)는 임의의 길이를 가질 수 있고 광섬유(OF)의 길이는 응용예에 따라 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 광섬유(OF)는 1 cm 내지 10 m의 길이를 가질 수도 있고, 예를 들어 광섬유(OF)는 10 cm 내지 100 cm의 길이를 가질 수 있다.
광섬유(OF)는: 중공 코어(COR); 중공 코어(COR)를 둘러싸는 클래딩 부분; 및 클래딩 부분을 둘러싸서 지지하는 지지 부분(SP)을 포함한다. 광섬유(OF)는 중공 코어(COR)를 갖는 본체(클래딩 부분 및 지지 부분(SP)를 포함함)를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 클래딩 부분은 중공 코어(COR)를 통해 방사선을 안내하기 위한 복수의 반공진 요소를 포함한다. 특히, 복수의 반공진 요소는 주로 중공 코어(HC) 내부에서 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선을 구속하고 광섬유(OF)를 따라 방사선을 안내하도록 배열된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 실질적으로 광섬유(OF)의 중심 영역에 배치될 수 있어, 광섬유(OF)의 축이 또한 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)의 축을 규정하게 될 수 있다.
클래딩 부분은 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 복수의 반공진 요소를 포함한다. 특히, 이러한 실시예에서, 클래딩 부분은 6개의 튜브형 모세관(CAP)의 단일 링을 포함한다. 각각의 튜브형 모세관(CAP)은 반공진 요소로 작용한다.
모세관(CAP)은 튜브라고도 한다. 모세관은 단면이 원형일 수 있거나 다른 형상을 가질 수도 있다. 각각의 모세관(CAP)은, 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 규정하고 중공 코어(HC)를 모세관 공동(CC)으로부터 분리하는 대체로 원통형인 벽 부분(WP)을 포함한다. 벽 부분(WP)은 중공 코어(HC)를 통해 전파되는(그리고 벽 부분(WP) 상에 그레이징 입사각으로 입사될 수 있는) 방사선에 대한 반사-방지 Fabry-Perot 공진기로서 작용할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 벽 부분(WP)의 두께는, 중공 코어(HC)로의 되반사가 일반적으로 강화되는 반면 모세관 공동(CC)으로의 투과는 일반적으로 억제되도록 보장하는 데에 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 모세관 벽 부분(WP)은 0.01 내지 10.0 μm 의 두께를 가질 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 클래딩 부분이라는 용어는 광섬유(OF)(즉, 상기 방사선을 중공 코어(COR) 내에 구속하는 모세관(CAP))를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 광섬유(OF)의 일부를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 방사선은 섬유 축을 따라 전파되는 횡방향 모드의 형태로 구속될 수 있다.
지지 부분은 일반적으로 튜브형이며 클래딩 부분의 6개 모세관(CAP)을 지지한다. 6개의 모세관(CAP)은 내측 지지 부분(SP)의 내면을 중심으로 고르게 분포되어 있다. 6개의 모세관(CAP)은 일반적으로 육각형 형태로 배치되는 것으로 설명할 수 있다.
모세관(CAP)은 각 모세관이 나머지 모세관(CAP)의 어느 것과도 접촉하지 않도록 배열된다. 모세관(CAP) 각각은 내측 지지 부분(SP)과 접촉하며 링 구조 내에서 인접한 모세관(CAP)과 이격되어 있다. 그러한 배열은 (예를 들어, 모세관들이 서로 접촉하는 배열에 비해) 광섬유(OF)의 전송 대역폭을 증가시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 모세관(CAP) 각각은 링 구조 내에서 인접한 모세관(CAP)과 접촉할 수도 있다.
클래딩 부분의 6개의 모세관(CAP)은 중공 코어(COR) 주위에 링 구조로 배치된다. 모세관(CAP)의 링 구조의 내면은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 규정한다. 중공 코어(HC)의 직경 d(화살표 d로 표시된, 서로 대향하는 모세관들 사이의 최소 치수로 규정될 수 있음)는 10 내지 1000 μm일 수 있다. 중공 코어(HC)의 직경 d는 중공 코어 광섬유(OF)의 모드 필드 직경, 충격 손실, 분산, 모드 복수(modal plurality) 및 비선형성 특성에 영향을 미칠 수 있다.
이 실시예에서, 클래딩 부분은 (반공진 요소로 작용하는) 모세관(CAP)의 단일 링 배열을 포함한다. 따라서, 중공 코어(HC)의 중심으로부터 광섬유(OF)의 외부까지의 임의의 반경 방향의 라인은 단지 하나의 모세관(CAP)만을 통과한다.
다른 실시예에는 반공진 요소의 다양한 배열들이 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 여기에는 반공진 요소들의 다수의 링을 갖는 배열 및 내포된(nested) 반공진 요소들을 갖는 배열이 포함될 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 실시예가 6개의 모세관의 링을 포함하지만, 다른 실시예에서는 임의의 수의 반공진 요소(예를 들어, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 모세관)를 포함하는 하나 이상의 링이 클래딩 부분에 제공될 수 있다.
도 10(b)는 튜브형 모세관의 단일 링을 갖는 위에서 논의된 HC-PCF의 변형된 실시예를 나타낸다. 도 10(b)의 예에는 튜브형 모세관의 2개의 동축 링이 있다. 튜브형 모세관의 내측 링과 외측 링을 유지하기 위해 지지 튜브(ST)가 HC-PCF에 포함될 수 있다. 지지 튜브는 실리카로 만들어질 수 있다.
도 8 및 도 10(a)와 (b)의 예의 튜브형 모세관은 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 타원형 또는 다각형 단면과 같이, 튜브형 모세관에 대해 다른 형상도 가능하다. 추가적으로, 도 8 및 도 10(a)와 (b)의 예의 튜브형 모세관의 고체 재료는 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카와 같은 유리, 또는 연질 유리를 포함할 수도 있다.
도 9은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스(RDS)의 개략도이다. 방사선 소스(RDS)는 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS) 또는 원하는 길이 및 에너지 레벨의 짧은 펄스를 생성할 수 있는 임의의 다른 유형의 소스; 중공 코어(COR)를 갖는 광섬유(OF)(예를 들어, 도 8에 도시된 유형); 및 중공 코어(COR) 내에 배치된 작동 매질(WM)(예를 들어, 가스)을 포함한다. 도 9에서 방사선 소스(RDS)는 도 8에 도시된 광섬유(OF)를 포함하지만, 대안적인 실시예로서 다른 유형의 중공 코어 광섬유가 사용될 수도 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 입력 방사선(IRD)을 제공하도록 구성된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)로부터 입력 방사선(IRD)을 수신하고 이를 확장하여 출력 방사선(ORD)을 제공하도록 배열된다. 작동 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 제공하도록 수신된 입력 방사선(IRD)의 주파수 범위의 확장을 가능하게 한다.
방사선 소스(RDS)는 저장소(RSV)를 더 포함한다. 광섬유(OF)는 저장소(RSV) 내부에 배치된다. 저장소(RSV)는 또한 하우징, 컨테이너, 또는 가스 셀로 지칭될 수 있다. 저장소(RSV)는 작동 매질(WM)을 함유하도록 구성된다. 저장소(RSV)는 저장소(RSV) 내부의 작동 매질(WM)(가스일 수 있음)의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위해 당업계에 공지된 하나 이상의 특징을 포함할 수도 있다. 저장소(RSV)는 제1 투명 창(TW1)을 포함할 수 있다. 사용 시에, 광섬유(OF)는 제1 투명 창(TW1)이 광섬유(OF)의 입력 단부(IE)에 근접하여 위치되도록 저장소(RSV) 내부에 배치된다. 제1 투명 창(TW1)은 저장소(RSV)의 벽의 일부를 형성할 수 있다. 제1 투명 창(TW1)은 적어도 수신된 입력 방사선 주파수에 대해 투명할 수 있고, 이로써 수신된 입력 방사선(IRD)(또는 그것 중 적어도 많은 부분)은 저장소(RSV) 내부에 위치한 광섬유(OF)에 커플링될 수 있게 된다. 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하기 위해 광학계(미도시)가 제공될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
저장소(RSV)는 저장소(RSV)의 벽의 일부를 형성하는 제2 투명 창(TW2)을 포함할 수 있다. 사용 시에, 광섬유(OF)가 저장소(RSV) 내부에 배치될 때, 제2 투명 창(TW2)이 광섬유(OF)의 출력 단부(OE)에 근접하여 위치된다. 제2 투명 창(TW2)은 적어도 장치(120)의 광대역 출력 방사선(ORD)의 주파수들에 대해 투명할 수 있다.
대안적으로, 다른 실시예로서, 광섬유(OF)의 2개의 반대측 단부가 서로 상이한 저장소들 내부에 배치될 수도 있다. 광섬유(OF)는 입력 방사선(IRD)을 수신하도록 구성된 제1 단부 섹션, 및 광대역 출력 방사선(ORD)을 출력하기 위한 제2 단부 섹션을 포함할 수 있다. 제1 단부 섹션은 작동 매질(WM)을 포함하는 제1 저장소 내부에 배치될 수 있다. 제2 단부 섹션은 제2 저장소 내부에 배치될 수 있고, 제2 저장소 또한 작동 매질(WM)을 포함할 수 있다. 저장소의 기능은 위에서 도 9과 관련하여 설명한 것과 같을 수 있다. 제1 저장소는 입력 방사선(IRD)에 대해 투명하도록 구성된 제1 투명 창을 포함할 수 있다. 제2 저장소는 광대역 출력 광대역 방사선(ORD)에 대해 투명하도록 구성된 제2 투명 창을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 저장소는 또한 광섬유(OF)가 부분적으로 저장소 내부에 그리고 부분적으로 외부에 배치되도록 허용하는 밀봉가능한 개구를 포함할 수 있어, 가스가 저장소 내부에 밀봉될 수 있다. 광섬유(OF)는 저장소 내부에 포함되지 않은 중간 섹션을 더 포함할 수 있다. 2개의 별개 가스 저장소를 사용하는 이러한 배열은 광섬유(OF)가 비교적 긴(예를 들어, 길이가 1m를 넘어서는 경우) 실시예에 특히 편리할 수 있다. 2개의 별개 가스 저장소를 사용하는 그러한 배열의 경우, 2개의 저장소(이는 2개의 저장소 내부의 가스의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위해 당업계에 공지된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있음)는 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내에 작동 매질(WM)을 제공하기 위한 장치를 제공하는 것으로 여겨질 수 있음을 이해할 것이다.
이러한 맥락에서, 창에 입사되는 해당 주파수의 방사선의 적어도 50%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 99%가 창을 통해 투과되는 경우 창은 그 주파수에 대해 투명할 수 있다.
제1 투명 창(TW1) 및 제2 투명 창(TW2) 모두는 작동 매질(WM)(가스일 수 있음)이 저장소(RSV) 내에 함유될 수 있도록 저장소(RSV)의 벽 내에 기밀 시일을 형성할 수 있다. 가스(WM)는 저장소(RSV)의 주변 압력과 상이한 압력으로 저장소(RSV) 내에 함유될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
작동 매질(WM)은 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 희가스, 수소, 중수소 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 크세논/중수소 혼합물, 크립톤/질소 혼합물, 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 충전 가스의 유형에 따라, 비선형 광학 프로세스는 변조 불안정성(MI), 솔리톤 핵분열, Kerr 효과, 라만 효과 및 분산파 생성을 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 원용에 의해 포함되는 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에 설명되어 있다. 충전 가스의 분산은 저장소(RSV) 내의 작동 매질(WM) 압력(즉, 가스 셀 압력)을 변경하여 튜닝될 수 있으므로, 주파수 변환을 최적화하기 위해 생성된 광대역 펄스 역학관계 및 연관된 스펙트럼 확장 특성이 조정될 수 있다.
일 구현예로서, 작동 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 생성하기 위해 적어도 입력 방사선(IRD)을 수신하는 동안 중공 코어(HC) 내에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)가 광대역 출력 방사선을 생성하기 위해 입력 방사선(IRD)을 수신하지 않는 동안, 가스(WM)은 중공 코어(COR)에 전체적으로 또는 부분적으로 부재(absent)할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
주파수 확장을 달성하기 위해 높은 세기의 방사선이 필요할 수 있다. 중공 코어 광섬유(OF)를 갖는 이점은, 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선의 강한 공간적 구속을 통해 높은 세기의 방사선을 달성하여 높은 국소화된 방사선 세기를 달성할 수 있다는 점이다. 광섬유(OF) 내부의 방사선 세기는 예를 들어, 높은 수신된 입력 방사선 세기 및/또는 광섬유(OF) 내부의 방사선의 강한 공간적 구속으로 인해 높아질 수 있다. 중공 코어 광섬유의 장점은 중공 코어 섬유, 특히 중공 코어 광섬유가 자외선 및 적외선 범위 모두에서 방사선을 안내할 수 있는, 보다 넓은 파장 범위를 갖는 방사선을 안내할 수 있다는 점이다.
중공 코어 광섬유(OF)를 사용하는 이점은 광섬유(OF) 내부로 안내되는 방사선의 대부분이 중공 코어(COR)에 구속된다는 점이다. 따라서 광섬유(OF) 내부의 방사선의 상호작용의 대부분은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내부에 제공되는 작동 매질(WM)과의 상호작용이다. 결과적으로 방사선에 대한 작동 매질(WM)의 확장 효과가 증가할 수 있다.
수신된 입력 방사선(IRD)은 전자기 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 펄스형 방사선으로 수신될 수 있다. 예를 들어, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 레이저에 의해 생성된 초고속 펄스를 포함할 수 있다.
입력 방사선(IRD)은 코히어런트 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 시준된 방사선일 수 있고, 그 이점은 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하는 효율성을 촉진하고 향상시킬 수 있다는 점이다. 입력 방사선(IRD)은 단일 주파수 또는 좁은 범위의 주파수를 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 레이저에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 출력 방사선(ORD)은 시준되고 및/또는 코히어런트할 수 있다.
출력 방사선(ORD)의 광대역 범위는 방사선 주파수의 연속적인 범위를 포함하는 연속적인 범위일 수 있다. 출력 방사선(ORD)은 초연속체 방사선을 포함할 수 있다. 연속적인 방사선은 예를 들어 계측 응용예와 같은 여러 응용예에서 사용하기에 유용할 수 있다. 예컨대, 연속적인 주파수 범위는 다수의 특성을 조사하기 위해 사용될 수 있다. 연속적인 주파수 범위는 예를 들어 측정된 특성의 주파수 종속성을 결정 및/또는 제거하기 위해 사용될 수 있다. 초연속체 출력 방사선(ORD)은 예를 들어 100 nm - 4000 nm의 파장 범위에 걸친 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD) 주파수 범위는 예를 들어 400 nm - 900 nm, 500 nm - 900 nm, 또는 200 nm - 2000 nm일 수 있다. 초연속체 출력 방사선(ORD)은 백색광을 포함할 수 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)에 의해 제공되는 입력 방사선(IRD)은 펄스형일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 200 nm 내지 2 μm 범위의 하나 이상의 주파수를 갖는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 1.03 μm 의 파장을 갖는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 펄스형 방사선(IRD)의 반복률은 대략 1kHz 내지 100MHz의 크기일 수 있다. 펄스 에너지는 대략 0.1μJ 내지 100μJ, 예를 들어 1 ~ 10μJ의 크기를 가질 수 있다. 입력 방사선(IRD)에 대한 펄스 지속기간은 10fs 내지 10ps, 예를 들어 300fs일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는 100mW 내지 수 100W 일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는 예를 들어 20 - 50W 일 수 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 레이저일 수 있다. 광섬유(OF)를 따라 전송되는 그러한 레이저 펄스의 시공간(spatio-temporal) 전송 특성(예컨대, 스펙트럼 진폭 및 위상)은 (펌프) 레이저 파라미터, 작동 매질(WM) 변동 및 광섬유(OF) 파라미터의 조정을 통해 변경 및 튜닝될 수 있다. 상기 시공간 전송 특성은 출력 파워, 출력 모드 프로파일, 출력 시간 프로파일, 출력 시간 프로파일의 폭(또는 출력 펄스 폭), 출력 스펙트럼 프로파일, 및 출력 스펙트럼 프로파일의 대역폭(또는 출력 스펙트럼 대역폭) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 펄스 펌프 레이저 소스(RPS) 파라미터는 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복율 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 광섬유(OF) 파라미터는 광섬유 길이, 중공 코어(101)의 크기 및 형상, 모세관의 크기 및 형상, 중공 코어를 둘러싸는 모세관의 벽의 두께 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 작동 성분(WM), 예컨대 충전 가스 파라미터는 가스 유형, 가스 압력 및 가스 온도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
방사선 소스(RDS)에 의해 제공되는 광대역 출력 방사선(ORD)은 적어도 1W의 평균 출력 파워를 가질 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 5W일 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 10W일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 펄스형 광대역 출력 방사선(ORD)일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 출력 방사선의 전체 파장 대역에서 적어도 0.01 mW/nm의 파워 스펙트럼 밀도를 가질 수 있다. 광대역 출력 방사선의 전체 파장 대역에서 파워 스펙트럼 밀도는 적어도 3 mW/nm일 수 있다.
도 11은 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)(102)에 커플링된 입력 방사선(106)으로부터 광대역 방사선(104)을 생성하도록 구성된 HC-PCF(102)를 포함하는 어셈블리(100)를 도시한다. 입력 방사선(106)은 도 11의 좌측에서 HC-PCF(102)로 들어가고 우측에서 HC-PCF(102)를 빠져나오지만, 이것은 단지 예에 불과하다는 점을 이해할 것이다. HC-PCF(102)는 광대역 출력 방사선(104)을 제공하기 위해 입력 방사선(106)의 파장 스펙트럼을 확장한다. 이러한 확장은 비선형 효과로 인한 것이다. HC-PCF(102)는 비선형 요소의 예이다. 다른 실시예에서, 어셈블리는 상이한 비선형 요소를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 비선형 요소는 용융 실리카 섬유 또는 유리 플레이트일 수 있다.
입력 방사선(106)은 특정 파워를 갖는 펌프 레이저(미도시)에 의해 제공될 수 있으며, 즉 입력 방사선(106)은 펌프 방사선인 것으로 간주될 수 있다. 입력 방사선(106)은 단일 파장, 복수의 이산 파장, 또는 협대역 파장 범위를 포함할 수 있다. 광대역 방사선(104)은 신호로 지칭될 수 있으며, 즉 이러한 신호는 펌프 파장 또는 파장들을 제외하고 HC-PCF에서 생성된 임의의 파장이다.
어셈블리(100)는 HC-PCF(102)의 상류, 즉 HC-PCF(102)에 입력 방사선(106)을 제공하는 펌프 레이저의 방향으로 위치된 제1 렌즈(110)(렌즈 요소)를 포함한다. 이는 도 11에서 HC-PCF(102)의 좌측이다. 제1 렌즈(110)는 입력 방사선(106)을 HC-PCF(102) 내로 포커싱하도록 구성된다.
어셈블리(100)는 HC-PCF(102)의 하류, 즉 HC-PCF(102)로부터 광대역 방사선(104)이 제공되는 방향으로 위치된 제2 렌즈(112)(렌즈 요소)를 포함한다. 이는 도 11에서 HC-PCF(102)의 우측이다. 제2 렌즈(112)는 HC-PCF(102)에서 빠져나오는 방사선을 실질적으로 시준하도록 구성된다.
제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(112)는 유리로 제조될 수 있고/있거나 코팅 또는 코팅들을 가질 수 있다.
제1 렌즈(110)와 연관된 제1 렌즈 액추에이터(114A)는 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 진입하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이는 HC-PCF(102)의 코어 직경이 50μm 미만일 수 있고 입력 방사선 빔이 HC-PCF(102)의 코어 내에 적절하게 커플링되도록 조작되는 μm 이하의 정확도 수준으로 위치설정되어야 하기 때문이다. 즉, 제1 렌즈 액추에이터(114A)는 입력 방사선이 HC-PCF(102)에 적절하게 진입하도록 제1 렌즈(110)의 위치를 조정할 수 있다.
어셈블리(100)는 HC-PCF(102)의 하류에 위치된 광학 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 광학 요소는 도 11에 도시된 바와 같이 HC-PCF(102)의 우측에 위치한 투과 요소이고, TER(투과 요소 우측)(116)이라 지칭될 것이다.
TER(116)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 적어도 일부 방사선 또는 모든 방사선을 반사시키도록 구성된다. 이것은 TER(116)로부터의 반사를 보여주는 그래프인 도 12a에 예시되어 있다. 그래프는 반사된 방사선의 세기(y축)에 대한 파장(λ)(x축)을 보여준다. 입력 방사선의 파장(또는 λpump)에서 세기의 피크가 있고 이러한 피크 주변의 다른 파장들에 대한 반사가 상대적으로 작음을 알 수 있다. 다시 말해서, TER(116)은 입력 방사선(106)을 반사한다.
광대역 방사선(104)은 입력 방사선(106)을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. TER(116)은 광대역 방사선(104)의 일부분(이러한 실시예에서는 입력 방사선(106))을 반사시키는 것으로 간주될 수 있다. 즉, 광대역 방사선(104)의 일부분은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서의 방사선일 수 있다. TER(116)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 반사된 입력 방사선(106)은 펄스 압축을 거칠 수 있다.
TER(116)은 광대역 방사선(104)의 적어도 일부 또는 전부를 투과시키도록 구성될 수 있다. 즉, TER(116)은 입력 방사선(106)의 파장 또는 파장 근방의 방사선의 파장들을 제외한 모든 파장들에 걸쳐 적어도 일부 또는 모든 방사선을 투과시킬 수 있다. 보다 구체적으로, TER(116)은 반사되는 입력 방사선(106)을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시킬 수 있다. 일부 실시예에서, TER(116)은 반사되는 광대역 방사선(104)의 일부분을 제외하고 광대역 방사선(104)의 실질적으로 100%를 투과시킬 수 있으며, 이러한 일부분은 이러한 실시예에서 입력 방사선(106)에 대응한다.
어셈블리(100)는 HC-PCF(102)의 상류에 위치된 상류 광학 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 상류 광학 요소는 도 11에 도시된 바와 같이 HC-PCF(102)의 좌측에 위치한 투과 요소이고, TEL(투과 요소 좌측)(118)이라 지칭될 것이다.
TEL(118)는 광대역 방사선(104)을 반사시키도록 구성된다. 이것은 TEL(118)로부터의 반사를 보여주는 그래프인 도 12b에 예시되어 있다. 그래프는 반사된 방사선의 세기(y축)에 대한 파장(λ)(x축)을 보여준다. 입력 방사선의 파장(또는 λpump)에서 세기의 하락(dip)이 있고 이러한 하락 주변의 다른 파장들에 대한 반사가 상대적으로 크다는 점을 알 수 있다. 즉, TEL(118)은 입력 방사선(106)의 파장 또는 파장 근방의 방사선의 파장들을 제외한 모든 파장들에 걸쳐 방사선을 반사시킨다. TEL(118)은 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
TEL(118)는 입력 방사선(106)을 투과시키도록 구성된다. 즉, TEL(118)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 방사선을 투과시킨다. 보다 구체적으로, TEL(118)은 입력 방사선(106)의 90% 내지 100%를 투과시킬 수 있다.
TER(116) 및 TEL(118)은 유리, 금속으로 만들어지거나 코팅 또는 코팅들을 갖고/갖거나 반사 및 투과를 수행하는 거울 또는 부분 거울을 가질 수 있다. TER(116) 및 TEL(118)은 요구되는 반사 및 투과를 수행하기 위해 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있고 임의의 적절한 형상 등을 가질 수 있음을 이해할 것이다.
사용 시에, 입력 방사선(106)은 펌프 레이저에 의해 생성되고, TEL(118)을 통과하고(도 11에서 좌측에서 우측으로), 제1 렌즈(110)에 의해 포커싱되어 HC-PCF(102)의 좌측으로 진입한다. 그 다음에, 입력 방사선(106)은 HC-PCF(102) 내에서 확장되고 광대역 방사선(104) 및 비-공핍(un-depleted) 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)의 우측을 빠져나간다. HC-PCF(102)는 일반적으로 생성된 광대역 방사선(104), 또는 생성된 광대역 방사선(104)의 대부분을 HC-PCF(102)의 우측 밖으로 안내한다. 비-공핍 입력 방사선 및 광대역 방사선(104)은 제2 렌즈(112)에 의해 시준되어 TER(116)에 입사된다.
TER(116)은 비-공핍 입력 방사선(106), 즉 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서의 방사선을 다시 HC-PCF(102)로 반사시킬 수 있다. 제2 렌즈(112)는 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)을 HC-PCF(102) 내로 포커싱할 것이다. 그러면 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)은 HC-PCF(102) 내에서 추가 광대역 방사선을 생성할 것이다. 이러한 경우, HC-PCF(102)는 일반적으로 추가 생성된 광대역 방사선(104), 또는 추가 생성된 광대역 방사선(104)의 대부분을 HC-PCF(102)의 좌측 밖으로 안내한다.
TER(116)은 이 경우에 HC-PCF(102)로부터 나오는 광대역 방사선(104)을 투과시킨다. 즉, TER(116)은 입력 방사선(106)의 파장 또는 파장 근방의 방사선의 파장들을 제외한 모든 파장들에 걸쳐 방사선을 투과시킬 수 있다.
제2 렌즈(112)와 연관된 제2 렌즈 액추에이터(114B)는 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 진입하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이는 HC-PCF(102)의 코어 직경이 50μm 미만일 수 있고 비-공핍 입력 방사선 빔이 HC-PCF(102)의 코어 내에 적절하게 커플링되도록 μm 이하의 정확도 수준으로 위치설정되어야 하기 때문이다. 즉, 제2 렌즈 액추에이터(114B)는 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 진입하도록 제2 렌즈(110)의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 제1 액추에이터(120A)에는 TER(116)이 제공되어 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 들어갈 수 있도록 한다. 즉, 제1 액추에이터(120A)는 반사된 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 진입할 수 있도록 TER(110)의 위치를 조정할 수 있다.
광대역 방사선(104) 및 비-공핍 입력 방사선(106)은 또한 HC-PCF의 좌측을 빠져 나가고, 즉 상류 방향으로 이동한다. 광대역 방사선(104) 및 비-공핍 입력 방사선(106)은 제1 렌즈(112)에 의해 시준되어 TEL(118)에 입사된다.
TEL(118)은 광대역 방사선(104), 즉 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서의 방사선의 파장들을 제외한 모든 파장에 걸친 방사선을 다시 HC-PCF(102)로 반사시킬 수 있다. 제1 렌즈(110)는 반사된 광대역 방사선(104)을 HC-PCF(102) 내로 포커싱할 것이다. 이러한 반사된 광대역 방사선(104)의 적어도 일부는 HC-PCF(102)를 통해 이동하고 HC-PCF(102)의 우측을 빠져 나와 TER(116)을 통해 투과될 것이다. 이러한 반사된 광대역 방사선(104)은 HC-PCF(102)에서 추가 광대역 방사선을 생성할 수도 있다.
TEL(118)은 HC-PCF(102)를 이중으로 통과한 후에 흡수로 인해 비교적 낮은 세기를 가질 수 있는 비-공핍 입력 방사선(106)(즉, 이용되지 않은 펌프 방사선)을 투과시킨다.
제2 액추에이터(120B)에는 TEL(118)이 제공되어 반사된 광대역 방사선(104)이 HC-PCF(102)에 들어갈 수 있도록 한다. 즉, 제2 액추에이터(120B)는 반사된 광대역 방사선(104)이 HC-PCF(102)에 진입할 수 있도록 TEL(118)의 위치를 조정할 수 있다. 제2 액추에이터(120B)는 또한 펌프 레이저로부터의 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 들어갈 수 있도록 하기 위한 것일 수 있다.
TER(116)을 통과한 광대역 방사선(104)(초연속체 방사선일 수 있음)은 다양한 목적을 위해, 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 산란계측 툴 또는 검사 툴과 같은 계측 툴(MT)에서 사용될 수 있다.
입력 방사선(106)을 다시 HC-PCF(102)로 반사시키는 것은 동일한 양의 입력 방사선(106)으로부터 생성된 광대역 방사선(104)을 증가시키는 이점을 제공한다. 입력 방사선을 두 번 재사용하면 유효 에너지 변환 효율이 증가할 것이므로 이는 펌프 레이저의 파워가 감소될 수도 있음을 뜻한다. 또한, 광대역 방사선(104)을 다시 HC-PCF(102)로 반사시키게 되면 또한 생성되는 광대역 방사선(104)을 증가시킨다. 또한, HC-PCF(102)를 통해 입력 방사선(106)을 두 번 통과시키게 되면 2개의 광대역 방사선 펄스(즉, 반복율이 2배가 됨)를 제공하게 된다. 이는 주파수가 높을수록 노이즈 레벨이 낮아지기 때문에 시스템의 노이즈 성능을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 2개보다 많은 펄스가 있을 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 펌프 레이저로부터의 나중의 방사선 빔의 펄스가 펌프 레이저로부터의 더 이른 입력 방사선 빔으로부터의 펄스와 결합되거나 적어도 동시에 발생할 수 있다. 이는 반사로 인한 지연 때문일 수 있다. 이는 어셈블리의 컴포넌트들의 크기(예컨대, 길이), 컴포넌트들 사이의 거리 및 펌프 레이저의 주파수에 따라 달라질 수 있다.
HC-PCF에 흡수되는 펌프 방사선의 양을 증가시키는 것은, 섬유의 길이를 증가시킴으로써 이루어질 수도 있지만, 이것은 HC-PCF가 차지하는 공간을 더 많이 필요로 하므로 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 더 긴 섬유의 경우 제조가 더 어려울 수도 있으며, 길이에 따라 특성이 변할 수도 있으므로 더 긴 섬유의 경우 불균일할 가능성이 더 높다. 또한 더 긴 섬유는 짧은 섬유보다 비용이 더 많이 들 수 있다. 대안적으로, 펌프를 다시 보내고 재사용하기 위해 반사를 추가할 수도 있을 것이다. 이러한 반사는 섬유 자체에 쓰여진 브래그 격자를 이용하여 얻을 수 있다. 그러나 이것은 HC-PCF에서는 일반적으로 불가능한데, 섬유의 코어가 중공이므로 반사를 제공하는 구조가 없기 때문이다. HC-PCF 구조의 일부가 반사에 사용될 수도 있지만 이는 비효율적일 수 있다.
또 다른 대안은 예를 들어 3개의 섬유를 병렬로 사용하여 제1 섬유로부터의 광이 제2 섬유로 들어가고 제2 섬유로부터의 광이 제3 섬유로 들어가도록 하는 것일 수 있다. 그러나, 이러한 대안적인 시스템의 단점은 상대적으로 비싼 3개의 섬유를 필요로 하고, 오염 가능성이 3배가 되며, 3회의 정렬이 필요하고, 임의의 섬유 장애 가능성이 3배가 될 것이라는 점이다.
일부 실시예에서, 광학 요소 및 상류 광학 요소는 광대역 방사선의 일부분을 HC-PCF로 다시 복수회(예를 들어, 2, 3, 4 또는 5회 또는 그 이상) 반사시키도록 구성될 수 있다. 비선형 요소를 통해 방사선을 두 번 통과시키는 것이 바람직할 수 있는데, 예를 들어 방사선이 어셈블리의 컴포넌트들과 상호작용하는 것으로 인한 손실 때문에 광대역 방사선 생성의 이득이 있더라도 세 번 이상 통과시키는 것은 많은 이득을 제공하지 못할 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 어셈블리(100)는 광대역 방사선의 일부분을 다시 비-선형 요소로 반사시키도록 HC-PCF(102)의 하류에 복수의 광학 요소 및/또는 HC-PCF(102)의 상류에 복수의 상류 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 13은 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)(102)에 커플링된 입력 방사선(106)으로부터 광대역 방사선(104)을 생성하도록 구성된 HC-PCF(102)를 포함하는 어셈블리(200)의 다른 실시예를 도시한다.
어셈블리(200)는 도 11의 어셈블리(100)와 유사하다(앞선 실시예에서와 동일한 컴포넌트들에 대해 동일한 도면부호가 사용되었고 간결함을 위해 여기서는 다시 논의되지 않을 것이다). 그러나, 이러한 실시예에서, HC-PCF(102) 하류의 광학 요소는 반사 요소이고 RER(반사 요소 우측)(216)이라 지칭될 것이다.
이러한 실시예에서, RER(216)은 적어도 일부 광대역 방사선(104)을 다시 HC-PCF(102)로 반사시킨다. RER(216)은 광대역 방사선(104)의 대부분(majority)을 HC-PCF(102)로 다시 반사시킬 수 있다. 광대역 방사선의 이러한 대부분은 (비-공핍) 입력 방사선(106)을 포함할 수 있다. RER(216)은 출력되기를 원하는 파장에서 또는 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 반사시키도록 구성될 수 있다.
RER(216)은 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 광대역 방사선(104)의 일부분은 광대역 방사선(104)의 대부분 및/또는 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 포함하는 것으로 간주될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
다른 실시예에서, 광학 요소는 투과 요소일 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 HC-PCF(102)의 우측을 빠져나온 비-공핍 입력 방사선(106)의 적어도 일부를 투과시킬 수 있다. 이러한 경우, RER(216)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서의 방사선의 파장들을 제외한 모든 파장에 걸친 방사선을 다시 HC-PCF(102)로 반사시킬 수 있다.
유리하게도 반사된 광대역 방사선(104)은 HC-PCF(102)에서 추가 광대역 방사선을 생성할 수도 있다. HC-PCF(102)에서 처음에(즉, 첫 번째 통과 동안에) 입력 방사선(106)으로부터 생성된 광대역 방사선(104)은 (비선형) 확장 프로세스가 여전히 진전되는 중인 단계에 있을 수 있다. 그러면 HC-PCF(102)에 진입하는 반사된 광대역 방사선(104)(즉, 두 번째 통과 동안에)이 이러한 프로세스에 추가되며, 즉 광대역 방사선(104) 생성을 마무리한다. 이는 더 짧은 섬유가 이용될 수 있도록 하는 이점이 있을 수 있다.
어셈블리(200)는 HC-PCF(102)의 상류에 위치된 보조 광학 요소를 포함한다. 보조 광학 요소는 도 13에 도시된 바와 같이 HC-PCF(102)의 좌측에 위치한 투과 요소이고, STEL(보조 투과 요소 좌측)(218)이라 지칭될 것이다.
STEL(218)은 축에서 벗어난 광대역 방사선(104)의 적어도 일부를 반사시키고 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성된다. 즉, STEL(218)은 광대역 방사선(104)을 HC-PCF(102)로부터 멀리 반사시켜, 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 산란계측 툴 또는 검사 툴과 같은 계측 툴(MT)에서 사용될 수 있게 한다. STEL(218)은 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, RER은 일부 광대역 방사선, 예를 들어 그에 입사하는 광대역 방사선의 최대 10%를 투과시킬 수 있다. 이것은 두 개의 광대역 방사선 빔이 있을 수 있음을 의미하며, 하나는 RER을 통해 투과되고 다른 하나는 STEL로부터 반사된다. 이것은 STEL에서 반사된 광대역 방사선 빔으로부터 일부 광을 탭핑(tapping)하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, RER을 통해 투과된 광대역 방사선 빔으로부터의 광을 살펴보면 STEL에서 반사된 메인 빔에 대한 정보를 제공할 수 있다. 두 빔은 동기화될 수도 있다.
도 14은 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)(102)에 커플링된 입력 방사선(106)으로부터 광대역 방사선(104)을 생성하도록 구성된 HC-PCF(102)를 포함하는 어셈블리(300)의 다른 실시예를 도시한다. 어셈블리(300)는 도 11의 어셈블리(100)와 유사하다(도 11의 실시예에서와 동일한 컴포넌트들에 대해 동일한 도면부호가 사용되었고 간결함을 위해 여기서는 다시 논의되지 않을 것이다). 그러나, HC-PCF(102) 하류의 광학 요소는 반사 요소이고 RER(반사 요소 우측)(316)이라 지칭될 것이다. 나아가, HC-PCF(102) 상류에 있는 상류 광학 요소는 반사 요소이고 REL(반사 요소 좌측)(318)이라 지칭될 것이다.
이러한 실시예에서, RER(316)은 비-공핍 입력 방사선(104) 중 적어도 일부를 다시 HC-PCF(102) 쪽으로 반사시킨다. RER(318)은 비-공핍 입력 방사선(106)의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예에서, REL(318)은 적어도 일부 광대역 방사선(104)을 다시 HC-PCF(102) 쪽으로 반사시킨다. REL(318)은 광대역 방사선(104)의 대부분을 HC-PCF(102) 쪽으로 다시 반사시킬 수 있다. 광대역 방사선의 이러한 대부분은 (비-공핍) 입력 방사선(106)의 일부를 포함할 수 있다. REL(318)은 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성될 수 있다.
어셈블리(300)는 HC-PCF(102)의 하류에 위치된 추가적인 광학 요소를 포함한다. 이러한 실시예에서, 추가적인 광학 요소는 다이크로익 미러이고 DMR(다이크로익 미러 우측)(322)이라 지칭될 것이다. DMR(322)은 HC-PCF(102)와 RER(316) 사이에 위치한다. DMR(322)은 대역 통과 미러일 수 있다. DMR(322)은 유리, 금속으로 만들어지거나 코팅 또는 코팅들을 갖고/갖거나 반사 및 투과를 수행하는 거울 또는 부분 거울을 가질 수 있다.
DMR(322)은 적어도 일부 광대역 방사선(104)을 투과시키고, 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 RER(316)로 반사시키며 RER(316)로부터 HC-PCF(102)로 다시 반사시키도록 구성된다. DMR(322)은 반사되는 광대역 방사선(104)의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 투과시킬 수 있다. DMR(322)은 반사되는 광대역 방사선(104)의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선(104)의 실질적으로 100%를 투과시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 추가적인 광학 요소는 다이크로익 미러와는 다른 컴포넌트일 수 있다는 점이 이해될 것이다.
어셈블리(300)는 HC-PCF(102)의 상류에 위치된 추가적인 상류 광학 요소를 포함한다. 이러한 실시예에서, 추가적인 상류 광학 요소는 다이크로익 미러이고 DML(다이크로익 미러 좌측)(324)이라 지칭될 것이다. DML(324)은 HC-PCF(102)와 REL(318) 사이에 위치한다. DML(324)은 대역 통과 미러일 수 있다. DML(324)은 유리, 금속으로 만들어지거나 코팅 또는 코팅들을 갖고/갖거나 반사 및 투과를 수행하는 거울 또는 부분 거울을 가질 수 있다.
DML(324)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 투과시키고, 적어도 일부 광대역 방사선을 REL(318)로 반사시키며 REL(318)로부터 HC-PCF(102)로 다시 반사시키도록 구성된다. DML(324)은 광대역 방사선(104)의 90% 내지 100%를 반사시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 추가적인 상류 광학 요소는 다이크로익 미러와는 다른 컴포넌트일 수 있다는 점이 이해될 것이다.
제3 액추에이터(326A)에는 DMR(322)이 제공되어 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 들어갈 수 있도록 한다. 즉, 제3 액추에이터(326A)는 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)이 HC-PCF(102)에 진입할 수 있도록 DMR(322)의 위치를 조정할 수 있다.
제4 액추에이터(326B)에는 DML(324)이 제공되어 반사된 광대역 방사선(104)이 HC-PCF(102)에 들어갈 수 있도록 한다. 즉, 제4 액추에이터(326B)는 반사된 광대역 방사선(104)이 HC-PCF(102)에 진입할 수 있도록 DML(324)의 위치를 조정할 수 있다.
실시예에서, RER(316)은 입력 방사선(106)의 파장에서 또는 파장 근방에서의 방사선의 펄스들을 압축시키도록 구성된다. 즉, RER(316)은 펄스 압축 컴포넌트와 결합될 수 있다. 이는, 반사된 비-공핍 입력 방사선(106)의 세기가 광대역 방사선(104)을 생성하는 비선형 프로세스를 개시하기에 충분하지 않은 경우에 필요하다. 입력 방사선(106)의 압축은 위상 변조에 의한 것일 수 있다. 실시예로서, RER(316)은 처프 미러, 격자 쌍 또는 프리즘 쌍을 포함할 수 있다. 이것은 또한 광대역 생성을 위해 HC-PCF(102)로 다시 보내기 전에 비-공핍 입력 방사선(106)이 압축되는 것을 허용할 것이다. 일부 실시예에서, 펄스 압축 컴포넌트는 RER과 통합될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
실시예에서, REL(318)은 그 위에 입사되는 광대역 방사선(104)의 펄스를 성형하도록 구성된다. REL(318)은 광대역 방사선(104)을 스펙트럼 필터링하도록 구성될 수 있다. 즉, REL(318)은 스펙트럼 필터링 컴포넌트와 결합될 수 있다. 실시예에서, 이것은 예를 들어 스펙트럼 필터 또는 음향-광학 튜닝가능 필터(AOTF)일 수 있다. 이로써 반사된 광대역 방사선(104)의 스펙트럼 형상이 조작될 수 있게 되고, 그에 따라 출력(HC-PCF(102)의 우측)에서 최종 백색 광(광대역 방사선(104)) 스펙트럼 형상이 조작될 수 있다. 일부 실시예에서, 스펙트럼 필터링 컴포넌트는 REL과 통합될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 다른 실시예에서, HC-PCF 하류의 컴포넌트와 같은 다른 컴포넌트가 광대역 방사선(104)을 성형할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
광대역 방사선(104)은 응용예의 요구사항(예를 들어, 한 파장에서 더 평평한 펄스 형태 또는 더 많은 세기가 필요한 경우)을 기초로 하여 조작될 수 있다.
스펙트럼 필터링 컴포넌트 및/또는 펄스 압축 컴포넌트(보다 일반적으로는 동적 컴포넌트)는 동작 중에 변경될 수 있다. 예를 들어, 하나의 응용예는 광대역 방사선의 평평한 형상을 요구할 수 있으므로 컴포넌트가 그에 따라 변경될 수 있다. 그러나 다른 예로서, 또다른 응용예는 예를 들면 청색 광에서 더 많은 세기를 요구할 수 있으므로 컴포넌트는 이러한 원하는 스펙트럼을 제공하도록 변경될 수 있다. 동적 요소가 이러한 방식으로 변경될 수 있으므로, 예를 들어 어셈블리의 많은 부분을 변경하지 않고도 다양한 응용예를 위해 유연성을 제공하게 된다.
일반적으로 비선형 요소는 비선형 요소 자체와 시스템 내의 양자 노이즈에 의해 지배되는 예측할 수 없는 방식으로 광을 생성한다. 그러나 수많은 샷(예컨대, 수십, 수백, 수천 등)에 걸친 평균 스펙트럼은 여전히 시스템의 구성(레이저, 섬유 및 가스)의 특성이다. REL(318) 상에서 스펙트럼 필터링 컴포넌트를 이용하면 HC-PCF(102)에서 나오는 평균 스펙트럼에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 예를 들어 HC-PCF(102)의 스펙트럼 성능이 열화되고 있는 경우, 이는 보상되거나 스펙트럼이 수정될 수 있다. 스펙트럼을 보상하거나 수정하더라도 높은 파워 레이저 조사 하에서 섬유의 열화로 인해 주로 발생하는 열화가 줄어들지는 않을 것이다. 그러나 스펙트럼을 수정하면(예컨대, REL(318) 상에서 스펙트럼 필터링 컴포넌트를 이용함으로써) 광섬유 열화로 인한 스펙트럼 변화를 보상하는 방법을 제공하게 된다.
추가 실시예는 아래 제공되는 번호가 매겨진 조항의 목록으로 제시된다:
1. 비선형 요소를 포함하는 어셈블리로서, 비선형 요소는 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하도록 구성되고,
어셈블리는 광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소를 더 포함하는, 어셈블리.
2. 제1조항에 있어서, 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
3. 제2조항에 있어서, 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 상기 적어도 일부 방사선의 펄스들을 압축하도록 구성되는 어셈블리.
4. 제2조항 또는 제3조항에 있어서, 광학 요소는 광대역 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
5. 제4조항에 있어서, 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
6. 제2조항 또는 제3조항에 있어서, 상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상기 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 광학 요소를 더 포함하고, 상기 추가적인 광학 요소는 적어도 일부 광대역 방사선을 투과시키고, 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 상기 광학 요소로 반사시키며 상기 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
7. 제6조항에 있어서, 상기 추가적인 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
8. 제2조항 내지 제7조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
9. 제1조항에 있어서, 광학 요소는 광대역 방사선의 대부분(majority)을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
10. 제9조항에 있어서, 광학 요소는 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
11. 제9조항 또는 제10조항에 있어서, 상기 어셈블리는 축에서 벗어난 적어도 일부의 광대역 방사선을 반사시키고 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성되는, 상기 비선형 요소의 상류에 위치된 보조 광학 요소를 포함하는 어셈블리.
12. 제1조항 내지 제8조항 중 어느 한 조항에 있어서, 어셈블리는 광대역 방사선의 적어도 일부를 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 상류에 위치된 상류 광학 요소를 더 포함하는 어셈블리.
13. 제12조항에 있어서, 상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상기 상류 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 상류 광학 요소를 포함하고, 상기 추가적인 상류 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 투과시키고, 적어도 일부 광대역 방사선을 상기 상류 광학 요소로 반사시키며 상기 상류 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
14. 제13조항에 있어서, 상기 상류 광학 요소는 광대역 방사선의 펄스들을 성형하도록 구성되는 어셈블리.
15. 제13조항 또는 제14조항에 있어서, 상기 상류 광학 요소는 광대역 방사선을 스펙트럼 필터링하도록 구성되는 어셈블리.
16. 제1조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 어셈블리는 비선형 요소 내로 방사선을 포커싱하고 비선형 요소를 빠져나가는 실질적으로 시준된 방사선을 제공하기 위해 각각 비선형 요소의 상류 및 하류에 위치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함하는 어셈블리.
17. 제1조항 내지 제16조항 중 어느 한 조항에 있어서, 어셈블리는 광학 요소, 추가적인 광학 요소, 상류 광학 요소, 추가적인 상류 광학 요소, 보조 광학 요소, 제1 렌즈 및 제2 렌즈 중 적어도 하나를 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함하는 어셈블리.
18. 제1조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 비선형 요소는 중공 코어 섬유인 어셈블리.
19. 제18조항에 있어서, 중공 코어 섬유는 광결정 섬유인 어셈블리.
20. 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항에 따른 어셈블리를 포함하는 계측 배열체.
21. 제19조항에 따른 계측 배열체를 포함하는 계측 장치.
22. 제19조항에 따른 계측 배열체를 포함하는 검사 장치.
23. 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항에 따른 어셈블리를 포함하는 리소그래피 장치.
24. 제20조항에 따른 계측 배열체를 포함하는 리소그래피 장치.
25. 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하는 방법으로서,
광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소로부터 비선형 요소로 다시 반사시키는 단계를 포함하는 방법.
"계측 장치/툴/시스템" 또는 "검사 장치/툴/시스템"을 구체적으로 언급하고 있지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 결함을 검출하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 원치 않는 구조체의 존재에 관한 것일 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특별히 언급할 수 있지만, 여기에 설명된 리소그래피 장치는 다른 응용 분야를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 가능한 다른 응용 분야로는, 통합형 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 다른 기판) 또는 마스크(또는 기타 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 이용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 예를 들어 임프린트 리소그래피 등의 다른 응용 분야에서도 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상에서 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 앞선 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 이하 제시되는 청구 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 비선형 요소를 포함하는 어셈블리로서, 비선형 요소는 비선형 요소에 커플링된 입력 방사선으로부터 광대역 방사선을 생성하도록 구성되고,
    어셈블리는 광대역 방사선의 일부분을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 하류에 위치된 광학 요소를 더 포함하는, 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 상기 적어도 일부 방사선의 펄스들을 압축하도록 구성되는 어셈블리.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    광학 요소는 광대역 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상기 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 광학 요소를 더 포함하고,
    상기 추가적인 광학 요소는 적어도 일부 광대역 방사선을 투과시키고, 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 상기 광학 요소로 반사시키며 상기 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가적인 광학 요소는 반사되는 광대역 방사선의 상기 일부분을 제외하고 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 투과시키도록 구성되는 어셈블리.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    광학 요소는 광대역 방사선의 대부분(majority)을 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    광학 요소는 광대역 방사선의 90% 내지 100%를 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 어셈블리는 축에서 벗어난 적어도 일부의 광대역 방사선을 반사시키고 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 방사선의 적어도 일부를 투과시키도록 구성되는, 상기 비선형 요소의 상류에 위치된 보조 광학 요소를 포함하는 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    어셈블리는 광대역 방사선의 적어도 일부를 비선형 요소로 다시 반사시키도록 구성되는, 비선형 요소의 상류에 위치된 상류 광학 요소를 더 포함하는 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 어셈블리는 비선형 광학 요소와 상기 상류 광학 요소 사이에 위치된 추가적인 상류 광학 요소를 포함하고,
    상기 추가적인 상류 광학 요소는 입력 방사선의 파장에서 또는 입력 방사선의 파장 근방에서 적어도 일부 방사선을 투과시키고, 적어도 일부 광대역 방사선을 상기 상류 광학 요소로 반사시키며 상기 상류 광학 요소로부터 비선형 광학 요소로 다시 반사시키도록 구성되는 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상류 광학 요소는 광대역 방사선의 펄스들을 성형하도록 구성되는 어셈블리.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 상류 광학 요소는 광대역 방사선을 스펙트럼 필터링하도록 구성되는 어셈블리.
KR1020227032760A 2020-03-31 2021-02-24 비선형 요소를 포함하는 어셈블리 및 이를 이용하는 방법 KR20220143754A (ko)

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