KR20230133870A

KR20230133870A - 광학 펄스를 공간적으로 필터링하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20230133870A
Application number: KR1020237026128A
Authority: KR
Inventors: 알리 알사카; 패트릭 세바스티안 웨벨; 파울루스 안토니우스 안드레아스 퇴니센
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.; 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-09-19
Also published as: IL304594A; JP2024512198A; TW202242563A; WO2022167179A1; EP4288823A1; TWI813156B; US20240134182A1

Abstract

광학 필터 장치는, 광학 펄스를 수신하고, 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키도록 동작가능한 광학 발산 디바이스; 및 광학 평면에 위치하며, 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스에 공간 필터링을 적용하도록 동작가능한 공간 필터를 포함한다.

Description

광학 펄스를 공간적으로 필터링하기 위한 방법 및 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 2월 4일자로 US 출원 제63/145,736호 및 2021년 3월 29일자로 출원된 EP 출원 제21165646.7호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

기술분야

본 발명은 광학 펄스를 공간적으로 필터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 펄스형 방사선 소스에 대한 노이즈 감소 응용예와 관련하여 그러한 방법 및 장치에 관한 것이다.

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.

계측 툴은 IC 제조 프로세스의 여러 양상에서 사용되는데, 예를 들어 노광 전에 기판을 적절하게 배치하기 위한 정렬 툴, 기판의 표면 토폴로지를 측정하는 레벨링 툴, 예컨대 프로세스 제어에 있어서 노광 및/또는 에칭된 제품을 검사/측정하기 위한 포커스 제어 및 산란계측 기반 툴 등이다. 각각의 경우에 방사선 소스가 필요하다. 측정 강건성 및 정확성을 비롯한 다양한 이유로, 광대역 또는 백색광 방사선 소스가 이러한 계측 응용예에 점점 더 많이 사용되고 있다. 광대역 방사선 생성을 위한 현재의 디바이스를 개선하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면 광학 필터 장치가 제공되는데 이러한 광학 필터 장치는, 광학 펄스를 수신하고, 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키도록 동작가능한 광학 발산 디바이스; 및 광학 평면에 위치하며, 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스에 공간 필터링을 적용하도록 동작가능한 공간 필터를 포함한다.

바람직하게는, 광학 발산 디바이스는 광학 펄스를 수신하여 반사시키는 편향가능한 미러를 포함하고, 상기 편향가능한 미러는 각각의 광학 펄스의 매번의 반사 시에 편향되도록 추가로 구성되고, 상기 편향의 크기는 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 의존하고 상기 편향은 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키게 된다.

더 바람직하게는, 광학 발산 디바이스는, 편향가능한 미러로부터 1차 반사를 거친 후에 광학 펄스에 지연 시간을 적용하고 광학 펄스를 편향가능한 미러로 다시 지향시켜 편향가능한 미러에 의한 2차 반사를 거치게 하도록 구성되는 광학 지연 배열체를 더 포함한다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 광학 펄스를 공간 필터링하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 복수의 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 단계; 및 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스를 공간 필터링하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 것은: 편향가능한 미러를 이용하여 광학 펄스를 1차 반사시키는 단계; 편향가능한 미러로부터 1차 반사된 광학 펄스에 지연 시간을 적용한 후 다시 편향가능한 미러로 지향시키는 단계; 및 편향가능한 미러를 이용하여 지연된 광학 펄스를 2차 반사시켜 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 단계를 더 포함하고, 편향가능한 미러는 각각의 광학 펄스의 매번의 반사 시에 편향되고, 편향가능한 미러의 편향은 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 의존한다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 광학 필터 장치를 포함하고, 펌프 방사선을 수신할 때 광학 펄스를 포함하는 광대역 출력 방사선을 생성하도록 구성된 광대역 광원 디바이스가 제공된다.

본 발명의 다른 양태는 제3 양태의 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 장치이다.

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 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 계측 디바이스로 사용되는 산란계측 장치의 개략적인 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서의 개략적인 도면이다.
도 7은 횡방향 평면(즉, 광섬유의 축에 수직)에서 일 실시예에 따른 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 일 실시예에 따른 방사선 소스의 개략도이다.
도 9(a) 및 (b)는 초연속체 생성을 위한 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF) 설계의 예에 대한 횡방향 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 측정된 APR을 레이저 반복률의 함수로 보여주는 플롯이다.
도 11(a)와 11(b)는 각각 광학 필터 배열체를 적용하기 전과 적용한 후 시뮬레이션된 펄스 진폭을 보여주는 두 가지 예시 플롯이다.
도 12는 광학 필터 배열체의 작동 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 각기 상이한 펄스 에너지를 갖는 3개의 광학 펄스의 단일 반사에 의해 유발된 편향가능한 미러(예를 들어, 캔틸레버)의 시뮬레이션된 시간-종속 편향을 보여주는 플롯이다.
도 14은 광학 필터 배열체의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 15는 2개의 연속 광학 펄스의 2회 반사에 의해 유발된, 도 13에 도시된 시뮬레이션에서 사용된 바와 같은 편향가능한 미러(예를 들어, 캔틸레버)의 시뮬레이션된 시간-종속 편향을 나타내는 플롯이다.
도 16은 광대역 방사선 소스를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록도이다.

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, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.

컴퓨터 시스템(CL)은, 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용하여 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 수행할 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. 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 스캐터로미터(MT)이다. 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 3의 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.

계측 타겟의 측정을 통한 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 US 2016/0370717A1에 기술되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.

IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서이다. 그러한 툴은 기판(또는 웨이퍼)의 상부 표면의 토포그래피를 측정하기 위해 리소그래피 장치에 통합될 수도 있다. 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 수정하기 위해 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 5에 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 광원, 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 미러와 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.

IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 정렬 센서이다. 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 또는 타겟 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.

도 6은 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 상에 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.

정렬 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 계산 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 반면 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 서로 다른 특성을 조사하고 발견할 수도 있다. 광대역 방사선은 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 산란계측 툴 또는 검사 툴과 같은 계측 시스템(MT)에서 유용할 수 있다. 광대역 방사선 소스는 초연속체 소스일 수 있다.

고품질 광대역 방사선, 예컨대 초연속체 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 방사선 또는 펌프 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 구현예에서 광대역 출력 방사선은 광결정 섬유(PCF)에서 생성된다. 몇몇 실시예에서, 이러한 광결정 섬유는 섬유 코어 주위의 미세구조를 가지며, 이는 섬유 코어 내에서 섬유를 통해 진행하는 방사선을 구속하는 것을 돕는다. 섬유 코어는, 비선형적인 특성을 가지며 높은 세기의 펌프 방사선이 섬유 코어를 통해 전송될 때 광대역 방사선을 생성할 수 있는 중실(solid) 재료로 만들어질 수 있다. 중실 코어 광결정 섬유에서 광대역 방사선을 생성하는 것이 가능하지만, 중실 재료를 이용하는 데에는 몇 가지 단점이 있을 수 있다. 예를 들어, 중실 코어에서 UV 방사선이 생성되는 경우, 이러한 방사선은 대부분의 중실 재료에 의해 흡수되기 때문에 섬유의 출력 스펙트럼에 없을 수도 있다.

일부 구현예로서, 도 8를 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 공지되어 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 9(a)는 Kagome 격자 구조를 포함하는 Kagome 섬유를 나타낸다.

방사선 소스에 사용하기 위한 광섬유의 예에 관해 이제 도 7을 참조하여 설명할 것이고, 이러한 도면은 횡방향 평면에서 광섬유(OF)의 개략적인 단면도이다. 도 7의 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 7은 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 기술되는 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(HC); 중공 코어(HC)를 둘러싸는 클래딩 부분; 및 클래딩 부분을 둘러싸서 지지하는 지지 부분(SP)을 포함한다. 광섬유(OF)는 중공 코어(HC)를 갖는 본체(클래딩 부분 및 지지 부분(SP)를 포함함)를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 클래딩 부분은 중공 코어(HC)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)를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 광섬유(OF)의 일부(즉, 상기 방사선을 중공 코어(HC) 내에 구속하는 모세관(CAP))를 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 내면 둘레에 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(HC) 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(HC) 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. 도 9(a)는 모세관(CAP)의 3개 링이 반경 방향을 따라 서로 적층된 HC-PCF의 일 실시예를 보여준다. 이러한 실시예에서, 각각의 모세관(CAP)은 동일한 링 및 상이한 링 양자 모두에서 다른 모세관과 접촉한다. 또한, 도 7에 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 9(b)는 튜브형 모세관의 단일 링을 갖는 위에서 논의된 HC-PCF의 변형된 실시예를 나타낸다. 도 9(b)의 예에는 튜브형 모세관(21)의 2개의 동축 링이 있다. 튜브형 모세관(21)의 내측 링과 외측 링을 유지하기 위해 지지 튜브(ST)가 HC-PCF에 포함될 수 있다. 지지 튜브는 실리카로 만들어질 수 있다.

도 7 및 도 9(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 7 및 도 9(a)와 (b)의 예의 튜브형 모세관의 고체 재료는 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카와 같은 유리, 또는 연질 유리를 포함할 수도 있다.

도 8은 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(HC)를 갖는 광섬유(OF)(예를 들어, 도 7에 도시된 유형); 및 중공 코어(HC) 내에 배치된 작용 매질(WM)(예를 들어, 가스)을 포함한다. 도 8에서 방사선 소스(RDS)는 도 7에 도시된 광섬유(OF)를 포함하지만, 대안적인 실시예로서 다른 유형의 중공 코어(HC) 광섬유(OF)가 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. 작용 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 작용 매질(WM)을 함유하도록 구성된다. 저장소(RSV)는 저장소(RSV) 내부의 작용 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 작용 매질(WM)을 포함하는 제1 저장소 내부에 배치될 수 있다. 제2 단부 섹션은 제2 저장소 내부에 배치될 수 있고, 제2 저장소 또한 작용 매질(WM)을 포함할 수 있다. 저장소의 기능은 위에서 도 8과 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 작용 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 투명한 것일 수 있다.

제1 투명 창(TW1) 및 제2 투명 창(TW2) 모두는 작용 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.

작용 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. 충진 가스의 유형에 따라, 비선형 광학 프로세스는 변조 불안정성(MI), 솔리톤 자체-압축, 솔리톤 핵분열, Kerr 효과, 라만 효과 및 분산파 생성(DWG)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 원용에 의해 포함되는 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에 설명되어 있다. 충전 가스의 분산은 저장소(RSV) 내의 작용 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, 작용 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)는 중공 코어(HC)에 전체적으로 또는 부분적으로 부재(absent)할 수 있다는 점을 이해할 것이다.

주파수 확장을 달성하기 위해 높은 세기의 방사선이 필요할 수 있다. 중공 코어(HC) 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 중실 코어 섬유보다 넓은 파장 범위를 갖는 방사선을 안내할 수 있고, 특히 중공 코어 광섬유가 자외선 및 적외선 범위 모두에서 방사선을 안내할 수 있다는 점이다.

중공 코어(HC) 광섬유(OF)를 사용하는 이점은 광섬유(OF) 내부로 안내되는 방사선의 대부분이 중공 코어(HC)에 구속된다는 점이다. 따라서 광섬유(OF) 내부의 방사선의 상호작용의 대부분은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내부에 제공되는 작용 매질(WM)과의 상호작용이다. 결과적으로 방사선에 대한 작용 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, 작용 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 펄스형 펌프 레이저 소스(RPS) 파라미터는 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복률 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 광섬유(OF) 파라미터는 광섬유 길이, 중공 코어(HC)의 크기 및 형상, 모세관의 크기 및 형상, 중공 코어(HC)를 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.

전술한 계측 응용예와 같이 광대역 출력 방사선(ORD)을 필요로 하는 많은 응용예에서 광대역 출력 방사선(ORD)의 노이즈를 더 줄이는 데에 대한 관심이 높아지고 있다. 전술한 중공 코어(HC) 광섬유(OF) 기반 광대역 방사선 소스와 같은 펄스형 레이저 소스의 경우, 레이저 노이즈의 주요 소스는 출력 방사선의 펄스-대-펄스 변동이다. 이러한 펄스형 레이저 소스가 예를 들어 웨이퍼 정렬 응용예에 사용되는 경우, 레이저 노이즈는 정렬 위치 재현성(APR)에 직접적인 영향을 미치며, 이는 다시 오버레이에 직접적인 영향을 미친다. 레이저 노이즈가 높을수록 APR(따라서 오버레이)이 높아질 것이다. 상대적으로 높은 펄스-대-펄스 변동은 광대역 방사선 생성 프로세스에 기본적이기 때문에, 현재 이러한 광원 고유 문제에 대한 직접적인 해결책은 없다. 결과적으로 레이저 노이즈는 간접적인 방식으로 광대역 방사선 소스의 하류에서 감소될 필요가 있다.

예를 들어, 기존 방법에서는 정렬 마크를 조명하기 위해 광대역 방사선 빔이 사용된다. 그 후, 정렬 마크로부터 회절된 신호 빔은 각각 동일한 레이저 노이즈를 지니는 두 개의 하위 신호로 분할된다. 2개의 하위 신호가 완전히 위상이 다르도록(또는 π의 위상 지연) 2개의 하위 신호 사이의 상대 위상 지연을 제어함으로써, 2개의 하위 신호가 함께 더해져 최종 신호를 형성하게 된다. 동일한 레이저 노이즈를 지니는 2개의 하위 신호는 위상이 다르기 때문에, 이러한 2개의 서브 신호를 더하면 2개의 하위 신호가 서로 상쇄되지만, 레이저 노이즈는 남게 된다. 일단 결정되면, 레이저 노이즈가 레이저 신호에서 제거될 수 있다. 그러나, 이러한 기존 방식만으로는 APR을 낮추거나 전체 레이저 노이즈를 제거하기에는 불충분하다. 측정의 임의의 불완전성(예컨대, 부분적으로 위상이 다른 2개의 하위 신호)으로 인해 잔류 레이저 노이즈가 발생하여 APR이 높아질 수 있기 때문이다.

도 10은 측정된 APR을 레이저 반복률의 함수로 보여주는 예시적인 플롯이다. 도 10에 도시된 바와 같이 각각의 데이터 포인트는 선택된 반복률에서 광대역 출력 방사선(ORD)으로 측정된 APR을 나타낸다. 보다 구체적으로, 각각의 선택된 반복률에서, 광대역 출력 방사선(ORD)의 제1 부분 및 제2 부분이 사용되어 정렬 마크를 조명하고 제1 정렬 신호 및 제2 정렬 신호를 각각 생성하게 된다. 이어서, 제1 및 제2 정렬 신호를 사용하여 신호 차이를 생성한다. 통계적으로 의미 있는 데이터 세트를 얻기 위해 측정은 여러 번 반복된다. 그런 다음 데이터 세트를 사용하여 선택된 반복률에 대한 APR 데이터 포인트를 생성한다. 하나의 신호를 다른 신호에서 빼면, 동적 진동 노이즈가 상쇄되므로 결과적인 APR은 주로 레이저 노이즈에 의해 유발된다.

도면은 가장 낮은 반복률(즉, 2.5MHz)에서 측정된 APR이 가장 높은 반복률(즉, 40MHz)에서 측정된 것보다 0.12nm 이상 높다는 것을 분명히 보여준다. 따라서 광대역 방사선 소스의 반복률을 높이는 것이 레이저 노이즈 유발 APR을 줄이는 잠재적인 해결책으로 보일 수 있다. 그러나 많은 광대역 방사선 소스, 특히 중공 코어(HC) 광섬유(OF)(예컨대, HC-PCF) 기반 방사선 소스의 경우, 레이저 수명은 레이저 반복률에 반비례하며, 즉 레이저 반복률이 높을수록 레이저 수명이 짧아진다. 이러한 이유로, HC-PCF 기반 방사선 소스는 통상 상대적으로 낮은 반복률, 예를 들어 1MHz 내지 5MHz 범위에서 동작되고, 그에 의해 상대적으로 높은 APR(예를 들어, 0.1 내지 0.2nm)이 유발되고 따라서 높은 오버레이가 유발된다. 따라서 레이저 수명을 손상시키지 않으면서 광대역 방사선 소스의 레이저 노이즈를 효과적으로 줄일 수 있는 방법을 갖는 것이 매우 바람직하다.

상대적인 세기 노이즈(RIN)가 일반적으로 펄스-대-펄스 변동의 정도를 기술하기 위해 사용된다. RIN은 평균적인 파워 레벨로 정규화된 파워 노이즈이며 다음과 같이 표현할 수 있다.

, [1]

여기서 및 은 각각 펄스 진폭 분포의 표준 편차 및 평균이다. 전형적인 HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스의 RIN은 측정된 파장 또는 파장 범위에 따라 예를 들어 0.4 내지 0.6 범위일 수 있다.

본 명세서에서는 기존 방법과 연관된 상술한 문제점을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제안한다. 다음 예에서 구현되는 제안된 방법 및 장치는 레이저 수명에 영향을 주지 않으면서 광대역 방사선 소스의 레이저 노이즈를 줄이는 유연하고도 효과적인 방법을 제공한다. 이것은, 펄스 진폭이 안정화되고 따라서 펄스-대-펄스 진폭 또는 에너지 변동의 정도가 감소되도록 광대역 방사선 소스로부터 방출된 펄스에 광학 필터 배열체를 적용함으로써 달성될 수 있다. 도 11(a) 및 11(b)는 각각 광학 필터 배열체를 적용하기 전과 적용한 후 시뮬레이션된 펄스 진폭을 보여주는 두 가지 예시 플롯이다. 도 11(a)에 도시된 시뮬레이션된 펄스 진폭의 경우, 펄스 진폭 통계치는 특정 분포, 예를 들어 포아송 분포를 따를 수 있다. 광학 필터 배열체를 레이저 펄스에 적용하는 목적은, 분포의 원하는 부분(예를 들어, 더 높은 발생 확률을 갖는 펄스 진폭에 대응하는 가장 중심 부분)만이 유지되도록 진폭 분포를 선택적으로 필터링하려는 것이다. 원하지 않는 부분을 필터링한 후, 도 11(b)에서 알 수 있듯이 펄스-대-펄스 진폭 또는 에너지 변동이 예를 들어 30% 이상 크게 감소될 수 있다.

제안된 방법에서는, 광대역 출력 방사선(ORD)의 전체 스펙트럼이 동일한 통계적 분포를 반드시 따라야 하는 것은 아니다. 제안된 방법은, 특정한 광 파장 또는 파장 범위가 특정한 통계적 분포를 따르고 분포가 유한한 폭을 포함하는 한 적용가능하다.

도 12는 광학 필터 배열체의 작동 원리를 개략적으로 나타낸 것이다. 광학 필터 배열체는, 광학 펄스를 수신하고, 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키도록 동작가능한 광학 발산 디바이스; 및 광학 평면에 위치하며, 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스에 공간 필터링을 적용하도록 동작가능한 공간 필터를 포함할 수 있다. 도 12에 개략적으로 도시된 작동 원리는 광학 발산 디바이스가 편향가능한 미러(DM)를 포함하는 광학 필터 배열체의 실시예에 기초한다는 점에 유의한다. 그러한 편향가능한 미러(DM)는 예를 들어 공간 필터(SF)를 향해 광대역 출력 방사선(ORD)의 빔을 반사시키는 데 사용될 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)의 빔은 예를 들어, HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스로부터 방출될 수 있고 특정 반복률로 광학 펄스의 트레인을 포함할 수 있다. 편향가능한 미러의 한쪽 단(또는 고정단)은 고정 포인트, 예를 들어 미러 지지부에 고정될 수 있는 반면, 다른 단(또는 자유단)은 광대역 출력 방사선(ORD)의 빔이 반사되는 반사 평면에서 자유롭게 움직이거나 변위된다. 편향가능한 미러는 고정 포인트(FP)에 대해 편향가능하거나 틸팅가능할 수 있고 편향 또는 틸팅 각도가 광대역 출력 방사선(ORD)의 펄스에 의해 가해지는 방사선 힘에 의존하는 방식으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 편향가능한 미러(DM)에 펄스가 입사되지 않는 경우 편향가능한 미러(DM)는 디폴트 편향 위치(P0)에 머무를 수 있다. 이에 비해, 특정 펄스 에너지 또는 진폭을 갖는 펄스가 편향가능한 미러(DM)에 입사되는 경우, 방사선 힘에 의해 도 12에 도시된 제1, 제2 및 제3 편향 위치(P1, P2, P3)와 같은 특정한 편향 위치로 편향될 수 있다. 3개의 편향 위치(P1, P2, P3)는 각각, 디폴트 편향 위치(P0)에 대해 형성되는 제1, 제2 및 제3 편향 각도(DA1, DA2, DA3) 및 제1, 제2 및 제3 펄스 에너지(PE1, PE2, PE3)의 펄스에 대응할 수 있다. 제3 펄스 에너지 또는 진폭(PE3)은 제2 펄스 에너지 또는 진폭(PE2)보다 높을 수 있고, 제2 펄스 에너지 또는 진폭(PE2)은 제1 펄스 에너지 또는 진폭(PE1)보다 높을 수 있다. 편향 각도는 가해진 방사선 힘에 비례하고, 따라서 입사 펄스 에너지에 비례하므로, 제3 편향 각도(DA3)는 따라서 제2 편향 각도(DA2)보다 클 수 있고, 제2 편향 각도(DA2)는 제1 편향 각도(DA1)보다 클 수 있다. 각각의 편향 각도(예를 들어, 제2 편향 각도(DA2))는, 편향가능한 미러의 자유단의 에지의 대응하는 수직 변위(예를 들어, d2)를 편향가능한 미러(DM)의 길이(L)로 나눈 것에 의해 근사화될 수 있고, 즉 이다. 아래의 설명에서 편향가능한 미러의 편향은 미러의 자유단의 에지의 결과적인 수직 변위에 의해 평가된다.

단순함을 위해 도 12는 각각 상이한 펄스 에너지를 가진 펄스에 대응하는 세 가지 상이한 시나리오만을 보여준다는 점에 유의해야 한다. 실제로, 광대역 출력 방사선의 펄스 트레인은 복수의 펄스 에너지를 갖는 복수의 펄스를 포함한다. 반사 시에, 여전히 시간적으로 분리되어 있지만, 반사된 펄스의 일부(예를 들어, 푸아송 분포의 가장 중심에 펄스 에너지 또는 진폭을 갖는 그러한 펄스들)는 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩될 것이고 따라서 공간적으로 발산하는 반사된 빔(DRB)을 형성할 것이다. 광대역 출력 방사선(ORD)이 편향가능한 미러(DM)와 상호작용하기 전에 양호하게 시준된다고 가정하면, 반사된 빔(DRB)의 공간적 발산은 따라서 다양한 상이한 반사 각도에서의 미러 반사에 의해 주로 발생되므로 반사된 빔(DRB)은 반사 평면에서 주로 발산한다. 결과적으로, 반사된 빔(DRB)은 장축(LA)이 반사 평면에 있는 타원형 빔 프로파일을 포함한다. 원하는 범위(예를 들어, 너무 낮거나 너무 높은 펄스 진폭 또는 에너지)를 벗어나는 펄스 진폭 또는 에너지를 갖는 다른 반사된 펄스는 공간적으로 발산하는 반사된 빔(DRB)의 장축을 따라 2개의 에지 주위에 위치할 것이고, 어떤 경우에는 공간적으로 발산하는 반사된 빔으로부터 공간적으로 분리되어 있을 수도 있다. 공간적으로 발산하는 반사된 빔(DRB)의 원하지 않는 부분을 공간적으로 필터링하기 위해 공간 필터(SF)를 사용함으로써, 반사된 빔(DRB)의 나머지 부분은 훨씬 더 일관된 펄스 진폭 또는 에너지를 갖는 펄스를 포함할 것이며, 그에 따라 펄스-대-펄스 변동 또는 RIN이 낮아진다.

참조문헌인 H.-J. Butt 등의 Surface Science Reports 59 (2005) 1-152(원용에 의해 본원에 포함됨)에 따르면, 입사 방사선 빔으로 인해 가해지는 힘은 다음과 같이 주어진다:

, [2]

여기서 는 반사된 파워, 는 흡수된 파워, 는 입사각이고, 는 빛의 속도이다. 편향가능한 미러(DM)가 반사 코팅으로 코팅되어 있다고 가정하면, 이다. 반사로 인한 (순간적인) 파워는 다음에 의해 펄스 에너지 및 펄스 폭 에 관련된다:

. [3]

정적인 분석에서, 주어진 힘에 대한 편향가능한 미러(DM)의 편향은 다음과 같이 주어진다:

, [4]

여기서 는 스프링 상수, 는 편향이다. 편향가능한 미러(DM)의 스프링 상수 는 다음과 같이 주어진다:

[5]

여기서 는 영률, , 및 은 각각 편향가능한 미러의 폭, 두께 및 길이이다.

그러나 여기에서 각각의 펄스는 독립적으로 처리되며 이는 동적인 처리를 요한다. 편향가능한 미러는 질량-스프링 시스템과 같이 작동하므로 단순한 현운동(harmonic motion)을 따른다. 따라서 각각의 편향가능한 미러는 2차 운동 방정식을 따를 것이다. 참조문헌인 Fundamentals of Vibrations, Leonard Meirovitch, McGraw-Hill, 2001에 따르면, 2차 운동 방정식은 다음과 같이 주어진다.

, [6]

여기서 는 편향가능한 미러(DM)의 (유효) 질량이고, 는 점성 감쇠 계수이다. 작동되는 체제(regime)는 미흡감쇠된 2차 시스템을 초래하게 된다. 이 시스템의 솔루션은 알려져 있다. 특히, 초기 조건이 적용되는 미흡감쇠된 2차 시스템의 응답은 다음과 같다.

, [7]

, [8]

; [9]

; [10]

. [11]

위에서 제공된 것처럼 운동 방정식, 즉 방정식 [6]과 그 솔루션인 방정식 [7]은 적용된 힘이 0인 것으로 가정한다는 점에 주목해야 한다. 우리의 경우 힘은 0이 아니라, 각각의 입사 펄스로 유발되는 '충격'이 있다. 충격력은 다음과 같이 주어지는 초기 속도를 생성하는 것으로 알려져 있다.

, [12]

여기서, 힘-시간 곡선 아래의 단위 면적을 갖는 임펄스의 경우, 킬로그램-미터/초(kg·m/s)이다. 그러나, 사용된 펄스는 예를 들어 반치폭(FWHM)으로 특징지어지는 유한 펄스 폭을 갖는 가우시안 펄스이기 때문에, 가 1이 아니므로 유도해야 한다. 이를 위해 입사 펄스가 직사각형이라고 가정될 수 있다. 이것은 펄스의 가우시안 특성을 고려할 때 좋은 가정이다. 또한 입사각은 0으로 가정된다. 그러면:

, [13]

, [14]

. [15]

따라서, 에너지 의 펄스에 대한 편향가능한 미러(DM)의 응답은 이제 완전히 결정된다. 펄스 폭은 (위에서 사용된 근사치 내에서) 편향가능한 미러(DM)의 응답에 실제로 영향을 미치지 않는다는 점에 유의해야 한다.

관련 파라미터와 함께 위의 방정식, 즉 방정식 [4]내지 [15]가 편향가능한 미러 기반 질량-스프링 시스템을 시뮬레이션하는 데 사용될 수 있다. 시뮬레이션을 용이하게 하기 위해 상업용 원자력 현미경(AFM)의 예시적인 캔틸레버의 파라미터가 사용될 수 있다. AFM 캔틸레버는 편향가능한 미러로서 사용되는 데 많은 이점이 있다. 첫째, AFM 캔틸레버는 알려진 기술이며 상업적으로 이용가능하다. 둘째, 이미 시중에서 구할 수 있는 다양한 파라미터(예컨대, 변화하는 강성)를 가진 많은 다양한 캔틸레버가 있으므로, 다양한 사용 사례가 가능하다. 셋째, 모두는 아니더라도 대부분의 상업용 AFM 캔틸레버는 AFM에서 레이저 광을 반사하기 위해 이미 하나 이상의 광학 코팅으로 코팅되어 있으므로, 직접 사용하는 것이 가능할 수 있다. AFM 캔틸레버의 기존 코팅이 입사 광대역 출력 방사선(ORD)에 적합하지 않은 경우, 캔틸레버에 다른 반사 코팅들을 적용할 수 있으며, 반사 코팅은 입사 광대역 출력 방사선(ORD)의 스펙트럼 프로파일에 따라 최적화된다.

위의 방정식에 다음 파라미터를 적용함으로써, 주어진 에너지의 입사 펄스에 대한 편향가능한 미러(예컨대, AFM 캔틸레버)의 응답이 결정될 수 있다. 아래 표시된 파라미터 값들은 예시적인 구현예를 기반으로 한다; 다른 구현예를 기반으로 하는 다른 상이한 파라미터 값들도 동일하게 적용가능하다.

dt = 1e-9 ; % 시간 단계

t = (0:dt:0.6e-6); % 시간

c = 80e-7; % 점성 감쇠 계수

w = 20e-6; % 캔틸레버의 폭

L = 25e-6; % 캔틸레버의 길이

thick = 1.25e-6; % 캔틸레버의 두께

E = 100e9; % 실리콘의 영률

rho = 2329; % 실리콘의 밀도

m = 0.2427*w*thick*L*rho; % 캔틸레버의 유효 질량

z0 = 0e-6; % 초기 변위

e = 0.5*5e-6; % 입사 펄스 에너지

도 13은 각기 상이한 펄스 에너지를 갖는 3개의 광학 펄스의 단일 반사에 의해 유발된 캔틸레버의 시뮬레이션된 시간-종속 편향을 보여주는 플롯이다. 이러한 시뮬레이션에서, 캔틸레버의 재료는 실리콘이고, 캔틸레버의 폭, 길이 및 두께는 각각 20 μm, 25 μm 및 1.25 μm이다. 모든 펄스의 입사각은 0도 또는 실질적으로 0도에 가깝게 설정된다. 편향가능한 미러의 편향은 나노미터 단위이며 각각의 광학 펄스에 의해 충돌된 후 고정단에 대한 편향가능한 미러(DM)의 자유단의 반경방향 이동의 결과이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 최대 편향은 펄스 에너지에 따라 증가하며, 3개의 편향 곡선 모두에 대하여, 최대 편향 포인트 M1, M2, M3은 캔틸레버가 광대역 출력 방사선(ORD)의 펄스에 충돌된 후 약 80ns에 위치한다. 응답이 얼마나 빨리 감쇠되는지는 캔틸레버의 기하구조에 따라 달라진다. 도 13에 도시된 이러한 특정 시뮬레이션에서, 캔틸레버는 입사 펄스에 의해 유발된 응답을 감쇠시키기 위해 최소 400ns가 필요하다. 즉, 캔틸레버가 광대역 출력 방사선(ORD)의 펄스에 충돌된 후 약 400ns에 캔틸레버의 편향이 0으로 복귀한다. 400ns의 응답 시간은 2.5MHz의 펄스 반복률에 해당한다. 따라서, 다음 펄스가 캔틸레버에 도달할 때 이전 펄스에 의해 유발된 캔틸레버의 편향이 적어도 실질적으로 0으로 복귀하는 것을 보장하기 위해 광대역 출력 방사선의 펄스 반복률은 2.5MHz 미만으로 유지될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 더 높은 반복률은 일반적으로 더 낮은 레이저 노이즈를 갖고 본 발명을 그만큼 필요로 하지 않기 때문에 이것은 제한사항이 아니다. 또한 감쇠가 더 빨리 발생하도록 캔틸레버 주변 환경을 변화시킴으로써 400ns라는 숫자를 변화시킬 수 있다.

광대역 출력 방사선(ORD)의 펄스는 편향가능한 미러의 눈에 띄는 편향에 앞서 반사를 겪는다는 점을 이해할 것이다. 이는 도 13에 도시된 시뮬레이션 데이터에 명백하게 나타나 있으며, 펄스가 캔틸레버에 의해 반사되는 시점에 대해 약 80ns의 지연 시간으로 캔틸레버의 최대 편향이 기록되어 있다. 이러한 지연된 응답은 주로, 편향가능한 미러(예컨대, 캔틸레버) 기반 질량-스프링 시스템이 입사광 펄스(예컨대, HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스로부터 생성되는 출력 방사선 펄스)의 지속시간보다 훨씬 더 긴 가속 시간을 나타내는 유한한 비활성 질량(inert mass)을 갖는다는 사실에 주로 기인한다. 편향가능한 미러에 모멘텀을 전달하면서, 단일 펄스는 기본적으로 비-편향된 미러로부터 반사될 것이다. 더 큰 미러 편향은 상이한 펄스 에너지들을 갖는 펄스들의 더 양호한 공간적 분리를 가능하게 하여 원치 않는 진폭 또는 에너지를 갖는 그러한 펄스들의 보다 효과적인 제거를 가능하게 하기 때문에, 이미 1차 반사 시에 편향가능한 미러(DM)가 편향되도록 유발한 반사된 펄스가, 편향가능한 미러의 편향이 최대치에 도달할 때 2차 반사를 위해 편향가능한 미러(DM)로 재지향되도록 광학 필터 배열체(OFA)를 구성하는 것이 바람직하다. 편향가능한 미러(DM) 상의 2차 반사를 위한 각각의 광학 펄스의 재지향은 예를 들어 광학 지연 라인에 의해 달성될 수 있다.

도 14은 광학 필터 배열체(OFA)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 실시예에서, 광학 필터 배열체(OFA)는 편향가능한 미러(DM), 광학 지연 배열체(ODA) 및 공간 필터를 포함할 수 있다. 광학 펄스들의 트레인을 포함하는 광대역 출력 방사선(ORD)의 빔은 편향가능한 미러(DM)에 비스듬히 입사될 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 예를 들어 중공 코어 광섬유 기반 광대역 방사선 소스에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 관련 레이저 파라미터의 값은 위 단락들에서 설명한 통상적인 파라미터 범위 내에 속할 수 있다. 제안된 방법 및 장치는 광대역 방사선의 레이저 노이즈를 줄이는 것으로 제한되지 않는다; 이는 좁은 스펙트럼 대역폭을 갖는 방사선의 레이저 노이즈를 줄이는 데에 동일하게 적용가능하다.

편향가능한 미러(DM)는 입사 레이저 펄스의 반사 시에 편향가능한 미러(DM)의 고정 포인트(FP)를 중심으로 편향 또는 틸팅될 수 있는 임의의 미러일 수 있다. 편향가능한 미러(DM)의 편향 또는 틸팅은 광대역 출력 방사선(ORD)이 편향가능한 미러(DM)에 의해 반사되는 반사 평면에서 발생할 수 있다. 도 14의 실시예에서, 편향가능한 미러는 캔틸레버를 포함할 수 있고, 캔틸레버의 하나의 단부는 고정 포인트(FP)에 예를 들어 미러 지지부(미도시)에 고정되고, 나머지 단부는 움직이거나 변위될 수 있다. 예시적인 캔틸레버는 실리콘으로 만들어질 수 있다. 캔틸레버의 치수는 도 13에 표시된 시뮬레이션에 사용된 치수와 동일하다.

다른 실시예에서, 실리콘 이외의 다른 재료로 만들어진 다른 유형의 편향가능한 미러(DM)가 사용될 수 있다. 또한 편향가능한 미러(DM)의 치수는 다양한 응용예 요구 사항을 충족하도록 유연하게 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 편향가능한 미러는 1μm 내지 1000μm, 1μm 내지 500μm, 1μm 내지 100μm, 또는 1μm 내지 10μm 범위에서 폭과 길이 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있고; 1μm 내지 5μm, 1μm 내지 10μm, 또는 1μm 내지 100μm 범위의 두께를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 편향가능한 미러(DM)는 원하는 스펙트럼 범위, 예를 들어 입사 광학 펄스의 스펙트럼 범위에서 높은 반사율을 제공하도록 구성된 하나 이상의 반사 코팅을 포함할 수 있다. 원하는 스펙트럼 범위에서 높은 반사율은 적어도 80%, 또는 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%일 수 있다. 반사 코팅이 커버하는 스펙트럼 범위는 100nm 내지 4000nm, 400nm 내지 900nm, 500nm 내지 900nm, 또는 200nm 내지 2000nm 일 수 있다. 일부 실시예에서, 편향가능한 미러(DM)는 0.1μJ 내지 100μJ 범위의 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스에 노출된 후에 충분한 편향을 제공할 수 있다.

편향가능한 미러(DM)(예를 들어, 캔틸레버)로부터의 1차 반사 시에, 입사 광학 펄스는 광학 지연 배열체(ODA)에 반사될 수 있다. 단순화를 위해, 광대역 출력 방사선(ORD)의 광학 펄스는 동일한 펄스 에너지를 포함하는 것으로 가정되므로 편향가능한 미러(DM)(편향되거나 비-편향됨)로부터 각각의 반사 시에 모든 펄스는 동일한 궤적을 따른다는 점에 주목해야 한다. 이것이 반사된 광학 펄스가 도 14에서 단일 실선으로 표현되는 이유이다. 그러나 실제로는, 광학 펄스들이 서로 다른 펄스 에너지를 포함하므로 편향가능한 미러(DM)에 서로 다른 방사선 힘을 가한다. 결과적으로, 광학 펄스들은 편향된 미러로부터의 반사 시에 서로 다른 궤적을 따르게 될 것이고, 도 12에 도시된 공간적으로 발산하는 반사된 빔(DRB)과 같이 공간적으로 발산하는 빔을 형성하게 된다. 1차 반사 동안 입사 광학 펄스에 의해 가해지는 방사선 힘에 의해 구동되면, 편향가능한 미러(DM)는 디폴트 위치(P0)로부터 제1 새로운 위치(P1')(1차 반사로 유발되는 편향이 최대치에 도달함)를 향해 점진적으로 이동할 수 있다.

광학 지연 배열체(ODA)는 반사된 광학 펄스(RP)에 지연 시간을 적용하고, 그 다음에 반사된 광학 펄스(RP)를 편향가능한 미러(DM)로 다시 지향시키도록 구성될 수 있다. 광학 지연 배열체(ODA)에 의해 반사된 광학 펄스(RP)에 적용되는 이러한 지연 시간은 조정가능할 수 있다. 일 실시예에서, 광학 지연 배열체(ODA)는 병진이동 스테이지(TS) 상에 배열된 2개의 미러(R1, R2)를 포함할 수 있다. 병진이동 스테이지(TS)를 이동시키게 되면, 편향가능한 미러(DM)와 광학 지연 배열체(ODA)의 2개의 미러(R1, R2) 사이의 이동 거리를 변화시킬 수 있고, 그에 의해 광학 펄스에 적용되는 지연 시간을 변화시킬 수 있다. 편향가능한 미러(DM)의 최대 편향을 최대한 활용하기 위해, 편향가능한 미러(DM) 상에서의 반사된 광학 펄스(RP)의 2차 반사가 편향가능한 미러(DM)의 최대 편향(예를 들어, 제1 새로운 위치(P1'))과 실질적으로 동시에 발생하도록 광학 지연 시간이 최적화될 수 있다. 최대 편향과 실질적으로 동시라는 것은, 편향가능한 미러가 예를 들어 그 최대 편향의 1%, 3%, 5%, 10%, 15% 또는 20% 이내에 있을 때 편향가능한 미러에 도달하는 것으로 정의될 수 있다.

전술한 바와 같이, 최대 편향은 입사 광학 펄스에 의해 가해지는 방사선 힘의 세기에 따라 달라질 수 있으며, 이는 다시 입사 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 달라진다. 최대 편향은 입사 펄스 에너지에 따라 다르지만, 이것이 발생하는 시점은 펄스 에너지와 무관하며 편향가능한 미러의 특성(예컨대, 기하구조, 재료) 및 환경(예컨대, 감쇠 계수)의 특성이다. 일부 실시예에서, 광학 지연 배열체(ODA)에 의해 반사된 펄스(RP)에 적용되는 지연 시간은 1ns 내지 100ns, 1ns 내지 200ns, 1ns 내지 500ns, 또는 1ns 내지 1000ns 의 범위에 있을 수 있다.

편향가능한 미러(DM)로부터의 2차 반사 시에, 반사된 광학 펄스(RP)는 편향가능한 미러(DM)의 펄스 에너지 종속 편향에 의해 결정되는 새로운 전파 방향을 따를 수 있다. 예를 들어, 도 14의 실시예에서, 반사된 광학 펄스(RP)의 2차 반사는 편향가능한 미러(DM)가 제1 새로운 위치(P1')로 이동했을 때 발생할 수 있다. 반사된 광학 펄스(RP)의 2차 반사는 동일한 펄스의 1차 반사에 의해 유발된 기존 편향에 더하여 추가적인 미러 편향을 유발할 수 있다. 2차 반사 동안 반사된 광학 펄스(RP)에 의해 가해지는 방사선 힘에 의해 구동되면, 편향가능한 미러(DM)는 계속 편향되어 제1 새로운 위치(P1')로부터 제2 새로운 위치(P2')(2차 반사로 유발되는 편향이 최대치에 도달함)를 향해 이동할 수 있다. 따라서 편향가능한 미러(DM)의 총 누적 편향, 즉 P0에서 P2'까지의 총 누적 편향은 1차 반사에 의해 유발된 최대 편향과 2차 반사에 의해 유발된 최대 편향의 합일 수 있다.

도 15는 2개의 연속하는 입사 광학 펄스의 2회 반사에 의해 유발된, 도 13에 도시된 시뮬레이션에서 사용된 바와 같은 편향가능한 미러(예를 들어, 캔틸레버)의 시뮬레이션된 시간-종속 편향을 나타내는 플롯이다. 도 15에 도시된 시뮬레이션은 도 13에 도시된 시뮬레이션의 확장이다. 다시 말해서, 도 13에 도시된 시뮬레이션에 사용된 대부분의 파라미터 값(예컨대, 편향가능한 미러(DM) 및 광학 펄스와 연관된 파라미터 값)이 도 15에 도시된 시뮬레이션에도 사용된다. 두 시뮬레이션 간의 주요 차이점은, 도 15에 도시된 시뮬레이션은 광학 펄스의 2차 반사에 대해 지연 시간을 적용할 수 있고, 따라서 동일한 광학 펄스의 2차 반사에 의해 유발된 추가적인 미러 편향을 나타낼 수 있다는 점이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 제1 펄스의 1차 반사에 의해, 편향가능한 미러(DM)는 편향이 0인 디폴트 위치(예를 들어, 도 14에 도시된 디폴트 위치(P0))로부터 미러 편향이 80ns의 제1 시간 인스턴스(T1)에 제1 편향 포인트(D1)에 도달하는 제1 새로운 위치(예를 들어, 도 14에 도시된 제1 새로운 위치(P1'))로 이동된다. 이러한 시뮬레이션에서, 제1 편향 포인트(D1)는 1차 반사 동안 광학 펄스에 의해 가해지는 방사선 힘으로 얻을 수 있는 최대 편향이 되도록 선택된다. 반사된 광학 펄스(RP)에 80ns의 지연 시간(도 13에 도시된 시뮬레이션과 동일)을 적용함으로써, 동일한 펄스의 2차 반사는, 편향가능한 미러(DM)의 편향이 제1 편향 포인트(D1)에 도달하는 것과 정확히 동시에 또는 실질적으로 동시에 일어난다. 2차 반사 시에, 편향가능한 미러(DM)는 계속 편향되어 제1 새로운 위치로부터 제2 새로운 위치(예를 들어, 도 14에 도시된 제2 새로운 위치(P2'))(여기서, 편향은 130ns의 시간 인스턴스(T2)에 제2 편향 포인트(D2)에 도달함)로 이동된다. 이러한 시뮬레이션에서, 제2 편향 포인트(D2)는 2차 반사 동안 광학 펄스에 의해 가해지는 방사선 힘으로 얻을 수 있는 최대 편향으로 선택된다. 따라서 제2 편향 포인트(D2)는 편향 곡선의 제1 피크의 최대 편향 포인트이며 1차 반사에 의해 유발된 최대 편향 1.75 nm와 2차 반사에 의해 유발된 최대 편향 1.3 nm 의 합과 동등한 3.05 nm의 값을 갖는다.

편향가능한 미러(DM)의 편향이 130ns의 제2 시간 인스턴스에 제2 편향(D2)에 도달할 때까지는, 편향가능한 미러(DM)는 편향이 0인 디폴트 위치로 다시 이동하기 시작한다. 임의의 잔류 미러 편향의 영향을 감소시키거나 회피하기 위해, 편향가능한 미러(DM)의 편향이 0이거나 실질적으로 0에 가까운 시간에 다음 광학 펄스가 편향가능한 미러(DM)에 도달하는 것이 바람직하다. 도 15에 도시된 시뮬레이션에서, 미러 편향이 0.2 nm의 잔류 편향을 갖는 잔류 편향 포인트(D0)로 감소한, 400ns의 제3 시간 인스턴스(T3)에 제2 펄스가 편향가능한 미러(DM)에 충돌한다. 이러한 잔류 편향은 제2 편향 포인트(D2)에서의 최대 편향(즉 3.05nm)보다 한 자릿수 이상 더 낮기 때문에, 뒤따르는 광학 펄스에 미치는 영향은 무시할 수 있다.

적어도 400ns의 펄스 분리 시간을 보장하기 위해, 입사 광학 펄스의 반복률은 2.5MHz 이하로 유지될 수 있다. 앞서 언급한 값은 도 15에 도시된 시뮬레이션에서 채택된 광학 필터 배열체(OFA)의 예시적인 구성을 기반으로 한다; 광학 필터 배열체(OFA)가 다른 방식으로 구성되면 다른 값이 얻어질 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 편향가능한 미러(DM)의 편향이 잔류 편향 포인트(D0)로부터 제2 편향 포인트(D2')에 도달하기 전에 제1 편향 포인트(D1')(80ns의 지연 시간 후)까지 증가한다는 점에서, 제2 펄스의 2회 반사로 인한 편향 곡선의 제2 피크는 제1 펄스의 2회 반사로 인한 제1 피크와 유사하다. 여기서, 제2 편향 포인트(D2')는 또한 편향 곡선의 제2 피크의 최대 편향 포인트이다. 제1 편향 포인트(D1')에서의 편향은 제2 펄스의 1차 반사에 의해 유발된 최대 편향인 반면, 제2 편향 포인트(D2')에서의 편향은 제2 펄스의 2회 반사에 의해 각각 유발된 최대 편향들의 합이다. 편향가능한 미러(DM)의 편향이 최대치, 즉 제2 편향 포인트(D2')에 도달하면 다시 0으로 감소하기 시작한다.

도 14를 다시 참조하면, 편향가능한 미러(DM)로부터의 2회 반사 후에, 각각의 반사된 광학 펄스는 펄스 에너지 종속 궤적을 따름으로써 공간 필터(SF)를 향하여 지향될 수 있다. 공간 필터(SF)는, 바람직하지 않은 펄스 에너지, 예를 들어 특정 범위 밖의 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스들을 포함하는 공간적으로 발산하는 광학 빔의 부분(예를 들어, 주변 영역에 있는 부분)를 적어도 부분적으로 차단하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이 공간 필터(SF)를 투과하는 광학 펄스의 에너지 분포가 보다 균일해지며, 즉 펄스-대-펄스 진폭 또는 에너지 변동이 감소된다. 펄스 에너지 범위는 광학 펄스의 평균 에너지의 ±5%, ±10% 또는 ±15% 이내일 수 있다.

일부 실시예에서, 공간 필터(SF)는 구멍(hole)을 포함하는 흡수성, 산란성 및/또는 반사성 기판을 포함하는 애퍼처를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 공간 필터(SF)는 소프트 애퍼처를 포함할 수 있고, 그 기판은 광학 펄스에 대해 점진적으로 변화하는 투과율을 갖는 재료(예를 들어, 적합한 유리)를 포함한다. 다른 실시예에서, 공간 필터(SF)는 동적으로 조정가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공간 필터(SF)의 애퍼처의 위치 및/또는 크기는, 공간 필터(SF)가 편향가능한 미러(DM)와 항상 양호하게 정렬되고 레이저 노이즈 감소의 정도가 공간 필터(SF)의 애퍼처 크기를 변경함으로써 능동적으로 제어될 수 있도록 동적으로 조정가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 공간 필터(SF)는 반사형 구성으로 작동할 수도 있다. 예를 들어 공간 필터는, 광학 빔의 선택되지 않은 부분(예를 들어, 주변 영역에 있는 부분)을 흡수하거나 투과시키면서, 공간적으로 발산하는 광학 빔의 일부(예를 들어, 중앙 영역에 있는 부분)를 선택적으로 반사시키는 반사 미러를 포함할 수 있다.

앞선 실시예는 설명의 목적을 위해 본 명세서에서 제공되며 따라서 제한적이지 않고, 이와 다른 편향가능한 미러 및/또는 이와 다른 공간 필터를 포함하는 다른 실시예도 가능하다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 편향가능한 미러(DM)는 공기 이외의 다른 매질(예를 들어, 물, 가스, 기름)에서 작동될 수 있고, 결과적으로 광학 펄스에 대한 편향가능한 미러(DM)의 응답이 상이할 수 있다. 이는, 다른 매질에서 작동하는 편향가능한 미러(DM)가 공기에서와는 다른 값의 점성 감쇠 계수(즉, 식 [11]에서 )를 가질 수 있다는 점 때문일 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 광학 렌즈가 입사 방사선, 예를 들어 광대역 출력 방사선(ORD)의 빔 직경을 제어(예를 들어, 증가 또는 감소)하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 편향가능한 미러(DM)의 물리적 치수에 대한 요구 사항이 완화될 수 있다. 또한, 앞선 실시예는 펄스형 광대역 방사선의 레이저 노이즈를 감소시키는 맥락에서 설명되었지만, 광학 필터 배열체(OFA)는 상이한 시간 및 스펙트럼 특성(예를 들어, 펄스 폭, 스펙트럼 대역폭 및 중심 파장)을 갖는 펄스형 방사선의 노이즈 성능을 개선할 수 있는 툴로서 인식되어야 한다.

도 16은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 데에 도움이 될 수 있는 컴퓨터 시스템(1600)을 예시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 통신하기 위한 버스(1602) 또는 다른 통신 매커니즘과, 정보를 처리하기 위하여 버스(1602)와 커플링된 프로세서(1604)(또는 여러 프로세서들(1604 및 1605)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 의하여 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 스토리지 디바이스와 같은 메인 메모리(1606)를 더 포함한다. 메인 메모리(1606)는 프로세서(1604)에 의하여 실행될 명령이 실행되는 도중에 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해서도 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링된 판독 전용 메모리(ROM)(1608) 또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 더 포함한다. 정보 및 명령을 저장하기 위하여 자기적 디스크 또는 광학적 디스크와 같은 스토리지 디바이스(1610)가 제공되고 버스(1602)에 커플링된다.

컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위하여, 버스(1602)를 통해서 음극선관(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(1612)에 커플링될 수 있다. 영숫자 키와 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(1614)는 정보 및 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하기 위하여 버스(1602)에 커플링된다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 지시 정보와 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하고 디스플레이(1612) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 콘트롤(1616)이다. 이러한 입력 디바이스는 통상적으로 두 개의 축인 제1 축(예를 들어, x)과 제2 축(예를 들어, y)에서 2-자유도를 가져서, 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하게 한다. 터치 패널(스크린) 디스플레이가 입력 디바이스로서 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 기술된 방법 중 하나 이상은, 프로세서(1604)가 메인 메모리(1606) 내에 저장된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여, 컴퓨터 시스템(1600)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 명령들은 스토리지 디바이스(1610)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(1606)로 독출될 수 있다. 메인 메모리(1606)에 함유된 명령의 시퀀스를 실행하면, 프로세서(1604)는 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계들을 수행하게 된다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위하여, 멀티-처리 장치 내의 하나 이상의 프로세서가 채용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 소프트웨어 명령 대신에 또는 이와 조합되어 유선 회로부가 사용될 수도 있다. 따라서, 본 명세서의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 임의의 특정한 조합으로 한정되지 않는다.

"컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 실행되도록 프로세서(1604)에 명령을 제공하는 데에 관여하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 수많은 형태를 취할 수도 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 스토리지 디바이스(1610)와 같은 광학적 또는 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1606)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1602)를 포함하는 와이어를 포함하여 동축 케이블, 구리 배선, 및 광섬유(fiber optics)를 포함한다. 전송 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 띨 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 통상적인 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 및 임의의 다른 자기적 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학적 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술될 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다.

다양한 형태의 컴퓨터 판독가능 매체들이, 실행을 위해 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(1604)에 전달하는 것에 관여할 수 있다. 예를 들어, 명령들은 처음에 원격 컴퓨터의 자기적 디스크 상에 보유될 수도 있다. 원격 컴퓨터는 명령들을 자신의 동적 메모리 내로 로딩하고 명령들을 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)에 국소적인 모뎀은 전화선 상에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 이러한 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 버스(1602)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호에서 전달되는 데이터를 수신하고, 이러한 데이터를 버스(1602) 상에 배치할 수 있다. 버스(1602)는 데이터를 메인 메모리(1606)로 전달하며, 프로세서(1604)는 이로부터 명령들을 취출하고 실행한다. 메인 메모리(1606)에 의해 수신된 명령들은 프로세서(1604)에 의한 실행 이전에 또는 그 이후에 선택적으로 스토리지 디바이스(1610)에 저장될 수 있다.

컴퓨터 시스템(1600)은 버스(1602)에 커플링된 통신 인터페이스(1618)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 통신 인터페이스(1618)는 로컬 네트워크(1622)에 연결된 네트워크 링크(1620)로 양-방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1618)는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 종합 정보 통신망(ISDN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1618)는 호환가능한 근거리 네트워크(LAN)에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 LAN 카드일 수 있다. 무선 링크가 구현될 수도 있다. 임의의 이러한 구현형태에서, 통신 인터페이스(1618)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 전송하고 수신한다.

네트워크 링크(1620)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1620)는 로컬 네트워크(1622)를 통해 호스트 컴퓨터(1624) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(1626)에 의하여 운영되는 데이터 장비로 연결을 제공할 수 있다. 그 다음에 ISP(1626)는, 현재 일반적으로 "인터넷(1628)"이라고 불리는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(1622)와 인터넷(1628) 양자 모두는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(1600)으로의 또는 그로부터의 디지털 데이터를 전달하는, 다양한 네트워크들을 통과하는 신호와 통신 인터페이스(1618)를 통하는 네트워크 링크(1620) 상의 신호는 정보를 전달하는 반송파의 예시적인 형태들이다.

컴퓨터 시스템(1600)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1620), 및 통신 인터페이스(1618)를 통해서, 프로그램 코드를 포함하여 메시지를 전송하고 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서, 서버(1630)는 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 인터넷(1628), ISP(1626), 로컬 네트워크(1622) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 송신할 수 있다. 하나의 이러한 다운로드된 애플리케이션이 예를 들어 본 명세서에서 기술된 기법 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(1604)에 의하여 실행되고, 및/또는 추후에 실행되도록 스토리지 디바이스(1610), 또는 다른 비-휘발성 스토리지에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(1600)은 애플리케이션 코드를 반송파의 형태로 획득할 수 있다.

추가 실시예는 다음 목록의 번호가 매겨진 조항으로 제공된다:

1. 광학 필터 장치로서,

광학 펄스를 수신하고, 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키도록 동작가능한 광학 발산 디바이스; 및

상기 광학 평면에 위치하며, 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스에 공간 필터링을 적용하도록 동작가능한 공간 필터를 포함하는, 광학 필터 장치.

2. 제1조항에 있어서, 상기 광학 발산 디바이스는 상기 광학 펄스를 수신하여 반사시키는 편향가능한 미러를 포함하고, 상기 편향가능한 미러는 각각의 광학 펄스의 매번의 반사 시에 편향되도록 추가로 구성되고, 상기 편향의 크기는 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 의존하고 상기 편향은 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키게 되는, 광학 필터 장치.

3. 제2조항에 있어서, 상기 편향가능한 미러는 위치가 고정된 고정단과 반사 평면에서 이동가능한 자유단을 갖는 캔틸레버를 포함하는, 광학 필터 장치.

4. 제3조항에 있어서, 상기 편향가능한 미러의 편향은 상기 광학 펄스에 의한 각각의 충격으로 인한 상기 고정단에 대한 상기 자유단의 반경방향 이동을 포함하는, 광학 필터 장치.

5. 제2조항 내지 제4조항 중 어느 한 조항에 있어서, 편향가능한 미러는 실리콘을 포함하는, 광학 필터 장치.

6. 제2조항 내지 제5조항 중 어느 한 조항에 있어서, 편향가능한 미러는 1 μm 내지 1000 μm 범위의 폭을 포함하는, 광학 필터 장치.

7. 제2조항 내지 제6조항 중 어느 한 조항에 있어서, 편향가능한 미러는 1 μm 내지 1000 μm 범위의 길이를 포함하는, 광학 필터 장치.

8. 제2조항 내지 제7조항 중 어느 한 조항에 있어서, 편향가능한 미러는 0.1 μm 내지 100 μm 범위의 두께를 포함하는, 광학 필터 장치.

9. 제2조항 내지 제8조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 편향가능한 미러는, 각각의 광학 펄스가 2차 반사시 그 펄스 에너지에 따라 전파 방향으로 반사되도록 구성되는, 광학 필터 장치.

10. 제2조항 내지 제9조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 편향가능한 미러는 광학 펄스를 반사시키도록 구성된 적어도 하나의 반사 코팅을 포함하는, 광학 필터 장치.

11. 제10조항에 있어서, 적어도 하나의 반사 코팅은 광학 펄스에 의해 규정된 스펙트럼 범위에서 적어도 80%의 반사율을 제공하는, 광학 필터 장치.

12. 제11조항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반사 코팅에 의해 커버되는 스펙트럼 범위는 100 nm 내지 4000 nm인, 광학 필터 장치.

13. 제2조항 내지 제12조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 편향가능한 미러는, 광학 펄스의 펄스 에너지가 0.1 μJ 내지 100 μJ 범위에 있을 때 광학 펄스를 공간적으로 분산시키기에 충분한 편향을 제공하도록 구성되는, 광학 필터 장치.

14. 제2조항 내지 제13조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 발산 디바이스는, 편향가능한 미러로부터 1차 반사를 거친 후에 광학 펄스에 지연 시간을 적용하고 광학 펄스를 편향가능한 미러로 다시 지향시켜 편향가능한 미러에 의한 2차 반사를 거치게 하도록 구성되는 광학 지연 배열체를 더 포함하는, 광학 필터 장치.

15. 제14조항에 있어서, 광학 지연 배열체에 의해 적용되는 지연 시간은, 편향가능한 미러의 편향이 실질적으로 최대인 시간에 각각의 광학 펄스가 2차 반사를 위해 편향가능한 미러에 도달하도록 하는 것인, 광학 필터 장치.

16. 제14조항 또는 제15조항에 있어서, 상기 광학 지연 배열체는 구성가능한 지연 시간을 포함하는, 광학 필터 장치.

17. 제14조항 내지 제16조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 지연 배열체는 병진이동 스테이지 상에 배치된 적어도 2개의 광학 미러를 포함하도록 구성되고, 병진이동 스테이지는 광학 지연 배열체와 상기 편향가능한 미러 사이의 거리를 변화시키도록 이동가능한, 광학 필터 장치.

18. 제1조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 공간 필터는 제1 영역 내에 속하는 위치를 갖는 광학 펄스의 제1 부분을 선택하도록 구성되는 제1 영역, 및 제2 영역 내에 속하는 위치를 갖는 광학 펄스의 제2 부분을 적어도 부분적으로 차단하도록 구성되는 제2 영역을 포함하는, 광학 필터 장치.

19. 제18조항에 있어서, 공간 필터는 애퍼처를 포함하는 기판을 포함하는, 광학 필터 장치.

20. 제18조항에 있어서, 공간 필터는 상기 제1 영역이 반사 영역을 포함하고 상기 제2 영역이 흡수 영역을 포함하도록 반사성인, 광학 필터 장치.

21. 제18조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 5% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 광학 필터 장치.

22. 제18조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 10% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 광학 필터 장치.

23. 제18조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 15% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 광학 필터 장치.

24. 제18조항 내지 제23조항 중 어느 한 조항에 있어서, 공간 필터는 제1 영역의 크기 및/또는 위치가 조정가능하도록 구성되는, 광학 필터 장치.

25. 제1조항 내지 제24조항 중 어느 한 조항에 있어서, 공간 필터와 광학 발산 디바이스 사이의 거리는 조정가능한, 광학 필터 장치.

26. 제1조항 내지 제25조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 발산 디바이스에 의해 광학 펄스가 수신되기 전에 광학 펄스의 빔 직경을 제어하도록 구성된 하나 이상의 광학 렌즈를 더 포함하는, 광학 필터 장치.

27. 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 따른 광학 필터 장치를 포함하고, 펌프 방사선을 수신할 때 광학 펄스를 포함하는 광대역 출력 방사선을 생성하도록 구성된 광대역 광원 디바이스.

28. 제2조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 따른 광학 필터 장치를 포함하고, 펌프 방사선을 수신할 때 광학 펄스를 포함하는 광대역 출력 방사선을 생성하도록 구성되며, 광학 펄스들의 펄스 분리 시간이, 편향가능한 미러의 편향이 0 또는 실질적으로 0에 가깝게 감소하는 데에 필요한 시간 기간과 실질적으로 같거나 더 길도록 구성되는, 광대역 광원 디바이스.

29. 제27조항 또는 제28조항에 있어서, 광대역 출력 방사선은 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)에서 생성되는, 광대역 광원 디바이스.

30. 제26조항 내지 제28조항 중 어느 한 조항에 따른 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 디바이스.

31. 제30조항에 있어서, 스캐터로미터 계측 장치, 레벨 센서 또는 정렬 센서를 포함하는, 계측 디바이스.

32. 광학 펄스를 공간 필터링하는 방법으로서,

각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 복수의 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 단계; 및

공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스를 공간 필터링하는 단계를 포함하는, 광학 펄스를 공간 필터링하는 방법.

33. 제32조항에 있어서, 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 것은:

편향가능한 미러를 이용하여 광학 펄스를 1차 반사시키는 단계;

편향가능한 미러로부터 1차 반사된 광학 펄스에 지연 시간을 적용한 후 다시 편향가능한 미러로 지향시키는 단계; 및

편향가능한 미러를 이용하여 지연된 광학 펄스를 2차 반사시켜 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 단계를 더 포함하고,

편향가능한 미러는 각각의 광학 펄스의 매번의 반사 시에 편향되고, 편향가능한 미러의 편향은 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 의존하는, 방법.

34. 제33조항에 있어서, 적용되는 지연 시간은, 편향가능한 미러의 편향이 실질적으로 최대인 시간에 각각의 광학 펄스가 2차 반사를 위해 편향가능한 미러에 도달하도록 하는 것인, 방법.

35. 제33조항 또는 제34조항에 있어서, 광학 펄스들의 적어도 하나의 펄스 분리 시간이, 편향가능한 미러의 편향이 0 또는 실질적으로 0에 가깝게 복귀하는 데에 필요한 시간 기간과 실질적으로 같거나 더 긴, 방법.

36. 제32조항 내지 제35조항 중 어느 한 조항에 있어서, 공간 필터링은 광학 평면에 공간적으로 분산되어 있는 광학 펄스의 일부를 적어도 부분적으로 차단하는 단계를 포함하는, 방법.

37. 제36조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 5% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 방법.

38. 제37조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 10% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 방법.

39. 제38조항에 있어서, 적어도 부분적으로 차단된 광학 펄스는 광학 펄스의 평균 에너지로부터 15% 이상 벗어난 펄스 에너지를 갖는 광학 펄스를 포함하는, 방법.

40. 제32조항 내지 제39조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스가 공간적으로 분산되기 전에 광학 펄스의 빔 직경을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.

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

광학 필터 장치로서,
광학 펄스를 수신하고, 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키도록 동작가능한 광학 발산 디바이스; 및
상기 광학 평면에 위치하며, 공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스에 공간 필터링을 적용하도록 동작가능한 공간 필터를 포함하는, 광학 필터 장치.
제1항에 있어서,
상기 광학 발산 디바이스는 상기 광학 펄스를 수신하여 반사시키는 편향가능한 미러를 포함하고, 상기 편향가능한 미러는 각각의 광학 펄스의 매번의 반사 시에 편향되도록 추가로 구성되고, 상기 편향의 크기는 각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 의존하고 상기 편향은 광학 평면에 걸쳐 광학 펄스를 공간적으로 분산시키게 되는, 광학 필터 장치.
제2항에 있어서,
상기 편향가능한 미러는 위치가 고정된 고정단과 반사 평면에서 이동가능한 자유단을 갖는 캔틸레버를 포함하는, 광학 필터 장치.
제3항에 있어서,
상기 편향가능한 미러의 편향은 상기 광학 펄스에 의한 각각의 충격으로 인한 상기 고정단에 대한 상기 자유단의 반경방향 이동을 포함하는, 광학 필터 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
편향가능한 미러는 1 μm 내지 1000 μm 범위의 폭을 포함하는 것,
편향가능한 미러는 1 μm 내지 1000 μm 범위의 길이를 포함하는 것, 및
편향가능한 미러는 0.1 μm 내지 100 μm 범위의 두께를 포함하는 것
중 적어도 하나인, 광학 필터 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향가능한 미러는, 각각의 광학 펄스가 2차 반사시 그 펄스 에너지에 따라 전파 방향으로 반사되도록 구성되는, 광학 필터 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향가능한 미러는 광학 펄스를 반사시키도록 구성된 적어도 하나의 반사 코팅을 포함하고, 선택적으로, 적어도 하나의 반사 코팅은 광학 펄스에 의해 규정된 스펙트럼 범위에서 적어도 80%의 반사율을 제공하는, 광학 필터 장치.
제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사 코팅에 의해 커버되는 스펙트럼 범위는 100 nm 내지 4000 nm인, 광학 필터 장치.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향가능한 미러는, 광학 펄스의 펄스 에너지가 0.1 μJ 내지 100 μJ 범위에 있을 때 광학 펄스를 공간적으로 분산시키기에 충분한 편향을 제공하도록 구성되는, 광학 필터 장치.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
광학 발산 디바이스는, 편향가능한 미러로부터 1차 반사를 거친 후에 광학 펄스에 지연 시간을 적용하고 광학 펄스를 편향가능한 미러로 다시 지향시켜 편향가능한 미러에 의한 2차 반사를 거치게 하도록 구성되는 광학 지연 배열체를 더 포함하고, 선택적으로, 광학 지연 배열체에 의해 적용되는 지연 시간은, 편향가능한 미러의 편향이 실질적으로 최대인 시간에 각각의 광학 펄스가 2차 반사를 위해 편향가능한 미러에 도달하도록 하는 것인, 광학 필터 장치.
제10항에 있어서,
상기 광학 지연 배열체는 구성가능한 지연 시간을 포함하는, 광학 필터 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터 장치를 포함하고, 펌프 방사선을 수신할 때 상기 광학 펄스를 포함하는 광대역 출력 방사선을 생성하도록 구성된 광대역 광원 디바이스.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터 장치를 포함하고, 펌프 방사선을 수신할 때 상기 광학 펄스를 포함하는 광대역 출력 방사선을 생성하도록 구성되며, 광학 펄스들의 펄스 분리 시간이, 편향가능한 미러의 편향이 0 또는 실질적으로 0에 가깝게 감소하는 데에 필요한 시간 기간과 실질적으로 같거나 더 길도록 구성되는, 광대역 광원 디바이스.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터 장치 또는 제12항 또는 제13항에 따른 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 디바이스로서, 선택적으로 계측 디바이스는 스캐터로미터 계측 장치, 레벨 센서 또는 정렬 센서를 포함하는, 계측 디바이스.
광학 펄스를 공간 필터링하는 방법으로서,
각각의 광학 펄스의 펄스 에너지에 따라 광학 평면에 걸쳐 복수의 광학 펄스를 공간적으로 분산시키는 단계; 및
공간적으로 분산시키는 것으로부터 기인하는 광학 평면에서의 각각의 광학 펄스의 위치에 기초하여 광학 펄스를 공간 필터링하는 단계를 포함하는, 광학 펄스를 공간 필터링하는 방법.