KR20230154204A - 중공 코어 광결정 광섬유 기반 다수 파장 광 소스 디바이스 - Google Patents

중공 코어 광결정 광섬유 기반 다수 파장 광 소스 디바이스 Download PDF

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KR20230154204A
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용펭 니
빌렘 리차드 폰게르스
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하기 위한 다수 파장 광 소스 디바이스 및 연계된 방법이 개시된다. 다수 파장 광 소스 디바이스는 적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하도록 구성되는 펌프 방사선 소스 구성부; 및 작용 매질을 한정하도록 구성되는 중공 코어 광결정 광섬유를 포함한다. 중공 코어 광결정 광섬유는 상기 입력 방사선을 수용하고, 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하도록 구성된다.

Description

중공 코어 광결정 광섬유 기반 다수 파장 광 소스 디바이스
본 출원은 2021년 3월 16일에 출원된 EP 출원 21162934.0의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 중공 코어 광결정 광섬유 기반 다수 파장 방사선 발생기에 관한 것으로, 특히 집적 회로들의 제조 시 메트롤로지 적용들과 관련된 이러한 다수 파장 방사선 발생기에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용시키도록 구성되는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치는 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)의 패턴(흔히 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 함)을 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처(feature)들의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용중인 전형적인 파장들은 365 nm(i-line), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 내지 20 nm의 범위 내의 파장, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm를 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치가 사용되어, 예를 들어 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처들을 형성할 수 있다.
저(low)-k1 리소그래피가 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수들을 갖는 피처들을 처리하는 데 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로서 표현될 수 있으며, 이때 λ는 채택되는 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수(numerical aperture)이며, CD는 "임계 치수"[일반적으로, 프린트되는 최소 피처 크기, 이 경우에는 반-피치(half-pitch)]이고, k1은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 회로 설계자에 의해 계획된 형상 및 치수들과 비슷한 패턴을 기판 상에 재현하기가 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세조정 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용될 수 있다. 이들은, 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이징 조명 방식(customized illumination schemes), 위상 시프팅 패터닝 디바이스들의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광 근접 보정(optical proximity correction: OPC, 때로는 "광학 및 공정 보정"이라고도 칭함)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술들"(resolution enhancement techniques: RET)로 정의되는 다른 방법들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하는 엄격한 제어 루프가 저 k1에서 패턴의 재현을 개선하는 데 사용될 수 있다.
메트롤로지 툴들은 IC 제조 공정의 여러 측면들에서, 예를 들어 노광 전 기판의 적절한 위치설정을 위한 정렬 툴, 기판의 표면 토폴로지를 측정하기 위한 레벨링 툴로서, 예를 들어 공정 제어에서 노광 및/또는 에칭된 제품을 검사/측정하는 포커스 제어 및 스케터로메트리 기반 툴들에 사용된다. 각각의 경우, 방사선 소스가 필요하다. 측정 견고성 및 정확성을 포함하는 다양한 이유로, 다수 파장 방사선 소스들이 이러한 메트롤로지 적용에 점점 더 사용되고 있다. 다수 파장 방사선 생성을 위해 현재 디바이스들에서 개선하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하도록 구성되는 다수 파장 광 소스 디바이스가 제공되고, 다수 파장 광 소스 디바이스는: 적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하도록 구성되는 펌프 방사선 소스 구성부(pump radiation source arrangement); 및 작용 매질을 한정하도록 구성되는 중공 코어 광결정 광섬유를 포함하며, 중공 코어 광결정 광섬유는 상기 입력 방사선을 수용하고 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드(seed-assisted cascaded) 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하도록 구성된다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하는 단계; 및 상기 입력 방사선으로 한정된 작용 매질을 여기(excite)시켜, 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태들은 제 1 실시형태의 광대역 광 소스 디바이스를 포함하는 메트롤로지 디바이스를 포함한다.
이제 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요도;
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요도;
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 3 가지 핵심 기술들 간의 협력을 나타내는 전체론적(holistic) 리소그래피의 개략적인 표현을 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 메트롤로지 디바이스로서 사용되는 스케터로메트리 장치의 개략적인 개요도;
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서 장치의 개략적인 개요도;
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서 장치의 개략적인 개요도;
도 7은 횡평면(즉, 광섬유의 축에 수직)에서의 일 실시예에 따른 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의 개략적인 단면도;
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하는 일 실시예에 따른 방사선 소스의 개략적인 표현을 도시하는 도면;
도 9는 일 실시예에 따른 방법에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 얻어질 수 있는 출력 스펙트럼;
도 10은 일 실시예에 따른 방사선 소스 구성부를 개략적으로 나타내는 도면;
도 11은 원하는 스펙트럼 특성들을 얻기 위한 파라미터들의 특정 조합 구역을 나타내는 펄스 에너지에 대한 광섬유 길이의 플롯; 및
도 12는 일 실시예에 따른 방사선 소스를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV(예를 들어, 약 5 내지 100 nm 범위 내의 파장을 갖는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄하는 데 사용된다.
본 명세서에서 채택된 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여 입사하는 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석될 수 있다. 또한, "광 밸브(light valve)"라는 용어가 이러한 맥락에서 사용될 수도 있다. 전형적인 마스크[투과형 또는 반사형, 바이너리(binary), 위상-시프팅, 하이브리드(hybrid) 등] 이외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스의 예시들로 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터라고도 함)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(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 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
작동 시, 조명 시스템(IL)은 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형, 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 아나모픽(anamorphic), 자기, 전자기 및/또는 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "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 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로 이루어질 수 있다 - 이는 침지 리소그래피라고도 한다. 침지 기술에 대한 더 많은 정보는 US6952253에서 주어지며, 이는 본 명세서에서 인용참조된다.
또한, 리소그래피 장치(LA)는 2 이상의 기판 지지체들(WT)("듀얼 스테이지"라고도 함)을 갖는 타입으로 이루어질 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 기판 지지체들(WT)이 병행하여 사용될 수 있으며, 및/또는 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W)이 기판(W) 상에 패턴을 노광하는 데 사용되고 있는 동안, 다른 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)에서는 다른 기판(W)의 후속한 노광의 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
기판 지지체(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배치된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 배치될 수 있다. 측정 스테이지는 다수 센서들을 유지할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배치될 수 있다. 측정 스테이지는 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어질 때 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
작동 시, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 존재하는 패턴(디자인 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어 포커스 및 정렬된 위치에서 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 가능하게는 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들(P1, P2)은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크들(P1, P2)은 이들이 타겟부들(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 (리소)클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성할 수 있으며, 이는 흔히 기판(W) 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및, 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하는, 예를 들어 레지스트 층들에서 용매를 컨디셔닝하는 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay: LB)로 기판(W)들을 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 리소셀 내의 디바이스들은 통상적으로, 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수도 있는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 패터닝된 구조체들의 속성들을 측정하도록 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 리소셀(LC)에 검사 툴들(도시되지 않음)이 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)들이 노광 또는 처리되기 전에 행해진다면, 예를 들어 후속한 기판들의 노광에 대해 또는 기판(W)들에서 수행되어야 하는 다른 처리 단계들에 대해 조정이 수행될 수 있다.
메트롤로지 장치라고도 칭해질 수 있는 검사 장치가 기판(W)의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판(W)들의 속성들이 어떻게 변하는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연계된 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함들을 식별하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 또는 심지어 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 검사 장치는 잠상(latent image)(노광 후 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반(semi)-잠상[노광-후 베이크 단계(PEB) 후 레지스트 층 내의 이미지], 또는 현상된 레지스트 이미지(이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분은 제거되었음), 또는 심지어 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 후) 에칭된 이미지에 대한 속성들을 측정할 수 있다.
전형적으로, 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 공정은 기판(W) 상의 구조체들의 높은 치수 및 배치 정확성을 필요로 하는 처리에서 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이 높은 정확성을 보장하기 위해, 3 개의 시스템들이 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 소위 "전체론적" 제어 환경에서 조합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 메트롤로지 툴(MT)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "전체론적" 환경의 핵심은 이 3 개의 시스템들 간의 협력을 최적화하여 전체 공정 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지될 것을 보장하도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 공정 윈도우는 특정 제조 공정이 정의된 결과(예를 들어, 기능적 반도체 디바이스)를 산출하는 공정 파라미터들(예를 들어, 도즈, 포커스, 오버레이)의 범위를 정의한다 - 전형적으로, 이 안에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정의 공정 파라미터들이 변동하게 된다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 디자인 레이아웃(의 일부)을 사용하여, 어느 분해능 향상 기술이 사용될지를 예측하고, 전산(computational) 리소그래피 시뮬레이션들 및 계산들을 수행하여 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정들이 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성하는지를 결정할 수 있다[도 3에서 제 1 스케일(SC1)의 양방향 화살표로 도시됨]. 전형적으로, 분해능 향상 기술들은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성들과 매칭하도록 배치된다. 또한, 컴퓨터 시스템(CL)은 공정 윈도우 내에서 [예를 들어, 메트롤로지 툴(MT)로부터의 입력을 사용하여] 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하고 있는 곳을 검출하여, 예를 들어 차선의 처리로 인해 결함들이 존재할 수 있는지를 예측하는 데 사용될 수 있다[도 3에서 제 2 스케일(SC2)의 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨].
메트롤로지 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하기 위해 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 캘리브레이션 상태에서 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다[도 3에서 제 3 스케일(SC3)의 다수 화살표들로 도시됨].
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴들은 통상적으로 메트롤로지 툴(MT)이라고 한다. 이러한 측정들을 수행하는 상이한 타입들의 메트롤로지 툴들(MT)이 알려져 있으며, 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스케터로미터 메트롤로지 툴들(MT)을 포함한다. 스케터로미터들은 스케터로미터의 대물렌즈의 퓨필 또는 퓨필과의 켤레면에 센서를 가짐으로써 -일반적으로, 퓨필 기반 측정들로 칭해지는 측정들- , 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과의 켤레면에 센서를 가짐으로써 -이 경우, 측정들은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정들로 칭해짐- , 리소그래피 공정의 파라미터들의 측정들을 허용하는 다목적 기구이다. 이러한 스케터로미터들 및 관련 측정 기술들은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 특허 출원들 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에서 더 설명된다. 앞서 언급된 스케터로미터는 연질 x-선 및 가시광선으로부터 근적외선(near-IR) 파장 범위까지의 광을 사용하여 격자들을 측정할 수 있다.
제 1 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 각도 분해 스케터로미터(angular resolved scatterometer)이다. 이러한 스케터로미터에서는, 재구성 방법들이 측정된 신호에 적용되어 격자의 속성들을 재구성하거나 계산할 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 타겟 구조체의 수학적 모델과 산란된 방사선의 상호작용의 시뮬레이션 및 시뮬레이션 결과들과 측정 결과들의 비교로부터 발생할 수 있다. 수학적 모델의 파라미터들은 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰되는 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제 2 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)(MT)이다. 이러한 분광 스케터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고, 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector)로 지향된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 의해 생성되는 타겟의 프로파일 또는 구조체는, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제 3 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 엘립소메트릭 스케터로미터(ellipsometric scatterometer)이다. 엘립소메트릭 스케터로미터는 각각의 편광 상태들에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 공정의 파라미터들의 결정을 허용한다. 이러한 메트롤로지 장치는, 예를 들어 메트롤로지 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터들을 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형)을 방출한다. 메트롤로지 장치에 적절한 소스가 편광된 방사선도 제공할 수 있다. 기존 엘립소메트릭 스케터로미터의 다양한 실시예들이, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원들 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 13/891,410에서 설명된다.
스케터로미터(MT)의 일 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서 비대칭을 측정함으로써 2 개의 오정렬된 격자들 또는 주기적 구조체들의 오버레이를 측정하도록 구성되며, 비대칭은 오버레이의 크기와 관련된다. 2 개의 (전형적으로 겹쳐진) 격자 구조체들은 2 개의 상이한 층들(반드시 연속 층들인 것은 아님)에 적용될 수 있고, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스케터로미터는, 예를 들어 공유 특허 출원 EP1,628,164A에서 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가져, 여하한의 비대칭이 명확하게 구별될 수 있도록 한다. 이는 격자들에서 오정렬을 측정하는 간단한 방식을 제공한다. 주기적 구조체들의 비대칭을 통해 타겟이 측정됨에 따라 주기적 구조체들을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차를 측정하는 추가 예시들은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/012624호 또는 미국 특허 출원 US 20160161863에서 찾아볼 수 있다.
다른 관심 파라미터들은 포커스 및 도즈일 수 있다. 포커스 및 도즈는, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 US2011-0249244에 설명된 바와 같이 스케터로메트리에 의해(또는 대안적으로 스캐닝 전자 현미경에 의해) 동시에 결정될 수 있다. 포커스 에너지 매트릭스(FEM - 포커스 노광 매트릭스라고도 함)의 각 지점에 대해 임계 치수 및 측벽 각도 측정들의 고유한 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수 및 측벽 각도의 이 고유한 조합들이 이용가능한 경우, 포커스 및 도즈 값들은 이 측정들로부터 고유하게 결정될 수 있다.
메트롤로지 타겟은 리소그래피 공정에 의해 대부분은 레지스트에, 그러나 예를 들어 에칭 공정 후에도 형성되는 복합 격자들의 앙상블(ensemble)일 수 있다. 전형적으로, 격자들 내의 구조체들의 피치 및 선폭은 메트롤로지 타겟들로부터 오는 회절 차수들을 포착할 수 있도록 측정 광학기(특히, 광학기의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 나타낸 바와 같이, 회절 신호는 두 층들 간의 시프트들('오버레이'라고도 함)을 결정하는 데 사용될 수 있거나, 또는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 바와 같은 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이 재구성은 리소그래피 공정의 품질 지침을 제공하는 데 사용될 수 있으며, 리소그래피 공정의 적어도 일부를 제어하는 데 사용될 수 있다. 타겟들은 더 작은 하위-세분화(sub-segmentation)를 가질 수 있으며, 이는 타겟에서 디자인 레이아웃의 기능부의 치수들을 모방하도록 구성된다. 이 하위-세분화로 인해, 타겟들은 디자인 레이아웃의 기능부와 더 유사하게 거동하여, 전체 공정 파라미터 측정들이 디자인 레이아웃의 기능부와 더 많이 닮도록 할 것이다. 타겟들은 언더필링 모드(underfilled mode) 또는 오버필링 모드(overfilled mode)에서 측정될 수 있다. 언더필링 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 발생시킨다. 오버필링 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 발생시킨다. 이러한 오버필링 모드에서는, 상이한 타겟들을 동시에 측정하는 것이 가능하며, 이에 따라 상이한 처리 파라미터들을 동일한 시간에 결정할 수도 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 적어도 부분적으로 이 리소그래피 파라미터를 측정하는 데 사용되는 측정 레시피(recipe)에 의해 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 1 이상의 파라미터, 측정되는 1 이상의 패턴의 1 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절-기반 광학 측정인 경우, 측정의 파라미터들 중 1 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 방위(orientation) 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는, 예를 들어 처리 변수들에 대한 측정 파라미터들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예시들이, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 US 2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US 2016/0370717A1에서 설명된다.
스케터로미터와 같은 메트롤로지 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(6) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란된 방사선은 정반사된 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 야기하는 프로파일 또는 구조체가, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀에 의해, 또는 도 4의 하단에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스케터로미터는 수직-입사(normal-incidence) 스케터로미터 또는 경사-입사(oblique-incidence) 스케터로미터로서 구성될 수 있다.
메트롤로지 타겟의 측정을 통한 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 적어도 부분적으로 이 리소그래피 파라미터를 측정하는 데 사용되는 측정 레시피에 의해 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 1 이상의 파라미터, 측정되는 1 이상의 패턴의 1 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절-기반 광학 측정인 경우, 측정의 파라미터들 중 1 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 방위 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는, 예를 들어 처리 변동들에 대한 측정 파라미터들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예시들이, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 US2016/0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US2016/0370717A1에서 설명된다.
IC 제조 시 사용되는 또 다른 타입의 메트롤로지 툴은 토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서이다. 이러한 툴은 기판(또는 웨이퍼)의 최상부 표면의 토포그래피를 측정하기 위해 리소그래피 장치에 통합될 수 있다. 높이 맵이라고도 하는 기판의 토포그래피 맵은 기판 상의 위치의 함수로서 기판의 높이를 나타내는 이 측정들로부터 생성될 수 있다. 이 높이 맵은 후속하여 기판 상의 적절한 포커스 위치에 패터닝 디바이스의 에어리얼 이미지를 제공하기 위해 기판 상의 패턴의 전사 동안 기판의 위치를 보정하는 데 사용될 수 있다. 이 문맥에서 "높이"는 폭넓게 기판에 대한 평면을 벗어난 차원(Z-축이라고도 함)을 지칭함을 이해할 것이다. 통상적으로, 레벨 또는 높이 센서는 (자체 광학 시스템에 대해) 고정된 위치에서 측정을 수행하고, 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템과 기판 사이의 상대 이동이 기판에 걸친 위치들에서 높이 측정들을 유도한다.
당업계에 알려진 바와 같은 레벨 또는 높이 센서(LS)의 일 예시가 도 5에 개략적으로 도시되며, 이는 작동 원리만을 예시한다. 이 예시에서, 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 편광 또는 비-편광 레이저 빔과 같이 편광 또는 비-편광, 펄스 또는 연속인 협대역 또는 광대역 광 소스, 예컨대 초연속 광 소스일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는 복수의 LED들과 같은 상이한 색상들 또는 파장 범위들을 갖는 복수의 방사선 소스들을 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선에 제한되지 않고, 추가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 및 기판의 표면으로부터 반사하기에 적절한 여하한 범위의 파장들을 포괄할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 주기적으로 변동하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)을 유도하는 주기적 구조체를 포함하는 주기적 격자이다. 주기적으로 변동하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)은 0 도와 90 도 사이에서, 통상적으로는 70 도와 80 도 사이에서 입사 기판 표면에 수직인 축(Z-축)에 대해 입사각(ANG)을 갖는 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 나타냄) 검출 유닛(LSD)을 향해 지향된다.
측정 위치(MLO)에서 높이 레벨을 결정하기 위해, 레벨 센서는 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하는 처리 유닛(도시되지 않음)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수 있다. 검출기(DET)는 수신된 광을 나타내는, 예를 들어 광검출기와 같이 수신된 광의 세기를 나타내는, 또는 카메라와 같이 수신된 세기의 공간 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 1 이상의 검출기 타입의 여하한의 조합을 포함할 수 있다.
삼각측량 기술들에 의해, 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨이 결정될 수 있다. 검출된 높이 레벨은 통상적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 바와 같은 신호 강도와 관련되며, 신호 강도는 특히 투영 격자(PGR)의 디자인 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 요소들을 포함할 수 있다(도시되지 않음).
일 실시예에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있고, 검출기(DET)는 검출 격자(DGR)가 놓이는 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지의 더 직접적인 검출을 제공한다.
기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 기판(W)의 표면 상에 측정 빔(BE1)들의 어레이를 투영하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 더 큰 측정 범위를 덮는 스폿들 또는 측정 영역(MLO)들의 어레이를 생성한다.
일반적인 타입의 다양한 높이 센서들이, 예를 들어 인용참조되는 US7265364 및 US7646471에 개시되어 있다. 가시 방사선 또는 적외 방사선 대신에 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가, 인용참조되는 US2010233600A1에 개시되어 있다. 인용참조되는 WO2016102127A1에는, 검출 격자를 필요로 하지 않고 격자 이미지의 위치를 검출하고 인식하기 위해 다-요소 검출기를 사용하는 컴팩트 높이 센서가 설명되어 있다.
IC 제조 시 사용되는 또 다른 타입의 메트롤로지 툴은 정렬 센서이다. 그러므로, 리소그래피 장치의 성능의 중요한 측면은 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 적용된 패턴을 이전 층들에 배치된 피처들과 관련하여 정확하고 올바르게 배치하는 능력이다. 이를 위해, 기판에는 1 이상의 마크 또는 타겟 세트가 제공된다. 각각의 마크는 위치 센서, 통상적으로 광학 위치 센서를 사용하여 나중에 위치가 측정될 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"라고 칭해질 수 있고, 마크들은 "정렬 마크"라고 칭해질 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치들을 정확하게 측정할 수 있는 1 이상의(예를 들어, 복수의) 정렬 센서를 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서들은 회절 및 간섭과 같은 광학 현상을 사용하여 기판에 형성된 정렬 마크들로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에서 사용되는 정렬 센서의 일 예시는 US6961116에 설명된 바와 같은 자기-참조 간섭계(self-referencing interferometer)에 기초한다. 예를 들어, US2015261097A1에 개시된 바와 같이 위치 센서의 다양한 개선 및 수정 사항들이 개발되었다. 이들은 모두 그 내용이 본 명세서에서 인용참조된다.
도 6은, 예를 들어 인용참조되는 US6961116에 설명되어 있는 알려진 정렬 센서(AS)의 일 실시예의 개략적인 블록 다이어그램이다. 방사선 소스(RSO)가 1 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공하며, 이는 전환 광학기(diverting optics)에 의해 조명 스폿(SP)으로서 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상으로 전환된다. 이 예시에서, 전환 광학기는 스폿 거울(SM) 및 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)가 조명되는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 더 작을 수 있다.
정렬 마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 [이 예시에서는 대물 렌즈(OL)를 통해] 정보-전달 빔(information-carrying beam: IB)으로 시준(collimate)된다. "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절(이는 반사라고 할 수 있음)을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 앞서 언급된 US6961116에 개시된 타입의 자기-참조 간섭계(SRI)가 빔(IB)을 광검출기(PD)에 의해 빔이 수용된 후 자신과 간섭한다. 방사선 소스(RSO)에 의해 1보다 많은 파장이 생성되는 경우에 별개의 빔들을 제공하기 위해 추가적인 광학기(도시되지 않음)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있거나, 이는 원하는 경우에 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이 예시에서 스폿 거울(SM)을 포함하는 전환 광학기는 마크로부터 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할도 할 수 있으므로, 정보-전달 빔(IB)은 마크(AM)로부터의 고차 회절 방사선만을 포함한다(이는 측정에 필수적인 것은 아니지만, 신호 대 잡음 비를 개선함).
세기 신호들(SI)이 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록 SRI에서의 광학 처리 및 유닛 PU에서의 전산 처리의 조합에 의해, 기준 프레임에 대한 기판의 X 및 Y 위치에 대한 값들이 출력된다.
나타낸 타입의 단일 측정은 단지 마크의 한 피치에 대응하는 소정 범위 내에 마크의 위치를 고정한다. 이와 함께 더 개략적인 측정 기술들이 사용되어 마크 위치를 포함하는 사인파의 주기를 식별한다. 마크가 만들어지는 재료들 및 마크가 위 및/또는 아래에 제공되는 재료들에 관계없이 마크의 견고한 검출 및/또는 증가된 정확성을 위해 상이한 파장들에서 더 개략적인 및/또는 미세한 레벨들의 동일한 프로세스가 반복될 수 있다. 파장들은 광학적으로 다중화 및 역다중화되어 동시에 처리될 수 있고, 및/또는 이들은 시분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다.
이 예시에서, 정렬 센서 및 스폿(SP)은 정지 상태로 유지되는 한편, 이동하는 것은 기판(W)이다. 따라서, 정렬 센서는 기판(W)의 이동 방향과 반대인 방향으로 마크(AM)를 효과적으로 스캔하면서 기준 프레임에 견고하고 정확하게 장착될 수 있다. 기판(W)은 기판 지지체 및 기판 지지체의 이동을 제어하는 기판 위치설정 시스템 상의 장착에 의해 이 이동이 제어된다. 기판 지지체 위치 센서(예를 들어, 간섭계)는 기판 지지체(도시되지 않음)의 위치를 측정한다. 일 실시예에서, 1 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지체 상에 제공된다. 기판 지지체 상에 제공된 마크들의 위치의 측정이 위치 센서에 의해 결정된 바와 같은 기판 지지체의 위치로 하여금 (예를 들어, 정렬 시스템이 연결되는 프레임에 대해) 캘리브레이션되게 한다. 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치의 측정이 기판 지지체에 대한 기판의 위치로 하여금 결정되게 한다.
앞서 언급된 스케터로미터, 토포그래피 측정 시스템, 또는 위치 측정 시스템과 같은 메트롤로지 툴들(MT)은 측정을 수행하기 위해 방사선 소스로부터 발생하는 방사선을 사용할 수 있다. 메트롤로지 툴에 의해 사용되는 방사선의 속성들은 수행될 수 있는 측정들의 타입 및 품질에 영향을 미칠 수 있다. 일부 적용들에 대해, 기판을 측정하기 위해 다수 방사선 주파수들을 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 예를 들어 광대역 방사선이 사용될 수 있다. 다수의 상이한 주파수들이 다른 주파수들과 간섭하지 않거나 최소한의 간섭으로 메트롤로지 타겟으로부터 전파, 조사 및 산란될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 더 많은 메트롤로지 데이터를 동시에 얻기 위해 상이한 주파수들이 사용될 수 있다. 또한, 상이한 방사선 주파수들은 메트롤로지 타겟의 상이한 속성들의 정보를 얻고 발견할 수 있다. 광대역 방사선은, 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 스케터로메트리 툴, 또는 검사 툴과 같은 메트롤로지 시스템(MT)에서 유용할 수 있다. 광대역 방사선 소스는 초연속 소스일 수 있다.
고품질 광대역 방사선, 예를 들어 초연속 방사선은 생성하기 어려울 수 있다. 광대역 방사선을 생성하는 한 가지 방법은 고출력 협대역 또는 단일 주파수 입력 방사선 또는 펌프 방사선을 넓히는 것, 예를 들어 비-선형, 고차 효과들을 사용하는 것일 수 있다. (레이저를 사용하여 생성될 수 있는) 입력 방사선은 펌프 방사선이라고 칭해질 수 있다. 대안적으로, 입력 방사선은 시드 방사선(seed radiation)이라고 칭해질 수 있다. 확장 효과들을 위한 고출력 방사선을 얻기 위해, 방사선이 작은 영역으로 한정되어 강하게 국부화된 높은 세기의 방사선이 달성되도록 할 수 있다. 이러한 영역들에서, 방사선은 광대역 출력 방사선을 생성하기 위해 비-선형 매질을 형성하는 재료들 및/또는 확장 구조체들과 상호작용할 수 있다. 높은 세기의 방사선 영역들에서, 상이한 재료들 및/또는 구조체들이 사용되어 적절한 비-선형 매질을 제공함으로써 방사선 확장을 가능하게 하고, 및/또는 개선할 수 있다.
일부 구현들에서, 광대역 출력 방사선은 광결정 광섬유(PCF)에서 생성된다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 광결정 광섬유는 섬유 코어에서 섬유를 통해 이동하는 방사선을 한정하는 것을 돕는 섬유 코어 주위의 미세구조들을 갖는다. 섬유 코어는 비-선형 속성들을 갖고 높은 세기의 펌프 방사선이 섬유 코어를 통해 전송될 때 광대역 방사선을 생성할 수 있는 고체 재료로 만들어질 수 있다. 고체 코어 광결정 광섬유에서 광대역 방사선을 생성하는 것이 가능하지만, 고체 재료를 사용하는 데 몇 가지 단점이 있을 수 있다. 예를 들어, 고체 코어에서 UV 방사선이 생성되는 경우, 이 방사선은 대부분의 고체 재료에 의해 흡수되기 때문에 섬유의 출력 스펙트럼에 존재하지 않을 수 있다.
일부 구현들에서, 도 8을 참조하여 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 입력 방사선을 넓히는 방법들 및 장치는 입력 방사선을 한정하고 입력 방사선을 넓혀 광대역 방사선을 출력하기 위해 섬유를 사용할 수 있다. 섬유는 중공 코어 광섬유일 수 있고, 섬유에서의 방사선의 효과적인 안내 및 한정을 달성하기 위한 내부 구조들을 포함할 수 있다. 섬유는 중공 코어 광결정 광섬유(HC-PCF)일 수 있고, 이는 주로 섬유의 중공 코어 내부의 강한 방사선 한정에 특히 적절하여 높은 방사선 세기들을 달성한다. 섬유의 중공 코어는 입력 방사선을 넓히기 위한 확장 매질로서 작용하는 가스로 채워질 수 있다. 섬유에 입력되는 방사선은 전자기 방사선, 예를 들어 적외선, 가시광선, UV 및 극자외선 스펙트럼들 중 1 이상에서의 방사선일 수 있다. 출력 방사선은 다수 이산 파장들로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예들은 광섬유를 포함하는 이러한 광대역 방사선 소스의 새로운 디자인에 관한 것이다. 광섬유는 중공-코어, 광결정 광섬유(HC-PCF)이다. 특히, 광섬유는 방사선의 한정을 위한 공진-방지 구조체들을 포함하는 타입의 중공-코어, 광결정 광섬유일 수 있다. 공진-방지 구조체들을 포함하는 이러한 섬유들은 공진-방지 섬유, 관형 섬유, 단일-고리 섬유, 음 곡률 섬유 또는 커플링 억제 섬유로서 당업계에 알려져 있다. 이러한 섬유들의 여러 상이한 디자인들이 당업계에 알려져 있다. 대안적으로, 광섬유는 광밴드갭 광섬유(HC-PBF, 예를 들어 Kagome 광섬유)일 수 있다.
여러 타입의 HC-PCF들이 각각 상이한 물리적 안내 메카니즘에 기초하여 설계될 수 있다. 이러한 2 개의 HC-PCF는: 중공 코어 광밴드갭 광섬유(HC-PBF) 및 중공 코어 공진-방지 반사 광섬유(HC-ARF)를 포함한다. HC-PCF의 디자인 및 제조에 대한 세부사항은 (HC-PBF에 대해) 미국 특허 US2004/015085A1 및 (중공 코어 공진-방지 반사 광섬유에 대해) 국제 PCT 특허 출원 WO2017/032454A1에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 인용참조된다.
이제, 방사선 소스에 사용하기 위한 광섬유의 일 예시가 도 7을 참조하여 설명되며, 이는 횡평면에서의 광섬유(OF)의 개략적인 단면도이다. 도 7의 섬유의 실제 예시와 유사한 추가 실시예들이 WO2017/032454A1에 개시되어 있다.
광섬유(OF)는 한 치수가 섬유(OF)의 다른 두 치수들에 비해 더 긴 세장형 몸체(elongate body)를 포함한다. 이 더 긴 치수는 축 방향으로 지칭될 수 있고, 광섬유(OF)의 축을 정의할 수 있다. 2 개의 다른 치수들은 횡평면으로 지칭될 수 있는 평면을 정의한다. 도 7은 x-y 평면으로 라벨링된 이 횡평면(즉, 축에 수직)에서의 광섬유(OF)의 단면을 나타낸다. 광섬유(OF)의 횡단면은 섬유 축을 따라 실질적으로 일정할 수 있다.
광섬유(OF)는 어느 정도의 유연성을 가지며, 이에 따라 축의 방향은 일반적으로 광섬유(OF)의 길이를 따라 균일하지 않을 것임을 이해할 것이다. 광축, 횡단면 등과 같은 용어는 국부적인 광축, 국부적인 횡단면 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 구성요소들이 원통형 또는 관형인 것으로 설명되는 경우, 이러한 용어들은 광섬유(OF)가 구부러질 때 왜곡되었을 수 있는 이러한 형상들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
광섬유(OF)는 여하한의 길이를 가질 수 있고, 광섬유(OF)의 길이는 적용예에 의존할 수 있음을 이해할 것이다. 광섬유(OF)는 1 cm 내지 10 cm의 길이를 가질 수 있고, 예를 들어 광섬유(OF)는 1 cm 내지 7 cm, 또는 1 cm 내지 5 cm의 길이를 가질 수 있다.
광섬유(OF)는: 중공 코어(HC); 중공 코어(HC)를 둘러싸는 클래딩 부분; 및 클래딩 부분을 둘러싸고 지지하는 지지 부분(SP)을 포함한다. 광섬유(OF)는 중공 코어(HC)를 갖는 몸체[클래딩 부분 및 지지 부분(SP)을 포함함]를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 클래딩 부분은 중공 코어(HC)를 통해 방사선을 안내하기 위한 복수의 공진-방지 요소들을 포함한다. 특히, 복수의 공진-방지 요소들은 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선을 주로 중공 코어(HC) 내부에 한정하고 광섬유(OF)를 따라 방사선을 안내하도록 배치된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 실질적으로 광섬유(OF)의 중심 구역에 배치되어, 광섬유(OF)의 축이 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)의 축을 정의할 수도 있도록 할 수 있다.
클래딩 부분은 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선을 안내하기 위한 복수의 공진-방지 요소들을 포함한다. 특히, 이 실시예에서, 클래딩 부분은 6 개의 관형 모세관(CAP)들의 단일 링을 포함한다. 관형 모세관(CAP)들 각각이 공진-방지 요소로서 작용한다.
또한, 모세관(CAP)들은 튜브라고 칭해질 수도 있다. 모세관(CAP)들은 단면이 원형이거나, 또 다른 형상을 가질 수 있다. 각각의 모세관(CAP)은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 정의하고 모세관 캐비티(capillary cavity: CC)로부터 중공 코어(HC)를 분리하는 일반적으로 원통형인 벽 부분(WP)을 포함한다. 벽 부분(WP)은 중공 코어(HC)를 통해 전파하는[그리고 스침 입사각으로 벽 부분(WP)에 입사될 수 있는] 방사선에 대한 반사-방지 파브리-페로(Fabry-Perot) 공진기로서 작용할 수 있음을 이해할 것이다. 벽 부분(WP)의 두께는, 중공 코어(HC)로의 반사가 일반적으로 향상되는 반면 모세관 캐비티(CC)로의 투과는 일반적으로 억제될 것을 보장하기에 적절할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모세관 벽 부분(WP)은 0.01 내지 10.0 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 클래딩 부분이라는 용어는 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선을 안내하기 위한 광섬유(OF)의 부분[즉, 중공 코어(HC) 내에 상기 방사선을 한정하는 모세관(CAP)들]을 의미하는 것으로 의도됨을 이해할 것이다. 방사선은 가로 모드의 형태로 한정되어 섬유 축을 따라 전파할 수 있다.
지지 부분은 일반적으로 관형이고, 클래딩 부분의 6 개의 모세관들(CAP)을 지지한다. 6 개의 모세관들(CAP)은 내측 지지 부분(SP)의 내표면 주위에 고르게 분포된다. 6 개의 모세관들(CAP)은 일반적으로 육각형 형태로 배치되는 것으로 설명될 수 있다.
모세관들(CAP)은 각각의 모세관이 다른 모세관들(CAP) 중 어느 것과도 접촉하지 않도록 배치된다. 모세관들(CAP) 각각은 내측 지지 부분(SP)과 접촉하고, 링 구조에서 인접한 모세관들(CAP)과 이격되어 있다. 이러한 구성은 (예를 들어, 모세관들이 서로 접촉하는 구성에 비해) 광섬유(OF)의 전송 대역폭을 증가시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 모세관들(CAP) 각각은 링 구조에서 인접한 모세관들(CAP)과 접촉할 수 있다.
클래딩 부분의 6 개의 모세관들(CAP)은 중공 코어(HC) 주위에 링 구조로 배치된다. 모세관들(CAP)의 링 구조의 내표면이 적어도 부분적으로 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 정의한다. (화살표 d로 표시된 마주하는 모세관들 사이의 최소 치수로서 정의될 수 있는) 중공 코어(HC)의 직경(d)은 10 내지 1000 ㎛일 수 있다. 중공 코어(HC)의 직경(d)은 중공 코어 광섬유(OF)의 모드 필드 직경, 충격 손실, 분산, 모드 복수성(modal plurality) 및 비-선형성 속성들에 영향을 미칠 수 있다.
이 실시예에서, 클래딩 부분은 (공진-방지 요소들로서 작용하는) 모세관들(CAP)의 단일 링 구성을 포함한다. 그러므로, 중공 코어(HC)의 중심에서 광섬유(OF)의 외부까지의 여하한의 반경 방향으로의 라인은 단 하나의 모세관(CAP)만을 통과한다.
다른 실시예들에는 공진-방지 요소들의 상이한 구성들이 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 이들은 공진-방지 요소들의 다수 링들을 갖는 구성들 및 네스티드(nested) 공진-방지 요소들을 갖는 구성들을 포함할 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 실시예는 6 개의 모세관들의 링을 포함하지만, 다른 실시예들에서 여하한 수의 공진-방지 요소들(예를 들어, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12 개의 모세관들)을 포함하는 1 이상의 링이 클래딩 부분에 제공될 수 있다.
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하는 방사선 소스(RDS)를 도시한다. 방사선 소스(RDS)는 펄스 펌프 방사선 소스(PRS) 또는 원하는 길이 및 에너지 레벨의 짧은 펄스들을 생성할 수 있는 여하한의 다른 타입의 소스; 중공 코어(HC)를 갖는 (예를 들어, 도 7에 나타낸 타입의) 광섬유(OF); 및 중공 코어(HC) 내에 배치된 작용 매질(WM)(예를 들어, 가스)을 포함한다. 도 8에서 방사선 소스(RDS)는 도 7에 나타낸 광섬유(OF)를 포함하지만, 대안적인 실시예들에서 다른 타입들의 중공 코어(HC) 광섬유(OF)가 사용될 수 있다.
펄스 펌프 방사선 소스(PRS)는 입력 방사선(IRD)을 제공하도록 구성된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 펄스 펌프 방사선 소스(PRS)로부터 입력 방사선(IRD)을 수용하고 이를 확장하여 출력 방사선(ORD)을 제공하도록 배치된다. 작용 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 제공하기 위해 수용된 입력 방사선(IRD)의 주파수 범위의 확장을 가능하게 한다.
방사선 소스(RDS)는 저장부(reservoir: RSV)를 더 포함한다. 광섬유(OF)는 저장부(RSV) 내부에 배치된다. 저장부(RSV)는 하우징, 컨테이너, 또는 가스 셀이라고 칭해질 수도 있다. 저장부(RSV)는 작용 매질(WM)을 포함하도록 구성된다. 저장부(RSV)는 저장부(RSV) 내부의 (가스일 수 있는) 작용 매질(WM)의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위해 당업계에 알려진 1 이상의 특징을 포함할 수 있다. 저장부(RSV)는 제 1 투명창(transparent window: TW1)을 포함할 수 있다. 사용 시, 광섬유(OF)는 제 1 투명창(TW1)이 광섬유(OF)의 입력단(IE)에 근접하여 위치되도록 저장부(RSV) 내부에 배치된다. 제 1 투명창(TW1)은 저장부(RSV)의 벽의 일부를 형성할 수 있다. 제 1 투명창(TW1)은 적어도 수용된 입력 방사선 주파수들에 대해 투명하여, 수용된 입력 방사선(IRD)(또는 적어도 그 대부분)이 저장부(RSV) 내부에 위치된 광섬유(OF)로 커플링될 수 있도록 할 수 있다. 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하기 위해 광학기(도시되지 않음)가 제공될 수 있음을 이해할 것이다.
저장부(RSV)는 저장부(RSV)의 벽의 일부를 형성하는 제 2 투명창(TW2)을 포함한다. 사용 시, 광섬유(OF)가 저장부(RSV) 내부에 배치되는 경우, 제 2 투명창(TW2)은 광섬유(OF)의 출력단(OE)에 근접하여 위치된다. 제 2 투명창(TW2)은 적어도 장치(120)의 광대역 출력 방사선(ORD)의 주파수들에 대해 투명할 수 있다.
대안적으로, 또 다른 실시예에서, 광섬유(OF)의 2 개의 양 단부들은 상이한 저장부들의 내부에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)는 입력 방사선(IRD)을 수용하도록 구성되는 제 1 단부 섹션, 및 광대역 출력 방사선(ORD)을 출력하는 제 2 단부 섹션을 포함할 수 있다. 제 1 단부 섹션은 작용 매질(WM)을 포함하는 제 1 저장부 내부에 배치될 수 있다. 제 2 단부 섹션은 제 2 저장부 내부에 배치될 수 있으며, 여기서 제 2 저장부도 작용 매질(WM)을 포함할 수 있다. 저장부들의 기능은 앞서 도 8과 관련하여 설명된 바와 같을 수 있다. 제 1 저장부는 입력 방사선(IRD)에 대해 투명하도록 구성되는 제 1 투명창을 포함할 수 있다. 제 2 저장부는 광대역 출력 방사선(ORD)에 대해 투명하도록 구성되는 제 2 투명창을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 저장부들은 광섬유(OF)가 부분적으로 저장부 내부에 그리고 부분적으로 저장부 외부에 배치되게 하는 밀봉가능한 개구부(sealable opening)를 포함하여, 가스가 저장부 내부에 밀봉될 수 있도록 할 수 있다. 광섬유(OF)는 저장부 내부에 포함되지 않은 중간 섹션을 더 포함할 수 있다. 2 개의 개별 가스 저장부들을 사용하는 이러한 구성은 광섬유(OF)가 비교적 긴(예를 들어, 길이가 1 m보다 긴 경우) 실시예들에 특히 편리할 수 있다. 2 개의 개별 가스 저장부들을 사용하는 이러한 구성들에 대해, 2 개의 저장부들(이는 2 개의 저장부들 내부의 가스의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위해 당업계에 알려진 1 이상의 특징을 포함할 수 있음)은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내에 작용 매질(WM)을 제공하는 장치를 제공하는 것으로 간주될 수 있음을 이해할 것이다.
이러한 맥락에서, 창에서의 그 주파수의 입사 방사선의 적어도 50 %, 75 %, 85 %, 90 %, 95 %, 또는 99 %가 창을 통해 투과되는 경우에 창이 주파수에 대해 투명할 수 있다.
제 1(TW1) 및 제 2(TW2) 투명창들은 둘 다 (가스일 수 있는) 작용 매질(WM)이 저장부(RSV) 내에 포함될 수 있도록 저장부(RSV)의 벽들 내에서 기밀 시일(airtight seal)을 형성할 수 있다. 가스(WM)는 저장부(RSV)의 주위 압력과 상이한 압력에서 저장부(RSV) 내에 포함될 수 있음을 이해할 것이다.
작용 매질(WM)은 아르곤, 크립톤 및 제논과 같은 희가스, 수소, 듀테륨 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 제논/듀테륨 혼합물, 크립톤/질소 혼합물 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 충전 가스의 타입에 의존하여, 비선형 광학 프로세스들은 변조 불안정(modulational instability: MI), 솔리톤 자체-압축, 솔리톤 분열(soliton fission), 커 효과, 라만 효과 및 분산파 생성(DWG)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 세부사항은 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에 설명되어 있다(둘 다 본 명세서에서 인용참조됨). 충전 가스의 분산은 저장부(RSV) 내의 작용 매질(WM) 압력(즉, 가스 셀 압력)을 변동시킴으로써 조정될 수 있으므로, 생성된 광대역 펄스 역학 및 관련 스펙트럼 확장 특성이 조정되어 주파수 변환을 최적화할 수 있다.
일 구현예에서, 작용 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 생성하기 위해 적어도 입력 방사선(IRD)의 수용 동안에 중공 코어(HC) 내에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)가 광대역 출력 방사선을 생성하기 위한 입력 방사선(IRD)을 수용하고 있지 않은 동안, 가스(WM)는 중공 코어(HC)에 완전히 또는 부분적으로 없을 수 있음을 이해할 것이다.
주파수 확장을 달성하기 위해, 높은 세기의 방사선이 바람직할 수 있다. 중공 코어(HC) 광섬유(OF)를 갖는 이점은, 이것이 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선의 강한 공간적 한정을 통해 높은 세기의 방사선을 달성하여, 높은 국부적 방사선 세기들을 달성할 수 있다는 것이다. 광섬유(OF) 내부의 방사선 세기는, 예를 들어 높은 수용된 입력 방사선 세기 및/또는 광섬유(OF) 내부의 방사선의 강한 공간적 한정으로 인해 높을 수 있다. 중공 코어 광섬유들의 이점은, 이들이 고체-코어 섬유들 및, 특히 중공 코어 광섬유들이 자외선 및 적외선 범위들 모두에서 방사선을 안내할 수 있는 더 넓은 파장 범위를 갖는 방사선을 안내할 수 있다는 것이다.
중공 코어(HC) 광섬유(OF)를 사용하는 이점은, 광섬유(OF) 내부에서 안내되는 방사선의 대부분이 중공 코어(HC)에 한정된다는 것일 수 있다. 그러므로, 광섬유(OF) 내부에서의 방사선 상호작용의 대부분은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내부에 제공되는 작용 매질(WM)과 이루어진다. 결과로서, 방사선에 대한 작용 매질(WM)의 확장 효과들이 증가될 수 있다.
수용된 입력 방사선(IRD)은 전자기 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 펄스 방사선으로서 수용될 수 있다. 예를 들어, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 레이저에 의해 생성되는 초고속 펄스들을 포함할 수 있다.
입력 방사선(IRD)은 코히런트 방사선(coherent radiation)일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 시준된 방사선일 수 있고, 그 이점은 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하는 효율을 촉진 및 개선한다는 것일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 레이저에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 출력 방사선(ORD)은 시준될 수 있고, 및/또는 코히런트일 수 있다.
전형적으로, 이러한 방사선 소스가 디자인되는 메트롤로지 적용예들에 대해, 방사선 소스는 복수의 (예를 들어, 좁은) 이산 파장 대역들을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일부 메트롤로지 툴들은 (예를 들어, 1 이상의 편광 상태당) 3 또는 4 개부터, 최대 30 개, 최대 20 개 또는 최대 15 개의 이러한 이산 파장 대역들을 사용할 수 있다. 하나의 특정 메트롤로지 툴(정렬 센서)은 12 개의 이러한 이산 파장 대역들(및 2 개의 편광 상태들; 총 24 개의 조명 설정들)을 사용한다.
원하는 스펙트럼의 다수(예를 들어, 좁은) 이산 파장 대역들을 생성하는 본 방법은 (예를 들어, 설명된 바와 같은 초연속 방사선 소스 및 관련 기술들을 사용하여) 초연속 출력을 생성하는 단계, 및 예를 들어 (다층 코팅을 갖는) 정적 광학 필터를 사용하여 이 초연속 출력으로부터 원하는 파장 대역들을 필터링하는 단계를 포함한다. 하지만, 이러한 필터링은 원하는 스펙트럼을 얻는 데 비효율적인 방법이다. 예를 들어, 통상적으로 초연속 출력은 (20 W보다 큰 펌프 소스를 사용하여 얻어지는) 10 W 미만의 전력일 수 있으며, 이 중에서 1 내지 2 W만이 가시광선 또는 달리 사용가능한 파장들을 포함한다. 필터링 후, 실제 사용가능한 광은 100 mW 미만일 수 있다.
이 비효율에 추가하여, 여하한의 필터링된 대역의 중심 파장은 (복잡한) 다층 코팅의 공차에 의존할 것이며, 이에 따라 구성이 간단하지 않다. 또한, 현재 변조 불안정(MI) 기반 초연속 생성 기술들은 평활한 스펙트럼을 발생시키기 위해 긴 광섬유 길이(수십 cm)를 필요로 한다. 이는 디자인을 매우 번거롭게 만든다. 또한, 우수한 품질의 광섬유의 드로잉(drawing)도 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위해, (예를 들어, 희가스로 채워진) 중공 코어 광섬유에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 사용하여 원하는 스펙트럼의 다수 파장 대역들을 직접 생성하는 것이 제안된다. 이러한 접근법은 가압된 가스의 3차 비선형성 χ3에 의존한다.
예를 들어, 펌프 레이저가 f0의 제 1 주파수 성분을 포함한다고 가정한다. 정상 FWM 프로세스는 전형적으로 fm + fk = 2*f0(퇴화 FWM)을 충족하는 다른 주파수들을 생성한다. 다시 말해서, 주파수 f0의 두 광자들의 에너지는 주파수 fm과 fk의 2 개의 새로운 광자들로 변환된다.
제안된 방법은 시스템으로 약간 디튜닝(detune)된 제 2 주파수 성분(f1)을 갖는 시드 방사선을 제공하는 단계를 포함한다. 주파수 f1은 시드 주파수로서 작용하여, 펌프 주파수 성분 f0과 함께, fm + fk = f0 + f1을 충족하는 새로운 주파수들을 생성하는 결과적인 시드-보조 FWM 프로세스가 발생하도록 한다. 주파수 f1은 펌프 주파수 f0과 작은 주파수 델타 Δf의 합으로 나타낼 수 있으며, 즉 f1 = f0 + Δf이다. 각각의 새로 생성된 주파수가 더 상호작용하여 원래 펌프 주파수의 양쪽에서 후속 주파수들을 생성('캐스케이딩')하는 캐스케이딩 효과가 발생하며, 인접한 생성된 주파수들 사이에는 Δf의 간격을 갖는다.
도 9는 이 캐스케이딩 효과를 예시하는 출력 스펙트럼의 개략적인 다이어그램이다. 펌프 또는 제 1 주파수 성분 f0, 및 시드 또는 제 2 주파수 성분 f0+Δf는 함께 f0-Δf 및 f0+2Δf에서 주파수들을 생성한다; [즉, f0 + (f0+Δf) = (f0-Δf) + (f0+2Δf)]. 펌프 주파수 f0, 및 생성된 주파수 f0+2Δf는 함께 f0-Δf 및 f0+3Δf에서 주파수들을 생성한다; [즉, f0 + (f0+2Δf) = (f0-Δf) + (f0+3Δf)]. 펌프 주파수 f0, 및 생성된 주파수 f0-Δf는 함께 f0-2Δf 및 f0+Δf에서 주파수들을 생성한다; [즉, f0 + (f0-Δf) = (f0-2Δf) + (f0+Δf)]. 이 프로세스는 다수 이산 주파수들을 생성하도록 캐스케이드로 행하며; (사용가능한 전력에서) 생성되는 이산 주파수들의 수는 아래에서 설명되는 바와 같이 광섬유 및 작용 매질과 관련된 여러 파라미터들(예를 들어, 가스 압력 및 광섬유 길이)에 의존한다.
도 10은 이러한 실시예에 따른 다수 파장 광 소스 디바이스를 개략적으로 나타낸다. 시드 방사선이 다양한 방식들로 펌프 레이저를 통해 생성될 수 있으며, 이는 단지 예시적인 구성에 불과하다는 것을 이해하여야 한다. 펌프 레이저(PL)로부터의 펌프 방사선(PR)의 일부분(PRpor)이 확장된 방사선을 생성하기 위해 시드 생성 요소(SG)로 향하게 된다. 일 실시예에서, 시드 생성 요소(SG)는 (예를 들어, 짧은) 고체-코어 PCF 또는 다른 적절한 스펙트럼 확장 요소를 포함한다. 제안된 방법은 단지 소량의 디튜닝(예를 들어, 파장 측면에서: 10 nm 내지 200 nm, 50 nm 내지 200 nm, 또는 약 100 nm 디튜닝)을 필요로 하며, 이는 몇 cm의 PCF로 달성될 수 있다. 이에 후속하여, 시드 방사선(SR)을 얻기 위해 필터(F)를 사용하여 원하는 시드 파장이 필터링될 수 있다. 그 후, 펌프 방사선 및 시드 방사선이 모두 사용되어 광섬유(HC-PCF)에서 작용 매질을 여기시킬 수 있다. 시드 생성을 위한 대안적인 방법들은 차-주파수 생성(DFG), 광 파라메트릭 생성(OPG) 또는 증폭(OPA), 또는 광 파라메트릭 발진(OPO)과 같은 주파수 혼합 프로세스들을 포함한다.
일 실시예에서, 원하는 스펙트럼 특성들을 얻기 위해, 펄스 에너지 및 광섬유 길이의 조합은 스펙트럼 대역들이 중첩되도록 하는 너무 많은 자기-위상 변조(SPM)를 피하면서 파장 범위를 700 nm 이하, 600 nm 이하, 또는 500 nm 이하로 확장하는 효율적인 혼합이 이루어지도록 하여야 한다. 그러므로, 펄스 에너지 및 광섬유 길이는 (적어도 100 nm 내지 4000 nm, 200 nm 내지 2000 nm, 400 nm 내지 900 nm, 또는 500 nm 내지 900 nm의 범위와 같은 관심 파장 범위 내에서) SPM이 충분히 회피되어 각각의 파장 대역이 불연속적이고 인접한 파장 대역과 중첩하지 않도록 이루어질 수 있다.
도 11은 원하는 스펙트럼 특성들과 관련하여 펄스 에너지와 광섬유 길이 사이의 관계를 나타낸다. 도면의 상단에는 펄스 에너지에 대한 광섬유 길이의 플롯이 있다. 점선은 이 공간에서 원하는 구역(DES)을 나타내며, 여기서 펄스 에너지와 광섬유 길이의 조합은 원하는 제 1 스펙트럼: 스펙트럼 A(파장 λ에 대한 PSD의 제 1 플롯)를 유도한다. 이 스펙트럼은 500 nm 이하 파장의 사용가능한 이산 대역들을 포함한다. 또한, 이 스펙트럼은 각각의 대역에 대해 (예를 들어, 단일 피크를 포함하는) 양호한 스펙트럼 형상을 포함한다. 일부 적용예들에서, 대역별 이 양호한 스펙트럼 형상은 양호한 대역 안정성을 나타내기 때문에 바람직할 수 있다. 하지만, 많은 다른 경우에, 이는 그렇게 중요하지 않다. 예를 들어, 원하는 구역에서의 원하는 또 다른 스펙트럼(DES)은 (스펙트럼 B에 나타낸 바와 같이) 적어도 일부 파장 대역들에 대해 덜 잘 정의된 스펙트럼 형상들을 유도한다. 이러한 스펙트럼은 여전히 완벽하게 사용가능할 수 있으며, 심지어 몇몇 경우에는 (예를 들어, 더 평탄한 프로파일 및/또는 더 넓은 피크들로 인해) 스펙트럼 A에 의해 입증되는 특성들보다 선호될 수 있다.
원하는 구역(DES) 위에서는, 너무 많은 자기-위상 변조가 존재할 것이고, 파장 대역들이 중첩하기 시작한다. 이 구역 아래에서는, 스펙트럼이 불충분하게 평탄하며, 스펙트럼 C로 나타낸 바와 같이 스펙트럼의 하단부, 예를 들어 500 nm 이하 파장에서 이산(예를 들어, 사용가능한) 대역들이 없다.
일반적으로, 펌프 레이저의 펄스 폭은 더 큰 펄스 폭이 더 작은 대역폭을 유도하도록 각각의 이산 출력 파장 대역의 대역폭을 결정하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 대역 간격은 시딩 파장과 펌프 파장 사이의 차이에 의해 결정된다. UV를 향한 확장은 가스 압력에 의해 결정된다. 펄스 에너지는 설명된 바와 같이 광섬유 길이와 교환될 수 있다(펄스 에너지가 작을수록 더 긴 광섬유가 필요함). 그러므로, (광섬유 길이 및 펄스 에너지를 통해 튜닝가능한) 이미 설명된 원하는 스펙트럼 특성들 외에도, 원하는 파장 범위 내의 파장 대역들의 수가 시딩 파장과 펌프 파장 사이의 차이에 의해 선택될 수 있다. 파장 대역들에 대한 피크 값들은 입력 방사선의 펄스 반복률에 따라 스케일링되므로, 이 파라미터의 제어를 통해 제어될 수 있다.
예시적인 구성은 200 nm 내지 2000 nm, 400 nm 내지 2000 nm, 400 nm 내지 1200 nm, 400 nm 내지 1000 nm, 500 nm 내지 1200 nm, 400 nm 내지 900 nm, 또는 500 nm 내지 900 nm의 관심 파장 범위를 포함하는 방사선의 5 내지 30 개의 파장 대역들, 또는 10 내지 20 개의 파장 대역들(예를 들어, 12 개의 이산 파장 대역들)을 얻을 수 있다.
광섬유(OF 또는 HC-PCF)는 1 ㎝ 내지 30 ㎝, 1 ㎝ 내지 20 ㎝, 1 ㎝ 내지 10 ㎝, 1 ㎝ 내지 7 ㎝, 또는 1 ㎝ 내지 5 ㎝의 길이를 가질 수 있다. 이는 현재 디자인들보다 훨씬 더 짧으며; 제안된 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스로부터 발생하는 더 짧은 광섬유들을 사용할 수 있다.
요약하면, 본 명세서에 개시된 방법들은 많은 양의 방사선을 필터링하는 현재의 필터링 방법보다 훨씬 더 에너지 효율적이다. 상기 방법은 단지 수 센티미터의 HC-PCF를 필요로 한다. 이는 HC-PCF가 통상적으로 40 cm보다 긴 현재 구성들에 비해, 필요한 부피를 크게 감소시킨다. 이는 HC-PCF의 제조를 더 쉽게 만든다. 이는 현재 잡음 트리거(noise triggered) MI 초연속 프로세스보다 잡음이 훨씬 더 적다. 이 프로세스로, 안정적인 다수 대역들이 생성될 수 있다. 프로세스는 탄력적이며, 이에 따라 각 대역의 중심 파장은 시드 레이저의 디튜닝에만 의존한다. 또한, 비-보조(un-assisted) 4-파 혼합보다 더 효율적이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 방법들 및 흐름들을 구현하는 데 도움이 될 수 있는 컴퓨터 시스템(1600)을 나타내는 블록 다이어그램이다. 컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 전달하는 버스(1602) 또는 다른 통신 기구, 및 정보를 처리하는 버스(1602)와 커플링된 프로세서(1604)[또는 다중 프로세서들(1604 및 1605)]를 포함한다. 또한, 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 의해 실행될 정보 및 명령어들을 저장하는 RAM(random access memory) 또는 다른 동적 저장 디바이스와 같은, 버스(1602)에 커플링된 주 메모리(1606)를 포함한다. 또한, 주 메모리(1606)는 프로세서(1604)에 의해 실행될 명령어들의 실행 시 임시 변수들 또는 다른 매개 정보(intermediate information)를 저장하는 데 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 대한 정적 정보 및 명령어들을 저장하는 버스(1602)에 커플링된 ROM(read only memory: 1608) 또는 다른 정적 저장 디바이스를 더 포함한다. 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 저장 디바이스(1610)가 제공되고 버스(1602)에 커플링되어 정보 및 명령어들을 저장한다.
컴퓨터 시스템(1600)은 버스(1602)를 통해, 컴퓨터 사용자에게 정보를 보여주는 CRT(cathode ray tube) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이(touch panel display)와 같은 디스플레이(1612)에 커플링될 수 있다. 영숫자 및 다른 키들을 포함한 입력 디바이스(1614)는 정보 및 명령 선택(command selection)들을 프로세서(1604)로 전달하기 위해 버스(1602)에 커플링된다. 또 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는 방향 정보 및 명령 선택들을 프로세서(1604)로 전달하고, 디스플레이(1612) 상의 커서 움직임을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼(trackball) 또는 커서 방향키들과 같은 커서 제어부(cursor control: 1616)이다. 이 입력 디바이스는, 통상적으로 디바이스로 하여금 평면에서의 위치들을 특정하게 하는 2 개의 축인 제 1 축(예를 들어, x) 및 제 2 축(예를 들어, y)에서 2 자유도를 갖는다. 또한, 입력 디바이스로서 터치 패널(스크린) 디스플레이가 사용될 수도 있다.
주 메모리(1606)에 포함된 1 이상의 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(1604)에 응답하여 컴퓨터 시스템(1600)에 의해 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법들 중 1 이상이 수행될 수 있다. 이러한 명령어들은 저장 디바이스(1610)와 같은 또 다른 컴퓨터-판독가능한 매체로부터 주 메모리(1606)로 읽혀질 수 있다. 주 메모리(1606) 내에 포함된 명령어들의 시퀀스들의 실행은, 프로세서(1604)가 본 명세서에 설명된 공정 단계들을 수행하게 한다. 또한, 주 메모리(1606) 내에 포함된 명령어들의 시퀀스들을 실행하기 위해 다중 처리 구성(multi-processing arrangement)의 1 이상의 프로세서가 채택될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 하드웨어에 내장된 회로(hard-wired circuitry)가 소프트웨어 명령어들과 조합하거나 그를 대신하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 기재내용은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 여하한의 특정 조합에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 "컴퓨터-판독가능한 매체"라는 용어는 실행을 위해 프로세서(1604)에 명령어를 제공하는 데 관여하는 여하한의 매체를 칭한다. 이러한 매체는 비휘발성 매체(non-volatile media), 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하는 다수의 형태를 취할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 비휘발성 매체는, 예를 들어 저장 디바이스(1610)와 같은 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 주 메모리(1606)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1602)를 포함하는 와이어들을 포함하여, 동축 케이블, 구리선 및 광섬유를 포함한다. 또한, 전송 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 시 발생되는 파장들과 같이 음파(acoustic wave) 또는 광파의 형태를 취할 수도 있다. 컴퓨터-판독가능한 매체의 보편적인 형태들은, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크(flexible disk), 하드 디스크, 자기 테이프, 여하한의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD, 여하한의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀(hole)들의 패턴을 갖는 여하한의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH-EPROM, 여하한의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 이후 설명되는 바와 같은 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 여하한의 다른 매체를 포함한다.
다양한 형태의 컴퓨터 판독가능한 매체는 실행을 위해 1 이상의 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 프로세서(1604)로 전달하는 데 관련될 수 있다. 예를 들어, 명령어들은 초기에 원격 컴퓨터의 자기 디스크에 저장되어 있을 수 있다(bear). 원격 컴퓨터는 그 동적 메모리로 명령어들을 로딩하고, 모뎀을 이용하여 전화선을 통해 명령어들을 보낼 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)에 로컬인 모뎀이 전화선 상에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 상기 데이터를 적외선 신호로 전환할 수 있다. 버스(1602)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호로 전달된 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 버스(1602)에 놓을 수 있다. 버스(1602)는, 프로세서(1604)가 명령어들을 회수하고 실행하는 주 메모리(1606)로 상기 데이터를 전달한다. 주 메모리(1606)에 의해 수신된 명령어들은 프로세서(1604)에 의한 실행 전이나 후에 저장 디바이스(1610)에 선택적으로 저장될 수 있다.
또한, 컴퓨터 시스템(1600)은 바람직하게는 버스(1602)에 커플링된 통신 인터페이스(1618)를 포함한다. 통신 인터페이스(1618)는 로컬 네트워크(1622)에 연결되는 네트워크 링크(1620)에 커플링하여 양방향(two-way) 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1618)는 ISDN(integrated services digital network) 카드 또는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하는 모뎀일 수 있다. 또 다른 예시로서, 통신 인터페이스(1618)는 호환성 LAN에 데이터 통신 연결을 제공하는 LAN(local area network) 카드일 수 있다. 또한, 무선 링크가 구현될 수도 있다. 여하한의 이러한 구현에서, 통신 인터페이스(1618)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림들을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호들을 송신하고 수신한다.
통상적으로, 네트워크 링크(1620)는 1 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스에 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1620)는 로컬 네트워크(1622)를 통해 호스트 컴퓨터(1624), 또는 ISP(Internet Service Provider: 1626)에 의해 작동되는 데이터 장비로의 연결을 제공할 수 있다. 차례로, ISP(1626)는 이제 보편적으로 "인터넷"(1628)이라고 칭하는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(1622) 및 인터넷(1628)은 둘 다 디지털 데이터 스트림들을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호들을 사용한다. 다양한 네트워크를 통한 신호들, 및 컴퓨터 시스템(1600)에 또한 그로부터 디지털 데이터를 전달하는 통신 인터페이스(1618)를 통한 네트워크 링크(1620) 상의 신호들은 정보를 전달하는 반송파의 예시적인 형태들이다.
컴퓨터 시스템(1600)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1620) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 메시지들을 송신하고, 프로그램 코드를 포함한 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷 예시에서는, 서버(1630)가 인터넷(1628), ISP(1626), 로컬 네트워크(1622) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 어플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 전송할 수 있다. 하나의 이러한 다운로드된 어플리케이션은, 예를 들어 본 명세서에 설명된 기술들 중 1 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(1604)에 의해 실행될 수 있고, 및/또는 추후 실행을 위해 저장 디바이스(1610) 또는 다른 비휘발성 저장소에 저장될 수 있다. 이 방식으로, 컴퓨터 시스템(1600)은 반송파의 형태로 어플리케이션 코드를 얻을 수 있다.
추가 실시예들이 번호가 매겨진 항목들의 다음 리스트에 개시되어 있다:
1. 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하도록 구성되는 다수 파장 광 소스 디바이스로서,
적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하도록 구성되는 펌프 방사선 소스 구성부; 및
작용 매질을 한정하도록 구성되는 중공 코어 광결정 광섬유를 포함하며,
중공 코어 광결정 광섬유는 상기 입력 방사선을 수용하고 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하도록 구성되는 다수 파장 광 소스 디바이스.
2. 1 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들은 5 내지 30 개의 파장 대역들인 다수 파장 광 소스 디바이스.
3. 1 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들은 10 내지 20 개의 파장 대역들인 다수 파장 광 소스 디바이스.
4. 1 항 내지 3 항 중 어느 하나에 있어서, 중공 코어 광결정 광섬유는 1 ㎝ 내지 30 ㎝의 길이를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
5. 1 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 중공 코어 광결정 광섬유는 1 ㎝ 내지 10 ㎝의 길이를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 700 nm 이하에 중심이 있도록 이루어지는 다수 파장 광 소스 디바이스.
7. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 600 nm 이하에 중심이 있도록 이루어지는 다수 파장 광 소스 디바이스.
8. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 500 nm 이하에 중심이 있도록 이루어지는 다수 파장 광 소스 디바이스.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 자기-위상 변조가 회피되도록 이루어지는 다수 파장 광 소스 디바이스.
10. 9 항에 있어서, 상기 자기-위상 변조의 회피는 상기 관심 파장 범위 내의 이산 파장 대역들이 중첩되지 않도록 이루어지는 다수 파장 광 소스 디바이스.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 펌프 방사선 소스는 상기 제 1 주파수 성분을 포함하는 펌프 방사선을 출력하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및 상기 펌프 방사선으로부터 상기 제 2 주파수 성분을 생성하도록 작동가능한 시드 생성 요소를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
12. 11 항에 있어서, 시드 생성 요소는:
상기 펌프 방사선의 일부분의 스펙트럼을 확장하도록 작동가능한 스펙트럼 확장 요소; 및
확장된 방사선으로부터 제 2 주파수 성분을 분리하도록 작동가능한 필터를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
13. 12 항에 있어서, 상기 스펙트럼 확장 요소는 고체 코어 광결정 광섬유를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
14. 11 항에 있어서, 상기 시드 생성 요소는 차-주파수 생성기, 광 파라메트릭 생성기, 광 파라메트릭 증폭기 또는 광 파라메트릭 발진기 중 하나를 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
15. 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 주파수 성분과 상기 제 2 주파수 성분 사이의 주파수 차이는 10 nm 내지 200 nm인 다수 파장 광 소스 디바이스.
16. 1 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 400 nm 내지 2000 nm의 파장들을 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
17. 1 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 400 nm 내지 1200 nm의 파장들을 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
18. 1 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 500 nm 내지 1000 nm의 파장들을 포함하는 다수 파장 광 소스 디바이스.
19. 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하는 방법으로서,
적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하는 단계; 및
상기 입력 방사선으로 한정된 작용 매질을 여기시켜, 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
20. 19 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들은 5 내지 30 개의 파장 대역들인 방법.
21. 19 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들은 10 내지 20 개의 파장 대역들인 방법.
22. 19 항 내지 21 항 중 어느 하나에 있어서, 작용 매질은 1 ㎝ 내지 30 ㎝의 길이를 갖는 중공 코어 광결정 광섬유 내에 한정되는 방법.
23. 19 항 내지 21 항 중 어느 하나에 있어서, 작용 매질은 1 ㎝ 내지 10 ㎝의 길이를 갖는 중공 코어 광결정 광섬유 내에 한정되는 방법.
24. 22 항 또는 23 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 700 nm 이하에 중심이 있도록 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
25. 22 항 또는 23 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 600 nm 이하에 중심이 있도록 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
26. 22 항 또는 23 항에 있어서, 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 500 nm 이하에 중심이 있도록 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
27. 23 항 내지 26 항 중 어느 하나에 있어서, 자기-위상 변조가 회피되도록 입력 방사선의 펄스 에너지 및 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
28. 27 항에 있어서, 상기 자기-위상 변조의 회피는 상기 관심 파장 범위 내의 이산 파장 대역들이 중첩되지 않도록 이루어지는 방법.
29. 19 항 내지 28 항 중 어느 하나에 있어서, 입력 방사선의 펄스 폭의 적절한 설정에 의해 각각의 이산 출력 파장 대역의 대역폭을 설정하는 단계를 포함하는 방법.
30. 19 항 내지 28 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 주파수 성분과 상기 제 2 주파수 성분 사이의 주파수 차이를 설정함으로써 인접한 이산 출력 파장 대역들 사이의 대역 간격을 설정하는 단계를 포함하는 방법.
31. 30 항에 있어서, 상기 제 1 주파수 성분과 상기 제 2 주파수 성분 사이의 주파수 차이는 10 nm 내지 200 nm에서 설정되는 방법.
32. 19 항 내지 31 항 중 어느 하나에 있어서, 단지 상기 제 1 주파수에서만 펌프 방사선을 출력하도록 작동가능한 단일 펌프 방사선 소스로부터 상기 제 1 주파수 성분 및 상기 제 2 주파수 성분을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
33. 32 항에 있어서, 상기 펌프 방사선의 일부분을 스펙트럼 확장함으로써 상기 펌프 방사선 소스로부터 상기 제 2 주파수 성분을 생성하는 단계; 및 확장된 방사선으로부터 제 2 주파수 성분을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
34. 32 항에 있어서, 차-주파수 생성, 광 파라메트릭 생성, 광 파라메트릭 증폭 또는 광 파라메트릭 발진 중 하나에 의해 상기 펌프 방사선 소스로부터 상기 제 2 주파수 성분을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
35. 19 항 내지 34 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 400 nm 내지 2000 nm의 파장들을 포함하는 방법.
36. 19 항 내지 34 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 400 nm 내지 1200 nm의 파장들을 포함하는 방법.
37. 19 항 내지 34 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 관심 파장 범위는 적어도 500 nm 내지 1000 nm의 파장들을 포함하는 방법.
38. 메트롤로지 디바이스로서,
기판을 지지하는 기판 지지체;
1 항 내지 18 항 중 어느 하나의 다수 파장 광 소스 디바이스;
다수 파장 광 소스 디바이스로부터의 출력 방사선을 기판으로 지향시키고, 상기 기판으로부터 산란된 방사선을 포착하도록 작동가능한 적어도 하나의 광학 시스템을 포함하는 메트롤로지 디바이스.
39. 38 항에 있어서, 상기 메트롤로지 디바이스는 스케터로미터 메트롤로지 장치로서 작동가능한 메트롤로지 디바이스.
40. 38 항에 있어서, 상기 메트롤로지 디바이스는 레벨 센서 또는 정렬 센서로서 작동가능한 메트롤로지 디바이스.
41. 정렬 및/또는 레벨링 메트롤로지를 수행하기 위해 40 항에 따른 적어도 하나의 메트롤로지 디바이스를 포함하는 리소그래피 장치.
42. 41 항의 리소그래피 장치, 및 39 항의 메트롤로지 디바이스를 포함하는 리소그래피 셀.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 가능한 다른 적용예들은 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
본 명세서에서는, 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 특정 실시예들에 대하여 언급되지만, 본 발명의 실시예들은 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 마스크 검사 장치, 메트롤로지 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 여하한의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 칭해질 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주위(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않고 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하도록 구성되는 다수 파장 광 소스 디바이스로서,
    적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하도록 구성되는 펌프 방사선 소스 구성부(pump radiation source arrangement); 및
    작용 매질을 한정하도록 구성되는 중공 코어 광결정 광섬유
    를 포함하며,
    상기 중공 코어 광결정 광섬유는 상기 입력 방사선을 수용하고, 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드(seed-assisted cascaded) 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하도록 구성되는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 이산 출력 파장 대역들은 5 내지 30 개의 파장 대역들인,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공 코어 광결정 광섬유는 1 ㎝ 내지 30 ㎝의 길이를 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 방사선의 펄스 에너지 및 상기 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들 중 적어도 하나의 이산 출력 파장 대역이 700 nm 이하에 중심이 있도록 이루어지는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 방사선의 펄스 에너지 및 상기 중공 코어 광결정 광섬유의 길이의 조합은 자기-위상 변조가 회피되도록 이루어지는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자기-위상 변조의 회피는 상기 관심 파장 범위 내의 이산 파장 대역들이 중첩되지 않도록 이루어지는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 방사선 소스 구성부는 상기 제 1 주파수 성분을 포함하는 펌프 방사선을 출력하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및 상기 펌프 방사선으로부터 상기 제 2 주파수 성분을 생성하도록 작동가능한 시드 생성 요소(seed generation element)를 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시드 생성 요소는:
    상기 펌프 방사선의 일부분의 스펙트럼을 확장하도록 작동가능한 스펙트럼 확장 요소; 및
    확장된 방사선으로부터 상기 제 2 주파수 성분을 분리하도록 작동가능한 필터를 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 확장 요소는 고체 코어 광결정 광섬유를 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 시드 생성 요소는 차-주파수 생성기, 광 파라메트릭 생성기, 광 파라메트릭 증폭기 또는 광 파라메트릭 발진기 중 하나를 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 성분과 상기 제 2 주파수 성분 사이의 주파수 차이는 10 nm 내지 200 nm인,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관심 파장 범위는 적어도 400 nm 내지 2000 nm의 파장들을 포함하는,
    다수 파장 광 소스 디바이스.
  13. 복수의 이산 출력 파장 대역들을 포함하는 출력 방사선을 생성하는 방법으로서,
    적어도 제 1 주파수 성분 및 제 2 주파수 성분을 포함하는 입력 방사선을 생성하는 단계; 및
    상기 입력 방사선으로 한정된 작용 매질을 여기(excite)시켜, 상기 작용 매질에서 시드-보조 캐스케이드 4-파 혼합(FWM) 프로세스를 통해 관심 파장 범위에 걸쳐 분포되는 상기 복수의 이산 출력 파장 대역들을 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수에서만 펌프 방사선을 출력하도록 작동가능한 단일 펌프 방사선 소스로부터 상기 제 1 주파수 성분 및 상기 제 2 주파수 성분을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 메트롤로지 디바이스로서,
    기판을 지지하는 기판 지지체;
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 다수 파장 광 소스 디바이스; 및
    상기 다수 파장 광 소스 디바이스로부터의 출력 방사선을 상기 기판으로 지향시키고, 상기 기판으로부터 산란된 방사선을 포착하도록 작동가능한 적어도 하나의 광학 시스템
    을 포함하며,
    선택적으로, 상기 메트롤로지 디바이스는 스케터로미터 메트롤로지 장치, 레벨 센서, 또는 정렬 센서로서 작동가능한,
    메트롤로지 디바이스.
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