KR20240046486A - 광결정 또는 고도로 비선형인 섬유 내에서의 개선된 광대역 방사선 생성 - Google Patents

Abstract

스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리 및 방법. 방사선 소스 어셈블리는 광대역 입력 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 어셈블리를 포함한다. 펌프 어셈블리는 펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 소스, 및 연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하도록 구성된 광대역 어셈블리를 포함하고, 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 광대역 입력 방사선을 형성한다. 방사선 소스 어셈블리는 광대역 입력 방사선을 수광하도록 구성된 광섬유를 더 포함한다. 광섬유는, 광섬유에 의해 출력될 광대역 방사선을 스펙트럼 확장에 의해 생성하기 위하여, 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 유도하도록 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 구성된 코어를 포함한다.

Description

광결정 또는 고도로 비선형인 섬유 내에서의 개선된 광대역 방사선 생성

관련 출원들에 대한 상호 참조

본원은 2021 년 8 월 25 일에 출원된 미국 출원 제 63/236,954 및 2021 년 10 월 5 일에 출원된 유럽 출원 제 21201043.3에 대한 우선권을 주장하는데, 이들 양자 모두는 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

본 발명은 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리 및 방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 어셈블리, 시스템, 및 방법은 연속 파장 범위를 포함하는 펌프 방사선 및 광대역 입력 방사선을 사용하고, 이들 양자 모두는 광대역 출력 방사선을 생성하기 위하여 광섬유를 따라서 전파된다.

리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크)에서의 패턴("디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 불림)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.

기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 통상적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.

리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수의 피쳐를 처리하기 위하여 저-k₁ 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k₁×λ/NA로 표현될 수 있는데, λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄된 최소 피쳐 크기이지만 이러한 경우에는 하프-피치임)이고, k₁은 경험적 분해능 인자이다. 일반적으로, k₁이 더 작을수록 특정한 전기적 기능성과 성능을 얻기 위해서 회로 디자이너에 의하여 계획된 형상과 치수를 닮은 패턴을 기판 상에 재현하는 것은 더 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복잡한 미세-튜닝 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 NA, 맞춤화된 조명 방식, 위상 시프트 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 정정(optical proximity correction; OPC, 가끔 "광학 및 프로세스 정정"이라고도 불림)의 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법(resolution enhancement techniques; RET)"이라고 규정되는 다른 방법을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또는, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.

리소그래피는 기판 상에, 가끔 리소그래피에 의하여 패터닝된 구조체라고 불리는 구조체를 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 구조체는 제조 프로세스 도중에 및/또는 이후에 여러 스테이지에서 측정 및/또는 검사될 수 있다. 측정은 방사선, 예컨대 전자기 방사선을 사용하여 수행될 수 있다. 측정은 광대역 방사선을 사용하여 수행될 수 있다. 이것은 방사선 소스에 의하여 제공될 수 있고, 방사선 소스는 계측 장치 내에 포함되거나 계측 장치에 연결될 수 있다.

일부 광대역 방사선 소스는 비선형 광학적 효과를 사용한 입력 방사선의 스펙트럼 확장을 통하여 광대역 방사선을 생성한다. 펌프 방사선이라고도 불릴 수 있는 입력 방사선은 비선형 효과를 자극하기 위하여 높은 피크 파워를 가질 수 있다. 이러한 높은 파워는 스펙트럼 확장이 일어나는 시스템 내의 재료의 가열 및 이온화를 초래하는 단점을 가질 수 있다. 이것은 방사선 소스를 손상시키고 그 수명을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에서는 높은 피크 파워 방사선과 연관된 애로사항 중 일부를 해결하는 광대역 방사선을 생성하기 위한 어셈블리 및 방법이 설명된다.

본 발명의 양태에 따르면, 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리가 제공된다. 방사선 소스 어셈블리는 광대역 입력 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 어셈블리를 포함한다. 펌프 어셈블리는 펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 소스, 및 연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하도록 구성된 광대역 어셈블리를 포함한다. 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 광대역 입력 방사선을 형성한다. 방사선 소스 어셈블리는 광대역 입력 방사선을 수광하도록 구성된 광섬유를 더 포함한다. 광섬유는, 광섬유에 의해 출력될 광대역 방사선을 스펙트럼 확장에 의해 생성하기 위하여, 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 유도하도록 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 구성된 코어를 포함한다. 광섬유는 비선형 광섬유일 수 있다.

선택적으로, 상기 광대역 어셈블리는, 제 2 방사선을 제공하게끔 상기 소스 어셈블리의 출력 방사선의 일부를 피드백하도록 구성된 광학 피드백 루프를 포함할 수 있다.

선택적으로, 상기 광대역 어셈블리는, 상기 제 2 방사선의 편광의 적어도 일부가 상기 제 1 방사선의 편광과 매칭되게끔 상기 제 2 방사선의 편광을 설정하도록 구성된 편광 필터를 포함할 수 있다.

선택적으로, 상기 광학 피드백 루프는, 상기 광섬유에 의해 출력된 광대역 방사선의 파장 범위의 하위범위를 선택하도록 구성된 필터를 포함할 수 있다.

선택적으로, 입력 방사선 및 광대역 방사선은 펄스형 방사선일 수 있다. 광학 피드백 루프는, 출력 방사선 펄스의 상기 일부가 광섬유 코어 내에서 제 1 방사선 펄스의 적어도 일부와 공간적으로 그리고 시간적으로 중첩하게 하도록 구성될 수 있다.

선택적으로, 광섬유는 중공 코어 광섬유일 수 있다.

선택적으로, 광섬유는 광결정 섬유일 수 있다.

선택적으로, 광결정 섬유는 광섬유의 중공 코어를 둘러싸는 미세구조들의 단일 링을 포함할 수 있다.

선택적으로, 단일 링 구조체는 중공 코어를 둘러싸는 복수 개의 모세관을 복수 개의 모세관.

선택적으로, 중공 코어는 20 μm 내지 50 μm의 범위에 속하는 직경, 예를 들어 30 μm의 직경을 가질 수 있다.

선택적으로, 광대역 방사선은 연속체 방사선을 포함할 수 있다.

선택적으로, 광대역 방사선은 400 nm 내지 2200 nm의 범위에 속하는 방사선을 포함할 수 있다.

선택적으로, 광섬유의 코어는 스펙트럼 확장을 자극하기 위한 비선형 매질 유체를 포함하도록 구성될 수 있다.

선택적으로, 방사선 소스 어셈블리는 비선형 매질 유체를 보관하기 위한 저장소를 더 포함할 수 있다. 저장소 및 광섬유는 비선형 매질 유체를 광섬유의 중공 코어에 제공하도록 구성될 수 있다.

선택적으로, 유체는 비활성 가스를 포함하는 가스 혼합물을 포함할 수 있다.

선택적으로, 유체는 분자형 가스를 포함하는 가스 혼합물을 포함할 수 있다.

선택적으로, 광섬유의 길이는 5 cm 내지 40 cm의 범위에 속할 수 있다.

선택적으로, 제 1 방사선은 1 μJ 내지 10 μJ 또는 2.5 μJ 내지 4.0 μJ의 범위에 속하는 펄스 에너지를 가질 수 있다.

선택적으로, 제 2 방사선은 제 1 방사선의 세기의 1%, 2%, 5%, 10% 또는 15%를 초과하지 않는 세기를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 펌프 어셈블리에 의하여 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계를 포함한다. 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계는, 펌프 소스에 의하여 펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하는 것, 및 광대역 어셈블리에 의하여 연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하는 것을 포함한다. 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 광대역 입력 방사선을 형성한다. 이러한 방법은 광섬유(비선형 광섬유일 수 있음) 내에서 상기 광대역 입력 방사선을 수광하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방법은, 상기 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 상기 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따리 상기 광섬유의 코어 내에서 유도함으로써, 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하는 단계, 및 생성된 광대역 방사선을 상기 광섬유의 출력으로서 제공하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방법은 전술된 방사선 소스 어셈블리와 관련하여 설명된 특징 중 임의의 것을 더 포함하고 및/또는 수반할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 툴로서, 전술된 바와 같은 방사선 소스 어셈블리를 포함하는 계측 툴이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판 상의 구조체를 검사하기 위한 검사 툴로서, 전술된 바와 같은 방사선 소스 어셈블리를 포함하는 검사 툴이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 바와 같은 방사선 소스 어셈블리를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 바와 같은 장치 또는 툴을 포함하는 리소 셀이 제공된다.

본 발명의 실시형태는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이제 예시하는 방식으로만 설명될 것이다:
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하는 데에 중요한 세 가지 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시한다;
- 도 4는 산란계의 개략도를 보여준다;
- 도 5는 레벨 센서의 개략도를 보여준다;
- 도 6은 정렬 센서의 개략도를 보여준다;
- 도 7은 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 출력 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리의 개략도를 보여준다;
- 도 8의 (a) 및 (b)는 에너지 스펙트럼 밀도를 파장 및 광섬유에 따른 전파 거리의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프를 보여준다;
- 도 9는 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 출력 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리의 개략도를 보여준다;
- 도 10의 (a) 및 (b)는 에너지 스펙트럼 밀도의 예시적인 그래프를 두 개의 상이한 광대역 입력 방사선 범위에 대한 파장 및 광섬유에 따른 전파 거리의 함수로서 보여준다;
- 도 11의 (a) 및 (b)는 피드백 세기의 상이한 퍼센티지에 대한 광대역 방사선 어셈블리의 광대역 출력 방사선의 파워 스펙트럼 밀도 값을 보여주는 그래프를 도시한다;
- 도 12의 (a) 및 (b)는 입력 방사선의 상이한 피크 펄스 세기에 대한 광대역 출력 방사선의 파워 스펙트럼 밀도 값을 보여주는 그래프를 도시한다;
- 도 13은 횡단면(즉 광섬유의 축에 수직임)에서 일 실시형태에 따르는 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의 개략적인 단면도이다;
- 도 14는 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한, 일 실시형태에 따른 방사선 소스의 개략도를 보여준다; 그리고
- 도 15의 (a) 및 (b)는 초연속체 생성을 위한 중공 코어 광결정 섬유(hollow core photonic crystal fiber; HC-PCF) 디자인의 예들의 횡단면을 개략적으로 보여준다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 망라하도록 사용된다.

"레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 본 명세서에서 채용될 때, 인입하는 방사선 빔에 기판의 타겟부 내에 생성될 패턴에 대응하여 패터닝된 단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 일반적 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브(light valve)"라는 용어도 이러한 콘텍스트에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사형; 이진, 페이즈-시프트, 하이브리드 등) 외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스들의 예에는 프로그램가능 미러 어레이 및 프로그램가능 LCD 어레이가 포함된다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기(IL)라고도 불림), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 마스크(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판 지지대를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지대(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

동작 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 빔을 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사, 자기적, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면 상에 그 단면에서 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적절한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있으며 이것은 침지 리소그래피라고도 불린다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보가 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는(US6952253)에 제공된다.

리소그래피 장치(LA)는 둘 이상의 기판 지지대(WT)를 가지는 타입일 수도 있다("듀얼 스테이지"라고도 불림). 이러한 "다중 스테이지" 머신에서, 기판 지지대(WT)는 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계들이 기판 지지대(WT) 중 하나 상에 위치될 수 있는 반면에, 다른 기판 지지대(WT) 상의 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광시키기 위해서 사용되고 있다.

기판 지지대(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 홀딩하도록 구성된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 홀딩할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 부분, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 부분 또는 침지액을 제공하는 시스템의 부분을 세정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는, 기판 지지대(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어질 때 투영 시스템(PS) 아래에서 이동할 수 있다.

동작 시에, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스, 예를 들어 지지 구조체(MT) 상에 홀딩되는 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스(MA) 상에 있는 패턴(디자인 레이아웃)에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 있는 상이한 타겟부들(C)을 포커싱되고 정렬된 위치에 위치설정하기 위하여, 기판 지지대(WT)가 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 가능하게는 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)가, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들(P1, P2)이 전용 타겟부들 점유하지만, 이들은 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 타겟부들(C) 사이에 위치되면 스크라이브 레인 정렬 마크라고 알려져 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 (리소)클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있고, 이는 또한 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는, 예를 들어 레지스트층 내의 솔벤트를 조절하기 위해서 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위하여, 레지스트층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이들을 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.

리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 검사 툴(미도시)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치 또는 로트의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 프로세스 단계에 조절이 이루어질 수 있다.

계측 장치라고도 불릴 수 있는 검사 장치가, 기판(W)의 속성, 및 구체적으로 상이한 기판(W)의 속성이 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 속성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 또는, 검사 장치는 기판(W) 상의 결점을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있고, 또는 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반-잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후)의 속성을 측정할 수 있다.

통상적으로, 리소그래피 장치(LA) 내에서의 패터닝 프로세스는, 기판(W) 상의 구조체의 높은 치수 및 배치 정확도를 요구하는, 처리 중 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 개략적으로 도 3에서 도시되는 것과 같은 소위 "홀리스틱" 제어 환경에서 세 가지 시스템이 통합될 수 있다. 이러한 시스템 중 하나는 계측 툴(MT)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 중요한 점은, 전체 프로세스 윈도우를 개선하고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 보장하기 위한 엄격 제어 루프를 제공하기 위하여, 이러한 세 개의 시스템들 사이의 협력을 최적화하는 것이다. 프로세스 윈도우는 그 안에서 특정한 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어 기능성 반도체 디바이스)를 제공하는 프로세스 파라미터(예를 들어 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 통상적으로 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터는 그 안에서 변할 수 있다.

컴퓨터 시스템(CL)은, 사용할 분해능 향상 기법을 예측하기 위하여 패터닝될 디자인 레이아웃(또는 그 일부)을 사용하고, 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 최대 전체 프로세스 윈도우를 획득하는지를 결정하기 위하여(도 3에서 제 1 스케일(SC1)에서의 이중 화살표로 도시됨) 계산적 리소그래피 시뮬레이션 및 연산을 수행할 수 있다. 통상적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구현된다. 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어 최적에 미달하는 처리에 기인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출(예를 들어 계측 툴(MT)로부터의 입력을 사용함)하기 위해서도 사용될 수 있다(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0" 을 가리키는 화살표에 의해 표현됨).

계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하는 입력을 컴퓨터 시스템(CL)에 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있을 수 있는 드리프트(도 3에서 제 3 스케일(SC3)에서 여러 화살표로 표시됨)를 식별하기 위한 피드백을 리소그래피 장치(LA)에 제공할 수 있다.

빈번하게 리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 하기 위한 툴들은 통상적으로 계측 툴(MT)이라고 불린다. 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 산란계 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 상이한 타입의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 산란계는, 센서를 산란계의 대물 렌즈의 퓨필 평면 또는 퓨필과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 퓨필 기반 측정이라고 불림), 또는 센서를 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 불림), 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정이 가능해지게 하는 다기능 기구이다. 이러한 산란계 및 연관된 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 더 상세히 설명되는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 앞서 언급된 산란계는 소프트 x-선 및 가시광선 내지 근적외선 파장 범위로부터의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.

제 1 실시형태에서, 산란계(MT)는 각도 분해 산란계이다. 이러한 산란계 재구성 방법은 격자의 속성을 재성 또는 계산하기 위해서, 측정된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 이루어질 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.

제 2 실시형태에서, 산란계(MT)는 분광식 산란계(MT)이다. 이러한 분광식 산란계(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고 타겟으로부터 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되며, 이것이 경면 반사된 방사선의 스펙트럼(즉 파장의 함수인 세기의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수도 있다.

제 3 실시예에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는, 산란된 방사선을 각각의 편광 상태에 대해 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치 편광된 광(예컨대 선형, 원형, 또는 타원 광)을, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션 내의 적절한 편광 필터를 사용하여 방출한다. 계측 장치를 위해 적합한 소스는 편광된 방사선도 역시 제공할 수 있다. 현존하는 편광 해석 산란계의 다양한 실시형태가 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 제 11/451,599, 제 11/708,678, 제 12/256,780, 제 12/486,449, 제 12/920,968, 제 12/922,587, 제 13/000,229, 제 13/033,135, 제 13/533,110 및 제 13/891,410에 설명된다.

공지된 산란계의 예들은 흔히, 언더필된 타겟(간단한 격자 또는 상이한 층들 내의 중첩 격자의 형태이고, 충분히 커서 측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성함) 또는 오버필된 타겟(이러한 경우 조명 스폿은 타겟을 부분적으로 또는 완전히 보유함)과 같은 전용 계측 타겟을 제공하는 것에 의존한다. 더 나아가, 계측 툴, 예를 들어 격자와 같은 언더필된 타겟을 조명하는 각도 분해 산란계를 사용하면, 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 격자의 속성이 연산될 수 있는, 소위 재구성 방법을 사용할 수 있게 된다. 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.

산란계(MT)의 일 실시형태에서, 산란계(MT)는 두 개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를, 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구조 내의 비대칭을 측정함으로써 측정하도록 적응되는데, 비대칭은 오버레이의 정도에 관련된다. 두 개의(통상적으로 중첩함) 격자 구조체는 두 개의 상이한 층(연속하는 층이어야 하는 것은 아님)에 적용될 수 있고, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 산란계는 예를 들어 공동 소유된 특허 출원 EP1,628,164A에 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가져서, 임의의 비대칭이 명확하게 구별가능하게 할 수 있다. 그러면 격자 내의 오정렬을 측정하기 위한 단순한 방식이 제공된다. 타겟이 측정될 때 주기적 구조체의 비대칭을 통해 주기적 구조체를 보유한 두 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가적인 예는, 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO2011/012624 또는 US 특허 출원 US 20160161863에서 발견될 수 있다.

다른 관심 파라미터는 초점 및 선량일 수 있다. 초점 및 선량은, 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 US2011-0249244에 기술된 바와 같은 산란측정에 의해(또는 대안적으로 스캐닝 전자 현미경 검사에 의해) 동시에 결정될 수 있다. 초점 에너지 행렬(FEM - 또한 초점 노광 행렬이라고 불림) 내의 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽각 측정치의 고유한 조합을 가지는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수 및 측벽각의 이러한 고유한 조합이 사용가능하다면, 초점 및 선량 값은 이러한 측정으로부터 고유하게 결정될 수 있다.

계측 타겟은, 거의 레지스트 내이지만 예를 들어 에칭 프로세스 이후에 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 합성물 격자들의 모듬(ensemble)일 수 있다. 통상적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 선폭은, 계측 타겟으로부터 오는 회절 차수를 캡쳐할 수 있으려면 측정 광학기(특히 광학기의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급된 바와 같이, 회절된 신호는 두 층들 사이의 천이('오버레이'라고도 불림)를 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 또는 리소그래피 프로세스에 의해 생성되는 원본 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질을 유도하기 위하여 사용될 수 있고, 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟은, 타겟 내의 디자인 레이아웃의 기능성 부분의 치수를 모방하도록 구성되는 더 작은 서브-세그먼트를 가질 수 있다. 유사한 이러한 서브-세그먼트화에 기인하여, 타겟은 디자인 레이아웃의 기능성 부분과 더 유사하게 동작하게 되어, 전체 프로세스 파라미터 측정이 디자인 레이아웃의 기능성 부분을 더 양호하게 담을 수 있게 될 것이다. 타겟은 언더필된 모드 또는 오버필된 모드에서 측정될 수 있다. 언더필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필된 모드에서, 상이한 타겟들을 동시에 측정하여, 상이한 처리 파라미터를 동시에 결정하는 것도 가능할 수 있다.

특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하기 위하여 사용되는 측정 레시피에 의하여 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에서 사용되는 측정이 회절-기초 광학적 측정이라면, 측정의 파라미터 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 입사각 등 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준들 중 하나는, 예를 들어 처리 변이에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 포함되는 더 많은 예들이 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 US 2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US 2016-0370717A에 기술된다.

산란계(SM1)와 같은 계측 장치가 도 4에 도시된다. 이것은 방사선을 기판(6) 상에 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사 또는 산란된 방사선은 분광계 검출기(4)로 전달되는데, 이것은 정반사(specular reflected) 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장 λ의 함수로서의 세기(INT)의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 4의 하단에 도시한 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 구조 또는 프로파일이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수도 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 그 구조의 전반적인 형태가 알려져 있으며 일부 파라미터는 이 구조를 제조하는 프로세스에 대한 정보로부터 가정되어, 이 구조의 소수의 파라미터만이 산란측정 데이터(scatterometry data)로부터 결정되도록 남게 된다. 이러한 산란계는 수직 입사(normal-incidence) 산란계 또는 경사 입사(oblique-incidence) 산란계로서 구성될 수 있다.

토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서, 및 리소그래피 장치 내에 통합될 수 있는 부품이 기판(또는 웨이퍼)의 상단면의 토포그래피를 측정하도록 배치된다. 높이 맵이라고도 불리는 기판의 토포그래피의 맵이 기판의 높이를 기판 상의 위치의 함수로서 표시하는 이러한 측정치들로부터 생성될 수 있다. 후속하여, 이러한 높이 맵은 패터닝 디바이스의 공간상을 기판 상의 적합하게 포커싱된 위치에 제공하기 위해서, 기판 상에 패턴을 전사하는 동안에 기판의 위치를 정정하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 콘텍스트에서 "높이(height)"가 광범위하게는 기판까지의 평면으로부터 나오는 차원(Z-축이라고도 불림)을 가리킨다는 것이 이해될 것이다. 통상적으로 레벨 또는 높이 센서는 고정된 위치(예를 들어, 자기 자신의 광학 시스템에 상대적임)에서 측정을 수행하고, 기판 및 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템 사이의 상대 이동은 기판에 걸친 위치에서의 높이 측정치를 초래한다.

당업계에 공지된 바와 같은 레벨 또는 높이 센서(LS)의 일 예가 도 5에 개략적으로 도시되는데, 이러한 도면은 동작의 원리만을 예시한다. 이러한 예에서, 레벨 센서(LS)는 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함하는 광학 시스템을 포함한다. 투영 유닛(LSP)은, 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 의해서 부여되는 방사선 빔(LSB)을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함한다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어 협대역 또는 광대역 방사선 소스, 예컨대 초연속체(supercontinuum) 광원, 편광 빔 또는 비-편광 빔, 펄스형 빔 또는 연속 빔, 예컨대 편광되거나 비-편광된 레이저 빔일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는 상이한 컬러 또는 파장 범위를 가지는 복수 개의 방사선 소스, 예컨대 복수 개의 LED를 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선으로 한정되지 않고, UV 및/또는(IR) 방사선 및 기판의 표면으로부터 반사되기에 적합한 파장들의 임의의 범위를 추가적으로 또는 대안적으로 망라할 수 있다.

투영 격자(PGR)는 주기적으로 변동하는 세기를 가지는 방사선 빔(BE1)을 초래하는 주기적 구조체를 포함하는 주기적인 격자이다. 주기적으로 변하는 세기를 가진 방사선 빔(BE1)은 기판(W) 상의 측정 위치(MLO)를 향해서, 입사 기판 표면에 수직인 축(예를 들어, Z-축)에 대해 0 도 내지 90 도 사이, 일부 양태들에서는 70 도 내지 80 도 사이의 입사각(ANG)을 가지고 지향될 수 있다. 측정 위치(MLO)에서, 패터닝된 방사선 빔(BE1)이 기판(W)에 의해 반사되고(화살표(BE2)로 표시됨), 검출 유닛(LSD)을 향해 지향된다.

측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정하기 위하여, 레벨 센서(LS)는 검출 격자(DGR), 검출기(DET), 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처시 유닛(미도시)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수 있다. 검출기(DET)는 수신된 광을 표시하는, 예를 들어 광검출기와 같이 수신된 광을 표시하는, 예를 들어 수신된 광의 세기를 표시하거나, 카메라와 같이 수신된 세기의 공간 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 타입의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

삼각측량 기법을 이용하여, 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨이 결정될 수 있다. 검출된 높이 레벨은 검출기(DET)에 의해 측정된 바와 같은 신호 세기에 통상적으로 관련되는데, 신호 세기는 무엇보다도 투영 격자(PGR)의 디자인과 (비스듬한) 입사각(ANG)에 의존하는 주기성을 가진다.

투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은 추가적인 광학 요소, 예컨대 렌즈 및/또는 미러를, 투영 격자(PGR) 및 검출 격자(DGR)(미도시) 사이의 패터닝된 방사선 빔의 경로를 따라서 포함할 수 있다.

일 실시형태에서는 검출 격자(DGR)가 생략될 수 있고, 검출 격자(DGR)가 위치되는 위치에 검출기(DET)가 배치될 수 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지의 더 직접적인 검출을 제공한다.

기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위하여, 레벨 센서(LS)는 측정 빔(BE1)의 어레이를 기판(W)의 표면 상에 투영하도록 구성될 수 있고, 이를 통하여 더 큰 측정 범위를 커버하는 측정 영역(MLO) 또는 스폿들의 어레이를 생성한다.

일반적인 타입의 다양한 높이 센서가 예를 들어 US7265364 및 US7646471에 개시되는데, 이들 양자 모두는 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 가시광 또는 적외선 방사선 대신에 UV 방사선을 사용하는 높이 센서는 US2010233600A1에 개시되는데, 이러한 문헌은 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 WO2016102127A1에는 검출 격자를 필요로 하지 않으면서 격자 이미지의 위치를 검출 및 인식하기 위한 다요소 검출기를 사용하는 콤팩트한 높이 센서가 기술된다.

복잡한 디바이스의 제조 시에, 통상적으로 많은 리소그래피 패터닝 단계가 수행되어 기판 상의 연속 층에 기능성 피쳐를 형성한다. 그러므로, 리소그래피 장치 성능의 중요한 양태는 적용된 패턴을 이전의 층에 설치된(동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 피쳐에 상대적으로 정확하고 정밀하게 배치하는 능력이다. 이러한 목적을 위하여, 기판에는 마크의 하나 이상의 세트가 제공된다. 각각의 마크는, 통상적으로 광학 위치 센서인 위치 센서를 사용하여 그 위치가 추후에 측정될 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"라고 불릴 수 있고 마크는 "정렬 마크"라고 불릴 수 있다.

리소그래피 장치는 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의(예를 들어, 복수 개의) 정렬 센서를 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서는 회절 및 간섭과 같은 광학 현상들을 사용하여, 기판 상에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 획득할 수 있다. 현재의 리소그래피 장치에서 널리 사용되는 정렬 센서의 일 예는 US6961116에 기술되는 것과 같은 자기-참조(self-referencing) 간섭측정계에 기초한다. 위치 센서의 다양한 향상 및 변경이, 예를 들어 US2015261097A1에 개시된 바와 같이 개발되어 왔다. 이러한 공개 문헌 모두의 내용은 참조되어 본 명세서에 원용된다.

마크, 또는 정렬 마크는 기판 위에 제공되거나 기판 내에 형성된(직접적으로) 층 위에 또는 안에 형성된 일련의 바를 포함할 수 있다. 바들은 규칙적으로 떨어져 있을 수 있고, 마크가 주지된 공간 주기(피치)를 가지는 회절 격자로서 간주될 수 있도록 격자 라인의 역할을 한다. 이러한 격자 라인의 배향에 의존하여, 마크는 X 축에 따른, 또는 Y 축(X 축에 실질적으로 수직으로 배향됨)에 따른 위치의 측정을 허용하도록 설계될 수 있다. X-축 및 Y-축 양자 모두에 대해 +45 도 및/또는 -45 도로 배열된 바들을 포함하는 마크는, 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US2009/195768A에 기술된 바와 같은 기법을 사용한 결합된 X- 및 Y- 측정을 허용한다.

정렬 센서는 방사선의 스폿으로써 광학적으로 각각의 마크를 스캔하여, 사인파와 같이 주기적으로 변동하는 신호를 획득한다. 정렬 센서에 대한 마크, 및 따라서 기판의 위치를 결정하기 위하여 이러한 신호의 위상이 분석되며, 이것은 이제 리소그래피 장치의 레퍼런스 프레임에 상대적으로 고정된다. 정렬 센서가 주기적 신호의 상이한 사이클들 및 한 사이클 내의 정확한 위치(위상)를 구별할 수 있도록, 상이한(개략적 및 미세) 마크 치수에 관련된 소위 개략적 마크와 미세 마크가 제공될 수 있다. 이를 위해서 그 외의 피치를 가지는 마크들도 역시 사용될 수 있다.

마크의 위치를 측정하면, 그 위에 마크가 예를 들어 웨이퍼 그리드의 형태로 제공된 기판의 변형에 대한 정보가 제공될 수도 있다. 기판의 변형은, 예를 들어 기판을 기판 테이블에 정전기 클램핑하는 것 및/또는 기판이 방사선에 노출될 때의 기판의 가열에 의해서 발생할 수 있다.

도 6은 예를 들어 US6961116에서 설명되고 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 바와 같은 공지된 정렬 센서(AS)의 일 실시형태의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는 하나 이상의 파장의 방사선의 빔(RB)을 제공하고, 이것은 우회 광학기에 의해서 마크, 예컨대 조명 스폿(SP)으로서 기판(W) 상에 위치된 마크(AM) 상으로 우회된다. 이러한 예에서, 우회 광학기는 스폿 미러(SM) 및 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)를 조명하는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 다소 작을 수 있다.

마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 정보를 운반하는 빔(IB)으로 시준된다(이러한 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통하여). "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절을 포함하도록 의도된다(이것은 반사라고 불릴 수도 있음). 예를 들어 전술된 US6961116에 개시된 타입의 자기-참조 간섭측정계(SRI)는 빔(IB)이 자신과 간섭을 일으키게 하고, 그 이후에 빔은 광검출기(PD)에 의하여 수광된다. 두 개 이상의 파장이 방사선 소스(RSO)에 의하여 생성되는 경우에는 분리된 빔들을 제공하기 위하여 추가적인 광학기(미도시)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있고, 또는 소망되는 경우에는 여러 픽셀을 포함할 수 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.

이러한 예에서는 스폿 미러(SM)를 포함하는 우회 광학기는 마크로부터 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수 있어서, 정보를 운반하는 빔(IB)이 마크(AM)로부터의 높은 차수의 회절된 방사선만을 포함하게 한다(이것은 측정하는 데에 있어서 본질적인 것은 아니지만 신호 대 잡음 비를 개선시킨다).

세기 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI)에서의 광학적인 처리와 유닛(PU)에서의 계산적인 처리를 조합함으로써, 레퍼런스 프레임에 상대적인 기판 상의 X-위치 및 Y-위치에 대한 값들이 출력된다.

예시된 타입의 단일 측정은 마크의 위치를 마크의 하나의 피치에 대응하는 특정 범위 내로만 고정한다. 사인파의 어느 주기가 마크된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위하여, 더 개략적인 측정 기법이 함께 사용된다. 마크가 제조되는 재료와 마크가 놓인 위 및/또는 아래의 재료와 무관하게 정확도를 높이고 및/또는 마크를 강건하게 검출하기 위하여, 동일한 프로세스가 상이한 파장에서 더 개략적이고/또는 더 미세한 레벨로 반복될 수 있다. 파장들은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화되고 역다중화될 수 있고, 및/또는 이들은 시분할 또는 주파수 분할 방식으로 다중화될 수 있다.

이러한 예에서, 정렬 센서와 스폿(SP)은 실제로 정지 상태를 유지하는 반면에, 움직이는 것은 기판(W)이다. 따라서, 기판(W)의 이동 방향과 반대인 방향으로 마크(AM)를 실질적으로 스캐닝하는 동안, 정렬 센서는 레퍼런스 프레임에 단단하고 정확하게 장착된다. 기판(W)은 이러한 이동에서 기판 지지대 상에 장착됨으로써 그리고 기판 지지대의 이동을 제어하는 기판 위치설정 시스템에 의해서 제어된다. 기판 지지대 위치 센서(예를 들어 간섭측정계)는 기판 지지대(미도시)의 위치를 측정한다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지대 상에 제공된다. 기판 지지대 상에 제공된 마크의 위치를 측정하면, 위치 센서에 의해 결정되는 바와 같은 기판 지지대의 위치가 교정될 수 있게 된다(예를 들어 정렬 시스템이 연결된 프레임에 상대적으로). 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치가 측정되면 기판 지지대에 대한 기판의 위치가 결정될 수 있게 된다.

계측 툴(MT), 예컨대 전술된 산란계, 레벨 센서, 및 정렬 센서는 방사선을 사용하여 측정을 수행할 수 있다. 방사선은 전자기 방사선일 수 있다. 방사선은, 예를 들어 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시광선, 및/또는 자외선 부분에 속하는 파장(예를 들어, 300 nm 내지 2000 nm의 범위에 속함)을 포함하는 광학 방사선일 수 있다. 방사선은 심자외선(예를 들어 200 nm 내지 300 nm의 범위에 속함) 및/또는 진공 자외선(예를 들어 100 nm 내지 200 nm의 범위에 속함) 내의 파장을 포함할 수 있다. 방사선은 전자기 스펙트럼의 극자외선(EUV)(예를 들어 1 nm 내지 10 nm, 또는 1 nm 내지 100 nm), 및 또는 소프트 x-선(SXR)(예를 들어 0.1 nm 내지 10 nm) 부분을 포함할 수도 있다. 계측 툴(MT)에 의해 사용되는 방사선은 광대역 방사선일 수 있다. 계측 툴(MT)은 방사선 소스를 포함하거나 방사선 소스에 연결될 수 있다. 계측 툴(MT)에 의해 수행되는 측정의 타입 및 품질은 사용되는 방사선의 속성에 의해 영향받을 수 있다. 상이한 타입의 방사선이 상이한 타입의 소스에 의하여 제공될 수 있다. 일부 소스는 단일 파장 또는 작은/좁은 파장 범위 내의 파장에서 방사선을 제공할 수 있다. 다른 소스는 광대역 방사선을 제공하기에 적합할 수 있고, 예를 들어 소스는 200 nm 내지 2000 nm의 범위의 파장을 전체적으로 또는 부분적으로 커버한다.

광대역 방사선은 협대역 또는 단일 파장 방사선보다 실질적으로 넓은 파장 범위에 걸쳐 있는 방사선일 수 있다. 광대역 방사선은 파장의 연속적인, 또는 실질적으로 연속적인 범위를 포함한다. 파장의 범위는 스펙트럼/스펙트럼 범위라고도 불릴 수 있다. 파장의 연속 범위는 적어도 10 nm, 20 nm, 50 nm, 100 nm, 또는 200nm, 또는 그 이상의 범위를 넘을 수 있다. 광대역 방사선은 파장 범위 내에 갭을 가질 수 있다. 이러한 갭은 파장 범위 내의 하나 이상의 연속적인 하위 범위를 분리할 수 있다. 실질적으로 연속적인 범위는 이러한 범위로부터 존재하지 않는 이산 파장(들) 및/또는 좁은 파장 대역(들)을 가질 수 있지만, 여전히 연속적인 것으로 여겨질 수 있다. 파워 스펙트럼 밀도는 불연속적일 수 있고, 파워는 광대역 파장 범위에 걸쳐서 변할 수 있다.

그 효과 및 방사선을 생성 및 제공하기 위해 사용되는 기법은 상이한 타입의 방사선에 대해서 다를 수 있다. 예를 들어, 광대역 방사선을 제공하는 소스는 소망되는 소스 출력 방사선과 상이한 파워 스펙트럼 밀도 프로파일을 가지는 입력 방사선의 스펙트럼 확장을 사용할 수 있다. 스펙트럼 확장을 위해 의도된 입력 방사선은 펌프 방사선이라고도 불릴 수 있다. 일부 공지된 예에서, 입력 방사선은, 예를 들어 레이저 소스로부터 나오는 단일 파장 또는 협대역 파장 방사선일 수 있다. 이러한 레이저 소스는 상업적으로 입수가능한 소스일 수 있다. 레이저는 펄스형 레이저, 또는 연속파 레이저일 수 있다.

광대역 방사선은 비선형 프로세스를 사용하여 생성될 수 있다. 비선형 프로세스는 효율적으로 개시되기 위하여 높은 방사선 세기를 요구할 수 있다. 이것은, 예를 들어 고 세기 방사선을 광섬유 내로 커플링함으로써 달성될 수 있다. 광섬유 코어 내에서, 방사선은 작은 볼륨/단면 내에 구속될 수 있다. 결과적으로, 방사선의 강한 국지화된 세기가 획득될 수 있다. 광섬유는 광결정 광섬유(photonic crystal fibre)일 수 있고, 이것은, 예를 들어 광섬유 코어 내에 방사선의 강한 구속을 획득할 수 있다. 이것은 방사선의 국지화된 높은 세기를 제공하는 데에 기여할 수 있다. 일부 실례들에서, 광섬유 내에 커플링된 방사선의 적어도 80%가 중공 코어 내에 구속될 수 있다. 일부 실례들에서, 광섬유 내로 커플링된 방사선의 적어도 85%가 중공 코어 내에 구속될 수 있다. 일부 실례들에서, 광섬유 내로 커플링된 방사선의 실질적으로 전부가 중공 코어 내에 구속될 수 있다. 광섬유 내로의 방사선 에너지의 효율적인 커플링은 적절한 매칭 광학기를 사용함으로써 획득될 수 있다.

광섬유는 방사선이 따라서 전파되도록 구성되는 기다란 치수를 가질 수 있다. 이러한 기다란 치수에 수직인 광결정 섬유의 단면은 코어를 둘러싸는 미세구조들의 분포를 포함할 수 있다. 이러한 분포는 방사선을 유도 및 구속하기 위한 광결정 구조체를 형성할 수 있다. 방사선은 광섬유의 코어 내에 구속될 수 있다. 이러한 단면에서는 분포는 광섬유의 기다란 치수에 걸쳐서 실질적으로 일정할 수 있다. 예시적인 중공 코어 광결정 섬유는 카고메(Kagome) 섬유, 또는 중공 코어를 둘러싸는 모세관들(예를 들어 6 개의 모세관)의 단일 링을 포함하는 광섬유를 포함할 수 있다.

비선형 프로세스는 비선형 프로세스가 발생할 수 있는 비선형 매질을 더 요구할 수 있다. 이것은, 예를 들어 비선형 결정, 또는 비선형 유체, 예를 들어 비선형 가스 또는 가스 혼합물일 수 있다. 비선형 매질은 광섬유 내에 제공될 수 있다. 광섬유는 중공-코어 광섬유, 예를 들어 중공-코어 광결정 섬유일 수 있다. 대안적으로, 광섬유는 고체 코어 광섬유일 수 있다. 비선형 매질, 예컨대 비선형 유체가 중공 코어 내에 제공될 수 있다. 코어가 고체라면, 비선형 매질은 유리일 수 있는, 광섬유가 제조되는 재료 일 수 있다. 유리는, 예를 들어 순수 실리카(SiO₂)이거나 도핑된 SiO₂일 수 있다. 일부 실례들에서, 가스(예를 들어 수소가(H₂), 또는 중수소 가스(D₂))가 고체 코어 내에서 확산될 수 있다. 이것은, 예를 들어 광섬유를 고압 가스 챔버 내에 배치함으로써 달성될 수 있다. 그러면, 고 세기 방사선이 광섬유의 코어 내에서 강하게 구속될 수 있어서, 고 세기 방사선이 광대역 방사선을 생성하기 위하여 비선형 매질과 상호작용하도록 허용한다.

광섬유의 분산 속성 및 광섬유 내에 제공된 파장(들)에 의존하여, 상이한 현상들이 광대역 방사선의 생성에 기여할 수 있다. 광대역 생성이 작동할 수 있는 레짐들(regimes)의 예는 자기-위상 변조(self-phase-modulation; SPM) 및 변조 불안정성(modulation instability; MI)을 포함한다. SPM 및 MI 양자 모두는, 예를 들어 방사선이 그 안에 구속된 광섬유, 예컨대 (중공-코어) 광결정 섬유 내의 초연속체 생성에서 일어날 수 있다. 예를 들어 SPM과 같은 일부 스펙트럼 확장 프로세스는 방사선과 비선형 매질의 상호작용에 관련된다. 고 세기 방사선과 비선형 매질의 상호작용은 비선형 효과, 예를 들어 커(Kerr) 효과 때문에 경험되는 분산에 기인한 방사선 펄스의 확장의 발생을 초래할 수 있다. 이것은 방사선 펄스의 스펙트럼 확장을 초래할 수 있다. 다른 스펙트럼 확장 프로세스, 예를 들어 변조 불안정성 및 4-파 믹싱이 두 개 이상의 방사선 파장이 비선형 매질 내에 혼합되는 효과로부터 초래될 수 있다. 방사선 파장 범위의 확장은 비선형 커 효과에 의해 강화되는 방사선 펄스 내의 편차 또는 변조로부터 초래될 수 있다. 변조 불안정성은 변조된 방사선의 스펙트럼 확장을 초래하고, 광대역 방사선을 생성하는 데에 기여할 수 있다. 전술된 양자 모두의 경우에, 소스의 출력 방사선에 기여하기에 충분히 높은 세기에서의 스펙트럼 확장을 자극하고 획득하기 위해서 고 세기 펌프 방사선이 바람직하다. 많은 경우에, 스펙트럼 확장, 및 백색 광/광대역 방사선 생성은 광섬유를 따라서 전파될 때에 펌프 방사선에 영향을 줄 수 있는 복수 개의 비선형 효과의 조합의 결과일 수 있다. 광섬유는 비선형 광섬유일 수 있다. 비선형 광섬유는 방사선과의 상호작용 시에 광학적 비선형성을 보여줄 수 있는 임의의 광섬유일 수 있다. 이것은, 예를 들어 통신 산업에서 사용되기 위하여, 예를 들어 상업적으로 입수가능한 광섬유일 수 있다. 다른 예시적인 비선형 광섬유는 가스-충진 중공-코어 광결정 섬유일 수 있다. 광섬유는 그 코어에 따라서 레이저 펄스 및/또는 연속파 레이저 방사선 전파를 가지도록 구성될 수 있다.

스펙트럼 확장 셋업 및 프로세스 중에 몇 가지 어려움이 생길 수 있다. 광대역 방사선의 생성을 초래할 수 있는 변조 불안정성은 확률적인 프로세스이다. 이것은, 수광된 방사선의 변조로 하여금 변조 불안정성이 발생하도록 허용하게 하는 노이즈에 의존할 수 있다. 그러므로, 특정 양의 시간 이후에, 예를 들어 광섬유를 통과하는 특정 전파 거리 이후의 변조 불안정성의 양은 예측하기가 어려울 수 있다. 그러면 프로세스의 신뢰성이 적어질 수 있고, 그러면 스펙트럼 확장의 의도된 양이 발생되었을 확률을 증가시키기 위해서 상호작용 시간/전파 길이가 증가할 필요가 있을 수 있다. 그러면 시스템이 비효율적이 될 수 있다.

광대역 생성에 있어서의 다른 어려움은 스펙트럼 확장을 개시하기 위해서 고 파워 펌프 펄스를 사용하는 것에 의해서 초래될 수 있다. 고 파워 펄스는 소스 내에서 매우 높은 국소 세기를 초래할 수 있고, 이것은 주위의 재료의 이온화 및 열-관련 변형을 초래할 수 있다. 예를 들어, 입력 펌프 펄스는 광결정 섬유 내에서 이온화 및/또는 열-관련 변형을 초래할 수 있다. 예를 들어, 이온화는 광섬유 내의 가스 매질의 이온화일 수 있다. 이온화는 이제 광섬유 내의 영역의 추가적인 가열을 초래할 수 있다. 가열은 광섬유에 대한 손상, 광섬유의 효율의 감소, 및 결국에는 광섬유, 광대역 생성 셋업, 및 따라서 소스 자체의 고장을 초래할 수 있다. 이것은 소스의 더 짧은 수명을 초래할 수 있다.

소스 내의 재료의 (과)가열 및/또는 이온화를 피하기 위해서, 입력 펌프 레이저의 반복률을 감소시키는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 펄스 레이트를 감소시키면 결과적으로 신호-대-잡음 비가 낮아지게 될 수 있다. 이것은 결과적으로, 측정 센서(예를 들어 정렬 센서)의 노출 시간이 더 높은 펄스 레이트에 대해서 일정하기 유지되는 경우에 대하여 더 높은 측정 노이즈를 초래할 수 있다. 일부 애플리케이션의 경우, 더 긴 신호 노출 시간 때문에(신호-대-잡음 비를 줄이기 위함), 감소된 펄스 레이트는 따라서 측정 센서의 더 낮은 전체 쓰루풋을 초래할 수 있다. 단일 펄스 내의 파워를 동일하게 유지하면서 펄스 레이트를 감소시키는 것은, 평균 입력 파워, 및 결과적으로 평균 출력 파워도 감소된다는 것을 역시 의미한다. 그러므로, 이러한 솔루션은 언제나 바람직한 것은 아닐 수 있고, 열-관련 손상을 줄이기 위한 대안적 솔루션이 바람직할 수 있다.

전술된 바와 같이, 변조 불안정성은 양자 노이즈로부터 유래된 확률적인 프로세스이다. MI를 위한 조건이 만족되는 경우에도, 스펙트럼 확장 프로세스가 시작되려면 일정 시간이 걸릴 수 있다. 광섬유 내에서 수행될 경우, 이것은 MI-확장 스펙트럼이 개발될 때까지 펌프 방사선이 광섬유의 섹션을 따라서 전파될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. MI-확장 스펙트럼의 개발을 위해서 요구되는 광섬유의 길이는 펌프 세기 및/또는 펌프 펄스 에너지를 증가시킴으로써 짧아질 수 있다. 그러나, 세기 및/또는 에너지가 이렇게 증가하면 앞선 문단에서 설명된 문제점들(예를 들어 과열, 이온화)이 초래될 수 있다. 대안적 셋업에서는, 펌프 방사선 세기가 감소될 수 있다(예를 들어 펄스 에너지를 감소시키거나 및/또는 그 지속기간을 증가시킴으로써). 이렇게 하려면 MI 스펙트럼이 더 긴 광섬유 길이에 걸쳐서 개발되어야 할 수 있다. 방사선이 광섬유를 따라서 전파되는 더 긴 거리에 기인하여, 광섬유에 추가된 가산된 이러한 추가적 길이는 광섬유 내에 더 높은 손실을 초래할 수 있다. 이러한 이슈를 고려하면, 완전히 발전된 MI 스펙트럼을 획득하기 위해서, 요구된 입력 펄스 세기 및/또는 에너지를 감소시키고, 및/또는 광섬유 길이를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

변조 불안정성과 관련된 추가적인 어려움은, 이것이 스펙트럼적으로 확장된 방사선 범위에 걸쳐서 동일한 파워 분포를 초래하지 않는다는 것이다. 일부 파장은 그 안으로 변환된 더 많은 파워를 가질 수 있는 반면에, 다른 파장은 비교할 때 훨씬 더 낮은 세기에서 유지될 수 있다. 더욱이, 모든 입력 방사선 에너지가 스펙트럼 확장을 통하여 다른 파장으로 변환되는 것은 아닌데, 이것은 세기 피크가 출력 방사선 내에서 높은 세기 입력 펄스(들)의 파장(들)에서 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은, 예를 들어 광섬유의 길이가 충분한 길지 않아서, 모든 입력 방사선이 변환되기 이전에 광섬유의 출력단에 도달될 수 있는 경우일 수 있다. 더 짧은 광섬유 길이의 이러한 선택은 더 낮은 손실을 초래하거나 방사선 소스의 소형화를 초래할 수 있기 때문에 여전히 유리할 수 있다.

수광된 방사선을 변조 불안정성 프로세스를 시딩(seeding)함으로써 확장시키기 위한 어셈블리, 장치, 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 설명된 어셈블리 및 방법은 전술된 어려움 중 하나 이상을 해결할 수 있다.

도 7은 스펙트럼 확장에 의하여 출력 광대역 방사선(702)을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리(700)를 보여준다. 방사선 소스 어셈블리는 광대역 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 어셈블리(704)를 포함한다. 펌프 어셈블리는 펌프 파장에서 펌프 방사선(710)을 제공하도록 구성된 펌프 소스(706)를 포함한다. 펌프 방사선은 제 1 방사선이라고도 불릴 수 있다. 펌프 파장은 제 1 파장이라고 불릴 수 있다. 펌프 어셈블리는 연속 파장 범위를 적어도 포함하는 (입력) 광대역 방사선(712)을 제공하도록 구성된 광대역 어셈블리(708)를 더 포함한다. 광대역 방사선은 제 2 방사선이라고도 불릴 수 있다. 펌프 방사선 및 입력 광대역 방사선은 조합되어 광대역 입력 방사선(714)을 형성한다.

방사선 소스 어셈블리(700)는 광대역 입력 방사선(714)을 수광하도록 구성된 광섬유(716)를 더 포함한다. 광섬유(716)는 광대역 방사선(714)을 수광하도록 구성된 코어(718)를 포함한다. 광섬유(716)를 통한 전파 도중에 입력 방사선의 스펙트럼 확장을 획득하기 위해서, 광섬유의 적어도 일부는 방사선을 구속하도록 구성된다. 스펙트럼적으로 확장된 방사선은 출력단으로부터 광섬유(716)를 빠져나오고, 방사선 소스 어셈블리(700)에 의하여 출력 광대역 방사선(702)으로서 제공된다. 어셈블리(700)는 펌프 방사선을 광섬유(716) 내로 커플링하기 위한 요소를 포함할 수 있다. 어셈블리(700)는 광대역 방사선(702)을 광섬유(716) 밖으로 커플링하기 위한 요소를 포함할 수 있다.

광대역 입력 방사선으로 시딩되는 펌프 방사선을 사용하여 광대역 출력 방사선을 생성하기 위한 어셈블리를 가지는 것의 장점은, 훨씬 더 평평한 광대역 출력 스펙트럼이 획득될 수 있다는 것일 수 있다. 이것은 10 dB보다 양호한, 예컨대 예를 들어 5 dB의 파워 스펙트럼 밀도 평평도를 가지는 광대역 스펙트럼일 수 있다. 이러한 실례에서 평평하다는 것은, 값들의 더 작은 범위(예를 들어 광대역 입력 방사선을 제공하지 않는 셋업과 비교할 때)를 가지는 광대역 스펙트럼에 걸친 출력 방사선의 세기 분포를 의미한다. 이러한 평평한 출력 세기 스펙트럼은 방사선 소스를 위하여 바람직할 수 있다.

도 7의 어셈블리(700)의 다른 장점은 변조 불안정성의 확률적 프로세스가 광대역 입력 방사선의 존재의 결과로서 훨씬 더 빠르게 개시된다는 것이다. 이것은, 광섬유로의 입력으로서 제공되는 광대역 방사선이 변조 불안정성 프로세스를 위한 시드로서의 역할을 할 수 있기 때문일 수 있다. 어떤 파장에 매우 작은 양의 방사선이 존재하면 변조 불안정성에 의해 유발된 스펙트럼 확장이 트리거링될 수 있다. 존재하는 많은 상이한 시드 파장을 가진다는 것은, 변조 불안정성을 시작하기 위하여 입력 방사선에 대한 노이즈의 확률적 도입에 의존하는 대신에, 입력 방사선에 존재하는 광범위한 파장이 변조 불안정성 프로세스의 시작의 우도(likelihood) 및 일관성을 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 입력에 존재하는 광대역 방사선을 가짐으로써, 파장들의 광범위한 어레이의 생성이 이러한 방사선이 존재하지 않는 셋업과 비교할 때 훨씬 빨리 시작될 수 있다. 광대역 입력 방사선은 변조 불안정성 프로세스에 대한 시드로서 여겨질 수 있다.

스펙트럼 확장 프로세스가 더 빠르게 시작되게 하는 장점은, 광대역 입력 방사선이 제공되지 않는 셋업에 비교할 때 더 짧은 광섬유를 사용하는 능력을 포함할 수 있다. 도 8은 에너지 스펙트럼 밀도를 파장 및 광섬유에 따른 전파 거리의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프를 보여준다. 도 8의 (a)에서, 입력 광대역 방사선이 없는 셋업이 예시 및 비교를 위하여 도시된다. 가로축은 파장 스펙트럼을 나타낸다. 세로축은 광섬유 코어의 길이에 따른 위치를 나타낸다. 입력에서, 에너지는 파장들의 좁은 세트에서만 존재한다. 이것은 입력 펌프 방사선 파장(들)일 수 있다. 입력 방사선은 광섬유 길이를 따라서 전파될 수 있다. 입력 방사선은 우선 초기 자기-위상 변조 확장을 거칠 수 있다. 펌프 방사선만을 입력으로서 가지면, 확률적 MI 스펙트럼 확장 프로세스가 시작하기 이전에 일정 시간이 걸린다. 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 펌프 방사선은 예를 들어 확장 프로세스를 시작하기 이전에 10 - 15 cm의 범위에 속하는 거리를 따라서 전파될 수 있다.

MI 스펙트럼 확장이 시작되면, 이것은 4 파장 믹싱(four wave mixing; FWM) 프로세스에 대한 이득 및 상 매칭 조건에 따라서 펌프 파장에 링크되는 파장들에서 시작될 수 있다. 이러한 파장은 처음에 일어날 수 있고, 이제 추가적인 확장을 초래할 수 있으며, 다른 파장 구역으로 케스케이딜될 수 있다. 그러면 이것은 광대역 파장 스펙트럼을 생성할 수 있다. 광대역 파장 범위에 걸친 에너지/파워의 확산이 에너지 스펙트럼 밀도의 형태로 기술될 수 있고, 이것은 방사선 내에 존재하는 에너지를 파장(또는 주파수)의 함수로서 기술한다. 광섬유의 출력단에서는, 모든 과잉 입력 펌프 방사선 에너지가 다른 파장으로 변환되는 것은 아닌 것이 가능하다. 그러므로, 광섬유의 출력에서 에너지 스펙트럼 밀도 그래프 내의 펌프 파장 주위에 에너지 피크가 존재하는 것이 가능하다.

도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서와 동일한 타입의 광섬유를 따른 에너지 스펙트럼 밀도를 도시하지만, 입력 방사선은 펌프 방사선 및 광대역 방사선 양자 모두를 포함한다. MI 스펙트럼 확장 프로세스를 "시딩(seed)"하기 위해 존재하는 파장의 연속적 범위를 가진다는 것은, 변조 불안정성을 시작하기 위해서 입력 방사선에 노이즈의 확률적 도입에 의존하는 것 대신에, 입력 방사선 내에 존재하는 광범위한 파장이 변조 불안정성 프로세스의 시작의 우도 및 일관성을 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 광대역 생성 프로세스의 안정성 및/또는 예측가능성을 증가시킬 수 있다. 광대역 입력 펌프 방사선을 사용하지 않는 구현형태와 비교하여, 본 명세서에서 설명되는 어셈블리 및 방법은 광대역 방사선을 생성하기 위하여 요구되는 상호작용 시간/전파 길이를 감소시킬 수 있다.

펌프 방사선의 파워는 입력 광대역 방사선의 파워보다 훨씬 클 수 있다. 이것을 광섬유의 입력단에서의 그레이스케일 세기 프로파일로부터 볼 수 있다. 스펙트럼 확장은 펌프 방사선의 확장일 수 있다. 이것은 펌프 파장으로부터 광대역 범위 내의 다른 파장으로의 에너지의 전달일 수 있다. 광대역 방사선이 존재하기 때문에, 잠재적으로 낮은 펌프 에너지에서도, 변조 불안정성 프로세스가 광섬유의 더 짧은 전파 거리 이후에(도 8의 (a)에서의 셋업과 비교할 때) 트리거링될 수 있다.

광대역 입력 방사선이 파장들의 연속적 범위를 제공하기 때문에, FWM 프로세스는 이러한 파장들 중 많은 것에 대해서 개시된다. 이것은 파장의 넓은 범위가 광섬유의 입력단에서 또는 근처에서 시작될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은, 확장 프로세스가 FWM 파장들의 단일 세트로부터 시작되는 도 8의 (a)로부터의 초기 FWM에 반대될 수 있다. 결과적으로, 펌프 방사선 및 광대역 방사선 양자 모두를 입력으로서 가지는 소스 어셈블리의 에너지 스펙트럼 밀도는 이러한 범위 내의 파장들에 걸쳐서 더 균일하게 배포될 수 있다. 이것을 도 8의 (b)에 걸친 그레이스케일 분포가 도 8의 (a)의 그레이스케일 분포보다 더 일정한 도 8로부터 볼 수 있다.

본 명세서에서 설명된 바와 같은 광대역 입력 방사선을 가지는 어셈블리에 의하여 생성되는 광대역 방사선의 범위는, 광대역 입력 방사선을 가지지 않는 셋업, 예컨대 펌프 방사선, 또는 하나 이상의 이산 시드 파장들의 조합을 가지는 펌프 방사선에 대해서 더 클 수 있다. 펌프 방사선, 또는 시드 방사선의 하나 이상의 이산/좁은 파장을 가지는 펌프 방사선만을 사용하는 셋업은 덜 평평한/덜 연속적인 에너지 밀도 스펙트럼을 초래할 수 있다.

출력 광대역 방사선(702)의 범위에 걸친 에너지와 비교할 때, 광대역 입력 방사선(714)이 광대역 방사선 범위에 걸쳐 낮은 에너지 양만을 가진다는 것에 주의하는 것이 중요하다. 광대역 출력 방사선의 에너지 스펙트럼 밀도의 대부분은 광섬유 내에서 발생하는 펌프 방사선의 스펙트럼 확장으로부터 초래된다. 광대역 방사선(712)은 스펙트럼 확장을 트리거링하기 위하여 제공될 수 있고, 총 광대역 출력 에너지에 크게 기여하도록 의도되지 않는다.

일부 어셈블리에서, 광섬유의 일부만이 스펙트럼 확장을 트리거링하기 위한 고도로 국지화된 세기를 획득하는 방사선을 구속하는 코어 구성을 가지는 것이 가능하다. 이것은, 광섬유 코어의 내부 구조체 및/또는 코어를 둘러싸는 영역이 광섬유의 길이에 따라서 변하는 광섬유가 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 광섬유의 길이란, 정상 동작 도중에 방사선이 광섬유를 따라서 전파되는 경로를 의미한다.

펌프 방사선은 스펙트럼의 적외선 또는 가시광 부분 내에 제공될 수 있다. 펌프 방사선은 단일 파장일 수 있는 좁은 파장 범위를 가질 수 있다. 펌프 방사선 파장은 상업적으로 입수가능한 소스에 의해서 제공될 수 있도록 설정될 수 있다. 용이하게 이용가능한 소스에 의해서 제공되는 파장의 예들은 1550 nm, 1030 nm의 파장, 및 700 내지 800 nm의 범위 내의 파장을 포함한다. 펌프 방사선은 펄스형 방사선일 수 있다. 펌프 방사선은 약 5 MHz의 펄스 반복률을 가질 수 있다. 펄스 반복률은 1 내지 20 MHz의 범위 내에 있을 수 있고, 예를 들어 2.5 MHz, 5 MHz, 8 MHz, 10 MHz, 또는 15 MHz일 수 있다.

광대역 방사선은, 예를 들어 방사선 소스 어셈블리의 일부를 형성할 수 있거나 이것에 연결될 수 있는 방사선 소스에 의해서 제공될 수 있다. 일부 구현형태들에서, 광대역 방사선은 소스 어셈블리에 의해서 형성된 광대역 출력 방사선으로부터의 출력 방사선의 일부로 이루어질 수 있다. 피드백 루프는 소스 어셈블리 내에 포함되어 광대역 출력 방사선의 일부를 분리하고 이것을 입력으로 되전송할 수 있다.

도 9는 광대역 출력 방사선(902)을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리(900)를 도시한다. 펌프 어셈블리(904)는 펌프 방사선(910)을 제공하도록 구성된 펌프 소스(906)를 포함할 수 있다. 광대역 어셈블리(908)는 광대역 입력 방사선(912)에 기여하도록 출력 방사선(902)의 일부를 피드백하도록 구성된 광학 피드백 루프(909)를 포함할 수 있다. 피드백 부분은 전체 광대역 입력 방사선을 형성할 수 있거나, 다른 방사선과 조합되어 광섬유(916) 내로 커플링되도록 추가될 광대역 방사선을 형성하도록 추가될 수 있다. 광대역 방사선(912) 및 펌프 방사선은 조합되어 광대역 입력 방사선(914)을 형성할 수 있다. 광대역 입력 방사선은 스펙트럼 확장을 위하여 광섬유(916)의 코어(918) 내로 커플링될 수 있다. 피드백 광학기는, 예를 들어 이색성 미러를 포함할 수 있다. 시드의 편광이 입력의 편광에 직교하는 경우, 편광 빔 스플리터가 피드백 루프 내에 제공될 수 있다.

광학 피드백 루프(909)는 필터(920)를 포함하거나 방사선의 피드백 부분을 필터링할 수 있다. 필터는, 예를 들어 방사선의 편광(들)을 필터링할 수 있다. 입력으로 피드백될 편광은, 예를 들어 입력 방사선의 편광과 중첩하도록 선택될 수 있다. 시드 방사선 방사선의 편광은 펌프 방사선의 편광과 부분적으로 또는 완전히 중첩할 수 있다. 펌프 방사선을 광대역 방사선으로 변환하는 것은, (피드백된) 시드 방사선 및 펌프 방사선이 정렬되는 경우에 최적일 수 있다. 그러나, 확장된 스펙트럼의 형상(즉 그 진폭)을 제어하기 위하여, 시드 방사선의 편광은 펌프 방사선의 편광에 상대적으로 조작될 수 있다.

피드백 루프(909)는 출력 방사선(902)의 일부를 출력 방사선의 벌크의 경로로부터 벗어나도록 분리시키기 위한 하나 이상의 광학 요소(922)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광학 요소(922)는, 예를 들어 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광학 요소(들)는 피드백 루프(909)로 들어갈 방사선을 전체 출력 파장 범위에 걸쳐서 선택할 수 있다. 일부 구현형태들에서, 광학 요소(들)는 피드백 루프 내로 전송될 광대역 출력 방사선 범위의 하위범위를 선택할 수 있다. 하위범위는, 예를 들어 1000 nm보다 큰 파장, 1000 nm보다 작은 파장, 스펙트럼의 가시광 부분에 속하는 파장 등을 가진 방사선만을 실질적으로 포함할 수 있다.

입력 방사선 및 출력 광대역 방사선이 펄스형 방사선인 구현형태에서, 광학 피드백 루프는 피드백된 광대역 방사선 펄스가 펌프 방사선 펄스와 공간적으로 그리고 시간적으로 중첩하여 광대역 입력 방사선을 형성하게끔 구성된다. 이를 달성하기 위하여, 피드백 루프는 지연 라인을 포함할 수 있다. 예시적인 구현형태에서, 펌프 방사선의 펄스 반복률은 5MHz일 수 있다. 이러한 셋업에서, 약 40 m의 길이를 가진 지연 라인이 제공될 수 있다. 방사선의 피드백 부분은 배경 노이즈보다 높은 에너지 스펙트럼 밀도, 예를 들어 주파수 빈마다 하나의 광자를 가질 수 있다. 피드백 부분의 상한은 방사선 소스의 아키텍처에 의해서만 규정될 수 있다.

MI 스펙트럼 확장을 독려하기 위하여 광대역 입력을 사용하는 프로세스는 광대역 입력 파장의 정확한 범위에 대해서는 민감하지 않을 수도 있다. 도 10은 상이한 광대역 입력 방사선 범위를 가지는 두 개의 예시적인 그래프를 도시한다. 도 10의 (a)에서는, 1000 nm 미만의 파장을 가진 방사선이 광대역 입력 방사선으로서 제공된다. 도 10의 (b)에서는, 1000 nm를 넘는 파장을 가진 방사선이 광대역 입력 방사선으로서 제공된다. 도 8의 (b)에서의 셋업과 비교할 때, 입력 방사선은 MI 스펙트럼 확장 프로세스가 시작하기 이전에 조금 더 긴 전파 거리를 필요로 할 수 있다. 그러나, 전체 확장 결과는 여전히 균일하게 펌프 방사선의 분산된 에너지 스펙트럼 밀도 및 효율적 변환을 초래할 수 있다. 이것은, 본 명세서에서 설명되는 프로세스가 광대역 입력 방사선의 정확한 범위에 대해서 상대적으로 민감하지 않다는 것을 의미할 수 있다. 이러한 장점은 많은 양의 상이한 (연속적) 파장이 입력에 존재함으로써 초래될 수 있다.

도 11은 피드백 세기의 상이한 퍼센티지에 대한 광대역 방사선 어셈블리의 광대역 출력 방사선의 파워 스펙트럼 밀도 값을 보여주는 그래프를 도시한다. 이러한 그래프들은 무피드백 방사선(그래프(1102)), 0.05% 피드백(그래프(1104)), 0.5% 피드백(그래프(1106)), 및 5% 피드백(그래프(1108))에 대응한다. 그래프(1102)로부터 알 수 있는 것처럼, 피드백이 없는 경우, 즉 어셈블리가 광대역 입력 방사선을 수광하지 않는 경우에, 파워 스펙트럼 밀도 곡선은 광대역 피드백(및 광대역 입력 방사선)을 가지는 그래프(1104, 1106, 및 1108)에 비하여 덜 평평하다. 광대역 입력 방사선에 대한 파워 스펙트럼 밀도 그래프는 펌프 파장의 파장 주위에서(1100 nm 파장 주위에서) 세기의 감소를 표시할 수 있다. 이것은, 증가된 스펙트럼 확장 셋업이 펌프 방사선의 더 많은 비율을 광대역 스펙트럼으로 변환할 수 있고, 즉 펌프 방사선으로부터의 변환 효율을 증가시킬 수 있기 때문일 수 있다. 광대역 입력 방사선에 대한 파워 스펙트럼 밀도 그래프는 광대역 스펙트럼의 더 짧은 파장 단부에서 생성된 증가된 세기를 표시할 수 있다. 예를 들어, 이것은 광대역 스펙트럼의 400 - 600 nm 범위 주위에서 세기의 더 높은 피크를 초래할 수 있다. 이것은, 예를 들어 더 짧은 파장 방사선이 관심 대상인(예를 들어 더 짧은 파장이 더 작은 크기의 피쳐를 측정하기 위해서 사용될 수 있기 때문에) 애플리케이션을 위하여 바람직할 수 있다.

광대역 피드백의 증가된 세기(5%(1108), 0.5%(1106), 및 0.05%(1104) 그래프들을 비교함)는 펌프 방사선 파장 주위에서의 세기의 더 큰 감소를 초래할 수 있다. 광대역 피드백의 증가된 세기(5%(1108), 0.5%(1106), 및 0.05%(1104) 그래프들을 비교함)는, 광대역 스펙트럼의 더 짧은 파장 단부 주위에서의 세기의 더 높은 피크를 초래할 수도 있다. 그러나, 더 낮은 피드백 세기(예를 들어 곡선(1104))에서도, 출력 광대역 방사선 파워 스펙트럼 밀도에 대한 광대역 입력 방사선의 효과가 크고 유용하다는 것을 알 수 있다.

도 11의 (a)는 전체 광대역 출력 스펙트럼으로부터의 파장을 포함하는 필터링되지 않은 피드백에 대한 파워 스펙트럼 밀도 그래프를 보여준다. 도 11의 (b)는 광대역 출력 스펙트럼의 가시광 부분으부터의 파장을 포함하는 필터링된 피드백에 대한 파워 스펙트럼 밀도 그래프를 보여준다. 필터링되지 않은 피드백 어셈블리 및 필터링된 피드백 어셈블리 사이의 차이는 작다. 이것은 광대역 입력 방사선의 정확한 파장 범위에 대한 상대적으로 낮은 감도를 표시할 수 있다.

정확한 파장 범위에 대한 이러한 비민감도는, 예를 들어 출력 방사선 범위 중 일부만이 방사선 소스 어셈블리가 현재 사용되고 있는 애플리케이션에 대하여 관심 대상인 셋업에서 유익할 수 있다. 이러한 경우에, 이러한 애플리케이션에 대하여 사용되고 있지 않는 방사선(그 일부)은 입력으로 피드백될 수 있다. 관심 방사선은 피드백되는 부분에 의해서 소진되지 않으면서, 애플리케이션에 의해 사용되도록 출력으로 피드백될 수 있다. 그러면 소스 어셈블리의 전체적인 효율이 증가될 수 있다. 예시적인 셋업에서, 방사선 소스 어셈블리는 400 nm 내지 2200 nm의 범위 안에서 광대역 방사선을 생성할 수 있다. 방사선 소스 어셈블리가 사용될 수 있는 애플리케이션은, 예를 들어 스펙트럼의 가시광 부분 내의, 또는 1000 nm 미만의 스펙트럼의 일부 내의 방사선을 사용될 수 있다. 이러한 셋업에서, 피드백 루프는, 예를 들어 스펙트럼의 적외선(IR) 부분 내의 방사선(예를 들어, 1000 nm가 넘거나 800 nm가 넘는 방사선)(그 일부)을 반사/분리하도록 구성된 빔 스플리터를 사용할 수 있다. 빔 스플리터는 더 낮은 파장에서의 방사선이 빔 스플리터를 통하여 소스 어셈블리의 출력을 향해 지나가게 할 수 있다. 이것이 도 10의 (b)에 예시된다. 비록 1000 nm보다 큰 파장 범위 및 1000nm보다 작은 파장 범위가 여기에서 논의되지만, 다른 방사선 선택도 역시 이루어질 수 있다.

소망되는 양의 스펙트럼 확장을 획득하기 위하여 필요한 광섬유의 길이는 스펙트럼적으로 확장되고 광대역 출력 방사선을 형성하기 위하여 입력 방사선에 의해서 요구되는 상호작용 시간/상호작용 길이의 양에 의해서 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 도 8 및 도 10은 광섬유를 따른 전파 길이의 함수로서 생성 방사선 파장의 그래프를 보여준다. 광대역 입력 방사선을 제공함으로써 변조 불안정성을 자극함에 의하여, 요구된 광섬유 길이가 줄어들 수 있다.

도 12는 입력 방사선의 상이한 피크 펄스 세기에 대한 광대역 출력 방사선의 파워 스펙트럼 밀도 값을 보여주는 그래프를 도시한다. 그래프들은 2.5 μJ(그래프(1202)), 3.0 μJ(그래프(1204)), 3.5 μJ(그래프(1206)), 및 4.0 μJ(그래프(1208))의 펄스 에너지에 대응한다. 도 12의 (a)는 임의의 피드백을 제공하지 않고, 스펙트럼 확장 프로세스를 위하여 광대역 입력 방사선을 공급하지 않는 어셈블리에 대한 그래프를 보여준다. 보이는 바와 같이, 펌프 방사선 주위(1100 nm 파장 주위)의 에너지는 모든 피크 펄스 에너지 그래프에 대해서 높게 유지된다. 스펙트럼의 짧은 파장 단부에서의 에너지 피크도 모든 피크 에너지 그래프에 대해서 낮게 유지될 수 있다. 도 12의 (b)는 입력 방사선에 제공된 5% 광대역 방사선 피드백을 가지는 셋업을 사용하는, 동일한 피크 펄스 에너지에 대한 파워 스펙트럼 밀도 그래프를 보여준다. 보이는 바와 같이, 광대역 입력을 형성하기 위한 피드백의 존재는 펌프 방사선 주위에서 에너지가 크게 감소되게 할 수 있는데, 그 이유는 더 많은 펌프 방사선이 출력 스펙트럼에 걸쳐서 스펙트럼적으로 확장되기 때문이다. 스펙트럼의 낮은 파장 단부 주위의 에너지 피크들도 역시 증가될 수 있다.

협대역/단일 파장 입력 방사선만을 제공하는 셋업에서, 광섬유의 길이는, 예를 들어 40 cm보다 길 수 있다. 광대역 입력 방사선을 형성하기 위하여 펌프 방사선과 나란히 광대역 방사선이 제공되는 셋업에서(본 명세서에서 설명된 바와 같음), 광섬유 내에서 스펙트럼 확장의 유사한, 균등한, 또는 그렇지 않으면 허용가능한 양을 획득하기 위해서 더 짧은 길이가 사용될 수 있다. 이것은 광대역 입력 방사선의 존재의 결과로서 광섬유의 길이에 걸쳐 더 일찍 시작되는 MI 프로세스에 기인할 수 있다. 광대역 입력 방사선을 사용하는 소스 어셈블리 내의 광섬유의 길이는 5 cm 내지 40 cm, 또는 5 cm 내지 30 cm, 또는 5 cm 내지 20 cm, 또는 5 cm 내지 15 cm, 또는 5 cm 내지 10 cm의 범위에 속할 수 있다. 일부 실례들에서, 전술된 예시적인 범위 중 임의의 것은 10 cm의 하한을 가질 수 있다. 예를 들어, 광섬유 길이가 허용가능한 최단 길이로 최적화되지 않는 경우에서는 더 긴 광섬유 길이가 제공될 수 있다. 또한, 더 긴 광섬유 길이는 MI-기반 스펙트럼 확장을 트리거링하기 위하여 요구된 펄스 에너지를 더 감소시키기 위해서 유용할 수 있기 때문에 제공될 수 있다.

스펙트럼적으로 확장될 입력 방사선 내의 에너지의 대부분은 펌프 방사선에 의해서 제공될 수 있다. 펌프 방사선은 펄스형 방사선일 수 있다. 펌프 펄스는 1 μJ - 10 μJ의 범위 내의, 또는 2.5 μJ 내지 4.0 μJ의 범위 내의 피크 에너지를 가질 수 있다. 입력 방사선을 시딩하기 위하여 제공된 제 2 방사선(광대역 방사선)은 펌프 방사선보다 훨씬 낮은 에너지를 가질 수 있다. 광대역 방사선은 펌프 방사선의 세기의 15%, 또는 10%, 또는 5%, 또는 2%, 또는 1%를 초과하지 않는 세기를 가질 수 있다.

광섬유(716)의 코어(718)는 방사선이 유체와 상호작용할 때에 스펙트럼 확장을 가능하게 하고 및/또는 초래하기 위한 유체를 포함할 수 있다. 유체는 비선형 매질일 수 있다. 유체는 가스일 수 있다. 가스는 순수 가스 또는 가스 혼합물일 수 있다. 혼합물은 수소(H₂)를 포함할 수 있다. 가스 혼합물은 비활성 가스(예를 들어 Ar, He, Kr, Xe, Ne)를 포함할 수 있다. 가스는 분자형 가스(예를 들어 N₂)를 포함할 수 있다. 광섬유(716)는 재밀봉가능 저장소 내에 위치될 수 있고, 이것은 유체를 보유하기 위해서 적합할 수 있다. 저장소는, 예를 들어 광섬유(716)의 코어(718) 내의 가스 혼합물을 제공하고 제어하기 위한 하나 이상의 가스 공급부를 가질 수 있다.

광섬유(718)의 코어(716)는 중공 코어일 수 있다. 대안적으로, 코어는 고체 코어일 수 있다. 광섬유는 광결정 섬유, 예를 들어 중공 코어 광결정 섬유(hollow core photonic crystal fibre; HC-PCF)일 수 있다. 광결정 섬유는, 예를 들어 중공 코어를 둘러싸는 모세관의 단일 링을 포함할 수 있다. 이웃하는 미세구조의 에지들이 서로 접촉하지 않도록, 모세관은 공간적으로 분리될 수 있다. 모세관은 반공진 요소(anti-resonant element; RCE)라고 불릴 수도 있다. 단일 링 구조체는 방사선을 광섬유의 코어 내에 강하게 구속하기 위하여 적합할 수 있다. 이러한 강한 구속은 방사선의 국소 세기를 증가시키고 결과적으로 비선형 스펙트럼 확장 프로세스의 효율을 증가시키는 장점을 가질 수 있다. 광섬유 코어 내에 방사선의 강한 구속을 획득하는 다른 광결정 섬유 구조체도 역시 사용될 수 있다. 중공 코어는 20 μm 내지 50 μm의 범위 내의, 또는 25 μm 내지 35 μm의 범위 내의 직경을 가질 수 있다. 중공 코어는 예를 들어 30 μm의 직경을 가질 수 있다.

소스 어셈블리에 의해 생성된 광대역 방사선은 초연속체 방사선을 포함할 수 있다. 초연속체 방사선은 파장의 연속적인 범위에 걸쳐서 방사선을 포함할 수 있다. 광대역 방사선은 400 nm 내지 2200 nm의 범위 안의 방사선을 포함할 수 있다. 초연속체 방사선은 적어도 400 nm 내지 2200 nm의 범위 내의 파장의 연속적인 범위를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 광대역 방사선을 생성하기 위한 방법, 장치, 및 어셈블리는 복수 개의 애플리케이션에서 구현될 수 있다. 이들은, 예를 들어 후술되는 방사선 소스에서 구현될 수 있다.

전술된 계측 툴(MT), 예컨대 산란계, 토포그래피 측정 시스템, 또는 위치 측정 시스템은 측정을 수행하기 위하여 방사선 소스로부터 유래하는 방사선을 사용할 수 있다. 계측 툴에 의하여 사용되는 방사선의 속성은 수행될 수 있는 측정의 타입 및 품질에 영향을 줄 수 있다. 일부 애플리케이션의 경우, 기판을 측정하기 위하여 다수의 방사선 주파수를 사용하는 것이 유리할 수 있고, 예를 들어 광대역 방사선이 사용될 수 있다. 다수의 상이한 주파수는 다른 주파수와 간섭되지 않거나 최소로 간섭되면서 전파되고, 계측 타겟을 조사하고 그로부터 산란될 수 있을 수 있다. 그러므로, 더 많은 계측 데이터를 동시에 획득하기 위하여, 예를 들어 상이한 주파수들이 사용될 수 있다. 또한, 상이한 방사선 주파수들이 계측 타겟의 상이한 속성을 조사하고 발견할 수 있을 수 있다. 광대역 방사선은 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 산란측정 툴, 또는 검사 툴과 같은 계측 시스템(MT) 내에서 유용할 수 있다. 광대역 방사선 소스는 초연속체 소스일 수 있다.

고품질 광대역 방사선, 예를 들어 초연속체 방사선은 생성하기가 어려울 수 있다. 광대역 방사선을 생성하기 위한 하나의 방법은, 예를 들어 비선형의 더 높은 차수의 효과를 이용하여 고파워 협대역 또는 단일 주파수 입력 방사선을 확장시키는 것일 수 있다. 입력 방사선(레이저를 사용하여 생성될 수 있음)은 펌프 방사선이라고 불릴 수 있다. 대안적으로, 입력 방사선은 시드 방사선이라고 불릴 수 있다. 확장 효과를 위한 고파워 방사선을 획득하기 위하여, 방사선은 크게 국지화된 고세기 방사선이 획득되도록 작은 영역 내로 구속될 수 있다. 그러한 영역 내에서, 방사선은 광대역 출력 방사선을 생성하기 위하여, 확장 구조체 및/또는 재료와 상호작용하여 비선형 매질을 형성할 수 있다. 고세기 방사선 영역 내에서, 적절한 비선형 매질을 제공함으로써 방사선 확장을 가능하게 하고 및/또는 개선하기 위해서 상이한 재료 및/또는 구조체들이 사용될 수 있다.

일부 구현형태들에서, 광대역 출력 방사선은 광결정 섬유(photonic crystal fiber; PCF) 내에서 생성된다. 여러 실시형태에서, 이러한 광결정 섬유는 광섬유 코어 내에서 광섬유를 통해 이동하는 방사선을 구속하는 것을 보조하는 미세구조를 자신의 광섬유 코어 주위에 가진다. 광섬유 코어는, 비선형 속성을 가지고 고세기 펌프 방사선이 광섬유 코어를 통해서 투과될 때에 광대역 방사선을 생성할 수 있는 고체 재료로 제조될 수 있다. 비록 고체 코어 광결정 섬유 내에서 광대역 방사선을 생성하는 것이 가능하지만, 고체 재료를 사용하는 몇 가지 단점이 존재할 수 있다. 예를 들어, UV 방사선이 고체 코어 내에서 생성되면, 이러한 방사선은 방사선이 대부분의 고체 재료에 의하여 흡수되기 때문에 광섬유의 출력 스펙트럼 내에 존재하지 않을 수도 있다.

일부 구현형태들에서는, 도 14를 참조하여 상세히 후술되는 바와 같이, 입력 방사선을 확장하기 위한 방법 및 장치는 입력 방사선을 구속하기 위하여, 그리고 입력 방사선을 출력 광대역 방사선으로 확장시키기 위하여 광섬유를 사용할 수 있다. 광섬유는 중공 코어 광섬유일 수 있고, 의 효과적인 유도 및 광섬유 내의 구속을 달성하기 위한 내부 구조체를 포함할 수 있다. 광섬유는 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)일 수 있고, 이것은, 주로 광섬유의 중공 코어 내에서 강한 방사선 구속을 위해서 특히 적합하여, 높은 방사선 세기를 획득한다. 광섬유의 중공 코어는 입력 방사선을 확장하기 위한 확장 매질로서의 역할을 하는 가스로 채워질 수 있다. 이러한 광섬유 및 가스 배열체는 초연속체 방사선 소스를 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 광섬유로 입력되는 방사선은 전자기 방사선, 예를 들어 적외선, 가시광선, UV, 및 극 자외선 스펙트럼들 중 하나 이상 내의 방사선일 수 있다. 출력 방사선은 광대역 방사선으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있고, 이것은 본 명세서에서 백색 광이라고 불릴 수 있다.

일부 실시형태는 광섬유를 포함하는 이러한 광대역 방사선 소스의 새로운 디자인에 관련된다. 광섬유는 중공-코어, 광결정 섬유(HC-PCF)이다. 특히, 광섬유는 방사선의 구속을 위한 반공진 구조체를 포함하는 타입의 중공-코어, 광결정 섬유일 수 있다. 반공진 구조체를 포함하는 이러한 광섬유는 당업계에서 반공진 광섬유, 관상 광섬유, 단일-링 광섬유, 음수 곡률 광섬유 또는 억제된 커플링 광섬유라고 알려져 있다. 이러한 광섬유의 다양한 상이한 기법들이 당업계에 공지되어 있다. 대안적으로, 광섬유는 광자 밴드갭 광섬유(HC-PBF, 예를 들어 카고메 광섬유)일 수도 있다.

HC-PCF의 여러 타입이 상이한 물리적 유도 메커니즘에 각각 기반하여 제작될 수 있다. 두 가지 이러한 HC-PCF는: 중공-코어 광자 밴드갭 광섬유(hollow-core photonic bandgap fiber; HC-PBF) 및 중공-코어 반공진 반사 광섬유(hollow-core anti-resonant reflecting fiber; HC-ARF)를 포함한다. HC-PCF의 디자인 및 제작에 대한 세부사항은 미국 특허 제 US2004/015085A1(HC-PBF에 대한 것임) 및 국제 PCT 특허 출원 제 WO2017/032454A1(중공 코어 반공진 반사 광섬유에 대한 것임)에서 발견될 수 있는데, 이들은 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 도 15의 (a)는 카고메 래티스 구조체를 포함하는 카고메 광섬유를 도시한다.

방사선 소스 내에서 사용되기 위한 광섬유의 일 예가 이제 도 13을 참조하여 설명되는데, 이것은 횡단 평면에서의 광섬유(OF)의 개략적인 단면도이다. 도 13의 광섬유의 실무적인 예와 유사한 추가적인 실시형태가 WO2017/032454A1에서 개시된다.

광섬유(OF)는 기다란 몸체부를 포함하는데, 이것은 광섬유(OF)의 다른 두 차원과 비교할 때 한 채널에서 더 길다. 이러한 더 긴 차원은 축상 방향이라고 불릴 수 있고, 광섬유(OF)의 축을 규정할 수 있다. 두 개의 다른 차원은 횡단면이라고 불릴 수 있는 평면을 규정한다. 도 13은 x-y 평면이라고 불리는 이러한 횡단면(즉 축에 수직임)에서의 광섬유(OF)의 단면을 도시한다. 광섬유(OF)의 횡단면은 광섬유 축에 따라서 실질적으로 일정할 수 있다.

광섬유(OF)가 어느 정도의 유연성을 가지고, 따라서 축의 방향이 광섬유(OF)의 길이에 따라서 전체적으로 균일하지 않을 것이라는 것이 이해될 것이다. 광축, 횡단면 등과 같은 용어는 국소 광축, 국소 횡단면 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 더욱이, 컴포넌트들이 원통형 또는 관상형인 것으로 설명되는 경우에, 이러한 용어는 광섬유(OF)가 휘어질 때에 왜곡되었을 수 있는 이러한 형상을 망라하도록 이해될 것이다.

광섬유(OF)는 임의의 길이를 가질 수 있고, 광섬유(OF)의 길이가 애플리케이션에 의존할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 광섬유(OF)는 1 cm 내지 10 m의 길이를 가질 수 있고, 예를 들어 광섬유(OF)는 10 cm 내지 100 cm의 길이를 가질 수 있다.

광섬유(OF)는: 중공 코어(COR); 중공 코어(COR)를 둘러싸는 클래딩부; 및 클래딩부를 둘러싸고 지지하는 지지부(SP)를 포함한다. 광섬유(OF)는 중공 코어(COR)를 가지는 몸체부(클래딩부 및 지지부(SP)를 포함함)를 포함하는 것으로 여겨질 수 있다. 클래딩부는 중공 코어(COR)를 따라서 방사선을 유도하기 위한 복수 개의 반공진 요소를 포함한다. 특히, 복수 개의 반공진 요소는 주로 중공 코어(HC) 내에서 광섬유(OF)를 따라서 전파되는 방사선을 구속하고 방사선을 광섬유(OF)를 따라서 구속하도록 배치된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 실질적으로 광섬유(OF)의 중앙 구역 내에 배치될 수 있어서, 광섬유(OF)의 축이 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)의 축도 형성할 수 있게 한다.

클래딩부는 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선을 유도하기 위한 복수 개의 반공진 요소를 포함한다. 특히, 이러한 실시형태에서는 클래딩부가 여섯 개의 관상 모세관(CAP)의 단일 링을 포함한다. 관상 모세관들(CAP) 각각은 반공진 요소로서의 역할을 수행한다.

모세관들(CAP)은 튜브라고도 지칭될 수 있다. 모세관(CAP)은 단면이 원형일 수 있거나, 다른 형상을 가질 수 있다. 각각의 모세관(CAP)은 광섬유(OF) 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 형성하고 중공 코어(HC)를 모세관 캐비티(CC)로부터 분리시키는 개략적으로 원통형인 벽부(WP)를 포함한다. 벽부(WP)가 중공 코어(HC)를 통해 전파되는(그리고 그레이징 입사각에서 벽부(WP)에 입사할 수 있는) 방사선을 위한 반사 방지 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진기로서의 역할을 할 수 있다. 벽부(WP)의 두께는 중공 코어(HC) 내로의 되반사가 일반적으로 향상되는 반면에 모세관 캐비티(CC) 내로의 전파가 일반적으로 억제되는 것을 보장하기 위해서 적합할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 모세관 벽부(WP)는 0.01 내지 10.0 μm 사이의 두께를 가질 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때, 용어 클래딩부는 광섬유(OF)(즉 방사선을 중공 코어(COR) 내에 구속하는 모세관(CAP))을 통해서 전파되는 방사선을 유도하기 위한 광섬유(OF)의 부분을 가리키는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 방사선은 광섬유 축을 따라서 전파되면서 횡단 모드의 형태로 구속된다.

지지부는 개략적으로 관상형이고 클래딩부의 여섯 개의 모세관(CAP)을 지지한다. 여섯 개의 모세관(CAP)은 내부 지지부(SP) 내의 내면 주위에 균일하게 분포된다. 여섯 개의 모세관(CAP)은 개략적으로 육각형의 포메이션으로 배치되는 것으로 기술될 수 있다.

모세관(CAP)은 각각의 모세관이 다른 모세관(CAP) 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 배치된다. 모세관들(CAP) 각각은 내부 지지부(SP)와 접촉하고, 링 구조체 내의 인접한 모세관(CAP)으로부터 이격된다. 이러한 구성은 광섬유(OF)의 투과 대역폭을 증가시킬 수 있기(예를 들어, 모세관들이 서로 접촉하는 구성에 비하여) 때문에 유익할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시형태들에서, 모세관들(CAP) 각각은 링 구조체 내의 인접한 모세관(CAP)과 접촉할 수 있다.

클래딩부의 여섯 개의 모세관(CAP)은 중공 코어(COR) 주위에서 링 구조체 내에 배치된다. 모세관(CAP)의 링 구조체의 내부 표면은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 형성한다. 중공 코어(HC)의 직경 d(마주보는 모세관들 사이의 최소 치수로서 규정될 수 있고 화살표 d에 의해 표시됨)는 10 내지 1000 μm 사이일 수 있다. 중공 코어(HC)의 직경 d는 모드 필드 직경, 충격 손실(impact loss), 분산(dispersion), 모드 복수성(modal plurality), 중공 코어 광섬유(OF)의 비선형성 속성에 영향을 줄 수 있다.

이러한 실시형태에서, 클래딩부는 모세관(CAP)의 단일 링 구성(반공진 요소로서의 역할을 함)을 포함한다. 그러므로, 중공 코어(HC)의 중심으로부터 광섬유(OF)의 외부까지의 임의의 반경 방향으로의 선분이 두 개 이상의 모세관(CAP)을 통과하지 않는다.

반공진 요소의 상이한 구성을 가지는 다른 실시형태들이 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이것은 반공진 요소의 다수의 링을 가지는 구성 및 네스팅된 반공진 요소들의 구성을 포함할 수 있다. 더욱이, 도 13에 도시된 실시형태가 여섯 개의 모세관의 링을 포함하지만, 다른 실시형태들에서는 임의의 개수의 반공진 요소(예를 들어 4 개, 5 개, 6 개, 7 개, 8 개, 9 개, 10 개, 11 개 또는 12 개의 모세관)를 포함하는 하나 이상의 링이 클래딩부 내에 제공될 수 있다.

도 15의 (b)는 관상 모세관의 단일 링을 가지는 전술된 HC-PCF의 수정된 실시형태를 도시한다. 도 15의 (b)의 예에는 관상 모세관(21)의 두 개의 동축 링이 존재한다. 관상 모세관(21)의 내부 및 외부 링을 홀딩하기 위하여, 지지 튜브(ST)가 HC-PCF 내에 포함될 수 있다. 지지 튜브는 실리카로 제조될 수 있다.

도 13 및 도 15의 (a) 및 (b)의 예들의 관상 모세관은 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 관상 모세관에 대하여, 타원형 또는 다각형 단면과 같은 다른 형상들도 역시 가능하다. 추가적으로, 도 13 및 도 15의 (a) 및 (b)의 예들의 관상 모세관의 고체 재료는 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카, 또는 연질 유리와 같은 유리를 포함할 수 있다.

도 14는 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스(RDS)를 도시한다. 방사선 소스(RDS)는 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS) 또는 소망되는 길이 및 에너지 레벨의 짧은 펄스를 생성할 수 있는 임의의 다른 타입의 소스; 중공 코어(COR)가 있는 광섬유(OF)(예를 들어, 도 13에 도시된 타입); 및 중공 코어(COR) 내에 배치된 작동 매질(WM)(예를 들어 가스)을 포함한다. 비록 도 14에서는 방사선 소스(RDS)가 도 13에 도시된 광섬유(OF)를 포함하지만, 대안적인 실시형태들에서는 중공 코어 광섬유의 다른 타입이 사용될 수도 있다.

펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 입력 방사선(IRD)을 제공하도록 구성된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 입력 방사선(IRD)을 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)로부터 수광하고, 이것을 확장시켜서 출력 방사선(ORD)을 제공하도록 배치된다. 작동 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 제공하기 위해서, 수신된 입력 방사선(IRD)의 주파수 범위의 확장을 가능하게 한다.

방사선 소스(RDS)는 저장소(RSV)를 더 포함한다. 광섬유(OF)는 저장소(RSV) 내에 배치된다. 저장소(RSV)는 하우징, 컨테이너 또는 가스 셀이라고도 불릴 수 있다. 저장소(RSV)는 작동 매질(WM)을 보유하도록 구성된다. 저장소(RSV)는 저장소(RSV) 내의 작동 매질(WM)(가스일 수 있음)의 조성을 제어, 조정, 및/또는 모니터링하기 위한, 당업계에 공지된 하나 이상의 피쳐를 포함할 수 있다. 저장소(RSV)는 제 1 투명 윈도우(TW1)를 포함할 수 있다. 사용 시에, 광섬유(OF)는 제 1 투명 윈도우(TW1)가 광섬유(OF)의 입력단(IE)에 인접하게 위치되도록 저장소(RSV) 내에 배치된다. 제 1 투명 윈도우(TW1)는 저장소(RSV)의 벽의 일부를 형성할 수 있다. 제 1 투명 윈도우(TW1)는 적어도 수광된 입력 방사선 주파수에 대해서 투명할 수 있어서, 수광된 입력 방사선(IRD)(또는 적어도 그 큰 부분)이 저장소(RSV) 내에 위치된 광섬유(OF) 내로 커플링될 수 있게 한다. 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF) 내로 커플링하기 위한 광학기(미도시)가 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

저장소(RSV)는 저장소(RSV)의 벽의 일부를 형성하는 제 2 투명 윈도우(TW2)를 포함한다. 사용 시에, 광섬유(OF)가 저장소(RSV) 내에 배치되면, 제 2 투명 윈도우(TW2)는 광섬유(OF)의 출력단(OE)에 근접하게 위치된다. 제 2 투명 윈도우(TW2)는 적어도 장치(120)의 광대역 출력 방사선(ORD)의 주파수에 대하여 투명일 수 있다.

대안적으로, 다른 실시형태에서는 광섬유(OF)의 두 개의 마주보는 단부들이 상이한 저장소 내에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)는 입력 방사선(IRD)을 수광하도록 구성된 제 1 단부 섹션, 및 광대역 출력 방사선(ORD)을 출력하기 위한 제 2 단부 섹션을 포함할 수 있다. 제 1 단부 섹션은 작동 매질(WM)을 포함하는 제 1 저장소 내에 배치될 수 있다. 제 2 단부 섹션은 제 2 저장소 내에 배치될 수 있고, 제 2 저장소도 작동 매질(WM)을 포함할 수 있다. 저장소의 동작은 도 14와 관련하여 전술된 것과 같을 수 있다. 제 1 저장소는 입력 방사선(IRD)에 대하여 투명이 되도록 구성되는 제 1 투명 윈도우를 포함할 수 있다. 제 2 저장소는 광대역 출력 광대역 방사선(ORD)에 대하여 투명이 되도록 구성되는 제 2 투명 윈도우를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 저장소는, 가스가 저장소 내에 밀봉될 수 있도록, 광섬유(OF)가 부분적으로 저장소의 내부에 그리고 부분적으로 외부에 배치될 수 있게 하기 위한 밀봉가능 개구를 더 포함할 수 있다. 광섬유(OF)는 저장소 내에 포함되지 않는 중간 섹션을 더 포함할 수 있다. 두 개의 별개의 가스 저장소를 사용하는 이러한 구성은 광섬유(OF)가 상대적으로 긴(예를 들어, 길이가 1 m보다 긴) 실시형태에 대하여 특히 편리할 수 있다. 두 개의 별개의 가스 저장소를 사용하는 이러한 배치구성물에 대하여, 두 개의 저장소(두 개의 저장소 내의 가스의 조성을 제어, 조정, 및/또는 모니터링하기 위한, 당업계에 공지된 하나 이상의 피쳐를 포함할 수 있음)가 작동 매질(WM)을 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내에 제공하기 위한 장치를 제공하는 것으로 여겨질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이러한 콘텍스트에서, 윈도우는 어떤 주파수의 입사 방사선의 적어도 50%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 99%가 윈도우를 통해서 투과된다면 해당 주파수에 대해서 투명할 수 있다.

제 1 투명 윈도우(TW1) 및 제 2 투명 윈도우(TW2) 양자 모두는, 작동 매질(WM)(가스일 수 있음)이 저장소(RSV) 내에 포함될 수 있도록 저장소(RSV)의 벽 내에 기밀성 밀봉을 형성할 수 있다. 가스(WM)가 저장소(RSV)의 주변 압력과 다른 압력에서 저장소(RSV) 내에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

작동 매질(WM)은 아르곤, 크립톤, 및 제논과 같은 비활성 가스, 수소, 중수소 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 제논/중수소 혼합물, 크립톤/질소 혼합물, 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 충진 가스의 타입에 의존하여, 비선형 광학적 프로세스는 변조 불안정성(modulational instability MI), 솔리톤(soliton) 자기-압축, 솔리톤 분열, 커 효과, 라만 효과 및 분산형 파 생성을 포함할 수 있고, 이들의 세부 사항은 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에서 설명된다(이들 양자 모두는 본 명세서에 원용에 의해 통합됨). 충진 가스의 분산이 저장소(RSR) 내의 작동 매질(WM) 압력(즉 가스 셀 압력)을 변경함으로써 조절될 수 있기 때문에, 생성된 광대역 펄스 역학적 특성 및 연관된 스펙트럼 확장 특성은 주파수 변환을 최적화하도록 조절될 수 있다.

일 구현형태에서, 작동 매질(WM)은 적어도 입력 방사선(IRD)의 수광 도중에 광대역 출력 방사선(ORD)을 생성하기 위하여 중공 코어(HC) 내에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)가 광대역 출력 방사선을 생성하기 위하여 입력 방사선(IRD)을 수광하지 않고 있는 동안에, 가스(WM)가 중공 코어(COR)에서 전체적으로 또는 부분적으로 존재하지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다.

주파수 확장을 달성하기 위해서는 높은 세기의 방사선이 바람직할 수 있다. 중공 코어 광섬유(OF)를 가지는 장점은, 이것이 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선의 강한 공간적 구속을 통하여 높은 세기의 방사선을 획득할 수 있고, 고도로 국지화된 방사선 세기를 획득한다는 것이다. 광섬유(OF) 내의 방사선 세기는, 예를 들어 수신된 높은 입력 방사선 세기에 기인하여 및/또는 광섬유(OF) 내에서의 방사선의 강한 공간적 구속에 기인하여 높을 수 있다. 중공 코어 광섬유의 장점은, 고체-코어 광섬유 및, 특히, 중공 코어 광섬유가 방사선을 자외선 및 적외선 범위 양자 모두에서 유도할 수 있는 더 넓은 파장 범위를 가지는 방사선을 유도할 수 있다는 것이다.

중공 코어 광섬유(OF)를 사용하는 장점은, 광섬유(OF)내에서 유도된 다수의 방사선이 중공 코어(COR)에 구속된다는 것일 수 있다. 그러므로, 광섬유(OF) 내에서의 방사선의 상호작용 대부분은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내에 제공된 작동 매질(WM)과의 상호작용이다. 결과적으로, 방사선에 대한 작동 매질(WM)의 확장 효과가 증가될 수 있다.

수광된 입력 방사선(IRD)은 전자기 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 펄스형 방사선으로서 수광될 수 있다. 예를 들어, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 레이저에 의해 생성된 극고속 펄스를 포함할 수 있다.

입력 방사선(IRD)은 가간섭성 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 시준된 방사선일 수 있고, 그 장점은 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF) 내로 커플링하는 것이 가능해지고 그 효율이 증가된다는 것일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 단일 주파수, 또는 주파수들의 좁은 범위를 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 레이저에 의해 생성될 수 있다. 이와 유사하게, 출력 방사선(ORD)은 시준될 수 있고 및/또는 가간섭성일 수 있다.

출력 방사선(ORD)의 광대역 범위는 방사선 주파수들의 연속적 범위를 포함하는 연속적인 범위일 수 있다. 출력 방사선(ORD)은 초연속체 방사선을 포함할 수 있다. 연속적인 방사선은 여러 애플리케이션에서, 예를 들어 계측 애플리케이션에서 유익할 수 있다. 예를 들어, 주파수의 연속적인 범위가 많은 수의 속성을 조사하기 위하여 사용될 수 있다. 주파수의 연속적인 범위는, 예를 들어 측정된 속성의 주파수 의존성을 결정 및/또는 제거하기 위하여 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 백색 광을 포함할 수 있다.

펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)에 의해 제공된 입력 방사선(IRD)은 펄싱될 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 200 nm 내지 2 μm의 하나 이상의 주파수의 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은, 예를 들어 1.03 μm의 파장을 가진 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 펄스형 방사선(IRD)의 반복률은 약 1 kHz 내지 100 MHz일 수 있다. 펄스 에너지는 약 0.1 μJ 내지 100 μJ, 예를 들어 1 - 10 μJ을 가질 수 있다. 입력 방사선(IRD)에 대한 펄스 지속기간은 10 fs 내지 10 ps, 예를 들어 300 fs일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는 100 mW 내지 수 백 W일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는, 예를 들어 20 - 50 W일 수 있다.

펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 레이저일 수 있다. 광섬유(OF)를 따라서 투과되는 이러한 레이저 펄스의 시공간적 송신 특성, 예를 들어 그 스펙트럼 진폭 및 위상은 (펌프) 레이저 파라미터, 동작 컴포넌트(WM) 변동, 및 광섬유(OF) 파라미터의 조절을 통하여 변동되고 조절될 수 있다. 상기 시공간적 송신 특성은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 출력 파워, 출력 모드 프로파일, 출력 시간 프로파일, 출력 시간 프로파일의 폭(또는 출력 펄스 폭), 출력 스펙트럼 프로파일, 출력 스펙트럼 프로파일의 대역폭(또는 출력 스펙트럼 대역폭). 상기 펄스 펌프 방사선 소스(PRS) 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복률. 상기 광섬유(OF) 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 광섬유 길이, 중공 코어(101)의 크기 및 형상, 모세관의 크기 및 형상, 중공 코어를 둘러싸는 모세관의 벽의 두께. 상기 동작 컴포넌트(WM), 예를 들어 충진 가스, 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 가스 타입, 가스 압력 및 가스 온도.

방사선 소스(RDS)에 의하여 제공되는 광대역 출력 방사선(ORD)은 적어도 1 W의 평균 출력 파워를 가질 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 5 W일 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 10 W일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 펄스형 광대역 출력 방사선(ORD)일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 출력 방사선의 전체 파장 대역 내에서 적어도 0.01 mW/nm의 파워 스펙트럼 밀도를 가질 수 있다. 광대역 출력 방사선의 전체 파장 대역 내의 파워 스펙트럼 밀도는 적어도 3 mW/nm일 수 있다.

추가적인 실시형태들이 다음 번호를 가진 절들의 목록에 개시된다:

1. 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리로서,

광대역 입력 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 어셈블리 - 상기 펌프 어셈블리는,

펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 소스; 및

연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하도록 구성된 광대역 어셈블리

를 포함하고,

상기 제 1 방사선 및 상기 제 2 방사선은 상기 광대역 입력 방사선을 형성함 -; 및

상기 광대역 입력 방사선을 수광하도록 구성되고, 광섬유에 의해 출력되기 위한 광대역 방사선을 스펙트럼 확장에 의하여 생성하기 위하여, 상기 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 유도하도록 상기 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 구성된 코어를 포함하는, 상기 광섬유

를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

2. 제 1 절에 있어서,

상기 광대역 어셈블리는, 제 2 방사선을 제공하게끔 상기 소스 어셈블리의 출력 방사선의 일부를 피드백하도록 구성된 광학 피드백 루프를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,

상기 광대역 어셈블리는, 상기 제 2 방사선의 편광의 적어도 일부가 상기 제 1 방사선의 편광과 매칭되게끔 상기 제 2 방사선의 편광을 설정하도록 구성된 편광 필터를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

4. 제 2 절에 있어서,

상기 광학 피드백 루프는, 상기 광섬유에 의해 출력된 광대역 방사선의 파장 범위의 하위범위를 선택하도록 구성된 필터를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

5. 제 2 절에 있어서,

상기 입력 방사선 및 상기 광대역 방사선은 펄스형 방사선이고,

상기 광학 피드백 루프는, 출력 방사선 펄스의 상기 일부가 상기 광섬유 코어 내의 제 1 방사선 펄스의 적어도 일부와 공간적으로 그리고 시간적으로 중첩하게 하도록 구성된, 방사선 소스 어셈블리.

6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 광섬유는 중공 코어 광섬유인, 방사선 소스 어셈블리.

7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 광섬유는 광결정(photonic crystal) 섬유인, 방사선 소스 어셈블리.

8. 제 6 절을 인용하는 제 7 절에 있어서,

상기 광결정 섬유는 상기 광섬유의 중공 코어를 둘러싸는 미세구조들의 단일 링을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

9. 제 8 절에 있어서,

단일 링 구조체는 상기 중공 코어를 둘러싸는 복수 개의 모세관을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

10. 제 6 절에 있어서,

상기 중공 코어는 20 μm 내지 50 μm의 범위에 속하는 직경을 가지거나, 30 μm의 직경을 가지는, 방사선 소스 어셈블리.

11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 광대역 방사선은 초연속체(supercontinuum) 방사선을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 광대역 방사선은 400 nm 내지 2200 nm의 범위에 속하는 파장을 가진 방사선을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

13. 제 6 절에 있어서,

상기 광섬유의 코어는 스펙트럼 확장을 자극하기 위한 비선형 매질 유체(medium fluid)를 포함하도록 구성된, 방사선 소스 어셈블리.

14. 제 13 절에 있어서,

상기 방사선 소스 어셈블리는,

상기 비선형 매질 유체를 보관하기 위한 저장소를 더 포함하고,

상기 저장소 및 상기 광섬유는 상기 비선형 매질 유체를 상기 광섬유의 중공 코어로 제공하도록 구성되는, 방사선 소스 어셈블리.

15. 제 13 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 유체는 비활성 가스를 포함하는 가스 혼합물을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

16. 제 13 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 유체는 분자형 가스를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.

17. 제 1 절 내지 제 16 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 광섬유의 길이는 5 cm 내지 40 cm의 범위에 속하는, 방사선 소스 어셈블리.

18. 제 1 절 내지 제 17 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 방사선은 1 μJ 내지 10 μJ 또는 2.5 μJ 내지 4.0 μJ의 범위에 속하는 펄스 에너지를 가지는, 방사선 소스 어셈블리.

19. 제 1 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 2 방사선은 상기 제 1 방사선의 세기의 1%, 2%, 5%, 10% 또는 15%를 초과하지 않는 세기를 가지는, 방사선 소스 어셈블리.

20. 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방법으로서,

펌프 어셈블리에 의하여 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계 - 상기 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계는,

펌프 소스에 의하여 펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하는 것; 및

광대역 어셈블리에 의하여, 연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하는 것

을 포함하고,

상기 제 1 방사선 및 상기 제 2 방사선은 상기 광대역 입력 방사선을 형성함 -;

광섬유 내에서 상기 광대역 입력 방사선을 수광하는 단계;

상기 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 상기 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 상기 광섬유의 코어 내에서 유도함으로써, 스펙트럼 확장에 광대역 방사선을 의하여 생성하는 단계; 및

생성된 광대역 방사선을 상기 광섬유의 출력으로서 제공하는 단계

를 포함하는, 광대역 방사선 생성 방법.

21. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 툴로서,

제 1 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 따른 방사선 소스 어셈블리를 포함하는, 계측 툴.

22. 기판 상의 구조체를 검사하기 위한 검사 툴로서,

제 1 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 따른 방사선 소스 어셈블리를 포함하는, 검사 툴.

23. 제 1 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 따른 방사선 소스 어셈블리를 포함하는 리소그래피 장치.

24. 제 21 절 내지 제 23 절 중 어느 한 절에 따른 장치를 포함하는 리소 셀.

본 명세서에서(IC)를 제조하는 분야에 리소그래피 장치를 이용하는 것에 대해 특히 언급될 수 있지만, 본원에서 기술된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 가능한 다른 적용예는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory) 용 가이드 및 검출 패턴(guidance and detection pattern), 평판 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.

비록 본 명세서에서 리소그래피 장치의 맥락에서 본 발명의 실시형태가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시형태는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. 이러한 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.

비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시형태의 사용에 대하여 이루어졌지만, 콘텍스트가 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피로 한정되지 않고, 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.

비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

비록 "계측 장치 / 툴 / 시스템" 또는 "검사 장치 / 툴 / 시스템"을 특정하게 참조하지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 가리킬 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 특성을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성은, 예를 들어 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.

Claims (15)

1. 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스 어셈블리로서,
   광대역 입력 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 어셈블리 - 상기 펌프 어셈블리는,
   펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하도록 구성된 펌프 소스; 및
   연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하도록 구성된 광대역 어셈블리
   를 포함하고,
   상기 제 1 방사선 및 상기 제 2 방사선은 상기 광대역 입력 방사선을 형성함 -; 및
   상기 광대역 입력 방사선을 수광하도록 구성되고, 광섬유에 의해 출력되기 위한 광대역 방사선을 스펙트럼 확장에 의하여 생성하기 위하여, 상기 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 유도하도록 상기 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 구성된 코어를 포함하는, 상기 광섬유
   를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광대역 어셈블리는, 제 2 방사선을 제공하게끔 상기 소스 어셈블리의 출력 방사선의 일부를 피드백하도록 구성된 광학 피드백 루프를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 광대역 어셈블리는, 상기 제 2 방사선의 편광의 적어도 일부가 상기 제 1 방사선의 편광과 매칭되게끔 상기 제 2 방사선의 편광을 설정하도록 구성된 편광 필터를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 광학 피드백 루프는, 상기 광섬유에 의해 출력된 광대역 방사선의 파장 범위의 하위범위를 선택하도록 구성된 필터를 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 입력 방사선 및 상기 광대역 방사선은 펄스형 방사선이고,
   상기 광학 피드백 루프는, 출력 방사선 펄스의 상기 일부가 상기 광섬유 코어 내의 제 1 방사선 펄스의 적어도 일부와 공간적으로 그리고 시간적으로 중첩하게 하도록 구성된, 방사선 소스 어셈블리.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광섬유는 중공 코어 광섬유인, 방사선 소스 어셈블리.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광섬유는 광결정(photonic crystal) 섬유인, 방사선 소스 어셈블리.
8. 제 6 항을 인용하는 제 7 항에 있어서,
   상기 광결정 섬유는 상기 광섬유의 중공 코어를 둘러싸는 미세구조들의 단일 링을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
9. 제 8 항에 있어서,
   단일 링 구조체는 상기 중공 코어를 둘러싸는 복수 개의 모세관을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 중공 코어는 20 μm 내지 50 μm의 범위에 속하는 직경을 가지거나, 30 μm의 직경을 가지는, 방사선 소스 어셈블리.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광대역 방사선은 초연속체(supercontinuum) 방사선을 포함하는, 방사선 소스 어셈블리.
12. 제 6 항에 있어서,
    상기 광섬유의 코어는 스펙트럼 확장을 자극하기 위한 비선형 매질 유체(medium fluid)를 포함하도록 구성된, 방사선 소스 어셈블리.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 광섬유의 길이가 5 cm 내지 40 cm의 범위에 속하는 것,
    - 상기 제 1 방사선이 1 μJ 내지 10 μJ 또는 2.5 μJ 내지 4.0 μJ의 범위의 펄스 에너지를 가지는 것, 및
    - 상기 방사선이 상기 제 1 방사선의 세기의 1%, 2%, 5%, 10% 또는 15%를 초과하지 않는 세기를 가지는 것
    중 적어도 하나가 성립하는, 방사선 소스 어셈블리.
14. 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하기 위한 방법으로서,
    펌프 어셈블리에 의하여 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계 - 상기 광대역 입력 방사선을 제공하는 단계는,
    펌프 소스에 의하여 펌프 파장에서 제 1 방사선을 제공하는 것; 및
    광대역 어셈블리에 의하여, 연속 파장 범위를 포함하는 제 2 방사선을 제공하는 것
    을 포함하고,
    상기 제 1 방사선 및 상기 제 2 방사선은 상기 광대역 입력 방사선을 형성함 -;
    광섬유 내에서 상기 광대역 입력 방사선을 수광하는 단계;
    상기 광섬유를 통한 전파 도중에, 수광된 광대역 입력 방사선을 상기 광섬유의 길이의 적어도 일부를 따라 상기 광섬유의 코어 내에서 유도함으로써, 스펙트럼 확장에 의하여 광대역 방사선을 생성하는 단계; 및
    생성된 광대역 방사선을 상기 광섬유의 출력으로서 제공하는 단계
    를 포함하는, 광대역 방사선 생성 방법.
15. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 툴로서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스 어셈블리를 포함하는, 계측 툴.