2. BCM 的原理及結構

圖 3 表示 BCM 在雷射裝置內的結構。

圖 3 BCM的結構
圖 3 BCM的結構

BCM 由高精密量測 E95 的 BCM Metrology(BCM 量測),以及讓頻譜可變的 BCM Control(BCM 控制)等 2 種模組構成。

a. BCM 量測模組
BCM 量測模組是將部分雷射光穿過光纖(Optical fiber)、照明光學系統(Illumination optics),涉入精準溫控的高精密標準具(High finess Etalons),形成條紋。此條紋通過高解析成像光學系統(High resolution imaging optics),射入可檢測低雜訊 VUV 的 CCD 感測器(Low noise VUV detective CCD sensor),並轉為電氣訊號。條紋訊號經過設置用來檢測 E95 的控制器處理成反摺積(Deconvolution)*,達到高精度之 E95 量測。

*反摺積處理是利用裝置函數去除頻譜模糊的方法,為頻譜正確量測時不可或缺的處理。GIGAPHOTON 在大型分光器的量測中進行過反摺積處理,而 BCM 量測模組於雷射裝置內的檢測方面也能進行此一處理。

表 1 顯示了 BCM 量測的規格。

表 1 BCM 量測部分規格

E95 量測 量測精度 ±40 fm@GT40/60A
±25 fm@GT61A
量測範圍 0.15 - 0.6 pm@GT40/60A
0.15 - 0.5 pm@GT61A
累積脈衝 40 pulses

 
b. BCM 控制模組
根據 BCM 量測模組測的的頻譜資訊進行控制。GIGAPHOTON 獨家研發出將光學元件用於可變機構的控制方式。圖 4 顯示了頻譜可變機構的原理。

圖 4 頻譜可變機構原理
圖 4 頻譜可變機構原理

為使頻譜可變,將光學元件配置於共振器內。(1)是未進行頻譜控制的情況。在雷射共振器內配置平行平板光學系統時,射入光學元件的雷射光將保持平面波穿透。平面光射入共振器內光柵,並繞射波長λ1。繞射光束受到共振,輸出纖細頻譜。而(2)則是分散了光學元件,讓雷射光可以穿透。雷射光由平面波變化為球面波,射入光柵。此時將繞射程不同波長的λ1、λ2、λ3,輸出的頻譜將變粗。調整 2 個光學元件的間隔,即可讓頻譜可變化。

使用光學元件的頻譜控制,有以下 3 項優點:

-高速控制頻譜
光學元件結合高速稼動的制動器,可高速控制頻譜。

-頻譜的對稱性
曝光機聚焦鏡頻譜形狀 E95/FWHM,是假設一定比例條件下進行設計。讓頻譜可變的同時如果不能確保頻譜形狀的對稱性,就會出現與曝光機聚焦鏡設計假定條件不吻合的情況。而 BCM 即使讓頻譜變化,也能確保頻譜形狀的對稱性。圖 5 顯示了讓可變機構動作時,FWHM 與 E95 的關係以及實際的頻譜形狀。可以發現,E95/FWHM 幾乎呈現穩定數值,頻譜形狀也沒有大幅度的變形。

圖 5 頻譜的對稱性
圖 5 頻譜的對稱性

-對雷射性能的影響
變更頻譜為 0.3 pm、0.5 pm 時,波長、能量穩定性的行為如圖 6 所示。E95 發生變更,也可知對個別性能不致造成影響。

改變 E95 時的波長、能量穩定性
改變 E95 時的波長、能量穩定性

利用 BCM 控制模組所用光學元件的頻譜可變機構,具有前述各項優點,可說是雷射光頻譜可變的理想方法。