2. BCM의 원리ㆍ구성

그림3에 BCM의 레이저 내 구성을 표시합니다.

그림3 BCM의 구성
그림3 BCM의 구성

BCM은 고정밀도의 E95 계측을 실시하는 BCM Metrology(BCM 계측)와 스펙트럼을 가변시키는 BCM Control(BCM 제어)의 2개의 모듈로 구성되어 있습니다.

a. BCM 계측 모듈
BCM 계측 모듈은 레이저광의 일부를 광섬유(Optical fiber), 조명 광학계(Illumination optics)를 통해 정밀하게 온도 제어된 고피네스 에탈론(High finess Etalons)에 입사시켜 줄무늬(fringe)를 형성합니다. 형성된 줄무늬는 고해상도 결상 광학계(High resolution imaging optics)를 통해 저노이즈 VUV 검출 가능 CCD 센서(Low noise VUV detective CCD sensor)에 입사되어 전기 신호로 변환됩니다. 줄무늬 신호는 E95 계측용으로 설치된 컨트롤러를 통해 디콘볼류션(Deconvolution) 처리*되어 정밀도가 높은 E95 계측을 실현하고 있습니다.

*디콘볼류션 처리란 장치 함수에 의한 스펙트럼의 흐릿함(haziness)을 제거하는 방법으로, 정확한 스펙트럼 계측에서 필수 불가결한 처리입니다. 기가포톤에서는 대형 분광기로 계측할 경우에 디콘볼류션 처리를 실시하고 있었습니다만, BCM 계측 모듈에서는 레이저 장치 내의 계측에서도 디콘볼류션 처리를 실시할 수 있게 되었습니다.

표1에 BCM 계측의 사양을 표시합니다.

표1 BCM 계측부 사양

E95 계측 측정 정밀도 ±40 fm@GT40/60A
±25 fm@GT61A
측정 범위 0.15 - 0.6 pm@GT40/60A
0.15 - 0.5 pm@GT61A
누적 펄스 40 pulses

 
b. BCM 제어 모듈
BCM 계측 모듈로 계측된 스펙트럼 정보를 바탕으로 제어를 실시합니다. 기가포톤의 독자적인 제어 방법으로서, 가변 기구에 광학 소자를 사용한 방법을 개발했습니다. 그림4에 스펙트럼 가변 기구의 원리를 표시합니다.

그림4 스펙트럼 가변 기구 원리
그림4 스펙트럼 가변 기구 원리

스펙트럼을 가변화하기 위해 공진기 내에 광학 소자를 배치하고 있습니다. (1)이 스펙트럼 제어를 실시하지 않은 경우를 나타내고 있습니다. 레이저의 공진기 내에 평행 평판의 광학계를 배치한 경우, 광학 소자에 입사된 레이저광은 평면파 상태로 투과됩니다. 평면광은 공진기 내의 회절 격자에 입사되어 파장λ1을 회절합니다. 회절된 빛은 공진되어 가느다란 스펙트럼을 출력합니다. 이에 비해 (2)는 광학 소자를 분리시켜 레이저광을 투과시키고 있습니다. 레이저광은 평면파에서 구면파로 변화하여 회절 격자로 입사됩니다. 이 경우, 다른 파장 λ1, λ2, λ3이 회절되어 출력되는 스펙트럼은 굵어집니다. 2개의 광학 소자의 간격을 조정하면 스펙트럼을 가변화할 수 있습니다.

광학 소자를 이용한 스펙트럼 제어의 이점으로, 아래와 같은 3가지를 들 수 있습니다:

-스펙트럼의 고속 제어
광학 소자와 고속 가동의 액추에이터 조합을 통해 스펙트럼을 고속으로 제어할 수 있습니다.

-스펙트럼의 대칭성
노광기의 렌즈 설계에서 스펙트럼 형상 E95/FWHM은 어느 일정한 비율로 가정하여 설계되고 있습니다. 스펙트럼을 가변시킨 경우에 스펙트럼 형상이 대칭성을 유지하지 않으면 노광기의 렌즈 설계 시 가정한 것과 차이가 발생합니다. BCM에서는 스펙트럼을 변화시킨 경우에도 스펙트럼 형상의 대칭성을 유지할 수 있습니다. 그림5에 가변 기구를 동작시킨 경우의 FWHM과 E95의 관계 및 실제 스펙트럼 형상을 표시합니다. E95/FWHM이 거의 일정해져 있으므로 스펙트럼 형상에도 큰 흐트러짐이 없는 것을 알 수 있습니다.

그림5 스펙트럼의 대칭성
그림5 스펙트럼의 대칭성

-레이저 성능에 미치는 영향
스펙트럼을 0.3pm, 0.5pm로 변경한 경우의 파장ㆍ에너지 안정성의 움직임을 그림6에 표시합니다. E95를 변경한 경우에도 각 성능에 영향이 없는 것을 알 수 있습니다.

E95를 변화시켰을 때의 파장ㆍ에너지 안정성
E95를 변화시켰을 때의 파장ㆍ에너지 안정성

BCM 제어 모듈에서 사용하고 있는 광학 소자를 사용한 스펙트럼 가변 기구는 위와 같은 우수한 특징이 있으므로, 레이저에서 스펙트럼을 가변시키는 이상적인 방법이라 할 수 있습니다.