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CN113557472A - 用于产生宽带辐射的基于空芯光子晶体光纤的光学部件 - Google Patents

用于产生宽带辐射的基于空芯光子晶体光纤的光学部件 Download PDF

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CN113557472A CN202080018536.XA CN202080018536A CN113557472A CN 113557472 A CN113557472 A CN 113557472A CN 202080018536 A CN202080018536 A CN 202080018536A CN 113557472 A CN113557472 A CN 113557472A
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Abstract

公开了一种光学部件，所述光学部件被配置为在宽带辐射源装置中用作光学频率转换器。所述光学部件包括气室以及被至少部分地封闭在所述气室内的空芯光子晶体光纤。所述气室的局部腔室容积包括36cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm的最大值，在局部腔室容积中，所述空芯光子晶体光纤被封闭在所述气室内。

Description

用于产生宽带辐射的基于空芯光子晶体光纤的光学部件
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月4日递交的欧洲申请19160457.8的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种基于空芯光子晶体光纤的宽带辐射产生器，并且更具体地涉及一种与集成电路制造中的量测应用有关的此类宽带辐射产生器。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影至设置于衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定可以形成于衬底上的特征的最小尺寸。当前在使用中的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相较于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻术可以用于处理具有小于光刻设备的经典分辨率极限的尺寸的特征。在此工艺中，可以将分辨率公式表述为CD＝k1×λ/NA，其中，λ是所采用的辐射的波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(一般是所印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，并且k1是经验分辨率因子。一般而言，k1越小，就越难以在衬底上再生类似于由电路设计者规划以便实现特定电功能性及性能的图案的形状及尺寸。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于NA的优化、自定义照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局的各种优化，诸如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学及工艺校正”)，或者一般被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。可替代地，用于控制光刻设备的稳定性的严格的控制回路可以用于改善图案的在低k1下的再生。
量测工具用于IC制造工艺的许多方面中，例如作为用于在曝光之前适当定位衬底的对准工具，用于测量衬底的表面形貌的调平工具，用于例如在工艺控制中检查/测量被曝光和/或者被蚀刻产品的基于聚焦控制及散射测量的工具。在各种情况下，均需要辐射源。出于包括测量鲁棒性及准确度的各种原因，宽带或白光辐射源逐渐用于此类测量应用。将需要对用于产生宽带辐射的现有的装置进行改进。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供一种光学部件，该光学部件被配置为在宽带辐射源装置中用作光学频率转换器，所述光学部件包括气室和空芯光子晶体光纤，所述空芯光子晶体光纤被至少部分地封闭在所述气室内；其中，所述空芯光子晶体光纤被封闭在所述气室内，并且所述气室的局部腔室容积包括36cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm(即，36cm3每厘米所述空芯光子晶体光纤的长度)的最大值。
本发明的其他方面包括宽带辐射源及量测装置，该量测装置包括根据第一方面所述的光学部件。
附图说明
现将参考随附的示意性附图并仅借助于示例来描述本发明的实施例，在随附的示意性附图中：
-图1描绘光刻设备的示意性概略图；
-图2描绘光刻单元的示意性概略图；
-图3描绘整体光刻术的示意图，该示意图表示优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
-图4描绘根据本发明的实施例的用作可以包括辐射源的量测装置的散射量测设备的示意性概略图；
-图5描绘根据本发明的实施例的可以包括辐射源的水平传感器设备的示意性概略图；
-图6描绘根据本发明的实施例的可以包括辐射源的对准传感器设备的示意性概略图；并且
-图7(a)至图7(c)示意性地描绘呈三种不同构造的现有技术光学部件的示例；
-图8(a)至图8(c)示意性地描绘根据本发明的三个实施例的呈三种不同构造的光学部件；以及
-图9示意性地描绘根据本发明的实施例的用于在后处理步骤中减小气室的腔室的体积的方法。
具体实施方式
在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广泛地解释为指可以用于将被图案化的横截面赋予入射辐射束的通用图案形成装置，该被图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在此内容背景中，也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射型、二元型、相移型、混合型等)以外，其他此类图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，该照射系统被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，该掩模支撑件被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并连接至被配置为根据某些参数来准确地定位该图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，该衬底支撑件被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并连接至被配置为根据某些参数来准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，该投影系统被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL例如经由束传递系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其他类型的光学部件，或其任意组合。照射器IL可以用来调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间和角强度分布。
本文中使用的术语“投影系统”PS应该广泛地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用的其他因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、折射反射型、合成型、磁性型、电磁型和静电型光学系统，或其任意组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用均与更上位的术语“投影系统”PS是同义的。
光刻设备LA可以是以下类型：其中，衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间，这也称为浸没光刻。在以引用的方式并入本文中的US6952253中给出了关于浸没技术的更多信息。
光刻设备LA也可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT(也称为“双平台”)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W上实施准备衬底W的后续曝光中的步骤，同时将其他衬底支撑件WT上的另一个衬底W用于曝光其他衬底W上的图案。
除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA可以包括测量平台。测量平台被布置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的特性或辐射束B的特性。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或系统的提供浸没液体的一部分。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下方移动。
在操作中，辐射束B入射于保持在掩模支撑件MT上的例如掩模的图案形成装置MA上，并且由存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)来图案化。在已经穿过掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将该束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM以及可能地另一个位置传感器(另一个位置传感器未在图1中明确地描绘)可以用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA与衬底W。尽管如所说明的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，衬底对准标记P1、P2被称为划线对准标记。
如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或(光刻)簇的一部分，该光刻单元LC经常也包括用于对衬底W执行曝光前工艺和曝光后工艺的设备。通常，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影被曝光的抗蚀剂的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板CH和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W、在不同工艺装置之间移动衬底W并将衬底W传递至光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中经常也统称为涂覆显影系统的装置通常处于涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，该涂覆显影系统控制单元自身可以由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，需要检测衬底以测量被图案化的结构的特性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此，可以在光刻单元LC中包括检测工具(未示出)。尤其是在同一批或批次的其他衬底W仍将被曝光或处理之前进行检测的情况下，如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光或对将要对衬底W执行的其他处理步骤进行例如调整。
也可以称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的特性，并且尤其确定不同衬底W的特性如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的特性如何在不同层之间变化。检查设备可替代地构造为识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或者可以集成至光刻设备LA中，或者可以甚至是独立的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后位于抗蚀剂层中的图像)的特性，或半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后位于抗蚀剂层中的图像)的特性，或被显影的抗蚀剂图像(其中，抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已经被移除)的特性，或者甚至被蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)的特性。
通常，光刻设备LA中的图案形成工艺是在处理中的最关键的步骤中的一个，该处理需要衬底W上的结构的尺寸标定以及放置的较高的准确度。为了确保该较高的准确度，可以将三个系统组合于图3中示意性地描绘的所谓的“整体”控制环境中。这些系统中的一个是光刻设备LA，光刻设备LA(虚拟地)连接至量测工具MT(第二系统)并连接至计算机系统CL(第三系统)。该“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作以增强总体工艺窗口并提供严格控制回路，以确保由光刻设备LA执行的图案形成位于工艺窗口内。工艺窗口限定一系列工艺参数(例如，剂量、焦点、重叠)，特定的制造工艺在该工艺窗口内产生所限定的结果(例如，功能性半导体器件)，-通常允许光刻工艺或图案形成工艺中的工艺参数在该工艺窗口内变化。
计算机系统CL可以使用待被图案化的设计布局(的一部分)以预测使用哪种分辨率增强技术并执行计算光刻模拟和计算以确定哪种掩模布局以及光刻设备设定实现图案形成工艺的最大总体工艺窗口(在图3中由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备LA的图案形成可能性。计算机系统CL也可以用于检测光刻设备LA当前正在工艺窗口内的何处操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)以预测是否由于例如次优化处理而导致可能存在缺陷(在图3中由第二标尺SC2中的指向“0”的箭头描绘)。
量测工具MT可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确的仿真和预测，并且可以将反馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态的可能漂移(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。
在光刻工艺中，期望对所产生结构进行频繁地测量，例如用于工艺控制和校验。用于进行这类测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这类测量的不同类型的量测工具MT是己知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能仪器，该多功能仪器通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来允许测量光刻工艺的参数(测量通常被称为基于光瞳的测量)，或者通过在图像平面中或在与图像平面共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数，在这种情况下测量通常被称为基于图像或场的测量。在以全文引用的方式并入本文中的专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述了此类散射仪以及相关联的测量技术。前述散射仪可以使用来自软x射线以及可见光至近IR波长范围的光来测量光栅。
在第一实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在该散射仪中，重构方法可以应用于所测量的信号以重构或计算光栅的特性。可以例如由对散射辐射与目标结构的数学模型的交互作用进行模拟并且比较模拟结果与测量的结果而获得该重构。调整数学模型的参数直至所模拟的交互作用产生与从真实目标观测到的衍射图案类似的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在该光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导至目标上并且来自目标的被反射或被散射的辐射被引导至光谱仪检测器上，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即测量依据波长而变化的强度)。根据该数据，可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与所模拟的光谱库进行比较来重构产生所检测到的光谱的目标的结构或轮廓。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆偏振散射仪。椭圆偏振散射仪允许通过测量针对每个偏振状态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。该量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射偏振光(诸如线性偏振光、圆形偏振光或椭圆形偏振光)。适用于测量设备的源也可以提供偏振辐射。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请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和13/891,410中描述了现有的椭圆偏振散射仪的各种实施例。
在图4中描绘了诸如散射仪的量测设备。该量测设备包括将辐射投影至衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。将被反射或被散射的辐射传递至光谱仪检测器4，该光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱6(即，测量依据波长而变化的强度)。根据该数据，可以通过处理单元PU(例如，通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与图3的底部处所示的模拟的光谱库进行比较)来重构产生所检测到的光谱的结构或轮廓8。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据用来制造结构的工艺的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的数个参数以待根据散射测量数据予以确定。该散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
通过用于测量该光刻参数的测量配置方案来至少部分地确定经由测量量测目标的光刻参数的整体测量品质。术语“衬底测量配置方案”可以包括测量自身的一个或多个参数、所测量的一个或多个图案的一个或多个参数，或它们两者。例如，如果用于衬底测量配置方案中的测量是基于衍射的光学量测，则测量的参数中的一个或多个可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的定向等。用于选择测量配置方案的准则中的一个可以例如是测量参数中的一个测量参数对于处理变化的敏感度。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请US2016/0161863和美国专利公开申请US2016/0370717A1中描述了更多示例。
用于IC制造的另一种类型的量测工具为形貌测量系统、水平传感器或高度传感器。此类工具可以集成于光刻设备中，以用于测量衬底(或晶片)的顶部表面的形貌。可以由指示依据衬底上的位置而变化的衬底的高度的这些测量结果而产生衬底的形貌的映射(也称为高度图)。该高度图随后可以用于在将图案转移到衬底上期间校正衬底的位置，以便在衬底上的适当聚焦位置处提供图案形成装置的空间图像。将理解的是，“高度”在此内容背景中指广泛地在衬底的平面外的尺寸(也称为Z轴)。通常，水平或高度传感器在固定部位(相对于其自身的光学系统)处执行测量，并且衬底与水平或高度传感器的光学系统之间的相对移动在衬底上的各部位处产生高度测量结果。
在图5中示意性地示出了如本领域中已知的水平或高度传感器LS的示例，该图仅说明操作原理。在本示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，该辐射束LSB由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予。例如，辐射源LSO可以是诸如超连续谱光源的窄带或宽带辐射源、偏振或非偏振、脉冲或连续，诸如偏振或非偏振激光束。辐射源LSO可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个LED。虽然水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见光辐射，但是可以另外地或替代地涵盖UV和/或IR辐射以及适用于从衬底的表面反射的任何波长范围。
投影光栅PGR是包括产生具有周期性变化强度的辐射束BE1的周期性结构的周期性光栅。具有周期性变化强度的辐射束BE1相对于垂直于入射衬底表面的轴线(Z轴)具有入射角ANG并朝位于衬底W上的测量部位MLO引导，该入射角介于0度与90度之间，通常介于70度与80度之间。在测量部位MLO处，被图案化的辐射束BE1由衬底W反射(由箭头BE2指示)并朝检测单元LSD引导。
为了确定测量部位MLO处的高度水平，水平传感器还包括检测系统，该检测系统包括检测光栅DGR、检测器DET以及用于处理检测器DET的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅DGR可以与投影光栅PGR一致。检测器DET产生检测器输出信号，该检测器输出信号指示所接收的光，例如指示所接收的光的强度，诸如光检测器，或表示所接收的强度的空间分布，诸如摄影机。检测器DET可以包括一种或多种检测器类型的任意组合。
利用三角测量技术，可以确定测量部位MLO处的高度水平。检测到的高度水平通常与由检测器DET测量的信号强度相关联，该信号强度具有尤其依赖于投影光栅PGR的设计以及(倾斜)入射角ANG的周期性。
投影单元LSP和/或检测单元LSD可以沿着投影光栅PGR与检测光栅DGR之间的被图案化的辐射束的路径(未示出)包括其他光学元件，诸如透镜和/或反射镜。
在实施例中，可以省略检测光栅DGR，并且可以将检测器DET放置于检测光栅DGR所在的位置处。此配置提供投影光栅PGR的图像的更直接的检测。
为了有效地覆盖衬底W的表面，水平传感器LS可以被配置为将测量束BE1的阵列投影至衬底W的表面上，从而产生覆盖较大测量范围的测量区域MLO或光点的阵列。
例如，在均以引用的方式并入本文中的US7265364和US7646471中披露了一般类型的多个高度传感器。在以引用的方式并入本文中的US2010233600A1中披露了使用UV辐射而非可见光或红外辐射的高度传感器。在以引用的方式并入本文中的WO2016102127A1中，描述了在无需检测光栅的情况下使用多元件检测器来检测和识别光栅图像的位置的紧凑型高度传感器。
用于IC制造中的另一种类型的量测工具是对准传感器。因此，光刻设备的性能的关键方面是(通过相同的设备或不同的光刻设备)相对于置于先前层中的特征恰当且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底设置有一组或多组标记或目标。每个标记是稍后可以使用位置传感器(通常为光学位置传感器)测量其位置的结构。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标记可以被称为“对准标记”。
光刻设备可以包括一个或多个(例如，多个)对准传感器，通过该一个或多个对准传感器可以准确地测量提供于衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用光学现象(诸如衍射和干涉)以从形成于衬底上的对准标记获得位置信息。用于当前光刻设备中的对准传感器的示例基于如US6961116中描述的自参考干涉仪。已经开发出位置传感器的各种增强和修改，例如在US2015261097A1中披露的。所有这些公开文献的内容均以引用的方式并入本文中。
图6是例如US6961116中描述的并以引用的方式并入本文中的已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供了具有一个或多个波长的辐射束RB，该辐射束由转向光学器件转向至标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上而作为照射光点SP。在本示例中，转向光学器件包括光点反射镜SM和物镜OL。用于照射标记AM的照射光点SP的直径可以稍微小于标记自身的宽度。
由标记AM衍射的辐射(在本示例中经由物镜OL)被准直为信息携载束IB。术语“衍射”意图包括来自标记的零阶衍射(来自标记的零阶衍射可以被称为反射)。例如上文所提及的US6961116中披露的类型的自参考干涉仪SRI以其自身干涉束IB，然后束由光检测器PD接收。可以包括额外的光学器件(未示出)以在由辐射源RSO产生多于一个的波长的情况下提供单独的束。光检测器可以是单个元件，或者光检测器可以根据需要包括多个像素。光检测器可以包括传感器阵列。
在本示例中包括光点反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得信息携载束IB仅包括来自标记AM的高阶衍射辐射(这对于测量而言是非必需的，但改善了信噪比)。
将强度信号SI供应至处理单元PU。通过区块SRI中进行的光学处理与在单元PU中进行的计算处理的组合而输出衬底上的相对于参考框架的X位置和Y位置的值。
所说明的类型的单个测量仅将标记的位置固定于对应于该标记的一个节距的某一范围内。结合该测量来使用较粗略的测量技术，以识别正弦波的哪一个周期是包含被标记的位置的周期。可以在不同波长下重复较粗略和/或较精细水平的同一工艺，以用于提高准确性和/或用于稳固地检测标记，而与制成标记的材料以及标记提供于其上方和/或下方的材料无关。可以光学地多路复用以及解多路复用波长以便同时地处理波长，和/或可以通过分时或分频来多路复用波长。
在本示例中，对准传感器和光点SP保持静止，而衬底W移动。因此，对准传感器可以刚性且准确地安装至参考框架，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在该移动中，通过衬底W安装于衬底支撑件上并且衬底定位系统控制衬底支撑件的移动来控制衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如，干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在实施例中，一个或多个(对准)标记提供于衬底支撑件上。对提供于衬底支撑件上的标记的位置的测量允许(例如，相对于与对准系统连接的框架)校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置。对提供于衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。
对于光学半导体量测，检测应用通常是优选的，诸如在前述量测工具中的任一量测工具中，输出相干辐射的亮光源同时覆盖宽波长范围(例如，从UV至IR)。该宽带光源可以通过允许在相同设置/系统中对具有不同材料特性的晶片进行光学检测而无需任何硬件改变(例如，改变光源以便具有特定波长)来有助于提高应用的灵活性及稳固性。允许针对特定应用来优化波长也意味着可以进一步增加测量的准确度。
气体激光器可以用于这些应用中，所述气体激光器基于气体放电效应以同时发射多个波长。然而，诸如与气体激光器相关联的高强度不稳定性及较低的空间不相干性的内在问题可能使气体激光器是不合适的。可替代地，来自具有不同波长的多个激光器(例如，固态激光器)的输出可以在空间上被组合为量测或检查系统的光学路径以便提供多波长式源。随着期望的波长的数目而增加的复杂度及较高的实施成本阻止了将该方案广泛使用。相比之下，基于光纤的宽带或白色激光(也称为超连续光谱激光)能够发射具有较高的空间相干性及较宽的光谱覆盖度(例如，从UV至IR)的辐射，并且因此是非常有吸引力且实用的选择方案。
空芯光子晶体光纤(HC-PCF)是一种特殊类型的光纤，空芯光子晶体光纤包括中心的空芯区域及包围空芯的内部包覆结构，中心的空芯区域及包围空芯的内部包覆结构两者都沿着整个光纤轴向地延伸。由内部包覆波导结构实现光引导机构，该内部包覆波导结构可以包括例如薄壁式玻璃元件。辐射因此被主要地约束于空芯内，并且沿着呈横向芯模式的形式的光纤传播。
多种类型的HC-PCF可以分别基于不同的物理引导机制而被设计，这两种HC-PCF包括空芯光子带隙光纤(HC-PBF)以及空芯抗共振反射光纤(HC-ARF)。
关于设计及制造HC-PCF的细节可见于欧洲专利申请EP3136143A1中，该欧洲专利申请以引用的方式并入本文中。HC-PBF配置成经由光子带隙效应提供较低损失但较窄带宽的光引导，该光子带隙效应通过围绕中心的空芯的包覆结构建立。然而，HC-ARF被设计成经由来自包覆结构的光的抗共振反射来显著加宽传输带宽。HC-PCF包括填充有流体的中空通道，以使得HC-PCF拥有用于各种光引导应用的所得到的期望特性；所述应用例如是，使用HC-PBF进行的高功率束传递以及使用HC-ARF进行的基于气体的白光产生(或超连续光谱产生)。
对于基于气体的白光产生，HC-ARF被包含于气室内，该气室被设计为例如在高达数百巴(例如，在3巴至1000巴之间)的压力下操作。当由具有充足的峰值功率的超短泵激光脉冲泵送时，填充气体的HC-PCF可以用作光学频率转换器。从超短泵激光脉冲至宽带激光脉冲的频率转换通过填充气体的光纤内部的色散及非线性光学过程的复杂相互作用来实现。填充气体可以是诸如氩气及氪气的惰性气体，诸如氢气及氮气的拉曼活性气体，或混合气体。依赖于填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性、孤子裂变、克尔效应、拉曼效应及色散波产生，调制不稳定性、孤子裂变、克尔效应、拉曼效应及色散波产生的细节描述于WO2018/127266A1和US9160137B1中(两者都以引用的方式并入本文中)。由于可以通过改变气室的压力来调节填充气体的色散，所以可以调整所产生的宽带脉冲动力学及相关联的光谱加宽特性，以便优化频率转换。所产生的宽带激光输出可以覆盖从UV(例如，小于200nm)至中IR(例如，大于2000nm)的波长。
如在图7中所说明的，光学部件100、100’、100”包括具有特定光纤长度的HC-PCF(例如，HC-ARF)101以及被处于特定压力下或具有压力分布的工作气体或混合气体填充的气室102。气室102还包括位于气室102的相应端部处的光学输入窗口103a和光学输出窗口103b。光学输入窗口103a能够被操作以准许超短泵激光脉冲经由窗口进入气室102中。在被耦接至填充气体的HC-PCF101中之后，泵激光脉冲(未示出)沿着该泵激光脉冲经历显著的光谱加宽的光纤传播。所得到的宽带激光脉冲随后经由输出窗口103b从气室102排出。
为了使用工作气体填充HC-PCF101，气室102应该与加压气体供应器或储集器(未示出)连通。气室102的壁和窗口103a、103b的内表面封闭具有容积V的腔室。气室的轴线平行于HC-PCF101的轴线。
图7(a)至图7(c)示意性地描绘光学部件100、100’、100”的三种己知的构造。图7(a)示出第一构造，在第一构造中，整个HC-PCF101被包含于单个气室102内。图7(b)示出可替代的构造，在可替代的构造中，整个HC-PCF101被包含于多个(例如，三个)子室102a、102b、102c中，这些子室通过使用适当的密封机构105而互连。压力密闭连接确保所有子室达到产生白光所需要的相同压力。图7(c)示出另一构造，在另一构造中，HC-PCF(101)的两个光纤端部101a、101c分别被包含于两个单独的气室102a、102c中，而光纤的用作流体连接部的中心部分(101b)被包含于气室外部。
现有技术的气室全部具有相对较大的内部局部腔室容积Vloc，该内部局部腔室容积被定义为每单位光纤长度的腔室容积；例如以cm3/光纤长度cm为单位来表述。已经发现，白色激光的性能可能因为污染粒子的存在而降低，所述污染粒子一般与局部腔室容积的尺寸成比例。气室的局部腔室容积Vloc越大，达到特定压力所需要的气体原子或分子就越多，并且对应地，将有越多的污染粒子存在于气室中。在高强度光的影响下，污染粒子可能与HC-PCF的材料反应或相互作用，并且因此局部地改变HC-PCF的结构。存在于气室中的污染粒子越多，局部改变就可能越多或越大。例如可以看到，污染物可能累积在接近于HC-PCF的光输入窗口或光输出窗口的位置处。可以通过确保整个气室内的污染粒子的量较小来减少污染物的积累。还应该注意的是，在进入和离开HC-PCF的扩散和/或与HC-PCF不同的温度的影响下，气体可以循环穿过气室。此外，气室是加压容器，并且对安全性提出了较高的要求。该气室的危险的可能性随局部腔室容积Vloc的尺寸增加而增加。
因此，为了解决这些问题，提出一种光学部件，该光学部件具有被适当地设定尺寸的局部腔室容积Vloc。通过最小化光学部件的气室的局部腔室容积Vloc，能够同时提高基于HC-PCF的宽带激光器的光学性能并放宽针对基于HC-PCF的宽带激光器的操作安全性要求。
图8(a)示出了这样的第一光学部件200，该第一光学部件200仅包括单个气室202。为了减小局部腔室容积Vloc，气室被设计为使得HC-PCF201的外表面与气室壁206的内表面之间的间距减小至优选的范围，例如0cm至3cm。该间距可以以多种方式形成为充分小。例如，气室可以包括厚壁。可替代地或另外地，可以在该体积内引入内部套筒或圆筒体以有效地使壁变厚，并且确保较小的气体容积。可以使用获得所要求保护的局部腔室容积的任何构造。另外，可以独立于获得所要求保护的局部腔室容积(例如，36cm3或更小)来完成使室的壁变厚和/或引入内部套筒以实现该目的的特征。
气室202的腔室容积V包括由气室202沿着HC-PCF 201的长度限定的中心腔室容积(例如，中心腔室的横截面面积A乘以HC-PCF 201的长度L)，以及分别由HC-PCF 201的端部与输出窗口203a、203b的相应内表面之间的气室体积限定的两个端部腔室容积Vend。HC-PCF201的长度L可以处于例如0cm至1000cm的范围内。腔室容积(204)可以通过下式来计算：
V＝Vcen+2Vend [等式1]
其中，Vcen＝A×L [等式2]
至少沿着HC-PCF 201的长度L的局部腔室容积Vloc可以随后通过下式获得：
Vloc＝Vcen/L
≈V/L(假设Vend＜＜Vcen) [等式3]
提出沿着HC-PCF 201的长度的此局部腔室容积至少低于36cm3每厘米光纤(即，HC-PCF)长度。在其他实施例中，局部腔室容积可以小于32cm3/光纤长度cm(即，32cm3每厘米光纤长度)，小于28cm3/光纤长度cm，小于24cm3/光纤长度cm，小于20cm3/光纤长度cm，小于16cm3/光纤长度cm，小于12cm3/光纤长度cm，小于8cm3/光纤长度cm，或小于4cm3/光纤长度cm。针对封闭于气室内的空芯光子晶体光纤的长度的至少70％、80％、90％、95％或98％(即，该容积如此受限于光纤长度的至少这些比例的这些值)来限定局部腔室容积。
图8(b)示出本发明的第二实施例。在该实施例中，光学部件包括多个子室，更具体地，包括三个子室202a、202b、202c。HC-PCF(201)被包含于若干子室中，所述子室包括相对于中心子室202b具有较大外部横截面的两个端部子室202a、202c。中心子室202b可以是刚性的或柔性的。例如，中心子室202b可以包括由某一材料(例如，不锈钢)或不同材料的混合物(例如，金属合金或塑料)制成的常规的压力管。两个端部子室202a和202c可以具有与图8(a)的单个气室202的那些外部横向尺寸相同的外部横向尺寸。无论外部尺寸如何，至少沿着HC-PCF201的长度L的内部尺寸将使得沿长度L的局部腔室容积小于36cm3/光纤长度cm，并且可以包括上文中参照图8(a)所描述的值中的任一值。
可以通过移除中心子室202b以对应于与图7(c)中所示出的构造类似的构造来进一步简化上文所描述的第二实施例200’。图8(c)示出该光学部件200”，两个端部子室202d、202e可以具有与图7(b)中所示出的那些外部及内部尺寸相同的外部及内部尺寸。HC-PCF201的两个端部部分被容纳于该两个端部子室202d、202e中的相应一个端部子室中，同时HC-PCF201的中心部分不被封闭于子室中。将适当的密封机构205应用于在光纤的外表面与气室壁的表面之间形成的间隙，以使得两个子室都被压力密闭且可以被加压至期望的压力。如前所述，光纤长度的被容纳区段(例如，对于对应于子室202d、202e的长度)具有36cm3/光纤长度cm的最大局部腔室容积，并且可选地具有上文中参照图8(a)所描述的值中的任一值。
基于光学部件200的构造，具有某一形状及面积的腔室的横截面可以沿着光纤长度为恒定的，如在第一构造的情况下那样。可替代地，腔室的横截面可以是依赖位置的(或依赖子室的)，如在第二构造的情况下那样。横截面的形状可以是矩形、倒圆矩形、椭圆形或圆形。
如上文所提及的，可以通过减小HC-PCF 201的外表面与气室壁206的内表面之间的间距来减小局部腔室容积。间距的减小可以通过若干方法来实现，例如：1)减小气室的横向尺寸；2)维持气室的现有横向外部尺寸但增加气室内的壁厚度；3)维持气室的现有横向尺寸并在该气室的腔室内插入填充元件。因为通常在将HC-PCF301并入之前制造气室，所以可以使用较大容积的气室(即，具有大于36cm3/光纤长度cm的局部腔室容积)，并且对其执行减小局部腔室容积的后处理步骤。在图9中示出光学部件300。在实施例中，后处理步骤包括将填充元件307插入气室的腔室304中。填充元件可以是由金属或其他另一种材料制成的实心块体。考虑填充元件307之间的间隙，填充元件307应该沿着HC-PCF 301的长度的大部分延伸，例如沿着HC-PCF 301的长度的至少70％、80％、90％、95％或98％延伸。使用填充元件307的基本原理也可以适用于图8(b)及图8(c)的实施例，即，可以适用于子室202a、202c、202d、202e；例如沿着被包含于该室内的HC-PCF301的相应部分的长度的大部分(例如，至少70％、80％、90％、95％或98％)延伸。
本文中公开的气室(或子室)中的任一个的横截面可以具有任何合适的形状，例如(例如，倒圆)矩形、椭圆形或圆形。
如本文中描述的HC-PCF 301可以包括任何合适的光纤装置，诸如例如：空芯抗共振反射光纤、抑制耦合空芯光子晶体光纤、空芯旋转器光纤、以及嵌套式抗共振反射光纤。
例如能够发射白光或宽带脉冲的宽带光源装置可以包括如本文中公开的光学部件以及能够被操作以产生超短泵激光脉冲的泵激光器。由泵激光装置产生的泵激光脉冲可以是纳秒脉冲、皮秒脉冲或飞秒脉冲，并且泵波长可以处于可见状态(regime)、近IR状态或中间IR状态下。泵激光脉冲可以具有数百赫兹(Hz)、数千赫兹(kHz)或数兆赫兹(MHz)的重复频率。
包括本文中公开的光学部件中的任一个的宽带光源装置可以被配置为输出宽带相干辐射，该宽带相干辐射包括例如200nm至2000nm之间的波长范围，或在该范围内的任何子范围。
潜在地，通过使气室容积非常小，这样可以加强层状气流，这能够增加光源的稳定性。
尽管在本文中可以具体地参考光刻设备在IC制造中的使用，但应该理解的是，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
尽管可以在本文中具体地参考在光刻设备的内容背景中的本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的一部分。这些设备可以总体上被称为光刻工具。此类光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上文可以具体地参考本发明的实施例在光学光刻的内容背景中的使用，但是将明白的是，本发明在内容背景允许的情况下不限于光学光刻并且可以用于其他应用(例如，压印光刻)中。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是将明白的是，可以以与所描述方式不同的其他方式来实践本发明。以上描述意图是说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不背离下文所阐述的权利要求书的范围的情况下对如所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种光学部件，所述光学部件被配置为在宽带辐射源装置中用作光学频率转换器，所述光学部件包括：
气室，以及
空芯光子晶体光纤，所述空芯光子晶体光纤被至少部分地封闭在所述气室内；
其中，所述空芯光子晶体光纤被封闭在所述气室内，并且所述气室的局部腔室容积包括最大值，所述最大值是36cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm。
2.如权利要求1所述的光学部件，其中，所述空芯光子晶体光纤被完全包含在所述气室内。
3.如权利要求1或2所述的光学部件，其中，所述气室包括多个子室，所述多个子室包括封闭所述空芯光子晶体光纤的相应端部的至少两个端部子室。
4.如权利要求3所述的光学部件，其中，所述子室沿所述空芯光子晶体光纤的全部长度延伸，并且还包括至少一个中心子室。
5.如权利要求4所述的光学部件，其中，所述中心子室的横截面外径小于所述两个端部子室的横截面外径。
6.如权利要求4或5所述的光学部件，其中，所述中心子室包括压力管。
7.如前述权利要求中任一项所述的光学部件，其中，所述局部腔室容积的最大值是下列值中的一个：32cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、28cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、24cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、20cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、16cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、12cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、8cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm、或4cm3/所述空芯光子晶体光纤的长度cm。
8.如前述权利要求中任一项所述的光学部件，其中，所述气室包括用于减小所述光学部件的局部腔室容积的填充元件。
9.如前述权利要求中任一项所述的光学部件，其中，所述空芯光子晶体光纤包括下列各种光纤中的一种或多种：空芯抗共振反射光纤、抑制耦合空芯光子晶体光纤、空芯旋转器光纤、以及嵌套式抗共振反射光纤。
10.如前述权利要求中任一项所述的光学部件，包括用于准许泵激光脉冲的光学输入窗口以及用于输出所述宽带辐射的光学输出窗口，所述光学输入窗口和光学输出窗口位于所述气室的相应端部处。
11.如前述权利要求中任一项所述的光学部件，其中，针对被封闭在所述气室内的所述空芯光子晶体光纤的长度的至少70％、80％、90％、95％或98％限定所述局部腔室容积。
12.一种宽带光源装置，包括如前述权利要求中任一项所述的光学部件，并且被配置为用于生成宽带辐射。
13.如权利要求12所述的宽带光源装置，还包括泵激光器，所述泵激光器能够被操作以产生超短泵激光脉冲，所述光学部件能够被操作以将所述超短泵激光脉冲转换为所述宽带辐射。
14.一种量测装置，包括如权利要求13所述的宽带光源装置。
15.如权利要求14所述的量测装置，包括散射仪量测设备、水平传感器或对准传感器。
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