CN114174909A - 辐射源 - Google Patents

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Abstract

一种辐射源，包括：中空芯光纤，工作介质；以及脉冲泵浦辐射源。该中空芯光纤包括主体并且具有中空芯。该工作介质被设置在该中空芯内。脉冲泵浦辐射源被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端。脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射。在一些实施例中，光纤的长度使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围为最小的位置重合。

Description

辐射源
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月24日提交的EP申请19188036.8和于2019年9月18日提交的EP申请19198105.9和于2020年1月15日提交的EP申请20151889.1的优先权，它们通过引用被整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种辐射源。辐射源可以是超连续光源，并且可以包括用于接收输入辐射并且展宽输入辐射的频率范围以便提供(宽带)输出辐射的设备。
背景技术
光刻设备是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。例如，光刻设备可以在图案形成装置(例如，掩模)处将图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投射到被设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了在衬底上投射图案，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4至20nm范围内(例如6.7nm或13.5nm)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光刻可以用于处理具有小于光刻设备的传统分辨率极限的尺寸的特征。在这种工艺中，分辨率公式可以表示为CD＝k1×λ/NA，其中λ是所采用的辐射波长，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”(通常是被印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半间距)，以及k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，为了实现特定的电功能性和性能，在衬底上复制类似于电路设计者所设计的形状和尺寸的图案就越困难。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。这些包括例如但不限于NA的优化、自定义的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学邻近校正(OPC，有时也称为“光学和工艺校正”))、或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。备选地，用于控制光刻设备的稳定性的紧控制环可以用于在低k1下改善图案的再现。
在光刻领域中，可以在光刻设备内和光刻设备外使用许多测量系统。通常，这种测量系统可以使用辐射源来用辐射照射目标，并且使用检测系统，该检测系统可操作以测量入射辐射从目标散射的部分的至少一个特性。光刻设备外部的测量系统的示例是检查设备或量测设备，其可以用于确定由光刻设备预先投影到衬底上的图案的性质。这种外部检查设备可以例如包括散射仪。可以在光刻设备内提供的测量系统的示例包括：形貌测量系统(也称为水平传感器)；位置测量系统(例如干涉仪装置)，用于确定掩模板或晶片台的位置；以及对准传感器，用于确定对准标记的位置。这些测量装置可以使用电磁辐射来执行测量。
可以使用不同类型的辐射来询问图案的不同类型的性质。一些测量系统可以使用宽带辐射源。这种宽带辐射源可以是超连续光源，并且可以包括具有非线性介质的光纤，脉冲泵浦辐射束通过该非线性介质传播以展宽辐射的光谱。
可能希望提供在用于接收输入辐射并且展宽输入辐射的频率范围以便提供(宽带)输出辐射的设备中使用的替代设备和方法，该(宽带)输出辐射至少部分地解决了与无论在本文中还是以其他方式提及的现有技术相关联的一个或多个问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种辐射源，包括：中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；工作介质，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中光纤的长度使得输出端基本上与输出辐射的时间范围为最小的位置重合。
根据本发明的第二方面，提供了一种辐射源，包括：中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；工作介质，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中光纤的长度使得输出端基本上与输出辐射的光谱宽度为最大的位置重合。
根据本发明的第一和第二方面的辐射源是有利的，因为它们允许在输出端产生宽带输出辐射束。这对于在量测设备内(例如在光刻设备内)的使用可以是有用的。
一些已知的宽带辐射源使用以下布置：产生脉冲泵浦辐射的光谱展宽，但是其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许调制不稳定性以产生光谱展宽。使用调制不稳定性来产生光谱展宽有许多原因。首先，已知调制不稳定性产生具有相对平坦的强度-波长分布的宽带辐射。这种宽带辐射源可以称为白光辐射源(由于相对平坦的光谱强度分布)。第二，调制不稳定性可以使用相对经济的激光源作为泵浦辐射源来实现。
另一方面，孤子自压缩是用于从输入泵浦激光束生成具有偏移波长的输出激光束的机制(regime)。例如，孤子自压缩用于生成具有不同(偏移)波长的色散波。在孤子自压缩机制(具有相对低的孤子数)中，辐射脉冲可以经历显著的时间压缩，这伴随着光谱展宽。最终，时间压缩将达到最大水平(对应于脉冲辐射的最小时间范围)，随后是辐射的时间展宽。这种时间展宽被称为孤子分裂，因为高阶孤子分裂成多个单独的孤子。当(高阶)孤子沿中空芯光纤传播时，它可以在时间压缩和时间展宽的时段之间振荡。在时间展宽之后，其他效应可以导致辐射光谱的偏移。例如，自陡化(其可以伴随和帮助孤子自压缩)可以导致光学冲击，该光学冲击可以引发色散波发射。通过调整系统的参数，可以生成特定的所需波长。例如，可以选择适合于与特定分子相互作用的波长，并且将其用于研究所述分子的探索实验中。因此，孤子自压缩是用于从具有第一波长的输入泵浦激光束生成具有第二偏移波长的输出辐射束的已知机制。
本发明的发明人已经认识到，在孤子自压缩期间，在时间展宽之前(以及在形成任何色散波之前)，存在(短暂的)过渡时段，在该过渡时段期间传播通过中空芯光纤的辐射是宽带辐射。此外，本发明人已经认识到，尽管这种宽带辐射寿命短，但是通过选择光纤的长度以使得输出端基本上与孤子自压缩已发生但在随后的时间展宽(孤子分裂)和光谱偏移之前的位置重合，该宽带辐射可以从光纤输出，以便提供特别稳定的宽带辐射源。
特别地，如果光纤的长度使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围为最小的位置重合，则可以提供特别稳定的宽带辐射源。应当理解，如本文中所使用的，如果输出端处的脉冲泵浦辐射的时间范围是它在光纤内的最小范围，则输出端将基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围为最小的位置重合。也就是说，如果脉冲泵浦辐射的时间范围还没有增加(由于孤子分裂)，则输出端将基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围为最小的位置重合。应当理解，对于足够长的中空芯光纤，当辐射传播通过中空芯光纤时，孤子可以在时间压缩和时间展宽的时段之间振荡。在时间压缩和时间展宽的每个时段之间，在脉冲泵浦辐射的时间范围中可能存在局部最小值。如果中空芯光纤的长度使得输出端位于达到或包括第一局部最小值的任何地方，则输出端将基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围为最小的位置重合。如果输出端基本上与第一局部最小值相符，则可以实现最大的光谱展宽。
通常，在孤子自压缩之后，脉冲泵浦辐射的光谱宽度可能减小和/或光谱中的间隙可能形成(例如当发射色散波时)。因此，如果光纤的长度使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的光谱宽度为最大的位置重合，则可以提供特别稳定的宽带辐射源。应当理解，如这里所使用的，脉冲泵浦辐射的光谱宽度(其可替换地称为脉冲泵浦辐射的光谱带宽)可以是功率密度高于最大值的阈值分数的光谱宽度。例如，脉冲泵浦辐射的光谱宽度可以是功率密度高于最大值的0.0001的光谱宽度(即，跨越40分贝的光谱)。例如，脉冲泵浦辐射的光谱宽度可以是功率密度高于最大值0.001的光谱宽度(即，跨越30分贝的光谱)。例如，脉冲泵浦辐射的光谱宽度可以是功率密度高于最大值的0.01的光谱宽度(即，跨越20分贝的光谱)。例如，脉冲泵浦辐射的光谱宽度可以是功率密度高于最大值的0.1的光谱宽度(即，跨越10分贝的光谱)。备选地，如果光纤的长度使得输出端基本上与输出辐射的光谱基本上连续的位置重合，则可以提供特别稳定的宽带辐射源。
与混沌驱动的调制不稳定性系统相比，由这种孤子自压缩生成的宽带辐射将没有射击到射击(shot-to-shot)的变化。结果，有利地，可以使用单个脉冲生成稳定的输出光谱(与在调制不稳定性系统的输出束中产生一些稳定性所需的若干脉冲相比)。
应当理解，当辐射传播通过中空芯光纤时，孤子可以在时间压缩和时间展宽的时段之间振荡。在时间压缩和时间展宽的每个时段之间，在脉冲泵浦辐射的时间范围中可能存在局部最小值。原则上，光纤的长度可以使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的最小时间范围的任何这样的位置重合。然而，当输出端与脉冲泵浦辐射的最小时间范围的第一位置重合时，可以提供最稳定的输出光谱(例如，相对于脉冲到脉冲的变化)。
光纤的长度可以使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值相符。应当理解，脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的位置可以取决于许多因素，包括例如光纤的参数(例如光纤的芯直径和长度)、工作介质(例如气体类型和压力)和脉冲泵浦辐射(例如脉冲能量和脉冲持续时间)。为了使输出端基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值相符，可以将输出端设置为足够靠近脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值，使得被压缩的脉冲还没有扩展或分散脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的200％。例如，输出端可以被设置为足够靠近脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值，使得被压缩的脉冲还没有扩展或分散脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的100％。例如，输出端可以被设置为足够靠近脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值，使得被压缩的脉冲还没有扩展或分散脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的50％。例如，输出端可以被设置为足够靠近脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值，使得被压缩的脉冲还没有扩展或分散脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的10％。例如，输出端可以被设置为足够靠近脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值，使得压缩脉冲还没有扩展或分散脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值的5％。
输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间可以大于50fs。例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间可以大于100fs，例如大约150fs。
输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量可以小于1μJ。例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量可以小于0.75μJ。例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量可以小于0.5μJ，例如大约0.4μJ。
输入脉冲泵浦辐射可以具有任何期望的波长。在一些实施例中，输入脉冲泵浦辐射可以具有约1μm的波长。
根据本发明的第三方面，提供了一种辐射源，包括：中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；工作介质，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间大于50fs。
例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间可以大于100fs，例如大约150fs。
根据本发明的第四方面，提供了一种辐射源，包括：中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；工作介质，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ。
例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量可以小于0.75μJ。例如，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量可以小于0.5μJ，例如大约0.4μJ。
根据本发明的第三和第四方面的辐射源是有利的，因为它们允许在输出端产生宽带输出辐射束。这对于在量测设备内(例如在光刻设备内)的使用可以是有用的。
与已知的在调制不稳定机制下产生脉冲泵浦辐射的光谱展宽的宽带辐射源相比，例如相对于脉冲到脉冲的变化，根据本发明的第三和第四方面的辐射源更稳定。
输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数N是一个方便的参数，可以用来对调制不稳定性主导光谱展宽的条件和孤子自压缩主导光谱展宽的条件进行区分。当N>>20时，光谱展宽通常由调制不稳定性主导，而当N<<20时，光谱展宽通常由孤子自压缩主导。
因此，对于使用孤子自压缩的布置，期望产生具有低孤子阶数N的输入脉冲泵浦辐射。此外，输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数与输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间成比例。因此，一般孤子自压缩占主导的现有技术布置，典型地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间减小到大约30fs或更小。为了实现这种布置，通常高功率飞秒光纤激光器或Ti：蓝宝石放大器用作脉冲泵浦辐射源。激光头相对庞大(飞秒光纤激光头具有例如60×40×20cm的尺寸)，并且在大多数情况下需要外部控制器和水冷却器。此外，这种激光器相对成本较高。
本发明的发明人已经认识到，通过减小输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量，可以备选地减小输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数。例如，如果所有其他参数保持恒定，则通过将输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量减小因子α，相同的孤子阶数可以使用被增加因子α的脉冲持续时间来实现。该脉冲能量的减小与现有技术的教导相反，现有技术教导使用增加的脉冲能量。在本领域中，使用孤子自压缩的辐射源通常用于诸如例如原子或分子光谱学的研究应用，其中期望将辐射源的脉冲能量最大化。
在本发明的第一、第二、第三或第四方面的任一方面中，输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数可以小于20。
在本发明的第一、第二、第三或第四方面的任一方面中，工作介质可以被配置为产生反常色散。即，工作介质可以具有负的群延迟色散参数。
在本发明的第一、第二、第三或第四方面的任一方面中，中空芯光纤可以包括围绕中空芯的包层部分，并且包层部分可以包括用于引导辐射通过中空芯的多个反谐振元件。多个反谐振元件中的每个反谐振元件可以包括毛细管。
包层部分的多个反谐振元件可以被设置在环绕中空芯的环结构中。
多个反谐振元件可以被布置为使得反谐振元件中的每个反谐振元件不与其他反谐振元件中的任何反谐振元件接触。
在本发明的第一、第二、第三或第四方面的任一方面中，工作介质可以包括惰性气体。例如，工作介质可以包括氩气、氪气、氖气、氦气和氙气中的一种或多种。
在本发明的第一、第二、第三或第四方面的任一方面中，工作介质可以包括分子气体。例如，工作介质可以包括N2、O2、CH4和SF6中的一种或多种。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于确定衬底上的结构的感兴趣参数的量测装置，该量测装置包括：本发明的第一、第二、第三或第四方面中任一方面的辐射源；照射子系统，用于使用宽带输出辐射照射衬底上的结构；以及检测子系统，用于检测辐射中由结构散射和/或反射的部分，并且用于根据辐射的所述部分来确定感兴趣参数。
根据本发明的第六方面，提供了一种包括根据本发明的第五方面的量测装置的光刻设备。
根据本发明的第七方面，提供了一种选择辐射源的工作机制的方法，辐射源包括：中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；工作介质，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；其中该方法包括：选择脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质中的一者或多者的参数，使得允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中参数被选择为使得光纤的长度使得输出端基本上与以下位置重合：输出辐射的时间范围为最小；和/或输出辐射的光谱宽度为最大。
根据本发明的第八方面的方法提供了一种方法，通过该方法可以设计根据本发明第一、第二和第三方面的辐射源。
在该方法的初始应用中，可以选择光纤的参数。一旦制造了光纤，就可以例如通过测量来确定其参数，并且可以将其约束输入到该方法的第二应用中。
光纤的参数可以是固定的，并且可以选择脉冲泵浦辐射和/或工作介质的参数。这可以允许当光纤的参数固定时(例如，一旦制造了光纤)选择脉冲泵浦辐射和/或工作介质的工作参数。
附图说明
现在将参照所附示意图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1描绘了光刻设备的示意性概图；
图2描绘了光刻单元的示意性概图；
图3描绘了整体光刻的示意性表示，表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
图4描绘了散射仪量测工具的示意性概图；
图5描绘了水平传感器量测工具的示意性概图；
图6描绘了对准传感器量测工具的示意性概图；
图7是可以在横向平面(即，垂直于光纤的轴线)中形成根据实施例的辐射源的部分的中空芯光纤的示意性截面图；
图8描绘了根据用于提供宽带输出辐射的实施例的辐射源的示意表示；以及
图9A和图9B示出了当光纤的第二输出端与辐射的时间范围为最小的位置重合时图8所示的辐射源的中空芯光纤内的辐射脉冲的时间和光谱演变的仿真；
图9C示出了具有与图9A和图9B所示的仿真相同的参数的辐射源的输出光谱的仿真；
图10A示出了图8所示的辐射源的中空芯光纤内的辐射脉冲的光谱演变的仿真，如果光纤的长度增加到使得光纤的第二输出端不与辐射的时间范围为最小的位置重合，则会经历该光谱演变；以及
图10B示出了具有与图10A所示的仿真相同的参数的辐射源的输出光谱的仿真。
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365、248、193、157或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5-100nm范围内的波长)。
在本文中使用的术语“掩模板”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指的是可以用于向入射辐射束赋予与要在衬底的目标部分中创建的图案相对应的图案化横截面的通用图案形成装置。在此上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二元、相移、混合等)之外，其他这种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，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)T，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W，并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据某些参数精确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底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例如经由束传送系统BD从辐射源SO接收辐射束。照射系统IL可以包括各种类型的光学组件，诸如折射型、反射型、磁性、电磁型、静电型和/或其他类型的光学组件、或它们的任意组合，用于引导、成形和/或控制辐射。照射器IL可以用于调节辐射束B，使其在图案形成装置MA的平面处的横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
本文中所使用的术语“投影系统”PS应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反折射型、失真型、磁性、电磁型和/或静电型光学系统、或它们的任意组合，适合于所使用的曝光辐射，和/或适合于诸如使用浸没液体或使用真空的其他因素。本文中术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更一般的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以是以下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间，这也被称为浸没光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，其通过引用并入本文。
光刻设备LA也可以是具有两个或多个衬底支撑件WT的类型(也称为“双台”)。在这种“多台”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之一上的衬底W上执行对衬底W的后续曝光进行准备的步骤，同时另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于曝光另一衬底W上的图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量台。测量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的性质或辐射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被设置为清洁光刻设备的部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可以在投影系统PS下面移动。
在操作中，辐射束B入射到被保持在掩模支撑件T上的图案形成装置(例如掩模)MA上，并且由图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)进行图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B通过投影系统PS，投影系统PS将辐射束聚焦到衬底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，衬底支撑件WT可以精确地移动，例如以便将辐射束B的路径中的不同目标部分C定位在聚焦和对准的位置。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束B的路径精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和衬底W。虽然所示的衬底对准标记P1、P2占据专用的目标部分，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，它们被称为划道(scribe-lane)对准标记。
如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的部分，有时也称为光刻单元或(光刻)簇，其通常还包括用于在衬底W上执行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些包括旋转涂布机SC以沉积抗蚀剂层，包括显影件DE以显影被曝光的抗蚀剂，包括冷却板CH和烘烤板BK，例如用于调节衬底W的温度，例如用于调节抗蚀剂层的溶解。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W传送到光刻设备LA的装载舱LB。光刻单元中经常也统称为轨道的装置通常在轨道控制单元TCU的控制下，该轨道控制单元TCU本身可以由监控系统SCS控制，监控系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了使由光刻设备LA曝光的衬底W被正确且一致地曝光，希望检查衬底以测量图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此目的，检查工具(未示出)可以被包括在光刻单元LC中。如果检测到误差，则例如可以对后续衬底的曝光或对要在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整，尤其是如果在相同批次或批的其他衬底W仍要被曝光或处理之前进行检查。
也可以称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的性质，并且特别地，不同衬底W的性质如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的性质如何逐层变化。备选地，检查设备可以被构造为标识衬底W上的缺陷，并且例如可以是光刻单元LC的部分，或者可以被集成到光刻设备LA中，或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(曝光之后抗蚀剂层中的图像)、或半潜像(曝光后烘烤步骤PEB之后抗蚀剂层中的图像)、或经显影的抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光或未曝光部分已被去除)、或甚至蚀刻图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的性质。
通常，光刻设备LA中的图案化工艺是处理中最关键的步骤之一，其要求在衬底W上的结构的尺寸标注和放置的高精度。为了确保该高精度，可以将三个系统组合在如图3中示意性示出的所谓的“整体”控制环境中。这些系统之一是(虚拟地)连接到量测工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)的光刻设备LA。这种“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作，以增强整个工艺窗口并且提供紧控制环，以确保由光刻设备LA执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口限定了工艺参数(例如剂量、焦距、套刻精度)的范围，在该范围内，特定的制造工艺产生了限定的结果(例如功能半导体器件)-典型地，在该范围内，允许光刻工艺或图案化工艺中的工艺参数变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的部分)来预测使用哪些分辨率增强技术并且执行计算光刻仿真和计算以确定哪种掩模布局和光刻设备设置实现图案化工艺的最大总工艺窗口(在图3中由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被设置为与光刻设备LA的图案化可能性相匹配。计算机系统CL还可以用于检测光刻设备LA当前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处理(在图3中由第二标尺SC2中指向“0”的箭头描绘)而存在缺陷。
量测工具MT可以向计算机系统CL提供输入以实现准确的仿真和预测，并且例如在光刻设备LA的校准状态下，可以向光刻设备LA提供反馈以标识可能的漂移(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。现在将描述用于测量与光刻设备和/或待图案化的衬底相关的一个或多个性质的不同类型的量测工具MT。
在光刻工艺中，希望频繁地对所创建的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这种测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能的仪器，其允许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或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。在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述了这种散射仪和相关的测量技术，通过引用将其整体并入本文中。上述散射仪可以使用来自软X射线和可见到近红外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。在这种散射仪中，可以将重建方法应用于测量信号，以重建或计算光栅的性质。例如，这种重建可以通过利用目标结构的数学模型仿真散射辐射的相互作用并将仿真结果与测量结果进行比较而得到。调整数学模型的参数，直到仿真的相互作用产生类似于从真实目标观察到的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且来自目标的反射或散射辐射被引导到光谱仪检测器，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长的函数的强度的测量)。根据该数据，例如通过严格的耦合波分析和非线性回归或通过与仿真光谱库比较，产生检测光谱的目标的结构或轮廓可以被重建。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆偏振散射仪。该椭圆偏振散射仪允许通过测量针对每个偏振态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区中使用例如适当的偏振滤光器来发射偏振光(诸如线性，圆形或椭圆形)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在美国专利申请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中描述了现有椭圆偏振散射仪的各种实施例，通过引用将其整体并入本文中。
在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准光栅或周期性结构的套刻，该不对称性与套刻的程度有关。两个(通常重叠的)光栅结构可以应用在两个不同的层(不一定是连续的层)中，并且可以基本上在晶片上的相同位置处形成。散射仪可以具有对称的检测配置，例如在共同拥有的专利申请EP1,628,164A中所描述的，使得任何不对称性可以被清楚地区分。这提供了用于测量光栅中的未对准的直接方法。在PCT专利申请公开号WO2011/012624或美国专利申请US20160161863中可以找到用于当通过周期性结构的不对称性测量目标时测量在包含周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例，通过引用将其整体并入本文中。
感兴趣的其他参数可以是焦距和剂量。焦距和剂量可以通过散射测量法(或者备选地通过扫描电子显微镜)来同时确定，如在美国专利申请US2011-0249244中所描述的，其全部内容通过引用并入本文中。可以使用单个结构，其对于聚焦能量矩阵(FEM-也称为聚焦曝光矩阵)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角测量的独特组合。如果临界尺寸和侧壁角的这些独特组合是可用的，则焦距和剂量值可以由这些测量唯一地确定。
量测目标可以是由光刻工艺形成的复合光栅的集合，主要在抗蚀剂中，但也可以在例如蚀刻工艺之后。通常，光栅中的结构的间距和线宽强烈地依赖于测量光学器件(特别是光学器件的NA)，以便能够捕获来自量测目标的衍射级。如先前所提及的，衍射信号可以用于确定两层之间的偏移(也称为“套刻”)，或者可以用于重建由光刻工艺产生的原始光栅的至少部分。该重建可以用于提供对光刻工艺质量的指导，并且可以用于控制光刻工艺的至少部分。目标可以具有更小的子分段，被配置为模仿目标中的设计布局的功能部分的尺寸。由于该子分段，目标将表现得更类似于设计布局的功能部分，使得整个工艺参数测量更好地类似于设计布局的功能部分。可以在欠填充模式或过填充模式下测量目标。在欠填充模式中，测量束生成小于整个目标的斑。在过填充模式中，测量束生成大于整个目标的斑。在这种过填充模式中，也可以同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。
使用特定目标的光刻参数的总测量质量至少部分地由用于测量该光刻参数的测量配方确定。术语“衬底测量配方”可以包括测量本身的一个或多个参数、被测量的一个或多个图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量配方中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量的一个或多个参数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取向等。用于选择测量配方的标准之一例如可以是测量参数之一对处理变化的灵敏度。在美国专利申请US2016-0161863和公布的美国专利申请US2016/0370717A1中描述了更多的实例，其通过引用被整体并入本文中。
图4描绘了诸如散射仪SM1的量测设备。它包括将辐射投射到衬底6上的宽带(白光)辐射投影仪2。被反射或散射的辐射被传递到光谱仪检测器4，其测量镜面反射辐射的光谱10(即，对作为波长λ的函数的强度In1的测量)。根据该数据，可以通过处理单元PU，例如通过严格的耦合波分析和非线性回归或者通过与图4底部所示的仿真光谱库进行比较来重构产生检测到的光谱的结构或轮廓。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且根据制造结构的过程的知识来假定一些参数，仅留下结构的几个参数由散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置作为垂直入射散射仪或倾斜入射散射仪。
在光刻工艺中，希望频繁地对所创建的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。已知的散射仪的示例通常依赖于对专用的量测目标的规定，诸如欠充满目标(以简单光栅或在不同层中的重叠光栅形式的目标，其足够大以使测量束生成小于光栅的斑)或过填充目标(由此照射斑部分或完全包含目标)。此外，量测工具(例如照射诸如光栅的欠充满目标的角分辨散射仪)的使用允许使用所谓的重建方法，其中可以通过利用目标结构的数学模型来仿真散射辐射的相互作用并将仿真结果与测量结果进行比较来计算光栅的性质。调整模型的参数，直到仿真的相互作用产生类似于从真实目标观察到的衍射图案。
散射仪是通用的仪器，其允许通过在光瞳中或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数，测量通常称为基于光瞳的测量，或通过在图像平面中或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，测量通常称为基于图像或场的测量。在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述了这种散射仪和相关的测量技术，通过引用将其整体并入本文中。前述散射仪可以使用来自软x射线和可见到近IR波范围的光在一个图像中测量来自多个光栅的多个目标。
可以被集成在光刻设备中的形貌测量系统，水平传感器或高度传感器被布置为测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。衬底的形貌图(也称为高度图)可以根据这些测量结果来生成，这些测量结果指示作为衬底上的位置的函数的衬底高度。该高度图随后可以用于在衬底上转移图案期间校正衬底的位置，以便提供图案形成装置在衬底上的适当聚焦位置下的空间图像。应当理解，本文中的“高度”是指从平面到衬底的广义维度(也称为Z轴)。通常，水平或高度传感器在固定位置(相对于其自身的光学系统)处执行测量，并且水平或高度传感器的在衬底和光学系统之间的相对移动导致在跨衬底的位置处的高度测量。
在图5中示意性地示出了本领域中已知的水平或高度传感器LS的示例，图5仅示出了操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影部件LSP和检测部件LSD。投影部件LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，该辐射束LSB由投影部件LSP的投影光栅PGR提供。辐射源LSO可以是例如窄带或宽带辐射源，诸如超连续光源，偏振或非偏振，脉冲或连续的，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。水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见辐射，而是可以附加地或替代地涵盖UV和/或IR辐射以及适于从衬底表面反射的任何波长范围。
投影光栅PGR是包括周期性结构的周期性光栅，该周期性结构导致辐射束BE1具有周期性变化的强度。具有周期性变化强度的辐射束BE1被导向衬底W上的测量位置MLO，具有在0度和90度之间的相对于与入射衬底表面垂直的轴(Z轴)的入射角ANG，典型地在70度和80度之间。在测量位置MLO处，图案化的辐射束BE1被衬底W反射(由箭头BE2指示)并且被导向检测部件LSD。
为了确定测量位置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和用于处理检测器DET的输出信号的处理部件(未示出)。检测光栅DGR可以与投影光栅PGR相同。检测器DET产生指示所接收的光(例如指示所接收的光的强度)的检测器输出信号，诸如光电检测器，或者表示所接收的强度的空间分布，诸如相机。检测器DET可以包括一种或多种检测器类型的任意组合。
通过三角测量技术，可以确定测量位置MLO处的高度水平。所检测的高度水平通常与由检测器DET测量的信号强度有关，该信号强度具有取决于投影光栅PGR和(倾斜)入射角ANG的设计等的周期性。
投影部件LSP和/或检测部件LSD可以包括沿着投影光栅PGR与检测光栅DGR之间的图案化辐射束的路径的另外的光学元件，诸如透镜和/或反射镜(未示出)。
在一个实施例中，可以省略检测光栅DGR，并且可以将检测器DET放置在检测光栅DGR所处的位置。这样的配置提供了对投影光栅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的阵列投射到衬底W的表面上，从而生成覆盖较大测量范围的测量区域MLO的阵列或斑。
例如在US7265364和US7646471中公开了通用类型的各种高度传感器，这两个专利都通过引用被并入本文。在US2010233600A1中公开了一种使用UV辐射代替可见光或红外辐射的高度传感器，其通过引用被并入本文中。在通过引用被并入的WO2016102127A1中，描述了一种紧凑的高度传感器，其使用多元件检测器来检测和识别光栅图像的位置，而不需要检测光栅。
位置测量系统PMS可以包括适于确定衬底支撑件WT的位置的任何类型的传感器。位置测量系统PMS可以包括适于确定掩模支撑件MT的位置的任何类型的传感器。传感器可以是诸如干涉仪或编码器的光学传感器。位置测量系统PMS可以包括干涉仪和编码器的组合系统。传感器可以是另一种类型的传感器，诸如磁性传感器、电容传感器或电感传感器。位置测量系统PMS可以确定相对于参考(例如量测框架(metrology frame)MF或投影系统PS)的位置。位置测量系统PMS可以通过测量位置或通过测量位置的时间导数(诸如速度或加速度)来确定衬底台WT和/或掩模支撑件MT的位置。
位置测量系统PMS可以包括编码器系统。例如，从于2006年9月7日提交的美国专利申请US2007/0058173A1中获知一种编码器系统，该申请在此通过引用被并入。编码器系统包括编码器头、光栅和传感器。编码器系统可以接收初级辐射束和次级辐射束。初级辐射束以及次级辐射束均源自相同的辐射束，即原始辐射束。初级辐射束和次级辐射束中的至少一者是通过利用光栅衍射原始辐射束而产生的。如果通过利用光栅衍射原始辐射束来产生初级辐射束和次级辐射束，则初级辐射束需要具有与次级辐射束不同的衍射级。不同的衍射级例如是+1级、-1级、+2级和-2级。编码器系统将初级辐射束和次级辐射束光学组合为组合辐射束。编码器头中的传感器确定组合辐射束的相位或相位差。传感器基于相位或相位差来生成信号。该信号表示编码器头相对于光栅的位置。编码器头和光栅中的一者可以被布置在衬底结构WT上。编码器头和光栅中的另一者可以被布置在量测框架MF或基础框架BF上。例如，多个编码器头被布置在量测框架MF上，而光栅被布置在衬底支撑件WT的顶表面上。在另一示例中，光栅被布置在衬底支撑件WT的底表面上，并且编码器头被布置在衬底支撑件WT的下方。
位置测量系统PMS可以包括干涉仪系统。干涉仪系统可以从例如于1998年7月13日提交的美国专利US6,020,964中获知，该专利在此通过引用被并入本文中。干涉仪系统可以包括分束器、反射镜、参考反射镜和传感器。辐射束被分束器分成参考束和测量束。测量束传播到反射镜并且被反射镜反射回分束器。参考束传播到参考反射镜并且被参考反射镜反射回分束器。在分束器处，测量束和参考束被组合成组合辐射束。组合辐射束入射到传感器上。传感器确定组合辐射束的相位或频率。传感器基于相位或频率来生成信号。该信号表示反射镜的位移。在一个实施例中，反射镜连接到衬底支撑件WT。参考反射镜可以连接到量测框架MF。在一个实施例中，测量束和参考束通过附加的光学组件而不是分束器来被组合成组合辐射束。
在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。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)相对于被铺设在先前层中的特征正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底具有一组或多组标记。每个标记是其位置可以在稍后的时间使用位置传感器(通常是光学位置传感器)来测量的结构。位置传感器可以称为“对准传感器”，标记可以称为“对准标记”。标记也可以称为量测目标。
光刻设备可以包括一个或多个(例如多个)对准传感器，通过该对准传感器可以精确地测量被设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉的光学现象来从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。在当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所描述的自参考干涉仪。已经开发了位置传感器的各种增强和修改，例如在US2015261097A1中所公开的。所有这些公开的内容通过引用被并入本文中。
标记或对准标记可以包括在衬底上提供的层上或中形成的或(直接)在衬底中形成的一系列条。这些条可以被规则地间隔开并且用作光栅线，使得该标记可以被视为具有已知的空间周期(间距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，可以设计标记以允许对沿X轴或沿Y轴(其取向基本上垂直于X轴)的位置的测量。包括相对于X-和Y-轴以+45度和/或-45度被布置的条的标记允许使用如US2009/195768A中所描述的技术进行组合的X-和Y-测量，其通过引用并入本文。
对准传感器利用辐射斑光学扫描每个标记以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。分析该信号的相位，以确定标记的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，对准传感器又相对于光刻设备的参考框架固定。可以提供与不同(粗糙和精细)标记尺寸相关的所谓粗糙和精细标记，使得对准传感器可以在周期性信号的不同周期以及一周期内的精确位置(相位)之间进行区分。不同间距的标记也可以用于此目的。
测量标记的位置还可以提供关于其上提供有标记的衬底的变形的信息，例如以晶片栅格的形式。衬底的变形可以通过例如将衬底静电夹持到衬底台和/或当衬底暴露于辐射时加热衬底而发生。
图6是诸如在US6961116中描述的已知对准传感器AS的实施例的示意框图，其通过引用被并入本文中。辐射源RS0提供一个或多个波长的辐射束RB，该辐射束RB由转向光学器件转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上，作为照射斑SP。在该示例中，转向光学器件包括斑反射镜SM和物镜OL。照射标记AM的照射斑SP的直径可以略小于标记本身的宽度。
由标记AM衍射的辐射(在本示例中经由物镜OL)被准直成信息承载束IB。术语“衍射”旨在包括来自标记的零级衍射(其可以被称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如上述US6961116中公开的类型)使束IB与其自身干涉，之后由光电检测器PD接收束。可以包括附加的光学器件(未示出)，以在辐射源RSO产生多于一个波长的情况下提供分离的束。如果需要，光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括多个像素。光电检测器可以包括传感器阵列。
在本示例中包括斑反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零级辐射，使得信息承载束IB仅包括来自标记AM的较高级衍射辐射(这对于测量不是必需的，但是改善了信噪比)。
强度信号SI被提供给处理部件PU。通过块SRI中的光学处理和部件PU中的计算处理的组合，输出衬底上相对于参考框架的X-和Y-位置的值。
所示类型的单次测量仅将标记的位置固定在对应于标记的一个间距的特定范围内。较粗糙的测量技术与此结合使用以标识正弦波的哪个周期是包含标记位置的周期。可以在不同的波长下重复较粗糙和/或较精细水平下的相同过程，用于提高标记的准确性和/或稳健地检测标记，而不管制作标记的材料以及在其上和/或其下提供标记的材料。波长可以被多路复用和解复用以便同时处理，和/或它们可以通过时分或频分被多路复用。
在本示例中，对准传感器和斑SP保持静止，而衬底W移动。因此，可以将对准传感器牢牢地且精确地安装到参考框架上，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。通过将衬底W安装在衬底支撑件上和控制衬底支撑件移动的衬底定位系统来控制衬底W的移动。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。在一个实施例中，在衬底支撑件上提供一个或多个(对准)标记。对被提供在衬底支撑件上的标记的位置的测量允许校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置(例如，相对于对准系统所连接的框架)。对被设置在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。
诸如上述散射仪、形貌测量系统或位置测量系统的量测工具MT可以使用源自辐射源的辐射来执行测量。量测工具所使用的辐射的性质可能影响可以被执行的测量的类型和质量。对于一些应用，使用多个辐射频率来测量衬底可以是有利的，例如可以使用宽带辐射。多个不同的频率能够传播、照射和散射离开量测目标，而对其他频率没有干扰或干扰最小。因此，例如可以使用不同的频率来同时获得更多的量测数据。不同的辐射频率也能够询问和发现量测目标的不同性质。宽带辐射可以用于量测系统MT，诸如例如水平传感器、对准标记测量系统、散射测量工具或检查工具。宽带辐射源可以是超连续光源。
可能难以生成高质量的宽带辐射(例如超连续辐射)。一种用于生成宽带辐射的方法可以是(例如利用非线性、高阶效应)展宽高功率窄带或单频率输入辐射。输入辐射(可以使用激光器来产生)可以被称为泵浦辐射。或者，输入辐射可以被称为种子辐射。为了获得用于展宽效应的高功率辐射，可以将辐射限制在小区域中，从而实现强局部化的高强度辐射。在这些区域中，辐射可以与形成非线性介质的展宽结构和/或材料相互作用，以便产生宽带输出辐射。在高强度辐射区域中，可以使用不同的材料和/或结构，以通过提供合适的非线性介质来实现和/或改善辐射展宽。
在一些实现方式中，如以下参考图8进一步讨论的，用于展宽输入辐射的方法和设备可以使用光纤以用于约束输入辐射，并且用于将输入辐射展宽为输出宽带辐射。光纤可以是中空芯光纤，并且可以包括内部结构以实现辐射在光纤中的有效引导和约束。光纤可以是中空芯光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适合于主要在光纤的中空芯内部实现高辐射强度的强辐射约束。光纤的中空芯可以被填充有作为用于展宽输入辐射的展宽介质的气体。这种光纤和气体布置可以用于产生超连续辐射源。输入到光纤的辐射可以是电磁辐射，例如在红外、可见、UV和极UV光谱中的一个或多个的辐射。输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，其在本文中可以被称为白光。
一些实施例涉及包括光纤的这种宽带辐射源的新设计。光纤是中空芯光子晶体光纤(HC-PCF)。特别地，光纤可以是包括用于约束辐射的反谐振结构的类型的中空芯光子晶体光纤。这种包括反谐振结构的光纤在本领域中已知为反谐振光纤，管状光纤，单环光纤，负曲率光纤或抑制耦合光纤。这种纤维的各种不同设计在本领域中是已知的。或者，光纤可以是光子带隙光纤(例如Kagome光纤)。
现在参考图7描述在辐射源中使用的光纤的示例，图7是光纤100在横向平面中的示意性截面图。
光纤100包括细长主体，其在一个维度上比在光纤100的其他两个维度上更长。该较长的维度可以称为轴向，并且可以限定光纤100的轴线。这两个其他维度限定了可以被称为横向平面的平面。图7示出了光纤100在该横向平面(即垂直于轴线)中的截面，该横向平面被标记为x-y平面。光纤100的横向截面可以沿光纤轴基本恒定。
应当理解，光纤100具有一定程度的柔性，因此轴的方向通常沿光纤100的长度不是均匀的。诸如光轴、横向截面等术语将被理解为表示局部光轴、局部横向截面等。此外，在组件被描述为圆柱形或管状的情况下，这些术语将被理解为涵盖当光纤100弯曲时可能已经变形的形状。
光纤100可以具有任何长度，并且应当理解，光纤100的长度可以取决于应用。光纤100可以具有在1cm和20m之间的长度，例如，光纤100可以具有在1cm和10m之间的长度，或者例如，光纤100可以具有在10cm和100cm之间的长度。
光纤100包括：中空芯102；围绕中空芯102的包层部分；以及围绕并支撑包层部分的支撑部分108。可以认为光纤100包括具有中空芯102的主体(包括包层部分和支撑部分108)。包层部分包括用于引导辐射通过中空芯102的多个反谐振元件。特别地，多个反谐振元件被布置为约束主要在中空芯102内传播通过光纤100的辐射并且沿光纤100引导辐射。光纤100的中空芯102可以基本上被设置在光纤100的中心区域，使得光纤100的轴线也可以限定光纤100的中空芯102的轴线。
包层部分包括用于引导传播通过光纤100的辐射的多个反谐振元件。特别地，在该实施例中，包层部分包括由六个管状毛细管104构成的单个环。管状毛细管104中的每个管状毛细管用作反谐振元件。
毛细管104也可以称为管。毛细管104的横截面可以是圆形的，或者可以具有其他形状。每个毛细管104包括大致圆柱形的壁部分105，该壁部分105至少部分地限定光纤100的中空芯102并且将中空芯102与毛细管腔106分开。应理解，壁部分105可以用作减反射法布里-珀罗谐振器，用于传播通过中空芯102(并且可以以掠入射角入射到壁部分105上)的辐射。壁部分105的厚度可以是合适的，以便确保回到中空芯102中的反射被总体增强，而到毛细管腔106中的透射被总体抑制。在一些实施例中，毛细管壁部分105可以具有在0.01-10.0μm之间的厚度。
应当理解，如本文中所使用的，术语包层部分旨在表示光纤100中用于引导辐射传播通过光纤100的部分(即，将所述辐射约束在中空芯102内的毛细管104)。辐射可以以横向模式的形式被约束，沿着光纤轴传播。
支撑部分通常是管状的并且支撑包层部分的六个毛细管104。六个毛细管104均匀地分布在内支撑部分108的内表面周围。六个毛细管104可以被描述为以大致六边形的形式被设置。
毛细管104被布置为使得每个毛细管不与其他毛细管104中的任何毛细管接触。毛细管104中的每个毛细管与内支撑部分108接触，并且与环结构中的相邻毛细管104间隔开。这种布置可以是有益的，因为它可以增加光纤100的传输带宽(例如，相对于其中毛细管彼此接触的布置)。或者，在一些实施例中，毛细管104中的每个毛细管可以与环结构中的相邻毛细管104接触。
包层部分的六个毛细管104以环结构被设置在中空芯102周围。毛细管104的环结构的内表面至少部分地限定光纤100的中空芯102。中空芯102的直径(其可以被定义为相对毛细管之间的最小尺寸，由箭头114所示)可以在10和1000μm之间。中空芯102的直径114可以影响中空芯光纤100的模场直径、撞击损耗、色散、模态数和非线性特性。
在该实施例中，包层部分包括毛细管104的单环布置(其用作反谐振元件)。因此，在任何径向方向上从中空芯102的中心到光纤100的外部的线穿过不超过一个毛细管104。
可以理解，其他实施例可以具有不同的反谐振元件布置。这些可以包括具有多个反谐振元件环的布置和具有嵌套反谐振元件的布置。此外，尽管图7所示的实施例包括六个毛细管的环，但是在其他实施例中，可以在包层部分中提供包括任何数目的反谐振元件(例如4，5，6，7，8，9，10，11或12个毛细管)的一个或多个环。可选地，支撑部分108可以包括可变形部分以至少部分地将包层部分与外部应力隔离。
图8描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源134。辐射源134包括：脉冲泵浦辐射源136；具有中空芯102的光纤100(图7所示类型)；以及被设置在中空芯102内的工作介质126(例如气体)。虽然在图8中辐射源134包括图7所示的光纤100，但是在备选的实施例中可以使用其他类型的中空芯光纤。
脉冲泵浦辐射源136被配置为提供输入辐射122。光纤100的空芯102被设置为接收来自脉冲泵浦辐射源136的输入辐射122，并且使其展宽以提供输出辐射124。工作介质126实现了对所接收的输入辐射122的频率范围的展宽，以便提供宽带输出辐射124。
辐射源134还包括储存器128。光纤100被设置在储存器128内。储存器128也可以称为外壳或容器。储存器128被配置为容纳工作介质126。储存器128可以包括本领域已知的用于控制、调整和/或监测储存器128内的工作介质126(其可以为气体)的组成的一个或多个特征。储存器128可以包括第一透明窗口130。在使用中，光纤100被设置在储存器128内，使得第一透明窗口130位于光纤100的输入端附近。第一透明窗口130可以形成储存器128的壁的部分。第一透明窗口130对于至少接收到的输入辐射频率可以是透明的，使得接收到的输入辐射122(或其至少大部分)可以耦合到位于储存器128内的光纤100中。应当理解，可以提供光学器件(未示出)以用于将输入辐射122耦合到光纤100中。
储存器128包括形成储存器128的壁的部分的第二透明窗口132。在使用中，当光纤100被设置在储存器128内时，第二透明窗口132位于光纤100的输出端附近。第二透明窗口132可以至少对于设备120的宽带输出辐射124的频率是透明的。
备选地，在另一个实施例中，光纤100的两个相对端可以被放置在不同的储存器内。光纤100可以包括被配置为接收输入辐射122的第一端区和用于输出宽带输出辐射124的第二端区。该第一端区可以被放置在包括工作介质126的第一储存器内。该第二端区可以被放置在第二储存器内，其中该第二储存器还可以包括工作介质126。储存器的功能可以是如上面关于图8所描述的。第一储存器可以包括第一透明窗口，被配置为对于输入辐射122是透明的。第二储存器可以包括第二透明窗口，被配置为对于宽带输出宽带辐射124是透明的。第一和第二储存器还可以包括可密封开口，以允许光纤100被部分地放置在储存器内部和被部分地放置在储存器外部，使得气体可以被密封在储存器内部。光纤100还可以包括未被包含在储存器内的中间区。对于其中光纤100相对较长(例如当长度大于1m时)的实施例，使用两个分开的气体储存器的这种布置可以特别方便。应当理解，对于使用两个分离的气体储存器的这种布置，两个储存器(其可以包括本领域已知的用于控制、调整和/或监测两个储存器内的气体的组成的一个或多个特征)可以被认为提供用于在光纤100的中空芯102内提供工作介质126的设备。
在该上下文中，如果窗口上的该频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％被透射通过该窗口，则该窗口对于该频率可以是透明的。
第一透明窗口130和第二透明窗口132均可以在储存器128的壁内形成空气密封，使得工作介质126(其可以为气体)可以被包含在储存器128内。应当理解，气体126可以以与储存器128的环境压力不同的压力被容纳在储存器128内。
工作介质126可以包括惰性气体。工作介质126可以包括氩气、氪气、氖气、氦气和氙气中的一种或多种。作为惰性气体的替代或补充，工作组分可以包括分子气体(例如H2、N2、O2、CH4、SF6)。工作介质126还可以包括氩气、氪气、氖气、氦气、氙气和分子气体(例如H2，N2，O2，CH4，SF6)中的两种或更多种的混合物。工作介质126可以被配置为产生反常色散，并且可选地，在输入辐射122的波长处产生反常色散。即，工作介质126可以具有负群延迟色散参数。
在一种实现方式中，工作介质126可以至少在接收输入辐射122以用于产生宽带输出辐射124期间被布置在中空芯102内。应当理解，当光纤100不接收用于产生宽带输出辐射的输入辐射122时，气体126可以全部或部分地不存在于中空芯102中。
为了实现频率展宽，高强度辐射可能是期望的。具有中空芯光纤100的优势在于，它可以通过传播通过光纤100的辐射的强空间约束来实现高强度辐射，从而实现高局部化的辐射强度。光纤100内的辐射强度可以是高的，例如由于高的接收输入辐射强度和/或由于光纤100内的辐射的强空间约束。中空芯光纤的优势在于，它们可以引导具有比实芯光纤更宽的波长范围的辐射，特别地，中空芯光纤可以引导紫外和红外范围内的辐射。
使用中空芯光纤100的优势可以是：在光纤100内所引导的大部分辐射被约束在中空芯102内。因此，光纤100内的辐射的大部分相互作用是与工作介质126的相互作用，工作介质126被设置在光纤100的中空芯102内。结果，可以增加工作介质126对辐射的展宽效果。
所接收的输入辐射122可以是电磁辐射。输入辐射122可以作为脉冲辐射被接收。例如，输入辐射122可以包括超快脉冲。
输入辐射122可以是相干辐射。输入辐射122可以是准直辐射，其优势可以是促进和提高将输入辐射122耦合到光纤100中的效率。输入辐射122可以包括单个频率或窄范围的频率。输入辐射122可以由激光器生成。类似地，输出辐射124可以是准直的和/或相干的。
输出辐射124的宽带范围可以是连续范围，包括连续范围的辐射频率。输出辐射124可以包括超连续辐射。连续辐射可以有益于在许多应用中的使用，例如在量测应用中。例如，连续的频率范围可以用于询问大量的性质。连续的频率范围可以例如用于确定和/或消除经测量性质的频率依赖性。超连续输出辐射124可以包括例如在100nm-4000nm的波长范围内的电磁辐射。宽带输出辐射124的频率范围可以是例如400nm-900nm、500nm-900nm或200nm-2000nm。超连续输出辐射124可以包括白光。
由脉冲泵浦辐射源136提供的输入辐射122可以是脉冲的。输入辐射122可以包括在200nm和2μm之间的一个或多个频率的电磁辐射。输入辐射122可以例如包括波长为1.03μm的电磁辐射。脉冲辐射122的重复率可以是1kHz至100MHz的数量级。脉冲能量可以具有0.01μJ至100μJ的数量级，例如0.1μJ至100μJ，或例如1-10μJ。输入辐射122的脉冲持续时间可以在10fs和10ps之间，例如300fs。输入辐射122的平均功率可以在100mW到若干100W之间。输入辐射122的平均功率例如可以是20-50W。
由辐射源134提供的宽带输出辐射124可以具有至少1W的平均输出功率。平均输出功率可以是至少5W。平均输出功率可以是至少10W。宽带输出辐射124可以是脉冲宽带输出辐射124。宽带输出辐射124可以在输出辐射的整个波长带中具有至少0.01mW/nm的功率谱密度。宽带输出辐射的整个波长带中的功率谱密度可以是至少3mW/nm。
一些实施例涉及图8所示的辐射源134形式的辐射源，包括中空芯光纤100；工作介质126，被设置在该中空芯内；以及脉冲泵浦辐射源136，被布置为产生脉冲泵浦辐射122，该脉冲泵浦辐射122被中空芯接收并且从输入端110传播通过中空芯到输出端112。特别地，一些实施例涉及这样的辐射源，其中脉冲泵浦辐射122、光纤100和工作介质126的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射122的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射122的光谱，以便形成输出辐射124。
一些已知的宽带辐射源使用产生脉冲泵浦辐射的光谱展宽的布置，但是其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许调制不稳定性以产生光谱展宽。使用调制不稳定性来产生光谱展宽有许多原因。首先，假设足够数目的脉冲被平均，已知调制不稳定性产生具有相对平坦的强度-波长分布的宽带辐射。这种宽带辐射源可以称为白光辐射源(由于相对平坦的光谱强度分布)。第二，调制不稳定性可以使用相对经济的激光源作为泵浦辐射源来实现。
另一方面，在孤子自压缩的机制中，输入脉冲在时域中经历压缩，这伴随着光谱宽度的增加。在孤子自压缩之后，被压缩的脉冲经历孤子分裂，其中脉冲分裂成多个孤子。这种孤子分裂导致辐射脉冲的时间展宽和光谱的偏移。
在一些实施例中，光纤100的长度使得输出端112基本上与孤子自压缩发生但在孤子分裂开始之前的位置重合。这提供了特别稳定的宽带辐射源，该宽带辐射源相对平滑并且在其光谱中没有任何显著的间隙。
在一些实施例中，光纤100的长度使得输出端112基本上与输出辐射124的时间范围小于第一阈值(或者可选地，输出辐射124的时间范围为最小)的位置重合。第一阈值可以被选择为使得足够宽的输出辐射光谱被获得。实际上，离开光纤100的输出端112的被压缩的脉冲由于块体材料色散而被第二透明窗口132暂时展宽。因此，输出辐射124的脉冲在第二透明窗口132之后的持续时间可以相对较大。
在一些实施例中，光纤100的长度使得输出端112基本上与输出辐射124的光谱宽度大于第二阈值(或者可选地，输出辐射124的光谱宽度为最大)的位置重合。第二阈值可以被选择为使得光谱的宽度足够大以满足特定应用的带宽要求，例如对量测传感器的要求。
在一些实施例中，光纤100的长度使得输出端112基本上与输出辐射124的光谱基本上连续的位置重合。
这种辐射源是有利的，因为它们允许在输出端112处产生稳定的宽带输出辐射束124，如现在所讨论的。这种稳定的宽带输出辐射束124可以用于量测设备内，例如光刻设备内。
在孤子自压缩机制(具有相对低的孤子数)中，辐射脉冲可以经历显著的时间压缩，这伴随着光谱展宽。最终，时间压缩将达到最大水平(对应于脉冲辐射的最小时间范围)，随后是辐射的时间展宽(孤子分裂)。当(高阶)孤子沿中空芯光纤传播时，它可以在时间压缩和时间展宽的时段之间振荡。在时间展宽之后，其他效应可以导致辐射光谱的偏移。例如，自陡化(其可以伴随和帮助孤子自压缩)可以导致光学冲击，其可以引发色散波发射。通过调整系统的参数，可以生成特定的所需波长。例如，可以选择适合于与特定分子相互作用的波长，并且用于研究所述分子的研究实验中。因此，孤子自压缩是用于从具有第一波长的输入泵浦激光束生成具有第二偏移波长的输出辐射束的已知机制。
发明人已经认识到，在孤子自压缩期间，在时间展宽之前(以及在形成任何色散波之前)，存在(短暂的)过渡时段，在该过渡时段期间，传播通过中空芯光纤的辐射是宽带辐射(即，具有宽的、相对平坦的光谱，而在谱密度光谱中没有显著的间隙)。此外，发明人已经认识到，尽管该宽带辐射寿命短，但是通过选择光纤100的长度，使得输出端112基本上与孤子自压缩已发生但是在随后的时间展宽和光谱偏移之前的位置重合，该宽带辐射可以从光纤100输出，以便提供特别稳定的宽带辐射源134。
特别地，如果光纤100的长度使得输出端112基本上与辐射的时间范围为最小的位置重合，则可以提供特别稳定的宽带辐射源134。
通常，在孤子自压缩之后，脉冲辐射的光谱宽度可能减小和/或光谱中的间隙可能形成(例如随着孤子演变和随着色散波发射)。因此，如果光纤100的长度使得输出端112基本上与辐射的光谱宽度为最大的位置重合，则可以提供特别稳定和平坦的宽带辐射源。备选地，如果光纤100的长度使得输出端112基本上与辐射光谱基本上连续的位置重合，则可以提供特别稳定和平坦的宽带辐射源。
与噪声引发的调制不稳定性系统相比，由这种孤子自压缩生成的宽带辐射将基本上没有发射到发射的变化。结果，有利地，可以使用单个脉冲生成稳定的输出光谱。相比之下，需要若干脉冲来在调制不稳定性系统的输出束中产生一些稳定性。
应当理解，当辐射传播通过中空芯光纤100时，孤子可以在时间压缩和时间展宽的时段之间振荡。在时间压缩和时间展宽的每个时段之间，在辐射的时间范围中可能存在局部最小值。原则上，光纤100的长度可以使得输出端112基本上与辐射的最小时间范围的任何这样的位置重合。然而，当输出端112与辐射的最小时间范围的第一位置重合时，可以提供最稳定的(例如相对于脉冲到脉冲的变化)和最平坦的输出光谱。
一些实施例涉及以下辐射源：利用孤子自压缩，并且其中输入脉冲泵浦辐射122的脉冲持续时间大于50fs，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射122的脉冲持续时间小于或等于400fs。例如，输入脉冲泵浦辐射122的脉冲持续时间可以大于100fs，例如大约150fs。
一些实施例涉及以下辐射源：利用孤子自压缩，并且其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量大于或等于0.1μJ。
输入脉冲泵浦辐射122的孤子阶数N是一个方便的参数，它可以用于对调制不稳定性主导光谱展宽的条件和孤子自压缩主导光谱展宽的条件进行区分。输入脉冲泵浦辐射122的孤子阶数N由下式给出：
Figure BDA0003482814600000331
其中γ是非线性相位(或非线性参数)；Pp是输入脉冲泵浦辐射122的泵浦峰值功率；τ是输入脉冲泵浦辐射122的泵浦脉冲持续时间；以及β2是工作介质126的群速度色散。
当N＞＞20时，光谱展宽通常由调制不稳定性主导，而当N＜＜20时，光谱展宽通常由孤子自压缩主导。
因此，对于使用孤子自压缩的布置，期望产生具有低孤子级数N的输入脉冲泵浦辐射122。此外，从等式(1)可以看出，输入脉冲泵浦辐射122的孤子阶数与输入脉冲泵浦辐射122的脉冲持续时间τ成比例。因此，一般孤子自压缩占主导的现有技术布置，典型地，输入脉冲泵浦辐射122的脉冲持续时间减小到大约30fs或更小。为了实现这种布置，通常被压缩的高功率飞秒光纤激光器或Ti:蓝宝石放大器用作脉冲泵浦辐射源136。TI:蓝宝石放大器可以产生具有大约30fs或更小的脉冲持续时间的脉冲辐射。高功率飞秒光纤激光器通常具有300fs的脉冲持续时间，因此使用飞秒光纤激光器的已知孤子自压缩布置还包括用于将该脉冲持续时间压缩到例如30fs的系统。这种用于压缩脉冲持续时间的系统可以例如使用基于自相位调制的光谱展宽和使用啁啾镜或光栅的相位压缩。激光头相对庞大(飞秒光纤激光头具有例如60×40×20cm的尺寸)，并且在大多数情况下需要外部控制器和水冷却器。此外，这种激光器相对成本较高。
发明人已经认识到，输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数可以备选地通过减小输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量Ep来减小(其中Ep＝Ppτ)。例如，如果所有其他参数保持恒定，则通过将输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量减小因子α，相同的孤子阶数可以使用被增加因子α的脉冲持续时间来实现。这种脉冲能量的减小与现有技术的教导相反，现有技术教导使用增加的脉冲能量。在现有技术中，使用孤子自压缩的辐射源通常用于诸如例如原子或分子光谱学的研究应用，其中期望将辐射源的脉冲能量最大化。
现在参照图9A至图10B讨论示例性实施例。
图9A和图9B示出了中空芯光纤100内的辐射脉冲的时间和光谱演变的仿真。中空芯光纤100具有32.5μm的芯直径，其被填充有压力为10巴的氪气的工作介质126。输入脉冲泵浦辐射122具有150fs的泵浦脉冲持续时间、0.4μJ能量的脉冲能量Ep和1030nm的波长。该脉冲能量Ep大约比当前在调制不稳定性驱动的宽带光源中使用的脉冲能量低一个数量级。该配置允许在反常色散机制下进行泵浦(在1030nm的泵浦波长下，β2＝-6.3fs2/cm)。N＝17的孤子级数允许脉冲泵浦辐射122的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射124。
在光纤100的第一部分中，辐射经历自相位调制140。这之后是孤子自压缩142，在距光纤100的第一端112大约110cm的距离处，辐射的时间范围最小(见图9A)。如图9B所示，该孤子自压缩伴随着辐射光谱的显著展宽144。光纤100的第二端114与辐射的时间范围为最小的位置142重合。
图9C示出了辐射源134的输出光谱146。还示出了输入脉冲泵浦辐射122的光谱148。可以看出，在500-900nm频带中实现了约10dB的平坦度。注意，输出光谱146是针对单次射击而计算的，平滑度是由针对小扰动的稳定性产生的。
注意，在上述示例性实施例中使用的脉冲具有150fs的脉冲持续时间τ，其显著地大于用于孤子自压缩的典型脉冲持续时间(>30fs)。此外，这种脉冲可以容易地由新型激光器产生，该新型激光器提供在Ti:蓝宝石放大器(30fs)和高功率光纤激光器(300fs)之间的脉冲持续时间，并且最近以显著降低的体积或成本来实现。合适的激光器的示例是由法国的公司Amplitudes.Systemes.SA以Goji出售的激光器。
图10A示出了如果光纤的长度增加到150cm(即，使得光纤100的第二端114不再与辐射的时间范围为最小的位置142重合)将经历的中空芯光纤100内的辐射脉冲的光谱演变的仿真。图10B示出了具有这种增加长度的光纤的辐射源134的输出光谱150。还示出了输入脉冲泵浦辐射122的光谱148。
可以看出，在孤子自压缩和相关的光谱展宽144之后，辐射的光谱经历许多变化。例如，发射色散波152，并且辐射在光谱压缩和光谱展宽的时段之间振荡。
此外，从图10B中的输出光谱150可以清楚地看出，一旦光纤100的第二端114不再与辐射的时间范围为最小的位置142重合，输出光谱的平坦度就会损失。光谱不再是平滑的，具有许多峰和谷。
根据一些实施例，还提供了一种选择图8所示类型的辐射源134的工作机制的方法。该方法可以包括：选择脉冲泵浦辐射122(例如泵浦脉冲持续时间τ和/或脉冲能量Ep)、光纤100(例如几何形状，芯直径等)和工作介质126(例如气体组分，压力等)中的一个或多个的参数，以便允许孤子自压缩，并且使得光纤100的输出端基本上与辐射的时间范围为最小的位置重合。
在该方法的初始应用中，可以选择光纤100的参数。一旦制造了光纤100，其参数可以例如通过测量来确定，并且可以作为约束条件输入到该方法的第二应用中。这可以允许在光纤100的参数固定时(例如，一旦制造了光纤)选择脉冲泵浦辐射122和/或工作介质126的工作参数。
上述辐射源134可以被设置作为用于确定衬底上的结构的感兴趣参数的量测装置的部分。衬底上的结构例如可以是被施加到衬底的光刻图案。量测装置还可以包括用于照射衬底上的结构的照射子系统。量测装置还可以包括检测子系统，用于检测辐射中由结构散射和/或反射的部分。检测子系统还可以根据辐射中由结构散射和/或反射的的部分来确定结构上的感兴趣参数。参数例如可以是衬底上的结构的套刻、对准或校平数据。
上述量测装置可以形成量测设备MT的部分。上述量测装置可以形成检查设备的部分。上述量测装置可以被包括在光刻设备LA内。
在随后的编号条款中公开了另外的实施例：
1.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在该中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；
其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中光纤的长度使得输出端基本上与输出辐射的时间范围为最小的位置重合。
2.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在该中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；
其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中光纤的长度使得输出端基本上与输出辐射的光谱的宽度为最大的位置重合。
3.根据前述条款中任一项的辐射源，其中光纤的长度使得输出端基本上与脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值重合。
4.根据前述条款中任一项的辐射源，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间大于50fs，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间小于或等于400fs。
5.根据前述条款中任一项的辐射源，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量大于或等于0.01μJ。
6.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在该中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；
其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间大于50fs，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间小于或等于400fs。
7.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在该中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；
其中脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质的参数被配置为允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ，并且可选地，输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量大于或等于0.01μJ。
8.根据前述条款中任一项的辐射源，其中输入脉冲泵浦辐射的孤子级数小于20。
9.根据前述条款中任一项的辐射源，其中工作介质被配置为产生反常色散，并且可选地，工作介质被配置为至少在脉冲泵浦辐射的波长处产生反常色散。
10.根据前述条款中任一项的辐射源，其中中空芯光纤包括围绕中空芯的包层部分，包层部分包括用于引导辐射通过中空芯的多个反谐振元件。
11.根据条款10的辐射源，其中包层部分的多个抗谐振元件被设置在环绕中空芯的环结构中。
12.根据条款10或条款11的辐射源，其中多个反谐振元件被布置为使得反谐振元件中的每个反谐振元件不与其他反谐振元件中的任何反谐振元件接触。
13.根据前述条款中任一项的辐射源，其中工作介质包括惰性气体。
14.根据前述条款中任一项的辐射源，其中工作介质包括分子气体。
15.一种用于确定衬底上的结构的感兴趣参数的量测装置，该量测装置包括：
前述条款中任一条款的辐射源；
照射子系统，用于使用宽带输出辐射照射衬底上的结构；以及
检测子系统，用于检测辐射中由结构散射和/或反射的部分，并且用于根据辐射的部分来确定感兴趣参数。
16.一种光刻设备，包括根据条款15的量测装置。
17.一种选择辐射源的工作机制的方法，该辐射源包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在该中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，该脉冲泵浦辐射由中空芯接收并且从输入端传播通过中空芯至输出端；
其中该方法包括：
选择脉冲泵浦辐射、光纤和工作介质中的一者或多者的参数，使得允许脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中选择参数，使得光纤的长度使得输出端基本上与以下各项所处的位置重合：
输出辐射的时间范围小于第一阈值；和/或
输出辐射的光谱的宽度大于第二阈值。
18.根据条款17的方法，其中光纤的参数是固定的，并且其中脉冲泵浦辐射和/或工作介质的参数被选择。
19.根据条款17的方法，其中参数被选择为使得光纤的长度使得输出端基本上与以下位置重合：
输出辐射的时间范围最小；和/或
输出辐射的光谱宽度最大。
尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括集成光学系统的制造、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。
尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用在其他设备中。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部分。这些设备通常称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上面已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用，但是应当理解，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻并且可以用于其他应用，例如压印光刻。
尽管具体参考了“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但是这些术语可以指相同或相似类型的工具、设备或系统。即例如：包括本发明实施例的检查或量测设备可以用于确定衬底上或晶片上的结构的特性。即例如：包括本发明实施例的检查设备或量测设备可以用于检测衬底的缺陷或衬底上或晶片上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的感兴趣特性可以涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在、或者衬底上或晶片上不想要的结构的存在。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实施。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离以下阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在所述中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，所述脉冲泵浦辐射由所述中空芯接收并且从输入端传播通过所述中空芯至输出端；
其中所述脉冲泵浦辐射、所述光纤和所述工作介质的参数被配置为允许所述脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变所述脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中所述光纤的长度使得所述输出端基本上与所述输出辐射的时间范围为最小的位置重合。
2.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在所述中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，所述脉冲泵浦辐射由所述中空芯接收并且从输入端传播通过所述中空芯至输出端；
其中所述脉冲泵浦辐射、所述光纤和所述工作介质的参数被配置为允许所述脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变所述脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中所述光纤的长度使得所述输出端基本上与所述输出辐射的所述光谱的宽度为最大的位置重合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述光纤的长度使得所述输出端基本上与所述脉冲泵浦辐射的时间范围的第一局部最小值重合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间大于50fs。
5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ。
6.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在所述中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，所述脉冲泵浦辐射由所述中空芯接收并且从输入端传播通过所述中空芯至输出端；
其中所述脉冲泵浦辐射、所述光纤和所述工作介质的参数被配置为允许所述脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变所述脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中所述输入脉冲泵浦辐射的脉冲持续时间大于50fs。
7.一种辐射源，包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在所述中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，所述脉冲泵浦辐射由所述中空芯接收并且从输入端传播通过所述中空芯至输出端；
其中所述脉冲泵浦辐射、所述光纤和所述工作介质的参数被配置为允许所述脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变所述脉冲泵浦辐射的光谱，并且进一步地，其中所述输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量小于1μJ。
8.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述输入脉冲泵浦辐射的孤子级数小于20。
9.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述工作介质被配置为产生反常色散。
10.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述中空芯光纤包括围绕所述中空芯的包层部分，所述包层部分包括用于引导辐射通过所述中空芯的多个反谐振元件，并且可选地，所述包层部分的多个反谐振元件被设置在环绕所述中空芯的环结构中。
11.根据权利要求10所述的辐射源，其中所述多个反谐振元件被布置为使得所述反谐振元件中的每个反谐振元件不与其他反谐振元件中的任何反谐振元件接触。
12.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述工作介质包括以下项中的至少一项：i)惰性气体和ii)分子气体。
13.一种用于确定衬底上的结构的感兴趣参数的量测装置，所述量测装置包括：
前述权利要求中任一项所述的辐射源；
照射子系统，用于使用所述宽带输出辐射照射所述衬底上的所述结构；以及
检测子系统，用于检测辐射中由所述结构散射和/或反射的部分，并且用于根据所述辐射的所述部分来确定所述感兴趣参数。
14.一种光刻设备，包括根据权利要求13所述的量测装置。
15.一种选择辐射源的工作机制的方法，所述辐射源包括：
中空芯光纤，包括具有中空芯的主体；
工作介质，被设置在所述中空芯内；以及
脉冲泵浦辐射源，被布置为产生脉冲泵浦辐射，所述脉冲泵浦辐射由所述中空芯接收并且从输入端传播通过所述中空芯至输出端；
其中所述方法包括：
选择所述脉冲泵浦辐射、所述光纤和所述工作介质中的一者或多者的参数，使得允许所述脉冲泵浦辐射的孤子自压缩，以改变所述脉冲泵浦辐射的光谱，以便形成输出辐射，并且进一步地，其中选择所述参数，使得所述光纤的长度使得所述输出端基本上与以下各项所处的位置重合：
所述输出辐射的时间范围小于第一阈值；和/或
所述输出辐射的所述光谱的宽度大于第二阈值。
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