CN114303093A - 用于光源的端部琢面保护和用于量测应用的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种用于提供光源的系统和方法。在一个布置中，所述光源包括：气室，所述气室具有窗口；光纤，所述光纤是中空的且具有轴向方向，所述光纤的端部被封闭于所述气室内且经由光学路径光学地耦合至所述窗口；以及表面，所述表面围绕所述光纤的所述端部设置，并且在所述轴向方向上朝向所述窗口延伸通过所述光纤的所述端部，以便限制以下中的一个或更多个：所述光学路径与所述气室的其余部分之间的气体的交换；等离子体朝向所述光纤或至所述光纤中的进入；以及朝向蚀刻敏感表面的自由基通量。

Description

用于光源的端部琢面保护和用于量测应用的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月29日递交的欧洲申请号19194369.5和于2019年10月21日递交的欧洲申请号19204339.6、以及于2020年5月18日递交的欧洲申请号20175193.0的优先权，这些欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种光源和一种用于操作所述光源的方法，尤其是一种用于光刻设备或量测工具中的宽带光源。

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。例如，光刻设备可用于例如集成电路(IC)的制造。光刻设备可例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也常被称为“设计布局”或“设计”)投影到设置于衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定了可以被形成于所述衬底上的特征的最小大小。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用具有在4至20nm(例如6.7nm或13.5nm)范围内的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可被用来在衬底上形成比使用例如具有193nm波长的辐射的光刻设备更小的特征。

低k₁光刻术可以用于处理具有比光刻设备的经典分辨率极限更小的尺寸的特征。在这种过程中，分辨率公式可以表达为CD＝k₁×λ/NA，其中λ是所采用的辐射的波长，NA是所述光刻设备中投影光学元件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印制的最小特征大小，但在这种情况下为半间距)，且k₁是经验分辨率因子。通常，k₁越小，则在所述衬底上再现类似于由电路设计者所规划的形状和尺寸以便实现特定电学功能和性能的图案就变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂的精调谐步骤施加到光刻投影设备和/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、对所述设计布局的各种优化(诸如在所述设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学和过程校正”))、或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。替代地，可以使用用于控制所述光刻设备的稳定性的紧密控制回路来改良低k₁情况下对所述图案的再现。

量测设备可用于测量所述衬底上的结构的关注的参数。例如，量测设备可用于测量诸如临界尺寸、所述衬底上的各层之间的重叠、以及所述衬底上的图案的不对称性之类的参数。测量辐射的射线用于照射所述衬底。所述辐射被所述衬底上的所述结构衍射。经衍射辐射由物镜收集并且由传感器捕获。

测量辐射的射线由光源所发射的光提供。这种光经由分束器和所述物镜而被引导至所述衬底上，所述物镜收集来自所述衬底的经衍射辐射。

提供测量辐射的所述光源可以是宽带光源。所述宽带光源可以使用充气光纤产生。激光源可被联接至所述光源的所述光纤的输入，并且在所述光纤中在光谱方面被展宽即被拓宽光谱。

发明内容

这种光源的极高光谱功率密度和作为光产生的副产品而产生的等离子体两者都有损坏中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)材料的风险。因而，期望例如提供具有增加的可操作寿命的宽带光源。具体地，希望提供一种宽带光源，所述宽带光源包括在操作期间产生较少污染材料的充气中空芯部光子晶体光纤。也希望保留原始的和所需的光谱和功率输出以及模式内容。

根据第一方面，提供一种光源，所述光源包括：气室，所述气室具有窗口；光纤，所述光纤是中空的，所述光纤的端部被封闭于所述气室内且经由光学路径以光学方式被耦合至所述窗口；表面，所述表面围绕所述光纤的所述端部设置，并且朝向所述窗口延伸超过所述光纤的所述端部，以便限制以下中的一个或更多个：所述光学路径与所述气室的其余部分之间的气体的交换；等离子体朝向所述光纤或至所述光纤中的进入；以及朝向蚀刻敏感表面的自由基通量。

根据第二方面，提供一种量测装置，所述量测装置包括第一方面的光源，其中所述光源被配置成产生用于投影至衬底上的光。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

-图1A描绘了光刻设备的示意性概略图；

-图1B描绘了光刻单元的示意性概略图；

-图2描绘了整体光刻的示意性表示，其表示三种关键技术之间的协作以优化半导体制造；

-图3A描绘了对准传感器的示意框图；

-图3B描绘了水平传感器的示意框图；

-图4A是中空芯部光纤的示意性横截面视图，根据实施例，所述中空芯部光纤可能在横向平面(即与所述光纤的轴垂直)中形成辐射源的一部分；

-图4B描绘了根据实施例用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意表示图；和

-图4C中(a)和(b)示意性地描绘了用于超连续谱产生的中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)设计的示例的横截面，根据实施例，每个设计都可以构成辐射源的一部分；

-图5描绘了具有气室的基于HC-PCF的光源的示意图；

-图6A描述了基于HC-PCF的光源的平均输出功率随总运行时间而变化的实验结果，

-图6B描绘了具有污染增长的HC-PCF的末端的示意性示例；

-图6C描述了形成图6B所描绘的污染增长的可能机制；

-图7描绘了光源的实施例；

-图8描绘了光源的第二实施例；

-图9描绘了光源的第三实施例；

-图10描绘了光源的第四实施例；和

-图11描绘了光源的第五实施例。

具体实施方式

在本文档中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外辐射(EUV，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)。

如本文中所采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指代可以用于将已形成图案的横截面赋予入射辐射束的通用图案形成装置，所述已形成图案的横截面对应于待在所述衬底的目标部分中产生的图案；术语“光阀”也可以用于这种情境中。除了经典掩模(透射式或反射式掩模；二元式掩模、相移式掩模、混合式掩模等)以外，其它这些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1A示意性地描绘了光刻设备LA。所述光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置成调节辐射束B(例如紫外辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，所述掩模支撑件MT被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到到第一定位装置PM，所述到第一定位装置PM被配置成根据特定参数准确地定位所述图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，所述衬底支撑件WT被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀涂的晶片)W并且连接到第二定位装置PW，所述第二定位装置PW被配置成根据特定参数准确地定位所述衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，其被配置成将由图案形成装置MA赋予至所述辐射束B的图案投影到所述衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。

本文中使用的术语“投影系统”PS应被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、折射反射式、变形式、磁性式、电磁式和/或静电式光学系统，或其任何组合，视情况而定，适用于所使用的曝光辐射，和/或其他因素，诸如浸没液体的使用或真空的使用。本文中术语“投影透镜”的任何使用可被视为与更广义的术语“投影系统”PS同义。

除了所述衬底支撑件WT之外，所述光刻设备LA可以包括测量平台。所述测量平台被布置成保持传感器和/或清洁装置。所述传感器可被布置成测量所述投影系统PS的属性或所述辐射束B的属性。所述测量平台可保持多个传感器。所述清洁装置可被布置成清洁所述光刻设备的一部分，例如所述投影系统PS的一部分或系统的提供所述浸没液体的一部分。当所述衬底支撑WT远离所述投影系统PS时，所述测量平台可在所述投影系统PS下方移动。

在操作中，所述辐射束B入射到被保持在所述掩模支撑件MT上的所述图案形成装置(例如掩模MA)上，并且由存在于图案形成装置MA上的所述图案(设计布局)来图案化。在已穿越所述掩模MA之后，所述辐射束B传递穿过所述投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。借助于所述第二定位装置PW和位置测量系统IF，能够准确地移动所述衬底支撑件WT，例如，以便将不同的目标部分C定位在所述辐射束B的路径中处于经聚焦和经对准的位置。类似地，所述第一定位装置PM和可能地另一个位置传感器(图1A中未明确描绘)可用于相对于所述辐射束B的路径来准确地定位所述图案形成装置MA。可使用掩模对准标记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。尽管如图所示的所述衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但它们可以位于介于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于所述目标部分C之间时，它们被称为划道对准标记。

如图1B所示，所述光刻设备LA可形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或(光刻)簇)的一部分，其通常也包括用以在衬底W上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂机SC、用以显影经曝光抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和焙烤板BK，例如用于调节衬底W的温度，例如用于调节所述抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置或机器人RO从输入端口I/O1、输出端口I/O2拾取衬底W，在不同的过程设备之间移动它们，并且将衬底W传送到所述光刻设备LA的加载台LB。在通常也统称为涂覆显影系统或轨迹(track)的所述光刻元中的装置通常在涂覆显影系统控制单元或轨迹控制单元TCU的控制下，涂覆显影系统控制单元或轨迹控制单元TCU本身可以由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也可以控制所述光刻设备LA，例如经由光刻控制单元LACU。

为了使由所述光刻设备LA曝光的所述衬底W正确地且一致地被曝光，需要检查衬底以测量经图案化结构的属性，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)可能被包括于所述光刻元LC中。如果检测到错误，例如，可以对后续衬底的曝光或对于待在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整，特别是如果在同一批次或批量的其他衬底W仍待被曝光或处理之前进行检查。

检查设备也可称为量测设备，被用于确定所述衬底W的属性，特别是不同衬底W的属性如何变化，或与同一衬底W的不同层相关联的属性如何在层间发生变化。所述检查设备可被替代地构造成识别所述衬底W上的缺陷，并且例如可以是所述光刻元LC的一部分，或者可以被集成到所述光刻设备LA中，或者甚至可以是单独装置。所述检查装置可测量潜像(在所述曝光后在抗蚀剂层中的图像)、半潜像(在曝光后焙烤步骤PEB后在抗蚀剂层中的图像)、或经显影的抗蚀剂图像(其中已移除了所述抗蚀剂的经曝光或未曝光部分)上的特性，或者甚至在经蚀刻图像(在诸如蚀刻之类的图案转印步骤之后)上的特性。

典型地，在光刻设备LA中的所述图案化过程是处理中最关键的步骤之一，它要求在所述衬底W上的结构的确定尺寸和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，如图2中示意性地描绘的，可以在所谓的“整体”控制环境中组合三个系统。这些系统之一是所述光刻设备LA，它(实际上)连接到量测工具MT(第二系统)并且连接至计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协同工作以增强整个过程窗口并且提供紧密的控制回路，来确保由所述光刻设备LA所执行的所述图案化保留于过程窗口内。所述过程窗口限定了一定范围的过程参数(例如剂量、聚焦、重叠)，在所述过程参数的范围内，特定的制造过程产生被限定的结果(例如，功能性半导体器件)，通常允许所述光刻过程或图案化过程中的所述过程参数在被限定的结果内发生变化。

所述计算机系统CL可以使用待被图案化的所述设计布局(的部分)来预测将要使用何种分辨率增强技术，并且执行计算光刻模拟和计算，以确定哪些掩模布局和光刻设备设置实现所述图案化过程的最大的总体过程窗口(在图2中由第一刻度SC1中的双箭头所描绘)。典型地，所述分辨率增强技术被布置成与所述光刻设备LA的图案化可能性相匹配。所述计算机系统CL也可用于检测所述光刻设备LA当前在所述过程窗口内的何处进行操作(例如使用来自所述量测工具MT的输入)，以预测是否由于例如次优加工而存在缺陷(在图2中由第二刻度SC2中的指向“0”的箭头所描绘)。

所述量测工具MT可向所述计算机系统CL提供输入以能够实现精确的模拟和预测，并且可向所述光刻设备LA提供反馈以识别可能的漂移，例如在所述光刻设备LA的校准或标定状态下(在图2中由第三刻度SC3中的多个箭头所描绘)。

在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。已知用于进行这种测量的不同类型的量测设备MT，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测设备MT。

散射仪是多功能仪器，其允许通过在所述散射仪的物镜的光瞳或与所述光瞳共轭的共轭面中设置传感器来测量光刻过程的参数(该测量通常称为基于光瞳的测量)，或者允许通过将传感器设置在图像平面或与所述图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数(在这种情况下，所述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中进一步描述了这些散射仪和相关联的测量技术，所述专利申请通过引用而将其全部内容合并入本文。前述散射仪可以使用来自在本文档中所论述的光源的实施例的光来测量光栅。

使用特定目标对于光刻参数的总体测量品质至少部分地由用于测量此光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或更多个参数、所测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量选配方案中所使用的测量是基于衍射的光学测量，则所述测量的一个或更多个参数可以包括所述辐射的波长、所述辐射的偏振、辐射相对于所述衬底的入射角、辐射相对于所述衬底上的图案的取向等。选择测量选配方案的标准之一可以是例如测量参数之一对处理变化的灵敏度。在以全文引用的方式而被合并入本文中的美国专利申请US2016-0161863和已公开美国专利申请US2016/0370717A1中描述了更多示例。本文档的所述光源可以被配置成是相对于这些衬底测量选配方案的光源要求是可控的。

光刻设备可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过所述一个或更多个对准传感器可以准确地测量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之类的光学现象来从形成于所述衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中所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。例如，如US2015261097A1中所披露的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些公开的内容均通过引用而被合并入本文。

标记、或对准标记可包括形成在设置于所述衬底上的层上或层中或(直接地)形成在所述衬底中的一系列栅条。所述栅条可以有规则地间隔开，并且充当光栅线，从而使得所述标记可以被视为具有公知的空间周期(间距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，标记可被设计成允许测量沿X轴或沿Y轴(其基本上垂直于所述X轴而定向)的位置。包括相对于X轴和Y轴两者以+45度和/或-45度而被布置的栅条的标记允许使用如通过引用而被合并的US2009/195768A中所描述的技术进行组合式X和Y测量。

所述对准传感器利用辐射斑来以光学方式扫描每个标记，以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。对这种信号的相位进行分析，以确定所述标记的位置，且因此确定所述衬底的相对于所述对准传感器的位置，所述对准传感器继而相对于光刻设备的参考框架是固定的。可以设置与不同(粗略和精细)标记尺寸相关的所谓粗略和精细标记，使得所述对准传感器能够区分周期信号的不同周期、以及周期内的确切位置(相位)。不同间距的标记也可用于此目的。

测量所述标记的位置也可以提供关于在其上设置所述标记(例如呈晶片网格的形式)的所述衬底的变形的信息。所述衬底的变形可通过例如所述衬底的与所述衬底台的静电夹持和/或当所述衬底曝光于辐射时对所述衬底的加热来发生。

图3A是已知对准传感器AS(诸如例如在通过引用而被合并的US6961116中所描述)的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一个或更多个波长的辐射束RB，所述辐射束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。在此示例中，所述转向光学元件包括斑反射镜SM和物镜OL。所述辐射源RSO可由本文档的公开内容的所述光源的实施例提供。用于照射所述标记AM的照射斑SP的直径可能略小于所述标记本身的宽度。

由所述标记AM衍射的辐射被准直(在本示例中经由所述物镜OL)成信息承载束IB。术语“衍射”旨在包括来自所述标记的零阶衍射(其可称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如以上所提及的US6961116中所披露的类型)使所述束IB与其自身发生干涉，之后所述束由光电探测器PD接收。在由所述辐射源RSO产生一个以上的波长的情况下，可包括额外的光学器件(未示出)以提供多个单独的束。如果需要，则所述光电探测器可以是单个元件，或者其可以包括多个像素。所述光电探测器可包括传感器阵列。

可被集成于所述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成测量衬底(或晶片)的顶部表面的形貌。所述衬底的形貌图(也称为高度图)可根据这些测量值生成，这些测量值将所述衬底的高度指示为所述衬底上的位置的函数。这种高度图随后可用于在所述图案在所述衬底上的转印期间来校正所述衬底的位置，以便在所述衬底上的恰当地聚焦位置提供所述图案形成装置的空间图像。将会理解，在这种情境中的“高度”广义地指的是脱离所述平面至所述衬底的尺寸(也称为Z轴)。通常，所述水平传感器或所述高度传感器在固定部位处(相对于其自身的光学系统)执行测量，并且所述衬底与所述水平或高度传感器的所述光学系统之间的相对移动导致在跨越整个所述衬底上的多个部位处进行高度测量。

图3B示意性地示出了本领域已知的水平或高度传感器LS的示例，其仅图示了工作原理。在这种示例中，所述水平传感器包括光学系统，所述光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。所述投影单元LSP包括辐射源LSO，辐射源LSO提供由所述投影单元LSP的投影光栅PGR所赋予的辐射束LSB。所述辐射源LSO可包括本文档的公开内容的实施例。

本发明旨在改善光源的可操作寿命，尤其是包括中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)的宽带光源的可操作寿命。本发明的所述宽带光源可用于量测工具，诸如散射仪校准传感器、高度或水平传感器，如上所描述。

上文所提及的量测工具MT(诸如散射仪、形貌测量系统、或位置测量系统)可以使用源自辐射源的辐射来执行测量。所述辐射的由量测工具所使用的性质可能影响可以被执行的测量的类型和品质。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。多个不同频率可以能够在不干涉其它频率或最少干涉其它频率的情况下传播、照射和散射离开量测目标。因此，可以例如使用不同频率以同时地获得较多测量数据。不同的照射频率可能也能够询问和发现量测目标的不同性质。宽带辐射可以用于诸如例如水平传感器、对准标记测量系统、散射量测工具、或检查工具之类的量测系统MT中。宽带辐射源可以是超连续谱源。

高品质宽带辐射(例如超连续谱辐射)可能难以产生。用于产生宽带辐射的一种方法可以是例如利用非线性高阶效应来展宽高功率窄带或单频率输入辐射。所述输入辐射(其可以使用激光器来产生)可以被称为泵浦辐射。替代地，所述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，可以将辐射约束至较小区域中使得实现强力地被局部化的高强度辐射。在那些区域中，所述辐射可以与展宽结构和/或形成非线性介质的材料相互作用以便产生宽带输出辐射。在所述高强度辐射区域中，不同材料和/或结构可以用于通过提供合适的非线性介质来实现和/或改善辐射展宽。

在一些实施中，在光子晶体光纤(PCF)中产生所述宽带输出辐射。在若干实施例中，这样的光子晶体光纤在其光纤芯部周围具有微结构，所述微结构有助于约束行进穿过所述光纤芯部中的光纤的辐射。所述光纤芯部可以由具有非线性性质且当高强度泵浦辐射被透射通过所述光纤芯部时能够产生宽带辐射的固体材料制成。虽然在固体芯部光子晶体光纤中产生宽带辐射是可行的，但使用固体材料可能有一些缺点。例如，如果在所述固体芯部中产生紫外辐射，则这种辐射可能不存在于所述光纤的输出光谱中，这是因为所述辐射由大多数固体材料吸收。

在一些实施中，如下文参考图4B进一步论述的，用于展宽输入辐射的方法和设备可以使用光纤用于约束输入辐射，且用于展宽所述输入辐射以输出宽带辐射。所述光纤可以是中空芯部光纤，并且可以包括用以实现所述光纤中的对辐射的有效引导和约束的内部结构。所述光纤可以是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)，其尤其适用于主要在所述光纤的所述中空芯部内部进行强辐射约束，从而实现高辐射强度。所述光纤的所述中空芯部可以利用气体或气体混合物填充，所述气体或气体混合物用作用于展宽输入辐射的展宽介质。这种光纤和气体混合物布置可以用于产生超连续谱辐射源。输入至所述光纤的辐射可以是电磁辐射，例如在红外光谱、可见光谱、紫外光谱和极紫外光谱中的一个或更多中的辐射。所述输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，所述宽带辐射在本文中可以被称为白光。所述输出辐射可覆盖紫外、可见和近红外范围。所述输出辐射的确切光谱和功率密度将由多个参数确定，诸如光纤结构、气体混合物组分、气体压力、所述输入辐射的能量、所述输入辐射的脉冲持续时间和脉冲形状。

一些实施例涉及包括光纤的这种宽带辐射源的新设计。所述光纤是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)。特别地，所述光纤可以是包括用于约束辐射的抗谐振结构的类型的中空芯部光子晶体光纤。包括抗谐振结构的这些光纤在本领域中已知为抗谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这些光纤的各种不同设计是在本领域中已知的。替代地，所述光纤可以是光子带隙光纤(HC-PBF，例如Kagome光纤)。

可以设计一定数目的类型的HC-PCF，每种类型基于不同物理引导机制。两个这种HC-PCF包括：中空芯部光子带隙光纤(HC-PBF)和中空芯部抗谐振反射式光纤(HC-ARF)。在以引用的方式而被合并入本文中的美国专利US2004/015085A1(针对HC-PBF)和国际PCT专利申请WO2017/032454A1(针对中空芯部抗谐振反射式光纤)中找到HC-PCF的设计和制造上的细节。图4C的(a)示出包括Kagome晶格结构的Kagome光纤。

现将参考图4A描述用于所述辐射源中的光纤的示例，图4a是横向平面中所述光纤OF的示意性横截面视图。类似于图4A的所述光纤的实际示例的另外的实施例被披露于WO2017/032454A1中。

所述光纤OF包括细长主体，所述主体在一个维度上比所述光纤OF的其它两个维度上更长。这种更长的维度可以被称为轴向方向并且可以限定所述光纤OF的轴线。所述两个其它维度限定可以被称为横向平面的平面。图4A示出所述光纤OF的在被标记为x-y平面的这种横向平面(即，垂直于所述轴线)中的截面。所述光纤OF的横向截面沿所述光纤轴线可以是大致恒定的。

将了解，所述光纤OF具有一定程度的柔性或挠性，且因此所述轴线的方向通常沿所述光纤OF的长度将不是均一的。诸如所述光轴、所述横向截面等等的术语将被理解为意味着局部光轴、局部横向截面等。此外，在部件被描述为成圆柱形或管状的情况下，这些术语将被理解为涵盖当所述光纤OF被挠曲时可能已变形的这样的形状。

所述光纤OF可以具有任何长度，并且将了解所述光纤OF的所述长度可以取决于应用。所述光纤OF可以具有在1厘米与10米或0.1厘米与10米之间的长度，例如所述光纤OF可以具有在10厘米与100厘米之间的长度。

所述光纤OF包括：中空芯部COR；包围所述中空芯部COR的包覆部分；以及包围且支撑所述包覆部分的支撑部分SP。所述光纤OF可以被视为包括具有中空芯部COR的主体(包括所述包覆部分和所述支撑部分SP)。所述包覆部分包括用于引导辐射通过所述中空芯部COR的多个抗谐振元件。特别地，所述多个抗谐振元件被布置成约束主要在所述中空芯部HC内部传播通过所述光纤OF的辐射，并且被布置成沿所述光纤OF引导所述辐射。所述光纤OF的所述中空芯部HC可以大致设置于所述光纤OF的中心区中，使得所述光纤OF的所述轴线也可以限定所述光纤OF的所述中空芯部HC的轴线。

所述包覆部分包括用于引导所述辐射传播通过所述光纤OF的多个抗谐振元件。特别地，在这种实施例中，所述包覆部分包括六个管状毛细管CAP的单环。管状毛细管CAP中的每个管状毛细管充当抗谐振元件。

所述毛细管CAP也可以被称为管。在横截面中，所述毛细管CAP可以是圆形的，或可以具有另一形状。每个毛细管CAP包括大致圆柱形壁部分WP，所述大致圆柱形壁部分WP至少部分地限定所述光纤OF的所述中空芯部HC且将所述中空芯部HC与毛细管腔CC分离开。将了解，所述壁部分WP可以充当用于辐射的抗反射法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器，所述辐射传播通过所述中空芯部HC(并且所述辐射可以按照掠入射角入射到上述壁部分WP上)。所述壁部分WP的厚度可以是合适的以便确保返回至中空芯部HC中的反射是大体上增强的，而进入所述毛细管腔CC中的透射大体上被抑制。在一些实施例中，所述毛细管壁部分WP可以具有0.01μm至10.0μm之间的厚度。

将了解，如本文中所使用的，术语包覆部分意图意味着所述光纤OF的用于引导传播辐射通过所述光纤OF的部分(即，约束所述中空芯部COR内的所述辐射的毛细管CAP)。所述辐射可以被约束为呈横向模式的形式，从而沿光纤轴线传播。

所述支撑部分通常是管状的且支撑所述包覆部分的六个毛细管CAP。所述六个毛细管CAP均匀地围绕内支撑部分SP的内表面分布。所述六个毛细管CAP可以被描述为被设置呈大致六边形形式。

所述毛细管CAP被布置成使得每个毛细管不与其它毛细管CAP中的任一毛细管接触。毛细管CAP中的每个毛细管与所述内支撑部分SP接触，并且与环结构中的相邻毛细管CAP间隔开。这种布置可以是有益的，这是由于其可以增加所述光纤OF的透射带宽(相对于例如其中所述毛细管彼此接触的布置)。替代地，在一些实施例中，毛细管CAP中的每个毛细管可以与所述环结构中的相邻毛细管CAP接触。

所述包覆部分的所述六个毛细管CAP被设置于所述中空芯部COR周围的环结构中。所述毛细管CAP的所述环结构的内表面至少部分地限定所述光纤OF的所述中空芯部HC。所述中空芯部HC的直径d(其可以被限定为相对置的毛细管之间的最小尺寸，由箭头d指示)可以在10μm与1000μm之间。所述中空芯部HC的直径d可能影响所述中空芯部光纤OF的模场直径、冲击损耗、分散度或散布、模态复数、和非线性性质。

在这种实施例中，所述包覆部分包括毛细管CAP(其充当抗谐振元件)的单环布置。因此，从所述中空芯部HC的中心至所述光纤OF的外部的任何径向方向上的线传递穿过至多一个毛细管CAP。

将了解，其它实施例可以设置有抗谐振元件的不同布置。这些布置可以包括具有抗谐振元件的多个环的布置和具有嵌套式抗谐振元件的布置。此外，虽然图4A中所示出的实施例包括六个毛细管的环，但在其它实施例中，包括任何数目抗谐振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)的一个或更多个环可以被设置在所述包覆部分中。

图4C的(b)示出上文所论述的具有管状毛细管的单环的HC-PCF的经修改实施例。在图4C的(b)的示例中存在管状毛细管21的两个同轴环。为了保持管状毛细管21的内环和外环，支撑管ST可以被包括在HC-PCF中。所述支撑管可以由二氧化硅制成。

图4A和图4C的(a)和(b)的示例的所述管状毛细管可以具有圆形横截面形状。对于所述管状毛细管，其它形状也是可能的，如椭圆或多边形横截面。此外，图4A和图4C的(a)和(b)的示例的所述管状毛细管的所述固体材料可以包括塑性材料(如PMA)、玻璃(如二氧化硅或软玻璃)。

图4B描绘一种用于提供宽带输出辐射的辐射源RDS。所述辐射源RDS包括：脉冲式泵浦辐射源PRS或能够产生期望的长度和能量水平的短脉冲的任何其它类型的源；具有中空芯部COR的光纤OF(例如图4A中所示出的类型)；和设置于实施中空芯部COR内的工作介质WM(例如气体)。虽然在图4B中，实施辐射源RDS包括图4A中所示出的实施光纤OF，但在替代实施例中，可以使用其它类型的中空芯部光纤。

所述脉冲式泵浦辐射源PRS被配置成提供输入辐射IRD。实施光纤OF的实施中空芯部HC被布置成功接收来自所述脉冲式泵浦辐射源PRS的所述输入辐射IRD，并且展宽所述输入辐射IRD以提供输出辐射ORD。所述工作介质WM能够展宽所接收的输入辐射IRD的频率范围，以便提供宽带输出辐射ORD。

所述辐射源RDS还包括储存器RSV。所述光纤OF设置于储存器RSV内部。所述储存器RSV也可以称为壳体、容器或气室。所述储存器RSV被配置成包含所述工作介质WM。所述储存器RSV可以包括本领域中已知的用于控制、调节和/或监测所述储存器RSV内部的所述工作介质WM(其可以是气体)的组分的一个或更多个特征。所述储存器RSV可以包括第一透明窗口TW1。在使用时，所述光纤OF被设置于所述储存器RSV内部，使得所述第一透明窗口TW1被定位接近于所述光纤OF的输入端IE。所述第一透明窗口TW1可以形成所述储存器RSV的壁的部分。所述第一透明窗口TW1可以针对至少所接收的输入辐射频率是透明的，使得所接收的输入辐射IRD(或至少其大部分)可以被耦合至位于储存器RSV内部的所述光纤OF中。将了解，可以设置光学器件(未示出)用于将所述输入辐射IRD耦合至所述光纤OF中。

所述储存器RSV包括形成所述储存器RSV的壁的部分的第二透明窗口TW2。在使用时，当所述光纤OF被设置于所述储存器RSV内部时，所述第二透明窗口TW2被定位接近于所述光纤OF的输出端OE。所述第二透明窗口TW2可以针对至少所述设备的所述宽带输出辐射ORD的频率是透明的。

替代地，在另一个实施例中，所述光纤OF的两个相对端部可以放置于不同储存器内部。所述光纤OF可以包括被配置成接收输入辐射IRD的第一端部段，和用于输出宽带输出辐射ORD的第二端部段。所述第一端部段可以被放置于包括工作介质WM的第一储存器内部。所述第二端部段可以被放置于第二储存器内部，其中所述第二储存器也可以包括工作介质WM。所述储存器的运行可以如上文关于图4B所描述的。所述第一储存器可以包括第一透明窗口，所述第一透明窗口被配置成对于输入辐射IRD是透明的。所述第二储存器可以包括第二透明窗口，所述第二透明窗口被配置成对于宽带输出宽带辐射ORD是透明的。所述第一储存器和所述第二储存器也可以包括可密封开口，以允许所述光纤OF部分地被放置于所述储存器内部且部分地放置于所述储存器外部，使得气体可以被密封在所述储存器内部。所述光纤OF还可以包括没有被包含在储存器内部的中间段。使用两个单独的气体储存器的这种布置对于其中所述光纤OF为相对长的(例如当所述长度超过1米时)的实施例可以是尤其便利的。将了解到，对于使用两个单独的气体储存器的这种布置，可以将所述两个储存器(其可以包括本领域中已知的用于控制、调节和/或监测所述两个储存器内部的气体的组分的一个或更多个特征)视为提供一种用于提供所述光纤OF的所述中空芯部HC内的所述工作介质WM的设备。

在这种情境下，如果在窗口上的一定频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％被透射通过所述窗口，则所述窗口可以对于所述频率为透明的。

所述第一透明窗口TW1和所述第二透明窗口TW2两者可以在所述储存器RSV的所述壁内形成气密密封，使得可以在所述储存器RSV内包含所述工作介质WM(其可以是气体)。将了解，可以在与所述储存器RSV的环境压力不同的压力的情况下在所述储存器RSV内包含所述气体WM。

所述工作介质WM可以包括：诸如氩气、氪气和氙气之类的稀有气体；诸如氢气、氘气和氮气之类的拉曼(Raman)活性气体；或诸如氩气/氢气混合物、氙气/氘气混合物、氪气/氮气混合物、氪气/氦气混合物、或氮气/氢气混合物之类的气体混合物。取决于填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(MI)、光孤子或孤子或孤立子(soliton)自压缩、光孤子分裂、克尔(Kerr)效应、拉曼效应和弥散波产生，其详细内容在WO2018/127266A1和US9160137B1(两者都由此以引用的方式而被合并)中被描述。因为可以通过改变所述储存器RSR中的所述工作介质WM压力(即气室压力)来调谐所述填充气体的散布，则可以调整所产生的宽带脉冲动态和相关联的光谱展宽特性，以便优化频率转换。

在一个实施方式中，所述工作介质WM可以至少在接收用于产生宽带输出辐射ORD的输入辐射IRD期间被设置于所述中空芯部HC内。将了解到，当所述光纤OF不接收用于产生宽带输出辐射的输入辐射IRD时，所述气体WM可以全部或部分地从所述中空芯部COR缺失。

为了实现频率展宽，可能期望高强度辐射。具有中空芯部光纤OF的优点是，其可以通过对传播穿过所述光纤OF的辐射的强空间约束而实现高强度辐射，从而实现高的局部化辐射强度。所述光纤OF内部的所述辐射强度可以是较高的，例如由于高的所接收输入辐射强度和/或由于所述光纤OF内部的对辐射的强空间约束。中空芯部光纤的优点是它们可以引导具有比所述固体芯部光纤更宽的波长范围的辐射，并且特别地，中空芯部光纤可以引导在紫外和红外范围两者内的辐射。

使用中空芯部光纤OF的优点可以是在所述光纤OF内部受引导的所述辐射的大部分受限于所述中空芯部COR。因此，所述光纤OF内部的所述辐射的交互作用的大部分是与所述工作介质WM进行的，所述工作介质WM被设置于所述光纤OF的所述中空芯部HC内部。因此，可以增强所述工作介质WM对所述辐射的展宽效应。

所接收的输入辐射IRD可以是电磁辐射。所述输入辐射IRD可以作为脉冲辐射被接收。例如，所述输入辐射IRD可以包括例如由激光器所产生的超快脉冲。

所述输入辐射IRD可以是相干辐射。所述输入辐射IRD可以是经准直辐射，并且其优点可以是促成且改善将所述输入辐射IRD耦合至所述光纤OF中的效率。所述输入辐射IRD可以包括单一频率，或窄频率范围。所述输入辐射IRD可以由激光器产生。类似地，所述输出辐射ORD可以是经准直的和/或可以是相干的。

所述输出辐射ORD的宽带范围可以是连续范围，包括辐射频率的连续范围。所述输出辐射ORD可以包括超连续谱辐射。连续辐射可以有益于在一定数目的应用中(例如在量测应用中)使用。例如，频率的连续范围可以用于查询大量性质。频率的连续范围可以例如用于确定和/或消除所测量性质的频率依赖性。超连续谱输出辐射ORD可以包括例如在100nm至4000nm的波长范围内、或甚至高达10μm的电磁辐射。所述宽带输出辐射ORD频率范围可以是例如400nm至900nm、500nm至900nm、或200nm至2000nm。所述超连续谱输出辐射ORD可以包括白光。

由所述脉冲式泵浦辐射源PRS所提供的所述输入辐射IRD可以是脉冲式的。所述输入辐射IRD可以包括200nm与2μm之间的一个或更多个频率的电磁辐射。所述输入辐射IRD可以例如包括具有1.03μm的波长的电磁辐射。所述脉冲辐射IRD的重复率可以是1kHz至100MHz的数量级。脉冲能量可以具有0.1μJ至100μJ的数量级，例如1至10μJ。所述输入辐射IRD的脉冲持续时间可以在10fs与10ps之间，例如300fs。所述输入辐射IRD的平均功率可以在100mW至若干个100W之间。所述输入辐射IRD的平均功率可以例如为20W至50W。

脉冲式泵浦辐射源PRS可以是激光器。可以通过(泵浦)激光器参数、工作部件WM变化、和光纤OF参数的调整来改变和调谐沿所述光纤OF所透射的这种激光脉冲的时空透射特性(例如其光谱振幅和相位)。所述时空透射特性可以包括以下中的一个或更多个：输出功率、输出模式轮廓或分布、输出时间轮廓或分布、所述输出时间轮廓或分布的宽度(或输出脉冲宽度)、输出光谱轮廓或分布、和所述输出光谱轮廓或分布的带宽(或输出光谱带宽)。所述脉冲泵辐射源PRS参数可以包括以下中的一个或更多个：泵浦波长、泵浦脉冲能量、泵浦脉冲宽度、泵浦脉冲重复率。所述光纤OF参数可以包括以下中的一个或更多个：所述中空芯部101的光纤长度、大小和形状；所述毛细管的大小和形状；所述毛细管的包围所述中空芯部的壁的厚度。所述工作部件WM(例如填充气体)参数可以包括以下中的一个或更多个：气体类型、气体压力和气体温度。

由所述辐射源RDS所提供的所述宽带输出辐射ORD可以具有至少1W的平均输出功率。所述平均输出功率可以是至少5W。所述平均输出功率可以是至少10W。所述宽带输出辐射ORD可以是脉冲式宽带输出辐射ORD。所述宽带输出辐射ORD可以具有至少0.01mW/nm的所述输出辐射的整个波长带中的功率谱密度。所述宽带输出辐射的整个波长带中的所述功率谱密度可以是至少3mW/nm。

图5示出包括HC-PCF的宽带光源设备的示例。所述光源500可以包括其中嵌入HC-PCF 501的气室502。HC-PCF 501的两个端部中的每个端部可以被以光学方式耦合至所述输入束和所述输出束行进通过的窗口503/504。

在使用时，所述气室502可以利用气体(其可以是气体混合物)填充，并且HC-PCF501可以利用相同或大致类似的气体填充。可以通过在HC-PCF 501的输入端与输出端之间提供压力差来建立气流。所述气室中或/和所述HC-PCF 501中的这种压力可以在0.1Bar至100Bar的范围内。所述气室可以是复合的。

诸如泵浦激光器之类的输入源穿过输入窗口503进入所述光源。所述输入束506被汇聚且进入所述HC-PCF 501。所述束的光谱在其行进通过所述HC-PCF 501时被展宽，从而产生宽带输出束505。

在HC-PCF的端部琢面(end facet)与所述窗口之间设置间隙509，以防止所述窗口(尤其所述输出窗口)的电介质击穿。如图5所示，宽带束段505在其离开所述HC-PCF输出琢面时发散，使得在所述束一旦到达所述输出窗口503时，其强度是较低的。因此，入射到所述输出窗口503上的所述束的强度低于所述窗口的电介质击穿的强度阈值。

当操作基于HC-PCF的光源(诸如光源500)时，污染物随时间推移而在所述HC-PCF的端部琢面上生长。特别地，本发明人已观测到，污染物生长在HC-PCF的所述输出琢面上发展显著。污染物生长似乎在光的强度为最高处发生，特别地，所述HC-PCF的输出琢面处的污染物生长比所述输出窗口处的污染物生长更高。污染物生长也似乎在已发生了光谱展宽的光处发生，特别地，污染在所述输入琢面上的生长不那么强烈。此外，主要在所述HC-PCF的输出琢面上观测到污染，而不是在所述HC-PCF本身内观测。

由于从所述气室的窗口或从所述HC-PCF所脱落的二氧化硅粒子，所述污染物可以产生。污染物可以经受利用来自所述PCF的经展宽的输出光的光引发过程，并且改变它们的化学结构和/或在输出琢面上结晶。在操作中的某一定量的若干小时之后(例如，在已透射一定剂量(J)的激光能量之后)，这种污染导致光纤的性能发生劣化；这种劣化可以被称为玻璃状生长现象(GGP)：例如，生长于所述光纤的输出端处的SiO_x结构。

替代地，GGP可以涉及经由物理或化学溅射实现的硅(作为原子、或挥发性物质，诸如SiH₄)的活动或迁移，和/或涉及在所述光纤的所述输出端处的等离子体引发的沉积或温度引发的沉积(例如，经由将SiH₄解离成Si(固体)+2 H₂或经由等离子体引发的聚合)。

这些污染物的累积导致所述光源的寿命下降。GGP和所产生污染物生长(发生于所述输出琢面处)可能突出到发散束的光学路径中。这引起输出光的散射，并且因而导致所述光源的输出功率的衰减。GGP缩短所述源的寿命：GGP引起光散射，并且因此所述光纤丧失其性能。这可能导致在约200小时之后无法满足例如所述传感器的所需光子预算。而且，GGP引起光源功率/光谱密度和模式轮廓或分布的变动，如果它们没有被解决则将需要频繁地重新校准。如此，所述光纤的较短寿命意味着在场中频繁调换光纤，并且可能导致机器每年的非常显著的停机时间(约数天)。这对于工业化产品是不可接受的。

为了减少这些污染物生长且延长HC-PCF光源的可操作寿命，则期望防止污染物的形成、降低它们在光源设备中的浓度或抑制污染物所引发的GGP生长。用于降低污染物浓度且防止它们的形成的可能技术包括在气体环境和发光室/灯泡的部分用于光源之前，对它们进行严密的清洁。然而，利用已知清洁方法实现充分的清洁是有挑战性的，并且无法避免所有污染物。

图6A示出在整体可操作时间内的HC-PCF的平均输出功率的发明人自身的实验结果。在约180小时之后，HC-PCF的平均输出功率开始从高于7.50瓦特衰减至低于7.00瓦特。

图6B示出在操作的延长周期之后的HC-PCF的输出端部琢面处的污染物生长的示意性示例。

所述污染物的确切源是未知的，然而，拒信，所述污染物可以从气室环境中的有机材料，诸如从光纤聚合物涂层的剩余残留物，从气动部件的润滑剂、从气室制造过程或从气室中的工作气体产生。特别地，假定以下GGP机制：

1)激光和/或光引发的分解在所述光纤的端部处发生：

·白光的紫外和可见组分(至少)强烈地被吸收(单或多光子吸收)，并且引起每个脉冲内的对气体的电离，这解释了在所述光纤的输入处不存在GGP，在所述输入处仅有IR激光入射，并且在所述光纤的所述输出处存在GGP；

·不受约束的等离子体(由高频光脉冲馈入)在与所述光纤的端部相距的一定距离处达到稳定状态(这里，由于壁附近或壁处缺乏重新组合，则离子和电子的浓度显著地高于实施光纤内的浓度)；

·来自不受约束的等离子体的离子/电子(具有相对较高浓度)促进光吸收，并且经由双极性扩散朝着光纤以弹道方式传播所述等离子体并且可能将所述等离子体传播至所述光纤中；在等离子体进入所述光纤的窄通道时，等离子体以指数方式衰减，其系数约exp(-x/d)，其中x是所测量的与光纤端部相距的距离，并且d是内径。这允许等离子体传播进入光纤中高达几倍(芯部)直径。

2)光纤材料(大部分为SiO₂)经受这种等离子体；并且被溅射和重新沉积：

·表面原子可以被以物理方式溅射(已观测到，GGP倾向于仅发生于利用稀有气体所填充的光纤中)，这是由于存在稀有气体的高原子质量离子；

·表面原子可以被以化学方式溅射，这是由于反应中存在活化型的氢(自由基和离子)，诸如：

·硅原子在高电场区中(诸如光纤的端部，其中介电常数对于正在传播中的光为不连续的)被重新沉积(并且可能立即被重新氧化)；

·生长结构的尖峰充当场/温度集中器，并且可以进一步促进所述沉积。

·替代地，SiH₄在不受约束的等离子体的高温(或高自由基/离子浓度)情况下被分解，因此硅被重新沉积于所述光纤的端部处。

·替代地，SiH₄可以易于发生等离子体引发的聚合(在所述光纤端部处)，且具有分支链、重分子或自由基Si_xH_y或Si_xH_yO_z,x>>1,y>>1的沉积。

·在检查之前，当所述光纤暴露于空气时可能发生蓬松硅结构的某些氧化。

图6C图示这种激光和或光引发的分解方案。光纤或HC-PCF 100包括输入端101和输出端102。激光脉冲110被耦合至HC-PCF 100中，并且被转换为共同传播的宽带脉冲121和能量降低的激光脉冲120。通过在所述等离子体的稳定状态区201中吸收光的紫外/可见成本来激起等离子体200。在所述光源的数值孔径(NA)130内，所述等离子体202的一部分沿所述光束的上游传播，并且部分地进入所述光纤的所述输出端102。所述等离子体由规则的光脉冲维持。

如此，所述光纤的输出端102经受引发蚀刻和沉积的等离子体202。这导致挥发性分子(SiH₄)或溅射原子(Si)从所述光纤的所述端部琢面和/或从所述光纤的通道(例如，高达几倍直径深)产生。因此，GGP结构由SiH₄的(温度和/或等离子体引发的)分解/氧化或由(先前溅射的)硅原子的直接沉积而生长。已观测到，这些GGP结构的形成随着所述光纤内的深度以指数方式衰减，使得它们几乎在深度L_s～(0.2……2)*D_f处消失，其中D_f为光纤通道内部直径。

为了减少所述HC-PCF的所述端部琢面上的所述污染物生长，可以使HC-PCF的毛细管塌陷。毛细管的锥形端部可以防止发生所述污染物生长。然而，这种解决方案没有解决所述设备中的污染物的基础问题，尤其是，如果所述毛细管中的锥形不完美，则无法充分地避免污染物生长。

由发明人所识别的HC-PCF/气室光源中的另一问题是所述气室中的湍流气流。HC-PCF/气室光源设计可以在产生Re＞10⁷的雷诺数的多个尺寸和压力的情况下操作，这意味着所述系统极其容易产生湍流。湍流可能在气体中引入密度不均匀性，从而导致输入或输出束的光学路径长度的动态改变。这可能使得输出光闪烁。所述光源中的这种可变性使其不可靠，尤其对于从源输出的一致光很重要的量测应用。

特别地，在所述HC-PCF端部琢面与它们被耦合至的窗口之间的间隙中的湍流气流也可能引起额外的问题。更多湍流增加了气体穿越所述输入束506/输出束505的路径处的速率，并且也增加了所述输入束506/输出束505中的气体与所述气室中的气体的其余部分交换的速率。因此，在由某一光引发过程导致污染物生长的情况下，更多湍流将增加污染粒子跨越束的所述路径的速率，并且因而增加污染物能够结晶或以其它方式在所述设备中积聚的速率。

本发明人已研发一种用以防止或延迟宽带光源中的HC-PCF上的污染物生长的速率的设备。本公开提供用于使在光源工作时与所述光源的束相接触的气体容积最小化的表面。

鉴于HC-PCF光源中的上述问题，所述表面可以执行以下结构作用的任何组合：使HC-PCF的琢面端部与其被以光学方式耦合至的窗口之间的第一气体容积最小化；限制这种第一容积与所述气室的其余部分之间的气体交换的速率；大体上减小在这种第一容积或在所述气室中的湍流。

实施例的所述光源可以包括：气室，所述气室具有窗口；光纤，所述光纤是中空的且具有轴向方向，所述光纤的端部被封闭于所述气室内且经由光学路径而被以光学方式耦合至所述窗口；以及表面，所述表面围绕所述光纤的所述端部设置，并且在所述轴向方向上朝向所述窗口延伸超过所述光纤的所述端部，以便限制所述光学路径与所述气室的其余部分之间的交换。

所述气室可以具有其轴向端之一上的窗口。所述气室可以包括两个窗口，每个窗口设置于轴向端上。所述气室的壁可以包括金属。

所述光纤可以是HC-PCF。仅所述光纤的所述输出端可以被包含于所述气室内。替代地，所述光纤的全部可以被包含于所述气室内。所述光纤可以包括第二端部，所述第二端部也以光学方式被耦合至所述气室的第二窗口。

在实施例中，所述表面由所述气室的内表面提供。所述表面可以由所述气室的至少一个壁提供。所述至少一个气室壁的厚度可以在所述轴向方向上变化。

在实施例中，所述表面由保护元件或屏蔽件提供。换句话说，所述屏蔽件是所述表面的实施例，所述表面使在光源工作时与所述光源的束相接触的所述气体容积最小化。所述屏蔽件可以在材料方面与所述气室分离，和/或与所述气室分离开地制造。所述屏蔽件可以被固结至所述气室的内部。

所述表面可以沿所述光纤延伸给定长度，其中所述表面与所述光纤的圆周偏离，从而形成间隙。

所述光纤与所述表面之间的这种间隙可以被视为“径向间隙”。所述径向间隙可以相对于所述轴向方向是旋转对称的。所述径向间隙可以被成形为圆柱体外壳。所述径向间隙可以具有非均一的形状。所述径向间隙可以是主路线，气体可以穿过所述主路线从所述气室的其余部分流动至所述光学路径。所述径向间隙可以是允许气体流动至所述光学路径的多个间隙中的一个间隙。径向间隙的大小可以被配置成实现通过所述径向间隙的气体交换的某一速率。径向间隙的大小可以将通过所述径向间隙的气体交换限制为至多10^-1摩尔/小时、优选地为至多10^-4摩尔/小时、优选地为至多10^-7摩尔/小时、优选地为至多10^-10摩尔/小时。

所述光源可以具有介于所述光纤与所述表面之间的间隙，并且所述间隙具有与所述轴向方向正交的最小横截面积，所述最小横截面积在100μm²与3mm²之间。换句话说，所述表面可能不与所述光纤的所述外表面完全地适形。

所述表面的包围所述光纤的部分可以不在任何点处接触所述光纤。替代地，所述表面的包围所述光纤的部分可以在一个点或更多个点处接触所述光纤。支撑构件可以由所述表面形成，并且被配置成支撑所述光纤或将所述光纤安装在特定位置中。用于所述光纤的支撑构件可以由除所述表面之外的结构提供。

所述表面可以邻接所述光纤或被密封至所述光纤。

所述表面可以利用钎焊、焊接或低除气胶而被密封至所述光纤。

由所述屏蔽件所提供的所述表面的端部可以与所述窗口、或包含所述窗口的气室表面邻接或密封。

所述表面可以包括二氧化硅。表面可以包括所述气室的内表面上的二氧化硅涂层。所述屏蔽件可包括二氧化硅。可以利用玻璃至玻璃钎焊或激光焊接将由屏蔽件所提供的所述表面的所述端部密封至所述窗口。可以使用激光焊接将由屏蔽件所提供的所述表面的端部密封至所述气室。所述屏蔽件和其被密封至的窗口或气室可以被制造为单件或整体件，或以其它方式一体地形成。单件屏蔽件和窗口或气室可以使用减材制造，可选地选择性激光蚀刻来制造。所述单件屏蔽件和窗口或气室可以包括二氧化硅。

所述表面的所述端部和所述窗口或气室内表面可以由小间隙分隔开。所述表面的所述端部和可选地屏蔽件与所述窗口或气室内表面之间的这种间隙可以被视为“轴向间隙”。所述轴向间隙可以是主路线，气体可以穿过所述主路线从所述气室的其余部分流动至所述光学路径。所述轴向间隙可以是允许气体流动至所述光学路径的多个间隙中的一个间隙。所述间隙的大小可以被配置成实现穿过所述间隙的气体交换的某一速率。所述轴向间隙的大小可以将贯穿所述轴向间隙的气体交换限制为至多10^-1摩尔/小时、优选地为至多10^-4摩尔/小时、优选地为至多10^-7摩尔/小时、优选地为至多10^-10摩尔/小时。

所述光源可以包括设置于所述光纤的所述输出端上的表面。所述光源可以包括设置于所述光纤的所述输出端上的屏蔽件。

所述光源可以包括设置于所述光纤的所述输入端上的表面。所述光源可以包括设置于所述光纤的所述输入端和所述输出端中的每个上的表面。这些表面可以形成一个连续表面。这些表面可以由于表面不连续性而分离开，或以其它方式在材料上分开。这些表面每个都可以由屏蔽件提供。

提供所述表面的构件(例如屏蔽件)可以包括二氧化硅、金属、硅、或其它半导体。形成所述表面的所述气室的内表面上的涂层可以包括二氧化硅、金属、硅、或其它半导体。所述屏蔽件可以包括二氧化硅、金属、硅、或其它半导体。这种表面可以包括可能具有低碳和硅含量或零碳和硅含量的不可蚀刻的材料(例如，对于H*或H+是稳固/鲁棒的，即不受H*或H+影响)，诸如金属、金属氧化物、贵金属(作为涂层或主体)、陶瓷。

可来自所述光源的所述表面、气室壁和/或屏蔽件可以包括材料的混合物。

所述光源的所述气室可以具有非恒定的壁厚度。所述光源的所述屏蔽件可以具有非恒定的壁厚度。

所述气室或屏蔽件的所述壁可以在包围所述光纤的轴向端处是较厚的。所述气室或屏蔽件的所述壁可以在改变所述气室的其余部分中的气流的点处是较厚的。所述气室或屏蔽件的所述壁可以在支撑构件由所述表面提供以保持所述光纤处是较厚的。所述屏蔽件的壁可以在外部支撑构件由所述屏蔽件的所述外表面提供来以结构方式在所述气室内支撑所述屏蔽件处是较厚的。一个或更多个外部支撑构件可以由与所述屏蔽件分离的部分提供，以保持或定位所述屏蔽件于所述气室中。

所述光源可以包括相对于所述轴向方向为旋转对称的表面。

所述表面可以限定以下形状中的一个：圆柱形、截头圆锥形或号角形。

所述屏蔽件的所述外表面可以限定以下形状中的一个：圆柱形、截头锥形或号角形。

所述屏蔽件的所述内表面可以限定以下形状中的一个：圆柱形、截头锥形或号角形。

替代地，所述表面可以不是旋转对称的。所述表面，以及可选地所述屏蔽件的所述外表面和/或内所述表面可以描述非旋转对称形状。所述表面可以包括一个或更多个支撑构件，用于将所述光纤安装或以其它方式支撑在所述气室内的特定位置中。可选地，所述屏蔽件可以包括其内表面或外表面上的一个或更多个支撑构件，以将所述光纤或屏蔽件安装或以其它方式支撑在所述气室内的特定位置中。所述表面、可选地所述屏蔽件的所述内表面和/或所述外表面可以包括结构特征，以重新引导气流、减小湍流和/或重新引导湍流远离所述光学路径。这些结构可以包括结构化/纹理化表面、翅片或流动矫直件。

可以随着除所述表面和屏蔽件以外的结构，以减小或重新引导所述气室中的湍流。这些结构可以包括结构化/纹理化表面、翅片或流动矫直件。

所述表面(例如，所述光源的所述屏蔽件)可以具有与所述轴向方向正交的非恒定直径。换句话说，所述表面可以限定与所述轴向方向正交的直径，并且直径在所述轴向方向上变化。

所述表面(例如所述屏蔽件)的直径可以在其邻近于所述窗口的端部处是较大的。换句话说，所述表面的与所述轴向方向正交的横截面可以在其邻近于所述窗口的端部处比所述表面的包围所述光纤的端部处的横截面更大。

所述表面(例如屏蔽件)的内径可以从包围所述光纤的所述端部的第一较小直径逐渐地增加至邻近所述窗口的较大直径。

所述表面(例如屏蔽件)的所述内径可以大于由以下方程式所提供的最小直径D_min：

其中w₀是所述光纤的所述端部处的模场直径，z是与所述光纤的所述端部相距的距离，并且z_R是瑞利(Rayleigh)长度。

所述表面(例如屏蔽件)的所述内径可以是由方程式(1)所提供的直径。换句话说，所述屏蔽件的所述内径可以大致等于由方程式(1)所提供的最小直径。

方程式(1)从与所述光纤的所述输出端相距的给定距离处的预期局部束直径导出。评估这种束直径的其它方程式可以用于确定所述表面的尺寸。通常可以期望所述表面紧密地跟随但不阻碍所述光纤的所述输出束。用于所述表面的尺寸的这些原则也可以被应用于所述光纤的所述输入端。所述表面的围绕所述光纤的所述输入端而设置的部分可以紧密地跟随但不阻碍由所述光纤的所述输入端所接收的所述输入束。

所述光源的所述屏蔽件可以具有与所述轴向方向正交的恒定横截面。换句话说，所述屏蔽件可以具有棱柱形状。所述屏蔽件可以具有圆柱形外壳、或限定中空内部空间的其它棱柱的形状。

所述光源的所述气室可以包括选自由以下组成的群组中的至少一种气体：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氧气、氮气、其它分子气体及其混合物。

所述光源可以被耦合至光学源，所述光学源包括泵浦激光器。所述光学源可以通过窗口而被耦合至HC-PCF的输入端。

实施例的所述量测设备包括根据本公开的实施例的光源，其中所述光源被配置成产生用于投影至衬底上的光。

所述量测装置可以是散射仪。

所述量测装置可以用于量测应用中，诸如重叠、对准和/或调平。

图7示出光源的实施例的配置。所述光源包括具有窗口503的气室502、跨越间隙509以光学方式耦合至所述窗口503的光纤501、以及提供表面710的保护元件或屏蔽件700。输出束505被示出离开所述光纤501的所述端部，并且所述输出束在其行进至所述窗口503时发散。所述屏蔽件700围绕所述光纤501的所述端部而设置，并且在平行于所述光纤轴线的两个轴向方向上延伸。

图7中的所述屏蔽件具有圆柱形外壳形状。已沿所述轴向方向获得所述屏蔽件的横截面，其示出所述屏蔽件的壁材料701和内部空隙702。所述光纤的所述端部被封闭于所述屏蔽件内。

图7中的屏蔽件700相对于所述光纤501的所述轴向方向是旋转对称的。屏蔽件700的所述内表面710始终具有恒定内径。在所述屏蔽件的光纤端部处，所述光纤的所述端部与所述屏蔽件700的所述内表面710之间存在径向间隙703。在所述屏蔽件的所述窗口端部处，所述屏蔽件表面710的内径大于输出束505的最大直径。在所述屏蔽件700的所述端部与所述窗口503之间存在较小的轴向间隙704。

所述屏蔽件700限制包围所述输出束505的所述光学路径的所述局部气体容积。所述屏蔽件700也在轴向上限制所述气流通过所述设备，并且将来自所述气室的其余部分的径向流大致限制为无法到达所述光学路径。在所示出的实施例中，气流仅可以通过径向间隙703和轴向间隙704进入所述光学路径。因此相对于如果根本不存在所述屏蔽件的情况，污染物跨越所述光学路径的速率应被减小。

所述屏蔽件700的所述间隙703和704允许所述输出束505的所述光学路径中的气体以流体方式与所述气室的其余部分连通，而同时限制气流跨越整个所述光学路径。仍期望气体到达所述光学路径，这是因为由所述光源输出的宽带的产生取决于气体压力。

如图7所示，径向间隙703可以被形成在所述光纤的所述外表面与所述屏蔽件700的所述内表面710之间。这种间隙在所述轴向方向上的长度可以被配置成将气体交换限制为所选的最大速率。所述间隙在径向方向上的横截面大小也可以被配置成将气体交换限制为所选的最大速率。

所述屏蔽件的所述端部与所述窗口之间的所述轴向间隙704的尺寸也可以被配置成将此部位处的气体交换限制为所选的最大速率。

所述径向间隙703和/或所述轴向间隙704的尺寸可以被配置成减小进入所述光学路径区中的湍流。在特定设备尺寸/压力的情况下实现层流可能不可行，但减小所述气流的湍流特性仍是优选的。

径向间隙703和轴向间隙704的尺寸可以由于它们的组合使用而被配置成实现特定气流影响。所述间隙可以被配置成具有类似流入/流出速率，或将流动朝向彼此引导以防止气流跨越整个所述光学路径。

替代地，在这种实施例中，所述轴向间隙704可能不存在，并且所述屏蔽件的所述端部可以邻接或被密封至所述输出窗口。

在其它实施例中，径向间隙和轴向间隙的形状或尺寸可以孤立地或组合地被配置成产生其它期望的气流性质。期望的气流性质可以包括防止在所述光学路径中或所述光学路径周围产生过多湍流的特定流拓朴结构。

图8示出所述光源的另一个实施例的配置。图8的实施例除了具有表面810的屏蔽件800以外，也包括与图7相同的部件。所述光源包括具有窗口503的气室502、跨越间隙509以光学方式耦合至所述窗口503的光纤501、以及保护元件或屏蔽件800。输出束505被示出离开所述光纤501的所述端部，并且输出束在其行进至所述窗口503时发散。所述屏蔽件800的所述表面810围绕所述光纤501的所述端部而设置，并且在平行于所述光纤轴线的两个轴向方向上延伸。

屏蔽件800不同于屏蔽件700，这是因为表面810邻接所述光纤501的所述端部，从而围绕所述光纤501的整个外圆周形成密封部分。因此，在图8中所示出的实施例中，在所述表面810与所述光纤501之间不存在与图7的所述径向间隙703对应的间隙。然而，在这种实施例中存在轴向间隙804，使得所述光学路径中的气体可以与所述气室502的其余部分中的气体以流体方式连通。针对轴向间隙704所披露的任何可选特征同样可以应用于轴向间隙804。

屏蔽件800相对于所述光纤501的所述轴向方向是旋转对称的，并且已沿所述轴向方向获得所述屏蔽件800的横截面，从而示出壁材料801和内部空隙802。

屏蔽件800也不同于屏蔽件700，这是因为所述表面810具有相对于所述轴向方向而变化的直径。所述表面810描述大体上截头圆锥形状，并且截头圆锥形的较大端部在所述屏蔽件的邻近于所述窗口503的端部处。

图8中由介于所述壁材料801与所述内部空隙802之间的边界所示出的所述屏蔽件的所述表面810的横截面遵循所述输出束505的形状。因此，在这种实施例中，所述光学路径周围的所述气体容积比图7中的气体容积更受限。以这种方式减小包围所述光学路径的气体容积可以降低气体中的污染物可以跨越所述光学路径且因此积聚的速率。

然而，重要的是，所述屏蔽件800和表面810不与所述输出束505相交、或以其它方式阻碍所述输出束505，因为这将影响由所述光源输出的光的特性。在束直径与所述屏蔽件的所述内表面的内径之间实施最小空间公差可以是恰当的，所述最小空间公差在图8中由介于所述输出束505与所述表面810之间的所述间隙指示。

所述屏蔽件800也限制来自所述气室的其余部分的湍流气流可以进入所述光学路径的程度。在所述光纤501与所述屏蔽件800形成闭合部分时，所述气室中的气体可以用流体方式与所述光学路径连通而经过的唯一路线通过间隙804。当这种流动路径相对于所述光学路径是辐射状的时，间隙804的尺寸可以被配置成限制流动的速率或所述流动的湍流性质，从而进入所述光学路径。

当已分离地披露两个上述实施例的屏蔽件700和800时，可能期望组合来自两个实施例的特征。例如，可能期望具有有如屏蔽件700中的轴向间隙703的屏蔽件，与如屏蔽件800中的截头圆锥形内表面相组合。两个实施例的单独的公开内容并非意图限制用于本文献的本公开的光源的可能的特征组合。

图9示出所述光源的另一个实施例的配置。图9的实施例包括由所述气室的所述内表面所提供(而不是由屏蔽件提供)的表面910。所述光源也包括具有窗口503的气室502、跨越间隙509以光学方式被耦合至所述窗口503的光纤501、以及表面910。

所述表面910由所述气室502的所述内表面在所述光纤的端部附近的收缩或渐缩而形成。所述气室502因此在所述轴向方向上具有可变的壁厚度。这种收缩或渐缩部分中的最窄的点在所述表面与所述光纤之间形成径向间隙903。所述表面910从径向间隙903朝外渐缩至所述窗口503，以提供用于所述光学路径505的空间。所述表面910因此限制包围所述输出束505的所述光学路径的局部气体容积，并且将来自所述气室的其余部分的流动限制为不能穿过径向间隙903到达所述光学路径。在所示出的实施例中，气流仅可以穿过径向间隙903进入所述光学路径。污染物的跨越整个所述光学路径的速率因此应相对于如果表面910的收缩或渐缩部分没有被如此配置的情况而减少。

所述径向间隙903的横截面大小也可以被配置成将气体交换限制为所选最大速率。

所述径向间隙903的尺寸可以被配置成减小进入所述光学路径区中的湍流。在特定设备尺寸/压力的情况下实现层流可能不可行，但减小所述气流的湍流性质仍是优选的。

替代地，在这种实施例中，所述径向间隙903可能不存在，并且所述表面910可以邻接或被密封至所述光纤501，可选地围绕所述光纤501的所述端部。换句话说，所述气室502的所述内表面可以邻接或被密封至所述光纤501的部分。

图10示出所述光源的又一实施例的配置。正如图9，图10的实施例包括由所述气室的所述内表面所提供(而不是由屏蔽件提供)的表面920。所述光源也包括具有窗口503的气室502、跨越间隙509以光学方式被耦合至所述窗口503的光纤501、以及表面920。

在所述光源的这种实施例中，所述气室502被示出仅围封所述光纤的所述端部。换句话说，所述光纤501的所述中间部分没有被嵌入于所述气室502中。

所述表面920邻接/被密封至所述光纤510的所述端部，从而围绕所述光纤501的整个外圆周形成密封。所述表面920从所述密封朝外渐缩至所述窗口503，以提供用于所述光学路径505的空间。所述气室502因此在所述轴向方向上具有可变的壁厚度，以提供表面920。所述表面920限制包围所述输出束505的所述光学路径的局部气体容积。如同图7至图9中的前述实施例，以这种方式减小包围所述光学路径的气体容积可以降低气体中的污染物可以跨越整个所述光学路径且因此积聚的速率。

图11图示根据另一个实施例的配置，其旨在减少所述光纤的端部处的腐蚀性/污染性物质的通量，和/或抑制等离子体/自由基所引发的沉积和聚合(例如，以便抑制GGP的生长)。所述布置包括由自对准的、自定心的输出元件400的内壁所限定的表面405a、405b。限定这种表面405a、405b，以以便不阻碍和/或吸收从所述光纤输出的光(例如，被限定以考虑NA，可选地具有额外的裕量，例如30μm至300μm，或50μm至250μm)。作为这种裕量的替代，或除这种裕量之外，反射镜抛光可以被提供至表面405a和表面405b中的一个或两者。

所述输出元件400可以延伸超出所述光纤的端部琢面达充分的距离，以确保光引发的等离子体200(用于活性物质产生的中心)与光纤102的所述输出相距的距离被维持为足够远，以防止来自所述光纤的显著蚀刻，由此抑制GGP的源。这种距离可以是例如所述输出元件400在其输出端处的内径D_protect的至少3倍(例如，这里介于3倍与30倍之间)。以这种方式，所述输出元件400在不受限制的等离子体与所述光纤102的所述输出琢面之间提供足够的距离，使得没有(或极少)发生等离子体引发的反应和污染物的沉积。

在实施例中，所述输出元件400可以包括多个段：(可选地为复合的)；其可以包括：

·自对准段401。所述自对准段401的直径D_align可以被定义为例如：

(其中D_fiber为光纤直径)；此段的长度可以是例如

·自定心段402。所述自定心段402的直径D_center可以被定义为例如：

其长度可以是例如：

·保护元件段403，所述保护元件段包括保护元件或屏蔽件。这种屏蔽件的长度L_protect可以是例如：

段401、402、403中的一个或更多个段可以是一侧或两侧渐缩的。虽然输出元件400被示出为具有轴向对称性，但不对称的或平面对称的元件(或其一个或更多个段401、402、403)也是可能的。

段401和402中的一个或两者是可选的，并且它们的功能可以由光纤支撑元件提供。

保护元件段403、以及所述光纤的端部琢面可以被布置成使得所述端部琢面和所述段403输入横截面在1mm内，或在彼此的0.1mm至0.01mm内，并且使得从光纤输出的光不由所述保护元件段403阻挡。

在实施例中，保护设备可以是复合的；例如，具有由共同的棒或螺钉对准的所述段401、402、403。为了促成这种对准，提出通过使用例如皮秒激光器的激光钻孔、通过反应离子设计、或使用经聚焦的离子束，形成/钻孔具有足够小的直径(例如，小于10μm或小于5μm)的精密通道。

所述输出元件400可以使用参考所述气室或另一辅助支撑件的支撑结构来与光纤对准且居中于光纤，例如使得光纤端部琢面在与所述保护元件的横截面相距的1mm内、或0.1mm内，并且所述保护元件段403的内表面角在从所述光纤输出的光的NA的0.1Rad内，优选地在0.01Rad内。

在可选的实施例中，提出抑制所述表面、屏蔽件或输出元件材料的溅射，和/或从所述设备的材料除去重新沉积所引发的结构(在假设它们应出现在设备的输出处而不是GGP处的情况下)。这种方法可以包括选择在存在有活化氢物质的情况下没有经受(或具有少量)化学溅射的材料表面、屏蔽件或输出元件。这样的材料可以包括金属，例如：Mo、W、不锈钢或其它金属、金属或合金的混合物。替代地，或另外，可以选择材料以具有由稀有气体离子(例如，C、Ti、V)所导致的较低溅射产率。所述表面、屏蔽件或输出元件材料可以由与所述光纤不同的材料制成或包括与所述光纤不同的材料的事实还可以增加光纤寿命，这是因为等离子体比一些其它材料更快地侵蚀和/或沉积硅。

另一方法可以包括选择一种稳定的(在溅射和可能的重新沉积之后非氧化的)且可选地具有低于所述光纤(例如玻璃)的熔融温度的熔融温度的材料。这种材料可以包括贵金属，例如金或银。这种方法可以包括允许通过吸收光(从光纤本身输出)或通过外部加热器来对这种材料(例如，在重新沉积期间所产生)的已形成结构(例如蓬松结构)进行(例如周期性的)熔融。

替代地，表面材料可以包括挥发性氧化物和氢化物，诸如C(该件可以由非晶碳、类金刚石碳或金刚石或C₃N₄制成或涂覆)。在这种实施例中，由所述等离子体初始化的蓬松结构可以被(例如周期性地)氧化，例如通过在光纤环境内注入O₂/H₂O/H₂O₂或其它适合的氧化剂来氧化。

这样的方法允许对形成结构的自清洁、或周期性移除，而无停机时间损失/惩罚。

在这些实施例中所提出的材料可以作为涂层而被沉积至所述表面；例如，厚度为1μm至100μm，至少在所述表面与等离子体接触之处。这种涂层可以被施加至关于图7至图11所描述的表面中的任何一表面。

虽然已分离地披露图7至图11中的所述光源的每个实施例，但可能期望组合它们的特征。例如，可能期望使用屏蔽件和气室的内表面的某一组合来提供表面。所披露的待由屏蔽件提供的表面的配置可被替代地由所述气室的所述内表面提供，并且反之亦然。而且，例如，图11的自对准段和/或自定心段可以与图7或图8的实施例一起使用。

在使用分离的屏蔽件或保护元件的情况下，所述光纤端部可以邻近于所述屏蔽件或保护元件或被插入至所述屏蔽件或保护元件中。

在所有实施例中，所述气室可以包括进气口和出气口，它们被布置成使得在所述光纤的所述进气口与所述出气口之间建立压差时建立气流，其移除挥发性物质、防止经浓缩/经聚合物质的重新沉积、减少所述光学输出处的压力和/或抑制由光吸收所引发的等离子体。而且，这种布置提供用以引入压力(和密度)梯度的选择，使得可以额外地对散布进行调谐。此外，将存在对流动与压力曲线或分布进行调谐的可能性，使得低压容器中的稳定状态压力被显著减小，例如＜1Bar，优选地为＜0.1Bar。这意味着激光脉冲和由所述气体所产生的超连续谱脉冲吸收将被最小化，并且所述光纤的所述输出端处的等离子体激起受到抑制。例如，在所述光纤的任一端部处可以存在两个经加压容器，并且在这两个容器之间建立压力差(例如，使用外部设备而维持所述压力差)。

在后续编号列表的方面中披露了其他实施例：

1.一种光源，所述光源包括：

气室，所述气室具有光学输出；

光纤，所述光纤是中空的且具有轴向方向，所述光纤的端部被封闭于所述气室内且经由光学路径以光学方式被耦合至所述光学输出；

表面，所述表面围绕所述光纤的所述端部设置，并且在所述轴向方向上朝向所述光学输出延伸超过所述光纤的所述端部，以便限制以下中的一个或更多个：

所述光学路径与所述气室的其余部分之间的气体的交换；

等离子体朝向所述光纤或至所述光纤中的进入；以及

朝向蚀刻敏感表面的自由基通量。

2.根据方面1所述的光源，其中所述表面由所述气室的内表面提供。

3.根据方面1所述的光源，其中所述表面不由所述气室的所述内表面提供，并且所述表面由保护元件提供。

4.根据方面3所述的光源，其中所述光纤的所述端部与所述保护元件的输出端之间的长度足以防止或限制等离子体进入所述光纤中。

5.根据方面4所述的光源，其中所述光纤的所述端部与所述保护元件的所述输出端之间的所述长度是所述光纤的外径的至少三倍。

6.根据方面5所述的光源，其中所述保护元件的最小横截面是在所述光纤的所述外径的0.1至10倍的范围内。

7.根据方面5或6所述的光源，其中所述保护元件的内表面被布置成不阻碍从所述光纤输出的光。

8.根据方面7的光源，其中所述保护元件的所述内表面具有在所述光纤的0.5NA至5NA范围内的开口角。

9.根据方面3至8中任一项所述的光源，其中所述保护元件包括输出元件的部分，所述保护元件还包括自对准段和自定心段中的一个或两者。

10.根据方面9所述的光源，其中所述自对准段的直径比所述光纤的直径大介于0.1mm与0.8mm之间的值，和/或所述自对准段的长度为至少1mm。

11.根据方面9或10所述的光源，其中所述自定心段的直径比所述光纤的直径的大介于50μm与250μm之间的值。

12.根据方面9至11中任一项所述的光源，其中所述输出元件是复合输出元件，其中所述自对准段和自定心段中的一个或两者与所述保护元件分离地形成。

13.根据方面12中任一项所述的光源，其中所述自对准段和自定心段中的一个或两者以及所述保护元件与共同的棒和/或螺钉对准。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的光源，其中所述保护元件的内表面被布置成与所述光纤所输出的光锥相距在10μm至1000μm内的距离，以便所述保护元件的至少一部分邻近于所述光学输出。

15.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面沿所述光纤延伸给定长度，并且所述表面从所述光纤的圆周偏移，从而形成间隙。

16.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述光纤与所述表面之间的间隙具有与所述轴向方向正交的最小横截面积，所述最小横截面积在100μm²与3mm²之间。

17.根据方面1至3中任一项所述的光源，其中所述表面邻接所述光纤或被密封至所述光纤。

18.根据方面3至14中任一项所述的光源，其中所述保护元件邻接或被密封至所述光学输出、或所述保护元件邻接或被密封至包含所述光学输出的气室表面。

19.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述光学输出包括窗口。

20.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括二氧化硅、金属、金属合金、贵金属、金属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物或硅化物、硅、或其它半导体。

21.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括在存在活性氢物质的情况下限制化学溅射或没有经受化学溅射的材料。

22.根据方面21所述的光源，其中所述材料包括钼或钨或不锈钢。

23.根据前述方面中任一项的光源，其中所述表面包括具有由稀有气体离子实现的、与所述光纤相比更低溅射产率的材料。

24.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括在任何溅射之后稳定的且不氧化的材料。

25.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括具有低于所述光纤的熔融温度的熔融温度的材料。

26.根据方面25所述的光源，其中所述材料包括贵金属。

27.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括形成挥发性氧化物和挥发性氢化物两者的材料。

28.根据方面27所述的光源，其中所述材料包括非晶碳、类金刚石碳、金刚石、或C₃N₄。

29.根据方面21至29中任一项所述的光源，其中所述材料作为涂层被施加至所述表面。

30.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面包括反射镜涂层。

31.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述气室包括进气口和出气口，所述进气口和出气口被布置成使得当在所述光纤的进气口与所述出气口之间建立压力差时建立移除挥发性物质、防止经浓缩/经聚合物质的重新沉积、减少所述光学输出处的所述压力和/或抑制由光吸收所引发的等离子体的气流。

32.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面在所述轴向方向上限定旋转对称的形状。

33.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面限定与所述轴向方向正交的非恒定的直径，可选地，由所述表面所限定的所述直径大于D_min：

其中w₀是所述光纤的所述端部处的模场直径，z是与所述光纤的所述端部相距的距离，并且z_R是瑞利长度。

34.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述表面至少沿其长度的一部分限定截头圆锥形状。

35.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述气室中的气体包括选自由以下所组成的群组中的至少一种气体：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氧气、氮气或其混合物。

36.根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述光纤被耦合至光学源，所述光学源包括泵浦激光器。

37.一种量测装置，所述量测装置包括根据前述方面中任一项所述的光源，其中所述光源被配置成产生用于投影至衬底上的光。

38.根据方面37所述的量测装置，其中所述量测装置是散射仪。

尽管本文中可具体提及光刻设备在IC制造中的使用，但应理解，本文中描述的所述光刻设备可具有其他应用，诸如制造集成光学系统、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。本领域技术人员应了解，在这些替代应用的情境中，本文中术语“晶片”或“芯片”的任何使用可被视为分别与更一般术语“衬底”或“目标部分”同义。本文中所提及的衬底可在曝光之前或之后在例如轨道或涂覆显影系统(一种工具，通常将一层抗蚀剂涂覆至衬底上并且显影经曝光的抗蚀剂)、量测工具和/或检查工具中被处理。在适用的情况下，本公开可被应用于这些和其他衬底处理工具。此外，例如为了创建多层IC，可以不止一次地处理所述衬底，因此本文中所使用的术语衬底也可以指代已经包含一个或更多个经处理层的衬底。

虽然上文已描述本发明的特定实施例，但应了解，可以与所描述方式不同的其它方式来实践本发明。例如，本文所披露的光源可具有量测装置或光刻装置之外的应用，例如，其可用于医疗和美容诊断和成像、基于导管的介入(心脏、肾脏等)，皮肤治疗(例如，除其他外，靶向血管和纹身去除)以及材料成像和材料处理中的应用。

以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因而，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐明的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种光源，所述光源包括：

气室，所述气室具有窗口；

光纤，所述光纤是中空的且具有轴向方向，所述光纤的端部被封闭于所述气室内且经由光学路径以光学方式被耦合至所述窗口；

表面，所述表面围绕所述光纤的所述端部设置，并且在所述轴向方向上朝向所述窗口延伸超过所述光纤的所述端部，以便限制以下中的一个或更多个：

所述光学路径与所述气室的其余部分之间的气体的交换；

等离子体朝向所述光纤或至所述光纤中的进入；以及

朝向蚀刻敏感表面的自由基通量。

2.根据权利要求1所述的光源，其中所述表面由所述气室的内表面提供。

3.根据权利要求1所述的光源，其中所述表面不由所述气室的所述内表面提供，并且所述表面由屏蔽件提供。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述表面沿所述光纤延伸给定长度，并且所述表面从所述光纤的圆周偏移，从而形成间隙。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述光纤与所述表面之间的间隙具有与所述轴向方向正交的最小横截面积，所述最小横截面积在100μm²与3mm²之间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光源，其中所述表面邻接所述光纤或被密封至所述光纤。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的光源，其中所述屏蔽件邻接或被密封至所述窗口、或邻接或被密封至包含所述窗口的气室表面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述表面包括二氧化硅、金属、硅、或其它半导体。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述表面在所述轴向方向上限定旋转对称的形状。

10.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述表面限定与所述轴向方向正交的非恒定的直径，可选地，由所述表面所限定的所述直径大于D_min：

其中w₀是所述光纤的所述端部处的模场直径，z是与所述光纤的所述端部相距的距离，并且z_R是瑞利长度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述表面限定截头圆锥形状。

12.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述气室中的气体包括选自由以下所组成的群组中的至少一种气体：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氧气、氮气或其混合物。

13.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述光纤被耦合至光学源，所述光学源包括泵浦激光器。

14.一种量测装置，所述量测装置包括根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述光源被配置成产生用于投影至衬底上的光。

15.根据权利要求15所述的量测装置，其中所述量测装置是散射仪。

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