CN116643348A - 频率拓宽装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种频率拓宽装置和方法。一种装置(100)，用于接收输入辐射(108)并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射(110)。该装置包括光纤(102)，其中光纤(102)可以包括用于引导辐射传播通过光纤(102)的空芯(104)。装置(100)还包括用于在空芯(104)内提供气体混合物(106)的装置。气体混合物(106)包括氢组分和工作组分，其中工作组分用于拓宽接收到的输入辐射(108)的频率范围以便提供宽频带输出辐射(110)。该装置可以被包括在辐射源中。
Description
分案说明
本申请是于2020年02月28日提交的申请号为202080024153.3、名称为“频率拓宽装置和方法”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月25日提交的EP申请19164997.9、和于2019年11月7日提交的EP申请19207621.4的优先权，这些申请通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于拓宽输入辐射的频率范围以提供宽频带输出辐射的方法和装置。特别地，本发明可以涉及使用空芯光纤和设置在空芯内的气体混合物来实现这种频率拓宽的装置和相关方法。
背景技术
光刻装置是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻装置可以被用于例如集成电路(IC)的制造中。光刻装置例如可以在图案化设备(例如，掩模)处将图案(通常也被称为“设计布局”或“设计”)投影到提供在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。
为了将图案投影到衬底上，光刻装置可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻装置相比，使用波长在4-20nm(例如，6.7nm或13.5nm)的范围内的极紫外(EUV)辐射的光刻装置可以被用来在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻可以被用来处理尺寸小于光刻装置的经典分辨率极限的特征。在这样的过程中，分辨率公式可以被表达为CD＝k1×λ/NA，其中λ是所采用的辐射波长，NA是光刻装置中投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常所打印的最小特征尺寸，但在这种情况下是半间距)，k1是经验分辨率因子。一般而言，k1越小，就越难以在衬底上复制如下图案，该图案类似于电路设计者为实现特定电气功能和性能而计划的形状和尺寸。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装置和/或设计布局。这些包括例如但不限于NA的优化、定制的照射方案、相移图案化设备的使用、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学邻近校正(OPC，有时也被称为“光学和过程校正”))、或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。备选地，可以使用用于控制光刻装置的稳定性的严格控制回路来改善低k1下的图案再现。
在光刻领域，在光刻装置内和光刻装置外部，都可以使用许多测量系统。通常，这种测量系统可以使用用以利用辐射来辐照目标的辐射源，以及使用检测系统，该检测系统能够操作为测量从目标散射的入射辐射的一部分的至少一种性质。光刻装置外部的测量系统的示例是检查装置或量测装置，其可以被用来确定先前由光刻装置投影到衬底上的图案的性质。检查装置可以检测衬底上的缺陷或瑕疵。量测装置可以返回与衬底的一个或多个性质相关的数据，其中该数据可以是定量数据。例如，外部检查或量测装置可以包括散射仪。可以在光刻装置内提供的测量系统的示例包括：形貌测量系统(也被称为水平传感器)；用于确定掩模版或晶片台的位置的位置测量系统(例如干涉测量设备)；以及用于确定对准标记的位置的对准传感器。这些测量设备可以使用电磁辐射来执行测量。
量测工具的测量质量可以影响光刻装置的性能可以被确定和改进的程度。因此，期望详细了解衬底上的沉积图案。
不同类型的辐射可以被用来询问图案的不同类型的性质。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，该装置包括：光纤，该光纤包括用于引导辐射传播通过光纤的空芯；以及用于在空芯内提供气体混合物的装置。气体混合物可以包括氢组分和工作组分，工作组分用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，该装置包括：光纤，该光纤包括用于引导辐射传播通过光纤的空芯；以及设置在空芯内的气体混合物。气体混合物可以包括氢组分和工作组分，工作组分用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射。
根据本发明的第一方面的装置可以被用作辐射源的一部分，用于通过在光纤的空芯内提供气体混合物来提供宽频带辐射。
应当理解，用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的工作组分，可能意味着所实现的频谱拓宽主要取决于工作组分。还应当理解，这可能意味着氢组分对宽频带输出辐射的光谱的影响可以忽略不计。当辐射与工作气体相互作用时，这种光谱拓宽可以例如通过非线性效应来实现。
为了实现频率拓宽，可能需要高强度辐射。在光纤中具有空芯设计的优点在于，它可以经由对通过光纤传播的辐射的强空间限制来实现高强度辐射，从而实现高局部辐射强度。此外，空芯设计(例如与实心设计相比)可以产生更高质量的传输模式(例如，具有更大比例的单模传输)。
例如由于接收到的输入辐射强度很高和/或由于光纤内部辐射的空间限制很强，光纤内部的辐射强度可能很高。
使用空芯光纤的优点在于，在光纤内部引导的大部分辐射被限制在光纤的空芯内。因此，辐射在光纤内部的大部分相互作用是与在光纤空芯内部提供的气体混合物进行的。结果，可以提高工作组分对辐射的拓宽效果。
发明人已经意识到，由于光纤内部的高强度辐射，光纤可能经历退化，这可能减少其寿命。这是令人惊讶的，因为在空芯光纤中，大部分辐射被限制在空芯内，因此形成光纤的材料(例如玻璃)与通过光纤传播的辐射之间几乎没有空间套刻。例如，少至0.5％的辐射功率可以与光纤材料空间套刻。此外，发明人已经意识到，具有氢组分的气体混合物的优点在于，氢组分的存在降低了光纤的辐射诱导退化。结果，光纤的性能在更长的辐射暴露持续时间内被维持在较高水平，从而增加了光纤的寿命。
接收到的输入辐射可以是电磁辐射。辐射可以作为脉冲辐射而被接收。例如，辐射可以包括超快脉冲。当辐射与工作气体相互作用时用于光谱拓宽的机制可以是孤子形成或孤子裂变。
辐射可以是相干辐射。辐射可以是准直辐射，其优点可以是促进和提高将辐射耦合到光纤中的效率。辐射可以包括单一频率或窄频率范围。输入辐射可以由激光器生成。
可选地，该装置的宽频带输出辐射可以包括连续范围的辐射频率。
宽频带范围可以是连续范围。输出辐射可以包括超连续谱辐射。连续辐射可能对于在许多应用中的使用都是有益的，例如在量测应用中。连续范围的频率可以被用来询问大量性质。连续范围的频率可以例如被用来确定和/或消除所测量的性质的频率依赖性。
超连续谱输出辐射可以包括例如波长范围为300nm-2000nm的电磁辐射。宽频带输出辐射频率范围可以例如是400nm–900nm或500nm–900nm。超连续谱输出辐射可以包括白光。
可选地，其中气体混合物的氢组分可以包括氢气、氘气和氚气中的至少一种。可选地，氢组分可以包括氢自由基。
氢组分可以包括氢的任何同位素。在一个实施例中，氢组分由氢气(H2)组成。
可选地，气体混合物的工作组分可以包括惰性气体。
惰性气体可以包括氩气、氪气、氖气、氦气和氙气中的至少一种。作为惰性气体的备选或附加，工作组分可以包括分子气体(例如N2、O2、CH4、SF6)。
为了确保用以实现宽频带输出辐射的辐射的光谱拓宽主要由工作组分执行，氢组分在气体混合物中的分数可以小于阈值量。
可选地，氢组分在气体混合物中的分数可以小于70％。
氢组分的分数可以足够大，使得装置对接收到的输入辐射所引起的劣化的抵抗增加。同时，氢组分的分数可以被保持为足够小以允许更大分数的工作组分，使得可以提高工作组分对辐射的拓宽效果。氢组分还可以对与气体混合物相互作用的辐射提供拓宽效应。
氢组分的分数和工作组分的分数可以基本上构成整个气体混合物。备选地，气体混合物可以包括一种或多种其他组分。气体混合物中的一种或多种其他组分的分数可以忽略不计。
可选地，氢组分在气体混合物中的分数可以小于50％。可选地，氢组分在气体混合物中的分数小于10％。可选地，氢组分在气体混合物中的分数可以小于2％。
可选地，光纤可以是光子晶体光纤。
可选地，光纤可以包括包围空芯的环结构。
光纤可以包括包围空芯的环结构。环结构可以基本上位于光纤横截面的中心。环结构可以限定空芯。空芯可以由环结构的中心部分形成。包括环结构的空芯光纤的优点在于，与一些其他光子晶体光纤相比，它具有优异的约束性质。
环结构可以包括光纤的中空包层部分。中空包层部分的外边界可由支撑套管的内表面支撑。中空包层部分的形状可以沿着光纤的细长尺寸是基本上恒定的。中空包层部分的形状可以例如是基本上圆柱形的，使得在垂直于光纤的细长尺寸的横截面中，中空包层部分的形状基本上是环形的，形成一个环。
中空包层部分的中心部分可以形成或限定光纤的空芯。环结构内的空芯的直径可以在15到85μm之间。空芯的直径可以影响空芯光纤的模场参数、冲击损耗、色散、模态多元化和非线性性质。
可选地，环结构可以包括围绕环结构的中心部分布置的多个结构。
围绕环结构的中心部分布置的多个结构可以被称为结构环。保持中空的中心部分可以限定空芯。该结构的布置可以限定光纤空芯的大小和形状。
可选地，多个结构可以包括一个或多个反谐振元件。可选地，多个结构可以包括多个毛细管。
围绕环结构的中心部分布置的结构可以是毛细管，其也可以被称为管。毛细管可以包围空芯。毛细管的形状可以是圆形的，或者可以具有其他形状。毛细管可以包括包围中空毛细管芯的壁。毛细管壁可以具有在0.1–1.0μm之间的壁厚度。
结构环可以是反谐振元件的环，其中反谐振元件可以是毛细管。
可选地，多个结构可以被布置为使得该结构不接触其他结构中的任何一个。
该结构可以被布置成使得它们彼此不接触。结构可以与光纤的支撑套管的内表面物理接触。
可选地，光纤可以包括多个环结构，其中多个环结构中的至少一个包围空芯。
可选地，环结构中的至少一个可以包括围绕环结构的中心部分布置的多个结构。
光纤可以包括多个环结构，其可以被称为多环结构。多个环结构中的至少一个可以具有对应于上述环结构的性质。在一些实例中，多个环结构中的每一个都限定空芯。一个或多个环结构可以包括一个或多个反谐振元件，例如可以是毛细管。与一个环结构相比，多个环结构可以进行协作以进一步改善光纤的引导和约束性质。然而，多环结构的制造可能比单环结构的制造更困难。
光纤可以包括在一个或多个环结构之外的其他结构。
可选地，气体混合物的氢组分可以增加多个结构的寿命。
寿命的增加量可以取决于被引入到光纤中的辐射功率的量。寿命的增加量还可以取决于多个结构的性质，例如壁厚度。
可选地，在操作1000小时之后性能的下降不超过2％。
由气体混合物的氢组分引起的寿命增加可以导致装置性能的退化减少。可以选择氢气组分以及氢气组分在气体混合物中的分数，使得在操作1000小时之后，装置性能的退化不超过20％、10％、5％或2％。
该装置还可以包括用于从气体混合物形成自由基的自由基生成装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，该装置包括：腔室；光纤，该光纤包括用于引导辐射传播通过光纤的空芯，该光纤的空芯与该腔室流体连通；用于在腔室内提供气体的气体生成装置；以及用于在腔室内提供自由基的自由基生成装置。
根据本发明的这个方面的装置可以被用作辐射源的一部分，用于通过在光纤的空芯内提供气体来提供宽频带辐射。由于光纤的空芯与气室流体连通，在气室内提供的气体和自由基也将存在于光纤的空芯中。有利地，自由基可以与污染物发生反应，将这些污染物分解成更容易去除的较小分子。这可以减少对光纤的损坏并增加装置的寿命。
该腔室也可以被称为气室或气池。
应当理解，使光纤的空芯与气室流体连通的一种方式可以是将光纤完全设置在气室内。备选地，光纤的一端可以被设置在气室内，并且光纤的至少第二端可以延伸出气室。在这样的实施例中，光纤的至少第二端可以经由密封件延伸出气室，并且应当理解，第二端可以类似地与第二气室流体连通。
自由基生成装置可以包括：分子气体的供给；以及能量沉积机构，能量沉积机构能够操作为向供给气体供应能量，从而使气体分子解离并形成自由基。分子气体的供给可以例如由气体生成装置提供或者来自另一个单独的源。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于提供宽频带输出辐射的辐射源，该辐射源包括如上所述的装置，以及被配置为向该装置提供输入辐射的输入辐射源。该装置可以被配置为拓宽输入辐射以提供宽频带输出辐射。
可选地，输入辐射可以是脉冲的。
可选地，宽频带输出辐射可以具有至少1W的平均功率。
可选地，宽频带输出辐射可以具有至少5W的平均功率。
根据权利要求22的辐射源，其中宽频带输出辐射具有至少10W的平均功率。
宽频带输出辐射在输出辐射的整个波带中可以具有至少0.1mW/nm的功率谱密度。输出辐射的整个波带中的功率谱密度可以至少为1mW/nm。输出辐射的整个波带中的功率谱密度可以至少为3mW/nm。
可选地，氢组分在该装置的气体混合物中的分数可以足够高，以使得光纤在大于100小时的操作中具有至少95％的平均输出功率稳定性。
根据本发明的另一方面，提供了一种拓宽辐射频率范围的方法。该方法可以包括提供如上所述的装置，并通过空芯光纤传播输入辐射，其中输入辐射与空芯光纤内部的气体的相互作用引起输入辐射的频率范围拓宽以产生宽频带输出辐射。
根据本发明的另一方面，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。该量测装置可以包括如上所述的辐射源、用于使用宽频带输出辐射来照射衬底上的结构的照射子系统、以及用于检测被结构散射和/或反射的辐射的一部分并且用于从该辐射的该部分确定感兴趣参数的检测子系统。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的量测装置的量测装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的量测装置的检查装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的量测装置的光刻装置。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附示意图来描述本发明的实施例，其中：
-图1描绘了光刻装置的示意图；
-图2描绘了光刻单元的示意图；
-图3描绘了整体光刻的示意图，整体光刻表示用以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图；
-图5描绘了水平传感器量测工具的示意图；
-图6描绘了对准传感器量测工具的示意图；
-图7描绘了用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置；
-图8描绘了用于拓宽图7中所示类型的接收输入辐射的频率范围的装置，该装置还包括储存器；
-图9(a)、图9(b)和图9(c)描绘了围绕单个环结构的中心部分布置的多个结构的布置；
-图10描绘了用于提供宽频带输出辐射的辐射源的示意表示；
-图11描绘了拓宽辐射频率的方法中的步骤的流程图；
-图12描绘了根据实施例的用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置；和
-图13描绘了用于提供宽频带输出辐射的辐射源的示意图，该辐射源包括如图12中所示的用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置；
-图14示出了示例自由基生成装置的实施例，该装置可以形成如图12中所示的用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置的一部分；
-图15A示出了用于将如图12中所示的用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置的气室、与图14中所示的示例自由基生成装置进行组合的第一布置；和
-图15B示出了用于将如图12中所示的用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的装置的气室、与图14中所示的示例自由基生成装置进行组合的第二布置。
具体实施方式
在本文档中，术语“辐射”和“射束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，波长为365、248、193、157或126nm)和EUV(极紫外线辐射，例如波长约在5-100nm范围内)。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案化设备”可以被广义地解释为指通用图案化设备，其可以被用来向传入辐射射束赋予与将在衬底的目标部分中产生的图案相对应的图案化横截面。在该上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射掩模；二元、相移、混合等)，其他此类图案化设备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装置LA。光刻装置LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置为调节辐射射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)T，其被构造为支撑图案化设备(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准确地定位图案化设备MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，其被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)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准确地定位衬底；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，其被配置为将通过图案化设备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接收来自辐射源SO的辐射射束，例如经由射束递送系统BD。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组件，诸如折射、反射、磁、电磁、静电和/或其他类型的光学组件或其任何组合。照射器IL可以被用来调节辐射射束B以使其在图案化设备MA的平面处在其横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
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、反射、折反射、变形、磁、电磁和/或静电光学系统、或其任何组合，该投影系统适合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。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为为与更通用的术语―投影系统”PS同义。
光刻装置LA可以是如下这样的类型：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，以填充投影系统PS和衬底W之间的空间——其也被称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在US 6952253(其通过引用并入本文)中给出。
光刻装置LA也可以是具有两个或更多衬底支撑件WT(也称为“双台”)的类型。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上执行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时另一个衬底支撑件WT上的另一个衬底W正被用于在另一衬底W上曝光图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻装置LA可以包括测量台。测量台被布置成保持传感器和/或清洁设备。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁设备可以被布置为清洁光刻装置的一部分，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下方移动。
在操作中，辐射射束B入射到图案化设备(例如，掩模MA)上，该图案化设备被保持在掩模支撑件T上，并由图案化设备MA上存在的图案(设计布局)进行图案化。在穿过掩模MA之后，辐射射束B穿过投影系统PS，其将射束聚焦到衬底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，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如，以便辐射射束B的路径中在聚焦和对准位置处定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(其未在图1中被明确描绘)可以被用来相对于辐射射束B的路径准确地定位图案化设备MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案化设备MA和衬底W。尽管所图示的衬底对准标记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，它们被称为划线对准标记。
如图2中所示，光刻装置LA可以形成光刻单元LC的一部分，有时也被称为光刻单元或(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过程的装置。常规地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光抗蚀剂的显影剂DE、冷却板CH和烘烤板BK，例如用于调节衬底的温度W，例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂。衬底处理机或机械手RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同处理装置之间移动衬底W，并将衬底W递送到光刻装置LA的装载台LB。光刻单元中的设备(通常也被统称为轨道)通常在轨道控制单元TCU的控制之下，轨道控制单元TCU本身可以由监督系统SCS控制，监督控制系统SCS也可以控制光刻装置LA，例如经由光刻控制单元LACU。
为了使由光刻装置LA曝光的衬底W正确且一致地曝光，期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，检查工具(未示出)可以被包括光刻单元LC中。如果检测到错误，则例如可以对后续衬底的曝光或要在衬底W上执行的其他处理步骤进行调节，尤其是在仍要曝光或处理相同批次或批量的其他衬底W之前进行检查的情况下。
检查装置(其也可以被称为量测装置)用于确定衬底W的性质，尤其是确定不同衬底W的性质如何变化、或者与同一衬底W的不同层相关联的性质在层之间如何变化。检查装置可以备选地被构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或者可以被集成到光刻装置LA中，或者甚至可以是独立设备。检查装置可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)、半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)或显影抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的已曝光或未曝光部分已被去除)，或者甚至蚀刻图像(在诸如蚀刻等图案转移步骤之后)上的性质。
通常，光刻装置LA中的图案化过程是在如下处理中最关键的步骤之一，其要求在衬底W上进行结构的高精度的定尺寸和放置。为了确保这种高精度，可以将三个系统组合成所谓的“整体”控制环境，如图3中所示。这些系统之一是(虚拟)连接到量测工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)的光刻装置LA。这样的“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作以增强整个工艺窗口并提供严格控制回路以确保由光刻装置LA执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口定义了一系列过程参数(例如，剂量、焦点、套刻)，在该系列过程参数范围内，特定制造工艺产生定义的结果(例如，功能性半导体器件)——通常在该系列过程参数范围内允许光刻工艺或图案化过程中的过程参数发生改变。
计算机系统CL可以使用待被图案化的设计布局(的一部分)来预测要使用哪些分辨率增强技术以及执行计算光刻模拟和计算，以确定哪些掩模布局和光刻装置设置可以实现图案化过程的最大的整体工艺窗口(在图3中由第一标度SC1的双箭头来描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻装置LA的图案化可能性。计算机系统CL还可以被用来检测光刻装置LA当前正在工艺窗口内的哪个位置操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)，以便预测是否存在由于例如次优处理而可能导致的缺陷(在图3中由第二标度SC2的指向“0”的箭头来描绘)。
量测工具MT可以向计算机系统CL提供输入以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻装置LA提供反馈以识别例如在光刻装置LA的校准状态下(在图3中由第三标度SC3的多个箭头来描绘)可能的漂移。现在将描述用于测量与光刻装置和/或待被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，希望频繁对所产生的结构进行测量，例如以用于工艺控制和验证。用于进行此类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。散射仪是多功能仪器，它允许通过如下方式来测量光刻工艺的参数：通过将传感器置于光瞳中或与散射仪的物镜光瞳共轭平面中，测量通常被称为基于光瞳的测量；或者通过将传感器置于图像平面或与图像平面共轭的平面中，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中进一步描述了这样的散射仪和关联的测量技术，这些申请的全部内容通过引用并入本文。上述散射仪可以使用来自软X射线和可见光至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，重建方法可以被应用于所测量的信号以重建或计算光栅的性质。例如，这种重建可以通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并将模拟结果与测量结果进行比较而产生。对数学模型的参数进行调节，直到模拟的相互作用产生与从真实目标观察到的衍射图案相似的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源所发射的辐射被引导到目标上，而从目标反射或散射的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模拟光谱库进行比较，可以重建产生检测到的光谱的目标结构或轮廓。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆散射仪。椭圆散射仪允许通过测量针对每个极化态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。这种量测装置通过在量测装置的照射部分中使用例如合适的极化滤光器来发射极化光(诸如线性、圆形或椭圆形)。适用于量测装置的源也可以提供极化辐射。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中描述了现有的椭圆散射仪的各种实施例，这些申请的通过整体引用并入本文。
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，不对称性与套刻的程度相关。两个(通常套刻)光栅结构可以被应用在两个不同的层(不一定是连续的层)中，并且可以基本上形成在晶片上的相同位置处。散射仪可以具有如所描述的对称检测配置，例如在共同拥有的专利申请EP1,628,164A中，以使得任何不对称性都可以清楚地区分开。这提供了一种用以测量光栅中的未对准的简易方法。通过周期性结构的不对称性来测量包含作为目标的周期性结构的两层之间的重叠误差的进一步示例，可以在PCT专利申请公开第WO 2011/012624或美国专利申请US20160161863中找到，它们通过整体引用并入本文。
其他感兴趣的参数可以是焦点和剂量。如美国专利申请US2011-0249244中所述(其通过整体引用并入本文)，可以通过散射测量法(或备选地通过扫描电子显微镜)同时确定焦点和剂量。可以使用单个结构，该结构具有针对聚焦能量矩阵(FEM–也称为聚焦曝光矩阵)中的每个点的临界尺寸和侧壁角度测量的独特组合。如果这些临界尺寸和侧壁角度的独特组合可用，则可以从这些测量中唯一地确定焦点和剂量值。
量测目标可以是通过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过程之后。通常，光栅中的结构的节距和线宽在很大程度上取决于测量光学器件(特别是光学器件的NA)，以便能够捕获出自量测目标的衍射阶。如先前所指示的，衍射信号可以被用来确定两层(也称为“套刻”)之间的位移或者可以被用来重建光刻工艺所产生的原始光栅的至少一部分。该重建可以被用来提供光刻工艺质量的指导并且可以被用来控制光刻工艺的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，这些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。由于这种子分段，目标将表现得更类似于设计布局的功能部分，以使得整体过程参数测量更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对目标进行测量。在欠填充模式下，测量射束生成小于整体目标的斑点。在过填充模式下，测量射束生成大于整个目标的斑点。在这种过填充模式下，还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体测量质量，至少部分地由被用来测量该光刻参数的测量方案来确定。术语“衬底测量方案”可以包括测量本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、或两者。例如，如果在衬底测量方案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、辐射的极化、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。例如，选择测量方案的标准之一可以是测量参数之一对处理变化的敏感度。在美国专利申请US2016-0161863和已公开的美国专利申请US2016/0370717A1中描述了更多示例，这些申请的全部内容通过引用并入本文。
图4中描绘了诸如散射仪SM1之类的量测装置。它包括将辐射投影到衬底6上的宽频带(白光)辐射投影仪2。反射或散射的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(即作为波长λ的函数的强度In1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图4底部所示的模拟光谱库进行比较，可以由处理单元PU重建产生检测到的频谱的结构或轮廓。一般来说，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且一些参数是根据结构制造工艺的知识来假设的，只留下结构的几个参数需要根据散射测量数据来确定。这样的散射仪可以被配置为垂直入射散射仪或斜入射散射仪。
在光刻工艺中，希望频繁对所产生的结构进行测量，例如以用于工艺控制和验证。用于进行此类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装置，诸如散射仪。已知散射仪的示例常常依赖于专用量测目标的提供，诸如欠填充目标(以简单光栅或不同层中的套刻光栅的形式，大到足以使测量射束生成小于光栅的斑点的目标)或过填充目标(其中照射斑点部分地或完全地包含目标)。此外，使用量测工具，例如照射欠填充目标(诸如光栅)的角度分辨散射仪，允许使用所谓的重建方法，其中可以通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并将模拟结果与测量结果进行比较来计算光栅的性质。对模型的参数进行调节，直到模拟的相互作用产生与从真实目标观察到的衍射图案相似的衍射图案。
散射仪是多功能仪器，其允许通过如下方式来测量光刻工艺的参数：通过将传感器置于光瞳中或与散射仪物镜的光瞳共轭平面中，测量通常被称为基于光瞳的测量，或者通过将传感器置于图像平面或与图像平面共轭的平面中，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中进一步描述了这样的散射仪和相关联的测量技术，这些申请通过整体引用并入本文。上述散射仪可以使用来自软X射线和可见光至近红外波范围的光，在一个图像中测量来自多个光栅的多个目标。
可以被集成在光刻装置中的形貌测量系统、水平传感器或高度传感器被布置成测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。可以从指示衬底高度的这些测量中根据衬底上的位置生成衬底的形貌图(也被称为高度图)。这个高度图随后可以在衬底上的图案转移期间被用来校正衬底的位置，以便在衬底上的适当聚焦位置中提供图案化设备的空间图像。将理解的是，在这个上下文中的“高度”是指相对衬底明显超出平面的尺寸(也被称为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)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导致在跨衬底的位置处的高度测量。
本领域已知的水平或高度传感器LS的示例在图5中被示意性地示出，其仅图示出了操作原理。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单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括辐射源LSO，该辐射源LSO提供由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予的辐射射束LSB。辐射源LSO例如可以是窄带或宽频带辐射源，诸如超连续谱光源，极化或非极化、脉冲或连续的，诸如极化或非极化激射束。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，而是可以附加地或备选地包括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，导致辐射射束BE1具有周期性变化的强度。具有周期性变化强度的辐射射束BE1被引导到衬底W上的测量位置MLO，辐射射束BE1具有入射角ANG，入射角ANG相对于垂直于入射衬底表面的轴(Z轴)在0度和90度之间，通常在70度到80度之间。在测量位置MLO处，图案化的辐射射束BE1被衬底W反射(由箭头BE2指示)并被引导到检测单元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的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅DGR可以与投影光栅PGR相同。检测器DET产生指示接收到的光的检测器输出信号，例如指示接收到的光的强度(诸如光电检测器)，或者表示接收到的强度的空间分布(诸如照相机)。检测器DET可以包括一个或多个检测器类型的任意组合。
借助于三角测量技术，可以确定测量位置MLO处的高度水平。检测到的高度水平通常与检测器DET所测量的信号强度相关，信号强度具有周期性，该周期性尤其取决于投影光栅PGR的设计和(斜)入射角ANG。
投影单元LSP和/或检测单元LSD可以包括沿着投影光栅PGR和检测光栅DGR之间的图案化的辐射射束路径(未示出)的另一些光学元件，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放置在检测光栅DGR所在的位置处。这种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射束BE1的阵列投影到衬底W的表面上，从而生成覆盖更大测量范围的测量区域MLO或斑点的阵列。
例如在US7265364和US7646471中公开了一般类型的各种高度传感器，两者均通过引用被并入。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。在通过引用并入的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可以包括适合于确定衬底支撑件WT的位置的任何类型的传感器。位置测量系统PMS可以包括适合于确定掩模支撑件MT的位置的任何类型的传感器。传感器可以是光学传感器，诸如干涉仪或编码器。位置测量系统PMS可以包括干涉仪和编码器的组合系统。传感器可以是另一类型的传感器，诸如磁传感器、电容式传感器或电感式传感器。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。编码器系统例如根据2006年9月7日提交的美国专利申请US2007/0058173A1是已知的，该申请通过引用并入本文。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主辐射射束和次辐射射束。主辐射射束和次辐射射束二者源自同一辐射射束，即，原始辐射射束。通过利用光栅来衍射原始辐射射束而产生主辐射射束和次辐射射束中的至少一个。如果通过利用光栅来衍射原始辐射射束而产生主辐射射束和次辐射射束二者，则主辐射射束需要具有与次辐射射束相比不同的衍射阶。例如，不同的衍射阶是+1阶、-1阶、+2阶和-2阶。编码器系统将主辐射射束和次辐射射束以光学的方式组合成组合辐射射束。编码器头中的传感器确定组合辐射射束的相位或相位差。传感器基于该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个可以被布置在衬底结构WT上。编码器头和光栅中的另一个可以被布置在量测框架MF或基座框架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下方。
位置测量系统PMS可以包括干涉仪系统。干涉仪系统例如根据1998年7月13日提交的美国专利US6,020,964是已知的，该专利通过引用并入本文。干涉仪系统可以包括分束器、反射镜、参考反射镜和传感器。辐射的射束被分束器分成参考射束和测量射束。测量射束传播至反射镜并被反射镜反射回分束器。参考射束传播至参考镜并被参考镜反射回分束器。在分束器处，测量射束和参考射束被组合成组合辐射射束。组合辐射射束入射到传感器上。传感器确定组合辐射射束的相位或频率。传感器基于该相位或频率来生成信号。该信号表示反射镜的位移。在实施例中，反射镜连接至衬底支撑件WT。参考镜可以连接至量测框架MF。在实施例中，测量射束和参考射束由附加的光学部件代替分束器而被组合成组合辐射射束。
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，光刻装置的性能的关键方面是能够相对于在先前层中(通过相同的装置或不同的光刻装置)所形成的特征正确且准确地放置所施加的图案。为此目的，衬底提供有一组或多组标记。每个标记都是一种结构，其位置可以稍后使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量。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”。标记也可以被称为量测目标。
光刻装置可以包括一个或多个(例如多个)对准传感器，通过这些对准传感器可以准确地测量提供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，以从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻装置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。例如，如US2015261097A1中所公开的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些出版物的内容均通过引用并入本文。
标记或对准标记可以包括一系列栅条，这些栅条形成在提供在衬底上的层上或层中，或者(直接)形成在衬底中。栅条可以规则地间隔开，并充当光栅线，以使得标记可以被认为是具有已知的空间周期(节距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，可以设计标记以允许测量沿着X轴或沿着Y轴(其基本上垂直于X轴取向)的位置。包括相对于X轴和Y轴以+45度和/或-45度排列的栅条的标记允许使用如US2009/195768A(其通过引用并入本文)中描述的技术进行组合的X和Y测量。
对准传感器用辐射的斑点光学扫描每个标记，以获得诸如正弦波之类的周期性变化的信号。分析该信号的相位，以确定标记相对于对准传感器的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，对准传感器转而相对于光刻装置的参考框架被固定。可以提供与不同的(粗略的和精细的)标记尺寸相关的所谓粗略和精细标记，以使得对准传感器可以区分周期信号的不同循环以及循环中的确切位置(相位)。不同间距的标记也可以被用于此目的。
测量标记的位置还可以提供关于衬底的变形的信息，在该衬底上例如以晶片网格的形式被提供有标记。当衬底暴露于辐射时，衬底的变形可能由于例如将衬底静电夹持到衬底台和/或加热衬底而产生。
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，其通过引用并入本文。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射射束RB，该辐射射束RB通过将光学器件转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上作为照射斑点SP而被转向。在该示例中，转向光学器件包括斑点反射镜SM和物镜OL。照射标记AM的照射斑点SP的直径可以比标记本身的宽度稍小。
由标记AM衍射的辐射被准直(在该示例中，经由物镜OL)到信息承载射束IB。术语“衍射”旨在包括来自标记的零阶衍射(可以被称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如，上面提及的US6961116中公开的类型)使射束IB与其本身干涉，之后射束被光电检测器PD接收。在辐射源RSO创建一个以上波长的情况下，可以包括附加的光学器件(未示出)以提供单独的射束。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。
在该示例中包括斑点反射镜SM的转向光学器件还可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得信息承载射束IB仅包括来自标记AM的更高阶衍射辐射(这对测量不是必不可少的，但可以提高信噪比)。
强度信号SI被供应给处理单元PU。通过块SRI中的光学处理和单元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。
所示类型的单个测量仅将标记的位置固定在与标记的一个间距相对应的特定范围内。将更粗略的测量技术与这种测量结合使用，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。可以在不同波长下以更粗略和/或更精细的级别重复相同的过程，以提高准确性和/或稳健地检测标记，而不考虑标记所用的材料以及标记所处位置上和/或下方的材料。可以光学地对波长进行复用和解复用，以便同时处理波长，和/或可以通过时分或频分对波长进行复用。
在该示例中，对准传感器和斑点SP保持静止，而移动的是衬底W。对准传感器因此可以被牢固且准确地安装到参考框架，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。通过将衬底W安装在衬底支撑件上以及衬底定位系统控制衬底支撑件的移动，衬底W在该移动中受到控制。衬底支撑位置传感器(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)标记被提供在衬底支撑件上。对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)。对提供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。
诸如上面提及的散射仪、形貌测量系统或位置测量系统之类的量测工具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会影响可能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能是有利的，例如可以使用宽频带辐射。多个不同的频率可能能够传播、辐照和散射量测目标，而对其他频率没有干扰或干扰很小。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。不同的辐射频率也可以能够询问和发现量测目标的不同性质。宽频带辐射可用于量测系统MT中，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。宽频带辐射源可以是超连续谱源。
高质量宽频带辐射(例如超连续谱辐射)可能难以生成。用于生成宽频带辐射的一种方法可以是例如利用非线性、高阶效应来拓宽高功率窄带或单频输入辐射。输入辐射(其可以使用激光来产生)可以被称为泵浦辐射。为了获得用于拓宽效应的高功率辐射，可以将辐射限制在一个小区域内，从而实现强烈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拓宽结构和/或材料相互作用，从而产生宽频带输出辐射。在高强度辐射区域中，不同的材料和/或结构可以通过提供合适的非线性介质被用来实现和/或改善辐射拓宽。由于实现了高强度辐射区域，所以这些区域可以经历显著的应变，并且可能会因辐射而被损坏。具体而言，当辐射与材料和/或结构相互作用时，部分辐射可能被吸收或散射，在这种情况下，能量可能被转移到光纤。对于具有高强度辐射的区域，由此产生的能量可能引起对材料和/或结构的损坏。所产生的能量可能引起高辐射强度的区域中的结构变化，例如结构的形状和/或位置的变形。材料和/或结构的损坏和/或变形将影响辐射在光纤内的引导，进而可能降低拓宽效应的效率。
如本文所述，提出了用于拓宽输入辐射的方法和装置，其使用光纤以用于限制输入辐射，并用于拓宽输入辐射以输出宽频带辐射。光纤可以是空芯光纤，并且可以包括用于实现辐射在光纤中的有效引导和限制的内部结构。光纤可以是空芯光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适用于主要在光纤的空芯内部的强辐射限制，实现了高辐射强度。光纤的空芯可以被填充气体混合物，该气体混合物作为用于拓宽输入辐射的拓宽介质。这种光纤和气体混合物布置可以被用来产生超连续谱辐射源。输入到光纤的辐射可以是电磁辐射，例如红外、可见光、UV和极紫外光谱中的一种或多种中的辐射。输出辐射可以由宽频带辐射组成或包括宽频带辐射，其在本文中可以被称为白光。
图7描绘了用于接收输入辐射108并拓宽输入辐射108的频率范围以便提供宽频带输出辐射110的装置100。装置100包括具有空芯104的光纤102，用于引导辐射传播通过光纤102。装置100包括设置在空芯104内的气体混合物106。气体混合物106至少包括氢组分和工作组分。工作组分可以使得能够拓宽接收到的输入辐射108的频率范围，以便提供宽频带输出辐射110。光纤102可以是单模光纤。光纤102可以具有任何长度，并且应当理解，光纤102的长度可以取决于应用(例如，期望利用装置100来实现的光谱拓宽的量)。光纤102可以具有在1cm和10m之间的长度，例如，光纤102可以具有在10cm和100cm之间的长度。
在一种实现中，气体混合物106可以至少在输入辐射108的接收期间被设置在空芯内以产生宽频带输出辐射110。应当理解，在装置100不接收输入辐射108以用于产生宽频带输出辐射时，气体混合物106可以完全或部分不存在于空芯中。一般来说，装置100包括用于在光纤102的空芯104内提供气体混合物106的装置。用于在光纤102的空芯104内提供气体混合物106的这种装置可以包括储存器，如现在参考图8所讨论的。
图8描绘了装置100，其中具有空芯104的光纤102被放置在储存器112内部。储存器112也可以被称为壳体或容器。储存器112被配置为容纳气体混合物106。储存器112可以包括本领域已知的一个或多个特征，以用于控制、调节和/或监测储存器112内的气体混合物106的成分。通过控制在储存器112内部的气体混合物106在合适压力下的成分，可以将气体混合物106提供在光纤102的空芯104内。储存器可以包括第一透明窗口114。在使用中，光纤被放置在储存器112内部，以使得第一透明窗口114位于光纤102的输入端附近。第一透明窗口114可以形成储存器112的壁的一部分。第一透明窗口114可以至少对于接收到的输入辐射频率是透明的，以使得接收到的输入辐射108(或至少其大部分)可以被耦合到位于储存器112内部的光纤102中。储存器112可以包括第二透明窗口116，其形成储存器112的壁的一部分。在使用中，当光纤被放置在储存器112内部时，第二透明窗口116位于光纤102的输出端附近。第二透明窗口116可以至少对于装置100的宽频带输出辐射110的频率是透明的。
备选地，光纤102的两个相对端可以被放置在不同的储存器内部。光纤102可以包括被配置为接收输入辐射108的第一端部和用于输出宽频带输出辐射110的第二端部。第一端部可以被放置在包括气体混合物106的第一储存器内部。第二端部可以被放置在第二储存器内部，其中第二储存器也可以包括气体混合物106。储存器的功能可以如上面关于图8所描述的那样。第一储存器可以包括第一透明窗口114，其被配置为对于输入辐射108是透明的。第二储存器可以包括第二透明窗口116，其被配置为对于宽频带输出宽频带辐射110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102部分地被放置在储存器内部并且部分地被放置在储存器外部，以使得气体混合物被密封在储存器内部。光纤102还可以包括未被包含在储存器内部的中间部。对于其中光纤102的长度相对较长(例如当长度大于1m时)的实施例，使用两个单独的气体储存器的这种布置可能尤其方便。应当理解，对于使用两个单独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一个或多个特征，以用于控制、调节和/或监测两个储存器内部的气体混合物的成分)可以被认为是提供一种用于在光纤102的空芯104内提供气体混合物106的装置。
在该上下文中，如果在一个窗口上的一个频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％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114和第二透明窗口116都可以在储存器112的壁内形成气密密封，以使得气体混合物106可以被包含在储存器112内。应当理解，气体混合物106可以以与储存器112的环境压力不同的压力而被包含在储存器112内。
装置100可以被用作辐射源的一部分，以用于通过在光纤的空芯内提供气体混合物来提供宽频带辐射。应当理解，用于拓宽接收到的输入辐射108的频率范围以便提供宽频带输出辐射110的工作组分，可能意味着所实现的频谱拓宽主要取决于工作组分。还应当理解，这可能意味着氢组分对宽频带输出辐射110的光谱的影响可以忽略不计。当辐射与工作气体106相互作用时，这种光谱拓宽可以例如通过非线性来实现。
为了实现频率拓宽，可能需要高强度辐射。具有空芯光纤102的优点在于，它可以通过对通过光纤102传播的辐射的强空间限制来实现高强度辐射，从而实现高局部辐射强度。此外，空芯设计(例如与实心设计相比)可以产生更高质量的传输模式(例如，具有更大比例的单模传输)。例如由于接收到的输入辐射强度很高和/或由于光纤102内部的辐射的空间限制很强，光纤102内部的辐射强度可以很高。空芯光纤102可以以横向(transverse)模式引导辐射，其中中空横向模式与光纤材料的重叠非常低。与实芯光纤相比，这可能会导致高损坏阈值。
使用空芯光纤的一个优点可能是在光纤102内部引导的大部分辐射被限制在光纤102的空芯104中。因此，辐射在光纤内部的大部分相互作用是与在光纤102的空芯104内部提供的气体混合物106进行的。结果，可以提高工作组分对辐射的拓宽效果。
发明人已经意识到，由于光纤102内部的高强度辐射，光纤102可能经历退化，这可能减少其寿命。这是令人惊讶的，因为在空芯光纤中，大部分辐射被限制在空芯纤芯104中，因此形成光纤102的材料(例如玻璃)与通过光纤102传播的辐射之间几乎没有空间重叠。辐射与光纤102的材料的重叠的量可以取决于空芯光纤102的设计以及辐射的波长。然而，至少在一些实施例中，空芯光纤102中小于0.5％的输入辐射功率与光纤102的材料重叠。在一个示例中，其中光纤102包括具有毛细管壁厚度为190nm的7毛细管单环设计，空芯光纤102中小于0.1％的输入辐射功率与光纤102的材料重叠。此外，发明人已经意识到，具有氢组分的气体混合物的优点在于，氢组分的存在降低了光纤102的辐射诱导的退化。结果，光纤的性能在更长的辐射暴露持续时间内被维持在较高水平，增加了光纤102的寿命。
接收到的输入辐射108可以是电磁辐射。输入辐射108可以作为脉冲辐射而被接收。例如，输入辐射108可以包括超快脉冲。当辐射与工作气体相互作用时用于光谱拓宽的机制可以是例如四波混合、调制不稳定性、工作气体的电离、拉曼效应、克尔非线性、孤子形成或孤子裂变中的一种或多种。特别地，光谱拓宽可以通过孤子形成或孤子裂变中的一种或两种来实现。
输入辐射108可以是相干辐射。输入辐射108可以是准直辐射，其优点可以是促进和提高将输入辐射108耦合到光纤102中的效率。输入辐射108可以包括单一频率或窄频率范围。输入辐射108可以由激光器生成。类似地，输出辐射110可以是准直的和/或相干的。
如本文所述，光纤102可以是光学光纤。光纤102可以具有细长主体，与光纤102的其他两个维度相比，在一个维度上更长。沿着光纤102的细长尺寸的中心延伸的是光纤轴。垂直于轴的光纤102的横截面可以被称为横向横截面。横向横截面沿着光纤轴可以基本上是恒定的。光纤的空芯104可以沿着光纤的细长尺寸延伸。空芯104可以基本上位于光纤102的中心区域中，以使得光纤102的轴也可以作为光纤102的空芯104的轴。光纤102可以由任何材料形成，例如玻璃材料。例如，光纤102可以由以下中的任何一种形成或包括由以下中的任何一种：高纯度二氧化硅(SiO2)(例如德国Heraeus Holding GmbH所销售的F300材料)；软玻璃，诸如例如硅酸铅玻璃(例如德国Schott AG所销售的SF6玻璃)；或其他特种玻璃，诸如例如硫属化物玻璃或重金属氟化物玻璃(也被称为ZBLAN玻璃)。
输出辐射110的宽频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110可以包括超连续谱辐射。连续辐射可能对于在许多应用中的使用都是有益的，例如在量测应用中。例如，连续范围的频率可以被用来询问大量性质。连续范围的频率可以例如被用来确定和/或消除所测量性质的频率依赖性。超连续谱输出辐射110可以包括例如波长范围为100nm-4000nm的电磁辐射。宽频带输出辐射110频率范围可以例如是400nm-900nm、500nm-900nm或200nm-2000nm。超连续谱输出辐射110可以包括白光。
气体混合物106的氢组分可以包括氢气(H2)、氘气和氚气中的至少一种。氢组分可以包括氢的任何同位素。在一个实施例中，氢组分由氢气(H2)组成。
气体混合物106的工作组分可以是惰性气体。工作组分可以包括氩气、氪气、氖气、氦气和氙气中的一种或多种。作为惰性气体的备选或附加，工作组分可以包括分子气体(例如N2、O2、CH4、SF6)。
为了确保用以实现宽频带输出辐射110的辐射的光谱拓宽主要由工作组分执行，氢组分在气体混合物中的分数可以小于阈值量。氢组分在气体中的分数可以小于70％。氢组分在气体中的分数可以小于50％。氢组分在气体中的分数可以小于10％。氢组分在气体中的分数可以小于2％。除非另有相反说明，否则如本文中所使用的，当气体中的组分比例被表达为气体的分数或百分比时，这旨在意指气体的体积分数或百分比。氢组分的分数可以足够大，使得装置100对接收到的输入辐射108所引起的劣化的抵抗增加。同时，氢组分的分数可以被保持为足够小以允许更大分数的工作组分，使得可以提高工作组分对辐射的拓宽效果。应当理解，氢组分还可以对与气体混合物相互作用的辐射提供拓宽效果。氢组分的分数可以被保持为足够小，以使得来自氢的对辐射的任何这种拓宽效果显著小于工作组分对辐射的拓宽效应。氢组分的分数和工作气体组分的分数可以基本上构成整个气体混合物，即，氢组分和工作组分的分数相加可以达到基本上100％，但不超过100％。
装置100的光纤102可以是光子晶体光纤。空芯光子晶体光纤(HC-PCF)可以将辐射主要限制在空芯104内部。辐射可以以横向模式的形式被限制，沿着光纤轴传播。包层可以包围光纤102的空芯104，其中包层可以包括薄壁元件(其可以被称为毛细管)。元件的材料可以与光纤102的块状材料的材料相同。HC-PCF可以包括包围空芯104的多个中空通道。气体可以填充一个或多个中空通道HC-PCF。
光纤102可以包括包围空芯104的中空毛细管的环结构。环结构可以围绕光纤102的轴沿着光纤102的细长尺寸延伸。环结构可以基本上位于光纤横截面的中心。环结构可以至少部分地限定空芯104。例如，空芯104的至少一部分可以由环结构的中心部分形成。包括环结构的空芯光纤的优点在于，与一些其他光子晶体光纤相比，它具有优异的约束性质。如果光纤仅包括一个环结构，则该环结构可以被称为单环结构。
图9描绘了光纤102内的三个不同的示例环结构122、123、124。环结构122、123、124的中心部分可以至少部分地形成或限定光纤102的空芯104。环结构122、123、124可以包括在环结构122、123、124内的一个或多个结构118(例如中空毛细管)。环结构122、123、124可以形成光纤的中空包层部分。一个或多个结构118形成光纤102的包层部分的一部分。空芯104由环结构内的不存在结构的中心部分形成。中空包层部分的外边界可以由支撑套管126的内表面支撑。中空包层部分的形状可以沿着光纤的细长尺寸是基本上恒定的。中空包层部分的形状可以例如是基本上圆柱形的，以使得在垂直于光纤102的细长尺寸的横截面中，中空包层部分的形状基本上是环形的、形成一个环。中空包层部分的中心部分可以形成或限定光纤102的空芯104。如本文所述，空芯104不包括任何结构。包围空芯104的结构形成光纤102的包层的一部分。环结构内部的空芯104的直径可以在10与100μm之间。空芯光纤102的模场参数、冲击损耗、色散、模态数和非线性性质可以取决于空芯104的直径。
环结构122、123、124可以包括围绕环结构122、123、124的中心部分布置的多个结构118。多个结构118可以位于环结构122、123、124内。除了位于环结构122、123、124内的多个结构118之外，环结构可以是中空的。如图9中所图示，多个结构118可以围绕环的中心部分而被设置，并且环结构的中心部分可以保持中空。围绕环结构的中心部分布置的多个结构118可以被称为结构环。保持中空的中心部分可以限定空芯104。结构118的布置可以限定光纤102的空芯104的大小和形状。多个结构118的不同布置可以被用来获得不同的辐射引导和约束性质。
多个结构118可以包括一个或多个反谐振元件。在一个示例中，每个结构118可以是反谐振元件。包括反谐振结构的这种光纤在本领域中被称为反谐振光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这种光纤的各种不同设计在本领域中是已知的。多个结构118中的每一个都可以包括毛细管。围绕环结构122、123、124的中心部分布置的结构118可以包括毛细管。毛细管可以包围空芯104。在横截面中，毛细管的形状可以是基本上圆形的，或者可以具有另一种形状。毛细管可以包括包围中空毛细管芯的壁。毛细管壁厚度可以在0.1μm与1.0μm之间。在一个示例中，多个结构118可以包括反谐振元件的环，其中反谐振元件可以是毛细管。多个结构可以包括例如4、5、6、7、8、9或10个毛细管。在一个示例中，光纤可以包括具有六个毛细管118的单环结构。
如图9中所图示，多个结构118可以以不同的布置而被放置在环结构122、123、124内。图9(a)描绘了多个反谐振毛细管118，其围绕空芯104形成多个结构环。一些毛细管118(特别是毛细管的外环)接触光纤102的支撑套管126并由支撑套管126直接支撑。一些毛细管118(特别是毛细管的内环)不与支撑套管126直接接触，而是接触至少一个其他结构118并由至少一个其他结构118支撑。如图9(b)中所图示，多个结构118可以是毛细管，其可以被布置在环结构123内，以使得结构118与多个结构118中的其他结构中的任何一个都不接触。多个结构118可以彼此分开但接触光纤102的支撑套管126并由支撑套管126支撑。在图9(c)中所图示的另一示例布置中，结构118中的每一个可以接触多个结构118中的至少另外一个结构以及光纤102的支撑套管126。一般来说，环结构内的布置可以是上述的组合，其中多个结构118中的每一个接触至少另外一个结构，即，它在环结构内不是独立的。接触结构可以是光纤102的另一个结构118或支撑套管126。
在一些实施例中，光纤102可以包括多个环结构，其中多个环结构中的一个包围光纤102的空芯104。光纤102可以包括多个芯，用于围绕一个或多个芯进行引导和限制辐射。在第一示例中，多个环结构可以被用于提供用于引导和限制辐射的单个芯104。多个环结构中的一个(尤其是最内环结构)可以限定用于引导和限制辐射的空芯，而另一个外环结构可以为这个环结构提供支撑结构。芯中的至少一个是空芯104。在第三示例中，光纤102可以包括限定空芯104的多个环结构，用于引导和限制辐射，以及用于支撑限制和引导辐射的那些环结构的环结构。环结构中的一个或多个可以包括实心芯(尽管应当理解，光纤通常将包括填充有气体混合物106的至少一个空芯104)。包括在单个光纤102内的多个环结构可以被称为多环结构。
环结构中的至少一个可以包括围绕环结构的中心部分布置的多个结构118，用于形成或限定空芯104。多个环结构中的至少一个可以具有对应于如上描述为单环结构的环结构的性质。在一些实例中，多个环结构中的每一个都限定空芯104。环结构中的一个或多个可以包括一个或多个反谐振元件，其例如可以是毛细管。毛细管的壁可以具有合适的厚度以便用作反谐振元件。与使用单个环结构相比，多个环结构可以进行协作以进一步改善光纤102的引导和约束性质(即它们可以减少光纤102中的损耗)。然而，多环结构的制造可能比包括单环结构122的光纤102的制造要求更高和/或更严格。光纤102可以包括在一个或多个环结构之外的结构。
装置100的气体混合物106包括氢组分。气体混合物106可以被设置在一个或多个环结构内部的中空空间内。这些中空空间包括空芯，并且还可以包括在结构118中和/或周围的一个或多个中空空间，例如毛细管118的中空中心和/或毛细管118之间的空间。气体混合物的氢组分106可以增加多个结构118的寿命。寿命增加量可以取决于被引入到光纤102中的辐射功率量。寿命增加量还可以取决于多个结构118的性质，例如结构118的壁厚度。氢组分可以例如通过改善结构118的薄壁在辐照下的机械稳定性来增加结构118的寿命。寿命的增加可以使得这种在操作1000小时后的性能下降不超过20％、10％、5％或2％。在一个示例中，装置100的性能下降在以大约20W的平均输入功率操作1000小时后不超过2％。
可以选择空芯光纤102内部的结构，使得大部分辐射可以被限制和引导在光纤102的空芯104内。例如，围绕空芯104包括多个反谐振元件118的单环结构122可能会导致空芯104内部的强辐射限制。这种配置的另一个优点可能是由于强限制而提高了效率。辐射可以被限制在空芯104内部作为一种或多种横向模式。限制在空芯104内的辐射可以与空芯104内部的气体混合物106相互作用。空芯104内的辐射可以避免与形成光纤102的材料相互作用。空芯104内的强限制的优点可以是：包括工作组分的气体混合物106和辐射之间的相互作用增加，这可能会导致改善的辐射拓宽。
在长时间暴露于高强度辐射下，例如超过1小时、超过2小时或超过5小时，在环结构内部具有多个反谐振元件118的空芯光纤102的性能被发现劣化。众所周知，光纤材料可能会被高强度辐射损坏，例如因为由辐射所提供的大量能量可能会破坏材料内部的键。然而，在大部分辐射被限制在空芯104内并且避免与光纤材料相互作用的情况下，令人惊讶的是发现性能劣化。在进一步调查后，发现即使在将辐射强烈限制在空芯104内部的情况下，薄壁结构118由于暴露于高强度辐射而导致遭受机械损坏。向气体混合物中添加氢组分可能会导致防止结构的机械衰变并且可以提高环结构内部的结构118的机械弹性。这可能是因为氢组分可以与薄壁结构118的(玻璃)材料发生反应，使材料在化学上更稳定，并且更不容易受到辐射损坏(例如更不容易形成诸如色心的缺陷)。
图10描绘了用于提供宽频带输出辐射的辐射源200。辐射源包括如上所述的装置100。辐射源还包括输入辐射源120，其被配置为向装置100提供输入辐射108。该装置可以从输入辐射源120接收输入辐射108，并且将其拓宽以提供输出辐射110。
由辐射源120提供的输入辐射108可以是脉冲的。输入辐射108可以包括在200nm和2μm之间的一个或多个频率的电磁辐射。输入辐射可以例如包括波长为1.03μm的电磁辐射。脉冲辐射的重复率可以是1kHz到10MHz的数量级。脉冲能量可以具有0.1μJ到100μJ的数量级，例如5-10μJ。用于输入辐射108的脉冲持续时间可以在10fs和10ps之间，例如300fs。用于输入辐射108的平均功率可以在100mW到几百W之间。输入辐射108的平均功率可以例如是20–50W。
由辐射源200提供的宽频带输出辐射110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。平均输出功率可以至少为10W。宽频带输出辐射110可以是脉冲宽频带输出辐射110。宽频带输出辐射110在输出辐射的整个波带中可以具有至少0.1mW/nm的功率谱密度。宽频带输出辐射的整个波带中的功率谱密度可以至少为3mW/nm。
辐射源200的装置100的气体混合物106中的氢组分的分数可以足够高，以使得光纤102在大于100小时的操作中具有至少95％的平均输出功率稳定性。
图11描绘了拓宽辐射频率范围的方法300的流程图。该方法包括提供302如上所述的装置100。在步骤304中，输入辐射通过装置100的空芯光纤102传播。在通过空芯光纤传播期间，输入辐射108与空芯光纤104内部的气体混合物106相互作用306。输入辐射108与气体混合物106的工作组分的相互作用引起输入辐射的频率范围的拓宽308以产生310宽频带输出辐射110。
图12示意性地示出了用于接收输入辐射402并拓宽输入辐射402的频率范围以便提供宽频带输出辐射404的装置400的一般设置。
装置400包括气室406、设置在气室406内部的光纤408、用于在气室406内提供气体412的气体生成装置410，以及用于从气室406内的气体形成自由基的自由基生成装置414。
气室406也可以被称为壳体或容器。气室406被配置为容纳气体412。气室406可以包括本领域已知的一个或多个特征，用于控制、调节和/或监测气室406内部的气体412的组分。
光纤408包括用于引导辐射传播通过光纤408的空芯416。应当理解，为了有助于使图清楚，图12中示意性地示出了光纤408的空芯416并且未详细示出包围空芯416的包层和支撑部分。光纤408可以是任何空芯光子晶体光纤的形式。例如，在一些实施例中，光纤408通常可以是上文参考图7至图10所述的光纤102的形式。
气体生成装置410被配置为在气室406内提供气体412，并因此在空芯416内提供气体412的至少一部分。气体412包括工作组分，其使得能够拓宽接收到的输入辐射402的频率范围以便提供宽频带输出辐射404。
气室406可以包括第一透明窗口418。在使用中，光纤408被设置在气室406内部，以使得第一透明窗口418位于光纤408的输入端附近。第一透明窗口418可以形成气室406的壁的一部分。第一透明窗口418可以至少对于接收到的输入辐射频率是透明的，以使得接收到的输入辐射402(或至少其大部分)可以被耦合到位于气室406内部的光纤408中。气室406可以包括第二透明窗口420，其形成气室406的壁的一部分。在使用中，当光纤408被设置在气室406内部时，第二透明窗口420位于光纤408的输出端附近。第二透明窗口420可以至少对于装置400的宽频带输出辐射404的频率是透明的。
备选地，在另一个实施例中，光纤408的两个相对端可以被放置在不同的气室内。光纤408可以包括配置为接收输入辐射402的第一端部和用于输出宽频带输出辐射404的第二端部。第一端部可以被放置在包括气体412的第一腔室内部。第二端部可以被放置在第二腔室内，其中第二腔室也可以包括气体412。腔室的功能可以如上面关于图12所描述的那样。第一腔室可以包括第一透明窗口，其被配置为对于输入辐射402是透明的。第二腔室可以包括第二透明窗口，其被配置为对于宽频带输出宽频带辐射404是透明的。第一和第二腔室还可以包括可密封开口，以允许光纤408部分地被放置在腔室内部并且部分地被放置在腔室外部，以使得气体被密封在腔室内部。光纤408还可以包括未被包含在腔室内部的中间部。对于其中光纤408相对较长(例如当长度大于1m时)的实施例，使用两个单独的气室的这种布置可能尤其方便。应当理解，对于使用两个单独的气室的这种布置，两个腔室(其可以包括本领域已知的一个或多个特征，以用于控制、调节和/或监测两个腔室中的气体412的成分)可以被认为是提供一种用于在光纤408的空芯416内提供气体412的装置。
一般而言，光纤408可以被设置成使得空芯412与通常为气室406形式的至少一个气室流体连通。
在该上下文中，如果在一个窗口上的一个频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％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418和第二透明窗口420都可在气室406的壁内形成气密密封，以使得气体412可以被包含在气室406内。应当理解，气体412可以以与气室406的环境压力不同的压力而被包含在气室406内。
气体412的工作组分可以是惰性气体。工作组分可以包括氩气、氪气、氖气、氦气和氙气中的一种或多种。作为惰性气体的备选或附加，工作组分可以包括分子气体(例如N2、O2、CH4、SF6)。
为了实现频率拓宽，可能需要高强度辐射。具有空芯光纤408的优点在于，它可以通过对通过光纤408传播的辐射的强空间限制来实现高强度辐射，从而实现高局部辐射强度。此外，空芯设计(例如与实心设计相比)可以产生更高质量的传输模式(例如，具有更大比例的单模传输)。例如由于接收到的输入辐射强度很高和/或由于光纤408内部的辐射的空间限制很强，光纤408内部的辐射强度可能很高。
使用空芯光纤408的一个优点可以是在光纤408内部引导的大部分辐射被限制在空芯416内。因此，辐射在光纤408内的大部分相互作用是与在光纤408的空芯416内部提供的气体412进行的。结果，可以提高气体412的工作组分对辐射的拓宽效果。
接收到的输入辐射402可以具有以上参考图7至图10描述的输入辐射108的任何特征。
当辐射与气体412相互作用时用于光谱拓宽的机制可以是例如四波混合、调制不稳定性、工作气体的电离、拉曼效应、克尔非线性、孤子形成或孤子裂变中的一种或多种。特别地，光谱拓宽可以通过孤子形成或孤子裂变中的一种或两种来实现。
图13描绘了用于提供宽频带输出辐射的辐射源422。辐射源422包括如上参考图12所述的装置400。辐射源422还包括输入辐射源424，其被配置为向装置400提供输入辐射402。装置400可以从输入辐射源424接收输入辐射402，并将其拓宽以提供输出辐射404。
在使用中，气室406中可能存在诸如例如碳氢化合物之类的污染物。此类污染物可能会污染光纤408并损害光纤408(特别是在空芯416内)的完整性，从而引起可能会因局部加热而造成损坏的局部光学缺陷。自由基生成装置414被配置为在气室406内提供自由基。有利地，气室406内的这些自由基可以与复杂的烃分子发生反应并且可以主动地将复杂的烃分子分解成较小链烃。通过吹扫、泵浦和/或扩散，可以更容易地从表面去除这种较小链烃。
原则上，自由基生成装置414可以提供任何种类的自由基，特别是可以提供能够与复杂的烃分子发生反应并将它们分解成较小链烃的任何种类的自由基。在实践中，自由基可以包括氢自由基H*。如现在所讨论的，使用氢自由基的布置具有许多优点。首先，氢自由基相对容易由分子氢(H2)形成。其次，氢自由基确实与复杂的烃分子发生反应并将它们分解成较小链烃(与形成可能不易从气室406内去除的更有问题的化合物相对照)。第三，可以使用用于生成氢自由基的已知装置来形成自由基生成装置414。
一般而言，自由基生成装置414可以包括分子气体的供给和能量沉积机构。分子气体的供给可以例如由气体生成装置410来提供或者来自另一个单独的源。能量沉积机构可以能够操作为向供给气体供应能量，从而使气体分子解离并形成自由基。
现在参考图14描述示例自由基生成装置414的实施例。
自由基生成装置414包括具有入口428和出口430的壳体426。自由基生成装置414包括设置在壳体426内的元件432。例如使用电源434，元件432被维持在高温。例如，元件432可以被维持在大约1500℃的温度。为了承受这种情况，元件432可以由合适的金属形成，诸如钼或钨。
在使用中，入口气体436流入到入口428中；流经或流过元件432；并且作为出口气体438流出出口430。可选地，自由基生成装置414可以提供有泵440(在图14中示意性地示出)以促进从入口428到出口430的这种流动。
当入口气体(其可以例如包括分子氢)流经元件432时，气体分子撞击在元件432上并从其中接收能量。作为接收这种能量的结果，气体分子解离并形成自由基。元件432可以被称为能量沉积机构。结果，出口气体438包含自由基(例如氢自由基H*)。当自由基生成装置414在入口428处提供有氢气流436时，其可以被称为氢自由基生成器(HRG)。
虽然在该示例性实施例中，加热元件432提供了能量沉积机构，但是应当理解，在备选实施例中，可以使用其他能量沉积机构。示例能量沉积机构包括：激光射束以及两端保持电压的电极对。
这样的自由基生成装置414可以以多种不同的方式被提供给气室406。例如，如图15A中示意性所示，自由基生成装置414可以被设置在气室406内，以使得入口428和出口430都与气室406的内部流体连通。将理解，为了便于理解，在图15A和图15B中仅示出了气室406和自由基生成装置414，并且例如省略了图12和图13中所示的其他特征。对于这样的布置，气室内的(例如由气体生成装置410提供的)气体可以通过自由基生成装置414，产生回到气室406内部的自由基。备选地，如图15B中示意性所示，自由基生成装置414可以被设置在气室406的壁内。对于这样的布置，入口428与气室406外部的气源(未示出)流体连通，并且出口430与气室406的内部流体连通。对于这样的布置，可以在将气体引入到气室中时生成自由基。作为另一种备选，自由基生成装置414可以被设置在气室406的外部，但是使得出口430与气室406的内部流体连通。
有利地，所预期的是，提供这样的自由基生成装置414，这将大大减少气室406内部的污染物。在一些实施例中，气室406的内部可以被冲洗(连续地或间歇地)以去除与自由基反应之后形成的较小链烃。备选地，在气室406内部可以提供这样的表面：其主动吸引这种气载的氢键污染物。
上述辐射源200、422可以被提供为用于确定衬底上的结构的感兴趣参数的量测装置的一部分。衬底上的结构可以例如是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用于检测被结构散射和/或反射的辐射的一部分的检测子系统。检测子系统还可以根据被结构散射和/或反射的辐射的一部分来确定结构上的感兴趣参数。该参数可以例如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装置MT的一部分。上述量测装置可以形成检查装置的一部分。上述量测装置可以被包括在光刻装置LA内部。
在随后编号的条款中公开了另外的实施例：
1.一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，装置包括：
光纤，光纤包括用于引导辐射传播通过光纤的空芯；以及
用于在空芯内提供气体混合物的装置；
其中气体混合物包括：
氢组分；和
工作组分，工作组分用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射。
2.根据条款1的装置，其中宽频带输出辐射包括连续范围的辐射频率。
3.根据前述条款中任一项的装置，其中氢组分包括氢气、氘气和氚气中的至少一种。
4.根据前述条款中任一项的装置，其中氢组分包括氢自由基。
5.根据前述条款中任一项的装置，其中工作组分包括惰性气体。
6.根据前述条款中任一项的装置，其中氢组分在气体中的分数小于70％。
7.根据条款6的装置，其中氢组分在气体中的分数小于50％。
8.根据条款7的装置，其中氢组分在气体混合物中的分数小于10％。
9.根据条款8的装置，其中氢组分在气体混合物中的分数小于2％。
10.根据前述条款中任一项的装置，其中光纤是光子晶体光纤。
11.根据前述条款中任一项的装置，其中光纤包括包围空芯的环结构。
12.根据条款11的装置，其中环结构包括围绕环结构的中心部分布置的多个结构。
13.根据条款12的装置，其中多个结构包括一个或多个反谐振元件。
14.根据条款12或13中任一项的装置，其中多个结构包括多个毛细管。
15.根据条款13至14中任一项的装置，其中多个结构被布置为使得该结构不接触其他结构中的任何一个。
16.根据条款12至15中任一项的装置，其中光纤包括多个环结构，其中多个环结构中的至少一个环结构包围空芯。
17.根据条款16的装置，其中环结构中的至少一个环结构包括围绕环结构的中心部分布置的多个结构。
18.根据条款12至16中任一项的装置，其中气体混合物的氢组分增加了多个结构的寿命。
19.根据条款18的装置，其中在操作1000小时之后性能的下降不超过2％。
20.根据前述条款中任一项的装置，还包括自由基生成装置，自由基生成装置用于从气体混合物形成自由基。
21.一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，装置包括：
腔室；
光纤，光纤包括用于引导辐射传播通过光纤的空芯，光纤的空芯与腔室流体连通；
气体生成装置，用于在腔室内提供气体；以及
自由基生成装置，用于在腔室内提供自由基。
22.根据条款21的装置，其中自由基生成装置包括：分子气体的供给；以及能量沉积机构，能量沉积机构能够操作为向供给气体供应能量，从而使气体分子解离并且形成自由基。
23.一种用于提供宽频带输出辐射的辐射源，辐射源包括：
根据前述条款中任一项的装置；以及
输入辐射源，被配置为将输入辐射提供到装置；
其中装置被配置为拓宽输入辐射以提供宽频带输出辐射。
24.根据条款23的辐射源，其中输入辐射是脉冲的。
25.根据条款23或24中任一项的辐射源，其中宽频带输出辐射具有至少1W的平均功率。
26.根据条款25的辐射源，其中宽频带输出辐射具有至少5W的平均功率。
27.根据条款26的辐射源，其中宽频带输出辐射具有至少10W的平均功率。
28.根据条款23至27中任一项的辐射源，其中氢组分在装置的气体混合物中的分数足够高，使得光纤在大于100小时的操作中具有至少95％的平均输出功率稳定性。
29.一种拓宽辐射频率范围的方法，该方法包括：
提供根据条款1至22中任一项的装置；
通过空芯光纤传播输入辐射，其中输入辐射与空芯光纤内部的气体的相互作用，使输入辐射的频率范围拓宽从而产生宽频带输出辐射。
30.一种量测装置，用于确定衬底上的结构的感兴趣参数，量测装置包括：
根据条款23至28中任一项的辐射源；
照射子系统，用于使用宽频带输出辐射照射衬底上的结构；以及
检测子系统，用于检测被结构散射和/或反射的辐射的一部分，并且用于根据辐射的一部分确定感兴趣参数。
31.一种量测装置，包括根据条款30的量测装置。
32.一种检查装置，包括根据条款30的量测装置。
33.一种光刻装置，包括根据条款30的量测装置。
虽然在本文中可以具体参考光刻装置在IC的制造中的使用，但是应当理解，本文描述的光刻装置可以具有其他应用。其他可能应用包括制造集成光学系统、引用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装置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在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查装置、量测装置、或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案化设备)之类物体的任何装置的一部分。这些装置通常可以被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
虽然上面已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明不限于光学光刻，并且在上下文允许的情况下，本发明可以在例如压印光刻等其他应用中使用。
虽然具体参考了―量测装置/工具/系统”或―检查装置/工具/系统”，但是这些术语可以指代相同或相似类型的工具、装置或系统。例如，包括本发明的实施例的检查或量测装置可以被用来确定衬底上或晶片上的结构的特性。例如，包括本发明的实施例的检查装置或量测装置可以被用来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、结构的特定部分的缺失、或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，本发明可以不同于所描述的方式来实践。以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离下面阐述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)
1.一种用于接收输入辐射并且拓宽所述输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，所述装置包括：
光纤，包括用于引导辐射传播通过所述光纤的空芯；以及
填充所述空芯的气体混合物，所述气体混合物包括：i)用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的工作组分，和ii)氢组分，
其中所述工作组分是氦气、氖气和氩气中的一种，并且所述氢组分的分数低于所述氢组分开始对所述频率范围的拓宽做出显着贡献的阈值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述阈值为10％。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述阈值为2％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光纤包括包围所述空芯的环结构。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述环结构包括围绕所述环结构的中心部分布置的多个结构。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述多个结构包括一个或多个反谐振元件。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述多个结构包括多个毛细管。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中所述多个结构各自具有厚度在0.1～1.0微米之间的壁。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述气体混合物的所述氢组分增加所述多个结构的所述壁的机械稳定性。
10.一种用于接收输入辐射并且拓宽输入辐射的频率范围以便提供宽频带输出辐射的装置，所述装置包括：
腔室；
光纤，所述光纤包括用于引导辐射传播通过所述光纤的空芯，所述光纤的所述空芯与所述腔室流体连通；
在所述腔室内用以填充所述空芯的气体混合物，包括：i)用于拓宽接收到的输入辐射的频率范围的工作组分，和ii)氢组分；以及
自由基生成装置，用于在所述腔室内提供自由基，
其中所述工作组分是氦气、氖气和氩气中的一种，并且所述氢组分的分数低于所述氢组分开始对所述频率范围的拓宽做出显着贡献的阈值。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述自由基生成装置包括：分子气体的供给；以及能量沉积机构，所述能量沉积机构能够操作为向供给气体供应能量，从而使所述气体分子解离并且形成自由基。
12.一种用于提供宽频带输出辐射的辐射源，所述辐射源包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的装置；以及
输入辐射源，被配置为将输入辐射提供到所述装置；
其中所述装置被配置为拓宽所述输入辐射以提供所述宽频带输出辐射。
13.根据权利要求12所述的辐射源，其中所述宽频带输出辐射具有至少10W的平均功率。
14.一种拓宽辐射频率范围的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至11中任一项所述的装置；
通过所述空芯光纤传播输入辐射，其中所述输入辐射与所述空芯光纤内部的所述气体的相互作用使所述输入辐射的频率范围拓宽，从而产生所述宽频带输出辐射。
15.一种量测装置，用于确定衬底上的结构的感兴趣参数，所述量测装置包括：
根据权利要求12至13中任一项所述的辐射源；
照射子系统，用于使用所述宽频带输出辐射照射所述衬底上的所述结构；以及
检测子系统，用于检测被所述结构散射和/或反射的辐射的一部分，并且用于根据所述辐射的所述一部分确定所述感兴趣参数。
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