CN116710842A - 用于提供宽带光源的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种辐射源，用于生成宽带辐射，并且包括：泵浦源，该泵浦源仅包括一个单光纤放大器，该泵浦源被配置辐射，泵浦辐射包括具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量的多个辐射脉冲；以及中空纤芯光纤，包括中空纤芯区域和围绕中空纤芯区域的包层，中空纤芯区域中具有加压气体，并且中空纤芯光纤被设置为在输入端处接收泵浦辐射，其中中空纤芯区域的尺寸被设定为使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时，使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱，以用于从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。

Description

用于提供宽带光源的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月23日提交的欧洲专利申请20217094.0和于2021年1月18日提交的欧洲专利申请21152056.4的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于提供宽带输出辐射的辐射源。特别地，本发明涉及宽带辐射源，该宽带辐射源包括中空纤芯光纤，该中空纤芯光纤中具有加压气体，该中空纤芯光纤被配置成在光谱上展宽所接收的输入辐射。
背景技术
光刻装置是一种被构造成将期望的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。例如，光刻装置可以在图案化设备(例如，掩模)处将图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投射到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。经投射的图案可以形成用以在衬底上制造结构的工艺的一部分。
为了在衬底上投射图案，光刻装置可以使用电磁辐射。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的辐射的光刻装置相比，使用波长在4nm-20nm范围内，例如6.7nm或13.5nm的极紫外(EUV)辐射的光刻装置可用于在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻可用于处理具有小于光刻装置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是所采用的辐射的波长，NA是光刻装置中的投射光学装置的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半间距)，并且k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，就越难在衬底上复制出类似于电路设计者为了获得特定的电功能和性能而设计的形状和尺寸的图案。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投射设备和/或设计布局。这些步骤，例如包括但不限于，NA的优化、定制的照明方案、相移图案化设备的使用、设计布图的各种优化，诸如设计布图中的光学邻近校正(OPC，有时也称为“光学和工艺校正”)，或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。备选地，用于控制光刻装置的稳定性的紧密控制回路可用于改善在低k1下图案的再现。
在光刻工艺中，期望对所产生的结构进行频繁的测量，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，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用以测量重叠的专用工具，重叠是器件中两层对准的精度。最近，已经开发了各种形式的散射计用于光刻领域。
此外，其它操作在光刻工艺中是重要的，诸如在光刻装置内晶片的对准和调平(levelling)。
宽带辐射源可以用在许多光刻工艺中，例如对准、调平和重叠的测量。因此，期望开发和改进宽带辐射源。
发明内容
发明人已经意识到，宽带辐射源可以包括：泵浦激光器，被配置为提供激光辐射脉冲，以及中空纤芯光纤，被配置为接收激光辐射脉冲并且在其传播通过光纤时展宽其光谱，诸如中空纤芯光子晶体光纤(HC-PCF)。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于产生宽带辐射的辐射源，并且包括：泵浦源，仅包括一个单光纤放大器，该泵浦源被配置为生成泵浦辐射，泵浦辐射包括多个辐射脉冲，该多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量和10飞秒与10皮秒之间的脉冲持续时间；以及中空纤芯光纤，包括中空纤芯区域和围绕中空纤芯区域的包层，中空纤芯区域中具有加压气体，并且中空纤芯光纤被布置成在输入端处接收泵浦辐射，其中空纤芯区域的直径在10μm至30μm的范围内，并且其尺寸被设置为使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱，以用于从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
可选地，中空纤芯区域的直径可以小于30μm，小于20μm或小于10μm。
可选地，中空纤芯区域的直径可以在16μm至22μm的范围内。
可选地，脉冲持续时间可以在100s至500fs的范围内。
可选地，在给定特定的中空纤芯区域直径的情况下，气体的压力可以被配置为提供输出宽带辐射的光谱，该输出宽带辐射的光谱具有在350nm至450nm范围内的低波长截止。
可选地，气体的压力可以在20bar至40bar的范围内。
可选地，气体的压力可以基于中空纤芯光纤的零色散波长来确定。
可选地，可以基于以下公式来确定零色散波长：
β2(λ＝λZDW)≡0
其中并且/>其中β是传播常数，λ是波长，并且c是真空中的光速。
可选地，零色散波长可以在700nm到1000nm的范围内。
可选地，可以基于中空纤芯光纤的相位匹配波长来确定气体的压力。
可选地，相位匹配波长λPM可以基于以下公式来确定：
βPM(λ＝λPM)-βsol(ω)＝0
其中
并且其中βPM是相位匹配波长处的线性传播常数，βsol是泵浦频率ωpump’处的孤子(soliton)的传播常数，c是真空中的光速，γ是非线性参数，并且Pc是压缩孤子的峰值功率。
可选地，相位匹配波长可以在300到700nm的范围内。
可选地，当改变中空纤芯区域的直径时，前者(基本的)和改变的(新的)中空纤芯区域直径、辐射脉冲的能量和在中空纤芯内部形成的工作介质的气体的压力之间的关系可以根据下式表示：
可选地，泵浦源可以包括配置为提供种子辐射脉冲的种子激光器，以及配置为接收和放大种子辐射脉冲的光纤放大器。泵浦辐射可以被提供给中空纤芯光纤。
可选地，泵浦源还可以包括脉冲压缩器，该脉冲压缩器位于光纤放大器下游，并且可选地直接位于光纤放大器下游。
可选地，脉冲压缩器可以包括一个或多个棱镜对。
可选地，种子激光脉冲可以具有第一重复率。辐射源的输出宽带辐射可以包括具有第二重复率的脉冲，其中第一重复率基本上等于第二重复率。
可选地，中空纤芯光纤可以是中空纤芯光子晶体光纤HC-PCF。
可选地，光子晶体光纤的中空纤芯区可以被包括多个毛细管的包层围绕。
可选地，HC-PCF中的毛细管的壁部的厚度可以是200nm或小于200nm。
可选地，HC-PCF可以是单环HC-PCF。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于在诸如晶片或掩模的物体上进行测量的量测装置，该量测装置包括根据第一方面的辐射源。
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，在附图中：
-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性表示，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描绘了中空纤芯光纤在横向平面中的截面视图的示意性表示；
-图5描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意性表示；
-图6(a)描绘了Kagome纤维在横向平面中的截面视图的示意性表示；
-图6(b)描绘了在横向平面中包括管状毛细管的单个环的中空纤芯纤维的截面视图的示意性表示。
-图7描绘了泵浦辐射源的部件的示意性表示；
-图8描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意性表示；以及
-图9描绘了对于给定的零色散波长、辐射源中的中空纤芯区域直径、气体压力和脉冲能量之间的关系的示例图表。
具体实施方式
一般来说，本文公开了旨在简化宽带辐射源的方法和装置。更具体地，本发明人已经认识到，通过增加中空纤芯光子晶体光纤(HC-PCF)的非线性特性，可以减少来自泵浦激光器的输入能量，同时仍然提供从辐射源发射的辐射的所需的宽带光谱。这具有许多优点，尤其是泵浦激光器可以包括较少的放大级，大大降低了成本。
在本文中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射和粒子辐射，包括紫外辐射(例如波长为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)、EUV(极紫外辐射，例如具有约5nm-100nm范围内的波长)、X射线辐射、电子束辐射和其它粒子辐射。
在本文中使用的术语“掩模板”、“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，该通用图案化设备可以用于赋予入射辐射束的图案化横截面，该图案化横截面对应于要在衬底的目标部分中产生的图案。在本文中也可以使用术语“光阀”。除了传统的掩模(透射或反射、二元、相移、混合等)之外，其它这种图案化设备的例子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包括照明系统(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，EUV辐射或X射线辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)T，被构造成支撑图案化设备(例如，掩模)MA并连接到第一定位器PM，第一定位器PM被构造成根据某些参数精确地定位图案化设备MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并连接到第二定位器PW，第二定位器PW被构造成根据某些参数精确地定位衬底支撑件；以及投射系统(例如，折射投射透镜系统)PS，该投射系统PS被配置为将由图案化设备MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。
在操作中，照明系统IL例如经由光束传送系统BD接收来自辐射源SO的辐射光束。照明系统IL可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、衍射、磁、电磁、静电和/或其它类型的光学部件，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，使其在图案化设备MA的平面处的横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
这里使用的术语“投射系统”PS应当广义地解释为包括各种类型的投射系统，包括折射、反射、衍射、反折射、变形、磁、电磁和/或静电光学系统，或它们的任意组合，只要适合于所用曝光辐射，和/或适合于诸如使用浸没液体或使用真空的其他因素。这里术语“投射透镜”的任何使用可以被认为与更一般的术语“投射系统”PS同义。
光刻装置LA可以是这样的类型，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，以便填充投射系统PS和衬底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，其全部内容通过引用被并入本文。
光刻装置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/或可以在位于一个衬底支撑件WT上的衬底W上执行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时使用另一衬底支撑件WT上的另一衬底W来曝光另一衬底W上的图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻装置LA可以包括测量台。测量台被设置成保持传感器和/或清洁设备。传感器可以被布置成测量投射系统PS的特性或辐射束B的特性。测量台可以容纳多个传感器。清洁设备可以布置成清洁光刻装置的一部分，例如投射系统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远离投射系统PS时，测量台可以在投射系统PS下面移动。
在操作中，辐射束B入射到保持在掩模支撑T上的图案化设备(例如掩模)MA上，并由图案化设备MA上存在的图案(设计布局)图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投射系统PS，投射系统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中未明确描绘)可用于相对于辐射束B的路径精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。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，它们被称为划线(scribe-lane)对准标记。
如图2所示，光刻装置LA可以形成光刻单元LC的一部分，有时也称为光刻单元或(光刻)簇，其通常还包括在衬底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、用以显影曝光的抗蚀剂的显影剂DE、冷却板CH和烘烤板BK，例如用于调节衬底W的温度，例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂。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，并将衬底W传送到光刻装置LA的进料台LB。通常也统称为轨道的光刻单元中的器件通常在轨道控制单元TCU的控制下，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控制光刻装置LA。
在光刻工艺中，期望频繁地对所产生的结构进行测量，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计量测工具MT。散射计是通用(versatile)的仪器，其允许通过在光瞳或与散射计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，在此通过引用将其全部并入。上述散射计可以使用来自软X射线、极紫外和可见到近红外波长范围的光来测量光栅。
为了使由光刻装置LA曝光的衬底W被正确且一致地曝光，期望检查衬底以测量图案化结构的特性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此目的，检查工具和/或量测工具(未示出)可以包括在光刻单元LC中。如果检测到错误，则例如可以对后续衬底的曝光或对要在衬底W上执行的其它处理步骤进行调整，尤其是如果在相同批次(batch)或批(lot)的其它衬底W仍要被曝光或处理之前进行检查。
检查装置，其也可称为量测装置，被用于确定衬底W的特性，特别是不同衬底W的特性如何变化，或与同一衬底W的不同层相关联的特性如何逐层变化。作为备选，检查装置可以被构造成标识衬底W上的缺陷，并且例如可以是光刻单元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的设备。检查装置可以测量潜像(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)，或显影抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光或未曝光部分已被移除)，或甚至蚀刻图像(在图案转移步骤如蚀刻之后)上的性质。
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特性。例如，这种重建可以通过用目标结构的数学模型模拟散射辐射的相互作用并将模拟结果与测量结果进行比较而得到。调整数学模型的参数，直到模拟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，产生检测光谱的目标的结构或轮廓可以被重建，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比较。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆偏振散射仪。椭圆偏振散射仪允许通过测量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明部分中使用例如适当的偏振滤光器来发射偏振光(例如诸如线性、圆形或椭圆形)。适用于量测装置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，在此通过引用将其全部内容并入本文。
在散射计MT的一个实施例中，散射计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结构的重叠，该不对称性与重叠的程度有关。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，并且可以基本上形成在晶片上的相同位置。散射计可以具有对称的检测结构，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清楚地区分。这提供了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中可以找到用于测量当通过周期性结构的不对称性测量目标时包含周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例，通过引用将其全部内容并入本文。
感兴趣的其它参数可以是焦点和剂量。焦点和剂量可以通过散射测量法(或者通过扫描电子显微镜)同时确定，如美国专利申请US2011-0249244中所述，其全部内容通过引用并入本文。可以使用单个结构，其对于焦距能量矩阵(FEM——也称为焦距曝光矩阵)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，则焦点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。如前所述，衍射信号可以用于确定两层之间的偏移(也称为“覆盖”)，或者可以用于重建由光刻工艺产生的原始光栅的至少一部分。该重建可用于提供光刻工艺质量的指导，并可用于控制光刻工艺的至少一部分。目标可以具有更小的子分段，这些子分段被配置为模拟目标中设计布局的功能部分的尺寸。由于此类子分段，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图的功能部分。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，测量光束产生小于整个目标的光点。在过填充模式中，测量光束产生大于整个目标的光点。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置方案确定。术语“衬底测量配置方案”可以包括测量本身的一个或多个参数，测量的一个或多个图案的一个或多个参数，或两者。例如，如果在衬底测量配置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。选择测量配置方案的标准中的一个可以例如是测量参数中的一个对处理变化的敏感性。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，其通过引用整体并入本文。
典型地，光刻装置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上的结构的尺寸和布置的高精度。为了确保该高精度，可以将三个系统组合在所谓的“整体”控制环境中，如图3中示意性所示。这些系统中的一个系统是(虚拟地)连接到量测工具MET(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)的光刻装置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提供紧密的控制回路，以确保由光刻装置LA执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口限定了工艺参数(例如剂量，焦点，覆盖)的范围，在该范围内，特定的制造工艺产生限定的结果(例如功能半导体器件)——通常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(部分)要图案化的设计布局来预测使用哪种分辨率增强技术并执行计算光刻模拟和计算以确定哪种掩模布图和光刻装置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成与光刻装置LA的图案化可能性相匹配。计算机系统CL还可用于检测光刻装置LA当前在工艺窗口内的什么位置操作(例如，使用来自量测工具MET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)而可能存在缺陷。
量测工具MET可以向计算机系统CL提供输入以实现精确的模拟和预测，并且可以向光刻装置LA提供反馈以标识可能的漂移，例如光刻装置LA的校准状态下(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。
量测工具MT，诸如散射计，形貌测量系统或上述位置测量系统，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特性可能影响可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，而对其它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特性。宽带辐射可用于量测系统MT，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。
可能难以产生高质量的宽带辐射，例如超连续辐射。一种产生宽带辐射的方法可以是展宽高功率窄带或单频率输入辐射，例如利用非线性、高阶效应。输入辐射(可以使用激光器产生)可以被称为泵浦辐射。备选地，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，从而获得强局部化的高强度辐射。在这些区域中，辐射可以与光谱展宽结构和/或形成非线性介质的材料相互作用，从而产生宽带输出辐射。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，宽带输出辐射是在光子晶体光纤中产生的。(PCF)。在若干实施例中，此类光子晶体光纤在其纤芯周围具有微结构，有助于将穿过光纤的辐射限制在纤芯中。纤芯可以由具有非线性特性的固体材料制成并且当高强度泵浦辐射传输通过纤芯时，该固体材料能够生成宽带辐射。尽管在实纤芯光子晶体光纤中生成宽带辐射是可行的，但是使用固体材料可能有一些缺点。例如，如果在固体纤芯中生成紫外辐射，此辐射可能不会出现在光纤的输出光谱中，因为此辐射被大多数固体材料吸收。
在一些实现方式中，如下面参考图5进一步讨论的，用于展宽输入辐射的方法和装置可以使用光纤来限制输入辐射，并且用于展宽输入辐射以输出宽带辐射。该光纤可以是中空纤芯光纤，并且可以包括用以实现光纤中辐射的有效引导和限制的内部结构。光纤可以是中空纤芯光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适合于强辐射限制，主要在光纤的中空纤芯区域内，实现高辐射强度。光纤的中空纤芯区域可以填充用作用于展宽输入辐射的展宽介质的气体。此类光纤和气体布置可以用来产生超连续光谱辐射源。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UV光谱中的一种或多种辐射。输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，宽带辐射在本文可以被称为白光。
一些实施例涉及包括光纤的此类宽带辐射源的新设计。光纤是中空纤芯光子晶体光纤(HC-PCF)。特别地，光纤OF可以是包括用于限制辐射的抗谐振结构的类型的中空纤芯光子晶体光纤OF。此类包含抗谐振结构的光纤在本领域中被称为抗谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。此类光纤的各种不同设计在本领域中是已知的。备选地，光纤可以是光子带隙光纤(HC-PBF，例如Kagome光纤)。
可以设计多种类型的HC-PCF，每种类型的HC-PCF都基于不同的物理引导机制。两种此类HC-PCF包括：中空纤芯光子带隙光纤(HC-PBF)和中空纤芯抗谐振反射光纤(HC-ARF)。关于HC-PCF的设计和制造的细节可以在美国专利US2004/015085A1(对于HC-PBF)和国际PCT专利申请WO 2017/032454A1(对于中空纤芯抗谐振反射光纤)中找到，这些专利通过引用被并入本文。图6(a)示出了Kagome光纤，包括Kagome晶格结构。
现在参考图4描述用于辐射源的光纤OF的示例，图4是光纤OF在横向平面中的示意性横截面视图。在WO2017/032454A1中公开了类似于图4的光纤OF的实际示例的其他实施例。
光纤OF包括限定了光纤OF长度的细长体，该细长体在一个维度上比光纤OF的其他两个维度更长。该较长的尺寸可以被称为轴向方向并且可以限定光纤OF的轴线。另外两个维度限定了一个平面，该平面可以称为横向平面。图4示出了被标记为x-y平面的该横向平面(即垂直于轴线)中的光纤OF的横截面。光纤OF的横截面沿着光纤轴线可以基本恒定。
应理解，光纤OF具有一定程度的柔性，因此轴线的方向一般不会沿着光纤OF的长度方向一致。诸如光轴线、横截面等的术语将被理解为是指局部光轴线、局部横截面等。此外，在部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可能随着光纤OF弯曲而变形的形状。
光纤OF可以具有任何长度并且应理解，光纤OF的长度可以取决于应用。光纤OF的长度可以在1cm和10m之间，例如，光纤OF的长度可以在10cm和100cm之间。
该光纤OF包括：中空纤芯区域HC；围绕中空纤芯区域HC的包层部；以及围绕并且支撑包层部的支撑部SP。可以认为光纤OF包括具有中空纤芯HC的主体(包括包层部和支撑部SP)。包层部包括多个抗谐振元件，用于引导辐射通过中空纤芯HC。特别地，多个抗谐振元件被布置成将通过光纤OF传播的辐射主要限制在中空纤芯HC内部并且沿光纤OF引导辐射。光纤OF的中空纤芯HC可以基本上设置在光纤OF的中心区域，使得光纤OF的轴线也可以限定光纤OF的中空纤芯HC的轴线。
包层部包括多个抗谐振元件，用于引导辐射通过光纤OF传播。特别地，在此实施例中，包层部包括六个管状毛细管CAP的单个环。管状毛细管CAP中的每个管状毛细管CAP用作抗谐振元件。
毛细管CAP也可以称为管。毛细管CAP的横截面可以是圆形的，或可以具有其他形状。每个毛细管CAP包括大体上圆柱形的壁部WP，壁部WP至少部分地限定光纤OF的中空纤芯HC并且将中空纤芯HC与毛细管腔CC分离。应理解，壁部WP可以用作通过中空纤芯HC传播的辐射的抗反射法布里-珀罗谐振器(并且该辐射可以以掠入射角入射到壁部WP上)。壁部WP的厚度可以是合适的，以确保反射回中空纤芯HC一般被增强，而进入毛细管腔CC的透射一般被抑制。在一些实施例中，毛细管壁部WP可以具有0.01μm至10.0μm之间的厚度。
应理解，如本文所用，术语包层部旨在表示用于引导辐射传播通过光纤OF的光纤OF的一部分(即，将该辐射限制在中空纤芯HC内的毛细管CAP)。辐射可以以横向模式的形式被限制，沿着光纤轴线传播。
支撑部一般是管状的并且支撑包层部的六个毛细管CAP。六个毛细管CAP围绕内支撑部SP的内表面均匀分布。六个毛细管CAP可以被描述为以大体上六边形的形式设置。
毛细管CAP被布置成使得每个毛细管不与任何其他毛细管CAP接触。毛细管CAP中的每个毛细管CAP中与内部支撑部SP接触并且与环形结构中的相邻毛细管CAP间隔开。此类布置可能是有益的，因为它可以增加光纤OF的传输带宽(例如，相对于其中毛细管彼此接触的布置)。备选地，在一些实施例中，毛细管CAP中的每个毛细管CAP可以与环形结构中的相邻毛细管CAP接触。
包层部的六个毛细管CAP被设置在中空纤芯HC周围的环形结构中。毛细管CAP的环形结构的内表面至少部分地限定了光纤OF的中空纤芯HC。中空纤芯HC的直径d(可以限定为相对的毛细管之间的最小尺寸，由箭头d指示)可以在10μm与1000μm之间并且可以具有在下面描述的示例性布置中提出的其他直径。中空纤芯HC的直径d可以影响中空纤芯光纤OF的模场直径、冲击损耗、色散、模式多样性和非线性特性。
在该实施例中，包层部包括单环布置的毛细管CAP(其作为抗谐振元件)。因此，从中空纤芯HC的中心到光纤OF的外部的任何径向上的线穿过不超过一个毛细管CAP。
应理解，其他实施例可以设置有不同布置的抗谐振元件。这些可以包括具有多个抗谐振元件环的布置和具有嵌套的抗谐振元件的布置。此外，尽管图4中示出的实施例包括六个毛细管的环，但是在其他实施例中，可以在包层部中设置包括任意数量的抗谐振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)的一个或多个环。
图6(b)示出了具有单环管状毛细管的上述HC-PCF的修改实施例。在图6(b)的示例中，存在两个管状毛细管CAP的同轴环。为了保持管状毛细管CAP的内环和外环，HC-PCF中可以包括支撑管ST。支撑管可以由二氧化硅制成。
图4和图6(a)和图6(b)的示例中的管状毛细管可以具有圆形横截面形状。管状毛细管也可以是其他形状，如椭圆形或多边形横截面。另外，图4和图6(a)和图6(b)的示例的管状毛细管的固体材料可以包括塑料材料(如PMA)、玻璃(如二氧化硅)或软玻璃。
图5描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源RDS。辐射源RDS包括脉冲泵浦辐射源PRS，诸如激光器或能够生成具有期望长度和能量水平的短辐射脉冲的任何其他类型的源；具有中空纤芯HC的光纤OF(例如图4中示出的类型)；以及设置在中空纤芯HC内的工作介质WM(例如气体)。尽管在图5中，辐射源RDS包括图4中示出的光纤OF，但是在备选实施例中，可以使用其他类型的中空纤芯光纤OF。
脉冲泵浦辐射源PRS被配置为提供输入或泵浦辐射IRD。光纤OF的中空纤芯HC被布置成接收来自脉冲泵浦辐射源PRS的输入辐射IRD，并且将其展宽以提供输出辐射ORD。工作介质WM使得所接收到的输入辐射IRD的频率范围展宽，从而提供宽带输出辐射ORD。
辐射源RDS还包括贮存器RSV。光纤OF设置在贮存器RSV内部。贮存器RSV也可以称为壳体、容器或气室。贮存器RSV被配置为容纳工作介质WM。贮存器RSV可以包括一个或多个本领域已知的特征，用于控制、调节和/或监测贮存器RSV内部的工作介质WM(可以是气体)的成分。贮存器RSV可以包括第一透明窗口TW1。在使用中，光纤OF设置在贮存器RSV内部，使得第一透明窗口TW1接近光纤OF的输入端IE定位。第一透明窗口TW1可以形成贮存器RSV的壁的一部分。第一透明窗口TW1可以至少对于所接收到的输入辐射频率是透明的，使得所接收到的输入辐射IRD(或其至少大部分)可以耦合到位于贮存器RSV内部的光纤OF中。应理解，可以提供光学器件(未示出)用于将输入辐射IRD耦合到光纤OF中。
贮存器RSV包括形成贮存器RSV的壁的一部分的第二透明窗口TW2。在使用中，当光纤OF设置在贮存器RSV内部时，第二透明窗口TW2接近光纤OF的输出端OE定位。第二透明窗口TW2可以至少对于辐射源RDS的宽带输出辐射ORD的频率是透明的。
备选地，在另一个实施例中，光纤OF的两个相对端可以放置在不同的贮存器内。光纤OF可以包括被配置为接收输入辐射IRD的第一端部和用于输出宽带输出辐射ORD的第二端部。第一端部可以放置在包括工作介质WM的第一贮存器内。第二端部可以放置在第二贮存器内，其中第二贮存器也可以包括工作介质WM。贮存器的功能可以如上文关于图5所描述的那样。第一贮存器可以包括第一透明窗口，该第一透明窗口被配置为对于输入辐射IRD是透明的。第二贮存器可以包括第二透明窗口，该第二透明窗口被配置为对于宽带输出宽带辐射ORD是透明的。第一贮存器和第二贮存器还可以包括可密封的开口，以准许光纤OF部分地放置在贮存器内部并且部分地放置在贮存器外部，使得气体可以密封在贮存器内部。光纤OF还可以包括不包含在贮存器内的中间部段。此类使用两个独立气体贮存器的布置对于光纤OF相对较长(例如当长度大于1m时)的实施例可能特别方便。应理解，对于使用两个分离的气体贮存器的此类布置，这两个贮存器(其可以包括本领域中已知的一个或多个特征，用于控制、调节和/或监测这两个贮存器内的气体成分)可以被认为提供了用于在光纤OF的中空纤芯HC内提供工作介质WM的装置。
在此情况下，窗口对于一定频率可以是透明的，在该窗口上，该频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％通过该窗口透射。
第一TW1和第二TW2透明窗口二者可以在贮存器RSV的壁内形成气密密封，使得工作介质WM(可以是气体)可以被包含在贮存器RSV内。应理解，气体WM可以以不同于贮存器RSV的环境压力的压力包含在贮存器RSV内。
工作介质WM可以包括诸如氩、氪和氙的惰性气体，诸如氢、氘和氮的拉曼活性气体，或诸如氩/氢混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氢混合物的气体混合物。取决于工作介质WM的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(MI)、孤子自压缩、孤子分裂、克尔效应、拉曼效应和色散波生成，其细节在WO2018/127266A1和US9160137B1中有所描述(两者都通过引用并入本文)。由于工作介质WM的色散可以通过改变贮存器RSV中的工作介质WM压力(即气室压力)来调整，所以可以调整所生成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。
在一个实现方式中，至少在接收用于产生宽带输出辐射ORD的输入辐射IRD期间，工作介质WM可以设置在中空纤芯HC内。应理解，尽管光纤OF没有接收用于产生宽带输出辐射的输入辐射IRD，但是气体WM可以完全或部分不存在于中空纤芯HC中。
为了实现频率展宽，可能需要高强度辐射。具有中空纤芯光纤OF的优点在于，它可以通过对通过光纤OF传播的辐射的强中空间限制来实现高强度辐射，从而实现高的局部辐射强度。光纤OF内部的辐射强度可能很高，例如由于接收到的输入辐射强度高和/或由于光纤OF内部辐射的强空间限制。中空纤芯光纤的一个优点是它们可以引导波长范围比实纤芯光纤更宽的辐射，特别是中空纤芯光纤可以引导紫外范围和红外范围两者内的辐射。
使用中空纤芯光纤OF的优点在于，在光纤OF内引导的大部分辐射被限制在中空纤芯HC内。因此，光纤OF内的辐射的大部分相互作用是与设置在光纤OF的中空纤芯HC内的工作介质WM的相互作用。因此，工作介质WM对辐射的展宽效应可以增加。
接收到的输入辐射IRD可以是电磁辐射。输入辐射IRD可以作为脉冲辐射而被接收。例如，输入辐射IRD可以包括多个激光辐射脉冲，该多个激光辐射脉冲可以是例如由激光器生成的超快脉冲。
输入辐射IRD可以是相干辐射。输入辐射IRD可以是准直辐射，其优点可以是便于和提高将输入辐射IRD耦合到光纤OF中的效率。输入辐射IRD可以包括单一频率或窄范围的频率。输入辐射IRD可以由激光器生成。类似地，输出辐射ORD可以是准直的和/或可以是相干的。
输出辐射ORD的宽带范围可以是连续的范围，包括连续的辐射频率范围。输出辐射ORD可以包括超连续光谱辐射(supercontinuum radiation)。连续辐射可以有益于在许多应用中(例如在量测应用中)使用。例如，连续的频率范围可以用于询问大量的特性。连续的频率范围可以例如用于确定和/或消除测量特性的频率依赖性。超连续光谱输出辐射ORD可以包括例如波长范围为100nm至4000nm的电磁辐射。宽带输出辐射级频率范围可以是例如400nm-900nm、500nm-900nm或200nm-2000nm。超连续光谱输出辐射ORD可以包括白光。
由脉冲泵浦辐射源PRS提供的输入辐射IRD可以是脉冲的。输入辐射IRD可以包括200nm和2μm之间的一个或多个频率的电磁辐射。输入辐射IRD例如可以包括波长为1.03μm的电磁辐射。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2.52.5μJ至100μJ或1μJ至10μJ。输入辐射IRD的脉冲持续时间可以在10fs和10ps之间，例如300fs。输入辐射IRD的平均功率可以在100mW到数百W之间。输入辐射IRD的平均功率例如可以是20W至50W。
脉冲泵浦辐射源PRS可以是激光器。沿着光纤OF传输的此类激光脉冲的时空传输特性，例如其光谱振幅和相位，可以通过调整(泵浦)激光器参数、工作部件WM变化和光纤OF参数来改变和调谐。该时空传输特性可以包括以下一者或多者：输出功率、输出模式分布、输出时间分布、输出时间分布的宽度(或输出脉冲宽度)、输出光谱分布和输出光谱分布的带宽(或输出光谱带宽)。所述脉冲泵浦辐射源PRS参数可以包括以下中的一者或多者：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者或多者：光纤OF长度、中空纤芯区域的大小和形状、毛细管的大小和形状、围绕中空纤芯区域的毛细管壁的厚度。所述工作介质WM，例如填充气体，参数可以包括以下中的一者或多者：气体类型、气体压力和气体温度。
由辐射源RDS提供的宽带输出辐射ORD可以具有至少1W的平均输出功率。平均输出功率可以至少为5W。平均输出功率可以至少为10W。宽带输出辐射ORD可以是脉冲宽带输出辐射ORD。宽带输出辐射ORD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至少为3mW/nm。
如上面所描述的，宽带辐射源对于量测应用可能是期望的。示例应用可以是光刻应用，诸如光刻图案化结构的测量和检查。可以在量测装置中提供宽带辐射源。量测装置可以用于与光刻测量相关的用途。测量可以例如包括重叠、对准和/或调平测量。使用宽带辐射源的一个优点是同一辐射源可以用于不同类型的测量。
可以为量测应用提供宽带辐射源，诸如上面关于图5描述的辐射源。宽带源可以从泵浦辐射源(例如种子激光器)接收输入(泵浦)辐射IRD。泵浦辐射可以是脉冲辐射。泵浦辐射可以被展宽为宽带辐射。为了实现上面所描述的非线性展宽效应，可能需要高强度辐射。这可以由脉冲辐射源PRS提供。示例脉冲辐射源可以提供中心波长为1030nm、脉冲能量E为10μJ数量级、平均功率P在从50W范围内、重复率f约为50MHZ的脉冲。重复率f、脉冲能量E和平均功率P之间的关系可以近似为P＝f*E。因此，对于10μJ的脉冲能量和50W的平均功率，重复率可以是5MHZ。
在宽带辐射源中，泵浦辐射源可能构成宽带源总成本的主要部分。在如上面所描述的宽带辐射源的已知实现方式中，泵浦源可以构成宽带辐射源总成本的约20％。辐射源的成本可能是设计和选择量测装置的重要考虑因素。宽带辐射源的高成本可能会限制其适用性。因此，期望为宽带辐射源提供成本较低的配置。特别地，设计和提供更具成本效益的泵浦辐射源可能是有利的。
图7描绘了用于向被配置用于输入辐射的光谱展宽的中空纤芯光纤提供输入辐射的脉冲辐射源400的部件的示意图。脉冲辐射源400可以是超快高功率光纤激光器。在该设置中，基于光纤的振荡器402可以提供辐射的种子脉冲。种子脉冲可以具有在从100fs到500fs范围内的脉冲长度。种子脉冲可以在被提供到中空纤芯光纤之前通过啁啾脉冲放大技术放大。中空纤芯光纤可以是充气的中空纤芯光纤。可以执行放大以达到足够高的脉冲目标能量(例如约10μJ)，从而在中空纤芯光纤内引起非线性光谱展宽效应。实现光谱展宽所依赖的非线性效应可以包括调制不稳定性(MI)，也称为调制不稳定性(modulationalinstability)。
调制不稳定性是一种随机的非线性光谱展宽过程。MI基于通过非线性效应(例如克尔效应)增强的辐射脉冲中自然发生的变化(或调制)导致光谱展宽。通过实现高的局部辐射强度，中空纤芯光纤可以增强非线性效应。
调制不稳定性可以被用于实现接收到的泵浦辐射的光谱展宽。使用调制不稳定性可以提供优势，因为它可以产生具有相对平坦的强度-波长分布的宽带辐射。如果对多个脉冲进行平均，则情况尤其如此。由于在宽波长范围内相对平坦的强度分布，调制不稳定性驱动的宽带辐射源可以被称为白光源。使用MI驱动的光谱展宽的另一个优点是，该过程比基于孤子自压缩的光谱展宽更具设计鲁棒性。这意味着与孤子自压缩源相比，MI驱动源设置中的小变化对输出辐射的影响相对较小。另一个优点可能是，相对于其他辐射展宽技术，可以使用经济的源作为泵浦源来实现调制不稳定性驱动的辐射展宽。
为了放大种子脉冲，基于光纤的脉冲展宽器404和第一放大器406(例如光纤前置放大器)可以执行种子脉冲的第一放大步骤。第一放大器可以是光纤前置放大器，诸如，例如常规的掺镱单模光纤。第一放大器可以将脉冲能量增加到约1μJ。在其他示例实现方式中，可以提供第一放大器，其被配置为将脉冲能量增加到高达约2.5μJ。这是对单个放大器的限制，因为对于更大的放大会出现的非线性效应可能导致显著的脉冲恶化和/或不可逆的光纤损坏。
在第一放大级之后，递减计数器408可以降低脉冲的重复率，也就是说，降低每秒的脉冲数。脉冲数量的降低可以实现更高的每脉冲能量，同时保持脉冲辐射的平均功率相同。第二放大器410(例如光纤功率放大器)可以执行第二放大步骤以将脉冲能量提升到期望的目标能量。目标能量可以在从2.5μJ到(诸如几)10μJ的范围内。第二放大器410可以是光纤功率放大器，诸如大模面积、掺镱光子晶体光纤。然后，体光栅压缩器412可以压缩脉冲，以获得高能超短脉冲。
发明人认识到，如果泵浦辐射源能够包括单个放大器，而不是目前需要的两个放大器，则泵浦辐射源400的成本可以大大降低。为此，宽带源必须基于接收到的能量为的泵浦脉冲产生宽带辐射。在该情况下，可以从源400中移除第二放大器410和递减计数器408。此类降低的脉冲功率可以具有允许源400利用更具成本效益的压缩器模块(例如棱镜对而不是体光栅)的进一步优点，因为峰值强度降低了。
移除对第二放大器410和递减计数器408的需要可以导致脉冲泵浦辐射源400的显著成本降低(例如40％至50％，不包括壳体和外围)。有利地，避免第二放大器410和递减计数器408模块可以降低源400的停机时间，因为存在较少的可能导致故障的模块。
然而，依赖于调制不稳定性MI的宽带辐射源的先前实现需要能量大于5μJ的脉冲来起作用，因为MI非线性光学效应在这些能级被触发。在前面的示例实现方式中，可以使用内接纤芯径为30微米的中空纤芯光子晶体光纤HC-PCF。中空纤芯可以在25.7bar的压力下填充有包含氪的工作介质/工作气体。当用5MHZ的1030nm、300fs、5.3μJ辐射脉冲泵浦时，可以获得在约400nm处具有低波长截止的超连续光谱宽带输出辐射。在下面的段落中，这可以被称为基本设置。
为了在较低的脉冲能量下实现基于MI的非线性光谱展宽效应所需的强度，可以使用较小的纤芯直径。这可以从下面的关系(1)看出。基础设置与具有减小的脉冲能量Enew的被称为新设置的设置之间的关系可以如下：
其中Dnew和Dbase分别是基础装置和新装置中空纤芯光纤的芯直径，pbase和pnew是基础装置和新装置的工作气体压力，而Enew和Ebase是在新装置和基础装置中提供给光纤的脉冲能量。
因此，根据本发明的实施例，图8描绘了用于生成宽带辐射的辐射源500，其包括泵浦源502，泵浦源502被配置为生成具有脉冲能量为2.5μJ或小于2.5μJ的多个脉冲的泵浦辐射504。脉冲持续时间可以具有从100fs到500fs的范围。脉冲可以具有高于16的孤子阶数。辐射源500还包括具有中空纤芯区506和围绕中空纤芯区的包层的中空纤芯光纤508。中空纤芯部区域构造成包括工作介质510。工作介质包括加压气体。至少在使用辐射源时，加压气体存在于光纤的中空纤芯区域内。中空纤芯光纤508还被布置成在光纤的输入端接收脉冲泵浦辐射504。空心区域506的直径和气体510的压力中的一者或多者被配置为当泵浦辐射沿着光纤传播时展宽泵浦辐射的光谱以形成宽带辐射514。宽带辐射514在中空纤芯光纤508的输出端512处输出。
上面所描述的辐射源的一个优点是，它使用泵浦源脉冲提供宽带辐射，该泵浦源脉冲具有比先前获得的孤子阶数高于16(N>16)的宽带源更低的能量(2.5μJ或更低)。优选地，孤子阶数高于20(N>20)并且调制不稳定性是主要的非线性展宽效应。
输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数N是一个方便的参数，可以用来区分光谱展宽由调制不稳定性支配的条件和光谱展宽由孤子自压缩支配的条件。当N>16，或优选地N>20时，光谱展宽通常由调制不稳定性支配。当N<20，或优选地N<16时，光谱展宽通常由孤子自压缩支配。
因此，本发明的目的是提供高的孤子阶数N(例如N>16，或优选地N>20)。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，可以使用100fs或更长的脉冲持续时间。通过增加输入脉冲泵浦辐射的脉冲能量，可以附加地或备选地增加输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数。
输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数N可以用于区分光谱展宽由孤子自压缩支配的条件和展宽由调制不稳定性支配的条件。输入脉冲泵浦辐射的孤子阶数N可能取决于泵浦功率脉冲的特性。这些特性可以包括脉冲的持续时间、脉冲的峰值功率和脉冲的群速度色散。特别地，孤子阶数N可以表示为
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的泵浦峰值功率，τ是输入脉冲泵浦辐射的泵浦脉冲持续时间，并且β2是工作介质的群速度色散。
为了实现与2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量相结合的高孤子阶数，光纤的中空纤芯直径可以小于30μm、小于20μm或小于10μm。中空纤芯的直径可以例如在从16μm到22μm的范围内。
除了确定通过调制不稳定性实现光谱展宽的能力之外，中空纤芯光纤内部的特性也可以确定输出宽带辐射的波长范围。当使用宽带辐射源时，可以设置气体的压力，使得输出宽带辐射的光谱具有从350nm至450nm范围内的低波长截止。气体的压力可以是几十bar的数量级。气体的压力可以例如在从20bar到40bar的范围内。优选地，气体压力可以在从20bar至30bar的范围内。
实现期望的低波长截止期望的气体压力可能取决于中空纤芯的直径。可以基于中空纤芯光纤的零色散波长ZDW来确定气体的压力。在毛细管近似中，ZWD可以从群速度色散β2的根获得：
β2(λ＝λZDW)≡0
其中并且/>其中β2是群速度色散，β是传播常数，λ是辐射波长，并且c是光在真空中的速度。
群速度色散可以被近似为
其中ngas是加压气体的折射率，并且u01≈2.405是第一类型J0的贝塞尔函数的第一零点。ZDW可以在700nm至1000nm的范围内。对于上述基本设置，ZDW可以估计为909.8nm。
作为ZDW的替代和/或补充，气体的压力可以基于中空纤芯光纤的相位匹配波长λPM来确定。相位匹配波长可以基于下式确定：
βPM(λ＝λPM)-βsol(ω)＝0
其中
并且其中βPM是相位匹配波长处的线性传播常数。βsol是孤子在泵浦频率ωpump处的传播常数，c是光在真空中的速度，γ是量化非线性效应的强度的非线性参数，其也可以被称为非线性系数或非线性相位。Pc是压缩孤子的峰值功率。相位匹配波长可以在300nm到700nm的范围内。
图9描绘了对于本文讨论的辐射源的中空纤芯光纤OF，对于给定的纤芯直径，估计的脉冲能量和气体压力的示例图表。该图表指示了对于ZDW保持恒定(例如在909.8nm)的标准，纤芯直径、气体压力和脉冲能量之间的关系。图表中线条上的箭头指示线条相对于哪个轴线进行缩放。该图表是在估算计算中使用氙气作为加压气体确定的。从图9中的图表可以看出，压力随着纤芯直径的减小而增加。脉冲能量随着纤芯直径的增加而增加。区域602指示可用的纤芯直径范围。直径范围可以基于最大可接受的脉冲能量来确定。在图9中，这可以被设置为2.5μJ。在其他示例实现方式中，最大能量脉冲可以被限制为1μJ。
从图表中可以看出，约27μm的纤芯直径可以允许使用2.5μm或小于2.5μm的脉冲能量。约21μm的纤芯直径D可以允许使用1μJ或小于1μJ的脉冲能量。该图表图示了为了减小纤芯直径，所需的气体压力迅速增加。如此大的气体压力可能不太实际(例如工程或安全挑战)，或甚至是不可能的(例如对于>58bar的压力，Xe变得超临界)。
辐射源500中使用的中空纤芯光纤508可以是参考图4和/或图6描述的光纤。中空纤芯光纤508可以是中空纤芯光子晶体光纤HC-PCF。光纤的包层可以包括多个毛细管。毛细管可以布置在围绕中空纤芯区域的单个环中。毛细管可以具有围绕中空毛细管纤芯的壁。该壁可以具有约200nm或小于200nm的厚度。中空纤芯光纤可以与辐射源的泵浦源分离提供。
辐射源500可以至少使其端部包含在贮存器中，如上文关于图5所描述的。贮存器可以用于向光纤的中空纤芯提供气体。贮存器可以具有用于控制气体特性的控制器。贮存器可以控制气体的压力和/或浓度。
用于辐射源500的泵浦源502可以包括激光器。泵浦源502可以包括种子激光器，其后是单个放大器。特别地，泵浦源不需要递减计数器408或第二放大器410，从而降低了泵浦源502和辐射源500的成本和部件数量。单个放大器可以是光纤放大器。由于不存在递减计数器408，脉冲输出宽带辐射514的重复率可以等于泵浦源502的种子激光器的重复率。
泵浦源可以包括第一放大器下游的脉冲压缩器。脉冲压缩器可以直接位于第一放大器的下游。脉冲压缩器可以包括一个或多个棱镜对。
本文所描述的辐射源500可以在量测装置中提供。量测装置可以用于光刻结构的测量和/或检查。辐射源可以设置在光刻装置和/或光刻单元中。
除非特别声明，否则本文所描述的不同方面、实施例和实现的特征可以组合。
尽管在本文中可能具体提到光刻装置在IC制造中的使用，但是应理解的是，本文所描述的光刻装置可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
尽管在本文中可能在光刻装置的背景下具体参考了本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他装置。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)的物体的任何装置的一部分。这些装置一般被称为光刻工具。此类光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上面已经具体参考了在光学光刻的环境中使用本发明的实施例，但是应理解，在环境允许的情况下，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。
在以下编号条款列表中公开了另外的实施例：
1.一种辐射源，用于生成宽带辐射，并且包括：
泵浦源，被配置为生成泵浦辐射，泵浦辐射包括具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量的多个辐射脉冲；以及
中空纤芯光纤，包括中空纤芯和围绕中空纤芯的包层，中空纤芯中具有加压气体，并且中空纤芯光纤被布置成在输入端处接收泵浦辐射；
其中中空纤芯的直径和气体的压力中的一者或多者被配置成使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，使得在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱，以用于从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
2.根据条款1的辐射源，其中该中空纤芯的直径小于30μm、小于20μm或小于10μm。
3.根据条款1或2的辐射源，其中该中空纤芯的直径在从16μm至22μm的范围内。
4.根据前述条款中任一项的辐射源，其中脉冲持续时间在从100s至500fs的范围内。
5.根据前述条款中任一项的辐射源，其中在给定特定中空纤芯直径的情况下，该气体的压力被配置成提供输出宽带辐射的光谱，该输出宽带辐射的光谱具有在从350nm至450nm范围内的低波长截止。
6.根据条款5的辐射源，其中该气体的压力在从20bar至40bar的范围内。
7.根据条款5或6的辐射源，其中该气体的压力是基于该中空纤芯光纤的零色散波长来确定的。
8.根据条款7的辐射源，其中零色散波长基于下式确定：
β2(λ＝λZDW)≡0
其中并且/>其中β是传播常数，入是波长，并且c是光在真空中的速度。
9.根据条款7或8的辐射源，其中零色散波长在从700nm至1000nm的范围内。
10.根据条款5或6的辐射源，其中气体的压力是基于中空纤芯光纤的相位匹配波长来确定的。
11.根据条款10的辐射源，其中相位匹配波长入PM是基于以下公式确定的：
βPM(λ＝λPM)-βsol(ω)＝0
其中
并且其中βPM是相位匹配波长处的线性传播常数，βsol是泵浦频率处ωpump的孤子的传播常数，c是真空中的光速，γ是非线性参数，并且Pc是压缩孤子的峰值功率。
12.根据条款10或11的辐射源，其中相位匹配波长在从300至700nm的范围内。
13.根据前述条款中任一项的辐射源，其中该泵浦源包括：
种子激光器，被配置成提供种子辐射脉冲；以及
光纤放大器，配置为接收和放大种子辐射脉冲，并且向中空纤芯光纤提供泵浦辐射。
14.根据条款13的辐射源，其中泵浦源还包括：
脉冲压缩器，位于光纤放大器的下游，并且可选地直接位于光纤放大器的下游。
15.根据条款13或14的辐射源，其中脉冲压缩器包括一个或多个棱镜对。
16.根据条款13至15中任一项的辐射源，其中该种子激光脉冲具有第一重复率，并且该辐射源的输出宽带辐射包括具有第二重复率的脉冲，其中该第一重复率基本上等于该第二重复率。
17.根据前述条款中任一项的辐射源，其中泵浦源仅包括单光纤放大器。
18.根据前述条款中任一项的辐射源，其中中空纤芯光纤是中空纤芯光子晶体光纤HC-PCF。
19.根据条款18的辐射源，其中光子晶体光纤的中空纤芯被包括多个毛细管的包层围绕。
20.根据条款19的辐射源，其中HC-PCF中的毛细管的壁部的厚度是200nm或小于200nm。
21.根据条款18至20中任一项的辐射源，其中HC-PCF是单环HC-PCF。
22.一种中空纤芯光子晶体光纤(HC-PCF)，用于接收泵浦辐射的一个或多个脉冲，该泵浦辐射的一个或多个脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的能量，该HC-PCF被配置成使得泵浦辐射的一个或多个脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在该泵浦辐射沿着光纤传播时，使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱，该光纤包括：
中空纤芯，具有在从16μm至22μm范围内的直径；以及
包层，围绕中空纤芯；
其中该中空纤芯被配置成用于在其中接收加压气体。
23.根据条款22的HC-PCF，其中该HC-PCF是单环HC-PCF。
24.根据条款22或23的HC-PCF，其中该HC-PCF中的毛细管的壁部的厚度是约200nm或小于200nm。
25.根据条款22至24中任一项的HC-PCF，其中该中空纤芯填充有气体，该气体的压力在从20bar至40bar范围内。
26.一种辐射源，用于生成宽带辐射，并且包括：
泵浦源，被配置为生成泵浦辐射，该泵浦辐射包括多个辐射脉冲，该多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量；以及
中空纤芯光纤，包括中空纤芯和围绕中空纤芯的包层，该中空纤芯中具有加压气体，并且该中空纤芯光纤被布置成在输入端处接收泵浦辐射并且在输出端处发射输出宽带辐射，
其中该中空纤芯的直径在从16μm至22μm的范围内；以及该泵浦辐射脉冲具有高于16的孤子阶数。
27.一种辐射源，用于生成宽带辐射，并且包括：
泵浦源，被配置为生成泵浦辐射，泵浦辐射包括多个辐射脉冲，该多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量；以及
中空纤芯光纤，包括中空纤芯和围绕中空纤芯的包层，该中空纤芯被配置成在其中具有加压气体，并且该中空纤芯光纤被布置成在输入端处接收泵浦辐射；
贮存器，被配置为控制加压气体并且将加压气体输送到中空纤芯光纤；
其中中空纤芯的直径和加压气体的压力中的一者或多者被配置为使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱，以用于从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
28.一种光刻装置，包括根据条款1至21和26至27中任一项的辐射源，和/或包括根据条款22至25中任一项的HC-PCF。
29.一种光刻单元，包括根据条款28的光刻装置。
30.一种用于产生宽带辐射的方法，该方法包括：
由泵浦源产生泵浦辐射，该泵浦辐射包括多个辐射脉冲，该多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量；以及
在中空纤芯光纤的输入端接收泵浦辐射，该中空纤芯光纤包括中空纤芯和围绕中空纤芯的包层，该中空纤芯中具有加压气体，并且中空纤芯的直径和气体的压力中的一者或多者被配置成使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱；以及
从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
31.一种用于产生宽带辐射的方法，该方法包括：
通过泵浦源产生泵浦辐射，泵浦辐射包括多个辐射脉冲，该多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量；
在中空纤芯光纤的输入端接收泵浦辐射，中空纤芯光纤包括中空纤芯和围绕中空纤芯的包层，中空纤芯具有在从16μm到22μm的范围内的直径并且在其中具有加压气体，该中空纤芯光纤被配置成使得辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，以便在泵浦辐射沿着中空纤芯光纤传播时使用调制不稳定性来展宽泵浦辐射的光谱；并且从中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设想其它实施例。

Claims (15)

1.一种辐射源，用于生成宽带辐射，并且包括：
泵浦源，仅包括一个单光纤放大器，所述泵浦源被配置为生成泵浦辐射，所述泵浦辐射包括多个辐射脉冲，所述多个辐射脉冲具有2.5μJ或小于2.5μJ的脉冲能量以及在10飞秒和10皮秒之间的脉冲持续时间；以及
中空纤芯光纤，包括中空纤芯区域和围绕所述中空纤芯区域的包层，所述中空纤芯区域中具有加压气体，并且所述中空纤芯光纤被布置成在输入端接收所述泵浦辐射，
其中所述中空纤芯区域的直径在从10μm到30μm的范围内并且其尺寸被设计为使得所述辐射脉冲具有高于16的孤子阶数，使得当所述泵浦辐射沿着所述中空纤芯光纤传播时，使用调制不稳定性来展宽所述泵浦辐射的光谱，以用于从所述中空纤芯光纤的输出端提供输出宽带辐射。
2.根据权利要求1所述的辐射源，其中所述中空纤芯区域的所述直径小于30μm。
3.根据权利要求2所述的辐射源，其中所述中空纤芯区域的所述直径在从16μm到22μm的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述脉冲持续时间在从100fs至500fs的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中在给定特定中空纤芯区域直径的情况下，所述气体的压力被配置为提供所述输出宽带辐射的光谱，所述输出宽带辐射的光谱具有在从350nm至450nm的范围内的低波长截止。
6.根据权利要求5所述的辐射源，其中所述气体的压力在从20bar到40bar的范围内。
7.根据权利要求5或6所述的辐射源，其中所述气体的所述压力是基于所述中空纤芯光纤的相位匹配波长来确定的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述泵浦源包括：
种子激光器，被配置为提供种子辐射脉冲；以及
光纤放大器，被配置为接收和放大所述种子辐射脉冲，并且向所述中空纤芯光纤提供所述泵浦辐射。
9.根据权利要求8的辐射源，其中所述泵浦源还包括位于所述光纤放大器下游的脉冲压缩器。
10.根据权利要求8或9所述的辐射源，其中所述种子激光脉冲具有第一重复率，并且所述辐射源的所述输出宽带辐射包括具有第二重复率的脉冲，其中所述第一重复率基本上等于所述第二重复率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源，其中所述中空纤芯光纤是中空纤芯光子晶体光纤HC-PCF。
12.根据权利要求11所述的辐射源，其中所述光子晶体光纤的所述中空纤芯区域被包括多个毛细管的包层围绕。
13.根据权利要求12的辐射源，其中所述HC-PCF中的所述毛细管的壁部的厚度为200nm或小于200nm。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的辐射源，其中所述HC-PCF是单环HC-PCF。
15.一种量测装置，用于对诸如晶片或掩模的物体进行测量，包括根据权利要求1至14中任一项所述的辐射源。
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