CN117242379A - 用于生成宽带辐射的光学元件 - Google Patents

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Abstract

在本文档中，公开了用于在光学元件的输入端处接收到输入辐射时生成宽带辐射的单片光学元件，光学元件包括：空心区域，其用于沿光学元件的纵轴，将输入辐射引导朝向光学元件的输出端；包层区域，其沿纵轴围绕核心区域并且包括横向布置的微结构，微结构被配置为向引起宽带辐射的生成的光学元件提供非线性光学行为；以及支撑区域，其沿光学元件的至少一部分的纵轴围绕包层区域，其特征在于支撑区域具有足够大的横向尺寸以使得光学元件的所述至少一部分基本上是刚性的。

Description

用于生成宽带辐射的光学元件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月3日提交的EP申请21171747.5以及于2021年6月15日提交的EP申请21179394.8的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于生成宽带辐射的光学元件，具体地涉及单片细长体，单片细长体包括由对应的微结构化包层区域围绕的一个或多个空心区域，包层区域被配置为限制通过(多个)空心区域的辐射并提供所述宽带辐射的生成。
背景技术
光刻设备是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以被用于例如制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也被称为“设计布局”或“设计”)投影到衬底(例如，晶片)上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长确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为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与例如使用波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4nm-20nm的范围内，例如6.7nm或13.5nm的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以被用于在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻可以被用于处理尺寸小于光刻设备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示为CD＝k1×λ/NA其中λ是所采用的辐射的波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印刷的最小特征尺寸，但在该情况下是半节距)并且k1是经验分辨率因子。一般而言，k1越小，就越难在衬底上重现与电路设计人员规划的形状和尺寸类似的图案，以便实现特定的电气功能和性能。为了克服这些困难，复杂的微调步骤可以被应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些包括例如但不限于NA的优化、定制的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学接近校正(OPC，有时也称为“光学和过程校正”)或者通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。备选地，用于控制光刻设备的稳定性的紧密控制回路可以被用于改进图案在低k1处的再现。
在光刻领域，可以使用既可以在光刻设备内部使用、也可以在光刻设备外部使用的许多测量系统。通常，这样的测量系统可以使用辐射源，以利用辐射来辐照目标，并且检测系统可操作以测量入射辐射从目标散射的部分的至少一个性质。光刻设备外部的测量系统的一个示例是检查设备或量测设备，其可以被用于确定先前由光刻设备投影到衬底上的图案的性质。这样的外部检查设备可以例如包括散射仪。可以在光刻设备内提供的测量系统的示例包括：形貌测量系统(也被称为水平传感器)；用于确定掩模版或晶片台的位置的位置测量系统(例如，干涉装置)；以及用于确定对准标记的位置的对准传感器。这些测量装置可以使用电磁辐射来执行测量。
不同类型的辐射可以被用于考察不同类型的图案性质。一些测量系统可以使用宽带辐射源。这样的宽带辐射源可以是超连续源并且可以包括具有非线性介质的光纤，脉冲式泵浦辐射束通过光纤传播来拓宽辐射的频谱。
然而，使用光纤来拓宽频谱通常会带来挑战，因为光纤相对脆弱，并且易于受到在光纤被固定的位置处积聚的应力的影响。
期望在用于拓宽泵浦辐射的频率范围的设备中提供至少部分地解决所述一个或多个问题的光纤的备选。
发明内容
本发明的一个目的是提供光学元件，光学元件被配置为在接收泵浦辐射时生成宽带辐射，该光学元件不太脆弱且不易产生局部诱导的应力。
根据本发明的第一方面，提供了用于在光学元件的输入端处接收到输入辐射时生成宽带辐射的单片光学元件，光学元件包括：空心区域，其用于沿光学元件的纵轴，将输入辐射引导朝向光学元件的输出端；包层区域，其沿纵轴围绕空心区域并且包括横向布置的微结构，微结构被配置为向引起宽带辐射的生成的光学元件提供非线性光学行为；以及支撑区域，其沿光学元件的至少一部分的纵轴围绕包层区域，其特征在于支撑区域具有足够大的横向尺寸以使得光学元件的所述至少一部分基本上是刚性的，并且其中支撑区域围绕至少一个另外的空心区域并且另外的包层区域围绕所述另外的空心区域。
第一方面的光学元件基本上是刚性的并且因此与光纤相比，其脆弱性较小且不易受应力诱导的行为的影响。此外，第一方面的光学元件包括多个宽带生成区域，宽带生成区域被包围在支撑区域中，因此通常与单个光纤相比，这样的光学元件的直径显著更大，使得光学元件与光纤相比，脆弱性较小并且不易受到应力诱导的行为的影响。
本文档中所公开的本发明的其他方面涉及与第一和第二方面的光学元件相关联的中间产品和制造方法。
以下内容可以适用于本发明的所有方面。
可以理解，如本文所使用的，包层区域意指单片光学元件的用于引导辐射传播通过单片光学元件的空心区域(即，将所述辐射限制在空心区域内)的区域。
通常，在包层区域内包括的微结构被布置为沿单片光学元件的纵轴延伸的毛细管。
多个毛细管的面向空心的壁部分可以充当反谐振元件。可以理解，反谐振元件是指主要通过反谐振，将辐射限制在空心内的元件。包括反谐振元件或结构的光纤在本领域中被称为反谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这样的光纤的各种不同设计是本领域已知的。具体地，术语反谐振元件并不旨在包括如下元件，即主要通过在包层区域(诸如例如，Kagome光子晶体光纤)中创建光子带隙来将辐射限制在空心内的元件。
一般而言，每个毛细管壁部分至少部分地限定了空心并将空心与腔分离。例如，每个毛细管可以包括腔，腔通过壁与空心间隔开。可以理解，针对通过空心传播的辐射(并且可能以掠入射角入射在壁上)，壁部分可以充当反谐振法布里-珀罗谐振器。壁部分的厚度可能是合适的，以便确保回到空心的反射通常被增强，而到腔中的透射通常被抑制。
根据本发明的单片光学元件可以适合于用于接收输入辐射和拓宽输入辐射的频率范围以便提供输出辐射的设备。使用反谐振元件来引导辐射的光学元件可以比基于光子带隙的元件(通常是光纤)具有更宽的传输窗口(即，具有更大的传输带宽)。有利地，这样的光学元件因此可能更适合于用在接收输入辐射和拓宽输入辐射的频率范围以便提供输出辐射的设备(例如，超连续源)中。
附加地或备选地，根据本发明的单片光学元件可以适用于光束传递应用(在不拓宽辐射的频率范围的情况下)。
根据本发明的单片光学元件可以适于用于向传感器传递光。
支撑区域通常支撑单片光学元件的(多个)包层区域。根据本发明的单片光学元件具有相对于空心光纤的护套区域的直径更厚的支撑区域，诸如已知的HC-PCF。与现有技术相比，本发明的较厚的支撑区域有利地提供了具有改进强度(例如，增加的拉伸强度)且不易断裂的光学元件。此外，现有技术的HC-PCF可能会由于光纤的非最佳安装所引起的应力而在应用中受到性能损害。因此，根据本发明的具有较厚支撑区域的单片光学元件在例如光机械集成在用于如上所述的应用的设备中时也可以有利地表现出优越的性能。
在本发明的一些实施例中，单片光学元件的外径大于500μm。
在本发明的一些实施例中，空心区域的直径在5μm和60μm之间。
在本发明的一些实施例中，毛细管的壁部分具有小于400nm的厚度。
在本发明的一些实施例中，毛细管的壁部分的厚度小于300nm。
在本发明的一些实施例中，毛细管的壁部分具有小于150nm的厚度。
在本发明的一些实施例中，包层区域包括六边形截面。
在制造单片光学元件期间，六边形截面可有利地促进毛细管以对称或基本上对称的布置来放置。
在一些实施例中，包层区域包括六个毛细管，其中每个毛细管位于包层区域的六边形截面的顶点处。
在六边形截面的顶点处的毛细管的六边形布置有利地实现简化的单片光学元件的制造过程。
在一些实施例中，包层区域包括圆形截面。
在一些实施例中，毛细管以对称布置的方式围绕空心区域。
毛细管的对称布置可以有利地实现的对单片光学元件中的高阶模态的抑制的改进。
附图说明
现在将参考示意性附图、通过示例来描述本发明的实施例，在附图中：
-图1描绘了光刻设备的示意图；
-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表示，该整体光刻表示用于优化半导体制造的三项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是根据现有技术的光学元件在横向平面(即，垂直于光纤的轴)中的示意性截面图；
-图8是图7所示的光纤在包含光纤轴的平面中的示意性截面图；
-图9描绘了用于拓宽所接收的输入辐射的频率范围的设备，设备包括图7和图8所示的光纤；
-图10描绘了用于拓宽图9所示类型的所接收的输入辐射的频率范围的设备，该设备还包括储存器；
-图11描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意表示，辐射源包括如图10所示的用于拓宽所接收的输入辐射的频率范围的设备；
-图12(a)-图12(d)描绘了根据现有技术的空心光子晶体光纤；
-图13描绘了根据本发明的实施例的用于宽带辐射生成的单片光学元件。
具体实施方式
在本文档中，术语“辐射”和“射束”被用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，波长为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和EUV(极紫外辐射，例如，具有约5nm-100nm范围内的波长)。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指代可以被用于向传入的辐射束赋予经图案化的截面的通用图案形成装置，经图案化的截面对应于将在衬底的目标部分中创建的图案。术语“光阀”也可以用于该上下文。除了经典的掩模(透射型或反射型、二元型、相移型、混合型等)外，其他这样的图案形成装置的示例还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。光刻设备LA包括：照射系统(也被称为照射器)IL，其被配置用于调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，其被构造用于支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并连接到第一定位器PM，第一定位器被配置用于根据某些参数来精确定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，其被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并连接到第二定位器PW，第二定位器被配置为根据某些参数来精确定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，其被配置为通过将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL例如经由光束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其他类型的光学部件或其任何组合，用于对辐射进行引导、成形和/或控制。照射器IL可以被用于调节辐射束B，使其在图案形成装置MA的平面处的截面中具有期望的空间和角强度分布。
本文中使用的术语“投影系统”PS应被广义地解释为根据所使用的曝光辐射，和/或诸如使用浸没液体或使用真空的其它因素，涵盖各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、折反型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统或其任意组合。本文中的术语“投影透镜”的任何使用均可以被视为与更通用的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以是其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖的类型，以填充投影系统PS和衬底W之间的空间，这也被称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，其通过引用并入本文。
光刻设备LA还可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT的类型(也被称为“双台”)。在这样的“多台”机器中，衬底支撑件WT可以并行使用，和/或准备衬底W的后续曝光的步骤可以在位于一个衬底支撑件WT上的衬底W上执行，而另一衬底支撑件WT上的另一衬底W被用于在另一衬底W上曝光图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量台。测量台被布置为容纳传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量台可以容纳多个传感器。清洗装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或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，测量台可以移动到投影系统PS下方。
在操作中，辐射束B入射在图案形成装置上，例如掩模MA被保持在掩模支撑件MT上，并且通过图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)进行图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助第二定位器PW和位置测量系统IF，衬底支撑件WT可以被精确地移动，例如以便将辐射束B的路径中的不同目标部分C定位在聚焦的和对准的位置处。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(在图1中未明确描述)可以被用于将图案形成装置MA相对于辐射束B的路径精确定位。图形形成装置MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1和P2进行对准。尽管衬底对准标记P1、P2占据了专用的目标部分，但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，它们被称为划线道对准标记。
如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也被称为光刻池或(光刻)簇，其通常还包括在衬底W上执行曝光前和曝光后工艺的设备。常规地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于将经曝光的抗蚀剂显影的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机械臂RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的工艺设备之间移动它们并将衬底W传递到光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中通常也被统称为轨道的装置通常由轨道控制单元TCU控制，轨道控制单元TCU本身可以由监督控制系统SCS控制，监督控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备LA。
为了使得由光刻设备LA曝光的衬底W能够正确且一致地曝光，需要检查衬底来测量经图案化的结构的性质，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)可以被包括在光刻单元LC中。如果检测到错误，特别是如果检查在同一批次或批量的其他衬底W仍被曝光或处理之前完成，例如可以对后续衬底的曝光或将在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整。
也可以被称为量测设备的检查设备被用于确定衬底W的性质，特别是不同衬底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如何逐层变化。检查设备可以备选地构造为标识衬底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设备LA中或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(抗蚀剂层中曝光之后的图像)或半潜像(抗蚀剂层中曝光后烘烤步骤PEB之后的图像)或经显影的抗蚀剂图像(其中经曝光或未曝光的抗蚀剂部分已被去除)甚至经蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的性质。
通常，在光刻设备LA中的图案化过程是处理中最关键的步骤之一，其要求对衬底W上的结构的高精度的尺寸标注和放置。为了确保该高精度，三个系统可以在如图3所示的所谓的“整体”控制环境中组合。这些系统中的一个系统是光刻设备LA，其(实际上)被连接到量测工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)。这样的“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作，以增强整体工艺窗口并提供紧密的控制回路，从而确保光刻设备LA执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口限定了一系列工艺参数(例如，剂量、焦距、重叠)，在该工艺参数内，特定制造工艺产生所限定的结果(例如，功能半导体器件)，通常允许光刻工艺或图案化工艺中的工艺参数变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的一部分)来预测要使用的分辨率增强技术并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了图案化过程的最大整体工艺窗口(在图3中由第一刻度盘SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为与光刻设备LA的图案化可能性匹配。计算机系统CL还可以被用于检测光刻设备LA当前在工艺窗口内操作的位置(例如，使用来自量测工具MT的输入)，以预测是否存在由于例如次优处理而存在的缺陷(在图3中由第二刻度盘SC2中指向“0”的箭头描绘)。
量测工具MT可以向计算机系统CL提供输入以实现精确的模拟和预测，并且可以例如在光刻设备LA的校准状态中，向光刻设备LA提供反馈以标识可能的漂移(在图3中由第三刻度盘SC3中的多个箭头描绘)。现在将描述不同类型的量测工具MT，量测工具用于测量与光刻设备和/或待被图案化的衬底相关联的一个或多个性质。
在光刻工艺中，期望对所创建的结构进行频繁地测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这样的测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这样的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，可以通过在散射仪物镜的光瞳中或该光瞳的共轭平面中安装传感器(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上(在这种情况下，测量通常称为基于图像或场的测量)来测量光刻过程的参数。这样的散射仪和相关联的测量技术在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述，其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射线和可见光到近红外波长范围的光来测量光栅。
在第一实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在这样的散射仪中，重建方法可以被应用于所测量的信号来重建或计算光栅的性质。这样的重建可以例如通过模拟经散射的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产生。数学模型的参数被调整，直到所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。在这样的光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱仪检测器，光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长函数的强度的测量)。根据这些数据，例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或通过与模拟光谱库进行比较，产生所检测的光谱的目标的结构或轮廓可以被重建。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆散射仪。椭偏散射仪允许通过测量针对每个偏振状态的散射辐射来确定光刻过程的参数。这样的量测设备通过在量测设备的照射部分中使用例如适当的偏振滤光片来发射偏振光(诸如线性、圆形或椭圆形偏振)。适用于量测设备的光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中描述了现有椭偏散射仪的各种实施例，其通过引用并入本文。
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中的不对称性和/或检测配置来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，不对称性与重叠的程度有关。两个(通常是重叠的)光栅结构可以被施加在两个不同的层(不一定是连续层)中并且可以基本上在晶片上的相同位置处形成。散射仪可以具有例如在共有专利申请EP1,628,164A中描述的对称检测配置，使得任何不对称性可以清楚地区分。这提供了测量光栅中未对准的直接方法。通过周期性结构的不对称性来测量作为目标的包含周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例可以在PCT专利申请公开号WO 2011/012624或美国专利申请US20160161863中找到，其全部内容通过引用并入本文。
感兴趣的其它参数可以是焦距和剂量。焦距和剂量可以通过如美国专利申请US2011-0249244中所述的散射测量法(或备选地通过扫描电子显微镜)同时确定，其全部内容通过引用并入本文。可以使用单个结构，单个结构对聚焦能量矩阵(FEM-也被称为聚焦曝光矩阵)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角度测量的唯一组合。如果这些临界尺寸和侧壁角度的唯一组合可用，则可以从这些测量中唯一地确定焦距和剂量值。
量测目标可以是复合光栅的集合，复合光栅由光刻工艺大多在抗蚀剂中形成，但也在例如蚀刻工艺之后形成。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)，以能够捕获来自量测目标的衍射阶。如前所述，衍射信号可以被用于确定两个层之间的偏移(也称为“重叠”)或者可以被用于重建由光刻工艺所产生的至少一部分原始光栅。该重建可以被用于提供光刻过程质量的指导并且可以被用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分割，这些子分割被配置为模拟目标中的设计布局的功能部分的尺寸。由于该分割，目标的行为将更类似于设计布局的功能部分，使得整体工艺参数测量与设计布局的功能部分更相似。目标可以在欠填充模式或过填充模式中测量。在欠填充模式中，测量光束生成的斑点小于整个目标。在过填充模式下，测量光束生成大于整体目标的斑点。在这样的过填充模式下，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用于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，如果衬底测量方案中所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。选择测量方案的标准之一可以是例如一个测量参数对过程变化的灵敏度。在美国专利申请US2016-0161863和所公布的美国专利申请US 2016/0370717A1中描述了更多示例，其全部内容通过引用并入本文。
在图4中描绘了量测设备，诸如散射仪SM1。它包括宽带(白光)辐射投影仪2，其将辐射投影到衬底6上。经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)。根据这些数据，产生所检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与如图4底部所示的模拟光谱库进行比较来重建。一般而言，对于重建，结构的一般形式是已知的并且一些参数根据形成结构的过程的知识来假设，只留下结构的几个参数来从散射测量数据中确定。这样的散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
在光刻工艺中，期望对所创建的结构进行频繁地测量，例如以用于工艺控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。已知散射仪的示例通常依赖于专用量测目标的提供，诸如欠填充目标(目标，以简单光栅或不同层中的重叠光栅的形式，其足够大，以至于测量光束生成小于光栅的光斑)或过填充目标(其中照射斑点部分地或完全包含目标)。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，其中光栅的性质可以通过模拟经散射的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。模型的参数被调整，直到所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。
散射仪是多功能仪器，其允许通过在散射仪的物镜的光瞳或该光瞳的共轭平面中具有传感器(测量通常被称为基于光瞳的测量)或者通过在图像平面或者与图像平面共轭的平面中具有传感器(在这种情况下，测量通常被称为基于图像或场的测量)来测量光刻过程的参数。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，其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射线和可见光到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。
可以被集成在光刻设备中的形貌测量系统、水平传感器或高度传感器被布置为测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。衬底的形貌图，也被称为高度图，可以从这些测量中生成，指示衬底的高度作为衬底上的位置的函数。该高度图随后可以被用于在衬底上转移图案期间校正衬底的位置，以便提供图案形成装置在衬底上适当聚焦位置的空间图像。可以理解，在该上下文中，“高度”是指大体上离开衬底平面的大致尺寸(也称为Z轴)。通常，水平或高度传感器在固定位置(相对于其自身的光学系统)执行测量并且水平或高度传感器在衬底和光学系统之间的相对移动导致对跨衬底的位置进行高度测量。
本领域已知的水平或高度传感器LS的示例在图5中示意性地示出，图5仅图示了其操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，光学系统包括LSP投影单元和LSD检测单元。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，辐射束LSB由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予。辐射源LSO可以是例如窄带或宽带辐射源，诸如超连续光源、偏振或非偏振、脉冲或连续(诸如偏振或非偏振)激光束。辐射源LSO可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个LED。水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见光辐射，而是可以附加地或备选地包括UV和/或IR辐射以及适合从衬底的表面反射的任何波长范围。
投影光栅PGR是周期性光栅，包括导致具有周期性变化的强度的辐射束BE1的周期性结构。具有周期性变化的强度的辐射束BE1被引导朝向衬底W上的测量位置MLO，其入射角ANG相对于与入射衬底表面垂直的轴(Z轴)在0度和90度之间，通常在70度和80度之间。在测量位置MLO处，经图案化的辐射束BE1被衬底W(由箭头BE2指示)反射并且被引导朝向检测单元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，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产生指示所接收的光(例如指示所接收的光的强度)(诸如光电检测器)或者表示所接收的强度的空间分布(诸如相机)的检测器输出信号。检测器DET可以包括一个或多个检测器类型的任意组合。
借助三角测量技术，可以确定测量位置MLO处的高度水平。所检测的高度水平通常与检测器DET所测量的信号强度有关，信号强度具有周期性，周期性与投影光栅PGR的设计和(倾斜)入射角ANG等相关。
投影单元LSP和/或检测单元LSD可以沿着经图案化的辐射束在投影光栅PGR和检测光栅DGR之间的路径(未示出)包括其他光学元件，诸如透镜和/或反射镜。
在一个实施例中，检测光栅DGR可以被省略，并且检测器DET可以被放置在检测光栅DGR所在的位置处。这样的配置提供了对投影光栅PGR的图像的更直接检测。
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光束阵列BE1投影到衬底W的表面上，从而生成覆盖较大测量范围的测量面积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，两者通过引用并入本文。在US2010233600A1中公开了使用UV辐射而不是可见光或红外辐射的高度传感器，其通过引用并入本文。在通过引用并入的WO2016102127A1中，描述了紧凑型高度传感器，其在无需检测光栅的情况下，使用多元件检测器来检测和识别光栅图像的位置。
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，诸如磁性传感器、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。已知根据例如于2006年9月7日提交的美国专利申请US2007/0058173A1的编码器系统，其通过引用并入本文。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初级辐射束和次级辐射束。初级辐射束和次级辐射束均来自同一辐射束，即，原始辐射束。初级辐射束和次级辐射束中的至少一者通过使用光栅来衍射原始辐射束而创建。如果初级辐射束和次级辐射束均通过使用光栅来衍射原始辐射束而生成，则初级辐射束需要具有与次级辐射束不同的衍射阶。不同的衍射阶例如为+1阶、-1阶、+2阶和-2阶。编码器系统以光学方式将初级辐射束和次级辐射束组合为组合辐射束。编码器头中的传感器确定组合辐射束的相位或相位差。传感器基于相位或相位差来生成信号。信号表示编码器头相对于光栅的位置。编码器头和光栅中的一者可以被布置在衬底结构WT上。编码器头和光栅中的另一者可以被布置在量测框架MF或基架BF上。例如，多个编码器头被布置在量测框架MF上，而光栅被布置在衬底支撑件WT的顶表面上。在另一示例中，光栅被布置在衬底支撑件WT的底表面上，并且编码器头被布置在衬底支撑件WT的下方。
位置测量系统PMS可以包括干涉仪系统。已知来自例如于1998年7月13日提交的美国专利US6,020,964中的干涉仪系统，其通过引用并入本文。干涉仪系统可以包括分束器、反射镜、参考反射镜和传感器。辐射束由分束器分成参考光束和测量光束。测量光束传播到反射镜并被反射镜反射回到分束器。参考光束传播到参考反射镜并由参考反射镜反射回到分束器。在分束器处，测量光束和参考光束被组合成组合辐射束。组合辐射束入射在传感器上。传感器确定组合辐射束的相位或频率。传感器基于相位或频率而生成信号。信号表示反射镜的位移。在一个实施例中，反射镜被连接到衬底支撑件WT。参考反射镜可以被连接到量测框架MF。在一个实施例中，测量光束和参考光束通过附加光学元件而不是分束器而组合成组合辐射束。
在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。光刻设备性能的一个关键方面因此是能够相对于前几层中铺设的特征(通过同一设备或不同的光刻设备)将所施加的图案正确且准确地放置。为此，衬底被提供有一个或多个标记集。每个标记是其位置可以在以后使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量的结构。位置传感器可以被称为“对准传感器”并且标记可以被称为“对准标记”。标记也可以被称为量测目标。
光刻设备可以包括一个或多个(例如，多个)对准传感器，通过对准传感器可以准确地测量在衬底上提供的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉的光学现象，从衬底上形成的对准标记中获取位置信息。当前光刻设备中使用的对准传感器的一个示例基于US6961116中所述的自参考干涉仪。已开展了例如US2015261097A1中公开的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并入本文。
标记或对准标记可以包括在衬底上提供或在衬底上(直接)形成的层之上或之中形成的一系列条带。条带可以规则间隔开并充当光栅线，使得标记可以被视为具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，标记可以被设计为允许沿X轴或沿Y轴(其取向基本上垂直于X轴)来测量位置。包括相对于X轴和Y轴布置为+45度和/或-45度的条带的标记允许使用US2009/195768A中所述的技术进行X和Y组合测量，其通过引用并入本文。
对准传感器使用辐射的斑点来光学地扫描每个标记，以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。该信号的相位被分析以确定标记的位置，并且从而确定衬底相对于对准传感器的位置，而对准传感器进而相对于光刻设备的参考框架固定。可以提供与不同的(粗略和精细)标记尺寸有关的所谓的粗略标记和细标记，使得对准传感器能够区分周期性信号的不同周期，以及周期内的确切位置(相位)。不同节距的标记也可以被用于该目的。
测量标记的位置还可以提供与在其上例如以晶片网格的形式设置有标记的衬底的变形有关的信息。衬底的变形可以通过例如将衬底静电夹持到衬底台和/或当衬底暴露于辐射时将衬底加热而发生。
图6是诸如在例如US6961116中描述的并通过引用并入的已知对准传感器AS的一个实施例的示意框图。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射束RB，辐射束RB由光学器件转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上，从而作为照射斑点SP。在该示例中，转向光学器件包括点反射镜SM和物镜OL。由其照射标记AM的照射斑点SP的直径可能略小于标记本身的宽度。
通过标记AM衍射的辐射被准直(在该示例中，经由物镜OL)为携带信息的光束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)。例如上述US6961116中公开的类型的自参考干涉仪SRI会干涉光束IB自身，然后光束被光电检测器PD接收。在辐射源RSO创建多于一个波长的情况下，则附加的光学器件(未示出)可以被包括以提供单独的光束。光电检测器可以是单个元件或者根据需要，它可以包括许多像素。光电检测器可以包括传感器阵列。
转向光学器件，其在该示例中包括点反射镜SM，还可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得携带信息的光束IB仅包括来自标记AM的高阶衍射辐射(这对于测量不是必需的，而是改进了信噪比)。
强度信号SI被提供给处理单元PU。通过将块SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理组合，衬底上相对于参考框架的X和Y位置的值被输出。
所图示类型的单个测量仅将标记的位置固定在与标记的一个节距相对应的一定范围内。粗略测量技术与此结合使用来确定正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。不论制作标记的材料以及提供标记的材料之上和/或以下如何，粗略和/或精细水平的相同过程可以在不同的波长下重复，以提高准确性和/或对标记进行稳健检测。波长可以被光学复用和解复用，以便同时处理和/或可以通过时分或频分来被多路复用。
在该示例中，对准传感器和斑点SP保持静止，而衬底W移动。对准传感器因此可以刚性且准确地安装到参考框架，同时在与衬底W的移动方向相对的方向上有效地扫描标记AM。衬底W通过安装在衬底支撑件上和控制衬底支撑件的移动的衬底定位系统而在该移动中被控制。衬底支撑件位置传感器(例如干涉仪)测量衬底支撑件的位置(未示出)。在实施例中，一个或多个(对准)标记被设置在衬底支撑件上。通过测量衬底支撑件上设置的标记位置，可以校准由位置传感器确定的衬底支撑件的(例如，相对于对准系统所连接的框架)位置。测量衬底上提供的对准标记的位置允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。
量测工具MT，诸如以上提到的散射仪、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。量测工具所使用的辐射的性质可能会影响可以执行的测量的类型和质量。对于某些应用，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。不同的辐射频率也可以考察和发现量测目标的不同性质。宽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、散射测量工具或检查工具。宽带辐射源可以是超连续源。
高质量的宽带辐射，例如超连续辐射，可能难以生成。用于生成宽带辐射的一个方法可以是拓宽高功率窄带或单频输入辐射，例如利用非线性高阶效应。(可以使用激光器产生的)输入辐射可以被称为泵浦辐射。为了获得高功率辐射来实现拓宽效应，辐射可以被限制在小区域中，以实现强烈的局部高强度辐射。在这些区域中，辐射可以与拓宽结构和/或形成非线性介质的材料相互作用，以便创建宽带输出辐射。在高强度辐射区域中，不同的材料和/或结构可以被用于通过提供合适的非线性介质来实现和/或改进辐射拓宽。
在一些实现方式中，如下文参考图9至图11进一步讨论的，用于拓宽输入辐射的方法和设备可以使用光纤以用于限制输入辐射以及拓宽输入辐射以输出宽带辐射。光纤可以是空心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。光纤可以是空心光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适用于主要在光纤的空心内部进行强辐射限制，从而实现高辐射强度。光纤的空心可以被填充气体，气体充当用于拓宽输入辐射的拓宽介质。这样的光纤和气体布置可以被用于创建超连续辐射源。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光谱中的一者或多者的辐射。输出辐射可以包括宽带辐射或由其组成，宽带辐射在本文中可以被称为白光。
具体地，光纤可以是空心、光子晶体光纤的类型，包括用于限制辐射的反谐振结构。包括反谐振结构的这样的光纤在本领域中被称为反谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这样的光纤的各种不同设计是本领域已知的。
可以理解，反谐振元件意指被布置为主要通过反谐振来将辐射限制在空心内的元件。具体地，术语反谐振元件并不旨在涵盖通过主要在包层部分中创建光子带隙(诸如例如，Kagome光子晶体光纤)来将辐射限制在空心内的元件。纯光子带隙光纤在非常有限的带宽内提供非常低的损耗。使用反谐振元件来引导辐射的光纤可以比光子带隙光纤具有更宽的传输窗口(即，具有更大的传输带宽)。有利地，这样的光纤因此可能更适用于接收输入辐射和拓宽输入辐射的频率范围，以便提供输出辐射的设备(例如，超连续源)。
现在参考图7和图8来描述这样的光纤的示例设计。图7和图8是光纤100在两个相互垂直平面中的示意截面图。
光纤100包括细长体，其在一个维度上比光纤100的其它两个维度更长。这个较长的维度可以被称为轴方向并且可以限定光纤100的轴101。另外两个维度限定平面，该平面可以被称为横向平面。图7示出了光纤100在横向平面(即，垂直于轴101)中的截面，横向平面被标记为x-y平面。图8示出了光纤100在包含轴101的平面(具体是x-z平面)中的截面。光纤100的横向截面可以沿光纤轴101基本恒定。
可以理解，光纤100具有一定程度的柔性并且因此轴101的方向一般不会沿光纤100的长度均匀。诸如光轴101、横向截面等术语将被理解为指局部光轴101、局部横向截面等。此外，当部件被描述为圆柱形或管状时，这些术语将被理解为涵盖当光纤100被弯曲时，可能已扭曲的形状。
光纤100可以具有任何长度并且可以理解，光纤100的长度可以与应用(例如，在超连续辐射源内的应用中所需的光谱拓展量)相关。光纤100的长度可以介于1厘米和10厘米之间，例如，光纤100可以具有10厘米到100厘米之间的长度。
光纤100包括：空心102；围绕空心102的内部包层区域；以及围绕和支撑内部包层区域的护套区域110。内部包层区域包括多个反谐振元件，以用于引导辐射通过空心102。具体地，多个反谐振元件被布置为将传播通过光纤100的辐射主要限制在空心102内并沿光纤100引导辐射。光纤100的空心102可以基本上设置在光纤100的中心区域中，使得光纤100的轴101也可以限定光纤100的空心102的轴。
内部包层区域包括围绕空心102的多个毛细管104，例如管状毛细管。具体地，在图7和图8所示的示例中，内部包层区域包括由六个管状毛细管104组成的单个环。
毛细管104也可以被称为管。毛细管104的截面可以是圆形的，或者可以具有另一形状。每个毛细管104包括大体上圆柱形壁部分105，该圆柱形壁部分105至少部分地限定了光纤100的空心102并将空心102与腔106分离。每个面向空心的毛细管的壁部分105充当反谐振元件，用于引导辐射传播通过光纤100。可以理解，对于传播通过空心102(并且可以以掠入射角入射到壁部分105上)的辐射，壁部分105可以充当抗反射法布里-珀罗谐振器。壁部分105的厚度160可以是合适的，以便确保回到空心102中的反射通常被增强，而向腔106的传输通常被抑制。在一些实施例中，毛细管壁部分105可以具有小于400nm、小于300nm或小于150nm的厚度160。
可以理解，如本文所使用的，术语内部包层区域意指光纤100中用于引导辐射传播通过光纤100的区域(即，将所述辐射限制在空心102内的毛细管104)。辐射可以以横向模式的形式被限制，沿光纤轴101传播。
护套区域110通常是管状的并且支撑内部包层区域的毛细管104。毛细管104均匀地分布在护套区域110的内表面周围。六个毛细管104可以被描述为以对称的布置围绕空心102。在包括六个毛细管104的实施例中，毛细管104可以被描述为以大体上六边形形式来布置。
毛细管104被布置为使得每个毛细管不与任何其它毛细管104接触。每个毛细管104与护套区域110接触并且在环形结构中与相邻毛细管104间隔开。这样的布置可能是有益的，因为它可以增加光纤100的传输带宽(相对于例如其中毛细管彼此接触的布置)。备选地，在一些实施例中，每个毛细管104可以与环形结构中的相邻毛细管104接触。
内部包层区域的六个毛细管104被设置在空心102周围的环形结构中。毛细管104的环形结构的内表面至少部分地限定光纤100的空心102。在一些实施例中，空心102的直径(其可以被定义为由箭头114表示的相对毛细管之间的最小尺寸)可以在5μm和100μm之间。在一些实施例中，空心102的直径114可以在5μm和50μm之间。在一些实施例中，空心102的直径114可以在30μm和40μm之间。空心102的直径114可能影响空心光纤100的模场参数、冲击损耗、色散、模态多样性和非线性性质。
在图7和图8所示的实施例中，内部包层区域包括毛细管104的单环布置(充当反谐振元件的面向空心的壁部分105)。因此，从空心102的中心到光纤100的外部的任何径向方向的线通过不超过一个毛细管104。
可以理解，其它实施例可以被提供有反谐振元件的不同布置。这些可以包括具有多个反谐振元件的环的布置和具有嵌套式反谐振元件的布置。此外，尽管图7和图8所示的实施例包括具有壁部分105的六个毛细管104的环，但在其它实施例中，包括任意数量的反谐振元件的一个或多个环(例如，4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)可以被提供在内部包层区域中。
在图7和图8所示的实施例中，内部包层区域包括圆形截面。然而，可以理解，其它实施例可以被提供具有除圆形以外的形状的截面的内部包层区域。例如，在实施例中，内部包层区域可以具有六边形截面。六边形截面可以有利地促进毛细管104更容易地放置在对称布置中。例如，六个毛细管104可以各自放置在六边形截面的顶点处，从而提供具有六边形对称性的毛细管104的布置。
光纤100可以被称为空心光子晶体光纤(HC-PCF)。通常，这样的空心光子晶体光纤包括用于在光纤内引导辐射的内部包层区域(其可以包括例如反谐振元件)和护套区域。护套区域通常是支撑内部包层区域的护套或材料管。
图12(a)-图12(d)示出了HC-PCF 1200A的截面。HC-PCF 1200A包括空心1202A，空心1202A被包括六个毛细管的内部包层区域围绕(在图12(a)中由围绕空心1202A的细圆所示)。内部包层区域被厚度为1250A的护套区域1210A围绕。还提供示出100μm的比例尺。
图12(b)-图12(d)图示了HC-PCFs 1200B-D示例的截面。图12的HC-PCFs 1200B-D通常可以对应于图7和图8所示的光纤100。示例HC-PCF 1200B-D各自包括空心1202B-D，空心1202B-D被包括六个毛细管的内部包层区域围绕(在图12(a)-图12(d)中被示为围绕空心1202B-D的细圆)。每个示例HC-PCF 1200B-D包括具有厚度1250B-D的护套区域1210B-D。示例HC-PCFs 1200B-D的空心1202B-D通常可以对应于空心102，围绕空心102的毛细管可以通常对应于毛细管104，并且护套区域1210B-D通常可以对应于图7和图8所示的光纤100的护套区域110。图12(b)-图12(d)的比例与图12(a)相同。
现有技术HC-PCF 1200A和示例HC-PCFs 1200B-D的空心直径、护套厚度、外径和毛细管壁部分厚度在下表1中总结。从图12(a)-图12(d)和表1中可以清楚地看到，示例HC-PCFs 1200B-D的护套区域1210B-D大约比现有技术HC-PCF的护套区域1210A的厚三倍，而示例HC-PCFs 1200B-D的空心1202B-D的直径和毛细管壁部分的厚度与现有技术HC-PCF 1200相比相对不变。因此，与现有技术HC-PCF 1200A相比，示例HC-PCF 1200B-D的较厚的护套区域1210B-D提供了示例HC-PCFs 1200B-D的更厚的外径。
表1
厚护套区域110和/或厚外径170对于改进光纤100的强度(例如，拉伸强度)是理想的，使得光纤100比已知的HC-PCF更不容易断裂。
在使用中，光纤100可以沿其整个长度(例如，在表面上)不被支撑。至少对于某些应用，光纤100可以足够长，以至于这样的支撑是不切实际的。出于这个原因，通常使用多个离散的、间隔开的局部安装座或夹持件来支撑光子晶体光纤。例如，在使用中，光纤100可以被夹持在光纤的每个端处(并且可以在它们之间提供一个或多个中间夹持件)。以这种方式安装光纤100将向光纤100引入特定的局部外部应力。类似地，光纤100的任何弯曲(在特定应用中可能是期望的)也会向光纤引入特定的局部外部应力。
光纤100在光纤100中实现辐射的有效引导和限制的能力可以在很大程度上由光纤100的内部尺寸来管理。即，空心直径114、毛细管104的布置、毛细管壁部分105的厚度160和/或腔106的形状和尺寸。因此，可以理解，这些参数通常被约束在可接受的值的一定范围内，超出该范围，HC-PCF将无法正常运行。在欧洲专利申请号EP 3136143A1中描述了对这些参数的可能约束的示例，其通过引用并入本文。
现在将简要描述制造HC-PCF的示例方法。可以理解，其它制造方法可以备选地应用或与本文描述的方法组合应用。制造HC-PCF的方法的详细示例是本领域已知的，例如如EP 3136143 A1中所述。可以理解，本文简要描述的制造方法可以包括为清楚起见而省略的附加步骤。
在第一制造步骤中，玻璃预制件通常通过将薄壁玻璃管(外径约几毫米)并入空心护套(直径约几厘米)中来制造。薄壁玻璃管以机械方式固定到护套。
在第二制造步骤中，玻璃预制件被送入炉中，在炉中施加热量，使得玻璃变得粘稠(约1900-2000摄氏度)。
在第三制造步骤中，通过比将预制件送入炉中更快地拉动光纤端部，预制件被拉制成光纤。内部中空结构可以通过对环境施加过压/欠压来改变。每个空心区域(例如，毛细管104和空心102)可以经历不同的过压/欠压。
在第四制造步骤中，光纤然后被收集在线轴上。
如图12(b)-图12(d)所示，示例HC-PCFs 1200B-D的内部包层区域具有清晰可见的六边形截面。如上所述，内部包层区域的六边形截面可以有利于放置毛细管104。然而，可以理解，相对于内部包层区域截面，其他形状是可能的。
在一个实施例中，护套区域110由包括玻璃的材料形成。即，材料包括当被加热到转变温度时表现出玻璃化转变的无定形(即，非结晶)材料。例如，材料可以包括二氧化硅玻璃。例如，光纤100的各部分(例如，毛细管104和护套区域110)可以包括以下中的任何一项：高纯度二氧化硅(SiO2)(例如，德国Heraeus控股有限公司销售的F300材料)；软玻璃，诸如例如铅硅酸盐玻璃(例如德国肖特公司销售的SF6玻璃)；或其他特制玻璃，诸如例如硫族化物玻璃或重金属氟化物玻璃(也称为ZBLAN玻璃)。有利地，玻璃材料不会放气。
图9示意性地示出了用于接收输入辐射122并拓宽输入辐射122的频率范围，以便提供宽带输出辐射124的设备120的总体设置。设备120包括具有空心102的光纤100，用于引导辐射传播通过光纤100。可以理解，为了图的清晰度，图9中仅示出了光纤100的空心102(并且包层和支撑部分没有进行区分)。设备120还包括设置在空心102内的气体126，其中气体包括工作组分，该工作组分使得能够拓宽所接收的输入辐射126的频率范围，从而提供宽带输出辐射124。
气体126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)。
在一个实现方式中，气体126可以至少在接收输入辐射122期间设置在空心102内，以用于产生宽带输出辐射124。可以理解，虽然设备120不接收用于产生宽带输出辐射的输入辐射122，但气体126可以全部或部分地不存在于空心102中。一般而言，设备120包括用于在光纤100的空心102内提供气体126的设备。用于在光纤100的空心102内提供气体126的这样的设备可以包括如现在参考图10所讨论的储存器。
图10示出了如图9所示的设备120，设备120还包括储存器128。光纤100被设置在储存器128内部。储存器128也可以被称为外壳或容器。储存器128被配置为包含气体126。储存器128可以包括本领域已知的用于控制、调节和/或监视储存器128内部的气体126的成分的一个或多个特征。储存器可以包括第一透明窗口130。在使用中，光纤100被设置在储存器128内部，使得第一透明窗口130位于光纤100的输入端部附近。第一透明窗口130可以形成储存器128的壁的一部分。第一透明窗口130可以至少对于所接收的输入辐射频率是透明的，使得所接收的输入辐射122(或其至少大部分)可以被耦合到位于储存器128内部的光纤100中。储存器128可以包括第二透明窗口132，第二透明窗口132形成储存器128的壁的一部分。在使用中，当光纤100被设置在储存器128的内部时，第二透明窗口132位于光纤100的输出端附近。第二透明窗口132可以至少对设备120的宽带输出辐射124的频率是透明的。
备选地，在另一实施例中，光纤100的两个相对端可以被放置在不同的储存器内部。光纤100可以包括被配置为接收输入辐射122的第一端部，以及用于输出宽带输出辐射124的第二端部。第一端部可以被放置在包括气体126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，其中第二储存器还可以包括气体126。储存器的功能可以如上图10所述。第一储存器可以包括第一透明窗口，被配置为对输入辐射122透明。第二储存器可以包括第二透明窗口，被配置为对宽带输出宽带辐射124透明。第一和第二储存器还可以包括可密封的开口，用于允许光纤100被部分放置在储存器内部并且部分放置在储存器外部，使得气体被密封在储存器内部。光纤100还可以包括储存器内部不包含的中间部分。使用两个单独气体储存器的这样的布置对于其中光纤100相对较长的实施例(例如，当长度超过1m时)可能特别方便。可以理解，对于使用两个单独气体储存器的这样的布置，两个储存器(其可以包括本领域已知的用于控制、调节和/或监视两个储存器内部的气体126的成分的一个或多个特征)可以被考虑提供用于在光纤100的空心102内提供气体126的设备。
在该上下文中，如果该频率的入射辐射在窗口上至少有50％、75％、85％、90％、95％或99％被透射通过窗口，则窗口对于该频率可能是透明的。
第一透明窗口130和第二透明窗口132均可以在储存器128的壁内形成气密密封，使得气体126可以被包含在储存器128内。可以理解，气体126可以以与储存器128的环境压力不同的压力被包含在储存器128内。
为了实现频率拓宽，高强度辐射可能是期望的。具有空心光纤100的一个优点是，它可以通过对传播通过光纤100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。附加地，空心设计(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)。例如由于所接收的输入辐射强度较高和/或由于光纤100内部的辐射的空间限制较高，光纤100内部的辐射强度可以较高。
使用空心光纤100的一个优点可以是，在光纤100内部引导的大部分辐射被限制在空心102内。因此，光纤100内部的辐射的大部分相互作用是与气体126进行的，气体126被提供在光纤100的空心102内部。结果，气体126的工作组分对辐射的拓宽效应可以增加。
所接收的输入辐射122可以是电磁辐射。输入辐射122可以作为脉冲辐射来接收。例如，输入辐射122可以包括超快脉冲。当辐射与气体126相互作用时，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者或多者。具体地，光谱拓宽可以借助孤子形成或孤子裂变中的一者或两者来实现。
输入辐射122可以是相干辐射。输入辐射122可以是经准直的辐射，并且其优点可以是促进和改进将输入辐射122耦合到光纤100中的效率。输入辐射122可以包括单个频率，或者窄范围的频率。输入辐射122可以由激光器生成。类似地，输出辐射124可以被准直和/或可以是相干的。
输出辐射124的宽带范围可以是连续范围，包括连续辐射频率范围。输出辐射124可以包括超连续辐射。连续辐射可能有益于在许多应用中使用，例如在量测应用中使用。例如，频率的连续范围可以被用于考察大量性质。例如，频率的连续范围可以被用于确定和/或消除被测性质的频率依赖性。超连续谱输出辐射124可以包括例如波长范围为100nm-4000nm的电磁辐射。宽带输出辐射124的频率范围可以是例如400nm-900nm、500nm-900nm或200nm-2000nm。超连续谱输出辐射124可以包括白光。
图11描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源134。辐射源134包括如上参考图10所述的设备120。辐射源34还包括输入辐射源136，其被配置为向设备120提供输入辐射122。设备120可以从输入辐射源136接收输入辐射122，并将其拓宽来提供输出辐射124。
输入辐射源136所提供的输入辐射122可以是脉冲式的。输入辐射122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122可以例如包括波长为1.03μm的电磁辐射。脉冲辐射122的重复率可以是1kHz至100MHz的数量级。脉冲能量可以具有0.1μJ至100μJ的数量级，例如1-10μJ。输入辐射122的脉冲持续时间可以在10fs和10ps之间，例如300fs。输入辐射122的平均功率可以在100mW到几个100W之间。输入辐射122的平均功率例如可以是20-50W。
由辐射源134提供的宽带输出辐射124可以具有至少1W的平均输出功率。平均输出功率可以至少为5W。平均输出功率可以至少为10W。宽带输出辐射124可以是脉冲宽带输出辐射124。宽带输出辐射124可以在整个波段内具有至少0.01mW/nm的输出辐射的功率谱密度。宽带输出辐射的整个波段的功率谱密度可以至少为3mW/nm。
上述辐射源134可以被提供作为量测布置的一部分，用于确定衬底上的感兴趣结构的参数。衬底上的结构可以例如是施加到衬底的光刻图案。量测布置还可以包括用于照射衬底上的结构的照射子系统。量测布置还可以包括检测子系统，用于检测由结构散射和/或反射的辐射的一部分。检测子系统还可以从被结构散射和/或反射的辐射的部分确定结构的感兴趣参数。参数可以是例如衬底上的结构的重叠、对准或调平数据。
目前所公开的实施例均涉及使用光纤，通常是HC-PCF，用于在接收泵浦辐射时生成宽带辐射。光纤的特征是至少具有一定程度的柔性，可能具有较厚的护套区域以减少其脆弱性和/或对其安装接口处所诱导的应力的敏感性。然而，即使是这样适配的光纤，由于其仍然具有柔性和相对较小的尺寸，可能仍然需要相对复杂地集成到宽带源系统中(包括与耦入光学器件对准、安装光纤等)。附加地，与应力有关的问题仍可能发生，尽管与具有薄护套区域的典型光纤相比，其程度较小。
本文档中建议提供刚性光学元件，刚性光学元件被配置为在接收泵浦辐射时提供宽带辐射。在一个实施例中，刚性光学元件是包括一个或多个核心区域的单片光学元件，每个核心区域由包层区域包围，其中(多个)包层区域被嵌入在支撑区域中，支撑区域的尺寸使得它为光学元件提供足够的刚性，以便使得不那么脆弱并且对由安装力诱导的应力不太敏感。通常，支撑区域的尺寸为毫米尺度(例如，0.5、1、1.5、2、2.5或5mm或介于两者之间的任何值)，而不是光纤实现方式的对应护套区域的～100um尺度。所提出的单片光学元件在机械上比光纤实现方式更鲁棒，而在功能上它等效于所述光纤，与基于HC-PCF的实现方式相比，提供基于相同物理原理的波长光谱拓宽。
在一个实施例中，这样的单片光学元件的核心区域和包层区域根据先前公开的与光纤相关联的尺寸和几何形状进行配置。核心区域的直径可以例如在5um和60um之间，在10和30um之间或在15和25um之间。
包层区域可以根据毛细管的单环配置来配置，其中所述毛细管的壁厚度被配置为充当如在与HC-PCF实现方式有关的前面部分中详细描述的反谐振元件。
由于核心区域和(多个)包层区域被嵌入在刚性支撑区域(通常由玻璃(类似)材料制成)内，因此单片光学元件本身基本上是刚性的，在宽带源系统内集成期间更容易处理并且安装这样的元件比相对薄的光纤容易得多。由于这样的单片光学元件内的材料体积较大，因此安装力诱导的应力分量也将具有较小的幅度。
进一步参考图13描绘了根据本发明的一个实施例的单片光学元件。单片光学元件1300包括玻璃(类似)主体材料1305(支撑区域)，其包围至少一个波导状中空结构1310，每个结构1310包括由包层区域1320包围的空心区域1340。例如根据毛细管1330的环状配置，包层区域被微结构化，每个毛细管是中空的并且根据期望的反谐振机制具有壁厚度。通常，毛细管的直径小于核心区域(对于大多数HC-PCF配置是这样的情况)。图13显示了毛细管的六边形布置，但在实践中可以选择其他布置，诸如圆形布置(参见图12(a)-图12(d))。
为了向元件1300提供所需的刚度，尺寸1307(竖直)和/或1308(水平)被配置为足够大。通常，元件1300的纵向尺寸1309远大于尺寸1307/1308，使得元件1300基本上是细长的体积。在一个示例中，支撑区域1305的尺寸1307和/或1308超过1.5mm，从而为单片光学元件1300提供足够的刚度，以比光纤(通常具有0.2mm的外径)更容易地处理和固定。一般而言，随着光学元件或光纤的面积惯性矩以4的幂次随外径成比例变化时，刚度随着外径的增加而至少提高3的幂次。
在图13的示例中描绘了7个单独的中空结构1310的配置，每个结构1310被配置为在其对应的输入端(对应于图9中的122)处接收泵浦辐射时生成宽带辐射。宽带辐射生成过程的机制通常与最先进的HC-PCF解决方案中发生的过程相同。支撑区域和毛细管的材料通常与用于当前使用的HC-PCF的材料相似或相同，通常是玻璃(类似)材料。单片光学元件的空心区域和包层区域结构的尺寸也与最先进的HC-PCF中使用的等效区域和结构的尺寸基本相同。
图13的单片光学元件包括多个包层区域和对应的空心区域。在一个实施例中，核心区域和/或包层区域的尺寸和结构可以彼此基本上相同(基本上它们或多或少地彼此复制)。包括多个空心结构的单片光学元件1300可以被用于例如在所述空心结构的输入端处接收泵浦辐射时同时生成宽带生成。附加地，多个中空结构可以提供冗余，例如允许最初向第一空心区域提供辐射的输入辐射(泵浦辐射)被重定向到与另一中空结构相对应的另一(第二)空心区域，而不是包括第一空心区域的中空结构。提供冗余的方面可以延长光学元件1300的寿命；第一空心区域退化(例如，由于其输出端处的玻璃形成)可以随后切换到另一(仍然干净的)空心区域，从而避免了更换单片光学元件1300的需要。
在另一实施例中，多个空心区域和/或包层区域(包括毛细管)的尺寸和/或结构彼此基本不同。例如，第一空心区域具有被优化以接收包括具有第一能量的脉冲的泵浦辐射的直径，而第二空心区域具有被优化以接收包括具有第二能量的脉冲的泵浦辐射的直径。在另一示例中，第一包层区域包括第一直径和第一壁厚的毛细管，毛细管被配置为提供具有第一波长光谱的宽带辐射。第二包层区域包括第二直径和第二壁厚的毛细管，该毛细管被配置为提供具有与第一波长光谱不同的第二波长光谱的宽带辐射。
单片光学元件可以根据目前部署的HC-PCF制造方法来制造，例如根据本文档前面描述的方法来制造。制造过程的重要区别在于使用特定预制件，不是使用测量直径为几毫米到几厘米的中空护套，而是使用横向尺寸超过例如5厘米、通常超过10、20、30、40厘米的中空体积。
在第一制造步骤中，通常通过将薄壁玻璃管(外径约为几毫米)并入中空体积(通常直径为5-40厘米)中来制造玻璃预制件。薄壁玻璃管以机械方式固定到中空体积的内表面。
在第二制造步骤中，玻璃预制件被送入炉中，在炉中施加热量，使得玻璃变得粘稠(约1900-2000摄氏度)。
在第三制造步骤中，通过比将预制件送入炉中更快地拉动预制件端部，预制件被拉制成细长体积。内部中空结构1330可以通过相对于环境施加过压/欠压来修改。每个中空区域(例如，毛细管1330和空心1340)可能经历不同的过压/欠压。
在一个备选的制造方法中，单片光学元件在没有任何拉制工艺下被制造；细长的玻璃体积通过将体积的横向平面曝光于适当的辐射(诸如(飞秒)激光脉冲)来被图案化，图案表示毛细管1330和空心区域1340的尺寸和位置。由于曝光，玻璃的化学性质局部改变，使得它们可以能够被合适的蚀刻剂(例如，氢氟酸)蚀刻。通过执行蚀刻步骤，细长的玻璃体积被提供有中空管(毛细管1330)和一个或多个空心1340。因此，图案化被配置为产生前面描述的用于宽带辐射生成的单片光学元件。
单片光学元件还可以被提供有附加特征，以改进元件1300的温度调节、毛细管1330和空心区域1340内的气体压力和/或温度和/或元件1300的表面，从而精确地安装光学元件1300，使得其正确对准例如宽带源的耦入光学器件。
例如，支撑区域1305还可以包括一个或多个通道，一个或多个通道被配置为循环流体以用于调节一个或多个空心区域1340、包层区域1320或支撑区域1305中的至少一部分的温度。
支撑区域1305还可以包括一个或多个通道，一个或多个通道被配置为引入或排出填充空心区域1340和/或包层区域1320内包括的微结构1330的气体。
支撑区域可以包括用于将单片光学元件1300附接到用于保持光学元件1300的元件的装置。元件可以是精确调整的接口，以确保光学元件1300在一个或多个自由度上相对于例如泵浦激光器或宽带源134的耦入光学元件的光学参考的适当对准。单片光学元件1300上的附接装置可以例如被精确地调整，以确保泵浦激光束相对于空心区域1340(的中心)正确对准。
支撑区域1305可以被局部提供有凹槽，凹槽被配置用于：a)降低沿纵轴的局部刚度，以允许光学元件1300在热负载期间在源134的操作下膨胀或收缩，和/或b)使得光学元件1300局部柔性，以使得能够在不使用基于光纤的解决方案的情况下，沿(略微)弯曲的路径引导光学元件1300。
在以下的编号条款列表中公开了本发明的其他实施例：
1.一种单片光学元件，用于在光学元件的输入端处接收到输入辐射时生成宽带辐射，光学元件包括：空心区域，用于沿光学元件的纵轴将输入辐射引导朝向光学元件的输出端；包层区域，其沿纵轴围绕空心区域并且包括横向布置的微结构，微结构被配置为向引起宽带辐射的生成的光学元件提供非线性光学行为；以及支撑区域，其沿着光学元件的至少一部分的纵轴围绕包层区域，其特征在于支撑区域具有足够大的横向尺寸，以使得光学元件的至少一部分基本上是刚性的。
2.根据条款1所述的光学元件，其中空心区域具有60um或更小的直径。
3.根据条款1或2所述的光学元件，其中支撑区域的横向尺寸大于以下中的任一项：500um、1mm、1.5mm、2.5mm或5mm。
4.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中微结构是沿光学元件的纵轴延伸的中空管状元件(毛细管)。
5.根据条款4所述的光学元件，其中微结构具有比空心区域的直径更小的直径。
6.根据条款4或5所述的光学元件，其中当在横向于纵轴横的平面中观察时，微结构以围绕空心区域的环形或多边形配置来布置。
7.根据条款6所述的光学元件，其中微结构以六边形配置来布置。
8.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域和微结构由具有类似玻璃的机械性质的材料制成。
9.根据条款1至7中任一项所述的光学元件，其中支撑区域和微结构由玻璃材料制成。
10.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中输入辐射具有红外区域中的波长，并且输出端处的宽带辐射的波长光谱至少覆盖400nm至900nm的范围。
11.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域沿光学元件的整个长度延伸。
12.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域还包括一个或多个通道，一个或多个通道被配置为循环流体以用于调节以下中的一项或多项的至少一部分的温度：空心区域、包层区域、支撑区域。
13.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域还包括一个或多个通道，一个或多个通道被配置为将气体引入到空心区域和/或包层区域内包括的微结构中或者将气体从空心区域和/或包层区域内包括的微结构中排出。
14.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域包括用于将单片光学元件附接到用于保持光学元件的元件的装置。
15.根据前述条款中任一项所述的光学元件，其中支撑区域包括局部应用的凹槽，该凹槽被配置为：a)降低沿纵轴的局部刚度，以允许光学元件膨胀或收缩，和/或b)使得光学元件局部柔性，以使得能够沿弯曲路径来引导光学元件。
16.根据前述条款中任一项所述的单片光学元件，其中支撑区域至少围绕另外的空心区域并且围绕所述另外的空心区域的另外的包层区域。
17.根据条款16所述的光学元件，其中另外的空心区域和另外的包层区域的尺寸和结构分别与空心区域和包层区域基本上相同。
18.根据条款16所述的光学元件，其中另外的空心区域和/或另外的包层区域的尺寸和结构分别与空心区域和/或包层区域基本上不相同。
19.根据条款18所述的光学元件，其中另外的空心区域和/或另外的包层区域被配置为提供与空心区域和/或包层区域不同的波长光谱的拓宽。
20.根据条款18或19所述的光学元件，其中与空心区域的直径相比，另外的空心区域的直径更小，使得以提供给输入端的辐射的减小的脉冲能量实现波长光谱的拓宽。
21.根据条款16至20中任一项所述的光学元件，其中空心区域、包层区域、另外的空心区域和另外的包层区域沿光学元件的至少一部分平行于纵轴布置。
22.一种单片光学元件，光学元件包括：多个空心区域，每个核心区域被配置为沿光学元件的纵轴引导提供给光学元件的输入端的辐射；多个包层区域，每个包层区域沿纵轴围绕对应的核心区域并包括横向布置的微结构，微结构被配置为将辐射限制到其对应的核心区域；以及支撑区域，其沿纵轴围绕多个包层区域。
23.一种用于生成宽带辐射的单片光学元件，光学元件包括：第一空心区域，其用于沿光学元件的纵轴引导提供给光学元件的第一输入端的辐射；第二空心区域，其用于沿光学元件的纵轴引导提供给光学元件的第二输入端的辐射；第一包层区域，其沿纵轴围绕第一空心区域并且包括横向布置的微结构，微结构被配置为向引起所述宽带辐射生成的第一核心区域提供非线性光学行为；第二包层区域，其沿纵轴围绕第二空心区域并且包括横向布置的微结构，微结构被配置为向引起所述宽带辐射生成的第二核心区域提供非线性光学行为；以及支撑区域，其沿纵轴围绕包层区域。
24.一种被配置用于制造根据前述条款中任一项所述的单片光学元件的拉制工艺的预制件，预制件包括：中空管布置，其被连接到具有至少5cm的至少一个横向尺寸并由玻璃(类似)材料制成的主体材料，空心管的布置围绕主体材料内的空心区域。
25.一种根据条款1至23中任一项所述的单片光学元件在生成宽带辐射时的用途。
26.一种宽带辐射源，包括泵浦激光器以及根据条款1至23中任一项所述的单片光学元件，所述单片光学元件被配置为接收由泵浦激光器提供的辐射。
27.一种制造根据条款1-23中任一项所述的单片光学元件的方法，方法包括：提供根据条款24所述的预制件；以及加热和拉伸所述预制件。
28.一种制造根据条款1-23中任一项所述的单片光学元件的方法，方法包括：提供玻璃体积；根据一个或多个空心区域以及围绕一个或多个空心区域的微结构的期望布置，对体积的横向平面进行图案化，其中图案化基于通过将玻璃体积暴露于脉冲辐射来局部改变玻璃体积的化学性质；以及选择性地蚀刻所暴露的部件，以形成中空管和至少一个空心区域。
本文档中的量测布置可以形成量测设备MT的一部分。上述量测布置可以形成检查设备的一部分。上述量测布置可以被包括在光刻设备LA内部。
尽管本文中可以具体参考光刻设备在制造IC中的使用，但应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测模式、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
尽管本文中可以具体参考本发明在光刻设备的上下文中的实施例，但本发明的实施例可以被用于其它设备。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或者测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以被称为光刻工具。这样的光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上文可能已具体参考本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用，但可以理解，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以用于其它应用，例如压印光刻。
尽管具体参考“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但这些术语可以指代相同或类似类型的工具、设备或系统。例如，包括本发明的一个实施例的检查或量测设备可以被用于确定衬底或晶片上的结构的特性。例如，包括本发明的一个实施例的检查设备或量测设备可以被用于检测衬底的缺陷或衬底上或晶片上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的感兴趣特性可以涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的缺失或衬底或晶片上不需要的结构的存在。
虽然本发明的具体实施例已在上文进行描述，但可以理解，本发明可以以所描述的不同方式来实践。上述描述旨在例示，而不是限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离所附权利要求范围的情况下对本发明进行所描述的修改。

Claims (20)

1.一种单片光学元件，用于在所述光学元件的输入端处接收到输入辐射时生成宽带辐射，所述光学元件包括：
空心区域，用于沿所述光学元件的纵轴，将所述输入辐射引导朝向所述光学元件的输出端；
包层区域，沿所述纵轴围绕所述空心区域并且包括横向布置的微结构，所述微结构被配置为向引起所述宽带辐射的所述生成的所述光学元件提供非线性光学行为；以及
支撑区域，沿着所述光学元件的至少一部分的所述纵轴围绕所述包层区域，其中所述支撑区域具有足够大的横向尺寸，以使得所述光学元件的所述至少一部分基本上是刚性的，并且其中所述支撑区域至少围绕另外的空心区域和另外的包层区域，所述另外的包层区域围绕所述另外的空心区域。
2.根据权利要求1所述的单片光学元件，其中所述空心区域具有60um或更小的直径。
3.根据权利要求1或2所述的单片光学元件，其中所述支撑区域的所述横向尺寸大于以下中的一项：500um、1mm、1.5mm、2.5mm或5mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述微结构是沿所述光学元件的所述纵轴延伸的中空管状元件(毛细管)。
5.根据权利要求4所述的单片光学元件，其中所述微结构具有比所述空心区域的直径小的直径。
6.根据权利要求4或5所述的单片光学元件，其中当在横向于所述纵轴的平面中观察时，所述微结构以围绕所述空心区域的环形或多边形配置来布置。
7.根据权利要求6所述的单片光学元件，其中所述微结构以六边形配置来布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域和所述微结构由具有类似玻璃的机械性质的材料制成。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域和所述微结构由玻璃材料制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述输入辐射具有红外区域中的波长，并且所述输出端处的所述宽带辐射的波长光谱至少覆盖400nm至900nm的范围。
11.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域沿所述单片光学元件的整个长度延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域还包括一个或多个通道，所述一个或多个通道被配置为循环流体，以用于调节以下中的一项或多项的至少一部分的温度：所述空心区域、所述包层区域、所述支撑区域。
13.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述另外的空心区域和所述另外的包层区域的尺寸和结构分别与所述空心区域和所述包层区域基本上相同。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的单片光学元件，其中所述另外的空心区域和/或所述另外的包层区域的尺寸和结构分别与所述空心区域和/或所述包层区域基本上不同。
15.根据权利要求14所述的单片光学元件，其中所述另外的空心区域和/或所述另外的包层区域被配置为提供与所述空心区域和/或所述包层区域不同的所述波长光谱的拓宽。
16.根据权利要求14或15所述的单片光学元件，其中与所述空心区域的直径相比，所述另外的空心区域的直径更小，从而使得能够以提供给所述输入端的辐射的减小的脉冲能量实现所述波长光谱的拓宽。
17.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述空心区域、所述包层区域、所述另外的空心区域和所述另外的包层区域沿所述光学元件的至少一部分被布置为平行于所述纵轴。
18.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域包括用于将所述单片光学元件附加到用于保持所述单片光学元件的元件的装置。
19.根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，其中所述支撑区域包括局部施加的凹槽，所述凹槽被配置为：a)降低沿所述纵轴的局部刚度，以允许所述单片光学元件膨胀或收缩，和/或b)使得所述单片光学元件局部柔性，以使得能够沿弯曲路径引导所述单片光学元件。
20.一种宽带辐射源，包括泵浦激光器和根据前述权利要求中任一项所述的单片光学元件，所述单片光学元件被配置为接收由所述泵浦激光器提供的辐射。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6020964A (en) 1997-12-02 2000-02-01 Asm Lithography B.V. Interferometer system and lithograph apparatus including an interferometer system
DE60319462T2 (de) 2002-06-11 2009-03-12 Asml Netherlands B.V. Lithographischer Apparat und Verfahren zur Herstellung eines Artikels
JP3977324B2 (ja) 2002-11-12 2007-09-19 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． リソグラフィ装置
JP3910180B2 (ja) 2003-01-14 2007-04-25 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． リソグラフィ装置のレベルセンサ
US7265364B2 (en) 2004-06-10 2007-09-04 Asml Netherlands B.V. Level sensor for lithographic apparatus
US7791727B2 (en) 2004-08-16 2010-09-07 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
DE102005043569A1 (de) 2005-09-12 2007-03-22 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung
NL1036245A1 (nl) 2007-12-17 2009-06-18 Asml Netherlands Bv Diffraction based overlay metrology tool and method of diffraction based overlay metrology.
NL1036476A1 (nl) 2008-02-01 2009-08-04 Asml Netherlands Bv Alignment mark and a method of aligning a substrate comprising such an alignment mark.
NL1036734A1 (nl) 2008-04-09 2009-10-12 Asml Netherlands Bv A method of assessing a model, an inspection apparatus and a lithographic apparatus.
NL1036857A1 (nl) 2008-04-21 2009-10-22 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
WO2010040696A1 (en) 2008-10-06 2010-04-15 Asml Netherlands B.V. Lithographic focus and dose measurement using a 2-d target
EP2228685B1 (en) 2009-03-13 2018-06-27 ASML Netherlands B.V. Level sensor arrangement for lithographic apparatus and device manufacturing method
CN102498441B (zh) 2009-07-31 2015-09-16 Asml荷兰有限公司 量测方法和设备、光刻系统以及光刻处理单元
NL2007176A (en) 2010-08-18 2012-02-21 Asml Netherlands Bv Substrate for use in metrology, metrology method and device manufacturing method.
US9606442B2 (en) 2012-07-30 2017-03-28 Asml Netherlands B.V. Position measuring apparatus, position measuring method, lithographic apparatus and device manufacturing method
JP6659565B2 (ja) * 2014-03-25 2020-03-04 エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブＮｋｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ａ／Ｓ 微細構造ファイバおよびスーパーコンティニューム光源
WO2016083076A1 (en) 2014-11-26 2016-06-02 Asml Netherlands B.V. Metrology method, computer product and system
WO2016102127A1 (en) 2014-12-22 2016-06-30 Asml Netherlands B.V. Level sensor, lithographic apparatus and device manufacturing method
IL256196B (en) 2015-06-17 2022-07-01 Asml Netherlands Bv Prescription selection based on inter-prescription composition
DK3136143T3 (en) 2015-08-26 2020-05-18 Max Planck Gesellschaft Hollow-Core Fibre and Method of Manufacturing Thereof
EP3705942A1 (en) * 2019-03-04 2020-09-09 ASML Netherlands B.V. Hollow-core photonic crystal fiber based optical component for broadband radiation generation
CN116643348A (zh) * 2019-03-25 2023-08-25 Asml荷兰有限公司 频率拓宽装置和方法
EP3715944A1 (en) * 2019-03-25 2020-09-30 ASML Netherlands B.V. Frequency broadening apparatus and method
WO2020254138A1 (en) * 2019-06-21 2020-12-24 Asml Netherlands B.V. Mounted hollow-core fibre arrangement
WO2021043593A1 (en) * 2019-09-02 2021-03-11 Asml Netherlands B.V. Mode control of photonic crystal fiber based broadband light sources
EP3812807B1 (en) * 2019-10-24 2024-04-10 ASML Netherlands B.V. Hollow-core photonic crystal fiber based optical component for broadband radiation generation
EP3816721A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-05 ASML Netherlands B.V. Method and apparatus for efficient high harmonic generation

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