CN118159904A - 基于中空芯部光子晶体光纤的宽带辐射发生器 - Google Patents

Abstract

公开了一种宽带辐射源装置，被配置用于在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，宽带辐射源装置包括：中空芯部光子晶体光纤；至少第一偏振元件，能够操作为在所述输入辐射被所述中空芯部光子晶体光纤接收之前，对所述输入辐射施加实质上圆偏振或椭圆偏振，和第二偏振元件，能够与所述第一偏振元件组合操作，以对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振，其中所述第二偏振元件和所述第一偏振元件被取向为使得所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

Description

基于中空芯部光子晶体光纤的宽带辐射发生器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月2日提交的欧洲申请21205875.4的优先权和2021年12月1日提交的欧洲申请21211780.8的优先权，这些申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种基于中空芯部光子晶体光纤的宽带辐射发生器，特别地涉及与集成电路的制造中的量测应用相关的这种宽带辐射发生器。

背景技术

光刻设备是一种被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如在图案形成装置(例如，掩模)处将图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(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，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在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用于在衬底上形成更小的特征。

低k₁光刻术可以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，分辨率公式可以表示为CD＝k₁×λ/NA，其中λ是所采用的辐射波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是所印制的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，k₁是经验分辨率因子。通常，k₁越小，就越难以在衬底上复制与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类似的图案。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邻近校正(OPC，有时也称为“光学过程校正”))、或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路来改善低k1下的图案的再现。

量测工具被使用在IC制造过程的许多方面中，例如用于在曝光之前对衬底进行合适定位的对准工具、用于测量衬底的表面拓扑结构的调平工具、用于在过程控制中检查/测量经曝光的和/或经蚀刻的产品的例如基于聚焦控制和散射测量的工具。在每种情况下，都需要辐射源。对于包括测量鲁棒性和准确性在内的各种原因，宽带辐射(或白光)源被越来越多地用于此类量测应用。期望改进现有的用于宽带辐射产生的装置。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置被配置为在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带辐射源装置包括：中空芯部光子晶体光纤；至少第一偏振元件，所述第一偏振元件能够操作为在所述输入辐射被所述中空芯部光子晶体光纤接收之前，对所述输入辐射施加实质上圆偏振，其特征在于，所述宽带辐射源装置还包括第二偏振元件，所述第二偏振元件能够与所述第一偏振元件组合操作，以对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振，其中所述第二偏振元件和所述第一偏振元件被取向为使得所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

在本发明的第二方面中，提供了一种产生宽带输出辐射的方法，所述方法包括：用输入辐射激发包括在中空芯部光子晶体光纤内的工作介质以产生所述宽带输出辐射，其特征在于，所述输入辐射是椭圆偏振，以便至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

在本发明的第三方面中，提供了一种量测装置，所述量测装置包括根据第一方面的宽带辐射源装置。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图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概略图；

图2描绘了光刻单元的示意概略图；

图3描绘了整体光刻的示意代表图，其表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

图4描绘了用作量测装置的散射测量设备的示意概略图，所述散射测量设备可以包括根据本发明的实施例的辐射源；

图5描绘了可以包括根据本发明的实施例的辐射源的水平传感器设备的示意概略图；

图6描绘了可以包括根据本发明的实施例的辐射源的对准传感器设备的示意概略图；

图7是可以形成根据实施例的辐射源的部分的中空芯部光纤在横向平面上(即垂直于光纤的轴线的平面上)的示意横截面图；

图8(a)和图8(b)示意性地描绘了用于超连续谱生产的中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)设计的示例的横向横截面图；

图9描绘了用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意代表图；

图10描绘了具有用于将输入偏振与HC-PCF的优选轴线对准的监测分支的辐射源的示意代表图；

图11描绘了根据第一实施例的辐射源的示意代表图；

图12描绘了根据第二实施例的辐射源的示意代表图；和

图13是线性偏振辐射和圆偏振辐射的积分功率相对于脉冲能量的曲线图。

具体实施方式

在本文档中，术语“辐射”和“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，波长在约5-100nm的范围内)。

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是指通用图案形成装置，该通用图案形成装置可用于向入射的辐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。在本上下文中也可以使用术语“辐射阀”。除了经典掩模(透射或反射掩模、二元掩模、相移掩模、混合式掩模等)，其它这种图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，其被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据特定参数准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，其被构造为保持衬底(例如，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被配置为根据特定参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，其被配置为将通过图案形成装置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接收来自辐射源SO的辐射束，例如经由束传输系统BD。照射系统IL可以包括用于引导、整形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电和/或其它类型的光学部件、或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B以使其在图案形成装置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应当被广义地解释为涵盖包括以下的各种类型的投影系统：折射、反射、折反射、变形、磁性、电磁和/或静电光学系统，或者其任何组合，该投影系统适用于所使用的曝光辐射和/或其它因素(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”的任何使用可被认为与更通用的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备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较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统PS和衬底W之间的空间，这也称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253(其通过引用并且入本文)中给出。

光刻设备LA也可以是具有两个(也称为“双台”)或更多个衬底支撑件WT的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W上执行对衬底W的后续曝光准备的步骤的同时，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。测量台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被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，测量台可以在投影系统PS的下方移动。

在操作中，辐射束B入射到被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由图案形成装置MA上呈现的图案(设计布局)图案化。在通过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将束聚焦到衬底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，以便在辐射束B的路径中将不同目标部分C定位在聚焦和对准位置处。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中明确地示出)可用于相对于辐射束B的路径而准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，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有时也称为光刻单元或(光刻)簇，光刻单元LC通常还包括用于在衬底W上执行预曝光和后曝光过程的设备。通常，这些设备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、激冷板CH和烘烤板BK，例如用于调整衬底W的温度，例如用于调整抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置(或机器手)RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W输送到光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中的装置(通常也统称为轨道)通常受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身可由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以控制光刻设备LA，例如经由光刻控制单元LACU。

为了正确地且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，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，光刻单元LC中可以包括检查工具(未示出)。如果检测到错误，尤其是如果在曝光或处理相同批次或相同批的其它衬底W之前进行检查，则例如可以对后续衬底的曝光和/或待在衬底W上执行的其它处理步骤进行调整。

检查设备(也可以称为量测设备)用于确定衬底W的性质，特别是确定不同衬底W的性质如何变化或者与相同衬底W的不同层相关联的性质如何在层与层之间变化。替代地，检查设备可被构造为识别衬底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设备LA中，或者甚至可以是独立装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)，或半潜像(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(其中已经移除抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分)，或甚至蚀刻图像(在诸如蚀刻等图案转移步骤之后)上的性质。

通常，光刻设备LA中的图案化过程是要求在衬底W上进行结构的高精度定尺寸和放置的处理中的最关键的步骤之一。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中示意性描绘的。这些系统中的一个是(实际上)连接到量测工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)的光刻设备LA。这种“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作以增强整个过程窗口，并且提供严格控制回路以确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)的范围，在这些过程参数的范围内，特定制造过程会产生定义的结果(例如，功能性半导体器件)，通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在这些过程参数的范围内变化。

计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的一部分)来预测使用哪种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设备设置实现了图案化过程的最大的总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头表示)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL还可用于检测光刻设备LA当前正在过程窗口内的哪个位置操作(例如，通过使用来自量测工具MT的输入)，以预测是否由于例如次最佳过程而可能存在缺陷(在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头表示)。

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，并且可以向光刻设备LA提供反馈以识别，在例如光刻设备LA的校准状态下的可能漂移(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头表示)。

在光刻过程中，期望经常测量所产生的结构，例如以用于过程控制和验证。进行这种测量的工具通常称为量测工具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，其允许通过将传感器置于散射仪物镜的光瞳中或者与该光瞳的共轭平面中来测量光刻过程的参数，测量通常称为基于光瞳的测量，或者在通过将传感器置于图像平面中或与图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数，这该情况下测量通常称为基于图像或场的测量。这种散射仪和相关的测量技术被进一步描述在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中，它们通过引用整体并入本文。上述散射仪可以使用来自软X-射线和可见光至近IR波长范围的辐射测量光栅。

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，可以将重建方法应用于测量信号以重建或计算光栅的性质。例如，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且将模拟结果与测量结果进行比较来得到这种重建。调整数学模型的参数，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。在这样的光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱检测器，该光谱检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，强度作为波长函数的测量结果)。根据该数据，可例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与模拟光谱库进行比较，来重建产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。

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针对每个偏振状态，测量经散射的辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过例如在量测设备的照射部分中使用合适的偏振滤光器来发射偏振辐射(诸如，线性、圆形或椭圆形)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。现有的椭圆偏振散射仪的各种实施例被描述在美国专利申请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，其全部内容通过引用并入本文。

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和/或检测配置中的不对称性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(通常重叠的)光栅结构可以应用于两个不同的层(不一定是连续的层)，并且可以基本上形成在晶片上的相同位置处。散射仪可以具有例如在共有的专利申请EP1,628,164A中描述的对称检测配置，使得可清楚区分任何不对称性。这提供了一种测量光栅未对准的直接方法。可以在PCT专利申请公开号WO 2011/012624或美国专利申请US 20160161863中找到当通过周期性结构的不对称性测量目标时测量包括周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例，其全部内容通过引用并入本文。

其他感兴趣的参数可以是聚焦和剂量。聚焦和剂量可以通过散射仪(或替代地通过扫描电子显微镜)同时确定，如在美国专利申请US2011-0249244中所描述的，其全部内容通过引用并入本文。可以使用对聚焦能量矩阵(FEM–也称为聚焦曝光矩阵)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角度测量结果的唯一组合的单个结构。如果这些临界尺寸和侧壁角度的唯一组合可用，则可以根据这些测量结果唯一地确定聚焦和剂量值。

量测目标可以是由光刻过程大多数在抗蚀剂中、但也例如在蚀刻过程之后形成的一组复合光栅。通常，光栅中的结构的节距和线宽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，衍射信号可以用于确定两个层之间的漂移(也称为“重叠”)，或可以用于重建由光刻过程产生的原始光栅的至少部分。这种重建可以用于提供光刻过程的质量的指导，并可以用于控制光刻过程的至少部分。目标可以具有被配置成模拟目标中的设计布局的功能部分的尺寸的较小的子分段。由于这种子分段，目标的行为将更类似于设计布局的功能部分，从而使整个过程参数测量与设计布局的功能部分更好地相似。可以在未填充模式或过填充模式下测量目标。在未填充模式中，测量束产生的光斑小于整个目标。在过填充模式中，测量束产生的光斑大于整个目标。在这种过填充模式中，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选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或多个参数、一个或多个所测量的图案的一个或多个参数、或者两者。例如，如果衬底测量选配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。例如，选择测量选配方案的标准之一可以是测量参数之一对处理变化的敏感性。更多的示例被描述在美国专利申请US2016-0161863和公开的美国专利申请US2016/0370717A1中，这些专利申请的全部内容通过引用并入本文。

图4描绘了量测设备，诸如散射仪。所述量测设备包括宽带(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检测器4，所述光谱检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(即，作为波长λ的函数的强度的测量结果)。根据该数据，例如通过如在图3的底部所示出的严格耦合波分析和非线性回归或者通过与模拟光谱库进行比较，处理单元PU可以重建产生检测到的光谱的结构或轮廓。通常，对于重建，结构的通用形式是已知的，并且一些参数根据形成结构的过程的知识被设定，留下结构的仅较少参数根据散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

经由对量测目标的测量的光刻参数的总体测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”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，如果在衬底测量选配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。选择测量选配方案的标准之一可以例如是测量参数中的一个测量参数对处理变化的敏感度。更多的示例被描述在美国专利申请US2016/0161863和已公开的美国专利申请US 2016/0370717A1中，这些申请通过引用整体并入本文。

IC制造中所使用的另一类型的量测工具是形貌测量系统、水平传感器或高度传感器。这样的工具可以被集成在光刻设备中，以用于测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。衬底的形貌图(也称为高度图)可以从将衬底的高度指示为衬底上的位置的函数的这些测量结果产生。随后，该高度图可以用于将图案转印在衬底上的期间校正衬底的位置，以便在衬底上的适当聚焦位置提供图案形成装置的空间图像。将理解的是，在本上下文中的“高度”是指相对于衬底显著在平面之外(也称为Z轴)的尺寸。通常，水平传感器或高度传感器在(相对于其本身的光学系统的)固定部位处执行测量，并且衬底与水平传感器或高度传感器的光学系统之间的相对运动产生了在跨越衬底上的多个部位处的高度测量结果。

图5示意性地示出了本领域已知的水平传感器或高度传感器LS的示例，其仅说明了操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，所述光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括辐射源LSO，所述辐射源LSO提供由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予的辐射束LSB。辐射源LSO可以例如是窄带辐射源或宽带辐射源，诸如超连续谱辐射源、偏振式或非偏振式辐射源、脉冲式或连续式辐射源，诸如偏振式或非偏振式激光束。辐射源LSO可以包括具有不同的颜色或波长范围的多个辐射源，诸如可以包括多个LED。水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见辐射，而是可以附加地或替代地涵盖UV和/或IR辐射以及适于从衬底的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，所述周期性结构产生具有周期性变化强度的辐射束BE1。具有周期性变化强度的辐射束BE1被引导朝向衬底W上的测量位置MLO，所述辐射束BE1相对于垂直于入射衬底表面的轴线(Z轴)具有入射角ANG，所述入射角ANG在0度与90度之间，通常在70度与80度之间。在测量位置MLO处，经图案化的辐射束BE1被衬底W反射(由箭头BE2指示)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，所述检测系统包括检测光栅DGR、检测器DET以及用于处理检测器DET的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅DGR可以等同于投影光栅PGR。检测器DET产生指示所接收的辐射的检测器输出信号，例如产生指示所接收的辐射的强度的检测器输出信号(诸如光电检测器)，或产生表示所接收的强度的空间分布的检测器输出信号(诸如相机)。检测器DET可以包括一种或多种检测器类型的任意组合。

通过三角测量技术，可以确定测量位置MLO处的高度水平。检测到的高度水平通常与由检测器DET测量的信号强度有关，该信号强度具有周期性，所述周期性尤其取决于投影光栅PGR的设计和(倾斜)入射角ANG。

投影单元LSP和/或检测单元LSD沿着投影光栅PGR和检测光栅DGR(未示出)之间的经图案化的辐射束的路径可以包括其他光学元件，诸如透镜和/或反射镜。

在一实施例中，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。这样的配置提供了对投影光栅PGR的图像的更直接的检测。

为了有效地覆盖衬底W的表面，水平传感器LS可以被配置为将测量束BE1的阵列投影到衬底W的表面上，从而产生覆盖更大测量范围的测量区域MLO或光斑的阵列。

各种通用类型的高度传感器例如公开在US7265364和US7646471中，两者通过引用并入。一种使用UV辐射而不是可见光辐射或红外辐射的高度传感器被公开在US2010233600A1中，其通过引用并入。在通过引用并入的WO2016102127A1中，描述了一种紧凑型高度传感器，所述紧凑型高度传感器使用多元件检测器以检测和识别光栅图像的位置，而不需要检测光栅。

IC制造中所使用的另一类型的量测工具是对准传感器。因此，光刻设备的性能的关键方面在于，(通过相同的设备或不同的光刻设备)相对于铺设在先前层中的特征正确地且准确地放置所施加的图案的能力。为此目的，衬底被设置有一组或多组标记或目标。每个标记都是一种其位置可以在之后的时间使用位置传感器(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”。

光刻设备可以包括一个或多个(例如多个)对准传感器，通过所述一个或多个对准传感器可以准确地测量设置在衬底或晶片上的对准标记的位置。对准传感器(或位置传感器)可以使用诸如衍射和干涉的光学现象来从形成于衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中所使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所描述的自参考干涉仪。例如，如US2015261097A1中所公开的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些公开的内容均通过引用并入本文。

图6是已知对准传感器AS(诸如例如在通过引用并入的US6961116中所描述的对准传感器)的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射束RB，所述辐射束RB通过转向光学器件被转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上作为照射光斑SP。在此示例中，所述转向光学元件包括光斑反射镜SM和物镜OL。用于照射标记AM的照射光斑SP的辐射直径可能小于所述标记本身的宽度。

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

在该示例中包括光斑反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得携带信息的束IB仅包括来自标记AM的更高阶衍射辐射(这对测量不是必需的，但提高了信噪比)。

强度信号SI被提供给处理单元PU。通过块SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出衬底上的相对于参考系的X位置和Y位置的值。

所示类型的单次测量仅将标记的位置固定在与标记的一个节距相对应的特定范围内。与此结合使用粗测量技术以识别正弦波的哪个周期是包括标记位置的周期。可以以不同的波长重复更粗水平或更细水平的相同过程，以提高准确度和/或鲁棒地检测标记，无论该标记是由什么材料制成的，以及无论该标记上和/或标记下设置有什么材料。可以对波长进行光学多路复用和解复用，以便同时进行处理，和/或可以通过时分或频分对波长进行多路复用。

在该示例中，对准传感器和光斑SP保持静止，而移动的是衬底W。因此，对准传感器可以固定地且准确地安装到参考框架上，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。通过将衬底W安装在衬底支撑件上并通过衬底定位系统而在该移动中控制衬底W，所述衬底定位系统控制衬底支撑件的移动。衬底支撑件位置传感器(例如干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在一实施例中，在衬底支撑件上设置一个或多个(对准)标记。对设置在衬底支撑件上的标记的位置的测量允许对由位置传感器确定的衬底支撑件的位置进行校准(例如，相对于对准系统所连接的框架进行校准)。对设置在衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。

量测工具MT(诸如上述的散射仪、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能被执行的测量的类型和质量。对于一些应用，使用多个辐射频率来测量衬底可能是有利的，例如可以使用宽带辐射。多个不同的频率可以能够在不受其他频率干扰或受到最小干扰的情况下传播、照射和散射量测目标。因此，例如，可以使用不同的频率同时获得更多的量测数据。不同的辐射频率还可以能够查询和发现量测目标的不同性质。宽带辐射可以用于量测系统MT，诸如例如水平传感器、对准标记测量系统、散射测量工具、或检查工具。宽带辐射源可以是超连续谱源。

可能难以产生高质量的宽带辐射(例如超连续谱辐射)。一种产生宽带辐射的方法可以是例如利用非线性、高阶效应，使高功率窄带或单频输入辐射或泵浦辐射加宽。输入辐射(其可以使用激光器产生)可以称为泵浦辐射。替代地，输入辐射可以称为种子辐射。为了获得用于加宽效应的高功率辐射，可以将辐射限制在小区域内，从而实现局部强化的高强度辐射。在这些区域中，辐射可以与形成非线性介质的加宽结构和/或材料相互作用，从而产生宽带输出辐射。在高强度辐射区域中，通过设置合适的非线性介质，可以使用不同的材料和/或结构来实现和/或改善辐射加宽。

在一些实施方式中，在光子晶体光纤(PCF)中产生宽带输出辐射。在几个实施例中，这种光子晶体光纤在其光纤芯部周围具有微结构，从而有助于将横穿光纤的辐射限制在光纤芯部中。光纤芯部可以由具有非线性性质的实体材料制成，并且当高强度泵浦辐射传输通过光纤芯部时能够产生宽带辐射。尽管在实体芯部的光子晶体光纤中产生宽带辐射是可行的，但使用实体材料可能存在一些缺点。例如，如果在实体芯部中产生UV辐射，则该辐射可能不会出现在光纤的输出光谱中，因为所述辐射会被大多数实体材料吸收。

在一些实施方式中，如下面参考图14进一步讨论的，用于加宽输入辐射的方法和设备可以使用光纤来限制输入辐射并且加宽输入辐射，以输出宽带辐射。光纤可以是中空芯部光纤，并且可以包括用于实现在光纤中有效引导和限制辐射的内部结构。所述光纤可以是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适于主要在光纤的中空芯部内进行强辐射限制，从而实现高辐射强度。光纤的中空芯部可以填充有用作加宽输入辐射的加宽介质的气体。这种光纤和气体布置可以用于产生超连续谱辐射源。输入到光纤的辐射可以是电磁辐射，例如红外光谱、可见光谱、UV光谱和极UV光谱中的一种或多种中的辐射。输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，所述宽带辐射在本文中可以称为白光。

一些实施例涉及这种包括光纤的宽带辐射源的新设计。所述光纤是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)。特别地，所述光纤可以是包括用于限制辐射的反谐振结构的类型的中空芯部光子晶体光纤。这种包括反谐振结构的光纤在本领域中已知为反谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这种光纤的各种不同设计在本领域中是已知的。替代地，光纤可以是光子带隙光纤(HC-PBF，例如Kagome光纤)。

可以基于不同的物理制导机制分别设计多种类型的HC-PCF。两种这样的HC-PCF包括(仅以示例的方式)：中空芯部光子带隙光纤(HC-PBF)和中空芯部反谐振反射光纤(HC-ARF)。关于HC PCF的设计和制造的细节可以在美国专利US2004/015085A1(针对HC PBF)和国际PCT专利申请WO2017/032454A1(针对中空芯部反谐振反射光纤)中找到，它们通过引用并入本文。图9(a)示出了包括Kagome晶格结构的Kagome光纤。

现在参考图7描述辐射源中所使用的光纤的示例，图7是光纤OF在横向平面上的示意性横截面图。WO2017/0324541中公开了与图7的光纤的实际示例类似的其他实施例。

光纤OF包括细长体，所述细长体在光纤OF的一个维度上比其他两个维度长。这个较长的维度可以称为轴向方向，并且可以限定光纤OF的轴线。另外两个维度限定了可以被称为横向平面的平面。图7示出了光纤OF在横向平面上(即，垂直于轴线)的横截面图，所述横向平面被标记为x-y平面。光纤OF的横向截面可以沿着光纤轴线基本一致。

将理解的是，光纤OF具有一定程度的灵活性，因此轴线的方向通常沿着光纤OF的长度将是不一致的。诸如光轴、横向截面等的术语将被理解为是指局部光轴、局部横向截面等。此外，当部件被描述为圆柱形或管状时，这些术语将被解释为涵盖在光纤OF弯曲时可能已经变形的这种形状。

光纤OF可以具有任何长度，并且将理解的是，光纤OF的长度可以取决于应用。光纤OF的长度可以在1cm与10m之间，例如光纤OF的长度可以在10cm与100cm之间。

光纤OF包括：中空芯部HC；围绕中空芯部HC的包层部分；以及围绕并支撑所述包层部分的支撑部分SP。光纤OF可以被认为包括主体(包括包层部分和支撑部分SP)，所述主体具有中空芯部HC。包层部分包括多个反谐振元件，以用于引导辐射通过中空芯部HC。特别地，多个反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芯部HC内，并且沿着光纤OF引导辐射。光纤OF的中空芯部HC可以基本上设置在光纤OF的中心区域中，使得光纤OF的轴线还可以限定光纤OF的中空芯部HC的轴线。

包层部分包括多个反谐振元件，用于引导辐射传播通过光纤OF。特别地，在该实施例中，包层部分包括具有六个管状毛细管CAP的单个环。每个管状毛细管CAP用作反谐振元件。

毛细管CAP也可以称为管。毛细管CAP的横截面可以是圆形的，或者可以具有其他形状。每个毛细管CAP包括大致圆柱形的壁部分WP，所述壁部分WP至少部分地限定了光纤OF的中空芯部HC，并且将中空芯部HC与毛细管腔CC分离。将理解的是，壁部分WP可以用作传播通过中空芯部HC(并且可以以掠入射角入射到壁部分WP上)的辐射的抗反射法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器。壁部分WP的厚度可以适合于确保返回到中空芯部HC的反射通常被增强，而进入毛细管腔CC的透射通常被抑制。在一些实施例中，毛细管壁部分WP的厚度可以在0.01μm-10.0μm之间。

将理解的是，如本文所使用的，术语包层部分意指光纤OF的用于引导辐射传播通过光纤OF的部分(即，将所述辐射限制在中空芯部HC内的毛细管CAP)。辐射可以被限制成以横向模式的形式沿着光纤轴线传播。

支撑部分通常是管状的，并且支撑包层部分的六个毛细管CAP。如果是内支撑部分SP，则六个毛细管CAP均匀地围绕内表面分布。六个毛细管CAP可以被描述为设置成大致六边形形式。

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。每个毛细管CAP与内支撑部分SP接触，并且与环形结构中的相邻毛细管CAP间隔开。这种布置可能是有益的，因为它可以增加光纤OF的传输带宽(例如相对于毛细管彼此接触的布置)。替代地，在一些实施例中，每个毛细管CAP可以与环形结构中的相邻毛细管CAP接触。

包层部分的六个毛细管CAP以环形结构围绕中空芯部HC设置。毛细管CAP的环形结构的内表面至少部分地限定了光纤OF的中空芯部HC。中空芯部HC的直径d(其可以被定义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。中空芯部HC的直径d可以影响中空芯部HC光纤OF的模场直径、冲击损耗、色散、模数和非线性性质。

在该实施例中，包层部分包括毛细管CAP(其用作反谐振元件)的单环布置。因此，在从中空芯部HC的中心至光纤OF的外部的任何径向方向上的线不会穿过多于一个的毛细管CAP。

将理解的是，其他实施例可以设置有不同的反谐振元件布置。这些可以包括反谐振元件的多环布置和具有嵌套的反谐振元件的布置。图8(a)示出了HC-PCF的实施例，其具有沿径向方向的、彼此堆叠的三个毛细管CAP的环。在该实施例中，每个毛细管CAP与同一环中的其他毛细管和不同环中的其他毛细管都接触。此外，尽管图7所示的实施例包括六个毛细管的环，但在其他实施例中，可以在包层部分中设置一个或多个环，所述一个或多个环包括任意数量的反谐振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)。

图8(b)示出了上述的具有单环的管状毛细管的HC-PCF的修改的实施例。在图9(b)的示例中，存在同轴线的两个环的管状毛细管21。为了保持管状毛细管21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13以及图8(a)和图8(b)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，例如椭圆形或多边形横截面。另外地，图7、图8(a)和图8(b)的示例的管状毛细管的实体材料可以包括塑料材料，如PMA、玻璃、类二氧化硅或软玻璃。

图9描述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，或者能够产生具有期望长度和能量水平的短脉冲的任何其他类型的源；具有中空芯部HC的光纤OF(例如图7所示的类型)；以及设置在中空芯部HC内的工作介质(例如气体)。尽管在图9中，辐射源RDS包括图7所示的光纤OF，但在替代实施例中，可以使用其他类型的中空芯部HC光纤OF。

脉冲泵浦辐射源PRS被配置成提供泵浦辐射或输入辐射IRD。光纤OF的中空芯部HC被布置成接收来自脉冲泵浦辐射源PRS的输入辐射IRD，并且加宽所述输入辐射IRD以提供输出辐射ORD。工作介质能够加宽所接收的输入辐射IRD的频率范围，以便提供宽带输出辐射ORD。

辐射源RDS还包括贮存器RSV。光纤OF被设置在贮存器RSV内部。贮存器RSV也可以被称为壳体、容器或气室(gas cell)。贮存器RSV被配置成容纳工作介质。贮存器RSV可以包括本领域已知的用于控制、调节和/或监测贮存器RSV内部的工作介质(其可以是气体)的成份的一个或多个特征。贮存器RSV可以包括第一透明窗口TW1。在使用中，光纤OF被设置在贮存器RSV内，使得第一透明窗口TW1位于光纤OF的输入端IE附近。第一透明窗口TW1可以形成贮存器RSV的壁的部分。第一透明窗口TW1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。将理解的是，可以设置光学器件(未示出)以将输入辐射IRD耦合到光纤OF中。

贮存器RSV包括第二透明窗口TW2，所述第二透明窗口TW2形成贮存器RSV的壁的部分。在使用中，当将光纤OF设置在贮存器RSV内部时，第二透明窗口TW2位于光纤OF的输出端OE附近。第二透明窗口TW2可以至少对于设备的宽带输出辐射ORD的频率是透明的。

替代地，在另一实施例中，光纤OF的两个相对端可以放置在不同的贮存器内部。光纤OF可以包括被配置成接收输入辐射IRD的第一端部分和用于输出宽带输出辐射ORD的第二端部分。第一端部分可以被放置在包括工作介质的第一贮存器内。第二端部分可以被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。贮存器的功能可以是如上述关于图9所描述的。第一贮存器可以包括第一透明窗口，所述第一透明窗口被配置成对于输入辐射IRD是透明的。第二贮存器可以包括第二透明窗口，所述第二透明窗口被配置成对于宽带输出宽带辐射ORD是透明的。第一贮存器和第二贮存器还可以包括可密封开口，以允许光纤OF部分地放置在贮存器内部并且部分地放置于贮存器外部，从而气体可以被密封在贮存器内部。光纤OF还可以包括没有包含在贮存器内部的中间部分。对于光纤OF相对较长(例如，当长度大于1m时)的实施例而言，使用两个单独的气体贮存器的这种布置可能特别方便。将理解的是，对于使用两个单独的气体贮存器的这种布置，两个贮存器(其可以包括本领域已知的用于控制、调节和/或监测两个贮存器内部的气体的成份的一个或多个特征)可以被认为设置有用于将工作介质提供到光纤OF的中空芯部HC内的设备。

在该上下文中，如果入射到窗口的一频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％透射过所述窗口，则所述窗口对所述频率可以是透明的。

第一TW1透明窗口和第二TW2透明窗口都可以在贮存器RSV的壁内形成气密密封，使得工作介质(其可以是气体)可以被容纳在贮存器RSV内。将理解的是，气体可以以不同于贮存器RSV的环境压力的压力被容纳在贮存器RSV内。

工作介质可以包括惰性气体(诸如氩、氪和氙)、拉曼活性气体(诸如氢、氘和氮)、或气体混合物(诸如氩/氢混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物、或氮/氢混合物)。根据填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(MI)、孤子自压缩、孤子裂变、克尔效应、拉曼效应和色散波产生(DWG)，其细节被描述在WO2018/127266A1和US9160137B1(两者均通过引用并入本文)。由于可以通过改变贮存器RSR中的工作介质压力(即气室压力)来调节填充气体的分散性，因此可以调整所产生的宽带脉冲动态和相关联的光谱加宽特性，以便优化频率转换。

在一种实施方式中，至少在接收输入辐射IRD来产生宽带输出辐射ORD的过程中，工作介质可以设置在中空芯部HC内。将理解的是，在光纤OF不接收输入辐射IRD来产生宽带输出辐射时，气体可以完全或部分地不存在于中空芯部HC中。

为了实现频率加宽，可能需要高强度辐射。具有中空芯部HC光纤OF的优点在于，通过对传播通过光纤OF的辐射进行强空间限制，可以实现高强度辐射，从而实现局部高辐射强度。例如，由于所接收的输入辐射强度高和/或由于光纤OF内部的辐射的空间限制强，因此光纤OF内部的辐射强度可以是高的。中空芯部光纤的优点在于，它们可以引导比实体芯部光线具有更宽波长范围的辐射，并且特别地，中空芯部光纤可以引导紫外和红外范围内的辐射。

使用中空芯部HC光纤OF的优点可以在于，在光纤OF的内部进行引导的大部分辐射被限制到中空芯部HC。因此，光纤OF内部的辐射的主要相互作用是与工作介质的相互作用，所述工作介质被设置在光纤OF的中空芯部HC内部。因此，可以增加工作介质对辐射的加宽效应。

所接收的输入辐射IRD可以是电磁辐射。输入辐射IRD可以是脉冲辐射而被接收。例如，输入辐射IRD可以包括例如由激光器产生的超快脉冲。

输入辐射IRD可以是相干辐射。输入辐射IRD可以是准直辐射，其优点在于可以促进和提高将输入辐射IRD耦合到光纤OF的效率。输入辐射IRD可以包括单个频率或窄频率范围。输入辐射IRD可以由激光器产生。类似地，输出辐射ORD可以是准直辐射和/或可以是相干辐射。

输出辐射ORD的宽带范围可以是连续范围，所述连续范围包括辐射频率的连续范围。输出辐射ORD可以包括超连续谱辐射。在许多应用(例如量测应用)中使用连续辐射可以是有益的。例如，频率的连续范围可以用于查询大量性质。例如，频率的连续范围可以用于确定和/或消除所测量性质的频率依赖性。例如，超连续谱输出辐射ORD可以包括波长范围为100nm-4000nm的电磁辐射。例如，宽带输出辐射ORD的频率范围可以是400nm-900nm、500nm-900mm或200nm-2000nm。超连续谱输出辐射ORD可以包括白光。

由脉冲泵浦辐射源PRS提供的输入辐射IRD可以是脉冲式的。输入辐射IRD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IRD可以例如包括波长为1.03μm的电磁辐射。脉冲辐射IRD的重复率可以是1kHz至100MHz的量级。脉冲能量可以具有0.1μJ至100μJ的量级，例如可以具有1μJ-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至几百W之间。输入辐射IRD的平均功率可以例如是20W-50W。

脉冲泵浦辐射源PRS可以是激光器。通过调节(泵浦)激光器参数、工作部件变型、以及光纤OF参数，可以改变和调谐沿着光纤OF传输的这种激光脉冲的时空传输特性(例如其光谱振幅和相位)。所述时空传输特性可以包括以下的一个或多个：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个或多个：泵浦波长、泵浦脉冲能量、泵浦脉冲宽度、泵浦脉冲重复率。所述光纤OF参数可以包括以下中的一个或多个：光纤长度、中空芯部HC的尺寸和形状、毛细管的尺寸和形状、围绕中空芯部HC的毛细管的壁的厚度。所述工作部件(例如填充气体)参数可以包括以下中的一个或多个：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。平均输出功率可以是至少5W。平均输出功率可以是至少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的输出辐射的整个波长带的功率谱密度可以是至少0.01mW/nm。宽带输出辐射的整个波长带的功率谱密度可以是至少3mW/nm。

在许多需要宽带输出辐射ORD的应用中，例如在上述的量测应用中，越来越期望进一步扩展宽带输出辐射ORD的短波长边缘，特别是将宽带输出辐射ORD的短波长边缘扩展到紫外线(UV)波长区域。例如，期望的波长区域可以包括低至400nm、低至350nm、低至300nm、低至200nm、低至100nm、低至50nm或低至10nm的波长。在追求更好的波长通用性并因此在之后追求更好的灵活性的应用中，能够发射具有平滑的(或平坦的)光谱轮廓和扩展的短波长边缘的宽带输出辐射ORD(例如，超连续谱辐射)的辐射源RDS是高度期望的。例如，在现有的辐射源无法满足使用具有较小的节距尺寸和更多数量的层的目标的持续发展的需求的情况下，平滑的且UV扩展的超连续谱在重叠量测应用中是特别有用的。UV扩展的波长能够分辨较小的目标光栅并穿透更多的目标层。平滑的且UV扩展的光谱轮廓还能够在不同的光谱范围之间进行准确且可靠的波长切换，以用于不同的应用或优化测量性能。

目前，已经采用了几种方法来进一步扩展光纤OF中产生的宽带输出辐射ORD的短波长边缘。这些方法包括：a)使用较长的光纤OF；b)使用具有较小的芯部直径的光纤；以及c)使用较低的气体压力。当单独使用或组合使用时，这些方法通过允许在UV区域中满足相位匹配条件来促进UV波长的产生。然而，这些方法有许多缺点。例如，较长的中空芯部HC光纤OF(例如，HC-PCF)通常需要较大的贮存器RSV，这导致宽带辐射源RDS的物理尺寸较大并且制造成本较高。具有大的占地面积的辐射源使得所述辐射源不适合于仅被提供有限空间来容纳辐射源的许多应用。减小中空芯部HC光纤OF的芯部直径会增加光纤中的传播损耗，从而导致转换效率较低并且产生不期望的光谱分布(例如，不平衡的光谱分布或峰值光谱分布)。此外，在拉伸塔中制造具有较小的芯部直径的中空芯部HC光纤OF是非常具有挑战性的，从而会导致较高的制造成本。降低气体压力会显著降低填充有气体的中空芯部HC的非线性，也会导致较低的转换效率和不期望的光谱分布(例如，不平衡的光谱分布或峰值光谱分布)。为了在较低的气体压力下保持相同水平的非线性，将需要具有较高的脉冲能量的脉冲式泵辐射源PRS。然而，这种高脉冲能量泵浦辐射源PRS可能非常昂贵。

存在许多涉及宽带输出辐射ORD(例如，超连续谱辐射)的产生的非线性光学过程。哪种非线性光学过程比其他非线性光学过程具有更明显的光谱增宽效应将取决于如何设置操作参数。例如，通过选择泵浦波长和/或光纤，使得泵浦脉冲在正常色散区域中传播通过光纤(正群速度色散(GVD))，自相位调制是主要的非线性光学过程，并且用于进行泵浦脉冲的光谱扩展。然而，在大多数情况下，由脉冲式泵浦辐射源PRS提供的输入辐射IRD的光谱加宽是由孤子动力学驱动，所述孤子动力学要求泵浦脉冲在异常色散区域中在光纤OF中传播(负GVD)。这是因为，在异常色散区域中，克尔(Kerr)非线性和色散的影响是彼此相反的。当以异常色散发射到光纤(例如，HC-PCF)的泵浦脉冲的脉冲参数与孤子的脉冲参数不完全匹配时，泵浦脉冲将演变成具有特定孤子阶数的孤子脉冲和色散波。

已知的是，孤子裂变和调制不稳定性(MI)是在孤子驱动的宽带辐射产生中进行光谱增宽的两个主要机制。这两种机制之间的区别在于，孤子裂变过程与低孤子阶数相关联，而MI过程与高孤子阶数相关联。MI是指代(与MI调制频率相比的)强窄带泵浦脉冲的光谱边带在非线性色散介质中的自发增长的物理过程。MI通常出现在异常色散区；然而，如果满足特定要求(例如存在高阶色散)，则也可能出现在正常色散区域。在MI期间，脉冲的电场(或包络)中存在的微小扰动(例如，由于量子波动而导致的微小扰动)在存在克尔非线性的情况下被呈指数放大。放大的量由MI增益决定。在这种MI过程期间，时间脉冲包络分解成多个短的时间子结构或基本孤子。与此并行的是，在峰值泵浦波长的两侧处对称地产生光谱边带，从而产生连续加宽的光谱轮廓。

调制频率表示为：

并且，相应的MI时段由下式给出：

/>

其中，γ表示非线性系数，P表示泵功率，β₂表示光纤传播常数。为了使MI过程为主导，泵浦脉冲应当充分长于MI时段T_MI。然而，仅从泵浦脉冲持续时间不可能获知是孤子裂变过程还是MI过程将是在宽带辐射产生中进行光谱扩展的主要机制。这是因为泵浦脉冲持续时间与泵浦峰值功率成比例，这会影响非线性系数并因此影响调制时段。

对于给定的具有脉冲持续时间τ的泵浦脉冲，等效的孤子阶数N由下式给出：

在等式[1]中，对于N＝1，孤子是基本孤子。N＞1的所有其他孤子是高阶孤子。如上所述，为了使MI过程成为主导的光谱增宽机制，泵浦脉冲需要充分长于MI时段T_MI(或τ₀≥T_MI)。已经发现，当N≥20时，光谱增宽通常由MI过程主导，而当N≤20时，光谱增宽通常由孤子裂变主导。因此，对于使用MI过程的布置，期望产生具有高孤子阶数N的输入辐射IRD。此外，从等式[3]中可以看到，输入辐射IRD的孤子阶数与输入辐射IRD的脉冲持续时间τ₀成比例。因此，对于MI过程占主导的典型现有技术布置，输入辐射IRD的脉冲持续时间τ₀的范围通常为100飞秒(fs)至10皮秒(ps)，并且脉冲能量的范围为从1微焦耳(μJ)至20μJ。

其他非线性光学过程(诸如例如，拉曼过程)也可以有助于非线性光谱扩展。拉曼过程依赖于气体介质的类型。例如，在填充有稀有气体或气体混合物(例如，氩、氪和氙)的HC-ARF中产生宽带输出辐射ORD的情况下，MI是泵浦脉冲的光谱增宽的主导过程，而不存在拉曼效应。类似地，在填充有拉曼活性气体或气体混合物(例如，氢、氘和氮)的HC-ARF中产生宽带输出辐射ORD的情况下，如果泵浦脉冲持续时间约等于或短于主导(即，更高增益)分子振荡的振荡时间，则MI仍然是主导过程，而拉曼效应不那么主导，并导致泵浦脉冲光谱质心的红移。然而，当泵浦脉冲持续时间长于主导的拉曼活性模式的振荡时间时，拉曼效应起主导作用。拉曼效应会引起孤子自频移和孤子碰撞。已经发现，拉曼过程和MI过程之间的相互作用可以产生宽带输出辐射ORD的扩展的长波长边缘。

在光学量测中，量测工具的性能通常至少取决于源辐射(例如，来自源的宽带辐射)的偏振稳定性。所接收到的偏振状态的变化通常会导致晶片级功率的变化，从而损害量测系统的保真度。

为了确保HC-PCF中的从输入辐射IRD到宽带输出辐射ORD的转换效率足够高，输入偏振应当与中空光纤的优选轴线对准。优选轴线将是快轴线或慢轴线中的一个；这两个轴线中的仅一个轴线提供最佳的转换效率，并保持输入辐射IRD的线性偏振状态。在工业化产品中，这很难实现，因为HC-PCF的优选轴线在安装之前是未知的，快轴线或慢轴线中的哪个轴线将是优选轴线也不总是显而易见的。这意味着，当交换气室时，需要扫描输入偏振角以最大化偏振度量(诸如偏振消光比(PER))，并获得合适的输出功率谱密度(PSD)。这需要额外的部件来监测和改变PER：这增加了成本、体积和辐射源停机时间(扫描较慢)。虽然缓解策略可以包括HC-PCF绝对旋转的工厂对准，但在没有这样的附加部件的情况下，无法在预期寿命期间确保偏振性能。

图10是HC-PCF源布置的示意图，所述HC-PCF源布置包括用于将输入偏振与HC-PCF的优选轴线(例如，慢轴线或快轴线)对准的附加部件，使得可以评估经光谱滤波的宽带辐射输出的PER和偏振轴。已经参考图9描述的部件将不再描述。可变式半波片MHWP被设置在光纤HC之前。设置滤波器FL和偏振仪PLM以测量作为输入偏振取向的函数的输出辐射ORD的PER(即，由分束器BS分离的主输出束或监测分支的一部分的PER)。可变式半波片MHWP可以用于旋转线性偏振的泵浦辐射PRD的轴，以获得轴旋转的输入辐射IRD，同时监测输出辐射的PER，直到PER被最大化。

本发明人还观察到，PER会在(取自一个拉伸过程的)光纤与光纤之间或在光纤生产批次之间较大程度地变化：已测量到PER范围在5dB-20dB之间。这种相对较大的PER范围需要在HC-PCF下游的动态(即，取决于光纤的)偏振管理，这增加了产品的复杂性和成本。

提出了提供一种基于HC-PCF的辐射源，所述基于HC-PCF的辐射源被配置为使用圆偏振或椭圆偏振的输入辐射或泵浦辐射，经由MI过程(例如，使用包括MI气体或气体混合物(诸如，一种或多种惰性气体/第18族气体)的工作介质)产生宽带辐射。

图11是根据实施例的第一源布置的示意图。该布置将图10的可变式半波片替换为第一偏振元件或(例如，固定式)四分之一波片QWP，所述四分之一波片QWP对线性偏振的泵浦辐射PRD施加圆偏振，以获得圆偏振的输入辐射IRD。在该示例中，由于四分之一波片QWP是固定式的，所以输出端处的监测分支都不包括偏振仪。在其他实施例中，四分之一波片QWP可以是可变式的并且包括监测分支。

使用固定式的四分之一波片QWP的优点在于，在通过QWP之后的输入辐射IRD的偏振取向是已知的，因此四分之一波片QWP相对于线性偏振的输入辐射IRD的工厂对准是简单直接的。这意味着不需要产品内偏振仪和可变阶段，从而简化了布置。此外，由于每个新的HC-PCF在其输入处看到圆偏振，因此确保了再现性。

利用本文公开的概念可以改进的另一方面是输出PSD。直观上，似乎输出PSD可以通过简单地缩放泵浦能量和/或重复率而被增加。这在一定程度上是正确的；然而，在实践中，这种方法有局限性。在低重复率下(例如，达到1MHz-2.5MHz)，PSD基本上与重复率成线性比例。然而，当以较高的脉冲能量驱动中空芯部光纤时，PSD表现出滚降。此外，随着重复率增加到高于阈值比率(例如，2.5MHz)，则滚降能量会转移成较低的能量。该效应可能是由脉冲间效应引起的，所述脉冲间效应有效地设置了最大可实现的PSD的上限。这些脉冲间效应可能是由于输入辐射对工作气体混合物的不希望的电离引起的(当驱动实体芯部PCF时，在损坏实体芯部之前，可以达到高得多的脉冲能量)。

然而，当使用圆偏振或椭圆偏振的输入辐射驱动光谱增宽时，工作气体混合物的非线性折射率比线性偏振的输入辐射小1.5倍。此外，使用圆偏振或椭圆偏振的输入辐射减少了工作气体混合物的电离。因此，需要多50％的泵浦能量来实现相同的光学非线性，这导致了输出PSD的有益缩放。由此，虽然圆偏振的输入辐射产生的光谱显示出与线性偏振的辐射类似的滚降表现，但与线性偏振的情况相比，滚降在更高的泵浦能量下发生。这被图示在曲线图13中，曲线图13描绘了线性偏振的辐射LP和圆偏振的辐射CP的积分功率IP(或PSD)相对于脉冲能量PE的曲线图。发明人已经通过实验证明，如果以高50％的能量水平泵送圆偏振的泵浦辐射，则PSD可以增加1.5倍。这在曲线图13中通过从线性偏振的输入辐射到圆偏振的输入辐射时的PE1的增加(以及相应的积分功率IP1的增加)来描绘。

应该理解的是，非线性折射率(以及因此PSD)的(在滚降之前的)这种线性缩放在光谱特性(例如，光谱形状)没有显著变化的情况下出现是MI产生的特征。在使用拉曼产生时的增加输入能量和/或重复率将导致光谱形状的变化，这是不期望的。

在本发明的另一实施例中，可以针对输入辐射IRD限定经限定的椭圆偏振状态(而不是基本上圆形的偏振状态)，以(至少部分地)预补偿光纤双折射，从而实现更好的线性输出偏振保真度。

图12图示了获得这种椭圆偏振状态的实施例。该布置除了固定式或可变式四分之一波片QWP(第一偏振元件)之外，还包括第二偏振元件或可变式(例如，机动式)半波片HWP。该布置还包括具有偏振仪PLM的监测分支以监测输出PER。该实施例提高了不同光纤的输出偏振的PER再现性。在一实施例中，半波片HWP和(可选地，在可变式的情况下)四分之一波片相对于输入辐射的偏振取向的取向被调整为使得HC-PCF的输出主要被线性偏振(例如，最大化的PER和/或小于1％的圆偏振度)。这可以通过在合适的范围(例如45度)上扫描半波片HWP和四分之一波片中的每个以获得2D图来执行，从所述2D图可以确定最大化的PER。

在上述的公开中，任何椭圆偏振状态都可以描述圆偏振度(DOCP)的量值大于10％、量值大于20％、量值大于30％、量值大于40％、量值大于50％、量值大于60％、量值大于70％、量值大于80％、或量值大于90％的输入辐射的偏振状态。

DOCP表示束中的圆偏振的辐射的分数或百分比。例如，DOCP为零对应于可以是线性辐射和非偏振辐射的组合的状态，但是(泵浦激光器)输入辐射将具有高(线性)偏振度，因此实际上在本申请中，DOCP将表示线性偏振辐射。圆偏振状态可以描述DCOP的量值基本上为100％(例如，大于99％或大于99.9％)的输入辐射的偏振状态。DCOP可以描述从-100％(或-1)至100％(或1)的标度，其中，-100％DCOP描述纯左旋圆偏振辐射，100％DCOP描述纯右旋圆偏振辐射，以及-100％DCOP与100％DCOP之间的值可以描述椭圆偏振度。

椭圆偏振度也可以根据椭圆的纵横比描述。例如，圆偏振辐射可以具有为1的纵横比，椭圆偏振的输入辐射可以具有由小于20:1、小于10:1、小于8:1、小于6:1、小于4:1或小于2:1的纵横比描述的椭圆率。

在另一实施例中，代替通过使用一个或多个偏振元件对线性偏振的泵浦辐射施加椭圆偏振或圆偏振来产生椭圆偏振或圆偏振的辐射，泵浦辐射源可以被配置为直接产生椭圆偏振或圆偏振的辐射，例如由于泵浦辐射源的腔体的特性而直接产生椭圆偏振或圆偏振的辐射。

本发明的其他实施例被公开在以下编号的条项列表中：

1.一种宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置被配置为在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带辐射源装置包括：中空芯部光子晶体光纤；和至少第一偏振元件，所述第一偏振元件能够操作为在所述输入辐射被所述中空芯部光子晶体光纤接收之前，对所述输入辐射施加实质上圆偏振或椭圆偏振。

2.根据条项1所述的宽带辐射源装置，其中所述至少第一偏振元件能够操作为以大于10％的量值增加所述输入辐射的圆偏振度。

3.根据条项1或2所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括四分之一波片，所述四分之一波片能够操作为对所述输入辐射施加实质上圆偏振。

4.根据条项1、2或3所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括相对于所述输入辐射的线性偏振状态的固定取向。

5.根据条项1、2或3所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括可变式第一偏振元件，所述可变式第一偏振元件具有相对于所述输入辐射的线性偏振状态的可变取向。

6.根据前述条项中任一项所述的宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置包括第二偏振元件，所述第二偏振元件能够与所述第一偏振元件组合操作，以对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振。

7.根据条项6所述的宽带辐射源装置，其中所述第二偏振元件包括半波片。

8.根据条项6或7所述的宽带辐射源装置，其中所述第二偏振元件和所述第一偏振元件被取向为使得所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的光纤双折射。

9.根据条项6、7或8所述的宽带辐射源装置，其中所述宽带辐射源装置包括偏振仪，所述偏振仪能够操作为监测所述宽带输出辐射的偏振度量。

10.根据前述条项中任一项所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括能够操作为经由调制不稳定性机制产生所述宽带输出辐射的工作混合物。

11.根据条项10所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括作为工作混合物的一种或多种惰性气体。

12.根据前述条项中任一项所述的宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置包括用于产生所述输入辐射的泵浦辐射源。

13.一种产生宽带输出辐射的方法，所述方法包括：

用输入辐射激发包括在中空芯部光子晶体光纤内的工作介质，以产生所述宽带输出辐射；

其中，所述输入辐射包括实质上圆偏振或椭圆偏振。

14.根据条项13所述的方法，其中所述输入辐射的圆偏振度大于10％。

15.根据条项13或14所述的方法，所述方法包括使用四分之一波片对所述输入辐射施加实质上圆偏振。

16.根据条项13或14所述的方法，所述方法包括使用四分之一波片与半波片的组合对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振。

17.根据条项16所述的方法，其中所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的光纤双折射。

18.根据条项16或17所述的方法，所述方法包括改变至少半波片相对于所述输入辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

19.根据条项16或17所述的方法，所述方法包括改变半波片和四分之一波片的每个相对于所述输入辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

20.根据条项13至19中任一项所述的方法，其中所述工作混合物包括一种或多种惰性气体。

21.一种量测装置，所述量测装置包括根据条项1至11中任一项所述的宽带辐射源装置。

22.根据条项21所述的量测装置，所述量测装置包括散射测量量测装置、水平传感器或对准传感器。

23.一种宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置被配置为在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带辐射源装置包括：泵浦辐射源，所述泵浦辐射源用于产生具有实质上圆偏振或椭圆偏振的所述输入辐射；和中空芯部光子晶体光纤，所述中空芯部光子晶体光纤被配置为接收所述输入辐射。

24.根据条项23所述的宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置包括偏振仪，所述偏振仪能够操作为监测所述宽带输出辐射的偏振度量。

25.根据条项23或24所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括能够操作为经由调制不稳定性机制产生所述宽带输出辐射的工作混合物。

26.根据条项25所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括作为工作混合物的一种或多种惰性气体。

27.一种宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置被配置为在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带辐射源装置包括：中空芯部光子晶体光纤；至少第一偏振元件，所述第一偏振元件能够操作为在所述输入辐射被所述中空芯部光子晶体光纤接收之前，对所述输入辐射施加实质上圆偏振，其特征在于，所述宽带辐射源装置还包括第二偏振元件，所述第二偏振元件能够与所述第一偏振元件组合操作，以对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振，其中所述第二偏振元件和所述第一偏振元件被取向为使得所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

28.根据条项27所述的宽带辐射源装置，其中所述至少第一偏振元件能够操作为以大于10％的量值增加所述输入辐射的圆偏振度。

29.根据条项27所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括四分之一波片，所述四分之一波片能够操作为对所述输入辐射施加实质上圆偏振。

30.根据条项27所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括可变式第一偏振元件，所述可变式第一偏振元件具有相对于所述输入辐射的线性偏振状态的可变取向。

31.根据条项27所述的宽带辐射源装置，其中所述第二偏振元件包括半波片.

32.根据条项27所述的宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置还包括偏振仪，所述偏振仪能够操作为监测所述宽带输出辐射的偏振度量。

33.根据条项27所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括能够操作为经由调制不稳定性机制产生所述宽带输出辐射的工作混合物。

34.根据条项33所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括作为工作混合物的一种或多种惰性气体。

35.一种产生宽带输出辐射的方法，所述方法包括：用输入辐射激发包括在中空芯部光子晶体光纤内的工作介质以产生所述宽带输出辐射，其特征在于，所述输入辐射是椭圆偏振，以便至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

36.根据条项35所述的方法，其中所述输入辐射的圆偏振度大于10％。

37.根据条项35所述的方法，所述方法还包括通过使用四分之一波片对实质上线性偏振辐射施加实质上圆偏振以获得所述输入辐射。

38.根据条项35所述的方法，所述方法还包括通过使用四分之一波片与半波片的组合对实质上线性偏振辐射施加椭圆偏振以获得所述椭圆偏振的输入辐射。

39.根据条项38所述的方法，所述方法还包括改变至少半波片相对于所述实质上线性偏振辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

40.根据条项38所述的方法，所述方法还包括改变半波片和四分之一波片的每个相对于所述实质上线性偏振辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

41.一种量测装置，所述量测装置包括根据条项27所述的宽带辐射源装置。

尽管在本文中可以具体地参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。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。

尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。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。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上面可能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的其他应用中使用。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上面的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将很清楚的是，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)

1.一种宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置被配置为在接收到实质上线性偏振的输入辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带辐射源装置包括：

中空芯部光子晶体光纤；

至少第一偏振元件，所述第一偏振元件能够操作为在所述输入辐射被所述中空芯部光子晶体光纤接收之前，对所述输入辐射施加实质上圆偏振，

其特征在于，

所述宽带辐射源装置还包括第二偏振元件，所述第二偏振元件能够与所述第一偏振元件组合操作，以对所述输入辐射施加实质上椭圆偏振，其中所述第二偏振元件和所述第一偏振元件被取向为使得所述椭圆偏振至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

2.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，其中所述至少第一偏振元件能够操作为以大于10％的量值增加所述输入辐射的圆偏振度。

3.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括四分之一波片，所述四分之一波片能够操作为对所述输入辐射施加实质上圆偏振。

4.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，其中所述第一偏振元件包括可变式第一偏振元件，所述可变式第一偏振元件具有相对于所述输入辐射的线性偏振状态的可变取向。

5.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，其中所述第二偏振元件包括半波片。

6.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，所述宽带辐射源装置还包括偏振仪，所述偏振仪能够操作为监测所述宽带输出辐射的偏振度量。

7.根据权利要求1所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括能够操作为经由调制不稳定性机制产生所述宽带输出辐射的工作混合物。

8.根据权利要求7所述的宽带辐射源装置，其中所述中空芯部光子晶体光纤包括作为工作混合物的一种或多种惰性气体。

9.一种产生宽带输出辐射的方法，所述方法包括：

用输入辐射激发包括在中空芯部光子晶体光纤内的工作介质以产生所述宽带输出辐射，

其特征在于，

所述输入辐射是椭圆偏振的，以便至少部分地补偿所述中空芯部光子晶体光纤的双折射。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述输入辐射的圆偏振度大于10％。

11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括通过使用四分之一波片对实质上线性偏振辐射施加实质上圆偏振以获得所述输入辐射。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括通过使用四分之一波片与半波片的组合对实质上线性偏振辐射施加椭圆偏振以获得椭圆偏振的所述输入辐射。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括改变至少半波片相对于所述实质上线性偏振辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

14.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括改变半波片和四分之一波片的每个相对于所述实质上线性偏振辐射的偏振取向的取向，使得所述宽带输出辐射主要是线性偏振。

15.一种量测装置，所述量测装置包括根据权利要求1所述的宽带辐射源装置。