JP2019525249A5

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Publication number: JP2019525249A5
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Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2019-12-05
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Description

二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、本発明の目的を示す。二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ターゲット構造の部分領域の段階的な生成を示す。二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ビーム断面の調整による本発明の解決策の例示的な一実施形態を示す。非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、本発明の目的を示す。非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、重合に使用する光学スペクトルの調整による、本発明の解決策の例示的な一実施形態を示す。非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ビームプロファイルの調整による本発明の解決策のさらなる実施形態を示す。非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成するための本発明に係る装置（リソグラフィシステム）の例示的な一実施形態の模式図である。集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、生成方法の第１構成の模式図を示す。集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、本発明により生成された構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の記録を示す。集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、生成方法のさらなる構成の模式図を示す。リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、モデルシステムの模式図を示す。リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、焦点におけるリソグラフィビームの強度プロファイルを示す。リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、リソグラフィビームがエッジに近づくときの、焦点近傍におけるそれぞれの強度分布を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバ平坦面からの距離の関数としてのリソグラフィビームの強度のプロファイルを示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、基準焦点とファイバ平坦面との間の距離の関数としての最大強度点の変位プロファイルを示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、焦点におけるリソグラフィビームの強度のプロファイルを示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、単一モードファイバの平坦面上の導波路テーパの電子顕微鏡の記録を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバ平坦面の近傍におけるターゲット構造を生成するための方法の模式図を示す。導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバの模式図を示す。たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、マイクロ光学レンズ素子を生成する方法の模式図を示す。たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、本発明により生成されたマイクロ光学レンズ素子の電子顕微鏡の記録を示す。たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、本発明により生成されたマイクロ光学レンズ素子の電子顕微鏡の記録を示す。マイクロ流体の非平面初期構造上にマイクロ構造を生成するためのさらなる例示的な実施形態を示す。既に生成されたターゲット構造が、その後のターゲット構造の露光中にリソグラフィビームの領域と相互作用する比較例であり、ターゲット構造を生成するための方法の模式図を示す。既に生成されたターゲット構造が、その後のターゲット構造の露光中にリソグラフィビームの領域と相互作用する比較例であり、本発明により生成されなかったターゲット構造の電子顕微鏡の記録であり、既に生成されたターゲット構造が、所望のターゲット構造が得られないようにリソグラフィビームに影響を与えていることを示す。ターゲット構造を非平面初期構造上にリソグラフィ生成するための本発明に係る装置（リソグラフィシステム）の例示的な一実施形態の模式図を示し、テストビームの焦点付近からのルミネセンス放射を検出するように構成されたルミネセンス検出ユニットを含んでいる。例示的な比較例を示し、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射を検出することにより検出することができ：ａ）は、励起テストビームのパワーの補正なしに、ファイバ平坦面の近傍において検出されたルミネセンスパワー、ｂ）は、リソグラフィビームのパワーを補正することなくテスト構造をリソグラフィ生成した結果である。例示的な実施形態を示し、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射を検出することにより検出することができ：ｃ）は、励起テストビームのパワーの補正を用いてファイバ平坦面の近傍において検出されたルミネセンスパワー、ｄ）は、リソグラフィビームのパワーを補正してテスト構造をリソグラフィ加工した結果である。

図４ｃ）は、リソグラフィビーム０６０の領域０７０、０７１、０８０を変更し得る付加的なビーム成形ユニット１１０で追加されたリソグラフィシステム０９０によって、リソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用がどのように付加的に減少させられ得るかを、模式的に示す。好ましい例示的な一実施形態では、初期構造０１０の非透明部分領域０１１と相互作用するリソグラフィビームの領域０７０が、好ましくはゼロ伝達に切り替えられるビーム成形ユニット１１０の関連する部分１１３によって、このように完全に遮られ得る。したがって、図４ｂ）に示される影響が完全に回避される。初期構造０１０の透明部分領域０１２と相互作用するリソグラフィビーム０６０の領域０７１に同様の手順が採用され得る。様々な実施形態がこの目的に適している。

リソグラフィビーム０６０の焦点０６５の近傍において発生する最大強度の変化に加えて、非平面初期構造０１０との相互作用は、最大強度のポイントの空間的シフトを引き起こし得る。これに関して、例示により、高開口数を有するリソグラフィビーム０６０の焦点０６５の、フォトレジスト１００（ｎ＝１．５２）に埋設されたグラスファイバの端面への接近は（ガラスファイバのクラッディング：ｎ１＝１．４５３７、および、ガラスファイバのコアｎ₀≒１．４５８９）、最大強度のポイントがリソグラフィレンズに向かってわずかに移動するという影響を有する。これは、図６ｃ）から明らかである。ｄ＝０．５の距離に関して、リソグラフィレンズの方向への移動に対応する、ｚ＝０からｚの負の値へ最大強度のポイントがシフトする。この場合、浸液として機能するフォトレジスト１００において乱れることなくリソグラフィビーム０６０が伝搬し得る場合に、ｚ＝０が焦点０６５の基準位置に対応するように座標系が選択される。

図１０は、非平面初期構造０１０上にターゲット構造０３０をリソグラフィ生成するための本発明による装置０９０の例示的な実施形態の模式図を示し、装置は、図３に関連して説明した構成要素に加えて、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射９４０を検出するように構成され、データ処理ユニット７００によって制御されるルミネセンス検出ユニット９６０を含む。単純な実施形態では、テストビームは、同時に液浸媒体として機能するフォトレジスト１００におけるターゲット構造０３０のリソグラフィパターニングのためにも使用される同じ光源およびビーム成形ユニットによって生成され得る。この目的のために、図１０において部分的に透過するミラーとして模式的に示されたビームスプリッタ９５０は、リソグラフィシステムのビーム経路に導入することができ、ビームスプリッタは、テストビームの焦点の近傍において生成されるルミネセンス放射９４０を少なくとも部分的に検出し、それをルミネセンス検出ユニット９６０に送ることができる。ビームスプリッタ９５０は、ビーム経路における任意の位置に配置されてもよく、図１０に模式的に示されるように、必ずしもビーム成形ユニット１１０の上流に設置されなくてもよい。さらに、ビームスプリッタは、必ずしも部分的に透過するミラーとして設計される必要はない。代替的な実施形態では、光学的に広帯域であるか、またはダイクロイック特性、光サーキュレータまたは回折格子を有し得る、ファイバベースまたは一体化された光パワーディバイダーを備えることができる。さらに、ルミネセンス検出ユニット９６０は、ルミネセンス放射９４０を検出するためのビーム経路が空間的に完全にテストビームおよび／またはリソグラフィビームの経路から分離され得るように、およびパワーディバイダーがそのために必要ないように設計されてもよい。ルミネセンス検出ユニット９６０は、この例示的な実施形態のように、光検出器９８０と、さらには付加的な光学フィルタ９７０とを備えることができる。付加的な光学フィルタ９７０は、テストビーム自体の後方散乱光を抑制しつつ、好ましくは、テストビームの焦点の近傍に由来するルミネセンス放射９４０を通過させることができるカラーフィルタとして設計され得る。低ルミネセンスパワーでも信頼性の高い結果を可能にするために、光検出器９８０は、光電子増倍器（ＰＭ）として設計され得る。上記の構成要素に加えて、ルミネセンス検出ユニット９６０は、たとえば、光ファイバ、ダイヤフラム、レンズ要素、または他の光学、光電子または光機械部品、回折格子、分光計モジュールやカメラなどのさらなる構成要素を備えることができる。特定の実施形態では、これらの構成要素は、特に共焦点顕微鏡の原理で、ルミネセンスパワーの空間的で選択的な検出を達成することを可能にし得る。代替手段として、またはこれに加えて、回折格子またはスペクトロメータモジュールの使用は、ルミネセンス放射９４０のスペクトル分析を可能にする。カメラは、ルミネセンスパワーの空間分布が検出されることを可能にする。これらの構成要素は、ルミネセンス放射を検出するために排他的に使用される必要はないが、リソグラフィシステム内のさらなる機能を同時に実行され得る。特定の実施形態では、ルミネセンス放射９４０は、好ましくは、リソグラフィシステム内にいずれにせよ存在し、リソグラフィシステムの座標系における非平面初期構造０１０の位置を検出するように機能するカメラにより検出され得る。したがって、ルミネセンス検出ユニット９６０は、必ずしも物理的に限定されたアセンブリとして存在している必要はないが、リソグラフィシステムにおいて、むしろ付加的に、またはいずれにせよ設置され、フォトレジスト１００またはテスト媒体とのテストビームの相互作用に起因するルミネセンス放射９４０を検出することができるようにその全体が構成されている、構成要素を少なくとも部分的に備えていてもよい。代替的にまたは付加的に、ルミネセンス検出ユニット９６０は、フォトレジスト１００またはテスト媒体においてルミネセンス放射９４０を励起するために使用され得るテストビーム９４５を生成するために機能することもできる。ここでまた、ルミネセンス検出ユニット９６０は、必ずしも物理的に限定されたアセンブリとして存在している必要はないが、むしろ付加的に、またはいずれにせよ、リソグラフィシステムにおいて設置される構成要素を備えていてもよい。

本発明によれば、これらの影響は、ルミネセンス検出の方法により度量衡学的に直接検出され得る。この目的のために、まず、ファイバ平坦面０２１の上流に位置する空間的領域が、テストビームを用いて走査され得て、テストビーム９４５の焦点の近傍で発生したルミネセンス放射が度量衡学的に検出され得る。この目的のために、リソグラフィシステムは、好ましくは、ルミネセンス検出ユニット９６０によって補完される。特定の一実施形態では、当該ルミネセンス検出ユニットは、共焦点顕微鏡の原理に基づく構成を備えることができ、その構成によって、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射９４０が空間的に選択的に検出され得る。加えて、光ショートパスフィルタ９７０が使用され得て、これによりテストビームおよびルミネセンス放射９４０の励起放射が、互いにスペクトル分離さえ得る。リソグラフィビーム０６０自体はテストビームとして使用され得て、ルミネセンス放射９４０は見えるが、依然として架橋反応がフォトレジスト１００において生じないようにパワーが選択され得る。例示的な本実施形態では、フォトレジスト１００に対して多光子リソグラフィで使用するのに適した商業的に使用可能なアクリレートが使用され、ＵＶ励起下で強い蛍光性を有するフルオレン基を含む光開始剤がアクリレートと混合された。テストビームは、好ましくは、５０〜２５０フェムト秒、好ましくは約１００フェムト秒のパルス持続時間、５０〜２５０ＭＨｚ、好ましくは約１００ＭＨｚの繰り返し周波数、および７５０〜８００ｎｍ、好ましくは約７８０ｎｍの中心波長を有する一連のショートレーザパルスを含み得る。しかしながら、他の種類のテストビームが可能である。フォトレジストにおける架橋反応の開始のように、光開始剤のフルオレン基によるルミネセンス放射の放出の励起は、多光子プロセスのみによって可能であってもよく、これは、テスト露光中に得られた蛍光信号とリソグラフィプロセスにおいて予想されたフォトレジスト１００の架橋の程度との間の強い相関の予想を可能にする。テストビームの焦点の近傍に放出されたルミネセンス放射は、約４６０から５４０ｎｍに延在し、ひいては少なくとも１つの光学ショートパスフィルタ９７０によってテストビームの後方散乱光パワーから容易に分離さえ得る広範な光学スペクトルを有していた。

図１１ａ）では、ファイバ平坦面０２１の近傍でのテストビームのパワーの補正は行われなかった。予想されるように、この場合、図６ａ）に係るシミュレーションによって予測されるように、ファイバ平坦面０２１に非常に近くでの増加を除いて、テストビームがファイバ平坦面０２１および部品キャリア０１５の表面にますます近づくにつれて、蛍光パワーが、テストビームの非平面初期構造０１０との相互作用により低下する。したがって、さらなる補正措置なしに行われるターゲット構造０３０のリソグラフィパターニングもまた、たとえば図１１ｂ）から明らかなように、特にターゲット構造０３０の下部においてフォトレジスト１００の架橋が達成されないという、不十分な結果をもたらす。

測定された蛍光パワーの空間分布に基づいて、パターニングに必要な光パワーの補正がさらなるステップにおいて達成され得る。この目的のために、テストビームのパワーに対する補正係数により空間的に一定の蛍光パワーをまず達成する手順に従うことが可能であり、補正係数は焦点の位置に依存する。フォトレジスト１００における架橋反応速度および放射される蛍光パワーが、同一の非線形関係によってリソグラフィビーム０６０のパワーまたはテストビームに依存するとすれば、フォトレジスト１００の空間的に均一な架橋もまた、リソグラフィパワーの同じ空間補正の仕様を使用して達成され得る。例示的な本実施形態では、以下の補正係数による単純な乗算でパワーの位置依存補正を達成することが可能である。

Claims

少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）を用いてフォトレジスト（１００）を露光することにより、非平面初期構造（０１０）上にターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成する方法であって、
ａ）非平面初期構造（０１０）の表面のトポグラフィ（０２０）を検出するステップ、
ｂ）前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つのテストパラメータを使用し、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用と、結果として生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の変化のうちの少なくとも１つを決定するステップ、
ｃ）前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用によって生じる、前記リソグラフィビーム（０６０）または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の変化のうちの少なくとも１つが減少するように、前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの補正パラメータを決定するステップ、および
ｄ）前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータを使用して、前記少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）によって前記フォトレジスト（１００）を露光することにより、前記所望のターゲット構造（０３０）を前記非平面初期構造（０１０）上に生成するステップ、を含む方法。
方法のステップｂ）およびｃ）は、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との前記相互作用により生成される前記ターゲット構造（０３０）の前記変化が結果として次第に低減されるように反復的に実行される、請求項１記載の方法。
前記非平面初期構造（０１０）の前記表面の前記トポグラフィ（０２０）を検出することが、前記非平面初期構造（０１０）のモデルに既知のデータを用いて、または前記表面の前記トポグラフィ（０２０）を決定するように構成された測定方法またはカメラを用いて実行される、請求項１または２記載の方法。
前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用と、ステップｂ）中に、結果として生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化および／または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）とを決定することが、ルミネセンス放射（９４０）を検出することによって実行され、前記ルミネセンス放射（９４０）は、前記テストパラメータで設定された前記リソグラフィビーム（０６０）により生成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記ルミネセンス放射（９４０）のパワーが、前記フォトレジスト（１００）における前記リソグラフィビーム（０６０）の焦点（０６５）での強度に非直線的に依存する、請求項４記載の方法。
前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの前記補正パラメータが、前記リソグラフィビーム（０６０）のうちの少なくとも１つの領域（０７０、０７１）の
− 光パワー
− 少なくとも１つの波長
− 描画速度
− 断面
− 振幅プロファイル
− 位相プロファイル、または
− 位置
のうちの少なくとも１つの調整を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータは、前記リソグラフィビーム（０６０）に通過される、ビーム成形ユニット（１１０）の調整を含み、それにより前記リソグラフィビーム（０６０）の振幅または位相分布のうちの少なくとも１つの調整が実行される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
露光されるべき各体積要素（０４０）への個々の調整が少なくとも１つの第１補正パラメータに対して行われ、第２補正パラメータに対しては、選択されたグループ内の複数の堆積要素（０４０）に対して同じ値が維持されるように少なくとも２つの補正パラメータが変更される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記非平面初期構造（０１０）が、前記リソグラフィビーム（０６０）と相互作用するエッジ（０５２）を有し、前記リソグラフィビーム（０６０）が前記エッジ（０５２）に接近するにつれて、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記光パワーを増加させることによって、前記エッジ（０５２）の影響が少なくとも部分的に補償される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
前記フォトレジスト（１００）が、リソグラフィレンズに対する液浸媒体として同時に機能する液体から選択される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
前記少なくとも１つの補正パラメータは、以下のサブステップ、
ｉ）前記リソグラフィビーム（０６０）が、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用なしに体積要素（０４０）の中心点（０４１）に到達する、前記リソグラフィビーム（０６０）の第１領域（０８０）を決定するステップ、
ii）前記リソグラフィビーム（０６０）が、前記体積要素（０４０）の前記中心点（０４１）への経路で前記非平面初期構造（０１０）と相互作用する、前記リソグラフィビーム（０６０）の第２領域（０７１）を決定するステップ、および
iii）前記ビーム成形ユニット（１１０）の少なくとも１つの部分領域（１１１、１１２）の設定によって前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第１領域（０７０）または前記第２領域（０７１）を修正するステップ
により決定される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
サブステップiii）が、前記ビーム成形ユニット（１１０）の第２部分領域（１１２）の設定により、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第２領域（０７１）を遮るステップと、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第１領域（０７０）の所望の強度分布が、前記体積要素（０４０）の前記中心点（０４１）の近傍において発生するように、前記ビーム成形ユニット（１１０）の第１部分領域（１１１）の設定を決定するステップと、を含む、請求項１１記載の方法。
前記ターゲット構造（０３０）が、内側部分領域（０３７）および近表面部分領域（０３８）に分解され、前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータを決定することが、前記近表面部分領域および前記内側部分領域（０３７）に対して相互に異なる補正パラメータが決定されるように実行される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
生成される前記ターゲット構造（０３０）が、その屈折光学素子、回折光学素子、光導波路またはこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの光学素子を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
前記非平面初期構造（０１０）が、少なくとも１つの導光性コアを有する光ファイバ、端面放射型集積光チップ、半導体レーザーまたはこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの光学素子を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法により、少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）を用いてフォトレジスト（１００）を露光させることによって非平面初期構造（０１０）上にターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成するための装置であって、
− フォトレジスト（１００）内で、前記リソグラフィビーム（０６０）を発生させ、前記リソグラフィビーム（０６０）を位置決めするためのリソグラフィユニット（６００）、
− 前記リソグラフィビーム（０６０）の振幅または位相分布のうちの少なくとも１つに影響を与えるように構成されたビーム成形ユニット（１１０）、および
− 前記リソグラフィユニット（６００）と前記ビーム成形ユニット（１１０）を駆動するように構成されたデータ処理ユニット（６１０）であって、生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の構造データと、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用によって生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化を補正するためのデータとを保存するようにさらに構成されたデータ処理ユニット（６１０）
を少なくとも備える、装置。
− 前記非平面初期構造（０１０）の前記トポグラフィ（０２０）を検出するように構成された光学測定ユニット（９００）、または
− 前記フォトレジスト（１００）からのルミネセンス放射（９４０）を検出するように構成されたルミネセンス検出ユニット（９６０）
のうちの少なくとも１つをさらに備える請求項１６記載の装置。
前記ビーム成形ユニット（１１０）は、次のユニット：
− 空間光変調器（ＳＬＭ）
− 液晶ベースの変調器
− 音響−光学変調器（ＡＯＭ）
− 電気光学変調器（ＥＯＭ）
− 駆動可能なダイヤフラム、または
− マイクロミラーアレイ
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６または１７記載の装置。