KR102598600B1 - 광섬유 및 그 생산 방법 - Google Patents

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Abstract

광섬유, 광섬유를 형성하기 위한 제조 중간체 및 광섬유를 형성하는 방법이 개시된다. 본 방법은 세장형 몸체를 가지며 외부 튜브(308)와 복수의 내부 튜브(308)를 포함하는 제조 중간체(300)를 제공하는 것을 포함하며, 복수의 내부 튜브는 외부 튜브 내에 배열되고, 복수의 내부 튜브는 세장형 몸체의 축 방향 치수를 따라 세장형 몸체를 통하여 연장되는 구멍 주위에 하나 이상의 링 구조체로 배열되고 구멍을 적어도 부분적으로 규정하며, 구멍의 경계는 제조 중간체의 내부 표면을 규정한다. 본 방법은 에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것 및 광섬유를 형성하기 위하여 제조 중간체를 축 방향 치수를 따라 인발하는 것을 더 포함한다.

Description

광섬유 및 그 생산 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 10월 24일에 출원된 EP 출원 18202368.9 및 2018년 11월 5일에 출원된 EP 출원 18204375.2의 우선권을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조된다.
본 발명은 광섬유, 광섬유를 형성하기 위한 제조 중간체 및 광섬유를 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 적어도 하나의 구멍을 갖는 광섬유에 관한 것일 수 있다 (적어도 하나의 구멍은 광섬유를 통하여 연장되며, 중공 코어 또는 광섬유의 클래딩(cladding)의 일부를 형성할 수 있다) 특히, 본 발명은 하나 이상의 반공진 요소의 링을 갖는 중공 코어 광결정 광섬유 (중공 코어 반공진 반사 섬유로도 지칭됨) 및 그 생산 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 형성된 광섬유는 계측 장치에서, 예를 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상으로 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)의 패턴 (또한, 흔히 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로 지칭됨)을 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 물질(레지스트)의 층 상으로 투영할 수 있다.
패턴을 기판 상에 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되고 있는 전형적인 파장은 365㎚ (i-line), 248㎚, 193㎚ 및 13.5㎚이다. 4 내지 20㎚ 범위 내의, 예를 들어 6.7㎚ 또는 13.5㎚의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193㎚의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
저(low)-k1 리소그래피는 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은 로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학계의 개구수, CD는 "임계 치수" (일반적으로, 프린트되는 가장 작은 피처 크기이나, 이 경우에서는 반분-피치), 그리고 k1은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 회로 설계자에 의하여 계획된 형상 및 치수와 유사한 패턴을 기판 상에 재현하는 것이 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위하여 정교한 미세 조정(fine-tuning) 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 이는, 예를 들어 NA의 최적화, 맞춤 조명 스킴(customized illumination schemes), 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 때로는 "광학 및 공정 보정"으로도 지칭됨)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술"(RET)로서 규정된 다른 방법을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프는 저 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 분야에서, 리소그래피 장치 내부 및 리소그래피 장치 외부 모두에서 많은 측정 시스템이 사용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 측정 시스템은 방사선으로 타겟을 조사하기 위해 방사선 소스를 사용할 수 있으며 타겟으로부터 산란되는 입사 방사선의 일부분의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 작동 가능한 검출 시스템을 사용할 수 있다. 리소그래피 장치 외부에 있는 측정 시스템의 예는 검사 장치 (계측 장치로도 지칭됨)이며, 이 검사 장치는 리소그래피 장치에 의해 이전에 기판 상으로 투영된 패턴의 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 외부 검사 장치는, 예를 들어 스캐터로미터를 포함할 수 있다. 리소그래피 장치 내에 제공될 수 있는 측정 시스템의 예는 토포그래피 측정 시스템 (또한 레벨 센서로 알려짐); 레티클 또는 웨이퍼 스테이지의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템 (예를 들어 간섭계 디바이스); 및 정렬 마크의 위치를 결정하기 위한 정렬 센서를 포함한다. 이 측정 디바이스는 전자기 방사선을 사용하여 측정을 수행할 수 있다. 이러한 측정 시스템은 또한, 예를 들어 전자기 방사선의 전달 또는 전자기 방사선의 생성을 위해 광섬유를 사용할 수 있다. 광섬유를 생산하기 위한 대안적인 방법 (및 이러한 방법에 의해 생산된 광섬유)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 대안적인 방법 및 광섬유는, 본 명세서에서 확인되는지 여부와 관계없이 종래 기술의 배열체와 연관된 하나 이상의 문제를 적어도 부분적으로 해결하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 광섬유를 형성하는 방법이 제공되며, 본 방법은 세장형 몸체를 가지며 외부 튜브와 복수의 내부 튜브를 포함하는 제조 중간체를 제공하는 것 -복수의 내부 튜브는 외부 튜브 내에 배열되며, 복수의 내부 튜브는 세장형 몸체의 축 방향 치수를 따라 세장형 몸체를 통하여 연장되는 구멍 주위에 하나 이상의 링 구조체로 배열되고 링 구조체는 구멍을 적어도 부분적으로 규정하며, 구멍의 경계는 제조 중간체의 내부 표면을 규정함-; 에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것; 및 내부 튜브로부터 형성된 복수의 반공진 요소를 포함하는 중공 코어 반공진 반사 섬유인 광섬유를 형성하기 위하여 제조 중간체를 축 방향 치수를 따라 인발하는 것을 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 방법은 몸체를 통해 연장되는 구멍을 갖는 몸체를 갖는 광섬유의 제조에 관한 것이다. 유리하게는, 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은 제조 중간체의 내부 표면으로부터 오염 물질을 제거하는 작용을 하여 내부 표면의 품질 및 평활도를 증가시킨다. 결과적으로, 이는 사용 중에 광섬유를 따라 전파되는 방사선의 흡수 및/또는 산란을 감소시킨다. 차례로, 이는 방사선의 흡수 및/또는 산란에 의해 야기될 수 있는 섬유 손상의 양을 감소시킨다. 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은, 표면의 이전 처리 (예를 들어, 제조 중간체의 제조 단계 동안)에 의하여 야기될 수 있는, 재료의 표면에 존재하는 응력을 감소시키는 작용을 추가로 한다. 응력의 영향을 받는 표면의 최상부 부분을 제거하는 것은 벌크 재료의 특성과 더 밀접하게 유사한 특성을 갖는 표면을 초래하여 결과적인 섬유의 손상 임계값을 더 증가시키며, 또한 예를 들어 미세 균열을 제거함으로써 더 우수한 기계적 성능을 초래할 수 있다.
세장형 몸체는 다른 2개의 치수보다 하나의 치수가 더 긴 몸체라는 것이 인식될 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 세장형 몸체에서 가장 긴 치수는 몸체의 축 방향 치수로 지칭될 수 있다는 것이 더 인식될 것이다. 유사하게, 축 방향 치수에 수직인 세장형 몸체의 치수는 반경 치수로 지칭될 수 있다.
제조 중간체의 구멍은 중공 코어로 지칭될 수 있으며, 제조 중간체가 인발되어 광섬유를 형성하면, 이는 섬유의 중공 코어를 제공할 것이다. 중공 코어를 둘러싸는 내부 튜브는 클래딩 부분을 제공하는 것으로 고려될 수 있다. 클래딩 부분은 다수의 내부 튜브를 포함하고 있으며, 제조 중간체가 인발되어 광섬유를 형성하면, 내부 튜브는 상기 광섬유의 중공 코어를 통해 방사선을 안내하기 위한 반공진 요소를 제공할 것이다. 외부 튜브는 클래딩 부분을 둘러싸고 지지하는 지지 부분으로 지칭될 수 있다.
에칭된 표면의 평활도는 에칭 깊이에 좌우된다 (결과적으로, 이는 에칭 물질의 유형 및 농도 그리고 에칭 공정의 지속 시간을 포함하는 에칭 방법에 좌우될 수 있다)는 점이 인식될 것이다. 제조 중간체에 에칭 단계를 수행하는 것의 이점은 제조 중간체의 반경 방향 치수가 섬유 자체의 반경 방향 치수보다 크다는 것이다. 따라서, 이러한 제조 중간체로부터 형성된 광섬유가 에칭될 수 있는 것보다 더 큰 깊이로 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것이 가능하여, 더 매끄러운 내부 표면을 야기하며 및/또는 화학적 오염 물질의 농도가 상대적으로 작은 깊이에 도달한다.
먼저 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하고 그후 이어서 제조 중간체를 인발하여 광섬유를 형성하는 것의 또 다른 장점은 내부 표면 상의 임의의 남아있는 오염 물질(화학적 및 물리적 모두)이 공정의 인발 단계 동안 확장된다는 것이며, 따라서 광섬유의 구멍의 표면의 품질을 더욱 향상시킨다.
제조 중간체에 에칭 단계를 수행하는 것의 또 다른 이점은 제조 중간체의 축 방향 치수가 광섬유의 축 방향 치수보다 작다는 것이다. 결과적으로, 에칭 물질은 섬유의 내부 표면보다 제조 중간체의 내부 표면과 더 용이하게 및/또는 더 균일하게 접촉될 수 있다. 이는 에칭 영역의 더 작은 규모(scale)로 인하여 공정에 대한 향상된 제어와 함께 보다 용이한 에칭 공정을 제공한다.
제조 중간체는 섬유를 생산하는 과정 중에 얻어진 중간 형태이다. 제조 중간체는 섬유의 프리폼으로부터 형성될 수 있으며, 섬유로 인발될 수 있다. 제조 중간체는 케인(cane)으로 지칭될 수 있다.
제조 중간체의 축 방향 치수를 따른 구멍은 광섬유의 중공 코어를 제공하는 것으로 간주될 수 있다 (그리고 예를 들어, 실질적으로 세장형 몸체의 중앙 부분에 위치될 수 있다). 대안적으로, 제조 중간체의 축 방향 치수를 따른 구멍은 세장형 몸체의 외부 부분에 위치될 수 있으며 광섬유의 클래딩 부분 내에 구조체를 제공하는 것으로 고려될 수 있다.
에칭은 제조 중간체의 내부 표면으로부터 (그리고 결과적으로 결과적인 광섬유로부터) 화학적 및 물리적 오염 물질을 제거할 수 있다. 예시적인 물리적 불순물은 스크래치, 결함 및 미세 균열을 포함한다. 화학적 오염 물질의 예는 불순물, 먼지 및 유기 물질, 지문, 오일 등을 포함한다. 표면에서 불순물이나 스크래치와 같은 화학적 및 물리적 오염 물질을 제거하는 것은 표면 아래에 추가의 화학적 및/또는 물리적 오염 물질을 드러내 보일 수 있다. 예는 표면 아래에 있는 새로운 화학 오염 물질 또는 깊은 균열 및 스크래치를 포함한다. 추가 에칭은 이러한 화학적 및/또는 물리적 불순물도 제거할 수 있다.
제조 중간체에 에칭 단계를 수행하는 것의 또 다른 이점은 결과적인 광학 요소의 반공진 요소의 더 작은 벽이 달성될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 이는 결과적인 광섬유의 유도를 향상시킨다.
복수의 내부 튜브는 내부 튜브들의 각각이 나머지 내부 튜브들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 중공 코어 주위에 단일 링 구조체로 배열될 수 있다. 본 발명의 제1 양태에 따른 광섬유를 제조하는 방법은 각 내부 튜브가 나머지 내부 튜브들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 배열된 (사용시 반공진 요소를 형성할) 복수의 내부 튜브를 포함하는 이러한 배열체에 특히 유용하다. 이는 반공진 요소를 형성할 벽들이 인접한 반공진 요소의 벽과 접촉하지 않고 따라서 벽들이 에천트(etchant)에 의해 균일하게 에칭될 수 있기 때문이다. 대조적으로, 인접한 반공진 요소들이 접촉하고 있는 광결정 섬유 기하학적 구조는 (노드(node)로 지칭될 수 있는) 증가된 두께의 영역을 가질 것이며, 여기서 반공진 요소의 벽들은 서로 접촉하며 또한 더욱이 이러한 노드는 일반적으로 노드들을 연결하는 벽 부분에 대하여 상이하게 에칭될 것이다. 극단적인 예에서, 카고메(Kagome) 섬유는 상호 연결된 벽들의 웹을 구비하고 있으며, 이 벽들은 노드들 사이에서 연장된다. 이러한 배열체가 에칭되면, 벽 부분이 균일하게 에칭될지라도, 노드의 존재로 인하여 에칭되고 있는 구멍의 내부 형상이 왜곡될 것이다. 이 왜곡은 제조 중간체로부터 형성된 광섬유의 중공 코어 내에서의 방사선의 유도를 저하시킬 것이다. 더욱이, 이 왜곡의 정도는 에칭의 깊이에 따라 증가할 것이다. 대조적으로, 각 반공진 요소가 다른 반공진 요소들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 반공진 요소들이 배열되는 배열체는 이러한 왜곡을 겪지 않을 것이다. 결과적으로, 더 깊은 에칭 깊이는 결과적인 광섬유의 광학적 특성에 부정적으로 영향을 미치지 않고 (특히 광섬유를 통한 방사선의 광학적 제한 또는 유도에 부정적으로 영향을 미치지 않고) 이러한 실시예에 대해 달성될 수 있다. 이미 논의된 바와 같이, 증가된 에칭 깊이는 또한 결과적인 광섬유의 광학 특성을 개선할 것이다. 따라서, (i) 각 반공진 요소가 다른 반공진 요소들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 반공진 요소들이 배열되어 있는 배열체가 존재하는 것과 (ⅱ) 먼저 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하고 그후 그 뒤에 제조 중간체를 인발하여 광섬유를 형성하는 것 사이에 시너지 효과가 있다고 고려될 수 있다. 이러한 배열체가 특히 유리하다.
축 치수를 따라 제조 중간체를 인발하면, 축 치수에 수직인 제조 중간체의 치수는 적어도 1/10의 비율로 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 축 방향 치수에 수직인 제조 중간체의 치수는 적어도 1/20의 비율로 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 축 방향 치수에 수직인 제조 중간의 치수는 적어도 1/50의 비율로 감소될 수 있다.
제조 중간체가 축 치수를 따라 인발되고 축 방향을 따른 그의 길이가 증가함에 따라 세장형 몸체의 벽 두께가 감소할 것이다. 인발 공정이 일반적인 또는 단순 비례 축소(scaling)를 야기할 때, 축 방향 치수에 수직인 모든 치수는 동일한 비율(factor)만큼 감소된다. 축 방향 치수에 수직인 치수가 f배만큼 감소하면, (재료가 보존되기 때문에) 축 방향 치수는 그러면 f2 배만큼 증가할 것이다. 따라서, 세장형 몸체의 벽의 두께는 광섬유의 두께보다 f배만큼 더 크다. 결과적으로, 유리하게는, 제조 중간체를 먼저 에칭하고 그후 이를 인발하여 광섬유를 형성하는 것은 에칭 공정이 (먼저 인발하고 그후 에칭하는 것을 선택한다면) 비교할만한 품질의 광섬유를 얻기 위하여 광섬유가 에칭되어야 할 것보다 f배 더 큰 깊이로 에칭하는 것을 허용한다.
일부 실시예에서, 에칭은 딥 에칭(deep etching) 공정을 포함할 수 있다.
결과적인 광섬유의 개선된 특성이 관찰될 수 있는 에칭의 최적의 깊이는 제조 중간체마다 다를 수 있으며 또한 일반적으로 여러 요인에 좌우될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 이러한 요인은, 예를 들어 다음의 세장형 몸체가 형성되는 재료 (예를 들어, 글라스)의 유형 및 순도 (이는 깊이의 함수로서 오염 물질의 분포를 규정할 수 있다); 제조 중간체 또는 그의 일부가 형성되는 초기 글라스 튜브의 표면 거칠기; 및/또는 제조 중간체의 취급 및 제조 방법 중 임의의 것을 포함한다. 한편으로는, 더 많은 오염 물질을 제거하기 위해 더 큰 깊이까지 에칭하는 것이 바람직할 수 있다. 반면에, 최적의 에칭 깊이는 에칭된 부분의 기계적 안정성에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 에칭이 너무 깊지 않아 결과적인 제조 중간체가 광섬유로 인발되기에 충분한 기계적 안정성이 부족하다는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다.
딥 에칭 공정은 재료의 추가 제거가 제조 중간체로부터 생성된 결과적인 광섬유의 특성의 현저한 개선을 야기하지 않도록 에칭 깊이가 충분하게 깊은 에칭 공정을 의미하는 것으로 의도된다는 점이 당업자에 의해 인식될 것이다. 화학적 오염 물질의 경우, 이는 깊이의 함수로서의 오염 물질의 농도가 안정기에 도달하는 최적 깊이에 대응할 수 있다. 스크래치와 미세 균열과 같은 물리적 오염 물질의 경우, 이는 표면 거칠기가 안정기에 도달하고 및/또는 스크래치의 추가 확대가 결과적인 섬유의 광학 특성, 예를 들어 그의 광학 손상 임계값의 추가 개선을 초래하지 않는 최적 깊이에 대응할 수 있다.
예를 들어, 섬유 대신 제조 중간체를 에칭하는 것의 이점은 더 많은 재료가 이용 가능함에 따라 더 깊은 에칭을 수행할 수 있다는 것이다. 에칭 공정은 따라서, 예를 들어 오염 물질 부근의 영역에서 발생하는 오염 물질의 영향을 에칭 제거함으로써 오염 물질을 더 철저하게 제거할 수 있다. 딥 에칭 공정에 의해 제거될 수 있는 예시적인 결함은 표면 결함 주위에 존재하는 비가교 산소 정공 중심(non-bridging oxygen hole center; NBOHC) 및/또는 산소 결핍 중심(oxygen deficient center; ODC), 등을 포함한다.
제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 습식 화학적 에칭 공정을 포함할 수 있다.
습식 화학적 에칭을 사용하는 것의 이점은 에칭 물질을 형성하는 용액의 농도의 제어를 통하여 에칭 공정을 제어하는 능력이다. 또 다른 이점은 가스 에칭 물질에 비해 액체 에칭 물질의 상대적인 제어 용이함일 수 있다. 제조 중간체를 위하여 습식 에칭을 사용하는 것의 이점은 제조 중간체가 에칭을 위하여 에칭 물질을 포함하는 컨테이너 내에 배치될 수 있도록 제조 중간체의 치수가 충분하게 콤팩트하다는 것이다. 습식 화학적 에칭을 사용하는 것은 다른 장점은 습식 화학적 에칭이 간단한 설비, 예를 들어 간단한 에칭조(etching bath)를 사용하고, 높은 에칭률을 달성할 수 있으며, 또한 높은 선택도를 제공한다는 것을 포함한다.
제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 액체 침지, 캐필러리 충전, 가압 충전 또는 스프레이 에칭 중 하나를 포함할 수 있다. 섬유에 비해 제조 중간체의 구멍의 비교적 짧은 길이 및 큰 직경으로 인하여, 이러한 삽입 방법은 섬유와 비교하여 제조 중간체에 적용하는 것이 더 쉽다.
에칭 물질은, 예를 들어 HF, HF와 HNO3의 혼합물 또는 KOH 중 하나를 포함할 수 있다. 이 물질은 SiO2를 에칭하는 것으로 알려져 있으며 따라서 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 데 유용하다.
본 방법은 실온에서 수행될 수 있다. 본 방법을 수행하기 위해 높은 온도를 요구하지 않는 것은 본 방법을 더 쉽고 저렴하게 수행하게 한다.
대안적으로, 본 방법은 제어된 환경에서, 예를 들어 제어된 온도 조건, 압력 조건 및/또는 제어된 환경의 가스 조성 하에서 수행될 수 있다. 이는 에칭 공정에 대한 증가된 제어를 제공할 수 있다.
제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 건식 화학 에칭을 포함할 수 있다.
건식 화학 에칭은 가스 상태의 에칭 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 에칭 물질은 플루오르화수소(HF)를 포함할 수 있다. 에칭을 수행하기 위해 HF 가스를 사용하는 것은 습식 에칭에 대한 대안을 제공하며, 따라서 본 방법은 습식 에칭이 바람직하지 않은 경우에 수행될 수 있다. 제조 중간체의 내부 표면의 물질을 에칭할 수 있는 다른 가스도 사용될 수 있다.
본 방법은 에칭 물질 및/또는 에칭 공정의 임의의 산물을 구멍 내부로부터 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 제조 중간체를 세정하는 것을 더 포함할 수 있다.
구멍 내부로부터 에칭 물질을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 제조 중간체를 세정하는 단계는 에칭 단계 후에 발생하며, 예를 들어 인발 단계 전에 발생한다는 것이 인식될 것이다. 제조 중간체를 세정하는 단계는 액체를 이용하여 구멍을 플러싱(flushing)하는 것; 진공 챔버 내에서 제조 중간체를 건조시키는 것; 및/또는 오븐 내에서 제조 중간체를 베이킹(baking)하는 것 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
본 방법은 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 튜브들 중 하나 이상의 내부 표면을 에칭하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 방법은 상기 내부 튜브의 내부 표면이 에칭 물질에 의해 에칭되지 않도록 내부 튜브들 중 하나 이상의 단부 부분을 차단하는 것을 더 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서, 제조 중간체의 중공 코어를 규정하는 표면만이 에칭된다. 내부 튜브에 의하여 규정된 캐필러리 캐비티가 상대적으로 작을 수 있고 따라서 내부 튜브의 벽 부분이 균일한 두께를 갖는다는 것을 보장하기에 충분한 정확도로 상기 내부 튜브 내에서의 에칭 공정을 제어하는 것이 어려울 수 있기 때문에, 제조 중간체의 중공 코어의 이 선택적 에칭은 유익하다. 결국, 이 벽 부분의 균일한 두께는 제조 중간체로부터 인발된 광섬유의 중공 캐비티 내에서의 유도된 방사선의 더 나쁜 제한을 초래할 수 있다.
에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은 복수의 구멍 전부가 아닌 일부의 내부 표면을 선택적으로 에칭하는 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은 복수의 구멍의 각각의 내부 표면을 에칭하는 것을 포함할 수 있다.
광섬유는 중공 코어 반공진 반사 섬유이다. 예를 들어, 광섬유는 다음의 단일 링 중공 코어 섬유; 또는 네스트형(nested) 튜브 중공 코어 섬유 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은, 사용 중에 광섬유를 통해 전파되는 광과 지배적으로 접촉 또는 상호 작용을 하게 되는 광섬유의 하나 이상의 부분에 대응하는 제조 중간체의 내부 표면의 하나 이상의 부분을 우선적으로 에칭하는 것을 포함할 수 있다.
본 방법은 제조 중간체의 외부 표면을 에칭하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태의 방법에 따라 형성된 광섬유가 제공된다.
광섬유는 가스 충전 섬유일 수 있다. 가스는 원자 가스, 분자 가스 또는 양 가스의 혼합물일 수 있다.
(본 발명의 제1 양태에 의해 형성된 것과 같은) 본 발명의 제2 양태에 따른 광섬유는 지금 논의되는 바와 같이 종래 기술의 광섬유와 구별될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 제2 양태에 따른 광섬유를 종래 기술의 광섬유와 구별하는 한 가지 방법은 광섬유를 따라 전파되는 방사선의 측면 산란을 모니터링하는 것이다. (에칭되지 않은 제조 중간체로부터의) 종래 기술의 광섬유에서, 표면 거칠기 및 스크래치는 광이 섬유를 따라 전파됨에 따라 산란 점으로 자신을 나타낼 수 있다. 이 산란 점은 적절한 검출기에 또는 광의 파장이 가시 범위에 있는 경우 육안에도 보일 것이다. 그에 반하여, 본 발명의 제2 양태에 따른 (즉, 에칭된 제조 중간체로부터 인발된) 광섬유는 적은 수의 이 산란 점을 가질 것이다. 따라서, 광섬유에서 산란되는 방사선의 양을 모니터링함으로써 본 발명의 제2 양태에 따른 광섬유를 종래 기술의 광섬유와 구별하는 것이 가능하다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 광섬유를 형성하기 위한 제조 중간체가 제공되며, 제조 중간체는 광섬유를 형성하기 위하여 제조 중간체가 축 방향 치수를 따라 인발되기 전에 본 발명의 제1 양태의 방법에 따라 중간체로서 형성된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 방사선 빔을 생성하도록 작동 가능한 방사선 소스; 및 본 발명의 제1 양태에 따른 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하는 초연속 방사선 소스가 제공되며, 여기서 광섬유는 방사선 빔을 수광하도록 그리고 초연속 방사선 빔을 생성하기 위하여 해당 펄스형 방사선 빔의 스펙트럼을 넓히도록 구성된다.
방사선 빔은 펄스형 방사선 빔 또는 연속파 방사선 빔, 예를 들어 레이저 빔일 수 있다. 광섬유는 가스 충전 광섬유일 수 있다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 위의 양태들 중 임의의 양태는 원하는 대로 본 발명의 다른 양태들 중 하나 이상의 양태의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 단지 예로서 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 4는 계측 장치의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 5는 토포그래피 측정 시스템의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 6은 정렬 센서의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 7은 광섬유를 형성하는 방법의 단계들을 나타내는 흐름도를 도시하고 있다.
도 8은 제조 중간체의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 프리폼을 형성하는 것과 관련된 광섬유를 형성하는 공정의 단계들의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 10은 광섬유의 프리폼으로부터 제조 중간체를 형성하는 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 제조 중간체의 예시적인 구성의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 12는 횡 방향 (즉, 제조 중간체의 축에 수직인) 평면에서의 중공 코어 제조 중간체의 개략적인 횡단면도이다.
도 13은 광대역 방사선 소스의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
본 문헌에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV (예를 들어, 약 5 내지 100㎚의 범위 내의 파장을 갖는, 극자외 방사선)를 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함하도록 사용된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 대응하는, 입사 방사선 빔에 패터닝된 횡단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 포괄적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. 용어 "광 밸브(light valve)"가 또한 본 명세서에서 사용될 수 있다. 전형적인 마스크 (투과 또는 반사, 바이너리(binary), 위상-시프트, 하이브리드(hybrid) 등) 외에, 이러한 패터닝 디바이스의 다른 예는 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이를 포함한다
도 1 은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템 (또한 일루미네이터(illuminator)로 지칭됨) (IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되며 특정 매개변수에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결되어 있는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지시키도록 구성되며 특정 매개변수에 따라서 기판 지지체(WT)를 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결되어 있는 기판 지지체 (예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하고 있다.
작동 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을, 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 받아들인다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고 및/또는 제어하기 위하여, 굴절식, 반사식, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광학 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 그 횡단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"(PS)은 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대하여 적합한 것으로서, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 더 일반적인 용어 "투영 시스템"(PS)과 같은 의미인 것으로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예를 들어 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있으며- 이는 또한 침지 리소그래피로 지칭된다. 침지 기술에 대한 더 많은 정보가 미국특허 제6,952,253호에 제공되며, 이는 본 명세서에서 인용 참조된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT) ("이중 스테이지"로도 불림)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서, 기판 지지체(WT)들은 동시에 사용될 수 있으며, 및/또는 기판(W)의 후속 노광의 준비 단계가 기판 지지체(WT)들 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행될 수 있는 반면에, 다른 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 한 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광시키기 위해 이용될 수 있다.
기판 지지체(WT)에 더하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열되어 있다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 유지시킬 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
작동 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에서 유지되는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로지른 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 투영 시스템(PS)은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에서 상이한 타겟 부분(C)들을 집속 및 정렬된 위치에 위치시키기 위하여 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 포지셔너(PM) 및 가능하게는 (도 1에는 명확히 도시되지는 않은) 또 다른 위치 센서가 사용되어 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용 타겟 부분을 점유하고 있지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟 부분(C)들 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터로도 지칭되고, 흔히 기판(W) 상에서 노광 전 및 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 예를 들어, 기판(W)의 온도를 조절하기 위한, 예를 들어 레지스트 층 내의 용매를 조절하기 위한 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하고 있다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하고, 기판을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 전달한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 전형적으로, 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 패터닝된 구조체의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 검사 툴 (보이지 않음)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출된다면, 특히 동일 배치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)이 아직 노광 또는 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
계측 장치로도 지칭될 수 있는 검사 장치는 기판(W)의 특성을 결정하기 위해, 그리고 특히 상이한 기판(W)들의 특성이 어떻게 달라지는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관된 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 확인하도록 구성될 수 있으며, 또한 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수 있다. 검사 장치는 잠상 (노광 후의 레지스트 층의 이미지) 또는 반-잠상 (노광 후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층의 이미지), 또는 (레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거된) 현상된 레지스트 이미지, 또는 심지어 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후의) 에칭된 이미지에 관한 특성을 측정할 수 있다.
전형적으로, 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 공정은 기판(W) 상의 구조체의 치수 설정 및 배치의 높은 정확도를 필요로 하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이 높은 정확도를 보장하기 위해, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱(holistic)" 제어 환경에서 조합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 계측 툴(MT)(제2 시스템)에 그리고 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상적으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이 3개의 시스템 간의 협력을 최적화하여 전체적인 공정 윈도우를 향상시키는 것 및 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지되는 것을 보장하기 위해 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 공정 윈도우는 특정 제조 공정이 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하는 공정 매개변수(예를 들어, 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정의 공정 매개변수가 달라지는 것이 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 디자인 레이아웃(의 일부)을 사용하여 어느 분해능 향상 기법을 사용할지 예측할 수 있으며 그리고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정(setting)이 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성하는지를 결정하기 위해 컴퓨터 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행할 수 있다 (도 3에서 제1 스케일(SC1) 내에 이중 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 마련된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한 (예를 들어, 계측 툴(MT)로부터의 입력을 사용하여) 공정 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하고 있는지를 검출하기 위해 사용되어, 예를 들어 차선의 처리로 인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측할 수 있다 (도 3에서 제2 스케일(SC2) 내에서 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 툴(MT)은 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공하여 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 할 수 있으며, 또한 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공하여 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에서의 가능한 드리프트를 확인할 수 있다 (도 3에서 제3 스케일(SC3) 내에 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위하여, 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하기 위한 툴이 전형적으로 계측 툴(M)로 불려진다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스캐터로미터 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 스캐터로미터의 대물렌즈(objective)의 퓨필(pupil)에 또는 퓨필과의 공액 평면에 센서를 가짐으로써 (측정은 통상적으로 퓨필 기반 측정으로서 지칭됨), 또는 이미지 평면에 또는 이미지 평면에 공액인 평면에 센서를 가짐으로써 (이 경우 측정은 통상적으로 이미지 또는 필드 기반 측정으로서 지칭된다) 스캐터로미터는 리소그래피 공정의 매개변수의 측정을 허용하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 연관된 측정 기법이 특허 출원 US2010/0328655, US2011/102753A1, US2012/0044470A, US2011/0249244, US2011/0026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이 공보들은 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조된다. 앞서 언급된 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광에서 근적외선 파장 범위의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
공지된 스캐터로미터의 예는 흔히, 언더필된 타겟(측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성할 만큼 충분히 큰, 단순한 격자 또는 상이한 층들에서의 중첩되는 격자들 형태의 타겟) 또는 오버필된 타겟(그에 의하여, 조명 스폿은 타겟을 부분적으로 또는 완전히 포함한다)과 같은 전용 계측 타겟의 제공에 의존한다. 또한, 계측 툴, 예를 들어 격자와 같은 언더필된 타겟을 조명하는 각도 분해 스캐터로미터의 사용은, 타겟 구조체의 수학적 모델과의 산란 방사선의 상호 작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 격자의 특성이 계산될 수 있는 소위 재구성 방법의 사용을 가능하게 한다. 모델의 매개변수는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다
제1 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서, 재구성 방법은 측정된 신호에 적용되어 격자의 특성을 재구성하거나 계산할 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 타겟 구조체의 수학적 모델과의 산란 방사선의 상호 작용을 시뮬레이션하는 것과 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교하는 것으로부터 기인할 수 있다. 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 수학적 모델의 매개변수가 조정된다. 수학적 모델의 매개변수는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다
제2 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 분광 스캐터로미터(MT)이다. 이러한 분광 스캐터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의하여 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고, 타겟으로부터의 반사된 또는 산란된 방사선은 스캐터로미터 검출기로 지향되며, 이 스캐터로미터 검출기는 정반사 방사선의 스펙트럼을 측정한다 (즉, 파장의 함수로서 세기의 측정). 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 타겟의 구조 또는 프로파일이, 예를 들어 엄밀한 결합 파동 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis)과 비선형 회귀에 의하여 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의하여 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 엘립소메트릭 스캐터로미터이다. 엘립소메트릭 스캐터로미터는 각 편광 상태에 대해 산란 방사선을 측정함으로써 리소그래피 공정의 매개변수를 결정하는 것을 허용한다. 이러한 계측 장치는, 예를 들어 계측 장치의 조명 부분 내에 적절한 편광 필터를 사용함에 의하여 (선형, 원형 또는 타원형과 같은) 편광을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스는 편광된 방사선도 제공할 수 있다. 기존의 엘립소메트릭 스캐터로미터의 다양한 실시예가, 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조되는 미국 특허 출원 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 및 13/891,410에 설명되어 있다.
스캐터로미터(MT)의 한 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구성 내의 비대칭성을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 맞추어질 수 있으며, 비대칭성은 오버레이의 규모(extent)와 관련되어 있다. 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체는 2개의 상이한 층 (반드시 연속적인 층은 아님)에 적용될 수 있으며, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 임의의 비대칭성이 명확하게 구별될 수 있도록 스캐터로미터는, 예를 들어 공동 소유의 특허 출원 EP1,628,164A에서 설명된 바와 같이 대칭적인 검출 구성을 가질 수 있다. 이는 격자 내의 오정렬을 측정하기 위한 간단한 방법을 제공한다. 타겟이 주기적 구조체의 비대칭성을 통해 측정됨에 따라 주기적 구조체를 포함하는 2개 층 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가 예는 PCT 특허 출원 공개 번호 WO2011/012624 또는 미국 특허 출원 공개 US2016/0161863에서 찾아질 수 있으며, 이 공보들은 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조된다.
다른 관심 대상 매개변수는 초점 및 선량일 수 있다. 초점과 선량은 본 명세서에서 그 전체가 인용 참조되는 미국 특허 출원 공개 US2011/0249244에서 설명된 바와 같이 스캐터로메트리에 의하여 (또는 대안적으로 주사 전자 현미경에 의하여) 동시에 결정될 수 있다. 초점 에너지 매트릭스 (FEM-또한 초점 노광 매트릭스로 지칭됨)의 각 지점에 대한 임계 치수와 측벽 각도 측정의 고유 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수와 측벽 각도의 이 고유한 조합이 사용 가능하다면, 초점 및 선량 값이 이 측정들로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은 리소그래피 공정에 의하여, 주로 레지스트 내에, 그러나 예를 들어 에칭 공정 후에도 형성된 복합 격자들의 앙상블(ensemble)일 수 있다. 전형적으로, 격자들 내의 구조체들의 피치 및 선-폭은 계측 타겟으로부터 나오는 회절 차수를 캡처할 수 있도록 측정 광학계 (특히, 광학계의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 나타난 바와 같이, 회절 신호는 2개의 층 사이의 시프트(shift) (또한 "오버레이"로 지칭됨)를 결정하기 위해 사용될 수 있거나 리소그래피 공정에 의하여 생성된 바와 같은 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 이 재구성은 리소그래피 공정의 품질의 지침을 제공하기 위해 사용될 수 있으며 또한 리소그래피 공정의 적어도 일부를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 타겟은 타겟 내의 디자인 레이아웃의 기능적 부분의 치수를 모방하도록 구성된 더 작은 서브-세그먼테이션(sub-segmentation)을 가질 수 있다. 이 서브-세그먼테이션으로 인하여, 타겟은 전체 공정 매개변수 측정이 디자인 레이아웃의 기능적 부분과 더 잘 비슷하도록 디자인 레이아웃의 기능적 부분과 더 유사하게 거동할 것이다. 타겟은 언더필 모드(under-filled mode)에서 또는 오버필 모드(overfilled mode)에서 측정될 수 있다. 언더필 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필 모드에서는, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필 모드에서, 상이한 타겟들을 동시에 측정하는 것이 또한 가능할 수 있으며, 따라서 상이한 처리 매개변수들을 동시에 결정할 수 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 매개변수의 전체적인 측정 품질은 이 리소그래피 매개변수를 측정하기 위해 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 용어 "기판 측정 레시피"는 측정 자체의 하나 이상의 매개변수, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 매개변수, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용된 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 하나 이상의 매개변수는 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하기 위한 기준들 중 하나는, 예를 들어, 처리 변동에 대한 측정 매개변수들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예가 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조되는 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US2016/0370717A1에 설명되어 있다.
스캐터로미터와 같은 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 계측 장치는 기판(6) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함하고 있다. 반사 또는 산란 방사선은 스캐터로미터 검출기(4)로 나아가며, 이 검출기는 정반사된 방사선의 스펙트럼(10)을 측정 (즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조체 또는 프로파일은 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 정밀 결합파 분석 및 비선형 회귀 분석에 의해, 또는 도 4의 최하부에서 보여지는 바와 같이 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교를 통해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위하여, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 매개변수는 구조체가 만들어진 공정에 대한 정보(knowledge)로부터 추정되어, 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇 가지 매개변수만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치에 통합될 수 있는 토포그래피(topography) 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서는 기판 (또는 웨이퍼)의 최상부 표면의 토포그래피를 측정하도록 배열되어 있다. 높이 맵으로도 지칭되는, 기판의 토포그래피의 맵(map)은 기판 상의 위치의 함수로서 기판의 높이를 나타내는 이 측정치로부터 생성될 수 있다. 기판 상의 적절하게 초점을 맞춘 위치 내의 패터닝 디바이스의 에어리얼 이미지(aerial image)를 제공하기 위하여, 이 높이 맵은 기판 상의 패턴의 전사 동안 기판의 위치를 보정하는데 사용될 수 있다. 이 문맥에서 "높이"는 기판에 대한 평면에서 넓게 벗어난 치수 (Z-축으로도 지칭됨, 도 1 참조)를 지칭한다는 것이 이해될 것이다. 전형적으로, 레벨 또는 높이 센서는 (그의 자체 광학 시스템에 대한) 고정된 위치에서 측정을 수행하며 기판과 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템 사이의 상대적 이동은 기판에 걸친 위치에서의 높이 측정을 야기한다.
본 기술 분야에서 공지된 레벨 또는 높이 센서(LS)의 예가 도 5에서 개략적으로 보여지며, 이 도면은 작동 원리만을 도시하고 있다. 이 예에서, 레벨 센서는 광학 시스템을 포함하고 있으며, 광학 시스템은 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함하고 있다. 투영 유닛(LSP)은 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 입사되는 방사선 빔(LSB)을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함하고 있다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어 초연속 광원과 같은 협대역 또는 광대역 방사선 소스, 편광 또는 비편광, 펄스형 또는 연속, 예를 들어 편광 또는 비편광 레이저 빔일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는 복수의 LED와 같은, 상이한 색 또는 파장 범위를 갖는 복수의 방사선 소스를 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선에 제한되지 않으나, 부가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 그리고 기판의 표면에서 반사하기에 적합한 임의의 파장 범위를 포함할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)을 야기하는 주기적 구조체를 포함하는 주기적 격자이다. 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)은 입사 기판 표면에 수직인 축 (Z-축)에 대해 0도 내지 90도, 전형적으로 70도 내지 80도의 입사각(ANG)을 갖는 기판(W) 상의 측정 위치(MLO)로 향한다. 측정 위치(MLO)에서, 패터닝된 방사선 빔(BE1)은 기판(W)에 의해 반사 (화살표 BE2로 표시됨)되고 검출 유닛(LSD)을 향한다.
측정 위치(MLO)에서 높이 레벨을 결정하기 위하여, 레벨 센서는 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(보이지 않음)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함하고 있다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수 있다. 검출기(DET)는 받아들여진 광을 나타내는, 예를 들어 광 검출기와 같은, 받아들여진 광의 세기를 나타내는 또는 카메라와 같은, 받아들여진 세기의 공간 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 유형들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
삼각 측량(triangulation) 기술에 의하여, 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨이 결정될 수 있다. 검출된 높이 레벨은 전형적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 신호 강도와 관련되며, 신호 강도는 다른 요인들 중에서도 투영 격자(PGR)의 설계 및 (경사) 입사각(ANG)에 좌우되는 주기성을 갖는다. 투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은 투영 격자(PGR)와 검출 격자(DGR) (보이지 않음) 사이의 패터닝된 방사선 빔의 경로를 따라, 렌즈 및/또는 미러와 같은 추가 광학 요소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있으며, 검출기(DET)는 검출 격자(DGR)가 위치된 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지의 보다 직접적인 검출을 제공한다. 기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 측정 빔(BE1)의 어레이를 기판(W)의 표면 상으로 투영하도록 구성될 수 있으며, 이에 의하여 측정 영역(MLO)의 어레이 또는 더 큰 측정 범위를 커버하는 스폿을 생성할 수 있다.
일반적인 유형의 다양한 높이 센서들이 예를 들어 US7,265,364 및 US7,646,471에 개시되어 있으며, 이 둘 모두는 인용 참조된다. 가시 방사선 또는 적외 방사선 대신 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가 US2010/233600A1에 개시되어 있으며, 이는 인용 참조된다. 인용 참조되는 W02016/102127A1에서, 다중 요소 검출기를 사용하여 검출 격자를 필요로 하지 않고 격자 이미지의 위치를 검출하고 인식하는 소형 센서가 설명되어 있다.
위치 측정 시스템은 기판 지지체(WT)의 위치를 결정하기에 적합한 임의의 유형의 센서를 포함할 수 있다. 위치 측정 시스템은 마스크 지지체(T)의 위치를 결정하기에 적합한 임의의 유형의 센서를 포함할 수 있다. 센서는 간섭계 또는 엔코더와 같은 광학 센서일 수 있다. 위치 측정 시스템은 간섭계와 엔코더의 조합된 시스템을 포함할 수 있다. 센서는 자기 센서, 정전용량형 센서 또는 유도성 센서와 같은 또 다른 유형의 센서일 수 있다. 위치 측정 시스템은 기준, 예를 들어 계측 프레임 또는 투영 시스템(PS)에 대한 위치를 결정할 수 있다. 위치 측정 시스템은 위치를 측정함으로써 또는 속도 또는 가속도와 같은 위치의 시간 도함수를 측정함으로써 기판 테이블(WT) 및/또는 마스크 지지체(T)의 위치를 결정할 수 있다.
복잡한 디바이스의 제조에서, 전형적으로 많은 리소그래피 패터닝 단계가 수행되며, 그에 의하여 기판 상의 연속적인 층에 기능적 피처를 형성한다. 따라서 리소그래피 장치 성능의 중요한 측면은 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의하여) 이전 층에 배치된 피처와 관련하여 적용된 패턴을 올바르고 정확하게 배치할 수 있는 능력이다. 이 목적을 위해, 기판은 하나 이상의 마크 세트를 구비하고 있다. 각 마크는 위치 센서, 전형적으로 광학 위치 센서를 사용하여 나중에 위치가 측정될 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"로 지칭될 수 있으며, 마크는 "정렬 마크"로 지칭될 수 있다.
리소그래피 장치는 하나 이상의 (예를 들어, 복수의) 정렬 센서를 포함할 수 있으며, 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치는 이 정렬 센서에 의하여 정확하게 측정될 수 있다. 정렬 (또는 위치) 센서는 광의 회절 및 간섭과 같은 광학 현상을 이용하여 기판 상에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에 사용되고 있는 정렬 센서의 예는 US6,961,116에 설명된 바와 같은 자기 참조 간섭계(self-referencing interferometer)를 기반으로 한다. 예를 들어 US2015/261097A1에 개시된 바와 같이 위치 센서의 다양한 개선 및 변형이 개발되고 있다. 이 공보들 모두의 내용은 본 명세서에서 인용 참조된다.
마크 또는 정렬 마크는 기판 상에 제공되거나 기판에 (직접) 형성된 층 상에 또는 층 내에 형성된 일련의 바(bar)를 포함할 수 있다. 마크가 잘 알려진 공간 주기(피치)를 갖는 회절 격자로 간주될 수 있도록 바들은 규칙적으로 이격될 수 있으며 격자 선으로서의 역할을 할 수 있다. 이 격자 선의 배향에 따라, X 축을 따른 또는 (X 축에 실질적으로 수직으로 배향된) Y 축을 따른 위치의 측정을 허용하도록 마크가 설계될 수 있다. X-축과 Y-축 모두에 대해 +45도 및/또는 -45도로 배열된 바들을 포함하는 마크는 인용 참조되는 US2009/195768A에 설명된 바와 같은 기술을 사용하여 조합된 X- 및 Y-측정을 허용한다.
정렬 센서는 각 마크를 방사선의 스폿으로 광학적으로 스캔하여 사인파와 같은, 주기적으로 변화하는 신호를 획득한다. 이 신호의 위상이 분석되어 마크의 위치를 결정하며 이런 이유로 정렬 센서에 대한 기판의 위치를 결정하고, 정렬 센서는 결과적으로 리소그래피 장치의 기준 프레임에 대해 고정된다. 상이한 (개략적 및 미세) 마크 치수들과 관련된, 소위 개략적 그리고 미세 마크들이 제공될 수 있으며, 따라서 정렬 센서는 사이클 내의 정확한 위치(위상)뿐만 아니라 주기적 신호의 상이한 사이클들을 구별할 수 있다. 이 목적을 위해 상이한 피치의 마크들이 사용될 수도 있다.
마크의 위치를 측정하는 것은 또한 마크가, 예를 들어 웨이퍼 그리드 형태로 제공되는 기판의 변형에 대한 정보를 제공할 수 있다. 기판의 변형은, 예를 들어 기판 테이블에 대한 기판의 정전기 클램핑 및/또는 기판이 방사선에 노광될 때 기판의 가열에 의해 발생할 수 있다.
도 6은, 예를 들어 US6,961,116에서 설명된 것과 같은 공지된 정렬 센서(AS)의 실시예의 개략적인 블록도로서, 위의 특허는 인용 참조된다. 방사선 소스(RSO)는 조명 스폿(SP)으로서 하나 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공하는데, 방사선 빔은 방향전환 광학계에 의해 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상으로 방향전환된다. 이 예에서, 전환 광학계는 스폿 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)를 포함하고 있다. 마크(AM)를 조명하는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 작을 수 있다.
마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 (이 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통해) 정보 전달 빔(IB)으로 시준된다. 용어 "회절된"은 (반사라고도 지칭될 수 있는) 마크로부터의 0차 회절을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 위에서 언급된 US6,961,116에서 개시된 유형의 자기 참조 간섭계(self-referencing interferometer; SRI)는 빔(IB)을 그 자신과 간섭시키며, 이 이후 빔은 광검출기(PD)에 의해 수신된다. 방사선 소스(RSO)에 의해 하나 이상의 파장이 생성되는 경우 별개의 빔을 제공하기 위해 부가적인 광학계(보이지 않음)가 포함될 수 있다. 광 검출기는 단일 요소일 수 있으며, 또는 원하는 경우 다수의 픽셀을 포함할 수 있다. 광 검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이 예에서 스폿 미러(SM)를 포함하는 방향전환 광학계는 또한 마크로부터 반사되는 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수도 있으며, 따라서 정보 전달 빔(IB)은 마크(AM)로부터 더 높은 차수의 회절 방사선만을 포함한다 (이는 측정에 필수적인 것은 아니지만, 그러나 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다). 세기 신호(SI)는 처리 유닛(APU)으로 공급된다. 블록(SRI)에서의 광학 처리 및 유닛(PU)에서의 연산 처리의 조합에 의하여, 기준 프레임에 대한 기판 상의 X-및 Y-위치를 위한 값이 출력된다.
예시되는 유형의 단일 측정은 마크의 하나의 피치에 대응하는 소정의 범위 내에서 마크의 위치만을 고정시킨다. 사인파의 어떤 주기가 표시된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위해, 이와 함께 더 개략적인 측정 기법이 사용된다. 마크가 이루어지는 재료, 및 마크가 위 및/또는 아래에 제공되는 재료에 상관없이, 마크의 증가된 정확도 및/또는 견고한 검출을 위하여 더욱 개략적인 및/또는 더욱 세밀한 레벨에서의 동일한 공정이 상이한 파장에서 반복될 수 있다. 파장들은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화(multiplexed) 및 역다중화(demultiplexed)될 수 있으며 및/또는 이들은 시분할 또는 주파수 분할에 의하여 다중화될 수도 있다.
이 예에서, 정렬 센서와 스폿(SP)은 고정 상태로 유지되는 반면에, 이동하는 것은 기판(W)이다. 정렬 센서는 따라서 기준 프레임에 견고하게 그리고 정확하게 장착될 수 있는 반면에, 그에 관하여 마스크(AM)를 효과적으로 스캐닝한다. 기판(W)은 기판 지지체 (예를 들어, 웨이퍼 테이블(WT), 도 1 참조) 및 기판 지지체의 이동을 제어하는 기판 위치 결정 시스템 (예를 들어, 제2 포지셔너(PW), 도 1 참조) 상에 기판을 장착함으로써 이 이동 내에서 제어된다. 기판 지지체 위치 센서(예를 들면, 간섭계(IF)와 같은 간섭계, 도 1 참조)는 기판 지지체(도시되지 않음)의 위치를 측정한다. 실시예에서, 하나 이상의(정렬) 마크가 기판 지지체 상에 제공되어 있다. 기판 지지체 상에 제공되는 마크의 위치의 측정은 위치 센서에 의하여 결정되는 바와 같이 기판 지지체의 위치가 (예를 들어, 정렬 시스템이 연결되는 프레임에 대하여) 교정되는 것을 허용한다. 기판 상에 제공되는 정렬 마크의 위치의 측정은 기판 지지체에 대한 기판의 위치가 결정되는 것을 허용한다.
위에서 설명된 상이한 유형의 장치들은 방사선 소스에서 발생하는 방사선을 사용한다. 방사선은 광대역 방사선, 예를 들어 백색광 방사선일 수 있다. 광대역 방사선은, 예를 들어 정렬 마크 측정 시스템, 레벨 센서, 스캐터로메트리 툴, 위치 측정 시스템(IF), 검사 툴 또는 기타 센서에서 특히 유용할 수 있다. 광대역 방사선을 제공하는 방사선 소스는 초연속(supercontinuum) 소스일 수 있다. 높은 세기의 방사선이 적절한 비선형 광학 매체를 통해 전파됨에 따라 발생하는 다양한 비선형 광학 효과의 결과로서 초연속체(supercontinuum)가 형성될 수 있다. 광학 매체는 펌프 방사선을 안내하도록 구성될 수 있다. 펌프 방사선은 전자기파일 수 있다. 비선형 효과가 달성되는 광학 매체는 섬유, 예를 들어 광자 결정 섬유일 수 있으며, 또는 가스로 채워진 용기, 예를 들어 가스 충전 중공 광섬유일 수 있다. 섬유는 도파 효과(waveguiding effect)를 제공하여, 제어된 방식으로 방사선을 안내한다. 비선형 효과를 얻기 위하여, 높은 세기의 펌프 방사선이 제공될 수 있다. 방사선, 예를 들어 펌프 소스로부터의 방사선이 섬유의 코어 영역에 제한되는 섬유에서 초연속체가 달성될 수 있다. 광결정 섬유는 특히 섬유 내부에서의 방사선의 강력한 제한에 적합하며, 그 결과 국부적인 방식으로 높은 방사선 세기를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
방사선이 섬유를 따라 전파됨에 따라 방사선의 일부는 섬유가 형성되는 재료에 의하여 흡수 및/또는 산란될 수 있다. 이것은 섬유를 손상시킬 수 있으며, (결과적으로, 방사선의 세기에 좌우되는) 흡수된 및/또는 산란된 에너지의 양이 많을수록, 손상이 발생할 가능성이 더 크다. 일반적으로, 방사선의 세기 (즉, 단위 면적당 전력)가 그 섬유에 대한 임계값 미만이면, 및/또는 광의 스펙트럼 콘텐츠(spectral content)가 섬유의 재료가 방사선 유도 손상을 받는 영역에 떨어지지 않는다면, 섬유는 방사선을 지원할 수 있을 것이다. 예를 들어, 자외선에 대한 글라스의 노출은 고 에너지 광자 (단파장 방사선)로 인하여 글라스의 광학 손상 및 솔라리제이션(solarization)을 야기할 수 있다. 임계값 이상의 세기 및/또는 섬유의 재료를 손상시키기에 충분히 짧은 파장을 갖는 방사선이 섬유에 결합되면, 결과적으로 섬유는 손상될 수 있다. 섬유의 손상 임계값(damage threshold)은, 예를 들어, 섬유의 재료 및/또는 섬유의 품질과 같은 섬유의 특성에 의해 결정될 수 있다. 섬유 재료 및 제조의 품질은 광이 지배적으로 제한되거나 안내되는 섬유의 영역에서 특히 중요하다. 이는 흡수 및/또는 산란되는 방사선의 양이 이 영역 내의 섬유 품질에 의존하기 때문이다. (방사선의 세기 및/또는 섬유 재료와의 방사선의 중첩을 증가시킬) 작은 영역에 대한 광의 강력한 제한을 달성하는 섬유에서, 손상 임계값을 증가시키는 것이 섬유의 성능과 수명을 개선하는데 특히 중요할 수 있다. 예시적인 구성에서, 섬유는 중공 코어 또는 복수의 중공 코어를 갖는 광결정 섬유(photonic crystal fiber)일 수 있다. 섬유의 품질 및 손상 임계값에 영향을 미치는 한 요소는 섬유에 존재하는 오염 물질, 및/또는 광에 직접 접촉하는 표면의 거칠기이다. 이는 물리적 오염 물질 (예를 들어, 결함, 스크래치(scratches), 표면 거칠기) 및/또는 화학적 오염 물질 (예를 들어, 불순물, 먼지, 기름, 지문)일 수 있다. 오염 물질은 물질의 표면에서 또는 그 근처에서 더 높은 농도로 나타날 수 있다. 중공 코어의 경계를 형성하는 섬유의 내부 표면에서 또는 그 근처에서 광이 제한될 수 있는 중공 코어 섬유에서, 이 오염 물질의 제거는 성능과 수명을 증가시키기 위해 특히 중요할 수 있다.
본 발명의 실시예는 광섬유를 형성하는 방법 및 이러한 방법에 의해 형성된 광섬유에 관한 것이다. 이 광섬유는 높은 세기의 방사선 빔을 안내하는 특정 적용을 가질 수 있다. 예를 들어, 이 광섬유는 초연속 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 이러한 초연속 방사선 소스에 관한 것일 수 있다. (광대역 방사선을 출력할 수 있는) 이 초연속 방사선 소스는 측정 시스템에서 특정 적용을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 초연속 방사선 소스는 (측정 장치로도 지칭될 수 있는) 검사 장치의 일부를 형성할 수 있으며, 이 검사 장치는 리소그래피 장치의 외부에 있을 수 있고 리소그래피 장치에 의하여 기판 상으로 투영된 패턴의 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 외부 검사 장치는, 예를 들어 스캐터로미터를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 초연속 방사선 소스는 리소그래피 장치 내에 제공될 수 있는 측정 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 이러한 내부 측정 시스템은 다음 중 임의의 하나를 포함할 수 있다: (레벨 센서로도 알려진) 토포그래피 측정 시스템; 레티클 또는 웨이퍼 스테이지의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템 (예를 들어 간섭계 디바이스); 또는 정렬 마크의 위치를 결정하기 위한 정렬 센서. 본 발명의 일부 실시예는 이러한 측정 시스템에 관한 것일 수 있다.
예를 들어, 중공 코어 광결정 섬유와 같은, 하나 이상의 구멍을 갖는 광섬유는 방사선을 위한 도파 요소로서 사용될 수 있으며, 부가적으로 또는 대안적으로 방사선 생성을 위하여 사용될 수 있다. 광섬유를 형성하는 공정은 다수의 단계 및 중간 형태를 포함할 수 있다. 섬유는 제조 중간체(212)로부터 형성될 수 있으며, 이 제조 중간체는 그 후 인발되어(drawn) 섬유를 형성할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 방법(100)은 몸체를 통해 연장되는 구멍을 갖는 몸체를 갖는 광섬유의 제조에 관한 것이며, 이제 도 7을 참조하여 설명된다.
단계 102는 제조 중간체(manufacturing intermediate)를 제공하는 것을 포함한다. 제조 중간체(212)의 예가 도 8에서 보여지고 있다. 제조 중간체(212)는 세장형 몸체(218) 및 세장형 몸체(218)의 축(220)에 의해 규정된 바와 같은 축 치수를 따라 세장형 몸체(218)를 통해 연장되는 복수의 구멍을 갖고 있다. 구멍(217)들의 각각의 경계는 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 규정한다.
단계 104는 제조 중간체(212)의 내부 표면의 적어도 일부를 에칭, 예를 들어 구멍(217)들 중 적어도 하나에 의해 규정된 내부 표면의 부분을 에칭하는 것을 포함한다. 이는 에칭 물질을 사용하여 이루어질 수 있다.
단계 106에서, 세장형 몸체(218)의 축 방향 치수를 따라 제조 중간체(212)를 인발함으로서 광섬유가 인발된다.
에칭 물질을 이용하여 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 에칭하는 것의 이점은 이것이 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)으로부터 오염 물질을 제거하는 효과를 가져 내부 표면(216)의 품질 및 매끄러움을 증가시킨다는 것이다. 결과적으로, 이는 사용 중에 광섬유를 따라 전파되는 방사선의 흡수 및/또는 산란을 감소시킨다. 결과적으로, 이는 흡수 및/또는 산란된 방사선에 의하여 야기된 손상의 양을 감소시킴으로써 섬유의 손상 임계값을 증가시킨다. 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 에칭하는 것은 제조 중간체(212)의 재료의 표면에 존재하는 응력을 감소시키는 작용을 추가로 한다. 이 응력은, 표면의 드릴링 또는 밀링과 같은 표면의 기계적 처리에 의하여, 또는 (아래에서 더 논의되는 바와 같이) 제조 중간체(212)를 형성하기 위한 프리폼의 인발 중에 야기됐을 수 있다. 응력의 영향을 받는 표면을 제거하는 것은 벌크 재료(bulk material)의 특성과 더 밀접하게 유사한 특성을 가진 표면을 초래한다. 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)과 벌크 재료의 유사성을 증가시키는 것은 사용 중일 때 섬유를 통해 전파되는 방사선에 의하여 이루어진 손상을 감소시키며, 그에 의하여 결과적인 섬유의 손상 임계값을 증가시킨다.
세장형 몸체(218)는 몸체의 다른 2개의 치수보다 하나의 치수가 더 긴 몸체라는 것이 인식될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 세장형 몸체(218)에서 가장 긴 치수는 몸체의 축 방향 치수로 지칭될 수 있다는 것이 더 인식될 것이다. 유사하게, 축 방향 치수에 수직이고 축(220)을 통과하는 세장형 몸체(218)의 치수는 반경 치수로 지칭될 수 있다. 축 방향 및 반경 방향 치수의 이 정의가 여기서 제조 중간체(212)에 대해 제시되었지만, 유사한 정의가 (예를 들어, 프리폼으로 지칭될 수 있는,) 제조 중간체(212)가 형성되는 대상물 및 제조 중간체(212)로부터 형성된 섬유에 대해 유지된다는 것이 인식될 것이다.
제조 중간체(212) 그리고 제조 중간체(212)로부터 형성된 광섬유는 어느 정도의 유연성을 가질 수 있으며 따라서 축의 방향은 일반적으로 제조 중간체(212) 또는 광섬유의 길이를 따라 균일하지 않을 것이라는 점이 인식될 것이다. 광학 축, 축 방향과 반경 방향 치수, 가로지르는 횡단면 등과 같은 용어는 국부적인 광학 축, 국부적인 반경 방향 치수, 국부적인 가로지르는 횡단면 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 더욱이, 구성 요소가 원통형 또는 튜브형인 것으로 설명되는 경우, 이 용어는 구성 요소 (예를 들어, 제조 중간체 또는 광섬유)가 구부러짐에 따라 왜곡될 수 있는 이러한 형상을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
제조 중간체(212)는 섬유를 생산하는 과정 중에 얻어지는 중간체 형태이며, 이 공정은 아래에서 더 자세히 설명한다. 제조 중간체(212)는 임의의 재료, 전형적으로 글라스 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제조 중간체(212)는 다음 중 임의의 것으로 구성되거나 포함할 수 있다: 고순도 실리카(SiO2) (예를 들어, 독일의 Heraeus Holding GmbH에 의해 판매되는 F300 재료); 예를 들어 납-실리케이트 글라스와 같은 연질 글라스 (예를 들어, 독일의 Schott AG에 의해 판매되는 SF6 글라스); 또는 예를 들어 칼코게나이드 글라스(chalcogenide glass) 또는 중금속 플푸오라이드 글라스 (ZBLAN 글라스로도 지칭됨)와 같은 기타 특수 글라스. 제조 중간체(212)를 제공하는 단계(102)는 아래에 설명된 단계 또는 공정 중 임의의 단계 또는 공정, 또는 모두를 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
제조 중간체(212)는 섬유의 프리폼(208)으로 형성될 수 있으며, 섬유로 인발될 수 있다. 제조 중간체(212)는 기술 용어인 케인(cane)으로 지칭될 수 있다. 제조 중간체(212)의 축 방향 치수를 따른 구멍(217)들 중 하나는 실질적으로 세장형 몸체(218)의 중앙 부분에 위치될 수 있다. 이러한 구성의 경우, 이 구멍(217)은 광섬유의 코어를 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 섬유의 코어는 방사선 전력의 지배적인(predominant) 부분을 안내하는 섬유의 임의의 부분으로 규정될 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 하나 이상의 구멍(217)이, 예를 들어 이 구멍(217)이 제조 중간체(212)의 중심을 포함하지 않도록 위치된, 또는 예를 들어 제조 중간체(212)의 중심보다 제조 중간체(212)의 외부 표면에 더 가깝게 위치된 코어를 둘러싸는 세장형 몸체의 외부 부분에 위치될 수 있다. 이러한 구성의 경우, 이 구멍(217)들은 제조 중간체(212)의 클래딩 부분 및 결과적인 광섬유 내에 구조체를 제공하는 것으로 간주될 수 있다.
제조 중간체(212)를 형성하는 방법의 단계들이 이제 도 9 및 도 10을 참조하여 설명될 것이다.
도 9는 하나 이상의 구멍을 갖는 섬유를 형성하기 위한 프리폼(208)을 형성하는 방법의 단계를 도시하고 있다. 도 9a에 프리폼 적층(200)이 도시되어 있으며, 여기서 캐필러리(202)는 적층 베이스(204)에 배치된다. 캐필러리(202)는 실리카(SiO2) 캐필러리일 수 있다. 캐필러리(202)는 실질적으로, 원형의 반경 방향 횡단면과 축 방향 치수의 세장형 몸체를 갖는 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 캐필러리(202)는 실린더의 축을 따른 길이보다 실질적으로 작은 직경을 가질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 캐필러리(202)는 실질적으로 비원형 반경 방향 횡단면, 예를 들어 타원형 반경 방향 횡단면, 삼각형 반경 방향 횡단면, 정사각형 반경 방향 횡단면, 또는 육각형 반경 방향 횡단면을 가질 수 있다. 캐필러리(202)는 중공(hollow)일 수 있다; 즉, 캐필러리는 튜브, 예를 들어 실리카 튜브일 수 있으며, 여기서 튜브는 중공 중심을 갖고 있다. 캐필러리(202)의 길이는 캐필러리(202)를 생산하기 위해 사용되는 하드웨어의 용량에 의해 제한될 수 있다. 캐필러리의 길이는 결과적인 섬유의 필요로 하는 길이를 기반으로 선별/선택될 수 있다. 예를 들어, 캐필러리(202)의 길이는 캐필러리(202)의 축을 따라 대략 1㎝ 이상 내지 수 미터일 수 있다. 캐필러리(202)의 직경은 대략 1㎜일 수 있다. 캐필러리(202)는 적층 베이스(stacking base)(204) 내로 수동으로 배치될 수 있다. 원하는 구성 및 캐필러리(202)의 분포를 생성하기 위한 수동적인 프리폼 적층은 클린룸 환경에서 수행될 수 있다. 그러나 오염 물질이, 예를 들어 캐필러리에 대한 손상 및/또는 불순물로 인한 프리폼의 오염의 형태로, 프리폼 적층(200) 동안 도입될 수 있다. 도 9b는 적층 베이스(204) 내의 적층형 캐필러리 구성을 보여주고 있다. 적층 베이스는 복수의 캐필러리(202)를 포함할 수 있으며, 여기서 캐필러리들은 모두 실질적으로 동일한 반경 방향 횡단면을 가질 수 있거나, 대안적으로 캐필러리는 다양한 상이한 형태 및/또는 크기를 갖는다. 적층 베이스(204)로부터, 캐필러리(202)는 도 9c에 도시된 바와 같이 재킷(206)에 의해 캡슐화될 수 있다. 재킷(206)은 실리카로 형성되고, 적층된 캐필러리를 둘러싸며 그리고 캐필러리의 적층된 구성의 형상을 지지하는 중공 원통일 수 있다. 재킷 내부의 캐필러리와 재킷은 프리폼(208)을 형성한다. 프리폼(208)은 대략 1㎝ 내지 수십 ㎝의 직경을 가질 수 있다. 프리폼의 길이는 대략 1㎝ 내지 수 m일 수 있다.
프리폼(208)이 형성되면, 이는 로(furnace) 내에서 가열되어 프리폼(208)의 재료를 연화시킬 수 있지만, 용융시키지 않을 수 있다. 특히, 프리폼(208)은 프리폼(208)의 재료를 후속 인발 공정에 적합한 충분한 점성을 갖도록 만들기 위하여 가열된다. 일반적으로, 프리폼(208)이 용융되는 특정 온도는 프리폼이 형성되는 재료에 좌우될 것이라는 점이 인식될 것이다. 프리폼의 재료는 글라스, 예를 들어 용융 실리카일 수 있다. 프리폼을 위한 재료로서 실리카를 사용하는 것의 이점은 재료의 큰 광학 투명 윈도우 및 섬유 제조 공정 중에 섬유 구조체에 대한 양호한 제어를 허용하는 그의 기계적 특성이다. 로의 온도는, 예를 들어 용융 실리카에 대하여 1,850 내지 2,100℃의 범위 내에서 설정될 수 있다. 로가 설정되는 온도는 연화될 프리폼(208)의 재료의 특성을 기반으로 결정된다. 도 10은 섬유의 제조 공정의 제1 인발 공정(214)을 개략적으로 보여주고 있다. 프리폼(208)은 로(210)를 통해 인발되어 제조 중간체(212)를 형성한다. 제조 중간체의 길이와 직경은 프리폼의 길이와 직경에 좌우될 것이며, 이는 결과적으로 생산될 섬유의 요구 조건에 좌우될 수 있다. 제조 중간체의 길이는 제조 하드웨어 사양에 의해 제한될 수 있으며, 예를 들어 로 내의 가열 요소의 사용 가능한 직경은 수용될 수 있는 프리폼(208) 또는 제조 중간체(212)의 크기를 제한할 수 있다. 제조 중간체(212)는 대략 1㎜ 내지 10㎜의 직경, 예를 들어 1㎜ 내지 2㎜ 범위 내의 직경을 가질 수 있다. 제조 중간체(212)의 길이는 대략 1m일 수 있다. 재료의 연화는 재킷(206) 및/또는 캐필러리(202)의 재료의 용융을 초래할 수 있으며, 결과적인 제조 중간체(212)는 따라서 프리폼(208)의 캐필러리(202)에 의하여 형성되는 하나 이상의 구멍을 포함하는 단 하나의 단일 몸체를 형성하는 것으로 간주될 수 있다.
프리폼 내부에서의 캐필러리 적층은 제어된 방식으로 수행될 수 있다. 캐필러리 적층은 손으로 수행될 수 있거나, 자동화될 수 있으며, 또는 양 방식의 조합으로 수행될 수 있다. 캐필러리(202)의 배치 및 제조 중간체(212) 내에서 구멍의 결과적인 배치는 상이한 중공 코어 디자인에 대응한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c는 복수의 구멍을 갖는 제조 중간체(212)의 반경 방향 횡단면의 예시적인 비제한적인 설계를 도시하고 있다. 제조 중간체(212)는 반경 방향 횡단면에 대응하는 구멍 분포를 갖는 광섬유로 인발될 수 있다. 섬유 인발 공정은 제조 중간체(212)를 글라스, 예를 들어 용융 실리카 내로 삽입하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 튜브는 재킷의 역할을 할 수 있으며 재킷과 제조 중간체 조합을 섬유로 인발한다. 대안적으로, 제조 중간체(212)는 섬유로 직접 인발될 수 있다. 섬유는 재킷 내로 삽입될 수 있는 제조 중간체(212)를 로 내에서 가열하여 재료를 연화시킴으로써 그리고 연화된 재료로부터 섬유를 인발함으로써 형성될 수 있다. 로는 섬유 인발 타워 내에 위치될 수 있다. 하나 이상의 롤러가 사용되어 제조 중간체(212)로부터 섬유를 신장시키고 인발할 수 있다. 제조 중간체(212)로부터 인발되는 광섬유는 1㎜ 미만의 외부 직경을 가질 수 있다. 섬유의 외부 직경은 대략 100㎛일 수 있으며, 50㎛ 내지 500㎛의 범위 내, 예를 들어 150㎛에 속할 수 있다. 결과적인 섬유의 길이는 대략 10m 내지 1,000m일 수 있다. 섬유 인발 공정의 크기와 조건에 따라 다른 길이 또한 획득될 수 있다.
중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)는 전형적으로 물리적 유도 메커니즘에 따라 2개의 부류; 중공 코어 광 밴드 갭 섬유(HC-PBF) 및 중공 코어 반공진 반사 섬유(HC-AF)로 나누어진다. 본 발명의 바람직한 실시예는 중공 코어 반공진-반사 섬유(hollow-core anti-resonant-reflecting fiber)(HC-AF)의 형성에 관한 것이다.
제조 중간체(212)의 3가지 상이한 예시적인 디자인이 도 11a, 도 11b 및 도 11c에서 (횡 방향 평면에) 보여지고 있지만, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 제조 중간체(212)는 일반적으로 도 11b에서 보여지는 것의 형태이다. 이러한 제조 중간체(212)의 일반적인 형태가 이제 도 12를 참조하여 설명되며, 이 도면은 횡 방향 평면에서의 제조 중간체(300)의 개략적인 횡단면도이다.
제조 중간체(300)는 외부 튜브(308)와 복수의 내부 튜브(304)를 포함하는 세장형 몸체를 포함하고 있다. 복수의 내부 튜브(304)는 외부 튜브(308) 내에 배열되어 있다. 특히, 복수의 내부 튜브(304)는 세장형 몸체의 축 방향 치수를 따라 세장형 몸체를 통해 연장되는 구멍(aperture)(302) 주위에 하나 이상의 링 구조체로 배열되어 있으며 그리고 적어도 부분적으로 이 구멍을 규정한다. 구멍(302)의 경계는 제조 중간체(300)의 내부 표면을 규정한다.
제조 중간체(300)의 몸체는 제조 중간체(300)의 다른 2개의 치수와 비교하여 하나의 치수가 더 길다. 이 더 긴 치수는 축 방향으로 지칭될 수 있으며 제조 중간체(300)의 축을 규정할 수 있다. 2개의 다른 치수는 횡 방향 평면으로 지칭될 수 있는 평면을 규정한다. 도 12는 x-y 평면으로서 표시된(labeled) 이 횡 방향 평면 (즉, 축에 수직)에서의 제조 중간체(300)의 횡단면을 보여주고 있다. 제조 중간체(300)의 횡단면은 섬유 축을 따라 실질적으로 일정할 수 있다.
제조 중간체(300)는 어느 정도의 유연성을 가질 수 있으며 따라서 축의 방향은 일반적으로 제조 중간체(300)의 길이를 따라 균일하지 않을 것이라는 점이 인식될 것이다. 광학 축, 가로지르는 횡단면 등과 같은 용어는 국부적인 광학 축, 국부적인 가로지르는 횡단면 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 더욱이, 구성 요소가 원통형 또는 튜브형인 것으로 설명되는 경우, 이 용어는 제조 중간체(300)가 구부러짐에 따라 왜곡될 수 있는 이러한 형상을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
제조 중간체(300)는 임의의 길이를 가질 수 있으며 제조 중간체(300)의 길이는 적용에 좌우될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
제조 중간체(300)의 구멍(302)은 중공 코어(hollow core)(302)로 지칭될 수 있다 (제조 중간체(300)가 인발되어 광섬유를 형성하면, 이는 섬유의 중공 코어를 제공할 것이다). 외부 튜브(308)는 클래딩 부분을 둘러싸고 지지하는 지지 부분(308)으로 지칭될 수 있다. 중공 코어(302)를 둘러싸는 내부 튜브(304)는 클래딩 부분을 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 클래딩 부분은 복수의 내부 튜브(304)를 포함하고 있으며, 이 내부 튜브는 제조 중간체(300)가 인발되어 광섬유를 형성하면 상기 광섬유의 중공 코어(302)를 통해 방사선을 안내하기 위한 반공진(anti-resonance) 요소를 제공할 것이다. 특히, 복수의 반공진 요소는 지배적으로 중공 코어(302) 내부에서 제조 중간체(300)를 통해 전파되는 방사선을 제한하도록 그리고 제조 중간체(300)를 따라 방사선을 안내하도록 배열되어 있다. 제조 중간체(300)는 중공 코어(302)를 갖는 (클래딩 부분과 지지 부분(308)을 포함하는) 몸체를 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 제조 중간체(300)의 중공 코어(302)는 실질적으로 제조 중간체(300)의 중앙 영역에 배치될 수 있으며, 따라서 제조 중간체(300)의 축은 또한 제조 중간체(300)의 중공 코어(302)의 축을 규정할 수 있다.
클래딩 부분은 복수의 튜브(304)를 포함하며, 중간체(300)로부터 형성된 광섬유에서 이 튜브는 광섬유를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 반공진 요소를 제공한다. 특히, 이 실시예에서, 클래딩 부분은 6개의 내부 튜브(304)의 단일 링을 포함하며, 이 내부 튜브는 튜브형 캐필러리(304)로 지칭될 수 있다.
캐필러리(304)는 횡단면이 원형이거나 또 다른 형상을 가질 수 있다. 각 캐필러리(304)는 제조 중간체(300)의 중공 코어(302)를 적어도 부분적으로 규정하고 중공 코어(302)를 캐필러리 캐비티(306)로부터 분리하는 대체로 원통형의 벽 부분(305)을 포함한다. 사용시 (제조 중간체(300)가 광섬유로 형성되면) 벽 부분(305)은 중공 코어(302)를 통해 전파되는 (그리고 그레이징 입사각으로 벽 부분(305)에 입사될 수 있는)) 방사선을 위한 반사 방지 파브리-페로(Fabry-Perot) 공진기로서 작용할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 벽 부분(305)의 두께는 중공 코어(302)로의 뒤로의 반사가 전체적으로 강화되는 반면 캐필러리 캐비티(306)로의 투과는 전체적으로 억제되는 것을 보장하기 위하여 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 광섬유를 형성하기 위해 인발되면, 캐필러리 벽 부분(305)은 0.01 내지 10.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 클래딩 부분은 제조 중간체(300)의 일부분을 의미하는 것으로 의도되고 이는 사용시 (제조 중간체가 광섬유로 인발되면) 광섬유 (즉, 상기 방사선을 중공 코어(302)) 내에서 제한하는 캐필러리(304))를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 것이라는 점이 인식될 것이다. 방사선은 횡 방향 모드의 형태로 제한될 수 있어 섬유 축을 따라 전파된다.
지지 부분(308)은 일반적으로 튜브형이며, 클래딩 부분의 6개의 캐필러리를 지지하고 있다. 6개의 캐필러리(304)는 지지 부분(108)의 내부 표면 주위에 균일하게 분포되어 있다. 6개의 캐필러리(304)는 일반적으로 육각형 형태로 배치되는 것으로 설명될 수 있다.
캐필러리(304)들은 각 캐필러리가 다른 캐필러리(304)들 중 임의의 것과 접촉 상태에 있지 않도록 배열되어 있다. 캐필러리(304)들의 각각은 지지 부분(308)과 접촉하고 있으며 링 구조체 내의 인접한 캐필러리(304)와 이격되어 있다. 이러한 배열체는 (예를 들어, 캐필러리들이 서로 접촉하고 있는 배열체에 대하여) 제조 중간체(300)의 전송 대역폭을 증가시킬 수 있기 때문에 유익할 수 있다. 더욱이, 아래에서 더 논의될 바와 같이, 이러한 배열체는 제조 중간체(300)로부터 형성된 광섬유의 광학적 특성을 계속해서 유지하면서 제조 중간체(300)가 더 깊은 깊이로 에칭되는 것을 허용한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 캐필러리(304)들의 각각은 링 구조체 내의 인접한 캐필러리(304)와 접촉 상태에 있을 수 있다.
클래딩 부분의 6개의 캐필러리(304)는 중공 코어(302) 주위에 링 구조체로 배치된다. 캐필러리(304)의 링 구조체의 내부 표면은 제조 중간체(300)의 중공 코어(302)를 적어도 부분적으로 규정한다. 중공 코어(302)의 직경 (화살표 314로 표시된 대향 캐필러리 사이의 최소 치수로 정의될 수 있음)은 중공 코어 제조 중간체(300)로부터 형성된 광섬유의 모드 필드 직경, 충격 손실, 분산, 모드 복수성(modal plurality) 및 비선형 특성에 영향을 미칠 수 있다. 광섬유로 인발되면, 중공 코어(302)의 직경은 10 내지 1,000㎛일 수 있다.
이 실시예에서, 클래딩 부분은 캐필러리(304)의 단일 링 배열체 (이는 사용시 반공진 요소로서 작용할 것이다)를 포함한다. 따라서, 중공 코어(302)의 중심에서 제조 중간체(300)의 외부까지 임의의 반경 방향의 선은 하나 이상의 캐필러리(304)를 통과하지 않는다.
다른 실시예에는 반공진 요소의 상이한 배열체를 구비할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 이는 반공진 요소의 다중 링을 갖는 배열체 및 네스트형(nested) 반공진 요소를 갖는 배열체를 포함할 수 있다. 더욱이, 도 12에서 보여지는 실시예가 6개의 캐필러리의 링을 포함하고 있지만, 다른 실시예에서, 임의의 수의 반공진 요소 (예를 들어 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 캐필러리)를 포함하는 하나 이상의 링이 클래딩 부분에 제공될 수 있다. 선택적으로, 지지 부분(308)은 변형 가능한 부분을 포함하여 외부 응력으로부터 클래딩 부분을 적어도 부분적으로 격리시킬 수 있다. 반공진 요소는 모두 동일한 직경을 가질 수 있거나, 대안적으로 반공진 요소는 상이한 직경을 가질 수 있다. 제조 중간체(300) 및 그로부터 형성된 광섬유의 기하학적 구조는 WO2017/032454A1에 개시된 기하학적 구조들 중 임의의 것의 형태일 수 있으며, 이 문헌은 본 명세서에서 인용 참조된다. 특히, 제조 중간체(300) 및 그로부터 형성된 광섬유의 기하학적 구조는 WO2017/032454 A1의 도 1A 내지 도 1E에서 보여지는 배열체들 중 임의의 것일 수 있으며, 첨부된 상세한 설명에서 설명된 그에 대한 대안일 수 있다. 도 12에서 보여지는 위에서 설명된 예에서, 캐필러리(304)는 (횡 방향 평면에서) 전체적으로 횡단면이 원형일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 캐필러리(304)는 실질적으로 (횡 방향 평면에서) 비원형 횡단면, 예를 들어 타원형 횡단면, 삼각형 단면, 정사각형 단면, 또는 육각형 횡단면을 가질 수 있다.
에칭된 표면의 평활도는 에칭 깊이에 좌우되고, 이는 결과적으로 에칭 방법의 세부 사항, 예를 들어, 에칭 물질의 유형, 온도 및 농도 및 에칭 공정의 지속 시간에 좌우될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 제조 중간체(212)에 에칭 단계(104)를 수행하는 것의 이점은 제조 중간체(212)의 반경 방향 치수가 제조 중간체(212)로부터 인발될 섬유의 반경 방향 치수보다 크다는 것이다. 따라서, 이러한 제조 중간체(212)로부터 형성된 광섬유가 에칭될 수 있는 것보다 더 큰 깊이로 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 에칭하는 것이 가능하여, 더 매끄러운 내부 표면(216) (그리고, 결과적으로 결과적인 섬유의 더 매끄러운 내부 표면)을 야기한다.
먼저 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 에칭하고 그후 이어서 제조 중간체(212)를 인발(즉, 단계 106)하여 광섬유를 형성하는 것의 또 다른 장점은 내부 표면 상의 임의의 남아있는 화학적 및 물리적 오염 물질이 공정의 인발 단계 동안 확장된다는 것이다. 따라서, 인발 단계 전에, 오염 물질이 섬유 전체에 걸쳐 확장될 수 있기 전에 오염 물질의 양을 줄이는 것은 광섬유의 구멍의 내부 표면(216)의 품질을 더욱 향상시킨다.
제조 중간체(212)에 에칭 단계를 수행하는 것의 또 다른 이점은 제조 중간체(212)의 축 방향 치수(220)가 그로부터 인발된 광섬유의 축 방향 치수보다 작다는 것이다. 결과적으로, 에칭 물질은 섬유 자체의 내부 표면보다 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)과 더 용이하게 및/또는 더 균일하게 접촉될 수 있다. 이는 에칭 영역의 더 작은 규모(scale)로 인하여 공정에 대한 향상된 제어와 함께 보다 용이한 에칭 공정을 제공한다.
제조 중간체(212)에 에칭 단계를 수행하는 것의 또 다른 이점은 제조 중간체(212)의 축 방향 치수(220)가 그것으로부터 인발된 광섬유의 축 방향 치수보다 작다는 것이다. 결과적으로, 하나의 에칭된 제조 중간체 하나를 사용하는 것은 개선된 특성을 갖는 더 긴 길이의 섬유를 얻을 수 있으며, 따라서 섬유 자체를 에칭하는 것과 비교할 때 수율을 증가시킬 수 있다.
제조 중간체(212)에 에칭 단계를 수행하는 것의 또 다른 이점은 반공진 요소의 더 작은 벽 (예를 들어, 더 작은 벽 부분(305))이 달성될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 이는 결과적인 광섬유의 유도를 향상시킨다.
더욱이, 위에서 설명된 광섬유 제조 방법은 (먼저 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하고 그후 제조 중간체를 인발함으로써) 각 내부 튜브가 나머지 내부 튜브들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 배열된 (사용시 반공진 요소를 형성할) 복수의 내부 튜브를 포함하는 배열체에 특히 유용하다. 이러한 기하학적 구조의 예가 도 12에서 보여지는 제조 중간체(300)이다. 이는 반공진 요소를 형성할 벽들 (예를 들어, 벽 부분(305)들)이 인접한 반공진 요소의 벽과 접촉하지 않고 에천트(etchant)에 의해 균일하게 에칭될 수 있기 때문이다. 대조적으로, 인접한 반공진 요소들이 접촉하고 있는 광결정 섬유 기하학적 구조는 (노드(node)로 지칭될 수 있는) 증가된 두께의 영역을 가질 것이며, 여기서 반공진 요소의 벽들은 서로 접촉하며 또한 더욱이 이러한 노드는 일반적으로 노드들을 연결하는 벽 부분에 대하여 상이하게 에칭될 것이다. 극단적인 예에서, 카고메(Kagome) 섬유는 상호 연결된 벽들의 웹을 구비하고 있으며, 이 벽들은 노드들 사이에서 연장된다. 이러한 배열체가 에칭되면, 벽 부분이 균일하게 에칭될지라도, 노드의 존재로 인하여 에칭되고 있는 구멍의 내부 형상이 왜곡될 것이다. 이 왜곡은 제조 중간체로부터 형성된 광섬유의 중공 코어 내에서의 방사선의 유도를 저하시킬 것이다. 더욱이, 이 왜곡의 정도는 에칭의 깊이에 따라 증가할 것이다. 대조적으로, 각 반공진 요소가 다른 반공진 요소들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 반공진 요소들이 배열되는 배열체는 이러한 왜곡을 겪지 않을 것이다. 결과적으로, 더 깊은 에칭 깊이는 결과적인 광섬유의 광학적 특성에 부정적으로 영향을 미치지 않고 (특히 광섬유를 통한 방사선의 광학적 제한 또는 유도에 부정적으로 영향을 미치지 않고) 이러한 실시예에 대해 달성될 수 있다. 이미 논의된 바와 같이, 증가된 에칭 깊이는 또한 결과적인 광섬유의 광학 특성을 개선할 것이다. 따라서, (i) 각 반공진 요소가 다른 반공진 요소들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 반공진 요소들이 배열되어 있는 배열체가 존재하는 것과 (ⅱ) 먼저 에칭 물질을 사용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하고 그후 그 뒤에 제조 중간체를 인발하는 것 사이에 시너지 효과가 있다고 고려될 수 있다. 이러한 배열체가 특히 유리하다.
에칭 물질을 사용하는 에칭은 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)으로부터 화학적 및 물리적 오염 물질을 제거할 수 있다. 오염 물질은 재료에 존재할 수 있으며 및/또는 제조 중간체(212)의 제조 공정 동안 도입될 수 있다. 물리적 오염 물질의 예는 스크래치, 결함 및 미세 균열을 포함한다. 예시적인 화학적 오염 물질의 예는 재료에 존재하는 불순물을 포함한다. 표면에서 불순물과 같은 화학적 오염 물질을 제거하는 것은 화학적 오염 물질에 의하여 야기된, 표면에서의 또는 표면 근처에서의 추가 물리적 오염 물질을 드러내 보일 수 있다. 추가 에칭은 이러한 추가 물리적 오염 물질을 제거할 수 있다.
에칭은 딥 에칭(deep etching) 공정을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 딥 에칭 공정은 재료의 추가 제거가 제조 중간체(212)로부터의 결과적인 섬유의 특성의 현저한 개선을 야기하지 않을 깊이까지의 임의의 에칭으로서 규정될 수 있다. 화학적 오염 물질의 경우, 딥(deep)은 깊이의 함수로서의 오염 물질의 농도가 안정기(plateau)에 도달하고/감소되는 것을 중단하는 에칭 깊이에 대응할 수 있다. 스크래치와 미세 균열과 같은 물리적 오염 물질의 경우, 딥은 표면 거칠기가 안정기에 도달하고 및/또는 스크래치의 추가 확대가 결과적인 섬유의 광학 특성, 예를 들어 그의 광학 손상 임계값의 추가 개선을 초래하지 않는 에칭 깊이에 대응할 수 있다. 결과적인 섬유의 개선된 특성이 관찰될 수 있는 에칭의 최적의 깊이는 제조 중간체(212)마다 다를 수 있다. 최적의 깊이는 예를 들어 깊이의 함수로서 재료 내의 오염 물질의 분포에 영향을 미칠 수 있음에 따라, 최적의 깊이는 예를 들어 제조 중간체(212) (예를 들어, 용융 실리카)를 형성하는 재료의 유형 및/또는 순도를 포함한 여러 요인에 좌우될 수 있다. 최적의 에칭 깊이는 초기 재료 (예를 들어, 프리폼(208), 캐필러리(202) 등)의 표면 거칠기 및/또는 제조 중간체의 제조 방법에 추가로 의존할 수 있다. 광학적 에칭 깊이 값은, 예를 들어 시행 착오를 통해 경험적으로 결정될 수 있다. 에칭 깊이는 제조 중간체(212)의 치수 및 에칭된 부분의 기계적 안정성에 의해 제한될 수 있으며, 예를 들어, 에칭 공정이 너무 깊게 에칭한다면, 에칭된 재료는 섬유로 인발되기 위한 기계적 안정성이 부족할 수 있다.
에칭된 그리고 에칭되지 않은 제조 중간체(212)들로부터 생성된 섬유들은 몇 가지 구별되는 인자, 예를 들어 산란 특성을 가질 수 있다. 에칭된 그리고 에칭되지 않은 제조 중간체(212)들로부터 형성된 섬유들을 구별하는 예시적인 방법은 섬유를 따라 전파되는 전자기 방사선의 측면 산란의 양을 관찰하는 것이다. 에칭되지 않은 제조 중간체(212)로부터 형성된 섬유에서, 내부 표면을 따라 존재하는 표면 거칠기 및 스크래치는 산란 점으로 나타날 수 있으며, 이는 섬유를 따라 전파됨에 따라 전자기 방사선을 산란시킬 수 있다. 이러한 산란 점은 적절한 검출기를 사용하여 관찰될 수 있다. 전자기 방사선이 가시광을 포함하는 경우, 어떤 경우에는 산란 점은 육안으로도 보여질 수 있다. 에칭되지 않은 제조 중간체(212)로부터 형성된 섬유와 비교하여, 에칭된 제조 중간체(212)로부터 형성된 섬유는 더 적은, 위에서 설명된 방사선 산란 점을 가질 수 있다.
예를 들어, 제조 중간체로부터 인발된 섬유 대신에 제조 중간체(212)를 에칭하는 것의 이점은 제조 중간체(212)의 반경 방향 치수가 섬유의 반경 방향 치수보다 더 크기 때문에 더 깊은 에칭이 수행될 수 있으며, 따라서 더 많은 재료가 에칭하기 위하여 사용 가능하다는 것이다. 섬유를 형성하기 위해 제조 중간체(212)를 그의 축 방향 치수를 따라 인발할 때, 제조 중간체 및/또는 섬유의 길이로도 지칭될 수 있는 축 방향 치수는 증가되며 축 방향 치수에 수직인 제조 중간체(212)의 치수는 감소된다. 인발 공정이 일반적인 또는 단순 비례 축소(scaling)를 야기할 때, 축 방향 치수에 수직인 모든 치수가 동일 비율만큼 감소된다. 축 방향 치수에 수직인 치수가 f배만큼 감소하면, (재료가 보존되기 때문에) 축 방향 치수는 그러면 f2 배만큼 증가할 것이다. 따라서, 제조 중간체(212)의 세장형 몸체의 벽의 두께는 광섬유의 두께보다 f배 만큼 더 크다. 결과적으로, 유리하게는, 제조 중간체(212)를 먼저 에칭하고 그후 이를 인발하여 광섬유를 형성하는 것은 에칭 공정이 (먼저 인발하고 그후 에칭하는 것을 선택한다면) 비교할만한 품질의 광섬유를 얻기 위하여 광섬유가 에칭되어야 할 것보다 f배 더 큰 깊이로 에칭하는 것을 허용한다. 따라서, 제조 중간체(212)를 에칭하면, 가능한 에칭 깊이는 인발된 섬유를 에칭하는 것과 비교하여 약 f배 클 수 있다. 일부 실시예에서, 광섬유를 형성하기 위해 제조 중간체(212)를 인발하는 과정에서, 축 방향 치수에 수직인 치수는 적어도 1/10의 비율로, 예를 들어 대략 1/20의 비율로 또는 대략 1/50의 비율로 감소된다.
제조 중간체(212)에서 수행되는 에칭 공정은 더 깊게 에칭할 수 있으며, 따라서 예를 들어 오염 물질 부근에서 발생하는 오염 물질의 영향을 에칭 제거함으로써 오염 물질을 더 철저하게 제거할 수 있다. 딥 에칭 공정에 의해 제거될 수 있는 예시적인 결함은 표면 결함 주위에 존재하는 비가교 산소 정공 중심(non-bridging oxygen hole center; NBOHC) 및/또는 산소 결핍 중심(oxygen deficient center; ODC)을 포함한다.
에칭은 습식 화학적 에칭 공정을 포함할 수 있다. 습식 화학적 에칭을 사용하는 것의 이점은 에칭 물질을 형성하는 용액의 농도의 제어를 통하여 에칭 공정을 제어하는 능력이다. 또 다른 이점은 습식 에칭 공정의 등방성 에칭 특성일 수 있다. 또 다른 이점은 가스 에칭 물질에 비해 액체 에칭 물질의 상대적인 제어 용이함일 수 있다. 아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 습식 화학적 에칭 공정을 사용하는 것의 다른 장점은 복잡하지 않고 간단한 설비, 예를 들어 에칭조(etching bath)의 사용, 빠른 에칭 공정을 위한 높은 에칭률, 및 에칭 공정의 높은 선택도의 가능성을 포함한다. 제조 중간체(212)를 위하여 습식 에칭을 사용하는 것의 이점은 제조 중간체가 에칭을 위한 물질을 포함하는 컨테이너 (즉, 에칭조) 내에 배치될 수 있도록 제조 중간체(212)의 치수가 충분하게 콤팩트하다는 것이다. 제조 중간체의 내부 표면(216)의 에칭은 액체 침지, 캐필러리 충전 또는 가압 충전 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 섬유에 대한 제조 중간체(212)의 비교적 짧은 축 방향 치수 및 더 큰 반경 방향 치수로 인하여, 하나 이상의 구멍(217)에 에칭 물질을 삽입하기 위한 이 방법은 섬유보다 제조 중간체(212)에 적용하기가 더 쉽다. 예시적인 에칭 물질은 플루오르화수소(HF), 질산(HNO3)과 플루오르화수소(HF)의 혼합물, 또는 수산화칼륨(KOH)을 포함할 수 있다. 이 물질은 예시적인 제조 중간체(212) 재료인 이산화규소(SiO2)를 에칭할 수 있으며, 따라서 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)을 에칭하는 데 유용할 수 있다. 제조 중간체(212)의 에칭은 실온에서 수행될 수 있다. 고온을 요구하지 않고 에칭 공정을 수행하는 능력은 본 방법을 더 저렴하고 더 쉽게 수행하게 해주기 때문에 유익하다. 그러나 일부 경우에, 예를 들어 특정 최종 결과를 얻기 위해 고온에서 에칭 공정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
에칭 물질은 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에칭 물질은 플루오르화수소(HF) 가스일 수 있다. 에칭을 수행하기 위해 HF 가스를 사용하는 것은 습식 에칭에 대한 대안을 제공하며, 따라서 본 방법은 습식 에칭이 바람직하지 않은 경우에 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에 습식 에칭 공정 자체가 제조 중간체(212)의 바람직하지 않은 오염 물질을 초래할 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)의 재료를 에칭할 수 있는 다른 가스가 사용될 수 있다.
도 8에서 보여지는 예시적인 제조 중간체(212)는 세장형 몸체(218)의 축 방향 치수를 따라 세장형 몸체(218)를 통해 연장되는 복수의 구멍(217)을 포함하고 있다. 이 경우, 복수의 구멍(217)의 각각의 경계는 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)의 일부를 규정한다. 광섬유 및 광섬유가 인발되는 제조 중간체(212)는 복수의 구멍(217)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이들은 하나의 구멍(217)만을 포함할 수 있다. 섬유의 복수의 구멍은 광을 안내하기 위한 복합 구조체를 형성하기 위해 협력할 수 있다. 구체적으로, 결과적인 섬유는 중공 코어 반공진 반사 섬유, 예를 들어 단일 링 반공진 중공 코어 섬유 또는 네스트형 튜브 반공진 섬유이다. 구멍(217)들의 각각은, 예를 들어 공기, 분자 가스, 원자 가스, 또는 분자 가스와 원자 가스의 혼합물과 같은 가스, 또는 진공으로 채워질 수 있다.
에칭 공정은 복수의 구멍(217) 중 적어도 하나의 내부 표면(216)을 에칭하는 것을 포함한다. 에칭은 복수의 구멍(217)의 전부가 아닌 일부의 내부 표면(216)의 선택적 에칭을 포함할 수 있다. 다른 방법들 중에서, 제조 중간체(212)의 선택적 에칭은 에칭제에 대해 내성이 있는 물질에 의하여, 에칭을 위한 것으로 의도되지 않은 구멍을 차단함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 이는 에칭을 위한 것으로 의도되지 않은 하나 이상의 구멍 내에 접착제 또는 폴리머를 주입함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어 공기 중에서 또는 특정 방사선에 대한 노출을 통한 접착제의 경화 후, 또는 강렬한 방사선 하에서의 폴리머 내의 이광자 흡수(two-photon absorption)를 사용함에 의한 폴리머의 경화 후, 에칭제는 에칭을 위한 것으로 의도된 하나 이상의 구멍에 자유롭게 들어가는 반면, 경화된 접착제 또는 폴리머에 의해 차단된 하나 이상의 구멍에는 들어가지 않을 것이다. 또 다른 방법에서 차단 접착제 또는 폴리머는 모세관 작용을 통해 모든 구멍에 들어갈 수 있다. 이 경우, 구멍을 채우는 속도는 상이한 크기의 구멍들에 대해 다를 수 있다. 경화 후, 상이한 크기를 갖는 구멍들 내의 컬럼(column)들의 길이들은 상이하다. 올바른 위치에서 제조 중간체를 분리(cleaving)/절단(cutting)함으로써, 더 느린 속도로 채워진 구멍은 개방 상태로 유지될 수 반면에, 다른 구멍은 차단된 상태를 유지한다. 한 실시예에서, 제조 중간체(212)의 중공 코어를 규정하는 표면만이 에칭된다. 예를 들어, 도 12에서 보여지는 제조 중간체(300)의 경우, 중공 코어(302)를 규정하는 표면 (즉, 벽 부분(305)의 외부 표면 및 지지 부분(308)의 내부 표면)은 에칭될 수 있는 반면 캐필러리 캐비티(306)의 내부 표면 (즉, 벽 부분(305)의 내부 표면)은 에칭되지 않는다. 이는 위에서 설명된 방법들 중 하나를 사용하여 캐필러리(304)를 차단함으로써 달성될 수 있다. 캐필러리(304)에 의하여 규정된 캐필러리 캐비티(306)가 상대적으로 작을 수 있고 따라서 캐필러리(304)의 벽 부분(305)이 균일한 두께를 갖는다는 것을 보장하기에 충분한 정확도로 에칭 공정을 제어하는 것이 어려울 수 있기 때문에, 제조 중간체(212, 300)의 중공 코어의 이 선택적 에칭은 유익하다. 결국, 벽 부분(305)의 균일한 두께는 제조 중간체(300)로부터 인발된 광섬유의 중공 캐비티 내에서의 유도된 방사선의 더 나쁜 제한을 초래할 수 있다.
에칭은 제조 중간체(212)의 복수의 구멍 모두의 내부 표면(216)을 에칭하는 것을 포함할 수 있다. 에칭은 제조 중간체(212)의 외부 표면의 에칭을 더 포함할 수 있다. 에칭은 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)과 외부 표면을 포함하는 전체 표면의 에칭을 포함할 수 있다. 에칭을 위한 하나 이상의 구멍(217)의 선택은, 예를 들어 하나 이상의 선택된 구멍 내로 에칭 물질을 끌어들이기 위해 모세관 작용을 이용함으로써 달성될 수 있다. 에칭 물질은 가스와 액체 중 하나 이상을 포함하는 유체 에칭 물질일 수 있다. 에칭 물질은 모세관 작용 또는 에칭제의 주입을 사용하여 구멍을 통해 이동될 수 있어, 표면(216)과의 에칭 물질의 접촉시 내부 표면(216)을 에칭한다.
에칭 물질을 이용한 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)의 에칭은, 사용 중에 광섬유를 통해 전파되는 광과 지배적으로 접촉 또는 상호 작용을 하게 되는 광섬유의 하나 이상의 부분에 대응하는 제조 중간체(212)의 내부 표면(216)의 하나 이상의 부분을 우선적으로 에칭하는 것을 포함할 수 있다. 광섬유의 하나 이상의 구멍의 설계 및 반경 방향 분포는 전파되는 방사선과 지배적으로 접촉 또는 상호 작용하는 섬유의 영역을 결정할 수 있다. 전파되고 있는 방사선의 특성, 예를 들어 방사선의 파장 또는 파장들은 섬유 내부의 방사선 분포를 더 결정할 수 있다. 섬유를 통해 전파되는 방사선은 하나 이상의 구멍(217)의 경계를 넘어서 (가로지르는 방향으로) 연장될 수 있으며 구멍(217)을 둘러싸는 섬유의 재료로 침투할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
예시적인 구현에서, 위에서 설명된 방법에 따라 제조된 광섬유는 도 13에 도시된 초연속 방사선 소스(600)의 일부를 형성한다. 펄스 방사선 소스(610)는 펄스형 방사선 빔(611)을 생성하도록 작동 가능하다. 펄스형 방사선 빔(611)은, 예를 들어 1㎑ 내지 80㎑의 범위 내의 반복률을 가질 수 있다. 펄스 방사선 소스(610)는 레이저, 예를 들어 수동적으로 또는 능동적으로 모드 록킹될 수 있는 모드 록킹식(mode-locked) 레이저를 포함할 수 있다. 방사선 소스는 하나 이상의 증폭 유닛을 포함할 수 있다. 펄스 기간은 10 펨토초(femtoseconds) 내지 100 피코초(picoseconds)의 범위 내일 수 있다. 펄스형 방사선(611)은 파장의 대역폭을 포함할 수 있다. 펄스형 방사선 빔(611)은 이득 매질(612)과 펌프 방사선 소스(614)를 사용하여 증폭될 수 있다. 증폭된 펄스형 방사선일 수 있는 펄스형 방사선은 광섬유(616)에 연결될 수 있다. 광섬유(616)는, 예를 들어 중공 코어 섬유를 가스로 채움으로써 비선형 광학 매체로서의 역할을 할 수 있으며, 광섬유의 출력부에서 초연속 방사선 빔(618)을 생성하기 위하여 수신된 펄스형 방사선 빔의 스펙트럼을 넓히도록 구성될 수 있다. 초연속 방사선의 생성은 다양한 비선형 효과의 결과일 수 있으며, 여기서 광섬유에 의해 달성된 강력한 제한은 비선형 효과의 발생에 기여한다.
추가 실시예가 다음의 번호가 부여된 조항에서 논의된다:
1. 광섬유를 형성하는 방법은,
세장형 몸체를 가지며 외부 튜브와 복수의 내부 튜브를 포함하는 제조 중간체를 제공하는 것 -복수의 내부 튜브는 외부 튜브 내에 배열되며, 복수의 내부 튜브는 세장형 몸체의 축 방향 치수를 따라 세장형 몸체를 통하여 연장되는 구멍 주위에 하나 이상의 링 구조체로 배열되고 링 구조체는 구멍을 적어도 부분적으로 규정하며, 구멍의 경계는 제조 중간체의 내부 표면을 규정함-;
에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것; 및
내부 튜브로부터 형성된 복수의 반공진 요소를 포함하는 중공 코어 반공진 반사 섬유인 광섬유를 형성하기 위하여 제조 중간체를 축 방향 치수를 따라 인발하는 것을 포함한다.
2. 조항 1항에 따른 방법에서, 복수의 내부 튜브는 내부 튜브들의 각각이 나머지 내부 튜브들 중 임의의 것과 접촉하지 않도록 중공 코어 주위에 단일 링 구조체로 배열된다.
3. 조항 1 또는 조항 2에 따른 방법에서, 제조 중간체를 축 방향 치수를 따라 인발함으로써, 축 방향 치수에 수직인 제조 중간체의 치수는 적어도 1/10의 비율로 감소된다.
4. 조항 1 내지 3 중 어느 한 조항에 따른 방법에서, 제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 습식 화학적 에칭 공정을 포함한다.
5. 조항 4에 따른 방법에서, 제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 액체 침지, 캐필러리 충전, 가압 충전 또는 스프레이 에칭 중 하나를 포함한다.
6. 조항 1 내지 5 중 어느 한 조항에 따른 방법에서, 에칭 물질은 HF, HF와 HNO3의 혼합물 또는 KOH 중 하나를 포함한다.
7. 조항 1 내지 6 중 어느 한 조항에 따른 방법에서, 본 방법은 실온에서 수행된다.
8. 조항 1 내지 3 또는 조항 5 내지 7 중 어느 한 조항에 따른 방법에서, 제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 건식 화학 에칭을 포함한다.
9. 조항 1 내지 8 중 어느 한 조항에 따른 방법은 에칭 물질 및/또는 에칭 공정의 임의의 산물을 구멍 내부로부터 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 제조 중간체를 세정하는 것을 더 포함한다.
10. 조항 1 내지 9 중 어느 한 조항에 따른 방법은 에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 튜브들 중 하나 이상의 내부 표면을 에칭하는 것을 더 포함한다.
11. 조항 1 내지 10 중 어느 한 조항에 따른 방법은 내부 튜브의 내부 표면이 에칭 물질에 의하여 에칭되지 않도록 내부 튜브들 중 하나 이상의 단부를 차단하는 것을 더 포함한다.
12. 조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에 따른 방법에서, 에칭 물질을 이용하여 제조 중간체의 내부 표면을 에칭하는 것은, 사용 중에 광섬유를 통해 전파되는 광과 지배적으로 접촉 또는 상호 작용을 하게 되는 광섬유의 이상의 부분에 대응하는 제조 중간체의 내부 표면의 하나 이상의 부분을 우선적으로 에칭하는 것을 포함한다.
13. 조항 1 내지 12 중 어느 한 조항에 따른 방법은 제조 중간체의 외부 표면을 에칭하는 것을 더 포함한다.
14. 광섬유는 조항 1 내지 13의 방법에 따라 형성된다.
15. 광섬유를 형성하기 위한 제조 중간체로서, 광섬유를 형성하기 위하여 제조 중간체가 축 방향 치수를 따라 인발되기 전에 제조 중간체는 조항 1 내지 13 중 어느 한 조항의 방법에 따라 중간체로서 형성된다.
16. 초연속 방사선 소스는,
방사선 빔을 생성하도록 작동 가능한 방사선 소스; 및
조항 1 내지 13의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하며,
광섬유는 방사선 빔을 수광하도록 그리고 초연속 방사선 빔을 생성하기 위하여 해당 펄스형 방사선 빔의 스펙트럼을 넓히도록 구성된다.
17. 리소그래피 장치는 조항 1 내지 13의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함한다.
18. 계측 장치는 조항 1 내지 13의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에서의 리소그래피 장치의 사용에 대하여 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 명세서에 설명된 리소그래피 장치는 다른 적용을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 가능한 다른 적용은 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 플랫 패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적인 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼 (또는 다른 기판) 또는 마스크 (또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이 장치는 일반적으로 리소그래피 툴로 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 대기(비진공) 조건을 사용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예의 사용에 대해 위에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 문맥이 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피에 제한되지 않으며 다른 적용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
"계측 장치/툴/시스템" 또는 "검사 장치/툴/시스템"에 대한 구체적인 참조가 이루어질 수 있지만, 이 용어들은 동일하거나 유사한 유형의 툴, 장치 또는 시스템을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 상의 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함, 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 대상 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 또는 웨이퍼 상의 원하지 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과는 달리 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 제한이 아닌, 설명을 위한 것이다. 따라서, 아래에 제시된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 설명된 바와 같이 본 발명에 대하여 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당 업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 광섬유를 형성하는 방법에 있어서,
    세장형 몸체를 가지며 외부 튜브와 복수의 내부 튜브를 포함하는 제조 중간체를 제공하는 것 -상기 복수의 내부 튜브는 상기 외부 튜브 내에 배열되며, 상기 복수의 내부 튜브는 상기 세장형 몸체의 축 방향 치수를 따라 상기 세장형 몸체를 통하여 연장되는 구멍 주위에 하나 이상의 링 구조체로 배열되고 링 구조체는 상기 구멍을 적어도 부분적으로 규정하며, 상기 구멍의 경계는 상기 제조 중간체의 내부 표면을 규정함-;
    에칭 물질을 이용하여 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면을 에칭하는 것; 및
    상기 내부 튜브로부터 형성된 복수의 반공진 요소를 포함하는 중공 코어 반공진 반사 섬유인 상기 광섬유를 형성하기 위하여 상기 제조 중간체를 상기 축 방향 치수를 따라 인발(drawing)하는 것을 포함하고,
    상기 복수의 내부 튜브는, 에칭되고 있는 상기 구멍의 내부 형상이 왜곡되는 것을 방지하도록 내부 튜브들의 각각이 나머지 내부 튜브들 중 임의의 것과 접촉하지 않게 배열되는, 광섬유를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 내부 튜브는 상기 중공 코어 주위에 단일 링 구조체로 배열되는, 광섬유를 형성하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 중간체를 축 방향 치수를 따라 인발함으로써, 상기 축 방향 치수에 수직인 상기 제조 중간체의 치수는 적어도 1/10의 비율로 감소되는, 광섬유를 형성하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면의 에칭은 습식 화학적 에칭 공정을 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면의 에칭은 액체 침지, 캐필러리 충전, 가압 충전 또는 스프레이 에칭 중 하나를 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 물질은 HF, HF와 HNO3의 혼합물 또는 KOH 중 하나를 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면을 에칭하는 것은 실온에서 수행되는, 광섬유를 형성하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 중간체의 내부 표면의 에칭은 건식 화학 에칭을 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 물질을 이용하여 상기 제조 중간체의 내부 튜브들 중 하나 이상의 내부 표면을 에칭하는 것을 더 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에칭 물질을 이용하여 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면을 에칭하는 것은, 사용 중에 상기 광섬유를 통해 전파되는 광과 지배적으로 접촉 또는 상호 작용을 하게 되는 상기 광섬유의 하나 이상의 부분에 대응하는 상기 제조 중간체의 상기 내부 표면의 하나 이상의 부분을 우선적으로 에칭하는 것을 포함하는, 광섬유를 형성하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항의 방법에 따라 형성된 광섬유.
  12. 광섬유를 형성하기 위한 제조 중간체로서, 광섬유를 형성하기 위하여 상기 제조 중간체가 축 방향 치수를 따라 인발되기 전에 제1항 또는 제2항의 방법에 따라 중간체로서 형성되는 제조 중간체.
  13. 초연속 방사선 소스에 있어서,
    방사선 빔을 생성하도록 작동 가능한 방사선 소스; 및
    제1항 또는 제2항의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하며,
    상기 광섬유는 방사선 빔을 수광하도록 그리고 초연속 방사선 빔을 생성하기 위하여 해당 펄스형 방사선 빔의 스펙트럼을 넓히도록 구성된 초연속 방사선 소스.
  14. 제1항 또는 제2항의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하는 리소그래피 장치.
  15. 제1항 또는 제2항의 방법에 따라 형성된 광섬유를 포함하는 계측 장치.
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