KR20220063265A - 광대역 방사선 발생을 위한 중공 코어 광결정 섬유 기반 광학 요소 - Google Patents

광대역 방사선 발생을 위한 중공 코어 광결정 섬유 기반 광학 요소 Download PDF

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KR20220063265A
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패트릭 세바스티안 웨벨
피터 막시밀리안 괴츠
세바스티안 토마스 바우어슈미트
코엔 후베르투스 마테우스 발티스
야네크 라벤스베르겐
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

광학 요소 및 이의 제조 방법이 개시된다. 제 1 광학 요소는 방사선을 안내하기 위한 내부 모세관 및 이 내부 모세관을 감싸는 외부 모세관을 포함하는 중공 코어 광결정 섬유; 및 적어도 하나의 출력 단부 섹션을 포함하고, 출력 단부 섹션은 이 출력 단부 섹션 전에 중공 코어 광결정 섬유의 중심 부분을 따르는 외부 모세관의 내경 보다 출력 단부 섹션의 적어도 일부분에 걸쳐 더 큰 내경을 갖는다.

Description

광대역 방사선 발생을 위한 중공 코어 광결정 섬유 기반 광학 요소
본 출원은 2019년 10월 24일에 출원된 EP 출원 19204985.6 및 2019년 12월 18일에 출원된 EP 출원 19217381.3의 우선권을 주장하며, 이들 유럽 출원은 여기에 전체적으로 참조로 관련되어 있다.
본 발명은 중공 코어 광결정 섬유 기반 광대역 방사선 발생기, 특히 집적 회로의 제조에서 계측에 이용되는 광대역 방사선 발생기에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 요구되는 패턴을 기판 상에 가하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예컨대 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)의 패턴("설계 레이아웃" 또는 "설계"라고도 함)을 기판(예컨대, 웨이퍼) 상에 제공되어 있는 방사선 민감성 재료의 층(레지스트) 상에 투영할 수 있다.
패턴을 기판 상에 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐(feature)의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되고 있는 전형적인 파장은 365 nm(i-line), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm 이다. 4 ∼ 20 nm 범위, 예컨대 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV)을 사용하는 리소그래피 장치를 사용하여, 예컨대 193 nm의 파장을 사용하는 리소그래피 장치 보다 작은 피쳐를 기판 상에 형성할 수 있다.
저-k1 리소그래피는 리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계 보다 작은 치수를 갖는 피쳐를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표시되며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에 있는 투영 광학 기구의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로, 인쇄되는 최소 피쳐 크기, 하지만 이 경우에는 피치의 절반임), 그리고 k1는 경험적 분해능 계수이다. 일반적으로, k1이 작을 수록, 특정한 전기적 기능과 성능을 달성하기 위해 회로 설계자에 의해 계획된 형상과 치수와 비슷한 패턴을 기판 상에 재현하는 것이 더 어렵게 된다. 이들 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 이는 예컨대 NA의 최적화, 맞춤형 조명 계획, 위상 변이 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에의 광학 근접 보정(OPC, 가끔 "광학 및 공정 보정" 이라고도 함)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술"(RET)로 정의되는 다른 방법을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 사용되어 저-k1에서 패턴의 재현을 개선할 수 있다.
계측 도구는 IC 제조 공정의 많은 양태에서, 예컨대, 노광 전에 기판의 적절한 위치 설정을 위한 정렬 도구, 예컨대 포커스 제어를 위한 기판의 표면 토폴로지를 측정하는 레벨링 도구, 및 공정 제어에서 노광된 그리고/또는 에칭된 제품을 검사/측정하기 위한 산란 측정 기반 도구로서 사용된다. 각 경우에, 방사선 소스가 요구된다. 측정의 견고성 및 정확성을 포함한 다양한 이유로, 광대역 또는 백색광 방사선 소스가 그러한 계측용으로 점점 더 많이 사용되고 있다. 광대역 방사선 발생을 위한 현재의 디바이스를 개선하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제 1 양태에서, 광학 요소가 제공되며, 이 광학 요소는 방사선을 안내하기 위한 내부 모세관 및 내부 모세관을 감싸는 외부 모세관을 포함하는 중공 코어 광결정 섬유; 및 적어도 하나의 출력 단부 섹션을 포함하고, 출력 단부 섹션은 이 출력 단부 섹션 전에 중공 코어 광결정 섬유의 중심 부분을 따르는 외부 모세관의 내경 보다 출력 단부 섹션의 적어도 일부분에 걸쳐 더 큰 내경을 갖는다.
본 발명의 제 2 양태에서, 광학 요소가 제공되며, 이 광학 요소는 중공 코어 광결정 섬유; 및 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부의 적어도 각각의 단부 부분을 덮는 적어도 하나의 슬리브를 포함하는 슬리브 장치를 포함하고, 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관이 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며, 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하고, 슬리브 장치가 중공 코어 광결정 섬유와 접촉하는 접촉 영역은 모두 중공 코어 광결정 섬유의 주 축선에 대해 테이퍼형 코어 영역에 또는 그 너머에 있다.
본 발명의 다른 양태는 제 1 및 제 2 양태의 광학 요소를 포함하는 광대역 광원 및 계측 디바이스, 그리고 제 1 및 제 2 양태의 광학 요소의 제조 방법을 포함한다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 단지 예로서 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개관도를 나타낸다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개관도를 나타낸다.
도 3은 전체적인 리소그래피의 개략도로, 반도체 제조를 최적화하기 위한 3개의 주요 기술의 상호 협력을 나타낸다.
도 4는 계측 디바이스로서 사용되는 산란 측정 장치의 개략적인 개관도를 나타내며, 이는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서 장치의 개략적인 개관도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서 장치의 개략적인 개관도를 나타낸다.
도 7은 초연속체 발생을 위한 다수의 HC-PCF 설계의 횡단면을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 공지된 구성으로 있는 가스 충전 HC-PCF 기반 광대역 광원 디바이스를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 (a) 제 1 실시 형태 및 (b) 제 2 실시 형태에 따른 가스 충전 HC-PCF 전구를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 여기서 개시되는 바와 같은 광학 장치를 장착하기 위해 사용 가능한 장착 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 11(a) - (c)는 3개의 상이한 구성으로 있는 제 2 실시 형태의 광학 요소의 예를 개략적으로 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 HC-PCF의 확대 단부 섹션을 개략적으로 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 HC-PCF의 대안적인 확대 단부 섹션을 개략적으로 나타낸다.
도 14(a) - (e)는 도 12 및 13에 도시되어 있는 바와 같은 HC-PCF를 제조하기 위한 제조 방법을 개략적으로 나타낸다.
본 문헌에서, "방사선" 및 "비임"은 자외선(예컨대, 365, 248, 193, 157 또는 12 nm의 파장을 가짐) 및 EUV(예컨대, 약 5 ∼ 100 nm 범위의 파장을 갖는 극자외선)을 포함하여 모든 종류의 전자기 방사선을 포함하도록 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 대응하여, 패터닝된 단면을 입사 방사선 비임에 부여하기 위해 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 말하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. 이와 관련하여 "광 밸브" 라는 용어가 또한 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 이진형, 위상 변이형, 하이브리드 등) 외에, 다른 그러한 패터닝 디바이스의 예는 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 이 리소그래피 장치는, 방사선 비임(B)(예컨대, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기라고도 함)(IL), 패터닝 디바이스(MA)(예컨대, 마스크)를 지지하도록 구성되어 있고, 특정한 파라미터에 따라 그 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치 설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지부(예컨대, 마스크 테이블)(MT), 기판(예컨대, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되어 있고, 특정한 파라미터에 따라 기판 지지부를 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 설정기(PW)에 연결되는 기판 지지부(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 비임(B)에 부여되는 패턴을 기판(W)의 타겟 부분(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 투영하도록 구성되어 있는 투영 시스템(예컨대, 굴절형 투영 렌즈)(PS)을 포함한다.
작동시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 소스(SO)로부터 예컨대 비임 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 비임을 받는다. 조명 시스템(IL)은 방사선의 안내, 성형 및/또는 제어를 위한 굴절형, 반사형, 자기식, 전자기식, 정전기식 및/또는 다른 종류의 광학 요소 또는 이의 임의의 조합과 같은 다양한 종류의 광학 요소를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사선 비임(B)을 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 단면에서 요구되는 공간적 및 각도 세기 분포를 갖도록 조절하기 위해 사용될 수 있다.
여기서 사용되는 "투영 시스템"(PS) 이라는 용어는, 사용되고 있는 노광 방사선에 적절한 그리고/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 적절한, 굴절형, 반사형, 카타디옵트릭, 왜상(anamorphic), 자기적, 전자기적 및/또는 정전기적 광학 시스템 또는 이의 임의의 조합을 포함하여 다양한 종류의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 여기서 "투영 렌즈" 라는 용어의 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"(PS)과 동의어로 생각될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예컨대, 물)로 덮일 수 있는 종류일 수 있다(침지 리소그래피라고도 함). 침지 기술에 대한 더 많은 정보는 여기에 참조로 관련되어 있는 US6952253에 주어져 있다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지부(WT)("이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 종류일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서, 기판 지지부(WT)는 병렬적으로 사용될 수 있고, 그리고/또는 기판(W)의 다음 노광의 준비시의 단계가 한 기판 지지부(WT) 상에 위치되어 있는 기판(W)에 대해 수행될 수 있고 이때 다른 기판 지지부(WT) 상의 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상의 패턴을 노광하기 위해 사용된다.
기판 지지부(WT)에 추가로, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 이 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배치된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 비임(B)의 특성을 측정하도록 배치된다. 측정 스테이지는 복수의 센서를 유지할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부분, 예컨대 투영 시스템(PS)의 일부분 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부분을 청결하게 하기 위해 사용될 수 있다. 기판 지지부(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래에서 움직일 수 있다.
작업시, 방사선 비임(B)은 마스크 지지부(MT) 상에 지지되는 패터닝 디바이스 (예컨대, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스(MA)에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 방사선 비임(B)은 마스크(MA)를 횡단하여 투영 시스템(PS)을 통과하고, 그 투영 시스템은 비임을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상에 집속시킨다. 제 2 위치 설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지부(WT)는 예컨대 상이한 타겟 부분(C)을 방사선 비임(B)의 경로 내에서 집속 및 정렬된 위치에 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 제 1 위치 설정기(PM) 및 혹시 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 나타나 있지 않음)를 사용하여 패터닝 디바이스(MA)를 방사선 비임(B)의 경로에 대해 정확하게 위치시킬 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같은 기판 정렬 마크(P1, P2)가 전용의 타겟 부분을 차지하고 있지만, 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 타겟 부분(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)(가끔 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 함)의 일부분을 형성할 수 있고, 리소그래피 셀은 또한 기판(W)에 대해 노광전 및 노광후 공정을 수행하는 장치도 포함한다. 통상적으로 이것들은 레지스트 층을 증착하는 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 예컨대 레지스트 층에 있는 용매를 조절하기 위해 기판(W)의 온도를 조절하기 위한 냉각판(CH) 및 베이크(bake) 판(BK)을 포함한다. 기판 핸들러, 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하고, 이를 상이한 공정 장치 사이에 이동시키고 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 전달한다. 종종 집합적으로 트랙이라고도 하는 리소셀의 디바이스는 일반적으로 그 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있고, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광된 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되기 위해서는, 기판을 검사하여, 후속 층 간의 오버레이 에러, 선 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 패턴화된 구조의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 목적으로, 리소셀(LC)에 검사 도구(미도시)가 포함될 수 있다. 에러가 검출되면, 특히, 동일한 뱃치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행되면, 기판(W)에 대해 수행될 다음 기판의 노광 또는 다른 처리 단계에 대해 조절이 이루어질 수 있다.
계측 디바이스로도 지칭될 수 있는 검사 장치는 기판(W)의 특성, 특히 상이한 기판(W)의 특성이 어떻게 변하는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층과 관련된 특성이 층 마다 어떻게 다른지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 확인하도록 구성될 수 있고, 예를 들어, 리소셀(LC)의 일부분일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수 있다. 검사 장치는 잠상(latent image)(노광 후에 레지스트 층에 있는 이미지) 또는 반잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후에 레지스트 층에 있는 이미지) 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광 또는 비노광 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 후)에서도 특성을 측정할 수 있다.
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 공정은, 기판(W) 상의 구조의 치수 및 배치에 대한 높은 정확도를 요구하는 공정에서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해, 3개의 시스템이 도 3에 개략적으로 나타나 있는 바와 같은 소위 "전체적인" 제어 환경에 조합될 수 있다. 이러한 시스템 중의 하나는, 계측 도구(MT)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "전체적인" 환경의 핵심은, 전체 공정 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지되도록 하기 위해 엄격한 제어 루프를 제공하기 위해 이들 세 가지 시스템 간의 협력을 최적화하는 것이다. 공정 윈도우는, 특정 제조 공정이 규정된 결과(예컨대, 기능성 반도체 디바이스)를 내는, 전형적으로, 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정의 공정 파라미터가 변할 수 있는 일 범위의 공정 파라미터(예컨대, 도스(dose), 포커스, 오버레이)를 규정한다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패턴화될 설계 레이아웃(그의 일부분)을 사용하여, 어떤 분해능 향상 기술을 사용할지 예측하고 또한 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 공정의 최대 전체 공정 윈도우(도 3에서 첫 번째 스케일(SC1)의 이중 화살표로 나타나 있음)를 달성하는지를 결정하기 위해 계산 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행할 수 있다. 전형적으로, 분해능 향상 기술은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 일치하도록 배치된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한 리소그래피 장치(LA)가 현재 공정 윈도우 내의 어느 곳에서 작동하고 있는지를 검출하여(예컨대, 계측 도구(MT)로부터의 입력을 사용하여), 예를 들어 최적이 아닌 처리(도 3에서 두번째 스케일(SC2)에서 "0"을 가리키는 화살표로 나타나 있음)로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측할 수 있다.
계측 도구(MT)는 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하기 위해 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 보정 상태(도 3에서 세번째 스케일(SC3)의 다중 화살표로 나타나 있음)에서 가능한 드리프트(drift)를 확인하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다.
리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 도구를 일반적으로 계측 도구(MT)라고 한다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 산란계 계측 도구(MT)를 포함하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 도구(MT)가 알려져 있다. 산란계는 퓨필에 센서를 두거나 산란계 대물 렌즈의 퓨필과의 공액 평면에 센서를 두거나(일반적으로 퓨필 기반 측정이라고 하는 측정) 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 센서를 둠으로써(이 경우 측정은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 함) 리소그래피 공정의 파라미터를 측정할 수 있는 다용도 기구이다. 이러한 산란계 및 관련 측정 기술은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 더 설명되어 있고, 이것들은 전체적으로 여기에 참조로 관련되어 있다. 앞서 언급한 산란계는 소프트 x-선 및 가시광에서 근-IR 파장 범위의 빛을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
제 1 실시 형태에서, 산란계(MT)는 각도 분해 산란계이다. 이러한 산란계에서, 재구성 방법이 측정 신호에 적용되어 격자의 특성을 재구성하거나 계산할 수 있다. 그러한 재구성은, 예를 들어, 산란된 방사선과 타겟 구조의 수학적 모델의 상호 작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정 결과와 비교한 결과일 수 있다. 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟에서 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 수학적 모델의 파라미터가 조절된다.
제 2 실시 형태에서, 산란계(MT)는 분광 산란계(MT)이다. 이러한 분광 산란계(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 향하고, 그 타겟으로부터 반사되거나 산란된 방사선은, 정반사 방사선의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서의 강도 측정)을 측정하는 분광계 검출기로 향하게 된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 타겟의 구조 또는 프로파일이, 예컨대, 엄격한 결합파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교로 재구성될 수 있다.
제 3 실시 형태에서, 산란계(MT)는 엘립소메트릭(ellipsometric) 산란계이다. 이 엘립소메트릭 산란계는 각 편광 상태에 대해 산란 방사선을 측정하여 리소그래피 공정의 파라미터를 결정할 수 있다. 그러한 계측 디바이스는, 예를 들어 계측 디바이스의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 (선형, 원형 또는 타원형과 같은) 편광 빛을 방출한다. 그 계측 디바이스에 적합한 소스는 편광 방사선도 제공할 수 있다. 기존의 엘립소메트릭 산란계의 다양한 실시 형태가, 여기에 전체적으로 참조로 관련되어 있는 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.
산란계와 같은 계측 디바이스는 도 4에 나타나 있다. 이 계측 디바이스는 기판(W) 상에 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기(4)에 전달되고, 이 검출기는 정반사된 방사선의 스펙트럼(6)(즉, 파장의 함수로서의 강도 측정)을 측정한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 프로파일(8)의 구조는 처리 유닛(PU), 예컨대, 엄격한 결합파 분석 및 비선형 회귀 또는 도 3의 바닥에 나타나 있는 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교로 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해, 구조의 일반적인 형태는 알려져 있고, 일부 파라미터는 구조가 만들어진 공정에 대한 지식으로부터 가정되며, 그 구조의 단지 몇개의 파라미터만 산란 측정 데이터로부터 결정된다. 이러한 산란계는 수직 입사 산란계 또는 경사 입사 산란계로 구성될 수 있다.
계측 타겟의 측정을 통한 리소그래피 파라미터의 전체 측정 질은 이 리소그래피 파라미터를 측정하는 데에 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 파라미터 중의 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중의 하나는, 예를 들어, 처리 변동에 대한 측정 파라미터 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예가 여기에 전체적으로 참조로 관련된 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US 2016/0370717A1에 설명되어 있다.
IC 제조에 사용되는 다른 유형의 계측 도구는 토포그래피(topography) 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서이다. 이러한 도구는 기판(또는 웨이퍼)의 정상 표면의 토포그래피를 측정하기 위해 리소그래피 장치에 통합될 수 있다. 높이 맵이라고도 하는 기판의 토포그래피 맵은, 기판 상의 위치의 함수로 기판의 높이를 나타내는 이러한 측정치로부터 생성될 수 있다. 이 높이 맵은, 기판 상의 적절한 초점 위치에 패터닝 디바이스의 공간 이미지를 제공하기 위해 기판 상에의 패턴의 전사 동안 기판의 위치를 수정하기 위해 후속적으로 사용될 수 있다. 이와 관련하여 "높이"는 기판에 대해 평면에서 넓게 벗어난 치수(Z-축으로도 지칭됨)를 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 일반적으로 레벨 또는 높이 센서는 고정된 위치(자체 광학 시스템에 대해)에서 측정을 수행하고 기판과 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템 사이의 상대 운동으로 인해 기판을 가로지르는 위치에서 높이 측정이 일어난다.
당업계에 알려진 레벨 또는 높이 센서(LS)의 예가 작동 원리만을 도시하는 도 5에 개략적으로 나타나 있다. 이 예에서, 레벨 센서는, 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함하는 광학 시스템을 포함한다. 투영 유닛(LSP)은 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 의해 부여되는 방사선(LSB)의 비임을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함한다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어, 초연속체 광원과 같은 협대역 또는 광대역 광원, 편광 또는 비편광, 펄스 또는 연속적인, 예를 들어 편광 또는 비편광 레이저 비임일 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 않고, 추가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 및 기판의 표면으로부터 반사하기에 적합한 임의의 범위의 파장을 포함할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 주기적으로 변하는 강도를 갖는 방사선 비임(BE1)을 초래하는 주기 구조를 포함하는 주기 격자이다. 주기적으로 변하는 강도를 갖는 방사선 비임(BE1)은, 0도와 90도 사이의, 전형적으로 70도와 80도 사이의 입사 기판 표면에 수직인 축(Z-축)에 대해 입사각(ANG)을 갖는 기판(W) 상의 측정 위치(MLO) 쪽으로 향하게 된다. 측정 위치(MLO)에서, 패턴화된 방사선 비임(BE1)은 기판(W)에 의해 반사되고(화살표(BE2)로 나타나 있음) 검출 유닛(LSD) 쪽으로 향하게 된다.
측정 위치(MLO)에서 높이 레벨을 결정하기 위해, 레벨 센서는 검출 시스템을 더 포함하는데, 이 검출 시스템은 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(나타나 있지 않음)을 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수 있다. 검출기(DET)는 수신된 빛을 나타내는, 예컨대, 광검출기와 같은 수신된 빛의 강도를 나타내는, 또는 카메라와 같은 수신된 강도의 공간 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 유형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
삼각 측량 기술을 이용하여, 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정할 수 있다. 검출된 높이 레벨은 일반적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 신호 강도와 관련되며, 이 신호 강도는, 무엇보다도, 투영 격자(PGR)의 설계 및 (비스듬한) 입사각(ANG)에 의존하는 주기성을 갖는다.
투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은, 투영 격자(PGR)와 검출 격자(DGR)(나타나 있지 않음) 사이의 패턴화된 방사선 비임의 경로를 따라 렌즈 및/또는 미러와 같은 추가 광학 요소를 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있고, 검출 격자(DGR)가 위치하는 위치에 검출기(DET)가 배치될 수 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지를 보다 직접적으로 검출한다.
기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 기판(W)의 표면 상에 측정 비임(BE1)의 어레이를 투영하도록 구성될 수 있고, 이로써 더 큰 측정 범위를 커버하는 측정 영역(MLO) 또는 스폿의 어레이를 생성할 수 있다.
일반적인 유형의 다양한 높이 센서가 예를 들어 US7265364 및 US7646471에 개시되어 있으며, 둘 다 참조로 관련되어 있다. 가시광선 또는 적외선 대신에 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가, 참조로 관련되어 있는 US2010233600A1에 개시되어 있다. 참조로 관련되어 있는 WO2016102127A1에는, 검출 격자를 필요로 함이 없이 격자 이미지의 위치를 검출하고 인식하기 위해 다중 요소 검출기를 사용하는 컴팩트한 높이 센서가 설명되어 있다.
IC 제조에 사용되는 다른 유형의 계측 도구는 정렬 센서이다. 따라서 리소그래피 장치의 성능의 중요한 점은, (동일한 장치 또는 다른 리소그래피 장치에 의해) 이전 층에 배치된 피쳐와 관련하여 적용된 패턴을 옳바르게 또한 정확하게 배치하는 능력이다. 이를 위해, 기판에는 하나 이상의 마크 또는 타겟 세트가 제공된다. 각 마크는 위치 센서, 일반적으로 광학 위치 센서를 사용하여 나중에 위치가 측정될 수 있는 구조이다. 위치 센서는 "정렬 센서"로 지칭될 수 있고, 마크는 "정렬 마크"로 지칭될 수 있다.
리소그래피 장치는, 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의(예컨대, 복수의) 정렬 센서를 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서는 회절 및 간섭과 같은 광학 현상을 사용하여, 기판에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에 사용되는 정렬 센서의 일 예가 US6961116에 설명된 바와 같은 자기 참조 간섭계에 기반한다. 예를 들어 US2015261097A1에 개시된 바와 같이, 위치 센서의 다양한 개선 및 수정이 개발되었다. 이 모든 발행물의 내용은 여기에 참조로 관련되어 있다.
도 6은 예를 들어 US6961116에 설명되어 있고 참조로 관련되어 있는 공지된정렬 센서(AS)의 일 실시 형태의 개략적인 블럭도이다. 방사선 소스(RSO)는 하나 이상의 파장의 방사선의 비임(RB)을 제공하며, 이는 조명 스폿(SP)으로서 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상으로 방향 전환 광학 기구에 의해 방향 전환된다. 이 예에서 방향 전환 광학 기구는 스폿 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 조명 스폿(SP)(이에 의해 마크(AM)가 조명됨)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 작을 수 있다.
정렬 마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 정보 전달 비임(IB)으로 시준된다(이 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통해). "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절(반사라고 할 수 있음)을 포함하도록 의도된다. 예컨대 위에서 언급한 US6961116에 개시된 유형의 자기 참조 간섭계(SRI)는 비임(IB) 자체와 간섭하고 그 후에 비임은 광검출기(PD)에 의해 수신된다. 방사선 소스(RSO)에 의해 하나 이상의 파장이 생성되는 경우에 별도의 비임을 제공하기 위해 추가 광학 기구(나타나 있지 않음)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있거나 원하는 경우 다수의 픽셀을 포함할 수 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
방향 전환 광학 기구(이 예에서는 스폿 미러(SM)를 포함함)는 마크에서 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할도 할 수 있으므로, 정보 전달 비임(IB)은 마크(AM)에서 나오는 고차 회절 방사선만 포함한다(이것은 측정에 필수적인 것은 아니지만, 신호 대 잡음 비를 향상시킴).
강도 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI)의 광학 처리와 유닛(PU)의 계산 처리를 조합하여, 기준 프레임에 대한 기판 상의 X 및 Y 위치 값이 출력된다.
도시된 유형의 단일 측정은 마크의 한 피치에 대응하는 특정 범위 내의 마크의 위치만 고정한다. 이와 관련하여 대략적인 측정 기술을 사용하여, 사인파의 어느 주기가 표시된 위치를 포함하는 주기인지를 식별한다. 마크가 만들어지는 재료와 마크가 제공되는 재료 및/또는 마크가 아래에 제공되는 재료에 상관없이, 증가된 정확도 및/또는 마크의 확실한 검출을 위해 대략적이고 그리고/또는 미세한 레벨에서의 동일한 공정이 상이한 파장에서 반복될 수 있다. 파장은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화 및 역다중화될 수 있으며 그리고/또는 시분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다.
이 예에서, 정렬 센서 및 스폿(SP)은 정지 상태로 유지되는 반면, 움직이는것은 기판(W)이다. 따라서 정렬 센서는 기판(W)의 운동 방향과 반대인 방향으로 마크(AM)를 효과적으로 스캐닝하면서 기준 프레임에 강성적으로 또한 정확하게 장착될 수 있다. 기판(W)은 기판 지지부에의 장착 및 이 기판 지지부의 움직임을 제어하는 기판 위치 설정 시스템에 의해 이 운동에서 제어된다. 기판 지지부 위치 센서(예컨대, 간섭계)는 기판 지지부(나타나 있지 않음)의 위치를 측정한다. 일 실시 형태에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지부 상에 제공된다. 기판 지지부에 제공된 마크의 위치를 측정하면, 위치 센서에 의해 결정되는 기판 지지부의 위치가 보정될 수 있다(예컨대, 정렬 시스템이 연결되는 프레임에 대해). 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 측정함으로써, 기판 지지부에 대한 기판의 위치가 결정될 수 있다.
광학 반도체 계측의 경우, 앞서 언급한 계측 도구와 같은 검사 용례에서는 간섭성 방사선을 출력하는 동시에 넓은 파장 범위(예컨대, UV에서 IR까지)를 커버하는 밝은 광원이 종종 선호된다. 이러한 광대역 광원은, 하드웨어 변경(예컨대, 특정 파장을 가지도록 광원을 변경함)에 대한 필요성 없이, 상이한 재료 특성을 갖는 웨이퍼가 동일한 셋업/시스템에서 광학적으로 검사될 수 있게 함으로써 용례의 유연성과 강건함을 개선하는 데에 도움을 줄 수 있다. 특정한 용례에 대해 파장을 최적화할 수 있다는 것은 측정 정확도를 더욱 높일 수 있음을 의미한다.
가스 방전 효과를 기반으로 하여 여러 파장을 동시에 방출하는 가스 레이저가 이러한 용례에 사용될 수 있다. 그러나, 가스 레이저와 관련된 고강도 불안정성 및 낮은 공간적 비간섭성과 같은 본질적인 문제로 인해 가스 레이저가 부적합할 수 있다. 대안적으로, 상이한 파장을 갖는 다중 레이저(예를 들어, 고체 레이저)로부터의 출력은 다중 파장 소스를 제공하기 위해 계측 또는 검사 시스템의 광학 경로에 공간적으로 조합될 수 있다. 원하는 파장의 수에 따라 증가하는 복잡성과 높은 구현 비용으로 인해 이러한 방안이 널리 사용되지 못하고 있다. 대조적으로, 초연속체 레이저라고도 하는 섬유 기반 광대역 또는 백색광 레이저는 높은 공간 간섭성과 넓은 스펙트럼 범위(예컨대, UV에서 IR까지)로 방사선을 방출할 수 있으므로 매우 매력적이고 실용적인 옵션이다.
중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)는, 중심 중공 코어 영역 및 중공 코어를 둘러싸는 내부 클래딩 구조를 포함하는 특수한 유형의 광섬유이며, 중심 중공 코어 영역과 내부 클래딩 구조 둘 다는 전체 섬유를 따라 축방향으로 연장된다. 광 안내 기구는, 예를 들어 얇은 벽의 유리 요소를 포함할 수 있는 내부 클래딩 도파관 구조에 의해 가능하게 된다. 따라서 방사선은 주로 중공 코어 내부에 국한되고 횡방향 코어 모드의 형태로 섬유를 따라 전파된다.
다수의 유형의 HC-PCF가 설계될 수 있으며, 각각은 상이한 물리적 안내 기구를 기반으로 한다. 이러한 2개의 HC-PCF는 중공 코어 광자 밴드갭 섬유(HC-PBF) 및 중공 코어 반공진 반사 섬유(HC-ARF)를 포함한다.
HC-PCF는 유체로 채워진 중공 채널을 포함하며, 그래서 다양한 도광 용례(예를 들어, HC-PBF를 사용하는 고출력 비임 전달 및 HC-ARF를 사용하는 가스 기반 백색광 발생(또는 초연속체 발생)을 위한 결과적인 원하는 특성을 갖는다. HC-PCF의 설계 및 제조에 대한 세부 사항은 미국 특허 US2004175085(HC-PBF의 경우) 및 국제 PCT 특허 출원 WO2017032454(HC-ARF의 경우)에서 찾을 수 있으며, 이들은 참조로 여기에 관련되어 있다. HC-PBF는 중심 중공 코어를 둘러싸는 클래딩 구조에 의해 얻어지는 광자 밴드갭 효과를 통해 낮은 손실이지만 좁은 대역폭의 광 안내를 제공하도록 구성된다. 반면에, HC-ARF는 클래딩에서 나오는 빛의 반공진 반사를 통해 전송 대역폭을 크게 넓히도록 설계된다.
도 7은 알려진 많은 유형의 HC-PCF를 단면도로 나타내며, 여기에 개시된 개념이 조합되어 사용될 수 있고 그리고/또는 적용될 수 있는 HC-PCF의 예이다. 도 7(a)는 Kagome 격자 구조를 포함하는 Kagome 섬유를 나타낸다. 도 7(b)는, 중공 코어 영역이 형성되고 비접촉 링의 층으로 둘러싸인 단일 링 또는 리볼버 섬유를 나타낸다.
도 7(c)는 위에서 언급된 WO2017032454에 개시된 HC-PCF의 다른 실용적인 예의 횡단면을 나타낸다. 원은 석영 유리 또는 실리카와 같은 ARE 또는 외부 클래딩 영역의 고체 재료를 나타내는 반면, 음영 처리된 부분에는 고체 재료가 없다(배기되거나 가스 또는 액체로 채워짐). HC-PCF는 중공 코어 영역(10)(도 7(c)에서 점선 원으로 표시), 다중 반공진 요소(ARE)(21)를 갖는 내부 클래딩 영역(20) 및 외부 클래딩 영역(30)을 포함한다. 중공 코어 영역(10)은, HC-PCF의 종방향 길이를 따라 연장되고 가장 작은 횡방향 코어 치수(D)를 갖는 ARE(21) 사이의 빈 공간이다. 내부 클래딩 영역(20)의 ARE(21)는 벽 두께(t) 및 가장 작은 횡방향 ARE 치수(d)를 갖는 모세관을 포함할 수 있다. ARE(21)는 외부 클래딩 영역(30)의 내면에 고정될 수 있다. 외부 클래딩 영역(30)은 예를 들어, 유리로 만들어지고 HC-PCF의 폐쇄 클래딩을 제공하는 더 큰 모세관을 포함할 수 있다. 도 7(c)의 HC-PCF는, 직경(D)(서로 정반대편에 있는 ARE(21) 사이의 최단 거리)의 중심 중공 코어를 생성하도록 ARE(21)가 외부 클래딩 영역(30)의 더 큰 모세관 내부에 6-중 대칭 패턴으로 배치된 원형 횡단면을 갖는 6개의 얇은 벽 모세관의 단일 링을 포함하는 실시 형태를 도시한다.
도 7(c)에 나타나 있는 바와 같은 본 발명의 HC-PCF의 예는 특히 ARE(21)의 수와 관련하여 수정될 수 있다. ARE는 예를 들어 4 또는 5 또는 7개 또는 그 이상일 수 있다. ARE 배치는 다른 여러 방식으로 변경될 수 있다. 각각의 ARE(21)는 예를 들어 타원형 또는 다각형 단면을 가질 수 있고, 외부 클래딩(30)의 내부 형상은 예컨대 다각형 단면을 가질 수 있고, ARE(21)의 고체 재료는 예를 들어 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카와 같은 유리 또는 연질 유리를 포함할 수 있다.
가스 기반 백색광 발생을 위해, HC-PCF가 가스 셀 내에 포함될 수 있으며, 이 가스 셀은 예를 들어 10 bar의 많은 배(예컨대, 100bar 까지의 사이)까지의 압력에서 작동하도록 설계된다. 가스 충전 HC-PCF는, 충분한 피크 전력을 갖는 초단파 펌프 레이저 펄스에 의해 펌핑될 때 광 주파수 변환기로 작용할 수 있다. 초단파 펌프 레이저 펄스에서 광대역 레이저 펄스로의 주파수 변환은, 가스 충전 섬유 내부에서의 분산 및 비선형 광학 프로세스의 복잡한 상호 작용에 의해 가능하게 된다. 변환된 레이저 펄스는 주로 횡방향 코어 모드의 형태로 중공 코어 내부에 국한되고 섬유 단부로 안내된다. 방사선의 일부(예를 들어, 고차 횡방향 코어 모드 또는 특정 파장)가 내부 클래딩 도파관 구조를 통해 중공 코어로부터 누출될 수 있으며 섬유를 따라 전파되는 동안 강한 감쇠를 겪는다. HC-PCF의 코어 영역 및 클래딩 영역은, 고차 코어 모드가 고차 클래딩 모드에 위상 정합되도록 구성될 수 있다.
HC-PCF를 따라 전송되는 레이저 펄스의 시공간 전송 특성(예컨대. 스펙트럼 진폭 및 위상)은 펌프 레이저 파라미터, 충전 가스 파라미터 및 섬유 파라미터의 조절을 통해 변화 및 조정될 수 있다. 그 전송 특성은 출력 파워, 출력 모드 프로파일, 출력 시간 프로파일, 출력 시간 프로파일의 폭(또는 출력 펄스 폭), 출력 스펙트럼 프로파일, 및 출력 스펙트럼 프로파일의 대역폭(또는 출력 스펙트럼 대역폭) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 펌프 레이저 파라미터는 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복율 또는 펌프 펄스 형상 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 섬유 파라미터는 섬유 길이, 중공 코어의 크기 및 형상, 클래딩 구조의 크기 및 형상(또는 모세관 수), 중공 코어를 둘러싸는 벽의 두께 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 충전 가스 파라미터는 가스 종류, 가스 압력 및 가스 온도 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 섬유 및/또는 가스의 파라미터도 섬유를 따라 변화를 겪는데, 예컨대 섬유는 테이퍼질 수 있거나 가스 구배가 있을 수 있다.
충전 가스는 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 희가스, 수소, 중수소 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 크세논/중수소 혼합물, 크립톤/질소 혼합물 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물일 수 있다. 충전 가스의 종류에 따라, 비선형 광학 프로세스는 변조 불안정성(MI), 솔리톤 분열, 커(Kerr) 효과, 라만 효과 및 분산파 발생을 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에 설명되어 있다(그래서 이 둘은 참조로 관련되어 있음). 충전 가스의 분산은 가스 셀 압력을 변경하여 조정될 수 있으므로, 발생된 광대역 펄스 역학 및 관련 스펙트럼 확장 특성을 조절하여 주파수 변환을 최적화할 수 있다. 발생된 광대역 레이저 출력은 UV(예컨대, <200 nm)에서 중간 IR(예컨대, >2000 nm)까지의 파장을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광대역 광원 디바이스(100)는 일련의 펌프 펄스(111)를 출력하는 펌프 레이저(110), 입력 펌프 펄스를 스펙트럼적으로 확장하는 광학 요소(120), 및 출력 광대역 스펙트럼을 측정하는 광학 진단 디바이스(130)를 포함한다. 광학 요소(120)는 특정 섬유 길이를 갖는 HC-PCF(예를 들어, HC-ARF)(101) 및 특정 압력에서 또는 압력 분포로 작동 가스 또는 가스 혼합물로 채워지는 가스 셀(102)을 포함한다. 가스 셀(102)은 가스 셀(102)의 각각의 단부에 위치되는 입력 광학 창(window)(103a) 및 출력 광학 창(103b)을 더 포함한다. 입력 광학 창(103a)은 창을 통해 가스 셀(102) 내로 초단파 펌프 레이저 펄스를 들여 보내도록 작동 가능하다. 가스 충전 HC-PCF(101)에 연결된 후, 펌프 레이저 펄스(111)는 상당한 스펙트럼 확장을 경험하는 섬유를 따라 전파된다. 결과적인 광대역 레이저 펄스는 다음에 출력 광학 창(103b)을 통해 가스 셀(102)로부터 배출되고 광학 진단 디바이스(130)(예를 들어, 분광계)에 의해 측정된다.
HC-PCF(101)를 작동 가스로 채우기 위해, 가스 셀(102)은 가압 가스 공급부 또는 저장부(나타나 있지 않음)와 연통할 수 있다. 가스 셀(102)의 벽 및 창(103a, 103b)의 내면은 공동을 둘러싼다. 가스 셀의 축선은 HC-PCF(101)의 축선에 평행하다.
일반적으로, HC-PCF는, 여기서 설명되는 바와 같은 계측 용례에 사용될 때, 적어도 그의 양 단부에서, 섬유를 광학 시스템 내의 고정점에 대해 위치시키는 마운트를 사용하여 지지된다. 종래 기술의 장착 방법은, 스프링 장착 홀더 또는 자석을 사용하여 슬롯형 페룰, V-홈을 통해 가해지는 접착제, 테이프 및 클램핑력의 사용을 포함한다. 본 발명자들은 최근에 네덜란드 특허 출원 NL2023515A(본원에 참조로 관련되어 있음)에서, 이러한 방법의 사용은 가스 기반의 초연속체(또는 백색광) 소스에는 적합하지 않음을 공개했다. 그 이유는, 오염 및 감소된 수명을 야기하는 접착제의 가스 방출, 및 HC-PCF에서 유도되는 응력(광학 성능을 악화시킴)을 포함한다. NL2023515A에서는, 내부 HC-PCF 구조에 대해 대칭적인 응력 분포를 갖도록 설계된 마운트를 사용하여 이러한 단점을 완화할 수 있음이 나타나 있다.
HC-PCF 기반 광원을 작동할 때, 시간이 지남에 따라 HC-PCF의 단부 면에 오염 물질이 성장한다. 특히, 본 발명자들은, 오염 성장이 주로 HC-PCF의 출력 면에서 일어난다는 것을 관찰했다. 오염의 성장은 빛의 강도가 높은 곳에서 발생하는 것으로 보인다. 오염의 성장은 빛이 스펙트럼적으로 확장된 곳에서도 발생하는 것으로 보이며, 특히 오염은 입력 면에서는 그렇게 강하게 성장하지 않는다. 또한 오염은 HC-PCF 자체의 내부가 아니라 HC-PCF의 출력면에서 주로 관찰된다.
가스 셀의 창 또는 HC-PCF에서 제거되는 실리카 입자로 인해 오염 물질이 발생할 수 있다. 오염 물질은 PCF의 확장된 출력 광으로 광유도 과정을 거쳐 그의 화학적 구조를 변경하며 그리고/또는 출력면에서 결정화될 수 있다. 특정 시간 동안의 작동한 후(예컨대, 레이저 에너지의 특정 도스(dose)(J)가 전송된 후), 이 오염은 섬유의 성능을 열화(degradation)시키는데, 이러한 열화는 유리질 성장 현상(GGP)으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, GGP는 물리적 또는 화학적 스퍼터링을 통해 실리콘(원자 또는 SiH4와 같은 휘발성 종으로서)의 이동에 관련될 수 있으며 그리고/또는 섬유의 출력 단부에서의 플라즈마 유도 또는 온도 유도 증착에 관련될 수 있다.
이러한 오염 물질이 축적되면 광원의 수명이 단축된다. 출력 면에서의 GGP와 그에 따른 오염 성장은 발산 비임의 광학 경로 안으로 돌출할 수 있다. 이는 출력 광의 산란을 유발하여 광원의 출력 파워를 감소시킨다. GGP는 광원의 수명을 단축시킨다. GGP는 광 산란을 일으키므로 섬유가 그의 성능을 잃게 된다. 이 결과, 예를 들어, 센서에 필요한 광자 버짓(budget)이 특정 기간 후에 충족되지 않을 수 있다. 또한, GGP는 광원 전력/스펙트럼 밀도 및 모드 프로파일의 드리프트(drift)를 유발하게 되는데, 이는, 해결되지 않으면, 빈번한 재교정을 필요로 할 것이다. 따라서, 섬유의 짧은 수명은 현장에서의 빈번한 섬유 교체를 의미한다.
HC-PCF의 단부 면에서 오염 성장을 줄이기 위해, HC-PCF의 모세관이 붕괴될 수 있다. 모세관의 테이퍼형 단부는 오염 성장이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 이 방안은 장치의 오염 물질의 근본적인 문제를 해결하지 못하고, 특히 모세관의 테이퍼가 완벽하지 않은 경우 오염 성장을 완전히 피할 수는 없다.
HC-PCF의 수명을 증가시키기 위한 개선된 방법 및 구성이 이제 설명될 것이다. 일부 실시 형태에서, 이는 초연속체 방사선 소스 내에 HC-PCF를 장착하는 개선된 방법을 포함할 수 있다. 다른 방법은 GGP의 형성을 감소시키기 위해 HC-PCF의 기하학적 구조를 개선하는 것을 포함할 수 있다.
HC- PCF 전구
제 1 실시 형태에서, 가스 셀(102)을 완전히 생략하는 것이 제안된다. 대신에, HC-PCF(101) 내부(즉, 실제 섬유 내부)의 중공 영역을 주 가스 저장부로서 사용하는 것이 제안된다. 이러한 개념은 조명 용례에 사용되는 종래의 전구의 개념과 유사하다고 생각할 수 있다. 따라서, 이 실시 형태의 제안된 HC-PCF 구성은 설명 전체에서 HC-PCF 전구로 지칭될 것이다.
도 9는 이러한 2개의 실시 형태에 따른 조합된 HC-PCF 전구(900, 900')의 일단부를 도시한다. 각각의 경우에, 다른 단부는 본질적으로 유사할 수 있거나, 그렇지 않으면 HC-PCF 섬유(910)는 한 단부에서 도 9(a)의 구성을 가지며 다른 단부에서는 도 9(b)의 구성을 가질 수 있다(또는 본 개시의 범위 내에 속하는 다른 조합도 가능).
각 실시 형태에서, HC-PCF 섬유(910)의 단부는 단부 섹션 또는 외측 단부 모세관(920,920') 및 단부 캡(930)을 포함한다. 외측 단부 모세관(920,920')은 외측 단부 모세관(920, 920')의 적어도 일부분에 걸쳐 HC-PCF 섬유(910)의 내경보다 더 큰 내경을 포함한다. 도 9(a)의 실시 형태에서, 외측 단부 모세관(920, 920')은 HC-PCF 섬유(910)의 각 단부에 스플라이싱(splicing)될 수 있고 단부 캡(예를 들어, 투명 창)(930)에 의해 시일링될 수 있다. 단부 캡(930)은 예컨대 유리로 만들어질 수 있다. 단부 캡(930)은 또한 펌프 비임을 연결하기 위한 한 단부에 있는 입력 렌즈 및/또는 출력 비임을 시준하기 위한 다른 단부에 있는 출력 렌즈를 포함할 수 있다(또는 선택적으로 렌즈들은 서로 별개일 수 있음).
도 9(a)에서, 외측 단부 모세관(920)은, 각각 외측으로 테이퍼진 테이퍼형 외측 단부 모세관(920)을 포함한다(예를 들어, HC-PCF 섬유(910)의 길이를 따라 단부 캡(930) 쪽으로 HC-PCF 섬유 외측 모세관 또는 외측 재킷(925)의 내경으로부터 확장 내경을 규정함). 이는 펌프 레이저의 초단파 레이저 비임이 HC-PCF 섬유(910)에 직접 부착된 단부 캡을 비가역적으로 손상시킬 수 있기 때문이다. 또한 국부적 모세관 직경은 입/출력 단에서 집속/발산 레이저 비임보다 상당히 커야 한다. 도 9(b)에서, 단부 섹션 또는 외측 단부 모세관(920')은 HC-PCF 섬유 외측 모세관(925)의 내경 보다 큰 대체로 균일한 내경을 포함한다. 이는 단지 예이고, HC-PCF 섬유(910)에서 방출된 발산 광대역 방사선이 HC-PCF 섬유(910)의 단부로부터의 축방향 전파 방향으로 각 단부 섹션에 의해 차단되지 않도록(또는 집속된 펌프 방사선은 HC-PCF 섬유(910)에 들어가는 것이 차단되지 않음) 단부 섹션의 적어도 일부분에 대해 더 큰 내경을 갖는 단부 섹션을 갖는 구성은 본 개시의 범위에 포함됨을 알 수 있다.
외측 단부 모세관(920, 920')을 HC-PCF 섬유(910)에 스플라이싱하는 것은, 상업적으로 이용 가능한 섬유 스플라이싱 기계를 사용하여(예컨대, 전기 아크, 필라멘트를 사용하여), 또는 화염 또는 레이저와 같은 대안적인 방법을 사용하여 비교적 간단한 방식으로 수행될 수 있다. 단부 모세관(920, 920')을 HC-PCF 섬유 외측 모세관(925)과 스플라이싱하는 동안에, HC-PCF 섬유(910)의 내부 모세관이 붕괴되어, 넓어지거나 테이퍼진 코어 영역(940)을 형성할 수 있다(중공 코어 직경을 섬유 단부 쪽으로 확장시킴). 이는 유럽 특허 출원 EP17171468(여기에 참조로 관련되어 있음)에 설명된 바와 같이 초연속체 소스의 수명을 개선할 수 있다. 단부 캡(930)을 단부 모세관(920, 920')에 스플라이싱하는 것은 유사하게 달성될 수 있다. 대안적으로, 내부 모세관의 붕괴는 초기 단계에서 수행될 수 있고, 이어서 스플라이싱을 수행하는 제 2 단계가 있다.
가압 가스를 HC-PCF 안으로 채우는 것은, 마지막 스플라이스가 만들어지기 전에 수행되어야 한다. 수십 바의 압력이 필요하기 때문에, 유리 안으로 소산되는 열로 인해 섬유 팽창이 발생할 수 있다. 가압 유리 전구 또는 플라즈마 램프의 제조를 위한 확립된 방법은 여기서 개시된 바와 같이 HC-PCF 전구(900)를 만들도록 적합하게 될 수 있다. 그러한 방법은 (HC-PCF 전구(900)로부터 공기를 제거하기 위해) 비워진 용기 안으로 HC-PCF 전구(900)를 삽입하고(최종 스플라이스 전에) 가압 가스로 HC-PCF 전구(900)를 플러싱하는 것을 포함할 수 있다. 그런 다음 최종 스플라이스는 HC-PCF 섬유(910)가 국부적으로 팽창하지 않도록 고압 환경에서 만들어진다. 스플라이스가 누출 방지 연결부를 형성하는 경우, HC-PCF 전구(900)는 용기에서 제거될 때 가압 가스를 가두어 두게 된다. 대안적인 방법은, 연결부 중 하나(예컨대, 단부 모세관(920, 920')과 단부 캡(930) 사이의 연결부) 사이에 노즐을 삽입하고 이 노즐을 사용하여 가압 가스를 분사하는 것을 포함할 수 있다. 노즐을 신속하게 제거하는 중에 섬유를 가열함으로써, 마지막 개방된 연결부는, HC-PCF 전구(900) 내부에 가압 가스를 유지하면서 시일링될 수 있다.
작동 가스는 주로 실리카에서 낮은 확산을 갖는 비교적 큰 원자(예를 들어, 크립톤)로 이루어지지만, 수소는 또한 HC-PCF 전구(900)의 수명을 증가시키는 것을 돕기 위해 초기에 추가될 수 있다. 이 수소는 HC-PCF 전구(900)로부터 밖으로 더 빨리 확산되는 경향이 있을 것이다. HC-PCF 전구(900)는, 특정 용례에서, HC-PCF 전구(900) 내부에 초기에 존재하는 것과 동일하거나 유사한 수소 분압을 갖는 환경에 삽입될 수 있다. HC-PCF 전구(900)의 가스 소비는 궁극적으로 용융 실리카(또는 더 일반적으로 HC-PCF 전구(900) 재료)에서 작동 가스의 용해도 및 확산성과 단부 모세관(920, 920')이 주 HC-PCF 섬유(910)(일 실시 형태에서)에 스플라이싱되는 스플라이스 지점의 충실도에 의해 제공된다. 외부 가스 셀과 비교하여, O-링 연결(또는 다중 재료 실란트 또는 접착제)이 회피되어, 가스 누출이 감소된다.
HC-PCF(900)의 축방향 치수는 도 8의 종래의 가스 셀 구성에 대해 변하지 않지만, 횡방향 치수는 mm 미만 스케일로 감소될 수 있다. 이는 현재 가스 셀 개념(5cm의 직경)과 비교하여 단면 직경을 약 20-100배 감소시킨다. 최소화된 가스 부피와 관형 설계는 가스 셀 개념에 비해 안전 측면을 개선할 수 있다.
HC-PCF 전구(900)의 전체 저부피 가스 저장부는 작동 가스의 원자/분자의 수 밀도를 최소화한다. 결과적으로, 오염 물질의 수가 상당히 줄어들 것이다. 전형적인 가스 셀과 비교하여, 오염 물질의 수 밀도는 100배 이상 감소될 수 있다(예컨대, 1 mm의 내부 가스 셀 직경(현재 전형적인 것 보다 실제로 작음) 및 0.1mm의 여기서 개시된 HC-PCF 전구(900)의 중공 직경을 가정할 때). 추가적으로, HC-PCF 전구(900)는 불활성 물질(실리카 및 작동 가스)로 제조될 수 있다. 결과적으로, 깨끗하지 않은 표면(예컨대, 금속 가스 셀의 생산 중에 사용되는 윤활유) 또는 O-링의 유기 분자에서 발생하는 오염 물질을 피할 수 있다.
HC-PCF 전구(900)를 장착하기 위해, 이 전구는 모세관(920, 920')의 한 지점에서 클램핑될 수 있다. 결과적으로, 실제 도파관(섬유(940))에 대한 기계적 응력이 회피된다. 이로써, 외부 가스 셀에 HC-PCF를 장착하기 위해 필요한 특수 마운트와는 달리, 산업화된 장착 개념을 사용할 수 있다.
외부 가스 셀에서, HC-PCF 섬유의 폴리머 코팅은 조심스럽게 제거되어야 하는데, 왜냐하면, 탈기가 가스 환경을 오염시키고 초연속체 소스의 수명을 감소시키기 때문이다. 여기에 개시된 바와 같은 HC-PCF 전구(900)에서, 섬유 코팅을 그대로 유지하거나 추가 보호를 위해 코팅을 강화하는 것이 바람직할 수 있다(예컨대, 재코팅 기계를 사용하여). 이는 안정성을 증가시키고 환경적 영향(예컨대, 긁힘, 기계적 충격)으로부터 HC-PCF 전구(900)를 보호한다.
그러한 HC-PCF 전구(900)에 대한 비용은 외부 가스 셀 설계에 비해 감소될 것으로 예상된다. 금속 가스 셀에 대한 생산 비용은 더 이상 없을 것이다. 물론, HC-PCF 전구(900)에 대한 생산 비용은 있을 것이지만, 그 전구는 유리만 포함하고 필요한 기계에 비용 집약적인 가공 도구(예컨대, CNC 기계)가 포함되지 않기 때문에, 재료 비용은 주로 무시할 수 있을 것이다.
개선된 장착을 위한 슬리브형 HC- PCF
이미 설명된 바와 같이, NL2023515A는 종래의 마운트보다 더 대칭적인 응력 분포를 제공하는 많은 장착 장치를 설명한다. NL2023515A는 HC-PCF를 포함하는 장착된 중공 코어 섬유 장치, 및 마운트 장치를 개시하고, 이 마운트 장치는 중공 코어 섬유의 외부 층에 힘을 가하도록 구성된 복수의 장착 접촉부를 포함한다. 중공 코어 섬유의 일부분은 마운트 장치의 수용 영역에 위치된다. 복수의 장착 접촉부가 수용 영역 주위에 위치된다. 장착 접촉부는 수용 영역 주위에 분포되며, 장착 접촉부의 분포는 중공 코어 섬유의 미세 구조의 특징부의 분포에 대응한다. 특히, 장착 접촉부의 분포는 대칭적인 응력 분포를 보장할 수 있다(예컨대, 응력 분포의 대칭성을 최대화함).
도 10은 NL2023515A에 개시된 바와 같은 예시적인 장착 장치를 나타낸다. HC-PCF 섬유(1000)는 그 장착 장치의 수용 영역(1030) 내부에 위치된다. 장착 장치는 기부(1020) 및 뚜껑(1040)을 포함한다. (예를 들어, 조절 가능한) 힘(AF)이 뚜껑(1040)(또는 뚜껑과 기부 모두)에 가해질 수 있어 서로의 쪽으로 가압된다. 힘은 예를 들어 스프링 장착 스크류, 전기 장치(예컨대, 마운트 장치의 양쪽에 있는 서로 반대로 대전된 판을 사용하는 정전기 인력을 통해) 또는 자기적 장치(예컨대, 마운트의 양쪽에 있는 자석을 사용함)를 통해 가해질 수 있다. 기부(1020)는 수용 영역(1030)을 규정하는 홈을 포함할 수 있다. 나타나 있는 예에서, 그 홈은 V-형 홈이다. 그러나 그 홈 또는 홈들(예컨대, 기부(1020) 및 뚜껑(1040)에 상보적인 홈이 있을 수 있음)은 다각형(예컨대, 오각형 또는 육각형), 곡선형 또는 불규칙한 형상을 갖는 수용 영역(1030)을 규정할 수 있다.
NL2023515A(및 그 발행물의 도 8에 도시되어 있는)에 설명되어 있는 바와 같이, 너무 높은 클램핑력을 가하면 초연속체 소스의 광학 성능이 악화된다. 그러나 도 10의 장착 장치를 사용하는 경우에도, 허용된 클램핑력(즉, 이러한 성능 악화전)은 특히 산업화된 환경에서 부과되는 충격 및 진동에 대해 섬유를 견고하게 장착하기에는 불충분할 수 있다. 더 높은 클램핑력을 가능하게 하려면, 섬유 장착 개념의 개념이 더 대칭적인 응력 분포를 보장하거나 섬유가 더 큰 내응력성을 가질 필요가 있다. 전자는 NL2023515A에서 이미 해결되었으며, 실제로 응력 분포 대칭에 있어서 상당한 추가 개선을 달성할 수 있을 것 같지 않다. 섬유가 더 큰 내응력성을 가지게 하는 것은, 다른 섬유 구조를 필요로 한다(예를 들어, 여기에 참조로 관련되어 있는 네덜란드 특허 출원 NL2022892A에 개시된 바와 같이 더 큰 섬유 외경 또는 섬유내 응력 흡수제). 그러나 이러한 개념은 실험적 검증이 필요하며 구현하기 어려울 수 있다.
HC-PCF 섬유가 모세관(예를 들어, 슬리브) 안으로 삽입되는 하이브리드 개념이 개시되어 있다. 슬리브는 HC-PCF 섬유의 외경보다 (약간) 더 큰 보어 직경을 가지고 있다. 그런 다음 슬리브는 적절한 마운트, 예를 들어, NL2023515A에 개시되어 있고 도 10에 도시되어 있는 마운트에 의해 견고하게 클램핑될 수 있다. 이러한 구성의 이점은, 클램핑력이 상대적으로 강할 수 있고(예컨대, 산업화에 충분하고, 섬유에 직접 가해지는 경우에 가능한 것 보다 강할 수 있음), HC-PCF에 직접 힘이 가해지지 않으며 따라서 광학 성능이 저하되지 않는다는 것이다.
도 11은 이 개념에 따른 많은 실시 형태를 도시한다. 나타나 있는 실시 형태 각각에서, HC-PCF 섬유(1100)는 각 단부에서 슬리브(1130) 안으로 삽입된다. 이들 슬리브 각각은 한 단부에서 약간 테이퍼진 프로파일(1140)을 가질 수 있다. 이 테이퍼진 프로파일(1140)은 선택 사항이며, HC-PCF(1100)는 대안적으로 축방향으로 균질한 슬리브 내에 통합될 수 있음을 유의해야 한다. 일 실시예에서, HC-PCF 섬유(1100)의 단부는, (접촉점(1150)에서) 테이퍼진 프로파일(1140)과 같은 높이가 될 때까지, 테이퍼진 슬리브(1130) 내로 삽입될 수 있다. 그러한 실시 형태는, HC-PCF 섬유(1100)와 슬리브(1130) 사이의 간격이 슬리브가 클램핑될 때 추가 스프링으로서 작용한다는 이점을 갖는다.
도 11(a)에서 HC-PCF 섬유(1100)와 슬리브(1130) 모두는 동일한 위치(1160)에서 또는 그 가까이에서 종료되어, 각 단부에서 HC-PCF 섬유(1100) 너머에 슬리브가 거의 없거나 전혀 없다(도 11(a) 및 (b)는 한 단부만 나타내며, 양쪽 단부는 비슷할 것이다). 도 11(b)에는, 슬리브(1130')가 HC-PCF 섬유(1100)의 단부면으로부터 돌출된(1160') 실시 형태가 나타나 있다. 이는 클램핑을 개선하고, 가스 난류 및 오염 축적을 낮추어 잠재적으로 시스템 수명을 개선하는 추가 이점을 갖는다.
도 11(c)는 각 단부에 슬리브가 있는 대신 전체 섬유(1100)를 따라 연장되는 단일 슬리브(1130'')가 제공되는 다른 실시 형태를 도시한다. 나타나 있는 실시 형태에서, 섬유는 양 단부에서(도 11(b)에 나타나 있는 것과 유사한 방식으로) 돌출할 수 있고, 슬리브의 단부는 각각의 투명 창(예를 들어, 펌프 레이저 방사선을 받기 위한 입력 창 및 초연속체 방사선을 출력하기 위한 출력 창)을 포함하는 단부 캡(1170)에 의해 시일링된다. 이러한 방식으로, 슬리브는 가스 셀(예를 들어, 도 8의 가스 셀(102))로서 기능하고 이를 효과적으로 대체할 수 있다. 이는 종래의 가스 셀 장치에 비해 부피가 적은 가스 셀의 이점을 갖는다. 단부 캡(1170)은 펌프 비임을 연결하기 위한 일 단부에 있는 입력 렌즈 및/또는 출력 비임을 시준하기 위한 다른 단부에 있는 출력 렌즈를 포함한다.
규정된 클램핑을 보장하기 위해 슬리브(1130, 1130', 1130'')와 HC-PCF(1100) 사이에 견고한 연결이 이루어져야 하는데, 예를 들어, 슬리브와 HC-PCF 사이에 화학적 연결을 형성한다. 하나의 제안된 방법은 슬리브(1130, 1130', 1130'')를 HC-PCF(1100) 상으로 붕괴시키는 것을 포함한다. 이것은 HC-PCF(1100) 재료(일반적으로 Tg ≒ 1200℃ 갖는 실리카를 포함함) 보다 낮은 전이 온도(Tg)를 갖는 슬리브 재료를 사용하여 실현될 수 있다. 예를 들어, Tg ≒ 165℃ 전이 온도를 갖는 붕규산 유리를 사용할 수 있다. 다른 예는 칼코게나이드 또는 텔루라이트와 같은 연질 유리를 포함한다. 그러나, 더 낮은 전이 온도는 필요하지 않으며 슬리브를 접는 이 방법은, 슬리브 재료가 섬유(예컨대, 실리카)와 동일한 재료인 경우에도 유효하다. 붕괴는 슬리브-HC-PCF 하이브리드 구조를 국부적으로 가열(예컨대, 화염, 필라멘트, 전기 아크 또는 레이저 광에 의한 가열 적용)하는 동시에 국부적인 HC-PCF 구조의 왜곡 없이 강력한 기계적 연결이 실현될 때까지 가열 강도와 가열 시간을 조절하여 달성될 수 있다.
HC-PCF 상에 슬리브가 붕괴되면 응력이 발생함을 유의해야 한다. 이것은 재료 간의 열팽창 계수의 차이가 클수록 더 두드러진다(HC-PCF의 열 팽창 계수는 0 ∼ 200℃ 범위에서 약 0.57×10-6 /°K이고, 붕규산염의 열 팽창 계수는 약 5배 더 큼). 알려진 바에 근거하여(예컨대, NL2023515A에 설명되어 있는 바와 같이), 이는 초연속체 소스의 광학 성능을 악화시킬 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해, 일 실시 형태에서, 국부적 붕괴의 위치가 HC-PCF의 도파관 영역으로부터 분리될 수 있다고 제안된다. HC-PCF 전구 실시 형태와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, HC-PCF는 (예를 들어, EP17171468에 설명된 바와 같이 초연속체 소스의 수명을 개선하기 위해) 양 단부에서 테이퍼(1110)를 만들도록 처리될 수 있고, 이것은 인슬리빙(ensleeving) 전에 얇은 벽의 내부 모세관을 붕괴시켜 중공 코어 직경이 단부 쪽으로 갈수록 증가하는 영역을 규정함으로써 행해질 수 있다. 본 발명자들은, 이 영역(일반적으로 길이가 수백 ㎛임)에서 HC-PCF가 실제로 도파관이 아니고 그래서 이 영역은 국부적으로 더 큰 내응력성을 갖는다는 것을 깨달았다. 붕괴된 슬리브가 테이퍼진 영역(1110) 내에 있으면, 유도된 응력은, 여전히 견고한 장착 방안을 제공하면서, 광학 성능을 손상시키지 않아야 한다(또는 감소된 정도로만).
따라서, 슬리브형 HC-PCF(설명된 실시 형태 중 임의의 것)가 HC-PCF 내부 테이퍼형 영역(1110)과 일치하도록 위치된 붕괴된 슬리브 영역(1140)(슬리브 테이퍼 영역)과 조립되는 것이 제안된다. 더 구체적으로, 슬리브 장치가 중공 코어 광결정 섬유와 접촉하는 접촉 영역은 중공 코어 광결정 섬유 축선을 따라 테이퍼진 코어 영역에 있거나 그 너머에 있는 것이 제안된다(이와 관련하여, 테이퍼진 코어 영역 너머는 각각의 단부 쪽으로 가는 방향으로 테이퍼진 코어 영역 너머를 의미함). 슬리브(1130)와 섬유(1100) 사이의 접촉 영역은, 테이퍼링 길이보다 작고 또한 그와 일치하는 축방향 길이를 포함할 수 있고, 그래서 HC-PCF의 접촉 영역과 주 도파관 영역은 축방향 길이를 따라 일치하지 않는다.
트럼펫 HC- PCF
설명된 바와 같이, HC-PCF의 제한된 수명의 주요 원인인 유리질 성장 현상은 주로 섬유의 출력 단부 면, 특히 모세관의 날카로운 가장자리와 광학 섬유를 감싸는 외부 모세관 또는 외부 재킷의 가장자리에서 나타난다.
이 실시예에서, 섬유의 유리 외부 재킷을 발산 비임으로부터 더 멀리 이동시키고/시키거나 섬유의 단부 면에서 개방 유리 단면을 효과적으로 피하는 구성이 설명될 것이다. 광 비임이 하류에서 사용될 수 있도록 중공 코어가 방해받지 않는 상태로 유지되도록 구성이 이루어질 수 있다. 이러한 수정된 섬유는, 핵 생성/응축 사이트가 비임의 강한 전기장으로부터 효과적으로 멀어지게 이동됨 따라 유리질 재료의 성장 속도를 극적으로 감소시킬 수 있다.
이 수정된 섬유를 실현하기 위해, 섬유 단부에서 트럼펫 형상을 생성하는 것이 제안된다. 이러한 구성은 위에서 설명된 HC-PCF 전구 실시 형태의 일부와 유사할 수 있지만, 시일링 단부 캡이 없을 수 있다(예를 들어, 이 실시 형태의 섬유가 보다 통상적인 가스 셀 장치 내에서 사용될 수 있도록). 트럼펫 형상은 예를 들어 섬유 출력 단부 섹션을 성형하거나 적절히 성형된 출력 단부 섹션을 부착/결합하여 형성될 수 있다.
따라서, HC-PCF 섬유의 출력 단부 섹션은, 출력 단부 섹션 전에 중공 코어 광결정 섬유의 중심 부분을 따라 외부 모세관/재킷의 내경 보다 출력 단부 섹션의 적어도 일부에 걸쳐 더 큰 내경을 포함할 수 있다. 이 중심 부분은 섬유 길이의 대부분, 또는 HC-PCF의 길이를 따라 절반의 내경과 관련될 수 있다. 본질적으로, 내부 모세관의 테이퍼링 또는 확장된 단부 섹션 사이의 중심 부분에서, HC-PCF 내경은 일반적으로 길이를 따라 명목상 일정할 수 있으며, 시간 경과에 따른 처리 결함/변동 또는 손상으로 인한 원치 않는 변화는 무시한다.
팽창 전 코어 내경 및 외경의 치수는 각각 30+/-10㎛ 및 125+/-25㎛일 수 있다. 팽창 후에 이러한 치수는 사용되는 제조 방법에 따라 다를 수 있지만, 코어 내경(Dcore)은 100㎛ 내지 4.5mm 이고 외경(Douter)은 150㎛ 내지 7mm 일 수 있다. 제조 방법에 따른 보다 구체적인 범위는 후술한다.
도 12는 섬유 단부(즉, 내부 모세관 또는 반공진 요소(ARE) 및 외부 모세관 또는 외부 재킷(OJ) 모두)가 바깥쪽으로 테이퍼져 있는, 즉 섬유의 길이 방향 축선으로부터 멀어지게 테이퍼져 있는 HC-PCF 섬유(F)의 한 단부의 개략도를 보여준다.또한, 내부 모세관(ARE)은 이 바깥쪽으로 테이퍼져 있는 영역(길이(Ltp)를 따라 연장되어 있는 영역)에서 붕괴될 수 있다. 내부 모세관(ARE)은 도시되어 있는 바와 같이 섬유 단부까지 연장될 수 있거나 그 단부 전에 종료될 수 있다. 후자의 경우에, 내부 모세관을 외부 재킷(OJ)에 혼합하여 유리질 성장을 위한 핵 생성 측면의 형성을 피할 수 있다. 이러한 HC-PCF 섬유(F)는 예를 들어 아래에서 설명되고 도 14(a) 및 14(b)에 도시되어 있는 유리 취입 방법 중 하나를 사용하여 제조될 수 있다.
도 13은 별도로 제조된 유리 트럼펫(TP)(길이(Ltp)를 따라 연장됨)를 포함하는 HC-PCF 섬유(F)를 나타내며, 이는 섬유(F)에 부착된다(예컨대, 맞대기 결합 또는 스플라이싱됨). 섬유의 내부 모세관(ARE)은 붕괴될 수 있으며, 나타나 있는 바와 같이, 또한 외부 재킷(OJ)에 혼합될 수 있다. 이 실시 형태에서, 섬유 단부에서의 개방 유리 단면이 회피되거나 적어도 상당히 감소될 수 있다. 이러한 HC-PCF 섬유(F)는 예를 들어 아래에서 설명되고 도 14(c), 14(d) 및 14(e)에 도시되어 있는 스플라이싱 방법 중의 하나를 사용하여 제조될 수 있다.
이제 이 실시 형태의 트럼펫 단부를 제조하는 여러 가지 방법이 설명될 것이이. 이러한 방법은, 섬유를 작동 가스로 채우고 작동 가스에서 시일링하기 위해 단부 캡 또는 창을 부착/스플라이싱하는 실시 형태의 추가 단계와 함께, 위에서 설명한 HC-PCF 전구 실시 형태를 제조하는 데에도 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 두 가지 방법은 열을 가하는 동안 섬유 내부와 외부 사이에 압력 차이를 만드는 것에 기반한다(유리 취입으로도 알려져 있음). 다른 두 가지 방법은 트럼펫을 별도로 만들고 이를 섬유의 단부 면에 융접하는 것에 기반한다.
도 14(a)는 쪼개기(cleaving) 후에 유리 취입이 수행되는 제 1 유리 취입 예에 대한 구성을 개략적으로 도시한다. 본 섬유 처리에서, 최종 단계는 내부 모세관 테이퍼링 후에 섬유를 쪼개는 것을 포함할 수 있다. 이 섬유 단부에 트럼펫 형상을 만들기 위해, 섬유(F)의 팁을 상대 본체(CB)(예를 들어, 더 큰 직경의 고체 섬유일 수 있음)에 가까이 가져오고 섬유(F)의 다른 단부에서 가스 압력을 가하는 것이 제안된다. 나타나 있는 예에서, 그 가스 압력은 압력 캡(PC)을 통해 섬유(F) 안으로 도입될 수 있는 가스 저장부(GR) 또는 가스 소스 및 압력 조절기(PR)를 사용하여 가해진다. 섬유 팁까지의 거리가 흐름에 대한 지배적인 제한을 생성한다면, 상대 본체(CB)는 섬유 팁에 압력이 증가할 수 있도록 한다. 이 거리는 예를 들어 섬유의 내경이 ∼30㎛이므로 5㎛ 이하일 수 있다. 그러나, 상대 본체(CB)는 융접 또는 기하학적 구조의 제어되지 않는 변형을 피하기 위해 섬유 팁과 접촉해서는 안 된다. 가까이 근접해 있고 압력 하에 있으면, 섬유의 팁은 열원(HS)에 의해 연화 온도 쪽으로 가열될 수 있으며, 그 연화 온도에서 섬유는 반경 방향 바깥쪽으로 팽창될 것이다. 이 전체 절차를 종래의 또는 상업적으로 이용 가능한 스플라이서(splicer)에서 수행하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 스플라이서에서, 열원은 예를 들어 아크 방전 또는 CO2 레이저일 수 있다. 팽창 후, 내부 코어 직경(Dcore)은 예를 들어 100㎛ 내지 450㎛이고 외부 코어 직경(Douter)은 150㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 트럼펫 길이(Ltp)의 값은 또한 150㎛ 내지 500㎛일 수 있고, Douter의 실제 값과 유사할 수 있다.
도 14(b)는 쪼개기 전에 유리 취입이 수행되는 제 2 유리 취입 예에 대한 구성을 개략적으로 도시한다. 이 구성은 섬유를 그의 최종 길이로 쪼개기 전에 섬유에 압력을 가하여 섬유 단부를 팽창시킨다. 이것은 내부 모세관(ARE)을 테이퍼지게 하기 위한 테이퍼링 단계와 조합하여 또는 그에 대한 대안으로 행해질 수 있다. 가스 저장부(GR)를 통해 섬유에 압력을 가하고 또한 열원(HS)을 통해 국부적인 열을 가함으로써, 섬유를 국부적으로 취입시켜 작은 기포를 생성할 수 있다. 기포를 생성한 후, 기포 길이를 따른 위치(예컨대, 기포의 가장 넓은 지점 또는 그 주변)에서 섬유를 쪼개어 트럼펫 형상의 섬유 단부를 얻을 수 있다. 이러한 접근 방식은 도 14(a)에 설명된 방법과 같이 코어 직경과 트럼펫 길이에 대해 유사한 값을 얻을 수 있다.
도 14(c)는 트럼펫 단부 섹션이 예를 들어 모세관 섬유(CF)로부터 별도의 구성품으로서 제조되는 제 1 제조 방법의 제 1 단계를 나타낸다. 모세관 섬유(CF)는 예를 들어 대략 1mm의 외경을 가질 수 있다. 양 단부에서 섬유를 당기면서 열원 (HS)을 적용하여 테이퍼를 생성한다. 이 테이퍼는, 이 테이퍼의 허리에서의(또는 주변에서의) 내경이 HC-PCF의 내경과 일치하도록 되어야 한다. 테이퍼형 모세관은 쪼개진다(예컨대, 모세관 섬유(CF)의 내경이 HC-PCF의 내경과 일치하는 지점에서). 일단 쪼개지면, 트럼펫 단부 섹션(TP)은 도 14(e)에 도시되어 있는 바와 같이 HC-PCF 섬유(F)의 단부 면에 스플라이싱될 수 있다. 이러한 제조 단계는 모두 종래의 섬유 스플라이서를 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방법에 기반하여, 내부 코어 직경(Dcore)은 예를 들어 300㎛ 내지 800㎛ 이고, 외부 코어 직경(Douter)은 700㎛ 내지 1200㎛일 수 있다. 트럼펫 길이(Ltp)의 값은 3mm 내지 7mm 일 수 있다.
도 14(d)는 트럼펫 단부 섹션이 예를 들어 모세관 섬유(CF)로부터 별도의 구성품으로서 제조되는 제 2 제조 방법의 제 1 단계를 나타낸다. 이 방법에서 트럼펫 단부 섹션(TP)은 열원(HS)을 통해 유리가 당겨지는 섬유 인발 타워에서 형성된다. 일단 형성되면, 트럼펫 단부 섹션은 도 14(e)에 도시되어 있는 바와 같이, 섬유 스플라이서에서 HC-PCF의 단부 면에 스플라이싱된다. 이 구성에서, 이전 예와 비교하여 더 큰 외경을 얻을 수 있는데, 예를 들어, 내부 코어 직경(Dcore)은 예를 들어 1.5mm 내지 4.5mm의 밀리미터의 크기 오더일 수 있고 외부 코어 직경(Douter)은 3mm 내지 7mm 일 수 있다. 트럼펫 길이(Ltp)의 값은 예컨대 1cm 내지 5cm의 센티미터의 크기 오더일 수 있다.
HC-PCF 전구 또는 트럼펫(HC-PCF)의 실시 형태는 슬리브형 HC-PCF 실시 형태와 조합될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, HC-PCF 전구 또는 트럼펫(HC-PCF)은 또한 슬리브를 포함할 수 있으며(예컨대, 도 11(a) 또는 11(b)에 도시된 바와 같이), 이는 테이퍼형 단부(920) 또는 트럼펫 단부 섹션(TP)의 스플라이싱 전에(또는 유이 취입 단계 전에) 추가될 수 있다.
추가 실시 형태들은 다음의 번호 매겨진 항들에 논의되어 있다:
1. 광학 요소로서 방사선을 안내하기 위한 내부 모세관 및 내부 모세관을 감싸는 외부 모세관을 포함하는 중공 코어 광결정 섬유; 및 적어도 하나의 출력 단부 섹션을 포함하고, 상기 출력 단부 섹션은 이 출력 단부 섹션 전에 중공 코어 광결정 섬유의 중심 부분을 따르는 외부 모세관의 내경 보다 상기 출력 단부 섹션의 적어도 일부분에 걸쳐 더 큰 내경을 갖는, 광학 요소.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력 단부 섹션은, 상기 중공 코어 광결정 섬유로부터 방출된 발산 광대역 방사선이 축방향 전파 방향으로 상기 출력 단부 섹션에 의해 차단되지 않도록 구성되어 있는, 광학 요소.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관은 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며, 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하는, 광학 요소.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 입력 단부 섹션; 상기 중공 코어 광결정 섬유의 각각의 단부를 시일링하는 제 1 및 제 2 투명 단부 캡; 및 상기 중공 코어 광결정 섬유, 단부 섹션 및 단부 캡에 의해 집합적으로 규정되는 공간의 내부에 시일링되는 가스 매체를 포함하고, 상기 입력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 입력 단부와 제 1 단부 캡 사이에 포함되며, 상기 출력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부와 제 2 단부 캡 사이에 포함되는, 광학 요소.
5. 제 4 항에 있어서, 입력 단부 섹션은, 상기 중공 코어 광결정 섬유 안으로 들어가는 수렴 펌프 방사선이 축방향 전파 방향으로 입력 단부 섹션에 의해 차단되지 않도록 구성되어 있는, 광학 요소.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 한 또는 양 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유로부터 각각의 단부 캡 쪽으로 가면서 확장되는 내경을 규정하도록 외측으로 테이퍼진 테이퍼형 단부 섹션인, 광학 요소.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 한 또는 양 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유와 각각의 단부 캡 사이에서 실질적으로 균일한 내경을 갖는, 광학 요소.
8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 초연속체 발생을 위해 상기 가스 매체를 여기(exciting)시키도록 펌프 방사선의 비임을 받도록 구성되어 있으며, 상기 제 2 투명 단부 캡은 상기 초연속체 발생으로 생기는 출력 비임을 방출하도록 구성되어 있는, 광학 요소.
9. 제 8 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 펌프의 방사선의 비임을 연결하기 위한 입력 렌즈를 포함하고 그리고/또는 제 2 투명 단부 캡은 출력 비임을 시준하기 위한 출력 렌즈를 포함하는, 광학 요소.
10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 단부 캡은 실리카 또는 붕규산염으로 구성되는, 광학 요소.
11. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 출력 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유로부터 출력 단부 섹션의 출력 단부 쪽으로 가면서 확장되는 내경을 규정하도록 외측으로 넓어져 있는, 광학 요소.
12. 제 11 항에 있어서, 출력 단부 섹션은 적어도 상기 외부 모세관의 넓어진 출력 단부 부분을 포함하는, 광학 요소.
13. 제 12 항에 있어서, 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관은 출력 단부 섹션에서 광학 요소의 길이 방향 축선으로부터 멀어지게 성형되어 있는, 광학 요소.
14. 제 13 항에 있어서, 내부 모세관은 출력 단부 섹션에서 외부 모세관 안으로 혼합되는, 광학 요소.
15. 제 11 항에 있어서, 출력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 단부에 스플라이싱(splicing)되거나 다른 식으로 결합되는 단부 섹션을 포함하는, 광학 요소.
16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 출력 단부 섹션의 가장 넓은 지점에서 출력 단부 섹션의 내경은 100㎛ 내지 4.5 mm 인, 광학 요소.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 코어 광결정 섬유는 섬유 코팅을 포함하는, 광학 요소.
18. 제 17 항에 있어서, 섬유 코팅은 폴리머를 포함하는, 광학 요소.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 출력 단부 섹션은 실리카 또는 붕규산염으로 구성되는, 광학 요소.
20. 광대역 광원 디바이스로서, 광대역 출력을 발생시키도록 구성되어 있고,
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소; 및
상기 단부 섹션 상의 하나 이상의 점에서 상기 광학 요소를 클램핑시키는 장착 장치를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
21. 제 20 항에 있어서, 초연속체 발생을 위해 가스 매체를 여기시키도록 복수의 펌프 펄스를 출력하기 위한 펌프 레이저를 더 포함하는 광대역 광원 디바이스.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 광대역 출력은 200nm 내지 2000nm의 파장 또는 이 범위 내의 하위 범위를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
23. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법으로서, 개개의 단부 캡이 각각 부착되어 있는 각 단부 섹션을 중공 코어 광결정 섬유의 개개의 단부에 스플라이싱하는 단계; 및 상기 광학 요소를 가스 매체로 충전하는 단계를 포함하는, 광학 요소 제조 방법.
24. 제 23 항에 있어서, 가스 매체의 충전은 스플라이싱 단계의 최종 스플라이스가 수행되기 전에 수행되는, 방법.
25. 제 24 항에 있어서,
최종 스플라이스 전에 광학 요소를 배기된 용기 안으로 삽입하는 단계;
광학 요소를 가압 가스로 플러싱하는 단계; 및
최종 스플라이스를 고압 환경에서 만드는 단계를 포함하는 방법.
26. 제 25 항에 있어서, 플러싱 단계는 플러싱 단계에서 사용된 노즐을 제거하면서 중공 코어 광결정 섬유를 가열하는 것을 포함하는 방법.
27. 제 12 항 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 코어 광결정 섬유가 열이 가해지는 영역에서 팽창되도록 중공 코어 광결정 섬유에 국부적으로 열을 가하면서, 중공 코어 광결정 섬유의 내부 영역과 중공 코어 광결정 섬유의 외부 사이에 압력차를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
28. 제 27 항에 있어서, 처음에 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부를 쪼개는 단계를 포함하고, 출력 단부로부터의 흐름을 방해하고 중공 코어 광결정 섬유의 입력 단부에서 유체를 도입하도록 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부 근처에 상대 본체를 배치하여 압력차가 형성되는, 방법.
29. 제 27 항에 있어서, 열이 국부적으로 가해지는 중공 코어 광결정 섬유의 길이를 따라 기포를 형성하기 위해 압력차를 형성하는 단계; 및
기포에서 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부를 쪼개는 단계를 포함하는, 방법.
30. 제 15 항에 있어서, 테이퍼를 형성하기 위해 섬유의 양 단부로부터 당김력을 가하면서 모세관 섬유에 열원을 국부적으로 가하다는 단계; 출력 단부 섹션을 생성하기 위해 테이퍼에서 섬유를 쪼개는 단계; 및 출력 단부 섹션을 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부에 스플라이싱하는 단계를 포함하는 방법.
31. 제 15 항에 있어서, 섬유 인발 타워에서 출력 단부 섹션을 형성하는 단계; 및 출력 단부 섹션을 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부에 스플라이싱하는 단계를 포함하는 방법.
32. 광학 요소로서, 중공 코어 광결정 섬유; 및
상기 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부의 적어도 각각의 단부 부분을 덮는 적어도 하나의 슬리브를 포함하는 슬리브 장치를 포함하고, 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관이 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며,상기 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하고, 슬리브 장치가 상기 중공 코어 광결정 섬유와 접촉하는 접촉 영역은 모두 중공 코어 광결정 섬유의 주 축선에 대해 테이퍼형 코어 영역에 또는 그 너머에 있는, 광학 요소.
33. 제 32 항에 있어서, 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 제 1 단부 부분을 덮기 위한 제 1 슬리브 및 중공 코어 광결정 섬유의 제 2 단부 부분을 덮기 위한 제 2 슬리브를 포함하는, 광학 요소.
34. 제 33 항에 있어서, 중공 코어 광결정 섬유와 슬리브 장치를 적어도 부분적으로 에워싸기 위한 가스 셀; 및 가스 셀 내부에 포함되는 가스 매체를 포함하는 광학 요소.
35. 제 32 항에 있어서, 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 길이를 덮는 단일 슬리브를 포함하는, 광학 요소.
36. 제 35 항에 있어서, 슬리브의 각각의 단부를 시일링하는 제 1 및 제 2 투명 단부 캡, 및 슬리브 내부에 포함되는 가스 매체를 포함하는 광학 요소.
37. 제 36 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 초연속체 발생을 위해 상기 가스 매체를 여기시키도록 펌프 방사선의 비임을 받도록 구성되어 있으며, 제 2 투명 단부 캡은 초연속체 발생으로 생기는 출력 비임을 방출하도록 구성되어 있는, 광학 요소.
38. 제 37 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 펌프의 방사선의 비임을 연결하기 위한 입력 렌즈를 포함하고 그리고/또는 제 2 투명 단부 캡은 출력 비임을 시준하기 위한 출력 렌즈를 포함하는, 광학 요소.
39. 제 32 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부를 넘어 연장되어 있는, 광학 요소.
40. 제 32 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 또는 그 근처에서 끝나는, 광학 요소.
41. 제 32 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브 장치는 접촉 영역 쪽에 있는 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 중공 코어 광결정 섬유 쪽으로 향하는 테이퍼를 포함하는, 광학 요소.
42. 제 32 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 접촉 영역은 각각의 테이퍼형 코어 영역의 테이퍼링 길이 보다 작은 축방향 길이를 포함하는, 광학 요소.
43. 제 32 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브 재료는 붕규산염 유리, 실리카, 또는 칼코게나이드, 텔루라이트 또는 다른 연질 유리를 포함하는, 광학 요소.
44. 제 32 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법으로서, 중공 코어 광결정 섬유를 상기 슬리브 장치 안으로 도입하는 단계; 및 상기 슬리브 장치를 국부적으로 가열하여 그 슬리브 장치를 중공 코어 광결정 섬유 상으로 붕괴시키는 단계를 포함하는, 광학 요소 제조 방법.
45. 제 44 항에 있어서, 국부적으로 가열하는 단계는, 중공 코어 광결정 섬유의 뒤틀림을 최소화하도록 견고한 기계적 연결이 실현될 때까지 상기 단계 동안에 가열 강도와 가열 시간을 조절하는 것을 포함하는, 방법.
46. 광대역 광원 디바이스로서, 광대역 출력을 발생시키도록 구성되어 있고, 제 32 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소; 및 상기 광학 요소를 상기 슬리브 장치에 클램핑시키는 장착 장치를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
47. 제 46 항에 있어서, 초연속체 발생을 위해 중공 코어 광결정 섬유 내부에 포함되는 가스 매체를 여기시키도록 복수의 펌프 펄스를 출력하기 위한 펌프 레이저를 더 포함하는 광대역 광원 디바이스.
48. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서, 광대역 출력은 230nm 내지 2300nm의 파장 또는 이 범위 내의 하위 범위를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
49. 제 20 항 내지 제 22 항 또는 제 46 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 따른 광대역 광원을 포함하는 계측 디바이스.
50. 제 49 항에 있어서, 계측 디바이스는 산란 측정 계측 디바이스로서 작동 가능한, 계측 디바이스.
51. 제 49 항에 있어서, 계측 디바이스는 레벨 센서 또는 정렬 센서로서 작동 가능한, 계측 디바이스.
52. 정렬 및/또는 레벨링 계측을 수행하기 위해 제 51 항에 따른 적어도 하나의 계측 디바이스를 포함하는 리소그래피 장치.
53. 제 52 항의 리소그래피 장치 및 제 50 항의 계측 디바이스를 포함하는 리소그래피 셀.
54. 광학 요소로서, 중공 코어 광결정 섬유; 중공 코어 광결정 섬유의 각각의 단부, 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부와 그의 각각의 단부 캡 사이의 단부 섹션을 시일링하는 제 1 및 제 2 투명 단부 캡(단부 섹션은 이 단부 섹션의 적어도 일부분에 걸쳐 중공 코어 광결정 섬유의 내경 보다 큰 내경을 포함함); 및 중공 코어 광결정 섬유, 단부 섹션 및 단부 캡에 의해 집합적으로 규정되는 공간의 내부에 시일링되는 가스 매체를 포함하는 광학 요소.
55. 제 54 항에 있어서, 한 또는 양 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유로부터 각각의 단부 캡 쪽으로 확장되는 내경을 규정하도록 외측으로 테이퍼져 있는 테이퍼형 단부 섹션인, 광학 요소.
56. 제 54 항에 있어서, 한 또는 양 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유와 각각의 단부 캡 사이에 실질적으로 균일한 내경을 갖는, 광학 요소.
57. 제 54 항, 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 단부 섹션은, 상기 중공 코어 광결정 섬유로부터 방출된 발산 광대역 방사선 및/또는 중공 코어 광결정 섬유 안으로 들어가는 수렴 펌프 방사선이 축방향 전파 방향으로 각각의 단부 섹션에 의해 차단되지 않도록 구성되어 있는, 광학 요소.
58. 제 54 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 초연속체 발생을 위해 상기 가스 매체를 여기시키도록 펌프 방사선의 비임을 받도록 구성되어 있으며, 제 2 투명 단부 캡은 상기 초연속체 발생으로 생기는 출력 비임을 방출하도록 구성되어 있는, 광학 요소.
59. 제 58 항에 있어서, 제 1 투명 단부 캡은 펌프의 방사선의 비임을 연결하기 위한 입력 렌즈를 포함하고 그리고/또는 제 2 투명 단부 캡은 출력 비임을 시준하기 위한 출력 렌즈를 포함하는, 광학 요소.
60. 제 54 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관은 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며, 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하는, 광학 요소.
61. 제 54 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 코어 광결정 섬유는 섬유 코팅을 포함하는, 광학 요소.
62. 제 61 항에 있어서, 섬유 코팅은 폴리머를 포함하는, 광학 요소.
63. 제 54 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서, 단부 섹션 및/또는 단부 캡은 실리카 또는 붕규산염으로 구성되는, 광학 요소.
64. 광대역 광원 디바이스로서, 광대역 출력을 발생시키도록 구성되어 있고, 제 54 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소; 및 단부 섹션 상의 하나 이상의 점에서 상기 광학 요소를 클램핑시키는 장착 장치를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
65. 제 64 항에 있어서, 초연속체 발생을 위해 가스 매체를 여기시키도록 복수의 펌프 펄스를 출력하기 위한 펌프 레이저를 더 포함하는 광대역 광원 디바이스.
66. 제 64 항 또는 제 65 항에 있어서, 광대역 출력은 200nm 내지 2000nm의 파장 또는 이 범위 내의 하위 범위를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
67. 제 54 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법으로서, 개개의 단부 캡이 각각 부착되어 있는 각 단부 섹션을 중공 코어 광결정 섬유의 개개의 단부에 스플라이싱하는 단계; 및 상기 광학 요소를 가스 매체로 충전하는 단계를 포함하는, 광학 요소 제조 방법.
68. 제 67 항에 있어서, 가스 매체의 충전은 스플라이싱 단계의 최종 스플라이스가 수행되기 전에 수행되는, 방법.
69. 제 68 항에 있어서,
최종 스플라이스 전에 광학 요소를 배기된 용기 안으로 삽입하는 단계;
광학 요소를 가압 가스로 플러싱하는 단계; 및
최종 스플라이스를 고압 환경에서 만드는 단계를 포함하는 방법.
70. 제 69 항에 있어서, 플러싱 단계는 플러싱 단계에서 사용된 노즐을 제거하면서 중공 코어 광결정 섬유를 가열하는 것을 포함하는 방법.
본 명세서에서 IC의 제조시에 리소그래피 장치의 사용을 특별히 참조했지만, 여기서 설명되는 리소그래피 장치는 다른 용례도 가질 수 있음을 이해해야 한다. 가능한 다른 용례는 통합 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등을 포함한다.
본 명세서에서 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시 형태를 구체적으 참조했지만, 본 발명의 실시 형태는 다른 장치에도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태는 마스크 검사 장치, 계측 디바이스, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 장치의 일부분을 형성할 수 있다. 이들 장치를 일반적으로 리소그래피 도구라고 할 수 있다. 그러한 리소그래피 도구는 진공 조건 또는 주변(비진공) 조건을 사용할 수 있다.
광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시 형태의 사용을 위에서 구체적으로 참조했지만, 본 발명은, 문맥이 허용하는 경우, 광학 리소그래피에 한정되지 않고 다른 용례, 예컨대 임프린트 리소그래피에도 사용될 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 특정한 실시 형태를 위에서 설명했지만, 본 발명은 전술한 바와 다르게 실행될 수 있음을 알 것이다. 위의 설명은 한정적이지 않은 실례적인 것이다. 따라서, 이하의 청구 범위에서 벗어남이 없이, 전술한 바와 같은 본 발명에 대한 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 광학 요소로서,
    방사선을 안내하기 위한 내부 모세관 및 내부 모세관을 감싸는 외부 모세관을 포함하는 중공 코어 광결정 섬유; 및
    적어도 하나의 출력 단부 섹션을 포함하고,
    상기 출력 단부 섹션은 이 출력 단부 섹션 전에 중공 코어 광결정 섬유의 중심 부분을 따르는 외부 모세관의 내경 보다 상기 출력 단부 섹션의 적어도 일부분에 걸쳐 더 큰 내경을 갖는, 광학 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 단부 섹션은, 상기 중공 코어 광결정 섬유로부터 방출된 발산 광대역 방사선이 축방향 전파 방향으로 상기 출력 단부 섹션에 의해 차단되지 않도록 구성되어 있는, 광학 요소.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관은 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며, 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하는, 광학 요소.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    입력 단부 섹션;
    상기 중공 코어 광결정 섬유의 각각의 단부를 시일링하는 제 1 및 제 2 투명 단부 캡; 및
    상기 중공 코어 광결정 섬유, 단부 섹션 및 단부 캡에 의해 집합적으로 규정되는 공간의 내부에 시일링되는 가스 매체를 포함하고,
    상기 입력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 입력 단부와 제 1 단부 캡 사이에 포함되며, 상기 출력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 출력 단부와 제 2 단부 캡 사이에 포함되는, 광학 요소.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 단부 캡은 초연속체 발생을 위해 상기 가스 매체를 여기(exciting)시키도록 펌프 방사선의 비임을 받도록 구성되어 있으며, 상기 제 2 투명 단부 캡은 상기 초연속체 발생으로 생기는 출력 비임을 방출하도록 구성되어 있는, 광학 요소.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 코어 광결정 섬유는 섬유 코팅을 포함하는, 광학 요소.
  7. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 출력 단부 섹션은, 중공 코어 광결정 섬유로부터 출력 단부 섹션의 출력 단부 쪽으로 가면서 확장되는 내경을 규정하도록 외측으로 넓어지며,
    상기 출력 단부 섹션은 적어도 상기 외부 모세관의 넓어진 출력 단부 부분을 포함하고, 또는
    출력 단부 섹션은 중공 코어 광결정 섬유의 단부에 스플라이싱(splicing)되거나 다른 식으로 결합되는 단부 섹션을 포함하는, 광학 요소.
  8. 광대역 광원 디바이스로서, 광대역 출력을 발생시키도록 구성되어 있고,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소; 및
    상기 단부 섹션 상의 하나 이상의 점에서 상기 광학 요소를 클램핑시키는 장착 장치를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법으로서,
    개개의 단부 캡이 각각 부착되어 있는 각 단부 섹션을 중공 코어 광결정 섬유의 개개의 단부에 스플라이싱하는 단계: 및
    상기 광학 요소를 가스 매체로 충전하는 단계를 포함하는, 광학 요소 제조 방법.
  10. 광학 요소로서,
    중공 코어 광결정 섬유; 및
    상기 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부의 적어도 각각의 단부 부분을 덮는 적어도 하나의 슬리브를 포함하는 슬리브 장치를 포함하고,
    중공 코어 광결정 섬유의 내부 모세관이 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부에서 테이퍼형 코어 영역을 규정하도록 붕괴되며,
    상기 테이퍼형 코어 영역은, 중공 코어 광결정 섬유의 중공 코어가 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부쪽으로 가면서 증가하는 직경을 갖는 영역을 포함하고,
    상기 슬리브 장치가 상기 중공 코어 광결정 섬유와 접촉하는 접촉 영역은 모두 중공 코어 광결정 섬유의 주 축선에 대해 테이퍼형 코어 영역에 또는 그 너머에 있는, 광학 요소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 길이를 덮는 단일 슬리브를 포함하는, 광학 요소.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 슬리브 장치는 중공 코어 광결정 섬유의 각 단부를 넘어 연장되어 있는, 광학 요소.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법으로서,
    상기 중공 코어 광결정 섬유를 상기 슬리브 장치 안으로 도입하는 단계; 및
    상기 슬리브 장치를 국부적으로 가열하여 그 슬리브 장치를 중공 코어 광결정 섬유 상으로 붕괴시키는 단계를 포함하는, 광학 요소 제조 방법.
  14. 광대역 광원 디바이스로서, 광대역 출력을 발생시키도록 구성되어 있고,
    제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소; 및
    상기 광학 요소를 상기 슬리브 장치에 클램핑시키는 장착 장치를 포함하는, 광대역 광원 디바이스.
  15. 제 8 항 또는 제 14 항에 따른 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 디바이스.
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