TW202038023A - 基於空心光子晶體光纖之用於產生寬帶輻射的光學組件 - Google Patents

基於空心光子晶體光纖之用於產生寬帶輻射的光學組件 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種光學組件，其經組態以在一寬帶輻射源器件中充當一光學頻率轉換器。該光學組件包含一氣室及至少部分地封閉於該氣室內之一空心光子晶體光纖。該氣室之局部腔室體積包含每cm該空心光子晶體光纖之長度36 cm3 的一最大值，其中該空心光子晶體光纖封閉於該氣室內。

Description

基於空心光子晶體光纖之用於產生寬帶輻射的光學組件
本發明係關於一種基於空心光子晶體光纖之寬帶輻射產生器，且特定言之，係關於一種與積體電路製造中之度量衡應用有關的此類寬帶輻射產生器。
微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如光罩)處之圖案(通常亦稱為「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(光阻)層上。
為將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長決定可形成於基板上之特徵的最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相較於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影裝置，使用具有在4-20 nm (例如6.7 nm或13.5 nm)之範圍內之波長的極紫外線(EUV)輻射之微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。
低k1 微影可用以處理尺寸小於微影裝置之典型解析度極限的特徵。在此製程中，可將解析度公式表述為CD=k1 ×λ/NA，其中λ為所採用輻射之波長，NA為微影裝置中之投影光學件的數值孔徑，CD為「臨界尺寸」(一般為所印刷之最小特徵大小，但在此情況下為半間距)，且k1 為經驗解析度因數。一般而言，k1 愈小，則愈難以在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案。為克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於NA之最佳化、自訂照明方案、使用相移圖案化器件、設計佈局之各種最佳化，諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱為「光學及製程校正」)，或一般被定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。可替代地，用於控制微影裝置之穩定性的緊密控制迴路可用以改善在低k1 下之圖案的再生。
度量衡工具用於IC製造製程之許多態樣中，例如作為用於在曝光之前適當定位基板之對準工具，用以量測基板之表面拓樸的調平工具，用於例如在製程控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品的基於聚焦控制及散射量測之工具。在各情況下，需要輻射源。出於包括量測魯棒性及準確度之各種原因，寬帶或白光輻射源逐漸用於此類度量衡應用。將需要對現存器件進行改進以用於寬帶輻射產生。
在本發明之一第一態樣中，提供一種光學組件，其經組態以在一寬帶輻射源器件中充當一光學頻率轉換器，該光學組件包含：一氣室，及一空心光子晶體光纖，其至少部分地封閉於該氣室內；其中，該空心光子晶體光纖封閉於該氣室內，且該氣室之該局部腔室體積包含每cm該空心光子晶體光纖之長度36 cm3 的一最大值。
本發明之其他態樣包含一寬帶輻射源及度量衡器件，該度量衡器件包含該第一態樣之該光學組件。
在本發明文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及EUV (極紫外輻射，例如具有在約5-100 nm之範圍內的波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化器件」可被廣泛地解釋為係指可用以向入射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中形成的圖案。在此上下文中亦可使用術語「光閥」。除典型光罩(透射性或反射性；二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。微影裝置LA包括：照明系統(亦稱為照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如光罩) MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確定位圖案化器件MA之第一***PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如光阻塗佈晶圓) W，且連接至經組態以根據某些參數來準確定位基板支撐件之第二***PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W的目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射之各種類型的光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯為涵蓋如適用於所使用之曝光輻射或適用於諸如浸潤液體之用途或真空之用途的其他因素之各種類型的投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統，或其任何組合。本文中對術語「投影透鏡」之任何使用可被視為與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影裝置LA可屬於一種類型，其中基板之至少部分可由具有相對高折射率的液體(例如水)覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間--此亦稱為浸潤微影。在以引用之方式併入本文中的US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影裝置LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (又名「雙平台」)之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，且/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除基板支撐件WT以外，微影裝置LA可包含量測台。該量測台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之特性或輻射光束B之特性。量測台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統的部分。當基板支撐件WT遠離投影系統PS時，量測台可在投影系統PS下方移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在光罩支撐件MT上之圖案化器件MA (例如光罩)，且藉由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)來圖案化。在橫穿光罩MA後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二***PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便將不同目標部分C定位於在聚焦且對準之位置處的輻射光束B之路徑中。類似地，第一***PM及可能地另一位置感測器(其未經明確地描繪於圖1中)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確定位圖案化器件MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等基板對準標記可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，將此等基板對準標記稱為切割道對準標記。
如圖2中所示，微影裝置LA可形成微影製造單元LC (有時亦稱為微影單元(lithocell)或(微影)叢集)之部分，該微影製造單元LC通常亦包括用以對基板W執行曝光前製程及曝光後製程的裝置。習知地，此等裝置包括用以沈積光阻層之旋塗器SC、用以顯影經曝光光阻之顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節光阻層中之溶劑)的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W，在不同製程裝置之間移動基板W，且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統(track)之器件典型地處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元TCU自身可受監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU來控制微影裝置LA。
為正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之特性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影單元LC中包括檢測工具(圖中未展示)。若偵測到誤差，則可例如對後續基板之曝光或對待對基板W執行的其他處理步驟進行調整，尤其在相同批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可被稱為度量衡裝置之檢測裝置用於判定基板W之特性，且尤其判定不同基板W之特性如何變化，或與相同基板W之不同層相關聯的特性在層與層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影單元LC之部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為獨立器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在光阻層中之影像)上之特性，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在光阻層中之影像)上之特性，或經顯影光阻影像(其中已移除光阻之經曝光部分或未曝光部分)上之特性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之特性。
典型地，微影裝置LA中之圖案化製程為在處理中最關鍵步驟中之一者，其需要對基板W上之結構的尺寸標定及置放之高準確度。為確保此高準確度，可將三個系統組合於如圖3中示意性地描繪之所謂「整體」控制環境中。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(虛擬上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的協作以增強總體製程窗且提供緊密控制迴路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗定義一系列程序參數(例如劑量、焦點、疊對)，特定製造製程在該等製程參數內產生經定義結果(例如功能性半導體器件)-典型地允許微影製程或圖案化製程中之製程參數在該結果內變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(的部分)來預測將使用哪些解析度增強技術且執行計算微影模擬及演算，以判定哪種光罩佈局及微影裝置設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(由第一標度SC1中的雙箭頭描繪於圖3中)。典型地，解析度增強技術經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影裝置LA當前正在製程窗內之何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測是否可能存在歸因於例如次佳處理的缺陷(由第二標度SC2中指向「0」之箭頭描繪於圖3中)。
度量衡工具MT可向電腦系統CL提供輸入以實現準確模擬及預測，且可向微影裝置LA提供回饋以識別例如微影裝置LA之校準狀態下的可能漂移(由第三標度SC3中之多個箭頭描繪於圖3中)。
在微影製程中，需要頻繁地量測所形成結構，例如以用於製程控制及驗證。用以進行此量測之工具典型地被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為已知的，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之物鏡之光瞳的共軛平面中具有感測器來量測微影製程之參數(量測通常被稱為基於光瞳之量測)，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影製程之參數，在此狀況下量測通常被稱為基於影像或場之量測。此類散射計及相關聯量測技術進一步描述於專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中，該等申請案以全文引用之方式併入本文中。前述散射計可使用來自軟x射線及可見光至近IR波長範圍之光來量測光柵。
在第一實施例中，散射計MT為角度解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之特性。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型的相互作用且比較模擬結果與量測之彼等結果而產生。調整數學模型之參數直至經模擬相互作用產生與自真實目標觀測到的繞射圖案類似的繞射圖案為止。
在第二實施例中，散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經導向至目標上，且來自目標之經反射或經散射輻射經導向至光譜儀偵測器上，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即作為波長之函數對強度的量測)。根據此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis)及非線性回歸或藉由與經模擬光譜相比較來重建構產生所偵測光譜之目標的結構或輪廓。
在第三實施例中，散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對各偏振狀態之散射輻射來判定微影製程之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如直線形、圓形或橢圓形)。適用於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。現有橢圓量測散射計之各種實施例描述於美國專利申請案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及13/891,410中，該等申請案以全文引用之方式併入本文中。
圖4中描繪度量衡裝置，諸如散射計。該度量衡裝置包含將輻射投影至基板W上之寬帶(白光)輻射投影儀2。將經反射或經散射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器4量測鏡面反射輻射之光譜6 (亦即作為波長之函數對強度的量測)。根據此資料，可由處理單元PU例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸，或藉由與圖3之底部處所展示的經模擬光譜的比較來重建構產生所偵測光譜之結構或輪廓8。一般而言，對於重建構，結構之一般形式為已知的，且根據藉以形成結構之製程的知識來假定一些參數，從而僅留下結構之幾個參數以根據散射量測資料來判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
經由量測度量衡目標之微影參數的整體量測品質至少部分地藉由用以量測此微影參數之量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案的一或多個參數，或兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為基於繞射的光學量測，則量測之參數中的一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案的定向等。用以選擇量測配方之準則中的一者可例如為量測參數中之一者對處理變化的敏感度。更多實例描述於美國專利申請案US2016-0161863及美國公開專利申請案US 2016/0370717A1中，該等申請案以全文引用之方式併入本文中。
用於IC製造中之另一種類型的度量衡工具為表面形貌量測系統、位階感測器或高度感測器。此工具可整合於微影裝置中，以用於量測基板(或晶圓)之頂部表面的表面形貌。基板之表面形貌的映射(亦稱為高度映射)可由指示作為在基板上之位置的函數之基板的高度之此等量測而產生。此高度映射隨後可用以在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置，以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化器件的空中影像。將理解，「高度」在此上下文中係指廣泛地在基板之平面外的尺寸(亦稱為Z軸)。典型地，位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動在基板上之位置處產生高度量測。
如此項技術中已知的位階或高度感測器LS之實例示意性地展示於圖5中，該實例僅說明操作原理。在此實例中，位階感測器包含光學系統，該光學系統包括投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包含提供輻射光束LSB之輻射源LSO，該輻射光束由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。舉例而言，輻射源LSO可為諸如超連續光譜光源之窄版或寬帶輻射源、偏振或非偏振、脈衝或連續雷射光束，諸如偏振或非偏振雷射光束。輻射源LSO可包括具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源，諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見光輻射，但可另外或可替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包含產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1之週期性結構的週期性光柵。具有週期性變化強度之輻射光束BE1相對於垂直(Z軸)於入射基板表面的軸以在0度與90度之間，典型地在70度與80度之間的入射角ANG經導向基板W上之量測位置MLO。在量測位置MLO處，經圖案化輻射光束BE1由基板W反射(由箭頭BE2指示)，且經導向偵測單元LSD。
為判定量測位置MLO處之高度位階，位階感測器進一步包含偵測系統，該偵測系統包含偵測光柵DGR、偵測器DET及用於處理偵測器DET之輸出信號的處理單元(未展示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR一致。偵測器DET產生偵測器輸出信號，該偵測器輸出信號指示所接收之光，例如指示所接收之光的強度，諸如光偵測器，或表示所接收之強度的空間分佈，諸如攝影機。偵測器DET可包含一或多種偵測器類型之任何組合。
藉助於三角量測技術，可判定量測位置MLO處之高度位階。所偵測之高度位階典型地與如藉由偵測器DET所量測之信號強度相關，該信號強度具有尤其視投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG而定的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的圖案化輻射光束之路徑(未展示)包括其他光學元件，諸如透鏡及/或鏡面。
在一實施例中，可省略偵測光柵DGR，且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所定位之處。此組態提供投影光柵PGR之影像的較直接偵測。
為有效地覆蓋基板W之表面，位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W的表面上，藉此產生覆蓋較大量測範圍之量測區域MLO或光點的陣列。
例如在皆以引用之方式併入的US7265364及US7646471中揭示一般類型之各種高度感測器。在以引用之方式併入的US2010233600A1中揭示使用UV輻射而非可見光或紅外輻射之高度感測器。在以引用之方式併入的WO2016102127A1中，描述使用多元件偵測器來偵測及識別光柵影像之位置而無需偵測光柵的緊湊型高度感測器。
用於IC製造中之另一種類型的度量衡工具為對準感測器。因此，微影裝置之效能的關鍵態樣為相對於置於先前層中(藉由相同裝置或不同微影裝置)之特徵恰當且準確地置放經施加圖案的能力。為此目的，基板具備一或多組標記或目標。各標記為稍後可使用位置感測器(典型地為光學位置感測器)量測其位置之結構。位置感測器可被稱為「對準感測器」，且標記可被稱為「對準標記」。
微影裝置可包括可藉以準確地量測設置於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用光學現象(諸如繞射及干涉)以自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影裝置中之對準感測器的一實例係基於如US6961116中所描述之自參考干涉計。已開發出位置感測器之各種增強及修改，例如，如US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容以引用之方式併入本文中。
圖6為諸如例如在US6961116中所描述且以引用之方式併入的已知對準感測器AS之一實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB，該輻射光束藉由轉向光學件轉向至標記(諸如位於基板W上之標記AM)上作為照明光點SP。在此實例中，轉向光學件包含光點鏡面SM及物鏡OL。藉以照明標記AM之照明光點SP的直徑可稍微小於標記自身之寬度。
由標記AM繞射之輻射經準直(在此實例中經由物鏡OL)為資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零階繞射(其可被稱為反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI以自身干涉光束IB，其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學件(未展示)以在由輻射源RSO形成多於一個波長之情況下提供單獨光束。光偵測器可為單個元件，或其視需要可包含多個像素。光偵測器可包含感測器陣列。
在此實例中包含光點鏡面SM之轉向光學件亦可用以阻擋自標記反射之零階輻射，以使得資訊攜載光束IB僅包含來自標記AM之高階繞射輻射(此對於量測並非必需的，但提高了信雜比)。
將強度信號SI供應至處理單元PU。藉由區塊SRI中進行之光學處理與在單元PU中進行之計算處理的組合，輸出基板相對於參考框架之X位置及Y位置的值。
所說明類型之單一量測僅將標記之位置固定在對應於該標記之一個間距的某一範圍內。結合此量測來使用較粗略量測技術，以識別正弦波之哪一週期為含有經標記位置之週期。可在不同波長下重複處於較粗略及/或較精細層級之相同製程，以用於提高準確度及/或用於穩固地偵測標記，而無關於藉以製成標記之材料及標記設置於其上方及/或下方之材料。該等波長可以光學方式多工及解多工以便經同時處理，且/或該等波長可藉由時分或頻分而經多工。
在此實例中，對準感測器及光點SP保持靜止，而基板W移動。對準感測器可因此經穩固且準確地安裝至參考框架，同時在與基板W之移動方向相對的方向上有效地掃描標記AM。在此移動中，藉由將基板W安裝於基板支撐件上且基板定位系統控制基板支撐件之移動來控制基板W。基板支撐件位置感測器(例如干涉計)量測基板支撐件之位置(未展示)。在一實施例中，一或多個(對準)標記設置於基板支撐件上。對設置於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器所判定之基板支撐件的位置(例如相對於對準系統所連接之框架)。對設置於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
對於光學半導體度量衡，檢測應用通常為較佳的，諸如在前述度量衡工具中之任一者中，輸出相干輻射之亮光源同時覆蓋寬廣波長範圍(例如自UV至IR)。此寬帶光源可有助於藉由允許在相同設置/系統中對具有不同材料特性之晶圓進行光學檢測而無需任何硬體改變(例如改變光源以便具有特定波長)來提高應用之可撓性及穩固性。允許針對特定應用來最佳化波長亦意謂可進一步增加量測之準確度。
氣體雷射可用於此等應用中，該等氣體雷射係基於氣體放電效應以同時發射多個波長。然而，與氣體雷射相關聯的諸如高強度不穩定性及低空間不相干性之內在問題可能使其不合適。可替代地，來自具有不同波長之多個雷射(例如固態雷射)的輸出可在空間上經組合為度量衡或檢測系統之光學路徑以便提供多波長源。隨所要波長之數目而增加的複雜度及高實施成本阻止將此解決方案廣泛使用。相比之下，基於光纖之寬帶或白光雷射(亦稱為超連續光譜雷射)能夠發射具有高空間相干性及寬廣光譜覆蓋度(例如自UV至IR)的輻射，且因此為極引人注目且實用的選擇方案。
空心光子晶體光纖(HC-PCF)為一種特殊類型之光纖，其包含中央空心區及包圍空心之內部包層結構，其兩者皆沿整個光纖軸向延伸。光導引機構經啟用內部包層波導結構，該內部包層波導結構可包含例如薄壁玻璃元件。輻射因此經顯著約束於空心內部，且沿呈橫向核心模式之形式的光纖傳播。
多種類型之HC-PCF可各自基於不同實體導引機構經工程改造，兩種此類HC-PCF包括：空心光子帶隙光纖(HC-PBF)及空心抗共振反射光纖(HC-ARF)。
關於設計及製造HC-PCF之細節可見於歐洲專利申請案EP3136143A1中，該歐洲專利申請案以引用之方式併入本文中。HC-PBF經組態以經由光子帶隙效應提供較低損失但較窄帶寬光導引，該光子帶隙效應藉由包圍中央空心之包層結構建立。然而，HC-ARF經工程改造以經由來自包層的光之抗共振反射而顯著加寬傳輸帶寬。HC-PCF包含經流體填充之中空通道，以使得其擁有用於各種光導引應用之所得所要特性；該等應用例如使用HC-PBF進行高功率光束遞送及使用HC-ARF進行基於氣體之白光產生(或超連續光譜產生)。
對於基於氣體之白光產生，HC-ARF包含於氣室內，該氣室經設計以例如在高達數100巴(例如在3巴至1000巴之間)之壓力下操作。當由具有充足峰值功率之超短泵浦雷射脈衝泵送時，充氣HC-PCF可充當光學頻率轉換器。自超短泵浦雷射脈衝至寬帶雷射脈衝之頻率轉換藉由充氣光纖內部之色散及非線性光學過程之複雜相互作用來實現。填充氣體可為諸如氬氣及氪氣之惰性氣體，諸如氫氣及氮氣之拉曼(Raman)活性氣體，或混合氣體。視填充氣體之類型而定，非線性光學過程可包括調變不穩定性、孤立子***、克爾(Kerr)效應、拉曼效應及色散波產生，其細節描述於WO2018/127266A1及US9160137B1中(其兩者皆特此以引用之方式併入)。由於可藉由改變氣室壓力來調節填充氣體之色散，因而可調整所產生之寬帶脈衝動力學及相關聯之光譜加寬特性，以便最佳化頻率轉換。所產生之寬帶雷射輸出可覆蓋自UV (例如＜200 nm)至中IR (例如＞2000 nm)之波長。
如在圖7中所說明，光學組件100、100'、100''包含具有特定光纖長度之HC-PCF (例如HC-ARF) 101及經處於特定壓力下或具有壓力分佈之工作氣體或混合氣體填充的氣室102。氣室102進一步包含位於氣室102之各別末端處的輸入光學窗103a及輸出光學窗103b。輸入光學窗103a可經操作以准許超短泵浦雷射脈衝經由窗進入氣室102中。在經耦接至充氣HC-PCF 101中之後，泵浦雷射脈衝(未展示)沿其經歷顯著光譜加寬之光纖傳播。所得寬帶雷射脈衝隨後經由輸出窗103b自氣室102放電。
為使用工作氣體填充HC-PCF 101，氣室102應與加壓氣體供應器或儲集器(未展示)連通。氣室102之壁及窗103a、103b的內部表面封閉具有體積V之腔室。氣室之軸平行於HC-PCF 101之軸。
圖7(a)至圖7(c)示意性地描繪光學組件100、100'、100''之三種已知組態。圖7(a)說明第一組態，其中整個HC-PCF 101包含於單個氣室102內。圖7(b)說明一替代配置，其中整個HC-PCF 101包含於若干(例如三個)子室102a、102b、102c中，該等子室藉由使用適當密封機構105而互連。壓力密閉連接確保所有子室達至白光產生所需要的相同壓力。圖7(c)說明另一組態，其中HC-PCF (101)之兩個光纖末端101a、101c分別包含於兩個單獨氣室102a、102c中，而充當流體連接之光纖的中央部分(101b)包含於氣室外部。
先前技術之氣室全部具有相對較大的內部局部腔室體積Vloc ，該內部局部腔室體積經定義為每單位光纖長度之腔室體積；例如以每cm光纖cm3 為單位來表述。已發現，白光雷射之效能可因污染粒子之存在而降低，該等污染粒子一般與局部腔室體積之大小成比例。氣室之局部腔室體積Vloc 愈大，達至特定壓力所需要之氣體原子或分子愈多，且對應地，將有愈多的污染粒子存在於氣室中。在高強度光之影響下，污染粒子可與HC-PCF之材料反應或相互作用，且藉此局部修改HC-PCF之結構。存在於氣室中之污染粒子愈多，局部改變可能愈多或愈大。例如可見，污染物可累積在接近於HC-PCF之光輸入窗或光輸出窗處。可藉由確保整個氣室內之污染粒子的量較小來減少污染物之累積。亦應注意，在進出HC-PCF之溫度不同及/或溫度擴散的影響下，氣體可循環穿過氣室。此外，氣室為加壓容器，且對安全性強加實質性要求。此氣室之潛在危險隨局部腔室體積Vloc 之大小而增加。
因此，為解決此等問題，提出一種光學組件，其具有經適當尺寸標定之局部腔室體積Vloc 。藉由最小化光學組件之氣室的局部腔室體積Vloc ，有可能針對基於HC-PCF之寬帶雷射同時提高光學效能且放寬操作安全性要求。
圖8(a)說明第一此光學組件200，其僅包含單個氣室202。為降低局部腔室體積Vloc ，氣室經設計以使得HC-PCF 201之外部表面與氣室壁206之內部表面之間的間距降低至較佳範圍，例如0 cm至3 cm。此間距可以多種方式形成為充分小。舉例而言，氣室可包含厚壁。可替代地或另外，可在該體積內引入內部套管或圓柱體以有效使壁變厚，且確保較小氣體體積。可使用獲得所主張局部腔室體積之任何配置。另外，使室壁變厚及/或引入內部套管以達成此情形之特徵可獨立於獲得所主張局部腔室體積(例如36 cm3 或更小)來完成。
氣室202之腔室體積V包含由氣室202沿HC-PCF 201之長度限定的中央腔室體積(例如中央腔室之橫截面面積A乘以HC-PCF 201之長度L)，及各自由HC-PCF 201之末端與輸出窗203a、203b之各別內部表面之間的氣室體積限定的兩個末端腔室體積Vend 。HC-PCF 201之長度L可處於例如0 cm至1000 cm的範圍內。腔室體積(204)可藉由下式來計算： V = Vcen + 2Vend ,               [等式1] 其中            Vcen = A x L.                      [等式2] 至少沿HC-PCF 201之長度L的局部腔室體積Vloc 可隨後藉由下式獲得： Vloc = Vcen / L. ≈ V / L (假定Vend ＜＜ Vcen )   [等式3]
建議沿HC-PCF 201之長度的此局部腔室體積至少低於每cm光纖(亦即HC-PCF)長度36 cm3 。在其他實施例中，局部腔室體積可低於每cm光纖長度32 cm3 ，低於每cm光纖長度28 cm3 ，低於每cm光纖長度24 cm3 ，低於每cm光纖長度20 cm3 ，低於每cm光纖長度16 cm3 ，低於每cm光纖長度12 cm3 ，低於每cm光纖長度8 cm3 或低於每cm光纖長度4 cm3 。局部腔室體積經限定用於封閉於氣室內之空心光子晶體光纖之長度的至少70%、80%、90%、95%或98% (亦即，該體積如此受限於光纖長度之至少此等比例的此等值)。
圖8(b)展示本發明之第二實施例。在此實施例中，光學組件包含多個子室，更特定言之，包含三個子室202a、202b、202c。HC-PCF (201)包含於若干子室中，該等子室包括相對於中央子室202b具有較大外部橫截面之兩個末端子室202a、202c。中央子室202b可為剛性或可撓性的。舉例而言，中央子室202b可包含由某一材料(例如不鏽鋼)或不同材料之混合物(例如金屬合金或塑膠)製成的習知壓力管。兩個末端子室202a及202c可具有與圖8(a)之單個氣室202之彼等外部橫向尺寸相同的外部橫向尺寸。無論外部尺寸如何，至少沿HC-PCF 201之長度L的內部尺寸將使得沿長度L之局部腔室體積低於每cm光纖36 cm3 ，且可包含上文關於圖8(a)所描述的值中之任一者。
上文所描述之第二實施例200'可進一步藉由移除中央子室202b來簡化以對應於與圖7(c)中所說明之配置類似的配置。圖8(c)說明此光學組件200''，兩個末端子室202d、202e可具有與圖7(b)中所說明之彼等外部及內部尺寸相同的外部及內部尺寸。HC-PCF 201之兩個末端部分容納於此等兩個末端子室202d、202e中之各別者中，同時HC-PCF 201之中央部分不封閉於子室中。將適當密封機構205應用於在光纖之外部表面與氣室壁之表面之間形成的間隙，以使得兩個子室皆經壓力密閉且可經加壓至所要壓力。如前所述，光纖長度之經容納區段(例如對於對應於子室202d、202e之長度具有每cm光纖36 cm3 的最大局部腔室體積，且視情況具有上文關於圖8(a)所描述的值中之任一者。
視光學組件200之組態而定，具有某一形狀及面積的腔室之橫截面可沿光纖長度恆定，如在第一組態之情況下那般。可替代地，腔室之橫截面可為位置依賴性(或子室依賴性)的，如在第二組態之情況下那般。橫截面之形狀可為矩形、圓化矩形、橢圓形或圓形。
如上文所提及，可藉由減小HC-PCF 201之外部表面與氣室壁206之內部表面之間的間距來減小局部腔室體積。間距之減小可經由若干方法來達成，例如：1)減小氣室之橫向尺寸；2)維持氣室之現有橫向外部尺寸但增加氣室內之壁厚度；3)維持氣室之現有橫向尺寸且在該室腔室內***填充元件。因為典型地在併入HC-PCF 301之前製造氣室，所以可使用較大體積氣室(亦即具有大於每cm光纖36 cm3 之局部腔室體積)，且對其執行降低局部腔室體積的後處理步驟。此光學組件300說明於圖9中。在一實施例中，後處理步驟包含將填充元件307***至氣室腔室304中。填充元件可為由固體塊製成之金屬或其他另一材料。考慮填充元件307之間的間隙，填充元件307應沿HC-PCF 301之大部分長度延伸，例如沿HC-PCF 301之長度的至少70%、80%、90%、95%或98%延伸。使用填充元件307之基本原理亦可適用於圖8(b)及圖8(c)之實施例，亦即可適用於子室202a、202c、202d、202e；例如以沿包含於彼室內之HC-PCF 301的各別部分之大部分(例如至少70%、80%、90%、95%或98%)長度延伸。
本文中所揭示之氣室(或子室)中之任一者的橫截面可具有任何合適的形狀，例如(例如圓化)矩形、橢圓形或圓形。
如本文中所描述之HC-PCF 301可包含任何合適的光纖器件，諸如：空心抗共振反射光纖、抑制耦合空心光子晶體光纖、空心旋轉(hollow core revolver)光纖及巢式抗共振反射光纖。
例如能夠發射白光或寬帶脈衝之寬帶光源器件可包含如本文中所揭示之光學組件及可經操作以產生超短泵浦雷射脈衝的泵浦雷射。由泵浦雷射器件產生之泵浦雷射脈衝可為奈秒脈衝、皮秒脈衝或飛秒脈衝，且泵波長可處於可見能譜、近IR能譜或中間IR能譜中。泵浦雷射脈衝可具有數百赫茲(Hz)、數千赫茲(kHz)或數兆赫茲(MHz)之重複頻率。
包含本文中所揭示之光學組件中之任一者的寬帶光源器件可經組態以輸出寬帶相干輻射，該寬帶相干輻射包含例如200 nm至2000 nm之間的波長範圍，或在此範圍內之任何子範圍。
潛在地，藉由使氣室體積極小，此可加強層狀氣流，其有可能增加光源之穩定性。
儘管可在本文中特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用。可能的其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之內容背景中的本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化器件)之物件的任何裝置之部分。此等裝置一般可稱為微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可能已特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例的使用，但將瞭解，在內容背景允許之情況下，本發明不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行修改。
2:寬帶輻射投影儀 4:光譜儀偵測器 6:光譜 8:輪廓 100:光學組件 100':光學組件 100'':光學組件 101:HC-PCF 101a:光纖末端 101b:中央部分 101c:光纖末端 102:氣室 102a:子室 102b:子室 102c:子室 103a:輸入光學窗 103b:輸出光學窗 105:密封機構 200:光學組件 201:HC-PCF 202:氣室 200':第二實施例 200'':光學組件 202a:子室 202b:子室 202c:子室 202d:末端子室 202e:末端子室 203a:輸出窗 203b:輸出窗 204:腔室體積 205:密封機構 206:氣室壁 300:光學組件 301:HC-PCF 304:氣室腔室 307:填充元件 AM:標記 ANG:入射角 AS:對準感測器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BE1:輻射光束 BE2:箭頭 BK:烘烤板 C:目標部分 CH:冷卻板 CL:電腦系統 DE:顯影器 DET:偵測器 DGR:偵測光柵 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IB:資訊攜載光束 IL:照明系統 LA:微影裝置 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LCU:塗佈顯影系統控制單元 LS:位階或高度感測器 LSD:偵測單元 LSO:輻射源 LSP:投影單元 M1:光罩對準標記 M2:光罩對準標記 MA:圖案化器件 MLO:量測位置 MT:光罩支撐件/度量衡工具 OL:物鏡 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 PD:光偵測器 PGR:投影光柵 PM:第一*** PS:投影系統 PU:處理單元 PW:第二*** RB:輻射光束 RO:機器人 RSO:輻射源 SC:旋塗器 SC1:第一標度 SC2:第二標度 SC3:第三標度 SCS:監督控制系統 SI:強度信號 SM:光點鏡面 SO:輻射源 SP:照明光點 SRI:自參考干涉計 V:體積 Vend:末端腔室體積 Vloc:局部腔室體積 W:基板支撐件 WT:基板支撐件
現將參考隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等隨附示意性圖式中： -  圖1描繪微影裝置之示意性概述； -  圖2描繪微影單元之示意性概述； -  圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的協作； -  圖4描繪根據本發明之實施例的用作可包含輻射源之度量衡器件的散射量測裝置之示意性概述； -  圖5描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之位階感測器裝置的示意性概述； 圖6描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之對準感測器裝置的示意性概述；且 -  圖7(a)至圖7(c)示意性地描繪呈三種不同組態之先前技術光學組件的實例； -  圖8(a)至圖8(c)示意性地描繪根據本發明之三個實施例的呈三種不同組態之光學組件；且 -  圖9示意性地描繪根據本發明之一實施例的用於在後處理步驟中降低氣室腔室之體積的方法。
100:光學組件
100':光學組件
100":光學組件
101:HC-PCF
101a:光纖末端
101b:中央部分
101c:光纖末端
102:氣室
102a:子室
102b:子室
102c:子室
103a:輸入光學窗
103b:輸出光學窗
105:密封機構

Claims (15)

  1. 一種光學組件，其經組態以在一寬帶輻射源器件中充當一光學頻率轉換器，該光學組件包含： 一氣室，及 一空心光子晶體光纖，其至少部分地封閉於該氣室內； 其中，該空心光子晶體光纖封閉於該氣室內，且該氣室之該局部腔室體積包含每cm該空心光子晶體光纖之長度36cm3 的一最大值。
  2. 如請求項1之光學組件，其中該空心光子晶體光纖完全包含於該氣室內。
  3. 如請求項1或2之光學組件，其中該氣室包含複數個子室，該複數個子室包含封閉該空心光子晶體光纖之各別末端的至少兩個末端子室。
  4. 如請求項3之光學組件，其中該等子室沿該空心光子晶體光纖之全長延伸，且進一步包含至少一個中央子室。
  5. 如請求項4之光學組件，其中該中央子室之外部橫截面直徑小於該兩個末端子室之外部橫截面直徑。
  6. 如請求項4之光學組件，其中該中央子室包含一壓力管。
  7. 如請求項1或2之光學組件，其中該局部腔室體積之該最大值為以下各者中之一者：每cm該空心光子晶體光纖之長度32 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度28 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度24 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度20 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度16 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度12 cm3 、每cm該空心光子晶體光纖之長度8 cm3 或每cm該空心光子晶體光纖之長度4 cm3 。
  8. 如請求項1或2之光學組件，其中該氣室包含填充元件以減小該光學組件之該局部腔室體積。
  9. 如請求項1或2之光學組件，其中該空心光子晶體光纖包含以下各者中之一或多者：一空心抗共振反射光纖、一抑制耦合空心光子晶體光纖、一空心旋轉光纖及一巢式抗共振反射光纖。
  10. 如請求項1或2之光學組件，其包含用於准許一泵浦雷射脈衝之一輸入光學窗及用於輸出該寬帶輻射之一輸出光學窗，該輸入光學窗及輸出光學窗位於該氣室之各別末端處。
  11. 如請求項1或2之光學組件，其中該局部腔室體積經限定用於封閉於該氣室內之該空心光子晶體光纖的該長度之至少70%、80%、90%、95%或98%。
  12. 一種寬帶光源器件，其包含如請求項1至11中任一項之光學組件，且經組態以用於形成寬帶輻射。
  13. 如請求項12之寬帶光源器件，其進一步包含可經操作以產生超短泵浦雷射脈衝之一泵浦雷射，該光學組件可經操作以將該等超短泵浦雷射脈衝轉換為該寬帶輻射。
  14. 一種度量衡器件，其包含如請求項13之寬帶光源器件。
  15. 如請求項14之度量衡器件，其包含一散射計度量衡裝置、一位階感測器或一對準感測器。
TW109106866A 2019-03-04 2020-03-03 基於空心光子晶體光纖之用於產生寬帶輻射的光學組件 TWI795633B (zh)

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