(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-12
(45)【発行日】2024-09-24
(54)【発明の名称】放射源
(51)【国際特許分類】
G02F 1/365 20060101AFI20240913BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20240913BHJP
【ＦＩ】
G02F1/365
G03F7/20 501
G03F7/20 521
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022504192
(86)(22)【出願日】2020-07-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-29
(86)【国際出願番号】 EP2020069760
(87)【国際公開番号】W WO2021013611
(87)【国際公開日】2021-01-28
【審査請求日】2022-03-22
(31)【優先権主張番号】19188036.8
(32)【優先日】2019-07-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】19198105.9
(32)【優先日】2019-09-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】20151889.1
(32)【優先日】2020-01-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】504151804
【氏名又は名称】エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ．
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100134256
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 武司
(72)【発明者】
【氏名】ユーベル、パトリック、セバスチャン
(72)【発明者】
【氏名】バウアーシュミット、セバスチャン、トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ニー、ヨンフェン
【審査官】林 祥恵
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０３７２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０９１６０１３７（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特表２０１８－５３３０４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３３５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３９０１６９９（ＣＮ，Ａ）
【文献】A. I. ADAMU et al.，“Deep-UV to Mid-IR Supercontinuum Generation driven by Mid-IR Ultrashort Pulses in a Gas-filled Hollow-core Fiber”，Scientific Reports，2019年03月14日，Vol. 9, No. 1，pp.1-9，DOI: 10.1038/S41598-019-39302-2
【文献】M. G. WELCH et al.，“Solitons in Hollow Core Photonic Crystal Fiber: Engineering Nonlinearity and Compressing Pulses”，Journal of Lightwave Technology，2009年06月，Vol. 27, No. 11，pp.1644-1652，DOI: 10.1109/JLT.2009.2019731
【文献】J. C. TRAVERS et al.，“Ultrafast nonlinear optics in gas-filled hollow-core photonic crystal fibers [Invited]”，Journal of the Optical Society of America B，2011年11月30日，Vol. 28, No. 12，pp. A11-A26
【文献】F．GEROME et al.，“High Power Pulse Compression with Soliton Delivery in Hollow-Core Photonic Bandgap Fiber”，LEOS 2007 - IEEE Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting Conference Proceedings，2007年10月，WQ1，pp.550-551，DOI: 10.1109/LEOS.2007.4382524
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９
Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４
Ｇ０３Ｆ ７／２０
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力端と、出力端と、中空コアを有する本体とを含む中空コア光ファイバと、前記中空コア内に配置されたガスである作動媒体と、
前記入力端から前記出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの前記入力端から前記出力端までの長さは、前記出力端が前記出力放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致する長さであり、
入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．１μＪ以上且つ１μＪ未満であり、
入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が１００ｆｓよりも大きく、且つ４００ｆｓ以下である、放射源。
【請求項2】
入力端と、出力端と、中空コアを有する本体とを含む中空コア光ファイバと、前記中空コア内に配置されたガスである作動媒体と、
前記入力端から前記出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの前記入力端から前記出力端までの長さは、前記出力端が前記出力放射のスペクトルの幅が最大になる位置と実質的に一致する長さであり、
入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．１μＪ以上且つ１μＪ未満であり、
入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が１００ｆｓよりも大きく、且つ４００ｆｓ以下である、放射源。
【請求項3】
前記光ファイバの長さは、前記出力端が、前記パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値と実質的に一致する長さである、請求項１または２に記載の放射源。
【請求項4】
入力された前記パルスポンプ放射のソリトン次数が２０未満である、請求項１から３のいずれかに記載の放射源。
【請求項5】
前記作動媒体が異常分散を生成するように構成される、請求項１から４のいずれかに記載の放射源。
【請求項6】
前記中空コア光ファイバは、前記中空コアを取り囲むクラッド部分を備え、前記クラッド部分は、前記中空コアを通して放射を誘導するための複数の反共振要素を備え、任意選択で、前記クラッド部分の複数の反共振要素は、前記中空コアの周りにリング構造で配置される、請求項１から５のいずれかに記載の放射源。
【請求項7】
前記複数の反共振要素は、前記反共振要素のそれぞれが他の前記反共振要素のいずれとも接触しないように配置されている、請求項６に記載の放射源。
【請求項8】
前記作動媒体は、ｉ）希ガスおよびｉｉ）分子ガスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から７のいずれかに記載の放射源。
【請求項9】
基板上の構造の関心のあるパラメータを決定するための計測装置であって、請求項１から８のいずれかに記載の放射源と、
広帯域出力放射を使用して前記基板上の前記構造を照明するための照明サブシステムと、
前記構造によって散乱および／または反射された放射の一部を検出するための、および放射の前記一部から関心のある前記パラメータを決定するための検出サブシステムと、
を備える計測装置。
【請求項10】
請求項９に記載の計測装置を備えるリソグラフィ装置。
【請求項11】
放射源の動作レジームを選択する方法であって、前記放射源は、
入力端と、出力端と、中空コアを有する本体とを含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置されたガスである作動媒体と、
前記入力端から前記出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
当該方法は、
前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように、前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のうちの１つまたは複数のパラメータを選択することを備え、
さらに、前記パラメータは、前記光ファイバの前記入力端から前記出力端までの長さが、前記出力端が以下の位置：
前記出力放射の時間範囲が最小になる位置、および／または、
前記出力放射のスペクトルの幅が最大になる位置、
と実質的に一致する長さとなるように選択され、
入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．１μＪ以上且つ１μＪ未満であり、
入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が１００ｆｓよりも大きく、且つ４００ｆｓ以下である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、その全体が参照により本書に援用される２０１９年７月２４日に出願された欧州出願第１９１８８０３６．８号および２０１９年９月１８日に出願された欧州出願１９１９８１０５．９号および２０２０年１月１５日に出願された欧州出願２０１５１８８９．１号の優先権を主張する。
本出願は、その全体が参照により本書に援用される２０１９年７月２４日に出願された欧州出願第１９１８８０３６．８号および２０１９年９月１８日に出願された欧州出願１９１９８１０５．９号および２０２０年１月１５日に出願された欧州出願２０１５１８８９．１号の優先権を主張する。
【0002】
［技術分野］
本発明は、放射源に関する。 放射源は、スーパーコンティニウム光源であってよく、入力放射を受け取り、（広帯域）出力放射を提供するために入力放射の周波数範囲を広げるための装置を含み得る。
本発明は、放射源に関する。 放射源は、スーパーコンティニウム光源であってよく、入力放射を受け取り、（広帯域）出力放射を提供するために入力放射の周波数範囲を広げるための装置を含み得る。
【背景技術】
【0003】
リソグラフィ装置は、基板上に所望のパターンを付与するように構築された機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えば、マスク）のパターン（「設計レイアウト」または「設計」とも呼ばれる）を、基板（例えばウェハ）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層に投影することができる。
【0004】
基板上にパターンを投影するために、リソグラフィ装置は電磁放射を使用することができる。この放射の波長は、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズを決定する。現在使用されている代表的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１３．５ｎｍである。４～２０ｎｍの範囲内、例えば６．７ｎｍまたは１３．５ｎｍの波長を有する極端紫外線（ＥＵＶ）放射を使用するリソグラフィ装置を用いて、例えば波長１９３ｎｍの放射を使用するリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成することができる。
【0005】
低ｋ１リソグラフィを使用して、リソグラフィ装置の古典的な解像限界よりも小さい寸法のフィーチャを処理することができる。このようなプロセスでは、解像度の式はＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡとして表すことができる。ここで、λは使用する放射の波長、ＮＡはリソグラフィ装置の投影光学系の開口数、ＣＤは「限界寸法」（通常、印刷される最小のフィーチャサイズであるが、この場合はハーフピッチ）およびｋ１は経験的な解像度係数である。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的機能と性能を実現するために回路設計者が計画した形状と寸法に似たパターンを基板に再現することが難しくなる。これらの困難を克服するために、高度な微調整ステップをリソグラフィ投影装置および／または設計レイアウトに適用することができる。これらには、たとえば、ＮＡの最適化、カスタマイズされた照明スキーム、位相シフトパターニングデバイスの使用、設計レイアウトにおける光学近接効果補正（ＯＰＣ：optical proximity correction、「光学補正およびプロセス補正」とも呼ばれる）などの設計レイアウトのさまざまな最適化、または一般に「解像度向上技術」（ＲＥＴ：resolution enhancement techniques）として定義されている他の方法が含まれるが、これらに限定されない。あるいは、リソグラフィ装置の安定性を制御するための厳しい制御ループを使用して、低ｋ１でのパターンの再現を改善することができる。
【0006】
リソグラフィの分野では、リソグラフィ装置内およびリソグラフィ装置の外部の両方で、多くの測定システムを使用することができる。一般に、そのような測定システムは、放射源を使用してターゲットに放射を照射することができ、検出システムは、ターゲットから散乱する入射放射の一部の少なくとも１つの特性を測定するように動作可能である。リソグラフィ装置の外部にある測定システムの例は、検査装置または計測装置であり、これは、リソグラフィ装置によって基板上に以前に投影されたパターンの特性を決定するために使用され得る。そのような外部検査装置は、例えば、スキャトロメータを備え得る。リソグラフィ装置内に提供され得る測定システムの例には、トポグラフィ測定システム（レベルセンサとしても知られている）、レチクルまたはウェハステージの位置を決定するための位置測定システム（例えば、干渉計装置）、およびアライメントマークの位置を決定するためのアライメントセンサが含まれる。これらの測定装置は、電磁放射を使用して測定を実行することができる。
【0007】
異なるタイプの放射を使用して、パターンの異なるタイプの特性を調べることができる。一部の測定システムでは、広帯域放射源を使用する場合がある。そのような広帯域放射源は、スーパーコンティニウム光源であってよく、そしてパルスポンプ放射ビームが放射のスペクトルを広げるために伝播される非線形媒体を有する光ファイバを含み得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本明細書で特定されるかどうかにかかわらず、先行技術に関連する１つまたは複数の問題に少なくとも部分的に対処する（広帯域）出力放射を提供するために、入力放射を受け取り、入力放射の周波数範囲を広げるための装置で使用するための代替の装置および方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第１の態様によれば、中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、中空コア内に配置された作動媒体と、入力端から出力端まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、を備え、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するためにパルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、光ファイバの長さは、出力端が出力放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致する長さである、放射源が提供される。
【0010】
本発明の第２の態様によれば、中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、 中空コア内に配置された作動媒体と、入力端から出力端まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、を備え、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するためにパルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、光ファイバの長さは、出力端が出力放射のスペクトルの幅が最大になる位置と実質的に一致する長さである、放射源が提供される。
【0011】
本発明の第１および第２の態様による放射源は、それらが広帯域出力放射ビームを出力端で生成することを可能にするので有利である。これは、計測装置内、たとえばリソグラフィ装置内での使用に役立つ場合がある。
【0012】
いくつかの既知の広帯域放射源は、パルスポンプ放射のスペクトル広がりを生成する構成を使用するが、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、変調不安定性がスペクトル広がりを生成することを可能にするように構成される。スペクトルの広がりを生成するために変調不安定性が使用される理由はいくつかある。第一に、変調不安定性は、比較的平坦な強度－波長分布を有する広帯域放射を生成することが知られている。このような広帯域放射源は、（比較的平坦なスペクトル強度分布のために）白色光放射源と呼ばれることがある。第二に、変調不安定性は、ポンプの放射源として比較的経済的なレーザ源を使用して達成することができる。
【0013】
他方、ソリトン自己圧縮は、入力ポンプレーザビームから、シフトされた波長を有する出力レーザビームを生成するために使用されるレジームである。たとえば、ソリトン自己圧縮は、異なる（シフトされた）波長を持つ分散波を生成するために使用される。ソリトン自己圧縮レジーム（ソリトン数が比較的少ない）では、放射のパルスが大幅な時間的圧縮を受ける可能性があり、これにはスペクトルの広がりが伴う。最終的に、時間的圧縮は最大レベル（パルス放射の最小時間範囲に対応）に達し、続いて放射の時間的広がりが起こる。この時間的広がりは、高次ソリトンが複数の個別のソリトンに分裂するため、ソリトン分裂と呼ばれる。（高次の）ソリトンは、中空コア光ファイバに沿って伝播するときに、時間的圧縮と時間的広がりの期間の間で振動し得る。時間的な広がりに続いて、他の影響が放射のスペクトルのシフトにつながる可能性がある。たとえば、自己パルス急峻化（ソリトン自己圧縮を伴い、それを支援し得る）は、分散波放射に種をまく可能性のある光ショックにつながり得る。システムのパラメータを調整することにより、特定の望ましい波長を生成することができる。例えば、波長は、特定の分子と相互作用するのに適しているように選択され得、そして前記分子を研究する研究実験において使用され得る。したがって、ソリトン自己圧縮は、第１の波長を有する入力ポンプレーザービームから、第２のシフトされた波長を有する出力放射ビームを生成するための既知のレジームである。
【0014】
本発明の発明者らは、ソリトン自己圧縮中に、時間的広がりの前に（および分散波が形成される前に）、中空コアファイバを伝搬する放射が広帯域放射である（短命の）遷移期間があることを認識した。さらに、本発明者らは、この広帯域放射は短命であるが、出力端がその後のスペクトルの時間的広がり（ソリトン核分裂）とシフトの前にソリトンの自己圧縮が発生した位置と実質的に一致するように光ファイバの長さを選択することによって、この広帯域放射を光ファイバから出力して、特に安定した広帯域放射源を提供することができることを認識した。
【0015】
特に、光ファイバの長さが、パルスポンプ放射の時間的範囲が最小である位置と出力端が実質的に一致するようなものである場合、特に安定した広帯域放射源を提供することができる。本明細書で使用される場合、出力端でのパルスポンプ放射の時間範囲が光ファイバ内で最小である場合、出力端はパルスポンプ放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致することが理解されよう。すなわち、パルスポンプ放射の時間範囲がまだ増加していない場合（ソリトン分裂のため）、出力端は、パルスポンプ放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致する。十分に長い中空コア光ファイバの場合、放射が中空コアファイバを通って伝播するときに、ソリトンが時間的圧縮と時間的広がりの期間の間で振動し得ることが理解されよう。時間的圧縮と時間的広がりの各期間の間に、パルスポンプ放射の時間的範囲に極小値が存在し得る。中空コア光ファイバの長さが、出力端が最初の極小値までまたはそれを含む任意の場所に配置されるような長さの場合、出力端は、パルスポンプ放射の時間的範囲が最小になる位置と実質的に一致する。出力端が最初の極小値と実質的に一致する場合、最大のスペクトル広がりが達成され得る。
【0016】
一般に、ソリトン自己圧縮後、パルスポンプ放射のスペクトルの幅が減少する可能性があり、および／またはスペクトルのギャップが発展する可能性がある（例えば、分散波が放出されるとき）。したがって、光ファイバの長さが、出力端がパルスポンプ放射のスペクトルの幅が最大になる位置と実質的に一致するような長さである場合、特に安定した広帯域放射源を提供することができる。ここで使用されるように、パルスポンプ放射のスペクトルの幅（パルスポンプ放射のスペクトル帯域幅と呼ばれることもある）は、パワー密度が最大値の閾値フラクション（threshold fraction）を超えるスペクトルの幅であり得ることが理解されよう。例えば、パルスポンプ放射のスペクトルの幅は、パワー密度が最大値の０．０００１を超えるスペクトル（すなわち、４０デシベルにまたがるスペクトル）の幅であり得る。たとえば、パルスポンプ放射のスペクトルの幅は、パワー密度が最大値の０．００１を超えるスペクトル（つまり、３０デシベルにまたがるスペクトル）の幅であり得る。たとえば、パルスポンプ放射のスペクトルの幅は、パワー密度が最大値の０．０１を超えるスペクトル（つまり、２０デシベルにまたがるスペクトル）の幅であり得る。たとえば、パルスポンプ放射のスペクトルの幅は、パワー密度が最大値の０．１を超えるスペクトル（つまり、１０デシベルにまたがるスペクトル）の幅であり得る。あるいは、光ファイバの長さが、出力端が出力放射のスペクトルが実質的に連続している位置と実質的に一致するような長さである場合、特に安定した広帯域放射源を提供することができる。
【0017】
カオス的駆動の変調不安定性システムとは対照的に、そのようなソリトン自己圧縮によって生成される広帯域放射は、ショットごとの変動を有さないであろう。結果として、有利には、安定した出力スペクトルを単一のパルスを使用して生成することができる（変調不安定性システムの出力ビームにある程度の安定性を生み出すために必要とされるいくつかのパルスとは対照的に）。
【0018】
放射が中空コアファイバを通って伝播するとき、ソリトンは、時間的圧縮と時間的広がりの期間の間で振動し得ることが理解されるであろう。時間的圧縮と時間的広がりの各期間の間に、パルスポンプ放射の時間的範囲に極小値が存在し得る。原則として、光ファイバの長さは、出力端が、パルスポンプ放射の最小の時間的範囲のそのような位置と実質的に一致するような長さであり得る。ただし、最も安定した出力スペクトル（たとえば、パルス間の変動に対して）は、出力端がパルスポンプ放射の最小時間範囲の第１の位置と一致するときに提供され得る。
【0019】
光ファイバの長さは、出力端が、パルスポンプ放射の時間的範囲の最初の極小値と実質的に一致するような長さであり得る。パルスポンプ放射の時間的範囲の最初の極小値の位置は、例えば、ファイバのパラメータ（例えば、コアの直径およびファイバの長さ）、作動媒体のパラメータ（たとえば、ガスと圧力のタイプ）、およびパルスポンプ放射のパラメータ（たとえば、パルスエネルギーとパルス持続時間）を含む多くの要因に依存し得る。出力端がパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値と実質的に一致するために、出力端は、圧縮されたパルスがパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の２００％によってまだ膨張または分散されていないように、パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の十分近くに配置され得る。例えば、出力端は、圧縮されたパルスがパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の１００％によってまだ拡張または分散されていないように、パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の十分近くに配置され得る。例えば、出力端は、圧縮されたパルスがパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の５０％によってまだ拡張または分散されていないように、パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の十分近くに配置され得る。例えば、出力端は、圧縮されたパルスがパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の１０％によってまだ拡張または分散されていないように、パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の十分近くに配置され得る。例えば、出力端は、圧縮されたパルスがパルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の５％によってまだ拡張または分散されていないように、パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値の十分近くに配置され得る。
【0020】
入力されたパルスポンプ放射のパルス持続時間は、５０ｆｓより大きくてもよい。例えば、入力されたパルスポンプ放射のパルス持続時間は、１００ｆｓより大きく、例えば、１５０ｆｓのオーダーであり得る。
【0021】
入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーは、１μＪ未満であり得る。たとえば、入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーは０．７５μＪ未満であり得る。例えば、入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーは、０．５μＪ未満、例えば、０．４μＪのオーダーであり得る。
【0022】
入力されたパルスポンプ放射は、任意の所望の波長を有し得る。いくつかの実施形態では、入力されたパルスポンプ放射は、約１μｍの波長を有し得る。
【0023】
本発明の第３の態様によれば、中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、中空コア内に配置された作動媒体と、入力端から出力端まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、を備え、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するためにパルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力されたパルスポンプ放射のパルス持続時間が５０ｆｓを超えている、放射源が提供される。
【0024】
例えば、入力されたパルスポンプ放射のパルス持続時間は、１００ｆｓより大きく、例えば、１５０ｆｓのオーダーであり得る。
【0025】
本発明の第４の態様によれば、中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、中空コア内に配置された作動媒体と、入力端から出力端まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、を備え、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するためにパルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満である、放射源が提供される。
【0026】
例えば、入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーは、０．７５μＪ未満であり得る。例えば、入力されたパルスポンプ放射のパルスエネルギーは、０．５μＪ未満、例えば、０．４μＪのオーダーであり得る。
【0027】
本発明の第３および第４の態様による放射源は、それらが広帯域出力放射ビームを出力端で生成することを可能にするので有利である。これは、計測装置内、たとえばリソグラフィ装置内での使用に役立つ場合がある。
【0028】
本発明の第３および第４の態様による放射源は、変調不安定レジーム下でパルスポンプ放射のスペクトル広がりを生成する既知の広帯域放射源よりも、例えば、パルス間の変動に対してより安定している。
【0029】
入力されたパルスポンプ放射のソリトン次数Ｎは、スペクトル広がりが変調不安定性によって支配される条件と、スペクトル広がりがソリトン自己圧縮によって支配される条件とを区別するために使用できる便利なパラメータである。スペクトルの広がりは、通常、Ｎ＞＞２０の場合、変調不安定性によって支配されるが、スペクトルの広がりは、通常、Ｎ＜＜２０の場合のソリトン自己圧縮によって支配される。
【0030】
したがって、ソリトン自己圧縮を使用する構成では、低いソリトン次数Ｎの入力パルスポンプ放射を生成することが望ましい。さらに、入力パルスポンプ放射のソリトン次数は、入力パルスポンプ放射のパルス持続時間に比例する。したがって、ソリトン自己圧縮が支配的である一般的な従来技術の構成では、典型的には、入力パルスポンプ放射のパルス持続時間は、３０ｆｓ以下のオーダーに減少する。このような配置を実現するために、通常、高出力フェムト秒ファイバレーザまたはＴｉ：Ｓａｐｐｈ増幅器がパルスポンプ放射源として使用される。レーザヘッドは比較的かさばり（フェムト秒ファイバレーザヘッドの寸法は、たとえば６０×４０×２０ｃｍ）、ほとんどの場合、外部コントローラと冷却器が必要である。さらに、そのようなレーザは比較的費用がかかる。
【0031】
本発明の発明者は、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギーを低減することによって、入力パルスポンプ放射のソリトン次数を代替的に低減できることに気づいた。たとえば、他のすべてのパラメータが一定のままである場合、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギーをα倍に減らすことにより、同じソリトン次数を、α倍に増加するパルス持続時間を使用して達成できる。パルスエネルギーのこの減少は、増加したパルスエネルギーを使用するように教示されている従来技術の教示とは反対である。当技術分野では、ソリトン自己圧縮を使用する放射源は、典型的には、例えば、放射源のパルスエネルギーを最大化することが望ましい原子または分子分光法などの研究用途に使用される。
【0032】
本発明の第１、第２、第３または第４の態様のいずれにおいても、入力されたパルスポンプ放射のソリトン次数は、２０未満であり得る。
【0033】
本発明の第１、第２、第３または第４の態様のいずれかにおいて、作動媒体は、異常分散を生成するように構成され得る。つまり、作動媒体は負の群遅延分散パラメータを有し得る。
【0034】
本発明の第１、第２、第３または第４の態様のいずれかにおいて、中空コア光ファイバは、中空コアを取り囲むクラッド部分を含み得、クラッド部分は、中空コアを通して放射を誘導するための複数の反共振要素を含み得る。複数の反共振要素のそれぞれは、キャピラリを含み得る。
【0035】
クラッド部分の複数の反共振素子は、中空コアの周りにリング構造で配置することができる。
【0036】
反共振要素のそれぞれが他の反共振要素のいずれとも接触しないように、複数の反共振要素を配置することができる。
【0037】
本発明の第１、第２、第３または第４の態様のいずれにおいても、作動媒体は希ガスを含み得る。例えば、作動媒体は、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンのうちの１つまたは複数を含み得る。
【0038】
本発明の第１、第２、第３または第４の態様のいずれかにおいて、作動媒体は、分子ガスを含み得る。例えば、作動媒体は、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４およびＳＦ６のうちの１つまたは複数を含み得る。
【0039】
本発明の第５の態様によれば、基板上の構造の関心のあるパラメータを決定するための計測装置であって、第１、第２、第３、または第４の態様のいずれかの放射源と、広帯域出力放射を使用して基板上の構造を照明するための照明サブシステムと、構造によって散乱および／または反射された放射の一部を検出するための、および放射の一部から関心のあるパラメータを決定するための検出サブシステムと、を備える計測装置が提供される。
【0040】
本発明の第６の態様によれば、本発明の第５の態様による計測装置を含むリソグラフィ装置が提供される。
【0041】
本発明の第７の態様によれば、放射源の動作レジームを選択する方法であって、放射源は、中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、中空コア内に配置された作動媒体と、入力端から出力端まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、を備え、当該方法は、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するためにパルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のうちの１つまたは複数のパラメータを選択することを備え、さらに、パラメータは、光ファイバの長さが、出力端が以下の位置：出力放射の時間範囲が最小となる位置、および／または、出力放射のスペクトルの幅が最大となる位置、と実質的に一致する長さになるように選択される、方法が提供される。
【0042】
本発明の第８の態様による方法は、本発明の第１、第２、および第３の態様による放射源を設計することができる方法を提供する。
【0043】
本方法の最初のアプリケーションにおいて、光ファイバのパラメータを選択することができる。光ファイバが製造されると、そのパラメータは、例えば測定によって決定され得、そして本方法の第２のアプリケーションへの制約として入力され得る。
【0044】
光ファイバのパラメータを固定することができ、パルスポンプ放射および／または作動媒体のパラメータを選択することができる。これにより、光ファイバのパラメータが固定されている場合（たとえば、光ファイバが製造された後）に、パルスポンプ放射および／または作動媒体の動作パラメータを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本発明の実施形態は、添付の概略図を参照して、例としてのみ説明される。
【図1】リソグラフィ装置の概略図である。
【図2】リソグラフィセルの概略図である。
【図3】半導体製造を最適化するための３つの主要技術間の連携を表す、全体的なリソグラフィの概略図である。
【図4】スキャトロメータ計測ツールの概略図である。
【図5】レベルセンサ計測ツールの概略図である。
【図6】アライメントセンサ計測ツールの概略図である。
【図7】一実施形態に係る放射源の一部を形成する中空コア光ファイバの、横断面（すなわち、光ファイバの軸に垂直）における概略断面図である。
【図8】一実施形態に係る広帯域出力放射を提供するための放射源の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0046】
本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍ）およびＥＵＶ（極端紫外線放射、例えば、約５～１００ｎｍの範囲の波長を有する）を含むすべてのタイプの電磁放射線を包含するために使用される。
【0047】
本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」または「パターニングデバイス」という用語は、入射放射ビームに基板の目標部分に作成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を与えるために使用できる一般的なパターニングデバイスを指すと広く解釈され得る。「ライトバルブ」という用語もこの文脈で使用できる。標準的なマスク（透過型または反射型、バイナリ、位相シフト、ハイブリッドなど）に加えて、他のこのようなパターニングデバイスの例は、プログラマブルミラーアレイおよびプログラマブルＬＣＤアレイを含む。
【0048】
図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。このリソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、ＤＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータとも呼ばれる）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構築され、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするよう構成される第１位置決め装置ＰＭに接続されるマスクサポート（例えばマスクテーブル）Ｔと；基板（例えばレジストコートされたウェハ）Ｗを保持するよう構築され、特定のパラメータにしたがって基板サポートを正確に位置決めするよう構成される第２位置決め装置ＰＷに接続される基板サポート（例えばウェハテーブル）ＷＴと；パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを含む）目標部分Ｃに投影するよう構成される投影システム（例えば屈折型投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
【0049】
動作中、照明システムＩＬは、例えばビームデリバリシステムBDを介して、放射源ＳＯからビームを受け取る。照明システムＩＬは、放射を方向付け、放射を成形し、および／または放射を制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型、および／または他の形式の光学素子といった各種光学素子またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。イルミネータＩＬは、パターニングデバイスＭＡの平面におけるその断面において所望の空間および角度強度分布を有するように放射ビームＢを調整するために使用されてもよい。
【0050】
本明細書において使用する「投影システム」ＰＳという用語は、使用する露光放射、および／または液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、アナモルフィック光学システム、磁気光学システム、電磁光学システムおよび／または静電光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」ＰＳという用語と同義と見なすことができる。
【0051】
リソグラフィ装置ＬＡは、投影システムＰＳと基板Ｗの間の隙間を埋めるように、基板の少なくとも一部が比較的高屈折率を有する液体（例えば水）により覆われる形式の装置であってよい。これは、液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技術の詳細については、米国特許第６９５２２５３号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【0052】
リソグラフィ装置ＬＡはまた、２つ以上の基板サポートＷＴ（「デュアルステージ」とも呼ばれる）を有するタイプのものであり得る。そのような「多段」機械では、基板サポートＷＴを並行して使用することができ、および／または基板Ｗのその後の露光の準備におけるステップを、基板サポートＷＴの１つに位置する基板Ｗ上で実行することができる。他の基板サポートＷＴ上の基板Ｗは、他の基板Ｗ上のパターンを露光するために使用されている。
【0053】
基板サポートＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは、測定ステージを含み得る。測定ステージは、センサおよび／または洗浄装置を保持するように配置されている。センサは、投影システムＰＳの特性または放射ビームＢの特性を測定するように配置することができる。測定ステージは、複数のセンサを保持することができる。洗浄装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば、投影システムＰＳの一部または液浸液を提供するシステムの一部を洗浄するように構成することができる。基板サポートＷＴが投影システムＰＳから離れているとき、測定ステージは投影システムＰＳの下に移動することができる。
【0054】
動作中、放射ビームＢは、マスクサポートＴに保持されるパターニングデバイス、例えばマスクＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡ上に存在するパターン（デザインレイアウト）によりパターン化される。マスクＭＡの通過後、放射ビームＢはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる投影システムＰＳを通過する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置測定システムＩＦの助けを借りて、放射ビームＢの経路内の異なる目標部分Ｃを集束されアライメントされた位置に位置するように基板サポートＷＴを正確に移動できる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび場合により別の位置センサ（図１には明示されていない）は、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするために用いることができる。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示の基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は専用の目標部分を占めるが、それらは目標部分の間のスペースに配置されてもよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、これらが目標部分Ｃの間に配置されるとき、スクライブレーンアライメントマークとして知られている。
【0055】
図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、たまにリソセルまたは（リソ）クラスタとも称され、しばしば基板Ｗ上での露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含むリソグラフィシセルＬＣの一部を形成してよい。従来、これらは、例えば基板Ｗの温度を調整するため、例えばレジスト層の溶剤を調整するために、レジスト層を堆積させるスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板Ｗを入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、それらを異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢに基板Ｗを運ぶ。リソセルの装置（しばしば集合的にトラックとも称される）は、通常はトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳは例えばリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置ＬＡを制御してもよい。
【0056】
リソグラフィ装置ＬＡによって露光された基板Ｗを正確かつ一貫して露光するために、基板を検査して、後続の層間のオーバーレイエラー、線幅、限界寸法（ＣＤ）などのパターン構造の特性を測定することが望ましい。この目的のために、検査ツール（図示せず）をリソセルＬＣに含めることができる。エラーが検出された場合、たとえば、特に同じバッチまたはロットの他の基板Ｗがまだ露光または処理される前に検査がなされる場合には、後続の基板の露光または基板Ｗで実行される他の処理ステップを調整することができる。
【0057】
計測装置と呼ばれることもある検査装置は、基板Ｗの特性、特に、異なる基板Ｗの特性がどのように変化するか、または同じ基板Ｗの異なる層に関連する特性が層ごとにどのように変化するかを決定するために使用される。あるいは、検査装置は、基板Ｗ上の欠陥を特定するように構成されてもよく、例えば、リソセルＬＣの一部であってもよく、またはリソグラフィ装置ＬＡに統合されてもよく、または独立型（スタンドアロン）の装置であってもよい。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層の画像）、または半潜像（後露光ベークステップＰＥＢ後のレジスト層の画像）、または現像されたレジスト画像（レジストの露光部分または非露光部分が除去された画像）、またはエッチングされた画像（エッチングなどのパターン転写ステップ後）の特性を測定することができる。
【0058】
通常、リソグラフィ装置ＬＡでのパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造のディメンジョニングおよび配置の高精度を必要とする処理における最も重要なステップの１つである。この高精度を保証するために、図３に概略的に示すように、３つのシステムをいわゆる「全体的な」統制環境で組み合わせることができる。これらのシステムの１つは、計測ツールＭＴ（２番目のシステム）とコンピュータシステムＣＬ（３番目のシステム）に（実質的に）接続されているリソグラフィ装置ＬＡである。そのような「全体的な」環境の鍵は、これら３つのシステム間の連携を最適化してプロセスウィンドウ全体を強化し、リソグラフィ装置ＬＡによって実行されるパターニングがプロセスウィンドウ内にとどまることを保証する厳密な制御ループを提供することである。プロセスウィンドウは、特定の製造プロセスが定義された結果（機能的半導体デバイスなど）を生成する一連のプロセスパラメータ（たとえば、ドーズ、フォーカス、オーバーレイ）、通常、その範囲内でリソグラフィプロセスまたはパターニングプロセスのプロセスパラメーターが変化を許可される、を定義する。
【0059】
コンピュータシステムＣＬは、パターン化される設計レイアウト（の一部）を使用して、どの解像度向上技術を使用するかを予測し、計算機によるリソグラフィシミュレーションおよび計算を実行して、どのマスクレイアウトおよびリソグラフィ装置設定がパターニングプロセスの最大の全体的なプロセスウィンドウを達成するかを決定することができる（図３において第１スケールＳＣ１の二重矢印で示されている）。通常、解像度向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニングの可能性に一致するように構成される。コンピュータシステムＣＬはまた、例えば次善の処理によって欠陥が存在するかどうかを予測するために、プロセスウィンドウ内のどこでリソグラフィ装置ＬＡが現在動作しているか（例えば、計測ツールＭＴからの入力を使用して）を検出するために使用されてもよい（図３において第２スケールＳＣ２の「０」を指す矢印で示されている)。
【0060】
計測ツールＭＴは、コンピュータシステムＣＬに入力を提供して、正確なシミュレーションおよび予測を可能にすることができ、リソグラフィ装置ＬＡにフィードバックを提供して、例えばリソグラフィ装置ＬＡの較正状態にいて起こり得るドリフトを特定することができる（図３において第３スケールＳＣ３の複数の矢印で示されている）。次に、リソグラフィ装置および／またはパターン化される基板に関連する１つまたは複数の特性を測定するための異なるタイプの計測ツールＭＴについて説明する。
【0061】
リソグラフィプロセスでは、例えばプロセス制御および検証のために、作成された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。このような測定を行うためのツールは、通常、計測ツールＭＴと呼ばれる。そのような測定を行うための様々なタイプの計測ツールＭＴ、走査型電子顕微鏡または様々な形態のスキャトロメータ計測ツールＭＴが含まれる、が知られている。スキャトロメータは、瞳またはスキャトロメータの対物レンズの瞳との共役面にセンサを有することにより（通常は瞳ベースの測定と呼ばれる測定）、または像平面または像平面との共役面にセンサを有することにより、リソグラフィプロセスのパラメータの測定（この場合、測定は、通常、画像またはフィールドベースの測定と呼ばれる）を可能とする汎用性の高い機器である。このようなスキャトロメータおよび関連する測定技術は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、特許出願ＵＳ２０１００３２８６５５号、ＵＳ２０１１１０２７５３Ａ１号、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ号、ＵＳ２０１１０２４９２４４号、ＵＳ２０１１００２６０３２号またはＥＰ１，６２８，１６４Ａ号にさらに記載されている。上述のスキャトロメータは、軟Ｘ線からの光および可視から近赤外の波長範囲の光を使用して格子を測定することができる。
【0062】
第１の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、角度分解スキャトロメータである。そのようなスキャトロメータでは、回折格子の特性を再構成または計算するために、測定された信号に再構成法を適用することができる。そのような再構成は、例えば、散乱放射とターゲット構造の数学的モデルとの相互作用をシミュレーションし、シミュレーション結果を測定結果と比較することから生じ得る。数学的モデルのパラメータは、シミュレートされた相互作用が実際のターゲットから観察されたものと同様の回折パターンを生成するまで調整される。
【0063】
第２の実施形態では、スキャトロメータＭＴは分光スキャトロメータＭＴである。そのような分光スキャトロメータＭＴでは、放射源から放出された放射はターゲットに向けられ、ターゲットからの反射または散乱放射は、正反射性の反射放射のスペクトルを測定する（つまり、波長の関数としての強度の測定）スペクトロメータ検出器に向けられる。このデータから、例えば厳密結合波解析と非線形回帰により、またはシミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較により、検出されたスペクトルを生じさせるターゲットの構造またはプロファイルを再構築できる。
【0064】
第３の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、エリプソメトリックスキャトロメータである。エリプソメトリックスキャトロメータは、各偏光状態の散乱放射を測定することにより、リソグラフィプロセスのパラメータを決定することを可能にする。そのような計測装置は、例えば、計測装置の照明セクションに適切な偏光フィルタを使用することにより、（直線、円、または楕円などの）偏光を放出する。計測装置に適した放射源は、偏光放射も提供してもよい。既存のエリプソメトリックスキャトロメータの様々な実施形態は、米国特許出願第１１／４５１，５９９号、第１１／７０８，６７８号、第１２／２５６，７８０号、第１２／４８６，４４９号、第１２／９２０，９６８号、第１２／９２２，５８７号、第１３／０００，２２９号、第１３／０３３，１３５号、第１３／５３３，１１０号および第１３／８９１，４１０号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0065】
スキャトロメータＭＴの一実施形態では、スキャトロメータＭＴは、反射スペクトルおよび／または検出構成の非対称性を測定することにより、２つの正しく位置合わせされていない格子または周期構造のオーバーレイを測定するように構成される。非対称性は、オーバーレイの程度に関連する。２つの（典型的には重なり合う）格子構造は、２つの異なる層（必ずしも連続した層である必要はない）に適用されてもよく、ウェハ上の実質的に同じ位置に形成されてもよい。スキャトロメータは、例えば共同所有の特許出願ＥＰ１，６２８，１６４Ａに記載されるように、非対称性を明確に区別できるよう対称的な検出構成を有することができる。これにより、回折格子のミスアライメントを簡単に測定できる。周期構造の非対称性を介して測定されるターゲットとして周期構造を含む２つの層の間のオーバーレイエラーを測定するためのさらなる例は、国際特許出願公開番号第ＷＯ２０１１／０１２６２４号または米国特許出願第ＵＳ２０１６０１６１８６３号に見いだすことができ、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0066】
関心のある他のパラメータは、フォーカスおよびドーズであってもよい。フォーカスおよびドーズは、参照により本書にその全体が組み込まれる米国特許出願ＵＳ２０１１－０２４９２４４に記載されるように、散乱計によって（または代替的に走査型電子顕微鏡によって）同時に決定されうる。単一の構造が用いられてもよく、それは、フォーカスエネルギーマトリックス（ＦＥＭ、フォーカス露光マトリックスとも呼ばれる）の各点についてクリティカルディメンジョンおよび側壁角度の測定値の固有の組み合わせを有する。仮にこれらのクリティカルディエンジョンおよび側壁角度の固有の組み合わせが利用可能であれば、フォーカスおよびドーズの値は、これらの測定値から一意に決定されうる。
【0067】
計測ターゲットは、リソグラフィプロセスによって多くの場合レジスト内に形成されるが、例えばエッチングプロセスの後にも形成される、複合格子の集合体であってもよい。典型的に、格子内の構造のピッチおよび線幅は、計測ターゲットから来る回折次数を捕捉可能な測定光学系（特に光学系のＮＡ）に強く依存する。先に示したように、回折された信号は、二つの層の間のシフト（「オーバレイ」とも称される）を決定するために用いられてもよいし、リソグラフィプロセスにより生成される元の格子の少なくとも部分を再構築するために用いられてもよい。この再構築は、リソグラフィプロセスの品質の指針を提供するために用いられてもよく、かつ、リソグラフィプロセスの少なくとも一部を制御するために用いられてもよい。ターゲットは、ターゲット内のデザインレイアウトの機能部分の寸法を模倣するように構成されるより小さなサブセグメンテーション（小区分）を有してもよい。このサブセグメンテーションに起因して、ターゲットは、全体的なプロセスパラメータの測定結果がデザインレイアウトの機能部分に酷似することとなるように、デザインレイアウトの機能部分により類似した振る舞いをするであろう。ターゲットは、アンダーフィルモードまたはオーバーフィルモードで測定されうる。アンダーフィルモードにおいて、測定ビームは、ターゲット全体よりも小さなスポットを生成する。オーバーフィルモードにおいて、測定ビームは、ターゲット全体よりも大きなスポットを生成する。このようなオーバーフィルモードでは、異なるターゲットを同時に測定することが可能であってもよく、したがって異なるプロセスパラメータを同時に決定する。
【0068】
特定のターゲットを用いるリソグラフィパラメータの全体的な測定品質は、このリソグラフィパラメータの測定に用いる測定レシピによって少なくとも部分的に決まる。「基板測定レシピ」の用語は、測定自体の一以上のパラメータを含んでもよいし、測定された一
以上のパターンの一以上のパラメータを含んでもよいし、または両方を含んでもよい。例えば、ある基板測定レシピに用いられる測定が回折ベースの光学測定である場合、測定の一以上のパラメータは、放射の波長、放射の偏光、基板に対する放射の入射角、基板上のパターンに対する放射の向きなどを含んでもよい。測定レシピを選択する基準の一つは、例えば、プロセスの変動に対する一つの測定パラメータの感受性であってもよい。より多くの例は、米国特許出願ＵＳ２０１６－０１６１８６３号および公開された米国特許出願ＵＳ２０１６／０３７０７１７に記載されており、その全体が参照により本書に組み込まれる。
以上のパターンの一以上のパラメータを含んでもよいし、または両方を含んでもよい。例えば、ある基板測定レシピに用いられる測定が回折ベースの光学測定である場合、測定の一以上のパラメータは、放射の波長、放射の偏光、基板に対する放射の入射角、基板上のパターンに対する放射の向きなどを含んでもよい。測定レシピを選択する基準の一つは、例えば、プロセスの変動に対する一つの測定パラメータの感受性であってもよい。より多くの例は、米国特許出願ＵＳ２０１６－０１６１８６３号および公開された米国特許出願ＵＳ２０１６／０３７０７１７に記載されており、その全体が参照により本書に組み込まれる。
【0069】
スキャトロメータＳＭ１などの計測装置が図４に示されている。それは、放射を基板６に投射する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を備える。反射または散乱された放射は、スペクトロメータ検出器４に渡される。これは、鏡面反射放射のスペクトル１０を測定する（すなわち、波長λの関数としての強度Ｉｎ１の測定）。このデータから、例えば、厳密結合波解析と非線形回帰によって、または図４の下部に示すようにシミュレートされたスペクトルのライブラリとの比較によって、検出スペクトルを生じさせる構造またはプロファイルが処理ユニットＰＵによって再構成され得る。一般に、再構成では、構造の一般的な形式は既知であり、いくつかのパラメータは、構造が作成されたプロセスの知識から推測され、スキャトロメトリデータから決定される構造のほんの僅かのパラメータが残る。そのようなスキャトロメータは、法線入射スキャトロメータまたは斜め入射スキャトロメータとして構成することができる。
【0070】
リソグラフィプロセスでは、例えば、プロセス制御および検証のために、作成された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。走査型電子顕微鏡またはスキャトロメータなどの様々な形態の計測装置を含む、そのような測定を行うための様々なツールが知られている。既知のスキャトロメータの例は、多くの場合、アンダーフィルターゲット（単純な格子または異なる層の重なり合う格子の形のターゲットで、格子より小さなスポットを測定ビームが生成するのに十分な大きさのターゲット）またはオーバーフィルターゲット（これにより、照明スポットがターゲットを部分的または完全に含む）などの専用の計測ターゲットの提供に依存している。さらに、計測ツール、たとえば、格子などのアンダーフィルターゲットを照らす角度分解スキャトロメータの使用により、散乱放射とターゲット構造の数学モデルとの相互作用をシミュレートし、シミュレーション結果を測定結果と比較することによって回折格子の特性を計算できる、いわゆる再構成法の使用が可能になる。モデルのパラメーターは、シミュレートされた相互作用が実際のターゲットから観察されたものと同様の回折ターンを生成するまで調整される。
【0071】
スキャトロメータは、スキャトロメータの対物レンズの瞳またはその共役面にセンサを有すること（通常、瞳ベースの測定と呼ばれる測定）によって、または、センサを画像平面または画像平面と共役な平面に配置すること（この場合、測定は通常、画像またはフィールドベースの測定と呼ばれる）によって、リソグラフィプロセスのパラメータの測定を可能にする多用途の機器である。そのようなスキャトロメータおよび関連する測定技術は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許出願ＵＳ２０１００３２８６５５、ＵＳ２０１１１０２７５３Ａ１、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ、ＵＳ２０１１０２４９２４４、ＵＳ２０１１００２６０３２またはＥＰ１，６２８，１６４Ａにさらに記載されている。前述のスキャトロメータは、軟Ｘ線および可視から近赤外の波長範囲の光を使用して、複数の格子からの複数のターゲットを１つの画像で測定できる。
【0072】
リソグラフィ装置内に集積され得るトポグラフィ測定システム、レベルセンサ又は高さセンサは、基板（又はウェハ）の上面のトポグラフィを測定するために配置される。基板のトポグラフィのマップは、高さマップとも称され、基板の高さを基板上の位置の関数として示すこれらの測定から生成され得る。この高さマップはその後、基板上の適正合焦位置でパターニングデバイスの空間像を提供するべく、基板へのパターンの転写の際に基板の位置を補正するために用いられ得る。この文脈において、「高さ」とは、基板に対して概して面外の寸法（Ｚ軸とも称される）を指すことが理解されるであろう。典型的には、レベル又は高さセンサは（自身の光学系に対して）固定された場所で測定を実施し、基板とレベル又は高さセンサの光学系との間の相対移動が基板全体の各場所での高さ測定をもたらす。
【0073】
本技術分野において既知のレベル又は高さセンサＬＳの一例が図５に概略的に示されている。同図は動作の原理のみを図示している。この例において、レベルセンサは、投影ユニットＬＳＰ及び検出ユニットＬＳＤを含む光学系を備えている。投影ユニットＬＳＰは、投影ユニットＬＳＰの投影格子ＰＧＲによって付与される放射ビームＬＳＢを提供する放射源ＬＳＯを備えている。放射源ＬＳＯは、例えば、スーパコンティニューム光源のような狭帯域又は広帯域放射源、偏光又は非偏光レーザビームのような偏光又は非偏光、パルス又は連続であってもよい。放射源ＬＳＯは、複数のＬＥＤなど、異なる色又は波長範囲を有する複数の放射源を含んでいてもよい。レベルセンサＬＳの放射源ＬＳＯは、可視放射に限定されず、追加的又は代替的にはＵＶ及び／又はＩＲ放射並びに基板の表面からの反射に適した任意の範囲の波長を包含し得る。
【0074】
投影格子ＰＧＲは、周期的に変化する強度を有する放射ビームＢＥ１をもたらす周期構造を備える周期的格子である。周期的に変化する強度を有する放射ビームＢＥ１は、入射基板表面に垂直な軸（Ｚ軸）に対して０度から９０度、典型的には７０度から８０度の入射角ＡＮＧをもって、基板Ｗ上の測定場所ＭＬＯの方に誘導される。測定場所ＭＬＯで、パターン形成された放射ビームＢＥ１は、基板Ｗによって反射され（矢印ＢＥ２によって示される）、検出ユニットＬＳＤの方に誘導される。
【0075】
測定場所ＭＬＯにおける高さレベルを判定するために、レベルセンサは更に、検出格子ＤＧＲと、検出器ＤＥＴと、検出器ＤＥＴの出力信号を処理する処理ユニット（図示しない）とを備える検出システムを備えている。検出格子ＤＧＲは投影格子ＰＧＲと同一であってもよい。検出器ＤＥＴは、受光した光を示す、例えば、光検出器のように受光した光の強度を示す、又はカメラのように受光した強度の空間的分布を表す、検出器出力信号を生成する。検出器ＤＥＴは１つ以上の検出器タイプの任意の組み合わせを備えていてもよい。
【0076】
三角測量技術によって、測定場所ＭＬＯにおける高さレベルを判定することができる。検出された高さレベルは、典型的には検出器ＤＥＴによって測定された信号強度に関係しており、その信号強度は、とりわけ投影格子ＰＧＲの設計及び（斜め）入射角ＡＮＧに応じて決まる周期性を有する。
【0077】
投影ユニットＬＳＰ及び／又は検出ユニットＬＳＤは、投影格子ＰＧＲと検出格子ＤＧＲとの間のパターン形成された放射ビームの経路に沿って、レンズ及び／又はミラーなど、更なる光学素子を含んでいてもよい（図示せず）。
【0078】
一実施形態においては、検出格子ＤＧＲは省略されてもよく、検出器ＤＥＴは検出格子ＤＧＲがある位置に設置されてもよい。そのような構成は、投影格子ＰＧＲの像のより直接的な検出を提供する。
【0079】
基板Ｗの表面を効果的にカバーするために、レベルセンサＬＳは、測定ビームＢＥ１のアレイを基板Ｗの表面上に投影し、それによってより大きな測定範囲をカバーする測定領域ＭＬＯ又はスポットのアレイを生成するように構成されていてもよい。
【0080】
一般的なタイプの様々な高さセンサが、例えば、参照により組み込まれる米国特許第７２６５３６４号明細書及び米国特許第７６４６４７１号明細書に開示されている。可視又は赤外放射の代わりにＵＶ放射を用いた高さセンサが、参照により組み込まれる米国特許出願公開第２０１０２３３６００Ａ１号明細書に開示されている。参照により組み込まれる国際公開第２０１６１０２１２７Ａ１には、多素子検出器を用いて、検出格子を必要とせずに、格子像の位置を検出及び認識する小型の高さセンサが記載されている。
【0081】
位置測定システムＰＭＳは、基板サポートＷＴの位置を決定するのに適した任意のタイプのセンサを含み得る。位置測定システムＰＭＳは、マスクサポートＭＴの位置を決定するのに適した任意のタイプのセンサを含み得る。センサは、干渉計またはエンコーダなどの光学センサであり得る。位置測定システムＰＭＳは、干渉計とエンコーダとの組み合わせシステムを備え得る。センサは、磁気センサ、静電容量センサまたは誘導センサなどの別のタイプのセンサであり得る。位置測定システムＰＭＳは、基準、例えば、計測フレームＭＦまたは投影システムＰＳに対する相対的な位置を決定することができる。位置測定システムＰＭＳは、位置を測定することによって、または速度または加速度などの位置の時間微分を測定することによって、基板テーブルＷＴおよび／またはマスクサポートＭＴの位置を決定することができる。
【0082】
位置測定システムＰＭＳは、エンコーダシステムを備え得る。エンコーダシステムは、例えば、２００６年９月７日に出願された米国特許出願２００７／００５８１７３Ａ１から知られており、これは参照により本明細書に組み込まれる。エンコーダシステムは、エンコーダヘッド、格子およびセンサを備える。エンコーダシステムは、一次放射ビームおよび二次放射ビームを受信することができる。一次放射ビームと二次放射ビームの両方が同じ放射ビーム、すなわち元の放射ビームから発生する。一次放射ビームと二次放射ビームの少なくとも一方は、元の放射ビームを回折格子で回折することによって生成される。一次放射ビームと二次放射ビームの両方が元の放射ビームを回折格子で回折することによって生成される場合、一次放射ビームは二次放射ビームとは異なる回折次数を有する必要がある。異なる回折次数は、例えば、＋１次、－１次、＋２次、および－２次である。エンコーダシステムは、一次放射ビームと二次放射ビームを光学的に結合して、結合放射ビームにする。エンコーダヘッドのセンサは、結合放射ビームの位相または位相差を決定する。センサは、位相または位相差に基づいて信号を生成する。信号は、格子に対するエンコーダヘッドの位置を表している。エンコーダヘッドと格子の１つを基板構造ＷＴ上に配置することができる。エンコーダヘッドと格子のもう一方は、計測フレームＭＦまたはベースフレームＢＦに配置できる。例えば、複数のエンコーダヘッドが計測フレームＭＦ上に配置され、一方、格子は、基板サポートＷＴの上面に配置される。別の例では、格子は基板サポートＷＴの底面に配置され、エンコーダヘッドは基板サポートＷＴの下に配置される。
【0083】
位置測定システムＰＭＳは、干渉計システムを含み得る。干渉計システムは、例えば、１９９８年７月１３日に出願された米国特許ＵＳ６，０２０，９６４号から知られており、参照により本明細書に組み込まれる。干渉計システムは、ビームスプリッタ、ミラー、基準ミラー、およびセンサを備え得る。放射のビームは、ビームスプリッタによって参照ビームと測定ビームに分割される。測定ビームはミラーに伝播し、ミラーによって反射されてビームスプリッタに戻る。参照ビームは参照ミラーに伝播し、参照ミラーによって反射されてビームスプリッタに戻る。ビームスプリッタでは、測定ビームと参照ビームが結合されて、結合放射ビームになる。結合放射ビームはセンサに入射する。センサは、結合放射ビームの位相または周波数を決定する。センサは、位相または周波数に基づいて信号を生成する。信号はミラーの変位を表している。一実施形態では、ミラーは、基板サポートＷＴに接続されている。基準ミラーは、計測フレームＭＦに接続することができる。一実施形態では、測定ビームと参照ビームは、ビームスプリッタの代わりに追加の光学部品によって結合放射ビームに結合される。
【0084】
複合デバイスの製造において、典型的には多くのリソグラフィパターニングステップが実行され、それによって基板上の連続層内に機能的特徴が形成される。したがって、リソグラフィ装置の性能の重要な態様は、付与されたパターンを、以前の層において（同じ装置又は異なるリソグラフィ装置によって）定められたフィーチャに関して正しくまた正確に配置するための能力である。このために、アライメントマークの１つ以上のセットが基板に提供される。各マークは、その位置を、位置センサ、典型的には光学位置センサによって後に測定することが可能な構造である。位置センサは「アライメントセンサ」と呼ばれ、マークは「アライメントマーク」と呼ばれることがある。マークは、計測ターゲットと呼ばれることもある。
【0085】
リソグラフィ装置は、１つまたは複数の（例えば、複数の）アライメントセンサを含むことができ、それによって、基板上に設けられたアライメントマークの位置を正確に測定することができる。アラインメント（または位置）センサは、回折や干渉などの光学現象を使用して、基板上に形成されたアラインメントマークから位置情報を取得し得る。現在のリソグラフィ装置で使用されているアライメントセンサの例は、米国特許６９６１１１５号に記載されている自己参照干渉計に基づいている。たとえば、米国特許公開２０１５２６１０９７Ａ１号に開示されているように、位置センサのさまざまな拡張と変更が開発されている。これらすべての公表文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0086】
マーク又はアライメントマークは、基板上に設けられているか又は基板内に（直接）形成されている層上又は層内に形成された一連のバー（bar）を含み得る。これらのバーは一定の間隔に配置されて格子ラインとして機能するので、マークは、周知の空間周期（ピッチ）を有する回折格子と見なすことができる。マークは、これらの格子ラインの配向に応じて、Ｘ軸又はＹ軸（Ｘ軸に対して実質的に垂直に配向されている）に沿った位置の測定を可能とするように設計できる。Ｘ軸及びＹ軸の双方に対して＋４５度及び／又は－４５度に配列されたバーを含むマークは、援用により本願に含まれる米国特許公開２００９／１９５７６８Ａ号に記載されているような技法を用いて、Ｘ及びＹを組み合わせた測定を可能とする。
【0087】
アライメントセンサは、各マークを放射スポットで光学的にスキャンして、正弦波のような周期的に変動する信号を得る。この信号の位相を解析して、アライメントセンサに対するマークの位置、従って基板の位置を決定する。アライメントセンサは、リソグラフィ装置の基準フレームに対して固定されている。いわゆる粗マーク及び微細マークを、異なる（粗及び微細）マーク寸法に関連付けて提供することで、アライメントセンサは、周期信号の異なるサイクルを区別すると共に、１サイクル内の正確な位置（位相）を識別することが可能となる。この目的のため、異なるピッチのマークを使用してもよい。
【0088】
また、マークの位置を測定することで、例えばウェーハグリッドの形態でマークが設けられている基板の変形に関する情報も提供できる。基板の変形は、例えば、基板を基板テーブルに静電クランプすること及び／又は基板を放射に露光する際に基板が加熱されることによって生じ得る。
【0089】
図６は、例えば、援用により本願に含まれる米国特許６９６１１１６号に記載されているような既知のアライメントセンサＡＳの一実施形態の概略ブロック図である。放射源ＲＳＯは、１つ以上の波長の放射ビームＲＢを提供し、この放射ビームＲＢは、誘導（diverting）光学系によって、基板Ｗ上に位置付けられたマークＡＭのようなマーク上へ照明スポットＳＰとして誘導される。この例では、誘導光学系はスポットミラーＳＭ及び対物レンズＯＬを含む。マークＡＭを照明する照明スポットＳＰは、マーク自体の幅よりもわずかに小さい直径とすることができる。
【0090】
マークＡＭによって回折された放射は、（この例では対物レンズＯＬを介して）情報保持ビームＩＢにコリメートされる。「回折される」という用語は、マークからのゼロ次回折（反射と呼ぶことができる）を含むことが意図される。例えば上記の米国特許６９６１１１６号に開示されているタイプの自己参照干渉計ＳＲＩは、ビームＩＢをそれ自体と干渉させ、その後ビームは光検出器ＰＤによって受光される。放射源ＲＳＯによって２つ以上の波長が生成される場合は、追加の光学系（図示せず）を含ませて別個のビームを提供してもよい。光検出器は単一の要素とするか、又は所望の場合は多くの画素を含むことができる。光検出器はセンサアレイを含み得る。
【0091】
この例ではスポットミラーＳＭを含む誘導光学系が、マークから反射したゼロ次放射を阻止するよう機能することで、情報保持ビームＩＢがマークＡＭからの高次回折放射だけを含むようにしてもよい（これは測定に必須ではないが、信号対雑音比を改善する）。
【0092】
強度信号ＳＩが処理ユニットＰＵに供給される。ブロックＳＲＩにおける光学処理とユニットＰＵにおける計算処理の組み合わせによって、基準フレームに対する基板上のＸ及びＹの位置の値が出力される。
【0093】
図示されているタイプの単一測定は、マークの１つのピッチに対応する特定範囲内のマークの位置を固定するだけである。これと関連付けてもっと粗い測定技法を用い
て、このマーク位置を含む正弦波の周期を識別する。マークが作製されている材料やマークの下及び／又は上に提供されている材料とは無関係に、精度の向上及び／又はマークのロバストな検出のため、様々な波長で、粗いレベル及び／又は微細レベルで同一のプロセスを繰り返すことができる。波長は、同時に処理されるように光学的に多重化及び逆多重化すること、及び／又は時分割もしくは周波数分割によって多重化することができる。
て、このマーク位置を含む正弦波の周期を識別する。マークが作製されている材料やマークの下及び／又は上に提供されている材料とは無関係に、精度の向上及び／又はマークのロバストな検出のため、様々な波長で、粗いレベル及び／又は微細レベルで同一のプロセスを繰り返すことができる。波長は、同時に処理されるように光学的に多重化及び逆多重化すること、及び／又は時分割もしくは周波数分割によって多重化することができる。
【0094】
この例では、アライメントセンサ及びスポットＳＰは固定状態のままであり、移動するのは基板Ｗである。従ってアライメントセンサは、基準フレームに堅固かつ高精度に搭載されながら、実質的に基板Ｗの移動方向と反対の方向にマークＡＭをスキャンすることができる。基板Ｗのこの移動は、基板Ｗが基板サポートに搭載されると共に基板位置決めシステムが基板サポートの移動を制御することによって制御される。基板サポート位置センサ（例えば干渉計）が、基板サポート（図示せず）の位置を測定する。一実施形態では、基板サポート上に１つ以上の（アライメント）マークが設けられている。基板サポート上に設けられたマークの位置を測定することにより、位置センサで決定される基板サポートの位置を較正できる（例えばアライメントシステムが接続されているフレームに対して）。基板上に設けられたアライメントマークの位置を測定することにより、基板サポートに対して基板の位置を決定できる。
【0095】
上記のスキャトロメータ、トポグラフィ測定システム、または位置測定システムなどの計測ツールＭＴは、測定を実行するために放射源から発生する放射を使用することができる。計測ツールで使用される放射の特性は、実行される可能性のある測定のタイプと品質に影響を与える可能性がある。いくつかの用途では、基板を測定するために複数の放射周波数を使用することが有利な場合がある。たとえば、広帯域放射を使用できる。複数の異なる周波数が、他の周波数との干渉を無しまたは最小限に抑えて、計測ターゲットを伝搬、照射、および散乱させることができる場合がある。したがって、たとえば、異なる周波数を使用して、より多くの計測データを同時に取得することができる。異なる放射周波数はまた、計測ターゲットの異なる特性を調査し、発見することができる可能性がある。ブロードバンド放射は、たとえばレベルセンサ、アライメントマーク測定システム、スキャトロメトリツール、または検査ツールなどの計測システムＭＴで役立ち得る。広帯域放射源は、スーパーコンティニウム光源であり得る。
【0096】
高品質の広帯域放射、例えば、スーパーコンティニウム放射は、生成するのが難しい場合がある。広帯域放射を生成するための１つの方法は、たとえば非線形の高次効果を利用して、高出力の狭帯域または単一周波数の入力放射を広げることである。入力放射（レーザを使用して生成され得る）は、ポンプ放射と呼ばれる場合がある。あるいは、入力放射はシード放射と呼ばれることもある。効果を広げるための高出力放射を得るために、放射を小さな領域に限定して、強く局所化された高強度放射を達成することができる。これらの領域では、放射は、広帯域出力放射を生成するために、非線形媒体を形成する広がり構造および／または材料と相互作用し得る。高強度放射領域では、適切な非線形媒体を提供することによって放射の広がりを可能にし、および／または改善するために、異なる材料および／または構造を使用することができる。
【0097】
いくつかの実装形態では、図８を参照して以下でさらに説明するように、入力放射を広げるための方法および装置は、入力放射を閉じ込めるため、および入力放射を広げて広帯域放射を出力するためにファイバを使用し得る。ファイバは中空コアファイバであり得、ファイバ内の放射の効果的な誘導および閉じ込めを達成するための内部構造を含み得る。ファイバは、中空コアフォトニック結晶ファイバ（ＨＣ－ＰＣＦ）であり得る。これは、主にファイバの中空コアの内側にある強力な放射閉じ込めに特に適しており、高い放射強度を実現する。ファイバの中空コアは、入力放射を広げるための広がり媒体として機能するガスで満たすことができる。このようなファイバとガスの配置は、スーパーコンティニウム放射源を作成するために使用できる。ファイバへの放射入力は、電磁放射、たとえば、赤外線、可視、ＵＶ、および極端ＵＶスペクトルの１つまたは複数の放射であり得る。出力放射は、本明細書では白色光と呼ばれ得る広帯域放射から成るか、またはそれを含み得る。
【0098】
いくつかの実施形態は、光ファイバを含むそのような広帯域放射の新しい設計に関する。光ファイバは、中空コアのフォトニック結晶ファイバ（ＨＣ－ＰＣＦ）である。特に、光ファイバは、放射を閉じ込めるための反共振構造を含むタイプの中空コアのフォトニック結晶ファイバであり得る。反共振構造を含むそのようなファイバは、当技術分野では、反共振ファイバ、管状ファイバ、単リングファイバ、負曲率ファイバ、またはインヒビットカップリングファイバ （inhibited coupling fiber）として知られている。そのようなファイバの様々な異なる設計が当技術分野で知られている。あるいは、光ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバ（例えば、カゴメファイバ）であり得る。
【0099】
【0100】
光ファイバ１００は、光ファイバ１００の他の２つの寸法と比較して１つの寸法がより長い細長い本体を含む。このより長さは、軸方向と呼ばれ、光ファイバ１００の軸を規定し得る。他の２つの寸法は、横断面と呼ばれる平面を定義する。図７は、この横断面（すなわち、軸に垂直）における光ファイバ１００の断面を示しており、これは、ｘ－ｙ平面と表示されている。光ファイバ１００の横断面は、ファイバ軸に沿って実質的に一定であり得る。
【0101】
光ファイバ１００はある程度の柔軟性を有し、したがって、軸の方向は、一般に、光ファイバ１００の長さに沿って均一ではないことが理解されよう。光軸、横断面などの用語は、局所的な光軸、局所的な横断面などを意味すると理解される。さらに、構成要素が円筒形または管状であると説明される場合、これらの用語は、光ファイバ１００が曲げられるときに歪んだような形状を包含すると理解されるであろう。
【0102】
光ファイバ１００は任意の長さを有することができ、光ファイバ１００の長さは用途に依存し得ることが理解されよう。光ファイバ１００は、１ｃｍから２０ｍの間の長さを有することができ、例えば、光ファイバ１００は、１ｃｍから１０ｍの間の長さを有することができ、または、光ファイバ１００は、１０ｃｍから１００ｃｍの間の長さを有することができる。
【0103】
光ファイバ１００は、中空コア１０２と、中空コア１０２を取り囲むクラッド部分と、クラッド部分を取り囲み、サポートするサポート部分１０８と、を備える。光ファイバ１００は、中空コア１０２を有する本体（クラッド部分およびサポート部分１０８を含む）を備えると見なすことができる。クラッド部分は、中空コア１０２を通して放射を誘導するための複数の反共振要素を備える。特に、複数の反共振素子は、主に中空コア１０２の内側に光ファイバ１００を通って伝播する放射を閉じ込め、光ファイバ１００に沿って放射を導くように配置される。光ファイバ１００の中空コア１０２は、実質的に光ファイバ１００の中心領域に配置され得る。光ファイバ１００の軸はまた、光ファイバ１００の中空コア１０２の軸を規定し得る。
【0104】
クラッド部分は、光ファイバ１００を通って伝播する放射を誘導するための複数の反共振要素を含む。特に、この実施形態では、クラッド部分は、６つの管状キャピラリ１０４の単一のリングを含む。管状キャピラリ１０４のそれぞれは、反共振要素として機能する。
【0105】
キャピラリ１０４は、チューブと呼ばれることもある。キャピラリ１０４は、断面が円形であってもよく、または別の形状を有していてもよい。各キャピラリ１０４は、光ファイバ１００の中空コア１０２を少なくとも部分的に規定し、中空コア１０２をキャピラリキャビティ１０６から分離する、ほぼ円筒形の壁部分１０５を備える。壁部分１０５は、中空コア１０２を通って伝播する（そして、かすめ入射角で壁部分１０５に入射する）放射のための反射防止ファブリペロー共振器として機能し得ることが理解されよう。壁部分１０５の厚さは、中空コア１０２への反射が概して増強されるのに対してキャピラリキャビティ１０６への透過が概して抑制されることを確実にするように適切にされ得る。いくつかの実施形態では、キャピラリ壁部分１０５は、０．０１～１０．０μｍの間の厚さを有し得る。
【0106】
本明細書で使用される場合、クラッド部分という用語は、光ファイバ１００を通って伝播する放射を誘導するための光ファイバ１００の一部（すなわち、前記放射を中空コア１０２内に閉じ込めるキャピラリ１０４）を意味することを意図していることが理解されよう。放射は横モードの形で閉じ込められ、ファイバ軸に沿って伝播する。
【0107】
サポート部分は、一般に管状であり、クラッド部分の６つのキャピラリ１０４を支持する。６つのキャピラリ１０４は、内側サポート部分１０８の場合、内面の周りに均一に分布している。６つのキャピラリ１０４は、一般に六角形のフォーメイションで配置されていると説明することができる。
【0108】
キャピラリ１０４は、各キャピラリが他のキャピラリ１０４のいずれとも接触しないように配置される。キャピラリ１０４のそれぞれは、内側サポート部分１０８と接触し、リング構造内の隣接するキャピラリ１０４から離間している。そのような配置は、光ファイバ１００の伝送帯域幅を増加させることができるので（例えば、キャピラリが互いに接触している配置と比較して）有益であり得る。あるいは、いくつかの実施形態では、キャピラリ１０４のそれぞれは、リング構造内の隣接するキャピラリ１０４と接触していてもよい。
【0109】
クラッド部分の６つのキャピラリ１０４は、中空コア１０２の周りにリング構造で配置されている。キャピラリ１０４のリング構造の内面は、光ファイバ１００の中空コア１０２を少なくとも部分的に規定している。中空コア１０２の直径（対向するキャピラリ間の最小寸法として定義され得る、矢印１１４によって示される）は、１０から１０００μｍの間であり得る。中空コア１０２の直径１１４は、中空コア光ファイバ１００のモードフィールド直径、衝突損失、分散、モード複数（modal plurality）、および非線形特性に影響を及ぼし得る。
【0110】
この実施形態では、クラッド部分は、キャピラリ１０４（反共振要素として機能する）の単一のリング配列を含む。したがって、中空コア１０２の中心から光ファイバ１００の外側までの任意の半径方向の線は、１つのキャピラリ１０４のみを通過する。
【0111】
他の実施形態は、反共振要素の異なる配置で提供され得ることが理解されるであろう。これらは、反共振要素の複数のリングを有する配置、および入れ子になった反共振要素を有する配置を含み得る。さらに、図７に示される実施形態は、６つのキャピラリーのリングを含むが、他の実施形態では、任意の数の反共振要素（例えば、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のキャピラリ）を含む１つ以上のリングを、クラッド部分に設けることができる。任意選択で、サポート部分１０８は、クラッド部分を外部応力から少なくとも部分的に隔離するために変形可能な部分を含み得る。
【0112】
図８は、広帯域出力放射を提供するための放射源１３４を示している。放射源１３４は、パルスポンプ放射源１３６と、中空コア１０２を備えた光ファイバ１００（図７に示されるタイプのもの）と、中空コア１０２内に配置された作動媒体１２６（例えば、ガス）と、を備える。図８では、放射源１３４は、図７に示される光ファイバ１００を含むが、代替の実施形態では、他のタイプの中空コア光ファイバを使用することができる。
【0113】
パルスポンプ放射源１３６は、入力放射１２２を提供するように構成される。光ファイバ１００の中空コア１０２は、パルスポンプ放射源１３６からの入力放射１２２を受け取り、それを広げて出力放射１２４を提供するように構成される。作動媒体１２６は、広帯域出力放射１２４を提供するように、受信された入力放射１２２の周波数範囲を広げることを可能にする。
【0114】
放射源１３４は、リザーバ１２８をさらに含む。光ファイバ１００は、リザーバ１２８の内部に配置される。リザーバ１２８は、ハウジングまたはコンテナと呼ばれることもある。リザーバ１２８は、作動媒体１２６を含むように構成される。リザーバ１２８は、リザーバ１２８の内部で作動媒体１２６（ガスであり得る）の組成を制御、調整、および／または監視するための、当技術分野で知られている１つまたは複数の特徴を備え得る。リザーバ１２８は、第１の透明窓１３０を含み得る。使用中、光ファイバ１００は、第１の透明窓１３０が光ファイバ１００の入力端に近接して配置されるように、リザーバ１２８の内部に配置される。第１の透明窓１３０は、リザーバ１２８の壁の一部を形成することができる。第１の透明窓１３０は、少なくとも受信された入力放射周波数に対して透明であり得、その結果、受信された入力放射１２２（またはその少なくとも大部分）が、リザーバ１２８の内側に配置された光ファイバ１００に結合され得る。入力放射１２２を光ファイバ１００に結合するために光学系（図示せず）が提供され得ることが理解されるであろう。
【0115】
リザーバ１２８は、リザーバ１２８の壁の一部を形成する第２の透明窓１３２を備える。使用中、光ファイバ１００がリザーバ１２８の内部に配置されるとき、第２の透明窓１３２は、出力端に近接して配置される。第２の透明窓１３２は、少なくとも装置１２０の広帯域出力放射１２４の周波数に対して透明であり得る。
【0116】
あるいは、別の実施形態では、光ファイバ１００の２つの対向する端部は、異なるリザーバ内に配置され得る。光ファイバ１００は、入力放射１２２を受け取るように構成された第１の端部セクションと、広帯域出力放射１２４を出力するための第２の端部セクションとを含み得る。第１の端部セクションは、作動媒体１２６を含む第１のリザーバ内に配置され得る。第２の端部セクションは、第２のリザーバの内部に配置することができ、第２のリザーバはまた、作動媒体１２６を含み得る。リザーバの機能は、上記の図８に関連して説明した通りであり得る。第１のリザーバは、入力放射１２２に対して透明であるように構成された第１の透明窓を含み得る。第２のリザーバは、広帯域出力広帯域放射１２４に対して透明であるように構成された第２の透明窓を含み得る。第１および第２のリザーバはまた、光ファイバ１００を部分的にリザーバの内側且つ部分的に外側に配置することを可能にし、その結果、ガスをリザーバの内側に密封することができる、密封可能な開口部を含み得る。光ファイバ１００は、リザーバ内に含まれていない中間セクションをさらに含むことができる。２つの別個のガスリザーバを使用するそのような配置は、光ファイバ１００が比較的長い（例えば、長さが１ｍを超える）実施形態にとって特に都合がよい。２つの別個のガスリザーバを使用するそのような構成の場合、２つのリザーバ（２つのリザーバー内のガスの組成を制御、調整、および／または監視するための、当技術分野で知られている１つまたは複数の特徴を含み得る）は、光ファイバ１００の中空コア１０２内に作動媒体１２６を提供するための装置を提供すると見なすことができる。
【0117】
この文脈において、窓へのその周波数の入射放射の少なくとも５０％、７５％、８５％、９０％、９５％、または９９％が窓を通して透過される場合、窓はその周波数に対して透明であり得る。
【0118】
第１の透明窓１３０および第２の透明窓１３２の両方が、リザーバ１２８の壁内に気密シールを形成することができ、その結果、作動媒体１２６（ガスであり得る）がリザーバ１２８内に含まれ得る。ガス１２６は、リザーバ１２８の周囲圧力とは異なる圧力でリザーバ１２８内に含まれ得る。
【0119】
作動媒体１２６は、希ガスを含み得る。作動媒体１２６は、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンのうちの１つまたは複数を含み得る。希ガスの代替または追加として、作動成分は分子ガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４、ＳＦ６）を含み得る。作動媒体１２６はまた、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、キセノン、および分子ガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４、ＳＦ６）の２つ以上の混合物を含み得る。作動媒体１２６は、異常分散を生成するように構成され得、任意選択で、入力放射１２２の波長で異常分散を生成するように構成され得る。すなわち、作動媒体１２６は、負の群遅延分散パラメータを有し得る。
【0120】
一実施形態では、作動媒体１２６は、広帯域出力放射１２４を生成するために、少なくとも入力放射１２２の受け取り中に中空コア１０２内に配置され得る。光ファイバ１００が広帯域出力放射を生成するための入力放射１２２を受信していない間、ガス１２６は、中空コア１０２から完全にまたは部分的に存在しない可能性があることが理解されよう。
【0121】
周波数を広げるために、高強度の放射が望ましい場合がある。中空コア光ファイバ１００を有することの利点は、光ファイバ１００を通って伝播する放射の強力な空間的閉じ込めによって高強度の放射を達成し、高い局所的な放射強度を達成できることである。光ファイバ１００内の放射強度は、例えば、高い受信入力放射強度のため、および／または光ファイバ１００内の放射の強い空間的閉じ込めのために、高くあってよい。中空コア光ファイバの利点は、中実コア光ファイバよりも広い波長範囲の放射を誘導できることであり、特に、中空コア光ファイバは、紫外線と赤外線の両方の範囲の放射を誘導できることである。
【0122】
中空コア光ファイバ１００を使用することの利点は、光ファイバ１００内に導かれる放射の大部分が中空コア１０２に閉じ込められることである。したがって、光ファイバ１００内の放射の相互作用の大部分は、光ファイバ１００の中空コア１０２の内部に提供される作動媒体１２６との相互作用である。その結果、放射に対する作動媒体１２６の広がり効果が増大し得る。
【0123】
受け取られた入力放射１２２は、電磁放射であり得る。入力放射１２２は、パルス放射として受け取ることができる。例えば、入力放射１２２は、超高速パルスを含み得る。
【0124】
入力放射１２２は、コヒーレント放射であり得る。入力放射１２２は、コリメートされた放射であり得る。その利点は、入力放射１２２を光ファイバ１００に結合する効率を促進および改善することであり得る。入力放射１２２は、単一の周波数または狭い範囲の周波数を含み得る。入力放射１２２は、レーザによって生成され得る。同様に、出力放射１２４は、コリメートされ得、および／またはコヒーレントであり得る。
【0125】
出力放射１２４の広帯域範囲は、放射周波数の連続範囲を含む連続範囲であってよい。出力放射１２４は、スーパーコンティニウム放射を含み得る。連続放射は、多くのアプリケーション、たとえば計測アプリケーションでの使用に役立つ場合があります。たとえば、周波数の連続範囲を使用して、多数の特性を調べることができる。周波数の連続範囲は、例えば、測定された特性の周波数依存性を決定および／または排除するために使用され得る。スーパーコンティニウム出力放射１２４は、例えば、１００ｎｍ～４０００ｎｍの波長範囲にわたる電磁放射を含み得る。広帯域出力放射１２４の周波数範囲は、例えば、４００ｎｍ～９００ｎｍ、５００ｎｍ～９００ｎｍ、または２００ｎｍ～２０００ｎｍであり得る。スーパーコンティニウム出力放射１２４は、白色光を含み得る。
【0126】
パルスポンプ放射源１３６によって提供される入力放射１２２は、パルス状であってよい。入力放射１２２は、２００ｎｍから２μｍの間の１つまたは複数の周波数の電磁放射を含み得る。入力放射１２２は、例えば、１．０３μｍの波長を有する電磁放射を含み得る。パルス放射１２２の繰り返し率は、１ｋＨｚから１００ｍＭのオーダーの大きさであり得る。パルスエネルギーは、０．０１μＪから１００μＪ、たとえば０．１μＪから１００μＪ、またはたとえば１～１０μＪのオーダーの大きさを持ち得る。入力放射１２２のパルス持続時間は、１０ｆｓから１０ｐｓの間、例えば、３００ｆｓであり得る。入力放射１２２の平均電力は、１００ｍＷから数１００Ｗの間であり得る。入力放射１２２の平均電力は、例えば、２０～５０Ｗであり得る。
【0127】
放射源１３４によって提供される広帯域出力放射１２４は、少なくとも１Ｗの平均出力電力を有し得る。平均出力電力は、少なくとも５Ｗであり得る。平均出力電力は、少なくとも１０Ｗであり得る。広帯域出力放射１２４は、パルス化された広帯域出力放射１２４であり得る。広帯域出力放射１２４は、少なくとも０．０１ｍＷ／ｎｍの出力放射の全波長帯域におけるパワースペクトル密度を有し得る。広帯域出力放射の全波長帯域のパワースペクトル密度は、少なくとも３ｍＷ／ｎｍであり得る。
【0128】
いくつかの実施形態は、中空コア光ファイバ１００と、中空コア内に配置された作動媒体１２６と、入力端１１０から出力端１１２まで中空コアによって受け取られ、中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射１２２を生成するように構成されたパルスポンプ放射源１３６とを備える、図８に示される放射源１３４の形態の放射源に関する。特に、いくつかの実施形態は、パルスポンプ放射１２２、光ファイバ１００および作動媒体１２６のパラメータが、パルスポンプ放射１２２のスペクトルを変化させて出力放射１２４を形成するために、パルスポンプ放射１２２のソリトン自己圧縮を可能にするように構成される放射源に関する。
【0129】
いくつかの既知の広帯域放射源は、パルスポンプ放射のスペクトル広がりを生成するが、パルスポンプ放射、光ファイバ、および作動媒体のパラメータは、変調不安定性がスペクトル広がりを生成することを可能にするように構成される。スペクトルの広がりを生成するために変調不安定性が使用される理由はいくつかある。第一に、変調不安定性は、十分な数のパルスが平均化されるという条件で、比較的平坦な強度－波長分布を有する広帯域放射を生成することが知られている。このような広帯域放射源は、（比較的平坦なスペクトル強度分布のために）白色光放射源と呼ばれることがある。第二に、変調不安定性は、ポンプ放射源として比較的経済的なレーザ源を使用して達成することができる。
【0130】
他方、ソリトン自己圧縮のレジームでは、入力パルスは時間領域で圧縮を受け、これはスペクトルの幅の増加を伴う。ソリトンの自己圧縮に続いて、圧縮されたパルスはソリトン分裂を起こし、そこでパルスは複数のソリトンに分裂する。このソリトン分裂は、放射パルスの時間的広がりとスペクトルのシフトをもたらす。
【0131】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１００の長さは、ソリトン自己圧縮が発生するがソリトン分裂が始まる前の位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである。これにより、比較的滑らかで、スペクトルに大きなギャップがない、特に安定した広帯域放射源が提供される。
【0132】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１００の長さは、出力放射１２４の時間的範囲が第１の閾値よりも小さい位置、または任意選択で、出力放射１２４の時間的範囲が最小である位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである。第１の閾値は、十分に広い出力放射スペクトルが得られるように選択することができる。実際には、光ファイバ１００の出力端１１２を離れる圧縮パルスは、バルク材料分散の結果として、第２の透明窓１３２によって時間的に広げられる。結果として、第２の透明窓１３２の後の出力放射１２４のパルスの持続時間は、比較的長くなり得る。
【0133】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１００の長さは、出力放射１２４のスペクトルの幅が第２の閾値よりも大きい位置、または任意選択で、出力放射１２４のスペクトルの幅が最大になる位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである。第２の閾値は、スペクトルの幅が特定のアプリケーションの帯域幅要件、例えば計測センサの要件、を満たすのに十分大きくなるように選択することができる。
【0134】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１００の長さは、出力放射１２４のスペクトルが実質的に連続している位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである。
【0135】
このような放射源は、ここで論じられるように、安定した広帯域出力放射ビーム１２４が出力端１１２で生成されることを可能にするので有利である。そのような安定した広帯域出力放射ビーム１２４は、計測装置内、例えばリソグラフィ装置内での使用に有用であり得る。
【0136】
（ソリトン数が比較的低い）ソリトン自己圧縮レジームでは、放射のパルスは、スペクトルの広がりを伴う有意な時間的圧縮を受ける可能性がある。最終的に、時間的圧縮は最大レベル（パルス放射の最小時間的範囲に対応）に達し、続いて放射の時間的広がり（ソリトン分裂）が続く。（高次の）ソリトンは、中空コア光ファイバに沿って伝播するときに、時間的圧縮と時間的広がりの期間の間で振動し得る。時間的な広がりに続いて、他の影響が放射のスペクトルのシフトにつながる可能性がある。たとえば、自己パルス急峻化（ソリトン自己圧縮を伴い、それを支援し得る）は、分散波放射に種をまく可能性のある光ショックにつながり得る。システムのパラメータを調整することにより、特定の望ましい波長を生成し得る。例えば、波長は、特定の分子と相互作用するのに適しているように選択され得、そして前記分子を研究する研究実験において使用され得る。したがって、ソリトン自己圧縮は、第１の波長を有する入力ポンプレーザビームから、第２のシフトされた波長を有する出力放射ビームを生成するための既知のレジームである。
【0137】
本発明者らは、ソリトン自己圧縮中、時間的広がりの前（および分散波が形成される前）に、中空コアファイバを伝搬する放射が広帯域放射である（短命の）遷移期間がある（つまり、スペクトル密度スペクトルに大きなギャップがなく、広く比較的平坦なスペクトルを持つ）ことを認識した。さらに、本発明者らは、この広帯域放射は短命であるが、その後のスペクトルの時間的広がりとシフトの前にソリトン自己圧縮が発生した位置と出力端１１２が実質的に一致するように光ファイバ１００の長さを選択することによって、この広帯域放射は、特に安定した広帯域放射源１３４を提供するように、光ファイバ１００から出力することができることを認識した。
【0138】
特に、光ファイバ１００の長さが、放射の時間的範囲が最小である位置と出力端１１２が実質的に一致するようなものである場合、特に安定した広帯域放射源１３４を提供することができる。
【0139】
一般に、ソリトン自己圧縮後、パルス放射のスペクトルの幅が減少する、および／または、スペクトルのギャップが発展する可能性がある（たとえば、ソリトンが進化し、分散波が放出されるとき）。したがって、光ファイバ１００の長さが、放射のスペクトルの幅が最大になる位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである場合、特に安定で平坦な広帯域放射源を提供することができる。あるいは、光ファイバ１００の長さが、放射のスペクトルが実質的に連続している位置と出力端１１２が実質的に一致するような長さである場合、特に安定で平坦な広帯域放射源を提供することができる。
【0140】
ノイズシード（noise-seeded）変調不安定性システムとは対照的に、このようなソリトン自己圧縮によって生成される広帯域放射には、ショット間の変動が実質的にない。結果として、有利には、安定した出力スペクトルを単一のパルスを使用して生成することができる。対照的に、変調不安定性システムの出力ビームにある程度の安定性をもたらすには、いくつかのパルスが必要になる。
【0141】
放射が中空コア光ファイバ１００を通って伝播するとき、ソリトンは、時間的圧縮と時間的広がりの期間の間で振動し得ることが理解されるであろう。時間的圧縮と時間的広がりの各期間の間に、放射の時間的範囲に局所的な最小値が存在する可能性がある。原則として、光ファイバ１００の長さは、出力端１１２が、放射の最小の時間的範囲のそのような位置と実質的に一致するような長さであり得る。しかしながら、最も安定した（例えば、パルス間の変動に対して）そして最も平坦な出力スペクトルは、出力端１１２が放射の最小の時間範囲の第１の位置と一致するときによって提供され得る。
【0142】
いくつかの実施形態は、ソリトン自己圧縮を利用し、入力パルスポンプ放射１２２のパルス持続時間が５０ｆｓより大きく、任意選択で、入力パルスポンプ放射１２２のパルス持続時間が４００ｆｓ以下である放射源に関する。例えば、入力パルスポンプ放射１２２のパルス持続時間は、１００ｆｓより大きく、例えば、１５０ｆｓのオーダーであり得る。
【0143】
いくつかの実施形態は、ソリトン自己圧縮を利用する放射源であって、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満であり、任意選択で、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．１μＪ以上である放射源に関する。
【0144】
入力パルスポンプ放射１２２のソリトン次数Ｎは、スペクトル広がりが変調不安定性によって支配される条件と、スペクトル広がりがソリトン自己圧縮によって支配される条件とを区別するために使用できる便利なパラメータである。入力パルスポンプ放射１２２のソリトン次数Ｎは、以下の式で与えられる。
ここで、γは非線形位相（または非線形パラメータ）である。Ｐｐは、入力パルスポンプ放射１２２のポンプピークパワーである。τは、入力パルスポンプ放射１２２のポンプパルス持続時間である。β２は、作動媒体１２６の群速度分散である。
【数1】
【0145】
スペクトルの広がりは、通常、Ｎ＞＞２０の場合、変調不安定性によって支配されるが、スペクトルの広がりは、通常、Ｎ＜＜２０の場合、ソリトン自己圧縮によって支配される。
【0146】
したがって、ソリトン自己圧縮を使用する構成では、ソリトン次数Ｎが低い入力パルスポンプ放射１２２を生成することが望ましい。さらに、式（１）から分かるように、入力パルスポンプ放射１２２のソリトン次数は、入力パルスポンプ放射１２２のパルス持続時間τに比例する。したがって、ソリトン自己圧縮が支配的である通常の従来の構成は、典型的には、入力パルスポンプ放射１２２のパルス持続時間τが３０ｆｓ以下のオーダーに減少する。このような構成を実現するために、通常、圧縮された高出力フェムト秒ファイバレーザまたはＴｉ：Ｓａｐｐｈ増幅器がパルスポンプ放射源１３６として使用される。Ｔｉ：Ｓａｐｐｈ増幅器は、パルス持続時間τが３０ｆｓ以下のオーダーのパルス放射を生成できる。高出力のフェムト秒ファイバレーザのパルス持続時間は通常３００ｆｓであるため、フェムト秒ファイバレーザを使用する既知のソリトン自己圧縮構成は、このパルス持続時間をたとえば３０ｆｓに圧縮するシステムも備えている。パルス持続時間を圧縮するためのそのようなシステムは、例えば、自己位相変調に基づくスペクトル広がりおよびチャープミラーまたは格子を使用する位相圧縮を使用することができる。レーザヘッドは比較的かさばり（フェムト秒ファイバレーザヘッドの寸法は、たとえば６０×４０×２０ｃｍ）であり、ほとんどの場合、外部コントローラと水冷器が必要である。さらに、そのようなレーザは比較的費用がかかる。
【0147】
本発明者らは、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギーＥｐ（ここで、Ｅｐ＝Ｐｐτ）を低減することによって、入力パルスポンプ放射のソリトン次数を代替的に低減できることに気づいた。たとえば、他のすべてのパラメータが一定のままである場合、入力パルスポンプ放射のパルスエネルギＥｐをαの係数で減らすことにより、同じソリトン次数を、αの係数で増やすパルス持続時間を使用して達成できる。パルスエネルギーのこの減少は、増加したパルスエネルギーを使用するように教示されている従来技術の教示とは反対である。従来技術では、ソリトン自己圧縮を使用する放射源は、通常、例えば、放射源のパルスエネルギーを最大化することが望ましい原子または分子分光法などの研究用途に使用される。
【0148】
次に、例示的な実施形態を、図９Ａから１０Ｂを参照して説明する。
【0149】
図９Ａおよび図９Ｂは、中空コア光ファイバ１００内の放射パルスの時間発展およびスペクトル発展のシミュレーションを示している。中空コア光ファイバ１００は、３２．５μｍのコア直径を有し、圧力１０ｂａｒのクリプトンガスの作動媒体１２６で満たされている。入力パルスポンプ放射１２２は、１５０ｆｓのポンプパルス持続時間τ、０．４μＪエネルギーのパルスエネルギーＥｐ、および１０３０ｎｍの波長を有する。このパルスエネルギーＥｐは、変調不安定性駆動の広帯域光源で現在使用されているものよりも約１桁低くなっている。この構成により、異常分散レジームでのポンピングが可能になる（１０３０ｎｍのポンプ波長でβ２＝－６．３ｆｓ２／ｃｍ）。Ｎ＝１７のソリトン次数は、パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射１２４を形成するように、パルスポンプ放射１２２のソリトン自己圧縮を可能にする。
【0150】
光ファイバ１００の第１の部分において、放射は、自己位相変調１４０を受ける。これに続いて、ソリトン自己圧縮１４２が行われ、放射の時間的範囲は、光ファイバ１００の第１の端部１１２から約１１０ｃｍの距離で最小である。（図９Ａを参照）。図９Ｂに見られるように、このソリトン自己圧縮は、放射スペクトルの大幅な広がり１４４を伴う。光ファイバ１００の第２の端部１１４は、放射の時間範囲が最小である位置１４２と一致する。
【0151】
図９Ｃは、放射源１３４の出力スペクトル１４６を示している。また、入力パルスポンプ放射１２２のスペクトル１４８も示されている。５００～９００ｎｍの帯域で約１０ｄＢの平坦性が実現されていることが分かる。出力スペクトル１４６は単一のショットについて計算されており、滑らかさは小さな摂動に起因することに留意されたい。
【0152】
上記の例示的な実施形態で使用されるパルスは、１５０ｆｓのパルス持続時間τを有し、これは、ソリトン自己圧縮に使用される典型的なパルス持続時間（＞３０ｆｓ）よりも著しく大きいことに留意されたい。さらに、このようなパルスは、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈ増幅器（３０ｆｓ）と高出力ファイバレーザ（３００ｆｓ）の間にパルス持続時間を提供する新しいクラスのレーザによって容易に生成でき、近年、ボリュームまたはコストが劇的に減少しました。適切なレーザの例は、フランスで設立された会社であるＡｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＳＡによってＧｏｊｉとして販売されているレーザである。
【0153】
図１０Ａは、光ファイバの長さが１５０ｃｍに増加した場合（すなわち、光ファイバ１００の第２の端部１１４が放射の時間範囲が最小になる位置１４２ともはや一致しない場合）に経験する、中空コア光ファイバ１００内の放射パルスのスペクトル発展のシミュレーションを示す。図１０Ｂは、この長さが増加した光ファイバを使用した放射源１３４の出力スペクトル１５０を示す。また、入力パルスポンプ放射１２２のスペクトル１４８も示されている。
【0154】
ソリトン自己圧縮および関連するスペクトルの広がり１４４に続いて、放射のスペクトルが多くの変化を受けることが分かる。例えば、分散波１５２が放出され、放射は、スペクトル圧縮とスペクトル広がりの期間の間で振動する。
【0155】
さらに、図１０Ｂの出力スペクトル１５０から、光ファイバ１００の第２の端部１１４が、放射の時間範囲が最小である位置１４２ともはや一致しなくなると、出力スペクトルの平坦性が失われることがはっきりと分かる。スペクトルはもはや滑らかではなく、多数の山と谷がある。
【0156】
いくつかの実施形態によれば、図８に示されるタイプの放射源１３４の動作レジームを選択する方法も提供される。この方法は、ソリトン自己圧縮が可能となり且つ光ファイバ１００の出力端が、放射の時間範囲が最小である位置と実質的に一致するように、パルスポンプ放射１２２（例えば、ポンプパルス持続時間τおよび／またはパルスエネルギーＥｐ）、光ファイバ１００（例えば、ジオメトリ、コア直径など）、および作動媒体１２６（例えば、ガス組成、圧力など）の１つまたは複数のパラメータを選択することを備え得る。
【0157】
本方法の第１のアプリケーションでは、光ファイバ１００のパラメータが選択され得る。光ファイバ１００が製造されると、そのパラメータは、例えば、測定によって決定され得、そして本方法の第２のアプリケーションへの制約として入力され得る。これにより、光ファイバ１００のパラメータが固定されている場合（例えば、光ファイバが製造された後）、パルスポンプ放射１２２および／または作動媒体１２６の動作パラメータを選択することができる。
【0158】
上記の放射源１３４は、基板上の構造の関心のあるパラメータを決定するための計測装置の一部として提供することができる。基板上の構造は、例えば、基板に適用されるリソグラフィパターンであり得る。計測装置は、基板上の構造を照明するための照明サブシステムをさらに含むことができる。計測装置は、構造によって散乱および／または反射された放射の一部を検出するための検出サブシステムをさらに含み得る。検出サブシステムは、構造によって散乱および／または反射された放射の一部から、構造上の関心のあるパラメータをさらに決定することができる。パラメータは、例えば、基板上の構造のオーバーレイ、アラインメント、またはレベリングデータであり得る。
【0159】
上記の計測装置は、計測装置ＭＴの一部を形成することができる。上記の計測装置は、検査装置の一部を形成することができる。上記の計測装置は、リソグラフィ装置ＬＡの内部に含まれ得る。
【0160】
さらなる実施形態は、以下の番号が付けられた項に開示されている。
１．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの長さは、前記出力端が前記出力放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致する長さである、放射源。
２．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの長さは、前記出力端が前記出力放射のスペクトルの幅が最大になる位置と実質的に一致する長さである、放射源。
３．前記光ファイバの長さは、前記出力端が、前記パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値と実質的に一致する長さである、項１または２に記載の放射源。
４．入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が５０ｆｓよりも大きく、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が４００ｆｓ以下である、項１から３のいずれかに記載の放射源。
５．入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満であり、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．０１μＪ以上である、項１から４のいずれかに記載の放射源。
６．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が５０ｆｓを超えており、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が４００ｆｓ以下である、放射源。
７．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満であり、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．０１μＪ以上未満である、放射源。
８．入力された前記パルスポンプ放射のソリトン次数が２０未満である、項１から７のいずれかに記載の放射源。
９．前記作動媒体が異常分散を生成するように構成され、前記作動媒体が少なくとも前記パルスポンプ放射の波長で異常分散を生成するように構成される、項１から８のいずれかに記載の放射源。
１０．前記中空コア光ファイバは、前記中空コアを取り囲むクラッド部分を備え、前記クラッド部分は、前記中空コアを通して放射を誘導するための複数の反共振要素を備える、項１から９のいずれかに記載の放射源。
１１．前記クラッド部分の複数の反共振要素は、前記中空コアの周りにリング構造で配置される、項１０に記載の放射源。
１２．前記複数の反共振要素は、前記反共振要素のそれぞれが他の前記反共振要素のいずれとも接触しないように配置されている、項１０または１１に記載の放射源。
１３．前記作動媒体は、希ガスを含む、項１から１２のいずれかに記載の放射源。
１４．前記作動媒体は、分子ガスを含む、項１から１３のいずれかに記載の放射源。
１５．基板上の構造の関心のあるパラメータを決定するための計測装置であって、
項１から１４のいずれかに記載の放射源と、
広帯域出力放射を使用して前記基板上の前記構造を照明するための照明サブシステムと、
前記構造によって散乱および／または反射された放射の一部を検出するための、および放射の前記一部から関心のある前記パラメータを決定するための検出サブシステムと、
を備える計測装置。
１６．項１５に記載の計測装置を備えるリソグラフィ装置。
１７．放射源の動作レジームを選択する方法であって、
前記放射源は、
中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
当該方法は、
前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように、前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のうちの１つまたは複数のパラメータを選択することを備え、
さらに、前記パラメータは、前記光ファイバの長さが、前記出力端が以下の位置：
前記出力放射の時間範囲が第１の閾値よりも小さくなる位置、および／または、
前記出力放射のスペクトルの幅が第２の閾値よりも大きくなる位置、
と実質的に一致する長さとなるように選択される、方法。
１８．前記.光ファイバのパラメータが固定され、前記パルスポンプ放射および／または前記作動媒体のパラメータが選択される、項１７に記載の方法。
１９．前記パラメータは、前記光ファイバの長さが、前記出力端が以下の位置：
前記出力放射の時間範囲が最小となる位置、および／または、
前記出力放射のスペクトルの幅が最大となる位置、
と実質的に一致する長さになるように選択される、項１７に記載の方法。
１．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの長さは、前記出力端が前記出力放射の時間範囲が最小になる位置と実質的に一致する長さである、放射源。
２．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、前記光ファイバの長さは、前記出力端が前記出力放射のスペクトルの幅が最大になる位置と実質的に一致する長さである、放射源。
３．前記光ファイバの長さは、前記出力端が、前記パルスポンプ放射の時間範囲の最初の極小値と実質的に一致する長さである、項１または２に記載の放射源。
４．入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が５０ｆｓよりも大きく、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が４００ｆｓ以下である、項１から３のいずれかに記載の放射源。
５．入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満であり、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．０１μＪ以上である、項１から４のいずれかに記載の放射源。
６．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が５０ｆｓを超えており、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルス持続時間が４００ｆｓ以下である、放射源。
７．中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のパラメータは、前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように構成され、さらに、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが１μＪ未満であり、任意選択で、入力された前記パルスポンプ放射のパルスエネルギーが０．０１μＪ以上未満である、放射源。
８．入力された前記パルスポンプ放射のソリトン次数が２０未満である、項１から７のいずれかに記載の放射源。
９．前記作動媒体が異常分散を生成するように構成され、前記作動媒体が少なくとも前記パルスポンプ放射の波長で異常分散を生成するように構成される、項１から８のいずれかに記載の放射源。
１０．前記中空コア光ファイバは、前記中空コアを取り囲むクラッド部分を備え、前記クラッド部分は、前記中空コアを通して放射を誘導するための複数の反共振要素を備える、項１から９のいずれかに記載の放射源。
１１．前記クラッド部分の複数の反共振要素は、前記中空コアの周りにリング構造で配置される、項１０に記載の放射源。
１２．前記複数の反共振要素は、前記反共振要素のそれぞれが他の前記反共振要素のいずれとも接触しないように配置されている、項１０または１１に記載の放射源。
１３．前記作動媒体は、希ガスを含む、項１から１２のいずれかに記載の放射源。
１４．前記作動媒体は、分子ガスを含む、項１から１３のいずれかに記載の放射源。
１５．基板上の構造の関心のあるパラメータを決定するための計測装置であって、
項１から１４のいずれかに記載の放射源と、
広帯域出力放射を使用して前記基板上の前記構造を照明するための照明サブシステムと、
前記構造によって散乱および／または反射された放射の一部を検出するための、および放射の前記一部から関心のある前記パラメータを決定するための検出サブシステムと、
を備える計測装置。
１６．項１５に記載の計測装置を備えるリソグラフィ装置。
１７．放射源の動作レジームを選択する方法であって、
前記放射源は、
中空コアを有する本体を含む中空コア光ファイバと、
前記中空コア内に配置された作動媒体と、
入力端から出力端まで前記中空コアによって受け取られ、前記中空コアを通って伝播するパルスポンプ放射を生成するように配置されたパルスポンプ放射源と、
を備え、
当該方法は、
前記パルスポンプ放射のスペクトルを変化させて出力放射を形成するために前記パルスポンプ放射のソリトン自己圧縮を可能にするように、前記パルスポンプ放射、前記光ファイバ、および前記作動媒体のうちの１つまたは複数のパラメータを選択することを備え、
さらに、前記パラメータは、前記光ファイバの長さが、前記出力端が以下の位置：
前記出力放射の時間範囲が第１の閾値よりも小さくなる位置、および／または、
前記出力放射のスペクトルの幅が第２の閾値よりも大きくなる位置、
と実質的に一致する長さとなるように選択される、方法。
１８．前記.光ファイバのパラメータが固定され、前記パルスポンプ放射および／または前記作動媒体のパラメータが選択される、項１７に記載の方法。
１９．前記パラメータは、前記光ファイバの長さが、前記出力端が以下の位置：
前記出力放射の時間範囲が最小となる位置、および／または、
前記出力放射のスペクトルの幅が最大となる位置、
と実質的に一致する長さになるように選択される、項１７に記載の方法。
【0161】
本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特定の言及がなされ得るが、本明細書に記載されるリソグラフィ装置は、他の用途を有し得ることを理解するべきである。他の可能な用途には、統合光学システム、磁区メモリ、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどのガイダンスと検出パターンの製造が含まれる。
【0162】
本明細書では、リソグラフィ装置との関連で本発明の実施形態を具体的に参照することができるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用することができる。本発明の実施形態は、マスク検査装置、計測装置、またはウェハ（または他の基板）またはマスク（または他のパターニングデバイス）などの物体を測定または処理する任意の装置の一部を形成することができる。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれることがある。そのようなリソグラフィツールは、真空条件または周囲（非真空）条件を使用することができる。
【0163】
上記では、光学リソグラフィの文脈での本発明の実施形態の使用について具体的に言及してきたが、文脈が許せば、本発明は光学リソグラフィに限定されず、その他のアプリケーション、たとえばインプリントリソグラフィでも使用することができる。
【0164】
「計測装置／ツール／システム」または「検査装置／ツール／システム」に特に言及されているが、これらの用語は、同一または類似のタイプのツール、装置またはシステムを指す場合がある。 例えば、本発明の実施形態を含む検査または計測装置を使用して、基板またはウェハ上の構造の特性を決定することができる。例えば、本発明の実施形態を含む検査装置または計測装置を使用して、基板の欠陥または基板またはウェハ上の構造の欠陥を検出することができる。そのような実施形態では、基板上の構造の関心のある特性は、構造の欠陥、構造の特定の部分の欠如、または基板またはウェハ上の望ましくない構造の存在に関係し得る。
【0165】
本発明の特定の実施形態が上記で説明されたが、本発明は、説明された以外の方法で実施されてもよいことが理解されよう。上記の説明は、限定ではなく例示を意図したものである。したがって、以下に記載される特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された本発明に変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】