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TW202220939A - 空芯光纖光源及製造空芯光纖的方法 - Google Patents

空芯光纖光源及製造空芯光纖的方法 Download PDF

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TW202220939A TW110128297A TW110128297A TW202220939A TW 202220939 A TW202220939 A TW 202220939A TW 110128297 A TW110128297 A TW 110128297A TW 110128297 A TW110128297 A TW 110128297A TW 202220939 A TW202220939 A TW 202220939A
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阿米爾 阿杜凡德
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賽巴斯欽 湯瑪斯 鮑爾施密特
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荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Abstract

本發明揭示一種處理一空芯光纖之一外耦合端之方法，該空芯光纖包含包圍一空芯之複數個反共振元件，及已經此處理之一空芯光纖。該方法包含：執行一逐漸變細步驟以在該等反共振元件中形成一錐形；在該錐形處執行一裂解步驟以形成該空芯光纖之至少一個逐漸變細的外耦合端；及執行一端處理步驟，其包含以一受控方式進一步加熱該外耦合端以使該外耦合端平滑。

Description

空芯光纖光源及製造空芯光纖的方法
本發明係關於一種光源及一種用於操作光源之方法，特定言之，用於微影設備或度量衡工具之寬頻帶光源。
微影設備為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如遮罩)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(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影至基板上，微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判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。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備，使用具有在4至20 nm之範圍內之波長(例如6.7 nm或13.5 nm)之極紫外(EUV)輻射的微影設備可用於在基板上形成較小特徵。
低k 1微影可用於處理尺寸小於微影設備之經典解析度極限的特徵。在此製程中，解析度公式可表達為CD = k 1×λ/NA，其中λ為所採用輻射之波長，NA為微影設備中之投影光學器件之數值孔徑，CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此狀況下為半間距)且k 1為經驗解析度因數。一般而言，k 1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。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影設備及/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、使用相移圖案化裝置、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」)，或通常定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影設備之穩定性之緊密控制迴路可用於改良在低k 1下之圖案的再生。
度量衡設備可用於量測基板上之結構之所關注參數。舉例而言，度量衡設備可用於諸如臨界尺寸之量測參數、基板上之層之間的疊對及基板上之圖案之不對稱性。量測輻射之射線用於照明基板。輻射由基板上之結構繞射。繞射輻射由物鏡收集且由感測器擷取。
量測輻射之射線藉由光源發射之光提供。此光經由光束分光器及物鏡引導至基板上，該物鏡自基板收集繞射輻射。
提供量測輻射之光源可為寬頻帶光源。寬頻帶光源可使用充氣光纖產生。雷射源可耦合至光源之光纖之輸入，且在光纖中光譜增寬。
此光源之極高的光譜功率密度及產生為光產生之副產品的電漿兩者皆承受損害空芯光子晶體光纖(HC-PCF)之材料之風險。因此，合乎需要的係例如提供具有經增加可操作壽命之寬頻帶光源。特定言之，合乎需要的係提供包含在操作期間產生更少污染物材料之充氣空芯光子晶體光纖之寬頻帶光源。亦合乎需要的係保留原始及所要光譜及功率輸出以及模式內容。
根據第一態樣，提供一種處理一空芯光纖之一外耦合端之方法，該空芯光纖包含包圍一空芯之複數個反共振元件，該方法包含：執行一逐漸變細步驟以在該等反共振元件中形成一錐形；在該錐形處執行一裂解步驟以形成該空芯光纖之至少一個逐漸變細的外耦合端；及執行一端處理步驟，其包含以一受控方式進一步加熱該外耦合端以使該外耦合端平滑。
根據本發明之第二態樣，提供一種空芯光纖，其包含：複數個反共振元件，其包圍一空芯；一外部護套，其包圍該等反共振元件；一內耦合端，其具有一第一錐形區；及一外耦合端，其具有一第二錐形區；其中該外耦合端處之該等反共振元件實質上陷縮；且該外耦合端實質上經平滑，使得該護套之一內部輪緣及/或外部輪緣包含該外耦合端處之一圓形剖面。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於……申請且以全文引用之方式併入本文中之歐洲專利/美國申請案……的優先權。
在本文獻中，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(例如具有為365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外輻射(EUV，例如具有在約5至100 nm範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化裝置」可廣泛地解釋為指可用於向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化裝置，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。術語「光閥」亦可用於此上下文中。除經典遮罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1A示意性地描繪微影設備LA。微影設備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)；遮罩支撐件(例如遮罩台) MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如遮罩) MA及連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化裝置MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W及連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器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裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸漬液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，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。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般術語「投影系統」PS同義。
除了基板支撐件WT以外，微影設備LA可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之性質或輻射光束B之性質。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸漬液體之系統之一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS之下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如遮罩) MA上，且藉由呈現於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)進行圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B穿過投影系統PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦及對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1A中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2稱作切割道對準標記。
如圖1B中所展示，微影設備LA可形成微影單元LC (有時亦稱為微影單元(lithocell)或(微影單元(litho))叢集)之部分，該微影單元LC通常亦包括對基板W進行前曝光製程及後曝光製程之設備。習知地，此等包括沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)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、在不同處理設備之間移動基板W，且將基板W傳遞至微影設備LA之裝卸區(loading bay) LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統之裝置通常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自身可由監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU控制微影設備LA。
為了正確且一致地曝光由微影設備LA曝光之基板W，合乎需要的係檢測基板以量測經圖案化結構之性質，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，微影單元LC中可包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W進行之其他處理步驟例如進行調整，尤其在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前完成檢測的情況下。
亦可稱為度量衡設備之檢測設備用於判定基板W之性質，且特定言之，判定不同基板W之性質如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之性質在層與層之間如何變化。檢測設備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，或可整合至微影設備LA中，或可甚至為獨立裝置。檢測設備可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或半潛影(在後曝光烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已經移除)上之性質，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之性質。
通常，微影設備LA中之圖案化製程為處理中之最重要步驟中之一者，其要求基板W上之結構之尺寸及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於如圖2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設備LA，其(實際上)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環路，以確保由微影設備LA進行之圖案化保持在製程窗內。製程窗限定一系列製程參數(例如劑量、焦點、疊對)，在該等製程參數內，特定製造製程產生經限定結果(例如功能性半導體裝置)--通常在該經限定結果內，允許微影製程或圖案化製程中之製程參數變化。
電腦系統CL可使用待經圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術，且進行計算微影模擬及計算以判定哪種遮罩佈局及微影設備設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(藉由第一標度SC1中之雙箭頭描繪於圖2中)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影設備LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影設備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(藉由第二標度SC2中指向「0」之箭頭描繪於圖2中)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影設備LA以識別例如在微影設備LA之校準狀態下的可能變動(藉由第三標度SC3中之多個箭頭描繪於圖2中)。
在微影製程中，合乎需要的係頻繁地對所產生結構進行量測，例如用於製程控制及驗證。用於進行此類量測之不同類型的度量衡設備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設備MT。
散射計為多功能儀器，其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影製程之參數，量測通常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稱為基於影像或場之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯之量測技術。上述散射計可使用來此文獻中所論述之光源之實施例的光來量測光柵。
使用特定目標之微影參數之總體量測品質至少部分由用於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之一或多個參數，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之光學量測，則量測之參數中之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之一者可為例如量測參數中之一者對於處理變化的靈敏度。更多實例描述於以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及已公開之美國專利申請案US 2016/0370717A1中。本文獻之光源可經組態以相對於此等基板量測配方之光源要求為可控制的。
微影設備可包括一或多個(例如複數個)對準感測器，可藉由該一或多個對準感測器準確地量測設置於基板上之對準標記的位置。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。用於當前微影設備中之對準感測器之實例基於如在US6961116中所描述之自參考干涉計。已研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。
標記或對準標記可包含形成於設置於基板上之層上或層中或(直接)形成於基板中的一系列長條。該等長條可規則地間隔開且充當光柵線，以使得可將標記視為具有熟知空間週期(間距)之繞射光柵。取決於此等光柵線之定向，標記可經設計成允許量測沿著X軸或沿著Y軸(其實質上垂直於X軸定向)之位置。包含相對於X軸及Y軸兩者以+45度及/或-45度配置之長條之標記允許使用如以引用方式併入之US2009/195768A中所描述之技術的組合之X及Y量測。
對準感測器利用輻射光點光學地掃描每一標記，以獲得週期性變化之訊號，諸如正弦波。分析此訊號之相位以判定標記之位置，且因此判定基板相對於對準感測器之位置，該對準感測器又相對於微影設備之參考系固定。可提供與不同(粗略及精細)標記尺寸相關之所謂的粗略及精細標記，使得對準感測器可區分週期性訊號之不同循環，以及在一循環內之確切位置(相位)。亦可出於此目的而使用不同間距之標記。
量測標記之位置亦可提供關於在其上設置例如呈晶圓柵格形式之標記的基板之變形的資訊。基板之變形可藉由例如將基板靜電夾持至基板台及/或當基板暴露於輻射時加熱基板而發生。
圖3A為諸如例如在US6961116中所描述之已知對準感測器AS之實施例的示意性方塊圖，且US6961116以引用之方式併入。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RB藉由轉向光學器件轉向至標記(諸如定位於基板W上之標記AM)上作為照明點SP。在此實例中，轉向光學器件包含點鏡面SM及物鏡OL。輻射源RSO可藉由此文獻之發明之光源的實施例提供。照明標記AM之照明點SP之直徑可略小於標記自身之寬度。
由標記AM繞射之輻射準直(在此實例中經由物鏡OL)成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零級繞射(其可稱為反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI使光束IB與自身干涉，其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學器件(未展示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之狀況下提供單獨光束。光偵測器可為單個元件，或其視需要可包含數個像素。光偵測器可包含感測器陣列。
構形量測系統、位準感測器或高度感測器(且其可整合於微影設備中)經配置以量測基板(或晶圓)之頂部表面的構形。基板之構形之映圖(亦稱為高度映圖)可由指示隨基板上之位置而變之基板之高度的此等量測產生。此高度映圖隨後可用於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裝置之空中影像。將理解，「高度」在此上下文中指平面至基板之廣泛尺寸(亦稱作Z軸)。通常，位準或高度感測器在固定方位(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位準或高度感測器之光學系統之間的相對移動引起跨越基板之方位處之高度量測。
圖3B中示意性地展示如此項技術中已知之位準或高度感測器LS之實例，該實例僅說明操作原理。在此實例中，位準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LSB由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可包含此文獻之發明之實施例。
本發明針對改良光源之可操作壽命，特定言之，寬頻帶光源之可操作壽命包含空芯光子晶體光纖(HC-PCF)。本發明之寬頻帶光源可用於度量衡工具，諸如如上文所描述之散射計對準感測器、高度或位準感測器。
上文所提及之度量衡工具MT (諸如散射計、構形量測系統或位置量測系統)可使用源自輻射源之輻射來進行量測。藉由度量衡工具使用之輻射之性質可影響可進行之量測的類型及品質。對於一些應用，使用多個輻射頻率來量測基板可為有利的，例如可使用寬頻帶輻射。多個不同頻率可能夠在不干涉其他頻率或最少干涉其他頻率之情況下傳播、輻照及散射開度量衡目標。因此，可例如使用不同頻率以同時獲得更多度量衡資料。不同輻射頻率亦可能夠詢問及發現度量衡目標之不同性質。寬頻帶輻射可用於諸如位準感測器、對準標記量測系統、散射量測工具或檢測工具之度量衡系統MT中。寬頻帶輻射源可為超連續光譜源。
例如超連續光譜輻射之高品質寬頻帶輻射可能難以產生。用於產生寬頻帶輻射之一種方法可例如利用非線性高階效應來增寬高功率窄頻帶或單頻率輸入輻射。輸入輻射(其可使用雷射來產生)可稱為泵浦輻射。替代地，輸入輻射可稱為種子輻射。為獲得用於增寬效應之高功率輻射，可將輻射約束至較小區域中以使得達成很大程度上經局域化之高強度輻射。在彼等區域中，輻射可與增寬結構及/或形成非線性媒體之材料相互作用以便產生寬頻帶輸出輻射。在高強度輻射區域中，不同材料及/或結構可用於藉由提供合適的非線性媒體來實現及/或改良輻射增寬。
在一些實施中，在光子晶體光纖(PCF)中產生寬頻帶輸出輻射。在若干實施例中，此類光子晶體光纖在其光纖芯周圍具有微觀結構，該等微觀結構有助於約束行進通過光纖芯中之光纖之輻射。光纖芯可由具有非線性性質且當高強度泵浦輻射透射通過光纖芯時能夠產生寬頻帶輻射之固體材料製成。儘管在固體芯光子晶體光纖中產生寬頻帶輻射為可實行的，但使用固體材料可幾乎不存在缺點。舉例而言，若在固體芯中產生UV輻射，則此輻射可不存在於光纖之輸出光譜中，此係由於輻射由大多數固體材料吸收。
在一些實施中，如下文參考圖4B進一步論述，用於增寬輸入輻射之方法及設備可使用光纖用於約束輸入輻射且用於增寬輸入輻射以輸出寬頻帶輻射。該光纖可為空芯光纖，且可包含用以達成光纖中之輻射之有效導引及約束的內部結構。該光纖可為空芯光子晶體光纖(HC-PCF)，其尤其適用於主要在光纖之空芯內部進行強輻射約束，從而達成高輻射強度。光纖之空芯可用氣體或氣體混合物填充，該氣體或氣體混合物充當用於增寬輸入輻射之增寬媒體。此光纖及氣體混合物配置可用於產生超連續光譜輻射源。輸入至光纖之輻射可為電磁輻射，例如在紅外光譜、可見光譜、UV光譜及極UV光譜中之一或多者中之輻射。輸出輻射可由寬頻帶輻射組成或包含寬頻帶輻射，該寬頻帶輻射在本文中可稱為白光。輸出輻射可覆蓋UV、可見及近紅外範圍。輸出輻射之確切光譜及功率密度將由複數個參數判定，諸如光纖結構、氣體混合組合物、氣體壓力、輸入輻射之能量、脈衝持續時間及輸入輻射之脈衝形狀。
一些實施例係關於包含光纖之此類寬頻帶輻射源之新穎設計。光纖為空芯光子晶體光纖(HC-PCF)。特定言之，光纖可為包含用於約束輻射之反共振結構之類型的空芯光子晶體光纖。包含反共振結構之此類光纖在此項技術中已知為反共振光纖、管狀光纖、單環光纖、負曲率光纖或抑制耦合光纖。此類光纖之各種不同設計在此項技術中已知。替代地，該光纖可為光子帶隙光纖(HC-PBF，例如Kagome光纖)。
可工程化數個類型之HC-PCF，每一類型基於不同物理導引機制。兩個此類HC-PCF包括：空芯光子帶隙光纖(HC-PBF)及空芯反共振反射光纖(HC-ARF)。HC-PCF之設計及製造上之細節可見於以引用之方式併入本文中之美國專利US2004/015085A1 (針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017/032454A1 (針對空芯反共振反射光纖)中。圖4C (a)展示包含Kagome晶格結構之Kagome光纖。
現將參考圖4A描述用於輻射源之光纖之實例，圖4A為橫向平面中光纖OF之示意性橫截面圖。類似於圖4A之光纖之實際實例的另外實施例揭示於WO2017/032454A1中。
光纖OF包含細長主體，該主體在一個尺寸上比光纖OF之其他兩個尺寸長。此更長尺寸可稱為軸向方向，且可限定光纖OF之軸。兩個其他尺寸限定可稱為橫向平面之平面。圖4A展示在標記為x-y平面之此橫向平面(亦即，垂直於軸線)中光纖OF之橫截面。光纖OF之橫向橫截面沿著光纖軸線可為實質上恆定的。
將瞭解，光纖OF具有一定程度之可撓性，且因此，軸線之方向一般而言沿著光纖OF之長度將為非均一的。諸如光軸、橫向橫截面及其類似者之術語應理解為意謂局部光軸、局部橫向橫截面等。此外，在組件經描述為成圓柱形或管狀之情況下，此等術語應理解為涵蓋當光纖OF撓曲時可能已變形的此類形狀。
光纖OF可具有任何長度，且將瞭解光纖OF之長度可取決於應用。光纖OF可具有在1 cm與10 m或0.1 cm與10 m之間的長度，例如光纖OF可具有在10 cm與100 cm之間的長度。
光纖OF包含：空芯COR；包圍空芯COR之包覆部分；及包圍且支撐包覆部分之支撐部分SP。可將光纖OF視為包含具有空芯COR之主體(包含包覆部分及支撐部分SP)。包覆部分包含用於導引輻射通過空芯COR之複數個反共振元件。特定言之，複數個反共振元件經配置以約束主要在空芯HC內部傳播通過光纖OF之輻射，且經配置以沿著光纖OF導引輻射。光纖OF之空芯HC可實質上安置於光纖OF之中心區中，以使得光纖OF之軸線亦可限定光纖OF之空芯HC之軸線。
包覆部分包含用於導引傳播通過光纖OF之輻射之複數個反共振元件。特定言之，在此實施例中，包覆部分包含六個管狀毛細管CAP之單環。管狀毛細管CAP中之每一者充當反共振元件。
毛細管CAP亦可稱為管。在橫截面中，毛細管CAP可為圓形的，或可具有另一形狀。每一毛細管CAP包含大體上圓柱形壁部分WP，該大體上圓柱形壁部分WP至少部分地限定光纖OF之空芯HC且將空芯HC與毛細管空腔CC分隔開。將瞭解，壁部分WP可充當用於輻射之抗反射法布里-珀羅(Fabry-Perot)共振器，該輻射傳播通過空芯HC (且該輻射可以一掠入射角入射於壁部分WP上)。壁部分WP之厚度可為合適的，以便確保大體上增強返回至空芯HC中之反射，而大體上抑制至毛細管空腔CC中之透射。在一些實施例中，毛細管壁部分WP可具有0.01 µm至10.0 µm之間的厚度。
將瞭解，如本文中所使用，術語包覆部分意欲意謂光纖OF之用於導引傳播通過光纖OF之輻射的部分(亦即，約束空芯COR內之該輻射之毛細管CAP)。輻射可約束於橫向模式之形式中，從而沿著光纖軸線傳播。
支撐部分通常為管狀的且支撐包覆部分之六個毛細管CAP。六個毛細管CAP均勻地包圍內支撐部分SP之內表面分佈。六個毛細管CAP可描述為以大體上六方形式安置。
毛細管CAP經配置以使得每一毛細管不與其他毛細管CAP中之任一者接觸。毛細管CAP中之每一者與內支撐部分SP接觸，且與環結構中之相鄰毛細管CAP間隔開。此配置可為有益的，此係由於其可增加光纖OF之透射頻寬(相對於例如其中毛細管彼此接觸之配置)。替代地，在一些實施例中，毛細管CAP中之每一者可與環結構中之相鄰毛細管CAP接觸。
包覆部分之六個毛細管CAP安置於空芯COR周圍之環結構中。毛細管CAP之環結構之內表面至少部分地限定光纖OF之空芯HC。空芯HC之直徑d (其可限定為相對毛細管之間的最小尺寸，由箭頭d指示)可在10 µm與1000 µm之間。空芯HC之直徑d可影響空芯光纖OF之模場直徑、衝擊損耗、分散度、模態複數及非線性性質。
在此實施例中，包覆部分包含毛細管CAP (其充當反共振元件)之單環配置。因此，自空芯HC之中心至光纖OF之外部的任何徑向方向上的線通過不超過一個毛細管CAP。
將瞭解，其他實施例可具備反共振元件之不同配置。此等配置可包括具有反共振元件之多個環之配置及具有嵌套式反共振元件之配置。此外，儘管圖4A中所展示之實施例包含六個毛細管之環，但在其他實施例中，包含任何數目個之反共振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12個毛細管)的一或多個環可提供於包覆部分中。
圖4C (b)展示上文所論述之具有管狀毛細管之單環的HC-PCF之經修改實施例。在圖4C (b)之實例中存在管狀毛細管21之兩個同軸環。為了固持管狀毛細管21之內環及外環，支撐管ST可包括在HC-PCF中。該支撐管可由二氧化矽製成。
圖4A及圖4C (a)及(b)之實例之管狀毛細管可具有圓形橫截面形狀。對於管狀毛細管，其他形狀亦有可能，如橢圓或多邊形橫截面。此外，圖4A及圖4C (a)及(b)之實例之管狀毛細管的固體材料可包含塑性材料(如PMA)、玻璃(如二氧化矽或軟玻璃)。
圖4B描繪用於提供寬頻帶輸出輻射之輻射源RDS。輻射源RDS包含：脈衝式泵浦輻射源PRS或能夠產生所要長度及能量位準之短脈衝之任何其他類型之源；具有空芯COR之光纖OF (例如圖4A中所展示之類型)；及安置於空芯COR內之工作媒體WM (例如氣體)。儘管在圖4B中，輻射源RDS包含圖4A中所展示之光纖OF，但在替代實施例中，可使用其他類型之空芯光纖。
脈衝式泵浦輻射源PRS經組態以提供輸入輻射IRD。光纖OF之空芯HC經配置以接收來自脈衝式泵浦輻射源PRS之輸入輻射IRD，且增寬輸入輻射IRD以提供輸出輻射ORD。工作媒體WM能夠增寬所接收輸入輻射IRD之頻率範圍，以便提供寬頻帶輸出輻射ORD。
輻射源RDS進一步包含儲集器RSV。光纖OF安置於儲集器RSV內部。儲集器RSV亦可稱為殼體、容器或氣室。儲集器RSV經組態以含有工作媒體WM。儲集器RSV可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測儲集器RSV內部之工作媒體WM (其可為氣體)之組合物的一或多個特徵。儲集器RSV可包含第一透明窗TW1。在使用時，光纖OF安置於儲集器RSV內部，以使得第一透明窗TW1位於接近於光纖OF之輸入端IE處。第一透明窗TW1可形成儲集器RSV之壁的部分。第一透明窗TW1可至少對於所接收輸入輻射頻率為透明的，以使得所接收輸入輻射IRD (或至少其大部分)可耦合至位於儲集器RSV內部之光纖OF中。將瞭解，可提供光學器件(未展示)用於將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中。
儲集器RSV包含形成儲集器RSV之壁之部分的第二透明窗TW2。在使用時，當光纖OF安置於儲集器RSV內部時，第二透明窗TW2位於接近於光纖OF之輸出端OE處。第二透明窗TW2可至少對於設備之寬頻帶輸出輻射ORD之頻率為透明的。
替代地，在另一實施例中，光纖OF之兩個相對端可置放於不同儲集器內部。光纖OF可包含經組態以接收輸入輻射IRD之第一端區段，及用於輸出寬頻帶輸出輻射ORD之第二端區段。第一端區段可置放於包含工作媒體WM之第一儲集器內部。第二端區段可置放於第二儲集器內部，其中第二儲集器亦可包含工作媒體WM。儲集器之運作可如上文關於圖4B所描述。第一儲集器可包含第一透明窗，該第一透明窗經組態以對於輸入輻射IRD為透明的。第二儲集器可包含第二透明窗，該第二透明窗經組態以對於寬頻帶輸出寬頻帶輻射ORD為透明的。第一及第二儲集器亦可包含可密封開口，以允許光纖OF部分地置放於儲集器內部且部分地置放於儲集器外部，以使得氣體可密封在儲集器內部。光纖OF可進一步包含不含於儲集器內部之中間區段。使用兩個單獨氣體儲集器之此配置對於其中光纖OF相對長(例如當長度超過1 m時)之實施例可為尤其便利的。將瞭解，對於使用兩個單獨氣體儲集器之此類配置，可將兩個儲集器(其可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測兩個儲集器內部之氣體之組合物的一或多個特徵)視為提供用於提供光纖OF之空芯HC內之工作媒體WM的設備。
在此上下文中，若在窗上彼頻率之入射輻射之至少50%、75%、85%、90%、95%或99%透射通過窗，則窗對於彼頻率可為透明的。
第一TW1及第二TW2透明窗兩者可在儲集器RSV之壁內形成氣密密封，以使得可在儲集器RSV內含有工作媒體WM (其可為氣體)。將瞭解，可在不同於與儲集器RSV之環境壓力的壓力下在儲集器RSV內含有氣體WM。
工作媒體WM可包含：諸如氬、氪及氙之稀有氣體；諸如氫、氘及氮之拉曼(Raman)活性氣體；或諸如氬/氫混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氫混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型，非線性光學製程可包括調變不穩定性(MI)、孤立子自壓縮、孤立子裂解、克爾(Kerr)效應、拉曼效應及色散波產生，其詳細內容描述於WO2018/127266A1及US9160137B1 (兩者皆特此以引用之方式併入)中。由於可藉由改變儲集器RSR中之工作媒體WM壓力(亦即氣室壓力)來調諧填充氣體之分散，因此可調整所產生之寬頻帶脈衝動態及相關聯之光譜增寬特性，以便最佳化頻率轉換。
在一個實施中，工作媒體WM可至少在接收用於產生寬頻帶輸出輻射ORD之輸入輻射IRD期間安置於空芯HC內。將瞭解，當光纖OF不接收用於產生寬頻帶輸出輻射之輸入輻射IRD時，氣體WM可全部或部分自空芯COR缺失。
為達成頻率增寬，可能需要高強度輻射。具有空芯光纖OF之優勢為，其可經由傳播通過光纖OF之輻射的強空間約束而達成高強度輻射，從而達成高局域化輻射強度。光纖OF內部之輻射強度可較高，例如歸因於高接收輸入輻射強度及/或歸因於光纖OF內部之輻射的強空間約束。空芯光纖之優勢為其可導引具有比固體芯光纖更廣波長範圍之輻射，且特定言之，空芯光纖可導引在紫外及紅外範圍兩者內之輻射。
使用空芯光纖OF之優勢可為在光纖OF內部導引之輻射中的大部分受空芯COR約束。因此，光纖OF內部之輻射之相互作用的大部分係與工作媒體WM進行，該工作媒體WM提供光纖OF之空芯HC內部。因此，可增加工作媒體WM對輻射之增寬效應。
所接收輸入輻射IRD可為電磁輻射。輸入輻射IRD可作為脈衝式輻射接收。舉例而言，輸入輻射IRD可包含例如由雷射產生之超快脈衝。
輸入輻射IRD可為相干輻射。輸入輻射IRD可為準直輻射，且其優勢可為促進且改良將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之效率。輸入輻射IRD可包含單頻或窄頻率範圍。輸入輻射IRD可由雷射產生。類似地，輸出輻射ORD可為準直的及/或可為相干的。
輸出輻射ORD之寬頻帶範圍可為連續範圍，其包含輻射頻率之連續範圍。輸出輻射ORD可包含超連續光譜輻射。連續輻射可有益於在數個應用中(例如在度量衡應用中)使用。舉例而言，頻率之連續範圍可用於詢問大量性質。頻率之連續範圍可例如用於判定及/或消除所量測性質之頻率依賴性。超連續光譜輸出輻射ORD可包含例如在100 nm至4000 nm之波長範圍內、或甚至高達10 µm之電磁輻射。寬頻帶輸出輻射ORD頻率範圍可為例如400 nm至900 nm、500 nm至900 nm或200 nm至2000 nm。超連續光譜輸出輻射ORD可包含白光。
由脈衝式泵浦輻射源PRS提供之輸入輻射IRD可為脈衝式的。輸入輻射IRD可包含200 nm與2 µm之間的一或多個頻率之電磁輻射。輸入輻射IRD可例如包含具有1.03 µm之波長的電磁輻射。脈衝輻射IRD之重複率可為1 kHz至100 MHz之數量級。脈衝能量可具有0.1 µJ至100 µJ之數量級，例如1至10 µJ。輸入輻射IRD之脈衝持續時間可在10 fs與10 ps之間，例如300 fs。輸入輻射IRD之平均功率可在100 mW至數個100 W之間。輸入輻射IRD之平均功率可例如為20至50 W。
脈衝式泵浦輻射源PRS可為雷射。可經由(泵浦)雷射參數、工作組件WM變化及光纖OF參數之調整改變及調諧沿光纖OF透射之此雷射脈衝之時空透射特性(例如其光譜振幅及相位)。該等時空透射特性可包括以下中之一或多者：輸出功率、輸出模式剖面、輸出時間剖面、輸出時間剖面之寬度(或輸出脈衝寬度)、輸出光譜剖面及輸出光譜剖面之頻寬(或輸出光譜頻寬)。該等脈衝泵輻射源PRS參數可包括以下中之一或多者：泵浦波長、泵浦脈衝能量、泵浦脈衝寬度、泵浦脈衝重複率。該等光纖OF參數可包括以下中之一或多者：空芯101之光纖長度、大小及形狀；毛細管之大小及形狀；包圍空芯之毛細管之壁的厚度。該等工作組件WM (例如填充氣體)參數可包括以下中之一或多者：氣體類型、氣體壓力及氣體溫度。
由輻射源RDS提供之寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少1 W之平均輸出功率。平均輸出功率可為至少5 W。平均輸出功率可為至少10 W。寬頻帶輸出輻射ORD可為脈衝式寬頻帶輸出輻射ORD。寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少0.01 mW/nm之輸出輻射的整個波長帶中之功率譜密度。寬頻帶輸出輻射之整個波長帶中之功率譜密度可為至少3 mW/nm。
圖5展示包含HC-PCF之寬頻帶光源設備之實例。光源500可包含其中嵌入HC-PCF 501之氣室502。HC-PCF 501之兩個端中之每一者可光學地耦合至輸入光束及輸出光束行進通過的窗503/504。
在使用時，氣室502可用氣體(其可為氣體混合)填充，且HC-PCF 501可用相同或實質上類似的氣體填充。可藉由在HC-PCF 501之輸入端與輸出端之間提供壓力差來建立氣流。氣室中或/及HC-PCF 501中之此壓力可在0.1至100 Bar範圍內。氣室可為複合的。
諸如泵浦雷射之輸入源經由輸入窗503進入光源。輸入光506之光束彙聚且進入HC-PCF 501。光束之光譜在其行進通過HC-PCF 501時增寬，從而產生寬頻帶輸出光束505。
在HC-PCF之端琢面與窗之間提供間隙509，以防止窗(尤其輸出窗)之介質擊穿。如圖5中所展示，寬頻帶光束段505在其離開HC-PCF輸出琢面時發散，使得在光束到達輸出窗503時，其強度較低。因此，入射於輸出窗503上之光束的強度低於窗之介質擊穿的強度臨限值。
當操作基於HC-PCF之光源(諸如光源500)時，污染物隨時間推移而在HC-PCF之端琢面上生長。特定言之，本發明者已觀測到，HC-PCF之輸出琢面上的污染生長發展顯著。污染生長似乎在光強度最高處發生，特定言之，HC-PCF之輸出琢面處的污染生長比輸出窗處的污染生長更高。污染生長亦似乎在已光譜地增寬光處發生，特定言之，污染在輸入琢面上之生長不那麼強烈。此外，主要在HC-PCF之輸出琢面上觀測污染，而非在HC-PCF本身內部觀測。
污染物可產生歸因於自氣室之窗或自HC-PCF所削磨之矽石粒子。污染物可經受來自PCF之經增寬輸出光的光誘發製程，且改變其化學結構及/或在輸出琢面上之結晶。在操作一定量之小時之後(例如，在已透射一定劑量(J)之雷射能量之後)，此污染導致光纖的效能劣化；此劣化可稱為玻璃狀生長現象(GGP)：例如，生長於光纖之輸出端處之SiO x結構。
此等污染物之累積導致光源之壽命下降。GGP及輸出琢面處之所產生污染生長可能凸入發散光束之光學路徑。此引起輸出光之散射，且因此導致光源之輸出功率的衰減。GGP縮短源之壽命：GGP引起光散射，且因此光纖丟失其效能。此可能導致例如感測器之所需光子預算在約200小時之後無法滿足。另外，GGP引起光源功率/光譜密度及模式剖面之變動，若未解決，則其將需要頻繁重新校準。因而，光纖之較短壽命意謂在場中頻繁調換光纖，且可能導致機器每年之停機時間極為顯著(約數天)。此對於工業化產品為不可接受的。
圖6展示在操作之延伸週期之後的HC-PCF之輸出端琢面處之污染生長的示意性實例。為了減少此等污染生長且延長HC-PCF光源之可操作壽命，合乎需要的係防止污染物之形成、降低其在光源設備中之濃度或抑制污染物誘發之GGP生長。用於降低污染物濃度且防止其形成之可能技術包括在氣體環境及發光電池/燈泡之部分用於光源之前，對其進行嚴密清潔。然而，藉由已知清潔方法達成足夠的清潔係有挑戰性的，且並非可避免所有污染物。
為了描述GGP之原因，將提供關於當前可如何製造反諧振光纖之描述。HC-PCF基底材料通常由純熔融矽石(SiO 2) HC-PCF組成。在幾何形狀上中心空芯由眾多薄壁反諧振光纖或管包圍，例如約170 nm壁厚度；例如包圍芯以在方位角上均勻之方式配置。該芯及該等管可封閉於熔融矽石護套中。
圖7說明當前可用於形成空芯光纖或HC-PCF之端的過程。光纖可經受逐漸變細及裂解階段。首先，光纖外部護套OJ可經受來自電漿放電PL之熱，如在步驟700處所說明，導致管ARE在表面張力下部分陷縮。此情形之結果可見於步驟710處，其中管ARE直徑在雷射光束(非絕熱錐形)之長度
Figure 02_image001
瑞立長度之相當短的錐形過渡區上方自第一直徑 d減小至更小的第二直徑
Figure 02_image003
。因而，空芯之直徑 D增大至直徑
Figure 02_image005
。藉由將尖銳葉片BL (例如金剛石葉片)塗覆至光纖護套而使光纖在錐形區之腰部處或接近於該腰部裂解，從而得到兩個部分，在步驟720處展示，各部分包含乾淨的新鮮SiO 2表面。在裂解過程期間，藉由葉片BL產生之小裂紋可藉由施加機械應力/張力而被迫沿著垂直於光纖縱向軸線之表面傳播。可在光纖之第二端上重複逐漸變細及裂解過程以產生如步驟730中所說明之具有內耦合端IC及外耦合端OC之雙面錐形光纖(當然，該等端之間的光纖區段相比而言將明顯更長)。此等端通常可實質上具有相同形式且可互換。
最初針對光纖之內耦合側開發此過程，以藉由保護光纖免受輸入雷射焦點之高強度影響來增加光纖之損壞臨限值。在此情況下，毛細管經推離雷射焦點，使得光纖對光束指向不穩定性較穩固。
在光纖壽命期間，觀察到在光纖之OC端頂端處玻璃態結構之生長。該生長在管及末端尖端處之護套的銳邊處更明顯。若干因素對此有影響，其中一些與光纖端中之結構缺陷有關。一個此問題為在原子氫存在下之表面還原。熟知，矽石玻璃可在原子氫存在下在相對較低溫度(約100攝氏度)下根據反應進行還原：
Figure 02_image007
。分子H 2需要超過1000℃之溫度以蝕刻矽石表面。H 2之來源包括：有意地添加至氣體混合物之H 2(例如，2% H 2)，該氣體混合物可經添加以減輕管變形、來自氣體系統中之表面及光纖表面自身的水除氣、碳氫化合物(
Figure 02_image009
)及雜質。
缺陷中心及結構性瑕疵(例如裂解及銳邊)例如藉由增強原子氫之產生而增強表面還原。舉例而言，缺陷中心充當用於產生原子氫之「化學中心」：用0.3至0.4 eV之活化能在缺陷部位處裂解分子H 2為眾所周知的現象。一實例為在矽懸空鍵處之反應：
Figure 02_image011
Figure 02_image013
。在受控環境下，此可用於鈍化懸空鍵。在不受控環境中，此反應可為原子氫之來源。另外，缺陷中心在玻璃與氣體之界面處形成局部熱點(高溫點)。此提供或降低H 2光解離至原子氫之所需活化能。缺陷中心增強玻璃與氣體之界面處之局部電場。此提供或降低H 2光解離至原子氫之所需活化能。
另外，結構性瑕疵增強玻璃中之光吸收及多光子電離。此經由溫度及原子氫濃度之增加而增強局部缺陷處之表面還原。已知，玻璃以類似於金屬(吸收波長低於1 μm之光)之方式在結構性缺陷下表現[例如，參見熔融矽石表面瑕疵中之類金屬光激發光及吸收，Ted A. Laurence等人，Applied Physics Letters 94, 151114 (2009)；以引用之方式併入本文中]。此歸因於結構性瑕疵局部處之缺陷中心的增加。缺陷中心提供局部化電子。在此等位置處，玻璃矩陣(本質上為介電質)之電子結構受到擾動。在短波長及高強度光(亦即，超連續光譜脈衝)存在之情況下，玻璃中之多光子吸收及突崩電離使電子自價能帶提昇至導電帶，從而在玻璃之表面處形成電子電漿。此藉由增加原子氫之產生而增強表面還原。在高強度光下透明介質中之電漿形成為已知效應，且用於產生金屬-玻璃或玻璃-玻璃熔融。在超連續光譜脈衝之持續時間內經提昇至導電帶之電子導致玻璃加熱且在缺陷及瑕疵處產生極端熱量。
已知裂解過程能夠產生原子級平滑表面係基於晶體之裂解，且本發明人已觀測到，此不可直接適用於非晶形物質，諸如用於光纖製造之熔融矽石。對於此類非晶形材料，裂解過程導致光纖端突然終止及同時存在(a)結構性瑕疵及缺陷，例如銳邊及葉片撞擊護套位置處之缺陷，以及(b)表面缺陷，諸如表面處之懸空鍵(NBOHC及E'中心)。如已解釋，此等變成用於表面還原及接種玻璃態生長之合適中心。因而，當前後處理步驟使光纖之末端尖端留下粗糙表面及銳邊且具有大量玻璃缺陷(例如懸空鍵)。建議經修改端處理步驟解決此等問題且控制末端尖端處之玻璃態生長過程。
因此，提議一種用於形成諸如HC-PCF之空芯光纖之錐形端的改良方法。主要目標為儘可能平滑地終止光纖之末端尖端，因此使尖端處之玻璃特性儘可能類似於塊狀玻璃。
圖8為經修改處理過程之示意圖。方法可包含以與目前相同之方式製備光纖，亦即執行圖7中所說明之逐漸變細及裂解步驟。因而，步驟700、710、720、730基本上與步驟800、810、820、830相同。在此實例中，第一逐漸變細步驟810使管部分地開放。因此，如在橫截面CS 830中所見，錐形端之反共振元件ARE tp之直徑d tp小於非錐形光纖CS 800之反共振元件ARE之直徑d。此可隨後為以受控方式加熱尖端之步驟840；例如藉由至少外耦合端OC之火焰拋光或熱拋光及平滑。此熱拋光及平滑步驟840可在裂解步驟820之後藉由施加例如額外電弧(例如，類似於逐漸變細步驟中所使用之電弧)、雷射輻射(例如，CO 2雷射)或火焰來執行。所產生熱將導致反共振元件之進一步陷縮，例如使得其為實質上或完全陷縮之ARE cl，且使外部護套之內部邊緣或內部輪緣OJ ir及/或外部邊緣或外部輪緣OJ or平滑，如橫截面圖CS 840及圖式中詳細可見。替代地，在裂解之前的逐漸變細步驟810可經修正以實質上或完全地使反共振元件ARE陷縮，其中熱拋光及平滑步驟830在此之後執行。
平滑之內部輪緣OJ ir及/或外部輪緣OJ or可如此包圍此等輪緣使得此等輪緣中之一或兩者具有實質上(部分)圓形或橢圓形剖面。此等輪緣之輪緣或輪緣半徑(例如，圖中虛線白色圓圈之半徑)可例如大於0.5 µm，大於2 µm或大於5 µm。
緊縮管ARE cl可具有在開口平面中之至少一個維度上(垂直於光纖軸線)不大於10 µm、不大於5 µm、不大於2 µm或不大於1 µm之開口。
在實施例中，外耦合側OC之錐形區段之長度可長於或短於內耦合側IC之錐形區段。替代地，內耦合及外耦合處之錐形區段之長度可相同，但外耦合側處之錐形剖面可更陡(例如，具有剖面之更陡梯度)。因而，該過程可導致光纖之內耦合端IC與外耦合OC端之間的不對稱性。此係使得內耦合IC端處之反共振元件ARE保持稍微開放以抗衡芯中之正氣體壓力。
整個過程可在保護氛圍中進行。
方法可包含最終退火步驟。因而，製程參數(例如，溫度、氛圍組成及/或壓力等)可經選擇以亦提供玻璃之退火，使得整個光纖經退火以用於移除最後的一些剩餘缺陷(亦即懸空鍵)及殘餘應力。藉助於實例，熱量可由雷射(例如，CO 2雷射)或火焰提供。
對本文中所揭示之經端處理之光纖執行的壽命測試展示壽命之立即改良。特定言之，在測試之持續時間內未觀察到500至900 nm光譜範圍內之功率光譜密度的衰減。此為針對光纖已觀察到之最長壽命。普通錐形光纖與經端處理之光纖的玻璃態生長圖案之間的比較展示，對於經端處理之光纖，管尖端上之主要生長完全消除，僅可觀察到護套內部輪緣上之對稱生長。該生長圖案亦更平滑。結果為，與基於未經端處理之光纖的源相比，使用此光纖之光源之總輸出功率以更低速率展示逐漸降低趨勢。
在條項之後續經編號清單中揭示另外實施例： 1. 一種處理一空芯光纖之一外耦合端之方法，該空芯光纖包含包圍一空芯之複數個反共振元件，該方法包含： 執行一逐漸變細步驟以在該等反共振元件中形成一錐形； 在該錐形處執行一裂解步驟以形成該空芯光纖之至少一個逐漸變細的外耦合端；及 執行一端處理步驟，其包含以一受控方式進一步加熱該外耦合端以使該外耦合端平滑。 2. 如條項1之方法，其包含在該外耦合端處使該等反共振元件實質上陷縮。 3. 如條項2之方法，其中該等反共振元件之該陷縮執行為該端處理步驟之部分。 4. 如條項2之方法，其中該等反共振元件之該陷縮執行為該逐漸變細步驟之部分。 5. 如條項2、3或4之方法，其中該等反共振元件之該陷縮使得每一反共振元件在該外耦合端處具有在一輸出平面中之至少一個維度上不大於1 µm之一開口。 6. 如條項2、3或4之方法，其中該等反共振元件之該陷縮使得每一反共振元件在該外耦合端處具有在一輸出平面中之至少一個維度上不大於5 µm之一開口。 7. 如條項2至6中任一項之方法，其中該方法不包含在該空芯光纖之一內耦合端處之該等反共振元件的等效陷縮步驟。 8. 如條項2至7中任一項之方法，其中該陷縮步驟使得該外耦合端處之錐形的長度長於該內耦合端處之一錐形。 9. 如條項2至8中任一項之方法，其中該陷縮步驟使得該外耦合端處之該錐形的剖面具有比該內耦合端處之一錐形更陡的梯度。 10.    如任一前述條項之方法，其中該端處理步驟包含對該外耦合端進行熱拋光且使其平滑。 11.    如條項10之方法，其中該熱拋光及平滑步驟包含將一電弧、雷射輻射或一火焰中之一或多者施加至該外耦合端。 12.    如任一前述條項之方法，其中該端處理步驟使得在該外耦合端處之一所得平滑內部輪緣及/或外部輪緣包含一圓形剖面。 13.    如條項12之方法，其中該內部輪緣及/或外部輪緣之該圓形剖面包含大於0.5 µm之一輪緣半徑。 14.    如條項12之方法，其中該內部輪緣及/或外部輪緣之該圓形剖面包含大於5 µm之一輪緣半徑。 15.    如任一前述條項之方法，其包含執行一退火步驟以使該外耦合端退火。 16.    如任一前述條項之方法，其中該空芯光纖包含一空芯光子晶體光纖。 17.    一種空芯光纖，其藉由如任一前述條項之方法之效能獲得。 18.    一種空芯光纖，其包含： 複數個反共振元件，其包圍一空芯； 一外部護套，其包圍該等反共振元件； 一內耦合端，其具有一第一錐形區；及 一外耦合端，其具有一第二錐形區； 其中該外耦合端處之該等反共振元件實質上陷縮；且該外耦合端實質上經平滑，使得該護套之一內部輪緣及/或外部輪緣包含該外耦合端處之一圓形剖面。 19.    如條項18之空芯光纖，其中該內部輪緣及/或外部輪緣之該圓形剖面包含大於0.5 µm之一輪緣半徑。 20.    如條項18之空芯光纖，其中該內部輪緣及/或外部輪緣之該圓形剖面包含大於5 µm之一輪緣半徑。 21.    如條項18至20中任一項之空芯光纖，其中該等反共振元件中之每一者在該外耦合端處具有在一輸出平面中之至少一個維度上不大於1 µm之一開口。 22.    如條項18至20中任一項之空芯光纖，其中該等反共振元件中之每一者在該外耦合端處具有在一輸出平面中之至少一個維度上不大於5 µm之一開口。 23.    如條項18至22中任一項之空芯光纖，其中該等反共振元件中之每一者在該內耦合端處具有大於該外耦合端處之該開口的一開口。 24.    如條項18至23中任一項之空芯光纖，其中該第二錐形區之長度長於該第一錐形區之長度。 25.    如條項18至24中任一項之空芯光纖，其中該第二錐形區之錐形具有比該第一錐形區之錐形更陡的梯度。 26.    如條項18至25中任一項之空芯光纖，其中該空芯光纖包含一空芯光子晶體光纖。 27.    一種寬頻帶光源裝置，其經組態用於在接收泵浦輻射時產生一寬頻帶輸出，該寬頻帶光源裝置包含： 一光學組件，其包含： 如條項18至26中任一項之一空芯光纖；及 一氣體混合物，其填充該空芯光纖。 28.    如條項27之寬頻帶光源，其中該空芯光纖耦合至一光學源，該光學源包含一泵浦雷射。 29.    一種度量衡裝置，其包含如條項之寬頻帶光源，其中該光源經組態以產生用於投射至一基板上的光。 30.    如條項29之度量衡裝置，其中該度量衡裝置為下述者中之一者：一散射計、一對準感測器或一調平感測器。
儘管可在本文中特定地參考微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁域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。熟習此項技術者將瞭解，在此類替代應用之上下文中，可認為本文中之術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在例如塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。在適用的情況下，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。另外，可將基板處理超過一次，例如以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指已含有一或多個經處理層之基板。
儘管上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述不同之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述之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
21:管狀毛細管 101:空芯 500:光源 501:HC-PCF 502:氣室 503:窗 504:窗 505:寬頻帶輸出光束 506:輸入光 509:間隙 700:步驟 710:步驟 720:步驟 730:步驟 800:步驟 810:步驟 820:步驟 830:步驟 840:步驟 AM:標記 ARE:管 ARE:反共振元件 ARE cl:緊縮管 ARE tp:反共振元件 AS:對準感測器 B:輻射光束 BK:烘烤板 BL:葉片 C:目標部分 CAP:毛細管 CC:毛細管空腔 CH:冷卻板 CL:電腦系統 COR:空芯 CS 800:非錐形光纖 CS 830:橫截面 CS 840:橫截面 d:第一直徑 d tp:第二直徑 D:直徑
Figure 02_image005
:直徑 DE:顯影器 HC:空芯 IB:資訊攜載光束 IC:內耦合端 IE:輸入端 IF:位置量測系統 IL:照明系統 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IRD:輸入輻射 LA:微影設備 LACU:微影控制單元 LB:裝卸區 LC:微影單元 LS:位準或高度感測器 LSB:輻射光束 LSD:偵測單元 LSO:輻射源 LSP:投影單元 L tp:長度 M1:遮罩對準標記 M2:遮罩對準標記 MA:圖案化裝置 MT:遮罩支撐件/度量衡工具 OC:外耦合端 OE:輸出端 OF:光纖 OJ:外部護套 OJ ir:內部輪緣 OJ or:外部輪緣 OL:物鏡 ORD:輸出輻射 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 PD:光偵測器 PEB:後曝光烘烤步驟 PGR:投影光柵 PL:電漿放電 PM:第一定位器 PRS:脈衝式泵浦輻射源 PS:投影系統 PW:第二定位器 RB:光束 RDS:輻射源 RO:機器人 RSO:輻射源 RSV:儲集器 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 SM:點鏡面 SP:照明點/支撐部分 SRI:自參考干涉計 ST:支撐管 TCU:塗佈顯影系統控制單元 TW1:第一透明窗 TW2:第二透明窗 W:基板 WM:工作媒體/氣體 WP:壁部分 WT:基板支撐件
現將參考隨附示意性圖式而僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： -   圖1A描繪微影設備之示意性概述； -   圖1B描繪微影單元之示意性概述； -   圖2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3A描繪對準感測器之示意性方塊圖； -   圖3B描繪位準感測器之示意性方塊圖； -   圖4A為可在橫向平面中(亦即垂直於光纖之軸線)形成根據實施例之輻射源之部分之空芯光纖的示意性橫截面圖； -   圖4B描繪根據用於提供寬頻帶輸出輻射之實施例之輻射源的示意性表示；及 -   圖4C (a)及(b)示意性地描繪用於超連續光譜產生之空芯光子晶體光纖(HC-PCF)設計之實例的橫向橫截面，每一設計可形成根據實施例之輻射源之部分； -   圖5描繪具有氣室之基於HC-PCF之光源的示意圖； -   圖6描繪具有污染生長之HC-PCF之端的示意性實例； -   圖7描繪根據已知方法之空芯光纖逐漸變細及裂解過程；及 -   圖8描繪根據本發明之實施例之空芯光纖逐漸變細及裂解過程。
800:步驟
810:步驟
820:步驟
830:步驟
840:步驟
ARE:管
AREc1:緊縮管
AREtp:反共振元件
BL:葉片
CS800:非錐形光纖
CS830:橫截面
CS840:橫截面
D:直徑
dtp:直徑
IC:內耦合端
OC:外耦合端
OJ:外部護套
OJir:內部輪緣
OJor:外部輪緣
PL:電漿放電

Claims (15)

  1. 一種處理一空芯光纖之一外耦合端之方法，該空芯光纖包含包圍一空芯之複數個反共振元件，該方法包含： 執行一逐漸變細步驟以在該等反共振元件中形成一錐形； 在該錐形處執行一裂解步驟以形成該空芯光纖之至少一個逐漸變細的外耦合端；及 執行一端處理步驟，其包含以一受控方式進一步加熱該外耦合端以使該外耦合端平滑。
  2. 如請求項1之方法，其包含在該外耦合端處使該等反共振元件實質上陷縮。
  3. 如請求項2之方法，其中該等反共振元件之該陷縮執行為該端處理步驟之部分，或該等反共振元件之該陷縮執行為該逐漸變細步驟之部分。
  4. 如請求項2或3之方法，其中該方法不包含在該空芯光纖之一內耦合端處之該等反共振元件的等效陷縮步驟。
  5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該端處理步驟包含對該外耦合端進行熱拋光且使其平滑，且視情況，該熱拋光及平滑步驟包含將一電弧、雷射輻射或一火焰中之一或多者施加至該外耦合端。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其包含執行一退火步驟以使該外耦合端退火。
  7. 一種空芯光纖，其藉由如請求項1至6中任一項之方法之效能獲得。
  8. 一種空芯光纖，其包含： 複數個反共振元件，其包圍一空芯； 一外部護套，其包圍該等反共振元件； 一內耦合端，其具有一第一錐形區；及 一外耦合端，其具有一第二錐形區； 其中該外耦合端處之該等反共振元件實質上陷縮；且該外耦合端實質上經平滑，使得該護套之一內部輪緣及/或外部輪緣包含該外耦合端處之一圓形剖面。
  9. 如請求項8之空芯光纖，其中該內部輪緣及/或外部輪緣之該圓形剖面包含大於0.5 µm之一輪緣半徑。
  10. 如請求項8或9之空芯光纖，其中該等反共振元件中之每一者在該外耦合端處具有在一輸出平面中之至少一個維度上不大於1 µm之一開口。
  11. 如請求項8或9之空芯光纖，其中該等反共振元件中之每一者在該內耦合端處具有大於該外耦合端處之該開口的一開口。
  12. 如請求項8或9之空芯光纖，其中該第二錐形區之長度長於該第一錐形區之長度。
  13. 如請求項8或9之空芯光纖，其中該空芯光纖包含一空芯光子晶體光纖。
  14. 一種寬頻帶光源裝置，其經組態用於在接收泵浦輻射時產生一寬頻帶輸出，該寬頻帶光源裝置包含： 一光學組件，其包含： 如請求項8至13中任一項之一空芯光纖；及 一氣體混合物，其填充該空芯光纖。
  15. 一種用以判定一物體上之一結構之一特性的度量衡裝置，該度量衡裝置包含如請求項14之寬頻帶光源裝置，其中該光源經組態以產生用於投射至基板上的光。
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