用于用频率转换照明源泵浦激光维持等离子体的系统及方法与流程

文档序号:23590230发布日期:2021-01-08 14:26阅读:97来源:国知局
相关申请案的交叉参考本申请案根据35u.s.c.§119(e)主张发明者伊利亚·贝泽尔(ilyabezel)、阿纳托利·舍切梅利宁(anatolyshchemelinin)及马修·德斯坦(matthewderstine)在2018年5月30日申请且名称为“通过频率转换激光泵浦的激光维持等离子体(lsp)(lasersustainedplasma(lsp)pumpedbyfrequencyconvertedlaser)”的第62/677,827号美国临时申请案的权利,所述申请案的全文是以引用的方式并入本文中。本发明大体上涉及照明源,且更特定来说,本发明涉及激光维持等离子体(lsp)光源。
背景技术
::激光维持等离子体(lsp)可用作照明源且通常在亮度方面优于放电灯。二氧化碳硅(co2)、直接二极管或光纤激光器常用作这些等离子体的泵浦光源。激光器需要很高操作功率来泵浦lsp。通常,高功率操作方案开始于约几百瓦特的连续波(cw)泵浦功率。一些解决方案采用在ir光谱范围内操作的cw激光器。在高功率方案中,等离子体的大小开始随功率增大以在泵浦激光器的方向上生长。等离子体生长限制可在等离子体中心实现的温度且因此限制可实现的最大光谱辐射量。等离子体的大小与接近等离子体可持续性阈值的温度处的等离子体吸收相关。通常,红外线(ir)光谱范围内的这些温度(例如约10,000k)处的等离子体吸收强于可见(vis)光谱范围内的这些温度处的等离子体吸收。因此,与由较短波长照明泵浦的lsp相比,由ir照明泵浦的lsp倾向于具有更大大小。当在cw中操作时,很少有激光器可用于vis光谱范围内的高功率多kw方案中。这限制了将vis激光器应用于泵浦lsp。技术实现要素:根据本发明的一或多个说明性实施例,揭示一种用于产生激光维持等离子体(lsp)的泵浦照明的系统。在一个说明性实施例中,所述系统包含:照明源,其经配置以输出具有第一光谱频率的照明;及光学频率转换器。在实施例中,所述光学频率转换器经配置以从所述照明源接收具有所述第一光谱频率的所述照明且经配置以输出具有不同于所述第一光谱频率的第二光谱频率的泵浦照明。根据本发明的一或多个说明性实施例,还揭示一种用于通过使用频率转换照明源泵浦lsp来产生宽带照明的系统。在一个说明性实施例中,所述系统包含:等离子体形成材料;照明源,其经配置以输出具有第一光谱频率的照明;光学频率转换器;及一或多个光学元件。在实施例中,所述光学频率转换器经配置以从所述照明源接收具有所述第一光谱频率的所述照明且经配置以输出具有不同于所述第一光谱频率的第二光谱频率的泵浦照明。在实施例中,所述一或多个光学元件经配置以将所述泵浦照明引导到所述离子体形成材料,借此所述泵浦照明致使所述离子体形成材料形成发射宽带照明的等离子体。根据本发明的一或多个说明性实施方案,还揭示一种通过使用频率转换照明源泵浦lsp来产生宽带照明的方法。在一个说明性实施方案中,所述方法包含:产生具有第一光谱频率的照明;将具有所述第一光谱频率的所述照明转换成具有不同于所述第一光谱频率的第二光谱频率的泵浦照明;及将所述泵浦照明引导到等离子体形成材料,借此所述泵浦照明致使所述离子体形成材料形成发射宽带照明的等离子体。应了解,以上一般描述及以下详细描述两者仅供示范及说明且未必限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与通用描述一起用于解释本发明的原理。附图说明所属领域的技术人员可通过参考附图来更好地理解本发明的许多优点,其中:图1a是根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带照明的系统的示意图;图1b是根据本发明的一或多个实施例的可用于产生宽带照明的系统(例如图1a中所说明的系统)中的频率转换照明源的示意图;图2是根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带照明的系统(例如图1a中所说明的系统)中的等离子体位点处的照明吸收及发射的示意图;图3a是根据本发明的一或多个实施例的通过lsp的吸收线上的照明所泵浦的lsp的实例图;图3b是根据本发明的一或多个实施例的通过lsp的吸收线外的照明所泵浦的lsp的实例图;图4是根据本发明的一或多个实施例的红外线及近红外线照明范围的等离子体吸收率的绘图;图5是根据本发明的一或多个实施例的可见及近可见照明范围的等离子体吸收率的绘图;图6是说明根据一或多个实施方案的用于通过使用频率转换照明源泵浦lsp来产生宽带照明的方法的流程图;图7说明根据本发明的一或多个实施例的实施lsp照明源的光学特性化系统(例如图1中所说明的系统)的简化示意图;及图8说明根据本发明的一或多个实施例的实施lsp照明源的光学特性化系统(例如图1中所说明的系统)的简化示意图。具体实施方式现将详细参考附图中所说明的揭示标的物。已相对于特定实施例及其特定特征来特别展示及描述本发明。本文所陈述的实施例应被视为说明而非限制。所属领域的一般技术人员应易于明白,可在不背离本发明的精神及范围的情况下对形式及细节作出各种变化及修改。大体上参考图1a到6,还根据本发明的说明性实施例来揭示用于通过使用频率转换照明源泵浦激光维持等离子体(lsp)来产生宽带照明的系统及方法。在实施例中,通过升频转换(例如频率加倍或增到三倍)来产生泵浦照明,其不同于使用基频激光器输出。在实施例中,泵浦光源可为连续波(cw)或高重复率脉冲照明源(例如激光器)。使用脉冲激光器可为有利的,因为当使用脉冲照明源时,升频转换(例如激光器基谐波的频率倍增(加倍、增到三倍等等))比cw照明源容易得多。就脉冲照明源来说,脉冲的重复率可比等离子体衰减时间快(例如约一或几微秒)。例如,脉冲的重复率可为约一或几兆赫(mhz)。图2说明泵浦照明202(例如激光照明)与泵浦光源的焦点附近所产生的等离子体204(例如lsp)之间的相互作用200。等离子体204通过吸收泵浦照明202来维持且发射宽带照明206。在高功率方案中,等离子体大小取决于在等离子体边缘处由等离子体204吸收的照明202与由等离子体204发射的照明206的平衡(及(例如)归因于导热性的其它损耗)。因为聚焦泵浦光源(例如激光器),所以泵浦照明202的强度朝向焦点逐渐增强且在某一时刻超过使等离子体204维持所需的值。等离子体边缘形成于此区域附近。随着泵浦照明202的功率增大,此边缘越来越远离焦点且等离子体204的大小增大。因为等离子体204在前往焦点的路上不断吸收泵浦照明202,所以具有不从泵浦照明吸收太多功率且具有更好的焦点透射的较小等离子体是有益的。较小等离子体导致较高焦点照明强度且最后导致较高温度。图3a及3b中呈现说明关于等离子体大小的等离子体吸收差的实例性图像300,其中等离子体304泵浦于吸收线302(图3a)上且远离氙(xe)的吸收线302(图3b)。如图3a及3b中可见,约10nm宽激光线上小到2nm的中心波长差导致等离子体大小的显著差异。例如,图3a(在吸收线上)展示较大较冷等离子体304,而图3b(偏离吸收线约2nm)展示较小较亮等离子体304。大多数元素在被加热到约10,000k的等离子体边界温度之后具有近ir(且尤其是深ir)光谱范围内及vuv内的相对较高吸收系数。这些光谱范围不是泵浦高功率lsp的最佳范围。例如,图4展示10atm、15,000k、氩(ar)吸收光谱的照明波长(在ir光谱范围内)与等离子体吸收率的绘图400。如图4中可见,基谐波长404处的ir泵浦照明的等离子体吸收率高于升频转换ir泵浦照明(波长402)的等离子体吸收率。升频转换泵浦照明在等离子体边缘附近具有较低等离子体吸收以导致较小(且较亮)等离子体。多kw功率范围内的大多数市售激光器是在近ir区域中。因此,由具有较短波长及降低等离子体吸收率的基频激光器输出的二次、三次或四次谐波泵浦等离子体是有益的。为提供等离子体的最高温度,不仅泵浦照明必须穿过等离子体外围,且其还应在等离子体中心附近被吸收。当从等离子体边缘处的较低温度升到等离子体中心附近的较高温度时,大多数材料倾向于使其在可见(vis)波长范围内增加的吸收多于ir内的吸收。例如,图5中的绘图500展示等离子体吸收如何在30atmar中的13,000k到25,000k之间增加。如图5中可见,基谐波长504处的vis泵浦照明的等离子体吸收率高于升频转换vis泵浦照明(波长502)的等离子体吸收率。vis光谱范围内的吸收增加多于其在ir光谱范围内的吸收增加,从而使vis范围更有益于泵浦等离子体中心。除非本文另外规定,否则上述实例及范围不希望作为本发明的限制。一般来说,实例说明泵浦照明源的升频转换基频输出的优点以提供在等离子体边缘处具有降低吸收率的较短波长照明以产生及/或维持较小较亮等离子体(例如lsp)。根据这些原理,揭示用于产生用以泵浦lsp的照明的系统及方法。图1a及1b说明根据本发明的一或多个实施例的用于通过形成及/或维持lsp来产生宽带照明的lsp照明系统100。2010年8月31日授予的第7,786,455号美国专利及2008年10月14日授予的第7,435,982号美国专利中大体上描述等离子体的产生,所述专利的全文以引用方式并入本文中。2016年4月19日授予的第9,318,311号美国专利中描述各种等离子体单元设计及等离子体控制机构,所述专利的全文以引用方式并入本文中。2017年4月4日授予的第9,615,439号美国专利中还大体上描述等离子体的产生,所述专利的全文以引用方式并入本文中。2017年9月26日授予的第9,775,226号美国专利中还描述等离子体单元及控制机构,所述专利的全文以引用方式并入本文中。2015年11月10日授予的第9,185,788号美国专利中还描述等离子体单元及控制机构,所述专利的全文以引用方式并入本文中。2018年3月27日授予的第9,927,094号美国专利中还描述等离子体单元及控制机构,所述专利的全文以引用方式并入本文中。一般来说,系统100应被解译为扩展到所属领域中已知的任何基于等离子体(例如lsp)的照明源。在实施例中,系统100包含经配置以产生所选择波长或波长范围(例如(但不限于)ir照明或vis照明)的泵浦照明107的照明系统111。如图1b中展示,照明系统111包含照明源110(例如一或多个激光器)及光学频率转换器112。在一个实施例中,照明源110及光学频率转换器112是分离的。例如,光学频率转换器112可经光学耦合到照明源110,但与照明源110物理分离(例如,具有其自身单独外壳)。在另一实施例中,照明源110及光学频率转换器112可共享共同外壳116。在另一实施例中,光学频率转换器112可被集成于照明源110的结构内。在一些实施例中,照明源110可经配置以产生具有3兆赫(thz)到3千兆赫(phz)范围内的频率(或频带)及100纳米(nm)到100微米(μm)范围内的波长(或波长范围)的光源照明114。例如,照明源110可经配置以发射ir或vis光谱范围内的光源照明110。光学频率转换器112经配置以从照明源110接收照明114且转换(例如,倍增或移位)照明114的频率以产生系统的泵浦照明107。例如,照明源110经配置以产生具有对应于第一波长(或波长范围)的第一频率(或频率范围)的照明114,且光学频率转换器112经配置以从照明源110接收照明114、转换照明114的频率及输出频率转换照明作为泵浦照明107。就此来说,泵浦照明107是基于光源照明114而产生,但具有对应于第二(不同)波长(或波长范围)的第二(不同)频率(或频率范围)。光学频率转换器112可包括光学频率倍增器。例如,光学频率转换器112可经配置以倍增(例如两倍、三倍、四倍等等)照明源110的基频输出。在实施例中,光学频率转换器112包含至少一种非线性材料。例如,在实施例中,光学频率转换器112包含由铌酸锂(ln)、钽酸锂(lt)、磷酸钛氧钾(ktp)及/或三硼酸锂(lbo)或其类似者形成的一或多个光学元件(例如晶体、透镜、滤波器等等)。在此类实施例中,光学频率转换器112可经配置为光学二倍频器(即,经配置以使光源照明114的光学频率加倍以产生泵浦照明107)。在另一实施例中,光学频率转换器112包含由磷酸二氢钾(kdp)或其类似者形成的一或多个光学元件(例如晶体、透镜、滤波器等等)。在此类实施例中,光学频率转换器112可经配置为光学三倍频器(即,经配置以使光源照明114的光学频率增到三倍以产生泵浦照明107)。这些是可形成光学频率转换器112的至少一部分的非线性材料的一些实例。在其它实施例中,光学频率转换器112包含替代材料及/或材料组合,以实现所选择频率转换(例如频率移位、倍增及/或非线性变换)。在实施例中,照明源110包含一或多个激光器。一般来说,照明源110可包含所属领域中已知的任何激光器系统。例如,照明源110可包含能够发射电磁光谱的红外线、可见光或紫外线部分中的照明的所属领域中已知的任何激光器系统。在实施例中,照明源110可包含激光器系统,其经配置以发射连续波(cw)照明,经配置以发射脉冲照明,或经配置以选择性发射cw或脉冲照明(例如,基于照明源110的所选择模式)。例如,照明源110可包含(但不限于)yb或yt光纤激光器、yb或yt盘形激光器、nd:yag固态激光器、nd:ylf激光器或其类似者。在其它实施例中,照明源110可包含一或多个非激光器光源。例如,照明源110可包含所属领域中已知的任何非激光照明源,例如能够离散或连续发射电磁光谱的红外线、可见光或紫外线部分中的照明的非激光器系统。在一些实施例中,光学频率转换器112包含或耦合到光学共振器(例如光学共振腔),其经配置以引导光源照明114多次穿过光学频率转换器112的非线性媒体。当照明源110是cw照明源(例如cw激光器)时,此可尤其有用。频率转换cw激光器的基频(例如近ir)输出可能较难。其是基于非线性过程且需要cw中难以实现的很高激光器强度。使用光学共振器来提供基谐波多次穿过非线性媒体可有助于缓解cw中转换效率不是很高的事实。当照明源110是脉冲照明源(例如脉冲激光器)时,频率转换较容易。例如,当光源照明114包括一系列短(例如皮秒级)脉冲时。此一系列的瞬时强度比等功率cw高数个数量级且频率转换因此较容易。由一系列脉冲泵浦lsp的另一益处是可在脉冲方案中实现较高温度。预期可由一系列此类短脉冲维持等离子体104(例如lsp),只要这些脉冲的重复率高于等离子体衰减的反时。通常,花费约1微秒来消除lsp。因此,在一些实施例中,照明源110经配置以按1百万赫(mhz)或更高重复率发射脉冲照明以确保下一泵浦脉冲在其有机会离开之前到达等离子体104。在其它实施例中,脉冲照明源的重复率是至少200千赫。在一些实施例中,脉冲照明源的重复率是在1百万赫到1000百万赫的范围内。在一些实施例中,脉冲照明源的脉冲持续时间是在1皮秒到1000皮秒的范围内。在实施例中,照明源110是具有约100mhz重复率及约100皮秒脉冲的锁模nd:yag激光器。这些实例仅供说明且不希望为本发明的限制,除非本文另外规定。图1a展示使用由照明系统111产生的泵浦照明107来产生及/或维持等离子体104(例如lsp)的系统100的实施例。然而,应注意,图1a中所展示的实施例是一种实施方案,且还可根据所属领域中已知的任何lsp光源配置来实施系统100。此外,可在不背离本发明的范围的情况下将本文所描述的频率转换照明系统111实施于任何其它lsp系统架构中。在实施例中,系统100包含等离子体位点102(例如,用于产生或维持等离子体104)。等离子体位点102可包含(但不限于)等离子体单元、等离子体泡、腔室、圆筒或其类似者。等离子体位点102可经配置以容纳或支撑等离子体形成材料103(例如气体或气体混合物及/或液体或固体等离子体形成材料)。将来自照明系统111的泵浦照明107聚焦到等离子体形成材料103上/等离子体形成材料103中可引起通过等离子体位点102处的等离子体形成材料103或等离子体104的一或多个所选择吸收线来吸收能量以借此“泵浦”等离子体形成材料103以产生或维持等离子体104。在一些实施例中,尽管图中未展示,但等离子体位点102可包含用于引发等离子体位点102的内部容积内的等离子体104的一组电极,借此来自照明系统111的泵浦照明107在由电极点火之后维持等离子体104。等离子体104可(例如)在将气体物种释放到较低能级之后发射宽带照明。在一些实施例中,准分子可在适合于产生及/或维持表示分子的激发能态的束缚准分子态(例如与等离子体形成材料103的一或多个组分相关联的束缚分子态)的温度处形成于产生等离子体104外的气体容积内。准分子可在释放(例如去激发或其类似者)到准分子的较低能态之后发射紫外线光谱中的照明。去激发准分子可导致准分子分子解离。例如,ar2*准分子可发射126nm,kr2*准分子可发射146nm,且xe2*准分子可发射172nm或175nm。应注意,从等离子体位点102发出的照明的光谱内容可包含与来自等离子体位点102内的等离子体104及/或一或多个准分子的发射相关联的光谱分量。系统100可包含集光器元件105(例如椭球形或球形集光器元件),其经配置以将从照明系统111发出的照明聚焦到等离子体位点102内所容纳的等离子体形成材料103的容积中。在实施例中,集光器元件105经布置以收集由等离子体104发射的宽带照明115且将宽带照明115引导到一或多个额外光学元件(例如滤波器123、均光器125及其类似者)。应注意,上述配置不是本发明的范围的限制。例如,系统100可包含用于将来自照明系统111的照明聚焦及/或引导到等离子体形成材料103的容积中的一或多个反射器及/或聚焦光学器件及用于收集由等离子体104发射的宽带照明115的一组单独集光光学器件。例如,2016年12月29日公开的第2016/0381776号美国专利公开案中描述包含单独反射器光学器件及集光光学器件的光学配置,所述专利公开案的全文以引用方式并入文本中。在一些实施例中,系统100包含经配置以引导及/或处理从等离子体位点102发射的照明的一或多个传播元件。例如,一或多个传播元件可包含(但不限于)透射元件(例如等离子体位点102的透明部分、一或多个滤波器123及其类似者)、反射元件(例如集光器元件105、引导宽带照明115的反射镜及其类似者)或聚焦元件(例如透镜、聚焦镜及其类似者)。在此应注意,等离子体照明的宽带发射115一般受包含(但不限于)以下各者的许多因素影响:来自照明系统111的泵浦照明107的聚焦强度、等离子体形成材料103的温度、等离子体形成材料103的压力及/或等离子体形成材料103的组成。此外,由等离子体104及/或等离子体形成材料103(例如等离子体位点102内的一或多个准分子)发射的宽带照明115的光谱内容可包含(但不限于)红外线(ir)、可见光(vis)、紫外线(uv)、真空紫外线(vuv)、深紫外线(duv)或极紫外线(euv)波长。在一实施例中,等离子体104发射具有至少600nm到1000nm范围内的波长的可见光及ir照明。在另一实施例中,等离子体104发射具有至少200nm到600nm范围内的波长的可见光及uv照明。在另一实施例中,等离子体104发射具有低于200nm的波长的至少短波长照明。在另一实施例中,等离子体位点102中的一或多个准分子发射uv及/或vuv照明。在此应注意,本发明不受限于上述波长范围,且等离子体位点102中的等离子体104及/或准分子可发射具有上文所提供的范围中的一者或任何组合内的波长的照明。在此预期,系统100可用于使用各种等离子体形成材料103来引发及/或维持等离子体104。在实施例中,用于引发及/或维持等离子体104的等离子体形成材料103可包含稀有气体、惰性气体(例如稀有气体或非稀有气体)及/或非惰性气体(例如汞)。在另一实施例中,等离子体形成材料103包含气体(例如稀有气体、非稀有气体及其类似者)及一或多种气态微量材料(例如金属卤化物、过渡金属及其类似者)的混合物。例如,适合实施于本发明中的气体可包含(但不限于)xe、ar、ne、kr、he、n2、h2o、o2、h2、d2、f2、ch4、金属卤化物、卤素、hg、cd、zn、sn、ga、fe、li、na、k、tl、in、dy、ho、tm、arxe、arhg、arkr、arrn、krhg、xehg及其类似者。一般来说,本发明应被解译为扩展到适合于维持等离子体位点102处或等离子体位点102内的等离子体104的任何lsp系统及任何类型的气体混合物。再次参考图1a,等离子体位点102可包含适合于引发及/或维持等离子体104的所属领域中已知的任何类型的等离子体位点102。例如,在实施例中,等离子体位点102包含等离子体单元。至少在2017年9月26日授予的第9,775,226号美国专利及2015年11月10日授予的第9,185,788号美国专利中描述等离子体单元的使用,所述专利案的全文各自以引用方式并入本文中。在另一实施例中,等离子体位点102包含等离子体泡。至少在2010年8月31日授予的第7,786,455号美国专利及2016年4月19日授予的第9,318,311号美国专利中描述等离子体泡的使用,所述专利的全文各自以引用方式并入本文中。在此应注意,各种光学元件(例如照明光学器件119、121、集光光学器件105及其类似者)还可围封于等离子体位点102内。在实施例中,等离子体位点102是适合于容纳等离子体形成材料103及一或多个光学组件的腔室。例如,2015年8月4日授予的第9,099,292号美国专利中描述自含气体腔室的使用,所述专利的全文以引用方式并入本文中。在一些实施例中,等离子体位点102(例如等离子体单元、等离子体泡、腔室及其类似者)包含一或多个透明部分。透明部分可由至少部分透射由等离子体104产生的照明的所属领域中已知的任何材料形成。在实施例中,透明部分可由至少部分透射来自照明系统111的ir照明、可见照明及/或uv照明107的所属领域中已知的任何材料形成。在另一实施例中,透明部分可由至少部分透射从等离子体104发射的宽带照明115的所属领域中已知的任何材料形成。在实施例中,等离子体位点102容纳包含一或多种气体组分的等离子体形成材料103以抑制对应于等离子体位点102的透明部分中的任一者的吸收光谱的照明波长。关于此实施例,由等离子体形成材料103抑制非所要波长的益处可包含(但不限于)等离子体位点102的透明部分的减少损坏、减少曝晒或减少加热。在一些实施例中,等离子体位点102的透明部分可由低oh含量的熔硅石玻璃材料形成。在其它实施例中,等离子体位点102的透明部分可由高oh含量的熔硅石玻璃材料形成。例如,等离子体位点102的透明部分可包含(但不限于)suprasil1、suprasil2、suprasil300、suprasil310、heraluxplus、heralux-vuv及其类似者。在其它实施例中,等离子体位点102的透明部分可包含(但不限于)caf2、mgf2、lif、结晶石英及蓝宝石。在此应注意,例如(但不限于)caf2、mgf2、结晶石英及蓝宝石的材料提供短波长照明(例如,λ<190nm)的透明性。a.施赖伯(a.schreiber)等人的“用于vuv放电灯的石英玻璃的耐辐射性(radiationresistanceofquartzglassforvuvdischargelamps)”(《物理杂志》(j.phys)d:《应用物理》(appl.phys.)38(2005),3242-3250)(其全文以引用方式并入本文中)中详细论述适合实施于本发明的等离子体位点102的透明部分(例如腔室窗、玻璃泡、玻璃管或透射元件)中的各种玻璃。在此应注意,熔硅石确实提供具有比190nm短的波长的照明的一些透明性,从而展示短到170nm的波长的有用透明性。等离子体位点102的一或多个透明部分可呈所属领域中已知的任何形状。在实施例中,透明部分可具有圆柱形形状。在另一实施例中,透明部分可具有球形形状。在另一实施例中,透明部分可具有复合形状。例如,透明部分的形状可由两种或更多种形状的组合形成。集光器元件105可呈适合于将从照明系统111发出的照明聚焦到等离子体形成材料103中或等离子体形成材料103上的所属领域中已知的任何物理配置。在实施例(例如,如图1a中展示)中,集光器元件105可包含凹形区域,其具有适合于从照明系统111接收照明107且将照明107聚焦到等离子体位点102内所容纳的等离子体形成材料103的容积中的反射内表面。例如,集光器元件105可包含具有反射内表面的椭球形集光器元件105,如图1a中所展示。作为另一实例,集光器元件105可包含具有反射内表面的球形集光器元件105。在一些实施例中,集光器元件105收集由等离子体104发射的宽带照明115且将宽带照明115引导到一或多个下游光学元件。例如,一或多个下游光学元件可包含(但不限于)均光器125、一或多个聚焦元件、滤波器123、搅拌镜及其类似者。在一些实施例中,集光器元件105可收集包含由等离子体104发射的euv、duv、vuv、uv、可见光及/或红外线照明的宽带照明115且将宽带照明引导到一或多个下游光学元件。就此来说,等离子体位点102可将euv、duv、vuv、uv、可见光及/或红外线照明传递到所属领域中已知的任何光学特性化系统的下游光学元件,例如(但不限于)检验工具或计量工具。例如,lsp系统100可用作宽带检验工具(例如晶片或光罩检验工具)、计量工具或光刻工具的照明子系统或照明器。在此应注意,系统100的等离子体位点102可发射包含(但不限于)euv、duv照明、vuv照明、uv照明、可见光照明及红外线照明的各种光谱范围内的有用照明。在一些实施例中,系统100可包含各种额外光学元件。例如,额外光学器件可包含经配置以收集从等离子体104发出的宽带照明的集光光学器件。例如,系统100可包含经布置以将照明从集光器元件105引导到下游光学器件(例如(但不限于)均光器125)的冷光镜121(例如,操作为分束器、取样器或其类似者)。在一些实施例中,系统100可包含沿系统100的照明路径或集光路径放置的一或多个额外透镜。一或多个透镜可由于将照明从照明系统111聚焦到等离子体形成材料103的容积中。替代地,一或多个额外透镜可用于将由等离子体104发射的宽带照明聚焦到所选择目标(图中未展示)上。在一些实施例中,系统100可包含转向镜119。转向镜119可经布置以从照明系统111接收照明107,且经由集光元件105将照明107引导到等离子体形成材料103。集光元件105可经布置以从镜119接收照明107,且将照明107聚焦到其中定位等离子体形成材料103或等离子体104的集光元件105(例如椭球形集光元件)的焦点。在此应注意,上文所描述及图1a及1b中所说明的系统100的光学器件组仅供说明且不应被解译为限制。预期可在本发明的范围内利用许多等效光学配置。图6是说明用于通过使用频率转换照明源泵浦lsp来产生宽带照明的方法600的一或多个实施方案的流程图。应注意,本文先前在系统100的上下文中描述的实施例及启用技术应被解译为扩展到方法600。就此来说,方法600的步骤可由系统100实施,且方法600可进一步包含系统100的架构所需或隐含的一或多个步骤。然而,方法600不受限于系统100的架构,而是应认识到,方法600的一或多个步骤或其部分可由替代系统组件及/或架构实施。在步骤602中,产生具有第一光谱频率的照明114。例如,照明源110可经配置以产生具有第一光谱频率(或频带)及第一波长(或波长范围)的照明114。在一些实施例中,照明源110可经配置以产生具有3兆赫(thz)到3千兆赫(phz)范围内的频率(或频带)及100纳米(nm)到100微米(μm)范围内的波长(或波长范围)的光源照明114。例如,照明源110可经配置以发射ir或vis光谱范围内的光源照明110。在步骤604中,频率转换(例如升频转换)具有第一光谱频率的照明114以产生具有不同于第一光谱频率的第二光谱频率的泵浦照明107。例如,光学频率转换器112可经配置以从照明源110接收照明114且转换(例如倍增或移位)照明114的频率以产生系统的泵浦照明107。在实施例中,照明源110经配置以产生具有对应于第一波长(或波长范围)的第一频率(或频率范围)的照明114,且光学频率转换器112经配置以从照明源110接收照明114、转换照明114的频率及输出频率转换照明作为泵浦照明107。在步骤606中,将泵浦照明107引导到等离子体位点102或等离子体形成材料103。例如,照明光学器件119、121及/或集光光学器件105可经配置以将泵浦照明107自照明系统111引导到等离子体位点102。在一些实施例中,泵浦照明107致使等离子体形成材料103形成发射宽带照明的等离子体104。在其它实施例中,在等离子体104已存在于系统100中之后,泵浦照明107泵浦(即,维持)等离子体104。图7说明根据本发明的一或多个实施例的实施lsp照明系统100的光学特性化系统700的简化示意图。在一个实施例中,系统700包含lsp照明系统100、照明分支703、集光分支705、检测器组合件714及包含一或多个处理器720及存储器722的控制器718。在此应注意,系统700可包括所属领域中已知的任何成像、检验、计量、光刻或其它特性化系统。就此来说,系统700可经配置以对样品707执行检验、光学计量、光刻及/或任何形式的成像。样品707可包含所属领域中已知的任何样本,其包含(但不限于)晶片、光罩/光掩模及其类似者。应注意,系统700可并入本发明中所描述的lsp照明系统100的各种实施例中的一或多者。在一个实施例中,样品707安置于载物台组合件712以促进样品707移动。载物台组合件712可包含所属领域中已知的任何载物台组合件712,其包含(但不限于)x-y载物台、r-θ载物台及其类似者。在另一实施例中,载物台组合件712能够在检验或成像期间调整样品707的高度以维持聚焦于样品707上。在另一实施例中,照明分支703经配置以将照明115从lsp照明系统100引导到样品707。照明分支703可包含所属领域中已知的任何数目及类型的光学组件。在一个实施例中,照明分支703包含一或多个光学元件702、分束器704及物镜706。就此来说,照明分支703可经配置以将来自lsp照明系统100的照明115聚焦到样品707的表面上。一或多个光学元件702可包含所属领域中已知的任何光学元件或光学元件组合,其包含(但不限于)一或多个反射镜、一或多个透镜、一或多个偏光镜、一或多个光栅、一或多个滤波器、一或多个分束器及其类似者。在另一实施例中,集光分支705经配置以收集从样品707反射、散射、衍射及/或发射的光。在另一实施例中,集光分支705可将光从样品707引导及/或聚焦到检测器组合件714的传感器716。应注意,传感器716及检测器组合件714可包含所属领域中已知的任何传感器及检测器组合件。传感器716可包含(但不限于)电荷耦合装置(ccd)检测器、互补金属氧化物半导体(cmos)检测器、时延积分(tdi)检测器、光倍增管(pmt)、雪崩光二极管(apd)及其类似者。此外,传感器716可包含(但不限于)线传感器或电子轰击线传感器。在另一实施例中,检测器组合件714通信耦合到包含一或多个处理器720及存储器722的控制器718。例如,一或多个处理器720可通信耦合到存储器722,其中一或多个处理器720经配置以执行存储于存储器722上的一组程序指令。在一实施例中,一或多个处理器720经配置以分析检测器组合件714的输出。在一实施例中,程序指令组经配置以致使一或多个处理器720分析样品707的一或多个特性。在另一实施例中,程序指令组经配置以致使一或多个处理器720修改系统700的一或多个特性以维持聚焦于样品707及/或传感器716上。例如,一或多个处理器720可经配置以调整物镜706或一或多个光学元件702以将来自lsp照明系统100的照明115聚焦到样品707的表面上。举另一实例来说,一或多个处理器720可经配置以调整物镜706及/或一或多个光学元件710以从样品707的表面收集照明且将收集照明聚焦于传感器716上。应注意,系统700可经配置成所属领域中已知的任何光学配置,其包含(但不限于)暗场配置、明场定向及其类似者。在此应注意,系统100的一或多个组件可以所属领域中已知的任何方式通信耦合到系统100的各种其它组件。例如,lsp照明系统100、检测器组合件714、控制器718及一或多个处理器720可经由有线连接(例如铜线、光纤电缆及其类似者)或无线连接(例如rf耦合、ir耦合、数据网络通信(例如wifi、wimax、bluetooth及其类似者))来彼此通信耦合及通信耦合到其它组件。图3说明根据本发明的一或多个实施例的以反射测量及/或椭偏测量配置布置的光学特性化系统800的简化示意图。应注意,相对于图7所描述的各种实施例及组件可被解译为扩展到图3的系统。系统800可包含所属领域中已知的任何类型的计量系统。在一个实施例中,系统800包含lsp照明系统100、照明分支816、集光分支818、检测器组合件828及包含一或多个处理器720及存储器722的控制器718。在此实施例中,来自lsp照明源的宽带照明115经由照明分支816引导到样品707。在另一实施例中,系统800经由集光分支818收集从样本发出的照明。照明分支路径816可包含适合于修改及/或调节宽带光束115的一或多个光束调节组件820。例如,一或多个光束调节组件820可包含(但不限于)一或多个偏光镜、一或多个滤波器、一或多个分束器、一或多个漫射器、一或多个均光器、一或多个变迹器、一或多个光束整形器或一或多个透镜。在另一实施例中,照明分支816可利用第一聚焦元件822来将光束115聚焦及/或引导到安置于样本载物台712上的样品707上。在另一实施例中,集光分支818可包含从样品707收集照明的第二聚焦元件826。在另一实施例中,检测器组合件828经配置以通过集光分支818捕获从样品707发出的照明。例如,检测器组合件828可接收从样品707反射或散射的照明(例如,经由镜面反射、漫反射及其类似者)。举另一实例来说,检测器组合件828可接收由样品707产生的照明(例如与光束115的吸收相关联的发光及其类似者)。应注意,检测器组合件828可包含所属领域中已知的任何传感器及检测器组合件。传感器可包含(但不限于)ccd检测器、cmos检测器、tdi检测器、pmt、apd及其类似者。集光分支818可进一步包含用于引导及/或修改由第二聚焦元件826收集的照明的任何数目个集束调节元件830,其包含(但不限于)一或多个透镜、一或多个滤波器、一或多个偏光镜或一或多个相位板。系统800可经配置为所属领域中已知的任何类型的计量工具,例如(但不限于)具有一或多个照明角的光谱椭偏仪、用于测量穆勒(mueller)矩阵元素(例如,使用旋转补偿器)的光谱椭偏仪、单波长椭偏仪、角分辨椭偏仪(例如光束轮廓椭偏仪)、光谱反射仪、单波长反射仪、角分辨反射仪(例如光束轮廓反射仪)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射仪。以下各者中提供适合实施于本发明的各种实施例中的检验/计量工具的描述:2012年7月9日申请的名称为“晶片检验系统(waferinspectionsystem)”的美国专利申请案13/554,954、2009年7月16日公开的名称为“使用小反射折射物镜的裂场检验系统(splitfieldinspectionsystemusingsmallcatadioptricobjectives)”的美国公开专利申请案2009/0180176、2007年1月4日公开的名称为“折射反射光学系统中用于激光暗场照明的光束传递系统(beamdeliverysystemforlaserdark-fieldilluminationinacatadioptricopticalsystem)”的美国公开专利申请案2007/0002465、1999年12月7日发布的名称为“具有宽范围变焦能力的超宽带uv显微镜成像系统(ultra-broadbanduvmicroscopeimagingsystemwithwiderangezoomcapability)”的美国专利5,999,310、2009年4月28日发布的名称为“使用具有二维成像的激光线照明的表面检验系统(surfaceinspectionsystemusinglaserlineilluminationwithtwodimensionalimaging)”的美国专利7,526,649、王(wang)等人在2013年5月9日公开的名称为“动态可调整半导体计量系统(dynamicallyadjustablesemiconductormetrologysystem)”的美国公开专利申请案2013/0114085、皮旺卡-科莱(piwonka-corle)等人在1997年3月4日发布的名称为“聚焦光束光谱椭圆仪法及系统(focusedbeamspectroscopicellipsometrymethodandsystem)”的美国专利5,608,526及罗森克瓦伊格(rosencwaig)等人在2001年10月2日发布的名称为“用于分析半导体上的多层薄膜堆叠的设备(apparatusforanalyzingmulti-layerthinfilmstacksonsemiconductors)”的美国专利6,297,880,其全文各自以引用方式并入本文中。本发明的一或多个处理器720可包含所属领域中已知的任何一或多个处理元件。就此来说,一或多个处理器720可包含经配置以执行软件算法及/或指令的任何微处理器型装置。应认识到,本发明中所描述的步骤可由单个计算机系统或替代地,多个计算机系统实施。一般来说,术语“处理器”可被广义界定为涵盖具有一或多个处理及/或逻辑元件的任何装置,所述一或多个处理及/或逻辑元件执行来自非暂时性存储器媒体722的程序指令。此外,所揭示的各种系统的不同子系统可包含适合于实施本发明中所描述的步骤的至少一部分的处理器及/或逻辑元件。存储器媒体722可包含适合于存储可由相关联的一或多个处理器720执行的程序指令的所属领域中已知的任何存储媒体。例如,存储器媒体722可包含非暂时性存储器媒体。例如,存储器媒体722可包含(但不限于)只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如磁牒)、磁带、固态硬盘及其类似者。在另一实施例中,存储器722经配置以存储本文所描述的各种步骤的一或多个结果及/或输出。应进一步注意,存储器722可与一或多个处理器720一起容置于共同控制器外壳中。在替代实施例中,存储器722可相对于一或多个处理器720的物理位置来远程定位。例如,一或多个处理器720可存取可通过网络(例如因特网、内部网络及其类似者)存取的远程存储器(例如服务器)。就此来说,控制器718的一或多个处理器720可执行本发明中所描述的各种过程步骤中的任一者。在一些实施例中,本文所描述的lsp照明系统100及系统700、800可经配置为“独立工具”,其在本文被解译为未物理耦合到工艺工具的工具。在其它实施例中,此检验或计量系统可通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体来耦合到工艺工具(图中未展示)。工艺工具可包含所属领域中已知的任何工艺工具,例如光刻工具、蚀刻工具、沉积工具、抛光工具、电镀工具、清洁工具或离子植入工具。由本文所描述的系统执行的检验或测量结果可用于使用反馈控制技术、前馈控制技术及/或原位控制技术来更改工艺或工艺工具的参数。可手动或自动更改工艺或工艺工具的参数。lsp照明系统100及系统700、800的实施例可进一步如本文所描述那样配置。另外,lsp照明系统100及系统700、800可经配置以执行本文所描述的(若干)方法实施例中的任一者的任何(若干)其它步骤。本文所描述的标的物有时说明其它组件内所含或与其它组件连接的不同组件。应理解,此类描绘架构仅是供示范,且实际上可实施实现相同功能的许多其它架构。就概念来说,实现相同功能的组件的任何布置经有效“相关联”以实现所要功能。因此,本文中经组合以实现特定功能的任何两个组件可被视为经彼此“相关联”以实现所要功能,不论架构或中间组件如何。同样地,如此相关联的任何两个组件还可被视为经彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能,且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“可耦合”以实现所要功能。“可耦合”的特定实例包含(但不限于)可物理上相互作用及/或物理相互作用组件及/或可无线相互作用及/或无线相互作用组件及/或可逻辑相互作用及/或逻辑相互作用组件。据信,将通过以上描述来理解本发明及其许多伴随优点,且应明白,可在不背离所揭示标的物或不牺牲其所有材料优点的情况下对组件的形式、构造及布置作出各种变化。所描述的形式仅供说明,且所附权利要求书希望涵盖及包含此类变化。此外,应理解,本发明由所附权利要求书界定。当前第1页12当前第1页12
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