CN108353490A - 用于激光维持的等离子体照明的系统及方法 - Google Patents

用于激光维持的等离子体照明的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种照明泵源。所述照明泵源包含一组电源，其经配置以产生一组激光束，其中所述组激光束的至少部分经配置以包含具有不同波长的照明。所述照明泵源还包含光纤。所述照明泵源还包含一或多个光学元件，所述一或多个光学元件经配置以使来自所述激光束的至少部分的所述照明耦合到所述光纤的一或多个区域。

Description

用于激光维持的等离子体照明的系统及方法
优先权
本发明根据35U.S.C.§119(e)主张2015年9月28日申请的标题为用于等离子体引燃、温度及形状优化的选择性激光波长混合(SELECTIVE LASER WAVELENGTH MIXING FORPLASMA IGNITION,TEMPERATURE,AND SHAPE OPTIMIZATION)的序列号为62/233,980的美国临时专利申请案的优先权，命名阿南特·奇玛吉(Anant Chimmalgi)、赛巴克·欧(SebaekOh)、约书亚·威腾伯格(Joshua Wittenberg)、劳伦·威尔逊(Lauren Wilson)、拉胡尔·亚达夫(Rahul Yadav)、伊利亚·白资(Ilya Bezel)、迈克·纳沃内(Mike Navone)及阿纳托利·斯其密林尼(Anatoly Shchemelinin)作为发明者，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及基于等离子体的光源，且特定来说，涉及用于引燃并维持基于等离子体的光源的等离子体的泵源。
背景技术
随着对具有较小装置特征的集成电路的需要继续增加，对用于这些不断收缩装置的检验的经改进照明源的需要继续增加。一种此照明源包含激光维持等离子体光源。激光维持等离子体(LSP)光源能够产生高功率宽带光。激光维持光源通过聚焦激光辐射到气体体积中以激发所述气体(例如氩气或氙气)到等离子体状态(其能够发射光)中而操作。此效应通常指称“泵激”等离子体。
所属领域中已知的激光维持等离子体照明源采用泵源，其发射高吸收激光波长或波长组来引燃等离子体。激光泵波长是用于引燃等离子体并实现较高量的可收集功率的重要参数。为优化来自等离子体的可收集输出，用于等离子体引燃的波长及用以维持等离子体的波长通常是不同的。
然而，典型照明泵源不能够在等离子体源操作的引燃及维持阶段之间改变波长或波长组。另外，等离子体照明源通常收集仅来自等离子体的中心的照明。使到泵照明源的功率增加到高于某一阈值导致可收集功率的饱和，且仅收集来自等离子体的照明输出的一部分。
因而，将期望提供一种用于解决先前方法(例如上文所识别的方法)的缺陷的系统及方法。
发明内容
根据本发明的一或多个实施例揭示一种照明泵源。在一个说明性实施例中，所述照明泵源包含一组电源，其经配置以产生一组激光束。在另一说明性实施例中，所述组激光束的至少部分经配置以包含具有不同波长的照明。在另一说明性实施例中，所述照明泵源还包含光纤。在另一说明性实施例中，所述照明泵源还包含一或多个光学元件。在另一说明性实施例中，所述一或多个光学元件经配置以使来自所述激光束的至少部分的所述照明耦合到所述光纤的一或多个区域。
根据本发明的一或多个实施例揭示一种用于引燃并维持等离子体的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含使用多个电源产生多个激光束，其中所述电源的至少部分发射具有不同波长的激光束。在另一说明性实施例中，所述方法包含使用一或多个光学元件将所述多个激光束的至少部分耦合到光纤的一或多个区域。在另一说明性实施例中，所述方法包含经由所述多个电源的一或多个操作参数而调整所述多个电源中的一或多个者的所述输出。
根据本发明的一或多个实施例揭示一种用于使用激光维持的等离子体照明而使样品成像的系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含照明泵源子系统，其用于引燃并维持等离子体。在另一说明性实施例中，所述照明泵源子系统包含多个电源，其经配置以产生多个激光束。在另一说明性实施例中，所述电源的至少部分发射含有具有不同波长的照明的激光束。在另一说明性实施例中，所述照明泵源子系统包含光纤。在另一说明性实施例中，所述照明泵源子系统包含一或多个光学元件。在另一说明性实施例中，所述一或多个光学元件经配置以使来自所述激光束的至少部分的所述照明耦合到所述光纤的不同区域。在另一说明性实施例中，来自所述激光束的至少部分的所述经耦合照明形成泵照明。在另一说明性实施例中，所述系统包含宽带照明源子系统。在另一说明性实施例中，所述宽带照明源子系统包含一或多个照明光学元件，其经配置以引导所述泵照明的至少一部分。在另一说明性实施例中，所述宽带照明源子系统包含储气元件，其用于纳含一定体积的气体。在另一说明性实施例中，所述一或多个照明光学元件经配置以通过沿泵路径而引导所述泵照明的至少一部分到所述体积的气体内的一或多个焦点而于所述储气元件中的一定体积的气体内维持等离子体。在另一说明性实施例中，所述宽带照明源子系统包含一或多个收集光学元件，其经配置以沿收集路径收集通过所述等离子体发射的宽带照明。在另一说明性实施例中，所述系统包含样品台，其用于紧固一或多个样品。在另一说明性实施例中，所述系统包含成像子系统。在另一说明性实施例中，所述成像子系统包含检测器。在另一说明性实施例中，所述成像子系统包含物镜。在另一说明性实施例中，所述物镜经配置以收集来自所述样品的表面的照明且经由收集通路而聚焦所述经收集照明到所述检测器，以形成所述一或多个样品的所述表面的至少一部分的图像。
将理解，前述一般描述及以下详细描述两者均仅为示范性的及解释性且并不一定限制本发明。并入并构成特性的一部分的附图说明本发明的标的物。描述及图式一起用以解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图而更好地理解本发明的数个优点，其中：
图1A说明根据本发明的一或多个实施例的照明泵源。
图1B说明根据本发明的一或多个实施例的光纤。
图1C说明根据本发明的一或多个实施例的光纤。
图1D说明根据本发明的一或多个实施例的光纤。
图1E说明根据本发明的一或多个实施例的光纤。
图2A说明根据本发明的一或多个实施例的通过光纤泵浦等离子体的激光的图形数据。
图2B说明根据本发明的一或多个实施例的通过光纤泵浦等离子体的激光的图形数据。
图3A说明根据本发明的一或多个实施例的通过光纤泵浦等离子体的激光的图形数据。
图3B说明根据本发明的一或多个实施例的通过光纤泵浦等离子体的激光的图形数据。
图4A说明根据本发明的一或多个实施例的用于使用激光维持的等离子体照明而使样品成像的系统。
图4B说明根据本发明的一或多个实施例的用于使用激光维持的等离子体照明而使样品成像的系统。
图5说明根据本发明的一或多个实施例的过程流程图，其描绘用于照明激光维持等离子体的方法。
具体实施方式
现将详细参考在附图中说明的所揭示的标的物。
图1A到5大体上说明根据本发明的一或多个实施例的一种用于维持激光维持等离子体照明源的等离子体的系统及方法。
本发明的实施例是针对包含用以产生具有不同波长的多个激光束的一组电源的照明泵源。
应注意，可在其中气体及/或等离子体显示强吸收特性的情况下比在其中气体及/或等离子体弱吸收泵照明的情况下在更低激光功率处执行引燃并维持等离子体。然而，在等离子体显示强吸收的情况下，经吸收光可致使等离子体的大小增加且亮度饱和。另外，LSP照明源通常经构造以收集仅来自LSP照明源内的储气元件的中心的宽带照明。在这些LSP照明源中，将照明泵源输出增加到高于某一水平并不一定导致可用宽带照明中的对应增加。
LSP照明源通常使用相同电源或电源组来控制激光波长以针对不同频带及像素大小产生光，且不可个别地控制一组波长的相对混合比，其中提供一组波长到等离子体照明源。
本发明的实施例涉及通过借助光纤产生更紧束聚焦及增加强度而在引燃激光源中提供更高束质量。本发明的额外实施例涉及聚焦一或多个激光束到光纤的一或多个核心中，从而允许在较低激光功率电平处的等离子体引燃。注意，这还允许等离子体引燃在光纤损坏风险降低的情况下维持等离子体。
本发明的实施例还涉及一组用户可选择及个别可控制电源以控制等离子体的形状、大小及温度以及从不同波长频带收集的功率量。本发明的额外实施例涉及改变由激光源组产生的激光波长以降低所观察到的等离子体亮度饱和度且优化可收集功率量。本发明的进一步实施例涉及利用激光束照明的波长维持等离子体，使得其不与LSP照明源的气体介质的吸收峰一致。进一步实施例涉及当维持等离子体时停用高吸收引燃波长。
本发明的一或多个实施例的潜在使用包含(但不限于)使用较少等离子体生长及可收集功率饱和度在较高操作激光泵功率处驱动难以引燃的泵，且在样品检验过程期间运行较小像素检验。
图1A说明根据本发明的一或多个实施例的照明泵源100。在一个实施例中，泵源100包含一组电源101。举例来说，电源组101可包含经配置以产生第一激光束103a的第一电源102a。举另一实例，电源组101可包含经配置以产生第二激光束103b的第二电源102b。举另一实例，电源组101可包含经配置以产生第三激光束103c的第三电源102c。举例来说，电源组101可包含能够发射在约100nm到1.5μm的范围中的照明的任何激光源。
在另一实施例中，电源102a、102b、102c的至少部分发射具有不同波长的激光束103a、103b、103c。举例来说，第一电源102a可产生由具有第一波长λ1(或第一波长范围)的光组成的第一激光束103a。举另一实例，第二电源102b可产生由具有第二波长λ2(或第二波长范围)的光组成的第二激光束103b。举另一实例，第三电源102c可产生由具有第三波长λ3(或第三波长范围)的光组成的第三激光束103c等等。
本文中注意，源100不受限于如上文所描述的三个电源。本发明的实施例可扩展到N个电源，以用于产生由具有第N波长λn(或第N波长范围)的光组成的N个激光束。因此，上文描述不应解释为限制且仅出于说明性目的而提供。
电源组101可包含所属领域中已知的任何激光系统。举例来说，照明泵源100可包含所属领域中已知的能够发射电磁光谱的红外、可见或紫外部分中的辐射的任何激光系统。
在一个实施例中，照明泵源100可包含一或多个二极管激光。举例来说，照明泵源100可包含一或多个二极管激光。举例来说，所述照明泵源可包含一或多个多千瓦二极管激光。
本文中注意，照明泵源100的二极管激光可经选择用于实施方案，使得所述二极管激光的波长经调谐到所属领域中已知的任何等离子体(例如离子跃迁线)或等离子体产生气体(例如高度激发中性跃迁线)的任何吸收线。因而，给定二极管激光(或二极管激光组)的选择将取决于储气元件内纳含的气体的类型。
在一个实施例中，照明泵源100可包含一或多个连续波(CW)激光。举例来说，照明泵源100可包含一或多个CW红外激光源。在另一实施例中，照明泵源100可包含经配置以产生脉冲激光的一或多个脉冲激光。在另一实施例中，照明泵源100可包含经配置以产生调制激光的一或多个调制激光。
在另一实施例中，照明泵源100可包含离子激光。举例来说，照明泵源100可包含所属领域中已知的任何惰性气体离子激光。
在另一实施例中，照明泵源100可包含一或多个频率转换激光系统。举例来说，照明泵源100可包含具有超过100瓦的功率电平的Nd:YAG或Nd:YLF激光。在另一实施例中，照明泵源100可包含宽带激光。
在一个实施例中，泵源100包含一或多个光学元件。泵源100可包含光学领域中已知的任何光学元件，例如(但不限于)导向光学器件、镜、分束器、集光孔径、滤光器及类似者。举例来说，如图1A中所说明，泵源100可包含(但不限于)一组二向色镜104a、104b、104c。
在一个实施例中，二向色镜组104a、104b、104c经布置以便反射及/或透射多个电源102a、102b、102c的输出。举例来说，第一二向色镜104a可经选择使得其反射具有波长λ1的光，使得由电源102a发射的光由第一二向色镜104a反射到第二二向色镜104b。举另一实例，第二二向色镜104b可经选择使得其反射具有波长λ2的光，但透射具有波长λ1的光。就这点来说，由电源102a及102b发射的光分别透射并反射到第三二向色镜104c。举另一实例，第三二向色镜104c可经选择使得其反射具有波长λ3的光，但透射具有波长λ1的光及具有波长λ2的光中的一或多者。本文中进一步注意，本发明的实施例可扩展到N个二向色镜用于反射并透射由具有第N波长λn(或第N波长范围)的光组成的N个激光束。因此，上文描述不应被解释为限制且仅出于说明性目的而提供。
在另一实施例中，二向色镜组104a、104b、104c经布置以便组合多个电源102a、102b、102c的输出。
本文中注意。源100不受限于上文所描述及图1A中所说明的二向色镜布置，其仅出于说明性目的而提供。举例来说，源100可以电源102a、102b、102c的输出仅分别由二向色镜104a、104b、104c反射且不透射通过其它二向色镜(例如，具有波长λ1的光由镜104a反射，但不由镜104b或镜104c中的一或多者透射；具有波长λ2的光由镜104b反射，但不由镜104c透射)的此方式设计。本文识别，来自多个源102a、102b、102c的照明可使用所属领域中已知的光学元件的任何组合而组合。
在另一实施例中，所述一或多个光学元件可包含一或多个透镜120。举例来说，一或多个透镜120可包含聚光透镜。举例来说，所述聚光透镜的宽直径可大于单个聚光透镜的厚度。在另一实施例中，一或多个透镜120经布置以便收集具有第一波长λ1的第一激光束103a、具有第二波长λ2的第二激光束103b及具有第三波长λ3的第三激光束103c的至少部分。
在另一实施例中，一或多个透镜120经布置以便将第一激光束103a(第一波长λ1)、第二激光束103b(第二波长λ2)及/或第三激光束103c(第三波长λ3)组合到泵照明束122中。
在另一实施例中，所述一或多个光学元件将泵照明122的至少部分聚焦或导向到光纤130中。举例来说，一或多个透镜120及二向色镜104a可将具有波长λ1的光耦合到光纤130的第一区域中。另外，一或多个透镜120及二向色镜104b可将具有波长λ2的光耦合到光纤130的第二区域中。此外，一或多个透镜120及二向色镜104c可将具有第三波长λ3的光耦合到光纤130的第三区域中。
本文中注意，源100可经设计使得仅一或多个透镜120将光的选择耦合到光纤130的区域中。本文中进一步注意，源100可经设计使得仅二向色镜104a、104b、104c将光的选择耦合到光纤130的区域中。本文中进一步注意，二向色镜104a、104b、104c可代替为聚焦镜。此处，所述聚焦镜可将泵照明122的选择耦合到光纤130的一或多个区域。因此，上文描述不应被解释为限制且仅出于说明性目的而提供。
本文中进一步注意，本发明的实施例可扩展到由具有第N波长λn(或第N波长范围)的光组成的N个激光束可耦合到的光纤130的N个区域。因此，上文描述不应解释为限制且仅出于说明性目的而提供。
在用于产生激光维持等离子体的系统内实施光纤大体上描述于2015年3月24日申请的第14/667,235号美国专利申请案中，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。在用于产生激光维持等离子体的系统内实施光纤还大体上描述于2013年8月23日申请的第WO/2014/098647号PCT专利申请案及2014年8月4日申请的第WO/2014/168519号PCT专利申请案中，所述申请案的全部内容各自以引用的方式并入本文中。
在另一实施例中，光纤130通过端帽131而输出泵照明122。举例来说，端帽131可包含(但不限于)喷嘴、孔径、透镜、扩散器、滤光器或所属领域中已知的任何其它光学元件。
应注意，一或多个电源101可容置于与电源101的剩余者分离的外壳中。举例来说，使用引燃发射激光的一或多个电源101可与发射具维持波长的激光的一或多个电源101而分离地容置。
在一个实施例中，所述组电源中的一或多者是用户可选择的且个别可控制的。在另一实施例中，用户使用所述组电源产生具不同波长的一或多个激光束。举例来说，用户可使用第一电源产生引燃激光束。此处，所述引燃激光束具有高吸收波长。在另一实施例中，一旦等离子体建立背景，用户即使用至少一额外电源产生一或多个维持激光束。在另一实施例中，用户引导所述组激光束通过一或多个光学元件。此处，所述光学元件产生泵照明。在另一实施例中，用户引导所述泵照明的不同部分到光纤的不同区域中。举例来说，所述泵照明的所述引燃激光束部分可被引导到所述光纤的一或多个内区域中。另外，所述泵照明的所述维持激光束部分可被引导到所述光纤的一或多个外区域中。在另一实施例中，用户修改所述组电源的一或多个操作参数以改变所述经输出泵照明。举例来说，修改所述组电源的一或多个操作参数改变激光维持等离子体的大小、形状及温度中的一或多者。注意，改变所述经输出泵照明可导致高束质量，其可最小化等离子体亮度饱和度且优化可收集功率输出。
在另一实施例中，用户个别地寻址所述组电源中的任何者，调整所述组电源的一或多个操作参数以改变所述泵照明的质量。举例来说，用户可启用或停用一或多个经产生激光束。举另一实例，用户可在所述组电源中的任何者之间切换。举例来说，用户可关闭用于引燃所述等离子体的一或多个电源且同时开启用于维持(高功率操作)所述等离子体的一或多个电源。举另一实例，用户可在不完全关闭所述激光束的情况下实时调整激光束波长，从而允许等离子体在所述调整过程期间保持引燃。举例来说，用户可降低经产生激光束的功率。另外，当切换到维持模式时，用户可降低所述组引燃激光束的功率。举另一实例，用户可调整所述组激光束的波长频带中的一或多者。举另一实例，用户可改变所述泵照明内的所述组激光束的相对混合比率。
在另一实施例中，用户个别地寻址所述系统中的所述一或多个光学元件中的任何者以改变所述泵照明的质量。举例来说，用户可调整一或多个光学元件以使所述泵照明的一部分聚焦或导向到所述光纤的不同区域。举另一实例，所述用户可改变在单核光纤(包含，但不限于具多个折射率的多阶折射率光纤)中的所述泵照明的一部分的空间内容。举另一实例，所述用户可改变多核光纤中的所述泵照明的一部分的聚焦位置。
在另一实施例中，所述照明泵源连接到控制器。在此实施例中，所述控制器包含经设计以自动地或响应于来自所述用户的反馈而响应于来自用户的一或多个输入调整一或多个经产生激光束的输出的波长及电平的固件或软件。举例来说，一旦接收对于所述泵照明源的应用选择，所述控制器可产生更多引燃激光束并经由所述一或多个光学元件而将其耦合到所述光纤。举另一实例，所述控制器可产生一或多个维持激光束并经由所述一或多个光学元件而将其耦合到所述光纤。举另一实例，所述控制器可产生来自所述组激光束的泵照明。举另一实例，所述控制器可调整所述泵照明以降低等离子体亮度饱和度并优化来自激光维持等离子体照明的所述可收集功率。举例来说，所述控制器可响应于来自所述用户的提示而调整所述输出电平。另外，所述控制器可通过遵循存储于所述控制器内的一或多个程序指令而响应于从本文中进一步详细描述的光维持等离子体照明系统接收的信息而调整所述泵照明。
在一个实施例中，如图1B及1C中所说明，光纤130是多阶折射率光纤。举例来说，所述多阶折射率光纤具有多个光纤层，其中每一光纤层具有不同折射率。在另一实施例中，光纤130包含围绕所述多个光纤层的覆层132。在另一实施例中，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到所述多阶折射率光纤的第一折射率光纤部分中，同时使一或多个维持束耦合到所述多阶折射率光纤的第二折射率光纤部分中。举例来说，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到第一折射率光纤部分中，其中所述第一折射率光纤部分包含一或多个内阶134。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到第二折射率光纤部分中，其中所述第二折射率光纤部分包含一或多个外阶136。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到所述第一折射率光纤部分中，其中继等离子体引燃的结束之后，所述第一折射率光纤部分包含一或多个内阶134。
应注意，在光纤130的一或多个内阶134内的所述一或多个引燃激光束的空间耦合导致泵照明122到等离子体的更高聚焦程度。如由图表139所说明，所述引燃激光束的紧密空间耦合增加光纤130的中心处的功率强度，其允许所述等离子体在较低功率电平处的引燃。
进一步注意，所述一或多个引燃激光束可具有较低束功率，且所述一或多个维持激光束可具有较高束功率。
图1D说明根据本发明的一或多个实施例的光纤140。在一个实施例中，光纤140是包含一或多个核心的多核心光纤。在另一实施例中，光纤140包含围绕多核心光纤140的所述一或多个核心的覆层142。在另一实施例中，所述多个核心中的一或多者由覆层143围绕。就这点来说，覆层143使选择核心与光纤140的其它核心分离。在另一实施例中，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到多核心光纤140的一或多个第一核心中，同时使一或多个维持束耦合到多阶光纤140的一或多个第二核心中。举例来说，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到第一核心中，其中所述第一核心包含内核心144。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到第二核心，其中所述第二核心包含外核心146。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到所述第一核心，其中继等离子体引燃的结束之后，所述第一核心包含内核心144。
应注意，在一或多个内核心144内的所述一或多个引燃激光束的更加紧密聚焦几何形状导致泵照明122到等离子体的更高聚焦程度。进一步注意，多核心光纤可包含具不同数值孔径(NA)值或折射率的核心。举例来说，一或多个内核心144可具有不同于一或多个外核心146的数值孔径(NA)值以防止背反射。
大体上参考图2A到3B，所提供图形数据说明更加紧密聚焦几何形状改进引燃过程以及高吸收激光波长的使用，无论经由在单核心光纤中的聚焦空间耦合还是经由多核心光纤。
图2A及2B说明通过单核心光纤泵浦的1kW束。图2A说明通过2000μm单核心光纤泵浦的束的功率密度的图表200，具有高功率密度区域202。为进行比较，图2B说明通过600μm单核心光纤泵浦的束的功率密度的图表210，具有高功率密度区域212。
图3A及3B说明通过2000μm多核心光纤泵浦的1kW束。图3A说明通过2000μm光纤泵浦的具波长1044nm及1066nm的束的功率密度的图表300，具有高功率密度区域302，其中内300μm由分离内光纤核心掩盖。为进行比较，图3B说明仅通过所述内光纤核心的具波长965nm的束的功率密度，具有高功率密度区域312。
基于这些模拟，应注意，较小整体光纤直径可导致增加的功率密度。另外，进一步注意，较小整体光纤直径可导致功率密度的更紧密伸展。
图1E说明根据本发明的一或多个实施例的与连续波(CW)或脉冲激光一起使用的光纤150。在一个实施例中，光纤150是包含一或多个核心的多核心光纤。在另一实施例中，光纤150包含围绕多核心光纤150的所述一或多个核心的覆层152。在另一实施例中，所述多个核心中的一或多者由覆层156围绕。就这点来说，覆层156使一或多个选定核心与光纤150的其它核心分离。在另一实施例中，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到多核心光纤150的一或多个第一核心中，同时使一或多个维持束耦合到多阶光纤150的一或多个第二核心中。举例来说，所述一或多个光学元件使一或多个引燃激光束耦合到第一核心中，其中所述第一核心包含一或多个内核心158。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到第二核心中，其中所述第二核心包含一或多个外核心154。举另一实例，所述一或多个光学元件使一或多个维持激光束耦合到所述一或多个第一核心中，其中继等离子体引燃的结束之后，所述一或多个第一核心包含一或多个内核心158。
在另一实施例中，CW激光或脉冲激光162a聚焦朝向并耦合到一或多个内核心158。在另一实施例中，激光束162a穿透脉冲展宽器164，变成扩展激光束162b。举例来说，脉冲展宽器164的使用可产生光纤150的一或多个内核心160内的负色散。举另一实例，负色散可压缩激光束162b，给予其较短脉冲持续时间。举另一实例，所述负色散可产生来自扩展激光束162b的压缩激光束162c，其中压缩激光束162c用以引燃所述等离子体。本文中注意，脉冲展宽器可替代地或另外实施于耦合到一或多个外核心154的激光束上。
应注意，一组CW激光或脉冲激光可耦合到光纤150的一或多个外核心154及一或多个内核心158中的至少一者。耦合到多个核心可帮助激光束的对准。耦合到多个核心还可对组合CW激光/脉冲操作应用有必要。组合CW激光及脉冲激光到相同多核心光纤的多个核心中可移除等离子体引燃所需的高压弧气体击穿的成本、复杂性及潜在安全风险。
进一步注意，CW激光可替换为其它引燃激光束或作为对其它引燃激光束的补充。进一步注意，取决于所述光纤的初始脉冲持续时间及损坏阈值，脉冲的扩展可能不必要。在此例子中，可能不需要脉冲展宽器164。
图4A及4B说明根据本发明的一或多个实施例的实施照明泵源100的光学系统400。本文中注意，贯穿本发明所描述的实施例及实例不应解释为扩展到系统400，除非另有指示。本文中注意，系统400应解释为扩展到所属领域中已知的任何基于等离子体光源。
在一个实施例中，系统400包含激光维持等离子体(LSP)照明子系统401。本文中注意，术语“LSP照明子系统”及“宽带照明源子系统”与“LSP照明器”贯穿本发明互换使用。在一个实施例中，LSP照明器401包含照明泵源100。在另一实施例中，照明泵源100通过光纤130输出泵照明404。在另一实施例中，泵照明404包含具不同波长的多个激光组件，如本文中先前所讨论。举例来说，泵照明404可包含(但不限于)红外(IR)辐射、可见光及/或紫外光。举另一实例，泵照明404可包含(但不限于)连续波(CW)及/或脉冲辐射。在另一实施例中，光纤130通过端帽402输出泵照明404。举例来说，端帽402可包含(但不限于)喷嘴、孔径、透镜、扩散器、滤光器及所属领域中已知的任何其它光学元件。
在一个实施例中，LSP照明器401包含储容元件407。在另一实施例中，储气元件407纳含用以建立并维持等离子体410的一定体积的气体。举例来说，如图4A中所展示，储气元件407可包含(但不限于)等离子体单元。本文中注意，本发明的范围不受限于具等离子体单元的LSP照明器，其仅出于说明性目的而提供。而是，储气元件407可包含激光维持等离子体源的所属领域中已知的任何储气元件，例如(但不限于)等离子体球形物、等离子体单元或等离子体腔室。等离子体腔室及等离子体单元的使用大体上描述于2014年8月13日申请的第14/459,155号美国专利申请案中。等离子体球形物的使用大体上描述于2015年4月29日申请的第14/699,781号美国专利申请案中，其全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，储气元件407(例如，腔室、单元或球形物)的透射部分可由所属领域中已知的任何材料形成，其至少对由等离子体410及/或泵照明404产生的辐射414部分透明。在一个实施例中，储气元件407的所述透射部分可由所属领域中已知的任何材料形成，其至少对由等离子体410产生的EUV辐射、VUV辐射、DUV辐射、UV辐射及/或可见光部分透明。在另一实施例中，储气元件407的所述透射部分可由所属领域中已知的任何材料形成，其至少对来自照明泵源100的IR辐射、可见光及/或UV光部分透明。
在一个实施例中，储气元件407可纳含所属领域中已知的适用于在吸收泵照明404之后产生等离子体的任何选定气体(例如，氩气、氙气、水银或类似者)。在一个实施例中，将来自照明泵源100的照明404聚焦到所述体积的气体中致使能量由储气元件407内的气体或等离子体吸收(例如，通过一或多个选定吸收线)，借此“泵激”所述气体物种以便产生及/或维持等离子体。在另一实施例中，虽然未说明，但储气元件407可包含用于起始储气元件407的所述内部体积内的等离子体410的一组电极，借此来自照明泵源100的所述照明在由所述电极的引燃之后维持等离子体410。
本文中设想系统400可用以在各种气体环境中起始及/或维持等离子体410。在一个实施例中，用以起始及/或维持等离子体410的气体可包含稀有气体、惰性气体(例如，稀有气体或非稀有气体)或非惰性气体(例如水银)。举例来说，所选择气体环境可包含Xe。在另一实施例中，用以起始及/或维持等离子体410的气体可包含两个或两个以上气体的混合物(例如，惰性气体的混合物、惰性气体与非惰性气体的混合物或非惰性气体的混合物)。在另一实施例中，气体可包含稀有气体及一或多种痕量物质(例如，金属卤化物、过渡金属及类似者)的混合物。举例来说，所选择气体可包含HgXe。
注意，本发明的实施例可扩展到数种气体。举例来说，适用于本发明的实施例中的实施方案的气体可包含(但不限于)Xe、Ar、Ne、Kr、He、N2、H2O、O2、H2、D2、F2、CH4、一或多个金属卤化物、卤素、Hg、Cd、Zn、Sn、Ga、Fe、Li、Na、Ar:Xe、ArHg、KrHg、XeHg及类似者。本文中注意，本发明的实施例应解释为扩展到任何光泵浦等离子体产生系统及应进一步解释为扩展到适用于维持储气元件407(例如气体腔室、等离子体单元或等离子体球形物)内的等离子体410于的任何类型的气体。
举例来说，用以产生等离子体410的所述体积的气体可包含氩气。举例来说，所述气体可包含保持在超过5atm(例如20到50atm)的压力下的大体上纯氩气。注意，在基于氩气等离子体的情况下，用以泵浦氩离子的照明泵源100可包含Ar+激光。在另一例子中，所述气体可包含保持在超过5atm(例如20到50atm)的压力下的大体上纯氪气。在另一例子中，所述气体可包含氩气与额外气体的混合物。
应注意，在储气元件407内的气体是或包含氩气的情况下，照明泵源100可包含经配置以发射1069nm的辐射的CW激光(例如，光纤或盘形Yb激光)。注意，此波长在氩气中适应1068nm吸收线且因而对泵激氩气特别有用。本文中注意，CW激光的上文描述非限制性且所属领域中已知的任何激光可实施于本发明的实施例的上下文中。
在另一实施例中，沿由一或多个照明光学元件到储气元件407中的所述体积气体内的一或多个焦点的泵路径通过所属领域中已知的任何方式而使泵照明404引导到储气元件407中。举例来说，泵照明404可通过镜406从光纤130反射朝向储气元件407。举另一实例，泵照明404可由光纤130直接引导到储气元件407中。举例来说，光纤130可耦合到储气元件407的外部。另外，光纤130可耦合到储气元件407的内部。在光纤130是多核心光纤的情况下，光纤130核心中的一或多者可个别地耦合到储气元件407。举另一实例，光纤130的至少一部分可直接耦合到储气元件407且泵照明404的至少一部分由镜406反射朝向储气元件407。举另一实例，泵照明404可经由一或多个聚焦透镜而聚焦到储气元件407中。
在另一实施例中，泵照明404通过所属领域中已知的任何方式而聚焦到储气元件407内纳含的所述体积的气体中。举例来说，LSP照明器401可包含收集器408或反射器，其经配置以使来自照明泵源100的泵照明404聚焦(例如，经由反射性内表面)到储气元件407内纳含的所述体积的气体中以引燃/维持等离子体410。
收集器408可呈所属领域中已知的适用于使从照明泵源100传出的照明聚焦到储气元件407内纳含的所述体积的气体中的任何物理配置。在一个实施例中，收集器408可包含具反射性内表面的凹区域，其适用于接收来自照明泵源100的照明404且使所述照明聚焦到储气元件407内纳含的所述体积的气体中。举例来说，收集器408可包含具有反射性内表面的椭圆形收集器。
应注意，本发明的范围不受限于上文所描述及图4A中所描绘的用以使泵照明404聚焦到储气元件407中的收集器408，其仅出于说明性目的而提供。而是，所属领域中已知的任何机构可经实施以使泵照明聚焦到储气元件407中。举例来说，当引燃并维持等离子体410时，可实施光学回收系统。举例来说，一或多个回收器光学元件可反射未使用泵照明404到储气元件407内纳含的所述体积的气体中及/或朝向等离子体410，用于宽带照明414的增加输出。光学回收系统的使用大体上描述于2016年6月20日申请的第15/187,590号美国专利申请案中，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在另一实施例中，等离子体410发射包含一或多个第二选定波长的宽带照明414，例如(但不限于)EUV辐射、VUV辐射、DUV辐射、UV辐射及/或可见光。举例来说，LSP照明器401可包含(但不限于)能够发射具有在100nm到1.5μm的范围中的波长的光的任何LSP配置。举另一实例，LSP照明器401可包含(但不限于)能够发射具有低于100nm的波长的光的任何LSP配置。
在另一实施例中，宽带照明414可由一或多个收集光学元件以所属领域中已知的任何方式沿收集路径收集。举例来说，收集器408经布置以收集由等离子体410发射的宽带照明414(例如，VUV辐射、DUV辐射、UV辐射、EUV辐射及/或可见光)且引导宽带照明414到一或多个额外光学元件(例如，导向光学器件、镜、分束器、集光孔径、滤光器、均质机及类似者)。举例来说，收集器408可收集由等离子体410发射的EUV宽带辐射、VUV宽带辐射、DUV宽带辐射、UV宽带辐射及/或可见光且引导宽带照明414到二向色镜412(例如，冷光镜)。
在另一实施例中，如图4A中所展示，冷光镜412可将LSP照明器401光学地耦合到均质机416。在另一实施例中，如图4B中所展示，冷光镜412(或任何其它光学装置)可将LSP照明器401光学地耦合到光学子系统420的光学输入。举例来说，光学子系统420可包含(但不限于)检验工具、度量工具或光刻工具。就这点来说，LSP照明器401可传递EUV辐射、VUV辐射、DUV辐射、UV辐射及/或可见辐射到所属领域中已知的任何光学子系统420的下游光学元件，例如(但不限于)检验工具或度量工具)。
注意本发明的范围不受限于上文所描述及图4A中所描绘的用以收集来自储气元件407的宽带照明414的收集器408，其仅出于说明性目的而提供。而是，所属领域中已知的任何机构可经实施以收集来自储气元件407的宽带照明414。举例来说，LSP照明器401可包含任何数目及类型的额外光学元件。举例来说，所述组额外光学器件可包含经配置以收集从等离子体410发出的宽带照明414的收集光学器件。另外，LSP照明器401可包含经布置以引导照明从收集器408到下游光学器件的一或多个额外光学元件。此外，所述组额外光学器件可包含沿所述照明通路或LSP照明器401的收集通路放置以便在光进入储气元件407之前过滤照明或在光从等离子体410的发射之后过滤照明的一或多个滤光器。举另一实例，当收集宽带照明414时可实施光学回收系统。举例来说，所述一或多个回收器光学元件可反射未收集宽带照明414朝向冷光镜412、均质机416及成像子系统420中的任何者。光学回收系统的使用大体上描述于2016年6月20日申请的第15/187,590号美国专利申请案中，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在额外实施例中，光学子系统420包含照明子系统。举例来说，所述照明子系统可包含用以传递宽带照明414到一或多个样品的表面的任何数目个光学元件，例如(但不限于)导向光学器件、镜、分束器、集光孔径、滤光器、均质机及类似者。举另一实例，所述照明子系统包含用于紧固所述一或多个样品的样品台。
在额外实施例中，光学子系统420包含适用于执行样品的检验的检测器子系统。在一个实施例中，所述检测器子系统包含检测器。举例来说，所述检测器子系统的所述检测器可包含所属领域中已知的任何适当检测器。举例来说，所述检测器可包含(但不限于)CCD检测器、CCD-TDI检测器及类似者)。另外，所述检测器的所述输出可通信地耦合到控制器。在另一实施例中，所述检测器子系统包含物镜。举例来说，所述物镜可经配置以收集来自所述样品的表面的照明且经由收集路径而聚焦所述经收集照明到所述检测器，以形成所述一或多个样品的所述表面的至少一部分的图像。在另一实施例中，所述检测器子系统包含光学回收器子系统。
在另一实施例中，光学子系统420包含光学地耦合到所述宽带照明源子系统的输出的光学工具特性化子系统。
图5说明根据本发明的一或多个实施例的用于引燃并维持等离子体的方法。在步骤502中，产生具不同波长的一组激光束。在一个实施例中，所述组激光束由一组电源产生。在另一实施例中，所述组激光束中的一或多者经优化用于引燃等离子体。在另一实施例中，所述组激光束中的一或多者经优化用于维持等离子体。
在步骤504中，所述激光束的至少部分耦合到光纤的一或多个部分或区域。在一个实施例中，所述激光束的至少部分经由一或多个光学元件而耦合到光纤的一或多个区域。
在额外步骤中，调整所述组电源的一或多个操作参数。在一个实施例中，所述组电源可经由所述一或多个操作参数的调整而控制。在另一实施例中，调整所述组电源的所述一或多个操作参数调整等离子体大小、等离子体形状或等离子体温度中的至少一者。
尽管已说明本发明的特定实施例，但应明白，所属领域的技术人员可在不脱离前述揭示内容的范围及精神的情况下做出本发明的各种修改及实施例。因此，本发明的范围应仅受其所附的权利要求书所限制。

Claims (42)

1.一种照明泵源，其包括：
多个电源，其经配置以产生多个激光束，其中所述电源的至少部分发射含有具有不同波长的照明的激光束；
光纤；及
一或多个光学元件；
其中所述一或多个光学元件经配置以使来自所述激光束的至少部分的所述照明耦合到所述光纤的一或多个区域。
2.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述多个电源包括：
第一电源，其中所述第一电源产生具有第一波长的第一激光束；及
至少额外电源，其中所述至少额外电源产生具有至少额外波长的至少额外激光束。
3.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述一或多个光学元件包含：
第一二向色镜；
至少一个额外二向色镜；及
一或多个透镜。
4.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述光纤是多阶折射率光纤。
5.根据权利要求4所述的照明泵源，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有第一波长的第一激光束耦合到所述多阶折射率光纤的至少一个内阶。
6.根据权利要求4所述的照明泵源，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有至少一个额外波长的至少一个额外激光束耦合到所述多阶折射率光纤的至少一个额外外阶。
7.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述光纤包含至少两个核心。
8.根据权利要求7所述的照明泵源，其中所述光纤包含至少一个内核心及至少一个额外外核心。
9.根据权利要求8所述的照明泵源，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有第一波长的第一激光束耦合到所述至少一个内核心。
10.根据权利要求8所述的照明泵源，其中所述一或多个光学元件经配置以使具至少一个额外波长的至少一个额外激光束耦合到所述至少一个额外外核心。
11.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述多个激光束包括：
二极管激光、连续波CW激光或宽带激光中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的照明泵源，其中所述多个激光束包括：
一或多个红外激光、一或多个可见激光或一或多个紫外激光中的至少一者。
13.根据权利要求1所述的照明泵源，其进一步包括：
激光脉冲展宽器。
14.根据权利要求1所述的照明泵源，其中经配置以产生多个激光束的所述多个电源是用户可选择的且个别可控制的。
15.根据权利要求1所述的照明泵源，其中一或多个操作参数与所述多个电源相关联。
16.根据权利要求15所述的照明泵源，其中所述多个电源可经由所述多个电源的所述一或多个操作参数的调整控制以调整等离子体大小、等离子体形状或等离子体温度中的至少一者。
17.一种用于引燃并维持等离子体的方法，其包括：
使用多个电源产生多个激光束，其中所述电源的至少部分发射具有不同波长的激光束；
使具有一或多个光学元件的所述多个激光束的至少部分耦合到光纤的一或多个区域；及
调整所述多个电源的一或多个操作参数，其中所述多个电源可经由所述一或多个操作参数的调整而控制。
18.根据权利要求17所述的方法，其中调整所述多个电源的所述一或多个操作参数调整等离子体大小、等离子体形状或等离子体温度中的至少一者。
19.根据权利要求17所述的方法，其中多个激光束中的一或多者经优化用于引燃等离子体。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个激光束中的一或多者经优化用于维持等离子体。
21.一种用于使用激光维持的等离子体照明而使样品成像的系统，其包括：
照明泵源子系统，其用于引燃并维持等离子体，所述照明泵源子系统包含：
多个电源，其经配置以产生多个激光束，其中所述电源的至少部分发射含有具有不同波长的照明的激光束；
光纤；及
一或多个光学元件，
其中所述一或多个光学元件经配置以使来自所述激光束的至少部分的所述照明耦合到所述光纤的不同区域，
其中来自所述激光束的至少部分的所述经耦合照明形成泵照明；
宽带照明源子系统，其包含：
一或多个照明光学元件，其经配置以引导所述泵照明的至少一部分；
储气元件，其用于纳含一定体积的气体，其中所述一或多个照明光学元件经配置以通过沿泵路径而引导所述泵照明的至少一部分到所述体积的气体内的一或多个焦点而于所述储气元件中的一定体积的气体内维持等离子体；及
一或多个收集光学元件，其经配置以沿收集路径收集通过所述等离子体发射的宽带照明；
样品台，其用于紧固一或多个样品；及
成像子系统，其包含：
检测器；及
物镜，其中所述物镜经配置以收集来自所述样品的表面的照明且经由收集通路而聚焦所述经收集照明到所述检测器，以形成所述一或多个样品的所述表面的至少一部分的图像。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述多个电源包括：
第一电源，其中所述第一电源产生具有第一波长的第一激光束；及
至少额外电源，其中所述至少额外电源产生具有至少额外波长的至少额外激光束。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述一或多个光学元件包含：
第一二向色镜；
至少一个额外二向色镜；及
一或多个透镜。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述光纤是多阶折射率光纤。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有第一波长的第一激光束耦合到所述多阶折射率光纤的至少一个内阶。
26.根据权利要求24所述的系统，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有至少一个额外波长的至少一个额外激光束耦合到所述多阶折射率光纤的至少一个额外外阶。
27.根据权利要求21所述的系统，其中所述光纤包含至少两个核心。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述光纤包含至少一个内核心及至少一个额外外核心。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有第一波长的第一激光束耦合到所述至少一个内核心。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述一或多个光学元件经配置以使具有至少一个额外波长的至少一个额外激光束耦合到所述至少一个额外外核心。
31.根据权利要求21所述的系统，其中所述多个激光束包括：
二极管激光、连续波CW激光或宽带激光中的至少一者。
32.根据权利要求21所述的系统，其中所述多个激光束包括：
一或多个红外激光、一或多个可见激光或一或多个紫外激光中的至少一者。
33.根据权利要求21所述的系统，其进一步包括：
激光脉冲展宽器。
34.根据权利要求21所述的系统，其中经配置以产生多个激光束的所述多个电源是用户可选择的且个别可控制的。
35.根据权利要求21所述的系统，其中一或多个操作参数与所述多个电源相关联。
36.根据权利要求35所述的系统，其中所述多个电源是可经由所述多个电源的所述一或多个操作参数的调整控制以调整等离子体大小、等离子体形状或等离子体温度中的至少一者。
37.根据权利要求21所述的系统，其中所述储气元件包括：
腔室，其经配置以纳含一定体积的气体。
38.根据权利要求21所述的系统，其中所述储气元件包括：
等离子体单元，其经配置以纳含一定体积的气体。
39.根据权利要求21所述的系统，其中所述储气元件包括：
等离子体球形物，其经配置以纳含一定体积的气体。
40.根据权利要求21所述的系统，其中所述储气元件纳含气体，其包含至少一种惰性气体、非惰性气体及两种或多于两种气体的混合物。
41.根据权利要求21所述的系统，其中所述储气元件纳含气体，其包含稀有气体与一或多种痕量物质的混合物。
42.根据权利要求21所述的系统，其进一步包括：
光学工具特性化系统，其光学地耦合到所述宽带照明源子系统的输出。
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