DE112015001498T5

DE112015001498T5 - Offene Plasmalampe zur Bildung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas

Info

Publication number: DE112015001498T5
Application number: DE112015001498.5T
Authority: DE
Inventors: Gildardo Delgado; Lauren Wilson; Anant Chimmalgi; Ilya Bezel; Anatoly Shchemelinin; Matthew W. Derstine
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-01-05
Also published as: KR20160138241A; KR102402287B1; WO2015149022A1; JP6727371B2; JP2019145518A; KR20210149892A; US9721761B2; KR102381585B1; JP2017514271A; US20160163516A1; JP6517231B2; US9263238B2; US20150279628A1

Abstract

Eine offene Plasmalampe enthält einen Hohlraumabschnitt. Ein Gaseinlass und Gasauslass des Hohlraumabschnitts sind angeordnet, um Gas durch den Hohlraumabschnitt fließen zu lassen. Die Plasmalampe weist auch eine Gasversorgungsanordnung auf, die fluide mit dem Gaseinlass des Hohlraumabschnitts gekoppelt und konfiguriert ist, Gas zu einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts zu liefern. Die Plasmalampe umfasst auch eine Düsenanordnung, die fluide mit dem Gasauslass des Hohlraumabschnitts gekoppelt ist. Die Düsenanordnung und Hohlraumabschnitt sind derart angeordnet, dass ein Volumen des Gases von einer Pumpquelle eine Beleuchtung zum Pumpen empfängt, wobei das mittels Licht aufrechterhaltene Plasma eine Breitbandstrahlung emittiert. Die Düsenanordnung ist konfiguriert, um eine konvektive Gasströmung aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts zu einem Bereich außerhalb der Hohlraumabschnitt bereitzustellen, so dass ein Teil des aufrechterhaltenen Plasmas aus dem Hohlraumabschnitt durch den Gasstrom entfernt wird.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. § 119(e) der provisorischen US-Patentanmeldung Nummer 61/971,035, eingereicht am 27. März 2014, mit dem Titel: „FORCED CONVECTION CONTROL OF LASER SUSTAINED PLASMAS“, welche hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird und wobei Lauren Wilson und Anant Chimmalgi als Erfinder benannt sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf mittels Licht aufrechterhaltenes Plasma und insbesondere auf die Steuerung der Konvektion einer mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmalampe.
HINTERGRUND
Da die Nachfrage nach integrierten Schaltungen mit immer kleineren Strukturen weiterhin ansteigt, wächst auch weiterhin die Notwendigkeit nach verbesserten Beleuchtungsquellen, die für die Inspektion dieser immer kleiner werdenden Strukturen verwendet werden können. Eine solche Beleuchtungsquelle enthält eine mittels Laser aufrechterhalte Plasmaquelle. Plasmalichtquellen, die mittels Laser aufrechterhalten werden, sind in der Lage, ein Breitband-Licht mit hoher Leistung zu erzeugen. Lichtquellen, die mittels Laser aufrechterhalten werden, werden dadurch betrieben, dass Laserstrahlung in ein Gasvolumen fokussiert wird, um das Gas, wie beispielsweise Argon oder Xenon, in einen Plasmazustand zu erregen, durch den Licht emittiert werden kann. Dieser Effekt wird typischerweise als „Pumpen" eines Plasmas bezeichnet. Mittels Laser aufrechterhalte Plasmalichtquellen arbeiten typischerweise durch Fokussieren von Laserlicht in eine abgedichtete Lampe, die ein ausgewähltes Arbeitsgas enthält. Diese Ansätze beruhen typischerweise auf natürlicher Konvektion, um das Plasma zu kühlen. Natürliche Konvektion ist oft unzureichend, um eine gegebene Plasmaquelle zu optimieren und kann dazu führen, dass Plasma außerhalb des optimalen Sammelbereichs wächst, was zu einem größeren und dunkleren Plasma führt. Daher wäre es wünschenswert, eine Vorrichtung, ein System und/oder ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Mängel beheben.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine offene Plasmalampe zur Ausbildung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas ist in Verbindung mit einem erklärenden Ausführungsbeispiel offenbart. Gemäß einem erklärenden Ausführungsbeispiel umfasst die Plasmalampe einen Hohlraumabschnitt mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass, wobei der Gaseinlass und der Gasauslass derart angeordnet sind, dass Gas durch den Hohlraumabschnitt fließen kann. In einem weiteren dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Plasmalampe eine Anordnung zur Gaszuführung, die fluid mit dem Gaseinlass des Hohlraumabschnitts gekoppelt und derart ausgestaltet ist, dass Gas einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts zuführbar ist. Gemäß einem veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst die Plasmalampe eine Düsenanordnung, die fluid mit dem Gasauslass des Hohlraumabschnitts gekoppelt ist. In einer dargestellten Ausführungsform sind die Düsenanordnung und der Hohlraumabschnitt derart angeordnet, dass ein Volumen des Gases die Pumpbeleuchtung von einer Pumpquelle empfängt, um ein Plasma in dem Gas aufrecht zu erhalten, wobei das aufrechterhaltene Plasma breitbandige Strahlung emittiert. In einer anderen dargestellten Ausführungsform ist die Düsenanordnung derart konfiguriert, dass eine konvektive Gasströmung aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts zu einem Bereich außerhalb des Hohlraumabschnitts etabliert wird, so dass ein Teil des aufrechterhaltenen Plasmas aus dem Hohlraumabschnitt mittels des Gasstroms entfernt werden kann. Ein System zur Ausbildung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas ist gemäß einer beschriebenen Ausführungsform offenbart. In einer anderen dargestellten Ausführungsform umfasst das System eine Pumpquelle zur Erzeugung einer Pumpbeleuchtung. In einer weiteren dargestellten Ausführungsform umfasst das System eine offene Plasmalampe. In einer weiteren dargestellten Ausführungsform umfasst die offene Plasmalampe: einen Hohlraumabschnitt mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass, wobei der Gaseinlass und der Gasauslass derart angeordnet sind, dass Gas durch den Hohlraumabschnitt fließt; eine Anordnung zur Gaszuführung ist fluide mit dem Gaseinlass des Hohlraumabschnitts gekoppelt und derart konfiguriert, dass Gas zu einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts zuführbar ist; und eine Düsenanordnung ist fluide mit dem Gasauslass des Hohlraumabschnitts gekoppelt, wobei die Düsenanordnung so konfiguriert ist, dass ein Gasstrom aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts zu einem Bereich außerhalb des Hohlraumabschnitts geschaffen wird, so dass ein Teil des aufrechterhaltenen Plasmas aus dem Hohlraumabschnitt durch den Gasstrom entfernt wird. In einer weiteren veranschaulichten Ausführungsform umfasst das System ein Kollektorelement, das angeordnet ist, um die Beleuchtung von der Pumpquelle in das Gas zu konzentrieren, um ein Plasma innerhalb des Gases zu erhalten. In einem anderen Ausführungsbeispiel emittiert das Plasma eine breitbandige Strahlung.
Eine Plasmalampe zur Ausbildung eines mittels Licht aufrecht erhaltenen Plasmas wird in Übereinstimmung mit einer veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung offenbart. In einer dargestellten Ausführungsform umfasst die Plasmalampe eine Struktur zum Einschließen eines Gases, die dazu konfiguriert ist, ein geeignetes Gas zu enthalten, das zur Erzeugung eines Plasmas bei der Absorption von Pumpbeleuchtung aus einer Pumpquelle geeignet ist. Gemäß einer weiteren dargestellten Ausführungsform umfasst die Plasmalampe ein Steuerelement für die Konvektion, das innerhalb der Struktur zum Einschließen eines Gases angeordnet ist, wobei das Steuerelement für die Konvektion einen Kanal zum Richten einer Abluftfahne des Plasmas entlang einer ausgewählten Richtung umfasst, wobei das Steuerelement für die Konvektion thermisch mit einem Wärmespeicher gekoppelt und zum Übertragen von Wärme von der Abluftfahne des Plasmas zu dem Wärmespeicher konfiguriert ist. Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und nur erklärend und nicht notwendigerweise einschränkend für die Erfindung sind, wie diese beansprucht ist. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die zahlreichen Vorteile der Erfindung können besser durch die Fachleute auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren verstanden werden:
1A ist eine schematische Ansicht einer offenen Plasmalampe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1B ist eine schematische Ansicht einer offenen Plasmalampe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1C–1F sind schematische Ansichten einer offenen Plasmalampe, die verschiedene Positionen der Plasmaerzeugung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.
1G–1J sind schematische Ansichten verschiedener Formen einer offenen Plasmalampe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1K ist eine schematische Ansicht einer offenen Plasmalampe mit einer abnehmbaren Düsenanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine umfangreiche schematische Ansicht eines Systems zur Erzeugung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas mit der offenen Plasmalampe, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3A ist eine umfangreiche, schematische Ansicht eines Systems zum Erzeugen von mittels Licht aufrechterhaltenem Plasma, das mit einem Subsystem zur Rückführung ausgestattet und in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
3B ist eine umfangreiche schematische Ansicht eines Systems zum Erzeugen von mittels Licht aufrechterhaltenem Plasma, das mit einem Subsystem zur Rückführung ausgestattet und in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
5A–5F sind schematische Ansichten von Plasmalampen, die mit Steuerelementen für die Konvektion in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgestattet sind.
6A–6B sind schematische Ansichten von Plasmalampen, die mit Steuerelementen für die Konvektion in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgestattet sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Detail auf den offenbarten Gegenstand Bezug genommen, der in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die 1A bis 3B wird eine Plasmalampe zur Erzeugung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind auf die Erzeugung von breitbandigem Licht mittels einer mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmalichtquelle und einer offenen Plasmalampe gerichtet. Zusätzliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind auf eine offene Plasmalampe gerichtet, die mit einer Düsenanordnung versehen ist, die aktiv die konvektive Strömung des Gases um das Plasma einer gegebenen Plasmalampe steuert. Beispielsweise sorgen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die aktive Einstellung des Drucks und der Massenströmungsrate des Gases, das der offenen Plasmalampe zugeführt wird. Zusätzlich sorgen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Abführung von kühleren Außenbereichen oder Schichten des Plasmas. Die Abführung der kühleren Außenbereiche des Plasmas ermöglicht, dass mehr Pumplicht einen Kernbereich des Plasmas erreicht, was wiederum zu einer effizienteren Produktion von Breitbandstrahlung führt. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die aktive Steuerung der Konvektion von Gas/Plasma eine größere Kontrolle über Plasmadynamik liefert. Eine verbesserte Kontrolle über Plasmadynamik kann eine Erhöhung der Helligkeit des Plasmas ohne eine Erhöhung der Pumplichtleistung ermöglichen.
Die Erzeugung eines Plasma innerhalb Inertgas-Arten wird im Allgemeinen in der US-Patentanmeldung US 11/695,348 beschrieben, angemeldet am 2. April 2007; und in der US-Patentanmeldung US 11/395,523, angemeldet am 31. März 2006, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen sind. Verschiedene Konstruktionen der Plasmazelle und des Steuerungsmechanismus für das Plasma sind in der US-Patentanmeldung US 13/647,680, angemeldet am 9. Oktober 2012, beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma wird auch allgemein in der US-Patentanmeldung US 14/224,945, angemeldet am 25. März 2014, und in der US-Patentanmeldung US 12/787,827, angemeldet am 26. Mai 2010, beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in der Gesamtheit aufgenommen sind. Plasmazellen und Kontrollmechanismen sind auch in der US-Patentanmeldung US 14/231,196, angemeldet am 31. März 2014, und in der US-Patentanmeldung US 14/567,546, angemeldet am 1. Dezember 2014, beschrieben, die durch Bezugnahme hierin in der Gesamtheit aufgenommen sind. Eine Plasmazelle und Steuermechanismen sind auch in der US-Patentanmeldung US 14/288,092, eingereicht am 27. Mai 2014 beschrieben, die durch Bezugnahme hierin in der Gesamtheit aufgenommen wird. Eine Plasmazelle und Steuermechanismen sind auch in der US-Patentanmeldung US 13/741,566, eingereicht am 15. Januar 2013, beschrieben, die durch Bezugnahme hierin in der Gesamtheit aufgenommen ist.
1A–1B veranschaulichen eine Plasmalampe 100, mit der ein mittels Licht aufrechterhaltenes Plasmas erzeugt werden kann, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform umfasst die Plasmalampe 100 einen Hohlraumabschnitt 102 mit einem Gaseinlass 103 und einem Gasauslass 105. In einer anderen Ausführungsform enthält die Plasmalampe 100 eine Anordnung 108 zur Gaszuführung, die fluide mit dem Gaseinlass 103 des Hohlraumabschnitts 102 verbunden und derart konfiguriert ist, dass Gas zu einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts 102 geliefert werden kann. Zum Beispiel kann die Anordnung 108 zur Gaszuführung, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Gasversorgung (in 1A nicht gezeigt) umfassen, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, einen Vorratstank (siehe beispielsweise 2) oder ein Subsystem für Umluft (siehe 3A–3B), um Gas zu dem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts 102 über einen Gasanschluss 111 zu liefern.
In einer anderen Ausführungsform sind der Gaseinlass 103 und der Gasauslass 105 derart angeordnet, dass Gas 109 durch den Hohlraumabschnitt 102 fließt. Zum Beispiel sind der Gaseinlass 103 und der Gasauslass 105 fluide miteinander gekoppelt, so dass das Gas 109 aus dem Gasanschluss 111 in den Hohlraumabschnitt 102 über den Gaseinlass 103 gelangt, entlang der Länge des Hohlraumabschnitts 102 fließt und aus dem Hohlraumabschnitt 102 über den Gasauslass 105 austritt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmalampe 100 eine Düsenanordnung 104. In einem Ausführungsbeispiel ist die Düsenanordnung 104 fluide mit dem Gasauslass 105 des Hohlraumabschnitts 102 verbunden. In dieser Hinsicht, dient die Düsenanordnung 104 zur Übertragung von Gas 109 aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts 102 zu einem Bereich 106 außerhalb des Hohlraumabschnitts 102.
In einer Ausführungsform kann die Düsenanordnung 104, was aber nicht erforderlich ist, einen konvergierenden Abschnitt 113 umfassen. In einer Ausführungsform kann die Düsenanordnung 104, was aber nicht erforderlich ist, einen divergierenden Abschnitt 117 umfassen. In einer Ausführungsform, wie in 1A und 1B gezeigt, ist die Düsenanordnung 104 eine konvergierende-divergierende Düsenanordnung, die sowohl einen konvergierenden Abschnitt 113 und einen divergierenden Abschnitt 117 umfasst. Zum Beispiel kann die Düsenanordnung 104, welche aber nicht darauf beschränkt ist, eine Lavaldüsen-Anordnung umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Düsenanordnung 104 einen Einengungsabschnitt 115 oder Einschnürungsabschnitt umfassen. Beispielsweise kann der Einengungsabschnitt 115 der Düsenanordnung 104 zwischen dem konvergierenden Abschnitt 113 und dem divergierenden Abschnitt 117 der Düsenanordnung 104 angeordnet sein, oder er kann einen Übergang zwischen dem konvergierenden Abschnitt 113 und dem divergierenden Abschnitt 117 der Düsenanordnung 104 ausbilden. In dieser Hinsicht kann das Gas 109 aus dem Hohlraumabschnitt 102 in den konvergierenden Abschnitt 113 der Düsenanordnung 104 strömen. Nachdem das Gas durch den konvergierenden Abschnitt 113 geströmt ist, tritt es in den Verengungsabschnitt 115 ein. Im Gegenzug kann Gas den Verengungsabschnitt 115 verlassen und tritt in den divergierenden Abschnitt 117 ein und erschöpft sich schließlich in einem Bereich 106 außerhalb der Plasmazelle 100.
Die Düsenanordnung 104 kann einen Gasstrom 121 von dem Hohlraumabschnitt 102 zu einem Bereich 106 außerhalb der Plasmalampe (beispielsweise außerhalb des Hohlraumabschnitts 102 und der Düsenanordnung 104) bereitstellen, so dass ein Teil des mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas 107 aus dem Hohlraumabschnitt 102 durch den Gasstrom entfernt wird. Zum Beispiel kann der etablierte Gasstrom 121 ausreichend sein, um einen äußeren Teil des Plasmas 107 zu entfernen und das Gas in einen Bereich 106 außerhalb der Plasmalampe 100 entweicht. In dieser Hinsicht kann die Größe und Form der Düsenanordnung 104 (und die Abschnitte 113, 115, 117 der Düsenanordnung 104) so ausgewählt werden, dass die Düsenanordnung 104 eine ausreichende Gasströmungsrate bei oder in der Nähe des Außenrandes des Plasmas 107 bereitstellt, so dass ein Teil des Plasmas 107 entfernt wird. Zum Beispiel kann die Düsenanordnung 104 eine Gasströmungsrate bereitstellen, die ausreicht, um einen Teil des Außenbereichs 115 des Plasmas 107 zu entfernen. Wie zuvor erwähnt, können die äußeren Bereiche 151 des Plasmas 107 den Kern 117 des Plasmas 107 zumindest teilweise von der Pumpbeleuchtung 118 abschirmen. Bei diesem Aufbau verhalten sich die äußeren Bereiche 115 des Plasmas 107 als Abschirmungsschichten. Die Entfernung von mindestens einem Teil dieser Abschirmungsschichten 115 dient dazu, dass der Kern 117 des Plasmas 107 leichter der Pumpbeleuchtung 118 ausgesetzt wird. Die verbesserte Exposition des Kerns 117 in Bezug auch die Pumpbeleuchtung 118 führt zu einer effizienteren Erzeugung von Breitband-Strahlung 120 und einem helleren Output der Breitband-Strahlung.
In einer anderen Ausführungsform können eine oder mehrere fluide Eigenschaften des Gases 109 der Plasmalampe 100 eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Druck des Gases 109 und/oder die Massenströmungsrate der Strömung des Gases 109, was aber nicht erforderlich sein muss, selektiv eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Gasdruck und/oder die Massenströmungsrate des Gases 109 basierend auf der Leistung der Pumpbeleuchtung 118 eingestellt werden. In einer Ausführungsform können der Druck und/oder die Massenströmungsrate des Gases 109 unter Verwendung der Anordnung zur Gaszufuhr 108 eingestellt werden. In dieser Hinsicht können der Druck und/oder die Massenströmungsrate aktiv durch Erhöhung oder Verringerung der Gaszufuhr 108 in dem Hohlraumabschnitt 102 gesteuert werden.
In einer Ausführungsform wird der Gasstrom der Plasmalampe 100 gesteuert, um einen laminaren Gasstrom 121 herzustellen. Zum Beispiel können die Düsenanordnung 104 und die Abschnitte der Düsenanordnung 104 derart strukturiert sein, dass die Anordnung zur Gaszufuhr 108 eine laminare Gasströmung 121 ausbilden kann.
In einer anderen Ausführungsform wird der Gasstrom der Plasmalampe 100 derart gesteuert, dass ein Gasstrom 121 mit Überschall bereitgestellt wird. Zum Beispiel können die Düsenanordnung 104 und die Abschnitte der Düsenanordnung 104 so strukturiert sein, dass die Anordnung zur Gaszufuhr 108 einen Gasstrom 121 mit Überschall durch einen oder mehrere Teile der Plasmalampe 100 bereitstellt. In einer anderen Ausführungsform wird der Gasstrom der Plasmalampe 100 so gesteuert, dass ein Gasstrom 121 mit Unterschall 121 etabliert wird. Zum Beispiel können die Düsenanordnung 104 und die Abschnitte der Düsenanordnung 104 so strukturiert sein, dass die Anordnung zur Gaszufuhr einen Gasstrom 121 mit Unterschall durch einen oder mehrere Teile der Plasmalampe 100 bereitstellen kann.
Es wird hierin darauf hingewiesen, dass die Plasmalampe 100 der vorliegenden Offenbarung das Plasma 107 an verschiedenen Orten innerhalb und außerhalb der Plasmalampe 100 aufrechterhalten kann. 1C–1F veranschaulichen unterschiedliche Orte, mit denen Plasma 107 durch die Plasmalampe 100 aufrechterhalten werden kann. In einer Ausführungsform, wie in 1C gezeigt, wird das Plasma 107 innerhalb des konvergierenden Abschnitts 117 der Düsenanordnung 104 aufrechterhalten. In einer anderen Ausführungsform, wie in 1D gezeigt, wird das Plasma 107 innerhalb des Verengungsabschnitts 115 oder der Verengung, der Düsenanordnung 104 aufrechterhalten. In einer anderen Ausführungsform, wie in 1E gezeigt, wird das Plasma 107 innerhalb des divergierenden Abschnitts 117 der Düsenanordnung 104 aufrechterhalten. In einer anderen Ausführungsform, wie in 1F gezeigt, wird das Plasma 107 an einer Stelle über dem divergierenden Abschnitt 117 der Düsenanordnung 104 und außerhalb der Plasmalampe 100 aufrechterhalten. Es sei hierin angemerkt, dass mit ausreichendem Gasstrom durch die Plasmalampe 100 das Plasma 107 innerhalb des Strömungsflusses 121 an einer Stelle über dem divergierenden Abschnitt 171 gehalten werden kann (oder einem anderen Ausgabeabschnitt der Düsenanordnung 104).
Die Form der Düsenanordnung 104 und die Bereiche der Düsenanordnung 104 können jede beliebige Form oder Kombination von Formen annehmen, die aus dem Stand der Technik für Gasdüsen bekannt sind. Zum Beispiel können die Düsenanordnung 104 und/oder die Abschnitte der Düsenanordnung 104 mit gemäß einer jeden der folgenden Formen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, einen Zylinder, ein Rohr, ein gestrecktes Sphäroid, ein Ellipsoid, ein Sphäroid und dergleichen (oder einen Teil oder eine Kombination der folgenden Formen) ausgebildet sein.
Es sei auch hier erwähnt, dass die Form des Hohlraumabschnitts 102 und die Abschnitte des Hohlraumabschnitts 102 jede beliebige Form, einen Teil einer Form oder eine Kombination von Formen, die auch aus dem Stand der Technik bekannt sind, haben kann. Zum Beispiel kann der Hohlraumabschnitt 104 mit einem der folgenden Formen (oder ein Teil oder einer Kombination der folgenden Formen), einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, einen Zylinder, ein Rohr, ein gestrecktes Sphäroid, ein Ellipsoid, ein Sphäroid und dergleichen gestaltet sein.
Beispielsweise, wie in 1A–1B dargestellt, kann der Hohlraumabschnitt 104 der Plasmalampe 100, ist aber nicht darauf beschränkt, eine zylindrische Form haben. Ferner kann der konvergierende Abschnitt 113 der Düsenanordnung 104, ist aber nicht darauf beschränkt, ein verkürztes, abgeplattetes Sphäroid aufweisen. Zusätzlich kann der divergierende Abschnitt 117 der Düsenanordnung 104, ist aber nicht darauf beschränkt, ein verkürztes, abgeplattetes Sphäroid aufweisen. Wie in 1A–1B dargestellt, kann der Auslassabschnitt des konvergierenden Abschnitts 113 den Einlassabschnitt des divergierenden Abschnitts 117 bilden oder in diesen integriert sein, so dass die Düsenanordnung 104 eine integrierte konvergierende-divergierende Düsenanordnung bildet.
Es wird weiter angemerkt, dass die Wand des Hohlraumabschnitts 102, wie in 1A gezeigt, den Einlassabschnitt der Düsenanordnung 104 bildet oder in diesen integriert sein kann. Zum Beispiel, wie in 1A und 1B gezeigt, ist der Abschnitt des Gasauslasses 105 des Hohlraumabschnitts 102 in den konvergierenden Abschnitt 113 der Düsenanordnung 104 integriert, so dass die Düsenanordnung 104 und der Hohlraumabschnitt 102 eine integrierte Struktur bilden. Zum Beispiel kann eine integrierte Hohlraumabschnitt/Struktur der Düsenbaugruppe aus einem einzigen Material gebildet sein, wie beispielsweise einem Material, das in geeigneter Weise transparent für die Pumpbeleuchtung und die aus dem Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung ist.
1G–1J zeigen weitere Formen, die für die Verwendung bei der Plasmalampe 100, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, geeignet sind. In einer Ausführungsform, wie in 1G gezeigt, kann die Plasmalampe 100 einen Hohlraumabschnitt 102 umfassen, der eine abgeplattete Sphäroidform aufweist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein oberer Abschnitt des Hohlraumabschnitts 102 als eine Konvergierende für die Düsenanordnung 104 dienen. Eine solche Konfiguration ist, beispielsweise, in 1G dargestellt. Wie dargestellt, wirkt der obere Abschnitt des in Form eines abgeplatteten Sphäroids gebildeten Hohlraumabschnitts 102 auch als konvergierender Abschnitt 113 der Düsenanordnung. In einer anderen Ausführungsform weist die Düsenanordnung 104 einen divergierenden Abschnitt 117 auf.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 1H gezeigt, kann die Düsenanordnung 104 mehrere konvergierende Abschnitte umfassen. Beispielsweise kann die Düsenanordnung 104 einen ersten konvergierenden Abschnitt 113 umfassen, der in den Hohlraumabschnitt 102 integriert ist. Darüber hinaus umfasst die Düsenanordnung 104 der 1H einen ersten Schaftabschnitt 119a. Der erste Schaftabschnitt 119a ist dann mit einem zweiten konvergierenden Abschnitt 113b gekoppelt, der den Gasstrom 121 in der Düsenanordnung 104 weiter zusammenfließen lässt. Ferner kann der zweite konvergierende Abschnitt 11b mit einem zweiten Schaftabschnitt 119 gekoppelt werden, der dann den Gasstrom 121 an der Öffnung der Plasmalampe 100 ausatmet.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 1I gezeigt, kann die zweifache konvergierende Konfiguration, die mit Bezug auf 1H beschrieben wurde, in einem zylinderförmigen Hohlraumabschnitt 102 integriert sein. Es wird erneut darauf hingewiesen, dass jede Konfiguration der Düsenanordnung 104 der vorliegenden Offenbarung in jede Konfiguration des Hohlraumabschnitts 102 der vorliegenden Offenbarung integriert werden kann. Ferner sind die verschiedenen Kombinationen nicht auf jene in 1A und in den 1G–1J dargestellten Kombinationen beschränkt. Jede beliebige Kombination von Hohlraumabschnitten, konvergierenden Abschnitten divergierenden Abschnitte und/oder Schaftabschnitten kann in der Plasmazelle 100 der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 1J gezeigt, kann die Plasmalampe 100 auch ohne eine Düsenbaugruppe 104 aufgebaut sein. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Hohlraumabschnitt 102 derart, dass die notwendige Strömungssteuerung zum Erreichen des gewünschten Gasstroms 121 zur Verfügung gestellt wird.
1K veranschaulicht eine Plasmalampe 100, die mit einer abnehmbaren Düsenanordnung 130, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, ausgestattet ist. In dieser Hinsicht kann die Düsenanordnung 130 reversibel mechanisch mit dem Auslassabschnitt des Hohlraumabschnitts 102 gekoppelt werden. Es sei hier angemerkt, dass hier jeder Hohlraumabschnitt 102 angepasst werden kann, damit eine mit offenem Ende versehene Plasmalampe 100 zur Befestigung der entfernbaren Düsenanordnung 130 angepasst werden kann. In einer Ausführungsform kann die abnehmbare Düsenanordnung 130 aus dem gleichen Material wie der Hohlraumabschnitt 102 ausgebildet 102 sein. In einer anderen Ausführungsform können die abnehmbare Düsenanordnung 130 und der Hohlraumabschnitt 102 aus verschiedenen Materialien aufgebaut sein. Zum Beispiel kann die Düsenanordnung 130 aus einem Metall oder einem Keramikmaterial hergestellt sein, wobei der Hohlraumabschnitt 102 aus einem für die verwendete Pumpbeleuchtung und Breitbandstrahlung transparenten Material konstruiert sind. Verschiedene geeignete und transparente Materialien werden hier weiter beschrieben. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die abnehmbare Düsenanordnung 130 jede Form der Konfiguration der Düsenanordnung annehmen kann, die überall in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1A kann in einer Ausführungsform die Plasmalampe 100 ein beliebig ausgewähltes Gas (beispielsweise Argon, Xenon, Quecksilber oder dergleichen) verwenden, das nach dem Stand der Technik zur Erzeugung von Plasma bei Absorption von geeigneter Beleuchtung geeignet ist. In einer Ausführungsform führt die Fokussierung der Pumpbeleuchtung 118 von einer Pumpquelle (siehe beispielsweise Pumpquelle 202 in 2) in das Gasvolumen 109 dazu, dass Energie durch eine oder mehrere ausgewählte Absorptionslinien des Gases oder Plasmas innerhalb des Hohlraumabschnitts 102, innerhalb der Düsenanordnung 104 und/oder oberhalb der Düsenanordnung 104 absorbiert werden kann. Diese Absorption der Energie verursacht ein "Pumpen" der Gas-Arten, um das Plasma 107 zu erzeugen oder das Plasma 107 aufrechtzuerhalten.
Die Plasmalampe 100 der vorliegenden Offenbarung kann dazu verwendet werden, ein Plasma 107 in einer Vielzahl von Gasumgebungen zu initiieren und/oder aufrechtzuerhalten. In einer Ausführungsform kann das verwendete Gas zum Initiieren und/oder Aufrechterhalten des Plasmas 107 ein Inertgas (beispielsweise ein Edelgas oder Nicht-Edelgas) oder ein Nicht-Inertgas (beispielsweise Quecksilber) sein. In einer anderen Ausführungsform kann das verwendete Gas zum Initiieren und/oder Aufrechterhalten des Plasmas 107 eine Mischung von Gasen enthalten (beispielsweise ein Gemisch aus Inertgasen, Gemisch aus einem Inertgas mit nicht-inerten Gas oder ein Gemisch aus nicht-inerten Gasen) sein. Beispielsweise kann das verwendete Volumen von Gas 109, um ein Plasma 107 zu erzeugen, Argon umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einem anderen Beispiel kann das Gas 109, ist aber nicht darauf beschränkt, Kryptongas umfassen. In einem anderen Beispiel kann das Gas 109, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Mischung aus Argon mit einem zusätzlichen Gas umfassen.
Es wird weiter angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung auf eine Vielzahl von Gasen ausgeweitet werden kann. Beispielsweise sind für die Anwendung in einer Plasmalampe 100 geeignete, aber nicht darauf beschränkte, Gase Xe, Ar, Ne, Kr, He, N₂, H₂O, O₂, H₂, D₂, F₂, CH₄, ein oder mehrere Metallhalogenide, ein Halogen, Hg, Cd, Zn, Sn, Ga, Fe, Li, Na, Ar:Xe, ArHg, KrHg, XeHg und dergleichen. In einem allgemeinen Sinn ist die vorliegende Offenbarung dahingehend auszulegen, dass sie auf jedes mittels Licht gepumpte Plasmaerzeugungssystem ausgedehnt werden kann und sollte weiter dahingehend interpretiert werden, dass sie auf jede Art von Gas, das zur Aufrechterhaltung eines Plasmas in einer Plasmalampe geeignet ist, ausgedehnt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform emittiert das erzeugte oder aufrechterhalte Plasma 107 eine Breitbandstrahlung 120. In einem Ausführungsbeispiel enthält die durch das Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung 120 eine extrem ultraviolette Strahlung (EUV). In einer Ausführungsform 120 enthält die durch das Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung 120 Vakuumultraviolettstrahlung (VUV). In einer anderen Ausführungsform 120 enthält die durch das Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung 120 tiefe Ultraviolettstrahlung (DUV). In einer anderen Ausführungsform enthält die durch das Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung 120 ultraviolette Strahlung (UV). In einer anderen Ausführungsform enthält die durch das Plasma 107 emittierte Breitbandstrahlung 120 eine sichtbare Strahlung.
Beispielsweise kann das Plasma 107 eine kurzwellige Strahlung im Bereich von 120 bis 200 nm emittieren. Als weiteres Beispiel kann das Plasma 107 kurzwellige Strahlung emittieren, die eine Wellenlänge unter 120 nm aufweist. In einer anderen Ausführungsform kann das Plasma 107 eine Strahlung emittieren, die eine Wellenlänge von größer als 200 nm aufweist.
In dem Fall, bei dem das Plasma 107 innerhalb des Hohlraumabschnitts 102 und/oder der Düsenanordnung 104 aufrechterhalten wird, können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das zumindest teilweise für die durch das Plasma 107 erzeugte Strahlung transparent ist. In einer Ausführungsform können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das zumindest teilweise für VUV-Strahlung transparent ist. In einer anderen Ausführungsform können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das zumindest teilweise für DUV-Strahlung transparent ist. In einer anderen Ausführungsform können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das für UV-Strahlung transparent ist. In einer anderen Ausführungsform 102 können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das für sichtbares Licht transparent ist.
In einer anderen Ausführungsform können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das für Strahlung 120 (zum Beispiel sichtbare oder IR-Strahlung) von einer Pumpquelle (beispielsweise Pumpquelle 202) transparent ist.
In einer anderen Ausführungsform können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus jedem, gemäß dem Stand der Technik bekannten Material gebildet werden, das sowohl für die Strahlung einer Pumpquelle als auch für vom Plasma 107 emittierte Strahlung (beispielsweise EUV-Strahlung, VUV-Strahlung, DUV-Strahlung, UV-Strahlung und sichtbare Strahlung) transparent ist.
In einigen Ausführungsformen können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus einem Quarzglasmaterial mit niedrigem OH-Gehalt gebildet sein. In anderen Ausführungsformen können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 aus einem Quarzglasmaterial mit hohem OH-Gehalt gebildet sein. Zum Beispiel kann das Übertragungselement 108 (oder Lampe) SUPRASIL 1, SUPRASIL 2, SUPRASIL 300, SUPRASIL 310 HERALUX PLUS, HERALUX-VUV und dergleichen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In anderen Ausführungsformen können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 Calciumfluorid (CaF₂), Magnesiumfluorid (MgF₂), kristallinen Quarz und Saphir umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die Materialien hierin, wie beispielsweise CaF₂, MgF₂, kristalliner Quarz und Saphir, eine Transparenz für Strahlung mit kurzer Wellenlänge (beispielsweise λ < 190 nm) bereitstellen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Verschiedene Gläser, die für die Verwendung beim Hohlraumabschnitt 102 und/oder der Düsenanordnung 104 der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, werden im Detail in A. Schreiber et al. diskutiert, Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), 3242–3250, die in der Gesamtheit hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
2 veranschaulicht, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, ein System 200 zum Erzeugen von Breitbandstrahlung mit einem aufrechterhaltenen Plasma in einer offenen Plasmalampe. In einer Ausführungsform umfasst das System 200 die Plasmalampe 100 zum Erzeugen oder Aufrechterhalten eines Plasmas 107. Es sei hier angemerkt, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele in Bezug auf die Plasmalampe 100, dahingehend verstanden werden sollten, dass sie sich ebenfalls auf das System 200 erstrecken.
In einer anderen Ausführungsform kann das System 200 eine Pumpquelle 202 (beispielsweise einen oder mehrere Laser) umfassen, die zur Erzeugung von Beleuchtung einer ausgewählten Wellenlänge oder eines ausgewählten Wellenlängenbereichs konfiguriert sind, wie beispielsweise Infrarot oder sichtbare Strahlung, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführungsform ist die Plasmalampe 100 so konfiguriert, dass sie Beleuchtung von der Pumpquelle 202 empfängt, um ein Plasma 107 innerhalb eines Plasmaerzeugungsbereichs des Gasvolumens 109 zu erzeugen, der innerhalb der Plasmalampe 100 oder in der Nähe zu einem Auslass der Plasmalampe 100 angeordnet (siehe 1C–1F). Wie vorstehend erwähnt sind in dem Fall, in dem Plasma 107 innerhalb des Hohlraumabschnitts 102 und/oder der Düsenanordnung 104 aufrechterhalten wird, der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 zumindest teilweise transparent für die durch die Pumpquelle 202 erzeugte Beleuchtung, so dass die von der Pumpquelle 202 gelieferte Beleuchtung (beispielsweise über eine Kopplung durch Lichtwellenleiter oder eine Freiraum-Kopplung) durch den Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 in die Plasmalampe 100 geliefert werden kann. In einer anderen Ausführungsform emittiert nach der Absorption der Beleuchtung der Quelle 202 das Plasma 107 eine Breitbandstrahlung (beispielsweise Breitband-IR, sichtbare Breitband-, Breitband-UV-, Breitband-DUV-, Breitband-VUV-und/oder Breitband EUV-Strahlung). Wie zuvor angemerkt, können der Hohlraumabschnitt 102 und/oder die Düsenanordnung 104 zumindest teilweise für einen Teil der vom Plasma 107 emittierten Breitbandstrahlung transparent sein.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Anordnung 108 zur Gaszuführung eine Gasversorgung 209. Beispielsweise kann die Gasversorgung, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein gespeichertes Volumen an Gas 109 zur Bildung des Plasmas 107 umfassen. In einer weiteren Ausführungsform enthält die Anordnung 108 zur Gaszuführung mindestens eines der folgenden Elemente, eine Pumpe, ein Gebläse oder einen Ventilator, die derart konfiguriert sind, dass die Strömung des Gases 109 von der Versorgung 209 zum Gasanschluss 111 gesteuert wird. In einer anderen Ausführungsform wird, nachdem das Gas 109 aus der Plasmalampe 100 ausgeatmet worden ist, kann es in die Umgebung entlüftet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass hier diese Konfiguration keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung ist. Beispielsweise kann der Auslass der Plasmalampe 100 mit einem Gasrückführungsuntersystem gekoppelt sein, wie es detaillierter nachstehend beschrieben wird.
In einer anderen Ausführungsform kann das System 200 ein Kollektor-/Reflektorelement 206 umfassen, das zum Fokussieren der von der Pumpquelle 202 ausgehenden Beleuchtung in das Volumen des Gases innerhalb der Plasmalampe 100 oder in einen Bereich nahe dem Auslass der Plasmalampe 100 konfiguriert ist. Das Kollektorelement 206 kann jede aus dem Stand der Technik bekannte physikalische Konfiguration annehmen, die zum Fokussieren der von der Pumpquelle 202 ausgehenden Beleuchtung geeignet ist. Gemäß einer Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, kann das Kollektorelement 206 einen konkaven Bereich mit einer reflektierenden Innenfläche aufweisen, der zum Empfang der Beleuchtung 118 von der Pumpquelle 202 und zum Fokussieren der Beleuchtung 118 in das Gas 109 innerhalb der Plasmalampe 100 oder in das Gas 109 in einem Bereich nahe dem Auslass der Plasmalampe 100 geeignet sind. Zum Beispiel kann das Kollektorelement 206 ein ellipsoidförmiges Kollektorelement 206 umfassen, das eine, wie in 2 dargestellt, reflektierende Innenfläche aufweist. Als weiteres Beispiel kann das System 200 angepasst werden, damit es mit einem parabolischen Kollektorelement 206 mit einer reflektierenden Innenfläche (nicht gezeigt) betrieben werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist das Kollektorelement 206 derart angeordnet, dass es breitbandige Beleuchtung 120 (beispielsweise EUV-Strahlung, VUV-Strahlung DUV-Strahlung, UV-Strahlung und/oder sichtbare Strahlung) sammelt, die vom Plasma 107 emittiert wird und die breitbandige Beleuchtung auf eines oder mehrere zusätzliche optische Elemente (beispielsweise Homogenisator 210, Filter und dergleichen) richtet. Zum Beispiel kann das Kollektorelement 206 mindestens eine der vom Plasma 107 emittierten EUV breitbandigen Strahlung, der VUV breitbandigen Strahlung, der DUV-Strahlung, der UV-Strahlung oder der sichtbaren Strahlung sammeln und die Breitbandbeleuchtung 120 direkt auf eines oder mehrere der nachgeschalteten optischen Elemente richten. In dieser Hinsicht kann die Plasmalampe 100 EUV-Strahlung, VUV-Strahlung, DUV-Strahlung, UV-Strahlung und/oder sichtbare Strahlung an die nachgeschalteten optischen Elemente gemäß beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten optischen Charakterisierungssystemen zur Verfügung zu stellen, wie beispielsweise, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einem Inspektions- oder Metrologiewerkzeug. Es wird hierin angemerkt, dass die Plasmalampe 100 des Systems 200 nutzbare Strahlung in einer Vielzahl von Spektralbereichen einschließlich EUV-Strahlung, DUV-Strahlung, VUV-Strahlung, UV-Strahlung und sichtbare Strahlung emittiert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführungsform kann das System 200 verschiedene zusätzliche optische Elemente umfassen. In einer Ausführungsform kann der Satz von zusätzlichen Optiken eine Sammeloptik umfassen, die zum Sammeln des vom Plasma 107 ausgehenden breitbandigen Lichts 107 konfiguriert sind. Beispielsweise kann das System 200 einen spektralen Auswahlspiegel 216, wie beispielsweise einen dichroitischen Spiegel (beispielsweise Warmlichtspiegel, Kaltlichtspiegel), umfassen, der derart angeordnet ist, dass Pumpbeleuchtung 118 von der Pumpquelle 202 übertragen und breitbandige Beleuchtung von dem Kollektorelement 206 auf nachgeschaltete Optiken, wie beispielsweise einem Homogenisator 120, ohne darauf beschränkt zu sein, gerichtet wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Satz von Optiken eine oder mehrere Linsen (beispielsweise Linse 212) umfassen, die entlang des Beleuchtungsstrahlengangs oder des Abbildungsstrahlengangs des Systems 200 abgeordnet sind. Die eine oder die mehreren Linsen können dazu verwendet werden, um die Beleuchtung von der Pumpquelle 202 in das Volumen des Gases 109 zu fokussieren. Alternativ können die eine oder die mehreren zusätzlichen Linsen verwendet werden, um das aus dem Plasma 107 ausgehende breitbandige Licht auf ein ausgewähltes Ziel (nicht dargestellt) zu fokussieren.
In einer anderen Ausführungsform kann der Satz von Optiken einen durchstimmbaren Spiegel 214 umfassen. In einem Ausführungsbeispiel kann der durchstimmbare Spiegel 214 derart angeordnet sein, dass er die Beleuchtung 118 von der Pumpquelle 202 empfängt und die Beleuchtung über das Kollektorelement 206 auf das Volumen des Gases richtet. In einer anderen Ausführungsform empfängt das Kollektorelement 206 die Beleuchtung über den Spiegel 214 und fokussiert darüber die Beleuchtung in den Brennpunkt des Kollektorelements 206 (beispielsweise ellipsoidförmiges Kollektorelement), an dem sich die Plasmalampe 100 befindet.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Satz von Optiken einen oder mehrere Filter (nicht dargestellt) umfassen, die entweder entlang des Beleuchtungsstrahlengangs oder des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sind, um die Beleuchtung zu filtern, bevor diese in die Plasmalampe 100 gelangt, oder um die Beleuchtung zu filtern nach ihrer Emission von dem Plasma 107. Es sei hierin bemerkt, dass der Satz von Optiken des Systems 200, wie oben beschrieben und in 2 dargestellt, lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt ist und sollte nicht als einschränkend interpretiert werden. Es wird antizipiert, dass eine Anzahl von äquivalenten oder zusätzlichen optischen Konfigurationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 des Systems 200 einen oder mehrere Laser umfassen. Die Pumpquelle 202 kann jedes beliebige Lasersystem des Standes der Technik umfassen. Zum Beispiel kann die Pumpquelle 202 ein beliebiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Lasersystem umfassen, das in der Lage ist, Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren. In einer Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 ein Lasersystem umfassen, das für die Emission von Dauerstrich(CW)-Laser-Strahlung konfiguriert ist. Zum Beispiel kann die Pumpquelle 202 eine oder mehrere Infrarot-CW-Laserquellen umfassen. Zum Beispiel bei Aufbauten, in denen das durch die Plasmalampe 100 strömende Gas Argon ist oder Argon enthält, kann die Pumpquelle 202 einen CW-Laser (beispielsweise ein Faserlaser oder ein Yb-Scheibenlaser) umfassen, der zur Emission von Strahlung bei 1069 nm konfiguriert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Wellenlänge zu einer 1068 nm Absorptionslinie von Argon passt und als solche ist sie für das Pumpen von Argon-Gas besonders nützlich. Es wird hierin angemerkt, dass die obige Beschreibung eines CW-Lasers nicht einschränkend ist, und jeder aus dem Stand der Technik bekannte Laser kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung implementiert werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere Diodenlaser umfassen. Beispielsweise kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere Diodenlaser umfassen, die eine Strahlung mit einer Wellenlänge emittieren können, die einer oder mehreren Absorptionslinien der Art des Gases 109 entspricht. Ein Diodenlaser der Pumpquelle 202 kann für die Implementierung derart ausgewählt werden, dass die Wellenlänge des Diodelasers auf jede Absorptionslinie eines jeden Plasmas (beispielsweise ionische Übergangslinie) oder jede Absorptionslinie des das Plasma produzierende Gases (beispielsweise hoch angeregte, neutrale Übergangslinie), die aus dem Stand der Technik bekannt sind, abgestimmt werden. Als solche hängt die Wahl eines bestimmten Diodenlasers (oder eines Satzes von Diodenlasern) von der Art des in der Plasmalampe 100 des Systems 200 verwendeten Gases 109 ab.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen Ionen-Laser umfassen. Beispielsweise kann die Pumpquelle 202 jeden aus dem Stand der Technik bekannten Ionen-Laser umfassen. Zum Beispiel kann in dem Fall eines auf Argon basierenden Plasmas die zum Pumpen von Argon-Ionen verwendete Pumpquelle 202 einen Ar+ Laser umfassen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 eine oder mehrere frequenz-gewandelte Lasersysteme umfassen. Zum Beispiel kann die Pumpquelle 202 einen Nd:YAG- oder Nd:YLF-Laser mit einer Leistung von mehr als 100 Watt umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen Breitbandlaser umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann die Beleuchtungsquelle ein Lasersystem aufweisen, das konfiguriert ist, um modulierte Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung zu emittieren.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere Laser umfassen, die konfiguriert sind, um Laserlicht mit im Wesentlichen konstanter Leistung dem Plasma 107 zur Verfügung zu stellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere modulierte Laser umfassen, die konfiguriert sind, um moduliertes Laserlicht für das Plasma 107 bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere gepulste Laser umfassen, die konfiguriert sind, um gepulstes Laserlicht an das Plasma 107 zu liefern.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 einen oder mehrere Nicht-Laserquellen umfassen. In einem allgemeinen Sinn kann die Pumpquelle 202 jede beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Nicht-Laser-Lichtquelle umfassen. Zum Beispiel kann die Pumpquelle 202 jede beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Nicht-Laser-Lichtquelle umfassen, die geeignet ist, Strahlung diskret oder kontinuierlich in den infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren.
In einer anderen Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 zwei oder mehrere Lichtquellen umfassen. In einer Ausführungsform kann die Pumpquelle 202 zwei oder mehrere Laser umfassen. Zum Beispiel kann die Pumpquelle 202 (oder Beleuchtungsquellen) mehrere Diodenlaser umfassen. Als weiteres Beispiel kann die Pumpquelle 202 mehrere CW Laser umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder der zwei oder mehreren Laser Laserstrahlung emittieren, die mit einer anderen Absorptionslinie des Gases oder Plasmas der Plasmalampe 100 abgestimmt wird.
3A–3B veranschaulichen ein System 300 zum Erzeugen von Breitbandstrahlung, das mit einem Gasrückführungsuntersystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele unter Bezugnahme auf 1A–2 dahingehend interpretiert werden sollen, dass sie sich auch auf das System 300 erstrecken. Die Implementierung eines Rückführungsuntersystems ist im Detail in der US-Patentanmeldung US 14/224,945 beschrieben, die am 24. März 2014 angemeldet wurde und durch Bezugnahme in der Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
In einer Ausführungsform umfasst das System 300 ein Subsystem 302 zur Gasrückführung. Das Subsystem 302 zur Gasrückführung kann aus der Plasmalampe 100 ausgeatmetes Gas aufnehmen und es so rezirkulieren, dass es in dem Prozess zur Aufrechterhaltung des Plasmas, wie in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen (nach ausreichender Abkühlung des Gases), wieder verwendet werden kann.
In einer Ausführungsform kann das System 300 eine Gasbehälterstruktur 306 umfassen, die geeignet ist Gas zu speichern, wenn es aus der Plasmalampe 100 ausgeatmet wird. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Subsystem 302 zur Gasrückführung eine Rücklaufleitung 304, die zur Überführung von heißem Gas von dem oberen Abschnitt der Gasbehälterstruktur 306 zum Gasanschluss 111 der Plasmalampe 100 konfiguriert ist, um eine Wiederverwendung durch die Plasmalampe 100 zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Subsystem 302 zur Gasrückführung eine oder mehrere Gaspumpen 310 zum Erleichtern der Zirkulation des Gases 109 durch das Subsystem 302 zur Gasrückführung und zum Steuern des Drucks und/oder der Massendurchflussrate des Gases, das durch die Plasmalampe 100 strömt. Es wird hier darauf hingewiesen, dass anstelle einer Gaspumpe das Subsystem zur Rezirkulation ein oder mehrere Gasgebläse oder Gasventilatoren verwenden kann, um den Gasfluss durch das Subsystem 302 zur Rezirkulation zu steuern.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System 300 ein oder mehrere Fenster 311, die mit der Gasbehälterstruktur 306 verbunden und derart angeordnet sind, dass es einer Auflichtbeleuchtung 118 von der Pumpquelle 202 möglich ist, in das Volumen der Gasbehälterstruktur 306 und in den konkaven Bereich 109 des Kollektorelements 206 zu gelangen. Das Fenster 311 kann aus jedem im Stand der Technik bekannten Material bestehen, das geeignet ist, Licht, beispielsweise Laserlicht, von der Beleuchtungsquelle 202 in das Innere der Gasbehälterstruktur 306 zu übertragen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das System 300 ein oder mehrere Fenster 312, die mit der Gasbehälterstruktur 306 verbunden und derart angeordnet sind, dass von der Plasmalampe 100 und dem Kollektorelement 206 emittierte breitbandige Strahlung 120 an nachgeschaltete optische Elemente übertragen werden kann, wie beispielsweise, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, auf einen Homogenisator 210. Das Fenster 312 kann jedes beliebige Fenstermaterial umfassen, das gemäß dem Stand der Technik zur Transmission von Licht, wie beispielsweise Breitbandlicht (beispielsweise EUV, VUV, DUV, UV und/oder sichtbares), von der Innenseite der Gasbehälterstruktur 306 zu einer Stelle außerhalb der Gasbehälterstruktur 306 geeignet ist.
In einer anderen Ausführungsform, obwohl nicht gezeigt, kann das Kollektorelement 206 des Systems 300 umgekehrt werden. Zum Beispiel kann das Kollektorelement 206, was aber nicht erforderlich ist, an einer Position über der Plasmalampe 100 angeordnet sein. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Kollektorelement 206 eine Auslassöffnung umfassen, die es dem Gas ermöglicht, nachdem es die Plasmalampe 100 verlassen hat, durch die Wand des Kollektorelements 206 und in das Rückführungssystem 300 zu passieren. Ein umgekehrter Kollektor mit einem integrierten Subsystem zur Rückführung ist im Detail in der US-Patentanmeldung 14/224.945, angemeldet am 25. März 2014, beschrieben, die durch Bezugnahme in der Gesamtheit hier aufgenommen ist.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 3B gezeigt, kann die Gasbehälterstruktur 306 dem Ausgang der Düsenanordnung 104 der Plasmalampe 100 zugeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, das gesamte, dem System 300 zugeordnete, optische System unter Druck zu setzen, was die Handhabung und den Betrieb des Systems 300 besser überschaubar macht. Es wird hier erkannt, dass das Subsystem 306 des Systems 300 für die Rezirkulation nicht auf die in 3A–3B dargestellten Konfigurationen beschränkt ist, die lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen sind.
4 veranschaulicht ein System 400, mit dem ein Gasstrom zu einem Plasma 107 geliefert wird, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform umfasst das System 400 eine Plasmalampe 402 (wie beispielsweise Plasmazelle oder Plasmabirne), die zur Erzeugung von breitbandigem Licht 120 durch mittels Licht aufrechterhaltenem Plasma geeignet ist. Zum Zwecke der Klarheit wurden die Pumpquelle und verschiedene andere optische Elemente nicht in 4 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele unter Bezugnahme auf 1A–3B derart interpretiert werden sollen, dass sie sich auch auf das System 400 der 4 erstrecken.
In einer Ausführungsform umfasst das System 400 ein Subsystem 412 zur Gasrückführung, das eine Gasaufnahmeleitung 411 und eine Gasrückführungsleitung 412 enthält. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmalampe 402 eine Düsenanordnung 404, die geeignet ist, eine laminare Strömung 405 am Plasmaerzeugungsbereich der Plasmalampe 402 aufzubauen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung einer laminaren Gasströmung durch den Plasmaerzeugungsbereich eine verbesserte Stabilität bietet und eine Formung des lichtemittierenden Bereichs des Gases 408 ermöglicht. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Bereitstellung eines Stroms in das Plasma 107 dazu dient, die Breitbandleistung zu erhöhen, da, wie zuvor hierin erwähnt, eine höhere Plasmatemperatur erreicht werden kann.
In einer Ausführungsform kann die Düsenanordnung 404 jede beliebige Kombination von konvergierenden und divergierenden Düsenabschnitten enthalten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Wie zum Beispiel in 4 dargestellt, kann die Düsenanordnung 404 einen konvergierenden Abschnitt 409 und/oder einen divergierenden Düsenabschnitt 410 umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine solche Konfiguration ist zuvor hierin beschrieben worden, und diese Beschreibung soll dahingehend interpretiert werden, dass sie sich auf das System 400 erstreckt. Es sei ferner angemerkt, dass eine solche konvergierende-divergierende Düsenkonfiguration für den Aufbau einer laminaren Strömung 405 im Gas 404 geeignet ist, wie dies in 4 gezeigt ist.
In einer anderen Ausführungsform kann die Rückführung des Gases durch das Subsystem 412 für die Rezirkulation entweder aktiv oder passiv sein. Zum Beispiel, wie in 4 gezeigt, kann das Subsystem 412 eine Gaspumpe 410 (oder ein Gasgebläse oder ein Gaslüfterrad) umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Als weiteres Beispiel kann das Subsystem 412 für die Rezirkulation das Gas durch natürliche Konvektion durch die Gasaufnahmeleitung 411 und eine Gasrückführungsleitung 412 zirkulieren lassen.
5A bis 5F veranschaulichen eine Reihe von Steuereinrichtungen für die Konvektion, die in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für die Implementierung in einer Plasmalampe geeignet sind.
In einer Ausführungsform umfasst eine Plasmalampe 500 eine Gasbehälterstruktur 501, die konfiguriert ist, ein geeignetes Gas 504 zu halten (speichern), um ein Plasma 107 durch Absorption von Pumpbeleuchtung 118 von einer Pumpquelle (beispielsweise Pumpquelle 202 aus 2) zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Plasmalampe 500, ohne aber darauf beschränkt zu sein, eine Plasmabirne oder Plasmazelle umfassen. In dieser Hinsicht kann die Gasbehälterstruktur 501 den transparenten Abschnitt einer Plasmabirne oder einer Plasmazelle umfassen. Es wird hierin darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtungen für die Konvektion der folgenden Beispiele in Zusammenhang mit jedem Szenario zur Erzeugung von mittels Licht aufrechterhaltenem Plasma verwendet werden können und nicht auf die vorstehend beschriebenen Plasmalampen und/oder Plasmazellen beschränkt sind.
Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der Konvektion sind in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/787,827, angemeldet am 26. Mai 2010, der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/231,196, angemeldet am 31. März 2014, der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/647,680, angemeldet am 9. Oktober 2012, der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/224,945, angemeldet am 25. März 2014, der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/567.546, angemeldet am 11. Dezember 2014, und der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/288,092, angemeldet am 27. Mai 2014, beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen sind.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmalampe 500 ein Steuerungselement 502 für die Konvektion, das innerhalb der Gasbehälterstruktur 501 angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Steuerungselement 506 für die Konvektion einen Kanal 507, um eine Abluftfahne 505 des Plasmas 107 entlang einer ausgewählten Richtung zu lenken. Zum Beispiel, wie in 5A dargestellt, wird die Abluftfahne 505 des Plasmas 107 nach oben durch die hohle Struktur des Steuerungselements 506 für die Konvektion gerichtet. Es ist zu beachten, dass der Kanal 507 zur Eliminierung oder zumindest zur Reduzierung eines direkten Kontakts zwischen der Abluftfahne 505 und den Innenwänden der Gasbehälterstruktur 501 dient. Das Reduzieren des direkten Kontakts zwischen der Abluftfahne 505 und den Innenwänden der Gasbehälterstruktur 501 unterstützt die Reduzierung der thermischen Belastung der Gasbehälterstruktur 501.
In einer anderen Ausführungsform ist das Steuerungselement für die Konvektion thermisch mit einem Wärmespeicher 509 gekoppelt. In dieser Hinsicht kann das Steuerungselement 506 für die Konvektion Wärme von der Abluftfahne 505 des Plasmas 107 an den Wärmespeicher 509 übertragen, der sich außerhalb der Plasmalampe 500 befindet. In einer Ausführungsform, wie in 5A dargestellt, ist der Kanal 507 am oberen Abschnitt des Steuerungselement für die Konvektion geschlossen.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 5B dargestellt, ist der Kanal 507 zum Lenken einer Abluftfahne 505 des Plasmas 107 an einem oberen Abschnitt des Steuerelementes 512 für die Konvektion offen. In einer Ausführungsform kann das Steuerelement 512 für die Konvektion das Gas 513 von einem oberen Abschnitt des Steuerelementes 512 für die Konvektion in einen Bereich der Plasmaerzeugung unterhalb des Steuerelementes 512 für die Konvektion zurückführen. Zum Beispiel, da Wärme von dem heißen Gas an ein Wärmetauscherelement 516 übertragen wird, kühlt das Gas ab und wird durch einen Rückführungskanal 518 im Kreislauf zu einem Bereich unterhalb des Steuerelementes 512 für die Konvektion geführt. Zum Beispiel, wie in 5B gezeigt, kann der Rückführungskanal 518 durch das Steuerelement 512 für die Konvektion und der Innenwand der Gasbehälterstruktur 501 definiert werden. Danach kann das Gas für die Aufrechterhaltung des Plasmas 107 wiederverwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 5C gezeigt, transportiert das Steuerelement 522 für die Konvektion mit dem offenen Ende das Gas zu einem Bereich außerhalb der Plasmalampe 100. In dieser Hinsicht kann das Steuerelement 522 für die Konvektion mit dem offenen Ende als Abzugsöffnung wirken, damit heißes Gas in einen Bereich außerhalb der Plasmalampe 100 verbracht wird.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 5D dargestellt, sind eine oder mehrere Wärmeaustauscherstrukturen 534 auf einer oder mehreren Oberflächen 533, 535 des Steuerelements 532 für die Konvektion angeordnet. In einer Ausführungsform sind die eine oder mehreren Wärmetauscherstrukturen 534 so konfiguriert, dass Wärme von der Abluftfahne 505 des Plasmas 107 an das Steuerelement 532 für die Konvektion übertragen wird. In einer anderen Ausführungsform wird das Steuerelement 532 für die Konvektion auch thermisch mit dem Wärmespeicher 509 gekoppelt. In dieser Hinsicht wird Wärme von der Abluftfahne 505 des Plasmas 107 an den Wärmespeicher 509 mittels der Wärmetauscherstrukturen 534 übertragen. Die Wärmetauscherstrukturen 534 können jede aus dem Stand der Technik bekannte Wärmeaustauschstruktur umfassen. Zum Beispiel, wie in 5D gezeigt, beinhalten die Wärmeaustauscherstrukturen 534, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Satz von Wärmeaustauscherrippen.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 5E gezeigt, umfasst die Plasmalampe 500 ein Subsystem 544 mit einem Kühlmittel. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel ein oder mehrere Kühlmittelschleifen 546. In einer anderen Ausführungsform ist ein Teil der einen oder mehreren Kühlmittelschleifen 546 innerhalb eines oder mehrerer Kanäle 548 des Steuerungselements 542 für die Konvektion ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform übertragen eine oder mehrere Kühlmittelschleifen 546 die Wärme von dem Steuerungselement 542 für die Konvektion mit einem fluiden Kühlmittel in der einen oder den mehreren Kühlmittelschleifen 546. Es wird angemerkt, dass hierin das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel und den Kühlmittelschleifen 546 nicht auf den Fall beschränkt ist, in dem die Wärmeaustauschelemente umgesetzt werden. Es wird angemerkt, dass das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel und die Kühlmittelschleifen 546 in jede der vorstehend beschriebenen Aufbauten der gegenwärtigen Offenbarung implementiert werden können.
In einer anderen Ausführungsform kann das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel eine beliebige Anzahl von Komponenten umfassen, die auf dem Gebiet der fluidbasierten Kühlung verwendet werden. Beispielsweise kann das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel eine oder mehrere Pumpen umfassen, die verwendet werden, um ein fluides Kühlmittel durch die Kühlmittelschleifen 546 zu pumpen. In einer anderen Ausführungsform kann das Subsystem 544 mit dem Kühlmittel einen Wärmetauscher (nicht gezeigt) umfassen, der für die Übertragung der Wärme von den Kühlmittelschleifen 546 an einen zusätzlichen Kühlmittelkreislauf (nicht gezeigt) oder jede andere Wärmesenke geeignet ist.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 5F gezeigt, umfasst die Plasmalampe 500 ein zweites Steuerungselement 554 für die Konvektion. In einer Ausführungsform sind das erste Steuerungselement 552 für die Konvektion im oberen Abschnitt der Plasmalampe 500 angeordnet und das zweite Steuerungselement 554 für die Konvektion in einem unteren Teil der Plasmalampe 500 angeordnet, wie dies in 5F dargestellt ist.
In einer Ausführungsform ist das untere Steuerungselement 554 für die Konvektion zur Formung des Gasstroms 556 durch den Plasmaerzeugungsbereich konfiguriert. Beispielsweise kann das untere Steuerungselement 554 für die Konvektion derart ausgestaltet sein, dass es einen Strahl, eine laminare Gasströmung, eine Überschallgasströmung und dergleichen bildet. Zum Beispiel kann das Steuerungselement 554 für die Konvektion eine konvergierende-divergierende Düsenanordnung umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann das Steuerungselement 554 für die Konvektion eine De Laval-Düse umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Es wird angemerkt, dass die verschiedenen vorstehend beschriebenen Düsenanordnungen auch auf die in 5F dargestellte Ausführungsform ausgedehnt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform können die Steuerungselemente für die Konvektion der 5A–5F als eine oder mehrere Elektroden der Plasmalampe 500 arbeiten. Beispielsweise kann jedes der Konvektionselemente 502, 512, 522, 532, 542, 552 und/oder 554 dazu dienen, als Elektroden der Plasmalampe betrieben zu werden, um das Plasma 107 vor dem Pumpen durch den Laser zu zünden. Es wird weiter angemerkt, dass, wenn die verschiedenen Konvektionselemente zur Plasmazündung verwendet werden, die verschiedenen Konvektionselemente auch eine vorstehende Nadelstruktur umfassen können (siehe beispielsweise die 6A–6B), um den Durchschlag des Gases während der Plasmazündung zu erleichtern.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Strukturelemente und Anordnungen, wie in den 5A bis 5F dargestellt, beschränkt ist, die lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung vorgesehen sind. Es wird hierin anerkannt, dass eine Vielzahl von Strukturelementen und/oder Anordnungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
6A bis 6B veranschaulichen eine Plasmalampe 600 mit einem oder mehreren Steuerungselementen für die Konvektion, die zum Herstellen einer laminaren Strömung durch natürliche Konvektion geeignet sind, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In einer, wie in 6A dargestellten Ausführungsform, kann die Plasmalampe 600 die Form eines Plasmabirne 602 annehmen. In einer Ausführungsform kann die Birne 602 einen Satz von Konvektionselementen 603, 605 umfassen, die für den Aufbau einer laminaren Strömung 601 entlang des Erzeugungsbereichs des Plasmas mit natürlicher Konvektion geeignet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Strukturen 603, 605 in 6A zur Reduzierung der Turbulenzen innerhalb der Birne 602 dienen. Zum Beispiel, wenn heißes Gas nach oben aus dem Plasma 107 wandert, lenken die Strukturen das Gas nach außen, während aber auch Wärme aus dem Gas extrahiert wird. Da das Gas Wärme an die obere Struktur 603 überträgt, kühlt das Gas ab und wird durch heißeres nach oben bewegendes und zirkulierendes Gas ersetzt. Diese Konfiguration tendiert dazu die Gasbewegung zu erzeugen, wie sie konzeptionell durch die Pfeile der 6A dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass diese Pfeile eine Idealisierung der Gasströmung innerhalb der Birne 602 darstellen, jedoch dazu dienen, die Tendenz der Strukturen 603, 605 hervorzuheben, um Turbulenzen zu verringern und eine laminare Strömung durch natürliche Konvektion herzustellen. In einer anderen Ausführungsform, wie in 6B gezeigt, kann die Plasmalampe 600 die Form einer Plasmazelle 602 annehmen. Es sei angemerkt, dass die Strukturen 603, 605 der Plasmazelle 602 zu den Strukturen der 6A analog sind. Als solches soll die Beschreibung der 6A dahingehend interpretiert werden, dass sie sich auf 6B ausdehnt.
Der hier beschriebene Gegenstand stellt manchmal verschiedene Komponenten dar, die in anderen Komponenten enthalten oder mit anderen Komponenten verbunden sind. Es selbstverständlich, dass solche dargestellten Architekturen nur beispielhaft sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, welche dieselbe Funktionalität erzielen. In einem konzeptionellen Sinn ist jede Anordnung von Komponenten zur Erzielung der gleichen Funktionalität effektiv "zugeordnet", so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können zwei beliebige hierin kombinierte Komponenten, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als "zugeordnet" miteinander betrachtet werden, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird, und zwar unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten. Ebenso werden jegliche zwei, so zusammengehörige Komponenten auch als "verbunden" oder "gekoppelt" miteinander betrachtet, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Zwei beliebige Komponenten, die in der Lage sind, auf diese Weise zusammengehörig zu sein, können auch als "koppelbar" betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele für koppelbar beinhalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, physikalisch zusammenpassende und/oder physikalisch zusammenwirkende Komponenten und/oder drahtlos zusammenwirkbare und/oder drahtlos zusammenwirkende Komponenten und/oder logisch zusammenwirkende und/oder logisch zusammenwirkbare Komponenten.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer dazugehörenden Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verständlich werden, und es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in der Form, Konstruktion und der Anordnung der Bauteile, durchgeführt werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne alle wesentlichen Vorteile zu opfern. Die beschriebene Form ist lediglich erläuternd, und es ist die Absicht der beigefügten Ansprüche, solche Veränderungen zu umfassen und einzuschließen. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Eine offene Plasmalampe zur Bildung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas umfassend: einen Hohlraumabschnitt mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass, wobei der Gaseinlass und der Gasauslass derart angeordnet sind, dass Gas durch den Hohlraumabschnitt fließt; eine Anordnung zur Gaszuführung, die fluid mit dem Gaseinlass des Hohlraumabschnitts gekoppelt und derart ausgestaltet ist, dass Gas einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts zuführbar ist; und eine Düsenanordnung, die fluid mit dem Gasauslass des Hohlraumabschnitts gekoppelt ist, wobei die Düsenanordnung und Hohlraumabschnitt derart angeordnet sind, dass ein Volumen des Gases eine Pumpbeleuchtung von einer Pumpquelle empfängt, um ein Plasma in dem Gas aufrechterhalten, wobei das aufrechterhaltene Plasma Breitband-Strahlung aussendet; wobei die Düsenbaugruppe derart ausgestaltet ist, dass eine konvektive Gasströmung aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts in einem Bereich außerhalb des Hohlraumabschnitts ausbildbar ist, so dass ein Teil des aufrechterhaltenen Plasmas mittels des Gasstroms aus dem Hohlraumabschnitt entfernbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung einen konvergierenden Abschnitt umfasst.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung einen konvergierenden Abschnitt umfasst.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung eine konvergierende-divergierende Düsenanordnung ist.
Plasmalampe nach Anspruch 4, wobei die konvergierende-divergierende Düsenanordnung eine Lavaldüsen-Anordnung ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Abschnitte der Düsenanordnung eine geometrische Form aufweisen, die mindestens eine Form eines Zylinders, eines abgeschnittenen, abgeplatteten Sphäroids, eines abgeschnittenen, abgeflachten Sphäroids oder eines abgeschnittenen Ellipsoids besitzt.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei der Hohlraumabschnitt eine geometrische Form aufweist, die mindestens eine Form eines Zylinders, eines Sphäroids, eines abgeplatteten Sphäroids, eines abgeflachten Sphäroids oder eines abgeschnittenen Ellipsoids besitzt.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Hohlraumabschnitts für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung transparent ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Düsenanordnung für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung transparent ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Düsenanordnung für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung opak ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung aus einem ersten Material und der Hohlraumabschnitt aus einem zweiten Material gebildet ist, das sich vom ersten Material unterscheidet.
Plasmalampe nach Anspruch 11, wobei die Düsenanordnung mit dem Hohlraumabschnitt reversibel mechanisch verbindbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung und der Hohlraumabschnitt aus dem gleichen Material gebildet sind.
Plasmalampe nach Anspruch 13, wobei der Hohlraumabschnitt und die Düsenanordnung eine integrierte Struktur bilden.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass zumindest eine Charakteristik der Strömung des Plasmas innerhalb der Plasmalampe steuerbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 15, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass der Druck des Gases steuerbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 15, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass die Massenströmungsgeschwindigkeit des Gases steuerbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine Unterschallströmungsgeschwindigkeit des Gases errichtbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine Überschallströmungsgeschwindigkeit des Gases errichtbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine laminare Strömung des Gases errichtbar ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei der durch die Düsenanordnung festgelegte Gasstrom geeignet ist, eine äußere Schicht des Plasmas zu entfernen.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei die Anordnung zur Gaszuführung zumindest eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Pumpe oder einem Ventilator umfasst, um eine Gasströmungsgeschwindigkeit in das innere Volumen von mindestens einem des Hohlraumabschnitts oder der Düsenanordnung zu steuern.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei der Hohlraumabschnitt und die Düsenanordnung derart ausgebildet sind, um das Plasma an einer Stelle innerhalb des Hohlraumabschnitts aufrecht zu erhalten.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei der Hohlraumabschnitt und die Düsenanordnung derart ausgebildet sind, um das Plasma an einer Stelle innerhalb der Düsenanordnung aufrecht zu erhalten.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei der Hohlraumabschnitt und die Düsenanordnung derart ausgebildet sind, um das Plasma an einer Stelle außerhalb der Düsenanordnung aufrecht zu erhalten.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei ein transparenter Teil von mindestens einer der Düsenanordnung oder dem Hohlraumabschnitt aus mindestens Calciumfluorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid, kristallinem Quarz, Saphir oder Quarzglas gebildet ist.
Plasmalampe nach Anspruch 1, wobei das Gas umfasst: mindestens eines aus einem Inertgas, einem nicht-Inertgas oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren Gasen.
Ein System zur Erzeugung eines mittels Licht aufrecht erhaltenen Plasmas, umfassend: eine Pumpquelle, die zum Erzeugen einer Pumpbeleuchtung ausgebildet ist; eine offene Plasmalampe umfassend: einen Hohlraumabschnitt mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass, wobei der Gaseinlass und der Gasauslass derart angeordnet sind, dass Gas durch den Hohlraumabschnitt fließt; eine Anordnung zur Gaszuführung, die fluid mit dem Gaseinlass des Hohlraumabschnitts gekoppelt und derart ausgestaltet ist, dass Gas einem inneren Volumen des Hohlraumabschnitts zuführbar ist; und eine Düsenanordnung, die fluid mit dem Gasauslass des Hohlraumabschnitts gekoppelt ist; wobei die Düsenbaugruppe derart ausgestaltet ist, dass eine konvektive Gasströmung aus dem Inneren des Hohlraumabschnitts in einem Bereich außerhalb des Hohlraumabschnitts ausbildbar ist, so dass ein Teil des aufrechterhaltenen Plasmas mittels des Gasstroms aus dem Hohlraumabschnitt entfernbar ist; ein Kollektorelement, das derart angeordnet, um die Beleuchtung von der Pumpquelle in zu Gas zu fokussieren, um ein Plasma in dem Gas aufrecht zu erhalten, wobei das Plasma eine breitbandige Strahlung emittiert.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung einen konvergierenden Abschnitt umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung einen konvergierenden Abschnitt umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung eine konvergierende-divergierende Düsenanordnung ist.
System nach Anspruch 31, wobei die konvergierende-divergierende Düsenanordnung eine Lavaldüsen-Anordnung ist.
System nach Anspruch 28, wobei zumindest ein Teil des Hohlraumabschnitts für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung transparent ist.
System nach Anspruch 28, wobei zumindest ein Teil der Düsenanordnung für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung transparent ist.
System nach Anspruch 28, wobei zumindest ein Teil der Düsenanordnung für zumindest einen Teil der Pumpbeleuchtung und der vom Plasma emittierten Breitbandstrahlung opak ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung aus einem ersten Material und der Hohlraumabschnitt aus einem zweiten Material gebildet ist, das sich vom ersten Material unterscheidet.
System nach Anspruch 36, wobei die Düsenanordnung mit dem Hohlraumabschnitt reversibel mechanisch verbindbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung und der Hohlraumabschnitt aus dem gleichen Material gebildet sind.
System nach Anspruch 38, wobei der Hohlraumabschnitt und die Düsenanordnung eine integrierte Struktur bilden.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass zumindest eine Charakteristik der Strömung des Plasmas innerhalb der Plasmalampe steuerbar ist.
System nach Anspruch 40, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass der Druck des Gases steuerbar ist.
System nach Anspruch 40, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass die Massenströmungsgeschwindigkeit des Gases steuerbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine Unterschallströmungsgeschwindigkeit des Gases errichtbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine Überschallströmungsgeschwindigkeit des Gases errichtbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Düsenanordnung derart konfiguriert ist, dass eine laminare Strömung des Gases errichtbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei der durch die Düsenanordnung festgelegte Gasstrom geeignet ist, eine äußere Schicht des Plasmas zu entfernen.
System nach Anspruch 28, wobei die Anordnung zur Gaszuführung zumindest eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Pumpe oder einem Ventilator umfasst, um eine Gasströmungsgeschwindigkeit in das innere Volumen von mindestens einem des Hohlraumabschnitts oder der Düsenanordnung zu steuern.
System nach Anspruch 28, wobei das Kollektorelement derart eingerichtet ist, dass die Beleuchtung von der Pumpquelle in das Gas an einen Ort innerhalb des Hohlraumabschnitts fokussierbar ist, um ein Plasma innerhalb des Gases aufrecht zu erhalten.
System nach Anspruch 28, wobei das Kollektorelement derart eingerichtet ist, dass die Beleuchtung von der Pumpquelle in das Gas an einen Ort innerhalb der Düsenanordnung fokussierbar ist, um ein Plasma innerhalb des Gases aufrecht zu erhalten.
System nach Anspruch 28, wobei das Kollektorelement derart eingerichtet ist, dass die Beleuchtung von der Pumpquelle in das Gas an eine Stelle außerhalb der Düsenanordnung fokussierbar ist, um ein Plasma innerhalb des Gases aufrecht zu erhalten.
System nach Anspruch 28, wobei ein transparenter Teil von mindestens einem der Düsenanordnung oder dem Hohlraumabschnitt aus mindestens einem von Calciumfluorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid, kristallinem Quarz, Saphir oder Quarzglas gebildet ist.
System nach Anspruch 28, wobei das Gas umfasst: mindestens eines aus einem Inertgas, einem nicht-Inertgas oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren Gasen.
System nach Anspruch 28, wobei die Pumpquelle einen oder mehrere Laser umfasst.
Die Plasmazelle nach Anspruch 53, wobei der eine oder die mehreren Laser einen oder mehrere Infrarot-Laser umfassen.
System nach Anspruch 53, wobei der eine oder die mehreren Laser mindestens einen von einem Diodenlaser, einem Dauerstrichlaser oder einem Breitbandlaser umfassen.
System nach Anspruch 53, wobei der eine oder die mehreren Pumplaser einen oder mehrere Laser umfassen, die konfiguriert sind, um Laserlicht mit im Wesentlichen konstanter Leistung an das Plasma zu liefern.
System nach Anspruch 53, wobei der eine oder die mehreren Pumplaser einen oder mehrere modulierte Laser umfassen, die konfiguriert sind, um moduliertes Laserlicht an das Plasma zu liefern.
System nach Anspruch 28, wobei die vom Plasma emittierte Breitbandstrahlung mindestens eine der Extrem-Ultraviolett-Strahlung, der Vakuum-Ultraviolettstrahlung, der tiefen Ultraviolettstrahlung, der UV-Strahlung und der sichtbaren Strahlung aufweist.
System nach Anspruch 28, wobei das Kollektorelement derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der durch das aufrecht erhaltene Plasma emittierten Breitbandstrahlung sammelbar ist, und dass die Breitbandstrahlung auf eine oder mehrere zusätzliche optische Elemente richtbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei das Kollektorelement mindestens ein ellipsoidförmiges Kollektorelement oder ein parabolisches Kollektorelement umfasst.
System nach Anspruch 28, ferner umfassend: eine Gasbehälterstruktur.
System nach Anspruch 61, ferner umfassend: ein Subsystem zur Gasrückführung.
Eine Plasmalampe zur Bildung eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas umfassend: eine Struktur, die zum Einschließen von Gas konfiguriert ist, das zur Erzeugung eines Plasmas aufgrund der Absorption von Pumpbeleuchtung einer Pumpquelle geeignet ist; und ein Steuerelement für die Konvektion, das innerhalb der Struktur zum Einschließen von Gas angeordnet ist, wobei das Steuerelement für die Konvektion einen Kanal zum Richten einer Abluftfahne des Plasmas entlang einer ausgewählten Richtung umfasst, wobei das Steuerelement für die Konvektion thermisch mit einem Wärmespeicher gekoppelt und derart ausgelegt ist, dass Wärme von der Abluftfahne des Plasmas an den Wärmespeicher übertragbar ist.
System nach Anspruch 63, wobei die Struktur zum Einschließen von Gas umfasst: mindestens eines von einem Plasmakolben oder einer Plasmazelle.
System nach Anspruch 63, wobei der Kanal zum Richten einer Abluftfahne des Plasmas an einem oberen Abschnitt des Steuerelements für die Konvektion geschlossen ist.
System nach Anspruch 63, wobei der Kanal zum Richten einer Abluftfahne des Plasmas an einem oberen Abschnitt des Steuerelements für die Konvektion offen ist, wobei das Steuerelement für die Konvektion derart konfiguriert ist, dass Gas von einem oberen Abschnitt des Steuerelements für die Konvektion zu einem Bereich der Plasmaerzeugung rückführbar ist.
System nach Anspruch 63, wobei der Kanal zum Richten einer Abluftfahne des Plasmas an einem oberen Abschnitt des Steuerelements für die Konvektion offen ist, wobei das Steuerelement für die Konvektion derart konfiguriert ist, dass Gas zu einem Bereich außerhalb der Plasmalampe übertragbar ist.
System nach Anspruch 63, ferner umfassend: eine oder mehrere Wärmeaustauschstrukturen, die auf mindestens einer Oberfläche des Steuerelements für die Konvektion angeordnet und derart konfiguriert sind, dass Wärme von der Abluftfahne des Plasmas zu dem Steuerelement für die Konvektion übertragbar ist.
System nach Anspruch 63, wobei ein Subsystem für Kühlmittel einen oder mehrere Kühlmittelschleifen umfasst, wobei ein Teil der einen oder mehreren Kühlmittelschleifen innerhalb der Kanäle des Steuerelements für die Konvektion angeordnet sind, wobei die eine oder die mehreren Kühlmittelschleifen derart ausgebildet sind, dass Wärme von dem Steuerelement für die Konvektion an ein Fluidkühlmittel in dem einen oder den mehreren Kühlmittelschleifen übertragbar ist.
System nach Anspruch 63, wobei das Steuerelement für die Konvektion eine Elektrode der Plasmalampe ist, die konfiguriert ist, um das Plasma zu initiieren.