DE112016004526T5

DE112016004526T5 - System und Verfahren zum elektrodenlosen Zünden von Plasma in einer lasergestützten Plasmalichtquelle

Info

Publication number: DE112016004526T5
Application number: DE112016004526.3T
Authority: DE
Inventors: Anant Chimmalgi; Rudolf Brunner; Anatoly Shchemelinin; Ilya V. Bezel; Erik Kim; Rajeev Patil
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2015-10-04
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-06-14
Also published as: US20170150590A1; JP2018531487A; TW201724169A; CN108140538B; WO2017062274A1; TWI703611B; JP7023223B2; JP2022060309A; CN108140538A; US10244613B2

Abstract

Eine Beleuchtungsquelle zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einer Plasmalampe einer lasergestützten Plasma-Breitbandquelle (LSP) umfasst einen oder mehrere Laser zum Zünden, die zum Zünden des Plasmas innerhalb eines in der Plasmalampe enthaltenen Gases konfiguriert sind. Die Beleuchtungsquelle umfasst auch einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten, die dazu konfiguriert sind, das Plasma aufrechtzuerhalten. Die Beleuchtungsquelle umfasst eine optische Bereitstellungsfaser, ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit der optischen Bereitstellungsfaser optisch zu koppeln.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung 62/236,904 , angemeldet am 4. Oktober 2015, mit dem Titel NOVEL LAMP IGNITION SCHEME AND LAMP DESIGN FOR LASER PUMPED LAMPS USED ON BRIGHTFIELD WAFER INSPECTION TOOLS, und Anant Chimmalgi, Rudolf Brunner, Anatoly Shchemelinin, Ilya Bezel, Erik Kim und Rajeev Patil als den Erfindern, welche Anmeldung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf plasmabasierte Lichtquellen und insbesondere auf eine elektrodenlose plasmabasierte Lichtquelle.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Bedarf an verbesserten Beleuchtungsquellen, die für die Inspektion von immer weiter schrumpfenden Halbleiterbauelementen verwendet werden, nimmt weiter zu. Eine solche Beleuchtungsquelle umfasst eine lasergestützte Plasmaquelle. Lasergestützte Plasma (LSP) -Lichtquellen sind in der Lage, ein Hochleistungs-Breitbandlicht zu erzeugen. Lasergestützte Lichtquellen arbeiten, indem sie Laserstrahlung in ein Gasvolumen fokussieren, um das Gas, wie beispielsweise Argon oder Xenon, in einen Plasmazustand anzuregen, der in der Lage ist, Licht zu emittieren. Dieser Effekt wird typischerweise als „Pumpen“ des Plasmas bezeichnet. Typischerweise benötigen Plasmalampen Elektroden, um das Plasma zu zünden, das dann ausschließlich durch Laserenergie aufrecht gehalten wird. Der Bedarf an Elektroden erfordert auch komplizierte Glasmetallabdichtungstechnologien und einen komplexen Kolbenformfaktor, der ihn anfällig für Spannungskonzentration, Fehler an der Metallglasdichtung und eine Gesamtreduzierung von Berstdruck/-stärke der Lampe macht. Die Elektroden selbst sind auch anfällig für den Verfall beziehungsweise das Sputtern, was die Übertragung via Glas aufgrund von Dunkelfärbung reduziert. Daher wäre es wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile früherer Ansätze wie der oben genannten beseitigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Beleuchtungsquelle für die elektrodenlose Zündung eines Plasmas in einer Breitbandplasmaquelle wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle einen oder mehrere Laser zum Zünden, die zum Zünden eines Plasmas innerhalb eines in einer Plasmalampe enthaltenen Gases konfiguriert sind. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten, die konfiguriert sind, um das Plasma aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle eine optische Bereitstellungsfaser. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit der optischen Bereitstellungsfaser optisch zu koppeln. In einer anderen Ausführungsform ist die Beleuchtungsquelle in eine breitbandige lasergestützte Plasmaquelle (LSP) integriert, wobei eine oder mehrere Lampenoptiken einen Output von der optischen Bereitstellungsfaser auf das Gasvolumen in der Plasmalampe richten, um das Plasma innerhalb des Gasvolumens in der Plasmalampe zu zünden und aufrechtzuerhalten.
Eine Beleuchtungsquelle für die elektrodenlose Zündung eines Plasmas in einer Breitbandplasmaquelle wird gemäß einer oder mehreren zusätzlichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle einen oder mehrere Laser zum Zünden, die zum Zünden eines Plasmas innerhalb eines in einer Plasmalampe enthaltenen Gases konfiguriert sind. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten, die konfiguriert sind, um das Plasma aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle eine optische Bereitstellungsfaser, wobei ein Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der Bereitstellungsfaser gekoppelt ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle eine optische Prozessfaser. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle einen Faserkoppler, der mit einem Output der optischen Bereitstellungsfaser und einem Input der optischen Prozessfaser optisch gekoppelt ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Faserkoppler ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der optischen Prozessfaser optisch zu koppeln. In einer anderen Ausführungsform ist die Beleuchtungsquelle in eine breitbandige lasergestützte Plasmaquelle (LSP) integriert, wobei eine oder mehrere Lampenoptiken einen Output von der optischen Prozessfaser auf das Gasvolumen in der Plasmalampe richten, um das Plasma innerhalb des Gasvolumens in der Plasmalampe zu zünden und aufrechtzuerhalten.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht notwendigerweise die beanspruchte Erfindung beschränken. Die beigefügten Zeichnungen, die in der Beschreibung enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
Figurenliste
Die zahlreichen Vorteile der Offenbarung können von Fachleuten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verstanden werden.

1A zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Systems zum Bilden eines durch Licht aufrechterhaltenen Plasmas gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1B - 1C veranschaulichen vereinfachte schematische Ansichten einer Beleuchtungsquelle, die einen Laser zum Aufrechterhalten und einen internen Laser zum Zünden umfasst, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1D veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht einer Beleuchtungsquelle, die einen Laser zum Aufrechterhalten und einen externen Laser zum Zünden umfasst, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1E veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht einer Beleuchtungsquelle, die mit mehreren dichroitischen Spiegeln ausgestattet ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1F veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht eines Systems zum Bilden eines durch Licht aufrechterhaltenen Plasmas mit einem externen Laser zum Zünden, der in einer Richtung positioniert ist, die sich von der des Lasers zum Aufrechterhalten unterscheidet, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2A veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht einer Plasmalampe mit einem zylindrischen Plasmakolben gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2B veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht einer Plasmalampe mit einem kugelförmigen Plasmakolben gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2C veranschaulicht eine vereinfachte schematische Ansicht einer Plasmalampe mit einer herz- oder nierenförmigen Plasmakugel gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun im Detail auf den offenbarten Gegenstand Bezug genommen, der in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Obwohl nur bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt worden sind, ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Ausführungsformen der Erfindung durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorstehenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt werden.
Allgemein bezugnehmend auf 1A bis 2C wird ein System zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einer Breitbandlichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf eine elektrodenlose Plasmalampe zur Verwendung in einer LSP-Breitbandquelle gerichtet. Zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf vereinfachte Plasmalampengeometrien und -konfigurationen gerichtet. Solche Ausführungsformen verbessern die Zuverlässigkeit, die Lebensdauer (durch Verhindern der durch Elektrodenzersetzung verursachten Leistung) und die Skalierbarkeit einer Plasmalampe. Zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf Plasmazündungsschemata gerichtet, die einen oder mehrere Laser zum Zünden umfassen, die in Reihe mit einem oder mehreren Lasern zum Aufrechterhalten des Plasmas gekoppelt sind. In diesen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden ein Plasma innerhalb einer gegebenen Plasmalampe zünden, und dann können nach der Plasmazündung der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten des Plasmas das Plasma aufrechterhalten.
1A zeigt ein System 100 zum Bilden eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas (LSP) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 100 kann als eine breitbandige Strahlungsquelle für eine beliebige Anzahl von Anwendungen dienen, wie Beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, für ein Inspektionswerkzeug oder für eine Metrologie-Messmaschine.
Die Erzeugung eines durch Licht aufrechterhaltenen Plasmas ist allgemein in dem am 14. Oktober 2008 veröffentlichten US-Patent Nr. 7,435,982 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in dem am 31. August 2010 veröffentlichten US-Patent Nr. 7,786,455 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein im am 2. August 2011 veröffentlichten US-Patent Nr. 7,989,786 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in dem am 22. Mai 2012 veröffentlichten US-Patent Nr. 8,182,127 beschrieben, auf das hierin in seiner Gesamtheit Bezug genommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in dem am 13. November 2012 veröffentlichten US-Patent Nr. 8,309,943 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein im am 9. Februar 2013 veröffentlichten US-Patent Nr. 8,525,138 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in dem am 30. Dezember 2014 veröffentlichten US-Patent Nr. 8,921,814 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in dem am 19. April 2016 veröffentlichten US-Patent Nr. 9,318,311 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die Erzeugung von Plasma ist auch allgemein in der am 25. März 2014 eingereichten US-Patentveröffentlichung Nr. 2014/029154 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Transversales Pumpen eines mittels Licht aufrechterhaltenen Plasmas ist allgemein in der am 31. März 2015 eingereichten US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0282288 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. In einem allgemeinen Sinn sollten die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dahingehend interpretiert werden, dass sie sich auf jede im Stand der Technik bekannte plasmabasierte Lichtquelle erstrecken. Ein optisches System, das im Zusammenhang mit Plasmaerzeugung verwendet wird, ist allgemein in dem am 27. April 2010 veröffentlichten US-Patent Nr. 7,705,331 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
In einer Ausführungsform umfasst das System 100 eine Plasmalampe 110. In einer anderen Ausführungsform umfasst das System 100 eine Beleuchtungsquelle 102, die zum Zünden und/oder Aufrechterhalten eines Plasmas 111 in der Plasmalampe 110 konfiguriert ist. Die Beleuchtungsquelle 102 kann Licht einer beliebigen ausgewählten Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs emittieren, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Infrarotstrahlung, sichtbare und/oder UV-Strahlung. In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere Laser 120 zum Aufrechterhalten des Plasmas und einen oder mehrere Laser 130 zum Zünden des Plasmas. Der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 können das Plasma 111 innerhalb der Plasmalampe 110 zünden. Sobald das Plasma 111 gezündet ist, dienen dann der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten 120 dazu, das Plasma 111 in der Plasmalampe 110 aufrecht zu halten.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das System 100 eine oder mehrere optische Fasern (wie beispielsweise eine Bereitstellungsfaser und/oder eine Prozessfaser) zum Bereitstellen einer Beleuchtung (beispielsweise Beleuchtung zum Zünden und/oder Beleuchtung zum Aufrechterhalten) von der Beleuchtungsquelle 102 zu dem Beleuchtungsweg 101 des Systems 100.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das System eine oder mehrere Lampenoptiken. Beispielsweise, wie in 1A gezeigt, jedoch nicht darauf beschränkt, kann die eine oder die mehreren Lampenoptiken ein Kollektorelement 108 (beispielsweise einen ellipsenförmigen Spiegel, einen Parabolspiegel oder einen sphärischen Spiegel) zum Leiten und/oder Fokussieren einer Beleuchtung 105 von der Beleuchtungsquelle 102 (über die optische Faser 104) in das Gasvolumen 109 umfassen, das in der Plasmalampe 110 enthalten ist, um das Plasma 111 zu zünden und/oder aufrechtzuerhalten. Ferner kann das Kollektorelement 108 auch eine Breitbandstrahlung 114 sammeln, die von dem erzeugten Plasma 111 emittiert wird, und die Breitbandstrahlung 114 zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen 116 lenken.
In einer alternativen und/oder zusätzlichen Ausführungsform können die eine oder die mehreren Lampenoptiken einen Satz von Beleuchtungsoptiken zum Lenken und/oder Fokussieren der Beleuchtung 105 von der Beleuchtungsquelle 102 (über die optische Faser 104) in das in der Plasmalampe 110 enthaltene Gasvolumen umfassen, um das Plasma 111 zu zünden und/oder aufrecht zu erhalten. Beispielsweise kann der Satz von Beleuchtungsoptiken einen Satz von Reflektorelementen (beispielsweise Spiegel) umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie einen Output von der optischen Prozessfaser 104 auf das Gasvolumen in der Plasmalampe 110 zum Zünden und/oder Aufrechterhalten des Plasmas 111 richten. Zusätzlich, jedoch nicht darauf beschränkt, können die eine oder mehreren Lampenoptiken einen Satz von Sammelelementen (beispielsweise Spiegel) zum Sammeln von Breitbandstrahlung 114, die von dem Plasma 111 emittiert wird, und zum Lenken der Breitbandstrahlung 114 zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen 116 umfassen. Die Verwendung getrennter Beleuchtungs- und Sammeloptiken in einer Plasmaquelle ist allgemein in der am 20. Juni 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/187,590 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Es wird angemerkt, dass die optische Konfiguration, die verwendet wird, um eine Beleuchtung zum Aufrechterhalten des Plasmas von dem einen oder den mehreren Lasern 120 der Laserquelle 102 zum Aufrechterhalten und eine Beleuchtung zum Zünden von dem einen oder den mehreren Lasern 130 der Laserquelle 102 zum Zünden an das Plasma 111 zu liefern, eine beliebige optische Konfiguration umfassen kann, mit der ein sequentielles oder simultanes Liefern einer Beleuchtung zum Aufrechterhalten und Zünden an das Plasma 111 (oder Gas) bereit gestellt werden kann. Beispielsweise kann die optische Konfiguration, die verwendet wird, um eine Beleuchtung von dem einen oder den mehreren Lasern zum Aufrechterhalten 120 und dem einen oder den mehreren Lasern zum Zünden in die optische Faser 104 einzukoppeln, reflektierende und/oder durchlässige Optiken umfassen. Ferner kann die optische Konfiguration einen oder mehrere blockierende Spiegel umfassen, einen oder mehrere einstellbare beziehungsweise schwenkbare Spiegel, einen oder mehrere dichroitische Spiegel, einen oder mehrere polarisierende Kombinierer und dergleichen umfassen.
1B bis 1C veranschaulichen eine Beleuchtungsquelle 102, die mit einer oder mehreren Laserquellen zum Aufrechterhalten und einer oder mehreren Laserquellen zum Zünden von Licht gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten 120a, 120b des Plasmas und einen oder mehrere Laser zum Zünden 130 des Plasmas. In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten 120a, 120b einen oder mehrere Dauerstrich (CW)-Laser. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Laser 120a, 120b der Laserquelle 102 zum Aufrechterhalten einen oder mehrere Diodenlaser (beispielsweise Diodenstapel (Dioden-Stacks)) umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einer anderen Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren Laser 130 der Laserquelle 102 zum Zünden einen oder mehrere gepulste Laser. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 der Laserquelle 102 einen oder mehrere Laser mit Güteschaltern (Q-switched) umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 der Laserquelle 102 einen oder mehrere Nd-YAG-Laser umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Gemäß einem anderen Beispiel können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 der Laserquelle 102 einen oder mehrere Nanosekunden-Pulslaser, einen oder mehrere Pikosekunden-Pulslaser oder einen oder mehrere Femtosekunden-Pulslaser umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Gemäß einem anderen Beispiel können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 einen oder mehrere modulierte CW-Laser umfassen (das heißt einen CW-Laser, der im Moderationsmodus arbeitet). Beispielsweise können der eine oder die mehreren Laser zum Zünden 130 einen oder mehrere modulierte Diodenlaser umfassen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 eine optische Bereitstellungsfaser 138 zum Bereitstellen des optischen Outputs der Beleuchtungsquelle (beispielsweise Beleuchtung zum Aufrechterhalten und/oder Beleuchtung zum Zünden) an ein oder mehrere nachgeschaltete optische Elemente.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 einen Faserkoppler 140. Wie in 1B gezeigt, kann der Faserkoppler 140 beispielsweise einen Output der Bereitstellungsfaser 138 mit einem optischen Input der Prozessfaser 104 optisch koppeln. Der Faserkoppler 140 kann eine beliebige Anzahl und Art von optischen Elementen umfassen, die notwendig sind, um den Output der Bereitstellungsfaser 138 an den Input der Prozessfaser 104 zu koppeln. Beispielsweise kann der Faserkoppler 140 Linsen 142 und 144 umfassen, die angeordnet sind, um den Output der Bereitstellungsfaser 138 mit dem Input der Prozessfaser 104 zu koppeln. Ferner kann die Prozessfaser 104 eine optische Opferfaser sein, die es einem Benutzer ermöglicht, bei Bedarf eine neue Faser an den Faserkoppler 140 anzubringen.
Beispielsweise kann die Beleuchtungsquelle 102 einen gütegeschalteten (im Englischen „Q-switched“) nanosekundengepulsten Laser zum Zünden des Plasmas und einen oder mehrere Diodenlaser zum Aufrechterhalten des Plasmas umfassen. In diesem Beispiel kann der Output des gütegeschalteten nanosekundengepulsten Lasers mit dem Output des Diodenlasers innerhalb der Laserquelle 102 selbst in Reihe gekoppelt werden, bevor er mit der Bereitstellungsfaser 138 gekoppelt wird. Bei einer Ausführungsform können die Diodenlaser 120a, 120b (beispielsweise Diodenstapel) kontinuierlich im CW-Modus arbeiten und können die Verantwortung für die Aufrechterhaltung des Plasmas übernehmen, sobald der gepulste Laser 130 das Plasma gezündet hat. Es wird angemerkt, dass die Verwendung von Faserlasern typischerweise zuverlässiger, kompakter und fluchtfreier ist als andere Auswahlmöglichkeiten und das Design der Laserquelle vereinfachen kann.
Es ist anzumerken, dass ein beliebiger Satz von optischen Elementen beziehungsweise Komponenten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden kann, um den Output 133 eines oder mehrerer Laser zum Zünden 130 mit dem Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten 120a und/oder 120b in Reihe zu koppeln zu einem Input der optischen Bereitstellungsfaser 138.
In einer Ausführungsform kann ein Satz von Spiegeln verwendet werden, um die Outputs der Laser 120a, 120b und 130 räumlich zu trennen und die Outputs der Laser 120a, 120b und 130 auf den Input der Bereitstellungsfaser 138 zu richten und/oder zu fokussieren. Beispielsweise werden, wie in 1B gezeigt, Spiegel 126a, 126b, 127 und 128 verwendet, um die Laserbeleuchtung von den Lasern zum Aufrechterhalten 120a, 120b und dem Laser zum Zünden 130 auf den Input der Bereitstellungsfaser 138 zu richten.
Es ist anzumerken, dass, da der verfügbare Raum durch die Laserbeleuchtung 123a, 123b von den Lasern zum Aufrechterhalten 120a, 120b des Plasmas eingenommen wird, ein oder mehrere optische Elemente verwendet werden können, um vorübergehend einen Teil der Laserbeleuchtung zum Aufrechterhalten zu blockieren, um zu ermöglichen, dass die Zündbeleuchtung 133 an die Bereitstellungsfaser 138 und auf das Plasma übertragen werden kann. Beispielsweise, wie in 1B gezeigt, kann ein Schwenkspiegel 127 (oder ein anderweitig betätigbarer Spiegel) so positioniert sein, dass er die Zündbeleuchtung 133 auf den Spiegel 128 und auf die Bereitstellungsfaser 138 reflektiert, wenn das Plasma gezündet wird, während er die Beleuchtung 123b zum Aufrechthalten des Plasmas von dem Laser 120b blockiert. Wie in 1C gezeigt, kann dann der Schwenkspiegel 127 nach der Plasmazündung so eingestellt werden, dass er die Zündbeleuchtung 133 von der Zündquelle 130 blockiert, während er ermöglicht, dass die Beleuchtung 123b zum Aufrechterhalten des Plasmas zu dem Spiegel 128 und weiter zu der Bereitstellungsfaser 138 gelangt. Es sei ferner angemerkt, dass die Beleuchtungsquelle 102 eine beliebige Anzahl von Linsen 122a, 122b, 132, 136 umfassen kann, um Licht in die Bereitstellungsfaser 138 zu richten und zu fokussieren.
Es ist anzumerken, dass der optische Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten 120a, 120b des Plasmas und des einen oder der mehreren Laser zum Zünden 130 des Plasmas mit der Bereitstellungsfaser 138 auf eine beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Weise gekoppelt sein kann. In einer anderen Ausführungsform können die Bereitstellungsfaser 138 und/oder die Prozessfaser 104 mehrstufige beziehungsweise mehradrige optische Fasern sein, wobei verschiedene Wellenlängen des Lichts in verschiedene Schichten der gegebenen optischen Faser fokussiert werden. Die Verwendung einer mehrstufigen beziehungsweise mehradrigen optischen Faser im Zusammenhang mit der Plasmaerzeugung wird in der US-Patentanmeldung Nr. 15/274,956 , eingereicht am 23. September 2016, diskutiert, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
1D zeigt eine Beleuchtungsquelle 102, die mit einer oder mehreren Laserquellen zum Aufrechterhalten und einer oder mehreren Zündlichtlaserquellen gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist. In dieser Ausführungsform kann die Zündbeleuchtung 133 über den Faserkoppler 140 an die Prozessfaser 104 geliefert werden. In einer Ausführungsform umfasst der Faserkoppler 140 einen oder mehrere dichroitische Spiegel 148, die geeignet sind, die Zündbeleuchtung 133 in die Prozessfaser 104 zu reflektieren, während Beleuchtung von den Lasern zum Aufrechterhalten 120a, 120b von der Bereitstellungsfaser 138 zu der Prozessfaser 104 gelangen kann.
In einer Ausführungsform ist der dichroitische Spiegel 148 entfernbar. In dieser Hinsicht kann der dichroitische Spiegel 148 während bestimmter Anwendungen oder während der Plasmazündung selektiv in den Faserkoppler platziert werden. Beispielsweise kann, sobald das Plasma 111 gezündet ist, der dichroitische Spiegel 148 entfernt werden.
Diese Konfiguration ermöglicht, dass ein Output des externen gepulsten Zündlasers 130, der bei einer anderen Wellenlänge als die Laser zum Aufrechterhalten 120a, 120b arbeitet, in die Prozessfaser 104 und das Plasma 111 eingekoppelt wird. Eine solche Konfiguration bietet Flexibilität zum Vergrößern der gepulsten Laserleistung (Pulsenergie) durch Hinzufügen eines externen Lasers (beispielsweise eines Faserlasers oder eines konventionellen Nd-Yag-Lasers).
Es ist anzumerken, dass obwohl die externe Zündquelle von 1D als die einzige Zündquelle in 1D gezeigt wurde, stellt diese Konfiguration keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es ist anzumerken, dass die interne Zündquelle 130 von 1C und die externe Zündquelle 130 von 1D gleichzeitig verwendet werden können, um die flexible Vergrößerung der Zündleistung in Anwendungen zu ermöglichen, die solche Leistungssteigerungen erfordern.
Es ist anzumerken, dass die in den 1B-1D gezeigte optische Konfiguration nicht auf zwei Laser zum Aufrechterhalten oder einen einzelnen Zündlaser (Laser zum Zünden) beschränkt ist. Vielmehr kann die in den 1B-1D gezeigte optische Konfiguration auf eine beliebige Anzahl von Lasern zum Aufrechterhalten und eine beliebige Anzahl von Lasern zum Zünden erweitert werden. Beispielsweise kann die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten (beispielsweise ein, zwei, drei Laser zum Aufrechterhalten usw.) umfassen. In diesem Beispiel kann die optische Konfiguration der 1B-1D durch Hinzufügen zusätzlicher Laser zum Aufrechterhalten modifiziert werden. Beispielsweise kann der Spiegel 128 ein dichroitischer Spiegel sein, der es der Beleuchtung von zusätzlichen Lasern zum Aufrechterhalten ermöglicht, über den Spiegel bis zur Linse 136 zu gelangen. Als ein anderes Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere Zündlaser (beispielsweise eine, zwei, drei Zündlaser und so weiter) umfassen.
1E zeigt eine Beleuchtungsquelle 102, die mit einem oder mehreren Laserquellen zum Aufrechterhalten und einer oder mehreren Zündlichtlaserquellen gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere dichroitische Spiegel und die Laser 120a, 120b und 130 emittieren Laserbeleuchtung unterschiedlicher Wellenlängen (oder Wellenlängenbereiche). Beispielsweise emittiert der erste Laser zum Aufrechterhalten 120a eine Laserbestrahlung der Wellenlänge λ1, der zweite Laser zum Aufrechterhalten 120b emittiert eine Laserbestrahlung der Wellenlänge λ2, und der Zündlaser 130 emittiert eine Laserbestrahlung von λ3 (wobei λ1, λ2 und λ3 verschieden sind). Ferner können die Spiegel 150, 152 und 154 dichroitische Spiegel sein. In dieser Hinsicht kann der Spiegel 150 Licht einer ersten Wellenlänge λ1 (oder eines Satzes von Wellenlängen) reflektieren. Dann überträgt der Spiegel 152 Licht der ersten Wellenlänge λ1, während er Licht der zweiten Wellenlänge λ2 reflektiert. Der Spiegel 154 überträgt wiederum Licht der ersten Wellenlänge λ1 und der zweiten Wellenlänge λ2, während er Licht der dritten Wellenlänge λ3 reflektiert. In dieser Hinsicht kann Beleuchtung von der einen oder den mehreren Laserquellen zum Aufrechterhalten und von der einen oder den mehreren Zündlichtlaserquellen in die Linse 136 eingekoppelt werden, die dann die Zündungsbeleuchtung und die Aufrechterhaltungsbeleuchtung in die Bereitstellungsfaser 138 fokussiert und/oder lenkt (entweder sequentiell oder gleichzeitig). Der Faserkoppler 140 wiederum kann, wie zuvor erläutert, den Output der Bereitstellungsfaser 138 in den Input der Prozessfaser 104 einkoppeln, die dann den Output der Quelle 102 über verschiedene optische Elemente an das Plasma 111 (oder Gas) abgibt.
Es ist anzumerken, dass die Beleuchtung von den Quellen 120a, 120b zum Aufrechterhalten und der einen oder den mehreren Zündquellen 130 auch unter Verwendung von polarisationsbasierten optischen Elementen kombiniert werden kann. Beispielsweise kann ein Satz polarisierender Elemente (beispielsweise Polarisationsstrahlteiler beziehungsweise Polarisationskombinierer) verwendet werden, um Beleuchtung von einem oder mehreren Lasern zum Aufrechterhalten und Beleuchtung von einer oder mehreren Zündquellen in die Bereitstellungsfaser 138 einzukoppeln. In dieser Hinsicht kann Beleuchtung von dem einen oder den mehreren Lasern zum Aufrechterhalten in einem Zustand polarisiert werden, während die Beleuchtung von dem einen oder den mehreren Zündlasern in einem orthogonalen Zustand polarisiert wird. Dann kann ein Satz von Polarisationsstrahlteilern beziehungsweise -kombinierern analog zu den dichroitischen Spiegeln von 1E implementiert werden.
Es wird hier angemerkt, dass die obige Beschreibung der 1B-1E keine Beschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung ist und lediglich zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt wird. Es wird erkannt, dass eine beliebige Anzahl von äquivalenten optischen Konfigurationen implementiert werden kann, um dem Plasma 111 entweder sequentiell oder gleichzeitig eine Beleuchtung zum Aufrechterhalten und eine Zündbeleuchtung zuzuführen.
1F zeigt ein System 100 zum Bilden eines lichtgestützten Plasmas (LSP) gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In dieser Ausführungsform kann die Zündbeleuchtung der Plasmalampe 110 über einen Zündlaser 130 zugeführt werden, der so angeordnet ist, dass er Zündbeleuchtung aus einer von dem Beleuchtungsstrahl 105 verschiedenen Richtung liefert. Beispielsweise kann die Zündbeleuchtung 133 in die Plasmalampe 110 eingekoppelt sein über einen Seitenanschluss 150 in dem Sammelelement 108. Alternativ kann die Zündbeleuchtung 133 über eine beliebige andere Richtung in die Plasmalampe 110 gekoppelt sein. Es wird angemerkt, dass eine elektrodenlose Konfiguration eine größere Flexibilität beim Einkoppeln des Zündstrahls 133 in die Plasmalampe 110 bereitstellt. Zusätzlich kann der Zündlaserstrahl 133 das gesamte oder einen Teil des Kollektorelements 108 gemeinsam mit dem einen oder den mehreren Lasern zum Aufrechterhalten 120 wieder verwenden.
2A - 2C veranschaulichen eine Vielzahl von Kolbenformen zur Verwendung in der Plasmalampe 110 des Systems 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, kann der Plasmakolben 202 eine zylindrische Form haben. In einer anderen Ausführungsform kann der zylindrisch geformte Plasmakolben 202 vertikal verlängert sein, um die Ableitung von Konvektion in der Plasmalampe zu unterstützen.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 2B gezeigt, kann der Plasmakolben 202 eine sphärische Form aufweisen. Es ist anzumerken, dass die Kugelform des Plasmakolbens 202 die Notwendigkeit einer Aberrationskompensation der Breitbandstrahlung, die von dem Plasma 111 emittiert wird, reduzieren oder eliminieren kann.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 2C gezeigt, kann der Plasmakolben 202 eine Kardioidform (das heißt eine Herz- oder Nierenform) haben. In einer Ausführungsform kann die nierenförmige Plasmalampe eine Spitze 210 auf der inneren Oberfläche des Glaskolbens aufweisen, um die Konvektion innerhalb des Gasvolumens 109 der Plasmalampe 110 zu lenken.
In einer anderen Ausführungsform ist die Plasmalampe 110 nachfüllbar. Wie in 2A - 2C gezeigt, kann die Plasmalampe 110 eine Gasanschlussbaugruppe 205 aufweisen, die betriebsmäßig mit einem Abschnitt des Plasmakolbens 202 der Plasmalampe 110 gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Plasmalampe 110 eine Gasanschlussbaugruppe 205 umfassen, die mechanisch mit dem Bodenabschnitt des Kolbens 202 verbunden und dazu konfiguriert ist, die selektive Übertragung eines Gases von einer Gasquelle zum inneren Bereich des Kolbens 202 der Plasmalampe 110 zu erleichtern.
In einer Ausführungsform kann die Gasanschlussbaugruppe 205 eine Füllöffnung 207, eine Abgabekappe 203, eine Aufnahmekappe 206 und eine Klammer 208 umfassen, die zum mechanischen Sichern der Abgabekappe 203 an der Aufnahmekappe 206 geeignet ist. In dieser Ausführungsform kann Gas einer Gasquelle (nicht gezeigt) von der Gasquelle über die Füllöffnung 207 der Gasanschlussbaugruppe 205 in das Innenvolumen des Glaskolbens 202 transportiert werden (das heißt fließen). Des Weiteren können die Füllöffnung 207, die Abgabekappe 203, die Aufnahmekappe 206 und die Klemme 208 jeweils aus einem ausgewählten Metall (beispielsweise Edelstahl) oder einem nichtmetallischen Material aufgebaut sein.
Die Verwendung von wiederbefüllbaren Gaskolben und verschiedenen Kolbenformen ist in der US-Patentanmeldung Nr. 13/647 680 , eingereicht am 9. Oktober 2012, beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Während 2A-2C verschiedene Plasmakolbenformen darstellen, die im Zusammenhang mit nachfüllbaren Kolben (ausgestattet mit einer Gasöffnungsanordnung) implementiert sind, sei hierin angemerkt, dass jede der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Plasmakolbenformen auch in einer nicht nachfüllbaren Plasmalampe implementiert werden kann.
Während sich ein Großteil der vorliegenden Offenbarung auf eine Plasmalampe konzentriert hat, die einen Plasmakolben umfasst, ist anzumerken, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung auf jede beliebige Gaseinschlussstruktur oder jedes Gefäß ausgedehnt werden kann, die auf dem Gebiet der Plasmaerzeugung bekannt sind, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Plasmakolben, eine Plasmazelle und eine Plasmakammer.
Die Verwendung eines Plasmakolbens ist zumindest beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr. 11/695,348 , eingereicht am 2. April 2007; in der US-Patentanmeldung Nr. 11/395,523 , eingereicht am 31. März 2006; und in der US-Patentanmeldung Nr. 13/647,680 , eingereicht am 9. Oktober 2012, die jeweils hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind. Die Verwendung einer Plasmazelle ist zumindest beschrieben in der am 31. März 2014 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/231,196 ; und in der US-Patentanmeldung Nr. 14/288,092 , eingereicht am 27. Mai 2014, die jeweils hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind. Die Verwendung einer Gaskammer als eine Gaseinschlussstruktur ist beschrieben in der US-Patentanmeldung 12/787,827 , eingereicht am 26. Mai 2010; US-Patentanmeldung 14/660,846 , eingereicht am 17. März 2015; US-Patentanmeldung Nr. 14/670,210 , eingereicht am 26. März 2015; US-Patentanmeldung Nr. 14/224,945 , eingereicht am 25. März 2014, die hierin jeweils durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1A kann der Übertragungsabschnitt der Plasmalampe 110 des Systems 100 (beispielsweise Birne, Übertragungselement oder Fenster) aus einem beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Material gebildet sein, das für die durch das Plasma 111 erzeugte Breitbandstrahlung 114 und/oder die Beleuchtung 105 von der Beleuchtungsquelle 102 zumindest teilweise durchlässig ist. Beispielsweise können ein oder mehrere Übertragungsabschnitte (beispielsweise Glühbirne, Übertragungselement oder Fenster) der Plasmalampe 110 aus einem beliebigen, aus dem Stand der Technik bekannten Material gebildet sein, das zumindest teilweise durchlässig ist für EUV-Strahlung, VUV-Strahlung, DUV-Strahlung, UV-Strahlung, NUV-Strahlung und/oder sichtbares Licht, das in der Plasmalampe 110 erzeugt wird. Ferner können ein oder mehrere Übertragungsabschnitte der Plasmalampe 110 aus einem beliebigen, aus dem Stand der Technik bekannten Material gebildet sein, das zumindest teilweise transparent für IR-Strahlung, sichtbares Licht und/oder UV-Licht von der Beleuchtungsquelle 102 ist. In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere Übertragungsabschnitte der Plasmalampe 110 aus einem beliebigen, aus dem Stand der Technik bekannten Material gebildet sein, das sowohl für Strahlung von der Beleuchtungsquelle 102 (beispielsweise IR-Quelle) als auch für Strahlung (beispielsweise EUV-, VUV-, DUV-, UV-, NUV-Strahlung und/oder sichtbares Licht) transparent ist, die von dem Plasma 111 emittiert wird.
In einigen Ausführungsformen können der Übertragungsabschnitt beziehungsweise die Übertragungsabschnitte der Plasmalampe 110 aus einem Quarzglasmaterial mit niedrigem OH-Gehalt gebildet sein. In anderen Ausführungsformen können der Übertragungsabschnitt beziehungsweise die Übertragungsabschnitte der Gaseinschlussstruktur aus Quarzglasmaterial mit hohem OH-Gehalt gebildet sein. Beispielsweise können der Übertragungsabschnitt beziehungsweise die Übertragungsabschnitte der Plasmalampe 110 SUPRASIL 1, SUPRASIL 2, SUPRASIL 300, SUPRASIL 310, HERALUX PLUS, HERALUX-VUV und dergleichen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. In anderen Ausführungsformen können der Übertragungsabschnitt beziehungsweise die Übertragungsabschnitte der Plasmalampe 110 Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid, kristallinen Quarz und Saphir umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Verschiedene Gläser, die zur Implementierung in der Plasmalampe 110 der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, werden ausführlich in A. Schreiber et al., „Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps", J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), 3242-3250, beschrieben, was hierin in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
In einer Ausführungsform kann die Plasmalampe 110 ein beliebiges ausgewähltes Gas (beispielsweise Argon, Xenon, Quecksilber oder dergleichen) umfassen, das aus dem Stand der Technik bekannt ist und zur Erzeugung von Plasma bei Absorption der Pumpbeleuchtung geeignet ist. In einer Ausführungsform bewirkt das Fokussieren der Beleuchtung 105 von der Beleuchtungsquelle 102 in das Gasvolumen 109, dass Energie durch das Gas oder Plasma (beispielsweise durch eine oder mehrere ausgewählte Absorptionslinien) in der Plasmalampe 110 absorbiert wird.
Es wird hierin erwogen, dass das System 100 verwendet werden kann, um das Plasma 111 in einer Vielzahl von Gasumgebungen zu initiieren und/oder aufrechtzuerhalten. In einer Ausführungsform kann das zum Initiieren und/oder Aufrechterhalten des Plasmas 111 verwendete Gas ein Inertgas (beispielsweise Edelgas oder Nicht-Edelgas) oder ein nicht inertes Gas (beispielsweise Quecksilber) umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann das zum Initiieren und/oder Aufrechterhalten des Plasmas 111 verwendete Gas eine Mischung von Gasen (beispielsweise eine Mischung aus Inertgasen, eine Mischung aus Inertgas mit nicht-inertem Gas oder eine Mischung aus nicht inerten Gasen) umfassen. Beispielsweise können Gase, die zur Implementierung in dem System 100 der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, Xe, Ar, Ne, Kr, He, N₂, H₂O, O₂, H₂, D₂, F₂, CH₄, einen oder mehrere Metall-Haloide, ein Halogen, Hg, Cd, Zn, Sn, Ga, Fe, Li, Na, Ar: Xe, ArHg, KrHg, XeHg und eine beliebige Mischung davon umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Offenbarung sollte so interpretiert werden, dass sie sich für jedes beliebige System zur Erzeugung von mittels Licht gepumpten Plasmen eignet, und sollte weiter dahingehend ausgelegt werden, dass sie sich auf jeden beliebigen Gastyp erstreckt, der für die Aufrechterhaltung des Plasmas innerhalb einer Gaseinschlussstruktur geeignet ist.
Es ist anzumerken, dass der Breitbandoutput 114 der Plasmalampe 110 mit der Beleuchtungsoptik eines optischen Charakterisierungswerkzeugs gekoppelt sein kann, wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Inspektionswerkzeug und/oder eine Metrologie-Messmaschine.
In einer Ausführungsform kann das System 100 verschiedene zusätzliche optische Elemente umfassen. In einer Ausführungsform kann der Satz von zusätzlichen Optiken zusätzliche Sammeloptiken aufweisen, die zum Sammeln der vom Plasma 111 ausgehenden Breitbandstrahlung 114 konfiguriert sind. Beispielsweise kann das System 100 einen Kaltspiegel 112 aufweisen, der so angeordnet ist, dass er die Beleuchtung von dem Kollektorelement 108 auf nachgeordnete Optiken richtet, beispielsweise auf einen Homogenisator, ohne darauf beschränkt zu sein.
In einer anderen Ausführungsform kann der zusätzliche Satz von Optiken eine oder mehrere zusätzliche Linsen (beispielsweise Linse) umfassen, die entweder entlang des Beleuchtungswegs oder des Sammelwegs des Systems 100 angeordnet sind. Die eine oder mehreren Linsen können verwendet werden, um die Beleuchtung von der Beleuchtungsquelle 102 in das Gasvolumen 109 zu fokussieren. Alternativ können die eine oder mehreren zusätzlichen Linsen verwendet werden, um die aus dem Plasma 111 austretende Breitbandstrahlung 114 auf ein ausgewähltes Ziel (nicht gezeigt) zu fokussieren.
In einer weiteren Ausführungsform kann der zusätzliche Satz von Optiken einen Drehspiegel 106 umfassen. In einer Ausführungsform kann der Drehspiegel 106 angeordnet sein, um eine Beleuchtung 105 von der Beleuchtungsquelle 102 zu empfangen und die Beleuchtung auf das innerhalb der Plasmalampe 110 enthaltene Gasvolumen 109 zu richten über das Sammelelement 108. In einer anderen Ausführungsform ist das Sammelelement 108 angeordnet, um eine Beleuchtung von dem Spiegel 106 zu empfangen und die Beleuchtung auf den Brennpunkt des Sammelelements 108 (beispielsweise ellipsoidförmiges Sammelelement) zu fokussieren, wo sich die Plasmalampe 110 befindet.
In einer anderen Ausführungsform kann der zusätzliche Satz von Optiken einen oder mehrere Filter (nicht gezeigt) entlang entweder des Beleuchtungswegs oder des Sammelweges umfassen, um die Beleuchtung zu filtern, bevor Licht in die Plasmalampe 110 eintritt, oder um Beleuchtung zu filtern, die der Emission des Lichts von dem Plasma 111 folgt. Es wird hierin angemerkt, dass der Satz von Optiken des Systems 100, wie oben beschrieben und in den 1A dargestellt, nur zur Veranschaulichung vorgesehen ist und nicht als einschränkend interpretiert werden sollte. Es wird vorweggenommen, dass eine Anzahl äquivalenter optischer Konfigurationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Der hierin beschriebene Gegenstand veranschaulicht in manchen Fällen verschiedene Komponenten, die in anderen Komponenten enthalten oder mit diesen verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass solche abgebildeten Architekturen lediglich beispielhaft sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die die gleiche Funktionalität erreichen. In einem konzeptionellen Sinn wird jede Anordnung von Komponenten zum Erzielen der gleichen Funktionalität effektiv „assoziiert“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Somit können beliebige zwei Komponenten, die hierin kombiniert sind, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als „miteinander assoziiert“ angesehen werden, so dass die gewünschte Funktionalität unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten erreicht wird. Gleichermaßen können beliebige zwei so assoziierte Komponenten auch so betrachtet werden, dass sie miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und beliebige zwei Komponenten, die dazu geeignet sind, können auch als miteinander „koppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele für koppelbar sind, ohne darauf beschränkt zu sein, physikalisch zusammenpassende und/oder physikalisch wechselwirkende Komponenten und/oder drahtlos interagierbare und/oder drahtlos interagierende Komponenten und/oder logisch interagierende und/oder logisch interagierbare Komponenten.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer zugehörigen Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verstanden werden, und es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in der Form, dem Aufbau und der Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne all seine materiellen Vorteile zu opfern. Die beschriebene Form ist lediglich erläuternd, und die folgenden Ansprüche sollen solche Änderungen umfassen und einschließen. Ferner ist zu verstehen, dass die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Schreiber et al., „Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps“, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), 3242-3250 [0044]

Claims

Beleuchtungsquelle für eine elektrodenlose Plasmazündung umfassend: einen oder mehrere Laser zum Zünden, die konfiguriert sind, um ein Plasma innerhalb eines in einer Plasmalampe enthaltenen Gases zu zünden; einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten, die konfiguriert sind, um das Plasma aufrechtzuerhalten; eine optische Bereitstellungsfaser; und ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit der optischen Bereitstellungsfaser zu optisch koppeln.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 1, wobei der Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit dem Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten vor einem Input der optischen Bereitstellungsfaser in Reihe gekoppelt ist.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Pulslaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser, die in einem modulierten Modus arbeiten.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 5, wobei der eine oder die mehreren Dauerstrichlaser umfassen: einen oder mehrere Diodenlaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden in Reihe und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit der optischen Bereitstellungsfaser optisch zu koppeln, umfassen: mindestens eines von einem oder mehreren dichroitischen Spiegeln, einem oder mehreren polarisierenden Kombinierern, einem oder mehreren blockierenden Spiegeln oder einem oder mehreren Schwenkspiegeln.
Beleuchtungsquelle für eine elektrodenlose Plasmazündung umfassend: einen oder mehrere Laser zum Zünden, die konfiguriert sind, um ein Plasma innerhalb eines in einer Plasmalampe enthaltenen Gases zu zünden; einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten, die konfiguriert sind, um das Plasma aufrechtzuerhalten; eine optische Bereitstellungsfaser, wobei ein Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der Bereitstellungsfaser gekoppelt ist; eine optische Prozessfaser; einen Faserkoppler, der mit einem Output der optischen Bereitstellungsfaser und einem Input der optischen Prozessfaser optisch gekoppelt ist, wobei der Faserkoppler ein oder mehrere optische Elemente umfasst, die zum selektiven optischen Koppeln eines Outputs des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und eines Outputs einen des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der optischen Prozessfaser konfiguriert sind.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente des Faserkopplers konfiguriert sind, um einen Output der optischen Bereitstellungsfaser und des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit einem Input der optischen Prozessfaser zu koppeln.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei der Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit dem Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten nach einem Output der optischen Bereitstellungsfaser in Reihe gekoppelt ist.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Pulslaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser, die in einem modulierten Modus arbeiten.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Dauerstrichlaser umfassen: einen oder mehrere Diodenlaser.
Beleuchtungsquelle gemäß Anspruch 8, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente des Faserkopplers, die zum selektiven optischen Koppeln des Outputs des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und des Outputs des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der optischen Prozessorfaser konfiguriert sind, umfassen: mindestens eines von einem oder mehreren dichroitischen Spiegeln, eine, oder mehrere, polarisierende, Kombinierern, einem oder mehreren blockierenden Spiegeln oder einem oder mehreren Schwenkspiegeln.
Plasma-Breitbandquelle, umfassend: eine Plasmalampe zur Aufnahme eines Gasvolumens, einen oder mehrere Laser zum Zünden; einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten; eine optische Bereitstellungsfaser; ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechthalten mit der optischen Bereitstellungsfaser optisch zu koppeln; und eine oder mehrere Lampenoptiken, die konfiguriert sind, um einen Output von der Bereitstellungsfaser auf das Gasvolumen innerhalb der Plasmalampe zu richten, um das Plasma innerhalb des Gasvolumens in der Plasmalampe zu zünden und aufrechtzuerhalten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei der Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit dem Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten vor einem Input der optischen Bereitstellungsfaser in Reihe gekoppelt ist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Pulslaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser, die in einem modulierten Modus arbeiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 20, wobei der eine oder die mehreren Dauerstrichlaser umfassen: einen oder mehrere Diodenlaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente, die konfiguriert sind, um selektiv einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden in Reihe und einen Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit der optischen Bereitstellungsfaser optisch zu koppeln, umfassen: mindestens eines von einem oder mehreren dichroitischen Spiegeln, einem oder mehreren polarisierenden Kombinierern, einem oder mehreren blockierenden Spiegeln oder einem oder mehreren Schwenkspiegeln.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 22, wobei die eine oder mehreren Lampenoptiken konfiguriert sind, um zumindest einen Teil der von dem erzeugten Plasma emittierten Breitbandstrahlung zu sammeln und die Breitbandstrahlung zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen zu leiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei die eine oder die mehreren Lampenoptiken umfassen: ein Kollektorelement.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 24, wobei das Kollektorelement umfasst: mindestens eines von einem ellipsenförmigen Kollektorspiegel, einem parabolischen Kollektorspiegel oder einem sphärischen Kollektorspiegel.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei die eine oder die mehreren Lampenoptiken umfassen: eine Gruppe von Reflektorelementen, die konfiguriert sind, um einen Output von der optischen Bereitstellungsfaser auf das Gasvolumen in der Plasmalampe zu richten; und eine Gruppe von Kollektorelementen, die konfiguriert sind, um zumindest einen Teil der von dem erzeugten Plasma emittierten Breitbandstrahlung zu sammeln und die Breitbandstrahlung zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen zu leiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei die Plasmalampe einen Plasmakolben umfasst.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 27, wobei der Plasmakolben mindestens eines von einer im Wesentlichen zylindrischen Form oder einer im Wesentlichen sphärischen Form aufweist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 27, wobei der Plasmakolben im Wesentlichen eine Herz- oder Nierenform aufweist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 29, wobei der Plasmakolben eine Spitze aufweist, die auf einer inneren Oberfläche des Kolbens angeordnet ist, die konfiguriert ist, um eine Konvektion innerhalb des Plasmakolbens zu lenken.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei die Plasmalampe elektrodenlos ist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 16, wobei das Gas des Plasmakolbens umfasst: mindestens eines von einem Inertgas, einem Nicht-Inertgas oder einer Mischung von zwei oder mehr Gasen.
Plasma-Breitbandquelle, umfassend: eine Plasmalampe zur Aufnahme eines Gasvolumens, einen oder mehrere Laser zum Zünden; einen oder mehrere Laser zum Aufrechterhalten; eine optische Bereitstellungsfaser, wobei ein Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der Bereitstellungsfaser gekoppelt ist; eine optische Prozessfaser; einen Faserkoppler, der mit einem Output der optischen Bereitstellungsfaser und einem Input der optischen Prozessfaser optisch gekoppelt ist, wobei der Faserkoppler ein oder mehrere optische Elemente umfasst, die zum selektiven optischen Koppeln eines Outputs des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und eines Outputs des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der optischen Prozessfaser konfiguriert sind; und eine oder mehrere Lampenoptiken, die konfiguriert sind, um einen Output von der Prozesslichtleitfaser auf das Gasvolumen innerhalb der Plasmalampe zu richten, um das Plasma innerhalb des Gasvolumens in der Plasmalampe zu zünden und aufrechtzuerhalten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente des Faserkopplers dazu konfiguriert sind, einen Output der optischen Bereitstellungsfaser und des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit einem Input der optischen Prozessfaser zu koppeln.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei der Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden mit dem Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten nach einem Output der optischen Bereitstellungsfaser in Reihe gekoppelt ist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Pulslaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Zünden umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser, die in einem modulierten Modus arbeiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei der eine oder die mehreren Laser zum Aufrechterhalten umfassen: einen oder mehrere Dauerstrichlaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 38, wobei der oder mehrere Dauerstrichlaser umfassen: einen oder mehrere Diodenlaser.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente des Faserkopplers, die konfiguriert sind, um den Output des einen oder der mehreren Laser zum Zünden und den Output des einen oder der mehreren Laser zum Aufrechterhalten mit einem Input der optischen Prozessfaser selektiv optisch zu koppeln, umfassen: mindestens eines von einem oder mehreren dichroitischen Spiegeln, einem oder mehreren polarisierenden Kombinierern, einem oder mehreren blockierenden Spiegeln oder einem oder mehreren Schwenkspiegeln.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei die eine oder mehreren Lampenoptiken konfiguriert sind, um zumindest einen Teil der von dem erzeugten Plasma emittierten Breitbandstrahlung zu sammeln und die Breitbandstrahlung zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen zu leiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei die eine oder die mehreren Lampenoptiken umfassen: ein Kollektorelement.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 42, wobei das Kollektorelement umfasst: mindestens eines von einem ellipsenförmigen Kollektorspiegel, einem parabolischen Kollektorspiegel oder einem kugelförmigen Kollektorspiegel.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei die eine oder die mehreren Lampenoptiken umfassen: eine Gruppe von Reflektorelementen, die konfiguriert sind, um einen Output von der optischen Bereitstellungsfaser auf das Gasvolumen in der Plasmalampe zu richten; und eine Gruppe von Kollektorelementen, die konfiguriert sind, um zumindest einen Teil der von dem erzeugten Plasma emittierten Breitbandstrahlung zu sammeln und die Breitbandstrahlung zu einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen zu leiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei die Plasmalampe einen Plasmakolben umfasst.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 45, wobei der Plasmakolben mindestens eines von einer im Wesentlichen zylindrischen Form oder im Wesentlichen kugelförmigen Form aufweist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 45, wobei der Plasmakolben im Wesentlichen eine Herz- oder Nierenform aufweist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 47, wobei der Plasmakolben eine Spitze aufweist, die auf einer inneren Oberfläche des Kolbens angeordnet und konfiguriert ist, um eine Konvektion innerhalb des Plasmakolbens zu leiten.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei die Plasmalampe elektrodenlos ist.
Plasma-Breitbandquelle nach Anspruch 33, wobei das Gas des Plasmakolbens umfasst: mindestens eines von einem Inertgas, einem Nicht-Inertgas oder einer Mischung von zwei oder mehr Gasen.