JP2015505419A - レーザ維持プラズマ光源におけるｖｕｖフィルタリングを提供するためのプラズマセル - Google Patents
レーザ維持プラズマ光源におけるｖｕｖフィルタリングを提供するためのプラズマセル Download PDFInfo
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Abstract
レーザ維持プラズマ光源に用いられるプラズマセルは、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、プラズマバルブの内面上に配置され、プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成される、フィルタ層と、を含む。
Description
本発明は、一般に、プラズマに基づく光源に関し、より具体的には、ガスバルブ内のレーザ維持プラズマによって放出されるＵＶ光、特にＶＵＶ光をフィルタリングするのに適したガスバルブ構成に関する。
絶えず縮小していくデバイス特徴を有する集積回路の需要が増加し続けるのに伴い、これらの絶えず縮小していくデバイスの検査に用いられる改善された照射源に対する必要性が増大し続けている。１つのこうした照射源はレーザ維持プラズマ光源を含む。レーザ維持プラズマ（ｌａｓｅｒ−ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＬＳＰ）光源は、高出力広帯域光を生じることができる。レーザ維持光源は、アルゴン、キセノン、水銀などのガスを、光を放出することができるプラズマ状態に励起させるために、レーザ放射を或る体積のガス中に合焦することで動作する。この効果は、通常、プラズマの「ポンピング」と呼ばれる。プラズマを発生させるのに用いられるガスを収容するために、実装するプラズマセルは、ガス種並びに発生したプラズマを収容するように構成される「バルブ（ｂｕｌｂ）」を必要とする。
典型的なレーザ維持プラズマ光源は、数キロワットのオーダーのビームパワーを有する赤外レーザポンプを用いて保持されてもよい。所与のレーザに基づく照射源からのレーザビームが、プラズマセルの中の低圧又は中圧の或る体積のガスの中に合焦される。プラズマによるレーザパワーの吸収が、プラズマ（例えば、１２Ｋ〜１４Ｋプラズマ）を発生させ、維持する。
レーザ維持光源の伝統的なプラズマバルブは、溶融石英ガラスから形成される。溶融石英ガラスは、およそ１７０ｎｍよりも短波長の光を吸収する。これらの短波長の光の吸収は、プラズマバルブの急速な損傷を招いて、１９０〜２６０ｎｍの範囲の光の透過を減少させる。短波長の光（例えば、真空ＵＶ光）の吸収はまた、プラズマバルブに負荷をかけ、これは過熱を招き、バルブを破裂させる恐れがあり、影響の及ぶ範囲の高出力レーザ維持プラズマ光源の使用を制限する。したがって、従来技術で識別される欠点を修正するプラズマセルを提供することが望ましいであろう。
レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルが開示される。一態様では、プラズマセルは、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、プラズマバルブの内面上に配置され、プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成された、フィルタ層と、を含んでもよいがこれに限定されない。
別の態様では、プラズマセルは、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、プラズマバルブの体積内に配置され、プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成された、フィルタ組立体と、を含んでもよいがこれに限定されない。
別の態様では、プラズマセルは、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、プラズマバルブの第１の部分に配置される液体入口と、プラズマバルブの第１の部分とは反対側のプラズマバルブの第２の部分に配置される液体出口と、を含み、液体入口及び液体出口が、液体を液体入口から液体出口に流すように構成され、液体が、プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成されてもよいがこれに限定されない。
別の態様では、プラズマセルは、プラズマバルブと、プラズマバルブ内に配置され、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成された、内側プラズマセルと、内側プラズマセルの外面とプラズマバルブの内面によって形成される気体フィルタキャビティと、を含み、プラズマバルブ及び内側プラズマセルが、内側プラズマセル内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通し、気体フィルタキャビティが、気体フィルタ材料を収容するように構成され、気体フィルタ材料が、プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の一部を吸収するように構成されてもよいがこれに限定されない。
別の態様では、プラズマセルは、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つプラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、プラズマバルブの内面上に配置されるフィルタ層、プラズマバルブの体積内に配置されるフィルタ組立体、プラズマバルブの体積内に形成される液体フィルタ、及びプラズマバルブの体積内に形成される気体フィルタのうちの少なくとも１つと、を含んでもよいがこれに限定されない。
上記の概要と以下の詳細な説明との両方は、単なる例示及び解説であって、特許請求される本発明を必ずしも制限するものではないことが理解される。本明細書に組み込まれ及びその一部をなす付属の図面は、本発明の実施形態を例証し、概要と共に本発明の原理を解説するのに役立つ。
添付の図面を参照することで、本開示の多数の利点が当業者により良く理解されるであろう。
付属の図面に示される開示される主題への言及がここで詳細になされる。
図１〜図５を概して参照すると、レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルが本発明に従って説明される。１つの態様では、本発明は、短波長放射がバルブの内面に当たらないようにするためにバルブ内の維持されるプラズマによって放出される短波長放射（例えば、ＶＵＶ放射）をフィルタするように構成されたプラズマバルブを備えるプラズマセルに向けられる。別の態様では、本発明のプラズマバルブは、プラズマによって放出される収集可能な放射（例えば、広帯域放射）の選択された部分を透過させるように構成される。これに関して、本発明のプラズマセルのプラズマバルブは、プラズマセルの中のプラズマを維持するのに用いられるポンプレーザによって放出される放射を少なくとも部分的に通し、且つプラズマバルブ内のプラズマによって放出される収集可能な光の選択された部分を少なくとも部分的に通す。プラズマバルブの内面に当たる短波長放射（例えば、ＶＵＶ放射）の量を制限することによって、本発明は、レーザ維持照射源のプラズマバルブのソラリゼーションによって生じる損傷の量を低減させることができる。特に、本発明は、所与のプラズマバルブ内のプラズマによって放出される紫外光（例えば、ＶＵＶ光）によって引き起こされるプラズマバルブガラスの劣化を低減させる一助となることができる。プラズマバルブの劣化は、バルブの動作不良を招き、これは所与のレーザ維持光源のプラズマバルブの交換を必要とする。加えて、プラズマバルブの劣化は、バルブが冷えた後の又はバルブの作動中のプラズマバルブの破裂を引き起こすことがある。ガス種内のプラズマの発生は、一般に、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる２００７年４月２日に出願された米国特許出願第１１／６９５，３４８号、及び２００６年３月３１日に出願された米国特許出願第１１／３９５，５２３号で説明される。
図１は、本発明の一実施形態に係るフィルタ層１０４を備えたプラズマバルブ１０２を有するプラズマセル１００を示す。一実施形態では、本発明のプラズマセル１００は、選択された形状（例えば、円筒形、球など）を有し、且つレーザ光源（図示せず）からの光１０８の少なくとも一部を実質的に通す材料（例えば、ガラス）から形成される、プラズマバルブ１０２を含む。別の実施形態では、プラズマバルブ１０２は、バルブ１０２内の維持されるプラズマ１０６によって放出される収集可能な照射光（例えば、ＩＲ光、可視光、紫外光）の少なくとも一部を実質的に通す。例えば、バルブ１０２は、プラズマ１０６からの広帯域発光１１４の選択されたスペクトル領域を通してもよい。別の実施形態では、プラズマバルブ１０２の内面上にフィルタ層１０４が配置される。一実施形態では、フィルタ層１０４は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域を遮断するのに適している。例えば、フィルタ層１０４は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域１１０を実質的に吸収するのに適していてもよい。別の例として、フィルタ層１０４は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域１１２を実質的に反射させるのに適していてもよい。さらなる実施形態では、フィルタ層１０４は、限定はされないがおよそ２００ｎｍを下回る紫外などの短波長照射（例えば、ＶＵＶ光）を吸収する又は反射させるのに適していてもよい。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は、バルブの内面１０２上に堆積される材料を含んでもよいがこれに限定されない。これに関して、フィルタ層１０４は、プラズマバルブの内面１０２上に堆積されるコーティング材料を含んでもよい。例えば、フィルタ層１０４は、プラズマバルブの内面１０２上に堆積される酸化ハフニウムのコーティングを含んでもよいがこれに限定されない。酸化ハフニウムコーティングが２２０ｎｍ未満の波長の光を強く吸収することができ、酸化ハフニウムが本発明でのフィルタリング材料に特に有用なものとなることが本明細書で認識される。所望の波長範囲の光を吸収する又は反射させる能力を提供するあらゆるコーティング材料が本発明での実装に適する可能性があることが認識されるので、出願人は、本発明が酸化ハフニウムに限定されないことを特筆する。波長の関数としての酸化ハフニウムの透過特徴が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＥ．Ｅ．Ｈｏｐｐｅ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１０１、１２３５３４（２００７）によって詳細に説明される。フィルタ層での実装に適する付加的な材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどを含んでもよいがこれらに限定されない。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は、第１の材料から形成された第１のコーティングと、第１のコーティングの表面上に配置される第２の材料から形成された第２のコーティング（図示せず）を含んでもよい。一実施形態では、第１のコーティングと第２のコーティングは同じ材料から形成されてもよい。別の実施形態では、第１のコーティングと第２のコーティングは異なる材料から形成されてもよい。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は多層コーティングを含んでもよい。これに関して、多層コーティングは、異なる波長の光の選択的な反射又は吸収を提供するように構成されてもよい。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は、バルブの内面１０２上に配置されるミクロ構造化された層を含んでもよいがこれに限定されない。例えば、フィルタ層１０４は、反射防止コーティングがもたらされるようにプラズマバルブ１０２のバルブ内壁をサブ波長ミクロ構造化することによって形成されてもよい。これに関して、反射防止コーティングは、特定の帯域幅の光（例えば、プラズマによって放出される収集可能な光）のために構成されてもよい。これに関して、反射性又は吸収性コーティングは、特定の帯域幅の光（例えば、プラズマによって放出される収集可能な光）のために構成されてもよい。別の例として、フィルタ層１０４は、特定のバンドの光（例えば、ＶＵＶ）のための吸収性又は反射性コーティングがもたらされるようにプラズマバルブ１０２のバルブ内壁をサブ波長ミクロ構造化することによって形成されてもよい。
大きい粗度が達成されるようにプラズマバルブの内面１０２のコーティングをミクロ構造化することで、結果的に、ソラリゼーションによってバルブ壁が経験する応力を低下させることができることがさらに注目される。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は、特定の波長域（例えば、ＵＶ光）を吸収するのに適するナノ結晶を含んでもよいがこれに限定されない。ナノ結晶は調整可能な吸収バンドを有することがあることが本明細書で注目される。これに関して、ナノ結晶の吸収バンドは、用いられるナノ結晶のサイズを変えることによって調整可能である。ナノ結晶は、頑健な吸収特性を有することがあることにさらに注目される。当該特定の波長域を吸収又は反射するように調整された選択された量の特定のナノ結晶を含むフィルタ層１０４を用いてプラズマによる発光の特定の波長域（例えば、ＵＶ又はＶＵＶ）がフィルタで除去されてもよいことが本明細書で認識される。このように、本発明での実装のための特定のナノ結晶の選択は、それによりナノ結晶のサイズ（例えば、平均サイズ（ｍｅａｎ ｓｉｚｅ、ａｖｅｒａｇｅ ｓｉｚｅ）、最小サイズ、最大サイズなど）が決定される、フィルタで除去されるべき関心ある特定の照射の波長域に依存することがある。
さらなる態様では、１つ以上のフィルタ層１０４がプラズマバルブ１０２への機械的保護を提供してもよい。これに関して、プラズマバルブの内面１０２上に堆積されるフィルタ層１０４は、プラズマバルブ１０２を補強するように作用してもよく、それにより、プラズマバルブ１０２の機械的破壊（例えば、バルブの破裂）の可能性を低下させるであろう。
別の実施形態では、フィルタ層１０４は、犠牲コーティングを含んでもよいがこれに限定されない。フィルタ層１０４は、プラズマによって放出される光から損傷を受け、徐々に分解し、はがれる、剥離する、又は粉々になることがあることが本明細書で注目される。このように、犠牲コーティングの劣化後であってもバルブ１０２の継続作動を可能にする犠牲コーティングが、本発明のフィルタ層１０４に実装されてもよい。
別の態様では、１つ以上のフィルタ層１０４は、プラズマバルブ１０２のバルブ壁を冷却するように構成されてもよい。これに関して、プラズマバルブの内面１０２上に堆積されるフィルタ層１０４は、熱管理サブシステム（図示せず）に熱的に結合されてもよい。熱管理サブシステムは、熱交換器及びヒートシンクを含んでもよいがこれらに限定されない。この意味では、フィルタ層１０４は、ヒートシンクとフィルタ層１０４を熱的に結合する熱交換器を介して、熱をバルブ壁からヒートシンクに伝達してもよい。
別の態様では、プラズマセル１００のバルブ１０２は、レーザなどの関連するポンピング源からの照射及びプラズマ１０６からの収集可能な広帯域発光の１つ以上の選択された波長（又は波長範囲）を実質的に通す、ガラスなどの材料から形成されてもよい。ガラスバルブは種々のガラス材料から形成されてもよい。一実施形態では、ガラスバルブは溶融石英ガラスから形成されてもよい。さらなる実施形態では、ガラスバルブ１０２は、低ＯＨ含有溶融合成石英ガラス材料から形成されてもよい。他の実施形態では、ガラスバルブ１０２は、高ＯＨ含有溶融合成石英ガラス材料で形成されてもよい。例えば、ガラスバルブ１０２は、ＳＵＰＲＡＳＩＬ １、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ２、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ３００、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ３１０、ＨＥＲＡＬＵＸ ＰＬＵＳ、ＨＥＲＡＬＵＸ−ＶＵＶなどを含んでもよいがこれらに限定されない。本発明のガラスバルブでの実装に適する種々のガラスは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＡ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ他、Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｑｕａｒｔｚ Ｇｌａｓｓ ｆｏｒ ＶＵＶ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐｓ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３８（２００５）、ｐｐ．３２４２〜３２５０で詳細に論じられる。
別の態様では、プラズマセル１００のバルブ１０２は、当該技術分野では公知の任意の形状を有してもよい。例えば、バルブ１０２は、以下の形状、すなわち、円筒形、球形、長球面形、楕円形、又は心臓形のうちの１つを有してもよいがこれらに限定されない。
本発明の再充填可能なプラズマセル１００は、種々のガス環境においてプラズマを維持するのに用いられてもよいことが本明細書で考慮される。一実施形態では、プラズマセルのガスは、不活性ガス（例えば、希ガス又は非希ガス）又は非不活性ガス（例えば、水銀）を含んでもよい。例えば、本発明の或る体積のガスがアルゴンを含んでもよいことが本明細書で予想される。例えば、ガスは、５ａｔｍを超える圧力に保たれる実質的に純アルゴンガスを含んでもよい。別の場合には、ガスは、５ａｔｍを超える圧力に保たれる実質的に純クリプトンガスを含んでもよい。一般的な意味で、ガラスバルブ１０２は、レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した当該技術分野では公知の任意のガスが充填されてもよい。加えて、充填ガスは、２つ以上のガスの混合物を含んでもよい。ガスバルブ１０２に充填するのに用いられるガスは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｂｒ２、Ｉ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＯ２、１つ以上のハロゲン化金属、Ｎｅ／Ｘｅ、ＡＲ／Ｘｅ、又はＫｒ／Ｘｅ、Ａｒ／Ｋｒ／Ｘｅ混合物、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、及びＸｅＨｇなどを含んでもよいがこれらに限定されない。一般的な意味で、本発明は、任意の光ポンププラズマ発生システムにまで及ぶように解釈されるべきであり、さらに、プラズマセル内のプラズマを維持するのに適するあらゆるタイプのガスにまで及ぶように解釈されるべきである。
本発明の別の態様では、プラズマセル１００のプラズマ１０６をポンピングするのに用いられる照射源は、１つ以上のレーザを含んでもよい。一般的な意味で、照射源は、当該技術分野では公知のあらゆるレーザシステムを含んでもよい。例えば、照射源は、電磁スペクトルの可視部分又は紫外部分の放射を放出することができる当該技術分野では公知のあらゆるレーザシステムを含んでもよい。一実施形態では、照射源は、持続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ：ＣＷ）レーザ放射を放出するように構成されるレーザシステムを含んでもよい。例えば、或る体積のガスがアルゴンである又はアルゴンを含む設定では、照射源は、１０６９ｎｍの放射を放出するように構成されるＣＷレーザ（例えば、ファイバレーザ又はディスクＹｂレーザ）を含んでもよい。この波長は、アルゴンの１０６８ｎｍ吸収線に当てはまり、したがって、ガスをポンピングするのに特に有用であることに注目される。ＣＷレーザの上記の説明は限定するものではなく、当該技術分野では公知のあらゆるＣＷレーザが本発明との関連で実装されてもよいことが本明細書で注目される。
別の実施形態では、照射源は、１つ以上のダイオードレーザを含んでもよい。例えば、照射源はプラズマセルのガス種の任意の１つ以上の吸収線に対応する波長の放射を放出する１つ以上のダイオードレーザを含んでもよい。一般的な意味で、照射源のダイオードレーザは、ダイオードレーザの波長が当該技術分野では公知の任意のプラズマの任意の吸収線（例えば、イオン遷移線）又はプラズマ生成ガスの吸収線（例えば、高励起中性遷移線）に調整されるように実装に関して選択されてもよい。したがって、所与のダイオードレーザ（又はダイオードレーザの組）の選択は、本発明のプラズマセルに用いられるガスの種類に依存するであろう。
１つの別の実施形態では、照射源は、１つ以上の周波数変換されるレーザシステムを含んでもよい。例えば、照射源は、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦレーザを含んでもよい。別の実施形態では、照射源は広帯域レーザを含んでもよい。別の実施形態では、照射源は、変調されたレーザ放射又はパルスレーザ放射を放出するように構成されるレーザシステムを含んでもよい。
本発明の別の態様では、照射源は、２つ以上の光源を含んでもよい。一実施形態では、照射源は、２つ以上のレーザを含んでもよい。例えば、照射源（又は複数の照射源）は、複数のダイオードレーザを含んでもよい。別の例として、照射源は、複数のＣＷレーザを含んでもよい。さらなる実施形態では、２つ以上のレーザのそれぞれは、プラズマセル内のガス又はプラズマの異なる吸収線に調整されたレーザ放射を放出してもよい。
図２は、本発明の代替的な実施形態に係るプラズマバルブ１０２の体積内に配置されるフィルタ組立体２０２を備えたプラズマバルブ１０２を有するプラズマセル２００を示す。図１に関して既に本明細書で説明した、充填するガスの種類、ガラスバルブの材料、バルブの形状、及びレーザポンピング源は、他に記載のない限り本開示のプラズマセル２００にまで及ぶように解釈されるべきであることが本明細書で注目される。
本発明の実施形態では、本明細書で前述したようなフィルタリング（すなわち、反射又は吸収）は、フィルタ組立体２０２を介して達成されることが本明細書でさらに注目される。これに関して、フィルタ組立体２０２は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域を遮断するのに適している。例えば、フィルタ組立体２０２は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域１１０を実質的に吸収するのに適していてもよい。別の例として、フィルタ組立体２０２は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域１１２を実質的に反射させるのに適していてもよい。さらなる実施形態では、フィルタ組立体２０２は、限定はされないがおよそ２００ｎｍを下回る紫外などの短波長照射（例えば、ＶＵＶ光）を吸収する又は反射させるのに適していてもよい。
別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、プラズマバルブの内面に機械的に結合される。フィルタ組立体２０２は、当該技術分野では公知の任意の様態でプラズマバルブの内面１０２に機械的に結合されてもよいことが本明細書で注目される。
一態様では、フィルタ組立体は第１の材料から形成され、一方、プラズマバルブは第２の材料から形成される。一実施形態では、フィルタ組立体２０２は、バルブ１０２とは異なるタイプのガラス材料で作製される。フィルタ組立体２０２のガラスの異なる吸収特性が、バルブ１０２のガラスの保護を可能にし得ることが本明細書で認識される。
１つの別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、バルブ１０２のガラスと同じタイプのガラスで作製される。１つの別の実施形態では、フィルタ組立体２０２のガラス材料は、バルブ１０２のガラス材料と同じ温度に保たれる。フィルタ組立体２０２による放射の吸収は、バルブガラス１０２を放射への露出（例えば、ＶＵＶ光への露出）から保護するように作用することが本明細書で認識される。この設定では、フィルタ組立体２０２によって引き起こされるソラリゼーション損傷はバルブ１０２の構造的一体性を損なわせない。フィルタ組立体２０２がクラックを生じる場合であっても、バルブ１０２の動作不良（例えば、バルブ内の高い圧力に起因するバルブの破裂）は起こらない。
別の実施形態では、バルブ１０２のガラスは、フィルタ組立体２０２のガラスとは異なる温度に保持される。例えば、フィルタ組立体２０２のガラスは、バルブ１０２のガラスの温度よりも高い温度に保持されてもよい。ガラスの吸収特性は温度の関数として大きく変化することがあるので、フィルタ組立体２０２の吸収特性は、バルブガラス１０２を放射（例えば、ＶＵＶ光）から保護するように構成されてもよいことが本明細書で認識される。さらなる実施形態では、フィルタ組立体２０２によって引き起こされるソラリゼーション損傷は、フィルタ組立体２０２の高い温度によってアニールされることがある。例えば、フィルタ２０２は、フィルタ組立体２０２のガラスが軟化し迅速にアニールするおよそ１２００℃の温度に保持されてもよい。フィルタ組立体２０２はバルブ１０２の構造的荷重を支えないので、フィルタ組立体２０２のガラスの軟化はバルブ１０２の構造的一体性を損なわせないことが本明細書でさらに注目される。対照的に、バルブ１０２が、バルブ１０２のガラスの軟化を招く高い温度に保たれる設定では、バルブ内の高いガス圧がバルブ１０２の破裂を招くことがある。
別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、コーティング材料を組立体（例えば、ガラス組立体）上に堆積させることによって形成されてもよく、組立体は、プラズマバルブ１０２の体積内に設置される。組立体２０２に用いられるコーティング材料は、フィルタ層１０４に関して本明細書で前述したコーティング材料（例えば、酸化ハフニウムなど）のうちの１つ以上からなってもよいことが本明細書で認識される。
別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、サファイア以外で形成されてもよい。サファイアがＶＵＶバンドにおける照射を吸収するのに一般に適していることを当業者は認識するであろう。さらなる実施形態では、フィルタ組立体２０２はサファイアの薄い巻かれたシートからなってもよい。例えば、サファイアのシートは、概して円筒形の形状に巻かれ、プラズマバルブ１０２の体積内に配置されてもよい。例えば、サファイアシートは、およそ５〜２０ｍｍの厚さを有してもよい。
別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、ミクロ構造化されたフィルタ組立体を含んでもよい。これに関して、フィルタ組立体２０２の表面は、バルブ１０２表面のミクロ構造化された表面に関して本明細書で前述したのと類似した方法でミクロ構造化されてもよい。
別の実施形態では、フィルタ組立体２０２は、犠牲フィルタ組立体を含んでもよい。これに関して、フィルタ組立体２０２は劣化又は故障することがあるが、プラズマバルブ１０２の一体性は保持される。
図３は、本発明の代替的な実施形態に係るプラズマセル１００のプラズマバルブの内面１０２に沿って液体を流すように構成される液体入口３０１及び液体出口３０４を備えたプラズマバルブ１０２を有するプラズマセル３００を示す。図１に関して既に本明細書で説明した、充填するガスの種類、ガラスバルブの材料、及びレーザポンピング源は、他に記載のない限り本開示のプラズマセル３００にまで及ぶように解釈されるべきであることが本明細書で注目される。
一態様では、プラズマセル３００は、プラズマバルブの第１の部分１０２に配置される液体入口３０１を含む。別の態様では、プラズマセル３００は、プラズマバルブ１０２の第１の部分とは反対側のプラズマバルブ１０２の第２の部分に配置される液体出口３０４を含む。さらなる態様では、液体入口及び液体出口は、プラズマバルブの内面１０２の少なくとも一部を液体３０２で覆うために液体３０２を液体入口３０１から液体出口３０４に流すように構成される。さらなる実施形態では、液体入口３０１は、バルブの内面１０２付近に液体３０２を分布させるのに適した１つ以上の（例えば、１、２、３、４など）ジェットを含んでもよい。付加的な態様では、液体は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域を遮断する（例えば、吸収する）ように構成される。
代替的実施形態では、液体入口３０１及び液体出口３０４は、プラズマバルブ１０２の体積内に液体３０２の独立したシース又はカーテンを形成するために液体を液体入口から液体出口に流すように構成される。これに関して、液体のシースはプラズマバルブの内面１０２と接触している必要はない。さらなる実施形態では、液体のシースは、液体入口３０１における１つ以上の（例えば、１、２、３、４など）ジェットを用いてプラズマバルブ１０２の体積内に形成されてもよい。
別の実施形態では、プラズマセル３００は、プラズマバルブ１０２の内面の少なくとも一部の付近に液体３０２を分布させるためにプラズマバルブ１０２を少なくとも部分的に回転させるように構成される作動組立体をさらに含んでもよい。
一実施形態では、液体３０２は、１つ以上の放射吸収剤を含んでもよい。これに関して、液体３０２は、選択された吸収剤を液体入口から液体出口に運んでもよい。別の実施形態では、吸収剤は、１つ以上の染料を含んでもよい。さらなる実施形態では、液体３０２中に存在する染料は、選択された波長域（例えば、ＵＶ光又はＶＵＶ光）を吸収するように構成される。プラズマセル３００に用いられる特定の染料は、プラズマセル３００に要求される特定の放射吸収特性に基づいて選択されてもよいことが本明細書で認識される。
別の実施形態では、吸収剤は、１つ以上のナノ結晶材料（例えば、二酸化チタン）を含んでもよい。さらなる実施形態では、液体３０２中に存在するナノ結晶材料は、選択された波長域（例えば、ＵＶ光又はＶＵＶ光）を吸収するように構成される。プラズマセル３００に用いられる特定のナノ結晶材料は、プラズマセル３００に要求される特定の放射吸収特性に基づいて選択されてもよいことが本明細書で認識される。本明細書で既に述べたように、ナノ結晶は、ナノ結晶のサイズを変えることによって調整可能な吸収バンドを有し、且つ非常に頑健な吸収特性を有する。これに関して、プラズマセル３００に用いられるナノ結晶の特定のタイプ及びサイズは、プラズマセル３００に要求される特定の放射吸収特性に基づいて選択されてもよい。
さらなる態様では、液体３０２によって運ばれる材料（例えば、染料、ナノ結晶材料など）は、プラズマセル３００の必要性に基づいて変更されてもよいことが認識される。例えば、第１の時間期間にわたって、液体３０２は液体３０２中に溶解又は懸濁した第１の材料を運んでもよく、一方、第２の時間期間にわたって、液体３０２は液体３０２中に溶解又は懸濁した第２の材料を運んでもよい。
別の実施形態では、プラズマセル３００の液体３０２は、当該技術分野では公知のあらゆる液体を含んでもよい。例えば、液体３０２は、水、メタノール、エタノールなどを含んでもよいがこれらに限定されない。水の光吸収特徴は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｗ．Ｈ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ及びＫ．Ｙｏｓｈｉｎｏ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ、２９４（２００３）、ｐｐ．３１〜３５で、Ｗ．Ｈ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ他によって詳細に論じられている。水は、１９０ｎｍを下回るＶＵＶ波長に関する強い吸収断面積を呈することが本明細書で注目される。関心ある選択されたバンドを「遮断」するのに必要な吸収特徴を有する任意の液体が本発明での実装に適する可能性があることが本明細書で認識される。
図４は、プラズマバルブ１０２内に配置される内側プラズマセル４０６及び内側セル４０６の外面とプラズマバルブ１０２のバルブ壁の内面によって形成される気体フィルタキャビティ４０２を備えたプラズマバルブ１０２を有するプラズマセル４００を示す。図１に関して既に本明細書で説明した、充填するガスの種類、ガラスバルブの材料、及びレーザポンピング源は、他に記載のない限り本開示のプラズマセル４００にまで及ぶように解釈されるべきであることが本明細書で注目される。
プラズマバルブ１０２及び内側プラズマセル４０６は、内側プラズマセル４０６の体積４０４内のプラズマ１０６を維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通すことが本明細書で認識される。さらなる態様では、プラズマバルブ１０２及び内側プラズマセル４０６は、プラズマ１０６による発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部１１４を実質的に通す。さらなる態様では、気体フィルタキャビティは、気体フィルタ材料４０２を収容するように構成される。さらなる実施形態では、気体フィルタ材料４０２は、プラズマ１０６による発光の選択されたスペクトル領域の一部１１０を吸収するように構成される。気体フィルタ材料４０２は、選択されたバンドの光（例えば、ＵＶ又はＶＵＶ光）を吸収するのに適した当該技術分野では公知の任意のガスを含んでもよいことが本明細書で注目される。
図５は、本明細書で前述した種々の特徴のうちの２つ以上の組み合わせを実装するプラズマセル５００を示す。図１に関して既に本明細書で説明した、充填するガスの種類、ガラスバルブの材料、及びレーザポンピング源は、他に記載のない限り本開示のプラズマセル５００にまで及ぶように解釈されるべきであることが本明細書で注目される。これに関して、プラズマセル５００は、以下の特徴、すなわち、フィルタ層１０４、フィルタ組立体２０２、液体フィルタ３０２、及び気体フィルタ４０２のうちの２つ以上を実装してもよい。前述の種々の特徴のそれぞれは、プラズマ１０６によって放出される放射の異なるスペクトル領域をフィルタで除去するのに用いられてもよいことが本明細書で認識される。前述の種々の特徴は異なる作動体制（例えば、温度、圧力など）で作動するように構成されてもよいことが本明細書でさらに認識される。
本明細書で説明される本発明の主題の特定の態様が示され説明されているが、本明細書の教示に基づいて、本明細書で説明される主題及びそのより広い態様から逸脱することなく変化及び修正が加えられてもよく、したがって、付属の請求項は、本明細書で説明される主題の真の精神及び範囲内にあるものとしてすべてのこうした変化及び修正をそれらの範囲内に包含するものであることが当業者には明らかであろう。
Claims (43)
- レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルであって、
プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つ前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、
前記プラズマバルブの内面上に配置され、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成される、フィルタ層と、
を備えるプラズマセル。 - 前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域が、赤外光、可視光、又は紫外光のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ層が、前記プラズマによる発光の紫外スペクトル領域を遮断するように構成される、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ層が、前記プラズマによる発光の真空紫外スペクトル領域を遮断するように構成される、請求項３に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成された前記フィルタ層が、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の少なくとも一部を吸収するように構成されたフィルタ層を備える、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成された前記フィルタ層が、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の少なくとも一部を反射させるように構成されたフィルタ層を備える、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ層が、酸化ハフニウムのコーティング、酸化チタンのコーティング、及び酸化ジルコニウムのうちの少なくとも１つ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ層が、
第１の材料から形成された第１のコーティングと、
第２の材料から形成され、前記第１のコーティング上に配置される、少なくとも第２のコーティングと、
を備える、請求項１に記載のプラズマセル。 - 前記フィルタ層が、前記プラズマバルブの内面のミクロ構造化された層を含む、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ層が犠牲コーティングを含む、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記バルブが、実質的に円筒形の形状、実質的に球形の形状、実質的に偏長回転楕円形の形状、実質的に長円形の形状、及び実質的に心臓形の形状のうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記ガスが、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｂｒ２、Ｉ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＯ２、１つ以上のハロゲン化金属、Ｎｅ／Ｘｅ、ＡＲ／Ｘｅ、又はＫｒ／Ｘｅ、Ａｒ／Ｋｒ／Ｘｅ混合物、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、及びＸｅＨｇのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブがガラス材料から形成される、請求項１に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブのガラス材料が溶融石英ガラスを含む、請求項１３に記載のプラズマセル。
- レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルであって、
プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つ前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、
前記プラズマバルブの体積内に配置され、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成される、フィルタ組立体と、
を備えるプラズマセル。 - 前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域が、赤外光、可視光、又は紫外光のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が、前記プラズマによる発光の紫外スペクトル領域を遮断するように構成される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が、前記プラズマによる発光の真空紫外スペクトル領域を遮断するように構成される、請求項１７に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の少なくとも一部を吸収するように構成される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の少なくとも一部を反射させるように構成される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が前記プラズマバルブの内面に機械的に結合される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が第１の材料から形成され、前記プラズマバルブが第２の材料から形成される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が第１の材料から形成され、前記プラズマバルブが第２の材料から形成され、前記第１の材料と前記第２の材料が実質的に同じである、請求項２２に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が第１の材料から形成され、前記プラズマバルブが第２の材料から形成され、前記第１の材料と前記第２の材料が実質的に異なる、請求項２２に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が第１の材料から形成され、前記プラズマバルブが第２の材料から形成され、前記第１の材料が前記第２の材料とは実質的に異なる温度に保持される、請求項２２に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が第１の材料から形成され、前記プラズマバルブが第２の材料から形成され、前記第１の材料が前記第２の材料と実質的に同じ温度に保持される、請求項２２に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブ及び前記フィルタ組立体のうちの少なくとも１つが、実質的に円筒形の形状、実質的に球形の形状、実質的に偏長回転楕円形の形状、長円形の形状、及び実質的に心臓形の形状のうちの少なくとも１つを有する、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記ガスが、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、１つ以上のハロゲン化金属、ＡＲ／Ｘｅ混合物、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、及びＸｅＨｇのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブ及び前記フィルタ組立体のうちの少なくとも１つがガラス材料から形成される、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブ及び前記フィルタ組立体のうちの少なくとも１つのガラス材料が溶融石英ガラスを含む、請求項２９に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体がミクロ構造化されたフィルタ組立体を含む、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体が犠牲フィルタ組立体を含む、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記フィルタ組立体がサファイアフィルタ組立体を含む、請求項１５に記載のプラズマセル。
- 前記サファイアフィルタ組立体が、巻かれたサファイアフィルタ組立体を含む、請求項３３に記載のプラズマセル。
- レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルであって、
プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成され、且つプラズマバルブ内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つ前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通す、プラズマバルブと、
前記プラズマバルブの第１の部分に配置される液体入口と、
前記プラズマバルブの第１の部分とは反対側の前記プラズマバルブの第２の部分に配置される液体出口と、
を備え、前記液体入口及び前記液体出口が液体を前記液体入口から前記液体出口に流すように構成され、前記液体が前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域を遮断するように構成される、プラズマセル。 - 前記液体入口及び液体出口が、前記プラズマバルブの内面の少なくとも一部を液体で覆うために液体を前記液体入口から前記液体出口に流すように構成される、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記液体入口及び液体出口が、前記プラズマバルブの体積内の液体の独立したシースを形成するために液体を液体入口から液体出口に流すように構成される、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記液体が、水、メタノール、及びエタノールのうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記液体が、ナノ結晶材料及び染料のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブの内面の一部のうちの少なくとも１つの付近の１つ以上の経路に沿って前記液体を前記液体入口から前記液体出口に移動させるように構成された能動液体送達ジェットをさらに含む、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブの体積内に独立したシースを形成するために前記液体を前記液体入口から前記液体出口に移動させるように構成された能動液体送達ジェットをさらに含む、請求項３５に記載のプラズマセル。
- 前記プラズマバルブの内面の少なくとも一部の付近に前記液体を分布させるために前記プラズマバルブを少なくとも部分的に回転させるように構成された作動組立体をさらに備える、請求項３５に記載のプラズマセル。
- レーザ維持プラズマ光源に用いるのに適した紫外光フィルタリングのためのプラズマセルであって、
プラズマバルブと、
前記プラズマバルブ内に配置され、プラズマを発生させるのに適したガスを収容するように構成される、内側プラズマセルと、
前記内側プラズマセルの外面と前記プラズマバルブの内面によって形成される気体フィルタキャビティと、
を備え、前記プラズマバルブ及び前記内側プラズマセルが、前記内側プラズマセル内のプラズマを維持するように構成されたポンプレーザから生じる光を実質的に通し、且つ前記プラズマによる発光の収集可能なスペクトル領域の少なくとも一部を実質的に通し、前記気体フィルタキャビティが、気体フィルタ材料を収容するように構成され、前記気体フィルタ材料が、前記プラズマによる発光の選択されたスペクトル領域の一部を吸収するように構成される、プラズマセル。
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