JP6517231B2

JP6517231B2 - 光維持プラズマを形成するための開放プラズマランプ

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Publication number: JP6517231B2
Application number: JP2016559165A
Authority: JP
Inventors: ローレンウィルソン; アナントチーマルギ; イリヤベゼル; アナトリーシェメリニン; マチュードルステン; ギルダードデルガド
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: US9263238B2; KR102402287B1; WO2015149022A1; KR20160138241A; KR20210149892A; DE112015001498T5; US20160163516A1; JP2019145518A; JP2017514271A; US20150279628A1; KR102381585B1; US9721761B2; JP6727371B2

Description

本開示は、一般に、光維持プラズマ光源光に関し、より詳細には、光維持プラズマランプにおける対流制御に関する。

本出願は、ローレンウイルソン（ＬａｕｒｅｎＷｉｌｓｏｎ）およびアナントチマルギ（ＡｎａｎｔＣｈｉｍｍａｌｇｉ）を発明者とする、表題「ＦＯＲＣＥＤＣＯＮＶＥＣＴＩＯＮＣＯＮＴＲＯＬＯＦＬＡＳＥＲＳＵＳＴＡＩＮＥＤＰＬＡＳＭＡＳ」である、２０１４年３月２７日出願の米国仮特許出願第６１／９７１，０３５号の利益を米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張するものであり、この文献は、全体的に本願に引用して援用する。

ますます小型化するデバイス特徴を有する集積回路に対する要求が増大し続けるにつれて、ますます縮小化するこれらデバイスの検査に使用される改良された照明源に対する必要性が増加し続けている。１つのそのような照明源は、レーザ維持プラズマ源を含む。レーザ維持プラズマ光源は、高出力の広帯域光を生み出すことができる。レーザ維持光源は、アルゴンまたはキセノンなどのガスを、光を発することができるプラズマ状態に励起するために、あるガス容積にレーザ放射を集束させることによって作動する。この効果は、通常、プラズマ「ポンピング」と称される。レーザ維持プラズマ光源は、通常、レーザ光を、選択された作用ガスを含む密封されたランプ内に集束させることによって作動する。これらの手法は、通常、自然対流を利用してプラズマを冷却する。自然対流は、しばしば、所定のプラズマ源を最適化するのに不十分であり、プラズマを最適な集光領域外で成長させることがあり、その結果、より大きくより薄暗いプラズマを生じさせる。

米国特許出願公開第２０１３／０００３３８４号

したがって、上記で特定したものなどの欠点を解決するための装置、システムおよび／または方法を提供することが望ましい。

光維持プラズマを形成するための開放プラズマランプが、本発明の例示的な実施形態によって開示される。１つの例示的な実施形態では、プラズマランプは、ガス投入部およびガス出力部を含む空洞セクションを含み、ガス投入部およびガス出力部は、ガスを、空洞セクションを通り抜けるように流すように配置される。別の例示的な実施形態では、プラズマランプは、空洞セクションのガス投入部に流体的に結合され、ガスを空洞セクションの内部容積部に供給するように構成された、ガス供給組立体を含む。別の例示的な実施形態では、プラズマランプは、空洞セクションのガス出力部に流体的に結合されたノズル組立体を含む。１つの例示的な実施形態では、ノズル組立体および空洞セクションは、ある容積のガスが、ポンプ源からポンピング照明を受け取ってプラズマをガス内に維持するように配置され、この維持プラズマは、広帯域放射を発する。別の例示的な実施形態では、ノズル組立体は、対流ガスの流れを空洞セクション内から空洞セクションの外部の領域まで確立するように構成され、そのように確立することにより、維持プラズマの一部分は、ガスの流れによって空洞セクションから除去される。

光維持プラズマを形成するためのシステムが、本発明の例示的な実施形態によって開示される。１つの例示的な実施形態では、システムは、ポンピング照明を生成するように構成されたポンプ源を含む。別の例示的な実施形態では、システムは、開放プラズマランプを含む。別の例示的な実施形態では、開放プラズマランプは、ガス投入部およびガス出力部を含む空洞セクションであって、ガス投入部およびガス出力部は、ガスを、空洞セクションを通り抜けるように流すように配置される、空洞セクションと、ガス投入部に流体的に結合され、ガスを空洞セクションの内部容積部に供給するように構成された、ガス供給組立体と、空洞セクションのガス出力部に流体的に結合されたノズル組立体とを含み、ノズル組立体は、ガスの流れを空洞セクション内から空洞セクションの外部の領域まで確立するように構成され、そのように確立することにより、維持プラズマの一部分は、ガスの流れによって空洞セクションから除去される。別の例示的な実施形態では、システムは、プラズマをガス内に維持するために、ポンプ源からの照明をガスに集束させるように配置された集光器要素を含む。別の例示的な実施形態では、プラズマは広帯域放射を発する。

光維持プラズマを形成するためのプラズマランプが、本開示の例示的な実施形態によって開示される。１つの例示的な実施形態では、プラズマランプは、ポンプ源からのポンプ照明の吸収時、プラズマを生成するのに適したガスを含むように構成されたガス閉じ込め構造体を含む。別の例示的な実施形態では、プラズマランプは、ガス閉じ込め構造体内に配設された対流制御要素を含み、この場合、対流制御要素は、プラズマの立ち上がりを選択された方向に沿うように向けるためのチャネルを含み、対流制御要素は、熱リザーバに熱的に結合され、プラズマの立ち上がりから熱リザーバに熱を伝達するように構成される。

前述の全体的な説明および以下の詳細な説明のいずれも、例示的および説明的にすぎず、必ずしも特許請求される本発明を制限するものではないことを理解されたい。本明細書に組み込まれる、およびその一部を構成する添付の図は、本発明の実施形態を示し、全体的な説明と相まって、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示の数多くの利点は、添付の図を参照することによって当業者によってより良好に理解され得る。

本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、プラズマ生成のさまざまな位置を示す開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、プラズマ生成のさまざまな位置を示す開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、プラズマ生成のさまざまな位置を示す開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、プラズマ生成のさまざまな位置を示す開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプのさまざまな形状の概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプのさまざまな形状の概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプのさまざまな形状の概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプのさまざまな形状の概略図である。本開示の１つの実施形態による、着脱式ノズル組立体を備えた開放プラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプによって光維持プラズマを生成するためのシステムの高レベルの概略図である。本開示の１つの実施形態による、再循環サブシステムが装備された、光維持プラズマを生成するためのシステムの高レベルの概略図である。本開示の１つの実施形態による、再循環サブシステムが装備された、光維持プラズマを生成するためのシステムの高レベルの概略図である。本開示の１つの実施形態による、流れ制御されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。本開示の１つの実施形態による、対流制御要素が装備されたプラズマランプの概略図である。

次に、添付の図に示される、開示する主題に対して詳細に参照がなされる。

図１Ａから３Ｂを全体的に参照すれば、光維持プラズマを生成するためのプラズマランプが、本開示の１つ以上の実施形態によって説明される。本開示の実施形態は、開口型プラズマランプを備えた光維持プラズマ光源による広帯域光の生成を対象とする。本開示の追加の実施形態は、所定のプラズマランプのプラズマ周りのガスの対流の流れを能動的に制御するのに十分なノズル組立体が装備された、開口型プラズマランプを対象とする。たとえば、本開示の実施形態は、開口型プラズマランプに供給されたガスの圧力および質量流量の能動的な調整を提供する。加えて、本開示の実施形態は、プラズマのより低温の外側領域または層の除去をもたらす。プラズマのより低温の外側の領域の除去は、より多くのポンプ光が、プラズマのコア領域に到達すること可能にし、その結果、ひいては、より効率的な広帯域放射を生じさせる。ガス／プラズマ対流を能動的に制御することが、プラズマ動態に対するより優れた制御をもたらすことが、さらに留意される。プラズマ動態に対する改良された制御は、ポンプ光の出力を増大させることなく、プラズマの輝度の増大を可能にし得る。

不活性ガス種内のプラズマの生成は、２００７年４月２日出願の米国特許出願第１１／６９５，３４８号および２００６年３月３１日出願の米国特許出願第１１／３９５，５２３号に全体的に説明されており、これら文献は、全体的に本願に援用する。さまざまなプラズマセル設計およびプラズマ制御機構が、２０１２年の１０月９日出願の米国特許出願第１３／６４７，６８０号に説明されており、この文献は、全体的に本願に引用して援用する。プラズマの生成はまた、２０１４年３月２５日出願の米国特許出願第１４／２２４，９４５号および２０１０年５月２６日出願の米国特許出願第１２／７８７，８２７号に全体的に説明されており、これら文献は、全体的に本願に引用して援用する。プラズマセルおよび制御機構はまた、２０１４年３月３１出願の米国特許出願第１４／２３１，１９６号および２０１４年１２月１１日出願の米国特許出願第１４／５６７，５４６号においても説明されており、これら文献は、全体的に本願に引用して援用する。プラズマセルおよび制御機構はまた、２０１４年５月２７日出願の米国特許出願第１４／２８８，０９２号においても説明されており、この文献は、全体的に本願に引用して援用する。プラズマセルおよび制御機構はまた、２０１３年１月１５日出願の米国特許出願第１３／７４１，５６６号においても説明されており、この文献は、全体的に本願に引用して援用する。

図１Ａ〜１Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、光維持プラズマを形成するためのプラズマランプ１００を示す。１つの実施形態では、プラズマランプ１００は、ガス投入部１０３およびガス出力部１０５を有する空洞セクション１０２を含む。別の実施形態では、プラズマランプ１００は、空洞セクション１０２のガス投入部１０３に流体的に結合され、ガスを空洞セクション１０２の内部容積部に供給するように構成されたガス供給組立体１０８を含む。たとえば、ガス供給組立体１０８は、それだけに限定されないが、ガス供給部（図１Ａに示さず）、たとえばそれだけに限定されないが、ガスをガスポート１１１を介して空洞セクション１０２の内部容積部まで送出するように構成された供給タンク（たとえば図２を参照）または再循環サブシステム（図３Ａ〜３Ｂを参照）などを含むことができる。

別の実施形態では、ガス投入部１０３およびガス出力部１０５は、ガス１０９を、空洞セクション１０２を通り抜けるように流すように配置される。たとえば、ガス投入部１０３およびガス出力部１０５は、ガスポート１１１からのガス１０９が、ガス投入部１０３を通って入り、空洞セクション１０２の長さにわたって流れ、ガス出力部１０５を介して空洞セクション１０２を退出するように流体的に結合される。

別の実施形態では、プラズマランプ１００は、ノズル組立体１０４を含む。１つの実施形態では、ノズル組立体１０４は、空洞セクション１０２のガス出力部１０５に流体的に結合される。この点において、ノズル組立体１０４は、ガス１０９を空洞セクション１０２内から、空洞セクション１０２の外部の領域１０６まで移送するのに役立ち得る。

１つの実施形態では、ノズル組立体１０４は、先細セクション１１３を含むが、含む必要はない。１つの実施形態では、ノズル組立体１０４は、末広セクションを含むが、含む必要はない。１つの実施形態では、図１Ａおよび１Ｂに示すように、ノズル組立体１０４は、先細セクション１１３および末広セクション１１７の両方を含む中細ノズル組立体である。たとえば、ノズル組立体１０４は、それだけに限定されないが、ドラバル（ｄｅＬａｖａｌ）ノズル組立体を含むことができる。

１つの実施形態では、ノズル組立体１０４は、狭窄セクション１１５、または喉部セクションを含む。たとえば、ノズル組立体１０４の狭窄セクション１１５は、ノズル組立体１０４の先細セクション１１３と末広セクション１１７の間に位置することができ、またはその間の移行部を形成してよい。この点において、ガス１０９は、空洞セクション１０２からノズル組立体１０４の先細セクション１１３内に流れることができる。ガスが先細セクション１１３を流れ抜けた後、これは、狭窄セクション１１５に入ることができる。次に、ガスは、狭窄セクション１１５を退出し、末広セクション１１７に入ることができ、最終的には、プラズマセル１１０の外部の領域１０６内に排出され得る。

ノズル組立体１０４は、ガスの流れ１２１を空洞セクション１０２からプラズマランプの外部（たとえば、空洞セクション１０２およびノズル組立体１０４の外部）の領域１０６まで確立することができ、それにより、光維持プラズマ１０７の一部分は、ガスの流れ１２１によって空洞セクション１０２から除去される。たとえば、確立されたガスの流れ１２１は、プラズマ１０７の外側部分を除去し、ガスをプラズマランプ１００の外側の領域１０６に排出するのに十分なものになり得る。この点において、ノズル組立体１０４のサイズおよび形状（およびノズル組立体１０４のセクション１１３、１１５、１１７）は、ノズル組立体１０４が、プラズマ１０７の外側縁にまたはその近くにおいて、プラズマ１０７の一部分が除去されるのに十分なガス流量を確立するように選択され得る。たとえば、ノズル組立体１０４は、プラズマ１０７の外側領域１１５の一部分を除去するのに十分なガス流量を確立することができる。すでに留意されたように、プラズマ１０７の外側領域１１５は、プラズマ１０７のコア１１７をポンピング照明１１８から少なくとも部分的に遮蔽し得る。この設定では、プラズマ１０７の外側領域１１５は、遮蔽層として挙動する。これらの遮蔽層１１５の少なくとも一部分の除去は、プラズマ１０７のコア１１７をポンピング照明１１８により容易に暴露するように役立ち得る。コア１１７のポンピング照明１１８への改良された暴露の結果、広帯域放射１２０がより効率的に生み出され、より明るい広帯域放射が出力される。

別の実施形態では、プラズマランプ１００のガス１０９の１つ以上の流体特性は、調整可能である。たとえば、ガス１０９の圧力および／またはガス１０９の流れの質量流量は、選択的に調整されてよいが、そうされる必要はない。たとえば、ガス圧力および／またはガス１０９の質量流量は、ポンピング照明１１８の出力に基づいて調整され得る。１つの実施形態では、ガス１０９の圧力および／または質量流量は、ガス供給組立体１０８を用いて調整され得る。この点において、圧力および／または質量流量は、空洞セクション１０２へのガス１０９の供給を増大または低下させることによって能動的に制御され得る。

１つの実施形態では、プラズマランプ１００のガスの流れは、層流のガスの流れ１２１を確立するように制御される。たとえば、ノズル組立体１０４およびノズル組立体１０４のセクションは、ガス供給組立体１０８が層流のガスの流れ１２１を確立することができるように構造化され得る。

別の実施形態では、プラズマランプ１００のガスの流れは、超音速のガスの流れ１２１を確立するように制御される。たとえば、ノズル組立体１０４およびノズル組立体１０４のセクションは、ガス供給組立体１０８が、プラズマランプ１００の１つ以上の部分を通る超音速のガスの流れ１２１を確立することができるように構造化され得る。別の実施形態では、プラズマランプ１００のガスの流れは、音速以下のガスの流れ１２１を確立するように制御される。たとえば、ノズル組立体１０４およびノズル組立体１０４のセクションは、ガス供給組立体が、プラズマランプ１００の１つ以上の部分を通る音速以下のガスの流れ１２１を確立することができるように構造化され得る。

本開示のプラズマランプ１００が、プラズマランプ１００内およびその外側のさまざまな場所においてプラズマ１０７を維持することができることが、本明細書において留意される。図１Ｃ〜１Ｆは、プラズマ１０７がプラズマランプ１００によって維持され得るさまざまな場所を示す。１つの実施形態では、図１Ｃに示すように、プラズマ１０７は、空洞セクション１０２の内部容積部内に維持される。別の実施形態では、図示されないが、プラズマ１０７は、ノズル組立体１０４の先細セクション１１３内に維持される。別の実施形態では、図１Ｄに示すように、プラズマ１０７は、ノズル組立体１０４の狭窄セクション１１５または喉部内に維持される。別の実施形態では、図１Ｅに示すように、プラズマ１０７は、ノズル組立体１０４の末広セクション１１７内に維持される。別の実施形態では、図１Ｆに示すように、プラズマ１０７は、ノズル組立体１０４の末広セクション１１７の上方かつプラズマランプ１００の外側の位置に維持される。プラズマランプ１００を通り抜けるのに十分なガスの流れにより、プラズマ１０７が、末広セクション１１７（またはノズル組立体１０４の他の出力部分）の上方の位置において流れ１２１内に保たれ得ることが、本明細書において留意される。

ノズル組立体１０４およびノズル組立体１０４のセクションの形状は、ガスノズルの技術分野において知られている任意の形状または形状の組み合わせをとることができる。たとえば、ノズル組立体１０４および／またはノズル組立体１０４のセクションは、次の形状（または次の形状の一部分、またはその組み合わせ）、ただしそれだけに限定されないが、円筒、管、長球、楕円体、回転楕円体などを含む任意のものによって構築され得る。

また、空洞セクション１０２および空洞セクション１０２のセクションの形状が、ガスノズルの技術分野において知られている任意の形状、形状の一部分、または形状の組み合わせをとることができることも、本明細書において留意される。たとえば、空洞セクション１０２は、次の形状（または次の形状の一部分または組み合わせ）、それだけに限定されないが、円筒、管、長球、楕円体、回転楕円体などを含む任意のものによって構築され得る。

例として、図１Ａ〜１Ｂに示すように、プラズマランプ１００の空洞セクション１０２は、それだけに限定されないが、円筒形状を有することができる。さらに、ノズル組立体１０４の先細セクション１１３は、それだけに限定されないが、切頂長球形状を有することができる。加えて、ノズル組立体１０４の末広セクション１１７は、それだけに限定されないが、切頂長球形状を有することができる。図１Ａ〜１Ｂに示すように、先細セクション１１３の出力部分は、ノズル組立体１０４が一体式の中細ノズル組立体を形成するように、末広セクション１１７の入口部分と共に形成する、またはこれと一体式にすることができる。

さらに、空洞セクション１０２の壁は、図１Ａに示すように、ノズル組立体１０４の入口部分と共に形成する、またはこれと一体式にすることができる。たとえば、図１Ａおよび１Ｂに示すように、空洞セクション１０２の出力部分１０５は、ノズル組立体１０４および空洞セクション１０２が一体式の構造を形成するように、ノズル組立体１０４の先細セクションと一体式にされる。たとえば、一体式の空洞セクション／ノズル組立体構造は、ポンプ照明およびプラズマ１０７から発せられる広帯域放射に対して適切な透過性の材料などの単一の材料から形成され得る。

図１Ｇ〜１Ｊは、本開示の１つ以上の実施形態による、プラズマランプ１００における使用に適した追加の形状を示す。１つの実施形態では、図１Ｇに示すように、プラズマランプ１００は、長球形状を有する空洞セクション１０２を含むことができる。別の実施形態では、空洞セクション１０２の上部分は、ノズル組立体１０４の先細になるものとして役立つ。そのような構成は、たとえば、図１Ｇに示される。図示するように、長球形状の空洞セクション１０２の上部分もまた、ノズル組立体の先細セクション１１３として作用する。別の実施形態では、ノズル組立体１０４は、末広セクション１１７を含む。

別の実施形態では、図１Ｈに示すように、ノズル組立体１０４は、複数の先細セクション部分を含むことができる。たとえば、ノズル組立体１０４は、空洞セクション１０２と一体式にされる第１の先細セクション１１３ａを含むことができる。加えて、図１Ｈのノズル組立体１０４は、第１のシャフトセクション１１９ａを含む。第１のシャフトセクション１１９ａは、次いで、ノズル組立体１０４内でガスの流れ１２１をさらに先細にする第２の先細セクション１１３ｂに結合される。さらに、第２の先細セクション１１３ｂは、第２のシャフトセクション１１９ｂに結合されてよく、第２のシャフトセクション１１９は、次いで、プラズマランプ１００の開口部において流れ１２１を排出する。

別の実施形態では、図１Ｉに示すように、図１Ｈに対して説明する二重の先細構成が、円筒形状の空洞セクション１０２と一体式にされ得る。ここでも、本開示のノズル組立体１０４の構成の任意のものが、本開示の空洞セクション１０２の構成の任意のものと一体式にされ得ることが、留意される。さらに、さまざまな組み合わせは、図１Ａおよび１Ｇ〜１Ｊに示されるものに限定されず、空洞セクション、先細セクション、末広セクションおよび／またはシャフトセクションの任意の組み合わせが、本開示のプラズマセル１００において使用され得る。

別の実施形態では、図１Ｊに示すように、プラズマランプ１００はまた、ノズル組立体１０４無しで構築されてもよい。この実施形態では、空洞セクション１０２は、所望の流れ１２１を達成するのに必要な流れ制御をもたらすように作用する。

図１Ｋは、本開示の１つ以上の実施形態による、着脱式ノズル組立体１３０が装備されたプラズマランプ１００を示す。この点において、ノズル組立体１３０は、空洞セクション１０２の出力部分に可逆式に機械的に結合可能である。あらゆる空洞セクション１０２が、取り外し可能なノズル組立体１３０の取り付けによって開口型プラズマランプ１００としての使用に適合され得ることが、本明細書において留意される。１つの実施形態では、着脱式ノズル組立体１３０は、空洞セクション１０２と同じ材料から構築され得る。別の実施形態では、着脱式ノズル組立体１３０および空洞セクション１０２は、異なる材料から構築され得る。たとえば、ノズル組立体１３０は、金属またはセラミック材料から構築されてよく、この場合空洞セクション１０２は、当該のポンピング照明および広帯域放射に対して透過性の材料から構築される。さまざまに適した透過性材料が、本明細書においてさらに説明される。さらに、着脱式ノズル組立体１３０が、本開示を通じて説明する任意のノズル組立体構成の形態をとり得ることが、留意される。

図１Ａを再度参照すれば、１つの実施形態では、プラズマランプ１００は、適切な照明を吸収するときにプラズマを生成するのに適した、当技術分野において知られている任意の選択されたガス（たとえば、アルゴン、キセノン、水銀など）を利用することができる。１つの実施形態では、ポンプ源（たとえば、図２のポンプ源２０２を参照）からの照明１１８をガス１０９の容積に集束させることにより、エネルギーが、空洞セクション１０２内、ノズル組立体１０４内および／またはノズル組立体１０４の上方のガスまたはプラズマの１つ以上の選択された吸収線を通して吸収される。エネルギーのこの吸収は、プラズマ１０７を生成しまたは維持するために、ガス種の「ポンピング」を引き起こす。

本開示のプラズマランプ１００は、多様なガス環境においてプラズマ１０７を開始しおよび／または維持するために利用され得る。１つの実施形態では、プラズマ１０７を開始しおよび／または保つために使用されるガスは、不活性ガス（たとえば希ガスまたは非希ガス）または非不活性ガス（たとえば水銀）を含むことができる。別の実施形態では、プラズマ１０７を開始しおよび／または保つために使用されるガスは、ガスの混合物（たとえば、不活性ガスの混合物、不活性ガスと非不活性ガスの混合物または非不活性ガスの混合物）を含むことができる。たとえば、プラズマ１０７を生成するために使用されるガス１０９の容積は、それだけに限定されないが、アルゴンを含むことができる。別の場合、ガス１０９は、それだけに限定されないが、クリプトンガスを含むことができる。別の場合、ガス１０９は、それだけに限定されないが、アルゴンガスと追加のガスの混合物を含むことができる。

本開示が、多数のガスまで拡張され得ることが、さらに留意される。たとえば、プラズマランプ１００における使用に適したガスは、それだけに限定されないが、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｆ_２、ＣＨ_４、１つ以上の金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、Ａｒ：Ｘｅ、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、ＸｅＨｇなどを含むことができる。一般的な意味で、本開示は、任意の光ポンプ式プラズマ生成システムまで拡張するように解釈されるべきであり、さらに、プラズマをプラズマランプ内に維持するのに適したあらゆるタイプのガスまで拡張するようにさらに解釈されるべきである。

別の実施形態では、生成されたまたは保たれたプラズマ１０７は、広帯域放射１２０を発する。１つの実施形態では、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０は、極紫外（ＥＵＶ）放射を含む。１つの実施形態では、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０は、真空紫外（ＶＵＶ）放射を含む。別の実施形態では、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０は、深紫外（ＤＵＶ）放射を含む。別の実施形態では、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０は、紫外（ＵＶ）放射を含む。別の実施形態では、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０は、可視放射を含む。

たとえば、プラズマ１０７は、１２０から２００ｎｍの範囲内の短波長放射を発することができる。別の例として、プラズマ１０７は、１２０ｎｍ以下の波長を有する短波長放射を発することができる。別の実施形態では、プラズマ１０７は、２００ｎｍより大きい波長を有する放射を発することができる。

プラズマ１０７が空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４内に維持される場合では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、プラズマ１０７によって生成された放射に対して少なくとも部分的に透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。１つの実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ＶＵＶ放射に対して少なくとも部分的に透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。別の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ＤＵＶ放射に対して少なくとも部分的に透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。別の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ＵＶ放射に対して透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。別の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、可視光に対して透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。

別の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ポンプ源（たとえばポンプ源２０２）からの放射１２０（たとえば、可視またはＩＲ放射）に対して透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。

別の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ポンプ源からの放射およびプラズマ１０７によって発せられた放射（たとえば、ＥＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＵＶ放射、および可視放射）の両方に対して透過性である、当技術分野において知られている任意の材料から形成され得る。

一部の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、低ＯＨ含有溶融石英ガラス材料から形成され得る。他の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、高ＯＨ含有溶融石英ガラス材料から形成され得る。たとえば、伝送要素１０８（または電球）は、それだけに限定されないが、ＳＵＰＲＡＳＩＬ１、ＳＵＰＲＡＳＩＬ２、ＳＵＰＲＡＳＩＬ３００、ＳＵＰＲＡＳＩＬ３１０、ＨＥＲＡＬＵＸＰＬＵＳ、ＨＥＲＡＬＵＸ−ＶＵＶなどを含むことができる。他の実施形態では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、それだけに限定されないが、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、結晶水晶およびサファイアを含むことができる。それだけに限定されないが、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、水晶、およびサファイアなどの材料が、短波長放射（たとえばλ＜１９０ｎｍ）に対する透過度を与えることが、本明細書において留意される。本開示の空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４における使用に適したさまざまなガラスは、エーシュライバ（Ａ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ）らのＲａｄｉａｔｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＱｕａｒｔｚＧｌａｓｓｆｏｒＶＵＶＤｉｓｃｈａｒｇｅＬａｍｐｓ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（２００５年）、３２４２−３２５０に詳細に論じられており、この文献は、全体的に本願に引用して援用する。

図２は、本開示の１つの実施形態による、開放プラズマランプ内に維持されるプラズマを用いて広帯域放射を生成するためのシステム２００を示す。１つの実施形態では、システム２００は、プラズマ１０７を生成し、または保つためのプラズマランプ１００を含む。プラズマランプ１００に対して本明細書においてすでに提供した実施形態および例は、システム２００まで拡張するように解釈されるべきであることが、本明細書において留意される。

別の実施形態では、システム２００は、それだけに限定されないが、赤外放射または可視放射などの選択された波長または波長範囲の照明を生成するように構成されたポンプ源２０２（たとえば１つ以上のレーザ）を含む。

１つの実施形態では、プラズマランプ１００は、プラズマランプ１００内にまたはプラズマランプ１００の出力部の近位（図１Ｃ〜１Ｆを参照）に位置するガス１０９の容積のプラズマ生成領域内にまたはプラズマ１０７を生成するために、ポンプ源２０２から照明を受け入れるように構成される。すでに留意されたように、プラズマ１０７が空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４内に維持される場合では、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、ポンプ源２０２によって生成された照明に対して少なくとも部分的に透過性であり、それによってポンプ源２０２によって送出された（たとえば、光ファイバ結合を介して送出されたまたは自由空間結合を介して送出された）照明が、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４を通ってプラズマランプ１００内に伝送されることを可能にする。別の実施形態では、源２０２からの照明の吸収時、プラズマ１０７は、広帯域放射（たとえば、広帯域ＩＲ、広帯域可視光、広帯域ＵＶ、広帯域ＤＵＶ、広帯域ＶＵＶおよび／または広帯域ＥＵＶの放射）を発する。すでに留意されたように、空洞セクション１０２および／またはノズル組立体１０４は、プラズマ１０７によって発せられた広帯域放射の少なくとも一部分に対して少なくとも部分的に透過性になり得る。

別の実施形態では、ガス供給組立体１０８は、ガス供給部２０９を含む。たとえば、ガス供給部は、それだけに限定されないが、プラズマ１０７を形成するために使用されるガス１０９の貯蔵容積を含むことができる。別の実施形態では、ガス供給組立体１０８は、供給部２０９からガスポート１１１までのガス１０９の流れを制御するように構成されたポンプ、ブロワ、またはファンの少なくとも１つを含む。別の実施形態では、ガス１０９がプラズマランプ１００から排出された後、これは、周囲環境に吐き出され得る。この構成は、本開示に対する限定ではないことが、本明細書において留意される。たとえば、プラズマランプ１００の出力部は、本明細書においてさらにより詳細に説明するようにガス再循環サブシステムに結合され得る。

別の実施形態では、システム２００は、ポンプ源２０２から放出する照明を、プラズマランプ１００内に含まれた、またはプラズマランプ１００の出力部の近位の領域からのガス容積内に集束させるように構成された集光器／反射器要素２０６を含む。集光器要素２０６は、ポンプ源２０２から放出する照明を集束させるのに適した、当技術分野において知られている任意の物理的構成をとることができる。１つの実施形態では、図２に示すように、集光器要素２０６は、照明１１８をポンプ源２０２から受け取り、この照明１１８をプラズマランプ１００内のガス１０９に、またはプラズマランプ１００の出力部の近位の領域内のガス１０９に集束させるのに適した反射性内部表面を備えた凹状領域を含むことができる。たとえば、集光器要素２０６は、図２に示すように、反射性内部表面を有する楕円形状の集光器要素２０６を含むことができる。別の例として、システム２００は、反射性内部表面（図示せず）を有するパラボラ集光器要素２０６と共に作動するように適合され得る。

別の実施形態では、集光器要素２０６は、プラズマ１０７によって発せられた広帯域照明１２０（たとえば、ＥＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＵＶ放射および／または可視放射）を集光し、広帯域照明を１つ以上の追加の光学要素（たとえば、ホモジナイザ２１０、フィルタなど）に向けるように配置される。たとえば、集光器要素２０６は、プラズマ１０７によって発せられたＥＵＶ広帯域放射、ＶＵＶ広帯域放射、ＤＵＶ放射、ＵＶ放射、または可視放射の少なくとも１つを集光し、広帯域放射１２０を１つ以上の下流側の光学要素に向けることができる。この点において、プラズマランプ１００は、ＥＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＵＶ放射、および／または可視放射を、それだけに限定されないが、検査具または計量具などの、当技術分野において知られている任意の光学的特徴付けシステムの下流側の光学要素に送出することができる。システム２００のプラズマランプ１００は、それだけに限定されないが、ＥＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＵＶ放射、および可視放射を含む、多様なスペクトル範囲内の有用な放射を発することができることが、本明細書において留意される。

１つの実施形態では、システム２００は、さまざまな追加の光学要素を含むことができる。１つの実施形態では、追加の光学装置の組は、プラズマ１０７から放出する広帯域光を集光するように構成された集光光学装置を含むことができる。たとえば、システム２００は、ポンプ照明１１８をポンプ源２０２から伝送し、集光器要素２０６からの広帯域照明を、それだけに限定されないが、ホモジナイザ２１０などの下流側の光学素子に向けるように配置された、ダイクロイック鏡（たとえば、ホットミラー、コールドミラー）などのスペクトル選択鏡２１６を含むことができる。

別の実施形態では、光学装置の組は、システム２００の照明通路または集光通路に沿って置かれた１つ以上のレンズ（たとえばレンズ２１２）を含むことができる。１つ以上のレンズは、ポンプ源２０２からの照明をガス１０９の容積内に集束させるために利用され得る。あるいは、１つ以上の追加のレンズは、プラズマ１０７から放出する広帯域光を選択された標的（図示せず）上に集束させるために利用され得る。

別の実施形態では、光学装置の組は、反射鏡２１４を含むことができる。１つの実施形態では、反射鏡２１４は、照明１１８をポンプ源２０２から受け入れ、この照明を集光要素２０６を介してガスの容積に向けるように配置され得る。別の実施形態では、集光要素２０６は、照明を鏡２１４から受け入れ、この照明を、プラズマランプ１００が位置する、集光要素２０６（たとえば、楕円形状の集光要素）の焦点に集束させるように配置される。

別の実施形態では、光学装置の組は、光がプラズマランプ１００に入る前に照明にフィルタをかけるために、またはプラズマ１０７からの光の発光後の照明にフィルタをかけるために、照明通路または集光通路に沿って置かれた１つ以上のフィルタ（図示せず）を含むことができる。上記で説明し、図２に示すようなシステム２００の光学装置の組は、単に例示のために提供され、限定するものとして解釈されるべきではないことが、本明細書において留意される。数多くの等価または追加の光学的構成が、本開示の範囲内で利用され得ることが予想される。

別の実施形態では、システム２００のポンプ源２０２は、１つ以上のレーザを含むことができる。ポンプ源２０２は、当技術分野において知られている任意のレーザシステムを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、電磁スペクトルの赤外部分、可視部分、または紫外部分における放射を発することができる、当技術分野において知られている任意のレーザシステムを含むことができる。１つの実施形態では、ポンプ源２０２は、連続波（ＣＷ）レーザ放射を発するように構成されたレーザシステムを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、１つ以上のＣＷ赤外線レーザ源を含むことができる。たとえば、プラズマランプ１００を通って流されるガスがアルゴンであり、またはアルゴンを含む設定では、ポンプ源２０２は、１０６９ｎｍで放射を発するように構成されたＣＷレーザ（たとえばファイバレーザまたはディスクＹｂレーザ）を含むことができる。この波長は、アルゴンにおける１０６８ｎｍ吸収線に一致し、したがってアルゴンガスをポンピングするのに特に有用であることが、留意される。ＣＷレーザの上記の説明が限定するものではなく、当技術分野において知られている任意のレーザが、本開示の文脈において使用され得ることが、本明細書において留意される。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、１つ以上のダイオードレーザを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、ガス１０９の種の任意の１つ以上の吸収線に対応する波長で放射を発する１つ以上のダイオードレーザを含むことができる。ポンプ源２０２のダイオードレーザは、ダイオードレーザの波長が、任意のプラズマの任意の吸収線（たとえばイオン遷移線）または当技術分野において知られているプラズマ生成ガスの任意の吸収線（たとえば高度に励起された中性遷移線）に同調されるように実施するように選択され得る。したがって、所定のダイオードレーザ（またはダイオードレーザの組）の選択は、システム２００のプラズマランプ１００に使用されるガス１０９のタイプによって決まることになる。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、イオンレーザを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、当技術分野において知られている任意の希ガスを含むことができる。たとえば、アルゴンベースプラズマの場合、アルゴンイオンをポンピングするために使用されるポンプ源２０２は、Ａｒ^＋レーザを含むことができる。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、１つ以上の周波数変換式レーザシステムを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、１００ワットを超える出力レベルを有するＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＬＦレーザを含むことができる。別の実施形態では、ポンプ源２０２は、広帯域レーザを含むことができる。別の実施形態では、照明源は、変調されたレーザ放射またはパルスレーザ放射を発するように構成されたレーザシステムを含むことができる。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、レーザ光をほぼ一定の出力でプラズマ１０７にもたらすように構成された１つ以上のレーザを含むことができる。別の実施形態では、ポンプ源２０２は、変調されたレーザ光をプラズマ１０７にもたらすように構成された１つ以上の変調されたレーザを含むことができる。別の実施形態では、ポンプ源２０２は、パルスレーザ光をプラズマ１０７にもたらすように構成された１つ以上のパルスレーザを含むことができる。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、１つ以上の非レーザ源を含むことができる。一般的な意味では、ポンプ源２０２は、当技術分野において知られている非レーザ光源を含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２は、電磁スペクトラムの赤外部分、可視部分、または紫外部分の放射を不連続的にまたは連続的に発することができる、当技術分野において知られている任意の非レーザシステムを含むことができる。

別の実施形態では、ポンプ源２０２は、２つ以上の光源を含むことができる。１つの実施形態では、ポンプ源２０２は、２つ以上のレーザを含むことができる。たとえば、ポンプ源２０２（または照明源）は、複数のダイオードレーザを含むことができる。別の例として、ポンプ源２０２は、複数のＣＷレーザを含むことができる。別の実施形態では、２つ以上のレーザの各々が、プラズマランプ１００のガスまたはプラズマの異なる吸収線に同調されたレーザ放射を発することができる。

図３Ａ〜３Ｂは、本開示の１つの実施形態による、ガス再循環サブシステムが装備された広帯域放射を生成するためのシステム３００を示す。

図１Ａ〜２に関して本明細書においてすでに提供した実施形態および例が、システム３００まで拡張するように解釈されるべきであることが、本明細書において留意される。再循環サブシステムの実施は、２０１４年３月２４日出願の米国特許出願第１４／２２４、９４５号に詳細に説明され、この文献は、全体的に引用して上記で援用する。

１つの実施形態では、システム３００は、ガス再循環サブシステム３０２を含む。ガス再循環サブシステム３０２は、プラズマランプ１００から排出されたガスを取り込み、これを再循環させることができ、それにより、このガスは、（ガスの十分な冷却後）本開示を通じて説明するプラズマ維持プロセスにおいて再利用され得る。

１つの実施形態では、システム３００は、ガスがプラズマランプ１００から排出されるときにこれを閉じ込めるのに適したガス閉じ込め構造体３０６を含む。別の実施形態では、再循環サブシステム３０２は、プラズマランプ１００による再利用のために、高温ガスをガス閉じ込め構造体３０６の上部分からプラズマランプ１００のガスポート１１１まで伝達するように構成された戻り管３０４を含む。

別の実施形態では、ガス再循環サブシステム３０２は、再循環サブシステム３０２を通るガス１０９の循環を容易にし、プラズマランプ１００を流れ抜けるガスの圧力および／または質量流量を制御するための１つ以上のガスポンプ３１０を含む。ガスポンプの代わりに、再循環サブシステムは、１つ以上のガスブロワまたはガスファンを利用して再循環サブシステム３０２を通るガスの流れを制御することができることが、本明細書において留意される。

別の実施形態では、システム３００は、ガス閉じ込め構造体３０６に結合され、ポンプ源２０２からの入射照明１１８がガス閉じ込め構造体３０６の容積部および集光器要素２０６の凹状領域１０９内に入ることを可能にするように配置された１つ以上の窓３１１を含む。窓３１１は、レーザ光などの光を、照明源２０２から閉じ込め構造体３０６の内側に伝送するのに適した、当技術分野において知られている任意の窓材料を含むことができる。別の実施形態では、システム３００は、ガス閉じ込め構造体３０６に結合された１つ以上の窓３１２を含み、この窓３１２は、プラズマランプ１００および集光器要素２０６から発せられた広帯域放射１２０を、それだけに限定されないが、ホモジナイザ２１０などの下流側の光学的要素に伝送することを可能にするように配置される。窓３１２は、広帯域光（たとえば、ＥＵＶ、ＶＵＶ、ＤＵＶ、ＵＶおよび／または可視光）などの光を、閉じ込め構造体３０６の内側から閉じ込め構造体３０６の外側の場所まで伝送するのに適した、当技術分野において知られている任意の窓材料を含むことができる。

別の実施形態では、図示しないが、システム３００の集光器２０６は、逆向きにされ得る。たとえば、集光器要素２０６は、プラズマランプ１００の上方の位置に位置することができるが、そうである必要はない。この実施形態では、集光器２０６は、ガスが、プラズマランプ１００から離れた後、集光器２０６の壁を通過し、再循環システム３００内に入ることを可能にする排出開口部を含むことができる。再循環システムと一体式にされた逆向き集光器は、２０１４年３月２５日出願の米国特許出願第１４／２２４、９４５号に詳細に説明され、この文献は、全体的に引用して上記に援用する。

別の実施形態では、図３Ｂに示すように、ガス閉じ込め構造体３０６は、プラズマランプ１００のノズル組立体１０４の出力部に限定され得る。この実施形態では、システム３００に関連付けられた光学システム全体を加圧することは必要でなく、それによってシステム３００の取り扱いおよび作動をより管理し易くする。システム３００の再循環サブシステム３０２が、単に例示的目的のために提供される図３Ａ〜３Ｂに示す構成に限定されないことが、本明細書において認識される。

図４は、本開示の１つ以上の実施形態による、ガスの流れをプラズマ１０７に送出するためのシステム４００を示す。１つの実施形態では、システム４００は、光維持プラズマ広帯域光１２０を生み出すのに適したプラズマランプ４０２（たとえばプラズマセルまたはプラズマ電球）を含む。明確にする目的で、ポンプ源およびさまざまな他の光学要素が、図４に示されていない。図１Ａ〜３Ｂに関して本明細書においてすでに説明したさまざまな実施形態および例は、図４のシステム４００まで拡張するように解釈されるべきであることが、本明細書において留意される。

１つの実施形態では、システム４００は、ガス再循環サブシステム４１２を含み、ガス再循環サブシステム４１２は、ガス取り込み管４１１およびガス戻り管４１２を含む。別の実施形態では、プラズマランプ４０２は、プラズマランプ４０２のプラズマ生成領域において層流４０５を確立するのに適したノズル組立体４０４を含む。プラズマ生成領域を通る層流のガスの流れの使用が、改良された安定性をもたらし、ガス４０８の発光領域の成形を可能にすることが、本明細書において留意される。さらに、プラズマ１０７に流れをもたらすことは、すでに本明細書において留意されたように、より高いプラズマ温度が達成できるにつれて広帯域出力を増大させるのに役立つことが、さらに留意される。

１つの実施形態では、ノズル組立体４０４は、当技術分野において知られている先細および末広のノズルセクションの任意の組み合わせを含む。たとえば、図４に示すように、ノズル組立体４０４は、それだけに限定されないが、先細セクション４０９および／または末広ノズルセクション４１０を含むことができる。そのような構成は、すでに本明細書において説明されており、その説明は、システム４００まで拡張するように解釈されるべきである。そのような中細ノズル構成は、図４に示すように、ガス４０４内に層流４０５を確立するのに適していることが、さらに留意される。

別の実施形態では、再循環サブシステム４１２によるガスの再循環は、能動的または受動的になることができる。たとえば、図４に示すように、サブシステム４１２は、それだけに限定されないが、ガスポンプ４１０（またはガスブロワまたはガスファン）を含むことができる。別の例として、再循環サブシステム４１２は、ガスを、自然対流によって取り込み管および戻り管４１１および４１２を通って循環させることができる。

図５Ａ〜５Ｆは、本開示の１つ以上の実施形態による、プラズマランプにおいて使用するのに適した一連の対流制御装置を示す。

１つの実施形態では、プラズマランプ５００は、ポンプ源（たとえば図２のポンプ源２０２）からのポンプ照明１１８の吸収時にプラズマ１０７を生成するのに適したガス５０４を含むように構成されたガス閉じ込め構造体５０１を含む。たとえば、プラズマランプ５００は、それだけに限定されないが、プラズマ電球またはプラズマセルを含むことができる。この点において、ガス閉じ込め構造体５０１は、プラズマ電球またはプラズマセルの透過性部分を含むことができる。以下の例における対流制御装置は、任意の光維持プラズマ生成シナリオの文脈で利用されてよく、本明細書においてすでに説明したプラズマランプおよび／またはセルに限定されないことが、本明細書において留意される。

対流制御のためのさまざまなデバイスおよび方法は、２０１０年５月２６日出願の米国特許出願第１２／７８７，８２７号、２０１４年３月３１日出願の米国特許出願第１４／２３１，１９６号、２０１２年１０月９日出願の米国特許出願第１３／６４７，６８０号、２０１４年３月２５日出願の米国特許出願第１４／２２４，９４５号、２０１４年１２月１１日出願の米国特許出願第１４／５６７，５４６号、および２０１４年５月２７日出願の米国特許出願第１４／２８８，０９２号に説明されており、これら文献各々は、上記を全体的に引用して援用する。

別の実施形態では、プラズマランプ５００は、ガス閉じ込め構造体５０１内に配設された対流制御５０２の要素を含む。１つの実施形態では、対流制御要素５０６は、プラズマ１０７の立ち上がり５０５を選択された方向に沿って向けるためのチャネル５０７を含む。たとえば、図５Ａに示すように、プラズマ１０７の立ち上がり５０５は、対流制御要素５０６の中空構造体によって上方向に向けられる。チャネル５０７は、この立ち上がり５０５とガス閉じ込め構造体５０１の内部壁の間の直接的接触を解消する、または少なくとも低減するのに役立つことが、留意される。立ち上がり５０５とガス閉じ込め構造体５０１の内部壁の間の直接的接触を低減することは、ガス閉じ込め構造体５０１にかかる熱応力を低減することを助ける。

別の実施形態では、対流制御要素は、熱リザーバ５０９に熱的に結合される。この点において、対流制御要素５０６は、プラズマ１０７の立ち上がり５０５から、プラズマランプ５００の外側に配置された熱リザーバ５０９に熱を伝達することができる。１つの実施形態では、図５Ａに示すように、チャネル５０７は、対流制御要素の上部分において閉じられる。

別の実施形態では、図５Ｂに示すように、プラズマ１０７の立ち上がり５０５を向けるためのチャネル５０７は、対流制御要素５１２の上部分において開いている。１つの実施形態では、対流制御要素５１２は、ガス５１３を対流制御要素５１２の上部分から、対流制御要素５１２の下方に配置されたプラズマ生成領域まで戻すことができる。たとえば、熱が高温ガスから熱交換要素５１６に伝達されるにつれて、ガスは冷え、循環されて、戻りチャネル５１８を通って、対流制御要素５１２の下方の領域に戻る。たとえば、図５Ｂに示すように、戻りチャネル５１８は、対流制御要素５１２およびガス閉じ込め構造体５０１の内側壁によって画定され得る。次いで、ガスは、プラズマ１０７の維持に再利用され得る。

別の実施形態では、図５Ｃに示すように、開口型対流制御要素５２２は、ガスをプラズマランプ１００の外部の領域に伝達する。この点において、開口型対流制御要素５２２は、高温ガスをプラズマランプ１００外側の領域に吐き出すように作用することができる。

別の実施形態では、図５Ｄに示すように、１つ以上の熱交換構造体５３４が、対流制御要素５３２の１つ以上の表面５３３、５３５上に配設される。１つの実施形態では、１つ以上の熱交換構造体５３４は、プラズマ１０７の立ち上がり５０５から対流制御要素５３２に熱を伝達するように構成される。別の実施形態では、対流制御要素５３２はまた、熱リザーバ５０９に熱的に結合される。この点において、熱は、プラズマ１０７の立ち上がり５０５から熱交換構造体５３４を介して熱リザーバ５０９に伝達される。熱交換構造体５３４は、当技術分野において知られている任意の熱交換構造体を含むことができる。たとえば、図５Ｄに示すように、熱交換構造体５３４は、それだけに限定されないが、熱交換フィンの組を含む。

別の実施形態では、図５Ｅに示すように、プラズマランプ５００は、冷却剤サブシステム５４４を含む。１つの実施形態では、冷却剤サブシステム５４４は、１つ以上の冷却剤ループ５４６を含む。別の実施形態では、１つ以上の冷却剤ループ５４６の一部分は、対流制御要素５４２内に形成された１つ以上のチャネル５４８内に配設される。別の実施形態では、１つ以上の冷却剤ループ５４６は、対流制御要素５４２から、１つ以上の冷却剤ループ５４６内に循環される流体冷却剤に熱を伝達する。冷却剤サブシステム５４４および冷却剤ループ５４６は、熱交換要素が使用される場合に限定されないことが、本明細書において留意される。冷却剤サブシステム５４４および冷却剤ループ５４６は、本開示において説明する設定の任意のものにおいて使用され得ることが、留意される。

別の実施形態では、冷却剤サブシステム５４４は、流体ベース冷却の技術分野において使用される任意の数の構成要素を含むことができる。たとえば、冷却剤サブシステム５４４は、流体冷却剤を冷却剤ループ５４６内に送り込むために使用される１つ以上のポンプを含むことができる。別の実施形態では、冷却剤サブシステム５４４は、冷却剤ループ５４６から追加の冷却剤ループ（図示せず）または任意の他の熱シンクに熱を伝達するのに適した熱交換機（図示せず）を含むことができる。

別の実施形態では、図５Ｆに示すように、プラズマランプ５００は、第２の対流制御要素５５４を含む。１つの実施形態では、第１の対流制御要素５５２は、プラズマランプ５００の上部分内に配置され、この場合、第２の対流要素５５４は、図５Ｆに示すように、プラズマランプ５００の底部分内に配置される。

１つの実施形態では、底部対流要素５５４は、プラズマ生成領域を通るガスの流れ５５６を成形するように構成される。たとえば、底部対流要素５５４は、噴射、層流ガス流、超音速ガス流などを形成するように構成され得る。たとえば、対流要素５５４は、それだけに限定されないが、中細ノズル組立体を含むことができる。たとえば、対流要素５５４は、それだけに限定されないが、ドラバルノズルを含むことができる。本明細書においてすでに説明したさまざまなノズル組立体が、図５Ｆに示す実施形態まで拡張され得ることが、留意される。

別の実施形態では、図５Ａ〜５Ｆの対流要素は、プラズマランプ５００の１つ以上の電極として作動させることができる。たとえば、対流要素５０２、５１２、５２２、５３２、５４２、５５２および／または５５４の任意の１つは、レーザポンピングの前にプラズマ１０７を点火させるために使用されるプラズマランプの電極として役立ち得る。プラズマ点火に使用される場合、さまざまな対流要素はまた、突起針構造（たとえば図６Ａ〜６Ｂを参照）を含んで、プラズマ点火中のガス絶縁破壊を容易にすることができることが、さらに留意される。

本開示は、例示的な目的のためのみに提供される、図５Ａ〜５Ｆに示す構造的要素および配置に限定されないことが、本明細書において留意される。多様な構造的要素および／または配置が、本開示の範囲内で使用され得ることが、本明細書において認識される。

図６Ａ〜６Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、層流を自然対流によって確立するのに適した１つ以上の対流制御要素が装備されたプラズマランプ６００を示す。

１つの実施形態では、図６Ａに示すように、プラズマランプ６００は、プラズマ電球６０２の形態をとることができる。１つの実施形態では、電球６０２は、自然対流を用いてプラズマの生成領域にわたって層流６０１を確立するのに適した対流要素６０３、６０５の組を含むことができる。図６Ａに示す構造体６０３、６０５が、電球６０２内の乱流を低減するのに役立つことが、留意される。たとえば、高温ガスがプラズマ１０７から上方向に進行するにつれて、構造体は、熱をガスから引き出しながらガスを外方向に向ける。ガスが熱を上部構造６０３に伝達するにつれて、ガスは冷え、より高温の上方向に動き循環するガスによって置き換えられる。この構成は、図６Ａの矢印によって概念的に示すようなガス運動を生み出す傾向がある。これらの矢印は、電球６０２内のガスの流れの理想化を表すが、乱流を低減し、自然対流によって層流を確立する構造体６０３、６０５の傾向を強調することが、留意される。別の実施形態では、図６Ｂに示すように、プラズマランプ６００は、プラズマセル６０２の形態をとることができる。プラズマセル６０２の構造体６０３、６０５は、図６Ａの構造体に類似することが、留意される。したがって、図６Ａの説明は、図６Ｂまで拡張するように解釈されるべきである。

本明細書において説明する主題は、時に、他の構成要素内に含まれる、または他の構成要素に連結された異なる構成要素を示す。そのように示す構造は単に例示的なものであり、実際には、同じ機能を達成する数多くの他の構造が使用され得ることを理解されたい。概念的な意味では、同じ機能を達成する構成要素の任意の配置は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付けられる」。故に、特定の機能を達成するために組み合わされた本明細書の任意の２つの構成要素が、構造または中間構成要素に関わらず、所望の機能が達成されるように互いに「関連付けられる」ことが分かることができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素が、所望の機能を達成するために互いに「連結され」または「結合され」るものとしてみなすことができ、そのように関連付けることが可能である任意２つの構成要素はまた、所望の機能を達成するように互いに結合可能であるものとして見なされ得る。結合可能である特有の例は、それだけに限定されないが、物理的に対合可能なおよび／または物理的に相互作用する構成要素および／または無線式に相互作用可能なおよび／または無線式に相互作用する構成要素および／または論理的に相互作用するおよび／または論理的に相互作用可能な構成要素を含む。

本開示およびその付随する利点の多くが、前述の説明によって理解されることが、想定され、さまざまな変更が、開示された主題から逸脱することなく、またはその重要な利点のすべてを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構造、および配置に加えられ得ることが明らかである。説明した形態は、単に説明的なものであり、特許請求の範囲の意図は、そのような変更を包含し含むことである。さらに、本発明は、付属の特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。

Claims

光維持プラズマを形成するための開放プラズマランプであって、
ガス投入部およびガス出力部を含む空洞セクションと、
前記空洞セクションの前記ガス出力部に流体的に結合されたノズル組立体であって、前記ノズル組立体および空洞セクションは、ある容積のガスが、ポンプ源からポンピング照明を受け取ってプラズマを前記ガス内に維持するように配置され、前記維持プラズマは、広帯域放射を発する、ノズル組立体とを備え、
前記ノズル組立体は、ガスの流れを前記空洞セクション内から前記空洞セクションの外部の領域まで確立するように構成され、そのように確立することにより、前記維持プラズマの一部分は、前記ガスの流れによって前記空洞セクションから除去される開放プラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、先細セクションを含むプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、先細セクションを含むプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、中細ノズル組立体であるプラズマランプ。
請求項４に記載のプラズマランプであって、前記中細ノズル組立体が、ドラバルノズル組立体であるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体の１つ以上のセクションが、円筒、切頂長球、切頂偏球、切頂回転楕円体または切頂楕円体の少なくとも１つを含む幾何学的形状を有するプラズマランプ
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションが、円筒、回転楕円体、長球、偏球、または切頂楕円体の少なくとも１つを含む幾何学的形状を有するプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションの少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明および前記広帯域放射の少なくとも一部分に対して透過性であるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体の少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明および前記広帯域放射の少なくとも一部分に対して透過性であるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体の少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明または前記広帯域放射の少なくとも１つに対して不透過性であるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、第１の材料から形成され、前記空洞セクションが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成されるプラズマランプ。
請求項１１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記空洞セクションに可逆式に機械的に結合可能であるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体および前記空洞セクションが、同じ材料から形成されるプラズマランプ。
請求項１３に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションおよび前記ノズル組立体が、一体式構造を形成するプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記プラズマランプ内のプラズマの流れの少なくとも１つの特性を制御するように構成されるプラズマランプ。
請求項１５に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの圧力を制御するように構成されるプラズマランプ。
請求項１５に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの質量流量を制御するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの音速以下の流量を確立するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの超音速流量を確立するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの層流を確立するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体によって確立された前記ガスの流れが、前記プラズマの外側層を除去するのに適しているプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、さらにガス供給組立体を備え、前記ガス供給組立体が、ガス供給を含み、前記空洞セクションまたは前記ノズル組立体の少なくとも１つの内部容積部内のガス流量を制御するように構成された、ブロワ、ポンプ、またはファンの少なくとも１つの１つ以上を含むプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションおよびノズル組立体が、前記空洞セクション内の場所において前記プラズマを維持するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションおよびノズル組立体が、前記ノズル組立体内の場所において前記プラズマを維持するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記空洞セクションおよびノズル組立体が、前記ノズル組立体の外部の場所において前記プラズマを維持するように構成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ノズル組立体または前記空洞セクションの少なくとも１つの透過性部分が、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、水晶、サファイアまたは石英ガラスの少なくとも１つから形成されるプラズマランプ。
請求項１に記載のプラズマランプであって、前記ガスが、
不活性ガス、非不活性ガス、または２つ以上のガスの混合物を含むプラズマランプ。
光維持プラズマを形成するためのシステムであって
ポンピング照明を生成するように構成されたポンプ源と、
開放プラズマランプであって、
空洞セクションと、
前記空洞セクションに流体的に結合されたノズル組立体とを備え、
前記ノズル組立体は、ガスの流れを前記空洞セクション内から前記空洞セクションの外部の領域まで確立するように構成され、そのように確立することにより、前記維持プラズマの一部分は、前記ガスの流れによって前記空洞セクションから除去される、開放プラズマランプと、
プラズマを前記ガス内に維持するために、前記ポンプ源からの前記照明を前記ガスに集束させるように配置された反射器要素とを備え、
前記プラズマは、広帯域放射を発するシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、先細セクションを含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、先細セクションを含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、中細ノズル組立体であるシステム。
請求項３１に記載のシステムであって、前記中細ノズル組立体が、ドラバルノズル組立体であるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記空洞セクションの少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明および前記広帯域放射の少なくとも一部分に対して透過性であるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体の少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明および前記広帯域放射の少なくとも一部分に対して透過性であるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体の少なくとも一部分が、前記プラズマによって発せられた前記ポンピング照明または前記広帯域放射の少なくとも一部分に対して不透過性であるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、第１の材料から形成され、前記空洞セクションが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成されるシステム。
請求項３６に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記空洞セクションに可逆式に機械的に結合可能であるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体および前記空洞セクションが、同じ材料から形成されるシステム。
請求項３８に記載のシステムであって、前記空洞セクションおよび前記ノズル組立体が、一体式構造体を形成するシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記プラズマランプ内のプラズマの流れの少なくとも１つの特性を制御するように構成されるシステム。
請求項４０に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの圧力を制御するように構成されるシステム。
請求項４０に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの質量流量を制御するように構成されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの音速以下の流量を確立するように構成されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの超音速流量を確立するように構成されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体が、前記ガスの層流を確立するように構成されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体によって確立された前記ガスの流れが、前記プラズマの外側層を除去するのに適しているシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、さらにガス供給組立体を備え、前記ガス供給組立体が、ガス供給を含み、前記空洞セクションまたは前記ノズル組立体の少なくとも１つの内部容積部内のガス流量を制御するように構成された、ブロワ、ポンプ、またはファンの少なくとも１つの１つ以上を含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記反射器要素が、プラズマを前記ガス内に維持するために、前記ポンプ源からの前記照明を前記空洞セクション内の場所において前記ガスに集束させるように配置されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記反射器要素が、プラズマを前記ガス内に維持するために、前記ポンプ源からの前記照明を前記ノズル組立体内の場所において前記ガスに集束させるように配置されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記反射器要素が、プラズマを前記ガス内に維持するために、前記ポンプ源からの前記照明を前記ノズル組立体の外部の場所において前記ガスに集束させるように配置されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ノズル組立体または前記空洞セクションの少なくとも１つの透過性部分が、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、水晶、サファイアまたは石英ガラスの少なくとも１つから形成されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ガスが、
不活性ガス、非不活性ガス、または２つ以上のガスの混合物を含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記ポンプ源が、
１つ以上のレーザを含むシステム。
請求項５３に記載のシステムであって、前記１つ以上のレーザが、
１つ以上の赤外線レーザを含むシステム。
請求項５３に記載のシステムであって、前記１つ以上のレーザが、
ダイオードレーザ、連続波レーザ、または広帯域レーザの少なくとも１つを含むシステム。
請求項５３に記載のシステムであって、前記１つ以上のポンプレーザが、
ほぼ一定の出力のレーザ光を前記プラズマにもたらすように構成された１つ以上のレーザを含むシステム。
請求項５３に記載のシステムであって、前記１つ以上のポンプレーザが、
変調されたレーザ光を前記プラズマにもたらすように構成された１つ以上の変調されたレーザを含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記プラズマによって発せられた前記広帯域放射が、超紫外放射、真空紫外放射、深紫外放射、紫外放射、または可視放射の少なくとも１つを含むシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記反射器要素が、前記維持プラズマによって発せられた広帯域放射の少なくとも一部分を集光し、前記広帯域放射を１つ以上の追加の光学要素に向けるように配置されるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、前記反射器要素が、
楕円体形状の集光器要素またはパラボラ集光器要素の少なくとも１つを備えるシステム。
請求項２８に記載のシステムであって、さらに、
ガス閉じ込め構造体を備えるシステム。
請求項６１に記載のシステムであって、さらに、
ガス再循環サブシステムを備えるシステム。