JP6739347B2 - レーザ維持プラズマの横断方向のポンピングのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、プラズマベースの光源に関し、より詳細には、横断方向のレーザポンピングによって形成されるプラズマに関する。

関連出願との相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、イリヤ ベゼル（Ｉｌｙａ Ｂｅｚｅｌ）、アナトリー シュチェメリニン（Ａｎａｔｏｌｙ Ｓｈｃｈｅｍｅｌｉｎｉｎ）、リチャード ソラーツ（Ｒｉｃｈａｒｄ Ｓｏｌａｒｚ）、およびセビーク オウ（Ｓｅｂａｅｋ Ｏｈ）を発明者として挙げている、ＬＡＳＥＲ−ＳＵＳＴＡＩＮＥＤ ＰＬＡＳＭＡ （ＬＳＰ） ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ ＰＵＭＰ ＧＥＯＭＥＴＲＩＥＳという名称の２０１４年４月１日に出願された米国特許仮出願第６１／９７３，２６６号の利益を主張しており、それは、その全体が本願に引用して援用されている。

縮小し続ける集積回路デバイス特徴の特性評価のために使用される改善された照明源に対する必要性が高まり続けている。１つのそのような照明源は、レーザ維持プラズマ（ｌａｓｅｒ−ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｐｌａｓｍａ）（ＬＳＰ）源を含む。レーザ維持プラズマ光源は、高パワーの広帯域光を作り出すことができる。レーザ維持光源は、アルゴンまたはキセノンなどのようなガスを、光を放出することができるプラズマ状態へと励起するために、レーザ放射の焦点をガス体積の中へ合わせることによって動作する。この効果は、一般に、プラズマ「ポンピング」と称される。典型的なＬＳＰ源では、ポンプ光は、単一のポイントに焦点を合わせられる。ポンピング光が単一のポイントに焦点を合わせられる場合では、レーザ強度は、フォーカルポイント（ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ）を取り囲むスペースの小さい領域において最も高い。プラズマ成形オプションは、このポイントに焦点を合わせられたレーザの方向および開口数（ＮＡ）に限定されている。

図１Ａに示されているように、レーザポンプ光１４が低いＮＡを有している場合に、プラズマ１２が長手方向にポンピングされるときには、より大きいポンプパワーに関するプラズマ１２の形状は、より大きいポンプパワーに関するレーザビーム１４、１６に沿って細長くなる。一般に、より長いプラズマが望まれるセッティングでは、より低いＮＡの光、または、より高いポンプレーザパワーが必要とされる。さらに、所与のプラズマが低いポンプ場勾配（ｐｕｍｐ ｆｉｅｌｄ ｇｒａｄｉｅｎｔ）の領域の中へ成長すると、プラズマの不安定性が起こる可能性がある。

米国特許出願公開第２０１３／０００１４３８号

したがって、上記に説明されている先行技術における欠点を克服するシステムおよび方法を提供することが望ましい。

光維持プラズマの横断方向のポンピングのためのシステムが開示されている。１つの例示目的の実施形態では、システムは、ポンピング照明を発生させるように構成されているポンプ源を含む。別の例示目的の実施形態では、システムは、１つ以上の照明光学エレメントを含む。別の例示目的の実施形態では、システムは、ガスの体積を封じ込めるように構成されているガス封じ込め構造体を含む。別の例示目的の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメントは、ポンプ照明をポンプ経路に沿ってガスの体積の中の１つ以上のフォーカルスポット（ｆｏｃａｌ ｓｐｏｔｓ）に方向付けすることによって、ガス封じ込め構造体のガスの体積の中にプラズマを維持するように構成されている。別の例示目的の実施形態では、システムは、収集経路に沿ってプラズマによって放出された広帯域放射を収集するように構成されている１つ以上の収集光学エレメントを含む。別の例示目的の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメントは、収集経路の放出された広帯域光の伝播の方向に対して横断する方向に沿って、ポンプ照明がプラズマに衝突し、その結果、ポンプ照明が放出された広帯域放射から実質的に切り離されるように、ポンプ経路を画定するように構成されている。

光維持プラズマの横断方向のポンピングのための方法が開示されている。１つの例示目的の実施形態では、方法は、ポンプ照明を発生させるステップを含む。別の例示目的の実施形態では、方法は、ガス封じ込め構造体の中にガスの体積を封じ込めるステップを含む。別の例示目的の実施形態では、方法は、ガスの体積の中に細長いプラズマを維持するために、ポンプ照明の少なくとも一部分を、ポンプ経路に沿って、ガスの体積の中の１つ以上のフォーカルスポットに焦点を合わせるステップを含む。別の例示目的の実施形態では、方法は、細長いプラズマの軸線方向寸法によって画定されている収集経路に沿って、プラズマによって放出された広帯域放射を収集するステップを含む。別の例示目的の実施形態では、ポンプ照明は、細長いプラズマの軸線方向寸法によって画定されている収集経路に対して横断する方向に沿って、細長いプラズマに衝突する。

先述の全体的な説明および以下の詳細な説明は共に、例示的なものであり、単に説明のためのものであり、必ずしも、本開示を制限するものではないということが理解されるべきである。添付の図面は、特性の一部に組み込まれており、特性の一部を構成しており、本開示の主題を図示している。説明および図面は、一緒に本開示の原理を説明する役目を果たす。

本開示の多数の利点は、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。

従来のプラズマポンピングシナリオにおける、ポンピング照明、プラズマ、および、放出された広帯域放射の配向の概念図である。 本開示の１つの実施形態による、レーザ維持プラズマの横断方向のポンピングのためのシステムの概念図である。 本開示の１つの実施形態による、プラズマを形成するためにポンプ照明の焦点をフォーカルポイントに合わせるのに適切な１つ以上の球面の光学エレメントの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、横断方向のプラズマポンピングに適切な１つ以上の円筒形状の光学エレメントの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、横断方向のプラズマポンピングに適切な１つ以上の円筒形状の光学エレメントの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、システムのガス封じ込め構造体の概略図である。 本開示の１つの実施形態による、システムのガス封じ込め構造体の概略図である。 本開示の１つの実施形態による、複数のプラズマ特徴を形成するための照明光学エレメントのセットの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、細長いプラズマを形成するためのアキシコンの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、複数の細長いプラズマ特徴を形成するためのアキシコンリフレクタパイプアセンブリの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、複数の細長いプラズマ特徴を形成するためのマルチパスリフレクタパイプの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、複数の細長いプラズマ特徴を形成するためのマルチパスリフレクタパイプの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、選択された方向に沿って配向された細長いプラズマ構造体を形成するように配置されている光ファイバのセットの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、選択された方向に沿って配向された細長いプラズマ構造体を形成するように配置されている光ファイバのセットの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、細長いプラズマ構造体を形成するように配置されているマルチ波長ポンプ源の概略図である。 本開示の１つの実施形態による、細長いプラズマ構造体を形成するように配置されているマルチ波長ポンプ源の概略図である。 本開示の１つの実施形態による、細長いプラズマ構造体を形成するように配置されている非球面光学エレメントの概略図である。 本開示の１つの実施形態による、細長いプラズマ構造体を形成するように配置されている非球面光学エレメントの概略図である。

ここで、開示されている主題が詳細に参照されることとなり、それは、添付の図面に図示されている。

図１Ｂから図１Ｒを全体的に参照して、本開示の１つ以上の実施形態による、レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）の横断方向のポンピングのためのシステムおよび方法が説明されている。本開示の実施形態は、光維持プラズマへのポンプ照明の横断方向の送達に関する。本開示の追加的な実施形態は、より大きい体積のプラズマポンピングを提供するようにポンプビームのデフォーカスすることに関する。

安定したＬＳＰ動作を実現するために、ポンプ照明は、プラズマの体積に侵入し、照明フォーカスの近くにポンプ照明の高い強度領域を形成しなければならないということが認識される。レーザ光がプラズマに侵入し、フォーカスまで進行するときに、レーザ光は、プラズマによって部分的に吸収される。プラズマ吸収の程度は、それに限定されないが、使用されるガス、レーザ波長、ならびに、ポンプパワーおよび幾何学形状などのような、多数の特性に依存するということが本明細書で留意される。加えて、プラズマの透明度は、それに限定されないが、ガスの圧力などのような、プラズマまたはガスの１つ以上の特性を変化させることによって、チューニングされ得る（すなわち、増加または減少させられる）ということが留意される。適正なＬＳＰ動作のために、プラズマの透明度は、効率的なレーザ吸収を提供するために十分に吸収性でありながら、フォーカスへ十分な照明を透過するために十分に高くなければならない。

広帯域光収集の場合では、レーザフォーカルスポットの近くにある、プラズマの最も高温の領域から光を収集することが有益である。光がフォーカルポイントから離れるようにプラズマから外へ伝播するときに、収集された光は、プラズマによって部分的に吸収される。光のプラズマ吸収の程度は、使用されるガス、広帯域光のスペクトルの領域、ならびに、プラズマ形状および温度に依存するということが留意される。広帯域光のプラズマ吸収のレベルは、それに限定されないが、動作ガス圧力などのような１つ以上の特性を変化させることによって、調節され得るということがさらに留意される。十分な広帯域光収集に関して、プラズマは、フォーカスからの広帯域光の透過を可能にするのに十分に透明であり、さらに、収集波長において効率的なプラズマ放出を提供するのに十分に高密度でなければならないということが認識される。

ポンプ照明ＮＡおよび収集光ＮＡが重複する場合では、ポンプ角度および収集角度におけるプラズマ吸収率に関する両方の要求が、同時に満たされなければならない。これは、レーザ光のプラズマ吸収が、収集された光に関するプラズマ吸収よりもずっと高いまたは低いセッティングなどのような、多くのセッティングにおいて可能ではない可能性があるということが留意される。

特定のポンプ構成では、プラズマ形状は、おおよそ球形であることが可能であり、任意の寸法に沿って著しい相違はないということがさらに留意される。この場合は、より低いパワーのより高いポンプＮＡレーザを使用して実現化され得る。他のポンプ構成では、プラズマは、はっきりとした長い方向を備える本質的に細長い形状を有することが可能である。この場合は、低いＮＡのより高いパワーのレーザを使用して実現化され得る。さらなる他のポンプ構成では、プラズマは、本質的に平坦な形状に形状決めされ得る。

プラズマが細長い形状を有するセッティングでは、プラズマの少なくとも１つの寸法は、他の寸法よりも小さいサイズを有している。細長い形状は、それに限定されないが、扁長形の形状、扁円形の形状、ペンシルのような形状、または、ディスクのような形状などを含むことが可能である。

本開示の実施形態は、細長いプラズマの特徴を利用し、横断方向のプラズマのポンピングを提供する。本開示の目的のために、「横断方向のポンピング」という用語は、プラズマの最小寸法に対応する方向に沿ってポンプ照明がプラズマに送達される場合を表している。加えて、本開示のプラズマによって放出された広帯域放射の収集は、プラズマの最大寸法に対応する方向に沿って起こることが可能であるが、そのように起こることが必要とされるわけではない。

図１Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による横断方向のＬＳＰシステム１００の概念図を図示している。不活性ガス種の中のプラズマ発生は、２００７年４月２日に出願された米国特許出願第１１／６９５，３４８号、２００６年３月３１日に出願された米国特許出願第１１／３９５，５２３号、および、２０１２年１０月９日に出願された米国特許出願第１３／６４７，６８０号に全体的に説明されており、それらは、その全体が本願に引用して援用されている。また、プラズマの発生は、２０１４年３月２５日に出願された米国特許出願第１４／２２４，９４５号に全体的に説明されており、それは、その全体が本願に引用して援用されている。さらに、プラズマセルの使用は、２０１４年３月３１日に出願された米国特許出願第１４／２３１，１９６号、および、２０１４年５月２７日に出願された米国特許出願第１４／２８８，０９２号に説明されており、それらは、その全体がそれぞれ本願に引用して援用されている。一般的な意味で、システム１００は、当技術分野で公知の任意のプラズマベースの光源にまで拡張するように解釈されるべきである。

１つの実施形態では、ＬＳＰシステム１００は、ポンピング照明１０３を発生させるように構成されているポンプ源１０２を含む。ポンプ源１０２は、それに限定されないが、赤外線放射、可視光放射、またはＵＶ放射などのような、選択された波長または波長範囲のポンピング照明１０３を発生させるように構成されている。たとえば、ポンプ源１０２は、それに限定されないが、おおよそ２００ｎｍから１．５μｍの範囲にある照明を放出することができる任意の供給源を含むことが可能である。

別の実施形態では、システム１００は、１つ以上の光学エレメント１０４を含む。１つの実施形態では、１つ以上の光学エレメント１０４は、ガス１０９の体積の中へポンプ照明１０３を方向付けするように配置されており、プラズマ１０６を確立および／または維持するようになっている。１つの実施形態では、１つ以上の光学エレメント１０４は、ポンプ経路１０１に沿ってポンプ照明を１つ以上のフォーカルスポット１１３（たとえば、１つ以上の細長いフォーカルスポット）に方向付けすることによって、プラズマ１０６を確立および／または維持することが可能である。

別の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、ポンプ照明１０３が、収集経路１１１の放出された広帯域光１０７の伝播の方向に対して横断方向に、プラズマ１０６に衝突するように、ポンプ経路１０１を画定するように配置されている。１つの実施形態では、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、ポンプ照明１０３が、プラズマ１０６の最小寸法に対応する方向に沿って、プラズマ１０６に衝突するように配置されている。たとえば、図１Ｂに示されているように、横断方向のポンピング方向は、プラズマ１０６の最も幅の狭い寸法に平行な方向に対応している。簡単化された円筒形状のプラズマを示している図１Ｂの概念図では、横断方向は、プラズマ１０６の長さに対して垂直の方向に対応している。それとは対照的に、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、プラズマ１０６の最大寸法に沿って広帯域放射１０７を収集するように配置され得る。図１Ｂでは、この方向は、プラズマ１０６の軸線方向に対応している。この配置は、収集される光１０７（たとえば、広帯域光）がポンプ照明１０３よりもプラズマ１０６によってより弱く吸収されるセッティングにおいて、とりわけ有用である。結果として、このセッティングでは、プラズマ１０６の細長い方向に沿って（たとえば、軸線方向に沿って）光１０７を収集することは、より明るいプラズマを結果として生じさせる。

１つの実施形態では、本明細書でさらに説明されているように、ＬＳＰシステム１００の１つ以上の照明光学エレメント１０４は、ガス１０９の中に１つ以上の細長いフォーカルスポット１１３を形成することを通して、細長いプラズマ（または、複数のプラズマ）１０６を形成することが可能である。たとえば、細長いプラズマ１０６は、第１の寸法および少なくとも第２の寸法によって画定された、当技術分野で公知の任意の細長い構造をとることが可能であり、それらの寸法は、サイズが等しくない。たとえば、扁円形のプラズマまたは扁長形のプラズマ（図１Ｂにおいて理想化されている）の場合では、プラズマは、プラズマ１０６の（ｙ方向に沿う）厚さに対して細長い（図１Ｂでは、ｘ方向に沿う）軸線方向寸法を表示している。

別の実施形態では、ＬＳＰシステム１００の１つ以上の光学エレメント１０４は、選択された方向に沿って整合された一連のフォーカルスポット１１３の形成を通して複数のプラズマ特徴を含む、プラズマ１０６を形成することが可能である。１つ以上の照明光学エレメント１０４は、ガス１０９の中へポンプ照明を方向付け／焦点を合わせるのに適切な、当技術分野で公知の任意の光学デバイスを含むことが可能であるということが本明細書で留意される。

１つ以上の照明光学エレメント１０４は、ポンプ照明１０３をデフォーカスするように役目を果たすことが可能であり、より大きいスペースの体積が、プラズマを形成するのに十分なレーザ強度を受け入れるようになっている。

プラズマ１０６（または、複数のプラズマ）を形成するために使用される１つ以上の照明光学エレメント１０４は、当技術分野で公知の任意の光学エレメントまたは光学デバイスを含むことが可能である。たとえば、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、それに限定されないが、１つ以上のレンズおよび１つ以上のミラーなどを含むことが可能である。

図１Ｂに示されているように、照明オプティクス１０４は、ポンピング照明経路１０１のポンピング照明１０３の開口数と、収集経路１１１の放出された広帯域放射１０７の開口数が、重複しないに配置されている。プラズマ１０６へのポンプ照明１０３の横断方向の送達は、収集経路１１１の放出された広帯域放射１０７からポンプ経路１０１のポンプ照明１０３を切り離すことを提供するということが留意される。本開示の残りの部分は、本開示の横断方向のポンピングを実現するのに適切なさまざまな配置を説明することとなる。

別の実施形態では、ＬＳＰシステム１００は、ガス封じ込め構造体１０５を含む。ガス封じ込め構造体１０５は、レーザポンピングを介したプラズマの形成に適切なガスを封じ込めることができる、当技術分野で公知の任意の封じ込め構造体を含むことが可能である。たとえば、ガス封じ込め構造体１０５は、それに限定されないが、チャンバ、バルブ、チューブ、またはセルを含むことが可能である。１つの実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５は、ポンプ源１０２から、ガス封じ込め構造体１０５の中に含有されているガス１０９へ、ポンプ照明１０３（例えば、ＩＲ光、可視光、またはＵＶ光）を透過するのに適切な１つ以上の透明な部分を含む。別の実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５は、ガス封じ込め構造体１０５の中から、ガス封じ込め構造体１０５の外側の１つ以上の光学エレメントへ、放出された広帯域照明１０７（たとえば、ＥＵＶ光、ＶＵＶ光、ＤＵＶ光またはＵＶ光）を透過するのに適切な１つ以上の透明な部分を含む。たとえば、図１Ｂに示されているように、ガス封じ込め構造体１０５は、それに限定されないが、ガス１０９とガス１０９のレーザ刺激によって形成される細長いプラズマ１０６とを封じ込めるように構成されている透明なエレメント１０５（たとえば、チューブおよびシリンダなど）を含むことが可能である。この構成は、限定するものではなく、単に例示目的のために提供されているということが留意される。また、さまざまな光学エレメント（たとえば、照明オプティクス１０４および収集オプティクス１０８など）は、ガス封じ込め構造体の中に囲まれ得、ガス封じ込め構造体１０５は、入口ウィンドウおよび／または出口ウィンドウを含むチャンバから構成されている（図１Ｅを参照）ということが本明細書で留意される。ガス封じ込め構造体１０５は、より詳細にさらに本明細書で説明されることとなる。

別の実施形態では、ＬＳＰシステム１００は、１つ以上の収集光学エレメント１０８を含む。１つの実施形態では、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、収集経路１１１に沿ってプラズマ１０６によって放出される広帯域放射１０７を収集するように構成されている。この点において、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、ポンピング照明１０３の方向に対して横断方向の方向に沿って広帯域放射１０７を収集するように配置されている。別の実施形態では、本明細書で以前に述べられているように、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、プラズマ１０６の最大寸法に沿って広帯域放射１０７を収集するように配置されている。

たとえば、図１Ｂに示されているように、細長いシリンダ形状のプラズマの場合では、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、プラズマ１０６の軸線方向に沿って広帯域放射１０７を収集するように配置され得るが、それが必要とされるわけではない。１つ以上の収集オプティクス１０８は、広帯域放射を収集するのに適切な、当技術分野で公知の任意の光学デバイスを含むことが可能であるということが本明細書で留意される。たとえば、１つ以上の収集光学エレメント１０８は、それに限定されないが、レンズおよびミラーなどのうちの１つまたは複数を含むことが可能である。

別の実施形態では、１つ以上の収集エレメント１０８は、ＥＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＵＶ放射、および／または可視光放射を収集するのに適切である。別の実施形態では、１つ以上の収集エレメント１０８からの広帯域出力１１８が、任意の数の下流の光学エレメント１１０に提供され得る。この点において、ＬＳＰシステム１００は、ＥＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＵＶ放射、および／または可視光放射を１つ以上の下流の光学エレメントに送達することが可能である。たとえば、１つ以上の下流の光学エレメントは、それに限定されないが、ホモジナイザー、１つ以上のフォーカシングエレメント、フィルタ、および、スティアリングミラーなどを含むことが可能である。別の実施形態では、ＬＳＰシステム１００は、それに限定されないが、光学特性評価システムまたは製作ツールなどのような、光学システムに関する照明サブシステム、または照明器としての役目を果たすことが可能である。たとえば、ＬＳＰシステム１００は、広帯域検査ツール（たとえば、ウエハもしくはレクチル検査ツール）、計測ツール、またはフォトリソグラフィツールに関する照明サブシステム、または照明器としての役目を果たすことが可能である。

図１Ｃは、プラズマ１１６を形成するためにポンプ照明１０３の焦点をフォーカルポイントに合わせるのに適切な１つ以上の球面の光学エレメント１１４を図示している。ポンプ光１１４の焦点を単一のポイントに合わせるということは、ポンプ方向に沿って細長くされたプラズマを結果として生じさせ得るということが留意される。ポンプ方向に沿ってプラズマを細長くすることが、たとえば、本開示の図１Ａに示されている。ポンプ方向に沿ってプラズマ１１６を細長くすること（図１Ｃに図示せず）の結果として、プラズマは、ポンプレーザ方向（たとえば、図１Ｃにおいてｙ方向）に対して横断する方向（たとえば、図１Ｃにおいてｘ方向）において、より小さくなっている。このセッティングでは、そのようなプラズマ１１６は、ＶＵＶ光などのような、いくつかの光のスペクトル範囲に関して、ポンプ方向に不透明であることが可能である。たとえば、ＶＵＶ光は、一般に、ポンプ照明（たとえば、ＩＲ光）よりもプラズマによって、かなり強く吸収される。そういうわけで、ポンプ方向（たとえば、ｙ方向）に対して横断する方向（たとえば、ｘ方向）に沿った光１１７の収集は、プラズマがこの収集方向においてより小さくなっているので、プラズマ１１６によって放出される広帯域光（たとえば、ＶＵＶ光）のより低い自己吸収を結果として生じさせることが可能である。

図１Ｄ〜図１Ｅは、本開示の１つ以上の実施形態による、横断方向のプラズマポンピングに適切なシステム１００の１つ以上の照明光学エレメント１０４の概略図を図示している。１つの実施形態では、図１Ｄ〜図１Ｅに示されているように、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、１つ以上の円筒形状の光学エレメントを含み、１つ以上の円筒形状の光学エレメントは、それに限定されないが、ラインフォーカス１１３などのような細長いフォーカススポットにポンプ照明１０３の焦点を合わせるように構成されている。１つの実施形態では、図１Ｄに示されているように、１つ以上の円筒形状のエレメント１０４は、円筒形状のレンズを含む。別の実施形態では、図１Ｅに示されているように、１つ以上の円筒形状のエレメント１０４は、円筒形状のミラーを含む。

図１Ｄ〜図１Ｅに示されている構成は、収集光１０７（たとえば、広帯域放射）がポンプ照明１０３よりもプラズマ１０６によって弱く吸収されるセッティングにおいて、とりわけ有益であるということが留意される。この点において、より容易に吸収されるポンプ照明１０３が、最小のプラズマ寸法を横断し、一方、プラズマ１０６によってそれほど容易に吸収されない広帯域光１０７が、プラズマ１０６の長い寸法を横断する。結果として、この構成は、より明るいプラズマ１０６を生じさせる。

別の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、１つ以上の円筒形状の光学エレメント（たとえば、円筒形状のミラーまたは円筒形状のレンズ）および１つ以上の球面の光学エレメントの組み合わせを含むことが可能である。たとえば、円筒形状の光学エレメントおよび球面の光学エレメントの組み合わせは、ガス封じ込め構造体のガス１０９に衝突する非点収差のポンプビーム１０３を形成することが可能である。１つの実施形態では、非点収差のポンプビームは、２つの細長いフォーカススポット１１３（図１Ｄ〜図１Ｅに図示せず）に焦点を合わせられ得る。

別の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメント１０４は、円筒形状のレンズおよび円筒形状のまたは球形のミラーの組み合わせを含むことが可能である。そのような配置は、プラズマ１０６を通して透過されるポンプ照明１０３の後方反射を作り出すことが可能である。

図１Ｆおよび図１Ｇは、本開示の１つ以上の実施形態による、システム１００のガス封じ込め構造体１０５を図示している。１つの実施形態では、図１Ｆに示されているように、ガス封じ込め構造体１０５は、透明なエレメントを含むことが可能であり、透明なエレメントは、プラズマ１０６を確立および／または維持するために使用されるガス１０９を封じ込めるように構成されている。透明なエレメントは、プラズマ生成に適切な任意の透明な本体部の形態をとることが可能である。たとえば、ガス封じ込め構造体１０５は、それに限定されないが、透明なチューブ、透明なシリンダ、透明なバルブ（たとえば、扁長形のバルブまたは扁円形のバルブ）、およびセルなどを含むことが可能である。別の実施形態では、図１Ｇに示されているように、ガス封じ込め構造体は、入口ウィンドウ１１９ａおよび／または出口ウィンドウ１１９ｂを装備しているチャンバを含むことが可能である。１つの実施形態では、入口ウィンドウ１１９ａは、少なくともポンプ照明１０３に対して透明である。別の実施形態では、出口ウィンドウ１１９ｂは、少なくとも、プラズマ１０６によって放出される広帯域放射１０７の一部分に対して透明である。

図１Ｈは、本開示の１つ以上の実施形態による、複数のプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｄを形成するように構成されているシステム１００の１つ以上の照明光学エレメントを図示している。１つの実施形態では、１つ以上の光学エレメントは、それに限定されないが、共焦点ミラー１０４ａ〜１０４ｂのセットを含む。別の実施形態では、１つ以上の照明光学エレメントは、入口レンズ１０４ｃ、１０４ｄのセットを含む。

２つの円筒形状の共焦点ミラー１０４ａ、１０４ｂからの複数の反射を利用することは、長いプラズマおよび／または一連の軸線方向に間隔を置いて配置されたプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｄを作り出すことが可能であるということが本明細書で留意される。そのような配置は、希薄なプラズマにおいてなど、プラズマがポンプ照明に対して高い透明度を有する文脈において、より容易に実装されるということがさらに留意される。このセッティングでは、希薄なプラズマは、ポンプレーザビーム１０３ａ、１０３ｂのほとんどを行わず、共焦点レンズ１０４ａ、１０４ｂによって画定された体積の中のポンプ照明が収集され、異なるスポットに焦点を再び合わせられることを可能にする。図１Ｈに示されているように、このように発生させられたプラズマまたはプラズマ特徴は、収集の方向（図１Ｈにおいて、ｘ方向）に沿って整合させられ、収集方向に沿って延在させられる大きい効果的なプラズマ厚さを結果として生じさせることとなる。１つの実施形態では、図１Ｈの照明光学的構成は、エキシマレーザ（たとえば、Ｘｅエキシマレーザ）の文脈において利用され、エキシマレーザを動作させるために必要とされる長い光学経路を提供することが可能である。エキシマレーザの動作は、２０１４年１２月１５日に出願された米国特許出願第１４／５７１，１００号に説明されており、それは、その全体が本願に引用して援用されている。

１つの実施形態では、システム１００は、複数のポンプ照明挿入ポイントを含む。たとえば、ポンプ照明１０３ａ、１０３ｂは、ミラーアセンブリに沿った異なる位置において、共焦点ミラーアセンブリに進入することが可能である。たとえば、ポンプ照明１０３ａ、１０３ｂは、共焦点ミラー１０４ａ、１０４ｂの反対側端部において、共焦点ミラーアセンブリに進入することが可能である。この点において、ミラー１０４ｃ、１０４ｄ（たとえば、円筒形状のミラー）は、反対側のポンプ照明ビーム１０３ａ、１０３ｂからの光を、２つの反対側に位置決めされているフォーカルスポット１１３ａ、１１３ｄにそれぞれ焦点を合わせ、対応するプラズマ特徴１０６ａ、１０６ｄを形成することが可能である。そして、ポンプ照明１０３ａ、１０３ｂは、共焦点ミラー１０４ａ、１０４ｂによって収集され、追加的なフォーカルスポット１１３ｂ、１１３ｃに方向付けされ、プラズマ特徴１０６ｂ、１０６ｃを形成する、などである。このプロセスは、共焦点ミラーアセンブリ１０４ａ、１０４ｂの長さにわたって何回も繰り返され得る。別の実施形態では、ポンプ照明１０３ａおよびポンプ照明１０３ｂは、共焦点ミラーアセンブリ１０４ａ、１０４ｂに送達され得、照明１０３ａおよび１０３ｂのビームが、反対方向に伝播するようになっている。

図１Ｈには示されていないが、プラズマ特徴１０６ａ、１０６ｄは、長いガス封じ込め構造体１０５（たとえば、ガラスバルブもしくはチューブ）の中で、または、一連の個々のガス封じ込め構造体１０５（たとえば、ガラスバルブもしくはチューブ）の中で形成され得るということが本明細書で留意される。代替的に、チャンバタイプのガス封じ込め構造体が利用され得、それは、照明オプティクス１０４ａ〜１０４ｄのうちの１つまたは複数を収容し、ガス１０９およびプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｄを含有している。

図１Ｈは、それぞれの共焦点ミラー１０４ａ、１０４ｂに沿って複数回発生するポンプ照明のフォーカスを示しているが、これは、本開示における限定ではない。たとえば、１つ以上の照明光学エレメントは、ガス封じ込め構造体１０５（図１Ｈに示されていない）のガス１０９の中に複数のフォーカルスポットを作り出すための任意の数の光学エレメントを含むことが可能である。たとえば、複数のプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｄは、図１Ｈのシステム１００のそれぞれの焦点を再び合わせる段階において、別々の光学エレメントを使用して実現され得る。この点において、ポンピング照明が細長いフォーカススポット１１３ａ〜１１３ｄのうちの１つに焦点を再び合わせられるたびに、別々の光学エレメントが使用され得る。別々の光学エレメントは、それに限定されないが、球面の光学エレメント、非球面の光学エレメント、または円筒形状の光学エレメントを含む、当技術分野で公知の任意のタイプの光学エレメント（たとえば、レンズまたはミラー）を含むことが可能である。それぞれの段階において別々の光学エレメントを使用することは、改善されたアライメント性能、および、累積された収差を補正する能力を提供するということが本明細書で認識される。

図１Ｉ〜図１Ｊは、本開示の１つ以上の実施形態による、システム１００の照明光学エレメントのうちの１つまたは複数として、１つ以上のアキシコンレンズを使用することを図示している。１つの実施形態では、アキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂの１つまたは複数は、収集経路１１１の収集方向に沿って、細長いプラズマ１０６を形成することが可能である。別の実施形態では、アキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂは、細長いフォーカルスポット１１３を形成することが可能であり、細長いプラズマ１０６が、ガス封じ込め構造体１０５の中の収集経路１１１に沿った位置に形成されるようになっている。本開示の１つ以上のアキシコンレンズは、平凸形アキシコンレンズ（１０４ａ）、平凹形アキシコンレンズ（１０４ｂ）、または、平凹形および平凸形１０４ａ、１０４ｂの組み合わせを含むことが可能であるということが本明細書で留意される。図１Ｉ（および／または図１Ｊ）のシステム１００の実施形態は、平凸形レンズ１０４ａおよび平凹形レンズ１０４ｂの両方の使用を必要としているわけではないということが本明細書で留意される。むしろ、図１Ｉ（および、図１Ｊ）のアキシコンレンズ１０４ａおよび１０４ｂは、単独でまたは組み合わせで実装され得るということが認識される。

ガス封じ込め構造体は、本開示の全体を通して説明されている任意の形態をとることが可能であり、図１Ｉの構成に限定されないということが本明細書で留意される。たとえば、ガス封じ込め構造体１０５は、入口ウィンドウおよび／または出口ウィンドウを装備しているチャンバから構成され、細長いプラズマ１０６および光学エレメント１０４ａ、１０４ｂを含有することが可能である。

別の実施形態では、図１Ｊに示されているように、１つ以上のアキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂは、アキシコンリフレクタパイプアセンブリ１２３の中のリフレクタパイプ１０４ｃに組み合わせられている。図１Ｊに示されているように、アキシコンリフレクタパイプアセンブリ１２３は、収集経路１１１に沿って、細長いプラズマ特徴１０６ａ、１０６ｂのセットを形成するように構成されている。１つの実施形態では、リフレクタパイプ１０４ｃ（たとえば、キャピラリーリフレクタパイプ）が、１つ以上のアキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂの出力に配置されており、リフレクタパイプ１０４ｃの中のいくつかの場所においてアキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂの焦点を合わせられた光を受け入れるようになっている。この点において、アキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂは、第１のフォーカルスポット１１３ａを形成する役目を果たしており、それは、第１のプラズマ特徴１０６ａを作り出す。別の実施形態では、ポンプ照明１０３は、内部に反射的なパイプ１０４ｃの長さを横断するように連続しており、追加的なフォーカルスポット１１３ｂを形成することが可能であり、それは、追加的なプラズマ特徴１０６ｂを作り出す。このプロセスは、任意の数のフォーカルスポットにわたって繰り返され、リフレクタパイプ１０４ｃの長さにわたって任意の数の細長いプラズマ特徴を形成することが可能であるということが認識される。

１つの実施形態では、リフレクタパイプ１０４ｃはシールされている。たとえば、図１Ｊに示されているように、リフレクタパイプ１０４ｃは、リフレクタパイプ１０４ｃの入口および出口に位置決めされているウィンドウ１２１ａ、１２１ｂの対を含むことが可能である。たとえば、ウィンドウ１２１ａ、１２１ｂは、リフレクタパイプ１０４ｃの中に囲まれた体積を形成する役目を果たすことが可能である。この点において、リフレクタパイプ１０４ｃ／ウィンドウ１２１ａ、１２１ｂアセンブリは、ガス封じ込め構造体１０５としての役目を果たすことが可能である。別の実施形態では、ウィンドウ１２１ａ、１２１ｂは、ポンプ照明１０３、および、プラズマ特徴１０６ａ、１０６ｂによって放出される広帯域照明１０７ａ、１０７ｂに対して透明であるように選択され得る。別の実施形態では、出口ウィンドウ１２１ｂは、それがポンプ照明１０３を反射するように選択され得る。この点において、ポンプ照明１０３は、反射的なパイプ１０４ｃのキャビティの中へ戻すように反射的であり、プラズマ特徴１０６ａ、１０６ｂの追加的なポンピングを提供することが可能である。図１Ｊの実施形態は、アキシコンレンズ１０４ａ、１０４ｂの使用に限定されず、リフレクタパイプ１０４ｃの中でポンプ照明１０３の焦点を合わせるのに適切な任意の光学エレメントと組み合わせられ得るということがさらに留意される。

図１Ｋ〜図１Ｌは、本発明の１つの実施形態による、システム１００の収集経路１１１に沿ってプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｅのセットを形成するのに適切なマルチパスリフレクタパイプ１２２を図示している。図１Ｋ〜図１Ｌのマルチパスリフレクタパイプ１２２は、収集経路１０７に沿って１つ以上のフォーカルスポットにポンプ照明の焦点を合わせるための照明光学エレメントのうちの１つまたは複数としての役目を果たすことが可能であるということが本明細書で留意される。

明確化の目的のために、ポンプ照明の光線の単一のセットだけが、図１Ｋに示されているということが本明細書でさらに留意される。入力照明１０３ａは、マルチパスリフレクタパイプ１２２の入力において複数の方向から出てくることが可能であるということが本明細書で認識される。１つの実施形態では、図１Ｋに示されているように、マルチパスリフレクタパイプ１２２は、円錐形状のミラー１２４および平坦なミラー１２５を含む。平坦なミラー１２５は、円錐形状のミラー１２４からキャビティの反対側端部に配設されている。１つの実施形態では、マルチパスパイプ１２２は、共焦点共振器としての役目を果たしている。

１つの実施形態では、第１のＮＡを有するポンプ照明１０３ａは、フォーカルスポット（明確化の目的のために示されていない）に焦点を合わせられ、細長いプラズマ１０６ａの少なくとも一部分を形成している。そして、ポンプ照明は、第２のＮＡを有するポンプ照明１０３ｂの第２のパスに沿って共振器１２４を通って反射して戻される。また、第２のパス１０３ｂからのポンプ照明は、細長いプラズマ１０６ａの一部分を形成する役目を果たしている。このプロセスは、第３のＮＡを有するポンプ照明の第３のパス１０３ｃに関して再び繰り返され（などと続く）、ここで、また、ポンプ照明１０３ｃの第３のパスは、細長いプラズマ１０６ａの形成に貢献する役目を果たす。明確化の目的のために、ポンプ照明１０３ａ〜１０３ｃの３つのパスだけが、図１Ｋに示されているということが留意される。しかし、これは、この実施形態に関する限定ではないということがさらに留意される。マルチパスパイプ１２２の中の複数のパスが、クロッキング（ｃｌｏｃｋｉｎｇ）およびポンプ照明のＮＡの調節の組み合わせを使用して実現され得る。

別の実施形態では、リフレクタパイプ１２２および／または円錐形状のミラー１２４の反射的な壁部は、プラズマ１０６ａに放出されてプラズマ１０６ａへ戻される広帯域光１０７、または、広帯域光１０７の一部分を反射するように構成されている。この点において、リフレクタパイプ１２２は、広帯域光１０７、または、広帯域光１０７の一部分を使用して、プラズマ１０６ａをポンピングすることが可能である。１つの実施形態では、円錐形状のミラー１２４、および／または、リフレクタパイプ１２２の内部壁部は、広帯域光１０７、または、広帯域光の選択されたスペクトルの部分に対して反射的となるように構成され得る。広帯域光でプラズマ１０６ａをさらにポンピングすることは、システム１００の改善された効率を提供することが可能であるということが本明細書で留意される。

図１Ｌに示されているように、マルチパスリフレクタパイプ１２２は、パイプ１２２の入力において複数の方向からポンプ照明１０３を受け入れることが可能である。この点において、マルチパスリフレクタパイプ１２２は、収集方向１０７に沿って複数のプラズマ特徴１０６ａ〜１０６ｅを形成することが可能である。

再び図１Ｋを参照すると、マルチパスリフレクタパイプ１２２は、エキシマレーザの文脈において実装され得る。たとえば、図１Ｋに示されているように、システム１００は、リフレクタパイプ１２２の反対側端部に配設されているキャビティミラー１２６、１２８の対を含むことが可能である。この点において、マルチパスリフレクタパイプ１２２のポンプ照明１０３ａ〜１０３ｃの横断方向の幾何学形状は、エキシマレーザに関するゲイン媒体としての役目を果たすことが可能である。エキシマレーザの動作は、２０１４年１２月１５日に出願された米国特許出願第１４／５７１，１００号に説明されており、それは、以前に、その全体が本願に引用して援用されている。

図１Ｍ〜図１Ｎは、本開示の１つ以上の実施形態による、システム１００のポンプ源１０２としての役目を果たす光ファイバエレメント１３１ａ〜１３１ｅのセットを図示している。１つの実施形態では、光ファイバエレメント（たとえば、光ファイバ）のセットは、選択された方向に沿ってプラズマ特徴１３２ａ〜１３２ｅのセットを維持するように構成されている。この点において、１つ以上の光ファイバエレメント１３１ａ〜１３１ｅは、選択された方向に沿ってガスの中に配置されているフォーカルスポットのセットにポンプ照明１０３ａ〜１０３ｅを送達し、プラズマ特徴１３２ａ〜１３２ｅを形成することが可能である。１つの実施形態では、それぞれの光ファイバ１３１ａ〜１３１ｅからのポンプ照明は、図１Ｍ〜図１Ｎに示されているように、ガス／プラズマの特定の部分に結像される。１つの実施形態では、光ファイバ１３１ａ〜１３１ｅは、空間的に配置されており、選択されるプラズマ形状および／または配向を形成することが可能である。１つの実施形態では、光ファイバ１３１ａ〜１３１ｅが実質的に共通の平面の中に配置されている場合では、プラズマ特徴１３２ａ〜１３２ｅは、図１Ｍに示されているように、選択された方向に沿って配向されている細長いプラズマ構造体１０６を形成することが可能である。１つの実施形態では、図１Ｍに示されているように、プラズマ特徴１３２ａ〜１３２ｅが、収集方向に沿って配置されており、広帯域照明１０７が、ポンプ照明１３１ａ〜１３１ｅに対して横断する方向に沿って収集されるようになっている。別の実施形態では、図１Ｎに示されているように、プラズマ特徴１３２ａ〜１３２ｅは、収集方向に沿って配置されており、広帯域照明１０７が、ポンプ照明１３１ａ〜１３１ｅに対して斜めになっている方向に沿って収集されるようになっている。プラズマ構造体１０６の配向および形状は、光ファイバ１３１ａ〜１３１ｅの位置の調節を通して調節され得るということが本明細書で留意される。この点において、光ファイバ１３１ａ〜１３１ｅは、所望の通りにプラズマ形状および／または配向を調節するために、個別に作動させられ得る。

図１Ｏ〜図１Ｐは、本開示の１つ以上の実施形態による、プラズマ１０６を形状決めするために照明の複数の波長を放出するように構成されているポンプ源１５０を図示している。１つの実施形態では、図１Ｏ〜図１Ｐに示されているように、ポンプ源１０２（たとえば、レーザ源の光ファイバ出力）は、複数の波長（たとえば、λ_１、λ_２など）を含む照明１０３を放出することが可能である。ポンプ照明１０３の２つのスペクトル成分だけが、明確化の目的のために、図１Ｏおよび図１Ｐに示されているということが本明細書で留意される。

１つの実施形態では、図１Ｏに示されているように、１つ以上の照明光学エレメントは、それに限定されないが、分散的な光学エレメント１０４を含むことが可能である。たとえば、分散的な光学エレメントは、それに限定されないが、レンズまたはプリズムを含むことが可能である。１つの実施形態では、分散的なレンズの場合では、ポンプ照明１０３のスペクトル成分は、異なる位置（たとえば、ポンプ方向に沿った異なる位置）に焦点を合わせられ、それによって、図１Ｏに示されているように、一連のプラズマ特徴１５２ａ、１５２ｂを形成することが可能である。マルチ波長ポンプ照明１０３のそれぞれのスペクトル成分の焦点を異なる位置に合わせることによって、分散的なレンズ１０４は、所望の通りにプラズマ構造体１０６を形状決めすることが可能である。たとえば、図１Ｏに示されているように、分散的なレンズ１０４は、細長いプラズマ構造体１０６を形成することが可能である。この実施形態は、２つのプラズマ特徴１５２ａ、１５２ｂの形成に限定されず、それは、単に例示目的のためだけに提供されているということが本明細書で留意される。

別の実施形態では、図１Ｐに示されているように、システム１００は、１つ以上の方向エレメント１５４を含む。たとえば、図１Ｐに示されているように、１つ以上の方向エレメント１５４は、それに限定されないが、回折格子またはプリズムなどを含むことが可能である。１つの実施形態では、ポンプ照明１０３のスペクトル成分は、図１Ｐに示されているように、方向エレメント１５４およびレンズ１０４を使用して、所与のスペクトル成分の波長（たとえば、λ_１、λ_２など）に基づいて、異なる位置に方向付けされて焦点を合わせられ得る。この点において、図１Ｐに示されているような一連のプラズマ特徴１５２ａ、１５２ｂ（など）は、入射するポンプ照明１０３に対して横断する方向に沿って、ポンプ照明１０３によって形成され得る。たとえば、方向エレメント１５４は、プラズマ構造体１０６の最短寸法が照明ポンピングの方向（たとえば、図１Ｐにおいてｙ方向）に沿って配向されるように配向されている細長いプラズマ構造体１０６を形成することが可能である。さらに、示されてはいないが、収集オプティクス１０８は、プラズマ構造体１０６の最大寸法（たとえば、図１Ｐにおいて、ｘ方向）に沿って、広帯域放射１０７を収集するように配向され得る。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は調節可能である。たとえば、ポンプ源１０２の出力のスペクトルのプロファイルは調節可能であることが可能である。この点において、ポンプ源１０２は、選択された波長または波長範囲のポンプ照明１０２を放出するために調節され得る。別の実施形態では、プラズマ構造体１０６の形状および／またはサイズ（たとえば、収集方向に沿った長さ）は、図１Ｏおよび図１Ｐの分散的なエレメントおよび／または方向エレメントと組み合わせて、調節可能なポンプ源を使用することによって動的に調節され得る。当技術分野で公知の任意の調節可能なポンプ源は、システム１００の中の実装形態にとって適切であるということが留意される。たとえば、調節可能なポンプ源は、それに限定されないが、１つ以上の調節可能な波長レーザを含むことが可能である。たとえば、調節可能なポンプ源は、それに限定されないが、１つ以上のダイオードレーザを含むことが可能である。

図１Ｑ〜図１Ｒは、本開示の１つ以上の実施形態による、システム１００の照明光学エレメント１０４のうちの１つまたは複数として使用するための非球面光学エレメント１６２の概略図を図示している。１つの実施形態では、非球面光学エレメント１６２は、ポンプ源１０２（図１Ｑ〜図１Ｒに示されていない）からポンプ照明１０３を受け入れることが可能である。たとえば、図１Ｑに示されているように、非球面光学エレメント１６２は、それに限定されないが、１つ以上の光ファイバまたはビーム成形オプティクスのセットなどのような、ポンプ源１０２から、発散的な照明を受け入れることが可能である。そして、非球面光学エレメント１６２は、ガス封じ込め構造体１０７の中に封じ込められているガス１０９／プラズマ１０６の中のラインフォーカスに、ポンプ照明１０３の焦点を合わせることが可能である。この点において、ラインフォーカス１１３は、図１Ｒに示されているように、細長いプラズマ１０６を確立および／または持続するように作用することが可能である。

非球面光学エレメント１６２は、ポンプ源１０２からラインフォーカス１１３に沿った異なる場所へ、ポンプ照明１０３の特定の部分（たとえば、特定の光線）をマッピングするように構成されている。入力パワー分配に適合するようにマッピング機能を選択することによって、ラインフォーカスに沿って均一なパワーが実現され得るということが本明細書で留意される。非球面光学エレメント１６２は、当技術分野で公知の任意の非球面エレメントを含むことが可能である。たとえば、非球面光学エレメント１６２は、それに限定されないが、１つ以上の非球面ミラーまたは１つ以上の非球面レンズを含むことが可能である。

別の実施形態では、収集方向（図１Ｒにおいて、ｘ方向）に沿ってプラズマ１０６によって放出される広帯域放射１０７は、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分（たとえば、透明なチューブの透明な端部または出口ウィンドウ１６６）を通して透過される。

再び図１Ｂを参照すると、ガス封じ込め構造体１０５（たとえば、チャンバ、バルブ、およびチューブなど）の透明な部分は、ポンプ照明１０３および／または広帯域放射１０７に対して少なくとも部分的に透明な、当技術分野で公知の任意の材料から形成され得る。１つの実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分は、プラズマ１０６によって発生させられるＥＵＶ放射、ＶＵＶ放射、ＤＵＶ放射、ＵＶ放射、および／または可視光に対して少なくとも部分的に透明な、当技術分野で公知の任意の材料から形成され得る。別の実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５の透過する部分は、ポンプ源１０２からのＩＲ放射、可視光、および／またはＵＶ光に対して少なくとも部分的に透明な、当技術分野で公知の任意の材料から形成され得る。

いくつかの実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分は、低ＯＨ含有量溶融シリカガラス材料から形成され得る。他の実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分は、高ＯＨ含有量溶融シリカガラス材料から形成され得る。たとえば、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分は、それに限定されないが、ＳＵＰＲＡＳＩＬ １、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ２、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ３００、ＳＵＰＲＡＳＩＬ ３１０、ＨＥＲＡＬＵＸ ＰＬＵＳ、およびＨＥＲＡＬＵＸ−ＶＵＶなどを含むことが可能である。他の実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５の透明な部分は、それに限定されないが、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、結晶質の水晶、およびサファイヤを含むことが可能である。それに限定されないが、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、結晶質の水晶、およびサファイヤなどのような材料は、短波長放射（たとえば、λ＜１９０ｎｍ）に対して透明度を提供するということが本明細書で留意される。本開示のガス封じ込め構造体１０５（たとえば、チャンバウィンドウ、ガラスバルブ、ガラスチューブ、または透過エレメント）の透明な部分についての実装形態にとって適切なさまざまなガラスが、エー シュライバーら（Ａ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ ｅｔ ａｌ．）、Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｑｕａｒｔｚ Ｇｌａｓｓ ｆｏｒ ＶＵＶ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐｓ， Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ： Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（２００５），３２４２−３２５０に詳細に議論されており、それは、その全体が本願に引用して援用されている。

１つの実施形態では、ガス封じ込め構造体１０５は、ポンプ照明１０４の吸収のときにプラズマを発生させるのに適切な、当技術分野で公知の任意の選択されたガス（たとえば、アルゴン、キセノン、または水銀など）を封じ込めることが可能である。１つの実施形態では、ポンプ源１０２からの照明１０３の焦点をガス１０９の体積の中へ合わせることは、エネルギーがガス封じ込め構造体１０５の中のガスまたはプラズマによって（たとえば、１つ以上の選択された吸収線を通して）吸収されることを引き起こし、それによって、プラズマを発生および／または維持するために、ガス種を「ポンピング」する。

システム１００は、さまざまなガス環境においてプラズマ１０６を開始および／または維持するために利用され得るということが本明細書で企図されている。１つの実施形態では、プラズマ１０６を開始および／または持続するために使用されるガスは、希ガス、不活性ガス（たとえば、希ガスもしくは非希ガス）、または非不活性ガス（たとえば、水銀）を含むことが可能である。別の実施形態では、プラズマ１０６を開始および／または持続するために使用されるガスは、２つ以上のガスの混合物（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）を含むことが可能である。別の実施形態では、ガスは、希ガスおよび１つ以上のトレース材料（たとえば、金属ハロゲン化物および遷移金属など）の混合物を含むことが可能である。

例として、プラズマ１０６を発生させるために使用されるガスの体積は、アルゴンを含むことが可能である。たとえば、ガスは、５ａｔｍを超える圧力（たとえば、２０〜５０ａｔｍ）で保持された実質的に純粋なアルゴンガスを含むことが可能である。別の場合では、ガスは、５ａｔｍを超える圧力（たとえば、２０〜５０ａｔｍ）で保持された実質的に純粋なクリプトンガスを含むことが可能である。別の場合では、ガスは、２つのガスの混合物を含むことが可能である。

本発明は、多数のガスに拡張され得るということがさらに留意される。たとえば、本発明における実装形態にとって適切なガスは、それに限定されないが、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、およびＫｒＨｇ、ＸｅＨｇなどを含むことが可能である。一般的な意味で、システム１００は、任意の光ポンピング式のプラズマ発生システムまで拡張するように解釈されるべきであり、また、ガス封じ込め構造体の中にプラズマを維持するのに適切な任意の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。

ＬＳＰシステム１００は、任意の数およびタイプの追加的な光学エレメントを含むことが可能であるということが本明細書で留意される。１つの実施形態では、ＬＳＰシステム１００は、収集エレメント１０８からの照明を下流のオプティクスに方向付けするように配置されている１つ以上の追加的な光学エレメントを含むことが可能である。別の実施形態では、オプティクスのセットは、ＬＳＰシステム１００の照明経路または収集経路のいずれかに沿って設置されている１つ以上のレンズを含むことが可能である。１つ以上のレンズは、ポンプ源１０２からの照明の焦点を、ガス封じ込め構造体１０５の中のガスの体積の中へ合わせるために利用され得る。代替的に、１つ以上の追加的なレンズは、プラズマ１０６から出てくる広帯域光の焦点を、選択された光学デバイス、ターゲット、またはフォーカルポイントに合わせるために利用され得る。

別の実施形態では、オプティクスのセットは、ＬＳＰシステム１００の照明経路または収集経路のいずれかに沿って設置されている１つ以上のフィルタを含むことが可能であり、光がガス封じ込め構造体１０５に進入する前に照明をフィルタに通すようになっており、または、プラズマ１０６からの光の放出に続く照明をフィルタに通すようになっている。本明細書で説明されているようなＬＳＰシステム１００のオプティクスのセットは、単に図示のためだけに提供されており、限定するものとして解釈されるべきではないということが本明細書で留意される。多数の均等物または追加的な光学的構成が、本開示の範囲内で利用され得るということが予測される。

別の実施形態では、システム１００のポンプ源１０２は、１つ以上のレーザを含むことが可能である。一般的な意味で、ポンプ源１０２は、当技術分野で公知の任意のレーザシステムを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、電磁スペクトルの赤外線部分、可視光部分、または紫外線部分の中の放射線を放出することができる、当技術分野で公知の任意のレーザシステムを含むことが可能である。１つの実施形態では、ポンプ源１０２は、連続波（ＣＷ）レーザ放射を放出するように構成されているレーザシステムを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、１つ以上のＣＷ赤外線レーザ源を含むことが可能である。たとえば、ガス封じ込め構造体１０５の中のガスがアルゴンであるかまたはアルゴンを含むセッティングでは、ポンプ源１０２は、１０６９ｎｍで放射線を放出するように構成されている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）を含むことが可能である。この波長は、アルゴンの中の１０６８ｎｍ吸収線に適合しており、そういうわけで、アルゴンガスをポンピングするのにとりわけ有用であるということが留意される。ＣＷレーザの上述の説明は、限定するものではなく、当技術分野で公知の任意のレーザが、本発明の文脈において実装され得るということが本明細書で留意される。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、１つ以上のダイオードレーザを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、ガス封じ込め構造体１０５の中に封じ込められているガスの種の任意の１つ以上の吸収線に対応する波長で放射線を放出する１つ以上のダイオードレーザを含むことが可能である。一般的な意味で、ポンプ源１０２のダイオードレーザは、実装形態に関して選択され得、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、イオン性転移線）、または、当技術分野で公知のプラズマ生成ガスの任意の吸収線（たとえば、高励起状態の中性転移線）にチューニングされるようになっている。そういうわけで、所与のダイオードレーザ（または、ダイオードレーザのセット）を選ぶことは、システム１００のガス封じ込め構造体１０５の中に封じ込められているガスのタイプに依存することとなる。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、イオンレーザを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、当技術分野で公知の任意の希ガスイオンレーザを含むことが可能である。たとえば、アルゴンベースのプラズマの場合では、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１０２は、Ａｒ＋レーザを含むことが可能である。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、１つ以上の周波数変換レーザシステムを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、１００ワットを超えるパワーレベルを有するＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＬＦレーザを含むことが可能である。別の実施形態では、ポンプ源１０２は、広帯域レーザを含むことが可能である。別の実施形態では、ポンプ源１０２は、変調されたレーザ放射線またはパルス状のレーザ放射線を放出するように構成されているレーザシステムを含むことが可能である。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、実質的に一定のパワーでレーザ光をプラズマ１０６に提供するように構成されている１つ以上のレーザを含むことが可能である。別の実施形態では、ポンプ源１０２は、変調されたレーザ光をプラズマ１０６に提供するように構成されている１つ以上の変調されたレーザを含むことが可能である。別の実施形態では、ポンプ源１０２は、パルス状のレーザ光をプラズマ１０６に提供するように構成されている１つ以上のパルス状のレーザを含むことが可能である。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、１つ以上の非レーザ源を含むことが可能である。一般的な意味で、ポンプ源１０２は、当技術分野で公知の任意の非レーザ光源を含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２は、電磁スペクトルの赤外線部分、可視光部分、または紫外線部分の中の放射線を離散的にまたは連続的に放出することができる、当技術分野で公知の任意の非レーザシステムを含むことが可能である。

別の実施形態では、ポンプ源１０２は、２つ以上の光源を含むことが可能である。１つの実施形態では、ポンプ源１０２は、２つ以上のレーザを含むことが可能である。たとえば、ポンプ源１０２（または、「供給源」）は、複数のダイオードレーザを含むことが可能である。別の例として、ポンプ源１０２は、複数のＣＷレーザを含むことが可能である。別の実施形態では、２つ以上のレーザのそれぞれが、システム１００のガス封じ込め構造体１０５の中のガスまたはプラズマの異なる吸収線にチューニングされたレーザ放射線を放出することが可能である。この点において、複数のパルス源は、異なる波長の照明をガス封じ込め構造体１０５の中のガスへ提供することが可能である。

本明細書で説明されている主題は、他のコンポーネントの中に含有されているか、または、他のコンポーネントに接続されている、異なるコンポーネントを図示している場合がある。そのように示されているアーキテクチャは、単に例示的なものであるということ、および、実際に、同じ機能性を実現する多くの他のアーキテクチャが実装され得るということが理解されるべきである。概念的な意味で、同じ機能性を実現するためのコンポーネントの任意の配置は、所望の機能性が実現されるように、効果的に「関連付けられている」。したがって、特定の機能性を実現するために本明細書で組み合わせられている任意の２つのコンポーネントは、互いに「関連付けられている」ように見られ得、アーキテクチャまたは中間コンポーネントに関係なく、所望の機能性が実現されるようになっている。同様に、そのように関連付けられている任意の２つのコンポーネントは、所望の機能性を実現するために互いに「接続されている」または「連結されている」ものとして見られることも可能であり、そのように関連付けられることができる任意の２つのコンポーネントは、所望の機能性を実現するために互いに「連結可能」であるとして見られることも可能である。連結可能であることの特定の例は、それに限定されないが、物理的に相互作用可能なコンポーネントおよび／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／または、ワイヤレスで相互作用可能なコンポーネントおよび／もしくはワイヤレスで相互作用するコンポーネント、ならびに／または、論理的に相互作用可能なコンポーネントおよび／もしくは論理的に相互作用するコンポーネントを含む。

本開示およびその付随する利点の多くは、先述の説明によって理解されることとなるということが考えられ、また、開示されている主題から逸脱することなく、または、その材料の利点のすべてを犠牲にすることなく、コンポーネントの形態、構造、および配置において、さまざまな変化がなされ得るということが明らかになることとなる。説明されている形態は、単に説明のためのものであり、また、そのような変化を包含することおよび含むということを、以下の特許請求の範囲は意図している。そのうえ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されているということが理解されるべきである。

Claims (31)

1. レーザ維持プラズマ光源であって、
   ポンピング照明を発生させるように構成されているポンプ源と、
   １つ以上の照明光学エレメントと、
   ガスの体積を封じ込めるように構成されているガス封じ込め構造体と
   を含み、
   前記１つ以上の照明光学エレメントは、ポンプ照明をポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の１つ以上のフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガス封じ込め構造体の前記ガスの体積の中にプラズマを維持するように構成されており、かつ、選択された方向に沿って前記ガスの体積の中に配置されている複数のフォーカルスポットにポンプ照明をポンプ経路に沿って方向付けすることによって、前記選択された方向に沿って前記ガスの体積の中にガスで分離された複数のプラズマ特徴を同時に維持するように構成されており、
   前記レーザ維持プラズマ光源はさらに、
   収集経路に沿って前記プラズマによって放出された広帯域放射を収集するように構成されている１つ以上の収集光学エレメント
   を含み、
   前記１つ以上の照明光学エレメントは、前記収集経路の放出された広帯域光の伝播の方向に対して横断する方向に沿って、ポンプ照明が前記プラズマに衝突し、その結果、前記ポンプ照明が前記放出された広帯域放射から実質的に切り離されるように、前記ポンプ経路を画定するように構成されているレーザ維持プラズマ光源。
2. 請求項１に記載の光源であって、ポンプ照明経路の前記ポンプ照明の開口数は、前記収集経路の前記放出された広帯域放射の開口数と重複していない光源。
3. 請求項１に記載の光源であって、１つ以上の照明オプティクスは、その中の少なくともいくつかのプラズマ特徴が、第１の寸法と前記第１の寸法よりも大きい第２の寸法とを有する、複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている光源。
4. 請求項３に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、前記ポンプ経路のポンプ照明を、前記細長いプラズマ特徴のいくつかの前記第１の寸法に沿って方向付けするように構成されている光源。
5. 請求項３に記載の光源であって、前記１つ以上の収集光学エレメントは、前記細長いプラズマ特徴のいくつかの前記第２の寸法に沿って放出された広帯域放射を収集するように構成されている光源。
6. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている光源。
7. 請求項６に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
   ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている円筒形状のレンズ
   を含む光源。
8. 請求項６に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
   ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている円筒形状のミラー
   を含む光源。
9. 請求項６に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
   ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている複数の円筒形状の共焦点ミラー
   を含む光源。
10. 請求項６に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されているアキシコン
    を含む光源。
11. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    選択された方向に沿って前記ガスの体積の中に配置されている複数のフォーカルスポットにポンプ照明を方向付けすることによって、前記選択された方向に沿って前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されている複数の円筒形状の共焦点ミラー
    を含む光源。
12. 請求項１１に記載の光源であって、前記ポンプ源は、
    ポンプ照明を第１の挿入ポイントを介して前記複数の円筒形状の共焦点ミラーに送達するように構成されている第１のポンプ源と、
    少なくとも、ポンプ照明を追加的な挿入ポイントを介して前記複数の円筒形状の共焦点ミラーに送達するように構成されている追加的なポンプ源と
    を含む光源。
13. 請求項１２に記載の光源であって、前記第１のポンプ源および前記追加的なポンプ源は、反対方向に伝播している光源。
14. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    アキシコンと、
    ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されているリフレクタパイプと
    を含む光源。
15. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    ポンプ照明を１つ以上のポンプ経路に沿って前記ガスの体積の中の複数の細長いフォーカルスポットに方向付けすることによって、前記ガスの体積の中に複数の細長いプラズマ特徴を維持するように構成されているマルチパスリフレクタパイプ
    を含む光源。
16. 請求項１５に記載の光源であって、前記マルチパスリフレクタパイプは、前記複数の細長いプラズマ特徴によって放出される前記広帯域放射を少なくとも部分的に反射している少なくとも１つのリフレクタエレメントを含み、前記少なくとも１つのリフレクタエレメントは、前記広帯域放射を介して前記プラズマをポンピングするために、前記複数の細長いプラズマ特徴によって放出された前記広帯域放射を前記プラズマの中へ方向付けするように構成されている光源。
17. 請求項１に記載の光源であって、前記ポンプ源は、
    選択された方向に沿って前記ガスの中に配置されている複数のフォーカルスポットにポンプ照明を送達することによって、前記選択された方向に沿って複数のプラズマ特徴を維持するように構成されている複数の光ファイバエレメントであって、それぞれの光ファイバからのポンプ照明は、異なるフォーカルスポットに焦点を合わせられている、複数の光ファイバエレメント
    を含む光源。
18. 請求項１７に記載の光源であって、前記複数のプラズマ特徴は、細長いプラズマ構造体を形成するように位置決めされている光源。
19. 請求項１に記載の光源であって、前記ポンプ源は、
    第１の波長でポンプ照明を放出し、前記第１の波長とは異なる追加的な波長で照明するように構成されているポンプ源
    を含む光源。
20. 請求項１９に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    前記第１の波長のポンプ照明の焦点を第１のフォーカルスポットに合わせることによって、第１のプラズマ特徴を形成するように構成されている分散的な光学エレメントであって、前記分散的な光学エレメントは、前記追加的な波長のポンプ照明の焦点を前記第１のフォーカルスポットとは異なる追加的なフォーカルスポットに合わせることによって、追加的なプラズマ特徴を形成するようにさらに構成されており、前記第１のプラズマ特徴および前記追加的なプラズマ特徴は、細長いプラズマ構造体を形成するように位置決めされている、分散的な光学エレメント
    を含む光源。
21. 請求項１に記載の光源であって、前記ポンプ源は、
    調節可能なポンプ源によって放出されたポンプ照明の波長が調節可能である、調節可能なポンプ源
    を含む光源。
22. 請求項２１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントは、
    第１の波長のポンプ照明の焦点を第１のフォーカルスポットに合わせることによって、第１のプラズマ特徴を形成するように構成されている分散的な光学エレメントを含み、前記分散的な光学エレメントは、追加的な波長のポンプ照明の焦点を前記第１のフォーカルスポットとは異なる追加的なフォーカルスポットに合わせることによって、追加的なプラズマ特徴を形成するようにさらに構成されており、前記第１のプラズマ特徴および前記追加的なプラズマ特徴は、細長いプラズマ構造体を形成するように位置決めされている光源。
23. 請求項１に記載の光源であって、
    前記ポンプ源からのポンプ照明を受け入れるように、および、前記ポンプ照明の少なくとも一部分の焦点を前記ガスの体積の内側の複数の細長いフォーカルスポットに合わせるように構成されている非球面光学エレメント
    をさらに含む光源。
24. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントまたは前記１つ以上の収集光学エレメントのうちの少なくとも１つは、前記ガス封じ込め構造体の外部に位置決めされている光源。
25. 請求項１に記載の光源であって、前記１つ以上の照明光学エレメントまたは前記１つ以上の収集光学エレメントのうちの少なくとも１つは、前記ガス封じ込め構造体の内側に位置決めされている光源。
26. 請求項１に記載の光源であって、前記ガス封じ込め構造体の少なくとも一部分は、前記ポンプ源からのポンプ照明に対して透明である光源。
27. 請求項１に記載の光源であって、前記ガス封じ込め構造体の少なくとも一部分は、前記プラズマによって放出された広帯域放射に対して透明である光源。
28. 請求項１に記載の光源であって、前記ガス封じ込め構造体の少なくとも一部分は、前記ポンプ源からのポンプ照明、および、前記プラズマによって放出された広帯域放射に対して透明である光源。
29. 請求項１に記載の光源であって、前記ガス封じ込め構造体の透明な部分は、カルシウムフッ化物、フッ化マグネシウム、リチウムフッ化物、結晶質の水晶、サファイヤ、または溶融シリカのうちの少なくとも１つから形成されている光源。
30. 請求項１に記載の光源であって、前記ガスは、
    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のうちの少なくとも１つ
    を含む光源。
31. レーザ維持プラズマ光を発生させるための方法であって、
    ポンプ照明を発生させるステップと、
    ガス封じ込め構造体の中にガスの体積を封じ込めるステップと、
    選択された方向に沿って前記ガスの体積の中にガスで分離された複数の細長いプラズマ特徴を同時に維持するために、前記ポンプ照明の少なくとも一部分を、ポンプ経路に沿って、前記選択された方向に沿って配置された前記ガスの体積の中の複数のフォーカルスポットに焦点を合わせるステップと、
    前記細長いプラズマ特徴の軸線方向寸法によって画定されている収集経路に沿って、前記複数の細長いプラズマ特徴によって放出された広帯域放射を収集するステップと
    を含み、
    ポンプ照明は、前記細長いプラズマ特徴の前記軸線方向寸法によって画定されている前記収集経路に対して横断する方向に沿って、前記細長いプラズマ特徴に衝突する方法。
    

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