TW201507549A - 用於控制一電漿室內之對流的方法及系統 - Google Patents

用於控制一電漿室內之對流的方法及系統 Download PDF

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Anatoly Shchemelinin
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Abstract

本發明揭示一種用於控制對流之電漿室，其包含一透射元件，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿。該電漿室亦包含：一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生上方，該頂部流控制元件包含一內部通道，其經組態以向上導引該電漿之一捲流；及一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方，該底部流控制元件包含一內部通道，其經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域。該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。

Description

用於控制一電漿室內之對流的方法及系統 [相關申請案之交叉參考]
本申請案係關於且主張來自(若干)以下所列申請案(「相關申請案」)之(若干)最早可用有效申請日期之權利(例如，主張除了臨時專利申請案之最早可用優先權日期或根據35 USC § 119(e)規定主張臨時專利申請案，(若干)相關申請案之任何及所有母案、前代母案、前兩代母案等等申請案之權利)。
[相關申請案]
為了USPTO非法定要求之目的，本申請案構成Ilya Bezel、Anatoly Shchemelinin及Matthew Derstine譽為發明者在2013年5月29日申請之申請案序號61/828,574之美國臨時專利申請案名為「PLASMA CELL FLOW CONTROL」之一正式(非臨時)專利申請案。
本發明一般係關於基於電漿之光源，且更特定言之，係關於一種具有氣流控制能力之電漿室。
隨著對具有不斷變小之裝置特徵之積體電路之需求繼續增加，用於此檢驗等不斷縮小裝置之改進照明源之需要繼續增長。此照明源包含一雷射持續型電漿源。雷射持續型電漿光源能夠產生高功率寬頻光。雷射持續型光源藉由將雷射輻射聚焦至一體積之氣體中以將氣體 (諸如氬氣或氙氣)激勵為能夠發射光之一電漿狀態來操作。此效果通常稱作「泵激」電漿。傳統電漿室包含電漿燈泡，其等用於含納用於產生電漿之氣體。通常實施之電漿燈泡顯示不穩定氣流。不穩定流通常導致由於「空氣擺動」所致之電漿中之雜訊。進一步而言，由空氣擺動引起之電漿破裂趨向於隨著越來越大之燈泡外觀尺寸而增長。因此，將期望提供一種用於糾正缺陷(諸如上文識別之該等缺陷)之系統及方法。
揭示一種根據本發明之一說明性實施例之用於控制對流之電漿室。在一實施例中，該電漿室可包含一透射元件，其具有一個或多個開口。在另一實施例中，該電漿室可包含一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體。在另一實施例中，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明。在另一實施例中，該電漿室可包含一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該透射元件內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分。在另一實施例中，該電漿室可包含一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該透射元件內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域。在另一實施例中，該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
揭示一種根據本發明之一額外說明性實施例之用於控制對流之電漿室。在一實施例中，該電漿室可包含一電漿燈泡，其經組態以從一照明源接收照明以在該電漿燈泡之一體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿燈泡至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明。在另一實施例中，該電漿室可包含一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該電漿燈泡內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分。在另一實施例中，該電漿室可包含一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該電漿燈泡內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域。在另一實施例中，該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該電漿燈泡內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
揭示一種根據本發明之一額外說明性實施例之用於控制對流之電漿室。在一實施例中，該電漿室可包含一透射元件，其具有一個或多個開口。在另一實施例中，該電漿室可包含一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體。在另一實施例中，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明。在另一實施例中，該電漿室可包含一個或多個流控制元件，其等安置於該透射元件內。在另一實施例中，該一個或多個流控制元件包含經組態以在一所選方向上導 引氣體之一個或多個內部通道。在另一實施例中，該一個或多個流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
揭示一種根據本發明之一額外說明性實施例之用於控制一電漿室中之對流之系統。在一實施例中，該系統可包含一照明源，其經組態以產生照明。在另一實施例中，該系統可包含一電漿室，其包含具有一個或多個開口之一透射元件。在另一實施例中，該系統可包含一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體。在另一實施例中，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明。在另一實施例中，該系統可包含一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該透射元件內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分。在另一實施例中，該系統可包含一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該透射元件內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域。在另一實施例中，該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。在另一實施例中，該系統包含一集光器元件，其經配置以將該照明從該照明源聚焦至該體積之氣體中，以在含納於該電漿室內之該體積之氣體內產生一電漿。
揭示一種根據本發明之一額外說明性實施例之用於控制一電漿室內之對流之方法。在一實施例中，該方法可包含產生照明。在另一實施例中，該方法可包含在一電漿室內含納一體積之氣體。在另一實施例中，該方法可包含透過該電漿室之一透射元件將該產生照明之至少一部分聚焦至含納於該電漿室內之該體積之氣體中。在另一實施例中，該方法可包含藉由經由藉由含納於該電漿室內之該體積之氣體之至少一部分吸收該聚焦產生照明而形成一電漿來產生寬頻輻射。在另一實施例中，該方法可包含使該寬頻輻射之至少一部分透射通過該電漿室之該透射元件。在另一實施例中，該方法可包含利用一頂部流控制元件之一個或多個內部通道向上導引該電漿之一捲流之至少一部分。在另一實施例中，該方法可包含利用一底部流控制元件之一個或多個內部通道將氣體向上導引至電漿產生區域。在另一實施例中，該方法可包含利用一個或多個氣體返回通道將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
應理解，前面一般描述及以下詳細描述僅具例示性及解釋性且不一定限制所主張之本發明。併入說明書之一部分中且構成說明書之一部分之附圖繪示本發明之實施例且與一般說明一起用於解釋本發明之原理。
100‧‧‧系統
101‧‧‧照明源
102‧‧‧電漿室
103‧‧‧照明/輻射
104‧‧‧電漿
105‧‧‧集光器元件/反射器元件/聚光元件
106‧‧‧頂部流控制元件
107‧‧‧底部流控制元件
108‧‧‧透射元件
109a‧‧‧內部通道
109b‧‧‧內部通道
110‧‧‧氣體返回通道
111‧‧‧電漿產生區域/電漿產生區
112‧‧‧熱氣體/氣流
113‧‧‧吸流
114‧‧‧氣流
115‧‧‧對流增強元件
116‧‧‧中心循環環路
118‧‧‧頂部循環環路
120‧‧‧底部循環環路
122‧‧‧頂部凸緣/開口
124‧‧‧底部凸緣/開口
126‧‧‧熱交換器
128‧‧‧冷卻饋通
130‧‧‧冷卻饋通
131‧‧‧組件
133‧‧‧反射材料/反射層/塗覆層
135‧‧‧熱泵
136‧‧‧膛線特徵
138‧‧‧膛線特徵
140‧‧‧連接桿
142‧‧‧寬頻照明
144‧‧‧透鏡
146‧‧‧轉向鏡
148‧‧‧冷光鏡
150‧‧‧濾光器
152‧‧‧均光器
200‧‧‧方法
202‧‧‧第一步驟
204‧‧‧第二步驟
206‧‧‧第三步驟
208‧‧‧第四步驟
210‧‧‧第五步驟
212‧‧‧第六步驟
214‧‧‧第七步驟
216‧‧‧步驟
熟悉此項技術者可藉由參考附圖而更好地理解本發明之眾多優點，其中：圖1A係根據本發明之一實施例之用於形成一光持續型電漿之一系統之一高階示意圖。
圖1B係根據本發明之一實施例之裝備有一個或多個流控制元件之一電漿室之一高階示意圖。
圖1C係根據本發明之一實施例之裝備有一個或多個流控制元件 之一電漿室之一高階示意圖。
圖1D係根據本發明之一實施例之經配置以用作一輻射屏蔽物之一頂部流控制元件之一高階示意圖。
圖1E係根據本發明之一實施例之包含塗覆有一反射材料之一內部通道的一頂部流控制元件之一高階示意圖。
圖1F係根據本發明之一實施例之包含一頂部流控制元件之外部表面上之膛線特徵的頂部流控制元件之一高階示意圖。
圖1G係根據本發明之一實施例之包含一頂部流控制元件之內部通道之表面上之膛線特徵的頂部流控制元件之一高階示意圖。
圖1H係根據本發明之一實施例之裝備有一個或多個流控制元件之一電漿室之一截面圖。
圖2係繪示根據本發明之一實施例之用於控制一電漿室中之對流之一方法之一流程圖。
現在詳細參考於附圖中繪示之揭示標的。
一般參考圖1A至圖2，描述根據本發明之用於控制一電漿室內之對流之一系統及方法。本發明之實施例係針對利用一光持續型電漿光源產生輻射。本發明之實施例提供一電漿室，其裝備有一透射元件(或燈泡)，該透射元件(或燈泡)對用於維持電漿室內之一電漿之泵激光(例如，來自一雷射源之光)及由電漿發射之寬頻輻射兩者透明。本發明之進一步實施例使用一頂部流控制元件及一底部流控制元件提供遍及電漿室之氣流及/或電漿流。此等控制元件可用於控制氣流至電漿室之電漿產生區域中以及輔助控制冷氣體從電漿產生區域上方之一區域返回至電漿產生區域下方之一區域。本發明之實施例可控制一氣體返回環路中之氣流(例如，控制速度)而容許電漿室遍及用於泵激電漿之光傳播(例如，雷射傳播)之區域維持一穩態流型樣。本發明之實 施例亦可經由電漿室之主動冷卻/加熱元件及對流增強元件(諸如熱或機械泵)提供遍及電漿室之氣體流速之主動控制。
圖1A至圖1H繪示根據本發明之一實施例之用於形成適合於發射寬頻照明之一光持續型電漿的一系統100。惰性氣體物種內之電漿之產生一般描述於2007年4月2日申請之美國專利申請案第11/695,348號及2006年3月31日申請之美國專利申請案第11/395,523號中，該等案之全部內容併入本文中。多種電漿室設計及電漿控制機構描述於2012年10月9日申請之美國專利申請案第13/647,680號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。電漿之產生一般亦描述於2014年3月25日申請之美國專利申請案第14/224,945號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在一實施例中，系統100包含一照明源101(例如，一個或多個雷射)，其經組態以產生所選波長或波長範圍之照明，諸如(但不限於)紅外線輻射。在另一實施例中，系統100包含用於產生或維持一電漿104之一電漿室102。在另一實施例中，電漿室102包含一透射元件108。在一實施例中，透射元件108經組態以從照明源101接收照明，以在含納於電漿室102內之一體積之氣體之一電漿產生區域111內產生一電漿104。關於此方面，透射元件108至少部分對由照明源101產生之照明透明而容許由照明源101傳遞(例如，經由光纖耦合傳遞或經由自由空間耦合傳遞)之照明透射通過透射元件108至電漿室102中。在另一實施例中，在從源101吸收照明之後，電漿104發射寬頻輻射(例如，寬頻IR、寬頻可見光、寬頻UV、寬頻DUV及/或寬頻EUV輻射)。在另一實施例中，電漿室102之透射元件108至少部分對由電漿104發射之寬頻輻射之至少一部分透明。
在另一實施例中，電漿室102包含一個或多個流控制元件。在一實施例中，電漿室102之一個或多個流控制元件包含一頂部流控制元 件106。在一實施例中，頂部流控制元件106包含一頂部偏轉器。例如，頂部流控制元件106可包含適合於使捲流/氣流沿著一所期望路徑偏轉之一捲流及/或氣流偏轉器。在另一實施例中，電漿室102之一個或多個流控制元件包含一底部流控制元件107。在另一實施例中，底部流控制元件107包含一底部偏轉器。例如，底部流控制元件107可包含適合於使氣流沿著一期望路徑偏轉之一氣流導引器。
在另一實施例中，頂部流控制元件106包含一個或多個內部通道109a。例如，頂部流控制元件106之一個或多個內部通道109a可用於向上導引電漿104之捲流。藉由另一實例，頂部流控制元件106之一個或多個內部通道109a可用於如圖1B及圖1C中所示向上導引來自電漿之熱氣體112。在另一實施例中，底部流控制元件107包含一個或多個內部通道109b。例如，底部流控制元件107之一個或多個內部通道109b可用於如圖1B及圖1C所示向上導引電漿104之氣體及/或向上導引氣體。
在一實施例中，頂部流控制元件106及底部流控制元件107配置於透射元件108內，以形成一個或多個氣體返回通道110，氣體返回通道110用於將氣體從電漿產生區域111上方之一區域傳送至電漿產生區域111下方之一區域。例如，底部內部通道109b可將氣體向上導引至電漿產生區111中。接著，頂部內部通道109a可將電漿104之捲流及/或來自電漿104之熱氣體向上導引至頂部流控制元件106上方之一區域。接著，運載至頂部流控制元件106上方之區域之氣體可經歷冷卻(例如，自然冷卻或經由熱交換元件126(例如，熱交換器)之冷卻)。此外，氣體可經由由流控制元件106、107之外表面及電漿室102(例如，透射元件108，凸緣122、124及類似物)之內部壁界定之一個或多個氣體返回通道110而進一步導引至電漿室102之底部部分。如本文中進一步更詳細討論，可經由一個或多個氣體泵(例如，熱泵或機械泵) 增強本文所描述及圖1B與圖1C中所描繪之氣流環路。
在一實施例中，頂部流控制元件106經組態以形成一個或多個頂部循環環路118。例如，頂部流控制元件106可配置於透射元件108(及終止頂部部分(例如，頂部凸緣122))內，以便形成如圖1B及圖1C中所示之一頂部循環環路118。
在一實施例中，底部流控制元件106經組態以形成一個或多個底部循環環路120。例如，底部流控制元件107可配置於透射元件108(及終止底部部分(例如，底部凸緣124))內，以便形成如圖1B及圖1C中所示之一底部循環環路120。
在另一實施例中，頂部流控制元件106及底部流控制元件107配置於透射元件108內，以形成一個或多個氣體返回通道110，氣體返回通道110用於將氣體從一個或多個頂部循環環路118傳送至一個或多個底部循環環路120。關於此方面，至少部分藉由頂部流控制元件106、底部流控制元件及透射元件108之內部壁形成之一個或多個氣體返回通道110可用於將一個或多個頂部循環環路118與一個或多個底部循環環路120流體地耦合。
關於此方面，頂部流控制元件106及底部流控制元件107可經組態以使來自電漿104之捲流之一氣流112與傳遞至電漿104之氣流114平衡。例如，頂部流控制元件106及底部流控制元件107可以適合於使來自電漿104之捲流之一氣流112與傳遞至電漿104之氣流114平衡之一方式相對於透射元件108之內部壁成形及/或定位。在另一實施例中，頂部流控制元件106及底部流控制元件107可經組態以使來自電漿104之捲流之一氣流112與傳遞至電漿104之氣流114平衡，以在一所選位準下或在低於一所選位準下維持一個或多個中心循環環路116之一氣體流速。本文中應注意，通過底部流控制元件107朝向電漿104之氣流114及通過頂部控制元件106之氣流112可引發一吸流113，其可影響中 心循環環路116內之流之穩定性。應認識到，氣體返回環路110中之氣流之速度之減少可輔助維持遍及來自照明源101之光傳播(例如，雷射傳播)之整個區域之一穩態流型樣。進一步而言，使傳遞至電漿104之氣體量與來自電漿104之捲流之氣流平衡可導致一個或多個中心循環環路116之氣流之速率之一最小化(或至少減少)。在本文中應進一步注意，中心循環環路116之流速之此最小化或至少減少可導致流(例如，分層流)中之增加之穩定性。
應在本文中認識到，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可呈現適合於建立如遍及本發明所描述之一所期望氣流返回通道之任何形狀。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107大體上由一個或多個幾何形狀組成。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107係對稱型。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107係圓柱體地對稱。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含一個或多個圓錐體部分(例如，圓錐體、截頭圓錐體及類似物)。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含一個或多個圓柱體部分(例如，圓柱體)。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可具有一複合結構。例如，如圖1B至圖1C中所示，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之複合結構可包含一圓錐體部分及一圓柱體部分。在本文中應進一步注意，圖1A至圖1C中描繪之以上描述及實施例不具限制性，而僅僅為了說明性目的提供。頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含任何幾何形狀，一幾何形狀之一部分或技術中所知之幾何形狀之組合，諸如(但不限於)一圓錐體、一截頭圓錐體、一圓柱體、一棱柱(例如，三角棱柱、梯形棱柱、平行六面體棱柱、六角棱柱、八角棱柱及類似物)、一錐狀棱柱、一橢圓體、一截錐體及類似物。
在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107係非圓柱體地對稱。在本文中應注意，非圓柱體地對稱之電漿室102中之結構之使用可輔助穩定化水平面中之氣流。例如，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含具有一矩形截面之結構。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107係非對稱型。
在本文中應進一步認識到，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b可呈現適合於建立如圖1B及圖1C中所示之一所期望氣流環路之任何形狀。在本文中應認識到，可藉由技術中所知之任何技術形成頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b。例如，在一個或多個控制元件106、107之一澆鑄或模製程序期間形成內部通道109a、109b。藉由另一實例，可在一個或多個控制元件106、107之一機械加工程序期間形成內部通道109a、109b。
在一實施例中，形成於頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107中之一個或多個內部通道109a、109b可具有技術中所知之任何幾何形狀。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b係非對稱型。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b係對稱型。
在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b係圓柱體地對稱。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b可包含一個或多個圓錐體部分(例如，圓錐體、截頭圓錐體及類似物)。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b可包含一個或多個圓柱 體部分(例如，圓柱體)。在另一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b可具有一複合結構。例如，如圖1B至圖1C中所示，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b之複合結構可包含一圓錐體部分及一圓柱體部分。在本文中應進一步注意，圖1A至圖1C中描繪之以上描述及實施例不具限制性，而僅僅為了說明性目的提供。頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b可包含任何幾何形狀，一幾何形狀之一部分或技術中所知之幾何形狀之組合，諸如(但不限於)一圓錐體、一截頭圓錐體、一圓柱體、一棱柱(例如，三角棱柱、梯形棱柱、平行六面體棱柱、六角棱柱、八角棱柱及類似物)、一錐狀棱柱、一橢圓體、截錐體及類似物。
在另一實施例中，一個或多個對流增強元件115安置於頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107之一個或多個內部通道109a、109b內。例如，如圖1B及圖1C中所示，一對流增強元件115可安置於底部流控制元件107之內部通道109b內。藉由另一實例，雖然未展示，但一對流增強元件115可安置於頂部流控制元件106之內部通道109a內。
在一實施例中，安置於一個或多個內部通道109a、109b內之一個或多個對流增強元件115可包含(但不限於)一個或多個氣體泵。在本文中應注意，使用一個或多個內部通道109a、109b內之一個或多個氣體泵可增強電漿104處導引之對流。例如，底部流控制元件107之內部通道109b可包含用於將氣流提供至電漿104之一對流增強元件115。在另一實施例中，安置於一個或多個內部通道109a、109b內之一個或多個對流增強元件115可包含(但不限於)一個或多個熱氣體泵。在本文中應注意，一熱泵可呈現技術中所知之任何形狀。例如，安置於一個 或多個內部通道109a、109b內之一個或多個對流增強元件115可包含(但不限於)一加熱桿(例如，圓柱體、錐狀桿及類似物)或加熱管(如圖1B及圖1C中所示)。應進一步注意，本發明之一熱泵可由技術中所示之任何材料形成。例如，一個或多個對流增強元件可由(但不需要由)鎢、鋁、銅及類似物形成。進一步而言，本文中應認識到，用作一熱泵之一加熱桿或加熱管可經由來自電漿104之輻射之吸收來加熱(參見圖1E)。
在另一者中，底部流控制元件107自身可經加熱以將氣流驅動至電漿104中。例如，底部流控制元件107可經由來自電漿104之輻射予以加熱或可藉由一外部熱源(例如，經由一熱交換器(未展示))予以加熱。
在其他實施例中，一個或多個對流增強元件115可包含(但不限於)一空心噴射器、一機械泵或一外部再循環泵。例如，底部流控制元件107之內部通道109b可包含用於將氣流提供至電漿104之一空心噴射器、一機械泵、一機械鼓風機(例如，磁性耦合風扇)、一外部再循環泵之至少一者。
在本文中應注意，可以技術中所知之任何方式使電漿室102之頂部流控制元件106、底部流控制元件107及一個或多個對流增強元件115機械穩定。例如，雖然為了清楚之原因未展示，但電漿室102可包含用於機械地緊固電漿室102之頂部流控制元件106、底部流控制元件107及一個或多個對流增強元件115之一個或多個穩定化結構。在一些實施例中，一個或多個對流增強元件115可機械耦合至流控制元件106、107之內部壁。在其他實施例中，一個或多個對流增強元件115可機械耦合至凸緣122、124。
在另一實施例中，如圖1C中所示，電漿室102可包含一個或多個熱控制元件。例如，一個或多個溫度控制元件可安置於電漿室102內 部或外部。溫度控制元件可包含技術中所知之任何溫度控制元件，其用於控制電漿室102、電漿104、氣體、透射元件108(或燈泡)、一個或多個凸緣122、124、頂部流控制元件106、底部流控制元件107、一個或多個對流增強元件115及/或電漿捲流(未展示)之溫度。
在一實施例中，可利用一個或多個溫度控制元件以藉由將熱能傳送至電漿室102外部之一介質(例如，外部散熱器)來冷卻電漿室102、電漿104、氣體、透射元件108(或燈泡)、一個或多個凸緣122、124、頂部流控制元件106、底部流控制元件107、一個或多個對流增強元件115及/或電漿之電漿捲流。在一實施例中，溫度控制元件可包含(但不限於)一冷卻元件，其用於冷卻電漿室102、電漿104、氣體、透射元件108(或燈泡)、一個或多個凸緣122、124、頂部流控制元件106、底部流控制元件107、一個或多個對流增強元件115及/或電漿捲流。
在一實施例中，電漿室102可包含一熱交換器126，適合於將熱從一外部介質傳送至電漿室102之一部分/將熱從電漿室102之一部分傳送至一外部介質。例如，如圖1C中所示，一熱交換器126可定位於電漿室102內及接近於頂部流控制元件106處。關於此方面，熱交換器126可易於將熱從頂部流控制元件106(及受控於頂部流控制元件106之氣體及/或捲流)傳送至一外部介質。藉由另一實例，雖然未展示，但一熱交換器126可定位於電漿室102內及接近於底部流控制元件107處。關於此方面，一熱交換器126可易於將熱從一外部介質傳送至底部流控制元件106/將熱從底部流控制元件106傳送至一外部介質。
在另一實施例中，電漿室102可包含一個或多個冷卻饋通128、130(例如，水冷卻或加熱管)。在一實施例中，一個或多個冷卻饋通128、130可將熱從頂部流控制元件106及/或一個或多個底部流控制元件107傳送至一外部介質。在另一實施例中，一個或多個冷卻饋通 128、130(例如，水冷卻線或加熱管)可放置成與一熱交換器126熱連通。例如，熱交換器126可放置成與頂部流控制元件106或底部流控制元件107熱連通。繼而，一個或多個冷卻饋通128、130可將熱從熱交換器126傳送至一外部介質，藉此將一主動冷卻路徑提供至頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107。在本文中應注意，在頂部流控制元件106之案例中，熱控制元件(例如，熱交換器126及冷卻饋通128)可經由氣體返回通道110促進冷氣體返回。關於此方面，在氣體/捲流離開頂部流控制元件106之內部通道109a時，熱交換器126及冷卻饋通128可用於冷卻該氣體/捲流。在冷卻之後，氣體經由一個或多個氣體返回環路110返回至低於電漿104之區域且經由底部流控制元件107饋送回至電漿產生區域111。在本文中應進一步認識到，透過由熱控制元件執行之冷卻(或加熱)及/或由一個或多個對流增強元件115執行之熱泵激之量之調整，電漿室102(或經由一使用者介面之一電漿室之一使用者)可主動控制電漿室102之多種零件中之氣體流速。
熱傳送元件之利用一般描述於2012年10月9日申請之美國專利申請案第13/647,680號中，該案之全部內容以引用的方式併入上文中。熱傳送元件之利用一般亦描述於2010年5月26日申請之美國專利申請案第12/787,827號中，該案之全部內容以引用的方式併入上文中。熱傳送元件之利用一般亦描述於2014年3月25日申請之美國專利申請案第14/224,945號中，該案之全部內容以引用的方式併入上文中。
圖1D繪示根據本發明之一實施例之經配置以至少部分屏蔽一組件131使之免受由電漿104(或照明源)發射之輻射之擾的一頂部流控制元件106之一簡化示意圖。例如，頂部流控制元件106可經定位，以便吸收或反射由電漿104發射之輻射之至少一部分，藉此屏蔽組件131使之免受輻射引發之降級之擾。在本文中應注意，組件131可包含受到輻射降級之電漿室102之任何組件。例如，組件可包含(但不限於)用 於在一透射元件108與一凸緣122之間形成一真空之一密封件。雖然圖1D已集中於頂部流控制元件106，但在本文中認識到，底部流控制元件107亦可經配置以至少部分屏蔽一組件使之免受由電漿104(或照明源101)發射之輻射之擾。
圖1E繪示根據本發明之一實施例之包含塗覆有一反射材料133之一內部通道109a壁的一頂部流控制元件106之一簡化示意圖。例如，頂部流控制元件106之內部通道109a可塗覆有對由電漿104發射之所期望光譜範圍之輻射(例如，VUV、DUV、UV及/或可見光)反射之一材料133。例如，頂部流控制元件106可塗覆有對由電漿104發射之輻射之一部分反射之一金屬材料。關於此方面，塗覆之內部通道109a可用作由電漿104發射之輻射之一波導而將輻射引導至一所選目標。例如，安置於內部通道109a之壁上之塗覆層133可用於如圖1E中所示將輻射引導至一熱泵135。關於此方面，引導之輻射可用於如本文先前所描述加熱熱泵135。雖然以上描述集中於頂部流控制元件109a之內部通道109a中之一反射層133，但在本文中應注意，此可延伸至底部流控制元件109b。例如，雖然未展示，但底部流控制元件107之內部通道109b可塗覆有對由電漿104發射之所期望光譜範圍之輻射(例如，VUV、DUV、UV及/或可見光)反射之一材料。在本文中應認識到，用於塗覆流控制元件106、107之內部通道109a、109b之壁之塗覆材料可包含技術中所知之任何金屬或非金屬材料，其用於引導VUV、DUV、UV及/或可見光輻射。
圖1F及圖1G描繪形成於經組態以將旋轉或螺旋運動施加於電漿室102內之一氣流之頂部流控制元件106或底部流控制元件107之一外部表面或內部表面上的一個或多個特徵之示意性說明。在一實施例中，如圖1F中所示，頂部流控制元件106可包含形成於頂部流控制元件106(或底部流控制元件107)之一內部表面上之一個或多個特徵，其 等適合於將旋轉或螺旋運動施加於電漿室102內之一氣流。例如，頂部流控制元件106之內部通道109a之內部壁可包含膛線特徵136，其等經組態以將一旋轉或螺旋運動施加於流動通過內部通道109a之氣體。在另一實施例中，雖然未展示，但底部流控制元件107可包含形成於底部流控制元件107之一內部表面上的一個或多個特徵，其等適合於將旋轉或螺旋運動施加於電漿室102內之一氣流。例如，底部流控制元件107之內部通道109b之內部壁亦可包含膛線特徵136，其等經組態以將一旋轉或螺旋運動施加於流動通過內部通道109b之氣體。
在另一實施例中，如圖1G中所示，頂部流控制元件106可包含形成於頂部流控制元件106(或底部流控制元件107)之一外部表面上之一個或多個特徵，其等適合於將旋轉或螺旋運動施加於電漿室102內之一氣流。例如，頂部流控制元件106之外部壁可包含膛線特徵138，其等經組態以將一旋轉或螺旋運動施加於流動通過電漿室102之氣體。在另一實施例中，雖然未展示，但底部流控制元件107可包含形成於底部流控制元件107之一外部表面上之一個或多個特徵，其等適合於將旋轉或螺旋運動施加於電漿室102內之一氣流。例如，底部流控制元件107之外部壁亦可包含膛線特徵138，其等經組態以將一旋轉或螺旋運動施加於流動通過電漿室102之氣體。
在本文中應認識到，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可由技術中所知之任何適當材料建構以建立一組所望之熱、電及機械特性。在一實施例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可由一金屬材料形成。例如，在頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107係多用途型以亦用作電漿室102之一電極的案例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可由一電極適合型材料建構。例如，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含(但不限於)鋁、銅及類似物。在另一實施例中，頂部流控制元件及/或底部 流控制元件可由一非金屬材料形成。例如，在電漿室102中使用之氣體或氣體混合物不能搭配金屬之案例中，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可由一非金屬材料建構。例如，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可包含(但不限於)一陶瓷材料。
再次參考圖1B及圖1C，在另一實施例中，透射元件108可具有一個或多個開口(例如，頂部及底部開口)。在另一實施例中，一個或多個凸緣122、124安置於透射元件108之一個或多個開口122、124處。在一實施例中，一個或多個凸緣122、124經組態以封圍透射元件108之內部體積，以便在電漿室102之透射元件108之主體內含納一體積之氣體。在一實施例中，一個或多個開口可位於透射元件108之一個或多個端部分處。例如，如圖1B及圖1C中所示，一第一開口可位於透射元件108之一第一端部分(例如，頂部部分)處，而一第二開口可位於與第一端部分相對的透射元件108之一第二端部分(例如，底部部分)處。在另一實施例中，一個或多個凸緣122、124經配置以如圖1B及圖1C中所示在透射元件之一個或多個端部分處終止透射元件108。例如，一第一凸緣122可經定位以在第一開口處終止透射元件108，而第二凸緣124可經定位以在第二開口處終止透射元件108。在另一實施例中，第一開口及第二開口彼此流體連通，使得透射元件108之內部體積從第一開口連續至第二開口。在另一實施例中，雖然未展示，但電漿室102包含一個或多個密封件。在一實施例中，密封件經組態以在透射元件108之主體與一個或多個凸緣122、124之間提供一密封。電漿室102之密封件可包含技術中所知之任何密封件。例如，密封件可包含(但不限於)一銅焊、一彈性密封件、一O型環、一C型環、一金屬密封件及類似物。在一實施例中，密封件可包含一個或多個軟金屬合金，諸如一基於銦之合金。在另一實施例中，密封件可包含一塗覆銦之C型環。一凸緣式電漿室中之電漿之產生亦描述於2014年3月31 日申請之美國專利申請案第14/231,196號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在本文中應注意，雖然本發明一般集中於如圖1A至圖1C及圖1E中所示之包含一透射元件108之一電漿室102，但此不具限制性且應解釋為說明性。在本文中應進一步認識到，電漿室102可包含適合於起始及/或維持一電漿104之許多含氣體結構。例如，電漿室102可包含(但不限於)適合於起始及/或維持一電漿104之一電漿燈泡(未展示)。在本文中應進一步注意，本文關於電漿室102之流控制元件106、107及相關內部結構描述之多種組件及結構可延伸至實施一電漿燈泡之實施例。一電漿燈泡之實施方案一般描述於2007年4月2日申請之美國專利申請案第11/695,348號；2006年3月31日申請之美國專利申請案第11/395,523號；及2012年10月9日申請之美國專利申請案第13/647,680號中，該等案之全部內容先前各以引用的方式併入本文中。
在一實施例中，電漿室102可含納技術中所知之任何所選氣體(例如，氬氣、氙氣、汞或類似物)，其適合於在適合照明之吸收之後產生一電漿。在一實施例中，將來自照明源101之照明103聚焦至該體積之氣體中可引起能量透過透射元件108內之氣體或電漿之一個或多個所選吸收線吸收，藉此「泵激」氣體物種以產生或維持一電漿。在另一實施例中，雖然未展示，但電漿室102可包含用於起始透射元件108之內部體積103內之電漿104之一組電極，藉此在由電極點火之後，來自照明源101之照明源103維持電漿104。在另一實施例中，如先前指出，頂部流控制元件106及/或底部流控制元件107可經組態以用作用於起始透射元件108之內部體積內之電漿104的電漿室102內之一電極，藉此在由電極點火之後，來自照明源101之照明103維持電漿104。
在本文中預期，可利用系統100以在各種氣體環境中起始及/或維 持一電漿104。在一實施例中，用於起始及/或維持電漿104之氣體可包含一惰性氣體(例如，稀有氣體或非稀有氣體)或一非惰性氣體(例如，汞)。在另一實施例中，用於起始及/或維持電漿104之氣體可包含氣體之一混合物(例如，惰性氣體之混合物、惰性氣體與非惰性氣體之混合物或非惰性氣體之一混合物)。例如，本文中預期用於產生一電漿104之該體積之氣體可包含氬氣。例如，氣體可包含保持於超過5atm(例如，20至50atm)之壓力下之一大體上純淨之氬氣氣體。在另一例子中，氣體可包含保持於超過5atm(例如，20至50atm)之壓力下之一大體上純淨之氪氣氣體。在另一例子中，氣體103可包含氬氣氣體與一額外氣體之一混合物。
應進一步注意，本發明可延伸至許多氣體。例如，適合於本發明中之實施方案之氣體可包含(但不限於)Xe、Ar、Ne、Kr、He、N2、H2O、O2、H2、D2、F2、CH4、一個或多個金屬鹵化物、一鹵素、Hg、Cd、Zn、Sn、Ga、Fe、Li、Na、Ar：Xe、ArHg、KrHg、XeHg及類似物。在一般意義中，本發明應解釋為延伸至任何光泵激電漿產生系統且應進一步解釋為延伸至適合於維持一電漿室內之一電漿之任何類型之氣體。
系統100之透射元件108(或燈泡)可由技術中所知之任何材料形成，其至少部分對由電漿104產生之輻射透明。在一實施例中，系統100之透射元件108可由技術中所知之任何材料形成，其至少部分對由電漿104產生之VUV輻射透明。在另一實施例中，系統100之透射元件108可由技術中所知之任何材料形成，其至少部分對由電漿104產生之DUV輻射透明。在另一實施例中，系統100之透射元件108可由技術中所知之任何材料形成，其對由電漿104產生之UV光至少部分透明。在另一實施例中，系統100之透射元件108可由技術中所知之任何材料形成，其至少部分對由電漿104產生之可見光透明。
在另一實施例中，透射元件108(或燈泡)可由技術中所知之任何材料形成，其對來自照明源101之輻射103(例如，IR輻射)透明。在另一實施例中，透射元件108(或燈泡)可由技術中所知之任何材料形成，其對來自照明源101(例如，IR源)之輻射及由包含於透射元件108之體積內之電漿104發射之輻射(例如，VUV輻射、DUV輻射、UV輻射及/或可見光輻射)兩者透明。在一些實施例中，透射元件108(或燈泡)可由一低OH含量熔融之矽石玻璃材料形成。在其他實施例中，透射元件108(或燈泡)可由高OH含量熔融之矽石玻璃材料形成。例如，透射元件108(或燈泡)可包含(但不限於)SUPRASIL 1、SUPRASIL 2、SUPRASIL 300、SUPRASIL 310、HERALUX PLUS、HERALUX-VUV及類似物。在其他實施例中，透射元件108(或燈泡)可包含(但不限於)氟化鈣(CaF2)、氟化鎂(MgF2)、結晶石英及藍寶石。在本文中應注意，材料(諸如(但不限於)CaF2、MgF2、結晶石英及藍寶石)對短波長輻射(例如，λ<190nm)提供透明性。適合於本發明之玻璃燈泡中之實施方案之多種玻璃在《J.Phys.D：Appl.Phys》2005年第38期，第3242頁至第3250頁，A.Schreiber等人之「Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps」中詳細討論，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
透射元件108(或燈泡)可呈現技術中所知之任何形狀。在一實施例中，透射元件108可具有如圖1B及圖1C中所知之一圓柱體形狀。在另一實施例中，雖然未展示，但透射元件108可具有一球體或橢圓體形狀。在另一實施例中，雖然未展示，但透射元件108可具有一複合形狀。例如，透射元件108之形狀可由兩個或更多個形狀之一組合組成。例如，透射元件108之形狀可由以下組成：一球體或橢圓體中心部分，其經配置以包含電漿104；及一個或多個圓柱體部分，其等在球體或橢圓體中心部分上方及/或下方延伸，藉此一個或多個圓柱體 部分耦合至一個或多個凸緣122、124。在透射元件108如圖1B中所示圓柱體地成形之案例中，透射元件108之一個或多個開口可位於圓柱體地成形之透射元件108之端部分處。關於此方面，透射元件108呈現一空心圓柱體之形式，藉此一通道從第一開口(頂部開口)延伸至第二開口(底部開口)。在另一實施例中，第一凸緣122及第二凸緣124連同及透射元件108之(若干)壁用於含納透射元件108之通道內之該體積之氣體。在本文中認識到，此配置可延伸至如本文先前描述之各種透射元件108形狀。
在一電漿燈泡實施於電漿室102內之設定中，電漿燈泡亦可呈現技術中所知之任何形狀。在一實施例中，電漿燈泡可具有一圓柱體形狀。在另一實施例中，電漿燈泡可具有一球體或橢圓體形狀。在另一實施例中，電漿燈泡可具有一複合形狀。例如，電漿燈泡之形狀可由兩個或更多個形狀之一組合組成。例如，電漿燈泡之形狀可由以下組成：一球體或橢圓體中心部分，其經配置以包含電漿104；及一個或多個圓柱體部分，其等在球體或橢圓體中心部分上方及/或下方延伸。
在另一實施例中，系統100包含一集光器/反射器元件105，其經組態以將從照明源101發出之照明聚焦至含納於電漿室102之透射元件108(或燈泡)內之該體積之氣體中。集光器元件105可呈現技術中所知之任何實體組態，其適合於將從照明源101發出之照明聚焦至含納於電漿室102內之該體積之氣體中。在一實施例中，如圖1A中所示，集光器元件105可包含具有一反射內部表面之一凹入區域，該反射內部表面適合於從照明源101接收照明103且將照明103聚焦至含納於電漿室102內之該體積之氣體中。例如，集光器元件105可包含如圖1A中所示之具有一反射內部表面之一橢圓體形狀之集光器元件105。
在另一實施例中，集光器元件105經配置以聚集由電漿104發射 之寬頻照明142(例如，VUV輻射、DUV輻射、UV輻射及/或可見光輻射)且將寬頻照明導引至一個或多個額外光學元件(例如，濾光器150、均光器152及類似物)。例如，集光器元件105可聚集由電漿104發射之VUV寬頻輻射、DUV輻射、UV輻射或可見光輻射之至少一者且將寬頻照明142導引至一個或多個下游光學元件。關於此方面，電漿室102可將VUV輻射、UV輻射及/或可見光輻射傳遞至技術中所知之任何光學特徵化系統之下游光學元件(諸如(但不限於)一檢驗工具或度量衡工具)。在本文中應注意，系統100之電漿室102可發射各種光譜範圍中之有用輻射，其包含(但不限於)DUV輻射、VUV輻射、UV輻射及可見光輻射。
在一實施例中，系統100可包含多種額外光學元件。在一實施例中，額外光學器件組可包含經組態以聚集從電漿104發出之寬頻光之聚光光學器件。例如，系統100可包含一冷光鏡148，其經配置以將照明從集光器元件105導引至下游光學器件(諸如(但不限於)一均光器152)。
在另一實施例中，光學器件組可包含沿著系統100之照明路徑或聚光路徑放置之一個或多個透鏡(例如，透鏡144)。可利用一個或多個透鏡以將照明從照明源101聚焦至電漿室102內之該體積之氣體中。或者，可利用一個或多個額外透鏡以將從電漿104發出之寬頻光聚焦至一所選目標(未展示)上。
在另一實施例中，光學器件組可包含一轉向鏡146。在一實施例中，轉向鏡146可經配置以從照明源101接收照明103且經由聚光元件105將照明導引至含納於電漿室102內之該體積之氣體。在另一實施例中，聚光元件105經配置以從鏡146接收照明且將照明聚焦至電漿室102之透射元件108(或燈泡)所定位之聚光元件105(例如，橢圓體形狀之聚光元件)之焦點。
在另一實施例中，光學器件組可包含一個或多個濾光器150，其等沿著照明路徑或聚光路徑放置以在光進入電漿室102之前過濾照明或在光從電漿104發射之後過濾照明。在本文中應注意，如上文所描述及圖1A中所繪示之系統100之光學器件組僅僅為了說明提供且不應解釋為限制性。應預期，可在本發明之範疇內利用許多等效或額外光學組態。
在另一實施例中，系統100之照明源101可包含一個或多個雷射。在一般意義中，照明源101可包含技術中所知之任何雷射系統。例如，照明源101可包含技術中所知之任何雷射系統，其能夠發射電磁光譜之紅外線、可見光或紫外線部分中之輻射。在一實施例中，照明源101可包含一雷射系統，其經組態以發射連續波(CW)雷射輻射。例如，照明源101可包含一個或多個CW紅外線雷射源。例如，在電漿室102內之氣體係或包含氬氣之設定中，照明源101可包含一CW雷射(例如，光纖雷射或光碟Yb雷射)，其經組態以在1069nm下發射輻射。應注意，此波長擬合於氬氣中之一1068nm吸收線且因而特別有用於泵激氬氣氣體。本文中應注意，一CW雷射之以上描述不具限制性，且於本發明之背景內容中可實施技術中所知之任何雷射。
在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個二極體雷射。例如，照明源101可包含一個或多個二極體雷射，其等發射與包含於電漿室102內之氣體物種之任何一個或多個吸收線對應之一波長之輻射。在一般意義中，可針對實施方案選擇照明源101之二極體雷射，使得二極體雷射之波長調諧至技術中所知之任何電漿之任何吸收線(例如，離子過渡線)或電漿產生氣體之任何吸收線(例如，高度激勵之中性過渡線)。因而，一給定二極體雷射(或二極體雷射組)之挑選將取決於含納於系統100之電漿室102內之氣體之類型。
在另一實施例中，照明源101可包含一離子雷射。例如，照明源 101可包含技術中所知之任何稀有氣體離子雷射。例如，在一基於氬氣之電漿之案例中，用於泵激氬氣離子之照明源101可包含一Ar+雷射。
在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個頻率轉換之雷射系統。例如，照明源101可包含具有超過100瓦特之一功率位準之一Nd：YAG或Nd：YLF雷射。在另一實施例中，照明源101可包含一寬頻雷射。在另一實施例中，照明源可包含一雷射系統，其經組態以發射調變之雷射輻射或脈衝式雷射輻射。
在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個雷射，其等經組態以在大體上恆定功率下將雷射光提供至電漿104。在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個調變雷射，其等經組態以將調變雷射光提供至電漿104。在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個脈衝式雷射，其等經組態以將脈衝式雷射光提供至電漿。
在另一實施例中，照明源101可包含一個或多個非雷射源。在一般意義中，照明源101可包含技術中所知之任何非雷射系統。例如，照明源101可包含技術中所知之任何非雷射系統，其能夠離散地或連續地發射電磁光譜之紅外線、可見光或紫外線部分中之輻射。
在另一實施例中，照明源101可包含兩個或更多個光源。在一實施例中，照明源101可包含一個或多個雷射。例如，照明源101(或照明源)可包含多個二極體雷射。藉由另一實例，照明源101可包含多個CW雷射。在一進一步實施例中，兩個或更多個雷射之各者可發射雷射輻射，其經調諧至系統100之電漿室102內之氣體或電漿之一不同吸收線。
圖1H繪示根據本發明之一實施例之電漿室102之一截面示意圖。如圖1H中所示，如本文中先前提出及除了本文先前所描述之多種元件及特徵之外，在一實施例中，電漿室102包含裝備有一內部通道 109a之一頂部流控制元件106。在另一實施例中，電漿室102包含裝備有一內部通道109b之一底部流控制元件107。在另一實施例中，電漿室102包含一透射元件108，其適合於使來自光源101(圖1H中未展示)之光透射且進一步適合於將來自電漿104之寬頻輻射透射至下游光學元件。在另一實施例中，電漿室102包含一頂部凸緣122及底部凸緣124。在另一實施例中，頂部凸緣122及底部凸緣124可經由一個或多個連接桿140機械耦合，藉此密封電漿室102。一凸緣式電漿室之使用描述於2014年3月31日申請之美國專利申請案第14/231,196號中，該案之全部內容先前以引用的方式併入本文中。
雖然本發明集中於頂部流控制元件106及底部流控制元件107兩者之背景內容中之系統100及電漿室，但本文中應注意，此並非對本發明之限制。相反，本文中先前提供之描述應僅解釋為說明性。在一實施例中，系統100之電漿室102可包含安置於透射元件108內之一單一流或一個或多個流控制元件(例如，單一流控制元件)。在另一實施例中，一個或多個流控制元件(例如，單一流控制元件)可包含一個或多個內部通道(例如，類似於本文中先前所描述之內部通道109a、109b)，其等經組態以在一所選方向上(例如，向上、向下及類似物)導引氣體。在另一實施例中，一個或多個流控制元件(例如，單一流控制元件)可配置於透射元件108內，以形成一個或多個氣體返回通道(例如，類似於本文先前所描述之氣體返回通道110)，氣體返回通道將氣體從電漿產生區域111上方之一區域傳送至電漿產生區域下方之一區域。應進一步注意，關於系統100及方法200而遍及本發明所描述之多種組件及實施例應解釋為延伸至此實施例。
圖2係繪示用於控制一電漿室中之對流之一方法200中執行之步驟之一流程圖。申請者指出本文先前在系統100之背景內容中所描述之實施例及實現技術應解釋為延伸至方法200。但是，應進一步注 意，方法200並不限於系統100之架構。例如，應認識到，可利用裝備有一電漿燈泡之一電漿室執行方法200之步驟之至少一部分。
在一第一步驟202中，產生照明。例如，如圖1A中所示，一照明源101可產生照明103，其適合於泵激一所選氣體(例如，氬氣、氙氣、汞及類似物)，以形成一電漿104。例如，照明源可包含(但不限於)一紅外線輻射源、一可見光輻射源或一紫外線輻射源。
在一第二步驟204中，包含一體積之氣體。例如，如圖1A至圖1H中所示，藉由利用一個或多個凸緣122、124終止透射元件108之(若干)端而使一體積之氣體103(例如，氬氣、氙氣、汞及類似物)含納於透射元件108之內部體積內。藉由另一實例，該體積之氣體可含納於一電漿燈泡(未展示)內。
在第三步驟206中，產生之照明之至少一部分透過電漿室102之一透射元件108聚焦至含納於電漿室102之透射元件108內之該體積之氣體中。例如，如圖1A中所示，具有一大致上橢圓體形狀及一內部反射表面之一聚光器元件105可經配置，使得其將照明103從照明源101導引至含納於透射元件108之內部體積內之一體積之氣體。關於此方面，透射元件108至少部分對來自照明源101之照明103之一部分透明。
在一第四步驟208中，產生寬頻輻射。例如，藉由經由藉由含納於電漿室102之透射元件108之內部體積內之該體積之氣體吸收聚焦產生照明而形成一電漿來產生寬頻輻射。在一第五步驟210中，利用一頂部流控制元件106之一個或多個內部通道109a向上導引電漿104之一捲流(或氣體)之至少一部分。
在一第六步驟212中，利用一底部流控制元件107之一個或多個內部通道109b向上導引氣體朝向電漿產生區域104。在一第七步驟214中，利用一個或多個氣體返回通道110將氣體從電漿產生區域(例如， 頂部循環環路)上方之一區域傳送至電漿產生區域(例如，頂部循環環路)下方之一區域。
本文描述之標的有時繪示包含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等描繪之架構僅僅為例示性，且事實上，可實施達成相同功能性之許多其他架構。在一概念意義上，達成相同功能性之組件之任何配置係有效地「關聯」，使得達成所期望之功能性。因此，達成一特定功能性之本文組合之任何兩個組合可視作彼此「關聯」，使得達成所期望功能性，而不管架構或中間組件如何。同樣地，如此關聯之任何兩個組件亦可視為彼此「連接」或「耦合」以達成所期望功能性，且能夠如此關聯之任何兩個組件亦可彼此「可耦合」以達成所期望功能性。可耦合之特定實例包含(但不限於)實體上可相互作用及/或實體上相互作用組件及/或無線可相互作用及/或無線相互作用組件及/或邏輯可相互作用及/或邏輯相互作用組件。
據信本發明及其伴隨優點之許多將藉由前面描述理解，且將瞭解可在不脫離於所揭示之標的下或在不犧牲所有其實質性優點下，在組件之形式、構造及配置上進行多種改變。描述之形式僅僅為解釋性，且以下申請專利範圍之意圖係涵蓋及包含此等改變。此外，應理解，藉由隨附申請專利範圍定義本發明。
100‧‧‧系統
101‧‧‧照明源
102‧‧‧電漿室
103‧‧‧照明/輻射
104‧‧‧電漿
105‧‧‧集光器元件/反射器元件/聚光元件
108‧‧‧透射元件
142‧‧‧寬頻照明
144‧‧‧透鏡
146‧‧‧轉向鏡
148‧‧‧冷光鏡
150‧‧‧濾光器
152‧‧‧均光器

Claims (54)

  1. 一種用於控制對流之電漿室，其包括：一透射元件，其具有一個或多個開口，一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明；一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該透射元件內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分；一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該透射元件內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域；且該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
  2. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件包括：一頂部偏轉器。
  3. 如請求項1之電漿室，其中該底部流控制元件包括：一底部偏轉器。
  4. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者係呈圓柱體地對稱。
  5. 如請求項4之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者包含一圓錐體部分及一圓柱體部分之至少一者。
  6. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者不呈現圓柱體地對稱。
  7. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件經組態以使來自該電漿之該捲流之一氣流與傳遞至該電漿之一氣流平衡。
  8. 如請求項7之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件經組態以使來自該電漿之該捲流之一氣流與傳遞至該電漿之一氣流平衡，以在一所選位準下或在低於一所選位準下於該透明元件內維持一中心循環環路之一氣體流速。
  9. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該透射元件經配置以形成一個或多個頂部循環環路。
  10. 如請求項1之電漿室，其中該底部流控制元件及該透射元件經配置以形成一個或多個底部循環環路。
  11. 如請求項1之電漿室，其中該一個或多個氣體返回通道經組態以將氣體從一頂部循環環路傳送至一底部循環環路。
  12. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者由一金屬材料形成。
  13. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者由一非金屬材料形成。
  14. 如請求項1之電漿室，其中該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者經組態以屏蔽該電漿室之一個或多個組件使之免受輻射之擾。
  15. 如請求項1之電漿室，其中該頂部氣體控制元件之該一個或多個內部通道之至少一者塗覆有一個或多個反射材料。
  16. 如請求項1之電漿室，其進一步包括：一個或多個特徵，其等形成於該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者之外部表面及內部表面之至少一者上，且經組態以將旋轉運動施加於該透射元件內之一氣流。
  17. 如請求項16之電漿室，其中該一個或多個特徵包括：膛線特徵，其等形成於該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者之該外部表面及該內部表面之至少一者內。
  18. 如請求項1之電漿室，其中加熱該底部流控制元件以向上泵激氣體朝向該電漿產生區域。
  19. 如請求項1之電漿室，其進一步包括：一個或多個對流增強元件，其等安置於該底部流控制元件之該內部通道內。
  20. 如請求項1之電漿室，其中安置於該底部流控制元件之該內部通道內之該一個或多個對流增強元件包括：一個或多個氣體泵，其等安置於該底部流控制元件之該內部通道內。
  21. 如請求項20之電漿室，其中該一個或多個氣體泵包括：一個或多個熱泵。
  22. 如請求項21之電漿室，其中該一個或多個熱泵包括：一個或多個加熱桿及一個或多個加熱管之至少一者。
  23. 如請求項21之電漿室，其中藉由從該電漿吸收電漿輻射來加熱該一個或多個熱泵。
  24. 如請求項20之電漿室，其中該一個或多個氣體泵包括：一個或多個機械泵。
  25. 如請求項1之電漿室，其進一步包括：一個或多個對流增強元件，其等安置於該頂部流控制元件之該內部通道內。
  26. 如請求項25之電漿室，其中安置於該頂部流控制元件之該內部通道內之該一個或多個對流增強元件包括：一個或多個氣體泵，其等安置於該頂部流控制元件之該內部通道內。
  27. 如請求項26之電漿室，其中該一個或多個氣體泵包括：一個或多個熱泵。
  28. 如請求項27之電漿室，其中該一個或多個熱泵包括：一個或多個加熱桿及一個或多個加熱管之至少一者。
  29. 如請求項27之電漿室，其中藉由從該電漿吸收輻射來加熱該一個或多個熱泵。
  30. 如請求項1之電漿室，其進一步包括：一個或多個熱控制元件，其等安置於該透射元件內且定位於接近於該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者處。
  31. 如請求項30之電漿室，其中該一個或多個熱控制元件包括：一個或多個熱交換器元件，其等安置於該透射元件內且定位於接近於該頂部流控制元件及該底部流控制元件之至少一者處。
  32. 如請求項30之電漿室，其中該一個或多個熱控制元件包括：一個或多個冷卻饋通，其等經組態以傳送來自該一個或多個頂部流控制元件及該一個或多個底部流控制元件之至少一者之熱。
  33. 如請求項1之電漿室，其進一步包括：一個或多個外部控制元件。
  34. 如請求項1之電漿室，其中該透射元件之該一個或多個開口包括：一第一開口，其在該透射元件之一第一端處；及一第二開口，其在與該第一端相對之該透射元件之一第二端處。
  35. 如請求項1之電漿室，其中該透射元件包含至少一部分，其具有一大體上圓柱體形狀、一大體上球體形狀及一大體上橢圓體形狀之至少一者。
  36. 如請求項1之電漿室，其中該透射元件具有一複合幾何形狀。
  37. 如請求項1之電漿室，其中該一個或多個凸緣包括：一第一凸緣，其安置於一第一開口處；及一第二凸緣，其安置於一第二開口處，其中該第一凸緣及該第二凸緣經組態以在該透射元件內含納該體積之氣體。
  38. 如請求項1之電漿室，其中該透射元件由氟化鈣、氟化鎂、結晶石英、藍寶石及熔融矽石之至少一者形成。
  39. 如請求項1之電漿室，其中該照明源包括：一個或多個雷射。
  40. 如請求項39之電漿室，其中該一個或多個雷射包括：一個或多個紅外線雷射。
  41. 如請求項39之電漿室，其中該一個或多個雷射包括：一二極體雷射、一連續波雷射或一寬頻雷射之至少一者。
  42. 如請求項39之電漿室，其中該一個或多個雷射包括：一個或多個雷射，其等經組態以在大體上一恆定功率下將雷射光提供至該電漿。
  43. 如請求項39之電漿室，其中該一個或多個雷射包括：一個或多個調變雷射，其等經組態以將調變雷射光提供至該 電漿。
  44. 如請求項43之電漿室，其中該一個或多個調變雷射包括：一個或多個脈衝式雷射，其等經組態以將脈衝式雷射光提供至該電漿。
  45. 如請求項1之電漿室，其中該氣體包括：一惰性氣體、一非惰性氣體及兩個或更多個氣體之一混合物之至少一者。
  46. 一種用於控制對流之電漿室，其包括：一電漿燈泡，其經組態以從一照明源接收照明以在該電漿燈泡之一體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿燈泡至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明；一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該電漿燈泡內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分；及一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該電漿燈泡內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域，該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該電漿燈泡內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
  47. 一種用於控制對流之電漿室，其包括：一透射元件，其具有一個或多個開口，一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開 口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明；及一個或多個流控制元件，其等安置於該透射元件內，該一個或多個流控制元件包含經組態以在一所選方向上導引氣體之一個或多個內部通道，該一個或多個流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
  48. 一種用於控制一電漿室中之對流之系統，其包括：一照明源，其經組態以產生照明；一電漿室，其包含具有一個或多個開口之一透射元件；一個或多個凸緣，其等安置於該透射元件之該一個或多個開口處且經組態以封圍該透射元件之內部體積以在該透射元件內含納一體積之氣體，該透射元件經組態以從一照明源接收照明以在該體積之氣體之一電漿產生區域內產生一電漿，其中該電漿發射寬頻輻射，其中該電漿室之該透射元件至少部分對由該照明源產生之該照明之至少一部分及由該電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分透明；一頂部流控制元件，其安置於該電漿產生區域上方及該透射元件內，該頂部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內 部通道經組態以向上導引該電漿之一捲流之至少一部分；一底部流控制元件，其安置於該電漿產生區域下方及該透射元件內，該底部流控制元件包含一個或多個內部通道，該等內部通道經組態以向上導引氣體朝向該電漿產生區域，該頂部流控制元件及該底部流控制元件配置於該透射元件內，以形成一個或多個氣體返回通道，該等氣體返回通道用於將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域；及一集光器元件，其經配置以將該照明從該照明源聚焦至該體積之氣體中，以在含納於該電漿室內之該體積之氣體內產生一電漿。
  49. 如請求項48之系統，其中該集光器元件經配置以聚集由該產生電漿發射之該寬頻輻射之至少一部分且將該寬頻輻射導引至一個或多個額外光學元件。
  50. 如請求項48之系統，其中該集光器元件包括：一橢圓體形狀之集光器元件。
  51. 如請求項48之系統，其中該照明源包括：一個或多個雷射。
  52. 如請求項51之系統，其中該一個或多個雷射包括：一個或多個紅外線雷射。
  53. 如請求項51之系統，其中該一個或多個雷射包括：一二極體雷射、一連續波雷射或一寬頻雷射之至少一者。
  54. 一種用於控制一電漿室內之對流之方法，其包括：產生照明；在一電漿室內含納一體積之氣體；透過該電漿室之一透射元件將該產生照明之至少一部分聚焦 至含納於該電漿室內之該體積之氣體中；藉由經由藉由含納於該電漿室內之該體積之氣體之至少一部分吸收該聚焦產生照明而形成一電漿來產生寬頻輻射；使該寬頻輻射之至少一部分透射通過該電漿室之該透射元件；利用一頂部流控制元件之一個或多個內部通道向上導引該電漿之一捲流之至少一部分；利用一底部流控制元件之一個或多個內部通道將氣體向上導引至電漿產生區域；及利用一個或多個氣體返回通道將氣體從該電漿產生區域上方之一區域傳送至該電漿產生區域下方之一區域。
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