TW201521082A - 雷射操作的光源（一） - Google Patents

Abstract

一種雷射操作的光源，含有：腔室，該腔室裝載用於產生電漿的氣態介質，其中該電漿回應於光源的操作，而在雷射輻射的衝擊下發射輻射。光源含有外殼，該外殼用於裝載腔室。本發明提供光學濾波器構件，該光學濾波器構件被指派至該外殼及/或被安排在發射輻射的光路徑中，位於外殼的下游。光學濾波器構件供以回應於光源的操作，而光譜化地過濾由電漿發射的輻射。

Description

雷射操作的光源(一)

本發明大致關於雷射操作的光源。

雷射操作的光源通常例如在半導體工業中為已知的且被使用。

在某些實例中，此等雷射操作的光源可包括用於裝載氣態介質的腔室，該氣態介質用以產生電漿。回應於雷射輻射的照射，電漿可發射在半導體工業以及其他工業中與各種處理連接而可使用的輻射。

存在著對具整合性且小的結構之需求，該結構能夠產生用於此等處理的高品質光，且將解決先前技術的其他缺陷及不足。如此的需求十分重要，因為其關乎於產生及/或量測非常小的結構。

此處所揭露的概念係關於雷射操作的光源，其亦可稱為以下所述之光源，該光源含有用於裝載氣態介質的腔室，該氣態介質例如可由鈍氣形成。氣態介質供以產生電漿。供應器(provisions)係用於點火源，例如以電極的形式，用 於離子化氣態介質以產生電漿。

以此方式產生的電漿回應於光源的操作而以雷射輻射照射，且發射諸如可見光的輻射，該輻射可用於例如在半導體工業中的下游處理。舉例而言，腔室可藉由電子管界定且限制。為了裝載腔室，供應器係用於外殼，該外殼在此亦稱為燈罩外殼。此外殼供以界定腔室及/或裝載或支撐此處所揭露的光源之其他部件。

本發明的實施例提供雷射操作的光源。以構造簡述之，在其他實施例之中的一個系統實施例可如以下方式實施。系統包含腔室，該腔室用於裝載用以產生電漿的氣態介質，其中該電漿回應於光源的操作而在雷射輻射的衝擊下發射輻射，該系統包含用於裝載腔室的外殼，且包含光學濾波器構件，該濾波器構件被指派至外殼，及/或被安派在發射輻射的光路徑中位於外殼的下游，而用於回應於光源的操作，光譜化地過濾由電漿發射的輻射。在一典型實施例中，如第1圖所顯示的實施例，光譜濾波係藉由在電漿源及光纖耦合器之間結合的光學元件或光學部件而實行。

本發明提供光學濾波器構件，該光學濾波器構件被指派至外殼，及/或被安派在發射的有效輻射的光路徑中位於外殼的下游，而用於回應於光源的操作，光譜化地過濾由電漿發射的輻射。

正因為濾波器構件被指派至外殼，例如濾波器構件特定整合至外殼中或安排在外殼的下游，所以能夠獲得關於光源的產生及操作的顯著優點。

與光學濾波器構件被指派至腔室且附加至電子管之情況的實施例相比較，例如該光學濾波器構件以塗層的形式界定腔室，根據本發明的光源之產生係被簡化，因為例如光學濾波器構件的濾波器可被整合至光源的外殼中。

根據本發明，濾波器之至少一者亦可能為光學帶通濾波器，因為如此提供優點及實際的進一步發展。具體而言，供應器亦可根據有益的進一步發展而作成用於複數個第一濾波器及用於複數個第二濾波器，此等濾波器可選地被引導至光路徑中。舉例而言，複數個第一濾波器及複數個第二濾波器之每一者可能為帶通濾波器，而可選地引導至有效訊號的光路徑中，使得以此方式能夠形成具有不同帶通濾波器的光源之輸出訊號的光譜形式。

本發明的另一進一步發展提供濾波器之至少一者為ND濾波器。藉由相對應ND(中性密度)濾波器的手段，可根據分別的需求減少光源的輸出訊號之密度。

本發明的其他系統、方法、特徵及優點，對本領域中技藝人士而言在檢視以下圖式及詳細說明之後，將是或成為顯而易見的。所有此等額外的系統、方法、特徵及優點意圖被包括在此說明書之中、在本發明的範疇之中、且藉由隨附申請專利範圍保護。

2‧‧‧雷射操作的光源

4‧‧‧腔室

6‧‧‧電極對

8‧‧‧電極對

10‧‧‧電漿

12‧‧‧雷射

14‧‧‧準直器

16‧‧‧被動反射器

18‧‧‧光束放大器

20‧‧‧聚焦光件

22‧‧‧外殼

24‧‧‧入射窗

26‧‧‧出射窗

28‧‧‧另一準直器

30‧‧‧被動反射器

32‧‧‧點鏈線

34‧‧‧感測器

36‧‧‧第一光學濾波器

38‧‧‧第二光學濾波器

40‧‧‧第三光學濾波器

42‧‧‧另一被動反射器

44‧‧‧另一準直器

46‧‧‧光纖耦合器

48‧‧‧光學光纖

本發明的許多態樣可參考以下圖式而更佳理解。圖式中的部件並非必須按照尺寸，而是清楚地圖示強調本發明的原理。藉由圖式的手段，以下將解釋本發明，唯一的圖式 以高度圖解的方式顯示根據本發明的雷射操作的光源之範例實施例。所有說明的特徵，在申請專利範圍中所主張且在圖式中所圖示者，無論在申請專利範圍中結合且無論其依附關係以及無論圖式中分別的說明或圖示，藉此形成本發明之單獨以及彼此任何適合之結合的標的。

第1圖概要性地圖示根據本發明的雷射操作的光源2之範例實施例。

本發明係基於增加光學品質且因此增加雷射操作的光源之品質的目標。

第1圖概要性地圖示根據本發明的雷射操作的光源2之範例實施例，其含有用於裝載氣態介質的腔室4。在圖示的範例實施例之情況下，腔室4藉由電子管形成，其中提供氙氣作為可離子化氣態介質。為了離子化氣態介質且因此產生電漿，供應器係在腔室4的內部用於點火源，其在此範例實施例的情況中係藉由電極對6、8來形成。電漿在圖式中以元件符號10表示。電漿10回應於光源2的操作，在雷射12的雷射輻射之衝擊下發射輻射。如圖式中圖示，雷射12的雷射光束被引導至光束放大器18，該光束放大器18透過準直器14及被動反射器16來放大雷射光束。將雷射光束聚焦至腔室4中的聚焦光件20係安排在光束放大器18的下游。

腔室4係裝載在外殼22中，該外殼22界定腔室4，且在某些實例中可機械式把持或相關聯於光源2的一或更多部件。

在圖示的範例實施例之情況中，外殼22含有對有效輻射為可透射的兩個窗，亦即用於將雷射12的雷射輻射入射至外殼22的內部之入射窗24，及用於從外殼22放出有效輻射的出射窗26。此處所使用的「有效輻射」一詞或類似者，應廣泛地詮釋為包括所產生可利用於任何目的之光的任何類型的光。此等範例包括產生及/或量測非常小結構，例如小於22nm之數量級的物件。在某些實例中，電漿發射具有從深層UV至IR光譜範圍的波長之輻射。在某些此等實例中，僅有可見光及/或部分(或全部的)接近紅外線範圍係有效的(useful)。在圖示的範例實施例之情況中，雷射12在NIR(近紅外線)波長範圍(即，從1000nm至1100nm，或從1060nm至1080nm)之中產生雷射輻射。在此範例實施例的情況中，光源2的有效輻射係藉由在可見以及接近紅外線的光譜範圍之中，低於雷射輻射的波長的光之手段(即，400nm至800nm或400nm至700nm或350nm至700nm或350nm至900nm)而形成，此光回應於電漿10的照射而建立。然而，高達800nm的波長亦為可能的。回應於電漿10的照射，除了有效輻射之外，諸如在UV範圍之中的輻射之雜散輻射亦被建立。在某些實例中，雜散輻射可理解為有效輻射之外的任何輻射。

根據本發明，供應器係用於光學濾波器構件，用以光譜化地過濾由電漿10回應於光源2之操作所發射的輻射，其中光學濾波器構件係耦合(即，整合/固定)至外殼22及/或被安排於由電漿發射的輻射之光路徑中，位於外殼22的下游。

在圖示的範例實施例之情況中，光學濾波器構件的至少一個光學濾波器被安排及/或安裝在窗(即，24)之處或之中，因為至少一個光學濾波器藉由窗(即，24)的塗層而形成。在典型實例中，光學濾波器係以某種及界定的方式改變輸入訊號的裝置。在圖示的範例實施例之情況中，至少一個窗(即，24)含有包含不同功能性的至少兩個塗層。在某些實例中，塗層可以具有不同折射指數的數個層組成。一個範例設計方式包括交替的高指數(即，TiO₂、HfO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅等等)及低指數材料(像，SiO₂、MgF₂等等)。更詳細而言，入射窗24含有抗反射塗層，該塗層適以將雷射12的波長以最大可能的程度透射。在典型的實例中，自然地，未塗層的窗之透射率為約92%。當具有兩側AR塗層，透射率可增加至>99%，甚至>99.5%。一般而言，抗反射塗層係在某些波長範圍中增加透射率的塗層。該塗層減少玻璃表面的自然反射，且因此為抗反射塗層。

此外，入射窗24的塗層含有另一功能性，其適以實質上阻擋雜散輻射，其中在圖示的範例實施例之情況中，雜散輻射由UV輻射形成。此處所述之入射窗的塗層含有另一功能性係重要的。為了滿足塗層的分別功能，當抗反射塗層施加至入射窗24的側面(外側，面向雷射12)時，供以阻擋UV輻射的塗層被施加至入射窗的側面(內側，面向腔室4)。在圖示的範例實施例之情況中，分別塗層的兩個功能之每一者結合成一個塗層而施加至入射窗24的兩側，使得無須回應於入射窗24在外殼22處之組裝而考慮入射窗24的定向。此 舉避免組裝錯誤，且因此增加功能可靠程度。正因為來自電漿10的UV輻射由入射窗24阻擋，所以能避免或至少減少從外殼22離開的UV輻射及因此在外殼22的四周形成的臭氧。

回應於具有雷射12的雷射輻射之電漿10的照射，在可見及接近紅外線光譜範圍而低於雷射波長的有效輻射(或有效光)被建立作為有效輻射(或有效光或有效訊號)，其從外殼22透過出射窗26離開(或耦合離開)。因此裝設出射窗26，以便對有效光的波長範圍透射。

為了防止或至少減少雷射12的雷射輻射在有效光上的衝擊，光學濾波器係以塗層的方式施加至出射窗26。在典型的實例中，塗層對雷射波長的功能性係類似鏡子，以便減少雷射波長的透射。「有效光」應為可透射的。

在圖示的範例實施例之情況中，光學濾波器形成光學帶通濾波器，該光學帶通濾波器允許在所欲的波長範圍之中的可見光通過(可能的範圍可為例如400-700nm或400-800nm或400-900nm或350-700nm或350-900nm)，但阻擋其他波長。相對應的帶通可藉由在出射窗26的一側上之單一塗層的手段來實現。然而，在圖示的範例實施例之情況中，帶通係藉由兩個光學帶通濾波器的一連串連接來實現，其中一個光學帶通濾波器係藉由施加至出射窗26的內側之塗層而形成，且另一個光學帶通濾波器係藉由施加至離射窗26的外側之塗層而形成。在某些實例中，阻擋範圍可能太廣而無法藉由一個塗層來實現，因為塗層將變得非常複雜且難以生產。因此，在此等實例中，阻擋部分可被分開(即，1000-1200nm 在一側且800-1000nm在另一側)，而兩側應對「有效光」為可透射的。

在有效訊號的波長範圍之外的輻射(特別是在NIR範圍之中的輻射)係藉由以此方式形成的光學帶通的手段阻擋。一般而言，雷射功率比「有效光」的功率高出許多。因此，一般而言，雷射波長應顯著地被阻擋。否則，應用中的分解可為嚴重的。在典型的實例中，雷射功率應藉由相對高等級的強度來阻擋/減少。

原則上，出射窗26亦可提供塗層，如上述用於入射窗24，該塗層阻擋UV輻射。

在被動反射器30下游所安排的另一準直器28係在有效光的光路徑中安排於外殼22的下游。

被動反射器30係反射在可見波長範圍之中(且可提升至接近IR)的有效訊號，同時反射器對紅外線範圍之中的波長透射，因此亦透射雷射12的雷射輻射之波長，如圖式中藉由點鏈線32之手段。在典型的實例中，反射的程度可大於98%。在典型的實例中，透射的程度可大於90%，或甚至例如在1050nm至2700nm的光譜範圍中大於95%。若為所欲的，回應於紅外線輻射的感測器34可被安排在被動反射器30的下游。若氣體於光源2之操作開始時未點火，因此若在腔室4中未建立吸收大量程度的雷射12的雷射輻射之電漿10，則此情況可透過IR感測器34決定，因為後者偵測在IR波長範圍之中的輻射程度增加。在此情況中，光源2的操作可被中斷。以此方式可進一步增加功能可靠程度。

在圖示的範例實施例之情況中，光學濾波器構件含有至少一個光學波器，該至少一個光學濾波器被安排在有效輻射的光路徑之中，且與外殼22分隔開。在圖示的範例實施例之情況中，供應器用於至少一第一光學濾波器36，而位於至少一第二光學濾波器38所安排的下游。在圖示的範例實施例之情況中，供應器用於複數個第一光學濾波器36，而在每一者中形成包含不同頻率回應的帶通。類似地，供應器係用於複數個第二光學濾波器38，其亦形成包含不同頻率回應的帶通。藉由光學地引進第一光學濾波器36之一者或第二光學濾波器38之一者，有效輻射的頻率回應可因此被影響，且因此光譜化地形成有效訊號。在各種實例中，可引進不同濾波器至光學路徑中(即，不同的濾波器36組、不同的濾波器38組、不同的濾波器40組)，各個濾波器具有「斷開位置」(無濾波器在光學路徑中)。因此，由於界定「引進」經選擇的濾波器，可選擇不同波長(「頻率回應」)作為透射。

在圖示的範例實施例之情況中，第三光學濾波器40(在此範例實施例的情況中藉由ND(中性密度)濾波器之手段形成，且供以減少有效輻射之密度的目的，且若為所需的，因此減少光源2的亮度)係安排在第二光學濾波器38的下游。取代訊號ND濾波器，供應器亦可用於可選地引進光路徑中的複數個ND濾波器。在典型的實例中，ND濾波器為配置成減少近乎等於所有波長的「有效光」之透射的光學濾波器。典型的說明例如對於透射T而言：T=40%、T=10%、T=1%等等。

另一被動反射器42反射有效光至另一準直器44，該準直器44準直有效光至光纖耦合器46，該光纖耦合器46耦合有效光至光學光纖48，該光學光纖48係安排在有效輻射的光路徑中，位於第三光學濾波器的下游。有效光可透過光學光纖，而引導至所欲的下游處理，例如半導體工業中。

根據本發明的光源2具有相對簡化的設計，且含有高功能可靠程度。

本發明的進一步優點包括但非限於以下所述。應瞭解光源的維持被簡化，因為光學濾波器的交換而無須交換燈泡為可能的，歸因於從界定腔室的腔室或從燈泡分別地分開光學濾波器。

本發明的特定優點為無須大的結構付出，供應器可用於光學濾波器所需的位置處。此舉當施加塗層至燈泡時為不可能的，或僅在非常高的生產付出下為可能的。

本發明的進一步發展之優點提供被安排及/或裝設在外殼中的至少一個窗，該至少一個窗對有效輻射透射。關於光源的「輸入訊號」，進入外殼及腔室中的雷射輻射形成有效輻射，同時在預定波長範圍之中的光形成關於光源的「輸出訊號」之有效輻射。

上述實施例的進一步發展之優點提供光學濾波器構件的至少一個光學濾波器，以安排及/或裝設於窗之處或之中。銘記於此，根據本發明在外殼的窗之處的安排應理解為使得例如光學濾波器係分別附加或施加至窗。

上述實施例的進一步發展之優點提供至少一個光學 濾波器藉由窗的塗層而形成。在此實施例的情況中，塗層包含不同特徵，此等特徵適於所欲之目的，而可直接施加至窗，使得相較於光學濾波器被放置在窗的上游之情況的實施例而言，光學效能表面的數量減少。

本發明的另一發展提供至少一個窗，以含有包含不同功能的至少兩個塗層，此等塗層僅附加至一側，或亦分開在前及後側。銘記於此，根據本發明的不同功能應理解為使得塗層滿足不同的光學功能。舉例而言，一個塗層可為抗反射塗層，同時另一塗層以光學濾波器實現，例如光學短通。此舉亦可以僅一個塗層的形式完成。銘記於此，藉由堆疊層的手段形成的塗層的不同個別層並未含有不同功能。在典型的實例中，相同的功能可以不同的堆疊設計實現。

上述實施例的進一步發展提供塗層施加至窗的不同側。舉例而言且具體而言，在此實施例的情況中，塗層之一者可為抗反射塗層，且另一塗層可為光學濾波器。

然而，根據本發明，亦可能為包含不同功能的兩個塗層施加至窗的相同側。在塗層設計中功能因此並未指派至個別層。舉例而言，抗反射塗層以及光學濾波器可施加至窗的一側。

根據本發明，亦可能提供相同的塗層在窗的兩側。舉例而言，若抗反射塗層以及光學濾波器被施加至窗的兩側，此窗可被組裝至外殼，而無須考慮方向。此舉係簡化組裝。

然而，根據本發明，供應器亦用於施加至兩側之不 同塗層。一方面，此實施例的優點為功能性的增補，另一方面，藉由分割兩側上的複雜設計來簡化分別層的設計。

具有窗或多個窗的實施例之進一步發展提供至少一個窗為入射窗，該入射窗對雷射輻射透射。在此實施例的情況中，雷射輻射透過入射窗進入外殼中，且進入腔室中。

本發明的進一步發展之優點提供至少一個窗為出射窗，該出射窗對有效光透射。

回應於兩個上述實施例的結合，提供用於激發電漿的雷射輻射因此透過入射窗進入外殼中及腔室中，同時因此在所欲波長範圍之中的光之有效光，透過出射窗從外殼離開。

本發明的進一步發展之其他優點提供至少一個窗以含有抗反射塗層，該抗反射塗層對於分別的有效訊號之透射最佳化。歸因於抗反射塗層，於窗的光學效能表面的反射損失至少大程度的減少。

關於進入外殼中，雷射輻射形成有效訊號，同時有效光形成關於從外殼離開的有效訊號。關於從外殼離開，激發的雷射輻射因此形成串擾或錯誤訊號，因為光源的輸出訊號接收激發的雷射輻射之波長而非預定的波長範圍之光源的有限輸出訊號係為或可能為非所欲的。關於分別的有效訊號之透射的抗反射塗層，根據本發明應理解為有效訊號的反射盡可能地避免。本發明的進一步發展之另一優點提供至少一個光學濾波器裝設且裝備用於阻擋或減弱雜散輻射。

根據上述實施例的進一步發展之優點及實用，出射窗係被裝設且裝備用於阻擋激發電漿的雷射輻射。以此方式 避免或降低在光源的輸出訊號上激發電漿的雷射輻射的直接衝擊。雷射輻射接著在有效訊號上衝擊，只要激發發射有效訊號的電漿。

關於入射窗，本發明的進一步發展之優點提供入射窗被裝設且裝備用於減少從電漿發散的雜散輻射。若例如除了諸如可見光所組成的有效訊號之外，諸如UV輻射所組成的雜散輻射回應於具有雷射輻射的電漿之輻射而建立，則此實施例的情況中，係避免或至少減少從光源的外殼通過入射窗離開的UV輻射。

為了能夠在有效訊號已經離開光源的外殼之後執行輸出訊號的進一步光譜成形，本發明的進一步發展之優點提供光學濾波器構件以含有至少一個光學濾波器，該至少一個光學濾波器安排在有效訊號的光路徑中，與外殼分隔開。

上述實施例的進一步發展提供至少第一光學濾波器，位於第二光學濾波器所安排的下游。

在上述實施例的情況中，例如第一光學濾波器可能以短通實現，同時第二光學濾波器以長通實現，使得能夠以兩個濾波器的結合實現光學帶通濾波器。

應強調本發明的上述實施例僅為實例的可能範例，僅提出為了對本發明之原理的更清楚理解。可對本發明的上述實施例作成許多修改及改變，而並未實質悖離本發明的精神及原理。所有此等修改及改變意圖被包括為本揭露案及本發明的範疇之中，且藉由以下申請專利範圍保護。

2‧‧‧雷射操作的光源

4‧‧‧腔室

6‧‧‧電極對

8‧‧‧電極對

10‧‧‧電漿

12‧‧‧雷射

14‧‧‧準直器

16‧‧‧被動反射器

18‧‧‧光束放大器

20‧‧‧聚焦光件

22‧‧‧外殼

24‧‧‧入射窗

26‧‧‧出射窗

28‧‧‧另一準直器

30‧‧‧被動反射器

32‧‧‧點鏈線

34‧‧‧感測器

36‧‧‧第一光學濾波器

38‧‧‧第二光學濾波器

40‧‧‧第三光學濾波器

42‧‧‧另一被動反射器

44‧‧‧另一準直器

46‧‧‧光纖耦合器

48‧‧‧光學光纖

Claims (18)

1. 一種雷射操作的光源，包含：一外殼，該外殼用於裝載一腔室，其中該腔室裝載用於在該腔室之中產生一電漿的一氣態介質，其中該電漿回應於該光源的操作，而在雷射輻射的衝擊下發射輻射；及一光學濾波器構件，該光學濾波器構件耦合至該外殼及/或被安排在發射輻射的一光路徑中位於該外殼的下游，而用於回應於該光源的該操作，光譜化地過濾由該電漿發射的該輻射。
2. 如請求項1所述之光源，進一步包含至少一個窗，該至少一個窗對有效輻射為可透射的，而耦合至該外殼。
3. 如請求項2所述之光源，其中該光學濾波器構件的至少一個光學濾波器被安排在及/或包含在該等窗之至少一者之處或之中。
4. 如請求項2所述之光源，其中至少一個光學濾波器係藉由該等窗之至少一者的一塗層之手段而形成。
5. 如請求項4所述之光源，至少一個窗含有至少兩個塗層，其中該等兩個塗層之分別一者具有與另一者不同的一功能。
6. 如請求項5所述之光源，其中該至少兩個塗層之各者被施加至該至少一個窗的一不同側。
7. 如請求項5所述之光源，其中該至少兩個塗層被施加至該窗的一相同側。
8. 如請求項2所述之光源，其中該等窗之至少一者為一入射窗，該入射窗對該雷射輻射為可透射的。
9. 如請求項2所述之光源，其中該等窗之至少一者為一出射窗，該出射窗對有效光為可透射的。
10. 如請求項2所述之光源，其中該等窗之至少一者具有一抗反射塗層，該抗反射塗層適以透射該有效輻射。
11. 如請求項2所述之光源，其中至少一個光學濾波器適以阻擋或減弱雜散輻射。
12. 如請求項9所述之光源，其中該出射窗適以阻擋或減弱激發該電漿的該雷射輻射。
13. 如請求項8所述之光源，其中該入射窗適以阻擋或減弱由該電漿發射的雜散輻射。
14. 如請求項1所述之光源，其中該光學濾波器構件含有至少一個光學濾波器，該至少一個光學濾波器被安排在該有效輻射的該光路徑中，與該外殼分隔開。
15. 如請求項14所述之光源，供應器(provision)係用於至少一第一光學濾波器，而在至少一第二光學濾波器所安排的下游。
16. 如請求項3所述之光源，其中該等光學濾波器之至少一者為一光學帶通濾波器。
17. 如請求項2所述之光源，其中該等濾波器之至少一者為一中性密度濾波器。
18. 一種雷射操作的光源，包含：一外殼，該外殼用於裝載一腔室，其中該腔室裝載用於在該腔室之中產生一電漿的一氣態介質，其中該電漿回應於暴露至雷射輻射而發射輻射；及光學元件的一排列，該排列在發射輻射的一光路徑中，光學地位於該外殼的下游，用於回應於該雷射操作的光源之操作，而過濾由該電漿發射的該輻射。