TW201721295A - 用於雷射維持之電漿照明之系統及方法 - Google Patents

用於雷射維持之電漿照明之系統及方法 Download PDF

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Abstract

揭示一種照明泵源。該照明泵源包含一組電源，其等經組態以產生一組雷射束，其中該組雷射束之至少一些經組態以包含具有不同波長之照明。該照明泵源亦包含一光纖。該照明泵源亦包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以使來自該等雷射束之至少一些的該照明耦合至該光纖之一或多個區域。

Description

用於雷射維持之電漿照明之系統及方法
本發明大體上係關於基於電漿之光源，且特定言之，係關於用於引燃並維持一基於電漿之光源的一電漿之一泵源。
隨著對具有較小器件特徵之積體電路的需要繼續增加，對用於此等不斷收縮器件之檢查的經改良照明源之需要繼續增加。此一照明源包含一雷射維持電漿光源。雷射維持電漿(LSP)光源能夠產生高功率寬頻光。雷射維持光源藉由聚焦雷射輻射至一氣體體積中以激發該氣體(諸如氬氣或氙氣)至一電漿狀態(其能夠發射光)中而操作。此效應通常指稱「泵浦」電漿。 所屬領域技術中已知之雷射維持電漿照明源採用一泵源，其發射一高吸收雷射波長或波長組來引燃一電漿。雷射泵波長係用於引燃電漿並達成較高量可收集功率之一重要參數。為最佳化來自電漿之可收集輸出，用於電漿引燃之波長及用以維持電漿之波長通常係不同的。 然而，典型照明泵源不能夠在電漿源操作之引燃及維持階段之間改變波長或波長組。另外，電漿照明源通常收集僅來自電漿之中心的照明。使至泵照明源之功率增加高於某一臨限值導致可收集功率之飽和，且僅收集來自電漿之照明輸出之一部分。 因而，將期望提供一種用於解決先前方法(諸如上文所識別之方法)之短處之系統及方法。
根據本發明之一或多項實施例揭示一種照明泵源。在一項繪示性實施例中，該照明泵源包含一組電源，其等經組態以產生一組雷射束。在另一繪示性實施例中，該組雷射束之至少一些經組態以包含具有不同波長之照明。在另一繪示性實施例中，該照明泵源亦包含一光纖。在另一繪示性實施例中，該照明泵源亦包含一或多個光學元件。在另一繪示性實施例中，該一或多個光學元件經組態以使來自該等雷射束之至少一些的該照明耦合至該光纖之一或多個區域。 根據本發明之一或多項實施例揭示一種用於引燃並維持一電漿的方法。在一項繪示性實施例中，該方法包含使用複數個電源產生複數個雷射束，其中該等電源之至少一些發射具有不同波長之雷射束。在另一繪示性實施例中，該方法包含使具一或多個光學元件之該複數個雷射束之至少一些耦合至一光纖之一或多個區域。在另一繪示性實施例中，該方法包含經由該複數個電源之一或多個操作參數而調整該複數個電源之一或多個者之該輸出。 根據本發明之一或多項實施例揭示一種用於使用雷射維持電漿照明成像一樣品的系統。在一項繪示性實施例中，該系統包含一照明泵源子系統，其用於引燃並維持一電漿。在另一繪示性實施例中，該照明泵源子系統包含複數個電源，其等經組態以產生複數個雷射束。在另一繪示性實施例中，該等電源之至少一些發射含有具有不同波長之照明的雷射束。在另一繪示性實施例中，該照明泵源子系統包含一光纖。在另一繪示性實施例中，該照明泵源子系統包含一或多個光學元件。在另一繪示性實施例中，該一或多個光學元件經組態以使來自該等雷射束之至少一些的該照明耦合至該光纖之不同區域。在另一繪示性實施例中，來自該等雷射束之至少一些的該經耦合照明形成一泵照明。在另一繪示性實施例中，該系統包含一寬頻照明源子系統。在另一繪示性實施例中，該寬頻照明源子系統包含一或多個照明光學元件，其經組態以引導該泵照明之至少一部分。在另一繪示性實施例中，該寬頻照明源子系統包含一儲氣元件，其用於納含一體積之氣體。在另一繪示性實施例中，該一或多個照明光學元件經組態以藉由沿一泵路徑而引導該泵照明之至少一部分至該體積之氣體內之一或多個焦點而於該儲氣元件中之一體積之氣體內維持一電漿。在另一繪示性實施例中，該寬頻照明源子系統包含一或多個收集光學元件，其經組態以沿一收集路徑收集藉由該電漿發射之寬頻照明。在另一繪示性實施例中，該系統包含一樣品台，其用於緊固一或多個樣品。在另一繪示性實施例中，該系統包含一成像子系統。在另一繪示性實施例中，該成像子系統包含一偵測器。在另一繪示性實施例中，該成像子系統包含一物鏡。在另一繪示性實施例中，該物鏡經組態以收集來自該樣品之一表面的照明且經由一收集通路而聚焦該經收集照明至該偵測器，以形成該一或多個樣品之該表面之至少一部分之一影像。 將理解，前述一般描述及以下詳細描述兩者均僅為例示性的及解釋性且並不一定限制本發明。併入並構成特性之一部分的附圖繪示本發明之標的。描述及圖式一起用以解釋本發明之原理。
優先權 本發明根據35 U.S.C. § 119(e)主張2015年9月28日申請之題為SELECTIVE LASER WAVELENGTH MIXING FOR PLASMA IGNITION, TEMPERATURE, AND SHAPE OPTIMIZATION之美國臨時專利申請案第62/233,980號的優先權，命名Anant Chimmalgi、Sebaek Oh、Joshua Wittenberg、Lauren Wilson、Rahul Yadav、Ilya Bezel、Mike Navone及Anatoly Shchemelinin作為發明者，該案全文以引用的方式併入本文中。 現將詳細參考所揭示之標的，其繪示於附圖中。 圖1A至圖5大體上繪示根據本發明之一或多項實施例之一種用於維持一雷射維持電漿照明源之一電漿的系統及方法。 本發明之實施例係針對包含用以產生具有不同波長之多個雷射束之一組電源的一照明泵源。 注意，可在其中氣體及/或電漿顯示強吸收特性之情況下比在其中氣體及/或電漿弱吸收泵照明之情況下在更低雷射功率處執行引燃並維持電漿。然而，在一電漿顯示強吸收的情況下，吸收光可致使電漿之大小增加且亮度飽和。另外，LSP照明源通常經建構以收集僅來自LSP照明源內之儲氣元件之中心的寬頻照明。在此等LSP照明源中，增加一照明泵源輸出高於某一位準並不一定導致可用寬頻照明中之一對應增加。 LSP照明源通常使用相同電源或電源組來控制雷射波長以產生不同頻帶及像素大小的光，且不可個別地控制一組波長之相對混合比，其中提供一組波長至電漿照明源。 本發明之實施例係關於藉由透過一光纖產生一更緊束聚焦及增加強度而提供一更高束品質於引燃雷射源中。本發明之額外實施例係關於聚焦一或多個雷射束至一光纖之一或多個核心中，允許在較低雷射功率位準處之電漿引燃。注意，此亦允許電漿引燃及電漿之維持具光纖損壞之降低風險。 本發明之實施例亦係關於一組使用者可選擇及個別可控制電源以控制電漿之形狀、大小及溫度以及自不同波長頻帶收集之功率量。本發明之額外實施例係關於改變由雷射源組產生之雷射波長以緩和所觀察電漿亮度飽和度且最佳化可收集功率量。本發明之進一步實施例係關於利用雷射束照明之波長維持一電漿，使得其等不與LSP照明源之氣體介質之一吸收峰一致。進一步實施例係關於當維持電漿時停用高吸收引燃波長。 對本發明之一或多項實施例之潛在使用包含（但不限於）使用較少電漿生長及可收集功率飽和度在較高操作雷射泵功率處驅動難以引燃之泵，且在一樣品檢查期間運行較小像素檢查。 圖1A繪示根據本發明之一或多項實施例之一照明泵源100。在一項實施例中，泵源100包含一組電源101。例如，電源組101可包含經組態以產生一第一雷射束103a之一第一電源102a。舉另一實例，電源組101可包含經組態以產生一第二雷射束103b之一第二電源102b。舉另一實例，電源組101可包含經組態以產生一第三雷射束103c之一第三電源102c。例如，電源組101可包含能夠發射在約100奈米至1.5微米之範圍中的照明之任何雷射源。 在另一實施例中，電源102a、102b、102c之至少一些發射具有不同波長之雷射束103a、103b、103c。例如，第一電源102a可產生由具有一第一波長λ1 (或一第一波長範圍)之光組成的一第一雷射束103a。舉另一實例，第二電源102b可產生由具有一第二波長λ2 (或一第二波長範圍)之光組成的一第二雷射束103b。舉另一實例，第三電源102c可產生由具有一第三波長λ3 (或一第三波長範圍)之光組成的一第三雷射束103c等等。 本文中注意，源100不受限於如上文所描述之三個電源。本發明之實施例可延伸至N個電源用於產生由具有一第N波長λn (或一第N波長範圍)之光組成的N個雷射束。因此，上文描述不應解釋為一限制且僅為繪示性目的而提供。 電源組101可包含所屬領域技術中已知之任何雷射系統。例如，照明泵源100可包含所屬領域技術中已知之能夠發射電磁光譜之紅外、可見或紫外部分中之輻射的任何雷射系統。 在一項實施例中，照明泵源100可包含一或多個二極體雷射。例如，照明泵源100可包含一或多個二極體雷射。例如，該照明泵源可包含一或多個多千瓦二極體雷射。 本文中注意，照明泵源100之一二極體雷射可經選擇用於實施方案，使得該二極體雷射之波長經調諧至所屬領域技術中已知之任何電漿(例如離子躍遷線)或電漿產生氣體(例如高度激發中性躍遷線)之任何吸收線。因而，一給定二極體雷射(或二極體雷射組)之選擇將取決於儲氣元件內納含之氣體之類型。 在一項實施例中，照明泵源100可包含一或多個連續波(CW)雷射。例如，照明泵源100可包含一或多個CW紅外雷射源。在另一實施例中，照明泵源100可包含經組態以產生脈衝雷射光之一或多個脈衝雷射。在另一實施例中，照明泵源100可包含經組態以產生調變雷射光之一或多個調變雷射。 在另一實施例中，照明泵源100可包含一離子雷射。例如，照明泵源100可包含所屬領域技術中已知之任何惰性氣體離子雷射。 在另一實施例中，照明泵源100可包含一或多個頻率轉換雷射系統。例如，照明泵源100可包含具有超過100瓦之一功率位準的一Nd:YAG或Nd:YLF雷射。在另一實施例中，照明泵源100可包含一寬頻雷射。 在一項實施例中，泵源100包含一或多個光學元件。泵源100可包含光學所屬領域技術中已知之任何光學元件，諸如(但不限於)導向光學器件、鏡、分光器、集光孔徑、濾光器及類似者。例如，如圖1A中所繪示，泵源100可包含(但不限於)一組二向色鏡104a、104b、104c。 在一項實施例中，二向色鏡組104a、104b、104c經配置以便反射及/或透射多個電源102a、102b、102c之輸出。例如，第一二向色鏡104a可經選擇使得其反射具有波長λ1 之光，使得由電源102a發射之光由第一二向色鏡104a反射至第二二向色鏡104b。舉另一實例，第二二向色鏡104b可經選擇使得其反射具有波長λ2 之光，但透射具有波長λ1 之光。就這一點而言，由電源102a及102b發射之光分別透射並反射至第三二向色鏡104c。舉另一實例，第三二向色鏡104c可經選擇使得其反射具有波長λ3 之光，但透射具有波長λ1 之光及具有波長λ2 之光之一或多者。本文中進一步注意，本發明之實施例可延伸至N個二向色鏡用於反射並透射由具有一第N波長λn (或一第N波長範圍)之光組成之N個雷射束。因此，上文描述不應被解釋為一限制且僅為繪示性目的而提供。 在另一實施例中，二向色鏡組104a、104b、104c經配置以便組合多個電源102a、102b、102c之輸出。 本文中注意。源100不受限於上文所描述及圖1A中所繪示之二向色鏡配置，其僅為繪示性目的而提供。例如，源100可依電源102a、102b、102c之輸出僅分別由二向色鏡104a、104b、104c反射且不透射通過其他二向色鏡(例如，具有波長λ1 之光由鏡104a反射，但不由鏡104b或鏡104c之一或多者透射；具有波長λ2 之光由鏡104b反射，但不由鏡104c透射)之此一方式設計。本文識別，來自多個源102a、102b、102c之照明可使用所屬領域技術中已知之光學元件之任何組合而組合。 在另一實施例中，該一或多個光學元件可包含一或多個透鏡120。例如，一或多個透鏡120可包含一聚光透鏡。例如，該聚光透鏡之寬直徑可大於單個聚光透鏡之厚度。在另一實施例中，一或多個透鏡120經配置以便收集具有第一波長λ1 之第一雷射束103a、具有第二波長λ2 之第二雷射束103b及具有第三波長λ3 之第三雷射束103c之至少一些。 在另一實施例中，一或多個透鏡120經配置以便將第一雷射束103a (第一波長λ1 )、第二雷射束103b (第二波長λ2 )及/或第三雷射束103c (第三波長λ3 )組合至一泵照明束122中。 在另一實施例中，該一或多個光學元件將泵照明122之至少一些聚焦或導向至一光纖130中。例如，一或多個透鏡120及二向色鏡104a可將具有波長λ1 之光耦合至光纖130之一第一區域中。另外，一或多個透鏡120及二向色鏡104b可將具有波長λ2 之光耦合至光纖130之一第二區域中。進一步言之，一或多個透鏡120及二向色鏡104c可將具有第三波長λ3 之光耦合至光纖130之一第三區域中。 本文中注意，源100可經設計使得僅一或多個透鏡120將光之一選擇耦合至光纖130之區域中。本文中進一步注意，源100可經設計使得僅二向色鏡104a、104b、104c將光之一選擇耦合至光纖130之區域中。本文中進一步注意，二向色鏡104a、104b、104c可代替為聚焦鏡。此處，該等聚焦鏡可將泵照明122之一選擇耦合至光纖130之一或多個區域。因此，上文描述不應被解釋為一限制且僅為繪示性目的而提供。 本文中進一步注意，本發明之實施例可延伸至由具有一第N波長λn (或一第N波長範圍)之光組成之N個雷射束可耦合至其之光纖130之N個區域。因此，上文描述不應解釋為一限制且僅為繪示性目的而提供。 在用於產生一雷射維持電漿之一系統內實施一光纖大體上描述於2015年3月24日申請之美國專利申請案第14/667,235號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。在用於產生一雷射維持電漿之一系統內實施一光纖亦大體上描述於2013年8月23日申請之PCT專利申請案第WO/2014/098647號及2014年8月4日申請之PCT專利申請案第WO/2014/168519號中，該等案各者之全部內容以引用的方式併入本文中。 在另一實施例中，光纖130透過一端帽131而輸出泵照明122。例如，端帽131可包含(但不限於)一噴嘴、孔徑、透鏡、擴散器、濾光器或所屬領域技術中已知之任何其他光學元件。 注意，一或多個電源101可容置於與電源101之剩餘者分離之一外殼中。例如，使用引燃發射雷射光之一或多個電源101可與發射具維持波長之雷射光的一或多個電源101而分離地容置。 在一項實施例中，該組電源之一或多者係使用者可選擇的且個別可控制的。在另一實施例中，使用者使用該組電源產生具不同波長之一或多個雷射束。例如，使用者可使用一第一電源產生引燃雷射束。此處，該等引燃雷射束具有高吸收波長。在另一實施例中，一旦電漿建立一背景，則使用者使用至少一額外電源產生一或多個維持雷射束。在另一實施例中，使用者引導該組雷射束通過一或多個光學元件。此處，該等光學元件產生一泵照明。在另一實施例中，使用者引導該泵照明之不同部分至一光纖之不同區域中。例如，該泵照明之該引燃雷射束部分可被引導至該光纖之一或多個內區域中。另外，該泵照明之該維持雷射束部分可被引導至該光纖之一或多個外區域中。在另一實施例中，一使用者修改該組電源之一或多個操作參數以改變該經輸出泵照明。例如，修改該組電源之一或多個操作參數改變一雷射維持電漿之大小、形狀及溫度之一或多者。注意，改變該經輸出泵照明可導致一高束品質，其可最小化電漿亮度飽和度且最佳化可收集功率輸出。 在另一實施例中，使用者個別地定址該組電源之任何者，調整該組電源之一或多個操作參數以改變該泵照明之品質。例如，使用者可啟用或停用一或多個經產生雷射束。舉另一實例，一使用者可切換於該組電源之任何者之間。例如，一使用者可關閉用於引燃該電漿之一或多個電源且同時開啟用於維持(高功率操作)該電漿之一或多個電源。舉另一實例，一使用者可在不完全關閉該雷射束的情況下即時調整一雷射束波長，允許一電漿在該調整製程期間保持引燃。例如，使用者可降低一經產生雷射束之功率。另外，當切換至維持模式時，使用者可降低該組引燃雷射束之功率。舉另一實例，使用者可調整該組雷射束之波長頻帶之一或多者。舉另一實例，使用者可改變該泵照明內之該組雷射束之相對混合比率。 在另一實施例中，使用者個別地定址該一或多個光學元件之任何者於該系統中以改變該泵照明之品質。例如，一使用者可調整一或多個光學元件以使該泵照明之一部分聚焦或導向至該光纖之一不同區域。舉另一實例，該使用者可改變在一單核光纖(包含，但不限於具多個折射率之一多階折射率光纖)中的該泵照明之一部分之空間內容。舉另一實例，該使用者可改變一多核光纖中的該泵照明之一部分之聚焦位置。 在另一實施例中，該照明泵源連接至一控制器。在此實施例中，該控制器包含經設計以自動地回應於來自一使用者之一或多個輸入或回應於來自該使用者之反饋而調整一或多個經產生雷射束之輸出的波長及位準。例如，一旦接收對於該泵照明源的一應用選擇，該控制器可產生更多引燃雷射束並經由該一或多個光學元件而將其等耦合至該光纖。舉另一實例，該控制器可產生一或多個維持雷射束並經由該一或多個光學元件而將其等耦合至該光纖。舉另一實例，該控制器可產生來自該組雷射束之一泵照明。舉另一實例，該控制器可調整該泵照明以緩和電漿亮度飽和度並最佳化來自一雷射維持電漿照明之該可收集功率。例如，該控制器可回應於來自該使用者之提示而調整該等輸出位準。另外，該控制器可藉由遵循儲存於該控制器內之一或多個程式指令而回應於自本文中進一步詳細描述之一光維持電漿照明系統接收之資訊而調整該泵照明。 在一項實施例中，如圖1B及圖1C中所繪示，光纖130係一多階折射率光纖。例如，該多階折射率光纖具有多個光纖層，其中各光纖層具有一不同折射率。在另一實施例中，光纖130包含圍繞該多個光纖層之一覆層132。在另一實施例中，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至該多階折射率光纖之一第一折射率光纖部分中，同時使一或多個維持束耦合至該多階折射率光纖之一第二折射率光纖部分中。例如，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至一第一折射率光纖部分中，其中該第一折射率光纖部分包含一或多個內階134。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至一第二折射率光纖部分中，其中該第二折射率光纖部分包含一或多個外階136。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至該第一折射率光纖部分中，其中繼電漿引燃之結束後，該第一折射率光纖部分包含一或多個內階134。 注意，在光纖130之一或多個內階134內之該一或多個引燃雷射束之空間耦合導致泵照明122至一電漿之一更高聚焦程度。如由圖表139所繪示，該等引燃雷射束之一緊密空間耦合增加光纖130之中心處的功率強度，其允許該電漿在較低功率位準處之引燃。 進一步注意，該一或多個引燃雷射束可具有較低束功率，且該一或多個維持雷射束可具有較高束功率。 圖1D繪示根據本發明之一或多項實施例之一光纖140。在一項實施例中，光纖140係包含一或多個核心之一多核心光纖。在另一實施例中，光纖140包含圍繞多核心光纖140之該一或多個核心的一覆層142。在另一實施例中，該多個核心之一或多者由一覆層143圍繞。就這一點而言，覆層143使選擇核心與光纖140之其他核心分離。在另一實施例中，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至多核心光纖140之一或多個第一核心中，同時使一或多個維持束耦合至多階光纖140之一或多個第二核心中。例如，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至一第一核心中，其中該第一核心包含一內核心144。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至一第二核心，其中該第二核心包含一外核心146。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至該第一核心，其中繼電漿引燃之結束後，該第一核心包含一內核心144。 注意，在一或多個內核心144內之該一或多個引燃雷射束之一更加緊密聚焦幾何形狀導致泵照明122至一電漿之一更高聚焦程度。進一步注意，一多核心光纖可包含具不同數值孔徑(NA)值或折射率之核心。例如，一或多個內核心144可具有不同於一或多個外核心146之數值孔徑(NA)值以防止背反射。 大體上參考圖2A至圖3B，所提供圖形資料繪示一更加緊密聚焦幾何形狀改良引燃製程以及高吸收雷射波長之使用，無論經由在一單核心光纖中之聚焦空間耦合還是經由一多核心光纖。 圖2A及圖2B繪示透過一單核心光纖泵浦之一1千瓦束。圖2A繪示透過一2000微米單核心光纖泵浦之一束之功率密度之一圖表200，具有一高功率密度區域202。用於比較，圖2B繪示透過一600微米單核心光纖泵浦之一束之功率密度之一圖表210，具有一高功率密度區域212。 圖3A及圖3B繪示透過一2000微米多核心光纖泵浦之一1千瓦束。圖3A繪示透過一2000微米光纖泵浦之具波長1044奈米及1066奈米之一束之功率密度之一圖表300，具有一高功率密度區域302，其中內300微米由一分離內光纖核心掩蓋。用於比較，圖3B繪示僅透過該內光纖核心之具一波長965奈米之一束之功率密度，具有一高功率密度區域312。 基於此等模擬，注意，一較小整體光纖直徑可導致一增加功率密度。另外，進一步注意，一較小整體光纖直徑可導致功率密度之一更緊密伸展。 圖1E繪示根據本發明之一或多項實施例之與一連續波(CW)或脈衝雷射一起使用之一光纖150。在一項實施例中，光纖150係包含一或多個核心之一多核心光纖。在另一實施例中，光纖150包含圍繞多核心光纖150之該一或多個核心之一覆層152。在另一實施例中，該多個核心之一或多者由一覆層156圍繞。就這一點而言，覆層156使一或多個選定核心與光纖150之其他核心分離。在另一實施例中，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至多核心光纖150之一或多個第一核心中，同時使一或多個維持束耦合至多階光纖150之一或多個第二核心中。例如，該一或多個光學元件使一或多個引燃雷射束耦合至一第一核心中，其中該第一核心包含一或多個內核心158。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至一第二核心中，其中該第二核心包含一或多個外核心154。舉另一實例，該一或多個光學元件使一或多個維持雷射束耦合至該一或多個第一核心中，其中繼電漿引燃之結束後，該一或多個第一核心包含一或多個內核心158。 在另一實施例中，一CW雷射或脈衝雷射162a聚焦朝向並耦合至一或多個內核心158。在另一實施例中，雷射束162a穿透一脈衝擴展器164，變成一擴展雷射束162b。例如，脈衝擴展器164之使用可產生光纖150之一或多個內核心160內之負色散。舉另一實例，負色散可壓縮雷射束162b，給予其一較短脈衝週期。舉另一實例，該負色散可產生來自擴展雷射束162b之一壓縮雷射束162c，其中壓縮雷射束162c用以引燃該電漿。本文中注意，一脈衝擴展器可替代地或另外實施於耦合至一或多個外核心154之雷射束上。 注意，一組CW雷射或脈衝雷射可耦合至光纖150之一或多個外核心154及一或多個內核心158之至少一者。耦合至多個核心可幫助雷射束之對準。耦合至多個核心亦可對組合CW雷射/脈衝操作應用有必要。組合CW雷射及脈衝雷射至相同多核心光纖之多個核心中可移除電漿引燃所需之高壓弧氣體崩潰之成本、複雜性及潛在安全風險。 進一步注意，一CW雷射可替換為其他引燃雷射束或除其他引燃雷射束外。進一步注意，取決於該光纖之初始脈衝週期及損壞臨限，脈衝之擴展可能不必要。在此例項中，可能不需要一脈衝擴展器164。 圖4A及圖4B繪示根據本發明之一或多項實施例之實施照明泵源100之一光學系統400。本文中注意，貫穿本發明所描述之實施例及實例不應解釋為延伸至系統400，除非另有指示。本文中注意，系統400應解釋為延伸至所屬領域技術中已知之任何基於電漿光源。 在一項實施例中，系統400包含一雷射維持電漿(LSP)照明子系統401。本文中注意，術語「LSP照明子系統」及「寬頻照明源子系統」與「LSP照明器」貫穿本發明互換使用。在一項實施例中，LSP照明器401包含照明泵源100。在另一實施例中，照明泵源100透過光纖130輸出泵照明404。在另一實施例中，泵照明404包含具不同波長之多個雷射光組件，如本文中先前所討論。例如，泵照明404可包含(但不限於)紅外(IR)輻射、可見光及/或紫外光。舉另一實例，泵照明404可包含(但不限於)連續波(CW)及/或脈衝輻射。在另一實施例中，光纖130透過一端帽402輸出泵照明404。例如，端帽402可包含(但不限於)一噴嘴、孔徑、透鏡、擴散器、濾光器及所屬領域技術中已知之任何其他光學元件。 在一項實施例中，LSP照明器401包含一儲氣元件407。在另一實施例中，儲氣元件407納含用以建立並維持一電漿410之一體積之氣體。例如，如圖4A中所展示，儲氣元件407可包含(但不限於)一電漿胞。本文中注意，本發明之範疇不受限於具一電漿胞之一LSP照明器，其僅為繪示性目的而提供。而是，儲氣元件407可包含雷射維持電漿源之所屬領域技術中已知之任何儲氣元件，諸如(但不限於)一電漿球形物、一電漿胞或一電漿腔室。一電漿腔室及一電漿胞之使用大體上描述於2014年8月13日申請之美國專利申請案第14/459,155中。一電漿球形物之使用大體上描述於2015年4月29日申請之美國專利申請案第14/699,781號中，其等之全部內容以引用的方式併入本文中。 在一些實施例中，儲氣元件407 (例如，腔室、胞或球形物)之透射部分可由所屬領域技術中已知之任何材料形成，其至少對由電漿410及/或泵照明404產生之輻射414部分透明。在一項實施例中，儲氣元件407之該透射部分可由所屬領域技術中已知之任何材料形成，其至少對由電漿410產生之EUV輻射、VUV輻射、DUV輻射、UV輻射及/或可見光部分透明。在另一實施例中，儲氣元件407之該透射部分可由所屬領域技術中已知之任何材料形成，其至少對來自照明泵源100之IR輻射、可見光及/或UV光部分透明。 在一項實施例中，儲氣元件407可納含所屬領域技術中已知之適用於產生泵照明404之一基於電漿吸收之任何選定氣體(例如，氬氣、氙氣、水銀或類似者)。在一項實施例中，來自照明泵源100之照明404聚焦至該體積之氣體中致使能量由儲氣元件407內之氣體或電漿吸收(例如，透過一或多個選定吸收線)，藉此「泵浦」該氣體物種以便產生及/或維持一電漿。在另一實施例中，雖然未繪示，但儲氣元件407可包含用於起始儲氣元件407之該內部體積內之電漿410的一組電極，藉此來自照明泵源100之該照明在由該等電極之引燃之後維持電漿410。 本文中設想系統400可用以在各種氣體環境中起始及/或維持一電漿410。在一項實施例中，用以起始及/或維持電漿410之氣體可包含一稀有氣體、一惰性氣體(例如，稀有氣體或非稀有氣體)或一非惰性氣體(例如水銀)。例如，所選擇氣體環境可包含Xe。在另一實施例中，用以啟用及/或維持一電漿410之氣體可包含兩個或兩個以上氣體之一混合物(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)。在另一實施例中，氣體可包含一稀有氣體及一或多個微量材料(例如，金屬鹵化物、過渡金屬及類似者)之一混合物。例如，所選擇氣體可包含HgXe。 注意，本發明之實施例可延伸至數種氣體。例如，適用於本發明之實施例中之實施方案的氣體可包含(但不限於) Xe、Ar、Ne、Kr、He、N2 、H2 O、O2 、H2 、D2 、F2 、CH4 、一或多個金屬鹵化物、鹵素、Hg、Cd、Zn、Sn、Ga、Fe、Li、Na、Ar:Xe、ArHg、KrHg、XeHg及類似者。本文中注意，本發明之實施例應解釋為延伸至任何光泵浦電漿產生系統及應進一步解釋為延伸至適用於維持一電漿410於一儲氣元件407 (諸如一氣體腔室、一電漿胞或一電漿球形物)內之任何類型之氣體。 舉例而言，用以產生一電漿410之該體積之氣體可包含氬氣。例如，該氣體可包含保持於超過5 atm (例如20至50atm)之壓力之一實質上純氬氣。注意，在一基於氬氣電漿之情況下，用以泵浦氬離子之照明泵源100可包含一Ar+雷射。在另一例項中，該氣體可包含保持於超過5atm (例如20至50atm)之壓力處之一實質上純氪氣。在另一例項中，該氣體可包含氬氣與一額外氣體之一混合物。 注意，在儲氣元件407內之氣體係或包含氬氣之情況下，照明泵源100可包含經組態以發射1069奈米之輻射的一CW雷射(例如，光纖或碟形Yb雷射)。注意，此波長在氬氣中適應一1068奈米吸收線且因而特別用於泵浦氬氣。本文中注意，一CW雷射之上文描述非限制性且所屬領域技術中已知之任何雷射可實施於本發明之實施例之上下文中。 在另一實施例中，沿由一或多個照明光學元件至儲氣元件407中之該體積氣體內之一或多個焦點的一泵路徑藉由所屬領域技術中已知之任何方式而使泵照明404引導至儲氣元件407中。例如，泵照明404可藉由一鏡406自光纖130反射朝向儲氣元件407。舉另一實例，泵照明404可由光纖130直接引導至儲氣元件407中。例如，光纖130可耦合至儲氣元件407之外部。另外，光纖130可耦合至儲氣元件407之內部。在光纖130係一多核心光纖之情況下，光纖130核心之一或多者可個別地耦合至儲氣元件407。舉另一實例，光纖130之至少一部分可直接耦合至儲氣元件407且泵照明404之至少一部分由一鏡406反射朝向儲氣元件407。舉另一實例，泵照明404可經由一或多個聚焦透鏡而聚焦至儲氣元件407中。 在另一實施例中，泵照明404藉由所屬領域技術中已知之任何方式而聚焦至儲氣元件407內納含之該體積之氣體中。例如，LSP照明器401可包含一收集器408或反射器，其經組態以使來自照明泵源100之泵照明404聚焦(例如，經由一反射性內表面)至儲氣元件407內納含之該體積之氣體中以引燃/維持電漿410。 收集器408可呈所屬領域技術中已知之適用於使自照明泵源100傳出之照明聚焦至儲氣元件407內納含之該體積之氣體中的任何實體組態。在一項實施例中，收集器408可包含具一反射性內表面之一凹區域，其適用於接收來自照明泵源100之照明404且使該照明聚焦至儲氣元件407內納含之該體積之氣體中。例如，收集器408可包含具有一反射性內表面之一橢圓形收集器。 注意，本發明之範疇不受限於上文所描述及圖4A中所描繪之收集器408以使泵照明404聚焦至儲氣元件407中，其僅為繪示性目的而提供。而是，所屬領域技術中已知之任何機構可經實施以使泵照明聚焦至儲氣元件407中。例如，當引燃並維持電漿410時，可實施一光學回收系統。例如，一或多個回收器光學元件可反射未使用泵照明404至儲氣元件407內納含之該體積之氣體中及/或朝向電漿410，用於寬頻照明414之增加輸出。一光學回收系統之使用大體上描述於2016年6月20日申請之美國專利申請案第15/187,590中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。 在另一實施例中，電漿410發射包含一或多個第二選定波長之寬頻照明414，諸如(但不限於)EUV輻射、VUV輻射、DUV輻射、UV輻射及/或可見光。例如，LSP照明器401可包含(但不限於)能夠發射具有在100奈米至1.5微米之範圍中之一波長之光的任何LSP組態。舉另一實例，LSP照明器401可包含(但不限於)能夠發射具有低於100奈米之一波長之光的任何LSP組態。 在另一實施例中，寬頻照明414可由一或多個收集光學元件依所屬領域技術中已知之任何方式沿一收集路徑收集。例如，收集器408經配置以收集由電漿410發射之寬頻照明414 (例如，VUV輻射、DUV輻射、UV輻射、EUV輻射及/或可見光)且引導寬頻照明414至一或多個額外光學元件(例如，導向光學器件、一鏡、一分光器、一聚光孔徑、一濾光器、一均質機及類似者)。例如，收集器408可收集由電漿410發射之EUV寬頻輻射、VUV寬頻輻射、SUV寬頻輻射、UV寬頻輻射及/或可見光且引導寬頻照明414至一二向色鏡412 (例如，冷光鏡)。 在另一實施例中，如圖4A中所展示，冷光鏡412可光學地耦合LSP照明器401至一均質機416。在另一實施例中，如圖4B中所展示，冷光鏡412 (或任何其他光學器件)可光學地耦合LSP照明器401至一光學子系統420之一光學輸入。例如，光學子系統420可包含(但不限於)一檢查工具、一度量工具或一微影工具。就這一點而言，LSP照明器401可傳遞EUV輻射、VUV輻射、DUV輻射、UV輻射及/或可見輻射至技術中所屬領域已知之任何光學子系統420之下游光學元件，諸如(但不限於)一檢查工具或一度量工具)。 注意本發明之範疇不受限於上文所描述及圖4A中所描繪之收集器408以收集來自儲氣元件407之寬頻照明414，其僅為繪示性目的而提供。而是，所屬領域技術中已知之任何機構可經實施以收集來自儲氣元件407之寬頻照明414。例如，LSP照明器401可包含任何數目及類型之額外光學元件。例如，該組額外光學器件可包含經組態以收集自電漿410傳出之寬頻照明414之收集光學器件。另外，LSP照明器401可包含經配置以引導照明自收集器408至下游光學器件的一或多個額外光學元件。進一步言之，該組額外光學器件可包含沿該照明通路或LSP照明器401之收集通路放置以便在光進入儲氣元件407之前過濾照明或在光自電漿410之發射之後過濾照明的一或多個濾光器。舉另一實例，當收集寬頻照明414時可實施一光學回收系統。例如，該一或多個回收器光學元件可反射未收集寬頻照明414朝向冷光鏡412、均質機416及成像子系統420之任何者。一光學回收系統之使用大體上描述於2016年6月20日申請之美國專利申請案第15/187,590號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。 在額外實施例中，光學子系統420包含一照明子系統。例如，該照明子系統可包含用以傳遞寬頻照明414至一或多個樣品之表面的任何數目個光學元件，諸如(但不限於)導向光學器件、鏡、分光器、聚光孔徑、濾光器、均質機及類似者。舉另一實例，該照明子系統包含用於緊固該一或多個樣品之一樣品台。 在額外實施例中，光學子系統420包含適用於執行一樣品之檢查的一偵測器子系統。在一項實施例中，該偵測器子系統包含一偵測器。例如，該偵測器子系統之該偵測器可包含所屬領域技術中已知之任何適當偵測器。例如，該偵測器可包含(但不限於)一CCD偵測器、一CCD-TDI偵測器及類似者)。另外，該偵測器之該輸出可通信地耦合至一控制器。在另一實施例中，該偵測器子系統包含一物鏡。例如，該物鏡可經組態以收集來自該樣品之一表面的照明且經由一收集路徑而聚焦該經收集照明至該偵測器，以形成該一或多個樣品之該表面之至少一部分之一影像。在另一實施例中，該偵測器子系統包含一光學回收器子系統。 在另一實施例中，光學子系統420包含光學地耦合至該寬頻照明源子系統之一輸出的一光學工具特性子系統。 圖5繪示根據本發明之一或多項實施例之用於引燃並維持一電漿的一方法。在一步驟502中，產生具不同波長之一組雷射束。在一項實施例中，該組雷射束由一組電源產生。在另一實施例中，該組雷射束之一或多者經最佳化用於引燃一電漿。在另一實施例中，該組雷射束之一或多者經最佳化用於維持一電漿。 在一步驟504中，該等雷射束之至少一些耦合至一光纖之一或多個部分或區域。在一項實施例中，該等雷射束之至少一些經由一或多個光學元件而耦合至一光纖之一或多個區域。 在一額外步驟中，調整該組電源之一或多個操作參數。在一項實施例中，該組電源可經由該一或多個操作參數之調整而控制。在另一實施例中，調整該組電源之該一或多個操作參數調整電漿大小、電漿形狀或電漿溫度之至少一者。 儘管已繪示本發明之特定實施例，然應明白，熟習此項技術者可在不脫離前述揭示內容之範疇及精神之情況下做出本發明之各種修改及實施例。因此，本發明之範疇應僅受附加至此之申請專利範圍所限制。
100‧‧‧照明泵源 101‧‧‧電源 102a‧‧‧第一電源 102b‧‧‧第二電源 102c‧‧‧第三電源 103a‧‧‧第一雷射束 103b‧‧‧第二雷射束 103c‧‧‧第三雷射束 104a‧‧‧第一二向色鏡 104b‧‧‧第二二向色鏡 104c‧‧‧第三二向色鏡 120‧‧‧透鏡 122‧‧‧泵照明 130‧‧‧光纖 131‧‧‧端帽 132‧‧‧覆層 134‧‧‧內階 136‧‧‧外階 139‧‧‧圖表 140‧‧‧光纖 142‧‧‧覆層 143‧‧‧覆層 144‧‧‧內核心 146‧‧‧外核心 150‧‧‧光纖 152‧‧‧覆層 154‧‧‧外核心 156‧‧‧覆層 158‧‧‧內核心 162a‧‧‧CW雷射或脈衝雷射 162b‧‧‧擴展雷射束 162c‧‧‧壓縮雷射束 164‧‧‧脈衝擴展器 200‧‧‧圖表 202‧‧‧高功率密度區域 210‧‧‧圖表 212‧‧‧高功率密度區域 300‧‧‧圖表 302‧‧‧高功率密度區域 312‧‧‧高功率密度區域 400‧‧‧光學系統 401‧‧‧LSP照明器 402‧‧‧端帽 404‧‧‧泵照明 406‧‧‧鏡 407‧‧‧儲氣元件 408‧‧‧收集器 410‧‧‧電漿 412‧‧‧二向色鏡/冷光鏡 414‧‧‧輻射 416‧‧‧均質機 420‧‧‧光學子系統 502‧‧‧步驟 504‧‧‧步驟
熟習此項技術者可藉由參考附圖而更佳理解本發明之數個優點，其中： 圖1A繪示根據本發明之一或多項實施例之一照明泵源。 圖1B繪示根據本發明之一或多項實施例之一光纖。 圖1C繪示根據本發明之一或多項實施例之一光纖。 圖1D繪示根據本發明之一或多項實施例之一光纖。 圖1E繪示根據本發明之一或多項實施例之一光纖。 圖2A繪示根據本發明之一或多項實施例之透過一光纖泵浦一電漿的雷射之圖形資料。 圖2B繪示根據本發明之一或多項實施例之透過一光纖泵浦一電漿的雷射之圖形資料。 圖3A繪示根據本發明之一或多項實施例之透過一光纖泵浦一電漿的雷射之圖形資料。 圖3B繪示根據本發明之一或多項實施例之透過一光纖泵浦一電漿的雷射之圖形資料。 圖4A繪示根據本發明之一或多項實施例之用於使用雷射維持電漿照明而使一樣品成像的一系統。 圖4B繪示根據本發明之一或多項實施例之用於使用雷射維持電漿照明而使一樣品成像的一系統。 圖5繪示根據本發明之一或多項實施例之一製程流程圖，其描繪用於照明一雷射維持電漿的一方法。
100‧‧‧照明泵源
130‧‧‧光纖
400‧‧‧光學系統
401‧‧‧LSP照明器
402‧‧‧端帽
404‧‧‧泵照明
406‧‧‧鏡
407‧‧‧儲氣元件
408‧‧‧收集器
410‧‧‧電漿
412‧‧‧二向色鏡/冷光鏡
414‧‧‧輻射
416‧‧‧均質機

Claims (42)

  1. 一種照明泵源，其包括： 複數個電源，其等經組態以產生複數個雷射束，其中該等電源之至少一些發射含有具有不同波長之照明的雷射束； 一光纖；及 一或多個光學元件； 其中該一或多個光學元件經組態以使來自該等雷射束之至少一些的該照明耦合至該光纖之一或多個區域。
  2. 如請求項1之照明泵源，其中該複數個電源包括： 一第一電源，其中該第一電源產生具有一第一波長之一第一雷射束；及 至少一額外電源，其中該至少一額外電源產生具有至少一額外波長之至少一額外雷射束。
  3. 如請求項1之照明泵源，其中該一或多個光學元件包含： 一第一二向色鏡； 至少一額外二向色鏡；及 一或多個透鏡。
  4. 如請求項1之照明泵源，其中該光纖係一多階折射率光纖。
  5. 如請求項4之照明泵源，其中該一或多個光學元件經組態以使具一第一波長之一第一雷射束耦合至該多階折射率光纖之至少一內階。
  6. 如請求項4之照明泵源，其中該一或多個光學元件經組態以使具至少一額外波長之至少一額外雷射束耦合至該多階折射率光纖之至少一額外外階。
  7. 如請求項1之照明泵源，其中該光纖包含至少兩個核心。
  8. 如請求項7之照明泵源，其中該光纖包含至少一內核心及至少一額外外核心。
  9. 如請求項8之照明泵源，其中該一或多個光學元件經組態以使具一第一波長之一第一雷射束耦合至該至少一內核心。
  10. 如請求項8之照明泵源，其中該一或多個光學元件經組態以使具至少一額外波長之至少一額外雷射束耦合至該至少一額外外核心。
  11. 如請求項1之照明泵源，其中該複數個雷射束包括： 一二極體雷射、一連續波(CW)雷射或一寬頻雷射之至少一者。
  12. 如請求項1之照明泵源，其中該複數個雷射束包括： 一或多個紅外雷射、一或多個可見雷射或一或多個紫外雷射之至少一者。
  13. 如請求項1之照明泵源，其進一步包括： 一雷射脈衝展寬器。
  14. 如請求項1之照明泵源，其中經組態以產生複數個雷射束之該複數個電源係使用者可選擇的且個別可控制的。
  15. 如請求項1之照明泵源，其中一或多個操作參數與該複數個電源相關聯。
  16. 如請求項15之照明泵源，其中該複數個電源係可經由該複數個電源之該一或多個操作參數的調整控制以調整電漿大小、電漿形狀或電漿溫度之至少一者。
  17. 一種用於引燃並維持一電漿的方法，其包括： 使用複數個電源產生複數個雷射束，其中該等電源之至少一些發射具有不同波長之雷射束； 使具一或多個光學元件之該複數個雷射束之至少一些耦合至一光纖之一或多個區域；及 調整該複數個電源之一或多個操作參數，其中該複數個電源可經由該一或多個操作參數之調整而控制。
  18. 如請求項17之方法，其中調整該複數個電源之該一或多個操作參數調整電漿大小、電漿形狀或電漿溫度之至少一者。
  19. 如請求項17之方法，其中複數個雷射束之一或多者經最佳化用於引燃一電漿。
  20. 如請求項17之方法，其中該複數個雷射束之一或多者經最佳化用於維持一電漿。
  21. 一種用於使用一雷射維持電漿照明成像一樣品的系統，其包括： 一照明泵源子系統，其用於引燃並維持一電漿，其包含： 複數個電源，其等經組態以產生複數個雷射束，其中該等電源之至少一些發射含有具有不同波長之照明的雷射束； 一光纖；及 一或多個光學元件， 其中該一或多個光學元件經組態以使來自該等雷射束之至少一些的該照明耦合至該光纖之不同區域， 其中來自該等雷射束之至少一些的該經耦合照明形成一泵照明； 一寬頻照明源子系統，其包含： 一或多個照明光學元件，其經組態以引導該泵照明之至少一部分； 一儲氣元件，其用於納含一體積之氣體，其中該一或多個照明光學元件經組態以藉由沿一泵路徑而引導該泵照明之至少一部分至該體積之氣體內之一或多個焦點而於該儲氣元件中之一體積之氣體內維持一電漿；及 一或多個收集光學元件，其經組態以沿一收集路徑收集藉由該電漿發射之寬頻照明； 一樣品台，其用於緊固一或多個樣品；及 一成像子系統，其包含： 一偵測器；及 一物鏡，其中該物鏡經組態以收集來自該樣品之一表面的照明且經由一收集通路而聚焦該經收集照明至該偵測器，以形成該一或多個樣品之該表面之至少一部分之一影像。
  22. 如請求項21之系統，其中該複數個電源包括： 一第一電源，其中該第一電源產生具有一第一波長之一第一雷射束；及 至少一額外電源，其中該至少一額外電源產生具有至少一額外波長之至少一額外雷射束。
  23. 如請求項21之系統，其中該一或多個光學元件包含： 一第一二向色鏡； 至少一額外二向色鏡；及 一或多個透鏡。
  24. 如請求項21之系統，其中該光纖係一多階折射率光纖。
  25. 如請求項24之系統，其中該一或多個光學元件經組態以使具一第一波長之一第一雷射束耦合至該多階折射率光纖之至少一內階。
  26. 如請求項24之系統，其中該一或多個光學元件經組態以使具至少一額外波長之至少一額外雷射束耦合至該多階折射率光纖之至少一額外外階。
  27. 如請求項21之系統，其中該光纖包含至少兩個核心。
  28. 如請求項27之系統，其中該光纖包含至少一內核心及至少一額外外核心。
  29. 如請求項28之系統，其中該一或多個光學元件經組態以使具一第一波長之一第一雷射束耦合至該至少一內核心。
  30. 如請求項28之系統，其中該一或多個光學元件經組態以使具至少一額外波長之至少一額外雷射束耦合至該至少一額外外核心。
  31. 如請求項21之系統，其中該複數個雷射束包括： 一二極體雷射、一連續波(CW)雷射或一寬頻雷射之至少一者。
  32. 如請求項21之系統，其中該複數個雷射束包括： 一或多個紅外雷射、一或多個可見雷射或一或多個紫外雷射之至少一者。
  33. 如請求項21之系統，其進一步包括： 一雷射脈衝展寬器。
  34. 如請求項21之系統，其中經組態以產生複數個雷射束之該複數個電源係使用者可選擇的且個別可控制的。
  35. 如請求項21之系統，其中一或多個操作參數與該複數個電源相關聯。
  36. 如請求項35之系統，其中該複數個電源係可經由該複數個電源之該一或多個操作參數的調整控制以調整電漿大小、電漿形狀或電漿溫度之至少一者。
  37. 如請求項21之系統，其中該儲氣元件包括： 一腔室，其經組態以納含一體積之氣體。
  38. 如請求項21之系統，其中該儲氣元件包括： 一電漿胞，其經組態以納含一體積之氣體。
  39. 如請求項21之系統，其中該儲氣元件包括： 一電漿球形物，其經組態以納含一體積之氣體。
  40. 如請求項21之系統，其中該儲氣元件納含一氣體，其包含至少一惰性氣體、一非惰性氣體及兩個或兩個以上氣體之一混合物。
  41. 如請求項21之系統，其中該儲氣元件納含一氣體，其包含一稀有氣體及一或多個微量材料之一混合物。
  42. 如請求項21之系統，其進一步包括： 一光學工具特性系統，其光學地耦合至該寬頻照明源子系統之一輸出。
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