TWI613936B - 用於控制一光維持電漿中之對流之方法及系統 - Google Patents

用於控制一光維持電漿中之對流之方法及系統 Download PDF

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亞納圖里 斯奇密利尼
馬修 達斯汀
肯恩 葛洛斯
大衛Ｗ 碩爾特
偉 趙
亞納特 奇瑪吉
王金誠
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Abstract

一種用於控制一光維持電漿中之對流之系統，其包含：經組態以產生照明之一照明源、包含用於容納一氣體體積之一球管之一電漿室、經配置以將來自該照明源之照明集中於該氣體體積中以便在被容納於該球管內之該氣體體積內產生一電漿之一收集器元件。此外，該電漿室經安置於該收集器元件之一凹形區域內，其中該收集器元件包含一開口，用以將該電漿之一煙流之一部分傳播至在該收集元件之該凹形區域外之一區域。

Description

用於控制一光維持電漿中之對流之方法及系統 相關申請案交叉參考
本申請案係關於且主張自以下所列出之申請案(「相關申請案」)(例如主張除了臨時專利申請案之外之最早可獲得的優先權日期或根據35 U.S.C.§119(e)規定主張臨時專利申請案、相關申請案之前案、前前案、前前前案等任一及全部申請案之權利)之最早可獲得的有效提交日期之權利)。
相關申請案：
為了USPTO非法定要求的目的，本申請案構成Ilya Bezel、Anatoly Shchemelinin、Matthew Derstine、Ken Gross、David Shortt、Wei Zhao、Anant Chimmalgi及Jincheng Wang作為發明人在2013年3月29日提交的名稱為“INVERTED ELLIPSE”的61/806,739號美國臨時專利申請案之一常規(非臨時)專利申請案。
本發明大體上係關於基於電漿之光源，且更特定言之係關於使用一反向收集器元件以有助於控制一基於電漿之光源之一電漿中之對流。
隨著針對具有不斷變小裝置特徵之積體電路需求持續增大，針對用於此等不斷縮小裝置之檢驗之改良照明源之需要持續增長。一此 照明源包含一雷射維持電漿源。雷射維持電漿光源能夠產生高功率寬頻光。雷射維持光源藉由將雷射輻射集中於一氣體體積中而操作以便將該氣體(諸如氬或氙)激發至一電漿狀態中，此能夠發射光。此作用通常被稱為「泵抽」電漿。低於傳統雷射維持電漿源中之電漿產生量之收集光學器件之定向導致電漿對流被導引至源之內部部分。傳統源需要在傳統源之橢圓形收集器元件光學器件中之空間內實施對流控制、煙流捕獲及溫度控制。在當前實施的系統中，致力於冷卻電漿球管之頂部及減輕電漿對流煙流，此受由收集光學器件之向上定向所致之幾何約束而限制。電漿球管之頂部之空氣冷卻使得熱空氣在指定雷射及電漿光傳播之容積中傳播，且引起由於空氣擺動之額外雜訊。另外，經由一向下定向之空氣射叢而冷卻電漿球管之頂部之當前方法導致氣流與自然對流之方向相反，此導致在更冷球管部件上吹動更熱空氣。另外，在其中對流煙流在指定雷射及電漿光傳播之容積中傳播之無球管系統設計中存在若干不穩定性。因此，將期望提供一種用於消除缺陷(諸如上文所識別之該等缺陷)之系統及方法。
根據本發明之一繪示性實施例揭示一種用於控制一光維持電漿中之對流之設備。在一實施例中，該設備可包含經組態以產生照明之一照明源。在另一實施例中，該設備可包含用於容納一氣體體積之一球管之一電漿室。在另一實施例中，該設備可包含一收集器元件，其經配置以將自照明源之照明集中於氣體體積中以便在被容納在球管內之氣體體積內產生一電漿。在一實施例中，收集器元件可包含一橢圓形收集器元件。在另一實施例中，電漿室經安置於收集器元件之一凹形區域。在另一實施例中，收集器元件之至少一頂部經配置於電漿室之一電漿產生區域上方，且經組態以將自照明源之照明集中於氣體體積中，以便至少在收集器元件之頂部下方產生一電漿。在另一實施例 中，收集器元件可包含用於將電漿之一煙流之一部分傳播至在收集器元件之凹形區域外之一區域之一開口。在另一實施例中，開口實質上定位於收集器元件之一頂部中。在另一實施例中，該設備可包含定位於在收集器元件之凹形區域外之區域中之一外部電漿控制元件。
根據本發明之一額外繪示性實施例揭示一種用於控制一光維持電漿中之對流之設備。在一實施例中，該設備可包含經組態以產生照明之一照明源。在另一實施例中，該收集器元件可包含用於容納氣體體積之一凹形區域。在另一實施例中，該收集器元件經配置以將自照明源之照明集中於氣體體積中，以便在由收集器元件之凹形區域容納之氣體體積內產生一電漿。在一實施例中，收集器元件可包含一橢圓形收集器元件。在另一實施例中，收集器元件之至少一頂部經配置於氣體體積上方，且經組態以將自照明源之照明集中於氣體體積中，以便至少在收集器元件之頂部下方產生一電漿。在另一實施例中，收集器元件可包含用於將電漿之一煙流之一部分傳播至在收集元件之凹形區域外之一區域之一開口。在另一實施例中，開口實質上定位於收集器元件之一頂部中。在另一實施例中，該設備可包含定位於在收集器元件之凹形區域外之區域中之一外部電漿控制元件。
根據本發明之一繪示性實施例揭示一種用於控制一光維持電漿中之對流之方法。在一實施例中，該方法可包含：提供一種收集器元件，在安置於收集器元件之一凹形區域內之一電漿室內含有氣體體積；藉由將照明集中於被容納在電漿室內之氣體體積中而在電漿室內形成一電漿，及經由收集器元件中之一開口而將電漿之一煙流之一部分傳播至在收集器元件之凹形區域外之一區域。
根據本發明之一額外繪示性實施例揭示一種用於校正基於對流之偏差之方法。在一實施例中，該方法可包含：提供一種收集器元件；在收集器元件之一凹形區域內容納氣體體積；藉由將照明集中於 被容納在收集器元件之凹形區域內之氣體體積中而在收集器元件之凹形區域內形成一電漿；及經由收集器元件中之一開口而將電漿之一煙流之一部分傳播至在收集器元件之凹形區域外之一區域。
應瞭解，以上一般描述及以下詳細描述兩者係且僅係例示性的，且無需限制所主張之本發明。併入且構成說明書之一部分之附圖連同一般描述一起繪示本發明之實施例，用以解釋本發明之原理。
100‧‧‧系統
102‧‧‧收集器元件/反射器元件
103‧‧‧氣體
104‧‧‧電漿室
105‧‧‧球管/電漿球管
106‧‧‧電漿/電漿區域
107‧‧‧煙流/電漿煙流
108‧‧‧開口
109‧‧‧凹形區域
110‧‧‧區域/外部區域
111‧‧‧反射內表面/內反射表面
112‧‧‧照明源
114‧‧‧照明/光
118‧‧‧透鏡
122‧‧‧冷反光鏡
124‧‧‧濾光片
126‧‧‧均質器
128‧‧‧外部電漿控制元件
150‧‧‧系統
152‧‧‧氣體圍阻體結構
153‧‧‧氣體
154‧‧‧窗口
156‧‧‧窗口
158‧‧‧氣體循環系統/氣體控制系統
200‧‧‧方法
202‧‧‧照明源
202‧‧‧第一步驟
204‧‧‧第二步驟
206‧‧‧第三步驟
208‧‧‧第四步驟
300‧‧‧方法
302‧‧‧照明源
302‧‧‧第一步驟
304‧‧‧第二步驟
306‧‧‧第三步驟
308‧‧‧第四步驟
熟悉此項技術者可藉由參考附圖來更好理解本發明之許多優點，其中：圖1A係根據本發明之一實施例之用於控制一光維持電漿中之對流之一系統之一高位準示意圖。
圖1B係根據本發明之一實施例之用於控制一光維持電漿中之對流之一系統之一收集器元件及電漿室之一高位準示意圖。
圖1C係根據本發明之一實施例之用於控制一光維持電漿中之對流之一無球管系統之一高位準示意圖。
圖2係根據本發明之一實施例之繪示用於控制一光維持電漿中之對流之一方法之一流程圖。
圖3根據本發明之一實施例之繪示用於控制一光維持電漿中之對流之一方法之一流程圖。
現將詳細參考在附圖中繪示之所揭示之標的。
大體上參考圖1A至圖3，根據本發明揭示一種用於控制一光維持電漿中之對流之系統及方法。本發明之實施例係指一光維持電漿光源中之一反向收集器元件/反射器元件之實施方案。本發明之電漿光源之收集器元件之反向允許電漿煙流經由收集器元件中之一開口而自源之電漿區域傳播至收集器邊界外之一區域。在其中收集器元件中之開 口定位於收集器元件之頂點處或附近之實施例中，煙流較易透過開口向上傳播(例如在一電漿球管內傳播或在一無球管設定中傳播)至收集器元件之內部區域上方或外部之一區域中。此一組態允許在收集器元件之外之一位置處具有任何數目個電漿控制機構之實施方案。例如，電漿控制機構可包含(但不限於)：氣體及/或煙流冷卻及/或加熱、對流控制、及/或煙流捕獲及/或重定向。文中應注意，在收集器元件之內部區域外之區域中之電漿控制之實施例用以自系統之光學活性區域移除各種電漿控制裝置及架構，藉此減輕系統內之幾何約束。
圖1A至圖1B繪示根據本發明之一實施例之適合有助於一光維持電漿室中之電漿之對流控制之一系統100。惰性氣體物種內之電漿的產生大體上描述於2007年4月2日提交之美國專利申請案第11/695,348號及2006年3月31日提交之美國專利申請案第11/395,523號中，該等案之全文以引用之方式併入本文中。各種電漿室設計及電漿控制機構描述於2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號中，該案之全文以引用之方式併入本文中。
在一實施例中，該系統100包含經組態以產生一所選波長之照明之一照明源112(例如一或多個雷射)。在另一實施例中，系統100包含用於產生一電漿之一電漿室104。在另一實施例中，電漿室104包含用於容納適合在吸收適合照明之後產生一電漿之一所選氣體(例如氬、氙、汞或類似者)之一球管105。在一實施例中，將照明114(其藉由一反射器120反射)自照明源112集中於氣體體積103中，使得能夠透過球管105內之氣體或電漿之一或多個所選吸收線來吸收能量，藉此「泵抽」氣體物種以便產生或維持一電漿。在另一實施例中，儘管未展示，然電漿室104可包含一組電極用以激發電漿106，藉此照明源112在由電極引燃之後維持電漿。
在另一實施例中，系統100包含一收集器元件/反射器元件102(例 如一橢圓形收集器元件)，其經組態以將來自照明源112之照明集中於被容納在電漿室104之球管105內的氣體體積103中。收集器元件102可採用適合於將自照明源112之照明集中於被容納在電漿室之球管105內之氣體體積103中的技術中已知的任何實體組態。在一實施例中，收集器元件102可包含一凹形區域109，該區域具有適合於自照明源112接收照明114且將照明114集中於被容納在球管105內之氣體體積103中之一反射內表面111。例如，收集器元件102可包含具有一反射內表面111之一橢圓形收集器元件，如圖1B中所示。在另一實施例中，收集器元件102經配置以收集由電漿106發射之寬頻照明，且將寬頻照明導引至一或多個額外光學元件(例如均質器126)。
在一實施例中，收集器元件102經配置使得收集器元件102之一頂部定位於電漿室104之電漿產生區域上方，如圖1B中所示。在另一實施例中，收集器元件102經配置以將自照明源112之照明114集中於氣體體積103中，以便至少在收集器元件102之頂部下方產生一電漿106。例如，如圖1B中所示，至少收集器元件102之頂點被定位於球管105之一部分(例如電漿產生部分)上方。在此方面，凹形區域109之內表面111經配置以將自照明源112之照明114沿一向下方向導引朝向電漿室104之球管105。
在一實施例中，收集器元件102包含一開口，其用於將在球管105內所產生之電漿106之一煙流107之一部分傳播至在收集器元件102之凹形區域109之外之一區域110。在一實施例中，如圖1B中所示，電漿室104之一部分可經定位以便通過開口108。例如，如圖1B中所示，電漿室104之球管105可經定位以便通過開口108。例如，球管105之一第一部分可經定位於收集器元件102之凹形區域109或內部區域內，而第二部分可經定位於在收集器元件102外之一區域110中。在此方面，被容納在球管105內之氣體或電漿可自收集器元件102之一側 (例如在收集器元件中)穿過至一相對側(例如在收集器元件外部)以允許收集器元件102之內部與外部區域之間之對流。
在一實施例中，電漿室104經配置於收集器元件102之開口108中。在一實施例中，電漿室104被安置於收集器元件102之開口108內。在另一實施例中，電漿室104之一第一部分經放置以與收集器元件102之凹形區域109熱連通，而電漿室104之一第二部分經放置以與在收集器元件102之凹形區域109外之區域110熱連通。在另一實施例中，電漿室104之球管105之一第一部分經放置以與收集器元件102之凹形區域109熱連通，而電漿室104之球管105之一第二部分經放置以與在收集器元件102之凹形區域109外之區域110熱連通。
在一實施例中，開口108實質上定位於收集器元件102之一頂部中。在另一實施例中，開口108定位於收集器元件之後頂點處或附近。例如，在一橢圓形收集器元件之情況下，如圖1B中所示，開口108可定位於橢圓形收集器元件之頂點處或附近。文中應注意，本發明不限於將開口108定位於收集器元件102之頂點處或附近。文中應進一步認識到，開口108或若干開口可沿收集器元件102之壁而定位於各種位置處以允許將煙流107之一部分傳播至在收集器元件102之凹形區域109外之外部區域110。
電漿室104之球管105可採用適合於穿過凹形區域109與外部區域110之間之開口之技術中已知之任何形狀。例如，球管105可具有(但無需具有)一細長形狀，如圖1B中所示。
文中應注意，收集器元件102之反向定向連同在收集器元件102之頂部處之開口108之定位提供電漿室104之球管105之改良熱控制。在此方面，將球管之至少一部分(例如球管之頂部)定位於凹形區域109之外有助於冷卻球管。此外，將煙流107傳播至凹形區域109之外有助於減輕電漿煙流107之影響。
在另一實施例中，系統100包含一或多個外部電漿控制元件128，如圖1B中所示。在一實施例中，外部電漿控制元件128經安置於在收集器元件102之凹形區域109外之區域110中。在一實施例中，外部電漿控制元件128經安置於電漿室104之球管105之外，如圖1B中所示。在另一實施例中，儘管未經展示，然外部電漿控制元件128經安置於電漿室104之球管105之外部。例如，外部電漿控制元件128可貼附於電漿球管105之外壁或可接近電漿球管105安置。
在一實施例中，外部電漿控制元件128可包含技術中已知的任何電漿控制元件用以控制電漿106之一或多個特性。
在一實施例中，外部電漿控制元件128包含一外部溫度控制元件。例如，一外部溫度控制元件可安置於電漿室104之電漿球管105中或之外。外部溫度控制元件可包含技術中已知的任何溫度控制元件以用於控制電漿室104、電漿106及/或電漿煙流107之溫度。
在一實施例中，外部溫度控制元件可經利用以經由將熱能轉移至在收集器元件102之凹形區域109外之一介質而冷卻電漿室104之電漿球管105及/或由電漿106所產生之煙流107。在一實施例中，外部溫度控制元件可包含(但不限於)用於冷卻電漿球管105之一冷卻元件。在一實施例中，外部溫度控制元件可包含用於將熱能自球管105(或煙流107)轉移至在收集器元件102之凹形區域109外之一介質之一熱轉移元件。例如，外部溫度控制單元可包含(但不限於)一熱管(未展示)以與電漿球管105之一或多個部分(例如球管壁、球管內之電極及其類似者)熱連通。此外，熱管可經放置以與一熱交換器(未展示)熱連通。在此方面，熱管可將熱能自電漿球管內轉移至安置於收集器元件102之凹形區域109外之一區域中之熱交換器。熱交換器可進一步經組態以將所接收之熱能自熱管轉移至在電漿球管105及收集器元件102之凹形區域109外之一介質(例如熱散器)。在另一實施例中，熱管經組態以 經由熱交換器而將熱能自煙流107(其由自電漿球管105之電漿區域106之上升氣體產生)轉移至在收集器元件102之凹形區域109外之一介質。
在另一實施例中，球管105可包含耦合至球管105之一或多個部分之一或多個被動熱轉移元件。例如，一或多個被動熱轉移元件可包含(但不限於)經配置以將熱能自熱電漿106轉移至電漿室104之一部分(例如球管之頂部電極)從而促進熱轉移出球管之隔板、人字形或鰭片。
在另一實施例中，外部溫度控制元件可經利用以加熱電漿室104之電漿球管105。例如，外部溫度控制元件可包含一加熱器或熱轉移元件(例如將熱能自一外部介質轉移至球管105之熱管)以與電漿球管熱連通，且經組態以將熱能轉移至電漿球管。例如，外部溫度控制元件可包含安置於電漿球管105中或電漿球管105之外之一加熱器或熱轉移元件。
熱轉移元件之利用大體上在2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。熱轉移元件之利用亦大體上在2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。
在另一實施例中，外部電漿控制元件128包含一外部對流控制元件。例如。一外部對流控制元件可安置於電漿室104之電漿球管105中或之外。外部對流控制元件可包含技術中已知的任何對流控制裝置以用於控制電漿室104中之對流。例如，外部對流控制元件可包含適合於控制電漿室104之電漿球管105內之對流電流之一或多個裝置(例如定位於電漿室104內之結構)。例如，用於控制對流電流之一或多個結構可依一方式而配置於電漿球管105內以影響自電漿室104之熱電漿區域106至玻璃球管105之更冷內表面之熱氣之流動。在此方面，一或多 個結構可依一方式組態以將對流導引至電漿球管105內之區域，該區域最小化或至少減少由高溫氣體引起之對球管105之損壞。
對流控制裝置之利用大體上在2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。對流控制裝置之利用亦大體上在2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。
在另一實施例中，外部電漿控制元件128包含一外部煙流捕獲元件。例如，一外部煙流捕獲元件可經安置於電漿室104之電漿球管105中或之外。外部煙流捕獲元件可包含技術中已知的任何煙流控制裝置以用於捕獲或重新導向電漿室104內之電漿106之煙流107。例如，外部煙流捕獲元件可包含具有適合於捕獲及重新導向源自於電漿室104之球管105內之電漿區域106之一對流煙流之一凹形部分之一或多個裝置。例如，外部煙流捕獲元件可包含安置於具有一凹形部分或一中空部分之電漿室104之電漿球管105內之一或多個電極(例如頂部電極)以適合於捕獲及/或重新導向源自於電漿室104之球管105內之電漿區域106之一對流煙流。
煙流捕獲裝置之利用大體上在2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。煙流捕獲裝置之利用亦大體上在2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。
圖1C繪示適合於有助於電漿之一對流控制之一系統150，根據本發明之一實施例。文中應注意，系統150適合於在不使用一電漿球管之情況下產生一電漿。在此方面，系統150在文中可被稱為一「無球管」系統設計。應進一步注意，先前文中參考系統100所提供之各種實施例及說明應被理解為擴展至系統150，除非另作說明。
在一實施例中，收集器元件102經組態以容納(或至少有助於)適 合於產生電漿之氣體體積之圍阻體。在另一實施例中，收集器元件102經配置以將自照明源112之照明114集中於氣體體積153中以便在至少由收集器元件102之凹形區域109包含之氣體體積153內產生(或至少維持)一電漿106。在另一實施例中，收集器元件102經配置以收集由電漿106發射之寬頻照明且以將寬頻照明導引至一或多個額外光學元件(例如均質器126)。
在一實施例中，系統150包含一氣體圍阻體結構152。在另一實施例中，氣體圍阻體結構152可操作地耦合至收集器元件102。例如，如圖1C中所示，收集器元件102經安置於圍阻體結構152中。在另一實施例中，儘管未經展示，然收集器元件102可經安置於圍阻體結構152之一上部。文中應注意，當在本文中設想系統150可包含適合於激發及/或維持一電漿之諸多無球管組態時(根據本發明)，本發明不限於以上描述或圖1C中之系統150之描繪。一無球管雷射維持電漿光源大體上在2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該案之全文以引用之方式併入本文中。
如文中先前所描述，系統150包含一開口108，其用於將電漿106之煙流107之一部分傳播至在收集器元件102之凹形區域109外之一區域110。在此方面，被容納在收集器元件102內之氣體或電漿可經由開口108自收集器元件102之一側(例如在收集器元件中)穿過至一相對側(例如在收集器元件外部)以允許收集器元件102之內部與外部區域之間之對流。
在另一實施例中，系統150包含一氣體循環系統158。例如，氣體循環系統158可將氣體自外部區域110轉移至內部凹形區域109。在此方面，氣體循環系統158可將經冷卻之氣體轉移(在自煙流107至一介質(例如熱散器)之熱轉移之後)回至內部凹形區域109之電漿產生區域106。在另一實施例中，儘管未經展示，然氣體循環系統158可包含 一或多個氣體泵用以促進氣體之循環。
在另一實施例中，系統150包含一或多個窗口154，其等耦合至氣體圍阻體結構152且經配置以允許自照明源112之入射照明114進入氣體圍阻體結構152之容積及收集器元件102之凹形區域109。窗口154可包含適合於將來自照明源112之光(諸如雷射光)傳輸至圍阻體結構152中之技術中已知的任何窗口材料。
在一實施例中，儘管未在圖1C中展示，然系統150可包含一外部電漿控制元件。在一實施例中，如文中先前所討論，外部電漿控制元件可經定位於在收集器元件102之凹形區域109外的區域110中。在一實施例中，系統150之外部電漿控制元件可包含技術中已知的任何電漿控制元件，用以控制一無球管系統(諸如系統150)中之電漿106的一或多個特性。在一實施例中，系統150之外部電漿控制元件可經安置於氣體圍阻體結構152之一部分、收集器元件102之外壁之一部分及/或氣體循環系統158之一部分上，或與其等整合。
在一實施例中，系統150之外部電漿控制元件可包含一外部溫度控制元件。例如，如文中先前所討論，外部溫度控制元件可包含(但不限於)技術中已知的任何加熱元件、冷卻元件或熱轉移元件。例如，外部溫度控制元件可包含適合於冷卻及/或加熱氣體或電漿煙流107(其透過開口108及透過外部區域110而傳播)之技術中已知的任何加熱元件、冷卻元件或熱轉移元件。在一實施例中，溫度控制元件可包含一溫度控制元件，其在凹形區域之外，但在氣體圍阻體結構152內部。例如，溫度控制元件可包含安置於區域110中、在凹形區域109之外，但在圍阻體結構152內之一或多個冷卻管，且經組態以當其自熱電漿106上升時，冷卻熱氣及/或煙流107。在另一實施例中，溫度控制元件可包含在凹形區域之外氣體圍阻體結構152內之一溫度控制元件。例如，系統150可包含一冷卻套(未展示)或冷卻套管(未展示)， 其等安置成圍繞氣體圍阻體結構152，且經組態以當其自熱電漿106上升時，冷卻熱氣及/或煙流107。就系統150而言，可使用之溫度控制系統及裝置大體上描述於2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號及2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中，該兩個申請案之全文以引用之方式併入本文中。
在另一實施例中，系統150之外部電漿控制元件可包含一外部對流控制元件。在一實施例中，氣體循環系統158可有助於藉由控制與透過開口108自電漿106上升至外部區域110中之熱氣相關聯之對流之系統150之對流控制，如文中先前所討論。在一實施例中，由氣體循環系統158賦予之對流控制可包含被動對流控制，藉此氣體在冷卻之後透過循環系統158自然地循環回至凹形區域109中。在另一實施例中，由氣體循環系統158賦予之對流控制可包含主動對流控制。例如，氣體控制系統158可包含經組態以將氣體自外部區域110泵抽至凹形區域109之一泵。文中應認識到，在無球管系統150中，對流控制可經耦合至冷卻/加熱控制。例如，定位於氣體圍阻體結構152、氣體循環系統158、外部區域110及/或凹形區域109之一或多個位置處之冷卻元件(例如冷卻套)可用於控制整個系統中之對流。在系統150之內文中可使用之對流控制系統及裝置大體上在2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號及2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該兩個申請案之全文以引用之方式併入本文中。
在另一實施例中，系統150之外部電漿控制元件可包含一外部煙流捕獲元件。外部煙流控制元件可包含適合於捕獲或重新導向在凹形區域109外之區域110中之電漿106之煙流107之技術中已知的任何煙流控制裝置。例如，外部煙流捕獲元件可包含具有適合於捕獲及重新導向一對流煙流107透過開口108自電漿區域106傳播之一凹形部分之一 或多個裝置。例如，外部煙流捕獲元件可包含安置於區域110內之一或多個裝置(例如頂部電極)，該等裝置具有適合於捕獲及/或重新導向源自於開口108之一對流煙流之一凹形部分或一中空部分。在系統150之內文中可使用之煙流捕獲裝置大體上在2012年10月9日提交之美國專利申請案第13/647,680號及2010年5月26日提交之美國專利申請案第12/787,827號中描述，該兩個申請案之全文以引用之方式併入本文中。
在另一實施例中，系統150包含一或多個窗口156用以將所產生之寬頻光(例如寬頻UV光)自電漿106傳輸至位於氣體圍阻體結構152外部之一或多個光學元件。窗口156可包含適合於將光(諸如寬頻UV光)自圍阻體結構152內之電漿產生區域傳輸至位於氣體圍阻體結構152外部之一或多個光學元件之技術中已知的任何窗口材料。
在一實施例中，系統100及150可包含各種額外光學元件。在一實施例中，該組額外光學器件可包含經組態以收集源自於電漿106(例如系統100之球管105中之電漿或維持於系統150之凹形區域109中之電漿)之寬頻光之收集光學器件。例如，系統100及150可包含經配置以將自收集器元件102之照明(如經濾光照明116)導引至下游光學器件(諸如但不限於一均質器126)之一冷反光鏡122。
在另一實施例中，該組光學器件可包含沿系統100或系統150之照明路徑或收集路徑放置之一或多個額外透鏡(例如透鏡118)。一或多個透鏡可經利用以將自照明源112之照明集中於氣體容積103或153中。替代地，一或多個額外透鏡可經利用以將源自於電漿106之寬頻光集中於一選定目標(未展示)上。在一進一步實施例中，該組光學器件可包含沿照明路徑或收集路徑放置之一或多個濾光片124(未在圖1C中展示)，以便在光進入電漿球管105(或收集器元件102之凹形區域109)之前過濾照明，或遵循自電漿106之光之發射過濾照明。文中應 注意，系統100及150之該組光學器件(如上文圖1A至圖1C中描述及繪示)僅為說明而提供，且不應被理解為限制。預期可在本發明之範疇內利用諸多等效光學組態。
在本文中可設想，系統100及150可經利用以在各種氣體環境中維持一電漿。在一實施例中，用於激發及/或維持電漿106之氣體可包含一惰性氣體(例如惰性氣體或非惰性氣體)或一非惰性氣體(例如汞)。在另一實施例中，用於激發及/或維持電漿106之氣體可包含一氣體混合物(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，在本文中可設想，用於產生一電漿106之氣體103或153之容積可包含氬。例如，氣體103或153可包含在超過5atm之壓力下固持之一實質上純淨的氬氣。在另一實例中，氣體可包含在超過5atm之壓力下固持之一實質上純淨的氪氣。在另一實例中，氣體103或153可包含氬氣與一額外氣體之一混合物。
應進一步注意，本發明可擴展至諸多氣體。例如，適合於在本發明中實施之氣體可包含(但不限於)：Xe、Ar、Ne、Kr、He、N2、H2O、O2、H2、D2、F2、CH4、一或多個金屬鹵化物類、一鹵素、Hg、Cd、Zn、Sn、Ga、Fe、Li、Na、Ar：Xe、ArHg、KrHg、XeHg及其類似者。廣而言之，本發明應被理解為擴展至任何光泵電漿產生系統，且應進一步被理解為擴展至適合於在一電漿室內或一無球管系統(諸如系統150)內維持一電漿之任何類型之氣體。
在另一實施例中，系統100或系統150之照明源112可包含一或多個透鏡。廣而言之，照明源112可包含技術中已知的任何雷射系統。例如，照明源112可包含能夠在電磁光譜之可見或紫外部分中發射輻射之技術中已知的任何雷射系統。在一實施例中，照明源112可包含經組態以發射連續波(CW)雷射輻射之一雷射系統。例如，在其中氣體體積103或153係(或包含)氬之設定中，照明源112可包含經組態以 發射1069nm輻射之一CW雷射(例如纖維雷射或碟狀Yb雷射)。應注意，此波長適於氬中之一1068nm吸收線，且因而，針對泵抽氬氣尤其有用。文中應注意，以上一CW雷射之描述不受限制且技術中已知的任何CW雷射可在本發明之內文中實施。
在另一實施例中，照明源112可包含一或多個二極體雷射。例如，照明源112可包含一或多個二極體雷射，其等發射依對應於被容納在容積103或容積153內之氣體物種之一或多個吸收線之任何者之一波長之輻射。廣而言之，照明源112之一二極體雷射可經選擇用以實施，使得二極體雷射之波長被調諧至技術中已知的任何電漿之任何吸收線(例如離子轉移線)或電漿產生氣體之任何吸收線(高度激發之中性轉移線)。因而，一給定二極體雷射(或二極體雷射組)之選擇將取決於被容納在本發明之系統100之電漿室104或系統150之凹形區域109內之氣體之類型。
在另一實施例中，照明源112可包含一離子雷射。例如，照明源112可包含技術中已知的任何惰性氣體離子雷射。例如，在一基於氬之電漿之情況下，用於泵抽氬離子之照明源112可包含一Ar+雷射。
在另一實施例中，照明源112可包含一或多個頻率轉換雷射系統。例如，照明源112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112可包含一寬頻雷射。在另一實施例中，照明源可包含經組態以發射經調變之雷射輻射或脈衝雷射輻射之一雷射系統。
在另一實施例中，照明源112可包含一或多個非雷射源。廣而言之，照明源112可包含技術中已知的任何非雷射光源。例如，照明源112可包含能夠在電磁光譜之可見或紫外部分中直接或連續發射輻射之技術中已知的任何非雷射系統。
在另一實施例中，照明源112可包含兩個或兩個以上光源。在一 實施例中，照明源112可包含一或多個雷射。例如，照明源112(或若干照明源)可包含多個二極體雷射。經由另一實例，照明源112可包含多個CW雷射。在一進一步實施例中，兩個或兩個以上雷射之各者可發射經調諧至系統100之電漿室104或系統150之凹形區域109內之氣體或電漿之一不同吸收線之雷射輻射。
圖2係繪示在用於控制一光維持電漿中之對流之一方法200中執行之步驟之一流程圖。申請人注意到，先前文中所描述之系統100及150之內文中之實施例及實現技術應被理解為擴展至方法200。然而，應進一步注意，方法200不限於系統100及150之架構。
在一第一步驟202中，提供一收集器元件102。例如，如圖1A及圖1B中所示，提供具有一大體上橢圓形及一內反射表面111之一收集器元件102。此外，收集器元件102可經配置使得其至少在收集器元件102之頂部下方將自照明源112之照明114沿一大體上下行方向導引至氣體103之一容積。
在一第二步驟204中，氣體體積103被容納在安置於收集器元件102之一凹形區域109內之一電漿室中。例如，系統100可包含安置於收集器元件102之凹形區域109內之一電漿室104。例如，電漿室104可包含適合於容納氣體體積(例如純淨氣體或氣體混合物)之一球管105。
在一第三步驟206中，電漿室內之一電漿藉由將照明集中於被容納在電漿室內之氣體體積中而形成。例如，一選定波長之照明114可藉由利用一照明源112(例如一雷射)而產生。接著，將照明集中於氣體體積103中以在氣體體積103內產生電漿106。例如，收集器元件102可自照明源112接收照明114且將照明集中於被容納在電漿室104之球管105內之氣體103中。文中應注意，電漿106無需由自照明源112之光114激發。例如，一或多個電極(未展示)可經利用以激發電漿106，而 光114用於維持電漿106。
在一第四步驟208中，電漿之一煙流之一部分經由收集器元件102中之一開口108被傳播至在收集器元件102之凹形區域109外之一區域110。例如，電漿室104之球管105可經安置於收集器元件102之一開口108內，使得球管105與內部凹形區域109以及外部區域110接觸。例如，開口108可經配置於收集器元件102之頂部(例如在頂點處或附近)。
圖3係繪示在用於控制一光維持電漿中之對流之一方法300中執行之步驟之一流程圖。申請人應注意，先前文中所描述之系統100及150之內文中之實施例及實現技術應被理解為擴展至方法300。然而，應進一步注意，方法300不限於系統100及150之架構。
在一第一步驟302中，提供一收集器元件。例如，如圖1C中所示，提供具有一大體上橢圓形及一內反射表面111之一收集器元件102。此外，收集器元件102可經配置使得其至少在收集器元件102之頂部下方將自照明源112之照明114沿一大體上下行方向導引至氣體103之一容積。
在一第二步驟304中，氣體體積被容納在收集器元件之一凹形區域內。例如，如圖1C中所示，收集器元件102之凹形區域109可用以至少部分容納氣體體積153。此外，如圖1C中所示，儘管凹形區域109無需操作，然其可與一氣體圍阻體結構152協同操作以容納氣體體積153。
在一第三步驟306中，一電漿藉由將照明集中於被容納在收集器元件之凹形區域內之氣體體積中而位於收集器元件之凹形區域內。例如，一選定波長之照明114可藉由利用一照明源112(例如一雷射)而產生。接著，將照明集中於氣體體積153中以在氣體體積153內產生電漿106。例如，收集器元件102可自照明源112接收照明114且將照明集中 於被容納在收集器元件102之凹形區域109內之氣體153中。文中應注意，電漿106無需由自照明源112之照明114激發。例如，一或多個電極(未展示)可經利用以激發電漿106，而照明114用於維持電漿106。
在一第四步驟308中，電漿106之一煙流107之一部分經由收集器元件102中之一開口108被傳播至在收集器元件102之凹形區域109外之一區域110。例如，如圖1C中所示，開口108可經配置於收集器元件102之頂部(例如在頂點處或附近)，使得因電漿106產生而產生之煙流107通過開口108至在收集器元件102之凹形區域109外之區域110中。
有時文中所描述之標的繪示包含於其他組件內(或與其等連接)之不同組件。應瞭解，此等所描繪架構僅係例示性的，且事實上，可實施達成相同功能之諸多其他架構。在概念意義上，為達成相同功能之組件之任何配置有效「相關聯」，使得達成所要功能。因此，文中經組合以達成一特定功能之任何兩個組件可為視為彼此「相關聯」，使得達成所要功能，不考慮中間組件之架構。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所要功能。可耦合之特定實例包含但不限於實體上可配對及/或實體上相互作用組件及/或可無線相互作用及/或無線相互作用組件及/或邏輯上相互作用及/或邏輯上可相互作用組件。
頃相信，將藉由以上描述來瞭解本發明及其之諸多伴隨優點，且將明白可在不背離本標的之情況下或在不犧牲全部其之材料優點之情況下，對組件之形式、構造及配置做出各種改變。所描述之形式僅係例示性的，且以下申請專利範圍意欲包括及包含此等變化。此外，應瞭解，本發明由所附申請專利範圍定義。
100‧‧‧系統
102‧‧‧收集器元件/反射器元件
104‧‧‧電漿室
106‧‧‧電漿/電漿區域
108‧‧‧開口
109‧‧‧凹形區域
110‧‧‧區域/外部區域
112‧‧‧照明源
114‧‧‧照明/光
118‧‧‧透鏡
122‧‧‧冷反光鏡
124‧‧‧濾光片
126‧‧‧均質器

Claims (37)

  1. 一種用於控制一光維持電漿中之對流之設備，其包括：一照明源，其經組態以產生照明；一電漿室，該電漿室包含用於容納一氣體體積之一球管；及一收集器元件，其經配置以將來自該照明源之該照明集中於該氣體體積中，以在容納於該球管內之該氣體體積內產生一電漿，該電漿室之至少一部分係安置於該收集器元件之一凹形區域內，該收集器元件包含一開口，其中該電漿室之一部分穿過該收集器元件之該開口，以將該電漿之一煙流之一部分傳播至在該收集器元件之該凹形區域外之一區域。
  2. 如請求項1之設備，其中該收集器元件之至少一頂部經配置於該電漿室之一電漿產生區域上方，且經組態以將自該照明源之照明集中於該氣體體積中，以便在該收集器元件之至少該頂部下方產生一電漿。
  3. 如請求項1之設備，其中該收集器元件經配置以收集由該所產生之電漿發射的寬頻照明，且將該寬頻照明導引至一或多個額外光學元件。
  4. 如請求項1之設備，其中該收集器元件包括：一橢圓形收集器元件。
  5. 如請求項1之設備，其中該收集器元件中之該開口包括：實質上定位於該收集器元件之一頂部中之一開口。
  6. 如請求項5之設備，其中該收集器元件中之該開口包括：實質上定位於該收集器元件之一頂點處之一開口。
  7. 如請求項1之設備，其中該電漿室經配置於該收集器元件之該開口內，其中該電漿室之一第一部分與該收集器元件之該凹形區域熱連通，其中該電漿室之一第二部分與在該收集器元件之該凹形區域外之該區域熱連通。
  8. 如請求項1之設備，進一步包括：一外部電漿控制元件，其定位於在該收集器元件之該凹形區域外之該區域中，其中該外部電漿控制元件包含置於該電漿球管中之一結構或置於該電漿球管外之一結構中之至少一者。
  9. 如請求項8之設備，其中該外部電漿控制元件包括：一外部煙流捕獲元件，其中該外部煙流捕獲元件包含用於捕獲或重新導向該電漿之一煙流中之至少一者的一凹形區域。
  10. 如請求項8之設備，其中該外部電漿控制元件包括：一外部對流控制元件，其中該外部對流控制元件係置於該電漿球管中且經配置以控制該電漿球管中之對流電流。
  11. 如請求項8之設備，其中該外部電漿控制元件包括：一外部溫度控制元件，其中該外部溫度控制元件耦合至該電漿球管之一或多個部分。
  12. 如請求項1之設備，其中該照明源包括：一或多個雷射。
  13. 如請求項12之設備，其中該一或多個雷射包括：一二極體雷射、一連續波雷射或一寬頻雷射中之至少一者。
  14. 如請求項1之設備，其中該氣體包括：一或多個惰性氣體。
  15. 如請求項1之設備，其中該氣體包括：一或多個非惰性氣體。
  16. 如請求項1之設備，其中該氣體包括： 兩種或更多種氣體之一混合物。
  17. 一種用於控制一光維持電漿中之對流之設備，其包括：經組態以產生照明之一照明源；一無球管氣體圍阻體結構；及一收集器元件，其包含經配置以將來自該照明源之該照明集中於一氣體體積中的一凹形區域，以便在由該收集器元件之該凹形區域所包含之該氣體體積內產生一電漿，該收集器元件包含一開口，該開口穿過該收集器元件以用於將該電漿之一煙流之一部分自該無球管氣體圍阻體結構之一第一區域傳播至該無球管氣體圍阻體結構之一第二區域，其中該無球管氣體圍阻體結構之該第一區域及該無球管氣體圍阻體結構之該第二區域係至少部分地藉由該收集器元件之一表面隔開。
  18. 如請求項17之設備，進一步包括：一氣體循環系統。
  19. 如請求項17之設備，其中該收集器元件之至少一頂部經配置於該氣體體積上方，且經組態以將自該照明源之照明集中於該氣體體積中，以便在該收集器元件之至少該頂部下方產生一電漿。
  20. 如請求項17之設備，其中該收集器元件經配置以收集由該所產生之電漿發射之寬頻照明，且將該寬頻照明導引至一或多個額外光學元件。
  21. 如請求項17之設備，其中該收集器元件包括：一橢圓形收集器元件。
  22. 如請求項17之設備，其中該收集器元件中之該開口包括：實質上定位於該收集器元件之一頂部中之一開口。
  23. 如請求項22之設備，其中該收集器元件中之該開口包括：實質上定位於該收集器元件之一頂點處之一開口。
  24. 如請求項17之設備，其進一步包括：一外部煙流捕獲元件，該外部煙流捕獲元件包含用於捕獲或重新導向該電漿之一煙流之一凹形結構或一中空結構中之至少一者。
  25. 如請求項17之設備，其進一步包括：一外部對流控制元件，該外部對流控制元件包含用於氣體再循環之一管或一泵中之至少一者。
  26. 如請求項17之設備，其進一步包括：一外部溫度控制元件，該外部溫度控制元件包含一加熱器、一熱管、一熱交換器、一冷卻管、一冷卻套、一隔板(baffle)、一人字形(chevron)或一鰭片(fin)中之至少一者。
  27. 如請求項17之設備，其中該照明源包括：一或多個雷射。
  28. 如請求項27之設備，其中該一或多個雷射包括：一二極體雷射、一連續波雷射或一寬頻雷射之至少一者。
  29. 如請求項17之設備，其中該氣體包括：一或多個惰性氣體。
  30. 如請求項17之設備，其中該氣體包括：一或多個非惰性氣體。
  31. 一種用於控制一光維持電漿中之對流之方法，其包括：提供一收集器元件；在安置於該收集器元件之一凹形區域內之一電漿室內容納一氣體體積；藉由將照明集中於被容納在該電漿室內之該氣體體積中，而 在該電漿室內形成一電漿；及經由該收集器元件中之一開口，將該電漿之一煙流之一部分傳播至在該收集器元件之該凹形區域外之一區域。
  32. 如請求項31之方法，其中該提供一收集器元件包括：提供一收集器元件，其經配置使得該收集器元件之一頂部實質上位於該電漿室之一電漿產生區域上方。
  33. 如請求項31之方法，進一步包括：控制經傳播至在該收集器元件之該凹形區域外之該區域之該煙流之該部分的一或多個特性。
  34. 一種用於控制一光維持電漿中之對流之方法，其包括：提供一無球管氣體圍阻體結構，其中該無球管氣體圍阻體結構包含一收集器元件；在該收集器元件之一凹形區域內容納一氣體體積；藉由將照明集中於被容納在該收集器元件之該凹形區域內之該氣體體積中，而在該收集器元件之該凹形區域內形成一電漿；及將該電漿之一煙流之一部分自該無球管氣體圍阻體結構之一第一區域傳播至該無球管氣體圍阻體結構之一第二區域，其中該無球管氣體圍阻體結構之該第一區域及該無球管氣體圍阻體結構之該第二區域係至少部分地藉由該收集器元件之一表面隔開。
  35. 如請求項34之方法，其中該提供一收集器元件包括：提供一收集器元件，其經配置使得該收集器元件之一頂部實質上位於一電漿室之一電漿產生區域上方。
  36. 如請求項34之方法，進一步包括：控制經傳播至在該收集器元件之該凹形區域外之該區域之該 煙流之該部分的一或多個特性。
  37. 一種用於控制一光維持電漿中之對流之裝置，其包括：一照明源，其經組態以產生照明；一無球管氣體圍阻體結構；及一收集器元件，其包含用於容納一氣體體積且經配置以將來自該照明源之該照明集中於該氣體體積中的一凹形區域，以便在由該收集器元件之該凹形區域所包含之該氣體體積內產生一電漿，該收集器元件包含一開口，該開口用於將該電漿之一煙流之一部分自該無球管氣體圍阻體結構之一第一區域傳播至該無球管氣體圍阻體結構之一第二區域，其中該無球管氣體圍阻體結構之該第一區域及該無球管氣體圍阻體結構之該第二區域係至少部分地藉由該收集器元件之一表面隔開。
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