WO2016148608A1 - Source of broadband optical radiation with high brightness - Google Patents
Source of broadband optical radiation with high brightness Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016148608A1 WO2016148608A1 PCT/RU2016/000135 RU2016000135W WO2016148608A1 WO 2016148608 A1 WO2016148608 A1 WO 2016148608A1 RU 2016000135 W RU2016000135 W RU 2016000135W WO 2016148608 A1 WO2016148608 A1 WO 2016148608A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- plasma
- source
- brightness
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/24—Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
- H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Definitions
- the claimed technical solution relates to sources of broadband optical radiation with high spectral brightness and is of interest for applications in microelectronics, spectroscopy, photochemistry, medicine and other fields.
- a source of high-brightness broadband optical radiation is known, which is a sealed chamber excited by an arc discharge, filled with high-pressure gas.
- the chamber is a transparent flask (lamp) made of quartz glass; xenon (a mixture of xenon with mercury) at a pressure of ⁇ 1 MPa is used as a filling gas.
- Arc discharge electrodes are placed in a lamp, the interelectrode gap is several millimeters, for special-purpose lamps even 0.5-1.5 m ([1]: G. N. Rokhlin “Discharge light sources.” 2nd ed., Revised. and add. — M.: Energoatom Publishing House, 1991–720 s; section 19.3).
- Such lamps are serially produced by many manufacturers, in particular, K.K. Hamamatsu Photonics. (Japan), a description of the respective lamps is presented on the company's website (see .. for example [2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe TLSX 1044E.pdf).
- Known sources generate radiation with a continuous spectrum in the range from -180-220 nm to> 1 000 nm (the lower boundary of the spectrum is determined by the transparency boundary of the material used for the lamp bulb) at sufficiently high stability (better than 1%) and integrated radiation brightness.
- the continuous operation resource of such sources is limited and is determined by the degradation of the electrodes themselves in a high-current arc discharge, as well as by the deposition of erosion products of the electrodes on the inner surface of the lamp, which reduces its transparency.
- the guaranteed source life is typically up to -3000 hours, which is not enough for many applications.
- the spectral brightness of a known source ⁇ in units of W / (nm * sr * mm2) ⁇ is insufficient, in particular for applications in microelectronics, since the illumination of an object is determined namely, the brightness of a unit surface of a radiation source.
- a well-known source of broadband optical radiation with high spectral brightness including filled with a high pressure gas medium
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a camera irradiating the camera with a laser; a system for focusing laser radiation into a camera ([3]: US Pat. No. 7,435,982, "Laser-driven light source”).
- the well-known source is one of the options for realizing the phenomenon of continuous optical discharge, discovered in 1970 in the USSR ([4]: Generalov N.A., Zimakov V.P. et al. “Continuously burning optical discharge.” Letters in JETP 1970, v. 11, pp. 447-449). Sources based on such an optical discharge are produced, in particular, by Energetiq Technology, Inc.
- Well-known sources include a camera in the form of a flask transparent to ultraviolet radiation, filled, as a rule, with xenon with a pressure of up to ⁇ 3 MPa (pressure is indicated at room temperature), a laser with a power of ⁇ 20 W to -300 W ( as a rule, a diode laser with a wavelength of ⁇ 1 ⁇ m), a system for focusing laser radiation into a chamber with a gas with a sufficiently large numerical aperture NA up to 0.45-0.50.
- electrodes are additionally placed for preliminary ionization of the gas by an arc discharge or pulsed electrical breakdown, after which the plasma is supported by focused laser radiation even in the absence of electric current and voltage on the electrodes.
- Electrodesless method of supplying energy to the plasma with the exception of the moment of its initiation), as well as the compactness and rather stable position of the broadband radiation source.
- the absence of any noticeable erosion of the electrodes can significantly increase the life of the radiation source — up to> 9 thousand hours or more, as indicated in the product specifications of Energetiq Technology, Inc., when the life is apparently determined by the degradation of the transparent walls of the flask under the influence of a short-wavelength laser plasma radiation.
- a known source has a significantly higher spectral brightness than arc lamps: a gain in brightness compared to a xenon lamp with a comparable power consumption of to 10 times in the far ultraviolet range of 190-250 nm and up to 2-3 times in the spectral range 300-700 nm.
- the spectral brightness of a known source is not maximum, and it is important to note that its brightness increases very slowly as the power of the laser used increases, since together with an increase in the laser power, the volume of the emitting plasma also increases. For example, if the laser power is increased from 20 W (source EQ-99) to 60 W (source EQ-1500), the size of the emitting plasma
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the level of 50% of the maximum brightness increases from 060 microns x 140 microns to 0125 microns x 300 microns, that is, the plasma volume increases by 9 times. This means that the power of energy release per unit volume of the plasma decreases with increasing laser power, as does the maximum plasma temperature. That is, an increase in the spectral brightness of the source is achieved in an inefficient way — by increasing the optical thickness of the plasma, which is mainly transparent to intrinsic thermal radiation, and the spectral distribution of the radiation corresponds to a lower plasma temperature.
- an increase in the plasma size (in particular, due to thermal conductivity) with an increase in the power of the laser supporting the plasma leads to an increase in the absorption of laser radiation at a greater distance from the focal region - this is especially important when using diode lasers, when the absorption of the laser radiation occurs from excited levels of xenon (or another inert gas). Accordingly, an increase in temperature at the periphery of the focal region leads to an increase in the population of the corresponding atomic states and absorption coefficients - as a result, the laser radiation intensity directly in the focal region can even decrease rather than increase with increasing laser power.
- Changes in the power of laser radiation in a known source lead to variations not only in the brightness of the plasma radiation per se, but also in the position of the region of the laser plasma with maximum brightness, which further increases the instability of the radiation — both the integral and spectral brightness of the known source, especially for significant time intervals.
- the minimum increase in plasma brightness (and even a decrease in its maximum temperature) with increasing laser radiation power is manifested in broadband radiation sources based on a laser-supported (laser wavelength ⁇ 1 ⁇ m) power up to 1 kW of compact plasma in lamps produced by high-pressure xenon KLA-Tencor Corporation ([6]: https: // w ⁇ ⁇ v.research: ate.net/publication/277130938 High Power Laser-Sustained Plasma Light Sources for KLA-Tencor Broadband Inspection Tools).
- This source also uses a complex focusing system ([6]) and, as one of its simplification options, in the patent ([7]: US 7,705,331: “METHODS AND SYSTEMS FOR PROVIDING ILLUMINATION OF A SPECIMEN FOR A PROCESS PERFORMED ON THE SPECIMEN) ))
- each individually focusing system can be made much simpler (see also below).
- a well-known source [6, 7] uses an electrodeless lamp with a high-pressure gas, and plasma is initiated from the outside with respect to the lamp.
- the technical result of the claimed invention is to increase the spectral brightness, reduce fluctuations in the position of the plasma and stabilize the brightness of its radiation, as well as increase the resource of the source of broadband optical radiation.
- the high-brightness broadband radiation source is a chamber filled with a high-pressure gas medium, two irradiating laser cameras with two radiation focusing systems with a substantially coincident focal region and an angle between the laser radiation direction of at least 60 °, and at least at least one laser is a repetitively pulsed laser.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
- the laser is a cw laser
- the second is a pulsed-periodic laser.
- the authors of this technical solution unexpectedly found that the combination of a cw laser with a power of P i and a pulsed-periodic laser with a power (in pulse) of P2 makes it possible to generate a significantly brighter plasma than when using two continuous lasers with a power of Pi and 2 2 or ( moreover ) a single cw laser with a power of (Pj + P2), and the increase in pulsed brightness can be multiple.
- the region of high brightness of such an optical discharge (for example, at a level of 50% of the maximum brightness) is concentrated near the intersection of the focal regions of each of the rays and can be significantly smaller than the region occupied by the plasma for each of the laser beams individually.
- the angle between the direction of laser radiation ⁇ is the smaller of the angles between the corresponding optical axes, as
- the angle ⁇ is about 90 ° —in this case, at a fixed laser power, the brightness of the plasma radiation is maximum, and its position is the most stable.
- a continuous laser maintains an optical discharge at a level near the threshold (in the generally accepted sense of the term — near the threshold for maintaining an optical discharge, the fraction of laser radiation energy absorbed by a plasma is small, see for example [8]: Yu. P. Raiser “Gas Physics” discharge. ”M, Nauka, 1987–592 pp.) with a minimum heat release in a gas, a minimum plasma size and a small power emitted by a plasma, respectively, minimal refractive distortions and minimal n by absorption at the periphery of the plasma bunch and a repetitively pulsed laser generates a repetitively pulsed laser plasma, which at the same time exhibits maximum brightness with a minimum size.
- the plasma brightness is determined by the pulsed power of the Pim laser, and the defocusing of the radiation due to refraction and absorption at the plasma periphery are determined by the average power of the repetitively pulsed laser Pav.
- the use of a repetitively pulsed laser according to the claimed technical solution in some cases allows to further increase the pulsed power when using lasers with moderate average power.
- the limiting power of a cw diode laser is determined by the maximum permissible temperature in the generation region, and in the pulse-periodic mode for sufficiently short laser pulses, the temperature in the radiation generation region is determined to a large extent by the average radiation power (heating of the transition during a single laser pulse relatively small), the pulse power in this case can be much higher than average.
- the irradiation of the surface can be turned off for the duration of the movement of the irradiating surface and the recording systems.
- the surface analysis performance will be ⁇ 12 cm 2 / s and, thus, a plate with a diameter of 300 mm can be examined in ⁇ 1 minute, while the surface scanning speed is 3.5 m / s.
- the absorption coefficient of the laser radiation is sufficient to heat the plasma core, supported by a continuous near-threshold laser power, to
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the maximum brightness is produced by the laser pulse rather quickly, during this time the plasma size does not noticeably increase, and the stability of the position of the bright core and the reproducibility of its brightness from pulse to pulse remains high up to a pulse repetition rate of 10 kHz and higher.
- the duration of an individual laser pulse of the second (pulse-periodic) laser is preferable to choose slightly more (for a scale time of 0.3-10 ⁇ s) of the duration at which the plasma is heated to the maximum brightness of its radiation, since, as mentioned above, the duration " a bright plasma flash of ⁇ 1 ⁇ s (or even less) is sufficient for extremely high sensitivity of optoelectronic registration systems, and further heating of the plasma with a laser pulse only leads to an increase in the average energy on and the plasma and, as a consequence, to increase the absorption and refractive distortions at the periphery of a bright plasma kernel.
- the duration of an individual laser pulse does not exceed the time of formation of a stationary plasma, including its geometry, corresponding to the simultaneous irradiation of a plasma with two continuous lasers with a total power of (P] + P2).
- the time of formation of a stationary plasma depends on the laser power, gas pressure, and conditions for focusing radiation, usually amounting to 10-200 ⁇ s.
- the claimed technical solution allows you to vary the repetition rate of ultra-bright pulses of broadband radiation over a wide range from tens of kilohertz to 1 Hz or less without additional initiation of plasma before each individual radiation pulse. Changing the pulse repetition rate allows you to widely vary the average power of the claimed source without changing its spectral brightness (since it is determined by the pulse power), which is impossible in known sources and is useful for a number of applications.
- the minimum allowable pulse repetition rate is determined both by the duration of an individual laser pulse and by the time during which the plasma cooled in the absence of laser radiation maintains a sufficiently high absorption coefficient so that the plasma is rapidly heated
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the next impulse (impulses) could be realized without external initiation.
- this time is determined by the rate of formation and radiative decay of excimer molecules R2 * (R is an inert gas) at a temperature of the cooling plasma (for xenon 7-10 kK) and in xenon with a pressure of ⁇ 15 atm at room temperature 100- 200 ⁇ s.
- R2 * is an inert gas
- the minimum pulse repetition rate when both lasers operate in a periodic periodic mode, is xenon with a “cold” pressure of -15 atm 3-5 kHz.
- the rate of formation of excimer molecules increases and the pulse repetition rate of the laser pulses must be increased.
- a bright laser plasma is located at the intersection of the focal regions of each of the lasers used, and it is in this (in the optimal case, small) region that a significant part of the laser power is absorbed, allows the use of simple focusing systems with a small numerical aperture, for example, with NA ⁇ 0 , 2.
- a telephoto lens with a ratio of the focal length F to the light diameter D F / D> 3 with flat and spherical optical surfaces can be used.
- This type of lens with NA ⁇ 0.2 is significantly simpler than short-focus aspherical systems.
- the laser plasma when using two simple long-focusing focusing systems that provide a characteristic size of each prefocal region of ⁇ 0200 ⁇ m x 400 ⁇ m (when using one laser and significantly exceeding the plasma maintenance threshold, the laser plasma is usually located precisely in the prefocal region to the “point” of focus), for the angle between the direction of the laser beams ⁇ 90 ° with the appropriate settings, the size of the bright plasma is realized - 0150 microns x 150 microns or less.
- the use of long-focusing focusing systems makes it possible not only to simplify and reduce the cost of the optical system of the source, but also to increase the solid angle at which laser radiation can be collected and used in applications (the laser focusing system obviously does not allow the use of plasma radiation in
- the source in order to increase the stability of the radiation of the broadband radiation source, according to the claimed technical solution, includes a feedback element of at least one of the lasers in terms of power or spectral power of the broadband radiation source.
- the feedback element controls the radiation power of the plasma at one or more wavelengths and, when the signal changes, accordingly adjusts the power of one of the lasers generating a laser plasma, preferably a continuous laser.
- the source further includes a broadband radiation blocker synchronized with a repetitively pulsed laser.
- the blocker passes the plasma radiation during the laser pulse or, excluding the initial stage of plasma heating in each pulse, even a slightly shorter time, while the plasma radiation in the rest of the time - in particular, between laser pulses - is blocked.
- the studied object irradiated by a broadband radiation source is exposed only to radiation with maximum brightness, which minimizes the possible harmful effects of the source, for example, excessive heating of a biological object or the occurrence of photochemical reactions under the influence of a constant background of plasma radiation.
- the ratio of the plasma brightness during the operation of a pulsed laser and during a pause can be 100-500 or more even without using a blocker.
- the claimed light source is actually a pulse-periodic source of broadband optical radiation with high brightness, the pulse repetition rate of which is determined by the frequency of the pulse-periodic laser (s), and in the intervals between pulses the power of broadband radiation at orders less than maximum using
- Such lamps is limited and amounts to 109 pulses at a frequency of 500 Hz (108 pulses for more powerful flash lamps with a frequency of 50- 70 Hz), which corresponds to a lamp operating time of not more than a month, we also indicate less stability compared to continuous short-arc lamps and, especially, with respect to the claimed technical solution, the position of the brightest discharge region, which moves from pulse to pulse.
- the radiation blocker can be made in various ways, including both electro-optical light choppers and mechanical, for example, a rotating disk with slots.
- the possibility of using this variant of periodic interruption of radiation is associated with the fact that the radiation of a broadband light source is usually transmitted using small diameter optical fibers, for a small plasma, the diameter of the optical fiber can be 100-200 microns.
- the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ⁇ 10 ⁇ s (for a fiber diameter of 100 ⁇ m); at a peripheral rotation speed of 30 m / s, the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ⁇ 6-7 ⁇ s.
- Laser plasma can be generated in a high-pressure inert gas (helium, neon, argon, krypton, xenon) or a high-pressure inert gas mixture; at least one component from the group may also be included in the gas mixture: mercury, hydrogen, nitrogen.
- the chamber irradiated by focused laser radiation is filled with a heavy inert gas (argon, krypton, xenon) or a mixture of high inert heavy gases of up to several MPa (at
- plasma initiation can be carried out using electrodes placed in the chamber or using a source external to the chamber.
- FIG. 1 determination of the angle ⁇ between the radiation directions of the lasers used in the utility model; 1 — optical axis of the radiation of the first laser, 2 — second laser.
- FIG. 2 optical diagram of an embodiment of the invention
- 3.4 lasers
- 5.6 focusing systems
- 7 a chamber filled with high-pressure gas
- 8 a plasma radiation collection system.
- an OSRAM XBO 75W lamp filled with high-pressure xenon with quartz glass walls was used; the outer diameter of the lamp was ⁇ 10 mm.
- the DLM-30 and PLD-70 diode modules of the NTE IRE-Polyus / 1PC Photonics company were used, the angle between the direction of laser radiation was -90 °.
- the influence of the lamp shell is reduced mainly to a shift in focus, and not to an increase in the size of the focal region; focus shift can be almost completely compensated for when focusing systems are tuned together.
- Preliminary ionization in a gas is created by an arc discharge; after plasma ignition in laser beams, the arc discharge is switched off.
- the relative position of the focal regions of the two lasers used was preliminarily coincident and then fine-tuned to obtain maximum plasma brightness, while the focal regions of the lasers remained essentially the same.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) “Sharp” focusing with NA ⁇ 0.5.
- the summation of the intensities of the plasma radiation generated separately by each of the cw lasers (when the second laser is turned off) with the above power gives a value of ⁇ 3 times less in the wavelength region 400-600 nm, ⁇ 5 times less for ⁇ ⁇ 300 nm and even greater difference for ⁇ ⁇ 250 nm.
- the brightness when using two lasers with a similar total power is ⁇ 2 times higher in the length range 300-600 nm waves, ⁇ 3 times more for ⁇ ⁇ 250 nm.
- the pulsed brightness of the plasma is 2.5 times higher than the brightness of the source of the prototype (EQ-1500) in the wavelength range of 350-600 nm and ⁇ 3 times in the region of ⁇ ⁇ 300 nm.
- the average total power of the two lasers used was -40 W — 1.5 times less than that of the prototype EQ-1500 with a much simpler laser focusing system.
- the plasma radiation brightness increased by a further 1-7-4 times depending on the spectral range and exceeded the prototype brightness by 3-5 times at close total laser power.
- a cw laser along with a pulsed-periodic laser with a power supporting an optical discharge near the threshold of such a discharge makes it possible, on the one hand, to minimize the heat release in the plasma upon absorption of continuous radiation and, on the other hand, as established by the authors, to ensure a sufficient level of pulse-periodic absorption radiation already at the leading edge of the laser pulse.
- the laser pulse quickly (within 3-5 ⁇ s in the described example) heats the plasma to the maximum possible temperature, ensuring the maximum brightness of the optical discharge radiation.
- the claimed technical solution allows the efficient use of a pulsed-periodic laser generating sufficiently short pulses with a sufficiently high duty cycle — for example, as indicated above, with a duration of ⁇ 20 ⁇ s and a duty cycle of ⁇ 5
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (Rapid heating of the plasma also makes it possible to reduce the duration of the laser pulse to ⁇ 10 ⁇ s, while increasing the duty cycle of the pulses to -10, etc.). It is this range of combination of parameters that allows a diode laser to obtain a multiple pulse power of laser radiation than the maximum allowable power in continuous operation, and, accordingly, the maximum spectral brightness of a broadband radiation source.
- the use of a cw laser supporting an optical discharge allows one to independently and widely vary the pulse duration and repetition rate of a repetitively pulsed laser, that is, to realize the frequency and duration of high-spectral brightness broadband radiation pulses necessary for a particular application. In the absence of cw laser radiation, as established by the authors, it is necessary to use laser pulses of significantly longer duration or frequency (i.e., less duty cycle), which significantly limits the characteristics of the source of broadband optical radiation.
- the variation of the cw laser radiation power allows with a response time of not more than 250-300 ⁇ s (this corresponds to the thermal relaxation time of the bright region of the plasma) to widely control the pulsed plasma power (if a pulse-periodic laser is used), which makes it possible to realize feedback, controlling the pulsed plasma power, including according to a given program, and also provide active stabilization of the parameters of the pulsed laser plasma radiation, controlling the intensity s plasma radiation in one or more spectral bands and appropriately varying the power of one of the lasers is preferably continuous when ispoldzuetsya combination of continuous and pulsed-periodic laser.
- the claimed technical solution does not exceed (and can be significantly less) the radiation power of the plasma in known sources, and, accordingly, the degradation rate of transmission of the walls of the lamp with compressed gas in the claimed technical solution is not greater than that of analogues.
- the resource of the claimed source is not less than the resource of the prototype (in many cases, more), while the pulsed brightness of the claimed source is several times greater than the brightness of the prototype.
- the technical result provided by the combination of features provided in the claimed invention is an increase in spectral brightness, a decrease in plasma position fluctuations and stabilization of the brightness of its radiation, as well as an increase in the source resource and the possibility of changing its average power and pulse repetition rate over a wide range.
- a pulse-periodic high-bandwidth high-brightness optical pulse source and also its alteration without deviating from the provisions protected by the claims can be made obvious to qualified specialists in this field.
- another material not silica glass
- the chamber in which the high-pressure gas mixture is located for example, to operate at a higher pressure of tens of atmospheres
- the chamber may have a window made of a material that is transparent in the far UV and VUV (MgF2, etc.) for better output of short-wave radiation
- the composition and pressure of the gas mixture can vary widely.
- Laser radiation can be focused not only by lens systems, but also by more complex optical elements (for example, off-axis paraboloidal or ellipsoidal
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) mirror) or optical systems with different numerical apertures located at different angles to each other and to the direction of gravity (vertical), the preferred, but not the only possible way, is to illuminate the chamber with the gas medium with a continuous laser from the bottom up.
- blockers absorbers
- Preliminary ionization of the gas can be carried out as a source located inside the chamber (similar to the example of the implementation of the proposed method), and an external source - for example, a powerful pulsed laser.
- Fiber lasers, diode lasers, gas lasers (e.g. CO2 lasers), etc., including two lasers with different radiation wavelengths, can be used to irradiate the gas.
- Systems based on an oscillating or rotating mirror can be used as a broadband source radiation blocker, the blocker can be implemented on electro-or magneto-optical effects, due to additional spectral devices, a spectrum section of a broadband source important for a particular application can be highlighted, various feedback algorithms can be used and etc.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
The invention relates to sources of broadband optical radiation with high spectral brightness, and is of interest for use in the fields of microelectronics, spectroscopy and photochemistry, amongst others. The technical result of the claimed technical solution is an increase in spectral brightness, a decrease in fluctuations in plasma position and a stabilization of the brightness of the plasma radiation, as well as an increase in the working life of the source. This technical result is achieved in that the present source of broadband radiation with high brightness comprises a chamber which is filled with a high-pressure gaseous medium, and two lasers which irradiate the chamber and which have two radiation focusing systems with substantially overlapping focal regions and an angle of at least 60° between the direction of radiation of the lasers, wherein at least one of the lasers is a repetitively pulsed laser.
Description
ИСТОЧНИК ШИРОКОПОЛОСНОГО ОПТИЧЕСКОГО SOURCE OF A WIDEBAND OPTICAL
ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ЯРКОСТЬЮ HIGH BRIGHT EMISSIONS
Заявляемое техническое решение относится к источникам широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии, медицине и других областях. The claimed technical solution relates to sources of broadband optical radiation with high spectral brightness and is of interest for applications in microelectronics, spectroscopy, photochemistry, medicine and other fields.
Известен источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, представляющий собой возбуждаемую дуговым разрядом герметичную камеру, заполненную газом высокого давления. Камера представляет собой прозрачную колбу (лампу) из кварцевого стекла, в качестве заполняющего газа применяется ксенон (смесь ксенона с ртутью) при давлении ~ 1 МПа. Электроды дугового разряда размещены в лампе, межэлектродный промежуток составляет несколько миллиметров, у ламп специального назначения даже 0,5-1 ,5 м ([1]: Рохлин Г. Н. «Разрядные источники света». 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Энергоатом издат, 1991-720 с; раздел 19.3). Подобные лампы серийно выпускаются многими производителями, в частности компанией Hamamatsu Photonics К.К. (Япония), описание соответствующих ламп представлено на сайте компании (см.. например [2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe TLSX 1044E.pdf). Известные источники генерируют излучение с непрерывным спектром в диапазоне от -180-220 нм до >1 ООО нм (нижняя граница спектра определяется границей прозрачности используемого для колбы лампы материала) при достаточно высоких стабильности (лучше 1%) и интегральной яркости излучения. Однако ресурс непрерывной работы таких источников ограничен и определяется деградацией электродов самих по себе в сильноточном дуговом разряде, а также осаждением продуктов эрозии электродов на внутреннюю поверхность лампы, что снижает ее прозрачность. В результате гарантированный срок службы источника составляет, как правило, до -3000 часов, что недостаточно для многих приложений. Кроме того, при высокой общей спектральной силе света {в единицах Вт/(нм*ср)} спектральная яркость известного источника {в единицах Вт/(нм*ср*мм2)} недостаточна, в частности для приложений в микроэлектронике, поскольку освещенность объекта определяется именно яркостью единицы поверхности источника излучения. A source of high-brightness broadband optical radiation is known, which is a sealed chamber excited by an arc discharge, filled with high-pressure gas. The chamber is a transparent flask (lamp) made of quartz glass; xenon (a mixture of xenon with mercury) at a pressure of ~ 1 MPa is used as a filling gas. Arc discharge electrodes are placed in a lamp, the interelectrode gap is several millimeters, for special-purpose lamps even 0.5-1.5 m ([1]: G. N. Rokhlin “Discharge light sources.” 2nd ed., Revised. and add. — M.: Energoatom Publishing House, 1991–720 s; section 19.3). Such lamps are serially produced by many manufacturers, in particular, K.K. Hamamatsu Photonics. (Japan), a description of the respective lamps is presented on the company's website (see .. for example [2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe TLSX 1044E.pdf). Known sources generate radiation with a continuous spectrum in the range from -180-220 nm to> 1 000 nm (the lower boundary of the spectrum is determined by the transparency boundary of the material used for the lamp bulb) at sufficiently high stability (better than 1%) and integrated radiation brightness. However, the continuous operation resource of such sources is limited and is determined by the degradation of the electrodes themselves in a high-current arc discharge, as well as by the deposition of erosion products of the electrodes on the inner surface of the lamp, which reduces its transparency. As a result, the guaranteed source life is typically up to -3000 hours, which is not enough for many applications. In addition, with a high total spectral intensity of light {in units of W / (nm * sr * mm)}, the spectral brightness of a known source {in units of W / (nm * sr * mm2)} is insufficient, in particular for applications in microelectronics, since the illumination of an object is determined namely, the brightness of a unit surface of a radiation source.
Известен источник широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления A well-known source of broadband optical radiation with high spectral brightness, including filled with a high pressure gas medium
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
камеру, облучающий камеру лазер, систему фокусировки излучения лазера в камеру ([3]: патент US 7435982 "Laser-driven light source"). Фактически известный источник представляет собой один из вариантов реализации явления непрерывного оптического разряда, обнаруженного в 1970 г. в СССР ([4]: Генералов Н.А., Зимаков В. П. и др. «Непрерывно горящий оптический разряд». Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 11 , с. 447-449). Источники на базе такого оптического разряда выпускает, в частности, компания Energetiq Technology, Inc. (США), они подробно описаны на сайте этой компании ([5]: htt р : //www. en erge ti q . com,7) , а именно EQ-99 (в версиях X, XFC, CAL), а также EQ-1500 и др. Известные источники включают камеру в виде прозрачной для ультрафиолетового излучения колбы, заполненной, как правило, ксеноном с давлением вплоть до ~3 МПа (давление указано при комнатной температуре), лазер мощностью от ~20 Вт до -300 Вт (как правило, диодный лазер с длиной волны ~1 мкм), систему фокусировки лазерного излучения в камеру с газом с достаточно большой числовой апертурой NA до 0,45-0,50. В заполненной газом камере дополнительно размещены электроды для предварительной ионизации газа дуговым разрядом или импульсным электрическим пробоем, после которых плазма поддерживается сфокусированным лазерным излучением уже в отсутствие электрического тока и напряжения на электродах. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a camera irradiating the camera with a laser; a system for focusing laser radiation into a camera ([3]: US Pat. No. 7,435,982, "Laser-driven light source"). In fact, the well-known source is one of the options for realizing the phenomenon of continuous optical discharge, discovered in 1970 in the USSR ([4]: Generalov N.A., Zimakov V.P. et al. “Continuously burning optical discharge.” Letters in JETP 1970, v. 11, pp. 447-449). Sources based on such an optical discharge are produced, in particular, by Energetiq Technology, Inc. (USA), they are described in detail on the website of this company ([5]: htt p: // www. En erge ti q. Com, 7 ), namely EQ-99 (in versions X, XFC, CAL), as well as EQ-1500 et al. Well-known sources include a camera in the form of a flask transparent to ultraviolet radiation, filled, as a rule, with xenon with a pressure of up to ~ 3 MPa (pressure is indicated at room temperature), a laser with a power of ~ 20 W to -300 W ( as a rule, a diode laser with a wavelength of ~ 1 μm), a system for focusing laser radiation into a chamber with a gas with a sufficiently large numerical aperture NA up to 0.45-0.50. In the gas-filled chamber, electrodes are additionally placed for preliminary ionization of the gas by an arc discharge or pulsed electrical breakdown, after which the plasma is supported by focused laser radiation even in the absence of electric current and voltage on the electrodes.
Важными достоинствами известного источника являются безэлектродный способ подвода энергии к плазме (за исключением момента ее инициирования), а также компактность и достаточно стабильное положение источника широкополосного излучения. Отсутствие сколько-нибудь заметной эрозии электродов позволяет многократно увеличить ресурс источника излучения— до > 9 тыс. часов и более, как указано в спецификациях продукции компании Energetiq Technology, Inc., когда ресурс определяется, по-видимому, деградацией прозрачных стенок колбы под действием коротковолнового излучения лазерной плазмы, Далее, известный источник имеет существенно большую спектральную яркость, чем лампы дугового разряда: выигрыш в яркости по сравнению с ксеноновой лампой при сопоставимой потребляемой мощности составляет до 10 раз в дальнем ультрафиолетовом диапазоне 190-250 нм и до 2-3 раз в спектральном диапазоне 300-700 нм. Однако спектральная яркость известного источника не является максимальной и при этом важно отметить, что его яркость увеличивается очень медленно по мере роста мощности используемого лазера, поскольку вместе с ростом мощности лазера увеличивается и объем излучающей плазмы. Например, при увеличении мощности лазера от 20 Вт (источник EQ-99) до 60 Вт (источник EQ-1500) размер излучающей плазмы по Important advantages of the known source are the electrodeless method of supplying energy to the plasma (with the exception of the moment of its initiation), as well as the compactness and rather stable position of the broadband radiation source. The absence of any noticeable erosion of the electrodes can significantly increase the life of the radiation source — up to> 9 thousand hours or more, as indicated in the product specifications of Energetiq Technology, Inc., when the life is apparently determined by the degradation of the transparent walls of the flask under the influence of a short-wavelength laser plasma radiation. Further, a known source has a significantly higher spectral brightness than arc lamps: a gain in brightness compared to a xenon lamp with a comparable power consumption of to 10 times in the far ultraviolet range of 190-250 nm and up to 2-3 times in the spectral range 300-700 nm. However, the spectral brightness of a known source is not maximum, and it is important to note that its brightness increases very slowly as the power of the laser used increases, since together with an increase in the laser power, the volume of the emitting plasma also increases. For example, if the laser power is increased from 20 W (source EQ-99) to 60 W (source EQ-1500), the size of the emitting plasma
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
уровню 50% от максимальной яркости увеличивается от 060 мкм х 140 мкм до 0125 мкм х 300 мкм, то есть объем плазмы возрастает в 9 раз. Это означает, что мощность энерговыделения в единице объема плазмы с увеличением мощности лазера уменьшается, как и максимальная температура плазмы. То есть, рост спектральной яркости источника достигается неэффективным способом— за счет увеличения оптической толщины плазмы, в основном прозрачной для собственного теплового излучения, а спектральное распределение излучения соответствует меньшей температуре плазмы. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the level of 50% of the maximum brightness increases from 060 microns x 140 microns to 0125 microns x 300 microns, that is, the plasma volume increases by 9 times. This means that the power of energy release per unit volume of the plasma decreases with increasing laser power, as does the maximum plasma temperature. That is, an increase in the spectral brightness of the source is achieved in an inefficient way — by increasing the optical thickness of the plasma, which is mainly transparent to intrinsic thermal radiation, and the spectral distribution of the radiation corresponds to a lower plasma temperature.
Медленный рост яркости лазерной плазмы при увеличении лазерной мощности в известном техническом решении авторы настоящего изобретения связывают с рефракцией лазерного излучения в нагретом газе: с увеличением мощности лазерного излучения увеличивается и тепловыделение в фокальной области. В результате возрастает размер и оптическая сила «рассеивающей тепловой линзы», возникающей в области излучающей плазмы и вокруг этой области, что ухудшает условия фокусировки лазерного излучения. The slow increase in the brightness of laser plasma with increasing laser power in a known technical solution, the authors of the present invention associate with the refraction of laser radiation in a heated gas: with an increase in the power of laser radiation, the heat generation in the focal region also increases. As a result, the size and optical power of the “scattering thermal lens” that arises in the region of the emitting plasma and around this region increases, which worsens the conditions for focusing laser radiation.
Далее, по мнению авторов заявляемого технического решения, увеличение размера плазмы (в частности, за счет теплопроводности) при увеличении мощности поддерживающего плазму лазера приводит к росту поглощения лазерного излучения на большем расстоянии от фокальной области — это особенно существенно при использовании диодных лазеров, когда поглощение лазерного излучения происходит с возбужденных уровней ксенона (или другого инертного газа). Соответственно, рост температуры на периферии фокальной области приводит к росту населенности соответствующих атомных состояний и коэффициентов поглощения — в результате интенсивность лазерного излучения непосредственно в фокальной области может с ростом мощности лазера даже уменьшаться, а не возрастать. Further, in the opinion of the authors of the claimed technical solution, an increase in the plasma size (in particular, due to thermal conductivity) with an increase in the power of the laser supporting the plasma leads to an increase in the absorption of laser radiation at a greater distance from the focal region - this is especially important when using diode lasers, when the absorption of the laser radiation occurs from excited levels of xenon (or another inert gas). Accordingly, an increase in temperature at the periphery of the focal region leads to an increase in the population of the corresponding atomic states and absorption coefficients - as a result, the laser radiation intensity directly in the focal region can even decrease rather than increase with increasing laser power.
Изменения мощности лазерного излучения в известном источнике приводят к вариациям не только яркости излучения плазмы самой по себе, но также и положения области лазерной плазмы с максимальной яркостью, что дополнительно увеличивает нестабильность излучения— как интегральной, так и спектральной яркости известного источника, особенно на значительных временных интервалах. Changes in the power of laser radiation in a known source lead to variations not only in the brightness of the plasma radiation per se, but also in the position of the region of the laser plasma with maximum brightness, which further increases the instability of the radiation — both the integral and spectral brightness of the known source, especially for significant time intervals.
Кроме того, для фокусировки лазерного излучения в известном источнике используется сложная (и дорогая) асферическая оптика с большой числовой апертурой, что позволяет частично снизить влияние рефракции. Как следствие, размер лазерного луча на поверхности колбы лампы достаточно велик и аберрации на неоднородностях стенок самой колбы дополнительно ухудшают качество фокусировки лазерного излучения. Далее, In addition, for focusing laser radiation in a known source, complex (and expensive) aspherical optics with a large numerical aperture are used, which partially reduces the effect of refraction. As a result, the size of the laser beam on the surface of the lamp bulb is large enough and aberrations on the inhomogeneities of the walls of the bulb itself further impair the quality of focusing the laser radiation. Further,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
поскольку короткофокусная фокусирующая система занимает значительный телесный угол в окружающем плазму пространстве, то в известном источнике снижается доля излучения плазмы, которую возможно вывести и использовать. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) since the short-focusing focusing system occupies a significant solid angle in the space surrounding the plasma, the fraction of plasma radiation that can be removed and used is reduced in a known source.
Аналогично минимальный рост яркости плазмы (и даже снижение ее максимальной температуры) при увеличении мощности лазерного излучения проявляется в источниках широкополосного излучения на базе поддерживаемой лазером (длина волны лазерного излучения ~1 мкм) мощностью до 1 кВт компактной плазмы в заполненных ксеноном высокого давления лампах, производимых компанией KLA-Tencor Corporation ([6]: https://w\^v.research :ate.net/publication/277130938 High Power Laser- Sustained Plasma Light Sources for KLA-Tencor Broadband Inspection Tools). В этом источнике также используется сложная фокусирующая система ([6]) и, как один из вариантов ее упрощения, в патенте ([7]: US 7,705,331 : «METHODS AND SYSTEMS FOR PROVIDING ILLUMINATION OF A SPECIMEN FOR A PROCESS PERFORMED ON THE SPECIMEN))) предлагается использовать возбуждение лазерной плазмы одновременно с нескольких направлений, например с двух взаимно перпендикулярных направлений (п. п. 68-69 формулы изобретения, в частности п. 68) с по существу совпадающими фокальными областями. В этом случае каждая в отдельности фокусирующая система может быть выполнена значительно проще (см. также ниже). Специально отметим, что в известном источнике оптимальным считается поддержание плазмы непрерывным (cw) лазерным излучением. Укажем также, что в известном источнике [6, 7] используется безэлектродная лампа с газом высокого давления, а инициирование плазмы производится извне по отношению к лампе. Similarly, the minimum increase in plasma brightness (and even a decrease in its maximum temperature) with increasing laser radiation power is manifested in broadband radiation sources based on a laser-supported (laser wavelength ~ 1 μm) power up to 1 kW of compact plasma in lamps produced by high-pressure xenon KLA-Tencor Corporation ([6]: https: // w \ ^ v.research: ate.net/publication/277130938 High Power Laser-Sustained Plasma Light Sources for KLA-Tencor Broadband Inspection Tools). This source also uses a complex focusing system ([6]) and, as one of its simplification options, in the patent ([7]: US 7,705,331: “METHODS AND SYSTEMS FOR PROVIDING ILLUMINATION OF A SPECIMEN FOR A PROCESS PERFORMED ON THE SPECIMEN) )) it is proposed to use laser plasma excitation simultaneously from several directions, for example, from two mutually perpendicular directions (paragraphs 68-69 of the claims, in particular paragraph 68) with substantially coincident focal regions. In this case, each individually focusing system can be made much simpler (see also below). We especially note that in a known source, the maintenance of a plasma by continuous (cw) laser radiation is considered optimal. We also point out that a well-known source [6, 7] uses an electrodeless lamp with a high-pressure gas, and plasma is initiated from the outside with respect to the lamp.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение спектральной яркости, уменьшение колебаний положения плазмы и стабилизация яркости ее излучения, а также увеличение ресурса источника широкополосного оптического излучения. The technical result of the claimed invention is to increase the spectral brightness, reduce fluctuations in the position of the plasma and stabilize the brightness of its radiation, as well as increase the resource of the source of broadband optical radiation.
Технический результат достигается тем, что источник широкополосного излучения с высокой яркостью представляет собой заполненную газовой средой высокого давления камеру, два облучающих камеру лазера с двумя системами фокусировки излучения с по существу совпадающей фокальной областью и углом между направлением излучения лазеров не менее 60°, причем по меньшей мере один лазер представляет собой импульсно- периодический лазер. The technical result is achieved in that the high-brightness broadband radiation source is a chamber filled with a high-pressure gas medium, two irradiating laser cameras with two radiation focusing systems with a substantially coincident focal region and an angle between the laser radiation direction of at least 60 °, and at least at least one laser is a repetitively pulsed laser.
В предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения один In a preferred embodiment of the proposed technical solution, one
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
лазер представляет собой непрерывный лазер, а второй— импульсно-периодический лазер Авторами настоящего технического решения неожиданно обнаружено, что комбинация непрерывного лазера мощностью P i и импульсно-периодического лазера мощностью (в импульсе) Р2 позволяет генерировать существенно более яркую плазму, чем при использовании двух непрерывных лазеров с мощностью Pi и ?2 или (тем более) одного непрерывного лазера мощностью (Pj + Р2), причем рост импульсной яркости может быть кратным. Вероятно, это связано с тем, что средний по времени энерговклад в плазму в предлагаемом авторами источнике существенно ниже, поскольку средняя мощность импульсно-периодического лазера в скважность раз меньше ее импульсного значения (для близких к прямоугольным лазерных импульсов), что снижает негативное влияние рефракции лазерного излучения на плазме и окружающем ее горячем газе, а также нежелательное поглощение лазерного излучения на периферии излучающей области плазменного источника. В результате излучение импульсно-периодического лазера с большей эффективностью достигает фокальной области фокусирующей системы, обеспечивая большую яркость плазмы. Этим же, видимо, объясняется и большая стабильность положения области максимальной яркости плазмы в предлагаемом авторами настоящей заявки техническом решении. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The laser is a cw laser, and the second is a pulsed-periodic laser. The authors of this technical solution unexpectedly found that the combination of a cw laser with a power of P i and a pulsed-periodic laser with a power (in pulse) of P2 makes it possible to generate a significantly brighter plasma than when using two continuous lasers with a power of Pi and 2 2 or ( moreover ) a single cw laser with a power of (Pj + P2), and the increase in pulsed brightness can be multiple. This is probably due to the fact that the time-average energy input to the plasma in the source proposed by the authors is significantly lower, since the average power of a repetitively pulsed laser is a factor of one times smaller than its pulse value (for close-to-rectangular laser pulses), which reduces the negative effect of laser refraction radiation on the plasma and the surrounding hot gas, as well as unwanted absorption of laser radiation at the periphery of the emitting region of the plasma source. As a result, the radiation of a repetitively pulsed laser with greater efficiency reaches the focal region of the focusing system, providing greater brightness of the plasma. This also apparently explains the greater stability of the position of the region of maximum plasma brightness in the technical solution proposed by the authors of this application.
Аналогично, при возбуждении плазмы сфокусированным излучением двух лазеров с по существу совпадающими фокусами область высокой яркости такого оптического разряда (например, по уровню 50% от максимальной яркости) сосредоточена вблизи области пересечения фокальных областей каждого из лучей и может быть существенно меньше, чем занимаемая плазмой область для каждого из лазерных лучей в отдельности. Как следствие, при достаточно большом угле Θ между направлением оптических осей каждого из лазерных лучей, а именно при Θ > 60° дополнительно увеличивается стабильность положения области оптического разряда с максимальной яркостью, яркая область «совместной» плазмы оказывается значительно меньше размера яркой области плазмы, генерируемой каждым из используемых лазеров в отдельности, а яркость излучения плазмы оптического разряда ΙΣ значительно превосходит арифметическую сумму яркостей плазмы I ] + 12, где 1 \ , 12 - яркость плазмы в случае работы только одного лазера (соответственно, первого или второго) Similarly, when a plasma is excited by focused radiation of two lasers with substantially coincident foci, the region of high brightness of such an optical discharge (for example, at a level of 50% of the maximum brightness) is concentrated near the intersection of the focal regions of each of the rays and can be significantly smaller than the region occupied by the plasma for each of the laser beams individually. As a result, for a sufficiently large angle Θ between the direction of the optical axes of each of the laser beams, namely, for Θ> 60 °, the position stability of the region of the optical discharge with maximum brightness is further increased, the bright region of the “joint” plasma is much smaller than the size of the bright plasma region generated each of the lasers used individually, and the brightness of the radiation of the optical discharge plasma ΙΣ significantly exceeds the arithmetic sum of the plasma brightness I] + 12, where 1 \, 12 is the plasma brightness in the case of bots of only one laser (respectively, the first or second)
В рамках настоящего технического решения угол между направлением излучения лазеров Θ— это меньший из углов между соответствующими оптическими осями, как In the framework of this technical solution, the angle between the direction of laser radiation Θ is the smaller of the angles between the corresponding optical axes, as
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
указано на фиг. 1. В предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения угол в составляет около 90°— в этом случае при фиксированной мощности лазеров яркость излучения плазмы оказывается максимальной, а ее положение— наиболее стабильным. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) indicated in FIG. 1. In a preferred embodiment of the proposed technical solution, the angle θ is about 90 ° —in this case, at a fixed laser power, the brightness of the plasma radiation is maximum, and its position is the most stable.
В предпочтительной реализации заявляемого технического решения непрерывный лазер поддерживает оптический разряд на уровне вблизи порогового (в общепринятом понимании этого термина — вблизи порога поддержания оптического разряда доля поглощаемой плазмой энергии лазерного излучения мала, см. например [8]: Райзер Ю.П. «Физика газового разряда». М, Наука, 1987— 592 с.) с минимальным выделением тепла в газе, минимальным размером плазмы и малой излучаемой плазмой мощностью, соответственно, минимальными рефракционными искажениями и минимальным поглощением на периферии плазменного сгустка а импульсно-периодический лазер генерирует импульсно-периодическую лазерную плазму, которая демонстрирует при этом при этом максимальную яркость при минимальном размере. В этом случае яркость плазмы определяется импульсной мощностью лазера Pim, а дефокусировка излучения за счет рефракции и поглощение на периферии плазмы определяются средней мощностью импульсно-периодического лазера Pav. Для предпочтительного режима генерации по существу прямоугольных лазерных импульсов соотношение между Pav и Pim определяется их скважностью G: G = Pim/Pav и для существенного снижения рефракционных искажений и потерь на периферийное поглощение целесообразно, как установлено авторами, использовать импульсно-периодический лазер со скважностью >2. In a preferred embodiment of the claimed technical solution, a continuous laser maintains an optical discharge at a level near the threshold (in the generally accepted sense of the term — near the threshold for maintaining an optical discharge, the fraction of laser radiation energy absorbed by a plasma is small, see for example [8]: Yu. P. Raiser “Gas Physics” discharge. ”M, Nauka, 1987–592 pp.) with a minimum heat release in a gas, a minimum plasma size and a small power emitted by a plasma, respectively, minimal refractive distortions and minimal n by absorption at the periphery of the plasma bunch and a repetitively pulsed laser generates a repetitively pulsed laser plasma, which at the same time exhibits maximum brightness with a minimum size. In this case, the plasma brightness is determined by the pulsed power of the Pim laser, and the defocusing of the radiation due to refraction and absorption at the plasma periphery are determined by the average power of the repetitively pulsed laser Pav. For the preferred mode of generation of essentially rectangular laser pulses, the ratio between Pav and Pim is determined by their duty cycle G: G = Pim / Pav and to significantly reduce refractive distortions and peripheral absorption losses it is advisable, as established by the authors, to use a pulse-periodic laser with a duty cycle> 2 .
В распространенном случае применения диодных лазеров (аналогично известным источникам) применение импульсно-периодического лазера согласно заявляемому техническому решению в ряде случаев позволяет дополнительно увеличить импульсную мощность при использовании лазеров с умеренной средней мощностью. Это связано с тем, что предельная мощность непрерывного диодного лазера обусловлена максимально допустимой температурой в области генерации, а в импульсно-периодическом режиме для достаточно коротких лазерных импульсов температура в области генерации излучения определяется в значительной степени средней мощностью излучения (нагрев перехода за время отдельного лазерного импульса сравнительно мал), импульсная мощность при этом может быть гораздо выше средней. В частности, при скважности импульсов ~5 для диодного лазерного модуля ДЛМ-50 производства компании НТО «ИРЭ-Полюс»/1РС Photonics (http://www.iitoire-polus.ru/products low dlm.html) с максимальной мощностью в In the common case of the use of diode lasers (similar to known sources), the use of a repetitively pulsed laser according to the claimed technical solution in some cases allows to further increase the pulsed power when using lasers with moderate average power. This is due to the fact that the limiting power of a cw diode laser is determined by the maximum permissible temperature in the generation region, and in the pulse-periodic mode for sufficiently short laser pulses, the temperature in the radiation generation region is determined to a large extent by the average radiation power (heating of the transition during a single laser pulse relatively small), the pulse power in this case can be much higher than average. In particular, at a pulse duty cycle of ~ 5 for the DLM-50 diode laser module manufactured by the NTO IRE-Polyus / 1PC Photonics company (http://www.iitoire-polus.ru/products low dlm.html) with a maximum power of
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
непрерывном режиме работы 50 Вт авторами настоящего технического решения был реализован устойчивый импульсно-периодический режим работы лазера (и генерации лазерной плазмы) с импульсной мощностью излучения П О Вт и длительностью отдельного лазерного импульса 20 мкс (частота следования лазерных импульсов 10 кГц). При этом средняя мощность лазера составляла 22 Вт и рефракционные эффекты в плазме, а также поглощение на ее периферии соответствовали приблизительно такой средней мощности импульсно-периодического лазера (возможно и меньшей, но в любом случае не большей). Для лазерных импульсов большой длительности (обычно ~ 100 мкс и более, когда в течение отдельного импульса температура лазерного перехода достигает стационарного значения) существенного увеличения импульсной мощности по сравнению с мощностью лазера в непрерывном режиме реализовать не удается. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 50 W continuous operation mode, the authors of this technical solution implemented a stable pulse-periodic laser operation mode (and laser plasma generation) with a pulsed radiation power of P OW and a single laser pulse duration of 20 μs (laser pulse repetition rate 10 kHz). In this case, the average laser power was 22 W and the refractive effects in the plasma, as well as the absorption at its periphery, corresponded to approximately such an average power of a repetitively pulsed laser (possibly lower, but not higher in any case). For laser pulses of long duration (usually ~ 100 μs or more, when the laser transition temperature reaches a stationary value during a single pulse), a substantial increase in the pulsed power compared to the laser power in the continuous mode cannot be realized.
Использование импульсно-периодической лазерной плазмы с достаточно высокой частотой следования импульсов вместо непрерывной плазмы, как в известных технических решениях, не приводит к ограничению использования заявляемого источника в подавляющем большинстве приложений, по крайней мере, при длительности отдельного импульса широкополосного излучения в микросекундном диапазоне. Это связано с тем, что чувствительность современных оптоэлектронных приемников с временным разрешением от 200- ЗОО не (1 мкс) не хуже чувствительности оптоэлектронных приемников непрерывного (квазинепрерывного) излучения. Соответственно, при анализе поверхности (наиболее частое применение рассматриваемых источников света в микроэлектронике) при необходимом уровне интенсивности света на поверхности достаточно одного импульса длительностью от ~1 мкс. При этом на время перемещения облучающей поверхность и регистрирующей систем облучение поверхности возможно отключить. Для частоты следования импульсов широкополосного излучения 10 кГц и размере облучаемой за один импульс площади всего 350 х 350 мкм (при экстремально высокой яркости заявляемого источника это вполне реальный размер) производительность анализа поверхности составит ~ 12 см2/с и, таким образом, пластина диаметром 300 мм может быть исследована за ~ 1 минуту, при этом скорость сканирования поверхности составляет 3,5 м/с. The use of a repetitively pulsed laser plasma with a sufficiently high pulse repetition rate instead of a continuous plasma, as in the known technical solutions, does not limit the use of the inventive source in the vast majority of applications, at least when the duration of an individual pulse of broadband radiation in the microsecond range. This is due to the fact that the sensitivity of modern optoelectronic receivers with a time resolution of 200–3 ° C is not (1 μs) no worse than the sensitivity of optoelectronic receivers of continuous (quasicontinuous) radiation. Accordingly, in the analysis of the surface (the most frequent application of the considered light sources in microelectronics) with the required level of light intensity on the surface, one pulse with a duration of ~ 1 μs is sufficient. At the same time, the irradiation of the surface can be turned off for the duration of the movement of the irradiating surface and the recording systems. For a pulse repetition rate of 10 kHz broadband radiation and an area irradiated per pulse of only 350 x 350 microns (with an extremely high brightness of the claimed source, this is a very real size), the surface analysis performance will be ~ 12 cm 2 / s and, thus, a plate with a diameter of 300 mm can be examined in ~ 1 minute, while the surface scanning speed is 3.5 m / s.
Как обнаружено и установлено авторами заявляемого технического решения, уже вблизи порога оптического разряда, когда яркость плазмы и тепловыделение в ней низкие, коэффициент поглощения лазерного излучения достаточен для того, чтобы нагрев ядра плазмы, поддерживаемой непрерывным лазером «околопороговой» мощности, до As discovered and established by the authors of the claimed technical solution, already near the threshold of the optical discharge, when the plasma brightness and heat generation in it are low, the absorption coefficient of the laser radiation is sufficient to heat the plasma core, supported by a continuous near-threshold laser power, to
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
максимальной яркости производится лазерным импульсом достаточно быстро, за это время размер плазмы заметно не увеличивается, а устойчивость положения яркого керна и воспроизводимость его яркости от импульса к импульсу остается высокой вплоть до частоты следования импульсов 10 кГц и выше. При этом длительность отдельного лазерного импульса второго (импульсно-периодического) лазера предпочтительно выбирать незначительно больше (на время масштаба 0,3-10 мкс) той длительности, при которой обеспечивается нагрев плазмы до максимальной яркости ее излучения, поскольку, как указывалось выше, длительности «яркой выспышки» плазмы ~ 1 мкс (и даже меньше) достаточно для предельно высокой чувствительности оптоэлектронных систем регистрации, а дальнейший нагрев плазмы лазерным импульсом приводит только к увеличению среднего энерговклада в плазму и, как следствие, к росту рефракционных искажений и поглощения на периферии яркого ядра плазмы. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the maximum brightness is produced by the laser pulse rather quickly, during this time the plasma size does not noticeably increase, and the stability of the position of the bright core and the reproducibility of its brightness from pulse to pulse remains high up to a pulse repetition rate of 10 kHz and higher. In this case, the duration of an individual laser pulse of the second (pulse-periodic) laser is preferable to choose slightly more (for a scale time of 0.3-10 μs) of the duration at which the plasma is heated to the maximum brightness of its radiation, since, as mentioned above, the duration " a bright plasma flash of ~ 1 μs (or even less) is sufficient for extremely high sensitivity of optoelectronic registration systems, and further heating of the plasma with a laser pulse only leads to an increase in the average energy on and the plasma and, as a consequence, to increase the absorption and refractive distortions at the periphery of a bright plasma kernel.
Соответственно, в любом случае предпочтительно, чтобы длительность отдельного лазерного импульса не превышала время формирования стационарной плазмы, включая ее геометрию, соответствующей одновременному облучению плазмы двумя непрерывными лазерами суммарной мощностью (Р] + Р2). Время формирования стационарной плазмы зависит от мощности лазеров, давления газа и условий фокусировки излучения, составляя обычно 10-200 мкс. Accordingly, in any case, it is preferable that the duration of an individual laser pulse does not exceed the time of formation of a stationary plasma, including its geometry, corresponding to the simultaneous irradiation of a plasma with two continuous lasers with a total power of (P] + P2). The time of formation of a stationary plasma depends on the laser power, gas pressure, and conditions for focusing radiation, usually amounting to 10-200 μs.
Важно также указать, что заявляемое техническое решение позволяет варьировать частоту следования ультраярких импульсов широкополосного излучения в широких пределах от десятков килогерц до 1 Гц и менее без дополнительного инициирования плазмы перед каждым отдельным импульсом излучения. Изменение частоты следования импульсов позволяет в широких пределах варьировать среднюю мощность заявляемого источника без изменения его спектральной яркости (поскольку она определяется импульсной мощностью), что невозможно в известных источниках и полезно для ряда приложений. It is also important to indicate that the claimed technical solution allows you to vary the repetition rate of ultra-bright pulses of broadband radiation over a wide range from tens of kilohertz to 1 Hz or less without additional initiation of plasma before each individual radiation pulse. Changing the pulse repetition rate allows you to widely vary the average power of the claimed source without changing its spectral brightness (since it is determined by the pulse power), which is impossible in known sources and is useful for a number of applications.
При достаточно высокой частоте следования лазерных импульсов, как установлено авторами, возможно поддержание стабильного импульсно-периодического режима горения плазмы в случае, когда оба используемых лазера работают в импульсно-периодическом режиме. В этом случае минимально допустимая частота следования импульсов определяется как длительностью отдельного лазерного импульса, так и временем, в течение которого охлаждающаяся в отсутствие лазерного излучения плазма сохраняет достаточно высокий коэффициент поглощения, чтобы быстрый разогрев плазмы At a sufficiently high repetition rate of laser pulses, as established by the authors, it is possible to maintain a stable pulse-periodic regime of plasma combustion in the case when both lasers used operate in a pulse-periodic mode. In this case, the minimum allowable pulse repetition rate is determined both by the duration of an individual laser pulse and by the time during which the plasma cooled in the absence of laser radiation maintains a sufficiently high absorption coefficient so that the plasma is rapidly heated
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
следующим импульсом (импульсами) мог быть реализован без внешнего инициирования. Для заполненных тяжелым инертным газом камер это время определяется скоростью образования и радиационного распада эксимерных молекул R2* (R - инертный газ) при температуре остывающей плазмы (для ксенона 7-10 кК) и составляет в ксеноне с давлением ~ 15 атм при комнатной температуре 100-200 мкс. Таким образом, для длительности лазерных импульсов 100 мкс минимальная частота следования импульсов, когда оба лазера работают в импульсно-периодическом режиме, составляет в ксеноне с «холодным» давлением -15 атм 3-5 кГц. При большем давлении в лампе скорость образования эксимерных молекул возрастает и частоту следования лазерных импульсов необходимо увеличивать. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the next impulse (impulses) could be realized without external initiation. For chambers filled with heavy inert gas, this time is determined by the rate of formation and radiative decay of excimer molecules R2 * (R is an inert gas) at a temperature of the cooling plasma (for xenon 7-10 kK) and in xenon with a pressure of ~ 15 atm at room temperature 100- 200 μs. Thus, for a laser pulse duration of 100 μs, the minimum pulse repetition rate, when both lasers operate in a periodic periodic mode, is xenon with a “cold” pressure of -15 atm 3-5 kHz. With a higher pressure in the lamp, the rate of formation of excimer molecules increases and the pulse repetition rate of the laser pulses must be increased.
Тот факт, что яркая лазерная плазма расположена в области пересечения фокальных областей каждого из используемых лазеров, причем именно в этой (в оптимальном случае небольшой) области поглощается значительная часть лазерной мощности, позволяет использовать простые фокусирующие системы с небольшой числовой апертурой, например с NA<0,2. В качестве выходного элемента такой фокусирующей системы может быть применена, например, длиннофокусная линза с отношением фокусного расстояния F к световому диаметру D F/D > 3 с плоскими и сферическими оптическими поверхностями. Такого типа линзы с NA<0,2 существенно проще короткофокусных асферических систем. В этом случае для диодного лазера с характерным размером луча на линзе - 6-Н О мм возможно использовании линзы с F ~ 30 мм (и больше). Тогда при диаметре колбы с газовой средой высокого давления ~10 мм размер лазерного пучка на стенке колбы не превышает 1 ,5-2 мм, что минимизирует связанные со стенками колбы аберрации, в частности дефокусировку луча на неоднородностях стенки колбы или толщины колбы. В результате при использовании двух простых длиннофокусных фокусирующих систем, обеспечивающих характерный размер каждой предфокальной области ~ 0200 мкм х 400 мкм (при использовании одного лазера и значительном превышении порога поддержания плазмы лазерная плазма обычно располагается именно в предфокальной области— до «точки» фокуса), для угла между направлением лазерных лучей ~ 90° при соответствующей настройке реализуется размер яркой плазмы - 0150 мкм х 150 мкм и меньше. Использование длиннофокусных фокусирующих систем позволяет не только упростить и удешевить оптическую систему источника, но и увеличить телесный угол, в котором можно собрать излучение лазерной плазмы и использовать его в приложениях (фокусирующая система лазера, очевидно, не позволяет использовать излучение плазмы в The fact that a bright laser plasma is located at the intersection of the focal regions of each of the lasers used, and it is in this (in the optimal case, small) region that a significant part of the laser power is absorbed, allows the use of simple focusing systems with a small numerical aperture, for example, with NA <0 , 2. As an output element of such a focusing system, for example, a telephoto lens with a ratio of the focal length F to the light diameter D F / D> 3 with flat and spherical optical surfaces can be used. This type of lens with NA <0.2 is significantly simpler than short-focus aspherical systems. In this case, for a diode laser with a characteristic beam size on the lens of 6-H O mm, it is possible to use a lens with F ~ 30 mm (or more). Then, when the diameter of the flask with a high-pressure gas medium is ~ 10 mm, the size of the laser beam on the flask wall does not exceed 1.5-2 mm, which minimizes the aberration associated with the flask walls, in particular, defocusing the beam on the inhomogeneities of the flask wall or flask thickness. As a result, when using two simple long-focusing focusing systems that provide a characteristic size of each prefocal region of ~ 0200 μm x 400 μm (when using one laser and significantly exceeding the plasma maintenance threshold, the laser plasma is usually located precisely in the prefocal region to the “point” of focus), for the angle between the direction of the laser beams ~ 90 ° with the appropriate settings, the size of the bright plasma is realized - 0150 microns x 150 microns or less. The use of long-focusing focusing systems makes it possible not only to simplify and reduce the cost of the optical system of the source, but also to increase the solid angle at which laser radiation can be collected and used in applications (the laser focusing system obviously does not allow the use of plasma radiation in
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
соответствующий телесный угол, который пропорционален NA2). SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) corresponding solid angle, which is proportional to NA2).
В одном из вариантов реализации, с целью увеличения стабильности излучения источника широкополосного излучения, согласно заявляемому техническому решению, источник включает элемент обратной связи по меньшей мере одного из лазеров по мощности или спектральной мощности источника широкополосного излучения. Элемент обратной связи контролирует мощность излучения плазмы на одной или нескольких длинах волн и при изменении сигнала соответствующим образом корректирует мощность одного из лазеров, генерирующих лазерную плазму, предпочтительно непрерывного лазера. Авторами установлено, что, в отличие от известных источников с плазмой, поддерживаемой мощным непрерывным лазером, при изменении мощности непрерывного лазера в достаточно широких пределах в области порога поддержания плазмы, положение яркой области лазерной плазмы не изменяется, что позволяет поддерживать стабильным излучение плазмы именно за счет изменения мощности лазера без учета перемещения яркой области плазмы. In one embodiment, in order to increase the stability of the radiation of the broadband radiation source, according to the claimed technical solution, the source includes a feedback element of at least one of the lasers in terms of power or spectral power of the broadband radiation source. The feedback element controls the radiation power of the plasma at one or more wavelengths and, when the signal changes, accordingly adjusts the power of one of the lasers generating a laser plasma, preferably a continuous laser. The authors found that, in contrast to the known sources with plasma supported by a high-power continuous-wave laser, when the continuous-laser power changes over a sufficiently wide range in the region of the plasma maintenance threshold, the position of the bright region of the laser plasma does not change, which makes it possible to maintain stable plasma radiation precisely due to changes in laser power without taking into account the movement of a bright region of the plasma.
В одном из вариантов заявляемого технического решения источник дополнительно включает блокиратор широкополосного излучения, синхронизированный с импульсно- периодическим лазером. В предпочтительном случае блокиратор пропускает излучение плазмы в течение лазерного импульса или, исключив начальный этап разогрева плазмы в каждом импульсе, даже несколько меньшее время, при этом излучение плазмы в остальное время — в частности, между лазерными импульсами — блокируется. В этом случае облучаемый источником широкополосного излучения изучаемый объект подвергается воздействию только излучения с максимальной яркостью, что минимизирует возможное вредное воздействие источника, например, избыточный нагрев биологического объекта или протекание фотохимических реакций под действием постоянного фона излучения плазмы. Заметим, что при «околопороговом» режиме работы непрерывного лазера отношение яркости плазмы во время работы импульсного лазера и в период паузы может составлять 100-500 и более даже без использования блокиратора. In one embodiment of the claimed technical solution, the source further includes a broadband radiation blocker synchronized with a repetitively pulsed laser. In the preferred case, the blocker passes the plasma radiation during the laser pulse or, excluding the initial stage of plasma heating in each pulse, even a slightly shorter time, while the plasma radiation in the rest of the time - in particular, between laser pulses - is blocked. In this case, the studied object irradiated by a broadband radiation source is exposed only to radiation with maximum brightness, which minimizes the possible harmful effects of the source, for example, excessive heating of a biological object or the occurrence of photochemical reactions under the influence of a constant background of plasma radiation. Note that in the “near-threshold” mode of operation of a continuous laser, the ratio of the plasma brightness during the operation of a pulsed laser and during a pause can be 100-500 or more even without using a blocker.
Таким образом, в предпочтительном варианте заявляемого технического решения заявляемый источник света представляет собой фактически импульсно-периодический источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, частота следования световых импульсов которого определяется частотой импульсно- периодического лазера (лазеров), а в промежутках между импульсами мощность широкополосного излучения на порядки меньше максимальной, с использованием Thus, in a preferred embodiment of the claimed technical solution, the claimed light source is actually a pulse-periodic source of broadband optical radiation with high brightness, the pulse repetition rate of which is determined by the frequency of the pulse-periodic laser (s), and in the intervals between pulses the power of broadband radiation at orders less than maximum using
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
блокиратора широкополосное излучение между яркими вспышками плазмы в течение лазерного импульса отсутствует. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) There is no broadband radiation between bright plasma flashes during a laser pulse.
Известны импульсно-периодические короткодуговые лампы высокого давления с ксеноновым наполнением, например, того же производителя Hamamatsu Photonics К.К. ([9]: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3024/L9456/index.htmn. Эти лампы генерируют световые импульсы длительностью 2-4 мкс (по полувысоте), что достаточно для регистрации сигнала оптоэлектронными приборами с высокой чувствительностью. Однако такие лампы не работают на частотах > 500 Гц (обычно частота следования импульсов не превышает 70-200 Гц), что не достаточно для многих приложений, в том числе в микроэлектронике. Кроме того, ресурс работы таких ламп ограничен и составляет 109 импульсов при частоте 500 Гц (108 импульсов для более мощных импульсных ламп частотой 50-70 Гц), что соответствует длительности работы лампы не более месяца. Укажем также меньшую по сравнению с непрерывными короткодуговыми лампами и, тем более, по отношению к заявляемому техническому решению стабильность положения наиболее яркой области разряда, которая перемещается от импульса к импульсу. Known pulse-periodic short-arc high-pressure lamps with xenon filling, for example, the same manufacturer Hamamatsu Photonics K.K. ([9]: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3024/L9456/index.htmn. These lamps generate light pulses with a duration of 2-4 μs (half-height), which is enough for signal detection by optoelectronic devices with high sensitivity, however, such lamps do not work at frequencies> 500 Hz (usually the pulse repetition rate does not exceed 70-200 Hz), which is not enough for many applications, including in microelectronics. such lamps is limited and amounts to 109 pulses at a frequency of 500 Hz (108 pulses for more powerful flash lamps with a frequency of 50- 70 Hz), which corresponds to a lamp operating time of not more than a month, we also indicate less stability compared to continuous short-arc lamps and, especially, with respect to the claimed technical solution, the position of the brightest discharge region, which moves from pulse to pulse.
Блокиратор излучения может быть выполнен различными способами, включая как электрооптические прерыватели света, так и механические, например вращающийся диск с прорезями. Возможность использования указанного варианта периодического прерывания излучения связана с тем, что излучение широкополосного источника света, как правило, передается с помощью световодов малого диаметра, для плазмы малого размера диаметр световода может составлять 100-200 мкм. В этом случае при легко обеспечиваемой окружной скорости вращения диска 20 м/с (например, диаметр диска 16 см, частота вращения 2400 об/мин) и ширине отдельной прорези в нем 0,2 мм длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит ~ 10 мкс (для диаметра световода 100 мкм); при окружной скорости вращения 30 м/с длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит ~6-7 мкс. The radiation blocker can be made in various ways, including both electro-optical light choppers and mechanical, for example, a rotating disk with slots. The possibility of using this variant of periodic interruption of radiation is associated with the fact that the radiation of a broadband light source is usually transmitted using small diameter optical fibers, for a small plasma, the diameter of the optical fiber can be 100-200 microns. In this case, when the peripheral speed of rotation of the disk is 20 m / s (for example, disk diameter of 16 cm, rotation frequency of 2400 rpm) and the width of a single slot in it is 0.2 mm, the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ~ 10 μs ( for a fiber diameter of 100 μm); at a peripheral rotation speed of 30 m / s, the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ~ 6-7 μs.
Лазерная плазма может генерироваться в инертном газе высокого давления (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон) или смеси инертных газов высокого давления, в состав газовой смеси может быть также включен по меньшей мере один компонент из группы: ртуть, водород, азот. В предпочтительном варианте облучаемая сфокусированным лазерным излучением камера заполнена тяжелым инертным газом (аргон, криптон, ксенон) или смесью тяжелых инертных газов высокого давления вплоть до нескольких МПа (при Laser plasma can be generated in a high-pressure inert gas (helium, neon, argon, krypton, xenon) or a high-pressure inert gas mixture; at least one component from the group may also be included in the gas mixture: mercury, hydrogen, nitrogen. In a preferred embodiment, the chamber irradiated by focused laser radiation is filled with a heavy inert gas (argon, krypton, xenon) or a mixture of high inert heavy gases of up to several MPa (at
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
комнатной температуре). SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) room temperature).
Аналогично, инициирование плазмы может проводиться с помощью размещенных в камере электродов или с помощью внешнего по отношению к камере источника. Similarly, plasma initiation can be carried out using electrodes placed in the chamber or using a source external to the chamber.
Далее заявляемое техническое решение поясняется с помощью примеров, которыми оно, однако не ограничено, со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах показаны: Further, the claimed technical solution is illustrated using examples with which it, however, is not limited, with reference to the accompanying drawings. The drawings show:
Фиг. 1 : определение угла Θ между направлениями излучения используемых в полезной модели лазеров; 1 — оптическая ось излучения первого лазера, 2— второго лазера. FIG. 1: determination of the angle Θ between the radiation directions of the lasers used in the utility model; 1 — optical axis of the radiation of the first laser, 2 — second laser.
Фиг. 2: оптическая схема варианта изобретения; 3,4 — лазеры, 5,6 — фокусирующие системы, 7— заполненная газом высокого давления камера, 8— система сбора излучения плазмы. FIG. 2: optical diagram of an embodiment of the invention; 3.4 — lasers, 5.6 — focusing systems, 7 — a chamber filled with high-pressure gas, 8 — a plasma radiation collection system.
В качестве камеры с газом использовалась заполненная ксеноном высокого давления лампа OSRAM ХВО 75W со стенками из кварцевого стекла, внешний диаметр лампы ~10 мм. В качестве лазеров использовались диодные лазерные модули ДЛМ-30 и PLD-70 компании НТО «ИРЭ-Полюс»/1РС Photonics, угол между направлением излучения лазеров составлял -90°. В качестве выходного элемента фокусирующих систем использовались линзы с эффективным фокусным расстоянием F=\ 6 мм и =32 мм, диаметр лазерных лучей на линзах составлял, соответственно 4 и 8 мм, что соответствует числовой апертуре фокусирующей системы NA~0, 12, при этом диаметр лазерных лучей на поверхности лампы не превышал 1 ,5 мм, что меньше характерного пространственного масштаба неоднородности оптической толщины кварцевой оболочки лампы. В этом случае влияние оболочки лампы сводится, в основном, к смещению фокуса, а не к увеличению размера фокальной области; смещение фокуса может быть практически полностью скомпенсировано при совместной настройке фокусирующих систем. As a gas chamber, an OSRAM XBO 75W lamp filled with high-pressure xenon with quartz glass walls was used; the outer diameter of the lamp was ~ 10 mm. As lasers, the DLM-30 and PLD-70 diode modules of the NTE IRE-Polyus / 1PC Photonics company were used, the angle between the direction of laser radiation was -90 °. As the output element of the focusing systems, we used lenses with an effective focal length F = \ 6 mm and = 32 mm, the diameter of the laser beams on the lenses was 4 and 8 mm, respectively, which corresponds to the numerical aperture of the focusing system NA ~ 0, 12, and the diameter laser rays on the surface of the lamp did not exceed 1.5 mm, which is less than the characteristic spatial scale of the inhomogeneity of the optical thickness of the quartz lamp shell. In this case, the influence of the lamp shell is reduced mainly to a shift in focus, and not to an increase in the size of the focal region; focus shift can be almost completely compensated for when focusing systems are tuned together.
Предварительная ионизация в газе создается дуговым разрядом, после зажигания плазмы в лазерных лучах дуговой разряд отключается. Взаимное расположение фокальных областей двух используемых лазеров предварительно выполнялось совпадающим и затем точно настраивалось для получения максимальной яркости плазмы, при этом фокальные области лазеров оставались по существу совпадающими. Preliminary ionization in a gas is created by an arc discharge; after plasma ignition in laser beams, the arc discharge is switched off. The relative position of the focal regions of the two lasers used was preliminarily coincident and then fine-tuned to obtain maximum plasma brightness, while the focal regions of the lasers remained essentially the same.
При одновременном использовании двух непрерывных лазеров мощностью 26 Вт и 37 Вт (суммарная мощность 63 Вт, вариант соответствующий [8]) была получена спектральная яркость, которая практически точно совпадает со спектральной яркостью установки EQ-1500 с диодным лазером мощностью около 60 Вт и существенно более Using two continuous lasers with a power of 26 W and 37 W (total power 63 W, option corresponding to [8]), the spectral brightness was obtained, which almost exactly coincides with the spectral brightness of the EQ-1500 with a diode laser with a power of about 60 W and much more
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
«острой» фокусировкой с NA ~ 0,5. При этом суммирование интенсивностей излучения плазмы, генерируемой отдельно каждым из непрерывных лазеров (при выключенном втором лазере) с указанной выше мощностью дает значение в ~3 раза меньше в области длин волн 400-600 нм, в ~5 раз меньше для λ ~ 300 нм и еще большее различие для λ < 250 нм. При сравнении с плазмой, генерируемой при использовании одного непрерывного лазера мощностью 56 Вт при аналогичной (ΝΑ~0,12) числовой апертуре фокусирующей системы, яркость при использовании двух лазеров с близкой суммарной мощностью (около 60 Вт) выше в ~2 раза в области длин волн 300-600 нм, в ~3 раза больше для λ ~ 250 нм. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) “Sharp” focusing with NA ~ 0.5. In this case, the summation of the intensities of the plasma radiation generated separately by each of the cw lasers (when the second laser is turned off) with the above power gives a value of ~ 3 times less in the wavelength region 400-600 nm, ~ 5 times less for λ ~ 300 nm and even greater difference for λ <250 nm. When compared with the plasma generated using a single 56 W cw laser with a similar (ΝΑ ~ 0.12) numerical aperture of the focusing system, the brightness when using two lasers with a similar total power (about 60 W) is ~ 2 times higher in the length range 300-600 nm waves, ~ 3 times more for λ ~ 250 nm.
При одновременном использовании согласно заявляемому техническому решению непрерывного лазера мощностью 27 Вт (при этом порог поддержания плазмы составлял 20-22 Вт) и лазера, работающего в импульсно-периодическом режиме (импульсная мощность 63 Вт, частота следования импульсов 10 кГц, длительность отдельного лазерного импульса 22 мкс, длительность отдельного импульса излучения плазмы 15-17 мкс) импульсная яркость плазмы в 2,5 раза превышает яркость источника по прототипу (EQ-1500) в области длин волн 350-600 нм и в ~3 раза в области λ ~ 300 нм. При этом средняя суммарная мощность двух используемых лазеров составила -40 Вт— в 1 ,5 раза меньше, чем у прототипа EQ-1500 при значительно более простой системе фокусировки лазерного излучения. При увеличении импульсной мощности излучения до 1 10 Вт (остальные параметры импульсно-периодического лазера, а также мощность непрерывного лазера не изменились) яркость излучения плазмы выросла еще в 1 ,7-4 раза в зависимости от спектрального диапазона и превысила яркость прототипа в 3-5 раз при близкой суммарной мощности лазерного излучения. With the simultaneous use according to the claimed technical solution of a continuous laser with a power of 27 W (the threshold for maintaining the plasma was 20-22 W) and a laser operating in a pulsed-periodic mode (pulsed power 63 W, pulse repetition rate 10 kHz, the duration of an individual laser pulse 22 μs, the duration of an individual pulse of plasma radiation 15-17 μs) the pulsed brightness of the plasma is 2.5 times higher than the brightness of the source of the prototype (EQ-1500) in the wavelength range of 350-600 nm and ~ 3 times in the region of λ ~ 300 nm. Moreover, the average total power of the two lasers used was -40 W — 1.5 times less than that of the prototype EQ-1500 with a much simpler laser focusing system. When the pulsed radiation power was increased to 1 10 W (the other parameters of the repetitively pulsed laser, as well as the cw laser power, did not change), the plasma radiation brightness increased by a further 1-7-4 times depending on the spectral range and exceeded the prototype brightness by 3-5 times at close total laser power.
Использование наряду с импульсно-периодическим лазером непрерывного лазера с мощностью, поддерживающей оптический разряд вблизи порога такого разряда позволяет, с одной стороны, минимизировать тепловыделение в плазме при поглощении непрерывного излучения и, с другой стороны, как установлено авторами, обеспечить достаточный уровень поглощения импульсно-периодического излучения уже на переднем фронте лазерного импульса. В результате лазерный импульс быстро (в течение 3-5 мкс в описываемом примере) разогревает плазму до максимально возможной температуры, обеспечивающей предельную яркость излучения оптического разряда. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет эффективно использовать импульсно- периодический лазер, генерирующий достаточно короткие импульсы с достаточно высокой скважностью— например, как указано выше, длительностью ~20 мкс и скважностью ~5 The use of a cw laser along with a pulsed-periodic laser with a power supporting an optical discharge near the threshold of such a discharge makes it possible, on the one hand, to minimize the heat release in the plasma upon absorption of continuous radiation and, on the other hand, as established by the authors, to ensure a sufficient level of pulse-periodic absorption radiation already at the leading edge of the laser pulse. As a result, the laser pulse quickly (within 3-5 μs in the described example) heats the plasma to the maximum possible temperature, ensuring the maximum brightness of the optical discharge radiation. Thus, the claimed technical solution allows the efficient use of a pulsed-periodic laser generating sufficiently short pulses with a sufficiently high duty cycle — for example, as indicated above, with a duration of ~ 20 μs and a duty cycle of ~ 5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
(быстрый разогрев плазмы также позволяет уменьшить длительность лазерного импульса до ~10 мкс, а скважность импульсов увеличить при этом до -10 и т.д.). Именно такой диапазон сочетания параметров позволяет в диодном лазере получить кратно большую импульсную мощность лазерного излучения, чем максимально допустимая мощность в непрерывном режиме работы, и, соответственно, максимально высокую спектральную яркость широкополосного источника излучения. Кроме того, использование поддерживающего оптический разряд непрерывного лазера позволяет независимо и в широких пределах варьировать длительность и частоту следования импульсов излучения импульсно-периодического лазера, то есть реализовать необходимую для конкретного приложения частоту и длительность импульсов широкополосного излучения высокой спектральной яркости. В отсутствие излучения непрерывного лазера, как установлено авторами, необходимо использовать лазерные импульсы существенно большей длительности или частоты (то есть, меньшей скважности), что существенно ограничивает характеристики источника широкополосного оптического излучения. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (Rapid heating of the plasma also makes it possible to reduce the duration of the laser pulse to ~ 10 μs, while increasing the duty cycle of the pulses to -10, etc.). It is this range of combination of parameters that allows a diode laser to obtain a multiple pulse power of laser radiation than the maximum allowable power in continuous operation, and, accordingly, the maximum spectral brightness of a broadband radiation source. In addition, the use of a cw laser supporting an optical discharge allows one to independently and widely vary the pulse duration and repetition rate of a repetitively pulsed laser, that is, to realize the frequency and duration of high-spectral brightness broadband radiation pulses necessary for a particular application. In the absence of cw laser radiation, as established by the authors, it is necessary to use laser pulses of significantly longer duration or frequency (i.e., less duty cycle), which significantly limits the characteristics of the source of broadband optical radiation.
Важно также отметить, что авторами заявляемого технического решения было обнаружено, что в предлагаемом варианте реализации яркого импульсно-периодического источника света значительный импульсный нагрев плазмы в течение каждого лазерного импульса и охлаждение плазмы между последовательными импульсами с неизбежным возникновением при этом газодинамических возмущений, тем не менее, не приводит (как следовало ожидать) к снижению устойчивости положения керна (наиболее яркой области) плазмы и стабильности яркости от импульса к импульсу, по крайней мере, до частоты следования импульсов масштаба 10-20 кГц, что достаточно для большинства приложений. It is also important to note that the authors of the claimed technical solution found that in the proposed embodiment of a bright pulsed-periodic light source, significant pulsed plasma heating during each laser pulse and plasma cooling between successive pulses with the inevitable occurrence of gas-dynamic disturbances, nevertheless, does not (as expected) lead to a decrease in the stability of the core position (the brightest region) of the plasma and the stability of brightness from pulse to pulse, of at least up to the repetition frequency of 10-20 kHz pulse scale that is sufficient for most applications.
Вариация мощности излучения непрерывного лазера, как установлено авторами, позволяет со временем отклика не более 250-300 мкс (это соответствует времени тепловой релаксации яркой области плазмы) регулировать в широких пределах импульсную мощность плазмы (если используется импульсно-периодический лазер), что дает возможность реализовать обратную связь, управляя импульсной мощностью плазмы, в том числе по заданной программе, а также обеспечить активную стабилизацию параметров излучения импульсной лазерной плазмы, контролируя интенсивность излучения плазмы в одном или нескольких спектральных диапазонах и соответствующим образом изменяя мощность одного из лазеров, предпочтительно непрерывного, если исполдьзуется комбинация из непрерывного и импульсно-периодического лазеров. The variation of the cw laser radiation power, as established by the authors, allows with a response time of not more than 250-300 μs (this corresponds to the thermal relaxation time of the bright region of the plasma) to widely control the pulsed plasma power (if a pulse-periodic laser is used), which makes it possible to realize feedback, controlling the pulsed plasma power, including according to a given program, and also provide active stabilization of the parameters of the pulsed laser plasma radiation, controlling the intensity s plasma radiation in one or more spectral bands and appropriately varying the power of one of the lasers is preferably continuous when ispoldzuetsya combination of continuous and pulsed-periodic laser.
Необходимо также указать, что средняя мощность излучения плазмы по It is also necessary to indicate that the average plasma radiation power over
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
заявляемому техническому решению не превосходит (и может быть существенно меньше) мощность излучения плазмы в известных источниках, и, соответственно, скорость деградации пропускания стенок лампы со сжатым газом в заявляемом техническом решении не больше, чем у аналогов. Это означает, что ресурс заявляемого источника не меньше ресурса работы прототипа (во многих случаях и больше), при этом импульсная яркость заявляемого источника кратно превосходит яркость прототипа. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the claimed technical solution does not exceed (and can be significantly less) the radiation power of the plasma in known sources, and, accordingly, the degradation rate of transmission of the walls of the lamp with compressed gas in the claimed technical solution is not greater than that of analogues. This means that the resource of the claimed source is not less than the resource of the prototype (in many cases, more), while the pulsed brightness of the claimed source is several times greater than the brightness of the prototype.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в заявляемом изобретении совокупностью признаков, является повышение спектральной яркости, уменьшение колебаний положения плазмы и стабилизация яркости ее излучения, а также увеличение ресурса источника и возможность изменения его средней мощности и частоты следования импульсов в широких пределах. Thus, the technical result provided by the combination of features provided in the claimed invention is an increase in spectral brightness, a decrease in plasma position fluctuations and stabilization of the brightness of its radiation, as well as an increase in the source resource and the possibility of changing its average power and pulse repetition rate over a wide range.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения и известных аналогов выявляет наличие существенных отличительных признаков, что обеспечивает ей соответствие критериям «новизна» и «существенные отличия». A comparative analysis of the proposed technical solution and known analogues reveals the presence of significant distinctive features, which ensures that it meets the criteria of "novelty" and "significant differences".
Возможность создания заявляемого источника на базе известных комплектующих: диодные лазеры, фокусирующие системы на базе линзовой оптики, лампы с тяжелыми инертными газами высокого давления (прежде всего, с ксеноном) со встроенными электродами для инициирования плазмы электрическим разрядом, а также целесообразность использования заявляемого источника широкополосного излучения с высокой яркостью в микроэлектронике, спектроскопии и пр. обеспечивает промышленную применимость заявляемого технического решения. The ability to create the claimed source on the basis of well-known components: diode lasers, focusing systems based on lens optics, lamps with heavy inert high-pressure gases (primarily xenon) with built-in electrodes for initiating plasma by electric discharge, as well as the feasibility of using the inventive broadband radiation source with high brightness in microelectronics, spectroscopy, etc. provides industrial applicability of the claimed technical solution.
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов выполнения импульсно-периодического источника широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, а также его переделка без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. В частности, может использоваться другой материал (не кварцевое стекло) для камеры, в которой находится газовая смесь высокого давления (например, для работы при более высоком давлении в десятки атмосфер); камера может иметь окно из прозрачного в дальнем УФ и ВУФ материала (MgF2 и т.п.) для лучшего вывода коротковолнового излучения, в широких пределах может варьироваться состав и давление газовой смеси. Фокусировка лазерного излучения может осуществляться не только линзовыми системами, но и более сложными оптическими элементами (например, внеосевым параболоидальным или эллипсоидальным In order to satisfy any possible specific requirements, changes in the above-described embodiments of a pulse-periodic high-bandwidth high-brightness optical pulse source and also its alteration without deviating from the provisions protected by the claims can be made obvious to qualified specialists in this field. In particular, another material (not silica glass) can be used for the chamber in which the high-pressure gas mixture is located (for example, to operate at a higher pressure of tens of atmospheres); the chamber may have a window made of a material that is transparent in the far UV and VUV (MgF2, etc.) for better output of short-wave radiation; the composition and pressure of the gas mixture can vary widely. Laser radiation can be focused not only by lens systems, but also by more complex optical elements (for example, off-axis paraboloidal or ellipsoidal
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
зеркалом) или оптическими системами с различной числовой апертурой, расположенными под различными углами друг к другу и к направлению силы тяжести (вертикали), предпочтительным, но не единственно возможным, представляется освещение камеры с газовой средой непрерывным лазером по направлению «снизу-вверх». Различной может быть конкретная реализации оптической схемы вывода излучения плазмы из заполненной газовой средой камеры, включая применение световодов. В оптической схеме формирования оптического разряда возможно использование блокираторов (поглотителей) лазерного излучения, прошедшего оптический разряд, а также системы возврата и повторной фокусировки этого лазерного излучения для дополнительного увеличения вклада лазерной энергии в плазму. Последнее технически упрощается за счет положительного эффекта снижения влияния рефракции на импульсно-периодическое лазерное излучение. Предварительная ионизация газа может осуществляться как источником, расположенным внутри камеры (аналогично приведенному примеру реализации заявляемого способа), так и внешним источником — например, мощным импульсным лазером. Для облучения газа могут использоваться волоконные лазеры, диодные лазеры, газовые лазеры (например, С02-лазеры) и т.д., в том числе два лазера с разными длинами волн излучения. В качестве блокиратора широкополосного излучения источника могут использоваться системы на базе колеблющегося или вращающегося зеркала, блокиратор может быть реализован на электро- или магнитооптических эффектах, за счет дополнительных спектральных приборов может выделяться важный для конкретного приложения участок спектра широкополосного источника, возможно использование различных алгоритмов обратной связи и т.д. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) mirror) or optical systems with different numerical apertures located at different angles to each other and to the direction of gravity (vertical), the preferred, but not the only possible way, is to illuminate the chamber with the gas medium with a continuous laser from the bottom up. The specific implementation of the optical scheme for the extraction of plasma radiation from a chamber filled with a gaseous medium, including the use of optical fibers, may be different. In the optical scheme for the formation of an optical discharge, it is possible to use blockers (absorbers) of laser radiation that have passed an optical discharge, as well as a system for returning and re-focusing this laser radiation to further increase the contribution of laser energy to the plasma. The latter is technically simplified due to the positive effect of reducing the influence of refraction on repetitively pulsed laser radiation. Preliminary ionization of the gas can be carried out as a source located inside the chamber (similar to the example of the implementation of the proposed method), and an external source - for example, a powerful pulsed laser. Fiber lasers, diode lasers, gas lasers (e.g. CO2 lasers), etc., including two lasers with different radiation wavelengths, can be used to irradiate the gas. Systems based on an oscillating or rotating mirror can be used as a broadband source radiation blocker, the blocker can be implemented on electro-or magneto-optical effects, due to additional spectral devices, a spectrum section of a broadband source important for a particular application can be highlighted, various feedback algorithms can be used and etc.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Claims
1. Источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления камеру, два облучающих камеру лазера с двумя системами фокусировки излучения с по существу совпадающей фокальной областью и углом между направлением излучения лазеров не менее 60°, причем по меньшей мере один лазер представляет собой импульсно-периодический лазер. 1. A source of high-brightness broadband optical radiation, including a chamber filled with a high-pressure gas medium, two laser irradiating cameras with two radiation focusing systems with a substantially coincident focal region and an angle between the laser radiation directions of at least 60 °, and at least one laser is a repetitively pulsed laser.
2. Источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью по п. 1 , отличающийся тем, что один лазер представляет собой непрерывный лазер, а второй— импульсно-периодический лазер. 2. A source of high-brightness broadband optical radiation according to claim 1, characterized in that one laser is a cw laser and the second is a pulsed-periodic laser.
3. Источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, по п. 2, отличающийся тем, что скважность излучения импульсно-периодического лазера составляет не менее 2. 3. A source of high-brightness broadband optical radiation according to claim 2, characterized in that the duty cycle of the radiation of a repetitively pulsed laser is at least 2.
4. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п.п. 1 -2, отличающийся тем, что числовая апертура систем фокусировки излучения не превышает 0,2. 4. The source of broadband radiation with high brightness in p.p. 1 -2, characterized in that the numerical aperture of the radiation focusing systems does not exceed 0.2.
5. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 1 , отличающийся тем, что источник включает элемент обратной связи по меньшей мере одного из лазеров по мощности или спектральной мощности источника широкополосного излучения. 5. A source of high-brightness broadband radiation according to claim 1, characterized in that the source includes a feedback element of at least one of the lasers in terms of power or spectral power of the broadband radiation source.
6. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 2, отличающийся тем, что источник включает блокиратор широкополосного излучения, синхронизированный с импульсно-периодическим лазером. 6. A source of high-brightness broadband radiation according to claim 2, characterized in that the source includes a broadband radiation blocker synchronized with a repetitively pulsed laser.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109061 | 2015-03-16 | ||
RU2015109061 | 2015-03-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016148608A1 true WO2016148608A1 (en) | 2016-09-22 |
Family
ID=56919498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2016/000135 WO2016148608A1 (en) | 2015-03-16 | 2016-03-11 | Source of broadband optical radiation with high brightness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2016148608A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050199829A1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-15 | Partlo William N. | EUV light source |
US20060039435A1 (en) * | 2004-06-14 | 2006-02-23 | Guy Cheymol | Apparatus for generating light in the extreme ultraviolet and use in a light source for extreme ultraviolet lithography |
US7705331B1 (en) * | 2006-06-29 | 2010-04-27 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for providing illumination of a specimen for a process performed on the specimen |
US20140239795A1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-08-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light source device and semiconductor manufacturing apparatus including the same |
-
2016
- 2016-03-11 WO PCT/RU2016/000135 patent/WO2016148608A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050199829A1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-15 | Partlo William N. | EUV light source |
US20060039435A1 (en) * | 2004-06-14 | 2006-02-23 | Guy Cheymol | Apparatus for generating light in the extreme ultraviolet and use in a light source for extreme ultraviolet lithography |
US7705331B1 (en) * | 2006-06-29 | 2010-04-27 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for providing illumination of a specimen for a process performed on the specimen |
US20140239795A1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-08-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light source device and semiconductor manufacturing apparatus including the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9941655B2 (en) | High power broadband light source | |
EP2534672B1 (en) | Laser-driven light source | |
US10887974B2 (en) | High efficiency laser-sustained plasma light source | |
US9723703B2 (en) | System and method for transverse pumping of laser-sustained plasma | |
RU2571433C1 (en) | Method of generating broadband high-brightness optical radiation | |
CN202008060U (en) | Sunlight irradiation simulating device | |
TW201515058A (en) | System and method for imaging a sample with a laser sustained plasma illumination output | |
KR101172622B1 (en) | Stabilized euv generation device using the plasma | |
KR102228496B1 (en) | System and method for inhibiting VUV radiation emission of laser-sustained plasma source | |
RU2680143C2 (en) | Method of generating broadband high-brightness optical radiation | |
CN108369891B (en) | Laser sustained plasma light source with graded absorption characteristics | |
CN108353490B (en) | System and method for laser sustained plasma illumination | |
RU157892U1 (en) | HIGH-BRIGHT BROADBAND OPTICAL RADIATION SOURCE | |
WO2016148608A1 (en) | Source of broadband optical radiation with high brightness | |
CN113366610B (en) | Systems and methods for maintaining plasma using staggered pulsed illumination sources to pump laser light | |
RU2732999C1 (en) | Laser-pumped light source and plasma ignition method | |
JP7203125B2 (en) | Systems and methods for pumping laser-sustained plasmas with frequency-converted illumination sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16765339 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16765339 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |