高亮度激光维持等离子体宽带源制造技术

本发明专利技术提供一种高亮度激光维持宽带光源，其包含气体围阻结构及经配置以产生包含至少接近所述气体围阻结构中所含有的中性气体的弱吸收线的波长的照明的泵光束的泵激光器。所述宽带光源包含经配置以将所述泵光束聚焦到定位在所述气体围阻结构的中心中或定位成接近所述中心的近似椭圆光束腰中的一或多个变形照明光学器件。所述宽带光源包含经配置以在基本上与所述椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集由所述等离子体发射的宽带辐射的一或多个第一集光光学器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高亮度激光维持等离子体宽带源相关申请案的交叉参考本申请案依据35U.S.C.§119(e)规定主张2016年3月28日申请的以庄永和亚历克斯(Yung-HoAlexChuang)、卢晓旭(XiaoxuLu)、贾斯廷刘(JustinLiou)及约翰菲尔登(JohnFielden)为专利技术者的标题为“具有更高亮度的激光泵的等离子体灯(LASER-PUMPEDPLASMALAMPSWITHHIGHERBRIGHTNESS)”的序列号为62/314,169的美国临时申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及基于等离子体的光源，且更特定来说，涉及用于检验或计量系统中的基于高亮度等离子体的宽带光源。
技术介绍
对用于特性化不断缩小的集成电路装置特征的经改进照明源的需求持续增长。半导体计量及检验系统需要非常稳定、非常明亮(高辐射率)宽带光源以执行小尺寸的精确测量及/或检测小缺陷。增加光源的亮度产生较高处理能力及较高灵敏度。在先前方法中，已使用Xe、Ag或Hg弧光灯来产生宽带光。弧光灯包含阳极及阴极，其产生放电以激发且离子化气体并将其维持在高温下，同时从经激发且离子化气体发射宽带光。在操作期间，阳极及阴极变得极热，且由于材料从其表面的蒸发及溅镀而容易磨损。从电极丢失的材料可污染气体及封套且减少其光输出(尤其在UV波长下，其中甚至沉积在灯封套或窗上的极薄材料层可基本上减少UV透射)或导致光源的故障。更重要的是，这些弧光灯不提供用于包含半导体及相关产业内的检验及计量应用的一些应用的足够亮度(光谱辐射率)。弧光灯的亮度受限于可实现电流密度，可实现电流密度又部分受限于对避免电极的过度磨损及灯寿命不经济地短的需求。光谱辐射率或亮度(即，每单位面积每单位立体角每单位波长的发射光功率)对于希望用于半导体检验及计量系统中的光源非常重要。此类系统通常在任一时间照明相对小区域(例如具有在几微米与几百微米之间的尺寸的区域)。用来检验或测量样本的光需要以足够功率聚焦到样本上的此小区域中，以产生足够反射及/或散射光以产生具有高信噪比的信号。由于包括透镜、镜等的光学系统在最好的情况下仅可保持光谱辐射率(如果完全无损)，因此需要来自光源的高光谱辐射率以将高功率递送到小区域中。应注意，在最好的情况下，仅增加等离子体灯的等离子体的功率及大小将提供增加递送到给定区域的功率量的无效手段，且在最坏情况下可能完全不增加可递送到给定区域的功率。弧光灯仅缺少用于半导体产业中的关键检验及计量应用的足够亮度。寿命归因于电极的热温度而受到限制。此外，弧的位置可为不稳定的。在一些检验及计量系统中，已实施激光维持(LSP)等离子体灯。LSP灯可比弧光灯更亮、在更大光谱范围内发射且具有长得多的寿命。LSP灯可包括具有两个电极且填充有类似于常规弧光灯的加压气体的透明封套(例如由熔融硅石制成的封套)。红外(IR)波长的激光束可聚焦到等离子体的中心。通过施加高电压而在电极之间产生短暂放电以点燃激光聚焦于其中的等离子体及热气体。在关闭电极之间的电压之后，使用由等离子体及热气体吸收的激光能量来维持等离子体。紧密聚焦激光可产生小到100微米的等离子体大小及介于10,000K与20,000K之间的等离子体温度。由于相较于常规弧光灯(其通常具有几mm的弧长度)的等离子体的小尺寸及高温度，LSP光源明更亮且发射具有短波长的更多光。由于电极之间的放电仅短暂存在以起动灯，所以电极的磨损显著减少或可忽略，从而相较于常规弧光灯大大增加灯寿命。此外，等离子体的大小更好匹配于典型半导体检验及计量系统所需的源大小使得收集效率相较于常规弧光灯可更高。虽然LSP灯比弧光灯更亮，但为满足检验/测量更小缺陷的需求，现存LSP光源是不足够的。仅仅增加激光泵功率仅增加等离子体的大小及周围热气体，而等离子体的中心未变得明显更热。此由于大多数激光泵光功率由围绕等离子体的热但大部分未离子化气体吸收而发生，从而导致增加的泵功率极少到达等离子体核心。因此，LSP等离子体源的亮度趋向于在高泵功率下饱和。另外，随着泵激光功率增加，等离子体可变得不稳定。因此，可期望提供一种解决例如上文中描述的现有方法的各种缺点的宽带源。
技术实现思路
根据本专利技术的一或多个实施例，揭示一种高亮度激光维持等离子体宽带光源。在一个实施例中，光源包含气体围阻结构。在另一实施例中，光源包含泵激光，所述泵激光经配置以产生泵光束，所述泵光束包含至少接近气体围阻结构中所含有的中性气体的弱吸收线的波长的照明。在另一实施例中，光源包含一或多个变形照明光学器件，所述一或多个变形照明光学器件经配置以将泵光束聚焦到定位在气体围阻结构的中心中或定位成接近所述中心的近似椭圆光束腰中。在另一实施例中，光源包含一或多个第一集光光学器件，所述一或多个第一集光光学器件经配置以在基本上与椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集由等离子体发射的宽带辐射。根据本专利技术的一或多个实施例，揭示一种产生高亮度宽带光的方法。在一个实施例中，所述方法包含在气体围阻结构中提供大量气体。在另一实施例中，所述方法包含点燃气体围阻结构中的大量气体内的等离子体。在另一实施例中，所述方法包含产生泵激光束，所述泵激光束包含具有至少接近气体围阻结构中的气体的弱中性吸收线的波长的照明。在另一实施例中，所述方法包含运用一或多个变形照明光学器件塑形并聚焦泵激光束以形成定位成至少接近气体围阻结构的中心的椭圆光束腰。在另一实施例中，所述方法包含在基本上与椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集由等离子体发射的宽带辐射。应理解，前述一般描述及以下详细描述两者仅为示范性及解释性的且不一定限制本专利技术。并入特性中且组成特性的一部分的附图说明本专利技术的标的物。描述及图式一起用于解释本专利技术的原理。附图说明通过参考附图可使所属领域的技术人员更好地理解本专利技术的众多优点，其中：图1A到1B说明根据本专利技术的一或多个实施例的用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统的简化示意图。图1C说明根据本专利技术的一或多个实施例的用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统的泵光束的光束大小变化的概念图。图2A到2C说明根据本专利技术的一或多个实施例的适合实施于用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统中的一组变形光学器件的示意图。图3A到3B说明根据本专利技术的一或多个实施例的用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统的气体围阻结构内部或外部的球面镜的实施方案。图4A说明根据本专利技术的一或多个实施例的经配置以将未吸收泵激光辐射聚焦回到等离子体中的用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统。图4B说明根据本专利技术的一或多个实施例的配备有双通道输出的用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统。图5说明根据本专利技术的一或多个实施例的实施用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统作为照明源的检验及/或计量系统的简化示意图。图6说明根据本专利技术的一或多个实施例的经配置以实施用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统作为照明源的计量系统的简化示意图。图7说明根据本专利技术的一或多个实施例的实施用于产生高亮度LSP宽带辐射的系统作为照明源的折反射成像系统的简化示意图。具体实施方式现将详细参考附图中说明的揭示的标的物。大体参考图1A到7，根据本专利技术的一或多个实施例描述一种高亮度激光维持等离子体(LSP)源。本专利技术的实施例涉及在激光维持宽带辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高亮度激光维持等离子体宽带光源，其包括：气体围阻结构；泵激光器，其经配置以产生包含至少接近所述气体围阻结构中所含有的中性气体的弱吸收线的波长的照明的泵光束；一或多个变形照明光学器件，其经配置以将所述泵光束聚焦到定位在所述气体围阻结构的中心中或定位成接近所述中心的近似椭圆光束腰中；及一或多个第一集光光学器件，其经配置以在基本上与所述椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集由所述等离子体发射的宽带辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.28 US 62/314,169;2016.10.04 US 15/285,3331.一种高亮度激光维持等离子体宽带光源，其包括：气体围阻结构；泵激光器，其经配置以产生包含至少接近所述气体围阻结构中所含有的中性气体的弱吸收线的波长的照明的泵光束；一或多个变形照明光学器件，其经配置以将所述泵光束聚焦到定位在所述气体围阻结构的中心中或定位成接近所述中心的近似椭圆光束腰中；及一或多个第一集光光学器件，其经配置以在基本上与所述椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集由所述等离子体发射的宽带辐射。2.根据权利要求1所述的光源，其进一步包括：等离子体点燃装置。3.根据权利要求1所述的光源，其中所述等离子体点燃装置包括：一组电极或脉冲激光器中的至少一者。4.根据权利要求1所述的光源，其中所述气体围阻结构包括：等离子体灯泡、等离子体单元或等离子体腔室中的至少一者。5.根据权利要求1所述的光源，其中所述气体包括：惰性气体、非惰性气体或两种或两种以上气体的混合物中的至少一者。6.根据权利要求5所述的光源，其中所述气体包括：氙、氩或汞中的至少一者。7.根据权利要求1所述的光源，其中所述泵激光器包括：光纤激光器或固态激光器中的至少一者。8.根据权利要求1所述的光源，其中所述泵光束的光的所述波长是近似1070nm。9.根据权利要求1所述的光源，其进一步包括：第二泵激光器，其经配置以产生包含未由所述中性气体吸收的波长的光的第二泵光束，其中由所述等离子体中的离子化气体吸收所述第二泵激光器的输出波长。10.根据权利要求9所述的光源，其中所述第二泵光束的光的所述波长在515nm与540nm之间。11.根据权利要求1所述的光源，其中所述一或多个变形照明光学器件包括：非圆柱形透镜或非球面透镜中的至少一者。12.根据权利要求1所述的光源，其中所述一或多个变形照明光学器件包括：像差补偿器，其经配置以补偿由所述气体围阻结构的形状或所述泵激光器中的至少一者引起的像差。13.根据权利要求1所述的光源，其中所述椭圆光束腰具有至少10的长轴对短轴的比率。14.根据权利要求13所述的光源，其中所述一或多个变形照明光学器件经配置以在对应于所述椭圆光束腰的较短轴的方向上以大于0.5的数值孔径NA聚焦，且在对应于所述椭圆光束腰的所述较长轴的方向上以小于0.2的NA聚焦。15.根据权利要求13所述的光源，其中所述一或多个变形照明光学器件经配置使得所述椭圆光束腰的所述短轴小于5μm且所述椭圆光束腰的所述长轴在50μm与500μm之间。16.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一组集光光学器件经配置以在基本上与所述椭圆光束腰的较长轴对准的方向上收集所述宽带辐射。17.根据权利要求1所述的光源，其进一步包括：反射器，其放置在所述气体围阻结构的与所述第一集光光学器件的相对上且经配置以将宽带辐射基本上与所述泵激光器的所述光束腰重叠地聚焦回到所述等离子体。18.根据权利要求1所述的光源，其进一步包括：反射器，其经配置以将未吸收泵激光照明反射且基本上与所述泵激光器的所述光束腰重叠地聚焦到所述等离子体。19.根据权利要求1所述的光源，其进一步包括：第二组集光光学器件，其经配置以在所述气体围阻结构的与所述第一组集光光学器件相对的一侧上收集由所述等离子体发射的照明。20.一种产生高亮度宽带光的方法，其包括：在气体围阻结构中提供大量...

【专利技术属性】
技术研发人员：勇霍·亚历克斯·庄，陆晓旭，贾斯汀·典瓛·刘，约翰·费尔登，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US