專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備、恢復(fù)方法以及用于該設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)防止、抑制或改進(jìn)存在于輸出光線或沿所述輸出光線的光線路徑的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的衰減，改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的可靠性和壽命的設(shè)備和方法，其中所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在有機(jī)成分可以分解的近真空區(qū)，所述衰減通過(guò)沉積或積聚在所述光學(xué)系統(tǒng)的光線照射表面、光線反射表面、光線發(fā)射表面(共同稱(chēng)為"光線表面")上的碳產(chǎn)生，而所述表面面對(duì)所述真空區(qū)。更具體地說(shuō)，其涉及一種光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備和使用其的方法，此光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備通過(guò)利用高光子能光線如常規(guī)的紫外線或真空紫外線，用于改進(jìn)設(shè)置在產(chǎn)生光線透射、折射、反射、光譜產(chǎn)生和干涉等綜合效果的各種光學(xué)設(shè)備的光傳輸窗口外面的各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能。
此外，本發(fā)明涉及各種光學(xué)設(shè)備和使用其的方法中的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)各種產(chǎn)生光線透射、折射、反射、光譜產(chǎn)生和干涉等綜合效果的各種光學(xué)設(shè)備的光傳輸窗口內(nèi)的光學(xué)性能，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在高光子能光線如常規(guī)的紫外線或真空紫外線的光線路徑上。更具體地說(shuō)，本發(fā)明可以施用到配置有透鏡、窗口、標(biāo)準(zhǔn)具、棱鏡、十字線以及反射鏡等的光學(xué)系統(tǒng)，以及配置有此光學(xué)系統(tǒng)的高光子能燈。此外，本發(fā)明不僅可以施用到光學(xué)測(cè)量設(shè)備，如分光計(jì)、熒光計(jì)、干涉儀、衍射儀，而且可以施用到組合用于真空紫外線的標(biāo)準(zhǔn)光源，用于激發(fā)化學(xué)反應(yīng)、印刷板和照相場(chǎng)合的光源以及用于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合的各種光源的各種光學(xué)設(shè)備。
背景技術(shù)：
圖14用于說(shuō)明作為本發(fā)明可以使用的傳統(tǒng)光學(xué)輸出設(shè)備實(shí)施例的
微波激發(fā)氫紫外線燈的組件和操作。此設(shè)備在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1的JamerA， R. Samson編著、在1967年于Licon， Nebraska由Pied出版的《真空紫外線分光鏡技術(shù)》，P159頁(yè)中的圖5.56進(jìn)行了說(shuō)明。微波振蕩器4具有設(shè)置有由同樣電導(dǎo)材料制作的兩端的密封管型部件。管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度根據(jù)使用微波的頻率和微波振蕩器中激發(fā)的電磁場(chǎng)分布確定。
微波振蕩器調(diào)諧器18為允許微波振蕩器的微波電磁場(chǎng)分布調(diào)節(jié)的微波振蕩器的必要部件的管型件，且其內(nèi)徑為以便其可以遮蓋放電管1。此外，其沿其孔軸線與微波振蕩器4的端表面同心插入，且其結(jié)構(gòu)為以便當(dāng)其保持其起到微波振蕩器4電導(dǎo)向作用時(shí)可以在軸向滑動(dòng)。與微波振蕩器4 一樣，用于形成調(diào)諧器18的材料為銅或黃銅。通過(guò)所述調(diào)諧器18調(diào)節(jié)微波電磁場(chǎng)分布的功能通過(guò)調(diào)節(jié)其插入深度進(jìn)行，同時(shí)產(chǎn)生等離子體7，從而使微波濃度6進(jìn)入所需的發(fā)生位置。
此外，放電管1以此方式安置以便其通過(guò)微波振蕩器4的兩端表面。雖然通常其最大的電場(chǎng)沿微波振蕩器4的孔軸線放置的放電管1的孔軸線產(chǎn)生，但也不是總這樣。放電管l的截面形狀為圓形，但其也同樣可以為方形等。
放電管1作為真空邊界、用于作為放電氣體的流動(dòng)通道以及等離子的產(chǎn)生空間。在圖14所示的實(shí)施例中，為了限制放電等離子產(chǎn)生的空間，導(dǎo)體的內(nèi)管沿放電管1從微波振蕩器4的端表面向微波振蕩器內(nèi)一直延伸。因此，放電等離子7在微波振蕩器調(diào)諧器18的端部和上述內(nèi)管端部之間的空間產(chǎn)生。
微波振蕩器4連接有輸送微波的微波供給連接器5。在此，連接器的形狀為同軸的，但其也可以為波導(dǎo)型，無(wú)論是同軸電纜還是同軸管都可以作為連接到同軸連接器的傳輸進(jìn)給路徑。
凸緣17通過(guò)0型圈13連接以保持燈在微波振蕩器調(diào)諧器18側(cè)面的放電管1端上的原位。在上述凸緣17的中心處有開(kāi)口，其具有與放電管1相應(yīng)的內(nèi)徑，因此其允許從放電等離子7發(fā)射的光線在放電管1的軸向排出。
5固定在上述凸緣17開(kāi)口中的光線透射窗口 8具有兩個(gè)作用。其一作為放電管1的內(nèi)部到大氣的真空邊界。其二為使從放電等離子7發(fā)射的
光線排出到真空外部。上述微波振蕩器已經(jīng)在非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中的E. L. Ginzton編著、1957年McG-Hill， New York出版的《微波測(cè)量》的進(jìn)行了說(shuō)明。
具有上述結(jié)構(gòu)的放電燈具有下述問(wèn)題，但在說(shuō)明其之前，首先將說(shuō)明其術(shù)語(yǔ)的定義。
真空紫外線的波長(zhǎng)范圍為0.2到200nm。此范圍內(nèi)的光稱(chēng)為紫外線光或真空紫外線光。紫外線光的常規(guī)波長(zhǎng)為200到380nm (參見(jiàn)物理學(xué)字典，Baifukan出版，以及日本國(guó)家天文臺(tái)(National Observatory ofJapan)出版的Rika Ne叩yo)。
在圖14中，為了區(qū)別光線透射窗口表面，面對(duì)放電等離子7的表面稱(chēng)為內(nèi)表面10，而另一側(cè)的表面稱(chēng)為外部外表面11。
光線透射窗口外部光學(xué)性能衰減的問(wèn)題
在圖14中，當(dāng)放電等離子7產(chǎn)生光線、特別是紫外線光或真空紫外線光時(shí)，其通過(guò)傳輸窗口 8的內(nèi)表面10穿過(guò)傳輸窗口 8照射，并從光線透射窗口 8的外部外表面11穿過(guò)。
在此，當(dāng)紫外線或真空紫外線光在大氣中發(fā)射時(shí)，此光線產(chǎn)生氧氣、二氧化碳、水蒸汽等的顯著吸收，所以如圖14所示，通常在凸緣17的左側(cè)(即，光線透射窗口8的外部)具有有助于保持真空的機(jī)構(gòu)。保持此真空的區(qū)域以下稱(chēng)為"真空區(qū)"。
艮P，可以使用各種真空泵的任何一種作為保持真空的機(jī)構(gòu)。雖然也有適合于使用的各種無(wú)油干泵(其幾乎不產(chǎn)生有機(jī)氣體)，但最常用的還是旋轉(zhuǎn)型泵。因此，真空區(qū)14包含來(lái)自泵中使用油的蒸氣壓的有機(jī)氣體。
此外，不銹鋼或金屬鋁件或橡膠密封件如O型圈也包括在真空區(qū)14內(nèi)，且根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，真空區(qū)14也可以包括如樣件、透鏡、衍射件、反射鏡、濾光器、傳輸窗口、鏡臺(tái)或其它定位件等。從理論上說(shuō)，與上述真空區(qū)14接觸的所有材料，即，不銹鋼容器、鋁容器、0型圈和其它
6密封材料、光學(xué)件、工作樣件、位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等都應(yīng)該為無(wú)油(其意思為其本身不應(yīng)該有有機(jī)氣體釋放)。
具體地說(shuō)，在半導(dǎo)體工業(yè)中，加工尺寸(電路導(dǎo)線的寬度)變得越來(lái)越細(xì)，用于電路的曝光圖形的光線波長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到真空紫外線的范圍。
例如，用于此應(yīng)用場(chǎng)合光源的氟化氬激態(tài)原子激光的波長(zhǎng)為193mn (其轉(zhuǎn)化為能量時(shí)為6.4eV)，但在最近幾年，已經(jīng)發(fā)展研究出產(chǎn)生157nm波長(zhǎng)的激光分檔器設(shè)備。
然而，在實(shí)際操作中，很難避免由各種因素如用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑油、工作樣品的污染、0型密封圈的放氣、塑料件的放氣、零件不充分的脫脂或清潔、或由于人為錯(cuò)誤產(chǎn)生的污染等各種因素引起的真空區(qū)14內(nèi)有機(jī)氣體的放射。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，必須考慮在上述真空區(qū)內(nèi)有機(jī)氣體的出現(xiàn)。
真空區(qū)14內(nèi)的有機(jī)氣體具有一定的吸收到光線透射窗口 8的外部外表面11上的可能性。此吸收可能性根據(jù)包括光線透射窗口 8和有機(jī)氣體類(lèi)型的材料變化，但吸收現(xiàn)象本身的出現(xiàn)是不可避免的。
當(dāng)有機(jī)氣體被吸收到外部外表面11上的同時(shí)，通過(guò)照射這些有機(jī)氣體的等離子產(chǎn)生的紫外線光，特別是真空紫外線可以使有機(jī)氣體分子直接激發(fā)為活性狀態(tài)。這就產(chǎn)生吸引氫的反應(yīng)，即有機(jī)氣體組成元素的脫氫反應(yīng)，最后，吸收的有機(jī)氣體轉(zhuǎn)化為碳(石墨)。當(dāng)達(dá)到此狀態(tài)時(shí)，其就不再為氣體，而是固體，其將其本身附著或積聚于光線透射窗口 8的外表面ll上。然后，積聚的碳吸收新的有機(jī)氣體，并通過(guò)紫外線光，特別是真空紫外線光照射它們并同樣將其轉(zhuǎn)化為碳，并進(jìn)一步堆積。隨著此過(guò)程的繼續(xù)，光線透射窗口 8的外表面11變得由碳膜覆蓋。由于碳為黑色，因此吸收各種波長(zhǎng)的光線，并且隨著外表面11上碳積聚的繼續(xù)，通過(guò)光線透射窗口 8的透射率逐漸下降。
在此，為使說(shuō)明簡(jiǎn)化，假設(shè)有機(jī)氣體為碳?xì)錃怏w，且脫氫反應(yīng)導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化為石墨，但在實(shí)際操作中，有機(jī)氣體可能包括不只碳?xì)湓氐娜缪?、氮、碘、氟、氯等的元素，此有機(jī)氣體也可以如同碳?xì)錃怏w一樣吸收到光線透射窗口 8的外表面11上，然后，通過(guò)紫外線光，特別是真空紫外線的作用轉(zhuǎn)化，非氣態(tài)成分作為殘留物遺留下來(lái)。因此，嚴(yán)格意義上講，形成的不是石墨，而是以碳為主要成分的一種無(wú)定形固體。為 了說(shuō)明本發(fā)明，將主要包括碳的此固體稱(chēng)為"碳"。
碳堆積的現(xiàn)象需要有機(jī)氣體的吸收并通過(guò)紫外線光，特別是真空紫 外線光的照射。隨著碳積聚的進(jìn)行，從碳積聚的外表面11發(fā)射的紫外 線光，特別是真空紫外線的強(qiáng)度明顯減少。碳堆積將繼續(xù)直到所有的光 線強(qiáng)度逐漸衰弱為止。同時(shí)，由于不能發(fā)生新的脫氫反應(yīng)，所以碳膜的 積聚停止。因此，此過(guò)程不是碳膜可以無(wú)限增長(zhǎng)的過(guò)程，而是一旦達(dá)到 有限的膜厚度此現(xiàn)象就停止。
通常情況下，碳在上述光線透射窗口 8的外表面11上形成的現(xiàn)象不
會(huì)進(jìn)行得很快。但問(wèn)題之一在于通過(guò)光線透射窗口 8傳輸?shù)臏p小是長(zhǎng)期
的。在光譜應(yīng)用中，當(dāng)從光源發(fā)出的光線量減少時(shí)，其產(chǎn)生影響測(cè)量精 度的漂移，而在通過(guò)紫外線照射進(jìn)行表面處理的應(yīng)用中，由于照射強(qiáng)度 的減少將引起不足處理的問(wèn)題。
解決此碳堆積現(xiàn)象問(wèn)題的一種方法在于盡量用于無(wú)油真空區(qū)14，然 而， 一旦有機(jī)物質(zhì)污染了真空區(qū)14，清洗處理就非常困難。因此，對(duì)于 由于碳積聚在光線透射窗口 8的外表面11上造成透射率的減少，傳統(tǒng) 的應(yīng)對(duì)方案就是用清潔劑或拋光以去除碳，恢復(fù)光線透射窗口 8到其最 初狀態(tài)，或整體更換光線透射窗口 8。
在先前技術(shù)中，光線透射窗口 8的光透射率下降即其衰減是燈壽命 的決定因素。已經(jīng)達(dá)到其壽命的燈需要清潔或更換其光線透射窗口 8， 這就要破壞真空區(qū)14或燈中的真空。此操作需要幾個(gè)小時(shí)燈不能使用 的時(shí)間。
接著，將說(shuō)明相對(duì)應(yīng)由于碳堆聚造成傳輸窗口透射率衰減的傳統(tǒng)方案。
下面將說(shuō)明日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No: 2001-319618 (專(zhuān)利文獻(xiàn)1)中 公開(kāi)的技術(shù)。
在此實(shí)例中，討論的光源為氫燈。當(dāng)氫進(jìn)入到放電管時(shí)，作為增加 燈壽命的手段，鹵素密封在其中。密封在其中的鹵素為有機(jī)鹵素化合物 的形式。這就意味著有機(jī)鹵素物質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入放電區(qū)。然后，當(dāng)燈在工作 時(shí)，有機(jī)物質(zhì)分解并產(chǎn)生主要為碳的有機(jī)物質(zhì)膜粘附到放電管的內(nèi)壁上。此內(nèi)壁是作為光線透射窗口，而粘附在其壁上的材料引起光線量的 下降。作為一種方案，以上引用的專(zhuān)利公開(kāi)文獻(xiàn)l提出了燈的預(yù)填加處 理的方法，其可以強(qiáng)迫使碳膜粘附到假象在燈工作期間碳堆積的作為光 線透射窗口的區(qū)域，然后，當(dāng)燈正常工作時(shí)，就不會(huì)再出現(xiàn)其它的碳堆 積。可以認(rèn)為此技術(shù)有限地限制了有機(jī)材料的產(chǎn)生，且其應(yīng)對(duì)方案可以 有效地產(chǎn)生燈工作期間根本不形成新碳的環(huán)境。
然而，在上述用于真空區(qū)14的說(shuō)明中，如果使用的設(shè)備為需要頻繁 對(duì)大氣開(kāi)啟或解除真空的設(shè)備(如在必須更換樣品的光譜應(yīng)用中，在必 須調(diào)節(jié)光學(xué)元件的應(yīng)用中，或在表面處理期間需要更換工件的情況等)， 即使在裝配和調(diào)節(jié)過(guò)程中說(shuō)明書(shū)中要求根本沒(méi)有有機(jī)污染進(jìn)入，但在實(shí) 際操作中不產(chǎn)生此污染也是很難的，因此，將不可避免使光線透射窗口 8衰減。
另外的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No: 2001-293442 (專(zhuān)利文獻(xiàn)2)涉及一 種通過(guò)以下方法去除吸附在光學(xué)元件表面有機(jī)物質(zhì)的清洗方法，其方法 最少包括步驟(1)用有機(jī)溶劑清潔光學(xué)元件的過(guò)程，(2)在氧氣存在 的條件下用紫外線照射光學(xué)元件的過(guò)程，以及(3)加熱和清潔所述光 學(xué)元件的過(guò)程。此公開(kāi)專(zhuān)利不僅確實(shí)具有不同于從表面去除積聚的碳膜 的目的，但其仍沒(méi)有解決當(dāng)需要破壞真空時(shí)清潔光學(xué)元件如光線透射窗 口的問(wèn)題。
此外，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No: 2002-219429 (專(zhuān)利文獻(xiàn)3)公開(kāi)了 類(lèi)似于本發(fā)明的技術(shù)。其目的在于提高清潔等的處理精度和處理效率， 且其特征在于包括玻璃基底、人造樹(shù)脂基底、陶瓷基底、金屬基底以及 包括上述基底一個(gè)或多個(gè)基底的組合基底在含有水蒸汽的加熱大氣的 內(nèi)表面上沾濕，接著，基底在加熱的惰性氣體和水蒸汽的混合氣體中用 紫外線照射，其為比濕空氣中存在的濃度低，從而用于溶解粘附到所述 基底表面的有機(jī)物質(zhì)，此外，產(chǎn)生還原活性基(seeds) [H-]和氧化活 性基[-0H]，這些活性基[H-]和活性基[-0H]與有機(jī)物質(zhì)的分解產(chǎn)物反 應(yīng)。
所述先前技術(shù)的目的不是從表面消除碳膜，其目的是通過(guò)將其還原 為更小的分子以溶解粘附到基底表面的有機(jī)粘附物，特別是用紫外線照射基底表面，并利用紫外光線照射作為基底處理的手段進(jìn)行清潔和蝕刻 處理。不僅其目的不同于本發(fā)明，而且由于基底表面必須處于飽和條件， 所以其前提是在反應(yīng)條件下為液體水。結(jié)果，本方法僅可以用在近正常 大氣壓力的環(huán)境-其不能進(jìn)行光線透射窗口的光學(xué)元件清潔，同樣在真 空條件下，其只能解決當(dāng)需要破壞真空時(shí)研究的問(wèn)題。
雖然達(dá)到此點(diǎn)的說(shuō)明一直局限于在光線透射窗口 8的外表面11上發(fā) 生的現(xiàn)象，但此碳堆積形式的現(xiàn)象不只限于光線透射窗口8的外表面11。
通常情況下，碳堆積的現(xiàn)象發(fā)生在位于真空區(qū)14中通過(guò)從光線透射窗 口 8發(fā)射的紫外線特別是真空紫外線照射的紫外線物體的表面。只要有
機(jī)氣體和紫外線，特別是真空紫外線共同存在的條件存在，此現(xiàn)象就不 可避免。在上述說(shuō)明中提到的"物體"包括在光譜應(yīng)用中轉(zhuǎn)換光線路徑 的反射鏡、濾光器、用于聚焦光線的透鏡以及用在光譜應(yīng)用中的衍射元 件、用于聚焦光線的透鏡、以及用于表面處理應(yīng)用中的各種濾光器，換 言之，為各種光學(xué)元件的任何一個(gè)。在下文中，任何此物體都整體上稱(chēng) 為"光學(xué)元件"。當(dāng)碳積聚在這些光學(xué)元件上時(shí)，其由于降低了其光線
透射和光線反射產(chǎn)生嚴(yán)重的問(wèn)題。在實(shí)際操作中，其降低或使真空區(qū)14 中使用設(shè)備的作用整個(gè)喪失。
以前，為了解決此光線透射和反射的減弱，此必光學(xué)元件須用新的 光學(xué)元件更換，但此方法導(dǎo)致高的維修成本，并使處于需要維修時(shí)期的 設(shè)備不能工作。
由于光線透射窗口 8的衰減造成燈壽命的問(wèn)題不局限于上述實(shí)例中 說(shuō)明的微波激發(fā)氫紫外線燈，同樣的問(wèn)題也存在于如那些使用He、 Ne、 Ar、 Kr、 Xe、 02、 N2、 D2 (氖分子)、Hg等各種燈中；使用高頻放電、電 弧放電、輝光放電、感應(yīng)柵放電、或在其放電模式中的閃光放電的燈中； 或在鹵素?zé)艋蛴秒娏髯鳛楣饩€產(chǎn)生手段的加熱燈絲的碳燈的燈中。
在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)性能衰減問(wèn)題
降低來(lái)自短波長(zhǎng)紫外線光線透射性能的問(wèn)題不局限于光線透射窗口 外的光學(xué)性能衰減，而且也是光線透射窗口內(nèi)的光學(xué)性能衰減。
最近幾年，為了從短波長(zhǎng)紫外線光線獲得更好的光線透射性質(zhì)，已
10經(jīng)研究將Si02用于上述光線透射窗口。
此外，汞蒸氣燈的問(wèn)題在于與先前用的情況相比更為嚴(yán)重，在其中 的石英玻璃失去其透明。汞蒸氣燈中石英玻璃作為燈內(nèi)部到外部的真空 邊界，其也用于傳輸由汞發(fā)光產(chǎn)生的紫外線，但喪失透明的現(xiàn)象降低了 其光線透射的性能，并且為決定燈壽命的決定因素。
例如，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No:平5-325893 (專(zhuān)利文獻(xiàn)4)中， 對(duì)于喪失透明采取的方案為提出了使用光線發(fā)射管作為金屬蒸發(fā)電弧 管，其采用具有l(wèi)微米以下表面晶粒尺寸的玻璃燈泡的粗糙內(nèi)表面。這 樣作法將阻止電弧管的結(jié)晶化(喪失透明)，即使在長(zhǎng)期操作情況下也 如此，從而阻止光通量(照明維持速度)的下降，以便盡可能保持投射 型顯示器長(zhǎng)期的明亮畫(huà)面和高質(zhì)量的顯示質(zhì)量。
此技術(shù)施用到石英玻璃或在電弧管中使用的高硅酸鹽玻璃，雖然其 可能施用到常規(guī)的250-360nm波長(zhǎng)范圍的紫外線應(yīng)用中，但將充分地降 低用于波長(zhǎng)190mn的真空紫外線的石英玻璃的透射率。
此外，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No:平3-77258 (專(zhuān)利文獻(xiàn)6)中， 公開(kāi)了用于恒壓汞蒸氣燈的254mn紫外線的技術(shù)，其中人造石英玻璃的 內(nèi)表面覆蓋有1到3%具有平均粒子直徑在lOOixm以下的金屬氧化物溶 液，在實(shí)施例中由具有平均粒子直徑為20um的金屬氧化物組成。
此外，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No:平8-212976 (專(zhuān)利文獻(xiàn)7)中， 公開(kāi)了使用由有汞密封其內(nèi)的石英玻璃管和在每端密封的電極組成的 電弧管的放電燈的技術(shù)，其使用Al203等薄膜覆蓋在管的內(nèi)表面上，其中 在上述靠近管中心的電弧管內(nèi)表面上薄膜的厚度比其它區(qū)域薄膜的厚 度厚；具體地說(shuō)，在上述電弧管內(nèi)表面厚薄膜區(qū)域?yàn)橛行Ч饩€透射長(zhǎng)度 的l/3到l/2長(zhǎng)度，其為在電弧管任一端部電極之間的距離，以便在上 述厚薄膜區(qū)域的薄膜厚度范圍從0.2um到0.3nm，而在其它區(qū)域范圍 的薄膜厚度范圍從0. 1 " m到0. 15 u m。
然而，此先前技術(shù)涉及石英玻璃技術(shù)，特別是在低壓汞放電管中使 用的技術(shù)，其調(diào)節(jié)作為解決汞沉積在電弧管內(nèi)壁上問(wèn)題手段的汞原子存 在的保護(hù)膜的厚度，從而降低光線通過(guò)石英玻璃的透射率并使放電管變 黑，進(jìn)一步降低其照射效率。
ii此外，Si02傳輸良好光線透射率的下限大約為200nm級(jí)；光線透射 用具有低于200nm波長(zhǎng)的短波真空紫外線急劇下降。此外，如用150nm 附近的很短真空紫外線波長(zhǎng)用作高能量的氟激光，不僅上述光透射率下 降，而且材料也不能經(jīng)受使用并喪失透明。
另外，考慮到采用人造硅玻璃的情況，在紫外線范圍內(nèi)穿過(guò)照射燈 光線透射的窗口材料的透射率將顯著下降，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No: 平8-315771 (專(zhuān)利文獻(xiàn)5)中，公開(kāi)了用于目的在于提高操作壽命的人 造硅玻璃氟慘雜技術(shù)。
然而，使用氟化合物摻雜硅玻璃基本組份只允許160-190nm波長(zhǎng)范 圍的大約50%的傳輸范圍，且其不能用于較低的真空紫外線波長(zhǎng)。
因此，如CaF2、 LiF、 MgF2等堿鹵化物材料通常一直用于當(dāng)真空紫外 線范圍的紫外線必須傳輸時(shí)的光線透射窗口組分。
先前技術(shù)的適合實(shí)施例為上述微波激發(fā)氫紫外線燈，其產(chǎn)生122nm 波長(zhǎng)的真空紫外線。唯一可以用于光線透射窗口的已知材料為CaF2、 LiF 和MgF2，由于LiF和MgF2具有從其色彩中心急劇降低的光線透射，所以 MgF2最經(jīng)常使用。然而，沒(méi)有公幵任何涉及對(duì)用于MgF2喪失清晰的應(yīng)對(duì) 方案的報(bào)告。
艮P，當(dāng)使用氟化鎂作為光線透射窗口的材料時(shí)，此窗口具有比其它 窗口材料更低的壽命，與使用其它材料的燈相比，燈本身的壽命只為大 約一半或更少。
當(dāng)使用比在光線透射窗口 8使用材料的吸收波長(zhǎng)更高光子能量的光 線時(shí)，特別是真空紫外范圍的光線時(shí)，當(dāng)來(lái)自放電等離子的光線照射到 光線透射窗口8時(shí)，所述窗口8顯現(xiàn)出缺陷，所謂的色彩中心產(chǎn)生，從 而降低其光線透射率。此現(xiàn)象對(duì)于CaF2、 LiF和MgF2和其它堿鹵化物材 料是共同的，并由于氟原子從其晶格內(nèi)的正確位置輕微漂移產(chǎn)生。
此外，上述所有出現(xiàn)問(wèn)題的傳統(tǒng)技術(shù)都與人造石英相關(guān)，特別是與 用常規(guī)波長(zhǎng)的紫外線作為光源的人造石英光學(xué)系統(tǒng)有關(guān)。 一直沒(méi)有提出 防止通過(guò)為用在通過(guò)微波激發(fā)氫紫外線燈產(chǎn)生的122nm波長(zhǎng)真空紫外線 的光線透射窗口的MgF2的光線透射率下降的有效實(shí)用技術(shù)。
鑒于此情況，當(dāng)透射率下降時(shí)，解決的唯一方法是更換光線透射窗口。在此先前技術(shù)中，上述光線透射窗口 8的衰減是燈壽命的決定因素。 在先前技術(shù)中， 一旦達(dá)到燈光線透射窗口的壽命期限，就必須要用新的 光線透射窗口更換以恢復(fù)燈的光線發(fā)射強(qiáng)度。光線透射窗口 8的更換需 要破壞燈的真空并需要幾小時(shí)的工時(shí)，在此期間，不能使用燈。此外， 在更換周期期間，從光源的輸出強(qiáng)度保持恒定。每次更換傳輸窗口時(shí)， 需要迸行校準(zhǔn)光線強(qiáng)度的操作。因此，很難將此燈用于需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)如 使用在環(huán)境測(cè)量的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)認(rèn)識(shí)到與先前技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題后，本發(fā)明進(jìn)行了研究，其涉及一 種用于恢復(fù)設(shè)備的光學(xué)性能的設(shè)備和方法，所述設(shè)備使用光學(xué)系統(tǒng)以實(shí) 現(xiàn)如光線透射、衍射、反射、光譜產(chǎn)生、以及干涉等效果，并使用高光 子能量光線例如常規(guī)紫外線或真空紫外線。具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的在 于防止或抑制決定上述裝置壽命的光學(xué)系統(tǒng)的衰減，通過(guò)采用上述方 案，降低維修操作如窗口更換的頻率，并降低此操作的成本。
更具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的目的在于 提供一種用于其使用的設(shè)備和方法，其通過(guò)防止或抑制碳在光學(xué)系統(tǒng)如
設(shè)置在光線透射窗口 8外面的光學(xué)系統(tǒng)的表面聚集(例如，在圖14所 示的光線透射窗口 8的外表面11上)，防止或抑制所述光學(xué)系統(tǒng)的衰減，
從而降低維修操作如光學(xué)系統(tǒng)更換的頻率，也降低此操作的成本。
本發(fā)明的另一目的在于通過(guò)防止或抑制碳在真空區(qū)內(nèi)光線路徑上 的光學(xué)元件的照射表面和發(fā)射表面上的積聚，盡可能延長(zhǎng)光學(xué)設(shè)備的壽 命，并提高這些設(shè)備的可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)認(rèn)識(shí)先前技術(shù)中的上述 問(wèn)題后，本發(fā)明的目的在于提供一種用于其使用的設(shè)備和方法，在利用 光線透射、衍射、反射、光譜和千涉的綜合作用的各種設(shè)備中，其設(shè)置 在高光子能量光源如等離子光和真空紫外線的光線路徑中。光學(xué)系統(tǒng)將 抑制如上述透鏡、窗口、標(biāo)準(zhǔn)具、棱鏡、十字線和反射鏡等所有設(shè)置在
光學(xué)傳輸窗口8內(nèi)(例如，在圖14所示的光線透射窗口 8的內(nèi)表面10 上)的光學(xué)設(shè)備的衰減，從而在整個(gè)時(shí)期保持光線輸出的穩(wěn)定和高強(qiáng)度，以延長(zhǎng)使用各種形式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的壽命。
第一優(yōu)選實(shí)施方式
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明沿下面思路繼續(xù)研究。
首先，在第一優(yōu)選實(shí)施方式中，對(duì)發(fā)生在面對(duì)真空區(qū)14的光線透
射窗口8外面(如外表面ll)的衰減進(jìn)行具體分析。在實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè) 備如圖14所示，其中光線透射窗口8通過(guò)0型圈連接到凸緣17的等離 子外露側(cè)。在光線透射窗口 8的外表面11即面對(duì)為發(fā)射紫外線的表面 的真空區(qū)14的表面上進(jìn)行分析。由于在相反側(cè)面的內(nèi)表面10上沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)沉積，因此，在此表面不進(jìn)行具體分析。
氟化鎂(MgF2)單晶體作為用于光線透射窗口 8的材料使用，而晶 體軸線(c-軸)校準(zhǔn)為與傳輸窗口的表面垂直。晶體尺寸為O0.5英寸x lmm厚。晶體為0hyo Koken Kogyo有限公司制作的UV級(jí)產(chǎn)品。幾個(gè)這 樣的晶體可以同一批獲得，使用的晶體根據(jù)晶體的質(zhì)量和其表面條件匹 配。分析所有在燈中使用后的晶體并盡所有努力以消除由于同一批內(nèi)的 任何變化誘發(fā)的任何誤差。
在實(shí)驗(yàn)中，工作的第一步是用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)通過(guò)08mm中心區(qū)紫 外線傳輸?shù)墓饩€透射窗口 8的外表面11，以觀測(cè)可能粘附的任何膜形的 材料。然后，用塑料鑷子刮掉任何粘附的材料，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，粘附到 外表面11的為較弱材料的粘附膜。
然后，對(duì)粘附材料進(jìn)行元素分析。利用EPMA (電子探針X射線微分 析器)對(duì)光線透射窗口 8的外表面11進(jìn)行元素分析(分析條件加速 電壓15kV，照射電流5E-8A，測(cè)量方法數(shù)量分析、精細(xì)分析、映像分 析)。
從EPMA分析的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，紫外線傳輸?shù)?8mm中心區(qū)上檢測(cè)到 大量的碳。紫外線傳輸?shù)?8誦圓環(huán)中心區(qū)外面的圓環(huán)型區(qū)域在凸緣17 的遮蔽處，并且為沒(méi)有紫外線通過(guò)的區(qū)域，但在此圓環(huán)型區(qū)域也檢測(cè)到 污染級(jí)的碳。"污染級(jí)"的意思是在此EPMA分析中當(dāng)分析整個(gè)清潔表 面時(shí)產(chǎn)生的碳檢測(cè)的弱信號(hào)。因此，產(chǎn)生此信號(hào)將不可避免地有碳粘附。 因此，用于對(duì)碳的EPMA分析的測(cè)量限通過(guò)分析設(shè)備的碳污染級(jí)確定。當(dāng)來(lái)自①8mra中心區(qū)的碳信號(hào)級(jí)與污染信號(hào)級(jí)比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)前者明顯高， 確定光線透射窗口的外表面11上已經(jīng)發(fā)生碳的膜狀積聚的事實(shí)。
如前所述，參照?qǐng)D14所述的設(shè)備，碳堆積的機(jī)理為真空區(qū)14中存 在有機(jī)氣體，當(dāng)這些有機(jī)氣體被吸收在光線透射窗口 8的外表面11上 時(shí)，當(dāng)真空紫外線通過(guò)光線透射窗口 8傳輸時(shí)，有機(jī)氣體經(jīng)過(guò)脫氫反應(yīng) 轉(zhuǎn)化成為碳，并積聚在外表面ll上。
隨著在上述環(huán)境中繼續(xù)使用光線透射窗口 8，隨著碳積聚的繼續(xù)， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間將降低光線透射率。因此，與其初始狀態(tài)相比，需要一些 機(jī)構(gòu)從外表面11消除此積聚的碳。由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，碳在外表面ll上的 膜狀積聚是光線透射窗口衰減的主要原因，因此，本發(fā)明繼續(xù)研究應(yīng)對(duì) 措施，其將導(dǎo)致下述本發(fā)明的完成。
本發(fā)明者通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)證明解決了此問(wèn)題。碳的原材料為有機(jī)氣 體，但實(shí)際上要消除它們是不可能的。此外，如果其不通過(guò)紫外線照射， 不會(huì)發(fā)生脫氫反應(yīng)，但這樣的設(shè)備將起不到作為光線發(fā)射設(shè)備的作用。 碳沉積的位置精確地與真空紫外線照射的位置相匹配。真空紫外線直接 激發(fā)有機(jī)氣體以促使脫氫反應(yīng)，但此高光子能量不只激發(fā)有機(jī)氣體，而 且許多分子也受到激發(fā)并成為活性狀態(tài)。
參考作為實(shí)施例的圖1，在此實(shí)施例中的光線輸出設(shè)備為利用氫光 線發(fā)射的122nm波長(zhǎng)的真空紫外線輸出，此真空紫外線的光子能量為 10.2eV。此光子能量等級(jí)將激發(fā)氧氣、仏0氣體(蒸汽)，并可以產(chǎn)生具 有強(qiáng)氧化能力的基團(tuán)。保持真空區(qū)14的原因?yàn)檠鯕狻⒍趸?、水?汽和大氣中的其它成分將吸收真空紫外線并削弱其強(qiáng)度。因此，通過(guò)真 空泵等裝置消除吸收介質(zhì)即大氣成分以產(chǎn)生真空區(qū)14。
然而，即使這些為氣態(tài)成分，由于其包括02、水蒸汽等，可以發(fā)現(xiàn)， 通過(guò)適當(dāng)?shù)亟档推錆舛?減少其壓力)，可以產(chǎn)生具有氧化能力的基團(tuán) 而不會(huì)急劇削弱真空紫外線。當(dāng)光線輸出設(shè)備在濃度可調(diào)的氣體成分共 存的條件下工作、而且當(dāng)后續(xù)階段的真空區(qū)14實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以消除粘附 在光線透射窗口 8的外表面11上的碳。此外，也可以消除粘附到位于 真空區(qū)14中所有光學(xué)元件表面的碳。可以以此方式消除碳的原因在于， 在光線透射窗口 8外表面11上的碳粘附與通過(guò)基團(tuán)使碳分解和消除同時(shí)發(fā)生，基團(tuán)分解和消除碳的速度超過(guò)其形成的速度。
由于利用基團(tuán)分解碳的反應(yīng)使碳轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分子如二氧化碳和水 蒸汽，這些都可以用真空泵從系統(tǒng)中快速移出。在此情況下產(chǎn)生的基團(tuán) 基本為氧氣和通過(guò)氧分子的激發(fā)產(chǎn)生的臭氧，以及通過(guò)激發(fā)水蒸汽等產(chǎn) 生的0H基。
此外，當(dāng)光線輸出設(shè)備在這些濃度可調(diào)的氣體成分存在的條件下工 作、而且當(dāng)有預(yù)先存在的碳沉積于光線透射窗口 8的外表面11時(shí)，將 逐漸分解和消除此碳，以便最后可以完全消除所有的碳，恢復(fù)光線透射
窗口 8到其初始的光線透射率。然后，操作光線輸出設(shè)備，而不需要利
用已經(jīng)具有碳積聚的光學(xué)元件操作后續(xù)階段真空區(qū)，就可以從已經(jīng)位于
真空區(qū)14的這些光學(xué)元件表面消除碳。
因此，利用本發(fā)明的結(jié)論，可以防止光線輸出設(shè)備傳輸窗口的衰減， 以便不減少通過(guò)所述光線輸出設(shè)備產(chǎn)生的光線強(qiáng)度，從而使其不僅可以 消除與光線透射窗口的更換相關(guān)的維修費(fèi)用和設(shè)備停機(jī)的維修，而且還 可以通過(guò)操作光線輸出設(shè)備以消除已經(jīng)形成在光線透射窗口 8或光學(xué)元
件上沉積的碳，以使其恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而恢復(fù)真空區(qū)所有的性能， 以便用較少的維修費(fèi)用和維修頻率維持真空區(qū)14。
下面，將說(shuō)明用于調(diào)節(jié)真空區(qū)14環(huán)境中大氣成分的濃度的方法。 氣體供給可以使用從氧氣罐供給的純氧氣。另外，其可以從空氣中吸取， 或可以使用在工廠中安裝的空氣管。也可以使用填充有干空氣的氣體 罐。另外還可以使用氧氣和如從氣體罐調(diào)配的氬、氦等惰性氣體的混合 物。將在后面結(jié)構(gòu)實(shí)施例中說(shuō)明的氣體供給壓力可以通過(guò)閥孔和氣體罐 的凈化真空區(qū)14并控制氣體的分壓力的能力進(jìn)行控制。
還可以將水蒸汽增加到上述氣體中，或只使用水蒸汽。水蒸汽根據(jù) 預(yù)備的密封容器內(nèi)的水增加并具有填充飽和水蒸汽的區(qū)域，然后，通過(guò) 將此水蒸汽與上述氣體的任何一種混合。當(dāng)單獨(dú)使用時(shí)，只需要迸入真 空區(qū)14中。水的溫度可以為室溫，或可以變冷或加熱。水蒸汽的壓力 在飽和狀態(tài)下根據(jù)水的溫度產(chǎn)生變化，所以可以設(shè)定閥孔和泵的清洗能 力，以控制真空區(qū)14中水蒸汽的分壓力，此將在后面結(jié)構(gòu)實(shí)施例中說(shuō) 明。
16在真空區(qū)14中的上述氣體的分壓力通過(guò)下述條件確定。氣體分壓 力的下限將根據(jù)通過(guò)氣體和不阻止操作的分壓力吸收真空紫外線的作 用的目標(biāo)進(jìn)行確定。例如，在具體條件下，如果為氧氣，上限基本為IO
mtoir (毫托)的等級(jí)(在20mtorr以下)。假如超過(guò)分壓力等級(jí)，則通 過(guò)氧氣的真空紫外線吸收將達(dá)到不可忽視的點(diǎn)-其將開(kāi)始阻礙真空區(qū)14 的作用目標(biāo)。然而，假如通過(guò)真空區(qū)14的光線路徑的長(zhǎng)度充分短，其 將可以忽視氧氣濃度在較高上限的作用。上限值的精確設(shè)定可以通過(guò)用 氣體規(guī)定的分壓力填充真空區(qū)14并檢查作用目標(biāo)是否已經(jīng)被阻礙來(lái)予 以確定。具體地說(shuō)，真空紫外線的量可以作為研究其衰減程度的手段進(jìn) 行測(cè)量。
氣體分壓力的下限應(yīng)該設(shè)定在用于即將施加的載荷的處理能力以 上。在此，所謂"載荷"的意思是當(dāng)通過(guò)有機(jī)氣體存在的類(lèi)型和濃度、 以及通過(guò)光線透射窗口 8傳輸?shù)恼婵兆贤饩€9的波長(zhǎng)和強(qiáng)度確定時(shí)，碳 在光線透射窗口 8的外表面11上的積聚速度。所謂"處理能力"的意 思是碳通過(guò)真空紫外線氣體的激發(fā)產(chǎn)生的基團(tuán)分解和消除的速度。
本發(fā)明的發(fā)明者作出了各種試驗(yàn)，發(fā)明者正視到用于的真空區(qū)14 的各種情況，其中一些情況是未知的，但是，例如，在通過(guò)傳統(tǒng)渦輪分 子泵并利用千泵抽空系統(tǒng)產(chǎn)生真空區(qū)14的情況，例如，用于氧氣的下 限將大約為0.01到0. lmtorr。如果此種級(jí)的氧氣存在，則將對(duì)載荷具 有足夠的處理能力。水蒸汽提供了比氧氣相對(duì)高的處理能力等級(jí)，且其 實(shí)際下限.將在0. 005到0. Olmtorr的量級(jí)。
為了精確設(shè)定此下限，可以用氧氣填充真空區(qū)14，實(shí)際用于一定的 分壓力，然后光線輸出設(shè)備可以通過(guò)對(duì)在光線透射窗口 8的外表面11 上任何粘附物的分析隨后進(jìn)行操作。合適的分析方法包括在光學(xué)顯微鏡 下的觀測(cè)或使用EPMA的碳分析。只要分析沒(méi)有顯示明顯的碳沉積存在， 此時(shí)使用的分壓力可以確定可以充分地實(shí)現(xiàn)碳的分解和消除處理。
現(xiàn)在，將具體說(shuō)明根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)的本發(fā)明提出的技術(shù)手段。
根據(jù)權(quán)利要求1和2的本發(fā)明涉及一種可以達(dá)到本發(fā)明效果的設(shè) 備。本發(fā)明提供一種用于通過(guò)位于輸出光線或沿所述輸出光線的光線路 徑防止、抑制、或改善光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的衰減，改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)性能的可靠性和壽命的光學(xué)性能恢復(fù)裝置，其中所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在有 機(jī)成分可以分解的近真空區(qū)內(nèi)，所述衰減由于沉積或積聚在所述光學(xué)系 統(tǒng)的光線照射表面、光線反射表面、光線發(fā)射表面(統(tǒng)一稱(chēng)為'照明表 面')的碳而產(chǎn)生，所述表面面對(duì)所述真空區(qū)，所述光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備 包括產(chǎn)生有活性能量存在的近真空區(qū)以激發(fā)碳的氧化反應(yīng)的裝置，所 述近真空區(qū)面對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的所述光線照明表面；在所述近真空區(qū)產(chǎn) 生負(fù)離子或基團(tuán)的裝置；促進(jìn)所述負(fù)離子或基團(tuán)和在所述近真空區(qū)的所 述碳之間氧化反應(yīng)的裝置；以及其中所述光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備通過(guò)氧化反 應(yīng)消除或減少沉積在所述照明表面的積聚的碳。
更具體地說(shuō)，其包括產(chǎn)生近真空區(qū)以激發(fā)碳的氧化反應(yīng)的裝置， 所述近真空區(qū)面對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的所述光線照射表面；在所述近真空區(qū) 產(chǎn)生含氧原子氣體如水氣體或氧化物氣體流的裝置；在所述近真空區(qū)提 供活性能量以便在所述含氧原子氣體和碳之間產(chǎn)生碳氧化反應(yīng)的裝置； 以及其中所述光學(xué)性能恢復(fù)設(shè)備通過(guò)氧化反應(yīng)消除或減少沉積在所述 照明表面的積聚的碳。
上述"近真空區(qū)"可以通過(guò)其中高活性能量激發(fā)碳氧化反應(yīng)的真空 空間進(jìn)行限定，以通過(guò)從碳?xì)涞扔袡C(jī)混合物中去除氫以分解碳。近真空 空間的壓力通過(guò)活性能量的強(qiáng)度和上述含氧原子氣體氧化能力進(jìn)行波 動(dòng)，然而其必須在幾十mtorr以下。
根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明涉及用于通過(guò)位于輸出光線或沿所述輸出 光線的光線路徑，用于防止、抑制或提高光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)性能的衰減，改 進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的可靠性和壽命的光學(xué)性能恢復(fù)方法，其中所述 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在有機(jī)成分可以分解的近真空區(qū)，所述衰減由于沉積或積 聚在所述光學(xué)系統(tǒng)的光線照射表面、光線反射表面、光線發(fā)射表面(統(tǒng) 一稱(chēng)為、照明表面')的碳而產(chǎn)生，所述表面面對(duì)所述真空區(qū)，所述光 學(xué)性能恢復(fù)方法包括步驟產(chǎn)生具有活性能量存在的近真空區(qū)以激發(fā)碳 的氧化反應(yīng)；所述近真空區(qū)面對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的所述光線照明表面；在 所述近真空區(qū)產(chǎn)生負(fù)離子或基團(tuán)；通過(guò)使負(fù)離子或基團(tuán)與沉積的碳反 應(yīng)，消除或減少積聚在所述照明表面上的積聚的碳。
更具體地說(shuō)，本方法的特征通過(guò)以下步驟體現(xiàn)產(chǎn)生近真空區(qū)以激
18發(fā)高活性能量激發(fā)存在下的碳的氧化反應(yīng)，其中所述近真空區(qū)面對(duì)所述 光學(xué)系統(tǒng)的所述光線表面；并在提供含氧原子的氣體如水蒸汽或氧化氣 體(例如，水蒸汽、氧氣、過(guò)氧化氫、臭氧或其混合物與惰性氣體(包 括空氣))流進(jìn)入到所述近真空區(qū)的同時(shí)提供活性能量，從而通過(guò)激發(fā) 積聚的碳與所述提供的活性能量的氧化反應(yīng)，消除或減少積聚在所述照 明表面的積聚的碳。
此外，上述光學(xué)系統(tǒng)不僅包括由位于近真空區(qū)邊界的光線透射或反 射件組成的光學(xué)元件，而且包括由位于沿真空區(qū)內(nèi)光線路徑的衍射、折 射、光譜產(chǎn)生、以及傳輸和衍射的調(diào)節(jié)光學(xué)元件，以及通過(guò)照射光線表 面處理的光學(xué)物件組成的光學(xué)組成部分。而另外所述的光學(xué)系統(tǒng)包括所 述光學(xué)元件或所述光學(xué)物件的位置調(diào)節(jié)和保持機(jī)構(gòu)、容器、以及密封件。
另外，本發(fā)明還有效地施用到形成所述光線路徑的光束為具有
380nm波長(zhǎng)或以下的通常紫外線，或具有200nm波長(zhǎng)或以下的真空紫外 線的情況，輸出所述紫外線或位于沿所述輸出光線的光線路徑的所述光 學(xué)系統(tǒng)為包括氟化合物的一種或混合物的光學(xué)物質(zhì)，如氟化鎂、氟化鈣、 氟化鋇、氟化鋁、冰晶石、硫醇鹽或其它氟化合物、金屬氟化物如氟化 鑭、氟化鎘、氟化釹、氟化釔、或如人造石英玻璃或蘭寶石的高純度氧 化物。
另外，在由所述近真空區(qū)的有機(jī)成分分解的碳已經(jīng)生長(zhǎng)在所述光學(xué) 系統(tǒng)和相對(duì)表面上的情況下，用于供給到所述近真空區(qū)的含氧原子的所 述氣體的分壓力的下限值優(yōu)選設(shè)定為超過(guò)整個(gè)碳堆積速度的水平。此 外，當(dāng)所述真空紫外線照射到所述光學(xué)系統(tǒng)或從所述光學(xué)系統(tǒng)照射時(shí)， 在所述光學(xué)系統(tǒng)的所述光學(xué)性能恢復(fù)的情況下，用于供給到所述近真空 區(qū)的含氧原子的所述氣體的分壓力的上限值優(yōu)選設(shè)定為低于從其在所 述近真空區(qū)內(nèi)起到作用的角度來(lái)看，由所述含氧原子的氣體的吸收真空 紫外線的作用不能被忽視的水平。
用于含氧原子的氣體的分壓力的上限值優(yōu)選設(shè)定為通過(guò)實(shí)際填充 所述近真空區(qū)具有一定含氧原子氣體分壓力，然后測(cè)量在所述光線路徑 上真空紫外線的數(shù)量以檢測(cè)其衰減程度的水平。
此外，當(dāng)上述含氧原子氣體為氧氣時(shí)，氣體分壓力的下限-上限之間范圍為0. 02mtorr到20mtorr (優(yōu)選0. 02mtorr至lj 10mtorr)，而當(dāng)氣 體為水蒸汽時(shí)為0. Olmtorr至lj 10mtorr (優(yōu)選0. Olmtorr至lj lmtorr)。
另外，當(dāng)形成于上述光線路徑的光束具有高光子能量且為一束在真 空紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)的規(guī)定波長(zhǎng)的光束時(shí)，本發(fā)明也是有效的。
艮P，只要上述活性能量為具有高光子能量的真空紫外線，就可以由 含氧原子的氣體產(chǎn)生負(fù)離子或基團(tuán)，而根本不用單獨(dú)的能量源(例如， 熱能、等離子能、電能等)。雖然使用專(zhuān)利文獻(xiàn)3引用的活性離子基如 0H—和0—，但考慮到清潔的目標(biāo)，其壓力條件不同于參考文獻(xiàn)中規(guī)定的條 件。
第二優(yōu)選實(shí)施方式
此外，在第二優(yōu)選實(shí)施方式中，將對(duì)光線透射窗口8內(nèi)部(如內(nèi)表 面IO)發(fā)生的衰減進(jìn)行具體分析。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)由氟化物材料制作的光線透射窗口 8 的衰減進(jìn)行具體分析。使用的裝置如圖14所示，其中光線透射窗口 8 通過(guò)0型圈連接到凸緣17的等離子外露側(cè)。MgF2 (氟化鎂)單晶體用于 制作光線透射窗口 8。
結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過(guò)真空紫外線照射后，由真空紫外線照射的光線透 射窗口 8透射率的衰減是由MgF2晶體(幾十nrn厚)表面上氧化物的形 成引起的?？梢源_定在晶體表面上幾十nm厚的區(qū)域中氟的存在減少。
此外，通過(guò)光譜透射率的測(cè)量以觀測(cè)任何可能存在于光線透射窗口 8上色彩中心的產(chǎn)生和光線透射率衰減之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，光線透 射窗口 8衰減的主要原因不是色彩中心的吸收，而是在于產(chǎn)生在晶體表 面上氟和氧存在的缺陷。
對(duì)于此點(diǎn)，本發(fā)明建議了針對(duì)上述發(fā)現(xiàn)的下面說(shuō)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明的第一建議涉及由氟化物質(zhì)組成的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于至 少在所述光學(xué)系統(tǒng)的光線照射側(cè)面(內(nèi)側(cè))上形成具有2-20nm膜厚度 的保護(hù)膜，以防止氟原子從所述光學(xué)系統(tǒng)的表面剝離。
現(xiàn)在將說(shuō)明本發(fā)明和專(zhuān)利文獻(xiàn)4之間的差別。專(zhuān)利文獻(xiàn)4涉及具有 汞密封在其弧形管內(nèi)的放電燈。本技術(shù)通過(guò)使用鋁等0. 1 y m到0, 15 y m保護(hù)膜以防止汞附著到弧形管內(nèi)壁。
另一方面，本發(fā)明涉及真空紫外線范圍，其中將2nm到20nra的非 常薄膜施加到真空紫外線照射的表面，以防止氟的剝離，這樣通過(guò)覆層 替代光學(xué)性能的初始衰減的產(chǎn)生。
限制20nm或以下膜厚度的原因在于，如果為任意更厚，其將吸收 真空紫外線到其不能保持其作為光學(xué)元件的作用的點(diǎn)。
2mn或更之上的下限為需要保證在晶體表面上均勻覆蓋保護(hù)膜。由 于Si02或Al203、 MgO、 Ti02、 Zr02的分子直徑接近為lnm，如果覆層不是 至少2個(gè)分子的厚度，其不可能在晶體的整個(gè)表面制造均勻的保護(hù)膜以 達(dá)到本發(fā)明的目的。
當(dāng)膜的厚度足夠時(shí)，雖然目的為保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)的表面，但由于金屬 氧化物如Si02或A1203、 Mg0、 Ti02、 Zr02不是天然允許真空紫外線穿過(guò) 的材料，所以，此保護(hù)膜的存在可以使在膜內(nèi)吸收真空紫外線，如圖13 所示，從而減少了穿出到基本材料的紫外線的量。在20nm厚的等級(jí)時(shí)， 透射率只是不用膜的10%。不僅在10%下的初始透射率產(chǎn)生基本材料的 光學(xué)性能的大量下降，而且在其不能起到光學(xué)系統(tǒng)的作用的衰減等級(jí) 時(shí)，將擔(dān)心紫外線的吸收將使保護(hù)膜本身下降，并且熱將使其從光學(xué)系 統(tǒng)表面剝落或產(chǎn)生其它危害。因此，12nm或更少的厚度、優(yōu)選10mn或 更少的厚度將保持基本材料具有光學(xué)性能的40%，即使在最壞的 假想情 況下，也將保持光學(xué)性能的10%或更高。因此，由于紫外線的吸收，將 不期望超過(guò)20nm的膜厚度起到理想光學(xué)系統(tǒng)的作用。
另外，Mg的氧化隨著氟原子的剝離發(fā)生，所以，在優(yōu)選方式中，至 少在所述光學(xué)系統(tǒng)的照射側(cè)(內(nèi)側(cè))形成具有2-20nm膜厚度的Si02或 金屬氧化物的保護(hù)膜、優(yōu)選2-12nm、更優(yōu)選為2-10nm，以防止氟原子 從所述光學(xué)系統(tǒng)的表面剝離。
采用本發(fā)明的方案，可以抑制上述光學(xué)系統(tǒng)表面氟原子的剝離和氧 化，從而抑制光學(xué)系統(tǒng)的光線透射率的衰減。
在氣相中有成長(zhǎng)的方法，如蒸汽沉淀、離子電鍍、可以用于形成薄 膜保護(hù)膜的CVD等，但膜形成特別優(yōu)選的方法為離子束噴濺法和等離子 CVD法，因?yàn)榇朔椒梢噪S著通過(guò)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的拋光處理產(chǎn)生的凹凸產(chǎn)生很均勻的膜厚度。
本發(fā)明的第二方案涉及一種包括具有表面面對(duì)和暴露于安置在具 有等離子存在的內(nèi)部區(qū)的光學(xué)設(shè)備中的等離子的氟化合物的光學(xué)系統(tǒng)，
其中高抗等離子材料的2nm-20醒保護(hù)膜形成于所述暴露于等離子的氟 化合物表面。
此方案可以抑制上述光學(xué)系統(tǒng)表面的氟原子剝離或氧化，從而抑制 由于等離子環(huán)境引起的光學(xué)系統(tǒng)的光線透射率的衰減。
在此情況下，上述保護(hù)膜可以為上述保護(hù)膜引用的金屬氧化物如 Si02或Al203、 Mg0、 Ti02、 Zr02的任意一個(gè)。通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)上形成上述 保護(hù)膜，其中光學(xué)系統(tǒng)由具有沿光線照射方向的晶體軸線(c軸)的單 晶體氟材料組成，且所述保護(hù)膜的垂直表面覆蓋有Si02或金屬氧化物， 因此，由于上述氟光學(xué)系統(tǒng)的初始衰減由覆層平衡，所以可以防止基本 材料長(zhǎng)時(shí)間由真空紫外線照射引起的衰減。
另外，由于上述引用的Si02或其它金屬氧化物具有比氟化物更高的
抗等離子性能，因此，可以抑制氟的剝離或金屬原子的氧化，而且由于 本身為氧化物，結(jié)果，當(dāng)用于由氟材料制成的光學(xué)系統(tǒng)的保護(hù)膜時(shí)，在 其初始衰減后，可以防止母體材料長(zhǎng)時(shí)間由真空紫外線照射引起的進(jìn)一 步衰減。
本發(fā)明的第三方案涉及使用此裝置的方法，其使用上述光學(xué)系統(tǒng)的 光學(xué)器件，且其特征在于，事先將從Si02或A1203、 MgO、 Ti02、 Zr02中 選擇的一種金屬氧化物的2rai-20nrn的保護(hù)膜施加到光學(xué)系統(tǒng)，其中所 述膜抑制結(jié)構(gòu)元素從基本材料的表面剝離或基本材料表面的氧化，隨著 時(shí)間的推移，通過(guò)真空紫外線的照射或等離子暴露于基本材料，將所述 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合到具有比所述光學(xué)系統(tǒng)基本材料的吸收波長(zhǎng)更高光子能 量的真空紫外線源或等離子光線源的需求裝置。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)由于上述金屬氧化物保護(hù)膜造成的初始衰減后，可 以通過(guò)此膜抑制由于長(zhǎng)時(shí)間由于真空紫外線的照射或暴露于暴露于等 離子造成的從基本材料的元件脫離或基本材料表面的氧化引起的基本 材料的衰減，其意味著基本材料的光學(xué)輸出將在操作首先開(kāi)始后，不再 進(jìn)一步降低，例如，其可以延長(zhǎng)上述光線輸出裝置的反射鏡的光線透射窗口的壽命。這樣也延長(zhǎng)了用于光線透射窗口或反射鏡更換維修之間的 間隔，從而改進(jìn)光線輸出裝置的操作率并降低其操作成本。
在此情況下，由于上述保護(hù)摸作為可以增加裝置壽命的手段，因此， 只需要使用可以提供充足光線輸出的光線源以補(bǔ)償由于上述金屬氧化 物保護(hù)膜造成的光學(xué)系統(tǒng)的初始衰減，從而不會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的光線透 射(透射率、反射率)。
艮P，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)事先覆蓋有上述保護(hù)膜以抑制其長(zhǎng)時(shí)間由于真空紫 外線照射或面對(duì)等離子造成的衰減，否則其將使元件長(zhǎng)時(shí)間從其基本材 料脫離或氧化，其只需要補(bǔ)充裝置的光線輸出以補(bǔ)償由上述保護(hù)膜造成 的初始衰減。例如，在用于作為測(cè)量光線源的光線輸出裝置中，通過(guò)利 用至少在一側(cè)進(jìn)行覆層的上述光學(xué)系統(tǒng)，例如覆蓋光學(xué)傳輸窗口或反射 窗口，可以長(zhǎng)期獲得穩(wěn)定的光線輸出，并可以將此光線輸出裝置用于測(cè) 量應(yīng)用并保持穩(wěn)定的不會(huì)衰減的光線輸出速度，以便穩(wěn)定控制裝置的操 作和測(cè)量敏感度。


圖1是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖2是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第二實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖3是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第三實(shí)施例的
微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖4是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第四實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖5是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第五實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖6是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第六實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。
圖7是顯示用于粘附到根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的光線透射窗 口的碳的EPMA分析結(jié)果。圖8是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的微波激發(fā)氫紫 外線燈結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。
圖9是顯示不具有保護(hù)膜覆層的用于光線透射窗口使用前的XPS深
度分布測(cè)量的曲線圖。
圖10是顯示不具有保護(hù)膜覆層的用于光線透射窗口使用之后的XPS 深度分布測(cè)量的曲線圖。
圖11是顯示具有保護(hù)膜覆層的用于光線透射窗口使用前的XPS深度 分布測(cè)量的曲線圖。
圖12是顯示具有保護(hù)膜覆層后的用于光線透射窗口使用之后的XPS 深度分布測(cè)量的曲線圖。
圖13是顯示在其初始狀態(tài)光學(xué)系統(tǒng)的光線透射率與各種保護(hù)膜厚 度之間關(guān)系的曲線圖。
圖14是顯示根據(jù)先前技術(shù)的傳統(tǒng)微波激發(fā)氫紫外線燈的曲線圖。
具體實(shí)施方式
[第一優(yōu)選實(shí)施方式]
下面，將參考附圖對(duì)用于本發(fā)明抑制或消除光線透射窗口 8的外表 面U的碳粘附物的第一優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，此外，也將參 考

用于從位于真空區(qū)14中的光學(xué)系統(tǒng)抑制或消除碳粘附的優(yōu) 選實(shí)施方式。
本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例，其也可以有效地施用到通過(guò)放電或加 熱產(chǎn)生光線的燈或激光設(shè)備。
實(shí)施例1
圖1是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。
光線透射窗口 8連接的保持件(凸緣)17為圓盤(pán)型，且其中心與放 電管1的孔對(duì)準(zhǔn)，其包括直徑比放電管的內(nèi)徑大的開(kāi)口。窗口凸緣17 包括0型圈槽以便在光線透射窗口 8的整個(gè)開(kāi)口產(chǎn)生密封，還有中空的 蓋狀的裝配架20、用于附著其螺栓孔，以及連接到放電管1以便用窗口
24凸緣17保持真空的0型圈槽。
裝配架20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用兩級(jí)的同心圓并限制用于容納光線透射 窗口 8的空間以及通過(guò)放電管1環(huán)繞的空間。在環(huán)繞放電管1的端部， 端面已經(jīng)切削成為0型圈13通過(guò)壓力保持在位置的角度。圖中未示出 的螺紋也切削成在此端的外圓周表面，而用于放電管1的真空邊界通過(guò) 利用O'型圈13形成的密封件緊固固定蓋21在圓形開(kāi)口上形成。窗口連 接凸緣17、裝配架20和蓋21都由金屬制作；通常情況下，采用低污染 的不銹鋼或鋁，但不局限于這些材料。
下面，將說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)的微波激發(fā)氫紫外線燈的操作。首先，從放 電管1中的放電氣體供給開(kāi)口 1，用氦以1/100稀釋的氫放電氣體以 20sccm進(jìn)行供給。放電氣體通過(guò)出口 3由真空泵(未示出)排出。通過(guò) 調(diào)節(jié)安裝在排氣出口 3和真空泵之間的閥(未示出)孔，可以調(diào)節(jié)排氣 電導(dǎo)系數(shù)以保持放電管1內(nèi)大約5托(665Pa)。在從光線透射窗口側(cè)到 放電管1的方向產(chǎn)生放電氣流的原因在于盡可能減少由于通過(guò)放電等離 子在出口 1內(nèi)產(chǎn)生的物質(zhì)在所述窗口 8的污染源。
接著，將2.45GHz， 50W的微波從微波供給連接器提供到微波振蕩器 4。微波既可以連續(xù)提供也可以間歇提供，安裝在電源線上的調(diào)節(jié)器(未 示出)連接到微波電源，微波振蕩器可以用于調(diào)節(jié)電源和在放電管1中 產(chǎn)生的放電等離子7的載荷(放電等離子)之間的微波能量輸出。通過(guò) 放電等離子7激發(fā)的氫原子照射103nm和122mn的真空紫外線波長(zhǎng)的光 線。由于MgF2用作光線透射窗口 8的材料，此將在下面說(shuō)明，所以，103nm 光線由MgF2吸收且只有122訓(xùn)波長(zhǎng)的真空紫外線作為輸出燈光線(真空 紫外線)9穿過(guò)進(jìn)入真空區(qū)14。
在此情況下，用于光線透射窗口 8的固定凸緣17中的開(kāi)口為08mm， 所以輸出進(jìn)真空區(qū)的為08腿的光通量。
MgF2 (氟化鎂)單晶體用于光線透射窗口 8，水晶軸線(c軸)對(duì)準(zhǔn) 以垂直于光線透射窗口的表面。晶體尺寸為^0.5英寸(012.7mm) X lmm厚。使用的晶體為Ohyo Koken Kogyo有限公司制作的UV級(jí)產(chǎn)品。 許多這樣的晶體可以同一批獲得，將其分類(lèi)以匹配其晶體質(zhì)量和表面條 件以消除同一批內(nèi)可能等級(jí)的變化，以便能校驗(yàn)保護(hù)膜的作用。
25另外，光電二極管12被定位以接收作為監(jiān)測(cè)來(lái)自所述燈的光線輸 出量裝置的燈輸出光線9。
將氧氣供給到使用下述方法的真空區(qū)14，同時(shí)調(diào)節(jié)氣體到規(guī)定的分壓力。
氧氣罐23 (由日本Sanso公司制作)填充有純氧(純度4N)并連 接到調(diào)節(jié)器22。當(dāng)將氣壓調(diào)節(jié)到0. lkg/cm2后，調(diào)節(jié)通過(guò)管16c連接的 可變漏泄閥19的孔，氣體穿過(guò)大氣側(cè)上的管16b，然后通過(guò)密封機(jī)構(gòu)(未 示出)前進(jìn)并從真空區(qū)14內(nèi)的管16a供給進(jìn)真空區(qū)14。提供量接近為 1 sccm。真空區(qū)14通過(guò)渦輪分子泵(50L/min的排出速度，型號(hào)為T(mén)P-50， 三菱童工株式會(huì)社制作)排出，并在下游連接到干泵(未示出)。在此 情況下，真空區(qū)內(nèi)氧氣分壓力穩(wěn)定在1 mtorr (l毫托)。因此，條件形 成為真空區(qū)14內(nèi)氧氣的分壓力為至少lmtorr的等級(jí)(在10mtorr以下)。
實(shí)驗(yàn)也通過(guò)調(diào)節(jié)閥孔以提供5 mtorr、 2 mtorr和0. 1 mtorr進(jìn)行， 但也將在后面說(shuō)明，可以同樣有效地消除碳。
在上述說(shuō)明中提到的可變漏泄閥不是特殊規(guī)格的產(chǎn)品；其僅僅為實(shí) 現(xiàn)微調(diào)節(jié)孔的機(jī)構(gòu)，可以采用任何名稱(chēng)的各種此類(lèi)機(jī)構(gòu)。
其次，光電二極管12被采用以測(cè)量從上述結(jié)構(gòu)的微波激發(fā)氫原子 紫外線燈在經(jīng)過(guò)時(shí)間內(nèi)的變化。
放電等離子7用于激發(fā)氫原子以產(chǎn)生真空紫外線達(dá)90小時(shí)(大約4 天)。然后，作為對(duì)比，重復(fù)試驗(yàn)但不提供氧氣，即，操作前述渦輪分 子泵以保持同樣的環(huán)境(0.001 mtorr)，然后比較結(jié)果。
結(jié)果表明，當(dāng)在燈工作期間供給氧氣時(shí)，沒(méi)有觀察到由于碳積聚造 成的通過(guò)光線透射窗口傳輸?shù)乃p。另一方面，在對(duì)比情況中，如果初 始光線透射率定為100%,則整個(gè)試驗(yàn)期間由于在光線透射窗口 8上碳的 沉積使透射率下降到35%。
圖1顯示了在控制試驗(yàn)中觀察到的以膜的方式積聚和粘附的碳15。 當(dāng)燈在具有氧氣流工作時(shí)，顯示在圖1中的碳15不粘附到光線透射窗 □ 8。
當(dāng)己經(jīng)使用后，用光學(xué)顯微觀測(cè)光線透射窗口 8時(shí)，在使用供給氧 氣流的光線透射窗口8上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粘附物，但在控制樣品中，物質(zhì)以膜的方式粘附在真空紫外線傳輸?shù)恼麄€(gè)中心08mm的范圍。可以通過(guò)用塑 料鑷子刮擦外表面11以剝離粘附的物質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)膜狀物質(zhì)以較弱的 連接力粘附到外表面ll。
其次，對(duì)粘附物進(jìn)行元素分析。利用日本Danshi公司制造的EPMA (電子探針X射線微分析儀)對(duì)用于控制樣品的光線透射窗口 8的外表 面11進(jìn)行元素分析，分析條件為15Kv的加速電壓，5E-8A的照射電 流，測(cè)量方法定性分析，線性分析、圖形分析。結(jié)果表明，在紫外線 傳輸?shù)墓饩€透射窗口的外表面11的中心08mm區(qū)域檢測(cè)到明顯的碳。中 心08mm區(qū)域外的環(huán)形區(qū)域處于凸緣17的陰影中，因此，為沒(méi)有紫外線 傳輸?shù)膮^(qū)域，雖然EPMA分析揭示了在此區(qū)域碳的污染等級(jí)，但在此沒(méi) 有明顯的碳粘附。在EPMA分析中"污染等級(jí)"為當(dāng)分析整個(gè)清潔表面 時(shí)獲得碳的弱信號(hào)等級(jí)。用光子束照射清潔表面的行為不可避免地產(chǎn)生 碳的粘附，此信號(hào)等級(jí)依據(jù)粘附的碳予以確定。因此，分析裝置本身的 污染等級(jí)決定了用于EPMA分析的下測(cè)量限。當(dāng)比較污染的信號(hào)等級(jí)時(shí)， 紫外線傳輸?shù)闹行蘑?mm范圍的信號(hào)等級(jí)明顯高，此發(fā)現(xiàn)確定，碳已經(jīng) 以膜狀方式積聚在光線透射窗口的外表面11上。
圖7顯示了利用EPMA控制試驗(yàn)的線性分析結(jié)果。在圖7中水平軸 的單位為毫米，其表示MgF2晶體直徑上的分析位置；所述晶體上的線性 分析從邊到邊進(jìn)行。
垂直軸表示在光譜產(chǎn)生晶體LDE2檢測(cè)的碳信號(hào)強(qiáng)度。主要分析結(jié) 論列在圖7圖表的外面。
從圖7中可以發(fā)現(xiàn)，很明顯，通過(guò)紫外線傳輸?shù)腸D8mm區(qū)域中有明 顯高信號(hào)強(qiáng)度的碳，其清楚地表明了在中心08mm區(qū)域中的膜狀粘附。
另一方面，當(dāng)燈在氧氣流下工作之后，從光線透射窗口的表面沒(méi)有 檢測(cè)到明顯超過(guò)污染等級(jí)的碳信號(hào)。
如上所述，通過(guò)燈在供給氧氣下工作，可以防止或抑制碳在光線透 射窗口 8上的積聚。
此方案的實(shí)現(xiàn)可以抑制通過(guò)光線透射窗口的透射率的下降，從而降 低更換窗口的維修操作成本并降低燈的操作停機(jī)時(shí)間。
此實(shí)施方式以光線透射窗口作為實(shí)施例，但本實(shí)施方式也可以同樣施用到使用光線反射鏡(窗口)的設(shè)備。此光線反射鏡的實(shí)施例有施用 激光振蕩器和燈光聚焦鏡的反射鏡。下述實(shí)施方式也同樣可以適用到光 線反射鏡的情況。
實(shí)施例2
圖2是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第二實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈的簡(jiǎn)圖。其它與實(shí)施例1說(shuō)明同樣結(jié)構(gòu)和操作元件
的詳細(xì)說(shuō)明在此省略。光線透射窗口 8的規(guī)格與實(shí)施例1說(shuō)明的一樣。 另外，光電二極管12定位成作為監(jiān)測(cè)所述燈的光線輸出量裝置以接收 燈發(fā)射光線9的光線輸出。
利用下述方法將水蒸汽供給到真空區(qū)14，并調(diào)節(jié)到規(guī)定的氣體分壓 力。填充有l(wèi)mL水25 (為蒸餾、離子交換處理和過(guò)濾的純水)的玻璃管 24 (管直徑為06mm)通過(guò)凸緣17連接有管16d。組合0型圈的凸緣17 的結(jié)構(gòu)密封玻璃管以與大氣隔離，所有的大氣成分都事先從管中排出。 水25保持在室溫(25°)，內(nèi)部蒸汽壓力為25托(計(jì)算值)。此蒸汽壓 力通過(guò)管16d作為主蒸汽壓力供給，當(dāng)調(diào)節(jié)可變漏泄閥19的孔后，其 通過(guò)密封機(jī)構(gòu)(未示出)穿過(guò)大氣側(cè)的管16b，通過(guò)管16a進(jìn)入真空區(qū) 14。供給的量接近O. 1 sccm。真空區(qū)14通過(guò)渦輪分子泵排空(排空速 度50L/min、型號(hào)為T(mén)P-50，三菱重工株式會(huì)社制作)和下游的干泵(未 示出)排出。在此情況下，水蒸汽分壓力穩(wěn)定在0. lmtorr (0. 1毫托) 的真空區(qū)內(nèi)。因此，條件為水蒸汽分壓力至少為0.1mtorr (在l毫托以 下)等級(jí)的真空區(qū)14。
實(shí)驗(yàn)也采用lmtorr和0. lmtorr的水蒸汽分壓力進(jìn)行，其通過(guò)調(diào)節(jié) 閥孔實(shí)現(xiàn)，這將在后面說(shuō)明，可以同樣有效地消除碳。
其次，用光電二極管12測(cè)量由上述微波激發(fā)氫紫外線燈輸出的光 線量隨時(shí)間的變化量。
首先，氫原子通過(guò)放電等離子7激發(fā)以產(chǎn)生90小時(shí)(大約4天) 的真空紫外線。其次，在不提供水蒸汽的情況下操作燈，即，利用上述 渦輪分子泵進(jìn)行試驗(yàn)以保持0.001nitorr的壓力環(huán)境，然后比較兩個(gè)試 驗(yàn)結(jié)果。
28結(jié)果表明，當(dāng)在提供水蒸汽條件下操作燈時(shí)，由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)形成碳， 因此，不會(huì)使穿過(guò)光線透射窗口 8的傳輸衰減。另一方面，在控制試驗(yàn) 中，如果光線透射的開(kāi)始透射率為100%,則在整個(gè)測(cè)量期間碳的粘附物使透射率下降到35%。在圖2中顯示的碳15顯示了在對(duì)比中觀測(cè)到的碳的膜狀粘附，但 當(dāng)燈操作期間供給水蒸汽時(shí)，則如圖2所示，光線透射窗口8上沒(méi)有碳 15的粘附。在燈使用后，當(dāng)利用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)光線透射窗口 8的外表面時(shí)， 當(dāng)燈操作期間供給水蒸汽時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)使用過(guò)的窗口有粘附物，但在對(duì) 比窗口上，傳輸真空紫外線的中心08mm區(qū)域顯示了以膜狀形式粘附的 物質(zhì)。當(dāng)利用塑料鑷子剝離外表面11時(shí)，可以剝離掉粘附物質(zhì)，可以 發(fā)現(xiàn)，粘附到外表面11的為較弱的附著膜狀物質(zhì)。此時(shí)，對(duì)粘附物質(zhì)進(jìn)行元素分析。通過(guò)EPMA元素分析的結(jié)果與實(shí) 施例1中解釋的情況相類(lèi)似。由于以上己經(jīng)具體說(shuō)明，所以，當(dāng)有水蒸汽供給操作燈時(shí)，可以確 定，可以防止或抑制碳對(duì)光線透射窗口的粘附。此方法可以抑制光線透射窗口的光線透射率的下降，從而降低與窗 口置換相關(guān)的維修成本，并降低由于維修造成的停機(jī)操作。實(shí)施例3圖3是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第三實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈的簡(jiǎn)圖。其它與實(shí)施例1說(shuō)明同樣的結(jié)構(gòu)和操作元 件的詳細(xì)說(shuō)明在此省略。光線透射窗口 8的規(guī)格與實(shí)施例1說(shuō)明的一樣。 另外，作為監(jiān)測(cè)所述燈光線輸出量裝置的光電二極管12定位成以接收 燈發(fā)射光線9的光線輸出。利用以下規(guī)定的方法將大氣成分供給到真空區(qū)14并調(diào)節(jié)其到規(guī)定 的氣體分壓力。當(dāng)通過(guò)可變漏泄閥19調(diào)節(jié)孔后，將大氣成分通過(guò)敞開(kāi)到允許大氣 成分通過(guò)管16b流動(dòng)的大氣的管供給到真空區(qū)14，并穿過(guò)密封機(jī)構(gòu)(未 示出)通過(guò)管16a進(jìn)入真空區(qū)14。供給量接近為1 sccm。真空區(qū)14通過(guò)渦輪分子泵排空(排空速度50L/min、型號(hào)為T(mén)P-50,三菱重工株式 會(huì)社制作，在圖中未示出)和下游的干泵(未示出)排出。在此情況下， 大氣成分在lmtorr (l毫托)的真空區(qū)內(nèi)平衡。因此，條件為大氣成分 分壓力至少為lmtorr (只有0. 2mtorr氧氣)等級(jí)的真空區(qū)14。調(diào)節(jié)閥孔以產(chǎn)生O. lmtorr (只有0. 02mtorr氧氣)的分壓力，這將 在后面說(shuō)明，同樣能夠有效地消除碳。其次，采用光電二極管12以測(cè)量具有上述結(jié)構(gòu)的微波激發(fā)氫紫外 線燈操作期間光線輸出隨時(shí)間的變化。首先，氫原子通過(guò)放電等離子7激發(fā)，并產(chǎn)生90小時(shí)(大約4天)的真空紫外線。其次，作為對(duì)比，在操作期間不提供大氣成分，上述渦 輪分子泵用于產(chǎn)生0.001mtorr的壓力環(huán)境，然后比較兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)在提供大氣條件下操作燈時(shí)，由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)形成碳，因此，不會(huì) 使穿過(guò)光線透射窗口 8的光線傳輸衰減。然而，在控制試驗(yàn)中，碳的形 成使通過(guò)光線透射窗口 8的光線透射從初始值100%下降到35%的透射 率。在圖3中顯示的碳15反映了在控制中觀測(cè)到的碳的膜狀粘附，但 當(dāng)燈操作期間供給大氣成分時(shí)，則在如圖3所示的光線透射窗口 8上沒(méi) 有碳15的粘附。當(dāng)燈已經(jīng)使用后，當(dāng)利用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)光線透射窗口 8的外表面 時(shí)，在將大氣成分供給水蒸汽同時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)使用過(guò)的窗口有粘附物， 但在對(duì)比窗口上，傳輸真空紫外線的中心08腿區(qū)域顯示了以膜狀形式 粘附的物質(zhì)。當(dāng)利用塑料鑷子剝離外表面11時(shí)，可以剝離掉粘附物質(zhì)， 可以發(fā)現(xiàn)，粘附到外表面11的為較弱的附著膜狀物質(zhì)。在此點(diǎn)上，對(duì)粘附物質(zhì)進(jìn)行元素分析。通過(guò)EPMA進(jìn)行的元素分析 結(jié)果與實(shí)施例l所名的相同。由于以上己經(jīng)具體說(shuō)明，所以，當(dāng)有大氣成分的供給操作燈時(shí)，可 以確定，可以防止或抑制碳對(duì)光線透射窗口的粘附。此方法可以抑制光線透射窗口的光線透射率的下降，從而降低與窗 口置換相關(guān)的維修成本，并降低由于維修造成的停機(jī)操作。實(shí)施例4圖4是顯示用于說(shuō)明的本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式第四實(shí)施例的微波激發(fā)氫紫外線燈的結(jié)構(gòu)視圖，其中將要說(shuō)明用于消除由于輸出光線粘附到位于真空區(qū)14的光學(xué)系統(tǒng)的方法。其它與實(shí)施例1說(shuō)明同樣結(jié)構(gòu)和 操作元件的詳細(xì)說(shuō)明在此省略。光線透射窗口 8的規(guī)格與實(shí)施例1說(shuō)明 的一樣。圖4中的光學(xué)元件定位為通過(guò)燈發(fā)射光線9照射。當(dāng)有機(jī)氣體存在 于真空區(qū)14內(nèi)時(shí)，碳15已經(jīng)粘附到光學(xué)元件27的兩側(cè)，并且其通過(guò) 真空紫外線9的光學(xué)元件27的照射產(chǎn)生。由于碳15的粘附，光學(xué)元件 27的透射率下降且需要維修。光學(xué)元件27已經(jīng)達(dá)到此狀態(tài)的原因在于 燈一直在真空狀態(tài)操作。在此采用用于真空紫外線的千擾濾波器作為光學(xué)元件27的例子用 于說(shuō)明碳的消除。用于真空紫外線的干擾濾波器由MgF2基底和在其表面 上的多層光學(xué)膜覆層組成。此為用于光學(xué)零件例如干擾濾波器的傳統(tǒng)結(jié) 構(gòu)。由于其只允許規(guī)定波長(zhǎng)段的光線通過(guò)，因此，此干擾濾波器起到帶 通濾波器的作用，但當(dāng)碳15粘附到其表面時(shí)，其透射率隨著干擾濾波 器下降，因此作為光學(xué)元件的作用下降。因此，在減少透射率的一定階 段，需要或消除碳或更換干擾濾波器?？傮w上說(shuō)，由于例如具有光學(xué)膜 覆層的千擾濾波器的光學(xué)濾波器的精細(xì)特性，所以很難清洗它們。清洗 可能改變光學(xué)膜的性質(zhì)，且很容易由于在清洗期間的刮擦造成缺陷。因 此，沒(méi)有可以利用的有效清洗方法，所以必須選擇更換零件。然而，通 常情況下，由于干擾濾波器為價(jià)格昂貴的零件，所以成本成為一個(gè)問(wèn)題。 在實(shí)施例4中，為了校驗(yàn)本發(fā)明的效率，在沒(méi)有氣體供給的情況操作燈 直到干涉等級(jí)的透射率已經(jīng)下降到50% (從100%的初始值)，以有意降 低透射率一半，然后將光學(xué)元件定位在真空區(qū)14內(nèi)。實(shí)施例1的方法用于在真空區(qū)14中氧氣的分壓力保持在lmtorr條 件下將氧氣供給到真空區(qū)14中。通過(guò)調(diào)節(jié)閥孔以達(dá)到10mtorr、5mtorr、 2mtorr、 0. lrntorr和0, 05mtorr進(jìn)行試驗(yàn)，這將在下面說(shuō)明，這在碳消 除中具有同樣的效果。其次，放電等離子用于激發(fā)氫原子以使真空紫外線發(fā)射90小時(shí)(大約4天)。當(dāng)在操作期間供給氧氣時(shí)，將從光學(xué)元件27的表面消除粘附的碳15，光學(xué)元件27的透射率幾乎恢復(fù)到其初始狀態(tài)。當(dāng)在光學(xué)顯微鏡下觀察光學(xué)元件的表面時(shí)，沒(méi)有觀察到粘附物。如上所述，可以通過(guò)在供給氧氣的條件下操作，以清除粘附到光學(xué)元件27上的碳。此方法可以抑制光學(xué)元件的光線透射率的下降，從而降低與光學(xué)元 件更換相關(guān)的維修成本，并降低由于維修造成的停機(jī)操作。實(shí)施例5圖5是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式第五實(shí)施例的微 波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖。其中將說(shuō)明由于使用燈光線發(fā)射造成的 粘附到位于真空區(qū)14中光學(xué)元件的碳的消除。其它與實(shí)施例1說(shuō)明同 樣結(jié)構(gòu)和操作元件的詳細(xì)說(shuō)明在此省略。光線透射窗口 8的規(guī)格與實(shí)施 例1說(shuō)明的一樣。在圖5中，光學(xué)元件27定位為接收燈9的光線發(fā)射。由于其它元件 與實(shí)施例4中使用的相同，故其它光學(xué)元件的說(shuō)明在此省略。在實(shí)施例5中，為了校驗(yàn)本發(fā)明有效性的效果，在沒(méi)有氣體供給的 情況操作燈直到干涉等級(jí)的透射率已經(jīng)下降50% (從100%的初始值)， 以有意降低透射率一半，然后將光學(xué)元件27定位在真空區(qū)14內(nèi)。實(shí)施例2的方法用于將水蒸汽供給到在真空區(qū)14中氧氣的分壓力保 持在lmtoir條件下的真空區(qū)14中。通過(guò)調(diào)節(jié)閥孔以達(dá)到水蒸汽分壓力 為5mtorr、 2mtorr、 0. Olmtorr和0. 005mtorr進(jìn)行試驗(yàn)，這將在下面 說(shuō)明，這在碳消除中具有同樣的效果。然后，放電等離子用于激發(fā)氫原子以使真空紫外線發(fā)射90小時(shí)(大 約4天)。當(dāng)在燈操作期間供給水蒸汽時(shí)，將從光學(xué)元件27的表面消除 粘附的碳15，光學(xué)元件27的透射率幾乎恢復(fù)到其初始狀態(tài)。當(dāng)在光學(xué) 顯微鏡下觀察光學(xué)元件的表面時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粘附物。如上所述，可以通過(guò)在供給水蒸汽的條件下操作，以清除粘附到光 學(xué)元件27上的碳15。此方法可以抑制光學(xué)元件的光線透射率的下降，從而降低與光學(xué)元件更換相關(guān)的維修成本，并降低由于維修造成的停機(jī)操作。 實(shí)施例6
圖6是顯示用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的第六實(shí)施例的 微波激發(fā)氫紫外線燈結(jié)構(gòu)的視圖，其中將說(shuō)明由于使用燈光線發(fā)射造成 的粘附到位于真空區(qū)14中光學(xué)元件上的碳的消除。其它與實(shí)施例1說(shuō) 明同樣結(jié)構(gòu)和操作元件的詳細(xì)說(shuō)明在此省略。光線透射窗口 8的規(guī)格與 實(shí)施例1說(shuō)明的一樣。
在圖6中，光學(xué)元件27定位為接收燈9的光線發(fā)射。由于其它元件 與實(shí)施例4中使用的相同，故其它光學(xué)元件的說(shuō)明在此省略。
在實(shí)施例6中，為了校驗(yàn)本發(fā)明有效性的效果，在沒(méi)有氣體供給的 情況操作燈直到干涉等級(jí)的透射率已經(jīng)下降50% (從100%的初始值)， 以有意降低透射率一半，然后定位光學(xué)元件27在真空區(qū)14內(nèi)。
實(shí)施例3的方法用于在真空區(qū)14中大氣成分的分壓力保持在lmtorr
條件下將大氣成分供給到真空區(qū)14中D
通過(guò)調(diào)節(jié)閥孔以使大氣成分的分壓力達(dá)到2mtorr和0. lrntorr迸行 試驗(yàn)，這將在下面說(shuō)明，這在碳消除中可以獲得同樣的效果。
其次，放電等離子用于激發(fā)氫原子以使真空紫外線發(fā)射90小時(shí)(大 約4天)。當(dāng)在燈操作期間供給大氣成分時(shí)，將從光學(xué)元件27的表面消 除粘附的碳15，光學(xué)元件27的透射率幾乎恢復(fù)到其初始狀態(tài)。當(dāng)在光 學(xué)顯微鏡下觀察光學(xué)元件的表面時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粘附物。
如上所述，可以通過(guò)在供給大氣成分的條件下操作，以清除粘附到 光學(xué)元件27上的碳15。此方法可以實(shí)現(xiàn)性能下降的光學(xué)元件的恢復(fù)， 從而降低與光學(xué)元件更換相關(guān)的維修成本，并降低由于維修造成的停機(jī) 操作。
下面，將參考附圖對(duì)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，其中為了 防止或抑制窗口的衰減，將保護(hù)膜覆蓋在光線透射窗口上。然而，本發(fā) 明不局限于此種結(jié)構(gòu)，其自然也可以施用到通過(guò)放電或熱產(chǎn)生發(fā)光的于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施 方式1-3。用于光線透射窗口 8的凸緣17為圓盤(pán)型，且其中心與放電管 l的孔線對(duì)準(zhǔn)，并包括為比放電管的直徑大的直徑開(kāi)口。窗口凸緣17包 括制作為上述開(kāi)口上密封光線透射窗口 8的裝置的0型圈槽13b、和包 括用于連接的螺栓孔的中空的、蓋狀的裝配架20，以及用于連接放電管 l的0型圈槽13a,其還可以使凸緣17以保持真空。裝配架20的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)由圍成為容納光線透射窗口 8和放電管1的 空間的兩級(jí)同心的中空?qǐng)A筒組成。包住放電管1側(cè)面的端表面上為0型 圈13c，其安裝在相對(duì)應(yīng)圈直徑的對(duì)角切削面中。此外，在此端的外圓 周表面也切削出螺紋(未示出)，以便安裝圓筒形開(kāi)口端蓋21，其保持 O型圈槽13c在其位置上并限定放電管1的真空邊界。窗口凸緣17、裝 配架20和蓋21都由金屬制作；通常情況下，采用低污染的不銹鋼或鋁， 但材料不局限于這些金屬。下面，將說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)的微波激發(fā)氫紫外線燈的操作。首先， 將氦氣中進(jìn)行1/100稀釋的氫氣通過(guò)放電氣體供給開(kāi)口 2以大約20sccm 的速度供給到放電管1。放電氣體通過(guò)排氣出口 3由真空泵(未示出) 排出，位于排氣出口 3和真空泵之間的閥(未示出)孔的調(diào)節(jié)控制排氣 傳導(dǎo)率，以保持放電管1內(nèi)大約5torr (665Pa)。從光線透射窗口 8內(nèi) 到放電管1流動(dòng)的原因在于，盡可能由等離子7在放電管1內(nèi)產(chǎn)生的任 何材料都在遠(yuǎn)離光線透射窗口 8的方向排出，以便減少所述窗口 8的污 染源。微波振蕩器調(diào)諧器18為圓筒型，其為可以對(duì)微波振蕩器內(nèi)的微波電 磁場(chǎng)分布進(jìn)行調(diào)節(jié)的微波振蕩器的結(jié)構(gòu)元件，且其內(nèi)徑為放電管1的殼 體。此外，其結(jié)構(gòu)為以便其可以插入，同時(shí)其將微波振蕩器4的端表面 在軸向?qū)?zhǔn)，其可以在軸向滑動(dòng)同時(shí)保持與微波振蕩器4的電導(dǎo)性。調(diào) 諧器18由銅或黃銅形成，同樣的材料也用于微波振蕩器4。所述調(diào)諧器 18的作用為調(diào)節(jié)微波電磁場(chǎng)分布，其根據(jù)其插入的深度產(chǎn)生等離子體7 以便微波的產(chǎn)生集中在中心6。接著，將2.45GHz， 50W的微波從微波供給連接器供給到微波振蕩器4。微波的供給既可以連續(xù)也可以間歇，調(diào)節(jié)器(未示出)安裝在將微 波電源與微波振蕩器連接的電源傳輸線的中間。其能夠被調(diào)節(jié)控制電源 和載荷(放電等離子)之間的微波能量，以便在放電管l內(nèi)產(chǎn)生放電等
離子7。通過(guò)放電等離子7激發(fā)的氫原子產(chǎn)生103nm和122rnn波長(zhǎng)的真 空紫外線光束；它們穿過(guò)光線透射窗口 8并使照射燈的光線9傳輸?shù)酵?面。
MgF2 (氟化鎂)單晶體用于制作光線透射窗口 8,且其晶體軸(c軸) 對(duì)準(zhǔn)垂直于光線透射窗口的表面。
在將光線透射窗口 8安裝在圖8所示位置之前，已經(jīng)事先施加了 A1203 (鋁)的薄膜覆層作為對(duì)光線透射窗口 8的表面10的保護(hù)膜10A。 采用離子束濺射型薄膜形成法膜形成施加覆層。
下面將說(shuō)明離子束薄膜形成法。保持為0. lPa壓力的Ar氣環(huán)境用于 膜形成氣，用20Kv的Ar離子加速電壓轟擊4 3英寸的燒結(jié)A1A靶電極 (純度4N)，以從靶電極濺射八1203到光線透射窗口 8的表面10上以產(chǎn) 生薄膜。通過(guò)事先產(chǎn)生說(shuō)明石英晶體振蕩數(shù)量的變化量和膜厚度之間關(guān) 系的刻度曲線，利用石英振蕩器對(duì)薄膜厚度進(jìn)行控制。通過(guò)上述方式， 可以通過(guò)相應(yīng)地改變振蕩時(shí)間以形成所需的厚度。
用于產(chǎn)生保護(hù)膜10A的覆層方法不局限為上述離子束濺射薄膜形成 法。也可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)姆椒ê脱b置產(chǎn)生所需成分的膜。其它可能的 方法包括如蒸汽沉積、離子電鍍、CVD等的氣相方法。
用于保護(hù)膜10A適當(dāng)膜厚度的范圍根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)表面覆蓋情況以及 122mn真空紫外線要求的透射確定。
圖13是顯示當(dāng)A1A作為光線透射窗口覆層施用時(shí)，與沒(méi)有覆層存 在的初始狀態(tài)相比，光線透射與保護(hù)膜厚度之間變化的曲線圖。如圖13 所示，光學(xué)系統(tǒng)透射率的程度隨著其初始狀態(tài)為保護(hù)膜厚度函數(shù)增大而 下降。最好采用可以抑制其初始衰減的最薄的薄膜。另一方面，為了使 保護(hù)膜有效，必須覆蓋光學(xué)系統(tǒng)所有的表面?？傮w上說(shuō)，在其應(yīng)用的初 始階段，薄膜不是均勻的膜結(jié)構(gòu)，其在光學(xué)表面形成島狀結(jié)構(gòu)以使部分 光學(xué)表面暴露，仍然沒(méi)有達(dá)到有效的保護(hù)膜。
當(dāng)保護(hù)膜形成后，用AFM (自動(dòng)施力顯微鏡)觀測(cè)表面，其顯示出為了形成平的光滑膜，需要覆蓋基底的膜厚度為2nm或更大。此外，從有效地保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)的表面的目的出發(fā)，考慮充分厚的20nm 或更厚的膜厚度，可以發(fā)現(xiàn)，采用Si02或A1203、 MgO、 Ti02、 ZiU的保 護(hù)膜，由于真空紫外線的高吸收性，在其上使用保護(hù)膜的光學(xué)系統(tǒng)的特 征實(shí)質(zhì)上被衰減，保護(hù)膜本身吸收產(chǎn)生的衰減和熱可以使其剝離或產(chǎn)生 其它光學(xué)系統(tǒng)表面的問(wèn)題。因?yàn)榇苏婵兆贤饩€的吸收導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)不能 起到預(yù)期的作用，所以薄膜厚度的上限設(shè)定為20mn或更大，優(yōu)選12nm 或更大，或更優(yōu)選為lOnm或更大。在本實(shí)施方式中，采用6nm的保護(hù)膜厚度，在此保護(hù)膜厚度下，122nm 波長(zhǎng)光線的透射率為給定的不使用保護(hù)膜的初始狀態(tài)100%透射率的 50%。此外，光電二極管12定位成作為監(jiān)測(cè)所述燈的光線輸出裝置以接收 燈發(fā)射光線9。其次，光電二極管12用于測(cè)量具有上述結(jié)構(gòu)的微波激發(fā)的氫紫外線 燈的光線輸出量中的任何變化。首先，氫原子通過(guò)等離子7激發(fā)并在真空紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生光 線達(dá)90小時(shí)(大約4天)。其次，作為對(duì)比，光線透射窗口8用沒(méi)有保 護(hù)膜的光線透射窗口替換，并重復(fù)試驗(yàn)并比較結(jié)果。使用下列評(píng)價(jià)方法。光線透射窗口的初始透射率為L(zhǎng) (在控制試驗(yàn) 的情況下，T。=T,)，當(dāng)使用后，即，90小時(shí)后，降低的透射率為T(mén)2，然 后計(jì)算出變化的透射率AT[9&]:AT二 (T'- T2) /90 公式(1)另外，變化率表示為衰減率K[。/。/hr.]，以下列公式定義。K=100 AT/T。 公式(2)通過(guò)比較衰減率K的大小，可以快速地量化和評(píng)價(jià)光線透射窗口 8 的衰減。顯然，K值越低，光線透射窗口的衰減越輕微，其壽命越長(zhǎng)，其需要更換的頻率越小。結(jié)果表明，當(dāng)保護(hù)膜(A1203)用在光線透射窗口 8上時(shí)，衰減率K 為0.04%/hr.。另一方面，用于對(duì)比的衰減率K為0.46%/hr.，大約為覆 層窗口的ll倍。根據(jù)此評(píng)價(jià)，我們發(fā)現(xiàn)，與不使用覆層相比較，在光線36透射窗口 8上的保護(hù)膜IOA獲得了壽命提高大約10的因數(shù)。
為了闡明保護(hù)膜IOA的影響，下面將說(shuō)明在燈中使用前和在使用之 后覆層有A1203作為保護(hù)膜10A的光線透射窗口的XPS表面分析結(jié)果， 而作為對(duì)比，將說(shuō)明在燈中使用前和在使用之后不具有保護(hù)膜的光線透 射窗口的表面分析結(jié)果。
圖9是顯示在使用前對(duì)比的分析結(jié)果。水平軸為氬的時(shí)間，其量正 比于濺射深度。濺射時(shí)間零分鐘表示在濺射之前的初始狀態(tài)，其相對(duì)應(yīng) 晶體表面的分析。在XPS總體分析中，初始狀態(tài)獲得的信息反映物質(zhì)的 自然污染，檢測(cè)為對(duì)碳、氧等的吸收成分。然而，由于實(shí)際上沒(méi)有任何 東西，因此可以從分析數(shù)據(jù)中予以省略。垂直軸表示通過(guò)XPS發(fā)現(xiàn)的各 種元素的比。
圖9是顯示在使用之前，對(duì)比窗口根本沒(méi)有氟損失。雖然在表面發(fā) 現(xiàn)微量的氧，但在晶體內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何存在其內(nèi)的物質(zhì)。污染材料中自 然吸收到表面的氧是由于氬濺射的結(jié)果，氬濺射驅(qū)使其進(jìn)入到晶體中。 因此，無(wú)論在晶體內(nèi)有氧或無(wú)氧存在，顯示在圖9中的氧氣量應(yīng)該理解 為應(yīng)該用于作為其它分析結(jié)果的校準(zhǔn)基礎(chǔ)的微量。
圖IO是顯示已經(jīng)使用保護(hù)膜后的對(duì)比分析結(jié)果。圖IO清楚地表明 氟從控制樣品表面的損失。同時(shí)在晶體中與氟缺乏層同樣深度發(fā)現(xiàn)大量 氧存在。因此，在使用后的控制樣品中，表面層顯示出氟缺乏和氧化。 此表面狀態(tài)為對(duì)122mn微波真空紫外線透射率降低的主要原因。
其次，A1A的保護(hù)膜10A施用在光線透射窗口 8上接近5nm厚，而 圖11顯示其被使用前的分析結(jié)果。曲線圖坐標(biāo)軸的說(shuō)明和解釋與圖9 相同，在此不再說(shuō)明。保護(hù)膜成分之一的A1 (鋁)已經(jīng)新加到圖中。圖 11顯示了氟和鎂的同步圖形從表面到內(nèi)部延伸，氧和鋁的同步圖形從表 面層到內(nèi)部延伸。因此，盡管覆蓋保護(hù)膜，但從表面層檢測(cè)的氟和鎂信 號(hào)的XPS分析原因?yàn)閄PS分析的分辨率在深度方向?yàn)閹譵n。因此，即使
試圖測(cè)量理想的邊界分布，因?yàn)榉直媛实膶挾仍谛螤钌喜豢杀苊獾貙挘?因此，其將不能作為步驟顯示在圖形上。此外，考慮5mn的保護(hù)膜厚度， 如果濺射不進(jìn)行大約20分鐘，則基底的MgF2晶體將保持外露。這是由 于Al》3和MgF2之間濺射效率的差異造成的。集中在此點(diǎn)，可以理解F和Mg、 0和A1圖形同步的區(qū)域。最后，圖12顯示出在其使用已經(jīng)覆層有作為保護(hù)膜的大約6nmAl203 厚度的光線透射窗口后的分析結(jié)果。曲線圖坐標(biāo)軸的說(shuō)明和解釋與圖9 相同，在此不再說(shuō)明。圖12顯示了氧和鋁的圖形從表面到內(nèi)部為同步。 此外，沒(méi)有證實(shí)在晶體內(nèi)部有氧存在。這就可以清楚地看出，通過(guò)保護(hù) 膜防止了氧進(jìn)入到晶體的內(nèi)部。另一方面，從表面和進(jìn)入到中心的氟和鎂的圖形不同步?？梢郧宄?地看出，氟已經(jīng)進(jìn)入到保護(hù)膜10A的AL03中。然而，由于保護(hù)膜10A 的存在，雖然氟存在于保護(hù)膜的內(nèi)部，但仍然沒(méi)有完全排除氟以產(chǎn)生氟 缺乏，在對(duì)比的情況下，很容易地想到氧氣作為替代物通過(guò)其進(jìn)入的機(jī) 構(gòu)。實(shí)際上，如果考慮圖12中沒(méi)有保護(hù)膜的情況，可以利用圖10很容 易說(shuō)明上述氟缺乏層和氧化層的形成。如上已經(jīng)說(shuō)明，通過(guò)利用在光線透射窗口 8上作為覆層的保護(hù)膜 IOA，可以抑制氟缺乏層的產(chǎn)生，并在晶體內(nèi)防止或抑制氧(氧化層) 的存在，另外，當(dāng)與對(duì)比組比較時(shí)，具有保護(hù)膜覆層的光線透射窗口形 成以大約10的系數(shù)下降的衰減速度K。另外，當(dāng)使用Si02覆層(膜厚度6nm)作為光線透射窗口 8的保護(hù) 膜時(shí)，衰減速度K為0. 06%/hr.。另一方面，對(duì)比組的衰減速度K為 0.46%/hr.。這就可以證實(shí)即使在保護(hù)膜中使用Si02，也可以達(dá)到同樣 的保護(hù)程度，可以在衰減速度K實(shí)大約8倍的改善。此外，如同使用A1A—樣，也可以使用金屬氧化物如Mg0、 Ti02、 Zr02作為保護(hù)膜的材料，其在紫外線照射下比氟化合物顯示出更少變色。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)具有形成于其上的保護(hù)膜，其本 身的不具有保護(hù)膜的光學(xué)性能(例如，如果其為光線透射窗口，其將為 光線透射率)低于其設(shè)置在預(yù)覆層狀態(tài)的光學(xué)性能。然而，單獨(dú)評(píng)價(jià)那 些光學(xué)系統(tǒng)是不適宜的，將它們作為組合成整個(gè)作為使用光學(xué)輸出裝置 一部分的光線輸出裝置的零件來(lái)評(píng)價(jià)是重要的。即，可以補(bǔ)償上述光學(xué) 輸出裝置中的光學(xué)系統(tǒng)的初始劣勢(shì)，并配置光線輸出到系統(tǒng)需要的規(guī) 格，其可以實(shí)現(xiàn)維持光學(xué)輸出裝置的輸出并增加其壽命，從而達(dá)到提供 其光線輸出窗口的維修頻率和維修成本等總體下降的光線輸出裝置的目的。
另外，將本發(fā)明用于在測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合作為光源非常有益。其中的實(shí) 例是進(jìn)行環(huán)境污染物質(zhì)的產(chǎn)生等長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)或類(lèi)似的應(yīng)用?？傮w上說(shuō)， 當(dāng)采用此測(cè)量時(shí)，在測(cè)量中信號(hào)和靈敏度的程度正比于光線輸出的平 方。如上所述，在先前技術(shù)中，光源的測(cè)量靈敏度通過(guò)光壓輸出提高， 但光學(xué)系統(tǒng)的最終衰減使其必須抑制降低光線輸出和測(cè)量靈敏度降低 的衰減。本發(fā)明使用的光學(xué)系統(tǒng)延長(zhǎng)光線輸出裝置的壽命，并長(zhǎng)期保持 更穩(wěn)定的輸出性能，以解決上述問(wèn)題并提供適合用于長(zhǎng)期環(huán)境監(jiān)測(cè)的光 線輸出裝置。
以上實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例用于光線透射窗口，但也可以施加到使用光線反射鏡 (窗口)的裝置。此光線反射鏡的實(shí)施例為用于激光振蕩器的反射鏡和 用于燈中的聚焦鏡。因此，光線反射鏡可以用于同樣應(yīng)用實(shí)施例。
如以上說(shuō)明，本發(fā)明可以防止或抑制由于降低透射率的碳堆積造成 的光學(xué)系統(tǒng)衰減，并且確定上述系統(tǒng)和光學(xué)元件壽命，從而降低更換光 學(xué)系統(tǒng)的維修操作頻率，并當(dāng)在系統(tǒng)使用光學(xué)元件如光線透射、折射、 反射、光譜產(chǎn)生、千涉的光學(xué)作用的一種或組合時(shí)，降低使用如常規(guī)紫 外線或真空紫外線的高光子能量光線的各種光學(xué)設(shè)備的操作成本，例 如，當(dāng)所述透射或反射的光學(xué)元件位于近真空區(qū)邊界內(nèi)時(shí)，其中可分解 的有機(jī)成分可以使光學(xué)元件沿用于衍射、折射、光譜產(chǎn)生、透射的真空 區(qū)中光學(xué)路徑產(chǎn)生衰減，或者包括容器的分析位置調(diào)節(jié)光學(xué)元件或者其 它經(jīng)受照射的表面或密封物質(zhì)、調(diào)節(jié)光學(xué)元件的位置調(diào)節(jié)設(shè)備存在于其 中，例如用于具有真空紫外線的曝光設(shè)備(分節(jié)器)和彩色板。
具體地說(shuō)，通過(guò)防止或抑制碳在其表面堆積產(chǎn)生的光學(xué)系統(tǒng)中光線 透射率的下降，可以防止或抑制所述光學(xué)系統(tǒng)的衰減，從而降低更換光 學(xué)系統(tǒng)等的維修操作頻率，并降低操作成本。
此外，通過(guò)防止或抑制碳在光學(xué)系統(tǒng)中沿真空區(qū)中光線路徑的照射 表面和發(fā)射表面的堆積，可以延長(zhǎng)下游設(shè)備的壽命并提高設(shè)備的可靠 性。
具體地說(shuō)，由于本發(fā)明可以防止或抑制由于碳在光線透射窗口和其 它光學(xué)元件上的堆積造成的光學(xué)透射率下降，因此，可以延長(zhǎng)需要對(duì)光線透射窗口等清潔或更換的維修間隔，從而有助于提高設(shè)備的操作率并 降低維修成本。
另外，通過(guò)防止或抑制碳在用于光線輸出設(shè)備照射光線的真空區(qū)中 的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的照射表面和發(fā)射表面的堆積，可以延長(zhǎng)下游設(shè) 備的壽命并提高設(shè)備的可靠性。此外，本發(fā)明的方法還可以用于照射先 前已經(jīng)由于碳堆積造成衰減的光學(xué)元件，以照射這些衰減的光學(xué)元件并 使其恢復(fù)到其初始條件。
因此，通過(guò)使用本發(fā)明，可以延長(zhǎng)用于上述真空區(qū)內(nèi)的光學(xué)元件的 清潔或更換維修周期，從而有助于提高設(shè)備的操作率并降低維修成本。
如上所述，由于本發(fā)明可以防止或抑制光學(xué)系統(tǒng)的衰減，并延長(zhǎng)其 必須更換的維修周期，因此，有助于提高設(shè)備的操作率并降低維修成本。
此外，通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明將光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合到使用光線的設(shè)備，可以 延長(zhǎng)此設(shè)備的壽命并保證此設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定輸出特性。
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權(quán)利要求
1.一種包括設(shè)置在暴露于真空紫外線或等離子線環(huán)境的氟化合物的光學(xué)系統(tǒng)，所述真空紫外線或等離子線具有比所述光學(xué)系統(tǒng)的基本材料的吸收波長(zhǎng)高的光子能量，其中具有2-20nm膜厚度的SiO2或其它金屬氧化物的保護(hù)膜至少形成在所述光學(xué)系統(tǒng)的光線照射側(cè)面(內(nèi)側(cè)面)，以防止氟原子從所述光學(xué)系統(tǒng)的表面剝離。
2. —種包括設(shè)置在暴露于真空紫外線或等離子線環(huán)境的氟化合物的光學(xué)系統(tǒng)，所述真空紫外線或等離子線具有比所述光學(xué)系統(tǒng)的基本材料的吸收波長(zhǎng)高的光子能量，其中具有2-20nm膜厚度的Si02或其它金屬氧化物的保護(hù)膜至少形成在所述光學(xué)系統(tǒng)的光線照射側(cè)面(內(nèi)側(cè)面)，以防止所述光學(xué)系統(tǒng)的表面氧化。
3. —種包括具有表面面對(duì)和暴露于安置在具有等離子存在的內(nèi)部區(qū)的光學(xué)設(shè)備中的等離子的氟化合物的光學(xué)系統(tǒng)，其中高抗等離子材料的2nm-20nm保護(hù)膜形成于所述暴露于所述等離子的氟化合物的表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于-所述光學(xué)系統(tǒng)由具有沿光線照射方向的晶體軸線(c軸)的單晶體氟化物材料組成，且所述保護(hù)膜的垂直表面覆蓋有Si02或金屬氧化物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求K 2、 3或4所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述金屬氧化物的保護(hù)膜從Al203、 MgO、 Ti02、 Zr02中之一選擇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)膜通過(guò)離子束濺射方法或等離子CVD形成。
7. —種使用光學(xué)設(shè)備的方法，包括步驟事先將從Si02或A1203、 MgO、 Ti02、 Zr02中選擇的一種金屬氧化物的2nm-20nm的保護(hù)膜施加到光學(xué)系統(tǒng)上，其中所述膜抑制結(jié)構(gòu)元素由于真空紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射或等離子暴露于基本材料從基本材料的表面剝離或基本材料的表面的氧化，以及結(jié)合所述光學(xué)系統(tǒng)成為具有比所述光學(xué)系統(tǒng)基本材料的吸收波長(zhǎng)更高光子能量的真空紫外線源或等離子光線源的需求裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用光學(xué)設(shè)備的方法，其特征在于所述光源提供充足的光線輸出以補(bǔ)償由于所述保護(hù)膜造成的所述光學(xué)系統(tǒng)的初始衰減，而所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于在所述光源的光學(xué)路徑上用于在所述設(shè)備的所述初始衰減后抑制光學(xué)性能衰減。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于防止或抑制決定光學(xué)設(shè)備壽命的光學(xué)系統(tǒng)的衰減，其中所述光學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)例如光線透射、衍射、反射、光譜產(chǎn)生、以及干涉和其組合的效果。采用上述方式，可以降低維修操作頻率如窗口更換并降低此操作的成本。本發(fā)明的特征在于通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生具有活性能量存在的近真空區(qū)，以激發(fā)碳的氧化反應(yīng)，其中所述近真空區(qū)面對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的所述光線表面；在所述近真空區(qū)產(chǎn)生負(fù)離子或基團(tuán)，例如含有氧原子的不穩(wěn)定的基團(tuán)如OH基、OH^-離子、臭氧、O₂^-離子、O^-基；并通過(guò)沉積的碳與負(fù)離子或基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，消除或減少積聚在所述照明表面上的積聚的碳。
文檔編號(hào)H01J61/00GK101656187SQ20091017089
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者二見(jiàn)博, 團(tuán)野實(shí), 坂井智嗣, 山崎紀(jì)子, 山越英男, 栗林志頭真, 鶴我薰典 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社