KR20150124971A - 광 계측에서 조명을 제공하기 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 조명을 광 계측을 위한 측정 헤드로 제공하는 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 일부 실시예에서, 복수의 조명원으로부터 조명 빔은 하나 이상의 선택된 파장의 조명을 측정 헤드로 전달하기 위해 결합된다. 본 개시의 일부 실시예에서, 측정 헤드로 전달된 조명의 세기 및/또는 공간적 간섭이 제어된다. 본 개시의 일부 실시예에서, 하나 이상의 선택된 파장의 조명이 연속하는 파장 범위의 조명을 제공하기 위해 구성된 광대역 조명원으로부터 전달된다.
Description
본 개시는 일반적으로 광 계측 분야에 관한 것으로, 특히 광 계측에서 조명을 제공하는 시스템에 관한 것이다.
스캐터로메트리 기술(scatterometry technique)에 기반한 광학 계측 시스템은 보통 반도체에서 중요 디바이스 층을 특징화하는데 이용된다. 광 계측 시스템의 예는 이것으로 한정되지 않지만, 일차원 빔 프로파일 반사측정(one dimensional beam profile reflectometry, 1D-BPR) 시스템, 이차원 빔 프로파일 반사측정(two dimensional beam profile reflectometry, 2D-BPR) 시스템, 분광 반사측정(spectroscopic reflectometry) 시스템, 및 분광 타원 측정(spectroscopic ellipsometry) 시스템을 포함한다. 전술한 광 계측 시스템 및 본 기술에서 공지된 다른 시스템은 샘플을 조명하여 측정을 수행한다. 현재 광 계측 시스템의 측정 헤드(measurement head)에 조명을 제공하는 다양한 조명 시스템이 채용되고 있다.
현재 채용된 여러 조명 시스템은 구조적이거나 성능적인 결함을 겪고 있다. 몇몇의 현재 시스템은 소형이 아니며 측정 헤드로 전달된 조명을 안내하거나 관리하는 다수의 광학 표면이 필요하다. 몇몇의 현재 시스템은 한 가지 이상의 특정한 레이저 파장으로 한정되거나 소정 파장 범위의 조명을 측정 헤드로 제공하지 못한다. 몇몇의 현재 시스템은 잡음에 너무 민감하여, 포켈스 셀(Pockels cell)과 같은 전광 변조기를 구동하는 전압에 아주 소량의 잡음이 들어오면 측정 헤드에 전달된 조명의 세기에 영향을 주는 허용할 수 없을 양의 잡음이 발생할 수 있다. 몇몇의 현재 시스템은 자유 공간으로부터 광 섬유에 결합할 때 안정성이 부족하여, 조명 헤드로 전달된 조명의 세기에 영향을 미치는 다량의 잡음이 발생하는 결과를 가져온다. 몇몇 현재의 시스템은 레이저 점 광원 및/또는 단일 모드 광섬유에 의해 생성된 고도의 공간적 간섭으로 인한 레이저 스페클(laser speckle)을 유발할 수 있다. 전술한 예는 본 기술에서 현재 공지되어 있는 조명 시스템 중 일부의 결함을 예시한 것이다.
본 개시는 광 계측 시스템의 적어도 하나의 측정 헤드로 조명을 제공하기 위한 시스템에 관련된다.
본 개시의 실시예는 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템을 포함한다. 시스템은 이것으로 한정되지 않지만, 제 1 조명원, 제 2 조명원, 제 3 조명원, 제 4 조명원, 제5 조명원, 및 제 6 조명원을 포함하는 복수의 조명원을 포함할 수 있다. 제 1 폴드 미러는 제 1 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 2 폴드 미러가 제 2 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기가 제 1 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기는 또한 제 3 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기가 제 2 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기는 또한 제 4 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기가 제 1 조명원으로부터 조명 및 제 3 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기는 또한 제 5 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기가 제 6 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기는 또한 제 2 조명원으로부터 조명 및 제 4 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 5 다이크로익 결합기가 제 2 조명원으로부터 조명, 제 4 조명원으로부터 조명, 및 제 6 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 투과하도록 구성될 수 있다. 제 5 다이크로익 결합기는 또한 제 1 조명원으로부터 조명, 제 3 조명원으로부터 조명, 및 제 5 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 반사하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예는 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템을 포함한다. 시스템은 이것으로 한정되지 않지만, 제 1 조명원, 제 2 조명원, 제 3 조명원, 제 4 조명원, 제5 조명원, 및 제 6 조명원을 포함하는 복수의 조명원을 포함할 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기가 제 1 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기는 또한 상기 제 2 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기가 제 3 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기는 또한 제 1 조명원으로부터 조명 및 제 2조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기가 제 4 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기는 또한 제 5 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기가 제 4 조명원으로부터 조명 및 제 5 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 투과하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기는 또한 제 1 조명원으로부터 조명, 제 2 조명원으로부터 조명, 및 제 3 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 반사하도록 구성될 수 있다. 빔 분리기가 제 6 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예는 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템을 포함한다. 시스템은 복수의 파장의 조명을 복수의 광섬유를 따라서 제공하도록 구성된 복수의 조명원을 포함할 수 있다. 각각의 광섬유가 상이한 파장의 조명을 수광하도록 구성될 수 있다. 커플링 렌즈가 복수의 광섬유 중 선택된 광섬유로부터 선택된 파장의 조명을 수광하도록 구성될 수 있다. 커플링 렌즈는 또한 선택된 파장의 조명을 전달 광섬유를 따라서 지향하도록 구성될 수 있다. 페룰이 복수의 광섬유를 유지하고 있도록 구성될 수 있다. 액추에이터가 페룰, 커플링 렌즈, 및 전달 광섬유 중 적어도 하나에 기계적으로 결합될 수 있다. 액추에이터는 선택된 광섬유를 커플링 렌즈 및 전달 광섬유 중 적어도 하나와 정렬하도록 구성될 수 있다. 시준 렌즈가 전달 광섬유로부터 선택된 파장의 조명을 수광하도록 구성될 수 있다. 시준 렌즈는 또한 선택된 파장의 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예는 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템을 포함한다. 시스템은 복수의 파장의 조명을 복수의 광섬유를 따라서 제공하도록 구성된 복수의 조명원을 포함할 수 있다. 각각의 광섬유는 상이한 파장의 조명을 수광하도록 구성될 수 있다. 도파관 구조체가 복수의 광섬유로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명원과 도파관 구조체 사이에 배치된 복수의 셔터가 선택된 파장의 조명을 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예는 레이저 지속 플라즈마 발생원(laser-sustained plasma source)를 이용하여 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템을 포함한다. 하나 이상의 다중 모드 광섬유가 레이저 지속 플라즈마 발생원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 전달하도록 구성될 수 있다. 필터 메커니즘이 광대역 조명원과 하나 이상의 다중 모드 광섬유 사이에 배치되어 선택된 파장의 조명이 조명 경로를 따라서 전달되게 할 수 있다.
전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명하기 위한 것일 뿐이며 필연적으로 본 개시를 제한하는 것이 아님을 물론이다. 본 명세서에 포함되고 그의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시의 주제를 예시한다. 상세한 설명과 도면은 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 많은 장점은 첨부 도면을 참조하여 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 4a는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 4b는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5a는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5b는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5c는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마(laser-produced plasma) 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5d는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5e는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5f는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5g는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 4a는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 4b는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5a는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5b는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5c는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마(laser-produced plasma) 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5d는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5e는 본 개시의 실시예에 따라서, 레이저 생성 플라즈마 발생원을 예시하는 블록도이다.
도 5f는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 5g는 본 개시의 실시예에 따라서, 조명을 측정 헤드에 제공하기 위한 조명 시스템을 예시하는 블록도이다.
첨부 도면에서 예시되는 개시된 주제에 관하여 상세히 설명될 것이다.
도 1 내지 도 5f는 일반적으로 조명을 광 계측 시스템의 측정 헤드에 제공하기 위한 시스템을 예시한다. 광 계측 시스템은 이것으로 한정되지 않지만, 미국 특허 제6,429,943호, 제6,654,131호, 제6,297,880호, 제7,567,351호, 미국 공개 특허 제2011/0310388호, 제2011/0069312호, 및 미국 특허 출원 제61/545,965호에서 논의된, 일차원 빔 프로파일 반사측정(1D-BPR) 시스템, 이차원 빔 프로파일 반사측정(2D-BPR) 시스템, 분광 반사측정 시스템, 분광 타원 측정 시스템, 각도 분해 반사측정(angle-resolved reflectometry) 또는 스캐터로메트리 시스템, 또는 임의의 계측 시스템을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 복수의 조명원으로부터의 조명 빔은 하나 이상의 선택된 파장의 조명을 측정 헤드로 전달하도록 조합된다. 본 개시의 일부 실시예에서, 측정 헤드로 전달된 조명의 세기 및/또는 공간적 간섭이 조절된다. 본 개시의 일부 실시예에서, 하나 이상의 선택된 파장의 조명은 연속 파장 범위의 조명을 제공하도록 구성된 광대역 조명원으로부터 전달된다. 다른 것 중에서, 전술한 기능 중 일부 또는 모두를 달성하기 위한 시스템 또는 방법은 다음과 같은 실시예에서 기술된다.
도 1은 복수의 조명원(102)을 이용하여 조명을 광 계측 시스템의 측정 헤드에 제공하는 시스템(100)의 실시예를 예시한다. 조명원(102)로부터 발산하는 조명은 복수의 다이크로익 결합기(dichroic combiner)(110)를 이용하여 공통의 조명 경로를 따라서 전파하도록 결합될 수 있다. 실시예에서, 다이크로익 결합기(110)는 조명을 자유 공간 조명 경로를 따라서 지향하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 조명 경로 중 적어도 일부는 포커싱 렌즈, 빔 분리기, 결합기, 거울, 커플링 렌즈, 광섬유, 감쇠기, 편광판, 및 시준 렌즈 등과 같은 하나 이상의 광학 요소로 묘사될 수 있다.
실시예에서, 시스템(100)은 이것으로 한정되지 않지만, 제 1 조명원(102A), 제 2 조명원(102B), 제 3 조명원(102C), 제 4 조명원(102D), 제 5 조명원(102E), 및 제 6 조명원(102F)을 포함한다. 각각의 조명원(102)은 선택된 파장 또는 선택된 파장 범위의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 조명원(102A), 제 2 조명원(102B), 제 3 조명원(102C), 제 4 조명원(102D), 제 5 조명원(102E), 및 제 6 조명원(102F)은 각기 488nm, 685nm, 443nm, 638nm, 405nm, 및 532nm 파장을 제공하도록 구성될 수 있다. 본 출원에서 전술한 예시적인 실시예는 예시적인 목적을 위해 포함되는 것이며 본 개시를 한정하는 것으로서 해석되지 않아야 한다는 것을 주목하여야 한다. 다른 실시예에서, 이와 다른 파장 집합의 조명을 제공하도록 구성되는 조명원(102)이 선택될 수 있다.
조명원(102)은 조명을 각각의 시준 렌즈(104)를 통해, 이것으로 한정되지 않지만, 폴드 미러(fold mirror)(108) 및 다이크로익 결합기(110)를 포함하는 광학 요소로 묘사된 안내 경로로 투과하도록 구성될 수 있다. 시스템(100)은 조명원(102)과 안내 경로 사이에 배치되는 셔터(106)를 더 포함할 수 있다. 셔터(106)는 다른 조명원(102)으로부터의 조명을 차단하면서 적어도 하나의 선택된 조명원(102)으로부터의 조명이 안내 경로로 투과되도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 선택된 파장의 조명을 발산하는 조명원(102)에 대응하는 셔터(106)는 선택된 파장의 조명을 통과시키도록 열릴 수 있는 반면, 다른 모든 셔터(106)는 다른 조명원(102)으로부터 발산하는 다른 파장의 조명을 차단하도록 닫힌 채로 유지한다.
실시예에서, 안내 경로는 이것으로 한정되지 않지만, 도 1에 예시되고 본 출원에서 기술되는 소형의 구성에서는 두 개의 폴더 미러와 다섯 개의 다이크로익 결합기를 포함할 수 있다. 제 1 폴더 미러(108A)는 제 1 조명원(102A)으로부터 조명을 제 1 다이크로익 결합기(110A)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다. 제 2 폴더 미러(108B)는 제 2 조명원(102B)으로부터 조명을 제 2 다이크로익 결합기(110B)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
다이크로익 결합기(110)는 다른 파장의 조명을 반사하면서 선택된 문턱치 이상 또는 이하 파장의 조명을 투과하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 다이크로익 결합기(110)는 다른 파장의 조명을 반사하면서 선택된 범위 내 또는 선택된 범위를 벗어난 파장의 조명을 투과하도록 구성될 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기(110A)는 제 1 조명원(102A) 으로부터 조명을 제 3 다이크로익 결합기(110C)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 1 다이크로익 결합기(110A)는 또한 제 3 조명원(102C)으로부터 조명을 제 3 다이크로익 결합기(110C)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 2 다이크로익 결합기(110B)는 제 1 조명원(102A)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(110D)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기(110B)는 또한 제 4 조명원(102D)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(110D)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 3 다이크로익 결합기(110C)는 제 1 조명원(102A)으로부터 조명 및 제 3 조명원(102C)으로부터 조명을 제 5 다이크로익 결합기(110E)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기(110C)는 또한 제 5 조명원(102E)으로부터 조명을 제 5 다이크로익 결합기(110E)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 4 다이크로익 결합기(110D)는 제 6 조명원(102F)으로부터 조명을 제 5 다이크로익 결합기(110E)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기(110D)는 또한 제 2 조명원(102B)으로부터 조명 및 제 4 조명원(102D)으로부터 조명을 제 5 다이크로익 결합기(110E)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 5 다이크로익 결합기(110E)는 제 2 조명원(102B)으로부터 조명, 제 4 조명원(102D)으로부터 조명, 그리고 제 6 조명원(102F)으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 광 계측 시스템의 측정 헤드로 투과하도록 구성될 수 있다. 제 5 다이크로익 결합기(110E)는 또한 제 1 조명원(102A)으로부터 조명, 제 3 조명원(102C)으로부터 조명, 그리고 제 5 조명원(102E)으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 반사하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 조명 경로는 세기 제어 모듈(114)의 앞 및/또는 뒤에 배치된 하나 이상의 편광 빔 분리기(112, 116)를 포함할 수 있다. 세기 제어 모듈은 포켈스 셀과 같이, 조명 경로를 따라서 측정 헤드에 전달되는 조명의 세기를 감쇠하도록 구성된 전광 디바이스를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 편광 빔 분리기(116)는 조명의 일부분을 전달 경로를 따라서 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유(122) - 광섬유는 조명의 일부분을 측정 헤드의 편광 채널로 전달하도록 구성됨 - 로 지향하도록 구성될 수 있다. 편광 빔 분리기(116)는 또한 조명의 적어도 하나의 부가 부분을 전달 경로를 따라서 광섬유(136) - 광섬유는 조명의 부가 부분을 측정 헤드의 부가 편광 채널로 전달하도록 구성됨 - 로 지향하도록 구성될 수 있다. 전달 경로는 경로를 정의하고 그리고/또는 경로를 따라서 전파하는 조명을 제어하는 부가적인 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴드 미러(130)가 선택된 경로를 따른 조명을 반사하도록 구성될 수 있다. 셔터(118, 134)는 광섬유(122, 136)에 전달된 조명을 선택적으로 투과하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 커플링 렌즈(120, 134)는 조명을 자유 공간으로부터 광섬유(122, 136)로 전달하도록 구성될 수 있다. 빔 분리기(124)는 조명 경로 또는 전달 경로로부터 조명의 소량 부분을 렌즈(126), 광섬유, 및/또는 임의의 다른 광학 요소를 통해 파장 모니터(128)로 지향시키도록 구성될 수 있다. 전술한 예는 단지 예시적인 목적으로만 제공될 뿐이다. 본 개시의 본질을 벗어나지 않는 다양한 광학 요소가 포함되거나 제외될 수 있다고 생각된다.
복수의 조명원(202)을 이용하여 조명을 광 계측 시스템의 측정 헤드에 제공하는 시스템(200)의 다른 실시예가 도 2에 예시된다. 실시예에서, 시스템(200)은 이것으로 한정되지 않지만, 제 1 조명원(202A), 제 2 조명원(202B), 제 3 조명원(202C), 제 4 조명원(202D), 제 5 조명원(202E), 및 제 6 조명원(202F)을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제 1 조명원(202A), 제 2 조명원(202B), 제 3 조명원(202C), 제 4 조명원(202D), 제 5 조명원(202E), 및 제 6 조명원(202F)은 각기 488nm, 443nm, 514nm, 685nm, 638nm, 및 405nm 파장을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 제 1 조명원(202A), 제 2 조명원(202B), 제 3 조명원(202C), 제 4 조명원(202D), 제 5 조명원(202E), 및 제 6 조명원(202F)은 각기 443nm, 405nm, 488nm, 638nm, 532nm, 및 685nm 파장의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 본 출원에서 전술한 예시적인 실시예는 예시적인 목적을 위해 포함되는 것이며 본 개시를 한정하는 것으로서 해석되지 않아야 한다는 것을 주목하여야 한다. 다른 실시예에서, 이와 다른 집합의 파장의 조명을 제공하도록 구성되는 조명원(202)이 선택될 수 있다.
조명원(202)은 조명을 각각의 시준 렌즈(204)를 통해 안내 경로로 투과하도록 구성될 수 있다. 조명원(202)과 안내 경로 사이에 배치되는 셔터(206)는 다른 조명원(202)로부터의 조명을 차단하면서 적어도 하나의 선택된 조명원(202)으로부터의 조명이 안내 경로로 투과되도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 안내 경로는 이것으로 한정되지 않지만, 공통의 조명 경로를 따르는 복수의 조명원(202)으로부터 조명 빔을 조합하도록 구성된 네 개의 다이크로익 결합기(208)를 포함할 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기(208A)는 제 1 조명원(202A)으로부터 조명을 제 2 다이크로익 결합기(208B)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기(208A)은 또한 제 2 조명원(202B)으로부터 조명을 제 2 다이크로익 결합기(208B)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 2 다이크로익 결합기(208B)는 제 3 조명원(202C)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(208D)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 2 다이크로익 결합기(208B)는 또한 제 1 조명원(202A)으로부터 조명 및 제 2 조명원(202B)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(208D)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 3 다이크로익 결합기(208C)는 제 4 조명원(202D)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(208D)를 향해 투과하도록 구성될 수 있다. 제 3 다이크로익 결합기(208C)는 또한 제 5 조명원(202E)으로부터 조명을 제 4 다이크로익 결합기(208D)를 향해 반사하도록 구성될 수 있다.
제 4 다이크로익 결합기(208D)는 제 4 조명원(202D)으로부터 조명 및 제 5 조명원(202E)으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 투과하도록 구성될 수 있다. 제 4 다이크로익 결합기(208D)는 또한 제 1 조명원(202A)으로부터 조명, 제 2 조명원(202B)으로부터 조명, 그리고 제 3 조명원(202C)으로부터 조명을 조명 경로를 따라 측정 헤드로 반사하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 조명 경로는 세기 제어 모듈(216) 앞 및/또는 뒤에 배치된 하나 이상의 편광 빔 분리기(210, 218)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 편광 빔 분리기(210)는 제 6 조명원(202F)으로부터 조명을 조명 경로를 따라 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 편광 빔 분리기(210) 또는 다른 빔 분리기가 조명 경로 또는 전달 경로로부터의 조명의 일부를 렌즈(212), 광섬유 및/또는 임의의 다른 광학 요소를 통해 파장 모니터(214)로 지향하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 편광 빔 분리기(218)는 하나 이상의 전달 경로를 따라 조명의 하나 이상의 부분을 측정 헤드의 편광 채널로 조명을 전달하도록 구성된 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유(224, 232)로 지향하도록 구성될 수 있다. 전달 경로는 이것으로 한정되지 않지만, 시스템(100)에 대해 앞에서 논의된 바와 같은 폴드 미러(226), 셔터(220, 228), 및 커플링 렌즈(222, 230)와 같은 부가적인 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 3은 복수의 조명원(302)을 이용하여 조명을 광 계측 시스템의 측정 헤드에 제공하는 시스템(300)의 다른 실시예를 예시한다. 각각의 조명원(302)은 선택된 파장의 조명을 대응하는 광섬유를 따라서 투과하도록 구성될 수 있다. 시스템은 압전 액추에이터 또는 움직임 제어 디바이스와 같이 하나 이상의 모터 또는 서보를 채용하는 액추에이터(306)를 포함할 수 있다. 액추에이터(306)는 선택된 파장의 조명을 투과하는 선택된 광섬유를 커플링 렌즈(308)와 정렬하도록 구성될 수 있다. 커플링 렌즈(308)는 선택된 광섬유로부터 조명을 자유 공간을 통해 또는 전달 광섬유(310)를 따라서 시준 렌즈(312)로 투과하도록 구성될 수 있다. 시준 렌즈(312)는 선택된 광섬유의 시준된 조명을 조명 경로를 따라 측정 헤드로 투과하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 액추에이터(306)는 커플링 렌즈(308)를 구동하여 선택된 광섬유와 정렬하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 커플링 렌즈(308)는 선택된 광섬유로부터 시준된 빔과 정렬하여 평행 이동하거나 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 고속 스위칭을 위해 커플링 렌즈(308)를 평행 이동하거나 회전하는 방식으로 구동시키는 것이 유리할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 3에 예시된, 액추에이터(306)는 선택된 광섬유를 커플링 렌즈(308)와 정렬하도록 광섬유를 유지하고 있는 페룰(ferrule)(304)을 가동하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 페룰(304)은 제 1 조명원(202A), 제 2 조명원(202B), 제 3 조명원(202C), 제 4 조명원(202D), 제 5 조명원(202E), 및 제 6 조명원(202F)에 대응하는 여섯 광섬유를 유지하고 있도록 구성된 육각형 어레이를 포함한다. 일부 실시예에서, 광섬유들 사이에 최소한의 공간을 두고 광섬유를 페룰(304) 내에 꾸려 넣는 것이 유리하다.
실시예에서, 액추에이터(306)는 페룰(304)을 측면 방향으로 이동(즉, XY 위치 설정)하여 선택된 광섬유를 커플링 렌즈(308)와 정렬하도록 구성될 수 있다. 선택된 광섬유가 커플링 렌즈(308)와 정렬될 때, 다른 파장의 빔이 빔 덤프(beam dump)(309)에 의해 차단되면서 선택된 파장의 조명이 빔 덤프(309)의 개구를 통해 지향될 수 있다. 액추에이터(306)는 또한 페룰(304) 또는 커플링 렌즈(308)를 길이방향으로 이동(즉, Z 위치 설정)하여 선택된 광섬유로부터 전달된 조명을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(306)는 포커스의 레벨을 조절함으로써 측정 헤드로 전달된 조명이 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 가변성 섬유 액추에이터(variable fiber attenuator)(311)가 측정 헤드로 전달된 조명의 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자유 공간 세기 제어 모듈(321)이 측정 헤드로 전달된 조명의 세기를 제어하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 액추에이터(306)는 전달 광섬유(310)를 구동하여 전달 광섬유(310)를 선택된 광섬유로부터 커플링 렌즈(308)로 전달된 조명과 정렬하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 덤프(309)는 전달 광섬유(310)의 끝부분에 결합될 수 있다. 빔 덤프(309)는 전달 광섬유(310)가 커플링 렌즈(308)를 통해 선택된 광섬유로부터 전달된 조명과 정렬할 때 다른 파장의 조명을 차단하면서 선택된 파장의 조명이 전달 광섬유(310)를 통과하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기술된 실시예 중 임의의 실시예에서, 선택된 파장과 다른 파장의 조명으로부터의 간섭을 누그러뜨리기 위해 빔 덤프(309)는 지연 광섬유(310) 뒤에 고정된 또는 동적의 구성으로 배치될 수 있을 것으로 또한 생각된다.
실시예에서, 조명 경로는 조명의 하나 이상의 부분을 하나 이상의 전달 경로를 따라 측정 헤드의 편광 채널로 조명을 전달하도록 구성된 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유(328, 336)로 지향하도록 구성된 적어도 하나의 편광 빔 분리기(322)를 포함할 수 있다. 전달 경로는 이것으로 한정하지 않지만, 시스템(100)에 대해 앞에서 논의된 바와 같이 폴드 미러(330), 셔터(324, 332), 및 커플링 렌즈(326, 334)와 같은 부가적인 광학 요소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 조명 경로는 적어도 하나의 파장판(314) 및/또는 임의의 다른 광학 요소를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 조명 경로 및 전달 경로는 분기된 광섬유(예를 들면, S&P 광섬유)를 빔 덤프(309)에 결합하여 포함시킴으로써 결합될 수 있다. 실시예에서, 분기된 광섬유는 또한 시준 렌즈(312) 및 편광 빔 분리기(322)를 대체할 수 있다. 분기된 광섬유는 선택된 파장의 조명을 측정 헤드의 편광 채널로 투과하도록 구성될 수 있다. 편광은 어느 끝쪽에서 다른 편광에 대해 하나의 섬유 편광 키를 90도 회전함으로써 구분될 수 있다.
편광 빔 분리기 또는 다른 빔 분리기는 조명 경로 또는 전달 경로로부터 조명의 일부를 렌즈(318), 광섬유, 및/또는 임의의 다른 광학 요소를 통해 파장 모니터(320)로 지향하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 파장 모니터(320)는 측정 헤드에 앞서서 전달 경로를 따라 배치된 빔 분리기로부터 조명을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 복수의 조명원(402)을 이용하여 조명을 광 계측 시스템의 측정 헤드로 제공하는 시스템(400)의 다른 실시예를 예시한다. 각각의 조명원(402)은 선택된 파장의 조명을 대응하는 광섬유를 따라 도파관 구조체로 투과하도록 구성될 수 있다. 도 4a에 예시된 실시예에서, 도파관 구조체는 복수의 캐스케이드식(cascaded) 광섬유 분리기(404)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 여섯 조명원(402)으로부터 조명은 다섯 개의 2x1 광섬유 분리기(404)를 포함하는 도파관 구조체를 통해 결합될 수 있다. 조명은 빔 분리기(404)를 통해 진행할 때 감쇠될 수 있다.
실시예에서, 조명원(402) 및 빔 분리기(404)는 더 짧은 파장의 조명이 더 긴 파장의 조명보다 적은 개수의 광섬유 분리기(404)를 통해 진행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명원(402A 및 402B)은 조명원(402C 및 402D)보다 더 짧은 파장의 조명을 제공할 수 있다. 유사하게, 조명원(402C 및 402D)은 조명원(402E 및 402F)보다 더 짧은 파장의 조명을 제공할 수 있다.
도 4b에 예시된 다른 실시예에서, 도파관 구조체는 평판 광파 회로(406)를 포함할 수 있다. 선택된 파장의 조명은 복수의 조명원(402)로부터 대응하는 광섬유를 통해 평판 광파 회로(406)로 투과될 수 있다. 평판 광파 회로(406)는 평판 기판 상에 형성된 도파관을 포함할 수 있다. 기판 상에 형성된 도파관의 형상은 복수의 광섬유보다 더 용이하게 제어될 수 있기 때문에, 광파 회로(406)는 디바이스를 더 작게 할 여지가 있을 수 있다.
평판 광파 회로(406)는 선택된 기능을 실행하는 부가적인 구조체 또는 디바이스를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 평판 광파 회로(406)는 평판 광파 회로(406)를 통해 진행하는 조명 빔의 세기를 제어하도록 구성된 세기 변조기(408)를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 평판 광파 회로(406)는 기판 상에 형성된 도파관의 출력에서 분리기(410)를 포함할 수 있다. 분리기(410)는 평판 광파 회로(406)를 통해 단일 모드 광섬유(412, 414)를 따라서 전달된 조명의 부분을 측정 헤드의 편광 채널로 지향하도록 구성될 수 있다.
전술한 시스템(100, 200, 300, 400) 중 한 시스템에 관련하는 요소 또는 구성의 모든 설명은 달리 언급하지 않는 한 다른 시스템에 적용되는 것으로 이해되어야 한다는 것이 또한 주목된다. 본 출원에서 기술된 여러 개념은 모듈식으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 셔터(106, 206)는 전술한 시스템(100, 200, 300 및 400) 중 어느 시스템에도 포함될 수 있어서 다른 파장의 조명을 차단하면서 선택된 파장의 조명을 통과시킴으로써 선택된 파장의 조명을 제공할 수 있다. 유사하게, 단일 모드 광섬유, 다중 모드 광섬유 및/또는 분기된 광섬유는 조명을 조명 경로 또는 전달 경로를 따라서 전술한 시스템(100. 200, 300 및 400) 중 어느 시스템의 측정 헤드로도 전달하도록 이용될 수 있다. 전술한 예는 어떻게 하나의 실시예에서 기술되는 컴포넌트가 다른 실시예에 기술된 컴포넌트와 모듈식으로 조합될 수 있는지를 설명한다. 뿐만 아니라, 본 출원에 기술된 요소들을 조합하는 기능은 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 자명해질 것이다.
어느 시스템(100, 200, 300 및 400)이라도 하나 이상의 선택된 파장의 조명의 세기를 제어하는 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 측정 헤드로 전달된 조명의 세기는 미국 공개 특허 제2011/0310388 A1호에 적어도 부분적으로 기술된 것으로서, 음향 광학 가변 필터(acousto-optic tunable filter, AOTF)를 이용하여 제어될 수 있다. 미국 공개 특허 제2011/0310388 A1 호는 본 출원에서 참조문헌으로 인용된다.
일부 실시예에서, AOTF는 본 출원에서 기술된 바와 같이, 더블 패스(double pass) 구성을 포함할 수 있다. 각기 선택된 파장의 조명을 투과하기 위해 구성된 복수의 광섬유로부터의 조명은 AOTF에 포커싱될 수 있다. AOTF의 RF 변조(예를 들면, 진폭 변조 및/또는 주파수 변조)는 선택된 파장의 특정한 순서의 조명이 어떻게 효과적으로 회절될 수 있는지를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 회절된 조명 빔은 시준 렌즈를 이용하여 시준되고 평면 거울로부터 역 반사될 수 있다. 반사된 빔은 다시 AOFT에 포커싱되고, 다시 회절되고, 그리고 다시 그의 원(original) 광섬유로 결합될 수 있다. 광섬유 순환기(fiber optic circulator)는 역전파 조명을 출력 광섬유를 향해 갈라지도록 구성될 수 있다. 이러한 더블 패스 구성은 세기 제어의 동적 범위를 증가시키고 주파수 변동으로부터 잡음을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 조명원(102, 202, 302, 402)은 하나 이상의 파장의 조명 세기를 제어하기 위해 독립적으로 변조될 수 있다. 따라서, 노출 시간(integration time) 동안 검출기 어레이에 입사하는 광자의 개수가 선택된 레벨로 또는 복수의 조명원(102, 202, 302, 402)의 선택된 마진 내에서 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 조명원(102, 202, 302, 402)은 각각의 펄스가 검출기의 노출 시간보다 짧도록 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM)될 수 있으며 검출기에 의한 각 프레임의 획득과 동기된다.
어느 시스템(100, 200, 300 및 400)이라도 하나 이상의 선택된 파장의 조명의 공간적 간섭을 제어하는 수단을 더 포함할 수 있다. 레이저와 같은 조명원(102, 202, 302, 402)에 의해 단일 모드 광섬유를 통과하여 제공되는 선택된 파장의 조명은 스페클 패턴 및 기타 간섭 아티팩트(coherent artifact)를 유발할 수 있는데, 이것은 높은 공간적 간섭으로 인해 조명의 일부분이 약간씩 상이한 경로 길이를 따라서 진행하여 서로와 간섭을 일으킬 수 있기 때문이다.
실시예에서, 공간적 간섭은 단일 모드 광섬유를 이용하는 대신 조명을 다중 모드 광섬유를 통해 측정 헤드로 전달함으로써 제어될 수 있다. 다중 모드 광섬유는 광섬유 면 상의 상이한 지점들이 상관되지 않으면 확장된 물체처럼 작용할 수 있다. 전형적으로 다중 모드 광섬유를 향해 결합된 조명원(102, 202, 302, 402)은 전형적으로 다중 모드 광섬유의 모드들의 적은 부분집합을 활성화한다. 조명원(102, 202, 302, 402)은 포커싱된 조명 빔이 광섬유 면을 측 방향으로 가로질러 랜덤한 패턴으로 또는 의사 랜덤한 패턴으로 스캔함으로써 다중 모드 광섬유의 모드들 모두 또는 대부분을 활성화하도록 구성될 수 있다. 팁-틸트 액추에이터(tip-tilt actuator) 또는 대안의 작동 수단에 기계적으로 결합된 폴드 미러는 조명 빔이 광섬유 면을 가로질러 스캔하도록 구성될 수 있다. 조명 빔은 검출기의 노출 시간 동안 시간 변동 모드 구조체가 평균을 낼 수 있게 하는 충분한 속도로 스캔될 수 있고, 그래서 간섭하지 않은 확장된 조명원의 작용과 실질적으로 동등하거나 유사한 작용을 일으키는 결과를 가져올 수 있다. 대안으로, 음성 코일, 기가 컨셉 인코포레이티드(GIGA CONCEPT INC.)의 MODAL EXPLORER SPECKLE SCRAMBLER, 또는 본 기술에서 공지된 임의의 다른 모드 스크램블링 액추에이터와 같이 다중 모드 광섬유에 기계적으로 결합된 액추에이터를 이용하여 모드가 랜덤하게 활성화되거나 스크램블될 수 있다. 예를 들면, 보이스 코일은 다중 모드 광섬유를 진동시켜서 모드를 랜덤하게 혼용하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 공간적 간섭은 측정 헤드의 빔 경로에 놓여진 회전 확산기(rotating diffuser)를 이용하여 제어될 수 있다. 회전 확산기는 조명을 측정 헤드로 전달하는 광섬유의 출력 면 가까이 또는 내부의 이미지 평면 가까이에 배치될 수 있다. 확산기는 회전하도록 구성되어 검출기의 노출 시간 동안 빔 스폿이 복수의 상이한 영역 및/또는 랜덤 영역을 조명하게 할 수 있고, 그럼으로써 간섭하지 않은 확장된 조명원의 작용과 실질적으로 동등하거나 유사한 작용을 일으키는 결과를 가져올 수 있다.
다른 실시예에서, 공간적 간섭은 팁-틸트 액추에이터에 기계적으로 결합되어 측정 헤드로부터 발산하는 조명이 분석되는 샘플을 측 방향으로 가로질러 스캔하는 폴드 미러를 이용하여 제어될 수 있다. 샘플을 가로질러 스캔되는 스폿 위치들은 샘플 표면으로 전달된 조명의 빔 스폿을 이동시키는데 필요한 시간에 대비하여 변조된 조명원의 짧은 상관 시간으로 인해 상관되지 않을 수 있다. 샘플을 가로지르는 충분히 많은 스폿을 측정함으로써, 측정된 데이터에는 약간의 간섭 아티팩트가 보일 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 공간적으로 비간섭 조명(incoherent illumination)을 공급하는 확장되고, 공간적으로 비간섭성의 진정한 조명원(502)을 이용하여 조명을 측정 헤드에 제공하는 시스템(500)을 예시한다. 공간적으로 비간섭성의 조명원(502)은 이것으로 한정되지 않지만, 미국 특허 공개 제2011/0026032호 및 제2010/0302521호에서 논의된 바와 같은 Xe 아크 발생원과, 미국 특허 제7,435,982호, 제7,786,455호 및 제7,989,786호에서 논의된 바와 같은 레이저 지속 플라즈마(laser-sustained plasma, LSP) 발생원을 포함하며, 이들 모두 본 출원에서 참조문헌으로 인용된다. 실시예에서, 높은 전력의 적외선 레이저 빔은 Xe와 같은 고압 가스로 채워진 벌브(bulb) 내측에서 포커싱되어 레이저 지속 플라즈마를 생성할 수 있다. 레이저는 가스를 가열할 수 있다. 벌브 내측의 일련의 전극 전체에 높은 전위 차가 제공되어 가열된 가스를 이온화하며, 이로 인해 포커싱된 레이저 빔의 구역 내에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 플라즈마는 전형적으로 직경 100μm 내지 200μm의 작은 플라즈마 구역으로부터 등방적으로 강한 조명 방사를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 방사된 조명은 매우 광대역일 수 있다. 예를 들면, 플라즈마는 약 150nm부터 1000nm를 넘는 파장의 충분한 방사를 발생한다. 필터 메커니즘(504)은 조명원(502)의 광대역 스펙트럼으로부터 선택된 파장 대역의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 다음의 실시예에서, 광대역 조명원(502)은 보통 LSP 발생원이다, 그러나, 이것으로 한정되지 않지만 LSP 발생원, 수퍼콘티넘 레이저(supercontinuum laser), 및 본 기술에서 공지된 임의의 다른 광대역(즉, 백색광) 발생원과 같은 임의의 광대역 조명원(502)이 고려된다.
도 5a는 LSP 발생원(502)이 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성되는 시스템(500)의 실시예를 예시한다. 하나 이상의 필터 메커니즘(504)은 선택된 파장의 조명 또는 선택된 파장 대역의 조명을 측정 헤드로 제공하는 LSP 발생원(502)로부터 발생된 광대역 조명을 필터링하도록 구성될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 필터 메커니즘(504)은 제거되거나 또는 필터링되지 않은 조명(즉, 백색광)이 측정 헤드로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 시스템은 조명을 조명 경로로부터 측정 헤드로 전달을 위한 적어도 하나의 다중 모드 광섬유(510)를 향해 지향하도록 구성되는 커플링 렌즈(508)를 더 포함할 수 있다. 단일 모드 광섬유가 이용되지만, 확장된 플라즈마 스폿의 이미지를 단일 모드 광섬유로 결합하는 것이 다중 모드 광섬유(510)로 결합하는 것보다는 덜 효과적일 것이라고 생각된다. 뿐만 아니라, 단일 모드 광섬유의 작은 코어는 조명을 공간적으로 간섭하게 만들 수 있고, 그래서 확장된 발생원(502)을 이용하는 목적을 퇴색하게 만든다.
실시예에서, 필터 메커니즘(504)은 하나 이상의 박막 간섭 필터를 포함할 수 있다. 박막 필터는 고효율의 협대역 필터링(예를 들면, >90%)을 수행할 수 있으며 또한 대역 외 조명의 우수한 배척 또는 감쇠(예를 들면, <10- 6)를 수행할 수 있다. 실시예에서, 필터(504)는 선택된 파장 근방의 대략 2 nm내지 15nm 범위의 대역폭을 제공하기 위해 조명을 필터링하도록 구성될 수 있다. 전술한 범위는 단지 예시적인 목적으로 포함될 뿐이며 어떤 방식으로든 본 개시를 한정하려 해석되지 않아야 한다.
필터 메커니즘(504)은 적어도 하나의 협대역 필터(504c) 이외에 적어도 하나의 고역 통과 필터(504a) 및/또는 저역 통과 필터(504b)를 포함할 수 있다. 협대역 필터(504)는 LSP 발생원(502)으로부터의 조명을 필터링하여 선택된 파장 대역의 조명을 조명 경로를 따라서 제공하도록 구성될 수 있다. 고역 통과 필터(504a) 및/또는 저역 통과 필터(504b)는 협대역 필터(504c)가 제어할 수 없는 LSP 발생원(502)의 스펙트럼의 영역을 배척 또는 감쇠하도록 구성될 수 있고, 그럼으로써 조명을 협대역 필터(504c)가 제어하도록 구성되는 파장 범위까지 필터링할 수 있다.
필터 메커니즘(504)은 복수의 필터를 평행 이동 또는 회전하도록 구성되는 모터와 같은 하나 이상의 액추에이터를 더 포함할 수 있으며, 이 때 각각의 필터는 하나 이상의 선택된 파장 또는 대역을 필터링하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 복수의 필터는 측정하는 동안 선택된 파장의 조명을 제공하기 위해 필터를 선택할 수 있게 해주는 이동 가능한 마운트에 결합될 수 있다. 이동 가능한 마운트는 동력 설비된 필터 휠을 포함할 수 있지만, 슬라이더 및 대안의 액추에이터가 고려된다. 고정된 파장 간섭 필터를 사용함으로써 탄력적인 장점이 실현될 수 있으리라고 또한 생각된다. 필터는 비교적 용이하게 상업적 판매 회사로부터 선택된 파장을 공급받을 수 있다. 따라서, 필터는 시스템(500)이 감도를 증가시키고 그리고/또는 임의의 다른 시스템 속성을 향상시키는 목적에 맞추어질 수 있다.
실시예에서, 조명 경로는 조명의 일부분을 포커싱 렌즈(512)를 통해 검출 경로를 따라 파장 모니터(514)를 향해 지향하도록 구성된 빔 분리기(506)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 경로는 시스템(100, 200, 300, 및/또는 400)에 대해 앞에서 논의된 광학 요소 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 필터 메커니즘(504)은 조명 경로를 따라서 제공될 연속 범위의 선택 가능한 파장의 조명을 가능하게 해주는 모노크로메이터(monochromator) 구성을 포함할 수 있다. 모노크로메이터는 전형적으로 회절 격자를 분산 요소(dispersive element)로서 사용하는 것 때문에 고정 파장의 간섭 필터보다 덜 효과적이다. 모노크로메이터를 충분히 정밀하고 정확하게 조절하는 것이 현재의 과제일 수 있으며 이것은 실시간 파장 모니터링을 필요로 할 수 있다. 전형적인 모노크로메이터의 구성은 분산 요소를 회전시켜 일정한 슬릿을 유지시킴으로써 선택된 파장 또는 대역에 맞춘다. 다만, 도 5b는 수정된 모노크로메이터의 구성을 포함하는 시스템(500)을 예시한다. 시스템(500)은 LSP 발생원(502)으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 제공하도록 구성된 시준 렌즈(540)를 포함할 수 있다. 필터 메커니즘(504)은 이것으로 한정되지 않지만, 프리즘 또는 회절 격자와 같은 분산 요소를 포함할 수 있다. 분산 요소는 하나 이상의 광섬유(546)가 조명의 부분적으로 분산된 스펙트럼에 전반에 걸쳐 스캔되는 동안 선택된 파장 또는 대역의 조명이 적어도 하나의 선택된 광섬유(546)로 결합되도록 고정된 채로 유지될 수 있다. 광섬유(546)로 결합하는데 이용 가능한 조명의 스펙트럼(544)은 분산 요소의 분산 및/또는 조명을 광섬유(546)에 결합하도록 구성된 포커싱 광학 장치(542)의 초점 길이에 의해 결정될 수 있다. 광섬유(546)를 통해 투과된 조명의 대역폭은 광섬유 코어의 크기 및 스펙트럼(544)에 속한 컬러의 공간적 분리에 의해 결정될 수 있다.
실시예에서, 하나 이상의 광섬유(546)는 스펙트럼(544)의 평면에 배치될 수 있다. 광섬유(546)는 선택된 조명 대역의 중심 파장을 변동시키기 위해 적어도 하나의 액추에이터를 이용하여 스펙트럼(544)을 따라서 평행 이동될 수 있다. 광섬유(546)는 광섬유(546)로 결합되는 조명의 대역폭을 변동시키기 위해 스펙트럼 평면(544)에 직교하는 방향으로도 또한 평행 이동될 수 있다. 조명 스펙트럼(544)의 분산을 제어함으로써 조정 가능한 분산 요소가 광섬유(546)를 향해 결합되는 조명의 대역폭을 제어하도록 구성될 수 있으리라고 또한 생각된다. 일부 실시예에서, 조명 경로는 협대역 조명을 제공하도록 구성되는 공간 필터를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 필터 메커니즘(504)은 적어도 하나의 가변 간섭 필터(tunable interference filter)를 포함할 수 있다. 가변 간섭 필터는 필터에 입사하는 조명의 입사 각도에 기초하여 조명의 투과 대역을 시프트하도록 구성될 수 있다. 동력 설비된 회전 스테이지와 같은 액추에이터는 기계적으로 가변 간섭 필터에 결합될 수 있다. 액추에이터는 필터에 의해 수신된 조명 방향에 직교하는 축을 중심으로 회전시킴으로써 필터를 선택된 파장 또는 대역에 맞추어지도록 구성될 수 있다. 따라서, 조명 경로를 따라서 전달된 조명은 간섭 필터에 의해 제공되는 효율 및/또는 안정성의 이득을 희생하지 않고도 계속하여 조절될 수 있다.
이전의 실시예에서, 적어도 하나의 광섬유(예를 들면, 다중 모드 광섬유)(510, 546)는 시스템(500)으로부터 전달되는 조명을 측정 헤드에 결합하도록 구성된다. 하나 이상의 광섬유(510, 546)를 통해 측정 헤드에 결합하는 것은 패키징 적응성 및/또는 시스템 모듈화에 유리할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 시스템(500)으로부터 조명을 광섬유(510, 546) 없이 측정 헤드에 바로 결합하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 광섬유(510, 546)를 이용하여 측정 헤드에 결합하는 것은 조명원 에탕듀(etendue)와 광섬유 에탕듀 간의 불일치로 인해 매우 비효율적일 수 있다. 뿐만 아니라, 선택된 조명 파장은 광섬유(510, 546)의 동작 범위를 벗어나 있을 수 있다. 실시예에서, 커플링 렌즈(508, 542) 및 광섬유(510, 546)를 제거하고 조명을 조명 경로를 따라서 직접 측정 헤드의 광학 장치로 전달함으로써 조명이 직접 측정 헤드에 결합될 수 있다.
LSP 발생원(502)을 이용함으로써, 시스템(500)은 다이오드 레이저에서 이용할 수 있는 범위를 벗어난 선택된 파장 또는 파장 대역의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, 박막 간섭 필터는 200nm 및 그 이하의 파장에서 쉽게 사용할 수 있으며, 그래서 시스템(500)은 다이오드 레이저를 이용하여 성취될 수 없는 선택된 UV 파장의 조명을 측정 헤드로 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 측정 헤드는 보통의 입사 스캐터로메트리 시스템 또는 작은 빔 스폿으로 측정이 가능한 다른 계측 시스템에 맞게 구성된다. 작은 측정 스폿은 분석된 샘플의 공간에서 낮은 에탕듀를 유발하는 경향이 있다. 조명 효율을 향상시키기 위하여, LSP 발생원(502)의 에탕듀는 계측 시스템의 측정 헤드의 에탕듀와 실질적으로 일치될 수 있다. 다른 실시예에서, 조명을 측정 헤드에 결합하기 위해 이용되는 하나 이상의 광섬유(510, 546)는 LSP 발생원(502) 및/또는 측정 헤드의 에탕듀에 기초하여 선택된 개구 수 및/또는 선택된 코어 크기를 가질 수 있다.
LSP 발생원(502)은 전형적으로 고열 플라즈마로부터의 흑체 방사(blackbody radiation)의 등방성 특성과 결합될 때 큰 에탕듀를 초래할 수 있는 비교적 큰 빔 스폿을 발생한다. 이런 현상은 특히 플라즈마를 생성하는 가스를 여기하도록 구성된 적외선 레이저와 같은 펌프 광원(520)이 플라즈마로부터 방사된 광대역 조명의 축과 정렬되지 않을 때 만연해진다. 신장된 빔 스폿이 발생하면 불 일치된 에탕듀가 초래되며, 그래서 LSP 전력이 비효율적으로 이용된다. LSP 발생원(502)의 다음과 같은 실시예는 더 큰 방사속(radiant flux)과 더 작은 에탕듀와의 관계를 끊어 전술한 결점을 없애는데 관련된다.
초기에, LSP 발생원(502)을 구동하기 위해 더 강력한 펌프 광원(520)이 이용된다. 예시적인 실시예에서, 펌프 광원(520)은 이것으로 한정되지 않지만, 1070-1080 nm 파장의 8kW 이상 전력을 가진 레이저를 포함할 수 있다. 더 강력한 레이저를 이용하면 플라즈마 방사가 일어나는 구역이 더 커질 수 있기 때문에 에탕듀가 증가될 수 있다. 벌브 또는 가스 셀의 충진 압력 및 충진 가스가 또한 스펙트럼 방사 및 에탕듀를 향상하기 위해 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 에탕듀를 제어하기 위해서도 또한 펌프 빔의 기하학적 구성 및 포커싱 광학 장치의 디자인이 사용될 수 있다.
도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 펌프 광원(520)으로부터 방사하는 펌프 빔은 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명과 동일한 축을 따라서 전달될 수 있고, 그럼으로써 축을 벗어난 펌핑으로 인해 빔 스폿이 늘어나는 것을 줄일 수 있다. 실시예에서, LSP 발생원(502)은, 도 5c에 예시된 바와 같이, 펌프 빔을 전달하는 광섬유가 타원형 거울(524)의 한 초점에 배치되어 있는 선형의 작업대 구성을 가진 램프 하우스를 포함할 수 있다. 펌프 조명은 콜드 미러(526)를 통해 투과되어 높은 개구수의 켤레 초점(conjugate focus) 상에 집중될 수 있다. 펌프 조명을 수광하도록 구성되는 가압 가스를 담고 있는 셀(522)은 이 초점에 배치될 수 있다. 결과적인 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명은 타원형 거울(524)에 의해 집광되고 램프 하우스로부터 방사 경로를 따라서 콜드 미러(526)에서 반사될 수 있다. 실시예에서, 램프 하우스는 원통형 구조체일 수 있다. 원통형 구조체는 전형적으로 구체의 형상을 가진 통상의 램프에 비해 장점을 가질 수 있는데, 이것은 밀집한 빔 스폿을 성취하기 위해 펌프 빔을 포커싱할 때 수차가 더 쉽게 제어될 수 있기 때문이다.
도 5d는 광원의 램프 하우스가 타원형 거울(524) 대신 포물형 거울(530)을 포함하는 LSP 발생원(502)의 다른 실시예를 예시한다. 펌프 광원(520)으로부터 전달된 IR 펌프 빔은 시준 렌즈(528)를 이용하여 시준될 수 있다. 시준된 조명은 콜드 미러(526)를 통해 투과되며 포물형 거울(530)을 이용하여 가스 셀(522)에 포커싱된다. 결과적인 플라즈마에 의해 방사되는 광대역 조명은 포물형 거울(530)에 의해 집광되고 다시 시준된다. 시준된 광대역 조명은 콜드 미러(526)에 의해 방사 경로를 따라서 램프 하우스로부터 반사될 수 있다. 펌프 빔이 콜드 미러(526)를 통해 지향될 때 펌프 빔이 시준되기 때문에, 펌프 조명이 가스 셀(522)을 향해 지향될 때 비록 약간의 수차가 도입될 수 있을지라도 수차는 방지될 수 있다. 충분히 작은 플라즈마 빔 스폿은 탈축 수차(off-axis aberration)를 방지하여 플라즈마 결상이 영향을 받지 않도록 하는 것이 필요할 수 있다.
도 5e는 제 1 광 윈도우(534) 및 제 2 광 윈도우(536)가 서로 가스 셀(522)의 마주하는 단부에서 배치되어 있는 LSP 발생원(502)의 다른 실시예를 예시한다. 펌프 빔은 펌프 광원(520)으로부터 포커싱 렌즈(532)를 통해 제 1 광 윈도우(534)로 포커싱되며 결과적인 광대역 조명은 제 2 광 윈도우(536)로부터 방사 경로를 따라서 방사될 수 있다. 제 2 광 윈도우는 펌프 광원(520)으로부터 전달된 IR 펌프 빔의 파장을 차단 또는 감쇠하도록 구성된 필름으로 코팅될 수 있다. 방사 경로를 따라서 지향된 광대역 조명은 구면 수차를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 구면 수차는 시준기를 통해 교정될 수 있다. 수차가 교정될 수 있는 정도는 조명의 측면 크기와 NA(즉, 에탕듀) 및 사용되는 시준기의 복잡도에 달려 있을 수 있다. 그러나, 일부 사례에서, 얼마간의 (어쩌면 상당한) 현장에 의존적인 수차가 여전히 존재할 수 있다.
실시예에서, 광 윈도우(534, 536)의 기판 재료는 자외선 대역부터 적외선 대역에 이르기 까지 높은 투과를 위해 구성될 수 있다. 포커싱 광학 장치는 잘 교정될 수 있으며 광 윈도우는 초점 스폿의 회절을 제한할 수 있는 높은 광학 품질의 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 결과적인 조명은 가장 작은 스폿 크기를 갖는 방향을 따라서(즉, 축 상의 필드 포인트에 대한 주광선(chief ray)을 따라서) 집광될 수 있다.
도 5f는 VIS 및 IR 파장의 조명을 전달 경로를 따라서 DUV 파장의 조명을 위한 옵션의 전달 경로를 가진 측정 헤드의 적어도 두 개의 편광 채널로 제공하도록 구성된 시스템(500)의 예시적인 실시예를 도시한다. LSP 발생원(502)은 VIS 및 IR 대역에서 동작을 위한 위치를 향해 회전되는 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터(504A 및 504C)를 통해 광대역 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 가변 필터(504B)는 조명을 선택된 파장 또는 선택된 파장 대역으로 필터링하기 위해 선형 슬라이드 상의 위치를 향해 슬라이딩되도록 구성될 수 있다. 편광 빔 분리기(556)는 조명 경로로부터 직교 편파(orthogonal polarization)의 조명을 대응하는 전달 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 각각의 전달 경로는 조명을 광섬유(560, 564)를 따라서 측정 헤드의 편광 채널로 지향하도록 구성된 커플링 렌즈(558, 562)을 포함할 수 있다. 광섬유(560, 564)는 LSP 발생원(502) 및/또는 측정 헤드의 에탕듀에 기초하여 선택된 개구 수를 가질 수 있다.
LSP 발생원(502)은 또한 다이크로익 빔 분리기(550)를 이용하여 DUV 대역(예를 들면, <400nm)의 조명을 DUV 경로를 따라서 제공하도록 구성될 수 있다. DUV 전달 경로는 조명을 DUV 전달 경로를 따라서 시준하도록 구성된 포물형 거울(552)을 포함할 수 있다. 가변 필터(554)는 DUV 스펙트럼에 속하는 선택된 파장 또는 대역의 조명이 직접 측정 헤드로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다이크로익 빔 분리기(550)는 극도의 광대역 분광법(spectrocopy)에 맞게 구성되는 조명원을 얻기 위해 UV, VIS, 및 IR 조명을 자유 공간 DUV 전달 경로를 따라서 지향하도록 구성되는 광대역의 고 반사 거울로 교체될 수 있다.
실시예에서, 조명 경로는 조명의 작은 부분을 모니터링 경로를 따라서 포커싱 렌즈(512)를 통해 파장 모니터(514)로 지향하도록 구성된 빔 분리기(506)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 필터(504)는 제거 가능하거나 광대역 조명을 분광분석 반사측정(spectroscopic reflectometry)을 위해 구성된 광대역 VIS-IR 광원의 조명 경로를 따라서 진행할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 5g는 LSP 발생원(502)으로부터 방사하는 조명이 복수의 다이크로익 빔 분리기(570)를 이용하여 필터링되는 시스템(500)의 또 다른 실시예를 도시한다. 각각의 다이크로익 빔 분리기(570)는 선택된 파장 범위를 갖는 조명을 각각의 전달 경로를 따라서 지향하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 필터(572)가 또한 각 전달 경로에서 배치되어 선택된 파장 또는 파장 범위로 조절할 수 있게 한다. 각각의 전달 경로는 또한 적어도 하나의 셔터(574)를 더 포함할 수 있고, 복수의 전달 경로 전체에는 복수의 셔터(574)가 다른 조명을 차단하면서 선택된 전달 경로로부터 조명이 통과되도록 조명을 통과 또는 차단하도록 구성된다. 복수의 빔 결합기(576)는 전달 경로로부터 조명을 수광하고 그 조명을 공통의 안내 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 안내 경로는 조명의 제 1 부분을 모니터링 경로를 따라서 빔 분리기(578)로 지행하고 조명의 적어도 제 2 부분을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성된 빔 분리기(578)를 더 포함할 수 있다. 파장 모니터 및/또는 측정 헤드로 진행하는 광 경로는 커플링 렌즈(512및 508), 광섬유(510) 등과 같은 하나 이상의 광학 요소에 의해서도 또한 묘사될 수 있다.
LSP 발생원(502)의 다중 파장 범위를 필터링하고 선택을 위한 셔터(574)를 채용하면 스위칭 속도를 더 빠르게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(572)는 측정 동안 셔터(574)만이 작동하도록 선택된 값으로 사전에 설정될 수 있다. 더 작은 (그래서 더 빠른) 셔터(574)가 스위칭을 할 수 있도록 포커싱 렌즈와 같은 광학 요소가 추가로 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다수의 공지된 라인을 가진 원자 발생원(예를 들면, HgAr 발생원)과 같은 캘리브레이션 소스가 적분구(integrating sphere)를 이용하여 LSP 발생원(502) 출력과 결합된 다음 측정 분광계로 전달될 수 있으며, 그럼으로써 스페클을 추가적으로 없앨 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 시스템(500)은 자외선 파장의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, LSP 발생원(502)의 하나 이상의 컴포넌트는 반사 광학 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, LSP 발생원(502) 내 다수의 광학 장치는 반사 광학 장치이다. 일부 실시예에서, 광섬유는 조명을 선택된 파장(예를 들면, ~240nm 아래)에 적합한 측정 헤드로 전달하도록 구성된다. 그러나, 선택된 문턱치 아래에 속하는 파장은 충분한 성과를 성취하기 위해 직접 결합에 의해 (즉, 자유 공간 빔에 의해) 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 시스템 중 하나 이상의 시스템은 레이저 발생원, 파장 모니터, 및 각 시스템의 광섬유 결합 중 한 가지 이상을 안정화하기 위해 온도를 제어하는 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 경로를 따라서 또는 조명 경로를 따른 하나 이상의 위치의 부근에 가열 요소 및/또는 냉각 요소가 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 시스템 중 하나 이상의 시스템은 웨이퍼 평면에서 작은 사이드로브(sidelobe)의 스폿을 발생하기 위해 조명을 부드럽게 하는 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 필터 팁 위 또는 다른 조명 출력에 가변성 투과 코팅 또는 다른 어포다이징 레이저(apodizing layer)가 배치될 수 있다.
실시예에서, 시스템(100, 200, 300 또는 400) 중 하나는 각 시스템의 특정한 장점을 갖기 위해 시스템(500)과 조합될 수 있다. 예를 들면, 조합된 시스템은 시스템(500)에 따라서 UV 파장에 액세스할 수 있는 기능 이외에 시스템(100, 200, 300 및400)에 기인한 밝기 및 스위칭 속도를 가능하게 하여 파장을 선택할 수 있다. 또한 본 출원에서 기술된 시스템들 중 하나 이상의 시스템에 기인하는 소정의 간섭의 장점이 있을 수 있다. 조합된 시스템에서, 단일 모드 광섬유는 복수의 단일 파장 발생원 용도로 사용될 수 있는 한편, 하나 이상의 다중 모드 광섬유는 광대역 발생원 용도로 사용된다. 그러나, 일부 실시예에서, 하나 이상의 다중 모드 광섬유는 두 가지 방식의 조명원 용도로 사용될 수 있다. 본 출원의 앞에서 논의한 바와 같이, 액추에이터는 레이저 스페클을 줄이기 위해 광섬유 모드를 스크램블링하도록 구성될 수 있다.
전술한 실시예 중 일부분은 다양한 구현 목표(예를 들면, 선택 가능한 파장, 제어된 간섭, 제어된 빛의 세기, 제어된 편광, 에탕듀 일치, 스위칭 속도, 및 전달 효율 등)을 성취하기 위해 전술한 적어도 하나의 다른 실시예의 임의의 부분과 조합될 수 있다. 따라서, 본 출원의 실시예는 본 개시의 다양한 양태의 예시이지 어떠한 방식으로든 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 기술에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원에서 기술된 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술이 실시될 수 있으며(예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어), 바람직한 차량이 그 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술이 배치되는 상황에 따라 변할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 출원에서 기술된 단계 중 임의의 단계를 구현하는 프로그램 명령어는 캐리어 매체를 통해 전달되거나 또는 그 매체에 저장될 수 있으며 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 매체는 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체일 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 매체는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광 디스크, 또는 자기 테이프와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
비록 본 발명의 특정 실시예가 예시되었지만, 본 발명의 다양한 변경 및 실시예가 전술한 개시의 범위와 정신을 벗어나지 않고 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 만들어질 수 있다는 것이 자명하다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부의 청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.
Claims (58)
- 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
제 1 조명원, 제 2 조명원, 제 3 조명원, 제 4 조명원, 제5 조명원, 및 제 6 조명원을 포함하는 복수의 조명원;
상기 제 1 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된 제 1 폴드 미러;
상기 제 2 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된 제 2 폴드 미러;
상기 제 1 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 3 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 1 다이크로익 결합기(dichroic combiner);
상기 제 2 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 4 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 2 다이크로익 결합기;
상기 제 1 조명원으로부터 조명 및 상기 제 3 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 5 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 3 다이크로익 결합기;
상기 제 6 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 2 조명원으로부터 조명 및 상기 제 4 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 4 다이크로익 결합기; 및
상기 제 2 조명원으로부터 조명, 상기 제 4 조명원으로부터 조명, 및 상기 제 6 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 1 조명원으로부터 조명, 상기 제 3 조명원으로부터 조명, 및 상기 제 5 조명원으로부터 조명을 상기 조명 경로를 따라서 상기 측정 헤드로 반사하도록 구성된 제 5 다이크로익 결합기
를 포함하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
복수의 셔터를 더 포함하며, 각각의 셔터는 상기 복수의 조명원의 한 조명원으로부터 조명을 수광하도록 구성되고, 상기 복수의 셔터는 선택된 파장의 조명이 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 조명원의 각각의 조명원은 선택된 파장의 조명을 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 조명원의 각각의 조명원은 선택된 세기의 조명을 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 4 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 펄스 폭 변조에 의해 제어되는 시스템. - 제 4 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 음향 광학 필터(acousto-optic filter)를 이용하여 제어되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 직교 편파(orthogonal polarization) 컴포넌트로 분리하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조명 경로로부터 조명의 일부분을 수광하도록 구성된 파장 모니터를 더 포함하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 단일 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈;
상기 커플링 렌즈로부터 포커싱된 조명을 수광하도록 구성된 폴드 미러; 및
상기 폴드 미러에 결합되고, 상기 폴드 미러를 작동시켜 포커싱된 조명을 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔하도록 구성된, 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유로 전달된 조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈; 및
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁(tip)에 결합되고, 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁을 작동시켜 포커싱된 조명이 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔되도록 구성된, 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 조명 경로는 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 진동시키도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는 시스템. - 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
제 1 조명원, 제 2 조명원, 제 3 조명원, 제 4 조명원, 제5 조명원, 및 제 6 조명원을 포함하는 복수의 조명원;
상기 제 1 조명원으로부터 조명을 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 2 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 1 다이크로익 결합기;
상기 제 3 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 1 조명원으로부터 조명 및 상기 제 2 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 2 다이크로익 결합기;
상기 제 4 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 5 조명원으로부터 조명을 상기 안내 경로를 따라서 반사하도록 구성된, 제 3 다이크로익 결합기;
상기 제 4 조명원으로부터 조명 및 상기 제 5 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 투과하도록 구성되고, 또한 상기 제 1 조명원으로부터 조명, 상기 제 2 조명원으로부터 조명, 및 상기 제 3 조명원으로부터 조명을 상기 조명 경로를 따라서 상기 측정 헤드로 반사하도록 구성된, 제 4 다이크로익 결합기; 및
상기 제 6 조명원으로부터 조명을 상기 조명 경로를 따라서 상기 측정 헤드로 지향(direct)하도록 구성된 빔 분리기
를 포함하는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
복수의 셔터를 더 포함하며, 각각의 셔터는 상기 복수의 조명원의 한 조명원으로부터 조명을 수광하도록 구성되고, 상기 복수의 셔터는 선택된 파장의 조명이 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성되는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 복수의 조명원의 각각의 조명원은 선택된 파장의 조명을 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 복수의 조명원의 각각의 조명원은 선택된 세기의 조명을 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 17 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 펄스 폭 변조에 의해 제어되는 시스템. - 제 17 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 음향 광학 필터를 이용하여 제어되는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 직교 편파 컴포넌트로 분리하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함하는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 조명 경로로부터 조명의 일부분을 수광하도록 구성된 파장 모니터를 더 포함하는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 단일 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈;
상기 커플링 렌즈로부터 포커싱된 조명을 수광하도록 구성된 폴드 미러; 및
상기 폴드 미러에 결합되고, 상기 폴드 미러를 작동시켜 포커싱된 조명을 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔하도록 구성된, 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유로 전달된 조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈; 및
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁에 결합되고, 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁을 작동시켜 포커싱된 조명이 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔되도록 구성된, 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 조명 경로는, 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 진동시키도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는 시스템. - 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
복수의 파장의 조명을 복수의 광섬유 - 각각의 광섬유는 상이한 파장의 조명을 수광하도록 구성됨 - 를 따라서 제공하도록 구성된 복수의 조명원;
상기 복수의 광섬유 중 선택된 광섬유로부터 선택된 파장의 조명을 수광하도록 구성되고, 또한 상기 선택된 파장의 조명을 전달 광섬유를 따라서 지향하도록 구성된, 커플링 렌즈;
상기 복수의 광섬유를 유지하고 있도록 구성된 페룰(ferrule);
상기 페룰, 상기 커플링 렌즈, 및 상기 전달 광섬유 중 적어도 하나에 기계적으로 결합되고, 상기 선택된 광섬유를 상기 커플링 렌즈 및 상기 전달 광섬유 중 적어도 하나와 정렬하도록 구성된, 액추에이터; 및
상기 전달 광섬유로부터 상기 선택된 파장의 조명을 수광하도록 구성되고, 또한 상기 선택된 파장의 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성된 시준 렌즈
를 포함하는 시스템. - 제 27 항에 있어서,
상기 복수의 조명원의 각각의 조명원은 선택된 세기의 조명을 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 28 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 펄스 폭 변조에 의해 제어되는 시스템. - 제 28 항에 있어서,
각각의 조명원의 상기 선택된 세기는 음향 광학 필터를 이용하여 제어되는 시스템.
30. 제 27 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 직교 편파 컴포넌트로 분리하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함하는 시스템. - 제 27 항에 있어서,
상기 조명 경로로부터 조명의 일부분을 수광하도록 구성된 파장 모니터를 더 포함하는 시스템. - 제 27 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 단일 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 27 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명을 상기 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈;
상기 커플링 렌즈로부터 포커싱된 조명을 수광하도록 구성된 폴드 미러; 및
상기 폴드 미러에 결합되고, 상기 폴드 미러를 작동시켜 포커싱된 조명을 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔하도록 구성된, 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 조명 경로는,
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유로 전달된 조명을 포커싱하도록 구성된 커플링 렌즈; 및
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁에 결합되고, 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 팁을 작동시켜 포커싱된 조명이 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유의 적어도 하나의 코어를 가로질러 스캔되도록 구성된 액추에이터
를 더 포함하는 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 조명 경로는, 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유를 진동시키도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는 시스템. - 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
복수의 파장의 조명을 복수의 광섬유 - 각각의 광섬유는 상이한 파장의 조명을 수광하도록 구성됨 - 를 따라서 제공하도록 구성된 복수의 조명원;
상기 복수의 광섬유로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 지향하도록 구성된 도파관 구조체; 및
상기 복수의 조명원과 상기 도파관 구조체 사이에 배치되고, 선택된 파장의 조명을 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성된, 복수의 셔터
를 포함하는 시스템. - 제 37 항에 있어서,
상기 도파관 구조체는 복수의 캐스케이드식(cascaded) 단일 모드 광섬유 분리기를 포함하는 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 조명 경로는 조명의 일부분을 상기 측정 헤드의 각 편광 채널로 지향하도록 구성된, 분기된(bifurcated) 광섬유를 포함하는 시스템. - 제 37 항에 있어서,
상기 도파관 구조체는 평면 광파 회로를 포함하는 시스템. - 제 40 항에 있어서,
상기 평면 광파 회로는 각 조명원으로부터 수광된 조명의 세기를 제어하도록 구성된 복수의 세기 변조기를 포함하는 시스템. - 제 40 항에 있어서,
조명을 상기 측정 헤드의 편광 채널로 전달하도록 구성된 단일 모드 광섬유를 더 포함하며, 상기 평면 광파 회로는 조명의 일부분을 각각의 상기 단일 모드 광섬유를 따라서 상기 측정 헤드의 각각의 상기 편광 채널로 지향하도록 구성된 분리기를 포함하는 시스템. - 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
광대역 조명원;
상기 광대역 조명원으로부터 조명을 조명 경로를 따라서 측정 헤드로 전달하도록 구성된 하나 이상의 다중 모드 광섬유; 및
상기 광대역 조명원과 상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유 사이에 배치되고, 선택된 파장의 조명이 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성된, 필터 메커니즘
를 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은 복수의 협대역 유전체 박막 필터를 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은 가변 유전체 필터를 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은 또한 필터링되지 않은 조명이 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성되는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은 회전하는 분산 요소를 가진 모노크로메이터(monochromator)를 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은 선택된 파장의 조명의 일부분을 복수의 광섬유를 따라서 지향하도록 구성된 분산 요소를 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 하나 이상의 다중 모드 광섬유는 상기 광대역 조명원 및 상기 측정 헤드 중 적어도 하나의 에탕듀(etendue)에 기초하여 선택된 개구 수(numerical aperture) 및 선택된 코어 크기를 갖는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 광대역 조명원은 레이저 지속 플라즈마 발생원(laser sustained plasma source)를 포함하는 시스템. - 제 50 항에 있어서,
상기 레이저 지속 플라즈마 발생원은 조명을 상기 레이저 지속 플라즈마 발생원의 플라즈마 방사 축을 따라서 제공하도록 구성되는 시스템. - 제 50 항에 있어서,
상기 레이저 지속 플라즈마 발생원은,
플라즈마를 발생하기 위한 적어도 하나의 선택된 파장 및 적어도 하나의 선택된 전력 레벨의 조명을 제공하도록 구성된 펌프 광원; 및
가압 가스를 담고 있는 가스 셀로서, 상기 펌프 광원으로부터 조명을 수광하여 플라즈마를 발생하도록 구성되고, 또한 상기 발생된 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명을 제공하도록 구성된, 상기 가스 셀
를 더 포함하는 시스템. - 제 52 항에 있어서,
상기 레이저 지속 플라즈마 발생원은, 상기 가스 셀에 전달된 조명을 포커싱하도록 구성되고, 또한 상기 발생된 플라즈마로부터 방사된 광대역 조명을 집광하고 시준하도록 구성된 타원형 거울을 더 포함하는 시스템. - 제 52 항에 있어서,
상기 레이저 지속 플라즈마 발생원은,
상기 가스 셀에 전달된 조명을 시준하도록 구성된 시준 렌즈; 및
상기 가스 셀에 전달된 조명을 포커싱하도록 구성되고, 또한 상기 발생된 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명을 집광하고 시준하도록 구성된, 포물선형 거울
을 더 포함하는 시스템. - 제 52 항에 있어서,
상기 레이저 지속 플라즈마 발생원은, 상기 펌프 광원으로부터 조명을 상기 발생된 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명으로부터 분리하도록 구성되고, 또한 상기 발생된 플라즈마로부터 방사되는 광대역 조명을 방사 경로를 따라서 지향하도록 구성된, 콜드 미러를 더 포함하는 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 필터 메커니즘은,
복수의 다이크로익 분리기로서, 각각의 다이크로익 분리기는 각각의 파장 범위를 각각의 전달 경로를 따라서 지향하도록 구성된, 상기 복수의 다이크로익 분리기; 및
복수의 셔터로서, 각각의 셔터는 상기 복수의 다이크로익 분리기의 각각의 다이크로익 분리기의 각각의 전달 경로로부터 조명을 수광하도록 구성되고, 상기 복수의 셔터는 선택된 파장의 조명이 상기 조명 경로를 따라서 전달되도록 구성된, 상기 복수의 셔터
를 포함하는 시스템. - 조명을 측정 헤드로 제공하는 시스템에 있어서,
광대역 조명원 및 복수의 레이저 발생원 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 조명원;
가변 필터, 복수의 셔터, 페룰, 및 복수의 도파관 변조기 중 적어도 하나를 포함하는 파장 선택 메커니즘로서, 상기 하나 이상의 조명원으로부터 조명을 수광하도록 구성되고, 또한 선택된 파장을 가진 수신 조명의 적어도 일부분을 조명 경로를 따라서 지향하도록 구성된, 상기 파장 선택 메커니즘;
펄스 폭 변조기, 음향 광학 필터, 도파관 세기 변조기 중 적어도 하나를 포함하는 세기 제어기로서, 상기 조명 경로를 따라서 전달된 상기 조명의 일부분의 세기를 제어하도록 구성된, 상기 세기 제어기; 및
광섬유 액추에이터, 폴드 미러 액추에이터, 및 비간섭 조명원(incoherent illumination source) 중 적어도 하나를 포함하는 간섭 제어기(coherence controller)로서, 상기 조명 경로를 따라서 전달된 상기 조명의 일부분에서 스페클(speckle)을 줄이도록 구성된, 상기 간섭 제어기
를 포함하는 시스템. - 제 57 항에 있어서,
상기 하나 이상의 조명원은 광대역 발생원 및 복수의 레이저 발생원을 포함하는 시스템.
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