JP2015504157A - 放射スポットサイズを調整するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

装置は、第１のスポットサイズの放射パルスの一部をクロップして第１のスポットサイズよりも小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを形成するように構成された第１のビームクロッパと、中間クロップスポットをクロップして中間クロップスポットサイズより小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを形成するように構成された第２のビームクロッパとを含む。

Description

本明細書において例示的に述べられるように、本発明の実施形態は、概して放射パルスのスポットサイズを調整するための装置及び放射パルスのスポットサイズを調整する方法に関するものである。

質量分析計のような分析装置は、対象材料の組成を分析することができる。対象材料のサンプルは、エアロゾルの形態で分析装置に供給されることが多い。従来のエアロゾル生成装置は、対象材料の一部をアブレートするのに十分なフルエンスを有する放射パルスを照射することによってエアロゾルを生成することができる。アブレートされた材料は、典型的には、エアロゾルプルームの形態で大量の対象材料から噴出する。

分析装置を使用して対象材料に対して異なるタイプの組成分析を行うことが望ましいことが多い。したがって、エアロゾル生成装置が、それぞれ異なる量の対象材料を含むエアロゾルのプルームを生成することが望ましいことがある。例えば、対象材料の「バルク組成分析」を行うために、一般に、対象材料の比較的大きな領域からエアロゾルプルームを生成する必要がある。このため、エアロゾル生成装置は、サイズが比較的大きく、対象物から比較的多くの量の材料が除去されたエアロゾルプルームを生成する。そのようなバルク組成分析は、対象材料内に存在する任意の成分の量を示す情報を得るのに役立ち得る。しかしながら、対象材料の「空間組成分析」を行うためには、一般に、対象材料の比較的小さな領域からエアロゾルプルームを生成する必要がある。このため、エアロゾル生成装置は、サイズが比較的小さく、対象物から比較的少ない量の材料が除去されたエアロゾルプルームを生成する。そのような空間組成分析は、対象材料の（例えば、注目している領域内の）異なる位置で任意の成分の量がどのように変化するかを示す情報を得るのに役立ち得る。

従来においては、エアロゾル生成装置は、エアロゾルプルームを生成するために使用される放射パルスのスポットサイズを「クロップする（crop）」ために、サイズが変化する複数のアパーチャが内部に形成されたダイアフラムを有するアパーチャホイールを用いることによって異なるサイズのエアロゾルプルームを生成していた。アパーチャの寸法はアパーチャホイール内で正確に規定することができるが、アパーチャホイール内に形成されたアパーチャの数は、アパーチャホイールのサイズに加え、エアロゾル生成装置のサイズに関する他の制限によって決まる。

一実施形態において、本装置は、第１のスポットサイズの放射パルスの一部をクロップして第１のスポットサイズよりも小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを形成するように構成された第１のビームクロッパと、上記中間クロップスポットをクロップして上記中間クロップスポットサイズよりも小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを形成するように構成された第２のビームクロッパとを備えていてもよい。

他の実施形態における方法では、第１のスポットサイズの放射パルスの一部をクロップして第１のスポットサイズよりも小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを形成し、上記中間クロップスポットをクロップして上記中間クロップスポットサイズよりも小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを形成してもよい。

図１は、一実施形態に係る装置を示す模式図である。 図２は、図１に示されるアブレーションビーム源の一実施形態を示す模式図である。 図３は、一実施形態における図２に示される第１のビームクロッパを示す平面図である。 図４は、一実施形態における図２に示される第２のビームクロッパを示す平面図である。

図示された実施形態の詳細な説明

以下、本発明の例示的な実施形態が示されている添付図面を参照しながら本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で述べる実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、完全なものですべてを含み、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。図面においては、理解しやすいように、層や領域のサイズや相対的なサイズが誇張されている場合がある。

本明細書では、第１、第２、第３などの用語は、種々の要素、構成要素、領域、セットなどを説明するために使用され得るものであるが、これらの要素、構成要素、領域、セットはこれらの用語により限定されるべきではないことは理解できよう。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、セットなどを他の要素、構成要素、領域、セットなどと区別するためにのみ使用されるものである。したがって、以下に述べる第１の要素、構成要素、領域、セットなどは、本明細書における教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、セットなどと呼ぶこともできる。

本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、本発明に対して限定するものとして意図されているものではない。本明細書で使用されているように、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであり、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、端部、経路、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことは理解されよう。

図１は、本発明の一実施形態における装置を示す模式図である。

図１を参照すると、装置１００のような装置は、アブレーションチャンバ１０２とアブレーションビーム源１０４と分析システム１０６とを含んでいる。しかしながら、他の実施形態では、アブレーションビーム源１０４と分析システム１０６の一方又は双方を装置１００から省略してもよい。

例示的に示されるように、アブレーションチャンバ１０２は、対象物１１０を収容するように構成された収容域１０８ａを規定するアブレーションチャンバ本体１０８と、伝搬方向に沿って放射パルス１１４を伝搬するように構成された透過窓１１２と、キャリアガス（例えば、ヘリウム、アルゴンなど又はこれらの組み合わせ）をアブレーションチャンバ１０２の外部のキャリアガス源（図示せず）から収容域１０８ａに送るように構成されたキャリアガス注入口１１６と、アブレーションチャンバ本体１０８に連結されたエアロゾル移送管１１８とを含んでいる。以下に詳細に述べるように、放射パルス１１４は、対象物１１０の一部をアブレートするに十分なフルエンスを有しており、これにより、キャリアガスに巻き込まれた対象物からアブレートされた材料を含むエアロゾルプルーム（本明細書では単に「エアロゾル」、「プルーム」、「エアロゾルのプルーム」などという）が生成される。エアロゾル移送管１１８は、エアロゾルプルームの少なくとも一部を受け入れ、そのエアロゾルプルームを分析システム１０６に移送するように構成されている。以下に詳細に述べるように、分析システム１０６は、エアロゾル移送管１１８によって移送されるエアロゾルの組成分析を行うように構成される。

以下に詳細に述べるように、アブレーションビーム源１０４は、対象物１１０から所望の量の材料が除去されたエアロゾルプルームを生成するのに十分なぐらいの所望のスポットサイズの放射パルス１１４を生成するように構成されている。分析システム１０６は、エアロゾル移送管１１８によって移送されたエアロゾルプルームに対して組成分析を行うように構成される。分析システム１０６は、ＭＳシステム（例えば、希ガスＭＳシステムや安定同位体ＭＳシステムなど）、ＯＥＳシステムなど又はこれらの組み合わせのような任意の好適なシステムであってもよい。しかしながら、一般的に、分析システム１０６は、受け入れられたエアロゾルプルームの１以上の成分を励起（例えば、イオン化、原子化（atomize）、照射、加熱等）するように構成されたサンプル準備モジュールと、受け入れられたエアロゾルプルームの励起成分の１以上の特性（例えば、電磁放射あるいは電磁吸収、粒子質量、イオン質量など又はこれらの組み合わせ）を検出するように構成された検出モジュールとを含んでいる。受け入れられたエアロゾルプルームの１以上の成分を励起するための手法としては、（例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチを介した）プラズマ発生、スパークイオン化、熱イオン化、大気圧化学イオン化、高速原子衝撃、グロー放電など又はこれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、分析システム１０６は、検出モジュールが特性を検出する前に、上述した１以上の特性に基づき受け入れられたエアロゾルプルームの励起成分を振り分けるように構成されたソートモジュールをさらに含んでいてもよい。

一実施形態では、装置１００は、アブレーションチャンバ１０２とアブレーションビーム源１０４の間に配置されたシールド１２２をさらに含んでいる。シールド１２２は、放射パルス１１４を少なくとも部分的に透過する物質によって形成されていてもよい。図示された実施形態では、シールド１２２は、アブレーションチャンバ本体１０８に当接し、対象物１１０のアブレーション中にデブリ（例えば、塵、水蒸気、空気のような大気ガスなど）が収容域１０８ａに入ってしまうのを防止するように透過窓１１２を覆っている。アブレーションチャンバ本体１０８の外部のデブリによって引き起こされる収容域１０８ａへの放射パルスの伝搬に対する悪影響を減少し、あるいはこれをなくすために、アブレーションビーム源１０６は、概して、（図示したように）シールド１２２に近接して配置されており、シールド１２２に当接していてもよい。一実施形態では、シールド１２２は、アブレーションビーム源１０４とアブレーションチャンバ本体１０８の一方又は双方に連結されてもよい。

図２は、図１に示されるアブレーションビーム源の一実施形態を示す模式図である。図３は、一実施形態において、図２に示される第１のビームクロッパ（cropper）を示す平面図である。図４は、一実施形態において、図２に示される第２のビームクロッパを示す平面図である。

図２を参照すると、一実施形態において、図１に示されるアブレーションビーム源１０４は、予備放射パルスの予備ビーム２０２ａを生成するように構成された放射源２０２と、ビーム２０２ａを拡大して予備放射パルスの拡大ビーム２０４ａを生成するように構成されたビーム拡大器２０４と、予備放射パルスのスポットをクロップしてクロップ放射パルスのクロップビーム２０６ａを生成するように構成されたビームクロッピングシステム２０６と、ビームクロッピングシステム２０６を制御するように構成されたクロッピング制御システム２０８と、ビームクロッピングシステム２０６により生成されたクロップ放射パルスを集束、反射、又は修正して上述の放射パルス１１４を生成するように構成された補助的なオプション要素とを含んでいてもよい。補助的なオプション要素の例としては、クロップビーム２０６ａを反射するように構成されたミラー２１０や、クロップビーム２０６ａ内でそれぞれのクロップ放射パルスを集束して、それぞれの集束されたクロップ放射パルスを上述した放射パルス１１４として照射するように構成されたレンズ２１２（例えば対物レンズ又は集束レンズ）が挙げられる。本明細書において使用されるように、放射パルスの「ビーム」は、単一の放射パルスのみを含み得るし、あるいは一連の離散放射パルスをも含み得る。

ビーム２０２ａにおける各予備放射パルスは、予備スポットサイズのスポットを有していてもよい。議論のために、本明細書において、「スポットサイズ」という用語は、放射パルスのスポットの面積を意味する。スポットの寸法（例えば、直径、外径、共役直径など）を測定し、当業者であれば理解できるように、測定された寸法に基づいて関連した計算を行うことによって、スポットの「スポットサイズ」を決めることができることは理解できよう。本明細書において述べたいずれのビームにおいても放射パルスは、所望の幾何形状（例えば円形、楕円形、正方形、矩形、三角形など又はこれらの組み合わせ）を有するスポットを有することができることは理解できよう。しかしながら、議論するためだけに、本明細書において述べられるビーム内のすべての放射パルスは略円形のスポットを有するものと仮定しており、このため、放射パルスのスポットサイズは、スポットの面積に対応する。このスポットの面積は、以下の等式により求めることができる。

ここで、Ａは円形スポットの面積であり、ｄは円形スポットの直径である。一実施形態においては、予備スポットサイズは、（約５ｍｍのスポット径に対応する）約１９.５ｍｍ²よりも大きく、（約７ｍｍのスポット径に対応する）約３８.５ｍｍ²より小さくてもよい。

一実施形態においては、放射源２０２は、１以上のレーザ放射パルスのビーム２０２ａを生成するように構成された１以上のレーザである。この１以上のレーザは、約１５７ｎｍよりも長く約１０６４ｎｍよりも短い波長を有するレーザ放射を生成するようにそれぞれ構成されていてもよい。例えば、１以上のレーザは、２６６ｎｍ、２１３ｎｍ、１９３ｎｍなどからなる群から選択される波長を生成するようにそれぞれ構成されていてもよい。１以上のレーザのそれぞれは、約１．０ピコ秒から約２５ナノ秒の間のパルス幅を有するレーザパルスを生成するように構成されていてもよい。また、アブレーションビーム源１０４は、１以上のレーザにより生成されるレーザ放射を集束させるように構成されたレーザ光学系を含んでいてもよい。

ビーム拡大器２０４は、予備ビーム２０２ａ内の予備放射パルスのスポットサイズを予備スポットサイズから拡大スポットサイズに拡大するように構成される。このため、拡大ビーム２０４ａ内の予備放射パルスの拡大スポットサイズは、予備ビーム２０２ａ内の予備放射パルスの予備スポットサイズよりも大きい。一実施形態においては、拡大スポットサイズは、（約８ｍｍのスポット径に対応する）約５０ｍｍ²よりも大きく（約１０ｍｍのスポット径に対応する）約７８．５ｍｍ²よりも小さくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、ビーム拡大器２０４を省略することができる。

一般的に、ビームクロッピングシステム２０６は、予備放射パルスをクロップして、拡大スポットサイズよりも小さいクロップスポットサイズのクロップ放射パルスを生成するように構成される。一実施形態においては、クロップスポットサイズは予備スポットサイズよりも小さくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、クロップスポットサイズが予備スポットサイズよりも大きくてもよい。以下に詳しく述べるように、クロップスポットサイズが（約１μｍのスポット径に対応する）約０．７８μｍ²よりも大きく（約９ｍｍのスポット径に対応する）約６３．５ｍｍ²よりも小さくなり得るようにクロップスポットサイズを調整するように、ビームクロッピングシステムを構成してもよい。

一実施形態においては、クロップスポットサイズを（約９ｍｍのスポット径に対応する）約６３．５ｍｍ²から（約１．５ｍｍのスポット径に対応する）約１．７ｍｍ²の間の第１のクロップスポットサイズ範囲にわたって増分的に又は連続的に調整できるように、ビームクロッピングシステム２０６を構成してもよい。一実施形態においては、上記第１のクロップスポットサイズ範囲にわたってクロップスポットサイズを、（約１μｍのスポット径における増分に対応する）約０．７８μｍ²から（約１０μｍのスポット径における増分に対応する）約７８．５μｍ²の間の増分で増分的に調整するようにビームクロッピングシステム２０６を構成してもよい。したがって、中間クロップスポットサイズを５０個よりも多くの数の中間クロップスポットサイズに調整するようにビームクロッピングシステム２０６を構成してもよい。もちろん、中間クロップスポットサイズを５０個分よりも少ない数の中間クロップスポットサイズに調整するようにビームクロッピングシステム２０６を構成してもよい。

一実施形態においては、クロップスポットサイズを（約１．５ｍｍのスポット径に対応する）約１．７ｍｍ²から（約１μｍのスポット径に対応する）約０．７８μｍ²の間の第２のクロップスポットサイズ範囲にわたって増分的に調整できるように、ビームクロッピングシステム２０６を構成してもよい。一実施形態においては、上記第２のクロップスポットサイズ範囲にわたってクロップスポットサイズを、（約１μｍのスポット径における増分に対応する）約０．７８μｍ²から（約５μｍのスポット径における増分に対応する）約１９．６μｍ²の間の増分で増分的に調整するようにビームクロッピングシステムを構成してもよい。

ビームクロッピングシステム２０６は、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲にわたってクロップスポットサイズを調整するように構成された第１のビームクロッパ２１４を含んでいる。一実施形態では、第１のビームクロッパ２１４は、拡大ビーム２０４ａ（あるいは、ビーム拡大器２０４が省略された場合には予備ビーム２０２ａ）内のそれぞれの予備放射パルスの一部をクロップして、予備放射パルスのクロップされなかった部分を、中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスとして通過させるように構成される。したがって、第１のビームクロッパ２１４は、中間クロップ放射パルスの中間クロップビーム２１４ａを生成するように構成され、それぞれの中間クロップ放射パルスは、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲にわたって調整可能な中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する。

また、ビームクロッピングシステム２０６は、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲にわたってクロップスポットサイズを調整するように構成された第２のビームクロッパ２１６を含んでいる。一実施形態では、第２のビームクロッパ２１６は、ビーム２０４ａ（あるいは、ビーム拡大器２０４が省略された場合にはビーム２０２ａ）内のそれぞれの中間クロップ放射パルスの一部をクロップして、中間クロップ放射パルスのクロップされなかった部分を、第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスとして通過させるように構成される。したがって、第２のビームクロッパ２１６は、第２のクロップ放射パルスの第２のクロップビーム２１６ａを生成するように構成され、それぞれの第２のクロップ放射パルスは、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲にわたって調整可能な第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する。例示的に図示されるように、第２のビームクロッパ２１６の「下流側」には追加のビームクロッパが配置されていない。したがって、ビームクロッパシステムにより第２のクロップ放射パルスをクロップ放射パルスとして出力することができる。しかしながら、ビームクロッピングシステムが、第１のビームクロッパ２１４又は第２のビームクロッパ２１６と同一のビームクロッパ又はこれと異なるビームクロッパをさらに含んでいてもよいことは理解できよう。

一般的に、第１のビームクロッパ２１４は、拡大ビーム２０４ａ（あるいは、ビーム拡大器２０４が省略された場合には予備ビーム２０２ａ）が伝搬される経路に（すなわち、ビーム伝搬経路に沿って）配置された第１のアパーチャを規定する第１のダイアフラムを含んでいてもよい。第１のダイアフラムは、予備放射パルスの一部が選択的に第１のダイアフラムに対して第１のアパーチャを透過可能となるように、予備放射パルスの伝搬を阻止可能な又は阻害可能な任意の材料から形成される。一実施形態においては、第１のダイアフラムは、第１のアパーチャを規定する複数の要素から形成される。一実施形態では、第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方を調整するようにそれらの要素の少なくとも１つが他の要素に対して作用してもよい。これらの要素は、予備放射パルスの少なくとも一部の伝搬を阻止又は阻害するように、ビーム伝搬経路の内外に選択的に移動可能な（あるいは、選択的に不透明又は好適な半透明にすることができる）要素であってもよい。第１のダイアフラムを形成可能な要素の例としては、板、反射型液晶ディスプレイ要素、透過型液晶ディスプレイ要素、半透過型液晶ディスプレイ要素など又はこれらの組み合わせが挙げられる。

図３を参照すると、一実施形態において、図１に示される第１のビームクロッパ２１４は、互いに重なり合って周方向に配置されて第１のアパーチャ３０６を規定する羽根３０４のような複数の要素から構成される第１のダイアフラム３０２を含んでいる。羽根３０４はハウジング３０８により周方向に支持されている。このハウジング３０８は、放射パルスが伝搬可能な範囲又は領域の最も外側の境界を規定している。図示はされていないが、それぞれの羽根３０４の半径方向外側の部分は、ハウジング３０８内に移動可能な作動要素（例えばアクチュエータリング）に連結されている。作動要素が移動すると、羽根３０４が互いに移動してアパーチャ３０６のサイズ及び／又は形状が（例えば、例示的に図示されたアパーチャ３０６のサイズ及び／又は形状から破線３１０により例示的に示されるサイズ及び／又は形状まで）変化する。これにより、アパーチャ３０６のサイズが中間クロップスポットサイズに対応する。

（約９ｍｍのスポット径に対応する）約６３．５ｍｍ²から（約１．５ｍｍのスポット径に対応する）約１．７ｍｍ²の間の上述した第１のクロップスポットサイズ範囲にわたってアパーチャ３０６のサイズが連続的又は増分的に調整可能となるように、羽根３０４を連続的に又は増分的に移動可能にしてアパーチャ３０６のサイズを調整するように第１のビームクロッパ２１４を作動させることができる。図３に例示的に図示されたアパーチャ３０６のサイズは、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最小値（すなわち、約１．５ｍｍのスポット径に対応する約１．７ｍｍ²）に対応するサイズを概念的に表している。同様に、破線３１０は、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最大値（すなわち、約９ｍｍのスポット径に対応する約６３．５ｍｍ²）に対応するサイズを概念的に表し得る。一実施形態では、第１のビームクロッパ２１４を作動させ、（約１μｍのスポット径における増分に対応する）約０．７８μｍ²から（約１０μｍのスポット径における増分に対応する）約７８．５μｍ²の間の増分で上述した第１のクロップスポットサイズ範囲にわたってアパーチャ３０６のサイズを増分的に調整するように構成してもよい。

図３に関して述べられた第１のビームクロッパ２１４が機械的絞りであることは理解できよう。また、第１のビームクロッパ２１４が任意のタイプの機械的絞り（例えば、最小サイズがゼロではないアパーチャを生成するように構成された機械的絞り、最小サイズがゼロではないアパーチャをカバーするように構成されたシャッタを有する機械的絞り、ハウジングにより規定される範囲の異なる領域をブロックするようにそれぞれ構成された２組の羽根を有する機械的絞りなど又はこれらの組み合わせ）であってもよいことも理解できよう。

図４を参照すると、一実施形態において、図１に示される第２のビームクロッパ２１６は、複数の第２のアパーチャ４０６が形成されたプレート４０４のような単一のプレートから構成される第２のダイアフラム４０２を含んでいる。第２のアパーチャ４０６は、十字線４０８の中心として示されているプレート４０４上の点を中心として周方向に配置されている。プレート４０４は、中間クロップ放射パルスの一部が第２のダイアフラムに対して複数の第２のアパーチャのうちの１つを選択的に透過できるように、中間クロップ放射パルスの少なくとも一部の伝搬を阻止又は阻害するように、ビーム伝搬経路の内外に選択的に移動可能な任意の材料で構成されていてもよい。任意の好適なプロセス（例えば、機械的ドリル加工、ウォータジェットドリル加工、レーザドリル加工など又はこれらの組み合わせ）により第２のアパーチャ４０６をプレート４０４に形成することができる。第２のダイアフラム４０２は、上述したように構成されており、プレート４０４上の上述した点を通る回転軸を中心として回転可能となっている。複数の第２のアパーチャ４０６がアブレーションビーム源１０４内に（例えば、プレート４０４上の点が図２に示される軸４１２を中心として回転可能となるように）搭載されている場合、複数の第２のアパーチャ４０６のそれぞれは選択的にビーム伝搬経路内に配置可能となっている。このため、ビーム伝搬経路に選択的に配置された第２のアパーチャ４０６のサイズは第２のクロップスポットサイズに対応する。

（約１．５ｍｍのスポット径に対応する）約１．７ｍｍ²から（約１μｍのスポット径に対応する）約０．７８μｍ²の間の上述した第２のクロップスポットサイズ範囲にわたってアパーチャ３０６のサイズが連続的又は増分的に調整可能となるように、プレート４０４を連続的又は増分的に移動可能にしてアパーチャ３０６のサイズを調整するように第２のビームクロッパ２１６を作動させることができる。図４に例示的に図示された複数の第２のアパーチャ４０６の１つのアパーチャ（すなわち、第２のアパーチャ４０６ａ）のサイズは、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最小値（すなわち、約１μｍのスポット径に対応する約０．７８μｍ²）に対応するサイズを概念的に表し得る。同様に、図４に例示的に図示された複数の第２のアパーチャ４０６の別のアパーチャ（すなわち、第２のアパーチャ４０６ｂ）のサイズは、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最大値（すなわち、約１．５ｍｍのスポット径に対応する約１．７ｍｍ²）に対応するサイズを概念的に表し得る。一実施形態では、第２のアパーチャ４０６のサイズは、プレート４０４上の上述した点を中心として周方向に沿って増分的に変化し、第２のアパーチャ４０６のうち周方向に隣接するアパーチャの間のサイズの違いは、（約１μｍのスポット径における増分的変化に対応する）約０．７８μｍ²から（約５μｍのスポット径における増分変化に対応する）約１９．６μｍ²の間の範囲となっている。

図４では、第２のビームクロッパ２１６は、プレート４０４内に形成された１５個の第２のアパーチャ４０６を含むものとして図示されているが、より多くの第２のアパーチャ４０６又はより少ない第２のアパーチャ４０６がプレート４０４に形成されていてもよいことは理解できよう。例えば、プレート４０４は、１３個、１４個、１６個、１７個、．．．、３０個、３１個、５０個、１００個などの第２のアパーチャを含んでいてもよい。一実施形態では、第２のアパーチャ４０６のうち周方向に隣接するアパーチャの間の距離は、拡大スポットサイズよりも小さくてもよい。他の実施形態においては、第２のアパーチャ４０６のうち周方向に隣接するアパーチャの間の距離は、予備スポットサイズよりも小さくてもよい。さらに他の実施形態においては、第２のアパーチャ４０６のうち周方向に隣接するアパーチャの間の距離が中間クロップスポットサイズ以下であってもよい。

（約１．５ｍｍのスポット径に対応する）約１．７ｍｍ²から（約１μｍのスポット径に対応する）約０．７８μｍ²の間の上述した第２のクロップスポットサイズ範囲にわたってアパーチャ３０６のサイズが連続的又は増分的に調整可能となるように、プレート４０４を連続的又は増分的に移動可能にしてアパーチャ３０６のサイズを調整するように第２のビームクロッパ２１６を作動させることができる。図４に例示的に図示された複数の第２のアパーチャ４０６の１つのアパーチャ（すなわち、第２のアパーチャ４０６ａ）のサイズは、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最小値（すなわち、約１μｍのスポット径に対応する約０．７８μｍ²）に対応するサイズを概念的に表し得る。同様に、図４に例示的に図示された複数の第２のアパーチャ４０６の別のアパーチャ（すなわち、第２のアパーチャ４０６ｂ）のサイズは、上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最大値（すなわち、約１．５ｍｍのスポット径に対応する約１．７ｍｍ²）に対応するサイズを概念的に表し得る。一実施形態では、第２のアパーチャ４０６のサイズは、プレート４０４上の上述した点を中心として周方向に沿って増分的に変化し、第２のアパーチャ４０６のうち周方向に隣接するアパーチャの間のサイズの違いは、（約１μｍのスポット径における増分的変化に対応する）約０．７８μｍ²から（約５μｍのスポット径における増分変化に対応する）約１９．６μｍ²の間の範囲となっている。

さらに図４を参照すると、第２のビームクロッパ２１６は、プレート４０４に形成された第３のアパーチャ４１０を含んでいてもよい。第３のアパーチャ４１０のサイズ及び／又は形状は、図３に示された破線３１０によって例示的に図示されたサイズ及び／又は形状と同一又は実質的に同一である。一実施形態では、第３のアパーチャ４１０のサイズは、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最大値（すなわち、約９ｍｍのスポット径に対応する約６３．５ｍｍ²）に対応するサイズと同一又は実質的に同一である。第３のアパーチャ４０６がアブレーションビーム源１０４内に搭載される場合、第３のアパーチャ４０６を選択的にビーム伝搬経路内に配置可能としてもよい。このように第３のアパーチャ４１０をビーム伝搬経路に配置する場合には、中間クロップ放射パルスのすべて又は中間クロップ放射パルスの実質的にすべてを第２のビームクロッパ２１６により通過させることができ、クロップ放射パルスのビーム２０６ａ内のクロップ放射パルスとしてビームクロッピングシステムにより出力することができる。

図２に戻って、クロッピング制御システム２０８は、第２のビームクロッパ２１６に作動的に連結された第１のアクチュエータ２１８と、第１のアクチュエータ２１８に（例えば、有線接続又は無線接続により）通信可能に連結されたコントローラ２２０とを含んでいる。第１のアクチュエータ２１８は、第２のアパーチャ４０６又は第３のアパーチャ４１０の一方がビーム伝搬経路に配置されるように第２のビームクロッパ２１６を動作させることができる。さらに、クロッピング制御システム２０８は、第１のビームクロッパ２１４に作動的に連結され、コントローラ２２０に（例えば、有線接続又は無線接続により）通信可能に連結された第２のアクチュエータ２２２を含んでいてもよい。第２のアクチュエータ２２２は、ビーム伝搬経路に配置されるアパーチャ３０６のサイズ及び／又は形状を調整するように第１のビームクロッパ２１４を動作させることができる。第１のアクチュエータ２１８及び／又は第２のアクチュエータ２２２は、第２のビームクロッパ２１６及び第１のビームクロッパ２１４のそれぞれを作動可能な任意のタイプのアクチュエータ（例えば、電気式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、油圧式アクチュエータなど又はこれらの組み合わせ）であり得る。

一般的に、コントローラ２２０は、メモリ（図示せず）内に格納された指令を実行して（例えば、図示しないユーザインタフェイスから受け取ったユーザ入力２２４に基づいて）第１のアクチュエータ２１８及び第２のアクチュエータ２２２を制御された状態で動作させるように構成されたプロセッサ（図示せず）を含んでいる。一実施形態では、コントローラ２２０は、第２のアクチュエータ２２２の動作に基づいて第１のアクチュエータ２１８の動作を制御することができる。

例えば、コントローラ２２０により受け取ったユーザ入力２２４が、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最小値に対応するサイズよりも大きい（あるいは上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最大値に対応するサイズよりも小さい）所望のクロップ放射スポットサイズのクロップ放射パルスを示している場合には、コントローラ２２０は、第２のアクチュエータ２２２の動作を制御して第１のビームクロッパ２１４を作動して、所望のクロップ放射スポットサイズに等しい（あるいは実質的に等しい）中間クロップスポットサイズの中間クロップ放射パルスを形成するとともに、第１のアクチュエータ２１８の動作を制御して第２のビームクロッパ２１６を作動して、第３のアパーチャ４１０をビーム伝搬経路に配置する。

他の例においては、コントローラ２２０により受け取ったユーザ入力２２４が、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最小値に対応するサイズと同一又は実質的に同一の（あるいは上述した第２のクロップスポットサイズ範囲の最大値に対応するサイズと同一又は実質的に同一の）所望のクロップ放射スポットサイズのクロップ放射パルスを示している場合には、コントローラ２２０は、単に第１のアクチュエータ２１８の動作を制御して第２のビームクロッパ２１６を作動して、複数の第２のアパーチャ４０６のうちの適切な１つをビーム伝搬経路に配置し、上記所望のクロップ放射スポットサイズに等しい（あるいは実質的に等しい）第２のクロップスポットサイズの第２のクロップ放射パルスを形成することができる。

他の例においては、コントローラ２２０により受け取ったユーザ入力２２４が、上述した第１のクロップスポットサイズ範囲の最小値に対応するサイズよりも小さい所望のクロップ放射スポットサイズのクロップ放射パルスを示している場合には、コントローラ２２０は、単に第１のアクチュエータ２１８の動作を制御して第２のビームクロッパ２１６を作動して、複数の第２のアパーチャ４０６のうちの適切な１つをビーム伝搬経路に配置し、上記所望のクロップ放射スポットサイズに等しい（あるいは実質的に等しい）第２のクロップスポットサイズの第２のクロップ放射パルスを形成することができる。

コントローラ２２０は、様々な制御、管理、及び／又は、調整機能を規定する動作ロジック（図示せず）を含んでいてもよい。また、この動作ロジックは、ハードウェアによって組み込まれた装置、プログラミング命令を実行するプロセッサのような専用ハードウェアの形式、及び／又は、当業者が考え得るその他の形式をとってもよい。動作ロジックは、デジタル回路、アナログ回路、又はこれらを組み合わせた回路を含んでいてもよい。一実施形態では、コントローラ２２０は、動作ロジックに従ってメモリ（図示せず）に格納された指令を実行するように構成された１以上の処理ユニットを含み得るプログラム可能なマイクロコントローラ又は他のプロセッサを含んでいる。メモリは、半導体、磁気的、及び／又は光学的な種類のうち、１以上の種類であってもよく、及び／又は、揮発性及び／又は不揮発性のものであってもよい。一実施形態において、メモリは動作ロジックによって実行可能な指令を格納する。これに代えて、あるいはこれに追加して、メモリは動作ロジックによって操作されるデータを格納してもよい。ある構成では、動作ロジックとメモリは、搬送システムビームクロッパシステム２０６の動作面を管理及び制御する動作ロジックであるコントローラ／プロセッサの形態に含まれるが、別の構成では、上記コントローラとプロセッサが分離されてもよい。

上記は、本発明の実施形態を説明するものであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。本発明のいくつかの例示的な実施形態について述べたが、本発明の新規な教示及び効果から実質的に逸脱することなくそれらの例示の実施形態の中で多くの改変が可能であることは、当業者であれば容易に理解できよう。したがって、それらすべての改変は、特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲に含まれることを意図されているものである。その結果、上記は、本発明を説明するものであって、開示された本発明の特定の例示の実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、開示された例示の実施形態及び他の実施形態に対する改変は、添付した特許請求の範囲に含まれることを意図されているものであることは理解されよう。本発明は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるであろう均等物により画定される。

これまで本装置について述べてきたが、本発明の実施形態は、多くの異なる形態で実現及び実施できることは理解できよう。例えば、本発明の一実施形態において、本装置は、第１のスポットサイズの放射パルスの一部をクロップして第１のスポットサイズよりも小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを形成するように構成された第１のビームクロッパと、上記中間クロップスポットをクロップして上記中間クロップスポットサイズよりも小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを形成するように構成された第２のビームクロッパとを備えていてもよい。

本発明の他の実施形態における方法では、あるビームクロッパの動作を他のビームクロッパの動作に基づいて制御してもよい。

Claims (23)

1. 放射パルスのビームが伝搬可能なビーム伝搬経路に配置される第１のアパーチャを規定する第１のダイアフラムを有する第１のビームクロッパを備え、前記放射パルスのビームは、第１のスポットサイズの第１のスポットを有し、前記第１のビームクロッパは、前記ビーム伝搬経路内の放射パルスのビームにおける放射パルスの一部を選択的に前記第１のアパーチャを通して前記第１のダイアフラムに対して透過可能として、前記第１のスポットサイズより小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを通過させるように構成され、
   複数の第２のアパーチャを規定する第２のダイアフラムを有する第２のビームクロッパを備え、前記第２のビームクロッパは、前記複数の第２のアパーチャのそれぞれが選択的に前記ビーム伝搬経路内に配置可能となるように構成され、前記複数の第２のアパーチャのそれぞれは、前記クロップ放射パルスの一部を選択的に前記複数の第２のアパーチャを通して前記第２のダイアフラムに対して透過可能として、前記中間クロップスポットサイズよりも小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを通過させるように構成される、
   装置。
2. 前記第１のダイアフラムは、前記第１のアパーチャを規定する複数の要素を備え、前記複数の要素の少なくとも１つの要素は、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方を調整するように、前記複数の要素の他の要素に対して動作可能である、請求項１の装置。
3. 前記複数の要素の前記少なくとも１つの要素は、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方を調整するように、前記複数の要素の前記他の要素に対して移動可能である、請求項２の装置。
4. 前記中間クロップスポットサイズが、第１の中間クロップスポットサイズから該第１の中間クロップスポットサイズよりも小さい第２の中間クロップスポットサイズの間の第１のクロップスポットサイズ範囲にわたって調整可能となるように、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方が調整可能である、請求項２の装置。
5. 前記第１の中間クロップスポットサイズは前記第１のスポットサイズよりも小さい、請求項４の装置。
6. 前記第１の中間クロップスポットサイズは約１.７ｍｍ²よりも大きい、請求項４の装置。
7. 前記第２の中間クロップスポットサイズは約６３.５ｍｍ²よりも小さい、請求項４の装置。
8. 前記中間クロップスポットサイズが、前記第１の中間クロップスポットサイズよりも小さく前記第２の中間クロップスポットサイズよりも大きい少なくとも１つの付加的クロップサイズに調整可能となるように、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方が調整可能である、請求項４の装置。
9. 前記中間クロップスポットサイズが、５０個よりも多くの数の中間クロップスポットサイズに調整可能となるように、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方が調整可能である、請求項８の装置。
10. 前記第２のクロップサイズが前記第２の中間クロップスポットサイズに実質的に等しくなるように前記複数の第２のアパーチャの１つが構成されている、請求項４の装置。
11. 前記複数の第２のアパーチャは、少なくとも３０個の第２のアパーチャを有する、請求項１の装置。
12. 前記複数の第２のアパーチャの少なくとも２つの間の距離は、前記第１のスポットの最大寸法よりも短い、請求項１の装置。
13. 前記第２のダイアフラムは、回転軸を中心として回転可能であり、前記複数の第２のアパーチャは、前記第２のダイアフラム内で前記回転軸を中心として周方向に配置されている、請求項１の装置。
14. 前記第２のダイアフラムは、さらに第３のアパーチャを規定し、前記第２のビームクロッパは、前記第３のアパーチャが選択的に前記ビーム伝搬経路内に配置可能となるように構成され、前記第３のアパーチャは、前記中間クロップ放射パルスの少なくとも実質的にすべてを前記第３のアパーチャに通過させるように構成される、請求項１の装置。
15. 前記放射パルスのビームを生成するように構成されたアブレーションビーム源をさらに備えた、請求項１の装置。
16. 前記アブレーションビーム源は、前記放射パルスとしてレーザ放射のパルスを生成するように構成されたレーザである、請求項１５の装置。
17. 前記レーザと前記第１のビームクロッパとの間に配置されたビーム拡大器をさらに備えた、請求項１６の装置。
18. 前記ビーム伝搬経路に配置された対物レンズであって、前記第２のクロップ放射パルスを集束して、対象物の一部をアブレートするのに十分なフルエンスを有する集束放射パルスを生成し、前記対象物からアブレートされた材料を含むエアロゾルを生成するように構成された対物レンズと、
    前記エアロゾルを分析システムに移送するように構成されたエアロゾル移送管と、
    をさらに備えた、請求項１７の装置。
19. 前記第２のビームクロッパに連結された第１のアクチュエータであって、前記複数の第２のアパーチャの１つが前記ビーム伝搬経路内に配置されるように前記第２のダイアフラムを作動可能な第１のアクチュエータと、
    前記第１のアクチュエータに連結されたコントローラと、
    を備え、前記コントローラは、
    メモリと、
    前記メモリに格納された指令を実行して前記第１のアクチュエータの動作を制御するように構成されたプロセッサと、
    を含む、
    請求項１の装置。
20. 前記第１のダイアフラムは、前記第１のアパーチャを規定する複数の要素を備え、前記複数の要素の少なくとも１つの要素は、前記第１のアパーチャのサイズ及び形状の少なくとも一方を調整するように、前記複数の要素の他の要素に対して動作可能であり、前記装置は、前記第１のビームクロッパ及び前記コントローラに連結された第２のアクチュエータをさらに備え、
    前記第２のアクチュエータは、前記複数の要素の前記少なくとも１つの要素を動作させることができ、
    前記プロセッサは、さらに、前記メモリに格納された指令を実行して前記第２のアクチュエータの動作を制御するように構成される
    請求項１９の装置。
21. 前記プロセッサは、さらに、前記メモリに格納された指令を実行して前記第２のアクチュエータの動作に基づいて前記第１のアクチュエータの動作を制御するように構成される、請求項２０の装置。
22. 第１のスポットサイズの放射パルスの一部をクロップして、前記第１のスポットサイズよりも小さい中間クロップスポットサイズの中間クロップスポットを有する中間クロップ放射パルスを形成し、
    前記中間クロップスポットをクロップして、前記中間クロップスポットサイズよりも小さい第２のクロップスポットサイズの第２のクロップスポットを有する第２のクロップ放射パルスを形成する、
    方法。
23. 前記放射パルスは、レーザ放射のパルスである、請求項２２の方法。

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