JP2023535267A - Ｅｕｖ光源のターゲット計測 - Google Patents

Abstract

ターゲット材料で構成されたターゲットと、ターゲットの形状、質量分布などを変化させることによりターゲットを調整するために提供される調整ビームとを位置合わせする装置及び方法であって、調整ビームは、ターゲットの空間モードにわたる偏光モードなどの伝搬モードの不均一な分布の形態の構造化光を含む、装置及び方法が開示される。【選択図】 図４Ａ

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年７月３０日に出願された「STRUCTURED BEAM FOR EUV LIGHT SOURCE TARGET CONDITIONING WITH FEATURE FOR SELF-MONITORING OF ALIGNMENT」という名称の米国特許出願第６３／０５８，９８７号、及び２０２１年６月２１日に出願された「EUV LIGHT SOURCE TARGET METROLOGY」という名称の米国特許出願第６３／２１２，７９３号の優先権を主張するものであり、これらの特許文献の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本開示は、ターゲット材料の励起により極端紫外光を生成する光源に関し、特にかかる光源内でのターゲット材料の測定、例えば検出に関する。

[0003] 極端紫外（「ＥＵＶ」）光、例えば、およそ５０ｎｍ以下の波長を有し（時には軟Ｘ線とも呼ばれる）、約１３ｎｍの波長の光を含む電磁放射は、フォトリソグラフィプロセスにおいて、基板、例えばシリコンウェーハ内及び上に極めて小さなフィーチャを作成するために使用される。

[0004] ＥＵＶ光を発生させる方法は、限定されるものではないが、ターゲット材料の物理的状態をプラズマ状態に変換することを含む。ターゲット材料は、ＥＵＶ範囲の輝線を有する元素、例えば、キセノン、リチウム、又はスズを含む。しばしばレーザ生成プラズマ（「ＬＰＰ」）と呼ばれる、そのような１つの方法では、例えばターゲット材料の液滴、流れ、又はクラスタの形態の、ターゲット材料を、駆動レーザと呼ぶことができる増幅光ビームで照射することにより、所要のプラズマが生成される。このプロセスの場合、プラズマは、典型的には密閉容器、例えば真空チャンバ内で生成され、様々な種類の計測機器を使用して監視される。

[0005] 約１０６００ｎｍの波長の増幅光ビームを出力する、ＣＯ_２増幅器及びレーザは、ＬＰＰ処理においてターゲット材料を照射する駆動レーザとしてある特定の利点を呈することができる。このことは特に、ある特定のターゲット材料、例えばスズを含有する材料に当てはまり得る。例えば、１つの利点は、駆動レーザ入力電力と出力ＥＵＶ電力との間に比較的高い変換効率をもたらす能力である。

[0006] ＥＵＶ光源内では、照射部位での最終的な相変換のためにターゲットを調整する１つ又は複数のパルスによって、ターゲット、例えば液滴が照射部位に到達する前に衝突される多段階プロセスにおいて、ＥＵＶが生成され得る。この文脈での調整は、液滴の形状を変化させること、例えば、液滴を平坦化すること、又は液滴の分布を変化させること、例えば、液滴の一部をミストとして少なくとも部分的に分散させること、又は更には部分的相変化を含み得る。本開示の目的で、主加熱パルスに対して予備的であるこれらのパルスは、主駆動レーザ又は別のレーザにより生成されるかどうかにかかわらず、ターゲット調整ビームと呼ばれる。

[0007] また、上で暗示したように、調整の結果として、ターゲット材料の液滴は、形状の変化と質量分布の変化を含む、主パルスによる照射に対して予備的な物理的変化を起こす。ターゲット材料の質量は、調整される前には液滴と呼ばれ、少なくとも１回調整された後にはターゲットと呼ばれることもある。本明細書で使用される場合、「液滴」とは、調整前のターゲット材料の質量を指すが、ターゲットとは、調整前と調整後の両方のターゲット材料の質量を指し、文脈上別段の指示がない限り、液滴はターゲットの一種である。

[0008] ＥＵＶ光の効率的な生成における１つの目的は、調整ビームとターゲットとの適切な相対的位置決めを達成することである。この相対的位置決めは、調整ビームとターゲットとのアライメントとも称される。概して、効率的で且つデブリを最小限に抑えた光源の動作のために、ターゲットと調整ビームとを数マイクロメートルの範囲内で位置合わせすることが重要である。概して、アライメント状態は、ビームの位置を特定し、ターゲットの位置を特定し、差を求めることにより特定される。したがって、ターゲットの位置の特定に多くの努力が注がれてきた。例えば、２００８年５月１３日に提出された「LPP EUV Plasma Source Material Target Delivery System」という名称の米国特許第７，３７２，０５６号では、液滴検出放射源と、ターゲット材料の液滴から反射された液滴検出放射を検出する液滴放射ディテクタとの使用が開示されている。２０１２年４月１７日に提出された「Laser Produced Plasma EUV Light Source」という名称の米国特許第８，１５８，９６０号では、例えば照射領域に対する、１つ又は複数の液滴の位置を示す出力を与える１つ又は複数の液滴イメージャを含み得る、液滴位置検出システムの使用が開示されている。イメージャは、この出力を液滴位置検出フィードバックシステムに提供し得、液滴位置検出フィードバックシステムは、例えば液滴位置及び軌道を算出することができ、液滴位置及び軌道から液滴誤差を算出することができる。次いで、液滴誤差が、放射源タイミング回路を制御するために、及び／又は例えば照射領域に送出されている光パルスの位置及び／又は集束力を変化させるようにビーム位置及び成形システムを制御するために、例えば、位置、方向、及び／又はタイミング補正信号をシステムに提供できる、コントローラへの入力として提供され得る。２０１６年１月１９日に提出された「System and Method for Controlling Droplet Timing in an LPP EUV Light Source」という名称の米国特許第９，２４１，３９５号、及び２０１６年１１月１５日に提出された「System and Method for Creating and Utilizing Dual Laser Curtains from a Single Laser in an LPP EUV Light Source」という名称の米国特許第９，４９７，８４０号も参照されたい。

[0009] 本明細書で引用した全ての特許出願、特許、刊行物は、あらゆる定義、主題の免責事項又は否認を除き、且つ援用される資料が本明細書における明示的な開示と一致せず、その場合に本開示における文言が支配する範囲を除き、全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0010] いくつかのシステムでは、ターゲットから反射される調整パルスは、反射された光を集光してセンサ上で結像することにより、空間内のターゲットの位置を特定するために使用される。他のシステムでは、ターゲットを照明するために、調整パルスレーザに加えて２次光源が使用され、照明されたターゲットを結像するように、カメラが位置決めされる。このシステムでは、測定が、調整レーザビーム自体に対する液滴の位置を直接特定するのではなく、カメラのみに対する液滴の位置を特定するという課題がもたらされる。それゆえ、測定システムの基準フレームとターゲット調整ビーム又は加熱レーザの基準フレームとを関連付けるのに、追加のステップが必要となる。これには、２つの比較的大きな量の差として小さな量を特定しようとするという欠点がある。

[0011] したがって、調整レーザビームと、レーザビームが当たることになるターゲット材料との相対位置を特定することが重要である。既存の技術では、調整レーザビーム及びターゲットの位置が別々に測定され、次いで、２つの大きな数値の差が求められ、小さな数値が得られる。結果として、その精度が、２つの位置を測定するサブシステム間のノイズ及び光学機械的なドリフトの影響を受ける。これにより、高周波数では、ノイズに起因して測定結果が不正確になり、周波数では、ドリフトに起因して不正確になる。

[0012] それゆえ、これらの欠点を回避するターゲットとビームとのアライメントシステムが必要である。

[0013] 以下では、実施形態の基本的な理解を与えるために、１つ又は複数の実施形態の簡潔な概要を提示する。この概要は、考えられる全ての実施形態の広範囲な全体像ではなく、全ての実施形態の重要又は決定的な要素を特定することも、いずれか又は全ての実施形態の範囲に制限を課すことも意図していない。その唯一の目的は、以下に提示するより詳細な説明の導入として１つ又は複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形式で提示することである。

[0014] 実施形態の一態様によれば、ターゲットと調整ビームとを位置合わせする装置及び方法であって、調整ビームは、横空間モードにわたる及び横空間モードと絡み合った偏光などの不均一な特性分布を有する構造化光又は放射を含むようにされ、これにより、調整ビームの空間モード内のターゲット材料の位置の直接測定値を含む、ターゲットと調整ビームとの相互作用に関する情報を回収することを可能にする、装置及び方法が開示される。これには、較正して一致させなければならない２つの基準フレーム間の変換の代わりに、単一の座標基準フレームのみが含まれる。

[0015] 本開示の主題の更なる実施形態、特徴、及び利点、並びに様々な実施形態の構造及び動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。

[0016]レーザ生成プラズマＥＵＶ放射源システムについての広義な概念全体の、一定の縮尺ではない概略図である。 [0017]ターゲット材料計測システムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0018]図１及び図２に示すものなどのシステムにおけるある特定のターゲティング原理を図示する図である。 [0018]図１及び図２に示すものなどのシステムにおけるある特定のターゲティング原理を図示する図である。 [0019]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムのある特定の動作原理を図示する図である。 [0020]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムのある特定の動作原理を図示する図である。 [0021]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムのある特定の動作原理を図示する、一定の縮尺ではない概略図である。 [0022]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムのある特定の動作原理を図示する、一定の縮尺ではない概略図である。 [0023]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムのある特定の動作原理を図示する、一定の縮尺ではない概略図である。 [0024]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0025]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0026]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0027]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0028]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0029]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0030]図７Ａ～図７Ｃの実施形態において使用の可能性があるイメージャの例図である。 [0030]図７Ａ～図７Ｃの実施形態において使用の可能性があるイメージャの例図である。 [0031]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0032]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0033]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの一定の縮尺ではない概略図である。 [0034]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの動作モードを示すフローチャートである。 [0035]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの動作モードを示すフローチャートである。 [0036]実施形態の一態様によるターゲット／調整ビームのアライメントシステムの動作モードを示すフローチャートである。

[0037] 本開示の主題の更なる特徴及び利点、並びに本開示の主題の様々な実施形態の構造及び動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。本開示の主題は、本明細書で説明する具体的な実施形態に限定されないことに留意されたい。そのような実施形態は、単なる例示の目的で本明細書に提示される。追加の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者には明らかであろう。

[0038] ここで、全体を通して類似の要素を指すために類似の参照符号が使用される、図面を参照して様々な実施形態を説明する。以下の記載では、説明の目的で、複数の実施形態の完全な理解を促進するために、数多くの具体的な詳細が明示される。しかしながら、いくつか又は全ての事例において、以下に説明する具体的な設計詳細を採用せずに、以下に説明する任意の実施形態を実施できることは明らかであり得る。

[0039] 最初に図１を参照すると、本開示の主題の実施形態の一態様による例示的なＥＵＶ放射源、例えば、レーザ生成プラズマＥＵＶ放射源１０の概略図が示されている。図示のように、ＥＵＶ放射源１０は、パルス又は連続レーザ源２２を含み得、このレーザ源２２は、概して２０μｍ未満の波長、例えば、約１０．６μｍ～約０．５μｍ以下の範囲の波長の放射ビーム１２を生成するパルスガス放電ＣＯ_２レーザ源であり得る。パルスガス放電ＣＯ_２レーザ源は、ＤＣ又はＲＦ励起をもたらし、高出力で且つ高パルス繰り返し率で動作し得る。ＥＵＶ放射源１０はまた、上で説明したように調整放射のビーム２５を放出する調整レーザ２３などの、１つ又は複数のモジュールを含み得る。

[0040] ＥＵＶ放射源１０はまた、液体液滴又は連続液体流の形態でターゲット材料を送出するターゲット送出システム２４を含む。この例では、ターゲット材料は液体であるが、例えば固体とすることも可能である。ターゲット材料は、スズ又はスズ化合物で構成され得るが、他の材料を使用することもできる。図示のシステムでは、ターゲット材料送出システム２４は、プラズマを生成するためにターゲット材料が照射され得る照射領域２８に至る真空チャンバ２６の内部にターゲット材料の液滴１４を導入する。いくつかの場合には、ターゲット材料を照射領域２８に向けて又は照射領域２８から離れるようにステアリングすることを可能にするためにターゲット材料に電荷が印加される。本明細書で使用される場合、照射領域は、ターゲット材料照射が行われる領域であり、照射が実際に行われていないときでも照射領域であることに留意すべきである。ＥＵＶ光源はまた、ビーム集束及びステアリングシステム３２を含み得る。

[0041] 図示のシステムでは、コンポーネントは、液滴１４が略水平方向に移動するように配置される。レーザ源２２から照射領域２８に向かう方向、すなわちビーム１２の公称伝搬方向は、Ｚ軸とみなされ得る。液滴１４がターゲット材料送出システム２４から照射領域２８へ辿る経路は、Ｘ軸とみなされ得る。したがって、図１の図は、ＸＺ平面に対して垂直である。また、液滴１４が実質的に水平方向に進むシステムが図示されているが、液滴が垂直方向に進むか、又は重力に対して９０度（水平方向）～０度（垂直方向）の角度（９０度と０度を含む）で進む、他の構成も使用可能であることは、当業者であれば理解するであろう。

[0042] ＥＵＶ放射源１０はまた、ＥＵＶ光源コントローラシステム６０を含み得、ビームステアリングシステム３２と共に、レーザ発射制御システム６５も含み得る。ＥＵＶ放射源１０はまた、例えば、照射領域２８に対するターゲット液滴の絶対位置又は相対位置を示す出力を発生させ、この出力をターゲット位置検出フィードバックシステム６２に提供する、１つ又は複数の液滴イメージャ７０を含み得る、ターゲット位置検出システムなどのディテクタを含み得る。

[0043] ターゲット位置検出フィードバックシステム６２は、液滴イメージャ７０の出力を使用してターゲット位置及び軌道を算出し得、ターゲット位置及び軌道から、ターゲット誤差を算出することができる。ターゲット誤差は、液滴単位で、又は平均して、又は何らか他の基準を基に算出することができる。次いで、ターゲット誤差が、光源コントローラ６０への入力として提供され得る。これに応じて、光源コントローラ６０は、レーザ位置、方向、及びタイミング補正信号などの制御信号を発生させ、この制御信号をレーザビームステアリングシステム３２に提供することができる。レーザビームレーザビームステアリングシステム３２は、制御信号を使用して、チャンバ２６内のレーザビーム焦点の位置及び／又は集束力を変えることができる。レーザビームステアリングシステム３２はまた、制御信号を使用して、ビーム１２と液滴１４との相互作用の幾何学的配置を変えることもできる。例えば、ビーム１２は、中心を外して又は真正面以外の入射角で液滴１４に衝突させることができる。

[0044] 図１に示すように、ターゲット材料送出システム２４は、ターゲット送出制御システム９０を含み得る。ターゲット送出制御システム９０は、照射領域２８を通るターゲット液滴１４の経路を調節するために信号、例えば、上で説明したターゲット誤差、又はシステムコントローラ６０により提供されたターゲット誤差から導出された何らかの量に応答して動作可能である。これは、例えば、ターゲット送出機構９２がターゲット液滴１４を放出する点を再位置決めすることにより達成され得る。しがって、液滴放出点は、ターゲット送出機構９２を傾斜させることにより、又はターゲット送出機構９２をずらすことにより、再位置決めされ得る。ターゲット送出機構９２は、チャンバ２６内に延び、ターゲット送出機構９２内のターゲット材料を圧力下に置くために、ターゲット材料及びガス源が外部から供給される。

[0045] 引き続き図１に関して、放射源１０はまた、１つ又は複数の光学要素を含み得る。以下の考察では、かかる光学要素の例としてコレクタ３０が使用されるが、この考察は他の光学要素にも適用される。コレクタ３０は、例えば、熱誘起層間拡散を効果的に阻止するために追加の薄いバリア層、例えば、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４又はＣが各境界面に堆積された基板上に多数対のＭｏ／Ｓｉ層を堆積させることにより作製された多層ミラー（ＭＬＭ）として実現された、垂直入射リフレクタであり得る。コレクタ３０は、レーザ放射が通過して照射領域２８に到達できるようにする中央アパーチャを備えた、長楕円の形であり得る。コレクタ３０は、例えば、照射領域２８にある第１の焦点と、いわゆる中間点４０にある第２の焦点（中間焦点４０とも呼ばれる）とを有する楕円形状であり得、その場合、ＥＵＶ放射は、ＥＵＶ放射源１０から出力され、例えば、レチクル又はマスク５４を用いて既知の方式でシリコンウェーハ加工物５２を処理するために放射を使用する、例えば、集積回路リソグラフィスキャナ又はステッパ５０に入力され得る。シリコンウェーハ加工物５２は、その後、集積回路デバイスを得るために、既知の方式で付加的に処理される。

[0046] 既に述べたように、ある液滴検出計測では、レーザカーテンを通過するターゲットからの後方散乱が主焦点の近傍に集光される暗視野照明が利用される。計測デバイスは、空間内の特定の位置を横切る液滴を検出し、続いて起こる全てのシーケンスを可能にしてＥＵＶを発生させるためにシステム制御にトリガを与える。このことは、図２に概略的に示されており、図２では、液滴検出コントローラ１２２により、液滴照明モジュール１２４が液滴１４を照明する。液滴検出モジュール１２６は、液滴で後方散乱された放射を検出して、液滴検出コントローラ１２２が液滴１４の位置を特定することを可能にする。

[0047] また、上述のように、概して、図３Ａに示すように、基準座標系では、Ｚは、レーザビーム１２が伝搬する方向であり、コレクタ３０から照射部位１１０及びＥＵＶ中間焦点への方向でもある。Ｘは、液滴伝搬平面内にある。ＹはＸＺ平面に直交する。これを右手座標系にするために、液滴１４の軌道は－Ｘ方向にあるとみなされる。

[0048] ターゲットアライメント誤差の主成分は、図３Ｂに示すように、ΔＸ及びΔＹである。これらの誤差は典型的には、約５ｕｍ未満に抑える必要がある。レーザ焦点のレイリー長が比較的長いため、Ｚ方向における誤差はそれほど重要ではなく、１００μｍか又はそれより悪化しても許容できる。

[0049] Ｘ位置誤差ΔＸは、主にタイミング誤差の結果、すなわち、液滴速度が一定であると仮定して、レーザ発射のタイミングの結果である。タイミング誤差の補正は、照射領域内の照射部位１１０の近傍で液滴がレーザカーテン１１５を横切る時間を検出することにより、非常に良好に実現することができる。この測定は、レーザカーテン１１５を別個のレーザ源により提供し、したがって常にオンにできるため、レーザが動作状態にあるときでも行うことができる。また、レーザカーテン１１５を使用して実行される測定は、カーテンがＹＺ平面内に幅広に作られるため、Ｙ、Ｚにおけるミスアライメントに対して比較的耐性がある。しかしながら、ΔＸ及び Ｙの特定には改善が必要である。

[0050] （Ｘ，Ｙ）誤差（ Ｘ，ΔＹ）を特定するために、液滴１４からのターゲット調整ビーム１２の反射と、高速ディテクタとを使用することが可能である。高速ディテクタは、例えば、結像ディテクタ又は象限ディテクタなどの任意の好適な種類のディテクタであり得る。しかしながら、結像ディテクタを用いても、所望通りに、結像システムの幾何学的配置とビームとに対する液滴の位置を測定することしかできない。ターゲット調整ビームが液滴に当たった場合、液滴は、その光をカメラで結像可能な全方向にほぼ等方的に散乱させる。しかしながら、この相互作用から判断できるのは、一部の光を散乱させるのに十分にパルスが液滴に当たったことと、結果として得られる画像が結像システムの像平面内のどこに位置するかということだけである。欠けているのは、結像システムに対するターゲット調整ビームの正確な位置である。この調整ビームの位置の測定から液滴位置が得られ、この測定は、ビーム内の又はビームに対する液滴の位置を取得するために、ビームの位置決めの第２の測定と組み合わせなければならず、これにより、誤差が生じやすい。

[0051] 原則として、液滴のＹ位置を測定する目的で、到達時間のために使用されるレーザカーテン１１５のような別個のイルミネータを使用することも可能である。これには、高フレームレートの結像２Ｄディテクタ（カメラ）を使用して位置を解像する必要があり、その一方で、到達タイミングには、非結像散乱光ディテクタのみが必要となる。

[0052] 実施形態の態様によれば、上記の課題は、構造化光を使用して達成される。構造化光とは、振幅、位相、及び偏光などのいくつかの特性において光を調整し（構造化し）、光の特性を不可分な意味でビームの空間特性と組み合わせる（「古典的な絡み合い」）能力を指す。例えば、移動する電磁平面は、Ｅ成分とＢ成分とを有する。これらの成分を様々な振幅及び位相の重み付けで加えることにより、偏光が生じる。同時に、平面内の各点におけるＥの大きさにより、横空間モードが決定される。ベクトル状態とは、偏光パターンが横空間モード全体に不均一に分布している状態を指し、この状態では、横空間モードと偏光が古典的に絡み合っている、すなわち、分離できない。C. Rosales-Guzman et al.,“A review of complex vector light fields and their applications,”J. Opt. 20 123001 (2018)を参照されたい。高速で移動する物体の２次元リアルタイムセンシングを可能にするために、円筒偏光ベクトルビームの非分離性が使用されている。これらのシステムは、被測定物がビームの空間依存性を乱すが、ビームの偏光を乱さないことに依存する。ビーム及び物体に関する所要の情報は、ビームの古典的に絡み合ったモード構造を通じて、結果として生じる空間変調を全体的な偏光状態と関連付けることにより回収される。

[0053] シュミット形式のフィールドＥ（ρ，ｚ）は、ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、及びｓ_３として記述できる測定可能なストークスパラメータを有する。不透明物体が、非一様に偏光されたビームを横切るときに、非一様に偏光されたビームの空間及び偏光パターンは、中心座標で表すように、物体の位置に応じて経時的に変化する。ストークスパラメータの測定値は、２つの変数に対する４つの方程式の非線形代数系の解とみなすことができる。これらの方程式を解くことにより、ビームの空間モードにおける物体の位置、又は時間依存性の測定値が利用可能である場合には、ビームの空間モードによる物体の軌道に関する情報が得られる。

[0054] 本明細書で言及するモード変換器は、空間偏光分布をビームの空間モードと絡み合わせる。モード変換器は、偏光構造を入力ビームに単にインプリントするのではなく、入力モードを電磁場の何らかの他の空間分布に変換する。

[0055] 調整ビーム内のターゲットの位置を特定するために直線偏光ダイバーシティのみが使用される場合、ストークスパラメータ測定に固有の鏡像縮退により、位置を明確に特定することが妨げられる。相互作用がＸ、Ｙ平面において生じると仮定すると、ターゲットが実際に横切っている領域を特定することを可能にする軌道に関する十分な情報が得られるまで、ターゲットのＸとＹ位置の両方は常に曖昧である。例えば、図４Ａでは、図示の瞬間におけるターゲット４３０’及びターゲット４３０’’は両方とも、同じ偏光方向及び大きさを有する反射放射を提供する。偏光の大きさが半径の関数であり、ビームの中心でゼロになるという理解に基づいて、放射状に延びる線は偏光方向を表す。

[0056] 曖昧さを解消する１つの方法は、連続波（ＣＷ）レーザ（いくつかの用途では、代わりに準連続レーザとすることができる）を用いて、時系列測定値を取得し、次に、ストークスパラメータの時間依存性を使用して位置を特定することである。ラジアル偏光連続ビームの場合、ビームとターゲットとの相互作用は、図４Ａに示すように概念化され得る。相互作用した光の偏光は、ターゲット４３０’が、図の平面に直交して進むラジアル偏光ビーム４３５の半部（例えば、上半部）を横切るときに、挿入図に示すように、負の角度から正の角度に回転する。その一方で、相互作用した光の偏光は、ターゲット４３０’’がラジアル偏光ビーム４３５の残りの半部（例えば、下半部）を横切るときに、正の角度から負の角度に回転する。換言すれば、ターゲット４３０’がビーム４３５の上半部においてビーム４３５を左から右に横切る場合、経時的にまず、相互作用した光の偏光軸の角度が負になり、次いでゼロになり、その後に正になる。ターゲットが下半部を横切る場合、相互作用した偏光の時間発展は、正反対であり、まず正になり、次いでゼロになり、その後に負になる。この情報は、縮退を解き、ビームに対するターゲットの位置の明確な特定を行うために使用することができる。

[0057] 全ての実施形態の説明を含む本明細書、及び特許請求の範囲において、相互作用した光又は相互作用したビームなどの用語は、ビームの偏光構造を変化させる方法で、例えば、オブスキュレーション、反射、又は散乱によりターゲットと相互作用した光又はビームを指す。散乱という用語は、古典的散乱以外の相互作用を総称的に指すために使用されることもある。

[0058] 図５Ａは、これらの原理を利用するシステムを示す。図５Ａでは、連続波レーザ４００がビーム４１０を放出する。モード変換器４２０は、変換されたビーム４１５を形成するために、ビーム４１０をラジアル偏光モードで準備する。モード変換器４２０及び本明細書に開示する他のモード変換器は、絡み合った偏光状態をビームの空間モードに与えるための任意の好適なデバイスであり得る。モード変換器は、例えば、液晶モード変換器、融解石英波長板（ラジアル又はアジマス偏光変換用のｓ波長板）又はｑプレート（例えば、液晶、ポリマー、又はサブ波長回折格子で構成された、明確に定義された光のスピン角運動量（ＳＡＭ）を有するビームから光の軌道角運動量（ＯＡＭ）を有する光ビームを発生させるための）であり得る。ビーム４１５は、軌道４５０に沿って進むターゲット４３０に衝突し、ターゲット４３０と相互作用する。ターゲット４３０の運動は、進行中のビーム４１７のストークスパラメータを変調する。偏光測定モジュール４６０は、既知の方式で、進行中のビーム４１７をその直線偏光成分への投影のために分割する。投影は同時に測定される。経時的に変化するビームのストークスパラメータは、投影信号の線形結合により取得され、ターゲット４３０の瞬間軌道が再構築されることを可能にする。

[0059] 図５Ａの実施形態では、モード変換器４２０は、ＣＷ（又は準連続）レーザ４００とターゲット４３０との間のビーム経路に位置決めされる。換言すれば、モード変換器４２０は、ＣＷレーザ４００の外部にある。実施形態の別の態様に従って、モード変換器は、ＣＷレーザ４００の内部に位置決めすることができる。この内部への位置決めは、図５Ｂに示されており、図５Ｂでは、モード変換器４２０がＣＷレーザ４００内に、例えば、ＣＷレーザ４００の光キャビティ内に位置決めされている。

[0060] 図５Ａ及び図５Ｂの構成では、ターゲット４３０と相互作用した光が偏光測定モジュール４６０に到達する明視野構成が使用される。システムは、ターゲット４３０から反射された又はターゲット４３０で散乱された放射４１７を受け取るように偏光測定モジュール４６０が配置される暗視野照明を用いて実装することもできる。このような構成は図５Ｃに示されている。

[0061] したがって、信号の時間発展は、ビームを通るターゲットの経路に関する情報を提供する。一実施形態によれば、別個の計測ビームの追加の基準フレームを導入せずにこれを利用するために、連続ビームは、調整ビームに重畳される（すなわち、同一直線上にされる）。ターゲットとのビームの相互作用により、ビームからのターゲットのオフセットに関する直接情報が提供され、ターゲットに対するビームのアライメントを制御し、これにより、ターゲット調整プロセスを最適化するために、この相互作用を使用することができる。相互作用した光の偏光により、間接測定ではなく、アライメントの直接測定が提供される。ターゲットとの相互作用により生じる変化の測定には、偏光アナライザと、簡単なフォトダイオードなどの１対の「バケット」光ディテクタのみが必要である。S. Berg-Johansen et al.,“Classically entangled optical beams for high-speed kinematic sensing,”Optica 2, 864-868 (2015)を参照されたい。

[0062] したがって、実施形態の態様によれば、図６Ａに示すように、ビーム４１０は、モード変換器４２０により構造化ビームに変換され、ミラー５２０及びビームコンバイナ５３０により既知の様式で、レーザ源５００からの調整ビーム５１０と同一直線上にされる。この意味において、調整ビーム５１０に構造化光が追加又は導入される。結合された重畳ビーム５３５は、軌道４５０に沿って進んでいるターゲット４３０と相互作用し、ターゲット４３０との相互作用により変化させるビーム５２０を含む前進するビーム５３７を生み出す。換言すれば、ターゲット４３０の運動は、ビーム５３７のビーム５２０成分のストークスパラメータを変調する。偏光測定モジュール４６０は、結合ビーム５３５を通るターゲット４３０の軌道の回復を可能にする既知の方式で、ビーム５２０成分をその直線偏光成分への投影のために分割することにより、ビーム５３７のビーム５２０成分のストークスパラメータを測定する。

[0063] 図６Ａの実施形態では、モード変換器４２０は、ＣＷレーザ４００とターゲット４３０との間のビーム経路に位置決めされる。換言すれば、モード変換器４２０は、ＣＷレーザ４００の外部にある。実施形態の別の態様に従って、モード変換器は、ＣＷレーザ４００の内部に位置決めすることができる。この内部への位置決めは、図６Ｂに示されており、図６Ｂでは、モード変換器４２０がＣＷレーザ４００内に、例えば、ＣＷレーザ４００の光キャビティ内に位置決めされている。

[0064] いくつかの用途では、偏光測定モジュール４６０内で又偏光測定モジュール４６０よりも手前でビーム５３７のビーム５２０成分を分離することが必要である又は望ましい場合がある。よって、実施形態の態様に従って、ビーム５２０は、ビーム５１０と異なる波長を有し得、偏光測定モジュール４６０は、ビーム５１０の波長を有する光の偏光状態のみを評価するように適合され得る。代替的又は追加的に、ビーム５２０は、ビームコンバイナ５３０と偏光測定モジュール４６０との間の経路におけるビーム５１０から僅かにオフセットされ得、偏光測定モジュール４６０は、ビーム５２０の位置における光の偏光状態のみを評価するように適合され得る（空間的分離）。代替的又は追加的に、偏光測定モジュール４６０は、パルスビーム５１０が光パルスを発生させていないときにビーム５２０の偏光状態を評価するように適合され得る（時間的分離）。

[0065] 図６Ａ及び図６Ｂの実施形態では、ターゲット４３０により遮られる光が偏光測定モジュール４６０に到達する明視野構成が使用される。本明細書で明らかにする原理は、ターゲット４３０と相互作用した放射を受け取るように偏光測定モジュール４６０が配置される暗視野構成にも適用可能である。このような構成は図６Ｃに示されている。したがって、実施形態の態様によれば、図６Ｃに示すように、ビーム４１０は、モード変換器４２０により構造化ビームに変換され、ミラー５２０及びビームコンバイナ５３０により既知の様式で、レーザ源５００からの調整ビーム５１０と同一直線上にされる。この意味において、調整ビーム５１０に構造化光が追加又は導入される。ターゲット４３０の運動は、結合された相互作用したビーム５３７のビーム５２０成分のストークスパラメータを変調する。偏光測定モジュール４６０は、結合ビーム５３５を通るターゲット４３０の軌道の回復を可能にする既知の方式で、結合ビーム５３７のビーム５２０成分をその直線偏光成分への投影のために分割することにより、結合ビーム５３７のビーム５２０成分のストークスパラメータを測定する。ここでもまた、必要な又は望ましい範囲で、結合ビーム５３７のビーム５２０成分を取り出すために、波長分離又は時間的分離が使用され得る。分離は、必要又は望みに応じて、本明細書に開示する他の実施形態でも用いられ得る。

[0066] パルスレーザからのパルスは一般に短すぎるため、直線偏光測定の縮退を解くのにターゲットの軌道に関する十分に有用な情報を提供することができない。類推は、パルスレーザからの「スナップショット」とは対照的に、ＣＷレーザからの「映像」である。時系列が利用できない場合、パルスレーザに固有の曖昧さを解消する１つの方法は、例えば、ビームの縮退領域における結像ディテクタ又は波長のダイバーシティを使用して、ターゲットがどの縮退領域にあるかを検出することである。

[0067] 換言すれば、パルスレーザを使用する場合、概して、ターゲット位置における曖昧さを排除するのに偏光ベクトルの回転に関する不十分な情報しか提供しないせいぜい部分的な軌道のみを特定することが可能である。単一のサンプルでは、偏光角と、偏光角を有する偏光度とを測定する場合、ターゲットが２つの可能な位置のどちらを占有しているかを判定するのに十分な情報がある。このプロセスがＸ、Ｙ平面で行われているとみなされる場合、ここでもＸ及びＹは同時に曖昧になる。例えば、ターゲットが中心より右か左か又は中心より上か下かを示すのに十分に正確な結像ディテクタを使用する別の単一の測定で、これらの曖昧さの両方を解消することが可能である。これは、２つの可能な位置＋／－Ｘ及び＋／－Ｙの一種のパリティの曖昧さである。追加の測定により、このパリティの曖昧さが解消される。

[0068] したがって、実施形態の別の態様によれば、ビームのベクトル特性は、ビームのモード構造に対するターゲットの２つの可能な位置をセンシングするために使用され、１Ｄ又は２Ｄアレイのディテクタを備えた従来の結像構成は、ビームのモード構造に対する瞬間位置の曖昧さを除去するために使用される。

[0069] 図７Ａは、調整レーザ５００がレーザビーム５１０を放出する構成を示す。レーザビーム５１０の偏光モードは、モード変換器６００により変換される。この意味において、調整ビーム５１０に構造化光が追加又は導入される。変換されたビーム６１５は、ターゲット４３０と相互作用する。次いで、変換された、相互作用したビーム６１７は、ビームスプリッタ６２０によりビーム６３０とビーム６４０とに分割される。相互作用した分割ビーム６１７の一部６３０のストークスパラメータは、パリティの曖昧さを有するターゲット４３０の位置を特定するために、偏光測定モジュール６６０により測定される。イメージャ６５０は、相互作用した分割光ビーム６１７の他の部分６４０を受け取って、ビーム６１５のモード構造に対するターゲットの瞬間位置のパリティの曖昧さを解消する。

[0070] 図７Ａの実施形態では、モード変換器６００は、調整レーザ５００とターゲット４３０との間のビーム経路に位置決めされる。換言すれば、モード変換器６００は、調整レーザ５００の外部にある。実施形態の別の態様に従って、モード変換器は、調整レーザの内部に位置決めすることができる。この内部への位置決めは、図７Ｂに示されており、図７Ｂでは、モード変換器６８０がレーザ６７０内に、例えば、レーザ６７０の光キャビティ内に位置決めされている。

[0071] ここでもまた、図７Ａ及び図７Ｂの実施形態では、ターゲット４３０と相互作用した光が偏光測定モジュール６６０及びイメージャ６５０に到達する明視野構成が使用される。本明細書で明らかにする原理は、ターゲット４３０で反射又は散乱された放射を受け取るように偏光測定モジュール６６０及びイメージャ６５０が配置される暗視野構成にも適用可能である。このような構成は図７Ｃに示されている。変換されたビーム６１５は、ターゲット４３０と相互作用する。ビームスプリッタ６２０は、反射又は散乱されたビーム６１７を受け取るように配置される。ビームスプリッタ６２０は、変換、反射又は散乱されたビーム６１５をビーム６３０とビーム６４０とに分割する。分割された反射又は散乱ビームの一部６３０のストークスパラメータは、パリティの曖昧さを有するターゲットの位置を特定するために、偏光測定モジュール６６０により測定される。イメージャ６５０は、散乱された分割光ビームの他の部分６４０を受け取って、ビームの空間的モード構造に対するターゲットの瞬間位置の曖昧さを除去する。

[0072] イメージャ６５０は、例えば、図７Ｄの１次元アレイ６５０ｂなどの１次元アレイ、又は図７Ｅの２次元アレイ６５０ｃなどの２次元アレイであり得る。

[0073] パルスレーザを使用するときに固有の曖昧さを解消する別の方法は、楕円偏光の掌性を利用するベクトル偏光ビームを用いて、その縮退を解くことである。この手法では、小さな円／楕円成分を有する方位角ベクトルビームが使用される。ターゲットの位置は、円成分の掌性を解析することにより、通過時系列を使用せずに（例えば、単一のパルスで）、ビーム中心に対する上／下又は右／左を区別することを可能にする。実施形態の態様によれば、これは、ベクトル及び渦の両方のダイバーシティを有するビームを用いて拡張される。ベクトル特性と渦特性の両方を有する同時偏光及び角運動量のダイバーシティにより、モード内の任意の位置と特有の偏光状態との明確な関連付けが可能となる。偏光主軸の向きは左右を区別し、掌性は上下を区別する。P. Lochab et al.,“Robust laser beam engineering using polarization and angular momentum diversity,”Opt. Express 25, 17524-17529 (2017)を参照されたい。

[0074] したがって、図４Ｂに示すように、偏光状態は、地球上の点の位置を特定するために使用される緯度及び経度のシステムと同様の手法を使用して、ポアンカレ球にマッピングされる。ポアンカレ球にわたる及びポアンカレ球内の点の座標は、２つの角度値（方位角及び楕円率）と半径とを使用して指定される。方位角及び楕円率のパラメータは、偏光状態の偏光楕円表現から得られる。半径は、光の偏光度により特定される。球面の赤道にマッピングされた状態は完全な直線偏光である。ｓ３軸上の±１の値にマッピングされた状態は円偏光である。直線偏光又は円偏光ではない全ての楕円偏光状態は、球の他の領域にマッピングされる。したがって、ターゲット４３０’’’と相互作用した光は、その位置により特定されるある程度の楕円率及び傾きで右楕円偏光される。

[0075] ２次元における位置の曖昧さを解消するために、ベクトル特性と、渦特性、すなわちＯＡＭ特性との両方を有するビームが使用される。相互作用した偏光楕円の傾きの測定は、レーザモードに対するターゲットの位置を特定するが、パリティの曖昧さを伴い、偏光の掌性の測定は、２つの可能な位置のどちらが正しいかを判定することにより、位置測定におけるパリティの曖昧さを除去する。

[0076] この手法に従って、図８Ａは、ビーム５１０を放出する調整レーザ５００を示す。モード変換器７００は、ビーム５１０を、偏光及び角運動量の両方のダイバーシティを有するビーム７１５に変換する。変換されたビーム７１５は、ターゲット４３０と相互作用する。次いで、散乱されたビーム７１７を受け取るように配置されたアナライザ７１０は、角運動量の掌性を使用して、ターゲット４３０がビーム７１５の絡み合った空間モードの右半球又は左半球のどちらにあったかを判定する一方で、ターゲット４３０がビーム７１５の空間モードの右半球又は左半球のどちらにあったかを見分けるために、偏光主軸の向きを特定する。

[0077] 図８Ａの実施形態では、モード変換器７００は、調整レーザ５００とターゲット４３０との間のビーム経路に位置決めされる。換言すれば、モード変換器７００は、調整レーザ５００の外部にある。実施形態の別の態様に従って、モード変換器は、調整レーザの内部に位置決めすることができる。この内部への位置決めは、図８Ｂに示されており、図８Ｂでは、モード変換器７２０がレーザ７１０内に、例えば、レーザ７１０の光キャビティ内に位置決めされている。

[0078] ここでもまた、図８Ａ及び図８Ｂの実施形態では、ターゲット４３０と相互作用した光がアナライザ７１０に到達する明視野構成が使用される。本明細書で明らかにする原理は、ターゲット４３０で後方散乱された放射を受け取るように偏光測定アナライザ７１０が配置される暗視野構成にも適用可能である。このような構成は図８Ｃに示されている。

[0079] 追加的に、例えば、単一パルス照明で測定を行う際の曖昧さを解消するために、調整ビーム用に２色のベクトルビームを使用して、又は逆散乱ビームに対する偏光感知ディテクタが、偏光による空間識別の一部と、スポットの変位を利用する空間識別の一部とを達成するハイブリッド手法を使用して、他のバリエーションも可能である。

[0080] 本開示の主題は、フルフレームカメラを使用する代わりに、フォトダイオードを２つのみ使用してターゲット形状を検査し、画像を処理して、ビームとターゲットとのアライメントの影響を受ける画像フィーチャを抽出する可能性を提供する。ある実施形態は、ビームの方向と反対の方向に少なくとも一部が散乱される光を用いるいくつかの方式では、多くても２つのポート、更には単一のポートを必要とする。

[0081] 本開示の主題は、計測とターゲット調整の両方に使用されるビーム内のターゲットの位置をセンシングするためのベクトルビーム手法を提供する。アライメント測定用のデータを提供する計測ベクトルビームが、調整作用を及ぼすビームと同じビームであるか又は同一直線上にあり、制御及び最適化のための直接的な「レーザ対液滴」又は「レーザ対ターゲット」測定を行うため、ベクトルビーム手法により、調整ビームの座標系の直接接続が可能となる。

[0082] 別個のターゲット調整ビーム及び別個のペデスタルビームなどの、複数の調整レーザ又はレーザビームが使用される構成では、各々に、上記のような独自のターゲット／ビームのアライメントシステムを設けることができる。

[0083] 図９は、実施形態の一態様に従ってターゲットを調整ビームと位置合わせする手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１０において、調整ビームを発生させる。同時に、ステップＳ２０において計測ビームを発生させる。この計測ビームは、ステップＳ３０において、構造化放射を有するビームに変換される。ステップＳ４０において、調整ビームと変換された計測ビームとが、例えば、ビームコンバイナにより結合される。ステップＳ５０において、結合されたビームが、ターゲットを調整するために使用される。その相互作用は、構造化放射の偏光状態も変化させる。ステップＳ６０において、相互作用したビームが解析され、ステップＳ７０において、相互作用したビームの解析から取得されたデータが、調整ビームとターゲットとのアライメントを特定するために使用される。ステップＳ８０において、調整ビームとターゲットとのアライメントが、例えば、調整ビームとターゲットとを所望のアライメント状態にすることにより制御される。このアライメントは、例えば、図１のビーム集束及びステアリングシステム３２に制御信号を供給することにより達成することができる。

[0084] 図１０もまた、実施形態の別の態様に従ってターゲットを調整ビームと位置合わせする手順を説明するフローチャートである。図示のように、ステップＳ１０において、調整ビームを発生させる。ステップＳ１００において、構造化ビームを得るために、不均一にビームの偏光モードを変化させることにより、調整ビームが変換される。ステップＳ１１０において、構造化され変換されたビームが、ターゲットを調整するために使用され、構造化ビーム、すなわち、ビームの構造化された部分が相互作用し、この部分を相互作用により変化させる。ステップＳ１２０において、相互作用したビームが分割される。ステップＳ１４０において、分割から生じたビームのうちの１つのビームの一部又は全部の偏光が、画像データ源、例えば、１次元画像データ源として使用される。ステップＳ１３０において、分割から生じた別のビームの一部又は全部の偏光が解析される。ステップＳ１５０において、ステップＳ１４０の画像解析及びステップＳ１３０の偏光解析から取得されたデータが、調整ビームとターゲットとのアライメントを特定するために使用される。ステップＳ１６０において、調整ビームとターゲットとのアライメントが、例えば、調整ビームとターゲットとを所望のアライメント状態にすることにより制御される。このアライメントは、例えば、図１のビーム集束及びステアリングシステム３２に制御信号を供給することにより達成することができる。

[0085] 図１１もまた、実施形態の別の態様に従ってターゲットを調整ビームと位置合わせする手順を説明するフローチャートである。上記のように、ステップＳ１０において調整ビームを発生させる。任意の順序で実行され得る、ステップＳ２００及びＳ２１０において、ベクトル偏光変換が調整ビームに対して実行され（ステップＳ２００）、ＯＡＭ（渦偏光）変換が調整ビームに対して実行される（ステップ２１０）。これらのステップにより、不均一なベクトル偏光及び渦偏光を有する構造化ビームが得られる。ステップＳ２２０において、変換されたビームがターゲットと相互作用する。次いで、同時に又は任意の順序で実行され得る、ステップ２３０及び２４０では、それぞれ、相互作用したビームの偏光が解析され、相互作用したビームのＯＡＭが解析される。ステップＳ２５０において、偏光解析及び角運動量解析からのデータが、ビームとターゲットとのアライメントを特定するために使用される。ステップＳ２６０において、調整ビームとターゲットとのアライメントが、例えば、調整ビームとターゲットとを所望のアライメント状態にすることにより制御される。このアライメントは、例えば、図１のビーム集束及びステアリングシステム３２に制御信号を供給することにより達成することができる。

[0086] 本開示は、指定の機能の実装及びそれらの関係を図示する機能構成ブロックの助けを借りて行われる。これらの機能構成ブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書では恣意的に定義されている。指定の機能及びそれらの関係が適切に実行される限り、代替の境界を定義することができる。例えば、制御モジュール機能は、いくつかのシステムの間で分割することができ、又は全体の制御システムにより少なくとも一部を実行することができる。

[0087] 上記の説明には、１つ又は複数の実施形態の例が含まれる。当然ながら、前述の実施形態を説明する目的で、コンポーネント又は方法の考えられる全ての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、様々な実施形態の多くの更なる組み合わせ及び順列が可能であることを認識し得る。したがって、説明する実施形態は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれるそのような全ての変更、修正、及び変形を包含するように意図されている。更に、「備える」という用語は、請求項において使用されるときに転換語として解釈されるので、「含む」という用語が詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、かかる用語は、「備える」と同様に包括的であるように意図されている。更に、説明する態様及び／又は実施形態の要素は単数形で説明又は特許請求され得るが、単数形に限定することの明示的な記載がない限り、複数形も企図される。追加的に、任意の態様及び／又は実施形態の全て又は一部は、別段の記載がない限り、任意の他の態様及び／又は実施形態の全て又は一部と共に利用され得る。

[0088] 実施形態は、以下の条項を使用して更に説明することができる。
１．ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとを位置合わせする装置であって、
構造化された調整放射の放射源と、
構造化された調整放射のビームがターゲットと相互作用した後に調整放射のビームから生成された構造化された調整放射のビームを受け取るように配置されたアナライザであって、相互作用した構造化された調整放射の偏光を解析して、ターゲットと構造化された調整放射のビームとのアライメントを特定するように適合されたアナライザと
とを備える、装置。
２．アナライザにより特定されたアライメントに少なくとも部分的に基づいて、構造化された調整放射の放射源とターゲットとのアライメントを制御するアライメントシステムを更に備える、条項１に記載の装置。
３．アライメントシステムは、ビームステアリングシステムを備える、条項２に記載の装置。
４．構造化された調整放射の放射源は、レーザシステムであって、調整放射のビームを発生させるように構成されたレーザと、調整放射のビームを受け取るように配置されたモジュールであって、空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射を調整放射のビームに加えるように構成されたモジュールとを備える、レーザシステムを備える、条項１に記載の装置。
５．モジュールは、空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射のビームを発生させるように構成された計測レーザシステムと、調整放射のビームと構造化放射のビームとを受け取って結合し、結合ビームを形成するように配置されたビームコンバイナとを備える、条項４に記載の装置。
６．モジュールは、不均一な直線偏光を有する構造化放射を含むビームを発生させるために調整放射の偏光モードを変換するように配置されたモード変換器を備える、条項４に記載の装置。
７．モード変換器は、レーザから調整放射のビームを受け取るように配置される、条項６に記載の装置。
８．モード変換器は、レーザの光キャビティ内に配置される、条項６に記載の装置。
９．ターゲット材料のターゲットと調整放射を含むビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
調整放射のビームを発生させるように構成された第１のレーザシステムと、
空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射ビームを発生させるように構成された第２のレーザシステムと、
調整放射のビームと構造化放射のビームとを受け取って結合し、結合ビームを形成するように配置されたビームコンバイナと、
結合ビームがターゲットと相互作用した後に結合ビームから放射を受け取るように配置されたアナライザであって、結合ビームの偏光を解析するように適合されたアナライザと
を備える、装置。
１０．調整放射のビームを発生させるように構成された第１のレーザシステムは、パルスレーザを含む、条項９に記載の装置。
１１．構造化放射のビームを発生させるように構成された第２のレーザシステムは、連続波又は準連続波レーザを含む、条項９に記載の装置。
１２．構造化放射のビームを発生させるように構成されたレーザシステムは、連続波又は準連続波レーザと、連続波又は準連続波レーザから放射を受け取るように配置されたモード変換器とを備える、条項９に記載の装置。
１３．ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
第１の方向に伝搬する調整放射のビームを発生させるように構成されたレーザシステムと、
レーザシステムから調整放射のビームを受け取って、第１の方向に伝搬する構造化放射のビームを発生させるためにレーザシステムからの調整放射の偏光モードを変換するように配置されたモード変換器と、
構造化放射のビームがターゲットと相互作用した後に構造化放射を受け取って、相互作用した放射を少なくとも第１のビームと第２のビームとに分割するように配置されたビームスプリッタ／コンバイナと、
第１のビームを受け取るように配置されたアナライザであって、第１のビームの偏光を解析して、調整放射のビームに対するターゲットの位置を表す情報の第１の部分を取得するように適合されたアナライザと、
第２のビームを受け取るように配置されたディテクタであって、第２のビームにおける画像情報を使用して、ディテクタに対するターゲットの位置を表す情報の第２の部分を取得するように適合されたディテクタと、
情報の第１の部分と情報の第２の部分とを受け取るように配置されたシステムであって、情報の第１の部分と情報の第２の部分とに基づいて調整放射のビームに対するターゲットの位置を取得するように適合されたシステムと
を備える、装置。
１４．ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
調整放射のビームを発生させるように構成されたレーザシステムであって、レーザシステムから調整放射を受け取って、不均一なベクトル偏光と不均一な渦偏光とを有する構造化放射ビームを得るために調整放射のベクトル偏光モード及び調整放射の渦偏光モードを変換するように配置されたモード変換手段を含むレーザシステムと、
構造化放射ビームがターゲットと相互作用した後に構造化放射ビームを受け取るように配置されたアナライザであって、散乱された構造化放射の偏光配向と散乱された構造化放射の渦偏光の掌性とを解析して、調整放射のビームに対するターゲットの位置を取得するように適合されたアナライザと
を備える、装置。
１５．ターゲットを調整放射のビームと位置合わせする方法であって、
レーザシステムを使用して調整放射のビームを発生させることと、
空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射を調整放射のビームに加えることと、
構造化放射を有する調整放射のビームをターゲットに衝突させてターゲットと相互作用させ、相互作用した放射を発生させることと、
相互作用した放射を解析して、ターゲットと調整ビームとのアライメント状態を特定することと
を含む、方法。
１６．相互作用した放射の解析により特定されたアライメント状態に基づいて、構造化放射を有する調整放射のビームとターゲットとのアライメントを制御することを更に含む、条項１５に記載の方法。
１７．ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
第１の方向に進む調整ビームを発生させることと、
計測ビームを発生させることと、
計測ビームを、構造化放射を有する構造化された計測ビームに変換することと、
調整ビームと構造化された計測ビームとを結合して、第１の方向に進む結合ビームにすることと、
結合ビームをターゲットに衝突させてターゲットと相互作用させ、相互作用した放射を発生させることと、
相互作用した放射を解析して、ターゲットと調整ビームとのアライメント状態を特定することと
を含む、方法。
１８．調整ビームを発生させることは、レーザを使用してパルスビームを発生させることを含む、条項１７に記載の方法。
１９．計測ビームを発生させることは、連続波又は準連続波レーザを使用して連続又は準連続ビームを発生させることを含む、条項１７に記載の方法。
２０．ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
調整ビームを発生させることと、
構造化ビームを得るために１つ又は複数の空間偏光分布を調整ビームの１つ又は複数の空間モードと空間的に不均一に絡み合わせることで調整ビームの偏光モードを変化させることにより、調整ビームを変換することと、
構造化ビームをターゲットに衝突させてターゲットと相互作用させ、相互作用した放射のビームを発生させることと、
相互作用した放射のビームを少なくとも第１のビームと第２のビームとに分割することと、
第１のビームから画像データを取得することと、
第２のビームから偏光データを取得することと、
画像データ及び偏光データを使用して調整ビームとターゲットとのアライメントを特定することと
を含む、方法。
２１．ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
調整ビームを発生させることと、
不均一なベクトル偏光と不均一な渦偏光とを有する構造化ビームを得るために、任意の順序で、調整ビームに対してベクトル偏光変換を実行し、調整ビームに対して渦偏光を実行することと、
相互作用したビームをターゲットに衝突させてターゲットと相互作用させ、相互作用した放射のビームを発生させることと、
任意の順序で又は同時に、相互作用したビームのベクトル偏光及び相互作用したビームの渦偏光の解析を実行することと、
解析からビームとターゲットとのアライメントを特定することと
を含む、方法。

Claims (21)

1. ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとを位置合わせする装置であって、
   構造化された調整放射の放射源と、
   構造化された調整放射のビームが前記ターゲットと相互作用した後に調整放射の前記ビームから生成された前記構造化された調整放射の前記ビームを受け取るように配置されたアナライザであって、
   前記相互作用した構造化された調整放射の偏光を解析して、前記ターゲットと構造化された調整放射の前記ビームとのアライメントを特定するように適合された前記アナライザと
   とを備える、装置。
2. 前記アナライザにより特定された前記アライメントに少なくとも部分的に基づいて、構造化された調整放射の前記放射源と前記ターゲットとのアライメントを制御するアライメントシステムを更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記アライメントシステムは、ビームステアリングシステムを備える、請求項２に記載の装置。
4. 構造化された調整放射の前記放射源は、レーザシステムであって、調整放射の前記ビームを発生させるように構成されたレーザと、調整放射の前記ビームを受け取るように配置されたモジュールであって、空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射を調整放射の前記ビームに加えるように構成された前記モジュールとを備える、前記レーザシステムを備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記モジュールは、空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射のビームを発生させるように構成された計測レーザシステムと、調整放射の前記ビームと構造化放射の前記ビームとを受け取って結合し、結合ビームを形成するように配置されたビームコンバイナとを備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記モジュールは、不均一な直線偏光を有する構造化放射を含むビームを発生させるために前記調整放射の偏光モードを変換するように配置されたモード変換器を備える、請求項４に記載の装置。
7. 前記モード変換器は、前記レーザから調整放射の前記ビームを受け取るように配置される、請求項６に記載の装置。
8. 前記モード変換器は、前記レーザの光キャビティ内に配置される、請求項６に記載の装置。
9. ターゲット材料のターゲットと調整放射を含むビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
   調整放射のビームを発生させるように構成された第１のレーザシステムと、
   空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射のビームを発生させるように構成された第２のレーザシステムと、
   調整放射の前記ビームと構造化放射の前記ビームとを受け取って結合し、結合ビームを形成するように配置されたビームコンバイナと、
   前記結合ビームが前記ターゲットと相互作用した後に前記結合ビームから放射を受け取るように配置されたアナライザであって、前記結合ビームの偏光を解析するように適合された前記アナライザと
   を備える、装置。
10. 調整放射の前記ビームを発生させるように構成された前記第１のレーザシステムは、パルスレーザを含む、請求項９に記載の装置。
11. 構造化放射のビームを発生させるように構成された前記第２のレーザシステムは、連続波又は準連続波レーザを含む、請求項９に記載の装置。
12. 構造化放射のビームを発生させるように構成された前記レーザシステムは、連続波又は準連続波レーザと、前記連続波又は準連続波レーザから放射を受け取るように配置されたモード変換器とを備える、請求項９に記載の装置。
13. ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
    第１の方向に伝搬する調整放射の前記ビームを発生させるように構成されたレーザシステムと、
    前記レーザシステムから調整放射の前記ビームを受け取って、前記第１の方向に伝搬する構造化放射のビームを発生させるために前記レーザシステムからの前記調整放射の偏光モードを変換するように配置されたモード変換器と、
    構造化放射の前記ビームが前記ターゲットと相互作用した後に前記構造化放射を受け取って、前記相互作用した放射を少なくとも第１のビームと第２のビームとに分割するように配置されたビームスプリッタ／コンバイナと、
    前記第１のビームを受け取るように配置されたアナライザであって、前記第１のビームの偏光を解析して、調整放射の前記ビームに対する前記ターゲットの位置を表す情報の第１の部分を取得するように適合された前記アナライザと、
    前記第２のビームを受け取るように配置されたディテクタであって、前記第２のビームにおける画像情報を使用して、前記ディテクタに対する前記ターゲットの位置を表す情報の第２の部分を取得するように適合された前記ディテクタと、
    情報の前記第１の部分と情報の前記第２の部分とを受け取るように配置されたシステムであって、情報の前記第１の部分と情報の前記第２の部分とに基づいて調整放射の前記ビームに対する前記ターゲットの位置を取得するように適合された前記システムと
    を備える、装置。
14. ターゲット材料のターゲットと調整放射のビームとのアライメント状態を特定する装置であって、
    調整放射の前記ビームを発生させるように構成されたレーザシステムであって、前記レーザシステムから前記調整放射を受け取って、不均一なベクトル偏光と不均一な渦偏光とを有する構造化放射ビームを得るために前記調整放射のベクトル偏光モード及び前記調整放射の渦偏光モードを変換するように配置されたモード変換手段を含む前記レーザシステムと、
    前記構造化放射ビームが前記ターゲットと相互作用した後に前記構造化放射ビームを受け取るように配置されたアナライザであって、散乱された前記構造化放射の偏光配向と散乱された前記構造化放射の前記渦偏光の掌性とを解析して、調整放射の前記ビームに対する前記ターゲットの位置を取得するように適合された前記アナライザと
    を備える、装置。
15. ターゲットを調整放射のビームと位置合わせする方法であって、
    レーザシステムを使用して調整放射の前記ビームを発生させることと、
    空間的に不均一な偏光分布を有する構造化放射を調整放射の前記ビームに加えることと、
    構造化放射を有する調整放射の前記ビームを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲットと相互作用させ、相互作用した放射を発生させることと、
    前記相互作用した放射を解析して、前記ターゲットと前記調整ビームとのアライメント状態を特定することと
    を含む、方法。
16. 前記相互作用した放射の解析により特定された前記アライメント状態に基づいて、構造化放射を有する調整放射の前記ビームと前記ターゲットとのアライメントを制御することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
    第１の方向に進む調整ビームを発生させることと、
    計測ビームを発生させることと、
    前記計測ビームを、構造化放射を有する構造化された計測ビームに変換することと、
    前記調整ビームと前記構造化された計測ビームとを結合して、前記第１の方向に進む結合ビームにすることと、
    前記結合ビームを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲットと相互作用させ、相互作用した放射を発生させることと、
    前記相互作用した放射を解析して、前記ターゲットと前記調整ビームとのアライメント状態を特定することと
    を含む、方法。
18. 調整ビームを発生させることは、レーザを使用してパルスビームを発生させることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 計測ビームを発生させることは、連続波又は準連続波レーザを使用して連続又は準連続ビームを発生させることを含む、請求項１７に記載の方法。
20. ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
    調整ビームを発生させることと、
    構造化ビームを得るために１つ又は複数の空間偏光分布を前記調整ビームの１つ又は複数の空間モードと空間的に不均一に絡み合わせることで前記調整ビームの偏光モードを変化させることにより、前記調整ビームを変換することと、
    前記構造化ビームを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲットと相互作用させ、相互作用した放射のビームを発生させることと、
    前記相互作用した放射のビームを少なくとも第１のビームと第２のビームとに分割することと、
    前記第１のビームから画像データを取得することと、
    前記第２のビームから偏光データを取得することと、
    前記画像データ及び前記偏光データを使用して前記調整ビームと前記ターゲットとのアライメントを特定することと
    を含む、方法。
21. ターゲットを調整ビームと位置合わせする方法であって、
    調整ビームを発生させることと、
    不均一なベクトル偏光と不均一な渦偏光とを有する構造化ビームを得るために、任意の順序で、前記調整ビームに対してベクトル偏光変換を実行し、前記調整ビームに対して渦偏光を実行することと、
    相互作用したビームを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲットと相互作用させ、相互作用した放射のビームを発生させることと、
    任意の順序で又は同時に、前記相互作用したビームのベクトル偏光及び前記相互作用したビームの渦偏光の解析を実行することと、
    前記解析から前記ビームと前記ターゲットとのアライメントを特定することと
    を含む、方法。

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