JP2023541184A - レーザ誘起ブレークダウン分光法のための運動経路方法 - Google Patents

Abstract

組成分析のための方法は、表面を有するサンプルを提供することと、コントローラを用いて、表面に沿った振動経路に沿って複数の等距離位置を判定することと、を含む。振動経路は、表面にほぼ平行な平面内の少なくとも１つの直交次元において正弦曲線である。本方法は、複数の等距離位置の各等距離位置に対して、アブレーションポイントを、振動経路に沿って各等距離位置に移動させることと、エネルギー源をパルス化して、電磁エネルギービームを提供して、アブレーションポイントにおいて材料をアブレーションすることと、エネルギー源をパルス化することに応答して、分光機器を用いて、発光スペクトルを収集することと、を更に含む。本方法はまた、発光スペクトルを分析して、表面における組成を判定することを含む。【選択図】図８

Description

本開示は、概して、レーザ誘起ブレークダウン分光法を実行するためのシステム及び方法に関する。

元素分析技術は、様々な形態の材料の元素組成を判定するのに役立つ。元素分析技術は、破壊的（例えば、材料が試験において破壊される）から、半破壊的（例えば、材料がサンプリングされるか、又は表面が損傷される）まで、更に完全に非破壊的（例えば、材料が完全に無傷のまま残される）までの範囲に及ぶ。例示的な技術としては、誘導結合プラズマ－原子発光分光法（例えば、ＩＣＰ－ＡＥＳ）、ＩＣＰ－質量分析法（例えば、ＩＣＰ－ＭＳ）、電熱原子化原子吸光分光法（例えば、ＥＴＡ－ＡＡＳ）、Ｘ線蛍光分光法（例えば、ＸＲＦ）、Ｘ線回折（例えば、ＸＲＤ）、レーザ誘起破壊分光法（例えば、ＬＩＢＳ）を挙げることができる。元素分析は、定性的又は定量的のいずれかであり得、多くの場合、既知の標準に対する較正を必要とする。

レーザ誘起ブレークダウン分光法（Laser-induced breakdown spectroscopy、ＬＩＢＳ）は、金属、ポリマー、ガラス、セラミック、及び鉱物を含む多種多様な材料を分析するために使用される分析技法である。ＬＩＢＳは、周期表の元素を非常に正確に検出及び定量化することができる。それは、大きなサンプル及び小さなサンプルの分析を行うことができ、サンプル調製をほとんど又は全く必要とせず、バルク元素分析及びイメージングのためのマイクロスキャニングの両方に使用することができる。ＬＩＢＳは、物質をアブレーションし、原子化し、イオン化するためにサンプルに方向付けられるパルスレーザ放射などのパルスエネルギー放射に依拠する。サンプルの表面上への各レーザパルスの衝突は、プラズマのプルームを形成し、そこからの光を、定性的又は定量的分光測定を行うために分析することができる。したがって、ＬＩＢＳは、高精度、検出限界、及び低コストで、使用しやすく、迅速に、その場での化学分析を提供することができる。

物質とのレーザ相互作用は、光子が原子によってどのように吸収又は放出されるかを記述する量子力学によって支配される。原子が光子を吸収する場合、１つ以上の電子は、基底状態から高エネルギー量子状態に遷移する。電子は、可能な限り低いエネルギーレベルを占める傾向があり、冷却／崩壊プロセスにおいて、原子は、光子を放出してより低いエネルギーレベルに戻る。異なる原子の異なるエネルギーレベルは、原子の種類ごとに異なる光子エネルギーを発生し、それらの量子化に起因する狭帯域放出を伴う。これらの発光は、ＬＩＢＳスペクトルに見られるスペクトル放射光線に対応する。

プラズマ寿命には、３つの基本的な段階がある。第１の段階は、レーザパルス中の初期結合破壊及びプラズマ形成を含む点火プロセスである。この点火プロセスは、レーザタイプ、レーザパワー、及びパルス持続時間によって影響を受ける。プラズマ寿命の第２の段階は、プラズマが冷却プロセス中に原子放出を引き起こすので、ＬＩＢＳスペクトル取得及び測定の最適化にとって最も重要である。点火後、プラズマは膨張及び冷却を続ける。同時に、電子温度及び密度が変化する。このプロセスは、アブレーションされた質量、スポットサイズ、サンプルに結合されるエネルギー、及び環境条件（サンプルの状態、圧力など）に依存する。

プラズマ寿命の最終段階は、ＬＩＢＳ測定にはあまり有用ではない。アブレーションされた質量のうちのある程度の量は、蒸気又はプラズマとして励起されない。したがって、この材料は粒子としてアブレーションされ、これらの粒子は、凝縮蒸気、液体サンプル放出、及び固体サンプル剥離を形成し、これらは放射線を放出しない。更に、アブレーションされた原子は、冷たくなり、プラズマの再結合プロセスにおいてナノ粒子を生成する。

本開示は、添付の図面を参照することによって、より良く理解され、その多数の特徴及び利点が当業者に明らかにされ得る。

例示的なレーザ誘起ブレークダウン分光システムの図を含む。 例示的なレーザ誘起ブレークダウン分光システムの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光法を実行するための例示的な装置の図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光法を実行するための例示的な装置の図を含む。 例示的なレーザ誘起ブレークダウン分光システムのビーム図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光法を実行するための例示的な方法を示すブロックフロー図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光法を実行するための例示的な方法を示すブロックフロー図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な方法を示すブロックフロー図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 レーザ誘起ブレークダウン分光システムによって使用される例示的な走査パターンの図を含む。 アブレーションポイントの例示的なパターンの図を含む。 隣接するアブレーションポイントへの移動のパターンを示す図を含む。 隣接するアブレーションポイントへの移動のパターンを示す図を含む。

異なる図面における同じ参照符号の使用は、類似又は同一の項目を示す。

一実施形態では、組成分析のためのシステムは、サンプルの表面上のアブレーションポイントに方向付けられたエネルギービームを提供するエネルギー源を含む。エネルギー源は、例えば、レーザであり得る。アブレーションポイントは、振動経路に沿って順次、表面上の位置（サンプルポイント）に移動させることができる。一例では、これらの位置は、振動経路に沿って等距離の場所に配置することができる。一例において、振動経路は、平面次元のうちの少なくとも１つの直交次元において正弦波パターンを含む。システムは、アブレーションポイントの移動を振動経路に沿った位置に方向付けるコントローラを含むことができる。システムは、レンズ及びミラー、又は任意選択的に、アブレーションポイントの移動を容易にするための線形ステージプラットフォームを更に含むことができる。エネルギービームは、アブレーションポイントにおいてサンプルの表面から材料をアブレーションする。アブレーションされた材料は、発光スペクトルを発生する。システムは、発光スペクトルを収集するための収集システムを含むことができる。一例では、収集システムは、アブレーションされた材料によって放出される波長を判定するために、スペクトルアナライザ又は分光器に光学的に接続された収集レンズを含む。システムは、発光スペクトルを使用して、どのような元素が存在するか、任意選択的に、どれだけの量で存在するかを判定することができる。

更なる例において、組成分析のための方法は、表面を有するサンプルを提供することを含む。振動経路に沿って連続的に各位置（サンプルポイント）で、材料がその位置で表面からアブレーションされ、発光スペクトルが収集され、発光スペクトルが分析されて表面での組成が判定される。任意選択的に、発光スペクトルは、組成を判定するための更なる分析のためにデジタル信号に変換される。平均表面組成を判定するために、平均化などによって、組成を分析することができる。別の例では、位置における組成を使用して、位置分解された組成の画像又はマップを形成することができる。

従来の走査方法は、特に不規則的な形状とともに使用される場合、表面の迅速かつ分散されたカバレッジを提供することができないことが発見されている。表面にわたって組成を平均化するとき、従来の方法は、表面の１つの領域を別の領域に対して過度に強調する傾向がある。本明細書で説明されるシステム及び方法は、有利に、他の利点の中でもとりわけ、均一なカバレッジ及び試験速度を提供する。

図１は、例えばレーザ誘起ブレークダウン分光法によって組成分析を行うためのシステム１の概略図を含む。サンプル２は、プラットフォーム４上に配置される。エネルギー源６は、エネルギービーム８を、レンズ１０などの光学系を通して、サンプル２の表面上に配置されたアブレーションポイント１２に方向付ける。材料がサンプル２の表面からアブレーションされ、アブレーションされた材料の少なくとも一部分が霧化又はイオン化されて、例えば、光ファイバケーブルを使用して分光計１８に光学的に接続された収集レンズ１６によって収集される発光スペクトル１４が得られる。

エネルギー源６はレーザとすることができる。一例では、エネルギー源６は、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、又は２６６ｎｍなど、２００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲の波長を有するパルスレーザである。更に、エネルギー源６は、サンプルの表面から材料をアブレーションし、元素組成を調べるのに十分な、少なくとも１ＭＷ／ｃｍ²など、０．５ＭＷ／ｃｍ²～２ＧＷ／ｃｍ²の範囲のピーク電力を有することができる。例えば、レーザパルスは、１００μＪ～１００ｍＪの範囲のエネルギー、及びフェムト秒、ピコ秒、又はナノ秒レジームのパルス幅を有し、パルス反復率はＭＨｚレジームまでとすることができる。レーザは、モードロックレーザ又はＱスイッチレーザであり得る。例えば、レーザは、受動Ｑスイッチレーザ又は能動Ｑスイッチレーザであり得る。

レンズ１０は、球面レンズ、フラットフィールド走査レンズ、例えば、Ｆ－ｔａｎ（θ）走査レンズ、又はＦシータ走査レンズを含むことができる。特に、レンズ１０はＦシータ走査レンズである。

収集システムは、収集レンズ１６及び分光計１８を含むことができる。一例では、分光計は、電荷結合素子（charge coupled device、ＣＣＤ）撮像装置などの撮像装置を含む。更なる例では、発光スペクトルは、１つ以上のミラーによって分光計に方向付けられ得る。追加の例では、分光計は、１つ以上のミラー、レンズ、アパーチャ、格子、プリズム、及び放射収集装置などの様々な光学構成要素を含むことができる。一例において、放射収集装置は、電荷結合素子（ＣＣＤ）装置である。しかし、他の例では、他の放射検出器を使用することができる。

特に、システム１は、コントローラ２０を含む。一例では、コントローラ２０は、サンプル２の表面上の位置に対するアブレーションポイント１２の相対移動を制御することができる。例えば、コントローラ２０は、固定ビーム８に対してサンプル２を移動させるために、プラットフォーム４などの線形ステージ並進テーブルを制御することができる。別の例では、ガルボミラー、プリズム、又はレンズなどのミラーを使用して、固定サンプル上のアブレーションポイントの相対位置を変更することができる。コントローラ２０は、サンプル２の表面上の位置に向かってアブレーションポイント１２の相対移動を、振動経路に沿って順次制御することができる。サンプル２の表面上の各位置における発光スペクトルの収集から、走査された表面の組成マップを構築することが可能である。

コントローラ２０は更に、レーザ６のタイミングを制御して、サンプル表面上の所望の位置でのみ材料をアブレーションすることができる。更に、コントローラ２０は、分光計１８などの収集システムを制御して、レーザ６の起動から遅延した時間に発光スペクトルを収集することができる。

一例では、コントローラ２０は更に、サンプル２の表面上の試験領域の選択を可能にすることができる。例えば、コントローラ２０は、レーザシステムを使用して、表面のエッジを検出し、全表面積を選択することができる。別の例では、コントローラ２０は、任意選択的なカメラ１１を使用して表面のエッジを検出することができる。更なる例では、コントローラ２０は、ユーザが試験のために表面の領域を選択することを可能にするインターフェースをユーザに提供することができる。

並進テーブルの代替として、システムは、１つサンプル以上の固定ミラー及びガルボミラーなどの可動位置決めミラーのセットを含むことができ、電磁エネルギービームを、レンズを通して表面上のアブレーションポイントに方向付けることができる。一例では、モータ駆動されるミラーは、サンプル２の表面上の振動経路に沿って順次配置された位置（サンプルポイント）にアブレーションポイントを誘導するように自動的に制御及び調整することができる。一例では、コントローラ２０は、調整可能なミラーを制御して、アブレーションポイント１２が位置するサンプル２の表面上の位置（サンプルポイント）を調整する。特に、コントローラ２０は、例えば調整可能なミラーを駆動するモータを制御することによって、アブレーションポイントを振動経路に沿って順次配置された位置に移動させるように構成される。

コントローラ２０は、コンピュータ（図示せず）を備えることができ、例えば、記憶媒体と、メモリと、プロセッサと、互いにリンクされたユーザ出力インターフェース、ユーザ入力インターフェース、ネットワークインターフェースなどの１つ又は複数のインターフェースと、を備える。記憶媒体は、ハードディスクドライブ、磁気ディスク、光ディスク、ＲＯＭ等のうちの１つ以上のような任意の形態の不揮発性データ記憶装置であり得る。記憶媒体は、アブレーションポイント１２が位置するサンプル２の表面上の位置をコントローラ２０に調整させるための１つ以上のコンピュータプログラムを記憶し得る。メモリは、データ又はコンピュータプログラムを記憶するのに好適な任意のランダムアクセスメモリであり得る。プロセッサは、１つ以上のコンピュータプログラム（記憶媒体上又はメモリ内に記憶されるもの等）を実行するために好適な任意の処理ユニットであり得る。プロセッサは、単一の処理ユニット、又は並列に、別々に、若しくは互いに協働して動作する複数の処理ユニットを備え得る。プロセッサは、処理動作を実行する際に、記憶媒体又はメモリにデータを記憶し得るか、又は記憶媒体又はメモリからデータを読み取り得る。コンピュータと可動ミラーとの間、又は並進プラットフォーム４とエネルギー源６との間にインターフェースを提供するために、任意のユニットであるインターフェースが提供され得る。ユーザ入力インターフェースは、ユーザ又はオペレータから入力を受信するように構成され得る。ユーザは、ユーザ入力インターフェースに接続された、又はユーザ入力インターフェースと通信する、マウス（又は他のポインティングデバイス）又はキーボード等のコントローラの１つ以上の入力デバイスを介して、この入力を提供し得る。しかしながら、ユーザは、１つ以上の追加的な又は代替的な入力デバイス（タッチスクリーンなど）を介して、コンピュータに入力を提供し得ることが理解されよう。コンピュータは、ユーザ入力インターフェースを介して入力デバイスから受信した入力を、プロセッサが後でアクセスして処理するためにメモリに記憶し得るか、又はプロセッサがそれに応じてユーザ入力に応答することができるように、入力を直接プロセッサに引き渡し得る。ユーザ出力インターフェースは、グラフィカル／ビジュアル出力をユーザ又はオペレータに提供するように構成され得る。例えば、サンプルから収集された発光スペクトルは、グラフィカル／ビジュアル出力としてユーザ又はオペレータに提供され得る。したがって、プロセッサは、ユーザ出力インターフェースに、所望のグラフィカル出力を表す画像／ビデオ信号を形成するように命令し、この信号を、ユーザ出力インターフェースに接続されたモニタ（又はスクリーン表示ユニット）などのビデオ表示ユニット（video display unit、ＶＤＵ）に提供するように構成され得る。上述のコンピュータアーキテクチャは単に例示的なものであり、異なるアーキテクチャを有する（例えば、より少ない構成要素を有する、又は追加的な若しくは代替的な構成要素を有する）他のコンピュータシステムが使用され得ることが理解されよう。例として、コンピュータは、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ラップトップ、などのうちの１つ以上を含み得る。

図２は、パルスレーザ１１３、ビームエキスパンダ１１１、二軸走査ガルボシステム１１０、レンズ１０８、チャンバ１０３、１つ以上のミラー１０５、関連するレンズ１１６、及び１つ以上の分光器１１７を含むレーザ誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）システム１００の図を含む。サンプル１０１は、サンプルの表面をチャンバ１０３の内部に露出させるための開口又は分析アパーチャを含むテーブル上に配置することができる。

レーザ源１１３は、例えば、図１に関連して上述したような波長又はパワーを有する光パルス１１２を放射する。レーザ源１１３は、１～１０００Ｈｚの範囲のパルスレートを有することができる。各パルス１１２はサンプル１０１の表面に方向付けられ、そこでプラズマ１０２が発生される。プラズマ１０２から発する光は、ミラー１０５によって収集され得、レンズ１１６を通して分光器１１７に方向付けられ得る。光強度の対応する検出は、定性的又は定量的分光法を行うために使用することができ、表面上の元素及び潜在的な組成の同定につながる。

任意選択的に、レーザビーム１１２の直径を増大させるために、レーザ源１１３からのレーザビーム１１２の経路にビームエキスパンダ１１１が配置される。レーザビーム１１２の直径を拡大することは、単位面積当たりのパワーを減少させ、ガルボシステム１１０のミラー等の光学構成要素を損傷させることを回避し、その後、サンプル表面上により緊密な集束スポットを達成する。したがって、ビーム１１２は、ミラー１１０に当たると、より大きな領域１０９で反射する。一例では、ビームエキスパンダ１１１は、入射レンズ１１１Ｂ及び出射レンズ１１１Ａを含む。

ガルボシステム１１０は、２つの電動ミラー１１０Ａ及び１１０Ｂを含むことができる。Ｆシータレンズなどのレンズ１０８と結合されたそのような電動ミラー１１０Ａ及び１１０Ｂは、サンプル１０１の表面上にマッピングにしたがってビームを方向付けることができる。一例では、レンズ１０８は、サンプル表面上の約１０μｍのスポットにレーザビーム１１２を集束させることができる。スポット上の単位面積当たりのレーザ強度は、プラズマ１０２を発生させるのに十分である。プラズマ１０２によって放出された光１０４の一部は、１つ以上のミラー１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、又は１０５Ｄによって回収され、１つ以上のレンズ１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、又は１１６Ｄを通して１つ以上の分光器１１７上に集束される。４つのミラー１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ及び１０５Ｄ並びに４つの対応するレンズ１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ及び１１６Ｄが示されているが、実施形態は、１つ以上のそのようなミラー及び１つ以上の対応するレンズを備えることができることが理解されよう。

分光器１１７は、スリット１１７Ａ、格子１１７Ｂを使用して波長に応じて光１０４を分割し、線形アレイセンサ１１７Ｃ又は単一チャネルセンサ１１７Ｄを使用して光を検出する。センサ１１７Ｃ又は１１７Ｄからのセンサ信号は、サンプルの元素組成を判定するために使用することができる。

サンプル１０１は、サンプル１０１の表面がチャンバ１０３の内部に露出されるようにチャンバ１０３に結合される。そうでなければ、チャンバ１０３を気密に封止することができる。例えば、レンズ１０８又は１１６は、Ｏリング１０７又は１１５を含むことができる。

チャンバ１０３には、アルゴン、窒素、ヘリウム、又は空気などのガスを流し込むことができる。チャンバ１０３の内部は、圧力又は真空に維持することができる。ガスは、開口部１０６を通ってチャンバ１０３内に注入され、第２の開口部１１４を通ってチャンバ１０３から出ることができる。任意選択的に、真空ポンプを第２の開口部１１４に接続して、ガスがチャンバ１０３を通って移動するときにチャンバ１０３内を真空引きすることができる。開口部１０６又は１１４の位置により、デッドボリュームを低減し、プラズマ１０２によって形成されたダストを排出するために、チャンバを横切るガス流を提供することができる。第２の開口部１１４に真空ポンプを接続することにより、真空ポンプを介してダストを排出することができる。特に、プラズマ１０２及び結果として生じる放射光１０４の品質及び性質は、チャンバ１０３内の環境に依存する。したがって、ダスト管理を備えた気密チャンバ１０３が非常に望ましい。

図３の例示的なＬＩＢＳシステムに示されるように、分析アパーチャ２０２を有するサンプルテーブル２０１は、チャンバ２１０の上方に位置する。サンプルは、サンプルプレス２０９によって適所に保持することができる。レーザシステム２０７は、ビームエキスパンダ２０６によってガルボミラーシステムを介してレンズ２０５に結合され、レンズは、レーザパルスを、分析アパーチャ２０２を通して露出されたサンプルの表面に方向付ける。

分析アパーチャ２０２を通してサンプルの表面に衝突するレーザパルスの結果として形成されるプラズマから放出される光は、プラズマビジョンミラー支持体２０４Ａ及び２０４Ｂによって保持されるミラーによって収集することができる。一例では、プラズマビジョンミラー支持体２０４Ａに結合されたミラーによって収集された光は、分光レンズ２０８に方向付けられる。別の例では、プラズマビジョンミラー支持体２０４Ｂに取り付けられたミラーによって収集された光は、分光器２０３に投影される。

図４は、図１のＬＩＢＳシステムについて詳細を更に示す。サンプルプレス３０１は、チャンバ３１３の内部に向かって開放した分析アパーチャ３０４を有するサンプルテーブル３０３にサンプルを固定することができる。ビームエキスパンダ３０９及びＦシータレンズ３０８を通して方向付けられるレーザパルスは、分析アパーチャ３０４を通してサンプルに衝突することができる。Ｆシータレンズ３０８は、Ｆシータレンズ支持体３１０によって支持することができる。図２に示されるようなガルボミラーシステムを使用して、ビームエキスパンダ３０９及びＦシータレンズ３０８を通過するレーザパルスは、分析アパーチャ３０４を通して露出されたサンプルの表面上にマッピングすることができる。

結果として生じるプラズマから放出される光は、ミラー３０７Ａ又は３０７Ｂによって収集することができ、分光器レンズ３０２を通して、又は分光器３１１に方向付けることができる。例えば、ミラー３０７Ａによって収集された光は、分光器３１１に再び方向付けることができる。別の例では、ミラー３０７Ｂによって収集された光は、分光レンズ３０２に方向付けることができる。ミラー３０７Ａ又は３０７Ｂは、それぞれプラズマビジョンミラー支持体３０６Ａ又は３０６Ｂによって適所に保持することができる。

更なる例では、チャンバ３１３は、ガス流が、プラズマによって形成されたダスト粒子をサンプル表面及びサンプルアパーチャ３０４から引き離すように構成することができる。例えば、チャンバ３１３は、レンズ３０８近傍のチャンバの底部に近接して配置されたガス入口（図示せず）を有し得る。ガスは、チャンバ３１３を通って分析アパーチャ３０４に向かって上方に流れることができる。チャンバ３１３は、フローパイプ３０５又は壁を画定することができる。ガスは、壁を越えて出口３１２に接続された環状部に流入する。任意選択的に、出口３１２は、真空ポンプに接続することができ、真空ポンプは、ガスを、チャンバ３１３を通して、フローパイプ３０５にわたって環状部に吸引し、出口３１２から放出する。

図５は、システムを通って延在する光の例示的な経路を示す。例えば、レーザビーム４１０は、ガルボシステムの電動ミラー４０９Ａ又は４０９Ｂに、かつ集束されたレーザビームをサンプル平面４０１上に提供するＦシータレンズ４０８を通って方向付けることができる。サンプル平面４０１でサンプルに衝突すると、レーザビームは、光４０５を放出するプラズマ４０４を形成する。プラズマ４０４の光４０５は、ミラー４０６Ａ又は４０６Ｂに衝突することができ、これらミラーは、収集された光４０５を分光レンズ４０２上に、又は入口４０３を通して分光器に方向付ける。一例では、図１、図２、又は図３に示す分光器などの分光器は、プラズマによって放出されたスペクトルを収集し、スペクトルに基づいて元素組成を判定することができる。

図２、図３、図４、及び図５に示すシステムの各々は、互いの要素及び特徴、又は図１に示すシステムの要素及び特徴を含むことができる。一例では、図２、図３、図４、及び図５のシステムの各々は、図１に関連して説明した形態及び機能を有するコントローラを更に含むことができる。更なる例では、図２、図３、図４、及び図５のシステムの各々は、図１に関連して説明したようなカメラを有することができる。

図１～図５に示されるようなシステムの特徴は、バルク元素分析のためのサンプルの表面にわたる振動走査である。一例では、振動走査は、各測定後に望ましい統計を得るために多数のサンプルポイントにわたって平均化することを可能にする。考慮中のサンプル表面にわたる多くのサンプルポイントの収集は、定性分析又は定量分析の精度を増加させる。表面全体にわたる多くのサンプルポイントから測定値を収集することは、単一点と比較してサンプル組成をより表す。例えば、システムは、直径約１０μｍの単一点と比較して、直径１ｍｍ～１０ｍｍの表面積を分析することができる。

上述のシステムの走査がなければ、レーザは各パルスでサンプルの同じ部分をアブレーションし、各パルスの後、サンプルの組成が異なる深さで分析される。深さの限界が存在し、その限界を超えると更なる分析が不可能になるため、このような測定技術は制限される。例えば、プラズマは、プラズマがクレータの深さによって遮蔽される点まで、又はレーザの焦点がもはや信頼できるプラズマを形成するのに十分ではない点まで、クレータに食い込む。対照的に、本システムの走査は、Ｆシータレンズの焦点でプラズマを連続的に検出しながら、測定の数を増加させる。

サンプル表面の正確かつ代表的な分析のために、例えば、表面の分散サンプリング及び低減された加速ジャンプを伴う改善されたミラー移動を提供する走査経路を使用して、表面にわたって分散サンプリングを有することが望ましい。特に、走査経路は、正弦波パターン（例えば、正弦又は余弦）として、少なくとも１つの直交次元（例えば、表面上のｘ又はｙ次元）における移動を画定することができる。一例では、正弦波パターンは、時間の関数であり得る。例えば、正弦波パターンは、周期性パラメータを含むことができる。更に、正弦波パターンは、振幅を有することができ、この振幅は、一定であり得るか、又は時間若しくは位置の関数であり得る。一般に、正弦波パターンの一次導関数も正弦波である。例えば、正弦波パターンは、正弦又は余弦パターンであり得る。一例では、正弦波パターンが正弦パターンである場合、一次導関数は、余弦であり、二次導関数は、正弦である。正弦波パターン及び正弦波導関数は、走査が複数回実行されてサンプリングポイントの数、したがって分析結果の精度を増加させることができるように、ミラー移動における加速度ジャンプを低減し、走査経路の端部における連続性を可能にするために好ましい。

サンプルポイントは、例えば、正弦波パターンによって、サンプル経路に沿って画定することができる。サンプルポイントは、経路に沿って等距離に画定することができる。一例では、等距離サンプルポイントは、直線的に等距離の点又は曲線的に等距離の点であり得る。正弦波経路及び経路に沿った等距離のサンプルポイントは、ミラーがビームを次のサンプルポイントに迅速に移動させることができる一方で、レーザが所望のプラズマを生成するのに十分長く各サンプルポイントで静止したままであるように、ミラーの所望の移動を可能にする。

図６は、サンプルを分析するための例示的な方法６００を示すブロックフロー図を含む。方法６００は、ブロック６０２に示されるように、サンプルを挿入することを含む。例えば、サンプルをチャンバ内に挿入するか、又はチャンバ内のプラットフォーム上に配置することができる。別の例では、サンプルは、サンプルの表面をチャンバの内部に露出させる分析アパーチャを有するサンプルテーブルに対して配置することができる。

ブロック６０４に示されるように、システムは、サンプルの表面にわたって画定される振動経路を判定することができる。例えば、分析アパーチャは、試験のために露出されるサンプルの領域を画定することができる。振動経路は、サンプルの表面上に露出された領域にわたって少なくとも１つの次元において正弦波パターンを利用することができる。代替的に、不規則的な形状を、表面上に露出することができるか、又は器具の使用者によって選択することができる。システムは、不規則的な形状の試験領域の表面にわたってサンプルポイントの望ましい分布を提供する振動経路を画定することができる。一例では、システムのコントローラは、図１に示されるように、カメラを利用して、表面の形状を判定し、表面にわたるサンプルポイントの望ましい分布を提供する適切な振動経路を画定することができる。

一例では、振動経路は、サンプルの表面に沿った２つの直交次元のうちの少なくとも１つの直交次元に沿って正弦波である。例えば、振動経路は、２つの直交次元のうちの少なくとも１つの直交次元に沿って正弦又は余弦パターンを有することができる。例えば、振動経路は、高さ次元に沿って正弦パターンを有することができる。正弦波パターンは、周期性パラメータ及び振幅によって特徴付けることができる。周期性パラメータは、１つの直交次元において表面にわたる多数の振動を提供するように指定することができる。振幅は、一定であり得る。別の例では、振幅は、時間の関数であり得る。更なる例では、振幅は、位置の関数であり得る。

更なる例では、両方の直交次元は、正弦波パターンによって定義される。一例では、第１の直交次元における正弦波パターンは正弦パターンであり得るが、第２の直交次元における正弦波パターンは余弦パターンである。各パターンは、周期性パラメータによって定義することができる。２つの直交次元に沿った両方のパターンの周期性パラメータは、同じであり得る。別の例では、周期性パラメータは、異なる。例えば、２つの周期性パラメータの比は、整数であり得る。一例では、比は、偶数の整数である。代替的に、比率は、奇数の整数である。２つの直交次元の正弦波パターンに関連付けられた振幅は、同じであり得る。例えば、振幅は、時間の同じ関数又は同じ定数であり得る。別の例では、２つの直交次元の正弦波パターンの各々の振幅は、異なる。更に、第２の次元の正弦波パターンの振幅は、一定とすることができ、第１の直交次元の正弦波パターンに関連する振幅は、位置の関数とすることができる。

別の例では、直交次元のうちの少なくとも１つに沿って画定された少なくとも１つの正弦波パターンを有する振動経路は、第２の直交次元上に非正弦波パターンを含むことができる。例えば、ｙ次元の正弦波パターンは、所望の周期性及び振幅を有する正弦波パターンであり得、ｘ次元のパターンは、時間の線形関数などの線形である。

更に、サンプルポイントは、振動経路に沿って画定される。例えば、等距離のサンプルポイントは、振動経路に沿って連続的に画定することができる。等距離のアブレーションポイントは、直線的に等距離であり得、曲線的に等距離であり得る。

ブロック６０６に示されるように、レーザのアブレーションポイントは、振動経路に沿った次のサンプルポイントに方向付けることができる。レーザの再方向付けは、レーザのアブレーションポイントを新しい位置に方向付けるようにミラーを移動させることによって達成することができる。ガルボの慣性特性は、ミラーが各アブレーションポイントにおいてそれらの動きを完全に停止することを可能にしない場合がある。それにもかかわらず、ここで提示される振動運動を使用する利点は、ガルボの回転が一定に保たれ、ミラーがそれらの進路を滑らかに継続することを可能にすることである。レーザパルスはガルボ運動よりも数桁速いので、各パルスは、ミラーが効果的に固定されているかのように衝突する。この結果、各アブレーションポイントはサンプル上の意図された位置に方向付けられ、アブレーションスポットの認識可能な歪みはない。

例えば、ブロック６０８に示されるように、レーザが作動される。レーザの活性化の結果として、１つ以上のパルスは、アブレーションポイントでサンプルの表面に衝突し、表面に沿ったそのポイントで、サンプルの組成のスペクトル特性を放出するプラズマを形成する。

ブロック６１０に示されるように、発光スペクトルが収集される。例えば、発光スペクトルは、収集された発光スペクトルを分光レンズ又は分光器に方向付けるミラーによって収集することができる。分光器は、ブロック６１２に示されるように、発光スペクトルを信号に変換する。

ブロック６１４に示されるように、システムは、振動経路に沿った最後のサンプルポイントに到達したかどうかを判定することができる。最後のサンプルポイントに達していない場合、システムは、ブロック６０６に示されるように、アブレーションポイントを振動経路に沿って次のサンプルポイントに移動させることを繰り返し、ブロック６０８に示されるように、レーザを作動させ、ブロック６１０に示されるように、発光スペクトルを収集し、ブロック６１２に示されるように、発光スペクトルを信号に変換することができる。

最後のサンプルポイントが試験された振動経路の端部に達すると、システムは、ブロック６１６に示されるように、変換された信号を分析することができる。例えば、システムは、信号を分析して、各ポイントにおける組成を判定することができる。更に、システムは測定値を平均化することができる。一例では、システムは、測定値の平均値、中央値、又は測定の最頻値を判定することができる。例えば、システムは、試験されたサンプルポイントにわたる平均組成測定値を判定することができる。分析は、サンプリングプロセスが完了した後に行われるものとして示されているが、分析は、振動経路に沿ったサンプルポイントの試験と同時に行うことができる。

図７は、サンプルを試験するための更なる方法７００のブロックフロー図を含む。方法７００は、アパーチャ又は装置に関連する他の規則的な形状の機械的特徴によって画定されない表面を有するサンプルを試験するときに、特に有用である。特に、不規則的な形状の試験領域を含むサンプルは、図７の方法から利益を得る。

一例では、方法７００は、ブロック７０２に示されるように、システムにサンプルを挿入することを含む。例えば、サンプルを挿入することは、並進テーブルなどのテーブル上にサンプルを配置すること、又はチャンバに露出されたアパーチャの上方にサンプルを配置することを含むことができる。

ブロック７０４に示されるように、試験領域がサンプル上で選択される。例えば、サンプルの画像をユーザに提供して、所望の試験領域を選択することができる。別の例では、システムは、サンプルの表面に関連付けられたエッジを判定し、サンプル表面のエッジに基づいて試験領域を選択することができる。いくつかの例では、試験領域は、円形又は矩形などの規則的な形状を有することができる。他の例では、選択された試験領域は、不規則的な形状を有することができる。

ブロック７０６に示されるように、システムは、中心線及び境界パラメータを判定することができる。例えば、システムは、中心線における試験領域の幅、及び中心線から境界又は縁部までの距離を判定することができる。

ブロック７１０に示されるように、振動パラメータ、例えば、周期性パラメータ又は振幅を判定して、振動経路を画定することができる。例えば、表面に沿った一方又は両方の直交次元に沿った正弦波パターンに関連する周期性パラメータを定義することができる。更に、振幅パラメータは、２つの直交次元に沿った一方又は両方のパターンについて判定することができる。

ブロック７１２に示されるように、システムは、振動経路に沿った等距離点を判定することができる。例えば、これらのポイントは、振動経路に沿って直線的に等距離とすることができる。別の例では、ポイントは、振動経路に沿って曲線的に等距離であり得る。

システムは、振動経路に沿って画定されたサンプルポイントの各々を試験することができる。例えば、システムは、ブロック７１４に示されるように、レーザのアブレーションポイントを振動経路に沿って次のサンプルポイントに移動させることができる。ブロック７１６に示されるように、レーザを１回以上パルス化してプラズマを発生させることができる。

ブロック７１８に示されるように、プラズマによって放出された発光スペクトルを収集することができる。次に、ブロック７２０に示されるように、例えば分光レンズ又は分光器によって、発光スペクトルを信号に変換することができる。

ブロック７２２に示されるように、システムは、振動経路に沿ったサンプルポイントの終了に到達したかどうか、又は振動経路に沿って次のサンプルポイントに移動するかどうかを判定することができる。振動経路の端部に達すると、システムは、ブロック７２４に示されるように、変換された信号を分析することができる。例えば、システムは、表面に沿ったポイントの各々における組成を判定することができる。更に、システムは、平均組成を判定することができる。一例では、システムは、測定値の平均値、中央値、又は最頻値を判定することができる。システムは、変換された信号の測定値を平均し、信号の合計に基づいて組成を判定することができる。代替的に、システムは、各ポイントにおける組成を判定し、サンプルポイントにわたる組成を平均化することができる。

そのような方法を使用して、様々な形状の試験領域に対して表面にわたってサンプルポイントの所望の分布を提供するパターンを画定することができる。例えば、試験領域は、円形であり得る。別の例では、試験領域は、長方形であり得る。更なる例において、試験領域は、不規則的であり得る。

例えば、図８は、円形の試験領域をカバーする例示的な振動経路の図を含む。経路は螺旋パターンに従う。そのようなパターンは、２つの直交次元の両方において、正弦波パターンを使用して、生成することができる。一例では、２つの直交次元のうちの第１の次元における正弦波パターンは、正弦パターンであり、第２の直交次元における正弦波パターンは、余弦パターンである。各正弦波パターンは、時間の関数である。更に、図示の例では、パターンの各々に関連付けられた周期性パラメータは、等しい。正弦波パターンの各々に関連する振幅は、同じであり、時間の関数である。例えば、以下の式（式１）を使用して、パターンを生成することができる。説明したように、振幅は、最大値に達するまで時間（ｔ）とともに増加し、最大値に達すると、振幅は減少する。
（式１）
ｘ（ｔ）＝ｒ（ｔ）・ｃｏｓ（ｋ・ｔ）、及び
ｙ（ｔ）＝ｒ（ｔ）・ｓｉｎ（ｋ・ｔ）、式中
０＜ｔ＜ｔ_rmaxの場合、ｒ（ｔ）＝ｋ_r・ｔ、及び、
ｔ_rmax＜ｔ＜ｔ_rzeroの場合、ｒ（ｔ）＝ｒ_max－ｋ_r・ｔ

ここで、ｔ_rmaxは、最大半径（ｒ（ｔ））に到達する時間であり、ｔ_rzeroは、半径（ｒ（ｔ））が０に戻る時間である。ｋ及びｋ_rは定数である。図９は、１つの表面に沿った２つの直交次元のうちの少なくとも１つの次元において正弦波パターンを使用して生成された振動経路の更なる例を示す。例えば、振動経路は、ｙ次元において正弦波パターンを有することができる。周期性パラメータは、表面にわたる多数の振動を提供するように定義することができる。正弦波パターンの振幅αは一定であり、ｋ_yは一定である。
（式２） ｙ（ｔ）＝α・ｓｉｎ（ｋ_y・ｔ）

ｘ次元などの第２の次元は、線形パターンを使用して、又は余弦パターンなどの正弦波パターンを使用して定義することができる。一例では、ｘ次元は、終点又は全幅に達するまで時間とともに増加する線形関数として定義され、終点又は全幅に達した時点で、パターンは、同じ速度定数ｋ_xを使用して方向を反転する。
（式３）０＜ｔ＜ｔ_xmaxの場合、ｘ（ｔ）＝ｋ_x・ｔ、及び、
ｔ_xmax＜ｔ＜ｔ_xzeroの場合、ｘ（ｔ）＝ｘ_max－ｋ_x・ｔ
ここで、ｔ_xmaxは、ｘ（ｔ）が最大幅に達する時間であり、ｔ_xzeroは、ｘ（ｔ）が０に戻る時間である。

代替的に、第２の次元は、第１の直交次元の正弦パターンとは異なる周期性を有する余弦パターンなどの正弦パターンを使用して定義することができる。図示の例では、正弦パターンの周期性パラメータは、第２の直交次元の余弦パターンの周期性パラメータの１４倍である。したがって、振動経路は、ｘ次元の幅にわたる各振動について、ｙ次元の境界間で７回振動する。
（式４） ｘ（ｔ）＝β・ｃｏｓ（ｋ_x・ｔ）式中、
（例えば、ｉ＝１４）
ここで、βは定数、ｋ_xは定数である。

図８及び図９は、振幅が一定又は時間の関数である振動経路を示しているが、代替的に、振動経路は、少なくとも１つの次元の振幅が位置の関数であるパターンを使用して画定することができる。

図１０は、位置の関数として振幅を有する正弦波パターンを判定するための方法１０００を示すブロックフロー図を示す。例えば、ブロック１００２に示されるように、試験領域が選択されると、システムは中心線を確立することができる。例えば、中心線は、例えば、ｘ次元などの直交次元のうちの１つに沿って画定することができる。特に、中心線は、ｘ次元に沿った最大幅で選択することができる。

ブロック１００４に示されるように、システムは、中心線の幅を測定する。中心線の幅、表面にわたる振動の所望の数、及びサンプルポイントの所望の数に基づいて、システムは、ブロック１００６に示されるように、一方又は両方の直交次元の正弦波パターンに対する周期性パラメータを判定することができる。一例では、周期性パラメータの比は偶数整数である。代替的に、周期性パラメータの比は、奇数の整数である。

周期性パラメータが判定されると、直交次元のうちの少なくとも１つの正弦波パターンの周期における各ピークの位置が分かる。例えば、正弦波関数又はパターンがｙ次元に割り当てられる場合、ｘ次元における線形パターン又は正弦波パターンに基づいて、ｙ次元における正弦波パターンのピークのｘ次元位置を判定することができる。

ブロック１００８に示されるように、ｙ次元における正弦波パターンのピークの各々のｘ位置における中心線から試験領域の縁部までの距離を判定することができる。ブロック１０１０において、ｙ次元における正弦波パターンの振幅パラメータは、各ピークにおける中心線からの測定された距離に基づいて判定することができる。例えば、ｙ次元の正弦波パターンが中心線を通過するたびに、システムは、新しい振幅パラメータをｙ次元の正弦波パターンに割り当てることができる。

発振器経路が判定されると、システムは、ブロック１０１２に示されるように、発振経路に沿った等距離点を判定することができる。そのような等距離点は、サンプルポイントであり得る。

例えば、図１１及び図１２は、円形の試験領域にわたる例示的な振動経路を示す。図示の例では、振動経路は、ｙ次元において正弦パターンなどの正弦波パターンを有する。更なる例では、パターンは、コサインパターンなどのｘ次元における正弦波パターンを含むことができる。ｙ次元における正弦波パターンの周期性パラメータは、ｘ次元における正弦波パターンの周期性パラメータの１４倍である。ｘ次元におけるコサインパターンの振幅は、一定である。しかし、ｙ次元における正弦パターンの振幅は、位置の関数である。例えば、振動経路が中心線を通過するたびに、ｙ次元における正弦関数の振幅αを、外縁までの距離に基づいて変更することができる。
（式５）
ｘ（ｔ）＝β・ｃｏｓ（ｋ_x・ｔ）、及び
ｙ（ｔ）＝α（ｘ）・ｓｉｎ（ｋ_y・ｔ）、
式中、
（例えば、ｉ＝１４）
ここで、ｋ_x、ｋ_y、β及びは、定数である。

例えば、図１２に示されるように、システムは、ｘ次元において幅Ｗを有する中心線を判定することができる。ｘ次元におけるコサインパターンの振幅は、パターンが各周期の全幅を横切るように選択することができる。ｙ次元に関連付けられた正弦パターンの周期性は、余弦パターンの周期性パラメータに対する正弦パターンの周期性の比が１４などの整数であるように選択され得る。

ｘ次元に延在する既知のコサインパターンに基づいて、ｙ次元におけるサインパターンのピークの各々のｘ位置が分かる。次いで、システムは、中心線から正弦パターンのピークにおけるエッジまでの距離を判定し、中心線からエッジまでの距離に基づいて正弦パターンの振幅を判定することができる。例えば、正弦パターンが中心線を通過するたびに、エッジまでの距離を判定することができ、正弦パターンの振幅を距離Ｈ’に基づいて判定することができる。同様に、正弦パターンが中心線を通過するとき、距離Ｈを判定することができ、距離Ｈに基づいて、正弦パターンの振幅を判定することができる。

図１３及び図１４は、そのような方法論を不規則的な試験領域に適用する更なる例示を含む。中心線及び中心線Ｗの幅を判定することができる。判定された中心線に基づいて、ｘ次元に関連するパターンを判定することができる。一例では、パターンは、線形（例えば、式３）であり得る。別の例では、パターンは、余弦パターン（例えば、式４）などの正弦波であり得る。

ｘ次元における余弦パターンの各周期中の表面にわたる所望の振動数に基づいて、ｙ次元における正弦波パターンの周期性パラメータを判定することができる。図示の例では、ｘ次元の周期性パラメータに対するｙ次元の周期性パラメータの比は、１１である。ｙ次元における正弦波パターンの振幅は、位置の関数とすることができる（例えば、式５）。例えば、各ピークについて、中心線Ｈ又はＨ’からの距離を判定することができる。振幅は、ｙ次元における正弦波パターンの所与のピークに向かう中心線の交差に基づいて設定することができる。したがって、不規則的なパターンを端から端まで横断して、サンプルの分布を提供することができる。

振動経路の各々について、システムは、表面のレーザアブレーションを使用して試験するために、その経路に沿って等距離のサンプルポイントを判定することができる。例えば、図１５に示されるように、振動経路は等間隔のサンプルポイントを含むことができる。等距離サンプルポイントは、１５０４に示されるように、線形距離に基づいて判定することができる（例えば、式６）。代替的に、距離は、１５０６に示されているように、振動経路に沿って曲線距離（例えば、式７）に基づいて判定することができる。

プラズマを発生させるためにレーザパルスが表面に方向付けられているとき、レーザを方向付けるミラーは静止していてもよい。レーザが向きを変えられているとき、レーザパルスを停止することができる。例えば、図１６に示されるように、レーザは、アブレーションポイントの位置が振動経路に沿ったサンプルポイントで静止している期間（Ｐ）中に作動される。パルスが停止すると、システムはレーザの向きを変えて、期間（Ｍ）中にアブレーションポイントを移動させることができる。時間に対する位置として見たときの期間（Ｍ）中の移動は、ｓ字形状を有することができる。ｓ字運動の一次導関数は、三角形状を有する速度を提供し、二次導関数は、方形波として示される加速度を提供する。したがって、等間隔のサンプルポイントが経路に沿って配置された振動経路は、振動経路に沿ったポイントを試験するためにシステムが静止している位置と期間との間の迅速な移動を提供する。

例えば、図１７に示されるように、１つ以上のパルスがサンプル表面に方向付けられる期間（Ｐ）の後に、レーザのアブレーションポイントを次のサンプルポイントに再び方向付けるために、期間（Ｍ）の間の素早い移動が続く。したがって、経路に沿ったポイントの位置決めに基づいて、各ポイント間の運動学を定義することができ、１つの周期において、レーザがサンプル表面上の同じスポット上に複数のパルスを生成することを可能にするのに十分長い時間の経過の間、ミラーは静止している。このような時間の経過は、一般にミリ秒のオーダーである。このような静止位置決めは、安定かつ再現可能なプラズマを提供し、分析性能を改善する。運動学的移動の第２の部分又は期間の間、アブレーションポイントは、ｓプロファイル（時間の関数としての変位）を使用して次のサンプルポイントに移動される。そのようなプロファイルは、ポイント間の所望の速度と、滑らかなミラーダイナミクスを保証する加速度プロファイルとを提供する。等距離のサンプルポイントを有する正弦波パターンと、Ｓ字プロファイルを有する運動学との両方を利用することによって、低い走査誤差及び望ましい分析性能を有するシステムが提供される。更に、分析は、キロヘルツ以上のオーダーの望ましい速度で繰り返すことができる。

第１の実施形態では、組成分析のための方法は、表面を有するサンプルを提供することと、コントローラを用いて、表面に沿った振動経路に沿った複数の等距離位置を判定することと、を含む。振動経路は、表面にほぼ平行な平面内の少なくとも１つの直交次元において正弦曲線である。複数の等距離位置のうちの各等距離位置に対して、本方法は、アブレーションポイントを、振動経路に沿って各等距離位置に移動させることと、アブレーションポイントで材料をアブレーションするための電磁エネルギービームを提供するために、エネルギー源をパルス化することと、エネルギー源をパルス化することに応答して、分光機器を用いて、発光スペクトルを収集することと、を含む。本方法は更に、発光スペクトルを分析して、表面における組成を判定することを含む。

第１の実施形態の一例では、アブレーションポイントを移動させることは、並進プレートを使用して、サンプルを移動させることを含む。

第１の実施形態の別の例及び上記の例では、アブレーションポイントを移動させることは、ミラーを位置決めすることを含む。

第１の実施形態の更なる例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って直線的に等距離である。

第１の実施形態の更なる例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って曲線的に等距離である。

第１の実施形態の別の例及び上記の例では、平面内の別の直交次元において、振動経路は、時間に比例して変化する。

第１の実施形態の更なる例及び上記の例では、平面内の別の直交次元において、振動経路は、正弦波である。例えば、振動経路は、連続的に微分可能である。別の例では、平面内の少なくとも１つの直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の一方として変化し、平面内の別の直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の他方として変化する。更なる例では、平面内の少なくとも１つの直交次元において、振動経路は、第１の周期性で変化し、平面内の別の直交次元において、振動経路は、第２の周期性で変化し、第１の周期性は、第２の周期性の整数倍である。例えば、整数倍数は、２～２０の範囲など、１～１００の範囲である。更なる例では、整数倍は１であり、少なくとも１つの次元及び別の次元の両方における振動経路の振幅は、時間に比例する。別の例では、少なくとも１つの次元における振動経路の振幅は、別の直交次元における位置の関数である。

第１の実施形態の更なる例及び上記の例では、発光スペクトルを分析することは、複数の等距離位置の各等距離位置について組成を平均化することを含む。

第１の実施形態の別の例及び上記の例では、方法は、サンプルの表面上の試験領域を選択することを更に含み、振動経路は、試験領域内にある。例えば、本方法は、試験領域の中心線を判定することと、中心線の幅を判定することとを更に含み、中心線は、平面内の別の直交次元に延在する。一例では、本方法は、コントローラを用いて、正弦波振動のピークにおける中心線から試験領域の縁部までの少なくとも１つの直交次元における距離を判定することと、距離に基づいて、正弦波振動の振幅を調整することと、を更に含む。

第２の実施形態では、レーザ誘起ブレークダウン分光法のためのシステムは、サンプルを受容するためのテーブルと、レーザビームを提供するためのレーザ源と、レーザビームをサンプルの表面に方向付けるためのミラーシステムと、を含む。レーザビームは、アブレーションポイントでサンプルの一部分をアブレーションし、発光スペクトルを放出するプラズマを開始するためのものである。システムは、スペクトルを受信するための分光機器と、ミラーシステムと通信するコントローラと、を更に含む。コントローラは、表面に沿った振動経路に沿った複数の等距離位置を判定するためのものである。振動経路は、表面にほぼ平行な平面内の少なくとも１つの直交次元において正弦波である。コントローラは、ミラーシステムを制御して、アブレーションポイントを振動経路に沿って各等距離位置に移動させるためのものである。

第２の実施形態の一例では、コントローラは、レーザ源と通信し、コントローラは、レーザビームをパルス化するようにレーザに指示するためのものである。

第２の実施形態の別の例及び上記の例では、コントローラは分光器と通信し、コントローラは、発光スペクトルを収集するように分光器に指示するためのものである。例えば、コントローラは、発光スペクトルを分析して、表面における組成を判定する。

第２の実施形態の更なる例及び上記の例では、システムは、ミラーシステムの前方のレーザビームの経路内にビームエキスパンダを更に含む。

第２の実施形態及び上記の例の更なる例では、システムは、ミラーシステムに続くレーザビームの経路内にＦシータレンズを更に含む。

第２の実施形態の別の例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って直線的に等距離である。

第２の実施形態の更なる例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って曲線的に等距離である。

第２の実施形態の更なる例及び上記の例では、平面内の別の直交次元において、振動経路は、時間に比例して変化する。

第２の実施形態の別の例及び上記の例では、平面内の別の直交次元において、振動経路は、正弦波である。例えば、振動経路は、連続的に微分可能である。別の例では、平面内の少なくとも１つの直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の一方として変化し、平面内の別の直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の他方として変化する。更なる例では、平面内の少なくとも１つの直交次元において、振動経路は、第１の周期性で変化し、平面内の別の直交次元において、第２の周期性で変化し、第１の周期性は、第２の周期性の整数倍である。例えば、整数倍数は、２～２０の範囲など、１～１００の範囲である。一例では、整数倍は１であり、少なくとも１つの次元及び別の次元の両方における振動経路の振幅は、時間に比例する。更なる例では、少なくとも１つの次元における振動経路の振幅は、別の直交次元における位置の関数である。

第２の実施形態の更なる例及び上記の例では、コントローラは、複数の等距離位置の各等距離位置について組成を平均化することによって発光スペクトルを分析する。

第２の実施形態の追加の例及び上記の例では、コントローラは、サンプルの表面上の試験領域を選択し、振動経路は、試験領域内にある。例えば、コントローラは、試験領域の中心線を判定し、中心線の幅を判定するためのものであり、中心線は、平面内の別の直交次元に延在する。一例では、コントローラは、正弦波振動のピークにおける中心線から試験領域の縁部までの少なくとも１つの直交次元における距離を判定し、その距離に基づいて正弦波振動の振幅を調整する。

第３の実施形態では、組成分析のための方法は、表面を有するサンプルを提供することと、コントローラを用いて、表面に沿った振動経路に沿った複数の位置を判定することと、を含む。振動経路は、表面にほぼ平行な平面内の２つの直交次元において正弦曲線である。振動経路は、２つの直交次元において時間とともに変化する。複数の位置のうちの各位置に対して、本方法は、アブレーションポイントを、振動経路に沿って各位置に移動させることと、エネルギー源をパルス化して、電磁エネルギービームを提供して、アブレーションポイントにおいて材料をアブレーションすることと、エネルギー源をパルス化することに応答して、分光機器を用いて、発光スペクトルを収集することと、を含む。本方法は、発光スペクトルを分析して、表面における組成を判定することを更に含む。

第３の実施形態の一例において、複数の位置は、振動経路に沿って連続的に配置された複数の等距離位置である。

第３の実施形態の別の例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って直線的に等距離である。

第３の実施形態の更なる例及び上記の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って曲線的に等距離である。

第３の実施形態及び上記の例の更なる例では、振動経路は連続微分可能である。

第３の実施形態の別の例及び上記の例では、平面内の２つの直交次元のうちの１つの直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数のうちの一方として変化し、平面内の２つの直交次元のうちの別の直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数のうちの他方として変化する。

第３の実施形態の更なる例及び上記の例では、平面内の２つの直交次元のうちの１つの直交次元において、振動経路は、第１の周期性で変化し、平面内の２つの直交次元のうちの別の直交次元において、振動経路は、第２の周期性で変化し、第１の周期性は、第２の周期性の整数倍である。例えば、整数倍は、２～２０の範囲など、１～１００の範囲内である。更なる例では、整数倍は、１であり、少なくとも１つの次元及び別の次元の両方における振動経路の振幅は、時間に比例する。更なる例では、少なくとも１つの次元における振動経路の振幅は、別の直交次元における位置の関数である。

第３の実施形態の更なる例及び上記の例では、発光スペクトルを分析することは、複数の等距離位置の各等距離位置について組成を平均化することを含む。

第３の実施形態の別の例及び上記の例では、方法は、サンプルの表面上の試験領域を選択することを含み、振動経路は、試験領域内にある。例えば、本方法は、試験領域の中心線を判定することと、中心線の幅を判定することとを更に含み、中心線は、平面内の別の直交次元に延在する。一例では、本方法は、コントローラを用いて、正弦波振動のピークにおける中心線から試験領域の縁部までの少なくとも１つの直交次元における距離を判定することと、距離に基づいて正弦波振動の振幅を調整することとを更に含む。

第４の実施形態では、レーザ誘起ブレークダウン分光法のためのシステムは、サンプルを受容するためのテーブルと、レーザビームを提供するためのレーザ源と、レーザビームをサンプルの表面に方向付けるためのミラーシステムと、を含む。レーザビームは、アブレーションポイントでサンプルの一部分をアブレーションするためのものであり、発光スペクトルを放出するプラズマを開始するためのものである。システムは、スペクトルを受信するための分光機器と、ミラーシステムと通信するコントローラと、を更に含む。コントローラは、表面に沿った振動経路に沿って複数の位置を判定するためのものである。振動経路は、表面にほぼ平行な平面内の２つの直交次元において正弦波である。振動経路は、２つの直交次元において時間とともに変化する。コントローラは、ミラーシステムを制御して、アブレーションポイントを振動経路に沿って各位置に移動させるためのものである。

第４の実施形態の一例では、コントローラは、レーザ源と通信し、コントローラは、レーザビームをパルス化するようにレーザに指示するためのものである。

第４の実施形態の別の例及び上記の例では、コントローラは分光器と通信し、コントローラは分光器に発光スペクトルを収集するように指示するためのものである。例えば、コントローラは、発光スペクトルを分析して、表面における組成を判定する。

第４の実施形態の更なる例及び上記の例では、システムは、ミラーシステムの前方のレーザビームの経路内にビームエキスパンダを更に含む。

第４の実施形態及び上記の例の更なる例において、システムは、ミラーシステムに続くレーザビームの経路内にＦシータレンズを更に含む。

第４の実施形態の別の例及び上記の例では、複数の位置は、振動経路に沿って順次配置された複数の等距離の位置である。例えば、複数の等距離位置は、振動経路に沿って直線的に等距離である。別の例では、複数の等距離位置は、振動経路に沿って曲線的に等距離である。

第４の実施形態の更なる例及び上記の例では、振動経路は連続的に微分可能である。

第４の実施形態及び上記の例の更なる例において、平面内の２つの直交次元のうちの１つの直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数のうちの一方として変化し、平面内の２つの直交次元のうちの別の直交次元において、振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数のうちの他方として変化する。

第４の実施形態の別の例及び上記の例では、平面内の２つの直交次元のうちの１つの直交次元において、振動経路は、第１の周期性で変化し、平面内の２つの直交次元のうちの別の直交次元において、振動経路は、第２の周期性で変化し、第１の周期性は、第２の周期性の整数倍である。例えば、整数倍は、２～２０の範囲など、１～１００の範囲内である。別の例では、整数倍は、１であり、少なくとも１つの次元及び別の次元の両方における振動経路の振幅は、時間に比例する。更なる例では、少なくとも１つの次元における振動経路の振幅は、別の直交次元における位置の関数である。

第４の実施形態の更なる例及び上記の例では、コントローラは、複数の等距離位置の各等距離位置について組成を平均化することによって発光スペクトルを分析する。

第４の実施形態及び上記の例の更なる例では、コントローラは、サンプルの表面上の試験領域を選択し、振動経路は試験領域内にある。例えば、コントローラは、試験領域の中心線を判定し、中心線の幅を判定するためのものであり、中心線は、平面内の別の直交次元に延在する。一例では、コントローラは、正弦波振動のピークにおける中心線から試験領域の縁部までの少なくとも１つの直交次元における距離を判定し、その距離に基づいて正弦波振動の振幅を調整する。

一般的な説明又は実施例において上で説明される活動の全てが必要とされるわけではなく、特定の活動の一部分が必要とされない場合があり、１つ以上の更なる活動が、説明されたものに加えて実行される場合があることに留意されたい。更に、活動が列挙されている順序は、必ずしもそれらが実行される順序ではない。

前述の明細書では、特定の実施形態を参照して概念を説明してきた。しかしながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることを理解する。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきであり、全てのそのような修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。

本明細書で使用される場合、用語「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」、又はそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含をカバーすることが意図される。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されず、明示的に列挙されていない、又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有の他の特徴を含み得る。更に、反対のことが明示的に述べられていない限り、「又は」は、包含的な「又は」を指し、排他的な「又は」を指さない。例えば、条件Ａ又はＢは、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａが真（又は存在）かつＢが偽（又は存在しない）、Ａが偽（又は存在しない）かつＢが真（又は存在する）、並びにＡ及びＢの両方が真（又は存在する）である。

また、「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本明細書に記載される要素及び成分を記載するために使用される。これは、単に便宜上のためであり、本発明の範囲の一般的な意味を与えるためである。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、単数形は、それが他のことを意味することが明らかでない限り、複数形も含む。

利益、他の利点、及び問題に対する解決策が、特定の実施形態に関して上で説明されている。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、及び任意の利益、利点、又は解決策を生じさせ得るか、又はより顕著にし得る任意の特徴は、いずれか又は全ての請求項の重要な、必要な、又は本質的な特徴として解釈されるべきではない。

本明細書を読んだ後、当業者は、明確にするために、別個の実施形態の文脈において本明細書に記載されている特定の特徴が、単一の実施形態において組み合わせて提供され得ることを理解するであろう。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴は、別々に又は任意のサブコンビネーションで提供され得る。更に、範囲で記載された値への言及は、その範囲内の各値及び全ての値を含む。

Claims (25)

1. 組成分析のための方法であって、
   表面を有するサンプルを提供することと、
   コントローラを用いて、前記表面に沿った振動経路に沿って複数の等距離位置を判定することであって、前記振動経路は、前記表面にほぼ平行な平面内の少なくとも１つの直交次元において正弦波状である、判定することと、
   前記複数の等距離位置の各等距離位置に対して、
   前記振動経路に沿って前記各等距離位置までアブレーションポイントを移動させることと、
   前記アブレーションポイントで材料をアブレーションするための電磁エネルギービームを提供するために、エネルギー源をパルス化することと、
   前記エネルギー源をパルス化することに応答して、分光機器を用いて、発光スペクトルを収集することと、
   前記表面における組成を判定するために前記発光スペクトルを分析することと、を含む方法。
2. 前記アブレーションポイントを移動させることは、並進プレートを使用して、前記サンプルを移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アブレーションポイントを移動させることは、ミラーを位置決めすることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記複数の等距離位置は、前記振動経路に沿って直線的に等距離である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数の等距離位置は、前記振動経路に沿って曲線的に等距離である、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記平面内の別の直交次元において、前記振動経路は、時間に比例して変化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記平面内の別の直交次元において、前記振動経路は、正弦波状である、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記振動経路は、連続的に微分可能である、請求項７に記載の方法。
9. 前記平面内の前記少なくとも１つの直交次元において、前記振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の一方として変化し、前記平面内の前記別の直交次元において、前記振動経路は、時間の正弦関数又は余弦関数の他方として変化する、請求項７に記載の方法。
10. 前記平面内の前記少なくとも１つの直交次元において、前記振動経路は、第１の周期性で変化し、前記平面内の前記別の直交次元において、前記振動経路は、第２の周期性で変化し、前記第１の周期性は、前記第２の周期性の整数倍である、請求項７に記載の方法。
11. 前記整数倍は、１～１００の範囲内である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記整数倍は、２～２０の範囲内である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記整数倍は、１であり、前記少なくとも１つの直交次元及び前記別の直交次元の両方における前記振動経路の振幅は、時間に比例する、請求項１０に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つの直交次元における前記振動経路の振幅は、前記別の直交次元における位置の関数である、請求項１０に記載の方法。
15. 前記発光スペクトルを分析することは、前記複数の等距離位置の各等距離位置について前記組成を平均化することを含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記サンプルの表面上の試験領域を選択することを更に含み、前記振動経路は、前記試験領域内にある、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記試験領域の中心線を判定することと、前記中心線の幅を判定することと、を更に含み、前記中心線は、前記平面内の別の直交次元に延在する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記コントローラを用いて、
    正弦波振動のピークにおける前記中心線から前記試験領域の縁部までの前記少なくとも１つの直交次元における距離を判定することと、
    前記距離に基づいて、前記正弦波振動の振幅を調整することと、を更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. レーザ誘起ブレークダウン分光法のためのシステムであって、
    サンプルを受容するためのテーブルと、
    レーザビームを提供するためのレーザ源と、
    前記レーザビームを前記サンプルの表面に方向付けるためのミラーシステムであって、前記レーザビームが、アブレーションポイントで前記サンプルの一部分をアブレーションし、かつ発光スペクトルを放出するプラズマを引き起こす、ミラーシステムと、
    前記発光スペクトルを受信する分光機器と、
    前記ミラーシステムと通信するコントローラであって、前記コントローラは、前記表面に沿った振動経路に沿った複数の等距離位置を判定し、前記振動経路は、前記表面にほぼ平行な平面内の少なくとも１つの直交次元において正弦波状であり、前記コントローラは、前記ミラーシステムを制御して、前記アブレーションポイントを前記振動経路に沿って各等距離位置に移動させる、コントローラと、
    を備えるレーザ誘起ブレークダウン分光法のためのシステム。
20. 前記コントローラは、前記レーザ源と通信し、前記コントローラは、前記レーザビームをパルス化するように、前記レーザに指示する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記コントローラは、前記分光機器と通信し、前記コントローラは、前記発光スペクトルを収集するように、前記分光機器に指示する、請求項１９又は２０に記載のシステム。
22. 前記コントローラは、前記発光スペクトルを分析して、前記表面における組成を判定する、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記ミラーシステムに続く前記レーザビームの経路内にＦシータレンズを更に備える、請求項１９～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記複数の等距離位置は、前記振動経路に沿って直線的に等距離である、請求項１９～２３のいずれか一項に記載のシステム。
25. 前記複数の等距離位置は、前記振動経路に沿って曲線的に等距離である、請求項１９～２４のいずれか一項に記載のシステム。

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