JP7038043B2 - レーザ維持プラズマ照明システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は概してプラズマ式光源に関し、具体的にはプラズマ式光源のプラズマを点火及び維持するポンプ源に関する。
（優先権）
本願は、「プラズマ点火、温度及び形状最適化のための選択的レーザ波長ミキシング」(SELECTIVE LASER WAVELENGTH MIXING FOR PLASMA IGNITION, TEMPERATURE, AND SHAPE OPTIMIZATION)と題しＡｎａｎｔ Ｃｈｉｍｍａｌｇｉ、Ｓｅｂａｅｋ Ｏｈ、Ｊｏｓｈｕａ Ｗｉｔｔｅｎｂｅｒｇ、Ｌａｕｒｅｎ Ｗｉｌｓｏｎ、Ｒａｈｕｌ Ｙａｄａｖ、Ｉｌｙａ Ｂｅｚｅｌ、Ｍｉｋｅ Ｎａｖｏｎｅ及びＡｎａｔｏｌｙ Ｓｈｃｈｅｍｅｌｉｎｉｎを発明者とする２０１５年９月２８日付米国暫定特許出願第６２／２３３９８０号に基づき米国特許法第１１９条（ｅ）の規定による優先権を主張する出願であるので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。
今までになく小さなデバイス特徴を有する集積回路の需要が増すと共に、それら小型化進行中のデバイスの検査に用いられる秀逸な照明源の必要性が増し続けている。そうした照明源の一つがレーザ維持プラズマ光源である。レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）光源によればハイパワー広帯域光を発生させることができる。レーザ維持光源を動作させる際には、レーザ輻射をガス塊内に合焦させることでそのガス例えばアルゴン又はキセノンをプラズマ状態、即ち光を放射可能な状態まで励起する。この効果のことを通常はプラズマの「ポンピング」と呼んでいる。
本件技術分野で既知なレーザ維持プラズマ照明源では、高吸収レーザ波長又は波長群を放射するポンプ源がプラズマ点火に用いられている。レーザポンプ波長は、プラズマに点火し可収集パワー増量を達成する上で重要なパラメタである。プラズマからの可収集出力を最適化するため、プラズマ点火用波長とプラズマ維持用波長がしばしば別波長とされている。
しかしながら、通常の照明ポンプ源では、プラズマ源動作の点火フェーズと維持フェーズとの狭間に波長又は波長群を切り替えることができない。加えて、プラズマ照明源では、通常、専らプラズマの中心部から照明が集光される。あるしきい値を超えポンプ照明源のパワーを増加させると可収集パワーの飽和が生じるので、プラズマからの照明出力のうち一部分しか集光することができない。
国際公開第２０１４／０９８６４７号 国際公開第２０１４／１６８５１９号
そのため、従来手法の短所例えば上掲のそれを克服するシステム及び方法を提供することが望ましい。
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に係る照明ポンプ源が開示される。ある例証的実施形態に係る照明ポンプ源は、一組のレーザビームを生成するよう構成された一組のパワー源を有する。また、ある例証的実施形態では、それら一組のレーザビームのうち少なくとも幾本かが、相異なる波長を有する照明を含むよう構成される。また、ある例証的実施形態に係る照明ポンプ源は更に光ファイバを有する。また、ある例証的実施形態に係る照明ポンプ源は更に１個又は複数個の光学素子を有する。また、ある例証的実施形態では、その１個又は複数個の光学素子が、レーザビームのうち少なくとも幾本かに由来する照明を光ファイバの一領域又は複数領域に結合させるよう構成される。
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に係るプラズマ点火及び維持方法が開示される。ある例証的実施形態に係る方法では、複数個のパワー源で以て複数本のレーザビームが生成され、それらパワー源のうち少なくとも幾つかによって、相異なる波長を有するレーザビームが放射される。また、ある例証的実施形態に係る方法では、複数本のレーザビームのうち少なくとも幾本かが１個又は複数個の光学素子で以て光ファイバの一領域又は複数領域に結合される。また、ある例証的実施形態に係る方法では、複数個のパワー源のうち１個又は複数個の出力が、当該複数個のパワー源の一通り又は複数通りの動作パラメタの調整を通じ調整される。
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に従いレーザ維持プラズマ照明で以てサンプルをイメージングするシステムが開示される。ある例証的実施形態に係るシステムは、プラズマを点火及び維持する照明ポンプ源サブシステムを有する。また、ある例証的実施形態では、その照明ポンプ源サブシステムが、複数本のレーザビームを生成するよう構成された複数個のパワー源を有する。また、ある例証的実施形態では、それらパワー源のうち少なくとも幾つかが、相異なる波長を有する照明を含むレーザビームを放射する。また、ある例証的実施形態ではその照明ポンプ源サブシステムが光ファイバを有する。また、ある例証的実施形態ではその照明ポンプ源サブシステムが１個又は複数個の光学素子を有する。また、ある例証的実施形態では、その１個又は複数個の光学素子が、レーザビームのうち少なくとも幾本かに由来する照明を光ファイバの相異なる領域に結合させるよう構成される。また、ある例証的実施形態では、レーザビームのうち少なくとも幾本かに由来する結合照明によりポンプ照明が形成される、また、ある例証的実施形態に係るシステムは広帯域照明源サブシステムを有する。また、ある例証的実施形態では、その広帯域照明源サブシステムが、ポンプ照明の少なくとも一部分を差し向けるよう構成された１個又は複数個の照明光学素子を有する。また、ある例証的実施形態では、その広帯域照明源サブシステムが、ガス塊が封入されるガス封入要素を有する。また、ある例証的実施形態では、上記１個又は複数個の照明光学素子が、ポンプ路に沿いガス塊内の１個又は複数個の合焦スポットへとポンプ照明の少なくとも一部分を差し向けることによって、ガス封入要素内のガス塊中でプラズマを維持するよう構成される。また、ある例証的実施形態では、その広帯域照明源サブシステムが、プラズマによって放射された広帯域照明を集光路沿いで集光するよう構成された１個又は複数個の集光光学素子を有する。また、ある例証的実施形態に係るシステムは、１個又は複数個のサンプルをしっかりと保持するサンプルステージを有する。また、ある例証的実施形態に係るシステムはイメージングサブシステムを有する。また、ある例証的実施形態ではそのイメージングサブシステムが検出器を有する。また、ある例証的実施形態ではそのイメージングサブシステムが対物系を有する。また、ある例証的実施形態では、その対物系が、サンプルの表面から来る照明を集光し、集光された照明を集光路経由で検出器へと集束させることで、１個又は複数個のサンプルの表面のうち少なくとも一部分の像を発現させるよう、構成される。
ご理解頂けるように、上掲の概略記述及び後掲の詳細記述は共に専ら例示的且つ説明的なものであり、本件開示を必ずしも限定するものではない。添付図面は、本件開示に組み込まれると共にその特徴の一部を構成し、本件開示の主題を描出するものである。それらの記述及び図面は、相俟って、本件開示の諸原理を説明する役を負っている。
本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）であれば、以下の如き添付図面を参照することで、本件開示の数多い長所をより良好に理解できよう。
本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る照明ポンプ源を示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを介したプラズマのレーザポンピングのグラフィカルデータを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを介したプラズマのレーザポンピングのグラフィカルデータを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを介したプラズマのレーザポンピングのグラフィカルデータを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバを介したプラズマのレーザポンピングのグラフィカルデータを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いレーザ維持プラズマ照明で以てサンプルをイメージングするシステムを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いレーザ維持プラズマ照明で以てサンプルをイメージングするシステムを示す図である。 本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いレーザ維持プラズマを照明する方法を示す処理フロー図である。
以下、添付図面に描出されている開示主題を詳細に参照する。
図１Ａ～図５に、総じて、本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いレーザ維持プラズマ照明源のプラズマを維持するシステム及び方法を示す。
本件開示の諸実施形態で目指しているのは、照明ポンプ源に一組のパワー源を具備させ、相異なる波長を有する複数本のレーザビームをそれらパワー源により生成することである。
注記すべきことに、プラズマの点火及び維持は、そのガス及び／又はプラズマが強い吸収特性を呈する場合の方が、そのガス及び／又はプラズマがポンプ照明に対し弱吸収性な場合に比べ、弱いレーザパワーにて実行することができる。しかしながら、強い吸収を呈するプラズマの場合、光の吸収によってプラズマのサイズが増し輝度が飽和することがある。加えて、ＬＳＰ照明源は、自ＬＳＰ照明源内ガス封入要素の中心部からしか広帯域照明を集光し得ないように構成されることが多い。そうしたＬＳＰ照明源では、あるレベルを超え照明ポンプ源出力を増大させたとしても、使用可能な広帯域照明の相応な増加につながるとは限らない。
ＬＳＰ照明源では、同じパワー源又はパワー源群を用いレーザ波長を制御することで様々な帯域及び画素サイズに係る光を生成することが多く、一組の波長がプラズマ照明源に供給されているときに波長群の相対混合比を個別制御することができない。
本件開示の諸実施形態で目指しているのは、より密なビーム集束及びより高い光ファイバ内強度をもたらすことで、点火レーザ光源におけるビーム品質を高めることである。本件開示の付加的諸実施形態で目指しているのは、１本又は複数本のレーザビームを光ファイバの１個又は複数個のコア内に集束させることで、より低いレーザパワーレベルでのプラズマ点火を可能にすることである。注記すべきことに、これによって、低いファイバ損傷リスクで以てプラズマの点火及び維持を行うことも可能になる。
本件開示の諸実施形態で目指しているのは、更に、ユーザ選定可能且つ個別制御可能な一組のパワー源によって、プラズマの形状、サイズ及び温度と併せ、様々な波長帯から集まるパワー量を制御することである。本件開示の付加的諸実施形態で目指しているのは、一組のレーザ光源により生成されるレーザ波長を変化させることで、観測にかかるプラズマ輝度飽和を緩和し可収集パワー量を最適化することである。本件開示の更なる諸実施形態で目指しているのは、プラズマの維持に利用されるレーザビーム照明の波長が、ＬＳＰ照明源のガス媒質の吸収ピークと対応するものとならないようにすることである。更なる諸実施形態で目指しているのは、プラズマ維持に当たり高吸収点火波長を不活化することである。
本件開示の１個又は複数個の実施形態の潜在的用法としては、これに限られるものではないが、点火困難なポンプをより高いレーザポンプ動作パワー並びにより少ないプラズマ成長及び可収集パワー飽和で駆動するそれや、より小さな画素の検査をサンプル検査プロセス中に実行するそれがある。
図１Ａに、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る照明ポンプ源１００を示す。ある実施形態に係るポンプ源１００は一組のパワー源１０１を有する。例えば、第１レーザビーム１０３ａを生成するよう構成された第１パワー源１０２ａを一組のパワー源１０１に含めることができる。また例えば、第２レーザビーム１０３ｂを生成するよう構成された第２パワー源１０２ｂを一組のパワー源１０１に含めることができる。また例えば、第３レーザビーム１０３ｃを生成するよう構成された第３パワー源１０２ｃを一組のパワー源１０１に含めることができる。一組のパワー源１０１には、例えば、約１００ｎｍ～１．５μｍ域内の照明を放射可能なあらゆるレーザ光源を含めうる。
また、ある実施形態では、それらパワー源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃのうち少なくとも幾つかによって、相異なる波長を有するレーザビーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが放射される。例えば、第１波長λ１（又は第１波長域）の光で組成された第１レーザビーム１０３ａを第１パワー源１０２ａにより生成することができる。また例えば、第２波長λ２（又は第２波長域）の光で組成された第２レーザビーム１０３ｂを第２パワー源１０２ｂにより生成することができる。また例えば、第３波長λ３（又は第３波長域）の光で組成された第３レーザビーム１０３ｃを第３パワー源１０２ｃにより生成することができる、等々である。
ここで注記すべきことに、源１００は上述の如き３個のパワー源に限定されるものではない。本件開示の諸実施形態は、第Ｎ波長λｎ（又は第Ｎ波長域）の光で組成されたものをはじめＮ本のレーザビームを生成するＮ個のパワー源へと敷衍することができる。このように、上掲の記述は限定事項として解されるべきではないのであり、それが提示されているのは単に例証のためである。
一組のパワー源１０１には、本件技術分野で既知なあらゆるレーザシステムを含めることができる。例えば、本件技術分野で既知で電磁スペクトラムの赤外、可視又は紫外部分に属する輻射を発しうるものであれば、どのようなレーザシステムを照明ポンプ源１００に具備させてもよい。
ある実施形態によれば、照明ポンプ源１００に１個又は複数個のダイオードレーザを具備させることができる。例えば、照明ポンプ源１００に１個又は複数個のダイオードレーザを具備させてもよい。一例としては、照明ポンプ源に１個又は複数個のマルチキロワットダイオードレーザを具備させることができる。
ここで注記すべきことに、実装に当たり照明ポンプ源１００のダイオードレーザを適宜選定することで、そのダイオードレーザの波長を、本件技術分野で既知なあらゆるプラズマのあらゆる吸収線（例．イオン転移線）又はあらゆるプラズマ産生ガスのあらゆる吸収線（例．高励起中性転移線）に合わせ込むことができる。そのため、ガス封入要素内に封入されているガスの種類によって、設けるダイオードレーザ（又はレーザダイオード群）の選定が左右されよう。
ある実施形態によれば、照明ポンプ源１００に１個又は複数個の連続波（ＣＷ）レーザを具備させることができる。例えば、照明ポンプ源１００に１個又は複数個のＣＷ赤外レーザ光源を具備させることができる。また別の実施形態によれば、照明ポンプ源１００に、パルスレーザ光を生成するよう構成された１個又は複数個のパルスレーザを具備させることができる。また別の実施形態によれば、照明ポンプ源１００に、変調レーザ光を生成するよう構成された１個又は複数個の変調レーザを具備させることができる。
また、ある実施形態によれば、照明ポンプ源１００にイオンレーザを具備させることができる。例えば、照明ポンプ源１００に、本件技術分野で既知なあらゆる希ガスイオンレーザを具備させることができる。
また、ある実施形態によれば、照明ポンプ源１００に１個又は複数個の周波数変換レーザシステムを具備させることができる。例えば、照明ポンプ源１００に、１００Ｗ超のパワーレベルを有するＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦレーザを具備させることができる。また別の実施形態によれば、照明ポンプ源１００に広帯域レーザを具備させることができる。
ある実施形態に係るポンプ源１００は１個又は複数個の光学素子を有する。ポンプ源１００には光学分野で既知なあらゆる光学素子を具備させることができ、その例としては、これに限られるものではないが、ステアリング光学系、ミラー、ビームスプリッタ、集光アパーチャ、フィルタ等がある。例えば、図１Ａに示すように、ポンプ源１００に、これに限られるものではないが一組のダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを具備させることができる。
ある実施形態では、上記一組のダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが、複数個のパワー源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの出力がそこで反射され及び／又はそれを透過していくよう配置される。例えば、第１ダイクロイックミラー１０４ａについては、波長λ１の光に対し反射性となるように、ひいてはパワー源１０２ａにより放射された光が第１ダイクロイックミラー１０４ａにより第２ダイクロイックミラー１０４ｂへと反射されるように選べばよい。また例えば、第２ダイクロイックミラー１０４ｂについては、波長λ２の光に対しては反射性だが波長λ１の光に対しては透過性となるよう選べばよい。この構成では、パワー源１０２ａ，パワー源１０２ｂにより放射された光が、それぞれ、第３ダイクロイックミラー１０４ｃ方向に透過，反射される。また例えば、第３ダイクロイックミラー１０４ｃについては、波長λ３の光に対しては反射性だが波長λ１の光及び波長λ２の光のうち一方又は双方に対しては透過性となるよう選べばよい。ここで更に注記すべきことに、本件開示の諸実施形態は、第Ｎ波長λｎ（又は第Ｎ波長域）の光で組成されたものをはじめＮ本のレーザビームを反射及び透過させるＮ個のダイクロイックミラーへと敷衍することができる。従って、上掲の記述は限定事項として解されるべきではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。
また、ある実施形態では、複数個のパワー源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの出力同士が結合するよう、一組のダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが配置される。
ここで注記すべきことに、源１００は図１Ａに示した上述のダイクロイックミラー配置に限定されるものではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。例えば、パワー源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの出力がそれぞれダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのみで反射され他のダイクロイックミラーを透過しない（例．波長λ１の光がミラー１０４ａにより反射されるがミラー１０４ｂ及びミラー１０４ｃの一方又は双方を透過せず、波長λ２の光がミラー１０４ｂにより反射されるがミラー１０４ｃを透過しない）態にて、源１００を設計してもよい。ここでご認識頂けるように、複数個の源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃからの照明同士を結合させるに当たり、本件技術分野で既知な光学素子のどのような組合せを用いてもよい。
また、ある実施形態では、上記１個又は複数個の光学素子に１個又は複数個のレンズ１２０を含める。例えば、１個又は複数個のレンズ１２０のなかに集光レンズを含めてもよい。ある例によれば、その集光レンズの長径を集光レンズ単体の厚みより大きくすることができる。また、ある実施形態では、第１波長λ１の第１レーザビーム１０３ａ、第２波長λ２の第２レーザビーム１０３ｂ及び第３波長λ３の第３レーザビーム１０３ｃのうち少なくとも幾本かが集光されるよう、１個又は複数個のレンズ１２０が配置される。
また、ある実施形態では、第１レーザビーム１０３ａ（第１波長λ１）、第２レーザビーム１０３ｂ（第２波長λ２）及び／又は第３レーザビーム１０３ｃ（第３波長λ３）が結合されてポンプ照明ビーム１２２となるよう、１個又は複数個のレンズ１２０が配置される。
また、ある実施形態では、上記１個又は複数個の光学素子によってポンプ照明１２２のうち少なくとも一部分が光ファイバ１３０内へと集束又はステアリングされる。例えば、１個又は複数個のレンズ１２０及びダイクロイックミラー１０４ａによって、波長λ１の光を光ファイバ１３０の第１領域内へと結合させることができる。加えて、１個又は複数個のレンズ１２０及びダイクロイックミラー１０４ｂによって、波長λ２の光を光ファイバ１３０の第２領域内へと結合させることができる。更に、１個又は複数個のレンズ１２０及びダイクロイックミラー１０４ｃによって、第３波長λ３の光を光ファイバ１３０の第３領域内へと結合させることができる。
ここで注記すべきことに、選ばれた光を１個又は複数個のレンズ１２０のみで光ファイバ１３０の諸領域に結合させるよう源１００を構成してもよい。同じくここで注記すべきことに、選ばれた光をダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのみで光ファイバ１３０の諸領域に結合させるよう源１００を構成してもよい。同じくここで注記すべきことに、ダイクロイックミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃに代え集束ミラーにしてもよい。その場合、選ばれたポンプ照明１２２をそれら集束ミラーによって光ファイバ１３０の一領域又は複数領域に結合させることができる。従って、上掲の記述は限定事項として解されるべきではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。
ここで再度注記すべきことに、本件開示の諸実施形態は、第Ｎ波長λｎ（又は第Ｎ波長域）の光で組成されたものをはじめＮ本のレーザビームが光ファイバ１３０のＮ個の領域に結合されうるものへと、敷衍することができる。従って、上掲の記述は限定事項として解されるべきではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。
レーザ維持プラズマ生成システム内への光ファイバの実装について２０１５年３月２４日付米国特許出願第１４／６６７２３５号にて概述されているので、この参照を以て当該出願の全容を本願に繰り入れることにする。レーザ維持プラズマ生成システム内への光ファイバの実装については、２０１３年８月２３日出願の特許文献１及び２０１４年８月４日出願の特許文献２においても概述されているので、この参照を以てそれら文献それぞれの全容を本願に繰り入れることにする。
また、ある実施形態では、光ファイバ１３０によりエンドキャップ１３１経由でポンプ照明１２２が出射される。そのエンドキャップ１３１は、例えば、これに限られるものではないがノズル、アパーチャ、レンズ、ディフューザ、フィルタその他、本件技術分野で既知な何らかの光学素子を有するものとすることができる。
注記すべきことに、１個又は複数個のパワー源１０１を、残りのパワー源１０１から分離されているハウジング内に収容してもよい。例えば、点火波長のレーザ光を放射する１個又は複数個のパワー源１０１を、維持波長のレーザ光を放射する１個又は複数個のパワー源１０１から分離された態で、収容してもよい。
ある実施形態では、上記一組のパワー源のうち１個又は複数個がユーザ選定可能且つ個別制御可能なものとされる。また、ある実施形態では、ユーザが一組のパワー源を用いその波長が異なる１本又は複数本のレーザビームを発生させる。例えば、ユーザが第１パワー源を用い点火レーザビームを発生させるようにするとよい。即ち高吸収波長を有する点火レーザビームである。また例えば、プラズマにより背景が確立された後に、ユーザが他の少なくとも１個のパワー源を用い１本又は複数本の維持レーザビームを発生させる。また、ある実施形態では、ユーザがそれら一組のレーザビームを１個又は複数個の光学素子内に差し向ける。即ちその光学素子によりポンプ照明を発生させる。また、ある実施形態では、ユーザがポンプ照明の諸部分を光ファイバの諸部分内へと差し向ける。例えば、ポンプ照明のうち点火レーザビーム部分を、光ファイバの１個又は複数個の内側領域内へと差し向けることができる。それに加え、ポンプ照明の維持レーザビーム部分を、光ファイバの１個又は複数個の外側領域内へと差し向けることができる。また、ある実施形態では、ユーザが上記一組のパワー源の一通り又は複数通りの動作パラメタを修正して出射ポンプ照明を変化させる。例えば、上記一組のパワー源の一通り又は複数通りの動作パラメタを修正することで、レーザ維持プラズマのサイズ、形状及び温度のうち一通り又は複数通りを変化させる。注記すべきことに、出射ポンプ照明を変化させることで高いビーム品質を得ることができ、ひいてはプラズマ輝度飽和を抑え可収集パワー出力を最適化することができる。
また、ある実施形態では、ユーザが上記一組のパワー源のうちいずれかに個別アクセスしそれら一組のパワー源の一通り又は複数通りの動作パラメタを調整することで、ポンプ照明の品質を変化させる。例えば、ユーザが、生成された１本又は複数本のレーザビームを活化し又は不活化することができる。また例えば、ユーザが上記一組のパワー源のうちいずれかの間で切替を行うことができる。一例としては、ユーザが、１個又は複数個のプラズマ点火用パワー源をターンオフさせ、それと同時に１個又は複数個のプラズマ維持（ハイパワー動作）用パワー源をターンオンさせることができる。また例えば、ユーザが、レーザビームを完全にターンオフさせることなくレーザビーム波長をリアルタイム調整すること、ひいては調整プロセス中にプラズマを点火状態に保つことができる。一例としては、ユーザが、生成されるレーザビームのパワーを低下させることができる。それに加え、ユーザが、維持モードへの切替に際し一組の点火レーザビームのパワーを低下させることができる。また例えば、ユーザが、それら一組のレーザビームの波長帯のうち１個又は複数個を調整することができる。また例えば、ユーザが、それら一組のレーザビームのポンプ照明内相対混合比を変化させることができる。
また、ある実施形態によれば、ユーザが上記１個又は複数個のシステム内光学素子のうちいずれかに個別アクセスしポンプ照明の品質を変化させることができる。例えば、ユーザが１個又は複数個の光学素子を調整し、ポンプ照明の一部分を光ファイバの諸領域へと集束させ又はステアリングすることができる。また例えば、ユーザが、これに限られるものではないが複数通りの屈折率を有するマルチステップインデクスファイバを含めシングルコアファイバにおけるポンプ照明の一部分の空間的コンテンツを、変化させることができる。また例えば、ユーザが、マルチコアファイバにおけるポンプ照明の一部分の集束位置を変化させることができる。
また、ある実施形態では照明ポンプ源がコントローラに接続される。この実施形態では、そのコントローラのファームウェア又はソフトウェアが、ユーザからの一通り又は複数通りの入力に応じ生成された１本又は複数本のレーザビームに係る出力の波長及びレベルを、自動的に又はそのユーザからのフィードバックに応じ調整するよう設計される。例えば、ポンピング照明源に関する適用指定の受領を受け、コントローラの許で１本又は複数本の点火レーザビームを発生させ、それらを上記１個又は複数個の光学素子経由で光ファイバに結合させることができる。また例えば、コントローラの許で１本又は複数本の維持レーザビームを発生させ、それらを上記１個又は複数個の光学素子経由で光ファイバに結合させることができる。また例えば、コントローラの許でそれら一組のレーザビームからポンプ照明を発生させることができる。また例えば、コントローラによるポンプ照明の調整で、プラズマ輝度飽和を緩和しレーザ維持プラズマ照明からの可収集パワーを調整することができる。例えば、コントローラによる出力レベルの調整をユーザからのプロンプトに応じ行うことができる。それに加え、コントローラによるポンプ照明の調整を、本願中で更に詳述される光維持プラズマ照明システムからの受領情報に応じ、そのコントローラ内に格納されている１個又は複数個のプログラム命令に従い行うことができる。
ある実施形態では、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、その光ファイバ１３０がマルチステップインデクスファイバとされる。例えば、複数個のファイバ層を有し各ファイバ層の屈折率が異なるマルチステップインデクスファイバである。また、ある実施形態に係る光ファイバ１３０は、それら複数個のファイバ層を囲むクラッド層１３２を有する。また、ある実施形態では、上記１個又は複数個の光学素子により１本又は複数本の点火レーザビームがこのマルチステップインデクスファイバの第１インデクスファイバ部分内へと結合される一方、１本又は複数本の維持ビームがそのマルチステップインデクスファイバの第２インデクスファイバ部分内へと結合される。例えば、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の点火レーザビームが、１個又は複数個の内側ステップ１３４を有する第１インデクスファイバ部分内へと結合される。また例えば、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームが、１個又は複数個の外側ステップ１３６を有する第２インデクスファイバ部分内へと結合される。また例えば、プラズマ点火の終了後に、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームが、１個又は複数個の内側ステップ１３４を有する第１インデクスファイバ部分内へと結合される。
注記すべきことに、上記１本又は複数本の点火レーザビームを光ファイバ１３０の１個又は複数個の内側ステップ１３４内にて空間的に結合させることで、プラズマに対するポンプ照明１２２の集束度合いが高まる。グラフ１３９で示されているように、それら点火レーザビームの密な空間的結合により光ファイバ１３０の中心部におけるパワー強度が高まるので、より低いパワーレベルでのプラズマ点火が可能になる。
更に注記すべきことに、上記１本又は複数本の点火レーザビームのビームパワーを低め、上記１本又は複数本の維持レーザビームのビームパワーを高めにすることができる。
図１Ｄに、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る光ファイバ１４０を示す。ある実施形態では、この光ファイバ１４０が１個又は複数個のコアを有するマルチコア光ファイバとされる。また、ある実施形態に係る光ファイバ１４０は、自マルチコア光ファイバ１４０の１個又は複数個のコアを囲むクラッド層１４２を有する。また、ある実施形態では、それら複数個のコアのうち１個又は複数個がクラッド層１４３によって囲まれる。この構成では、選ばれたコアがその光ファイバ１４０の他のコアからクラッド層１４３によって分離される。また、ある実施形態では、上記１個又は複数個の光学素子により１本又は複数本の点火レーザビームがこのマルチコア光ファイバ１４０の１個又は複数個の第１コア内へと結合される一方、１本又は複数本の維持ビームがそのマルチステップ光ファイバ１４０の１個又は複数個の第２コア内へと結合される。例えば、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の点火レーザビームを、内コア１４４を有する第１コア内へと結合させる。また例えば、当該１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームを、外コア１４６を有する第２コア内へと結合させる。また例えば、プラズマ点火の終了に続き、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームを、内コア１４４を有する第１コア内へと結合させる。
注記すべきことに、１本又は複数本の点火レーザビームが１個又は複数個の内側ステップ１３４内でより密に集束される幾何形状とすることで、プラズマに対するポンプ照明１２２の集束度合いがより高くなる。更に注記すべきことに、マルチコアファイバに備わるコアを、相異なる数値開口（ＮＡ）値又は屈折率を有するものにすることができる。例えば、１個又は複数個の内コア１４４の数値開口（ＮＡ）値を１個又は複数個の外コア１４６と違えることで、後方反射を防ぐことができる。
図２Ａ～図３Ｂを通じ示されているように、得られているグラフィカルデータによれば、より密に集束される幾何形状は高吸収レーザ波長の使用と並び点火プロセスを改善するものであり、これは、シングルコアファイバ内での集束的な空間的結合を介するのか、それともマルチコアファイバを介するかを問わない。
図２Ａ及び図２Ｂに、シングルコアファイバを介した１ｋＷビームポンピングを示す。図２Ａに描かれているのは、２０００μｍシングルコアファイバを介しポンピングされたビームのパワー密度のグラフ２００であり、高パワー密度領域２０２を有している。比較のため図２Ｂに描かれているのは、６００μｍシングルコアファイバを介しポンピングされたビームのパワー密度のグラフ２１０であり、高パワー密度領域２１２を有している。
図３Ａ及び図３Ｂに、２０００μｍマルチコアファイバを介した１ｋＷビームポンピングを示す。図３Ａに描かれているのは、２０００μｍファイバを介しポンピングされる波長１０４４ｎｍ及び１０６６ｎｍを有するビームのパワー密度のグラフ３００及びその高パワー密度領域３０２であり、その内側の３００μｍが別体の内側ファイバコアにより遮られている場合のものである。比較のため図３Ｂに描かれているのは、その波長が９６５ｎｍで内側ファイバコアのみを通ったビームのパワー密度であり、高パワー密度領域３１２を有している。
注記すべきことに、これらのシミュレーションによれば、光ファイバの全体直径を小さくすることでパワー密度を高めることができる。加えて、更に注記すべきことに、光ファイバの全体直径を小さくすることでパワー密度の拡散をよりタイトにすることができる。
図１Ｅに、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係り連続波（ＣＷ）又はパルスレーザと併用される光ファイバ１５０を示す。ある実施形態では、この光ファイバ１５０が１個又は複数個のコアを有するマルチコア光ファイバとされる。また、ある実施形態に係る光ファイバ１５０は、自マルチコア光ファイバ１５０の１個又は複数個のコアを囲むクラッド層１５２を有する。また、ある実施形態では、それら複数個のコアのうち１個又は複数個がクラッド層１５６によって囲まれる。この構成では、選ばれた１個又は複数個のコアがその光ファイバ１５０の他のコアからクラッド層１５６によって分離される。また、ある実施形態では、上記１個又は複数個の光学素子により１本又は複数本の点火レーザビームがこのマルチコア光ファイバ１５０の１個又は複数個の第１コア内へと結合される一方、１本又は複数本の維持ビームがそのマルチステップ光ファイバ１５０の１個又は複数個の第２コア内へと結合される。例えば、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の点火レーザビームが、１個又は複数個の内コア１５８を有する第１コア内へと結合される。また例えば、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームが、１個又は複数個の外コア１５４を有する第２コア内へと結合される。また例えば、プラズマ点火の終了に続き、上記１個又は複数個の光学素子によって、１本又は複数本の維持レーザビームが、１個又は複数個の内コア１５８を有する１個又は複数個の第１コア内へと結合される。
また、ある実施形態では、ＣＷレーザ又はパルスレーザ１６２ａが１個又は複数個の内コア１５８に向かい集束されそこに結合される。また、ある実施形態では、そのレーザビーム１６２ａがパルスストレッチャ（パルス拡張器）１６４内に通されストレッチレーザビーム１６２ｂとなる。例えば、パルスストレッチャ１６４の使用により、光ファイバ１５０の１個又は複数個の内コア１５８内で負分散を発生させることができる。また例えば、負分散によってレーザビーム１６２ｂを圧縮し、そのパルス持続時間を短くすることができる。また例えば、その負分散によってストレッチレーザビーム１６２ｂから圧縮レーザビーム１６２ｃを生成し、その圧縮レーザビーム１６２ｃを用いプラズマを点火することができる。ここで注記すべきことに、パルスストレッチャは、これに代え又は加え、１個又は複数個の外コア１５４に結合されたレーザビームを対象にして実装させることができる。
注記すべきことに、一組のＣＷレーザ又はパルスレーザを、光ファイバ１５０の１個又は複数個の外コア１５４及び１個又は複数個の内コア１５８のうち少なくとも１個に結合させることができる。複数個のコアへの結合により、レーザビームのアライメント（整列）を助けることができる。複数個のコアへの結合は、また、結合ＣＷレーザ／パルス動作アプリケーション向けに必要となりうる。ＣＷレーザ及びパルスレーザを同じマルチコアファイバの複数個のコア内に結合させることで、プラズマ点火に必要な高電圧点弧ガス絶縁破壊のコスト、複雑性及び潜在的安全リスクを除くことができる。
更に注記すべきことに、ＣＷレーザを他の点火レーザビームに代え又は加え設けることができる。更に注記すべきことに、初期パルス持続時間や光ファイバの損傷しきい値によっては、パルスのストレッチングが不要になることがある。この例で言えばパルスストレッチャ１６４が不要になりうる。
図４Ａ及び図４Ｂに、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る照明ポンプ源１００が実装された光学システム４００を示す。ここで注記すべきことに、本件開示の随所に記載されている諸実施形態及び諸例は、特記なき限りシステム４００に敷衍しうるものと解されるべきである。ここで注記すべきことに、本システム４００は本件技術分野で既知なあらゆるプラズマ式光源に敷衍しうるものと解されるべきである。
ある実施形態に係るシステム４００はレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）照明サブシステム４０１を有する。ここで注記すべきことに、語「ＬＳＰ照明サブシステム」及び「広帯域照明源サブシステム」は、本件開示を通じ「ＬＳＰ照明器」と互換的に用いられている。ある実施形態ではそのＬＳＰ照明器４０１が照明ポンプ源１００を有する。また、ある実施形態では、その照明ポンプ源１００によって光ファイバ１３０を介しポンプ照明４０４が出射される。また、ある実施形態では、そのポンプ照明４０４が、本願中で上述の如くその波長が異なる複数通りのレーザ光成分を含有する。例えば、そのポンプ照明４０４を、これに限られるものではないが赤外（ＩＲ）輻射、可視光及び／又は紫外光を含むものとすることができる。また例えば、そのポンプ照明４０４を、これに限られるものではないが連続波（ＣＷ）輻射及び／又はパルス輻射を含むものとすることができる。また、ある実施形態では、光ファイバ１３０によってエンドキャップ４０２を介しポンプ照明４０４が出射される。例えば、そのエンドキャップ４０２に、これに限られるものではないがノズル、アパーチャ、レンズ、ディフューザ、フィルタその他、本件技術分野で既知なあらゆる光学素子を具備させることができる。
ある実施形態ではＬＳＰ照明器４０１が封入要素４０７を有する。また、ある実施形態では、そのガス封入要素４０７内に、プラズマ４１０を確立及び維持するのに用いるガス塊が封入される。例えば、図４Ａに示すように、ガス封入要素４０７を、これに限られるものではないがプラズマセルで以て構成することができる。ここで注記すべきことに、本件開示の技術的範囲はプラズマセル付ＬＳＰ照明器に限定されるものではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。寧ろ、ガス封入要素４０７はレーザ維持プラズマ光源の分野で既知ないずれのガス封入要素で以て構成してもよいのであり、その例としては、これに限られるものではないがプラズマバルブ、プラズマセル、プラズマチャンバ等がある。プラズマチャンバ及びプラズマセルの使用については２０１４年８月１３日付米国特許出願第１４／４５９１５５号にて概述されている。プラズマバルブの使用については２０１５年４月２９日付米国特許出願第１４／６９９７８１号にて概述されているので、この参照を以てそれらの出願の全容を本願に繰り入れることにする。
ある種の実施形態によれば、ガス封入要素４０７（例．チャンバ、セル又はバルブ）の透過部分は、プラズマ４１０により生成された輻射４１４及び／又はポンプ照明４０４に対し少なくとも部分的に透明なものであれば、本件技術分野で既知ないずれの素材で形成してもよい。ある実施形態によれば、ガス封入要素４０７の透過部分を形成する素材を、プラズマ４１０により生成されたＥＵＶ輻射、ＶＵＶ輻射、ＤＵＶ輻射、ＵＶ輻射及び／又は可視光に対し少なくとも部分的に透明で本件技術分野で既知な、いずれの素材にもすることができる。また、ある実施形態によれば、ガス封入要素４０７の透過部分を形成する素材を、照明ポンプ源１００からのＩＲ輻射、可視光及び／又はＵＶ光に対し少なくとも部分的に透明で本件技術分野で既知な、いずれの素材にもすることができる。
ある実施形態によれば、ガス封入要素４０７内に封入される選ばれたガスを、ポンプ照明４０４の吸収に応じたプラズマ生成に適し本件技術分野で既知な、いずれのガス（例．アルゴン、キセノン、水銀等）にもすることができる。ある実施形態によれば、照明ポンプ源１００からの照明４０４をそのガス塊内に集束させることで、ガス封入要素４０７内のガス又はプラズマに（例．選ばれた１本又は複数本の吸収線を通じ）エネルギを吸収させ、それによりそのガス種を「ポンピング」してプラズマを生成及び／又は維持することができる。また、ある実施形態によれば、図示しないが、ガス封入要素４０７に一組の電極を具備させ、そのガス封入要素４０７の内部空間内にそれら電極でプラズマ４１０を初期発生させることができ、それら電極による点火後は照明ポンプ源１００からの照明によりそのプラズマ４１０を維持することができる。
所期の通り、本システム４００は、様々なガス環境におけるプラズマ４１０の初期発生及び／又は維持に利用することができる。ある実施形態によれば、プラズマ４１０の初期発生及び／又は維持に用いられるガスを、希ガス、不活性ガス（例．希ガス又は非希ガス）又は非不活性ガス（例．水銀）含有のものにすることができる。選ばれるガス環境の例としてはＸｅ含有のものがある。また、ある実施形態によれば、プラズマ４１０の初期発生及び／又は維持に用いられるガスを、二種類以上のガスの混合物（例．不活性ガス同士の混合物、不活性ガスと非不活性ガスとの混合物又は非不活性ガス同士の混合物）を含有するものにすることができる。また、ある実施形態によれば、そのガスを、希ガスと一種類又は複数種類のトレース物質（例．金属ハロゲン化物、遷移金属等）との混合物を含有するものにすることができる。選ばれるガスの例としてはＨｇＸｅがある。
注記すべきことに、本件開示の諸実施形態は多様なガスに敷衍することができる。例えば、本件開示の諸実施形態での採用に適するガスの例としては、これに限られるものではないが、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｈ２、Ｄ２、Ｆ２、ＣＨ４、一種類又は複数種類の金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、Ａｒ：Ｘｅ、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、ＸｅＨｇ等がある。ここで注記すべきことに、本件開示の諸実施形態は、あらゆる光ポンピング型プラズマ生成システムに敷衍しうるものと解されるべきであり、更には、ガス封入要素４０７例えばガスチャンバ、プラズマセル又はプラズマバルブ内でプラズマ４１０を維持するのに適したあらゆる種類のガスに敷衍しうるものと解されるべきである。
一例としては、プラズマ４１０の生成に用いられるガス塊にアルゴンを含有させることができる。例えば、そのガスに、５気圧超の圧力（例．２０～５０気圧）に保持されたほぼ純粋なアルゴンガスを含有させることができる。注記すべきことに、アルゴンベースプラズマの場合は、アルゴンイオンのポンピングに用いられる照明ポンプ源１００を、Ａｒ＋レーザを有するものにするとよい。また例えば、そのガスに、５気圧超の圧力（例．２０～５０気圧）に保持されたほぼ純粋なクリプトンガスを含有させることができる。更に例えば、そのガスに、アルゴンガスと更なるガスとの混合物を含有させることができる。
注記すべきことに、ガス封入要素４０７内のガスがアルゴンであり又はそれを含有している場合、照明ポンプ源１００を、１０６９ｎｍにて輻射を発するよう構成されたＣＷレーザ（例．ファイバレーザ又はディスクＹｂレーザ）を有するものにするとよい。注記すべきことに、この波長はアルゴンにおける１０６８ｎｍ吸収線に見合っているので、アルゴンガスのポンピングにはとりわけ役立つ。ここで注記すべきことに、ＣＷレーザについての上掲の記述は限定性のものではなく、本件技術分野で既知なものであればどのようなレーザでも、本件開示の諸実施形態の脈絡にて実装することができる。
また、ある実施形態では、ポンプ照明４０４が１個又は複数個の照明光学素子によってポンプ路沿いにガス封入要素４０７内へと差し向けられ、本件技術分野で既知な手段のうちいずれかによって、そのガス封入要素４０７内のガス塊中にある１個又は複数個の合焦スポットへと差し向けられる。例えば、光ファイバ１３０からガス封入要素４０７へと、ミラー４０６によってポンプ照明４０４を反射させればよい。別の例に従い、光ファイバ１３０によってガス封入要素４０７内へと直に、ポンプ照明４０４を差し向けてもよい。光ファイバ１３０は、例えば、ガス封入要素４０７の外側に結合させればよい。これに加え、光ファイバ１３０をガス封入要素４０７の内側に結合させてもよい。光ファイバ１３０がマルチコア光ファイバである場合は、その光ファイバ１３０のコアのうち１本又は複数本を、個別的にガス封入要素４０７に結合させればよい。また別の例に従い、光ファイバ１３０の少なくとも一部分をガス封入要素４０７に直に結合させると共に、ポンプ照明４０４のうち少なくとも一部分をミラー４０６によってガス封入要素４０７へと反射させてもよい。別の例に従い、１個又は複数個の集束レンズの働きでガス封入要素４０７内にポンプ照明４０４を集束させてもよい。
また、ある実施形態では、ガス封入要素４０７内に封入されているガス塊中に、本件技術分野で既知な手段のうちいずれかによりポンプ照明４０４が集束される。例えば、ガス封入要素４０７内に封入されているガス塊中に（例．反射性内表面の働きで）照明ポンプ源１００からのポンプ照明４０４を集束させることでプラズマ４１０を点火／維持するよう構成された集光器４０８又は反射器を、ＬＳＰ照明器４０１に具備させることができる。
その集光器４０８は、照明ポンプ源１００に発する照明をガス封入要素４０７内に封入されているガス塊中へと集束させるのに適するものであれば、本件技術分野で既知ないずれの物理的構成も採りうる。ある実施形態によれば、集光器４０８を、照明ポンプ源１００からの照明４０４を受け取ること及びガス封入要素４０７内に封入されているガス塊中にその照明を集束させることに適した、反射性内表面付の凹領域を有するものとすることができる。例えば、その集光器４０８を、反射性内表面を有する楕円体状集光器で以て構成することができる。
注記すべきことに、本件開示の技術的範囲は、図４Ａに示した上述の集光器４０８によりポンプ照明４０４をガス封入要素４０７内に集束させるものに限定されるものではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。寧ろ、本件技術分野で既知ないずれの機構を採用し、ポンプ照明をガス封入要素４０７内に集束させてもよい。例えば、プラズマ４１０の点火及び維持に当たり光リサイクルシステムを採用することができる。例えば、１個又は複数個のリサイクラ光学素子によって未使用のポンプ照明４０４を反射させ、ガス封入要素４０７内に封入されているガス塊内に戻すこと、及び／又は、プラズマ４１０に向かわせ広帯域照明４１４の出力を増やすことができる。光リサイクルシステムの使用については２０１６年６月２０日付米国特許出願第１５／１８７５９０号にて概述されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。
また、ある実施形態では、これに限られるものではないがＥＵＶ輻射、ＶＵＶ輻射、ＤＵＶ輻射、ＵＶ輻射及び／又は可視光等、一通り又は複数通りの第２指定波長を含む広帯域照明４１４がプラズマ４１０によって放射される。例えば、ＬＳＰ照明器４０１を、これに限られるものではないが、１００ｎｍ～１．５μｍ域内波長を有する光を放射可能なＬＳＰ構成のうちいずれかを有するものとすることができる。また例えば、ＬＳＰ照明器４０１を、これに限られるものではないが、１００ｎｍ未満の波長を有する光を放射可能なＬＳＰ構成のうちいずれかを有するものとすることができる。
また、ある実施形態によれば、その広帯域照明４１４を、集光路沿いにある１個又は複数個の集光光学素子によって、本件技術分野で既知ないずれかの要領で集光することができる。例えば、プラズマ４１０によって放射された広帯域照明４１４（例．ＶＵＶ輻射、ＤＵＶ輻射、ＵＶ輻射、ＥＵＶ輻射及び／又は可視光）を集光しその広帯域照明４１４を他の１個又は複数個の光学素子（例．ステアリング光学系、ミラー、ビームスプリッタ、集光アパーチャ、フィルタ、ホモジナイザ等）へと差し向けるよう、集光器４０８を配置することができる。一例としては、プラズマ４１０によって放射されたＥＵＶ広帯域輻射、ＶＵＶ広帯域輻射、ＤＵＶ広帯域輻射、ＵＶ広帯域輻射及び／又は可視光をその集光器４０８で集め、そうした広帯域照明４１４をダイクロイックミラー４１２（例．コールドミラー）へと差し向けることができる。
また、ある実施形態によれば、図４Ａに示すように、そのコールドミラー４１２によりＬＳＰ照明器４０１をホモジナイザ４１６に光学結合させることができる。また、ある実施形態によれば、図４Ｂに示すように、コールドミラー４１２（或いは他の何らかの光学デバイス）によりＬＳＰ照明器４０１を光学サブシステム４２０の光入力に光学結合させることができる。その光学サブシステム４２０の例としては、これに限られるものではないが、検査ツール、計量ツール、リソグラフィツール等がある。この構成によれば、そのＬＳＰ照明器４０１により、ＥＵＶ輻射、ＶＵＶ輻射、ＤＵＶ輻射、ＵＶ輻射及び／又は可視輻射を、本件技術分野で既知な何らかの光学サブシステム４２０、例えばこれに限られるものではないが検査ツール又は計量ツールを構成する下流光学素子へと、送給することができる。
注記すべきことに、本件開示の技術的範囲は、図４Ａに示した上述の集光器４０８によりガス封入要素４０７から広帯域照明４１４を集光するものに限定されるものではなく、それが提示されているのは単に例証のためである。寧ろ、本件技術分野で既知ないずれの機構を実装してガス封入要素４０７から広帯域照明４１４を集光するのでもよい。例えば、ＬＳＰ照明器４０１に何個のまたどのような種類の付加的光学素子を具備させてもよい。例えば、その一組の付加的光学系に、プラズマ４１０に発する広帯域照明４１４を集光するよう構成された集光光学系を含めることができる。加えて、そのＬＳＰ照明器４０１に１個又は複数個の付加的光学素子を具備させ、集光器４０８から下流光学系へと照明を差し向けるようそれらを配置することができる。更に、上記一組の付加的光学系に１個又は複数個のフィルタを具備させ、それらをＬＳＰ照明器４０１の照明路又は集光路沿いに配置することで、ガス封入要素４０７への光の入射に先立ち照明がフィルタリングされるようにすること、或いはプラズマ４１０からの光の放射に続き照明がフィルタリングされるようにすることができる。別の例によれば、広帯域照明４１４を集光するに当たり光リサイクルシステムを実装することができる。例えば、１個又は複数個のリサイクラ光学素子によって、未集光の広帯域照明４１４を、コールドミラー４１２、ホモジナイザ４１６及びイメージングサブシステム４２０のどれかへと反射させることができる。光リサイクルシステムの使用については２０１６年６月２０日付米国特許出願第１５／１８７５９０号にて概述されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。
付加的諸実施形態ではその光学サブシステム４２０が照明サブシステムを有する。例えば、広帯域照明４１４を１個又は複数個のサンプルの表面へと送給する何個かの光学素子を照明サブシステムに具備させることができ、その例としては、これに限られるものではないがステアリング光学系、ミラー、ビームスプリッタ、集光アパーチャ、フィルタ、ホモジナイザ等がある。また例えば、１個又は複数個のサンプルをしっかりと保持するサンプルステージがその照明サブシステムに備わる。
付加的諸実施形態では、その光学サブシステム４２０が、サンプルの検査を実行するのに適した検出器サブシステムを有する。ある実施形態ではその検出器サブシステムが検出器を有する。検出器サブシステムに備わる検出器は、例えば、本件技術分野で既知で相応なものであれば、どのような検出器でも構成することができる。その検出器の例としては、これに限られるものではないがＣＣＤ型検出器、ＣＣＤ－ＴＤＩ型検出器等がある。加えて、その検出器の出力をコントローラに可通信結合させることができる。また、ある実施形態ではその検出器サブシステムが対物系を有する。例えば、サンプルの表面から照明を集光し、集光した照明を集光路経由で検出器へと集束させることで、１個又は複数個のサンプルの表面のうち少なくとも一部分の像を発現させるよう、その対物系を構成することができる。また、ある実施形態ではその検出器サブシステムが光リサイクラサブシステムを有する。
付加的実施形態では、その光学サブシステム４２０が、広帯域照明源サブシステムの出力に光学結合された光学的ツール特徴付けサブシステムを有する。
図５に、本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いプラズマを点火及び維持する方法を示す。ステップ５０２では、相異なる波長を有する一組のレーザビームが生成される。ある実施形態では、それら一組のレーザビームが一組のパワー源によって生成される。また、ある実施形態では、それら一組のレーザビームのうち１本又は複数本がプラズマ点火向けに最適化される。また、ある実施形態では、それら一組のレーザビームのうち１本又は複数本がプラズマ維持向けに最適化される。
ステップ５０４では、それらレーザビームのうち少なくとも幾本かが光ファイバの単一又は複数部分又は領域に結合される。ある実施形態では、それらレーザビームのうち少なくとも幾本かが光ファイバの一領域又は複数領域に１個又は複数個の光学素子を介し結合される。
ある付加的ステップでは、上記一組のパワー源の一通り又は複数通りの動作パラメタが調整される。ある実施形態では、それら一組のパワー源が、上記一通り又は複数通りの動作パラメタの調整を通じ制御可能とされる。また、ある実施形態では、上記一組のパワー源の上記一通り又は複数通りの動作パラメタの調整により、プラズマサイズ、プラズマ形状及びプラズマ温度のうち少なくとも一つが調整される。
本発明の特定の諸実施形態について例示したが、明らかな通り、いわゆる当業者であれば、上掲の開示の技術的範囲及び神髄から離隔することなく、本発明について様々な変形及び実施形態をなすことができよう。従って、本発明の技術的範囲は、ここに添付する特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (40)

  1. プラズマを点火するための第１波長の照明を有する第１レーザビームを生成するように構成された第１レーザ源と、
    点火プラズマを維持するための少なくとも第２波長の照明を有する少なくとも第２レーザビームを生成するように構成され、上記第１波長は上記少なくとも第２波長と異なる、少なくとも第２レーザ源と、
    第１領域と少なくとも第２領域を備え、上記第１レーザ源からの照明と上記少なくとも第２レーザ源からの照明を上記プラズマに供給して上記プラズマにより広帯域照明を生成する光ファイバと、
    上記第１レーザビームを上記第１領域に結合させ、上記少なくとも第２レーザビームを上記少なくとも第２領域に結合させる１個又は複数個の光学素子と、
    を備え、上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は、１個又は複数個のユーザ選定可能な動作パラメータを介して個別制御可能であり、
    上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、点火プラズマサイズ、点火プラズマ形状、及び点火プラズマ温度の調整であり、プラズマ輝度飽和を緩和して可収集パワー量を最適化する、照明ポンプ源。
  2. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、上記１個又は複数個の光学素子が、
    第１ダイクロイックミラーと、
    少なくとも１個の付加的ダイクロイックミラーと、
    １個又は複数個のレンズと、
    を含む照明ポンプ源。
  3. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、上記光ファイバがマルチステップインデクスファイバであり、上記第１領域は上記マルチステップインデクスファイバの内側ステップを有し、上記少なくとも第２領域は上記マルチステップインデクスファイバの少なくとも１個の外側ステップを有する、照明ポンプ源。
  4. 請求項３に記載の照明ポンプ源であって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記第１波長を有する上記第１レーザビームを上記マルチステップインデクスファイバの上記内側ステップに結合させるよう構成されている照明ポンプ源。
  5. 請求項３に記載の照明ポンプ源であって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記少なくとも第２波長の照明を有する上記少なくとも第２レーザビームを上記マルチステップインデクスファイバの上記外側ステップに結合させるよう構成されている照明ポンプ源。
  6. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、上記光ファイバが少なくとも２個のコアを有する照明ポンプ源。
  7. 請求項６に記載の照明ポンプ源であって、上記光ファイバが少なくとも１個の内コア及び少なくとも１個の外コアを有し、上記第１領域は上記内コアを有し、上記少なくとも第２領域は上記少なくとも１個の外コアを有する、照明ポンプ源。
  8. 請求項７に記載の照明ポンプ源であって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記第１波長を有する上記第１レーザビームを上記内コアに結合させるよう構成されている照明ポンプ源。
  9. 請求項７に記載の照明ポンプ源であって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記少なくとも第２波長の照明を有する上記少なくとも第２レーザビームを上記少なくとも１個の外コアに結合させるよう構成されている照明ポンプ源。
  10. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は、
    ダイオードレーザ、連続波（ＣＷ）レーザ及び広帯域レーザのうち少なくとも１個で以て構成される照明ポンプ源。
  11. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は、
    １個又は複数個の赤外レーザ、１個又は複数個の可視レーザ及び１個又は複数個の紫外レーザのうち少なくとも１個で以て構成される照明ポンプ源。
  12. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、更に、
    レーザパルスストレッチャを備える照明ポンプ源。
  13. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又はプラズマの点火に続く上記少なくとも第２レーザ源の上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源のパワー出力又は波長の少なくとも１つを調整する、照明ポンプ源。
  14. プラズマを点火及び維持する方法であって、
    プラズマを点火するための第１波長の照明を有する第１レーザビームを第１レーザ源で生成し、点火プラズマを維持するための少なくとも第２波長の照明を有する少なくとも第２レーザビームを少なくとも第２レーザ源で生成し、上記第１波長は上記少なくとも第２波長と異なり、１個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は１個又は複数個のユーザ選定可能な動作パラメータを介して個別制御可能なステップと、
    １個又は複数個の光学素子を介して上記第１レーザビームを光ファイバの第１領域に結合させ、上記少なくとも第２レーザビームを上記光ファイバの第２領域に結合させ、上記第１レーザ源からの照明と上記少なくとも第２レーザ源からの照明を上記プラズマに供給して上記プラズマにより広帯域照明を生成するステップと、
    １個又は複数個の上記第１レーザ源又はプラズマの点火に続く上記少なくとも第２レーザ源の上記１個又は複数個の動作パラメータを調整するステップと、
    を有し、
    上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、点火プラズマサイズ、点火プラズマ形状、及び点火プラズマ温度の調整であり、プラズマ輝度飽和を緩和して可収集パワー量を最適化する、方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又はプラズマの点火に続く上記少なくとも第２レーザ源の上記１個又は複数個の動作パラメータを調整するステップは、
    １個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源のパワー出力又は波長の少なくとも１つを調整するステップを有する、方法。
  16. レーザ維持プラズマ照明で以てサンプルをイメージングするシステムであって、
    プラズマを点火及び維持する照明ポンプ源サブシステムであり、
    プラズマを点火するための第１波長の照明を有する第１レーザビームを生成するように構成された第１レーザ源、
    点火プラズマを維持するための少なくとも第２波長の照明を有する少なくとも第２レーザビームを生成するように構成され、上記第１波長は上記少なくとも第２波長と異なる、少なくとも第２レーザ源、
    第１領域及び少なくとも第２領域を有する光ファイバ、並びに
    上記第１レーザビームを上記第１領域に結合させ、上記少なくとも第２レーザビームを上記少なくとも第２領域に結合させる１個又は複数個の光学素子、
    を有し、
    １個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は１個又は複数個のユーザ選定可能な動作パラメータを介して個別制御可能である、
    照明ポンプ源サブシステムと、
    広帯域照明源サブシステムであり、上記光ファイバが上記第１レーザ源からの照明と上記少なくとも第２レーザ源からの照明を上記広帯域照明源サブシステムに供給するように構成され、
    上記第１レーザ源と上記少なくとも第２レーザ源から形成されたポンプ照明の少なくとも一部分を差し向けるよう構成された１個又は複数個の照明光学素子、
    ガス塊が封入されるガス封入要素であり、上記１個又は複数個の照明光学素子が、そのガス封入要素内のガス塊中のプラズマを、上記ポンプ照明のうち少なくとも一部分をそのガス塊内の１個又は複数個の合焦スポットへとポンプ路沿いに差し向けることによって維持するよう構成されているガス封入要素、並びに
    上記プラズマによって放射された広帯域照明を集光路沿いで集光するよう構成された１個又は複数個の集光光学素子、
    を有する広帯域照明源サブシステムと、
    １個又は複数個のサンプルをしっかりと保持するサンプルステージと、
    イメージングサブシステムであり、
    検出器、並びに
    上記サンプルの表面から来る照明を集光し、集光された照明を集光路経由で上記検出器へと集束させることで、上記１個又は複数個のサンプルの表面のうち少なくとも一部分の像を形成する対物系、
    を有するイメージングサブシステムと、
    を備え、
    上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、点火プラズマサイズ、点火プラズマ形状、及び点火プラズマ温度の調整であり、プラズマ輝度飽和を緩和して可収集パワー量を最適化する、システム。
  17. 請求項１６に記載のシステムであって、上記１個又は複数個の光学素子が、
    第１ダイクロイックミラーと、
    少なくとも１個の付加的ダイクロイックミラーと、
    １個又は複数個のレンズと、
    を含むシステム。
  18. 請求項１６に記載のシステムであって、上記光ファイバがマルチステップインデクスファイバであり、上記第１領域は上記マルチステップインデクスファイバの内側ステップを有し、上記少なくとも第２領域は上記マルチステップインデクスファイバの少なくとも１個の外側ステップを有する、システム。
  19. 請求項１８に記載のシステムであって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記第１波長を有する上記第１レーザビームを上記マルチステップインデクスファイバの上記内側ステップに結合させるよう構成されているシステム。
  20. 請求項１８に記載のシステムであって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記少なくとも第２波長の照明を有する上記少なくとも第２レーザビームを上記マルチステップインデクスファイバの上記外側ステップに結合させるよう構成されているシステム。
  21. 請求項１６に記載のシステムであって、上記光ファイバが少なくとも２個のコアを有するシステム。
  22. 請求項２１に記載のシステムであって、上記光ファイバが少なくとも１個の内コア及び少なくとも１個の外コアを有し、上記第１領域は上記内コアを有し、上記少なくとも第２領域は上記少なくとも１個の外コアを有する、システム。
  23. 請求項２２に記載のシステムであって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記第１波長の照明を有する第１レーザビームを上記内コアに結合させるよう構成されているシステム。
  24. 請求項２２に記載のシステムであって、上記１個又は複数個の光学素子が、上記少なくとも第２波長の照明を有する上記少なくとも第２レーザビームを上記外コアに結合させるよう構成されているシステム。
  25. 請求項１６に記載のシステムであって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は、
    ダイオードレーザ、連続波（ＣＷ）レーザ及び広帯域レーザのうち少なくとも１個で以て構成されるシステム。
  26. 請求項１６に記載のシステムであって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源は、
    １個又は複数個の赤外レーザ、１個又は複数個の可視レーザ及び１個又は複数個の紫外レーザのうち少なくとも１個で以て構成されるシステム。
  27. 請求項１６に記載のシステムであって、更に、
    レーザパルスストレッチャを備えるシステム。
  28. 請求項１６に記載のシステムであって、１個又は複数個の上記第１レーザ源又はプラズマの点火に続く上記少なくとも第２レーザ源の上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、上記第１レーザ源又は上記少なくとも第２レーザ源のパワー出力又は波長の少なくとも１つを調整する、システム。
  29. 請求項１６に記載のシステムであって、上記ガス封入要素が、
    ガス塊を封入しうるよう構成されたチャンバを備えるシステム。
  30. 請求項１６に記載のシステムであって、上記ガス封入要素が、
    ガス塊を封入しうるよう構成されたプラズマセルを備えるシステム。
  31. 請求項１６に記載のシステムであって、上記ガス封入要素が、
    ガス塊を封入しうるよう構成されたプラズマバルブを備えるシステム。
  32. 請求項１６に記載のシステムであって、上記ガス封入要素内に封入されるガスが、不活性ガス、非不活性ガス及び二種類以上のガスの混合物のうち少なくとも一種類を含むシステム。
  33. 請求項１６に記載のシステムであって、上記ガス封入要素内に封入されるガスが、希ガスと一種類又は複数種類のトレース物質との混合物を含むシステム。
  34. 請求項１６に記載のシステムであって、更に、
    上記広帯域照明源サブシステムの出力に光学結合された光学的ツール特徴付けシステムを備えるシステム。
  35. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記１個又は複数個の光学素子の調整は、上記第１レーザビームの上記光ファイバの上記第１領域への結合か、又は上記少なくとも第２レーザビームの上記光ファイバの上記少なくとも第２領域への結合の少なくとも１つの調整である、照明ポンプ源。
  36. 請求項１に記載の照明ポンプ源であって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記第１レーザビームと上記少なくとも第２レーザビームは上記光ファイバ内の領域で混合可能であり、上記１個又は複数個の光学素子又は上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、上記光ファイバ内の領域での相対混合比の少なくとも１つの調整である、照明ポンプ源。
  37. 請求項１４に記載の方法であって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記１個又は複数個の光学素子の調整は、上記第１レーザビームの上記第１領域への結合又は上記少なくとも第２レーザビームの上記第２領域への結合の少なくとも１つの調整である、方法。
  38. 請求項１４に記載の方法であって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記第１レーザビームと上記少なくとも第２レーザビームは上記光ファイバ内の領域で混合可能であり、上記１個又は複数個の光学素子又は上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、上記光ファイバ内の領域での相対混合比の少なくとも１つの調整である、方法。
  39. 請求項１６に記載のシステムであって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記１個又は複数個の光学素子の調整は、上記第１レーザビームの上記第１領域への結合又は上記少なくとも第２レーザビームの上記少なくとも第２領域への結合の少なくとも１つの調整である、システム。
  40. 請求項１６に記載のシステムであって、
    上記１個又は複数個の光学素子は個別調整可能であり、上記第１レーザビームと上記少なくとも第２レーザビームは上記光ファイバ内の領域で混合可能であり、上記１個又は複数個の光学素子又は上記１個又は複数個の動作パラメータの調整は、上記光ファイバ内の領域での相対混合比の少なくとも１つの調整である、システム。
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