JP7482981B2 - 光計測において照明を提供するためのシステム - Google Patents

Description

本開示は、一般に、光計測の分野に関し、より具体的には、光計測のための照明を提供するためのシステムに関する。

散乱技術に基づいた光計測システムは、半導体における重要なデバイスの層を特徴付けるために活用されることが多い。光計測システムの例は、１次元ビームプロファイル反射率測定法（１Ｄ－ＢＰＲ）システムと、２次元ビームプロファイル反射率測定法（２Ｄ－ＢＰＲ）システムと、分光反射率測定法システムと、分光偏光解析法システムとを含むが、これらに限定されない。前述の光計測システムおよび当技術で知られているものは、測定を実行するためにサンプルに光を当てる。さまざまな照明システムが、光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するために現在用いられている。

いくつかの現在用いられている照明システムは、構造的または性能的な欠陥に悩まされている。いくつかの現在のシステムは小型ではなく、測定ヘッドに提供される照明を導くまたは管理するために多くの光学面を必要とする。いくつかの現在のシステムは、１つまたは複数の特定のレーザー波長に限定され、または特定の波長範囲の照明を測定ヘッドに提供することができない。いくつかの現在のシステムはノイズの影響を非常に受けやすく、ポッケルスセルなどの電気光学変調器を駆動する電圧のわずかなノイズでさえも、測定ヘッドに提供される照明の強度に影響を与える、許容できない量のノイズをもたらし得る。いくつかの現在のシステムは、自由空間から光ファイバへの連結において安定性を欠き、したがって、測定ヘッドに提供される照明の強度に影響を与える多量のノイズをもたらす。いくつかの現在のシステムは、レーザーポイント源および／またはシングルモード光ファイバによって作られる高度の空間的コヒーレンスからのレーザースペックルの影響を受けやすい。前述の例は、現在当技術に知られている照明システムのうちのいくつかにおける欠陥を示している。

米国特許出願公開第２００７／０１６６９６５号

本開示は、光計測システムの少なくとも１つの測定ヘッドに照明を提供するためのシステムに向けられている。

本開示の一実施形態は、測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを含む。システムは複数の照明光源を含むことができ、それらには、第１の照明光源と、第２の照明光源と、第３の照明光源と、第４の照明光源と、第５の照明光源と、第６の照明光源とが含まれるが、これらに限定されない。第１の折り畳みミラーは、第１の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるように構成され得る。第２の折り畳みミラーは、第２の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるように構成され得る。第１の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第１の二色性結合器は、第３の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第２の二色性結合器は、第２の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第２の二色性結合器は、第４の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第３の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明と第３の照明光源からの照明とを誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第３の二色性結合器は、第５の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第４の二色性結合器は、第６の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第４の二色性結合器は、第２の照明光源からの照明と第４の照明光源からの照明とを誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第５の二色性結合器は、第２の照明光源からの照明と第４の照明光源からの照明と第６の照明光源からの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドに伝達するように構成され得る。第５の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明と第３の照明光源からの照明と第５の照明光源からの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドへ反射させるように構成され得る。

本開示の別の実施形態は、測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを含む。システムは複数の照明光源を含むことができ、それらには、第１の照明光源と、第２の照明光源と、第３の照明光源と、第４の照明光源と、第５の照明光源と、第６の照明光源とが含まれるがこれらに限定されない。第１の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第１の二色性結合器は、第２の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第２の二色性結合器は、第３の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第２の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明と第２の照明光源からの照明とを誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第３の二色性結合器は、第４の照明光源からの照明を誘導経路に沿って伝達するように構成され得る。第３の二色性結合器は、第５の照明光源からの照明を誘導経路に沿って反射させるようにさらに構成され得る。第４の二色性結合器は、第４の照明光源からの照明と第５の照明光源からの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドに伝達するように構成され得る。第４の二色性結合器は、第１の照明光源からの照明と第２の照明光源からの照明と第３の照明光源からの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドへ反射させるようにさらに構成され得る。ビームスプリッタ―は、第６の照明光源からの照明を照明経路に沿って測定ヘッドに向けるように構成され得る。

本開示の別の実施形態は、測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを含む。システムは、複数の波長の照明を複数の光ファイバに沿って提供するように構成された、複数の照明光源を含むことができる。各光ファイバは、異なる波長の照明を受信するように構成され得る。組みレンズは、複数の光ファイバのうちの選択された光ファイバからの選択された波長の照明を受信するように構成され得る。組みレンズは、選択された波長の照明をデリバリー光ファイバに沿って向けるようにさらに構成され得る。フェルールは、複数の光ファイバを支えるように構成され得る。アクチュエータは、フェルール、組みレンズ、および／またはデリバリーファイバに機械的に連結され得る。アクチュエータは、フェレールの選択された光ファイバを、組みレンズおよび／またはデリバリーファイバに揃えるように構成され得る。視準レンズは、選択された波長の照明をデリバリー光ファイバから受信するように構成され得る。視準レンズは、選択された波長の照明を、照明経路に沿って測定ヘッドに向けるようにさらに構成され得る。

本開示の別の実施形態は、測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを含む。システムは、複数の波長の照明を複数の光ファイバに沿って提供するように構成された、複数の照明光源を含むことができる。各光ファイバは、異なる波長の照明を受信するように構成され得る。導波構造は、複数の光ファイバからの照明を、照明経路に沿って照明ヘッドに向けるように構成され得る。複数の照明光源と導波構造の光路との間に配置された複数のシャッターおよび／または導波路変調器は、選択された波長の照明が照明経路に沿って提供されることを可能にするように構成され得る。

本開示の別の実施形態は、レーザー支持プラズマ源を活用して測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを含む。１つまたは複数のマルチモード光ファイバは、レーザー支持プラズマ源からの照明を、照明経路に沿って測定ヘッドに提供するように構成され得る。フィルタ機構は、レーザー支持プラズマ源と１つまたは複数のマルチモード光ファイバとの間に配置されて、選択された波長の照明が照明経路に沿って提供されることを可能にすることができる。

前記の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方が、単に例示および説明であり、必ずしも本開示を制約するものではないことが理解される。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本開示の主題を示している。本明細書および図面は、共に、本開示の原理を説明する役割を果たす。

本開示の多数の利点は、添付図面を参照することによって当業者によってより良く理解され得ることである。

本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、レーザー生成プラズマ源を示すブロック図である。 本開示の実施形態による、レーザー生成プラズマ源を示すブロック図である。 本開示の実施形態による、レーザー生成プラズマ源を示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、測定ヘッドに照明を提供するための照明システムを示すブロック図である。

以下、添付図面に示される、開示する主題について詳細を述べる。

図１から図５Ｆは、一般に、光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するためのシステムを示している。光計測システムは、１次元ビームプロファイル反射率法（１Ｄ－ＢＰＲ）、２次元ビームプロファイル反射率測定法（２Ｄ－ＢＰＲ）、分光反射率測定法、分光偏光解析法、角度分解反射率法、または散乱システム、またはすべて参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，４２９，９４３号と米国特許第６，６５４，１３１号と米国特許第６，２９７，８８０号と米国特許第７，５６７，３５１号と、米国特許出願公開第２０１１／０３１０３８８号と米国特許出願公開第２０１１／００６９３１２号と、米国特許出願第６１／５４５，９６５号とで説明された計測システムを含むことができるが、これらに限定されない。

本開示のいくつかの実施形態では、複数の照明光源からの照明ビームが結合されて、１つまたは複数の選択された波長の照明を測定ヘッドに提供する。本開示のいくつかの実施形態では、測定ヘッドに提供される照明の強度および／または空間的コヒーレンスが制御される。本開示のいくつかの実施形態では、１つまたは複数の選択された波長の照明が、連続した波長の範囲の照明を提供するように構成された広帯域照明光源から提供される。前述の機能のうちの一部または全部を達成するためのシステムまたは方法を、特に、以下の実施形態で説明する。

図１は、複数の照明光源１０２を活用して光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するためのシステム１００の実施形態を示している。照明光源１０２から発する照明は、複数の二色性結合器１１０を活用して結合されて、共通の照明経路に沿って伝わることができる。一実施形態では、二色性結合器１１０は、照明を自由空間照明経路に沿って向けるように構成されている。いくつかの実施形態では、照明経路の少なくとも一部は、焦点レンズ、ビームスプリッタ、結合器、ミラー、組みレンズ、光ファイバ、減衰器、偏光板、視準レンズなどの、１つまたは複数の光学要素によって定められ得る。

一実施形態では、システム１００は、第１の照明光源１０２Ａと、第２の照明光源１０２Ｂと、第３の照明光源１０２Ｃと、第４の照明光源１０２Ｄと、第５の照明光源１０２Ｅと、第６の照明光源１０２Ｆとを含むが、これらに限定されない。各照明光源１０２は、選択された波長の照明、または選択された波長の範囲の照明を提供するように構成され得る。例示的な一実施形態では、第１の照明光源１０２Ａ、第２の照明光源１０２Ｂ、第３の照明光源１０２Ｃ、第４の照明光源１０２Ｄ、第５の照明光源１０２Ｅ、および第６の照明光源１０２Ｆは、それぞれ、４８８ｎｍと６８５ｎｍと４４３ｎｍと６３８ｎｍと４０５ｎｍと５３２ｎｍとの波長の照明を提供するように構成され得る。前述の例示的な実施形態は、説明の目的のために含められ、本開示に対する制限として解釈されるべきでないことに、本明細書では留意する。他の実施形態では、代替的なセットの波長の照明を提供するように構成された照明光源１０２が選択され得る。

照明光源１０２は、照明を各視準レンズ１０４を通して、折り畳みミラー１０８と二色性結合器１１０とを含むがこれらに限定されない光学要素によって定められた誘導経路に伝達するように構成され得る。システム１００は、照明光源１０２と誘導経路との間に配置されたシャッター１０６をさらに含むことができる。シャッター１０６は、他の照明光源１０２からの照明を遮断している間に、少なくとも１つの選択された照明光源１０２からの照明が誘導経路に伝達されることを可能にするように構成され得る。一実施形態では、選択された波長の照明を発している照明光源１０２に対応するシャッター１０６は、選択された波長の照明を通すために開くことができ、一方、他のすべてのシャッター１０６は、他の照明光源１０２から発する他の波長の照明を遮断するために閉じたままでいる。

一実施形態では、誘導経路は、図１に示し、本明細書で説明するコンパクトな配置で、２つの折り畳みミラーと５つの二色性結合器とを含むことができるが、これらに限定されない。第１の折り畳みミラー１０８Ａは、第１の照明光源１０２Ａからの照明を、第１の二色性結合器１１０Ａに向けて反射させるように構成され得る。第２の折り畳みミラー１０８Ｂは、第２の照明光源１０２Ｂからの照明を、第２の二色性結合器１１０Ｂに向けて反射させるように構成され得る。

二色性結合器１１０は、選択された閾値よりも長いまたは短い波長の照明を伝達する一方、他の波長の照明を反射させるように構成され得る。代替的に、二色性結合器１１０は、選択された範囲内のまたは範囲外の波長の照明を伝達する一方、他の波長の照明を反射させるように構成され得る。第１の二色性結合器１１０Ａは、第１の照明光源１０２Ａからの照明を第３の二色性結合器１１０Ｃに向けて伝達するように構成され得る。第１の二色性結合器１１０Ａは、第３の照明光源１０２Ｃからの照明を第３の二色性結合器１１０Ｃに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第２の二色性結合器１１０Ｂは、第２の照明光源１０２Ｂからの照明を第４の二色性結合器１１０Ｄに向けて伝達するように構成され得る。第２の二色性結合器１１０Ｂは、第４の照明光源１０２Ｄからの照明を第４の二色性結合器１１０Ｄに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第３の二色性結合器１１０Ｃは、第１の照明光源１０２Ａからの照明と第３の照明光源１０２Ｃからの照明とを、第５の二色性結合器１１０Ｅに向けて伝達するように構成され得る。第３の二色性結合器１１０Ｃは、第５の照明光源１０２Ｅからの照明を第５の二色性結合器１１０Ｅに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第４の二色性結合器１１０Ｄは、第６の照明光源１０２Ｆからの照明を第５の二色性結合器１１０Ｅに向けて伝達するように構成され得る。第４の二色性結合器１１０Ｄは、第２の照明光源１０２Ｂからの照明と第４の照明光源１０２Ｄからの照明とを、第５の二色性結合器１１０Ｅに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第５の二色性結合器１１０Ｅは、第２の照明光源１０２Ｂからの照明と第４の照明光源１０２Ｄからの照明と第６の照明光源１０２Ｆからの照明とを、照明経路に沿って光計測システムの測定ヘッドに伝達するように構成され得る。第５の二色性結合器１１０Ｅは、第１の照明光源１０２Ａからの照明と第３の照明光源１０２Ｃからの照明と第５の照明光源１０２Ｅからの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドへ反射させるようにさらに構成され得る。

一実施形態では、照明経路は、強度制御モジュール１１４の前および／または後に配置された、１つまたは複数の偏光ビームスプリッタ１１２、１１６を含むことができる。強度制御モジュールは、照明経路に沿って測定ヘッドに提供される照明の強度を弱めるように構成された、ポッケルスセルなどの電気光学デバイスを含むことができる。少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ１１６は、デリバリー経路に沿った照明の一部を、測定ヘッドの偏光チャネルにその照明の一部を提供するように構成されたシングルモードまたはマルチモードの光ファイバ１２２に向けるように構成され得る。偏光ビームスプリッタ１１６は、照明の少なくとも１つの追加部分を、測定ヘッドの追加の偏光チャネルに照明のその追加部分を提供するように構成された光ファイバ１３６に向けるようにさらに構成され得る。デリバリー経路は、経路を画定し、および／または経路に沿って伝わる照明を制御する、追加的な光学要素を含むことができる。たとえば、折り畳みミラー１３０は、照明を選択された経路に沿って反射させるように構成され得る。シャッター１１８、１３４は、光ファイバ１２２、１３６に提供される照明を、選択的に伝達または遮断するように構成され得る。組みレンズ１２０、１３４は、自由空間からの照明を光ファイバ１２２、１３６に伝達するように構成され得る。ビームスプリッタ１２４は、照明経路またはデリバリー経路からの照明のごく一部を、レンズ１２６、光ファイバ、および／または他の光学要素を通して波長モニタ１２８に向けるように構成され得る。前述の例は説明目的ためだけに提供される。本開示の本質から逸れることなく、さまざまな光学要素を含み、または除くことができる、ということが考えられる。

複数の照明光源２０２を活用して光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するためのシステム２００の別の実施形態が、図２に示されている。一実施形態では、システム２００は、第１の照明光源２０２Ａと、第２の照明光源２０２Ｂと、第３の照明光源２０２Ｃと、第４の照明光源２０２Ｄと、第５の照明光源２０２Ｅと、第６の照明光源２０２Ｆとを含むが、これらに限定されない。

例示的な一実施形態では、第１の照明光源２０２Ａ、第２の照明光源２０２Ｂ、第３の照明光源２０２Ｃ、第４の照明光源２０２Ｄ、第５の照明光源２０２Ｅ、および第６の照明光源２０２Ｆは、それぞれ、４８８ｎｍと４４３ｎｍと５１４ｎｍと６８５ｎｍと６３８ｎｍと４０５ｎｍとの波長の照明を提供するように構成され得る。別の例示的な実施形態では、第１の照明光源２０２Ａ、第２の照明光源２０２Ｂ、第３の照明光源２０２Ｃ、第４の照明光源２０２Ｄ、第５の照明光源２０２Ｅ、および第６の照明光源２０２Ｆは、それぞれ、４４３ｎｍと４０５ｎｍと４８８ｎｍと６３８ｎｍと５３２ｎｍと６８５ｎｍとの波長の照明を提供するように構成され得る。前述の例示的な実施形態は、説明の目的のために含まれ、本開示に対する限定として解釈されるべきでない、ということに本明細書では留意する。他の実施形態では、代替的なセットの波長の照明を提供するように構成された照明光源２０２が選択され得る。

照明光源２０２は、照明を、各視準レンズ２０４を通して誘導経路に伝達するように構成され得る。照明光源２０２と誘導経路との間に配置されたシャッター２０６は、他の照明光源２０２からの照明を遮断している間に、少なくとも１つの選択された照明光源２０２からの照明が誘導経路に伝達されることを可能にするように構成され得る。

一実施形態では、誘導通路は、複数の照明光源２０２からの照明ビームを共通の照明経路に沿って結合させるように構成された４つの二色性結合器２０８を含むが、これらに限定されない。第１の二色性結合器２０８Ａは、第１の照明光源２０２Ａからの照明を第２の二色性結合器２０８Ｂに向けて伝達するように構成され得る。第１の二色性結合器２０８Ａは、第２の照明光源２０２Ｂからの照明を第２の二色性結合器２０８Ｂに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第２の二色性結合器２０８Ｂは、第３の照明光源２０２Ｃからの照明を第４の二色性結合器２０８Ｄに向けて伝達するように構成され得る。第２の二色性結合器２０８Ｂは、第１の照明光源２０２Ａからの照明と第２の照明光源２０２Ｂからの照明とを、第４の二色性結合器２０８Ｄに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第３の二色性結合器２０８Ｃは、第４の照明光源２０２Ｄからの照明を第４の二色性結合器２０８Ｄに向けて伝達するように構成され得る。第３の二色性結合器２０８Ｃは、第５の照明光源２０２Ｅからの照明を第４の二色性結合器２０８Ｄに向けて反射させるようにさらに構成され得る。

第４の二色性結合器２０８Ｄは、第４の照明光源２０２Ｄからの照明と第５の照明光源２０２Ｅからの照明とを、照明経路に沿って測定ヘッドに伝達するように構成され得る。第４の二色性結合器２０８Ｄは、第１の照明光源２０２Ａからの照明と第２の照明光源２０２Ｂからの照明光源と第３の照明光源２０２Ｃからの照明光源とを、照明経路に沿って測定ヘッドへ反射させるようにさらに構成され得る。

一実施形態では、照明経路は、強度制御モジュール２１６の前および／または後に配置された、１つまたは複数の偏光ビームスプリッタ２１０、２１８を含むことができる。少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ２１０は、第６の照明光源２０２Ｆからの照明を、照明経路に沿って測定ヘッドに向けるように構成され得る。一実施形態では、偏光ビームスプリッタ２１０または他のビームスプリッタは、照明経路またはデリバリー経路からの照明の一部を、レンズ２１２、光ファイバ、および／または他の光学要素を通して波長モニタ２１４に向けるように構成され得る。少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ２１８は、１つまたは複数のデリバリー経路に沿った照明の１つまたは複数の部分を、測定ヘッドの偏光チャネルへ照明を提供するように構成された、シングルモードまたはマルチモードの光ファイバ２２４と光ファイバ２３２とに向けるように構成され得る。デリバリー経路は、システム１００に関して前に説明した通り、折り畳みミラー２２６、シャッター２２０、２２８、および組みレンズ２２２、２３０などの追加的な光学要素を含むが、これらに限定されない。

図３は、複数の照明光源３０２を活用して光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するためのシステム３００の別の実施形態を示している。各照明光源３０２は、選択された波長の照明を対応する光ファイバに沿って伝達するように構成され得る。システムは、１つまたは複数のモータまたはサーボモータを用いる圧電アクチュエータまたは運動制御デバイスなどのアクチュエータ３０６を含むことができる。アクチュエータ３０６は、選択された波長の照明を伝達する選択された光ファイバを、組みレンズ３０８に揃えるように構成され得る。組みレンズ３０８は、選択された光ファイバからの照明を、自由空間を通して、またはデリバリー光ファイバ３１０に沿って、視準レンズ３１２に伝達するように構成され得る。視準レンズ３１２は、選択された光ファイバの視準照明を照明経路に沿って測定ヘッドに伝達するように構成され得る。

一実施形態では、アクチュエータ３０６は、選択された光ファイバとの整列を達成するために、組みレンズ３０８を作動させるように構成され得る。たとえば、組みレンズ３０８は、選択された光ファイバからの視準ビームに揃うように、平行移動または回転させられてもよい。いくつかの実施形態では、より高速な切り替えのために、組みレンズ３０８を平行移動または回転させる方法で作動させることが有利であり得る。

図３に示す別の実施形態では、アクチュエータ３０６は、選択された光ファイバを組みレンズ３０８に揃えるために、光ファイバを支えるフェルール３０４を作動させるように構成され得る。例示的な実施形態では、フェルール３０４は、第１の照明光源３０２Ａと第２の照明光源３０２Ｂと第３の照明光源３０２Ｃと第４の照明光源３０２Ｄと第５の照明光源３０２Ｅと第６の照明光源３０２Ｆとに対応する、６本の光ファイバを支えるように構成された六角形配列を含む。いくつかの実施形態では、光ファイバ間に最小の間隔を開けて、光ファイバをフェルール３０４の中に詰めることが有利である。

一実施形態では、アクチュエータ３０６は、選択された光ファイバを組みレンズ３０８に揃えるために、フェルール３０４を水平方向に移動させる（つまり、ＸＹ位置決めする）ように構成され得る。選択されたファイバが組みレンズ３０８に揃った時、選択された波長の照明は、ビームダンプ３０９の開口部を通っていくことができ、一方、他の波長の照明はビームダンプ３０９によって遮断される。アクチュエータ３０６は、選択された光ファイバから提供された照明を集めるために、フェルール３０４または組みレンズ３０８を垂直方法に移動させる（つまり、Ｚ位置決めする）ようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、アクチュエータ３０６は、測定ヘッドに提供される照明の強度を、集める度合いを調整することによって制御するように構成され得る。別の実施形態では、可変ファイバ減衰器３１１は、測定ヘッドに提供される照明の強度を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、自由空間強度制御モジュール３２１は、測定ヘッドに提供される照明の強度を制御するように構成され得る。

別の実施形態では、アクチュエータ３０６は、デリバリー光ファイバ３１０を、選択された光ファイバから組みレンズ３０８に提供される照明に揃えるために、デリバリー光ファイバ３１０を作動させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、ビームダンプ３０９は、デリバリー光ファイバ３１０の先端に連結され得る。ビームダンプ３０９は、デリバリー光ファイバ３１０が、選択された光ファイバから組みレンズ３０８を通して伝達された照明に揃った時に、他の波長の照明を遮断している間に、デリバリー光ファイバ３１０を通した選択された波長の照明を可能にするように構成され得る。本明細書で説明する実施形態のうちのいずれでも、ビームダンプ３０９は、選択された波長以外の波長の照明からの干渉を軽減するために、デリバリー光ファイバ３１０の前に、固定または動的な配置で置かれ得る、ということがさらに考えられる。

一実施形態では、照明経路は、照明の１つまたは複数の部分を、測定ヘッドの偏光チャネルに照明を提供するように構成されたシングルモードまたはマルチモードの光ファイバ３２８、３３６への１つまたは複数のデリバリー経路に沿って向けるように構成された、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ３２２を含むことができる。デリバリー経路は、システム１００に関して前に説明した通り、折り畳みミラー３３０と、シャッター３２４とシャッター３３２と、組みレンズ３２６、３３４などの追加的な光学要素を含むことができるが、これらに限定されない。一実施形態では、照明経路は、少なくとも１つの波長板３１４および／または他の光学要素をさらに含むことができる。

別の実施形態では、照明経路およびデリバリー経路は、ビームバンプ３０９に連結された二股光ファイバ（たとえば、Ｓ＆Ｐファイバ）を含むことによって結合され得る。一実施形態では、二股光ファイバは、また、視準レンズ３１２と偏光ビームスプリッタ３２２とに置き換わることができる。二股光ファイバは、選択された波長の照明を測定ヘッドの偏光チャネルに伝達するように構成され得る。偏光特質は、１つのファイバ偏光キーを、いずれかの端部の別の偏光キーに対して９０度回転させることによって達成され得る。

偏光ビームスプリッタ３１６または他のビームスプリッタは、照明経路またはデリバリー経路からの照明の一部を、レンズ３１８、光ファイバ、および／または他の光学要素を通して波長モニタ３２０に向けるように構成され得る。一実施形態では、波長モニタ３２０は、測定ヘッドの前のデリバリー経路に沿って配置されたビームスプリッタからの照明を受信するように構成され得る。

図４Ａおよび図４Ｂは、複数の照明光源４０２を活用して、光計測システムの測定ヘッドに照明を提供するためのシステム４００の別の実施形態を示している。各照明光源４０２は、選択された波長の照明を、対応する光ファイバに沿って導波構造へ伝達するように構成され得る。図４Ａに示す一実施形態では、導波構造は、複数の直列に連結されたファイバスプリッタ４０４を含むことができる。たとえば、６つの光源４０２からの照明は、５つの２ｘ１ファイバスプリッタ４０４を含む導波構造を通して結合され得る。照明は、ビームスプリッタ４０４を通って進むにつれて減衰され得る。

一実施形態では、照明光源４０２およびビームスプリッタ４０４は、より短い波長の照明が、より長い波長の照明よりも少ない数のビームスプリッタ４０４を通って進むように、配置され得る。たとえば、照明光源４０２Ａおよび４０２Ｂは、照明光源４０２Ｃおよび４０２Ｄよりも短い波長の照明を提供することができる。同時に、照明光源４０２Ｃおよび４０２Ｄは、照明光源４０２Ｅおよび４０２Ｆよりも短い波長の照明を提供することができる。

図４Ｂに示す別の実施形態では、導波構造は、平面光波回路４０６を含むことができる。選択された波長の照明は、複数の照明光源４０２から、対応する光ファイバを介して光波回路４０６に伝達され得る。光波回路４０６は、平面基板上に形成された導波路を含むことができる。基板上に形成された導波路の形状は、複数の光ファイバよりもさらに容易に制御され得るため、光波回路４０６は、より小型のデバイスを可能にすることができる。

光波回路４０６は、選択された機能を実行するための追加的な構造またはデバイスをさらに含むことができる。例示的な実施形態では、光波回路４０６は、光波回路４０６を通って進む照明ビームの強度を制御するように構成された、強度変調器４０８を含むことができる。別の例示的な実施形態では、光波回路４０６は、基板上に形成された導波路の出力部にスプリッタ４１０を含むことができる。スプリッタ４１０は、光波回路４０６を通って伝達される照明の一部を、シングルモード光ファイバ４１２、４１４に沿って測定ヘッドの偏光チャネルに向けるように構成され得る。

前述のシステム１００、２００、３００、および４００のうちの１つに関連する要素または構成の説明が、反対のことが述べられない限り、他のシステムにも適用されると理解されるべきであることにさらに留意する。本明細書で説明する概念のうちのいくつかは、モジュールで適用され得る。たとえば、シャッター１０６、２０６は、選択された波長の照明を通す一方、他の波長の照明を遮断することによって選択された波長の照明を提供するために、前述のシステム１００、２００、３００、および４００のうちのいずれかに含まれ得る。同様に、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、および／または二股光ファイバは、前述のシステム１００、２００、３００、および４００のうちのいずれかにおいて、照明を、照明経路またはデリバリー経路に沿って測定ヘッドに伝達するために活用され得る。前述の例は、一実施形態で説明する構成要素が、他の実施形態で説明した構成要素に、どのようにモジュールで結合され得るかということを示している。さらに、本明細書で説明する、要素を結合する能力は、当業者に容易に明白になる。

システム１００、２００、３００、および４００のうちのいずれかは、１つまたは複数の選択された波長の照明の強度を制御するための手段を含むことができる。いくつかの実施形態では、測定ヘッドに提供される照明の強度は、米国特許出願公開第２０１１／０３１０３８８ Ａ１号で少なくとも部分的に説明された、音響光学的可変フィルタ（ＡＯＴＦ）を活用して制御され得る。米国特許出願公開第２０１１／０３１０３８８ Ａ１号は、参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、ＡＯＴＦは、本明細書で説明する通り、ダブルパス配置を含むことができる。それぞれが選択された波長の照明を伝達するように構成されている、複数の光ファイバからの照明は、ＡＯＴＦに集められ得る。ＡＯＴＦのＲＦ変調（たとえば、振幅変調および／または周波数変調）は、選択された波長の照明の特定のオーダーがどれだけ効率的に回折されるかを決定するために活用され得る。照明の回折ビームは、視準レンズを活用して視準され、平面鏡から逆反射され得る。反射ビームは、ＡＯＴＦに戻って集まり、再び回折され、その元の光ファイバに再び連結される。ファイバ光サーキュレータは、逆に伝搬している照明を出力光ファイバに分離するように構成され得る。このダブルパス配置は、強度制御の動的範囲を増加させ、周波数の変動からのノイズを削減することができる。

いくつかの実施形態では、各照明光源１０２、２０２、３０２、４０２は、１つまたは複数の波長の照明強度を制御するために個別に変調され得る。したがって、積分時間中に検出アレイに入射する光子の数は、複数の照明光源１０２、２０２、３０２、および４０２について、選択されたレベルに、または選択された限度内に制御され得る。いくつかの実施形態では、各照明光源１０２、２０２、３０２、４０２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）であることができ、各パルスが検出器の積分時間よりも短く、検出器による各フレームの取得と同期しているようにする。

システム１００、２００、３００、および４００のうちのいずれかは、１つまたは複数の選択された波長の照明の空間的コヒーレンスを制御するための手段をさらに含むことができる。高い空間的コヒーレンスが、わずかに長さが異なる経路に沿って進む照明の部分がお互いに干渉することを可能にすることがあるために、レーザーなどの照明光源１０２、２０２、３０２、および４０２によってシングルモード光ファイバを通して提供される選択された波長の照明は、スペックルパターンと他の可干渉性のアーチファクトを引き起こすことがある。

一実施形態では、空間的コヒーレンスは、シングルモードファイバを活用する代わりに、マルチモードファイバを通して照明を測定ヘッドに提供することによって制御され得る。マルチモードファイバは、ファイバのフェイス上の異なる点が相互に関連していない場合、延長物のように動作することができる。マルチモードファイバに連結された、照明光源１０２、２０２、３０２、４０２は、通常、マルチモードファイバのモードのうちの小さなサブセットを励起する。照明光源１０２、２０２、３０２、４０２は、ファイバのフェイスに渡って水平方向に、ランダムパターンまたは疑似ランダムパターンで、集められた照明ビームをスキャンすることによって、マルチモードファイバのモードの全部または広範のディストリビューションを励起するように構成され得る。チップチルトアクチュエータまたは代替的な作動手段に機械的に連結された折り畳みミラーは、照明ビームをファイバのフェイスに渡ってスキャンするように構成され得る。照明ビームは、十分な速度でスキャンされて、検出器の積分時間に渡って平均化する時変モード構造を有効にすることができ、それによって、非干渉性の拡張光源の動作に実質的に同等または類似の動作をもたらす。代替的に、モードは、音声コイル、ＧＩＧＡ ＣＯＮＣＥＰＴ ＩＮＣ．のＭＯＤＡＬ ＥＸＰＬＯＲＥＲ ＳＰＥＣＫＬＥ ＳＣＲＡＭＢＬＥＲ、または当業で知られている他のモードスクランブルアクチュエータなどの、マルチモードファイバに機械的に連結されたアクチュエータを活用して、ランダムに励起または混ぜられ得る。たとえば、音声コイルは、モードをランダムに混ぜるためにマルチモードファイバを振動させるように構成され得る。

別の実施形態では、空間的コヒーレンスは、測定ヘッドのビーム経路に配置された回転拡散板を活用して制御され得る。回転拡散板は、測定ヘッドに照明を提供する光ファイバの出力面の近く、または内部画像面の近くに配置され得る。拡散器は、検出器の積分時間中に、ビームスポットが複数の異なるおよび／またはランダムなエリアに光を当てるように回転するように構成され得、それによって、非干渉性の拡張光源の動作に実質的に同等または類似の動作をもたらす。

別の実施形態では、空間的コヒーレンスは、測定ヘッドから発する照明を、分析されているサンプルに渡って水平方法にスキャンするチップチルトアクチュエータに機械的に連結された折り畳みミラーを活用することによって制御され得る。サンプルに渡ってスキャンされるスポット位置は、サンプル表面に提供される照明のビームスポットを動かすために必要な時間と比較して、変調された照明光源の相関時間が短いために、無相関であることができる。サンプルに渡って十分な複数のスポットを測定することによって、測定データは、可干渉性のアーチファクトを示すことはほとんどない。

図５Ａから図５Ｆは、空間的に非干渉性の照明を供給する、真に拡張した、空間的に非干渉性の照明光源５０２を活用して、測定ヘッドに照明を提供するためのシステム５００を示している。空間的に非干渉性の照明光源５０２は、すべて参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１１／００２６０３２号と米国特許出願公開第２０１０／０３０２５２１号とで説明されたＸｅアーク源と、すべて参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第７，４３５，９８２号と米国特許第７，７８６，４５５号と米国特許第７，９８９，７８６号とで説明されたレーザー支持プラズマ（ＬＳＰ）源とを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、高出力赤外線レーザービームが、Ｘｅなどの高圧ガスで満たされた電球の内部の焦点に導かれて、レーザー支持プラズマを生成することができる。レーザーは、ガスを加熱することがある。大きな電位差が電球内部の電極のセット間に与えられて、加熱されたガスを電離することができ、それによって、集められたレーザービームの領域内にプラズマを作り出す。プラズマは、強い照明放射を、通常直径１００μｍから２００μｍの小領域のプラズマから等方的に提供することができる。いくつかの実施形態では、放射された照明は、非常に広帯域であることがある。たとえば、プラズマは、約１５０ｎｍから１０００ｎｍ以上の波長の、著しい放射を生成することができる。フィルタ機構５０４は、選択された波長帯域の照明を照明光源５０２の広帯域スペクトルから提供するように構成され得る。以下の実施形態では、広帯域照明光源５０２は、ＬＳＰ源であることが多いが、ＬＳＰ源、スーパーコンティニウムレーザー、および当業で知られている他の広帯域の（つまり、白色光の）光源などの、任意の広帯域照明光源５０２が考えられる。

図５Ａは、ＬＳＰ源５０２が照明経路に沿って照明を測定ヘッドに向けるように構成されている、システム５００の一実施形態を示している。１つまたは複数のフィルタ機構５０４は、ＬＳＰ源５０２からの広帯域照明にフィルタをかけて、選択された波長の照明、または選択された波長帯域の照明を測定ヘッドに提供するように構成され得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、フィルタ機構５０４は、フィルタにかけられていない照明（つまり、白色光）が測定ヘッドに提供されることを可能にするように取り外され、または構成され得る。システムは、測定ヘッドへの提供のために、照明経路からの照明を少なくとも１つのマルチモードファイバ５１０に向けるように構成された組みレンズ５０８をさらに含むことができる。シングルモードファイバを活用することができるが、拡張プラズマスポットの画像をシングルモードファイバに連結することは、マルチモードファイバ５１０に連結することよりも効率的でない、ということが考えられる。さらに、シングルモードファイバの小さいコアは、照明を空間的に干渉性にすることがあり、したがって、拡張光源５０２を活用する目的を無駄にする。

一実施形態では、フィルタ機構５０４は、１つまたは複数の薄膜干渉フィルタを含むことができる。薄膜フィルタは、高効率狭帯域フィルタリング（たとえば、＞９０％）と、帯域外の照明（たとえば、＜１０^－６）の卓越した排除または減衰とを行うことができる。一実施形態では、フィルタ５０４は、照明をフィルタにかけて、選択された波長を中心として約２ｎｍから１５ｎｍの範囲の帯域幅を提供するように構成され得る。前述の範囲は、説明の目的のためだけに含まれ、本開示をどのようにも制限すると解釈されるべきでない。

フィルタ機構５０４は、少なくとも１つの狭帯域フィルタ５０４Ｃに加えて、少なくとも１つのハイパスフィルタ５０４Ａおよび／またはローパスフィルタ５０４Ｂを含むことができる。狭帯域フィルタ５０４は、ＬＳＰ源５０２からの照明をフィルタにかけて、選択された波長帯域の照明を照明経路に沿って提供するように構成され得る。ハイパスフィルタ５０４Ａおよび／またはローパスフィルタ５０４Ｂは、狭帯域フィルタ５０４Ｃが制御することができないＬＳＰ源５０２スペクトルの領域を、排除または減衰するように構成され得、それによって、照明をフィルタにかけて、狭帯域フィルタ５０４Ｃが制御するように構成されている波長の範囲にする。

フィルタ機構５０４は、各フィルタが１つまたは複数の選択された波長または帯域をフィルタにかけるように構成され得る、複数のフィルタを平行移動または回転させるように構成された、モータなどの１つまたは複数のアクチュエータをさらに含むことができる。一実施形態では、複数のフィルタは、測定の過程にわたって選択された波長の照明を提供するためにフィルタの選択を可能にする、可動取り付け具に連結され得る。可動取り付け具は、電動フィルタホイールを含むことができるが、スライダおよび代替アクチュエータが考えられる。柔軟性という利点が、固定波長干渉フィルタの使用によって実現され得るということがさらに考えられる。フィルタは、選択された波長について、民間のメーカから比較的容易に供給され得る。したがって、フィルタは、感度を増加させ、および／または他のシステム属性を改善するために、システム５００に対してカスタマイズされ得る。

一実施形態では、照明経路は、照明の一部を、集束レンズ５１２を通る検出経路に沿って波長モニタ５１４に向けるように構成されたビームスプリッタ５０６を含むことができる。いくつかの実施形態では、照明経路は、システム１００、２００、３００、および／または４００に関して上記で説明した光学要素のうちの１つまたは複数をさらに含むことができる。

別の実施形態では、フィルタ機構５０４は、連続範囲の選択可能な波長の照明が照明経路に沿って提供されることを可能にする単色光分光器配置を含むことができる。単色光分光器は、分散素子として回折格子を使用することから、通常、固定波長干渉フィルタよりも効率的でない。十分な精度と正確さとをもって単色光分光器を調整することは、また、困難を示すことがあり、リアルタイムでの波長の監視を必要とすることがある。典型的な単色光分光器配置は、分散素子を回転させ、固定スリットを維持することによって、選択された波長または帯域に同調する。しかしながら、図５Ｂは、変更された単色光分光器配置を含むシステム５００を示している。システム５００は、ＬＳＰ源５０２からの照明を照明経路に沿って提供するように構成された視準レンズ５４０を含むことができる。フィルタ機構５０４は、プリズムまたは回折格子などの分散素子を含むことができるが、これらに限定されない。分散素子は、１つまたは複数の光ファイバ５４６が照明の空間的に分散したスペクトル５４４に渡ってスキャンされる間、固定され得、選択された波長または帯域の照明が少なくとも１つの選択された光ファイバ５４６に連結されるようにする。光ファイバ５４６への連結に使用可能な照明のスペクトル５４４は、分散素子の分散、および／または選択された光ファイバ５４６に照明を連結するように構成された集束光学部品５４２の焦点距離によって決定され得る。光ファイバ５４６を通って伝達される照明の帯域幅は、ファイバコアの大きさとスペクトル５４４中の色の空間的隔離とによって決定され得る。

一実施形態では、１つまたは複数の光ファイバ５４６は、スペクトル５４４の平面に配置され得る。光ファイバ５４６は、照明の選択された帯域の中心波長を変更するために、少なくとも１つのアクチュエータを活用して、スペクトル５４４に沿って平行移動され得る。光ファイバ５４６は、スペクトル５４４に垂直な方向にさらに平行移動されて、光ファイバ５４６に連結された照明の帯域幅を変更することができる。調整可能な分散素子は、照明スペクトル５４４の分散を制御することによって、光ファイバ５４６に連結された照明の帯域幅を制御するように構成され得る、ということがさらに考えられる。いくつかの実施形態では、照明経路は、狭帯域の照明を提供するように構成された空間フィルタをさらに含むことができる。

別の実施形態では、フィルタ機構５０４は、少なくとも１つの同調可能干渉フィルタを含むことができる。同調可能干渉フィルタは、フィルタに対する照明の入射角に基づいて、照明の透過帯域をシフトさせるように構成され得る。電動回転台などのアクチュエータは、同調可能干渉フィルタに機械的に連結され得る。アクチュエータは、フィルタによって受信された照明の方向に垂直な軸の周りでフィルタを回転させることによって、選択された波長または帯域に同調するように構成され得る。したがって、照明経路に沿って提供された照明は、干渉フィルタによって提供される効率性の利点および／または安定性の利点を犠牲にすることなしに、連続的に同調され得る。

前の実施形態では、少なくとも１つの光ファイバ（たとえば、マルチモードファイバ）５１０、５４６は、システム５００から提供された照明を測定ヘッドに連結するように構成されている。１つまたは複数の光ファイバ５１０、５４６を介して測定ヘッドに連結することは、パッケージング柔軟性および／またはシステムモジュール性のために有利となり得る。しかしながら、他の実施形態では、光ファイバ５１０、５４６を用いずに、システム５００からの照明を測定ヘッドに直接連結することが有利であることがある。たとえば、光ファイバ５１０、５４６を用いて測定ヘッドに連結することは、光源エタンデュとファイバエタンデュとの間の不整合のために、著しく非効率であり得る。さらに、選択された照明波長は、光ファイバ５１０、５４６の動作範囲外であり得る。一実施形態では、照明は、組みレンズ５０８、５４２と、光ファイバ５１０、５４６を取り外し、照明を照明経路に沿って測定ヘッドの光学素子に直接提供することによって、測定ヘッドに直接連結され得る。

ＬＳＰ源５０２を活用することによって、システム５００は、ダイオードレーザーで使用可能な範囲外の、選択された波長または波長帯域の照明を、提供するように構成され得る。さらに、薄膜干渉フィルタは、２００ｎｍ以下の波長で容易に入手可能であり、したがって、システム５００は、ダイオードレーザーを活用して達成することができない、選択されたＵＶ波長の照明を、測定ヘッドに提供するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、測定ヘッドは、小さなビームスポットを用いて測定を行うことができる、通常の入射散乱システムまたは他の計測システムのために構成されている。小さな測定スポットは、分析されるサンプルの空間における低エタンデュとなる傾向がある。照明効率を改善するために、ＬＳＰ源５０２のエタンデュは、計測システムの測定ヘッドのエタンデュに実質的に一致され得る。さらなる実施形態では、照明を測定ヘッドに連結するために活用される、１つまたは複数の光ファイバ５１０、５４６は、ＬＳＰ源５０２および／または測定ヘッドのエタンデュに基づいて、選択された開口数および／または選択されたコアサイズを有することができる。

ＬＳＰ源５０２は、通常、ホットプラズマからの黒体放射の等方性と組み合わされた時に大きなエタンデュをもたらす、比較的大きなビームスポットを生成する。これは、プラズマを生成するためにガスを励起するように構成された赤外線レーザーなどのポンプ光源５２０が、プラズマから放射された広帯域照明の軸に揃っていない時、特に顕著である。細長いビームスポットが発生することがあり、不整合のエタンデュ、したがって、ＬＳＰ出力の非効率な活用となる。ＬＳＰ源５０２の以下の実施形態は、大きな放射フラックスと小さなエタンデュとによって前述の欠陥を軽減することに向けられている。

最初に、より強力なポンプ光源５２０が、ＬＳＰ源５０２を駆動させるために活用され得る。例示的な一実施形態では、ポンプ光源５２０は、１０７０ｎｍから１０８０ｎｍの波長で８ｋＷ以上の出力を有するレーザーを含むことができるが、これに限定されない。より強力なレーザーを活用することは、プラズマ放射が発生する領域がより大きくなり得るために、エタンデュを増加させ得る。電球または気体電池の充填圧力および充填ガスは、また、スペクトル放射輝度とエタンデュとを改善するように選択され得る。いくつかの実施形態では、ポンプビームの配置および集束光学部品の設計が、また、エタンデュを制御するために使用され得る。

図５Ｃから図５Ｅを参照すると、ポンプ光源５２０から発するポンプビームは、プラズマから放射される広帯域照明と同じ軸に沿って提供され得、それによって、軸外のポンピングによりビームスポットが細長くなることを軽減する。一実施形態では、ＬＳＰ源５０２は、ポンプビームを提供する光ファイバが楕円面鏡５２４の一焦点に配置される、図５Ｃに示すような、線形ベンチ配置を有する照明筐体を含むことができる。ポンプ照明は、コールドミラー５２６を通して伝達され、高開口数の共投焦点上に集結させられ、小さなビームスポットをもたらす。ポンプ照明を受信するように構成された、加圧ガスを含む電池５２２は、この焦点に配置され得る。結果として生じるプラズマから放射される広帯域照明は、楕円面鏡５２４によって集められ、コールドミラー５２６から反射されて照明筐体から放射経路に沿って出ることができる。一実施形態では、照明筐体は、円筒形構造であることができる。円筒形構造は、ポンプビームを集めることにおける収差がより容易に制御されて小さいビームスポットを達成することができるため、通常球状の形である従来の照明筐体に対して利点を有することができる。

図５Ｄは、光源の照明筐体が楕円面鏡５２４の代わりに放物面鏡５３０を含む、ＬＳＰ源５０２の別の実施形態を示している。ポンプ光源５２０から提供されるＩＲポンプビームは、視準レンズ５２８を活用して視準され得る。視準された照明は、コールドミラー５２６を通って伝達され、放物面鏡５３０を活用して気体電池５２２上に集められ得る。結果として生じるプラズマによって放射された広帯域照明は、放物面鏡５３０によって集められ、再視準され得る。視準された広帯域照明は、コールドミラー５２６によって反射されて、照明筐体から放射経路に沿って出ることができる。ポンプビームは、それがコールドミラー５２６を通って向けられた時に視準されるため、収差を回避することができるが、いくつかの収差は、ポンプ照明が気体電池５２２に向けられた時に入り込むことがある。プラズマ結像が影響を受けないように軸外収差を避けるために、十分に小さなプラズマビームスポットが必要であり得る。

図５Ｅは、第１の光窓５３４および第２の光窓５３６が、気体電池５２２の両端で互いに平行に配置されている、ＬＳＰ源５０２の別の実施形態を示している。ポンプビームは、ポンプ光源５２０から集束レンズ５３２を通って第１の光窓５３４に集められ得、結果として生じる広帯域照明は、第２の光窓５３６から放射経路に沿って放射され得る。第２の光窓は、ポンプ光源５２０から提供されるＩＲポンプビームの波長を遮断または減衰するように構成されたフィルムでコーティングされ得る。放射経路に沿って向けられた広帯域照明は、球面収差を有することがある。いくつかの実施形態では、球面収差は、視準器を通して修正することができる。収差を修正し得る度合いは、照明の横方向サイズとＮＡ（つまり、エタンデュ）と、使用されている視準器の複雑さとに依存し得る。しかしながら、いくつかの例では、いくらかの（おそらく取るに足りない）場依存性の収差がまだ存在していることがある。

一実施形態では、光窓５３４、５３６の基板材料は、紫外線域から赤外線域までの高い透過率に対して構成され得る。集束光学部品は、上手く修正され得、光窓は、回折限界焦点スポットを可能にする高光学的品質材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、結果として生じる照明は、最小のスポットサイズを有する方向に沿って（つまり、軸上のフィールドポイントの主光線に沿って）集めることができる。

図５Ｆは、ＤＵＶ波長の照明のための任意のデリバリー経路を用いて、ＶＩＳ波長とＩＲ波長との照明を、デリバリー経路に沿って、測定ヘッドの少なくとも２つの偏光チャネルに提供するように構成されたシステム５００の例示的な一実施形態を示している。ＬＳＰ源５０２は、ＶＩＳ帯域とＩＲ帯域とでの動作のための位置に回転した、ハイパスフィルタ５０４Ａとショートパスフィルタ５０４Ｃを通して、広帯域照明を提供するように構成され得る。同調フィルタ５０４Ｂは、線形スライド上の位置に摺動して、照明にフィルタをかけて選択された波長または選択された波長帯域にするように構成され得る。偏光ビームスプリッタ５５６は、照明経路からの直交偏光の照明を、対応するデリバリー経路に沿って測定ヘッドに向けるように構成され得る。一実施形態では、各デリバリー経路は、照明を光ファイバ５６０、５６４に沿って測定ヘッドの偏光チャネルに向けるように構成された、組みレンズ５５８、５６２を含むことができる。光ファイバ５６０および光ファイバ５６４は、ＬＳＰ源５０２および／または測定ヘッドのエタンデュに基づいて、選択された開口数を有することができる。

ＬＳＰ源５０２は、二色性ビームスプリッタ５５０を活用して、ＤＵＶ帯域（たとえば、＜４００ｎｍ）の照明をＤＵＶデリバリー経路に沿って提供するようにさらに構成され得る。ＤＵＶデリバリー経路は、照明をＤＵＶデリバリー経路に沿って視準するように構成された放物面鏡５５２を含むことができる。同調フィルタ５５４は、ＤＵＶスペクトル中の選択された波長または帯域の照明が測定ヘッドに直接提供されることを可能にするように構成され得る。別の実施形態では、二色性ビームスプリッタ５５０は、非常に広帯域な分光のために構成された照明光源を得るために、ＵＶ照明とＶＩＳ照明とＩＲ照明とを自由空間ＤＵＶデリバリー経路に沿って向けるように構成された広帯域高反射ミラーと交換され得る。

一実施形態では、照明経路は、照明のわずかな部分を監視経路に沿って集束レンズ５１２を通して波長監視モニタ５１４に向けるように構成された、ビームスプリッタ５０６をさらに含むことができる。別の実施形態では、フィルタ５０４は、分光反射率法のために構成された、広帯域ＶＩＳ－ＩＲ光源のための照明経路に沿った広帯域照明を可能にするように取り外され、または構成され得る。

図５Ｇは、ＬＳＰ源５０２から発する照明が、複数の二色性ビームスプリッタ５７０を活用してフィルタにかけられるシステム５００のさらに別の実施形態を示している。二色性ビームスプリッタ５７０の各々は、選択された波長の範囲を有する照明を、各デリバリー経路に沿って向けるように構成され得る。１つまたは複数のフィルタ５７２は、各デリバリー経路に配置されて、選択された波長または波長の範囲へのさらなる調整を可能にすることができる。各デリバリー経路は、少なくとも１つのシャッター５７４をさらに含むことができ、複数のデリバリー経路に渡る複数のシャッター５７４は、他の照明が遮断されている間に、選択されたデリバリー経路からの照明が通されるように、照明を通過させまたは遮断するように構成され得る。複数のビーム結合器５７６は、デリバリー経路からの照明を受信し、照明を、共通誘導経路に沿って測定ヘッドに向けるように構成され得る。いくつかの実施形態では、誘導経路は、照明の第１の部分を、監視経路に沿って波長モニタ５１４に向け、照明の少なくとも第２の部分を、照明経路に沿って測定ヘッドに向けるように構成されたビームスプリッタ５７８をさらに含むことができる。波長モニタおよび／または測定ヘッドに通じる光路は、組みレンズ５１２および５０８と、光ファイバ５１０などの、１つまたは複数の光学要素によってさらに定められ得る。

ＬＳＰ源５０２の複数の波長範囲をフィルタにかけ、選択のためのシャッター５７４を用いることは、より早い切り替え速度を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、フィルタ５７２は、シャッター５７４のみが測定中に作動されるように、選択された値に予め設定することができる。集束レンズなどの光学要素は、切り替えのためのより小さな（したがって、より早い）シャッター５７４を可能にするためにさらに活用され得る。さらなる実施形態では、多数の良く知られた線（たとえば、ＨｇＡｒ光源）を有する原子源などの較正光源は、積分球を活用してＬＳＰ源５０２の出力部に結合され、その後測定分光器に向けられてよく、したがって、スペックルをさらに軽減する。

さまざまな実施形態によると、システム５００は、紫外線波長の照明を提供するように構成されている。そうするために、ＬＳＰ源５０２の１つまたは複数の構成要素は、反射光学部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＬＳＰ源５０２の光学部品のうちの多くは、反射光学部品である。いくつかの実施形態では、光ファイバは、選択された波長（たとえば、２４０ｎｍに至るまで）の照明を測定ヘッドに提供するように構成されている。しかしながら、選択された閾値よりも短い波長は、十分な性能を達成するために、直結によって（つまり、自由空間ビームによって）提供され得る。

いくつかの実施形態では、前述のシステムのうちの１つまたは複数は、レーザー光源と波長モニタと各システムのファイバ連結とのうちの１つまたは複数を安定させるために、温度を制御するための手段をさらに含むことができる。たとえば、加熱要素および／または冷却要素が、照明経路に沿って、または照明経路に沿った１つまたは複数の位置の近くに配置され得る。

いくつかの実施形態では、前述のシステムのうちの１つまたは複数は、小さなサイドローブを有するスポットをウエハ面に生成するために、照明をアポタイズするための手段をさらに含むことができる。たとえば、可変透過率コーティング層または他のアポタイズ層が、ファイバの先端または他の照明出力部に塗布され得る。

一実施形態では、システム１００、２００、３００、または４００のうちの１つは、各システムの特定の利点を得るためにシステム５００と一体化され得る。たとえば、一体化システムは、システム５００によるＵＶ波長へアクセスする能力に加えて、選択された波長について、システム１００、２００、３００、および４００に起因する明るさと切り替え速度とを可能にすることができる。また、本明細書で説明したシステムのうちの１つまたは複数に起因する、特定の干渉性に関する利点もあり得る。一体化システムでは、シングルモードファイバが複数の単一波長光源に対して使用され得る一方、１つまたは複数のマルチモードファイバが広帯域光源に対して使用される。しかしながら、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のマルチモードファイバが両方の種類の照明光源に対して使用され得る。本明細書で前に説明した通り、アクチュエータは、レーザースペックルを軽減するためにファイバモードをスクランブルするように構成され得る。

上記で説明した実施形態の任意の部分は、少なくとも１つの他の上記で説明した実施形態の任意の部分に一体化されて、さまざまな実装上の目的（たとえば、選択可能な波長、制御された干渉性、制御された強度、制御された偏光、エタンデュの一致、切り替え速度、デリバリー効率など）を達成することができる、ということが考えられる。したがって、本明細書の実施形態は、決して限定するものとしてではなく、本開示のさまざまな態様の説明であると解釈されるべきである。

本明細書で説明したプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が影響を受け得るさまざまな目的達成手段（たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）があり、好適な目的達成手段は、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が用いられる状況により変わるということを、当業者はさらに理解する。本明細書で説明したステップのうちのいずれかを実装するプログラム命令は、搬送媒体に送信または記憶され、１つまたは複数のプロセッサによって実行され得る。いくつかの実施形態では、搬送媒体は、ワイヤ、ケーブル、またはワイヤレス送信リンクなどの伝送媒体であることができる。いくつかの実施形態では、搬送媒体は、リードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクまたは光ディスク、または磁気テープなどの記憶媒体を含むことができる。

本発明の特定の実施形態が説明されたが、本発明のさまざまな変更と実施形態とが、前述の開示の範囲と精神とから逸脱することなく、当業者によって行われ得る、ということは明白である。したがって、本発明の範囲は、本明細書に添付され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 (31)

1. 測定ヘッドに照明を提供するためのシステムであって、
   広帯域照明光源と、
   前記広帯域照明光源からの照明を照明経路に沿って測定ヘッドに提供するように構成された、１つまたは複数のマルチモード光ファイバと、
   前記広帯域照明光源と前記１つまたは複数のマルチモード光ファイバとの間に配置され、選択された波長の照明が前記照明経路に沿って提供されることを可能にするように構成された、フィルタ機構と、
   を備え、
   前記広帯域照明光源がレーザー支持プラズマ源を備え、
   前記レーザー支持プラズマ源が、
   少なくとも１つの選択された波長の、かつ生成プラズマについて少なくとも１つの選択された出力レベルでの照明を提供するように構成されたポンプ光源と、
   加圧ガスを含み、プラズマを生成するために、照明を前記ポンプ光源から受信するように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を提供するように構成された円筒形の照明筐体を備える、
   システム。
2. 前記フィルタ機構が複数の狭帯域誘電体薄膜フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記フィルタ機構が同調誘電体フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記フィルタ機構が、フィルタにかけられていない照明が前記照明経路に沿って提供されることを可能にするようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記フィルタ機構が回転分散素子を有する単色光分光器を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記フィルタ機構が、選択された波長の照明の一部を複数の光ファイバに沿って向けるように構成された分散素子を含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記１つまたは複数のマルチモード光ファイバが、前記広帯域照明光源と前記測定ヘッドとのうちの少なくとも１つのエタンデュに基づいて、選択された開口数と選択されたコアサイズとを有する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記レーザー支持プラズマ源が、前記レーザー支持プラズマ源のプラズマ放射の軸に沿って照明を提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記照明筐体が、
   加圧ガスを含み、プラズマを生成するために、照明を前記ポンプ光源から受信するように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を提供するようにさらに構成された、気体セル、
   を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記照明筐体が、
    前記気体セルに提供された照明を集めるように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を集め、視準するようにさらに構成された、楕円面鏡、
    をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記照明筐体が、
    前記気体セルに提供された照明を視準するように構成された視準レンズと、
    前記気体セルに提供された照明を集めるように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を集め、視準するようにさらに構成された、放物面鏡と、
    をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
12. 前記照明筐体が、
    前記ポンプ光源からの照明を、前記生成プラズマから放射された広帯域照明から分離させるように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を放射経路に沿って向けるようにさらに構成された、コールドミラーと、
    をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
13. 前記フィルタ機構が、
    各二色性スプリッタが各波長の範囲を各デリバリー経路に沿って向けるように構成されている、複数の二色性スプリッタと、
    各シャッターが前記複数の二色性スプリッタのうちの各１つの各デリバリー経路からの照明を受信するように構成された複数のシャッターであって、選択された波長の照明が前記照明経路に沿って提供されることを可能にするように構成された、複数のシャッターと、
    を含む、請求項１に記載のシステム。
14. 測定ヘッドに照明を提供するためのシステムであって、
    広帯域照明光源と、
    前記広帯域照明光源からの照明を照明経路に沿って測定ヘッドに送るように構成された、１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバと、
    選択された波長の照明が前記照明経路に沿って送られるように構成されたフィルタ機構と、
    を備え、
    前記広帯域照明光源がレーザー支持プラズマ源を備え、
    前記レーザー支持プラズマ源が、
    少なくとも１つの選択された波長の、かつ生成プラズマについて少なくとも１つの選択された出力レベルでの照明を提供するように構成されたポンプ光源と、
    加圧ガスを含み、プラズマを生成するために、照明を前記ポンプ光源から受信するように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を提供するように構成された円筒形の照明筐体を備え、
    前記フィルタ機構が、前記広帯域照明光源と前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバとの間に配置された固定分散要素であって、前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバに連結された前記照明の帯域幅を、照明スペクトルの分散を制御することにより制御するように構成された、固定分散要素を含み、
    前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバが、１つまたは複数の選択された波長の照明を、選択されたマルチモード光ファイバに選択的に連結するように作動可能である、システム。
15. 前記フィルタ機構が複数の狭帯域誘電体薄膜フィルタを含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記フィルタ機構が波長可変誘電体フィルタを含む、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記フィルタ機構が、フィルタリングされていない照明を前記照明経路に沿って送ることができるようにさらに構成されている、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記フィルタ機構が回転分散素子を有する単色光分光器を含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記フィルタ機構が、選択された波長の照明の一部を複数の光ファイバに沿って向けるように構成された分散素子を含む、請求項１４に記載のシステム。
20. 前記１つまたは複数のマルチモード光ファイバが、前記広帯域照明光源と前記測定ヘッドとのうちの少なくとも１つのエタンデュに基づいて、選択された開口数と選択されたコアサイズとを有する、請求項１４に記載のシステム。
21. 前記レーザー支持プラズマ源が、前記レーザー支持プラズマ源のプラズマ放射の軸に沿って照明を提供するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
22. 前記照明筐体が、
    加圧ガスを含み、前記ポンプ光源から照明を受光してプラズマを生成するように構成され、前記生成されたプラズマから放射された広帯域照明を提供するようにさらに構成された、気体セル、
    を含む、請求項１４に記載のシステム。
23. 前記照明筐体が、さらに、
    前記気体セルに送られた照明を集束するように構成され、前記生成されたプラズマから放射された広帯域照明を集めて視準するようにさらに構成された、楕円面鏡、
    を含む、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記照明筐体が、
    前記気体セルに送られた照明を視準するように構成された視準レンズと、
    前記気体セルに送られた照明を集束するように構成され、前記生成されたプラズマから放射された広帯域照明を集めて視準するようにさらに構成された、放物面鏡と、
    をさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記照明筐体が、
    前記ポンプ光源からの照明を、前記生成されたプラズマから放射された広帯域照明から分離させるように構成され、前記生成されたプラズマから放射された広帯域照明を放射経路に沿って向けるようにさらに構成された、コールドミラー、
    をさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記フィルタ機構が、
    複数の二色性スプリッタであって、各二色性スプリッタが各波長範囲を各搬送経路に沿って向けるように構成されている、複数の二色性スプリッタと、
    複数のシャッターであって、各シャッターが前記複数の二色性スプリッタのうちの各１つのそれぞれの搬送経路からの照明を受光するように構成され、選択された波長の照明が前記照明経路に沿って送られるように構成された、複数のシャッターと、
    を含む、請求項１４に記載のシステム。
27. 前記固定分散要素が、プリズムまたは回折格子の少なくともいずれかを含む、請求項１４に記載のシステム。
28. 測定ヘッドに照明を提供するためのシステムであって、
    広帯域照明光源からの照明を照明経路に沿って測定ヘッドに送るように構成された、１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバと、
    選択された波長の照明が前記照明経路に沿って送られるように構成されたフィルタ機構であって、前記広帯域照明光源と前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバとの間に配置された固定分散要素を含む、フィルタ機構と、
    前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバが連結されたアクチュエータであって、前記固定分散要素によって生じた空間的に分散した照明スペクトルにわたって前記１つまたは複数の平行移動可能な光ファイバをスキャンするように構成されたアクチュエータと、
    を備え、
    前記広帯域照明光源がレーザー支持プラズマ源を備え、
    前記レーザー支持プラズマ源が、
    少なくとも１つの選択された波長の、かつ生成プラズマについて少なくとも１つの選択された出力レベルでの照明を提供するように構成されたポンプ光源と、
    加圧ガスを含み、プラズマを生成するために、照明を前記ポンプ光源から受信するように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を提供するように構成された円筒形の照明筐体を備え、
    選択された波長での照明が前記１つまたは複数の平行移動可能な光ファイバのうちの少なくとも１つの選択された光ファイバに連結される、システム。
29. 前記固定分散要素が、プリズムまたは回折格子の少なくともいずれかを含む、請求項２８に記載のシステム。
30. 測定ヘッドに照明を提供するためのシステムであって、
    広帯域照明光源からの照明を照明経路に沿って測定ヘッドに送るように構成された、１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバと、
    選択された波長の照明が前記照明経路に沿って送られるように構成されたフィルタ機構であって、前記広帯域照明光源と前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバとの間に配置された固定分散要素を含む、フィルタ機構と、
    を備え、
    前記広帯域照明光源がレーザー支持プラズマ源を備え、
    前記レーザー支持プラズマ源が、
    少なくとも１つの選択された波長の、かつ生成プラズマについて少なくとも１つの選択された出力レベルでの照明を提供するように構成されたポンプ光源と、
    加圧ガスを含み、プラズマを生成するために、照明を前記ポンプ光源から受信するように構成され、前記生成プラズマから放射された広帯域照明を提供するように構成された円筒形の照明筐体を備え、
    前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバが、前記１つまたは複数の平行移動可能なマルチモード光ファイバに連結される照明の帯域幅を変更すべく、前記分散要素から出力された照明のスペクトル面に垂直な方向に平行移動可能である、システム。
31. 前記固定分散要素が、プリズムまたは回折格子の少なくともいずれかを含む、請求項３０に記載のシステム。