TW201441663A - 於光學量測中提供照明之系統 - Google Patents

於光學量測中提供照明之系統 Download PDF

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Abstract

本發明係針對用於提供照明至用於光學量測之一測量頭之系統。在本發明之某些實施例中，來自複數個照明源之照明光束經組合以將處於一或多個選定波長之照明遞送至該測量頭。在本發明之某些實施例中，遞送至該測量頭之照明的強度及/或空間相干性經控制。在本發明之某些實施例中，處於一或多個選定波長之照明係遞送自經組態用於提供處於一連續波長範圍之照明之一寬頻照明源。

Description

於光學量測中提供照明之系統
本發明大體而言係關於光學量測領域，且更特定而言係關於為光學量測提供照明之系統。
基於散射量測技術之光學量測系統通常用於表徵半導體中之關鍵裝置層。光學量測系統之實例包含但不限於一維光束輪廓反射量測法(1D-BPR)、二維光束輪廓反射量測法(2D-BPR)、光譜反射量測法及光譜橢圓偏光量測法。前述光學量測系統及為此項技術所習知之其他系統照明樣本以執行測量。當前採用各種照明系統來為一光學量測系統之一測量頭提供照明。
數個當前所採用照明系統具有結構或效能缺點。某些當前系統不緊密且需要大數目個光學表面來引導或管理遞送至測量頭之照明。某些當前系統限於一或多個特定雷射波長或不能夠提供處於特定波長範圍中之照明至測量頭。某些當前系統極其易受雜訊影響，以使得驅動一光電調變器(諸如，泡克耳斯盒(Pockels cell))之電壓中之甚至較小量之雜訊可導致不可接受量之遞送至測量頭之照明之雜訊影響強度。某些當前系統缺少自自由空間耦合至一光纖之穩定性，因此導致大量遞送至測量頭之照明之雜訊影響強度。某些當前系統易受由一雷射點源及/或單模光纖產生之高度空間相干性之雷射斑點影響。前述 實例圖解說明當前為此項技術所習知之照明系統中之某些系統之缺點。
本發明係針對用於提供照明至一光學量測系統之至少一個測量頭之系統。
本發明之一實施例包含一種用於提供照明至一測量頭之系統。該系統可包含複數個照明源，該複數個照明源包含但不限於一第一照明源、一第二照明源、一第三照明源、一第四照明源、一第五照明源及一第六照明源。一第一摺鏡可經組態以沿著一導引路徑反射來自該第一照明源之照明。一第二摺鏡可經組態以沿著導引路徑反射來自第二照明源之照明。一第一二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第一照明源之照明。該第一二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第三照明源之照明。一第二二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第二照明源之照明。該第二二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來著該第四照明源之照明。一第三二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第一照明源之照明及來自該第三照明源之照明。該第三二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第五照明源之照明。一第四二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第六照明源之照明。第四二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第二照明源之照明及來自該第四照明源之照明。一第五二向色組合器可經組態以沿著一照明路徑將來自該第二照明源之照明、來自該第四照明源之照明及來自該第六照明源之照明透射至該測量頭。該第五二向色組合器可進一步經組態以沿著該照明路徑將來自該第一照明源之照明、來自該第三照明源之照明及來自該第五照明源之照明反射至該測量頭。
本發明之另一實施例包含一種用於提供照明至一測量頭之系統。該系統可包含複數個照明源，該複數個照明源包含但不限於一第一照明源、一第二照明源、一第三照明源、一第四照明源、一第五照明源及一第六照明源。一第一二向色組合器可經組態以沿著一導引路徑透射來自該第一照明源之照明。該第一二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第二照明源之照明。一第二二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第三照明源之照明。該第二二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第一照明源之照明及來自該第二照明源之路徑。一第三二向色組合器可經組態以沿著該導引路徑透射來自該第四照明源之照明。該第三二向色組合器可進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第五照明源之照明。一第四二向色組合器可經組態以沿著一照明路徑將來自該第四照明源之照明及來自該第五照明源之照明透射至該測量頭。該第四二向色組合器可進一步經組態以沿著該照明路徑將來自該第一照明源之照明、來自該第二照明源之照明及來自該第三照明源之照明反射至該測量頭。一光束分裂器可經組態以沿著該照明路徑將來自該第六照明源之照明引導至該測量頭。
本發明之另一實施例包含一種用於提供照明至一測量頭之系統。該系統可包含複數個照明源，該複數個照明源經組態以沿著複數個光纖提供處於複數個波長之照明。每一光纖可經組態以接收處於一不同波長之照明。一耦合透鏡可經組態以接收來自該複數個光纖之一選定光纖之處於一選定波長之照明。該耦合透鏡可進一步經組態以沿著一遞送光纖遞送處於選定波長之照明。一套圈可經組態以固持該複數個光纖。一致動器可機械耦合至該套圈，該耦合透鏡及/或該遞送光纖。該致動器可經組態以將該套圈之該選定光纖與該耦合透鏡及/或該遞送光纖對準。一準直透鏡可經組態以接收來自該遞送光纖之處 於該選定波長之照明。該準直透鏡可進一步經組態以沿著一照明路徑將處於該選定波長之照明引導至該測量頭。
本發明之另一實施例包含一種用於提供照明至一測量頭之系統。該系統可包含複數個照明源，該複數個照明源經組態以沿著複數個光纖提供處於複數個波長之照明。每一光纖可經組態以接收處於一不同波長之照明。一波導結構可經組態以沿著一照明路徑將來自該複數個光纖之照明引導至該測量頭。安置於該複數個照明源與該波導結構之光學路徑之間的複數個快門及/或波導調變器可經組態以允許沿著照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
本發明之另一實施例包含一種利用一雷射持續電極源來提供照明至一測量頭之系統。一或多個多模光纖可經組態以沿著一照明路徑將來自該雷射持續電漿源之照明遞送至該測量頭。一濾光器機構可安置於該雷射持續電漿源與該一或多個多模光纖之間以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
應理解，前述一般說明及以下詳細說明兩者皆僅係例示性及闡釋性的且未必限制本發明。併入說明書中且構成說明書之一部分之隨附圖式圖解說明本發明之標的物。說明與圖式一起用於闡釋本發明之原理。
100‧‧‧系統
102A‧‧‧第一照明源
102B‧‧‧第二照明源
102C‧‧‧第三照明源
102D‧‧‧第四照明源
102E‧‧‧第五照明源
102F‧‧‧第六照明源
108A‧‧‧第一摺鏡
108B‧‧‧第二摺鏡
110A‧‧‧第一二向色組合器
110B‧‧‧第二二向色組合器
110C‧‧‧第三二向色組合器
110D‧‧‧第四二向色組合器
110E‧‧‧第五二向色組合器
112‧‧‧偏光光束分裂器
114‧‧‧強度控制模組
116‧‧‧偏光光束分裂器
118‧‧‧快門
120‧‧‧耦合透鏡
122‧‧‧單模或多模光纖
124‧‧‧光束分離器
126‧‧‧透鏡
128‧‧‧波長監視器
130‧‧‧摺鏡
136‧‧‧光纖
200‧‧‧系統
202A‧‧‧第一照明源
202B‧‧‧第二照明源
202C‧‧‧第三照明源
202D‧‧‧第四照明源
202E‧‧‧第五照明源
202F‧‧‧第六照明源
208A‧‧‧第一二向色組合器
208B‧‧‧第二二向色組合器
208C‧‧‧第三二向色組合器
208D‧‧‧第四二向色組合器
210‧‧‧偏光光束分離器
212‧‧‧透鏡
214‧‧‧波長監視器
216‧‧‧強度控制模組
218‧‧‧偏光光束分離器
220‧‧‧快門
222‧‧‧耦合透鏡
224‧‧‧單模或多模光纖
226‧‧‧摺鏡
228‧‧‧快門
230‧‧‧耦合透鏡
232‧‧‧單模或多模光纖
300‧‧‧系統
302A‧‧‧第一照明源
302B‧‧‧第二照明源
302C‧‧‧第三照明源
302D‧‧‧第四照明源
302E‧‧‧第五照明源
302F‧‧‧第六照明源
304‧‧‧套圈
306‧‧‧致動器
308‧‧‧耦合透鏡
309‧‧‧光束集堆
310‧‧‧遞送光纖
311‧‧‧可變光纖衰減器
312‧‧‧準直透鏡
314‧‧‧波板
316‧‧‧偏光光束分裂器
318‧‧‧透鏡
320‧‧‧波長監視器
321‧‧‧自由空間強度控制模組
322‧‧‧偏光光束分裂器/偏光光束分離器
324‧‧‧快門
326‧‧‧耦合透鏡
328‧‧‧單模或多模光纖
330‧‧‧摺鏡
332‧‧‧快門
334‧‧‧耦合透鏡
336‧‧‧單模或多模光纖
400‧‧‧系統
402A‧‧‧照明源
402B‧‧‧照明源
402C‧‧‧照明源
402D‧‧‧照明源
402E‧‧‧照明源
402F‧‧‧照明源
406‧‧‧平面光波電路/光波電路
410‧‧‧分裂器
412‧‧‧單模光纖
414‧‧‧單模光纖
500‧‧‧系統
502‧‧‧真實經擴展空間不相干照明源/空間不相干照明源/照明源/寬頻照明源/LSP源/經擴展源
504‧‧‧濾光器機構/濾光器
504A‧‧‧高通濾光器
504B‧‧‧低通濾光器/可調諧濾光器
504C‧‧‧窄頻濾光器
506‧‧‧光束分裂器
508‧‧‧耦合透鏡
510‧‧‧多模光纖/光纖
512‧‧‧聚焦透鏡
514‧‧‧波長監視器
520‧‧‧波長監視器
522‧‧‧室/氣室
524‧‧‧橢球面鏡
526‧‧‧冷光鏡
528‧‧‧準直透鏡
530‧‧‧抛物面鏡
532‧‧‧聚焦透鏡
534‧‧‧第一光學窗/光學窗
536‧‧‧第二光學窗/光學窗
540‧‧‧準直透鏡
542‧‧‧聚焦光學器件/耦合透鏡
544‧‧‧空間色散光譜/光譜/光譜平面/照明光譜
550‧‧‧二向色光束分裂器
552‧‧‧抛物面鏡
554‧‧‧可調諧濾光器
556‧‧‧偏光光束分裂器
558‧‧‧耦合透鏡
560‧‧‧光纖
562‧‧‧耦合透鏡
564‧‧‧光纖
578‧‧‧光束分裂器
熟習此項技術者可藉由參考附圖而較佳理解本發明之眾多優點，在附圖中：圖1係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖2係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖3係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭 之一照明系統之一方塊圖；圖4A係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖4B係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖5A係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖5B係根據本發明之一實施例圖解說明用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖；圖5C係根據本發明之一實施例圖解說明一雷射產生電漿源之一方塊圖；圖5D係根據本發明之一實施例之圖解說明一雷射產生電漿源之一方塊圖；圖5E係根據本發明之一實施例圖解說明一雷射產生電漿源之一方塊圖；且圖5F係根據本發明之一實施例之用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖。圖5G係根據本發明之一實施例之用於提供照明至一測量頭之一照明系統之一方塊圖。
現在將詳細參考圖解說明於隨附圖式中之所揭示之標的物。
圖1至圖5F大體圖解說明用於提供照明至一光學量測系統之一測量頭之系統。光學量測系統可包含但不限於一維光束輪廓反射量測法(1D-BPR)、二維光束輪廓反射量測法(2D-BPR)、光譜反射量測法、光譜橢圓偏光量測法、角分解反射量測法或散射量測法系統，或以下美國專利中所論述之任何量測系統：美國專利第6,429,943、 6,654,131、6,297,880、7,567,351號、美國公開案第2011/0310388、2011/0069312號，及美國專利申請案第61/545,965號，所有美國專利以全文引用方式併入本文中。
在本發明之某些實施例中，來自複數個照明源之照明光束經組合以將處於一或多個選定波長之照明遞送至該測量頭。在本發明之某些實施例中，遞送至該測量頭之照明之強度及/或空間相干性經控制。在本發明之某些實施例中，處於一或多個選定波長之照明係自經組態用於提供處於一連續波長範圍之照明之一寬頻照明源遞送。以下實施例中闡述用於完成前述功能及其他功能中之某些或全部功能之系統或方法。
圖1圖解說明用於利用複數個照明源102來提供照明至一光學量測系統之一測量頭之一系統100之一實施例。自照明源102發出之照明可利用複數個二向色組合器110組合以沿著一共同照明路徑傳播。在一實施例中，二向色組合器110經組態以沿著一自由空間照明路徑引導照明。在某些實施例中，照明路徑之至少一部分可由一或多個光學元件(諸如聚焦透鏡、光束分裂器、組合器、鏡、耦合透鏡、光纖、衰減器、偏光器、準直透鏡及諸如此類)劃界。
在一實施例中，系統100包含但不限於一第一照明源102A、一第二照明源102B、一第三照明源102C、一第四照明源102D、一第五照明源102E及一第六照明源102F。每一照明源102可經組態以提供處於一選定波長或一選定波長範圍之照明。在一例示性實施例中，第一照明源102A、第二照明源102B、第三照明源102C、第四照明源102D、第五照明源102E及第六照明源102F可經組態以分別提供處於488nm、685nm、443nm、638nm、405nm及532nm波長之照明。在本文中應注意，僅出於說明性目的而包含前述實例且不應將其理解為對本發明之一限制。在其他實施例中，可選擇經組態以提供處於一替代波長組之 照明之照明源102。
照明源102可經組態以透過各別準直透鏡104將照明透射至由光學元件劃界之一導引路徑(包含但不限於摺鏡108及二向色組合器110)。系統100可進一步包含安置於照明源102與導引路徑之間的快門106。快門106可經組態以允許來自至少一個選定照明源102之照明透射至導引同時阻擋來自其他照明源102之照明。在一實施例中，對應於發出處於一選定波長之照明之一照明源102之一快門106可敞開以使處於選定波長之照明通過同時所有其他快門106保持關閉以阻擋自其他照明源102發出之處於其他波長之照明。
在一實施例中，導引路徑可包含但不限於呈圖1中所圖解說明及本文中所闡述之緊密配置之兩個摺鏡及五個二向色組合器。一第一摺鏡108A可經組態以將來自第一照明源102A之照明反射朝向一第一二向色組合器110A。一第二摺鏡108B可經組態以將來自第二照明源102B之照明反射朝向一第二二向色組合器110B。
一二向色組合器110可經組態以透射處於高於或低於一選定臨限值之波長之照明同時反射處於其他波長之照明。另一選擇係，一二向色組合器110可經組態以透射處於一選擇範圍內或外之波長之照明同時反射處於其他波長之照明。第一二向色組合器110A可經組態以將來自第一照明源102A之照明透射朝向一第三二向色組合器110C。第一二向色組合器110A可進一步經組態以將來自第三照明源102C之照明反射朝向第三二向色組合器110C。
第二二向色組合器110B可經組態以將來自第二照明源102B之照明透射朝向一第四二向色組合器110D。第二二向色組合器110B可進一步經組態以將來自第四照明源102D之照明反射朝向第四二向色組合器110D。
第三二向色組合器110C可經組態以將來自第一照明源102A之照 明及來自第三照明源102C之照明透射朝向一第五二向色組合器110E。第三二向色組合器110C可進一步經組態以將來自第五照明源102E之照明反射朝向第五二向色組合器110E。
第四二向色組合器110D可經組態以將來自第六照明源102F之照明透射朝向第五二向色組合器110E。第四二向色組合器110D可進一步經組態以將來自第二照明源102B之照明及來自第四照明源102D之照明反射朝向第五二向色組合器110E。
第五二向色組合器110E可經組態以沿著照明路徑將來自第二照明源102B之照明、來自第四照明源102D之照明及來自第六照明源102F之照明透射至光學量測系統之測量頭。第五二向色組合器110E可進一步經組態以沿著照明路徑將來自第一照明源102A之照明、來自第三照明源102C之照明及來自第五照明源102E之照明反射至測量頭。
在一實施例中，照明路徑可包含安置於一強度控制模組114之前及/或之後之一或多個偏光光束分裂器112、116。強度控制模組可包含經組態以使沿著照明路徑遞送至測量頭之照明強度衰減之一光電裝置，諸如一泡克耳斯盒。至少一個偏光光束分裂器116可經組態以沿著一遞送路徑將照明之一部分引導至經組態以將照明之部分遞送至測量頭之一偏光通道之一單模或多模光纖122。偏光光束分裂器116可進一步經組態以沿著一額外遞送路徑將照明之至少一個額外部分引導至經組態以將照明之額外部分遞送至測量頭之一額外偏光通道之一光纖136。遞送路徑可包含用以界定一路徑及/或控制沿著該路徑傳播之照明之額外光學元件。舉例而言，一摺鏡130可經組態以沿著一選定路徑反射照明。快門118、134可經組態以選擇性透射或阻擋遞送至光纖122、136之照明。耦合透鏡120、134可經組態以將來自自由空間之照明傳送至光纖122、136。一光束分離器124可經組態以透過一透鏡 126、光纖及/或任何其他光學元件，將來自照明路徑或遞送路徑之照明之一小部分引導至一波長監視器128。前述實例係僅出於說明性目的而提供。預期在不背離本發明之本質的情況下，可包含或不包含各種光學元件。
圖2中圖解說明利用複數個照明源202來提供照明至一光學量測系統之一測量頭之一系統200之另一實施例。在一實施例中，系統200包含(但不限於)一第一照明源202A、一第二照明源202B、一第三照明源202C、一第四照明源202D、一第五照明源202E及一第六照明源202F。
在一例示性實施例中，第一照明源202A、第二照明源202B、第三照明源202C、第四照明源202D、第五照明源202E及第六照明源202F可經組態以分別提供處於488nm、443nm、514nm、685nm、638nm及405nm之波長的照明。在另一例示性實施例中，第一照明源202A、第二照明源202B、第三照明源202C、第四照明源202D、第五照明源202E及第六照明源202F可經組態以分別提供處於443nm、405nm、488nm、638nm、532nm及685nm之波長的照明。應注意，在本文中，僅出於說明性目的而包含前述例示性實例且不應將其理解為對本發明之一限制。在其他實施例中，可選擇經組態以提供處於一替代波長組之照明的照明源202。
照明源202可經組態以透過各別準直透鏡204將照明透射至一導引路徑。安置於照明源202及導引路徑之間的快門206可經組態以允許將來自至少一個選定照明源202的照明透射至導引路徑，同時阻擋來自其他照明源202的照明。
在一實施例中，導引路徑可包含但不限於經組態以沿著一共同照明路徑組合來自複數個照明源202之照明光束之四個二向色組合器208。一第一二向色組合器208A可經組態以將來自第一照明源202A之 照明透射朝向一第二二向色組合器208B。第一二向色組合器208A可進一步經組態以將來自第二照明源202B之照明反射朝向第二二向色組合器208B。
一第二二向色組合器208B可經組態以將來自第三照明源202C之照明透射朝向一第四二向色組合器208D。第二二向色組合器208B可進一步經組態以將來自第一照明源202A之照明及來自第二照明源202B之照明反射朝向第四二向色組合器208D。
一第三二向色組合器208C可經組態以將來自第四照明源202D之照明透射朝向第四二向色組合器208D。第三二向色組合器208C可進一步經組態以將來自第五照明源202E之照明反射朝向第四二向色組合器208D。
第四二向色組合器208D可經組態以沿著照明路徑將來自第四照明源202D之照明及來自第五照明源202E之照明透射至測量頭。第四二向色組合器208D可進一步經組態以沿著照明路徑將來自第一照明源202A之照明、來自第二照明源202B之照明及來自第三照明源202C之照明反射至測量頭。
在一實施例中，照明路徑可包含安置於一強度控制模組216之前及/或之後之一或多個偏光光束分離器210、218。至少一個偏光光束分裂器210可經組態以沿著照明路徑將來自第六照明源202F之照明引導至測量頭。在一實施例中，偏光光束分裂器210或另一光束分裂器可經組態以透過一透鏡212、光纖及/或任何其他光學元件將來自照明路徑或一遞送路徑之照明之一部分引導至一波長監視器214。至少一個偏光光束分裂器218可經組態以沿著一或多個遞送路徑將照明之一或多個部分引導至經組態以將照明遞送至測量頭之偏光通道之單模或多模光纖224、232。遞送路徑可包含額外光學元件，諸如但不限於摺鏡226、快門220、228及耦合透鏡222、230，如先前關於系統100所論 述。
圖3圖解說明用於利用複數個照明源302來提供照明至一光學量測系統之一測量頭之一系統300之另一實施例。每一照明源302可經組態以沿著一對應光纖透射處於一選定波長之照明。系統可包含一致動器306，諸如採用一或多個馬達或伺服器之一壓電致動器或運動控制裝置。致動器306可經組態以使透射處於一選定波長之照明之一選定光纖與一耦合透鏡308對準。耦合透鏡308可經組態以透過自由空間或沿著一遞送光纖310將來自選定光纖之照明透射至一準直透鏡312。準直透鏡312可經組態以沿著照明路徑將選定光纖之經準直照明透射至測量頭。
在一實施例中，致動器306可經組態以致動耦合透鏡308以達成與選定光纖之對準。舉例而言，耦合透鏡308可平移或旋轉以與來自選定光纖之一經準直光束對準。在某些實施例中，以一平移或旋轉方式致動耦合透鏡308來較快速切換可係有利的。
在圖3中圖解說明之另一實施例中，致動器306可經組態以致動固持光纖之一套圈304以使選定光纖與耦合透鏡308對準。在一例示性實施例中，套圈304包含經組態以固持對應於一第一照明源302A、一第二照明源302B、一第三照明源302C、一第四照明源302D、一第五照明源302E及一第六照明源302F之六個光纖之一六邊形陣列。在某些實施例中，以光纖之間最小間隔將光纖封裝於套圈304中係有利的。
在一實施例中，致動器306可經組態以使套圈304橫向(亦即，XY定位)移動以使選定光纖與耦合透鏡308對準。在使選定光纖與耦合透鏡308對準時，處於選定波長之照明可引導穿過一光束集堆309之一光圈同時處於其他波長之照明被光束集堆309阻擋。致動器306可進一步經組態以使套圈304或耦合透鏡308縱向(亦即，Z定向)移動以聚焦自 選定光纖遞送之照明。在某些實施例中，致動器306可經組態以藉由調整聚焦位準來控制遞送至測量頭之照明強度。在另一實施例中，一可變光纖衰減器311可經組態以控制遞送至測量頭之照明強度。在某些實施例中，一自由空間強度控制模組321可經組態以控制遞送至測量頭之照明強度。
在另一實施例中，致動器306可經組態以致動遞送光纖310以使遞送光纖310與自選定光纖遞送至耦合透鏡308之照明對準。在某些實施例中，光束集堆309可耦合至遞送光纖310之尖端。光束集堆309可經組態以在遞送光纖310與自選定光纖透過耦合透鏡308傳送之照明對準時允許處於選定波長之照明穿過遞送光纖310同時阻擋處於其他波長之照明。進一步預期，在本文中所闡述之實施例中之任何者中，光束集堆309可以一固定或動態配置安置於遞送光纖310之前以減輕來自處於除選定波長外之波長之照明之干擾。
在一實施例中，照明路徑可包含經組態以沿著一或多個遞送路徑將照明之一或多個部分引導至經組態以將照明遞送至測量頭之偏光通道之單模或多模光纖328、336之至少一個偏光光束分裂器322。遞送路徑可包含額外光學元件，諸如但不限於摺鏡330、快門324、332及耦合透鏡326、334，如先前關於系統100所論述。在一實施例中，照明路徑可進一步包含至少一個波板314及/或任何其他光學元件。
在另一實施例中，照明及遞送路徑可藉由包含耦合至光束集堆309之一分叉光纖(例如S及P光纖)而組合。在一實施例中，分叉光纖亦可替換準直透鏡312及偏光光束分離器322。分叉光纖可經組態以將處於選定波長之照明透射至測量頭之偏光通道。可藉由在任一端使一個光纖偏光鍵相對於另一偏光鍵旋轉90度來達成偏光區別。
一偏光光束分裂器316或另一光束分裂器可經組態以透過一透鏡318、光纖及/或任何其他光學元素將來自照明路徑或一遞送路徑之照 明之一部分引導至一波長監視器320。在一實施例中，波長監視器320可經組態以接收來自沿著遞送路徑在測量頭之前安置之一光束分裂器之照明。
圖4A及圖4B圖解說明利用複數個照明源402為一光學量測系統之一測量頭提供照明之一系統400之另一實施例。每一照明源402可經組態以沿著一對應光纖將處於一選定波長之照明傳輸至一波導結構。在圖4A中所圖解說明之一實施例中，波導結構可包含複數個級聯光纖分裂器404。舉例而言，來自六個源402之照明可透過包含五個2×1光纖分裂器404之一波導結構組合。照明可隨著其行進穿過光束分裂器404而衰減。
在一實施例中，照明源402及光束分裂器404可經配置以使得處於較短波長之照明行進穿過比處於較長波長之照明少之光纖分裂器404。舉例而言，與照明源402C及402D相比，照明源402A及402B可提供處於較短波長之照明。類似地，與照明源402E及402F相比，照明源402C及402D可提供較短波長之照明。
在圖4B中所圖解說明之另一實施例中，波導結構可包含一平面光波電路406。處於選定波長之照明可經由對應光纖自複數個照明源402傳輸至光波電路406。光波電路406可包含形成於一平面基板上之波導。由於形成於基板上之波導之形狀可比複數個光纖更容易控制，因此光波電路406可允許一更緊密裝置。
波導電路406可進一步包含用於實施選定功能之額外結構或裝置。在一例示性實施例中，波導電路406可包含經組態以控制行進穿過光波電路406之照明光束之強度之強度調變器408。在另一例示性實施例中，光波電路406可在形成於基板上之波導之輸出處包含一分裂器410。分裂器410可經組態以沿著單模光纖412、414將透射穿過光導電路406之照明之部分引導至測量頭之偏光通道。
進一步應注意，除非另有說明，否則對含有前述系統100、200、300及400中之一者之一元件或組態之任何闡述應視為適用於其他系統。本文中所闡述之概念中之數者可以模組化方式應用。舉例而言，快門106、206可包含於前述系統100、200、300及400中之任何者中以藉由使處於選定波長之照明通過同時阻礙處於其他波長之照明來同處於一選定波長之照明。類似地，單模、多模及/或分叉光纖可用於沿著一照明路徑或遞送路徑將照明傳送至前述系統100、200、300及400中之任何者中之測量頭。前述實例圖解說明一項實施例中所闡述之一組件可如何與其他實施例中所闡述之組件以模組化方式組合。此外，熟習此項技術者將容易明瞭組合本文中所闡述之元件之能力。
系統100、200、300及400中之任何者可包含用於控制處於一或多個選定波長之照明強度之構件。在某些實施例中，遞送至測量頭之照明強度可利用一聲光可調諧濾光器(AOTF)來控制，如美國公開案第2011/0310388 A1號中至少部分闡述。美國專利公開案第2011/0310388 A1號以引用方式併入本文中。
在某些實施例中，AOTF可包含一雙程配置，如本文中所闡述。來自複數個光纖(每一光纖經組態以用於透射處於一選定波長之照明)之照明，可聚焦至AOTF上。AOTF之RF調變(例如，振幅及/或頻率調變)可用於判定一特定次序之處於選定波長之照明如何高效繞射。照明之繞射光束可利用一準直透鏡準直並自一平面鏡逆向反射。一反射光束可往回聚焦至AOTF上，再次繞射且往回耦合至其原始光纖中。一光纖循環器可經組態以將往回傳播之照明分裂至一輸出光纖中。此雙程配置可增加強度控制之動態範圍且減少來自頻率變化至雜訊。
在某些實施例中，每一照明源102、202、302、402可獨立經調變以控制處於一或多個波長之照明強度。因此，針對複數個照明源102、202、302、402，在積分時間期間入射於一偵測器陣列上之光子 之數目可經控制至一選定位準或在一選定限度內。在某些實施例中，每一照明源102、202、302、402可係脈衝寬度調變(PWM)以使得每一脈衝短於偵測器之積分時間且與由偵測器對每一框架之獲取同步。
系統100、200、300及400中之任何者可進一步包含用於控制處於一或多個選定波長之照明之空間相干性之構件。由照明源102、202、302、402(諸如雷射)透過單模光纖提供之處於選定波長之照明可導致斑點圖案及其他相干假影，此乃因高空間相干性可允許沿著稍微不同路徑長度行進之照明之部分彼此干涉。
在一實施例中，空間相干性可藉由替代利用一單模光纖將照明透過一多模光纖遞送至測量頭來控制。若光纖面上之不同點不相關，則多模光纖可如同一經擴展物件動作。耦合至多模光纖中之一照明源102、202、302、402通常激發多模光纖之模式中之一小子組。照明源102、202、302、402可經組態以藉由使一聚焦照明光束以一隨機或擬隨機圖案橫向跨越纖維面進行掃描來激發多模光纖之模式中之全部或一廣泛分佈。機械耦合至一傾斜(tip-tilt)致動器或一替代致動構件之一摺鏡可經組態以使照明光束跨越光纖面進行掃描。可使照明光束以一充足速度進行掃描以實現時變模式結構以在一偵測器之積分時間內求平均，藉此導致實質上等效於或類似於一不相干經擴展源之動作之動作。另一選擇係，模式可利用機械耦合至多模光纖之一致動器(諸如一音圈、由GIGA CONCEPT INC.生產之一MODAL EXPLORER SPECKLE SCRAMBLER，或此項技術習知之任何其他模式加擾致動器)來隨機激發或加擾。舉例而言，一音圈可經組態以使多模光纖振動以隨進混合模式。
在另一實施例中，空間相干性可利用置於測量頭之光束路徑中之一旋轉漫射器來控制。旋轉漫射器可安置於將照明遞送至測量頭之一光纖之輸出小面附近或一內部影像平面附近。漫射器可經組態以旋 轉以使得一光束點在偵測器之積分時間期間照明複數個不同及/或隨機區域，藉此導致實質上等效於或類似於一不相干經擴展源之行為之行為。
在另一實施例中，空間相干性可利用機械耦合至一傾斜(tip-tilt)致動器以使自測量頭髮出之照明橫向跨越一正經分析之樣本進行掃描之一摺鏡來控制。跨越樣本掃描之點位置可不相關，此歸因於相對於使遞送至樣本表面之照明之一光束點移動所需之時間的經調變照明源之較短相關時間。藉由跨越樣本測量充足複數個點，所測量資料可呈現較少相干假影。
圖5A至圖5F圖解說明用於利用一真實經擴展空間不相干照明源502來供應空間不相干照明而提供照明至一測量頭之一系統500。空間不相干照明源502包含但不限於Xe弧源(如美國公開案第2011/0026032及2010/0302521號中所論述)，及雷射持續電漿(LSP)源(如美國專利第7,435,982、7,786,455及7,989,786號中所論述)，所有美國專利以引用方式併入本文中。在一項實施例中，可將一高功率紅外線雷射光束引至填充有一高壓氣體(諸如Xe)之一燈泡內部之一焦點以產生雷射持續電漿。雷射可加熱氣體。可跨越燈泡內部之一組電極提供一高電位差以電離經加熱氣體，藉此在聚焦雷射光束之區內形成電漿。電漿可自電漿之小區各向同性地提供密集照明發射，通常100um至200um直徑。在某些實施例中，發射之照明可係極其寬頻。舉例而言，電漿可產生處於自約150nm至超過1000nm之波長之顯著發射。濾光器機構504可經組態以自照明源502之寬頻光譜提供處於選定波長帶之照明。在以下實施例中，寬頻照明源502通常係一LSP源；然而，預期任何寬頻照明源502，諸如但不限於LSP源、超連續雷射及此項技術習知之任何其他寬頻(亦即，白光)源。
圖5A圖解說明系統500之一實施例，其中一LSP源502經組態以沿 著一照明路徑將照明引導至測量頭。一或多個濾光器機構504可經組態以過濾來自LSP源502之寬頻照明以將處於選定波長或一選定波長帶之照明提供至測量頭。然而，在某些實施例中，濾光器機構504可經移除或經組態以允許將未經濾光之照明(亦即，白色光)遞送至測量頭。系統可進一步包含經組態以將來自照明路徑之照明引導至至少一個多模光纖510以供遞送至測量頭之一耦合透鏡508。預期，可利用一單模光纖；然而將經擴展電極點之影像耦合至一單模光纖中係不如耦合至多模光纖510中高效。此外，一單模光纖之小芯可使照明空間相干，因此，廢除利用一經擴展源502之意圖。
在一實施例中，濾光器機構504可包含一或多個薄膜干涉濾光器。薄膜濾光器可能夠高效率窄頻濾光(例如，>90%)及極佳拒斥或衰減帶外照明(例如，<10-6)。在一實施例中，濾光器504可經組態以過濾照明以提供大致大約選定波長2nm至15nm範圍中之頻寬。前述範圍經包含僅用於說明目的且不應視為以任何方式限制本發明。
除至少一個窄頻濾光器504C以外，濾光器機構504亦可包含至少一個高通濾光器504A及/或低通濾光器504B。窄頻濾光器504可經組態以過濾來自LSP源502之照明，以沿著照明路徑提供處於一選定波長帶之照明。高通濾光器504A及/或低通濾光器504B可經組態以拒斥或衰減窄頻濾光器504C不能控制之LSP源502光譜的區，藉此過濾照明至窄頻濾光器504C經組態以控制之一波長範圍。
濾光器機構504可進一步包含經組態以使複數個濾光器平移或旋轉之一或多個致動器，諸如馬達，其中每一濾光器可經組態以用於過濾一或多個選定波長或帶。在一實施例中，複數個濾光器可耦合至一可移動架座，允許選擇濾光器以在一測量過程中提供處於選定波長之照明。可移動架座可包含一馬達式濾光器轉盤；而，滑動器及替代致動器也是預期的。進一步預期，可藉助使用固定波長干涉濾光器來實 現撓性優點。商業供應商可相對容易地供應選定波長的濾光器。因此，濾光器可針對系統500客製化以增加敏感性及/或改良任何其他系統屬性。
在一實施例中，照明路徑可包含經組態以透過一聚焦透鏡512沿著一偵測路徑將照明之一部分引導至一波長監視器514之一光束分裂器506。在某些實施例中，照明路徑可進一步包含上文關於系統100、200、300及/或400所論述之光學元件中之一或多者。
在另一實施例中，濾光器機構504可包含允許沿著照明路徑提供處於可選擇波長之一連續範圍之照明之一單光器配置。單光器通常不如固定波長干涉濾光器高效，此歸因於使用繞射光柵作為分散元件。以充足精確度及準確度調諧單光器亦可造成挑戰且可需要即時波長監視。典型單光器配置藉由使分散元件旋轉且保持一固定狹縫來調諧至一選定波長。然而，圖5B圖解說明包含一經修改單光器配置之系統500。系統500可包含經組態以沿著照明路徑自LSP源502提供照明之一準直透鏡540。濾光器機構504可包含一分散元件，諸如(但不限於)一稜鏡或繞射光柵。分散元件可在經由照明之空間色散光譜544掃描一或多個光纖546的同時保持固定，以使得處於一選定波長或帶之照明耦合至至少一個選定光纖546中。可用於耦合至光纖546中之照明的光譜544可由分散元件的色散及/或經組態以將照明耦合至選定光纖546之聚焦光學器件542的焦距來判定。透過一光纖546透射之照明的頻寬可由光纖芯的大小及光譜544中之色彩的空間分離來判定。
在一實施例中，一或多個光纖546可安置於光譜544之平面中。一光纖546可利用至少一個致動器沿著光譜544平移以變化一選定照明帶之中心波長。光纖546可進一步沿垂直於光譜平面544之方向平移，以變化耦合至光纖546中之照明的頻寬。進一步預期，一可調整分散元件可經組態以藉由控制照明光譜544之色散來控制耦合至光纖546中 之照明的頻寬。在某些實施例中，照明路徑可進一步包含經組態以提供窄頻照明之一空間濾光器。
在另一實施例中，濾光器機構504可包含至少一個可調諧干涉濾光器。可調諧干涉濾光器可經組態以基於濾光器上之照明之一入射角而使照明之一透射帶移位。一致動器(諸如一馬達旋轉台)可機械耦合至可調諧干涉濾光器。致動器可經組態以藉由使濾光器繞垂直於由濾光器接收之照明之方向之一軸旋轉來調諧至一選定波長或帶。因此，沿著照明路徑遞送之照明可連續調諧而不犧牲由干涉濾光器提供之效率及/或穩定性優點。
在前述實施例中，至少一個光纖(例如，多模光纖)510、546經組態以將自系統500遞送之照明耦合至測量頭。經由一或多個光纖510、546耦合至測量頭可有利於封裝撓性及/或系統模組化。在其他實施例中，然而，將來自系統500之照明直接耦合至測量頭而不需一光纖510、546可係有利的。舉例而言，藉助一光纖510、546耦合至測量頭可由於源光展量與光纖光展量之間的不匹配而高度低效。此外，選定照明波長可係在光纖510、546之操作範圍外。在一實施例中，照明可藉由移除耦合透鏡508、542及光纖510、546且沿著照明路徑將照明直接遞送至測量頭之光學器件來直接耦合至測量頭。
藉由利用一LSP源502，系統500可經組態以提供處於選定波長或在可用於二極體雷射之範圍外之波長帶之照明。此外，薄膜干涉濾光器在200nm及更低之波長下容易可用，因此系統500可經組態以提供處於利用二極體雷射不可達成之選定UV波長之照明至測量頭。
在某些實施例中，測量頭經組態以用於一法向入射散射量測系統或能夠用小光束點進行測量之另一量測系統。小測量點往往導致分析樣本之空間中之低光展量。為改良照明效率，LSP源502之光展量可實質上匹配於量測系統之測量頭之光展量。在一進一步實施例中， 用於將照明耦合至測量頭之一或多個光纖510、546可具有基於LSP源502及/或測量頭之光展量之選定數值孔徑及/或選定芯大小。
LSP源502通常產生相當大光束點，該等相當大光束點在與來自熱電漿之黑體輻射之各向同性性質組合時導致大光展量。上述情形在經組態用於激發氣體以產生電漿之一泵激源520(諸如一紅外線雷射)與自電極發射之寬頻照明之軸不對準時尤其普遍。可發生一伸長光束點，導致不匹配光展量，且因此對LSP功率之低效利用。LSP源502之以下實施例係針對藉由運用較大輻射通量(勝過運用一小光展量)來減輕前述缺點。
最初，一較多功率泵激源520可用於驅動LSP源502。在一項例示性實施例中，泵激源520可包含但不限於在1070nm至1080nm波長下具有8kW或更大之功率之一雷射。利用一較多功率之雷射可增加光展量，此乃因其中發生電漿發生之區可係較大的。燈泡或氣室之填充壓力及填充氣體亦可經選定以改良光譜輻射及光展量。在某些實施例中，泵激光束之幾何形狀及聚焦光學器件之設計亦可用於控制光展量。
參考圖5C至圖5E，自泵激源520發出之泵激光束可沿著與自電漿發射之寬頻照明相同之軸遞送，藉此減少由於偏軸泵激所致之光束點之伸長。在一實施例中，LSP源502可包含具有一線性階配置之一燈罩，如圖5C中所圖解說明，其中遞送泵激光束之一光纖安置於一橢球面鏡524之一個焦點處。泵激照明可透射穿過一冷光鏡526且聚集於處於一高數值孔徑之共軛焦點上，導致一小光束點。經組態以接收泵激照明之含有經加壓氣體之一室522可安置於此焦點處。自所得電極發射之寬頻照明可由橢球面鏡524收集且沿著一發射路徑自冷光鏡526反射出燈罩。在一實施例中，燈罩可係一圓柱形結構。一圓柱形結構可具有優於通常係球形形狀之一習用燈之優點，此乃因聚焦泵激光束 之像差可更容易控制以達成一緊密光束點。
圖5D圖解說明其中源之燈罩包含一抛物面鏡530替代橢球面鏡524之LSP源502之另一實施例。自泵激源520遞送之IR泵激光束可利用一準直透鏡528準直。經準直照明可利用抛物面鏡530透射穿過冷光鏡526且聚焦至氣室522上。由所得電漿發射之寬頻照明可由抛物面鏡530收集並重新準直。經準直寬頻照明可藉由冷光鏡526沿著發射路徑自燈罩反射出。由於泵激光束在其經引導穿過冷光鏡526時經準直，因此可避免像差，但在泵激照明經引導於氣室522處時可引起某些像差。避免偏軸像差以使得電漿成像不受影響可需要一足夠小電漿光束點。
圖5E圖解說明LSP源502之另一實施例，其中一第一光學窗534及一第二光學窗536彼此平行地安置於氣室522之相對端處。泵激光束可自泵激源520穿過一聚焦透鏡532聚焦至第一光學窗534中且所得寬頻照明可沿著發射路徑自第二光學窗536發射。第二光學窗可塗佈有經組態以阻擋或衰減自泵激源520遞送之IR泵激光束之波長之一膜。沿著發射路徑遞送之寬頻照明可具有球面像差。在某些實施例中，球面像差可透過一準直器校正。像差可校正之程度可取決於照明之橫向大小及NA(亦即，光展量)及使用之準直器之複雜性。然而，在某些例項中，某些(可能不顯著)場相依像差可仍存在。
在一實施例中，光學窗534、536之基板材料可經組態用於來自紫外線至紅外線帶之高透射。聚焦光學器件可充分校正，一光學窗可包含實現一繞射限制焦點之高光學品質材料。在某些實施例中，所得照明可沿著具有最小點大小之方向(亦即，沿著用於一正軸場點之主光線)收集。
圖5F圖解說明經組態以沿著遞送路徑將處於VIS及IR波長之照明提供至具有用於處於DUV波長之照明之一選用遞送路徑之測量頭之至 少兩個偏光通道之系統500之一例示性實施例。LSP源502可經組態以提供寬頻照明穿過旋轉至適當位置中之高通濾光器504A及短通濾光器504C以供以VIS及IR帶操作。一可調諧濾光器504B可經組態以在一線性滑軌上滑動至適當位置中以過濾照明至一選定波長或一選定波長帶。一偏光光束分裂器556可經組態以將處於正交偏光之來自照明路徑之照明沿著對應遞送路徑引導至測量頭。在一實施例中，每一遞送路徑可包含經組態以將照明沿著一光纖560、564引導至測量頭之一偏光通道之一耦合透鏡558、562。光纖560、564可具有基於LSP源502及/或測量頭之光展量之選定數值孔徑。
LSP源502可進一步經組態以利用二向色光束分裂器550沿著一DUV遞送路徑提供處於DUV帶(例如，<400nm)之照明。DUV遞送路徑可包含經組態以沿著DUV遞送路徑準直照明之一抛物面鏡552。一可調諧濾光器554可經組態以允許將處於DUV光譜中之一選定波長或帶之照明直接遞送至測量頭。在另一實施例中，二向色光束分裂器550可與經組態以沿著自由空間DUV遞送路徑引導UV、VIS及IR照明之一寬頻高反射鏡調換以獲得經組態用於極其寬頻光譜之一照明源。
在一實施例中，照明路徑可進一步包含一光束分裂器506，光束分裂器506經組態以沿著一監視路徑透過一聚焦透鏡512將照明之一小部分引導至一波長監視器514。在另一實施例中，針對經組態用於光譜反射量測法之一寬頻VIS-IR源，濾光器504可移除或經組態以允許沿著照明路徑之寬頻照明。
圖5G圖解說明系統500之另一實施例，其中利用複數個二向色光束分裂器570來過濾自LSP源502發出之照明。二向色光束分裂器570中之每一者可經組態以沿著一各別遞送路徑引導具有一選定波長範圍之照明。一或多個濾光器572可安置於每一遞送路徑中以允許進一步調諧至一選定波長或波長範圍。每一遞送路徑可進一步包含至少一個 快門574，其中跨越複數個遞送路徑之複數個快門574可經組態以允許或阻擋照明以使得來自一選定遞送路徑之照明通過同時阻擋其他照明。複數個光束組合器576可經組態以接收來自遞送路徑之照明且沿著一共同導引路徑將照明引導至一測量頭。在某些實施例中，導引路徑可進一步包含經組態以沿著一監視路徑將照明之一第一部分引導至一波長監視器514及沿著一照明路徑將照明之一第二部分引導至測量頭之一光束分裂器578。通至波長監視器及/或測量頭之光學路徑可進一步由一或多個光學元件(諸如耦合透鏡512及508、光纖510及諸如此類)劃界。
過濾出LSP源502之多個波長範圍且採用快門574用於選擇可實現快速切換速度。在某些實施例中，濾光器572可經預設定至選定值以使得在測量期間僅致動快門574。光學元件(諸如聚焦透鏡)可進一步用於實現較小(因此較快速)快門574用於切換。在一進一步實施例中，一校準源(諸如具有若干習知線路之一原子源(例如，HgAr源))可利用一積分球與LSP源502輸出組合，且然後經引導之一測量光譜儀，藉此進一步減輕斑點。
根據各種實施例，系統500經組態以提供處於紫外線波長之照明。為如此操作，LSP源502之一或多個組件可包含反射光學器件。在某些實施例中，LSP源502中之光學器件之大部分係反射光學器件。在某些實施例中，一光纖經組態以針對選定波長例如，低至~240nm)將照明遞送至測量頭。然而，下降低於一選定臨限值之波長可藉由直接耦合(亦即，藉由一自由空間光束)遞送以達成充足效能。
在某些實施例中，前述系統中之一或多者可進一步包含用於控制溫度以使一各別系統之雷射源、波長監視器及光纖耦合中之一或多者穩定化之一構件。舉例而言，一加熱及/或冷卻元件可沿著照明路徑或靠近沿著照明路徑之一或多個位置安置。
在某些實施例中，前述系統中之一或多者可進一步包含用於使照明切趾以在晶圓平面處產生具有小旁波瓣之一點之一構件。舉例而言，一可變透射塗層或另一切趾層可安置於一光學尖端上或另一照明輸出處。
在一實施例中，系統100、200、300或400中之一者可與系統500組合以獲得各系統之某些優點。舉例而言，除了根據系統500存取UV波長之能力外，一組合式系統亦可允許屬於系統100、200、300及400之亮度及切換速度用於波長之一選擇。亦可存在屬於本文中所闡述之系統中之一或多者之某些相干性優點。在組合式系統中，單模光纖可用於復蘇胡歌單波長源而一或多個多模光纖用於寬頻源。在某些實施例中，然而，一或多個多模光纖可用於兩個類型之照明源。一致動器可經組態以加擾光纖模式以減少雷射斑點，如本文中先前所論述。
預期，一上文所闡述實施例之任何部分可與至少一項其他上文所闡述實施例之任何部分組合以達成各種實施目標(例如，可選擇波長、控制相干性、控制強度、控制偏光、光展量匹配、切換速度、遞送效率及諸如此類)。因此，本文中之實施例應解釋為說明本發明之各種態樣而非以任何方式限制。
熟習此項技術者將進一步瞭解，存在本文中所闡述之程序及/或系統及/或其他技術可受其影響之各種載具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳載具將隨其中該等程序及/或系統及/或其他技術部署於其中之內容脈絡而變化。實施本文中所闡述之步驟中之任何者之程式指令可經由載體媒體傳輸或儲存於載體媒體上且由一或多個處理器執行。在某些實施例中，載體媒體可係一傳輸媒體，例如一導線、纜線或無線傳輸鏈路。在某些實施例中，該載體媒體可包含諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或一磁帶之一儲存媒體。
儘管已圖解說明本發明之特定實施例，但應明瞭，熟習此項技 術者可在不背離前述揭示內容之範疇及精神之情況下作出本發明之各種修改及實施例。因此，本發明之範疇應僅受隨附申請專利範圍限制。
100‧‧‧系統
102A‧‧‧第一照明源
102B‧‧‧第二照明源
102C‧‧‧第三照明源
102D‧‧‧第四照明源
102E‧‧‧第五照明源
102F‧‧‧第六照明源
108A‧‧‧第一摺鏡
108B‧‧‧第二摺鏡
110A‧‧‧第一二向色組合器
110B‧‧‧第二二向色組合器
110C‧‧‧第三二向色組合器
110D‧‧‧第四二向色組合器
110E‧‧‧第五二向色組合器
112‧‧‧偏光光束分裂器
114‧‧‧強度控制模組
116‧‧‧偏光光束分裂器
118‧‧‧快門
120‧‧‧耦合透鏡
122‧‧‧單模或多模光纖
124‧‧‧光束分離器
126‧‧‧透鏡
128‧‧‧波長監視器
130‧‧‧摺鏡
136‧‧‧光纖

Claims (59)

  1. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：複數個照明源，其包含一第一照明源、一第二照明源、一第三照明源、一第四照明源、一第五照明源及一第六照明源；一第一摺鏡，其經組態以沿著一導引路徑反射來自該第一照明源之照明；一第二摺鏡，其經組態以沿著該導引路徑反射來自該第二照明源之照明；一第一二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第一照明源之照明，該第一二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第三照明源之照明；一第二二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第二照明源之照明，該第二二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第四照明源之照明；一第三二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第一照明源之照明及來自該第三照明源之照明，該第三二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第五照明源之照明；一第四二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第六照明源之照明；該第四二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第二照明源之照明及來自該第四照明源之照明；及一第五二向色組合器，其經組態以沿著一照明路徑將來自該第二照明源之照明、來自該第四照明源之照明及來自該第六照明源之照明透射至一測量頭，該第五二向色組合器進一步經組 態以沿著該照明路徑將來自該第一照明源之照明、來自該第三照明源之照明及來自該第五照明源之照明反射至該測量頭。
  2. 如請求項1之系統，其中該系統進一步包含：複數個快門，每一快門經組態以接收來自該複數個照明源中之一照明源之照明，該複數個快門經組態以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
  3. 如請求項1之系統，其中該複數個照明源中之每一照明源經組態以提供處於一選定波長之照明。
  4. 如請求項1之系統，其中該複數個照明源中之每一照明源經組態以提供處於一選定強度之照明。
  5. 如請求項4之系統，其中每一照明源之該選定強度係由脈衝寬度調變控制。
  6. 如請求項4之系統，其中每一照明源之該選定強度係利用一聲光濾光器控制。
  7. 如請求項1之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明分離成正交偏光分量之一或多個光學元件。
  8. 如請求項1之系統，其中該系統進一步包含：一波長監視器，其經組態以接收來自該照明路徑之照明之一部分。
  9. 如請求項1之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭之一或多個單模光纖。
  10. 如請求項1之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭之一或多個多模光纖。
  11. 如請求項10之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦照明；一摺鏡，其經組態以接收來自該耦合透鏡之經聚焦照明；及 一致動器，其耦合至該摺鏡，該致動器經組態以用於致動該摺鏡，以跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描經聚焦照明。
  12. 如請求項10之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦遞送至該一或多個多模光纖之照明；一致動器，其耦合至該一或多個多模光纖之一尖端，該致動器經組態以用於致動該一或多個多模光纖之該尖端，使得跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描經聚焦照明。
  13. 如請求項10之系統，其中該照明路徑進一步包含：一致動器，其經組態以使該一或多個多模光纖振動。
  14. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：複數個照明源，其包含一第一照明源、一第二照明源、一第三照明源、一第四照明源、一第五照明源及一第六照明源；一第一二向色組合器，其經組態以沿著一導引路徑透射來自該第一照明源之照明，該第一二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第二照明源之照明；一第二二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第三照明源之照明，該第二二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第一照明源之照明及來自該第二照明源之照明；一第三二向色組合器，其經組態以沿著該導引路徑透射來自該第四照明源之照明，該第三二向色組合器進一步經組態以沿著該導引路徑反射來自該第五照明源之照明；一第四二向色組合器，其經組態以沿著一照明路徑將來自該第四照明源之照明及來自該第五照明源之照明透射至一測量 頭；該第四二向色組合器進一步經組態以沿著該照明路徑將來自該第一照明源之照明、來自該第二照明源之照明及來自該第三照明源之照明反射至該測量頭；及一光束分裂器，其經組態以沿著該照明路徑將來自該第六照明源之照明引導至該測量頭。
  15. 如請求項14之系統，其中該系統進一步包含：複數個快門，每一快門經組態以接收來自該複數個照明源中之一照明源之照明，該複數個快門經組態以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
  16. 如請求項14之系統，其中該複數個照明源中之每一照明源經組態以提供處於一選定波長之照明。
  17. 如請求項14之系統，其中該複數個照明源中之每一照明源經組態以提供處於一選定強度之照明。
  18. 如請求項17之系統，其中每一照明源之該選定強度係由脈衝寬度調變控制。
  19. 如請求項17之系統，其中每一照明源之該選定強度係利用一聲光濾光器來控制。
  20. 如請求項14之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明分離成正交偏光分量之一或多個光學元件。
  21. 如請求項14之系統，其中該系統進一步包含：一波長監視器，其經組態以接收來自該照明路徑之照明的一部分。
  22. 如請求項14之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭的一或多個單模光纖。
  23. 如請求項14之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭的一或多個多模光纖。
  24. 如請求項23之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦照明；一摺鏡，其經組態以接收來自該耦合透鏡之經聚焦照明；及一致動器，其耦合至該摺鏡，該致動器經組態以用於致動該摺鏡，以跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描經聚焦照明。
  25. 如請求項23之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦遞送至該一或多個多模光纖之照明；一致動器，其耦合至該一或多個多模光纖之一尖端，該致動器經組態以用於致動該一或多個多模光纖之該尖端，使得跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描經聚焦照明。
  26. 如請求項23之系統，其中該照明路徑進一步包含：一致動器，其經組態以使該一或多個多模光纖振動。
  27. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：複數個照明源，其經組態以沿著複數個光纖提供處於複數個波長之照明，每一光纖經組態以接收處於一不同波長之照明；一耦合透鏡，其經組態以接收來自該複數個光纖中之一選定光纖之處於一選定波長的照明，該耦合透鏡進一步經組態以沿著一遞送光纖引導處於該選定波長的照明；一套圈，其經組態以固持該複數個光纖；一致動器，其機械耦合至該套圈、該耦合透鏡及該遞送光纖中之至少一者，該致動器經組態以使該選定光纖與該耦合透鏡及該遞送光纖中之至少一者對準；及一準直透鏡，其經組態以接收來自該遞送光纖之處於該選定波長之照明，該準直透鏡進一步經組態以沿著一照明路徑將處 於該選定波長之照明引導至一測量頭。
  28. 如請求項27之系統，其中該複數個照明源中之每一照明源經組態以提供處於一選定強度之照明。
  29. 如請求項28之系統，其中每一照明源之該選定強度係由脈衝寬度調變控制。
  30. 如請求項28之系統，其中每一照明源之該選定強度係利用一聲光濾光器來控制。
  31. 如請求項27之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明分離成正交偏光分量之一或多個光學元件。
  32. 如請求項27之系統，其中該系統進一步包含：一波長監視器，其經組態以接收來自該照明路徑之照明的一部分。
  33. 如請求項27之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭的一或多個單模光纖。
  34. 如請求項27之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明遞送至該測量頭的一或多個多模光纖。
  35. 如請求項34之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦照明；一摺鏡，其經組態以接收來自該耦合透鏡之經聚焦照明；及一致動器，其耦合至該摺鏡，該致動器經組態以用於致動該摺鏡，以跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描經聚焦照明。
  36. 如請求項34之系統，其中該照明路徑進一步包含：一耦合透鏡，其經組態以聚焦遞送至該一或多個多模光纖之照明；一致動器，其耦合至該一或多個多模光纖之一尖端，該致動 器經組態以用於致動該一或多個多模光纖之該尖端，使得經跨越該一或多個多模光纖之至少一個芯掃描聚焦照明。
  37. 如請求項34之系統，其中該照明路徑進一步包含：一致動器，其經組態以使該一或多個多模光纖振動。
  38. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：複數個照明源，其經組態以沿著複數個光纖提供處於複數個波長之照明，每一光纖經組態以接收處於一不同波長之照明；一波導結構，其經組態以沿著一照明路徑將來自該複數個光纖之照明引導至一測量頭；及複數個快門，其安置於該複數個照明源與該波導結構之間，該複數個快門經組態以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
  39. 如請求項38之系統，其中該波導結構包含複數個級聯單模光纖分裂器。
  40. 如請求項39之系統，其中該照明路徑包含經組態以將照明之一部分引導至該測量頭之每一偏光通道之一分叉光纖。
  41. 如請求項38之系統，其中該波導結構包含一平面光波電路。
  42. 如請求項41之系統，其中該平面光波電路包含經組態以控制自每一照明源接收之照明之強度的複數個強度調變器。
  43. 如請求項41之系統，其中該系統進一步包含經組態以將照明遞送至該測量頭之偏光通道的單模光纖，其中該平面光波電路包含經組態以沿著該等單模光纖中之每一者將照明之一部分引導至該測量頭之該等偏光通道中之每一者之一分裂器。
  44. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：一寬頻照明源；一或多個多模光纖，其經組態以沿著一照明路徑將來自該寬 頻照明源之照明遞送至一測量頭；及一濾光器機構，其安置於該寬頻照明源與該一或多個多模光纖之間，該濾光器機構經組態以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
  45. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構包含複數個窄頻介電薄膜濾光器。
  46. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構包含一可調諧介電濾光器。
  47. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構進一步經組態以允許沿著該照明路徑遞送未經濾光之照明。
  48. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構包含具有一旋轉分散元件之一單光器。
  49. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構包含經組態以沿著複數個光纖引導處於選定波長之照明之部分之一分散元件。
  50. 如請求項44之系統，其中該一或多個多模光纖基於該寬頻照明源及該測量頭中之至少一者的光展量具有選定數值孔徑及選定芯大小。
  51. 如請求項44之系統，其中該寬頻照明源包括一雷射持續電漿源。
  52. 如請求項51之系統，其中該雷射持續電漿源經組態以沿著該雷射持續電漿源之電漿發射軸提供照明。
  53. 如請求項51之系統，其中該雷射持續電漿源包含：一泵激源，其經組態以提供處於至少一個選定波長及至少一個選定功率位準的照明，用於產生電漿；及一氣室，其含有經加壓氣體，該氣室經組態以接收來自該泵激源之照明以產生電漿，該氣室進一步經組態以提供自該所產 生電漿發射的寬頻照明。
  54. 如請求項53之系統，其中該雷射持續電漿源進一步包含：一橢球面鏡，其經組態以聚焦遞送至該氣室之照明，該橢球面鏡進一步經組態以收集並準直自該所產生電漿發射之寬頻照明。
  55. 如請求項53之系統，其中該雷射持續電漿源進一步包含：一準直透鏡，其經組態以準直遞送至該氣室之照明；及一抛物面鏡，其經組態以聚焦遞送至該氣室之照明，該抛物面鏡進一步經組態以收集並準直自該所產生電漿發射之寬頻照明。
  56. 如請求項53之系統，其中該雷射持續電漿源進一步包含：一冷光鏡，其經組態以將來自該泵激源之照明與自該所產生電漿發射之寬頻照明分離，該冷光鏡進一步經組態以沿著一發射路徑引導自該所產生電漿發射之寬頻照明。
  57. 如請求項44之系統，其中該濾光器機構包含：複數個二向色分裂器，每一二向色分裂器經組態以沿著一各別遞送路徑來引導一各別波長範圍；及複數個快門，每一快門經組態以接收來自該複數個二向色分裂器中之一各別者之該各別遞送路徑之照明，該複數個快門經組態以允許沿著該照明路徑遞送處於一選定波長之照明。
  58. 一種用於提供照明至一測量頭之系統，其包括：一或多個照明源；其包含一寬頻照明源及複數個雷射源中之至少一者；一波長選擇機構，其包含一可調諧濾光器、複數個快門、一套圈及複數個波導調變器中之一者，該波長選擇機構經組態以接收來自該一或多個照明源之照明，該波長選擇機構進一步經 組態以沿著一照明路徑引導具有一選定波長之所接收照明的至少一部分；一強度控制器，其包含一脈衝寬度調變器、一聲光濾光器及一波導強度調變器中之至少一者，該強度控制器經組態以控制沿著該照明路徑遞送之照明之該部分的強度；及一相干性控制器，其包含一光纖致動器、一摺鏡致動器及一不相干照明源中之至少一者，該相干性控制器經組態以減少沿著該照明路徑遞送之照明之該部分中的斑點。
  59. 如請求項58之系統，其中該一或多個照明源包含一寬頻源及複數個雷射源。
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