TW202338321A - 單片光學延遲器 - Google Patents

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桑卡 克里許南
大衛 Y 王
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Abstract

本發明揭示一種由一單片稜鏡形成之單片光學延遲器，其可包含一輸入面，其用於接收一光束；一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及三個或更多個反射面。該三個或更多個反射面可經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該等反射面中之至少一者上之全內反射在該光束上賦予一經選擇光學延遲。此外，該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面可經定向使得退出該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸。

Description

單片光學延遲器
本發明一般而言係關於光學延遲器，且更特定而言係關於單片光學延遲器。
諸如波板之光學延遲器廣泛地用於包含橢圓量測及反射量測之諸多應用中。此外，諸如但不限於光譜橢圓量測或光譜反射量測之寬頻應用可需要寬頻光學延遲器。舉例而言，可期望跨越一寬波長範圍提供一四分之一波長之相移。現存寬頻光學延遲器通常係藉由接合在一起的兩個或更多個稜鏡形成。然而，經接合稜鏡可遭受各種問題，包含但不限於歸因於低波長光相互作用(例如，與深紫外光(DUV)或真空紫外光(VUV)之相互作用)之界面之分層及污染、歸因於來自多個組件之金字塔效應之大束偏離或由范德華力限制之機械剛性。因此，存在開發用以解決上述缺點之系統及方法之一需要。
根據本發明之一或多項說明性實施例揭示一中單片光學延遲器。在一項說明性實施例中，該單片光學延遲器係由一單片稜鏡形成。在另一說明性實施例中，該單片稜鏡包含一輸入面，其用於接收一光束；一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及三個或更多個反射面。在另一說明性實施例中，該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面中之至少一者上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一經選擇光學延遲。在另一說明性實施例中，該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供退出該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸。以此方式，該光束透過該單片稜鏡沿著該光學路徑傳播而不偏離。
根據本發明之一或多項說明性實施例揭示一種計量系統。在一項說明性實施例中，該系統包含一照射源以產生一照射束。在另一說明性實施例中，該系統包含一或多個照射光學器件以將該照射束引導至一樣本。在另一說明性實施例中，該系統包含一偵測器。在另一說明性實施例中，該系統包含一或多個收集光學器件以收集來自該樣本之光作為一經收集束且將該經收集束之至少一部分引導至該偵測器作為經偵測光。在另一說明性實施例中，該系統包含一或多個單片光學延遲器，其與該一或多個照射光學器件或該一或多個收集光學器件中之至少一者相關聯，其中該一或多個單片光學延遲器中之一特定單片光學延遲器係由一單片稜鏡形成。在另一說明性實施例中，該單片稜鏡包含一輸入面，其用於接收一光束；一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及三個或更多個反射面。在另一說明性實施例中，該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面中之至少一者上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一經選擇光學延遲。在另一說明性實施例中，該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供退出該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸。以此方式，該光束透過該單片稜鏡沿著該光學路徑傳播而不偏離。在另一說明性實施例中，該系統進一步包含以通信方式耦合至該偵測器之一控制器，其中該控制器包含一或多個處理器，其經組態以執行致使該一或多個處理器基於該經偵測光產生該樣本之一或多個計量量測之程式指令。
根據本發明之一或多項說明性實施例揭示一種方法。在一項說明性實施例中，該方法包含產生一照射束。在另一說明性實施例中，該方法包含將該照射束引導至一樣本。在另一說明性實施例中，該方法包含回應於該照射束收集來自該樣本之光作為一經收集束。在另一說明性實施例中，至少該照射束或該經收集束之一偏振係藉由由一單片稜鏡形成之至少一個單片光學延遲器控制。在另一說明性實施例中，該單片稜鏡包含一輸入面，其用於接收一光束；一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及三個或更多個反射面。在另一說明性實施例中，該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面中之至少一者上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一經選擇光學延遲。在另一說明性實施例中，該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供退出該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸。以此方式，該光束透過該單片稜鏡沿著該光學路徑傳播而不偏離。在另一說明性實施例中，該方法進一步包含將該經收集束之至少一部分引導至一偵測器作為經偵測光。在另一說明性實施例中，該方法進一步包含基於該經偵測光產生該樣本之一或多個計量量測。
應理解，前述大體闡述及以下具體實施方式兩者皆僅為實例性及解釋性的且未必限制所主張之本發明。併入本說明書中且構成本說明書之一部分之附圖圖解說明本發明之實施例，並與該大體闡述一起用於解釋本發明之原理。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2021年10月21日提交之標題為MONOLITHIC OPTICS FOR BROADBAND SPECTROSCOPY(用於寬頻光譜之單片光學器件)之美國臨時申請案序列號63/270,058之35 U.S.C. § 119(e)下之權益，該美國申請案以全文引用方式併入本文中。
現在將詳細參考在附圖中所圖解說明之所揭示標的物。特定而言，本發明已參考關於其某些實施例及特定特徵而展示及闡述。本文所陳述實施例應視為說明性而非限制性。熟習此項技術者將易於瞭解，在不背離本發明之精神及範疇下可在形式及細節上作出各種改變及修改。
本發明之實施例係關於用於在不位移一輸入束之情形下使用一單片光學元件而提供寬頻(例如，消色差)光學延遲之系統及方法。出於本發明之目的，術語單片用於指示由一單一材料之一單一區塊製作而在任何組成部分之間無接縫或界面之一元件。
光學延遲器在具有正交偏振之光之間引入對應於相移或相位延遲之一光學延遲(例如，一相位延遲)，該光學延遲通常具有修改輸入光之一偏振狀態之效應。舉例而言，一四分之一波光學延遲器可在正交偏振分量之間引入一四分之一波長之一相移，該相移可具有將線偏振光變換成圓偏振光之效應且反之亦然。作為另一實例，一半波光學延遲器可在正交偏振分量之間引入一四分之一波長之一相移，該相移可具有使線偏振光旋轉一經選擇角度之效應。
在諸多應用中，可期望在不偏離輸入光之光學路徑之情形下提供寬頻光學延遲(例如，將一偏離引入至輸入光之一光學路徑之位置或角度)。特定而言，寬頻光學延遲可為多個波長提供等效光學延遲，其可達成寬頻輸入光之偏振修改或跨越一可能輸入波長範圍之穩定窄頻偏振修改。此外，提供具有一不偏離光學路徑之光學延遲可允許根據需要插入、移除或旋轉該光學延遲器，而對一較大系統中之一束之光學路徑具有最小影響。然而，本文審慎考慮提供具有一不偏離光學路徑及寬頻能力兩者之光學延遲仍然係一關鍵挑戰，尤其對於擴展至紫外光(UV)光譜範圍及更低範圍中之高功率束或波長。
可使用各種技術誘發光學延遲，諸如但不限於透過一雙折射材料或全內反射之傳播。舉例而言，波板通常利用具有一方向相依折射率之一雙折射材料以在一輸入束上誘發方向相依相位延遲。當以法向入射對準時波板亦不偏離輸入束之光學路徑。然而，此技術係高度波長相依的且通常限於窄頻應用，此乃因雙折射材料之折射率隨著波長而變化。作為另一實例，可使用自一稜鏡之一內表面之全內反射(TIR)達成寬頻光學延遲。然而，現存諸如菲涅耳菱形體或k稜鏡之基於稜鏡之光學延遲器使輸入束偏離或需要燒結在一起之多個稜鏡以達成一不偏離光學路徑。使用此等經燒結稜鏡可引入對苛刻應用之各種限制，包含但不限於當與其一起使用或曝露於紫外光(DUV)或真空紫外光(VUV)輻射時界面之潛在分層及污染、歸因於多個組件之金字塔效應之不可接受的大束偏離或由范德華力限制之機械剛性。
本發明之實施例係關於由一單片稜鏡形成之一單片光學延遲器，該單片稜鏡提供寬頻光學延遲且進一步提供一出射束相對於一輸入束之一不偏離光學路徑。在某些實施例中，單片稜鏡包含用以接受一光束之一輸入面、與輸入面對準之一輸出面、及三個或更多個反射面。特定而言，輸入面、輸出面、及三個或更多個反射面可經定向以經由藉由三個或更多個反射面之全內反射提供光束之自輸入面至輸出面之一光學路徑。此外，該等反射面中之至少一者可經定向以透過全內反射(例如，一入射角大於與光束之一特定波長處之TIR相關聯之一臨界角)賦予一光學延遲。出於本發明之目的，經由TIR在光束上賦予一光學延遲之一反射面稱為一延遲面。以此方式，藉由單片稜鏡誘發之一全光學延遲可對應於透過單片稜鏡沿著光學路徑藉由該等延遲面賦予之累積光學延遲。
在某些實施例中，一單片光學延遲器包含一或多個非延遲面。舉例而言，一非延遲面可係以小於與TIR相關聯之臨界角之一角度定向且可因此反射光而不賦予一光學延遲。本文審慎考慮一非延遲面可適用於透過單片稜鏡控制光之一光學路徑(例如，為確保一出射束相對於輸入束之一不偏離光學路徑)。此外，本文審慎考慮延遲面與非延遲面之一混合體可允許單片稜鏡之設計之大致靈活性，同時達成一經選擇光學延遲而不使一光束偏離兩者。
此外，包含但不限於一非延遲面之任何面可包含一光學塗層以進一步修改或控制光束之性質。舉例而言，一非延遲面可包含一塗層以高於臨界角之一角度提供高反射率。舉例而言，該塗層可包含但不限於一金屬塗層(例如，一裸鋁塗層或諸如此類)。
本文所揭示單片光學延遲器可具有任何數量之延遲或非延遲面，該等延遲或非延遲面適用於提供任何經選擇光學延遲及一出射束相對於一輸入束之一不偏離光學路徑。在某些實施例中，該單片光學延遲器形成為一單片菲涅耳k稜鏡。在某些實施例中，該單片光學延遲器形成為一單片菲涅耳菱形體。
本文審慎考慮由一單片稜鏡形成之一單片光學延遲器可提供勝過傳統稜鏡設計之眾多益處，包含但不限於高機械剛性及傳輸高積分通量之UV/VUV/DUV光而無關於導致散射及/或光譜保真度之損耗之分層或界面退化之任何問題之一能力。更一般而言，取決於用於形成單片稜鏡之材料，如本文所揭示之一單片光學延遲器可在一寬波長範圍內操作，包含但不限於120 nm至20,000 nm。
本發明之額外實施例係關於用於使用如本文所揭示之至少一個單片光學延遲器之計量之系統及方法。在某些實施例中，包含如本文所揭示之一單片光學延遲器之一計量系統包含但不限於一橢圓儀或一反射儀。
現參考圖1至圖2B，根據本發明之一或多項實施例更詳細地闡述一單片光學延遲器。
本文中認識到，在一界面處經歷全內反射之光亦可在該界面處經歷一相移。對於所有偏振方向，此相移範圍自TIR以其開始之一臨界角處之0度至一90度入射角處之180度(此處，自法向量測，儘管此僅係一慣例問題且對本發明不具限制性)。然而，p偏振光(例如，具有平行於一入射平面之一偏振之光)與s偏振光(例如，具有垂直於入射平面之一偏振之光)之相移在中間角處不同，此導致p偏振光與s偏振光之間的一相位差(例如，光學延遲)，取決於光在其中傳播之材料之入射角及折射率兩者。精確相位差可透過眾所周知之菲涅耳反射係數來表徵。
因此，一光束之正交p偏振部分與s偏振部分之間的一任意光學延遲或相對相位差可透過經選擇角度處之連續全內反射達成。應注意，TIR誘發之相移亦略微取決於光之波長，此乃因材料折射率隨著波長而變化。然而，此波長相依影響係相對弱的使得寬頻效能通常可在諸多應用之可接受容限內達成。相比之下，基於雙折射率之光學延遲器(例如，波板)通常對波長高度敏感且通常限於窄頻應用。
如本文先前所闡述，審慎考慮基於TIR誘發之相移之現存光學延遲裝置使入射光偏離，使得在一較大系統內對準及調諧困難或需要燒結在一起之多組件稜鏡，燒結在一起之多組件稜鏡歸因於分層或熱問題而降低機械穩定性且限制功率及/或波長範圍。
本發明之實施例係關於利用TIR誘發之相移之單片光學延遲裝置。
圖1係根據本發明之一或多項實施例之一單片光學延遲器100之組件之一概念方塊圖。
在某些實施例中，一單片光學延遲器100形成為具有一輸入面104、多個反射面106、及一輸出面108之一單片稜鏡102，其中反射面106中之至少一者操作為一延遲面，該延遲面透過TIR將一光學延遲賦予光束110(例如，光束110沿著光學路徑在延遲面上之一入射角大於TIR之一臨界角)。一光束110可因此藉由透過輸入面104進入單片稜鏡102而經歷光學延遲及相關聯偏振修改，從而沿著一光學路徑傳播(包含自三個或更多個反射面106之反射)且退出輸出面108，其中賦予光束110之一全光學延遲對應於沿著光學路徑藉由延遲面賦予之累積光學延遲。
一單片稜鏡102可包含沿著光學路徑之任何數量之非延遲面，其中一非延遲面對應於一反射面106，其經定向使得光束110之一入射角小於TIR之臨界角且因此光學延遲不賦予光束110。以此方式，沿著光學路徑穿過一單片稜鏡102之反射面106可劃分成包含至少一個延遲面之延遲面與非延遲面之任何組合。
單片稜鏡102可包含反射面106中之任一者上之一光學塗層(例如，反射面106中之任一者之一外表面)。該塗層可包含此項技術中已知之任何類型之塗層，包含但不限於金屬或介電塗層。該塗層可進一步具有任何數量之層。在某些實施例中，該塗層係諸如但不限於一金屬塗層之一反射塗層且通常可在光束110之任何波長或波長範圍上操作。舉例而言，一金屬塗層可包含但不限於一裸鋁塗層。
作為一圖解說明，本文中認識到，其中光束110具有低於TIR之臨界角之一入射角之一未塗覆非延遲面通常可沿著光學路徑傳輸光束110之一第一部分亦還傳輸光束110之一第二部分。然而，一非延遲面上之一塗層可提供光束110沿著光學路徑之高反射率且因此降低或消除藉由非延遲面處之反射之損耗。
單片稜鏡102可提供光束110之一不偏離光學路徑使得單片稜鏡102可經插入、移除、及/或旋轉(例如，沿著光束110之一光學軸)而不影響光束110之位置及角度。舉例而言，輸入面104及輸出面108可在單片稜鏡102外部沿著光束110之一光學軸對準。以此方式，光束110之光學路徑之任何修改限於單片稜鏡102內之位置。此外，在某些實施例中，輸出面108及輸入面104係平行的，但應理解此不係一要求。
單片稜鏡102可形成為適用於傳輸光束110之任何單一材料之一固體、無縫、單片部件，諸如但不限於一玻璃或一晶體。舉例而言，單片稜鏡102可由諸如但不限於以下各項之材料形成：矽玻璃(例如，UV級熔融矽、BK7或諸如此類)、氟化物玻璃(例如，氟化鈣(CaF 2)、氟化鎂(MgF 2)或諸如此類)、硒化鋅、硫化鋅、石英、藍寶石或諸如此類。在一般意義上，本文中認識到，不同材料具有不同光學性質及傳輸頻帶且可因此適用於不同應用或波長範圍。作為一圖解說明，諸如但不限於熔融矽或藍寶石之UV級材料可適用於但不限於利用UV波長之應用。作為另一圖解說明，CaF 2可提供但不限於在自120 nm至7000 nm之一波長範圍或其中之波長之任何組合中之操作。作為另一圖解說明，熔融矽可提供但不限於自170 nm至2500 nm之一波長範圍或其中之波長之任何組合中之操作。作為另一圖解說明，諸如但不限於ZnS或ZnSe之IR傳輸材料可適用於但不限於利用IR波長之應用。然而，應理解單片稜鏡102通常可經設計以針對具有包含但不限於120 nm至20,000 nm之一範圍之任何波長或波長範圍之光束110而操作。
此外，單片稜鏡102可由但不要求由提供一方向無關折射率之一各向同性材料形成。本文審慎考慮具有一方向無關折射率之一各向同性材料可僅透過反射面106處之TIR誘發之相移提供光學延遲，此可促進寬頻效能。然而，應理解此不係一要求。
單片稜鏡102可包含任何數量之反射面106，該等反射面以任何定向配置以在光束110之正交偏振方向之間提供任何所期望量之光學延遲。特定而言，操作為一延遲面之每一反射面106可經配置以基於光束110之入射角及形成單片稜鏡102之材料之折射率提供任何經選擇相移。以此方式，單片稜鏡102可基於藉由反射面106中之每一者引入之累積相移提供一總相移，其中各種反射面106之相移不需要係相同的。作為一圖解說明，本文中認識到，60度至120度之範圍中之總相移在諸多應用係有用的。因此，在某些實施例中，一單片稜鏡102可包含提供20度至80度之一範圍中之一相移之至少一個反射面106。然而，應理解以上圖解說明係非限制性的且任何反射面106通常提供任何經選擇相移。
本文進一步審慎考慮光束110之正交偏振分量之間的一相對相移(例如，光學延遲)通常可具有360度(或2π弧度)之一模數。以此方式，來自一單片稜鏡102之反射面106之累積相對相移可超過360度任何次數以提供0度與360度之間的任何等效有效相移。另外，考慮正或負相對相移可係便利的。舉例而言，光束110之正交偏振分量之間的一相移可視為自-180度至+180度之範圍。因此，應理解本發明或任何提供之實例不限於用於闡述光束110之正交偏振分量之間的相對相位差之任何特定慣例。
圖2A及圖2B根據本發明之一或多項實施例圖解說明由分別提供三個及四個反射面106之一單片稜鏡102形成之一單片光學延遲器100之兩個非限制實例。圖3A及圖3B圖解說明對比之多組件稜鏡設計。
圖2A係根據本發明之一或多項實施例形成為提供三個反射面106之一單片k稜鏡之一單片光學延遲器100之一示意圖。舉例而言，圖2A圖解說明一光束110穿過輸入面104、以一第一入射角204a自一第一反射面106a反射、以一第二入射角204b自一第二反射面106b反射、以一第三入射角204c自一第三反射面106c反射且穿過輸出面108之一光學路徑202。特定而言，圖2A圖解說明其中第二反射面106b正交於輸入面104及輸出面108兩者且其中第一反射面106a與第三反射面106c經對稱定向使得第一入射角204a與第三入射角204c相等之一組態。
圖2B係根據本發明之一或多項實施例形成為提供四個反射面106之一單片菲涅耳菱形體之一單片光學延遲器100之一示意圖。舉例而言，圖2B圖解說明一光束110穿過輸入面104、以一第一入射角204d自一第一反射面106d反射、以一第二入射角204e自一第二反射面106e反射、以一第三入射角204f自一第三反射面106f反射、以一第四入射角204g自一第四反射面106g反射且穿過輸出面108之一光學路徑202。特定而言，圖2B圖解說明其中反射面106d、106e係平行的，反射面106f、106g係平行的且反射面106f、106g經配置以相對於反射面106d、106e圍繞一頂點206呈反射對稱之一組態。
本文審慎考慮諸如但不限於圖2A及圖2B中圖解說明之彼等之一單片光學延遲器100之設計可經調適以提供一寬範圍之光學延遲值。特定而言，藉由任何特定反射面106誘發之正交偏振之間的TIR誘發之光學延遲量取決於如本文先前所闡述之單片稜鏡102之入射角及折射率。可透過選擇用於製作單片稜鏡102之材料調整折射率。可基於單片稜鏡102之實體尺寸調整各種反射面106上之入射角。考量圖2A中圖解說明之設計作為一實例，可基於第一反射面106a及第三反射面106c相對於輸入面104及輸出面108之角度調整第一入射角204a及第三入射角204c，而可基於諸如但不限於第一反射面106a及第三反射面106c之長度或一稜鏡高度208調整第二入射角204b。類似地，可基於一稜鏡厚度210或基於反射面106d至106g之角度及/或長度調整圖2B中圖解說明之設計中之入射角204d至204g。
另外，圖2A中之反射面106a至106c或圖2B中之反射面106d至106g通常可包含包含至少一個延遲面之延遲面與非延遲面之任何組合。舉例而言，圖2A及圖2B中圖解說明之非限制設計可經調適以提供高於TIR之一臨界角之入射角以提供基於TIR之光學延遲或低於臨界角之入射角以提供無光學延遲之反射兩者。
此外，圖2A及圖2B中圖解說明之一單片光學延遲器100之設計提供所有反射面106之一共同入射平面，其係圖之平面。因此，可藉由在圖之平面內旋轉單片稜鏡102達成入射角204之進一步調諧。然而，應理解如本文所揭示之一單片光學延遲器100不需要提供具有一共同入射平面之反射面106。而是，反射面106通常可以任何適合之三維組態定向。
藉由單片稜鏡102誘發之全光學延遲然後可判定為藉由各種反射面106(例如，反射面106操作為延遲面)誘發之累積延遲。因此，正交偏振之間的任何所期望光學延遲可基擇單片稜鏡102之材料、設計及實體尺寸之選擇而誘發。舉例而言，諸如但不限於圖2A及圖2B中圖解說明之彼等一單片光學延遲器100可經調適以提供一π/2延遲以操作為一四分之一波延遲器，一π延遲以操作為一半波延遲器或任何其他經選擇值。此外，應理解一單片光學延遲器100可僅提供任何特定反射面106處之p偏振光與s偏振光之間的光學延遲，但對光束110之一偏振狀態之特定影響可取決於光束110之輸入偏振。舉例而言，提供π/2延遲之一單片光學延遲器100當以特定角度定向時(例如，在反射面106處提供相等量之p偏振光與s偏振光之一45度角)可將線偏振光轉換成一圓偏振，但可產生其他輸入定向之橢圓偏振。
另外，當光束110經對準以一法向入射角進入輸入面104時，圖2A及圖2B中圖解說明之一單片光學延遲器100之設計將不誘發光束110之一光學軸之一偏離。作為一圖解說明，光束110可遵循延伸至且自單片稜鏡102延伸之一直線(例如，不偏離)光學軸212而不管單片稜鏡102內之光學路徑如何，其中光束110之全部偏離發生於單片稜鏡102內。以此方式，單片光學延遲器100可經插入、移除、及/或旋轉(例如，沿著光束110之光學軸212)而不修改光束110之光學軸212。
現參考圖3A及圖3B，圖解說明對比之多組件延遲器設計以進一步突出顯示如本文所揭示之一單片光學延遲器100之獨特態樣。圖3A係根據本發明之一或多項實施例形成有三個稜鏡組件304之習用多組件k稜鏡302之一示意圖。然後，圖3A可視為圖2A中圖解說明之單片稜鏡102一習用多稜鏡變化形式。圖3B係根據本發明之一或多項實施例提供兩個稜鏡組件304之一習用多組件菲涅耳菱形體306之一示意圖。認識到，在一般意義上，圖3A及圖3B之習用多組件變化形式可包含以任何數量之光學界面308連結之任何數量之稜鏡組件304。
本文審慎考慮由一單片稜鏡102形成之一單片光學延遲器100可提供勝過傳統多組件延遲器之眾多益處，包含但不限於高機械剛性及傳輸UV/VUV/DUV光之高積分通量之一能力而無關於導致散射及/或光譜保真度之損耗之分層或界面退化之任何問題。
舉例而言，本文中認識到，由經燒結稜鏡組件304形成之習用多組件延遲器可需要稜鏡組件304之間的光學界面308處之每一稜鏡組件上之光學拋光光學表面。然而，拋光化合物可陷獲在表面裂縫中，此可至少部分地歸因於所陷獲拋光化合物與基板稜鏡材料之熱膨脹係數(CTE)之間的差而導致界面處之熱點。因此，受益於不包含任何此等光學界面308之一單片光學延遲器100可提供優越高功率效能。
藉助另一實例，如本文所揭示之一單片光學延遲器100不遭受分層之一風險。相比之下，習用多組件稜鏡之所陷獲拋光化合物與基板稜鏡材料之間的熱膨脹係數(CTE)差可導致光學界面308處之分層。此外，習用多組件稜鏡通常可歸因於分層風險而具有一受限制溫度操作範圍。
藉助另一實例，如本文所揭示之一單片光學延遲器100透過單片稜鏡102提供一未中斷光學路徑且因此提供最小至不散射之高束均勻性。相比之下，一習用多組件稜鏡之一束路徑中之接觸線可係散射及空間非均勻性之一源。
藉助另一實例，如本文所揭示之一單片光學延遲器100歸因於單片設計而提供最小至無束偏離及優良平行性。一般而言，軸向束偏離與k稜鏡之幾何公差堆疊相關聯且隨著稜鏡組件304之數量增加而累積增加。
藉助另一實例，如本文所揭示之一單片光學延遲器100提供遍及單片稜鏡102之高材料均勻性，此促進高空間(例如，指數)均勻性及高偏振均勻性。一般而言，與具有經燒結在一起之多個稜鏡組件304相比，具有一單一基板材料更易於提供一致之空間及偏振均勻性。
藉助另一實例，如本文所揭示之一單片光學延遲器100提供高機械剛性、高熱穩定性、高部件至部件硬體匹配性且通常以一低部件成本提升高製造良率。
現參考圖4A至圖5，根據本發明之一或多項實施例更詳細地闡述具有一單片光學延遲器100之計量系統及方法。本文審慎考慮一單片光學延遲器100可集成於需要一光束110之偏振控制之此項技術中已知之任何類型之計量系統內。
圖4A係根據本發明之一或多項實施例之包含一單片光學延遲器100之一計量系統400之一方塊圖。
在某些實施例中，一計量系統400包含用於產生與一或多個樣本相關聯之計量資料之一計量工具402。計量工具402可包含此項技術中已知之適用於以一或多個波長提供散射計量信號之任何類型之計量工具。舉例而言，計量工具402可包含但不限於一光譜儀、具有一或多個照射角之一光譜橢圓儀、用於量測穆勒矩陣元素(例如，使用旋轉補償器)之一光譜橢圓儀、一光譜反射儀、一散射儀或一偏振計。此外，計量工具402可以一成像或一非成像組態操作。
此外，計量工具402可包含一單個計量工具或多個計量工具。＜}舉例而言，包含多個硬體組態之一計量工具通常闡述於美國專利第7,933,026號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。併入有多個計量工具之一計量系統通常闡述於美國專利第7,478,019號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。基於主反射光學器件之聚焦束橢圓術通常闡述於美國專利第5,608,526號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。使用變跡器以緩解導致照射點之擴散超出藉由幾何光學期間定義之大小之光學繞射之效應通常闡述於美國專利第5,859,424號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。使用具有同時多個入射角照射之高數值孔徑工具通常闡述於美國專利第6,429,943號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。
計量工具402可產生與一樣本上之任何位置相關聯之計量資料。在某些實施例中，計量工具402產生用於一樣本上之裝置特徵之計量資料。就此而言，計量工具402可直接表徵所關注特徵。在某些實施例中，計量工具402產生包含用於經設計以表示樣本上之裝置特徵之所製作特徵之一或多個計量目標(例如，目標)之計量資料。就此而言，跨越一樣本分佈之一或多個計量目標之量測可歸屬於裝置特徵。舉例而言，該情況可係樣本特徵之大小、形狀或分佈可不適用於精確計量量測。相比之下，一計量目標可包含一或多個樣本層上之具有大小、形狀及分佈之特徵，該等特徵經修整使得該目標之計量資料對特徵之一或多個經選擇實體或光學屬性高度敏感。目標之計量資料然後可(例如，透過一模型)與經選擇屬性之特定值有關。
計量目標可經設計以對眾多實體或光學屬性敏感且因此促進該等屬性之量測，該等實體或光學屬性包含但不限於CD、疊對、側壁角、膜厚度、膜組合物或程序相關參數(例如，焦點、劑量及諸如此類)。為此，一計量目標可包含週期性結構(例如，一維、二維或三維週期性結構)或經隔離非週期性特徵之任何組合。使用一計量工具以表徵非週期性特徵通常闡述於2016年3月22日授予之美國專利第9,291,554號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。＜此外，一計量目標通常可表徵為具有可歸屬於特徵之一圖案或分佈之一或多個空間頻率(例如，一或多個頻調)。在散射疊對計量中使用對稱目標設計通常闡述於2015年7月23日公開之美國專利公開案第2015/0204664號，該美國專利公開案之全部內容以引用方式併入本文中。
計量目標可位於一樣本上之多個位點處。舉例而言，目標可位於劃線(例如，晶粒之間)內及/或位於一晶粒本身中。如美國專利第7,478,019號中所闡述，可藉由相同或多個計量工具同時地或連續地量測多個目標，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。
在某些實施例中，計量系統400包含一控制器404。在某些實施例中，控制器404包含經組態以執行維持於一記憶體媒體408(例如，記憶體)上之程式指令之一或多個處理器406。就此而言，控制器404之一或多個處理器406可執行遍及本發明闡述之各種處理步驟中之任一者。此外，記憶體媒體408可儲存任何類型之資料以供計量系統400之任何組件使用。舉例而言，記憶體媒體408可儲存用於計量工具402之配方、由計量工具402產生之計量資料或諸如此類。
控制器404之一或多個處理器406可包含此項技術中中已知之任何處理元件。在此意義上，一或多個處理器406可包含經組態以執行演算法及/或指令之任何微處理器類型之裝置。在某些實施例中，一或多個處理器406可由經組態以執行經組態以如本發明通篇中所闡述操作計量系統400之一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或任何其他電腦系統(例如，經網路連線電腦)組成。進一步認識到，術語「處理器」可經廣泛定義以囊括具有一或多個處理元件之任何裝置，該一或多個處理元件執行來自一非暫時性記憶體媒體408之程式指令。
記憶體媒體408可包含此項技術中中已知之適用於儲存可由相關聯之一或多個處理器406執行之程式指令之任何儲存媒體。舉例而言，記憶體媒體408可包含一非暫時性記憶體媒體。藉助另一實例，記憶體媒體408可包含但不限於一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體裝置(例如，磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機以及諸如此類。應進一步注意，記憶體媒體408可與一或多個處理器406一起裝納於一共同控制器殼體中。在某些實施例中，記憶體媒體408可相對於一或多個處理器406及控制器404之實體位置而遠端定位。例如，控制器404之一或多個處理器406可存取藉由一網路(例如，網際網路、內部網路及諸如此類)可接達之一遠端記憶體(例如，伺服器)。因此，以上闡述不應解釋為對本發明之一限制，而是僅為一圖解說明。
另外，控制器404及任何相關聯之組件(例如，處理器406、記憶體媒體408或諸如此類)可包含裝納於一共同殼體中或多個殼體內之一或多個控制器。此外，控制器404可與計量系統400中之任何組件整合及/或執行該等組件之功能。
控制器404可進一步執行任何數量之處理或分析步驟。舉例而言，可使用此項技術中已知之包含但不限於一幾何引擎、一程序模型化引擎或其一組合之任何技術模型化(參數化)一計量目標。使用程序模型化通常闡述於美國專利公開案第2014/0172394號中，該美國專利公開案之全部內容以引用方式併入本文中。一幾何引擎可藉由AcuShape軟體(由KLA公司提供之一產品)實施但不要求實施。藉助另一實例，一照射束與一樣本上之一計量目標之光學相互作用可但不限於使用一電磁(EM)解算器來模型化。此外，EM解算器可利用此項技術中已知之任何方法，包含但不限於嚴格耦合波分析(RCWA)、有限元素法分析、矩分析方法、一表面積分技術、一體積積分技術或一有限差時域分析。
控制器404可使用此項技術中已知之任何資料擬合及最佳化技術進一步分析來自計量工具402之經收集資料以將經收集資料應用於模型，該模型包含但不限於庫、快速降階模型、回歸、諸如神經網路之機器學習演算法、支援矢量機(SVM)、降維演算法(例如主分量分析(PCA)、獨立分量分析(ICA)、局部線性嵌入(LLE)及諸如此類)，資料的稀疏表示(例如，傅裡葉或小波變換、卡爾曼濾波器、促進與相同或不同工具類型之匹配之演算法及諸如此類)。舉例而言，資料收集及/或擬合可藉由信號回應計量(SRM)(由KLA公司提供之一產品)執行但不要求執行。
在某些實施例中，控制器404使用不包含模型化、最佳化及/或擬合(例如，相位表徵或諸如此類)之演算法分析由計量工具402產生之原始資料。在本文中應注意，由控制器執行之計算演算法可經修整但不要求經修整以透過使用並行化、分佈計算、負載平衡、多服務支援、計算硬體之設計及實施方案或動態負載最佳化而達成計量應用。此外，演算法之各種實施方案可由但不要求由控制器404(例如，透過韌體、軟體或現場可程式化閘陣列(FPGA)及諸如此類)或與計量工具402相關聯之一或多個可程式化光學元件執行。
圖4B係根據本發明之一或多項實施例之一計量工具402之一概念視圖。
在某些實施例中，計量工具402包含一照射源410以產生一照射束412。照射束412可包含光之一或多個經選擇波長，包含但不限於紫外光(UV)輻射、可見輻射或紅外光(IR)輻射。舉例而言，計量工具402可包含一照射源410，其適用於產生具有跨120 nm至20,000 nm之一範圍或其中之波長之任何子集或子集之組合之波長之一照射束412。
計量系統400可包含此項技術中已知之任何數量或類型之照射源410。在某些實施例中，照射源410包含一雷射源，諸如但不限於一或多個窄頻雷射源、一或多個寬頻雷射源、一或多個超連續雷射源、一或多個白色光雷射源，一或多個量子級聯雷射(QCL)或諸如此類。在某些實施例中，照射源410包含一或多個發光二極體(LED)。在某些實施例中，照射源410包含一燈源，諸如但不限於一弧燈、一放電燈、一無電極燈及諸如此類。舉例而言，一燈源可包含但不限於一Xe燈源、一氚(D2)燈源或一鹵素燈源。在某些實施例中，照射源410包含一寬頻電漿(BBP)照射源。在某些實施例中，照射源410提供一可調諧照射束412。舉例而言，照射源410可包含一可調諧照射源(例如，一或多個可調諧雷射或諸如此類)。藉助另一實例，照射源410可包含耦合至一可調諧濾波器之一寬頻照射源。照射源410可進一步提供具有任何時間量變曲線之一照射束412。舉例而言，照射束412可具有一連續時間量變曲線、一經調變時間量變曲線、一脈衝時間量變曲線或諸如此類。
在某些實施例中，照射源410經由一照射途徑416將照射束412引導至一樣本414且經由一收集途徑420收集自樣本發出之光作為一經收集束418(例如，經收集光)。經收集束418可包含來自回應於入射照射束412產生之樣本414之光之任何組合，諸如但不限於樣本414之反射光、散射光、繞射光或螢光。在某些實施例中，樣本414位於一樣本載台422上，可包含但不限於一線性平移載台、一可旋轉載台或一偏斜/傾斜載台之任何組合。
在某些實施例中，照射途徑416可包含一照射聚焦元件424以將照射束412聚焦至樣本414上。照射途徑416可包含適用於修改及/或調節照射束412之一或多個照射束調節組件426。舉例而言，一或多個照射束調節組件426可包含但不限於一或多個偏振器、一或多個濾波器、一或多個分束器、一或多個變跡器、一或多個束塑形器、一或多個散射器、一或多個勻光器、或一或多個透鏡。在某些實施例中，照射途徑416中之一或多個照射束調節組件426包含至少一個單片光學延遲器100以提供照射束412之偏振控制，該照射束可操作為圖1至圖3B中圖解說明之光束110。
在某些實施例中，收集途徑420可包含一收集聚焦元件428以捕獲來自樣本414之經收集束418。在某些實施例中，計量系統400包含一偵測器430，其經組態以偵測穿過收集途徑420自樣本414發出之經收集束418之至少一部分。偵測器430可包含此項技術中已知之適用於量測自樣本414接收之照射之任何類型之光學偵測器。舉例而言，一偵測器430可包含但不限於一CCD偵測器、一CMOS偵測器、一TDI偵測器、一光電倍增器管(PMT)、一累崩光電二極體(APD)及諸如此類。在某些實施例中，一偵測器430可包含適用於識別自樣本414發出之輻射之波長之一光譜偵測器。
收集途徑420可進一步包含任何數量之收集束調節元件432以引導及/或修改由收集聚焦元件428收集之照射，包含但不限於一或多個透鏡、一或多個濾波器、一或多個偏振器或一或多個相位板。在某些實施例中，收集途徑420中之一或多個收集束調節元件432包含至少一個單片光學延遲器100以提供經收集束418之偏振控制，該經收集束可操作為圖1至圖3B中圖解說明之光束110。
在某些實施例中，圖4B中所繪示之計量工具402可促進樣本414及/或一個以上照射源410(例如，耦合至一或多個額外偵測器430)之多角度照射。就此而言，圖4B中所繪示之計量工具402可執行多個計量量測。在某些實施例中，計量工具402可包含多個偵測器430以促進由計量工具402之多個計量量測(例如，多個計量工具)。
此外，計量工具402可促進樣本414及/或一個以上照射源410之多角照射。就此而言，計量工具402可執行多個計量量測。在某些實施例中，一或多個光學組件可安裝至圍繞樣本414樞轉之一可旋轉臂(未展示)，使得照射束412在樣本414上之入射角可藉由可旋轉臂之位置控制。
在某些實施例中，一或多個組件係照射途徑416及收集途徑420兩者共有的。圖4C係根據本發明之一或多項實施例組態有一共同物鏡之一計量工具402之一概念視圖。在某些實施例中，計量工具402包含經定向使得一物鏡436可將照射束412同時地引導至樣本414且捕獲自樣本414發出之經收集束418之一分束器434。就此而言，物鏡436可代替或連同圖4B之照射聚焦元件424及/或收集聚焦元件428一起操作。
大體參考圖4A至圖4C，本文審慎考慮一計量工具402可包含以任何組態之任何數量之單片光學延遲器100。舉例而言，計量工具402可包含一照射途徑416及/或一收集途徑420中之一或多個單片光學延遲器100。任一位置中之一單片光學延遲器100可置於一有限或無限共軛空間中。舉例而言，一單片光學延遲器可位於但不限於計量工具402之一視場平面或一光瞳平面中。
此外，單片光學延遲器100可結合包含但不限於額外偏振控制組件之額外組件使用。另外，由於一單片光學延遲器100提供一不偏離光學路徑以使光穿過其，因此一單片光學延遲器100可在但不要求在在一計量工具402內旋轉。以此方式，單片光學延遲器100對穿過其之光之偏振之影響可透過單片光學偏振器100之旋轉角度動態地控制。在某些實施例中，一計量工具402包含至少一個可旋轉單片光學延遲器100。在某些實施例中，一計量工具402包含至少一個可旋轉單片光學延遲器100及至少一個偏振器，該至少一個偏振器可係固定或可旋轉的。在某些實施例中，一計量工具402包含至少一個固定(例如，不可旋轉)單片光學延遲器100及至少一個可旋轉偏振器。然而，應理解，提供以上實例僅於圖解說明之目的且不應解釋為限制。
在某些實施例中，一計量工具402包含呈一固定(例如，不旋轉)組態之至少一個單片光學延遲器100及一旋轉偏振器。
在某些實施例中，控制器404可以通信方式耦合至計量系統400之任何組件。在某些實施例中，控制器404以通信方式耦合至照射源410以提供用於散射量測之照射之一或多個經選擇波長。在某些實施例中，控制器404係耦合至照射途徑416之一或多個元件以引導照射束412與樣本414之間的入射角之調整。
圖5係根據本發明之一或多項實施例圖解說明在用於使用一單片光學延遲器之一計量方法500中所執行之步驟之一流程圖。申請人註解本文先前在計量系統400之內容脈絡中闡述之實施例及使能技術應解釋為擴展至方法500。然而，應進一步注意，方法500不限制於計量系統400之架構。
在某些實施例中，方法500包含產生一照射束412之一步驟502。舉例而言，照射束412可由但不要求由一照射源410產生，如關於圖4A至圖4C所闡述。在某些實施例中，方法500包含將照射束412引導至一樣本414之一步驟504。在某些實施例中，方法500包含回應於照射束收集來自樣本414之光(例如，一經收集束418)作為一經收集束之一步驟506，其中至少該照射束或該經收集束之一偏振由如本文所揭示之至少一個單片光學延遲器100控制。以此方式，單片光學延遲器100可操作於一光束110上，該光束包含用於位於一照射途徑416中之一單片光學延遲器100之照射束412及/或用於位於一收集途徑420中之一單片光學延遲器100之經收集束418。
舉例而言，單片光學延遲器100可包含一輸入面104，其用於接收一光束110(例如，照射束412或經收集束418)；一輸出面108，其在進入輸入面104之前與一光束110之光學軸212對準；及三個或更多個反射面106。以此方式，三個或更多個反射面106可經定向以經由藉由三個或更多個反射面106之反射提供光束110自輸入面104至輸出面108之一光學路徑。此外，輸入面104、輸出面108、及三個或更多個反射面106可經定向以提供退出輸出面108之光束之一光學軸212等於進入輸入面104之光束之光學軸212，其中單片稜鏡102基於該三個或更多個反射面106中之至少一者上之全內反射在沿著光學路徑傳播時在光束110上賦予一經選擇光學延遲。
在某些實施例中，方法500包含將經收集束之至少一部分引導至一偵測器作為經偵測光之一步驟508。在某些實施例中，方法500包含基於經偵測光產生樣本414之一或多個計量量測之一步驟510。舉例而言，計量量測可包含但不限於光譜量測、橢圓量測或偏振量測。此外，計量量測可表徵樣本414之任何態樣，包含但不限於其上之一或多個膜之材料性質、所製作結構之尺寸量測、所製造結構之位置量測或樣本414上之缺陷之識別。
熟習此項技術者將認識到，本文闡述之組件操作、裝置、物件及隨其之論述係出於概念性清楚起見而用作實例且審慎考慮各種組態修改。因此，如本文中所使用，特定範例闡釋及隨附論述意欲表示其更一般類別。一般而言，使用任何特定範例意欲表示其類別，且不包括特定組件、操作、裝置及物件不應視為限制性的。
如本文中所使用，諸如「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上部」、「向上」、「下部」「朝下」及「向下」等方向性術語意欲出於闡述目的提供相對位置，且非意欲指定一絕對參考座標系。熟習此項技術者將瞭解對所闡述實施例之各種修改，且本文中定義之一般原理可應用於其他實施例。
關於本文中實質上任何複數及/或單數術語之使用，彼等熟習此項技術者可在適於內容脈絡及/或應用時自複數轉變成單數及/或自單數轉變成複數。為清晰起見，本文不明確地闡釋各種單數/複數排列。
本文中所闡述之標的物有時圖解說明含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等所繪示架構僅係實例性的，且事實上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。在一概念性意義上，達成相同功能性之任一組件配置係有效地「相關聯」以使得達成所期望之功能性。因此，可將本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件視為彼此「相關聯」以使得達成所期望之功能性，而無論架構或中間組件如何。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可視為彼此「連接」或「耦合」以達成所期望功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可視為彼此「可耦合」以達成所期望功能性。可耦合之特定實例包括但不限於可實體配合及/或實體相互作用之組件及/或以無線方式相互作用及/或以無線方式相互作用之組件及/或以邏輯方式相互作用及/或以邏輯方式相互作用之組件。
此外，應理解，本發明由隨附申請專利範圍界定。熟習此項技術者將理解，一般而言本文所使用及尤其在隨附申請專利範圍(例如，隨附申請專利範圍之主體)中所使用之術語通常意欲為「開放式」術語(例如，術語「包含(including)」應解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應解釋為「至少具有」，術語「包含(includes)」應解釋為「包含但不限於」及諸如此類)。熟習此項技術者應進一步理解，若有意圖將一所引入申請專利範圍陳述為特定數量，則將在請求項中明確地陳述此一意圖，且在無此陳述時，不存在此意圖。舉例而言，作為理解之一輔助，以下隨附申請專利範圍可含有說明性片語「至少一個」及「一或多個」之使用來引入申請專利範圍陳述。然而，此等片語之使用不應解釋為暗指藉由不定冠詞「一(a/an)」引入之一申請專利範圍陳述限制含有此經引入申請專利範圍陳述之任何特定請求項為僅含有一個此陳述之發明，甚至當相同請求項包含說明性片語「一或多個」或「至少一個」且諸如「一(a/an)」之不定冠詞(例如，「一(a及/或an)」應通常解釋為意指「至少一個」或「一或多個」)；對於用於引入申請專利範圍陳述之定冠詞之使用亦如此。另外，即使明確地陳述一經引入申請專利範圍陳述之一特定數量，熟習此項技術者亦將認識到，此陳述通常應解釋為意指至少所陳述之數量(例如，「兩個陳述」之明瞭陳述，而無其他修飾語，通常意指至少兩個陳述，或兩個或更多個陳述)。此外，在其中使用類似於「A、B及C中之至少一者」之一慣例之彼等例項中，一般而言，此一構造意欲指熟習此項技術者將理解該慣例之含義(例如，「具有A、B及C中之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C，同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等等之系統)。在其中使用類似於「A、B或C中之至少一者」之一慣例之彼等例項中，一般而言，此一構造意欲指熟習此項技術者將理解該慣例之含義(例如，「具有A、B或C中之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C，同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等等之系統)。熟習此項技術者應進一步理解，實質上表示兩個或更多個替代術語之任一轉折字及/或片語(無論係在說明書中、申請專利範圍中亦係在圖式中)皆應被理解為涵蓋包含該等術語中之一者、該等術語中之任一者或兩個術語之可性。舉例而言，片語「A或B」將理解為包含「A」或「B」或「A及B」。
認為，將通過前述闡述理解本發明及其附帶優點中的諸多優點，且將明瞭可在不背離所揭示標的物或不犧牲所有其材料優點的情況下在組件形式、構造及配置方面作出各種改變。所闡述之形式僅係解釋性的，且隨附申請專利範圍之意圖係囊括並包含此等改變。此外，應理解，本發明由隨附申請專利範圍界定。
100:單片光學延遲器 102:單片稜鏡 104:輸入面 106:反射面 106a:第一反射面、反射面 106b:第二反射面 106d:第一反射面、反射面 106e:第二反射面、反射面 106f:第三反射面、反射面 106g:第四反射面、反射面 108:輸出面 110:光束 202:光學路徑 204a:第一入射角 204b:第二入射角 204c:第三入射角 204d:第一入射角、入射角 204e:第二入射角 204f:第三入射角 204g:第四入射角、入射角 206:頂點 208:稜鏡高度 210:稜鏡厚度 212:光學軸 302:習用多組件k稜鏡 304:稜鏡組件 306:習用多組件菲涅耳菱形體 308:光學界面 400:計量系統 402:計量工具 404:控制器 406:處理器 408:記憶體媒體 410:照射源 412:照射束 414:樣本 416:照射途徑 418:經收集束、經收集束 420:收集途徑 422:樣本載台 424:照射聚焦元件 426:照射束調節組 428:收集聚焦元件 430:偵測器 432:收集束調節元件 434:分束器 436:物鏡 500:計量方法、方法 502:步驟 504:步驟 506:步驟 508:步驟 510:步驟
熟習此項技術者可藉由參考附圖更好地理解本發明之眾多優點，在附圖中： 圖1係根據本發明之一或多項實施例之一單片光學延遲器之組件之一概念方塊圖。 圖2A係根據本發明之一或多項實施例之形成為提供三個反射面之一單片k稜鏡之一單片光學延遲器之一示意圖。 圖2B係根據本發明之一或多項實施例之形成為提供四個反射面之一單片菲涅耳菱形體之一單片光學延遲器之一示意圖。 圖3A係根據本發明之一或多項實施例之以三個稜鏡組件形成之一習用多組件k稜鏡之一示意圖。 圖3B係根據本發明之一或多項實施例提供兩個稜鏡組件之一習用多組件菲涅耳菱形體之一示意圖。 圖4A係根據本發明之一或多項實施例包含一單片光學延遲器之一計量系統之一方塊圖。 圖4B係根據本發明之一或多項實施例之一計量工具之一概念視圖。 圖4C係根據本發明之一或多項實施例之組態有一共同物鏡之一計量工具之一概念視圖。 圖5係根據本發明之一或多項實施例圖解說明在用於使用一單片光學延遲器之計量之一方法中執行之步驟之一流程圖。
100:單片光學延遲器
102:單片稜鏡
104:輸入面
106:反射面
108:輸出面
110:光束

Claims (40)

  1. 一種單片光學延遲器，其包括： 一單片稜鏡，其包括： 一輸入面，其用於接收一光束； 一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及 三個或更多個反射面，其中該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面中之至少一者上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一全光學延遲，其中該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供退出該輸出面之該光束之一光學軸與進入該輸入面之該光束之該光學軸對準。
  2. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該三個或更多個反射面包括一或多個延遲面，其中該光束在該一或多個延遲面上之入射角大於全內反射之一臨界角，其中當沿著該光學路徑傳播時該光束上之該全光學延遲對應於由該一或多個延遲面賦予之該光束上之累積光學延遲。
  3. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於一紫外光光譜區、一真空紫外光光譜區或一深紫外光光譜區中之至少一者中之波長之全內反射之該臨界角。
  4. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於包含一可見光譜區之波長之全內反射之該臨界角。
  5. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於包含一紅外光光譜區之波長之全內反射之該臨界角。
  6. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於自120奈米至20,000奈米之一範圍中之波長之全內反射之該臨界角。
  7. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於自120奈米至7000奈米之一範圍中之波長之全內反射之該臨界角。
  8. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該光束在該一或多個延遲面上之該等入射角大於自170奈米至2500奈米之一範圍中之波長之全內反射之該臨界角。
  9. 如請求項2之單片光學延遲器，其中該一或多個延遲面中之至少一者之一光學延遲係在20度至80度之一範圍中。
  10. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該全光學延遲係在60度至120度之一範圍中。
  11. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該全光學延遲係90度。
  12. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該全光學延遲係180度。
  13. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該三個或更多個反射面包含一或多個非延遲面，其中該光束在一或多個非延遲面上之入射角小於全內反射之一臨界角，其中該一或多個非延遲面在該光束上賦予零光學延遲。
  14. 如請求項13之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包含該一或多個非延遲面中之至少一者上之一反射光學塗層。
  15. 如請求項14之單片光學延遲器，其中該反射光學塗層包括： 一金屬塗層。
  16. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光，其中該第一反射面係相對於該輸入面以一經選擇角度定向； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面正交於該輸入面；及 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光，其中該第三反射面係相對於該輸出面以該經選擇角度定向。
  17. 如請求項16之單片光學延遲器，其中該經選擇角度大於全內反射之一臨界角。
  18. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面平行於該第一反射面； 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光；及 一第四反射面，其經定向以接收來自該第三反射面之該光，其中該第四反射面平行於該第三反射面。
  19. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包括： 一單片k稜鏡。
  20. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包括： 一單片菲涅耳菱形體延遲器。
  21. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包括： 一玻璃。
  22. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包括： 熔融矽、石英、藍寶石、氟化鈣、氟化鎂、BK7、硫化鋅或硒化鋅中之至少一者。
  23. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該輸入面、該輸出面及該三個或更多個反射面係拋光面。
  24. 如請求項13之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡包含該三個或更多個反射面中之至少一者上之一反射光學塗層。
  25. 如請求項1之單片光學延遲器，其中該單片稜鏡可圍繞進入該輸入面之該光束之該光學軸旋轉以提供對該光束之偏振調整而不使該光束偏離。
  26. 一種計量系統，其包括： 一照射源，其用以產生一照射束； 一或多個照射光學器件，其用以將該照射束引導至一樣本； 一偵測器； 一或多個收集光學器件，其用以收集來自該樣本之光作為一經收集束且將該經收集束之至少一部分引導至該偵測器作為經偵測光， 一或多個單片光學延遲器，其與該一或多個照射光學器件或該一或多個收集光學器件中之至少一者相關聯，其中該一或多個單片光學延遲器中之一特定單片光學延遲器包括： 一單片稜鏡，其包括： 一輸入面，其用於接收一光束； 一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及 三個或更多個反射面，其中該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之全內反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一經選擇光學延遲，其中該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供退出該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸；及 一控制器，其以通信方式耦合至該偵測器，其中該控制器包含一或多個處理器，其經組態以執行程式指令，該等程式指令致使該一或多個處理器基於該經偵測光產生該樣本之一或多個計量量測。
  27. 如請求項26之計量系統，其中該一或多個單片光學延遲器中之至少一者可沿著各別光束之光學軸旋轉以提供對該各別光束之偏振調整而不使該各別光束偏離。
  28. 如請求項26之計量系統，其中該一或多個單片光學延遲器中之至少一者包括： 該一或多個照射光學器件中之一者，其中該一或多個單片光學延遲器中之該至少一者接收該照射束作為該光束。
  29. 如請求項26之計量系統，其中該一或多個單片光學延遲器中之至少一者包括： 該一或多個收集光學器件中之一者，其中該一或多個單片光學延遲器中之該至少一者接收該經收集束作為該光束。
  30. 如請求項26之計量系統，其中該計量系統包括： 一寬頻計量工具。
  31. 如請求項26之計量系統，其中該計量系統包括： 一橢圓儀、一反射儀、一散射儀或一偏振計中之至少一者。
  32. 如請求項26之計量系統，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光，其中該第一反射面係相對於該輸入面以一經選擇角度定向； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面正交於該輸入面；及 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光，其中該第三反射面係相對於該輸出面以一經選擇角度定向。
  33. 如請求項26之計量系統，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面平行於該第一反射面； 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光；及 一第四反射面，其經定向以接收來自該第三反射面之該光，其中該第四反射面平行於該第三反射面。
  34. 如請求項26之計量系統，其中該單片固體材料包括： 一單片k稜鏡。
  35. 如請求項26之計量系統，其中該單片固體材料包括： 一單片菲涅耳菱形體延遲器。
  36. 如請求項26之計量系統，其中該單片固體材料包括： 一玻璃。
  37. 一種計量方法，其包括： 產生一照射束； 將該照射束引導至一樣本； 回應於該照射束收集來自該樣本之光作為一經收集束，其中至少該照射束或該經收集束之一偏振藉由由一單片稜鏡形成之至少一個單片光學延遲器控制，該單片稜鏡包括： 一輸入面，其用於接收一光束； 一輸出面，其在進入該輸入面之前與該光束之一光學軸對準；及 三個或更多個反射面，其中該三個或更多個反射面經定向以經由藉由該三個或更多個反射面之反射提供該光束之自該輸入面至該輸出面之一光學路徑，其中該單片光學延遲器基於該三個或更多個反射面中之至少一者上之全內反射在沿著該光學路徑傳播時在該光束上賦予一經選擇光學延遲，其中該輸入面、該輸出面、及該三個或更多個反射面經定向以提供自該輸出面之該光束之一光學軸等於進入該輸入面之該光束之該光學軸； 將該經收集束之至少一部分引導至一偵測器作為經偵測光；及 基於該經偵測光產生該樣本之一或多個計量量測。
  38. 如請求項37之計量方法，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光，其中該第一反射面係相對於該輸入面以一經選擇角度定向； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面正交於該輸入面；及 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光，其中該第三反射面係相對於該輸出面以一經選擇角度定向。
  39. 如請求項37之計量方法，其中該三個或更多個反射面包括： 一第一反射面，其經定向以接收來自該輸入面之該光； 一第二反射面，其經定向以接收來自該第一反射面之該光，其中該第二反射面平行於該第一反射面； 一第三反射面，其經定向以接收來自該第二反射面之該光；及 一第四反射面，其經定向以接收來自該第三反射面之該光，其中該第四反射面平行於該第三反射面。
  40. 如請求項37之計量方法，其中該一或多個計量量測中之至少一者包括： 一橢圓量測、一反射量測、一散射量測或一偏振量測中之至少一者。
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