(57)【要約】  高輝度レーザ維持広帯域光源であり、ガス封じ込め構造と、そのガス封じ込め構造内に封じ込められている中性ガスの弱吸収線に少なくとも近い波長の照明が含まれるポンプビームを生成するよう構成されたポンプレーザとを有する。本広帯域光源は、ガス封じ込め構造の中心又はその付近に位置する略楕円形ビームウェスト内にポンプビームを集束させるよう構成された、１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系を有する。本広帯域光源は、楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向に沿いそのプラズマにより放射された広帯域輻射を収集するよう構成された、１個又は複数個の第１集光光学系を有する。
2019511819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度レーザ維持プラズマ広帯域光源であって、
ガス封じ込め構造と、
そのガス封じ込め構造内に封じ込められている中性ガスの弱吸収線に少なくとも近い波長の照明が含まれるポンプビームを生成するよう構成されたポンプレーザと、
ガス封じ込め構造の中心又はその付近に位置する略楕円形ビームウェスト内に上記ポンプビームを集束させるよう構成された１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系と、
そのプラズマにより放射された広帯域輻射を上記楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するよう構成された１個又は複数個の第１集光光学系と、
を備える光源。
【請求項２】
請求項１に記載の光源であって、更に、
プラズマ点火装置を備える光源。
【請求項３】
請求項２に記載の光源であって、上記プラズマ点火装置が、
一組の電極及びパルスレーザのうち少なくとも一方を備える光源。
【請求項４】
請求項１に記載の光源であって、上記ガス封じ込め構造が、
プラズマバルブ、プラズマセル及びプラズマチャンバのうち少なくとも１個を備える光源。
【請求項５】
請求項１に記載の光源であって、上記ガスが、
不活性ガス、非不活性ガス、並びに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光源。
【請求項６】
請求項５に記載の光源であって、上記ガスが、
キセノン、アルゴン及び水銀のうち少なくとも一種類を含む光源。
【請求項７】
請求項１に記載の光源であって、上記ポンプレーザが、
ファイバレーザ及び固体レーザのうち少なくとも一方を備える光源。
【請求項８】
請求項１に記載の光源であって、上記ポンプビームの光波長が約１０７０ｎｍである光源。
【請求項９】
請求項１に記載の光源であって、更に、
上記中性ガスにより吸収されない波長の光が含まれる第２ポンプビームを生成するよう構成された第２ポンプレーザを備え、その第２ポンプレーザの出射波長が上記プラズマ内のイオン化ガスにより吸収される光源。
【請求項１０】
請求項９に記載の光源であって、上記第２ポンプビームの光波長が５１５ｎｍ〜５４０ｎｍである光源。
【請求項１１】
請求項１に記載の光源であって、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が、
非円筒面レンズ及び非球面レンズのうち少なくとも一方を備える光源。
【請求項１２】
請求項１に記載の光源であって、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が、
上記ガス封じ込め構造及び上記ポンプレーザのうち少なくとも一方の形状により引き起こされた収差を補償するよう構成された収差補償器を備える光源。
【請求項１３】
請求項１に記載の光源であって、上記楕円形ビームウェストが少なくとも１０の長軸短軸比を有する光源。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光源であって、上記楕円形ビームウェストの短軸に対応する方向においては０．５超の数値開口（ＮＡ）で以て、またその楕円形ビームウェストの長軸に対応する方向においては０．２未満のＮＡで以て集束させるよう、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が構成されている光源。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光源であって、上記楕円形ビームウェストの短軸が５μｍ未満となりその楕円形ビームウェストの長軸が５０μｍ〜５００μｍとなるよう上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が構成されている光源。
【請求項１６】
請求項１に記載の光源であって、上記広帯域輻射を上記楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するよう上記第１集光光学系が構成されている光源。
【請求項１７】
請求項１に記載の光源であって、更に、
ガス封じ込め構造を挟み上記第１集光光学系の逆側に配置された反射器を備え、上記ポンプレーザのビームウェストと略重複するプラズマへと広帯域輻射を遡行集束させるようその反射器が構成されている光源。
【請求項１８】
請求項１に記載の光源であって、更に、
吸収されなかったポンプレーザ照明を上記ポンプレーザのビームウェストと略重複するプラズマの方に反射及び集束させるよう構成された反射器を備える光源。
【請求項１９】
請求項１に記載の光源であって、更に、
上記プラズマにより放射された照明をガス封じ込め構造を挟み上記第１集光光学系の逆側にて収集するよう構成された第２集光光学系を備える光源。
【請求項２０】
高輝度広帯域光を生成する方法であって、
ガス封じ込め構造内にガス塊を準備するステップと、
そのガス封じ込め構造内ガス塊内のプラズマに点火するステップと、
ガス封じ込め構造内ガスの弱中性吸収線に少なくとも近い波長を有する照明が含まれるポンプレーザビームを生成するステップと、
そのポンプレーザビームを１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系で以て整形し集束させることで、ガス封じ込め構造の中心に少なくとも近いところに所在する楕円形ビームウェストを形成するステップと、
上記プラズマにより放射された広帯域輻射をその楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するステップと、
を有する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、ガス封じ込め構造内ガス塊内のプラズマに点火するステップが、
一組の電極からの交流放電で以てガス封じ込め構造内ガス塊内のプラズマに点火するステップを含む方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、ガス封じ込め構造内ガス塊内のプラズマに点火するステップが、
パルスレーザで以てガス封じ込め構造内ガス塊内のプラズマに点火するステップを含む方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法であって、準備されるガスが、
不活性ガス、非不活性ガス、並びに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方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、上記ガスが、
キセノン、アルゴン及び水銀のうち少なくとも一種類を含む方法。
【請求項２５】
請求項２０に記載の方法であって、上記ポンプレーザビームがファイバレーザ及び固体レーザのうち一方で生成される方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法であって、上記ポンプレーザビームの波長が約１０７０ｎｍである方法。
【請求項２７】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
上記ガスにより吸収されない出射波長を有する第２ポンプレーザビームを生成するステップを有し、その第２ポンプレーザビームの出射波長が上記プラズマ内のイオン化ガスにより吸収される方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、上記第２ポンプレーザビームの光波長が５１５ｎｍ〜５４０ｎｍである方法。
【請求項２９】
請求項２０に記載の方法であって、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が、
非円筒面レンズ及び非球面レンズのうち少なくとも一方を備える方法。
【請求項３０】
請求項２０に記載の方法であって、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が、
上記ガス封じ込め構造及び上記ポンプレーザのうち少なくとも一方の形状により引き起こされた収差を補償するよう構成された収差補償器を備える方法。
【請求項３１】
請求項２０に記載の方法であって、上記楕円形ビームウェストが少なくとも１０の長軸短軸比を有する方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、上記楕円形ビームウェストの短軸に対応する方向においては０．５超の数値開口（ＮＡ）で以て、またその楕円形ビームウェストの長軸に対応する方向においては０．２未満のＮＡで以て集束させるよう、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が構成される方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、上記楕円形ビームウェストの短軸が５μｍ未満となりその楕円形ビームウェストの長軸が５０μｍ〜５００μｍとなるよう上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系が構成される方法。
【請求項３４】
請求項２０に記載の方法であって、上記広帯域輻射を上記楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するよう第１集光光学系が構成される方法。
【請求項３５】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
ガス封じ込め構造を挟み第１集光光学系の逆側に配置された反射器で以て、上記ポンプレーザビームのビームウェストと略重複するプラズマへと広帯域輻射を後方反射させるステップを有する方法。
【請求項３６】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
吸収されなかったポンプレーザ照明を上記ポンプレーザビームのビームウェストと略重複するプラズマの方に反射及び集束させるステップを有する方法。
【請求項３７】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
上記プラズマにより放射された広帯域輻射をガス封じ込め構造を挟み第１組の集光光学系の逆側にて第２組の集光光学系で以て収集するステップを有する方法。
【請求項３８】
請求項２０に記載の方法であって、上記楕円形ビームウェストの長軸の方向においてはガウシアンより平坦なビームプロファイルが生成されるよう、上記アナモルフィック照明光学系が更に構成される方法。
【請求項３９】
請求項２０に記載の方法であって、上記楕円形ビームウェストの長軸の方向においてはガウシアンより平坦なビームプロファイルが生成されるよう、上記アナモルフィック照明光学系が更に構成される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は総じてプラズマ式光源に関し、より具体的には検査又は計量システムにて用いられる高輝度プラズマ式広帯域光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本願は、「より高輝度なレーザ励起プラズマランプ」(LASER-PUMPED PLASMA LAMPS WITH HIGHER BRIGHTNESS)と題しＹｕｎｇ−Ｈｏ  Ａｌｅｘ  Ｃｈｕａｎｇ、Ｘｉａｏｘｕ  Ｌｕ、Ｊｕｓｔｉｎ  Ｌｉｏｕ及びＪｏｈｎ  Ｆｉｅｌｄｅｎを発明者とする２０１６年３月２８日付米国暫定特許出願第６２／３１４１６９号に基づき米国特許法第１１９条（ｅ）の規定による利益を主張する出願であるので、この参照を以て当該米国暫定特許出願の全容を本願に繰り入れるものとする。
【０００３】
集積回路デバイスのフィーチャ（外形特徴）はかつてなく小型になりつつあり、その特性解明用のより秀逸な照明源への需要が成長を続けている。半導体計量及び検査システムでは、小寸法の精密計測を実行するため及び／又は小欠陥を検出するため、非常に安定で非常に明るい（高放射輝度）広帯域光源が求められている。光源の輝度を高めることでより高いスループット及びより高い感度がもたらされる。
【０００４】
従来手法では、Ｘｅ、Ａｇ又はＨｇアークランプが広帯域光の生成に用いられてきた。アークランプでは、それに備わるアノード及びカソードにより電気的放電が引き起こされ、それによりガスが励起及びイオン化され且つ高温に保たれる一方、その励起及びイオン化されたガスから広帯域光が放射される。動作時にはアノード及びカソードが非常に熱くなり、それらが自身の表面からの物質の蒸発及びスパッタリングにより摩耗することとなりやすい。電極からの素材逸失は、ガス及びエンベロープ（外被）の汚損につながりかねず、またその光出力の減少（ことにＵＶ波長ではそのランプのエンベロープ又は窓上に極薄い素材層が積もっただけでもＵＶ透過率がかなり低下しかねない）や光源の故障につながりかねない。より重要なことには、こうしたアークランプでは、半導体及びその関連産業における検査及び計量アプリケーションを含め、幾つかのアプリケーションにとり十分な輝度（分光放射輝度）がもたらされない。アークランプの輝度は実現可能な電流密度により制約され、ひいてはその電極の過剰な摩耗を避け且つ不経済なランプ寿命短縮を避ける必要性により部分的に制約される。
【０００５】
分光放射輝度、即ち（単位波長当たり単位立体角当たり単位面積当たり放射光パワーたる）輝度は、半導体検査及び計量システムでの使用が想定される光源にとり非常に重要である。そうしたシステムでは、通常、任意の一時点で１個の比較的小さなエリアが照明される（例えば数ミクロン〜数百ミクロンの寸法を有するエリア）。十分な反射及び／又は散乱光を供給しその信号対雑音比が高い信号を生成するには、サンプルを検査又は計測するために用いられる光を、そのサンプル上のまさにその小エリア内に十分なパワーで以て集束（合焦；フォーカス）させる必要がある。レンズ、鏡等々を備える光学システムでは最善でも分光放射輝度を保存できるだけであるので（完全に無損失な場合）、小エリア内に強いパワーを送り込むにはその光源に発する高い分光放射輝度が求められる。注記すべきことに、プラズマランプのプラズマパワー及びサイズを単純に増加させることは、最善でも、所与エリアに送り込まれるパワー量の不効率な増加手段にしかならないであろうし、最悪なら、その所与エリアに送り込めるパワーは全く増えないであろう。
【０００６】
アークランプは、全くのところ、半導体産業における重要な検査及び計量アプリケーション向けに足る輝度を欠いている。電極が高温であるため寿命が制約されている。更に、アークの位置が不安定になりうる。
【０００７】
幾つかの検査及び計量システムにはレーザ維持（ＬＳＰ）プラズマランプが実装されている。ＬＳＰランプはアークランプより明るくすることができ、より広いスペクトル域に亘る放射が可能であり、且つかなり長寿命にすることができる。ＬＳＰランプは、透明エンベロープ（例えば熔融シリカ製エンベロープ）に２個の電極を付設し、従来のアークランプと同様に加圧ガスで以て満たすことで、構成することができる。赤外（ＩＲ）波長のレーザビームをそのプラズマの中心へと集束させればよい。高電圧を印加することにより電極間で短時間放電を発生させ、そのレーザの集束先たるプラズマ及び高温ガスを点火すればよい。そのプラズマ及び高温ガスにより吸収されたレーザエネルギを用いることで、電極間電圧をターンオフした後も、そのプラズマを維持することができる。その密集束レーザにより、１００ミクロン以下のプラズマサイズや１００００Ｋ〜２００００Ｋのプラズマ温度を生み出すことができる。従来のアークランプ（通常はそのアーク長が数ｍｍ）に比べプラズマが小サイズ且つ高温であるため、ＬＳＰ光源はかなり明るくなり短波長の光をより多く放射する。電極間放電が存するのがランプ始動のための短時間だけであるので、従来のアークランプに比べ、電極の摩耗が劇的に減り又は無視可能となり、ランプ寿命が大きく延びる。更に、そのプラズマのサイズが、典型的な半導体検査及び計量システムで必要とされる輻射源サイズとより良好に整合するため、従来のアークランプと比べその集光効率が高くなりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，４３５，９８２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１６７６１８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０２２８３００号明細書
【特許文献４】米国特許第７，７０５，３３１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１１／０２９１５６６号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１３／０００１４３８号明細書
【特許文献７】米国特許第８，５１７，５８５号明細書
【特許文献８】米国特許第８，２５９，７７１号明細書
【特許文献９】米国特許第８，９２１，８１４号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１５／０２８２２８８号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，９５７，０６６号明細書
【特許文献１２】米国特許第７，３４５，８２５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，９９９，３１０号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，５２５，６４９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，１８１，０８０号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，９９９，０１４号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，８７７，８５９号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，２９７，８８０号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，４２９，９４３号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，６０８，５２６号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】"Multiparameter Measurements of Thin Films Using Beam-Profile Reflectivity," by Fanton, et al.,Journal of Applied Physics, Vol.73, No.11, p.7035, 1993
【非特許文献２】"Simultaneous Measurement of Six Layers in a Silicon on Insulator Film Stack Using Spectrophotometry and Beam Profile Reflectometry," by Leng, et al.,Journal of Applied Physics, Vol.81, No.8, page 3570, 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＬＳＰランプはアークランプより明るいが、かつてなく小さい欠陥を検査／計測したいという要請に対処するには、既存のＬＳＰ光源では不十分である。単純にレーザポンプ（励起）パワーを増加させるのではプラズマ及びそれを取り巻く高温ガスのサイズが大きくなるだけであり、そのプラズマの中心が顕著に高温にはならない。こうしたことが起こるのは、そのレーザポンプ光パワーの大半が、プラズマの周りにある高温だがほとんどイオン化されていないガスにより吸収されるため、増加させたポンプパワーのうちわずかしかプラズマコアに到達しないためである。結果として、ＬＳＰプラズマ光源の輝度は高ポンプパワーにて飽和しがちである。加えて、ポンプレーザパワーが増大するにつれプラズマが不安定になりうる。
【００１１】
従って、従来手法の様々な短所、例えば上述のそれが治癒される広帯域光源を提供することが望ましかろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度レーザ維持プラズマ広帯域光源が開示される。ある実施形態に係る光源はガス封じ込め構造を有する。また、ある実施形態に係る光源は、そのガス封じ込め構造内に封じ込められている中性ガスの弱吸収線に少なくとも近い波長の照明が含まれるポンプビームを生成するよう構成された、ポンプレーザを有する。また、ある実施形態に係る光源は、ガス封じ込め構造の中心又はその付近に位置する略楕円形ビームウェスト（狭窄部）内に上記ポンプビームを集束させるよう構成された、１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系を有する。また、ある実施形態に係る光源は、そのプラズマにより放射された広帯域輻射を、その楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するよう構成された、１個又は複数個の第１集光光学系を有する。
【００１３】
本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度広帯域光生成方法が開示される。ある実施形態に係る方法は、ガス封じ込め構造内にガス塊を準備するステップを有する。また、ある実施形態に係る方法は、そのガス封じ込め構造内ガス塊内でプラズマを点ける（点火する）ステップを有する。また、ある実施形態に係る方法は、ガス封じ込め構造内ガスの弱中性吸収線に少なくとも近い波長を有する照明が含まれるポンプレーザビームを生成するステップを有する。また、ある実施形態に係る方法は、そのポンプレーザビームを１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系で以て整形し集束させることで、ガス封じ込め構造の中心に少なくとも近いところに楕円形ビームウェストを形成するステップを、有する。また、ある実施形態に係る方法は、上記プラズマにより放射された広帯域輻射を、その楕円形ビームウェストの長軸に対し略整列している方向において収集するステップを有する。
【００１４】
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、特徴に組み込まれ特徴の一部を構成するものであり、本件開示の主題を描出している。それら記述及び図面は相俟って本件開示の諸原理を説明する働きを有している。
【００１５】
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、本件開示の多数の長所をより良好に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムの概略模式図である。
【図１Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムの概略模式図である。
【図１Ｃ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムでのポンプビームのビームサイズ変化の概念図である。
【図２Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システム内への実装に適した一組のアナモルフィック光学系の模式図である。
【図２Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システム内への実装に適した一組のアナモルフィック光学系の模式図である。
【図２Ｃ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システム内への実装に適した一組のアナモルフィック光学系の模式図である。
【図３Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムのガス封じ込め構造内外への球面鏡の実装を描いた図である。
【図３Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムのガス封じ込め構造内外への球面鏡の実装を描いた図である。
【図４Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係り、吸収されなかったポンプレーザ輻射をプラズマ内に遡行集束させるよう構成されている高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムを描いた図である。
【図４Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係りデュアルチャネル出力が装備されている高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムを描いた図である。
【図５】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムが照明源として実装されている検査及び／又は計量システムの概略模式図である。
【図６】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムが照明源として実装されるよう構成された計量システムの概略模式図である。
【図７】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射生成システムが照明源として実装されているカタジオプトリックイメージングシステムの概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に描かれている被開示主題を詳細に参照することにする。
【００１８】
図１Ａ〜図７全体を参照し、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）光源について述べる。
【００１９】
本件開示の諸実施形態が目指しているのは、レーザ維持広帯域輻射源における高輝度プラズマの生成を通じ、関連する計量及び／又は検査システムの性能を改善することである。本件開示の諸実施形態が目指しているのは、レーザ維持プラズマ光源にて生成される高温プラズマを、これに限られるものではないがＭ２、エンベロープ形状等のレーザ特性に通常変動が現れているときでもその寸法が良好に制御されていて、その出射光が向かう方向において高い光学濃度（即ち不透明度）を呈するものにすることである。
【００２０】
本件開示の諸実施形態が目指しているのは、シャープだが長尺な像になるようポンプビームを密集束方向において高ＮＡで以て集束させること、並びにその長尺方向沿いでのその輻射の収集である。こうした集束構造によれば、集光面内プラズマサイズの増大無しでポンプ容積及び集光深度の増大が実現される一方、高いポンプＮＡが一助となり密集束方向及びポンプビーム伝搬方向におけるプラズマサイズが縮小され、ひいては同じエタンデュ内で収集される輻射が大きく増加する。本件開示の更なる諸実施形態が目指しているのは、収集されなかったプラズマ輻射や残余ポンプパワーをプラズマ内へと後方反射及び集束させることでプラズマ輝度を高めることである。本件開示の更なる諸実施形態が目指しているのは、広帯域輻射及び／又は残余ポンプが収集される立体角を付加的な集光／反射器素子により拡張し、ひいてはポンピング（励起）効率を高めることである。
【００２１】
注記すべきことに、高輝度プラズマ輻射源が特に有益なのは短波長域（例．その波長が約３５０ｎｍ未満）や長波長のＩＲ波長域（例．その波長が１７００ｎｍ超）、即ち従来手法における輝度が歴史的に低かった領域である。短いＵＶ波長はより長い波長に比べ小フィーチャにより強く散乱されるため、そうした波長は検査及び計量機器、例えば半導体産業で用いられているそれにて非常に重要になりうる。加えて、ある種の素材（例．シリコン）がそうした短いＵＶ波長を強く吸収するのに対し他種素材（例．二酸化シリコン）はかなりのＵＶスペクトラムにて透明となりうるので、それらのシステムではサンプル上の異素材間に強めのコントラストが発現しうる。より長いＩＲ波長も検査及び計量機器、例えばそうした長波長の大半が吸収される極深構造における特性の検査又は計測に用いられるそれにて、非常に重要になりうる。それらの波長にてより高い放射輝度(radiance)（輝度(brightness)）を呈する光源なら、小フィーチャのより高速な、或いはより高感度での、計測又は検査が可能となりうる。
【００２２】
本件開示の諸実施形態では、ポンプレーザ光を二方向的に集束させるアナモルフィック光学系が利用される。アナモルフィック光学系の実装により、プラズマの長軸の長さを容易に最適化すること、またそれをそのプラズマの短軸に係る集束とは独立に行うことが可能となる。長軸に係る集束の使用により、そのポンプレーザビームのＭ２における変動がプラズマ長軸の長さに対しせいぜい些少な影響しか及ぼさないようにすることもできる。本願記載の光源に更なる改良を取り入れること、例えばバルブをはじめとするガス封じ込め構造により引き起こされた収差を補正する光学系の使用、プラズマ長軸に対応する方向におけるポンプレーザのガウシアンプロファイルを修飾してより均一なプラズマ温度を実現する光学系の使用等を、盛り込みうる。
【００２３】
レーザ維持光源が特許文献１〜１０に記載されているので、それら文献それぞれの全容をこの参照を以て本願に繰り入れることにする。
【００２４】
図１Ａ及び図１Ｂは、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る高輝度ＬＳＰ広帯域輻射源１００の概略模式図である。図１Ａに描かれているのは本輻射源１００のｙｚ平面内射影、図１Ｂに描かれているのは本輻射源１００のｘｚ平面内射影である。
【００２５】
注記すべきことに、本願中で図示されている座標系は単に例証及び説明目的で提示されているだけである。本件開示の目的に鑑み、ｚ軸をポンプビーム伝搬方向として定義し、ｙ軸をガス封じ込め構造／バルブに備わる電極又は実装固定具に整列させ、且つｘ軸を広帯域輻射収集方向に概ね対応させている。注記すべきことに、本件開示の諸実施形態を構成又は搭載するに当たっては、これらの軸をその具体的な用途で便利な任意の向きにすることができる。
【００２６】
実施形態に係る輻射源１００はガス封じ込め構造１０１を有している。ガス封じ込め構造１０１は、レーザポンピングを通じたプラズマ形成に適しガスの封じ込めが可能で本件技術分野で既知ないずれの封じ込め構造で以て構成してもよい。例えば、ガス封じ込め構造１０１を、これに限られるものではないがバルブ、チャンバ、チューブ又はセルを有するものにすることができる。本件開示の大部分は、輻射源１００のガス封じ込め構造としてのバルブ実装例に集中しているが、注記すべきことに、本件開示の諸実施形態はあらゆるガス封じ込め構造に敷衍することができる。
【００２７】
実施形態にてプラズマ１０３の点火及び／又は維持に用いられるガスは、不活性ガス（例．希ガス又は非希ガス）でも非不活性ガス（例．水銀）でもよい。実施形態によっては、プラズマ１０３の点火及び／又は維持に用いられるガスに、ガス同士の混合物（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、或いは非不活性ガス同士の混合物）が含まれうる。輻射源１００のガス封じ込め構造１０１内での使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、ＡｒＸｅ、ＡｒＨｇ、ＫｒＨｇ、ＸｅＨｇ並びにそれらの任意の混合物がある。更に注記すべきことに、そのガス混合物による吸収又は放射が最適化されるよう特定のガス混合物を選択することができる。本件開示は、ガス封じ込め構造内でのプラズマの維持に適する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。
【００２８】
また、実施形態に係る輻射源１００はポンプレーザ１１１を有しており、これは、ガス封じ込め構造１０１内に封じ込められている中性ガスの弱吸収線の波長又はその付近の波長（即ち少なくともそれに近い波長）を有する照明を含むポンプビームを生成するよう、構成されている。弱吸収線とは、中性原子の第１励起状態を１ｅＶ超上回るエネルギ準位を有する励起状態からより高いエネルギ準位への遷移を表す線のことであるといえよう。例えばＸｅの第１励起状態はエネルギ的に基底状態を約８．３ｅＶ上回っている。約１２０ｎｍ〜約３μｍの波長での光生成にひときわ役立つプラズマ温度（即ち約１００００Ｋ〜約２５０００Ｋのプラズマ温度）では、そのプラズマの中心領域から離れたところに存する比較的少量の中性ガスがそうした高いエネルギ励起状態となるため、基底状態を９．３ｅＶ超（好ましくは９．５ｅＶ超）上回るエネルギ準位に対応する励起状態と、より高い状態と、の間の遷移による比較的弱い吸収が発生する。実施形態におけるポンプレーザ１１１は、これに限られるものではないが、ガス封じ込め構造１０１内に封じ込められているガスの弱中性吸収線（例．約１０７０ｎｍ）に近い波長で以てＣＷモードにて動作するファイバレーザや固体レーザ等、１個又は複数個の連続波（ＣＷ）レーザを有している。例えばファイバレーザの場合、そのポンプレーザ１１１に、これに限られるものではないがイッテルビウム（Ｙｂ）ドープド・ファイバレーザ、ネオジムドープド・イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶ファイバレーザ、ネオジムドープド・イットリウム・オルトバナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ４）結晶ファイバレーザ、ネオジムドープド・ガドリニウム・バナデート（Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）結晶ファイバレーザのうち１個又は複数個を具備させうる。また例えば、固体レーザの場合、そのポンプレーザ１１１に、これに限られるものではないが１個又は複数個のダイオードレーザを具備させうる。
【００２９】
実施形態によっては、本輻射源１００に１個又は複数個の付加的ポンプレーザを具備させる。当該１個又は複数個の付加的ポンプレーザを、第１ポンプレーザ１１１とは異なる方向に沿い配置してもよい。或いは、当該１個又は複数個の付加的ポンプレーザを第１ポンプレーザ１１１に対し縦列配置し、その第１ポンプレーザ１１１と同方向からガス封じ込め構造１０１に入射するようにしてもよい。
【００３０】
ある実施形態によれば、上記１個又は複数個の付加的レーザに緑色レーザを含めることができる。例えば、当該１個又は複数個の付加的レーザを、５１５ｎｍ〜５４０ｎｍの波長を有するレーザ輻射を発するものとし、赤外レーザたる第１ポンプレーザ１１１と併用してもよい。注記すべきことに、緑色光は、（高温の場合でも）中性ガスには弱くしか吸収されえないが、イオンにはより強く吸収されうるので、その大半がプラズマにより吸収されることとなる。注記すべきことに、ダイクロイック被覆素子（例．ダイクロイックミラー）及び／又は２波長被覆素子を用い、２本のビームを単一経路上に結合させてもよい。複数個のレーザ輻射源に発するビームの併用が、２０１６年９月２９日日付米国特許出願第１５／２８００７３号及び２０１６年９月２３日付米国特許出願第１５／２７４９５６号に記載されているので、それら出願それぞれの全容をこの参照を以て本願に繰り入れることにする。
【００３１】
また、実施形態に係る輻射源１００はプラズマ点火装置１０２を有している。プラズマ点火装置１０２により、励起及びイオン化されたガスをポンプレーザ１１１によるポンピングに先立ち生成することができる。図１Ａに示すように、プラズマ点火装置１０２は、これに限られるものではないが１個又は複数個の電極を有するものとすることができる。この例のように、当該１個又は複数個の電極を縦方向に（例．ｙ方向に沿い）配置し、ガス封じ込め構造内に封じ込められているガス内で交流放電を発生させることで、プラズマを点けることができる。また、実施形態によっては本輻射源１００にプラズマ点火レーザを具備させる。例えば、これに限られるものではないがＱスイッチレーザ等のパルスレーザにより、ガス封じ込め構造内に封じ込められているガスを、高ピークパワーパルスの短鎖で以て照明することで、そのプラズマの点火を引き起こすことができる。パルスレーザによるプラズマ点火が２０１６年９月２９日付米国特許出願第１５／２８００７３号に記載されているので、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。
【００３２】
また、実施形態に係る輻射源１００は１個又は複数個のビームダンプ１２１を有しており、これは、ポンプビーム１１２（又は付加的ポンプレーザからの付加的ポンプビーム）のうちプラズマ１０３により吸収されなかった部分を幾らか吸収するよう配置されている。
【００３３】
また、実施形態に係る輻射源１００は１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系１１３を有している。例えば、当該１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系１１３を、これに限られるものではないが非円筒面レンズ又は非球面レンズを有するものにすることができる。実施形態では、ポンプレーザ１１１により放射されたポンプビーム１１２が当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３により整形され、更にプラズマ１０３を維持すべくガス封じ込め構造１０１の中心部へと集束される。
【００３４】
実施形態によっては、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系１１３が、楕円形ビームウェストの短い方の軸（例．短軸）に対応する方向においてはある指定された数値開口（ＮＡ）で以て集束させる一方、その楕円形ビームウェストの長い方の軸（例．長軸）に対応する方向においては当該指定されたＮＡより低いＮＡで以て集束させるように、配置される。実施形態によっては、ガス封じ込め構造１０１内に封じ込められているガス１０３の弱中性吸収線又はその付近の波長を有するポンプレーザ１１１を、そのアナモルフィック光学系１１３により集束させることで、そのガス封じ込め構造１０１の中心又はその付近に略楕円形ビームウェストを形成する。また、ある実施形態によれば、その楕円形ビームウェストの長軸短軸比を少なくとも１０とすることができる。また、ある実施形態によれば、当該１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系１１３により、楕円形ビームウェストの短い方の軸に対応する方向において０．５超の数値開口（ＮＡ）で以てビームを集束させることで、その楕円形ビームウェストの短い方の軸に対応する方向並びにポンプビーム伝搬方向の双方におけるプラズマサイズを縮小することができる。更に、当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３により、楕円形ビームウェストの長い方の軸に対応する方向において０．２未満のＮＡで以て集束させることで、長尺なプラズマ像を作成することができる。
【００３５】
また、実施形態によっては、上記１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３が、それによりもたらされる楕円形ビームウェストがある指定された長軸短軸比を呈するよう構成される。例えば、当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３を、もたらされる楕円形ビームウェストが少なくとも１０なる指定長軸短軸比を呈するよう構成するとよい。実施形態によっては、楕円形ビームウェストが少なくとも１０なる長軸短軸比を呈するようアナモルフィック光学系１１３を構成すべく、楕円形ビームウェストの短軸が５μｍ未満、その楕円形ビームウェストの長軸が５０μｍ〜５００μｍとされる。更に、その楕円形ビームウェストの長軸沿いウェストサイズを、利用可能なポンプパワーに基づき最適化し、具体的なアプリケーションでの最重要波長での輝度がより高くなるようにすることができる。
【００３６】
例えば、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系１１３により、楕円形ビームウェストの短軸（図１Ａにて１３１として示されているそれ）に対応するｙ方向においては０．５超のＮＡで以て集束させる一方、その楕円形ビームウェストの長軸（図１Ｂにて１３２として示されているそれ）に対応するｘ方向においては０．２未満のＮＡで以て集束させるとよい。こうすることで、もたらされるプラズマを、そのｙ方向及びｚ方向サイズが小さくｘ方向に長尺な形状を有するもの（図１Ａ中に１３１として示されているそれ）とすることができる。
【００３７】
注記すべきことに、ＮＡが高いこと（即ちポンプ立体角が大きいこと）は、密集束方向及びポンプビーム伝搬方向におけるプラズマサイズを抑える上で助けになる。ＮＡが高いほどウェスト位置付近でポンプ強度が急速に発散し、ひいてはレーザパワー密度に係る維持可能限界が焦点位置に近づくため、より小さなプラズマがもたらされる。ポンプビームをより小さなスポットに集束させることでもプラズマサイズが縮小されうる。そのため、ポンプビームのビーム品質を良好なものとし（即ちＭ２を１．０に近づけ）それをより小さなスポットへと集束させるようにすることや、その焦点におけるポンプビーム収差を適切なアナモルフィック光学系１１３で以て抑えることが望ましい。収差がなければ、ＮＡが高いほどビームサイズが小さくなる。レーザビーム品質が良好であるという長所故、本件開示の諸実施形態ではファイバレーザ及び固体レーザを有益に用いることができる。
【００３８】
ある実施形態によれば、集束像の長軸方向においてガウシアンプロファイルを呈するビーム１１２を（例．ある制御された量の球面収差を導入することにより）歪ませる１個又は複数個の光学素子（例．レンズ）を、上記１個又は複数個のアナモルフィック照明光学系に具備させることで、そのプロファイルの中心部をガウシアンよりも平坦なものとしてより均一なプラズマ温度を実現することができる。
【００３９】
図１Ｂに示すように、実施形態に係る輻射源１００は１個又は複数個の第１集光光学系１０５を有している。実施形態では、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５が、プラズマ１０３により放射された広帯域輻射を収集するよう構成されている。例えば、図１Ｂに示す１個又は複数個の第１集光光学系１０５は、プラズマ１０３からの広帯域輻射を、楕円形ビームウェストの長軸（例．プラズマ１０３が長尺となるｘ方向）に対しほぼ整列している方向において収集するよう、構成されている。このようにすると、そのプラズマ１０３において、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５により輻射を収集可能な深度が、他のいずれの方向からの輻射の収集と比べても大きくなる（即ちそのプラズマの不透明度がその収集方向にて最大となる）。実施形態では、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５が、広いスペクトル域に亘り強い反射を呈するよう被覆された鏡を有している。例えば、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５には、これに限られるものではないが放物面鏡、球面鏡又は楕円面鏡を具備させうる。注記すべきことに、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５は、上に列記した例や図１Ｂ中に描かれている構成に限定されるものではない。寧ろ、当該１個又は複数個の第１集光光学系１０５には、プラズマ１０３からの広帯域輻射の収集に適し本件技術分野で既知な反射性、屈折性及び／又は回折性光学系のあらゆる組合せを具備させうる。
【００４０】
注記すべきことに、輻射源１００には任意個数、任意種類の付加的光学素子を具備させることができる。ある実施形態によれば、上記１個又は複数個の第１集光光学系１０５から１個又は複数個の下流光学系、例えば検査ツール又は計量ツール（例．図５〜図７参照）用照明器光学系へと照明を差し向けるよう配置された１個又は複数個の付加的光学素子を、本輻射源１００に具備させることができる。例えば、プラズマ１０３により放射された広帯域輻射を差し向け及び／又はコンディショニングする１個又は複数個の付加的な鏡、レンズ、アパーチャ、帯域幅選択性フィルタ及び／又は偏光部材（等）を、本輻射源１００に具備させることができる。
【００４１】
図１Ｃは、本件開示の１個又は複数個の実施形態に従いアナモルフィック光学系１１３によりコンディショニングされたポンプビーム１１２のｘ方向ビームサイズ及びｙ方向ビームサイズ変化を、伝搬方向（ｚ）に沿い描いた概念図である。注記すべきことに、添え字１１４はポンプビーム１１２をｘ方向において表し、添え字１１５はポンプビーム１１２をｙ方向において表している。この例ではウェスト位置１１６が互いによく揃っており、ガス封じ込め構造１０１の中心又はその付近に所在している。楕円形ビームウェストの断面が１１７として示されている。添え字１１８はｙ方向（即ち楕円形ビームウェストの短軸）におけるウェスト直径２ｗｙを表しており、添え字１１９ｘ方向（即ちその楕円形ビームウェストの長軸）におけるウェスト直径２ｗｘを表している。例えば、２ｗｙが５μｍ未満となる一方２ｗｘが５０μｍ〜５００μｍとなるようアナモルフィック光学系１１３を構成することができ、更にそれを利用可能ポンプパワーに基づき最適化することができる。注記すべきことに、ｘ方向におけるビームサイズ及びもたらされるレイリーレンジが非常に大きいため、ｙ方向に比べｘ方向においてはウェスト位置に対する許容度／公差を緩和することができる。
【００４２】
高温プラズマの温度及び不透明度は、そのプラズマから収集される光の放射輝度を決める二大要因である。光出力の収集方向に対しほぼ垂直な方向（ｙ方向）において、その光を小さなビームウェストへと非常に密に集束させることで、そのレーザポンプエネルギを効率的に用い、そのプラズマのコアを高温まで加熱することができる。その光出力の収集方向に対しほぼ平行な方向（ｘ方向）において、その光をより大きなビームウェストへと集束させることで、その方向における不透明度が高まる。不透明度は視線沿いにある高温イオン化原子の個数に依存するので、そのランプの充填圧を高めることで不透明度を更に高めることができる。在来のショートアークＸｅアークランプであれば、約３０気圧の室温充填圧を用いることができる。ある実施形態によれば、そのアナモルフィック集束光学系を、約４０気圧以上の室温充填圧で以てバルブ、チャンバ、セル又はチューブと併用することで、収集される出射光の放射輝度を更に高めることができる。
【００４３】
図２Ａ〜図２Ｃは、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る輻射源１００内への実装に適したアナモルフィック光学系１１３の模式図である。
【００４４】
注記すべきことに、図１Ａ〜図１Ｃの諸例及び諸実施形態にて描かれていた座標系については、図２Ａ〜図２Ｃに敷衍されるものと解すべきである。この例では、ポンピングビーム１１２がｚ方向に伝搬しており、アナモルフィック光学系１１３により形成される楕円形ビームウェストが、ｙ方向においては高ＮＡで非常に小さくなっており、ｘ方向においてはより低ＮＡで少なくとも１０倍大きくなっている。注記すべきことに、本件開示の技術的範囲は例示されているｙ方向ＮＡ・ｘ方向ＮＡ間比に限定されるものではなく、これは単に例証目的で上述されているだけである。
【００４５】
図２Ａに示す実施形態では、上記１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３が、ｙ方向に沿い２個の円筒面レンズ２０１及び２０２が組み込まれた円筒状テレスコープを有する光学アセンブリとされている。それら円筒面レンズ２０１，２０２には、ポンプレーザ１１１からのビーム１１２をかなり大きなサイズへと拡張する働きがある。注記すべきことに、円筒状テレスコープを適宜構成して平行光化にセットすることで、大半の非点収差を補償することができる。また、実施形態では、当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３が非円筒面平凹レンズ２０３を有している。例えば、その非円筒面平凹レンズ２０３を、大きなアパーチャ及び短い焦点距離を有するものとすること、並びに高いＮＡ（例．＞０．５）で以てビームを非常に小さなビームサイズへと集束させそのウェストをガス封じ込め構造１０１の中心又はその付近に所在させることができる。非円筒面レンズ２０３を、複雑な表面プロファイルを有するものとすること、並びにそのウェストにおけるビームサイズが小さくなるようビーム１１２の光学的収差を大きく減らせるものとすることができる。ｘ方向においては、長い焦点距離を有する円筒面レンズ２０４により、より低いＮＡで以てポンプビーム１１２がより大きなビームサイズへと集束され、同じくそのウェストがガス封じ込め構造１０１の中心又はその付近に所在することとなる。
【００４６】
また、実施形態によっては、上記１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３に１個又は複数個の付加的な収差補償器を具備させる。例えば、当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３に、これに限られるものではないが付加的な収差補償器２０８を組み込むこと、それをガス封じ込め構造１０１に前置すること、ひいてはガス封じ込め構造１０１（例．バルブ）の表面のうちの透過部分が不規則又は不完全な形状であることにより生じる収差、及び／又は、ポンプレーザ１１１その他の部材に由来する収差を、（ｘ及び／又はｙ方向において）補償することができる。注記すべきことに、ｙ方向におけるＮＡの方が高いため、画質に関してはｙ方向における補正の方が重要である。そのため、実施形態によっては、ｙｚ平面を向く１個又は複数個の湾曲した表面を有する非円筒面レンズを、その補償器２０８に具備させる。ｘｙ平面にてもたらされる楕円形ビームウェストが１１７として示されている。
【００４７】
また、図２Ｂに示す実施形態では、上記１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３が非球面レンズ２１３を有している。例えば、レンズ２１１及び２１２による円筒状テレスコープを適用することで、ポンプビーム１１２を拡げてより大きなｙ方向サイズにした後に、大きなアパーチャを有し短焦点な非球面レンズ２１３により、そのビーム１１２を高いＮＡ（＞０．５）で以て非常に小さなビームサイズへと集束させ、そのウェストをガス封じ込め構造１０１の中心又はその付近に所在させることができる。注記すべきことに、非球面レンズは非円筒面レンズよりも平易に入手可能であり及び／又は安価である。また、実施形態によれば、ｘ方向において、（２０４と同じく）長い焦点距離を有する円筒面レンズ２１４によりビーム１１２を集束させることができる。また、実施形態では、平凹円筒面レンズ２１５が円筒面レンズ２１４・非球面レンズ２１３間に配置され、非球面レンズ２１３により生成されたパワーをｘ方向において相殺するよう構成されている。そのため、そのレンズセット全体により、図２Ａに描かれたそれに類する楕円形ビームウェスト１１７が効果的に生成される。また、実施形態によっては、当該１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３に１個又は複数個の付加的な収差補償器が組み込まれる。例えば、１個又は複数個の付加的な収差補償器例えば補償器２１８をガス封じ込め構造１０１より前段に付加することで、ガス封じ込め構造１０１の透過部分が不規則又は不完全形状であることにより一方向又は両方向にて生じた収差、及び／又は、ポンプレーザその他の部材に由来する収差を、補償することができる。
【００４８】
また、図２Ｃに示す実施形態では、上記１個又は複数個のアナモルフィック光学系１１３が２個のプリズムを有しており、ブリュースター角付近で動作しｙ方向においてビームを拡張するようそれらプリズムが構成されている。実施形態によれば、プリズム２２１及び２２２をチューニングすることで、ｙ方向におけるＮＡ及びビームサイズを、そのシステム内に何らパワーを導入することなく調整することができる。このプリズム対２２１，２２２は、図２Ａ中の（非円筒面レンズ２０３が後続する）レンズ２０１，２０２や図２Ｂ中の（非球面レンズ２１３が後続する）レンズ２１１，２１２の代わりとして用いることができる。また、実施形態によっては、そのアナモルフィック光学系１１３に付加的な収差補償器２２８を具備させる。注記すべきことに、非円筒面レンズ２０３が実装されている場合、図２Ｃのｘ方向構造は図２Ａと同等となろう。加えて、非球面レンズ２１３が実装されている場合、図２Ｃのｘ方向構造は図２Ｂと同等となろう。
【００４９】
注記すべきことに、図２Ａ〜図２Ｃに描かれている部材の個数及び種類は単に例証目的で提示されているだけであり、本件開示の技術的範囲に対する限定事項として解されるべきではない。例えば、図２Ａ〜図２Ｃのアナモルフィック光学系１１３には、その個数及び種類を問わず光学分野で既知な部材を具備させうる。一例としては、２個のレンズで実現される円筒状テレスコープ（図２Ａ及び図２Ｂに示されているそれ）に代え、３個のレンズで実現されるアフォーカルテレスコープを用い、ビーム直径のチューニングと集束具合の設定とを行うようにしてもよい。別例としては、アナモルフィック光学系１１３に備わる１個又は複数個の表面をある指定された被覆材で被覆することで、レーザポンプビーム１１２の透過率を高めるようにしてもよい。
【００５０】
図３Ａ及び図３Ｂには、本件開示の１個又は複数個の実施形態におけるガス封じ込め構造１０１の内外への球面鏡の実装が描かれている。注記すべきことに、プラズマ１０３は全方向に輻射を発するので、同じ集光光学系を用い同じ立体角内でより多くのプラズマ輻射を収集するには、ガス封じ込め構造１０１を挟み第１集光光学系１０５とは逆側にてそのプラズマ輻射をプラズマ１０３方向に後方反射させ、ポンプレーザビーム１１２のビームウェストとほぼ重なるプラズマ１０３内に集束させればよい。
【００５１】
図３Ａに示す実施形態では輻射源１００が外部球面鏡３１０を有しており、ガス封じ込め構造１０１を挟み第１集光光学系１０５とは逆側、ガス封じ込め構造外に、その外部球面鏡３１０が配置されている。その球面鏡３１０を適宜構成することで、プラズマ輻射３１２を反射させプラズマ１０３の中心へとそれを遡行集束させることができる。これに代え、本輻射源１００に内部球面鏡３１１を具備させ、ガス封じ込め構造１０１を挟み第１集光光学系１０５とは逆側、ガス封じ込め構造１０１の内表面又は外表面上に、その内部球面鏡３１１を配置してもよい。やはりその球面鏡３１１を適宜構成することで、プラズマ輻射３１２を反射させ、それをプラズマ１０３の中心へと遡行集束させることができる。
【００５２】
ある実施形態によれば、ガス封じ込め構造１０１の透過部分（例．バルブ）の外表面又は内表面上を覆う広帯域強反射被覆により、それら反射器３１０，３１１を構成することができる。ある実施形態によれば、反射された輻射３１２のうち幾らかをプラズマ１０３により吸収させることで、そのプラズマ温度を上昇させ輝度を高めることができる。更に、反射された輻射の残りをプラズマ１０３内に通し、ビーム経路を辿り第１集光光学系１０５に向かわせ、そこで収集して下流の光学素子へと差し向けることができる。この場合、総収集広帯域ビーム３０６は、１）初期的にプラズマ１０３から第１集光光学系１０５方向に放射された輻射、２）反射器３１０又は３１１により第１集光光学系１０５方向に反射されその反射ビーム３１２の再吸収により増強された輻射、並びに３）反射器３１０又は３１１により第１集光光学系１０５方向に反射されプラズマ１０３内を透過した輻射、なる三部分を有するものとなる。
【００５３】
また、図３Ｂに示す実施形態では反射器３１０又は３１１の面積を拡げることができる。ある実施形態によれば、その反射器を全反射エンクロージャ３２１（又はそのエンクロージャの一部分）と同程度以上に大きくし、入来するポンプビーム１１２、残余ポンプビーム及び収集したいプラズマ輻射を通すためのアパーチャをそのエンクロージャに設けることができる。また、ある実施形態によれば、複数個の別体な鏡をエンクロージャ３２１に具備させガス封じ込め構造の外側又は内側に配置することができる。ある代替的実施形態によれば、反射性被覆をエンクロージャ３２１に具備させ、ガス封じ込め構造１０１の透過部分の外表面又は内表面上に配置することができる。この例によれば、プラズマ輻射をプラズマ１０３へと後方反射させ、ポンプレーザ１１１のビームウェストとほぼ重なる個所に合焦させること、並びにそのプラズマ１０３に再吸収させることができる。これにより、プラズマ１０３により放射される広帯域輻射の量が増強され、それと同じく広帯域輻射３０７の収集量も増強される。更に、そのエンクロージャ３２１は、本ＬＳＰ輻射源１００が光源として組み込まれた光学システム（例．検査システムや計量システム）内へと散乱される光の量を、減らす助力にもなりうる。
【００５４】
図４Ａには、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係り、吸収されなかったポンプレーザ輻射をプラズマ１０３内に遡行集束させ、ポンプレーザ１１１のビームウェストとほぼ重ね合わせることでそのプラズマ１０３を更にポンピングするよう構成された、輻射源１００が描かれている。実施形態に係る輻射源１００は光アイソレータ４１１を有しており、これは、レーザ１１１から出てきたポンプビーム１１２は通すが後方反射されたビームは全てビームダンプ４２１へと方向転換させるようビーム経路上に配置されている。また、実施形態に係る輻射源１００は付加的な一組のアナモルフィック光学系４１２を有している。このアナモルフィック光学系４１２は、送られてきたポンプビームを二方向に沿い別々に平行光化するよう構成することができる。例えば、そのアナモルフィック光学系４１２に、これに限られるものではないが図２Ａ、図２Ｂ又は図２Ｃに記載のあらゆる光学的構成を具備させることができる。また、ある実施形態によれば、本輻射源１００に１個又は複数個の収差補償器を具備させることができる。また、ある実施形態によれば、その平行光化ビーム４１３を平坦鏡４１４により後方反射させ、そしてそれをアナモルフィック光学系４１２で以てプラズマ１０３の中心へと遡行集束させることができる。注記すべきことに、ポンプレーザ１１１の初期プラズマ吸収は７０％未満となろう。そのため、ポンプビーム１１２の第１回通過時に吸収されなかったポンプパワーを利用することで、そのポンプレーザ１１１のポンピング効率を大きく向上させることができる。
【００５５】
注記すべきことに、図４Ａに描かれている構成は本件開示の技術的範囲に対する限定事項として解すべきものではなく、単に例証目的で提示されているだけである。例えば、そのアナモルフィック光学系４１２及び平坦鏡４１４を球面鏡により置き換え、その球面鏡の曲率中心がプラズマ１０３の中心に一致するようその球面鏡を配置することができる。このようにすることで、集束されたポンプビームを反転像として同じ個所に後方反射させることができる。１枚の球面鏡ではその反射ポンプビーム像中に幾らか収差が導入されうるが、付加的なパワーがその反射ポンプ像から吸収されるためプラズマ温度を向上させることができる。
【００５６】
図４Ｂには、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係りデュアルチャネル出力が装備された輻射源１００が描かれている。実施形態に係る輻射源１００は第２組の集光光学系４２５を有しており、これは、輻射されたプラズマ輻射をガス封じ込め構造１０１を挟み第１集光光学系１０５の逆側で収集するよう構成されている。例えば、その第２組の集光光学系４２５をポンプビーム１１２の光軸に沿い第１集光光学系１０５に対し鏡面対象とすることで、そのポンプビーム１１２の光軸をプラズマ１０３の長尺方向に沿った向きにすることができる。その際、当該第２組の集光光学系４２５により、元々の広帯域ビーム１０６とほぼ同じ強度で以てもう１本の広帯域ビーム４２６が生成される。こうした構成は、合計の使用可能光強度を増強でき且つスループットを改善しうる点で、複数個の照明チャネルを有する計量又は検査システム向けに特に有益であろう。注記すべきことに、図４Ｂに描かれている構成は本件開示の技術的範囲に対する限定事項として解すべきものではなく、単に例証目的で提示されているだけである。
【００５７】
注記すべきことに、図３Ａ〜図４Ｂに描かれている諸実施形態を組み合わせ、本輻射源１００の総合的有効性及びそのプラズマ出力の輝度の拡張を達成することができる。
【００５８】
本件開示の輻射源１００は、本件技術分野で既知なあらゆる光学システム内に広帯域照明源として実装することができる。例えば、半導体ウェハの特性解明の分野で既知な任意の検査ツール又は計量ツール向けに、輻射源１００を広帯域光源として実装することができる。
【００５９】
図５は、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域輻射源１００が実装されている検査システム５００の概略模式図である。注記すべきことに、サンプル検査の文脈でシステム５００が記述されているが、システム５００は他の光学的特性解明の文脈、例えばイメージングベース計量に敷衍することができる。実施形態に係る検査システム５００は、サンプル５０８（例．ウェハ、レティクル、フォトマスク等）を検査又は計測しうるように構成されている。例えば、サンプル５０８をステージ５１２上に配置し、そのサンプル５０８の諸部分を光学系の下方に移動させることができる。また例えば、そのステージ５１２にリニアステージ（例．ＸＹステージ）や回動ステージ（例．Ｒθステージ）を具備させることができる。更なる実施形態によれば、検査又は計測のさなかにそのステージ５１２によりサンプル５０８の高さを調整して合焦状態に保つことができる。また、実施形態に係る検査システムは対物レンズ５０５を有している。例えば、その対物レンズ５０５を調整し合焦状態に保つことができる。
【００６０】
実施形態におけるＬＳＰ広帯域輻射源１００は本願中で前述されたものであり、システム５００の照明源１００として実装されている。例えば、その照明源１００を、可視、紫外（ＵＶ）、深紫外（ＤＵＶ）及び／又は真空紫外（ＶＵＶ）輻射を放射するものとすることができる。実施形態に係るシステム５００は一組の光学系５０３を有しており、これは、照明源１００からの光をサンプル５０８の表面上へと差し向け及び／又は集束させるよう構成されている。例えば、当該一組の光学系５０３に、これに限られるものではないが、サンプル５０８の表面上へと光を集束させる対物系５０５を、具備させることができる。また、実施形態によっては、当該一組の光学系５０３に、サンプル５０８から反射又は散乱されてきた光を集める１個又は複数個の付加的光学部材（例．レンズや鏡）を具備させることができる。そして、当該一組の光学系５０３により、サンプル５０８の表面から集められた光を検出器アセンブリ５０４に備わる検出器５０６へと差し向けることができる。当該一組の光学系５０３には、これに限られるものではないが鏡、レンズ及び／又はビームスプリッタをはじめ、サンプルの表面を照明しサンプルの表面から光を集める光学系を、その個数及び種類を問わず具備させることができる。
【００６１】
検出器アセンブリ５０４に備わる検出器５０６は、これに限られるものではないがＣＣＤ型検出器、ＴＤＩ−ＣＣＤ型検出器等、本件技術分野で既知なあらゆる光検出器で以て構成することができる。例えば、その検出器５０６に、これに限られるものではないが二次元アレイセンサや一次元ラインセンサを具備させることができる。また、実施形態では検出器５０６の出力が１個又は複数個のプロセッサ５１４に供給され、そこでその検出器５０６の出力が分析される。例えば、プロセッサ５１４をプログラム命令５１８により構成設定すること、またそのプログラム命令５１８をキャリア媒体５１６（例．メモリ）上に格納することができる。
【００６２】
ある実施形態では、本システム５００によりサンプル５０８上のラインが照明され、それに応じ検出器５０６が１個又は複数個の暗視野及び／又は明視野集光チャネルにて散乱及び／又は反射光を収集する。この場合、その検出器５０６を、ラインセンサや電子衝撃型ラインセンサを以て構成するとよい。別の実施形態では、本システム５００によりサンプル５０８上の複数スポットが照明され、それに応じ検出器５０６が１個又は複数個の暗視野及び／又は明視野集光チャネルにて散乱及び／又は反射光を収集する。この場合、その検出器５０６を、二次元ラインセンサや電子衝撃型二次元ラインセンサを以て構成するとよい。
【００６３】
ウェハ検査又は計量に関わる細部がＲｏｍａｎｏｖｓｋｙ  ｅｔ  ａｌ．名義の２０１２年７月９日付米国特許出願第１３／５５４９５４号、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．名義の２０１１年６月７日付特許文献１１、Ｃｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．名義の２００８年３月１８日付特許文献１２、Ｓｈａｆｅｒ  ｅｔ  ａｌ．名義の１９９９年１２月７日付特許文献１３、並びにＬｅｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．名義の２００９年４月２８日付特許文献１４に記載されているので、この参照を以てそれら出願又は文献それぞれの全容を本願に繰り入れることにする。
【００６４】
図６は、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域輻射源１００が実装されている計量システム６００の概略模式図である。
【００６５】
実施形態に係る計量システム６００は６種類に及ぶ非接触光学計測サブシステムで以て構成されており、本願中で上述されている如くＬＳＰ広帯域輻射源１００を組み込めるものである。例えば、本計量システム６００に、ビームプロファイルエリプソメータ（ビームプロファイル楕円偏光計；ＢＰＥ）６１０、ビームプロファイルリフレクトメータ（ビームプロファイル反射率計；ＢＰＲ）６１２、広帯域反射スペクトロメータ（広帯域反射分光計；ＢＲＳ）６１４、深紫外反射スペクトロメータ（ＤＵＶ）６１６、広帯域分光エリプソメータ（ＢＳＥ）６１８及び参照エリプソメータ６０２を具備させることができる。これら６個の光学計測装置で利用される光源は最少で３個、即ちレーザ６２０及び６９０並びに広帯域輻射源１００とすることができる。また例えば、レーザ６２０によりプローブビーム６２４を生成すること及び広帯域輻射源１００によりプローブビーム６２６を生成することができる（プローブビーム６２６はレンズ６２８により平行光化され鏡６２９によりプローブビーム６２４と同じ経路沿いに差し向けられる）。例えば、レーザ６２０を、これに限られるものではないが、可視又は近ＩＲ波長、例えば６７０ｎｍ付近の波長で３ｍＷの直線偏向ビームを発する固体レーザダイオードとすることができる。上述の通り、広帯域輻射源１００には本願中で先に述べられている広帯域ＬＳＰ輻射源を具備させることができる。例えば、その広帯域輻射源１００により、２００ｎｍ〜８００ｎｍ以上のスペクトラムをカバーする多色ビームを供給することができる。
【００６６】
実施形態に係る計量システム６００はプローブビーム６２４，６２６を有している。例えば、そのプローブビーム６２４，６２６を鏡６３０により反射させ、鏡６４２を経てサンプル６０４へと通すことができる。また例えば、そのプローブビーム６２４，６２６をレンズ６３２又はレンズ６３３で以てサンプル６０４の表面上へと集束させることができる。一例としては、それら２個のレンズ６３２，６３３をタレット（図示せず）内に実装すること並びにプローブビーム６２４，６２６の経路内へと交互に移動可能とすることができる。更に、レンズ６３２をその数値開口が高い球面顕微対物レンズ（０．９０ＮＡオーダのそれ）とすることで、サンプル表面に対する入射角に大きな拡がりを生み出すこと並びに約１ミクロン直径のスポットサイズを生み出すことができる。レンズ６３３を、その数値開口がより低い反射レンズ（０．１〜０．４ＮＡオーダのそれ）であり、深ＵＶ光を約１０〜１５ミクロンのスポットサイズまで集束させうるものとすることができる。
【００６７】
また、実施形態におけるビームプロファイルエリプソメトリ（ＢＰＥ）６１０は、１／４波長板６３４、偏光子６３６、レンズ６３８及びクアッド検出器６４０を有している。動作時には、直線偏向されているプローブビーム６２４をレンズ６３２によりサンプル６０４上へと集束させることができる。例えば、サンプル表面から反射されてきた光を、レンズ６３２を上方向に通し、鏡６４２、６３０及び６４４を経て、鏡６４６によりＢＰＥ１０内へと差し向けることができる。この反射プローブビームにおける光線の位置を、サンプルの表面に対する個別の入射角に対応付けることができる。また、ある実施形態によれば、１／４波長板６３４により、そのビームの偏向状態のうち一方の位相を９０°遅延させることができる。更に、直線偏光子６３６により、そのビームのそれら二通りの偏向状態を互いに干渉させることができる。最大信号を得るには、この偏光子６３６の軸を、１／４波長板６３４の高速軸及び低速軸に対し４５°の角度に向ければよい。クアッド検出器６４０は、放射方向に配置された４個の象限を有するクアッドセル検出器、特に各象限によりプローブビームの１／４が中途捕獲され更にそのプローブビームのうちその象限に射突している部分のパワーに比例する個別の出力信号が生成されるものと、することができる。各象限からの出力信号はプロセッサ６４８に送ることができる。注記すべきことに、ビームの偏向状態の変化を監視することにより、エリプソメトリ情報例えばΨ及びΔを導出することができる。この情報を導出するため、プロセッサ６４８は、対角位置にある象限の出力信号の総和間の差分、即ちその値が極薄膜の膜厚に対し直線的に変化するそれを求める。ビームプロファイルエリプソメトリがＦａｎｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．名義の１９９３年１月１９日付特許文献１５にて論ぜられているので、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。
【００６８】
また、実施形態におけるＢＰＲ６１２は、レンズ６５０、ビームスプリッタ６５２並びに２個のリニア検出器アレイ６５４及び６５６を有し、それらによりサンプルの反射率を計測しうるものである。動作時には、直線偏向されているプローブビーム６２４をレンズ６３２によりサンプル６０４上へと集束させ、そのビーム内の様々な光線をある範囲の入射角にてサンプル表面に射突させることができる。サンプル表面から反射されてきた光を、レンズ６３２を介し上方に通し、鏡６４２及び６３０を経て、鏡６４４によりＢＰＲ６１２内へと差し向けることができる。この反射プローブビームにおける光線の位置を、サンプルの表面に対する個別の入射角に対応付けることができる。レンズ６５０によりそのビームを空間的、二次元的に拡がらせることができる。ビームスプリッタ６５２によりそのビームのＳ成分とＰ成分とを分離させることができ、検出器アレイ６５４及び６５６を互いに直交する向きにしてＳ偏向光，Ｐ偏向光についての情報を分離させることができる。入射角が大きな光線ほど、落着するところがアレイの両端に近くなりうる。ダイオードアレイ内の各素子からの出力を別々の入射角に対応付けることができる。検出器アレイ６５４，６５６により、反射プローブビーム横断的に、強度を、サンプル表面に対する入射角に関連付けて計測することができる。プロセッサ６４８によりその検出器アレイ６５４，６５６の出力を受け取った上で、それら角度依存的強度計測結果に基づき、諸種モデリングアルゴリズムを利用して薄膜層６０８の厚み及び／又は屈折率を導出することができる。例えば、最小自乗当てはめルーチン等、反復プロセスを用いる最適化ルーチンを採用することができる。この種の最適化ルーチンの一例が非特許文献１に記載されているので、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。別例が非特許文献２に現れているので、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。ビームプロファイルリフレクトメトリ（ＢＰＲ）がＧｏｌｄ  ｅｔ  ａｌ．名義の１９９１年３月１２日付特許文献１６にて論ぜられているので、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。
【００６９】
また、実施形態におけるＢＲＳ６１４は、サンプル６０４を複数通りの光波長で以て同時に探査する。実施形態におけるＢＲＳ６１４はレンズ６３２を用いるものであり、広帯域スペクトロメータ６５８を有している。その広帯域スペクトロメータ６５８は、本件技術分野にて既知ないずれの広帯域スペクトロメータで以て構成してもよい。ある実施形態によれば、スペクトロメータ６５８にレンズ６６０、アパーチャ６６２、分散素子６６４及び検出器アレイ６６６を具備させることができる。動作中には、広帯域輻射源１００からのプローブビーム６２６をレンズ６３２によりサンプル６０４上へと集束させることができる。そのサンプルの表面から反射されてきた光を、レンズ６３２を介し上方に通し、鏡６４２により（鏡６８４を介し）スペクトロメータ６５８へと差し向けることができる。レンズ６６０によりそのプローブビームをアパーチャ６６２越しに集束させ、サンプル表面上の分析すべき視野内スポットを定めることができる。分散素子６６４、例えば回折格子、プリズム又はホログラフィック板により、そのビームを波長に関連付けて角度分散させ、検出器アレイ６６６内の個別検出器素子に向かわせることができる。それら様々な検出器素子により、プローブビームに含まれている様々な波長の光の光学的強度を計測することができる。一例としては、当該様々な検出器素子により、様々な波長の光の光学的強度を同時に計測することができる。また、ある実施形態によれば、検出器アレイ６６６を、好適な波長選択性例えば分散性を有する光学系を伴う、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ又は光電子増倍管とすることができる。注記すべきことに、モノクロメータを用いた場合には、単一の検出器素子を用い様々な波長をシリアルに（いちどきに１波長ずつ）計測することができよう。更に、分散素子６６４を然るべく構成することで、ある方向においては波長に関連付け、またそれと直交する方向においてはサンプル表面に対する入射角に関連付ける態で、光を分散させることもでき、ひいては波長，入射角双方に関連付けての同時計測を行うことができる。プロセッサ６４８により、検出器アレイ６６６により計測された強度情報を処理することができる。ＢＲＳ６１４により、サンプル６０４を複数の高波長で以て同時に調べることができる。
【００７０】
また、実施形態におけるＤＵＶ６１６は、ＢＲＳ６１４のそれと同じスペクトロメータ６５８を用いプローブビーム６２６を分析するものであるが、ＤＵＶ６１６では集束レンズ６３２に代え反射レンズ６３３が用いられている。ＤＵＶ６１６を動作させる際には、その反射レンズ６３３をプローブビーム６２６に揃えうるようタレットをレンズ６３２，６３３込みで回動させればよい。ある種の実施形態では、ソリッドな対物レンズではＵＶ光をサンプル上へと十分集束させられないためこの反射レンズ６３３が必要とされよう。
【００７１】
また、実施形態におけるＢＳＥ６１８は、偏光子６７０、集束鏡６７２、平行光化鏡６７４、回動補償器６７６及び検光子６８０を有している。動作時には、鏡６８２によりプローブビーム６２６の少なくとも一部分を偏光子６７０へと差し向け、そこである既知な偏向状態のプローブビーム、好ましくは直線偏向のそれを発生させることができる。集束鏡６７２によりそのビームをある斜行角（例．サンプル表面の法線に対し７０°オーダの角度）にてサンプル表面上に集束させることができる。注記すべきことに、サンプルとの相互作用を経た反射ビームは、一般に、そのサンプルの膜６０８及び基板６０６の組成及び厚みに応じた直線偏向円偏向混合状態を有するものとなりうる。この反射ビームを平行光化鏡６７４により平行光化し、そこから回動補償器６７６へと差し向けることができる。その回動補償器６７６により、互いに直交偏向されており対をなしている光ビーム成分間に相対的な位相遅延δ（位相差）を導入することができる。この回動補償器６７６は、そのビームの伝搬方向に対しほぼ平行な軸を中心にして、好ましくは電動機６７８により、角速度ωで回動させることができる。検光子６８０（例．もう一つの直線偏光子）により、それに入射する偏向状態同士を混合させることができる。検光子６８０により送り出された光を計測することにより、その反射プローブビームの偏向状態を判別することができる。鏡６８４によりそのビームをスペクトロメータ６５８へと差し向け、そこで、補償器／検光子コンビネーションを通過する反射プローブビームに含まれる様々な波長の光の強度を同時に計測することができる。プロセッサ６４８により検出器６６６の出力を受け取り、その検出器６６６により計測された強度情報を波長に関連付け且つその回動軸を中心にした回動補償器６７６のアジマス（回動）角に関連付けて処理することにより、サンプル特性例えばエリプソメトリ値Ψ及びΔを求めることができる。広帯域分光エリプソメトリがＡｓｐｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．名義の１９９９年３月２日付特許文献１７に記載されているので、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。
【００７２】
また、実施形態では検出器／カメラ６８６が鏡６４６の上方に配置されており、これを用いることで、サンプル６０４により反射されたビームを整列及び集束目的で看取することができる。
【００７３】
また、実施形態では、ＢＰＥ６１０、ＢＰＲ６１２、ＢＲＳ６１４、ＤＵＶ６１６及び／又はＢＳＥ６１８を校正すべく、本計量システム６００に波長的に安定な校正用参照エリプソメータ６０２が組み込まれ、参照サンプル６０４と併用されている。例えば、そのエリプソメータ６０２に、光源６９０、偏光子６９２、レンズ６９４，６９６、回動補償器６９８、検光子６０３及び検出器６０５を具備させることができる。
【００７４】
実施形態における光源６９０（例．１個又は複数個のレーザ）は、既知の安定波長且つ安定強度を有する擬似単色プローブビーム６０７を供給する。例えば、既知の定数又は計測値たるビーム６０７の波長をプロセッサ６４８に供給し、本システム６００内の諸光学計測装置をエリプソメータ６０２により正確に校正することができる。また、実施形態ではそのビーム６０７が偏光子６９２と相互作用してある既知の偏向状態を発生させる。例えば、その偏光子６９２を、これに限られるものではないが水晶ロションプリズムを備える直線偏光子とすることができる。注記すべきことに、その偏向は直線偏向に限られるものではなく完全偏向に限られることさえない。また例えば、偏光子６９２を方解石で製作してもよい。
【００７５】
偏光子６９２のアジマス角は、その偏光子６９２から出射される直線偏向ビームに係る電気的ベクトルの平面が入射面に対しある既知の角度（ビーム６０７の伝搬方向とサンプル６０４の表面に対する法線とにより定まるそれ）となるよう、定めることができる。Ｐ偏向成分及びＳ偏向成分の反射強度がほぼ平衡しているときに感度が最適になるので、このアジマス角は３０°オーダになるよう選ぶのが望ましい。注記すべきことに、光源６９０から発せられる光が都合のよい既知の偏光状態を有しているなら偏光子６９２は省略することができる。
【００７６】
また、実施形態では、そのビーム６０７を、レンズ６９４によりある斜行角にてサンプル６０４上に集束させる。サンプル特性に対する感度は素材のブルースター角又は擬似ブルースター角の付近で最高になるので、例えば、サンプル表面の法線に対し７０°オーダの角度にてビーム６０７をサンプル６０４に入射させればよい。エリプソメトリ原理によれば、サンプルとの相互作用を経た反射ビームは、一般に、直線偏向状態の入射ビームとは対照的に直線偏向円偏向混合状態を呈することとなりうる。レンズ６９６により、サンプル６０４での反射を経たビーム６０７を平行光化することができる。
【００７７】
また、実施形態では、ビーム６０７がその後回動補償器（リターダ）６９８に通され、そこで、互いに直交偏向されており対をなしている光ビーム成分間に相対位相遅延δｒ（位相差）が導入される。位相差の量は、波長、その補償器を形成するのに用いられた素材の分散特性、及び／又はその補償器の厚みの関数となりうる。例えば、補償器６９８を、ビーム６０７の伝搬方向に対しほぼ平行な軸を中心にして角速度ωｒで回動させること（例．電動機６０１により回動させること）ができる。補償器６９８は任意の従来型波長板補償器（例．水晶）とすることができる。補償器６９８の厚み及び素材は、所望位相差のビームが誘起されるように選定するとよい。ある実施形態によれば、その補償器６９８を、その左右性が逆の水晶等、異方性素材（例．複屈折素材）の平行平板２枚により構成されていて、それら２枚の板の高速軸が互いに垂直であり、且つその厚みがほぼ等しいものの光源６９０によりもたらされる波長に係る合計一次遅延を明らかにしうる程度には違っている、バイプレート補償器とすることができる。
【００７８】
また、実施形態では、そのビーム６０７がその後、自身に入射した偏光状態同士を混合させる働きのある検光子６０３と相互作用する。例えば、その検光子６０３をもう１個の直線偏光子、好ましくは入射面に対し４５°のアジマス角をなすそれとすることができる。とはいえ、入来する偏向状態同士を適切に混ぜ合わせる働きのあるものなら、どのような光学デバイスでも検光子として用いることができる。検光子６０３は水晶ロション又はウォラストンプリズムとするとよい。
【００７９】
注記すべきことに、補償器６９８は、（図６に示す如く）サンプル６０４・検光子６０３間に配置することや、サンプル６０４・偏光子６９２間に配置することができる。更に注記すべきことに、偏光子６７０、レンズ６９４，６９６、補償器６９８及び検光子６０３の全てを、その作成中に、光源６９０によって供給される特定波長の光向けに最適化することで、エリプソメータ６０２の正確性を高めることができる。
【００８０】
また、実施形態では、その後そのビーム６０７が検出器６０５に入射し、そこで、その補償器／検光子コンビネーションを通過したビームの強度が計測される。例えば、検出器６０５によって計測された強度情報をプロセッサ６４８により処理することで、検光子との相互作用を経た光の偏向状態、ひいてはそのサンプルのエリプソメトリパラメタを判別することができる。この情報処理の一環として、その回動軸を中心とした補償器のアジマス（回動）角に関連付けてビーム強度を計測することができる。補償器回動角に関連付けてのこの強度計測は、補償器角速度が通常は既知且つ定数であるため、実効的には時間に関連付けてのビーム６０７の強度計測となりうる。
【００８１】
注記すべきことに、光源６９０の出力を用い、スペクトロメータ６５８によりなされる波長計測を校正することもできる。そのサンプル６０４を傾けるか、傾きのある鏡で置き換えることで、ビーム６０７が鏡６４２まで、更には分散素子６６４へと向かうようにすることができる。光源６９０によりもたらされる光の厳密な波長がわかっていれば、その光の波長にどの画素（群）が対応しているのかを調べることで、プロセッサ６４８により検出器６６６の出力を校正することができる。
【００８２】
注記すべきことに、本件開示のエリプソメータ６０２に対する校正は、上に論じた具体的な回動補償器エリプソメータ構成に限定されるものではなく、これは単に例証目的として提示されているだけである。更に注記すべきことに、本件開示の技術的範囲は、（既知波長を有する）光源６９０と協働しつつ、サンプルとの相互作用を経たビームの偏向状態を計測し、且つ非接触光学計測装置を構成するためサンプル６０４についての必須な情報を提供する、あらゆるエリプソメータ構成に及びうる。例えば、エリプソメータ構成によれば、補償器６９８の回動に代え、電動機６０１による偏光子６９２又は検光子６０３の回動を組み込むことができる。
【００８３】
計量システムがＲｏｓｅｎｃｗａｉｇ名義の２００１年１０月２日付特許文献１８に記載されているので、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。計量システムで以て実行されるスキャタロメトリ計測がＯｐｓａｌ  ｅｔ  ａｌ．名義の２００２年８月６日付特許文献１９に記載されているので、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。分光エリプソメータ及びスペクトロフォトメータが組み込まれた計量システムがＰｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅ  ｅｔ  ａｌ．名義の１９９７年３月４日付特許文献２０に記載されているので、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。
【００８４】
図７は、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域輻射源１００が実装されたカタジオプトリックイメージングシステム７００の概略模式図である。
【００８５】
本カタジオプトリックイメージングシステム７００は検査システムとして構成することができる。実施形態に係るシステム７００は明視野検査モードを有しており、オプションとして暗視野検査モードを有している。また、実施形態に係るシステム７００には、本願中で既に述べた如くレーザ７０１及び広帯域輻射源１００が組み込まれている。
【００８６】
実施形態では、オプションたる暗視野モードにて、適合光学系７０２により検査対象面上でのレーザ照明ビームのサイズ及びプロファイルが制御される。また、実施形態に係るカタジオプトリックイメージングシステム７００は機械ハウジング７０４を有している。例えば、その機械ハウジング７０４にアパーチャ、窓７０３及びプリズム７０５を具備させ、それにより方向転換されたレーザが光軸に沿い直交入射角にてサンプル７０８の表面に向かうようにすることができる。また、実施形態におけるプリズム７０５は、そのサンプル７０８の表面フィーチャからの鏡面反射を対物系７０６外に差し向ける。例えば、そのサンプル７０８により散乱された光を対物系７０６により集めセンサ７０９上へと集束させることができる。更に、その対物系７０６に備わるレンズ群を、カタジオプトリック対物系７１２、集束レンズ群７１３及びチューブレンズ部７１４からなる一般的形態で提供することができ、それに付加的にズーム能力を持たせることができる。レーザ７０１には、本願記載の如く帯域幅制御を組み込むことができる。
【００８７】
また、実施形態では、明視野モードにて、広帯域輻射源１００により広帯域光がビームスプリッタ７１０へと差し向けられ、そこでその光が集束レンズ群７１３及びカタジオプトリック対物系７１２の方へと反射される。例えば、カタジオプトリック対物系７１２により、その広帯域光で以てサンプル７０８を照明することができる。そのサンプルから反射又は散乱されてきた光を対物系７０６により集め、センサ７０９上に集束させることができる。また、実施形態における広帯域輻射源１００にオートフォーカスシステムを組み込み、カタジオプトリック対物系７１２に対するサンプル７０８の高さを制御するための信号をそのシステムにより提供することもできる。カタジオプトリックイメージングシステムが２００８年３月１８日付特許文献１２に記載されているので、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。
【００８８】
本願記載の主題は、ときに、他部材内に組み込まれ又は他部材に接続・連結された様々な部材を以て描出されている。ご理解頂けるように、それら描写されているアーキテクチャは単なる例示であり、実のところは、他の多くのアーキテクチャを実施し同じ機能を実現することが可能である。概念的には、どのような部材配置であれ同じ機能が実現されるなら、その部材配置は、実質的に「連携」することで所望機能を実現しているのである。従って、本願中のいずれの二部材であれ、ある特定の機能を実現すべく組み合わされているものは、所望機能が実現されるよう互いに「連携」していると見なせるのであり、アーキテクチャや介在部材の如何は問われない。同様に、いずれの二部材であれそのように連携しているものは所望機能を実現すべく互いに「接続・連結され」又は「結合され」ているとも見ることができ、またいずれの二部材であれそのように連携させうるものは所望機能を実現すべく互いに「結合可能」であるとも見ることができる。結合可能、の具体例としては、これに限られるものではないが、物理的に相互作用可能な及び／又は物理的に相互作用する諸部材、及び／又は無線的に相互作用可能な及び／又は無線的に相互作用する諸部材、及び／又は論理的に相互作用可能な及び／又は論理的に相互作用する諸部材等がある。
【００８９】
思うに、本件開示及びそれに付随する多くの長所については上掲の記述により理解頂けるであろうし、開示されている主題から離隔することなく或いはその主要な長所全てを損なうことなく諸部材の形態、構成及び配置に様々な改変を施せることも明らかであろう。上述の形態は単なる説明用のものであり、後掲の特許請求の範囲の意図はそうした改変を包括、包含することにある。更に、ご理解頂けるように、本発明は別項の特許請求の範囲によって定義されるものである。
【図１Ａ】
2019511819.tif 000003
【図１Ｂ】
2019511819.tif 000004
【図１Ｃ】
2019511819.tif 000005
【図２Ａ】
2019511819.tif 000006
【図２Ｂ】
2019511819.tif 000007
【図２Ｃ】
2019511819.tif 000008
【図３Ａ】
2019511819.tif 000009
【図３Ｂ】
2019511819.tif 000010
【図４Ａ】
2019511819.tif 000011
【図４Ｂ】
2019511819.tif 000012
【図５】
2019511819.tif 000013
【図６】
2019511819.tif 000014
【図７】
2019511819.tif 000015
【国際調査報告】
2019511819.tif 000016
2019511819.tif 000017
2019511819.tif 000018