(57)【要約】  レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）向けポンピング照明を生成するシステムを開示する。諸実施形態に係るシステムは、第１スペクトル周波数を有する照明を出射するよう構成された照明源と、光周波数変換器とを有する。その光周波数変換器を、第１スペクトル周波数を有する照明を照明源から受光するよう構成し、且つ第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明を出射するよう構成することができる。
2021525946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ維持プラズマ向けのポンピング照明を生成するシステムであって、
第１スペクトル周波数を有する照明を出射するよう構成された照明源と、
第１スペクトル周波数を有する照明を前記照明源から受光するよう構成され、且つその第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明を出射するよう構成されている光周波数変換器と、
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、更に、前記ポンピング照明を前記レーザ維持プラズマへと差し向けるよう構成された１個又は複数個の光学素子を備えるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記照明源が連続波照明源を備えるシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記光周波数変換器が光共振器を備えるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記光共振器が光空胴を備えるシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記照明源がパルス照明源を備えるシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が、前記レーザ維持プラズマに係るプラズマ残光時間の逆数より高いシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が少なくとも２００キロヘルツであるシステム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が１メガヘルツ〜１０００メガヘルツの範囲内であるシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載のシステムであって、前記パルス照明源のパルス持続時間が１ピコ秒〜１０００ピコ秒の範囲内であるシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、前記光周波数変換器が光周波数逓倍器を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記光周波数逓倍器が、前記照明源から受光した照明のスペクトル周波数を二逓倍、三逓倍又は四逓倍するよう構成されているシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、前記照明源がＮｄ：ＹＡＧレーザを備えるシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、前記照明源がＹｔファイバレーザ及びＹｔディスクレーザのうち少なくとも一方を備えるシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、更に、前記照明源及び前記光周波数変換器を収容するよう構成されたハウジングを備えるシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１スペクトル周波数が３テラヘルツ（ＴＨｚ）〜３ペタヘルツ（ＰＨｚ）の範囲内であるシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、第１スペクトル周波数を有する前記照明の波長が１００ナノメートル（ｎｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）の範囲内であるシステム。
【請求項１８】
広帯域照明生成システムであって、
プラズマ形成素材と、
第１スペクトル周波数を有する照明を出射するよう構成された照明源と、
第１スペクトル周波数を有する照明を前記照明源から受光するよう構成され、且つその第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明を出射するよう構成されている光周波数変換器と、
前記ポンピング照明を前記プラズマ形成素材へと差し向けるよう構成された１個又は複数個の光学素子と、
を備え、前記ポンピング照明の働きで前記プラズマ形成素材により形成されたプラズマが広帯域照明を放射するシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムであって、更に、前記広帯域照明を受光しその広帯域照明を出射へと差し向けるよう構成された１個又は複数個の集光光学系を備えるシステム。
【請求項２０】
請求項１８に記載のシステムであって、前記照明源が連続波照明源を備えるシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムであって、前記光周波数変換器が光共振器を備えるシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記光共振器が光空胴を備えるシステム。
【請求項２３】
請求項１８に記載のシステムであって、前記照明源がパルス照明源を備えるシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が、前記プラズマ形成素材に係るプラズマ残光時間の逆数より高いシステム。
【請求項２５】
請求項２３に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が少なくとも２００キロヘルツであるシステム。
【請求項２６】
請求項２３に記載のシステムであって、前記パルス照明源の繰返し速度が１メガヘルツ〜１０００メガヘルツの範囲内であるシステム。
【請求項２７】
請求項２３に記載のシステムであって、前記パルス照明源のパルス持続時間が１ピコ秒〜１０００ピコ秒の範囲内であるシステム。
【請求項２８】
請求項１８に記載のシステムであって、前記光周波数変換器が光周波数逓倍器を備えるシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、前記光周波数逓倍器が、前記照明源から受光した照明のスペクトル周波数を二逓倍、三逓倍又は四逓倍するよう構成されているシステム。
【請求項３０】
請求項１８に記載のシステムであって、前記照明源がＮｄ：ＹＡＧレーザを備えるシステム。
【請求項３１】
請求項１８に記載のシステムであって、前記照明源がＹｔファイバレーザ及びＹｔディスクレーザのうち少なくとも一方を備えるシステム。
【請求項３２】
請求項１８に記載のシステムであって、更に、前記照明源及び前記光周波数変換器を収容するよう構成されたハウジングを備えるシステム。
【請求項３３】
請求項１８に記載のシステムであって、前記第１スペクトル周波数が３テラヘルツ（ＴＨｚ）〜３ペタヘルツ（ＰＨｚ）の範囲内であるシステム。
【請求項３４】
請求項１８に記載のシステムであって、第１スペクトル周波数を有する前記照明の波長が１００ナノメートル（ｎｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）の範囲内であるシステム。
【請求項３５】
広帯域照明を生成する方法であって、
第１スペクトル周波数を有する照明を生成し、
第１スペクトル周波数を有する照明を、その第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明へと変換し、
前記ポンピング照明をプラズマ形成素材へと差し向け、そのポンピング照明の働きでそのプラズマ形成素材により形成されたプラズマから広帯域照明を放射する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件開示は総じて照明源に関し、より具体的にはレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本願では、「周波数変換レーザによりポンピングされるレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）」(LASER SUSTAINED PLASMA (LSP) PUMPED BY FREQUENCY CONVERTED LASER)と題しＩｌｙａ  Ｂｅｚｅｌ、Ａｎａｔｏｌｙ  Ｓｈｃｈｅｍｅｌｉｎｉｎ及びＭａｔｔｈｅｗ  Ｄｅｒｓｔｉｎｅを発明者とする２０１８年５月３０日付米国暫定特許出願第６２／６７７８２７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ので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。
【０００３】
レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）は照明源として利用することができ、通常は放電ランプに対し輝度が秀でている。二酸化炭素（ＣＯ２）、直接ダイオード又はファイバレーザが、これらプラズマ向けのポンピング（励起）光源としてしばしば用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７８６４５５号明細書
【特許文献２】米国特許第７４３５９８２号明細書
【特許文献３】米国特許第９３１８３１１号明細書
【特許文献４】米国特許第９６１５４３９号明細書
【特許文献５】米国特許第９７７５２２６号明細書
【特許文献６】米国特許第９１８５７８８号明細書
【特許文献７】米国特許第９９２７０９４号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１６／０３８１７７６号明細書
【特許文献９】米国特許第９０９９２９２号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００９／０１８０１７６号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００７／０００２４６５号明細書
【特許文献１２】米国特許第５９９９３１０号明細書
【特許文献１３】米国特許第７５２５６４９号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２０１３／０１１４０８５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５６０８５２６号明細書
【特許文献１６】米国特許第６２９７８８０号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Schreiber et al., Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps, J. Phys. D:  Appl. Phys. 38 (2005), 3242-3250
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＳＰをポンピングするには、非常に高い動作パワーのレーザが必要である。通常、ハイパワー方式の動作は約数百ワットの連続波（ＣＷ）ポンピングパワーにて開始される。幾つかのソリューションでは、ＩＲスペクトル域にて動作するＣＷレーザが採用されている。ハイパワー方式では、パワーにつれてプラズマのサイズが増し始め、ポンプレーザの方向に沿いプラズマが成長していく。プラズマ成長により、プラズマ中央部にて達成可能な温度が制限され、ひいては達成可能な最高スペクトル放射輝度が制限されることがありうる。このプラズマのサイズは、プラズマ持続閾値近傍温度でのプラズマ吸光率と相関している。通常、そうした温度（例．約１００００Ｋ）でのプラズマ吸光は、可視（ＶＩＳ）スペクトル域内よりも赤外（ＩＲ）スペクトル域内にて強い。そのため、ＩＲ照明によりポンピングしたときには、より短波長の照明によりポンピングされたＬＳＰに比べ、ＬＳＰのサイズが大きめになる傾向となる。ＣＷ動作時にＶＩＳスペクトル域内でハイパワーマルチｋＷ方式にて利用可能なレーザはほとんどない。これにより、ＶＩＳレーザのＬＳＰピンピングへの適用が制限されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に従い、レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）向けポンピング照明を生成するシステムが開示される。ある例証的実施形態に係るシステムは、第１スペクトル周波数を有する照明を出射するよう構成された照明源と、光周波数変換器とを有する。諸実施形態では、その光周波数変換器が、第１スペクトル周波数を有する照明を照明源から受光するよう構成され、且つその第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明を出射するよう構成される。
【０００８】
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に従い、周波数変換照明源で以てＬＳＰをポンピングすることで広帯域照明を生成するシステムも開示される。ある例証的実施形態に係るシステムは、プラズマ形成素材と、第１スペクトル周波数を有する照明を出射するよう構成された照明源と、光周波数変換器と、１個又は複数個の光学素子とを有する。諸実施形態では、その光周波数変換器は、第１スペクトル周波数を有する照明を照明源から受光するよう構成され、且つその第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明を出射するよう構成される。諸実施形態では、前記１個又は複数個の光学素子が、ポンピング照明をプラズマ形成素材へと差し向けるよう構成され、そのポンピング照明の許でプラズマ形成素材により形成されるプラズマから広帯域照明が放射される。
【０００９】
本件開示の１個又は複数個の例証的実施形態に従い、周波数変換照明源で以てＬＳＰをポンピングすることで広帯域照明を生成する方法も開示される。ある例証的実現形態に係る方法では、第１スペクトル周波数を有する照明を生成し、第１スペクトル周波数を有する照明をその第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明へと変換し、そのポンピング照明をプラズマ形成素材へと差し向けることで、そのポンピング照明の許でプラズマ形成素材により形成されるプラズマから広帯域照明を放射させる。
【００１０】
理解し得るように、前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、特許請求の範囲記載の発明を必ずしも限定するものではない。添付図面は、明細書に組み込まれてその一部分を構成し、当該概略記述と相俟ち本発明の諸実施形態を描出し、本発明の諸原理を説明する役目を負っている。
【００１１】
本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）であれば、以下の添付図面を参照することで、本件開示の数多な長所をより良好に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域照明生成システムの模式図である。
【図１Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域照明生成システム、例えば図１Ａ記載のシステムにて採用可能な周波数変換照明源の模式図である。
【図２】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係る広帯域照明生成システム、例えば図１Ａ記載のシステムにおけるプラズマサイトでの照明吸光及び放射の模式図である。
【図３Ａ】本件開示の１個又は複数個の実施形態にてＬＳＰの吸収線上の照明で以てポンピングされたＬＳＰの例示図である。
【図３Ｂ】本件開示の１個又は複数個の実施形態にてＬＳＰの吸収線外の照明で以てポンピングされたＬＳＰの例示図である。
【図４】本件開示の１個又は複数個の実施形態に従い赤外及び近赤外域照明に係るプラズマ吸光率を示すグラフィカルプロットである。
【図５】本件開示の１個又は複数個の実施形態に従い可視及び近可視域照明に係るプラズマ吸光率を示すグラフィカルプロットである。
【図６】１個又は複数個の実現形態に係る周波数変換照明源で以てＬＳＰをポンピングすることにより広帯域照明を生成する方法を描いたフロー図である。
【図７】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係るＬＳＰ照明源、例えば図１記載のシステムが実装されている光学特性解明システムの概略模式図である。
【図８】本件開示の１個又は複数個の実施形態に係るＬＳＰ照明源、例えば図１記載のシステムが実装されている光学特性解明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】
【００１３】
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。本件開示を、とりわけある種の実施形態及びその個別的特徴との関係で図示及び記述する。本願にて説明される諸実施形態は例証のため採用されており、限定のためではない。いわゆる当業者には直ちに理解される通り、本件開示の神髄及び技術的範囲から離隔することなく形態及び細部に様々な改変及び修正を施すことができる。
【００１４】
図１Ａ〜図６全体を通じ、周波数変換照明源で以てレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）をポンピングすることで広帯域照明を生成するシステム及び方法であり、本件開示の例証的諸実施形態に係るものを更に開示する。諸実施形態ではポンピング照明を周波数アップコンバージョン（例．周波数の逓倍や三逓倍）により生成しており、基本レーザ出力を用いるものとは対照的である。諸実施形態によれば、そのポンピング光源を、連続波（ＣＷ）照明源とも、高繰返し速度パルス照明源（例．レーザ）ともすることができる。ＣＷ照明源ではなくパルス照明源を用いた場合、アップコンバージョン（例．レーザ基本波の周波数逓倍（二逓倍、三逓倍等々））がかなり容易になるので、パルスレーザの使用が有利であろう。パルス照明源の場合、パルス繰返し速度をプラズマ残光時間（例．１μｓ以上ノーオーダ）に比し高速にした方がよい。例えば、パルス繰返し速度を１メガヘルツ（ＭＨｚ）以上のオーダにした方がよい。
【００１５】
図２には、ポンピング光源の焦点近傍で生じるポンピング照明２０２（例．レーザ照明）・プラズマ２０４（例．ＬＳＰ）間相互作用２００が描かれている。ポンピング照明２０２を吸収することでプラズマ２０４が維持され、そこから広帯域照明２０６が放射されている。ハイパワー方式におけるプラズマサイズは、プラズマ２０４による照明２０２の吸収と、プラズマエッジでのプラズマ２０４による照明２０６の放射（並びに熱伝導等による他種損失）と、のバランスにより決定付けられる。ポンピング光源（例．レーザ）を集束させているので、ポンピング照明２０２の強度は焦点に向かうにつれ徐々に増していき、ある点にて、プラズマ２０４を維持するのに必要な値を超過する。プラズマエッジがその領域付近に形成される。ポンピング照明２０２のパワーが増すにつれ、このエッジが焦点から遠く、更に遠くへと動き、プラズマ２０４のサイズが増していく。焦点に向かう途上でポンピング照明２０２がプラズマ２０４により吸収され続けるので、ポンピング照明からさほどパワーを吸収せず焦点へとより良好に伝達させる小さめのプラズマにすることが有益である。小さめのプラズマの方が焦点における照明強度が高めになり、最終的には温度が高めになる。
【００１６】
プラズマサイズによるプラズマ吸光の差異を描出する画像例３００が、プラズマ３０４がキセノン（Ｘｅ）の吸収線３０２上でポンピングされた場合（図３Ａ）及び吸収線３０２から離れたところでポンピングされた場合（図３Ｂ）について、図３Ａ及び図３Ｂにて提示されている。図３Ａ及び図３Ｂにて看取しうる通り、約１０ｎｍ幅のレーザラインに対する２ｎｍ以下の中心周波数差が、プラズマサイズに顕著な差異をもたらしている。例えば、図３Ａ（吸収線上）では大きめで低温なプラズマ３０４が現れているのに対し、図３Ｂ（〜２ｎｍの吸収線外れ）では小さめで明るいプラズマ３０４が現れている。
【００１７】
大抵の元素は、約１００００Ｋのプラズマ境界温度までひとたび加熱されると、近ＩＲ（特に深ＩＲ）スペクトル域及びＶＵＶにて相対的に高い吸収係数を呈する。こうしたスペクトル域は、ハイパワーＬＳＰをポンピングする上で最善ではない。一例として、図４に、１０気圧１５０００Ｋのアルゴン（Ａｒ）の吸収スペクトルに関し、（ＩＲスペクトル域内）照明波長対プラズマ吸光率のグラフィカルプロット４００を示す。図４にて看取しうる通り、基本波長４０４におけるＩＲポンピング照明のプラズマ吸光率は、周波数アップコンバートＩＲポンピング照明（波長４０２）のプラズマ吸光率よりも高い。周波数アップコンバートポンピング照明では、プラズマエッジ付近のプラズマによる吸光が少なめであるため、プラズマが小さめ（且つ明るめ）になる。商業的に入手しうるマルチｋＷパワー域内レーザの大半は近ＩＲ領域内のものである。そのため、基本レーザ出力の２次、３次又は４次高調波により、短めの波長及び低めのプラズマ吸光率で以てプラズマをポンピングすることが、有益である。
【００１８】
最高温度のプラズマを提供するためには、ポンピング照明をプラズマ周縁部に通さねばならないのみならず、プラズマ中央部付近で吸収させるべきでもある。大抵の物質には、低温なプラズマエッジから高温なプラズマ中央部付近へと行く際に、ＩＲでの吸収増大よりも多く、可視（ＶＩＳ）波長域にて吸収が増大する傾向がある。一例として、図５中のグラフィカルプロット５００に、３０気圧Ａｒにて１３０００Ｋ〜２５０００Ｋ間でプラズマ吸光がどう増大するかを示す。図５にて看取しうる通り、基本波長５０４におけるＶＩＳポンピング照明のプラズマ吸光率は、周波数アップコンバートＶＩＳポンピング照明（波長５０２）のプラズマ吸光率よりも高い。ＶＩＳスペクトル域における吸収の増大がＩＲスペクトル域におけるそれより多いため、プラズマ中央部をポンピングするにはＶＩＳ域の方がより有益となる。
【００１９】
上掲の諸例及び諸範囲は、本願中に別様の提示がない限り、本件開示に対する限定を意図するものではない。大略、これらの例は、ポンピング照明源の基本出力をアップコンバートすることに利点があり、プラズマエッジでの吸光率が低い短波長な照明を提供することにより小さめで明るいプラズマ（例．ＬＳＰ）を生成及び／又は維持できることを、描出するものである。これらの原理に従い、ＬＳＰポンピング用の照明を生成するシステム及び方法を開示する。
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂには、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係り、ＬＳＰを形成及び／又は維持することで広帯域照明を生成するＬＳＰ照明システム１００が、描かれている。プラズマの生成が、２０１０年８月３１日付で権利付与された特許文献１、並びに２００８年１０月１４日付で権利付与された特許文献２にて概述されているので、参照によりそれらの全容を本願に繰り入れることにする。様々なプラズマセルデザイン及びプラズマ制御機構が、２０１６年４月１９日付で権利付与された特許文献３にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。プラズマの生成が、２０１７年４月４日付で権利付与された特許文献４にも概述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。プラズマセル及び制御機構が、２０１７年９月２６日付で権利付与された特許文献５にも記載されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。プラズマセル及び制御機構が、２０１５年１１月１０日付で権利付与された特許文献６にも記載されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。プラズマセル及び制御機構が、２０１８年３月２７日付で権利付与された特許文献７にも記載されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。一般論としては、本件技術分野で既知なあらゆるプラズマ（例．ＬＳＰ）ベース照明源に本システム１００が敷衍されるものと解すべきである。
【００２１】
諸実施形態に係るシステム１００は、これに限られるものではないがＩＲ照明やＶＩＳ照明等、指定波長又は波長域のポンピング照明１０７を生成するよう構成された照明システム１１１を有している。図１Ｂ記載の通り、照明システム１１１は照明源１１０（例．１個又は複数個のレーザ）及び光周波数変換器１１２を有している。実施形態の一つは照明源１１０と光周波数変換器１１２とが個別的なものである。例えば、光周波数変換器１１２を、照明源１１０（例．それ自身の個別ハウジングを有するそれ）に光学的に結合させうるが物理的に別体なものとすることができる。別の実施形態によれば、照明源１１０と光周波数変換器１１２とで共通ハウジング１１６を共用することができる。別の実施形態によれば、光周波数変換器１１２を照明源１１０の構造内に統合することができる。
【００２２】
ある種の実施形態によれば、３テラヘルツ（ＴＨｚ）〜３ペタヘルツ（ＰＨｚ）の範囲内の周波数（又は周波数帯）並びに１００ナノメートル（ｎｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）の範囲内の波長（又は波長域）を有する源照明１１４を生成するよう、照明源１１０を構成することができる。例えば、ＩＲ又はＶＩＳスペクトル域内の源照明１１０を放射するよう照明源１１４を構成することができる。
【００２３】
光周波数変換器１１２は、照明源１１０から照明１１４を受光しその照明１１４の周波数を変換（例．逓倍又はシフト）することで本システム向けのポンピング照明１０７を生成するよう、構成する。例えば、第１波長（又は波長域）相当の第１周波数（又は周波数域）を有する照明１１４を生成するよう照明源１１０を構成し、その照明源１１０から照明１１４を受光してその照明１１４の周波数を変換し周波数変換後の照明をポンピング照明１０７として出射するよう、光周波数変換器１１２を構成する。この構成では、第２（異種）波長（又は波長域）相当の第２（異種）周波数（又は周波数域）を有するポンピング照明１０７が、源照明１１４に基づき生成される。
【００２４】
光周波数変換器１１２は、光周波数逓倍器を備えるものとすることができる。例えば、照明源１１０の基本出力を逓倍（例．二逓倍、三逓倍、四逓倍等々）するよう光周波数変換器１１２を構成することができる。諸実施形態では、光周波数変換器１１２が、少なくとも一種類の非線形素材を有するものとされる。例えばある実施形態では、光周波数変換器１１２が、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴＰ）及び／又は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）等で形成された１個又は複数個の光学素子（例．クリスタル、レンズ、フィルタ等々）を有するものとされる。そうした実施形態では、光周波数変換器１１２を光周波数二逓倍器として構成（即ち源照明１１４の光周波数を二逓倍してポンピング照明１０７を生成するよう構成）することができる。別の実施形態では、光周波数変換器１１２が、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）等で形成された１個又は複数個の光学素子（例．クリスタル、レンズ、フィルタ等々）を有するものとされる。そうした実施形態では、光周波数変換器１１２を光周波数三逓倍器として構成（即ち源照明１１４の光周波数を三逓倍してポンピング照明１０７を生成するよう構成）することができる。これらは、光周波数変換器１１２のうち少なくとも一部分を形成可能な非線形素材例の一部である。他の諸実施形態では、光周波数変換器１１２が、指定された周波数変換（例．周波数シフト、逓倍及び／又は非線形変換）を果たすべくこれらに代わる素材及び／又は素材組合せを有するものとされよう。
【００２５】
諸実施形態では、照明源１１０に１個又は複数個のレーザが備わる。一般論としては、照明源１１０に備わるレーザシステムを、本件技術分野で既知な何れのレーザシステムとすることもできる。例えば、電磁スペクトルの赤外、可視又は紫外部分にて照明を放射することができ本件技術分野で既知な何れのレーザシステムを、照明源１１０が有していてもよい。諸実施形態によれば、照明源１１０に備わるレーザシステムを、連続波（ＣＷ）照明を放射するよう構成することも、パルス照明を放射するよう構成することも、（例．照明源１１０の指定モードに基づき）ＣＷ照明かパルス照明を選択的に放射するよう構成することもできる。例えば、照明源１１０に備わるレーザを、これに限られるものではないがＹｂ又はＹｔファイバレーザ、Ｙｂ又はＹｔディスクレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ固体レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等とすることができる。他の諸実施形態では、照明源１１０に１個又は複数個の非レーザ光源が備わることもある。例えば、電磁スペクトルの赤外、可視又は紫外部分にて離散的又は連続的に照明を放射しうる非レーザシステム等、本件技術分野で既知な何れの非レーザ照明源が、照明源１１０に備わっていてもよい。
【００２６】
ある種の実施形態では、光周波数変換器１１２に光共振器（例．光空胴）が組み込まれ又は結合され、光周波数変換器１１２の非線形媒体内を複数回通過させた上で源照明１１４を差し向けるようその光共振器が構成される。これは、照明源１１０がＣＷ照明源（例．ＣＷレーザ）である場合に特に役立ちうる。ＣＷレーザの基本（例．近ＩＲ）出力を周波数変換することが、難しいことがあるからである。この変換は非線形プロセスに依拠しているし、必要とされる非常に高いレーザ強度をＣＷでは達成しがたい。光共振器を使用し基本波を非線形媒体内に複数回通すことは、ＣＷでの変換効率があまり高くないという事実を緩和する助けとなりうる。
【００２７】
周波数変換は、照明源１１０がパルス照明源（例．パルスレーザ）であるときの方が容易である。例えば源照明１１４が短い（例．〜ピコ秒）パルスの列で構成されている場合、そのパルス列に係る瞬時強度は同パワーのＣＷのそれより桁違いに高くなるので、周波数変換はより容易である。パルス列によるＬＳＰのポンピングには、もう一つ、パルス方式ではより高い温度を達成できるという利点がある。
【００２８】
考察によれば、そうした短パルス列によりプラズマ１０４（例．ＬＳＰ）を維持できるのは、それらパルスの繰返し速度がプラズマ残光時間の逆数より高いという条件下である。通常、ＬＳＰが消沈するまでには約１μｓがかかる。そのため、ある種の実施形態では、１メガヘルツ（ＭＨｚ）以上の繰返し速度で以てパルス照明を放射するよう、ひいてはプラズマ１０４が消沈する機会が到来する前にその次のポンピングパルスが確と到来するよう、照明源１１０が構成される。他の諸実施形態では、そのパルス照明源の繰返し速度が少なくとも２００キロヘルツとされる。ある種の実施形態では、そのパルス照明源の繰返し速度が１メガヘルツ〜１０００メガヘルツの範囲内とされる。ある種の実施形態では、そのパルス照明源のパルス持続時間が１ピコ秒〜１０００ピコ秒の範囲内とされる。ある実施形態では、照明源１１０が、約１００ＭＨｚの繰返し速度及び約１００ピコ秒のパルス持続時間を有するモードロックＮｄ：ＹＡＧレーザとされる。これらの例は例証目的で提示されたものであり、本願中に別様の提示がない限りは本件開示の限定を意図するものではない。
【００２９】
図１Ａに示した実施形態のシステム１００では、照明システム１１１により生成されたポンピング照明１０７で以てプラズマ１０４（例．ＬＳＰ）を生成及び／又は維持している。しかしながら、注記されることに、図１Ａに示した実施形態は一実現形態であり、本システム１００は本件技術分野で既知な何れのＬＳＰ光源構成に従い実現することもできる。更に、本願記載の周波数変換照明システム１１１は、本件開示の技術範囲から離隔することなく、他の何れのＬＳＰシステムアーキテクチャでも実現することができる。
【００３０】
諸実施形態のシステム１００には、プラズマサイト１０２（例．プラズマ１０４が生成又は維持されるところ）が備わっている。プラズマサイト１０２は、これに限られるものではないがプラズマセル、プラズマバルブ、チャンバ、ドラム等で構成すればよい。プラズマサイト１０２は、プラズマ形成素材１０３（例．ガス若しくはガス混合物及び／又は液体若しくは固体プラズマ形成素材）を収容又は支持しうるように構成することができる。照明システム１１１からのポンピング照明１０７をプラズマ形成素材１０３上／内へと集束させることで、そのプラズマサイト１０２にあるプラズマ形成素材１０３又はプラズマ１０４の指定吸収線１本又は複数本を通じエネルギを吸収させること、ひいてはそのプラズマ形成素材１０３を「ポンピング」してプラズマ１０４を生成又は維持することができる。図示しないが、ある種の実施形態に従い、プラズマサイト１０２内に設けた一組の電極によりそのプラズマサイト１０２の内部空間内でプラズマ１０４を創出し、それら電極による点火後に照明システム１１１からのポンピング照明１０７によりプラズマ１０４を維持するように、してもよい。そのプラズマ１０４からは、例えばより低いエネルギレベルへのガス種の緩和を経て、広帯域照明を放射させることができる。
【００３１】
ある種の実施形態によれば、その分子の励起エネルギ状態を代表する束縛エキシマ状態（例．プラズマ形成素材１０３の一成分又は複数成分に係る束縛分子状態）を生成及び／又は維持するのに適する温度にて、生成されたプラズマ１０４外のガス塊内でエキシマを形成することができる。エキシマからは、そのエキシマのより低いエネルギ状態への緩和（例．脱励起等）を経て、紫外スペクトルに属する照明を放射させることができる。シマの脱励起がそのエキシマ分子の解離につながりうるからである。例えば、Ａｒ２＊エキシマによる放射は１２６ｎｍ、Ｋｒ２＊エキシマによる放射は１４６ｎｍ、Ｘｅ２＊エキシマによる放射は１７２ｎｍ又は１７５ｎｍでのものとなろう。注記されることに、プラズマサイト１０２に発する照明のスペクトルコンテンツには、そのプラズマサイト１０２内の一種類又は複数種類のエキシマ及び／又はプラズマ１０４からの放射に係るスペクトル成分が含まれることとなろう。
【００３２】
本システム１００では、プラズマサイト１０２内に収容されているプラズマ形成素材１０３の塊内へと、照明システム１１１に発する照明を集束させるように、集光素子１０５（例．楕円体状又は球状集光素子）を構成することができる。実施形態によっては、その集光素子１０５が、プラズマ１０４により放射された広帯域照明１１５を集光し、その広帯域照明１１５を１個又は複数個の付加的光学素子（例．フィルタ１２３、ホモジナイザ１２５等）へと差し向けるよう配置・構成される。注記されることに、上掲の構成は本件開示の技術的範囲に対する限定ではない。例えば、本システム１００に、照明システム１１１からの照明をプラズマ形成素材１０３の塊内へと集束させ及び／又は差し向ける１個又は複数個の反射及び／又は集束光学系と、プラズマ１０４により放射された広帯域照明１１５を集光する別組の集光光学系とを、設けてもよい。例えば、２０１６年１２月２９日付で刊行された特許文献８に、別体な反射光学系及び集光光学系を備える光学的構成が記載されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。
【００３３】
ある種の実施形態に係るシステム１００は、プラズマサイト１０２から放射された照明を差し向け及び／又は処理するよう構成された、１個又は複数個の伝搬素子を有する。例えば、その１個又は複数個の伝搬素子のなかに、これに限られるものではないが透過素子（例．プラズマサイト１０２の透明部分、１個又は複数個のフィルタ１２３等）、反射素子（例．集光素子１０５、広帯域照明１１５を差し向けるための鏡等）、或いは集束素子（例．レンズ、集束鏡等）を、含めることができる。
【００３４】
ここに注記されることに、プラズマ照明による広帯域放射１１５は概して多数の要因に影響されるものであり、その要因のなかには、これに限られるものではないが、照明システム１１１からのポンピング照明１０７の集束強度、プラズマ形成素材１０３の温度、プラズマ形成素材１０３の圧力、及び／又はプラズマ形成素材１０３の組成が含まれる。更に、プラズマ１０４及び／又はプラズマ形成素材１０３（例．プラズマサイト１０２内の一種類又は複数種類のエキシマ）により放射される広帯域照明１１５のスペクトルコンテンツには、これに限られるものではないが赤外（ＩＲ）、可視（ＶＩＳ）、紫外（ＵＶ）、真空紫外（ＶＵＶ）、深紫外（ＤＵＶ）又は極端紫外（ＥＵＶ）波長が含まれうる。ある実施形態では、少なくとも、６００〜１０００ｎｍの範囲内の波長を有する可視及びＩＲ照明がプラズマ１０４から放射される。別の実施形態では、少なくとも、２００〜６００ｎｍの範囲内の波長を有する可視及びＵＶ照明がプラズマ１０４から放射される。別の実施形態では、少なくとも、２００ｎｍ未満の波長を有する短波長照明がプラズマ１０４から放射される。更なる実施形態では、ＵＶ及び／又はＶＵＶ照明がプラズマサイト１０２内の一種類又は複数種類のエキシマから放射される。ここに注記されることに、本件開示は上述の波長域に限定されず、プラズマサイト１０２内のエキシマ及び／又はプラズマ１０４から放射される照明の波長が上掲範囲のうち何れの範囲又は範囲組合せ内にあってもよい。
【００３５】
本願での考察によれば、本システム１００を利用しプラズマ１０４を創出及び／又は維持する際に、様々なプラズマ形成素材１０３を用いることができる。ある実施形態によれば、プラズマ１０４を創出及び／又は維持するのに用いられるプラズマ形成素材１０３に、貴ガス、不活性ガス（例．貴ガス又は非貴ガス）及び／又は非不活性ガス（例．水銀）を含めることができる。別の実施形態では、プラズマ形成素材１０３に、ガス（例．貴ガス、非貴ガス等）と、一種類又は複数種類の気相トレース物質（例．金属ハロゲン化物、遷移金属等）との混合物を、含有させる。本件開示における実施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、金属ハロゲン化物、ハロゲン、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、ＡｒＸｅ、ＡｒＨｇ、ＡｒＫｒ、ＡｒＲｎ、ＫｒＨｇ、ＸｅＨｇ等があろう。一般論としては、プラズマサイト１０２又はその内部でプラズマ１０４を維持するのに適したあらゆる種類のガス混合物、並びにあらゆるＬＳＰシステムに、本件開示が敷衍されるものと解されるべきである。
【００３６】
前掲の図１Ａ中、プラズマサイト１０２には、プラズマ１０４を創出及び／又は維持するのに適し本件技術分野で既知なあらゆる種類のプラズマサイト１０２が包含される。例えば、ある実施形態ではプラズマサイト１０２にプラズマセルを設ける。プラズマセルの使用が、少なくとも、２０１７年９月２６日付で権利付与された特許文献５並びに２０１５年１１月１０日付で権利付与された特許文献６に記載されているので、参照によりそれぞれの全容を本願に繰り入れることにする。また、ある実施形態ではプラズマサイト１０２にプラズマバルブを設ける。プラズマバルブの使用が、少なくとも、２０１０年８月３１日付で権利付与された特許文献１並びに２０１６年4月１９日付で権利付与された特許文献３に記載されているので、参照によりそれぞれの全容を本願に繰り入れることにする。
【００３７】
ここに注記されることに、プラズマサイト１０２内に様々な光学素子（例．照明光学系１１９，１２１、集光光学系１０５等）を包摂させてもよい。ある実施形態では、プラズマサイト１０２が、プラズマ形成素材１０３と１個又は複数個の光学部材とを収容するのに適したチャンバとされる。例えば、自己完結型ガスチャンバの使用が、２０１５年８月４日付で権利付与された特許文献９にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。
【００３８】
ある種の実施形態では、そのプラズマサイト１０２（例．プラズマセル、プラズマバルブ、チャンバ等）に１個又は複数個の透明部分が設けられる。その透明部分は、プラズマ１０４により生成される照明にとり少なくとも部分的に透明であり本件技術分野にて既知な、あらゆる素材で形成することができる。ある実施形態では、その透明部分が、照明システム１１１からのＩＲ照明、可視照明及び／又はＵＶ照明１０７にとり少なくとも部分的に透明であり本件技術分野にて既知な、何らかの素材で形成されよう。別の実施形態にでは、その透明部分が、プラズマ１０４から放射される広帯域照明１１５にとり少なくとも部分的に透明であり本件技術分野にて既知な、何らかの素材で形成されよう。ある実施形態では、プラズマサイト１０２内に収容されるプラズマ形成素材１０３が、そのプラズマサイト１０２に備わる透明部分のうち何れかの吸収スペクトルに対応する波長の照明を抑圧する一種類又は複数種類のガス成分を、含有するものとされる。本実施形態に関しては、プラズマ形成素材１０３による不要波長阻止の長所の一環として、これに限られるものではないが損傷を低減すること、ソラリゼーションを低減すること、或いはプラズマサイト１０２の透明部分の加熱を低減することができよう。
【００３９】
ある種の実施形態では、プラズマサイト１０２の透明部分がＯＨ低含有熔融石英ガラス素材で形成されよう。他の諸実施形態では、プラズマサイト１０２の透明部分がＯＨ高含有熔融石英ガラス素材で形成されよう。例えば、プラズマサイト１０２の透明部分を、これに限られるものではないが、ＳＵＰＲＡＳＩＬ（登録商標）１、ＳＵＰＲＡＳＩＬ（登録商標）２、ＳＵＰＲＡＳＩＬ（登録商標）３００、ＳＵＰＲＡＳＩＬ（登録商標）３１０、ＨＥＲＡＬＵＸ（登録商標）ＰＬＵＳ、ＨＥＲＡＬＵＸ（登録商標）−ＶＵＶ等で構成してもよい。他の諸実施形態に従い、プラズマサイト１０２の透明部分に、これに限られるものではないがＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、結晶石英及びサファイアを含有させてもよい。ここに注記されることに、これに限られるものではないがＣａＦ２、ＭｇＦ２、結晶石英及びサファイア等の素材には、短波長照明（例．λ＜１９０ｎｍ）に対する透明性がある。本件開示のプラズマサイト１０２の透明部分（例．チャンバ窓、ガラスバルブ、ガラスチューブ又は透過素子）の実現に適した様々なガラスが非特許文献１にて詳論されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。ここに注記されることに、熔融石英には、１９０ｎｍ未満の波長を有する照明に対して幾ばくかの透明性があり、１７０ｎｍ以下の波長に対しては有用な透明性がある。
【００４０】
プラズマサイト１０２に備わる１個又は複数個の透明部分は、本件技術分野で既知な何れの形状としてもよい。ある実施形態ではその透明部分が円筒形とされよう。別の実施形態ではその透明部分が球形とされよう。別の実施形態ではその透明部分が複合形状とされよう。例えば、その透明部分の形状を、二種類以上の形状の組合せで組成してもよい。
【００４１】
集光素子１０５は、照明システム１１１に発する照明をプラズマ形成素材１０３内又は上へと集束させるのに適し本件技術分野で既知な、何れの物理的構成を採っていてもよい。ある実施形態（例．図１Ａ記載のそれ）によれば、その集光素子１０５に反射性内表面付の凹領域を設け、その反射性内表面を、照明システム１１１からの照明１０７を受光しその照明１０７をプラズマサイト１０２内に収容されているプラズマ形成素材１０３の塊内に集束させるのに適した、面とすることができる。例えば、集光素子１０５を、図１Ａ記載の通り反射性内表面を有する楕円体形集光素子１０５としてもよい。また例えば、集光素子１０５を、反射性内表面を有する球形集光素子１０５としてもよい。
【００４２】
ある種の実施形態では、集光素子１０５が、プラズマ１０４により放射された広帯域照明１１５を集光し、その広帯域照明１１５を１個又は複数個の下流光学素子へと差し向ける。例えば、その１個又は複数個の下流光学素子に、これに限られるものではないがホモジナイザ１２５、１個又は複数個の集束素子、フィルタ１２３、攪拌鏡等を包含させうる。ある種の実施形態では、集光素子１０５が、プラズマ１０４により放射されたＥＵＶ、ＤＵＶ、ＶＵＶ、ＵＶ、可視及び／又は赤外照明入りの広帯域照明１１５を集光し、その広帯域照明を１個又は複数個の下流光学素子へと差し向けることとなろう。この構成によれば、これに限られるものではないが検査ツールや計量ツール等、本件技術分野で既知な何らかの光学特性解明システムに備わる下流光学素子へと、プラズマサイト１０２からＥＵＶ、ＤＵＶ、ＶＵＶ、ＵＶ、可視及び／又は赤外照明を送給することができる。例えば、本ＬＳＰシステム１００を、広帯域検査ツール（例．ウェハ又はレティクル検査ツール）、計量ツール又はフォトリソグラフィツール向けの照明サブシステム又はイルミネータとして、働かせてもよい。ここに注記されることに、これに限られるものではないがＥＵＶ、ＤＵＶ照明、ＶＵＶ照明、ＵＶ照明、可視照明及び赤外照明を初め、様々なスペクトル域に属する有用な照明を、システム１００のプラズマサイト１０２から放射させることができる。
【００４３】
ある種の実施形態に従い、本システム１００に様々な付加的光学素子を設けてもよい。例えば、プラズマ１０４に発する広帯域照明を集光するよう構成された集光光学系を付加的光学系に含めてもよい。例えば、本システム１００にコールドミラー１２１（例．ビームスプリッタ、サンプラ等として動作するそれ）を設け、これに限られるものではないがホモジナイザ１２５等の下流光学系へと集光素子１０５からの照明を差し向けるようそれを配置・構成することができる。
【００４４】
ある種の実施形態に従い、本システム１００に１個又は複数個の付加的レンズを設けシステム１００の照明路又は集光路沿いに配置してもよい。当該１個又は複数個のレンズを利用し、照明システム１１１からの照明を、プラズマ形成素材１０３の塊内に集束させてもよい。或いは、当該１個又は複数個の付加的レンズを利用し、プラズマ１０４により放射された広帯域照明を指定ターゲット（図示せず）上へと集束させてもよい。
【００４５】
ある種の実施形態に従い本システム１００に転向鏡１１９を設けてもよい。その転向鏡１１９を、照明システム１１１からの照明１０７を受光し、その照明１０７を集光素子１０５経由でプラズマ形成素材１０３へと差し向けるよう、配置・構成してもよい。集光素子１０５を、鏡１１９からの照明１０７を受光し、その照明１０７を自集光素子１０５（例．楕円体形集光素子）の焦点即ちプラズマ形成素材１０３又はプラズマ１０４の在処へと集束させるよう、配置・構成してもよい。
【００４６】
ここに注記されることに、システム１００に備わる光学系群についての上掲の記載並びに図１Ａ及び図１Ｂ中での描写は例証のため提示されたものであり、限定として解されるべきではない。考察によれば、本件開示の技術的範囲内で、多数の等価な光学的構成を利用することができる。
【００４７】
図６は、周波数変換照明源で以てＬＳＰをポンピングすることで広帯域照明を生成する方法６００について、１個又は複数個の実現形態を描いたフロー図である。注記されることに、システム１００の文脈に沿い本願中で前述された諸実施形態及びその実現テクノロジが方法６００に敷衍されるものと、解されるべきである。故に、方法６００の諸ステップをシステム１００により実行してもよく、更にはシステム１００のアーキテクチャにより要請又は暗示される１個又は複数個のステップを本方法６００に含めてもよい。とはいえ、本方法６００はそのアーキテクチャのシステム１００に限定されるものではなく、認識されるところによれば、それに代わるシステム構成部材及び／又はアーキテクチャで以て、方法６００を構成する１個又は複数個のステップ又はその構成部分を実行してもよい。
【００４８】
ステップ６０２では、第１スペクトル周波数を有する照明１１４を生成する。例えば、第１スペクトル周波数（又は周波数帯）及び第１波長（又は波長域）を有する照明１１４を生成するよう、照明源１１０を構成することができる。ある種の実施形態に従い、３テラヘルツ（ＴＨｚ）〜３ペタヘルツ（ＰＨｚ）の範囲内の周波数（又は周波数帯）並びに１００ナノメートル（ｎｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）の範囲内の波長（又は波長域）を有する源照明１１４を生成するよう、照明源１１０を構成してもよい。例えば、ＩＲ又はＶＩＳスペクトル域にて源照明１１４を放射するよう照明源１１０を構成してもよい。
【００４９】
ステップ６０４では、第１スペクトル周波数を有する照明１１４を周波数変換（例．周波数アップコンバージョン）することで、第１スペクトル周波数とは異なる第２スペクトル周波数を有するポンピング照明１０７を生成する。例えば、照明源１１０からの照明１１４を受光しその照明１１４の周波数を変換（例．逓倍又はシフト）することで本システム向けのポンピング照明１０７を生成するよう、光周波数変換器１１２を構成することができる。諸実施形態では、第１波長（又は波長域）相当の第１周波数（又は周波数域）を有する照明１１４を生成するよう照明源１１０が構成され、その照明源１１０からの照明１１４を受光してその照明１１４の周波数を変換しその周波数変換後の照明をポンピング照明１０７として出射するよう光周波数変換器１１２が構成される。
【００５０】
ステップ６０６では、ポンピング照明１０７をプラズマサイト１０２又はプラズマ形成素材１０３へと差し向ける。例えば、照明システム１１１からのポンピング照明１０７をプラズマサイト１０２へと差し向けるよう、照明光学系１１９、１２１及び／又は集光光学系１０５を構成することができる。ある種の実施形態によれば、そのポンピング照明１０７の働きでプラズマ形成素材１０３によりプラズマ１０４を形成させ、そこから広帯域照明を放射させることができる。他の諸実施形態では、プラズマ１０４がシステム１００内に既に存するようになった後に、ポンピング照明１０７によってそのプラズマ１０４がポンピング（即ち維持）される。
【００５１】
図７には、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係るＬＳＰ照明システム１００が実装された光学特性解明システム７００の概略模式外観が描かれている。実施形態に係るシステム７００はＬＳＰ照明システム１００、照明アーム７０３、集光アーム７０５、検出器アセンブリ７１４及びコントローラ７１８を有しており、そのコントローラには１個又は複数個のプロセッサ７２０及びメモリ７２２が備わっている。
【００５２】
ここに注記されることに、システム７００により、本件技術分野で既知なあらゆる撮像、検査、計量、リソグラフィその他の特性解明システムを構成することができる。即ち、試料７０７を対象として検査、光学計量、リソグラフィ及び／又は何らかの形態の撮像を実行するよう、システム７００を構成することができる。試料７０７には、これに限られるものではないがウェハ、レティクル／フォトマスク等を初め、本件技術分野で既知なあらゆる標本が包含されうる。注記されることに、システム７００には、本件開示の随所に記載されているＬＳＰ照明システム１００の様々な実施形態のうち１個又は複数個を組み込むことができる。
【００５３】
ある実施形態では、試料７０７がステージアセンブリ７１２上に配置され、それにより試料７０７の運動が実現される。ステージアセンブリ７１２には、これに限られるものではないがＸＹステージ、Ｒθステージ等を初め、本件技術分野で既知なあらゆるステージアセンブリ７１２が包含されうる。別の実施形態によれば、ステージアセンブリ７１２が、検査又は撮像中に試料７０７の高さを調整可能なものとされ、それにより焦点が試料７０７上に保たれる。
【００５４】
また、実施形態における照明アーム７０３は、ＬＳＰ照明システム１００からの照明１１５を試料７０７へと差し向けるよう構成されている。照明アーム７０３には、本件技術分野で既知なあらゆる種類の光学部材を何個でも組み込むことができる。実施形態の一つは、照明アーム７０３が１個又は複数個の光学素子７０２、ビームスプリッタ７０４及び対物レンズ７０６を有するものである。この場合、ＬＳＰ照明システム１００からの照明１１５を試料７０７の表面上へと集束させるよう照明アーム７０３を構成することができる。１個又は複数個の光学素子７０２のなかには、これに限られるものではないが１個又は複数個の鏡、１個又は複数個のレンズ、１個又は複数個のポラライザ（偏光子）、１個又は複数個の格子、１個又は複数個のフィルタ、１個又は複数個のビームスプリッタ等を初め、本件技術分野で既知なあらゆる光学素子又は光学素子組合せを含めることができる。
【００５５】
また、実施形態における集光アーム７０５は、試料７０７から反射、散乱、回折及び／又は放射されてきた光を集めるよう構成されている。また、実施形態の集光アーム７０５を、試料７０７からの光を検出器アセンブリ７１４に備わるセンサ７１６へと差し向け及び／又はそこに集束させるよう構成してもよい。注記されることに、センサ７１６及び検出器アセンブリ７１４には、本件技術分野で既知なあらゆるセンサ及び検出器アセンブリが包含されうる。センサ７１６には、これに限られるものではないが電荷結合デバイス（ＣＣＤ）型検出器、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）型検出器、時間遅延積分（ＴＤＩ）型検出器、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等が包含されうる。更に、センサ７１６には、これに限られるものではないがラインセンサや電子衝撃ラインセンサが包含されうる。
【００５６】
また、実施形態における検出器アセンブリ７１４は、１個又は複数個のプロセッサ７２０及びメモリ７２２を有するコントローラ７１８に可通信結合されている。例えば、１個又は複数個のプロセッサ７２０をメモリ７２２に可通信結合させること、またメモリ７２２上に格納されている一組のプログラム命令を実行するよう当該１個又は複数個のプロセッサ７２０を構成することができる。実施形態では、当該１個又は複数個のプロセッサ７２０が、検出器アセンブリ７１４の出力を分析するよう構成されている。実施形態では、当該一組のプログラム命令が、試料７０７に備わる一通り又は複数通りの特性を当該１個又は複数個のプロセッサ７２０にて分析させるよう、構成されている。また、実施形態では、当該一組のプログラム命令が、システム７００に備わる一通り又は複数通りの特性を当該１個又は複数個のプロセッサ７２０にて修正させることで、焦点を試料７０７及び／又はセンサ７１６上に保つように、構成されている。例えば、対物レンズ７０６或いは１個又は複数個の光学素子７０２を調整するよう、ひいてはＬＳＰ照明システム１００からの照明１１５を試料７０７の表面上へと集束させるよう、当該１個又は複数個のプロセッサ７２０を構成してもよい。また例えば、対物レンズ７０６及び／又は１個又は複数個の光学素子７１０を調整するよう、ひいては試料７０７の表面からの照明を集め集まった照明をセンサ７１６上へと集束させるよう、当該１個又は複数個のプロセッサ７２０を構成してもよい。
【００５７】
注記されることに、本システム７００は、これに限られるものではないが暗視野構成、明視野指向等を初め、本件技術分野で既知なあらゆる光学的構成に従い構成することができる。
【００５８】
ここに注記されることに、システム１００に備わる１個又は複数個の構成部材を、システム１００の他の様々な構成部材に、本件技術分野で既知な何れの要領で可通信結合させてもよい。例えば、ＬＳＰ照明システム１００、検出器アセンブリ７１４、コントローラ７１８並びに１個又は複数個のプロセッサ７２０を、有線（例．銅ワイヤ、光ファイバケーブル等）又は無線接続（例．ＲＦ結合、ＩＲ結合、データ網通信（例．ＷｉＦｉ（登録商標）、ＷｉＭａｘ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等））を介し、互いに及び他部材と可通信結合させればよい。
【００５９】
図８には、本件開示の１個又は複数個の実施形態に係りリフレクトメトリ（反射法）及び／又はエリプソメトリ（楕円偏向法）構成に従い配置・構成された光学特性解明システム８００の概略模式外観が描かれている。注記されることに、図７との関連で記述した様々な実施形態及び構成部材が図８のシステムに敷衍されるものと、解することができる。本システム８００には、本件技術分野で既知なあらゆる種類の計量システムが包含されうる。
【００６０】
実施形態に係るシステム８００はＬＳＰ照明システム１００、照明アーム８１６、集光アーム８１８、検出器アセンブリ８２８及びコントローラ７１８を有し、そのコントローラには１個又は複数個のプロセッサ７２０及びメモリ７２２が備わっている。
【００６１】
本実施形態では、ＬＳＰ照明源からの広帯域照明１１５を照明アーム８１６により試料７０７へと差し向けている。また、実施形態のシステム８００はその標本に発する照明を集光アーム８１８により集光している。その照明アーム路８１６に、広帯域ビーム１１５を修正及び／又は調光するのに適した１個又は複数個のビーム調光部材８２０を設けてもよい。例えば、当該１個又は複数個のビーム調光部材８２０のなかに、これに限られるものではないが１個又は複数個のポラライザ、１個又は複数個のフィルタ、１個又は複数個のビームスプリッタ、１個又は複数個のディフューザ、１個又は複数個のホモジナイザ、１個又は複数個のアポダイザ、１個又は複数個のビーム整形器、或いは１個又は複数個のレンズを含めてもよい。
【００６２】
また、実施形態では、照明アーム８１６にて第１集束素子８２２を利用することで、標本ステージ７１２上に配置されている試料７０７上へとビーム１１５を集束させ及び／又は差し向けることができる。また、実施形態では、集光アーム８１８に設けた第２集束素子８２６により試料７０７からの照明を集光することができる。
【００６３】
また、実施形態では、試料７０７に発する照明を集光アーム８１８経由で捉えるよう検出器アセンブリ８２８が構成されている。例えば、試料７０７から（例．鏡面反射、拡散反射等の働きにより）反射又は散乱されてきた照明を検出器アセンブリ８２８にて受光してもよい。また例えば、試料７０７により生成された照明（例．ビーム１１５の吸収に係るルミネッセンス等）を検出器アセンブリ８２８にて受光してもよい。注記されることに、検出器アセンブリ８２８には、本件技術分野で既知なあらゆるセンサ及び検出器アセンブリが包含されうる。センサには、これに限られるものではないがＣＣＤ型検出器、ＣＭＯＳ型検出器、ＴＤＩ型検出器、ＰＭＴ、ＡＰＤ等が包含されうる。
【００６４】
集光アーム８１８には、更に、これに限られるものではないが１個又は複数個のレンズ、１個又は複数個のフィルタ、１個又は複数個のポラライザ、或いは１枚又は複数枚の位相プレートを初め、第２集束素子８２６により集光された照明を差し向け及び／又は修正する集光ビーム調光素子８３０を、何個でも設けることができる。
【００６５】
本システム８００は、これに限られるものではないが、一通り又は複数通りの照明角を有する分光エリプソメータ（楕円偏向計）、ミュラー行列要素計測用分光エリプソメータ（例．回動型補償器を用いるもの）、単一波長エリプソメータ、角度分解エリプソメータ（例．ビームプロファイルエリプソメータ）、分光リフレクトメータ（反射計）、単一波長リフレクトメータ、角度分解リフレクトメータ（例．ビームプロファイルリフレクトメータ）、撮像システム、瞳撮像システム、スペクトル撮像システム又はスキャタロメータ（散乱計）等、本件技術分野で既知な何れの種類の計量ツールとしても、構成することができる。
【００６６】
本件開示の様々な実施形態の態での実施に適する検査／計量ツールについての記述が、「ウェハ検査システム」(Wafer Inspection System)と題する２０１２年７月９日付米国特許出願第１３／５５４９５４号、「小型カタジオプトリック対物系を用いる分割視野検査システム」(Split Field Inspection System Using Small Catadioptric Objectives)と題する２００９年７月１６日刊行の特許文献１０、「カタジオプトリック光学システムにおけるレーザ暗視野照明向けのビーム配給システム」(Beam Delivery System for Laser Dark-Field Illumination in a Catadioptric Optical System)と題する２００７年１月４日刊行の特許文献１１、「ワイドレンジズーム能力を有する超広帯域ＵＶ顕微撮像システム」(Ultra-broadband UV Microscope Imaging System with Wide Range Zoom Capability)と題する１９９９年１２月７日発行の特許文献１２、「レーザライン照明を二次元撮像と併用する表面検査システム」(Surface Inspection System Using Laser Line Illumination with Two Dimensional Imaging)と題する２００９年４月２８日発行の特許文献１３、「動的に可調な半導体計量システム」(Dynamically Adjustable Semiconductor Metrology System)と題するＷａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．名義で２０１３年５月９日刊行の特許文献１４、「集束ビーム分光エリプソメトリ方法及びシステム」(Focused Beam Spectroscopic Ellipsometry Method and System)と題するＰｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅ  ｅｔ  ａｌ．名義で１９９７年３月４日発行の特許文献１５、並びに「半導体上の多層薄膜スタックを分析する装置」(Apparatus for Analyzing Multi-Layer Thin Film Stacks on Semiconductors)と題するＲｏｓｅｎｃｗａｉｇ  ｅｔ  ａｌ．名義で２００１年１０月２日発行の特許文献１６にて提示されているので、参照によりそれらの全容をそれぞれ本願に繰り入れることにする。
【００６７】
本件開示における１個又は複数個のプロセッサ７２０には、本件技術分野で既知な処理素子が何れか1個又は複数個包含されうる。その意味で、当該１個又は複数個のプロセッサ７２０には、ソフトウェアアルゴリズム及び／又は命令を実行するよう構成されたあらゆるマイクロプロセッサ型デバイスが包含されうる。本件開示の随所に記載されている諸ステップを、単一コンピュータシステムにより実行してもよいし、それに代え複数コンピュータシステムにより実行してもよい。一般に、語「プロセッサ」は、非一時的記憶媒体７２２から得たプログラム命令を実行する処理及び／又は論理素子を１個又は複数個有するデバイス全てが包括されるよう、広義に定義することができる。更に、開示されている様々なシステムに備わる様々なサブシステムに、本件開示の随所に記載の諸ステップのうち少なくとも一部分を実行するのに適するプロセッサ及び／又は論理素子を、設けることができる。
【００６８】
記憶媒体７２２には、連携する１個又は複数個のプロセッサ７２０にて実行可能なプログラム命令を格納するのに適し本件技術分野で既知なあらゆる格納媒体が包含されうる。例えば記憶媒体７２２のなかに非一時的記憶媒体を含めてもよい。例えば、記憶媒体７２２のなかに、これに限られるものではないがリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光記憶デバイス（例．ディスク）、磁気テープ、固体ドライブ等を含めてもよい。また、実施形態におけるメモリ７２２は、本願記載の様々なステップの結果及び／又は出力を一通り又は複数通り格納するよう構成される。更に注記されることに、メモリ７２２を１個又は複数個のプロセッサ７２０と共に共通コントローラハウジング内に収容してもよい。これに代わる実施形態に従い、メモリ７２２を１個又は複数個のプロセッサ７２０の物理的在処に対しリモートに配置してもよい。例えば、ネットワーク（例．インターネット、イントラネット等）を介しアクセスできるリモートメモリ（例．サーバ）に１個又は複数個のプロセッサ７２０がアクセスするのでもよい。その際に、コントローラ７１８に備わる１個又は複数個のプロセッサ７２０が、本件開示の随所に記載されている様々な処理ステップのうち何れを実行するのでもよい。
【００６９】
ある種の実施形態によれば、本願記載のＬＳＰ照明システム１００及びシステム７００，８００を、本願ではプロセスツールに物理的に結合されていないツールと解されるところの、「スタンドアロンツール」として構成することができる。実施形態によっては、そうした検査又は計量システムをプロセスツール（図示せず）に伝送媒体、例えば有線及び／又は無線区間を有するそれにより結合させることができる。そのプロセスツールには、リソグラフィツール、エッチングツール、堆積ツール、研磨ツール、メッキツール、洗浄ツール又はイオンインプランテーションツール等、本件技術分野で既知なあらゆるプロセスツールが含まれうる。本願記載の諸システムにより実行された検査又は計測の結果を用いプロセス又はプロセスツールのパラメタを改変することや、それにフィードバック制御技術、フィードフォワード制御技術及び／又はインサイチュー制御技術を用いることができる。プロセス又はプロセスツールのパラメタをマニュアルで改変しても自動改変してもよい。
【００７０】
ＬＳＰ照明システム１００及びシステム７００，８００の諸実施形態に、本願での記載に従い更に手を加えてもよい。加えて、本願記載の方法実施形態（群）のうち何れかを構成する何れか他のステップ（群）を実行するようにも、ＬＳＰ照明システム１００及びシステム７００，８００を構成することができる。
【００７１】
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。理解し得るように、それら描出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、同じ機能が達成される部材配置は、実質的に「連携」することでその所望機能を達成しているのである。従って、本願中の何れの二部材であれ、ある特定の機能を達成すべく組み合わされているものは、その所望機能が達成されるよう互いに「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、何れの二部材であれそのように連携しているものはその所望機能を達成すべく互いに「接続・連結」又は「結合」されているとも見ることができ、また何れの二部材であれそのように連携させうるものはその所望機能を達成すべく互いに「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がある。
【００７２】
本件開示及びそれに付随する長所の多くについては上掲の記述により理解し得るであろうし、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。述べられている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、理解し得るように、本発明を定義しているのは別項の特許請求の範囲である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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