(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極端紫外線光源のためのシステムであって、
位置決めされ、反射増幅光ビームを受け、前記反射増幅光ビームを第１、第２、及び第３のチャネルへと誘導する１つ以上の光学要素であって、前記反射増幅光ビームが、ターゲット材料からの照射用増幅光ビームの反射である、光学要素と、
前記第１のチャネルからの光を感知する第１のセンサと、
前記第２のチャネル及び前記第３のチャネルからの光を感知し、前記第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサと、
コンピュータ可読記憶媒体に結合される電子プロセッサであって、前記媒体が、実行時に、前記プロセッサに、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサからのデータを受信させ、
前記受信データに基づいて、複数の次元で前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの場所を判定させる、命令を記憶する、電子プロセッサと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記媒体がさらに、実行時に、前記プロセッサに、前記判定された場所に基づいて前記照射用増幅光ビームに対する調整を判定させる、命令を記憶し、
前記判定された調整が、前記照射用増幅光ビームを移動させる複数の次元の距離を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサに前記照射用増幅光ビームの場所を判定させる前記命令が、実行時に、前記プロセッサに、
前記照射用増幅光ビームの伝播方向に平行な方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの焦点位置の場所を判定させ、
前記照射用増幅光ビームの前記伝播方向に垂直な第１の横断方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの前記焦点位置の場所を判定させる、命令を含み、
前記命令が、実行時に、前記プロセッサに、前記第１の横断方向に垂直で、前記照射用増幅光ビームの前記伝播方向に垂直な第２の横断方向で、前記照射用増幅光ビームの予想焦点位置の場所を判定させる命令をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第３のチャネルに位置決めされ、前記反射増幅光ビームの波面を修正する非点収差のある光学要素をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
非点収差のない複数の部分反射性光学要素をさらに備え、それぞれが前記第３のチャネルの異なる場所に位置決めされて、それぞれが前記反射増幅光ビームの少なくとも一部を受け、前記複数の部分反射性光学要素がそれぞれ、前記ターゲット材料と前記第２のセンサの間の異なる長さの経路を辿るビームを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１、第２、及び第３のチャネルが３つの別個の経路であり、それぞれが前記反射増幅光ビームの一部を誘導する１つ以上の屈折性又は反射性光学要素によって画定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記反射増幅光ビームがプリパルスビーム及びドライブビームの反射を含み、前記ドライブビームが、相互作用すると前記ターゲット材料をプラズマに変換する増幅光ビームであり、前記プリパルス及びドライブビームが異なる波長を有し、
前記システムが、前記プリパルスビーム及び前記ドライブビームのうち一方に対してのみ透明である１つ以上のスペクトルフィルタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のセンサが、前記第１のチャネルから高い取得率で指し示す光を感知し、前記第２のセンサが、光を感知して、前記第２のチャネル及び前記第３のチャネルからの前記光の強度分布を測定する２次元撮像センサを備え、
前記命令が、実行時に、前記プロセッサに、前記受信したデータに基づいて前記照射用増幅光ビームの場所を判定させ、かつ、複数の次元で前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの焦点位置を判定させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
ターゲット材料に対して照射用増幅光ビームを位置合わせする方法であって、
反射増幅光ビームの第１、第２、及び第３の測定値にアクセスすることであって、前記第１の測定値が、第１のセンサから得られ、前記第２及び第３の測定値が、前記第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサから得られ、前記反射増幅光ビームが、ターゲット材料からの前記照射用増幅光ビームの反射であることと、
前記第１の測定値に基づいて、前記照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直な方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの第１の場所を判定することと、
前記第２の測定値に基づいて、前記照射用増幅光ビームの前記伝播方向に垂直な方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの第２の場所を判定することと、
前記第３の測定値に基づいて、前記照射用増幅光ビームの前記伝播方向に平行な方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの焦点位置の場所を判定することと、
前記第１の場所、前記第２の場所、又は前記焦点位置の前記場所のうち１つ以上に基づいて、前記ターゲット材料に対して前記照射用増幅光ビームの位置変更をし、前記ターゲット材料に対して前記照射用増幅光ビームを位置合わせすることと、
を含む、方法。
【請求項１０】
照射用増幅光ビームを生成する光源と、
真空チャンバ内で前記照射用増幅光ビームを操縦してターゲット材料に集束させるステアリングシステムと、
ビーム位置決めシステムであって、
位置決めされ、前記ターゲット材料から反射した反射増幅光ビームを受け、前記反射増幅光ビームを第１、第２、及び第３のチャネル内に誘導する１つ以上の光学要素と、
前記第１のチャネルからの光を感知する第１のセンサと、
前記第２のチャネル及び前記第３のチャネルからの光を感知する２次元撮像センサを備え、前記第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサと、
を備えるビーム位置決めシステムと、
コンピュータ可読記憶媒体と結合する電子プロセッサであって、前記媒体が、実行時に、前記プロセッサに、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサからデータを受信させ、
前記受信したデータに基づき、複数の次元で前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの場所を判定させる、命令を記憶する、電子プロセッサと、
を備える、極端紫外線システム。
【請求項１１】
前記媒体が、実行時に、前記プロセッサに、前記判定された場所に基づいて前記照射用増幅光ビームの前記場所に対する調整を判定させる、命令をさらに記憶し、
前記判定された調整が、複数の次元での調整を含み、
前記プロセッサに、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの場所を判定させる前記命令が、実行時に、前記プロセッサに、
前記照射用増幅光ビームの伝播方向に平行な方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの焦点の場所を判定させ、
それぞれが前記照射用増幅光ビームの前記伝播方向に垂直な第１及び第２の横断方向で、前記ターゲット材料に対する前記照射用増幅光ビームの焦点の場所を判定させる、命令を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記命令がさらに、実行時に、前記プロセッサに、
前記照射用増幅光ビームの前記判定された場所に基づいて、前記照射用増幅光ビームに対する調整を判定させ、
前記判定された調整に基づいて出力を発生させ、
前記発生させた出力を前記ステアリングシステムに提供させる、
命令を含む、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は２０１３年３月１５日出願の「ＢＥＡＭ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＡＮ  ＥＸＴＲＥＭＥ  ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ  ＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ」と題した米国仮特許出願第６１／７８７，２２８号、２０１３年９月２４日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＬＡＳＥＲ  ＢＥＡＭ  ＦＯＣＵＳ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＥＸＴＲＥＭＥ  ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ  ＬＡＳＥＲ  ＰＲＯＤＵＣＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ」と題した米国実用出願第１４／０３５，８４７号、及び２０１４年２月２０日出願の「ＢＥＡＭ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＡＮ  ＥＸＴＲＥＭＥ  ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ  ＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ」と題した米国実用出願第１４／１８４，７７７号の利益を主張し、これらはすべて参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
開示される主題は、極端紫外線（ＥＵＶ）光源のビーム位置制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
極端紫外線（ＥＵＶ）光、例えば約５０ｎｍ以下の波長を有する電磁放射（軟ｘ線と呼ばれることもある）、及び約１３ｎｍの波長の光を含む電磁放射は、基板、例えばシリコンウェーハ内に極めて小さいフィーチャを生成するフォトリソグラフィプロセスに使用することができる。
【０００４】
ＥＵＶ光を生成する方法には、プラズマ状態にＥＵＶ範囲に輝線がある元素、例えばキセノン、リチウム又はスズを有する物質を変換することが含まれるが、必ずしもそれに限定されない。１つのこのような方法では、プラズマは、多くの場合レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）と呼ばれ、例えば材料の小滴、流れ、又はクラスタの形態のターゲット材料に、ドライブレーザと呼ぶことができる増幅光ビームを照射することによって生成することができる。このプロセスでは、プラズマは通常、密封容器、例えば真空チャンバ内で生成され、様々なタイプのメトロロジー機器を使用して監視される。
【発明の概要】
【０００５】
一般的な一態様では、極端紫外線光源のシステムは、反射した増幅光ビームを受け、反射した増幅光ビームを第１、第２、及び第３のチャネルへと誘導するよう位置決めされた１つ以上の光学要素であって、反射した増幅光ビームが、ターゲット材料と相互作用する照射用増幅光ビームの少なくとも一部の反射を含む光学要素と、第１のチャネルからの光を感知する第１のセンサと、第２のチャネル及び第３のチャネルからの光を感知し、第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサと、コンピュータ可読記憶媒体に結合される電子プロセッサであって、媒体が、実行されると、プロセッサに第１のセンサ及び第２のセンサからのデータを受信させ、受信データに基づいて、複数の次元でターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの場所を判定させる命令を記憶する電子プロセッサと、を含む。
【０００６】
実施態様は以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
【０００７】
媒体はさらに命令を記憶することができ、これは実行されると、プロセッサに、判定された場所に基づいて照射用増幅光ビームの調整を判定させる。判定された調整は、複数の次元にて照射用増幅光ビームを移動させる距離を含むことができる。
【０００８】
プロセッサに照射用増幅光ビームの場所を判定させる命令は、実行されると、プロセッサに、照射用増幅光ビームの伝播方向に平行である方向で、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの焦点位置の場所を判定させ、照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直である第１の横断方向で、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの焦点位置の場所を判定させる命令を含むことができる。命令は、実行されると、プロセッサに、第１の横断方向に垂直で、照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直である第２の横断方向で、照射用増幅光ビームの焦点位置の場所を判定させる命令をさらに含むことができる。
【０００９】
システムはまた、第３のチャネルに位置決めされ、反射した増幅光ビームの波面を修正する非点収差光学要素も含むことができる。
【００１０】
システムはまた複数の部分反射性の無非点収差光学要素も含むことができ、これはそれぞれ第３のチャネルの異なる場所で位置決めされて、それぞれ反射した増幅光ビームの少なくとも一部を受け、複数の部分反射性光学系はそれぞれ、ターゲット材料と第２の検出器の間で異なる長さの経路を辿るビームを形成する。
【００１１】
第１、第２、及び第３のチャネルは３つの別個の経路であってもよく、それぞれが反射した増幅光ビームの一部を誘導する１つ以上の屈折性又は反射性光学要素によって画定される。
【００１２】
反射した増幅光ビームはプリパルスビーム及びドライブビームの反射を含んでもよく、ドライブビームは、相互作用するとターゲット材料をプラズマに変換する増幅光ビームであり、プリパルス及びドライブビームは異なる波長を含んでもよく、システムは、プリパルスビーム及びドライブビームのうち一方に対してのみ透明である１つ以上のスペクトルフィルタをさらに含むことができる。
【００１３】
第１のセンサは、第１のチャネルから高い取得率で指し示す光を感知し、第２のセンサは、光を感知して、第２のチャネル及び第３のチャネルからの光の強度分布を測定する２次元撮像センサを含むことができ、命令は、実行されると、プロセッサに、受信したデータに基づいて照射用増幅光ビームの場所を判定させ、プロセッサに、複数の次元でターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの焦点位置を判定させることができる。
【００１４】
別の一般的な態様では、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの位置合わせは、反射した増幅光ビームの第１、第２、及び第３の測定値にアクセスするステップであって、第１の測定値が第１のセンサから得られ、第２及び第３の測定値が、第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサから得られ、反射した増幅光ビームが、ターゲット材料からの照射用増幅光ビームの反射であるステップと、第１の測定値に基づいて、照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直である方向で、ターゲット材料に対する増幅光ビームの第１の場所を判定するステップと、第２の測定値に基づいて、照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直である方向で、ターゲット材料に対する増幅光ビームの第２の場所を判定するステップと、第３の測定値に基づいて、照射用増幅光ビームの伝播方向に平行である方向で、ターゲット材料に対する増幅光ビームの焦点位置の場所を判定するステップと、ターゲット材料に対して照射用増幅光ビームを位置合わせするために、第１の場所、第２の場所、又は焦点位置の場所のうち１つ以上に基づいて、ターゲット材料に対して照射用増幅光ビームの位置変更をするステップと、を含む。
【００１５】
実施態様は以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
【００１６】
増幅光ビームの焦点位置の場所の調整は、焦点位置について判定された場所に基づいて判定することができ、照射用増幅光ビームの位置変更は、焦点位置の場所に対して判定された調整に基づいて、照射用増幅光ビームの焦点位置を移動させるステップを含むことができる。
【００１７】
増幅光ビームの調整は、判定された第１の場所又は判定された第２の場所のうち１つ以上に基づいて判定することができる。
【００１８】
増幅光ビームは光パルスとすることができ、判定された第１の場所は、ターゲット材料が進行する方向に平行な方向におけるターゲット材料に対する増幅光ビームの焦点の場所とすることができ、増幅光ビームとの位置合わせに対して判定された調整は、ターゲット材料が進行する方向に平行な方向における増幅光ビームとターゲット材料との距離とすることができ、照射用増幅光ビームパルスの位置変更は、後続の光パルスがターゲット材料と交差するように、増幅光ビームとターゲット材料の間の距離に対応する遅延を増幅光ビームに引き起こすステップを含むことができる。
【００１９】
判定された第２の場所は、ターゲット材料が進行する方向に垂直で、増幅光ビームの伝播方向に垂直である方向における増幅光ビームの場所を含むことができ、増幅光ビームの位置合わせに対して判定された調整は、増幅光ビームとターゲット材料場所との間の距離を含むことができ、照射用増幅光ビームの位置変更は、判定された調整に基づいて出力を生成するステップを含むことができ、その出力は、増幅光ビームを操縦する光学アセンブリの位置変更を引き起こすのに十分であり、さらに、光学アセンブリに出力を提供するステップを含むことができる。
【００２０】
照射用増幅光ビームの位置変更は、焦点位置の場所に対して判定された調整に基づいて出力を生成するステップを含むことができ、その出力は、増幅光ビームを集束する光学要素の位置変更を引き起こすのに十分であり、さらに、光学要素を含む光学アセンブリに出力を提供するステップを含むことができる。
【００２１】
第３の測定値は、反射した増幅光ビームの像を含むことができ、増幅光ビームの焦点位置の場所を判定するステップは、反射した増幅光ビームの形状を判定するために像を分析するステップを含むことができる。反射した増幅光ビームの形状を判定するために像を分析するステップは、反射した増幅光ビームの楕円率を判定するステップを含むことができる。
【００２２】
第３の測定値は、複数の場所でサンプリングされた反射増幅光ビームの像を含むことができ、増幅光ビームの焦点位置の場所を判定するステップは、複数の場所のうち２つ以上で反射した増幅光ビームの幅を比較するステップを含むことができる。
【００２３】
別の一般的な態様では、極端紫外線システムは、照射用増幅光ビームを生成する光源と、真空チャンバ内で照射用増幅光ビームを操縦して、ターゲット材料に集束させるステアリングシステムと、ターゲット材料から反射した反射増幅光ビームを受け、反射増幅光ビームを第１、第２、及び第３のチャネル内に誘導するように位置決めされた１つ以上の光学要素とを含むビーム位置決めシステムと、第１のチャネルからの光を感知する第１のセンサと、第２のチャネル及び第３のチャネルからの光を感知する２次元撮像センサを含み、第１のセンサより低い取得率を有する第２のセンサと、を含むビーム位置決めシステムと、コンピュータ可読記憶媒体と結合する電子プロセッサであって、媒体が、実行されると、プロセッサに、第１のセンサ及び第２のセンサからデータを受信させ、受信したデータに基づき、複数の次元でターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの場所を判定させる命令を記憶する電子プロセッサと、を含む。
【００２４】
実施態様は、以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。媒体はさらに命令を記憶することができ、これは実行されると、プロセッサに、判定された場所に基づいて照射用増幅光ビームの場所に対する調整を判定させる。判定された調整は、複数の次元における調整を含むことができる。
【００２５】
プロセッサに、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの場所を判定させる命令は、実行されると、プロセッサに、照射用増幅光ビームの伝播方向に平行である方向で、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの焦点の場所を判定させ、それぞれが照射用増幅光ビームの伝播方向に垂直である第１及び第２の横断方向で、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの焦点の場所を判定させる命令を含むことができる。
【００２６】
命令はさらに、実行されると、プロセッサに、増幅光ビームの判定された場所に基づいて、増幅光ビームに対する調整を判定させ、発生させた出力をステアリングシステムに提供させる命令を含むことができる。
【００２７】
上述した技術のいずれかの実施態様は、既存のＥＵＶ光源を改装する方法、プロセス、アセンブリ、デバイス、キット又は組立済みシステム、コンピュータ可読媒体に記憶された実行可能命令、又は装置を含むことができる。１つ以上の実施態様の詳細を添付の図面及び以下の説明に記載する。その他の特徴は、説明及び図面から、また請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】レーザ生成プラズマ極端紫外線光源のブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａの光源に使用することができるドライブレーザシステムの例のブロック図である。
【図２Ａ】光源及びリソグラフィツールを含む撮像システムの例の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの光源の部分側斜視図である。
【図２Ｃ】線２Ｃ−２Ｃに沿って切り取った図２Ａの光源の断面平面図である。
【図３Ａ】光源及びリソグラフィツールを含む撮像システムの別の例の上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの光源の部分側斜視図である。
【図３Ｃ】線３Ｃ−３Ｃに沿って切り取った図３Ａの光源の断面平面図である。
【図４】例示的ビーム位置決めシステムのブロック図である。
【図５Ａ】４分割センサ上にスポットを形成する反射ビームの例示的像である。
【図５Ｂ】４分割センサ上にスポットを形成する反射ビームの例示的像である。
【図５Ｃ】４分割センサ上にスポットを形成する反射ビームの例示的像である。
【図６】照射用増幅光ビームとターゲット材料の間の距離の関数として、４分割センサの応答の例示的グラフである。
【図７】別の例示的ビーム位置決めシステムのブロック図を示す。
【図８Ａ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図８Ｂ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図８Ｃ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図９Ａ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図９Ｂ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図９Ｃ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図１０Ａ】照射用増幅光ビームとターゲット材料との間の距離の関数として、センサ応答の例示的グラフである。
【図１０Ｂ】照射用増幅光ビームとターゲット材料との間の距離の関数として、センサ応答の例示的グラフである。
【図１１】別の例示的ビーム位置決めシステムのブロック図を示す。
【図１２】例示的光学アセンブリのブロック図を示す。
【図１３Ａ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図１３Ｂ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図１３Ｃ】ターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの側面図を示す。
【図１４】例示的光学アセンブリのブロック図を示す。
【図１４Ｂ】ターゲット材料に対して焦点位置を調整する例示的プロセスの流れ図である。
【図１５Ａ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図１５Ｂ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図１５Ｃ】２つの反射ビームを撮像するセンサからの像の例である。
【図１６】ターゲット材料に対して照射用増幅光ビームを位置合わせする例示的プロセスの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
反射した増幅光ビームの測定値に基づいてレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）極端紫外線（ＥＵＶ）光源内の増幅光ビームの位置を位置合わせ又は他の方法で制御する技術について開示する。ＬＰＰ  ＥＵＶ光源は、ターゲット材料を受けるターゲット場所に向かって増幅光ビーム（照射用増幅光ビーム又は順方向ビーム）を誘導することによって、ＥＵＶ光を生成する。ターゲット材料は、プラズマに変換された場合にＥＵＶ光を放出する材料を含む。照射用増幅光ビームがターゲット材料に当たると、ターゲット材料は増幅光ビームを吸収して、プラズマに変換することができる、及び／又はターゲット材料は照射用増幅光ビームを反射して、反射した増幅光ビーム（小滴反射ビーム又は戻りビーム）を発生させることができる。
【００３０】
ＥＵＶ光源の使用中に、照射用増幅光ビームはターゲット場所から離れて、ターゲット材料がプラズマに変換される可能性を低減することができる。以下で説明するように、反射した増幅光ビームの測定値を使用して、ターゲット材料に対して複数の次元で照射用増幅光ビームの場所を監視する。光源の動作中に、照射用増幅光ビームがターゲット場所と位置合わせされたままであるように、監視された場所を使用して、照射用増幅光ビームに対する調整を判定する。以下で説明する技術によって、ターゲット位置に対して増幅光ビームの焦点位置を監視し、ターゲット位置に対して最適位置に留まるようにビーム焦点を制御することができる。
【００３１】
複数の物理的効果により、増幅光ビームがターゲット場所から離れるようにすることができる。例えば、ターゲット場所に照射用増幅光ビームを集束させるレンズ又は湾曲ミラーなどの集束光学系を加熱することにより、集束光学系の焦点距離を変化させ、照射用増幅光ビームの伝播方向に平行である「ｚ」方向に沿って照射用増幅光ビームの焦点面を移動させることができる。照射用増幅光ビームを操縦し、ターゲット場所へと誘導する回転ミラー及び他の光学要素を振動させることにより、増幅光ビームの伝播方向を横断する「ｘ」及び／又は「ｙ」方向で、増幅光ビームをターゲット場所から離れる方向に移動させることができる。パルス状増幅光ビームの場合、小滴がターゲット場所へと進行する経路に平行である「ｘ」方向に沿った焦点位置とターゲット材料との変位は、ターゲット材料の前又は後にパルスがターゲット領域に到着していることを示すことができる。
【００３２】
増幅光ビームの場所を判定するには、異なるデータ取得率を有する別個のセンサを使用して、反射した増幅光ビームを撮像し、センサからのデータを使用して、複数の次元で増幅光ビームの位置を判定する。異なるデータ取得率のセンサを使用すると、追加の情報を提供することができる。何故なら、照射用増幅光ビームをターゲット場所に対して移動させる物理的効果の時間スケールが変動するからである。例えば、増幅光ビーム又はプラズマの吸収によりレンズ材料を加熱するなど、増幅光ビームを集束するレンズに対する熱効果は、増幅光ビームの焦点面を「ｚ」方向に沿って移動させるが、これは、光学要素の高周波振動によって引き起こされることがある「ｘ」及び／又は「ｙ」方向での何らかの動作よりも速度が遅い。
【００３３】
したがって、以下で説明する監視技術は、ターゲット場所又はターゲット材料に対して複数の次元で照射用増幅光ビームの場所を調整し、したがって照射用増幅光ビームの位置合わせを改良して、光源によって生成されるＥＵＶ光の量を増加させることにより、ＥＵＶ光源の性能を改良することができる。
【００３４】
監視技術についてさらに詳細に説明する前に、ＥＵＶ光源について説明する。図４は、複数の次元でターゲット材料に対する照射用増幅光ビームの場所を監視し、判定するビーム位置決めシステム２６０の例を示す。ビーム位置決めシステム２６０はまた、光学コンポーネントに結合されたアクチュエータ又は他の要素に提供されると、コンポーネントの位置を変化させ、照射用増幅光ビームの位置を変更する信号を発生させることもできる。
【００３５】
図１Ａを参照すると、ＬＰＰ  ＥＵＶ光源１００は、ターゲット場所１０５にあるターゲット混合物１１４に、ビーム経路に沿ってターゲット混合物１１４に向かって進行する増幅光ビーム１１０を照射することによって形成される。照射サイトとも呼ばれるターゲット場所１０５は、真空チャンバ１３０の内部１０７にある。増幅光ビーム１１０がターゲット混合物１１４に当たると、ターゲット混合物１１４内のターゲット材料が、ＥＵＶ範囲に輝線がある元素を有するプラズマ状態に変換される。発生したプラズマは、ターゲット混合物１１４内のターゲット材料の組成に依存する特定の特徴を有する。これらの特徴には、プラズマによって生成されたＥＵＶ光の波長、及びプラズマから放出されたデブリのタイプ及び量などがある。
【００３６】
光源１００はまた、液体小滴、液体流、固体粒子又はクラスタ、液体小滴内に含まれる固体粒子、又は液体流に含まれる固体粒子の形態のターゲット混合物１１４を送出、制御、及び誘導するターゲット材料デリバリシステム１２５も含む。ターゲット混合物１１４は、例えば、水、スズ、リチウム、キセノン、又はプラズマ状態に変換されるとＥＵＶ範囲に輝線を有する任意の材料のようなターゲット材料を含む。例えば、元素のスズは、純スズ（Ｓｎ）として、スズ化合物、例えば、ＳｎＢｒ４、ＳｎＢｒ２、ＳｎＨ４として、スズ合金、例えばスズ−ガリウム合金、スズ−インジウム合金、スズ−インジウム−ガリウム合金、又はこれらの合金の任意の組み合わせとして使用することができる。ターゲット混合物１１４はまた、非ターゲット粒子のような不純物も含むことができる。したがって、不純物がない状況では、ターゲット混合物１１４はターゲット材料のみで構成される。ターゲット混合物１１４は、非ターゲット粒子などの不純物も含むことがある。ターゲット混合物１１４は、ターゲット材料デリバリシステム１２５によってチャンバ１３０の内部１０７に、及びターゲット場所１０５に送出される。
【００３７】
光源１００は、レーザシステム１１５の１つ以上の利得媒体内の反転分布により、増幅光ビーム１１０を生成するドライブレーザシステム１１５を含む。光源１００は、レーザシステム１１５とターゲット場所１０５の間にビームデリバリシステムを含み、ビームデリバリシステムはビーム輸送システム１２０と、焦点アセンブリ１２２とを含む。ビーム輸送システム１２０は、レーザシステム１１５から増幅光ビーム１１０を受け、必要に応じて増幅光ビーム１１０を操縦及び修正して、増幅光ビーム１１０を焦点アセンブリ１２２へと出力する。焦点アセンブリ１２２は、増幅光ビーム１１０を受け、ビーム１１０をターゲット場所１０５に集束させる。
【００３８】
幾つかの実施態様では、レーザシステム１１５は、１つ以上のメインパルスを、及び場合によっては１つ以上のプリパルスを提供するために、１つ以上の光増幅器、レーザ及び／又はランプを含むことができる。各光増幅器は、高い利得で所望の波長を光学的に増幅することができる利得媒体と、励起光源と、内部光学系とを含む。光増幅器は、レーザミラー、又はレーザキャビティを形成する他のフィードバックデバイスを有しても、有していなくてもよい。したがって、レーザシステム１１５は、レーザキャビティがない場合でも、レーザ増幅器の利得媒体の反転分布により増幅された光ビーム１１０を生成する。さらに、レーザシステム１１５は、レーザシステム１１５に十分なフィードバックを提供するレーザキャビティがある場合に、コヒーレントレーザビームである増幅光ビーム１１０を生成することができる。「増幅光ビーム」という用語は、単に増幅されているが、必ずしもコヒーレントレーザ振幅ではないレーザシステム１１５からの光、及び増幅され、またコヒーレントレーザ振幅であるレーザシステム１１５からの光のうち１つ以上を包含する。
【００３９】
レーザシステム１１５内の光増幅器は、利得媒体として、ＣＯ２を含み、１０００以上の利得にて約９１００ｎｍと約１１０００ｎｍの間、特に約１０．６μｍの波長の光を増幅することができる充填ガスを含むことができる。レーザシステム１１５に使用するために適切な増幅器及びレーザは、パルス状レーザデバイス、例えばＤＣ又はＲＦ励起で例えば約９３００ｎｍ又は約１０６００ｎｍの放射線を生成し、比較的高い電力、例えば１０ｋＷ以上及び高いパルス繰り返し率、例えば５０ｋＨｚ以上で動作するパルス状ガス放電ＣＯ２レーザデバイスを含むことができる。レーザシステム１１５の光増幅器は、レーザシステム１１５を比較的高い電力で操作する場合に使用することができる水などの冷却システムも含むことができる。
【００４０】
図１Ｂは、例示的ドライブレーザシステム１８０のブロック図を示す。ドライブレーザシステム１８０は、光源１００内のドライブレーザシステム１１５として使用することができる。ドライブレーザシステム１８０は、３つの電力増幅器１８１、１８２及び１８３を含む。電力増幅器１８１、１８２及び１８３のいずれか、又は全部は、内部光学要素（図示せず）を含むことができる。
【００４１】
光１８４は出力窓１８５を通して電力増幅器１８１を出て、湾曲ミラー１８６で反射する。反射後、光１８４は空間フィルタ１８７を通過し、湾曲ミラー１８８で反射して、入力窓１８９を通して電力増幅器１８２に入る。光１８４は、電力増幅器１８２で増幅され、出力窓１９０を通して光１９１として電力増幅器１８２から再誘導される。光１９１は、折り返しミラー１９２で増幅器１８３に向かって誘導され、入力窓１９３を通して増幅器１８３に入る。増幅器１８３は光１９１を増幅し、光１９１を出力ビーム１９５として出力窓１９４を通して増幅器１８３から誘導する。折り返しミラー１９６は、出力ビーム１９５を上方向に（ページの外側に）、及びビーム輸送システム１２０へと誘導する。
【００４２】
空間フィルタ１８７はアパーチャ１９７を画定し、これは例えば約２．２ｍｍ〜３ｍｍの直径を有する円とすることができる。湾曲ミラー１８６及び１８８は、例えばそれぞれ約１．７ｍ及び２．３ｍの焦点距離を有するオフアクシス放物線ミラーとすることができる。空間フィルタ１８７は、アパーチャ１９７がドライブレーザシステム１８０の焦点と一致するように位置決めすることができる
【００４３】
再び図１Ａを参照すると、光源１００は、増幅光ビーム１１０が通過して、ターゲット場所１０５に到達できるようにするアパーチャ１４０を有するコレクタミラー１３５を含む。コレクタミラー１３５は、例えばターゲット場所１０５に１次焦点、中間位置１４５（中間焦点とも呼ばれる）に２次焦点を有する楕円面鏡とすることができ、ここでＥＵＶ光を光源１００から出力し、例えば集積回路ビーム位置決めシステムツール（図示せず）に入力することができる。光源１００はまた、コレクタミラー１３５からターゲット場所１０５に向かって先細になり、増幅光ビーム１１０がターゲット場所１０５に到達できるようにしながら、焦点アセンブリ１２２及び／又はビーム輸送システム１２０に入るプラズマ生成デブリの量を低減する開放式で中空の円錐形シュラウド１５０（例えばガスコーン）も含むことができる。そのために、シュラウド内に、ターゲット場所１０５へと誘導されたガス流を提供することができる。
【００４４】
光源１００は、小滴位置検出フィードバックシステム１５６、レーザ制御システム１５７、及びビーム制御システム１５８に接続された主制御装置１５５も含むことができる。光源１００は、１つ以上のターゲット又は小滴撮像装置１６０を含むことができ、これは例えばターゲット場所１０５に対する小滴の位置を示す出力を提供し、この出力を小滴位置検出フィードバックシステム１５６に提供して、これは例えば小滴の位置及び軌跡を計算することができ、そこから小滴位置の誤差を小滴毎に、又は平均で計算することができる。このように、小滴位置検出フィードバックシステム１５６は、小滴位置の誤差を入力として主制御装置１５５に提供する。したがって、主制御装置１５５は、レーザの位置、方向、及びタイミングの補正信号を、例えばレーザタイミング回路の制御に使用することができるレーザ制御システム１５７に、及び／又はビーム制御システム１５８に提供し、ビーム輸送システム１２０の増幅光ビームの位置及び整形を制御して、チャンバ１３０内のビーム焦点の位置及び／又は集光力を変化させることができる。
【００４５】
ターゲット材料デリバリシステム１２５は、ターゲット材料デリバリ制御システム１２６を含み、これは例えば主制御装置１５５からの信号に応答して、ターゲット材料供給装置１２７から放出されたままの小滴の放出点を修正し、所望のターゲット場所１０５に到達する小滴の誤差を補正するように動作可能である。
【００４６】
また、光源１００は光源検出器１６５を含むことができ、これは、パルスエネルギー、波長の関数としてのエネルギー分布、波長の特定の帯域内のエネルギー、波長の特定の帯域外のエネルギー、及びＥＵＶ強度及び／又は平均電力の角分布を含むが、それらに限定されない１つ以上のＥＵＶ光のパラメータを測定する。光源検出器１６５は、主制御装置１５５が使用するフィードバック信号を発生する。フィードバック信号は、レーザパルスのタイミング及び焦点などのパラメータの誤差を示して、ＥＵＶ光を効果的かつ効率的に生成するために適正な場所及び時間で小滴を適切に遮断することができる。
【００４７】
光源１００はまた、光源１００の様々な区間を位置合わせする、又はターゲット場所１０５への増幅光ビーム１１０の操縦を補助するために使用することができるガイドレーザ１７５も含むことができる。ガイドレーザ１７５に関して、光源１００は、焦点アセンブリ１２２内に配置されて、ガイドレーザ１７５及び増幅光ビーム１１０からの光の一部をサンプリングするメトロロジーシステム１２４を含む。他の実施態様では、メトロロジーシステム１２４はビーム輸送システム１２０内に配置される。メトロロジーシステム１２４は、光の部分集合をサンプリング又は再誘導する光学要素を含むことができ、このような光学要素は、ガイドレーザビーム及び増幅光ビーム１１０のパワーに耐えることができる任意の材料から作成される。ビーム分析システムはメトロロジーシステム１２４及び主制御装置１５５から形成される。何故なら、主制御装置１５５が、ガイドレーザ１７５からサンプリングした光を分析し、この情報を使用して、ビーム制御システム１５８を通して焦点アセンブリ１２２内のコンポーネントを調整するからである。
【００４８】
要約すると、このように光源１００は増幅光ビーム１１０を生成し、これはビーム経路に沿って誘導されて、ターゲット場所１０５にてターゲット混合物１１４を照射し、混合物１１４内のターゲット材料を、ＥＵＶ範囲の光を発するプラズマに変換する。増幅光ビーム１１０は、レーザシステム１１５の設計及び特性に基づいて決定された特定の波長（光源波長とも呼ばれる）にて動作する。さらに、増幅光ビーム１１０は、ターゲット材料がコヒーレントレーザ光を生成するのに十分なフィードバックをレーザシステム１１５に提供した場合、又はドライブレーザシステム１１５がレーザキャビティを形成するのに適切な光学的フィードバックを含む場合に、レーザビームとなることができる。
【００４９】
図２Ａを参照すると、例示的な光学的撮像システム２００の上面図が示されている。光学的撮像システム２００は、ＥＵＶ光をリソグラフィツール２１０に提供するＬＰＰ  ＥＵＶ光源２０５を含む。光源２０５は、図１Ａ及び図１Ｂの光源１００と同様である、及び／又はそのコンポーネントの一部又はすべてを含むことができる。
【００５０】
以下でさらに詳細に説明するように、光源２０５によって生成されるＥＵＶ光の量を増加させるために、光源２０５はビーム位置決めシステム２６０を含み、これは光源２０５の動作中にターゲット材料２４６に対して３次元で照射用増幅光ビーム２１６の位置を維持する。ビーム位置決めシステム２６０は、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料２４６の少なくとも一部から反射した場合に生じる反射増幅光ビーム２１６を受け、その特性を測定する。測定された特性を使用して、複数の次元で照射用増幅光ビーム２１６の位置を判定し、監視する。ビーム位置決めシステム２６０を、図４に関してさらに詳細に説明する。
【００５１】
光源２０５は、照射用増幅光ビーム２１６を生成するドライブレーザシステム２１５と、ステアリングシステム２２０と、真空チャンバ２４０と、ビーム位置決めシステム２６０と、制御装置２８０とを含む。ステアリングシステム２２０は、照射用増幅光ビーム２１６を受け、照射用増幅光ビームを操縦して、チャンバ２４０内のターゲット場所２４２に向かって集束させる。ステアリングシステム２２０は光学要素２２２及び２２４を含む。図２Ａに示す例では、光学要素２２２は、照射用増幅光ビーム２１６を受け、照射用増幅光ビーム２１６を光学要素２２４及び集束システム２２６に向かって反射する部分反射性光学要素である。
【００５２】
要素２２４は、照射用増幅光ビーム２１６を受け、必要に応じて照射用増幅光ビーム２１６を集束システム２２６に向かって操縦するビーム輸送システムなどの光学及び／又は機械的要素の集まりとすることができる。要素２２４は、照射用増幅光ビーム２１６を拡張するビーム拡張システムも含むことができる。例示的ビーム拡張システムの説明が、２００９年１２月１５日出願の「Ｂｅａｍ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ」と題した米国特許第８，１７３，９８５号明細書に見られ、これは参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００５３】
集束システム２２６は、照射用増幅光ビーム２１６を受け、ビーム２１６を焦点位置に集束させる集束光学系を含む。焦点位置は、チャンバ２４０内の焦点面２４４内にある場所又は領域である。集束光学系は、屈折性光学系、反射性光学系、又は屈折性及び反射性両方の光学コンポーネントを含む光学要素の集まりとすることができる。集束システム２２６は、集束光学系を通過する増幅光ビームに対して集束光学系を位置決めするために使用することができる回転ミラーなどの追加の光学コンポーネントも含むことができる。
【００５４】
図２Ｂ及び図２Ｃも参照すると、チャンバ２４０はターゲット領域２４２にてターゲット材料２４６を受ける。図２Ｂは光源２０５の側斜視図を示し、図２Ｃは線２Ｃ−２Ｃに沿った光源２０５の断面平面図を示す。ターゲット材料２４６は、ターゲット材料供給装置２４７から放出されるターゲット材料２４８の流れに含まれる金属性小滴とすることができる。ターゲット材料２４８の流れは、ターゲット材料供給装置２４７から放出され、「ｘ」方向に沿ってターゲット場所２４２へと進行する。照射用増幅光ビーム２１６はターゲット材料２４６に当たり、反射して反射増幅光ビーム２１７を発生させる、及び／又はターゲット材料２４６に吸収されることがある。反射した増幅光ビーム２１７は、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料２４６に向かって伝播する方向とは反対の「−ｚ」方向に、ターゲット領域２４２から伝播する。反射した増幅光ビーム２１７は、ステアリングシステム２２０の全部又は一部を通って進行し、ビーム位置決めシステム２６０に入る。
【００５５】
以上で説明したように、ターゲット材料２４６がプラズマに変換されると、ＥＵＶ光が生成される。ターゲット材料２４６は、ターゲット材料２４６が増幅光ビーム２１６のビーム苛性における最適位置にある場合に、プラズマに変換される可能性が高くなる。ビーム苛性における最適位置は、最大量のＥＵＶ光が生成される位置である。最適位置は、増幅光ビームの伝播方向に沿った２つの点にあり得る。例えば、ビーム苛性内に２つの最適場所があることがあり、一方は最小スポット位置の上流（「−ｚ」方向）、他方は最小スポット位置の下流（「ｚ」方向）にある。別の例では、ビーム苛性にある最適場所は、最小スポット位置にあってよく、焦点位置がターゲット材料２４６と一致する。
【００５６】
このように、光源２０５の動作中に、ターゲット材料２４６に対して一定の焦点位置を維持するために照射用増幅光ビーム２１６の位置を制御すると、ターゲット材料２４６を最適位置に維持することによってＥＵＶ光の生成を増加させることができる。すなわち、ターゲット材料２４６に対して照射用増幅光ビーム２１６を能動的に位置合わせすると、光源２０５の性能を改良することができる。
【００５７】
再度図２Ａを参照すると、ビーム位置決めシステム２６０は、照射用増幅光ビーム２１６の位置、焦点位置、及び／又は焦点面２４４を示す情報を測定し、インタフェース２６２を通してその情報を制御装置２８０に提供する。インタフェース２６２は、制御装置２８０とビーム位置決めシステム２６０との間のデータ交換を可能にする任意の有線又は無線通信機構とすることができる。制御装置２８０は電子プロセッサ２８２と、電子記憶装置２８４とを含む。制御装置２８０は、増幅光ビーム２１６の位置を示す情報を使用して、インタフェース２６３を通して作動システム２２７及び／又は２２８に提供される信号を発生させる。
【００５８】
電子記憶装置２８４は、ＲＡＭなどの揮発性メモリとすることができる。幾つかの実施態様では、電子記憶装置２８４は非揮発性及び揮発性部分又はコンポーネントの両方を含むことができる。プロセッサ２８２は、汎用又は専用マイクロプロセッサなどのコンピュータプログラムを実行するのに適切な１つ以上のプロセッサ、及び任意の種類のディジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサとすることができる。一般的に、プロセッサは読み取り専用メモリ又はランダムアクセスメモリ、あるいはその両方から命令及びデータを受信する。
【００５９】
電子プロセッサ２８２は、任意のタイプの電子プロセッサでよく、複数の電子プロセッサとすることができる。電子記憶装置２８４は、おそらくコンピュータプログラムとして命令を記憶し、これは実行されると、プロセッサ２８２にビーム位置決めシステム２６０及び／又は制御装置２８０内の他のコンポーネントと通信させる。
【００６０】
作動システム２２７は、集束システム２２６の１つ以上の要素と結合される１つ以上のアクチュエータを含む。作動システム２２７内のアクチュエータは、制御装置２８０から信号を受信し、それに応答して集束システム２２６内の１つ以上の要素を移動及び／又は位置変更させる。集束システム２２６内の１つ以上の光学要素が変化した結果、焦点面２４４の場所が「ｚ」方向に移動する。例えば、ビーム位置決めシステム２６０が得た測定値は、焦点面２４４がターゲット場所２４２と一致していないことを示すことがある。この例では、作動システム２２７は、照射用増幅光ビーム２１６を焦点面２４４に集束させるレンズを保持するマウントに機械的に結合されたアクチュエータを含むことができる。焦点面２４４を「ｚ」方向に移動させるには、アクチュエータがレンズを「ｚ」方向に移動させる。作動システム２２７は、集束システム２２６に含めることができる回転ミラー及び他の光学要素を調整することによって、焦点位置を「ｘ」又は「ｙ」方向に移動させることもできる。
【００６１】
作動システム２２８は、要素２２４のうち１つ以上の要素に結合される１つ以上のアクチュエータを含む。例えば、作動システム２２８は、折り畳みミラー（図示せず）を保持するマウントに機械的に結合されたアクチュエータを含むことができる。アクチュエータは、折り畳みミラーを移動させ、伝播方向「ｚ」を横断する「ｘ」又は「ｙ」方向で照射用増幅光ビームを操縦することができる。
【００６２】
照射用増幅光ビーム２１６の判定された位置に基づいて要素２２４及び２２６を移動及び／又は位置変更することにより、ターゲット材料２４６の場所に対して照射用増幅光ビーム２１６の場所を維持し、光源２０５によって生成されるＥＵＶ光の量を増加させる。
【００６３】
図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、撮像システムの別の例が示されている。図３Ａは、例示的撮像システム３００の上面図を示す。図３Ｂは撮像システム３００の側斜視図を示す、図３Ｃは線３Ｃ−３Ｃに沿って切り取った撮像システム３００の断面平面図を示す。撮像システム３００は、撮像システム２００と同様である。
【００６４】
撮像システム３００は、光源３０５と、ＥＵＶリソグラフィツール２１０とを含む。光源３０５は、ドライブレーザシステム２１５から照射用増幅光ビーム２１６を受けるステアリングシステム３２０を含む。ステアリングシステム３２０はステアリングシステム２２０と同様であるが、ただし、ステアリングシステム３２０は反射した増幅光ビーム２１７をビーム位置決めシステム２６０へと誘導する光学要素２２２を含まない。代わりに、反射した増幅光ビーム２１７は、ドライブレーザシステムの窓３３５から光学要素３４０へと反射する。光学要素３４０は、反射した増幅光ビーム２１７をビーム位置決めシステム２６０へと誘導する。光学要素３４０は、例えば平面鏡又は湾曲ミラーとすることができる。窓３３５は、ドライブレーザシステム２１５の一部である電力増幅器上の窓とすることができる。例えば、反射した増幅光ビーム２１７は、増幅器１８３の窓１９４（図１Ｂ）から反射することができる。
【００６５】
図４を参照すると、ビーム位置決めシステム２６０の例のブロック図が示されている。ビーム位置決めシステム２６０は、反射した増幅光ビーム２１７を受け、反射した増幅光ビーム２１７を複数のチャネルに分離し、各チャネルの反射した増幅光ビーム２１７の特性を測定する。反射した光ビーム２１７の特性を使用して、複数の次元でターゲット材料２４６に対する照射用増幅光ビーム２１６の場所を判定する。第１、第２、及び第３のチャネル４１５〜４１７は、光が自由空間内で伝播する経路とすることができる。幾つかの実施態様では、チャネル４１５〜４１７は、光ファイバ及び他の導波路など、チャネル内を伝播する光を案内し、少なくとも部分的に封じ込めるコンポーネントも含むことができる。
【００６６】
ビーム位置決めシステム２６０は、折り畳みミラー４０５と、部分反射性光学要素４１０ａ及び４１０ｂと、を含む。部分反射性光学要素４１０ａ及び４１０ｂは、例えばビームスプリッタ又は部分反射性鏡とすることができる。折り畳みミラー４０５は、ビーム位置決めシステム２６０を通して反射した増幅光ビーム２１７を操縦する。部分反射性光学要素４１０ａは、反射した増幅光ビーム２１７を受け、ビーム２１７の一部を第１のチャネル４１５内に反射する。部分反射性光学要素４１０ｂは、ビーム２１７の透過部分を受け、光の一部を第２のチャネル４１６内に反射する。部分反射性光学要素４１０ｂは、反射した増幅光ビーム２１７の残りの部分を第３のチャネル４１７内に透過する。
【００６７】
したがって、反射した増幅光ビーム２１７の一部は第１のチャネル４１５、第２のチャネル４１６、及び第３のチャネル４１７内を進行する。反射した増幅光ビーム２１７のうち第１のチャネル４１５内を進行する部分はビーム４１１であり、第２のチャネル４１６内を進行する部分はビーム４１２であり、第３のチャネル内を進行する部分はビーム４１３である。
【００６８】
ビーム位置決めシステム２６０はまた、センサ４２０及びセンサ４２１も含む。センサ４２０はビーム４１１を感知するように位置決めされ、センサ４２１はビーム４１２及びビーム４１３を感知するように位置決めされる。センサ４２０からのデータを使用して、ビーム４１１の表示４２６を含む像４２４を生成することができる。センサ４２１からのデータを使用して、ビーム４１２の表示４２８及びビーム４１３の表示４３０を含む像４２５を生成することができる。表示４２６、４２８及び４３０の形状及び／又は表示４２６、４２８及び４３０の位置を分析することによって、焦点面２４４（図２Ａ及び図２Ｂ）の場所及び／又はターゲット材料２４６に対する焦点位置を複数の次元で判定することができる。
【００６９】
センサ４２０及び４２１は、異なるレートでデータを取得し、したがって異なる時間スケールで生じる物理的効果に関する情報を提供する。図示の例では、センサ４２０の方がセンサ４２１より高いデータ取得率を有する。センサ４２０は、ドライブレーザ２１５の繰り返し率と同様、又はそれと同じ取得率を有することができる。幾つかの実施態様では、センサ４２０は少なくとも約５０ｋＨｚの取得率又は約６３ｋＨｚのデータ取得率を有する。高い取得率によって、センサ４２０は、ビーム輸送システム２２４の鏡の振動又はターゲット材料の流れ１１４の軌跡の振動など、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横切る方向で照射用増幅光ビーム２１６の場所を急速に変化させることがある高周波のシステムの妨害及び発生を監視するために使用することができるデータを収集することができる。照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横切る次元は、図２Ａ及び図２Ｂに示す「ｘ」及び「ｙ」方向を含む。横断方向に照射用増幅光ビーム２１６の場所が変化すると、反射した増幅光ビーム２１７の場所が対応して変化し、これらの変化をセンサ４２０で測定することができる。
【００７０】
センサ４２１は、センサ４２０より低いデータ取得率を有し、センサ４２０より相対的に多くの情報を提供することができる。センサ４２１は、例えば約４８Ｈｚのデータ取得率を有することができる。センサ４２１は、反射した増幅光ビーム２１７に含まれる波長に対して感度が高い任意のセンサとすることができる。例えば、センサ４２１はユタ州ノースローガンのＯｐｈｉｒ−Ｓｐｉｒｉｃｏｎ，ＬＬＣから入手可能なＰＹＲＯＣＡＭカメラとすることができる。図４に示す例は、像４２５を生成する単一のセンサ４２１を含むが、他の実施態様では、第２のチャネル４１６及び第３のチャネル４１７のそれぞれに別個のセンサを使用することができ、別個のセンサがそれぞれ、個々のチャネル内を進行する光の表示を有する別個の像を生成することができる。
【００７１】
ビーム位置決めシステム２６０はまた、チャネル４１５、４１６及び４１７のそれぞれに光学要素を含む。チャネル４１５は、例えばビーム４１１をセンサ４２０に集束させるレンズ又は他の要素を含むことができる光学要素４４２を含む。図５Ａ〜図５Ｃも参照すると、図４の例のセンサ４２０は、四角形のアレイに配置構成された複数の別個の感知要素４２２ａ〜４２２ｄを含む四分割センサである。センサ４２０上のビーム４１１の位置を測定するには、感知要素４２２ａ〜４２２ｄそれぞれで感知したエネルギーの量を測定する。センサ上のビーム４１１の位置を判定する例を、図１６に関して以下で説明する。
【００７２】
反射した増幅光ビーム２１７の位置が正確に確実に測定されるようにするために、センサ４２０におけるビーム４１１の直径は、感知要素４２２ａ〜４２２ｄのうち任意の１つの直径より大きいが、感知要素４２２ａ〜４２２ｄによって画定された四角形アレイの直径より小さい。この構成では、ビーム４１１はセンサ４２０の感知要素４２２ａ〜４２２ｄのうち複数に当たる傾向がある。センサ４２０に当たるビームの直径を比較的大きくするために、光学要素４３２は、ビーム４１１がセンサ４２０に集束しないように位置決めすることができる。すなわち、センサ４２０がビーム４１１を検出するが、ビーム４１１がセンサ４２０に集束しないように、光学要素４３２を焦点外れ状態で位置決めすることができる。幾つかの実施態様では、光学要素４３２は、光を拡張してセンサ４２０上に比較的大きいスポットを作成する１つ以上の光学要素を含むことができる。
【００７３】
ビーム位置決めシステム２６０はまた、チャネル４１６内に位置決めされた光学要素４３４を含む。光学要素４３４は、チャネル４１６内の部分反射性光学要素４１０ｂとセンサ４２１の間に位置決めされる。光学要素４３４は、「ｚ」方向で焦点面２４４の場所又は焦点位置を判定できるように、光学要素４１０ｂから反射した光を受けて透過する。光学要素４３４は非点収差光学要素を含むことができ、これは焦点面２４４が「ｚ」方向に移動すると、波面の焦点を修正して、表示４２８の楕円率を変化させる。光学要素４３４が非点収差光学要素を含む実施態様の一例を図７に示す。
【００７４】
幾つかの実施態様では、光学要素４１０ｂは光学要素の集まりを含み、そのいずれも非点収差ではなく、反射した増幅光ビーム２１７がターゲット材料２４６からセンサ４２１へと伝播するために異なる長さの経路を提供する。これらの実施態様では、反射した増幅光ビーム２１７のビーム直径のサイズを測定すると、「ｚ」方向で焦点面２４４の場所及び焦点苛性の形状の指示が提供される。非点収差光学要素を含まない光学要素４３６の実施態様の一例を図１２及び図１４に示す。
【００７５】
ビーム位置決めシステム２６０はまた、光学要素４１０とセンサ４２１の間に位置決めされた光学要素４３６を含む。光学要素４３６は、ビーム４１３を受けてセンサ４２１へと誘導する。センサ４２１が感知した光を使用して、表示４３０を形成する。反射した増幅光ビーム２１７のセンサ４２０上の場所の測定値とともに、表示４３０の場所は、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横断する次元で、ターゲット材料２４６に対する照射用増幅光ビーム２１６の場所の第２の指示を提供する。
【００７６】
したがって、ビーム位置決めシステム２６０は、反射した増幅光ビーム２１７の位置及び／又は形状に関する複数の測定値を提供する。システム２６０は２つの測定値を提供し、その一方は相対的に高いデータ取得率を有するセンサ４２０から、他方は低い方のデータ取得率を有するセンサ４２１からの測定値で、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横断する次元（「ｘ」又は「ｙ」）で、ターゲット材料２４６に対する照射用増幅光ビーム２１６の場所を特定するために使用することができる。システム２６０はまた、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向でターゲット材料２４６に対する焦点面２４４又は焦点位置の場所を特定するために使用することができる測定値を提供する。
【００７７】
ビーム位置決めシステム２６０はまた、ビーム経路から取り出し可能なスペクトルフィルタ４４２を含むことができる。スペクトルフィルタは一部の波長を透過し、他を遮断する。幾つかの実施態様では、２つの異なるパルス状照射用増幅光ビームをターゲット材料２４６に誘導する。これらの２つの照射用増幅光ビームをメインパルス及びプリパルスと呼ぶ。メインパルスとプリパルスとは時間的に分離され、プリパルスはメインパルスの前にターゲット材料２４６へと誘導される。プリパルス及びメインパルスは異なる波長を有することができる。例えば、プリパルスは約１．０６μｍの波長を有することができ、メインパルスは約１０．６μｍの波長の波長を有することができる。照射用増幅光ビーム２１６がプリパルス及びメインパルスを含むケースでは、反射した増幅光ビーム２１７がメインパルス及びプリパルスの反射を含むことができる。
【００７８】
反射した増幅光ビーム２１７を受けるように配置した場合、スペクトルフィルタ４４２はプリパルスをメインパルスから分離し、それによってビーム位置決めシステム２６０はプリパルス及びメインパルスのいずれか、あるいは両方を使用して、ターゲット場所２４２に対する照射用増幅光ビーム２１６の場所を判定することができる。幾つかの場合、プリパルスはメインパルスより狭い焦点スポット、及び正確な結果を提供することができる。
【００７９】
図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、センサ４２０上のビーム４１１の例が示されている。ビーム４１１はチャネル４１５を通ってセンサ４２０へと進行し、そこでビーム４１１はスポット５０５を形成する。照射用光ビーム２１６がターゲット材料２４６と位置合わせされている場合、ビーム４１１はセンサ４２０の中心に当たり、感知要素４２２ａ〜４２２ｄのそれぞれが同量のエネルギーを感知する。照射用増幅光ビーム２１６が横断次元（図２Ａ〜図２Ｃに示すような「ｘ」又は「ｙ」）でターゲット材料２４６に対して位置合わせ不良である場合、スポット５０５は、センサ４２０の中心から、照射用増幅光ビーム２１６の位置合わせ不良に対応する距離にある。
【００８０】
図５Ａ〜図５Ｃは異なる時間におけるスポット５０５を示す。図５Ａ及び図５Ｃでは、スポット５０５は中心から外れ、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット場所２４２に対して横断方向に位置合わせ不良であることを示す。図５Ｂでは、スポット５０５はセンサ４２０の中心にあり、照射用増幅光ビーム２１６が横断方向でターゲット場所と位置合わせされていることを示す。以上で説明したように、センサ４２０上でスポット５０５の場所が変動することは、照射用増幅光ビーム２１６の場所が高周波で変化していることを示す。
【００８１】
図６を参照すると、ターゲット材料２４６と焦点位置との間の横断距離の関数として、感知要素４２２ａ〜４２２ｄ上のエネルギー量の差の例が示されている。図６は、ターゲット材料２４６を照射用増幅光ビーム２１６に対して垂直面（図２Ａに示す「ｙ」方向）で移動させた場合のセンサ４２０の応答を示す。
【００８２】
図７を参照すると、別の例示的ビーム位置決めシステムのブロック図が示されている。ビーム位置決めシステム７００は、システム２６０ではなく光源１００、２０５又は３０５とともに使用することができる。ビーム位置決めシステム７００は、ターゲット材料２４６に対する焦点位置の場所を測定する非点収差光学系を含む。
【００８３】
ビーム位置決めシステム７００は、折り畳みミラー７０５及び部分反射性光学系７１０ａ及び７１０ｂを含む。部分反射性光学系７１０ａ及び７１０ｂは、例えばビームスプリッタ又は部分反射性鏡とすることができる。ビーム位置決めシステム７００は反射した増幅光ビーム２１７を受け、ビーム２１７を別個のチャネル７１５、７１６及び７１７内に分割する。反射した増幅光ビーム２１７は部分反射性光学系７１０ａに当たり、一部（ビーム７１１）が第１のチャネル７１５内に反射される。第１のチャネル７１５はまた、高速横断チャネルとも呼ばれる。折り畳みミラー７０５はビーム７１１を光学要素７３２へと誘導し、光学要素７３２はビーム７１１をセンサ７２０に誘導する及び／又は集束させる。光学要素７３２は光学要素４３２（図４）と同様であり、センサ７２０はセンサ４２０（図４）と同様の４分割センサ７２０である。
【００８４】
部分反射性光学系７１０ｂは、反射性光学系７１０ａが透過した戻りビーム２１７の一部を受ける。反射性光学系７１０ｂが透過した戻りビーム２１７の一部は、ビーム７１３として第３のチャネル７１７に入る。第３のチャネル７１７を「低速横断チャネル」と呼ぶ。折り畳みミラー７０５は、ビーム７１３を第３のチャネル７１７に通して光学系７３６へと誘導し、これがビーム７１３をセンサ７２１に集束させる及び／又は誘導する。センサ７２１によって収集されたデータを使用して、ビーム７１２を表すスポット７５２及びビーム７１３を表すスポット７５４を含む像７５０を作成することができる。
【００８５】
部分反射性光学系７１０ｂは一部をチャネル７１６内にビーム７１２として反射する。チャネル７１６を「低速ｚチャネル」と呼ぶ。部分反射性光学系７１０ｂはビーム７１２を光学アセンブリ７３４へと誘導し、これがビーム７１２をセンサ７２１に集束させ、誘導する。センサ７２１はセンサ４２１（図４）と同様である。ビーム７１２は光学アセンブリ７３４のコンポーネントに入って、それを通過し、光学アセンブリ７３４を出て、センサ４２１に感知される。ビーム７１２はセンサ４２１上にスポットを形成する。
【００８６】
光学アセンブリ７３４は、平坦な反射性要素７４０、空間フィルタ７４１、非点収差光学要素７４６、及びレンズ７４８を含む。平坦な反射性要素７４０は平面鏡とすることができる。非点収差光学要素７４６は、例えば円柱レンズ又は鏡、円筒レンズ及び鏡の集まり、又は双円錐鏡とすることができる。
【００８７】
ビーム７１２は光学アセンブリ７３４に入り、平坦な反射性要素７４０で反射して空間フィルタ７４１に入る。空間フィルタ７４１はレンズ７４２、レンズ７４３及びアパーチャ７４４を含む。アパーチャ７４４は、レンズ７４２の焦点に配置された開口７４５を画定し、アパーチャ７４４はビーム７１２がセンサ７２１に到達する前に、それをフィルタリングする。ビーム７１２を開口７４５に通すと、ビーム７１２から背景放射及び散乱を除去するのに役立つ。球形光学系７３６とともに平面鏡７０５を使用することにより、円柱又は非点収差光学系を含むチャネルよりも厳密に、「ｘ」及び／又は「ｙ」方向で焦点の位置を測定することができる。
【００８８】
レンズ７４３はビーム７１２を平行にし、ビームを非点収差光学要素７４６に誘導する。非点収差光学要素７４６を通過した後、ビーム７１２は、レンズ７４８を通過してセンサ７２１上にスポットを形成する。光学アセンブリ７３４が非点収差要素を含むので、照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置がターゲット材料２４６に対して伝播方向に移動すると、スポットの楕円率が変化する。
【００８９】
図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｂを参照すると、焦点面２４４及びターゲット材料２４６の様々な相対的配置の例、及びセンサ７２１によって作成された例示的像が示されている。図８Ａ〜図８Ｃは、例えば光学コンポーネント内の加熱及び／又は動作などにより「ｚ」及び「ｙ」方向に移動する焦点位置の例を示す。図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれセンサ７２１によって収集されたデータから作成された例示的像７５０Ａ〜７５０Ｃを示す。
【００９０】
ビーム位置決めシステム７００内で、ビーム７１２はチャネル７１６を通って進行し、センサ７２１で受けられる。ビーム７１３はチャネル７１７を通って進行し、センサ７２１で受けられる。チャネル７１６及び７１７の光学コンポーネントは、チャネル７１６からの光がセンサ７２１の左側に当たり、チャネル７１７からの光がセンサ７２１の右側に当たるように位置合わせされる。したがって、像７５０Ａ〜７５０Ｃの左側はビーム７１２の表示を示し、像７５０Ａ〜７５０Ｃの右側はビーム７１３の表示を示す。
【００９１】
図９Ａの像７５０Ａは、センサ７２１が図８Ａと同様のシナリオを監視した場合にセンサ７２１によって生成される像を示し、ここでは焦点面２４４がターゲット材料２４６と一致している。この場合は、ターゲット材料２４６と焦点位置の間に「ｚ」又は「ｙ」方向の変位がなく、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料２４６と位置合わせされている。像７５０Ａは、ビーム７１２（光学アセンブリ７３４及び非点収差光学要素７４６を通過する）の表示７５２Ａが円形であるので、位置合わせされた状態を示す。さらに、ビーム７１３の表示７５４Ａがセンサ７２１の右側の中心と一致し、照射用増幅光ビーム２１６が図８Ａに示す「ｙ」方向でターゲット材料２４６と一致していることを示す。
【００９２】
図９Ｂの像７５０Ｂは、センサ７２１が図８Ｃと同様のシナリオを監視した場合にセンサ７２１によって生成される像を示す。この場合、ターゲット材料２４６は「ｚ」及び「−ｙ」方向で焦点位置から変位している。像７５０Ｂは、センサ７５１上の表示７５２Ｂの楕円率と表示７５４Ｂの場所で、この位置合わせ不良を示す。特に、表示７５２Ｂの横軸は縦軸より広く、焦点位置がターゲット材料２４６に対して「−ｚ」方向に変位していることを示す。ビーム７１３の表示７５４Ｂは、表示７５４Ａと比較して左側に移動しており、ターゲット材料２４６がターゲット材料２４６に対して「−ｙ」方向に変位していることを示す。
【００９３】
図９Ｃの像７５０Ｃは、センサが図９Ｃと同様のシナリオを監視した場合にセンサ７２１によって生成される像を示す。この場合、ターゲット材料２４６が焦点位置の背後でその下にある。像７５０Ｃは、センサ７５１上の表示７５２Ｃの楕円率及び表示７５４Ｃの場所でこの位置合わせ不良を示す。特に、ビーム７１２の表示７５２Ｃの縦軸は横軸より広く、ターゲット材料２４６が焦点位置から「−ｚ」方向に変位していることを示す。表示７５４Ｃは、ターゲット材料２４６がターゲット材料２４６に対して「ｙ」方向に変位していることを示す。
【００９４】
図１０Ａは、「ｘ」方向のターゲット材料２４６の位置の関数として、ビーム７１２の表示の楕円率の例を示す。照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置がターゲット材料２４６と一致している場合、楕円率は０である。このようなシナリオを図８Ａ及び図９Ａに示す。図８Ｂ及び図９Ｂに示すように、ターゲット材料２４６に到達する前に焦点位置が形成された場合、楕円率はマイナスである（横軸が縦軸より大きい）。図８Ｃ及び図９Ｃに示すように、ターゲット材料２４６の後に焦点位置が形成された場合、楕円率はプラスである（横軸が縦軸より小さい）。
【００９５】
図１０Ｂは、「ｙ」方向のターゲット材料２４６の位置の関数として、ビーム７１３の表示の重心位置の例を示す。重心がセンサ７２１の右側の中心の左側にある場合、重心はマイナスの値を有すると見なすことができ、ターゲット材料２４６は焦点位置に対して「−ｙ」方向の場所にある（図８Ｂ）。重心がセンサ７２１の右側の中心の右側にある場合、ターゲット材料２４６は焦点位置に対して「ｙ」方向の場所にある（図８Ｃ）。
【００９６】
図１１は、別の例示的ビーム位置決めシステム１１００のブロック図である。ビーム位置決めシステム１１００は、ビーム位置決めシステム２６０又はビーム位置決めシステム７００ではなく、光源２０５又は３０５とともに使用することができる。ビーム位置決めシステム１１００は反射した増幅光ビーム２１７が進行する３つのチャネルを含み、ビーム位置決めシステム１１００は、ターゲット材料２４６に対して複数の次元で照射用増幅光ビーム２１６の場所を特定するために使用されるデータを提供する。ビーム位置決めシステム１１００は、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向（図２Ｂに示す「ｚ」方向）に平行な方向で照射用増幅光ビーム２１６の場所を特定するために使用される１つ以上の非点収差光学要素をチャネル内に含む。
【００９７】
ビーム位置決めシステム１１００はまた、スペクトルフィルタ１１４２を含む。スペクトルフィルタ１１４２は、図４に関して説明したスペクトルフィルタ４４２と同様である。ビーム位置決めシステム１１００は、反射した増幅光ビーム２１７を受ける。反射した増幅光ビーム２１７は部分反射性光学要素１１１０ａに当たり、反射した増幅光ビーム２１７の一部がチャネル１１１５内に反射する。反射した増幅光ビーム２１７のうちチャネル１１１５内に反射する部分はビーム１１１１である。ビーム１１１１は光学系１１３２を通過してセンサ１１２０に至る。光学系１１３２は光学要素４３２（図４）と同様とすることができ、センサ１１２０は図４に関して説明した４分割検出器４２０とすることができる。
【００９８】
反射した増幅光ビーム２１７のうち部分反射性光学要素１１１０ａが透過する部分は、部分反射性光学要素１１１０ｂによってビーム１１１２と１１１３に分割される。ビーム１１１２はチャネル１１１６内を進行し、ビーム１１１３はチャネル１１１７内を進行する。チャネル１１１６は光学系１１３４を含み、ビーム１１１２は光学系１１３４を通過してセンサ１１２１に至る。光学要素１１３４は光学系４３４と同様とすることができる。
【００９９】
チャネル１１１７は、偏光器１１４０と、フィルタ制御装置１１４４に結合されたスペクトルフィルタ１１４２と、平坦な反射性要素１１４６と、レンズ１１４８と、非点収差光学要素１１５０とを含む。偏光器１１４０及びスペクトルフィルタ１１４２は、チャネル１１１７から除去することができる。偏光器１１４０及びスペクトルフィルタ１１４２がチャネル１１１７内にない場合、ビーム１１１３はこれらの要素を通過しない。スペクトルフィルタ１１４２は、第１の波長帯域の光を透過し、第２の波長帯域の光を遮断するスペクトルフィルタとすることができる。第１の波長帯域はプリパルスの波長を含むことができ、第２の波長帯域はメインパルスの波長を含むことができる。この例では、スペクトルフィルタ１１４２はプリパルスを透過し、メインパルスを遮断する。スペクトルフィルタ１１４２は複数のスペクトルフィルタを含むことができ、１つはプリパルスを遮断してメインパルスを透過し、別のスペクトルフィルタはメインパルスを遮断してプリパルスを透過する。フィルタ制御装置１１４４は、スペクトルフィルタ１１４２をチャネル１１１７から除去し、スペクトルフィルタ１１４２をチャネル１１１７に配置するために使用される。スペクトルフィルタ１１４２が複数のフィルタを含む実施態様では、フィルタ制御装置１１４４によって複数のフィルタからチャネル１１１７に配置すべき１つを選択することができる。
【０１００】
ビーム１１１３は非点対称光学要素１１５０を出て、センサ１１５２によって感知される。センサ１１５２及びセンサ１１２１は、センサ１１２０より低いデータ取得率を有する。センサ１１５２及びセンサ１１２１は、ユタ州ノースローガンのＯｐｈｉｒ−Ｓｐｉｒｉｃｏｎ，ＬＬＣから入手可能なＰＹＲＯＣＡＭカメラとすることができる。幾つかの実施態様では、１つのセンサのみ（センサ１１５２又はセンサ１１２１）が必要であるように、ビーム１１１２及び１１１３を同様の場所に誘導することができる。
【０１０１】
図１２を参照すると、ビーム位置決めシステムの別の例示的光学アセンブリ１２００が示されている。光学アセンブリ１２００は、ビーム位置決めシステム２６０内で光学要素４３４として、光学アセンブリ７３４ではなくビーム位置決めシステム７００内で、又はチャネル１１１７内のビーム位置決めシステム１１００内で使用することができる。
【０１０２】
光学アセンブリ１２００は、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向でターゲット材料２４６に対する焦点位置の位置を判定するために使用することができる情報を提供する。光学アセンブリ１２００は非点収差光学要素を含まない。代わりに、光学要素１２００は複数の無非点収差光学要素を使用して、ターゲット材料２４６とセンサ１２２１の間にそれぞれ異なる長さを有する一連の光路を発生させる。戻りビーム２１７のうち各経路を進行する部分が、センサ１２２１上に撮像される。経路は異なる長さを有するので、特定の経路を辿るビームの像は、伝播方向に沿って特定の場所における照射用増幅光ビーム２１６の断面の像である。異なる経路を辿るビームの一連の像を分析することにより、ターゲット材料２４６に対する焦点位置の場所を判定し、必要に応じて調整することができる。
【０１０３】
光学アセンブリ１２００は、レンズ１２０２及び部分反射性光学系１２０５ａ及び１２０５ｂを含む。光学アセンブリ１２００は、光源１２０４（光源２０５又は３０５と同様でよい）からの戻りビーム２１７を受ける。例示のために、図１２は異なる時間に発生する戻りビーム２１７の２つの場合を示す。戻りビーム２１７ａは、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット場所２４２に集束した場合に生じる反射増幅光ビームである。図１２に示す第２の戻りビームはビーム２１７ｂである。戻りビーム２１７ｂは、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料２４６に到達する前に焦点に来たときに生じる。また図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料に集束した状態の光源の側面図が図１３Ａに示されている。照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料２４６に到達する前に集束した状態の光源の側面図が、図１３Ｂに示されている。
【０１０４】
ビーム２１７ａはレンズ１２０２を通って進行し、部分反射性光学要素１２０５ａによって透過及び反射する。ビーム２１７ａの透過部分は、センサ１２２１上にスポット１２１０を形成する。ビーム２１７ａの反射部分は、ビーム１２１８ａとして示されている。ビーム１２１８ａは、反射性光学要素１２０５ｂによって反射及び透過される。ビーム２１７ａの光学要素１２０５ｂによって反射した部分は、センサ１２２１上にスポット１２１１を形成する。ビーム２１７ｂはレンズ１２０２を通って進行し、部分反射性光学要素１２０５ａによって透過及び反射する。ビーム２１７ｂの透過部分は、センサ１２２１上にスポット１２１２を形成する。ビーム２１７ｂの反射部分（ビーム１２１８ｂ）は、反射性光学要素１２０５ｂによって反射及び透過する。ビーム２１７ｂの光学要素１２０５ｂで反射する部分は、センサ１２２１上にスポット１２１２を形成する。
【０１０５】
像１２５０に示すように、レンズ１２０２はビーム２１７ａをセンサ１２２１の焦点へともたらす。したがって、スポット１２１０の直径は小さくなる。ビーム１２１８ａの方がセンサ１２２１へと辿る経路が長く、センサ１２２１に到達する前に点１２２５にて焦点に至る。ビーム１２１８ａは、点１２２５の後に発散し始め、スポット１２１１はスポット１２１０より大きい直径を有する。
【０１０６】
レンズ１２０２は、ビーム２１７ｂがセンサ１２２１に到達する前に、ビーム２１７ｂを点１２２６に集束させる。ビーム２１７ｂは、センサ１２２１に到達する前に発散し始める。したがって、ビーム２１７ｂがセンサ上に形成するスポット１２２１は、ビーム２１７ｂがセンサ１２２１で集束するような場合より大きい直径を有する。ビーム１２１８ｂがセンサ１２２１まで辿る経路が長くなり、焦点１２２６がセンサ１２２１からさらに離れた位置に生じる。このように、ビーム１２１８ｂによって形成されたスポット１２１３は、スポット１２１２より大きい直径を有する。
【０１０７】
スポット１２１２と１２１３の直径を比較することにより、ビーム２１７ｂが収束し、焦点面２４４及び照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置が（「−ｚ」方向で）ターゲット材料２４６の前に生じることが判定される。焦点面２４４を調整して、伝播方向に沿ってターゲット材料２４６へと移動させる、又はターゲット材料２４６を焦点面２４４の場所へと移動させることができる。
【０１０８】
また図１３Ｃを参照すると、増幅光ビーム２１６が（「＋ｚ」方向で）ターゲット材料２４６の後に焦点位置を有し、反射した増幅光ビーム２１７が発散して、スポット１２１３がスポット１２１２より大きい直径を有する例である。したがって、増幅光ビーム２１６の焦点位置を調整して、ターゲット材料２４６の予想場所に近づけることができる。すなわち、焦点位置を「−ｚ」方向に移動させることにより、増幅光ビーム２１６の焦点位置をターゲット場所２４７に向かって移動させることができる。
【０１０９】
図１４を参照すると、別の光学アセンブリ１４００の例が示されている。光学アセンブリ１４００は光学アセンブリ１２００と同様であるが、ただし光学アセンブリ１４００は５つの部分反射性光学要素１４０５ａ〜１４０５ｅを含む。光学アセンブリ１４００は、光学アセンブリ１２００の代わりにビーム位置決めシステム内で使用することができる。
【０１１０】
部分反射性光学要素１４０５ａ〜１４０５ｅはそれぞれ、ターゲット材料２４６からセンサ１２２１まで異なる長さの経路を提供し、センサ１２２１上に対応するスポット１４１０〜１４１４を作成する。図１４に示す例では、レンズ１４０２は、照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置がターゲット材料２４６と一致した場合に生じる平行になった戻りビーム２１７を、センサ１２２１上のスポット１４１２に集束させる。したがって、スポット１４１２とは異なる戻りビーム２１７の異なる断面の尺度であるスポット１４１０の方が、直径が大きくなる。この例では、スポット１４１２はスポット１４１０〜１４１４のうち最小の直径を有する。
【０１１１】
スポット１４１０〜１４１４の直径を比較することにより、ターゲット材料２４６（又はターゲット場所２４２）に対する増幅光ビーム２１６の焦点位置の場所を判定することができる。例えば、最小直径のスポットがスポット１４１０である場合、照射用増幅光ビーム２１６の焦点を調整して、例えば伝播方向に沿ってターゲット材料２４６へと移動させることができる、又はターゲット材料２４６を焦点面２４４の場所及び焦点位置に向かって移動させることができる。最小直径のスポットがスポット１４１４である場合、照射用増幅光ビーム２１６の焦点を調整して、ターゲット材料２４６から離すことができる。
【０１１２】
図１２の例は、２つの部分反射性光学要素１２０５ａ及び１２０５ｂを示し、図１４の例は５つの部分反射性光学要素１２０５ａから１２０５ｅを示すが、他の数の反射性光学要素を使用することができる。
【０１１３】
図１４Ｂは、アセンブリ１２００又は１４００などの無非点収差光学アセンブリを使用して増幅光ビーム２１６の焦点位置を調整する例示的プロセス１４００Ｂを示す。プロセス１４００Ｂは、アセンブリ１２００又は１４００で収集したデータのみで、又はビーム位置決めシステム２６０、７００又は１１００のいずれかの一部としてアセンブリ１２００又は１４００とともに実行することができる。プロセス１４００Ｂは、制御装置２８０によって、及び／又はビーム位置決めシステムの１つ以上のセンサの電子プロセッサによって実行することができる。以下の説明では、プロセス１４００をビーム位置決めシステム２６０、アセンブリ１４００、及びセンサ１２２１に関して説明する。
【０１１４】
戻りビーム２１７が少なくとも１つの光学要素と相互作用して、複数のビームを形成し、各ビームがセンサ１２２１まで異なる長さの経路を辿り、各ビームがセンサ１２２１上にそれぞれスポット１４１０〜１４１４を形成する（１４５０）。戻りビーム２１７と少なくとも１つの光学要素との相互作用は、戻りビーム２１７をレンズ１４０２に通して戻りビーム２１７を集束させるステップを含むことができる。他の実施態様では、戻りビーム２１７が少なくとも１つの光学要素と相互作用することは、戻りビーム２１７を集束させる湾曲ミラーなどの反射性要素で戻りビーム２１７を反射することを含むことができる。
【０１１５】
戻りビーム２１７が少なくとも１つの光学要素と相互作用することは、戻りビーム２１７を少なくとも１つの部分反射性要素に通して複数のビームを形成することを含む。ビームはそれぞれ、ターゲット材料２４６及び／又はレンズ１２０２からセンサ１２２１まで異なる長さの経路を辿り、センサ１２２１の異なる部分にスポットを形成する（図１２に示すように）。例えば、図１２に示すように、５つの反射性要素を使用して、戻りビーム２１７を５つのビームに分割することができ、それぞれがセンサ１２２１まで異なる長さの経路を辿る。異なる数の反射性要素を使用することができる。反射性要素は、例えばビームスプリッタ、部分反射性鏡、又はビームを異なる経路に沿って伝播する２つ以上のビームに分割する任意の他の光学要素とすることができる。
【０１１６】
複数のビームはそれぞれ、センサ１２２１上にスポットを形成する。複数のビームのそれぞれでレンズ１４０２とセンサ１２２１の間の経路長が異なるので、スポットの直径が変動する。センサ１２２１までの経路長が変動するので、センサ１２２１上のスポット１４１０〜１４１４は、伝播方向に沿って異なる面で得たビームの断面のサンプルと見なすことができる。スポット１４１０〜１４１４の相対的サイズを比較すると、照射用光ビーム２１６の伝播方向でターゲット材料２４６に対する照射用増幅光ビーム２１６の焦点の場所に関する指示が提供される。
【０１１７】
複数のスポット１４１０〜１４１４それぞれのサイズを判定する（１４６０）。サイズは、例えばスポットの直径又はスポットの面積とすることができる。判定されたサイズを比較する（１４７０）。この比較に基づいて、増幅光ビーム２１６の焦点位置の場所を判定する（１４８０）。例えば、センサ１２２１、反射性要素１４０５ａ〜１４０５ｅ、及びレンズ１４０２は、戻りビームがレンズ１４０２を通過する時に平行にされるように、増幅光ビーム２１６の焦点位置がターゲット材料２４６と重なる場合、戻りビーム２１７がスポット１４１２に集束されるように、相互に対して配置構成することができる。この例では、スポット１４１１がスポット１４１２より小さいと測定された場合、増幅光ビーム２１６の焦点位置はターゲット材料２４６と重ならない。例えば、戻りビーム２１７は平行にならずに収束することができ、そのことは増幅光ビーム２１６の焦点位置を「＋ｚ」方向にターゲット場所２４２へと移動しなければならないことを示すことができる。他の実施態様は、異なる構成で配置構成された光源１２０４の光学コンポーネントを有することができる。例えば、他の実施態様では、収束する戻りビーム２１７は、増幅光ビーム２１６がターゲット場所２４２に対して「−ｚ」方向に移動しなければならないことを示すことができる。
【０１１８】
「ｚ」方向（ビーム２１６の伝播方向）で照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置を位置決めするには、作動システム２２８及び２２７の１つ以上のアクチュエータがビーム輸送システム２２４及び／又は集束システム２２６（図２Ａ）内の鏡、レンズ及び／又はマウントを移動して、照射用増幅光ビーム２１６をターゲット材料２４６へと操縦する。プロセス１２００Ｂが制御装置２８０によって、又は制御装置２８０で完全に又は部分的に実行される実施態様では、制御装置２８０によって焦点位置の場所を提供又は計算することができ、制御装置２８０は、輸送システム２２４及び／又は集束システム２２６内のコンポーネントの量に対応する信号を生成し、増幅光ビーム２１６の焦点の場所を移動させる、又は調整することができる。
【０１１９】
図１５Ａ〜図１５Ｃを参照すると、光学アセンブリ１２００を含むビーム位置決めシステムの２つのチャネルを撮像するセンサから発生された例示的像が示されている。ビーム位置決めシステムは、ビーム位置決めシステム２６０、７００、又は１１００のいずれでもよく、チャネル３１６、７１６又は１１１６それぞれで光学アセンブリ１２００を使用する。像１５０５Ａ〜１５０５Ｃは、照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置がターゲット材料２４６に対して移動すると、３つの異なる時間におけるセンサの像を示す。像１５０５Ａ〜１５０５Ｃの左側はスポット１２１０及び１２１１を示す。また図１２を参照すると、スポット１２１０は、戻りビーム２１７がセンサ１２２１に到達する前にレンズ１２０２を通過する場合に生じる。戻りビーム２１７がレンズ１２０２を通過し、センサ１２２１に到達する前に部分反射性光学要素１２０５ａ及び１２０５ｂで反射した場合に、スポット１２１１が生じる。
【０１２０】
像１５０５Ａ内で、スポット１２１０Ａはスポット１２１１Ａより大きい直径を有し、ターゲット材料２４６に到達する前に照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置が生じることを示す。像１５０５Ｂ内で、スポット１２１０Ｂはスポット１２１１Ｂより小さい直径を有し、ターゲット材料２４６に到達する前に照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置が生じることを示す。したがって、像１５０５Ａに基づいて行った焦点位置の調整は適切な方向であったが、焦点位置はターゲット材料２４６と重ならない。像１５０５Ｃ内で、スポット１２１０Ｃは点状であり、レンズ１２０２がビーム２１７をセンサ１２２１に集束し、したがって照射用増幅光ビーム２１６がターゲット材料に集束させることを示す。
【０１２１】
像１５０５Ａ〜１５０５Ｃの右側は、チャネル３１７、７１７又は１１１６を通って進行する戻りビーム２１７の部分の像であるスポット１５２０Ａ〜１５２０Ｃを示す。像９０５Ａ〜９０５Ｃ（図９Ａ〜図９Ｃ）の右側と同様に、スポット１５２０Ａ〜１５２０Ｃは、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横断する方向におけるターゲット材料２４６に対する照射用増幅光ビーム２１６の移動を示す。像１５０５Ａは、照射増幅光ビーム２１６が垂直面でターゲット材料２４６の上にあること（図２Ａの「ｙ」方向）を示し、像１５０５Ｂは、照射用増幅光ビーム２１６が垂直面でターゲット材料２４６の下にあること（図２Ｂの「−ｙ」方向）を示す。像１５０５Ｃで表示された時点で、照射用増幅光ビーム２１６は垂直面にてターゲット材料２４６と重なる。
【０１２２】
図１６を参照すると、ターゲット材料に対して照射用増幅光ビームを位置合わせする例示的プロセス１６００が示されている。プロセス１６００は、ビーム位置決めシステム２６０、７００、又は１１００のいずれかで収集したデータで実行することができる。プロセス１６００は、制御装置２８０によって、及び／又はビーム位置決めシステム内の１つ以上のセンサの電子プロセッサによって実行することができる。以下の説明では、プロセス１６００をビーム位置決めシステム２６０に関して説明する。
【０１２３】
反射した増幅光ビームの第１、第２及び第３の測定値にアクセスする（１６１０）。反射した増幅光ビームは、ターゲット材料で反射したビームである。例えば、反射した増幅光ビームは戻りビーム２１７とすることができる。第１の測定値は第１のセンサから得られ、第２及び第３の測定値は第２のセンサから得られる。例えば、第１の測定値は４分割検出器４２０から得ることができ、第２及び第３の測定値はセンサ４２１から得ることができる。第１のセンサは、第２のセンサより高いデータ取得率を有する。以下で説明するように、異なるデータ取得率のセンサを使用することにより、プロセス１６００は照射用増幅光ビーム２１６の位置合わせの変化を考慮に入れることができ、これは複数の物理的効果から生じ、その一部は他より短い時間フレームで生じる。第２及び第３の測定値は、センサ４２１などの単一のセンサから得るか、第２及び第３の測定値は、２つの異なるセンサから得ることができる。第２及び第３の測定値を同じセンサから得ると、比較的コンパクトでコンポーネントの少ないビーム位置決めシステムになり得る。幾つかの実施態様では、第２及び第３の測定値は２つの異なるセンサから得られ、その両方を全く同じものとすることができる。
【０１２４】
第１の測定値に基づいて、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビーム２１６の第１の場所を判定する（１６２０）。第１の場所は、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横断する方向にある。例えば、方向は図２Ｂに示す「ｘ」方向又は「ｙ」方向とすることができる。したがって、第１の場所は、ターゲット材料に対して「ｘ」又は「ｙ」方向の場所とすることができる。第１の場所は、照射用増幅光ビーム２１６とターゲット材料２４６との間の距離を表す値として表現することができる。幾つかの実施態様では、この距離は、照射用増幅光ビーム２１６の焦点面２４４とターゲット材料２４６との間の距離とすることができる。距離は、照射用増幅光ビーム２１６とターゲット場所２４２（ターゲット材料を受けると予想される場所）との間とすることができる。距離は、増幅光ビーム２１６の焦点位置とターゲット場所２４２又はターゲット材料との間とすることができる。
【０１２５】
第１のセンサが４分割検出器である実施態様では、第１の場所はセンサ４２０上のスポット４１１の場所から判定することができる。例えば、スポット４１１はセンサ４２０の左側にあり、ターゲット材料２４６は焦点位置から「ｙ」方向に変位している。センサ４２０上のスポット５０５の位置を判定するには、感知要素４２２ａ〜４２２ｄのそれぞれによって感知されたエネルギーを測定し、比較する。
【０１２６】
感知要素４２２ａ〜４２２ｄのそれぞれがビーム４１１から同量のエネルギーを受ける場合、スポット５０５はセンサ４２０の中心にあり、照射用増幅光ビーム２１６が横断方向でターゲット材料２４６と位置合わせされる。センサ４２０の中心からスポット５０５のオフセットを判定するには、各感知要素４２２ａ〜４２２ｄにおけるエネルギーが異なる。センタからのスポット５０５の垂直方向のオフセットは、センサ４２０の底部にある感知要素４２２ｃ及び４２２ｄからのエネルギーの合計を、センサ４２０の頂部にある感知要素４２２ａ及び４２２ｂからのエネルギーの合計から引くことによって判定することができる。マイナスの値は、スポット５０５の中心がセンサ４２０の中心より下にあることを示し、プラスの値は、スポット５０５の中心がセンサ４２０の中心より上にあることを示す。スポット５０５の水平方向のオフセットは、センサ４２０の左側にあるエネルギーの合計をセンサ４２０の右側にあるエネルギーの合計から引くことによって判定される。マイナスの値は、スポット５０５の中心がセンサ４２０の中心の右側であることを示し、プラスの値は、スポット５０５の中心がセンサ４２０の中心の左側であることを示す。
【０１２７】
オフセットの量に基づいて、制御装置２８０は対応する量を判定し、作動システム２２７及び／又は作動システム２２８の１つ以上のアクチュエータを動作させて、ターゲット材料２４６と位置合わせされるように照射用増幅光ビーム２１６を調整する。
【０１２８】
感知要素４２２ａ〜４２２ｄの信号の差は、センサ４２０からの単一データフレームから判定することができる。幾つかの実施態様では、小滴と照射用増幅光ビーム２１６との間の横断方向の距離を判定する前に、センサ４２０からの複数のデータフレームを平均する。例えば、信号の差を判定する前に、センサ４２０からの１６又は２５０のデータフレームを平均することができる。さらに、感知要素４２２ａ〜４２２ｄすべての信号の合計で信号の差を割ることができる。
【０１２９】
第２の測定値に基づいて、ターゲット材料に対する照射用増幅光ビーム２１６の第２の場所を判定する（１６３０）。第２の場所も、照射用増幅光ビーム２１６の伝播方向を横断する方向（図２Ａの「ｘ」又は「ｙ」方向）にある。第２の場所は、第１の場所に対して垂直の方向とすることができる。例えば、第１の場所がターゲット材料２４６と照射用増幅光ビーム２１６との間の「ｘ」方向の距離である場合、第２の場所は、ターゲット材料２４６と照射用増幅光ビーム２１６との間の「ｙ」方向の距離とすることができる。
【０１３０】
第２の場所は、第１のセンサより低いデータ取得率を有するセンサ４２１などのセンサで得られるデータから判定される。したがって、第２の場所及び第１の場所が同じ方向に沿っている実施態様でも、第２の場所と第１の場所は異なる情報を提供する。例えば、第１のセンサからのデータで、ある期間にわたって特定の方向で照射用増幅光ビーム２１６の場所を追跡すると、照射用増幅光ビーム２１６の位置の高周波変動が示され、第２のセンサからのデータで、ある期間にわたってその方向で照射用増幅光ビーム２１６の位置の変動を追跡すると、順方向ビームの低周波変動が示される。
【０１３１】
第３の測定値に基づいて、ターゲット材料に対する増幅光ビームの焦点位置の場所を判定する（１６４０）。照射用増幅光ビーム２１６の焦点位置の場所を、順方向ビームの伝播方向に平行である方向（図２Ａの「ｚ」方向）で判定する。ターゲット材料２４６に対する焦点位置の場所は、非点収差光学要素を通過する光によって形成されたスポットの楕円率を測定することによって（図７及び図１１）、又は一連の無非点収差光学要素を使用して、それぞれが照射用増幅光ビーム２１６の異なる断面を示すスポットを発生させることによって（図１２及び図１４）判定することができる。
【０１３２】
照射用増幅光ビームは、第１の場所、第２の場所、又はターゲット材料に対して照射用増幅光ビームを位置合わせする焦点面の場所のうち１つ以上に基づいて、ターゲット材料に対して位置変更される（１６５０）。照射増幅光ビーム２１６を「ｘ」又は「ｙ」方向で位置合わせするには、作動システム２２８及び２２７の１つ以上のアクチュエータが、ビーム輸送システム２２４及び／又は集束システム２２６（図２Ａ）内の鏡、レンズ及び／又はマウントを移動させ、照射用増幅光ビーム２１６をターゲット材料２４６へと操縦する。パルス状順方向ビームを使用する実施態様では、照射用増幅光ビーム２１６は代替的に又は追加的に、「ｘ」方向でパルスとターゲット材料の間の距離に対応する時間だけ、パルスを遅延又は前進させることによって、「ｘ」方向に位置合わせすることができる。ビーム２１６の焦点面２４４又は焦点位置を「ｚ」方向に沿って位置合わせするには、作動システム２２７の１つ以上のアクチュエータが集束システム２２７内のレンズを移動させ、その結果、焦点面２４４及び焦点位置の位置変更をする。
【０１３３】
他の実施態様も請求の範囲内に入る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ−１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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