CN100432619C - 测量波长很小带宽很窄的高功率激光器的光谱输出带宽的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制激光器系统的设备和方法，它可以包括用来测量由激光器发射的激光的光谱未知宽度的光谱仪，该光谱仪可包含光学带宽测量单元，用于提供作为输出的测量参数，其表示被测光谱未知带宽的参数；报道参数计算单元，按照下面的公式来计算被测光谱未知带宽的报道参数：报道参数(“RP”)=A*(测量参数(“MP”))+C，其中RP和MP是不同类型的参数，而A和C的数值则是根据光学带宽测量单元中MP对已知RP数值的光的响应的校准来确定的。光学带宽测量单元可以包含诸如标准具的干涉测量的或者色散的光学仪器。RP可以是在，譬如说FWXM处，而MP可以在FWX’M处，其中X≠X’。RP可以是在，譬如说EX%处，而MP可以是例如在FWXM处。

Description

测量波长很小带宽很窄的高功率激光器的光谱输出带宽的方法和设备

技术领域

本发明涉及对光源带宽的精确估计，例如以窄带宽发射激光的激光器发射的激光的带宽。

发明背景

众所周知可以用光谱仪来测量例如激光器的光源的波长和带宽。例如采用对位置敏感的探测器，如在现有技术中所熟知的光电二极管阵列(“PDA”)，这样一个带宽仪的输出实际上就是测量的结果。带宽仪有其自身的响应函数，它在测量带宽的过程中修改正在被测的光谱。

然而，例如，由于对超大规模积成电路(“ULSI”)的集成电路制备中具有更窄的临界尺寸线特征的要求不断增大(临界尺寸减小)，要求在某个特定短波长(深紫外-“DUV”和极端紫外-“EUV”)处的纯激光，且纯度由中心波长周围十分狭窄的可控带宽所限定，用于这种测量的标准具正变得对误差更加敏感，这是因为所需的激光带宽趋近于和实际使用的标准具有同样的带通。例如在Cymer公司(通过本申请的转让成为所有者)近来推出的产品XLA100上，在板(on-board)带宽仪使用了带通约为0.12pm的标准具，不计带宽共振，激光器提供的输出通常是在约0.1pm和0.18pm之间。这种复杂性使被测量的激光发生多方面(例如在带宽方面)畸变，它现在或者不久将会使得对例如半极大值满宽度(“FWHM”)的测量没有足够的精度来适当地监控激光输出。

当前用作测量激光带宽的带宽指示的带宽仪的输出是，例如，在没有有时称为标准具分辨率(“ER”)或者标准具修正(“EC”)的某些常数误差值的标准具光学器件产生的条纹的半极大值满宽度(“FWHM”)处的条纹宽度的测量值。例如，这在本发明的受让人出售的名称为NL-7000和ELS的激光器中已经采用，采用EIS波长计，利用光谱的斜率和截距的公式，FWHM＝A(条纹的FWHM)+C，其中A和C是在校准的过程中，例如在制造时计算得到。

因此需要有改进的方法。

发明内容

发明公开了一种监控激光器系统的设备和方法，它可以包括用来测量由激光器发射的激光的光谱未知宽度的带宽仪，即光谱仪，该带宽仪可包含光学带宽测量单元，用于提供作为输出的测量参数，其表示被测光谱未知带宽的参数；报道参数计算单元，按照下面的公式来计算被测光谱未知带宽的报道参数：报道参数(“RP”)＝A*(测量参数(“MP”))+C，其中RP和MP是不同类型的参数，而A和C的数值则是根据光学带宽测量单元中MP对已知RP数值的光的响应的校准来确定的。光学带宽测量单元可以包含诸如标准具或光栅分光计的干涉测量的或者色散的光学仪器。RP可以是在，譬如说FWXM处，而MP可以在FWX’M处，其中X≠X’。RP可以是在，譬如说EX％处，而MP可以是例如在FWXM处。

附图说明

图1表示的按照本发明的一个实施例所用的激光带宽监控系统的示意图。

具体实施方式

申请人发现上面提及的系数A和C可以近似地随光源具体光谱形状的改变而变化，这些改变可以从操作条件或者光源寿命来预测。

现在来看图1，它示出按照本发明的一个实施例的激光带宽控制系统10的示意图。系统10可以包括，例如激光器12，如受激原子气体放电激光器，例如当前由本申请的受让人所出售的XLA-100。激光器可以发射光束14，譬如说名义上在193.368nm处，其带宽譬如说是0.1～0.3pm。

光束14可以入射到一个分光器16上，它可以让例如光束14中几乎99％的光通过，形成光束20，并基本上把光束其余的部分反射成光束22。光束22可以通过带宽探测器，如色散的或干涉测量的带宽探测器，例如标准具24，它能够产生譬如说在同轴环上有峰值(“条纹”)的光束，它们是光束20、22的光谱中波长的函数，峰的宽度也是光束20、22光谱带宽的函数。

光束28可以入射在光探测器阵列30上，例如光电二极管的阵列(“PDA”)。PDA30的光电二极管(图中未示出)能够产生譬如说电流，它是入射在PDA30中相应的光电二极管上入射光强度的度量。电压的数值可以转换为数字表示，并通过总线32传送到处理机34中，或者每个光电二极管的电压的类似形式可以传送到处理机34，并在处理机34中或者是处理机34的接口(未示出)中转换为数字数值，为处理机34所用。在其他物件中，处理机34可以用来计算光束20、22的光谱带宽的测量值。

计算可以采用例如确定存在的峰值的电压值的形式，例如连续地比较相邻光电二极管(也称为“像素”)的数值，直至譬如说像素电流的数值小于在前的像素电流数值，表明在前的像素是峰值，接下来就可以利用在峰值两侧的像素的光电二极管电流数值，例如±10像素。利用任何公知的许多种插值算法，处理机能够确定数值，即，例如最大电压值的一半以及在最大值的每一侧，产生由光电二极管感测到的光谱的半最大值的以子像素间距沿光电二极管的位置，从而从这个间距来确定PDA 30感测到的FWHM。有时将它称为例如在FWHM处的条纹测量值。例如，利用这个FWHM带宽测量值，控制器能够发送信号给操作控制台(未示出)，指明光束20、22的计算带宽估计值超出规范。

控制器中的处理机34(未示出)可以按照斜率和截距公式BW₁(如在FWHM处)＝A*(条纹测量值(如在FWMH处的))+C，来计算未知的，例如在光束20、22中的激光的光谱的谱带宽。斜率和截距，A和C，例如可以是预定校准值，例如在制造时例如根据给定波长计确定的数值。例如可以通过用其FWHM由很精确的带宽仪测量的光源的来确定A和C的数值。为申请的目的，校准所用的数值，如校准光的光谱FWHM将被称为报道参数。用来确定带宽探测器响应由带宽探测器/仪正在测量的光谱的带宽的数值将被称为测量参数。因此测量参数是由PDA30得到的报道电压计算得到的数值，其主要用来确定光束是否有正确的带宽，并当激光器不在操作规范时向激光器提供控制指令。

按照本发明的一个实施例，申请人发现可以成功地获得上述带宽探测器改进的性能，其中校准值被确定用于不同于报道参数(“RP”)的测量参数(“MP”)。例如，如果激光器12的用户正在寻找FWHM的RP，则可能会在别的地方校准系统10，如X不等于50％(半最大值)时的FWXH，譬如说FW75％M，在制造时已完成带宽探测器在这个数值FWXM，如FW75％M的校准。这会有有利的效果，就是FW75％M对带宽仪响应由于寿命或者操作环境的改变而引起的其他变化灵敏性降低，或者当激光器寿命增长，如EX％，如E95％(“E95”)时，对激光器寿命谱中的其他参数的改变灵敏性降低。也就是说，从含有谱的总能的某个百分比的光谱的峰值任一侧上(或者至少是总能的某种合理的近似，如在峰值任一侧±10pm)光谱部分的宽度，测量谱纯度，即窄带宽。例如，这可能是E95％，或者E95.5％，或者E93％。即，例如在峰值任一侧±10pm处存在的光谱的能量相应的为95％、95.5％或者93％。

按照本发明这个实施例的操作，控制器中的处理机34可以编制程序，以利用相同的插值算法来计算FW75％M，即如PDA30中光电二极管的电流所显示的那样，例如在极大值任一侧，在插入值之间的1/4像素的数目等于在光谱波峰处的极大值的75％。于是这个数值可以报道给用户作为如系统10测得的实际光束的FWHM。

类似地，报道参数(“RP”)可以是EX，如E95％，而测量参数(“MP”)可以是FWXM，例如FWHM。在制造中工厂的校准将比较在FWXM，例如FWHM处的带宽探测器响应具有E95的高精度测量值的光谱，以确定A和C的数值，从而处理机34根据下述公式输出报道参数：

RP((E95％)＝A*(条纹测量值(FWXM))+C

按类似的方式，可以在FW75％M处校准，对已知FWHM带宽的光测量在带宽探测器的FW75％M处的响应特性，而控制器中的处理机34用来按如下公式报道出报道参数：

RP(FWHM)＝A*(条纹测量值(FW75％M))+C

在本发明的另一个实施例中，公式可以是：

RP(E95)＝A*(条纹测量值(FW25％M))+C

申请人发现应用譬如带宽探测器测得的FW75％M，其斜率和截距也是在当前所用的带宽探测器上FW75％M处校准的，例如该带宽探测器在本申请的受让人制造的XLA-100上的光谱的分析组件(“SAM”)中，分辨率不改变，即相对于像素标度，则例如光谱的E955流通(bleed-through)灵敏度可能减小约50％。相信这种作用会使诸如FWHM的跟踪误差约减小一半，例如对共振感应的带宽偏移，明显地减小了当激光器的光束实际是处在带宽规范之内而报道出来的带宽在规范之外的几率，以及其他问题发生的几率。在以FWHM作为报道参数而FW75％M作为测量参数的特定的实施例中，利用譬如说PDA30中光电二极管的输出中的FW75％M，可产生报道参数，该报道参数对正被测量的光谱的谱翼中能量的灵敏度要比在PDA30中光电二极管输出中实际采用FWHM时低。例如，依靠特定的谱形状，在基于如PDA光电二极管的输出的测量中可实现其他带宽的测量，而且在校准过程中，目标是在最宽的带宽范围中要产生最佳性能(报道带宽估算值的精度)以及在具体的光谱形状的预期的变化。

本领域中的技术人员会了解本发明的一个实施例的重要方面在于对斜率和截距方程两边所用的带宽度量不必是相同类型的。用这个方法常常可以得到更近似于实际测量带宽的值，其中报道参数的测量(期望报道具有未知带宽的光谱的带宽的测量)不同于在探测器中实际测量的测量参数(即基于PDA30的光电二极管的输出电压，如处理机所做的那样)，例如采用E95的RP和采用FWHM的MP，或者是采用FWHM的RP和采用FW75％M的MP，规定校准也是在相应的MP值处进行的，可以限定可能未知光谱形状的细节，合理地系统地或自然地约束，以使RP对MP的适当选择可以确定下来，付诸应用。

以上描述的本发明的实施例只是为了解释和说明的目的，它们不是本发明所有的仅有的实施例。本领域的技术人员会理解对所述的实施例可以作诸多修改和变化而不改变本发明的意图和精神。例如，除了标准具还可以用其他带宽探测设备以提供用以计算报道参数的测量参数。因此可以仅根据附加的权利要求和法律上的等价解释来考虑本发明的范围。

Claims (15)

1.一种激光监控系统，包括：

用来测量激光器发射的激光的光谱未知带宽的光谱仪，它包括：

光学带宽测量单元，它用来提供作为输出的测量参数，其表示被测光谱未知带宽的参数；

报道参数计算单元，它按照如下公式，计算被测光谱未知带宽的报道参数：

报道参数＝A*测量参数+C

其中报道参数和测量参数是不同类型的参数，而A和C的数值则是根据所述光学带宽测量单元中测量参数对一个已知报道参数数值的光的响应的校准来确定的。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

所述光学带宽测量单元包含干涉测量的或者产生色散的光学仪器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

所述光学带宽测量单元包含标准具。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

报道参数是在X极大值满宽度即FWXM处，且测量参数是在X’极大值满宽度即FWX’M处，其中X和X’均为可变数，且X≠X’。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

报道参数是在总能量的百分之X即EX％处，且测量参数是在FWXM处。

6.一种控制激光器的方法，包括：

采用光谱仪装置来测量由激光器发射的光的光谱的未知带宽，包括：

提供对测量参数的测量，该测量产生表示被测光谱未知带宽的参数；

按照如下公式计算被测光谱未知带宽的报道参数：

报道参数＝A*测量参数+C

其中报道参数和测量参数是不同类型的参数，而A和C的数值则是根据光学带宽测量单元中的测量参数对一个已知报道参数数值的光的响应来确定的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

采用用于测量光学带宽的干涉测量的或者色散的光学仪器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

采用用于测量光学带宽的标准具。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

报道参数是在X极大值满宽度即FWXM处，且测量参数是在X’极大值满宽度即FWX’M处，其中X和X’均为可变数，且X≠X’。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

报道参数是在总能量的百分之X即EX％处，且测量参数是在FWXM处。

11.一种测量光的光谱未知带宽的方法，包括：

采用光学带宽测量装置以提供作为输出的测量参数，其表示被测光谱未知带宽的参数；

按照如下公式，计算被测光谱未知带宽的报道参数：

报道参数＝A*测量参数+C

其中报道参数和测量参数是不同类型的参数，而A和C的数值则是根据光学带宽测量单元中的测量参数对一个已知报道参数数值的光的响应来确定的。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

采用干涉测量的或者色散的光学仪器以提供光学带宽测量。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：

用标准具以提供光学带宽测量。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

报道参数是在X极大值满宽度即FWXM处，且测量参数是在X’极大值满宽度即FWX’M处，其中X和X’均为可变数，且X≠X’。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：

报道参数是在总能量的百分之X即EX％处，且测量参数是在FWXM处。