JP2001349781A - 複光路２重エタロン分光器 - Google Patents
複光路２重エタロン分光器Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、分光器に関し、より詳細には、エ
タロンベースの分光器に関する。 【解決手段】 第１の複光路エタロンベース分光器が開
示される。好ましい実施形態において、第１の複光路エ
タロンに適合する第２のエタロンが使用され、極めて正
確なフリンジデータを生成する。拡散ビームのスペクト
ル成分は、エタロンを通って透過される時に角度的に分
離される。再帰反射器は、透過された成分を該エタロン
を通して反射して戻す。２度透過されたスペクトル成分
は、第２のエタロンを通って進み、第２の好ましい実施
形態ではフォトダイオード・アレーである光検出器上に
集束する。該分光器は、非常にコンパクトであり、きわ
めて正確なフリンジデータを生成し、ΔλＦＷＨＭ及び
Δλ９５％の両方に関してマイクロリソグラフィーに必
要な精度を伴う帯域幅測定を可能にする。
タロンベースの分光器に関する。 【解決手段】 第１の複光路エタロンベース分光器が開
示される。好ましい実施形態において、第１の複光路エ
タロンに適合する第２のエタロンが使用され、極めて正
確なフリンジデータを生成する。拡散ビームのスペクト
ル成分は、エタロンを通って透過される時に角度的に分
離される。再帰反射器は、透過された成分を該エタロン
を通して反射して戻す。２度透過されたスペクトル成分
は、第２のエタロンを通って進み、第２の好ましい実施
形態ではフォトダイオード・アレーである光検出器上に
集束する。該分光器は、非常にコンパクトであり、きわ
めて正確なフリンジデータを生成し、ΔλＦＷＨＭ及び
Δλ９５％の両方に関してマイクロリソグラフィーに必
要な精度を伴う帯域幅測定を可能にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光器に関し、よ
り詳細には、エタロンベースの分光器に関する。本発明
は、１９９９年２月４日出願の米国特許出願シリアル番
号第０９／２４５、１３４号、及び、２０００年２月２
５日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５１３、
３２４号の一部継続出願である。
り詳細には、エタロンベースの分光器に関する。本発明
は、１９９９年２月４日出願の米国特許出願シリアル番
号第０９／２４５、１３４号、及び、２０００年２月２
５日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５１３、
３２４号の一部継続出願である。
【０００２】
【従来の技術】エタロンベースの分光器は、ビームの強
さを波長の関数として測定する装置として良く知られて
いる。図１は、レーザビーム１６の波長及び帯域幅を測
定するために使用される従来技術のエタロン分光器の形
態を示す。ビームは、拡散器２によって拡散され、非常
に広い角度で伝播する光線がエタロン４を照射する。図
１は、単一光線２０が約９０％反射するように被覆され
た表面８Ａ及び８Ｂの間のエタロン空隙内で何度も反射
しているところを示す。エタロンを通って透過されるス
ペクトル成分は、レンズ１４によってフォトダイオード
・アレー１２上に集束される。フォトダイオード・アレ
ー１２は、電子データ取得基板（図示しない）を使用し
て読むことができるフリンジパターン１５を記録する。
図に描かれているようなエタロンに入射する光の透過又
は反射は、良く理解されており、エタロンの設計、特に
２つの反射面の反射率に左右される。
さを波長の関数として測定する装置として良く知られて
いる。図１は、レーザビーム１６の波長及び帯域幅を測
定するために使用される従来技術のエタロン分光器の形
態を示す。ビームは、拡散器２によって拡散され、非常
に広い角度で伝播する光線がエタロン４を照射する。図
１は、単一光線２０が約９０％反射するように被覆され
た表面８Ａ及び８Ｂの間のエタロン空隙内で何度も反射
しているところを示す。エタロンを通って透過されるス
ペクトル成分は、レンズ１４によってフォトダイオード
・アレー１２上に集束される。フォトダイオード・アレ
ー１２は、電子データ取得基板（図示しない）を使用し
て読むことができるフリンジパターン１５を記録する。
図に描かれているようなエタロンに入射する光の透過又
は反射は、良く理解されており、エタロンの設計、特に
２つの反射面の反射率に左右される。
【０００３】エタロン分光器は、レーザのスペクトルを
測定するために広く使用されている。エタロン分光器の
利用で特に重要なのは、線狭化ＫｒＦエキシマレーザな
どの線狭化エキシマレーザの帯域幅の測定である。これ
らのレーザは、例えば、深部ＵＶマイクロリソグラフィ
ーの光源として使用される。これらのレーザには、マイ
クロリソグラフィーへの適用にとって非常に重要な２つ
のスペクトル特性がある。これらは、レーザの最大強度
の５０％において測定され、その半値全幅帯域幅（Δλ
ＦＷＨＭと略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅と、
レーザエネルギの９５％を包含し、９５％積分帯域幅
（Δλ９５％と略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅
とである。マイクロリソグラフィーによるチップ製造中
には、常に仕様の範囲内で作動することが非常に重要で
あり、何故ならば、スペクトルが広がることにより、シ
リコンウエーハ上にプリントされている集積回路に、歩
留まり問題をもたらすことになるぶれを生じかねないか
らである。従って、レーザスペクトルを連続監視する機
能を備えることは非常に重要である。
測定するために広く使用されている。エタロン分光器の
利用で特に重要なのは、線狭化ＫｒＦエキシマレーザな
どの線狭化エキシマレーザの帯域幅の測定である。これ
らのレーザは、例えば、深部ＵＶマイクロリソグラフィ
ーの光源として使用される。これらのレーザには、マイ
クロリソグラフィーへの適用にとって非常に重要な２つ
のスペクトル特性がある。これらは、レーザの最大強度
の５０％において測定され、その半値全幅帯域幅（Δλ
ＦＷＨＭと略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅と、
レーザエネルギの９５％を包含し、９５％積分帯域幅
（Δλ９５％と略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅
とである。マイクロリソグラフィーによるチップ製造中
には、常に仕様の範囲内で作動することが非常に重要で
あり、何故ならば、スペクトルが広がることにより、シ
リコンウエーハ上にプリントされている集積回路に、歩
留まり問題をもたらすことになるぶれを生じかねないか
らである。従って、レーザスペクトルを連続監視する機
能を備えることは非常に重要である。
【０００４】従来技術のエタロン分光器は、Δλ
ＦＷＨＭ値を正確に測定する機能を持ち、例えばサイマ
ー・インコーポレーテッド（米国カリフォルニア州サン
ディエゴ所在）により製造されるものなどの生産マイク
ロリソグラフィーレーザにおいて、その目的で現在使用
されている。しかし、従来技術のエタロン分光器は、Δ
λ９ ５％を正確に測定するのにはあまり適していない。
通常の生産品質ＫｒＦエキシマレーザは、正常に作動し
ている場合、約０．６ピコメートルのΔλＦＷＨＭ値と
約２ピコメートルのΔλ９５％値とを持つ必要がある。
ＦＷＨＭ値を正確に測定する機能を持ち、例えばサイマ
ー・インコーポレーテッド（米国カリフォルニア州サン
ディエゴ所在）により製造されるものなどの生産マイク
ロリソグラフィーレーザにおいて、その目的で現在使用
されている。しかし、従来技術のエタロン分光器は、Δ
λ９ ５％を正確に測定するのにはあまり適していない。
通常の生産品質ＫｒＦエキシマレーザは、正常に作動し
ている場合、約０．６ピコメートルのΔλＦＷＨＭ値と
約２ピコメートルのΔλ９５％値とを持つ必要がある。
【０００５】図２は、５ピコメートルの自由スペクトル
領域（ＦＳＲ）とフィネス係数（フィネス）３８とを持
つ一般的な従来技術エタロンの計算スリット関数スペク
トルを示す。（ＦＳＲ及びフィネスという用語は、米国
マサチューセッツ州リーディング所在のアジソン・ウェ
スリーから出版されたユージン・ヘクト／アルフレッド
・ザジャ著「光学」など、様々な光学テキストにおいて
定義及び説明されている。）図２のスリット関数スペク
トルは、フリンジパターン１５のピークの１つから導く
ことができる。図２に示すグラフの計算は、エタロンを
照射している光が単色性（すなわち、無限に狭い帯域
幅）であると仮定している。そのようなエタロンが使用
されてレーザビームの帯域幅を測定する場合、エタロン
のスリット関数帯域幅は、誤差の原因となり、測定の不
確定さ又は誤差の一因となる。この従来技術に対する計
算された半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅は、０．１３ピコ
メートルであり、このエタロンに対する９５％積分帯域
幅は、約１．５ピコメートルである。
領域（ＦＳＲ）とフィネス係数（フィネス）３８とを持
つ一般的な従来技術エタロンの計算スリット関数スペク
トルを示す。（ＦＳＲ及びフィネスという用語は、米国
マサチューセッツ州リーディング所在のアジソン・ウェ
スリーから出版されたユージン・ヘクト／アルフレッド
・ザジャ著「光学」など、様々な光学テキストにおいて
定義及び説明されている。）図２のスリット関数スペク
トルは、フリンジパターン１５のピークの１つから導く
ことができる。図２に示すグラフの計算は、エタロンを
照射している光が単色性（すなわち、無限に狭い帯域
幅）であると仮定している。そのようなエタロンが使用
されてレーザビームの帯域幅を測定する場合、エタロン
のスリット関数帯域幅は、誤差の原因となり、測定の不
確定さ又は誤差の一因となる。この従来技術に対する計
算された半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅は、０．１３ピコ
メートルであり、このエタロンに対する９５％積分帯域
幅は、約１．５ピコメートルである。
【０００６】実際のレーザのスペクトルを正確に測定す
るエタロンについては、エタロン自体のスリット関数帯
域幅は、レーザ帯域幅よりもかなり小さい必要がある。
この条件は、０．１３ピコメートルのエタロンスリット
関数ＦＷＨＭが、約０．６ピコメートルの一般的レーザ
ΔλＦＷＨＭよりも十分に小さいΔλＦＷＨＭの測定に
対しては満足されるが、約１．５ピコメートルのエタロ
ンスリット関数帯域幅が約２ピコメートルの予想レーザ
帯域幅のかなりの部分であるようなΔλ９５％測定に対
しては、同じことが当てはまらない。
るエタロンについては、エタロン自体のスリット関数帯
域幅は、レーザ帯域幅よりもかなり小さい必要がある。
この条件は、０．１３ピコメートルのエタロンスリット
関数ＦＷＨＭが、約０．６ピコメートルの一般的レーザ
ΔλＦＷＨＭよりも十分に小さいΔλＦＷＨＭの測定に
対しては満足されるが、約１．５ピコメートルのエタロ
ンスリット関数帯域幅が約２ピコメートルの予想レーザ
帯域幅のかなりの部分であるようなΔλ９５％測定に対
しては、同じことが当てはまらない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、図２のスリッ
ト関数を持つ従来技術のエタロン分光器を使用してΔλ
９５％を測定する場合、真のΔλ９５％値をデコンボル
ブするのに複雑な数値解析が必要である。そのような解
析は、誤差や曖昧な結果が発生しやすく、そのためにマ
イクロリソグラフィー処理の間、信頼のおけるΔλ
９５％情報が得られない。結果として、レーザは、気づ
かれないうちに仕様範囲から外れる可能性がある。これ
は、非常に高価につく歩留まり問題をもたらすため、避
ける必要がある。
ト関数を持つ従来技術のエタロン分光器を使用してΔλ
９５％を測定する場合、真のΔλ９５％値をデコンボル
ブするのに複雑な数値解析が必要である。そのような解
析は、誤差や曖昧な結果が発生しやすく、そのためにマ
イクロリソグラフィー処理の間、信頼のおけるΔλ
９５％情報が得られない。結果として、レーザは、気づ
かれないうちに仕様範囲から外れる可能性がある。これ
は、非常に高価につく歩留まり問題をもたらすため、避
ける必要がある。
【０００８】レーザスペクトルを正確に測定する別の方
法は、高解像度の格子分光計を使用することである。こ
れらの測定器により、正確なΔλ９５％の測定を含む正
確なスペクトル測定が準備されるが、装置が大きくなり
高価である。これらの測定器は、実験室では有効に使用
されるが、生産ラインのマイクロリソグラフィーでの使
用にはあまり適していない。必要とされるのは、マイク
ロリソグラフィー処理の間、現場で使用できるように内
部レーザ診断セットの一部として作ることができる、Δ
λＦＷＨＭとΔλ９ ５％との両方を正確に測定できるコ
ンパクトな分光器である。
法は、高解像度の格子分光計を使用することである。こ
れらの測定器により、正確なΔλ９５％の測定を含む正
確なスペクトル測定が準備されるが、装置が大きくなり
高価である。これらの測定器は、実験室では有効に使用
されるが、生産ラインのマイクロリソグラフィーでの使
用にはあまり適していない。必要とされるのは、マイク
ロリソグラフィー処理の間、現場で使用できるように内
部レーザ診断セットの一部として作ることができる、Δ
λＦＷＨＭとΔλ９ ５％との両方を正確に測定できるコ
ンパクトな分光器である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の複光路
エタロンベース分光器を提供する。好ましい実施形態に
おいて、第１の複光路エタロンに適合する第２のエタロ
ンが使用され、非常に正確なフリンジデータを生成す
る。拡散ビームのスペクトル成分は、エタロンを通って
透過される時、角度的に分離される。再帰反射器は、透
過成分をエタロンを通って反射して戻す。２度透過され
たスペクトル成分は、第２のエタロンを通って進み、第
２の好ましい実施形態においてはフォトダイオード・ア
レーである光検出器上に集束する。該分光器は、非常に
コンパクトであり、ΔλＦＷＨＭ及びΔλ９５％の両方
に対してマイクロリソグラフィーが必要とする精度を伴
う帯域幅測定を可能にする、極めて正確なフリンジデー
タを生成する。
エタロンベース分光器を提供する。好ましい実施形態に
おいて、第１の複光路エタロンに適合する第２のエタロ
ンが使用され、非常に正確なフリンジデータを生成す
る。拡散ビームのスペクトル成分は、エタロンを通って
透過される時、角度的に分離される。再帰反射器は、透
過成分をエタロンを通って反射して戻す。２度透過され
たスペクトル成分は、第２のエタロンを通って進み、第
２の好ましい実施形態においてはフォトダイオード・ア
レーである光検出器上に集束する。該分光器は、非常に
コンパクトであり、ΔλＦＷＨＭ及びΔλ９５％の両方
に対してマイクロリソグラフィーが必要とする精度を伴
う帯域幅測定を可能にする、極めて正確なフリンジデー
タを生成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】（第１の好ましい実施形態）図３
は、本発明の好ましい実施形態を示す。望遠鏡３２を使
用してサイズを３回縮小されたレーザビーム１６は、拡
散器３４を照射する。拡散器３４から拡散されたビーム
は、エタロン２５を照射する。中空再帰反射器３８が使
用され、２回目の通過のためにビームをエタロン２５に
戻す。ビームの各成分は、エタロン２５を通る２回目の
通過のために正確に１８０度、又は、ほぼ正確に１８０
度で反射されるが、しかし、反射成分の僅かな変位があ
る。これらの僅かな変位は、エタロンを通る２回通過の
後のビーム成分を反射する４５度の鏡４０の使用を可能
にし、一方、入射ビームの十分な部分の通過を許す。反
射ビームの成分は、焦点距離が１メートルのレンズ４２
によって線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）４４
上に集束され、そこでフリンジパターン４９が検出され
る。好ましいＰＤＡは、２０４８要素を持つ１４ミクロ
ン×１４ミクロンのアレーであり、米国カリフォルニア
州サニーベール所在のイージー・アンド・ジー・インコ
ーポレーテッドなどの供給元から入手可能である。
は、本発明の好ましい実施形態を示す。望遠鏡３２を使
用してサイズを３回縮小されたレーザビーム１６は、拡
散器３４を照射する。拡散器３４から拡散されたビーム
は、エタロン２５を照射する。中空再帰反射器３８が使
用され、２回目の通過のためにビームをエタロン２５に
戻す。ビームの各成分は、エタロン２５を通る２回目の
通過のために正確に１８０度、又は、ほぼ正確に１８０
度で反射されるが、しかし、反射成分の僅かな変位があ
る。これらの僅かな変位は、エタロンを通る２回通過の
後のビーム成分を反射する４５度の鏡４０の使用を可能
にし、一方、入射ビームの十分な部分の通過を許す。反
射ビームの成分は、焦点距離が１メートルのレンズ４２
によって線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）４４
上に集束され、そこでフリンジパターン４９が検出され
る。好ましいＰＤＡは、２０４８要素を持つ１４ミクロ
ン×１４ミクロンのアレーであり、米国カリフォルニア
州サニーベール所在のイージー・アンド・ジー・インコ
ーポレーテッドなどの供給元から入手可能である。
【００１１】フリンジパターン４９は、図１に示す従来
技術エタロンのピーク１５と同じ所に位置する多重ピー
クから成る。しかし、その違いは、本発明の複光路構成
におけるエタロン分光器の改善された解像度のため、本
発明のエタロンのピークは、実際のレーザスペクトルに
より近密に適合することである。本出願人は、図３の設
計に基づく試験的な複光路エタロン分光器を組み立てて
試験をし、優秀な結果を得た。
技術エタロンのピーク１５と同じ所に位置する多重ピー
クから成る。しかし、その違いは、本発明の複光路構成
におけるエタロン分光器の改善された解像度のため、本
発明のエタロンのピークは、実際のレーザスペクトルに
より近密に適合することである。本出願人は、図３の設
計に基づく試験的な複光路エタロン分光器を組み立てて
試験をし、優秀な結果を得た。
【００１２】図４は、２４８．２５において僅か約０．
００３（ＦＷＨＭ）の極端に狭いスペクトル帯域幅を持
つ光を放射する周波数２倍化アルゴンイオンｃｗレーザ
からのビームのスペクトル（ＰＤＡ４４により記録され
た）を示す。（このレーザからの光スペクトルは十分に
狭いので、０．１ピコメートルを超える範囲の帯域幅を
持つエタロンを試験する目的では単色光と考えられ
る。）ＰＤＡ４４によって記録されるＦＷＨＭ帯域幅
は、（図３に示すように）約０．１２ピコメートルであ
り、９５％積分値は、０．３３ピコメートルであった。
上記の条件下における直列の２つの完璧なエタロンの理
論値は、０．０９ピコメートル（ＦＷＨＭ）及び０．２
５（９５％積分）であろう。これらの結果は、ＦＷＨＭ
に対する０．１ピコメートル及び９５％積分に対する約
０．３の範囲の帯域幅解像度は、図３の複光路エタロン
分光器を用いて得られることを示す。
００３（ＦＷＨＭ）の極端に狭いスペクトル帯域幅を持
つ光を放射する周波数２倍化アルゴンイオンｃｗレーザ
からのビームのスペクトル（ＰＤＡ４４により記録され
た）を示す。（このレーザからの光スペクトルは十分に
狭いので、０．１ピコメートルを超える範囲の帯域幅を
持つエタロンを試験する目的では単色光と考えられ
る。）ＰＤＡ４４によって記録されるＦＷＨＭ帯域幅
は、（図３に示すように）約０．１２ピコメートルであ
り、９５％積分値は、０．３３ピコメートルであった。
上記の条件下における直列の２つの完璧なエタロンの理
論値は、０．０９ピコメートル（ＦＷＨＭ）及び０．２
５（９５％積分）であろう。これらの結果は、ＦＷＨＭ
に対する０．１ピコメートル及び９５％積分に対する約
０．３の範囲の帯域幅解像度は、図３の複光路エタロン
分光器を用いて得られることを示す。
【００１３】本発明の出願人は、高解像格子分光器と本
発明のコンパクト分光器とで計測されたマイクロリソグ
ラフィーＫｒＦレーザの一般的スペクトルを比較した。
該格子分光器は、ＦＷＨＭレベルにおいて約０．１２ピ
コメートルのスリット関数を持ち、米国カリフォルニア
州サンディエゴ所在のサイマー・インコーポレーテッド
製のＫｒＦエキシマレーザ試験用のものであった。エタ
ロン分光器及び格子分光器によって得られた各結果は、
非常に良く一致した。本発明の複光路エタロン及び格子
分光器により計測されたレーザ帯域幅のＦＷＨＭ値は、
各々、０．６５ピコメートル及び０．６２ピコメートル
であって、一方、本発明の複光路エタロン分光器及び高
解像格子分光器により計測された帯域幅の９５％積分値
は、各々、１．６７ピコメートル及び１．７０ピコメー
トルであった。
発明のコンパクト分光器とで計測されたマイクロリソグ
ラフィーＫｒＦレーザの一般的スペクトルを比較した。
該格子分光器は、ＦＷＨＭレベルにおいて約０．１２ピ
コメートルのスリット関数を持ち、米国カリフォルニア
州サンディエゴ所在のサイマー・インコーポレーテッド
製のＫｒＦエキシマレーザ試験用のものであった。エタ
ロン分光器及び格子分光器によって得られた各結果は、
非常に良く一致した。本発明の複光路エタロン及び格子
分光器により計測されたレーザ帯域幅のＦＷＨＭ値は、
各々、０．６５ピコメートル及び０．６２ピコメートル
であって、一方、本発明の複光路エタロン分光器及び高
解像格子分光器により計測された帯域幅の９５％積分値
は、各々、１．６７ピコメートル及び１．７０ピコメー
トルであった。
【００１４】本発明の複光路エタロン分光器は、従来技
術エタロン分光器と同様のフリンジパターンを形成する
が、その違いは、該フリンジは、実際のスペクトルによ
り近密に一致し、エタロン解像度によるコンボルブがよ
り少ないことである。従って、よく知られた手法のどれ
でも、該フリンジパターンの分析に使用できる。このエ
タロン分光器はまた、中心波長の計測を正確なものにす
るために、比較的低解像度の格子分光器と組み合わせて
使用することができる。そのような応用は、例えば、米
国特許第５、０２５、４４５号、及び、第５、４５０、
２０７号に記述されている。エタロン分光器は、単独に
波長の絶対値を計測することはできず、従って、エタロ
ンのデータを較正する手段が必要となる。エタロンの自
由スペクトル領域（ＦＳＲ）によって正確に分離された
エタロンから、複数の中心波長を得ることができる。好
ましい実施形態において、ＦＳＲは、約５ピコメートル
である。正確なエタロンデータを使用して正しい中心波
長の値を測定することを可能にするため、米国特許第
５、０２５、４４５号において説明されるように、低解
像格子分光器を使用してもよい。その格子分光器の解像
度は、ＦＳＲの約半分にすることができ、従って、一意
的な中心波長の値が選択できる。好ましい較正手段は、
米国特許第５、４５０、２０７号に記述されている。
術エタロン分光器と同様のフリンジパターンを形成する
が、その違いは、該フリンジは、実際のスペクトルによ
り近密に一致し、エタロン解像度によるコンボルブがよ
り少ないことである。従って、よく知られた手法のどれ
でも、該フリンジパターンの分析に使用できる。このエ
タロン分光器はまた、中心波長の計測を正確なものにす
るために、比較的低解像度の格子分光器と組み合わせて
使用することができる。そのような応用は、例えば、米
国特許第５、０２５、４４５号、及び、第５、４５０、
２０７号に記述されている。エタロン分光器は、単独に
波長の絶対値を計測することはできず、従って、エタロ
ンのデータを較正する手段が必要となる。エタロンの自
由スペクトル領域（ＦＳＲ）によって正確に分離された
エタロンから、複数の中心波長を得ることができる。好
ましい実施形態において、ＦＳＲは、約５ピコメートル
である。正確なエタロンデータを使用して正しい中心波
長の値を測定することを可能にするため、米国特許第
５、０２５、４４５号において説明されるように、低解
像格子分光器を使用してもよい。その格子分光器の解像
度は、ＦＳＲの約半分にすることができ、従って、一意
的な中心波長の値が選択できる。好ましい較正手段は、
米国特許第５、４５０、２０７号に記述されている。
【００１５】（第２の好ましい実施形態）本発明の第２
の好ましい実施形態は、図５に示されている。レーザビ
ーム１６は、望遠鏡３２により、第１の実施形態と類似
の方法によりサイズを縮小された後に拡散器３４を照射
する。しかし、第２の実施形態においては、拡散光の一
部分を選択するために空間フィルタ５２が使用される。
空間フィルタ５２は、焦点距離が各々１０センチメート
ルで焦点距離の２倍すなわち約２０センチメートルの距
離だけ分離された２つのレンズ５４及び５８から成る。
直径約０．１センチメートルのアルミニウム開口５６
は、レンズ５４の焦点に置かれる。空間フィルタ５２の
目的は、拡散器から入射する扇形光線を約０．０１ステ
ラジアンの角度（空間周波数）内に選択するためであ
る。この濾過された扇形光線は、ビーム分割器４６に入
射する。ビーム分割器４６は、部分反射鏡であり、光の
約５０％を透過し、残りを反射して除く（図示しな
い）。拡散光６２のビーム分割器４６を通過する部分
は、エタロン２５を照射する。エタロン２５を通過する
光は、２回目の通過のためにビームをエタロンに戻す中
空再帰反射器７０により反射される。ビームのこの反射
部分が６４で示されている。ビームの各成分は、正確に
１８０度、又は、ほぼ正確に１８０度でエタロン２５を
通る２回目の通過のために反射される。ビーム６４のエ
タロン２５を通過する部分の約５０％は、ビーム分割器
４６により反射される。この反射された部分は、焦点距
離１メートルのレンズ４２によって線型ＰＤＡアレー４
４上に集束し、そこでフリンジパターンが検出される。
の好ましい実施形態は、図５に示されている。レーザビ
ーム１６は、望遠鏡３２により、第１の実施形態と類似
の方法によりサイズを縮小された後に拡散器３４を照射
する。しかし、第２の実施形態においては、拡散光の一
部分を選択するために空間フィルタ５２が使用される。
空間フィルタ５２は、焦点距離が各々１０センチメート
ルで焦点距離の２倍すなわち約２０センチメートルの距
離だけ分離された２つのレンズ５４及び５８から成る。
直径約０．１センチメートルのアルミニウム開口５６
は、レンズ５４の焦点に置かれる。空間フィルタ５２の
目的は、拡散器から入射する扇形光線を約０．０１ステ
ラジアンの角度（空間周波数）内に選択するためであ
る。この濾過された扇形光線は、ビーム分割器４６に入
射する。ビーム分割器４６は、部分反射鏡であり、光の
約５０％を透過し、残りを反射して除く（図示しな
い）。拡散光６２のビーム分割器４６を通過する部分
は、エタロン２５を照射する。エタロン２５を通過する
光は、２回目の通過のためにビームをエタロンに戻す中
空再帰反射器７０により反射される。ビームのこの反射
部分が６４で示されている。ビームの各成分は、正確に
１８０度、又は、ほぼ正確に１８０度でエタロン２５を
通る２回目の通過のために反射される。ビーム６４のエ
タロン２５を通過する部分の約５０％は、ビーム分割器
４６により反射される。この反射された部分は、焦点距
離１メートルのレンズ４２によって線型ＰＤＡアレー４
４上に集束し、そこでフリンジパターンが検出される。
【００１６】この実施形態において、エタロン２５は、
空間フィルタ５２を通って透過される入射扇形ビームの
軸線に対して約０．０１ラジアンの小さな角度で傾けら
れる。その結果、ＰＤＡ４４によって記録される２セッ
トのフリンジが存在する。ＰＤＡの一方の側には、エタ
ロン２５を２度通過するビームによって生成されるフリ
ンジのセットである図５に示すフリンジセット４５Ｂが
存在する。しかし、ＰＤＡ４４のもう一方の側には、異
なるセットのフリンジが存在する。同様に図５に示され
るこれらのフリンジ４５Ａは、第１の光路においてエタ
ロン２５により反射された初期のビーム６２の一部分に
より作り出される。この反射フリンジのセットは、フリ
ンジセット４５Ｂとは違って見える。フリンジ４５Ａは
ディップであるが、一方、フリンジ４５Ｂはピークであ
る。エタロンを通過する複光路の後のビーム強度は、エ
タロンから反射されるビーム強度よりも相当に弱い可能
性があるので、随意的な光低減フィルタ４８をＰＤＡの
フリンジセット４５Ａが形成される部分の上方に置くこ
とができる。この随意的フィルタ４８は、透過率が約３
０％の中間密度フィルタであることが可能である。図７
は、ＰＤＡ４４上でのフリンジ４５Ａ及び４５Ｂの相対
的な定位を示す。もし空間フィルタ５２がなく、エタロ
ン２５が傾けられていなかったとしたら、反射フリンジ
４５Ａ及び２回透過フリンジ４５Ｂの両方は、ＰＤＡ４
４の平面に同心円として生成されていたであろう。フリ
ンジ４５Ａ及び４５Ｂのこれらの円の直径は、正確に同
じであったであろうから、従って、それらは互いに相殺
する傾向にあったであろう。空間フィルタ５２の目的
は、円４５の一部分のみが形成されるように、フリンジ
のための光を制限することである。エタロンを傾斜させ
る目的は、図７に示すように、円４５の反射（４５Ａ）
及び透過（４５Ｂ）ビームにより生成される各部分を分
離するためである。従って、ＰＤＡ４４は、反射及び透
過円の両方の部分を検出するが、アレーは、一方の円の
左側ともう一方の円の右側とを検出する。
空間フィルタ５２を通って透過される入射扇形ビームの
軸線に対して約０．０１ラジアンの小さな角度で傾けら
れる。その結果、ＰＤＡ４４によって記録される２セッ
トのフリンジが存在する。ＰＤＡの一方の側には、エタ
ロン２５を２度通過するビームによって生成されるフリ
ンジのセットである図５に示すフリンジセット４５Ｂが
存在する。しかし、ＰＤＡ４４のもう一方の側には、異
なるセットのフリンジが存在する。同様に図５に示され
るこれらのフリンジ４５Ａは、第１の光路においてエタ
ロン２５により反射された初期のビーム６２の一部分に
より作り出される。この反射フリンジのセットは、フリ
ンジセット４５Ｂとは違って見える。フリンジ４５Ａは
ディップであるが、一方、フリンジ４５Ｂはピークであ
る。エタロンを通過する複光路の後のビーム強度は、エ
タロンから反射されるビーム強度よりも相当に弱い可能
性があるので、随意的な光低減フィルタ４８をＰＤＡの
フリンジセット４５Ａが形成される部分の上方に置くこ
とができる。この随意的フィルタ４８は、透過率が約３
０％の中間密度フィルタであることが可能である。図７
は、ＰＤＡ４４上でのフリンジ４５Ａ及び４５Ｂの相対
的な定位を示す。もし空間フィルタ５２がなく、エタロ
ン２５が傾けられていなかったとしたら、反射フリンジ
４５Ａ及び２回透過フリンジ４５Ｂの両方は、ＰＤＡ４
４の平面に同心円として生成されていたであろう。フリ
ンジ４５Ａ及び４５Ｂのこれらの円の直径は、正確に同
じであったであろうから、従って、それらは互いに相殺
する傾向にあったであろう。空間フィルタ５２の目的
は、円４５の一部分のみが形成されるように、フリンジ
のための光を制限することである。エタロンを傾斜させ
る目的は、図７に示すように、円４５の反射（４５Ａ）
及び透過（４５Ｂ）ビームにより生成される各部分を分
離するためである。従って、ＰＤＡ４４は、反射及び透
過円の両方の部分を検出するが、アレーは、一方の円の
左側ともう一方の円の右側とを検出する。
【００１７】ディップ４５Ａの位置が従来のエタロン分
光器のピークがあるべき位置と正確に同じであるため、
複光路エタロン分光器は、従来のエタロン分光器が可能
な全ての計測をすることができる。すなわち、フリンジ
４５Ｂは、スペクトル形状を分析するために使用するこ
とができ、一方、実際の波長は、較正データと共にフリ
ンジ４５の直径（図７）により測定される。従来のエタ
ロン分光器においては、この直径は、ピーク１５Ａ及び
１５Ｂ（図１）の間の距離として測定される。本発明の
エタロンにおいては、この直径は、ピーク４５Ｂ及び対
応するディップ４５Ａ（図５）の間の距離として測定さ
れる。従って、スペクトル形状及び中心波長情報を測定
する従来の手法の全ては、本発明のエタロンにおいても
同様に使用することができる。
光器のピークがあるべき位置と正確に同じであるため、
複光路エタロン分光器は、従来のエタロン分光器が可能
な全ての計測をすることができる。すなわち、フリンジ
４５Ｂは、スペクトル形状を分析するために使用するこ
とができ、一方、実際の波長は、較正データと共にフリ
ンジ４５の直径（図７）により測定される。従来のエタ
ロン分光器においては、この直径は、ピーク１５Ａ及び
１５Ｂ（図１）の間の距離として測定される。本発明の
エタロンにおいては、この直径は、ピーク４５Ｂ及び対
応するディップ４５Ａ（図５）の間の距離として測定さ
れる。従って、スペクトル形状及び中心波長情報を測定
する従来の手法の全ては、本発明のエタロンにおいても
同様に使用することができる。
【００１８】（第３の好ましい実施形態）本発明の第３
の好ましい実施形態は、図８に示されている。本実施形
態は、下記の点を除いてちょうど図５に示した第２の好
ましい実施形態と同様である。 １）４５度５０％ビーム分割鏡は、偏光ビーム分割器４
７によって置き換えられる。このビーム分割器は、レー
ザ光の支配的な偏光を最大限透過し、他の偏光を反射す
るために配置される。 ２）中空反射器７０は、中空プリズム７２によって置き
換えられる。このプリズムは、レーザ光を効率的に反射
する材料で被覆された２つの反射矩形鏡７２Ａ及び７２
Ｂにより作り出される。平面７２Ａ及び７２Ｂが交差す
る線７２Ｃ（以下に説明される図９に示す）は、偏光ビ
ーム分割器４７を通って透過されたビーム６２の偏光に
対して約４５度の角度に位置合わせされる。図９は、ビ
ーム６２（図８）の方向に沿って見たプリズム７２を示
す。図９は、線７２Ｃに対するビーム６２（図８に示
す）の偏光１６２の方向のほか、反射光の偏光１６４の
方向を示す。この偏光１６４は、中空プリズム７２によ
って反射して戻された後、９０度だけ回転している。図
８に戻ると、この反射戻り光は、第２の実施形態（図
５）と同じようにエタロン３７を通って２回目の通過を
する。この複光路ビーム６４は、その９０度回転した偏
光のためにここで偏光ビーム分割器４７によって反射さ
れることになり、レンズ４２によりＰＤＡアレー４４上
に集束されて、第２の実施形態（図５）と類似のフリン
ジパターン４５Ａ及び４５Ｂを形成するであろう。
の好ましい実施形態は、図８に示されている。本実施形
態は、下記の点を除いてちょうど図５に示した第２の好
ましい実施形態と同様である。 １）４５度５０％ビーム分割鏡は、偏光ビーム分割器４
７によって置き換えられる。このビーム分割器は、レー
ザ光の支配的な偏光を最大限透過し、他の偏光を反射す
るために配置される。 ２）中空反射器７０は、中空プリズム７２によって置き
換えられる。このプリズムは、レーザ光を効率的に反射
する材料で被覆された２つの反射矩形鏡７２Ａ及び７２
Ｂにより作り出される。平面７２Ａ及び７２Ｂが交差す
る線７２Ｃ（以下に説明される図９に示す）は、偏光ビ
ーム分割器４７を通って透過されたビーム６２の偏光に
対して約４５度の角度に位置合わせされる。図９は、ビ
ーム６２（図８）の方向に沿って見たプリズム７２を示
す。図９は、線７２Ｃに対するビーム６２（図８に示
す）の偏光１６２の方向のほか、反射光の偏光１６４の
方向を示す。この偏光１６４は、中空プリズム７２によ
って反射して戻された後、９０度だけ回転している。図
８に戻ると、この反射戻り光は、第２の実施形態（図
５）と同じようにエタロン３７を通って２回目の通過を
する。この複光路ビーム６４は、その９０度回転した偏
光のためにここで偏光ビーム分割器４７によって反射さ
れることになり、レンズ４２によりＰＤＡアレー４４上
に集束されて、第２の実施形態（図５）と類似のフリン
ジパターン４５Ａ及び４５Ｂを形成するであろう。
【００１９】しかし、本実施形態においては、偏光ビー
ム分割器４７によってもたらされる処理能力が第２の実
施形態（図５）の５０％反射器４６と比較して高いため
に、ＰＤＡ４４により検出される信号の振幅はより大き
い。しかし、この実施形態におけるフリンジパターン
は、第２の実施形態のそれと同様であり、従って、スペ
クトル形状と中心波長とを計測する同じ手法をこの実施
形態でも同様に使用できる。マイクロリソグラフィーに
使用されるエキシマＫｒＦレーザなどの多くのレーザは
高度に偏光された光を生成するので、この第３の実施形
態の使用は、信号を相当に（最大２から３倍）増大させ
るであろう。好ましい偏光ビーム分割器４７は、一方の
偏光に対しては約９０％の透過率、また、もう一方の偏
光に対しては９７％を超える反射率を持つであろう。３
つの実施形態の全てにおいて、ビームが同じエタロンを
通って２度進むという利点がある点を理解されたい。従
って、反射面が真に平行であると仮定すると、実際上、
両方の光路にとってエタロンのプレート間の同じ間隔が
保証される。
ム分割器４７によってもたらされる処理能力が第２の実
施形態（図５）の５０％反射器４６と比較して高いため
に、ＰＤＡ４４により検出される信号の振幅はより大き
い。しかし、この実施形態におけるフリンジパターン
は、第２の実施形態のそれと同様であり、従って、スペ
クトル形状と中心波長とを計測する同じ手法をこの実施
形態でも同様に使用できる。マイクロリソグラフィーに
使用されるエキシマＫｒＦレーザなどの多くのレーザは
高度に偏光された光を生成するので、この第３の実施形
態の使用は、信号を相当に（最大２から３倍）増大させ
るであろう。好ましい偏光ビーム分割器４７は、一方の
偏光に対しては約９０％の透過率、また、もう一方の偏
光に対しては９７％を超える反射率を持つであろう。３
つの実施形態の全てにおいて、ビームが同じエタロンを
通って２度進むという利点がある点を理解されたい。従
って、反射面が真に平行であると仮定すると、実際上、
両方の光路にとってエタロンのプレート間の同じ間隔が
保証される。
【００２０】どのような直列式エタロン分光器装置にお
いても、エタロン間隔を正確に合わせることは極めて重
要である。２４８ナノメートルの光に対して、最小６．
３３ナノメートル（６３３ナノメートル周波数２倍化ア
ルゴンイオンレーザ波長の１／１００）のエタロンプレ
ート間の間隔差は、分光器の解像度を実質的に破壊す
る。そのような間隔差の結果は、図６に示されており、
太線の曲線が６．３３ナノメートルの間隔差の結果を示
し、細線の曲線が完全に一致した間隔を持つ２つのエタ
ロンスペクトルを表す。６ナノメートルで一致する間隔
（一般に１から１５ミリメートルの範囲である）を備え
る２つのエタロンを持つことは極めて困難である。本発
明のエタロン分光器におけるのと同様な１つのエタロン
を用いると、２つの光路の間隔は、エタロンが正確な平
行反射面を備えて高品質を保つ限り、同じままである。
本出願人は、第１及び第２の実施形態を試験して大きな
成果を得ている。
いても、エタロン間隔を正確に合わせることは極めて重
要である。２４８ナノメートルの光に対して、最小６．
３３ナノメートル（６３３ナノメートル周波数２倍化ア
ルゴンイオンレーザ波長の１／１００）のエタロンプレ
ート間の間隔差は、分光器の解像度を実質的に破壊す
る。そのような間隔差の結果は、図６に示されており、
太線の曲線が６．３３ナノメートルの間隔差の結果を示
し、細線の曲線が完全に一致した間隔を持つ２つのエタ
ロンスペクトルを表す。６ナノメートルで一致する間隔
（一般に１から１５ミリメートルの範囲である）を備え
る２つのエタロンを持つことは極めて困難である。本発
明のエタロン分光器におけるのと同様な１つのエタロン
を用いると、２つの光路の間隔は、エタロンが正確な平
行反射面を備えて高品質を保つ限り、同じままである。
本出願人は、第１及び第２の実施形態を試験して大きな
成果を得ている。
【００２１】（第４の好ましい実施形態）本発明の第４
の好ましい実施形態は、図１０に示されている。この実
施形態は、第２のエタロンが装置に追加された以外は、
図５に示す実施形態及び上記の第１の実施形態と実質的
に同じである。複光路エタロンは、２５Ａで表され、単
一光路エタロンである第２のエタロンは、２５Ｂで表さ
れる。この実施形態において、縮小望遠鏡３２は３対１
縮小望遠鏡であり、拡散器３４は小さな回折拡散器であ
り、複光路エタロン２５Ａは１０ピコメートルエタロン
であり、再帰反射器３８は中空コーナーキューブであ
り、エタロン２５Ｂは２ピコメートルエタロンであり、
また、レンズ４２は１．５メートルレンズである。特殊
フィルタは、扇形光線を選択し、スペクトルを歪めかね
ないどのようなゼロのオーダーの成分も除去する。折り
畳み鏡（図示しない）は、装置全体を２フィート×１フ
ィートの光学ブレッドボード上に装着することを可能に
する。
の好ましい実施形態は、図１０に示されている。この実
施形態は、第２のエタロンが装置に追加された以外は、
図５に示す実施形態及び上記の第１の実施形態と実質的
に同じである。複光路エタロンは、２５Ａで表され、単
一光路エタロンである第２のエタロンは、２５Ｂで表さ
れる。この実施形態において、縮小望遠鏡３２は３対１
縮小望遠鏡であり、拡散器３４は小さな回折拡散器であ
り、複光路エタロン２５Ａは１０ピコメートルエタロン
であり、再帰反射器３８は中空コーナーキューブであ
り、エタロン２５Ｂは２ピコメートルエタロンであり、
また、レンズ４２は１．５メートルレンズである。特殊
フィルタは、扇形光線を選択し、スペクトルを歪めかね
ないどのようなゼロのオーダーの成分も除去する。折り
畳み鏡（図示しない）は、装置全体を２フィート×１フ
ィートの光学ブレッドボード上に装着することを可能に
する。
【００２２】２つのエタロンの透過関数を正確な比の値
５まで調整するのに、エタロンの同調が必要であった。
２ピコメートルエタロンは、空気間隙エタロンであり、
１０ピコメートルエタロンと合わせるために圧力同調さ
れた。圧力同調は、エタロンを密閉ハウジングに閉じ込
め、調節可能ベローズに空気線により接続して達成され
た。ベローズを圧縮することにより、エタロンの空気圧
と、従ってＦＳＲとを調節することができた。使用され
た実験室の温度安定性は、中実の１０ピコメートルエタ
ロンには適さないことが判明した。１０ピコメートルエ
タロンの安定性を向上させるために、温度制御アセンブ
リが構築された。該アセンブリは、抵抗加熱部材、抵抗
温度センサ、及び、温度制御モジュールで構成された。
５まで調整するのに、エタロンの同調が必要であった。
２ピコメートルエタロンは、空気間隙エタロンであり、
１０ピコメートルエタロンと合わせるために圧力同調さ
れた。圧力同調は、エタロンを密閉ハウジングに閉じ込
め、調節可能ベローズに空気線により接続して達成され
た。ベローズを圧縮することにより、エタロンの空気圧
と、従ってＦＳＲとを調節することができた。使用され
た実験室の温度安定性は、中実の１０ピコメートルエタ
ロンには適さないことが判明した。１０ピコメートルエ
タロンの安定性を向上させるために、温度制御アセンブ
リが構築された。該アセンブリは、抵抗加熱部材、抵抗
温度センサ、及び、温度制御モジュールで構成された。
【００２３】多重光路多重エタロン（ＭＰＭＥ）分光器
のインパルス応答試験は、単色光源としてＦｒｅＤレー
ザを使用して行われた。１０２４要素のハママツ線型フ
ォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）、及び、デジタル化
オシロスコープは、分光器によって生成されたフリンジ
パターンを記録した。フリンジ画像に加え、ダークレベ
ルの画像が記録された。その２つのファイルの各々は、
約９０ヘルツの線速度で走査される６０フレームのＰＤ
Ａの平均を表した。各フレームの積分時間は、約１０．
５マイクロ秒であった。記録された画像は、フリンジ画
像からダークレベル画像を減き、得られたデータに基底
線を当てはめることにより処理された。次に、得られた
データは、図１１にグラフで表され、ノイズを拡大した
図は、図１２に表されている。記録された実験透過関数
は、ＭＰＭＥ分光器のモデル関数と近密に合致する。モ
デル値に対して分光器の僅かに優れるＦＷＨＭ性能は、
１つ又は両方のエタロンのフィネス値をモデル値３０よ
りも高くすることにより生み出されたかもしれない。
のインパルス応答試験は、単色光源としてＦｒｅＤレー
ザを使用して行われた。１０２４要素のハママツ線型フ
ォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）、及び、デジタル化
オシロスコープは、分光器によって生成されたフリンジ
パターンを記録した。フリンジ画像に加え、ダークレベ
ルの画像が記録された。その２つのファイルの各々は、
約９０ヘルツの線速度で走査される６０フレームのＰＤ
Ａの平均を表した。各フレームの積分時間は、約１０．
５マイクロ秒であった。記録された画像は、フリンジ画
像からダークレベル画像を減き、得られたデータに基底
線を当てはめることにより処理された。次に、得られた
データは、図１１にグラフで表され、ノイズを拡大した
図は、図１２に表されている。記録された実験透過関数
は、ＭＰＭＥ分光器のモデル関数と近密に合致する。モ
デル値に対して分光器の僅かに優れるＦＷＨＭ性能は、
１つ又は両方のエタロンのフィネス値をモデル値３０よ
りも高くすることにより生み出されたかもしれない。
【００２４】分光器の好ましい実施形態においては、両
方のエタロンを空気間隙タイプとし、同調を１０ピコメ
ートルエタロンを圧力同調することにより達成させるで
あろう。これにより分光器の温度安定性が増し、２ピコ
メートルエタロンを圧力同調する必要がなくなるであろ
う。１０ピコメートルエタロンを同調することにより、
第１のフリンジの位置変動もまた減少するであろう。エ
タロンのＦＳＲは、波長に関してフリンジ位置の境界を
定めるので、１０ピコメートルエタロンを同調すること
は、フリンジの位置変動を２ピコメートルに設定するで
あろう。フリンジ位置の変動が小さいと、積分９５％幅
を計算するより一貫性のある積分範囲を全ての波長に関
して維持することができる。
方のエタロンを空気間隙タイプとし、同調を１０ピコメ
ートルエタロンを圧力同調することにより達成させるで
あろう。これにより分光器の温度安定性が増し、２ピコ
メートルエタロンを圧力同調する必要がなくなるであろ
う。１０ピコメートルエタロンを同調することにより、
第１のフリンジの位置変動もまた減少するであろう。エ
タロンのＦＳＲは、波長に関してフリンジ位置の境界を
定めるので、１０ピコメートルエタロンを同調すること
は、フリンジの位置変動を２ピコメートルに設定するで
あろう。フリンジ位置の変動が小さいと、積分９５％幅
を計算するより一貫性のある積分範囲を全ての波長に関
して維持することができる。
【００２５】使用する線型ＰＤＡは、分光器の解像度を
制限していることにも注意されたい。２５ミクロンの大
きさの画素は、生成されるフリンジパターンの幅と比較
すれば比較的大きいものであった。この問題を和らげる
ために、より長い焦点長さ１．５メートルのレンズを使
用して、フリンジパターンのサイズが拡大された。この
倍率では、第１のフリンジの直径は、中心から５ピコメ
ートルに置かれた時に検出器による画像化には大きすぎ
る。ＰＤＡ全体は、波長空間での約１２ピコメートルに
変換するフリンジパターンの放射状区画を覆うのみであ
る。たとえこの最大倍率においても、フリンジのＦＷＨ
Ｍは、３画素又はそれ以下である。従って、この分光器
デザインの全解像度を利用するには、少なくとも２０４
８画素を持つ線型アレーが必要であろう。
制限していることにも注意されたい。２５ミクロンの大
きさの画素は、生成されるフリンジパターンの幅と比較
すれば比較的大きいものであった。この問題を和らげる
ために、より長い焦点長さ１．５メートルのレンズを使
用して、フリンジパターンのサイズが拡大された。この
倍率では、第１のフリンジの直径は、中心から５ピコメ
ートルに置かれた時に検出器による画像化には大きすぎ
る。ＰＤＡ全体は、波長空間での約１２ピコメートルに
変換するフリンジパターンの放射状区画を覆うのみであ
る。たとえこの最大倍率においても、フリンジのＦＷＨ
Ｍは、３画素又はそれ以下である。従って、この分光器
デザインの全解像度を利用するには、少なくとも２０４
８画素を持つ線型アレーが必要であろう。
【００２６】このタイプのデザインの実用上の制限は、
エタロンの各空隙の最大比を約１０に設定する。２つの
エタロンの隙間比が１０を超える時、第１の付帯ピーク
が設計透過帯域に近接することは、積分９５％幅のかな
りの増加を引き起こす。この隙間比の指針と最小ＦＳＲ
１０ピコメートルという追加制限とを使用することによ
り、最高解像度多重光路多重エタロン分光器を１０ピコ
メートルエタロン及び１ピコメートルエタロンを使用す
る装置に設定する。両方のエタロンに対して推定フィネ
ス値３０を持つそのような装置の理論的透過関数は、
０．０３ピコメートルのＦＷＨＭと０．１５ピコメート
ルの積分９５％とを生み出す。
エタロンの各空隙の最大比を約１０に設定する。２つの
エタロンの隙間比が１０を超える時、第１の付帯ピーク
が設計透過帯域に近接することは、積分９５％幅のかな
りの増加を引き起こす。この隙間比の指針と最小ＦＳＲ
１０ピコメートルという追加制限とを使用することによ
り、最高解像度多重光路多重エタロン分光器を１０ピコ
メートルエタロン及び１ピコメートルエタロンを使用す
る装置に設定する。両方のエタロンに対して推定フィネ
ス値３０を持つそのような装置の理論的透過関数は、
０．０３ピコメートルのＦＷＨＭと０．１５ピコメート
ルの積分９５％とを生み出す。
【００２７】（第５の好ましい実施形態）本出願人が製
作及び試験した第５の実施形態は、２ピコメートル単一
光路エタロンを２０ピコメートル複光路エタロンと組み
合わせたもので、ＭＰＭＥ装置がＫｒＦレーザビームの
帯域幅を計測するために使用され、その結果は、最新の
正確な格子ベース分光器を使用した同様な結果と比較さ
れた。生の結果は、図１３及び図１４に示されている。
図１４は、図１３の一部分を拡大したものである。これ
らのグラフは、遙かにコンパクトなＭＰＭＥの方が格子
分光器よりもかなり高い解像度を持つことを示してい
る。
作及び試験した第５の実施形態は、２ピコメートル単一
光路エタロンを２０ピコメートル複光路エタロンと組み
合わせたもので、ＭＰＭＥ装置がＫｒＦレーザビームの
帯域幅を計測するために使用され、その結果は、最新の
正確な格子ベース分光器を使用した同様な結果と比較さ
れた。生の結果は、図１３及び図１４に示されている。
図１４は、図１３の一部分を拡大したものである。これ
らのグラフは、遙かにコンパクトなＭＰＭＥの方が格子
分光器よりもかなり高い解像度を持つことを示してい
る。
【００２８】当業者は、本発明の精神から逸脱すること
なく他の修正が可能であることを理解することができ
る。例えば、迅速な応答が必要でない場合、走査出口ス
リット及び光度計がフォトダイオード・アレーの代わり
に使用できる。このスリット・光度計アセンブリは、Ｐ
ＤＡの区域を走査でき、異なる波長の光の強度を計測す
る。第２の単一光路エタロンは、図３及び図８に示す複
光路エタロン装置のほか、図５に示すものと組み合わせ
ることが可能であろう。また、第４及び第５の実施形態
で説明した形態は、本明細書において参照文献として援
用されている２０００年２月２５日出願の米国特許出願
シリアル番号第０９／５１３、３２５号の開示とも組み
合わせることが可能であろう。従って、本発明は、特許
請求範囲及びその法的同等事項によってのみ制限される
ことになる。
なく他の修正が可能であることを理解することができ
る。例えば、迅速な応答が必要でない場合、走査出口ス
リット及び光度計がフォトダイオード・アレーの代わり
に使用できる。このスリット・光度計アセンブリは、Ｐ
ＤＡの区域を走査でき、異なる波長の光の強度を計測す
る。第２の単一光路エタロンは、図３及び図８に示す複
光路エタロン装置のほか、図５に示すものと組み合わせ
ることが可能であろう。また、第４及び第５の実施形態
で説明した形態は、本明細書において参照文献として援
用されている２０００年２月２５日出願の米国特許出願
シリアル番号第０９／５１３、３２５号の開示とも組み
合わせることが可能であろう。従って、本発明は、特許
請求範囲及びその法的同等事項によってのみ制限される
ことになる。
【図１】従来技術による分光器の図である。
【図２】従来技術によるエタロン分光器のスリット関数
のグラフである。
のグラフである。
【図３】本発明の第１の好ましい実施形態の図である。
【図４】図３の実施形態で測定された周波数２倍化アル
ゴンイオンレーザビームのスペクトルを示す図である。
ゴンイオンレーザビームのスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第２の好ましい実施形態の図である。
【図６】微小エタロンプレート不整合の効果を示す図で
ある。
ある。
【図７】フォトダイオード・アレー上のフリンジパター
ンを示す図である。
ンを示す図である。
【図８】本発明の第３の好ましい実施形態の図である。
【図９】偏光回転中空プリズムの図である。
【図１０】本発明の第４の好ましい実施形態の図であ
る。
る。
【図１１】第４の実施形態における試験結果を示す図で
ある。
ある。
【図１２】第４の実施形態における試験結果を示す図で
ある。
ある。
【図１３】ＭＰＭＥ分光器の試験結果と格子分光器との
比較を示す図である。
比較を示す図である。
【図１４】ＭＰＭＥ分光器の試験結果と格子分光器との
比較を示す図である。
比較を示す図である。
２５ エタロン ３２ 望遠鏡 ３４ 拡散器 ３８ 中空再帰反射器 ４０ ４５度の鏡 ４２ レンズ ４４ 線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）
フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー アイ エルショフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92127 サン ディエゴ メドー フラワ ー プレイス 11312 (72)発明者 ジェシ ディー バック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92069 サン マルコス ウッドランド コート 1320 Ｆターム(参考） 2G020 BA02 BA20 CA12 CB06 CB23 CB43 CC02 CC23 CC31 CC42 CC47 CC63 CD03 CD16 CD24 CD32 CD56 CD60
Claims (15)
- 【請求項１】 ビームのスペクトル測定をする複光路２
重エタロンベースの分光器であって、 Ａ）拡散ビームを生成するために、前記ビームの光を非
常に多くの方向に向ける拡散光学装置と、 Ｂ）前記拡散ビーム内に置かれ、前記ビームの各部分を
透過して角度的に分離されたスペクトル成分を持つ１度
透過されたビームを生成するように形成された第１のエ
タロンと、 Ｃ）前記１度透過されたビームの少なくとも一部分を前
記エタロンを通して反射して戻し、角度的に分離された
スペクトル成分を持つ２度透過されたビームを生成する
ように置かれた再帰反射光学装置と、 Ｄ）第２のエタロンと、 Ｅ）集束光学装置と、 Ｆ）光検出器と、 Ｇ）前記２度反射されたビームの少なくとも一部分を、
前記第２のエタロン及び前記集束光学装置を通って、前
記ビームのスペクトル成分が検出される前記光検出器上
に反射するように置かれた反射光学装置と、を含むこと
を特徴とする分光器。 - 【請求項２】 前記再帰反射器は、中空再帰反射器であ
ることを特徴とする請求項１に記載の分光器。 - 【請求項３】 前記再帰反射器は、中空矩形プリズムで
あることを特徴とする請求項１に記載の分光器。 - 【請求項４】 前記中空プリズムは、選択された波長の
範囲内の光を反射するように被覆された２つの鏡から成
ることを特徴とする請求項３に記載の分光器。 - 【請求項５】 前記反射光学装置は、前記２度透過され
たビームを反射するが、前記拡散ビームの少なくとも一
部分の前記エタロンへの伝達を可能にするように置かれ
た鏡であることを特徴とする請求項１に記載の分光器。 - 【請求項６】 前記拡散ビームは、主たる偏光方向を形
成し、 前記反射光学装置は、偏光ビーム分割器であり、 前記中空プリズムは、交差する位置で交差線を形成して
互いに対して９０度の角度で置かれた２つの交差する反
射プレートから成り、 前記プレートの交差線は、前記拡散ビームの主たる偏光
方向に対して約４５度の角度で置かれる、ことを特徴と
する請求項３に記載の分光器。 - 【請求項７】 前記中空プリズムは、波長の選択された
範囲内の光を反射するように被覆された２つの鏡から成
ることを特徴とする請求項６に記載の分光器。 - 【請求項８】 前記光検出器は、検出器アレーであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の分光器。 - 【請求項９】 前記光検出器アレーは、線型フォトダイ
オード・アレーであることを特徴とする請求項８に記載
の分光器。 - 【請求項１０】 前記拡散光学装置と前記エタロンとの
間に置かれた空間フィルタを更に含むことを特徴とする
請求項１に記載の分光器。 - 【請求項１１】 前記空間フィルタは、スリットと、前
記拡散ビームの少なくとも一部分を前記スリットを通し
て集束する第１のレンズとを含むことを特徴とする請求
項１０に記載の分光器。 - 【請求項１２】 前記スリットを通過する拡散ビームを
平行にする第２のレンズを更に含むことを特徴とする請
求項１１に記載の分光器。 - 【請求項１３】 前記第２のエタロンは、前記第１のエ
タロンと正確な整数比に位置合わせされることを特徴と
する請求項１に記載の分光器。 - 【請求項１４】 前記比は、５であることを特徴とする
請求項１３に記載の分光器。 - 【請求項１５】 前記第１のエタロンは、約１０の透過
関数を持ち、前記第２のエタロンは、約２の透過関数を
持つことを特徴とする請求項１４に記載の分光器。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/513,324 US6320663B1 (en) | 1999-01-22 | 2000-02-25 | Method and device for spectral measurements of laser beam |
| US09/737,181 US6359693B2 (en) | 1999-02-04 | 2000-12-14 | Double pass double etalon spectrometer |
| US09/513324 | 2000-12-14 | ||
| US09/737181 | 2000-12-14 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006032382A Pending JP2006138874A (ja) | 2000-02-25 | 2006-02-09 | 複光路２重エタロン分光器 |
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|---|---|
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| AU (1) | AU2001234990A1 (ja) |
| WO (1) | WO2001063230A1 (ja) |
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