JP2007527522A - レーザ出力の帯域幅を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に狭い帯域幅で光を発するレーザのためのレーザ放射光帯域幅を検出する技術を提供する。
【解決手段】レーザから放射された光の帯域幅を測定する方法及び装置。本発明は、第１及び第２帯域幅検出器によってそれぞれ測定される時の放射された光の帯域幅を示す第１パラメータを表す出力をそれぞれ提供する第１及び第２波長感知光学帯域幅検出器と、第１又は第２帯域幅検出器のいずれかに特定の所定の較正変数を用いる多変数線形方程式の一部としてこれらの２つの出力を利用して第１の実帯域幅パラメータ又は第２の実帯域幅パラメータを計算するようになった実帯域幅計算装置とを含むことができる。第１の実帯域幅パラメータは、最大値のいくらかのパーセントでのスペクトル全幅（ＦＷＸＭ）とすることができ、第２の実帯域幅パラメータは、エネルギのいくらかのパーセントを含む部分（ＥＸ）とすることができる。第１及び第２帯域幅検出器は、エタロンとすることができ、出力は、ＦＷＸＭでのそれぞれのエタロンの光出力のフリンジのフリンジ幅を表すものとすることができる。事前に計算された較正変数は、第１及び第２の実帯域幅パラメータの既知の値を有する較正入力光に関連して検出器出力をそれぞれ表すそれぞれの三次元プロットから導出することができる。
【選択図】図４

Description

関連出願
本出願は、本出願の出願人に譲渡された本出願と同日出願の「レーザの光出力の帯域幅を測定する方法及び装置」という名称の出願（代理人整理番号２００３−００５６−０１）に関連しており、その開示は、本明細書において引用により組み込まれる。
本発明は、非常に狭い帯域幅、例えば、ピコメートルの１００分のいくつか及びそれよりも小さな許容誤差を有するサブピコメートル帯域幅で光を発するレーザのためのレーザ放射光帯域幅の検出に関する。より具体的には、本発明は、例えばインパルス応答関数が測定されている光源にほぼ同等か又はそれよりも大きい帯域幅を有する干渉計器又は分散計器（分光計）を使用して光源の帯域幅を正確に推定することに関する。

分光計は、光源、例えばレーザの波長と帯域幅の両方の測定に使用されることが公知である。実際には、例えばこのような帯域幅メーターの出力は、実際には帯域幅メーターの中に入力される光スペクトルの実帯域幅（測定される実際の帯域幅）と帯域幅メーターの応答関数との畳み込みである例えば分光計光学装置からの出力の帯域幅を測定するための当業技術で公知のような例えばフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）を利用する測定の結果である。帯域幅メーターは、帯域幅の測定中に測定されているスペクトルを修正するそれ独自の応答関数を有する。

これが２つの解析的ガウススペクトル又は２つの解析的ローレンツスペクトルの数学的畳み込みとして正確に表すことができる処理であったとすれば、レーザ光の帯域幅は、簡単な代数方程式を使ってメーターの応答から判断することができるであろう。しかし、ほとんどのレーザの出力スペクトルは、そのような簡単な解析的な形ではなく、かつ例えば光学分散帯域幅検出計器、例えばエタロンの応答関数でもない。

分光計光学装置、特に光学干渉計、例えばエタロンは、ｒをエタロン内の並列に置かれた部分反射性ミラーの反射率とした場合に、式ｆ＝（πｒ^1/2）／１−ｒによって計算される有限フィネス又は「Ｑ」を有する。エタロンはまた、λを波長、ｎを部分的反射性ミラーの並列に置かれた反射面を分離する材料の屈折率、ｄをその２つの間の距離とする場合に、式ＦＳＲ＝λ²／２^*ｎ^*ｄによって求められる自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の特性も有する。帯域幅の「エタロン解像度」（ＥＲ）として公知の係数は、式ＥＲ＝ＦＲＳ／フィネスによって求められる。これに対する妥当な近似であるが正確な表現ではないものが、ローレンツ形曲線である。例えばピコメートル範囲の帯域幅を有する例えばレーザのための帯域幅メーターにおいて現在では、誤差は、例えば帯域幅メーターで使用されているエタロンの通過帯域が、測定されているレーザ出力の帯域幅よりも相対的にずっと広いために、何らかの較正定数を使用するオフセット又はデルタ関数で通常は処理することができる。

しかし、例えば「超大規模集積回路」（ＵＬＳＩ）の集積回路製造でのより狭い限界寸法ライン形態に対する要件が益々増加する（限界寸法を小さくする）時に、これは、中心波長付近の非常に狭く制御された帯域幅によって定義された純度を有する、特定の非常に狭い波長（遠紫外線−「ＤＵＶ」、及び極紫外線−「ＥＵＶ」）での純粋なレーザ光に対する要求であるが、このような測定のために使用されるエタロンは、応答関数においてレーザ光それ自体の帯域幅により接近することになり、従来のデルタ関数はもはや適用されない。例えば、本出願の譲渡による所有者であるサイマー・インコーポレーテッドの最近発売された製「ＸＬＡ １００」では、搭載型帯域幅メーターは、約０．１２ｐｍの通過帯域を有するエタロンを利用し、レーザは、一般的に約０．１ｐｍと０．１８ｐｍの間の出力を供給し、帯域幅共振を割り引くものである。畳み込みは、次に、波長及び／又は帯域幅が望ましいターゲットから離れるように又は望ましい範囲から出るように移動する時にレーザの作動を修正するのに使用されるコントローラ内への適正な入力に対して、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）の測定値をすぐに精度を不十分にするか又は直にそうすることになる方法で、例えば帯域幅を測定したレーザ光を歪ませる。これは、部分的には、少なくとも測定されているレーザ光からエタロン出力スペクトル内へのエネルギの流入のためである。この流入問題は、測定された入力光の帯域幅よりも広いものがエタロンの通過帯域であり、両方が近い値である場合に更に大きく誇張される可能性があり、その理由は、それによってエタロンの通過帯域が、測定されたレーザ光スペクトルによって更により多く影響を受ける（歪められる）からである。

現在、測定されたレーザ光学帯域幅の帯域幅の指示として使用される帯域幅メーターの出力は、例えば、エタロン光学装置によって生成されたフリンジの例えばＦＷＨＭでのフリンジ幅の尺度から何らかの一定の誤差値、例えば別に「エタロン補正」（ＥＣ）として公知のＥＲを引いたものである。しかし、上述のように、これは、エタロンの出力の分布がローレンツ形でない限り正確ではなく、実際にそれはローレンツ形ではない。

問題を悪化させることには、最初に製造された時の仕様内の所定のレーザシステム上で帯域幅メーターを維持するのに満足できる測定値を最初にＥＲに関して得ることができる場合であっても、エタロンがレーザ帯域幅メーター光学装置のように寿命中に変化し、寿命を通してのレーザの作動の様々な条件が実際のＥＲに影響を与えることが見出されており、更に、スペアが問題になる場合は、帯域幅メーターは、現場で帯域幅メーターになることになるその同じレーザによって工場で較正することができず、較正システムは、帯域幅メーターを顧客レーザに合わせるために顧客サイトまであちこち移動するのに大きすぎて敏感すぎ、かつ各顧客サイトでそれを維持するのに高価すぎるものである。

それでもまだ十分でなければ、純度の適正な制御のための帯域幅の実際の尺度は、例えばＥ９５であり、これは、ある一定のパーセント、この場合はスペクトルの全エネルギのＥ９５に対する９５％を構成し、かつピーク値の両側でエネルギの＋／−無限大でゼロまでの減衰に対するある一定の有限境界、一般的に約１０ｐｍに制限されたレーザ出力スペクトル内の集積エネルギの尺度であることが、例えば０．１ミクロン未満ライン幅製造の半導体製造に対して業界で益々信じられている。

本出願人はまた、パルスレーザが駆動されるデューティサイクルに依存してＦＷＨＭ及びＥ９５の変動が存在し、それがサブｐｍレーザに対してＥＲ内の初期較正で考慮するには大きすぎ、また、レーザ毎及びレーザ寿命にわたって変化することを発見した。
例えば分散光学要素又は光学干渉現象に基づく帯域幅検出器（波長計）、例えば分光計は、光源の絶対波長及び帯域幅の測定に一般的に適用される公知の計器である。帯域幅測定ツール（帯域幅検出器／メーター）として用いられる場合には、測定されている光源の帯域幅を判断する時に、分光計の有限インパルス応答の影響を考慮すべきである。本出願の目的に対して、「帯域幅」は、半値強度でのスペクトルの全幅（ＦＷＨＭ）、最大値のいくらかの他のパーセントでの全幅（ＦＷＸＭ）、９５％封入強度積分の幅（「Ｉ９５％」又は「Ｅ９５％」）、又はスペクトル部分に封入されたエネルギのいくらかの他のパーセントの幅（「ＩＸ％」又は「ＥＸ％」）などのようなあらゆる数の測定基準又は数学的構成の意味することができる。光源の帯域幅の正確な知識は、多くの学術的及び産業的応用、例えば、液体又は気体の分光法、半導体フォトリソグラフィでの限界寸法制御などにおいて非常に重要である。

非常に簡単な場合、例えば、光源のスペクトル及び分光計インパルス応答が、両方とも解析的ガウス関数によって又は両方とも解析的ローレンツ関数によって正確に表される場合、分光計インパルス応答の影響は、ほとんどの帯域幅測定基準に対して簡単な代数方程式を使用して容易に対処することができる。しかし、ほとんどの光源、例えばレーザの出力スペクトルは、このような簡単な形を持たず、分光計のインパルス応答は、同様に複雑及び／又は未知である場合があるか、又は時間にわたって又は変動する作動環境において変化する場合がある。更に、光源自体のスペクトルの詳細な形状は、時間にわたって又は変化する作動条件と共に変化する場合がある。

これらの障害を克服するために用いられる一般的な方法は、インパルス応答が測定される光源の予想帯域幅に比べて非常に狭い帯域幅を有し、そのために測定されているスペクトルと帯域幅検出光学装置のインパルス応答との畳み込みにおいて帯域幅検出光学装置の影響を無視することができると考えることができる分光計を用いることである。すなわち、分光計インパルス応答は、簡単な数学的デルタ関数によって近似することができる。しかし、特にレーザのようなそれ自体が極めて狭いことがある（波長スケールで数十フェムトメートル又はそれ未満）光源に比べて狭い必要がある時に、このような狭帯域幅インパルス応答を備えた分光計を取得することは常に実際的であるとは限らず、又は不可能でさえある。

一般的に使用される第２のある程度より洗煉された方法は、分光計内の畳み込みの影響を簡単な数学的な項で表すことができる解析関数（例えば、ローレンツ、ガウス、又は混合タイプの）で分光計インパルス応答関数及び光源スペクトルを近似することである。上述のように、これは必ずしも良好な近似ではなく、ある一定の種類の帯域幅測定基準に対して信頼性を有して実施することに多くの場合に失敗するか又は非常に困難になる。Ｉ９５％のような積分帯域幅測定基準の計算は、この技術を使用すると不正確になるか又は非常に計算集中的になる可能性がある。

第２の方法及びその欠点の解説として、本出願の譲受人の最近発売された製品「ＸＬＡ−１００」は、約０．１７ｐｍの平均的な典型的ＦＷＨＭ帯域幅を有する遠紫外線エキシマレーザ光源の出力を質問するために使用される約０．１２ピコメートル（ｐｍ）のＦＷＨＭ通過帯域を有する単一エタロンを用いる搭載型帯域幅メーターを含んでいる。レーザとエタロン分光器の両方が解析的ローレンツスペクトル形状を有すると仮定される上述の近似が為され、従って、計器のＦＷＨＭ出力は、単にレーザ光源のＦＷＨＭとエタロン分光計インパルス応答の和として数学的に見出される。この近似では、次に、レーザ帯域幅は、計器のＦＷＨＭ出力からエタロン分光計インパルス応答のＦＷＨＭ（独立した測定で判断される）を引いたものによって推定される。しかし、光源スペクトルのＦＷＨＭ帯域幅とインパルス応答関数の比が１に近いので、この方法は、レーザスペクトルの形状が近似的ローレンツ形状から大きくかけ離れる場合に精度を失う場合がある。例えば、実際のレーザスペクトルの接近したウィングにおけるエネルギの同時増加を伴う光源スペクトルの中心スペクトルピークの狭まりにより、この近似のＦＷＨＭ帯域幅の過剰推定を生じる可能性がある。

更に、レーザスペクトルの詳細な形状が一定である場合、この例で差し引かれたオフセットを調節して補償することができる。しかし、レーザスペクトルの形状が、例えば、作動条件及びシステムアラインメントと共に、又は製品の寿命にわたって変化する場合、この補正でさえも精度を保たないことになる。同じく問題点は、製造環境において、エタロン分光計を１つのレーザ上で試験してオフセットを較正することができるが、結局は、例えば交換部品として僅かに異なるスペクトル形状を有する別のレーザに設置されるという事態を複雑にする可能性である。この場合、較正自体に誤差があるであろう。

従って、レーザからレーザに携帯可能であり、レーザの寿命にわたる変化を含むレーザ特性変化及びレーザ作動変化に応じるような方法で較正することができるサブｐｍ（フェムトメートル「ｆｍ」に近づく）帯域幅メーターに対する必要性が存在する。この必要性は、例えば上述のようなレーザによって生成されたより高い純度の光のユーザによって益々要求されている例えば封入エネルギパラメータの推定値、例えばＥ９５％を通じてより正確な測定を提供するために存在する。非常に高いパルス繰返し数とパルス間補正とをサポートするために、この必要性はまた、計算の実行が簡単であり、すなわち、最少の数の命令、従って利用するどのようなプロセッサのサイクルにおいても最小の計算時間しか必要としないソリューションによって満足されるべきである。

レーザから放射された光の帯域幅を測定する方法及び装置が開示され、これは、第１及び第２帯域幅検出器によってそれぞれ測定される時の放射された光の帯域幅を示す第１パラメータを表す出力をそれぞれ提供する第１及び第２波長感知光学帯域幅検出器と、第１又は第２帯域幅検出器のいずれかに特定の所定の較正変数を用いる多変数線形方程式の一部としてこれらの２つの出力を利用して第１の実帯域幅パラメータ又は第２の実帯域幅パラメータを計算するようになった実帯域幅計算装置とを含むことができる。第１の実帯域幅パラメータは、最大値のいくらかのパーセントでのスペクトル全幅（ＦＷＸＭ）とすることができ、第２の実帯域幅パラメータは、エネルギのいくらかのパーセントを含む部分（ＥＸ）とすることができる。第１及び第２帯域幅検出器は、エタロンとすることができ、出力は、ＦＷＸＭでのそれぞれのエタロンの光出力のフリンジのフリンジ幅を表すものとすることができる。事前に計算された較正変数は、ＦＷＸＭ及びＥＸとすることができる第１及び第２の実帯域幅パラメータの既知の値を有する較正入力光に関連して検出器出力をそれぞれ表すそれぞれの三次元プロットから導出することができる。第１／第２三次元プロットは、解：（第１／第２出力）＝（ａ／ｄ^*（ＦＷＸＭの較正入力光既知値））＋（ｂ／ｅ^*（ＥＸの較正入力光既知値）＋ｃ／ｆを提供することができ、実帯域幅計算装置は、導出された方程式：（第１の実帯域幅パラメータ）＝（（ｂ^*（第２出力））−（ｅ^*（第１出力））＋ｃｅ−ｂｆ）／（ｂｄ−ａｅ）、又は方程式：（第２の実帯域幅パラメータ）＝（（ａ^*（第２出力））−（ｄ^*（第１出力））＋ｃｄ−ａｆ）／（ａｅ−ｂｄ）を使用することができる。ＦＷＸＭは、ＦＷＨＭとすることができ、ＥＸは、Ｅ９５とすることができる。第１光学帯域幅検出器の伝達関数は、ＥＸよりもＦＷＸＭに対してより感度が高くなるように選択することができ、第２光学帯域幅検出器の伝達関数は、ＦＷＸＭよりもＥＸに対してより感度が高くなるように選択することができる。

ここで図１を参照すると、非常に正確な分光計、例えばレーザ・テクニック・ベルリン（ＬＴＢ）製のような例えば格子分光計を利用して測定される時にＦＷＨＭ及びＥ９５の値が変化する時の、例えばコヒーラント製によって作られたような例えば超低ウエッジエタロンを有し、従来技術の補正ＥＲを利用する帯域幅メーター（波長計）の応答の三次元プロットが示されている。
従来技術のＥＲを使用するエタロン波長計は、Ｅ９５及びＦＷＨＭの両方に対して両方ともピコメートルにおいて大体同じ応答を示すことが分る。図示の相関格子応答は、「Ｌｅｖｅｎｂｕｒｇ Ｍａｒｑｕａｒｄｔ」多変数最小化アルゴリズムのようないくつかの公知の当て嵌め技術のいずれかによって平滑化される場合に、応答関数Ａ^*ｘ＋Ｂ^*ｙ＋Ｃを示し、ここで、Ａ＝０．６４４９５±０．０１６６、Ｂ＝０．２０７９７±０．０１１０５、及びＣ＝０．２２９８３±０．００７１９であり、従来技術では、ＦＷＨＭの変化を表すＡ項といくらかの一定オフセットを表すＣ項とは、製造時の較正処理中に工場であらゆる所定の波長計に対してＥＲを設定するのに利用される。Ｂ項は、完全には無視されないが、平均化されて定数Ｃに組み込まれる。

ここで図２を参照すると、例えば光学帯域幅測定装置、例えば干渉計と、例えばフォトダイオードのアレイ（ＰＤＡ）上に光学的に投影されるエタロンによって作成されたフリンジのＦＷＨＭを検出することによって入力レーザ光の帯域幅を検出する例えばエタロン干渉計とを利用する模擬帯域幅メーター（波長計）の三次元プロットが示されている。応答は、帯域幅メーターがＥ９５の変化よりもＦＷＨＭの変化に対して相対的により感度が高いことを示している。図２に示す平滑化されたプロットから導出される応答方程式は、Ａ＝０．６６７０４±０．００２２１、及びＢ＝０．８９５１±０．０００７９、及びＣ＝０．１０１７２±０．０００３９をもたらす。

ここで図３を参照すると、例えば光学帯域幅測定装置、例えば干渉計と、例えばフォトダイオードのアレイ（ＰＤＡ）上に光学的に投影されるエタロンによって作成されたフリンジのＦＷＨＭを検出することによって入力レーザ光の帯域幅を検出するエタロン干渉計とを利用する模擬帯域幅メーター（波長計）の三次元プロットが示されている。このシミュレーションは、０．７ｐｍ／２０ピクセル通過帯域を利用する。応答は、帯域幅メーターがＦＷＨＭよりもＥ９５の変化に対して相対的により感度が高いことを示している。図３に示す平滑化されたプロットから導出される応答方程式は、Ａ＝０．１４４８３±０．００１１４、及びＢ＝０．１６５７５±０００４１、及びＣ＝０．６７２６３±０．０００２をもたらす。

本出願人は、２つの異なる帯域幅メーター、例えばＥ９５の変化に相対的により感度の高いものとＦＷＨＭの変化に相対的により感度の高いものであって、帯域幅を測定するのにエタロン光学装置を用いる帯域幅メーターの場合は異なるフィネスを有するものの各々に対して２つのこのような応答プロットを取り、２つの別々の線形方程式：
（第１出力、例えば、エタロン１フリンジ幅値）＝（ａ^*（スペクトルの全幅内の最大値のいくらかのパーセントでの全幅の較正入力光既知値、例えば、ＦＷＸＭ））＋（ｂ^*（全スペクトルのエネルギのいくらかのパーセントを包含するスペクトルのコンテントを定めるスペクトル上の２つのポイント間の幅の較正入力光既知値、例えば、ＥＸ）＋ｃ、及び
（第２出力、例えば、エタロン２フリンジ幅値）＝（ａ^*（スペクトルの全幅内の最大値のいくらかのパーセントでの全幅の較正入力光既知値、例えば、ＦＷＸＭ））＋（ｂ^*（全スペクトルのエネルギのいくらかのパーセントを包含するスペクトルのコンテントを定めるスペクトル上の２つのポイント間の幅の較正入力光既知値、例えば、ＥＸ））＋ｃ、
におけるＤ、Ｅ、及びＦとして上述した、Ａ、Ｂ、及びＣの第２の値を使用すると、実帯域幅計算装置は、導出された式：
（第１の実帯域幅パラメータ、例えば、ＦＷＸＭ）＝（（ｂ^*（第２出力、例えば、エタロン２フリンジ幅値））−（ｅ^*（第１出力、例えば、エタロン１フリンジ幅値））＋ｃｅ−ｂｆ）／（ｂｄ−ａｅ）、又は、方程式：
（第２の実帯域幅パラメータ、例えば、ＥＸ）＝（（ａ^*（第２出力、例えば、エタロン２フリンジ幅値））−（ｄ^*（第１出力、例えば、エタロン１フリンジ幅値））＋ｃｄ−ａｆ）／（ａｅ−ｂｄ）、
を解くようにプログラムすることができることを発見した。

ＦＷＸＭがＦＷＨＭ値であり、ＥＸがＥ９５であり、Ｘが第１エタロンＰＤＡの出力であり、Ｘ’が第２エタロンＰＤＡの出力であるより特殊な場合には、Ｘ＝ａ^*ＦＷＨＭ＋ｂ^*Ｅ９５＋ｃ、及びＸ’＝ｄ^*ＦＷＨＭ＋ｅ^*Ｅ９５＋ｆ、及び従って以下のようになる。
ＦＷＨＭ＝（ｂ^*Ｘ’−ｅ^*Ｘ＋ｃｅ−ｂｆ）／（ｂｄ−ａｅ）、及び
Ｅ９５＝（ａ^*Ｘ’−ｄ^*Ｘ＋ｃｄ−ａｆ）／（ａｅ−ｂｄ）

従って、帯域幅メーターの各々は、例えば並行して作動させるために製造時に工場で較正して帯域幅メーターにまとめることができ、以下に説明するコントローラは、各帯域幅メーター、例えばａ−ｆに対する所定の較正値を有する２つの出力と、ＦＷＸＭ及びＥＸのいずれか又は両方を解くために同じレーザ出力の帯域幅を測定する２つの出力とを利用するようにプログラムすることができる。すなわち、最大値のいくらかのパーセントでの全幅、例えば、ＦＷＨＭ又はＦＷ７５％Ｍ、及び／又はＥＸ、すなわち、全エネルギのいくらかのパーセントが包含されるスペクトルの幅、例えば、Ｅ９５％（Ｅ９５）又はＥ９７％又はＥ９３％は、プロセッサに利用可能なメモリにそれぞれの係数を記憶し、それぞれの帯域幅メーター、例えばコントローラに入力を供給するのに並行して２つのそれぞれのエタロンでの光出力を測定する実際のレーザ作動中のエタロンからプロセッサの実際の出力に提供することによって解くことができる。現在の標準ＦＷＨＭ及び／又はＥ９５以外が測定されて工場で較正される場合は、このような他の値（複数の値）は、出力、例えばエタロンフリンジ測定値がａ−ｆの値を得るために上述のようにプロットされることになるものに対するものであることになることが理解されるであろう。

ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による帯域幅メーター１０の概略ブロック図が示されている。帯域幅メーター１０は、レーザ、例えば高パルスパワーエキシマレーザ、例えば１９３．３５０ｎｍの公称波長、０．３ｐｍ未満の帯域幅、及び±０．０２ｐｍの帯域幅精度要件で光を生成する「ＡｒＦ ＭＯＰＡ」デュアルチャンバレーザによって発生した光ビーム１４の帯域幅を測定するように設定することができる。例えば、集積回路のサブミクロン製造、マイクロマシン、又はナノテクノロジーなど（フォトリソグラフィ）でレチクル（マスク作業）を通して例えばフォトレジストを露出するための光源として利用することができるレーザ光ビーム１４は、ビーム１４のほとんどを通過させ、例えばビーム１８の１％よりも少ない小部分を反射するように設定することができる例えばビームスプリッタ１６で分割することができ、ビーム１８の１％よりも少ない小部分は、それぞれの帯域幅メーター３０及び３４に各々が入る反射ビーム２２及び通過ビーム２４にビーム１８の本質的に同一の量を反射して通過させるように設定された第２ビームスプリッタ２０を通過することができる。帯域幅メーター３０及び３４は、光学帯域幅測定装置、例えば測定された光の帯域幅を示すフリンジを生成するためのエタロン及び電子回路（図示せず）、例えばエタロン等によって生成されたフリンジ等の測定値を表すことのできるコントローラ４０へのアナログ又はデジタル入力を提供するためのＰＤＡを含むことができる。エタロン３０は、例えば０．１２ｐｍＦＷＨＭ、ＡｒＦレーザ帯域幅測定のための１９３．３６での例えば３ｐｍの自由スペクトル範囲、及び例えば１０ｍｍ開口にわたる≧２５の有効フィネス、及び１９３．３５０ｎｍ標準入射での≧５０％のピーク伝達（フリンジピーク光電信号と入力ピーク信号の比）の公称通過帯域値を有するように選択することができる。エタロン３４は、例えば０．７ｐｍＦＷＨＭ、ＡｒＦレーザ帯域幅測定のための１９３．３６での例えば２０ｐｍの自由スペクトル範囲、及び例えばａ＿ｍｍ開口にわたる≧２９の有効フィネス、及び１９３．３５０ｎｍ標準入射での≧＿％のピーク伝達（フリンジピーク光電信号と入力ピーク信号の比）の公称通過帯域値を有するように選択することができる。
この種の較正は、同じか又は類似の種類の周波数依存の応答問題を受けやすい他の帯域幅測定計器と共に用いることができることが理解されるであろう。

本出願人は、例えば大きく異なる通過帯域の２つのエタロンを使用して、光のビーム、例えば非常に小さな波長及び非常に狭い帯域幅でのレーザからの出力の並行測定から成る光学帯域幅測定装置を作成したことが上記から理解されるであろう。帯域幅測定装置の２つのアームは、測定されるスペクトルのウィング又はスカートのエネルギコンテントに対する異なる感度を示すものである。２つの並行帯域幅測定装置の各々の出力、例えば各それぞれのエタロンによって生成されたフリンジのＦＷＨＭ値は、測定されているレーザ光の実際のＦＷＨＭ及びＥ９５％幅の良好な近似を見つけるために反転することができる連立双線形方程式のシステムに対する近似解を提供する。Ｅ９５軸に沿った例えば図３に示されている平面の勾配は、エタロン楔、すなわちフィネス（すなわち通過帯域）に対して非常に敏感である。同様に、図２のＦＷＨＭ勾配は、第２エタロンの通過帯域のためにより大きくなる。

例えば、図１−３に示す測定及びシミュレーションに対して取られたデータは、非常に感度の高いかつ高度に較正された波長計、例えばレーザ・テクニック・ベルリンによって作られるような格子分光計でＦＷＨＭ及びＥ９５％が測定され、これらのプロットは、例えば、その各々が様々な充填を有する共鳴走査の組に対する本出願の譲受人の製品である「７０００Ａ」エキシマレーザ及び／又は「ＸＬＡ−１００」エキシマレーザからの光を測定する各それぞれのエタロンの出力に対して作られたものである。本出願人は、例えば試験製造中の「ＸＬＡ−１００」からスペクトルの多くのサンプルを収集し、フーリエ法を使用して脱畳み込みすることによって近似の実際のレーザスペクトルを取得し、１つのエタロンに対して０．７ｐｍのＦＷＨＭ、２０ｐｍのＦＳＲ、及びＦ＝２９、及び第２エタロンに対して０．１２ｐｍのＦＷＨＭ、３ｐｍのＦＳＲ、及びＦ＝２５の公称通過帯域値を選択して理論的なエタロン回路の応答を計算した。エタロン波長計を利用する譲受人の製品に見られるようなライン中心解析モジュール（ＬＡＭ）もまた模擬され、このエタロン波長メーターは、ピクセルエイリアシングを防ぐために高解像度撮像システム、すなわち他のエタロンと同じ解像度、例えばスペクトル解析モジュール（ＳＡＭ）での譲受人の製品に見られるようなもの、すなわち、現在のＬＡＭで〜４ではなくＦＷＨＭの〜２０ピクセルを有するものである。

本出願人は、エタロンの出力の挙動を三次元プロットから生じる平面の表面によって妥当に近似することができることを発見した。しかし、波長計毎に、本出願人は、Ｅ９５軸上のプロットの勾配がエタロン楔（フィネス）に対して感度が高いことも発見した。これによって本出願人は、例えば帯域幅の並行測定を使用する波長計を較正し、事前に計算された較正係数と２つの並行波長計の別々の出力とを用いる帯域幅測定装置を提供するために、大きく異なる通過帯域の２つのエタロン、例えば２つの未知変数であるＦＷＨＭ又はＥ９５のいずれかを解くべき係数を有するエタロンと共に上述の連立方程式を使用することができると結論付けた。例えば、２つのエタロンからの２つの出力は、実際のＦＷＨＭ及びＥ９５値に対する事前に計算された係数を使用する線形変換によって結合される。より狭い通過帯域を有するエタロンは、ＦＷＨＭ軸での非常に大きな勾配を示し、より狭い通過帯域を有するエタロンは、図３に示すようにＥ９５軸上で今度は更に感度が高く、方程式内の定数Ｃに現れる感度のほとんどを有し、この第２エタロンの相対的に広い通過帯域スペクトルを反映するものである。

本発明の開示された実施形態によると、ＦＷＨＭの移植性を使用する帯域幅検出器の追跡は、かなり改善することができ、Ｅ９５測定法を実装したハイパワー高パルス繰返し数狭帯域幅エキシマレーザが現在可能である。半値以外の何かでの全幅、すなわちＦＷＸＭがより良い測定値であるか否か、及び／又はスペクトル内の９５％以外の何かのエネルギ、すなわちＥＸが例えばフォトリソグラフィのために非常に純粋な光を送出するようなある一定の用途で帯域幅測定のようにより最適であるか否かは、まだ分からないままである。更に、例えば２つのエタロンの通過帯域の差の最適選択が判断されずに残っている。しかし、図９及び図１０に関して以下に説明するように、これは、例えば満足できるように機能する本発明の実施形態による並行エタロン帯域幅検出器を可能にする各エタロンの通過帯域に対する通過帯域の最大比として容易に判断することができ、正確に測定される十分なＳＮ比である出力信号を生成する。

ここで図５を参照すると、本発明の実施形態による模擬波長計の能力を追跡するＦＷＨＭの図が示されている。ここで図６を参照すると、模擬波長計のＦＷＨＭ追跡誤差の図が示されており、０．０により近い平均値付近のより狭い分散及び異常値（仕様読取値から大きく外れた）の排除を示しており、これは、今日のレーザ上で使用する帯域幅検出装置の現在の状態においてＦＷＨＭとＥ９５の両方が既に大きい、すなわち誤差範囲が最小である時にＦＷＨＭを過大評価するように見える。ここで図７を参照すると、本発明による模擬帯域幅検出装置のＥ９５（％）追跡の図が示されている。ここで図８を参照すると、数十フェムトメートルで測定される本発明による模擬帯域幅検出装置のためのＥ９５％追跡誤差の図が示されている。

ここで図９を参照すると、入力スペクトルＦＷＨＭ及びＥ９５の実際の値に比べた様々な入力スペクトルの正規化畳み込みフリンジ幅超過（２つの例えば光学帯域幅メーターの各々の模擬出力）を表す図が示されている。実線は、相対的により狭い通過帯域を有する第１検出器の模擬出力を表し、破線は、相対的により狭い通過帯域を有する第２検出器の模擬出力を表している。図１０を参照すると、図９に示す模擬応答の平面化近似が示されている。第１及び第２検出器の応答は、ほぼ直線的に変化し、異なる勾配を有することが図１０から見ることができる。本来、本発明の実施形態の目的に対しては、勾配は、ある時点で角度θが非常に大きくなり、そのためにフリンジに対してΔフリンジが非常に小さくなり、信号対ノイズの考慮が出力の精度に作用し始めてこれに干渉することを認識することにより、角度θが可能な限り大きい角度θを形成すべきである。すなわち、例えば、本発明の実施形態に従ってより広い通過帯域測定が更に広い通過帯域で行われる時には、本発明の恩典は、並行した２つの検出器の各々の通過帯域の間の相対差が出力の精度のＳＮ比低下を引き起こす何らかの限界点まで増大する。

正規化フリンジ幅超過は、例えばフリンジのＦＷＨＭがエタロン分光計のインパルス応答のＦＷＨＭを超える量をデータサンプルにおけるスペクトルの全てに対して得られた最大値で割った量を意味する。すなわち、例えば、以下の通りである。
正規化フリンジ−幅超過＝（ＦＷＨＭフリンジ−ＦＷＨＭ応答関数）／（これらの差の最も大きいもの）

この測定基準は、例えば同じスケールでの２つの分光計チャンネル出力の変化を比較することを可能にする。図９及び１０は、従って、シミュレーションの実際の出力を表すものである。このシミュレーションでは、６つの異なるレーザ、例えば本出願の譲受人によって販売されている試験的「ＸＬＡ−１００」からのほぼ４，８００の実際に測定した格子分光計スペクトルが、格子分光計の測定した応答関数及び「フーリエ変換」法を使用して脱畳み込みされた。各レーザスペクトルの検査領域は、１６ｐｍ幅であった。これは、レーザから放射されることが予想される光の実際のスペクトルの良質のサンプルを提供するのに十分である。これらのスペクトルは、次に、画素化された検出器、例えばＰＤＡなどの影響を含む２つの模擬エタロン分光計の応答関数で畳み込まれた。模擬エタロン分光計は、０．１２ｐｍのＦＷＨＭ（２５のフィネスを有する〜３ｐｍのＦＳＲ）及び０．７０ｐｍのＦＷＨＭ（２８のフィネスを有する〜２０ｐｍのＦＳＲ）の応答関数を有していた。データは、可視化の目的のために相関半径４を有する相関法を使用して６９ｘ６９マトリックスに格子化された。格子化するために選択する方法により、データがその外観に影響を及ぼし、この平面近似（第２プロット）では、線は完全に直線的であるはずであるが、それらはそうではない。これは、使用された格子化方法のアーチファクトである。より真っ直ぐな線を生成するのにより良好に働くように恐らくこれを微調節できるであろう。しかし、それは、平面化された当て嵌めを表しており、本発明の実施形態の概念を明らかにするのに十分である。

「当て嵌め」という用語は、フリンジ幅データの「パラメータ的モデリング」を数学的に示すものである。様々な実際の入力スペクトルに対する模擬応答でそれぞれのエタロン分光計によって測定された表面の４，８００データポイントを取ることは、平面ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃでこのデータのモデル化を試みることである。これは、４，８００の数を単に３つに低減する。図９から図１０に進んで、例えば、平面表面に対する実際のデータ、例えば「χ²／自由度」（ＤｏＦ）を利用するカイ二乗統計関数とＲ²との間の一致を測定するメリット関数を選択し、次に、当業技術で公知の基本的に現代標準の非線形最小二乗最適化ルーチンである例えば「Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ」法を使用していわゆる「最良適合パラメータ」Ａ、Ｂ、及びＣを取得するために、多次元でこのメリット関数を最小化する。当業者は、予想されるレーザスペクトル変動と共に働くエタロン応答関数を選択すると共にこの技術を利用することで、何千ものデータポイントを単に３つのパラメータによって説明することができるこの近似を行うことができることを理解するであろう。これは、全ての可能性のあるスペクトル形状に対して働かないであろうが、本出願人は、中心ピークに関して比較的対称であるスペクトルに対してこれが非常によく働くことを観察した。

本発明の説明した実施形態による装置及び方法は、全体的に改善された予測及び実際の追跡（例えば、ＦＷＨＭ誤差分散の〜１／２の低減）を提供し、例えば測定された光ビームの実際のＥ９５変化による追跡誤差の異常値の発生を低減する。本発明はまた、共振走査較正と例えば気体濃縮の変動及びフレーム毎のスペクトル変動を有する作動との間の係数の大いに改善された移植性を与える。それはまた、既存の技術、例えば並列のエタロンを利用した非常に合理的に正確な搭載型Ｅ９５追跡（例えば、±０．０１５ｐｍ）も提供するように見える。

当業者は、本発明の開示された実施形態の態様は、この方法及び装置が、１つの帯域幅パラメータ、例えばＥＸを示す計算された出力を提供するために波長計を較正するように適用することができ、測定されたパラメータが、同じ種類のパラメータ、すなわち、当業技術で公知のようにより正確に検出するのが容易であり及び／又は感光性ダイオードのアレイ（ＰＤＡ）上で測定されるような観察可能な情報、例えばＦＷＨＭでの例えばフリンジ幅から計算するのがより計算的に簡単であるＦＷＨＭではないことであることを認めるであろう。更に、本発明の実施形態によると、帯域幅検出器の各々の出力は、例えばＦＷＨＭにある場合があり、全帯域幅検出器の出力は、最大値の半分での幅以外の何かであるＦＷＸＭにあるであろう。更に、２つの光学帯域幅検出器の出力は、本発明の別の実施形態によるとＦＷＨＭではなく、ＦＷＸＭにある場合がある。

本発明の別の実施形態によると、較正係数は、例えばＦＷＸＭとＦＷＸ’Ｍを利用して判断することができ、ここで、Ｘ及びＸ’は、最大値の２つの異なるパーセント、例えばＦＷ７５％ＭとＦＷ２５％Ｍであり、すなわち、同じくいくらかのＦＷＸＭ（又は、それが帯域幅検出器の使用で実際の入射スペクトルを測定するのに最終的に利用されるエタロンからの応答である場合は更にＥＸ）でのエタロンフリンジ幅測定値と比較して、例えば一方の水平軸上でのＬＴＢのＤＦＷ７５％Ｍと他方でのＬＴＢのＤＦＷ２５％Ｍとの測定値を用いて例えば図２に示すような三次元プロットを形成し、更に、第１検出器がＥ９５よりもＦＷＨＭに対して相対的により感度が高く、第２検出器がＦＷＨＭよりもＥ９５に対して相対的により感度が高いという条件で実際の入射スペクトルのＦＷＸＭ、例えばＦＷＨＭ、及びＥＸ、例えばＥ９５に関して依然として解くことができる。

当業者は、本発明の実施形態の一般化として、ＢＷ₁を１つの帯域幅検出器によって測定される時に検出される帯域幅と考えることができ、ＢＷ₂を第２の帯域幅検出器によって並行に測定される時に検出される帯域幅と考えられることができることを理解するであろう。また、ＢＷ₃は、入射ビーム、例えば測定を必要とする遠紫外線（ＤＵＶ）レーザ又は極紫外線（ＥＵＶ）レーザのようなエキシマレーザの出力の第１帯域幅パラメータであると考えられ、ＢＷ₄は、測定を必要とする入射ビームの第２のこのような帯域幅パラメータとすることができる。本発明の実施形態によると、次に、ＢＷ₃又はＢＷ₄のいずれかは、ＢＷ₁をもたらす測定が主としてＢＷ₃に対して敏感であり、ＢＷ₄には単にいくらか敏感であり、ＢＷ₁の測定値が主としてＢＷ₄に対して敏感であり、ＢＷ₃には単にいくらか敏感であるという条件で、上述のように出力ＢＷ₁及びＢＷ₂及び事前に計算された係数から計算することができる。

「実」帯域幅は、正確には測定できないことも理解されるであろう。本発明の実施形態による完全な較正定数係数でさえも、小さいが有限である測定中のＬＴＢ分光計の誤差を少なくとも有するであろう。本出願人は、このような誤差をフェムトメートルの範囲であると推定する。従って、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語「実帯域幅」は、並行した入力と、２つの平行波長計計器の各々に対して事前に計算された較正係数とから計算された帯域幅を意味する。これは、「実」帯域幅ではないが、特に例えば波長及び帯域幅に対して上述した範囲において、従来技術の帯域幅検出器を使用した時よりもずっと近い値であり、例えば作動Ｅ９５の変化及び同じ誤差がもたらす影響は、測定された値の「実」帯域幅への変換の必要な信頼度での既存の波長計を利用する能力をより明白に妨げるものである。

当業者は、本発明の装置及び方法が、分かり易い代数を使用して実施するように装置を単純にし、かつ入力光源のスペクトル形状又は分光計のインパルス応答関数の詳細な知識を必要としない数学的近似及び較正方法を含むことを認めるであろう。当業者はまた、本発明の説明した実施形態の特徴は、この実施形態が単純な数学的演算を伴う比較的計算が簡単なものであるということであることを認めるであろう。

本発明の上述の実施形態は、単に説明及び例示目的のためであることを意図しており、本発明を適用することができる唯一の実施形態ではない。当業者は、本発明の意図及び精神を変えることなく多くの修正及び変更を説明した実施形態に行うことができることを理解するであろう。例えば、較正のための並行帯域幅測定と、実際のＦＷＸＭ及びＥＸの測定のために並行して使用される２つの帯域幅検出メーターからの実際の読取り値と共に後で用いられる事前に計算された較正係数の判断のための較正方程式への組み込みとを提供するために、エタロン以外の他の帯域幅検出装置を用いることができる。２つの並行帯域幅検出器に対する広範囲な差動通過帯域値を利用することができ、異なる用途と、波長、帯域幅に対する様々な要件とに対してある一定の範囲がより良いことを明らかにすることができる。更に、本発明は、２つのエタロン分光計と２つの平面モデルを利用する実施形態を用いて説明されたが、例えば、２つの代わりに３つ又は４つのエタロン／分光計、及び／又は平面ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃとは異なる恐らくは何らかの他の種類のモデル化、例えばどのような光源のスペクトル変動が予想されるか、どの種類の分光計が使用されるかに応じて、例えば他の比較的単純な表面、例えば放物形表面を利用して本発明を実施することも可能であろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及び正当な均等物のみに照らして考えるべきである。

定数ＥＲを利用してＦＷＨＭ及びＥ９５に比較的正確に調節可能な較正レーザ光源によって測定される時のＦＷＨＭ及びＥ９５の既知量だけ変化するレーザ光に対する従来技術のレーザ帯域幅メーターの応答の三次元プロットの代表的な例を示す図である。 例えばＥ９５の変化よりもＦＷＨＭの変化に対して相対的により感度の高いエタロンを有する本発明による帯域幅メーターに対する図１に示す種類の代表的なプロットを示す図である。 例えばＦＷＨＭよりもＥ９５の変化に対して相対的により感度の高いエタロンを有する本発明による帯域幅メーターに対する図１に示す種類の代表的なプロットを示す図である。 本発明の実施形態による帯域幅メーター１０の概略ブロック図である。 本発明を利用する実帯域幅の優れた追跡を示すプロットを表す図である。 本発明を利用する追跡誤差の優位性を示す図である。 本発明の実施形態に従って作られた帯域幅メーターを利用するＥ９５の模擬追跡を示す図である。 本発明の実施形態に従って作られた模擬帯域幅メーターの追跡誤差を示す図である。 様々な入力スペクトルに対する正規化畳み込みフリンジ幅超過出力を示す図である。 図９に示す模擬エタロン出力の平面近似を示す図である。

符号の説明

１０ 帯域幅メーター
１６ ビームスプリッタ
２０ 第２ビームスプリッタ
２２ 反射ビーム
２４ 通過ビーム

Claims (1)

1. レーザから放射されて入力された光のスペクトルの帯域幅を測定するための帯域幅メーターであって、
   帯域幅検出器によって実際に測定される時にレーザから放射された光の帯域幅を示すパラメータを表す第１出力を提供する第１光学帯域幅検出器と、
   帯域幅検出器によって実際に測定される時にレーザから放射された光の帯域幅を示すパラメータを表す第２出力を提供する第２光学帯域幅検出器と、
   前記第１帯域幅検出器又は前記第２帯域幅検出器のいずれかに特定の所定の較正変数を用いる多変数線形方程式の一部として前記第１出力及び前記第２出力を利用し、実帯域幅パラメータを計算するようになった実帯域幅計算装置と、
   を含むことを特徴とする帯域幅メーター。

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