KR101280917B1

KR101280917B1 - 높은 반복율의 가스 방전 레이저를 위한 개선된 스펙트럼 측정법

Info

Publication number: KR101280917B1
Application number: KR1020127016577A
Authority: KR
Inventors: 로버트 제이. 라팍
Original assignee: 사이머 인코포레이티드
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2013-07-02
Also published as: JP2009505116A; US20070013913A1; JP5553860B2; US7317536B2; EP1946054A2; WO2008054346A3; JP5270363B2; EP1946054A4; KR20080081890A; WO2008054346A2; KR20120089350A; KR101364005B1; JP2012198235A

Abstract

레이저 입력으로부터 방출된 광의 스펙트럼의 대역폭을 측정하기 위한 대역폭 측정기 장치 및 방법으로서, 레이저로부터 방출된 광의 대역폭을 나타내는 제1파라미터를 나타내는 제1출력 및 레이저로부터 방출된 광의 대역폭을 나타내는 제2파라미터를 나타내는 제2출력을 제공하는 광 대역폭 모니터; 및 실제 대역폭 파라미터를 계산하기 위해, 광 대역폭 모니터에 특정의 미리계산된 교정 변수를 사용하는 다변수 방정식의 일부로서 제1출력 및 제2출력을 사용하는 대역폭 계산 장치를 포함하고, 다변수 방정식은 대칭 민감 항을 포함하는 레이저 입력으로부터 방출된 광의 스펙트럼의 대역폭을 측정하기 위한 대역폭 측정기 장치 및 방법이 개시된다.

Description

높은 반복율의 가스 방전 레이저를 위한 개선된 스펙트럼 측정법{IMPROVED SPECTRAL METROLOGY FOR HIGH REPETITION RATE GAS DISCHARGE LASER}

본 발명은 2005년 6월 27일에 출원된 미국특허 출원번호 11/169,202의 우선권을 주장하고, 예컨대, 반도체 마이크로리소그라피 어플리케이션용, 예컨대, 높은 반복율의 가스 방전 레이저에서 사용되는 온-보드 스펙트럼 폭 측정 메카니즘에 관한 것이다.

본 출원은 본 출원의 양수인에게 모두 양도된, 발명자 'Rafac'의 "OPTICAL BANDWIDTH METER FOR LASER LIGHT"이란 제목의, 2003년 7월 7일에 출원된, 출원번호 10/615,321의 일부-계속-출원인, 2004년 2월 27일에 출원된, "IMPROVED BANDWIDTH ESTIMATION"이란 제목의 미국특허 출원번호 10/789,328에 관한 것이고, 본 출원은 발명자 'Rafac'의 "METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING BANDWIDTH OF AN OPTICAL OUTPUT OF A LASER"란 제목의, 2003년 6월 26일에 출원된, 출원번호 10/109,223에 관한 것이고, 2003년 9월 30일에 출원된 "GAS DISCHARCE MOPA LASER SPECTRAL ANALYSIS MODULE"이란 제목의, 출원번호 10/676,175에 관한 것이고, 이들은 모두 본 발명에 참조로써 합치되었다.

예컨대, 반도체 포토리소그래피용으로 사용되는 가스 방전 레이저 시스템, 예컨대, 엑시머 및 분자 플루오르 가스 방전 레이저 시스템에 대한 요구사항은, 예컨대, 웨이퍼 베어링 포토레지스트 상에 마스크 패턴을 노출할 때, 원하는 엄격한 치수 등을 달성하기 위한 다음 세대의 리소그래피 툴 사용을 위해, 예컨대 .12pm FWHM 및 .25 E95%(E95)으로 훨씬 더 강화되고 있으며, 스펙트럼의 대칭성 변화는, 예컨대, 경험적 또는 반-경험적 대역폭 추정 모델을 사용하는 레이저 대역폭 측정 장치(파장계)는, 예컨대, 위치 및 프린지 강도 측정, 및 스펙트럼 폭 강도 측정을 위한, 예컨대, 포토다이오드의 선형 어레이 "PDA"에 적용된 에탈론 분광계의 프린지 폭으로부터, 부정확한 E95 대역폭을 예측하게 할 수 있음이 명백해졌다.

본 출원인은 이러한 문제를 다루기 위한 개선된 방법 및 장치를 개발하였다.

미국특허출원번호 10/615,321 (출원일: 2003년 7월 7일) 미국특허출원번호 10/789,328 (출원일: 2004년 2월 27일) 미국특허출원번호 10/676,175 (출원일:2003년 9월 30일)

따라서, 본 출원인은, 이러한 애매함을 보상하여 레졸루션을 향상하는 방법 및 장치를 제안한다.

또한, 본 출원인은 높은 충분한 레졸루션에 대하여 충분한 픽셀 밀도를 갖추는 방법 및 장치를 제안한다.

레이저 입력으로부터 대역폭 측정기로 방출된 광의 스펙트럼의 대역폭을 측정하기 위한 대역폭 측정 장치 및 방법이 개시되는데, 본 장치 및 방법은 레이저로부터 방출된 광의 대역폭을 나타내는 제1파라미터를 나타내는 제1출력 및 레이저로부터 방출된 광의 대역폭을 나타내는 제2파라미터를 나타내는 제2출력을 제공하는 광 대역폭 모니터; 및 실제 대역폭 파라미터를 계산하기 위해, 광 대역폭 모니터에 특정된 소정의 교정 변수를 채용한 다변수 방정식의 일부로서 제1출력 및 제2출력을 사용하는 실제 대역폭 계산 장치를 포함하고, 그리고 다변수 방정식은 레이저로부터 방출된 광 스펙트럼의 대칭성에 민감한 항을 포함한다. 실제 대역폭 파라미터는 레이저로부터 방출된 광 스펙트럼의 전체폭 내의 최대값의 임의의 퍼센트에서의 스펙트럼 전체폭("FWXM") 또는 레이저로부터 방출된 광 스펙트럼의 전체 스펙트럼 에너지 중 임의의 퍼센트를 둘러싸는 스펙트럼의 컨텐츠를 한정하는 스펙트럼 상의 2개의 포인트 사이의 폭("EX")을 포함할 수 있다. 대역폭 모니터는 에탈론 분광계(spectrometer)를 포함할 수 있고, 제1출력은 FWXM에서의 에탈론의 광 출력의 프린지 폭 또는 상기 레이저로부터 방출된 광의 전체 스펙트럼 에너지의 임의의 퍼센트를 포함하는 스펙트럼 상의 2개의 포인트 사이의 폭("EX'") 중 적어도 하나를 나타내고, 제2출력은 제2FWX''M 또는 EX''' 중 적어도 하나를 나타내고, 여기서, X≠X'', 및 X'≠X'''이다. 측정된 파라미터와 출력 파라미터와 이 함수의 일부인 미리계산된 교정 변수 사이 관계의 함수 형태는 교정 스펙트럼에 대한 제1출력 및 제2출력의 발생과 상관된, 신뢰된 표준을 사용하여 실제 대역폭 파라미터의 값을 측정함으로써 유도될 수 있다. 실제 대역폭 파라미터의 값은, 예컨대, 다음 식으로부터 계산될 수 있다.

추정된 실제 BW 파라미터 = A×w1+B×w2+C+M

여기서, w₁은 FWXM 또는 EX'를 나타내는 제1측정된 출력이고, w₂은 FWX''M 또는 EX'''를 나타내는 제2측정된 출력이고, A, B, 및 C는 교정 동안 찾은 조절가능한 파라미터이고, M은 디바이스에 의해 전송되는 스펙트럼의 대칭성에 민감한 항이다. 대칭성 민감 항은 피크 강도의 임계값 또는 상이한 프랙션에서 취해진 에탈론 분광계의 프린지를 스패닝(spanning)하는 두 인터벌의, 파장 공간에서, 중간점 위치간 차이를 포함할 수 있는, 레이저로부터 방출된 광 스펙트럼의 대칭성에 변화로 인한 실제 대역폭 파라미터의 에러 보정을 포함할 수 있다. 두 임계값은 제1파라미터 및 제2파라미터를 측정하기 위해 사용된 프린지 패턴 내의 작은 비대칭성에 충분히 민감하기 위해 충분히 떨어지도록 선택될 수 있다. 본 장치 및 방법은 레이저 광원의 에너지의 파장 분포에 따라 공간 또는 시간 도메인으로 레이저 광원의 출력을 포함하는 에너지를 분산시키는 광 분산 기기; 분산된 에너지의 공간적 또는 시간적 변동을 각각 기록하고, 기록된 공간적 또는 시간적 변동을 기초로 하는 출력 신호를 제공하는 검출기; 검출기에 의해 기록된 분산된 에너지의 공간적 또는 시간적 변동 각각을 기초로 공간 또는 시간 도메인에서 각각 에너지의 파장 분포의 폭을 계산하고, 광 분산 기기의 광 특성에 따라 공간적 또는 시간적 분포를 각각 파장 도메인으로 변환하는 제1계산 장치; 및 광원, 분산 기기, 검출기, 및 적어도 하나의 인수로서 취해진 적어도 하나의 폭에 특정된 소정의 교정 변수를 가진 다변수 방정식의 인수로서 적어도 하나의 폭을 적용함으로써, 제1계산 장치에 의해 계산된, 파장 도메인에서의 에너지의 파장 분포 중 적어도 하나의 폭을 사용하는 제2계산 장치; 및 대칭성 항을 포함하는 방정식을 포함할 수 있다. 제1계산 장치 및 제2계산 장치는 동일한 계산 장치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 폭은 광원으로부터 방출된 광 스펙트럼의 전체폭 내의 최대값의 임의의 퍼센트에서의 스펙트럼 전체폭("FWXM") 및 ("FWX'M"), 및 광원으로부터 방출된 광 스펙트럼의 전체 스펙트럼 에너지의 임의의 펴센트를 포함하는 스펙트럼의 컨텐츠를 한정하는 스펙트럼 상의 두 포인트 사이의 폭("EX''") 및 ("EX'''")으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 두 폭을 포함할 수 있고, 여기서, X≠X', 및 X''≠X'''이다. 다변수 방적식은 그룹 FWX*M, EX**으로부터 선택된 광원에 의한 에너지 출력의 스펙트럼 분포를 나타내는 실제 대역폭 파라미터를 계산하기 위해 계산될 수 있다. 다변수 방적식은 그룹 FWX*M, EX**으로부터 선택된 광원에 의한 에너지 출력의 스펙트럼 분포를 나타내는 실제 대역폭 파라미터를 계산하기 위해 계산될 수 있는데, 여기서, X*는 X 또는 X' 중 하나와 같을 수 있고, X**는 X'' 또는 X''' 중 하나와 같을 수 있다. 다변수 방정식은 E95 ~= A(x,y)×FWx% + B(x,y)×FWy% + C(A,B,C;x,y)×(중간점(x%)-중간점(y%))+D를 포함할 수 있다.

분광계는 프린지의 검출을 위해 포토다이오드의 선형 어레이를 사용하여 높은 정밀도로 펄스 대 펄스 파장 측정을 위한 온-보드 높은 반복율 범위의 가스 방전 레이저 시스템에 사용될 수 있고, 포토다이오드의 선형 어레이에 프린지 패턴을 제공하는 에탈론; 및 포토다이오드 어레이 상의 보다 호의적인 위치로 측정된 프린지 오더를 이송시키는 프린지 오더 위치조절 메카니즘을 포함할 수 있다. 프린지 오더 위치조절 메카니즘은 프린지 오더를 선형 어레이 상의 로컬 픽셀 퍼짐(dλ/dR)이 충북히 작은 더 좁은 각으로 위치조절할 수 있다. 대역폭 측정 컴퓨터로부터의 신호는 비호의적인 프린지 오더 로컬 픽셀 퍼짐의 검출시 생성될 수 있다.

반도체 포토리소그라피용 광원 내 측정 프로세스를 위해 통상적으로 사용되는 바와 같은 평면-에탈론 분광계는 선형 어레이, 또는 균일 간격의 픽셀의 그리드로 구성된 검출기 상의 간섭 패턴을 이미징함으로써 입력 광의 공간적 퍼짐을 사용한다. 이러한 분광계에 의한 입력 광의 퍼짐 각을 제어하는 식은 θ=cos^-1(mλ/2d)이고, 여기서, θ는 광이 파장 λ에서 m번째 오더로 에탈론을 빠져가는 입사 각이고, d는 평면 에탈론의 반사면 사이의 광 경로 길이이다. 이 식은 검출기의 단일 픽셀에 걸친 파장 변화를 찾기 위해 사용될 수 있는데, 즉, f가 디바이스의 이미징 초점 길이이고, R은 θ=0 위치에 상대적인 검출기 상의 위치라 하면, R/f<<1에 대하여 dλ=λ/f tan(R/f)dR~(λR/f)dR이다. 그러므로, (예컨대, 간격 dR을 가진) 픽셀의 일정한 어레이에 의한 파장 내의 샘플링 레졸루션은 이미지가 검출기 상에 떨어지는 위치(R)의 함수에 따라 대략적으로 선형으로 감소된다. 검출기의 선택에 의해 고정된 주어진 픽셀 공간에 대한 사용가능한 샘플링 레졸루션을 최대화하기 위해, θ는 R을 가능한 작게 만들기 위해 변경될 수 있다. 이것은 상이한 오더 m를 선택함으로써, 입력 파장(λ)을 상이한 값으로 튜닝함으로써, 또는 광 경로 길이(d)를 조절함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 형태에 따라, m의 선택은 dλ/dR이 수행될 측정을 위해 최소화되도록 하는 것일 수 있다. 또한 본 발명은 dλ/dR이 프린지 오더(m), 및 오퍼레이팅 파장(λ)의 특정 선택에 대하여 최소화되도록 하는 광학 경로 길이(d)의 조절을 포함할 수 있다.

본 발명은 더 좁은 각에서 가시적인 오더가 존재하도록 그 장치를 연속적으로 조절하기 위해 에탈론 반사기 사이의 광 경로 길이를 조절하는 수단을 제공함으로써 이네이블되는 검출기의 선형 레졸루션의 더 우수한 사용이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예의 다른 형태에 따라, 복수의 오더가 검출기 상에 이미징되는 경우 더 좁은 각에서 이미 가시적인 오더를 측정하기 위해 선택함으로써 이네이블되는 검출기의 선형 레졸루션의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 형태에 따른 대칭성 보정 없이 레이저 출력 스펙트럼의 대역폭을 나타내는 파라미터의 시뮬레이션된 측정의 플롯을 도시.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 형태에 따른 대칭성 보정한 레이저 출력 스펙트럼의 대역폭을 나타내는 파라미터의 시뮬레이션된 측정의 플롯을 도시.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 형태에 따른 대역폭-미터의 개략적인 블록 다이어그램 도면이다.

예컨대, 투-레벨 프린지-폭 E95 대역폭 추정 모델의 내구력을 증가시키기 위해, 출원인은, 예컨대, 상기 참조된 동시계류중인 출원 중 하나 이상에 개시된 파장계(wavemeter)와 함께, 출원인의 양수인의 레이저 시스템에 의해 이미 사용되는 바와 같은 파장계로부터의 스펙트럼 출력의 대칭성이 완전히 적합하게 억제되지 않는다는 사실에 관심을 가지게 되었다.

2004년 2월 27일에 출원된, "IMPROVED BANDWIDTH ESTIMATION"이란 제목의, 상기 참조된 출원번호 10/789,328에 개시된 바와 같은, 이미 제안되었던 투-레벨 반-경험적 E95 추정 모델의 수정을 통해, 출원인은 특정 개선 방법을 제안한다. 상기 참조된 출원번호 10/789,328에 제안된 파장계는 프린지 상의 두 상이한 높이에서 측정된 에탈론 분광계의 프린지의 전체폭(FW)(강도 비(fraction), 예컨대, 최대값의 x%에서의 전체폭 "FWXM" 및 최대값의 y%에서의 전체폭 "FWYM", 여기서 X는 예컨대, 25%이고, Y는 예컨대 75%이다)을 입력으로써 취할 수 있다. 그 다음, 파장계는 그 디바이스를 조사하는 스펙트럼의, 예컨대, E95 대역폭(스펙트럼 에너지의 임의의 퍼센트 x%, 이 경우 95%가 놓인 스펙트럼의 피크의 양측 상의 스펙트럼 부분, 즉 EX의 EX%)을 추정하기 위해, 평면 모델에서, 상기 참조된 출원에 서술된, 그리고 아래에 보다 상세히 서술된 바와 같이, 예컨대, 포토다이오드 어레이("PDA"), 예컨대, PDA(40) 내의 픽셀의 강도 레벨로부터, 계산된 이들 값을 사용할 수 있다. 에탈론은, 예컨대, 에탈론과 같은 프린지 패턴 발생기에서의 측정의 실행이 아래에 서술된 컴퓨터(60)와 같은, 스펙트럼 분석 컴퓨터에 의해 추정된 대역폭을 계산하는 단계에서 감소되거나 보상될 수 있으나, 본 발명이 사용될 타입의 레이저 시스템을 위한, 특히 비용 효율적이고 고속의 온-보드 파장계에서, 실제로 전체적으로 제거될 수 없는 대역폭의 실제 검출에 에러를 유발하기 때문에, 온-보드 높은 반복률의 파장 및 대역폭 검출(실제적인 추정)을 위한 종래 기술과 같은 이러한 파장계 내에서 편리하게 사용된다.

상기 참조된 동시계류중인 이전 특허 출원에 개시된 바와 같은 오리지널 모델은 다음과 같다.

E95 ~= A(x,y)×FWx%+B(x,y)×FWy%+C

여기서, A, B, 및 C는 프린지가 측정된 높이 x,y에 의존하는 상수이다. A, B, 및 C는 앞서 개시된 바와 같이, 측정에 의해 실험적으로 결정될 수 있다(조정될 수 있다).

본 출원인은 이 모델이, 예컨대, 조사 스펙트럼의 대칭성의 변동이 존재할 때 항상 잘 작동하지 않을 수 있음을 발견하였다. 이것은 도 1에 도시된, 플롯에 도시되어 있고, 이는, 예컨대, Cymer XLA 105 마스터 오실레이터-파워 증폭기(MOPA) 레이저 시스템에서 측정되고, PDA의 픽셀 상에 이미징된 에탈론 프린지의 폭을 나타내는, 레이저 스펙트럼을 실현하기 위해 적용되는 상기 방정식을 사용하는 E95 모델링의 한 시뮬레이션을 도시한다. 도 1에서, 우측의 포인트(12)의 집단이 패리티 라인(14), 즉, 파장계 프린지 강도 출력 계산된 대역폭 결과가 더 비싸고 크지만 보다 높은 정밀도의 분광계, 예컨대, LTB 격자 분광계와 동일한 스펙트럼의 측정을 정확하게 비교하는 라인에 대하여 훨씬 더 넓은 분포를 가진다는 것을 볼 수 있다. 이 더 큰 편차는 더 큰 에러와 대응한다. 이 포인트는 대칭 메트릭(컬러 값)에 매핑된다.

이들 플롯 내의 대칭 메트릭(컬러 값)은 그 스펙트럼의 에너지의 중심으로부터의 스펙트럼 피크 편차에 비례한다. 이들은 일반적으로 패리티 라인 아래로 대략 2-4 주변의 값, 일반적으로 패리티 라인 위쪽으로 분포된 7-8 주변의 값, 패리티 라인 양측으로 분포된 5-6 주변의 값을 가진 플롯의 좌측부에 플로팅된 값에 대하여 대략 2-8 정도 변한다. 11-14 주변으로부터의 값은 도 1의 플롯의 우측부에서 패리치 라인 아래에 분포된 4-6 주변으로부터, 그리고 패리티 라인으로부터 일반적으로 더 그룹된 더 높은 값을 가지고, 패리티 라인의 양측 상에 분포된 7-10 주변으로부터의 값과 패리티 라인으로부터 일반적으로 더 그룹된 더 낮은 값을 가지고, 도 1의 플롯의 우측부에 패리티 라인 위쪽으로 분포되는 것으로 도시되어 있다.

본 출원인은 오펜딩 포인트(12)가 그들의 대칭성에 따라 동등하지 않게 그 패리티 라인(14)에 대하여 분포되어 있다고 판정하였고, 이를 볼 수 있다. 스펙트럼 비대칭 파라미터의 크기와 에러의 크기 사이에 관측된 상관 관계는 측정된 대역폭 파라미터, 즉, 대역폭 검출기(40)가 보정되었고, 그것이 대칭성 관련인, 예컨대, E95 내에 더 큰 에러가 있음을 나타낸다.

그러므로, 본 출원인은, 예컨대, 이러한 애매함을 보상하기 위해, 상기 E95 모델 방정식에 대칭성에 민감한 추가 항 S(A,B,C;x,y)을 추가할 것을 제안한다.

이 항(S)은 많은 형태, 예컨대, 스펙트럼 또는 프린지의 좌반부 및 우반부의 적분간 차이를 취할 수 있으나, 특히 편리한 공식은 단지, 예컨대, 에탈론 프린지 내의 작은 비대칭성에 민감하도록, 충분히 멀리 떨어져 제공되는 두 폭 세그먼트(x,y)의 중간점 위치(파장 공간에서)의 차이이다. 70% 임계값이 프린지를 인터셉트하는 포인트를 a(70) 및 b(70)라 하면, FW70=(b(70)-a(70))이고, M(70)=(a(70)+b(70))/2이다. 이와 유사하게, FW(20)=(b(20)-a(20))이고, M(20)=(a(20)+b(20))/2이다. 그 다음, 비대칭 메트릭은, 예컨대, 두 중간점 위치 사이의 간격, 즉, M(70)-M(20)이다.

E95 ~= A(x,y)×FWx% + B(x,y)×FWy% + C + D(A, B, C;x,y)×(중간점(x%)-중간점(y%))

여기서, 상기 참조된 동시계류중인 출원에서 앞서 언급된, 그리고 아래에 반복된 바와 같이, A(x,y) 및 B(x,y)는 교정 프로세스에서 사용된 스펙트럼 폭 측정에 관련된, 교정 프로세스에 미리 계산된 상수이고, C는 A,B의 함수인 교정 상수와 유사하게 측정되고, x 및 y는 실험적으로 측정된 스펙트럼의 집단에 대한 모델과 신뢰된 기준 사이의 에러를 최소화함으로써, 예컨대, 최소-제곱 편차를 최소화함으로써, 교정 프로세스에서 계산된다. 또한, D는 앞서 사용된 방정식에서 상수(C)에 관하여 아래에 서술되어 있는 바와 같은 교정 프로세스에서 계산된다.

도 2는 개선된 모델을 사용한 동일한 시뮬레이션을 도시한다.

도 2 플롯의 좌측 및 우측 상의 양 그룹 내의 오펜딩 포인트는 향상된 모델을 가지고 패리티 라인에 대하여 보다 균일하게 분포되어 있고, 그러므로 대칭성 변화로 인한 시스템 에러는 억제된다. 플롯의 우측부 상의 데이터 포인트에 대한 성능은 상당하지만, 다소 덜 드라마틱하다.

본 발명의 일 실시예의 형태에 따라, 예컨대, 에탈론 분광계(40)는, 예컨대, M70-M20 사이의 차이가 의미있는 숫자인, 즉, 당업자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 사용되기 충분한 정밀도로 측정될 수 있는, 예컨대, 충분할 수 있는, 예컨대, 노이즈가 존재하는 샘플링 레졸루션, 충분히 민감한 대칭성 측정을 수행하기 충분한 레졸루션을 가질 수 있다. 예컨대, 측정된 값이 대부분 노이즈라면, 그 모델에 추가된 것은 모두 "측정된 파라미터"에 관하여 모델링된 "실제 대역폭 파라미터"를 나타내는 대부분의 노이즈이다.

도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 에탈론 분광계(40)의 사용에 관하여, 이 디바이스들은 가능한 긴 적어도 하나의 프리 스펙트럼 범위(2개의 인접한 플린지 오더)가 선형 검출기 어레이, 예컨대, PDA(50) 상에 이미징될 수 있는 장점을 가지고, 파장이 프래임에서 프래임까지 튜닝되더라도, 그 광의 중심 파장의 독립된 단일 프래임 이미지 내의 스펙트럼 정보를 캡처하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 그들은 큰 반경에서의 오더가 주어진 프래임 내에서만 가시적이라면, 검출기 상의 로컬 파장 레졸루션(dλ/dR)이 작은 반경에서 가능한 최적값보다 더 작은 단점을 가진다. 본 발명의 일 실시예의 형태에 따라, 본 출원인은 더 좁은 각에서 가시적인 오더가 존재하도록 그 장치를 연속적으로 조절하기 위해 에탈론 반사기 사이의 광 경로 길이를 조절하는 수단을 제공함으로써 이네이블되는, 검출기의 선형 레졸루션의 더 우수한 사용을 제안한다. 본 발명의 일 실시예의 다른 형태에 따라, 본 출원인은 복수의 오더가 검출기 상에 이미징되는 경우에, 더 좁은 각에서 이미 가시적인 오더를 측정하기 위해 선택함으로써 이네이블되는 검출기의 선형 레졸루션의 더 우수한 사용을 제안한다.

본 발명의 일 실시예의 형태에 따라, 본 출원인은 높은 충분한 레졸루션에 대하여 충분한 픽셀 밀도를 갖추는 것이 문제인, 프린지의 검출을 위한 포토다이오드의 선형 어레이를 사용하는 고정밀도를 가진 펄스 대 펄스 파장 측정을 위한 온-보드 높은 반복률 범위를 가진 가스 방전 레이저 시스템에 사용하기 위한 고정-갭 에탈론 분광계 및 스캐닝 두 피처를 결합할 것을 제안한다. 본 디바이스는 모든 시간에 고정 갭 모드로 여전히 사용될 수 있다. 그러나, 조명 광의 중심 파장이 변할 때, 그 오더는 PDA 검출기로 이동할 것이다. 파장 변화가 큰 충분한 각도에서 온리 오더 완전 가시성이 발생하게 하면, 하나의 검출기 엘리먼트에 걸친 로컬 선형 퍼짐 dλ=λ/ftan(R/f)dR 또한 매우 클 것이다. 본 출원인은 하나의 검출기 픽셀에 걸친 퍼짐dλ)이 상응하게 작은, θ=R/f의 더 작은 값으로 이 오더를 다시 다이나믹하게 이동하기 위한 시스템 및 방법을 제안한다.

에탈론 반사기 사이의 광 경로 길이(d)가 변경되면, 그 오더는 상이한 각에 나타날 것이다. 저속 서보메카니즘이 검출기 포토다이오드 어레이의 공간적 해상력이 가장 효율적으로 사용될 수 있는 바람직한 각도로 그 오더를 "스티어링"하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, 10pm FSR을 가진 에탈론 분광계에서, d(=1.87μm)에서 대략 0.1μm의 시프트는 θ=3mrad에서 두 오더의 위치를 교환하기 위해 필수적임을 알 수 있다. 이것은 FSR을 1fm 미만으로 시프트할 것이고, 그러므로, 측정 기능에 무시할 수 있는 영향을 줄 것이다.

예컨대, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 이러한 파장계(40)를 사용하기 위한, 본 발명의 일 실시예의 형태에 따른, 다른 예로서, 이미징 시스템 및 검출기가 사용가능한 각도 범위가 θ=3mrad 내지 θ=11mrad이도록 선택될 수 있다. θ=3mrad에서 선형 퍼짐은 그 프린지가 당업자들이 이해하는 바와 같은 어플리케이션에 따라, 원하는 샘플링 레졸루션을 얻기 위해 충분한 수의 픽셀에 의해 잘 특징화되도록 한다. θ=11mrad에서 선형 퍼짐은 프린지가 매우 좁게 하여, θ=3mrad 위치에 대하여 커버된 픽셀 개수의 ~27%만 떨어진다. 그러므로, 좁은 각도에서 정밀한 측정을 수행하기 충분한 샘플링 레졸루션을 가진 디바이스도 ~4x 오버헤드가 설계에 포함되지 않았다면, 큰 각에서 충분한 샘플링 레졸루션을 가지지 못할 수 있다.

본 출원인은, 예컨대, 프로그래밍된 컴퓨터 또는, 예컨대, 적절하게 프로그래밍된 마이크로컨트롤러의 마이크로컴퓨터일 수 있는 파장 계산 컴퓨터(60) 내의 검출기에 의해 기록된 프린지의 이미지를 분석함으로써, 이러한 조건을 인식하기 위한 소프트웨어 수정을 제안한다. 본 출원인은 이러한 컴퓨터를 제안하는데 이 컴퓨터는 프린지가 검출기 레졸루션이 정밀한 측정을 허용할 만큼 충분한 위치(예컨대, 각도 θ)에 있는지를 판정할 수 있고, 이미지 내에 복수의 프린지가 있다면, 가장 큰 샘플링 레졸루션이 사용가능한 검출기 상의 위치에 있는 프린지를 바람직하게 분석하도록 판정할 수 있다. 또한, 본 출원인은, 예컨대, 광 경로 길이(d)를 조절함으로써, 최적 위치 또는 그 주변으로 프린지를 천천히 스티어링하기 위해, 아래에 보다 상세하게 서술된, 다수의 에탈론(42) 컨트롤러 중 하나의 설비를 제안한다. 레이저 파장이 큰 단계(<수 pm)에 의해 매우 자주 튜닝되지 않는 경우, 본 방법은 파장계 미터(40)가 충분한 픽셀-레졸루션 오버헤드를 가진 영역 내에서 수행하도록 파장계(40)를 유지할 수 있다. 실제적인 앞서 언급된 특수한 기술 및 다른 기술을 실시할 수 있을 것이다.

당업자들은 본 발명의 실시예에 따라, 프린지 리드 존에 관계없이 스펙트럼의 비대칭 측정/보상의 효과적인 실행이 가능한, 파장계 선형 포토다이오드 어레이(50) 내의 충분하지 않은 픽셀 샘플링 레졸루션 문제는 검출기(50) 상의 로컬 픽셀 퍼짐(dλ/dR)이 더 적은 더 좁은 각으로 프린지 오더를 이동시킴으로써 쉽고 간단하게 해결될 수 있음을 이해할 것이다. 이것은 이미징 분광계(40)의 고속 파장 민첩도를 유지하지만, 수차례 측정에서 윈도우는 프린지를 다시 작은 반경의 환경으로 이동시킬 수 있고, 그 결과 PDA(50)에 의해 보여진 프린지의 확장에 걸쳐 조명된 픽셀 내에 대략 3x 증가가 존재하게 된다. <1 프리 스펙트럼의 범위에 의해 오더의 위치를 변경하기 위해 d를 조정하는 것은 프리 스펙트럼 범위 그 자신, 및 그러므로 파장의 보정에 무시할 수 있는 영향을 준다. 이것은, 예컨대, 기계적인 액츄에이터에 의해 푸싱되는 에탈론을 포함하는 용접 밀봉된 하우징 상의 금속 다이어프램과 함께, 온도 또는 압력으로 수행될 수 있다.

지금부터 도 3을 참조하면, 에탈론(42)을 포함하고, 종래 기술의 빔 스플리터(22)에 의해 파장계(40)로 반사되는 출력 레이저 빔(20)의 일부분(30)을 수신하는 파장계(40)의 일 예가 도시되어 있다. 스플릿 부분(30)은 에탈론(42)으로 들어갈 수 있고, 이 에탈론은, 예컨대, 선형 어레이로, 배열된 복수의 포토다이오드 각각에서 보여지는 강도를 중심 파장/대역폭 검출 컴퓨터(60)에 제공할 수 있는, 포토 다이오 어레이(50) 상에 이미징된 프린지 패턴(44)을 제공할 수 있다. 이 프린지 패턴은, 예컨대, 컴퓨터의 컨트롤에 따라, 예컨대, 가스 공급 라인(62)을 통해, 에탈론 하우징(43)에 압력을 가함으로써, 예컨대, 에탈론 하우징(43)을 가압하기 위한 솔레노이드(68)로 솔레노이드 밸브(64)를 동작함으로써, 또는 예컨대, 컴퓨터(60)의 컨트롤에 따라, 기계적 액츄에이터(스테퍼 모터, 선형 모터 등)(도시생략)로 하우징 상의, 예컨대, 다이어프램(78)에 압력을 가함으로써, 상술한 바와 같이, 적절한 픽셀 레졸루션 오버헤드을 위해 충분히 분산된 어레이(50) 상의 적합한 위치로 스티어링될 수 있다. 대안으로써, 히터 컨트롤러(72)의 컨트롤에 따르는 히터(70)는 컴퓨터(60)에 의해 발생된 컨트롤 신호에 응답하여 에탈론 하우징(43) 내의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 에탈론 입사각은 컴퓨터(60)의 컨트롤에 따를 수 있는, 액츄에이터(도시생략)를 갖춘 회전 설치판(76) 상에 에탈론 하우징을 설치함으로써, 약간 수정될 수 있다.

또한, 컴퓨터는 주지된 기술인, 예컨대, 라인 내로우잉 유닛 내의, 예컨대, 레이저 광의 파장을 수정하기 위해, 대역폭 컨트롤러(도시생략)에 중앙 대역폭 피드백 정보를 제공할 수 있다. 대역폭 수정의 다른 방법은 레이징 매체를 생성하기 위해 분자 플루오르 가스 방전 레이저의 펄스 엑시머를 생성하기 위해, 주지된 기술로서, 사용되는, 예컨대, 레이저 내의 전극에 전기 방전 펄스를 공급하는 회로 내의, 예컨대, 압축 헤드 내에 인덕턴스를 변경함으로써 이루어질 수 있다. 다른 대역폭 액티브 보정 방법은 시스템의 MO 및 PA 부 내의 레이징의 타이밍을 조절하기 위해, 예컨대, 멀티챔버 레이저 시스템, 예컨대, 마스터 오실레이터(시드 레이저) 포저 증폭기("MOPA") 라인 네로우드 레이저 시스템에서 이루어질 수 있다. 이러한 방법으로, PA 섹션 내에서 증폭되기 위한 MO 섹션으로부터의 출력 레이저 펄스 부분을 선택할 수 있다. MO 섹션으로부터의 출력 레이저 펄스 중 상이한 부분은 예컨대, 그들이 전환된 라인 네로우잉 유닛을 가지고, 그러므로 보다 내로우된 대역폭이기 때문에, 상이한 대역폭을 가질 수 있다. MO 섹션 및 PA 섹션 내의 레이징 발생간 타이밍을 조절함으로써, PA섹션에서 증폭될 MO 출력의 부분을 선택적으로 선택할 수 있고, 그러므로 수신된 피드백에 따라 대역폭 업 또는 다운을 선택할 수 있다. 다른 형태의 멀티챔버 레이저 시스템, 예컨대, 마스터 오실레이터 파워 오실레이터("MOPO")가 사용될 수 있고, 항 dtMOPA가, 원하는 최종 출력 레이저 펄스 대역폭을 선택할 필요에 따라 시드 레이저 펄스의 일부분을 선택적으로 증폭하기 위한 임의의 이러한 투 멀티 챔버의 라인 네로우드 레이저 시스템 사의의 각각의 레이징 발생의 선택을 위해 사용되고 고려될 수 있다.

상술된 본 발명의 실시예의 형태는 바람직한 실시예일 뿐이며, 본 발명을 임의의 방법으로, 특히 특정의 바람직한 실시예로만 제한하지 않음을 당업자들은 이해할 것이다. 본 발명의 개시된 형태에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자들은 이해할 것이다. 첨부된 청구항은 본 발명의 실시예의 개시된 형태는 물론 당업자들에게 명백한 동등물 및 다른 수정 및 변형을 커버하는 범위 및 의미이다. 상술된 본 발명의 실시예의 개시되고 청구된 형태에 수정 및 변형을 추가하여 다른 형태가 구현될 수 있다.

20: 출력빔 22: 빔 스플리터
40: 에탈론 분광계 42: 에탈론
50: 포토다이오드 어레이(PDA) 60: 파장 계산 컴퓨터
70: 히터 72: 히터 컨트롤러

Claims

분광계로서,
펄스화된 가스 방전 레이저에 의해 생성된 출력 레이저 빔의 경로 내에서, 제2 경로를 따라 상기 출력 레이저 빔의 일부를 분산시키도록 구성된 빔 스플리터;
상기 제2 경로 내에서 분산된 출력 레이저 빔 부분을 수신하도록 구성되고, 프린지 패턴을 제공하는 에탈론;
상기 에탈론으로부터 프린지 패턴을 촬영(image)하는 선형 포토다이오드 어레이;
상기 선형 포토다이오드 어레이로부터 상기 프린지 패턴의 이미지를 수신하고,
상기 이미지를 분석;
상기 분석에 기초하여, 상기 프린지 패턴 내에 어떤 프린지가 상기 출력 레이저 빔의 대역폭이 측정되도록 하는 위치에 있는지를 판정; 및
상기 판정에 기초하여 제어신호를 출력하는, 컴퓨터; 및
상기 컴퓨터에 연결되어 상기 제어신호를 수신하고, 상기 수신된 제어신호에 기초하여 측정된 프린지 오더를 상기 포토다이오드 어레이상의 다른 위치로 이동시키도록 위치조절 디바이스가 출력 레이저 빔 부분이 에탈론을 출력하는 경사각 θ를 조절하도록 구성된 프린지 오더 위치조절 메카니즘을 포함하는, 분광계.
제 1 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 상기 선형 포토다이오드 어레이 상의 로컬 선형 분포(dλ/dR)가 감소되도록 상기 경사각 θ를 조절하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 상기 선형 포토다이오드 어레이에서 로컬 선형 분포가 감소되도록 상기 위치조절 디바이스가 상기 경사각 θ를 조절하도록 하기 위해, 상기 프린지 오더 위치조절 메카니즘 디바이스에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 1 항에 있어서,
에탈론이 놓인 용접 밀봉된 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 5 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 상기 하우징을 가압하도록 구성된 가압 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 5 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 상기 하우징 내의 온도를 조절하도록 구성된 히터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 5 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 상기 하우징이 실장되는 마운트를 포함하고, 상기 마운트는 상기 에탈론의 입사각을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 1 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 상기 에탈론의 반사기들 사이의 광 경로 길이 d를 조절함으로써 상기 출력 레이저 빔 부분이 상기 에탈론을 출력하는 경사각 θ를 조절하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 위치조절 디바이스는 다른 프린지 오더 m을 선택함으로써 상기 출력 레이저 빔 부분이 에탈론을 출력하는 경사각 θ를 조절하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 4 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 상기 위치조절 디바이스가 경사각 θ를 조절하여 상기 선형 포토다이오드 어레이에서 로컬 선형 분포가 상기 출력 레이저 빔의 특정 오퍼레이팅 파장 및 특정 프린지 오더 m에 대해 최소화되도록 하기 위해 상기 프린지 오더 위치조절 메카니즘에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 분광계.
제 1 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 상기 위치조절 디바이스가 상기 경사각 θ를 조절하여 상기 선형 어레이에 의한 파장 내 샘플링의 해상도가 최대가 되도록 하기 위해 상기 프린지 오더 위치조절 메카니즘에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 분광계.