TWI665431B - 估計光束之光譜的方法及度量衡設備 - Google Patents

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TWI665431B
TWI665431B TW107111739A TW107111739A TWI665431B TW I665431 B TWI665431 B TW I665431B TW 107111739 A TW107111739 A TW 107111739A TW 107111739 A TW107111739 A TW 107111739A TW I665431 B TWI665431 B TW I665431B
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布萊恩 艾德華 金
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Abstract

本發明執行一種用於估計一光束之光譜的方法。該方法包括：將該光束投影至一光譜儀之相異空間區域上，其中每一空間區域接收該光譜之一不同經濾波版本；在該光譜儀之該等相異空間區域中之每一者處偵測該所投影光束之一特性；接收一二維矩陣，其中該矩陣之每一項提供一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，其中該二維矩陣與該光譜儀之輸入-輸出關係相關；及基於使用該等偵測到之光束特性與該接收到之二維矩陣兩者的一分析而估計該光束之該光譜。

Description

估計光束之光譜的方法及度量衡設備
所揭示主題係關於一種用於自由例如標準具光譜儀產生之空間輸出恢復光束之光譜形狀，以藉此估計光束之一或多個光譜特徵(諸如頻寬或波長)的設備及方法。
在半導體微影(或光微影)中，製造積體電路(integrated circuit，IC)包括對半導體(例如矽)基板(其亦被稱作晶圓)執行多種物理及化學製程。光微影曝光設備或掃描器為將所要圖案施加至基板之目標部分上的機器。晶圓係由沿著軸向方向延伸之光束輻照，且將晶圓固定至載物台使得晶圓大體上沿著實質上與軸向方向正交之側向平面延伸。光束具有在深紫外線(deep ultraviolet，DUV)範圍內之波長，例如自約10奈米(nm)至約400奈米。光束沿著軸向方向(其與晶圓沿著其延伸之側向平面正交)行進。
光譜分析模組用以量測光束之光譜特徵，且此類所量測光譜特徵用以控制光束之態樣。藉由控制光束，可控制各種微影屬性。舉例而言，可控制晶圓處之最小特徵大小或臨界尺寸(critical dimension，CD)，或可控制圖案屬性，諸如疊對、表面粗糙度及鄰近校正。
在一些一般態樣中，執行一種用於估計一光束之光譜的方法。該方 法包括：將該光束投影至一光譜儀之相異空間區域上，其中每一空間區域接收該光譜之一不同經濾波版本；在該光譜儀之該等相異空間區域中之每一者處偵測所投影光束之一特性；接收一二維矩陣，其中該矩陣之每一項提供一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，其中該二維矩陣與該光譜儀之輸入-輸出關係相關；及基於使用偵測到之光束特性與接收到之二維矩陣兩者的一分析而估計該光束之該光譜。
實施方案可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，可藉由分離該光譜之該等不同經濾波版本且將此等經分離經濾波版本投影至各別空間區域上來將該光束投影至該光譜儀之相異空間區域上。可藉由沿著一不同方向或角度發送每一經濾波版本來分離該光譜之該等不同經濾波版本。
可藉由產生彼此干擾之複數個光束來將該光束投影至一光譜儀之相異空間區域上，且該光譜之該等不同經濾波版本可起因於該光譜儀之透射的不同光學共振。
每一空間區域可係由一偵測器之一或多個成像元件組成之一表面。
可藉由沿著延伸穿過所投影光束之至少一個徑向路徑偵測該光束的強度來在該等相異空間區域處偵測所投影光束之該特性。可藉由偵測該光譜之該經濾波版本在該等空間區域中所沈積之能量來在該等相異空間區域處偵測所投影光束之該特性。
該方法可包括藉由執行以下操作來產生該二維矩陣：使一測試光束與該光譜儀相互作用；跨越N個相異光譜特徵之一範圍改變該測試光束之一光譜特徵；及對於該範圍中之每一光譜特徵：在每一空間區域處偵測該測試光束之一特性；及在該光譜儀之M個空間區域中之每一者處儲存該測試光束之偵測到的特性作為初步二維矩陣之一行。基於該光譜特徵而指派 該行且初步二維矩陣捕捉該光譜儀之輸入-輸出關係。可基於初步二維矩陣而計算該二維矩陣。該二維矩陣之列數及初步二維矩陣之行數可等於N，且該二維矩陣之行數及初步二維矩陣之列數可等於M。可藉由在該二維矩陣與偵測到之光束特性之間執行矩陣乘法來估計該光束之光譜。該測試光束可具有比該光束之頻寬小5至500,000倍之一頻寬。相異光譜特徵之數目N可決定經估計光譜之一解析度。
該方法可包括：藉由計算一初步二維矩陣之一偽逆來產生該二維矩陣，其中該初步二維矩陣捕捉該光譜儀之輸入-輸出關係；及儲存該二維矩陣。可藉由在該二維矩陣與偵測到之光束特性之間執行矩陣乘法來估計該光束之光譜。可藉由對該初步二維矩陣執行一奇異值分解來計算該初步二維矩陣之該偽逆。該方法可包括：藉由減少來自雜訊之比重超出來自信號之比重之矩陣積的分量來減少該雜訊之一影響。
該光譜特徵可係一波長，且該光譜可描述跨不同波長之光束之光學功率的一分佈。
該方法可包括以一陣列儲存所投影光束之偵測到之特性。該陣列之列數在一個空間方向上對應於該光譜儀之相異空間區域之列數，且該陣列之行數在另一空間方向上對應於該光譜儀之相異空間區域之行數。該陣列之行數等於一且該陣列之列數可等於M；且二維矩陣之行數可等於M。
該方法可包括基於經估計光譜而計算一光譜特徵。該光譜特徵可包括一波長及一頻寬中之一或多者。
在其他一般態樣中，一種度量衡設備經組態以估計一光束之光譜。該設備包括：用於將該光束分離成該光譜之不同經濾波版本及用於將該光束投影至相異空間區域上之一光譜分散構件，其中每一空間區域接收該光 譜之一不同經濾波版本；用於在每一空間區域處偵測所投影光束之一特性之一偵測構件；及一處理構件。該處理構件係用於：接收一二維矩陣，其中該矩陣之每一項提供一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，其中該二維矩陣與該光譜分散設備之輸入-輸出關係相關；分析偵測到之光束特性及接收到之二維矩陣；及基於分析而估計該光束之光譜。
在其他一般態樣中，一種度量衡設備包括：一光譜儀，其處於一光束之路徑中；及一控制系統，其連接至該光譜儀。該光譜儀包括：一光譜分散裝置，其經組態以將該光束分離成該光譜之不同經濾波版本；及一偵測器，其處於所投影光束之路徑中且界定相異空間區域，該偵測器經組態以在每一空間區域處接收該光譜之一不同經濾波版本及在每一相異空間區域處偵測所投影光束的一特性。該控制系統經組態以：接收一二維矩陣，其中該矩陣之每一項提供一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，其中該二維矩陣與該光譜儀之輸入-輸出關係相關；及分析偵測到之光束特性及接收到之二維矩陣；及基於分析而估計該光束之一光譜。
實施方案可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，該光譜分散裝置可經組態以藉由執行以下操作來將該光束分離成該光譜之不同經濾波版本：執行該光束之空間相依光譜濾波且按根據該二維矩陣之不同透射強度透射該光束之不同波長。
該光譜分散裝置可包括一干擾光學設備。該干擾光學設備可包括：一標準具，其藉由產生彼此干擾之複數個光束來將該光束分離成該光譜之不同經濾波版本；及一透鏡，其經組態以將不同經濾波版本投影至該偵測器之相異空間區域上。該標準具可成角度地分離該光譜之不同經濾波版本，且該偵測器之可沿著來自一中心區之一徑向方向配置。該二維矩陣之 列數可等於N，且N可等於儲存於該二維矩陣之列中之相異光譜特徵的一範圍。相異光譜特徵之該範圍可橫跨該標準具之至少一個自由光譜範圍，且相異光譜特徵之數目N決定經估計光譜之一解析度。
該偵測器可包括一光電二極體偵測器設備。該光電二極體偵測器設備可包括沿著一個方向延伸之一光電二極體陣列。
該偵測器可藉由光譜特徵分佈感測在相異空間區域處所沈積之一能量。
該控制系統可包括記憶體，該記憶體經組態以以一陣列儲存所投影光束之偵測到之特性，其中該陣列之列數在一第一空間方向上對應於該偵測器之相異空間區域之列數，且該陣列之行數在一第二空間方向上對應於該偵測器之相異空間區域之行數。該第一空間方向可係一徑向方向且該第二空間方向可垂直於該徑向方向。該陣列之行數等於一且該陣列之列數可等於M；且二維矩陣之行數可等於M。
一測試光源可經組態以產生一測試光束。該光譜儀可與該測試光束相互作用。一光譜特徵致動設備可控制該測試光束之一光譜特徵。該光譜特徵致動設備可經組態以在該測試光束與該光譜儀相互作用時以跨越N個相異光譜特徵之一範圍改變該測試光束之一光譜特徵；該偵測器可經組態以在每一空間區域處偵測該測試光束之一特性；且該控制系統可連接至該測試光源及該光譜特徵致動設備。該控制系統可經組態以藉由執行以下操作來產生該二維矩陣：對於該範圍中之每一光譜特徵，在該光譜儀之M個空間區域中之每一者處儲存該測試光束之偵測到的特性作為初步二維矩陣之一行，其中基於該光譜特徵而指派該行且其中初步二維矩陣捕捉該光譜儀之輸入-輸出關係。
該測試光束可具有比該光束之頻寬小5至500,000倍之一頻寬。該測試光源可包括一單頻全固態雷射。
100‧‧‧度量衡設備
105‧‧‧度量衡控制模組
107‧‧‧光譜
110‧‧‧脈衝光束
110'‧‧‧光束
110A‧‧‧光束
115‧‧‧光譜儀
120‧‧‧二維矩陣
125‧‧‧光譜分散裝置
130‧‧‧偵測器
135(1)‧‧‧空間區域
135(2)‧‧‧空間區域
135(3)‧‧‧空間區域
135(i)‧‧‧空間區域
140(1)‧‧‧不同經濾波版本
140(2)‧‧‧不同經濾波版本
140(3)‧‧‧不同經濾波版本
140(j)‧‧‧不同經濾波版本
150‧‧‧光譜強度
155‧‧‧波長
160‧‧‧波長
165‧‧‧寬度
200‧‧‧晶圓
205‧‧‧光微影曝光設備
210‧‧‧光微影系統
217‧‧‧光學源
220‧‧‧光束製備系統
225‧‧‧微影控制器
230‧‧‧光譜特徵選擇設備
260‧‧‧光束分離器
265‧‧‧控制系統
300‧‧‧光束製備系統
400‧‧‧度量衡系統
415‧‧‧光譜儀
425‧‧‧標準具設備
430‧‧‧偵測器
435(1)‧‧‧空間區域
435(1-i)‧‧‧空間區域
435(2)‧‧‧空間區域
435(3)‧‧‧空間區域
435(4)‧‧‧空間區域
435(i)‧‧‧空間區域
435(M)‧‧‧空間區域
440‧‧‧不同經濾波版本
440(1)‧‧‧不同經濾波版本
440(2)‧‧‧不同經濾波版本
440(3)‧‧‧不同經濾波版本
440(4)‧‧‧不同經濾波版本
440(j)‧‧‧不同經濾波版本
449‧‧‧孔徑
462‧‧‧輸入透鏡
463‧‧‧標準具
463A‧‧‧玻璃/光學平板
463B‧‧‧玻璃/光學平板
464‧‧‧輸出透鏡
471‧‧‧條紋圖案
472‧‧‧能量
474‧‧‧干擾圖案
520‧‧‧二維矩陣
520p‧‧‧初步二維矩陣
535(s1)‧‧‧空間區域
535(s2)‧‧‧空間區域
535(s3)‧‧‧空間區域
550‧‧‧光譜強度
555‧‧‧波長λ
556‧‧‧相異光譜特徵
557‧‧‧空間區域
571‧‧‧條紋圖案
572‧‧‧偵測到之特性
700‧‧‧測試設備
711‧‧‧測試光束
718‧‧‧測試光源
731‧‧‧光譜特徵設備
740‧‧‧測試控制模組
800‧‧‧記憶體
805‧‧‧輸入裝置
810‧‧‧輸出裝置
815‧‧‧可程式化處理器
820‧‧‧電腦程式產品
825‧‧‧光譜特徵模組
830‧‧‧微影模組
835‧‧‧決策模組
850‧‧‧光源模組
860‧‧‧光束模組
900‧‧‧主控振盪器
910‧‧‧功率放大器
910A‧‧‧種子雷射光束
915‧‧‧輸出耦接器
917‧‧‧光學源
920‧‧‧度量衡模組
925‧‧‧光束修改光學系統
930‧‧‧光束反射器/光束轉動裝置
1000‧‧‧光柵
1000A‧‧‧致動系統
1001‧‧‧光束擴展器
1002‧‧‧繞射表面
1005‧‧‧稜鏡
1005A‧‧‧致動系統
1010‧‧‧稜鏡
1010A‧‧‧致動系統
1015‧‧‧稜鏡
1015A‧‧‧致動系統
1020‧‧‧稜鏡
1020A‧‧‧致動系統
1050‧‧‧控制模組
1055‧‧‧孔徑
1062‧‧‧入射角
1065‧‧‧光學放大率
1100‧‧‧程序
1105‧‧‧步驟
1110‧‧‧步驟
1115‧‧‧步驟
1120‧‧‧步驟
1125‧‧‧步驟
1130‧‧‧步驟
1135‧‧‧步驟
1140‧‧‧步驟
1145‧‧‧步驟
1150‧‧‧步驟
1200‧‧‧程序
1205‧‧‧步驟
1210‧‧‧步驟
1215‧‧‧步驟
1220‧‧‧步驟
1320‧‧‧偽逆二維矩陣
C‧‧‧偵測到之特性
C(1,1)‧‧‧特性
C(1,2)‧‧‧特性
C(1,N)‧‧‧特性
C(2,1)‧‧‧特性
C(2,2)‧‧‧特性
C(M,1)‧‧‧特性
C(M,2)‧‧‧特性
C(M,N)‧‧‧特性
F‧‧‧振幅
GC‧‧‧幾何中心
SF(1)‧‧‧第一光譜特徵
SF(2)‧‧‧第二光譜特徵
SF(N)‧‧‧光譜特徵
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係至少部分基於光束之偵測到之特性及二維矩陣而量測或分析光束一光譜特徵之度量衡設備的方塊圖，該光束由光學源產生且經導引至晶圓；圖2係其中併入圖1之度量衡設備之光微影系統的方塊圖；圖3係展示度量衡設備如何併入至圖2之光微影系統中的方塊圖；圖4A係包括基於光學干涉之裝置之光譜儀之例示性度量衡設備的方塊圖；圖4B係可用於圖4A之光譜儀中之例示性偵測器的側視平面圖；圖5展示一組圖形，其用以說明由度量衡設備之輸出形成之條紋圖案、自其中計算二維矩陣之初步二維矩陣與光束之光譜之間的關係；圖6A以圖形形式展示光束之光譜、初步二維矩陣與由度量衡設備之輸出形成之條紋圖案之間的關係；圖6B以圖形形式展示如何基於二維矩陣而恢復光束之光譜，二維矩陣係圖6A之初步二維矩陣之偽逆及由度量衡設備之輸出形成之條紋圖案；圖7係用以判定圖1或圖4之光譜儀之二維矩陣的例示性測試設備之方塊圖；圖8係圖2之光微影系統之例示性控制系統之方塊圖；圖9係用於產生光束之例示性光學源的方塊圖；圖10係用於控制光束之一或多個光譜特徵之例示性光譜特徵選擇設 備的方塊圖；圖11係由測試控制模組執行來產生二維矩陣之程序的流程圖；圖12係由圖1之度量衡設備執行來估計光束之光譜之程序的流程圖；且圖13係展示圖6B之經計算為圖6A之初步二維矩陣之偽逆之二維矩陣的例示性圖形。
參考圖1，度量衡設備100包括光譜儀115及與光譜儀115通信之度量衡控制模組105。度量衡控制模組105至少部分基於對來自光譜儀115及二維矩陣120之輸出之分析而直接恢復(或表徵)脈衝光束110'之光譜107，該分析係關於光譜儀115之輸入-輸出關係。
脈衝光束110'之光譜107含有關於光束110'之光能、強度或功率如何遍及不同波長(或光學頻率)而分佈之資訊。以圖示中之形式描繪光束110'之光譜107，其中將光譜強度150標繪為波長155或光學頻率之函數。光束110'之光譜特徵包括光譜107之態樣或表示。舉例而言，特定強度值下之波長係光譜特徵(諸如峰值強度下之波長160)。作為另一實例，光譜107之形狀的寬度165係光譜特徵。此寬度可被稱作頻寬。因此，藉由恢復或估計光束110'之光譜107，可計算該等一或多個光譜特徵。
亦參考圖2，經導引穿過度量衡設備100之光束110'與經導引朝向光微影曝光設備(或掃描器)205內之半導體基板(或晶圓)200的脈衝光束110分離。為此目的，日圖3中亦展示，諸如分束器之光束分離器260可用以移除及以光束110'形式將光束110之一部分導引至度量衡設備100中。在一些實施方案中，脈衝光束110之大部分向內朝向光微影曝光設備205導引。舉例而言，光束分離器260將脈衝光束110之一分率(例如1%至2%)導 引至度量衡設備100中，且因此，脈衝光束110'之功率為脈衝光束110之功率的約1%至2%。
相對於彼此掃描(移動)光束110與晶圓200，以藉此在晶圓200上圖案化微電子特徵。光束110之光譜特徵對晶圓200處之成像品質之品質具有直接影響。可使用任何適合之度量來量化光束110之光譜特徵，且該等度量可由度量衡控制模組105量測且分析，以便判定是否需要對光束110進行調整以在晶圓200上進行圖案化期間控制光束110之光譜特徵。
光束110之頻寬係光譜107之寬度165的度量，且可根據雷射光之波長、頻率或波數而給定此寬度165。與光譜107之細節相關的任何適合數學構造(亦即度量)可用以估計光束之頻寬。舉例而言，在光譜形狀之最大峰值強度之一分率(X)處之光譜107的全寬(被稱作FWXM)可用以表徵光束頻寬。作為一個實例，在常用的光譜形狀表徵中，分率X係50%，且各別度量值被稱作半高全寬(full width at half maximum；FWHM)。作為另一實例，含有積分光譜強度之一分率(Y)之光譜107的寬度(被稱作EY)可用以表徵光束頻寬。在一個實例中，在通常用於表徵光束110之光譜屬性時，分率Y係95%。
如上文所提及，度量衡設備100提供準確之方式以量測或分析光束110之該等光譜特徵，以便藉由不僅使用來自光譜儀115之輸出而且使用用以分析來自光譜儀115之輸出之二維矩陣120來控制對晶圓200之圖案化。
再次參考圖1，光譜儀115包括光譜分散裝置125及具有複數個相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之偵測器130，其中i係相異空間區域之總數目。光譜分散裝置125係經組態以將光束110'分離成光譜107之不同經 濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)的任何裝置，其中j係光譜107之不同經濾波版本的總數目。光譜分散裝置125較佳地比根據二維矩陣120之其他光譜分散裝置更多地傳遞光束110'之某些波長或光譜特徵。光譜分散裝置125將該等不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)投影至偵測器130之相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)上。光譜分散裝置125藉由執行以下操作來將光束110'分離成不同經濾波版本：執行光束110'之空間相依光譜濾波且按根據二維矩陣120之不同透射強度透射光束110'之不同波長。
相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)可沿著垂直於光束110'行進之方向的平面延伸。舉例而言，若光束110'之大體方向係沿著Z方向，且導引至偵測器130之不同經濾波版本大體上沿著Z方向行進，則空間區域135(1)、135(2)、…135(i)可處於與Z方向垂直之平面(諸如X-Y平面)上。相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)可在此平面上以任何形狀配置。舉例而言，相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)可以陣列配置。陣列可惜沿著X方向及Y方向兩者延伸之二維陣列。陣列可係位於沿著沿著X-Y平面或沿著徑向方向之方向延伸的一維陣列。
相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之總數目i取決於偵測器130之設計、光譜分散裝置125之設計、光譜分散裝置125之效率及光束110'之光譜特徵。相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之總數目i可係介於2至數十、數百或數千之任一值。舉例而言，相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之數目i可對應於不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)之數目j。相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之數目i受若干因素約束。舉例而言，偵測器130及相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i) 需要對光束110'之波長敏感，且若光束110'介於DUV波長範圍內，則偵測器130應對具有DUV波長之光敏感。此外，相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)之總數目i亦受偵測器130之最大讀出速率以及光束110'之脈衝之間的時間間隔約束。在按6kHz之速率產生光束110'之脈衝且光束110'具有介於該DUV範圍內之波長的實例中，接著總讀出時間R係約167微秒(μs)(其係空間區域處之連續脈衝之間的時間)。每像素讀數頻率P與相異空間區域之數目N之間的關係應滿足關係N(1/P)<R，從而在發生下一讀出之前允許儲存及/或處理來自一個讀出之資料的充足時間。若R係約167μs且處於10MHz每像素讀出頻率P下，則相異空間區域之總數目i可係1024。在此實例中，1024(1/10MHz)係約102μs，其小於167μs。
光譜107之不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)係已由光譜分散裝置125基於光束110'之光譜特徵(波長)的值而分離之光束110'之強度的分佈。經濾波版本140(1)可定義為投影至空間區域135(1)上之版本，且類似地，每一經濾波版本140可定義為投影至特定空間區域135上之經濾波版本。
在一些實施方案中，光譜分散裝置125係基於光學干涉之裝置，其中藉由產生以光學方式彼此干擾之複數個光束來將光束110'分離成光譜107之不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)。光譜107之不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)起因於光譜儀115之輸出或透射的不同光學共振。例示性基於光學干涉之裝置係標準具或光柵。此裝置可結合經組態以將不同經濾波版本投影至偵測器130之相異空間區域上的透鏡使用。透鏡可置放於標準具之輸出處，以使得其將光成像至與偵測器130之空間區域重合的聚焦平面。在下文且參考圖4A及圖4B論述例示性基於光學干涉之 裝置。
在其他實施方案中，光譜分散裝置125係基於光學分散之裝置，其中使用折射之光學現象來將光束110'分離成光譜107之不同經濾波版本。例示性基於光學分散之裝置係稜鏡，其中光束110'之不同波長穿過稜鏡按不同角度折射，此係因為稜鏡之材料的折射率隨著光束110'之波長變化。
偵測器130經組態以在每一空間區域135(1)、135(2)、…135(i)處接收光譜107之不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)，到在每一空間區域135(1)、135(2)、…135(i)處偵測所投影光束之特性(諸如強度)。舉例而言，偵測器130可偵測或感測由各別光譜經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)在每一空間區域135(1)、135(2)、…135(i)處沈積的能量。相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)係局域光譜特徵分佈之光子在其上照射且相互作用之任何表面或區，且空間區域能夠將光子之能量轉換成電流以供由度量衡控制模組105進一步處理。
在一些實施方案中，偵測器130包括具有光電二極體之陣列的光電二極體偵測器，其中每一光電二極體充當相異空間區域。在其他實施方案中，偵測器130包括單個光電偵測器(諸如電阻性光電陰極)，其中光電偵測器之每一區對應於相異空間區域。偵測器130之每一空間區域135(1)、135(2)、…135(i)可係由偵測器130之一或多個成像元件或相異偵測區(例如光電二極體)組成的表面。偵測器130之輸出可呈電流、電荷或電壓形式。
度量衡控制模組105大體上包括或可存取其中儲存來自偵測器130之偵測到之特性的記憶體。此外，記憶體可儲存二維矩陣120，或度量衡控制模組105可包括用於自外部記憶體接收二維矩陣120的輸入模組。
參考圖3，儘管未要求，但度量衡設備100可包括光束製備系統300，光束製備系統300包括光束均勻器以及其他特徵。光束製備系統300在光束110'進入光譜儀115之前修改光束110'之態樣。舉例而言，光束均勻器減小斑點雜訊，改良脈衝光束110'之光束均勻化，且確保將光束110'之不同空間部分均勻地採樣到光譜儀115中。光束製備系統300可包括用於修改脈衝光束110'之態樣的其他元件或組件。舉例而言，光束製備系統300亦可包括一或多個脈衝延展器系統、一或多個擴散器系統及一或多個空間調整系統。
再次參考圖2，度量衡設備100併入至光微影系統210中，且提供準確之方式以量測或分析用以圖案化晶圓200之光束110之光譜特徵。光微影系統210包括在控制系統265之控制下產生光束110的光學源217(諸如準分子光源)。控制系統265可被視為一組子控制器之，其中每一子控制器經設計或專用於控制光微影系統210之某一態樣。舉例而言，控制系統265可包括用於控制光學源217之專用子控制器及用於與度量衡控制模組105介接之專用子控制器。其他子控制器係可能的，且每一子控制器有可能共置或彼此分離。
在一些實施方案中，光束110可係連續光束，此意謂光學源217持續發射光束110。
在本文中所描述之實施方案中，光束110由脈衝形成，此意謂光學源217並非在連續模式下而是以光學脈衝形式發射光束110。
光束110之脈衝具有一波長，該波長標稱地在深紫外線(DUV)範圍內之中心波長處，例如介於約10奈米(nm)至約400奈米之間。在一些實施方案中，脈衝之波長為約248奈米，而在其他實施方案中，脈衝之波長為約 193奈米。在此實例中，度量衡設備100置放於光學源217之輸出處或光學源217內之適當位置(諸如跟著氣體放電放大器)。替代地，有可能將度量衡設備100置放於光微影系統210內之其他位置處或以括置放於光微影系統210內之相異位置處的複數個度量衡設備100。
在一些實施方案中，光學源217以光學脈衝形式而非以連續波發射光。因此，光學源217發射具有短持續時間之能量脈衝。此等週期性脈衝可被視為脈衝串且形成光束110。可將脈衝之持續時間(亦被稱為脈衝寬度或長度)定義為脈衝功率連續地保持高於其最大值之百分比(例如一半)的時間。可用以判定脈衝之持續時間的另一度量係含有脈衝之整合式形狀之一分率(Y)之脈衝的寬度。又一度量係時間積分平方度量。
藉助於光束製備系統220將光束110導引至光光微影曝光設備205，光束製備系統220可包括光束導引及光束修改光學件。具體言之，在光微影曝光設備205內，脈衝光束110經導引穿過光學配置，光學配置經組態以在朝向晶圓200導引光束110之前視需要製備且修改光束110。在微影控制器225的控制下使光束110與晶圓200彼此相對掃描(移動)，藉此在晶圓200上圖案化微電子特徵。晶圓200上圖案化之微電子特徵的大小取決於光束110之波長，其中更低的波長係用以實現微電子特徵之更小最小大小的一個可能方式。當光束110之波長係248奈米或193奈米時，微電子特徵之最小大小可係例如50奈米或更小。光束110之脈衝在晶圓200處之聚焦部位與光束110之波長相關。此外，光束110之頻寬可影響此等特徵之臨界尺寸(CD)或其他製程特性。
各種干涉(諸如溫度梯度、壓力梯度、光學失真)作用於光學源217及光束110，以修改諸如光束110之光譜特徵(諸如頻寬及波長)或能量的特 性。舉例而言，由光學源217中之與光束110相互作用的光學組件中之或熱透鏡引起的波前失真可引起光束110之頻寬的增大。作為另一實例，由在光學源217之增益介質中與光束110相互作用之光學組件引起的色像差可引起光束110之頻寬的增大。因此，光微影系統210包括其他組件，諸如光譜特徵選擇系統230(其經組態以調整光束110之一或多個光譜特徵)及度量衡設備100(其經組態以量測光束110之一或多個特性)。此等組件與控制系統265組合使用以判定該等干涉對光束110產生的影響並校正此類干涉對光束110產生的效應。
儘管未展示，但除了度量衡設備100以外，光微影系統210還可包括用於量測光束110之其他態樣或用於量測掃描器205之其他態樣的其他量測系統。
參考圖4A及圖4B，例示性度量衡系統400包括係基於光學干涉之裝置的光譜儀415，其中藉由產生以光學方式彼此干擾之複數個光束來將光束110'分離成光譜107之不同經濾波版本440(1)、440(2)、…440(j)。作為光譜分散裝置125，光譜儀415包括標準具設備425及可係光電二極體陣列之偵測器430。
標準具設備425將光束110'分離成光譜107之不同經濾波版本440(1)、440(2)等等(在圖4A中表示為元件440)。由於標準具設備425中之標準具的形狀，光譜經濾波版本440(1)、440(2)等等沿著X-Y影像平面自光束110'之中心軸線徑向地延伸。該等經濾波版本440(1)、440(2)等等在完整影像平面上方延伸，且其看起來像在半徑之特定值下局部化，此類徑向值對應於光譜特徵之主要組件具有相長干擾之複數個階數。若光束110'之頻寬比標準具之自由光譜範圍小得多，則一個特定階數具有影像平面處 之半徑與最大透射率之波長之間的唯一關係。當查看X-Y影像平面中之經濾波版本440(1)、440(2)等等時，圖案474之總體形狀呈現為同心但模糊的環，其中特定經濾波版本440(1)中之光束110'的強度值沿著特定環之周界保持大致恆定。換言之，經濾波版本440(1)沿著給定周界在所有點處相同或大體上相同。
標準具設備425包括輸入透鏡462、光學頻率分離設備(諸如標準具)463及輸出透鏡464。可將孔徑449置放於輸入透鏡462之焦平面處使得來自焦平面之每一點充當點源，且因此，輸入透鏡462用以使脈衝光束110'在進入標準具463之前準直。輸出透鏡464定位於標準具463之出口處，以使得輸出透鏡464之聚焦平面與偵測器430之空間區域435(1)、435(2)、…435(i)重疊。
在一些實施方案中，標準具463包括一對部分反射性玻璃或光學平板463A、463B，其可按短距離間隔開(例如數十或數百微米、毫米或厘米)，同時反射表面面朝彼此。在其他實施方案中，標準具463包括具有兩個平行反射表面之單個板。平板463A、463B可以楔形形狀製成以防止後表面產生雜散干涉條紋；後表面常常亦具有抗反射塗料。當光束110'通過配對的平板463A、463B時，其經多重反射，且產生複數個經透射射線，特定言之，光譜107之複數個不同經濾波版本440(1)、440(2)等等，且該等經濾波版本由輸出透鏡464收集且引至偵測器430之空間區域435(1)、435(2)、…435(i)。每一空間區域435(i)接收光譜107之不同經濾波版本440(j)。視需要，光譜儀415亦可包括輸出透鏡464與偵測器430之間的光學中繼器，以確保空間區域435(1)、435(2)等等在輸出透鏡464之聚焦平面處。
標準具463與光束110'相互作用，且輸出光譜107(在圖4A中以示意性形式展示其實例)之複數個經濾波版本440(1)、440(2)等等。光譜107之經濾波版本440(1)、440(2)等等對應於脈衝光束110'之光能或功率(光譜強度)的值如何遍及不同波長而分佈。該等經濾波版本440(1)、440(2)等等分離開，以使得每一空間區域435(1)、435(2)等等接收不同經濾波版本440(1)、440(2)等等。因此，標準具463將脈衝光束110'之光譜資訊(諸如波長)變換成可由感測器430感測或偵測到之空間資訊。由於標準具463之設計，變換將光譜資訊(諸如波長)映射成空間中之不同角度或徑向位置，以使得光譜資訊可由感測器430觀測到。
如上文所提及，標準具463產生呈一組同心環之外觀的干擾圖案474作為光譜經濾波版本。環之銳度取決於標準具1863之平板463A、463B的反射率。因此，若平板463A、463B之反射率較高(使得標準具具有高品質(Q)因子)，則當光束110'係單色光束時，標準具463會產生與暗背景成對照之一組窄明亮環。自標準具463透射之經濾波版本440(1)、440(2)等等照射其各別空間區域435(1)、435(2)等等。干擾圖案474之環的各部分對應於僅特定波長之最大透射率。此外，環之徑向寬度隨離干擾圖案474之幾何中心(geometric center，GC)的距離而減小。
偵測器430在每一成角度分離之空間區域435(1)、435(2)等等處偵測所投影光束110'之特性472。舉例而言，偵測器430將沈積至每一空間區域435(1)、435(2)中之能量偵測為特性。沈積至每一空間區域435(1)、435(2)等等中之偵測到之能量儲存於可由度量衡控制模組105存取的記憶體中。此等偵測到之能量472對空間區域435(1)、435(2)等等之曲線產生條紋圖案471。干擾圖案474之每一環在條紋圖案471中產生條紋。因此， 條紋係具有對應於干擾圖案474中之環之明亮中心之最大透射率的彎曲形狀。條紋圖案471之最大透射率(偵測到之能量472的最大值)之位置至少部分地取決於光束110'之波長、光學平板463A、463B之折射率、及光學平板463A與463B之間的分離度。此外，條紋圖案471中之每一條紋的寬度至少部分地取決於空間區域435離干擾圖案474之中心GC的距離及標準具463之精細度。標準具463之精細度係其自由光譜範圍除以其共振之頻寬。標準具463之精細度由標準具463內之損失決定，且獨立於光學平板463A、463B之間的分離度。標準具463之精細度係自由光譜範圍除以共振之頻率的Q因數倍。
此條紋圖案471提供關於光譜107之一些資訊，但此資訊與關於光譜儀415之資訊重疊。二維矩陣120係光譜儀115之輸入-輸出特性的表示。因此，度量衡控制模組105使用二維矩陣120來自條紋圖案471提取光譜107。條紋圖案471可由空間區域435(1)、435(2)等等之一子集形成，該等空間區域相對於偵測器430之所有空間區域可用，此係因為不需要完整的干擾圖案474來執行該等計算或估計。另外，有可能在略微大於偵測器430之作用區域的區內僅產生條紋。
偵測器430之空間區域435(1)、435(2)等等接收且感測光束110'之強度。舉例而言，可用以沿著一個維度(諸如徑向維度)進行量測之一種類型之適合偵測器430係線性光電二極體陣列。線性光電二極體陣列由具有相同大小之多個元件構成，形成在在一個封裝中之相等間距處之線性配置中。光電二極體陣列對光束110'之波長敏感，且若光束110'具有在深紫外線範圍內之波長，則光電二極體陣列對具有在深紫外線範圍內之波長的光敏感。作為另一實例，偵測器430可係二維感測器，諸如二維電荷耦接裝 置(charged coupled device，CCD)或二維互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)感測器。偵測器430應能夠針對整個偵測器430以快速足夠之速率，例如以約6kHz讀出資料。
度量衡控制模組105連接至偵測器430之輸出以及連接至控制系統265，控制系統265與光學源217及以光學方式耦接至脈衝光束110之光譜特徵選擇系統230通信。度量衡控制模組105使用來自偵測器430之輸出以及二維矩陣120以估計光束110之光譜107。此外，度量衡控制模組105可對於光束110之每一脈衝或對於光束110之一組脈衝執行量測、分析及計算。
在圖5中展示了例示性條紋圖案571。條紋圖案571由於光束110'與光譜儀415之相互作用而產生，且依據偵測器430之空間區域435(i)而展示偵測到之特性572。如上文所論述，二維矩陣120係關於光譜儀415之輸入-輸出關係。此外，基於初步二維矩陣而產生二維矩陣120，初步二維矩陣捕捉光譜儀415之輸入-輸出關係。在圖5中展示此初步二維矩陣520p。初步二維矩陣520p描述光束110'之特定光譜特徵556(諸如波長)如何映射至偵測器430之空間區域557，其中初步二維矩陣520p之每一空間區域557對應於空間區域435(1)、435(2)等等。初步二維矩陣520p上展示之可見線係等高線，其中矩陣520p內之要素具有恆定值。等高線之值由線之厚度表示，且因此更薄的線表示更小值，而較厚的線表示更大值。為簡單起見，僅展示幾個等高線，但等高線之數目將顯著地大於所展示內容。
舉例而言，光束110'(光譜107中展示)之波長λ(s)下的強度映射至空間區域435(i)，其中所映射強度之振幅與彼波長下之矩陣520p的值成正比。 因此，光束110'之每一波長產生其自有條紋圖案。作為實例，針對初步二維矩陣520p之最大值，光束110'之波長λ(s)下的強度由光譜儀415映射至空間區域535(s1)、535(s2)、535(s3)。條紋圖案571因此係對應於光束110'之每一經映射波長之條紋圖案的重疊。換言之，條紋圖案571中之每一空間區域435對應於與彼空間區域435相關聯之每一經濾波版本的整合能量。
初步二維矩陣520p內之每一項指示光束110'之特定光譜特徵556及偵測器430之特定空間區域557處的強度。初步二維矩陣520p中之一些項係低值，此意謂光束110'之彼特定光譜特徵556及偵測器430之彼特定空間區域557處的強度皆接近或近似零(例如，最輕等高線可對應於該等低值)。另一方面，初步二維矩陣520p中之一些項具有高值，此意謂光束110'之彼特定光譜特徵556及偵測器430之彼特定空間區域557處的強度皆非零但大體上大於零。在圖5之初步二維矩陣520p中的暗線處展示該等高值區。初步二維矩陣520p中之空空間及暗線之形狀表示具有平面平行標準具463設計之光譜儀415。此外，在此例示性初步二維矩陣520p中，進行幾個假設：偵測器430處於輸出透鏡464之聚焦平面處；條紋圖案474在偵測器430上橫向地居中；且條紋圖案474之中心GC處於偵測器430上。條紋圖案474之中心GC不一定要處於偵測器430上。
參考圖6A，展示了光譜107、初步二維矩陣520p與條紋圖案571之間的關係，且該關係可由矩陣乘法表示。空間區域435(m)處之條紋圖案571之振幅F之間的數學表示可按如下編寫： ，其中S(λk)係等於λk之波長λ 555下的光譜強度550(自光譜107判定)，且A(m,k)係波長λk與空間區域435(m)之間的映射 (自矩陣520p判定)。此方程式係第一種類之佛氏(Fredholm)積分方程式的離散化版本。根據矩陣乘法，此方程式可更簡單地寫為：F=A×Sp，其中F係條紋圖案571，A係矩陣520p，且Sp係光譜107。在圖6A中，為簡單起見，僅展示具有最大值之等高線。
對於經設計為理想平面平行標準具之標準具463之狀況下之矩陣A 520p的實例，相對標準具透射率(光譜分散裝置425之輸入-輸出關係)藉由下式給出：，其中Inorm係標準化因數，F係標準具463之精細度的係數，n係平板463A、463B之反射表面之間的材料之折射率，de係平板463A、463B之反射表面之間的距離，R係空間區域435之徑向距離且其係空間區域435與干擾圖案474之中心GC之間的距離。此外，偵測器430定位於輸出透鏡464之聚焦平面處，聚焦平面離輸出透鏡464按距離fD定位。
為了恢復來自條紋圖案571之光譜Sp 107及矩陣A 520p，此方程式之兩側應如下乘以二維矩陣A┤ 520：A┤×F=A┤A×Sp1×Sp，其中二維矩陣520係初步二維矩陣520p之偽逆。因此，光譜Sp 107藉由此矩陣關係給出：SpA┤×F。圖6B以矩陣形式展示此關係。圖6B中表示之二維矩陣A┤ 520可比所展示內容包括更多結構，且為簡單起見僅展示藉由最大值之等高線。在描述了度量衡系統100及光微影系統210之其他態樣之後，在下文更詳細地論述對二維矩陣A┤ 520之計算。
在一些實施方案中，二維矩陣520展示標準具463之一個自由光譜範 圍FSR的映射。亦即，二維矩陣520中使用之相異光譜特徵556的範圍橫跨標準具463之一個自由光譜範圍FSR。自標準具463之一個FSR產生的所得矩陣A 520p可用以自其他波長及自由光譜範圍恢復資訊，以使得跨僅一個FSR之量測對於一般光譜恢復足夠。
如上文所論述，由光束110'與標準具463之相互作用形成的光束以光學方式彼此干擾。當該等光束彼此同相退出時，標準具463之輸出係干擾最大值，且當該等光束彼此異相退出時，接著標準具463之輸出係干擾最小值。結果係圖4A中所展示之圓形條紋圖案474。標準具463之自由光譜範圍FSR係兩個連續透射之光學強度最大值(或最小值)之間的波長(或光學頻率)之間隔。FSR係必須調諧光束110'之波長以精確再現原始條紋圖案之量。在一個實例中，標準具463之FSR係3皮米(pm)。
此外，在可計算二維矩陣A┤ 520之前，必須判定光譜儀415之初步二維矩陣A 520p。參考圖7，測試設備700用以判定光譜儀415之初步二維矩陣A 520p。測試設備700可用以判定任何光譜儀115之初步二維矩陣A 120p。
測試設備700包括經組態以產生測試光束711之測試光源718及用於控制測試光束711之光譜特徵(諸如波長)的光譜特徵設備731。測試控制模組740連接至光譜特徵設備731及偵測器430。測試光束711以受測試控制模組740控制之方式與光譜儀415相互作用，且測試控制模組740自偵測器430接收輸出以構建初步二維矩陣A 520p。
在一些實施方案中，測試光源718係藉由可跨越所關注之光譜範圍改變之波長的可調諧雷射。舉例而言，測試光源718可係單頻全固態雷射。由測試光源718產生之測試光束711可相對於光束110'被視為半單色光束。 此意謂測試光束711之頻寬比光束110'之頻寬小得多。舉例而言，測試光束711之頻寬大小可係光束110'之頻寬的20%。測試光束711之頻寬的典型範圍係其比光束110'之頻寬小介於5倍至500,000倍之間。
光譜特徵設備731受測試控制模組740控制以跨越對應於光束110'之光譜107之光譜特徵範圍的光譜特徵的範圍改變或選擇測試光束711之光譜特徵(諸如波長)。此在以下時刻執行：測試光束711與光譜儀415相互作用，偵測器430記錄在每一相異空間區域435(1)、435(2)等等處投影之測試光束711的特性，且測試控制模組740自偵測器430接收且儲存所記錄特性之值。舉例而言，若測試光源718係諸如雷射二極體之半導體雷射，則光譜特徵設備731可係雷射二極體之溫度的溫度控制器。作為另一實例，若測試光源718係雷射二極體，則光譜特徵設備731可係控制至半導體二極體之電流的電流控制器。作為另一實例，光譜特徵設備731可係諸如繞射光柵之光學回饋機構的機械定向，或將測試光束轉向至繞射光柵上之光學件。
在論述度量衡設備100及測試設備700之操作之前，接下來提供對光微影系統210之詳細描述。
參考圖8，提供關於控制系統265之細節，該等細節係關於本文中所描述之系統及方法的態樣。控制系統265可包括圖8中未展示之其他特徵。一般而言，控制系統265包括數位電子電路、電腦硬體、韌體以及軟體中之一或多者。
控制系統265包括可係唯讀記憶體及/或隨機存取記憶體之記憶體800。適合於有形地體現電腦程式指令及資料之儲存裝置包括所有形式之非揮發性記憶體，包括例如半導體記憶體裝置，諸如EPROM、EEPROM 及快閃記憶體裝置；磁碟，諸如內部硬碟及可移磁碟；磁光碟；及CD-ROM磁碟。如上文所論述，在一些實施方案中，矩陣120儲存於記憶體800內。控制系統265亦可包括一或多個輸入裝置805(諸如鍵盤、觸控螢幕、麥克風、滑鼠、手持式輸入裝置等)及一或多個輸出裝置810(諸如揚聲器或監視器)。
控制系統265包括一或多個可程式化處理器815、及有形地體現於用於藉由可程式化處理器(諸如處理器815)執行之機器可讀儲存裝置中的一或多個電腦程式產品820。一或多個可程式化處理器815可各自執行指令程式以藉由對輸入資料進行操作且產生適當輸出來執行所要功能。通常，處理器815自記憶體800接收指令及資料。前述任一者可由經特殊設計之特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)補充或併入於其中。
控制系統265包括光譜特徵模組825、微影模組830、決策模組835、測試控制模組740、光源模組850及光束模組860、以及其他組件。此等模組中之每一者可係由諸如處理器815之一個或多個處理器執行之一組電腦程式產品。此外，模組825、830、835、740、850、860中之任一者可存取儲存於記憶體800內之資料。
光譜特徵模組825自度量衡控制模組105接收輸出，且判定一或多個光譜特徵是否在光譜特徵之可接受範圍之外。測試控制模組740與測試設備700介接，且因此控制測試光源718之操作。測試控制模組740使用來自光譜儀115之輸出以及關於如何控制測試光源718以產生矩陣120的資訊。微影模組830自光微影曝光設備205之微影控制器225接收資訊。光源模組850連接至光學源217及光譜特徵選擇設備230中之一或多者。光束模組 860連接至光束製備系統220之一或多個組件。控制系統265內之模組與光微影系統210之其他組件之間的連接及控制系統265內之模組與光微影系統210之其他組件之間的連接可係有線或無線的。決策模組835自其他模組(諸如模組825及830)中之一或多者接收輸出，且判定需要啟動哪一或哪些模組(諸如測試控制模組740、光束模組860或光源模組850)。
儘管圖8中僅展示幾個模組，但控制系統265有可能包括其他模組。另外，儘管控制系統265表示為所有組件看起來共置之方框，但控制系統265有可能由空間或時間上彼此實體遠離的組件組成。舉例而言，光源模組850可與光學源217或光譜特徵選擇設備230實體地共置。作為另一實例，測試控制模組740可與測試設備700實體地共置，且可在空間及時間上與控制系統265之其他組件分離。
一般而言，控制系統265自度量衡設備100接收關於光束110之至少一些資訊，且光譜特徵模組825對該資訊執行分析以判定如何調整被供應至光微影曝光設備205之光束110的一或多個光譜特徵(例如頻寬)。基於此判定，控制系統265發送信號至光譜特徵選擇設備230及/或光學源217，以經由控制模組850控制光學源217之操作。一般而言，光譜特徵分析模組825執行估計光束110之一或多個光譜特徵(例如波長及/或頻寬)所需的分析。光譜特徵模組825之輸出係光譜特徵之估計值，其經發送至決策模組835。
光譜特徵模組825包括經連接以接收估計之光譜特徵且亦經連接以接收光譜特徵目標值之比較區塊。一般而言，該比較區塊輸出表示光譜特徵目標值與估計值之間的差值的光譜特徵誤差值。決策模組835接收光譜特徵誤差值且判定如何最佳地實現對系統210之校正以便調整光譜特徵。因 此，決策模組835發送信號至光源致動模組850，光源模組850判定如何基於光譜特徵誤差值來調整光譜特徵選擇設備230(或光學源217)。光源模組850之輸出包括發送至光譜特徵選擇設備230之一組致動器命令。舉例而言，光源模組850發送命令以控制光譜特徵選擇設備230之模組，且彼控制模組連接至設備230內之致動系統。
另外，微影模組830可自光微影曝光設備205之微影控制器225接收指令，例如以改變脈衝光束110之一或多個光譜特徵或改變光束110之脈衝重複率。微影模組830對此等指令執行分析以判定如何調整該等光譜特徵，且將分析之結果發送至決策模組835。控制系統265使得光學源217在給定重複率下操作，給定重複率係產生脈衝之速率。更特定言之，光微影曝光設備205針對每一脈衝(即，在逐個脈衝的基礎上)藉助於控制系統將觸發信號發送至光學源217(藉助於控制系統(經由微影模組830))，且彼等觸發信號之間的時間間隔可係任意的，但當光微影曝光設備205以規則間隔發送觸發信號時，彼等信號之速率係重複率。重複率可係由光微影曝光設備205請求之速率。
參考圖9，在一些實施方案中，光學源217係例示性光學源917。光學源917係產生脈衝雷射光束以作為光束110之脈衝雷射源。光學源917係兩級雷射系統，其包括提供種子光束910A至功率放大器(power amplifier，PA)910之主控振盪器(master oscillator，MO)900。主控振盪器900通常包括其中出現放大之增益介質及諸如光學諧振器之光學回饋機構。功率放大器910通常包括增益介質，其中放大在與來自主控振盪器900之種子雷射光束910A接種時出現。功率放大器910可係功率環放大器(power ring amplifier，PRA)，其被設計為再生環諧振器。在此狀況下，可自環設計 提供足夠的光學回饋。光譜特徵選擇設備230自主控振盪器900接收光束110A，以使得能夠在相對低的輸出脈衝能量下精細調諧光譜特徵，諸如光束110A之中心波長及頻寬。功率放大器910自主控振盪器900接收種子光束910A且放大此輸出以達到光微影中使用之輸出的必要功率。
在一些實施方案中，主控振盪器900包括具有兩個細長電極之放電腔室、充當增益介質之雷射氣體及循環電極之間的氣體的風扇。雷射諧振器係形成於在放電腔室之一側上的光譜特徵選擇設備230與在放電腔室之第二側上的輸出耦接器915之間，以將種子光束910A輸出至功率放大器910。
在其他實施方案中，主控振盪器900包括固態材料作為增益介質。可使用之固態介質包括用稀土或過渡金屬離子摻雜之晶體或玻璃或半導體雷射。使用固態增益介質之主控振盪器900產生種子光束910A。可用閃光燈或弧光燈或使用雷射二極體或鈦(Ti)藍寶石(Ti：藍寶石)雷射來光學地泵浦固態增益介質。例示性固態增益介質可係釹摻雜釔鋁石榴石(Nd：YAG)、釹摻雜氟化釔鋰(Nd：YLF)或Ti：藍寶石。固態增益介質能夠產生單模輸出，其高度時間相干(且空間相干)且亦具有窄頻寬。自主控振盪器900之固態增益介質輸出的種子光束910A可處於一波長，該波長並非所要波長(例如，其可以超出DUV波長範圍)。在此狀況下，可將種子光束910A導引穿過一或多個波長轉換元件，以便確保經導引至功率放大器910之種子光束910A的波長處於所要DUV波長下。舉例而言，若自主控振盪器900內之固態增益介質輸出的種子光束910A處於為約773.6奈米之波長(例如，如針對Ti：藍寶石增益介質將係此)，則可將種子光束910A導引穿過兩個波長轉換元件以將波長轉換成約193.4奈米。波長轉換元件可使用 諸如和頻產生(sum frequency generation)之非線性光學技術來將波長轉換成所要波長。
光學源917亦可包括自輸出耦接器915接收輸出之度量衡模組(諸如線中心分析模組或LAM)920、及視需要修改光束之大小及/或形狀的一或多個光束修改光學系統925。度量衡模組920係可用以量測種子光束之波長(例如中心波長)之實例類型的量測系統。在一些實施方案中，度量衡設備100可充當度量衡模組920。在此等實施方案中，光束110'係自種子光束910A分離出之光束。
功率放大器910包括功率放大器放電腔室，且若其係再生環放大器，則功率放大器亦包括光束反射器或光束轉動裝置930，其將光束反射回至放電腔室中以形成循環路徑。功率放大器放電腔室包括一對細長電極、充當增益介質之雷射氣體及用於循環電極之間的氣體的風扇。藉由重複通過功率放大器910來放大種子光束910A。光束修改光學系統925提供內耦接種子光束910A且外耦接來自功率放大器之經放大輻射之部分以形成輸出光束110的方式(例如部分反射鏡面)。
主控振盪器900及功率放大器910之放電腔室中所使用之雷射氣體可係用於產生約所需波長及頻寬之雷射束的任何適合氣體。舉例而言，雷射氣體可係發射約193nm之波長之光的氟化氬(ArF)，或發射約248nm之波長之光的氟化氪(KrF)。
度量衡模組920偵測主控振盪器900之輸出(光束910A)的波長(例如峰值波長)。度量衡模組920可置放於光學源217內之其他位置處。此外，度量衡設備100可置放於功率放大器910之輸出處，在光束修改光學系統925中之一或多者之前或之後。
在來自光微影曝光設備205中之控制器225的指令下，藉由主控振盪器900受控制系統265控制之重複率來判定功率放大器910產生脈衝的重複率。自功率放大器910輸出之脈衝的重複率係藉由光微影曝光設備205可見之重複率。
如上文所論述，有可能僅使用光學元件來既粗略地又精細地控制頻寬。另一方面，有可能藉由控制主控振盪器900及功率放大器910內之電極之啟動之間的差分時序並快速地將頻寬控制在精細且窄的範圍內，同時藉由調整光譜特徵選擇系統230內之稜鏡的角度而將頻寬控制在粗略且寬的範圍內。
參考圖10，在一些實施方案中，光譜特徵選擇設備230包括經配置以在光學上與脈衝光束110A相互作用的一組光學特徵或組件1000、1005、1010、1015、1020，及包括呈韌體與軟體之任何組合形式之電子裝置的控制模組1050。光學組件1000、1005、1010、1015、1020可經組態以提供粗略光譜特徵調整系統；且，若對此等組件之調整足夠快速，則該調整可經組態以提供精細光譜特徵調整系統。儘管圖10中未展示，但光譜特徵選擇設備230有可能包括其他光學特徵或其他非光學特徵以用於提供精細光譜特徵控制。
控制模組1050連接至一或多個致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A，該一或多個致動系統實體地耦接至各別光學組件1000、1005、1010、1015、1020。設備230之光學組件包括：色散光學元件2000，其可係光柵；及光束擴展器1001，其由一組折射光學元件1005、1010、1015、1020組成，該等光學元件可係稜鏡。光柵1000可係經設計以分散及反射光束110A之反射光柵；因此，光柵1000係由適合於與波長 在DUV範圍內之脈衝光束110A相互作用的材料製成。稜鏡1005、1010、1015、1020中之每一者為透射稜鏡，其用以在光束110A通過稜鏡之主體時分散及重新導引光束110A。該等稜鏡中之每一者可由准許光束110A之波長透射的材料(諸如氟化鈣)製成。儘管展示了四個折射光學元件1005、1010、1015、1020，但有可能在光束擴展器1001中使用少於四個或多於四個折射光學元件。
脈衝光束110A經由孔徑1055進入設備230，且接著按次序行進穿過稜鏡1020、稜鏡1010及稜鏡1005，之後照射於光柵1000之繞射表面1002上。隨著光束110A每一次通過連續稜鏡1020、1015、1010、1005，光束110A在光學上被放大且朝向下一個光學組件重新導引(以一角度折射)。光束110A自光柵1000繞射及反射而返回按次序通過稜鏡1005、稜鏡1010、稜鏡1015及稜鏡1020，之後在光束110A退出設備230時通過孔徑1055。
光束擴展器1001之稜鏡(其可係稜鏡1005、1010、1015、1020中之任一者)的旋轉會改變光束110A照射於彼旋轉稜鏡之入射表面上所藉以的入射角。此外，穿過彼旋轉稜鏡之光束110A的兩個區域光學品質(亦即光學放大率及光束折射角)係照射於彼旋轉稜鏡之入射表面上的光束110A之入射角的函數。穿過稜鏡之光束110A的光學放大率係退出彼稜鏡之光束110A的橫向寬度與進入彼稜鏡之光束110A的橫向寬度的比率。
光束擴展器1001內之稜鏡中之一或多者處的光束110A之區域光學放大率的改變引起穿過光束擴展器1001的光束110A之光學放大率OM 1065的總體改變。穿過光束擴展器1001之光束110A的光學放大率OM 1065係退出光束擴展器1001之光束110A的橫向寬度Wo與進入光束擴展器1001之光束110A的橫向寬度Wi的比率。另外，穿過光束擴展器1001內之稜鏡中 之一或多者中的區域光束折射角的改變引起光柵1000之表面1002處的光束110A之入射角1062的總體改變。
可藉由改變光束110A照射於光柵1000之繞射表面1002上所藉以之入射角1062來調整光束110A之波長。可藉由改變光束110之光學放大率1065來調整光束110A之頻寬。
設備230經設計以藉由調整光束110A照射於光柵1000之繞射表面1002上所藉以之入射角1062來調整產生於光學源217之諧振器內的光束110A之波長。特定言之，可藉由使稜鏡1005、1010、1015、1020及光柵1000中之一或多者旋轉而進行此調整，以藉此調整光束110A之入射角1062。
此外，藉由調整光束110A之光學放大率OM 1065來調整由光學源217產生之光束110A的頻寬。因此，可藉由使稜鏡1005、1010、1015、1020中之一或多者旋轉來調整光束110A之頻寬，該旋轉致使光束110A之光學放大率1065改變。因為特定稜鏡之旋轉引起彼稜鏡處之區域光束折射角及區域光學放大率兩者的改變，所以控制波長及頻寬在此設計中係聯繫的。
另外，光束110A之頻寬對稜鏡1020之旋轉相對敏感且對稜鏡1005之旋轉相對不敏感。此係因為歸因於稜鏡1020之旋轉而產生的光束110A之區域光學放大率的任何改變係乘以其他稜鏡1015、1010及1005中之光學放大率的改變的乘積，因為彼等稜鏡係在旋轉稜鏡1020與光柵1000之間，且光束110A必須在通過稜鏡1020之後行進穿過此等其他稜鏡1015、1010、1005。另一方面，光束110A之波長對稜鏡1005之旋轉相對敏感且對稜鏡1020之旋轉相對不敏感。舉例而言，為了改變頻寬而不改變波 長，應改變光學放大率1065而不改變入射角1062，且此可藉由使稜鏡1020大量旋轉及使稜鏡1005少量旋轉來得以達成。
控制模組1050連接至一或多個致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A，該一或多個致動系統實體地耦接至各別光學組件1000、1005、1010、1015、1020。儘管針對光學組件中之每一者展示了致動系統，但設備230中之光學組件中的一些保持靜止或不實體地耦接至致動系統係可能的。舉例而言，在一些實施方案中，光柵1000可保持靜止且稜鏡1015可保持靜止且不實體地耦接至致動系統。
致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A中之每一者包括連接至其各別光學組件的一或多個致動器。對光學組件之調整引起光束110A之特定光譜特徵(波長及/或頻寬)的調整。控制模組1050自控制系統265接收控制信號，該控制信號包括用以操作或控制致動系統中之一或多者的特定命令。致動系統可經選擇且經設計以協作地工作。
致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A之致動器中的每一者係用於移動或控制各別光學組件之機械裝置。致動器自模組1050接收能量，且將彼能量轉換成賦予至各別光學組件之某種運動。舉例而言，致動系統可係力裝置及用於使擴束器之稜鏡中之一或多者旋轉的旋轉載台中之任一者。致動系統可包括例如馬達，諸如步進馬達、閥門、控壓式裝置、壓電式裝置、線性馬達、液壓致動器、話音線圈等等。
光柵1000可係高炫耀角中階梯光柵，且以滿足光柵方程之任何入射角1062入射於光柵1000上的光束110A將被反射(繞射)。光柵方程提供光柵1000之光譜級、繞射波長(繞射光束之波長)、光束110A至光柵1000上的入射角1062、光束110A繞射離開光柵1000的射出角、入射至光柵1000 上的光束110A之垂直發散度及光柵1000之繞射表面的溝槽間距之間的關係。此外，若使用光柵1000以使得光束110A至光柵1000上的入射角1062等於光束110A自光柵1000的射出角，則光柵1000及光束擴展器(稜鏡1005、1010、1015、1020)係以利特羅(Littrow)組態配置且反射自光柵1000的光束110A之波長為利特羅波長。可認為入射至光柵1000上的光束110A之垂直發散度接近零。為了反射標稱波長，相對於入射至光柵1000上之光束110A而對準光柵1000，使得標稱波長反射回穿過欲在光學源217中被放大之光束擴展器(稜鏡1005、1010、1015、1020)。接著藉由使入射至光柵1000上之光束110A的入射角1062變化，可在光學源217內之諧振器的整體增益頻寬上調諧利特羅波長。
稜鏡1005、1010、1015、1020中之每一者沿著光束110A之橫向方向足夠寬，使得光束110A含於其穿過之表面內。每一稜鏡在光學上放大自孔徑1055朝向光柵1000延伸之路徑上的光束110A，且因此，每一稜鏡之大小自稜鏡1020至稜鏡1005順次地變大。因此，稜鏡1005大於稜鏡1010，稜鏡1010大於稜鏡1015，且稜鏡1020係最小稜鏡。可藉由使稜鏡1005旋轉來粗略地改變波長，且可旋轉稜鏡1020(以粗略方式)。光束110A的入射角1062由於稜鏡1005之旋轉而改變，且稜鏡1020之旋轉抵消由稜鏡1005之旋轉引起的放大率改變。稜鏡1020可用於粗略的大範圍且緩慢頻寬控制。相比之下，頻寬可控制在精細且窄的範圍內且甚至藉由控制稜鏡1010更快速地控制。
返回至關於二維矩陣120、520之論述且參考圖11，控制系統265(且特定言之測試控制模組740)執行程序1100來產生二維矩陣120或520。一旦二維矩陣120或520產生，則其可儲存於記憶體800內且由其他組件使用，諸如 控制系統265之度量衡控制模組105。具體言之，基於初步二維矩陣520p而計算二維矩陣120、520，且對於給定單色輸入光譜，初步二維矩陣520p之各行分別表示光譜儀115或415之輸出。因此，在實踐中，藉由以具有介於光譜分散裝置125或425之範圍內之具體波長的可調諧的窄線寬雷射照明光譜分散裝置125或425且接著跨所關注之光譜範圍平穩地掃描或遞增該波長，有可能量測或產生初步二維矩陣520p。此掃描中之每一步驟得到對應於彼步驟數目之條紋，且彼條紋係矩陣520p之第j行。
當描述程序1100時，亦參考圖7。測試光束711以光學方式與光譜儀415相互作用(1105)。測試控制模組740將電信號輸出至測試光源718以抽吸雷射增益介質及輸出測試光束711。此外，使用適當光學組件來將測試光束711導引至光譜儀415。測試光束711經導引至標準具設備425，其中測試光束711分離成光譜107之不同經濾波版本440(1)、440(2)等等，且偵測器430之每一空間區域435(1)、435(2)等等接收不同經濾波版本440(1)、440(2)等等。
將測試光束711之光譜特徵(諸如波長)設定成介於光束110'操作之值之範圍內的值(1110)。測試光束711之波長可設定且接著由測試控制模組740控制，測試控制模組740可向光譜特徵設備731輸出控制測試光束711之波長的電信號。儲存光譜特徵之此經設定值(1115)。舉例而言，矩陣模組855自測試控制模組740接收光譜特徵之值，且將此值儲存於控制系統265之記憶體800中以供未來參考。參考圖7，在程序1100之開始處，儲存第一光譜特徵SF(1)，且第一光譜特徵SF(1)對應於初步二維矩陣520p之第一行。此例示性初步二維矩陣520p之行數N對應於在程序1100期間探測之光譜特徵SF(N)的總數目，且鑒於經恢復光譜可按1-FSR間隔落到任何位 置，經探測光譜特徵之此數目對應於應對經恢復光譜進行採樣之點的數目。
在光譜儀415之每一空間區域435(1)、435(2)等等處偵測測試光束711之特性(1120)。若空間區域435(1)、435(2)等等之總數目係M(此意謂i係M)，則在M數目個空間區域處偵測測試光束711之特性。參考圖7，在第一空間區域435(1)處偵測特性C(1,1)，在第二空間區域435(2)處偵測特性C(2,1)，且在最後空間區域435(M)處偵測特性C(M,1)。
將每一空間區域435(1)、435(2)、…435(M)處之偵測到之特性C作為行儲存於初步二維矩陣520p中(1125)。經指派以供儲存之行係基於測試光束711之光譜特徵的值(已在步驟1115處儲存該值)。舉例而言，測試控制模組740自偵測器430接收特性C之值，且將特性C之該等值儲存於控制系統265之記憶體800中。若光譜特徵SF係該範圍內之第一光譜特徵SF(1)，則該等特性C(1,1)、C(2,1)、…C(M,1)作為第一行儲存於初步二維矩陣520p中。
測試控制模組740判定測試光束711之所有光譜特徵SF是否已與光譜儀415相互作用(1130)。因此，使用圖7之實例，測試控制模組740判定所有N個光譜特徵SF是否已與光譜儀415相互作用。若所有N個光譜特徵SF已與光譜儀415相互作用，則初步二維矩陣520p完整，且整個初步二維矩陣520p儲存(1135)於記憶體(諸如記憶體800)中以供未來使用及供由度量衡控制模組105存取。
若並非所有N個光譜特徵SF是否已與光譜儀415相互作用(1130)，則初步二維矩陣520p不完整，且將測試光束711之光譜特徵SF改變成可能值之的範圍內的下一值(1140)，且接著程序1100如上文所論述而繼續。可在 測試控制模組740之控制下調整測試光束711之波長，測試控制模組740調整發送至光譜特徵設備731之電信號以藉此改變測試光束711之波長。矩陣模組855自測試控制模組740接收光譜特徵之新值，且將此值儲存於控制系統265之記憶體800中(1115)。參考圖7，若光譜特徵SF之最後值係第一光譜特徵SF(1)，則光譜特徵SF之新值係對應於初步二維矩陣520p之第二行的第二光譜特徵SF(2)。執行步驟1115、1120、1125、1130，直至特性C(1,N)、C(2,N)、…C(M,N)作為最後行儲存於矩陣初步二維520p(或120)中為止。
接下來，基於初步二維矩陣A 520p而計算二維矩陣520(1145)。舉例而言，可將二維矩陣A┤ 520計算為初步二維矩陣A 520p之偽逆(1145)，如接下來所論述。因為初步二維矩陣A 520p通常係奇異或接近奇異的，所以嚴格意義上，逆矩陣A-1可不存在。大體而言，在標準具463具有高或無限精細度之限制性情形下，偽逆二維矩陣A┤ 520係逆A-1。因為此限制性情形並非典型的，所以無法使用簡單理論來計算偽逆二維矩陣A┤ 520，且應使用特殊數學理論。
在一個實施方案中，奇異值分解用以判定偽逆二維矩陣A┤ 520。如下存在初步二維矩陣A 520p之被稱作奇異值分解的因式分解：A=UΣVT，其中Σ係在其對角線上具有非負實數之對角線矩陣，U係正交矩陣(此意謂其係具有真實項之方矩陣，且具有等於其共軛轉置UT的逆)，且V係正交矩陣。實體上，矩陣Σ填入自光譜特徵(例如波長)空間至空間區域空間係衰減因數之奇異值。矩陣U之行係左奇異向量，且為空間區域空間提供正規正交基礎。該等左奇異向量可被認作空間區域語言之字母。矩陣 VT之行係右奇異向量，且為光譜特徵空間提供正規正交基礎。該等右奇異向量可被認作光譜特徵空間語言之字母。在此實施方案中，藉由下式給出偽逆二維矩陣A┤ 520：A┤=VΣ-1UT，其中Σ-1係Σ之逆。舉例而言，若σj係矩陣Σ該奇異值且δjk係Kronecker增量(其係在j=k時具有值1且在j≠k時具有值0之函數)，則Σ-1 jk=(1/σj)δjk。
在一些實施方案中，使用莫耳-潘羅斯偽逆計算來判定偽逆二維矩陣A┤ 520。
儘管圖6B展示偽逆二維矩陣A┤ 520之示意性表示，但實際偽逆二維矩陣A┤ 520更複雜。在圖13中展示了自初步二維矩陣A 520p計算之偽逆二維矩陣A┤ 1320的實例。在此例示性偽逆二維矩陣A┤ 1320中，深色的主要特徵挑出對應於條紋圖案571的波長(光譜特徵)，而正及負振盪(淺色線)指示條紋作為上文所論述之奇異值分解程序之部分分解成的奇異向量的大體振盪性質。
涉及奇異值分解以判定偽逆二維矩陣A┤ 520之程序傾向於雜訊放大。因此，濾波可應用於偽逆二維矩陣A┤ 520以便移除雜訊。可藉由以0替換矩陣Σ-1中之某些值來執行濾波。基於條紋圖案571之信噪比而選擇以0替換之值。舉例而言，對於j>jtrunc，可以0替換值Σ-1 jj，其中基於條紋圖案571之信噪比而選擇jtrunc。
作為另一實例，可使用吉洪諾夫規則化技術來執行濾波，其中Σ-1 mm被下式替換： ，其中基於條紋圖案571之信噪比而選擇κ，且σj係矩陣Σ之奇異值。
一旦計算了二維矩陣A┤ 520(1145)，則將該二維矩陣儲存(1150)於例如記憶體(諸如記憶體800)中以供未來使用及由度量衡控制模組105存取。
參考圖12，執行用於估計光束110'之光譜107的程序1200。將光束110'投影至光譜儀115之相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)上，使得每一空間區域135(1)、135(2)、…135(i)接收光束110'之光譜107之不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)(1205)。在空間區域135(1)、135(2)、…135(i)中之每一者處偵測所投影光束110'之特性(1210)。接收二維矩陣120(其自程序1100產生)(1215)，其中二維矩陣120中之每一項提供一或多個空間區域135(1)、135(2)、…135(i)與每一光譜特徵之間的關係。基於使用偵測到之光束特性(1210)與接收到之二維矩陣120(1215)兩者的分析而估計光譜107(1220)。
光譜分散裝置125作用於光束110'以將光束110'投影至相異空間區域135(1)、135(2)、…135(i)上(1205)。此外，光譜分散裝置125亦用以分離光束110'之光譜107的不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)，以使得該等不同光譜經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)能夠投影至相異空間區域上(1205)。在由光譜分散裝置125分離之後可藉由沿著不同方向或角度發送每一經濾波版本來投影不同光譜經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)。舉例而言，參考圖4A及圖4B，標準具463可分離光束110'之光譜107的不同經濾波版本140(1)、140(2)、…140(j)，且輸出透鏡464可沿著 不同角度導引每一經濾波版本，以使得每一經濾波版本照射偵測器430之空間區域中的一者。
所投影光束110'之在空間區域135處偵測到(1210)的特性可下由經濾波版本140在彼空間區域處沈積之光束110'的能量。偵測到之特性的值可由度量衡控制模組105接收。該等偵測到之特性可儲存於記憶體800內或可由度量衡控制模組105存取之位置中以供未來分析。偵測到之特性可儲存於陣列內，其中陣列之列數在一個空間方向(例如X方向)上對應於光譜儀115之相異空間區域之列數，且陣列之行數在另一空間方向(舉例而言，Y方向上)對應於光譜儀115之相異空間區域之行數。在圖4A及圖4B中所展示實例中，若i及j之值等於M，則行數係一且列數係M。在此實例中，且參考圖7，初步二維矩陣520p之列數亦等於M(此意謂二維矩陣520之行數等於M)。此外，在圖4A及圖4B中所展示之實例中，第一空間方向亦對應於徑向方向，而第二空間方向可被視為垂直於徑向方向。在此實例中，僅存在一個行，因此陣列係亦沿著X-Y平面中之徑向方向的一維陣列。
在圖5之實例中，偵測到之特性係能量472，接著所儲存能量之陣列可顯示為條紋圖案571，條紋圖案571係此等偵測到之能量472與空間區域435(1)、435(2)等等之曲線。
度量衡控制模組105可基於使用偵測到之光束特性(1210)與二維矩陣120(1220)兩者的分析而估計光譜107(1220)。在一些實施方案中，參考圖6B，度量衡控制模組105藉由該二維矩陣A┤ 520與偵測到之光束特性陣列之間執行矩陣乘法來估計光譜107(1220)，光束特性陣列可呈條紋圖案571形式。
度量衡設備100之各種實施方案及用於估計光束110'之光譜107的技 術可在光學源217之不同操作條件下作出關於光譜形狀類似性之最小或減小的假設。此外，本文中所描述之對光譜107的直接恢復可得到光譜107之估計值，估計值可實現更準確的診斷且可實現用於估計光束110'之頻寬的新度量。不同於其他方法(諸如解迴旋)，此度量衡設備100及用於估計光譜107之技術可提取並非來自自來自偵測器430之資料分片的單條紋而是來自完整條紋的資訊。由於此，相比於用以計算光譜特徵之相關方法或用以估計光譜107之解迴旋方法，所描述技術可對雜訊更具抗性。
由二維矩陣A 120提供之映射在兩個不同資訊域之間；一個域係光譜特徵(波長)域且另一域係空間域。此不同於將來在波長空間之間映射資料之解迴旋技術。此外，二維矩陣A 120內之值對應於每一空間區域處之光束110'的偵測到之特性，且特性之值取決於偵測到特性之空間區域而改變。此意謂映射之核心(由二維矩陣A 120)表示並不恆定，且取決於偵測到特性之偵測器430上的位置。
另外，本文中所描述之技術提供關於對小於標準具463之自由光譜範圍(free spectral range，FSR)之波長之改變的資訊；因此，光束110'之不同波長提供按不同波長索引居中之光譜。此可在需要對波長之更快調諧或調整的未來應用中有利於頻寬度量衡。
在中本文中所描述之技術，系統之雜訊分解，並非分解成傅立葉空間頻率，而是分解成對於空間區域空間與光譜特徵空間之間的映射自然的基礎奇異向量。任何雜訊濾波應用於與雜訊分量已分解成的基礎相同的基礎中(相比於解迴旋技術)。當反轉如上文所論述之佛氏積分方程式時，需要此雜訊濾波。
其他實施方案係在以下申請專利範圍之範疇內。
舉例而言，在一些實施方案中，光學源217以連續波而非以脈衝方式發射光，如上文所論述。

Claims (28)

  1. 一種估計一光束之光譜的方法，該方法包含：藉由使與該光束相異(distinct)之一測試光束與一光譜儀相互作用來產生一二維矩陣，其中該二維矩陣表示該光譜儀之輸入-輸出關係，且該二維矩陣之每一項(entry)提供該光譜儀之一或多個空間區域與一光譜特徵(spectral feature)之間的一關係；將該光束投影至該光譜儀之相異空間區域上，其中每一空間區域接收該光束之光譜之一不同經濾波版本；在該光譜儀之該等相異空間區域中之每一者處偵測所投影光束之一特性；及基於使用偵測到之光束特性與經產生之該二維矩陣兩者的一分析而估計該光束之光譜。
  2. 如請求項1之方法，其中將該光束投影至該光譜儀之相異空間區域上包含：分離光譜之該等不同經濾波版本，其包括沿著一不同方向或一不同角度發送每一經濾波版本；及將此等經分離經濾波版本投影至各別空間區域上。
  3. 如請求項1之方法，其中：將該光束投影至一光譜儀之相異空間區域上包含產生彼此干擾之複數個光束；且光譜之該等不同經濾波版本起因於該光譜儀之透射的不同光學共振。
  4. 如請求項1之方法，其中在該等相異空間區域處偵測所投影光束之該特性包含沿著延伸穿過所投影光束之至少一個徑向路徑偵測該光束的強度。
  5. 如請求項1之方法，其中在該等相異空間區域處偵測所投影光束之該特性包含偵測光譜之該經濾波版本在該等空間區域中所沈積之能量。
  6. 如請求項1之方法，其中估計該光束之光譜包含在該二維矩陣與偵測到之光束特性之間執行矩陣乘法。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含以一陣列儲存所投影光束之偵測到之特性，其中該陣列之列數(the number of rows)在一個空間方向上對應於該光譜儀之相異空間區域之列數，且該陣列之行數(the number of columns)在另一空間方向上對應於該光譜儀之相異空間區域之行數。
  8. 如請求項7之方法，其中：該陣列之行數等於一且該陣列之列數等於M；且該二維矩陣之行數等於M。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含基於經估計光譜而計算一光譜特徵，其中該光譜特徵包括一波長及一頻寬中之一或多者。
  10. 如請求項1之方法，其中該等不同經濾波版本係已基於該光束之該光譜特徵的值而分離之該光束之強度的分佈。
  11. 一種估計一光束之光譜的方法，該方法包含：產生表示一光譜儀之一輸入-輸出關係之一二維矩陣，其中該產生包含：使一測試光束與該光譜儀相互作用，該測試光束係與該光束相異；跨越N個相異光譜特徵之一範圍改變該測試光束之一光譜特徵；及對於該範圍中之每一光譜特徵，在每一空間區域處偵測該測試光束之一特性；及在該光譜儀之M個空間區域中之每一者處儲存該測試光束之偵測到的特性作為一初步(preliminary)二維矩陣之一行，其中基於該光譜特徵而指派該行且其中該初步二維矩陣捕捉(captures)該光譜儀之該輸入-輸出關係；及基於該初步二維矩陣而計算一二維矩陣；其中該二維矩陣之列數及該初步二維矩陣之行數等於N，且該二維矩陣之行數及該初步二維矩陣之列數等於M；及將該光束投影至該光譜儀之相異空間區域上及在該光譜儀之每一相異空間區域處偵測所投影光束之一特性；及估計該光束之光譜包括在該二維矩陣與偵測到之光束特性之間執行矩陣乘法。
  12. 如請求項11之方法，其中相異光譜特徵之數目N決定經估計光譜之一解析度。
  13. 一種估計一光束之光譜的方法，該方法包含：藉由計算一初步二維矩陣之一偽逆(pseudoinverse)來產生與一光譜儀之一輸入-輸出關係相關之一二維矩陣，其中該初步二維矩陣捕捉該光譜儀之該輸入-輸出關係；儲存該二維矩陣；將該光束投影至該光譜儀之相異空間區域上及在該光譜儀之每一相異空間區域處偵測所投影光束之一特性；及估計該光束之光譜包含在經儲存之該二維矩陣與偵測到之光束特性之間執行矩陣乘法。
  14. 如請求項13之方法，其中計算該初步二維矩陣之該偽逆包含對該初步二維矩陣執行一奇異值分解。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含藉由減少來自雜訊之比重超出來自信號之比重之矩陣積的分量來減少該雜訊之一影響。
  16. 一種度量衡設備，其包含：一光譜儀，其包含：一光譜分散(dispersing)裝置，其經組態以將一光束分離成該光束之光譜之不同經濾波版本；及一偵測器，其界定相異空間區域，該偵測器經組態以在每一空間區域處接收光譜之一不同經濾波版本及在每一相異空間區域處偵測所投影光束的一特性；一測試設備，其經組態以產生表示該光譜儀之輸入-輸出關係的一二維矩陣，其中該二維矩陣之每一項提供該偵測器之一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，該測試設備包括一測試光束，該測試光束經組態以與該光譜儀相互作用；一控制系統，其連接至該光譜儀且經組態以：接收自一光束所產生之偵測到之光束特性，該光束與一光譜儀相互作用且相異於該測試光束；及基於使用經接收之該等偵測到之光束特性與該二維矩陣的一分析而估計該光束之光譜。
  17. 如請求項16之度量衡設備，其中每一空間區域係由該偵測器之一或多個成像元件組成之一表面。
  18. 如請求項16之度量衡設備，其中該光譜分散裝置包括一干擾光學設備，該干擾光學設備包含以下各者：一標準具(etalon)，其藉由產生彼此干擾之複數個光束來將該光束成角度地分離成該光譜之該等不同經濾波版本；及一透鏡，其經組態以將該等不同經濾波版本投影至該偵測器之該等相異空間區域上；其中該偵測器之該等空間區域沿著來自一中心區之一徑向方向配置。
  19. 如請求項18之度量衡設備，其中該二維矩陣之列數等於N，且N等於儲存於該二維矩陣之該等列中之相異光譜特徵的一範圍，其中相異光譜特徵的該範圍橫跨該標準具之至少一個自由光譜範圍，且相異光譜特徵之數目N決定經估計光譜之一解析度。
  20. 如請求項16之度量衡設備，其中該偵測器包括沿著一個方向延伸之光電二極體偵測器的一陣列。
  21. 如請求項16之度量衡設備，其中該控制系統包括經組態以以一陣列儲存所投影光束之偵測到之特性的記憶體，其中該陣列之列數在一第一空間方向上對應於該偵測器之相異空間區域之列數，且該陣列之行數在一第二空間方向上對應於該偵測器之相異空間區域之行數。
  22. 如請求項21之度量衡設備，其中該第一空間方向係一徑向方向且該第二空間方向垂直於該徑向方向。
  23. 如請求項16之度量衡設備，其中該測試設備包含：一測試光源，其經組態以產生該測試光束；及一光譜特徵致動設備，其控制該測試光束之一光譜特徵。
  24. 如請求項16之度量衡設備，其中該測試光束具有比該光束之頻寬小5至500,000倍之一頻寬。
  25. 如請求項23之度量衡設備，其中該測試光源包括一單頻全固態雷射。
  26. 如請求項16之度量衡設備，其進一步包含記憶體，該二維矩陣儲存於其中，及其中該控制系統經進一步組態以自該記憶體存取該二維矩陣。
  27. 如請求項16之度量衡設備，其中該等不同經濾波版本係已由該光譜分散裝置基於該光束之該光譜特徵的值而分離之該光束之強度的分佈。
  28. 一種度量衡設備，其包含：一光譜儀，其處於一光束之路徑中，該光譜儀包含：一光譜分散裝置，其經組態以將該光束分離成該光束之光譜之不同經濾波版本；及一偵測器，其處於所投影光束之路徑中且界定相異空間區域，該偵測器經組態以在每一空間區域處接收光譜之一不同經濾波版本及在每一相異空間區域處偵測所投影光束的一特性；一控制系統，其連接至該光譜儀且經組態以：接收一二維矩陣，其中該二維矩陣之每一項提供一或多個空間區域與每一光譜特徵之間的一關係，其中該二維矩陣與該光譜儀之輸入-輸出關係相關；分析偵測到之光束特性及接收到之二維矩陣；及基於該分析而估計該光束之一光譜；一測試光源，其經組態以產生一測試光束，其中該光譜儀與該測試光束相互作用；及一光譜特徵致動設備，其經組態以控制該測試光束之一光譜特徵；該光譜特徵致動設備經組態以在該測試光束與該光譜儀相互作用時跨越N個相異光譜特徵的一範圍改變該測試光束之一光譜特徵；該偵測器經組態以在每一空間區域處偵測該測試光束之一特性；且該控制系統連接至該測試光源及該光譜特徵致動設備，且經組態以藉由執行以下操作來產生該二維矩陣：對於該範圍中之每一光譜特徵，在該光譜儀之M個空間區域中之每一者處儲存該測試光束之偵測到的特性作為初步二維矩陣之一行，其中基於該光譜特徵而指派該行且其中初步二維矩陣捕捉該光譜儀之輸入-輸出關係。
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