JP2000283847A - ダブルパルスエタロンスペクトロメータ - Google Patents
ダブルパルスエタロンスペクトロメータInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダブルパスエタロンスペクトロメータを提供
する。 【解決手段】本発明は、ダブルパスエタロンベーススペ
クトロメータを提供する。拡散したビームのスペクトル
のコンポーネントは、それらがエタロンを介して伝送さ
れるときに、角度的に離される。逆反射器は、エタロン
を介して伝送されたコンポーネントを戻すように反射す
る。２回伝送されたスペクトルのコンポーネントは、好
ましい実施形態ではフォトダイオードアレイである光検
出器上に焦点合わせされる。スペクトロメータは、Δλ
FWHM及びΔλ95%の両方に関してマイクロリソグラフィ
のために必要とされる精密さを備えるバンド幅測定をす
ることができる正確なフリンジデータを作り出すように
非常にコンパクトである。
する。 【解決手段】本発明は、ダブルパスエタロンベーススペ
クトロメータを提供する。拡散したビームのスペクトル
のコンポーネントは、それらがエタロンを介して伝送さ
れるときに、角度的に離される。逆反射器は、エタロン
を介して伝送されたコンポーネントを戻すように反射す
る。２回伝送されたスペクトルのコンポーネントは、好
ましい実施形態ではフォトダイオードアレイである光検
出器上に焦点合わせされる。スペクトロメータは、Δλ
FWHM及びΔλ95%の両方に関してマイクロリソグラフィ
のために必要とされる精密さを備えるバンド幅測定をす
ることができる正確なフリンジデータを作り出すように
非常にコンパクトである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スペクトロメータ
に関し、特にエタロンベーススペクトロメータに関す
る。
に関し、特にエタロンベーススペクトロメータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】エタロンベーススペクトロメータは、波
長の関数としてビームの光の強度を測定するための周知
のデバイスである。図１は、レーザビーム１６の波長及
びバンド幅の測定のために使用される従来技術のエタロ
ンスペクトロメータの特徴を示す。ビームは、非常に大
きな角度で伝搬する光線がエタロン４を照射するように
ディフューザ２によって拡散される。図１は、約９０％
を反射するように被覆された表面８Ａと８Ｂとの間のエ
タロンギャップ内で何回も反射される単一の光線２０を
示す。エタロンを介して透過されるスペクトルコンポー
ネントは、フォトダイオードアレイ１２にレンズ１４に
よって焦点合わせされる。フォトダイオードアレイ１２
は、エレクトリックデータ収集ボード（図示せず）を使
用して読まれるフリンジパターン１５を記録する。示さ
れたようなエタロンの入射光の透過又は反射は良く理解
され、エタロンの設計、特に２つの反射表面の反射率に
依存する。
長の関数としてビームの光の強度を測定するための周知
のデバイスである。図１は、レーザビーム１６の波長及
びバンド幅の測定のために使用される従来技術のエタロ
ンスペクトロメータの特徴を示す。ビームは、非常に大
きな角度で伝搬する光線がエタロン４を照射するように
ディフューザ２によって拡散される。図１は、約９０％
を反射するように被覆された表面８Ａと８Ｂとの間のエ
タロンギャップ内で何回も反射される単一の光線２０を
示す。エタロンを介して透過されるスペクトルコンポー
ネントは、フォトダイオードアレイ１２にレンズ１４に
よって焦点合わせされる。フォトダイオードアレイ１２
は、エレクトリックデータ収集ボード（図示せず）を使
用して読まれるフリンジパターン１５を記録する。示さ
れたようなエタロンの入射光の透過又は反射は良く理解
され、エタロンの設計、特に２つの反射表面の反射率に
依存する。
【０００３】エタロンスペクトロメータは、レーザのス
ペクトルを測定するために広く使用される。エタロンス
ペクトロメータの特に重要な用途は、線狭帯域化ＫｒＦ
エキシマレーザのような線狭帯域化エキシマレーザのバ
ンド幅を測定することである。これらのレーザは、例え
ばディープＵＶマイクロリソグラフィ用の光源として使
用される。これらは、マイクロリソグラフィに関して非
常に重要であるこれらのレーザの２つのスペクトルの特
徴である。これらは、半値幅（略語ΔλFWHM）と呼ばれ
るピーク強度の５０％で測定されたレーザのスペクトル
バンド幅と、９５％積分バンド幅（略語Δλ95%）と呼
ばれるレーザエネルギの９５％を包含するスペクトルバ
ンド幅である。スペクトルの広がりが、歩留まりの問題
を生じ得るシリコンウエハにプリントされた集積回路の
にじみ（blurring）を生じうるので、レーザが、マイク
ロリソグラフィチップ製造中に仕様の範囲内で常に作動
することが非常に重要である。それゆえ、レーザスペク
トルに関する能力を連続的に監視することが非常に重要
である。
ペクトルを測定するために広く使用される。エタロンス
ペクトロメータの特に重要な用途は、線狭帯域化ＫｒＦ
エキシマレーザのような線狭帯域化エキシマレーザのバ
ンド幅を測定することである。これらのレーザは、例え
ばディープＵＶマイクロリソグラフィ用の光源として使
用される。これらは、マイクロリソグラフィに関して非
常に重要であるこれらのレーザの２つのスペクトルの特
徴である。これらは、半値幅（略語ΔλFWHM）と呼ばれ
るピーク強度の５０％で測定されたレーザのスペクトル
バンド幅と、９５％積分バンド幅（略語Δλ95%）と呼
ばれるレーザエネルギの９５％を包含するスペクトルバ
ンド幅である。スペクトルの広がりが、歩留まりの問題
を生じ得るシリコンウエハにプリントされた集積回路の
にじみ（blurring）を生じうるので、レーザが、マイク
ロリソグラフィチップ製造中に仕様の範囲内で常に作動
することが非常に重要である。それゆえ、レーザスペク
トルに関する能力を連続的に監視することが非常に重要
である。
【０００４】従来技術のエタロンスペクトロメータは、
ΔλFWHM値を性格に想定することができ、CYMER, Inc.
（米国カリフォルニア州サンディエゴ）によって製造さ
れたようなマイクロリソグラフィレーザ製品におけるこ
の目的のために現在使用されている。しかしながら、従
来技術のエタロンスペクトロメータは、Δλ95%値を正
確に測定するのには非常に適していなかった。典型的な
製品品質のＫｒＦエキシマレーザは、適当に作動するな
らば、約０．６ｐｍのΔλFWHMと、約２ｐｍのΔλ95%
とを有する。
ΔλFWHM値を性格に想定することができ、CYMER, Inc.
（米国カリフォルニア州サンディエゴ）によって製造さ
れたようなマイクロリソグラフィレーザ製品におけるこ
の目的のために現在使用されている。しかしながら、従
来技術のエタロンスペクトロメータは、Δλ95%値を正
確に測定するのには非常に適していなかった。典型的な
製品品質のＫｒＦエキシマレーザは、適当に作動するな
らば、約０．６ｐｍのΔλFWHMと、約２ｐｍのΔλ95%
とを有する。
【０００５】図２は、５ｐｍのフリースペクトルレンジ
（ＦＳＲ）と、３８のフィネス（finesse）係数とを有
する典型的な従来技術エタロンの計算されたスリット関
数スペクトルを示す。（用語ＦＳＲ及びフィネスは、米
国マサチューセッツ州ReadingのAddison-Wesleyによっ
て出版されたEugene Hecht/Alfred ZajaeによるOPTICS
のような多くの光学テキストに説明され、定義されてい
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つから導出される。図２にグラフ
化された計算は、エタロンを照射する光が単色性である
と仮定する（即ち、無限狭バンド幅）。かかるエタロン
がレーザビームのバンド幅を測定するのに使用されるな
らば、エタロンのスリット関数バンド幅は、エラーのソ
ースであり、測定における不確実性又は誤差に寄与す
る。この従来技術エタロンに関する計算されたＦＷＨＭ
バンド幅は０．１３ｐｍであり、エタロンに関する９５
％積分バンド幅は約１．５ｐｍである。
（ＦＳＲ）と、３８のフィネス（finesse）係数とを有
する典型的な従来技術エタロンの計算されたスリット関
数スペクトルを示す。（用語ＦＳＲ及びフィネスは、米
国マサチューセッツ州ReadingのAddison-Wesleyによっ
て出版されたEugene Hecht/Alfred ZajaeによるOPTICS
のような多くの光学テキストに説明され、定義されてい
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つから導出される。図２にグラフ
化された計算は、エタロンを照射する光が単色性である
と仮定する（即ち、無限狭バンド幅）。かかるエタロン
がレーザビームのバンド幅を測定するのに使用されるな
らば、エタロンのスリット関数バンド幅は、エラーのソ
ースであり、測定における不確実性又は誤差に寄与す
る。この従来技術エタロンに関する計算されたＦＷＨＭ
バンド幅は０．１３ｐｍであり、エタロンに関する９５
％積分バンド幅は約１．５ｐｍである。
【０００６】実際のレーザのスペクトルを正確に測定す
るためのエタロンに関して、エタロンそれ自身のスリッ
ト関数バンド幅は、レーザバンド幅よりも実質的に小さ
い。この状況がΔλFWHM測定について満たされていると
き、０．１３ｐｍのエタロンスリット関数ＦＷＨＭは約
０．６ｐｍの典型的なレーザΔλFWHMより実質的に小さ
く、同じことがΔλ95%測定に関しては真ではなく、約
１．５ｐｍのエタロンスリット関数バンド幅が約２ｐｍ
の予測されたレーザバンド幅の実質的な関数である。
るためのエタロンに関して、エタロンそれ自身のスリッ
ト関数バンド幅は、レーザバンド幅よりも実質的に小さ
い。この状況がΔλFWHM測定について満たされていると
き、０．１３ｐｍのエタロンスリット関数ＦＷＨＭは約
０．６ｐｍの典型的なレーザΔλFWHMより実質的に小さ
く、同じことがΔλ95%測定に関しては真ではなく、約
１．５ｐｍのエタロンスリット関数バンド幅が約２ｐｍ
の予測されたレーザバンド幅の実質的な関数である。
【０００７】それ故、図２のスリット関数を備える従来
技術のエタロンスペクトロメータがΔλ95%を測定する
のに使用されるならば、複雑な数値解析は実際のΔλ
95%値を解析するのに必要である。かかる解析は、エラ
ー及び不明瞭な結果となる傾向があり、信頼性のあるΔ
λ95%情報が、マイクロリソグラフィプロセス中に入手
できない。その結果、レーザが気づかれない仕様で出る
ことになる。このことは、非常に高価な歩留まり問題を
導き、回避しなければならない。
技術のエタロンスペクトロメータがΔλ95%を測定する
のに使用されるならば、複雑な数値解析は実際のΔλ
95%値を解析するのに必要である。かかる解析は、エラ
ー及び不明瞭な結果となる傾向があり、信頼性のあるΔ
λ95%情報が、マイクロリソグラフィプロセス中に入手
できない。その結果、レーザが気づかれない仕様で出る
ことになる。このことは、非常に高価な歩留まり問題を
導き、回避しなければならない。
【０００８】レーザスペクトルを正確に測定する別の方
法は、高解像度グレーティングスペクトロメータを使用
することである。これらの装置は、正確なΔλ95%測定
を含む正確なスペクトル測定を提供するが、非常にかさ
ばり、高価である。これらの装置は、研究所で使用する
には妥当であるが、マイクロリソグラフィの製造ライン
での使用には適当でない。
法は、高解像度グレーティングスペクトロメータを使用
することである。これらの装置は、正確なΔλ95%測定
を含む正確なスペクトル測定を提供するが、非常にかさ
ばり、高価である。これらの装置は、研究所で使用する
には妥当であるが、マイクロリソグラフィの製造ライン
での使用には適当でない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】マイクロリソグラフィ
プロセス中にフィールドにおいて使用することができる
ような、内部レーザ診断セットの一部として組み入れら
れることができ、ΔλFW HM及びΔλ95%の両方の正確な
測定をすることができるコンパクトなスペクトロメータ
が必要である。
プロセス中にフィールドにおいて使用することができる
ような、内部レーザ診断セットの一部として組み入れら
れることができ、ΔλFW HM及びΔλ95%の両方の正確な
測定をすることができるコンパクトなスペクトロメータ
が必要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ダブルパスエ
タロンベーススペクトロメータを提供する。拡散したビ
ームのスペクトルのコンポーネントは、それらがエタロ
ンを介して伝送されるときに、角度的に離される。逆反
射器は、エタロンを介して伝送されたコンポーネントを
戻すように反射する。２回伝送されたスペクトルのコン
ポーネントは、好ましい実施形態ではフォトダイオード
アレイである光検出器上に焦点合わせされる。スペクト
ロメータは、ΔλFWHM及びΔλ95%の両方に関してマイ
クロリソグラフィのために必要とされる精密さを備える
バンド幅測定をすることができる正確なフリンジデータ
を作り出すように非常にコンパクトである。
タロンベーススペクトロメータを提供する。拡散したビ
ームのスペクトルのコンポーネントは、それらがエタロ
ンを介して伝送されるときに、角度的に離される。逆反
射器は、エタロンを介して伝送されたコンポーネントを
戻すように反射する。２回伝送されたスペクトルのコン
ポーネントは、好ましい実施形態ではフォトダイオード
アレイである光検出器上に焦点合わせされる。スペクト
ロメータは、ΔλFWHM及びΔλ95%の両方に関してマイ
クロリソグラフィのために必要とされる精密さを備える
バンド幅測定をすることができる正確なフリンジデータ
を作り出すように非常にコンパクトである。
【００１１】
【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。そのサイズ
がテレスコープ３２を使用して３倍減少されたレーザビ
ーム１６がディフューザ３４を照射する。ディフューザ
３４から散乱された光はエタロン２５を照射する。中空
逆反射器３８が、第２のパスに関するエタロンにビーム
を戻すように使用される。ビームの各コンポーネント
は、エタロン２５を介して第２のパスに関して正確に又
は殆ど正確に１８０度で反射されるが、反射されたコン
ポーネントの小さな変位はある。これらの小さな変位に
より、エタロンを介したダブルパスの後、ビームコンポ
ーネントを反射する４５度ミラー４０の使用をすること
ができるが、入ってくるビームの十分な部分を通すこと
ができる。反射されたビームコンポーネントは、線形フ
ォトダイオード（ＰＤＡ）４４上に１メートルの焦点距
離でレンズ４２によって焦点合わせされ、そこでフリン
ジパターン４９が検出される。好ましいＰＤＡは２０４
８エレメントであり、米国カリフォルニア州Sunnyvale
のEG&G Inc.のようなサプライヤから入手可能な１４μ
×１４μアレイである。
がテレスコープ３２を使用して３倍減少されたレーザビ
ーム１６がディフューザ３４を照射する。ディフューザ
３４から散乱された光はエタロン２５を照射する。中空
逆反射器３８が、第２のパスに関するエタロンにビーム
を戻すように使用される。ビームの各コンポーネント
は、エタロン２５を介して第２のパスに関して正確に又
は殆ど正確に１８０度で反射されるが、反射されたコン
ポーネントの小さな変位はある。これらの小さな変位に
より、エタロンを介したダブルパスの後、ビームコンポ
ーネントを反射する４５度ミラー４０の使用をすること
ができるが、入ってくるビームの十分な部分を通すこと
ができる。反射されたビームコンポーネントは、線形フ
ォトダイオード（ＰＤＡ）４４上に１メートルの焦点距
離でレンズ４２によって焦点合わせされ、そこでフリン
ジパターン４９が検出される。好ましいＰＤＡは２０４
８エレメントであり、米国カリフォルニア州Sunnyvale
のEG&G Inc.のようなサプライヤから入手可能な１４μ
×１４μアレイである。
【００１２】フリンジパターン４９は、図１５の従来技
術のエタロンのピーク１５と同じ位置に配置される複数
のピークからなる。このダブルパス構成におけるエタロ
ンスペクトロメータの改善された解像度のため、本発明
のエタロンのピークが実際のレーザスペクトルとより近
接に適合する差である。
術のエタロンのピーク１５と同じ位置に配置される複数
のピークからなる。このダブルパス構成におけるエタロ
ンスペクトロメータの改善された解像度のため、本発明
のエタロンのピークが実際のレーザスペクトルとより近
接に適合する差である。
【００１３】図３の設計に基づいたプロトタイプのダブ
ルパスエタロンスペクトロメータは、出願人によって組
み立てられテストされ、非常によい結果が出た。
ルパスエタロンスペクトロメータは、出願人によって組
み立てられテストされ、非常によい結果が出た。
【００１４】図４は、たった約０．００３（ＦＷＨＭ）
の超狭スペクトルバンド幅を備える光を２４８．２５ｎ
ｍで放射する周波数ダブルＡｒイオン持続波（ｃｗ）レ
ーザからのビームの（ＰＤＡ４４で記録された）スペク
トルを示す。（このレーザからの光スペクトルは、０．
１ｐｍよりも大きなレンジにおけるバンド幅を備えるエ
タロンをテストする目的のために単色性を十分に考慮し
て狭い。）（図３に示したような）ＰＤＡ４４によって
記録されたＦＷＨＭバンド幅は、０．３３ｐｍの９５％
積分値で約０．１２ｐｍである。上記条件下での一連の
２つの完全なエタロンに関する理論値は、０．０９ｐｍ
（ＦＷＨＭ）及び０．２５（９５％積分）である。これ
らの結果は、ＦＷＨＭで０．１ｐｍ、９５％積分で約
０．３ｐｍの範囲におけるバンド幅解像度が図３のダブ
ルパスエタロンスペクトロメータで得られることを示
す。
の超狭スペクトルバンド幅を備える光を２４８．２５ｎ
ｍで放射する周波数ダブルＡｒイオン持続波（ｃｗ）レ
ーザからのビームの（ＰＤＡ４４で記録された）スペク
トルを示す。（このレーザからの光スペクトルは、０．
１ｐｍよりも大きなレンジにおけるバンド幅を備えるエ
タロンをテストする目的のために単色性を十分に考慮し
て狭い。）（図３に示したような）ＰＤＡ４４によって
記録されたＦＷＨＭバンド幅は、０．３３ｐｍの９５％
積分値で約０．１２ｐｍである。上記条件下での一連の
２つの完全なエタロンに関する理論値は、０．０９ｐｍ
（ＦＷＨＭ）及び０．２５（９５％積分）である。これ
らの結果は、ＦＷＨＭで０．１ｐｍ、９５％積分で約
０．３ｐｍの範囲におけるバンド幅解像度が図３のダブ
ルパスエタロンスペクトロメータで得られることを示
す。
【００１５】出願人は、高解像度グレーティングスペク
トロメータと本発明のコンパクトスペクトロメータで測
定されたマイクロリソグラフィＫｒＦレーザの典型的な
スペクトルを比較した。グレーティングスペクトロメー
タは、ＦＷＨＭレベルで約０．１２ｐｍのスリット関数
を有し、ＫｒＦエキシマレーザをテストする目的で米国
カリフォルニア州サンディエゴにオフィスがあるCYMER,
Inc.によって製造された。エタロンスペクトロメータ
で得られた結果とグレーティングスペクトロメータで得
られた結果との間には非常に良好な一致が得られた。レ
ーザバンド幅のＦＷＨＭ値は、本発明のダブルパスエタ
ロンとグレーティングスペクトロメータによってそれぞ
れ測定された０．６５ｐｍと０．６２ｐｍであり、バン
ド幅の９５％積分値は、本発明のダブルパスエタロンス
ペクトロメータと、高解像度グレーティングスペクトロ
メータによってそれぞれ測定された１．６７ｐｍと１．
７０ｐｍである。
トロメータと本発明のコンパクトスペクトロメータで測
定されたマイクロリソグラフィＫｒＦレーザの典型的な
スペクトルを比較した。グレーティングスペクトロメー
タは、ＦＷＨＭレベルで約０．１２ｐｍのスリット関数
を有し、ＫｒＦエキシマレーザをテストする目的で米国
カリフォルニア州サンディエゴにオフィスがあるCYMER,
Inc.によって製造された。エタロンスペクトロメータ
で得られた結果とグレーティングスペクトロメータで得
られた結果との間には非常に良好な一致が得られた。レ
ーザバンド幅のＦＷＨＭ値は、本発明のダブルパスエタ
ロンとグレーティングスペクトロメータによってそれぞ
れ測定された０．６５ｐｍと０．６２ｐｍであり、バン
ド幅の９５％積分値は、本発明のダブルパスエタロンス
ペクトロメータと、高解像度グレーティングスペクトロ
メータによってそれぞれ測定された１．６７ｐｍと１．
７０ｐｍである。
【００１６】本発明のダブルパスエタロンスペクトロメ
ータは、従来のエタロンスペクトロメータと似たフリン
ジパターンを作り出すが、フリンジが実際のスペクトル
より近く、エタロン解像度によって渦巻きが小さい点が
異なる。それ故、どんな周知の技術でもフリンジパター
ンを解析するのに使用することができる。このエタロン
スペクトロメータはまた、正確な中心波長測定を与える
ために比較的低い解像度のグレーティングスペクトロメ
ータと一緒に使用されうる。かかる応用は、例えば米国
特許第5,025,445号及び第5,450,207号に記載されてい
る。エタロンスペクトロメータは単独で、絶対波長測定
をすることができず、それ故、エタロンデータを校正す
るための方法が必要である。複数の中心波長が、エタロ
ンのフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）によって正確に
分離されたエタロンから得られうる。好ましい実施形態
では、ＦＳＲは約５ｐｍ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値を決定することができるた
めに、低解像度グレーティングスペクトロメータが、米
国特許第5,025,445号に例として使用される。そのグレ
ーティングスペクトロメータの解像度はＦＳＲの約半分
であってよく、それ故、一意的な中心波長値が選択され
うる。好ましい校正技術が米国特許第5,450,207号に記
載されている。
ータは、従来のエタロンスペクトロメータと似たフリン
ジパターンを作り出すが、フリンジが実際のスペクトル
より近く、エタロン解像度によって渦巻きが小さい点が
異なる。それ故、どんな周知の技術でもフリンジパター
ンを解析するのに使用することができる。このエタロン
スペクトロメータはまた、正確な中心波長測定を与える
ために比較的低い解像度のグレーティングスペクトロメ
ータと一緒に使用されうる。かかる応用は、例えば米国
特許第5,025,445号及び第5,450,207号に記載されてい
る。エタロンスペクトロメータは単独で、絶対波長測定
をすることができず、それ故、エタロンデータを校正す
るための方法が必要である。複数の中心波長が、エタロ
ンのフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）によって正確に
分離されたエタロンから得られうる。好ましい実施形態
では、ＦＳＲは約５ｐｍ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値を決定することができるた
めに、低解像度グレーティングスペクトロメータが、米
国特許第5,025,445号に例として使用される。そのグレ
ーティングスペクトロメータの解像度はＦＳＲの約半分
であってよく、それ故、一意的な中心波長値が選択され
うる。好ましい校正技術が米国特許第5,450,207号に記
載されている。
【００１７】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を図５に示す。レーザ
ビーム１６が、第１の実施形態と同じ仕方でテレスコー
プ３２によって適当なサイズに減少された後、ディフュ
ーザ３４を照射する。しかしながら、第２の好ましい実
施形態では、空間フィルタ５２が拡散された光の一部を
選択するために使用される。空間フィルタ５２は、焦点
距離の２倍、即ち約２０ｃｍの距離だけ離された、各１
０ｃｍの焦点距離を備える２つのレンズ５４及び５８か
らなる。約０．１ｃｍの直径を有するアルミニウムアパ
ーチャ５６がレンズ５４の焦点に位置決めされる。空間
フィルタ５２の目的は、約０．０１ステラジアンの角度
（空間的周波数）内でディフューザからくる光線の扇を
選択することである。光線のこのフィルタリングされた
扇は、ビームスプリッタ４６に入射する。ビームスプリ
ッタ４６は、光の約５０％を透過し、残り（図示せず）
を離すように反射する部分反射ミラーである。ビームス
プリッタ４６を通過して拡散した光６２の一部は、エタ
ロン２５を照射する。エタロン２５を通過した光は、第
２のパスに関してエタロンに戻るようにビームを戻す中
空逆反射体７０によって反射される。ビームのこの反射
された部分を、６４として示す。ビームの各コンポーネ
ントは、エタロン２５を介する第２のパスに関して正確
又は殆ど正確に１８０度で反射される。
ビーム１６が、第１の実施形態と同じ仕方でテレスコー
プ３２によって適当なサイズに減少された後、ディフュ
ーザ３４を照射する。しかしながら、第２の好ましい実
施形態では、空間フィルタ５２が拡散された光の一部を
選択するために使用される。空間フィルタ５２は、焦点
距離の２倍、即ち約２０ｃｍの距離だけ離された、各１
０ｃｍの焦点距離を備える２つのレンズ５４及び５８か
らなる。約０．１ｃｍの直径を有するアルミニウムアパ
ーチャ５６がレンズ５４の焦点に位置決めされる。空間
フィルタ５２の目的は、約０．０１ステラジアンの角度
（空間的周波数）内でディフューザからくる光線の扇を
選択することである。光線のこのフィルタリングされた
扇は、ビームスプリッタ４６に入射する。ビームスプリ
ッタ４６は、光の約５０％を透過し、残り（図示せず）
を離すように反射する部分反射ミラーである。ビームス
プリッタ４６を通過して拡散した光６２の一部は、エタ
ロン２５を照射する。エタロン２５を通過した光は、第
２のパスに関してエタロンに戻るようにビームを戻す中
空逆反射体７０によって反射される。ビームのこの反射
された部分を、６４として示す。ビームの各コンポーネ
ントは、エタロン２５を介する第２のパスに関して正確
又は殆ど正確に１８０度で反射される。
【００１８】エタロン２５を通過するビーム６４の部分
の約５０％は、ビームスプリッタ４６によって反射され
る。この反射された部分は、１メートルの焦点距離を有
するレンズ４２によって線形ＰＤＡアレイ４４に焦点合
わせされ、ここでフリンジパターンが検出される。
の約５０％は、ビームスプリッタ４６によって反射され
る。この反射された部分は、１メートルの焦点距離を有
するレンズ４２によって線形ＰＤＡアレイ４４に焦点合
わせされ、ここでフリンジパターンが検出される。
【００１９】この実施形態では、エタロン２５は、空間
フィルタ５２を介して透過された扇（fan）ビームが入
ってくる軸に対して約０．０１ラジアンの小さな角度で
傾く。その結果、ＰＤＡ４４によって記録されたフリン
ジの２つのセットがある。ＰＤＡの一方の側では、エタ
ロン２５を２倍通過するビームによって作られたフリン
ジのセットがある図５に示されたフリンジセット４５Ｂ
がある。しかしながら、ＰＤＡ４４の他の側では、フリ
ンジの異なるセットがある。図５にまた示されたこれら
のフリンジ４５Ａは、第１のパスでエタロン２５によっ
て反射されたオリジナルビーム６２の一部によって作り
出される。反射フリンジのこのセットは、フリンジセッ
ト４５Ｂとは異なって見える。フリンジ４５Ａはディッ
プであり、フリンジ４５Ｂはピークである。エタロンを
介したダブルパスの後、ビームの強度、次いで、エタロ
ンから反射されたビームの強度が著しく小さくなるの
で、光学的光低減フィルタ４８は、ＰＤＡの一部にわた
って配置され、そこでフリンジセット４５Ａが形成され
る。この光学的フィルタ４８は、約３０％の透過率を備
えるニュートラル密度フィルタであってよい。図７は、
ＰＤＡ４４のフリンジ４５Ａ及び４５Ｂの相対方位を示
す。傾いた空間フィルタ５２及びエタロン２５がないな
らば、反射フリンジ４５Ａ及びダブル透過フリンジ４５
Ｂの両方は、ＰＤＡ４４の面における同心円として作り
出されうる。フリンジ４５Ａ及び４５Ｂに関するこれら
の円の直径は、正確に同じであり、それゆえ、それらは
互いにキャンセルされうる。空間フィルタ５２の目的
は、円４５の一部だけが形成されるようにフリンジが利
用可能な光を制限することである。エタロンを傾ける目
的は、図７に示したような反射された（４５Ａ）及び透
過された（４５Ｂ）ビームによって作り出された円４５
の一部を分離することである。それ故、ＰＤＡ４４は、
反射された円と透過された円との両方の部分を検出する
が、アレイは一方の円の左側と、他の一方の円の右側と
を検出する。
フィルタ５２を介して透過された扇（fan）ビームが入
ってくる軸に対して約０．０１ラジアンの小さな角度で
傾く。その結果、ＰＤＡ４４によって記録されたフリン
ジの２つのセットがある。ＰＤＡの一方の側では、エタ
ロン２５を２倍通過するビームによって作られたフリン
ジのセットがある図５に示されたフリンジセット４５Ｂ
がある。しかしながら、ＰＤＡ４４の他の側では、フリ
ンジの異なるセットがある。図５にまた示されたこれら
のフリンジ４５Ａは、第１のパスでエタロン２５によっ
て反射されたオリジナルビーム６２の一部によって作り
出される。反射フリンジのこのセットは、フリンジセッ
ト４５Ｂとは異なって見える。フリンジ４５Ａはディッ
プであり、フリンジ４５Ｂはピークである。エタロンを
介したダブルパスの後、ビームの強度、次いで、エタロ
ンから反射されたビームの強度が著しく小さくなるの
で、光学的光低減フィルタ４８は、ＰＤＡの一部にわた
って配置され、そこでフリンジセット４５Ａが形成され
る。この光学的フィルタ４８は、約３０％の透過率を備
えるニュートラル密度フィルタであってよい。図７は、
ＰＤＡ４４のフリンジ４５Ａ及び４５Ｂの相対方位を示
す。傾いた空間フィルタ５２及びエタロン２５がないな
らば、反射フリンジ４５Ａ及びダブル透過フリンジ４５
Ｂの両方は、ＰＤＡ４４の面における同心円として作り
出されうる。フリンジ４５Ａ及び４５Ｂに関するこれら
の円の直径は、正確に同じであり、それゆえ、それらは
互いにキャンセルされうる。空間フィルタ５２の目的
は、円４５の一部だけが形成されるようにフリンジが利
用可能な光を制限することである。エタロンを傾ける目
的は、図７に示したような反射された（４５Ａ）及び透
過された（４５Ｂ）ビームによって作り出された円４５
の一部を分離することである。それ故、ＰＤＡ４４は、
反射された円と透過された円との両方の部分を検出する
が、アレイは一方の円の左側と、他の一方の円の右側と
を検出する。
【００２０】ディップ４５Ａの位置が、従来のエタロン
スペクトロメータのピークがあるべきである同じ場所で
正確であるので、ダブルパスエタロンスペクトロメータ
は、在来のエタロンスペクトロメータが可能な測定の全
ての測定が可能である。従って、フリンジ４５Ｂは、ス
ペクトルの形状を解析するのに使用され、実際の波長
は、校正データと一緒にフリンジ４５の直径（図７）に
よって判断される。従来のエタロンスペクトロメータで
は、この直径は、ピーク１５Ａ及び１５Ｂ（図１）の間
の距離として判断される。本発明のエタロンでは、この
直径は、ピーク４５Ｂと、対応するディップ４５Ａとの
間の距離（図５）として判断される。それ故、スペクト
ル形状及び中心波長情報を決定するための従来技術の全
てが、本発明のエタロンで同様に使用することができ
る。
スペクトロメータのピークがあるべきである同じ場所で
正確であるので、ダブルパスエタロンスペクトロメータ
は、在来のエタロンスペクトロメータが可能な測定の全
ての測定が可能である。従って、フリンジ４５Ｂは、ス
ペクトルの形状を解析するのに使用され、実際の波長
は、校正データと一緒にフリンジ４５の直径（図７）に
よって判断される。従来のエタロンスペクトロメータで
は、この直径は、ピーク１５Ａ及び１５Ｂ（図１）の間
の距離として判断される。本発明のエタロンでは、この
直径は、ピーク４５Ｂと、対応するディップ４５Ａとの
間の距離（図５）として判断される。それ故、スペクト
ル形状及び中心波長情報を決定するための従来技術の全
てが、本発明のエタロンで同様に使用することができ
る。
【００２１】第３の実施形態 本発明の第３の実施形態を図８に示す。この実施形態
は、以下の点を除いて図５に示した第２の実施形態と全
く同じである： １）４５度５０％ビーム分割ミラーが偏光ビームスプリ
ッタ４７と置換される。このビームスプリッタは、レー
ザ光の支配的な偏光を最大限に透過し、他の偏光を反射
するように配置される。 ２）中空逆反射体７０が中空プリズム７２と置換され
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つの反射直交ミラーによって作られる。
面７２Ａと７２Ｂとが交わるライン７２Ｃは、偏向ビー
ムスプリッタ４７を介して透過されたビーム６２の偏光
に対して約４５度の角度で整列される。
は、以下の点を除いて図５に示した第２の実施形態と全
く同じである： １）４５度５０％ビーム分割ミラーが偏光ビームスプリ
ッタ４７と置換される。このビームスプリッタは、レー
ザ光の支配的な偏光を最大限に透過し、他の偏光を反射
するように配置される。 ２）中空逆反射体７０が中空プリズム７２と置換され
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つの反射直交ミラーによって作られる。
面７２Ａと７２Ｂとが交わるライン７２Ｃは、偏向ビー
ムスプリッタ４７を介して透過されたビーム６２の偏光
に対して約４５度の角度で整列される。
【００２２】図９は、ビーム６２（図８）の方向に沿っ
て見たときのプリズム７２を示す。図９は、ライン７２
Ｃ、並びに反射された光の偏光１６４に対する（図８に
示した）ビーム６２の偏光１６２の方位を示す。この偏
光１６４は、中空プリズム７２によって戻るように反射
された後、９０度だけ回転される。図８に戻ると、この
戻り反射光は、第２の実施形態（図５）と全く同じよう
に２回エタロン３７を通り抜ける。この９０度の回転さ
れた偏光のために、このダブルパスビーム６４は、偏光
ビームスプリッタ４７によって反射され、第２の実施形
態（図５）と同様にフリンジパターン４５Ａ及び４５Ｂ
を形成するようにレンズ４２によってＰＤＡアレイ４４
に焦点合わせされる。
て見たときのプリズム７２を示す。図９は、ライン７２
Ｃ、並びに反射された光の偏光１６４に対する（図８に
示した）ビーム６２の偏光１６２の方位を示す。この偏
光１６４は、中空プリズム７２によって戻るように反射
された後、９０度だけ回転される。図８に戻ると、この
戻り反射光は、第２の実施形態（図５）と全く同じよう
に２回エタロン３７を通り抜ける。この９０度の回転さ
れた偏光のために、このダブルパスビーム６４は、偏光
ビームスプリッタ４７によって反射され、第２の実施形
態（図５）と同様にフリンジパターン４５Ａ及び４５Ｂ
を形成するようにレンズ４２によってＰＤＡアレイ４４
に焦点合わせされる。
【００２３】この実施形態では、高いスループットのた
め、ＰＤＡ４４によって検出された信号の増幅はより高
く、第２の実施形態（図５）における５０％反射器と比
較して偏向ビームスプリッタ４７によって提供される。
しかしながら、この実施形態のフリンジパターンは、第
２の実施形態のそれと似ており、それ故、スペクトル形
状及び中心波長を測定するための同じ技術が全てこの実
施形態でも同様に使用することができる。マイクロリソ
グラフィ用に使用されるエキシマＫｒＦレーザのような
多くのレーザは、より大きく偏光された光を作りだし、
それ故、この第３の実施形態の使用は、信号を（２乃至
３倍まで）著しく増大させうる。好ましい偏光ビームス
プリッタ４７は、ある偏光に対しては約９０％の透過率
を有し、他のものに関しては９７％以上の反射率を有す
る。
め、ＰＤＡ４４によって検出された信号の増幅はより高
く、第２の実施形態（図５）における５０％反射器と比
較して偏向ビームスプリッタ４７によって提供される。
しかしながら、この実施形態のフリンジパターンは、第
２の実施形態のそれと似ており、それ故、スペクトル形
状及び中心波長を測定するための同じ技術が全てこの実
施形態でも同様に使用することができる。マイクロリソ
グラフィ用に使用されるエキシマＫｒＦレーザのような
多くのレーザは、より大きく偏光された光を作りだし、
それ故、この第３の実施形態の使用は、信号を（２乃至
３倍まで）著しく増大させうる。好ましい偏光ビームス
プリッタ４７は、ある偏光に対しては約９０％の透過率
を有し、他のものに関しては９７％以上の反射率を有す
る。
【００２４】読者にとっては、３つ全ての実施形態が、
光が同じエタロンを介して２倍進むことの利益を有する
ことは明らかであろう。それ故、反射表面は非常に平行
であり、本質的には、エタロンのプレートの間の同じ間
隔は両方のパスに関して保証されると仮定している。
光が同じエタロンを介して２倍進むことの利益を有する
ことは明らかであろう。それ故、反射表面は非常に平行
であり、本質的には、エタロンのプレートの間の同じ間
隔は両方のパスに関して保証されると仮定している。
【００２５】いかなるシリーズのエタロンスペクトロメ
ータの配列においても、エタロンスペースの正確な適合
は非常に重要である。２４８ｎｍ光に関して、６．３３
ｎｍ（６３３ｎｍダブル周波数の１／１００、アルゴン
イオンレーザ波長）と同じくらい小さいエタロンのプレ
ートの間の間隔差は、スペクトロメータの解像度を実質
的に破壊する。かかる間隔差の結果を図６に示し、それ
ぞれ、６．３３ｎｍ間隔差の結果を示すヘビーカーブ
と、完全に適合した間隔を備える２つのエタロンスペク
トルを表すライトカーブである。６ｎｍに適合された
（典型的には１乃至１５ｍｍのレンジである）間隔を備
えた２つのエタロンを有することは非常に困難である。
本発明のエタロンスペクトロメータにおけるひとつのエ
タロンにおいて、エタロンが正確に平行な反射表面を備
える良好な品質のものである限り、２つのパスに関する
ギャップは同様に残る。出願人は、第１及び第２の実施
形態をテストし良好な成功を得た。
ータの配列においても、エタロンスペースの正確な適合
は非常に重要である。２４８ｎｍ光に関して、６．３３
ｎｍ（６３３ｎｍダブル周波数の１／１００、アルゴン
イオンレーザ波長）と同じくらい小さいエタロンのプレ
ートの間の間隔差は、スペクトロメータの解像度を実質
的に破壊する。かかる間隔差の結果を図６に示し、それ
ぞれ、６．３３ｎｍ間隔差の結果を示すヘビーカーブ
と、完全に適合した間隔を備える２つのエタロンスペク
トルを表すライトカーブである。６ｎｍに適合された
（典型的には１乃至１５ｍｍのレンジである）間隔を備
えた２つのエタロンを有することは非常に困難である。
本発明のエタロンスペクトロメータにおけるひとつのエ
タロンにおいて、エタロンが正確に平行な反射表面を備
える良好な品質のものである限り、２つのパスに関する
ギャップは同様に残る。出願人は、第１及び第２の実施
形態をテストし良好な成功を得た。
【００２６】当業者には、本発明の精神を逸脱せずに他
の修正をすることが可能であることは明らかであろう。
例えば、第１の応答が必須でないならば、走査出口スリ
ット及びフォトメータが、フォトダイオードアレイの代
わりに使用されうる。このスリットフォトメータアセン
ブリは、ＰＤＡの領域をスキャンすることができ、異な
る波長で光強度を測定することができる。本発明のエタ
ロンは、比較的低解像度のグレーティングスペクトロメ
ータなどのような別のスペクトロメータと一緒に使用す
ることができうる。それ故、本発明は、特許請求の範囲
及び法律的に均等な範囲によってのみ限定される。
の修正をすることが可能であることは明らかであろう。
例えば、第１の応答が必須でないならば、走査出口スリ
ット及びフォトメータが、フォトダイオードアレイの代
わりに使用されうる。このスリットフォトメータアセン
ブリは、ＰＤＡの領域をスキャンすることができ、異な
る波長で光強度を測定することができる。本発明のエタ
ロンは、比較的低解像度のグレーティングスペクトロメ
ータなどのような別のスペクトロメータと一緒に使用す
ることができうる。それ故、本発明は、特許請求の範囲
及び法律的に均等な範囲によってのみ限定される。
【図１】従来技術のスペクトロメータの図である。
【図２】従来技術のエタロンスペクトロメータのスリッ
ト関数のグラフである。
ト関数のグラフである。
【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ダブルＡｒ
イオンレーザビームのスペクトルを示す。
イオンレーザビームのスペクトルを示す。
【図５】本発明の第２の好ましい実施形態の図である。
【図６】非常に小さなエタロンプレートのミスマッチの
影響を示す。
影響を示す。
【図７】フォトダイオードアレイのフリンジパターンを
示す。
示す。
【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。
Claims (12)
- 【請求項１】ビームのスペクトル測定を行うためのダブ
ルパスエタロンベーススペクトロメータであって、 Ａ）拡散ビームを作り出すために、非常に多数の方位に
前記ビームにおける光を差し向けるための拡散光学素子
と、 Ｂ）前記拡散ビームに位置決めされ、角度的に離れたス
ペクトルのコンポーネントを有するいったん透過された
ビームを作り出すように、前記ビームの一部を透過させ
るように構成されたエタロンと、 Ｃ）角度的に離れたスペクトルコンポーネントを有する
２回透過されたビームを作り出すように、前記エタロン
を介して戻す前記いったん透過されたビームの少なくと
も一部を反射するように位置決めされた逆反射光学素子
と、 Ｄ）焦点合わせ光学素子と、 Ｅ）光検出器と、 Ｆ）前記焦点合わせ光学素子を介して前記光検出器に前
記２回反射された少なくとも一部を反射するように位置
決めされた反射光学素子と、を有し、前記ビームのスペ
クトルコンポーネントが前記光検出器によって検出され
る、ことを特徴とするスペクトロメータ。 - 【請求項２】前記逆反射光学素子が中空逆反射体である
ことを特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメー
タ。 - 【請求項３】前記逆反射光学素子が、中空直交プリズム
であることを特徴とする請求項１に記載のスペクトロメ
ータ。 - 【請求項４】前記中空プリズムが、選択された波長範囲
内で光を反射するように被覆された２つのミラーからな
ることを特徴とする請求項３に記載のスペクトロメー
タ。 - 【請求項５】前記反射光学素子が、前記２回透過された
ビームを反射するように位置決めされたミラーである
が、前記拡散ビームの少なくとも一部を前記エタロンに
伝送することができる、ことを特徴とする請求項１に記
載のスペクトロメータ。 - 【請求項６】前記拡散ビームは主な偏光方位を定め、前
記反射光学素子は偏光ビームスプリッタであり、前記中
空プリズムはその交差点で交差ラインを構成する２つの
交わる反射プレートからなり、前記２つのプレートが互
いに対して９０度の角度で位置決めされており、前記プ
レートの交差ラインが前記拡散ビームの主な偏光方位に
対して約４５度の角度で位置決めされる、ことを特徴と
する請求項３に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項７】前記中空プリズムは、波長の選択された範
囲内に光を反射するように被覆された２つのミラーから
なることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトロメ
ータ。 - 【請求項８】前記光検出器が検出器アレイであることを
特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項９】前記検出器アレイが、線形フォトダイオー
ドアレイである、ことを特徴とする請求項８に記載のス
ペクトロメータ。 - 【請求項１０】更に、前記拡散光学素子と前記エタロン
との間に位置決めされた空間フィルタを有することを特
徴とする請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１１】前記空間フィルタがスリットと、前記ス
リットを介して前記拡散ビームの少なくとも一部を焦点
合わせするための第１のレンズと、を有することを特徴
とする請求項１０に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１２】前記スリットを介して進む平行拡散光に
関する第２のレンズを更に有することを特徴とする請求
項１１に記載のスペクトロメータ。
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