(57)【要約】【課題】レーザシステムの出力の帯域幅を測定する光検出器アレイを有する撮像分光計を提供する。【解決手段】パルスレーザにより生成されるレーザ出力光の一部分を、光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で光検出要素のアレイに通す段階を含むことができる段階により光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出する段階を含むことができる方法及び装置。レーザ出力光により形成される画像の部分は、例えば、空間領域又は時間領域においてアンダーサンプリングすることができる。サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズは、光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さいサイズを含むことができる。【選択図】図１
2009532672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出する方法であって、
パルスレーザによって生成されたレーザ出力光の一部分を、光検出要素のアレイを横切って該レーザビームの該部分をシフトさせて該光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で該光検出要素のアレイに通す段階、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記レーザ出力光によって形成された画像の部分が、アンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザ出力光によって形成された画像の部分が、空間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ出力光によって形成された前記画像の前記部分は、空間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力レーザ光パルスの帯域幅を検出する方法であって、
ディザ画像レジストレーションを用いて、レーザ出力光で為された分光計測定におけるエイリアシングアーチファクトを低減する段階、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記レーザ出力光によって形成された画像の部分が、アンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザ出力光によって形成された画像の部分が、空間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザ出力光によって形成された前記画像の前記部分は、空間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、前記光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出する方法であって、
検出のためにレーザ出力光の一部分を通すレーザ出力光セレクタと、
光検出要素のアレイと、
前記レーザ出力光の前記部分を、前記光検出要素のアレイを横切って該レーザビームの該部分をシフトさせて該光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で該光検出要素のアレイにシフトするシフト要素と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
レーザ光源の帯域幅を推定する際の系統的誤差を抑制する方法であって、
分光計において分散スペクトル画像の複数の測定を実行し、該複数の測定値が、該分散画像と、該分光計における光検出器要素のグリッド内の個々の光検出器要素との間の様々なレジストレーション相で取られる段階、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
フリンジ幅の平均化が、前記複数の測定値の各々に適用される、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光検出器要素の有限サイズの影響が、実帯域幅と測定帯域幅の間の差の観察された傾向の多項式モデルによって補正される、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
補間技術が、各画像の解析のために使用され、平均化の前に前記分散画像のフリンジの幅の推定値を取得する、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記補間技術は、
前記フリンジ画像の位置及びピーク強度のサブピクセル推定値を取得するために該フリンジ画像のピークの近くで補間する段階、
を含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
補間技術が、
ピーク強度の何らかの閾値で画像の全幅のサブピクセル推定値を取得するために幅測定閾値の近くで補間する段階、
を含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記レーザ出力光によって形成された画像の部分が、時間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記レーザ出力光によって形成された前記画像の前記部分は、時間領域でアンダーサンプリングされる、
ことを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項３４】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、光検出要素走査時間の大きさに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズが、光検出要素走査時間の大きさに対して小さい、
ことを更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記光検出要素は、光検出器の線形アレイを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザシステムの出力の帯域幅を測定する光検出器アレイを有する撮像分光計に関する。波長もこのような装置で測定することができる。
関連出願への相互参照
本出願は、２００６年３月３１日出願の「高パルス繰返し数パルスレーザのための帯域幅測定装置」という名称の米国特許出願出願番号第１１／３９４、５１３号に対する優先権を請求するものである。本出願はまた、２００１年８月１６日出願の「レーザ帯域幅を測定する畳込み法」という名称の現在特許出願中の米国特許出願出願番号第０９／９３１、７２６号と、２００３年６月２６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」という名称の第１０／６０９、２２３号と、２００４年２月２７日出願の「帯域幅推定の改良」という名称の第１０／７８９、３２８号と、２００５年３月２５日出願の「ガス放電レーザのための波長計」という名称の第１１／０９１、００５号と、２００５年１０月４日に付与された「レーザ出力の帯域幅を測定する方法及び装置」という名称の米国特許第６、９５２、２６７号と、２００５年６月２８日に付与された「ガス放電ＭＯＰＡレーザスペクトル分析モジュール」という名称の第６、９１２、０５２号と、２００５年５月１７日に付与された「ガス放電ＭＯＰＡレーザスペクトル分析モジュール」という名称の第６、８９４、７８５号と、２００４年３月３０日に付与された「高解像度スペクトル測定装置」という名称の第６、７１３、７７０号とに関するものであり、これらの開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
帯域幅計開発プロジェクト中に、本出願人の会社は、ある一定の製品（例えば、ＥＬＳ−７０００ＷＳＭ波長計）が、ある一定の波長で使用される時にピクセルサンプリング解像度が不十分であると判断した。このように不十分であると、ある一定の測定誤差が発生し、この根本の原因は、検知器要素（例えば、フォトダイオードの線形アレイ）の周期性グリッドに対するエタロン分光器フリンジ画像のエイリアシング効果である。分光計フリンジ画像のアンダーサンプリングに関連するある一定の測定誤差のレベルを低減するために、本出願人は、波長計技術に対するある一定の修正を提案する。このような波長計技術は、例えば、エキシマ及び／又は分子フッ素ガス放電レーザの線狭化ＤＵＶレーザシステム出力レーザ光パルスのスペクトル純度を測定する際に利用することができる。
【０００３】
ＪｅｎａＯｐｔｉｋ（Ｚｅｉｓｓ）は、顕微鏡検査（ＰｒｏｇＲｅｓ製品）のための自社ＣＣＤカメラにおいて類似した技術を用いている。
Ｂｅｎ−Ｅｓｒａ他著「ジッタカメラ：低解像度検出器からの高解像度ビデオ」、ＩＥＥ（２０００年）、及びＷｕｔｔｉｇ他著「二重アレイ回折格子分光計のサブピクセル分析」、Ｄｅｓｃｏｕｒ／Ｓｃｈｅｎに公開、「撮像分光分析」、ＶＩＩ、ＳＰＩＥ論文集、第４４８０巻（２００２年）、３３４ページから３４４は、画像解像技術の態様を説明しており、この態様は、本発明の実施形態の態様に従って有用と考えられ、これらの開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
【０００４】
本発明の関連においてアンダーサンプリング及びエイリアシングに関連した問題の態様をより良く理解するために図５を参照する。図５ａでは、上述の特許及び出願で参照したもののような公知の中心波長／帯域幅検出器の例の出力画像における撮像ピクセル及びピクセルを各々表すフォトダイオードの線形アレイ１００の例が例示されている。ピクセルは、基準Ｘの便宜を図るために、ｘ＋１、ｘ＋２、ｘ＋３、ｘ＋４、及びｘ＋５とラベル付けされている。図５ｂに示すようにアレイ１００に入射する光エネルギの２つの方形波Ａ及びＢにより表される光源の画像が、２つのピクセルｘ＋２及びｘ＋３だけを照らすと仮定すると、何らかの強度感知積分期間中にあらゆる検出強度を記録するのに十分な左側の隣接ピクセルｘ＋１又は右側のｘ＋４に入る漏出はない。図５ｅに示すように、一般的な強度感知回路を使用する検出器の出力は、図５ｅで実線により輪郭が描かれた状態で示されるまさに同じ２つの方形波パルス１及び１’として解釈することができるであろう。
【０００５】
図５ｃを参照すると、ピクセル幅の約半分だけ空間的に位相シフトした同じ２つの方形波パルスＡ及びＢが表されている。このイベントにおいては、ピクセルｘ＋２からの積分強度は、出力２を定める破線により図５ｅに例示するように、上述の第１の例にあったものの半分にすぎないことになり、ピクセルｘ＋３の出力は、２％出力の破線により示すように、同じままであることになり、かつこの時点で、ピクセルｘ＋４は、ピクセルＸ＋３の出力の１／２レベルで、以前に何も有していない場所である一定の出力を有することになる。線形アレイ１００内のフォトダイオードＸ＋２、Ｘ＋３、及びＸ＋４により積分されるこのような入力のための検出器の出力は、図５ｅで破線三角形により示されているような鋸歯形状の画像として解釈することができるであろう。
【０００６】
最後に、図５ｄに例示するアラインメントに対しては、ピクセルＸ＋２の照度は、図５ｂのアラインメントにおける照度の約３０％に低減され、ピクセルｘ＋４の照度は、ピクセルｘ＋３の照度の約７０％である。これらは、ピクセルｘ＋２及びｘ＋５の強度の点線による輪郭及び図５ｅの点線による三角形により表されている。
これらの現象の類似したバージョンにより、図２及び図３に例示的に示す出力の違いが引き起こされる。図２及び図３に示す形式の干渉フリンジ画像のサンプリングの非常に簡約化されたバージョンは、図６に例示を目的として概略的に示している。図６は、典型的な公知の帯域幅検出器でのフリンジからのフリンジサンプリングを非常に簡約化して例示するものである。光検出器の線形アレイの代表的なピクセルは、ここでもまた便宜上ＸからＸ＋５とラベル付けされている。例示として示すように、フリンジの強度曲線上の点、例えば、フリンジパターンの強度のピークの片側の例えば点Ａ、Ｂ、及びＣは、ピクセルＸ、ｘ＋１、及びｘ＋２によりサンプリングすることができる。これらは、フリンジピークの曲線のほぼそれぞれの点を示す強度を平均的に積分することができる。
【０００７】
アンダーサンプリングに関するいくつかの問題は、例示的にかつ概略的に図６に例示するが、縮尺通りでない。第１に、フリンジピークの最大値は、Ｃ又はＤ又は実際の最大値がＭＡＸとラベル付けされてそれらの強度が等しい場合はその両方であると判断することができる。従って、何らかの閾値強度帯域幅測定値、例えば、８０％最大値での全幅（ＦＷ８０％Ｍ）の判断が、実際のピークが検出されないので、図６でＦＷ８０％Ｍ’とラベル付けした強度値で発生する場合がある。更に、実際のピークがある位置と検出ピークの間の誤差は、フリンジの画像によって覆われた視野に関するピクセルの数が増加する時に変動することを見ることができる。
【０００８】
一部の従来技術波長計は、一例として、ピクセルｘ＋１、ｘ＋２、及びＸ＋３、フリンジ曲線上のＢ、Ｃ、及びＤに対する値を取って、曲線の実際の形状の放物線による推定を行って、例えば、例示するようにこのような放物線による推定アルゴリズムにより「ＩＮＴ  ＭＡＸ」であると判断される誤差内にある可能性もある実際の強度最大値ＭＡＸにより近いものを導出するピーク推定アルゴリズムを使用している。選択されたＦＷＸ％Ｍ、例えば、ＦＷ８０％Ｍで幅を判断する典型的な公知のアルゴリズムは、フリンジ曲線、例えば、点Ｂ及びＣ上のサンプリング点間で補間を利用し、この補間は、図７に示すように線形とすることができ、その場合、閾値強度、例えば、最大値の８０％が発生すると読取電子機器により判断される点Ｂと点Ｃの間の線に沿うどの場所でも、上述の有限ピクセル配列の制限により引き起こされる誤差の可能性に加えて、補間線の点は、誤差ΔＦＷＸＭにより曲線上で実際の点から分離される。図７の例示的な図から分るように、ピクセルの数を２倍にした（ピクセル幅は半減）場合、この誤差を低減することができるが、それでもそれは存在する。
上述のように、これらの誤差は、有限ピクセル計数を用いたアンダーサンプリングの影響により、かつ光検出器の線形アレイグリッドの画像の動きにより悪化する可能性がある。
【０００９】
一部の従来技術の波長計は、例えば、多項式、例えばＡｘ2＋ｂｘを用いてサンプリング点、例えばＢ及びＣ間で曲線を模擬して、閾値が発生する曲線に沿ってその点でフリンジ強度曲線の幅をより良く推定するより高性能の補間アルゴリズムを用いるが、これらでさえも上述の形式の誤差が発生する。
これに加えて、フリンジ強度曲線の幅は、サンプリングされたフリンジパターンの極値で変わり（幅が狭くなる）、従って、図８に一例として示すように、本出願人は、図８に例示するように、例えば、ある一定のフリンジのフリンジ強度をサンプリングするのに使用されるフォトダイオードの線形アレイに沿って、照らされるピクセルの数が減少することを見出した。すなわち、例えば何らかの閾値、例えばＦＷ２０％Ｍでの見掛けの帯域幅距離は、線形アレイ１００の１つの極値に近い方のフリンジで増加する。本出願人はまた、この傾向が多少許容可能なものであり、かつ所定の波長計に対して判断して図８に示す傾向から判断される量を差し引くことにより補正することができることを見出した（一部のアルゴリズムは、実際の傾向曲線を模擬し、一部のアルゴリズムは、以前のシステムでは十分であったと考えられる単純な線形補正を用いる）。しかし、このような補正を用いてさえも、本出願人は、部分的にアンダーサンプリング及び結果として生じるエイリアシング、並びに一部は本出願人がこの時点で完全には認識又は理解することができない一部の他の悪影響による上述の誤差により、図８でより軽く描かれた図示により示される見掛けのフリンジ幅の著しい変動が引き起こされることを見出した。
本出願人は、以下で説明するような望ましい閾値でのフリンジ幅のサンプリング及び読取に対するある一定の改良を提案する。
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願出願番号第１１／３９４、５１３号
【特許文献２】米国特許出願出願番号第０９／９３１、７２６号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１０／６０９、２２３号
【特許文献４】米国特許出願出願番号第１０／７８９、３２８号
【特許文献５】米国特許出願出願番号第１１／０９１、００５号
【特許文献６】米国特許第６、９５２、２６７号
【特許文献７】米国特許第６、９１２、０５２号
【特許文献８】米国特許第６、８９４、７８５号
【特許文献９】米国特許第６、７１３、７７０号
【非特許文献１】Ｂｅｎ−Ｅｓｒａ他著「ジッタカメラ：低解像度検出器からの高解像度ビデオ」、ＩＥＥ（２０００年）
【非特許文献２】Ｗｕｔｔｉｇ他著「二重アレイ回折格子分光計のサブピクセル分析」、Ｄｅｓｃｏｕｒ／Ｓｃｈｅｎに公開、「撮像分光分析」、ＶＩＩ、ＳＰＩＥ論文集、第４４８０巻（２００２年）、３３４ページから３４４
【発明の開示】
【００１１】
パルスレーザにより生成されるレーザ出力光の一部分を、光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で光検出要素のアレイに通す段階を含むことができる段階により光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出する段階を含むことができる方法及び装置を開示する。レーザ出力光により形成される画像の部分は、例えば、空間領域又は時間領域においてアンダーサンプリングすることができる。サンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力の画像の関連した特徴サイズは、光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して小さいサイズを含むことができる。本方法及び装置は、光検出器の線形アレイを含む光検出要素を更に含むことができる。本方法及び装置は、ディザ画像レジストレーションを用いてレーザ出力光で為された分光計測定におけるエイリアシングアーチファクトを低減する段階を含む、光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力レーザ光パルスの帯域幅を検出する段階を含むことができる。レーザ出力光パルスの帯域幅を検出する方法及び装置は、レーザ出力光の一部分を装置内に通すレーザ出力光セレクタと、光検出要素のアレイと、光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法でレーザ出力光の一部分を光検出要素のアレイにシフトさせるシフト要素とを含むことができる。本方法及び装置は、分光計で分散スペクトル画像の複数の測定を行う段階を更に含むことができ、複数の測定は、分散画像と分光計内の光検出器要素のグリッドの個々の光検出器要素との間の様々なレジストレーション相で行われ、これらはまた、フリンジ幅の平均化が複数の測定の各々に適用されることを含むことができる。本方法及び装置は、光検出器要素の有限サイズの影響が、実帯域幅と測定帯域幅の間の差の観察された傾向の多項式モデルにより補正されることを含むことができる。本装置及び方法は、各画像の解析に対して補間技術を使用し、平均化の前に分散画像のフリンジの幅の推定値を取得することを含むことができる。補間技術は、フリンジ画像の位置及びピーク強度のサブピクセル推定値を取得するためにフリンジ画像のピークの近くで補間する段階を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態の態様により、本出願人は、分光測定においてエイリアシングアーチファクトを低減するためのディザ画像レジストレーションの使用を提案する。従って、本出願人は、撮像検出器の検出器アレイを含むピクセルのグリッドを横切ってレーザ出力光帯域幅及び中心波長測定値分光計の光学器械によって形成される画像を前後に移動させる方法の利用を提案する。これは、例えば、静止した画像を横切って前後に検出器を移動させることにより、又は例えば以下に示すように可動ミラーで画像を一定の方向に向けることにより行うことができる。傾斜補償器又は平坦プレートを同様の主旨で挿入することもできる。
【００１３】
レーザ出力光パルススペクトルの画像がピクセルのグリッドに衝突する位置によっては、図２及び図３に例示するように、同一画像に対して異なる形状を測定する可能性がある。この理由は、例えば、ピクセルが、測定されている画像の特徴サイズ、例えばＦＷＸＭ又はＥＸ％帯域幅、すなわち、最大値の何パーセントかでの全幅、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）、又は最大値のいずれかの側でのスペクトル内の何パーセントかのエネルギ積分、例えばＥ９５％と比較して大きいからである。図２及び図３は、例えば、同一フリンジパターンがアレイ上、例えばピクセルの線形アレイ上、グリッド上に投射されるが、例えば、ピクセルの約半分だけ変位された例示的な画像を例示している。
【００１４】
この効果により、画像の見掛けの測定幅において一種の誤差が引き起こされる可能性があり、その理由は、例えば、ＦＷＸＭやＥＸ％幅を判断するためにデータを処理するアルゴリズムは、例えば、ピクセルアレイ上の画像の空間分布、アレイ内のピクセルのサイズ及びピッチなどによっては、例えば、線形アレイにおけるピクセル強度に対して異なる値、例えば、ピクセルのアレイ上に投影されたスペクトルの画像に対してピクセル３０から３５を受信するためであることが分る。ピクセル上の画像のこの空間分布は、帯域幅検出器のアレイ上の画像の位置で振動する可能性もある。その位置は、特に、散乱的光学器械、例えば、スペクトルの画像が分光計内に作り出すことができるフリンジパターンを生成するのに使用される例えばエタロン内の作動波長に依存するために、この振動誤差は、例えば、本出願人の譲渡人「Ｃｙｍｅｒ、Ｉｎｃ．」により製造及び販売されているレーザシステム、例えば、「ＥＬＳ  ７ＸＸＸ」及び「ＸＬＡ  １ＸＸＸ、２ＸＸＸ、及び３ＸＸＸ」モデル単一チャンバ及び多重チャンバレーザシステムにおける搭載型中心波長及び帯域幅検出に使用されるもののような分光計の波長の関数であるように見える可能性がある。この振動誤差は、例えば、エタロン作動条件、例えば、温度など経年変化に基づいて変わる可能性がある。例えば、短い自由スペクトル範囲を有する撮像エタロン分光器又は他の計器の場合に分光計の線形分散が検出器アレイを横切って変わる場合、この振動誤差の周期及びマグニチュードは、レーザの作動波長及び帯域幅にも依存する。
【００１５】
本発明の実施形態の態様により、本出願人は、周期的に画像レジストレーション（空間位相）をピクセルグリッドで変更することにより（例えば、≦約１ピクセルの変位）、数学的な技術を適用して、他の場合であればアンダーサンプリングにより損なわれる分散スポット（例えば、エタロン分光器フリンジ）に関する情報を回復することができることを提言する。本出願人は、各画像の空間位相（位置）に関する詳細な知識に頼らず、例えば、πラジアン（１／２ピクセル）にわたる位相の十分に均一な分布が得られる例えば複数の測定結果を用いる簡約化した技術を提案する。本出願人は、サンプリングパラメータＰ＝ｖgrid／２ｖimageの値の範囲にわたって画像（例えば、分光計フリンジの半値全幅）の真の幅に線形に関連する数を判断する目的のために（ここで、ｖimageは、影像周波数コンテンツの固有カットオフであり、１／ｖgridは、検出器アレイ又はグリッド上のピクセルの間隔である）、例えば、πラジアンにわたって分配される複数の異なるレジストレーションに対して見掛けの（例えば、アンダーサンプリングされる）幅を計算し、平均的結果を形成すれば十分であることを提言する。更に、画像レジストレーション毎に、補間を適用して、完全に分解された画像、例えばサブピクセル解像度でピークのマグニチュードを近似するために、例えば、最も高い強度による例えば３点の放物線補間を、かつサブピクセル解像度で幅を近似するために幅測定閾値（例えば、最大半値）の両側の点の線形補間をより良好に近似することができる。
【００１６】
この処理では、例えば、測定された幅でサブピクセル位置に依存する振動を取り除くことができる。パラメータＰの値及びグリッド又は線形アレイ内検出要素の曲線因子によっては、位置の関数として、幅における有意な組織的であるが滑らかで単調な傾向が、有限ピクセルサイズにわたる空間的平均化のために残る可能性がある。本出願人は、画像位置の多項式関数でモデル化することによりこの後者の影響に補償して、かつこのモデルを用いて、一例として図８で例示する結果を補正する技術も提案するものであり、この有用な効果も一例として図４にも例示しており、多項式モデルが、いわゆるぼけ補正に適用されている。たとえ実際の幅の絶対値の検出が本発明の実施形態のこの態様により大幅には改善されなくても、画像変動は、遥かに大きな解像度で測定することができる。
【００１７】
例えば、パルス毎に又はパルスのバースト内で、例えば、集積回路リソグラフィＤＵＶ光源のような上述のようなレーザシステムの利用又は出力レーザビームパルスパラメータ、例えばスペクトル純度のパルス間及びバースト内のパルス安定性が有効作動の要件に非常に重要である他の用途に測定された時、スペクトル純度における同じ安定性を達成することができるように、画像安定性を大幅に改善することができる。従って、たとえ、例えば測定中の真のレーザ品質パラメータ、例えばＦＷＸＭ又はＥＸ％から僅かにずれていたとしても、例えば、スペクトル純度のこの恐らく僅かに不正確な出力光パルスパラメータ測定値からの変動は、パルス間で又はバースト内で遥かに正確に測定することができる。
【００１８】
例えば、集積回路フォトリソグラフィにおいて光源としてレーザ出力光を利用しているシステムは、例えば、パルス間で又はバースト内で、測定出力の安定性の変動よりも、例えば、波長計から出力された実パラメータ測定値、例えば、スペクトル純度）の僅かな変位に遥かに容易に適応することができる。パルス間及び／又はバースト内で測定中のレーザ出力パルスパラメータ品質、例えば、スペクトル純度の安定性を大幅に改善することができることにより、例えば、リソグラフィツールの作動中の例えばレーザ出力パラメータ品質、例えばスペクトル純度の更に一層厳しい要件を満たすための例えばレーザシステム又はフォトリソグラフィツール、例えばステッパ又はステッパ−スキャナ又は両方を合わせたものの作動の遥かに安定した制御の方法を達成することができる。
【００１９】
ここで図１を参照すると、本発明の実施形態の態様が概略的に示されている。図１は、概略的にかつ一例として、レーザ出力パルス品質測定ツール１０、例えば、本発明の実施形態の態様による例えば本出願の共通の所有者に譲渡された上述の現在特許出願中の特許出願に説明されているような種類の例えば上述の用途で利用される形式の上述のレーザのための例えば搭載型中心波長／帯域幅測定サブシステム上で利用される波長計を例示している。波長計１０は、例えば、単一チャンバレーザシステム内のレーザシステムを出るか又は多重チャンバレーザシステム、例えばＭＯＰＡ又はＭＯＰＯレーザシステム内の主発振器及び／又は増幅利得媒体、例えば電力増幅器／発振器を出るレーザシステム（図示せず）の出力から分離されたレーザ出力光ビームパルス１２のサンプルを受け取ることができる。
【００２０】
レーザ出力のこの分離サンプル１２は、波長計１０への入力を成すことができる。波長計１０は、例えば、上述のようなフリンジパターンを形成する例えば透過分散エタロン２２を含む光学要素２０、例えば分散光学要素を含むことができる。光学要素２０は、例えば光検出器５２、例えば、適切な速度までクロック処理された２５μｍピッチで５ｍｍの高さの２０μｍピクセルを有する線形フォトダイオードアレイを有する線形アレイのような例えば線形アレイ５０の個々の検出器５２のアレイ５０上にエタロン２２のフリンジパターン出力を画像化する役目を別々に又は協働する関連光学器械、例えばレンズ４０及びレンズ４２を更に含むことができる。個々のアレイ検出器５２、例えばフォトダイオードは、例えば線形アレイ５０内で各々が例えばピクセルを形成するそれぞれのフォトダイオード５２に衝突する光子の強度を積分することができる。当業技術で十分に理解されているように、何らかの期間にわたって積分されたこのような測定結果は、図２及び３図で一例として例示する強度パターンを形成することができる。
【００２１】
例えば、反射ミラー６２と共にアレイ５０、例えば可傾式ミラー６０のピクセル５２にわたって例えば画像を走査する機構５８は、本発明の実施形態の態様による上述の利点を達成する例示的な装置及び方法として、例えば、アレイ５０のフォトダイオード５２上にフリンジパターン画像を形成する画像の例えば時間的及び空間的平均化を行う役目をすることができる。ミラー６０は、機械加工された屈曲部（ヒンジ）に取り付けることができ、屈曲部の反対側にミラー６０の裏面に押すためにＰＺＴアクチュエータ（図示せず）を使用して傾かせることができる（又は、ミラー６０は、ミラー６０の縦の範囲の一端の方へ位置決めすることができるピボット点（図示せず）に取り付けることができる）。従って、ミラーは、図１で示すようなページの平面の矢印の方向の作動を生成するピボット点又はヒンジ式屈曲部の軸線でピボット回転させることができる。ＰＺＴ素子（図示せず）のためのアクチュエータは、例えば、自走式とすることができる。例えば、アクチュエータには、ＰＺＴの長さを走査して、従って、均一にミラーの角度を傾かせるためにランプ波形を供給することができる。走査の変位（ＰＺＴ電圧）及び周波数は、例えば平均化時間、すなわち、例えば線形アレイ内フォトダイオードがアレイ内の各々のピクセルに対してサンプリングされた強度を供給するために入射光子を集積している時間中に、少なくとも１回、空間位相のπラジアンよりも多くを覆うように選択することができる。
【００２２】
本発明の実施形態の態様によれば、フリンジの画像の走査は、例えば、同じ増分で例えば反対方向に走査する前に例えば何らかのサンプリング窓を覆うようなレーザビームの各パルス、例えば６４パルスに対して、ピクセルの一部、例えばピクセルのｉ／６４の増分で、例えば１つ半を上限としてピクセルの半分だけ、例えば実施形態では１ピクセルだけ、例えば画像をシフトさせる速度で行うことができる。これは、例えば、２５０ｍｓ毎に、１段階当たり４ｋＨｚで作動するレーザに対して行うことができ、かつサンプル窓は、例えば、各方向で６４個のサンプルとすることができる。例えば、異なる画像レジストレーションを用いない上述のようなレーザシステム上の波長計で現在行われているような帯域幅出力を得るために実行されるアレイ及び補間及び他の信号処理アルゴリズム内部での各々のピクセルでの強度の現在使用されている検出は、本発明の実施形態の態様により行うことができる。回転サンプル窓として、サンプル時間、例えば６４回のレジストレーションを用いて、次に第１のサンプル窓の後で、本発明のシステムは、例えば、新しい６４回のレジストレーションの窓にわたる平均化に対して、先の６３個のレジストレーション出力を用いて、例えばパルス毎に、最新の例えば６４個のレジストレーションのための平均化を更新し続けることができる。本発明のシステムは、例えば、リソグラフィスキャナの上で照明窓内の１つのダイ又は１つのダイの一部を照らすために使用されるパルスのバースト内でリセットし、従って、バースト内初期の６４レーザパルス後だけに洗練された帯域幅読取を行うことができ、又は始めから次のバースト内のレジストレーション数を平均化するために、次のバーストまで前のバーストの平均値を保持することができる。更に、本発明のシステムは、例えば、一連のバーストの後で、新たにフォトリソグラフィ処理でウェーハ全体を照らし始め、かつバースト内の遅延よりも長い遅延の後にのみ、例えばウェーハが交換された時に、又は新しいバッチのウェーハがスキャナに取り込まれた時に、又はレーザ発射における何らかの他の選択されたより長い遅延後にリセットすることができる。６４個の他に、他のレジストレーション数を用いることができ、かつ走査速度は、とりわけレーザパルス繰返し数によっては、走査が例示的な６４個のレジストレーションのためのサンプル窓内で１回又はそれよりも多くの回数でアレイ上の上方及び後方に行われるように増加又は低減することができることも理解されるであろう。平均化は、例えば、毎回のサンプリング段階、又は少なくとも広範である可能性があるサンプリング段階にわたって、例えば、当業技術の通常の運用におけるサンプリング段階の変化、例えばフリンジ位置のシフトのために、例えば波長変化又は結果としてサンプリング段階の変化になる他の原因のために発生する変動を防ぐ役目をすることができる。
【００２３】
例えば、空間領域で、すなわち、フォトダイオード５２の寸法及び／又はピッチに関して、フリンジパターンの画像のサイズ、例えば、その幅との関係のために、フリンジパターン生成光学要素、例えばエタロン２２からの信号出力がアンダーサンプリングされると、光検出器アレイからの出力信号のエイリアシングが起こる可能性があることが理解されるであろう。本発明の実施形態の態様は、このようなエイリアシングの悪影響を実質的に排除する役目をすることができる。例えば、撮像されるフリンジパターンは、図２及び図３に一例として例示するようなピコメートルの数十分の１台の実際の帯域幅に対応する約５ピクセル又は６ピクセルにわたる幅で撮像することができる。本発明の実施形態の態様は、例えば、走査により構築される画像の特徴サイズに対して大きいような走査の時に、例えば、特徴サイズが時間領域内（画像の何らかの部分が、次のサンプル時間で読み込まれる前に組み込まれる単一のピクセルの読取と単一のピクセルのリセットとの合間）でピクセルの解像度に関して特徴を有する場合に、周期的に、例えば１０ピコ秒毎にサンプリングされる例えば単一のピクセルを横切ってシフトされるレーザ光ビームに相対して時間領域に延びることができる。この特徴的な関係は、解像しようとするある一定の特徴を横切って約３回である望ましいピクセル走査回数で、例えばピクセルの時間的サイズの程度であるフリンジパターンの変化と共に変わる場合がある。時間領域のこの影響は、線形アレイの空間走査と非常に類似するものである。
【００２４】
図４は、検出器アレイ、例えばフォトダイオード５２の線形アレイ５０にわたる画像のこの動き及び幅値の結果として生じる例えば平均化が、例えば、既存のこのような搭載分光計の作動において位置でかつ時間で振動する誤差期間を抑制する役目をすることを明らかにする一部の実験データを例示している。図４の中のプロット７０は、図表の左の目盛りの上で測定した時、画像レジストレーションの変調なしの検出器１０出力画像の実側幅の挙動を示している。約４５０より大きい直径（すなわち、ＰＤＡ５０上の位置）に関するデータにおける速い振動は、除去されるのが望ましい影響の例である。プロット７２は、図表の右の目盛りで測定された時に、例えば±約１／２ピクセルだけ例えば画像位置を調節して、利用されているスペクトル純度幅の多くの測定値の平均値を取った時に何が起こる可能性があるかを示している。プロット７９に示す悪影響は、例えば、本質的に完全に抑制することができ、残る全ては、他の誤差発生源である。
【００２５】
パルスレーザにより生成されるレーザ出力光の一部分を、例えばビームスプリッタで光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で光検出要素のアレイに通す段階を含むことができる光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出するための装置及び方法を開示することが、上記から当業者により理解されるであろう。すなわち、とりわけ、撮像されたフリンジパターンの態様、例えばその帯域幅を検出して、測定に関するエイリアシング問題を回避する役目をすることができるアレイ、例えばフォトダイオードの線形アレイにわたる例えばフリンジパターン生成要素、例えばエタロンの画像の位置決めを例えば平均化する方法である。例えば、レーザ出力光の一部分は、例えば、空間領域でアンダーサンプリングすることができ、この理由は、例えば測定されるパラメータ、例えば帯域幅のサイズが、例えばアレイ内の個々のピクセルのサイズに対して小さいからである。例えば、画像は、いくつかのピクセルのみ、例えば約５又は６ピクセルまでにわたって延びることができる。パルスレーザは、例えば、３５００ヘルツ又はそれよりも多く、例えば、約６０００Ｈｚまでかつそれを超えて、ただし、僅か約２００Ｈｚまでの適用可能でも作動するエキシマ又は分子フッ素ガス放電レーザを含むことができ、本発明に、特に、測定される帯域幅が例えばＥ９５値であり、かつパルス間で測定結果の安定性が重要であると考えられる場合に有用である。光検出要素はまた、光検出器の線形アレイを含むことができる。本方法及び装置は、ディザ画像レジストレーションを用いてレーザ出力光で為された分光計測定におけるエイリアシングアーチファクトを低減し、すなわち、検出器の出力に及ぼすエイリアシングによる影響を十分に実質的に排除するのに十分ほど個々の検知器要素に相対する画像レジストレーションを調節する段階を含むことができる。
【００２６】
開示したものは、分光計において（又は、画像を横切って時間領域で記録される単一の光検出器において）分散スペクトル画像の複数の測定を行う段階含むことができ、上述の複数の測定が、例えば、このようなレーザ光源システムからのレーザ出力光のパルスのバースト内のパルス間でサンプリング周期中に起こると考えられる分光計の光検出器要素のグリッドにおいて分散画像と個々の光検出器要素の間の様々なレジストレーション相で行われる上述の形式のもののようなレーザ光源の帯域幅を推定する際に系統的誤差を抑制する方法であることも当業者により理解されるであろう。本方法及び装置は、複数の測定の各々に適用されるようなフリンジ幅の平均化を更に含むことができる。本方法及び装置は、光検出器要素の有限サイズの影響が実帯域幅と測定帯域幅の間の差の観察された傾向の多項式モデルにより補正されることを含むことができる。本装置及び方法は、補間技術を各画像の分析に使用して、平均化の前に分散画像のフリンジの幅の推定値を取得することを含むことができる。補間技術は、例えば、サンプリングされたフリンジに対してピークの両側にピクセルサンプル値を用いて、フリンジ画像の位置及びピーク強度のサブピクセル推定値を取得するためにフリンジ画像のピークの近くで補間する段階を含むことができ、又は例えばＦＷ８０％Ｍ、ＦＷＨＭ、又はＦＷ２０％Ｍのような閾値強度の両側のピクセルサンプル値を用いて、ピーク強度の何らかの閾値で画像の全幅のサブピクセル推定値を取得するために幅測定閾値の近くで補間する段階を含むことができる。
【００２７】
また、当業者は、パルスレーザにより生成されるレーザ出力光の一部分を、光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法で光検出要素のアレイに通す段階を含むことができる段階により光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力光パルスの帯域幅を検出する段階を含むことができる方法及び装置を開示することを理解するであろう。レーザ出力光により形成される画像の部分は、例えば、空間領域又は時間領域においてアンダーサンプリングすることができ、かつサンプリングされているフリンジパターン発生要素の出力、例えばスペクトル幅の画像の関連した特徴サイズを含むことができ、これは、光検出要素のアレイにおける個々の光検出要素のサイズに対して（又は、複数の時間間隔にわたって画像を走査する単一の検出器を有する実施形態におけるサンプリング持続期間に対して）小さいサイズを含むことができる。本方法及び装置は、光検出器の線形アレイを含む光検出要素を更に含むことができる。本方法及び装置は、ディザ画像レジストレーションを用いてレーザ出力光で為された分光計測定におけるエイリアシングアーチファクトを低減する段階を含む、光検出要素のアレイを利用してパルスレーザのレーザ出力レーザ光パルスの帯域幅を検出する段階を含むことができる。レーザ出力光パルスの帯域幅を検出する方法及び装置は、レーザ出力光の一部分を装置内に通すレーザ出力光セレクタと、光検出要素のアレイと、光検出要素のアレイを横切ってレーザビームの一部分をシフトさせて光検出アレイの出力におけるエイリアシングアーチファクトを回避する方法でレーザ出力光の一部分を光検出要素のアレイにシフトさせるシフト要素とを含むことができる。本方法及び装置は、分光計で分散スペクトル画像の複数の測定を行う段階を更に含むことができ、複数の測定は、分散画像と分光計内の光検出器要素のグリッドの個々の光検出器要素との間の様々なレジストレーション相で行われ、これらはまた、フリンジ幅の平均化が複数の測定の各々に適用されることを含むことができる。本方法及び装置は、光検出器要素の有限サイズの影響が、実帯域幅と測定帯域幅の間の差の観察された傾向の多項式モデルにより補正されることを含むことができる。本装置及び方法は、各画像の解析に対して補間技術を使用し、平均化の前に分散画像のフリンジの幅の推定値を取得することを含むことができる。補間技術は、フリンジ画像の位置及びピーク強度のサブピクセル推定値を取得するためにフリンジ画像のピークの近くで補間する段階を含むことができる。
【００２８】
「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」を満足するために必要とされる詳細において本特許出願において説明しかつ例示した「高パルス繰返し数パルスレーザのための波長計」の実施形態の特定の態様は、上述の実施形態の態様のあらゆる上述の目的、及び上述の実施形態の態様により又はその目的のあらゆる他の理由で又はその目的にために解決すべき問題を完全に達成することができるが、本発明の上述の実施形態のここで説明した態様は、本発明によって広く考察された内容を単に例示しかつ代表することは、当業者によって理解されるものとする。実施形態のここで説明しかつ主張する態様の範囲は、本明細書の教示内容に基づいて当業者に現在明らかであると考えられるか又は明らかになると考えられる他の実施形態を漏れなく包含するものである。本発明の「高パルス繰返し数パルスレーザのための波長計」の範囲は、単独にかつ完全に特許請求の範囲によってのみ限定され、いかなるものも特許請求の範囲の詳細説明を超えるものではない。単数形でのこのような請求項における要素への言及は、解釈において、明示的に説明していない限り、このような要素が「１つ及び１つのみ」であることを意味するように意図しておらず、かつ意味しないものとし、「１つ又はそれよりも多い」を意味する意図とし、かつ意味するものとする。当業者に公知か又は後で公知になる実施形態の上述の態様の要素のいずれかに対する全ての構造的及び機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に組み込まれると共に、特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。本明細書及び／又は本出願の請求項に使用され、かつ本明細書及び／又は本出願の請求項に明示的に意味を与えられたあらゆる用語は、このような用語に関するあらゆる辞書上の意味又は他の一般的に使用される意味によらず、その意味を有するものとする。実施形態のいずれかの態様として本明細書で説明した装置又は方法は、それが特許請求の範囲によって包含されるように本出願において開示する実施形態の態様によって解決するように求められる各及び全て問題に対処することを意図しておらず、また必要でもない。本発明の開示内容におけるいかなる要素、構成要素、又は方法段階も、その要素、構成要素、又は方法段階が特許請求の範囲において明示的に詳細に説明されているか否かに関係なく、一般大衆に捧げられることを意図したものではない。特許請求の範囲におけるいかなる請求項の要素も、その要素が「〜のための手段」という語句を使用して明示的に列挙されるか又は方法の請求項の場合にはその要素が「作用」ではなく「段階」として列挙されていない限り、「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」第６項の規定に基づいて解釈されないものとする。
【００２９】
上記で開示した本発明の実施形態の態様は、好ましい実施形態であることのみを意図しており、いかなる点においても本発明の開示内容を限定するものではなく、特に、特定の好ましい実施形態だけに限定するものではないものとすることが当業者によって理解されるであろう。開示した発明の実施形態の開示した態様には、当業者によって理解及び認められるような多くの変更及び修正を行うことができる。特許請求の範囲は、その範囲及び意味において、本発明の実施形態の開示した態様だけではなく、当業者には明らかになると思われる均等物及び他の修正及び変更も包含するものとする。上述の本発明の実施形態の開示して請求した態様に対する変更及び修正に加えて、他のものも実施することができると考えられる。例えば別の走査機構、例えば作動可能な光学要素、例えば励起レベルによって判断された量で音場、電場、又は磁場によってそれぞれ刺激された時に例えばその屈折率及び屈折係数を変え、従って光検出器のアレイを横切ってビームを走査する音響光学、電子光学、又は磁気光学要素を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態の態様による波長計の概略図である。
【図２】本発明の実施形態の態様を理解する際に有用な光検出器のアレイに対してピクセル毎に強度レベルを例示するグラフである。
【図３】本発明の実施形態の態様を理解する際に有用な光検出器のアレイに対してピクセル毎に強度レベルを例示するグラフである。
【図４】本発明の実施形態の態様による装置及び方法を利用する利点を例示するグラフである。
【図５】ピクセルグリッドにおける有限数のピクセルを有する強度画像のアンダーサンプリングに関連した問題を尺度通りではなく例示する概略図である。
【図６】ピクセルグリッドにおける有限数のピクセルを有する強度画像のアンダーサンプリングに関連した問題を尺度通りではなく例示する概略図である。
【図７】ピクセルグリッドにおける有限数のピクセルを有する強度画像のアンダーサンプリングに関連した問題を尺度通りではなく例示する概略図である。
【図８】ピクセルグリッドにおける有限数のピクセルを有する強度画像のアンダーサンプリングに関連した問題を尺度通りではなく例示する概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  波長計
１２  レーザ出力光ビームパルス
２２  透過分散エタロン
５２  光検出器
【図１】
2009532672.tif 000003
【図２】
2009532672.tif 000004
【図３】
2009532672.tif 000005
【図４】
2009532672.tif 000006
【図５】
2009532672.tif 000007
【図６】
2009532672.tif 000008
【図７】
2009532672.tif 000009
【図８】
2009532672.tif 000010
【国際調査報告】
2009532672.tif 000011
2009532672.tif 000012