(57)【要約】【課題】本発明は、分光器に関し、より詳細には、エタロンベースの分光器に関する。【解決手段】第１の複光路エタロンベース分光器が開示される。好ましい実施形態において、第１の複光路エタロンに適合する第２のエタロンが使用され、極めて正確なフリンジデータを生成する。拡散ビームのスペクトル成分は、エタロンを通って透過される時に角度的に分離される。再帰反射器は、透過された成分を該エタロンを通して反射して戻す。２度透過されたスペクトル成分は、第２のエタロンを通って進み、第２の好ましい実施形態ではフォトダイオード・アレーである光検出器上に集束する。該分光器は、非常にコンパクトであり、きわめて正確なフリンジデータを生成し、ΔλFWHM及びΔλ95%の両方に関してマイクロリソグラフィーに必要な精度を伴う帯域幅測定を可能にする。【選択図】図３
2006138874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームのスペクトル測定をする複光路２重エタロンベースの分光器であって、該分光器は集積回路のフォトリソグラフィープロセスに使用する深部ＵＶレーザ光源の一部であり、さらに、
Ａ）拡散ビームを生成するために、前記ビームの光を非常に多くの方向に向ける拡散光学装置と、
Ｂ）第１のエタロンであって、前記拡散ビームが通る光路内に、前記ビームの各部分を透過させるように置かれ、角度的に離れたスペクトル成分を持つ前記第１のエタロンを１度透過したビームを生成するように形成された、前記第１のエタロンと、
Ｃ）前記第１のエタロンを１度透過したビームの少なくとも一部分が前記第１のエタロンを再度透過するように反射させて戻し、角度的に離れたスペクトル成分を持つ前記第１のエタロンを２度透過したビームを生成するように置かれた再帰反射光学装置と、
Ｄ）第２のエタロンと、
Ｅ）前記第１のエタロンを２度透過したビームの少なくとも一部分を反射して前記第２のエタロンに向けて出力するように置かれた反射光学装置と、
Ｆ）前記反射光学装置で反射され前記第２のエタロンを透過したビームを集束する集束光学装置と、
Ｇ）前記第２のエタロン及び前記集束光学装置を透過したビームのスペクトル成分を検出する光検出器と、
を含むことを特徴とする分光器。
【請求項２】
前記再帰反射器は、中空再帰反射器であることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項３】
前記再帰反射器は、中空矩形プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項４】
前記中空プリズムは、選択された波長の範囲内の光を反射するように被覆された２つの鏡から成ることを特徴とする請求項３に記載の分光器。
【請求項５】
前記反射光学装置は、前記第１のエタロンを２度透過したビームを反射するが、前記拡散ビームの少なくとも一部分の前記第１のエタロンへの伝達を可能にするように置かれた鏡であることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項６】
前記拡散ビームは、主たる偏光方向を形成し、
前記反射光学装置は、偏光ビーム分割器であり、
前記中空プリズムは、交差する位置で交差線を形成して互いに対して９０度の角度で置かれた２つの交差する反射プレートから成り、
前記プレートの交差線は、前記拡散ビームの主たる偏光方向に対して約４５度の角度で置かれる、
ことを特徴とする請求項３に記載の分光器。
【請求項７】
前記中空プリズムは、波長の選択された範囲内の光を反射するように被覆された２つの鏡から成ることを特徴とする請求項６に記載の分光器。
【請求項８】
前記光検出器は、検出器アレーであることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項９】
前記光検出器アレーは、線型フォトダイオード・アレーであることを特徴とする請求項８に記載の分光器。
【請求項１０】
前記拡散光学装置と前記第１のエタロンとの間に置かれた空間フィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項１１】
前記空間フィルタは、スリットと、前記拡散ビームの少なくとも一部分を前記スリットを通して集束する第１のレンズとを含むことを特徴とする請求項１０に記載の分光器。
【請求項１２】
前記スリットを通過する拡散ビームを平行にする第２のレンズを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の分光器。
【請求項１３】
前記第２のエタロンは、前記第１のエタロンと透過関数の比が正確な整数比となるように位置合わせされることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項１４】
前記比は、５であることを特徴とする請求項１３に記載の分光器。
【請求項１５】
前記第１のエタロンは、約１０の透過関数を持ち、前記第２のエタロンは、約２の透過関数を持つことを特徴とする請求項１４に記載の分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、分光器に関し、より詳細には、エタロンベースの分光器に関する。本発明は、１９９９年２月４日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／２４５、１３４号、及び、２０００年２月２５日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５１３、３２４号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術
エタロンベースの分光器は、ビームの強さを波長の関数として測定する装置として良く知られている。図１は、レーザビーム１６の波長及び帯域幅を測定するために使用される従来技術のエタロン分光器の形態を示す。ビームは、拡散器２によって拡散され、非常に広い角度で伝播する光線がエタロン４を照射する。図１は、単一光線２０が約９０％反射するように被覆された表面８Ａ及び８Ｂの間のエタロン空隙内で何度も反射しているところを示す。エタロンを通って透過されるスペクトル成分は、レンズ１４によってフォトダイオード・アレー１２上に集束される。フォトダイオード・アレー１２は、電子データ取得基板（図示しない）を使用して読むことができるフリンジパターン１５を記録する。図に描かれているようなエタロンに入射する光の透過又は反射は、良く理解されており、エタロンの設計、特に２つの反射面の反射率に左右される。
【０００３】
エタロン分光器は、レーザのスペクトルを測定するために広く使用されている。エタロン分光器の利用で特に重要なのは、線狭化ＫｒＦエキシマレーザなどの線狭化エキシマレーザの帯域幅の測定である。これらのレーザは、例えば、深部ＵＶマイクロリソグラフィーの光源として使用される。これらのレーザには、マイクロリソグラフィーへの適用にとって非常に重要な２つのスペクトル特性がある。これらは、レーザの最大強度の５０％において測定され、その半値全幅帯域幅（ΔλFWHMと略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅と、レーザエネルギの９５％を包含し、９５％積分帯域幅（Δλ95%と略される）と呼ばれるスペクトル帯域幅とである。マイクロリソグラフィーによるチップ製造中には、常に仕様の範囲内で作動することが非常に重要であり、何故ならば、スペクトルが広がることにより、シリコンウエーハ上にプリントされている集積回路に、歩留まり問題をもたらすことになるぶれを生じかねないからである。従って、レーザスペクトルを連続監視する機能を備えることは非常に重要である。
【０００４】
従来技術のエタロン分光器は、ΔλFWHM値を正確に測定する機能を持ち、例えばサイマー・インコーポレーテッド（米国カリフォルニア州サンディエゴ所在）により製造されるものなどの生産マイクロリソグラフィーレーザにおいて、その目的で現在使用されている。しかし、従来技術のエタロン分光器は、Δλ95%を正確に測定するのにはあまり適していない。通常の生産品質ＫｒＦエキシマレーザは、正常に作動している場合、約０．６ピコメートルのΔλFWHM値と約２ピコメートルのΔλ95%値とを持つ必要がある。
【０００５】
図２は、５ピコメートルの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）とフィネス係数（フィネス）３８とを持つ一般的な従来技術エタロンの計算スリット関数スペクトルを示す。（ＦＳＲ及びフィネスという用語は、米国マサチューセッツ州リーディング所在のアジソン・ウェスリーから出版されたユージン・ヘクト／アルフレッド・ザジャ著「光学」など、様々な光学テキストにおいて定義及び説明されている。）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つから導くことができる。図２に示すグラフの計算は、エタロンを照射している光が単色性（すなわち、無限に狭い帯域幅）であると仮定している。そのようなエタロンが使用されてレーザビームの帯域幅を測定する場合、エタロンのスリット関数帯域幅は、誤差の原因となり、測定の不確定さ又は誤差の一因となる。この従来技術に対する計算された半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅は、０．１３ピコメートルであり、このエタロンに対する９５％積分帯域幅は、約１．５ピコメートルである。
【０００６】
実際のレーザのスペクトルを正確に測定するエタロンについては、エタロン自体のスリット関数帯域幅は、レーザ帯域幅よりもかなり小さい必要がある。この条件は、０．１３ピコメートルのエタロンスリット関数ＦＷＨＭが、約０．６ピコメートルの一般的レーザΔλFWHMよりも十分に小さいΔλFWHMの測定に対しては満足されるが、約１．５ピコメートルのエタロンスリット関数帯域幅が約２ピコメートルの予想レーザ帯域幅のかなりの部分であるようなΔλ95%測定に対しては、同じことが当てはまらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、図２のスリット関数を持つ従来技術のエタロン分光器を使用してΔλ95%を測定する場合、真のΔλ95%値をデコンボルブするのに複雑な数値解析が必要である。そのような解析は、誤差や曖昧な結果が発生しやすく、そのためにマイクロリソグラフィー処理の間、信頼のおけるΔλ95%情報が得られない。結果として、レーザは、気づかれないうちに仕様範囲から外れる可能性がある。これは、非常に高価につく歩留まり問題をもたらすため、避ける必要がある。
【０００８】
レーザスペクトルを正確に測定する別の方法は、高解像度の格子分光計を使用することである。これらの測定器により、正確なΔλ95%の測定を含む正確なスペクトル測定が準備されるが、装置が大きくなり高価である。これらの測定器は、実験室では有効に使用されるが、生産ラインのマイクロリソグラフィーでの使用にはあまり適していない。
必要とされるのは、マイクロリソグラフィー処理の間、現場で使用できるように内部レーザ診断セットの一部として作ることができる、ΔλFWHMとΔλ95%との両方を正確に測定できるコンパクトな分光器である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、第１の複光路エタロンベース分光器を提供する。好ましい実施形態において、第１の複光路エタロンに適合する第２のエタロンが使用され、非常に正確なフリンジデータを生成する。拡散ビームのスペクトル成分は、エタロンを通って透過される時、角度的に分離される。再帰反射器は、透過成分をエタロンを通って反射して戻す。２度透過されたスペクトル成分は、第２のエタロンを通って進み、第２の好ましい実施形態においてはフォトダイオード・アレーである光検出器上に集束する。該分光器は、非常にコンパクトであり、ΔλFWHM及びΔλ95%の両方に対してマイクロリソグラフィーが必要とする精度を伴う帯域幅測定を可能にする、極めて正確なフリンジデータを生成する。
【００１０】
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。望遠鏡３２を使用してサイズを３回縮小されたレーザビーム１６は、拡散器３４を照射する。拡散器３４から拡散されたビームは、エタロン２５を照射する。中空再帰反射器３８が使用され、２回目の通過のためにビームをエタロン２５に戻す。ビームの各成分は、エタロン２５を通る２回目の通過のために正確に１８０度、又は、ほぼ正確に１８０度で反射されるが、しかし、反射成分の僅かな変位がある。これらの僅かな変位は、エタロンを通る２回通過の後のビーム成分を反射する４５度の鏡４０の使用を可能にし、一方、入射ビームの十分な部分の通過を許す。反射ビームの成分は、焦点距離が１メートルのレンズ４２によって線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）４４上に集束され、そこでフリンジパターン４９が検出される。好ましいＰＤＡは、２０４８要素を持つ１４ミクロン×１４ミクロンのアレーであり、米国カリフォルニア州サニーベール所在のイージー・アンド・ジー・インコーポレーテッドなどの供給元から入手可能である。
【００１１】
フリンジパターン４９は、図１に示す従来技術エタロンのピーク１５と同じ所に位置する多重ピークから成る。しかし、その違いは、本発明の複光路構成におけるエタロン分光器の改善された解像度のため、本発明のエタロンのピークは、実際のレーザスペクトルにより近密に適合することである。
本出願人は、図３の設計に基づく試験的な複光路エタロン分光器を組み立てて試験をし、優秀な結果を得た。
【００１２】
図４は、２４８．２５ｎｍにおいて僅か約０．００３（ＦＷＨＭ）の極端に狭いスペクトル帯域幅を持つ光を放射する周波数２倍化アルゴンイオンｃｗレーザからのビームのスペクトル（ＰＤＡ４４により記録された）を示す。（このレーザからの光スペクトルは十分に狭いので、０．１ピコメートルを超える範囲の帯域幅を持つエタロンを試験する目的では単色光と考えられる。）ＰＤＡ４４によって記録されるＦＷＨＭ帯域幅は、（図４に示すように）約０．１２ピコメートルであり、９５％積分値は、０．３３ピコメートルであった。上記の条件下における直列の２つの完璧なエタロンの理論値は、０．０９ピコメートル（ＦＷＨＭ）及び０．２５（９５％積分）であろう。これらの結果は、ＦＷＨＭに対する０．１ピコメートル及び９５％積分に対する約０．３の範囲の帯域幅解像度は、図３の複光路エタロン分光器を用いて得られることを示す。
【００１３】
本発明の出願人は、高解像格子分光器と本発明のコンパクト分光器とで計測されたマイクロリソグラフィーＫｒＦレーザの一般的スペクトルを比較した。該格子分光器は、ＦＷＨＭレベルにおいて約０．１２ピコメートルのスリット関数を持ち、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在のサイマー・インコーポレーテッド製のＫｒＦエキシマレーザ試験用のものであった。エタロン分光器及び格子分光器によって得られた各結果は、非常に良く一致した。本発明の複光路エタロン及び格子分光器により計測されたレーザ帯域幅のＦＷＨＭ値は、各々、０．６５ピコメートル及び０．６２ピコメートルであって、一方、本発明の複光路エタロン分光器及び高解像格子分光器により計測された帯域幅の９５％積分値は、各々、１．６７ピコメートル及び１．７０ピコメートルであった。
【００１４】
本発明の複光路エタロン分光器は、従来技術エタロン分光器と同様のフリンジパターンを形成するが、その違いは、該フリンジは、実際のスペクトルにより近密に一致し、エタロン解像度によるコンボルブがより少ないことである。従って、よく知られた手法のどれでも、該フリンジパターンの分析に使用できる。このエタロン分光器はまた、中心波長の計測を正確なものにするために、比較的低解像度の格子分光器と組み合わせて使用することができる。そのような応用は、例えば、米国特許第５、０２５、４４５号、及び、第５、４５０、２０７号に記述されている。エタロン分光器は、単独に波長の絶対値を計測することはできず、従って、エタロンのデータを較正する手段が必要となる。エタロンの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）によって正確に分離されたエタロンから、複数の中心波長を得ることができる。好ましい実施形態において、ＦＳＲは、約５ピコメートルである。正確なエタロンデータを使用して正しい中心波長の値を測定することを可能にするため、米国特許第５、０２５、４４５号において説明されるように、低解像格子分光器を使用してもよい。その格子分光器の解像度は、ＦＳＲの約半分にすることができ、従って、一意的な中心波長の値が選択できる。好ましい較正手段は、米国特許第５、４５０、２０７号に記述されている。
【００１５】
（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は、図５に示されている。
レーザビーム１６は、望遠鏡３２により、第１の実施形態と類似の方法によりサイズを縮小された後に拡散器３４を照射する。しかし、第２の実施形態においては、拡散光の一部分を選択するために空間フィルタ５２が使用される。空間フィルタ５２は、焦点距離が各々１０センチメートルで焦点距離の２倍すなわち約２０センチメートルの距離だけ分離された２つのレンズ５４及び５８から成る。直径約０．１センチメートルのアルミニウム開口５６は、レンズ５４の焦点に置かれる。空間フィルタ５２の目的は、拡散器から入射する扇形光線を約０．０１ステラジアンの角度（空間周波数）内に選択するためである。この濾過された扇形光線は、ビーム分割器４６に入射する。ビーム分割器４６は、部分反射鏡であり、光の約５０％を透過し、残りを反射して除く（図示しない）。拡散光６２のビーム分割器４６を通過する部分は、エタロン２５を照射する。エタロン２５を通過する光は、２回目の通過のためにビームをエタロンに戻す中空再帰反射器７０により反射される。ビームのこの反射部分が６４で示されている。ビームの各成分は、正確に１８０度、又は、ほぼ正確に１８０度でエタロン２５を通る２回目の通過のために反射される。
ビーム６４のエタロン２５を通過する部分の約５０％は、ビーム分割器４６により反射される。この反射された部分は、焦点距離１メートルのレンズ４２によって線型ＰＤＡアレー４４上に集束し、そこでフリンジパターンが検出される。
【００１６】
この実施形態において、エタロン２５は、空間フィルタ５２を通って透過される入射扇形ビームの軸線に対して約０．０１ラジアンの小さな角度で傾けられる。その結果、ＰＤＡ４４によって記録される２セットのフリンジが存在する。ＰＤＡの一方の側には、エタロン２５を２度通過するビームによって生成されるフリンジのセットである図５に示すフリンジセット４５Ｂが存在する。しかし、ＰＤＡ４４のもう一方の側には、異なるセットのフリンジが存在する。同様に図５に示されるこれらのフリンジ４５Ａは、第１の光路においてエタロン２５により反射された初期のビーム６２の一部分により作り出される。この反射フリンジのセットは、フリンジセット４５Ｂとは違って見える。フリンジ４５Ａはディップであるが、一方、フリンジ４５Ｂはピークである。エタロンを通過する複光路の後のビーム強度は、エタロンから反射されるビーム強度よりも相当に弱い可能性があるので、随意的な光低減フィルタ４８をＰＤＡのフリンジセット４５Ａが形成される部分の上方に置くことができる。この随意的フィルタ４８は、透過率が約３０％の中間密度フィルタであることが可能である。図７は、ＰＤＡ４４上でのフリンジ４５Ａ及び４５Ｂの相対的な定位を示す。もし空間フィルタ５２がなく、エタロン２５が傾けられていなかったとしたら、反射フリンジ４５Ａ及び２回透過フリンジ４５Ｂの両方は、ＰＤＡ４４の平面に同心円として生成されていたであろう。フリンジ４５Ａ及び４５Ｂのこれらの円の直径は、正確に同じであったであろうから、従って、それらは互いに相殺する傾向にあったであろう。空間フィルタ５２の目的は、円４５の一部分のみが形成されるように、フリンジのための光を制限することである。エタロンを傾斜させる目的は、図７に示すように、円４５の反射（４５Ａ）及び透過（４５Ｂ）ビームにより生成される各部分を分離するためである。従って、ＰＤＡ４４は、反射及び透過円の両方の部分を検出するが、アレーは、一方の円の左側ともう一方の円の右側とを検出する。
【００１７】
ディップ４５Ａの位置が従来のエタロン分光器のピークがあるべき位置と正確に同じであるため、複光路エタロン分光器は、従来のエタロン分光器が可能な全ての計測をすることができる。すなわち、フリンジ４５Ｂは、スペクトル形状を分析するために使用することができ、一方、実際の波長は、較正データと共にフリンジ４５の直径（図７）により測定される。従来のエタロン分光器においては、この直径は、ピーク１５Ａ及び１５Ｂ（図１）の間の距離として測定される。本発明のエタロンにおいては、この直径は、ピーク４５Ｂ及び対応するディップ４５Ａ（図５）の間の距離として測定される。従って、スペクトル形状及び中心波長情報を測定する従来の手法の全ては、本発明のエタロンにおいても同様に使用することができる。
【００１８】
（第３の好ましい実施形態）
本発明の第３の好ましい実施形態は、図８に示されている。
本実施形態は、下記の点を除いてちょうど図５に示した第２の好ましい実施形態と同様である。
１）４５度５０％ビーム分割鏡は、偏光ビーム分割器４７によって置き換えられる。このビーム分割器は、レーザ光の支配的な偏光を最大限透過し、他の偏光を反射するために配置される。
２）中空反射器７０は、中空プリズム７２によって置き換えられる。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つの反射矩形鏡７２Ａ及び７２Ｂにより作り出される。平面７２Ａ及び７２Ｂが交差する線７２Ｃ（以下に説明される図９に示す）は、偏光ビーム分割器４７を通って透過されたビーム６２の偏光に対して約４５度の角度に位置合わせされる。
図９は、ビーム６２（図８）の方向に沿って見たプリズム７２を示す。図９は、線７２Ｃに対するビーム６２（図８に示す）の偏光１６２の方向のほか、反射光の偏光１６４の方向を示す。この偏光１６４は、中空プリズム７２によって反射して戻された後、９０度だけ回転している。図８に戻ると、この反射戻り光は、第２の実施形態（図５）と同じようにエタロン３７を通って２回目の通過をする。この複光路ビーム６４は、その９０度回転した偏光のためにここで偏光ビーム分割器４７によって反射されることになり、レンズ４２によりＰＤＡアレー４４上に集束されて、第２の実施形態（図５）と類似のフリンジパターン４５Ａ及び４５Ｂを形成するであろう。
【００１９】
しかし、本実施形態においては、偏光ビーム分割器４７によってもたらされる処理能力が第２の実施形態（図５）の５０％反射器４６と比較して高いために、ＰＤＡ４４により検出される信号の振幅はより大きい。しかし、この実施形態におけるフリンジパターンは、第２の実施形態のそれと同様であり、従って、スペクトル形状と中心波長とを計測する同じ手法をこの実施形態でも同様に使用できる。マイクロリソグラフィーに使用されるエキシマＫｒＦレーザなどの多くのレーザは高度に偏光された光を生成するので、この第３の実施形態の使用は、信号を相当に（最大２から３倍）増大させるであろう。好ましい偏光ビーム分割器４７は、一方の偏光に対しては約９０％の透過率、また、もう一方の偏光に対しては９７％を超える反射率を持つであろう。
３つの実施形態の全てにおいて、ビームが同じエタロンを通って２度進むという利点がある点を理解されたい。従って、反射面が真に平行であると仮定すると、実際上、両方の光路にとってエタロンのプレート間の同じ間隔が保証される。
【００２０】
どのような直列式エタロン分光器装置においても、エタロン間隔を正確に合わせることは極めて重要である。２４８ナノメートルの光に対して、最小６．３３ナノメートル（６３３ナノメートル周波数２倍化アルゴンイオンレーザ波長の１／１００）のエタロンプレート間の間隔差は、分光器の解像度を実質的に破壊する。そのような間隔差の結果は、図６に示されており、太線の曲線が６．３３ナノメートルの間隔差の結果を示し、細線の曲線が完全に一致した間隔を持つ２つのエタロンスペクトルを表す。６ナノメートルで一致する間隔（一般に１から１５ミリメートルの範囲である）を備える２つのエタロンを持つことは極めて困難である。本発明のエタロン分光器におけるのと同様な１つのエタロンを用いると、２つの光路の間隔は、エタロンが正確な平行反射面を備えて高品質を保つ限り、同じままである。本出願人は、第１及び第２の実施形態を試験して大きな成果を得ている。
【００２１】
（第４の好ましい実施形態）
本発明の第４の好ましい実施形態は、図１０に示されている。この実施形態は、第２のエタロンが装置に追加された以外は、図５に示す実施形態及び上記の第１の実施形態と実質的に同じである。複光路エタロンは、２５Ａで表され、単一光路エタロンである第２のエタロンは、２５Ｂで表される。この実施形態において、縮小望遠鏡３２は３対１縮小望遠鏡であり、拡散器３４は小さな回折拡散器であり、複光路エタロン２５Ａは１０ピコメートルエタロンであり、再帰反射器７０は中空コーナーキューブであり、エタロン２５Ｂは２ピコメートルエタロンであり、また、レンズ４２は１．５メートルレンズである。特殊フィルタは、扇形光線を選択し、スペクトルを歪めかねないどのようなゼロのオーダーの成分も除去する。折り畳み鏡（図示しない）は、装置全体を２フィート×１フィートの光学ブレッドボード上に装着することを可能にする。
【００２２】
２つのエタロンの透過関数を正確な比の値５まで調整するのに、エタロンの同調が必要であった。２ピコメートルエタロンは、空気間隙エタロンであり、１０ピコメートルエタロンと合わせるために圧力同調された。圧力同調は、エタロンを密閉ハウジングに閉じ込め、調節可能ベローズに空気線により接続して達成された。ベローズを圧縮することにより、エタロンの空気圧と、従ってＦＳＲとを調節することができた。使用された実験室の温度安定性は、中実の１０ピコメートルエタロンには適さないことが判明した。１０ピコメートルエタロンの安定性を向上させるために、温度制御アセンブリが構築された。該アセンブリは、抵抗加熱部材、抵抗温度センサ、及び、温度制御モジュールで構成された。
【００２３】
多重光路多重エタロン（ＭＰＭＥ）分光器のインパルス応答試験は、単色光源としてＦｒｅＤレーザを使用して行われた。１０２４要素のハママツ線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）、及び、デジタル化オシロスコープは、分光器によって生成されたフリンジパターンを記録した。フリンジ画像に加え、ダークレベルの画像が記録された。その２つのファイルの各々は、約９０ヘルツの線速度で走査される６０フレームのＰＤＡの平均を表した。各フレームの積分時間は、約１０．５マイクロ秒であった。記録された画像は、フリンジ画像からダークレベル画像を減き、得られたデータに基底線を当てはめることにより処理された。次に、得られたデータは、図１１にグラフで表され、ノイズを拡大した図は、図１２に表されている。
記録された実験透過関数は、ＭＰＭＥ分光器のモデル関数と近密に合致する。モデル値に対して分光器の僅かに優れるＦＷＨＭ性能は、１つ又は両方のエタロンのフィネス値をモデル値３０よりも高くすることにより生み出されたかもしれない。
【００２４】
分光器の好ましい実施形態においては、両方のエタロンを空気間隙タイプとし、同調を１０ピコメートルエタロンを圧力同調することにより達成させるであろう。これにより分光器の温度安定性が増し、２ピコメートルエタロンを圧力同調する必要がなくなるであろう。１０ピコメートルエタロンを同調することにより、第１のフリンジの位置変動もまた減少するであろう。エタロンのＦＳＲは、波長に関してフリンジ位置の境界を定めるので、１０ピコメートルエタロンを同調することは、フリンジの位置変動を２ピコメートルに設定するであろう。フリンジ位置の変動が小さいと、積分９５％幅を計算するより一貫性のある積分範囲を全ての波長に関して維持することができる。
【００２５】
使用する線型ＰＤＡは、分光器の解像度を制限していることにも注意されたい。２５ミクロンの大きさの画素は、生成されるフリンジパターンの幅と比較すれば比較的大きいものであった。この問題を和らげるために、より長い焦点長さ１．５メートルのレンズを使用して、フリンジパターンのサイズが拡大された。この倍率では、第１のフリンジの直径は、中心から５ピコメートルに置かれた時に検出器による画像化には大きすぎる。ＰＤＡ全体は、波長空間での約１２ピコメートルに変換するフリンジパターンの放射状区画を覆うのみである。たとえこの最大倍率においても、フリンジのＦＷＨＭは、３画素又はそれ以下である。従って、この分光器デザインの全解像度を利用するには、少なくとも２０４８画素を持つ線型アレーが必要であろう。
【００２６】
このタイプのデザインの実用上の制限は、エタロンの各空隙の最大比を約１０に設定する。２つのエタロンの隙間比が１０を超える時、第１の付帯ピークが設計透過帯域に近接することは、積分９５％幅のかなりの増加を引き起こす。この隙間比の指針と最小ＦＳＲ１０ピコメートルという追加制限とを使用することにより、最高解像度多重光路多重エタロン分光器を１０ピコメートルエタロン及び１ピコメートルエタロンを使用する装置に設定する。両方のエタロンに対して推定フィネス値３０を持つそのような装置の理論的透過関数は、０．０３ピコメートルのＦＷＨＭと０．１５ピコメートルの積分９５％とを生み出す。
【００２７】
（第５の好ましい実施形態）
本出願人が製作及び試験した第５の実施形態は、２ピコメートル単一光路エタロンを２０ピコメートル複光路エタロンと組み合わせたもので、ＭＰＭＥ装置がＫｒＦレーザビームの帯域幅を計測するために使用され、その結果は、最新の正確な格子ベース分光器を使用した同様な結果と比較された。生の結果は、図１３及び図１４に示されている。図１４は、図１３の一部分を拡大したものである。これらのグラフは、遙かにコンパクトなＭＰＭＥの方が格子分光器よりもかなり高い解像度を持つことを示している。
【００２８】
当業者は、本発明の精神から逸脱することなく他の修正が可能であることを理解することができる。例えば、迅速な応答が必要でない場合、走査出口スリット及び光度計がフォトダイオード・アレーの代わりに使用できる。このスリット・光度計アセンブリは、ＰＤＡの区域を走査でき、異なる波長の光の強度を計測する。第２の単一光路エタロンは、図３及び図８に示す複光路エタロン装置のほか、図５に示すものと組み合わせることが可能であろう。また、第４及び第５の実施形態で説明した形態は、本明細書において参照文献として援用されている２０００年２月２５日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５１３、３２５号の開示とも組み合わせることが可能であろう。従って、本発明は、特許請求範囲及びその法的同等事項によってのみ制限されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術による分光器の図である。
【図２】従来技術によるエタロン分光器のスリッ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２倍化アルゴンイオンレーザビームのスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第２の好ましい実施形態の図である。
【図６】微小エタロンプレート不整合の効果を示す図である。
【図７】フォトダイオード・アレー上のフリンジパターンを示す図である。
【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。
【図１０】本発明の第４の好ましい実施形態の図である。
【図１１】第４の実施形態における試験結果を示す図である。
【図１２】第４の実施形態における試験結果を示す図である。
【図１３】ＭＰＭＥ分光器の試験結果と格子分光器との比較を示す図である。
【図１４】ＭＰＭＥ分光器の試験結果と格子分光器との比較を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
２５  エタロン
３２  望遠鏡
３４  拡散器
３８  中空再帰反射器
４０  ４５度の鏡
４２  レンズ
４４  線型フォトダイオード・アレー（ＰＤＡ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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