(57)【要約】  光ビームの光学スペクトルを推定する方法が実行される。方法は、それぞれが光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取る、スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影すること、投影した光ビームの特性をスペクトロメータの個別の空間領域のそれぞれで検出すること、各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取ること、及び光ビームの光学スペクトルを、検出した光ビーム特性と受け取った２次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、を含む。【選択図】  図１
2020516861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームの光学スペクトルを推定する方法であって、
スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影し、前記空間領域のそれぞれが前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取ること、
前記投影した光ビームの特性を前記スペクトロメータの前記個別の空間領域のそれぞれで検出すること、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供し、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する、２次元行列を受け取ること、及び
前記光ビームの前記光学スペクトルを前記検出した光ビーム特性と前記受け取った２次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は異なる角度に沿って送ることを含む、前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及び
これらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
互いに干渉する複数の光ビームを生成すること、及び
前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンが、前記スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記投影した光ビームの特性を前記個別の空間領域で検出することが、前記投影した光ビームを通って延びる少なくとも１つの半径方向経路に沿って前記光ビームの強度を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記投影した光ビームの特性を前記個別の空間領域で検出することが、前記光学スペクトルの前記フィルタリングされたバージョンによって前記空間領域に付与されたエネルギーを検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
試験光ビームを前記スペクトロメータと相互作用させること、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び
前記範囲内の各スペクトル特徴について、
前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、
前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶すること、及び
前記２次元行列を前記予備２次元行列に基づいて計算すること、
によって前記２次元行列を作成することをさらに含み、
前記２次元行列の行の数及び前記予備２次元行列の列の数はＮに等しく、前記２次元行列の列の数及び前記予備２次元行列の行の数はＭに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記２次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記個別のスペクトル特徴の数Ｎが、前記推定した光学スペクトルの解像度を決定する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の擬似逆行列を計算することによって前記２次元行列を作成すること、
前記２次元行列を記憶すること、をさらに含み、
前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記２次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備２次元行列の前記擬似逆行列を計算することが、前記予備２次元行列に特異値分解を行うことを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記投影した光ビームの前記検出した特性をアレイに記憶することをさらに含み、前記アレイの行の数が、１つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、もう１つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アレイの前記列の数が１に等しく、前記アレイの前記行の数がＭに等しく、
前記２次元行列の列の数がＭに等しい、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算することをさらに含み、前記スペクトル特徴が、波長及び帯域幅の１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
光ビームの経路にあるスペクトロメータと、
前記スペクトロメータに接続された制御システムと、を備えたメトロロジ装置であって、
前記スペクトロメータが、
前記光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、
投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、前記投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備え、
前記制御システムが、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取り、
前記検出した光ビーム特性及び前記受け取った２次元行列を解析し、
前記解析に基づいて前記光ビームの光学スペクトルを推定するように構成されたメトロロジ装置。
【請求項１６】
各空間領域が、検出器の１つ以上の結像素子で構成された表面である、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項１７】
前記スペクトル分散装置が、
互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、前記光ビームを前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンに角度分離するように構成されたエタロンと、
前記異なるフィルタリングされたバージョンを前記検出器の前記個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと、を備えた干渉光学装置を備え、
前記検出器の前記空間領域が、半径方向に沿って中心領域から配置される、
請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項１８】
前記２次元行列の行の数がＮに等しく、Ｎが前記２次元行列の前記行に記憶されている個別のスペクトル特徴の範囲に等しく、前記個別のスペクトル特徴の範囲が前記エタロンの少なくとも１つの自由スペクトル領域に及び、前記個別のスペクトル特徴の数Ｎが、前記推定した光学スペクトルの解像度を決定する、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項１９】
前記検出器が、一方向に沿って延びるフォトダイオード検出器のアレイを備える、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項２０】
前記制御システムが、前記検出した前記投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備え、前記アレイの行の数が、第１の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、第２の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の列の数に一致する、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項２１】
前記第１の空間方向が半径方向であり、前記第２の空間方向が前記半径方向に垂直である、請求項２０に記載のメトロロジ装置。
【請求項２２】
前記スペクトロメータが相互作用する試験光ビームを生成するように構成された試験光源と、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を制御するスペクトル特徴駆動装置と、
をさらに備えた、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項２３】
前記スペクトル特徴駆動装置が、前記試験光ビームが前記スペクトロメータと相互作用する間、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって前記試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成され、
前記検出器が、前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成され、
前記制御システムが、前記試験光源及び前記スペクトル特徴駆動装置に接続され、前記範囲内の各スペクトル特徴について、前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、前記２次元行列を作成するように構成された、請求項２２に記載のメトロロジ装置。
【請求項２４】
前記試験光ビームが、前記光ビームの帯域幅よりも５から５００，０００倍小さい帯域幅を有する、請求項２２に記載のメトロロジ装置。
【請求項２５】
前記試験光源が単一周波数全固体レーザを含む、請求項２２に記載のメトロロジ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、RECOVERING SPECTRAL SHAPE FROM SPATIAL OUTPUTという名称の２０１７年４月９日出願の米国出願第６２／４８３，４２３号、及びRECOVERING SPECTRAL SHAPE FROM SPATIAL OUTPUTという名称の２０１７年７月１７日出願の米国出願第１５／６５１，９３５号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  開示される主題は、例えばエタロンスペクトロメータにより生成された空間出力から光ビームのスペクトル形状を回復し、それにより光ビームの１つ以上のスペクトル特徴（帯域幅又は波長など）を推定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  半導体リソグラフィ（又はフォトリソグラフィ）は、集積回路（ＩＣ）の製造に半導体（例えばシリコン）基板（ウェーハとも呼ばれる）上に種々の物理的及び化学的プロセスを実行することを含む。フォトリソグラフィ露光装置又はスキャナは、所望のパターンを基板のターゲット部分上に与える機械である。ウェーハは軸方向に沿って延びる光ビームによって照射され、概ね軸方向に実質的に直交する横平面に沿って延びるようにステージに固定される。光ビームは、例えば約１０ナノメートル（ｎｍ）から約４００ｎｍの深紫外線（ＤＵＶ）領域の波長を有する。光ビームは、（ウェーハが延在する横平面と直交する）軸方向に沿って移動する。
【０００４】
[0004]  光ビームのスペクトル特徴を測定するのにスペクトル解析モジュールが使用され、このように測定されたスペクトル特徴を用いて光ビームの態様を制御する。光ビームを制御することによって、様々なリソグラフィ特性を制御することができる。例えば、ウェーハにおける最小フィーチャサイズ、すなわちクリティカルディメンション（ＣＤ）を制御することができる。又は、オーバーレイ、表面粗さ、及び近接効果補正などのパターン特性を制御することができる。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  一部の一般的な態様において、光ビームの光学スペクトルを推定する方法が実行される。この方法は、それぞれが光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取る、スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影すること、投影した光ビームの特性をスペクトロメータの個別の空間領域のそれぞれで検出すること、各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取ること、及び光ビームの光学スペクトルを、検出した光ビーム特性と受け取った２次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、を含む。
【０００６】
[0006]  実装形態は以下の特徴の１つ以上を含むことができる。例えば光ビームは、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及びこれらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影することによってスペクトロメータの個別の空間領域に投影することができる。光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンは、各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は角度に沿って送ることによって分離することができる。
【０００７】
[0007]  光ビームは、互いに干渉する複数の光ビームを生成することによってスペクトロメータの個別の空間領域に投影することができ、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンは、スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じることができる。
【０００８】
[0008]  各空間領域は、検出器の１つ以上の結像素子で構成された表面でよい。
【０００９】
[0009]  投影した光ビームの特性は、投影した光ビームを通って延びる少なくとも１つの半径方向経路に沿って光ビームの強度を検出することによって、個別の空間領域で検出することができる。投影した光ビームの特性は、光学スペクトルのフィルタリングされたバージョンによって空間領域に付与されたエネルギーを検出することによって、個別の空間領域で検出することができる。
【００１０】
[00010]  方法は、試験光ビームをスペクトロメータと相互作用させること、試験光ビームのスペクトル特徴を、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び範囲内の各スペクトル特徴について、試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、及び試験光ビームの検出した特性をスペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに予備２次元行列の列として記憶すること、によって２次元行列を作成することを含むことができる。列はスペクトル特徴に基づいて割り当てられ、予備２次元行列はスペクトロメータの入出力関係を捉える。２次元行列は、予備２次元行列に基づいて計算することができる。２次元行列の行の数及び予備２次元行列の列の数はＮに等しくてよく、２次元行列の列の数及び予備２次元行列の行の数はＭに等しくてよい。光ビームの光学スペクトルは、２次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することによって推定することができる。試験光ビームは、光ビームの帯域幅よりも５から５００，０００倍小さい帯域幅を有することができる。個別のスペクトル特徴の数Ｎは、推定した光学スペクトルの解像度を決定することができる。
【００１１】
[00011]  方法は、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備２次元行列の擬似逆行列を計算することによって２次元行列を作成すること、及び２次元行列を記憶することを含むことができる。光ビームの光学スペクトルは、２次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することによって推定することができる。予備２次元行列の擬似逆行列は、予備２次元行列に特異値分解を行うことによって計算することができる。方法は、雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことを含むことができる。
【００１２】
[00012]  スペクトル特徴は波長であってよく、光学スペクトルは、光ビームの光パワーの異なる波長への分布を記述することができる。
【００１３】
[00013]  方法は、投影した光ビームの検出した特性をアレイに記憶すること含むことができる。アレイの行の数は、１つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数は、もう１つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する。アレイの列の数は１に等しくてよく、アレイの行の数はＭに等しくてよく、２次元行列の列の数はＭに等しくてよい。
【００１４】
[00014]  方法は、推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算すること含むことができる。スペクトル特徴は波長及び帯域幅の１つ以上を含むことができる。
【００１５】
[00015]  他の一般的な態様において、メトロロジ装置が光ビームの光学スペクトルを推定するように構成される。装置は、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するための、及びそれぞれが光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取る個別の空間領域に光ビームを投影するためのスペクトル分散手段と、投影した光ビームの特性を各空間領域で検出するための検出手段と、処理手段とを備える。処理手段は、各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトル分散手段の入出力関係に関連する２次元行列を受け取り、検出した光ビーム特性及び受け取った２次元行列を解析し、解析に基づいて光ビームの光学スペクトルを推定するためのものである。
【００１６】
[00016]  他の一般的な態様において、メトロロジ装置は光ビームの経路にあるスペクトロメータと、スペクトロメータに接続された制御システムとを備える。スペクトロメータは、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備える。制御システムは、各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取り、検出した光ビーム特性及び受け取った２次元行列を解析し、解析に基づいて光ビームの光学スペクトルを推定するように構成される。
【００１７】
[00017]  実装形態は以下の特徴の１つ以上を含むことができる。例えばスペクトル分散装置は、２次元行列に従って光ビームの空間依存スペクトルフィルタリングを行い、光ビームの異なる波長を異なる透過強度で透過させることによって、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されてよい。
【００１８】
[00018]  スペクトル分散装置は干渉光学装置を備えることができる。干渉光学装置は、互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたエタロンと、異なるフィルタリングされたバージョンを検出器の個別の空間領域に投影するように構成されたレンズとを備えることができる。エタロンは光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを角度分離することができ、検出器の空間領域は半径方向に沿って中心領域から配置することができる。２次元行列の行の数はＮに等しくてよく、Ｎは２次元行列の行に記憶されている個別のスペクトル特徴の範囲に等しくてよい。個別のスペクトル特徴の範囲は、エタロンの少なくとも１つの自由スペクトル領域に及ぶことができ、個別のスペクトル特徴の数Ｎは、推定した光学スペクトルの解像度を決定する。
【００１９】
[00019]  検出器はフォトダイオード検出器装置を含むことができる。フォトダイオード検出器装置は、一方向に沿って延びるフォトダイオードアレイを備えることができる。
【００２０】
[00020]  検出器は、スペクトル特徴分布により個別の空間領域に付与されたエネルギーを検知することができる。
【００２１】
[00021]  制御システムは、検出した投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備えることができ、アレイの行の数は、第１の空間方向の検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数は、第２の空間方向の検出器の個別の空間領域の列の数に一致する。第１の空間方向は半径方向であってよく、第２の空間方向は半径方向に垂直であってよい。アレイの列の数は１に等しくてよく、アレイの行の数はＭに等しくてよく、２次元行列の列の数はＭに等しくてよい。
【００２２】
[00022]  試験光源は試験光ビームを生成するように構成されてよい。スペクトロメータは試験光ビームと相互作用することができる。スペクトル特徴駆動装置が試験光ビームのスペクトル特徴を制御することができる。スペクトル特徴駆動装置は、試験光ビームがスペクトロメータと相互作用する間、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成されてよく、検出器は、試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成されてよく、制御システムは、試験光源及びスペクトル特徴駆動装置に接続することができる。制御システムは、範囲内の各スペクトル特徴について、試験光ビームの検出した特性を、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備２次元行列のスペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、２次元行列を作成するように構成されてよい。
【００２３】
[00023]  試験光ビームは、光ビームの帯域幅よりも５から５００，０００倍小さい帯域幅を有することができる。試験光源は単一周波数全固体レーザを含むことができる
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】[00024]  光源により生成されウェーハに誘導される光ビームのスペクトル特徴を、検出された光ビームの特性及び２次元行列に少なくとも部分的に基づいて測定又は解析するメトロロジ装置のブロック図である。
【図２】[00025]  図１のメトロロジ装置が組み込まれたフォトリソグラフィシステムのブロック図である。
【図３】[00026]  メトロロジ装置が図２のフォトリソグラフィシステムにどのようにして組み込まれるかを示すブロック図である。
【図４Ａ】[00027]  光干渉型デバイスであるスペクトロメータを備えた例示的なメトロロジ装置のブロック図である。
【図４Ｂ】[00028]  図４Ａのスペクトロメータで使用可能な例示的な検出器の側面平面図である。
【図５】[00029]  メトロロジ装置の出力から形成されたフリンジパターンと、２次元行列が計算される予備２次元行列と、光ビームの光学スペクトルとの関係を示す１組のグラフを示す図である。
【図６Ａ】[00030]  光ビームの光学スペクトルと、予備２次元行列と、メトロロジ装置の出力から形成されたフリンジパターンとの間の関係をグラフ形式で示した図である。
【図６Ｂ】[00031]  図６Ａの予備２次元行列の擬似逆行列である２次元行列及びメトロロジ装置の出力から形成されたフリンジパターンに基づいて、どのようにして光ビームの光学スペクトルを回復するかをグラフ形式で示した図である。
【図７】[00032]  図１又は図４のスペクトロメータのための２次元行列を決定するのに使用される例示的な試験装置のブロック図である。
【図８】[00033]  図２のフォトリソグラフィシステムの例示的な制御システムのブロック図である。
【図９】[00034]  光ビームを生成する例示的な光源のブロック図である。
【図１０】[00035]  光ビームの１つ以上のスペクトル特徴を制御するための例示的なスペクトル特徴選択装置のブロック図である。
【図１１】[00036]  試験制御モジュールにより行われる２次元行列を作成する手順のフローチャートである。
【図１２】[00037]  図１のメトロロジ装置により行われる光ビームの光学スペクトルを推定する手順のフローチャートである。
【図１３】[00038]  図６Ａの予備２次元行列の擬似逆行列として計算された図６Ｂの２次元行列を示す例示的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
[00039]  図１を参照すると、メトロロジ装置１００は、スペクトロメータ１１５と、スペクトロメータ１１５と通信するメトロロジ制御モジュール１０５とを備える。メトロロジ制御モジュール１０５は、スペクトロメータ１１５からの出力及びスペクトロメータ１１５の入出力関係に関連する２次元行列１２０の解析に少なくとも部分的に基づいて、パルス光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７を直接回復する（又は特徴付ける）。
【００２６】
[00040]  パルス光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７は、パルス光ビーム１１０’の光エネルギー、強度、又はパワーをどのようにして異なる波長（又は光周波数）に分布させるかについての情報を含む。光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７は図式的に描かれており、スペクトル強度１５０は波長１５５又は光周波数の関数としてプロットされている。光ビーム１１０’のスペクトル特徴は光学スペクトル１０７の態様又は表現を含む。例えば特定の強度値における波長はスペクトル特徴である（ピーク強度における波長１６０など）。別の例として、光学スペクトル１０７の形状の幅１６５はスペクトル特徴である。この幅は帯域幅といわれることもある。したがって、光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７を回復又は推定することによって、これら１つ以上のスペクトル特徴を計算することができる。
【００２７】
[00041]  同様に図２を参照すると、メトロロジ装置１００に誘導される光ビーム１１０’は、フォトリソグラフィ露光装置（すなわちスキャナ）２０５内の半導体基板（ウェーハ）２００に誘導されるパルス光ビーム１１０から分離される。このため、図３にも示されているように、ビームスプリッタなどのビーム分離器２６０を使用して、光ビーム１１０’の形態をとる光ビーム１１０の一部を取り除き、メトロロジ装置１００に誘導することができる。一部の実装形態では、パルス光ビーム１１０の大部分はフォトリソグラフィ露光装置２０５に誘導される。例えばビーム分離器２６０は、パルス光ビーム１１０の一部（例えば１〜２％）をメトロロジ装置１００に誘導し、結果としてパルス光ビーム１１０’のパワーはパルス光ビーム１１０のパワーの約１〜２％である。
【００２８】
[00042]  光ビーム１１０及びウェーハ２００は互いに対してスキャン（移動）されることによってウェーハ２００上にマイクロ電子フィーチャをパターン付与する。光ビーム１１０のスペクトル特徴は、ウェーハ２００での結像品質に直接的な影響を与える。光ビーム１１０のスペクトル特徴は、任意の適切な１つ以上のメトリックを使用して定量化することができ、これらのメトリックは、ウェーハ２００へのパターン付与中に光ビーム１１０のスペクトル特徴を制御するために光ビーム１１０を調整する必要があるかどうか判断するために、メトロロジ制御モジュール１０５が測定及び解析することができる。
【００２９】
[00043]  光ビーム１１０の帯域幅は光学スペクトル１０７の幅１６５の測度であり、この幅１６５はレーザ光の波長、周波数、又は波数の点から付与することができる。光ビームの帯域幅を推定するのに光学スペクトル１０７の詳細に関連する任意の好適な数学的枠組み（すなわち、メトリック）を使用することができる。例えば、光ビームの帯域幅を特徴付けるのに、スペクトル形状の最大ピーク強度のフラクション（Ｘ）における光学スペクトル１０７の全幅（ＦＷＸＭと称する）を使用することができる。一例として、一般的に使用されるスペクトル形状の特徴付けでは、フラクションＸは５０％であり、各メトリックは半値全幅（ＦＷＨＭ）といわれる。他の例として、光ビームの帯域幅を特徴付けるのに、積分スペクトル強度のフラクション（Ｙ）を含む光学スペクトル１０７の幅（ＥＹと称する）を使用することができる。一実施例では、光ビーム１１０のスペクトル特性を特徴付けるのに一般的に使用されるフラクションＹは９５％である。
【００３０】
[00044]  上述のように、メトロロジ装置１００は、スペクトロメータ１１５からの出力を解析するために、スペクトロメータ１１５からの出力だけでなく２次元行列１２０をも使用することによって、ウェーハ２００のパターニングを制御するために上記の光ビーム１１０のスペクトル特徴を測定又は解析する正確な方法を提供する。
【００３１】
[00045]  図１を再度参照すると、スペクトロメータ１１５は、スペクトル分散装置１２５と、複数の個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）（ここでｉは個別の空間領域の総数である）を有する検出器１３０とを備える。スペクトル分散装置１２５は、光ビーム１１０’を、光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）（ここでｊは光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョンの総数である）に分離するように構成された任意のデバイスである。スペクトル分散装置１２５は、２次元行列１２０に従って他のものよりも光ビーム１１０’の特定の波長又はスペクトル特徴を優先的に透過させる。スペクトル分散装置１２５は、これらの異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）を検出器１３０の個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）に投影する。スペクトル分散装置１２５は、２次元行列１２０に従って光ビーム１１０’の空間依存スペクトルフィルタリングを行い、光ビーム１１０’の異なる波長を異なる透過強度で透過させることによって、光ビーム１１０’を異なるフィルタリングされたバージョンに分離する。
【００３２】
[00046]  個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、光ビーム１１０’が進んでいる方向に垂直な平面に沿って延在することができる。例えば光ビーム１１０’の大まかな方向がＺ方向に沿っており、検出器１３０に誘導される異なるフィルタリングされたバージョンが概ねＺ方向に沿って進む場合は、空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、Ｚ方向と垂直な平面（例えばＸ−Ｙ平面）内に位置することができる。個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、この平面内に任意の形状に配置することができる。例えば個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、アレイ状に配置することができる。アレイはＸ方向とＹ方向の両方向に沿って延びる２次元アレイでよい。アレイは、Ｘ−Ｙ平面又は半径方向に沿って位置する方向にそって延びる１次元アレイでもよい。
【００３３】
[00047]  個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）の総数ｉは、検出器１３０の設計、スペクトル分散装置１２５の設計、スペクトル分散装置１２５の性能、及び光ビーム１１０’のスペクトル特徴に依存する。個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）の総数ｉは、２から数十、数百、又は数千までの任意の値でよい。例えば個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）の数ｉは、異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）の数ｊに対応することができる。個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）の総数ｉはいくつかの要因によって制約される。例えば検出器１３０及び個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、光ビーム１１０’の波長に敏感である必要があり、光ビーム１１０’がＤＵＶ波長範囲にある場合は、検出器１３０はＤＵＶ波長を有する光に敏感でなければならない。さらに、個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）の総数ｉはまた、検出器１３０の最大読み出し速度及び光ビーム１１０’のパルス間隔によって制約される。光ビーム１１０’のパルスが６ｋＨｚの速度で生成され、光ビーム１１０’がＤＵＶ範囲の波長を有する例では、総読み出し時間Ｒは（空間領域における連続パルス間の間隔である）約１６７マイクロ秒（μｓ）である。ピクセルあたりの読み出し周波数Ｐと個別の空間領域の数Ｎの関係は、Ｎ（１／Ｐ）＜Ｒの関係を満たす必要があり、これによって次の読み出しが行われる前に１つの読み出しからのデータを記憶及び／又は処理するのに十分な時間が与えられる。Ｒが約１６７μｓで、ピクセルあたりの読み出し周波数Ｐが１０ＭＨｚの場合は、個別の空間領域の総数ｉは１０２４となり得る。この例では、１０２４（１／１０ＭＨＺｚ）が約１０２μｓであり、１６７μｓより短い。
【００３４】
[00048]  光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）は、光ビーム１１０’のスペクトル特徴（波長）の値に基づいてスペクトル分散装置１２５により分離された光ビーム１１０’の強度の分布である。フィルタリングされたバージョン１４０（１）は、空間領域１３５（１）に投影されたバージョンと定義することができ、同様に、各フィルタリングされたバージョン１４０は、特定の空間領域１３５に投影されたフィルタリングされたバージョンと定義することができる。
【００３５】
[00049]  一部の実装形態では、スペクトル分散装置１２５は、互いに光干渉する複数の光ビームを生成することによって光ビーム１１０’を光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）に分離する光干渉型デバイスである。光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）は、スペクトロメータ１１５の出力又は透過における異なる光共振から生じる。典型的な光干渉型デバイスはエタロン又は格子である。このようなデバイスは、異なるフィルタリングされたバージョンを検出器１３０の個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと併用することができる。レンズは、光を検出器１３０の空間領域と一致する焦点面に結像するようにエタロンの出力に配置することができる。典型的な光干渉型デバイスは図４Ａ及び４Ｂを参照して以下で考察される。
【００３６】
[00050]  他の実装形態では、スペクトル分散装置１２５は、光ビーム１１０’を屈折という光学現象を用いて光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョンに分離する光分散型デバイスである。典型的な光分散型デバイスはプリズムであり、光ビーム１１０’の異なる波長は、プリズムの材料の屈折率が光ビーム１１０’の波長によって変化するためプリズムを通して異なる角度で屈折される。
【００３７】
[00051]  検出器１３０は、光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）を各空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）で受け取り、投影された光ビームの特性（強度など）を各空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）で検出するように構成される。例えば検出器１３０は、各光学スペクトルのフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）によって各空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）に付与されたエネルギーを検出又は検知することができる。空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、スペクトル特徴分布の光子が衝突及び相互作用する任意の表面又は領域であり、空間領域はメトロロジ制御モジュール１０５によるさらなる処理のために光子のエネルギーを電流に変換することができる。
【００３８】
[00052]  一部の実装形態では、検出器１３０は、各フォトダイオードが個別の空間領域の機能を果たすフォトダイオードアレイを有するフォトダイオード検出器を備える。他の実装形態では、検出器１３０は、その各領域が個別の空間領域に対応する単一の光検出器（抵抗性光電陰極など）を備える。検出器１３０の各空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）は、検出器１３０の１つ以上の結像素子又は個別の検出領域（例えばフォトダイオード）から構成された表面でよい。検出器１３０の出力は電流、電荷、又は電圧の形態でよい。
【００３９】
[00053]  メトロロジ制御モジュール１０５は通常、検出器１３０からの検出された特性を記憶するメモリを備える又はこのメモリにアクセスすることができる。さらに、メモリは２次元行列１２０を記憶することができる、又はメトロロジ制御モジュール１０５は外部メモリから２次元行列１２０を受け取るための入力モジュールを備えることができる。
【００４０】
[00054]  図３を参照すると、必須ではないが、メトロロジ装置１００はいくつかある特徴の中で特にビームホモジナイザを備えたビーム生成システム３００を備えることができる。ビーム生成システム３００は、光ビーム１１０’がスペクトロメータ１１５に入る前に光ビーム１１０’の態様を変化させる。例えばビームホモジナイザは、スペックルノイズを低減し、パルス光ビーム１１０’のビーム均質化を向上させ、光ビーム１１０’の異なる空間部分のスペクトロメータ１１５への均一なサンプリングを保証する。ビーム生成システム３００は、パルス光ビーム１１０’の態様を変化させるための他の要素又はコンポーネントを備えることができる。例えばビーム生成システム３００はまた、１つ以上のパルスストレッチャシステムと、１つ以上のディフューザシステムと、１つ以上の空間調整システムとを備えることができる。
【００４１】
[00055]  図２を再度参照すると、メトロロジ装置１００はフォトリソグラフィシステム２１０に組み込まれ、ウェーハ２００にパターン形成するのに使用される光ビーム１１０のスペクトル特徴を測定又は解析する正確な方法を提供する。フォトリソグラフィシステム２１０は、制御システム２６５の制御下で光ビーム１１０を生成する光源２１７（エキシマ光源など）を備える。制御システム２６５は、それぞれがフォトリソグラフィシステム２１０の一部の態様を制御するように設計又は特化されたサブコントローラの一セットの表現と考えることができる。例えば制御システム２６５は、光源２１７を制御するための専用のサブコントローラと、メトロロジ制御モジュール１０５と連動する専用のコントローラとを備えることができる。他のサブコントローラも可能であり、各種のサブコントローラを同じ場所に配置したり相互に分離したりすることができる。
【００４２】
[00056]  一部の実装形態では、光ビーム１１０は連続光ビームでよい。これは光源２１７が光ビーム１１０を連続的に発することを意味する。
【００４３】
[00057]  本明細書に記載の実装形態では、光ビーム１１０はパルスで形成される。これは光源２１７が光ビーム１１０を連続モードではなく光パルスの形態で発することを意味する。
【００４４】
[00058]  光ビーム１１０のパルスは、名目上は深紫外線（ＤＵＶ）領域の中心波長である、例えば約１０ナノメートル（ｎｍ）から約４００ｎｍの間の波長を有する。一部の実装形態ではパルスの波長は約２４８ｎｍであり、一方、他の実装形態ではパルスの波長は約１９３ｎｍである。この例では、メトロロジ装置１００は光源２１７の出力に、又は光源２１７内の適当な場所（ガス放電増幅器の直後など）に配置される。代替的に、メトロロジ装置１００をフォトリソグラフィシステム２１０内の他の場所に配置すること、又はフォトリソグラフィシステム２１０内の異なる場所に配置された複数のメトロロジ装置１００を備えることが可能である。
【００４５】
[00059]  一部の実装形態では、光源２１７は連続波ではなく光パルスの形態の光を発する。したがって、光源２１７は短時間のエネルギーパルスを発する。このような周期パルスはパルス列と見なされ、光ビーム１１０を形成することができる。パルスの持続時間（パルス幅又はパルス長とも呼ばれる）は、パルスのパワーがその最大値のある割合（例えば半分）を連続して上回り続けている時間と定義することができる。パルスの持続時間を決定するのに使用可能な別のメトリックは、パルスの統合された形状のフラクション（Ｙ）を含むパルスの幅である。さらに別のメトリックは時間積分二乗メトリックである。
【００４６】
[00060]  光ビーム１１０は、ビーム誘導光学系及びビーム修正光学系を備え得るビーム生成システム２２０によってフォトリソグラフィ露光装置２０５に誘導される。具体的には、フォトリソグラフィ露光装置２０５内で、パルス光ビーム１１０は光学装置に誘導され、この光学装置は、光ビーム１１０をウェーハ２００に誘導する前に必要に応じて光ビーム１１０を生成し修正するように構成される。光ビーム１１０及びウェーハ２００は、リソグラフィコントローラ２２５の制御下で互いに対してスキャン（移動）され、これによってウェーハ２００上にマイクロ電子フィーチャがパターン付与される。ウェーハ２００上にパターン付与されたマイクロ電子フィーチャのサイズは光ビーム１１０の波長に依存し、より低い波長は、より小さい最小サイズのマイクロ電子フィーチャを実現するための可能な方法の１つである。光ビーム１１０の波長が２４８ｎｍ又は１９３ｎｍであるとき、マイクロ電子フィーチャの最小サイズは、例えば５０ｎｍ未満である可能性がある。ウェーハ２００における光ビーム１１０のパルスの焦点位置は光ビーム１１０の波長と相関する。さらに、光ビーム１１０の帯域幅は、これらのフィーチャのクリティカルディメンション（ＣＤ）や他のプロセス特性に影響を与えることができる。
【００４７】
[00061]  種々の擾乱（例えば温度勾配、圧力勾配、光学的歪など）が光源２１７及び光ビーム１１０に作用して、光ビーム１１０のスペクトル特徴（帯域幅や波長など）又はエネルギーなどの特性を変化させる。例えば光源２１７内の、又は光ビーム１１０と相互作用する光学コンポーネントにおける熱レンズ効果により引き起こされる波面歪が光ビーム１１０の帯域幅を増加させる可能性がある。別の例として、光源２１７の利得媒体中で光ビーム１１０と相互作用する光学コンポーネントにより引き起こされる色収差が光ビーム１１０の帯域幅を増加させる可能性がある。したがって、フォトリソグラフィシステム２１０は、例えば（光ビーム１１０の１つ以上のスペクトル特徴を調整するように構成された）スペクトル特徴選択システム２３０及び（光ビーム１１０の１つ以上の特性を測定するように構成された）メトロロジ装置１００などの他のコンポーネントを備える。制御システム２６５とともに、これらのコンポーネントは、擾乱が光ビーム１１０に及ぼす影響を判定し、このような擾乱が光ビーム１１０に及ぼす影響を補正するのに併用される。
【００４８】
[00062]  図示されていないが、フォトリソグラフィシステム２１０は、光ビーム１１０の他の態様を測定するための、又はスキャナ２０５の他の態様を測定するためのメトロロジ装置１００以外の他の測定システムを備えることができる。
【００４９】
[00063]  図４Ａ及び４Ｂを参照すると、例示的なメトロロジシステム４００は、互いに光干渉する複数の光ビームを生成することによって光ビーム１１０’を光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）、．．．４４０（ｊ）に分離する光干渉型デバイスであるスペクトロメータ４１５を備える。スペクトロメータ４１５は、スペクトル分散装置１２５であるエタロン装置４２５と、フォトダイオードアレイでよい検出器４３０とを備える。
【００５０】
[00064]  エタロン装置４２５は、光ビーム１１０’を（図４Ａにおいて素子４４０で表された）光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などに分離する。エタロン装置４２５のエタロンの形状に起因して、光学スペクトルのフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などは光ビーム１１０’の中心軸からＸ−Ｙ像平面に沿って半径方向外側に延びる。これらのフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などは像平面全体に広がり、スペクトル特徴の主成分が建設的干渉を有する複数の次数に対応する特定の半径値に局在しているように見える。光ビーム１１０’の帯域幅がエタロンの自由スペクトル領域よりはるかに小さい場合は、１つの特定次数は像平面の半径と最大透過波長との間に特異な関係を有する。フィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などをＸ−Ｙ像平面から見ると、パターン４７４の全体形状は、特定のフィルタリングされたバージョン４４０（１）の光ビーム１１０’の強度値が特定リングの周囲に沿ってほぼ一定のままの不鮮明な同心リングのように見える。別な言い方をすれば、フィルタリングされたバージョン４４０（１）は、所与の周囲に沿った全ての点で同じかほぼ同じである。
【００５１】
[00065]  エタロン装置４２５は、入力レンズ４６２と、光周波数分離装置（エタロンなど）４６３と、出力レンズ４６４とを備える。入力レンズ４６２の焦点面に、焦点面からの各点が点光源の機能を果たすように開口４４９を配置することができ、結果として入力レンズ４６２はエタロン４６３に入る前にパルス光ビーム１１０’を平行にする機能を果たす。出力レンズ４６４は、出力レンズ４６４の焦点面が検出器４３０の空間領域４３５（１）、４３５（２）、．．．４３５（ｉ）に重なるように、エタロン４６３の出口に配置される。
【００５２】
[00066]  一部の実装形態では、エタロン４６３は、短い距離（例えば数十又は数百ミクロン、ミリメートル、又はセンチメートル）だけ離間し得る、反射面が互いに向き合う１対の部分反射ガラス又は光学平面４６３Ａ、４６３Ｂを含む。他の実装形態では、エタロン４６３は、２つの平行な反射面を有する単一のプレートを備える。平面４６３Ａ、４６３Ｂは、後面がスプリアス干渉フリンジを生成するのを防ぐためにくさび形状に作られてよく、後面はまた反射防止コーティングを有することが多い。光ビーム１１０’は、対の平面４６３Ａ、４６３Ｂを通過する際、多重反射され、複数の透過光線、具体的には光学スペクトル１０７の複数の異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などを生成し、これらのフィルタリングされたバージョンが出力レンズ４６４によって集められ、検出器４３０の空間領域４３５（１）、４３５（２）、．．．４３５（ｉ）に運ばれる。各空間領域４３５（ｉ）は光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン４４０（ｊ）を受け取る。スペクトロメータ４１５はまた、必要に応じて、空間領域４３５（１）、４３５（２）などが出力レンズ４６４の焦点面にあるようにするために出力レンズ４６４と検出器４３０の間に光学リレーを備えることができる。
【００５３】
[00067]  エタロン４６３は光ビーム１１０’と相互作用し、光学スペクトル１０７の複数のフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）など（例を図４Ｂに概略的に示す）を出力する。光学スペクトル１０７のフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などは、パルス光ビーム１１０’の光エネルギー又はパワー（スペクトル強度）の値がどのようにして異なる波長に分配されるかに対応する。これらのフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などは、各空間領域４３５（１）、４３５（２）などが異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などを受け取るように分離される。したがって、エタロン４６３は、パルス光ビーム１１０’のスペクトル情報（波長など）を、検出器４３０により検知又は検出可能な空間情報に変換する。エタロン４６３の設計に起因して、変換は、スペクトル情報（波長など）を検出器４３０がスペクトル情報を監視できるように空間内の異なる角度位置又は半径方向位置にマップする
【００５４】
[00068]  上述のように、エタロン４６３は、光学スペクトルのフィルタリングされたバージョンとして、同心リングの一セットの外観をとる干渉パターン４７４を生成する。リングの鮮明さはエタロン１８６３の平面４６３Ａ、４６３Ｂの反射性に依存する。したがって、平面４６３Ａ、４６３Ｂの反射性が高い（結果としてエタロンが高い品質（Ｑ）係数を有する）場合、光ビーム１１０’が単色光ビームであるとき、エタロン４６３は暗い背景に対して狭く明るいリングの一セットを生成する。エタロン４６３から透過されたフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などはその各空間領域４３５（１）、４３５（２）などに衝突する。干渉パターン４７４のリングの各部分は、特定波長のためだけの最大透過に対応する。さらに、リングの半径方向幅は、干渉パターン４７４の幾何学的中心（ＧＣ）からの距離とともに減少する。
【００５５】
[00069]  検出器４３０は、各角度分離された空間領域４３５（１）、４３５（２）などで投影された光ビーム１１０’の特性４７２を検出する。例えば検出器４３０は、各空間領域４３５（１）、４３５（２）に付与されたエネルギーを特性として検出する。検出された各空間領域４３５（１）、４３５（２）などに付与されたエネルギーは、メトロロジ制御モジュール１０５がアクセス可能なメモリに記憶される。これらの検出されたエネルギー４７２と空間領域４３５（１）、４３５（２）などのプロットがフリンジパターン４７１を生成する。干渉パターン４７４の各リングは、フリンジパターン４７１のフリンジを生成する。したがってフリンジは、干渉パターン４７４のリングの明るい中心に対応する最大透過を有する湾曲した形状である。フリンジパターン４７１の最大透過（検出されたエネルギー４７２の最大値）の位置は、光ビーム１１０’の波長、光学平面４６３Ａ、４６３Ｂの屈折率、及び光学平面４６３Ａと４６３Ｂの分離に少なくとも部分的に依存する。さらに、フリンジパターン４７１の各フリンジの幅は、空間領域４３５の干渉パターン４７４の中心ＧＣからの距離及びエタロン４６３のフィネスに少なくとも部分的に依存する。エタロン４６３のフィネスは、共振の帯域幅で割った自由スペクトル領域である。エタロン４６３のフィネスは、エタロン４６３内部の損失によって決定され、光学平面４６３Ａと４６３Ｂの分離と無関係である。エタロン４６３のフィネスは、共振の周波数で割った自由スペクトル領域の品質係数倍である。
【００５６】
[00070]  このフリンジパターン４７１は、光学スペクトル１０７に関するいくつかの情報を提供するが、この情報はスペクトロメータ４１５に関する情報と重ねられる。２次元行列１２０は、スペクトロメータ１１５の入出力特性の表現である。したがって、メトロロジ制御モジュール１０５は、２次元行列１２０を使用してフリンジパターン４７１から光学スペクトル１０７を抽出する。フリンジパターン４７１は、これらの計算や推定を行うのに完全な干渉パターン４７４を必要としないため、検出器４３０の全ての空間領域ではなく、利用可能な一部の空間領域４３５（１）、４３５（２）などよって形成することができる。また、検出器４３０のアクティブエリアよりわずかに大きい領域内にフリンジのみを生成することができる。
【００５７】
[00071]  検出器４３０の空間領域４３５（１）、４３５（２）などは光ビーム１１０’の強度を受け取り、検知する。例えば、１次元（半径方向次元など）に沿った測定に使用可能な適当な検出器４３０の一種は線形フォトダイオードアレイである。線形フォトダイオードアレイは、１つのパッケージに等間隔に直線状に形成された同じサイズの複数の要素から構成される。フォトダイオードアレイは光ビーム１１０’の波長に敏感であり、光ビーム１１０’が深紫外線領域の波長を有する場合は、フォトダイオードアレイは深紫外線領域の波長を有する光に敏感である。別の例として、検出器４３０は、２次元電荷結合素子（ＣＣＤ）や２次元相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサなどの２次元センサでよい。検出器４３０は、十分に速い速度、例えば検出器４３０全体について約６ｋＨｚでデータを読み出しできる必要がある。
【００５８】
[00072]  メトロロジ制御モジュール１０５は、検出器４３０の出力と制御システム２６５とに接続され、制御システム２６５は、光源２１７、及びパルス光ビーム１１０に光学的に結合されたスペクトル特徴選択システム２３０と通信する。メトロロジ制御モジュール１０５は、検出器４３０からの出力及び２次元行列１２０を使用して光ビーム１１０の光学スペクトル１０７を推定する。さらに、メトロロジ制御モジュール１０５は、光ビーム１１０の各パルス、又は光ビーム１１０のパルスの一セットの測定、解析、及び計算を実行することができる。
【００５９】
[00073]  典型的なフリンジパターン５７１が図５に示されている。フリンジパターン５７１は、光ビーム１１０’のスペクトロメータ４１５との相互作用に起因して作成され、検出された特性５７２を検出器４３０の空間領域４３５（ｉ）の関数として示す。以上で考察したように、２次元行列１２０はスペクトロメータ４１５の入出力関係に関連する。さらに、２次元行列１２０は、スペクトロメータ４１５の入出力関係を捉えた予備２次元行列に基づいて作成される。この予備２次元行列５２０ｐは図５に示されている。予備２次元行列５２０ｐは、それぞれが空間領域４３５（１）、４３５（２）などに対応する検出器４３０の空間領域５５７に、どのようにして光ビーム１１０’の特定のスペクトル特徴５５６（波長など）がマップされるかを記述している。予備２次元行列５２０ｐ上に示されている可視線は、行列５２０ｐ内の要素が一定値を有する等高線である。等高線の値は線の幅で表されている。つまり、より細い線がより小さい値を表し、より太い線がより大きい値を表す。簡潔にするために、等高線はほんのわずかしか示されていないが、等高線の数は示されているよりも大幅に多いと見られる。
【００６０】
[00074]  例えば、（光学スペクトル１０７に示されている）光ビーム１１０’の波長λ（ｓ）での強度は空間領域４３５（ｉ）にマップされ、マップされた強度の大きさはその波長における行列５２０ｐの値に比例する。したがって、光ビーム１１０’の各波長は独自のフリンジパターンを生成する。一例として、光ビーム１１０’の波長λ（ｓ）での強度は、スペクトロメータ４１５によって予備２次元行列５２０ｐの最大値に対して空間領域５３５（ｓ１）、５３５（ｓ２）、５３５（ｓ３）にマップされる。したがって、フリンジパターン５７１は、光ビーム１１０’のマップされた各波長に対応するフリンジパターンの重ね合わせである。別な言い方をすれば、フリンジパターン５７１の各空間領域４３５は、その空間領域４３５と関連付けられた各フィルタリングされたバージョンの統合エネルギーに対応する。
【００６１】
[00075]  予備２次元行列５２０ｐ内の各成分は、光ビーム１１０’の特定のスペクトル特徴５５６及び検出器４３０の特定の空間領域５５７における強度を示す。予備２次元行列５２０ｐ中の成分の一部は低値であるが、これは光ビーム１１０’の特定のスペクトル特徴５５６及び検出器４３０の特定の空間領域５５７における強度がゼロに近い又はほとんどゼロである（例えば最も明るい等高線はこのような低値に対応する可能性がある）。一方、予備２次元行列５２０ｐ中の成分の一部は高値であるが、これは光ビーム１１０’の特定のスペクトル特徴５５６及び検出器４３０の特定の空間領域５５７における強度がゼロでなくかつ実質的にゼロより大きい。このような高値領域は、図５の予備２次元行列５２０ｐ中の暗い線で示されている。予備２次元行列５２０ｐ中の暗い線と空きスペースの形状は、面平行なエタロン４６３を有するスペクトロメータ４１５の設計を表す。さらに、この例示的な予備の２次元行列５２０ｐでは、次のことが想定されている。すなわち、検出器４３０が出力レンズ４６４の焦点面にあること、フリンジパターン４７４が横方向に検出器４３０を中心とすること、及びフリンジパターン４７４の中心ＧＣが検出器４３０上に位置すること。フリンジパターン４７４の中心ＧＣが検出器４３０上に位置することは必須ではない。
【００６２】
[00076]  図６Ａを参照すると、光学スペクトル１０７と、予備２次元行列５２０ｐと、フリンジパターン５７１との関係が示されており、この関係は行列の乗算で表すことができる。空間領域４３５（ｍ）におけるフリンジパターン５７１の振幅Ｆ間の数学的表現は次のように書くことができる。
[00077]
【数１】
2020516861.tif 000003
[00078]  式中、Ｓ（λｋ）はλｋに等しい波長λ５５５での（光学スペクトル１０７から決定された）スペクトル強度５５０であり、Ａ（ｍ，ｋ）は波長λｋと空間領域４３５（ｍ）との（行列５２０ｐから決定された）マッピングである。この方程式は、第１種フレドホルム積分方程式の離散バージョンである。行列乗算の観点から、この方程式はより簡単にＦ＝Ａ×Ｓｐと書くことができ、式中Ｆはフリンジパターン５７１であり、Ａは行列５２０ｐであり、Ｓｐは光学スペクトル１０７である。図６Ａでは、簡潔にするために、最大値を有する等高線しか示されていない。
【００６３】
[00079]  理想的な面平行エタロンとして設計されたエタロン４６３の場合の行列Ａ５２０ｐの一例として、相対エタロン透過（スペクトル分散装置４２５の入出力関係）は次式によって与えられる。
[00080]
【数２】
2020516861.tif 000004
[00081]  式中、Ｉｎｏｒｍは規格化因子であり、Ｆはエタロン４６３のフィネス係数であり、ｎは平面４６３Ａ、４６３Ｂの反射面間の材料の屈折率であり、ｄｅは平面４６３Ａ、４６３Ｂの反射面間の距離であり、Ｒは空間領域４３５の半径方向距離であり、空間領域４３５と干渉パターン４７４の中心ＧＣとの間の距離である。さらに、検出器４３０は出力レンズ４６４の焦点面に配置され、焦点面は出力レンズ４６４から距離ｆＤのところに位置する。
【００６４】
[00082]  フリンジパターン５７１及び行列Ａ５２０ｐからスペクトルＳｐ１０７を回復するために、この方程式の両側に２次元行列
2020516861.tif 000005
を乗じて、
2020516861.tif 000006
とすべきである。ここで２次元行列５２０は予備２次元行列５２０ｐの擬似逆行列である。したがって、スペクトルＳｐ１０７は、この行列関係
2020516861.tif 000007
によって与えられる。図６Ｂはこの関係を行列形式で示している。図６Ｂに表された２次元行列
2020516861.tif 000008
は、簡潔にするために最大値の等高線しか示されていないが、示されているよりも多くの構造を含むことができる。２次元行列
2020516861.tif 000009
の計算は、メトロロジシステム１００及びフォトリソグラフィシステム２１０の他の態様を説明した後に、以下でさらに詳しく考察される。
【００６５】
[00083]  一部の実装形態では、２次元行列５２０は、エタロン４６３の１つの自由スペクトル領域ＦＳＲのためのマッピングを示す。つまり、２次元行列５２０で使用される個別のスペクトル特徴５５６の領域はエタロン４６３の１つの自由スペクトル領域ＦＳＲに及ぶ。結果として生じるエタロン４６３の１つのＦＳＲから生成される行列Ａ５２０ｐを使用して、他の波長及び自由スペクトル領域からの情報を回復することができ、その結果、たった１つのＦＳＲの測定でも全体的なスペクトル回復に十分である。
【００６６】
[00084]  以上で考察したように、光ビーム１１０’のエタロン４６３との相互作用から形成される光ビームは互いに光干渉する。これらの光ビームが互いに一致した位相で出ていく場合には、エタロン４６３の出力は干渉最大であり、これらの光ビームが互いにずれた位相で出ていく場合には、エタロン４６３の出力は干渉最小である。結果は図４Ａに示す円形のフリンジパターン４７４である。エタロン４６３の自由スペクトル領域ＦＳＲは、２つの連続する透過光強度最大値（又は最小値）間の波長（又は光周波数）間隔である。ＦＳＲは、元のフリンジパターンを正確に再現するために同調させなければならない光ビーム１１０’の波長の量である。一例では、エタロン４６３のＦＳＲは３ピコメートル（ｐｍ）である。
【００６７】
[00085]  また、２次元行列
2020516861.tif 000010
を計算できる前に、スペクトロメータ４１５のための予備２次元行列Ａ５２０ｐを決定しなければならない。図７を参照すると、スペクトロメータ４１５のための予備２次元行列Ａ５２０ｐを決定するのに試験装置７００を使用する。試験装置７００は、任意のスペクトロメータ１１５のための予備２次元行列Ａ１２０ｐを決定するのに使用することができる。
【００６８】
[00086]  試験装置７００は、試験光ビーム７１１を生成するように構成された試験光源７１８と、試験光ビーム７１１のスペクトル特徴（波長など）を制御するためのスペクトル特徴装置７３１とを備える。スペクトル特徴装置７３１及び検出器４３０には試験制御モジュール７４０が接続される。試験光ビーム７１１は、試験制御モジュール７４０により制御されるようにスペクトロメータ４１５と相互作用し、試験制御モジュール７４０は、検出器４３０からの出力を受け取って予備２次元行列Ａ５２０ｐを作成する。
【００６９】
[00087]  一部の実装形態では、試験光源７１８は、関心のあるスペクトル領域にわたって波長を変更することができる波長可変レーザである。例えば、試験光源７１８は単一周波数全固体レーザでよい。試験光源７１８により生成される試験光ビーム７１１は、光ビーム１１０’に対する準単色光ビームと見なすことができる。これは試験光ビーム７１１の帯域幅が光ビーム１１０’の帯域幅よりもはるかに小さいことを意味する。例えば試験光ビーム７１１の帯域幅は光ビーム１１０’の帯域幅の２０％と同じくらいの大きさでよい。試験光ビーム７１１の帯域幅の一般的な範囲は、光ビーム１１０’の帯域幅よりも５〜５００，０００倍小さい。
【００７０】
[00088]  スペクトル特徴装置７３１は試験制御モジュール７４０によって制御され、試験光ビーム７１１のスペクトル特徴（波長など）を、光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７のスペクトル特徴の範囲に対応するスペクトル特徴の範囲にわたって変化させる、又は選択する。これが行われるのは、試験光ビーム７１１がスペクトロメータ４１５と相互作用している間、検出器４３０が各個別の空間領域４３５（１）、４３５（２）などに投影された試験光ビーム７１１の特性を記録している間、及び試験制御モジュール７４０が記録された特性の値を検出器４３０から受け取って記憶する間である。例えば試験光源７１８がレーザダイオードなどの半導体レーザである場合は、スペクトル特徴装置７３１はレーザダイオードの温度を変化させる温度コントローラでよい。別の例として、試験光源７１８がレーザダイオードである場合は、スペクトル特徴装置７３１は半導体ダイオードへの電流を制御する電流コントローラでよい。別の例として、スペクトル特徴装置７３１は、回折格子などの光フィードバック機構の機械的配向、又は試験光ビームを回折格子上に誘導する光学系でよい。
【００７１】
[00089]  次に、メトロロジ装置１００及び試験装置７００の動作を考察する前に、フォトリソグラフィシステム２１０を詳細に説明する。
【００７２】
[00090]  図８を参照して、本明細書に記載のシステム及び方法の態様に関連する制御システム２６５についての詳細を説明する。制御システム２６５は図８に示されていない他の特徴を含むこともできる。一般に、制御システム２６５は、デジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちの１つ以上を備える。
【００７３】
[00091]  制御システム２６５はメモリ８００を備え、メモリ８００は読み出し専用メモリ及び／又はランダムアクセスメモリでよい。コンピュータプログラム指示及びデータを有形で組み込むのに好適な記憶装置は、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリ装置、内部ハードディスク及び脱着式ディスクなどの磁気ディスク、磁気光学ディスク、及びＣＤ−ＲＯＭディスクを含む、全ての形態の不揮発性メモリを含む。以上で考察したように、一部の実装形態では、行列１２０はメモリ８００内に記憶される。制御システム２６５はまた、１つ以上の入力デバイス８０５（キーボード、タッチスクリーン、マイクロホン、マウス、ハンドヘルド入力デバイスなど）と、１つ以上の出力デバイス８１０（スピーカーやモニタなど）とを備えることができる。
【００７４】
[00092]  制御システム２６５は、１つ以上のプログラマブルプロセッサ８１５と、プログラマブルプロセッサ（プロセッサ８１５など）により実行される機械可読記憶デバイス内に有形に組み込まれた１つ以上のコンピュータプログラム製品８２０とを備える。１つ以上のプログラマブルプロセッサ８１５は、それぞれ指示のプログラムを実行して、入力データを操作して適切な出力を生成することによって所望の機能を実行することができる。通常、プロセッサ８１５は、メモリ８００から指示及びデータを受け取る。以上のうちのいずれかを、特殊設計ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）が補完しても内蔵してもよい。
【００７５】
[00093]  制御システム２６５は、いくつかあるコンポーネントの中で特に、スペクトル特徴モジュール８２５と、リソグラフィモジュール８３０と、決定モジュール８３５と、試験制御モジュール７４０と、光源モジュール８５０と、ビームモジュール８６０とを備える。これらのモジュールのそれぞれは、プロセッサ８１５などの１つ以上のプロセッサにより実行される一セットのコンピュータプログラム製品でよい。さらに、モジュール８２５、８３０、８３５、７４０、８５０、８６０はいずれもメモリ８００内に記憶されているデータにアクセスすることができる。
【００７６】
[00094]  スペクトル特徴モジュール８２５は、メトロロジ制御モジュール１０５からの出力を受け取り、１つ以上のスペクトル特徴がスペクトル特徴の許容範囲から外れているかどうかを判定する。試験制御モジュール７４０は、試験装置７００と連動し、結果として試験光源７１８の動作を制御する。試験制御モジュール７４０は、スペクトロメータ１１５からの出力と、どのようにして試験光源７１８を制御するかについての情報とを使用して行列１２０を作成する。リソグラフィモジュール８３０は、フォトリソグラフィ露光装置２０５のリソグラフィコントローラ２２５からの情報を受け取る。光源モジュール８５０は、光源２１７及びスペクトル特徴選択装置２３０の１つ以上に接続される。ビームモジュール８６０はビーム生成システム２２０の１つ以上のコンポーネントに接続される。制御システム２６５内のモジュール間の接続、及び制御システム２６５内のモジュールとフォトリソグラフィシステム２１０の他のコンポーネントとの接続は、有線でも無線でもよい。決定モジュール８３５は、他のモジュール（モジュール８２５及び８３０など）の１つ以上からの出力を受け取り、どの１つ以上のモジュール（試験制御モジュール７４０、ビームモジュール８６０、又は光源モジュール８５０など）をアクティブ化する必要があるかを決定する。
【００７７】
[00095]  図８にはごくわずかなモジュールしか示されていないが、制御システム２６５は他のモジュールを備えることもできる。また、制御システム２６５は、全てのコンポーネントが同一の場所に配置されているかのようなボックスとして表されているが、空間的又は時間的に物理的に互いに離れたコンポーネントから構成することができる。例えば光源モジュール８５０は、光源２１７又はスペクトル特徴選択装置２３０と物理的に同一の場所に配置することができる。別の例として、試験制御モジュール７４０は試験装置７００と物理的に同一の場所に配置することができ、空間的及び時間的に制御システム２６５の他のコンポーネントから分離することができる。
【００７８】
[00096]  一般に、制御システム２６５は、光ビーム１１０に関する少なくとも一部の情報をメトロロジ装置１００から受け取り、スペクトル特徴モジュール８２５は、その情報を解析して、フォトリソグラフィ露光装置２０５に供給された光ビーム１１０の１つ以上のスペクトル特徴（例えば帯域幅）をどのようにして調整するかを決定する。この決定に基づいて、制御システム２６５は、スペクトル特徴選択装置２３０及び／又は光源２１７に信号を送信して制御モジュール８５０を介して光源２１７の動作を制御する。一般に、スペクトル特徴モジュール８２５は、光ビーム１１０の１つ以上のスペクトル特徴（例えば波長及び／又は帯域幅）を推定するのに必要とされる解析を行う。スペクトル特徴モジュール８２５の出力は、決定モジュール８３５に送信されるスペクトル特徴の推定値である。
【００７９】
[00097]  スペクトル特徴モジュール８２５は、推定されたスペクトル特徴を受け取るために接続され、同様にスペクトル特徴目標値を受け取るために接続された比較ブロックを備える。一般に、比較ブロックは、スペクトル特徴目標値と推定値との差を表すスペクトル特徴誤差値を出力する。決定モジュール８３５は、スペクトル特徴誤差値を受け取り、スペクトル特徴を調整するためにいかに最も上手くシステム２１０を補正するかを決定する。したがって、決定モジュール８３５は光源モジュール８５０に信号を送信し、光源モジュール８５０は、スペクトル特徴誤差値に基づいてスペクトル特徴選択装置２３０（又は光源２１７）をどのようにして調整するかを決定する。光源モジュール８５０の出力はスペクトル特徴選択装置２３０に送信される一セットのアクチュエータコマンドを含む。例えば光源モジュール８５０は、このコマンドをスペクトル特徴選択装置２３０の制御モジュールに送信し、制御モジュールは装置２３０内の駆動システムに接続される。
【００８０】
[00098]  また、リソグラフィモジュール８３０は、例えばフォトリソグラフィ露光装置２０５のリソグラフィコントローラ２２５からの指示を受け取って、パルス光ビーム１１０の１つ以上のスペクトル特徴を変化させること、又は光ビーム１１０のパルス繰り返し速度を変化させることができる。リソグラフィモジュール８３０は、いかにしてスペクトル特徴を調整するかを決定するためのこれらの指示についての解析を行って、解析結果を決定モジュール８３５に送信する。制御システム２６５は光源２１７を所与の繰り返し速度で動作させる。所与の繰り返し速度はパルスが生成される速度である。より具体的には、フォトリソグラフィ露光装置２０５は、あらゆるパルスについて（すなわちパルス間基準で）制御システムによって（リソグラフィモジュール８３０を介して）トリガ信号を光源２１７に送信し、これらのトリガ信号間の時間間隔は任意でよいが、フォトリソグラフィ露光装置２０５がトリガ信号を一定間隔で送信する場合は、これらの信号の速度は繰り返し速度である。繰り返し速度はフォトリソグラフィ露光装置２０５によって要求される速度でよい。
【００８１】
[00099]  図９を参照すると、一部の実装形態において光源２１７は典型的な光源９１７である。光源９１７は、パルス光ビームを光ビーム１１０として生成するパルスレーザ源である。光源９１７は、シード光ビーム９１０Ａをパワー増幅器（ＰＡ）９１０に提供する主発振器（ＭＯ）９００を備えた２段階レーザシステムである。主発振器９００は、通常、増幅が行われる利得媒体と、光学共振器などの光学フィードバック機構とを備える。パワー増幅器９１０は、通常、主発振器９００からのシードレーザビーム９１０Ａでシードされるときに増幅が行われる利得媒体を備える。パワー増幅器９１０は、再生リング共振器として設計されるパワーリング増幅器（ＰＲＡ）でよい。この場合、十分な光学フィードバックをリング設計から提供することができる。スペクトル特徴選択装置２３０は、主発振器９００から光ビーム１１０Ａを受け取り、比較的低い出力パルスエネルギーにおける光ビーム１１０Ａの中心波長及び帯域幅などのスペクトル特徴の微調整を可能にする。パワー増幅器９１０は、主発振器９００からシード光ビーム９１０Ａを受け取り、この出力を増幅してフォトリソグラフィで使用する出力に必要なパワーを得る。
【００８２】
[000100]  一部の実装形態では、主発振器９００は、２つの細長い電極を有する排出チャンバと、利得媒体として機能するレーザガスと、電極間でこのガスを循環させるファンとを備える。排出チャンバの一方の側のスペクトル特徴選択装置２３０と排出チャンバの第２の側の出力カプラ９１５との間にレーザ共振器が形成され、シード光ビーム９１０Ａがパワー増幅器９１０に出力される。
【００８３】
[000101]  他の実装形態では、主発振器９００は利得媒体として固体材料を含む。使用可能な固体媒体は、レアアースや遷移金属イオンがドープされた水晶やガラス、又は半導体レーザを含む。固体利得媒体を使用する主発振器９００はシード光ビーム９１０Ａを生成する。固体利得媒体は、フラッシュランプやアークランプで、又はレーザダイオードやチタン（Ｔｉ）サファイア（Ｔｉ：サファイア）レーザを用いて光学的に励起することができる。典型的な固体利得媒体は、ネオジムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）、ネオジムがドープされたイットリウムリチウムフッ化物（Ｎｄ：ＹＬＦ）、又はＴｉ：サファイアでよい。固体利得媒体は、高度に時間的に（かつ空間的に）コヒーレントであり、かつ狭帯域幅を有する単一モード出力を生成することができる。主発振器９００の固体利得媒体から出力されるシード光ビーム９１０Ａは、所望の波長でない波長でよい（例えばＤＵＶ波長範囲の外でもよい）。この場合、シード光ビーム９１０Ａは、パワー増幅器９１０に誘導されたシード光ビーム９１０Ａが所望のＤＵＶ波長となるように、１つ以上の波長変換素子を通して誘導することができる。例えば主発振器９００内で固体利得媒体から出力されたシード光ビーム９１０Ａが（例えばＴｉ：サファイア利得媒体のように）約７７３．６ｎｍの波長である場合は、シード光ビーム９１０Ａを２つの波長変換素子を通して誘導して波長を約１９３．４ｎｍに変換することができる。１つ以上の波長変換素子は、和周波発生などの非線形光学技術を用いて波長を所望の波長に変換することができる。
【００８４】
[000102]  光源９１７はまた、出力カプラ９１５からの出力を受け取るメトロロジモジュール（線幅中心解析モジュールすなわちＬＡＭ）９２０と、必要に応じてビームのサイズ及び／又は形状を修正する１つ以上のビーム修正光学システム９２５とを備えることができる。メトロロジモジュール９２０は、シード光ビームの波長（例えば、中心波長）を測定するのに使用可能な一種の測定システムの例である。一部の実装形態では、メトロロジ装置１００はメトロロジモジュール９２０として機能することができる。これらの実装形態では、光ビーム１１０’は、シード光ビーム９１０Ａから分離された光ビームである。
【００８５】
[000103]  パワー増幅器９１０は、パワー増幅器排出チャンバを備え、これが再生リング増幅器である場合、パワー増幅器はまた、排出チャンバに光ビームを反射して戻し、循環路を形成するビームリフレクタ又はビーム回転デバイス９３０を備える。パワー増幅器排出チャンバは、一対の細長い電極と、利得媒体として機能するレーザガスと、電極間でガスを循環させるためのファンとを備える。シード光ビーム９１０Ａは、反復的にパワー増幅器９１０を通過することによって増幅される。ビーム修正光学システム９２５は、シード光ビーム９１０Ａを入力結合し、パワー増幅器からの増幅放射の一部を出力結合する手段（例えば、部分反射ミラー）を提供することにより、出力光ビーム１１０を形成する。
【００８６】
[000104]  主発振器９００及びパワー増幅器９１０の排出チャンバで使用されるレーザガスは、所要の波長及び帯域幅周辺のレーザビームを生成するのに好適な任意のガスでよい。例えば、レーザガスは、約１９３ｎｍの波長の光を発するフッ化アルゴン（ＡｒＦ）又は約２４８ｎｍの波長の光を発するフッ化クリプトン（ＫｒＦ）でよい。
【００８７】
[000105]  メトロロジモジュール９２０は、主発振器９００の出力（光ビーム９１０Ａ）の波長（例えばピーク波長）を監視する。メトロロジモジュール９２０は光源２１７内の他の位置に配置することができる。さらに、メトロロジ装置１００は、パワー増幅器９１０の出力の１つ以上のビーム修正光学システム９２５の前又は後に配置することができる。
【００８８】
[000106]  パワー増幅器９１０により生成されるパルスの繰り返し速度は、フォトリソグラフィ露光装置２０５のコントローラ２２５からの指示の下で主発振器９００が制御システム２６５により制御される繰り返し速度によって決定される。パワー増幅器９１０から出力されるパルスの繰り返し速度は、フォトリソグラフィ露光装置２０５により見られる繰り返し速度である。
【００８９】
[000107]  以上で考察したように、光学要素のみを使用した帯域幅の粗い制御と細かい制御が共に可能である。一方、スペクトル特徴選択システム２３０内のプリズムの角度を調整することによって粗く広い範囲の帯域幅を制御しながら、主発振器９００及びパワー増幅器９１０内の電極の活性化間の差動タイミングを制御することによって、細かく狭い範囲の帯域幅を迅速に制御することができる。
【００９０】
[000108]  図１０を参照すると、一部の実装形態において、スペクトル特徴選択装置２３０は、パルス光ビーム１１０Ａと光学的に相互作用するように配置された一セットの光学的特徴又はコンポーネント１０００、１００５、１０１０、１０１５、１０２０と、ファームウェアとソフトウェアの任意の組み合わせの形態をとる電子回路を備えた制御モジュール１０５０とを備える。光学コンポーネント１０００、１００５、１０１０、１０１５、１０２０は、スペクトル特徴粗調整システムを提供するように構成することができ、このようなコンポーネントの調整が十分に迅速である場合は、スペクトル特徴微調整システムを提供するように構成することができる。図１０に示されていないが、スペクトル特徴選択装置２３０は、スペクトル特徴を細かく制御するために他の光学的特徴や他の非光学的特徴を備えることができる。
【００９１】
[000109]  制御モジュール１０５０は、各光学コンポーネント１０００、１００５、１０１０、１０１５、１０２０に物理的に結合された１つ以上の駆動システム１０００Ａ、１００５Ａ、１０１０Ａ、１０１５Ａ、１０２０Ａに接続される。装置２３０の光学コンポーネントは、格子とすることができる分散光学素子２０００と、プリズムとすることができる一セットの屈折光学素子１００５、１０１０、１０１５、１０２０からなるビームエキスパンダ１００１とを備える。格子１０００は、光ビーム１１０Ａを分散及び反射させるように設計された反射格子でよい。したがって、格子１０００は、ＤＵＶ範囲の波長を有するパルス光ビーム１１０Ａと相互作用するのに適した材料で作られる。プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０のそれぞれは、光ビーム１１０Ａがプリズムの本体を通過するときに光ビーム１１０Ａを分光し方向転換する機能を果たす透過性プリズムである。プリズムのそれぞれは、光ビーム１１０Ａの波長の透過を可能にする材料（例えばフッ化カルシウムなど）で作ることができる。４個の屈折光学素子１００５、１０１０、１０１５、１０２０が示されているが、４個よりも少ない又は４個よりも多い屈折光学素子をビームエキスパンダ１００１で使用することができる。
【００９２】
[000110]  パルス光ビーム１１０Ａは、開口１０５５から装置２３０に入り、その後、プリズム１０２０、プリズム１０１０、及びプリズム１００５をこの順番で通って移動した後、格子１０００の回折面１００２に衝突する。ビーム１１０Ａが連続したプリズム１０２０、１０１５、１０１０、１００５を通過するごとに、光ビーム１１０Ａは光学的に拡大され、次の光学コンポーネントに向けて方向転換（ある角度で屈折）される。光ビーム１１０Ａは、格子１０００から回折及び反射され、プリズム１００５、プリズム１０１０、プリズム１０１５、及びプリズム１０２０をこの順番で戻った後、光ビーム１１０Ａが装置２３０を出るときに開口１０５５を通過する。
【００９３】
[000111]  ビームエキスパンダ１００１のプリズム（プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０のいずれか１つでよい）の回転は、光ビーム１１０Ａがその回転したプリズムの入射表面に衝突する入射角度を変化させる。さらに、その回転したプリズムを通過した光ビーム１１０Ａの２つの局所的光学的品質、すなわち光学倍率及びビーム屈折角は、その回転したプリズムの入射表面に衝突する光ビーム１１０Ａの入射角の関数である。プリズムを通過した光ビーム１１０Ａの光学倍率は、そのプリズムを出た光ビーム１１０Ａの横幅のそのプリズムに入る光ビーム１１０Ａの横幅に対する比率である。
【００９４】
[000112]  ビームエキスパンダ１００１内の１つ以上のプリズムにおける光ビーム１１０Ａの局所的光学倍率の変化は、ビームエキスパンダ１００１を通過する光ビーム１１０Ａの光学倍率ＯＭ１０６５の全体的な変化を引き起こす。ビームエキスパンダ１００１を通過する光ビーム１１０Ａの光学倍率ＯＭ１０６５は、ビームエキスパンダ１００１を出た光ビーム１１０Ａの横幅Ｗｏのビームエキスパンダ１００１に入る光ビーム１１０Ａの横幅Ｗｉに対する比率である。また、ビームエキスパンダ１００１内の１つ以上のプリズムを通過した局所的ビーム屈折角の変化は、格子１０００の表面１００２における光ビーム１１０Ａの入射角１０６２の全体的な変化を引き起こす。
【００９５】
[000113]  光ビーム１１０Ａの波長は、光ビーム１１０Ａが格子１０００の回折面１００２に衝突する入射角１０６２を変化させることによって調整可能である。光ビーム１１０Ａの帯域幅は、光ビーム１１０の光学倍率１０６５を変化させることによって調整可能である。
【００９６】
[000114]  装置２３０は、光ビーム１１０Ａが格子１０００の回折面１００２に衝突する入射角１０６２を調整することによって、光源２１７の１つ以上の共振器内で生成される光ビーム１１０Ａの波長を調整するように設計される。具体的には、これはプリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０及び格子１０００の１つ以上を回転させて、光ビーム１１０Ａの入射角１０６２を調整することによって行うことができる。
【００９７】
[000115]  さらに、光源２１７により生成される光ビーム１１０Ａの帯域幅は、光ビーム１１０Ａの光学倍率ＯＭ１０６５を調整することによって調整される。光ビーム１１０Ａの帯域幅は、プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０の１つ以上を回転させることによって調整することができ、これによって光ビーム１１０Ａの光学倍率１０６５を変化させる。特定のプリズムの回転は、そのプリズムにおける局所的ビーム屈折角と局所的光学倍率の両方の変化を引き起こすため、この設計では波長の制御と帯域幅の制御が連動する。
【００９８】
[000116]  また、光ビーム１１０Ａの帯域幅は、プリズム１０２０の回転に比較的敏感であり、プリズム１００５の回転に比較的鈍感である。これはプリズム１０２０の回転による光ビーム１１０Ａの局所的光学倍率のいずれの変化も、回転したプリズム１０２０と格子１０００の間にある他のプリズム１０１５、１０１０、及び１００５の光学倍率の変化の積が掛けられ、光ビーム１１０Ａはプリズム１０２０を通過した後にこれら他のプリズム１０１５、１０１０、１００５を通って移動しなければならないためである。一方、光ビーム１１０Ａの波長は、プリズム１００５の回転に比較的敏感であり、プリズム１０２０の回転に比較的鈍感である。例えば、波長を変化させずに帯域幅を変化させるには、入射角１０６２を変化させずに光学倍率１０６５を変化させるべきであり、これはプリズム１０２０の回転量を大きくし、プリズム１００５の回転量を小さくすることによって達成することができる。
【００９９】
[000117]  制御モジュール１０５０は、各光学コンポーネント１０００、１００５、１０１０、１０１５、１０２０に物理的に結合された１つ以上の駆動システム１０００Ａ、１００５Ａ、１０１０Ａ、１０１５Ａ、１０２０Ａに接続される。光学コンポーネントのそれぞれに対して駆動システムが示されているが、装置２３０内の一部の光学コンポーネントは静止状態に保たれるか又は駆動システムに物理的に結合されない可能性もある。例えば一部の実装形態では、格子１０００は静止状態に保たれる可能性があり、プリズム１０１５は静止状態に保たれ、駆動システムに物理的に結合されない可能性がある。
【０１００】
[000118]  駆動システム１０００Ａ、１００５Ａ、１０１０Ａ、１０１５Ａ、１０２０Ａのそれぞれは、各光学コンポーネントに接続された１つ以上のアクチュエータを備える。光学コンポーネントの調整は、光ビーム１１０Ａの特定のスペクトル特徴（波長及び／又は帯域幅）の調整をもたらす。制御モジュール１０５０は、駆動システムの１つ以上を動作させる又は制御する特定のコマンドを含む制御信号を制御システム２６５から受け取る。駆動システムは協働するように選択及び設計することができる。
【０１０１】
[000119]  駆動システム１０００Ａ、１００５Ａ、１０１０Ａ、１０１５Ａ、１０２０Ａのアクチュエータのそれぞれは、各光学コンポーネントを移動又は制御するための機械的装置である。アクチュエータは、モジュール１０５０からエネルギーを受け取り、そのエネルギーを各光学コンポーネントに付与されるある種の動きに変換する。例えば、駆動システムは、動力装置、及びビームエキスパンダのプリズムの１つ以上を回転させる回転ステージのうちのいずれか１つでよい。駆動システムは、例えば、ステッパモータ、弁、圧力制御装置、圧電装置、リニアモータ、油圧アクチュエータ、ボイスコイルなどのモータを備えることができる。
【０１０２】
[000120]  格子１０００は高ブレーズ角エシェル格子でよく、回折格子の式を満たす任意の入射角１０６２で格子１０００に入射する光ビーム１１０Ａは反射（回折）される。回折格子の式は、格子１０００のスペクトル次数と、回折波長（回折ビームの波長）と、光ビーム１１０Ａの格子１０００への入射角１０６２と、格子１０００から回折された光ビーム１１０Ａの出射角と、格子１０００に入射した光ビーム１１０Ａの縦発散度と、格子１０００の回折面の溝間隔との関係を提供する。さらに、光ビーム１１０Ａの格子１０００への入射角１０６２が光ビーム１１０Ａの格子１０００からの出射角と等しくなるように格子１０００を使用する場合は、格子１０００及びビームエキスパンダ（プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０）はリトロー構成に配置され、格子１０００から反射した光ビーム１１０Ａの波長はリトロー波長である。格子１０００に入射する光ビーム１１０Ａの縦発散度はほとんどゼロであると推定することができる。公称波長を反射するために、格子１０００は格子１０００に入射した光ビーム１１０Ａに対して整列され、その結果、公称波長はビームエキスパンダ（プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０）を通って後方に反射されて光源２１７で増幅される。次にリトロー波長は、光ビーム１１０Ａの格子１０００への入射角１０６２を変化させることによって、光源２１７内の共振器の利得帯域幅全体にわたって同調させることができる。
【０１０３】
[000121]  プリズム１００５、１０１０、１０１５、１０２０のそれぞれは、光ビーム１１０Ａが通過する表面内に含まれるように、光ビーム１１０Ａの横断方向に沿って十分に広い。各プリズムは、開口１０５５から格子１０００に向かう経路上で光ビーム１１０Ａを光学的に拡大し、結果として各プリズムは、プリズム１０２０からプリズム１００５へとサイズが連続的に大きくなる。したがって、プリズム１００５はプリズム１０１０より大きく、プリズム１０１０はプリズム１０１５より大きく、プリズム１０２０は最小のプリズムである。波長はプリズム１００５を回転させることによって粗く変化させることができ、プリズム１０２０は（粗く）回転させることができる。光ビーム１１０Ａの入射角１０６２は、プリズム１００５の回転によって変化し、プリズム１０２０の回転は、プリズム１００５の回転がもたらした拡大率の変化を相殺する。プリズム１０２０は、粗く、広範囲かつ遅い帯域幅制御に使用可能である。これに対して、プリズム１０１０を制御することによって、帯域幅を微細かつ狭い範囲でより一層迅速に制御することができる。
【０１０４】
[000122]  ２次元行列１２０、５２０に関する考察に戻り、図１１を参照すると、制御システム２６５（具体的には試験制御モジュール７４０）によって２次元行列１２０又は５２０を作成する手順１１００が行われる。２次元行列１２０又は５２０は、一旦作成されると、メモリ８００内に記憶することができ、制御システム２６５のメトロロジ制御モジュール１０５などの他のコンポーネントが使用することができる。具体的には、２次元行列１２０、５２０は予備２次元行列５２０ｐに基づいて計算され、予備２次元行列５２０ｐの各列はそれぞれ、所与の単色入力光学スペクトルについてスペクトロメータ１１５又は４１５の出力を表す。したがって、実際にはスペクトル分散装置１２５又は４２５を、スペクトル分散装置１２５又は４２５の範囲にある特定波長の波長可変狭線幅レーザで照明し、次に関心のあるスペクトル領域にわたって均一なステップで波長をスキャンする又は増加させることによって、予備２次元行列５２０ｐを測定又は作成することが可能である。このスキャンにおける各ステップは、そのステップ番号に対応するフリンジを生成し、そのフリンジは行列５２０ｐの第ｊ列である。
【０１０５】
[000123]  手順１１００を説明する際は図７も参照する。試験光ビーム７１１をスペクトロメータ４１５と光学的に相互作用させる（１１０５）。試験制御モジュール７４０は試験光源７１８に電気信号を出力してレーザ利得媒体をポンピングし、試験光ビーム７１１を出力する。さらに、試験光ビーム７１１は適切な光学コンポーネントを使用してスペクトロメータ４１５に誘導される。試験光ビーム７１１はエタロン装置４２５に誘導され、ここで光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などに分離され、検出器４３０の各空間領域４３５（１）、４３５（２）などは異なるフィルタリングされたバージョン４４０（１）、４４０（２）などを受け取る。
【０１０６】
[000124]  試験光ビーム７１１のスペクトル特徴（波長など）は、光ビーム１１０’が動作する値の範囲内にある１つの値に設定される（１１１０）。試験光ビーム７１１の波長は、設定された後に試験制御モジュール７４０によって制御することができ、試験制御モジュール７４０は、試験光ビーム７１１の波長を制御するスペクトル特徴装置７３１に電気信号を出力することができる。設定されたスペクトル特徴のこの値は記憶される（１１１５）。例えば行列モジュール８５５は、スペクトル特徴の値を試験制御モジュール７４０から受け取り、この値を後で参照するために制御システム２６５のメモリ８００に記憶する。図７を参照すると、手順１１００の初めに第１のスペクトル特徴ＳＦ（１）が記憶され、予備２次元行列５２０ｐの第１列に対応する。この例示的な予備２次元行列５２０ｐの列数Ｎは、手順１１００の間に調査されるスペクトル特徴ＳＦ（Ｎ）の総数に一致し、この調査されたスペクトル特徴の数は、回復された光学スペクトルが１−ＦＳＲ間隔内のどこかに含まれる可能性があると仮定すると、回復された光学スペクトルがサンプリングされる点の数に一致する。
【０１０７】
[000125]  試験光ビーム７１１の特性は、スペクトロメータ４１５の各空間領域４３５（１）、４３５（２）などで検出される（１１２０）。空間領域４３５（１）、４３５（２）などの総数がＭ（これはｉがＭであることを意味する）である場合は、試験光ビーム７１１の特性は、Ｍ個の空間領域で検出される。図７を参照すると、特性Ｃ（１，１）は第１の空間領域４３５（１）で検出され、特性Ｃ（２，１）は第２の空間領域４３５（２）で検出され、特性Ｃ（Ｍ，１）は最後の空間領域４３５（Ｍ）で検出される。
【０１０８】
[000126]  各空間領域４３５（１）、４３５（２）、．．．４３５（Ｍ）で検出された特性Ｃは予備２次元行列５２０ｐの列として記憶される（１１２５）。記憶用に割り当てられた列は、（ステップ１１１５で記憶された）試験光ビーム７１１のスペクトル特徴の値に基づいている。例えば試験制御モジュール７４０は、検出器４３０から特性Ｃの値を受け取り、特性Ｃのこれらの値を制御システム２６５のメモリ８００に記憶する。スペクトル特徴ＳＦが範囲内の第１のスペクトル特徴ＳＦ（１）である場合は、特性Ｃ（１，１）、Ｃ（２，１）、．．．Ｃ（Ｍ，１）は、予備２次元行列５２０ｐの第１の列として記憶される。
【０１０９】
[000127]  試験制御モジュール７４０は、試験光ビーム７１１の全てのスペクトル特徴ＳＦがスペクトロメータ４１５と相互作用したかどうかを判定する（１１３０）。したがって、図７の例を用いて、試験制御モジュール７４０はＮ個のスペクトル特徴ＳＦの全てがスペクトロメータ４１５と相互作用したかどうかを判定する。Ｎ個のスペクトル特徴ＳＦの全てがスペクトロメータ４１５と相互作用していた場合は、予備２次元行列５２０ｐは完全であり、予備２次元行列５２０ｐ全体が、後で使用するため、及びメトロロジ制御モジュール１０５によるアクセスのためにメモリ（メモリ８００など）に記憶される（１１３５）。
【０１１０】
[000128]  Ｎ個のスペクトル特徴ＳＦの全てがスペクトロメータ４１５と相互作用していたわけではない場合（１１３０）、予備２次元行列５２０ｐは完全ではなく、試験光ビーム７１１のスペクトル特徴ＳＦは可能な値の範囲内の次の値に変更され（１１４０）、手順１１００は前述のように継続する。試験光ビーム７１１の波長は、試験制御モジュール７４０の制御下で調整することができ、試験制御モジュール７４０はスペクトル特徴装置７３１に送信された電気信号を調整することによって試験光ビーム７１１の波長を変化させる。行列モジュール８５５は、スペクトル特徴の新しい値を試験制御モジュール７４０から受け取り、この値を制御システム２６５のメモリ８００に記憶する（１１１５）。図７を参照すると、スペクトル特徴ＳＦの最後の値が第１のスペクトル特徴ＳＦ（１）であった場合は、スペクトル特徴ＳＦの新しい値は予備２次元行列５２０ｐの第２の列に対応する第２のスペクトル特徴ＳＦ（２）である。ステップ１１１５、１１２０、１１２５、１１３０は、特性Ｃ（１，Ｎ）、Ｃ（２，Ｎ）、．．．Ｃ（Ｍ，Ｎ）が予備２次元行列５２０ｐ（又は１２０）に最終列として記憶されるまで実行される。
【０１１１】
[000129]  次に、２次元行列５２０は予備２次元行列Ａ５２０ｐに基づいて計算される（１１４５）。例えば２次元行列
2020516861.tif 000011
は、次に述べるように予備２次元行列Ａ５２０ｐの擬似逆行列として計算することができる（１１４５）。予備２次元行列Ａ５２０ｐは通常、正則であるか又は正則に近いため、厳密にいうと逆行列
2020516861.tif 000012
が存在しない可能性がある。一般に、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000013
は、エタロン４６３が高い又は無限のフィネスを有する制限的な状況では逆行列
2020516861.tif 000014
である。この制限的な状況は一般的ではないため、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000015
は単純な理論を用いて計算することができず、特別な数学理論を用いる必要がある。
【０１１２】
[000130]  一実装形態では、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000016
を決定するのに特異値分解が用いられる。特異値分解と呼ばれる、次のような予備２次元行列Ａ５２０ｐの因数分解が存在する。
[000131]  Ａ＝ＵΣＶＴ
[000132]  式中、Σは対角線上に非負実数を持つ対角行列であり、Ｕは直交行列（つまり実成分を持つ正方行列であり、その共役転置行列ＵＴと等しい逆行列を有する）であり、Ｖは直交行列である。物理的に、行列Σは、スペクトル特徴（例えば波長）空間から空間領域空間への減衰ファクタである特異値が入力される。行列Ｕの列は左特異ベクトルであり、空間領域空間の正規直交基底を与える。これらの左特異ベクトルは、空間領域言語の文字と考えることができる。行列ＶＴの列は右特異ベクトルであり、スペクトル特徴空間の正規直交基底を与える。これらの右特異ベクトルはスペクトル特徴空間言語の文字と考えることができる。この実装形態では、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000017
は次式によって与えられる。
[000133]  
2020516861.tif 000018
[000134]  式中、Σ−１はΣの逆行列である。例えばσｊが行列Σの特異値であり、δｊｋが（ｊ＝ｋのとき値が１で、ｊ≠ｋのとき値が０の関数である）クロネッカーのデルタである場合は、Σ−１ｊｋ＝（１／σｊ）δｊｋである。
【０１１３】
[000135]  一部の実装形態では、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000019
はムーア−ペンローズの擬似逆計算を用いて決定される。
【０１１４】
[000136]  図６Ｂは擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000020
の概略的表現を示すが、実際の擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000021
はより複雑である。予備２次元行列Ａ５２０ｐから計算された擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000022
の一例が図１３に示されている。この例示的な擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000023
では、暗色の主要な特徴は、フリンジパターン５７１に対応する波長（スペクトル特徴）を抽出する一方、正及び負の発振（明色の線）は、フリンジを前述の特異値分解プロセスの一部として分解した特異ベクトルの一般的な発振特性を示す。
【０１１５】
[000137]  擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000024
を決定するための特異値分解を含む手順は雑音増幅を起こしやすい。したがって、雑音を除去するために、擬似逆２次元行列
2020516861.tif 000025
にフィルタリングを適用することができる。フィルタリングは行列Σ−１中の特定の値を０に置き換えることによって行うことができる。０に置き換えられる値はフリンジパターン５７１の信号対雑音比に基づいて選ばれる。例えば値Σ−１ｊｊは、ｊ＞ｊｔｒｕｎｃの場合に０に置き換えることができる。ここでｊｔｒｕｎｃはフリンジパターン５７１の信号対雑音比に基づいて選ばれる。
【０１１６】
[000138]  別の例として、フィルタリングはチホノフ正則化法を用いて実行することができる。ここでΣ−１ｍｍは、次式で置き換えられる。
[000139]
【数３】
2020516861.tif 000026
[000140]  式中、κはフリンジパターン５７１の信号対雑音比に基づいて選ばれ、σｊは行列Σの特異値である。
【０１１７】
[000141]  ２次元行列
2020516861.tif 000027
は、一旦計算されると（１１４５）、例えば、後で使用するため、及びメトロロジ制御モジュール１０５によるアクセスのためにメモリ（メモリ８００など）に記憶される（１１５０）。
【０１１８】
[000142]  図１２を参照すると、光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７を推定するために手順１２００が実行される。光ビーム１１０’は、各空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）が光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）を受け取るように、スペクトロメータ１１５の個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）に投影される（１２０５）。投影された光ビーム１１０’の特性は空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）のそれぞれで検出される（１２１０）。（手順１１００から作成された）２次元行列１２０は受け取られ（１２１５）、ここで２次元行列１２０中の各成分は、１つ以上の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）と、各スペクトル特徴との間の関係を提供する。光学スペクトル１０７は、検出された光ビーム特性（１２１０）と受け取られた２次元行列１２０（１２１５）とをともに使用した解析に基づいて推定される（１２２０）。
【０１１９】
[000143]  スペクトル分散装置１２５は光ビーム１１０’に作用して、光ビーム１１０’を個別の空間領域１３５（１）、１３５（２）、．．．１３５（ｉ）に投影する（１２０５）。さらに、スペクトル分散装置１２５はまた、光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）を分離するように作用して、これらの異なる分光フィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）が個別の空間領域に投影されることを可能にする（１２０５）。異なる分光フィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）は、スペクトル分散装置１２５によって分離された後、各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は角度に沿って送ることによって投影することができる。例えば図４Ａ及び４Ｂを参照すると、エタロン４６３は、光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７の異なるフィルタリングされたバージョン１４０（１）、１４０（２）、．．．１４０（ｊ）を分離することができ、出力レンズ４６４は、各フィルタリングされたバージョンが検出器４３０の空間領域の１つに衝突するように、異なる角度に沿って各フィルタリングされたバージョンを誘導することができる。
【０１２０】
[000144]  投影された光ビーム１１０’の空間領域１３５で検出される特性（１２１０）は、フィルタリングされたバージョン１４０によりその空間領域で付与される光ビーム１１０’のエネルギーでよい。検出された特性の値は、メトロロジ制御モジュール１０５が受け取ることができる。これらの検出された特性は、後で解析するためにメモリ８００内に又はメトロロジ制御モジュール１０５がアクセス可能な場所に記憶することができる。検出された特性はアレイ内に記憶することができ、アレイの行の数は１つの空間方向（例えばＸ方向）のスペクトロメータ１１５の個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数はもう１つの空間方向（例えばＹ方向）のスペクトロメータ１１５の個別の空間領域の列の数に一致する。図４Ａ及び４Ｂに示す例では、ｉ及びｊの値がＭに等しい場合、列数は１であり、行数はＭである。この例において図７を参照すると、予備２次元行列５２０ｐの行数もＭに等しい（つまり２次元行列５２０の列数はＭに等しい）。さらに、図４Ａ及び４Ｂに示す例では、第１の空間方向は半径方向に対応する一方、第２の空間方向は半径方向に垂直であると考えられる。この例では列が１つしかないため、アレイはＸ−Ｙ平面の半径方向に沿った１次元アレイである。
【０１２１】
[000145]  図５の例では、検出される特性はエネルギー４７２であり、このとき記憶されているエネルギーのアレイは、これらの検出されたエネルギー４７２対空間領域４３５（１）、４３５（２）などのプロットであるフリンジパターン５７１として表示することができる。
【０１２２】
[000146]  メトロロジ制御モジュール１０５は、検出された光ビーム特性（１２１０）と受け取られた２次元行列１２０（１２２０）とをともに使用した解析に基づいて光学スペクトル１０７を推定することができる（１２２０）。一部の実装形態では、図６Ｂを参照すると、メトロロジ制御モジュール１０５は、２次元行列
2020516861.tif 000028
と、フリンジパターン５７１の形態を取り得る検出された光ビーム特性アレイとの行列乗算を行うことによって光学スペクトル１０７を推定する（１２２０）。
【０１２３】
[000147]  メトロロジ装置１００、及び光ビーム１１０’の光学スペクトル１０７を推定する技術の様々な実装形態は、光源２１７の異なる動作条件下におけるスペクトル形状の類似性についての仮定を最小限又は少なくすることができる。さらに、本明細書に記載の光学スペクトル１０７の直接回復は、より正確な診断を可能にし、光ビーム１１０’の帯域幅を推定するための新しいメトリクスを可能にする光学スペクトル１０７の推定値を生成することができる。他のアプローチ（デコンボリューションなど）と異なり、このメトロロジ装置１００及び光学スペクトル１０７を推定する技術は、検出器４３０からのデータから切り出した単一のフリンジからではなく、むしろフリンジ全体からの情報を抽出することができる。このため、説明される技術は、スペクトル特徴を計算するための相関アプローチ又は光学スペクトル１０７を推定するためのデコンボリューションアプローチより雑音に耐性を示すことができる。
【０１２４】
[000148]  ２次元行列Ａ１２０により提供されるマッピングは、２つの異なる情報領域の間にある。一方の領域はスペクトル特徴（波長）領域であり、他方の領域は空間領域である。これはデータを波長空間から波長空間にマップするデコンボリューション技術と異なる。さらに、２次元行列Ａ１２０中の値は各空間領域で検出された光ビーム１１０’の特性に対応し、特性の値はその特性が検出された空間領域によって変化する。これは（２次元行列Ａ１２０で表される）マッピングのカーネルが一定ではなく、特性が検出された検出器４３０上の位置に依存することを意味する。
【０１２５】
[000149]  また、本明細書に記載の技術は、エタロン４６３の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）より小さい波長の変化に関する情報を提供する。したがって、光ビーム１１０’の異なる波長が、異なる波長インデックスを中心とする光学スペクトルを提供する。これは波長のより迅速な同調や調整を必要とする将来の用途での帯域幅メトロロジに有利な可能性がある。
【０１２６】
[000150]  本明細書に記載の技術では、システムの雑音はフーリエ空間周波数にではなく、むしろ空間領域空間とスペクトル特徴空間のマッピングに固有の基底特異ベクトルに分解される。（デコンボリューション技術とは対照的に）雑音成分を分解したのと同じ任意の雑音除去が適用される。このような雑音除去は、以上で考察したようにフレドホルム積分方程式を反転させる際に必要である。
【０１２７】
[000151]  他の実装形態も以下の請求項の範囲内にある。
【０１２８】
[000152]  例えば一部の実装形態では、光源２１７は、以上で考察したように光をパルス状にではなく連続波で発する。本発明の他の態様は、以下の番号が付いた条項に提示される。
【０１２９】
条項１
光ビームの光学スペクトルを推定する方法であって、方法が、
それぞれが光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取る、スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影すること、
投影した光ビームの特性をスペクトロメータの個別の空間領域のそれぞれで検出すること、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取ること、及び
光ビームの光学スペクトルを検出した光ビーム特性と受け取った２次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、
を含む方法。
【０１３０】
条項２
スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影することが、
各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は異なる角度に沿って送ることを含む、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及び
これらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影すること、
を含む、条項１に記載の方法。
【０１３１】
条項３
スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影することが、
互いに干渉する複数の光ビームを生成すること、及び
光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンが、スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じること、
を含む、条項１に記載の方法。
【０１３２】
条項４
投影した光ビームの特性を個別の空間領域で検出することが、投影した光ビームを通って延びる少なくとも１つの半径方向経路に沿って光ビームの強度を検出することを含む、条項１に記載の方法。
【０１３３】
条項５
投影した光ビームの特性を個別の空間領域で検出することが、光学スペクトルのフィルタリングされたバージョンによって空間領域に付与されたエネルギーを検出することを含む、条項１に記載の方法。
【０１３４】
条項６
試験光ビームをスペクトロメータと相互作用させること、
試験光ビームのスペクトル特徴を、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び
範囲内の各スペクトル特徴について、
試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、
試験光ビームの検出した特性を、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備２次元行列のスペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶すること、及び
２次元行列を予備２次元行列に基づいて計算すること、
によって２次元行列を作成することをさらに含み、
２次元行列の行の数及び予備２次元行列の列の数はＮに等しく、２次元行列の列の数及び予備２次元行列の行の数はＭに等しい、条項１に記載の方法。
【０１３５】
条項７
光ビームの光学スペクトルを推定することが、２次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、条項６に記載の方法。
【０１３６】
条項８
個別のスペクトル特徴の数Ｎが、推定した光学スペクトルの解像度を決定する、条項６に記載の方法。
【０１３７】
条項９
スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備２次元行列の擬似逆行列を計算することによって２次元行列を作成すること、
２次元行列を記憶すること、をさらに含み、
光ビームの光学スペクトルを推定することが、２次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、
条項１に記載の方法。
【０１３８】
条項１０
予備２次元行列の擬似逆行列を計算することが、予備２次元行列に特異値分解を行うことを含む、条項９に記載の方法。
【０１３９】
条項１１
雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことをさらに含む、条項１０に記載の方法。
【０１４０】
条項１２
投影した光ビームの検出した特性をアレイに記憶することをさらに含み、アレイの行の数が、１つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数が、もう１つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する、条項１に記載の方法。
【０１４１】
条項１３
アレイの列の数が１に等しく、アレイの行の数がＭに等しく、
２次元行列の列の数がＭに等しい、
条項１２に記載の方法。
【０１４２】
条項１４
推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算することをさらに含み、スペクトル特徴が、波長及び帯域幅の１つ以上を含む、条項１に記載の方法。
【０１４３】
条項１５
光ビームの経路にあるスペクトロメータと、
スペクトロメータに接続された制御システムと、を備えたメトロロジ装置であって、
スペクトロメータが、
光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、
投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備え、
制御システムが、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取り、
検出した光ビーム特性及び受け取った２次元行列を解析し、
解析に基づいて光ビームの光学スペクトルを推定するように構成されたメトロロジ装置。
【０１４４】
条項１６
各空間領域が、検出器の１つ以上の結像素子で構成された表面である、条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１４５】
条項１７
スペクトル分散装置が、
互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに角度分離するように構成されたエタロンと、
異なるフィルタリングされたバージョンを検出器の個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと、を備えた干渉光学装置を備え、
検出器の空間領域が、半径方向に沿って中心領域から配置される、
条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１４６】
条項１８
２次元行列の行の数がＮに等しく、Ｎが２次元行列の行に記憶されている個別のスペクトル特徴の範囲に等しく、個別のスペクトル特徴の範囲がエタロンの少なくとも１つの自由スペクトル領域に及び、個別のスペクトル特徴の数Ｎが、推定した光学スペクトルの解像度を決定する、条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１４７】
条項１９
検出器が、一方向に沿って延びるフォトダイオード検出器のアレイを備える、条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１４８】
条項２０
制御システムが、検出した投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備え、アレイの行の数が、第１の空間方向の検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数が、第２の空間方向の検出器の個別の空間領域の列の数に一致する、条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１４９】
条項２１
第１の空間方向が半径方向であり、第２の空間方向が半径方向に垂直である、条項２０に記載のメトロロジ装置。
【０１５０】
条項２２
スペクトロメータが相互作用する試験光ビームを生成するように構成された試験光源と、
試験光ビームのスペクトル特徴を制御するスペクトル特徴駆動装置と、
をさらに備えた、条項１５に記載のメトロロジ装置。
【０１５１】
条項２３
スペクトル特徴駆動装置が、試験光ビームがスペクトロメータと相互作用する間、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成され、
検出器が、試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成され、
制御システムが、試験光源及びスペクトル特徴駆動装置に接続され、範囲内の各スペクトル特徴について、試験光ビームの検出した特性を、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備２次元行列のスペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、２次元行列を作成するように構成された、条項２２に記載のメトロロジ装置。
【０１５２】
条項２４
試験光ビームが、光ビームの帯域幅よりも５から５００，０００倍小さい帯域幅を有する、条項２２に記載のメトロロジ装置。
【０１５３】
条項２５
試験光源が単一周波数全固体レーザを含む、条項２２に記載のメトロロジ装置。
【図１】
2020516861.tif 000029
【図２】
2020516861.tif 000030
【図３】
2020516861.tif 000031
【図４Ａ】
2020516861.tif 000032
【図４Ｂ】
2020516861.tif 000033
【図５】
2020516861.tif 000034
【図６Ａ】
2020516861.tif 000035
【図６Ｂ】
2020516861.tif 000036
【図７】
2020516861.tif 000037
【図８】
2020516861.tif 000038
【図９】
2020516861.tif 000039
【図１０】
2020516861.tif 000040
【図１１】
2020516861.tif 000041
【図１２】
2020516861.tif 000042
【図１３】
2020516861.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月1日(2019.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームの光学スペクトルを推定する方法であって、
スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影し、前記空間領域のそれぞれが前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取ること、
前記投影した光ビームの特性を前記スペクトロメータの前記個別の空間領域のそれぞれで検出すること、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供し、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する、２次元行列を受け取ること、及び
前記光ビームの前記光学スペクトルを前記検出した光ビーム特性と前記受け取った２次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は異なる角度に沿って送ることを含む、前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及び
これらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
互いに干渉する複数の光ビームを生成すること、及び
前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンが、前記スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記投影した光ビームの特性を前記個別の空間領域で検出することが、前記投影した光ビームを通って延びる少なくとも１つの半径方向経路に沿って前記光ビームの強度を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
試験光ビームを前記スペクトロメータと相互作用させること、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び
前記範囲内の各スペクトル特徴について、
前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、
前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶すること、及び
前記２次元行列を前記予備２次元行列に基づいて計算すること、
によって前記２次元行列を作成することをさらに含み、
前記２次元行列の行の数及び前記予備２次元行列の列の数はＮに等しく、前記２次元行列の列の数及び前記予備２次元行列の行の数はＭに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記２次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記個別のスペクトル特徴の数Ｎが、前記推定した光学スペクトルの解像度を決定する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の擬似逆行列を計算することによって前記２次元行列を作成すること、
前記２次元行列を記憶すること、をさらに含み、
前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記２次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記投影した光ビームの前記検出した特性をアレイに記憶することをさらに含み、前記アレイの行の数が、１つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、もう１つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算することをさらに含み、前記スペクトル特徴が、波長及び帯域幅の１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
光ビームの経路にあるスペクトロメータと、
前記スペクトロメータに接続された制御システムと、を備えたメトロロジ装置であって、
前記スペクトロメータが、
前記光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、
投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、前記投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備え、
前記制御システムが、
各成分が１つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する２次元行列であって、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する２次元行列を受け取り、
前記検出した光ビーム特性及び前記受け取った２次元行列を解析し、
前記解析に基づいて前記光ビームの光学スペクトルを推定するように構成されたメトロロジ装置。
【請求項１３】
各空間領域が、検出器の１つ以上の結像素子で構成された表面である、請求項１２に記載のメトロロジ装置。
【請求項１４】
前記スペクトル分散装置が、
互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、前記光ビームを前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンに角度分離するように構成されたエタロンと、
前記異なるフィルタリングされたバージョンを前記検出器の前記個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと、を備えた干渉光学装置を備え、
前記検出器の前記空間領域が、半径方向に沿って中心領域から配置される、
請求項１２に記載のメトロロジ装置。
【請求項１５】
前記検出器が、一方向に沿って延びるフォトダイオード検出器のアレイを備える、請求項１２に記載のメトロロジ装置。
【請求項１６】
前記制御システムが、前記検出した前記投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備え、前記アレイの行の数が、第１の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、第２の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の列の数に一致する、請求項１５に記載のメトロロジ装置。
【請求項１７】
前記第１の空間方向が半径方向であり、前記第２の空間方向が前記半径方向に垂直である、請求項１６に記載のメトロロジ装置。
【請求項１８】
前記スペクトロメータが相互作用する試験光ビームを生成するように構成された試験光源と、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を制御するスペクトル特徴駆動装置と、
をさらに備えた、請求項１２に記載のメトロロジ装置。
【請求項１９】
前記スペクトル特徴駆動装置が、前記試験光ビームが前記スペクトロメータと相互作用する間、Ｎ個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって前記試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成され、
前記検出器が、前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成され、
前記制御システムが、前記試験光源及び前記スペクトル特徴駆動装置に接続され、前記範囲内の各スペクトル特徴について、前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備２次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのＭ個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、前記２次元行列を作成するように構成された、請求項１８に記載のメトロロジ装置。
【請求項２０】
前記試験光ビームが、前記光ビームの帯域幅よりも５から５００，０００倍小さい帯域幅を有する、請求項１８に記載のメトロロジ装置。
【請求項２１】
前記試験光源が単一周波数全固体レーザを含む、請求項１８に記載のメトロロジ装置。
【国際調査報告】
2020516861.tif 000044