专利名称：测量双折射的测量方法和测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量光学测量对象的双折射的测量方法，以及适合于执行该测量方法的测量系统。
背景技术：
在许多气体、液体及无应 力非晶固体(例如光学玻璃)中，光的速度与传播方向和光的偏振态无关。这种光学介质称为光学各向同性。相反地，如果材料的光学特性取决于光的传播方向，则此材料称为光学各向异性。许多透明晶体材料为光学各向异性。由于这些材料的晶格的对称性，它们具有至少一个显著的对称方向，一般称为“光学晶轴”。许多光学各向异性材料呈现出双折射(birefringence)。术语“双折射”表示光学各向异性材料将入射光束分离为两个部分光束的特性，这两个部分光束彼此正交地线偏振且在光学各向异性材料中以不同的路线传播。基本由光速对光的传播方向和偏振态的依赖性决定光在各向异性材料中的不同传播。所述部分光束之一的传播速度与传播方向无关。 此部分光束称为“寻常光线(ordinary ray)”。相反地，另一个部分光束的传播速度是方向相关的。该部分光束称为“异常光线(extraordinary ray)”。与不同传播速度相关联的是材料对不同部分光束的对应不同折射率，其中η。是寻常光线的折射率，neo是异常光线的折射率。基于光学材料的晶体结构的双折射称为固有双折射。光学各向同性材料可以因为受到外部影响而变为双折射材料。例如，在克尔 (Kerr)效应中使用电场引起的双折射。在固有双折射材料的情况下，双折射特性可以由于外部影响而改变。尤其是，机械应力可引起双折射，其一般称为应力双折射(SDB)。应力双折射可由内部应力引起，内部应力来自例如生产晶体材料的工艺。此外，应力双折射可由外力产生，外力来自例如将光学组件装配在装配件中的过程。例如，在延迟元件(延迟器(retarder))(诸如λ /4板或λ /2板)的制造中，或在其它偏振光学组件的制造中，双折射被作为期望的特性，以按照规定的方式改变光的偏振态。另一方面，在许多要求严格的应用中，例如在微光刻、激光光学或天文学的领域中，光学组件的双折射被当作不期望的误差原因，并尽力使双折射对光学组件或光学系统的光学特性的影响降到最低，并且/或者至少足够准确地知道双折射从而可以进行补偿。为了控制双折射，必须准确地知道双折射在绝对值方面和取向方面的范围。因此， 需要量化双折射的精确测量方法。在用于微光刻的光学系统的领域中，对测量精度和准确地确定甚至相对较弱的双折射效应的能力存在特别严格的要求，该微光刻尤其被用来生产大规模集成半导体组件和其它精细结构化的组件。为了能够借助微光刻制造更加精细的结构，更进一步地增大投射物镜的像侧数值孔径，并使用更短的波长，尤其是来自深紫外光范围(DUV)的波长。在小于 200nm的波长处，只有相对较少的充分透明的材料可用于制造透明光学组件。这些材料主要包括合成熔融石英(synthetic fused silica)，其下至193nm都足够透明；以及一些氟化物晶体材料，诸如氟化钙或氟化钡，其甚至在157nm及以下的波长处都呈现足够低的吸收率。氟化钙呈现固有双折射，即因材料晶体结构所造成的双折射；除可能引起的应力双折射之外，固有双折射也可以影响由此材料组成的光学组件的光学偏振行为(参见例如US 6，697，199B2以及其中指出的文献引用)。呈现双 折射的每个单独(individual)光学组件可以对系统的偏振光学方式作出复杂的贡献。尤其在微光刻领域中，利用了具有多个单独组件的复杂光学系统，所述单独组件通常被组合来形成在总光学系统中执行特定功能的光学模块。在此情况中，一般期望准确地知道总系统的双折射特性以及单独组件或模块对总系统的偏振光学方式的作用。为了量化双折射，使用用于测量光学测量对象的双折射的测量方法和测量系统， 其中光学测量对象可以是单独的光学组件或包括多个光学组件的系统。在这里所考虑的用于量化双折射的测量方法和测量系统的情况下，产生具有规定的输入偏振态的测量光束，所述测量光束被引导到测量对象上，输入偏振态是测量光束在测量光束进入测量对象即刻之前的偏振态。在测量光束与测量对象相互作用之后，检测测量光束的偏振特性，以产生表示测量光束的输出偏振态的偏振测量值，输出偏振态是测量光束在与测量对象相互作用之后的偏振态。评估偏振测量值以确定表示测量对象的双折射的至少一个双折射参数。一般地， 确定双折射的绝对值和取向。在此情况中，双折射的绝对值表示在材料中以不同传播速度传播的测量光束的两个部分光束之间、由测量对象造成的延迟。两个部分光束之间的延迟又称为光学路径差，通常以纳米或测量光束的波长λ的分数为单位。例如，测量波长193nm 的λ /4延迟器产生193/4nm的路径差。由双折射材料的光学晶轴的取向限定双折射的取向。如果涉及因外部影响(诸如力的作用)而变为双折射的光学各向同性材料，则双折射的取向位于作用力的方向中。为了测量的目的，可以由相对于测量系统的规定参考方向的角度指示表示双折射的取向。准确测量的前提是尽可能准确地设定输入偏振态，以及尽可能准确地确定输出偏振态。在产生输入偏振态时以及在确定输出偏振态时所出现的误差作为测量误差影响测量。因此，这些测量误差的作用应该被知道或可确定，以便能够在评估中考虑。例如，如果借助于偏振计或椭圆偏振仪(ellipsometer)根据S6rnarmont原理进行测量，则首先借助于偏振器从非偏振光源的光产生线偏振测量光束，所述测量光束进入测量对象。测量对象内的双折射一般导致椭圆偏振的输出偏振态。借助于四分之一波板， 再次从椭圆偏振光产生线偏振，并且可以借助布置在光敏检测器上游的可旋转分析仪确定其偏振角。US 6，697，157B2和US 6，473，181B1说明了用于测量双折射的系统，其中使用光弹性调制器(PEM)用于调制偏振光，然后将该偏振光辐射穿过要被测量的样品。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于测量双折射的测量方法，其可以高精度地测量小值的双折射。尤其是，该测量方法意在对小双折射值具有小于0. 5nm的测量精度。本发明的另一目的在于提供一种用于测量双折射的测量方法，其对在产生输入偏振态的过程中和在评估输出偏振态的过程中产生测量误差的影响相对不敏感。
本发明的另一目的在于提供一种用于测量双折射的测量方法，其可以简单地通过对具有多个光学组件或组件组的光学测量对象进行测量，而分离出单独组件或组件组对总测量对象的双折射的贡献。本发明的另一目的在于提供一种用于测量光学测量对象的双折射的测量方法，其可以可靠地将要测量的测量对象的双折射参数与来自测量系统的组件的有害于测量的干扰变量分离开。为了实现这些以及其它目的，本发明提供一种包括权利要求1的特征的测量方法以及包括权利要求24的特征的测量系统。从属权利要求中描述了有利的发展。通过引用将所有权利要求的内容合并到说明书的内容中。在该测量方法中，根据角度参数α的周期调制函数，调制测量光束的输入偏振态，使得所述输入偏振态存在至少四个不同测量状态用于测量。处理与至少四个测量状态相关联的偏振测量值，以形成取决于依赖于角度参数α的测量函数。例如，可以从电测量信号导出测量函数，该电测量信号由偏振计的检测器产生且与照射在偏振计的检测器上的辐射强度成比例。
与输入偏振态的周期调制函数相关联的角度参数α例如可以直接是布置在测量系统的光源与测量对象之间的延迟板的旋转角，或者可从该旋转角导出。例如，如果测量需要偏振方向为不同取向的线偏振输入偏振态，则可以通过以下事实产生这些输入偏振态 在产生线偏振光的测量光源与测量对象之间布置偏振旋转器(例如为可旋转半波板的形式)，用于以规定的方式可控制地旋转测量光束的偏振方向。在这种配置的情况下，如果使用可旋转的四分之一波板取代可旋转半波板，则可以根据四分之一波板的旋转角，以可预定的方式在线偏振与圆偏振之间调制输入偏振态。也可以借助半波板与四分之一波板的组合设置输入偏振态，并限定对应的角度参数α。在评估偏振测量值期间，确定测量函数的双波部分。分析该双波部分以导出至少一个双折射参数。确定测量函数的双波部分并分析该部分以导出至少一个双折射参数，基于以下认识在给定测量条件下，测量信号的归因于所求双折射的那一部分一定具有显著的双波特性，而归因于系统中的干扰变量的测量信号部分一般没有任何显著的双波波动。因此，可以基于测量信号的双波部分，识别测量信号的哪个部分在原因上归因于所求双折射，哪些信号部分基于导致测量误差的干扰变量。如果现在在评估期间以有目标的方式确定和分析测量函数的双波部分，则从分析导出的双折射参数基本仅表示所求得光学测量对象的光学特性，且仅在可忽略的程度上表示测量系统的可能的干扰贡献。在此上下文中，用语“双波部分”表示角空间中与角度参数α相关联的二折对称性，例如相对于定义在0°与360°间的旋转角的二折旋转对称性。因此，相对于角度参数 α具有角距180°的那些信号部分构成双波部分。在通过傅立叶分析描述问题时，双波波动表示傅立叶系数的绝对值或振幅，在傅立叶级数中正弦部分和余弦部分分别利用该傅立叶系数加权，其中正弦部分和余弦部分的值在180°的周期之后重复(即倍频(double frequency))。例如，可以基于以下考虑理解 “双波波动”在确定双折射时的意义。如果材料中发生双折射，则进入光束分离成两个分别为线偏振的部分光束，且其偏振方向彼此垂直。部分光束之一中的光(寻常光线)的传播速度与方向无关，而另一光束的光的传播速度取决于传播方向(异常光线)。可以借助惠更斯(Huygens)原理来说明寻常光线和异常光线的传播。惠更斯原理说明波面上的每一点是被叠加的新小波的起点。 新波前是叠加的小波的包络。对寻常光线而言，小波的相前(Phase front)是球面，因为传播速度在每个空间方向上都相同。相反地，异常光线的小波的相前形成旋转椭球，因为传播速度与方向有关。相对于光束方向具有二折或双波旋转对称性的旋转椭球包含关于光束的每个入射方向的双折射的绝对值和取向的信息。可以利用该信息确定和分析测量函数的双波部分来直接量化双折射。
与至少四个测量状态相关联的偏振测量值可用作确定测量函数的分布的支持值。 在优选变型中，测量函数的分析利用以下事实每一个周期函数由周期性的谐波振荡构成， 即不同相位和振幅以及准确限定的频率的正弦和/或余弦函数。这被在傅立叶分析中利用，即将这样的周期函数分解为傅立叶级数。在测量方法的一个变型中，确定测量函数的双波部分包括测量函数的双傅立叶变换。在此变型中，借助双傅立叶变换或利用连续进行的两个傅立叶变换(将后续的第二傅立叶变换应用到前面的第一傅里叶变换的结果中)，分析在测量期间记录的测量函数的测量值。因此，与双折射有关的双折射参数变得尤其对不同输入偏振态设置中的延迟误差不敏感，并且直到测量信号的记录，都对测量对象的输出侧上引入的延迟误差不敏感。在双傅立叶变换的一个实施例中，确定测量函数的双波部分包括测量函数的第一傅立叶变换，以确定第一傅立叶系数AO ( α )和A2 ( α )，其中AO ( α )是描述该测量函数的非周期部分的平均值的偏移项，Α2(α)是第一双波波动系数，其与该测量函数的双波部分的振幅成比例，并且其中，确定该测量函数的双波部分还包括第一傅立叶系数Α0( α)和 Α2(α)相对于角度参数α的第二傅立叶变换，以确定第二傅立叶系数Α0_Α01 ( α )、Α2_ Α02(α)和Β2_Α02(α)，其中Α0_Α01(α)是描述该偏移项AO ( α )的非周期部分的平均值的偏移项，Α2_Α02(α)是第一双波波动系数Α2 ( α )的双波波动的正弦部分，Β2_Α02 ( α ) 是第一双波波动系数Α2( α)的双波波动的余弦部分。在第二傅立叶变换之后出现的偏移项Α0_Α01 ( α )可用于测量结果的强度归一化，从而使测量对初次光源的强度变动不敏感。 包含关于所求双折射的信息的双波部分Α2_Α02(α )和Β2_Α02 ( α )得自第一双波波动系数 Α2(α)的第二傅立叶变换。原则上，测量方法不受用于输入偏振态的至少四个不同测量状态的任何限制。测量状态可以相对于彼此具有规则或不规则的间距。如果测量函数的与测量状态相关联的角度参数α相对于彼此为等间距，则可大大简化评估。在此情况中，可使用所谓的快速傅立叶变换(FFT)计算测量函数的傅立叶变换，快速傅立叶变换是这样的算法其中用于确定傅立叶系数的评估步骤的数目明显小于更一般情况的傅立叶变换。在测量方法的一个变型中，产生偏振方向平行于电场振荡的矢量的线偏振测量光束，该测量光束被引导到测量对象上，并且测量光束的偏振方向被旋转至相对于彼此处于可预定的旋转角间距处的至少四个测量取向。在此情况中，测量取向对应于所述至少四个不同测量状态，偏振方向的旋转角则对应于角度参数α。优选地，至少四个测量取向相对于彼此位于等旋转角间距处，以能够利用快速傅立叶变换进行评估。特别地，可以设置相对于彼此位于等旋转角间距处的2Ν(其中N > 2)个测量取向，例如4、8、16、32或64或更多个的测量取向。由于输入偏振的每个不同测量状态对应于要评估的测量函数的支持点，所以可以通过增加支持点数目来提高确定测量函数时的精度并因此也提高测量精度。另一方面，增加不同输入偏振态的数目提高了在测量和评估上所花费的时间。在该测量方法的情形中，可以非常简单地执行测量系统的校准。可以执行分析，使得利用完全相同的表达式相加地合成与双折射有关的双波部分，所述表达式来源于要测量的双折射参数(尤其是测量对象的双折射的绝对值和 双折射的取向)以及测量系统所产生的干扰变量，干扰变量尤其包括测量系统的延迟元件和分析器的双折射贡献。相关测量变量与干扰变量之间的简单相加关系允许可靠地分开要测量的双折射与干扰变量，因为，在此情况中，可以通过没有测量对象但其它方面相同的测量方法的测量来确定由测量系统本身产生的双折射部分(测量系统偏移)。在利用泰勒展开式线性化描述关系的公式之后，可以进行有关双波部分的简单相力口。因此，该简单评估尤其适合于小双折射值的精确确定。如果意在高精度地确定更大的双折射值，则信号评估可能变得更复杂。因此，在一个方法变型中，通过以下步骤确定双折射参数的归因于测量系统的组件的系统部分在测量光束路径中没有测量对象的情况下执行测量，使得要分析的输出偏振态对应于输入偏振态；相对于测量光束路径中具有测量对象的测量的偏移项Α0_Α01 (α),归一化第一双波波动系数Α2(α)的双波波动的正弦部分Α2_Α02(α)和第一双波波动系数Α2 ( α )的双波波动的余弦部分Β2_Α02 (α),以确定归一化的总测量信号；相对于测量光束路径中没有测量对象的测量的偏移项Α0_Α01 (α),归一化第一双波波动系数Α2(α)的双波波动的正弦部分Α2_Α02(α)和第一双波波动系数Α2 ( α )的双波波动的余弦部分Β2_Α02 (α),以确定该测量信号的归一化的系统部分；从归一化的总测量信号减去归一化的系统部分。该测量方法适合于测量单独光学组件或其它单独样品的双折射，且适合于对包含至少两个光学组件的光学系统的测量，其中当按期望地使用光学系统时，辐射连续地通过该至少两个光学组件。光学组件可以是单独光学元件，例如透镜、透明板、衍射光学元件、具有多个单独元件(辐射将同时穿过所述元件)的衍射或折射光栅布置等。也可以使用反射镜作为测量对象。例如，这里可以测量由介电层的应变引起的双折射。对应的测量设备一般具有合适的光束偏转布置。光学组件可以包括多个单独光学元件，所述多个单独光学元件经组合后形成功能组，并且可以例如以光学模块的方式联合地安装到光学系统中或卸下。在由多个光学组件构成的光学系统的情况下，测量方法的一个变型使得可以在完全组装的状态中测量双折射，并在此情况中将单独光学组件的单独贡献彼此分开。此方法变型包括以下步骤执行第一测量，其中测量光束首先通过第一光学组件，然后通过第二光学组件；并执行第二测量，其中在所述测量光束通过第一光学组件之后并在其进入第二光学组件之前，相对于第一测量的偏振态，将测量光束的偏振态旋转90°。在第一测量中，在通过第一组件之后的输出偏振态一般直接用作通过第二光学组件的输入偏振态，而在第二测量中，通过第一光学组件之后的输出偏振态在进入第二光学组件之前被产生的λ/2延迟改变。在两个测量中，以相同的方式分析和评估通过第二光学组件后的测量光束的输出偏振态，以获得(第一测量的)第一测量结果和(第二测量的) 第二测量结果。在两个测量结果中，再次以相同方式求出辐射首先通过的第一光学组件的贡献。与此相比，第二光学组件对测量结果有不同的贡献，因为测量光束以所述测量光束的两个不同偏振态通过第二光学组件。 因为第一光学组件的贡献在两个测量结果中相同，所以可通过形成第一测量结果与第二测量结果的差来消除第一光学组件对测量结果的作用，从而测量结果之间的差仅包含第二光学组件与测量装置的双折射部分。相反地，测量结果的和(即第一测量与第二测量的双波波动的和)仅包含关于第二光学组件的双折射的信息，这是因为，由于在光学组件之间引入了偏振态的90°旋转，所以第二光学组件和系统部分的贡献至少在一级近似中彼此抵消。在双折射元件或偏振的操纵的数学描述中，一般使用要被乘法处理的矩阵(Jones 矩阵或MUller矩阵)。由于描述双折射的数学表达式被线性化并被适当地组合，所以进一步的处理可以由加法取代。该加法允许第一光学组件与第二光学组件的双折射部分相加。因为，为了执行两个不同的测量，只需要在第一组件与第二组件之间引入合适的偏振旋转器，或从此中间位置移除偏振旋转器，所以当已经将第一和第二光学组件固定组装在相对配置中(在整体光学系统的情形中，以该相对配置使用第一和第二光学组件)时， 也可以测量第一和第二光学组件的双折射贡献。因此，不需要为了确定光学系统的单独光学组件的双折射部分，而拆卸复杂的光学系统。另一个存在的优点为在执行了两个测量之后，即使先前未校准测量装置部分，也可以精确地确定第一光学组件的双折射贡献，因为在一级近似中测量装置部分在求差的过程中消失。按照类似的方式，还可以在未事先校准测量装置的情形下，获得精确的测量结果。 如已说明的，由于在一个测量中相对于第一测量引入偏振态的90°旋转，所以确定第一测量与第二测量的双波波动的和具有可从测量信号中消除系统部分的效果。这可以清楚地理解，因为对第一测量而言，其以正号的方式影响测量结果，而对第二测量(偏振态旋转 90° )而言，则以相反的正负号影响测量结果。因而求和导致系统部分的消除。在整体测量光学系统的一级近似的“无校准”测量中，可以利用此效应。对应的方法变型包括以下步骤执行第一测量，其中测量光束在通过测量对象之后进入测量系统的检测器侧，而没有进一步的偏振改变；执行第二测量，其中在测量光束通过测量对象之后并在测量光束进入测量系统的检测器侧部分之前，将测量光束的偏振态旋转90° ；联合地评估第一测量和第二测量。一般地，在某些方法变型中，可借助以下方法步骤将测量光束路径中的不同组件或组合件的双折射贡献彼此分开执行第一测量，以确定第一双折射参数；执行第二测量，以确定第二双折射参数，其中，在第二测量期间，关于第一测量期间的测量光束的对应偏振态，通过在偏振旋转区段中将偏振旋转器引入所述测量光束中或从所述测量光束中移除偏振旋转器，而将所述测量光束的偏振态相对于所述第一测量的测量光束的偏振态旋转90° ；联合地评估第一双折射参数和第二双折射参数。联合评估可以包括确定第一测量和第二测量的测量函数的双波部分的之间的和， 和/或确定第一和第二测量的测量函数的双波部分之间的差。
求和的结果分别仅包含在测量光源与偏振旋转区段之间的测量光束路径中的所有光学元件的双折射贡献，因为在传输(transmission)方向中，位于偏振旋转区段下游的所有光学组件的贡献在求和的过程中，彼此在一级近似中抵消。相对的，差形成的结果在一级近似中仅包含位于测量系统的偏振旋转区段与检测器侧之间的那些光学组件和组件的双折射部分，因为位于光源与偏振旋转区段之间的元件和组件的部分在两个测量中都完全相同，并因此由于求差而消失。如果偏振旋转区段位于测量系统的测量对象与检测器侧组件之间，则例如可通过求和消除测量结果的系统部分，从而避免测量装置的独立校准。如果测量对象包含在传输方向中依序布置的多个光学组件，且偏振旋转区段位于第一光学组件与第二光学组件之间，则第一光学组件与第二光学组件的双折射贡献可被彼此分开。在测量周期的背景中，在测量光束路径的不同位置处，可以选择性地将一个或多个90°偏振旋转器引入光束路径中或从测量光束路径中将其移除，以通过选择性地插入或移除90°偏振旋转器的少量测量来获得有关测量对象的不同组件或组件组的单独贡献的精确测量数据、以及有关测量系统的贡献的精确测量数据。90°偏振旋转器可具有例如由旋光性(圆双折射)材料构成的板，例如，由晶体石英(SiO2)构成。使用这种元件，甚至在较大光学可用直径(例如光学直径为IOOmm或以上、 或150mm或以上、或200mm或以上)的情况下，也可以非常精确地设置期望的偏振旋转，因为获得期望的偏振态90°的旋转的机械容限可以在微米范围中，以获得小于1°的旋转精度。也可以由固有双折射晶体材料制造机械稳定且适用于大直径的偏振旋转器，例如氟化钙或氟化钡，其中<110>晶向基本平行于传输方向。由于对于这些材料而言，固有双折射的绝对值相对较小，所以这种元件可以具有相对较大的厚度，这对机械稳定性和制造精度而言是有利的。为了获得最大可能的角度容限，零阶延迟元件在这里是有利的。90°偏振旋转器也可以具有相对于彼此45°取向的两个低阶λ/2板。在此情况中，相对于彼此旋转的延迟板的光学晶轴基本垂直于传输方向或垂直于测量系统的光轴。测量方法的测量精度可能被所使用的测量光的强度变动破坏。为了将测量光源的强度变动对测量精度的影响降到最低，该方法的一些变化涉及执行参考强度信号(其与测量光源发出的测量光强度成比例)的时间相关的检测，及相对于参考强度信号归一化偏振测量信号，以确定归一化的偏振测量信号。在此情况中，术语“偏振测量信号”表示由测量确定的且从其导出要分析的测量函数的有用信号。一般地，其是与照射在光电变换器上的测量辐射的强度成比例的电信号。为此目的，例如，可利用偏振分束器或某些其它基本上偏振维持 (polarization-maintaining)并偏振选择(polarization-selectiveIy)的反身寸兀件，来分离期望确定其偏振特性的测量光束，从而可以利用偏振测量光学部件和所连接的传感器测量连续(非反射)的部分。可以在参考分支中将反射部分引导到第二传感器上，该传感器用作参考传感器，并产生与测量光源发出的测量光强度成比例的参考强度信号。该参考强度信号可用于能量参考，以减少归因于测量光源的强度变动的测量误差。由于在测量之前对测量辐射进行了偏振选择性的分离，所以可以影响实际上期望测量的偏振态。因此，如果合适，需要特别校准此效应。此外，与测量传感器并排地，还需要另一传感器用于检测参考强度信号。此方法的一 个特定变型可避免这些缺点。此方法变型包括以下步骤将测量光束分离成具有第一强度的线偏振第一部分光束以及具有第二强度的第二部分光束，第二部分光束与第一部分光束正交地线偏振；沿着偏振光学上基本相同的光束路径，将第一部分光束和第二部分光束引导至强度传感器的传感器区域的空间上分开的第一和第二传感器区上，以产生与第一强度成比例的第一强度信号和与该第二强度成比例的第二强度信号；以及处理第一强度信号和第二强度信号，以形成组合信号。在此情况中，表述“沿着偏振光学上基本相同的光束路径”是指光束路径的偏振光学等效。如果部分光束沿着其各自的光束路径分别不经历或在任何情况下都经历近似相同或互相对应的偏振改变(由于系统中可能的偏振影响元件)，则光束路径在此意义上为“偏振光学上基本相同的”光束路径。这些光束路径可以在几何上彼此非常靠近，从而部分光束通过例如基本相同的材料体积。光束路径也可以在几何上不同，在此情况中，例如，部分光束之一可在反射镜表面反射一次或多次。如果合适，一个部分光束也可相对于另一个部分光束相位延迟正好一个波长或波长的整数倍。因此，其强度可能变动的测量光束可被分离，使得两个部分光束同时照射在同一个传感器的不同的、空间上互相分开的位置或区域上，并在偏振测量期间在那里评估它们的强度。可以在分离位置与传感器区域之间引导这两个部分光束，使得它们不经历或在任何情况下都经历近似相同的偏振改变(由于系统中可能的偏振影响元件)，从而它们仍然以相对于彼此近似正交偏振的方式到达测量系统的检测器侧。在这些条件下，第一强度信号与第二强度信号在任何时间点的和都与测量光源发出的测量光束的输入侧强度成比例， 并因此可用作参考强度信号。因此，一个方法变型包括使用第一强度信号与第二强度信号的和形成参考强度信号。作为替代，可以使用第一强度信号与第二强度信号之间的比值形成组合信号。这是因为如果已知用于分离测量光束的双折射元件相对于测量对象的坐标系统的取向，则可以从第一与第二传感器区中的两个强度的比值导出寻常光线和异常光线的偏振方向中的偏振部分。例如，可以利用双折射元件将测量光束分离为两个彼此正交偏振的部分光束(寻常光线和异常光线)。也可以借助于偏振选择性作用的偏振分束器将测量光束分离为具有 P-偏振的部分光束和具有S-偏振的部分光束，然后将两个部分光束引导到同一传感器区域的不同的非重叠区上。可以在光传播方向中测量对象的上游或下游分离测量光束。可以在检测器单元内直接靠近检测器单元的传感器区域容纳分束元件(例如，双折射元件或偏振分束器)。
可以在根据本发明的测量方法和测量系统的实施例中，有利地使用这里已经说明的以及在下文中结合各种实施例更详细地说明的用于能量参考的方法和装置。然而，在其它测量方法和测量系统中，例如在其它未必用于确定双折射的偏振测量方法和偏振测量系统中，也可以独立于所述测量方法和测量系统使用这些用于能量参考的方法和装置。例如， 可在为测量偏振相关的传输率(衰减率)而设计的偏振测量方法和系统中，使用能量参考。 以上及其它特征不仅在权利要求中出现而且在说明书和附图中出现，其中单独特征可分别自身地实现，或者以本发明的实施例和其它领域中的子组合的形式多个地实现， 并且可以构成有利且本来可保护的实施例。
图1示出了用于测量测量对象的双折射的测量系统的实施例；图2是圆偏振的输入偏振态的情况图2A示出了检测器单元中偏振态的示意图， 图2B示出了 λ/4板完整旋转时作为检测器单元的λ/4板的旋转位置的函数的相对强度分布；图3是线偏振的输入偏振态的情况图3Α示出了检测器单元中偏振态的示意图， 图3Β示出了 λ/4板完整旋转时作为检测器单元的λ/4板的旋转位置的函数的相对强度分布；图4在图4Α至图4C中示出了双折射测量对象位于测量光束路径中时输出偏振态对输入偏振态的依赖性的示意图，图4D中示出了相同输入偏振态的情况下作为λ /4板的旋转位置的函数的不同输出偏振态的示意图，图4Ε中示出了非理想λ /2板的不同旋转位置用于设置输入偏振态的情况下、测量系统中的偏振态的示意图；图5示出了双折射的取向为0°的情况下、双折射与期望值的平均预期偏差ABR 与双折射的绝对值BR的函数关系图；图6示出了双折射的绝对值为4nm时双折射取向的平均预期测量误差Δ ORI与双折射的预定取向的函数关系图；图7示出了双折射与期望值的平均预期偏差ABR相对于样品的双折射取向ORI 的依赖关系图；图8示意性地示出了用于测量具有串连的两个光学组件的测量对象的测量方法的两个测量配置，其中在一个测量的期间，将光学组件之间的偏振态相对于另一个测量旋转 90° ；图9至11示出了使用可选择性地插入测量光束路径中的90°偏振旋转器，测量多组件测量对象的小双折射贡献的测量过程(其基本不依赖于测量系统的误差)的不同测量配置；图12示出了具有用于测量双折射的集成测量系统的组件的微光刻投射曝光设备的实施例；图13示出了图12的投射曝光设备的照明系统的各个组合件(assembly)；图14示意性地示出了照明系统光瞳面中的相对强度I在不同时间点与位置X的依赖关系；图15在图15A中示意性地示出了测量系统中为了能量参考的目的而监控初次光源强度变动的一些组件的构造和功能，在图15B中示出了初次光源强度的时间变动，在图 15C中示出了两个彼此相邻且由相对于彼此正交偏振的部分光束产生的照明光斑的强度的时间变动；图16示出了具有用于 从光束的部分光束产生成对的正交偏振的部分光束的双折射分束元件的照明系统的光瞳塑形单元(在图13A中被示意性地显示)的部分图；图17在图17A中示意性地示出了偏振测量系统的检测器单元的构造，其具有集成的分束元件，用于产生两个相对于彼此正交偏振的部分光束用于能量参考，在图17B和图 17C中示出了彼此正交偏振的部分光束的照明光斑的不同布置，所述照明光斑彼此直接相邻；以及图18示意性地示出了具有用于产生彼此正交偏振的部分光束用于能量参考的集成的分束元件的检测器单元的一些组件。
具体实施例方式图1示出了用于测量测量对象MO的双折射的测量系统MS的实施例，在该示例中， 测量对象MO以多个部分的方式构成，且包括第一组件COl以及在传输方向上布置在第一组件COl下游的第二组件C02，所述组件一起保持在测量对象保持装置MH中，使得当使用包含这两个组件的光学系统时如期望地相对于彼此布置它们。测量系统包括光束产生单元 BG，用于产生引导到测量对象上并意在在进入测量对象时具有规定的输入偏振态的测量光束；以及检测器单元DET，用于检测测量光束在穿过测量对象之后或进入检测器单元时的偏振特性。如果测量对象位于测量光束路径中，则检测器单元在测量期间产生表示测量光束在穿过测量对象后的输出偏振态的偏振测量值。连接到检测器单元的评估单元EU用于评估偏振测量值，并用于确定表示测量对象的双折射的至少一个双折射参数。在该示例中， 所确定的双折射参数可以精确地确定测量对象所产生的双折射的范围或绝对值、以及该双折射相对于参考坐标系的取向。评估单元EU可以集成到测量系统的控制单元CU中。光束产生单元BG包括ArF准分子激光器形式的测量光源LS，其发射标称波长大约为λ = 193nm的线偏振激光光束；以及半波板(λ/2板)形式的第一偏振旋转器R1，其可以通过第一控制装置CRl以规定的旋转角步进绕着测量系统的光轴OA旋转。借助于测量光源LS与第一偏振旋转器Rl的组合，可以产生偏振方向平行于电场振荡矢量的线偏振测量光束，该偏振方向的取向可以通过高精度地旋转偏振旋转器Rl而位于任何期望的旋转角位置。与半波板Rl关联的术语“偏振旋转器”一般地表示旋转偏振方向的光学元件。此外，本实施例的测量系统包括第二偏振旋转器R3，其被设计为90°偏振旋转器，用于将通过的光的偏振态旋转90°。90°偏振旋转器R3具有由旋光性(optically active)材料构成的90°旋转器板，其可以借助于分配的控制装置CR3而被选择性地引入测量光束路径中或从测量光束路径中移除。此90°偏振旋转器布置在测量对象保持装置的区域中，尤其可以插在测量对象的两个组件COl和C02之间，以便能够利用不同测量配置测量双折射。下文将更具体地说明细节。此外，本实施例的测量系统包括由旋光性材料构成的90°旋转器板形式的第三偏振旋转器R4，其可以借助分配的控制单元CR4而被选择性地引入到测量光束路径中，在检测器单元的直接上游，或从测量光束路径中移除。此90°偏振旋转器尤其可以在校准测量系统期间使用，下面将更详细地说明这一点。检 测器单元DET具有遮光掩模M，其具有测量光可透过的“针孔"PH形式的小区域， 该区域的直径显著大于工作波长，并例如可以在100 μ m至300 μ m的范围中。针孔PH形成检测器单元的进入开口。掩模M装配在正透镜L的前焦平面中，透镜L由一个或多个单独透镜组成。位于此透镜后焦平面中的是CCD传感器形式的空间分辨传感器SENS，其能够产生与照射在传感器区域的相应位置上的辐射强度成正比的传感器信号。布置在透镜L与传感器之间的是四分之一波板(λ/4板)形式的可旋转延迟元件R2，其可以通过延迟元件的控制单元CR2而绕着测量系统的光轴旋转，并且在在处理中位于规定的旋转角位置。位于 λ /4延迟元件R2与传感器之间的是偏振分束器BS，其具有相对于光轴为45°的偏振-选择性的分束器表面BSS。在此布置中，偏振分束器用作分析器。分析器仅将偏振辐射的由透镜L准直并由延迟元件R2改变的那些部分传输到传感器SENS，这些部分相对于由入射方向和分束器表面的表面法线生成的入射平面为P-偏振，即其电场矢量平行于该入射平面振荡。相反地，S-偏振的部分(电场矢量的振荡方向垂直于入射平面)被反射到侧边。检测器单元DET可以被整体偏移到垂直于测量对象的光轴OA的平面中的预定位置处，从而可以将针孔PH布置在相对于测量对象的光轴的不同位置处，以便能够如此对偏振态进行空间分辨测量。检测器单元还可以对由针孔的定位限定的所有测量点，以Imrad 或更好的高角度分辨率，进行偏振态的角度分辨测量。作为替代，还可以使用热电传感器或光电二极管作为检测器。为了更好地理解本发明的重要方面，下面将更详细地说明借助这样的检测器布置的偏振测量的工作。通过可旋转λ/4板，以有目标的方式改变通过针孔并被透镜L准直的光的偏振。在此实施为偏振分束器的分析器，仅将P-偏振光传输至传感器。根据λ/4板的旋转位置，传感器上出现强度信号，并且可以根据该强度信号确定性地确定入射在传感器上的光束的偏振态。对于圆偏振输入光，传感器记录图2Β中所示的相对强度分布，其作为λ/4板在 360°旋转后的旋转位置的函数。假设是理想的λ/4延迟，则出现测量信号的纯双波波动，即具有180°的旋转角周期的测量信号。此对称性又可称为双波(two-wave)或两折 (two-fold)方位角对称性。这可以通过参考图2A来理解。图2A以四个彼此相邻的子图从上之下分别示出了圆偏振的输入偏振态、由光学晶轴的取向表示的λ/4板的旋转位置，光束在通过λ/4板后的偏振、以及分析器(分束器立方体)传输至传感器的那些偏振分量。 在此情况中，Tp和Ts是分析器对ρ-偏振和S-偏振的相应传输率。λ/4延迟元件将圆偏振转换为线偏振。线偏振的取向取决于延迟元件光学晶轴的取向。在延迟元件的45°位置处，仅ρ-偏振出现在延迟元件的出口，其在传感器中产生最大的信号。相反地，角度上偏移90°的135°位置处，延迟元件仅传输被分析器完全反射的 S-偏振光，结果传感器中不出现任何强度信号。对应的关系出现在位移180°的角度位置处，从而，在延迟元件的完整旋转过程中出现测量信号的纯双波波动。参考图3Α和3Β呈现了线偏振输入光的对应情况。这里，图3Α以彼此相邻的四个子图从上之下分别示出了线偏振的输入偏振态，λ/4板的旋转位置，光束在通过λ/4板后的偏振，分析器(偏振分束器)传输至传感器的那些偏振分量。可以看出，线偏振的强度分布早在λ/4延迟元件旋转90°之后就重复，因而导致信号的四波波动，如图3Β所示意性示出的。参考图4，现在将说明更进一步的考虑，图4示出了其中双折射测量对象MO位于测量光束路径中的各种情况。在此情况中，这些图根据进入测量对象的测量光束的输入偏振， 示意性地阐述了检测器所产生的测量信号的双波部分的出现及改变。在此方面，图4A示出了其中输入偏振IN为完全线性的理想化情况。这可以例如通过使用晶体偏振器(例如， Rochon棱镜)来实现。测量对象MO的双折射导致轻微椭圆的输出偏振态OUT。根据完全圆偏振光产生纯双波测量信号、而完全线偏振产生纯四波测量信号的情况，在轻微椭圆的输出偏振的情况中，出现的测量信号具有相对较强四波部分(来自线性输入偏振)，以及相对于四波部分的较弱的双波部分(来自偏振态由于测量对象双折射而出现的少量椭圆性)。举例而言，如果因为偏振旋转器Rl未产生理想的λ /2延迟，而输入辐射不是完全的线偏振(图4B、4C)，则通过双折射测量对象后的输出偏振OUT出现比图4A更为椭圆偏振的偏振态，结果，测量信号再次由强四波部分和相对于四波部分较弱的双波部分组成，然而，该双波部分比理想线性输入偏振的情况强(图4A)。 在这些情况下，在λ/2板的第一位置(例如，在相对于测量系统坐标系统的χ-轴的+45° )处，对于输入偏振在此χ-方向上的情况，在λ/2板的下游和测量对象上游，产生例如轻微向右的椭圆偏振光。相反地，如果λ/2板被旋转至-45°，则再次产生椭圆偏振， 但在此情况中为左圆偏振(参考图4D，其中将椭圆偏振态表示为OUT)。在第一个提到的情况中，λ /2板和双折射测量对象的椭圆性应彼此互相加强，以形成更为椭圆的偏振光(图4Β)，然而，在另一情况(λ/2板的另一旋转位置)中，这两个椭圆性至少局部互相彼此抵消，使得输出偏振态更接近理想线偏振态(图4C)。因此，由检测器单元检测的测量信号中的双波部分，在理想线偏振输入偏振(图 4Α)的情况中比轻微椭圆的输入偏振(图4B、4C)的情况强，并且由此可以看出作为光束产生单元的λ/2板的旋转位置的函数的双波波动的绝对值或值在180°后重复。进而由此可见，实际所求的关于测量对象的双折射的信息存在于测量信号的双波波动中。为了更进一步说明这一点，图4Ε表达出用于设置输入偏振的可旋转λ/2板的可能错误延迟(延迟误差)不在Α2信号中产生双波波动，而是产生单波波动，从而，基于双波波动的分析，可以区分贡献来自于测量对象还是来自与测量系统相关联的λ/2板。图 4Ε表示出没有测量对象的测量系统情况下的关系，其中通过旋转真实(即，受到误差影响) 的λ /2板来改变光源的线偏振(表示为IN)，以产生输出偏振态(OUT)。λ /2板的旋转位置由不同取向的线表示。各子图从左至右示出了 0°至360°之间的不同旋转位置和相关联的标称输出偏振态。根据左边的子图，0°的输出偏振态来自于以下事实入射光束的偏振方向平行于λ/2板的光学晶轴0Α，从而没有延迟效应。随着光学晶轴的倾角增加，由于λ/2板的错误延迟，输出偏振态不再是精确的线性，而是为轻微的椭圆，这可以在45° 和90°的输出偏振态的情况中看到。在λ/2板的90°位置处，再次出现线偏振的输出偏振态，其相对于左边示出了的第一位置旋转了 180°。在进一步旋转λ/2板后，再次发生与180°的情况对称的椭圆偏振的输出偏振态，但它们相对于0°至180°间的偏振态具有相反的手性。在本申请引入的记号中，偏振的手性的颠倒表示为双波波动信号Α2的正负号的改变。由于手性在180°处的改变(即在右椭圆偏振和左椭圆偏振之间改变)，单波波动 (即Α2的相同值以周期360°重复)出现在底部所示的Α2信号中(其表示双波波动)。相反地，布置在下游的测量对象的双折射产生双波波动中的双波波动，因为测量对象在180° 旋转后变回自己(180°对称性)。下文举例说明根据本发明的实施例的可以利用此认知精确地测量尤其是小绝对值的双折射的方法。测量系统被设计为根据角度参数α的周期调制函数，将测量光束的输入偏振态调制为至少四个不同的测量状态，处理与至少四个测量状态相关联的偏振测量值，形成取决于角度参数α的测量函数，确定该测量函数的双波部分，然后分析该双波部分，以便导出至少一个双折射参数。在该示例的情况下，输入偏振态通过以下事实产生测量光源LS产生线偏振测量光束，并借助第一偏振旋转器R1，通过在测量之间旋转偏振旋转器，改变测量光束的偏振方向，从而对于测量 出现线性输入偏振的不同测量取向。在此情况中，角度参数α对应于第一偏振旋转器Rl相对于参考方向的旋转角。从传感器SENS的电输出信号导出测量函数， 因此，在检测器单元DET的配置中，此测量函数与照射在传感器上的测量辐射强度成比例， 即此测量函数可以被表示为强度信号。测量方法和测量系统被设计为从传感器的测量信号的双波部分的傅立叶变换 (其根据第一偏振旋转器Rl的旋转角而变化)，确定用于测量对象的双折射的值。这涉及测量双波部分Α2(α)、Β2(α)作为测量对象上游的偏振的设定取向α的函数，以及接着借助快速傅立叶变换(FFT)，将其傅立叶变换为α。为了能够使用在计算时间上比较有利的快速傅立叶变换(FFT)，在测量对象的上游，以等旋转角度间距(360° /2ν)设置2n(N ^ 2)个线偏振测量状态，并借助检测器单元测量输出状态的偏振。下面说明可以根据检测器单元测量信号确定测量对象的双折射特性(尤其是双折射的绝对值和双折射的取向)的方法。以下参数被一直使用在下面的表述中。利用以下参数，将测量系统用于单独测量的配置参数化PL4 检测器单元的λ /4延迟板的旋转角；α 测量光束在进入测量对象前的线偏振的测量取向(由第一偏振旋转器Rl设定)。所求变量为PRdb 测量对象的双折射的绝对值；PRa 测量对象的双折射的取向(检测器单元的分析器(例如，偏振分束器)规定用于参考方向的坐标系统)。测量系统中的干扰由以下参数描述LIdb 检测器单元的λ /4板上游的透镜组L中的双折射的绝对值；LIa 检测器单元的λ /4板上游的透镜组L中的双折射的取向；PTdb 检测器单元的分析器(偏振分束器)中的双折射的绝对值；PTa 检测器单元的分析器中的双折射的取向；Tsp 检测器单元的分析器的消光比，即S-和P-偏振分别在偏振分束器的分束器表面的传输率Ts与Tp的比。Tsp的值越小，分析器就越有效。L4z 检测器单元中的λ /4板的错误延迟。
此外，设置输入偏振时可以发生干扰，所述干扰通过以下被参数化L2z 在进入测量对象之前设置不同取向的线偏振态的第一偏振旋转器(λ/2板) 的错误延迟，测量对象上游的线偏振的取向的对应误差，由旋转角α参数化。测量方法的一个变型于是采用根据以下测量规范的过程。在测量对象上游，为一系列测量设置等旋转角间距(360° It)的2N个线偏振态 (测量取向)。举例而言，可以根据以下取向设置八个线偏振态_135°、-90°、-45°、0°、 45° 、90° ,135° ,180° 。在检测器中，与这些单独输入偏振态相关联的测量信号产生依赖于旋转角α的测量函数，在评估单元中处理该测量函数，以确定测量函数的双波部分，并然后分析该双波部分。为此目的，执行测量函数的第一傅立叶变换，以确定第一傅立叶系数Α0( α)和 Α2( α )。在此情况中，由“Α”表示的A系数是测量函数的正弦部分，由“B”表示的B系数是测量函数的余弦部分。在此情况中，系数Α0(α)描述对应于测量函数的非周期部分的平均值的偏移项，而系数Α2 ( α )是第一双波波动系数，其与测量函数的双波部分的振幅成比例。然后，再次关于旋转角度参数α对数据组AO ( α )和Α2 ( α )进行傅立叶变换。换句话说，进行周期测量函数的双傅立叶变换。根据Α0(α)的傅立叶变换，计算第二傅立叶系数Α0_Α01(α)。根据Α2(α)的傅立叶变换，计算第二傅立叶系数Α2_Α02 ( α )和Β2_ Α02(α)ο在此描述中，Α0_Α01(α)表示描述偏移项ΑΟ(α)的非周期部分的平均值的偏移项，Α2_Α02(α)表示第一双波波动系数Α2(α)的双波波动的正弦部分，Β2_Α02 ( α )表示第一双波波动系数Α2 ( α )的双波波动的余弦部分。一般地，也对Β2( α)系数再次进行傅立叶变换，S卩如果检测器单元中的λ/4板具有不同的起始值。只有当在起始位置中λ/4板的光学晶轴平行或垂直于偏振器的传输方向时，Β2才等于0。为了清楚，还应提及以下内容在此实施例中，第一傅立叶变换涉及参数pL4，其描述检测器单元中λ/4延迟板的旋转角度或旋转位置。对每个考虑中的测量取向(由角度参数α参数化，由λ/2板(第一偏振旋转器)的旋转设置)进行该第一傅立叶变换。 仅通过作为α的函数的第一傅立叶变换的结果，即针对α的双波部分，执行第二傅立叶变换。傅立叶系数Α0(α)等是第一傅立叶变换在相应位置α处的结果。因此，在此实施例中，第一傅立叶变换在检测器单元中发生，而第二傅立叶变换在检测器单元外发生。如果还进行至一阶的泰勒(Taylor)展开，则测量函数的该双傅立叶变换的形式产生以下结果(等式(1)至(3))
权利要求
1.一种用于测量光学测量对象的双折射的测量方法，包括产生具有规定的输入偏振态的测量光束，所述测量光束被引导到所述测量对象上，所述输入偏振态为所述测量光束在所述测量光束进入所述测量对象即刻之前的偏振态；检测所述测量光束在与所述测量对象相互作用之后的偏振特性，以产生偏振测量值， 所述偏振测量值表示所述测量光束在与所述测量对象相互作用之后的输出偏振态； 评估所述偏振测量值，以确定表示所述测量对象的双折射的至少一个双折射参数； 其特征在于以下步骤根据角度参数α的周期调制函数，将所述测量光束的所述输入偏振态调制为至少四个不同测量状态；处理与所述至少四个测量状态相关联的所述偏振测量值，以形成依赖于所述角度参数 α的测量函数；确定所述测量函数的双波部分；分析所述双波部分，以导出所述至少一个双折射参数。
2.如权利要求1所述的测量方法，其中确定所述测量函数的双波部分包括所述测量函数的双傅立叶变换。
3.如权利要求2所述的测量方法，其中确定所述测量函数的双波部分包括所述测量函数的第一傅立叶变换，以确定第一傅立叶系数AO ( α )和Α2 ( α )，其中AO ( α )是描述所述测量函数的非周期部分的平均值的偏移项，并且其中Α2 ( α )是第一双波波动系数，所述第一双波波动系数与所述测量函数的双波部分的振幅成比例；并且其中确定所述测量函数的双波部分还包括所述第一傅立叶系数Α0( α)和Α2(α)关于所述角度参数α的第二傅立叶变换，以确定第二傅立叶系数Α0_Α01 ( α ) ,A2_A02 ( α )和Β2_Α02 ( α )，其中Α0_Α01 ( α )是描述所述偏移项ΑΟ(α)的非周期部分的平均值的偏移项，Α2_Α02(α)是所述第一双波波动系数Α2 ( α )的所述双波波动的正弦部分，Β2_Α02 ( α )是所述第一双波波动系数A2 ( α ) 的所述双波波动的余弦部分。
4.如前述任一项权利要求所述的测量方法，其中所述测量函数的与所述测量状态相关联的输入参数α相对于彼此等距。
5.如前述任一项权利要求所述的测量方法，其中调制所述输入偏振态包括以下步骤 产生线偏振测量光束，所述线偏振测量光束具有平行于电场的振荡矢量的偏振方向，所述测量光束被引导到所述测量对象上；通过将所述测量光束的偏振方向旋转到相对于彼此位于可预定的旋转角间距处的至少四个测量取向，产生所述至少四个测量状态，所述测量取向的每一个对应于一个测量状态。
6.如权利要求5所述的测量方法，其中设置2Ν个相对于彼此位于等旋转角间距处的测量取向，其中N彡2，优选设置4、8、16、32或64个测量取向。
7.如权利要求3至6中的任一项所述的测量方法，其中通过以下步骤确定所述双折射参数的归因于所述测量系统的组件的系统部分在所述测量光束路径中没有测量对象的情形下执行测量，使得要分析的输出偏振态对应于所述输入偏振态；对于所述测量光束路径中具有所述测量对象的测量的偏移项Α0_Α01 (α),归一化所述第一双波波动系数Α2( α)的双波波动的正弦部分Α2_Α02(α)和所述第一双波波动系数 Α2(α)的双波波动的余弦部分Β2_Α02 (α),以确定归一化的总测量信号；对于所述测量光束路径中没有所述测量对象的测量的偏移项Α0_Α01 (α),归一化所述第一双波波动系数Α2( α)的双波波动的正弦部分Α2_Α02(α)和所述第一双波波动系数 Α2(α)的双波波动的余弦部分Β2_Α02 (α),以确定所述总测量信号的归一化的系统部分；从所述归一化的总测量信号中减去所述归一化的系统部分。
8.如前述任一项权利要求所述的测量方法，包括以下步骤执行第一测量，以确定第一双折射参数；执行第二测量，以确定第二双折射参数，其中，在所述第二测量期间，关于所述第一测量期间的所述测量光束的对应偏振态，通过在偏振旋转区段中，将偏振旋转器引入所述测量光束中或从所述测量光束中移除偏振旋转器，而将所述测量光束的偏振态相对于所述第一测量的所述测量光束的偏振态旋转90° ；联合地评估所述第一双折射参数和所述第二双折射参数。
9.如权利要求8所述的测量方法，其中所述联合评估包括确定在所述第一测量与所述第二测量的测量函数的双波部分之间的和。
10.如权利要求8或9所述的测量方法，其中所述联合评估包括确定所述第一测量与所述第二测量的测量函数的双波部分之间的差。
11.如权利要求8、9或10所述的测量方法，其中所述偏振旋转区段位于所述测量对象与所述测量系统的检测器侧组件之间。
12.如权利要求8、9或10所述的测量方法，其中所述测量对象包含在传输方向上依序布置的多个光学组件，并且所述偏振旋转区段位于所述测量对象的第一光学组件与第二光学组件之间。
13.如权利要求12所述的测量方法，其中所述第一光学组件和所述第二光学组件相对配置布置，在该配置中在包含所述光学组件的光学系统的情形中利用所述第一光学组件和所述第二光学组件。
14.如前述任一项权利要求所述的测量方法，其中，为了将所述测量光的偏振态旋转 90°，使用90°偏振旋转器，所述90°偏振旋转器选自具有以下组件的组由旋光性材料构成的板；由固有双折射晶体材料构成的板，所述材料的<110>晶向基本平行于所述传输方向；相对于彼此45°取向的两个低阶半波板，相对于彼此旋转的所述半波板的光学晶轴基本垂直于所述传输方向。
15.如前述任一项权利要求所述的测量方法，包括以下步骤参考强度信号的时间相关的检测，所述参考强度信号与测量光源发出的测量光的强度成比例；以及相对于所述参考强度信号归一化偏振测量信号，以确定归一化的偏振测量信号。
16.如权利要求15所述的测量方法，还包括以下步骤将所述测量光束分离为具有第一强度的线偏振第一部分光束和具有第二强度的第二部分光束，所述第二部分光束与所述第一部分光束正交地线偏振；沿着偏振光学上基本相同的光束路径，将所述第一部分光束和所述第二部分光束引导到强度传感器的传感器区域的空间上分开的第一和第二传感器区上，以产生与所述第一强度成比例的第一强度信号以及与所述第二强度成比例的第二强度信号；以及处理所述第一强度信号和所述第二强度信号，以形成组合信号。
17.如权利要求16所述的测量方法，其中使用所述第一强度信号与所述第二强度信号的和，形成强度参考信号。
18.如权利要求16或17所述的测量方法，其中使用所述第一强度信号与所述第二强度信号的比值来执行所述组合信号的形成。
19.如权利要求16、17或18所述的测量方法，其中利用双折射元件将所述测量光束分离为两个彼此正交偏振的部分光束。
20.如权利要求16至18中的任一项所述的测量方法，其中借助于偏振选择性作用的偏振分束器，将所述测量光束分离为两个彼此正交偏振的部分光束。
21.如权利要求16至20中的任一项所述的测量方法，其中在光传播方向中，在所述测量对象上游分离所述测量光束。
22.如权利要求16至20中的任一项所述的测量方法，其中在光传播方向中，在所述测量对象下游分离所述测量光束。
23.如权利要求16至20中的任一项所述的测量方法，其中在检测器单元中，在所述检测器单元的进入表面与所述检测器单元的传感器区域之间，分离所述测量光束。
24.—种用于测量光学测量对象(MO)的双折射的测量系统，包括光束产生单元(BG)，用于产生具有规定的输入偏振态的测量光束，所述测量光束被引导到所述测量对象上；检测器单元(DET)，用于检测所述测量光束在与所述测量对象(MO)相互作用之后的偏振特性，以产生表示所述测量光束的输出偏振态的偏振测量值；以及评估单元(EU)，用于评估所述偏振测量值，以确定表示所述测量对象的双折射的至少一个双折射参数；其特征在于所述光束产生单元(BG)被设计用于根据角度参数α的周期调制函数，将所述测量光束的输入偏振态调制为至少四个不同测量状态；并且所述评估单元(EU)被配置用于处理与所述至少四个测量状态相关联的所述偏振测量值，以形成依赖于所述角度参数α的测量函数，用于确定所述测量函数的双波部分，并用于分析所述双波部分，以导出所述至少一个双折射参数。
25.如权利要求24所述的测量系统，其中所述光束产生单元(BG)在用于产生线偏振光的光源(LS)与所述测量对象(MO)之间具有第一偏振旋转器(Rl)，用于可控制地旋转所述测量光束的偏振方向。
26.如权利要求25所述的测量系统，其中所述第一偏振旋转器(Rl)具有半波板，借助于第一控制装置(CRl)，可绕着所述测量系统的光轴旋转所述半波板。
27.如权利要求24至26中的任一项所述的测量系统，包括第二偏振旋转器(R3)，其被设计为90°偏振旋转器，用于将所述测量光的偏振态旋转90°，并且能够借助于第二控制装置(R3)选择性地将所述第二偏振旋转器(R3)引入所述测量光束路经中，或从所述测量光束路径中将其移除。
28.如权利要求27所述的测量系统，其中所述第二偏振旋转器(R3)布置在测量对象保持装置(MH)的区域中，使得其能够被选择性地引入具有多个光学组件的测量对象(MO)的第一光学组件(COl)与第二光学组件(C02)之间，或从在所述光学组件之间的区域中移除。
29.如权利要求24至28中的任一项所述的测量系统，包括第三偏振旋转器(R4)，其被设计为90°偏振旋转器，用于将所述测量光的偏振态旋转90°，并且能够借助于分配的第三控制装置(CR4)选择性地将所述第三偏振旋转器(R4)引入所述测量对象(MO)与所述检测器单元(DET)之间的所述测量光束路径中，或将其从此区域中移除。
30.如权利要求27至29中的任一项所述的测量系统，其中所述90°偏振旋转器选自具有以下组件的组由旋光性材料构成的板；由固有双折射晶体材料构成的板，所述材料的<110>晶向基本平行于所述传输方向；相对于彼此45°取向的两个低阶半波板，相对于彼此旋转的所述半波板的光学晶轴基本垂直于所述传输方向。
31.如权利要求24至30中的任一项所述的测量系统，其中所述检测器单元(DET)具有进入开口(PH)，所述进入开口能够被位移到垂直于所述测量系统的光轴的平面中的预定位置。
32.如权利要求24至31中的任一项所述的测量系统，其中所述检测器单元(DET)被设计用于所述偏振态的角度分辨测量。
33.一种投射曝光设备，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在所述投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，所述投射曝光设备包括初次光源(LS)，用于发射初次光；照明系统(ILL)，用于接收所述初次光，并用于产生引导到所述掩模(R)上的照明光束；投射物镜(PO)，用于在所述投射物镜的像面(IS)的区域中产生所述图案的像；及测量系统，用于测量布置在所述初次光源(LS)与所述投射物镜(PO)的像面(IS)之间的光学测量对象的双折射，所述测量系统具有以下单元光束产生单元，用于产生具有规定的输入偏振态的测量光束，所述测量光束被引导到所述测量对象上；检测器单元(DET)，用于检测所述测量光束在与所述测量对象(MO)相互作用之后的偏振特性，以产生表示所述测量光束的输出偏振态的偏振测量值；以及评估单元(EU)，用于评估所述偏振测量值，以确定表示所述测量对象的双折射的至少一个双折射参数。
34.如权利要求33所述的投射曝光设备，其中所述投射曝光设备的所述初次光源(LS) 是用于产生引导到所述测量对象上的测量光束的所述光束产生单元的一部分。
35.如权利要求33或34所述的投射曝光设备，其中能够在所述投射物镜的像平面的区域中放置所述检测器单元(DET)，代替要曝光的基底(W)，使得所述检测器单元的具有进入开口(PH)的进入平面位于所述投射物镜(PO)的所述像面(IS)中或与其光学共轭的面中。
36.如权利要求35所述的投射曝光设备，其中所述进入开口能够垂直于所述投射物镜的光轴位移，以测量所述像面中的不同场点。
37.如权利要求33至36中的任一项所述的投射曝光设备，其中能够在所述投射物镜的所述物面区域中放置所述检测器单元，代替掩模，使得所述检测器单元的具有进入开口的进入平面位于所述投射物镜的所述物面中或与其光学共轭的面中。
38.如权利要求33至37中的任一项所述的投射曝光设备，其中所述测量系统被配置用于执行如权利要求1至23中的任一项所述的测量方法。
39.一种用于测量掩模母版的双折射的测量方法，包括以下步骤将所述掩模母版布置在投射曝光设备的照明系统与投射物镜之间、所述投射物镜的物面的区域中的安装位置中；利用用于测量光学测量对象的双折射的测量系统，测量所述安装位置中的掩模母版的双折射，所述测量系统被集成到所述投射设备中。
40.如权利要求39所述的测量方法，其中在掩模母版更换之后并在使用所述更换引入的掩模母版执行曝光之前，执行测量。
41.如权利要求39或40所述的测量方法，其中执行根据权利要求1至23中的任一项所述的测量方法，所述掩模母版用作测量对象。
42.一种用于测量光学测量对象的至少一个偏振特性的测量方法，包括借助于测量光源产生具有规定的输入偏振态的测量光束，所述测量光束被引导到所述测量对象上；检测所述测量光束在与所述测量对象相互作用之后的偏振特性，以产生偏振测量值， 所述偏振测量值表示所述测量光束在与所述测量对象相互作用之后的输出偏振态；评估所述偏振测量值，以确定表示所述光学测量对象的偏振特性的至少一个偏振参数；检测参考强度信号的时间相关，所述参考强度信号与测量光源发出的测量光的强度成比例；以及相对于所述参考强度信号归一化偏振测量信号，以确定归一化的偏振测量信号；其特征为以下步骤将所述测量光束分离为具有第一强度的线偏振第一部分光束和具有第二强度的第二部分光束，所述第二部分光束与所述第一部分光束正交地线偏振；沿着偏振光学上基本相同的光束路径将所述第一部分光束和所述第二部分光束引导到强度传感器的传感器区域的空间上分开的第一和第二传感器区上，以产生与所述第一强度成比例的第一强度信号和与所述第二强度成比例的第二强度信号；以及处理所述第一强度信号和所述第二强度信号，以形成组合信号。
43.如权利要求42所述的测量方法，其中使用所述第一强度信号和所述第二强度信号的和形成强度参考信号。
全文摘要
在用于测量光学测量对象的双折射的测量方法中，产生具有规定的输入偏振态的测量光束，该测量光束被引导到测量对象上，并检测测量光束在与测量对象相互作用之后的偏振特性，以产生表示测量光束在与测量对象相互作用之后的输出偏振态的偏振测量值。根据角度参数α的周期调制函数将测量光束的输入偏振态调制为至少四个不同测量状态，并处理与至少四个测量状态相关联的偏振测量值，以形成依赖于角度参数α的测量函数。为了评估偏振测量值，确定测量函数的双波部分。分析该双波部分以导出描述双折射的至少一个双折射参数。为此目的，优选执行测量函数的双傅立叶变换。
文档编号G01N21/23GK102439419SQ201080022144
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月20日
发明者D.菲奥尔卡, M.罗厄 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司