測量雙折射的測量方法和測量系統的制作方法

專利名稱：測量雙折射的測量方法和測量系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于測量光學測量對象的雙折射的測量方法，以及適合于執行該測量方法的測量系統。
背景技術：
在許多氣體、液體及無應 力非晶固體(例如光學玻璃)中，光的速度與傳播方向和光的偏振態無關。這種光學介質稱為光學各向同性。相反地，如果材料的光學特性取決于光的傳播方向，則此材料稱為光學各向異性。許多透明晶體材料為光學各向異性。由于這些材料的晶格的對稱性，它們具有至少一個顯著的對稱方向，一般稱為“光學晶軸”。許多光學各向異性材料呈現出雙折射(birefringence)。術語“雙折射”表示光學各向異性材料將入射光束分離為兩個部分光束的特性，這兩個部分光束彼此正交地線偏振且在光學各向異性材料中以不同的路線傳播。基本由光速對光的傳播方向和偏振態的依賴性決定光在各向異性材料中的不同傳播。所述部分光束之一的傳播速度與傳播方向無關。 此部分光束稱為“尋常光線(ordinary ray)”。相反地，另一個部分光束的傳播速度是方向相關的。該部分光束稱為“異常光線(extraordinary ray)”。與不同傳播速度相關聯的是材料對不同部分光束的對應不同折射率，其中η。是尋常光線的折射率，neo是異常光線的折射率。基于光學材料的晶體結構的雙折射稱為固有雙折射。光學各向同性材料可以因為受到外部影響而變為雙折射材料。例如，在克爾 (Kerr)效應中使用電場引起的雙折射。在固有雙折射材料的情況下，雙折射特性可以由于外部影響而改變。尤其是，機械應力可引起雙折射，其一般稱為應力雙折射(SDB)。應力雙折射可由內部應力引起，內部應力來自例如生產晶體材料的工藝。此外，應力雙折射可由外力產生，外力來自例如將光學組件裝配在裝配件中的過程。例如，在延遲元件(延遲器(retarder))(諸如λ /4板或λ /2板)的制造中，或在其它偏振光學組件的制造中，雙折射被作為期望的特性，以按照規定的方式改變光的偏振態。另一方面，在許多要求嚴格的應用中，例如在微光刻、激光光學或天文學的領域中，光學組件的雙折射被當作不期望的誤差原因，并盡力使雙折射對光學組件或光學系統的光學特性的影響降到最低，并且/或者至少足夠準確地知道雙折射從而可以進行補償。為了控制雙折射，必須準確地知道雙折射在絕對值方面和取向方面的范圍。因此， 需要量化雙折射的精確測量方法。在用于微光刻的光學系統的領域中，對測量精度和準確地確定甚至相對較弱的雙折射效應的能力存在特別嚴格的要求，該微光刻尤其被用來生產大規模集成半導體組件和其它精細結構化的組件。為了能夠借助微光刻制造更加精細的結構，更進一步地增大投射物鏡的像側數值孔徑，并使用更短的波長，尤其是來自深紫外光范圍(DUV)的波長。在小于 200nm的波長處，只有相對較少的充分透明的材料可用于制造透明光學組件。這些材料主要包括合成熔融石英(synthetic fused silica)，其下至193nm都足夠透明；以及一些氟化物晶體材料，諸如氟化鈣或氟化鋇，其甚至在157nm及以下的波長處都呈現足夠低的吸收率。氟化鈣呈現固有雙折射，即因材料晶體結構所造成的雙折射；除可能引起的應力雙折射之外，固有雙折射也可以影響由此材料組成的光學組件的光學偏振行為(參見例如US 6，697，199B2以及其中指出的文獻引用)。呈現雙 折射的每個單獨(individual)光學組件可以對系統的偏振光學方式作出復雜的貢獻。尤其在微光刻領域中，利用了具有多個單獨組件的復雜光學系統，所述單獨組件通常被組合來形成在總光學系統中執行特定功能的光學模塊。在此情況中，一般期望準確地知道總系統的雙折射特性以及單獨組件或模塊對總系統的偏振光學方式的作用。為了量化雙折射，使用用于測量光學測量對象的雙折射的測量方法和測量系統， 其中光學測量對象可以是單獨的光學組件或包括多個光學組件的系統。在這里所考慮的用于量化雙折射的測量方法和測量系統的情況下，產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，所述測量光束被引導到測量對象上，輸入偏振態是測量光束在測量光束進入測量對象即刻之前的偏振態。在測量光束與測量對象相互作用之后，檢測測量光束的偏振特性，以產生表示測量光束的輸出偏振態的偏振測量值，輸出偏振態是測量光束在與測量對象相互作用之后的偏振態。評估偏振測量值以確定表示測量對象的雙折射的至少一個雙折射參數。一般地， 確定雙折射的絕對值和取向。在此情況中，雙折射的絕對值表示在材料中以不同傳播速度傳播的測量光束的兩個部分光束之間、由測量對象造成的延遲。兩個部分光束之間的延遲又稱為光學路徑差，通常以納米或測量光束的波長λ的分數為單位。例如，測量波長193nm 的λ /4延遲器產生193/4nm的路徑差。由雙折射材料的光學晶軸的取向限定雙折射的取向。如果涉及因外部影響(諸如力的作用)而變為雙折射的光學各向同性材料，則雙折射的取向位于作用力的方向中。為了測量的目的，可以由相對于測量系統的規定參考方向的角度指示表示雙折射的取向。準確測量的前提是盡可能準確地設定輸入偏振態，以及盡可能準確地確定輸出偏振態。在產生輸入偏振態時以及在確定輸出偏振態時所出現的誤差作為測量誤差影響測量。因此，這些測量誤差的作用應該被知道或可確定，以便能夠在評估中考慮。例如，如果借助于偏振計或橢圓偏振儀(ellipsometer)根據S6rnarmont原理進行測量，則首先借助于偏振器從非偏振光源的光產生線偏振測量光束，所述測量光束進入測量對象。測量對象內的雙折射一般導致橢圓偏振的輸出偏振態。借助于四分之一波板， 再次從橢圓偏振光產生線偏振，并且可以借助布置在光敏檢測器上游的可旋轉分析儀確定其偏振角。US 6，697，157B2和US 6，473，181B1說明了用于測量雙折射的系統，其中使用光彈性調制器(PEM)用于調制偏振光，然后將該偏振光輻射穿過要被測量的樣品。

發明內容
本發明的一個目的在于提供一種用于測量雙折射的測量方法，其可以高精度地測量小值的雙折射。尤其是，該測量方法意在對小雙折射值具有小于0. 5nm的測量精度。本發明的另一目的在于提供一種用于測量雙折射的測量方法，其對在產生輸入偏振態的過程中和在評估輸出偏振態的過程中產生測量誤差的影響相對不敏感。
本發明的另一目的在于提供一種用于測量雙折射的測量方法，其可以簡單地通過對具有多個光學組件或組件組的光學測量對象進行測量，而分離出單獨組件或組件組對總測量對象的雙折射的貢獻。本發明的另一目的在于提供一種用于測量光學測量對象的雙折射的測量方法，其可以可靠地將要測量的測量對象的雙折射參數與來自測量系統的組件的有害于測量的干擾變量分離開。為了實現這些以及其它目的，本發明提供一種包括權利要求1的特征的測量方法以及包括權利要求24的特征的測量系統。從屬權利要求中描述了有利的發展。通過引用將所有權利要求的內容合并到說明書的內容中。在該測量方法中，根據角度參數α的周期調制函數，調制測量光束的輸入偏振態，使得所述輸入偏振態存在至少四個不同測量狀態用于測量。處理與至少四個測量狀態相關聯的偏振測量值，以形成取決于依賴于角度參數α的測量函數。例如，可以從電測量信號導出測量函數，該電測量信號由偏振計的檢測器產生且與照射在偏振計的檢測器上的輻射強度成比例。

與輸入偏振態的周期調制函數相關聯的角度參數α例如可以直接是布置在測量系統的光源與測量對象之間的延遲板的旋轉角，或者可從該旋轉角導出。例如，如果測量需要偏振方向為不同取向的線偏振輸入偏振態，則可以通過以下事實產生這些輸入偏振態 在產生線偏振光的測量光源與測量對象之間布置偏振旋轉器(例如為可旋轉半波板的形式)，用于以規定的方式可控制地旋轉測量光束的偏振方向。在這種配置的情況下，如果使用可旋轉的四分之一波板取代可旋轉半波板，則可以根據四分之一波板的旋轉角，以可預定的方式在線偏振與圓偏振之間調制輸入偏振態。也可以借助半波板與四分之一波板的組合設置輸入偏振態，并限定對應的角度參數α。在評估偏振測量值期間，確定測量函數的雙波部分。分析該雙波部分以導出至少一個雙折射參數。確定測量函數的雙波部分并分析該部分以導出至少一個雙折射參數，基于以下認識在給定測量條件下，測量信號的歸因于所求雙折射的那一部分一定具有顯著的雙波特性，而歸因于系統中的干擾變量的測量信號部分一般沒有任何顯著的雙波波動。因此，可以基于測量信號的雙波部分，識別測量信號的哪個部分在原因上歸因于所求雙折射，哪些信號部分基于導致測量誤差的干擾變量。如果現在在評估期間以有目標的方式確定和分析測量函數的雙波部分，則從分析導出的雙折射參數基本僅表示所求得光學測量對象的光學特性，且僅在可忽略的程度上表示測量系統的可能的干擾貢獻。在此上下文中，用語“雙波部分”表示角空間中與角度參數α相關聯的二折對稱性，例如相對于定義在0°與360°間的旋轉角的二折旋轉對稱性。因此，相對于角度參數 α具有角距180°的那些信號部分構成雙波部分。在通過傅立葉分析描述問題時，雙波波動表示傅立葉系數的絕對值或振幅，在傅立葉級數中正弦部分和余弦部分分別利用該傅立葉系數加權，其中正弦部分和余弦部分的值在180°的周期之后重復(即倍頻(double frequency))。例如，可以基于以下考慮理解 “雙波波動”在確定雙折射時的意義。如果材料中發生雙折射，則進入光束分離成兩個分別為線偏振的部分光束，且其偏振方向彼此垂直。部分光束之一中的光(尋常光線)的傳播速度與方向無關，而另一光束的光的傳播速度取決于傳播方向(異常光線)。可以借助惠更斯(Huygens)原理來說明尋常光線和異常光線的傳播。惠更斯原理說明波面上的每一點是被疊加的新小波的起點。 新波前是疊加的小波的包絡。對尋常光線而言，小波的相前(Phase front)是球面，因為傳播速度在每個空間方向上都相同。相反地，異常光線的小波的相前形成旋轉橢球，因為傳播速度與方向有關。相對于光束方向具有二折或雙波旋轉對稱性的旋轉橢球包含關于光束的每個入射方向的雙折射的絕對值和取向的信息。可以利用該信息確定和分析測量函數的雙波部分來直接量化雙折射。

與至少四個測量狀態相關聯的偏振測量值可用作確定測量函數的分布的支持值。 在優選變型中，測量函數的分析利用以下事實每一個周期函數由周期性的諧波振蕩構成， 即不同相位和振幅以及準確限定的頻率的正弦和/或余弦函數。這被在傅立葉分析中利用，即將這樣的周期函數分解為傅立葉級數。在測量方法的一個變型中，確定測量函數的雙波部分包括測量函數的雙傅立葉變換。在此變型中，借助雙傅立葉變換或利用連續進行的兩個傅立葉變換(將后續的第二傅立葉變換應用到前面的第一傅里葉變換的結果中)，分析在測量期間記錄的測量函數的測量值。因此，與雙折射有關的雙折射參數變得尤其對不同輸入偏振態設置中的延遲誤差不敏感，并且直到測量信號的記錄，都對測量對象的輸出側上引入的延遲誤差不敏感。在雙傅立葉變換的一個實施例中，確定測量函數的雙波部分包括測量函數的第一傅立葉變換，以確定第一傅立葉系數AO ( α )和A2 ( α )，其中AO ( α )是描述該測量函數的非周期部分的平均值的偏移項，Α2(α)是第一雙波波動系數，其與該測量函數的雙波部分的振幅成比例，并且其中，確定該測量函數的雙波部分還包括第一傅立葉系數Α0( α)和 Α2(α)相對于角度參數α的第二傅立葉變換，以確定第二傅立葉系數Α0_Α01 ( α )、Α2_ Α02(α)和Β2_Α02(α)，其中Α0_Α01(α)是描述該偏移項AO ( α )的非周期部分的平均值的偏移項，Α2_Α02(α)是第一雙波波動系數Α2 ( α )的雙波波動的正弦部分，Β2_Α02 ( α ) 是第一雙波波動系數Α2( α)的雙波波動的余弦部分。在第二傅立葉變換之后出現的偏移項Α0_Α01 ( α )可用于測量結果的強度歸一化，從而使測量對初次光源的強度變動不敏感。 包含關于所求雙折射的信息的雙波部分Α2_Α02(α )和Β2_Α02 ( α )得自第一雙波波動系數 Α2(α)的第二傅立葉變換。原則上，測量方法不受用于輸入偏振態的至少四個不同測量狀態的任何限制。測量狀態可以相對于彼此具有規則或不規則的間距。如果測量函數的與測量狀態相關聯的角度參數α相對于彼此為等間距，則可大大簡化評估。在此情況中，可使用所謂的快速傅立葉變換(FFT)計算測量函數的傅立葉變換，快速傅立葉變換是這樣的算法其中用于確定傅立葉系數的評估步驟的數目明顯小于更一般情況的傅立葉變換。在測量方法的一個變型中，產生偏振方向平行于電場振蕩的矢量的線偏振測量光束，該測量光束被引導到測量對象上，并且測量光束的偏振方向被旋轉至相對于彼此處于可預定的旋轉角間距處的至少四個測量取向。在此情況中，測量取向對應于所述至少四個不同測量狀態，偏振方向的旋轉角則對應于角度參數α。優選地，至少四個測量取向相對于彼此位于等旋轉角間距處，以能夠利用快速傅立葉變換進行評估。特別地，可以設置相對于彼此位于等旋轉角間距處的2Ν(其中N > 2)個測量取向，例如4、8、16、32或64或更多個的測量取向。由于輸入偏振的每個不同測量狀態對應于要評估的測量函數的支持點，所以可以通過增加支持點數目來提高確定測量函數時的精度并因此也提高測量精度。另一方面，增加不同輸入偏振態的數目提高了在測量和評估上所花費的時間。在該測量方法的情形中，可以非常簡單地執行測量系統的校準。可以執行分析，使得利用完全相同的表達式相加地合成與雙折射有關的雙波部分，所述表達式來源于要測量的雙折射參數(尤其是測量對象的雙折射的絕對值和 雙折射的取向)以及測量系統所產生的干擾變量，干擾變量尤其包括測量系統的延遲元件和分析器的雙折射貢獻。相關測量變量與干擾變量之間的簡單相加關系允許可靠地分開要測量的雙折射與干擾變量，因為，在此情況中，可以通過沒有測量對象但其它方面相同的測量方法的測量來確定由測量系統本身產生的雙折射部分(測量系統偏移)。在利用泰勒展開式線性化描述關系的公式之后，可以進行有關雙波部分的簡單相力口。因此，該簡單評估尤其適合于小雙折射值的精確確定。如果意在高精度地確定更大的雙折射值，則信號評估可能變得更復雜。因此，在一個方法變型中，通過以下步驟確定雙折射參數的歸因于測量系統的組件的系統部分在測量光束路徑中沒有測量對象的情況下執行測量，使得要分析的輸出偏振態對應于輸入偏振態；相對于測量光束路徑中具有測量對象的測量的偏移項Α0_Α01 (α),歸一化第一雙波波動系數Α2(α)的雙波波動的正弦部分Α2_Α02(α)和第一雙波波動系數Α2 ( α )的雙波波動的余弦部分Β2_Α02 (α),以確定歸一化的總測量信號；相對于測量光束路徑中沒有測量對象的測量的偏移項Α0_Α01 (α),歸一化第一雙波波動系數Α2(α)的雙波波動的正弦部分Α2_Α02(α)和第一雙波波動系數Α2 ( α )的雙波波動的余弦部分Β2_Α02 (α),以確定該測量信號的歸一化的系統部分；從歸一化的總測量信號減去歸一化的系統部分。該測量方法適合于測量單獨光學組件或其它單獨樣品的雙折射，且適合于對包含至少兩個光學組件的光學系統的測量，其中當按期望地使用光學系統時，輻射連續地通過該至少兩個光學組件。光學組件可以是單獨光學元件，例如透鏡、透明板、衍射光學元件、具有多個單獨元件(輻射將同時穿過所述元件)的衍射或折射光柵布置等。也可以使用反射鏡作為測量對象。例如，這里可以測量由介電層的應變引起的雙折射。對應的測量設備一般具有合適的光束偏轉布置。光學組件可以包括多個單獨光學元件，所述多個單獨光學元件經組合后形成功能組，并且可以例如以光學模塊的方式聯合地安裝到光學系統中或卸下。在由多個光學組件構成的光學系統的情況下，測量方法的一個變型使得可以在完全組裝的狀態中測量雙折射，并在此情況中將單獨光學組件的單獨貢獻彼此分開。此方法變型包括以下步驟執行第一測量，其中測量光束首先通過第一光學組件，然后通過第二光學組件；并執行第二測量，其中在所述測量光束通過第一光學組件之后并在其進入第二光學組件之前，相對于第一測量的偏振態，將測量光束的偏振態旋轉90°。在第一測量中，在通過第一組件之后的輸出偏振態一般直接用作通過第二光學組件的輸入偏振態，而在第二測量中，通過第一光學組件之后的輸出偏振態在進入第二光學組件之前被產生的λ/2延遲改變。在兩個測量中，以相同的方式分析和評估通過第二光學組件后的測量光束的輸出偏振態，以獲得(第一測量的)第一測量結果和(第二測量的) 第二測量結果。在兩個測量結果中，再次以相同方式求出輻射首先通過的第一光學組件的貢獻。與此相比，第二光學組件對測量結果有不同的貢獻，因為測量光束以所述測量光束的兩個不同偏振態通過第二光學組件。 因為第一光學組件的貢獻在兩個測量結果中相同，所以可通過形成第一測量結果與第二測量結果的差來消除第一光學組件對測量結果的作用，從而測量結果之間的差僅包含第二光學組件與測量裝置的雙折射部分。相反地，測量結果的和(即第一測量與第二測量的雙波波動的和)僅包含關于第二光學組件的雙折射的信息，這是因為，由于在光學組件之間引入了偏振態的90°旋轉，所以第二光學組件和系統部分的貢獻至少在一級近似中彼此抵消。在雙折射元件或偏振的操縱的數學描述中，一般使用要被乘法處理的矩陣(Jones 矩陣或MUller矩陣)。由于描述雙折射的數學表達式被線性化并被適當地組合，所以進一步的處理可以由加法取代。該加法允許第一光學組件與第二光學組件的雙折射部分相加。因為，為了執行兩個不同的測量，只需要在第一組件與第二組件之間引入合適的偏振旋轉器，或從此中間位置移除偏振旋轉器，所以當已經將第一和第二光學組件固定組裝在相對配置中(在整體光學系統的情形中，以該相對配置使用第一和第二光學組件)時， 也可以測量第一和第二光學組件的雙折射貢獻。因此，不需要為了確定光學系統的單獨光學組件的雙折射部分，而拆卸復雜的光學系統。另一個存在的優點為在執行了兩個測量之后，即使先前未校準測量裝置部分，也可以精確地確定第一光學組件的雙折射貢獻，因為在一級近似中測量裝置部分在求差的過程中消失。按照類似的方式，還可以在未事先校準測量裝置的情形下，獲得精確的測量結果。 如已說明的，由于在一個測量中相對于第一測量引入偏振態的90°旋轉，所以確定第一測量與第二測量的雙波波動的和具有可從測量信號中消除系統部分的效果。這可以清楚地理解，因為對第一測量而言，其以正號的方式影響測量結果，而對第二測量(偏振態旋轉 90° )而言，則以相反的正負號影響測量結果。因而求和導致系統部分的消除。在整體測量光學系統的一級近似的“無校準”測量中，可以利用此效應。對應的方法變型包括以下步驟執行第一測量，其中測量光束在通過測量對象之后進入測量系統的檢測器側，而沒有進一步的偏振改變；執行第二測量，其中在測量光束通過測量對象之后并在測量光束進入測量系統的檢測器側部分之前，將測量光束的偏振態旋轉90° ；聯合地評估第一測量和第二測量。一般地，在某些方法變型中，可借助以下方法步驟將測量光束路徑中的不同組件或組合件的雙折射貢獻彼此分開執行第一測量，以確定第一雙折射參數；執行第二測量，以確定第二雙折射參數，其中，在第二測量期間，關于第一測量期間的測量光束的對應偏振態，通過在偏振旋轉區段中將偏振旋轉器引入所述測量光束中或從所述測量光束中移除偏振旋轉器，而將所述測量光束的偏振態相對于所述第一測量的測量光束的偏振態旋轉90° ；聯合地評估第一雙折射參數和第二雙折射參數。聯合評估可以包括確定第一測量和第二測量的測量函數的雙波部分的之間的和， 和/或確定第一和第二測量的測量函數的雙波部分之間的差。
求和的結果分別僅包含在測量光源與偏振旋轉區段之間的測量光束路徑中的所有光學元件的雙折射貢獻，因為在傳輸(transmission)方向中，位于偏振旋轉區段下游的所有光學組件的貢獻在求和的過程中，彼此在一級近似中抵消。相對的，差形成的結果在一級近似中僅包含位于測量系統的偏振旋轉區段與檢測器側之間的那些光學組件和組件的雙折射部分，因為位于光源與偏振旋轉區段之間的元件和組件的部分在兩個測量中都完全相同，并因此由于求差而消失。如果偏振旋轉區段位于測量系統的測量對象與檢測器側組件之間，則例如可通過求和消除測量結果的系統部分，從而避免測量裝置的獨立校準。如果測量對象包含在傳輸方向中依序布置的多個光學組件，且偏振旋轉區段位于第一光學組件與第二光學組件之間，則第一光學組件與第二光學組件的雙折射貢獻可被彼此分開。在測量周期的背景中，在測量光束路徑的不同位置處，可以選擇性地將一個或多個90°偏振旋轉器引入光束路徑中或從測量光束路徑中將其移除，以通過選擇性地插入或移除90°偏振旋轉器的少量測量來獲得有關測量對象的不同組件或組件組的單獨貢獻的精確測量數據、以及有關測量系統的貢獻的精確測量數據。90°偏振旋轉器可具有例如由旋光性(圓雙折射)材料構成的板，例如，由晶體石英(SiO2)構成。使用這種元件，甚至在較大光學可用直徑(例如光學直徑為IOOmm或以上、 或150mm或以上、或200mm或以上)的情況下，也可以非常精確地設置期望的偏振旋轉，因為獲得期望的偏振態90°的旋轉的機械容限可以在微米范圍中，以獲得小于1°的旋轉精度。也可以由固有雙折射晶體材料制造機械穩定且適用于大直徑的偏振旋轉器，例如氟化鈣或氟化鋇，其中<110>晶向基本平行于傳輸方向。由于對于這些材料而言，固有雙折射的絕對值相對較小，所以這種元件可以具有相對較大的厚度，這對機械穩定性和制造精度而言是有利的。為了獲得最大可能的角度容限，零階延遲元件在這里是有利的。90°偏振旋轉器也可以具有相對于彼此45°取向的兩個低階λ/2板。在此情況中，相對于彼此旋轉的延遲板的光學晶軸基本垂直于傳輸方向或垂直于測量系統的光軸。測量方法的測量精度可能被所使用的測量光的強度變動破壞。為了將測量光源的強度變動對測量精度的影響降到最低，該方法的一些變化涉及執行參考強度信號(其與測量光源發出的測量光強度成比例)的時間相關的檢測，及相對于參考強度信號歸一化偏振測量信號，以確定歸一化的偏振測量信號。在此情況中，術語“偏振測量信號”表示由測量確定的且從其導出要分析的測量函數的有用信號。一般地，其是與照射在光電變換器上的測量輻射的強度成比例的電信號。為此目的，例如，可利用偏振分束器或某些其它基本上偏振維持 (polarization-maintaining)并偏振選擇(polarization-selectiveIy)的反身寸兀件，來分離期望確定其偏振特性的測量光束，從而可以利用偏振測量光學部件和所連接的傳感器測量連續(非反射)的部分。可以在參考分支中將反射部分引導到第二傳感器上，該傳感器用作參考傳感器，并產生與測量光源發出的測量光強度成比例的參考強度信號。該參考強度信號可用于能量參考，以減少歸因于測量光源的強度變動的測量誤差。由于在測量之前對測量輻射進行了偏振選擇性的分離，所以可以影響實際上期望測量的偏振態。因此，如果合適，需要特別校準此效應。此外，與測量傳感器并排地，還需要另一傳感器用于檢測參考強度信號。此方法的一 個特定變型可避免這些缺點。此方法變型包括以下步驟將測量光束分離成具有第一強度的線偏振第一部分光束以及具有第二強度的第二部分光束，第二部分光束與第一部分光束正交地線偏振；沿著偏振光學上基本相同的光束路徑，將第一部分光束和第二部分光束引導至強度傳感器的傳感器區域的空間上分開的第一和第二傳感器區上，以產生與第一強度成比例的第一強度信號和與該第二強度成比例的第二強度信號；以及處理第一強度信號和第二強度信號，以形成組合信號。在此情況中，表述“沿著偏振光學上基本相同的光束路徑”是指光束路徑的偏振光學等效。如果部分光束沿著其各自的光束路徑分別不經歷或在任何情況下都經歷近似相同或互相對應的偏振改變(由于系統中可能的偏振影響元件)，則光束路徑在此意義上為“偏振光學上基本相同的”光束路徑。這些光束路徑可以在幾何上彼此非常靠近，從而部分光束通過例如基本相同的材料體積。光束路徑也可以在幾何上不同，在此情況中，例如，部分光束之一可在反射鏡表面反射一次或多次。如果合適，一個部分光束也可相對于另一個部分光束相位延遲正好一個波長或波長的整數倍。因此，其強度可能變動的測量光束可被分離，使得兩個部分光束同時照射在同一個傳感器的不同的、空間上互相分開的位置或區域上，并在偏振測量期間在那里評估它們的強度。可以在分離位置與傳感器區域之間引導這兩個部分光束，使得它們不經歷或在任何情況下都經歷近似相同的偏振改變(由于系統中可能的偏振影響元件)，從而它們仍然以相對于彼此近似正交偏振的方式到達測量系統的檢測器側。在這些條件下，第一強度信號與第二強度信號在任何時間點的和都與測量光源發出的測量光束的輸入側強度成比例， 并因此可用作參考強度信號。因此，一個方法變型包括使用第一強度信號與第二強度信號的和形成參考強度信號。作為替代，可以使用第一強度信號與第二強度信號之間的比值形成組合信號。這是因為如果已知用于分離測量光束的雙折射元件相對于測量對象的坐標系統的取向，則可以從第一與第二傳感器區中的兩個強度的比值導出尋常光線和異常光線的偏振方向中的偏振部分。例如，可以利用雙折射元件將測量光束分離為兩個彼此正交偏振的部分光束(尋常光線和異常光線)。也可以借助于偏振選擇性作用的偏振分束器將測量光束分離為具有 P-偏振的部分光束和具有S-偏振的部分光束，然后將兩個部分光束引導到同一傳感器區域的不同的非重疊區上。可以在光傳播方向中測量對象的上游或下游分離測量光束。可以在檢測器單元內直接靠近檢測器單元的傳感器區域容納分束元件(例如，雙折射元件或偏振分束器)。
可以在根據本發明的測量方法和測量系統的實施例中，有利地使用這里已經說明的以及在下文中結合各種實施例更詳細地說明的用于能量參考的方法和裝置。然而，在其它測量方法和測量系統中，例如在其它未必用于確定雙折射的偏振測量方法和偏振測量系統中，也可以獨立于所述測量方法和測量系統使用這些用于能量參考的方法和裝置。例如， 可在為測量偏振相關的傳輸率(衰減率)而設計的偏振測量方法和系統中，使用能量參考。 以上及其它特征不僅在權利要求中出現而且在說明書和附圖中出現，其中單獨特征可分別自身地實現，或者以本發明的實施例和其它領域中的子組合的形式多個地實現， 并且可以構成有利且本來可保護的實施例。


圖1示出了用于測量測量對象的雙折射的測量系統的實施例；圖2是圓偏振的輸入偏振態的情況圖2A示出了檢測器單元中偏振態的示意圖， 圖2B示出了 λ/4板完整旋轉時作為檢測器單元的λ/4板的旋轉位置的函數的相對強度分布；圖3是線偏振的輸入偏振態的情況圖3Α示出了檢測器單元中偏振態的示意圖， 圖3Β示出了 λ/4板完整旋轉時作為檢測器單元的λ/4板的旋轉位置的函數的相對強度分布；圖4在圖4Α至圖4C中示出了雙折射測量對象位于測量光束路徑中時輸出偏振態對輸入偏振態的依賴性的示意圖，圖4D中示出了相同輸入偏振態的情況下作為λ /4板的旋轉位置的函數的不同輸出偏振態的示意圖，圖4Ε中示出了非理想λ /2板的不同旋轉位置用于設置輸入偏振態的情況下、測量系統中的偏振態的示意圖；圖5示出了雙折射的取向為0°的情況下、雙折射與期望值的平均預期偏差ABR 與雙折射的絕對值BR的函數關系圖；圖6示出了雙折射的絕對值為4nm時雙折射取向的平均預期測量誤差Δ ORI與雙折射的預定取向的函數關系圖；圖7示出了雙折射與期望值的平均預期偏差ABR相對于樣品的雙折射取向ORI 的依賴關系圖；圖8示意性地示出了用于測量具有串連的兩個光學組件的測量對象的測量方法的兩個測量配置，其中在一個測量的期間，將光學組件之間的偏振態相對于另一個測量旋轉 90° ；圖9至11示出了使用可選擇性地插入測量光束路徑中的90°偏振旋轉器，測量多組件測量對象的小雙折射貢獻的測量過程(其基本不依賴于測量系統的誤差)的不同測量配置；圖12示出了具有用于測量雙折射的集成測量系統的組件的微光刻投射曝光設備的實施例；圖13示出了圖12的投射曝光設備的照明系統的各個組合件(assembly)；圖14示意性地示出了照明系統光瞳面中的相對強度I在不同時間點與位置X的依賴關系；圖15在圖15A中示意性地示出了測量系統中為了能量參考的目的而監控初次光源強度變動的一些組件的構造和功能，在圖15B中示出了初次光源強度的時間變動，在圖 15C中示出了兩個彼此相鄰且由相對于彼此正交偏振的部分光束產生的照明光斑的強度的時間變動；圖16示出了具有用于 從光束的部分光束產生成對的正交偏振的部分光束的雙折射分束元件的照明系統的光瞳塑形單元(在圖13A中被示意性地顯示)的部分圖；圖17在圖17A中示意性地示出了偏振測量系統的檢測器單元的構造，其具有集成的分束元件，用于產生兩個相對于彼此正交偏振的部分光束用于能量參考，在圖17B和圖 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鄰；以及圖18示意性地示出了具有用于產生彼此正交偏振的部分光束用于能量參考的集成的分束元件的檢測器單元的一些組件。
具體實施例方式圖1示出了用于測量測量對象MO的雙折射的測量系統MS的實施例，在該示例中， 測量對象MO以多個部分的方式構成，且包括第一組件COl以及在傳輸方向上布置在第一組件COl下游的第二組件C02，所述組件一起保持在測量對象保持裝置MH中，使得當使用包含這兩個組件的光學系統時如期望地相對于彼此布置它們。測量系統包括光束產生單元 BG，用于產生引導到測量對象上并意在在進入測量對象時具有規定的輸入偏振態的測量光束；以及檢測器單元DET，用于檢測測量光束在穿過測量對象之后或進入檢測器單元時的偏振特性。如果測量對象位于測量光束路徑中，則檢測器單元在測量期間產生表示測量光束在穿過測量對象后的輸出偏振態的偏振測量值。連接到檢測器單元的評估單元EU用于評估偏振測量值，并用于確定表示測量對象的雙折射的至少一個雙折射參數。在該示例中， 所確定的雙折射參數可以精確地確定測量對象所產生的雙折射的范圍或絕對值、以及該雙折射相對于參考坐標系的取向。評估單元EU可以集成到測量系統的控制單元CU中。光束產生單元BG包括ArF準分子激光器形式的測量光源LS，其發射標稱波長大約為λ = 193nm的線偏振激光光束；以及半波板(λ/2板)形式的第一偏振旋轉器R1，其可以通過第一控制裝置CRl以規定的旋轉角步進繞著測量系統的光軸OA旋轉。借助于測量光源LS與第一偏振旋轉器Rl的組合，可以產生偏振方向平行于電場振蕩矢量的線偏振測量光束，該偏振方向的取向可以通過高精度地旋轉偏振旋轉器Rl而位于任何期望的旋轉角位置。與半波板Rl關聯的術語“偏振旋轉器”一般地表示旋轉偏振方向的光學元件。此外，本實施例的測量系統包括第二偏振旋轉器R3，其被設計為90°偏振旋轉器，用于將通過的光的偏振態旋轉90°。90°偏振旋轉器R3具有由旋光性(optically active)材料構成的90°旋轉器板，其可以借助于分配的控制裝置CR3而被選擇性地引入測量光束路徑中或從測量光束路徑中移除。此90°偏振旋轉器布置在測量對象保持裝置的區域中，尤其可以插在測量對象的兩個組件COl和C02之間，以便能夠利用不同測量配置測量雙折射。下文將更具體地說明細節。此外，本實施例的測量系統包括由旋光性材料構成的90°旋轉器板形式的第三偏振旋轉器R4，其可以借助分配的控制單元CR4而被選擇性地引入到測量光束路徑中，在檢測器單元的直接上游，或從測量光束路徑中移除。此90°偏振旋轉器尤其可以在校準測量系統期間使用，下面將更詳細地說明這一點。檢 測器單元DET具有遮光掩模M，其具有測量光可透過的“針孔"PH形式的小區域， 該區域的直徑顯著大于工作波長，并例如可以在100 μ m至300 μ m的范圍中。針孔PH形成檢測器單元的進入開口。掩模M裝配在正透鏡L的前焦平面中，透鏡L由一個或多個單獨透鏡組成。位于此透鏡后焦平面中的是CCD傳感器形式的空間分辨傳感器SENS，其能夠產生與照射在傳感器區域的相應位置上的輻射強度成正比的傳感器信號。布置在透鏡L與傳感器之間的是四分之一波板(λ/4板)形式的可旋轉延遲元件R2，其可以通過延遲元件的控制單元CR2而繞著測量系統的光軸旋轉，并且在在處理中位于規定的旋轉角位置。位于 λ /4延遲元件R2與傳感器之間的是偏振分束器BS，其具有相對于光軸為45°的偏振-選擇性的分束器表面BSS。在此布置中，偏振分束器用作分析器。分析器僅將偏振輻射的由透鏡L準直并由延遲元件R2改變的那些部分傳輸到傳感器SENS，這些部分相對于由入射方向和分束器表面的表面法線生成的入射平面為P-偏振，即其電場矢量平行于該入射平面振蕩。相反地，S-偏振的部分(電場矢量的振蕩方向垂直于入射平面)被反射到側邊。檢測器單元DET可以被整體偏移到垂直于測量對象的光軸OA的平面中的預定位置處，從而可以將針孔PH布置在相對于測量對象的光軸的不同位置處，以便能夠如此對偏振態進行空間分辨測量。檢測器單元還可以對由針孔的定位限定的所有測量點，以Imrad 或更好的高角度分辨率，進行偏振態的角度分辨測量。作為替代，還可以使用熱電傳感器或光電二極管作為檢測器。為了更好地理解本發明的重要方面，下面將更詳細地說明借助這樣的檢測器布置的偏振測量的工作。通過可旋轉λ/4板，以有目標的方式改變通過針孔并被透鏡L準直的光的偏振。在此實施為偏振分束器的分析器，僅將P-偏振光傳輸至傳感器。根據λ/4板的旋轉位置，傳感器上出現強度信號，并且可以根據該強度信號確定性地確定入射在傳感器上的光束的偏振態。對于圓偏振輸入光，傳感器記錄圖2Β中所示的相對強度分布，其作為λ/4板在 360°旋轉后的旋轉位置的函數。假設是理想的λ/4延遲，則出現測量信號的純雙波波動，即具有180°的旋轉角周期的測量信號。此對稱性又可稱為雙波(two-wave)或兩折 (two-fold)方位角對稱性。這可以通過參考圖2A來理解。圖2A以四個彼此相鄰的子圖從上之下分別示出了圓偏振的輸入偏振態、由光學晶軸的取向表示的λ/4板的旋轉位置，光束在通過λ/4板后的偏振、以及分析器(分束器立方體)傳輸至傳感器的那些偏振分量。 在此情況中，Tp和Ts是分析器對ρ-偏振和S-偏振的相應傳輸率。λ/4延遲元件將圓偏振轉換為線偏振。線偏振的取向取決于延遲元件光學晶軸的取向。在延遲元件的45°位置處，僅ρ-偏振出現在延遲元件的出口，其在傳感器中產生最大的信號。相反地，角度上偏移90°的135°位置處，延遲元件僅傳輸被分析器完全反射的 S-偏振光，結果傳感器中不出現任何強度信號。對應的關系出現在位移180°的角度位置處，從而，在延遲元件的完整旋轉過程中出現測量信號的純雙波波動。參考圖3Α和3Β呈現了線偏振輸入光的對應情況。這里，圖3Α以彼此相鄰的四個子圖從上之下分別示出了線偏振的輸入偏振態，λ/4板的旋轉位置，光束在通過λ/4板后的偏振，分析器(偏振分束器)傳輸至傳感器的那些偏振分量。可以看出，線偏振的強度分布早在λ/4延遲元件旋轉90°之后就重復，因而導致信號的四波波動，如圖3Β所示意性示出的。參考圖4，現在將說明更進一步的考慮，圖4示出了其中雙折射測量對象MO位于測量光束路徑中的各種情況。在此情況中，這些圖根據進入測量對象的測量光束的輸入偏振， 示意性地闡述了檢測器所產生的測量信號的雙波部分的出現及改變。在此方面，圖4A示出了其中輸入偏振IN為完全線性的理想化情況。這可以例如通過使用晶體偏振器(例如， Rochon棱鏡)來實現。測量對象MO的雙折射導致輕微橢圓的輸出偏振態OUT。根據完全圓偏振光產生純雙波測量信號、而完全線偏振產生純四波測量信號的情況，在輕微橢圓的輸出偏振的情況中，出現的測量信號具有相對較強四波部分(來自線性輸入偏振)，以及相對于四波部分的較弱的雙波部分(來自偏振態由于測量對象雙折射而出現的少量橢圓性)。舉例而言，如果因為偏振旋轉器Rl未產生理想的λ /2延遲，而輸入輻射不是完全的線偏振(圖4B、4C)，則通過雙折射測量對象后的輸出偏振OUT出現比圖4A更為橢圓偏振的偏振態，結果，測量信號再次由強四波部分和相對于四波部分較弱的雙波部分組成，然而，該雙波部分比理想線性輸入偏振的情況強(圖4A)。 在這些情況下，在λ/2板的第一位置(例如，在相對于測量系統坐標系統的χ-軸的+45° )處，對于輸入偏振在此χ-方向上的情況，在λ/2板的下游和測量對象上游，產生例如輕微向右的橢圓偏振光。相反地，如果λ/2板被旋轉至-45°，則再次產生橢圓偏振， 但在此情況中為左圓偏振(參考圖4D，其中將橢圓偏振態表示為OUT)。在第一個提到的情況中，λ /2板和雙折射測量對象的橢圓性應彼此互相加強，以形成更為橢圓的偏振光(圖4Β)，然而，在另一情況(λ/2板的另一旋轉位置)中，這兩個橢圓性至少局部互相彼此抵消，使得輸出偏振態更接近理想線偏振態(圖4C)。因此，由檢測器單元檢測的測量信號中的雙波部分，在理想線偏振輸入偏振(圖 4Α)的情況中比輕微橢圓的輸入偏振(圖4B、4C)的情況強，并且由此可以看出作為光束產生單元的λ/2板的旋轉位置的函數的雙波波動的絕對值或值在180°后重復。進而由此可見，實際所求的關于測量對象的雙折射的信息存在于測量信號的雙波波動中。為了更進一步說明這一點，圖4Ε表達出用于設置輸入偏振的可旋轉λ/2板的可能錯誤延遲(延遲誤差)不在Α2信號中產生雙波波動，而是產生單波波動，從而，基于雙波波動的分析，可以區分貢獻來自于測量對象還是來自與測量系統相關聯的λ/2板。圖 4Ε表示出沒有測量對象的測量系統情況下的關系，其中通過旋轉真實(即，受到誤差影響) 的λ /2板來改變光源的線偏振(表示為IN)，以產生輸出偏振態(OUT)。λ /2板的旋轉位置由不同取向的線表示。各子圖從左至右示出了 0°至360°之間的不同旋轉位置和相關聯的標稱輸出偏振態。根據左邊的子圖，0°的輸出偏振態來自于以下事實入射光束的偏振方向平行于λ/2板的光學晶軸0Α，從而沒有延遲效應。隨著光學晶軸的傾角增加，由于λ/2板的錯誤延遲，輸出偏振態不再是精確的線性，而是為輕微的橢圓，這可以在45° 和90°的輸出偏振態的情況中看到。在λ/2板的90°位置處，再次出現線偏振的輸出偏振態，其相對于左邊示出了的第一位置旋轉了 180°。在進一步旋轉λ/2板后，再次發生與180°的情況對稱的橢圓偏振的輸出偏振態，但它們相對于0°至180°間的偏振態具有相反的手性。在本申請引入的記號中，偏振的手性的顛倒表示為雙波波動信號Α2的正負號的改變。由于手性在180°處的改變(即在右橢圓偏振和左橢圓偏振之間改變)，單波波動 (即Α2的相同值以周期360°重復)出現在底部所示的Α2信號中(其表示雙波波動)。相反地，布置在下游的測量對象的雙折射產生雙波波動中的雙波波動，因為測量對象在180° 旋轉后變回自己(180°對稱性)。下文舉例說明根據本發明的實施例的可以利用此認知精確地測量尤其是小絕對值的雙折射的方法。測量系統被設計為根據角度參數α的周期調制函數，將測量光束的輸入偏振態調制為至少四個不同的測量狀態，處理與至少四個測量狀態相關聯的偏振測量值，形成取決于角度參數α的測量函數，確定該測量函數的雙波部分，然后分析該雙波部分，以便導出至少一個雙折射參數。在該示例的情況下，輸入偏振態通過以下事實產生測量光源LS產生線偏振測量光束，并借助第一偏振旋轉器R1，通過在測量之間旋轉偏振旋轉器，改變測量光束的偏振方向，從而對于測量 出現線性輸入偏振的不同測量取向。在此情況中，角度參數α對應于第一偏振旋轉器Rl相對于參考方向的旋轉角。從傳感器SENS的電輸出信號導出測量函數， 因此，在檢測器單元DET的配置中，此測量函數與照射在傳感器上的測量輻射強度成比例， 即此測量函數可以被表示為強度信號。測量方法和測量系統被設計為從傳感器的測量信號的雙波部分的傅立葉變換 (其根據第一偏振旋轉器Rl的旋轉角而變化)，確定用于測量對象的雙折射的值。這涉及測量雙波部分Α2(α)、Β2(α)作為測量對象上游的偏振的設定取向α的函數，以及接著借助快速傅立葉變換(FFT)，將其傅立葉變換為α。為了能夠使用在計算時間上比較有利的快速傅立葉變換(FFT)，在測量對象的上游，以等旋轉角度間距(360° /2ν)設置2n(N ^ 2)個線偏振測量狀態，并借助檢測器單元測量輸出狀態的偏振。下面說明可以根據檢測器單元測量信號確定測量對象的雙折射特性(尤其是雙折射的絕對值和雙折射的取向)的方法。以下參數被一直使用在下面的表述中。利用以下參數，將測量系統用于單獨測量的配置參數化PL4 檢測器單元的λ /4延遲板的旋轉角；α 測量光束在進入測量對象前的線偏振的測量取向(由第一偏振旋轉器Rl設定)。所求變量為PRdb 測量對象的雙折射的絕對值；PRa 測量對象的雙折射的取向(檢測器單元的分析器(例如，偏振分束器)規定用于參考方向的坐標系統)。測量系統中的干擾由以下參數描述LIdb 檢測器單元的λ /4板上游的透鏡組L中的雙折射的絕對值；LIa 檢測器單元的λ /4板上游的透鏡組L中的雙折射的取向；PTdb 檢測器單元的分析器(偏振分束器)中的雙折射的絕對值；PTa 檢測器單元的分析器中的雙折射的取向；Tsp 檢測器單元的分析器的消光比，即S-和P-偏振分別在偏振分束器的分束器表面的傳輸率Ts與Tp的比。Tsp的值越小，分析器就越有效。L4z 檢測器單元中的λ /4板的錯誤延遲。
此外，設置輸入偏振時可以發生干擾，所述干擾通過以下被參數化L2z 在進入測量對象之前設置不同取向的線偏振態的第一偏振旋轉器(λ/2板) 的錯誤延遲，測量對象上游的線偏振的取向的對應誤差，由旋轉角α參數化。測量方法的一個變型于是采用根據以下測量規范的過程。在測量對象上游，為一系列測量設置等旋轉角間距(360° It)的2N個線偏振態 (測量取向)。舉例而言，可以根據以下取向設置八個線偏振態_135°、-90°、-45°、0°、 45° 、90° ,135° ,180° 。在檢測器中，與這些單獨輸入偏振態相關聯的測量信號產生依賴于旋轉角α的測量函數，在評估單元中處理該測量函數，以確定測量函數的雙波部分，并然后分析該雙波部分。為此目的，執行測量函數的第一傅立葉變換，以確定第一傅立葉系數Α0( α)和 Α2( α )。在此情況中，由“Α”表示的A系數是測量函數的正弦部分，由“B”表示的B系數是測量函數的余弦部分。在此情況中，系數Α0(α)描述對應于測量函數的非周期部分的平均值的偏移項，而系數Α2 ( α )是第一雙波波動系數，其與測量函數的雙波部分的振幅成比例。然后，再次關于旋轉角度參數α對數據組AO ( α )和Α2 ( α )進行傅立葉變換。換句話說，進行周期測量函數的雙傅立葉變換。根據Α0(α)的傅立葉變換，計算第二傅立葉系數Α0_Α01(α)。根據Α2(α)的傅立葉變換，計算第二傅立葉系數Α2_Α02 ( α )和Β2_ Α02(α)ο在此描述中，Α0_Α01(α)表示描述偏移項ΑΟ(α)的非周期部分的平均值的偏移項，Α2_Α02(α)表示第一雙波波動系數Α2(α)的雙波波動的正弦部分，Β2_Α02 ( α )表示第一雙波波動系數Α2 ( α )的雙波波動的余弦部分。一般地，也對Β2( α)系數再次進行傅立葉變換，S卩如果檢測器單元中的λ/4板具有不同的起始值。只有當在起始位置中λ/4板的光學晶軸平行或垂直于偏振器的傳輸方向時，Β2才等于0。為了清楚，還應提及以下內容在此實施例中，第一傅立葉變換涉及參數pL4，其描述檢測器單元中λ/4延遲板的旋轉角度或旋轉位置。對每個考慮中的測量取向(由角度參數α參數化，由λ/2板(第一偏振旋轉器)的旋轉設置)進行該第一傅立葉變換。 僅通過作為α的函數的第一傅立葉變換的結果，即針對α的雙波部分，執行第二傅立葉變換。傅立葉系數Α0(α)等是第一傅立葉變換在相應位置α處的結果。因此，在此實施例中，第一傅立葉變換在檢測器單元中發生，而第二傅立葉變換在檢測器單元外發生。如果還進行至一階的泰勒(Taylor)展開，則測量函數的該雙傅立葉變換的形式產生以下結果(等式(1)至(3))
權利要求
1.一種用于測量光學測量對象的雙折射的測量方法，包括產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，所述測量光束被引導到所述測量對象上，所述輸入偏振態為所述測量光束在所述測量光束進入所述測量對象即刻之前的偏振態；檢測所述測量光束在與所述測量對象相互作用之后的偏振特性，以產生偏振測量值， 所述偏振測量值表示所述測量光束在與所述測量對象相互作用之后的輸出偏振態； 評估所述偏振測量值，以確定表示所述測量對象的雙折射的至少一個雙折射參數； 其特征在于以下步驟根據角度參數α的周期調制函數，將所述測量光束的所述輸入偏振態調制為至少四個不同測量狀態；處理與所述至少四個測量狀態相關聯的所述偏振測量值，以形成依賴于所述角度參數 α的測量函數；確定所述測量函數的雙波部分；分析所述雙波部分，以導出所述至少一個雙折射參數。
2.如權利要求1所述的測量方法，其中確定所述測量函數的雙波部分包括所述測量函數的雙傅立葉變換。
3.如權利要求2所述的測量方法，其中確定所述測量函數的雙波部分包括所述測量函數的第一傅立葉變換，以確定第一傅立葉系數AO ( α )和Α2 ( α )，其中AO ( α )是描述所述測量函數的非周期部分的平均值的偏移項，并且其中Α2 ( α )是第一雙波波動系數，所述第一雙波波動系數與所述測量函數的雙波部分的振幅成比例；并且其中確定所述測量函數的雙波部分還包括所述第一傅立葉系數Α0( α)和Α2(α)關于所述角度參數α的第二傅立葉變換，以確定第二傅立葉系數Α0_Α01 ( α ) ,A2_A02 ( α )和Β2_Α02 ( α )，其中Α0_Α01 ( α )是描述所述偏移項ΑΟ(α)的非周期部分的平均值的偏移項，Α2_Α02(α)是所述第一雙波波動系數Α2 ( α )的所述雙波波動的正弦部分，Β2_Α02 ( α )是所述第一雙波波動系數A2 ( α ) 的所述雙波波動的余弦部分。
4.如前述任一項權利要求所述的測量方法，其中所述測量函數的與所述測量狀態相關聯的輸入參數α相對于彼此等距。
5.如前述任一項權利要求所述的測量方法，其中調制所述輸入偏振態包括以下步驟 產生線偏振測量光束，所述線偏振測量光束具有平行于電場的振蕩矢量的偏振方向，所述測量光束被引導到所述測量對象上；通過將所述測量光束的偏振方向旋轉到相對于彼此位于可預定的旋轉角間距處的至少四個測量取向，產生所述至少四個測量狀態，所述測量取向的每一個對應于一個測量狀態。
6.如權利要求5所述的測量方法，其中設置2Ν個相對于彼此位于等旋轉角間距處的測量取向，其中N彡2，優選設置4、8、16、32或64個測量取向。
7.如權利要求3至6中的任一項所述的測量方法，其中通過以下步驟確定所述雙折射參數的歸因于所述測量系統的組件的系統部分在所述測量光束路徑中沒有測量對象的情形下執行測量，使得要分析的輸出偏振態對應于所述輸入偏振態；對于所述測量光束路徑中具有所述測量對象的測量的偏移項Α0_Α01 (α),歸一化所述第一雙波波動系數Α2( α)的雙波波動的正弦部分Α2_Α02(α)和所述第一雙波波動系數 Α2(α)的雙波波動的余弦部分Β2_Α02 (α),以確定歸一化的總測量信號；對于所述測量光束路徑中沒有所述測量對象的測量的偏移項Α0_Α01 (α),歸一化所述第一雙波波動系數Α2( α)的雙波波動的正弦部分Α2_Α02(α)和所述第一雙波波動系數 Α2(α)的雙波波動的余弦部分Β2_Α02 (α),以確定所述總測量信號的歸一化的系統部分；從所述歸一化的總測量信號中減去所述歸一化的系統部分。
8.如前述任一項權利要求所述的測量方法，包括以下步驟執行第一測量，以確定第一雙折射參數；執行第二測量，以確定第二雙折射參數，其中，在所述第二測量期間，關于所述第一測量期間的所述測量光束的對應偏振態，通過在偏振旋轉區段中，將偏振旋轉器引入所述測量光束中或從所述測量光束中移除偏振旋轉器，而將所述測量光束的偏振態相對于所述第一測量的所述測量光束的偏振態旋轉90° ；聯合地評估所述第一雙折射參數和所述第二雙折射參數。
9.如權利要求8所述的測量方法，其中所述聯合評估包括確定在所述第一測量與所述第二測量的測量函數的雙波部分之間的和。
10.如權利要求8或9所述的測量方法，其中所述聯合評估包括確定所述第一測量與所述第二測量的測量函數的雙波部分之間的差。
11.如權利要求8、9或10所述的測量方法，其中所述偏振旋轉區段位于所述測量對象與所述測量系統的檢測器側組件之間。
12.如權利要求8、9或10所述的測量方法，其中所述測量對象包含在傳輸方向上依序布置的多個光學組件，并且所述偏振旋轉區段位于所述測量對象的第一光學組件與第二光學組件之間。
13.如權利要求12所述的測量方法，其中所述第一光學組件和所述第二光學組件相對配置布置，在該配置中在包含所述光學組件的光學系統的情形中利用所述第一光學組件和所述第二光學組件。
14.如前述任一項權利要求所述的測量方法，其中，為了將所述測量光的偏振態旋轉 90°，使用90°偏振旋轉器，所述90°偏振旋轉器選自具有以下組件的組由旋光性材料構成的板；由固有雙折射晶體材料構成的板，所述材料的<110>晶向基本平行于所述傳輸方向；相對于彼此45°取向的兩個低階半波板，相對于彼此旋轉的所述半波板的光學晶軸基本垂直于所述傳輸方向。
15.如前述任一項權利要求所述的測量方法，包括以下步驟參考強度信號的時間相關的檢測，所述參考強度信號與測量光源發出的測量光的強度成比例；以及相對于所述參考強度信號歸一化偏振測量信號，以確定歸一化的偏振測量信號。
16.如權利要求15所述的測量方法，還包括以下步驟將所述測量光束分離為具有第一強度的線偏振第一部分光束和具有第二強度的第二部分光束，所述第二部分光束與所述第一部分光束正交地線偏振；沿著偏振光學上基本相同的光束路徑，將所述第一部分光束和所述第二部分光束引導到強度傳感器的傳感器區域的空間上分開的第一和第二傳感器區上，以產生與所述第一強度成比例的第一強度信號以及與所述第二強度成比例的第二強度信號；以及處理所述第一強度信號和所述第二強度信號，以形成組合信號。
17.如權利要求16所述的測量方法，其中使用所述第一強度信號與所述第二強度信號的和，形成強度參考信號。
18.如權利要求16或17所述的測量方法，其中使用所述第一強度信號與所述第二強度信號的比值來執行所述組合信號的形成。
19.如權利要求16、17或18所述的測量方法，其中利用雙折射元件將所述測量光束分離為兩個彼此正交偏振的部分光束。
20.如權利要求16至18中的任一項所述的測量方法，其中借助于偏振選擇性作用的偏振分束器，將所述測量光束分離為兩個彼此正交偏振的部分光束。
21.如權利要求16至20中的任一項所述的測量方法，其中在光傳播方向中，在所述測量對象上游分離所述測量光束。
22.如權利要求16至20中的任一項所述的測量方法，其中在光傳播方向中，在所述測量對象下游分離所述測量光束。
23.如權利要求16至20中的任一項所述的測量方法，其中在檢測器單元中，在所述檢測器單元的進入表面與所述檢測器單元的傳感器區域之間，分離所述測量光束。
24.—種用于測量光學測量對象(MO)的雙折射的測量系統，包括光束產生單元(BG)，用于產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，所述測量光束被引導到所述測量對象上；檢測器單元(DET)，用于檢測所述測量光束在與所述測量對象(MO)相互作用之后的偏振特性，以產生表示所述測量光束的輸出偏振態的偏振測量值；以及評估單元(EU)，用于評估所述偏振測量值，以確定表示所述測量對象的雙折射的至少一個雙折射參數；其特征在于所述光束產生單元(BG)被設計用于根據角度參數α的周期調制函數，將所述測量光束的輸入偏振態調制為至少四個不同測量狀態；并且所述評估單元(EU)被配置用于處理與所述至少四個測量狀態相關聯的所述偏振測量值，以形成依賴于所述角度參數α的測量函數，用于確定所述測量函數的雙波部分，并用于分析所述雙波部分，以導出所述至少一個雙折射參數。
25.如權利要求24所述的測量系統，其中所述光束產生單元(BG)在用于產生線偏振光的光源(LS)與所述測量對象(MO)之間具有第一偏振旋轉器(Rl)，用于可控制地旋轉所述測量光束的偏振方向。
26.如權利要求25所述的測量系統，其中所述第一偏振旋轉器(Rl)具有半波板，借助于第一控制裝置(CRl)，可繞著所述測量系統的光軸旋轉所述半波板。
27.如權利要求24至26中的任一項所述的測量系統，包括第二偏振旋轉器(R3)，其被設計為90°偏振旋轉器，用于將所述測量光的偏振態旋轉90°，并且能夠借助于第二控制裝置(R3)選擇性地將所述第二偏振旋轉器(R3)引入所述測量光束路經中，或從所述測量光束路徑中將其移除。
28.如權利要求27所述的測量系統，其中所述第二偏振旋轉器(R3)布置在測量對象保持裝置(MH)的區域中，使得其能夠被選擇性地引入具有多個光學組件的測量對象(MO)的第一光學組件(COl)與第二光學組件(C02)之間，或從在所述光學組件之間的區域中移除。
29.如權利要求24至28中的任一項所述的測量系統，包括第三偏振旋轉器(R4)，其被設計為90°偏振旋轉器，用于將所述測量光的偏振態旋轉90°，并且能夠借助于分配的第三控制裝置(CR4)選擇性地將所述第三偏振旋轉器(R4)引入所述測量對象(MO)與所述檢測器單元(DET)之間的所述測量光束路徑中，或將其從此區域中移除。
30.如權利要求27至29中的任一項所述的測量系統，其中所述90°偏振旋轉器選自具有以下組件的組由旋光性材料構成的板；由固有雙折射晶體材料構成的板，所述材料的<110>晶向基本平行于所述傳輸方向；相對于彼此45°取向的兩個低階半波板，相對于彼此旋轉的所述半波板的光學晶軸基本垂直于所述傳輸方向。
31.如權利要求24至30中的任一項所述的測量系統，其中所述檢測器單元(DET)具有進入開口(PH)，所述進入開口能夠被位移到垂直于所述測量系統的光軸的平面中的預定位置。
32.如權利要求24至31中的任一項所述的測量系統，其中所述檢測器單元(DET)被設計用于所述偏振態的角度分辨測量。
33.一種投射曝光設備，用于利用布置在投射物鏡的物面的區域中的掩模的圖案的至少一個像，曝光布置在所述投射物鏡的像面的區域中的輻射敏感基底，所述投射曝光設備包括初次光源(LS)，用于發射初次光；照明系統(ILL)，用于接收所述初次光，并用于產生引導到所述掩模(R)上的照明光束；投射物鏡(PO)，用于在所述投射物鏡的像面(IS)的區域中產生所述圖案的像；及測量系統，用于測量布置在所述初次光源(LS)與所述投射物鏡(PO)的像面(IS)之間的光學測量對象的雙折射，所述測量系統具有以下單元光束產生單元，用于產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，所述測量光束被引導到所述測量對象上；檢測器單元(DET)，用于檢測所述測量光束在與所述測量對象(MO)相互作用之后的偏振特性，以產生表示所述測量光束的輸出偏振態的偏振測量值；以及評估單元(EU)，用于評估所述偏振測量值，以確定表示所述測量對象的雙折射的至少一個雙折射參數。
34.如權利要求33所述的投射曝光設備，其中所述投射曝光設備的所述初次光源(LS) 是用于產生引導到所述測量對象上的測量光束的所述光束產生單元的一部分。
35.如權利要求33或34所述的投射曝光設備，其中能夠在所述投射物鏡的像平面的區域中放置所述檢測器單元(DET)，代替要曝光的基底(W)，使得所述檢測器單元的具有進入開口(PH)的進入平面位于所述投射物鏡(PO)的所述像面(IS)中或與其光學共軛的面中。
36.如權利要求35所述的投射曝光設備，其中所述進入開口能夠垂直于所述投射物鏡的光軸位移，以測量所述像面中的不同場點。
37.如權利要求33至36中的任一項所述的投射曝光設備，其中能夠在所述投射物鏡的所述物面區域中放置所述檢測器單元，代替掩模，使得所述檢測器單元的具有進入開口的進入平面位于所述投射物鏡的所述物面中或與其光學共軛的面中。
38.如權利要求33至37中的任一項所述的投射曝光設備，其中所述測量系統被配置用于執行如權利要求1至23中的任一項所述的測量方法。
39.一種用于測量掩模母版的雙折射的測量方法，包括以下步驟將所述掩模母版布置在投射曝光設備的照明系統與投射物鏡之間、所述投射物鏡的物面的區域中的安裝位置中；利用用于測量光學測量對象的雙折射的測量系統，測量所述安裝位置中的掩模母版的雙折射，所述測量系統被集成到所述投射設備中。
40.如權利要求39所述的測量方法，其中在掩模母版更換之后并在使用所述更換引入的掩模母版執行曝光之前，執行測量。
41.如權利要求39或40所述的測量方法，其中執行根據權利要求1至23中的任一項所述的測量方法，所述掩模母版用作測量對象。
42.一種用于測量光學測量對象的至少一個偏振特性的測量方法，包括借助于測量光源產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，所述測量光束被引導到所述測量對象上；檢測所述測量光束在與所述測量對象相互作用之后的偏振特性，以產生偏振測量值， 所述偏振測量值表示所述測量光束在與所述測量對象相互作用之后的輸出偏振態；評估所述偏振測量值，以確定表示所述光學測量對象的偏振特性的至少一個偏振參數；檢測參考強度信號的時間相關，所述參考強度信號與測量光源發出的測量光的強度成比例；以及相對于所述參考強度信號歸一化偏振測量信號，以確定歸一化的偏振測量信號；其特征為以下步驟將所述測量光束分離為具有第一強度的線偏振第一部分光束和具有第二強度的第二部分光束，所述第二部分光束與所述第一部分光束正交地線偏振；沿著偏振光學上基本相同的光束路徑將所述第一部分光束和所述第二部分光束引導到強度傳感器的傳感器區域的空間上分開的第一和第二傳感器區上，以產生與所述第一強度成比例的第一強度信號和與所述第二強度成比例的第二強度信號；以及處理所述第一強度信號和所述第二強度信號，以形成組合信號。
43.如權利要求42所述的測量方法，其中使用所述第一強度信號和所述第二強度信號的和形成強度參考信號。
全文摘要
在用于測量光學測量對象的雙折射的測量方法中，產生具有規定的輸入偏振態的測量光束，該測量光束被引導到測量對象上，并檢測測量光束在與測量對象相互作用之后的偏振特性，以產生表示測量光束在與測量對象相互作用之后的輸出偏振態的偏振測量值。根據角度參數α的周期調制函數將測量光束的輸入偏振態調制為至少四個不同測量狀態，并處理與至少四個測量狀態相關聯的偏振測量值，以形成依賴于角度參數α的測量函數。為了評估偏振測量值，確定測量函數的雙波部分。分析該雙波部分以導出描述雙折射的至少一個雙折射參數。為此目的，優選執行測量函數的雙傅立葉變換。
文檔編號G01N21/23GK102439419SQ201080022144
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月10日 優先權日2009年3月20日
發明者D.菲奧爾卡, M.羅厄 申請人:卡爾蔡司Smt有限責任公司