CN102439419B - 测量双折射的测量方法和测量系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

测量双折射的测量方法和测量系统

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n_o是寻常光线的折射率，n_eo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Sérnarmont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。本发明还包括一种用于测量光学测量对象的双折射的测量系统，包括：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，用于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，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。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(doublefrequency))。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A0(α)和A2(α)，其中A0(α)是描述该测量函数的非周期部分的平均值的偏移项，A2(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A0(α)和A2(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A0_A01(α)、A2_A02(α)和B2_A02(α)，其中A0_A01(α)是描述该偏移项A0(α)的非周期部分的平均值的偏移项，A2_A02(α)是第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分，B2_A02(α)是第一双波波动系数A2(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A0_A01(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A2_A02(α)和B2_A02(α)得自第一双波波动系数A2(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2^N(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加。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A0_A01(α)，归一化第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分A2_A02(α)和第一双波波动系数A2(α)的双波波动的余弦部分B2_A02(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A0_A01(α)，归一化第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分A2_A02(α)和第一双波波动系数A2(α)的双波波动的余弦部分B2_A02(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Müller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100mm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-selectively)的反射元件，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。

附图说明

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3A示出了检测器单元中偏振态的示意图，图3B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4A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4E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ΔBR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ΔORI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ΔBR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CO1以及在传输方向上布置在第一组件CO1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CR1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R1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R1而位于任何期望的旋转角位置。与半波板R1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CO1和CO2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100μm至300μm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1mrad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2B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，T_P和T_S是分析器对p-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p-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3A和3B呈现了线偏振输入光的对应情况。这里，图3A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3B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R1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x-轴的+45°)处，对于输入偏振在此x-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4B)，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4A)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4E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A2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4E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OA，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A2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A2的相同值以周期360°重复)出现在底部所示的A2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R1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R1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A2(α)、B2(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°/2^N)设置2^N(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R1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°/2^N)的2^N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A0(α)和A2(α)。在此情况中，由“A”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A0(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A2(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A0(α)和A2(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A0(α)的傅立叶变换，计算第二傅立叶系数A0_A01(α)。根据A2(α)的傅立叶变换，计算第二傅立叶系数A2_A02(α)和B2_A02(α)。在此描述中，A0_A01(α)表示描述偏移项A0(α)的非周期部分的平均值的偏移项，A2_A02(α)表示第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分，B2_A02(α)表示第一双波波动系数A2(α)的双波波动的余弦部分。

一般地，也对B2(α)系数再次进行傅立叶变换，即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，B2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A0(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))：

$A0\_A01=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{SP}}$

$A2\_A02=-{\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{PR}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}-{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}$

B2_A02＝cos(PT_a)sin(PT_a)PT_db+PR_dbcos(PR_a)sin(PR_a)+LI_dbcos(LI_a)sin(LI_a)

偏移项A0(α)的第二傅立叶变换产生偏移项A0_A01，其可用于测量结果的强度归一化。双波系数A2(α)的第二傅立叶变换产生双波部分A2_A02和B2_A02，其包含有所求的关于测量对象的双折射的信息。

从等式(1)至(3)可以看出，当以此方式执行和评估测量时，第二傅立叶系数的结果不依赖于λ/2板(第一偏振旋转器，用于设置输入偏振)和检测器单元的λ/4板的错误延迟。这显示出该测量方法在一阶上对测量系统的这些误差不敏感，从而提高了实际所求的测量值(测量对象的双折射)的精度。

此外，很明显，双波部分分别被相加地合成，且利用来自要测量的变量(PRdb和PRa)和测量系统中出现的干扰变量(LIdb、LIa、PTdb、PTa)的完全相同的表达式合成。特别地，最后提到的方面在分析期间简化了以下二项的分离：所求的双折射参数(PTdb和PTa)，其描述测量对象的双折射的绝对值和取向；以及干扰变量，其来源于检测器单元的光学元件的可能偏振-改变特性，特别是由于透镜组L和偏振分束器BS的双折射，因为，在此情况中，可以通过没有测量对象并因此具有完全相同的测量方法的测量来确定测量系统对测量结果的贡献，即所谓的测量系统部分或测量装置偏移。换句话说：可以通过根据上述用于测量对象的双折射的测量规范执行一系列测量，但在测量光束路径中没有测量对象，来确定测量系统的干扰双折射贡献，并从而在分析中纳入考虑。这可以如下来实现：，将双波系数A2_A20和B2_B20相对于偏移项A0_A01归一化，并从中减去之前确定的并类似归一化的装置部分。在此情况中，适用下式(等式(4)和(5))：

$(A2\mathrm{Mn}-A2\mathrm{Gn})(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-{\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{PR}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}$

$(B2\mathrm{Mn}-B2\mathrm{Gn})(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{PR}}_a\right)\sin \left({\mathrm{PR}}_a\right)$

在此情况中，A2Mn＝A2_A02/A0_A01表示来自测量系统和测量对象的组合的归一化测量值，A2Gn＝A2_A02/A0_A01表示来自没有测量对象的测量的归一化测量值，即仅是测量系统的归一化测量值，也就是说其中PRdb＝0。

此外，如果上述等式(4)的左侧由“A”表示并且等式(4)下面的等式(5)的左侧由“B”表示，则下式(等式(6)和(7))适用于所求的双折射参数PRdb及PRa：

${\mathrm{PR}}_{\mathrm{db}}=2\sqrt{A^2+B^2}$

${\mathrm{PR}}_a=-\arctan \left(\frac{B(\frac{A^2+B^2+\sqrt{A^4+A^2{B}^2}}{B^2+A^2}-1)(B^2+A^2)}{A(A^2+B^2+\sqrt{A^4+{A^{2}B}^2})}\right)$

因此，将双波波动的绝对值加倍直接产生测量对象的所求双折射。双折射的取向得自B/A比值的反正切(arc tangent)。

该新颖的测量方法具有极高的测量精度，尤其是对于相对较小的双折射，例如其可以在10nm或以下、或者5nm或以下的范围中。可以获得0.5nm或以下，尤其是0.4nm或以下或0.3nm或以下的测量精度。

通过提供双折射偏移，例如，通过将具有已知双折射的平面板或曲面板引入测量光束路径中，可以高精度地测量具有较大双折射(例如，具有在远大于10nm或大于20nm或大于50nm或更大的范围中的值)的测量对象。在此情况中，选择平面板或曲面板的双折射，使得对整个测量光束提供总体延迟，从而仅相对较小并因此易于测量的剩余双折射值留下，然后确定该剩余双折射值。

以下对测量精度的估计证明了测量的高精度。为了估计测量方法的预期测量精度，对测量进行模拟，并评估测量对象的测量双折射值与预定双折射值之间的偏差。对测量系统假设以下典型值。

借助延迟误差为3nm的λ/2板设置测量对象上游的线偏振。对于偏振旋转器的错误角度定位的精准性，假设定位误差为±0.5°的正态分布。假设使用具有输入偏振的八个测量取向的测量系列，所述测量取向在旋转角空间α中为等间距。检测器单元的λ/4板的延迟误差固定为3nm，λ/4板上游的透镜组L的双折射贡献固定为0.5nm，分析器(偏振分束器)的双折射贡献固定为1nm，以及分析器的消光比固定为0.3％。在光束产生侧上，假设激光信号具有σ值为0.5％的正态分布噪声，并且在360°旋转的情况下，每个偏振测量的支持点数为64。

在模拟测量的第一步骤中，根据五个测量确定系统部分(测量装置偏移)，以提供平均值。然后，在模拟20个单独测量之前，在第二步骤中预定要测量的双折射，并在第三步骤中执行其统计评估。参考图5至7说明结果。图5示出了0°取向的情况下、双折射绝对值的平均测量误差(即测量方法的质量)的测量，其中x-轴指示测量对象的预定双折射BR(单位：纳米)，y-轴指示与期望值的测量的平均偏差ΔBR或预期偏差ΔBR(单位：纳米)。偏差的偏移在一级近似中(to a first approximation)随着双折射值的上升而二次方地增大。测量值的变动(1σ)与预定双折射无关，相对恒定，并总计约为0.05nm。偏移的二次方增加不受任何原理支配，而是基本来自以下事实：在上述评估中，仅进行到一阶展开。在精细化分析的情况下，可以相应地减少偏移。

图6示出了双折射的绝对值为4nm的情况下、双折射的取向的平均预期测量误差(即测量方法的质量)。x-轴指示双折射的预定取向ORI(单位：度)，y-轴示出了与期望值的平均测量偏差ΔORI(单位：度)。曲线图显著地示出：平均来讲取向被正确地确定，取向误差(1σ)约为0.6°。

图7本质上示出了，双折射绝对值的确定的结果不依赖于取向。在图7中，绘出了与期望值的平均测量偏差或仿真偏差ΔBR(单位：纳米)相对于样品的双折射的预定取向ORI(单位：度)的关系，其中假设双折射的绝对值为4nm。

此模拟显示出在检测器单元中的典型误差的情况下以及在输入偏振的该设置的情况下，可以实现以下测量精度：双折射的绝对值(在双折射的绝对值小于5nm的情况下)大约为0.1nm(1σ)，双折射的取向的取向误差为±0.6°。

该测量方法的一个主要优点是，此测量方法在一级近似的情况下对来自设置测量对象上游的输入偏振的延迟元件的误差不作出反应，因此不需要延迟元件获得完美延迟，但同样能获得具有较小误差的高精度测量结果。此外，该测量方法对由检测器单元的透镜或透镜组L的可能双折射贡献所引入的误差不敏感。相比之下，如果测量使用具有相对较大的光束角度范围的测量光束，则其它测量方法(其中这种双折射贡献可能影响测量误差)一般都需要对测量误差进行较大的方向相关的校正。

参考图8说明的测量方法的实施例使得：在由多个串连的光学组件构成的测量对象的情况下，可以在少量的测量周期中执行单独组件的双折射的独立测量，而不必为此目的执行单独组件的独立测量。而是，组件可以保留在已组装好用于操作的布置中。

在此方法变型中，连续执行两个测量周期，其中在不同测量配置中使用测量系统。在第一测量(在相应的参数中以及图8中，下文以缩写“M1”表示)中，如上文所述的测量光束被引导通过第一光学组件，然后通过第二光学组件，在光学组件之间不改变测量光束的偏振态。因此，第一测量对应于图1中测量对象MO的上述测量。

对于第二测量(图8B)，将90°偏振旋转器ROT引入光学组件CO1、CO2间的测量光束路径中。在图1的测量系统的情况下，为此目的，通过分配的控制装置CR3将90°偏振旋转器R3引入组件CO1和CO2之间。在第二测量期间，在通过第一光学组件后并在进入第二光学组件之前，由此将测量光束的偏振态旋转90°。第一和第二测量的顺序可以如所述或相反。第二测量的参数在下文中由缩写“M2”表示。

在两个测量结束之后，联合地评估由此获得的测量函数。原则上，根据上文已经说明的相同测量规范执行每个测量。尤其是，对于每个测量，可以分别以等旋转角间距设定2^N个线偏振输入偏振态，例如八个线偏振态。以类似于上述的方式，从中确定第一傅立叶系数A0_M1(α)、A0_M2(α)、A2_M1(α)、A2_M2(α)。

因此，对于第一测量，满足以下等式(8)至(10)：

$A0\_A01\_M1=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}}$

$A2\_A02\_M1=$

$-{\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{FI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}-{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{FLG}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}-{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}$

B2_A02_M1＝

FI_dbcos(FI_a)sin(FI_a)+PT_dbsin(PT_a)cos(PT_a)+FLG_dbcos(FLG_a)sin(FLG_a)+LI_dbcos(LI_a)sin(LI_a)

相比之下，对于第二测量，则满足以下等式(11)至(13)：

$A0\_A01\_M2=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}}$

$A2\_A02\_M2=$

$-{\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{FI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}+{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{FLG}}_a\right)}^2-\frac{1}{2}{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}+{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2-\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}$

B2_A02_M2＝

FI_dbcos(FI_a)sin(FI_a)-PT_dbsin(PT_a)cos(PT_a)-FLG_dbcos(FLG_a)sin(FLG_a)-LI_dbcos(LI_a)sin(LI_a)

等式中使用的参数对应于等式(1)至(7)使用的参数。

如果将测量1的归一化正弦双波波动表示为：

A2M1n＝A2_A02_M1/A0_A01_M1

将测量2的归一化正弦双波波动表示为：

A2M2n＝A2_A02_M2/A0_A01_M2

将测量1的归一化余弦双波波动表示为：

B2M1n＝B2_A02_M1/A0_A01_M1

将测量2的归一化余弦双波波动表示为：

B2M2n＝B2_A02_M2/A0_A01_M2

则以下等式(14)至(17)的集合得自以上等式的总或差的形式：

$(\frac{1}{2}A2M1n+\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-\frac{1}{2}{\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}(2\cos {\left({\mathrm{FI}}_a\right)}^2-1)$

$(\frac{1}{2}B2M1n+\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{FI}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{FI}}_a\right)\sin \left({\mathrm{FI}}_a\right)$

$(\frac{1}{2}A2M1n-\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{FLG}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{FLG}}_{\mathrm{db}}-{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}$

$(\frac{1}{2}B2M1n-\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{PT}}_{\mathrm{db}}\sin \left({\mathrm{PT}}_a\right)\cos \left({\mathrm{PT}}_a\right)+{\mathrm{PLG}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{FLG}}_a\right)\sin \left({\mathrm{FLG}}_a\right)+{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{LI}}_a\right)\sin \left({\mathrm{LI}}_a\right)$

根据这些等式，以下内容是显然的。第一测量和第二测量的双波波动的和仅包含关于第一光学组件CO1的双折射的信息。第二光学组件的部分以及来自测量系统的系统部分在一级近似中消失。这可以被清楚地理解，因为第二组件CO2和系统部分的双折射贡献在第一测量的情况中以特定的正负号的对测量结果作出贡献，而在第二测量(包括在第一和第二光学组件之间的偏振态的90°旋转)的情况中，这些贡献以相反的正负号影响测量结果，因此对于一级近似，它们在求和的过程中消失。

相比之下，第一测量和第二测量的双波波动之间的差仅包含第一组件CO1和测量系统的双折射部分。这也很清楚，因为第一组件CO1和整个系统对测量结果的贡献都未被第二测量期间引入的90°偏振旋转器R3改变，因此在求差的过程中消失。

因为公式和等式(14)至(17)具有与对应等式(4)至(7)相同的结构，并且两个光学组件CO1和CO2产生独立的等式对，所以可按照已经说明的类似方式，求出双折射参数(双折射的绝对值和取向)的解。

这里应该提到一个特定优点：不用事先校准系统部分就可以确定第一光学组件CO1的部分，因为在求和的过程中，系统部分消失(除了分析器的消光比Tsp的贡献外，其可以通过独立的测量容易且精确地确定)。

运用此原理，现在很明显：可以在两个测量之间，通过对检测器单元直接上游的偏振态执行90°的旋转，而进行整个系统(第一光学组件CO1和第二光学组件CO2)的无校准测量(除分析器的消光比Tsp的贡献外)。以此方式，可以直接在测量系统中执行间接校准，而不需要附加结构。

实践上，这可通过对检测器单元DET提供上游辅助光学元件来实现，该辅助光学元件使得可以在测量辐射进入检测器单元之前，引入用于测量辐射的另一90°偏振旋转器。为了简化，图1仅示出了90°偏振旋转器R4(第三偏振旋转器)，其可以通过分配的控制装置CR4而被选择性地引入到测量对象与检测器单元之间的测量光束路径中或从测量光束路径中移除。如果以允许引入或移除的可更换方式，将第三偏振旋转器集成到用于检测器单元的上游辅助光学元件中，则可以从头到尾都使用该上游辅助光学元件进行测量，或者可以仅为了校准测量系统部分的目的，将该上游辅助光学元件引入测量光束路经中。

下面参考图9至图11，说明多组件测量对象的小双折射贡献的与测量系统无关的测量(即，一阶上不依赖于测量系统误差的测量)的测量过程。为此目的，图9至图11示意性地示出了测量对象MO，其包括：在传输方向(箭头)上以某距离依序布置的两个光学组件或模块CO1和CO2；以及测量系统特别有关的部分，即检测器单元DET、装配在测量对象与检测器单元之间并具有90°偏振旋转器R4(其可以被选择性地引入到测量光束路径中或从中移除)的上游辅助光学元件OP，以及第二偏振旋转器R3，其可以被选择性地引入组件CO1和CO2之间或从中移除。

图9示出了第一测量的测量配置，其中，在组件CO1、CO2之间的区域中没有90°偏振旋转器，且在上游辅助光学元件中没有90°偏振旋转器。借助测量光源与测量对象之间的λ/2板，设置线性输入偏振的2N个不同输入偏振态，它们相对于彼此具有等旋转角间距(例如45°)。

在图10示出的第二测量期间，90°偏振旋转器R3位于第一组件CO1与第二组件CO2之间的测量光束路径中，而上游辅助光学元件的90°偏振旋转器仍然从测量光束路径撤出。在此情况中，同样地，设置对应于第一测量的输入偏振态数量，并为每个偏振态确定测量信号。

在如图11所示的第三测量(其在当前情况中仅用于装置校准，即用于校准测量系统)期间，第二偏振旋转器R3位于测量光束路径外，而第三90°偏振旋转器R4布置在测量光束路径中的上游辅助光学元件中。

根据第一测量和第二测量，通过求和，获得第一组件CO1中的双折射分布(CO1db、CO1a)。对此，以下等式(18)和(19)成立：

$(\frac{1}{2}A2M1n+\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-\frac{1}{2}{\mathrm{CO}1}_{\mathrm{db}}(2\cos {\left({\mathrm{CO}1}_a\right)}^2-1)$

$(\frac{1}{2}B2M1n+\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{CO}1}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{CO}1}_a\right)\sin \left({\mathrm{CO}1}_a\right)$

如果上方的等式(18)的左侧由A12表示，并且下方的等式(19)的左侧由B12表示，则可以根据等式(6)至(7)(见上文)，通过将PRdb＝CO1db、PRa＝CO1a、A＝A12及B＝B12列入等式，直接导出解。

测量系统部分(即测量装置的部分)可从第一测量M1和第三测量M3的差获得，其中以下等式(20)至(21)以及定义(22)和(23)成立：

$(\frac{1}{2}A2M1n-\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}(2\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2-1)$

$(\frac{1}{2}B2M1n-\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{PT}}_{\mathrm{db}}\sin \left({\mathrm{PT}}_a\right)\cos \left({\mathrm{PT}}_a\right)+{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{LI}}_a\right)\sin \left({\mathrm{LI}}_a\right)$

$A23\mathrm{nG}=(\frac{1}{2}A2M1n-\frac{1}{2}A2M3n)(\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{2})$

$B23\mathrm{nG}=(\frac{1}{2}B2M1n-\frac{1}{2}B2M3n)(\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{2})$

在减去刚确定的测量装置部分之后，根据以下等式(24)、(25)，还可以从第一测量M1与第二测量M2之间的差获得第二光学组件CO2中的双折射分布：

$(\frac{1}{2}A2M1n-\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})=-{\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{CO}2}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}-{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{LI}}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}$

$(\frac{1}{2}B2M1n-\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})={\mathrm{PT}}_{\mathrm{db}}\sin \left({\mathrm{PT}}_a\right)\cos \left({\mathrm{PT}}_a\right)+{\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{CO}2}_a\right)\sin \left({\mathrm{CO}2}_a\right)+{\mathrm{LI}}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{LI}}_a\right)\sin \left({\mathrm{LI}}_a\right)$

在减去装置部分A23nG和B23nG之后，下式(等式(26)和(27))适用：

$(\frac{1}{2}A2M1n-\frac{1}{2}A2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})-A23\mathrm{nG}=-{\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}\cos {\left({\mathrm{CO}2}_a\right)}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}$

$(\frac{1}{2}B2M1n-\frac{1}{2}B2M2n)(\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{T}_{\mathrm{sp}})-B23\mathrm{nG}={\mathrm{CO}2}_{\mathrm{db}}\cos \left({\mathrm{CO}2}_a\right)\sin \left({\mathrm{CO}2}_a\right)$

这些等式(26)至(27)呈现了类似于上文的形式，且因此可以解出CO2db、CO2a。

接下来，如果第一个等式(26)的左侧由A12表示，并且第二个等式(27)的左侧由B13表示，则可从等式(6)和(7)，通过将A＝13以及B＝B13列入等式，直接导出解。

因此第一光学组件Col和检测器单元都仅引起双折射参数的一个偏移，仅所以在测量场中心需要全部三个测量。

对于在要测量的场中的所有其它场点，根据第二测量M2连同场中心的第一测量M1和第三测量M3的结果一起，确定第二组件CO2的双折射分布。

下面结合用于微光刻的投射曝光设备的组件和子系统中的双折射的测量，来说明其它示例实施例和应用。

图12示出了微光刻投射曝光设备WSC的示例，其可用于制造半导体组件和其它精细结构化的组件中，且利用来自深紫外线范围(DUV)的光或电磁辐射工作，以获得小至微米的分数的分辨率。工作波长大约为193nm的ArF准分子激光器用作初次光源LS，该激光的线偏振激光束与照明系统ILL的最佳轴AX同轴地耦合至照明系统中。同样也可以使用其它的UV激光辐射源，例如，工作波长为157nm的F₂激光器，或工作波长为248nm的ArF准分子激光器。

来自光源LS的偏振光首先进入扩束器EXP，其用于例如减少相干性和放大光束横截面。扩展的激光束进入光瞳形成单元PF，其包含多个光学组件和组件组，并被设计为在照明系统ILL的下游光瞳形成面PFS中产生规定的局部(二维)照明强度分布，其有时也称为二次光源或“照明光瞳”。光瞳形成面PFS是照明系统的光瞳面。

可以以可变的方式设置光瞳形成单元PF，从而可以根据光瞳形成单元的驱动设置不同的局部照明强度分布(即不同结构化的二次光源)。例如，图12示意性地示出了圆形照明光瞳的各种照明，即具有中心圆形照明光斑的传统设置CON、双极照明DIP或四极照明QUAD。

光栅元件FDE布置为与光瞳形成面PFS直接相邻。布置在该光栅元件下游的耦合光学元件INC将光传送至中间场平面IFP，其中布置了掩模母版/掩模系统MA，用作可调节的场光阑。光栅元件FDE(又称为场限定元件)具有衍射或折射光学元件的二维布置，并对进入辐射塑形，使得进入辐射在通过下游耦合光学元件INC之后，在中间场平面IFP区域中，照明矩形照明场。此外，通过部分光束的叠加使辐射均匀化，从而FDE用作场塑形和均匀化元件。

下游成像物镜OBJ(也称为REMA物镜)利用场光阑MA将中间场平面IFP成像到掩模母版M(掩模，光刻原型)上，例如以2∶1与1∶5之间的比例，在本实施例中比例约为1∶1。

接收来自激光器LS的光并从该光形成照明辐射(该照明辐射被引导到掩模母版M上)的那些光学组件属于投射曝光设备的照明系统ILL。

布置在照明系统下游的是用于保持和操纵掩模母版M的装置RS，使得布置在掩模母版上的图案位于投射物镜PO的物平面OS中，并可以在用于扫描曝光机操作的该平面中，借助于扫描驱动器，在垂直于光轴AX(z-方向)的扫描方向(y-方向)上移动该图案。

在掩模母版平面OS下游有投射物镜PO，其用作缩小物镜，并以缩小的比例(例如1∶4或1∶5的比例)将布置在掩模M上的图案的像成像到晶片W上，该晶片涂有光刻胶层，并且该晶片的光敏表面位于投射物镜PO的像平面IS中。可以使用折射、折反射或反射投射物镜。也可以使用其它的缩小比例，例如高达1∶20或1∶200的更大缩小比。

在该示例的情况下，要曝光的基底是半导体晶片W，其由包括扫描驱动器的装置WS保持，以垂直于光轴与掩模母版R同步地移动晶片。根据投射物镜PO的设计(例如，折射、折反射或反射，不含中间像或具有中间像，折叠或非折叠)，这些移动可以彼此平行或反平行地进行。装置WS(也称为“晶片台”)和装置RS(也称为“掩模母版台”)是由扫描控制装置控制的扫描装置的部分。

光瞳形成面PFS位于或靠近与最近的下游光瞳面P’并且与投射物镜PO的像侧光瞳面PS光学共轭的位置。因此，投射物镜的光瞳PS中的空间(局部)光分布由照明系统的光瞳形成面PFS中的空间光分布(空间分布)确定。位于光瞳面PFS、P’、PS之间的分别是光束路径中的场面，它们是相应光瞳面的傅立叶变换面。这尤其意味着光瞳形成面PFS中的照明强度的规定空间分布在下游场面IFS的区域中产生照明辐射的特定角度分布，其继而对应于入射在掩模母版M上的照明辐射的特定角度分布。

图13A、B和C中示意性地示出了光瞳形成单元PF的实施例的组件。进入的经扩展的激光辐射束LB被平面偏转镜M1偏转到在蝇眼聚光器(蝇眼透镜)FEL的方向上，平面偏转镜M1将到达的辐射束分解为部分照明光束，其然后通过傅立叶光学系统FOS而被传送到透镜阵列LA上，即到透镜系统的二维阵列布置上。透镜阵列LA将部分照明光束PB聚集到多反射镜布置LMD(多反射镜阵列MMA，也显示在在图13B和13C中)的可单独驱动的反射镜元件上。多反射镜布置在这里被操作为反射光调制装置，用于可控制地改变入射在光调制装置上的辐射束的角度分布，并且利用其单独反射镜MM的取向提供照明角度分布，该照明角度分布可以借助于多反射镜布置来限定并且在光瞳形成面PFS中叠加，以在此光瞳面中形成强度分布。安装到共同支撑元件SUP的多反射镜布置的单独反射镜MM可绕着一个或多个轴倾斜，以改变照射的部分照明光束PB的传播角度。从单独反射镜MM发出的部分照明光束通过扩散屏ST，并通过下游聚光器光学元件COND而被成像到光瞳形成面PFS中。透镜阵列LA和/或微反射镜布置LMD可以基本上以本申请人名下的US2007/0165202A1中所述的方式构成。通过引用将该专利申请中此方面的公开内容合并到本说明书内容中。也可以使用传输光调制装置。

生产这种投射曝光设备的组件时的一个任务在于，例如，分别确定为形成下游耦合组INC的照明光瞳和双折射所提供的组合件PF和FDE的双折射，例如，以便能够通过更换或调整单独组件达到整个布置的双折射贡献不超过预定容限的效果。为此目的，将要测量的光学组件以投射曝光设备操作期间也会采用的布置，安装到双折射测量系统的测量对象保持器中，并在此配置中进行测量。在此情况中，光瞳形成单元PF和场限定元件FDE的组合形成第一光学组件CO1，并且布置其下游某距离处的耦合组形成第二光学组件CO2(参见图1)。测试设备的光源LS用作测量系统的光源。测量系统还包括半波板形式的第一偏振旋转器R1，其被引入光束路径中扩束器EXP与光瞳形成单元PF之间，且其被安装为可以绕着照明系统的光轴旋转。此外，提供第二90°偏振旋转器R3，其可以借助变换装置而被选择性地引入第一光学组件CO1与第二光学组件CO2之间的光束路径中，或从此位置中移出。在该测量布置的情况中，布置测量系统的检测器单元DET，使得针孔PH(即检测器单元的进入开口)位于耦合组后的中间场平面IFS中。为了进行上述校准，还可以提供第三90°偏振旋转器R4，其可以被选择性引入到第二光学组件CO2与检测器单元DET的入口之间的区域中的测量光束路径中，或从该测量光束路径中移除。该测量设备可以基本类似于结合图1所述的测量设备，第一光学组件CO1由光瞳形成单元和场限定元件的组合形成，并且第二光学组件CO2由耦合组形成。

如已经提到的，检测器单元能够以高角度分辨率进行角度分辨偏振测量。此外，利用作为傅立叶透镜组的耦合组将光瞳形成面中的强度空间分布转换为检测器单元的针孔PH所在的中间场平面中的对应角度分布。因此，可以借助该测量设备执行光瞳分辨的双折射测量。在此方面，参考上述各种测量方法的描述。

也可以在成像物镜OBJ下游布置检测器单元，使得检测器单元的进入表面位于掩模母版平面OS中。在此情况中，成像物镜OBJ的双折射贡献也影响测量，并且可以通过选择性地可插入的90°偏振旋转器的对应定位将与成像物镜OBJ的双折射贡献与其它组件的贡献分开确定。

测量系统的实施例也可用来测量已组装好用于操作的投射曝光设备的双折射。在一个实施例中，将测量系统集成到投射曝光设备中。该示例实施例(同样参考图12加以说明)具有检测器单元DET，其可以布置在投射物镜的像平面的区域中，取代要曝光的晶片，使得具有针孔的检测器单元的进入平面位于投射物镜的像平面中，并可垂直于投射物镜的光轴而位移，以测量该平面中的不同场点。借助此集成测量系统，现在例如可以在投射曝光设备的操作期间，度量学地(metrologically)检测掩模母版(掩模M)的双折射。例如，可以在掩模母版改变之后分别进行对应的测量，以确保掩模母版的双折射不超过处理所预定的上限，和/或获得双折射分布的数据库，以便利用对应的补偿机制补偿掩模母版的双折射的影响。

原则上，可以类似于结合图8至11所述的过程，执行投射曝光设备中安装的掩模母版的双折射的测量。在此情况中，要测量其双折射的掩模母版对应于第二组件CO2。对于此方法，投射曝光设备具有两个变换装置，用于选择性地将90°偏振旋转器插入光束路径中或从中移除。第一变换装置被设计为将第一90°偏振旋转器插入照明系统的输出与掩模母版之间的空间A中。第二变换装置被设计为选择性将第二90°偏振旋转器插入掩模母版与投射物镜之间的空间B中。此外，照明系统包含λ/2板，其可以被选择性地插入照明光束路径中，并且在插入位置中，其可绕着照明系统的光轴旋转，以设置用于测量的输入偏振态(对应于图1的可旋转λ/2板R1)。

也可以为了测量掩模母版的双折射修改检测器单元，使得其不测量光瞳，而是直接测量场。为此目的，检测器单元可以被布置为使得掩模母版场的光分布入射在传感器区域(例如，CCD芯片)上。为此目的，传感器区域可以被布置在例如投射物镜的像平面中，该投射物镜的像平面与投射物镜的物平面(其中布置了要测量的掩模母版)光学共轭。具有较大表面的掩模母版可以以此方式扫描，从而与扫描单独场点的测量相比，可以缩短测量时间。

对于掩模母版上的双折射测量，首先设置照明系统的光瞳形成单元PF，使得出现具有极低相干度的传统照明设置，从而照明强度出现在光瞳形成面PFS中，且基本仅在直接靠近光轴的位置处。相干度σ在此被定义为照明系统的输出侧数值孔径与下游投射物镜的输入侧数值孔径的比值。σ的值例如可以小于0.2，或小于0.15或0.1，或小于0.1。如果合适，也可以插入针孔光阑，以获得在光瞳形成面PFS中位于光轴上的单个准点型二次光源。以此方式产生了由以最大可能程度准直的测量光组成的测量光束，该测量光束被引导到掩模母版上。光基本垂直地入射在掩模母版上的准直的光束路径允许精确地设定掩模母版处的输入偏振态，因为辐射实际严格平行于光轴地通过用于设置的偏振光学组件，并因此，仅存在非常小的角度负载及与其相关联的延迟误差。

对于以下说明的每个测量，通过旋转照明系统中的λ/2板，产生对应于线偏振的不同取向的至少四个不同输入偏振态。

在照明系统与掩模母版之间的区域A中没有90°偏振器、且在掩模母版与投射物镜之间(区域B)没有90°偏振旋转器的情况下，执行第一测量。借助照明系统中的λ/2板，设置2N个不同的线性输入偏振态。

对于第二测量，将第一90°偏振旋转器插入照明系统与掩模母版之间(区域A)的测量光束路径中，而仍将为掩模母版与投射物镜之间的区域B提供的第二90°偏振旋转器撤出测量光束路径。在此配置中，同样地，设置对应于第一测量的输入偏振态数量，并为每个偏振态确定测量信号。

对于第三测量，从照明系统与掩模母版间的空间A中移除第一偏振旋转器，并将第二90°偏振旋转器插入在掩模母版与投射物镜之间的空间B中。在此配置中，同样地，仍然设置对应于第一测量的输入偏振态数量，并为每个偏振态确定测量信号。

类似于结合图8至11的说明，根据第一测量和第二测量通过求和获得照明系统的位于λ/2板下游的组件(对应于那里的第一组件CO1)中的双折射分布。在当前情况中也包括投射物镜PO的测量系统部分(即测量系统的部分)根据第一测量与第三测量的差形式获得。

最后，在减去刚确定的系统部分(测量装置和投射物镜)之后，根据第一测量与第二测量的差形式，获得掩模母版中的双折射分布。

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。下面说明用于检测能量参考并因此校正这种强度变动效应的可能性，在该测量系统的背景中，可以在可控的技术预算支出内实现这一点。在这一点上，投射曝光设备的照明系统的组件的光瞳分辨的偏振测量的示例尤其具有指示性。在结合图12和13所述的类型的照明系统中，初次光源的激光入射在多反射镜阵列(MMA)上，其单独反射镜分别可独立于其它单独反射镜在较小角度范围中移动，使得，通过单独反射镜的角位置的组合，可以以对反射辐射设置期望的角度分布，并因此在照明系统的光瞳平面中设置期望的空间分布。

在此测量期间的一个问题是，多反射镜阵列的反射镜上的强度分布可以在单独激光脉冲的时间范围上、以及在若干微反射镜的长度范围上变动。该变动可以例如在±10％的范围中。因为在这样的空间分辨光调制装置中，单独元件(微反射镜)仅照明光瞳的一小部分，所以多反射镜阵列上的强度变动被直接转换为光瞳平面中的位置相关的强度变动。

强度变动基本来自于与光束馈送中的混合效应组合的激光分布和激光角度的变动，且本质上归因于相干激光辐射的自我干涉。图14基于分别在不同时间点t1和t2出现的两个不同局部强度分布I1和I2，通过示例示出了光瞳面中的相对强度I与位置X的依赖关系。

光瞳分辨的偏振测量因此出现以下问题。照明系统的角度相关的偏振特性(或偏振在光瞳上的分布)的测量是利用角度分辨检测器在场平面(例如掩模母版平面或中间场平面)中进行辐射的强度测量。如果光瞳上的强度分布在光瞳中的空间分辨测量期间改变，则这意味着测量的干扰，如果不适当地监控强度变动并在偏振测量的评估中加以考虑，将导致测量精度降低。

通过以下步骤可以建立能量参考：执行参考强度信号的时间相关性检测，该参考强度信号与测量光源发出的测量光的强度成正比；并使用偏振测量信号对参考强度信号的归一化，以确定归一化的偏振测量信号。

参考图15说明能量参考的一个变型的一般原理。此变型的一个必要方面在于：借助双折射元件或某些其它分束装置，将光源的强度变动光分离为两个彼此正交偏振的部分光束，使得两个部分光束同时照射在同一光敏传感器(例如，CCD芯片)上不同位置处，并在偏振测量期间一起记录下来。优选地，测量布置应该被构造为使得两个正交偏振的部分光束在分离位置与传感器上的照射位置之间穿过偏振光学上和/或几何上相似的路径，通过中间系统。在这些条件下，部分光束由于系统中可能的偏振影响元件而经历近似相同的偏振改变，从而部分光束仍以相对于彼此大致正交偏振的方式到达检测器单元。在这些假设下，传感器区上的两个信号的和与每个时间点的光源总能量成比例，且因此可用作参考能量信号。

就此方面，图15A示出了在时间t的过程中将具有强度变动(即根据图15B的相对强度I的变动)的光源LS。在光源下游的光束路径中，有延迟器RET，例如小延迟板或偏振器或去偏振器，以便在后续双折射元件SP的上游设置辐射的偏振，使得在双折射元件SP的下游，寻常光线O和异常光线AO都携带适于评估的光能的量。以此方式分离的测量辐射接着通过可引起偏振改变的测量对象MO。因为两个部分光束通过测量对象的路径相似，所以它们经历基本相同的偏振相对改变。测量对象例如可以是投射曝光设备的照明系统，或这种照明系统的单独模块，或照明系统或某些其它光学系统的单独元件。在通过测量对象之后，两个部分光束到达检测器单元DET，检测器单元DET可由可旋转λ/4延迟板R2和偏振分束器BS(实施为分束器立方体)以及如参考图1所述的方式的区域传感器SENS构成。

部分光束彼此相伴地直接照射在传感器区域上，并且在此情况中形成第一照明光斑或光斑SP1(例如，用于寻常光线)和第二照明光斑或光斑SP2(例如，用于异常光线)。图15C示出了测量时间中不同时间点的光斑中的相对强度。在此情况中，第一光斑和第二光斑的强度的和(如图15C中示意性地示出的)基本与根据图15B的激光能量变动成比例。因而总和信号可以用作偏振测量信号的归一化的能量参考。

可以如下说明此特定类型能量参考的功能原理。由分离产生的部分光束的两个互相正交的偏振态在相加时产生非偏振光。因为检测器单元独立于延迟板的旋转位置，响应于非偏振光产生与激光能量成比例的恒定信号，所以两个部分光束强度的和由于评估软件区域中的不相干求和而产生基本与光源(可能变动)的强度成比例的信号。

如果已知双折射元件SP相对于测量对象的坐标系统的取向，则还可以从第一光斑SP1和第二光斑SP2的两个强度的比值，推出分别在寻常光线和异常光线的偏振方向上的偏振部分。如果此信息还被耦合至延迟板R2的旋转位置，则也可以从不同旋转位置处的强度比值，分别推出辐射的非偏振和偏振部分。

原则上，布置在光源与双折射元件之间的延迟元件RET(如，λ/4板)和用于分光的双折射元件SP的组合再次是偏振测量系统，其可用来测量来自光源的辐射的偏振分布。与空间分配组合，可进行偏振分布的有限空间分辨测量。可使用这种系统检测例如布置在投射曝光设备的激光光源与照明系统间的光束传送系统的光学偏振特性。

结合图12及13参考图16，说明在测量其光瞳形成单元中具有多反射镜阵列MMA的照明系统的组件时、此能量参考的可能实施方式。就此方面，图16示出了图13A中示意性地示出的光瞳形成单元的一部分。系统的此部分包括多反射镜阵列MMA及上游透镜阵列FOC，FOC作为聚焦阵列，用来将扩展的激光束分解成部分光束PB，PB然后照射在反射镜布置MMA的单独反射镜上。将双折射元件SP引入到聚焦阵列与反射镜阵列之间的光束路径中。由延迟元件RET设置照射在聚焦阵列上的光束的偏振，使得在考虑双折射元件SP的光学晶轴OA的取向的情况下，由聚焦阵列产生的部分光束被分别分离为彼此正交偏振的部分光束PB1和PB2。为了测量，接着分别设置两个相邻的单独反射镜MM1、MM2，使得具有正交偏振的两个部分光束PB1、PB2被直接彼此并排地分别成像到光瞳形成面PFS中。当成对相加时，这些部分光束的强度产生关于激光器LS的强度变动的所求信息。在此情况中，有利地如下执行评估，使得分别形成具有正交偏振的直接相邻照射的部分光束的和，因为这两个部分光束穿过基本相同的光学路径，并且还经历基本相同的强度变动。

因为聚焦阵列FOC的单独透镜或单独光学通道的数目通常对应于多反射镜阵列MMA的单独反射镜的数目，所以为了分别将光学通道的辐射聚焦在单独反射镜上，为此测量在聚焦阵列上游使用光栅光阑，该光栅光阑分离到达光束，使得仅每第二个微透镜用于偏振测量。

通过将测量系统的检测器单元DET进入平面布置在掩模母版平面(照明系统的出口平面，在操作期间，与投射物镜的物平面相同)中，可以对已经组装好准备操作的照明系统执行测量。测量可以以已经说明的方式来执行。

可借助不同分束装置来执行将测量光束分离为两个彼此正交偏振的部分光束，提供该分离用于能量参考。因此，例如，还可以使用偏振分束器取代双折射元件。分离为部分光束也不一定要在测量对象上游或测量对象中的光路径中进行。而是，也可以在通过测量对象后分离为正交偏振的部分光束，尤其是还可以在检测器单元中。下面结合图17和18说明此方面的一些示例。

图17A示出了偏振测量系统的检测器单元DET的示意图，该偏振测量系统可用来测量光学元件、组件或系统的双折射。检测器单元的基本组件，尤其是具有进入开口(针孔PH)的掩模M、透镜L、可旋转延迟元件RT、偏振分束器BS(分析器)及传感器(SENS)，对应于图1的实施例的对应表示的组件，因此将参考图1中的描述。

此外，在分束器BS的从分束器表面反射的辐射首先出现的一侧上，布置λ/4板R6和高反射平面镜PM1，其镜面垂直于检测器单元的光轴，该光轴在分束器表面BSS处转折。在分束器的相反侧上，提供另一λ/4延迟板R7，且还提供另一高反射平面镜PM2，其平面镜面在传感器的方向上相对于另一个平面镜PM1的平面镜面或相对于光轴轻微倾斜。

在此布置中，偏振分束器BS用作分束元件，其产生两个部分光束，这两个部分光束彼此正交偏振，且彼此并排地直接照射在传感器SENS的传感器区域上。在此情况中，功能如下。首先，由透镜L准直的测量光束进入分束器BS，并被分束器表面BSS分离为具有p-偏振的部分光束和s-偏振部分光束，p-偏振部分光束的偏振方向平行于分束器表面上的入射平面，并穿过到达传感器SENS，s-偏振部分光束由分束器表面反射。反射的部分光束在第一平面镜PM1的方向中从偏振分束器出现，由于λ/4板而取得圆偏振，然后在平面镜上反射，并且，在重复通过λ/4板并因而具有总延迟λ/2之后，偏振方向被旋转了90°，因此，其现在相对于分束器表面成为p-偏振。再次进入分束器的p-偏振光束接着从分束器表面传输到相对侧，并在相对侧上从分束器中出现。在通过λ/4板R7之后，现在圆偏振的光束在倾斜的平面镜PM2上反射，从而反射光束在传感器的方向上相对于入射光束轻微倾斜。在重复通过λ/4板R7之后，s-偏振接着出现，从而光束接着在传感器区域的方向上从分束器表面反射。于是，设定平面镜PM2相对于引导到该镜上的光束的入射方向的倾斜角的大小，使得通过多次反射而引导到传感器上的部分光束，以相对于直接透射的(transmitted)部分光束在横向上偏移的方式，与该直接透射的部分光束并排地照射在传感器区域上。

在此布置的情况下，虽然部分光束在偏振选择性分束之后穿过不同的几何路径(一个部分光束直接透射至传感器，而另一个在平面镜面上多次反射)，但只要多次反射的部分光束相对于直接透射的部分光束仅整体经历正好一个波长的相位延迟，则光束路径是相同的或在偏振光学上是等效的。

在图17A的示意图的一个变型中，可以设定通过照明系统的测量光束的光束直径，使得以相对于彼此横向偏移的方式照射在传感器SENS上的部分光束不会重叠，而是以彼此并排偏移且无重叠的方式照射。例如，为此目的，利用照明系统，可以产生很大部分未填充的照明光瞳，其仅具有一个相对于光轴位置偏心的极(pole)。然后，可以在传感器SENS的传感器区域建立诸如图17B示意性地示出的情形。此图在左侧示出了由直接穿过的部分光束形成的第一光斑SP1，并在右侧示出了由多次反射的部分光束形成的第二光斑SP2。

以对应的方式，在照明系统测量期间，借助多反射镜阵列MMA，可以根据照明光瞳的更精细光栅化，将测量光束分离为更多数量的部分光束，其然后进入检测器单元，并在传感器SENS上形成彼此直接并排的光斑SP1、SP2的更精细的光栅，在各个情况中，一个光斑来自具有s-偏振的部分光束，另一个光斑SP2来自相对于s-偏振光正交偏振的部分光束。在评估期间，优选接着分别评估彼此直接并排的光斑SP1、SP2的强度，用于能量参考。

图18示出了检测器单元DET的部分，其中双折射分束元件SP布置在传感器区域SENS的上游。在给定双折射元件SP的光学晶轴的对应取向的情况下，如左侧示意性地示出的，双折射元件SP将引导到传感器的辐射分离为彼此正交偏振的部分光束。微透镜阵列ML装配在双折射元件和传感器之间，并将通过的光束分离为对应于照明微透镜数目的多个部分光束，并且在传感器区域上为每个部分光束形成针对两个彼此正交偏振的部分光束部分的光斑。在此实施例中，微透镜阵列ML可以执行光瞳的光栅化的功能，从而即使在要测量的测量对象中没有多反射镜阵列，也可以进行测量。

因此，基于一些示例实施例，这里已经描述了利用光学系统对偏振分布的改变进行空间分辨测量的方法，其中将测量光束分离为相对于彼此正交偏振的两个部分光束，使得两个部分光束照射在测量系统的传感器上的相邻位置(以空间分辨的方式工作)。

Claims (43)

1.一种投射曝光设备，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，

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。

2.如权利要求1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。

3.如权利要求1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。

4.如权利要求3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。

5.如权利要求1至4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。

6.一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。

7.如权利要求6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（R1），用于可控制地旋转所述测量光束的偏振方向。

8.如权利要求7所述的测量系统，其中所述第一偏振旋转器（R1）具有半波板，借助于第一控制装置（CR1），可绕着所述测量系统的光轴旋转所述半波板。

9.如权利要求6至8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。

10.如权利要求9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（CO1）与第二光学组件（CO2）之间，或从在所述光学组件之间的区域中移除。

11.如权利要求10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。

12.如权利要求9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测量光束的传输方向；

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。

13.如权利要求6至8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。

14.如权利要求6至8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。

15.一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；

利用如权利要求6所述的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。

16.如权利要求15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。

17.一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。

18.如权利要求17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。

19.如权利要求18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A0(α)和A2(α)，其中A0(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A2(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A0(α)和A2(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A0_A01(α)、A2_A02(α)和B2_A02(α)，其中A0_A01(α)是描述所述偏移项A0(α)的非周期部分的平均值的偏移项，A2_A02(α)是所述第一双波波动系数A2(α)的所述双波波动的正弦部分，B2_A02(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。

20.如权利要求17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。

21.如权利要求17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。

22.如权利要求17所述的测量方法，其中设置2^N个相对于彼此位于等旋转角间距处的测量取向，其中N≥2，优选设置4、8、16、32或64个测量取向。

23.如权利要求19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A0_A01(α)，归一化所述第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分A2_A02(α)和所述第一双波波动系数A2(α)的双波波动的余弦部分B2_A02(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A0_A01(α)，归一化所述第一双波波动系数A2(α)的双波波动的正弦部分A2_A02(α)和所述第一双波波动系数A2(α)的双波波动的余弦部分B2_A02(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。

24.如权利要求17至22中的任一项所述的测量方法，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。

25.如权利要求24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。

26.如权利要求24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。

27.如权利要求24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。

28.如权利要求24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。

29.如权利要求28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。

30.如权利要求17至22中的任一项所述的测量方法，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测量光束的传输方向；

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17至22中的任一项所述的测量方法，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。

32.如权利要求31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。

33.如权利要求32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。

34.如权利要求32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。

35.如权利要求32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。

36.如权利要求32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。

37.如权利要求32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。

38.如权利要求32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。

39.如权利要求32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。

40.如权利要求1至4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17至39中的任一项所述的测量方法。

41.如权利要求15或16所述的测量方法，其中执行根据权利要求17至39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。

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