CN103792798B - 光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置及其测试方法，测量装置包括反射镜、针孔板、成像物镜、中继物镜、相位补偿板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜、聚焦镜、像传感器。本发明可以实时监测照明光瞳偏振态的动态变化，直接测量得到每一个归一化的斯托克斯参量，或者每一个斯托克斯参量，1/4波片和1/2波片分别仅有2个定位位置，不需要连续旋转，运动控制简单可靠。

Description

光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种光瞳偏振态测量，特别涉及一种光刻机偏振照明系统的光瞳偏振态测量装置以及测试方法。

背景技术

光刻机是一种将所需图形转移到涂覆有光敏材料的衬底目标位置上的设备。光刻机可以应用于集成电路（IC）制造、印刷电路板（PCB）制造、液晶面板（LCD）制造等。一般情况下，所需图形是在掩模或掩模版（reticle、mask）上，可以将所需图形转移到衬底（例如，硅片）上的目标位置（例如，包括一个或多个芯片的曝光场）上，所述衬底上涂覆有光敏材料（例如，光致抗蚀剂）。公知的光刻机包括：接触式光刻机，掩模版与衬底直接接触，光源发出光通过掩模版在衬底上曝光完成图形转移；接近式光刻机，掩模版与衬底之间有微米量级的间隙，光源发出光通过掩模版在衬底上曝光完成图形转移；投影式光刻机，掩模版与衬底之间有成像用投影物镜，光源发出光经过照明系统、掩模版、投影物镜在衬底上曝光完成图形转移。投影式光刻机的投影物镜是将掩模版上的图形成像在衬底上，其倍率一般为缩小10倍、5倍、4倍、1倍等。公知的投影式光刻机包括：步进机，通过将所需图形一次曝光到衬底一个目标位置上，并通过步进运动，将所需图形一次曝光到衬底下一个目标位置上；以及扫描机，照明光束沿给定方向（扫描方向）扫描所需图形，同时沿该方向平行或反向平行的方式扫描衬底目标位置完成图形转移，形成一个扫描曝光场，并通过步进运动，在下一个扫描曝光场完成下一次图形转移。公知的下一代光刻技术包括：压印技术，通过将所需图形压印（imprinting）到衬底上，而将所需图形从掩模版转移到衬底目标位置上；无掩模光刻技术（Maskless Lithography,ML2），通过虚拟掩模将所需图形转移到衬底目标位置上。

公知的投影式光刻机包括照明系统和投影物镜，在操作中，掩模版位于照明系统和投影物镜之间，典型的，在掩模版的下表面有由金属铬形成的所需曝光的电路图形。在曝光过程中对硅片进行精确定位，以使得掩模版上电路图形通过投影物镜成像在硅片表面。

半导体光刻技术不断进步，关键尺寸（Critical Dimension）不断向更高节点技术推进，导致投影物镜的数值孔径（NA）不断增加。在光刻机中光线相对于光轴的角度随着NA的增加而增加，对于光刻成像来说，光波的矢量特性十分重要，只有振动方向相同的偏振分量才能进行干涉成像，从而对图形转移有贡献。因此，光刻图形的对比度不仅仅是由投影物镜的波前质量决定，而且照明光波的偏振态对于光刻图形的对比度具有非常大的影响。

在半导体光刻技术领域，采用氟化氩（ArF）准分子激光和浸液光刻技术、偏振照明技术，并配合双图形曝光技术，目前已经实现32nm节点技术的量产，实现该技术的典型设备是荷兰ASML公司型号为TWINSCAN NXT:1950i的光刻机。对于目前的22nm节点光刻技术的量产，ASML公司推出TWINSCAN NXT:1960Bi和1970Ci光刻机，依然是2Xnm节点量产强有力的竞争者之一。这三款设备均采用业界最大数值孔径（NA=1.35）的投影物镜，其中偏振照明系统是这三款设备的必备装置。ASML公司早在PAS系列光刻机的NA=0.75时代就开始研究浸液技术、偏振照明技术等等若干关键技术以延续ArF光刻技术的生命。例如，PAS5500/1150C光刻机实现90nm节点光刻技术是采用传统技术，对于TWINSCAN XT:1450H光刻机（NA=0.93）采用传统技术可以实现65nm节点技术，而采用偏振照明技术就可以将分辨率提高到57nm。这些偏振照明光刻技术都需要测量偏振照明系统投射在掩模版上照明光的偏振态。照明光束的偏振光振动方向、偏振度等参数对实现各种不同图形的精确曝光至关重要，没有照明光束的偏振测量与控制，就没有合格的曝光图形。

已有的在光刻机中建立的光传感器，例如针孔相机，通常对偏振是不敏感的。如果要测量照明光瞳的偏振态，需要引入偏振敏感元件，例如，相位延迟器、检偏器等。因此，光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置需要包括：针孔板、成像物镜、相位延迟器（如：波片）、检偏器、中继物镜、像传感器等。针孔板位于光刻机掩模面位置，该位置就是投影物镜的物面位置，利用针孔对不同照明视场位置进行采样就可以测量不同视场位置的光瞳偏振态。成像物镜的功能是将通过针孔照明光束的角度分布转换为空间分布，即在该成像物镜的像面获得照明光束的光瞳。相位延迟器和检偏器的功能是对照明光束的偏振态进行调制，一种调制方式是通过旋转波片实现的。中继物镜的功能是将调制光束继续成像到像传感器上。像传感器位于中继物镜的像面位置，典型的，一般采用CMOS相机或CCD相机作为像传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能用于光刻机偏振照明系统的光瞳偏振态测量装置，可以将针孔板图形面内针孔选择的照明光束变换到像传感器光敏面内，就能实时监测照明光瞳偏振态的动态变化，也可以直接测量照明光瞳的斯托克斯参量，以期达到实际半导体光刻设备应用的要求。

本发明的目的是这样实现的：

光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置包括反射镜、针孔板、成像物镜、中继物镜、相位补偿板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜、聚焦镜、像传感器等。

光刻机照明系统的偏振光束入射到所述反射镜上，被反射到与照明系统光轴垂直的方向，投射到所述针孔板上，通过针孔的光束再经过所述成像物镜和所述中继物镜准直成平行光束，通过所述相位补偿板、所述1/4波片、所述1/2波片，投射到所述沃拉斯顿棱镜上，被所述沃拉斯顿棱镜分成2束光，经过所述聚焦镜投射到所述像传感器上，所述像传感器采用CCD相机。

所述反射镜的作用是将偏振照明系统的汇聚到某一视场点的光束转折到所述针孔板的针孔位置，将所述光瞳偏振态测量装置整体置于一个XY移动平台上，通过所述XY移动平台的移动就可以测量所有视场点的光瞳偏振态。

所述针孔板的位置与掩模版图形面位置呈现镜像位置关系，通过所述针孔板上的针孔选定照明视场某个位置的照明光束进行偏振态测量。针孔板可以选择低热膨胀系数的熔石英材料，针孔图案可以由一层金属铬形成。针孔的直径一般为0.1mm～1mm。

所述成像物镜和所述中继物镜的作用是将通过针孔的照明光束准直成平行光束，所述中继物镜的作用是将照明系统的光瞳成像在所述相位补偿板平面上。

所述相位补偿板是一种组合相位补偿板，针对不同的照明设置有不同的组合配置，可以将不同的照明光瞳偏振态分布转化为X向线偏振或Y向线偏振。

所述1/4波片和所述1/2波片的作用是对输入被测光束按照预定方式进行光强调制，根据波片不同的快轴位置，可以测量不同的斯托克斯参量。

所述沃拉斯顿棱镜是作为检偏器来使用，可以通过X向和Y向2束线偏振光。

所述聚焦镜的作用是将所述沃拉斯顿棱镜输出的2束光汇聚到所述像传感器指定位置上。

所述像传感器采用CCD相机，将其像素分成上下两部分，当作两仪探测器（或称为两单元探测器）来使用，分别接收所述聚焦镜输出的2束光。

本发明公开一种光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置的测试方法，如下：

在所述像传感器（CCD相机）的上下两部分像素区域，可以探测到两束光的光强，其中，I_h表示测量到的偏振光水平偏振成分的光强，I_v表示测量到的偏振光垂直偏振成分的光强。可以根据下式计算参数β：

$\mathrm{\β}=\frac{I_v}{I_h}$

所述1/4波片和所述1/2波片处于不同的快轴位置，可以根据下式测量得到不同的归一化的斯托克斯参量：

$s_i=\frac{(1-{\mathrm{\β}}_i)}{(1+{\mathrm{\β}}_i)}$

其中，s_i为归一化的斯托克斯参量，i＝0,1,2,3。

斯托克斯参量s₁的测量：是将所述1/4波片和所述1/2波片的快轴方向都定位在X轴方向。

斯托克斯参量s₂的测量：是将所述1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转到45°位置，将所述1/2波片的快轴方向从X轴方向旋转到22.5°位置。

斯托克斯参量s₃的测量：是将所述1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转到45°位置，将所述1/2波片的快轴方向位于X轴方向。

测量斯托克斯参量s₁时，对CCD相机探测到的水平偏振和垂直偏振成分的光强相加，根据下式计算得到斯托克斯参量S₀：

S₀＝I_v+I_h

通过下式计算得到每一个斯托克斯参量：

S_i＝s_i*S₀

其中，S_i为斯托克斯参量，i＝0,1,2,3。

光刻机照明光瞳的偏振态一般在短期内（如，曝光一个批次的硅片）是保持不变的，这样，可以仅测量一个斯托克斯参量，如s₁，用来监测光刻机照明光瞳偏振态的动态变化。当斯托克斯参量s₁变化量超过一定量值时，则启动测试全部斯托克斯参量。

本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，可以实时监测照明光瞳偏振态的动态变化；

2、本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，可以直接测量得到每一个归一化的斯托克斯参量，或者每一个斯托克斯参量；

3、本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，1/4波片和1/2波片分别仅有2个定位位置，不需要连续旋转，运动控制简单可靠。

附图说明

图1为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置示意图；

图2a为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置通过移动反射镜来测试不同视场点的光瞳偏振态示意图；

图2b为本发明一个实施例的反射镜的设计尺寸图；

图3a为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置相位补偿板的相位补偿示意图；图3b为一块组合相位补偿板的示意图；

图3c为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置相位补偿板另一个实施例的相位补偿示意图；图3d为一块组合相位补偿板另一个实施例的示意图；

图3e为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置相位补偿板另一个实施例的相位补偿示意图；图3f为一块组合相位补偿板另一个实施例的示意图；

图3g为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置相位补偿板另一个实施例的相位补偿示意图；图3h为一块组合相位补偿板另一个实施例的示意图；

图3i为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置相位补偿板另一个实施例的相位补偿示意图；图3j为一块组合相位补偿板另一个实施例的示意图；

图4为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置沃拉斯顿棱镜设计图；

图5为本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置像传感器上接收到的光斑情况（用ZEMAX光学软件计算）。

具体实施方式

以下将对本发明的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置做进一步的详细描述。

一般来说，光刻机中偏振照明系统输出水平向线偏振、垂直向线偏振和切向线偏振等偏振态，理想状态下偏振度为100%，但是实际上不可能实现完全的偏振光，不能用琼斯矢量表示偏振态，而斯托克斯矢量可以表示部分偏振光，因此光刻机光瞳偏振态是用斯托克斯矢量来表示。斯托克斯矢量由4个参量构成，如下：

$\stackrel{\&OverBar;}{S}={[S_0,S_1,S_2,S_3]}^{\&prime;}---<1>$

其中，S₀为光信号总光强（包括偏振光成分和非偏振光成分），S₁为光信号中水平线偏振光成分和垂直线偏振光成分光强之差，S₂为光信号中+45度线偏振光成分和-45度线偏振光成分光强之差，S₃为光信号中右旋圆偏振光成分和左旋圆偏振光成分光强之差。

对于由相位延迟器和偏振器构成的系统，输入的被测光束斯托克斯矢量S_in和探测器测量得到的斯托克斯矢量S_out由以下方程表示：

$S_{\mathrm{out}}=M_{\mathrm{tot}}\&CenterDot;S_{\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{cccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}& m_{14}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}& m_{24}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}& m_{34}\\ m_{41}& m_{42}& m_{43}& m_{44}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{in},0}\\ S_{\mathrm{in},1}\\ S_{\mathrm{in},2}\\ S_{\mathrm{in},3}\end{array}\right]---<2>$

其中，M_tot为系统的穆勒矩阵。将系统的穆勒矩阵调制4次，可以得到4个方程，就可以求解输入的4个斯托克斯参量。如果被测光束是完全偏振光，测量3次就能获得全部4个斯托克斯参量。当然也可以测量大于4次，来计算所需要的斯托克斯参量。

光刻机照明光瞳的偏振态一般在短期内（如，曝光一个批次的硅片）是保持不变的，那么可以测试1次获得部分的斯托克斯参量，用来监测光刻机照明光瞳偏振态的变化。如果变化量超过一定量值，则启动测试全部斯托克斯参量。

光刻机包括照明系统、投影物镜、掩模台、工件台等，如图1所示，光瞳偏振态测量装置包括反射镜、针孔板、成像物镜、中继物镜、相位补偿板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜、聚焦镜、像传感器等。

光刻机照明系统的偏振光束入射到反射镜上，被反射到与照明系统光轴垂直的方向，投射到针孔板上，通过针孔的光束再经过成像物镜和中继物镜准直成平行光束，通过相位补偿板、1/4波片、1/2波片，投射到沃拉斯顿棱镜上，被沃拉斯顿棱镜分成2束光，经过聚焦镜投射到像传感器上，像传感器采用CCD相机。

反射镜的作用是将偏振照明系统的汇聚到某一视场点的光束转折到针孔板的针孔位置，如图2a所示，照明光向Z方向传播，反射镜以倾斜45度方向放置，可以将照明光反射到Y方向。反射镜的有效孔径大于反射镜所在位置的照明光束尺寸，在一个实施例中，照明系统的数值孔径为0.3375，设计反射镜的尺寸如图2b所示，长宽尺寸为30.99mm*10.16mm，将短边方向沿着图2a中X方向放置，反射镜长边方向倾斜45度方向放置。

一般来说，浸液光刻机的照明视场为108mm*22mm，而干式光刻机的照明视场为104mm*42mm，为了对所有的视场点都能测量光瞳偏振态，将光瞳偏振态测量装置（包括反射镜、针孔板、成像物镜、中继物镜、相位补偿板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜、聚焦镜、像传感器）整体置于一个XY移动平台上，如图2a所示，XY移动平台使反射镜沿Y方向移动22mm（或42mm），同理可以使反射镜沿X方向移动108mm（或104mm），这样就可以测量所有视场点的光瞳偏振态。

针孔板的位置与掩模版图形面位置呈现镜像位置关系，通过针孔板上的针孔选定照明视场某个位置的照明光束进行偏振态测量。针孔板可以选择低热膨胀系数的熔石英材料，针孔图案可以由一层金属铬形成。针孔的直径一般为0.1mm～1mm。

成像物镜和中继物镜的作用是将通过针孔的照明光束准直成平行光束，投射到相位补偿板和波片等器件上，中继物镜的作用是将照明系统的光瞳成像在相位补偿板平面上。

一般来说，光刻机中偏振照明系统输出水平向线偏振、垂直向线偏振和切向线偏振等偏振态在照明光瞳内有一定的分布。为了简化光瞳偏振态测量，相位补偿板采用一种组合相位板，针对不同的照明设置有不同的组合配置，采用不同的相位补偿板将不同的偏振态分布转化为X向线偏振或Y向线偏振。

如图3a所示，照明光瞳是环形照明方式，照明光瞳内偏振态的原始分布是切向线偏振光，由8块扇区组成，经过一块相位补偿板后，光瞳偏振态分布转变为X方向线偏振光。其中相位补偿板是一块组合相位补偿板（如图3b所示），是针对图3a照明光瞳偏振态分布预先设计的，由8块相位板组成，与光瞳扇区3和7对应的相位板的相位延迟是λ/2，即半波片，其快轴位于45°方向，能够使偏振方向旋转90°后沿X轴方向振动；与光瞳扇区2和6对应的相位板的相位延迟为λ/2，即半波片，其快轴位于-22.5°方向，能够使偏振方向旋转-45°后沿X轴方向振动；与光瞳扇区4和8对应的相位板的相位延迟是λ/2，即半波片，其快轴位于22.5°方向，能够使偏振方向旋转45°后沿X轴方向振动；与光瞳扇区1和5对应的相位板是熔石英材料，不改变该光瞳扇区的偏振方向。

如图3c所示，照明光瞳是四极照明方式，照明光瞳内偏振态的原始分布是径向线偏振光，由4块扇区组成，经过一块相位补偿板后，光瞳偏振态分布转变为X方向线偏振光。其中相位补偿板是一块组合相位补偿板（如图3d所示），是针对图3c照明光瞳偏振态分布预先设计的，由4块相位板组成，与光瞳扇区1和3对应的相位板的相位延迟是λ/2，即半波片，其快轴位于45°方向，能够使偏振方向旋转90°后沿X轴方向振动；与光瞳扇区2和4对应的相位板是熔石英材料，不改变该光瞳扇区的偏振方向。

如图3e所示，照明光瞳是X方向二极照明方式，照明光瞳内偏振态的原始分布是X方向线偏振光，由2块扇区组成，经过一块相位补偿板后，光瞳偏振态分布转变为X方向线偏振光。其中相位补偿板是一块组合相位补偿板（如图3f所示），是针对图3e照明光瞳偏振态分布预先设计的，与光瞳扇区1和2对应的相位板是熔石英材料，不改变该光瞳扇区的偏振方向。

如图3g所示，照明光瞳是Y方向二极照明方式，照明光瞳内偏振态的原始分布是X方向线偏振光，由2块扇区组成，经过一块相位补偿板后，光瞳偏振态分布转变为X方向线偏振光。其中相位补偿板是一块组合相位补偿板（如图3h所示），是针对图3g照明光瞳偏振态分布预先设计的，与光瞳扇区1和2对应的相位板是熔石英材料，不改变该光瞳扇区的偏振方向。

如图3i所示，照明光瞳是传统照明方式，照明光瞳内偏振态的原始分布是X方向线偏振光，经过一块相位补偿板后，光瞳偏振态分布转变为X方向线偏振光。其中相位补偿板是一块组合相位补偿板（如图3j所示），是针对图3i照明光瞳偏振态分布预先设计的，与该光瞳分布对应的相位板是熔石英材料，不改变该光瞳区域的偏振方向。

对于其它种类照明设置的偏振态分布，可以按照上述同样方法设计相应的组合相位补偿板进行相位补偿。光刻机中的照明设置是有限种类的，并且偏振分布是预先已知的，因此，可以针对不同的照明光瞳偏振分布，设计不同的组合相位补偿板，以进行偏振态测量。

1/4波片和1/2波片的作用是对输入被测光束按照预定方式进行光强调制，根据波片不同的快轴位置，可以测量不同的斯托克斯参量。

沃拉斯顿棱镜是作为检偏器来使用，可以通过X向和Y向2束线偏振光。沃拉斯顿棱镜的设计参数能够满足将这2束光通过聚焦镜汇聚到像传感器指定位置的要求。如图4所示，沃拉斯顿棱镜采用氟化镁晶体，在193nm波长折射率为n_o=1.42767，n_e=1.44127，设计棱镜切割角为53度、长度为30mm，光束分离角为2°4'7"。

聚焦镜的作用是将沃拉斯顿棱镜输出的2束光汇聚到像传感器指定位置上，设计满足像传感器像面尺寸的要求。

像传感器采用CCD相机，将其像素分成上下两部分，当作两仪探测器（或称为两单元探测器）来使用，分别接收聚焦镜输出的2束光。如图5所示，是将所述光瞳偏振态测量装置的光学参数输入ZEMAX光学软件，在CCD接收面上计算得到的光强分布图，其中两个光斑中心距离为7.68mm，两个光斑的间隔为1.68mm。同时利用ZEMAX光学软件分析所述2束光的点列图，所有视场点都在衍射爱里斑之内，表明成像质量良好。

以下公开本发明的光瞳偏振态测量装置的测试方法。

在像传感器（CCD相机）的上下两部分的像素区域，将探测到两束光的光强，其中，I_h表示测量到的偏振光水平偏振成分的光强，I_v表示测量到的偏振光垂直偏振成分的光强。可以计算参数β：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{I_v}{I_h}---<3>$

这样，可以分别通过测量数据来计算每一个归一化的斯托克斯参量：

$s_i=\frac{S_i}{S_0}---<4>$

其中，s_i为归一化的斯托克斯参量，S_i为斯托克斯参量，i＝0,1,2,3。根据1/4波片和1/2波片不同的快轴位置，可以测量不同的斯托克斯参量。

$s_i=\frac{(1-{\mathrm{\&beta;}}_i)}{(1+{\mathrm{\&beta;}}_i)}---<5>$

斯托克斯参量s₁的测量：将1/4波片和1/2波片的快轴方向都定位在X轴方向，这样，两个波片对于入射光束中水平偏振和垂直偏振成分的偏振方向不产生影响，仅仅相位受到影响，但是CCD相机探测的是光强，因此，CCD相机探测到入射光束中水平偏振和垂直偏振成分，通过公式<5>计算得到s₁。

斯托克斯参量s₂的测量：将1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转45°，将1/2波片的快轴方向从X轴方向旋转22.5°，这样，入射光束中+45°方向偏振和-45°方向偏振成分的方向不受1/4波片的影响，而1/2波片将这2种偏振成分旋转成水平线偏振和垂直线偏振光，通过沃拉斯顿棱镜被CCD相机探测，因此，CCD相机探测到入射光束中+45°方向偏振和-45°方向偏振成分，通过公式<5>计算得到s₂。

斯托克斯参量s₃的测量：将1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转45°，将1/2波片的快轴方向位于X轴方向，这样，入射光束中右旋圆偏振光成分被1/4波片转换为水平线偏振光，而入射光束中左旋圆偏振光成分被1/4波片转换为垂直线偏振光，其后面的1/2波片对这2种偏振成分的振动方向不产生影响，通过沃拉斯顿棱镜被CCD相机探测，因此，CCD相机探测到入射光束中右旋圆偏振光和左旋圆偏振光成分，通过公式<5>计算得到s₃。

借助上述方法，根据2个波片的快轴位置的不同，可以直接测量得到每一个归一化的斯托克斯参量。

另外，在测量斯托克斯参量s₁时，1/4波片和1/2波片快轴方向都定位在X轴方向，可以对CCD相机探测到的水平偏振和垂直偏振成分的光强相加，得到S₀：

S₀＝I_v+I_h      <6>

通过公式<7>计算得到每一个斯托克斯参量：

S_i＝s_i*S₀      <7>

光刻机照明光瞳的偏振态一般在短期内（如，曝光一个批次的硅片）是保持不变的，这样，可以仅测量一个斯托克斯参量，如s₁，此时1/4波片和1/2波片快轴方向都定位在X轴方向，不需要调整，可以用来实时监测光刻机照明光瞳偏振态的变化。当斯托克斯参量s₁变化量超过一定量值时，则启动测试全部斯托克斯参量。

Claims (11)

1.一种光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，包括反射镜、针孔板、成像物镜、中继物镜、相位补偿板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜、聚焦镜、像传感器，其特征在于，所述光刻机偏振照明系统的偏振光束入射到所述反射镜上，被反射到与所述光刻机偏振照明系统光轴垂直的方向，投射到所述针孔板上，通过针孔的光束再经过所述成像物镜和所述中继物镜准直成平行光束，通过所述相位补偿板、所述1/4波片、所述1/2波片，投射到所述沃拉斯顿棱镜上，被所述沃拉斯顿棱镜分成2束光，经过所述聚焦镜投射到所述像传感器上，所述像传感器采用CCD相机。

2.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述反射镜将所述光刻机偏振照明系统的汇聚到某一视场点的光束转折到所述针孔板的针孔位置，将所述光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置整体置于一个XY移动平台上，通过所述XY移动平台的移动测量所有视场点的光瞳偏振态。

3.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述针孔板的位置与掩模版图形面位置呈现镜像位置关系，通过所述针孔板上的针孔选定照明视场某个位置的照明光束进行偏振态测量，针孔板选择低热膨胀系数的熔石英材料，针孔图案由一层金属铬形成，针孔的直径一般为0.1mm～1mm。

4.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述成像物镜和所述中继物镜将通过针孔的照明光束准直成平行光束，所述中继物镜将光刻机偏振照明系统的光瞳成像在所述相位补偿板平面上。

5.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述相位补偿板是一种组合相位补偿板，针对不同的照明设置有不同的组合配置，将不同的照明光瞳偏振态分布转化为X向线偏振或Y向线偏振。

6.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述1/4波片和所述1/2波片对输入被测光束按照预定方式进行光强调制，根据所述1/4波片和所述1/2波片不同的快轴位置，可以测量不同的斯托克斯参量。

7.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述沃拉斯顿棱镜作为检偏器来使用，可以通过X向和Y向2束线偏振光。

8.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述聚焦镜将所述沃拉斯顿棱镜输出的2束光汇聚到所述像传感器指定位置上。

9.如权利要求1所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置，其特征在于，所述像传感器采用CCD相机，将其像素分成上下两部分，分别接收所述聚焦镜输出的2束光。

10.应用权利要求1所述光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置的一种光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测试方法，其特征如下：

在所述像传感器的上下两部分像素区域，探测两束光的光强，其中，I_h表示测量到的偏振光水平偏振成分的光强，I_v表示测量到的偏振光垂直偏振成分的光强，可以根据下式计算参数β：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{I_v}{I_h}$

所述1/4波片和所述1/2波片处于不同的快轴位置，可以根据下式测量得到不同的归一化的斯托克斯参量：

$s_i=\frac{(1-{\mathrm{\&beta;}}_i)}{(1+{\mathrm{\&beta;}}_i)}$

其中，s_i为归一化的斯托克斯参量，i＝0,1,2,3；

斯托克斯参量s₁的测量：是将所述1/4波片和所述1/2波片的快轴方向都定位在X轴方向；

斯托克斯参量s₂的测量：是将所述1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转到45°位置，将所述1/2波片的快轴方向从X轴方向旋转到22.5°位置；

斯托克斯参量s₃的测量：是将所述1/4波片的快轴方向从X轴方向旋转到45°位置，将所述1/2波片的快轴方向位于X轴方向；

测量斯托克斯参量s₁时，对CCD相机探测到的水平偏振和垂直偏振成分的光强相加，根据下式计算得到斯托克斯参量S₀：

S₀＝I_v+I_h

通过下式计算得到每一个斯托克斯参量：

S_i＝s_i*S₀

其中，S_i为斯托克斯参量，i＝0,1,2,3。

11.如权利要求10所述的光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置的测试方法，其特征在于，仅测量斯托克斯参量s₁，用来监测光刻机照明光瞳偏振态的变化，当斯托克斯参量s₁变化量超过一定量值时，则启动测试全部斯托克斯参量。