KR20120000088A - 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법 및 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법에서, 규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔이 생성되고, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되며, 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 특성이 검출된다. 측정 빔의 입력 편광 상태는 각도 파라미터 α의 주기 변조 함수에 따라 적어도 4개의 상이한 측정 상태로 변조되고, 적어도 4개의 측정 상태와 관련되는 편광 측정 값은 각도 파라미터 α에 의존하는 측정 함수를 형성하도록 처리된다. 편광 측정 값을 평가하기 위해, 측정 함수의 투-웨이브 부분이 결정된다. 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하기 위해 상기 투-웨이브 부분이 분석된다. 이를 위해 바람직하게는 측정 함수의 이중 푸리에 변환이 수행된다.

Description

복굴절을 측정하기 위한 측정 방법 및 측정 시스템{MEASUREMENT METHOD AND MEASUREMENT SYSTEM FOR MEASURING BIREFRINGENCE}

본 발명은 광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법 및 이 측정 방법을 수행하기에 적합한 측정 시스템에 관한 것이다.

많은 기체, 액체 및 무응력(stress-free) 비결정질 고체, 예를 들어 광학 유리에서, 광의 속도는 광의 전파 방향 및 편광 상태에 무관하다. 이러한 광학 매질은 광학적으로 등방성으로 지칭된다. 반면에, 재료의 광학적 특성이 광의 전파 방향에 의존하면, 이 재료는 광학적으로 이방성으로 지칭된다. 많은 투명한 결정질 재료는 광학적으로 이방성이다. 그것들의 결정 격자의 대칭성으로 인해, 그것들은 일반적으로 "광학 결정 축"으로 지칭되는 적어도 하나의 현저한 대칭 방향을 갖는다.

많은 광학적 이방성 재료는 복굴절을 보인다. 용어 복굴절은 입사 광 빔을 서로 수직하게 선형 편광되는, 그리고 광학적 이방성 재료 내에서 상이한 방향으로 전파하는 2개의 부분 빔으로 분할하는 광학적 이방성 재료의 특성을 가리킨다. 이방성 재료 내에서의 광의 상이한 전파는 실질적으로 광의 전파 방향 및 편광 상태에 대한 광의 속도의 의존성에 의해 결정된다. 하나의 부분 빔의 전파 속도는 전파 방향에 무관하다. 이러한 부분 빔은 "정상 광선(ordinary ray)"으로 지칭된다. 반면에, 다른 하나의 부분 빔의 전파 속도는 방향-의존적이다. 이러한 부분 빔은 이상 광선(extraordinary ray)으로 지칭된다. 상이한 부분 빔에 대한 재료의 대응하는 상이한 굴절률이 상이한 전파 속도와 관련되며, 여기에서 n₀는 정상 광선의 굴절률이고, n_eo는 이상 광선의 굴절률이다. 광학 재료의 결정 구조에 기초한 복굴절은 고유 복굴절로 지칭된다.

광학적 등방성 재료는 외부 영향으로 인해 복굴절성이 될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전기장에 의해 유도되는 복굴절이 커 효과(Kerr effect)에 사용된다. 고유 복굴절성 재료의 경우에, 복굴절성 특성은 외부 영향으로 인해 변화될 수 있다. 특히, 기계적 응력이 복굴절을 유도할 수 있으며, 이는 일반적으로 응력 복굴절(SDB)로 지칭된다. 응력 복굴절은 예를 들어 결정 재료를 생산하기 위한 공정으로부터 발생하는 내부 응력에 의해 유도될 수 있다. 또한, 응력 복굴절은 예를 들어 광학 구성요소를 마운트(mount) 내에 장착하는 동안에 발생하는 외력에 의해 발생될 수 있다.

복굴절은 광의 편광 상태를 규정된 방식으로 변화시키기 위해, 예를 들어 λ/4 판 또는 λ/2 판과 같은 지연 요소(지연기)의 제조시, 또는 다른 편광-광학 구성요소의 제조시 요구되는 특성으로서 사용된다.

반면에, 많은 요구가 많은 응용에서, 예를 들어 마이크로리소그래피, 레이저 광학 또는 천문학 분야에서, 광학 구성요소의 복굴절은 바람직하지 않은 오차 원인으로서 취급되고, 광학 구성요소 또는 광학 시스템의 광학 특성에 대한 복굴절의 영향을 최소화시키기 위해, 그리고/또는 그것을 적어도 보상이 가능할 정도로 충분히 정확하게 알기 위해 노력이 기울여진다.

복굴절의 정도를 절대값에 관하여 그리고 복굴절의 배향에 관하여 정확하게 아는 것은 복굴절을 제어하는 데 필수적이다. 따라서, 복굴절을 정량화시키기 위한 정확한 측정 방법의 필요성이 존재한다.

특히 대규모 집적 반도체 구성요소 및 다른 미세 구조화된 구성요소의 제조에 사용되는 마이크로리소그래피를 위한 광학 시스템 분야에 측정 정확도 및 비교적 약한 복굴절성 효과도 정확하게 결정할 수 있는 능력으로 이루어지는 특히 엄격한 요건이 존재한다. 훨씬 더 미세한 구조체를 마이크로리소그래피의 도움으로 제조할 수 있게 하기 위해, 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수가 훨씬 더 증가되고, 특히 심자외선(deep ultraviolet)(DUV) 범위로부터의 훨씬 더 짧은 파장이 사용된다. 200 nm 미만의 파장에서는, 투명 광학 요소를 제조하는 데 단지 비교적 적은 충분히 투명한 재료만이 이용가능하다. 그것들은 주로 193 nm에 이르기까지 충분히 투명한 합성 용융 실리카, 및 157 nm 이하의 파장에서도 여전히 충분히 낮은 흡수를 보이는, 예컨대 플루오르화 칼슘 또는 플루오르화 바륨과 같은 몇몇 플루오르화 결정 재료를 포함한다. 플루오르화 칼슘은 고유 복굴절, 즉 재료의 결정 구조에 기인하는 복굴절을 보이며, 이는 유도될 수 있는 응력 복굴절에 더하여, 이 재료로 구성되는 광학 구성요소의 편광-광학적 거동에 영향을 줄 수 있다(예를 들어 US 6,697,199 B2 및 그 안에서 지시되는 인용 문헌 참조).

복굴절을 보이는 각각의 개별적인 광학 구성요소는 시스템의 편광-광학적 거동에 복합적으로 기여할 수 있다. 특히 마이크로리소그래피 분야에서, 전체 광학 시스템 내에서 특정 기능을 수행하는 광학 모듈을 형성하기 위해 흔히 조합되는 다수의 개별 구성요소를 구비하는 복합 광학 시스템이 사용된다. 이 경우에, 전체 시스템의 복굴절성 특성 및 전체 시스템의 편광-광학적 거동에 대한 개별 구성요소 또는 모듈의 기여 둘 모두를 정확하게 아는 것이 일반적으로 바람직하다.

복굴절을 정량화시키기 위해, 광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법 및 측정 시스템이 사용되며, 여기에서 광학 측정 물체는 개별 광학 구성요소 또는 복수의 광학 구성요소를 포함한 시스템일 수 있다.

본 명세서에서 고려되는 복굴절을 정량화시키기 위한 측정 방법 및 측정 시스템의 경우에, 규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔이 생성되며, 이때 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되고, 입력 편광 상태는 측정 빔이 측정 물체 내로 입사하기 직전 측정 빔의 편광 상태이다. 측정 빔과 측정 물체의 상호작용 후, 측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 빔의 편광 특성이 검출되며, 이때 출력 편광 상태는 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 상태이다.

편광 측정 값은 측정 물체의 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 평가된다. 일반적으로, 복굴절의 절대값 및 배향이 결정된다. 이 경우에, 복굴절의 절대값은 재료 내에서 상이한 전파 속도로 전파하는 측정 빔의 두 부분 빔 사이의 - 측정 물체에 의해 유발되는 - 지연을 나타낸다. 광로차(optical path difference)로도 지칭되는, 두 부분 빔 사이의 지연은 보통 나노미터로 또는 측정된 빔의 파장 λ의 분수로 명시된다. 따라서, 예를 들어, 193 nm의 측정 파장에서 λ/4 지연기는 193/4 nm의 경로차를 생성한다.

복굴절의 배향은 복굴절성 재료의 광학 결정 축의 배향에 의해 규정된다. 예컨대 힘의 작용과 같은 외부 영향으로 인해 복굴절성이 되는 광학적 등방성 재료가 포함되면, 복굴절의 배향은 작용하는 힘의 방향으로 놓인다. 측정을 위해서, 복굴절의 배향은 측정 시스템의 규정된 기준 방향에 대한 각도 표시에 의해 표현될 수 있다.

정확한 측정은 입력 편광 상태가 가능한 한 정확하게 설정되는 것과, 출력 편광 상태가 가능한 한 정확하게 결정되는 것을 전제로 한다. 입력 편광 상태가 생성될 때 그리고 출력 편광 상태가 결정될 때 발생하는 오차는 측정 오차로서 측정에 영향을 미친다. 따라서, 이들 측정 오차 기여는 평가시 고려될 수 있도록 알려지거나 결정가능하여야 한다.

예를 들어 측정이 세나몬트 원리에 따라 편광계 또는 타원계의 도움으로 달성되면, 우선 비편광된 광원으로부터의 광으로부터 편광기의 도움으로 선형 편광된 측정 빔이 생성되며, 이때 상기 측정 빔은 측정 물체 내로 입사한다. 측정 물체 내의 복굴절은 일반적으로 타원 편광된 출력 편광 상태를 유발한다. 사분 파장판의 도움으로, 타원 편광된 광으로부터 다시 선형 편광된 광이 생성되고, 그 편광 각도는 감광 검출기의 상류에 배치되는 회전가능한 분석기의 도움으로 결정될 수 있다.

US 6,697,157 B2 및 US 6,473,181 B1은 편광된 광이 광탄성 변조기(PEM)를 사용하여 변조된 다음에 측정될 샘플을 통해 방사되는, 복굴절을 측정하기 위한 시스템을 기술한다.

본 발명의 하나의 목적은 작은 복굴절 값의 아주 정확한 측정을 허용하는, 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이 측정 방법은 작은 복굴절 값에 대해 0.5 nm 미만의 측정 정확도를 갖도록 의도된다.

본 발명의 다른 목적은 입력 편광 상태를 생성하는 동안에 그리고 출력 편광 상태를 평가하는 동안에 측정 오차를 발생시키는 영향에 비교적 둔감한, 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 광학 구성요소 또는 구성요소 군을 구비하는 광학 측정 물체에 대한 측정에 의해, 전체 측정 물체의 복굴절에 대한 개별 구성요소 또는 구성요소 군의 기여를 분리하는 것을 간단한 방식으로 가능하게 하는, 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정 물체의 측정될 복굴절 파라미터와 측정 시스템의 구성요소로부터의 - 측정을 저해하는 - 외란 변수 사이의 신뢰성 있는 분리를 허용하는, 광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법을 제공하는 것이다.

이들 및 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 특허청구범위 제1항의 특징을 포함하는 측정 방법 및 특허청구범위 제24항의 특징을 포함하는 측정 시스템을 제공한다. 유리한 개발 형태가 특허청구범위 종속항에 명시된다. 모든 특허청구범위의 표현은 설명의 내용에 참고로 포함된다.

측정 방법에서, 측정 빔의 입력 편광 상태는 입력 편광 상태의 적어도 4개의 상이한 측정 상태가 측정을 위해 존재하도록 각도 파라미터 α의 주기 변조 함수에 따라 변조된다. 적어도 4개의 측정 상태와 관련되는 편광 측정 값은 각도 파라미터 α에 의존하는 측정 함수를 형성하도록 처리된다. 측정 함수는 예를 들어 편광계의 검출기에 의해 생성되는, 그리고 편광계의 검출기에 입사하는 방사선의 세기에 비례하는 전기 측정 신호로부터 도출될 수 있다.

입력 편광 상태의 주기 변조 함수와 관련되는 각도 파라미터 α는 예를 들어 측정 시스템의 광원과 측정 물체 사이에 배치되는 지연 판의 회전 각도일 수 있거나, 상기 회전 각도로부터 도출될 수 있다. 예를 들어 선형 편광된 입력 편광 상태가 편광 방향의 상이한 배향으로 측정을 위해 요구되면, 이들 입력 편광 상태는 예를 들어 회전가능한 반 파장판(half-wave plate) 형태의, 측정 빔의 편광 방향의 - 규정된 방식으로 제어가능한 - 회전을 위한 편광 회전기가 선형 편광된 광을 생성하기 위한 측정 광원과 측정 물체 사이에 배치된다는 사실에 의해 생성될 수 있다. 이러한 배열의 경우에, 회전가능한 반 파장판 대신에 회전가능한 사분 파장판(quarter-wave plate)이 사용되면, 입력 편광 상태는 사분 파장판의 회전 각도에 따라 선형 편광과 원형 편광 사이에서 미리 결정가능한 방식으로 변조될 수 있다. 또한, 입력 편광 상태를 반 파장판 및 사분 파장판의 조합의 도움으로 설정할 수 있고, 대응하는 각도 파라미터 α를 규정할 수 있다.

측정 함수의 투-웨이브(two-wave) 부분이 편광 측정 값의 평가 중 결정된다. 상기 투-웨이브 부분은 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하기 위해 분석된다.

측정 함수의 투-웨이브 부분의 결정 및 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하기 위한 상기 부분의 분석은, 주어진 측정 조건 하에서, 구하고자 하는 복굴절에 기인하는 측정 신호의 부분이 현저한 투-웨이브 특성을 가져야 하는 반면, 시스템 내의 외란 변수에 기인하는 측정 신호 부분은 일반적으로 어떠한 현저한 투-웨이브 파동도 갖지 않는다는 이해에 기초한다. 따라서, 측정 신호의 투-웨이브 부분에 기초하여, 측정 신호의 어느 부분이 구하고자 하는 복굴절에 기인하는지, 그리고 어느 신호 부분이 측정 오차를 유발하는 외란 변수에 기초하는지를 식별할 수 있다. 이제 측정 함수의 투-웨이브 부분이 평가 중 목표화된 방식으로 결정되고 분석되면, 이 분석으로부터 도출되는 복굴절 파라미터는 실질적으로 전적으로 광학 측정 물체의 구하고자 하는 광학 특성을 나타내고, 단지 무시할 수 있게 작은 정도로만 측정 시스템의 가능한 외란 기여를 나타낸다.

표현 "투-웨이브 부분"은 그 맥락에서 각도 파라미터 α와 관련되는 각도 공간에서의 투-폴드(two-fold) 대칭, 예를 들어 0°내지 360°로 규정되는 회전 각도에 대한 투-폴드 회전 대칭을 가리킨다. 따라서, 각도 파라미터 α에 대해 180°의 각도 거리를 갖는 신호 부분은 투-웨이브 부분에 기여한다.

푸리에(Fourier) 분석에 의한 문제의 설명에서, 투-웨이브 파동은, 그 값이 180°의 주기 후 반복되는[즉, 이중 주파수(double frequency)] 사인 부분 및 코사인 부분을 각각 푸리에 급수에서 가중시키는 푸리에 계수의 절대값 또는 진폭을 나타낸다. 복굴절을 결정할 때 "투-웨이브 파동"의 중요성은 예를 들어 다음의 고려 사항을 기초로 하여 이해될 수 있다.

재료 내에서 복굴절이 일어나면, 입사하는 광 빔은 각각의 경우 선형 편광되는, 그리고 그 편광 방향이 서로 수직하는 두 부분 빔으로 분할된다. 하나의 부분 빔(정상 광선)에서 광의 전파 속도는 방향-독립적인 반면, 다른 하나의 빔의 광의 전파 속도는 전파의 방향에 의존한다(이상 광선). 정상 광선 및 이상 광선의 전파는 호이겐스의 원리(Huygens' principle)의 도움으로 설명될 수 있다. 호이겐스의 원리에 따르면: 파면 상의 모든 점은 중첩되는 새로운 웨이블릿(wavelet)의 시작점이다. 새로운 웨이브프론트(wavefront)는 중첩되는 웨이블릿의 엔빌로프(envelope)이다. 정상 광선의 경우 웨이블릿의 동위상 파면(phase front)은 구면인데, 왜냐하면 전파 속도가 각각의 공간 방향으로 동일하기 때문이다. 반면에, 이상 광선의 웨이블릿의 동위상 파면은 회전 타원면을 형성하는데, 왜냐하면 전파 속도가 방향-의존적이기 때문이다. 광 빔의 방향에 대해 투-폴드 또는 투-웨이브 회전 대칭을 갖는 회전 타원면은 광 빔의 각각의 입사 방향에 대해 복굴절의 절대값 및 배향에 관한 정보를 포함한다. 이 정보는 바로 복굴절의 정량화를 위해 측정 함수의 투-웨이브 부분의 결정 및 분석에 의해 사용될 수 있다.

적어도 4개의 측정 상태와 관련되는 편광 측정 값은 측정 함수의 프로파일을 결정하는 지원 값(support value)으로서 사용될 수 있다. 측정 함수의 분석은 바람직한 변형예에서, 모든 주기 함수가 주기적 조화 진동, 즉 상이한 위상 및 진폭과 정확하게 규정된 주파수의 사인 및/또는 코사인 함수로 구성된다는 사실을 활용한다. 이는 푸리에 분석, 즉 그러한 주기 함수의 푸리에 급수로의 분해에 사용된다.

측정 방법의 한가지 변형예에서, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 측정 함수의 이중 푸리에 변환을 포함한다. 이 변형예에서, 측정 중 기록되는 측정 함수의 측정 값은 이중 푸리에 변환의 도움으로 또는 연속하여 수행되는 두 푸리에 변환에 의해 분석되며, 이때 후속하는 제2 푸리에 변환은 선행하는 제1 푸리에 변환의 결과에 적용된다. 그 결과, 복굴절에 관련되는 복굴절 파라미터는 특히 상이한 입력 편광 상태의 설정의 지연 오차에 둔감해지고, 또한 측정 신호의 기록시까지 측정 물체의 출력측에 도입되는 지연 오차에 둔감해진다.

이중 푸리에 변환을 갖는 한가지 실시예에서, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 제1 푸리에 계수 A0(α) 및 A2(α)를 결정하기 위해 측정 함수의 제1 푸리에 변환을 포함하며, 여기에서 a0(α)는 측정 함수의 비-주기적 부분의 평균값을 나타내는 오프셋 항(offset term)이고, A2(α)는 측정 함수의 투-웨이브 부분의 진폭에 비례하는 제1 투-웨이브 파동 계수이며, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 제2 푸리에 계수 A0_A01(α), A2_A02(α) 및 B2_A02(α)를 결정하기 위해 각도 파라미터 α에 대한 제1 푸리에 계수 A0(α) 및 A2(α)의 제2 푸리에 변환을 더 포함하며, 여기에서 A0_A01(α)는 오프셋 항 A0(α)의 비-주기적 부분의 평균값을 나타내는 오프셋 항이고, A2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분이며, B2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분이다. 제2 푸리에 변환 후 존재하는 오프셋 항 A0_A01(α)는 측정 결과의 세기 정규화에 사용될 수 있어, 측정은 일차 광원의 세기 변동에 둔감해질 수 있다. 구하고자 하는 복굴절에 관한 정보를 포함하는 투-웨이브 부분 A2_A02(α) 및 B2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 제2 푸리에 변환을 따른다.

원칙적으로, 측정 방법은 입력 편광 상태를 위한 적어도 4개의 상이한 측정 상태와 관련하여 어떠한 제한도 받지 않는다. 측정 상태는 서로에 대해 규칙적 또는 불규칙적 거리를 두고 놓일 수 있다. 평가는 측정 상태와 관련되는 측정 함수의 각도 파라미터 α가 서로에 대해 등거리이면 크게 간단해질 수 있다. 이 경우에, 측정 함수의 푸리에 변환은 이른바 고속 푸리에 변환(FFT), 즉 푸리에 계수를 결정하기 위한 평가 단계의 수가 푸리에 변환의 보다 일반적인 경우보다 상당히 적은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.

측정 방법의 한가지 변형예에서, 전기장의 진동 벡터에 평행하게 배향되는 편광 방향을 갖는 선형 편광된 측정 빔이 생성되고, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되며, 측정 빔의 편광 방향은 서로에 대해 미리 결정가능한 회전 각도 거리를 두고 놓이는 적어도 4개의 측정 배향으로 회전된다. 이 경우에, 측정 배향은 적어도 4개의 상이한 측정 상태에 대응하는 반면, 편광 방향의 회전 각도는 각도 파라미터 α에 대응한다.

바람직하게는, 적어도 4개의 측정 배향은 고속 푸리에 변환에 의한 평가를 가능하게 하기 위해, 서로에 대해 등거리 회전 각도 거리를 두고 놓인다. 특히, 서로에 대해 등거리 회전 각도 거리를 두고 놓이는, N ≥ 2인 2^N개의 측정 배향, 예를 들어 4, 8, 16, 32 또는 64개 이상의 측정 배향이 설정될 수 있다. 입력 편광의 상이한 측정 상태 각각이 측정 함수가 평가되는 지원점에 대응하기 때문에, 지원점의 수를 증가시킴으로써, 측정 함수의 결정의 정확도 및 따라서 측정 정확도를 증가시키는 것이 가능하다. 반면에, 상이한 입력 편광 상태의 수를 증가시킴으로써, 측정 및 평가에 소비되는 시간이 증가된다.

매우 간단한 방식으로 수행될 수 있는 측정 시스템의 보정이 측정 방법의 맥락에서 가능하다. 분석은 복굴절에 관련되는 투-웨이브 부분이 측정될 복굴절 파라미터(특히 측정 물체의 복굴절의 배향 및 복굴절의 절대값)와 특히 측정 시스템의 분석기 및 지연 요소로부터의 복굴절 기여를 포함하는, 측정 시스템에 의해 생성되는 외란 변수로부터 정확히 동일한 표현으로 가산되어 조합되도록 수행될 수 있다. 관심 있는 측정 변수와 외란 변수 사이의 단순 가산 관계는 측정될 복굴절과 외란 변수 사이의 신뢰성 있는 분리를 허용하는데, 왜냐하면 이 경우에, 측정 시스템 그 자체에 의해 생성되는 복굴절 부분(측정 시스템 오프셋)은 측정 물체가 없는 것 외에는 동일한 측정 방법의 측정에 의해 결정될 수 있기 때문이다.

관련 투-웨이브 부분의 단순 가산은 테일러 전개(Taylor expansion)에 의해 관계를 나타내는 공식의 선형화 후 가능하다. 따라서, 특히 작은 복굴절 값의 정확한 결정에 간이 평가가 적합하다. 신호 평가는 보다 큰 복굴절 값이 또한 높은 정확도로 결정되도록 의도되는 경우에 더욱 복잡해질 수 있다.

따라서, 한가지 방법 변형예에서, 측정 시스템의 구성요소에 기인하는, 복굴절 파라미터의 시스템 부분의 결정이 다음의 단계, 즉

분석될 출력 편광 상태가 입력 편광 상태에 대응하도록 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 없는 상태에서 측정을 수행하는 단계;

정규화된 총 측정 신호를 결정하기 위해서 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 있는 상태에서의 측정을 위해 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분 A2_A02(α) 및 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분 B2_A02(α)를 오프셋 항 A0_A01(α)로 정규화시키는 단계;

총 측정 신호의 정규화된 시스템 부분을 결정하기 위해서 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 없는 상태에서의 측정을 위해 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분 A2_A02(α) 및 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분 B2_A02(α)를 오프셋 항 A0_A01(α)로 정규화시키는 단계;

정규화된 총 측정 신호로부터 정규화된 시스템 부분을 차감하는 단계

로 수행된다.

측정 방법은 개별 광학 구성요소 또는 다른 개별 샘플의 복굴절의 측정에, 그리고 광학 시스템이 의도되는 대로 사용될 때 방사선이 연속하여 통과되는 적어도 2개의 광학 구성요소를 포함하는 광학 시스템의 측정에 적합하다. 광학 구성요소는 개별 광학 요소, 예를 들어 렌즈, 투명판, 회절 광학 요소, 방사선이 동시에 통과되는 다수의 개별 요소를 구비한 회절 또는 굴절 래스터(raster) 배열, 또는 다른 것일 수 있다. 측정 물체로서의 거울도 또한 가능하다. 예를 들어, 여기에서 유전체 층의 변형에 의해 유도되는 복굴절이 측정될 수 있다. 대응하는 측정 셋업은 일반적으로 적합한 빔 편향 배열을 갖는다. 광학 구성요소는 기능 군을 형성하도록 조합되는 복수의 개별 광학 요소를 포함할 수 있고, 예를 들어 광학 모듈 방식으로 광학 시스템 내에 함께 설치되거나 탈착될 수 있다. 측정 방법의 한가지 변형예는 복수의 광학 구성요소로부터 구성되는 광학 시스템의 경우에, 완전 조립 상태에서 복굴절을 측정할 수 있게 하고, 이 경우에 개별 광학 구성요소의 개별 기여를 서로 분리시킬 수 있게 한다. 이 방법 변형예는 다음의 단계를 포함한다:

측정 빔이 우선 제1 광학 구성요소를 통과한 다음에 제2 광학 구성요소를 통과하는 제1 측정을 수행하는 단계; 및

상기 측정 빔이 제1 광학 구성요소를 통과한 후 그리고 그것이 제2 광학 구성요소 내로 입사하기 전 측정 빔의 편광 상태가 제1 측정의 편광 상태에 대해 90°만큼 회전되는 제2 측정을 수행하는 단계.

제1 측정에서, 일반적으로 제1 구성요소의 통과 후 출력 편광 상태는 직접적으로 제2 광학 구성요소의 통과를 위한 입력 편광 상태의 역할을 하는 반면, 제2 측정에서, 제1 광학 구성요소의 통과 후 출력 편광 상태는 제2 광학 구성요소 내로의 입사 전 λ/2 지연의 생성에 의해 변화된다. 제2 광학 구성요소의 통과 후 측정 빔의 출력 편광 상태는 제1 측정 결과(제1 측정의) 및 제2 측정 결과(제2 측정의)를 얻기 위해 양쪽 측정에서 동일한 방식으로 분석되고 평가된다. 방사선이 우선 통과되는 제1 광학 구성요소의 기여는 양쪽 측정 결과에서 동일한 방식으로 또 다시 찾아진다. 이에 반하여, 제2 광학 구성요소는 측정 빔이 상기 측정 빔의 2개의 상이한 편광 상태로 제2 광학 구성요소를 통과하기 때문에 측정 결과에 상이한 기여를 한다.

제1 광학 구성요소의 기여가 양쪽 측정 결과에서 동일하기 때문에, 측정 결과에 대한 제1 광학 구성요소의 기여는 제1 측정 결과와 제2 측정 결과 사이의 차이를 형성함으로써 소거될 수 있으므로, 측정 결과 사이의 차이는 단지 제2 광학 구성요소 및 측정 장치의 복굴절 부분만을 포함한다. 반면에, 측정 결과의 합, 즉 제1 측정 및 제2 측정의 투-웨이브 파동의 합은 광학 구성요소 사이에 도입되는 편광 상태의 90°회전으로 인해, 제2 광학 구성요소의 기여 및 시스템 부분이 적어도 대체로 서로 상쇄되기 때문에 단지 제2 광학 구성요소의 복굴절에 관한 정보만을 포함한다.

복굴절성 요소 또는 편광의 조작에 대한 수학적 표현에서, 곱셈으로 처리되는 매트릭스[존스 매트릭스(Jones matrix) 또는 뮬러 매트릭스(Mueller matrix)]가 일반적으로 사용된다. 선형화되고 적절하게 조합되는 복굴절을 나타내는 수학적 표현에 의해, 후속 처리가 가산 방법에 의해 대체될 수 있다. 후자는 제1 광학 구성요소 및 제2 광학 구성요소의 복굴절 부분의 가산을 허용한다.

두 상이한 측정을 수행하기 위해, 단지 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 적합한 편광 회전기를 도입하거나 그것을 이 중간 위치로부터 제거하는 것이 필요할 뿐이어서, 제1 및 제2 광학 구성요소가 전체 광학 시스템의 환경에서 사용되는 상대 구성으로 그것들이 이미 고정 조립되어 있는 때 그것들의 복굴절 기여의 측정이 또한 가능하다. 결과적으로, 상기 광학 시스템의 개별 광학 구성요소의 복굴절 부분을 결정하기 위해 복잡한 광학 시스템을 분해할 필요가 없다.

유발되는 다른 이점은 측정 장치 부분이 차이 형성 동안에 대체로 소멸되기 때문에 그것의 사전 보정 없이도, 제1 광학 구성요소의 복굴절 기여가 두 측정이 수행된 후 정확히 결정될 수 있다는 것이다.

유사한 방식으로, 미리 측정 장치를 보정하지 않고서 정확한 측정 결과를 얻는 것이 또한 가능하다. 이미 설명된 바와 같이, 제1 측정 및 제2 측정으로부터 투-웨이브 파동의 합의 결정은 제1 측정에 대해 하나의 측정에 도입되는 편광 상태의 90°회전으로 인해, 시스템 부분이 측정 신호로부터 소거될 수 있는 효과를 갖는다. 이는 그것이 제1 측정의 경우 양으로 그리고 제2 측정(90°만큼 회전된 편광 상태를 갖는)의 경우 반대 부호로 측정 결과에 영향을 주기 때문에 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 합산은 시스템 부분의 소거로 이어진다. 이 효과는 대체로 전체 측정 광학계의 "무보정(calibration-free)" 측정을 사용할 수 있다. 대응하는 방법 변형예는 다음의 단계, 즉

측정 빔이 측정 물체를 통과한 후 추가의 편광 변화없이 측정 시스템의 검출기 측으로 입사하는 제1 측정을 수행하는 단계;

측정 빔이 측정 물체를 통과한 후 그리고 측정 빔이 측정 시스템의 검출기측 부분 내로 입사하기 전 측정 빔의 편광 상태가 90°만큼 회전되는 제2 측정을 수행하는 단계;

제1 측정 및 제2 측정을 공동으로 평가하는 단계

를 포함한다.

일반적으로, 측정 빔 경로에서 상이한 구성요소 또는 조립체의 복굴절 기여는 몇몇 방법 변형예에서 다음의 방법 단계의 도움으로 서로 분리될 수 있다:

제1 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 제1 측정을 수행하는 단계;

제2 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 제2 측정을 수행하는 단계로서, 제2 측정 중, 편광 회전기를 측정 빔 내로 도입함으로써, 또는 제1 측정 중 측정 빔의 대응하는 편광 상태에 대해 편광 회전 섹션에서 측정 빔으로부터 편광 회전기를 제거함으로써, 측정 빔의 편광 상태가 제1 측정의 측정 빔의 편광 상태에 대해 90°만큼 회전되는 단계;

제1 복굴절 파라미터 및 제2 복굴절 파라미터를 공동으로 평가하는 단계.

공동 평가는 제1 측정 및 제2 측정의 측정 함수의 투-웨이브 부분 사이의 합을 결정하는 단계 및/또는 제1 및 제2 측정의 측정 함수의 투-웨이브 부분 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

합산의 결과는 각각의 경우 단지 측정 광원과 편광 회전 섹션 사이의 측정 빔 경로에서 모든 광학 요소의 복굴절 기여만을 포함하는데, 왜냐하면 투과 방향으로 편광 회전 섹션의 하류에 위치되는 모든 광학 구성요소의 기여가 합산 동안에 대체로 서로 상쇄되기 때문이다.

반면에, 차이 형성의 결과는 대체로 단지 측정 시스템의 검출기측과 편광 회전 섹션 사이에 위치되는 광학 구성요소 및 구성요소의 복굴절 부분만을 포함하는데, 왜냐하면 광원과 편광 회전 섹션 사이에 놓인 요소 및 구성요소의 부분이 이상적으로는 양쪽 측정에서 동일하여 차이 형성으로 인해 소멸되기 때문이다.

편광 회전 섹션이 측정 시스템의 검출기측 구성요소와 측정 물체 사이에 위치되면, 측정 결과의 시스템 부분은 예를 들어 합산에 의해 소거될 수 있어, 측정 장치의 별도의 보정이 필요 없어질 수 있다.

측정 물체가 투과 방향으로 연이어 배치되는 복수의 광학 구성요소를 포함하고, 편광 회전 섹션이 제1 광학 구성요소와 제2 광학 구성요소 사이에 놓이면, 제1 광학 구성요소 및 제2 광학 구성요소의 복굴절 기여는 서로 분리될 수 있다.

측정 사이클의 맥락에서, 측정 빔 경로의 상이한 위치에서, 90°편광 회전기가 선택적으로 도입되거나 제거된 소수의 측정에 의해 측정 물체의 상이한 구성요소 또는 구성요소 군의 개별 기여에 관한, 그리고 측정 시스템의 기여에 관한 정확한 측정 데이터를 얻기 위해 하나 또는 복수의 90°편광 회전기가 선택적으로 빔 경로 내로 도입되거나 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있다.

90°편광 회전기는 예를 들어 광학 활성(원형 복굴절성) 재료로 구성되는, 예컨대 결정질 석영(SiO₂)으로 구성되는 판을 구비할 수 있다. 이러한 요소의 경우, 큰 광학적으로 사용가능한 직경, 예를 들어 100 mm 이상, 또는 150 mm 이상, 또는 200 mm 이상의 광학 직경의 경우에도, 요구되는 편광 회전은 편광 상태의 요구되는 90°회전을 얻기 위한 기계적 허용 오차가 1°미만의 회전 정확도를 달성하기 위해 마이크로미터 범위에 놓일 수 있기 때문에 아주 정확하게 설정될 수 있다. 기계적으로 안정되고 보다 큰 직경에 적합한 편광 회전기가 또한 결정학적 <110> 방향이 투과 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 고유 복굴절성 결정 재료, 예를 들어 플루오르화 칼슘 또는 플루오르화 바륨으로부터 제조될 수 있다. 이들 재료의 경우에 고유 복굴절의 절대값이 비교적 작기 때문에, 이러한 요소는 비교적 큰 두께를 가질 수 있으며, 이는 기계적 안정성 및 제조 정확도에 유리하다. 여기에서 최대 가능한 각도 허용 오차를 얻기 위해 0차 지연 요소가 유리하다. 또한, 90°편광 회전기가 서로에 대해 45°로 배향되는 2개의 저차(low-order) λ/2 판을 구비하는 것이 가능하다. 이 경우에, 서로에 대해 회전되는 지연 판의 광학 결정 축은 실질적으로 투과 방향에 수직하거나 측정 시스템의 광축에 수직하다.

측정 방법의 측정 정확도는 사용되는 측정 광의 세기 변동에 의해 감손될 수 있다. 측정의 정확도에 대한 측정 광원의 세기 변동의 영향을 최소화시키기 위해, 방법의 몇몇 변형예는 측정 광원에 의해 방출되는 측정 광의 세기에 비례하는 기준 세기 신호의 시간-의존적 검출을 수행하는 단계, 및 정규화된 편광 측정 신호를 결정하기 위해 편광 측정 신호를 기준 세기 신호로 정규화시키는 단계를 포함한다. 이 경우에, 용어 "편광 측정 신호"는 측정에 의해 결정되는, 그리고 분석될 측정 함수가 그것으로부터 도출되는 유용한 신호를 가리킨다. 일반적으로, 이는 광전자 트랜스듀서에 입사하는 측정 방사선의 세기에 비례하는 전기 신호이다.

이를 위해, 예를 들어 편광 측정 광학계 및 연결된 센서로 연속하는(비-반사된) 부분을 측정할 수 있도록, 편광 빔 분할기 또는 어떤 다른, 실질적으로 편광-유지 및 편광-선택성 반사 요소에 의해, 그 편광 특성이 결정되도록 의도되는 측정 빔을 분할하는 방안이 준비될 수 있다. 반사된 부분은 기준 브랜치(reference branch)로 제2 센서 상으로 지향될 수 있으며, 이 제2 센서는 기준 센서의 역할을 하고, 측정 광원에 의해 방출되는 측정 광의 세기에 비례하는 기준 세기 신호를 생성한다. 상기 기준 세기 신호는 측정 광원의 세기 변동에 기인하는 측정 오차를 감소시키기 위해, 에너지 기준설정(energy referencing)의 역할을 할 수 있다. 측정 전 측정 방사선의 편광-선택성 분할로 인해, 실제로 측정되도록 의도되는 편광 상태가 영향받을 수 있다. 따라서, 해당되는 경우, 이 효과를 위해 특별한 보정이 필요하다. 또한, 측정 센서와 함께, 기준 세기 신호를 검출하는 데 추가의 센서가 요구된다.

방법의 한가지 특정 변형예는 이들 단점을 회피한다. 이 방법 변형예는 다음의 단계, 즉

측정 빔을 제1 세기를 갖는 선형 편광된 제1 부분 빔 및 제2 세기를 갖는 제2 부분 빔으로 분할하는 단계로서, 상기 제2 부분 빔은 제1 부분 빔에 수직하게 선형 편광되는 단계;

제1 세기에 비례하는 제1 세기 신호 및 제2 세기에 비례하는 제2 세기 신호를 생성하기 위해 제1 부분 빔 및 제2 부분 빔을 편광-광학적으로 실질적으로 동일한 빔 경로를 따라 세기 센서의 센서 영역의 공간적으로 별개의 제1 및 제2 센서 구역 상으로 안내하는 단계; 및

제1 세기 신호 및 제2 세기 신호를 조합 신호를 형성하도록 처리하는 단계

를 포함한다.

이 경우에, 표현 "편광-광학적으로 실질적으로 동일한 빔 경로를 따라"는 빔 경로의 편광-광학적 등가성에 관계된다. 이러한 의미에서, 부분 빔이 그 각각의 빔 경로를 따라 시스템 내의 가능한 편광-영향 요소로 인해 각각의 경우 전혀 편광 변화를 겪지 않거나 또는 어느 경우든 대략 동일하거나 상호 대응하는 편광 변화를 겪으면, 빔 경로는 "편광-광학적으로 실질적으로 동일"하다. 빔 경로는 부분 빔이 예컨대 실질적으로 동일한 재료 체적을 통과하도록 기하학적으로 서로 매우 근사할 수 있다. 빔 경로는 또한 기하학적으로 상이할 수 있으며, 이 경우에 예를 들어 하나의 부분 빔은 거울 표면에서 한번 또는 여러 번 폴딩될 수 있다. 해당되는 경우, 하나의 부분 빔은 또한 다른 하나의 부분 빔에 대해 정확히 한 파장만큼 또는 파장의 정수배만큼 위상-지연될 수 있다.

따라서, 그 세기가 변동할 수 있는 측정 빔은 양쪽 부분 빔이 하나의 그리고 동일한 센서의 상이한, 공간적으로 상호 별개의 위치 또는 구역에 동시에 입사되어 거기에서 편광 측정 중 그 세기에 대해 평가되도록 분할될 수 있다. 두 부분 빔은 이것들이 여전히 서로에 대해 대략 직교 편광되는 방식으로 측정 시스템의 검출기측에 도달하도록, 이것들이 시스템 내의 가능한 편광-영향 요소로 인해 전혀 편광 변화를 겪지 않거나 또는 어느 경우든 대략 동일한 편광 변화를 겪도록 분할 위치와 센서 영역 사이에서 안내될 수 있다. 이들 조건 하에서, 임의의 시점에서 제1 세기 신호 및 제2 세기 신호의 합은 측정 광원에 의해 방출되는 측정 빔의 입력측 세기에 비례하여, 기준 세기 신호로서 사용될 수 있다. 따라서, 한가지 방법 변형예는 제1 세기 신호 및 제2 세기 신호의 합을 사용하여 세기 기준 신호를 형성하는 단계를 포함한다.

대안으로서, 조합 신호의 형성은 제1 세기 신호와 제2 세기 신호 사이의 비율을 사용하여 수행될 수 있다. 이는 측정 물체의 좌표계에 대한 측정 빔을 분할하기 위해 사용되는 복굴절성 요소의 배향이 알려져 있으면, 정상 광선 및 이상 광선의 편광의 방향으로의 편광 부분이 제1 및 제2 센서 구역의 두 세기의 비율로부터 추론될 수 있기 때문이다.

측정 빔은 예를 들어 복굴절성 요소에 의해 서로 수직하게 편광되는 두 부분 빔(정상 광선 및 이상 광선)으로 분할될 수 있다. 또한, 측정 빔을 편광-선택적으로 작용하는 편광 빔 분할기의 도움으로 p-편광을 갖는 부분 빔과 s-편광을 갖는 부분 빔으로 분할한 다음에, 두 부분 빔을 동일한 센서 영역의 상이한, 비-중첩하는 영역으로 지향시킬 수 있다.

측정 빔은 광 전파 방향으로 측정 물체의 상류 또는 하류에서 분할될 수 있다. 빔 분할 요소(예컨대, 복굴절성 요소 또는 편광 빔 분할기)를 검출기 유닛 내에서 검출기 유닛의 센서 영역에 바로 근접하게 수용할 수 있다.

여기에 기술되었고 다양한 실시예와 관련하여 아래에서 더욱 상세히 설명되는 에너지 기준설정을 위한 방법 및 장치는 유리하게는 본 발명에 따른 측정 방법 및 측정 시스템의 실시예에 사용될 수 있다. 그러나, 그것들은 또한 상기 측정 방법 및 측정 시스템에 독립적으로 다른 측정 방법 및 측정 시스템에, 예를 들어 반드시 복굴절을 결정하도록 사용될 필요는 없는 다른 편광 측정 방법 및 편광 측정 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 에너지 기준설정은 편광-의존적 투과율[디어테뉴에이션(diattenuation)]을 측정하도록 설계되는 편광 측정 방법 및 시스템에 사용될 수 있다.

위의 그리고 다른 특징은 특허청구범위뿐만 아니라 설명 및 도면으로부터도 도출되며, 여기에서 개별 특징은 본 발명의 실시예에서 그리고 다른 분야에서 각각의 경우 단독으로 또는 복수의 하위-조합의 형태로 실현될 수 있고, 유리한 그리고 고유하게 보호가능한 실시예를 구성할 수 있다.

도 1은 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 원형 편광된 입력 편광 상태의 경우에, 검출기 유닛 내의 편광 상태의 개략도를 도 2a에 도시하고, λ/4 판의 완전한 회전의 경우 검출기 유닛의 λ/4 판의 회전 위치의 함수로서 상대 세기 프로파일을 도 2b에 도시한다.
도 3은 선형 편광된 입력 편광 상태의 경우에, 검출기 유닛 내의 편광 상태의 개략도를 도 3a에 도시하고, λ/4 판의 완전한 회전의 경우 검출기 유닛의 λ/4 판의 회전 위치의 함수로서 상대 세기 프로파일을 도 2b에 도시한다.
도 4는 복굴절성 측정 물체가 측정 빔 경로 내에 위치되는 경우 입력 편광 상태에 대한 출력 편광 상태의 의존성의 개략도를 도 4a 내지 도 4c에 도시하고, 동일한 입력 편광 상태의 경우 λ/4 판의 회전 위치의 함수로서 상이한 출력 편광 상태의 개략도를 도 4d에 도시하며, 입력 편광 상태를 설정하기 위한 비-이상적 λ/2 판의 상이한 회전 위치의 경우 측정 시스템 내의 편광 상태의 개략도를 도 4e에 도시한다.
도 5는 복굴절의 0°배향의 경우 복굴절의 절대값 BR의 함수로서 요구되는 값으로부터의 복굴절의 평균 예상 편차 ΔBR의 의존성의 다이어그램을 도시한다.
도 6은 복굴절의 미리 결정된 배향의 함수로서 4 nm의 복굴절의 절대값의 경우 복굴절의 배향에 대한 평균 예상 측정 오차 ΔORI의 다이어그램을 도시한다.
도 7은 샘플의 복굴절의 배향 ORI에 대한 요구되는 값으로부터의 복굴절의 평균 예상 편차 ΔBR의 의존성의 다이어그램을 도시한다.
도 8은 2개의 광학 구성요소가 직렬로 연결된 측정 물체를 측정하기 위한 측정 방법의 두 측정 구성을 개략적으로 도시하며, 여기에서 편광 상태의 90°회전은 다른 하나의 측정에 대한 하나의 측정 중에 광학 구성요소 사이에서 수행된다.
도 9 내지 도 11은 측정 빔 경로 내에 선택적으로 삽입될 수 있는 90°편광 회전기를 사용하여 다중-구성요소 측정 물체의 작은 복굴절 기여의 - 측정 시스템의 오차에 실질적으로 의존하지 않는 - 측정을 위한 측정 절차의 상이한 측정 구성을 도시한다.
도 12는 복굴절을 측정하기 위한 일체형 측정 시스템의 구성요소를 구비한 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 13은 도 12로부터 투영 노광 장치의 조명 시스템의 다양한 조립체를 도시한다.
도 14는 상이한 시점에서 위치 X에 대한 조명 시스템의 동공 표면 내에서의 상대 세기 I의 의존성을 개략적으로 도시한다.
도 15는 에너지 기준 설정을 위해 일차 광원의 세기 변동을 모니터하기 위한 측정 시스템의 몇몇 구성요소의 구성 및 기능을 개략적으로 도 15a에 도시하고, 일차 광원의 세기의 일시적 변동을 도 15b에 도시하며, 서로 인접하는, 그리고 서로에 대해 직교 편광되는 부분 빔에 의해 생성되는 2개의 조명점에 대한 세기의 일시적 변동을 도 15c에 도시한다.
도 16은 빔 다발의 부분 빔으로부터 쌍으로 직교 편광되는 부분 빔을 생성함으로써 복굴절성 빔 분할 요소를 구비한 조명 시스템의 - 도 13a에 개략적으로 도시된 - 동공 형상화 유닛으로부터의 발췌도를 도시한다.
도 17은 에너지 기준 설정을 위해 서로에 대해 직교 편광되는 2개의 부분 빔을 생성하기 위한 일체형 빔 분할 요소를 구비한 편광 측정 시스템의 검출기 유닛의 구성을 개략적으로 도 17a에 도시하고, 서로 수직하게 편광되는 부분 빔의 조명점으로서 서로 바로 인접하는 조명점의 상이한 배열을 도 17b 및 도 17c에 도시한다.
도 18은 에너지 기준 설정을 위해 서로 수직하게 편광되는 부분 빔을 생성하기 위한 일체형 빔 분할 요소를 구비한 검출기 유닛의 몇몇 구성요소를 개략적으로 도시한다.

도 1은, 이 예의 경우 여러 부분으로 나뉜 방식으로 구성되고 제1 구성요소(CO1) 및 투과 방향으로 그 하류에 배치되는 제2 구성요소(CO2)를 포함하는 측정 물체(MO)의 복굴절을 측정하기 위한 측정 시스템(MS)의 일 실시예를 도시하며, 제1 구성요소 및 제2 구성요소는 두 구성요소를 포함한 광학 시스템이 의도한 대로 사용될 때 그것들이 또한 서로에 대해 배치되도록 측정 물체 홀딩 장치(MH) 내에 함께 유지된다. 측정 시스템은 측정 물체 상으로 지향되는, 그리고 측정 물체 내로의 입사시 규정된 입력 편광 상태를 갖도록 의도되는 측정 빔을 생성하기 위한 빔 생성 유닛(BG), 및 측정 물체를 통한 통과 후 또는 검출기 유닛 내로의 입사시 측정 빔의 편광 특성을 검출하기 위한 검출기 유닛(DET)을 포함한다. 측정 물체가 측정 빔 경로 내에 위치되면, 검출기 유닛은 측정 중, 측정 물체를 통한 통과 후 측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성한다. 검출기 유닛에 연결되는 평가 유닛(EU)은 편광 측정 값을 평가하는, 그리고 측정 물체의 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 결정하는 역할을 한다. 이 예의 경우에, 결정된 복굴절 파라미터는 측정 물체에 의해 생성된 복굴절의 정도 또는 절대값, 및 기준 좌표계에 대한 상기 복굴절의 배향의 정확한 결정을 허용한다. 평가 유닛(EU)은 측정 시스템의 제어 유닛(CU) 내에 통합될 수 있다.

빔 생성 유닛(BG)은 대략 λ = 193 nm의 공칭 파장을 갖는 선형 편광된 레이저 빔을 방출하는 ArF 엑시머 레이저 형태의 측정 광원(LS), 및 제1 제어 장치(CR1)에 의해 측정 시스템의 광축(OA)을 중심으로 규정된 회전 각도 단계로 회전될 수 있는 반 파장판(λ/2 판) 형태의 제1 편광 회전기(R1)를 포함한다. 측정 광원(LS) 및 제1 편광 회전기(R1)의 조합의 도움으로, 전기장의 진동 벡터에 평행하게 배향된 편광 방향을 갖는 선형 편광된 측정 빔을 생성하는 것이 가능하며, 편광 방향의 배향은 편광 회전기(R1)의 회전에 의해 높은 정확도로 임의의 요구되는 회전 각도 위치로 위치될 수 있다. 반 파장판(R1)과 관련하여 용어 "편광 회전기"는 일반적으로 편광 방향을 회전시키는 광학 요소를 나타낸다.

또한, 이 실시예의 측정 시스템은 통과하는 광의 편광 상태를 90°만큼 회전시키기 위한 90°편광 회전기로서 설계되는 제2 편광 회전기(R3)를 포함한다. 90°편광 회전기(R3)는 할당된 제어 장치(CR3)의 도움으로 선택적으로 측정 빔 경로 내로 도입되거나 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있는, 광학적 활성 재료로 구성되는 90°회전기 판을 구비한다. 이 90°편광 회전기는 측정 물체 홀딩 장치의 영역에 배치되고, 상이한 측정 구성으로 복굴절의 측정을 가능하게 하기 위해 특히 측정 물체의 두 구성요소(CO1, CO2) 사이에 삽입될 수 있다. 상세 사항이 아래에서 더욱 구체적으로 후술될 것이다.

또한, 이 실시예의 측정 시스템은 할당된 제어 유닛(CR4)의 도움으로 선택적으로 검출기 유닛의 바로 상류의 측정 빔 경로 내로 도입되거나 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있는, 광학적 활성 재료로 구성되는 90°회전기 판 형태의 제3 편광 회전기(R4)를 포함한다. 이 90°편광 회전기는 특히 측정 시스템의 보정 중 사용될 수 있으며, 이는 아래에서 더욱 상세히 후술될 것이다.

검출기 유닛(DET)은, 직경이 작동 파장보다 상당히 크고 예를 들어 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 범위에 놓일 수 있는, 측정 광을 투과시키는 "핀홀(pinhole)"(PH) 형태의 작은 영역을 구비하는 불투광성(light-opaque) 마스크(M)를 구비한다. 핀홀(PH)은 검출기 유닛의 입사 개구를 형성한다. 마스크(M)는 하나 이상의 개별 렌즈로 구성될 수 있는 볼록 렌즈(positive lens)(L)의 전방 초점면 내에 설치된다. 이 렌즈의 후방 초점면 내에는, 센서 영역의 각각의 위치에 입사하는 방사선의 세기에 비례하는 센서 신호를 생성할 수 있는, CCD 센서 형태의 공간 분해 센서(spatially resolving sensor)(SENS)가 위치된다. 렌즈(L)와 센서 사이에는, 지연 요소를 위한 제어 유닛(CR2)에 의해, 측정 시스템의 광축을 중심으로 회전될 수 있고 공정 중 규정된 회전 각도 위치로 위치될 수 있는, 사분 파장판(λ/4 판) 형태의 회전가능한 지연 요소(R2)가 배치된다. λ/4 지연 요소(R2)와 센서 사이에는, 광축에 대해 45°로 놓인 편광-선택성 빔 분할기 표면(BSS)을 구비하는 편광 빔 분할기(BS)가 위치된다. 이 배열에서, 편광 빔 분할기는 분석기로서 기능한다. 후자는 입사 방향에 의해 형성되는 입사면 및 빔 분할기 표면에 수직한 표면에 대해 p-편광되는, 즉 그것의 전기장 벡터가 상기 입사면에 평행하게 진동하는 - 렌즈(L)에 의해 시준되고 지연 요소(R2)에 의해 변화되는 - 편광된 방사선의 부분만을 센서(SENS)로 투과시킨다. 반면에, s-편광(입사면에 수직한 전기장 벡터의 진동 방향)을 갖는 부분은 측면으로 반사된다.

검출기 유닛(DET)은 편광 상태의 공간 분해 측정을 가능하게 하기 위해, 핀홀(PH)이 측정 물체의 광축에 대해 상이한 위치에 배치될 수 있도록, 측정 물체의 광축(OA)에 수직하게 평면 내에서 미리 결정된 위치로 전체적으로 변위될 수 있다. 검출기 유닛은 또한 핀홀의 위치 설정에 의해 규정될 수 있는 측정점 모두에 대해 1 mrad 또는 그보다 우수한 높은 각도 분해능으로 편광 상태의 각도 분해 측정을 허용한다. 대안으로서, 초전 센서 또는 포토다이오드가 또한 검출기로서 사용될 수 있다.

본 발명의 중요한 태양의 더욱 명확한 이해를 제공하기 위해서, 그러한 검출기 배열의 도움으로 편광 측정의 기능이 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 핀홀을 통과하고 렌즈(L)에 의해 시준되는 광의 편광은 회전가능한 λ/4 판에 의해 목표화된 방식으로 변화된다. 여기에서 편광 빔 분할기로서 구현된 분석기는 p-편광만을 센서로 투과시킨다. λ/4 판의 회전 위치에 따라, 세기 신호가 센서에 생성되고, 검출기 유닛에 입사하는 광 다발의 편광 상태가 상기 세기 신호로부터 명백하게 결정될 수 있다.

원형 편광된 입력 광의 경우, 센서는 360°회전 후 λ/4 판의 회전 위치의 함수로서 도 2b에 도시된 상대 세기 프로파일을 등록한다. 이상적인 λ/4 지연을 가정하면, 측정 신호의 순 투-웨이브(two-wave) 파동, 즉 180°의 회전 각도 주기성을 갖는 측정 신호가 생성된다. 이러한 대칭은 또한 투-웨이브 또는 투-폴드(two-fold) 방위각 대칭으로 지칭될 수 있다. 이는 도 2a를 참조하여 이해될 수 있다. 도 2a는 서로 인접한 4개의 하위-도면에서, 각각의 경우 상부에서 원형 편광된 입력 편광 상태를, 그 아래에서 광학 결정 축의 배향에 의해 표상화되는, λ/4 판의 회전 위치를, 그 아래에서 λ/4 판을 통한 통과 후 빔의 편광을, 그리고 그 아래에서 분석기(빔 분할기 입방체)가 센서로 투과시키는 편광 성분을 도시한다. 이 경우에, Tp 및 Ts는 p-편광 및 s-편광에 대한 분석기의 각각의 투과율(transmission)이다.

λ/4 지연 요소는 원형 편광된 광을 선형 편광된 광으로 변환시킨다. 선형 편광된 광의 배향은 지연 요소의 광학 결정 축의 배향에 의존한다. 지연 요소의 45°위치에서, 단지 p-편광만이 지연 요소의 출구에 존재하며, 이는 센서에 최대 신호를 생성한다. 반면에, 90°만큼 각도 편위된 135°위치에서, 지연 요소는 단지 s-편광만을 투과시키고, 이 s-편광은 분석기에 의해 완전히 반사되어, 그 결과 센서에 세기 신호가 생성되지 않는다. 180°만큼 변위된 각도 위치에서 대응하는 관계가 생성되어, 그 결과 측정 신호의 순 투-웨이브 파동이 지연 요소의 완전한 회전 동안에 생성된다.

선형 편광된 입력 광에 대응하는 경우가 도 3을 참조하여 제공된다. 여기에서, 도 3a는 서로 인접하게 놓인 4개의 하위-도면에서, 각각의 경우 상부에서 선형 편광된 입력 편광 상태를, 그 아래에서 λ/4 판의 회전 위치를, 그 아래에서 λ/4 판을 통한 통과 후 빔의 편광을, 그리고 그 아래에서 분석기(편광 빔 분할기)가 센서로 투과시키는 편광 성분을 도시한다. 선형 편광된 광에 대한 세기 분포가 이미 λ/4 지연 요소의 90°회전 후 반복되어, 도 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이 신호의 포-웨이브(four-wave) 파동을 형성하는 것을 인식할 수 있다.

복굴절성 측정 물체(MO)가 측정 빔 경로 내에 위치되는 다양한 상황을 도시한 도 4를 참조하여, 이제 더욱-폭넓은 고려사항이 설명될 것이다. 이 경우에, 도면은 측정 물체 내로 입사하는 측정 빔의 입력 편광에 따라, 검출기에 의해 생성되는 측정 신호 내에 투-웨이브 부분을 생성하고 변화시키는 것을 개략적으로 설명한다. 이 점에서, 도 4a는 입력 편광(IN)이 완전히 선형인 이상화된 경우를 도시한다. 이는 예를 들어 결정 편광기[예컨대, 로션 프리즘(Rochon prism)]를 사용함으로써 달성될 수 있다. 측정 물체(MO)의 복굴절은 약간 타원형의 출력 편광 상태(OUT)를 유발한다. 완전히 원형 편광된 광이 순 투-웨이브 측정 신호를 생성하는 반면, 완전히 선형 편광된 광이 순 포-웨이브 측정 신호를 생성하는 상황에 따라, 약간 타원형의 출력 편광의 경우에 대해 비교적 강한 포-웨이브 부분(선형 입력 편광에 기인하는) 및 이것에 비해 약한 투-웨이브 부분(측정 물체의 복굴절로 인한 편광 상태의 약간의 타원 모양에 기인하는)을 갖는 측정 신호가 생성된다.

입력 방사선이 완전히 선형 편광되지 않으면(도 4b 및 도 4c), 예를 들어 편광 회전기(R1)가 완전한 λ/2 지연을 발생시키지 않기 때문에, 복굴절성 측정 물체를 통한 통과 후 출력 편광(OUT)의 경우에 도 4a의 경우보다 더욱 고도로 타원 편광된 편광 상태가 생성되어, 그 결과 측정 신호는 다시 한번 강한 포-웨이브 부분 및 이것에 비해 약한, 그러나 이상적 선형 입력 편광(도 4a)의 경우보다 강한 투-웨이브 부분으로 구성된다.

이러한 상황 하에서, λ/2 판의 제1 위치(예컨대, 측정 시스템의 좌표계의 x-축에 대해 +45°)에서, 이 x-방향으로의 입력 편광의 경우에 λ/2 판의 하류 및 측정 물체의 상류에서 예컨대 약간 우선회 타원 편광된 광이 뒤이어 생성된다. 반면에, λ/2 판이 -45°로 회전되면, 다시 한번 타원 편광된 광이 생성되지만, 이는 이 경우에 좌선회 원형 편광된다(타원 편광된 상태가 OUT으로 명시되는 도 4d 참조).

첫 번째로 언급된 경우에서, λ/2 판 및 복굴절성 측정 물체의 타원 모양은 더욱 고도로 타원 편광된 광(도 4b)을 형성하도록 서로 상호 강화시켜야 하는 반면, 그것들은 다른 경우(λ/2 판의 다른 회전 위치)에는 출력 편광 상태가 이상적으로 선형 편광된 상태(도 4c)에 더욱 근접하도록 적어도 부분적으로 서로 상호 보상한다.

따라서, 검출기 유닛에 의해 검출되는 측정 신호 내의 투-웨이브 부분은 약간 타원형의 입력 편광(도 4b 및 도 4c)의 경우보다 이상적으로 선형 편광된 입력 편광(도 4a)의 경우에 더욱 강하고, 이로부터 빔 생성 유닛의 λ/2 판의 회전 위치의 함수로서 투-웨이브 파동의 절대값 또는 값이 180°후 반복되는 것을 알 수 있다. 따라서, 이로부터, 측정 물체의 복굴절에 관해 실제로 구하고자 하는 정보는 측정 신호의 투-웨이브 파동의 투-웨이브 파동에 존재한다.

이를 훨씬 더 상세히 설명하기 위해, 도 4e는 입력 편광을 설정하기 위해 사용되는 회전가능한 λ/2 판의 가능한 잘못된 지연(지연 오차)이 A2 신호 내에 투-웨이브 파동을 생성하기보다는 원-웨이브(one-wave) 파동을 생성하므로, 투-웨이브 파동의 분석에 기초하여, 기여가 측정 물체로부터 유래되는지 측정 시스템과 관련된 λ/2 판으로부터 유래되는지를 구별할 수 있음을 설명한 도해를 도시한다. 도 4e의 도해는 측정 물체가 없는 측정 시스템의 경우에 관계를 나타내며, 여기에서 광원의 선형 편광(명칭 IN)은 출력 편광 상태(OUT)를 생성하기 위해 실제(즉, 오차에 의한 영향을 받은) λ/2 판의 회전에 의해 변화된다. λ/2 판의 회전 위치는 상이하게 배향된 선에 의해 표상화된다. 하위-도면은 좌측으로부터 우측으로 0°내지 360°사이의 상이한 회전 위치 및 관련된 공칭 출력 편광 상태를 도시한다. 좌측의 하위-도면에 따르면, 0°에 대한 출력 편광 상태는 입사 빔의 편광 방향이 λ/2 판의 광학 결정 축(OA)에 평행하게 연장되어 지연 효과가 발생하지 않는다는 사실에 기인한다. 광학 결정 축의 경사를 증가시키면, 출력 편광 상태는 λ/2 판의 잘못된 지연으로 인해, 정확히 선형이라기보다는 약간 타원형이며, 이는 45°및 90°에서의 출력 편광 상태의 경우에 볼 수 있다. λ/2 판의 90°위치에서, 좌측에 도시된 제1 위치에 대해 180°만큼 회전된, 선형 편광된 출력 편광 상태가 다시 존재한다. λ/2 판을 더욱 회전시키면, 타원 편광된 출력 편광 상태가 180°상황을 기준으로 대칭으로 다시 생성되지만, 그것들은 0°내지 180°사이의 편광 상태에 대해 반대 키랄성(chirality)을 갖는다. 본 출원에 도입된 표시법에서, 편광의 키랄성의 역전은 투-웨이브 파동 신호 A2의 부호의 변화로서 표현된다. 180°에서 키랄성의 변화(즉, 우선회 타원 편광과 좌선회 타원 편광 사이의 변화)로 인해, 원-웨이브 파동, 즉 360°의 주기를 갖는 동일한 값의 A2의 반복이 하부에 도시된 A2 신호(투-웨이브 파동을 나타내는) 내에 생성된다. 반면에, 하류에 배치된 측정 물체의 복굴절은 측정 물체가 180°회전 후 그것 자체로 변화되기 때문에(180°대칭) 투-웨이브 파동 내에 투-웨이브 파동을 생성한다.

예를 들어 이러한 이해가 특히 본 발명의 실시예에서 복굴절의 작은 절대값의 정확한 측정을 위해 사용될 수 있는 방식에 대한 설명이 아래에 주어진다.

측정 시스템은, 측정 빔의 입력 편광 상태를 각도 파라미터 α의 주기 변조 함수에 따라 적어도 4개의 상이한 측정 상태로 변조시키고, 적어도 4개의 측정 상태와 관련된 편광 측정 값을 각도 파라미터 α에 의존하는 측정 함수를 형성하도록 처리하며, 상기 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하고, 이어서 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하기 위해 상기 투-웨이브 부분을 분석하도록 설계된다.

이 예의 경우에, 입력 편광 상태는 측정 광원(LS)이 선형 편광된 측정 빔을 생성하고 측정 빔의 편광 방향이 제1 편광 회전기(R1)의 도움으로 측정 사이의 편광 회전기의 회전에 의해 변화되므로, 선형 입력 편광의 상이한 측정 배향이 측정을 위해 존재한다는 사실에 의해 생성된다. 이 경우에, 각도 파라미터 α는 기준 방향에 대한 제1 편광 회전기(R1)의 회전 각도에 대응한다. 측정 함수는 센서(SENS)의 전기 출력 신호로부터 도출되고, 따라서 검출기 유닛(DET)의 구성에서, 센서에 입사하는 측정 방사선의 세기에 비례하며, 즉 세기 신호로서 명명될 수 있다.

측정 방법 및 측정 시스템은 제1 편광 회전기(R1)의 회전 각도에 따라 변화되는, 센서의 측정 신호의 투-웨이브 부분의 푸리에 변환(Fourier transformation)으로부터 측정 물체의 복굴절에 대한 값을 결정하도록 설계된다. 이는 측정 물체의 상류의 편광의 설정 배향 α의 함수로서 투-웨이브 부분 A2(α), B2(α)를 측정한 다음에 이것을 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 α로 푸리에-변환시키는 것을 포함한다.

연산 시간과 관련하여 유리한 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용할 수 있게 하기 위해서, 측정 물체의 상류에 2^N(여기에서 N ≥ 2)개의 선형 편광된 측정 상태가 등거리 회전 각도 거리(360°/2^N)를 두고 설정되며, 출력 상태의 편광이 검출기 유닛의 도움으로 측정된다.

측정 물체의 복굴절성 특성, 특히 복굴절의 절대값 및 복굴절의 배향이 검출기 유닛의 측정 신호로부터 결정될 수 있는 방식에 대한 설명이 아래에 주어진다. 다음의 파라미터가 아래의 표현 전반에 걸쳐 사용된다:

개별 측정에 대한 측정 시스템의 구성은 다음의 파라미터에 의해 파라미터화된다:

PL4: 검출기 유닛 내의 λ/4 지연 판의 회전 각도

α: 측정 물체 내로의 입사 전 측정 빔의 선형 편광의 측정 배향[제1 편광 회전기(R1)에 의해 설정됨].

구하고자 하는 변수는 다음과 같다:

PRdb: 측정 물체의 복굴절의 절대값

PRa: 측정 물체의 복굴절의 배향[기준 방향에 대한 좌표계를 규정하는 검출기 유닛의 분석기(예컨대, 편광 빔 분할기)].

측정 시스템 내의 외란은 다음의 파라미터에 의해 표현된다:

LIdb: 검출기 유닛의 λ/4 판의 상류의 렌즈 군(L) 내의 복굴절의 절대값

LIa: 검출기 유닛의 λ/4 판의 상류의 렌즈 군(L) 내의 복굴절의 배향

PTdb: 검출기 유닛의 분석기(편광 빔 분할기) 내의 복굴절의 절대값

PTa: 검출기 유닛의 분석기 내의 복굴절의 배향

Tsp: 검출기 유닛의 분석기의 소광비(extinction ratio), 즉 편광 빔 분할기의 빔 분할기 표면에서, 각각 s-편광 및 p-편광에 대한 투과율 Ts 및 Tp의 비율. Tsp의 값이 작아질수록, 분석기가 더욱 효과적이다.

L4z: 검출기 유닛 내의 λ/4 판의 잘못된 지연.

또한, 입력 편광의 설정에서 외란이 발생할 수 있고, 이것들은 다음에 의해 파라미터화된다:

L2z: 측정 물체 내로 입사하기 전 상이하게 배향된 선형 편광 상태를 설정하기 위한 제1 편광 회전기(λ/2 판)의 잘못된 지연, 따라서 회전 각도 α에 의해 파라미터화된, 측정 물체의 상류의 선형 편광의 배향의 오차.

이어서 측정 방법의 한가지 변형예가 다음의 측정 사양에 따른 절차를 채용한다:

측정 물체의 상류에 2^N개의 선형 편광된 상태(측정 배향)가 일련의 측정을 위해 등거리 회전 각도 거리(360°/2^N)를 두고 설정된다. 예를 들어, 다음의 배향에 따라 8개의 선형 편광 상태를 설정할 수 있다: -135°, -90°, -45°, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°.

검출기에서 이들 개별 입력 편광 상태와 관련된 측정 신호는 회전 각도 α에 의존하는 측정 함수를 생성하며, 이 측정 함수는 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정한 다음에 상기 투-웨이브 부분을 분석하기 위해 평가 유닛 내에서 처리된다. 이를 위해, 측정 함수의 제1 푸리에 변환이 제1 푸리에 계수 A0(α) 및 A2(α)를 결정하기 위해 수행된다. 이 경우에, "A"에 의해 명명되는 A 계수는 측정 함수의 사인 부분이고, "B" 부분에 의해 명명되는 B 계수는 측정 함수의 코사인 부분이다. 이 경우에, 계수 A0(α)는 측정 함수의 비-주기적 부분의 평균값에 대응하는 오프셋(offset) 항을 나타내는 반면, 계수 A2(α)는 측정 함수의 투-웨이브 부분의 진폭에 비례하는 제1 투-웨이브 파동 계수이다.

그 후에, 데이터 세트 A0(α) 및 A2(α)가 회전 각도 파라미터 α에 대해 다시 푸리에-변환된다. 바꾸어 말하면, 주기 측정 함수의 이중 푸리에 변환이 수행된다. 제2 푸리에 계수 A0_A01(α)가 A0(α)의 푸리에 변환으로부터 계산된다. 제2 푸리에 계수 A2_A02(α) 및 B2_A02(α)가 A2(α)의 푸리에 변환으로부터 계산된다. 이 설명에서, A0_A01(α)는 오프셋 항 A0(α)의 비-주기적 부분의 평균값을 나타내는 오프셋 항을 나타내고, A2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분을 나타내며, B2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분을 나타낸다.

일반적으로, B2(α) 계수는 검출기 유닛 내의 λ/4 판이 상이한 시작 값을 가지면 또한 다시 푸리에-변환된다. λ/4 판의 광학 결정 축이 시작 위치에서 편광기의 투과 방향에 평행하거나 수직할 때에만 B2는 0이다.

명확함을 위해, 다음의 사항이 또한 언급되어야 한다: 이 실시예에서, 제1 푸리에 변환은 검출기 유닛 내의 λ/4 지연 판의 회전 각도 또는 회전 위치를 나타내는 파라미터 pL4에 관계된다. 이 제1 푸리에 변환은 고려 중인 각각의 측정 배향[λ/2 판(제1 편광 회전기)의 회전에 의해 설정되는 각도 파라미터 α에 의해 파라미터화되는]대해 수행된다. 제2 푸리에 변환은 단지 각도 α의 함수로서 제1 푸리에 변환의 결과에 의해, 즉 α의 투-웨이브 부분에 대해 수행된다. 푸리에 계수 A0(α) 등은 각각의 위치 α에서 제1 푸리에 변환의 결과이다. 따라서, 이 실시예에서, 제1 푸리에 변환은 검출기 유닛 내에서 수행되는 반면, 제2 푸리에 변환은 검출기 유닛 밖에서 수행된다.

1차까지 테일러 전개(Taylor expansion)가 또한 수행되면, 측정 함수의 이러한 형태의 이중 푸리에 변환은 다음의 결과(식 (1) 내지 식 (3))를 산출한다:

오프셋 항 A0(α)의 제2 푸리에 변환은 측정 결과의 세기 정규화에 사용될 수 있는 오프셋 항 A0_A01을 생성한다. 투-웨이브 계수 A2(α)의 제2 푸리에 변환은 측정 물체의 복굴절에 관해 구하고자 하는 정보를 담은 투-웨이브 부분 A2_A02 및 B2_A02를 생성한다.

식 (1) 내지 식 (3)으로부터, 이러한 방식으로 측정이 수행되고 평가된 때, 제2 푸리에 계수에 대한 결과는 검출기 유닛의 - 입력 편광을 설정하기 위해 사용되는 - λ/2 판(제1 편광 회전기) 및 λ/4 판의 잘못된 지연에 의존하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 측정 방법이 1차까지 측정 시스템의 이들 오차에 둔감하여, 실제로 구하고자 하는 측정 값(측정 물체의 복굴절)에 대한 정확도가 증가되는 것을 보여준다.

또한, 투-웨이브 부분은 각각의 경우 측정 변수(PRdb, PRa) 및 측정 시스템 내에 존재하는 외란 변수(LIdb, LIa, PTdb, PTa)로부터 가산되어 그리고 정확히 동일한 표현으로 조합되는 것이 명백하다. 특히, 마지막에 언급된 양상은 분석 중, 측정 물체의 복굴절의 절대값 및 배향을 나타내는, 구하고자 하는 복굴절 파라미터(PTdb, PTa)와, 특히 렌즈 군(L) 및 편광 빔 분할기(BS)의 복굴절로 인해, 검출기 유닛의 광학 요소의 가능한 편광-변화 특성에 기인하는 외란 변수 사이의 분리를 간단하게 하는데, 왜냐하면 이 경우에 측정 물체 없는 측정에 의해, 따라서 정확히 동일한 측정 방법으로, 측정 결과, 이른바 측정 시스템 부분 또는 측정 장치 오프셋에 대한 측정 시스템의 기여를 결정할 수 있기 때문이다. 바꾸어 말하면: 측정 물체의 복굴절에 대한 전술된 측정 사양에 따라, 그러나 측정 빔 경로 내의 측정 물체 없이 일련의 측정을 수행하는 것으로부터, 측정 시스템의 외란 복굴절 기여가 결정되어 분석에 고려될 수 있다. 이는 투-웨이브 계수 A2_A20 및 B2_B20을 오프셋 항 A0_A01로 정규화시키고 이것으로부터 이전에 결정된 그리고 유사하게 정규화된 장치 부분을 차감함으로써 가능하다. 이 경우에, 다음의 식이 적용된다(식 (4) 및 식 (5)):

이 경우에, A2Mn = A2_A02/A0_A01은 측정 시스템 및 측정 물체의 조합으로부터의 정규화된 측정 값을 가리키고, A2Gn = A2_A02/A0_A01은 측정 물체 없는 측정으로부터의 정규화된 측정 값, 즉 측정 시스템만의 정규화된 측정 값, 다시 말하면 PRdb = 0인 경우의 정규화된 측정 값을 가리킨다.

또한, 위의 식 (4)의 좌변이 "A"로 명명되고 그 아래의 식 (5)의 좌변이 "B"로 명명되면, 구하고자 하는 복굴절 파라미터 PRdb 및 PRa에 대해 다음의 식(식 (6) 및 식 (7))이 적용된다:

따라서, 투-웨이브 파동의 절대값의 2배는 측정 물체의 구하고자 하는 복굴절을 바로 산출한다. 복굴절의 배향은 B/A 비율의 아크탄젠트(arc tangent)를 따른다.

이 새로운 측정 방법은 예를 들어 10 nm 이하, 또는 5 nm 이하의 범위에 놓일 수 있는, 특히 비교적 작은 복굴절에 대한 아주 높은 측정 정확도를 갖는다. 0.5 nm 이하, 특히 0.4 nm 이하 또는 0.3 nm 이하의 측정 정확도를 달성할 수 있다.

보다 큰 복굴절을 갖는, 예컨대 10 nm를 상당히 초과하는 또는 20 nm를 상당히 초과하는 또는 50 nm 이상을 상당히 초과하는 범위의 값을 갖는 측정 물체는 복굴절 오프셋을 공급함으로써, 예컨대 알려진 복굴절을 갖는 평판 또는 곡판(curved plate)을 측정 빔 경로 내에 도입함으로써 높은 정확도로 측정될 수 있다. 이 경우에, 평판 또는 곡판의 복굴절은 전체 측정 빔에 대해 전반적 지연이 유발되도록 선택되어, 그 결과 단지 비교적 작고 따라서 쉽게 측정가능한 잔류 복굴절 값만이 남아 이어서 결정된다.

측정 정확도의 다음의 추정은 측정의 높은 정확도를 보여준다. 측정 방법의 예상 측정 정확도의 추정을 위해, 측정이 모의되었고, 측정 물체의 측정된 및 미리 결정된 복굴절 값 사이의 편차가 평가되었다. 측정 시스템에 대해 다음의 전형적 값이 가정되었다:

3 nm의 지연 오차를 갖는 λ/2 판의 도움으로 측정 물체의 상류에 선형 편광을 설정한다. 편광 회전기의 잘못된 각도 위치설정의 정확성과 관련하여 ±0.5°의 위치설정의 정규 분포 오차가 가정되었다. 회전 각도 공간 α 내에서 등거리인 입력 편광의 8개의 측정 배향을 갖는 일련의 측정이 가정되었다. 검출기 유닛의 λ/4 판의 지연 오차가 3 nm로 고정되었고, λ/4 판의 상류의 렌즈 군(L)의 복굴절 기여가 0.5 nm로 고정되었으며, 분석기(편광 빔 분할기)의 복굴절 기여가 1 nm로 고정되었고, 분석기의 소광비가 0.3%로 고정되었다. 빔 생성측에서, 0.5%의 σ 값을 갖는 레이저 신호의 정규 분포 노이즈가 가정되었고, 편광 측정당 지지점의 수는 360°회전의 경우에 64개였다.

모의 측정의 제1 단계에서, 시스템 부분(측정 장치 오프셋)이 평균값을 제공하기 위해 5회의 측정으로부터 결정되었다. 그 후에, 20회의 개별 측정의 모의 전에, 측정될 복굴절이 제2 단계에서 미리 결정되었고, 그 통계적 평가가 제3 단계에서 수행되었다. 결과가 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명된다. 도 5는 0°배향의 경우에 복굴절의 절대값에 대한 평균 측정 오차(즉, 측정 방법의 품질에 대한)의 척도를 도시하며, 여기에서 측정 물체의 미리 결정된 복굴절 BR이 나노미터 단위로 x-축 상에 도시되고, 요구되는 값으로부터의 평균 측정 또는 예상 편차 ΔBR이 나노미터 단위로 y-축 상에 도시된다. 편차의 오프셋은 복굴절 값의 증가에 따라 대체로 2차적으로 증가한다. 측정 값(1σ)의 변동은 미리 결정된 복굴절에 무관하게 비교적 일정하고, 대략 0.05 nm이다. 오프셋의 2차적 증가는 임의의 원리에 의해 지배되기보다는 본질적으로 위에 설명된 평가의 경우에 전개가 단지 1차까지만 달성되었다는 사실에 기인한다. 오프셋은 개선된 분석의 경우에 그에 대응하게 감소될 수 있다.

도 6은 4 nm의 복굴절의 절대값의 경우에 복굴절의 배향에 대한 평균 예상 측정 오차(즉, 측정 방법의 품질)를 도시한다. 복굴절의 미리 결정된 배향 ORI가 도 단위로 x-축 상에 도시되고, y-축은 요구되는 값으로부터의 평균 측정 편차 ΔORI를 도 단위로 도시한다. 그래프는 평균적으로 배향이 정확하게 결정되고, 배향 오차(1σ)가 대략 0.6°인 것을 인상적으로 보여준다.

도 7은 본질적으로 복굴절의 절대값의 결정의 결과가 배향에 의존하지 않는 것을 보여준다. 도 7에서, 나노미터 단위의, 요구되는 값으로부터의 평균 측정 또는 모의 편차 ΔBR이 도 단위의, 샘플의 복굴절의 미리 결정된 배향 ORI와 대비하여 플로팅되고, 여기에서 복굴절의 절대값에 대해 4 nm가 가정되었다.

모의는 검출기 유닛 내의 전형적 오차의 경우에, 그리고 입력 편광의 설정의 경우에, 복굴절의 절대값에 대해(5 nm 미만의 복굴절의 절대값의 경우에) 대략 0.1 nm(1σ)의 측정 정확도 및 복굴절의 배향에 대해 ±0.6°의 배향 오차를 달성할 수 있는 것을 보여준다.

측정 방법의 주 이점은 이 측정 방법이 측정 물체의 상류의 입력 편광을 설정하기 위한 지연 요소에 기인하는 오차에 대체로 반응하지 않으며, 따라서 그럼에도 불구하고 작은 오차를 갖는 고도로 정확한 측정 결과를 얻기 위해, 달성되는 지연과 관련하여 완전한 지연 요소가 요구되지 않는다는 것이다. 또한, 측정 방법은 검출기 유닛의 렌즈 또는 렌즈 군(L)의 가능한 복굴절 기여에 의해 도입되는 오차에 둔감하다. 이에 비해, 그러한 복굴절 기여가 가능한 측정 오차에 영향을 미치는 다른 측정 방법은 일반적으로 비교적 큰 빔 각도 범위를 갖는 측정 광 다발이 측정에 사용되면 측정 오차의 보다 큰 방향-의존적 보정을 필요로 한다.

도 8을 참조하여 설명되는 측정 방법의 일 실시예는 직렬 연결된 복수의 광학 구성요소로부터 구성된 측정 물체의 경우에, 이를 위해 개별 구성요소에 별개의 측정을 수행할 필요 없이, 소수의 측정 사이클로 개별 구성요소의 복굴절의 별개의 측정을 수행할 수 있게 한다. 오히려, 구성요소는 작동 준비된 조립된 배열로 유지될 수 있다.

이 방법 변형예에서, 두 측정 사이클이 연속하여 수행되며, 여기에서 측정 시스템은 상이한 측정 구성으로 사용된다. 대응하는 파라미터의 경우에 그리고 도 8에서 이하 약어 "M1"에 의해 식별되는 제1 측정에서, 측정 빔은 이미 전술된 바와 같이 제1 광학 구성요소를 통해, 이어서 제2 광학 구성요소를 통해 안내되며, 이때 측정 빔의 편광 상태는 광학 구성요소 사이에서 변화되지 않는다. 따라서, 제1 측정은 도 1의 측정 물체(MO)의 전술된 측정에 대응한다.

제2 측정(도 8b)의 경우, 90°편광 회전기(ROT)가 광학 구성요소(CO1, CO2) 사이의 측정 빔 경로 내에 도입된다. 도 1의 측정 시스템의 경우에, 이를 위해, 90°편광 회전기(R3)가 할당된 제어 장치(CR3)에 의해 구성요소(CO1, CO2) 사이에 도입된다. 이에 의해, 제2 측정 중, 제1 광학 구성요소를 통한 통과 후 그리고 제2 광학 구성요소 내로의 입사 전 측정 빔의 편광 상태가 90°만큼 회전된다. 제1 및 제2 측정의 순서는 전술된 바와 같을 수 있거나 역전될 수 있다. 제2 측정에 대한 파라미터는 이하 약어 "M2"에 의해 식별된다.

두 측정의 종료 후, 이에 의해 얻어진 측정 함수가 공동으로 평가된다. 원칙적으로, 측정 각각은 이미 전술된 동일한 측정 사양에 따라 수행될 수 있다. 특히, 측정 각각에 대해, 각각의 경우 등거리 회전 각도 거리를 두고 2^N개의 선형 편광된 입력 편광 상태, 예를 들어 8개의 입력 편광 상태를 설정할 수 있다.

이로부터 제1 푸리에 계수 A0_M1(α), A0_M2(α), A2_M1(α), A2_M2(α)가 전술된 바와 유사한 방식으로 결정된다.

다음의 식 (8) 내지 식 (10)이 제1 측정에 적용된다:

반면에, 다음의 식 (11) 내지 식 (13)이 제2 측정에 적용된다:

식에 사용된 파라미터는 이미 식 (1) 내지 식 (7)과 관련하여 사용된 파라미터에 대응한다.

측정 1의 정규화된 사인 투-웨이브 파동이 A2M1n = A2_A02_M1/A0_A01_M1에 의해 표기되고,

측정 2의 정규화된 사인 투-웨이브 파동이 A2M2n = A2_A02_M2/A0_A01_M2에 의해 표기되며,

측정 1의 정규화된 코사인 투-웨이브 파동이 B2M1 n = B2_A02_M1/A0_A01_M1에 의해 표기되고,

측정 2의 정규화된 코사인 투-웨이브 파동이 B2M2n = B2_A02_M2/A0_A01_M2에 의해 표기되면,

위의 식과 관련하여 합산 및 각각 차이 형성으로부터 다음 세트의 식 (14) 내지 식 (17)이 이어진다:

이들 식으로부터 다음의 사항이 명백하다. 제1 측정 및 제2 측정의 투-웨이브 파동의 합은 단지 제1 광학 구성요소(CO1)의 복굴절에 관한 정보만을 포함한다. 제2 광학 구성요소의 부분 및 측정 시스템으로부터 유래되는 시스템 부분은 대체로 소멸된다. 이는 제2 구성요소(CO2) 및 시스템 부분의 복굴절 기여가 제1 측정의 경우에 특정 부호를 갖는 측정 결과에 기여하는 반면, 그것들이 제1 및 제2 광학 구성요소 사이의 편광 상태의 90°회전을 포함한 제2 측정의 경우에 반대 부호를 갖는 측정 결과에 영향을 미쳐, 그것들이 합산 동안에 대체로 소멸되기 때문에 명확하게 이해될 수 있다.

반면에, 제1 측정 및 제2 측정의 투-웨이브 파동 사이의 차이는 단지 제1 구성요소(CO1) 및 측정 시스템의 복굴절 부분만을 포함한다. 이 또한 측정 결과에 대한 제1 구성요소(CO1) 및 전체 시스템 둘 모두의 기여가 제2 측정 중 90°편광 회전기(R3)의 도입에 의해 변화되지 않아 차이 형성 동안에 소멸되기 때문에 명확하다.

공식 및 식 (14) 내지 (17)이 대응하는 식 (4) 내지 (7)과 동일한 구조를 갖고, 두 광학 구성요소(CO1, CO2)가 별개의 쌍의 식을 생성하기 때문에, 복굴절 파라미터(복굴절의 절대값 및 배향)의 해답은 이미 설명된 바와 유사한 방식으로 찾아질 수 있다.

여기에서, 합산 동안에, 시스템 부분이 소멸되기 때문에(별개의 측정에 의해 쉽게 그리고 정확하게 결정될 수 있는, 분석기의 소광비 Tsp의 기여를 제외하고), 제1 광학 구성요소(CO1)의 부분이 시스템 부분의 이전 보정 없이 결정될 수 있는 것이 특별한 이점으로서 언급되어야 한다.

이 원리를 채용하여, 이제 두 측정 사이에서 검출기 유닛의 바로 상류의 편광 상태의 90°회전을 수행함으로써 전체 시스템[제1 광학 구성요소(CO1) 및 제2 광학 구성요소(CO2)]의 무보정 측정을 수행할 수 있는 것이(분석기의 소광비 Tsp의 기여를 제외하고) 또한 명백하다. 이 방식으로, 부가적인 구조체 없이 측정 시스템에서 직접 간접 보정을 수행할 수 있다.

실제로, 이는 검출기 유닛(DET)에 대해, 검출기 유닛 내로의 입사 전 측정 방사선을 위한 다른 90°편광 회전기를 도입할 수 있게 하는 상류 보조 광학 요소를 제공함으로써 달성될 수 있다. 간단함을 위해, 도 1은 선택적으로 관련 제어 장치(CR4)에 의해 측정 물체와 검출기 유닛 사이에서 측정 빔 경로 내로 도입되거나 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있는 90°편광 회전기(R4)(제3 편광 회전기)만을 도시한다. 제3 편광 회전기가 이것이 도입되거나 제거될 수 있게 하기 위해 교체가능한 방식으로 검출기 유닛을 위한 상류 보조 광학 요소 내로 도입되면, 상기 상류 보조 광학 요소를 사용하여 측정이 내내 이루어질 수 있거나, 또는 측정 시스템 부분을 보정할 목적으로만 상기 상류 보조 광학 요소를 측정 빔 경로 내로 도입할 수 있다.

다중구성요소 측정 물체의 작은 복굴절 기여의 측정-시스템-독립적 측정 - 즉, 1차까지 측정 시스템의 오차에 의존하지 않는 - 을 위한 측정 절차가 아래에서 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명된다. 이를 위해, 도 9 내지 도 11은 투과 방향으로 소정 거리를 두고 연이어 배치되는 두 광학 구성요소 또는 모듈(CO1, CO2)을 포함하는 측정 물체(MO)와, 여기에서 특별한 관심을 두고 있는 측정 시스템의 부품, 즉 검출기 유닛(DET), 선택적으로 측정 빔 경로 내로 도입되거나 그것으로부터 제거될 수 있는 90°편광 회전기(R4)를 구비하고 측정 물체와 검출기 유닛 사이에 설치되는 상류 보조 광학 요소(OP)와, 선택적으로 구성요소(CO1, CO2) 사이에 도입되거나 그것으로부터 제거될 수 있는 제2 편광 회전기(R3)를 개략적으로 도시한다.

도 9는 구성요소(CO1, CO2) 사이의 영역에 90°편광 회전기가 없는 그리고 상류 보조 광학 요소 내에 90°편광 회전기가 없는 제1 측정을 위한 측정 구성을 도시한다. 서로에 대해 등거리 회전 각도 거리(예를 들어 45°)를 두고 놓이는 선형 입력 편광의 2^N개의 상이한 입력 편광 상태가 λ/2 판의 도움으로 측정 광원과 측정 물체 사이에 설정된다.

도 10에 도시된 제2 측정 중, 90°편광 회전기(R3)가 제1 구성요소(CO1)와 제2 구성요소(CO2) 사이의 측정 빔 경로 내에 위치되는 반면, 상류 보조 광학 요소의 90°편광 회전기는 여전히 측정 빔 경로로부터 후퇴되어 있다. 이 경우에서도, 제1 측정에 대응하는 다수의 입력 편광 상태가 설정되고, 각각의 편광 상태에 대해 측정 신호가 결정된다.

도 10에 도시되고 단지 장치 보정만을 위해, 즉 측정 시스템을 보정하기 위해 사용되는 제3 측정 중, 제2 편광 회전기(R3)는 측정 빔 경로 밖에 있는 반면, 제3 90°편광 회전기(R4)는 측정 빔 경로 내에서 상류 보조 광학 요소 내에 배치된다.

제1 구성요소(CO1) 내의 복굴절 분포(CO1db, CO1a)는 제1 측정 및 제2 측정으로부터 합산에 의해 얻어진다. 이에 대해 다음의 식 (18) 및 식 (19)가 적용된다:

위쪽 식 (18)의 좌변이 A12에 의해 표기되고 아래쪽 식 (19)의 좌변이 B12에 의해 표기되면, 해답은 PRdb = CO1db, PRa = CO1a, A = A12 및 B = B12을 같게 함으로써 식 (6) 내지 식 (7)(위 참조)로부터 직접 도출될 수 있다.

측정 시스템 부분, 즉 측정 장치의 부분은 제1 측정 M1 및 제3 측정 M3으로부터 차이 형성에 의해 얻어지며, 여기에서 다음의 식 (20) 내지 (21)과 정의 (22) 및 (23)이 적용된다:

제2 광학 구성요소(CO2) 내의 복굴절 분포가 또한 다음의 식 (24), 식 (25)에 따라, 방금 결정된 측정 장치 부분의 차감 후 제1 측정 M1과 제2 측정 M2 사이의 차이의 형성으로부터 얻어진다:

장치 부분 A23nG 및 B23nG의 차감 후 다음의 식이 적용된다(식 (26) 및 식 (27)):

이들 식 (26) 내지 식 (27)은 위의 것과 유사한 형태를 보이며, 따라서 CO2db, CO2a와 관련하여 풀릴 수 있다.

제1 식 (26)의 좌변이 A12_에 의해 표기되고, 제2 식 (27)의 좌변이 B13_에 의해 표기되면, 해답은 A = 13_ 및 B = B13_를 같게 함으로써 식 (6) 및 식 (7)로부터 직접 도출될 수 있다.

제1 광학 구성요소(CO1) 및 검출기 유닛 둘 모두가 단지 복굴절 파라미터의 하나의 오프셋만을 유발하기 때문에, 단지 측정 필드의 중심에서만 모든 3개의 측정이 요구된다.

측정될 필드 내의 모든 다른 필드점(field point)의 경우, 제2 구성요소(CO2)의 복굴절 분포는 필드 중심으로부터의 제1 측정 M1 및 제3 측정 M3의 결과와 함께 제2 측정 M2로부터 결정된다.

마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 장치의 구성요소 및 하위시스템 내의 복굴절의 측정과 관련하여 다른 예시적인 실시예 및 응용이 아래에서 설명된다.

도 12는, 반도체 구성요소 및 다른 미세 구조화된 구성요소의 제조에 사용될 수 있고 몇 분의 일 마이크로미터에 이르기까지 분해능을 얻기 위해 심자외선(DUV) 범위로부터의 광 또는 전자기 방사선으로 작동하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(WSC)의 일례를 도시한다. 대략 193 nm의 작동 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저가 일차 광원(LS)의 역할을 하며, 이때 상기 레이저의 선형 편광된 레이저 빔은 조명 시스템(ILL)의 광축(AX)에 대해 동축으로 조명 시스템 내에 결합된다. 다른 UV 레이저 방사선원, 예를 들어 157 nm의 작동 파장을 갖는 F₂ 레이저, 또는 248 nm의 작동 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저도 마찬가지로 가능하다.

광원(LS)으로부터의 편광된 광은 우선 예를 들어 간섭성의 감소 및 빔 단면의 확대를 위한 역할을 하는 빔 확대기(EXP) 내로 입사된다. 확대된 레이저 빔은, 디수의 광학 구성요소 및 군을 포함하고 조명 시스템(ILL)의 하류 동공 형성 표면(PFS) 내에, 때때로 이차 광원 또는 "조명 동공(illumination pupil)"으로도 지칭되는 규정된 국소적 (2차원) 조명 세기 분포를 생성하도록 설계되는 동공 형성 유닛(PF) 내로 입사된다. 동공 형성 표면(PFS)은 조명 시스템의 동공 표면이다.

동공 형성 유닛(PF)은 동공 형성 유닛의 구동에 따라 상이한 국소적 조명 세기 분포(즉, 상이하게 구조화된 이차 광원)가 설정될 수 있도록 가변 방식으로 설정될 수 있다. 원형 조명 동공의 다양한 조명, 즉 중심에 위치된 원형 조명 점을 갖는 종래의 세팅 CON, 쌍극 조명 DIP 또는 사극 조명 QUAD가 도 12에 예시적으로 개략적으로 도시된다.

광학 래스터(raster) 요소(FDE)가 동공 형성 표면(PFS)에 바로 근접하여 배치된다. 상기 래스터 요소의 하류에 배치되는 커플링-인(coupling-in) 광학 요소(INC)가 광을 레티클(reticle)/마스킹 시스템(MA)이 내부에 배치되는, 조절가능한 필드 스톱(field stop)의 역할을 하는 중간 필드 평면(IFP)으로 전달한다. 필드-규정(field-defining) 요소로도 지칭되는 광학 래스터 요소(FDE)는 회절 또는 굴절 광학 요소의 2차원 배열을 갖고, 후자가 중간 필드 평면(IFP)의 영역에서 하류 커플링-인 광학 요소(INC)를 통과한 후 직사각형 조명 필드를 조명하도록 입사 방사선을 형상화한다. 방사선은 FDE가 필드 형상화 및 균질화 요소의 역할을 하도록 부분 빔 다발의 중첩에 의해 부가적으로 균질화된다.

하류 이미지 형성 대물렌즈(OBJ)(REMA 대물렌즈로도 불리움)는 필드 스톱(MA)과 함께 중간 필드 평면(IFP)을 예를 들어 2:1 내지 1:5일 수 있고 이 실시예에서는 대략 1:1인 스케일로 레티클(M)(마스크, 리소그래피 오리지널) 상으로 이미지 형성한다.

레이저(LS)로부터 광을 수광하고 이 광으로부터, 레티클(M) 상으로 지향되는조명 방사선을 형성하는 광학 구성요소는 투영 노광 장치의 조명 시스템(ILL)에 속한다.

레티클 상에 배치되는 패턴이 투영 대물렌즈(PO)의 물체 평면(OS) 내에 놓이고 스캐닝 구동장치의 도움으로 광축(AX)(z-방향)에 수직하게 스캐닝 방향(y-방향)으로 스캐너 작동을 위해 상기 평면 내에서 이동될 수 있도록 레티클(M)을 유지하고 조작하기 위한 장치(RS)가 조명 시스템의 하류에 배치된다.

레티클 평면(OS)의 하류에는, 축소 대물렌즈로서의 역할을 하고 마스크(M) 상에 배치된 패턴의 이미지를 축소 스케일로, 예를 들어 1:4 또는 1:5의 스케일로 웨이퍼(W) 상으로 이미지 형성하는 투영 대물렌즈(PO)가 배치되며, 이때 상기 웨이퍼는 포토레지스트 층으로 코팅되고, 상기 웨이퍼의 감광 표면은 투영 대물렌즈(PO)의 이미지 평면(IS) 내에 놓인다. 굴절, 반사 굴절 또는 반사 투영 대물렌즈가 가능하다. 다른 축소 스케일, 예를 들어 1:20 또는 1:200까지의 보다 큰 축소가 가능하다.

이 예의 경우에 반도체 웨이퍼(W)인 노광될 기판은 웨이퍼를 레이클(R)과 동시에 광축에 수직하게 이동시키기 위해 스캐너 구동장치를 포함하는 장치(WS)에 의해 유지된다. 투영 대물렌즈(PO)(예컨대, 중간 이미지가 없거나 중간 이미지가 있는, 폴딩되거나 폴딩되지 않은 굴절, 반사 굴절 또는 반사)의 설계에 따라, 이들 움직임은 서로 평행하게 또는 서로 역평행하게 달성될 수 있다. "웨이퍼 스테이지"로도 지칭되는 장치(WS), 및 "레티클 스테이지"로도 지칭되는 장치(RS)는 스캐닝 제어 장치에 의해 제어되는 스캐너 장치의 일부이다.

동공 형성 표면(PFS)은 가장 근접한 하류 동공 표면(P')에 대해 그리고 투영 대물렌즈(PO)의 이미지측 동공 표면(PS)에 대해 광학적으로 결합되는 위치에 또는 그 부근에 놓인다. 결과적으로, 투영 대물렌즈의 동공(PS) 내의 공간(국소) 광 분포는 조명 시스템의 동공 형성 표면(PFS) 내의 공간 광 분포(공간 분포)에 의해 결정된다. 각각의 동공 표면에 대해 푸리에-변환된 표면인 필드 표면이 각각의 경우에 광학 빔 경로 내에서 동공 표면(PFS, P', PS) 사이에 놓인다. 이는 특히 동공 형성 표면(PFS) 내의 조명 세기의 규정된 공간 분포가 하류 필드 표면(IFS)의 영역에서 조명 방사선의 특정 각도 분포를 생성하고, 이는 레티클(M)에 입사하는 조명 방사선의 특정 각도 분포에 대응함을 의미한다.

동공 형성 유닛(PF)의 일 실시예의 구성요소가 도 13a, 도 13b 및 도 13c에 개략적으로 도시된다. 입사하는, 확대된 레이저 방사선 다발(LB)이 평면 편향 거울(M1)에 의해 플라이 아이즈 콘덴서(fly eyes condenser)(플라이 아이즈 렌즈)(FEL)의 방향으로 편향되며, 이 플라이 아이즈 콘덴서는 도달하는 방사선 다발을 부분 조명 빔 다발로 분해하며, 이 부분 조명 빔 다발은 이어서 푸리에 광학 시스템(FOS)을 통해 렌즈 어레이(LA) 상으로, 즉 렌즈 시스템의 2차원 어레이 배열 상으로 전달된다. 렌즈 어레이(LA)는 부분 조명 빔 다발(PB)을 도 13b 및 도 13c에 또한 도시되는 다중-거울 배열(LMD)(다중-거울 어레이, MMA)의 개별적으로 구동가능한 거울 요소 상으로 집중시킨다. 여기에서 다중-거울 배열은 광 변조 장치에 입사하는 방사선 다발의 각도 분포를 제어가능하게 변화시키기 위한 반사 광 변조 장치로서 작동되고, 그 개별 거울(MM)의 작동에 의해, 다중-거울 배열의 도움으로 규정될 수 있고 동공 형성 표면(PFS) 내에 세기 분포를 형성하기 위해 이 동공 표면 내에 중첩되는 조명 각도 분포를 제공한다. 공통 지지 요소(SUP)에 설치되는, 다중-거울 배열의 개별 거울(MM)은 입사하는 부분 조명 빔 다발(PB)의 전파 각도를 변화시키기 위해 하나 이상의 축을 중심으로 경사질 수 있다. 개별 거울(MM)로부터 나오는 부분 조명 빔 다발은 확산 스크린(ST)을 통과하고, 하류 콘덴서 광학 요소(COND)에 의해 동공 형성 표면(PFS) 내로 이미지 형성된다. 렌즈 어레이(LA) 및/또는 마이크로거울 배열(LMD)은 본질적으로 본 출원인 명의의 US 2007/0165202 A1에 기재된 방식으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여 상기 특허 출원의 개시는 본 명세서의 내용에 참고로 포함된다. 투과 광 변조 장치도 또한 가능하다.

이러한 투영 노광 장치의 구성요소를 제조할 때 한가지 과제는 예를 들어, 개별 요소의 교환 또는 조절을 통해, 전체 배열의 복굴절 기여가 미리 결정된 허용량을 초과하지 않는 효과를 달성할 수 있게 하기 위해, 조명 동공을 형성하도록 제공되는 조립체(PF, FDE)의 복굴절과 하류 커플링-인 군(INC)의 복굴절을 별개로 결정하는 것에 있을 수 있다. 이를 위해, 측정될 광학 구성요소가 또한 투영 노광 장치의 작동 중 사용되는 배열 내의 상기 측정될 광학 구성요소는 복굴절 측정 시스템의 측정 물체 홀더 내에 설치되고, 이 구성으로 측정된다. 이 경우에, 동공 형성 유닛(PF) 및 필드-규정 요소(FDE)의 조합은 제1 광학 구성요소(CO1)를 형성하고, 그 하류에 소정 거리를 두고 배치되는 커플링-인 군은 제2 광학 구성요소(CO2)를 형성한다(도 1 참조). 시험 셋업의 광원(LS)은 측정 시스템의 광원의 역할을 한다. 측정 시스템은 또한 빔 확대기(EXP)와 동공 형성 유닛(PF) 사이의 빔 경로 내로 도입되는, 그리고 조명 시스템의 광축을 중심으로 회전가능하도록 장착되는, 반 파장판 형태의 제1 편광 회전기(R1)를 포함한다. 또한, 전환 장치의 도움으로, 선택적으로 제1 광학 구성요소(CO1)와 제2 광학 구성요소(CO2) 사이의 빔 경로 내로 도입되거나 이 위치 밖으로 이동될 수 있는 제2 90°편광 회전기(R3)가 제공된다. 측정 배열의 경우에, 측정 시스템의 검출기 유닛(DET)은 핀홀(PH), 즉 검출기 유닛의 입사 개구가 커플링-인 군에 이은 중간 필드 평면(IFS) 내에 위치된다. 위에 더욱 상세히 설명된 보정을 위해, 선택적으로 제2 광학 구성요소(CO2)와 검출기 유닛(DET)의 입구 사이의 영역에서 측정 빔 경로 내로 도입되거나 상기 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있는, 제3 90°편광 회전기(R4)가 또한 제공될 수 있다. 측정 셋업은 본질적으로 도 1과 관련하여 설명된 바와 같을 수 있으며, 이때 제1 광학 구성요소(CO1)는 동공 형성 유닛 및 필드-규정 요소의 조합에 의해 형성되고, 제2 광학 구성요소(CO2)는 커플링-인 군에 의해 형성된다.

이미 언급된 바와 같이, 검출기 유닛은 높은 각도 분해능으로 각도 분해 편광 측정을 가능하게 한다. 또한, 동공 형성 표면 내의 세기의 공간 분포는 푸리에 렌즈 군으로서의 역할을 하는 커플링-인 군에 의해, 검출기 유닛의 핀홀(PH)이 내부에 위치되는 중간 필드 평면 내의 대응하는 각도 분포로 전이된다. 그 결과, 측정 셋업의 도움으로 동공-분해 복굴절 측정이 수행될 수 있다. 이 점에서, 전술된 다양한 측정 방법의 설명이 참조된다.

또한, 검출기 유닛을 검출기 유닛의 입사 표면이 레티클 평면(OS) 내에 위치되도록 이미지 형성 대물렌즈(OBJ)의 하류에 배치할 수 있다. 이 경우에, 이미지 형성 대물렌즈(OBJ)의 복굴절 기여가 또한 측정에 영향을 미치고, 선택적으로 삽입가능한 90°편광 회전기의 대응하는 위치설정에 의해 다른 구성요소의 기여와는 별개로 결정될 수 있다.

측정 시스템의 실시예는 또한 작동 준비된 조립된 투영 노광 장치의 복굴절을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 측정 시스템이 투영 노광 장치 내에 통합된다. 마찬가지로 도 12를 참조하여 설명된 예시적인 실시예는 핀홀을 구비한 검출기 유닛의 입사면이 투영 대물렌즈의 이미지 평면 내에 위치되고 상기 평면 내의 상이한 필드점을 측정하기 위해 투영 대물렌즈의 광축에 수직하게 변위될 수 있도록 투영 대물렌즈의 이미지 평면의 영역에, 노광될 웨이퍼 대신에 배치될 수 있는 검출기 유닛(DET)을 구비한다. 이 일체형 측정 시스템의 도움으로, 이제 예를 들어 투영 노광 장치의 작동 중 레티클[마스크(M)]의 복굴절을 계측하여 검출할 수 있다. 레티클의 복굴절이 공정을 위해 미리 결정된 상한을 초과하지 않는 것을 보장하기 위해, 그리고/또는 레티클의 복굴절의 영향을 대응하는 보상 메커니즘에 의해 보상하도록 복굴절 분포에 대한 데이터베이스를 얻기 위해, 예를 들어 각각의 경우 레티클 교체 후 대응하는 측정이 수행될 수 있다.

원칙적으로, 투영 노광 장치 내에 설치된 레티클의 복굴절의 측정은 도 8 내지 도 11과 관련하여 설명된 절차와 유사하게 수행될 수 있다. 이 경우에, 그 복굴절에 대하여 측정될 레티클은 제2 구성요소(CO2)에 대응한다. 이 방법을 위해, 투영 노광 장치는 선택적으로 90°편광 회전기를 삽입하거나 빔 경로로부터 제거하기 위한 2개의 전환 장치를 구비한다. 제1 전환 장치는 제1 90°편광 회전기를 조명 시스템의 출력부와 레티클 사이의 공간(A) 내에 삽입하도록 설계된다. 제2 전환 장치는 선택적으로 제2 90°편광 회전기를 레티클과 투영 대물렌즈 사이의 공간(B) 내에 삽입하도록 설계된다. 또한, 조명 시스템은 선택적으로 조명 빔 경로 내에 삽입될 수 있는, 그리고 이 삽입된 위치에서, 측정을 위한 입력 편광 상태를 설정하기 위해 조명 시스템의 광축을 중심으로 회전될 수 있는 λ/2 판[도 1의 회전가능한 λ/2 판(R1)에 대응함]을 포함한다.

검출기 유닛은 또한 이것이 동공을 측정하기보다는 필드를 직접 측정하도록 레티클의 복굴절의 측정을 위해 변경될 수 있다. 이를 위해, 그것은 레티클 필드의 광 분포가 센서 영역(예컨대, CCD 칩)에 입사하도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 센서 영역은 예컨대 측정될 레티클이 내부에 배치되는, 투영 대물렌즈의 물체 평면에 대해 광학적으로 결합되는, 투영 대물렌즈의 이미지 평면 내에 배치될 수 있다. 큰 표면을 갖는 레티클이 이 방식으로 스캔될 수 있고, 이에 의해 측정 시간이 개별 필드점의 스캐닝에 의한 측정에 비해 단축될 수 있다.

레티클의 복굴절 측정을 위해, 실제로 단지 광축에 바로 근접하여서만 동공 형성 표면(PFS) 내에 조명 세기가 존재하도록, 우선 조명 시스템의 동공 형성 유닛(PF)이 극히 낮은 간섭도를 갖는 종래의 조명 세팅이 존재하도록 설정된다. 여기에서 간섭도 σ는 하류 투영 대물렌즈의 입력측 개구수에 대한 조명 시스템의 출력측 개구수의 비율로 정의된다. σ 값은 예컨대 0.2 미만 또는 0.15 미만 또는 0.1 또는 0.1 미만일 수 있다. 해당되는 경우, 동공 형성 표면(PFS) 내의 광축 상에 위치된 단일의, 준(quasi) 포인트-타입 이차 광원을 얻기 위해 핀홀 다이아프램이 또한 삽입될 수 있다. 최대 가능한 정도까지 시준되는 측정 광으로 구성된 측정 빔이 이 방식으로 생성되며, 이때 상기 측정 빔은 레티클 상으로 지향된다. 레티클에 대한 실질적으로 수직의 광 입사를 갖는 시준된 빔은 레티클에서 입력 편광 상태의 정확한 설정을 허용하는데, 왜냐하면 방사선이 실제로 전적으로 광축에 평행하게 설정하기 위해 사용되는 편광-광학 구성요소를 통과하여, 결과적으로 단지 아주 적은 각도 부하 및 이와 관련된 지연 오차만이 존재하기 때문이다.

아래에 설명되는 측정 각각에 대해, 선형 편광의 상이한 배향에 대응하는 적어도 4개의 상이한 입력 편광 상태가 조명 시스템 내의 λ/2 판의 회전에 의해 생성된다.

제1 측정은 조명 시스템과 레티클 사이의 영역(A)에 90°편광기 없이 그리고 레티클과 투영 대물렌즈 사이에(영역 B) 90°편광 회전기 없이 수행된다. 2^N개의 상이한 선형 입력 편광 상태가 조명 시스템 내의 λ/2 판의 도움으로 설정된다.

제2 측정의 경우, 제1 90°편광 회전기는 조명 시스템과 레티클 사이의(영역 A) 측정 빔 경로 내에 삽입되는 반면, 레티클과 투영 대물렌즈 사이의 영역 B를 위해 제공되는 제2 90°편광 회전기는 여전히 측정 빔 경로로부터 후퇴되어 있다. 이 구성에서도, 제1 측정에 대응하는 다수의 입력 편광 상태가 설정되고, 각각의 편광 상태에 대해 측정 신호가 결정된다.

제3 측정의 경우, 제1 편광 회전기는 조명 시스템과 레티클 사이의 공간 A로부터 제거되고, 제2 90°편광 회전기는 레티클과 투영 대물렌즈 사이의 공간 B 내에 삽입된다. 이 구성에서도, 또 다시 제1 측정에 대응하는 다수의 입력 편광 상태가 설정되고, 각각의 편광 상태에 대해 측정 신호가 결정된다.

도 8 내지 도 11과 관련한 설명과 유사하게, λ/2 판의 하류에 놓인 조명 시스템의 구성요소[거기의 제1 구성요소(CO1)에 대응함] 내의 복굴절 분포는 제1 측정 및 제2 측정으로부터 합산에 의해 얻어진다. 측정 시스템 부분, 즉 본 경우에 투영 대물렌즈(PO)를 또한 포함하는 측정 시스템의 부분은 제1 측정 및 제3 측정으로부터 차이 형성에 의해 얻어진다.

마지막으로, 레티클 내의 복굴절 분포는 방금 결정된 시스템 부분(측정 장치 및 투영 대물렌즈)의 차감 후 제1 측정과 제2 측정 사이의 차이의 형성으로부터 얻어진다.

측정 방법의 측정 정확도는 사용되는 측정 광의 세기 변동에 의해 감손될 수 있다. 측정 시스템의 맥락에서 관리가능한 기술적 비용으로 실현될 수 있는, 에너지 기준을 검출하기 위한, 따라서 그러한 세기 변동 효과를 보정하기 위한 가능성이 아래에서 설명된다. 이와 관련하여, 투영 노광 장치의 조명 시스템의 구성요소의 동공-분해 편광 측정의 예는 특히 유익하다. 도 12 및 도 13과 관련하여 설명된 유형의 조명 시스템에서, 일차 광원으로부터의 레이저 광은 다중-거울 어레이(MMA)에 입사하며, 이 다중-거울 어레이의 개별 거울은 각각 다른 개별 거울에 독립적으로 작은 각도 범위로 이동가능하므로, 개별 거울의 각도 위치의 조합을 통해, 반사된 방사선의 요구되는 각도 분포 및 따라서 요구되는 공간 분포를 조명 시스템의 동공 평면 내에 설정할 수 있다.

이 측정 중 한가지 문제는 다중-거울 어레이의 거울 상의 세기 분포가 개별 레이저 펄스의 시간 스케일로 그리고 수개의 마이크로거울의 길이 스케일로 변동할 수 있다는 것이다. 이 변동은 예컨대 ±10%의 범위에 놓일 수 있다. 이러한 공간 분해 광 변조 장치에서, 개별 요소(마이크로거울)는 단지 동공의 작은 부분만을 조명하기 때문에, 다중-거울 어레이에서 세기 변동은 동공 평면 내의 위치-의존적 세기 변동으로 직접 전이된다.

세기 변동은 실질적으로 빔 공급의 혼합 효과와 함께 레이저 프로파일 및 레이저 각도의 변동에 기인하고, 본질적으로 간섭성 레이저 방사선의 자기-간섭(self-interference)에 기인한다. 도 14는 각각 상이한 시점 t1 및 t2에 존재하는 2개의 상이한 국소 세기 분포 I1 및 I2에 기초하여 위치 X에 대한 동공 표면 내의 상대 세기 I의 의존성을 예시적으로 도시한다.

따라서, 동공-분해 편광 측정의 경우 다음의 문제가 발생한다. 조명 시스템의 각도-의존적 편광 특성(또는 동공에 걸친 편광의 분포)의 측정은 각도 분해 검출기에 의한 필드 평면(예를 들어 레티클 평면 또는 중간 필드 평면) 내의 방사선의 세기 측정이다. 동공에 걸친 세기 분포가 동공 내의 공간 분해 측정 중 변화되면, 이는 세기 변동이 적절히 모니터되지 않고 편광 측정의 평가에 고려되지 않으면 측정 정확도의 감소를 초래하는 측정의 외란을 의미한다.

측정 광원에 의해 방출되는 측정 광의 세기에 비례하는 기준 세기 신호의 시간-의존적 검출을 수행함으로써, 그리고 정규화된 편광 측정 신호를 결정하기 위해 기준 세기 신호에 대한 편광 측정 신호의 정규화를 사용함으로써 에너지 기준이 생성될 수 있다.

에너지 기준설정의 한가지 변형예의 일반적인 원리가 도 15를 참조하여 설명된다. 이 변형예의 한가지 본질적인 태양은 광원으로부터의 세기-변동 광을 복굴절성 요소 또는 빔 분할을 위한 어떤 다른 장치의 도움으로 서로 수직하게 편광되는 2개의 부분 빔으로 분할하되, 이 2개의 부분 빔이 상이한 위치에서 동일한 감광 센서(예컨대, CCD 칩)에 동시에 입사하고 편광 측정 중 함께 기록되도록 분할하는 것에 있다. 측정 배열은 바람직하게는 2개의 직교 편광된 부분 빔이 개재 시스템을 통해 분할 위치와 센서 입사 위치 사이의 편광-광학적 및/또는 기하학적 유사 경로를 가로지르도록 구성되어야 한다. 이들 조건 하에서, 부분 빔은 이것들이 여전히 서로에 대해 대략 직교 편광된 방식으로 검출기 유닛 내에 도달하도록, 시스템 내의 가능한 편광-영향 요소로 인해 대략 동일한 편광 변화를 겪는다. 이들 가정 하에서, 센서 영역 상의 두 신호의 합은 각각의 시점에서의 광원의 총 에너지에 비례하고, 따라서 기준 에너지 신호로서 사용될 수 있다.

이 점에서, 도 15a는 시간 t에 걸쳐 세기 변동, 즉 도 15b에 따른 상대 세기 I의 변동을 가질 광원(LS)을 도시한다. 광원의 하류의 빔 경로에는, 후속 복굴절성 요소(SP)의 하류에서 정상 광선(O) 및 이상 광선(AO) 둘 모두가 평가에 적합한 소정량의 광 에너지를 운반하도록 복굴절성 요소(SP)의 상류에 방사선의 편광을 설정하기 위해, 지연기(RET), 예를 들어 작은 지연 판 또는 편광기 또는 편광소멸기(depolarizer)가 배치된다. 이 방식으로 분할된 측정 방사선은 이어서 측정 물체(MO)를 통과하며, 이는 편광의 변화를 유발할 수 있다. 측정 물체를 통한 두 부분 빔의 경로가 유사하기 때문에, 둘 모두는 실질적으로 동일한 상대 편광 변화를 겪는다. 측정 물체는 예를 들어 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 이러한 조명 시스템의 개별 모듈 또는 조명 시스템이나 어떤 다른 광학 시스템의 개별 요소일 수 있다. 측정 물체를 통과한 후, 두 부분 빔은 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 방식으로 회전가능한 λ/4 지연 판(R2) 및 빔 분할기 입방체로서 구현된 편광 빔 분할기(BS)와 영역 센서(SENS)로 구성될 수 있는 검출기 유닛(DET)에 도달한다.

부분 빔은 서로 바로 옆에서 센서 영역에 입사되고, 이 경우에 제1 조명점 또는 점(SP1)(예컨대, 정상 광선에 대한) 및 제2 조명점 또는 점(SP2)(예컨대, 이상 광선에 대한)을 형성한다. 도 15c는 측정 시간 내의 상이한 시점에 대한 점 내의 상대 세기를 도시한다. 이 경우에, 제1 점 및 제2 점의 세기의 합은 도 15c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 도 15b에 따른 레이저 에너지 변동에 실질적으로 비례한다. 따라서, 합산 신호는 편광 측정 신호의 정규화를 위한 에너지 기준으로서 사용될 수 있다.

이 특정 유형의 에너지 기준설정의 기능적 원리가 다음과 같이 예시적으로 설명될 수 있다. 분할에 의해 생성된 부분 빔의 2개의 상호 직교 편광 상태는 합해진 때 비편광된 광을 생성한다. 검출기 유닛이 비편광된 광에 응하여 지연 판의 회전 위치에 무관하게, 레이저 에너지에 비례하는 일정한 신호를 산출하기 때문에, 두 부분 빔 세기의 합은 평가 소프트웨어의 영역에서 일관되지 않은 합으로 인해, 광원의 세기(아마도 변동하는)에 실질적으로 비례하는 신호를 생성한다.

측정 물체의 좌표계에 대한 복굴절성 요소(SP)의 배향이 알려져 있으면, 또한 제1 점(SP1) 및 제2 점(SP2)의 두 세기의 비율로부터 각각 정상 및 이상 광선의 편광의 방향으로 편광 부분을 추론할 수 있다. 이 정보가 부가적으로 지연 판(R2)의 회전 위치와 결부되면, 방사선의 비편광된 및 편광된 부분이 또한 상이한 회전 위치에서의 세기의 비율로부터 각각 추론될 수 있다.

원칙적으로, 광원과 복굴절성 요소 사이에 배치된 지연 요소(RET)(예컨대, λ/4 판)와 빔 분할 역할을 하는 복굴절성 요소(SP)의 조합이 또 다시 광원으로부터 나오는 방사선의 편광 분포를 측정하도록 사용될 수 있는 편광 측정 시스템이다. 공간 지정과 조합하여, 편광 분포의 제한된 공간 분해 측정이 가능하다. 이러한 시스템은 예컨대 투영 노광 장치의 조명 시스템과 레이저 광원 사이에 배치되는 빔 전달 시스템의 편광-광학적 특성을 검출하도록 사용될 수 있다.

도 12 및 도 13과 함께 도 16을 참조하여, 그 동공 형성 유닛 내에 다중-거울 어레이(MMA)를 구비하는 조명 시스템의 구성요소의 측정에서 그러한 에너지 기준설정의 가능한 구현에 대한 설명이 제공될 것이다. 이 점에서, 도 16은 도 13a에 개략적으로 도시된 동공 형성 유닛으로부터의 발췌도를 도시한다. 시스템의 이 부분은 다중-거울 어레이(MMA) 및 포커싱 렌즈로서, 확대된 레이저 빔을 부분 빔(PB)으로 분해하는 역할을 하는 상류 렌즈 어레이(FOC)를 포함하며, 이 부분 빔은 이어서 거울 배열(MMA)의 개별 거울에 입사된다. 복굴절성 요소(SP)가 포커싱 어레이와 거울 어레이 사이의 빔 경로 내로 도입된다. 포커싱 어레이에 입사하는 빔의 편광은 복굴절성 요소(SP)의 광학 결정 축(OA)의 배향을 고려하여, 포커싱 어레이에 의해 생성되는 부분 빔이 각각의 경우 서로 수직하게 편광되는 부분 빔(PB1, PB2)으로 분할되도록 지연 요소(RET)에 의해 설정된다. 측정을 위해, 각각의 경우 두 인접 개별 거울(MM1, MM2)가 이어서 직교 편광을 갖는 두 부분 빔(PB1, PB2)이 각각 동공 형성 표면(PFS) 내에 서로 바로 옆에 이미지 형성되도록 설정된다. 쌍으로 합해진 때, 이들 부분 빔의 세기는 레이저(LS)의 세기 변동에 관한 구하고자 하는 정보를 산출한다. 이 경우에, 평가는 유리하게는 각각의 경우 직교 편광을 갖는 바로 인접하여 입사하는 부분 빔의 합이 형성되도록 수행되는데, 왜냐하면 이것들은 실질적으로 동일한 광로를 가로지르고 또한 실질적으로 동일한 세기 변동을 겪기 때문이다.

포커싱 어레이(FOC)의 개별 렌즈 또는 개별 광 채널의 수가 보통 다중-거울 어레이(MMA)의 개별 거울의 수에 대응하기 때문에, 각각 광 채널의 방사선을 개별 거울 상으로 집중시키기 위해, 단지 마이크로렌즈가 하나씩 걸러 편광 측정에 사용되도록 도달하는 빔을 분할하는 래스터 다이아프램을 포커싱 어레이의 상류에 사용하여 측정하는 방안이 준비된다.

측정은 측정 시스템의 검출기 유닛(DET)의 입사면이 레티클 평면(작동 중 투영 대물렌즈의 물체 평면과 동일한, 조명 시스템의 출사면) 내에 배치되는 것에 의해, 이미 작동 준비된 조립된 조명 시스템에 수행될 수 있다. 측정은 이어서 이미 설명된 방식으로 수행될 수 있다.

에너지 기준설정을 위해 제공되는, 측정 빔을 서로 수직하게 편광되는 두 부분 빔으로 분할하는 것은 상이한 빔 분할 장치의 도움으로 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 복굴절성 요소 대신에 편광 빔 분할기가 또한 사용될 수 있다. 또한, 부분 빔으로의 분할이 측정 물체의 상류의 빔 경로 내에서 또는 측정 물체 내에서 수행되는 것이 필수적인 것은 아니다. 오히려, 직교 편광된 부분 빔으로의 분할은 또한 측정 물체 통과 후, 특히 또한 검출기 유닛 내에서 수행될 수 있다. 이 점에 있어서의 몇몇 예가 도 17 및 도 18과 함께 아래에서 설명된다.

도 17a는 광학 요소, 구성요소 또는 시스템의 복굴절을 측정하도록 사용될 수 있는 편광 측정 시스템을 위한 검출기 유닛(DET)의 개략도를 도시한다. 검출기 유닛의 기본 구성요소, 특히 입사 개구[핀홀(PH)]를 구비한 마스크(M), 렌즈(L), 회전가능한 지연 요소(RT), 편광 빔 분할기(BS)(분석기) 및 센서(SENS)는 도 1의 실시예의 대응하게 명명된 구성요소에 대응하며, 이러한 이유로 그에 관한 설명이 참조된다.

또한, 빔 분할기 표면으로부터 반사된 방사선이 먼저 나오는 빔 분할기(BS) 측에, λ/4 판(R6) 및 고 반사성 평면 거울(PM1)이 배치되고, 이 평면 거울의 거울 표면은 검출기 유닛의 광축에 수직하며, 이때 상기 광축은 빔 분할기 표면(BSS)에서 폴딩된다. 빔 분할기의 반대 측에, 다른 λ/4 지연 판(R7)이 제공되고, 다른 고 반사성 평면 거울(PM2)이 제공되며, 이 평면 거울의 평탄한 거울 표면은 다른 평면 거울(PM1)의 평탄한 거울 표면에 대해 또는 광축에 대해 센서의 방향으로 약간 경사진다.

이 배열에서, 편광 빔 분할기(BS)는 서로 수직하게 편광되는, 그리고 서로 바로 옆에서 센서(SENS)의 센서 영역에 입사하는 두 부분 빔을 생성하는 빔 분할 요소로서의 역할을 한다. 이 경우에, 기능은 다음과 같다. 첫째, 렌즈(L)에 의해 시준된 측정 빔이 빔 분할기(BS) 내로 입사되고, 빔 분할기 표면(BSS)에 의해, 센서(SENS)로 통과하는, p-편광(빔 분할기 표면상의 입사면에 평행한 편광 방향)을 갖는 부분 빔과, 빔 분할기 표면에 의해 반사되는, s-편광된 부분 빔으로 분할된다. 반사된 부분 빔은 편광 빔 분할기로부터 제1 평면 거울(PM1)의 방향으로 출사되고, λ/4 판에 의해 원형 편광을 획득한 다음에, 평면 거울에서 반사되며, λ/4 판을 통한 반복된 통과 후, 따라서 λ/2의 총 지연 후, 90°만큼 회전된 편광 방향을 가져, 그 결과 그것은 이제 빔 분할기 표면에 대해 p-편광된다. 다시 빔 분할기 내로 입사하는 p-편광된 빔은 이어서 빔 분할기 표면으로부터 반대측으로 투과되고, 반대측에서 빔 분할기로부터 출사된다. λ/4 판(R7)을 통한 통과 후, 이제 원형 편광된 빔은 경사 평면 거울(PM2)에서 반사되되, 이 반사된 빔이 입사 빔에 대해 센서의 방향으로 약간 경사지도록 반사된다. λ/4 판(R7)을 통한 반복된 통과 후, 이어서 s-편광이 존재하여, 빔이 이어서 빔 분할기 표면으로부터 센서 영역의 방향으로 반사된다. 상기 거울 상으로 지향되는 빔의 입사 방향에 대한 평면 거울(PM2)의 경사 각도는 다수의 반사에 의해 센서로 지향되는 부분 빔이 직접 투과되는 부분 빔에 대해 이것과 나란히 측방향으로 편위되는 방식으로 센서 영역에 입사하도록 치수지어진다.

이 배열의 경우에, 편광-선택성 빔 분할 후 부분 빔이 상이한 기하학적 경로를 이동하지만(하나의 부분 빔은 센서로 직접 투과되고 다른 하나의 부분 빔은 평탄한 거울 표면에서 여러 번 반사됨), 빔 경로는 여러 번 반사된 부분 빔이 직접 투과된 부분 빔에 대해 전체적으로 단지 정확히 하나의 파장의 위상 지연만을 겪는 한 동일하거나 편광-광학적으로 동등하다.

도 17a의 개략도의 발전 형태에서, 서로에 대해 측방향으로 편위된 방식으로 센서(SENS)에 입사하는 부분 빔이 중첩되기보다는 중첩없이 서로 나란히 편위되는 방식으로 입사하도록, 조명 시스템을 통한 측정 빔의 빔 직경을 설정하는 것이 가능하다. 이를 위해, 예를 들어, 조명 시스템에 의해, 단지 하나의 극만이 광축에 대해 편심되어 위치되는 크게 언더필된(underfilled) 조명 동공을 생성하는 것이 가능하다. 이어서 도 17b에 개략적으로 도시된 바와 같은 상황이 센서(SENS)의 센서 영역에 확립될 수 있다. 이 도면은 직접 통과하는 부분 빔에 의해 형성되는 제1 점(SP1)을 좌측에, 그리고 여러 번 반사된 부분 빔에 의해 형성되는 제2 점(SP2)을 우측에 도시한다.

대응하는 방식으로, 조명 시스템의 측정 중, 측정 빔은 다중-거울 어레이(MMA)의 도움으로, 조명 동공의 보다 미세한 래스터링에 따라 보다 많은 수의 부분 빔으로 분해될 수 있고, 이 부분 빔은 이어서 검출기 유닛 내로 입사되어, 서로 바로 옆에 놓이는 보다 미세한 래스터의 점(SP1, SP2)을 센서(SENS) 상에 형성하며, 이때 각각의 경우 하나의 점은 s-편광을 갖는 부분 빔으로부터 유래되고, 다른 하나의 점(SP2)은 그에 대해 직교 편광을 갖는 부분 빔으로부터 유래된다. 평가 중, 바람직하게는 서로 바로 옆에 놓인 점(SP1, SP2)의 세기가 각각의 경우 에너지 기준설정을 위해 평가된다.

도 18은 복굴절성 빔 분할 요소(SP)가 센서 영역(SENS)의 상류에 배치되는 검출기 유닛(DET)의 일부를 도시한다. 복굴절성 요소(SP)는 좌측에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 요소의 광학 결정 축의 대응하는 배향이 주어지면, 센서로 지향되는 방사선을 서로 수직하게 편광되는 부분 빔으로 분할한다. 마이크로렌즈 어레이(ML)가 복굴절성 요소와 센서 사이에 설치되고, 통과하는 빔을 다수의 조명된 마이크로렌즈에 대응하는 다수의 부분 빔으로 분할하며, 부분 빔 각각에 대해 서로 수직하게 편광되는 부분 빔의 두 부분에 대한 점을 센서 영역 상에 형성한다. 이 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이(ML)는 측정될 측정 물체에서 다중-거울 어레이 없이도 측정이 가능하도록 동공의 래스터링 기능을 수행할 수 있다.

결과적으로, 몇몇 예시적인 실시예에 기초하여, 본 명세서에서는 서로에 대해 직교 편광되는 두 부분 빔으로의 측정 빔의 빔 분할이 두 부분 빔이 인접 위치에서 측정 시스템의 - 공간 분해 방식으로 작용하는 - 센서에 입사되도록 달성되는 광학 시스템에 의한 편광 분포의 변화의 공간 분해 측정을 위한 방법에 관한 설명이 제공되었다.

Claims (43)

1. 광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법으로서,
   규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔을 생성하는 단계로서, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되고, 입력 편광 상태는 측정 빔이 측정 물체 내로 입사하기 직전의 측정 빔의 편광 상태인 단계;
   측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 특성을 검출하는 단계;
   측정 물체의 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 편광 측정 값을 평가하는 단계
   를 포함하는 측정 방법에 있어서,
   측정 빔의 입력 편광 상태를 각도 파라미터 α의 주기 변조 함수에 따라 적어도 4개의 상이한 측정 상태로 변조시키는 단계;
   적어도 4개의 측정 상태와 관련되는 편광 측정 값을 각도 파라미터 α에 의존하는 측정 함수를 형성하도록 처리하는 단계;
   측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계;
   적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하기 위해 투-웨이브 부분을 분석하는 단계
   를 특징으로 하는 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 측정 함수의 이중 푸리에 변환을 포함하는 측정 방법.
3. 제2항에 있어서, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 제1 푸리에 계수 A0(α) 및 A2(α)를 결정하기 위해 측정 함수의 제1 푸리에 변환을 포함하며, 여기에서 a0(α)는 측정 함수의 비-주기적 부분의 평균값을 나타내는 오프셋 항이고, A2(α)는 측정 함수의 투-웨이브 부분의 진폭에 비례하는 제1 투-웨이브 파동 계수이며, 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하는 단계는 제2 푸리에 계수 A0_A01(α), A2_A02(α) 및 B2_A02(α)를 결정하기 위해 각도 파라미터 α에 대한 제1 푸리에 계수 A0(α) 및 A2(α)의 제2 푸리에 변환을 더 포함하며, 여기에서 A0_A01(α)는 오프셋 항 A0(α)의 비-주기적 부분의 평균값을 나타내는 오프셋 항이고, A2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분이며, B2_A02(α)는 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분인 측정 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 상태와 관련되는 측정 함수의 입력 파라미터 α는 서로에 대해 등거리인 측정 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 입력 편광 상태를 변조시키는 단계는,
   전기장의 진동 벡터에 평행하게 배향되는 편광 방향을 갖는 선형 편광된 측정 빔을 생성하는 단계로서, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되는 단계;
   서로에 대해 미리 결정가능한 회전 각도 거리를 두고 놓이는 적어도 4개의 측정 배향으로 측정 빔의 편광 방향을 회전시킴으로써 적어도 4개의 측정 상태를 생성하는 단계로서, 측정 배향 각각은 측정 상태에 대응하는 단계
   를 포함하는 측정 방법.
6. 제5항에 있어서, 서로에 대해 등거리 회전 각도 거리를 두고 놓이는, N ≥ 2인 2^N개의 측정 배향이 설정되고, 바람직하게는 4, 8, 16, 32 또는 64개의 측정 배향이 설정되는 측정 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   측정 시스템의 구성요소에 기인하는, 복굴절 파라미터의 시스템 부분의 결정이,
   분석될 출력 편광 상태가 입력 편광 상태에 대응하는 방식으로 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 없는 상태에서 측정을 수행하는 단계;
   정규화된 총 측정 신호를 결정하기 위해서 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 있는 상태에서의 측정을 위해 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분 A2_A02(α) 및 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분 B2_A02(α)를 오프셋 항 A0_A01(α)로 정규화시키는 단계;
   총 측정 신호의 정규화된 시스템 부분을 결정하기 위해서 측정 빔 경로 내에 측정 물체가 없는 상태에서의 측정을 위해 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 사인 부분 A2_A02(α) 및 제1 투-웨이브 파동 계수 A2(α)의 투-웨이브 파동의 코사인 부분 B2_A02(α)를 오프셋 항 A0_A01(α)로 정규화시키는 단계;
   정규화된 총 측정 신호로부터 정규화된 시스템 부분을 차감하는 단계
   로 수행되는 측정 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 제1 측정을 수행하는 단계;
   제2 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 제2 측정을 수행하는 단계로서, 제2 측정 중, 편광 회전기를 측정 빔 내로 도입함으로써, 또는 제1 측정 중 측정 빔의 대응하는 편광 상태에 대해 편광 회전 섹션에서 측정 빔으로부터 편광 회전기를 제거함으로써, 측정 빔의 편광 상태가 제1 측정의 측정 빔의 편광 상태에 대해 90°만큼 회전되는 단계;
   제1 복굴절 파라미터 및 제2 복굴절 파라미터를 공동으로 평가하는 단계
   를 포함하는 측정 방법.
9. 제8항에 있어서, 공동 평가는 제1 측정 및 제2 측정의 측정 함수의 투-웨이브 부분 사이의 합을 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 공동 평가는 제1 및 제2 측정의 측정 함수의 투-웨이브 부분 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법.
11. 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서, 편광 회전 섹션은 측정 시스템의 검출기측 구성요소와 측정 물체 사이에 위치되는 측정 방법.
12. 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서, 측정 물체는 투과 방향으로 연이어 배치되는 복수의 광학 구성요소를 포함하고, 편광 회전 섹션은 측정 물체의 제1 광학 구성요소와 제2 광학 구성요소 사이에 놓이는 측정 방법.
13. 제12항에 있어서, 제1 광학 구성요소 및 제2 광학 구성요소는 이것들이 광학 구성요소를 포함하는 광학 시스템의 환경에서 사용되는 상대 구성으로 배치되는 측정 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 광의 편광 상태를 90°만큼 회전시키기 위해,
    광학 활성 재료로 구성되는 판;
    투과 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 결정학적 <110> 방향을 갖는 고유 복굴절성 결정 재료로 구성되는 판;
    서로에 대해 45°로 배향되는 2개의 저차 반 파장판으로서, 서로에 대해 회전되는 반 파장판의 광학 결정 축은 투과 방향에 실질적으로 수직하는 2개의 저차 반 파장판
    인 구성요소들을 구비하는 군으로부터 선택되는 90°편광 회전기가 사용되는 측정 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 광원에 의해 방출되는 측정 광의 세기에 비례하는 기준 세기 신호의 시간-의존적 검출 단계; 및
    정규화된 편광 측정 신호를 결정하기 위해 편광 측정 신호를 기준 세기 신호로 정규화시키는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
16. 제15항에 있어서,
    측정 빔을 제1 세기를 갖는 선형 편광된 제1 부분 빔 및 제2 세기를 갖는 제2 부분 빔으로 분할하는 단계로서, 상기 제2 부분 빔은 제1 부분 빔에 수직하게 선형 편광되는 단계;
    제1 세기에 비례하는 제1 세기 신호 및 제2 세기에 비례하는 제2 세기 신호를 생성하기 위해 제1 부분 빔 및 제2 부분 빔을 편광-광학적으로 실질적으로 동일한 빔 경로를 따라 세기 센서의 센서 영역의 공간적으로 별개의 제1 및 제2 센서 구역 상으로 안내하는 단계; 및
    제1 세기 신호 및 제2 세기 신호를 조합 신호를 형성하도록 처리하는 단계
    를 더 포함하는 측정 방법.
17. 제16항에 있어서, 제1 세기 신호 및 제2 세기 신호의 합을 사용하여 세기 기준 신호가 형성되는 측정 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 조합 신호의 형성은 제1 세기 신호와 제2 세기 신호 사이의 비율을 사용하여 수행되는 측정 방법.
19. 제16항, 제17항 또는 제18항에 있어서, 측정 빔은 복굴절성 요소에 의해 서로 수직하게 편광되는 두 부분 빔으로 분할되는 측정 방법.
20. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 빔은 편광-선택적으로 작용하는 편광 빔 분할기의 도움으로 서로 수직하게 편광되는 두 부분 빔으로 분할되는 측정 방법.
21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 빔은 광 전파 방향으로 측정 물체의 상류에서 분할되는 측정 방법.
22. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 빔은 광 전파 방향으로 측정 물체의 하류에서 분할되는 측정 방법.
23. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 빔은 검출기 유닛의 입사 표면과 검출기 유닛의 센서 영역 사이에서 검출기 유닛 내에서 분할되는 측정 방법.
24. 광학 측정 물체(MO)의 복굴절을 측정하기 위한 측정 시스템으로서,
    규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔을 생성하기 위한 빔 생성 유닛(BG)으로서, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되는, 빔 생성 유닛(BG);
    측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 물체(MO)와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 특성을 검출하기 위한 검출기 유닛(DET);
    측정 물체의 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 편광 측정 값을 평가하기 위한 평가 유닛(EU)
    을 포함하는 측정 시스템에 있어서,
    빔 생성 유닛(BG)은 측정 빔의 입력 편광 상태를 각도 파라미터 α의 주기 변조 함수에 따라 적어도 4개의 상이한 측정 상태로 변조시키기 위해 설계되고;
    평가 유닛(EU)은 측정 함수의 투-웨이브 부분을 결정하기 위해, 그리고 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 도출하도록 투-웨이브 부분을 분석하기 위해, 적어도 4개의 측정 상태와 관련되는 편광 측정 값을 각도 파라미터 α에 의존하는 측정 함수를 형성하도록 처리하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
25. 제24항에 있어서, 빔 생성 유닛(BG)은 선형 편광된 광을 생성하기 위한 광원(LS)과 측정 물체(MO) 사이에, 측정 빔의 편광 방향을 제어가능하게 회전시키기 위한 제1 편광 회전기(R1)를 구비하는 측정 시스템.
26. 제25항에 있어서, 제1 편광 회전기(R1)는 제1 제어 장치(CR1)의 도움으로 측정 시스템의 광축을 중심으로 회전될 수 있는 반 파장판을 구비하는 측정 시스템.
27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 광의 편광 상태를 90°만큼 회전시키기 위한 90°편광 회전기로서 설계되는, 그리고 제2 제어 장치(R3)의 도움으로 선택적으로 측정 빔 경로 내로 도입되거나 측정 빔 경로로부터 제거될 수 있는 제2 편광 회전기(R3)를 포함하는 측정 시스템.
28. 제27항에 있어서, 제2 편광 회전기(R3)는 이것이 선택적으로 복수의 광학 구성요소를 구비하는 측정 물체(MO)의 제1 광학 구성요소(CO1)와 제2 광학 구성요소(CO2) 사이에 도입되거나 광학 구성요소 사이의 영역으로부터 제거될 수 있는 방식으로 측정 물체 홀딩 장치(MH)의 영역에 배치되는 측정 시스템.
29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 광의 편광 상태를 90°만큼 회전시키기 위한 90°편광 회전기로서 설계되는, 그리고 할당된 제3 제어 장치(CR4)의 도움으로 선택적으로 측정 물체(MO)와 검출기 유닛(DET) 사이의 측정 빔 경로 내로 도입되거나 이 영역으로부터 제거될 수 있는 제3 편광 회전기(R4)를 포함하는 측정 시스템.
30. 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 90°편광 회전기는,
    광학 활성 재료로 구성되는 판;
    투과 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 결정학적 <110> 방향을 갖는 고유 복굴절성 결정 재료로 구성되는 판;
    서로에 대해 45°로 배향되는 2개의 저차 반 파장판으로서, 서로에 대해 회전되는 반 파장판의 광학 결정 축은 투과 방향에 실질적으로 수직하는 2개의 저차 반 파장판
    인 구성요소들을 구비하는 군으로부터 선택되는 측정 시스템.
31. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 유닛(DET)은 측정 시스템의 광축에 수직하게 평면 내에서 미리 결정된 위치로 변위될 수 있는 입사 개구(PH)를 구비하는 측정 시스템.
32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 유닛(DET)은 편광 상태의 각도 분해 측정을 위해 설계되는 측정 시스템.
33. 투영 대물렌즈의 물체 표면의 영역에 배치되는 마스크의 패턴의 적어도 하나의 이미지와 투영 대물렌즈의 이미지 표면의 영역에 배치되는 방사선-민감성 기판의 노광을 위한 투영 노광 장치로서,
    일차 광을 방출시키기 위한 일차 광원(LS);
    일차 광을 수광하기 위한 그리고 마스크(R) 상으로 지향되는 조명 빔을 생성하기 위한 조명 시스템(ILL);
    투영 대물렌즈의 이미지 표면(IS)의 영역에 패턴의 이미지를 생성하기 위한 투영 대물렌즈(PO); 및
    투영 대물렌즈(PO)의 이미지 표면(IS)과 일차 광원(LS) 사이에 배치되는 광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 시스템
    을 포함하고,
    상기 측정 시스템은,
    규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔을 생성하기 위한 빔 생성 유닛으로서, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되는, 빔 생성 유닛;
    측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 특성을 검출하기 위한 검출기 유닛(DET);
    측정 물체의 복굴절을 나타내는 적어도 하나의 복굴절 파라미터를 결정하기 위해 편광 측정 값을 평가하기 위한 평가 유닛
    을 구비하는 투영 노광 장치.
34. 제33항에 있어서, 투영 노광 장치의 일차 광원(LS)은 측정 물체 상으로 지향되는 측정 빔을 생성하기 위한 빔 생성 유닛의 일부인 투영 노광 장치.
35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 검출기 유닛(DET)은 입사 개구(PH)를 구비한 검출기 유닛의 입사면이 투영 대물렌즈의 이미지 표면(IS) 내에 또는 그에 대해 광학적으로 결합된 표면 내에 위치되는 방식으로 투영 대물렌즈(PO)의 이미지 평면의 영역에, 노광될 기판(W) 대신에 위치될 수 있는 투영 노광 장치.
36. 제35항에 있어서, 입사 개구는 이미지 표면 내의 상이한 필드점을 측정하기 위해 투영 대물렌즈의 광축에 수직하게 변위될 수 있는 투영 노광 장치.
37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 유닛은 입사 개구를 구비한 검출기 유닛의 입사면이 투영 대물렌즈의 물체 표면 내에 또는 그에 대해 광학적으로 결합된 표면 내에 위치되는 방식으로 투영 물체의 물체 표면의 영역에, 마스크 대신에 위치될 수 있는 투영 노광 장치.
38. 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 시스템은 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 측정 방법을 수행하기 위해 구성되는 투영 노광 장치.
39. 레티클의 복굴절을 측정하기 위한 측정 방법으로서,
    레티클을 투영 대물렌즈의 물체 표면의 영역에서 투영 노광 장치의 투영 대물렌즈와 조명 시스템 사이의 설치 위치에 배치하는 단계;
    광학 측정 물체의 복굴절을 측정하기 위한 측정 시스템에 의해 설치 위치에서 레티클의 복굴절을 측정하는 단계로서, 상기 측정 시스템은 투영 장치 내에 통합되는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
40. 제39항에 있어서, 측정은 레티클 교체 후, 교체에 의해 도입되는 레티클을 사용하여 수행되는 노광 전에 수행되는 측정 방법.
41. 제39항 또는 제40항에 있어서, 측정 방법은 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따라 수행되고, 레티클은 측정 물체의 역할을 하는 측정 방법.
42. 광학 측정 물체의 적어도 하나의 편광 특성을 측정하기 위한 측정 방법으로서,
    측정 광원의 도움으로 규정된 입력 편광 상태를 갖는 측정 빔을 생성하는 단계로서, 상기 측정 빔은 측정 물체 상으로 지향되는 단계;
    측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 출력 편광 상태를 나타내는 편광 측정 값을 생성하기 위해 측정 물체와의 상호작용 후 측정 빔의 편광 특성을 검출하는 단계;
    광학 측정 물체의 편광 특성을 나타내는 적어도 하나의 편광 파라미터를 결정하기 위해 편광 측정 값을 평가하는 단계;
    측정 광원에 의해 방출되는 측정 광의 세기에 비례하는 기준 세기 신호의 시간-의존적 검출 단계; 및
    정규화된 편광 측정 신호를 결정하기 위해 편광 측정 신호를 기준 세기 신호로 정규화시키는 단계
    를 포함하는 측정 방법에 있어서,
    측정 빔을 제1 세기를 갖는 선형 편광된 제1 부분 빔 및 제2 세기를 갖는 제2 부분 빔으로 분할하는 단계로서, 상기 제2 부분 빔은 제1 부분 빔에 수직하게 선형 편광되는 단계;
    제1 세기에 비례하는 제1 세기 신호 및 제2 세기에 비례하는 제2 세기 신호를 생성하기 위해 제1 부분 빔 및 제2 부분 빔을 편광-광학적으로 실질적으로 동일한 빔 경로를 따라 세기 센서의 센서 영역의 공간적으로 별개의 제1 및 제2 센서 구역 상으로 안내하는 단계; 및
    제1 세기 신호 및 제2 세기 신호를 조합 신호를 형성하도록 처리하는 단계
    를 특징으로 하는 측정 방법.
43. 제42항에 있어서, 제1 세기 신호 및 제2 세기 신호의 합을 사용하여 세기 기준 신호가 형성되는 측정 방법.

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