(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学測定対象物の複屈折を測定する測定法であって、
規定の入力偏光状態を有する測定ビームを発生させるステップであって、該測定ビームは、前記光学測定対象物に指向させ、前記入力偏光状態は、前記測定ビームが前記測定対象物に入射する直前の前記測定ビームの偏光状態である、ステップと、
前記測定対象物との相互作用後の前記測定ビームの出力偏光状態を表す偏光測定値を生成するために、前記測定対象物との相互作用後の前記測定ビームの偏光特性を検出するステップと、
前記測定対象物の複屈折を表す少なくとも１つの複屈折パラメータを求めるために、前記偏光測定値を評価するステップと
を含む、測定法において、
前記測定ビームの前記入力偏光状態を角度パラメータαの周期変調関数に従って少なくとも４つの異なる測定状態に変調するステップと、
前記少なくとも４つの測定状態に関連する前記偏光測定値を処理して前記角度パラメータαに応じた測定関数を形成するステップと、
前記測定関数の２波部分を求めるステップと、
前記少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するために前記２波部分を解析するステップと、
を特徴とする、測定法。
【請求項２】
請求項１に記載の測定法において、前記測定関数の前記２波部分を求めるステップは、前記測定関数の二重フーリエ変換を含む、測定法。
【請求項３】
請求項２に記載の測定法において、前記測定関数の前記２波部分を求めるステップは、第１のフーリエ係数Ａ０（α）及びＡ２（α）を求めるための、前記測定関数の第１のフーリエ変換を含み、ここで、Ａ０（α）は、前記測定関数の非周期部分の平均値を記述するオフセット項であり、Ａ２（α）は、前記測定関数の前記２波部分の振幅に比例する第１の２波波形係数であり、前記測定関数の前記２波部分を求めるステップは、第２のフーリエ係数Ａ０＿Ａ０１（α）、Ａ２＿Ａ０２（α）、及びＢ２＿Ａ０２（α）を求めるための、前記角度パラメータαに関する前記第１のフーリエ係数Ａ０（α）及びＡ２（α）の第２のフーリエ変換をさらに含み、ここで、Ａ０＿Ａ０１（α）は、前記オフセット項Ａ０（α）の非周期部分の平均値を記述するオフセット項であり、Ａ２＿Ａ０２（α）は、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の正弦部分であり、Ｂ２＿Ａ０２（α）は、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の余弦部分である、測定法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定状態に関連する前記測定関数の入力パラメータαは、互いに等距離にある、測定法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定法において、前記入力偏光状態を変調するステップは、
電場の振動ベクトルと平行な向きの偏光方向を有する直線偏光測定ビームを発生させるステップであり、前記測定ビームを前記測定対象物に指向させる、ステップと、
前記測定ビームの前記偏光方向を、互いに対して予め決定可能な回転角度距離にある少なくとも４つの測定向きに回転させることにより、前記少なくとも４つの測定状態を発生させるステップであり、前記測定向きのそれぞれは前記測定状態に対応する、ステップと、
を含む、測定法。
【請求項６】
請求項５に記載の測定法において、Ｎ≧２として、互いに対して等距離の回転角度距離にある２Ｎ個の測定向きを設定し、好ましくは４個、８個、１６個、３２個、又は６４個、の測定向きを設定する、測定法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定システムのコンポーネントに起因する前記複屈折パラメータのシステム部分を、
解析すべき前記出力偏光状態が前記入力偏光状態に対応するように前記測定ビーム経路内に前記測定対象物がない状態で測定を実行するステップと、
正規化総測定信号を求めるために、前記測定ビーム経路内に前記測定対象物がある状態での測定に関して、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の前記２波波形の前記正弦部分Ａ２＿Ａ０２（α）と、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の前記２波波形の前記余弦部分Ｂ２＿Ａ０２（α）とを前記オフセット項Ａ０＿Ａ０１（α）に正規化するステップと、
前記総測定信号の正規化システム部分を求めるために、前記測定ビーム経路内に前記測定対象物がない状態での測定に関して、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の前記２波波形の前記正弦部分Ａ２＿Ａ０２（α）と、前記第１の２波波形係数Ａ２（α）の前記２波波形の前記余弦部分Ｂ２＿Ａ０２（α）とを前記オフセット項Ａ０＿Ａ０１（α）に正規化するステップと、
前記正規化システム部分を前記正規化総測定信号から減算するステップと、
で求める、測定法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定法において、
第１の複屈折パラメータを求めるために第１の測定を実行するステップと、
第２の複屈折パラメータを求めるために第２の測定を実行するステップであり、前記第１の測定中の前記測定ビームの対応する偏光状態に対して、偏光回転子を前記測定ビームに導入することにより、又は偏光回転セクションにおける前記測定ビームから前記偏光回転子を除去することにより、前記第１の測定の前記測定ビームの前記偏光状態に対して、前記第２の測定中に前記測定ビームの前記偏光状態を９０°回転させる、ステップと、
前記第１の複屈折パラメータ及び前記第２の複屈折パラメータを合同評価するステップと、
を含む、測定法。
【請求項９】
請求項８に記載の測定法において、前記合同評価は、前記第１の測定及び前記第２の測定の前記測定関数の前記２波部分間の和を求めることを含む、測定法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の測定法において、前記合同評価は、前記第１の測定及び前記第２の測定の測定関数の前記２波部分間の差を求めることを含む、測定法。
【請求項１１】
請求項８、９、又は１０に記載の測定法において、前記偏光回転セクションは、前記測定対象物と前記測定システムの検出器側コンポーネントとの間に位置付ける、測定法。
【請求項１２】
請求項８、９、又は１０に記載の測定法において、前記測定対象物は、透過方向に互いに前後して配置した複数の光学コンポーネントを収容し、前記偏光回転セクションは、前記測定対象物の第１の光学コンポーネントと第２の光学コンポーネントとの間にある、測定法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の測定法において、前記第１の光学コンポーネント及び前記第２の光学コンポーネントは、該光学コンポーネントを収容する光学系に関連して利用する相対的構成に配置する、測定法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定光の前記偏光状態を９０°回転させるために、
光学活性材料からなる板と、
結晶＜１１０＞方向が前記透過方向と実質的に平行に向いた固有複屈折結晶材料からなる板と、
互いに対して４５°に向き、互いに対して回転させた結晶光軸が前記透過方向に対して実質的に垂直な、２つの低次半波長板と、
を有する群から選択した９０°偏光回転子を用いる、測定法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の測定法において、
測定光源が放出する前記測定光の強度に比例する基準強度信号の時間依存的検出を行うステップと、
正規化偏光測定信号を求めるために偏光測定信号を前記基準強度信号に正規化するステップと、
を含む、測定法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の測定法において、
前記測定ビームを第１の強度を有する直線偏光した第１の部分ビーム及び第２の強度を有する第２の部分ビームに分割するステップであり、前記第２の部分ビームは前記第１の部分ビームに対して垂直に直線偏光する、ステップと、
前記第１の強度に比例する第１の強度信号及び前記第２の強度に比例する第２の強度信号を発生させるために、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームを、偏光光学的に実質的に同一のビーム経路に沿って、強度センサのセンサエリアの空間的に別個の第１のセンサ区域及び第２のセンサ区域に案内するステップと、
前記第１の強度信号及び前記第２の強度信号を処理して合成信号を形成するステップと、
をさらに含む、測定法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の測定法において、前記第１の強度信号及び前記第２の強度信号の和を用いて、強度基準信号を形成する、測定法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の測定法において、前記合成信号の形成は、前記第１の強度信号と前記第２の強度信号との比を用いて実行する、測定法。
【請求項１９】
請求項１６、１７、又は１８に記載の測定法において、前記測定ビームは、複屈折素子により互いに対して垂直に偏光した２つの部分ビームに分割する、測定法。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定ビームは、偏光選択的に作用する偏光ビームスプリッタを用いて、互いに対して垂直に偏光した２つの部分ビームに分割する、測定法。
【請求項２１】
請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定ビームは、光伝播方向で前記測定対象物の上流において分割する、測定法。
【請求項２２】
請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定ビームは、光伝播方向で前記測定対象物の下流において分割する、測定法。
【請求項２３】
請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の測定法において、前記測定ビームは、検出器ユニット内において前記検出器ユニットの入射面と前記検出器ユニットのセンサエリアとの間で分割する、測定法。
【請求項２４】
光学測定対象物（ＭＯ）の複屈折を測定する測定システムであって、
規定の入力偏光状態を有する測定ビームを発生させるビーム発生ユニット（ＧＢ）であり、前記測定ビームは前記測定対象物に指向させる、ビーム発生ユニット（ＧＢ）と、
前記測定ビームの出力偏光状態を表す偏光測定値を生成するために、前記測定対象物（ＭＯ）との相互作用後の前記測定ビームの偏光特性を検出する検出器ユニット（ＤＥＴ）と、
前記測定対象物の複屈折を表す少なくとも１つの複屈折パラメータを求めるために、前記偏光測定値を評価する評価ユニット（ＥＵ）と、
を備える、測定システムにおいて、
前記ビーム発生ユニット（ＧＢ）は、前記測定ビームの前記入力偏光状態を角度パラメータαの周期変調関数に従って少なくとも４つの異なる測定状態に変調するよう設計し、
前記評価ユニット（ＥＵ）は、前記測定関数の２波部分を求めるために、また前記少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するように前記２波部分を解析するために、前記少なくとも４つの測定状態に関連する前記偏光測定値を処理して前記角度パラメータαに応じた測定関数を形成するよう構成した、
ことを特徴とする、測定システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の測定システムにおいて、前記ビーム発生ユニット（ＢＧ）は、直線偏光を発生させる光源（ＬＳ）と前記測定対象物（ＭＯ）との間に、前記測定ビームの偏光方向を制御可能に回転させる第１の偏光回転子（Ｒ１）を有する、測定システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の測定システムにおいて、前記偏光回転子（Ｒ１）は、第１の制御デバイス（ＣＲ１）を用いて前記測定システムの光軸を中心に回転させることができる半波長板を有する、測定システム。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、前記測定光の前記偏光状態を９０°回転させる９０°偏光回転子として設計し、第２の制御デバイス（Ｒ３）を用いて随意に前記測定ビーム経路に導入するか又は該測定ビーム経路から除去することができる、第２の偏光回転子（Ｒ３）を備える、測定システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の測定システムにおいて、前記第２の偏光回転子（Ｒ３）は、随意に複数の光学コンポーネントを有する測定対象物（ＭＯ）の第１の光学コンポーネント（ＣＯ１）と第２の光学コンポーネント（ＣＯ２）との間に導入するか又は該光学コンポーネント間の領域から除去することができるように、測定対象物保持デバイス（ＭＨ）の領域に配置する、測定システム。
【請求項２９】
請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、前記測定光の前記偏光状態を９０°回転させる９０°偏光回転子として設計し、割り当てられた第３の制御デバイス（Ｒ４）を用いて随意に前記測定対象物（ＭＯ）と前記検出器ユニット（ＤＥＴ）との間の前記測定ビーム経路に導入するか又はこの領域から除去することができる、第３の偏光回転子（Ｒ４）を備える、測定システム。
【請求項３０】
請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、前記９０°偏光回転子は、
光学活性材料からなる板と、
結晶＜１１０＞方向が前記透過方向と実質的に平行に向いた固有複屈折結晶材料からなる板と、
互いに対して４５°に向き、互いに対して回転させた結晶光軸が前記透過方向に対して実質的に垂直な、２つの低次半波長板と、
を有する群から選択した、測定システム。
【請求項３１】
請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、前記検出器ユニット（ＤＥＴ）は、該測定システムの光軸に対して垂直な平面内で所定の位置に変位させることができる入射開口（ＰＨ）を有する、測定システム。
【請求項３２】
請求項２４〜３１のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、前記検出器ユニット（ＤＥＴ）は、前記偏光状態の角度分解測定用に設計した、測定システム。
【請求項３３】
投影対物レンズの物体表面の領域に配置したマスクのパターンの少なくとも１つの像での、前記投影対物レンズの像表面の領域に配置した放射線感受性基板の露光用の投影露光装置において、
一次光を放出する一次光源（ＬＳ）と、
前記一次光を受けて前記マスク（Ｒ）に指向させた照明ビームを発生させる照明系（ＩＬＬ）と、
前記投影対物レンズの前記像表面（ＩＳ）の領域で前記パターンの像を生成する投影対物レンズ（ＰＯ）と、
前記一次光源（ＬＳ）と前記投影対物レンズ（ＰＯ）の前記像表面（ＩＳ）との間に配置した光学測定対象物の複屈折を測定する測定システムと、
を備え、該測定システムは、
規定の入力偏光状態を有する測定ビームを発生させるビーム発生ユニットであり、前記測定ビームは前記測定対象物に指向させる、ビーム発生ユニットと、
前記測定ビームの出力偏光状態を表す偏光測定値を生成するために、前記測定対象物（ＭＯ）との相互作用後の前記測定ビームの偏光特性を検出する検出器ユニット（ＤＥＴ）と、
前記測定対象物の複屈折を表す少なくとも１つの複屈折パラメータを求めるために、前記偏光測定値を評価する評価ユニットと、
を有し、
前記ビーム発生ユニット（ＧＢ）は、前記測定ビームの前記入力偏光状態を角度パラメータαの周期変調関数に従って少なくとも４つの異なる測定状態に変調するよう設計し、
前記評価ユニット（ＥＵ）は、前記測定関数の２波部分を求めるために、また前記少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するように前記２波部分を解析するために、前記少なくとも４つの測定状態に関連する前記偏光測定値を処理して前記角度パラメータαに応じた測定関数を形成するよう構成した、
ことを特徴とする、投影露光装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の投影露光装置において、該投影露光装置の前記一次光源（ＬＳ）は、前記測定対象物に指向させる測定ビームを発生させる前記ビーム発生ユニットの一部である、投影露光装置。
【請求項３５】
請求項３３又は３４に記載の投影露光装置において、前記検出器ユニット（ＤＥＴ）は、被露光基板（Ｗ）の代わりに、入射開口（ＰＨ）を有する前記検出器ユニットの入射平面を前記投影対物レンズ（ＰＯ）の前記像表面（ＩＳ）又はそれに対して光学的に共役な表面に位置付けるように前記投影対物レンズの前記像平面の領域に位置決めすることができる、投影露光装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の投影露光装置において、前記入射開口は、前記像表面内の種々の視野点を測定するために、前記投影対物レンズの光軸に対して垂直に変位させることができる、投影露光装置。
【請求項３７】
請求項３３〜３６のいずれか１項に記載の投影露光装置において、前記検出器ユニットは、マスクの代わりに、入射開口を有する前記検出器ユニットの入射平面を前記投影対物レンズの前記物体表面又はそれに対して光学的に共役な表面に位置付けるように前記投影対物レンズの前記物体表面の領域に位置決めすることができる、投影露光装置。
【請求項３８】
請求項３３〜３７のいずれか１項に記載の投影露光装置において、前記測定システムは、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の測定法を実行するよう構成した、投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定対象物の複屈折を測定する測定法、及び該測定法を実行するのに適した測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの気体、液体、及び無応力の非晶質固体、例えば光学ガラスにおいて、光速は、光の伝播方向及び偏光状態と無関係である。このような光学媒体は、光学等方性であると呼ぶ。これに対して、材料の光学特性が光の伝播方向に依存する場合、その材料は、光学異方性であると呼ぶ。多くの透明結晶質は、光学異方性である。こうした材料は、その結晶格子の対称性により、少なくとも１つの判別対称方向を有し、これを一般的に「結晶光軸（optical crystal axis）」と呼ぶ。
【０００３】
多くの光学異方性材料は、複屈折を示す。複屈折という用語は、入射光ビームを互いに対して垂直に直線偏光して光学異方性材料中で異なる方法で伝播する２つの部分ビームに分割する光学異方性材料の特性を指す。異方性材料の異なる光の伝播は、光の伝播方向及び偏光状態に対する光速の依存度により実質的に決まる。部分ビームの一方の伝播速度は伝播方向とは無関係である。この部分ビームを「常光線」と呼ぶ。これに対して、他方の部分ビームの伝播速度は方向依存性である。この部分ビームを異常光線と呼ぶ。種々の伝播速度には、それに対応して部分ビームごとに異なる材料の屈折率が関連付けられ、ｎｏが常光線の屈折率、ｎｅｏが異常光線の屈折率である。光学材料の結晶構造に基づく複屈折は、固有複屈折と呼ぶ。
【０００４】
光学等方性材料は、外的影響の結果として複屈折性になり得る。したがって、例として、電場が誘起する複屈折がカー効果で用いられる。固有複屈折材料の場合、複屈折特性は、外的影響により変化し得る。特に、機械的応力が複屈折を誘起する場合があり、これを応力複屈折（ＳＤＢ）と一般的に呼ぶ。応力複屈折は、例えば結晶材料を生成するプロセスから生じる内部応力により誘起され得る。さらに、応力複屈折は、例えば、マウントに光学コンポーネントを取り付ける過程で生じる外力により発生し得る。
【０００５】
複屈折は、光の偏光状態を規定の様式で変えるために、例えばλ／４板又はλ／２板等の位相差素子（リターダ）の生産で、又は他の偏光光学コンポーネントの生産で、所望の特性として用いられる。
【０００６】
他方で、多くの要件の厳しい用途では、例えばマイクロリソグラフィ、レーザ光学、又は天文学の分野では、光学コンポーネントの複屈折は、望ましくない誤差の原因として扱われ、光学コンポーネント又は光学系の光学特性に対する複屈折の影響を最小限に抑えるよう、且つ／又は少なくとも補償が可能なほど十分に正確にこれを把握するよう尽力されている。
【０００７】
複屈折の絶対値及び向きの両方に関する複屈折の程度の正確な知識が、複屈折の制御に必須である。したがって、複屈折を定量化するための正確な測定法が必要である。
【０００８】
測定精度と、比較的弱い複屈折作用さえも正確に判定する能力とに課される特に厳しい要件は、高集積半導体コンポーネント及び他の微細構造コンポーネントの生産で特に用いるマイクロリソグラフィ用の光学系の分野に存在する。マイクロリソグラフィを用いてさらに微細な構造を生産することを可能にするために、投影対物レンズの像側開口数をさらにより大きくし、特に深紫外域（ＤＵＶ）からのさらにより短い波長を用いている。２００ｎｍ未満の波長では、透明光学素子を生産するのに利用可能なほど十分に透明な材料は比較的僅かでしかない。こうした材料として主に、１９３ｎｍまで十分に透明な合成石英ガラス、及び１５７ｎｍ以下の波長でも十分に低い吸収性を依然として示す、例えば、フッ化カルシウム又はフッ化バリウム等のいくつかのフッ化物系結晶材料も挙げられる。フッ化カルシウムは、固有複屈折、すなわち材料の結晶構造に起因する複屈折を示し、これは、誘起される可能性のある応力複屈折に加えて、この材料からなる光学コンポーネントの偏光光学挙動に影響を及ぼし得る（例えば、特許文献１及び該特許文献に示す引用文献を参照）。
【０００９】
複屈折を示す各個別光学コンポーネントは、システムの偏光光学挙動に複雑に寄与し得る。特にマイクロリソグラフィの分野では、光学系全体の中で特定の機能を果たす光学モジュールを形成するように多くの場合に組み合わせられる多数の個別コンポーネントを有する、複雑な光学系を利用する。この場合、システム全体の複屈折特性と、システム全体の偏光光学挙動への個別コンポーネント又はモジュールの寄与との両方を、正確に把握することが概して望ましい。
【００１０】
複屈折を定量化するために、光学測定対象物の複屈折を測定する測定法及び測定システムを用い、この場合、光学測定対象物は、個別の光学コンポーネント又は複数の光学コンポーネントを備えるシステムであり得る。
【００１１】
ここで考慮中である複屈折を定量化するための測定法及び測定システムの場合、規定の入力偏光状態を有する測定ビームを発生させ、該測定ビームは、測定対象物に指向させ、入力偏光状態は、測定ビームが測定対象物に入る直前の測定ビームの偏光状態である。測定ビームと測定対象物との相互作用後に、測定ビームの出力偏光状態を表す偏光測定値を生成するために、測定ビームの偏光特性を検出し、出力偏光状態は、測定対象物との相互作用後の測定ビームの偏光状態である。
【００１２】
測定対象物の複屈折を表す少なくとも１つの複屈折パラメータを決定するために、偏向測定値を評価する。概して、複屈折の絶対値及び向きを求める。この場合、複屈折の絶対値は、材料中を異なる伝播速度で伝播する測定ビームの２つの部分ビーム間の、測定対象物が引き起こすリタデーションを表す。光路差とも呼ぶ２つの部分ビーム間のリタデーションは、ナノメートル単位で、又は測定ビームの波長λの数分の一単位で通常は指定する。したがって、例として、１９３ｎｍの測定波長におけるλ／４リターダは、１９３／４ｎｍの光路差を発生させる。
【００１３】
複屈折の向きは、複屈折材料の結晶光軸の向きにより規定される。例えば力の作用等の外的影響の結果として複屈折性になる光学等方性材料が関与する場合、複屈折の向きは、作用する力の方向になる。測定の目的で、複屈折の向きは、測定システムの規定の基準方向に対する角度指示で表すことができる。
【００１４】
精密測定は、入力偏光状態を可能な限り正確に設定すること及び出力偏光状態を可能な限り正確に決定することを前提とする。入力偏光状態を発生させるとき及び出力偏光状態を決定するときに生じる誤差は、測定誤差として測定に影響を及ぼす。したがって、これらの測定誤差の寄与は、評価において考慮に入れることができるように把握するか又は判定可能であるべきである。
【００１５】
例として、測定をセルナモン原理に従った偏光計又は楕円偏光計を用いて行う場合、最初に、偏光子を用いて直線偏光測定ビームを非偏光源からの光から生成し、上記測定ビームは測定対象物に入る。測定対象物内の複屈折は、概して、楕円偏光の出力偏光状態をもたらす。１／４波長板を用いて、直線偏光を楕円偏光から再度発生させ、光検出器の上流に配置した回転可能な検光子を用いてその偏光角度を求めることができる。
【００１６】
特許文献２及び特許文献３は、光弾性変調器（ＰＥＭ）を偏光の変調に用いてから偏光を被測定試料に放射する、複屈折を測定する方法を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第６，６９７，１９９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６９７，１５７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４７３，１８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の１つの目的は、小さな複屈折値の高精度測定を可能にする、複屈折を測定する測定法を提供することである。特に、測定法は、小さな複屈折値で０．５ｎｍ未満の測定精度を有することを意図する。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、入力偏光状態の発生過程及び出力偏光状態の評価過程で測定誤差を発生させる影響を比較的受け難い、複屈折を測定する測定法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、複数の光学コンポーネント又はコンポーネント群を有する光学測定対象物の測定により、測定対象物全体の複屈折に対する個別コンポーネント又はコンポーネント群の寄与を分離することを単純な方法で可能にする、複屈折を測定する測定法を提供することである。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、測定対象物の測定すべき複屈折パラメータと、測定システムのコンポーネントからの測定を損なわせる外乱変数との確実な分離を可能にする、光学測定対象物の複屈折を測定する測定法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
これら及び他の目的を達成するために、本発明は、請求項１の特徴を含む測定法を提供し、請求項２４の特徴を含む測定システムも提供する。有利な発展形態を従属請求項に明記する。全請求項の文言を参照により本明細書の内容に援用する。
【００２３】
この測定法では、測定ビームの入力偏光状態を、測定に対して入力偏光状態の少なくとも４つの異なる測定状態があるように角度パラメータαの周期偏光関数に従って変調する。少なくとも４つの測定状態に関連する偏光測定値を処理して、角度パラメータαに応じた測定関数を形成する。測定関数は、偏光計の検出器が発生する電気的測定信号から例えば導出することができ、電気的測定信号は、偏光計の検出器に衝突する放射線の強度に比例する。
【００２４】
入力偏光状態の周期変調関数に関連する角度パラメータαは、例えば、測定システムの光源と測定対象物との間に配置した位相差板の回転角度そのものであってもよく、又は該回転角度から導出してもよい。例として、偏光方向を異なる向きにした直線偏光の入力偏光状態が測定に望まれる場合、測定ビームの偏光方向を規定の様式で制御可能に回転させるための、例えば回転可能な半波長板の形態の偏光回転子を、直線偏光を発生させる測定光源と測定対象物との間に配置することにより、これらの入力光偏光状態を発生させることができる。このような配置の場合、回転可能な１／４波長板を回転可能な半波長板の代わりに用いれば、入力偏光状態は、１／４波長板の回転角度に応じて直線偏光と円偏光との間で予め決定可能に変調することができる。半波長板及び１／４波長板の組み合わせを用いて入力偏光状態を設定し、対応の角度パラメータαを規定することも可能である。
【００２５】
測定関数の２波部分（two-wave portion）を、偏光測定値の評価中に求める。該２波部分を、少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するために解析する。
【００２６】
少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するために測定関数の２波部分を求めて該部分を解析することは、所与の測定条件下で、求められた（sought）複屈折に起因する測定信号の部分が顕著な２波特性を有するはずである一方で、システムにおける外乱変数に起因する測定信号部分は概して顕著な２波波形を有さないという洞察に基づく。したがって、測定信号の２波部分に基づき、測定信号のどの部分が求められた複屈折に起因するか、及びどの信号部分が測定誤差につながる外乱変数に基づくかを、特定することが可能である。測定関数の２波部分をここで評価中に目標通りに求めて解析した場合、解析から導出した複屈折パラメータは、光学測定対象物の求められた光学特性のみを実質的に表し、測定システムに生じ得る外乱寄与は無視できるほど僅かにしか表さない。
【００２７】
「２波部分」という表現は、この文脈では、角度パラメータαに関連する角度空間における２回対称性、例えば、０°〜３６０°で規定する回転角度に関する２回回転対称性を指す。したがって、角度パラメータαに対して１８０°の角度距離を有する信号部分は、２波部分に寄与する。
【００２８】
フーリエ解析を用いた問題の説明において、２波波形は、１８０°の周期後に値を繰り返す（すなわち、二重周波数）正弦部分及び余弦部分それぞれにフーリエ級数において重み付けするフーリエ係数の、絶対値又は振幅を示す。複屈折を求める際の「２波波形」の有意性は、例えば以下の事項に基づき理解することができる。
【００２９】
複屈折が材料中で生じる場合、入射する光ビームが２つの部分ビームに分割されてそれぞれ直線偏光され、その偏光方向は互いに対して垂直である。部分ビームの一方（常光線）の光の伝播速度は、方向独立性であるが、他方のビームの光の伝播速度は、伝播方向に依存する（異常光線）。常光線及び異常光線の伝播は、ホイヘンスの原理を用いて説明することができる。ホイヘンスの原理によれば、波面上の各点は、重ね合わせた新たな小波の開始点となる。新たな波面は、重ね合わせた小波の包絡面である。常光線の場合の小波の位相面は、伝播速度が各空間方向で同じであるため球面である。これに対して、異常光線の小波の位相面は、伝播速度が方向依存性であるため回転楕円面を形成する。光ビームの方向に対して２回又は２波回転対称性を有する回転楕円面は、光ビームの各入射方向での複屈折の絶対値及び向きに関する情報を含む。この情報は、複屈折を直接定量化するために測定関数の２波部分を求めて解析することにより利用することができる。
【００３０】
少なくとも４つの測定状態に関連する偏光測定値は、測定関数のプロファイルを決定する支持値として用いることができる。測定関数の解析は、好適な変形形態では、各周期関数が、周期的な調和振動、すなわち、異なる位相及び振幅並びに正確に規定した周波数の正弦関数及び／又は余弦関数からなることを利用する。これを、フーリエ解析、すなわちフーリエ級数へのこのような周期関数の分解で利用する。
【００３１】
測定法の１つの変形形態では、測定関数の２波部分を求めるステップは、測定関数の二重フーリエ変換を含む。この変形形態では、測定中に記録した測定関数の測定値を、二重フーリエ変換を用いて、又は連続して実行する２つのフーリエ変換を用いて解析し、後続の第２のフーリエ変換を先行の第１のフーリエ変換の結果に適用する。結果として、複屈折に関する複屈折パラメータは、特に、種々の入力偏光状態の設定におけるリタデーション誤差を受け難く、測定信号の記録までの測定対象物の出力側に導入されるリタデーション誤差も受け難い。
【００３２】
二重フーリエ変換を用いる一実施形態では、測定関数の２波部分を求めるステップは、第１のフーリエ係数Ａ０（α）及びＡ２（α）を求めるための測定関数の第１のフーリエ変換を含み、ここで、ａ０（α）は、測定関数の非周期部分の平均値を記述するオフセット項であり、Ａ２（α）は、測定関数の２波部分の振幅に比例する第１の２波波形係数であり、測定関数の２波部分を求めるステップは、第２のフーリエ係数Ａ０＿Ａ０１（α）、Ａ２＿Ａ０２（α）、及びＢ２＿Ａ０２（α）を求めるための、角度パラメータαに関する第１のフーリエ係数Ａ０（α）及びＡ２（α）の第２のフーリエ変換をさらに含み、ここで、Ａ０＿Ａ０１（α）は、オフセット項Ａ０（α）の非周期部分の平均値を記述するオフセット項であり、Ａ２＿Ａ０２（α）は、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の正弦部分であり、Ｂ２＿Ａ０２（α）は、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の余弦部分である。第２のフーリエ変換後に存在するオフセット項Ａ０＿Ａ０１（α）は、測定結果の強度正規化に利用することができ、これにより、測定が一次光源の強度変動を受け難くなるようにすることができる。求められた複屈折に関する情報を含む２波部分Ａ２＿Ａ０２（α）及びＢ２＿Ａ０２（α）は、第１の２波波形係数Ａ２（α）の第２のフーリエ変換から得られる。
【００３３】
原理上、測定法は、入力偏光状態ごとの少なくとも４つの異なる測定状態に関していかなる制限も受けない。測定状態の互いに対する距離は、規則的であっても不規則であってもよい。評価は、測定状態に関連する測定関数の角度パラメータαが互いに対して等距離にある場合、大幅に簡略化することができる。この場合、測定関数のフーリエ変換は、いわゆる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、すなわち、フーリエ係数を求めるための評価ステップの数をフーリエ変換のより一般的な場合よりも大幅に減らしたアルゴリズムを用いて、計算することができる。
【００３４】
測定法の一変形形態では、電場の振動ベクトルと平行な向きの偏光方向を有する直線偏光測定ビームを発生させ、該測定ビームを測定対象物に指向させ、測定ビームの偏光方向を、互いに対して予め決定可能な回転角度距離にある少なくとも４つの測定向きに回転させる。この場合、測定向きは、少なくとも４つの測定状態に対応し、偏光方向の回転角度は、角度パラメータαに対応する。
【００３５】
好適には、少なくとも４つの測定向きは、高速フーリエ変換による評価を可能にするために、互いに対して等距離の回転角度距離にある。特に、Ｎ≧２として、互いに対して等距離の回転角度距離にある２Ｎ個の測定向き、例えば、４個、８個、１６個、３２個、又は６４個、又はそれよりも多くの測定向きを設定することができる。入力偏光の異なる測定状態のそれぞれが、評価すべき測定関数の支持点に対応するため、支持点の数を増やすことにより、測定関数を求める精度を、したがって測定精度も、高めることが可能である。他方で、異なる入力偏光状態の数を増やすことにより、測定及び評価に費やす時間が増える。
【００３６】
非常に単純に実行することができる測定システムの較正が、この測定法に関連して可能である。測定すべき複屈折パラメータ（特に、測定対象物の複屈折の絶対値及び複屈折の向き）と、特に測定システムの位相差素子及び検光子からの複屈折寄与を含む測定システムが発生させる外乱変数とから、複屈折に関係する２波部分を全く同一の式を用いて相加的に組み立てるように、解析を実行することができる。関心の測定変数と外乱変数との間の単純な相加関係は、測定すべき複屈折と外乱変数との間の確実な分離を可能にする。これは、この場合、測定システム自体が発生させる複屈折部分（測定システムオフセット）を、測定対象物のない状態でそれ以外は同一の測定法での測定により、求めることができるからである。
【００３７】
関係のある２波部分の単純な相加が、テイラー展開による関係を記述する式の線形化後に可能である。したがって、単純評価は、小さな複屈折値を正確に求めるのに特に適している。信号評価は、より大きな複屈折値も高精度で求めることを意図する場合に、より複雑となり得る。
【００３８】
したがって、一方法変形形態では、測定システムのコンポーネントに起因する複屈折パラメータのシステム部分は、
解析すべき出力偏光状態が入力偏光状態に対応するように測定ビーム経路内に測定対象物がない状態で測定を実行するステップと、
正規化総測定信号を求めるために、測定ビーム経路内に測定対象物がある状態での測定に関して、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の正弦部分Ａ２＿Ａ０２（α）と、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の余弦部分Ｂ２＿Ａ０２（α）とをオフセット項Ａ０＿Ａ０１（α）に正規化するステップと、
正規化総測定信号を求めるために、測定ビーム経路内に測定対象物がない状態での測定に関して、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の正弦部分Ａ２＿Ａ０２（α）と、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の余弦部分Ｂ２＿Ａ０２（α）とをオフセット項Ａ０＿Ａ０１（α）に正規化するステップと、
正規化システム部分を正規化総測定信号から減算するステップと、
で求める。
【００３９】
この測定法は、個別光学コンポーネント又は他の個別試料の複屈折の測定と、光学系を目的通りに用いるときに放射線を連続して通過させる少なくとも２つの光学コンポーネントを収容する光学系に対する測定とに適している。光学コンポーネントは、個別光学素子、例えば、レンズ、透明板、回折光学素子、放射線を同時に通過させる多数の個別素子を有する回折又は屈折ラスタ構成体等とすることができる。測定対象物としてミラーも可能である。例として、誘電体層の歪みが誘起する複屈折をここで測定することができる。対応の測定設備は、概して、適当なビーム偏向構成体を有する。光学コンポーネントは、複数の個別光学素子を含むことができ、これらを組み合わせて機能群を形成し、例えば、光学モジュールのように光学系に一緒に設置するか又は取り外すことができる。測定法の一変形形態は、複数の光学コンポーネントから構成した光学系の場合、完全に組み立てた状態で複屈折を測定すること、及びこの場合に個別光学コンポーネントの個々の寄与を互いに分離することを可能にする。この方法変形形態は、
測定ビームが第１の光学コンポーネントを通過してから第２の光学コンポーネントを通過する、第１の測定を実行するステップと、
測定ビームが第１の光学コンポーネントを通過した後で第２の光学コンポーネントに入射する前に、上記測定ビームの偏光状態を第１の測定における偏光状態に対して９０°回転させる、第２の測定を実行するステップと、
を含む。
【００４０】
第１の測定では、概して、第１のコンポーネントの通過後の出力偏光状態は、第２の光学コンポーネントの通過のための入力偏光状態としての役割を直接果たすが、第２の測定では、第１の光学コンポーネントの通過後の出力偏光状態は、第２の光学コンポーネントへの入射前にλ／２リタデーションの発生により変化させる。第２の光学コンポーネントの通過後の測定ビームの出力偏光状態は、（第１の測定の）第１の測定結果及び（第２の測定の）第２の測定結果を得るために、両方の測定において同様に解析及び評価する。放射線が最初に通過する第１の光学コンポーネントの寄与は、両方の測定結果で同一の形で再度見られる。これとは対照的に、測定ビームは、該測定ビームの２つの異なる偏光状態で第２の光学コンポーネントを通過するため、第２の光学コンポーネントは、測定結果に異なる形で寄与する。
【００４１】
第１の光学コンポーネントの寄与は両方の測定結果で同じであるため、測定結果に対する第１の光学コンポーネントの寄与を、第１の測定結果と第２の測定結果との間の差を形成することにより排除して、測定結果間の差が第２の光学コンポーネントの複屈折部分及び測定装置の複屈折部分のみを含むようにすることができる。これに対して、測定結果の和、すなわち第１の測定及び第２の測定の２波波形の和は、第２の光学コンポーネントの複屈折に関する情報しか含まない。これは、光学コンポーネント間に導入した偏向状態の９０°回転に起因して、第２の光学コンポーネントの寄与及び同じくシステム部分の寄与が少なくとも第一近似では互いに打ち消し合うからである。
【００４２】
複屈折素子又は偏光操作の数学的説明において、相乗的に処理すべき行列（ジョーンズ行列又はミュラー行列）を概して利用する。複屈折の線形化及び適当な組み合わせを記述する数式により、さらなる処理を相加法（additive method）に置き換えることができる。これは、第１の光学コンポーネント及び第２の光学コンポーネントの複屈折部分の相加を可能にする。
【００４３】
２つの異なる測定を実行するために、第１のコンポーネントと第２のコンポーネントとの間に適当な偏光回転子を導入するか、又はそれをこの中間位置から除去するだけでよういため、第１の光学コンポーネント及び第２の光学コンポーネントの複屈折寄与の測定は、これら光学コンポーネントがそれらを光学系全体に関連して用いる相対的構成ですでに固定的に組み立てられている場合でも可能である。結果として、上記光学系の個別光学コンポーネントの複屈折部分を求めるために、複雑な光学系を分解する必要がない。
【００４４】
さらに得られる利点は、第１の光学コンポーネントの複屈折寄与を、２つの測定のまさに実行後に、測定デバイス部分の事前較正を行うことさえなく求めることができることである。これは、測定デバイス部分が差形成の過程で第一近似では消滅するからである。
【００４５】
同様に、測定装置を事前に較正することなく正確な測定結果を得ることも可能である。すでに説明したように、第１の測定及び第２の測定から２波波形の和を求めることには、第１の測定に対して測定の一方に導入した偏光状態の９０°回転により、システム部分を測定信号から排除できるという効果がある。システム部分は、第１の測定の場合は測定結果に正の影響を及ぼし、第２の測定の場合は逆の符号（９０°回転させた偏光状態）で影響を及ぼすため、これは明確に理解することができる。こうして、加算によりシステム部分が排除される。この効果は、測定光学系全体の第一近似「無較正」測定に利用することができる。対応の方法変形形態は、
測定ビームが測定対象物を通過した後にさらなる偏光変化を伴わずに測定システムの検出器側に入射する、第１の測定を実行するステップと、
測定ビームが測定対象物を通過した後で測定ビームが測定システムの検出器側部分に入射する前に、測定ビームの偏光状態を９０°回転させる、第２の測定を実行するステップと、
第１の測定及び第２の測定を合同評価するステップと、
を含む。
【００４６】
概して、測定ビーム経路における種々のコンポーネント又はアセンブリの複屈折寄与は、いくつかの方法変形形態で互いに分離することができ、これは、
第１の複屈折パラメータを求めるために第１の測定を実行するステップと、
第２の複屈折パラメータを求めるために第２の測定を実行するステップであり、第１の測定中における測定ビームの対応の偏光状態に対して、測定ビームに偏光回転子を導入することにより、又は偏光回転セクションにおける測定ビームから偏光回転子を除去することにより、第１の測定の測定ビームの偏光状態に対して、第２の測定中に測定ビームの偏光状態を９０°回転させる、ステップと、
第１の複屈折パラメータ及び第２の複屈折パラメータを合同評価するステップと、
を用いて行う。
【００４７】
合同評価は、第１の測定及び第２の測定の測定関数の２波部分間の和を求めること、及び／又は第１の測定及び第２の測定の測定関数の２波部分間の差を求めることを含み得る。
【００４８】
加算の結果は、いずれの場合も、測定光源と偏光回転セクションとの間の測定ビーム経路内にある全光学素子の複屈折寄与のみを含む。これは、透過方向で偏光回転セクションの下流に位置する全光学コンポーネントの寄与が、加算の過程で第一近似では互いに打ち消し合うからである。
【００４９】
これに対して、差形成の結果は、第一近似では、偏光回転セクションと測定システムの検出器側との間に位置する光学コンポーネント及びコンポーネントの複屈折部分のみを含む。これは、素子及びコンポーネントのうち光源と偏光回転セクションとの間にある部分が両方の測定で理想的には同一であり、したがって差形成の結果として消滅するからである。
【００５０】
偏光回転セクションが測定対象物と測定システムの検出器側コンポーネントとの間に位置する場合、測定結果のシステム部分を加算により排除して、例えば測定装置の別個の較正を不要にできるようにすることができる。
【００５１】
測定対象物が、透過方向に互いに前後して配置した複数の光学コンポーネントを収容し、偏光回転セクションが、第１の光学コンポーネントと第２の光学コンポーネントとの間にある場合、第１の光学コンポーネント及び第２の光学コンポーネントの複屈折寄与を互いに分離することができる。
【００５２】
測定サイクルに関連して、測定ビーム経路の種々の場所で、１つ又は複数の９０°偏光回転子をビーム経路に導入するか、又は測定ビーム経路から除去することで、随意に導入又は除去した９０°偏光回転子での少数の測定により、測定対象物の種々のコンポーネント又はコンポーネント群の個別寄与に関する、また測定システムの寄与に関する、正確な測定データを得るようにすることができる。
【００５３】
９０°偏光回転子は、例えば、光学活性（円複屈折）材料からなる、例えば結晶質石英（ＳｉＯ２）からなる板を有することができる。このような素子では、光学的に使用可能な直径が大きい、例えば１００ｍｍ以上、又は１５０ｍｍ以上、又は２００ｍｍ以上の光学直径の場合でも、所望の偏光回転を非常に正確に設定することができる。これは、偏光状態の所望の９０°回転を得るための機械的公差が、１°未満の回転精度を達成するためにマイクロメートル範囲内にあり得るからである。機械的に安定であり大径にも適している偏光回転子は、結晶＜１１０＞方向が透過方向と実質的に平行に向いた固有複屈折結晶材料、例えばフッ化カルシウム又はフッ化バリウムから生産することもできる。固有複屈折の絶対値は、これらの材料の場合には比較的小さいため、このような素子は比較的大きな厚さを有することができ、これは機械的安定性及び製造精度に関して好都合である。ゼロ次位相差素子が、最大限の角度公差を得るためにここでは有利である。９０°偏光回転子が、互いに対して４５°に向いた２つの低次λ／２板を有することも可能である。この場合、互いに回転させた位相差板の結晶光軸は、透過方向に対して実質的に垂直であるか、又は測定システムの光軸に対して垂直である。
【００５４】
この測定法の測定精度は、用いる測定光の強度変動により損なわれ得る。測定の精度に対する測定光源の強度変動の影響を最小化するために、この方法のいくつかの変形形態は、測定光源が放出する測定光の強度に比例する基準強度信号の時間依存的検出を実行すること、及び正規化偏光測定信号を求めるために偏光測定信号を基準強度信号に正規化することを含む。この場合、「偏光測定信号」という用語は、測定により求められ、解析すべき測定関数が導出される有効信号を指す。概して、これは、光電変換器（optoelectronic transducer）に衝突する測定放射線の強度に比例する電気信号である。
【００５５】
この目的で、例えば、偏光ビームスプリッタ又は他の何らかの実質的に偏光維持的且つ偏光選択性の反射素子により偏光特性を求めることを意図した測定ビームを分割して、偏光測定光学系及び接続したセンサで連続（非反射）部分を測定することが可能であるようにするようになっていてもよい。反射部分は、基準ブランチにおいて第２のセンサに指向させることができ、第２のセンサは、基準センサとしての役割を果たし、測定光源が放出する測定光の強度に比例する基準強度信号を発生させる。該基準強度信号は、測定光源の強度変動に起因する測定誤差を減らすためのエネルギー基準設定（referencing）に役立ち得る。測定前の測定放射線の偏光選択的分割の結果として、実際に測定を意図する偏光状態に影響を及ぼすことができる。したがって、適切であれば、特別な較正がこのために必要である。さらに、測定センサと共に、さらに別のセンサが基準強度信号の検出に必要である。
【００５６】
この方法の特定の一変形形態は、これらの欠点を回避する。この方法変形形態は、
測定ビームを第１の強度を有する第１の直線偏光部分ビーム及び第２の強度を有する第２の部分ビームに分割するステップであり、第２の部分ビームは第１の部分ビームに対して垂直に直線偏光する、ステップと、
第１の強度に比例する第１の強度信号及び第２の強度に比例する第２の強度信号を発生させるために、第１の部分ビーム及び第２の部分ビームを、偏光光学的に実質的に同一のビーム経路に沿って、強度センサのセンサエリアの空間的に別個の第１のセンサ区域及び第２のセンサ区域に案内するステップと、
第１の強度信号及び第２の強度信号を処理して合成信号を形成するステップと、
を含む。
【００５７】
この場合、「偏光光学的に実質的に同一のビーム経路に沿って」という表現は、ビーム経路の偏光光学的等価性に関係する。ビーム経路がこの意味で「偏光光学的に実質的に同一」であるのは、部分ビームが、各自のビーム経路に沿って、システム内にあり得る偏光影響素子の結果としてそれぞれ偏光の変化を全く生じないか又は生じるにしてもほぼ同じに若しくは互いに対応して生じる場合である。ビーム経路は、部分ビームが例えば実質的に同じ材料体積を通過するように、互いに幾何学的に非常に近いものであり得る。ビーム経路は、幾何学的に異なるものとすることもでき、その場合、例えば、部分ビームの一方をミラー面において１回又は複数回折り返すことができる。一方の部分ビームは、適切であれば、ちょうど１波長分又は波長の整数倍分だけ他方の部分ビームに対して位相差を与えることもできる。
【００５８】
したがって、強度が変動する可能性のある測定ビームは、偏光測定中に両方の部分ビームが全く同一のセンサの異なる空間的に互いに離れた場所又は区域に同時に衝突して、その強度に関してそこで評価されるように、分割することができる。分割場所とセンサエリアとの間での２つの部分ビームの案内は、これらが、システム内にあり得る偏光影響素子の結果として偏光の変化を全く生じないか又は生じるにしてもほぼ同じに若しくは互いに対応して生じて、依然として互いに対してほぼ直交に偏光するように測定システムの検出器側に到達するように行うことができる。これらの条件下では、任意の時点における第１の強度信号及び第２の強度信号の和は、測定光源が放出した測定ビームの入力側強度に比例するため、基準強度信号として利用することができる。したがって、一方法変形形態は、第１の強度信号及び第２の強度信号の和を用いて強度基準信号を形成することを含む。
【００５９】
代替形態として、合成信号の形成は、第１の強度信号と第２の強度信号との間の比を用いて実行することができる。その理由は、測定対象物の座標系に対して測定ビームを分割するのに利用する複屈折素子の向きが分かっている場合、常光線及び異常光線の方向の偏光部分を第１のセンサ区域及び第２のセンサ区域における２つの強度の比から推定することができるからである。
【００６０】
測定ビームは、例えば、複屈折素子により互いに対して垂直に偏光した２つの部分ビーム（常光線及び異常光線）に分割することができる。偏光選択的に働く偏光ビームスプリッタを用いて、測定ビームを、ｐ偏光を有する部分ビーム及びｓ偏光を有する部分ビームに分割し、次に２つのビームを同じセンサエリアの異なる非重複領域に指向させることも可能である。
【００６１】
測定ビームは、光伝播方向で測定対象物の上流又は下流において分割することができる。ビーム分割素子（例えば、複屈折素子又は偏光ビームスプリッタ）を、検出器ユニット内で検出器ユニットのセンサ領域のすぐ近くに収容することが可能である。
【００６２】
ここで説明し、種々の実施形態に関連してより詳細に後述するエネルギー基準設定のための方法及びデバイスは、本発明による測定法及び測定システムの実施形態で有利に利用することができる。しかしながら、これらは、他の測定法及び測定システム、例えば、必ずしも複屈折を求める働きをする必要のない他の偏光測定法及び偏向測定システムで、上記測定法及び測定システムとは無関係に利用することもできる。例として、エネルギー基準設定は、偏光依存性透過（ディアテニュエーション（diattenuation））を測定するよう設計した偏光測定法及びシステムで用いることができる。
【００６３】
上記特徴及びさらに他の特徴は、特許請求の範囲からだけでなく説明及び図面からも明らかとなり、個々の特徴は、本発明の実施形態及び他の分野においてそれぞれ単独で又は副次的組み合わせの形態で複数として実現することができ、有利且つ本質的に保護可能な実施形態を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】測定対象物の複屈折を測定する測定システムの実施形態を示す。
【図２Ａ】円偏光の入力偏光状態の場合にλ／４板を１回転させた場合の、検出器ユニットのλ／４板の回転位置の関数としての検出器ユニット内の偏光状態の概略図を示す。
【図２Ｂ】円偏光の入力偏光状態の場合にλ／４板を１回転させた場合の、検出器ユニットのλ／４板の回転位置の関数としての相対強度プロファイルを示す。
【図３Ａ】直線偏光の入力偏光状態の場合にλ／４板を１回転させた場合の、検出器ユニットのλ／４板の回転位置の関数としての検出器ユニット内の偏光状態の概略図を示す。
【図３Ｂ】直線偏光の入力偏光状態の場合にλ／４板を１回転させた場合の、検出器ユニットのλ／４板の回転位置の関数としての相対強度プロファイルを示す。
【図４Ａ】複屈折測定対象物が測定ビーム経路内に位置している場合の、入力偏光状態に対する出力偏光状態の依存の概略図を示す。
【図４Ｂ】複屈折測定対象物が測定ビーム経路内に位置している場合の、入力偏光状態に対する出力偏光状態の依存の概略図を示す。
【図４Ｃ】複屈折測定対象物が測定ビーム経路内に位置している場合の、入力偏光状態に対する出力偏光状態の依存の概略図を示す。
【図４Ｄ】λ／４板の回転位置の関数としての、入力偏光状態が同一である場合の異なる出力偏光状態の概略図を示す。
【図４Ｅ】入力偏光状態を設定するための理想的でないλ／２板を種々の回転位置にした場合の測定システム内の偏光状態の概略図を示す。
【図５】複屈折の向きが０°である場合の、複屈折の絶対値ＢＲの関数としての所望の値からの複屈折の平均予想偏差の依存のグラフを示す。
【図６】複屈折の所定の向きの関数としての、複屈折の絶対値が４ｎｍである場合の複屈折の向きに関する平均予想測定誤差ΔＯＲＩのグラフを示す。
【図７】試料の複屈折の向きＯＲＩに対する所望の値からの複屈折の平均予想偏差ΔＢＲの依存のグラフを示す。
【図８Ａ】２つの光学コンポーネントを直列に接続した測定対象物を測定するための測定法の一測定構成を、他方の測定に対して一方の測定中に光学コンポーネント間で偏光状態を９０°回転させて示す。
【図８Ｂ】２つの光学コンポーネントを直列に接続した測定対象物を測定するための測定法の一測定構成を、他方の測定に対して一方の測定中に光学コンポーネント間で偏光状態を９０°回転させて示す。
【図９】随意に測定ビーム経路に挿入することができる９０°偏光回転子を用いて、マルチコンポーネント測定対象物の僅かな複屈折寄与を測定システムの誤差に実質的に左右されずに測定するための測定手順の一測定構成を示す。
【図１０】随意に測定ビーム経路に挿入することができる９０°偏光回転子を用いて、マルチコンポーネント測定対象物の僅かな複屈折寄与を測定システムの誤差に実質的に左右されずに測定するための測定手順の一測定構成を示す。
【図１１】随意に測定ビーム経路に挿入することができる９０°偏光回転子を用いて、マルチコンポーネント測定対象物の僅かな複屈折寄与を測定システムの誤差に実質的に左右されずに測定するための測定手順の一測定構成を示す。
【図１２】複屈折を測定するための統合測定システムのコンポーネントを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の実施形態を示す。
【図１３Ａ】図１２からの投影露光装置の照明系のアセンブリを示す。
【図１３Ｂ】図１２からの投影露光装置の照明系のアセンブリを示す。
【図１３Ｃ】図１２からの投影露光装置の照明系のアセンブリを示す。
【図１４】種々の時点における場所Ｘに対する照明系の瞳表面の相対強度Ｉの依存を概略的に示す。
【図１５Ａ】エネルギー基準設定の目的で一次光源の強度変動を監視するための測定システムのいくつかのコンポーネントの構造及び機能を概略的に示す。
【図１５Ｂ】一次光源の強度の時間変動を示す。
【図１５Ｃ】互いに隣接しており互いに対して直交偏光した部分ビームにより発生した２つの照明スポットに関する強度の時間変動を示す。
【図１６】ビーム束の部分ビームから対で直交偏光した部分ビームを発生させる、複屈折ビーム分割素子を有する照明系の、図１３Ａに概略的に示す瞳整形ユニットから抜き出した一部を示す。
【図１７Ａ】エネルギー基準設定用に互いに対して直交偏光した２つの部分ビームを発生させるための統合ビーム分割素子を有する偏光測定システムの検出器ユニットの構造を概略的に示す。
【図１７Ｂ】互いに対して垂直に偏光した部分ビームの、互いに直接隣接した照明スポットの配置を示す。
【図１７Ｃ】互いに対して垂直に偏光した部分ビームの、互いに直接隣接した照明スポットの配置を示す。
【図１８】エネルギー基準設定用に互いに対して垂直に偏光した部分ビームを発生させるための統合ビーム分割素子を有する検出器ユニットのいくつかのコンポーネントを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
図１は、測定対象物ＭＯの複屈折を測定するための測定システムＭＳの実施形態を示し、測定対象物ＭＯは、この例の場合、多数の部分からなるように構成し、第１のコンポーネントＣＯ１及び透過方向でその下流に配置した第２のコンポーネントＣＯ２を備え、これらは、これら２つのコンポーネントを収容する光学系を目的通りに用いる場合にも互いに対して配置される様式で、測定対象物保持デバイスＭＨに共に保持される。測定システムは、ビーム発生ユニットＧＢを備え、これは、測定対象物に指向させて測定対象物への入射時に規定の入力偏光状態を有することが意図される測定ビームを発生させるものであり、測定システムは、検出器ユニットＤＥＴも備え、これは、測定対象物の通過後又は検出器ユニットへの入射時の測定ビームの偏光特性を検出するものである。測定対象物が測定ビーム経路内に位置する場合、検出器ユニットは、測定中に、測定対象物の通過後の測定ビームの出力偏光状態を表す偏光測定値を生成する。検出器ユニットに接続した評価ユニットＥＵは、偏光測定値を評価する役割を果たすとともに、測定対象物の複屈折を表す少なくとも１つの複屈折パラメータを求める役割を果たす。この例の場合、求めた複屈折パラメータは、測定対象物が発生させた複屈折の程度又は絶対値、及び基準座標系に対する上記複屈折の向きの正確な判定を可能にする。評価ユニットＥＵは、測定システムの制御ユニットＣＵに組み込むことができる。
【００６６】
ビーム発生ユニットＢＧは、約λ＝１９３ｎｍの公称波長を有する直線偏光レーザビームを放出するＡｒＦエキシマレーザの形態の測定光源ＬＳと、第１の制御デバイスＣＲ１により規定の回転角度ステップで測定システムの光軸ＯＡを中心に回転させることができる半波長板（λ／２板）の形態の第１の偏光回転子Ｒ１とを備える。測定光源ＬＳ及び第１の偏光回転子Ｒ１の組み合わせを用いて、電場の振動ベクトルと平行な向きの偏光方向を有する直線偏光測定ビームを発生させることが可能であり、この偏光方向の向きは、偏光回転子Ｒ１の回転により高精度で任意の所望の回転角度位置にすることができる。半波長板Ｒ１に関連した「偏光回転子」という用語は、概して、偏光方向を回転させる光学素子を示す。
【００６７】
さらに、本実施形態の測定システムは、通過する光の偏光状態を９０°回転させる９０°偏光回転子として設計した第２の偏光回転子Ｒ３を備える。９０°偏光回転子Ｒ３は、光学活性材料からなる９０°旋光板（rotator plate）を有し、これは、割り当てられた制御デバイスＣＲ３を用いて随意に測定ビーム経路に導入するか又は測定ビーム経路から除去することができる。この９０°偏光回転子は、種々の測定構成での複屈折の測定を可能にするために、測定対象物保持デバイスの領域に配置し、特に測定対象物の２つのコンポーネントＣＯ１とＣＯ２との間に挿入することができる。詳細はより具体的にさらに後述する。
【００６８】
さらに、本実施形態の測定システムは、光学活性材料からなる９０°旋光板の形態の第３の偏光回転子Ｒ４を備え、これは、割り当てられた制御ユニットＣＲ４を用いて検出器ユニットのすぐ上流で随意に測定ビーム経路に導入するか又は測定ビーム経路から除去することができる。この９０°偏光回転子は、特に測定システムの較正中に用いることができ、これはさらにより詳細にさらに後述する。
【００６９】
検出器ユニットＤＥＴは、「ピンホール」ＰＨの形態の測定光に透明な小さな領域を有する光不透過マスクＭを有し、ピンホールＰＨの直径は、作動波長よりも大幅に大きく、例えば１００μｍ〜３００μｍの範囲内にあり得る。ピンホールＰＨは、検出器ユニットの入射開口を形成する。マスクＭは、１つ又は複数の個別レンズからなり得る正レンズＬの前側焦点面に装着する。このレンズの後側焦点面には、ＣＣＤセンサの形態の空間分解センサＳＥＮＳを位置付け、これは、センサエリアの各場所に衝突する放射線の強度に比例するセンサ信号を発生させることができる。レンズＬとセンサとの間には、１／４波長板（λ／４板）の形態の回転可能な位相差素子Ｒ２を配置し、これは、位相差素子用の制御ユニットＣＲ２により、プロセス中に測定システムの光軸を中心に回転させて規定の回転角度位置にすることができる。λ／４位相差素子Ｒ２とセンサとの間には、光軸に対して４５°にある偏光選択性ビームスプリッタ表面ＢＳＳを有する偏光ビームスプリッタＢＳを位置付ける。この配置では、偏光ビームスプリッタは、検光子として機能する。偏光ビームスプリッタは、偏光放射線のうちレンズＬによりコリメートして位相差素子Ｒ２により変化させた部分のみをセンサＳＥＮＳに送り、これらの部分は、入射方向が及ぶ入射平面及びビームスプリッタ表面に対する表面法線に対してｐ偏光させた部分、すなわち、電場ベクトルが上記入射平面と平行に振動する部分である。これに対して、ｓ偏光の部分（電場ベクトルの振動方向が入射平面に対して垂直）は、横に反射する。
【００７０】
検出器ユニットＤＥＴは、測定対象物の光軸ＯＡに対して垂直な平面内の所定の位置に全体として変位させることができるため、ピンホールＰＨを測定対象物の光軸に対して種々の位置に配置することができることで、このようにして偏光状態の空間分解測定を可能にするようにする。検出器ユニットはさらに、ピンホールの位置決めにより規定され得る全測定点で１ｍｒａｄ以上の高い角度分解能で、偏光状態の角度分解測定を可能にする。代替形態として、焦電センサ又はフォトダイオードを検出器として用いることができる。
【００７１】
本発明の重要な態様をよりよく理解できるように、このような検出器構成体を用いた偏光測定の機能を以下でより詳細に説明する。ピンホールを通過してレンズＬによりコリメートした偏光は、回転可能なλ／４板により目標通りに変化させる。ここでは偏光ビームスプリッタとして具現した検光子は、ｐ偏光のみをセンサに送る。λ／４板の回転位置に応じて、強度信号がセンサおいて生じ、検出器ユニットに入射した光束の偏光状態を上記検出信号から明確に判定することができる。
【００７２】
円偏光の入力光の場合、センサは、３６０°回転後のλ／４板の回転位置の関数として図２Ｂに示す相対強度プロファイルを記録する。理想的なλ／４リタデーションであるとすれば、測定信号の純粋な２波波形、すなわち１８０°の回転角度周期性を有する測定信号が生じる。この対称性は、２波又は２回方位角対称性（azimuthal symmetry）とも呼ぶことができる。これは、図２Ａを参照することにより理解することができる。図２Ａは、互いに隣接した４つの副図それぞれで、最上部に円偏光の入力偏光状態、その下に結晶光軸の向きで表すλ／４板の回転位置、その下にλ／４板の通過後のビームの偏光、その下に検光子（ビームスプリッタキューブ）がセンサに送る偏光成分を示す。この場合、Ｔｐ及びＴｓは、ｐ偏光及びｓ偏光についての検光子の各透過率である。
【００７３】
λ／４位相差素子は、円偏光を直線偏光に変換する。直線偏光の向きは、位相差素子の結晶光軸の向きに依存する。位相差素子の４５°位置では、ｐ偏光のみが位相差素子の出口にあり、これはセンサにおいて最大信号を発生させる。これに対して、角度を９０°ずらした１３５°位置では、位相差素子はｓ偏光のみを透過し、これを検光子が完全に反射する結果として、センサで強度信号が生じない。これに対応する関係が１８０°変位した角度位置で生じる結果として、位相差素子の１回転中に測定信号の純粋な２波波形が生じる。
【００７４】
これに対応する直線偏光の入力光についての場合を、図３Ａ及び図３Ｂを参照して示す。ここで、図３Ａは、互いに隣接した４つの副図それぞれで、最上部に直線偏光の入力偏光状態、その下にλ／４板の回転位置、その下にλ／４板の通過後のビームの偏光、その下に検光子（偏光ビームスプリッタ）がセンサに送る偏光成分を示す。直線偏光の強度分布は、λ／４位相差素子の９０°回転後に早くも繰り返されるため、図３Ｂに概略的に示すような信号の４波波形が得られることが認められ得る。
【００７５】
次に図４Ａ〜図４Ｅを参照して、複屈折測定対象物ＭＯが測定ビーム経路内に位置している種々の状況を示しながら、さらに広範囲に及ぶ事項を説明する。この場合、これらの図は、測定対象物に入射する測定ビームの入力偏光に応じた、検出器が発生させる測定信号における２波部分の発生及び変化を概略的に説明している。これに関して、図４Ａは、入力偏光ＩＮが完璧に直線である理想的な場合を示す。これは、例えば液晶偏光子（例えば、ロションプリズム）を用いることにより達成することができる。測定対象物ＭＯの複屈折は、僅かに楕円の出力偏光状態ＯＵＴをもたらす。完全な円偏光が純粋な２波測定信号を発生させる一方で、完全な直線偏光が純粋な４波測定信号を発生させる状況に従って、比較的強い４波部分（直線入力偏光から得られる）とそれに対して弱い２波部分（測定対象物の複屈折による偏光状態の僅かな楕円率から得られる）とを有する測定信号が、僅かに楕円の出力偏光の場合に生じる。
【００７６】
例として、偏光回転子Ｒ１が完璧なλ／２リタデーションを発生させないことにより、入力放射線が完全な直線偏光ではない場合（図４Ｂ及び図４Ｃ）、図４Ａよりも高度に楕円偏光した偏光状態が、複屈折測定対象物の通過後の出力偏光ＯＵＴの場合に生じる結果として、測定信号はこの場合も、強い４波部分とそれに対して弱い２波部分とからなるが、２波部分は、理想的な直線入力偏光（図４Ａ）の場合よりも強い。
【００７７】
これらの状況下では、ｘ方向でλ／２板の下流且つ測定対象物の上流における入力偏光の場合の、λ／２板の第１の位置（例えば、測定システムの座標系のｘ軸に対して＋４５°）において、例えば、僅かな右楕円偏光が結果として起こる。これに対して、λ／２板を−４５°回転させた場合、同じく楕円偏光が発生するが、この場合は左円偏光となる（楕円偏光状態をＯＵＴで示す図４Ｄを参照）。
【００７８】
最初に述べた場合では、λ／２板及び複屈折測定対象物の楕円率は、互いに強化し合ってより高度に楕円偏光した偏光を形成すべきであるが（図４Ｂ）、他の場合（λ／２板の他の回転位置）では、これらは互いに少なくとも部分的に補償し合って、出力偏光状態が理想的な直線偏光状態に近くなるようにする（図４Ｃ）。
【００７９】
したがって、検出器ユニットにより検出した測定信号における２波部分は、僅かに楕円の入力偏光（図４Ｂ、図４Ｃ）の場合よりも理想的な直線偏光の入力偏光（図４Ａ）の場合の方が強く、このことから、ビーム発生ユニットのλ／２板の回転位置の関数としての絶対値又は２波波形の値が、１８０°後に繰り返されることが分かる。このことからさらに、測定対象物の複屈折に関する実際に求められた情報が、測定信号の２波波形の２波波形にあるということになる。
【００８０】
これをさらに説明するために、図４Ｅが示す図式は、入力偏光の設定に用いる回転可能なλ／２板のリタデーションに誤りの可能性があることで（リタデーション誤差）、Ａ２信号において２波波形を発生させるのではなく１波波形を発生させることを示しており、したがって、２波波形の解析に基づき、寄与が測定対象物から得られるのか測定システムに関連するλ／２板から得られるのかを識別することが可能である。図４Ｅの図式は、出力偏光状態（ＯＵＴ）を発生させるために実際の（すなわち誤差の影響を受けた）λ／２板の回転により光源の直線偏光（呼称ＩＮ）を変化させた、測定対象物のない測定システムの場合の関係を表す。λ／２板の回転位置は、種々の向きの線で表す。副図は、左から右へ、０°〜３６０°での種々の回転位置及び関連の公称出力偏光状態を示す。左の副図によれば、０°の場合の出力偏光状態は、入射ビームの偏光方向がλ／２板の結晶光軸ＯＡと平行に延びることから得られ、リタデーション効果は生じない。結晶光軸の傾斜が大きくなると、出力偏光状態は、λ／２板のリタデーションの誤りに起因して正確な直線ではなく僅かに楕円となり、これは４５°及び９０°の出力偏光状態の場合に見ることができる。λ／２板が９０°にあるとき、再び直線偏光の出力偏光状態になり、これは、左に示す第１の位置に対して１８０°回転させたものである。λ／２板をさらに回転させると、次に楕円偏光の出力偏光状態が再び１８０°の状況に対して対称に生じるが、これらは０°〜１８０°の偏光状態に対して逆のキラリティを有する。本出願に導入した表記法では、偏光のキラリティの逆転は、２波波形信号Ａ２の符号の変化として表現する。１８０°におけるキラリティの変化（すなわち、右楕円偏光及び左楕円偏光との間の変化）により、１波波形、すなわち３６０°周期でのＡ２の同じ値の反復が、最下部に示すＡ２信号（２波波形を表す）に生じる。これに対して、下流に配置した測定対象物の複屈折は、測定対象物が１８０°回転後に重なる（turns into itself）（１８０°対称）ため、２波波形で２波波形を発生させる。
【００８１】
例として、この洞察を本発明の実施形態における複屈折の特に小さな絶対値の正確な測定に利用することができる方法について、以下で説明する。
【００８２】
測定システムは、測定ビームの入力偏光状態を角度パラメータαの周期変調関数に従って少なくとも４つの異なる測定状態に変調し、少なくとも４つの測定状態に関連する偏光測定値を処理して角度パラメータαに応じた測定関数を形成し、該測定関数の２波部分を求め、次に少なくとも１つの複屈折パラメータを導出するために上記２波部分を解析するよう設計する。
【００８３】
この例の場合、入力偏光状態を発生させるには、測定光源ＬＳが直線偏光測定ビームを発生させ、測定ビームの偏光方向を第１の偏光回転子Ｒ１を用いて測定間での偏光回転子の回転により変化させて、直線入力偏光の異なる測定向きが測定ごとに存在するようにする。この場合、角度パラメータαは、基準方向に対する第１の偏光回転子Ｒ１の回転角度に対応する。測定関数は、センサＳＥＮＳの電気的出力信号から導出し、したがって検出器ユニットＤＥＴの構成では、センサに衝突する測定放射線の強度に比例し、すなわち強度信号として指定することができる。
【００８４】
測定法及び測定システムは、測定対象物の複屈折に関する値を、第１の偏光回転子Ｒ１の回転角度に応じて変わるセンサの測定信号の２波部分のフーリエ変換から求めるよう設計する。これは、２波部分Ａ２（α）、Ｂ２（α）を測定対象物の上流における偏光の設定向きαの関数として測定し、次に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いてそれをαにフーリエ変換することを含む。
【００８５】
計算時間に関して好ましい高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることができるように、測定対象物の上流で、等距離回転角度距離（３６０°／２Ｎ（Ｎ≧２））での２Ｎ個の直線偏光測定状態を設定し、検出器ユニットを用いて出力状態の偏光を測定する。
【００８６】
測定対象物の複屈折特性、特に複屈折特性の絶対値及び複屈折の向きを、検出器ユニットの測定信号から求めることができる方法を、以下で説明する。以下のパラメータを下記の表示全体で用いる。
【００８７】
個別測定のための測定システムの構成は、以下のパラメータによりパラメータ化する。
ＰＬ４：検出器ユニット内のλ／４位相差板の回転角度
α：測定対象物への入射前の測定ビームの直線偏光の測定向き（第１の偏光回転子Ｒ１により設定）
【００８８】
求められた変数は、
ＰＲｄｂ：測定対象物の複屈折の絶対値
ＰＲａ：測定対象物（基準方向用の座標系を画定する検出器ユニットの検光子（例えば、偏光ビームスプリッタ））の向き
である。
【００８９】
測定システムにおける外乱は、以下のパラメータにより記述する。
ＬＩｄｂ：検出器ユニットのλ／４板の上流にあるレンズ群Ｌにおける複屈折の絶対値
ＬＩａ：検出器ユニットのλ／４板の上流にあるレンズ群Ｌにおける複屈折の向き
ＰＴｄｂ：検出器ユニットの検光子（偏光ビームスプリッタ）における複屈折の絶対値
ＰＴａ：検出器ユニットの検光子における複屈折の向き
Ｔｓｐ：検出器ユニットの検光子の消光比、すなわち、偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ表面における、ｓ偏光及びｐ偏光それぞれの透過率Ｔｓ及びＴｐの比。Ｔｓｐの値が小さいほど検光子が効果的である。
Ｌ４ｚ：検出器ユニット内のλ／４板のリタデーション誤り。
【００９０】
さらに、入力偏光の設定の乱れが生じる可能性があり、これらを以下によりパラメータ化する。
Ｌ２ｚ：測定対象物への入射前の種々の向きの直線偏光状態を設定するための第１の偏光回転子（λ／２板）のリタデーション誤り、したがって、回転角度αによりパラメータ化した測定対象物の上流における直線偏光の向きの誤差。
【００９１】
このとき、本測定法の一変形形態は、以下の測定仕様に従った手順を採用する。
【００９２】
測定対象物の上流で、等距離回転角度距離（３６０°／２Ｎ）での２Ｎ個の直線偏光状態（測定向き）を一連の測定について設定する。例として、以下の向き：−１３５°、−９０°、−４５°、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°に従って８個の直線偏光状態を設定することが可能である。
【００９３】
検出器におけるこれら個別の入力偏光状態に関連する測定信号は、回転角度αに応じた測定関数を生成し、この測定関数は、測定関数の２波部分を求めてから該２波部分を解析するために、評価ユニットで処理する。この目的で、第１のフーリエ係数Ａ０（α）及びＡ２（α）を求めるために、測定関数の高速フーリエ変換を実行する。この場合、「Ａ」で示すＡ係数は、測定関数の正弦部分であり、「Ｂ」で示すＢ係数は、測定関数の余弦部分である。この場合、係数Ａ０（α）は、測定関数の非周期部分の平均値に対応するオフセット項を記述したものであり、係数Ａ２（α）は、測定関数の２波部分の振幅に比例する第１の２波波形係数である。
【００９４】
その後、データセットＡ０（α）及びＡ２（α）を、回転角度パラメータαに関して再度フーリエ変換する。換言すれば、周期測定関数の二重フーリエ変換を行う。第２のフーリエ係数Ａ０＿Ａ０１（α）を、Ａ０（α）のフーリエ変換から計算する。第２のフーリエ係数Ａ２＿Ａ０２（α）及びＢ２＿Ａ０２(α)は、Ａ２（α）のフーリエ変換から計算する。本明細書では、Ａ０＿Ａ０１（α）は、オフセット項Ａ０（α）の非周期部分の平均値を記述するオフセット項を示し、Ａ２＿Ａ０２（α）は、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の正弦部分を示し、Ｂ２＿Ａ０２（α）は、第１の２波波形係数Ａ２（α）の２波波形の余弦部分を示す。
【００９５】
概して、Ｂ２（α）係数も、すなわち検出器ユニット内のλ／４板が異なる開始値を有する場合、再度フーリエ変換する。λ／４板の結晶光軸が開始位置で偏光子の透過方向に対して平行又は垂直であるときにのみ、Ｂ２は＝０である。
【００９６】
明確にするために、以下のことにも留意すべきである。本実施形態では、第１のフーリエ変換は、検出器ユニット内のλ／４位相差板の回転角度又は回転位置を説明するパラメータｐＬ４に関係する。この第１のフーリエ変換は、考慮中の各測定向きで行う（λ／２板（第１の偏光回転子）の回転により設定した角度パラメータαによりパラメータ化）。第２のフーリエ変換は、αの関数としての、すなわちαの２波部分についての第１のフーリエ変換の結果によってのみ実行する。フーリエ係数Ａ０（α）等は、各場所αにおける第１のフーリエ変換の結果である。したがって、本実施形態では、第１のフーリエ変換は検出器ユニットで行われるが、第２のフーリエ変換は検出器ユニット外で行われる。
【００９７】
１次までのテイラー展開も行う場合、測定関数の二重フーリエ変換のこの形態から、以下の結果（方程式（１）〜（３））が得られる。
【００９８】
【数１】
0005521029.tif 000002
【数２】
0005521029.tif 000003
【数３】
0005521029.tif 000004
【００９９】
オフセット項Ａ０（α）の第２のフーリエ変換から、オフセット項Ａ０＿Ａ０１が得られ、これを測定結果の強度正規化に用いることができる。２波係数Ａ２（α）の第２のフーリエ変換から、２波部分Ａ２＿Ａ０２及びＢ２＿Ａ０２が得られ、これは測定対象物の複屈折に関して求められた情報を含む。
【０１００】
方程式（１）〜（３）から分かるのは、このように測定を実行して評価した場合、第２のフーリエ係数の結果が、入力偏光の設定に用いたλ／２板（第１の偏光回転子）及び検出器ユニットのλ／４板のリタデーション誤りに依存しないということである。これは、この測定法が測定システムのこれらの誤差を１次まで受け難いことにより、実際に求められた測定値（測定対象物の複屈折）に関する精度が高まることを示す。
【０１０１】
さらに、２波部分が、相加的に全く同一の式を用いて、測定システムにおける測定すべき変数（ＰＲｄ及びＰＲａ）と外乱変数（ＬＩｄｂ、ＬＩａ、ＰＴｄｂ、ＰＴａ）とからそれぞれ組み立てられることが明らかである。特に、最後に述べた態様は、解析中に、測定対象物の複屈折の絶対値及び向きを説明する求められた複屈折パラメータ（ＰＴｄｂ及びＰＴａ）と、特にレンズ群Ｌ及び偏光ビームスプリッタＢＳの複屈折の結果としての検出器ユニットの光学素子で得られ得る偏光変化特性から得られる外乱変数との間の分離を簡略化する。これは、この場合に、測定対象物のない状態での、したがって全く同じ測定法での測定により、測定結果への測定システムの寄与、いわゆる測定システム部分又は測定デバイスオフセットを求めることが可能だからである。換言すれば、測定対象物の複屈折に関して上記測定仕様に従って、但し測定ビーム経路内に測定対象物がない状態で、測定シリーズを実行することで、測定システムの外乱的な複屈折寄与を求めることができ、それにより解析において考慮に入れることができる。これは、２波係数Ａ２＿Ａ２０及びＢ２＿Ｂ２０をオフセット項Ａ０＿Ａ０１に正規化し、以前に求めて同様に正規化したデバイス部分をそこから減算することにより可能である。この場合、以下が適用される（方程式（４）及び（５））。
【０１０２】
【数４】
0005521029.tif 000005
【数５】
0005521029.tif 000006
【０１０３】
この場合、Ａ２Ｍｎ＝Ａ２＿Ａ０２／Ａ０＿Ａ０１は、測定システム及び測定対象物の組み合わせからの正規化測定値を表し、Ａ２Ｇｎ＝Ａ２＿Ａ０２／Ａ０＿Ａ０１は、測定対象物のない状態での測定からの正規化測定値、すなわち測定システム単独の、すなわちＰＲｄｂ＝０の場合の正規化測定値を表す。
【０１０４】
さらに、上記方程式（４）の左辺を「Ａ」で表し、その下の方程式（５）の左辺を「Ｂ」で表した場合、求められた複屈折パラメータＰＲｄｂ及びＰＲａには以下（方程式（６）及び（７））が適用される。
【０１０５】
【数６】
0005521029.tif 000007
【数７】
0005521029.tif 000008
【０１０６】
したがって、２波波形の絶対値を２倍することで、測定対象物に関して求められた複屈折が直接得られる。複屈折の向きは、Ｂ／Ａ比の逆正接から得られる。
【０１０７】
新規の測定法は、特に、例えば１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下の範囲にあり得る比較的僅かな複屈折に関して極めて高い測定精度を有する。０．５ｎｍ以下、特に０．４ｎｍ以下又は０．３ｎｍ以下の測定精度を達成することが可能である。
【０１０８】
大きな複屈折を有する、例えば１０ｎｍ以上の、又は２０ｎｍ以上の、又は５０ｎｍ以上の、又はそれよりもはるかに大きな範囲の値を有する測定対象物は、複屈折オフセットを供給することにより、例えば、複屈折が既知である平面板又は曲面板を測定ビーム経路に導入することにより、高精度で測定することができる。この場合、平面板又は曲面板の複屈折は、測定ビーム全体で全体的なリタデーションを引き起こす結果として比較的小さな、したがって容易に測定可能な残留複屈折値が残り、それらを続いて求めるように選択する。
【０１０９】
測定精度の以下の推定は、測定が高精度であることを実証するものである。測定法の予想測定精度の推定のために、測定をシミュレートし、測定対象物の測定複屈折値と所定の複屈折値との間の偏差を評価した。測定システムでは以下の典型的な値をとった。
【０１１０】
３ｎｍのリタデーション誤差を有するλ／２板を用いて、測定対象物の上流で直線偏光を設定。偏光回転子の角度位置決め誤りの正確度に関して、位置決めの正規分布誤差を±０．５°とした。測定シリーズは、回転角度空間αが等距離である入力偏光の８個の測定向きをとった。検出器ユニットのλ／４板のリタデーション誤差を３ｎｍに固定し、λ／４板の上流にあるレンズ群Ｌの複屈折寄与を０．５ｎｍに固定し、検光子（偏光ビームスプリッタの複屈折寄与を１ｎｍに固定し、検光子の消光比を０．３％に固定した。ビーム発生側において、レーザ信号の正規分布ノイズのσ値を０．５％とし、偏光測定ごとの支持点の数を、３６０°回転の場合に６４個とした。
【０１１１】
シミュレーション測定の第１のステップにおいて、システム部分（測定デバイスオフセット）を５回の測定から求めて平均値を得た。その後、第２のステップにおいて、測定すべき複屈折を予め決定した後に、第３のステップにおいて、２０回の個別測定のシミュレーション及びその統計的評価を実行した。その結果を図５〜図７を参照して説明する。図５は、０°の向きの場合の複屈折の絶対値に関する平均測定誤差の（すなわち、測定法の品質に関する）尺度を示し、ナノメートルでの測定対象物の所定の複屈折ＢＲをｘ軸上に示し、ナノメートルでの所望の値からの平均測定又は予想偏差ΔＢＲをｙ軸上に示す。偏差のオフセットは、第一近似では複屈折値の増加とともに二次的に増大する。測定値（１σ）の変動は、所定の複屈折とは無関係に比較的一定であり、約０．０５ｎｍとなる。オフセットの二次増加は、いかなる原理に従ったものでもなく、上述の評価の場合に展開を一次までしか行わなかったことから本質的に生じる。オフセットは、緻密な解析の場合に対応して減らすことができる。
【０１１２】
図６は、複屈折の絶対値が４ｎｍの場合の、複屈折の向きに関する平均予想測定誤差（すなわち、測定法の品質）を示す。度での複屈折の所定の向きＯＲＩをｘ軸上に示し、ｙ軸は所望の値からの平均測定偏差σＯＲＩを度で示す。このグラフは、平均して向きが正確に求められ、向き誤差（１σ）が約０．６°であることを顕著に示している。
【０１１３】
図７は、複屈折の絶対値を求めた結果が向きに依存しないことを本質的に示す。図７では、ナノメートルでの所望の値からの平均測定又はシミュレーション偏差ΔＢＲを、度での試料の複屈折の所定の向きＯＲＩに対してプロットし、複屈折の絶対値を４ｎｍとした。
【０１１４】
シミュレーションは、検出器ユニット内の典型的誤差の場合及び入力偏光の設定の場合に、複屈折の絶対値に関して約０．１ｎｍ（１σ）の測定精度（複屈折の絶対値が５ｎｍ未満である場合）と、複屈折の向きに関して±０．６°の向き誤差とを達成することが可能であることを示す。
【０１１５】
この測定法の主な利点は、この測定法が、第一近似で、測定対象物の上流で入力偏光を設定するための位相差素子から生じる誤差に反応しないため、誤差の小さな高精度の測定結果をなおも得るために、達成されたリタデーションに関して完璧な位相差素子が必要ないということである。さらに、この測定法は、検出器ユニットのレンズ又はレンズ群Ｌが与え得る複屈折寄与により導入される誤差を受け難い。比較すると、生じ得る測定誤差にこのような複屈折寄与が影響を及ぼすような他の測定法は、比較的大きなビーム角度範囲を有する測定光束を測定に用いる場合、方向依存性のより高い測定誤差補正を概して必要とする。
【０１１６】
図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明する測定法の実施形態は、直列に接続した複数の光学コンポーネントから構成した測定対象物の場合、この目的で個別コンポーネントに対して別個の測定を行う必要なく、少数の測定サイクルで個別コンポーネントの複屈折の別個の測定を実行することを可能にする。正確には、コンポーネントは、動作に備えて組み立てた配置のままとすることができる。
【０１１７】
この方法変形形態では、２つの測定サイクルを連続して実行し、測定システムを異なる測定構成で用いる。対応するパラメータの場合及び図８Ａにおいて以下で省略形「Ｍ１」で識別する第１の測定では、測定ビームをすでに上述したように第１の光学コンポーネントを通してから第２の光学コンポーネントを通して案内し、測定ビームの偏光状態は、光学コンポーネント間で変化させない。したがって、第１の測定は、図１における測定対象物ＭＯの上述の測定に相当する。
【０１１８】
第２の測定（図８Ｂ）では、９０°偏光回転子ＲＯＴを光学コンポーネントＣＯ１、ＣＯ２間の測定ビーム経路に導入する。図１の測定システムの場合、この目的で、割り当てられた制御デバイスＣＲ３を用いて９０°偏光回転子Ｒ３をコンポーネントＣＯ１とＣＯ２との間に導入する。それにより、第２の測定中、測定ビームの偏光状態を、第１の光学コンポーネントの通過後で第２の光学コンポーネントへの入射前に９０°回転させる。第１の測定及び第２の測定の順序は記載通りであっても逆であってもよい。第２の測定のパラメータは、以下で省略形「Ｍ２」で識別する。
【０１１９】
２つの測定の終了後、それにより得た測定関数を合同評価する。原理上、測定のそれぞれを、すでに上述した同じ測定仕様に従って実行することができる。特に、測定のそれぞれについて、等距離回転角度距離での２Ｎ個の直線偏光の入力偏光状態、例えば８個の直線偏光状態をそれぞれ設定することが可能である。第１のフーリエ係数Ａ０＿Ｍ１（α）、Ａ０＿Ｍ２（α）、Ａ２＿Ｍ１（α）、Ａ２＿Ｍ２（α）は、上述と同様の方法でそこから求める。
【０１２０】
次に、以下の方程式（８）〜（１０）が第１の測定について成立する。
【０１２１】
【数８】
0005521029.tif 000009
【数９】
0005521029.tif 000010
【数１０】
0005521029.tif 000011
【０１２２】
これに対して、以下の方程式（１１）〜（１３）が第２の方程式について成立する。
【０１２３】
【数１１】
0005521029.tif 000012
【数１２】
0005521029.tif 000013
【数１３】
0005521029.tif 000014
【０１２４】
これらの方程式で用いたパラメータは、方程式（１）〜（７）に関連してすでに用いたパラメータに相当する。
【０１２５】
測定１の正規化正弦２波波形が、
Ａ２Ｍ１ｎ＝Ａ２＿Ａ０２＿Ｍ１／Ａ０＿Ａ０１＿Ｍ１
で表される場合、測定２の正規化正弦２波波形は、
Ａ２Ｍ２ｎ＝Ａ２＿Ａ０２＿Ｍ２／Ａ０＿Ａ０１＿Ｍ２
で表され、測定１の正規化余弦２波波形は、
Ｂ２Ｍ１ｎ＝Ｂ２＿Ａ０２＿Ｍ１／Ａ０＿Ａ０１＿Ｍ１
で表され、測定２の正規化余弦２波波形は、
Ｂ２Ｍ２ｎ＝Ｂ２＿Ａ０２＿Ｍ２／Ａ０＿Ａ０１＿Ｍ２
で表され、次に以下の組の方程式（１４）〜（１７）が、上記方程式に関する加算及び差形成から得られる。
【０１２６】
【数１４】
0005521029.tif 000015
【数１５】
0005521029.tif 000016
【数１６】
0005521029.tif 000017
【数１７】
0005521029.tif 000018
【０１２７】
以下のことが、これらの方程式から明らかである。第１の測定及び第２の測定の２波波形の和は、第１の光学コンポーネントＣＯ１の複屈折に関する情報のみを含む。第２の光学コンポーネントの部分及び同じく測定システムから生じるシステム部分は、第一近似では消滅する。第２のコンポーネントＣＯ２及びシステム部分の複屈折寄与は、第１の測定の場合には特定の符号を有する測定結果に寄与するが、第２の測定の場合には、第１の光学コンポーネントと第２の光学コンポーネントとの間の偏光状態の９０°回転を含む、逆の符号で測定結果に影響を及ぼすため、加算の過程で第一近似では消滅することから、これは明確に理解できる。
【０１２８】
これに対して、第１の測定及び第２の測定の２波波形間の差は、第１のコンポーネントＣＯ１及び測定システムの複屈折部分のみを含む。測定結果に対する第１のコンポーネントＣＯ１及びシステム全体の両方の寄与が、第２の測定中に９０°偏光回転子Ｒ３の導入により変化しないことで、差形成の過程で消滅するため、これもまた明白である。
【０１２９】
式及び方程式（１４）〜（１７）は対応する方程式（４）〜（７）と同じ構造を有し、２つの光学コンポーネントＣＯ１及びＣＯ２からは別個の方程式対が得られるため、複屈折パラメータ（複屈折の絶対値及び向き）に関する解は、すでに説明したのと同様の方法で見出すことができる。
【０１３０】
特定の利点としてここで言及すべきは、加算の過程でシステム部分が消滅する（別個の測定により容易且つ正確にさらに求めることができる検光子の消光比Ｔｓｐの寄与を除いて）ため、第１の光学コンポーネントＣＯ１の部分は、システム部分の事前較正を行わずに求めることができることである。
【０１３１】
この原理を用いると、２つの測定間で検出器ユニットのすぐ上流で偏光状態の９０°回転を実行することにより、システム全体（第１の光学コンポーネントＣＯ１及び第２の光学コンポーネントＣＯ２）の（検光子の消光比Ｔｓｐの寄与を除いて）無較正の測定を実行することが可能であることも、ここで明らかである。このように、さらに構造を追加せずに測定システムにおいて間接較正を直接実行することが可能である。
【０１３２】
原理上、これは、検出器ユニットＤＥＴに、検出器ユニットへの入射前の測定放射線のためのさらに別の９０°偏光回転子を導入することを可能にする上流補助光学素子を設けることにより、達成することができる。簡単のために、図１は、９０°偏光回転子Ｒ４（第３の偏光回転子）のみを示しており、これは、割り当てられた制御デバイスＣＲ４を用いて随意に測定対象物と検出器ユニットと間の測定ビーム経路に導入するか又は測定ビーム経路から除去することができる。第３の偏光回転子を検出器ユニット用の上流補助光学素子に導入又は除去を可能にするよう交換可能に組み込めば、上記上流補助光学素子を全体で用いて測定を行うことが可能であるか、又は上記上流補助光学素子を測定システム部分の補正目的でのみ測定ビーム経路に導入することが可能である。
【０１３３】
マルチコンポーネント測定対象物の僅かな複屈折寄与の測定システム独立性測定、すなわち一次まで測定システムの誤差に依存しない測定に関する測定手順を、図９〜図１１を参照して以下で説明する。この目的で、図９〜図１１は、透過方向（矢印）に互いに前後して離れて配置した２つの光学コンポーネント又はモジュールＣＯ１及びＣＯ２を備える、測定対象物ＭＯと、測定システムのうちここで特に重要な部分、すなわち、検出器ユニットＤＥＴと、測定対象物と検出器ユニットとの間に装着して、随意に測定ビーム経路に導入するか又はそこから除去することができる９０°偏光回転子Ｒ４を有する上流補助光学素子ＯＰと、随意にコンポーネントＣＯ１とＣＯ２との間に導入するか又はそこから除去することができる第２の偏光回転子Ｒ３とを、概略的に示す。
【０１３４】
図９は、コンポーネントＣＯ１、ＣＯ２間の領域に９０°偏光回転子がなく、上流補助光学素子内に９０°偏光回転子がない、第１の測定に関する測定構成を示す。互いに対して等距離回転角度距離（例えば４５°）にある直線入力偏光の２Ｎ個の異なる入力偏向状態を、測定光源と測定対象物との間でλ／２板を用いて設定する。
【０１３５】
図１０に示す第２の測定中、９０°偏光回転子Ｒ３は、第１のコンポーネントＣＯ１と第２のコンポーネントＣＯ２との間の測定ビーム経路内に位置付けるが、上流補助光学素子の９０°偏光回転子は、測定ビーム経路から後退させたままとする。この場合も、第１の測定に対応する複数の入力偏光状態を設定し、測定信号を各偏光状態について判定する。
【０１３６】
図１０に示し、この場合はデバイス較正すなわち測定システムの較正のみに利用する第３の測定中、第２の偏光回転子Ｒ３は、測定ビーム経路外にあるが、第３の９０°偏光回転子Ｒ４は、測定ビーム経路内で上流補助光学素子内に配置する。
【０１３７】
第１のコンポーネントＣＯ１における複屈折分布（ＣＯ１ｄｂ、ＣＯ１ａ）は、第１の測定及び第２の測定から加算により得る。以下の方程式（１８）及び（１９）がこれについて成立する。
【０１３８】
【数１８】
0005521029.tif 000019
【数１９】
0005521029.tif 000020
【０１３９】
上記方程式（１８）の左辺をＡ１２で表し、下記方程式（１９）の左辺をＢ１２で表した場合、ＰＲｄｂ＝ＣＯ１ｄｂ、ＰＲａ＝ＣＯ１ａ、Ａ＝Ａ１２、及びＢ＝Ｂ１２とそこで見なすことにより、方程式（６）及び（７）（上記参照）から解を直接導出することができる。
【０１４０】
測定システム部分、すなわち測定デバイスの部分は、第１の測定Ｍ１及び第３の測定Ｍ３から差形成により得られ、以下の方程式（２０）及び（２１）と定義（２２）及び（２３）とが成立する。
【０１４１】
【数２０】
0005521029.tif 000021
【数２１】
0005521029.tif 000022
【数２２】
0005521029.tif 000023
【数２３】
0005521029.tif 000024
【０１４２】
第２の光学コンポーネントＣＯ２における複屈折分布は、以下の方程式（２４）、（２５）に従って、求めたばかりの測定デバイス部分の減算後に第１の測定Ｍ１と第２の測定Ｍ２との間の差の形成からさらに得られる。
【０１４３】
【数２４】
0005521029.tif 000025
【数２５】
0005521029.tif 000026
【０１４４】
デバイス部分Ａ２３ｎＧ及びＢ２３ｎＧの減算後に、以下を適用する（方程式（２６）及び（２７））。
【０１４５】
【数２６】
0005521029.tif 000027
【数２７】
0005521029.tif 000028
【０１４６】
これらの方程式（２６）及び（２７）は、上記のものと類似の形態を示し、したがってＣＯ２ｄｂ、ＣＯ２ａに関して解くことができる。
【０１４７】
さらに、第１の方程式（２６）の左辺をＡ１２＿で表し、第２の方程式（２７）の左辺をＢ１３＿で表した場合、Ａ＝１３＿及びＢ＝１３＿とそこで見なすことにより、方程式（６）及び（７）から解を直接導出することができる。
【０１４８】
第１の光学コンポーネントＣＯ１及び検出器ユニットの両方が複屈折パラメータのオフセットを１つしか引き起こさないため、３つの測定全てが必要なのは測定視野の中心だけである。
【０１４９】
被測定視野内の他の視野点全てについて、視野中心からの第１の測定Ｍ１及び第３の測定Ｍ３の結果と共に、第２の測定Ｍ２から第２のコンポーネントＣＯ２の複屈折分布を求める。
【０１５０】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置のコンポーネント及びサブシステムにおける複屈折の測定に関連するさらに他の例示的な実施形態及び用途を、以下で説明する。
【０１５１】
図１２は、半導体コンポーネント及び他の微細構造コンポーネントの生産で用いることができ、数分の１マイクロメートルまでの分解能を得るために深紫外域（ＤＵＶ）からの光又は電磁放射線で動作する、マイクロリソグラフィ投影露光装置ＷＳＣの例を示す。約１９３ｎｍの作動波長を有するＡｒＦエキシマレーザが、一次光源ＬＳとしての役割を果たし、上記レーザの直線偏光レーザビームは、照明系ＩＬＬの最適軸（optimal axis）ＡＸに関して同軸上で照明系に結合させる。他のＵＶレーザ放射源、例えば１５７ｎｍの作動波長を有するＦ２レーザ又は２４８ｎｍの作動波長を有するＡｒＦエキシマレーザも同様に可能である。
【０１５２】
光源ＬＳからの偏光は、最初にビームエキスパンダＥＸＰに入射し、ビームエキスパンダＥＸＰは、例えばコヒーレンスの低減及びビーム断面の拡大の役割を果たす。拡大したレーザビームは、瞳形成ユニットＰＦに入射し、瞳形成ユニットＰＦは、多数の光学コンポーネント及び光学群を収容し、照明系ＩＬＬの下流瞳形成表面ＰＦＳにおいて、２次光源又は「照明瞳」とも呼ぶ場合がある規定の局所（２次元）照明強度分布を生成するよう設計する。瞳形成表面ＰＦＳは、照明系の瞳表面である。
【０１５３】
瞳形成ユニットＰＦは、種々の局所照明強度分布（すなわち、種々の構成の２次光源）を瞳形成ユニットの駆動に応じて設定することができるように、可変に設定することができる。円形照明瞳の様々な照明、すなわち、中心の円形照明スポットを有する従来の設定ＣＯＮ、二重極照明ＤＩＰ、又は四重極照明ＱＵＡＤを、例として図１２に概略的に示す。
【０１５４】
光学ラスタ素子ＦＤＥを、瞳形成表面ＰＦＳのすぐ近くに配置する。上記ラスタ素子の下流に配置した結合入射（coupling-in）光学素子ＩＮＣは、レチクル／マスキングシステムＭＡを配置した中間視野平面ＩＦＰに光を伝送し、これは調整可能な視野絞りとしての役割を果たす。視野規定素子とも呼ぶ光学ラスタ素子ＦＤＥは、回折又は屈折光学素子の２次元配列を有し、下流の結合入射光学素子ＩＮＣを通過後に中間視野平面ＩＦＰの領域で矩形の照明視野を照明するように入射放射線を整形する。放射線は、ＦＤＥが視野整形・均一化素子としての役割を果たすように、部分ビーム束の重畳によりさらに均一化する。
【０１５５】
下流の結像対物レンズＯＢＪ（ＲＥＭＡ対物レンズとも呼ぶ）は、視野絞りＭＡを有する中間視野平面ＩＦＰをレチクルＭ（マスク、リソグラフィ原版）に２：１〜１：５であり得る縮尺比で、例えば本実施形態では約１：１の縮尺比で結像する。
【０１５６】
レーザＬＳからの光を受けてその光からレチクルＭへ指向させる照明放射線を形成する光学コンポーネントは、投影露光装置の照明系ＩＬＬに属する。
【０１５７】
照明系の下流には、レチクルＭを保持及び操作するためのデバイスＲＳを配置し、これは、レチクル上に配置したパターンが投影対物レンズＰＯの物体平面ＯＳにあり、走査動作のために走査ドライブを用いて光軸ＡＸ（ｚ方向）に対して垂直な走査方向（ｙ方向）に上記平面内で移動させることができるようにするものである。
【０１５８】
レチクル平面ＯＳの下流には、投影対物レンズＰＯが続き、これは、マスクＭ上に配置したパターンの像をウェーハＷに縮小して、例えば１：４〜１：５の縮尺比で結像し、上記ウェーハはフォトレジスト層でコーティングし、上記ウェーハの感光面は投影対物レンズＰＯの像平面ＩＳにある。屈折、反射屈折、又は反射投影対物レンズが可能である。他の縮尺、例えば１：２０又は１：２００までのより大きな縮小が可能である。
【０１５９】
この例の場合は半導体ウェーハＷである被露光基板は、デバイスＷＳにより保持し、デバイスＷＳは、光軸に対して垂直にレチクルＲと同期してウェーハを移動させるためにスキャナドライブを備える。投影対物レンズＰＯの設計（例えば、屈折、反射屈折、又は反射、中間像なし又は中間像あり、折り返し又は非折り返し）に応じて、これらの移動は互いに平行又は逆平行に行わせることができる。「ウェーハステージ」とも呼ぶデバイスＷＳと、「レチクルステージ」とも呼ぶデバイスＲＳとは、走査制御デバイスにより制御するスキャナデバイスの一部である。
【０１６０】
瞳形成表面ＰＦＳは、直近下流の瞳表面Ｐ’に対して及び投影対物レンズＰＯの像側瞳表面ＰＳに対して光学的に共役である位置又はその付近にある。結果として、投影対物レンズの瞳ＰＳにおける空間的（局所的）光分布は、照明系の瞳形成表面ＰＦＳにおける空間的光分布（空間的分布）により決まる。瞳表面ＰＦＳ、Ｐ’、ＰＳ間には、光学ビーム経路内にそれぞれ視野表面があり、これらは各瞳表面に対するフーリエ変換表面である。これは、特に、瞳形成表面ＰＦＳにおける照明強度の規定の空間的分布が、下流の視野表面ＩＦＳの領域における照明放射線の特定の角度分布をもたらし、それがさらに、レチクルＭに入射する照明放射線の特定の角度分布に対応する。
【０１６１】
瞳形成ユニットＰＦの実施形態のコンポーネントを、図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１３Ｃに概略的に示す。入射した拡大レーザ放射線束ＬＢは、平面偏向ミラーＭ１によりフライアイコンデンサ（フライアイレンズ）ＦＥＬの方向に偏向させ、フライアイコンデンサＦＥＬは、到達したレーザ放射線束を部分照明ビーム束に分解し、部分ビーム束は、続いてフーリエ光学系ＦＯＳを通してレンズアレイＬＡに、すなわちレンズ系の２次元アレイ配列に伝送される。レンズアレイＬＡは、部分照明ビーム束ＰＢを、図１３Ｂ及び図１３Ｃにも示すマルチミラー構成体ＬＭＤ（マルチミラーアレイ、ＭＭＡ）の個別駆動可能なミラー素子に集束させる。マルチミラー構成体は、光変調デバイスに入射した放射線束の角度分布を制御可能に変える反射光変調デバイスとしてここでは動作し、その個別ミラーＭＭの向きにより、マルチミラー構成体を用いて規定可能であり瞳形成表面ＰＦＳで重畳させてこの瞳表面で強度分布を形成する照明角度分布を提供する。共通の支持要素ＳＵＰに装着したマルチミラー構成体の個別ミラーＭＭは、衝突する部分照明ビーム束ＰＢの伝播角度を変えるために１つ又は複数の軸を中心に傾斜させることができる。個別ミラーＭＭから出る部分照明ビーム束は、拡散スクリーンＳＴを通過させ、下流のコンデンサ光学素子ＣＯＮＤにより瞳形成表面ＰＦＳに結像させる。レンズアレイＬＡ及び／又はマイクロミラー構成体ＬＭＤは、本出願人の名義の米国特許出願第２００７／０１６５２０２号明細書に記載のように本質的に構成することができる。上記特許出願におけるこれに関する開示は、参照により本明細書内容に援用する。透過光変調デバイスも可能である。
【０１６２】
このような投影露光装置のコンポーネントを生産する際の１つの作業は、例えば、照明瞳を形成するために設けたアセンブリＰＦ及びＦＤＥの複屈折と、下流の結合入射群ＩＮＣの複屈折とを別個に求めることからなり得る。これは、例として、個別素子の交換又は調整を通して、構成体全体の複屈折寄与が所定の公差を超えないようにすることを可能にするためである。この目的で、投影露光装置の動作中にもその構成体で利用される測定すべき光学コンポーネントを、複屈折測定の測定対象物ホルダに設置し、この構成で測定する。この場合、瞳形成ユニットＰＦ及び視野規定素子ＦＤＥの組み合わせは、第１の光学コンポーネントＣＯ１を形成し、その下流に離れて配置した結合入射群は、第２の光学コンポーネントＣＯ２を形成する（図１を参照）。試験設備の光源ＬＳは、測定システムの高源としての役割を果たす。測定システムはさらに、半波長板の形態の第１の偏光回転子Ｒ１を備え、これは、ビームエキスパンダＥＸＰと瞳形成ユニットＰＦとの間のビーム経路に導入し、照明系の光軸を中心に回転可能であるよう取り付ける。さらに、第２の９０°偏向回転子Ｒ３を設け、これは随意に、交換デバイスを用いて、第１の光学コンポーネントＣＯ１と第２の光学コンポーネントＣＯ２との間のビーム経路に導入するか又はこの位置から外すことができる。この測定構成体の場合、測定システムの検出器ユニットＤＥＴの配置は、ピンホールＰＨ、すなわち検出器ユニットの入射開口を結合入射群から続く中間視野平面ＩＦＳに位置付けるようにする。さらに上述した較正のために、第３の９０°偏光回転子Ｒ４も設けることができ、これは随意に、第２の光学コンポーネントＣＯ２と検出器ユニットＤＥＴの入口との間の領域の測定ビーム経路に導入するか又は該測定ビーム経路から除去することができる。測定設備は、本質的に図１に関連して説明したようなものとすることができ、第１の光学コンポーネントＣＯ１は、瞳形成ユニット及び視野規定素子の組み合わせにより形成し、第２の光学コンポーネントＣＯ２は、結合入射群により形成する。
【０１６３】
すでに述べたように、検出器ユニットは、高い角度分解能での角度分解偏光測定を可能にする。さらに、瞳形成表面における強度の空間的分布は、フーリエレンズ群として働く結合入射群により、検出器ユニットのピンホールＰＨを位置決めする中間視野平面における対応の角度分布に変換される。結果として、測定設備を用いて、瞳分解（pupil-resolved）複屈折測定を実行することができる。これに関しては、上記の様々な測定法の説明を参照されたい。
【０１６４】
検出器ユニットの入射面をレチクル平面ＯＳ内に位置付けるように、結像対物レンズＯＢＪの下流に検出器ユニットを配置することも可能である。この場合、結像対物レンズＯＢＪの複屈折寄与も、測定に影響を及ぼし、随意に挿入可能な９０°偏光回転子の対応する位置決めにより他のコンポーネントの寄与とは別に求めることができる。
【０１６５】
測定システムの実施形態は、動作に備えて組み立てた投影露光装置における複屈折の測定にも利用することができる。一実施形態では、測定システムを投影露光装置に組み込む。図１２を参照して同様に説明した例示的な実施形態は、検出器ユニットＤＥＴを有し、これは、ピンホールを有する検出器ユニットの入射平面を投影対物レンズの像平面内に位置付けるように、被露光ウェーハの代わりに投影対物レンズの像平面の領域に配置することができ、上記平面内の種々の視野点を測定するために投影対物レンズの光軸に対して垂直に変位させることができる。このとき、この統合測定システムを用いて、例えば、投影露光装置の動作中にレチクル（マスクＭ）の複屈折を計測学的に検出することが可能である。対応する測定を、例えばレチクル交換後にそれぞれ行うことができるが、これは、レチクルの複屈折がそのプロセスに対して予め決定した上限を超えていないことを確認するため、及び／又は対応する補償機構によりレチクルの複屈折の影響を補償するための複屈折分布のデータベースを得るためである。
【０１６６】
原理上、投影露光装置に設置したレチクルの複屈折の測定は、図８Ａ〜図１１に関連して説明した手順に類似して実行することができる。この場合、その複屈折に関して測定すべきレチクルは、第２のコンポーネントＣＯ２に相当する。この方法では、投影露光装置は、ビーム経路に対して９０°偏光回転子を随意に挿入又は除去するための２つの交換デバイスを有する。第１の交換デバイスは、第１の９０°偏光回転子を照明系の出力とレチクルとの間の空間Ａに挿入するよう設計する。第２の交換デバイスは、第２の９０°偏光回転子をレチクルと投影対物レンズとの間の空間Ｂに随意に挿入するよう設計する。さらに、照明系は、照明ビーム経路に随意に挿入することができ、測定用の入力偏光状態を設定するために挿入位置で照明系の光軸を中心に回転することができる、λ／２板を収容する（図１からの回転可能なλ／２板Ｒ１に相当）。
【０１６７】
検出器ユニットは、瞳ではなく視野を直接測定するようにレチクルの複屈折の測定のために変更することもできる。この目的で、検出器ユニットは、レチクルフィールドの光分布がセンサエリア（例えば、ＣＣＤチップ）に入射するように配置することができる。この目的で、センサエリアは、例えば、測定すべきレチクルを配置する投影対物レンズの物体平面に対して光学的に共役な、投影対物レンズの像平面に配置することができる。大きな表面を有するレチクルを、このようにして走査することができることにより、個別の視野点を走査する測定と比較して測定時間を短縮することができる。
【０１６８】
レチクルにおける複屈折測定では、最初に照明系の瞳形成ユニットＰＦを、極めて低いコヒーレンス度を有する従来の照明設定となるよう設定して、瞳形成表面ＰＦＳの実際に光軸のすぐ近くにのみ照明強度があるようにする。コヒーレンス度σは、下流の投影対物レンズの入力側開口数に対する照明系の出力側開口数の比としてここでは定義する。σ値は、例えば、０．２未満、又は０．１５未満、又は０．１、又は０．１未満とすることができる。適切であれば、瞳形成表面ＰＦＳにおいて光軸上に位置付けた単一の擬点状２次光源を得るために、ピンホール絞りを挿入することもできる。最大限にコリメートした測定光からなる測定ビームをこのようにして発生させ、該測定ビームをレチクルに指向させる。レチクルに対して実質的に垂直な光入射を有するコリメートビーム経路は、レチクルにおける入力偏光状態の正確な設定を可能にする。これは、放射線が設定に用いた偏光光学コンポーネントを実際に光軸と平行にしか通過せず、したがって非常に小さな角度負荷及びそれに関連するリタデーション誤差しかないためである。
【０１６９】
後述する測定のそれぞれについて、直線偏光の異なる向きに対応する少なくとも４つの異なる入力偏光状態を、照明系におけるλ／２板の回転により発生させる。
【０１７０】
第１の測定は、照明系とレチクルとの間の領域Ａに９０°偏光子がなく、レチクルと投影対物レンズとの間（領域Ｂ）にも９０度偏光回転子がない状態で実行する。２Ｎ個の異なる直線入力偏光状態を、照明系におけるλ／２板を用いて設定する。
【０１７１】
第２の測定では、第１の９０°偏光回転子を照明系とレチクルとの間（領域Ａ）の測定ビーム経路に挿入する一方で、レチクルと投影対物レンズとの間の領域Ｂ用に設けた第２の９０°偏光回転子は、測定ビーム経路から後退させたままとする。この構成でも、第１の測定に対応する数の入力偏光状態を設定し、測定信号を各偏光状態について求める。
【０１７２】
第３の測定では、第１の偏光回転子を照明系とレチクルとの間の空間Ａから除去し、第２の９０°偏光回転子をレチクルと投影対物レンズとの間の空間Ｂに挿入する。この構成でも、再び第１の測定に対応する数の入力偏光状態を設定し、測定信号を各偏光状態について判定する。
【０１７３】
図８Ａ〜図１１に関連した説明と同様に、λ／２板（図中の第１のコンポーネントＣＯ１に相当する）の下流にある照明系のコンポーネントにおける複屈折分布を、第１の測定及び第２の測定から加算により得る。測定システム部分、すなわち測定システムのうちこの場合は投影対物レンズＰＯも含む部分は、第１の測定及び第３の測定からの差形成により得る。
【０１７４】
最後に、レチクルにおける複屈折分布を、求めたばかりのシステム部分（測定デバイス及び投影対物レンズ）の減算後に第１の測定と第２の測定との間の差の形成から得る。
【０１７５】
測定法の測定精度は、用いる測定光の強度変動により低下し得る。測定システムと関連して管理可能な技術費で実現可能な、エネルギー基準を検出する可能性、したがってそのような強度変動作用を補正する可能性を、以下で説明する。投影露光装置の照明系のコンポーネントにおける瞳分解偏光測定の例は、これに関して特に有益である。図１２〜図１３Ｃに関連して説明したタイプの照明系では、一次光源からのレーザ光はマルチミラーアレイ（ＭＭＡ）に入射し、その個別ミラーは、他の個別ミラーとは無関係に小さな角度範囲でそれぞれ可動であるため、個別ミラーの角度位置の組み合わせにより、反射放射線の所望の角度分布を、ひいては照明系の瞳平面における所望の空間分布を設定することが可能である。
【０１７６】
この測定中の１つの問題は、マルチミラーアレイのミラーにおける強度分布が、個々のレーザパルスの時間規模で、また数個のマイクロミラーの長さ規模で変動し得ることである。変動は、例えば±１０％の範囲内であり得る。このような空間分解光変調デバイスでは、個々の素子（マイクロミラー）が瞳の小さな部分のみを照明するため、マルチミラーアレイにおける強度変動は、瞳平面における場所依存強度変動に直接変換される。
【０１７７】
強度変動は、供給ビームにおけるインターミキシング作用と組み合わせたレーザプロファイル及びレーザ角度の変動から実質的に生じ、本質的には、コヒーレントなレーザ放射の自己干渉に起因する。図１４は、例として、それぞれ異なる時点ｔ１及びｔ２に存在する２つの異なる局所強度分布ｌ１及びｌ２に基づく、場所Ｘに対する瞳表面における相対強度Ｉの依存性を示す。
【０１７８】
したがって、瞳分解偏光測定について以下の問題が生じる。照明系の角度依存偏光特性の（又は瞳にわたる偏光の分布の）測定は、角度分解検出器による視野平面（例えば、レチクル平面又は中間視野平面）における放射線の強度測定である。瞳にわたる強度分布が瞳における空間分解測定中に変わった場合、これは測定の乱れを意味し、強度変動を適切に監視して偏光測定の評価において考慮に入れなければ測定精度の低下につながる。
【０１７９】
エネルギー基準は、測定光源が放出する測定光の強度に比例する基準強度信号の時間依存性検出を実行することにより、また正規化偏光測定信号を求めるために基準強度信号への偏光測定信号の正規化を用いることにより得ることができる。
【０１８０】
エネルギー基準設定の一変形形態の一般化原理を、図１５Ａ〜図１５Ｃを参照して説明する。この変形形態の重要な一態様は、複屈折素子又はビーム分割用の他の何らかのデバイスを用いて、光源からの強度変動光を互いに垂直に偏光した２つの部分ビームに分割し、偏光測定中に２つの部分ビームが異なる場所で同じ受光センサ（例えば、ＣＣＤチップ）に同時に入射して併せて記録されるようにすることにある。測定構成体は、好ましくは、２つの直交偏光部分ビームが分割場所とセンサにおける衝突場所との間で介在システムを通して偏光光学的及び／又は幾何学的に同様の経路を通過するように構成すべきである。これらの条件下では、部分ビームは、システムに偏光影響素子がある可能性がある結果として偏光のほぼ同一の変化を生じるため、互いに対してほぼ直交偏光したままで検出器ユニットに到達する。これらの仮定の下で、センサエリアにおける２つの信号の和は、各時点の光源の総エネルギーに比例し、したがって基準エネルギー信号として利用することができる。
【０１８１】
これに関して、図１５Ａは、時間ｔの間に強度変動、すなわち図１５Ｂに示す相対強度Ｉの変動を有するであろう光源ＬＳを示す。光源の下流のビーム経路において、リターダＲＥＴ、例えば小さな位相差板又は偏光子又はデポラライザが続くが、これは、後続の複屈折素子ＳＰの上流における放射線の偏光の設定を、複屈折素子ＳＰの下流で常光線Ｏ及び異常光線ＯＡの両方が評価に適した量の光エネルギーを運ぶようなものにするためである。このように分割した測定放射線は、次に測定対象物ＭＯを通過し、測定対象物ＭＯは、偏光変化を引き起こし得る。測定対象物を通る２つの部分ビームの経路は同様であるため、両方が同じ相対的な偏光変化を生じる。測定対象物は、例えば、投影露光装置の照明系、又はそのような照明系の個別モジュール、又は照明系若しくは他の何らかの光学系の個別素子であり得る。測定対象物の通過後、２つの部分ビームは、検出器ユニットＤＥＴに到達し、検出器ユニットＤＥＴは、回転可能なλ／４位相差板Ｒ２及びビームスプリッタキューブとして具現した偏光ビームスプリッタＢＳ、並びにエリアセンサＳＥＮＳで、図１に関連して説明したように構成することができる。
【０１８２】
部分ビームは、互いに直接並んでセンサエリアに衝突し、この場合は第１の照明スポット又はスポットＳＰ１（例えば、常光線用）及び第２の照明スポット又はスポットＳＰ２（例えば、異常光線用）を形成する。図１５Ｃは、測定時間内の種々の時点でのスポット内の相対強度を示す。この場合、第１のスポット及び第２のスポットの強度の和は、図１５Ｃに概略的に示すように、図１５Ｂに示すレーザエネルギー変動に実質的に比例する。したがって、加算信号を、偏光測定信号の正規化のためのエネルギー基準として利用することができる。
【０１８３】
この特定のタイプのエネルギー基準設定の機能原理は、以下のように実証的に説明することができる。分割により発生した部分ビームの２つの互いに直交する偏光状態は、加算すると非偏光となる。検出器ユニットは、非偏光に応じて、位相差板の回転位置とは無関係にレーザエネルギーに比例する一定信号を発生させるため、２つの部分ビーム強度の和から、評価ソフトウェアの領域におけるインコヒーレント加算により、光源の（場合によっては変動する）強度に実質的に比例する信号が得られる。
【０１８４】
測定対象物の座標系に対する複屈折素子ＳＰの向きが分かっている場合、第１のスポットＳＰ１及び第２のスポットＳＰ２の２つの強度の比から、常光線及び異常光線それぞれの偏光方向の偏光部分を推定することがさらに可能である。この情報を位相差板Ｒ２の回転位置に付加的に結び付ければ、放射線の非偏光部分及び偏光部分を種々の回転位置における強度の比からそれぞれ推定することもできる。
【０１８５】
原理上、光源と複屈折素子との間に配置した位相差素子ＲＥＴ(例えば、λ／４板)とビーム分割の役割を果たす複屈折素子ＳＰとの組み合わせは、この場合も、光源から出る放射線の偏光分布を測定するために用いることができる偏光測定システムである。空間的割り当てと組み合わせて、偏光分布の有限空間分解測定が可能である。このようなシステムを用いて、例えば、投影露光装置のレーザ光源と照明系との間に配置したビーム送出システムの偏光光学特性を検出することができる。
【０１８６】
図１２〜図１３Ｃと組み合わせて図１６を参照し、瞳形成ユニットにマルチミラーアレイＭＭＡを有する照明系のコンポーネントの測定における、このようなエネルギー基準設定の実施可能性について説明する。これに関して、図１６は、図１３Ａに概略的に示す瞳形成ユニットから抜き出した一部を示す。システムのこの部分は、マルチミラーアレイＭＭＡと、集束アレイとして拡大レーザビームを部分ビームＰＢに分解する役割を果たす上流レンズアレイＦＯＣとを備え、部分ビームＰＢは、続いてミラー構成体ＭＭＡの個別ミラーに衝突する。複屈折素子ＳＰを、集束アレイとミラーアレイとの間のビーム経路に導入する。集束アレイに衝突するビームの偏光は、複屈折素子ＳＰの結晶光軸ＯＡの向きを考慮に入れて、集束アレイが発生させた部分ビームを互いに垂直に偏光する部分ビームＰＢ１及びＰＢ２にそれぞれ分割するように、位相差素子ＲＥＴにより設定する。次に、測定のために、２つの隣接する個別ミラーＭＭ１、ＭＭ２それぞれを、直交偏光を有する２つの部分ビームＰＢ１、ＰＢ２を瞳形成表面ＰＦＳにおいて直接並んで結像させるよう設定する。対で加算すると、これらの部分ビームの強度から、レーザＬＳの強度変動に関して求められた情報が得られる。この場合、直交偏光を有する直接隣接して衝突する部分ビームの和をいずれの場合も形成するように評価を実行することが有利である。これは、これらが実質的に同じ光路を通過し、実質的に同じ強度変動も生じるからである。
【０１８７】
集束アレイＦＯＣの個別レンズ又は個別光チャネルの数は、光チャネルの放射線をマルチミラーアレイＭＭＡの個別ミラーにそれぞれ集中させるために個別ミラーの数に普通は対応するため、測定のために、偏光測定にマイクロレンズを１つ置きにしか利用しないように到達ビームを分割するラスタ絞り（raster diaphragm）を集束アレイの上流で用いるようになっている。
【０１８８】
測定は、測定システムの検出器ユニットＤＥＴの入射平面をレチクル平面（動作中における投影対物レンズの物体平面と同一の、照明系の出射平面）内に配置することにより、動作に備えてすでに組み立てた照明系で実行することができる。このとき、測定はすでに説明したように実行することができる。
【０１８９】
互いに垂直に偏光させた２つの部分ビームへの測定ビームの分割は、エネルギー基準設定用に行われるものであり、種々のビーム分割デバイスを用いて実行することができる。したがって、例として、偏光ビームスプリッタを複屈折素子の代わりに用いることもできる。部分ビームへの分割を測定対象物の上流の光路において又は測定対象物内で行うことも、必須ではない。正確には、直交偏光部分ビームへの分割は、測定対象物の通過後に、特に検出器ユニット内でも同じく行うことができる。これに関するいくつかの例を、図１７Ａ〜図１８に関連して以下で説明する。
【０１９０】
図１７Ａは、光学素子、コンポーネント、又はシステムの複屈折を測定するために用いることができる偏光測定システム用の検出器ユニットＤＥＴの概略図を示す。検出器ユニットの基本コンポーネント、特に入射開口（ピンホールＰＨ）を有するマスクＭ、レンズＬ、回転可能な位相差素子ＲＴ、偏光ビームスプリッタＢＳ（検光子）、及びセンサ（ＳＥＮＳ）は、図１からの実施形態の対応した呼称のコンポーネントに対応するため、それに関する説明を参照されたい。
【０１９１】
さらに、ビームスプリッタＢＳのうちビームスプリッタ表面から反射した放射線が最初に出る側に、λ／４板Ｒ６及び高反射平面ミラーＰＭ１を配置し、高反射平面ミラーＰＭ１の反射面は、検出器ユニットの光軸に対して垂直であり、該光軸は、ビームスプリッタ表面ＢＳＳで折れる。ビームスプリッタの反対側には、さらに別のλ／４位相差板Ｒ７を設け、さらに別の高反射平面ミラーＰＭ２も設け、高反射平面ミラーＰＭ２の平面ミラー面は、他方の平面ミラーＰＭ１の平面ミラー面に対して又は光軸に対してセンサの方向に僅かに傾斜させる。
【０１９２】
この配置では、偏光ビームスプリッタＢＳは、互いに対して垂直に偏光して互いに直接並んでセンサＳＥＮＳのセンサエリアに衝突する２つの部分ビームを発生させる、ビーム分割素子として働く。この場合、機能は以下の通りである。最初に、レンズＬによりコリメートした測定ビームが、ビームスプリッタＢＳに入射し、ビームスプリッタ表面ＢＳＳにより、センサＳＥＮＳを通過するｐ偏光（ビームスプリッタ表面に対する入射平面と平行な偏光方向）を有する部分ビームと、ビームスプリッタ表面により反射されるｓ偏光部分ビームとに分割される。反射した部分ビームは、偏光ビームスプリッタから第１の平面ミラーＰＭ１の方向に出て、λ／４板がある結果として円偏光となり、次に平面ミラーで反射し、λ／４板を反復して通過した後、したがって合計リタデーションがλ／２となった後に、９０°回転した偏光方向を有する結果として、このときビームスプリッタ表面に対してｐ偏光する。ビームスプリッタに再度入射したｐ偏光ビームは、次にビームスプリッタ表面から反対側に透過し、反対側でビームスプリッタから出る。λ／４板Ｒ７の通過後、円偏光した状態のビームは、反射ビームが入射ビームに対してセンサの方向に僅かに傾斜するように、傾斜した平面ミラーＰＭ２で反射する。λ／４板Ｒ７を反復して通過した後、ｓ偏光が存在するため、ビームは続いてビームスプリッタ表面からセンサエリアの方向に反射する。上記ミラーに指向させたビームの入射方向に対する平面ミラーＰＭ２の傾斜角度は、このとき、多重反射によりセンサに指向させた部分ビームが、直接透過した部分ビームに対してこれと並んで横方向にずれてセンサエリアに衝突するような寸法とする。
【０１９３】
この配置の場合、偏光選択的ビーム分割後の部分ビームは、種々の幾何学的経路を通過する（一方の部分ビームはセンサに直接透過し、他方の部分ビームは平面ミラー表面で多重反射する）が、多重反射した部分ビームが直接透過した部分ビームに対して全体としてちょうど１波長の位相差しか生じない限り、ビーム経路は同一又は偏光光学的に等価である。
【０１９４】
図１７Ａの概略図から逸脱して、互いに対して横方向にずれてセンサＳＥＮＳに衝突する部分ビームが重なるのではなく、重ならずに互いに並んでずれて衝突するように、照明系を通る測定ビームのビーム直径を設定することが可能である。この目的で、例として、照明系を用いて、１極のみを光軸に対して偏心して位置付けた著しいアンダーフィルド型の（greatly underfilled）照明瞳を生成することが可能である。図１７Ｂに概略的に示すような状況を、このときセンサＳＥＮＳのセンサ領域で成立させることができる。この図は、直接通過する部分ビームにより形成される第１のスポットＳＰ１を左側に、多重反射部分ビームにより形成される第２のスポットＳＰ２を右側に示す。
【０１９５】
対応の様式で、照明系の測定中に、測定ビームは、マルチミラーアレイＭＭＡを用いて、照明瞳のより細かなラスタ化に従ってより多数の部分ビームに分解することができ、それらは次に検出器ユニットに入射し、直接並んだスポットＳＰ１、ＳＰ２のより細かなラスタをセンサＳＥＮＳ上に形成し、スポットの一方はｓ偏光を有する部分ビームから得られ、他方のスポットＳＰ２は互いに対して直交偏光を有する部分ビームから得られる。評価中、好ましくは、互いに直接並んだスポットＳＰ１、ＳＰ２の強度はいずれも、エネルギー基準設定のために続いて評価する。
【０１９６】
図１８は、複屈折ビーム分割素子ＳＰをセンサエリアＳＥＮＳの上流に配置した検出器ユニットＤＥＴの部分を示す。複屈折素子ＳＰは、左側に概略的に示すように上記素子の結晶光軸の対応の向きがあるとすると、センサに指向させた放射線を互いに垂直に偏光させた部分ビームに分割する。マイクロレンズアレイＭＬを、複屈折素子とセンサとの間に装着し、通過するビームを照明されるマイクロレンズの数に対応する数の部分ビームに分割し、互いに垂直に偏光させた部分ビームの２つの部分に関する部分ビームスポットそれぞれに対してセンサエリアを形成する。この実施形態では、マイクロレンズアレイＭＬは、瞳のラスタ化の機能を果たすことができるため、測定すべき測定対象物にマルチミラーアレイがなくても測定が可能である。
【０１９７】
したがって、いくつかの例示的な実施形態に基づき、互いに対して直交偏光させた２つの部分ビームへの測定ビームのビーム分割を、２つの部分ビームが隣接する場所で空間分解的に働く測定システムのセンサに衝突するように実行する、光学系による偏光分布の変化の空間分解測定の方法について、ここで説明した。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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