CN102879103A - 偏振检测装置器件误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种偏振检测装置器件误差的校正方法，所述的偏振检测装置包括沿装置***光轴依次设置的相位延迟器、检偏器和光电探测器，该光电探测器的输出接信号处理***，斯托克斯参数为(1,1,0,0)的线偏振光入射至所述的偏振检测装置，设定检偏器透光轴角度为0度并进行第一次测量，得到归一化斯托克斯参数的第一次测量误差；设置检偏器透光轴角度为45度并进行第二次测量，得到归一化斯托克斯参数的第二次测量误差；求解偏振检测装置中相位延迟器的相位延迟量误差、快轴角度误差和检偏器的透光轴角度误差，从而实现误差校正。本发明在无需拆卸偏振检测装置器件的情况下，可测量偏振检测装置中的器件误差，进而实现器件误差的校正。

Description

偏振检测装置器件误差的校正方法

技术领域

本发明涉及偏振检测装置，特别是一种偏振检测装置器件误差的校正方法。

背景技术

半导体制造技术的进步总是以曝光波长的减小、投影物镜数值孔径的增大以及光刻工艺因子k1的减小为动力的。最近几年，浸没式光刻技术得到了快速发展。在浸没式光刻技术中，采用某种液体填充在物镜最后一片镜片和硅片上的光刻胶之间，使投影物镜的数值孔径显著提高。当投影物镜的数值孔径接近0.8或者更大时，照明光的偏振态对光刻成像的影响已不可忽视。采用合适的偏振光照明是一种在大数值孔径情况下提高成像对比度的有力方法。对于不同照明方式，偏振照明要求形成不同的线偏振方向，如x方向偏振光、y方向偏振光、径向偏振光、切向偏振光等。

当使用偏振光照明时，投影曝光装置的照明***存在诸多因素影响光的偏振态。最主要的是光学材料的本征双折射和应力双折射使光的偏振度降低。此外，光学薄膜的偏振特性，光在界面的反射和折射也会影响光的偏振态。因此，在偏振光照明***中，由于偏振控制的需要，应实时检测照明光的偏振态，并反馈控制照明***中的旋转波片，保证高偏振度的线偏振光输出。此外，还需要进行偏振照明检测用于光刻机的装校和维护。在先技术1（日本专利：特開2005-005521）提出了一种利用旋转相位延迟器的偏振参数检测装置。图3为在先技术1提出的投影曝光装置中照明光瞳偏振参数检测装置的示意图。由图3可知，该偏振参数检测装置包括针孔掩模10、变换透镜组20、相位延迟器2及其驱动器6、检偏器3、光电探测器4和信号处理***5。照明光束通过针孔掩模10上的针孔101后，经变换透镜组20成为平行光束。该平行光束作为入射光束1，依次通过相位延迟器2和检偏器3后由光电探测器4探测。

所述的针孔掩模10置于投影曝光装置的掩模面或附近，或者与掩模面共轭的平面或附近（或硅片面或附近，或者与硅片面共轭的平面或附近）。

利用在先技术1中的装置进行测量时，相位延迟器2绕装置的***光轴旋转，利用在先技术1和在先技术2（日本专利：特開2006-179660）中的数据处理方法对光电探测器输出的电信号进行处理，可以得到入射光束的斯托克斯参数。但该装置的相位延迟器和检偏器均工作在深紫外波段，在此波段难以按照设计指标制造理想的器件，因此会产生斯托克斯参数测量误差。

为此，在先技术2提出了不受相位延迟器和检偏器相关误差的影响、高精度的测量偏振参数的方法。该方法是在用波片和检偏器构成偏振检测装置之前测量各器件的偏振特性，包括波片相位延迟量的面内分布、快轴方向和检偏器的透光轴方向、消光比分布。但是该方法仍不能测量安装在偏振检测装置的相位延迟器的快轴方向和检偏器透光轴的方向的定位误差，无法消除构成偏振检测装置的器件的角度定位误差对测量的影响。在先技术3（中国专利：201010268324.5）提出了一种偏振检测装置中器件误差的测量方法，但该方法需要通过仿真得到理论曲面，然后再根据两次测量的偏振方位角误差和偏振度误差在理论曲面上找到对应的误差点来确定器件误差，类似于查询表格的方法，确定误差的过程比较繁琐。

发明内容

本发明的目的在于补充上述现有技术的不足，提供一种偏振检测装置器件误差的校正方法。通过测量得到制造过程中和构成偏振检测装置时出现的相位延迟器的相位延迟量误差、快轴角度误差和检偏器的透光轴角度误差，根据测得的结果即可校正偏振检测装置的器件误差。

本发明的技术解决方案如下：

一种偏振检测装置器件误差的校正方法，所述的偏振检测装置的构成包括沿装置***光轴依次设置的相位延迟器、检偏器和光电探测器，该光电探测器的输出接信号处理***，所述的相位延迟器在驱动器的驱动下可绕装置***光轴旋转，入射光束平行于***光轴入射至所述的相位延迟器和检偏器，并由所述的光电探测器探测，该光电探测器输出的电信号送入所述的信号处理***进行数据处理，其特征在于：

利用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，相位延迟器的相位延迟量、快轴初始角度和检偏器的透光轴角度已知，作为初始参数；

所述的入射光束为水平方向线偏振光，其斯托克斯参数为(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)；

第一次测量时的初始状态为所述的检偏器的透光轴角度为0度，进行第一次测量得到归一化斯托克斯参数的第一次测量误差；

第二次测量时的初始状态为所述的检偏器的透光轴角度为45度，进行第二次测量得到归一化斯托克斯参数的第二次测量误差；

所述的信号处理***对两次得到的归一化斯托克斯参数测量误差进行处理，经计算后得到偏振检测装置中相位延迟器的相位延迟量误差、快轴角度误差和检偏器的透光轴角度误差，根据测得的结果即可校正器件误差。

所述的偏振检测装置器件误差的校正方法其具体校正步骤如下：

①设置第一次测量的初始状态：设***光轴为笛卡尔坐标的z轴，z轴的正向为光束前进方向，与z轴垂直的平面为xy平面，以入射的水平方向线偏振光的偏振方向为x轴方向，x轴正方向与相位延迟器快轴之间的角度为快轴角度θ，x轴正方向与检偏器透光轴之间的角度为透光轴角度α，相位延迟器的相位延迟量为δ，以所述的相位延迟器和检偏器的设计参数为基准，调整所述的相位延迟器的初始快轴角度θ0、所述的检偏器的透光轴角度为0度，并设定此状态为第一次测量的初始状态；

②第一次测量：利用驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***数据处理后，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₁₁,S₁₂,S₁₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)相比较，得到归一化斯托克斯参数的S₁₁和S₁₂第一次测量误差为：

ΔS₁₁=S₁₁-S₀₁=S₁₁-1，ΔS₁₂=S₁₂-S₀₂=S₁₂-0=S₁₂；

③设置第二次测量的初始状态：调整所述的相位延迟器的快轴角度与第一次测量时的初始角度相同、所述的检偏器的透光轴角度为45度，并设定此状态为第二次测量的初始状态；

④第二次测量：所述的驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***对所述的电信号进行数据处理，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₂₁,S₂₂,S₂₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数（1,1,0,0）相比较，得到归一化斯托克斯参数S₂₁的第二次测量误差为：

ΔS₂₁=S₂₁-S₀₁=S₂₁-1；

⑤获取器件误差：偏振检测装置中相位延迟器的相位延迟量误差Δδ、快轴角度误差Δθ0和检偏器的透光轴角度误差Δα与归一化斯托克斯参数的第一次、第二次测量误差之间存在以下关系：2Δδ＝ΔS₁₁=S₁₁-1，2Δα-4Δθ₀＝ΔS₁₂=S₁₂，2Δα-2Δθ₀+Δδ＝ΔS₂₁=S₂₁-1，求得Δδ、Δθ₀和Δα；

⑥器件误差校正：使用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，对于初始参数δ、θ₀和α的值，分别利用Δδ+δ、Δθ₀+θ₀和Δα+α的值代替，即实现相位延迟器的相位延迟量误差、快轴初始角度误差和检偏器的透光轴角度误差的校正。

所述的驱动器驱动所述的相位延迟器绕***光轴匀速旋转，或者通过驱动相位延迟器旋转能够设置相位延迟器的快轴与所述的检偏器透光轴之间至少四个不同的角度的位置。

本发明由于采用了上述技术方案，与在先技术相比，具有以下优点和积极效果：

与在先技术2相比，本发明在无需拆卸偏振检测装置器件的情况下，通过两次测量入射光束的归一化斯托克斯参数，即可测量相位延迟器和检偏器的制造和定位形成的误差，完成偏振检测装置的器件误差校正。与在先技术3相比，本发明简单易行，避免了繁琐的仿真和查表等环节。

附图说明

图1是本发明的偏振检测装置器件误差的校正方法所涉及的偏振检测装置示意图。

图2是校正器件误差的流程图。

图3是现有的投影曝光装置中照明光瞳偏振参数检测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明的偏振检测装置器件误差的校正方法所涉及的偏振检测装置示意图。由图1可见，本发明涉及的偏振检测装置的构成包括沿装置***光轴依次设置的相位延迟器2、检偏器3和光电探测器4，该光电探测器4的输出接信号处理***5，所述的相位延迟器2在驱动器6的驱动下可绕装置***光轴旋转，光束平行于***光轴入射至所述的相位延迟器2和检偏器3，并由所述的光电探测器4探测，该光电探测器4输出的电信号送入所述的信号处理***5进行数据处理，得到入射光束1的斯托克斯参数。

本发明的偏振检测装置器件误差的校正方法的特点在于：

利用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，相位延迟器的相位延迟量、快轴初始角度和检偏器的透光轴角度已知，作为初始参数；

所述的入射光束为水平方向线偏振光，其斯托克斯参数为(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)；

第一次测量时的初始状态是所述的相位延迟器2的快轴角度为任一角度、所述的检偏器3的透光轴角度为0度；

第二次测量时的初始状态是在第一次测量初始状态的基础上，旋转所述的检偏器3的透光轴角度45度；

对两次测量进行数据处理，得到器件误差，可实现偏振检测装置的器件误差校正。

为了便于对本发明的理解，有关本发明的基本概念和依据作如下说明：

所述的偏振检测装置的器件误差包括：相位延迟器2快轴方向与设计参数之间的制造误差和构成偏振检测装置时快轴方向的定位误差可归结为快轴角度误差；相位延迟器2的相位延迟量与设计参数之间的制造误差、构成偏振检测装置时快轴方向与***光轴不垂直的定位误差所引起的相位延迟量误差以及温度等外界环境变化导致的相位延迟量误差可归结为相位延迟量误差；检偏器3的透光轴方向与设计参数之间的制造误差和构成偏振检测装置时透光轴方向的定位误差可归结为透光轴角度误差。

所述的测量时的初始状态为旋转相位延迟器2进行测量前，相位延迟器2的快轴和检偏器3的透光轴所处的位置。

所述的相位延迟器2为产生90度相位延迟的四分之一波片、电光调制器或光弹调制器。在本实施例中相位延迟器2为四分之一波片。

所述的驱动器6驱动所述的相位延迟器2绕***光轴匀速旋转或间隔固定的角度多次旋转，或者通过驱动相位延迟器2旋转能够设置相位延迟器2的快轴与所述的检偏器3透光轴之间至少四个不同的角度位置。本实施例中驱动器6可驱动相位延迟器2绕***光轴匀速旋转。

所述的偏振检测装置中的检偏器3在理想情况下对于偏振方向与透光轴平行的线偏振光的透过率为100%；而与该透光轴方向垂直的线偏振光的透过率为0。定义平行于透光轴方向和垂直于透光轴方向的线偏振光的强度透过率之比为消光系数p，理想情况下p为无穷大。在本实施例中检偏器3为偏振棱镜。

所述的光电探测器4为二维面阵探测器或点探测器。本实施例中光电探测器4为点探测器。

所述的信号处理***5利用在先技术1和在先技术2中的数据处理方法对光电探测器4输出的电信号进行处理，输出测得的入射光束1的斯托克斯参数。

定义图1中所示的xyz坐标系，其中z轴为***光轴，z轴的正方向为光束前进方向，xy平面为与***光轴垂直的平面。设入射光束的斯托克斯参数为S=[S₀,S₁,S₂,S₃]^T（右上角“T”表示矩阵转置）。

定义x轴正方向与四分之一波片快轴之间的角度为快轴角度θ，其范围为-90°≤θ≤90°；定义x轴正方向与偏振棱镜透光轴之间的角度为透光轴角度α，其范围为-90°≤α≤90°。

所述的绕偏振检测装置的***光轴旋转的四分之一波片的穆勒矩阵为：

$M\left(\mathrm{\θ}\right)=\left[\begin{array}{cccc}1,& 0,& 0,& 0\\ 0,& {\cos }^{2}2\mathrm{\θ}{+\sin }^{2}2\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\δ},& \sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\θ}-\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\δ},& -\sin 2\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\δ}\\ 0,& \sin 2\mathrm{\θ}\cos -\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\θsos\δ},& {\sin }^{2}2\mathrm{\θ}+{\cos }^{2}2\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\δ},& \cos 2\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\δ}\\ 0,& \sin 2\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\δ},& -\cos 2\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\δ},& \cos \mathrm{\δ}\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，δ为1/4波片的相位延迟量。

消光比为p、透光轴角度为α的检偏器的穆勒矩阵为：

$P\left(\mathrm{\α}\right)=\left[\begin{array}{cccc}1,& \frac{p-1}{p+1}\cos 2\mathrm{\α},& \frac{p-1}{p+1}\sin 2\mathrm{\α}& 0\\ \frac{p-1}{p+1}\cos 2\mathrm{\α},& {\cos }^{2}2\mathrm{\α}\frac{2\sqrt{p}}{p+1}{\sin }^{2}2\mathrm{\α},& \sin 2\mathrm{\α}\cos 2\mathrm{\α}-\frac{2\sqrt{p}}{p+1}\sin 2\mathrm{\α}\cos 2\mathrm{\α}& 0\\ \frac{p-1}{p+1}\sin 2\mathrm{\α},& \sin 2\mathrm{\α}\cos 2\mathrm{\α}-\frac{2\sqrt{p}}{p+1}\sin 2\mathrm{\α}\cos 2\mathrm{\α},& {\sin }^{2}2\mathrm{\α}+\frac{2\sqrt{p}}{p+1}{\cos }^2& 0\\ 0,& 0,& 0,& \frac{2\sqrt{p}}{p+1}\end{array}\right].---\left(2\right)$

待测光束经过1/4波片和检偏器后，斯托克斯矢量为S'＝P(α)M(θ)S。由于斯托克斯矢量的第一行表示光波的总强度，光电探测器能够探测到的光强即为此强度值，所以此处只关心斯托克斯矢量的第一行数值。

测量得到的关于S₀、S₁、S₂、S₃的四元一次方程为：

${S_0}^{\′}\left(\mathrm{\θ}\right)=S_0+S_1\frac{p-1}{p+1}\{\cos 2\mathrm{\α}+[{\cos }^{2}2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)+{\sin }^{2}2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)\cos \mathrm{\δ}]+\sin 2\mathrm{\α}\sin 2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)\cos 2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)(1-\cos )\}$

$+S_2\frac{p-1}{p+1}\{\cos 2\mathrm{\α}\sin 2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)\mathrm{sos}2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)(1-\cos \mathrm{\δ})+\sin 2\mathrm{\α}[{\sin }^{2}2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)+{\cos }^{2}2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)\mathrm{sos\δ}\left]\right\}$

$+S_3\frac{p-1}{p+1}[\sin 2\mathrm{\α}\cos 2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)-\cos 2\mathrm{\α}\sin (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)]\sin \mathrm{\δ},---\left(3\right)$

其中θ₀为1/4波片的初始（即1/4波片未转动时的初始状态）快轴角度。

测量时，转动1/4波片改变θ。将S₀’作为θ的函数，并将其傅立叶展开：

${S_0}^{\′}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{a_0}{2}+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}(a_n\cos \mathrm{n\θ}+b_n\sin \mathrm{n\θ}),---\left(4\right)$

分别得到a₀、a₂、b₂、a₄和b₄：

$\frac{a_0}{2}=S_0+\frac{p-1}{p+1}(S_1\cos 2\mathrm{\α}+S_2\sin 2\mathrm{\α}){\cos }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2},---\left(5\right)$

$a_2=\frac{p-1}{p+1}{S}_3\sin 2(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)\sin \mathrm{\δ},---\left(6\right)$

$b_2=-\frac{p-1}{p+1}{S}_3\cos 2(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)\sin \mathrm{\δ},---\left(7\right)$

$a_4=\frac{p-1}{p+1}[S_1\cos 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)-S_2\sin 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)]{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2},---\left(8\right)$

$b_4=\frac{p-1}{p+1}[S_1\sin 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)+S_2\cos 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)]{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}.---\left(9\right)$

利用得到的a₀、a₂、b₂、a₄和b₄，通过振幅比较得到的与待测光束的偏振态对应的4个斯托克斯参数S₀、S₁、S₂、S₃为：

$S_0=\frac{a_0}{2}-{\mathrm{ctg}}^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}[a_4\cos 4(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)+b_4\sin 4(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0],---\left(10\right)$

$S_1=\frac{p+1}{(p-1){\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}[a_4\cos 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)+b_4\sin 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)],---\left(11\right)$

$S_2\frac{p+1}{(p-1){\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}[b_4\cos 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)-a_4\sin 2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0),---\left(12\right)$

$S_3=\frac{-(p+1)b_2}{(p-1)\sin \mathrm{\δ}\cos 2(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)}=\frac{(p+1)a_2}{(p-1)\sin \mathrm{\δ}\sin 2(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)}.---\left(13\right)$

可得到归一化斯托克斯参数为：

S₀₀=1，                  (14)

$S_{10}=\frac{S_1}{S_0}=\frac{\frac{p+1}{(p-1){\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}\sin [2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)+\mathrm{\φ}]}{\frac{a_0}{2\sqrt{{a_4}^2+{b_4}^2}}-{\mathrm{ctg}}^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}\sin [4(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)+\mathrm{\φ}]},---\left(15\right)$

$S_{20}=\frac{S_2}{S_0}=\frac{\frac{p+1}{(p-1){\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}\sin [2(\mathrm{\α}-{2\mathrm{\θ}}_0)+\mathrm{\φ}]}{\frac{a_0}{2\sqrt{{a_4}^2+{b_4}^2}}-{\mathrm{ctg}}^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}\sin [4(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)+\mathrm{\φ}]},---\left(16\right)$

$S_{30}=\frac{S_3}{S_0}=\frac{1}{\sqrt{{a_4}^2+{b_4}^2}}\frac{\frac{-(p+1)b_2}{(p-1)\sin \mathrm{\δ}\cos 2(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)}}{\frac{a_0}{2\sqrt{{a_4}^2+{b_4}^2}}-{\mathrm{ctg}}^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}\sin [4(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)+\mathrm{\φ}]}.---\left(17\right)$

其中

$\sqrt{{a_4}^2+{b_4}^2}$

$=\frac{p-1}{p+1}{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}\sqrt{{[S_1\cos 2(\mathrm{\α}-2{\mathrm{\θ}}_0)-S_2\sin 2(\mathrm{\α}-2{\mathrm{\θ}}_0)]}^2+{[S_1\sin 2(\mathrm{\α}-2{\mathrm{\θ}}_0)+S_2\cos 2(\mathrm{\α}-2{\mathrm{\θ}}_0)]}^2}.$

$=\frac{p-1}{p+1}{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}\sqrt{S_1^2+S_2^2}$

为得到1/4波片的相位延迟量δ、1/4波片的初始快轴角度θ₀、检偏器透光轴角度α、检偏器的消光比p(≥1000)等误差在归一化斯托克斯参数中引入的误差，利用归一化斯托克斯参数的表达式，分别对δ、θ₀、α和p进行微分，可求得1/4波片的相位延迟量误差Δδ、初始快轴角度误差Δθ₀、检偏器透光轴角度误差Δα、检偏器的消光比误差在斯托克斯参数S10和S20中引入的***误差，可得到：

$\frac{{\∂S}_{10}}{{\∂\mathrm{\θ}}_0}\≈2\cos \mathrm{\Φ}[2+\sin (2\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ})]-2\sin 2\mathrm{\α},---\left(18\right)$

$\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\α}}\≈\sin 2\mathrm{\α}-2\cos \mathrm{\Φ}-\sin 2(\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ}),---\left(19\right)$

$\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\δ}}\≈\sin \mathrm{\Φ}[1+\sin (2\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ})],---\left(20\right)$

$\frac{{\∂S}_{10}}{\∂p}\≈\frac{2\sin \mathrm{\Φ}}{{(p-1)}^2}\≈0.---\left(21\right)$

对S20微分后得到：

$\frac{{\∂S}_{20}}{{\∂\mathrm{\θ}}_0}\≈2\cos 2\mathrm{\α}-2\sin \mathrm{\Φ}[2+\sin (2\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ})],---\left(22\right)$

$\frac{{\∂S}_{20}}{\∂\mathrm{\α}}\≈2\sin \mathrm{\Φ}-\cos 2\mathrm{\α}-\cos 2(\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ}),---\left(23\right)$

$\frac{{\∂S}_{20}}{\∂\mathrm{\δ}}\≈\cos \mathrm{\Φ}[1+\sin (2\mathrm{\α}+\mathrm{\Φ})],---\left(24\right)$

$\frac{{\∂S}_{20}}{\∂p}\≈\frac{2\cos \mathrm{\Φ}}{{(p-1)}^2}\≈0.---\left(25\right)$

入射光束为水平方向线偏振光，其斯托克斯参数为(S₀₀,S₀₁,S₀₂，S₀₃)=(1,1,0,0)，此时Φ=90度。

当α=0度时， $\frac{{\∂S}_{10}}{{\∂\mathrm{\θ}}_0}\≈0,$ $\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\α}}\≈0,$ $\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\δ}}\≈2,$ $\frac{{\∂S}_{20}}{{\∂\mathrm{\θ}}_0}\≈-4,$ $\frac{{\∂S}_{20}}{\∂\mathrm{\α}}\≈2,$ $\frac{{\∂S}_{20}}{\∂\mathrm{\δ}}\≈0,$

有

ΔS₁₀₍₀₎S₁₀₍₀₎-1=2Δδ，              (26)

ΔS₂₀₍₀₎=S₂₀₍₀₎=2Δα-4Δθ₀，        (27)

当α=45度时， $\frac{{\∂S}_{10}}{{\∂\mathrm{\θ}}_0}\≈-2,$ $\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\α}}\≈2,$ $\frac{{\∂S}_{10}}{\∂\mathrm{\δ}}\≈1,$ 故有

ΔS₁₀₍₄₅₎=S₁₀₍₄₅₎-1=2Δα-2Δθ₀+Δδ。(28)

求解(26)、(27)和(28)式组成的三元一次方程组可以得到Δθ₀、Δα和Δδ。

斯托克斯参数为(1,1,0,0)的水平方向线偏振光入射至偏振检测装置，设偏振检测装置中器件误差为：1/4波片的相位延迟量误差Δδ、初始快轴角度误差Δθ₀、检偏器透光轴角度误差Δα。按照图2所示的流程图可校正偏振检测装置的器件误差，具体步骤如下：

1、设置第一次测量的初始状态：设***光轴为笛卡尔坐标的z轴，z轴的正向为光束前进方向，与z轴垂直的平面为xy平面，以入射的水平方向线偏振光的偏振方向为x轴方向，x轴正方向与相位延迟器快轴之间的角度为快轴角度θ，x轴正方向与检偏器透光轴之间的角度为透光轴角度α，相位延迟器的相位延迟量为δ，以所述的相位延迟器和检偏器的设计参数为基准，调整所述的相位延迟器的初始快轴角度θ₀、所述的检偏器的透光轴角度为0度，并设定此状态为第一次测量的初始状态；

2、第一次测量：利用驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***数据处理后，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₁₁,S₁₂,S₁₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)相比较，得到归一化斯托克斯参数的S₁₁和S₁₂第一次测量误差为

ΔS₁₁=S₁₁-S₀₁=S₁₁-1，ΔS₁₂=S₁₂-S₀₂=S₁₂-0=S₁₂；

3、设置第二次测量的初始状态：调整所述的相位延迟器的快轴角度与第一次测量时的初始状态相同、所述的检偏器的透光轴角度为45度，并设定此状态为第二次测量的初始状态；

4、第二次测量：所述的驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***对所述的电信号进行数据处理，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₂₁,S₂₂,S₂₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数（1,1,0,0）相比较，得到归一化斯托克斯参数S₂₁的第二次测量误差为：

ΔS₂₁=S₂₁-S₀₁=S₂₁-1；

5、获取器件误差：偏振检测装置中相位延迟器的相位延迟量误差Δδ、快轴角度误差Δθ₀和检偏器的透光轴角度误差Δα与归一化斯托克斯参数的第一次、第二次测量误差之间存在以下关系：2Δδ=ΔS₁₁=S₁₁-1，2Δα-4Δθ₀＝ΔS₁₂=S₁₂，2Δα-2Δθ₀+Δδ＝ΔS₂₁=S₂₁-1，可以求得Δδ、Δθ₀和Δα；

6、器件误差校正：使用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，对于初始参数δ、θ₀和α的值，分别利用Δδ+δ、Δθ₀+θ₀和Δα+α的值代替，即实现相位延迟器的相位延迟量误差、快轴初始角度误差和检偏器的透光轴角度误差的校正。

图3所示为在先技术1提出的投影曝光装置中照明光瞳偏振参数检测装置的示意图。

所述的偏振检测装置中的变换透镜组20出射的光束为平行光束，且为偏振无关或低双折射的透镜组。

本发明的偏振检测装置器件误差的校正方法适用于该偏振参数检测装置。确定误差Δθ₀、Δα、Δδ后，通过调整相位延迟器初始快轴角度和检偏器的透光轴角度或者在计算过程中对初始化参数θ₀、α、δ进行修正，实现偏振检测装置的器件误差校正，从而实现入射光束偏振态的高精度测量。

Claims (3)

1.一种偏振检测装置器件误差的校正方法，所述的偏振检测装置的构成包括沿装置***光轴依次设置的相位延迟器、检偏器和光电探测器，该光电探测器的输出接信号处理***，所述的相位延迟器在驱动器的驱动下可绕装置***光轴旋转，入射光束平行于***光轴入射至所述的相位延迟器和检偏器，并由所述的光电探测器探测，该光电探测器输出的电信号送入所述的信号处理***进行数据处理，其特征在于：

利用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，相位延迟器的相位延迟量、快轴初始角度和检偏器的透光轴角度已知，作为初始参数；

所述的入射光束为水平方向线偏振光，其斯托克斯参数为(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)；

第一次测量时的初始状态为所述的检偏器的透光轴角度为0度，进行第一次测量得到归一化斯托克斯参数的第一次测量误差；

第二次测量时的初始状态为所述的检偏器的透光轴角度为45度，进行第二次测量得到归一化斯托克斯参数的第二次测量误差；

所述的信号处理***对两次得到的归一化斯托克斯参数测量误差进行处理，经计算后得到相位延迟器的相位延迟量误差、快轴角度误差和检偏器的透光轴角度误差，进而可校正偏振检测装置的器件误差。

2.根据权利要求1所述的偏振检测装置器件误差的校正方法，其特征在于具体校正步骤如下：

①设置第一次测量的初始状态：设***光轴为笛卡尔坐标的z轴，z轴的正向为光束前进方向，与z轴垂直的平面为xy平面，以入射的水平方向线偏振光的偏振方向为x轴方向，x轴正方向与相位延迟器快轴之间的角度为快轴角度θ，x轴正方向与检偏器透光轴之间的角度为透光轴角度α，相位延迟器的相位延迟量为δ。以所述的相位延迟器和检偏器的设计制造参数为基准，调整所述的相位延迟器的初始快轴角度θ₀、所述的检偏器的透光轴角度为0度，并设定此状态为第一次测量的初始状态；

②第一次测量：利用驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***数据处理后，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₁₁,S₁₂,S₁₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数(S₀₀,S₀₁,S₀₂,S₀₃)=(1,1,0,0)相比较，得到归一化斯托克斯参数的S₁₁和S₁₂第一次测量误差为：

ΔS₁₁=S₁₁-S₀₁=S₁₁-1，ΔS₁₂=S₁₂-S₀₂=S₁₂-0=S₁₂；

③设置第二次测量的初始状态：调整所述的相位延迟器的快轴角度与第一次测量时的初始状态相同、所述的检偏器的透光轴角度为45度，并设定此状态为第二次测量的初始状态；

④第二次测量：所述的驱动器驱动所述的相位延迟器旋转，所述的光电探测器探测光信号并输出电信号，所述的电信号经所述的信号处理***对所述的电信号进行数据处理，得到入射光束的归一化斯托克斯参数(1,S₂₁,S₂₂,S₂₃)，与已知的入射光束斯托克斯参数（1,1,0,0）相比较，得到归一化斯托克斯参数S₂₁的第二次测量误差为：

ΔS₂₁=S₂₁-S₀₁=S₂₁-1；

⑤获取器件误差：偏振检测装置中相位延迟器的相位延迟量误差Δδ、快轴角度误差Δθ₀和检偏器的透光轴角度误差Δα与归一化斯托克斯参数的第一次、第二次测量误差之间存在以下关系：

2ΔδΔS₁₁=S₁₁-1，2Δα-4Δθ₀＝ΔS₁₂=S₁₂，2Δα-2Δθ₀+Δδ＝ΔS₂₁=S₂₁-1，求得Δδ、Δθ₀和Δα；

⑥器件误差校正：使用所述的偏振检测装置进行偏振检测时，对于初始参数δ、θ₀和α的值，分别利用Δδ+δ、Δθ₀+θ₀和Δα+α的值代替，即实现相位延迟器的相位延迟量误差、快轴初始角度误差和检偏器的透光轴角度误差的校正。

3.根据权利要求1所述的偏振检测装置器件误差的校正方法，其特征在于所述的驱动器驱动所述的相位延迟器绕***光轴匀速旋转，或者通过驱动相位延迟器旋转能够设置相位延迟器的快轴与所述的检偏器透光轴之间至少四个不同的角度的位置。

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