专利名称：双折射测量系统的精度校准的制作方法
技术领域：
本申请主要涉及精确测量光学元件的双折射特性的系统，特别是采用Soleil-Babinet补偿器来校准这种系统。
背景技术：
许多重要光学材料显示出双折射。双折射意为不同的线偏振光以不同的速度在材料中传播。这些不同的偏振常常被看作偏振光的相互正交的两个分量。
双折射是许多光学材料固有的特性，可以由外力引起。延迟或阻滞表示沿样品中光束传播路径的双折射作用的整体效应。如果入射光束是线偏振光，偏振光的两个正交分量将以一个相位差射出样品，称为阻滞。阻滞的基本单位为长度，例如纳米(nm)。但是，用相位角(波，弧度或角度)的单位表示阻滞往往很方便，该相位角与阻滞(nm)除以光的波长(nm)的值成正比。有时通过测量出延迟量值除以样品厚度来计算样品的“平均”双折射。
术语“双折射”与术语“阻滞”时常交换使用，它们表达同样的意思。因此，除非申明，否则这些术语在下面也将交换使用。
上述两正交偏振分量与两正交轴平行，两正交轴由样品确定，并且分别称名为“快轴”和“慢轴”。快轴是与较快移动通过样品的偏振光分量成一直线的材料轴线。因此，对样品沿着给定光路的双折射的完整描述需要说明双折射的量值及其相对于样品快(或慢)轴的角度方向。
在许多技术应用中，对双折射特性准确测量的需要变得越来越重要。例如，详细说明在半导体或其它工业中使用的高精度仪器采用的光学元件的线性双折射(因此，附带引入双折射)很重要。
此外，光刻工业正在转变为采用非常短的曝光波长来实现进一步减少集成电路中的线重(导体等)的目的，以此来改善这些电路的性能。为此，下一代的光刻工具将采用波长大约为157纳米的激光，该波长称为远紫外或DUV。
精确测定用于采用DUV的系统如光刻工具等中的光学元件或组件的双折射特性非常重要。例如，这种组件可以是扫描器或步进器的氟化钙(CaF2)透镜。由于这种组件的双折射既是组件材料特性也是透过材料的光波长的特性，用于测量双折射特性的系统必须用DUV光源和用于探测和处理相关光信号的相关组件运行。
光学元件双折射的测量值的大小是该元件厚度的函数，厚度在光穿过样品的传播方向上测量。例如，CaF2光学元件在每厘米(cm)厚度上具有大约11nm的固有双折射。因此，例如，10cm厚的CaF2元件将具有大约110纳米的相当高的双折射水平，该水平大约是DUV波长157nm的四分之三。
用于测量样品双折射的系统已经研制出，并且该系统使用包括偏振调制器的光学装置(由光源、光学元件、探测器等组成的装置)。在美国专利No.6,473,179中描述的这种系统一个实施例包括用于调节偏振光定向地通过样品的光弹性调制器(PEM)。从样品传播的光束分成两个部分。这些分离的光束部分以不同的偏振方向分解，作为不同的通道来探测和处理。与每个通道关联的探测装置探测对应于光束的两部分的每一部分的光强度。这些信息用于计算由样品引起双折射和相对样品快轴的双折射角度方向的精确的、单一的测量值的算法中。
双折射测量系统，如上述的实例，可以构造成自校准。但是，这种系统需要非常精确的装配以得到精确的结果。因此，通过使用外部光学元件提供一种可靠的校准这种系统的方法是有利的。

发明内容
本发明涉及使用Soleil-Babinet补偿器作为校准双折射测量系统的外部光学元件。Soleil-Babinet补偿器是一种仪器，该仪器包括将一个已知的、选定的双折射引入穿过它传播的光束的可移动光学元件。通过这里描述的方法可以实现高精度和可重复的校准，因为除了其它优点外，该具有创造性的方法可以计算Soleil-Babinet补偿器整个表面的不同双折射。
这里描述的校准技术可以用于具有测量双折射水平范围的各种光学装置和各种频率的光源的双折射测量系统中。例如，本发明适用于精确测量光学元件，例如上面提到的用于DUV应用中那些元件的双折射特性的系统。
依照本发明的校准方法可以选择性地在复杂性方面稍微变化，以允许使用该方法的变形，从而符合使用该校准方法的系统所需的精度。
本发明的其它优点和特征将通过本说明书和图下面部分的研究变得更清楚。


图1为本发明的一个实施方案采用的双折射测量系统的示意图。
图2为图1所示系统的信号处理元件的方框示意图。
图3为图1所示系统的探测与光束分离元件的透视图。
图4为图1所示系统的一个探测器组件的横截面图。
图5为结合在图1所示系统中的光弹性调制器主要元件的透视图。
图6为图1所示系统提供的一个图表显示的描述图。
图7为本发明的一个实施例采用的另一种双折射测量系统的示意图。
图8为图7所示系统的信号处理元件的方框示意图。
图9为本发明的一个实施例采用的又一种双折射测量系统的示意图。
图10为图9所示系统的信号处理元件的方框示意图。
具体实施例方式
图1描述了一个可以依据本发明校准的系统的主要光学元件。这些元件包括作为光源20的波长为632.8纳米(nm)的HeNe激光器。从光源沿光路发出的光束“B”有一横截面区域或大约1毫米(mm)的“点尺寸”。
光源光束“B”直接射入在偏振方向相对基线轴成+45°定向的偏振片22上。优选高消光偏振器，例如Glan-Thomson方解石偏振器。也可以优选精度稳定的偏振器22，分度旋转器。
来自偏振器22的偏振光入射到光弹性调制器24(图1和5)的光学元件25上。在优选实施例中，光弹性调制器(下文称作“PEM”)为由Hinds Instruments，Inc.，of Hillsboro，Oregon制造的低双折射形式的Model PEM-90 I/FS50。尽管优选PEM，应当注意，在这里可以用其它机构代替PEM来调制光源的偏振。
PEM的双折射轴定向在0°并且PEM由控制器84控制，控制器84将振荡双折射赋予光学元件25，优选标称频率50Hz。在这点上，控制器84驱动两个石英变频器29，在两个石英变频器之间用粘结剂粘结光学元件25。
PEM振荡双折射在传播通过PEM的偏振光正交元件之间引入随时间变化的相位差。在任何时刻，相位差是由PEM引进的延迟。延迟可以用长度单位测量，例如纳米。PEM是可调的，以允许其改变由PEM引入的延迟幅度。在这种情况即将到来时，延迟幅度选定为0.383波(242.4nm)。
从PEM传播的光束直接穿过透明样品26。样品由样品台支撑在光束路径中，可以控制样品台沿正交(X和Y)轴平移样品。该样品台可以是大量常规的设计中的任何一个，例如由THK Co.Ltd.，ofTokyo，Japan制造的Model KR2602A-250。正如将变得更清楚的，驱动样品台28的移动控制器以使样品26能够用光束进行扫描，从而在样品区域的整个表面得到多个双折射和方向测量。
样品26将双折射引入通过其的光束。如下面更详细地说明的，图1和2描述的系统确定这个双折射值。该系统特别适合确定双折射的低水平。以小于±0.01nm的灵敏度确定低双折射水平。
为了获得样品引入双折射的单值测量，从样品传出的光束“Bi”分成具有不同偏振方向的两个部分，并由此限定用于后续处理的两个信息通道。
用于分离光束“Bi”的分束反射镜30位于光束路径中(下文称为入射路径)。光束“Bi”的“B1”部分全部穿过分束反射镜30并进入探测器组件32进行探测。
图3描述了用于支撑分束反射镜30的机构。特别地，反射镜30安装在外壳31中心孔中，外壳31由臂33刚性地支撑到固定垂直支柱36上。支柱36用于支撑系统的所有光学元件，使得光学路径大体垂直。
反射镜30的直径稍小于外壳中心孔的直径。孔径除了凸出到孔径最底部的环状台肩以支撑扁平的圆形反射镜30的边缘之外都是螺纹。固定环40拧到孔径内以将反射镜保持定位在外壳31的台肩上。
选择和安装反射镜30，使得基本上没有应力双折射引入反射镜。在这点上，反射镜优选用Schott Glass型SF-57玻璃制成。该玻璃有非常低(接近0)的光弹性系数。小心地放置固定环40以确保玻璃不受压力。或者，可以使用柔性粘结来固定反射镜。不采用螺钉或其它引起应力的机构来安装反射镜。可以使用其它用于将光束“Bi”分成两部分的机构(例如升降反射镜装置)。
穿过反射镜30的光束“B1“部分进入探测器组件32(图1)，该探测器组件包括小型Glan-Taylor型检偏器42，该检偏器42设置成使其偏振方向与基线轴成-45°。穿过检偏器42，光束“B1”进入探测器44，有关该部分的更多细节将在下面描述。
分束反射镜30(图3)的反射表面35向上面向样品26。安装反射镜使得入射路径(它是光束“Bi”从样品26传播的光学路径)与反射面35接近垂直。该方向基本上消除了用于将光束路径重新定向超过几度的光学元件引入的双折射。
图1用“A”表示在沿入射路径传播的光束“Bi”与反射镜30反射的光束部分“Br”之间的夹角。为了说明的目的，在示出时扩大了角度“A”，该角度一般大约是5°。
光束“Br”的反射部分入射到另一个探测器组件50上。组件50安装在支柱36(图3)上，并且该组件以与入射光束“Bi”相邻并定位接收反射光束“Br”的方式设置。特别地，该组件50包括一个由支柱36通过臂54支撑的底板52。如在图4中更好地示出的，该底部平台包括一个旋转地安装到基底平台并具有一个大中心孔径56的内环57，孔径56为沉孔以在底板52底部限定一个环状台肩58。
探测器元件紧密地集成并且容纳在具有扁平前侧62的外壳60内。外壳的其余侧面为弯曲的以与底板52的中心孔56的曲面相匹配。此外，这部分的外壳60包括台阶部分64，台阶部分64使外壳的弯曲侧面与底板52相匹配，并且固定不动地固定在那里。
子外壳70面向扁平侧面62固定在探测器元件外壳60内。子外壳70通常为具有形成于底部的孔72的圆筒形构件。在孔72上面有一个小型Glan-Taylor型检偏器72，设置该检偏器使得其偏振方向与PEM24的偏振方向平行，为0°。
窄带干涉滤波器77堆叠在检偏器74的上面，该滤波器允许偏振激光通过，但是阻止无用的空间光到达探测器76。探测器优选在滤波器上堆叠的光电二极管。光电二极管探测器76是优选的探测机构且可生成表示随时间变化的接收到的激光强度的输出电流信号。对于该组件50，激光束为光束“B2”，光束“B2”是通过样品26传播的光束的反射部分“Br”。
光电二极管的输出传送到安装在外壳60中带有相关印刷电路板78的前置放大器。该前置放大器75(图2)以低阻抗光强信号VAC和表示探测器信号时间平均值的DC强度信号VDC的形式将输出提供到相位敏感器件(优选锁定放大80)。
引导光束“Bi”的非反射部分“B1”的其它探测器组件32(图3)除了两个方面外，其结构与刚才描述的组件50相同。如图3所示，探测器组件32以通常相对于其它探测组件50颠倒的方向安装在支柱36上。此外，探测器组件32的检偏器42设置为使其偏振方向与其它探测器组件50的检偏器74的偏振方向倾斜。特别地，检偏器42以-45°的偏振方向设置。借助于上述内环57通过旋转探测器组件设置优选的检偏器位置。
探测器组件32的光电二极管产生表示接收激光的随时间变化的光强的输出电流信号。对于该组件32，激光束为光束“B1”，光束“B1”是通过样品26传播的光束的非反射部分“Bi”。
探测器组件32的光电二极管输出传送到前置放大器79，该前置放大器79将其输出以低阻抗光强信号VAC和表示探测器信号时间平均值的DC强度信号VDC的形式提供给锁定放大器80(图2)。
总之，为锁定放大器80提供两个输入通道通道1对应于探测器组件32的输出，通道2对应于探测器组件50的输出。由于检偏器42设置为-45°，锁定放大器在通道1接受到的光强信息与由样品26引入双折射的0°或90°元件相关。作为检偏器74设置为0°，锁定放大器在通道2接受到的信息强度与由样品引入双折射的45°或-45°元件相关。如下所述，这些信息在产生样品中(或在样品的一个位置)引入双折射总量值以及样品(或在样品的一个位置)快轴的方向的单值测定的算法中结合。
锁定放大器80可以是例如由EG&G Inc.，of Wellesley，Massachusetts制造的，型号7265。锁定放大器把振荡频率作为其参考信号，该振荡频率由PEM控制器84施加在驱动PEM24的光学元件25的变频器29上。锁定放大器80经过RS232接口与数字计算机90进行通讯。
为了精确的双折射测量，例如在样品上几个位置扫描过程中进行的测量，计算机90获取通道1的数值。然后，计算机获取通道2的数值。通道1与通道2中的探测器的光强信号由下式得到Ich1=1+cos(4ρ)sin2[δ2]cosΔ-cos2[δ2]cosΔ+cos(2ρ)sinδsinΔ]]>式(1)Ich2=1+sin(4ρ)sin2[δ2]cosΔ+sin(2ρ)sinδsinΔ]]>其中，Δ为PEM的时间变化相位延迟；δ为样品双折射的量值；ρ为样品双折射快轴的方位角。在推导中使用的线性双折射样品(δ，ρ)的Mueller矩阵具有以下形式10000cos(4·ρ)·sin(δ2)2+cos(δ2)2sin(4·ρ)·sin(δ2)2-sin(2·ρ)·sin(δ)0sin(4·ρ)·sin(δ2)2-(cos(4·ρ)·sin(δ2)2)+cos(δ2)2cos(2·ρ)·sin(δ)0sin(2·ρ)·sin(δ)-(cos(2·ρ)·sin(δ))cos(δ)]]>在式(1)中，sinΔ(Δ＝Δ0sinωt，其中ω是PEM的调制频率；/Δ0是PEM双折射的最大峰值)可以用第一类Bessel函数展开sinΔ=sin(Δ0sin(ωt))=Σ2k+12J2k+1(Δ0)sin((2k+1)ωt)]]>式(2)其中，k为“0”或者为正整数；J2k+1是Bessel函数的第(2K+1)级。同样，cosΔ可以用Bessel函数的偶调和函数展开cosΔ=cos(Δ0sin(ωt))=J0(Δ0)+Σ2k2J2k(Δ0)cos((2k)ωt)]]>式(3)其中，J0是Bessel函数的第0级；J2k是Bessel函数的第2K级。
从式1-3中可以看出，优选采用PEM的第一调和函数信号确定双折射的量值和角度方向。测量PEM的第二调和函数的线性双折射的有用信号由sin2(δ/2)调制，它的值比sinδ的值小。探测器的1F电子信号可以用式(4)表示Ich1，1F＝sinδcos(2ρ)2J1(Δ0)sin(ωt)式(4)Ich2，1F＝sinδsin(2ρ)2J1(Δ0)sin(ωt)注意，1F信号由以PEM第一调和函数作为参考的锁定放大器80确定。锁定放大器将除1F之外的所有调和函数作用排除。两个通道的锁定放大器80的输出为Ich1(1F)=sinδcos(2ρ)2J1(Δ0)2]]>式(5)Ich2(1F)=sinδsin(2ρ)2J1(Δ0)2]]>值 从锁定放大器测量信号的r.m.s，而不是幅度中得到。
除PEM的第一调和函数外，所有以一频率出现的项在得到的式(5)中均忽略掉。当δ很小时，通过近似sin2(δ/2)≈0，确保获得1FVAC信号的式(5)的正确性。这应用在低遂平双折射，例如，小于20nm。
为了消除光源的光强波动，或者在传播过程中由于吸收、反射损失或散射造成的影响，使用1FVAC信号与VDC信号的比值。(或者，可以使用类似的技术，例如，动态归一化DC信号以统一)除式(1)中的cosΔ项可以严重地影响通道1中的VDC信号外，即使使用高品质锁定放大器，cosΔ对1FVAC信号的确定也具有稍微的影响。对于很小的δ，式(1)中的cos2(δ/2)cosΔ项近似等于cosΔ。由式(3)可知，cosΔ取决于“DC”项中的J0(Δ0)。因此，DC项应该调整为式(6)Ich1(1f)Idc·1-J0(Δ0)2J1(Δ0)·12=Rch1=sinδcos(2ρ)]]>式(6)Ich2(1F)Idc·12J1(Δ0)·12=Rch2=sinδsin(2ρ)]]>其中，Rch1和Rch2的值用实验的方法从两个通道确定。
为了校正通道1中由cosΔ引起“DC”项，适当地设置PEM延迟，使得J0(Δ0)＝0(当Δ0＝2.405弧度，或0.383波)。在该PEM设置中，生成1F信号的PEM的效率的最大值约为90％。
最后，线性双折射的幅度和角度方向表示为式(7)ρ=12tan-1[Rch2Rch1]]]>orρ=12ctg-1[Rch1Rch2]]]>式(7)δ=sin-1(Rch1)2+(Rch2)2]]>延迟δ用弧度表示。它可以转化为角度，测量波长的波数和纳米“nm”(例如，在这里使用632.8nm)。因此，上述延迟通过乘以波长(用nm表示)除以2л转化为纳米“nm”。
将式(7)编译到在计算机90上运行的程序中，并且用于确定样品上任何选定点的双折射幅度和方向。
这里描述的双折射测量系统使用特别设置为消除由外壳27(图5中用虚线所示部分)中的PEM的支撑光学元件25产生的残余双折射的PEM24(图5)。条形光学元件的每个末端粘结在变频器29上。每个变频器29由支撑23安装在PEM外壳27上，这样，光学元件基本上悬置，因此，可以消除由于将振荡光学元件25直接安装在PEM外壳27而产生的所有残余双折射。
校正式(8)的结果以计算系统中的所有残存的残余双折射，该残余称作系统的补偿。实际上，在光弹性调制器的光学元件和分束反射镜基底中的残余双折射可以将测量误差引入测量结果。通过没有放置样品的第一操作系统来测量该误差。通过在每个通道减去该误差值，进行误差的校正。
通过没有放置样品时的测量获得系统的补偿。从通道1和通道2得到的分别是系统在0°和45°的补偿为Rch10=Ich10(1F)2J1(Δ0)Idc10=sinδ0(ρ=0)]]>式(8)Rch20=Ich20(1F)2J1(Δ0)Idc20=sinδ0(ρ=π4)]]>其中，上标“0”表示没有样品。含有ρ＝0的式子对应于通道1(-45°检偏器42)。含有ρ＝π/4的式子对应于通道2(0°检偏器74)。在样品测量后，校正通道1和2的系统补偿。对于固定的仪器配置，通道1和2系统补偿是常量(在测量误差之内)。除非系统元件、或者环境压力或温度有变化，系统的补偿应该保持不变。
原则上，该系统对于系统中所有元件都具有理想设置的自校准。但是，将样品的系统测量与用接下来所说明的其它方法获取的测量进行比较是明智的。
根据本发明，常规的Soleil-Babinet补偿器用于校准例如结合图1-5描述的双折射测量系统的精度的一种方法的外部光学元件。在校准过程中，Soleil-Babinet补偿器101(图1)代替样品26，如下面更详细地说明的。
适当的Soleil-Babinet补偿器101可以是由Special Optics，ofWharton，New Jersy制造的。它由三个单晶体石英(或下述DUV双折射测量系统使用的氟化镁)光学元件组成一个固定楔形物，一个移动楔形物，和一个直角棱镜。两个石英(或氟化镁)楔形物的主光轴相互平行，同时石英(或氟化镁)棱镜的主光轴与楔形物组件的光轴正交。石英(或氟化镁)楔形物之一的机械移动是一毫米，因此提供由补偿器引起的可选择的延迟变化。该补偿器为公知的机械可变延时器。
Soleil-Babinet补偿器安装在包含读数头的球体上，球体上有一固定外周线分度0°，180°，+45°，+90°，+135°，-45°，-90°和-135°。内周线承载光学元件并且可以旋转360°并具有以1度为增量的指示器标志。在外周线上的滚花锁定螺钉用来固定旋转位置。
通过这里描述的方法可以实现高精度和可重复的校准，因为除了其它优点外，该具有创造性的方法可以计算Soleil-Babinet补偿器整个表面的不同双折射。
根据本发明的一种方法，双折射测量系统精度校准方法通常从由样品26将Soleil-Babinet补偿器101定位在位置上开始。然后，Soleil-Babinet补偿器101精确地定位在0°(“0°”由双折射测量系统中PEM的光轴定义)。在Soleil-Babinet补偿器旋转过程中，通过将通道2探测器76的PEM第一调和函数信号最小化来实现该方向。在先前的描述中，当样品定向为0°时，双折射系统通道2中的1F信号为0。
优选地，在进行定向和对准步骤的过程中，在Soleil-Babinet补偿器上可以选择相当大的延迟水平，使得能够获得约0.05度的角度精度。在该实施方案中，例如，可以在Soleil-Babinet补偿器上设置大约100nm的延迟水平。另外一种方法，在该延迟水平，容易观察到通道2大约0.1mV的1F信号的变化，并且对应于Soleil-Babinet补偿器小于5miliarc的角度变化。当Soleil-Babinet补偿器定向在45°时，1F信号最大值一般约为400mV。
然后，中断光束的调制，优选通过从光束路径“B”中移开PEM24。这种方法消除了在PEM中所有影响校准处理精度的残余双折射的担心。当然，作为一种可以接收的方案，可以仅仅关闭PEM 24并且仍保持在光束路径中。这里，当PEM的剩余双折射小于0.2nm时，这种方案是可以接收的。同样，根据光学装置的配置，这种方案可以使在Soleil-Babinet补偿器孔径表面的单个位置上保持光束的位置变得更加容易，该光束位置需要极高的精度。
从光束B的路径中移开分束反射镜30。可以理解，对于通道1，合成设置将Soleil-Babinet补偿器放置在+45°偏振器22和-45°检偏器42之间，其中包括本领域公知的“正交偏振器”。
然后，用正交偏振器校准Soleil-Babinet补偿器101。当移动Soleil-Babinet补偿器101的测微计(不是Soleil-Babinet补偿器本身)以在补偿器0延迟和全波(该实施方案中为632.8nm)延迟的设定值附近所选择几个延迟水平时，通过记录在通道1探测器44的DC信号来实现上述校准。处理记录的DC信号信息以在0或全波信号附近确定最小DC值。记录与这些最小值相关的测微计设置，并且用于测微计设置和引入的延迟值之间的插值(也就是校准Soleil-Babinet补偿器)。
在Soleil-Babinet补偿器校准之后，恢复PEM24在光路径中的操作，并且放置分束反射镜30使得允许使用测量Soleil-Babinet补偿器101校准的延迟水平的双折射测量系统，用于之后与同样测微计设置的通过刚才描述的正交偏振器方法获得的延迟值的比较。
应到注意，在重新设置光学装置以在Soleil-Babinet补偿器101的延迟水平的校准和测量之间(在该实施方案中，也就是恢复PEM 24的操作并且放置分束反射镜30)移动的过程中，相对于Soleil-Babinet补偿器孔径表面的光束的位置保持相同，以确保该系统的校准精度不受整个孔径表面产生的延迟水平的变化的影响。为此，该装置可以用相对小孔径构件(仅仅稍大于光束斑点尺寸)来补充，该小孔径构件安装在或直接邻接于Soleil-Babinet补偿器101的孔径，并且存在于光路径中，使得不论刚才提到的光学装置设置如何变化，都可以保持相对于补偿器的孔径表面的相同位置。
然后如上所述操作双折射测量系统来测量Soleil-Babinet补偿器101的延迟水平，以确定这些测量与用按照上面校准的Soleil-Babinet补偿器预测的延迟水平之间关系。在这些级别之间存在一个有意义的偏差(例如，系统的相对误差)的情况下，产生一个校正系数并且用于上述式(6和7)中以确定随后测量样品的双折射的测量值。
一旦校正了该系统误差，可以发现，对于20nm和125nm之间的测量水平，所有残余、随机误差(在本实施方案中)落入±0.2％范围之内。
根据本发明，还提供了一种双折射测量系统的精确校准的简单的、可选择的方法，如下所述。
该简化的方法用放置在光路中的Soleil-Babinet补偿器101进行，如图1所示。在该方法中为了实现通道1的信息的校准/校正，Soleil-Babinet补偿器101以上面描述的方式精确定向在0°，并且其延迟水平如以所述进行测量。对于通道2，补偿器定向在+45°(该定位方向与通道1探测器44的最小1F信号相关)。
然后，对于每个通道1和2，在补偿器的测微计定位在选择光源波长的第一象限内(也就是延迟在0.0nm和158.2nm之间)的延迟水平时，用双折射测量系统测量不同的延迟水平。
在测微计定位在选择预定波长的第二象限内的延迟水平时，进行不同延迟水平相类似的测量，该预定波长的第二象限与第一象限相邻(也就是延迟在158.2nm和316.4nm之间)。
采用常规的线性曲线拟合技术，将与第一象限的测量延迟水平相关的数据拟合为直线。该直线用测量的延迟(“Y”纵坐标)与Soleil-Babinet补偿器的测微计设置(“X”横坐标)之比表示。
将与第二象限的测量延迟水平相关的数据类似地拟合为直线。
在一个实施方案中，以实例的方式，通道1第一象限的测量数据用下面的曲线拟合直线表示y＝47.278x-120.45(第一象限)通道1第二象限的测量数据用下面的曲线拟合直线表示y＝46.442x+435.5 (第二象限)通过使第一象限和第二象限的直线相等、解出“X”，再使用上述直线方程之一计算这两条之间的交点，以在Soleil-Babinet补偿器的测微计设置为选择四分之一波长延迟水平时，设置Soleil-Babinet补偿器延迟值的数据插值。
该插值延迟水平(在该实例中为157.03nm)与对应的光源波长(632.8nm的四分之一或158.2nm)的分数进行比较，它们之间的差异(这里是-0.74％)作为误差。
应当注意，刚才结合通道1描述的数据采集、曲线拟合和确定误差也可以用于通道2。
设想，例如，两个通道中上述误差很大而且不同，可以用两个常数C1和C2作为双折射测量系统的精度结果报告。这两个常数由下式确定Ci=1±{1-sin[90(1+Ei100)(π180)]}]]>其中，Ei是通道i的误差百分数；i＝1或2表示两个通道；符号“1±”分别对应负误差与正误差。
例如，如果通道2误差为-0.91％(E2＝-0.91)，
C2=1+{1-sin[90(1+Ei100)(π180)]}=1.0001]]>一旦确定C1和C2，在校正AC/DC的比值的算法中使用这两个常数。因此式6和7的校正部分分别如下Ich1(1F)Idc·1-J0(Δ0)2J1(Δ0)·12=C1Rch1=sinδcos(2ρ)]]>式(6c)Ich2(1F)Idc·12J1(Δ0)·12=C2Rch2=sinδsin(2ρ)]]>ρ=12tan-1[C2Rch2C1Rch1]]]>orρ=12ctg-1[C1Rch1C2Rch2]]]>式(7c)δ=sin-1(C1Rch1)2+(C2Rch2)2]]>应当指出，简化的方法无需如上所述采用交叉偏振器装置的Solei-Babinet补偿器的校准。为了获得曲线拟合的数据，在进行测量时只需要在双折射系统上测量的双折射值和Solei-Babinet补偿器上的微米读数。因此，该方法省略了将用于校准Solei-Babinet补偿器的某些元件移开和之后替换这些元件的步骤。
在前面，提到了使用双折射测量系统测量在光源波长第一和第二象限内的各个双折射水平。但是，应当指出，在每个象限内只有很少的两次这种测量就足够了。此外，如果用于曲线拟合的数据用Solei-Babinet补偿器的测微器设置作为对应于零和预定波长的一半的双折射水平的位置进行补充，也可以期望每个象限单次这样的测量就足够了，因为该数据将分别在第一和第二象限提供线的第二点。
如果准确地设置该系统的组件，测量值的大小、样品引入的双折射将与样品的角度方向无关。如果(1)没有精确地确定偏振器22和检偏器42、74的偏振方向，和(2)没有精确地校准PEM的最大峰值双折射，将丧失该角度无关性。下面将描述用于消除上述两个可能“角度相关”的误差源的校正技术。
有关偏振器22和检偏器42、74的偏振方向的精确建立，应用于偏振器22的校正技术包括下述步骤1、用PEM操作，分别将偏振器22和通道1检偏器/探测器组件32近似地定向在45°和-45°。
2、以精确的增量旋转偏振器22，同时监测来自通道1的2F(100kHZ)锁定放大器信号。当2F信号达到“0”(实际上，可能是最高锁定放大器灵敏度的噪声水平)时，精确地读出偏振器旋转器上的角度。
3、将偏振片精确地旋转45°，该位置为偏振器的校准位置。
4、一旦准确设置偏振器22的位置，关闭PEM并且旋转检偏器/探测器组件32，同时监测来自通道1的锁定放大器的VDC信号。当达到最小VDC信号时，准确设置检偏器/探测器组件32的位置。
5、一旦准确设置偏振器22的位置，旋转检偏器/探测器组件50，同时监测来自通道2的锁定放大器的2F(100kHz)信号。当2F信号达到“0”(实际上，可能是最高锁定放大器灵敏度的噪声水平)时，准确设置检偏器/探测器组件50的位置。
有关PEM的校准，可以使用下述两种技术技术11、当偏振器在+45°时，将通道1检偏器/探测器组件32设置在-45°。
2、用精确的伏特计记录VCD信号，同时PEM双折射在选定的PEM峰值折射率附近，例如±10％变化。
3、将通道1检偏器/探测器组件32设置在+45°。
4、用精确的伏特计记录VCD信号，同时PEM双折射在选定值附近变化。
5、在选定的峰值双折射附近绘出两条VCD对PEM双折射的曲线。两条曲线的交点为双折射J0＝0。
6、将PEM双折射设置在步骤5的交点值。
技术21、以不同的频率(例如，55kHz)将第二PEM放置在图1描述的系统的样品台上。
2、将第二PEM(55kHz)精确定向在45°。
3、以λ/4(四分之一波长)的峰值双折射设置第二PEM(55kHz)。
4、将第二PEM的1F参考信号连接到锁定放大器。
5、放置具有相当高双折射(～100nm)的样品，其快轴设置在0°。
6、改变主PEM的驱动电压，直至通道2的1F信号达到“0”、7、记录PEM的驱动电压。
技术2的原理在后面DUV双折射测量系统的双PEM设置中描述。
如上所述，以常规的方式控制样品台28的移动控制器，以关于正交轴(X，Y)逐渐增加地移动样品26，从而便于样品整个区域的多次测量。这些测量的空间分辨率可以按照需要设置(例如，3.0mm)，提供不比穿透样品的光束的横截面更细的需求分辨率。在这点上，如果需要，可以通过在光源20和偏振器22之间精确放置具有适当焦距的凸透镜，例如示于图1中的线96，使激光束的横截面或“点尺寸”最小。该透镜可以例如，可移动地安装在偏振器22的顶部。在对于特定样品需要非常小的点尺寸例如，0.1mm(并且对应于空间分辨率)的情况下，透镜96可以在适当的位置。
在某些情况下，可能需要扩大激光源提供的点尺寸。此时，可以将由常规光束扩束器提供的透镜或透镜系统引入系统，放置在激光器20和偏振器22之间。
测量的延迟值可以用多种方法进行处理。在一个优选实施方案中，由样品的多次扫描收集的数据存储在数据文件中，并且作为曲线显示在计算机显示器92上。一条这样的曲线100示于图6中。曲线中单元网格的每个单元表示样品上的离散位置。延迟量用彩色编码表示。这里，单元中不同底纹表示不同颜色。为了清楚起见，图6中只显示了几种不同颜色的单元。可以理解，可以显示多个单元。显示的图例104使颜色(颜色底纹在图例中省略)与可选择的延迟值范围相关联，在该延迟范围内产生与单元102相关联的特定测量。位于每个单元102中的线106穿过每个单元的中心延伸，并且表示在每个样品位置快轴方向的全部物理范围(-90°～+90°)的单值形象标记。因此，每个位置的快轴方向和延迟值测量同时图解地表示。以这种完全的图解显示，没有经验的操作使用者在分析其显示的数据时也不太会出错。
在一个优选实施方案中，一旦计算出单元的信息，就显示刚才描述的每个单元的延迟测量。作为这种实时显示方法的结果，操作者可以观察每个单元的延迟值，而无需等到样品中所有单元的延迟值计算出来。这对于使产量达到最大值是有利的，例如，如果样品任何一部分的双折射值超过设置的阈值，操作者被告知不接受该样品的情况下。
还是在图6中，作为遵从延迟量的共同测量范围的轮廓线的一个实例，有一个设置在其中的轮廓线。为简化起见，仅示出多条轮廓线中的一条，用于表示图6的低分辨率曲线。
可以理解，用于显示测量数据的多种变体中的任何一种都能够满足要求。用于设置样品扫描的参数的方法(扫描边界、网格间距、样品厚度等)从图6中显而易见，并且可以方便地、交互性地显示由此产生的数据。
另一种图解地显示延迟值和由本系统提供的方向信息的方法是通过三维轮廓图上的相应区域表示样品中多个位置的延迟值。相关的方向用线或颜色在三维图的平面投影中的相应单元同时示出。
本领域技术人员可以理解，可以在不背离上述教导和精神的情况下作出改进。例如，可以使用第二锁定放大器来提高提供给计算机的数据的速度。
同样，本领域技术人员可以理解，采用单个探测器的连续测量可以用于测量两个不同偏振方向的光强信号，并且从而限定用于连续处理的两个信息通道。例如，可以使用单个探测器组件。这样无需第二探测器组件和分束反射镜。但是，这样的设置需要旋转检偏器或者在两个不同方向的偏振器之间切换，以确保单值延迟测量并确定快轴的方向。或者样品和检偏器旋转45°。
本发明的一个优选实施方案采用HeNe激光器作为稳定、纯净的单色光源。HeNe激光器产生632.8nm波长的光束。在某些情况下，延迟值测量需要采用其它频率的光源。
如上述背景部分所说明的，考虑到例如在远紫外波长(DUV)的延迟测量所需的光源的特性，将引入用稍微不同的方法来实现DUV环境中的双折射测量的需求。这种双折射测量系统(下文称作DUV双折射测量系统)可以包括两个位于样品相对侧的光弹性调制器(PEMs)。可以操作每个PEM来调节穿过样品的偏振光束。该系统还包括与一个与PEM相关联的偏振器、一个与其它PEM相关联的检偏器和一个用于测量光束穿过PEMs、偏振器和检偏器后的光强的探测器。
本发明的校准方法适用于如下所述的这种双折射测量系统。
一个这样的DUV双折射测量系统采用双PEM设置来测量光学元件中的低水平线性双折射。该系统确定对于半导体产业CaF2和熔融的硅供给装置最重要的双折射特性(量值和角度方向)。该系统具有特别设计的用于以高灵敏度测量低水平线性双折射的信号处理方法、数据采集方案和算法。
如图7所示，该实施方案的双PEM设置200包括三个模块。顶部模块包括光源220、45度取向的偏振器240和0度取向的PEM260。
底部模块包括设置为具有与第一PEM200的调制频率不同的调制频率的第二PEM280。第二PEM280定向在45度。底部模块还包括0度的检偏器和探测器320。
中间模块为可以安装在计算机控制的X-Y台上以允许光学元件或样品的扫描的样品保持器340。
该系统(图7和8)采用632.8nm的偏振HeNe激光器作为光源220。并且，当该光源的波长不是DUV时，下述内容对于说明全面操作和结合它们使用的DUV光源分析下面说明的其它双PEM实施方案是有益的。
继续参照图7，偏振器240和检偏器300都是Glan-Thompson型偏振器。在该实施方案中采用Si光电二极管探测器320。PEM260和280都是具有两个变频器的条状的、熔融硅型。变频器用柔软的接合材料安装于熔融硅光学元件。为了使引入光学元件中的双折射最小化，只将变频器安装到PEM的外壳。两个PEM260、280分别具有50和55KHz的标称谐振频率。
参照图8，电信号在探测器320产生，包括“AC”和“DC”，并且被不同地进行处理。AC信号应用于两个锁定放大器400、420。每个锁定放大器以PEM的基础调制频率(1F)为参考，解调探测器320提供的1F信号。在一个优选实施方案中，锁定放大器为EG&G Model7265。
在探测器320信号通过模数转换器440和低通滤波器460之后记录DC信号。DC信号表示到达探测器320的平均光强。如接下来讨论的，需要记录不同PEM延迟设置的DC和AC信号。
在该实施方案中下述样品360的双折射特性测量的理论分析是基于Mueller矩阵分析，接下来将讨论图7和8的双PEM-单探测器的为清楚起见，图7中的三个光学元件的Mueller矩阵如下所示。光学装置中量值为δ并且快轴角度为ρ的样品360具有下述形式10000cos(4ρ)sin2(δ2)+cos2(δ2)sin(4ρ)sin2(δ2)-sin(2ρ)sinδ0sin(4ρ)sin2(δ2)-(cos(4ρ)sin2(δ2))+cos2(δ2)cos(2ρ)sinδ0sin(2ρ)sinδ-cos(2ρ)sinδcosδ]]>延迟轴定向在ρ＝0°和45°的两个PEM的Mueller矩阵分别为1000010000cos(δ1)sin(δ1)00-sin(δ1)cos(δ1)]]>10000cos(δ2)0-sin(δ2)00100sin(δ2)0cos(δ2)]]>其中，δ1和δ2为第一PEM260和第二PEM280随时间变化的相位延迟(δ1＝δ10sinω1t并且δ2＝δ20sinω2t；其中，ω1和ω2为PEM的调制频率；δ10和δ20为两PEM的延迟幅度)。
将光学元件的Mueller矩阵用于示于图7的设置中，所获得的到达探测器320的光强如下KI02{1+cos(δ1)cos(δ2)sin(4ρ)sin2(δ2)+sin(δ1)sin(δ2)cosδ]]>+cos(δ1)sin(δ2)cos(2ρ)sinδ+sin(δ1)cos(δ2)sin(2ρ)sinδ}]]>式(9)其中，I0为偏振器240之后的光强，K为表示偏振器之后光学系统传输率的常数。
式9中δ1和δ2的函数可以用第一类Bessel函数展开sinδ1=sin(δ10sin(ω1t))=Σ2k+12J2k+1(δ10)sin((2k+1)ω1t)]]>式(10)其中，k为0或正整数，J2k+1为Bessel函数的(2k+1)th级；和cosδ1=cos(δ10sin(ω1t))=J0(δ10)+Σ2k2J2k(δ10)cos((2k)ω1t)]]>式(11)其中，J0为Bessel函数的0级，J2k为Bessel函数的(2k)th级。
可以对sinδ1和cosδ2进行类似的展开。
将sinδ1、cosδ1、sinδ2和cosδ2的展开带入式9，并且仅展开到Bessel函数的第二级，我们得到下面的项1+[J0(δ10)+2J2(δ10)cos(2ω1t)]·[J0(δ20)+2J2(δ20)cos(2ω2t)]sin(4ρ)sin2(δ2)]]>2J1(δ10)sin(ω1t)·2J1(δ20)sin(ω2t)·cosδ]]>项(2) ·[2J2(δ20)sin(ω2t)]cos(2ρ)sinδ＝J0(δ10)·2J1(δ20)sin(ω2t)cos(2ρ)sinδ 项(3)+2J2(δ10)cos(2ω1t)·2J1(δ20)sin(ω2t)cos(2ρ)sinδ·[J0(δ20)+2J2(δ20)cos(2ω2t)]·[2J1(δ10)sin(ω1t)]sin(2ρ)sinδ＝J0(δ20)·[2J1(δ10)sin(ω1t)]sin(2ρ)sinδ 项(4)+2J2(δ20)cos(2ω2t)·[2J1(δ10)sin(ω1t)]sin(2ρ)sinδ项3和4可用于确定低水平(小于π/2或四分之一波长)的线性延迟。项2对于确定更高水平(小于π或二分之一波长)的线性延迟是有用的。项1包含相对于平均光强的DC项。
探测器320上的1FAC信号可以参考PEM的第一谐波(1F)频率用锁定放大器400、420确定。锁定放大器将有效地将所有其它谐波成分排除在外。由用于两PEM260、280的锁定放大器400、420测量的1F信号为2·V1,1F=KI02J0(δ10)·2J1(δ20)cos(2ρ)sinδ]]>式(12)2·V2,1F=KI02J0(δ20)·2J1(δ101)sin(2ρ)sinδ]]>其中， 由锁定放大器输出测量均方根，而不是信号振幅得到。从式12中可以看出，J0(δ10)2J1(δ20)和J0(δ20)2J1(δ10)的最大值将导致锁定放大器输出的最佳结果。在采集AC信号时，两个PEM的延迟幅度都设置为1.43弧度以优化AC信号。
DC信号可以从项(1)得到VDC=KI02{1+J0(δ10)·J0(δ20)·sin(4ρ)sin2(δ2)}]]>式(13)其中，省略了作为PEM调制频率的函数变化的所有项，因为这些项对DC信号没有影响。低通电子滤波器460用于消除这种振荡。
在小角度近似(当X很小时，sinX＝X并且sin2X＝0)时，VCD与样品的延迟无关，因而表示到达探测器的平均光强。但是，当测量到样品具有300nm延迟时，通常示于式13中的VCD将受到延迟的幅度和角度的影响。因此，测量的DC信号将不是平均光强的真实代表。在这种情况下，最直接的方法是将J0(δ10)和J0(δ20)都设置为“0”。DC信号就变为VDC=KI02]]>式(14)在该实施方案中，选择PEM的延迟幅度为δ10＝δ20＝2.405弧度(0.3828波)，以记录DC信号。以这种PEM设置，J0(δ10)＝J0(δ20)＝0。因此，DC信号与ρ或δ无关，真实地表示到达探测器的平均光强。
可以看出，该方法需要记录不同PEM设置的AC和DC信号，因此测量速度较慢(每个数据点约2秒)。该方法提供30nm以上的线性延迟的高精度测量。当速度为临界值时，可以使用另一种方法。如果以δ10＝δ20＝01.43弧度采集DC信号，在记录AC信号时，采用AC与DC之比测量的样品延迟将取决于样品的角度方向。但是，式(13)恰当地定义了DC项。因此，通过对延迟幅度和角度的反复计算，能够减小角度对延迟的相关性。
也可以使用项3和4的第二部分确定双折射。在这种情况下，双折射信号由频率2ω1+ω2(2×50KHz+55KHz＝155KHz)和2ω2+ω1(2×55KHz+50KHz＝160KHz)携带。因此，需要电子“混频器”以产生锁定放大器的参考频率。该方法的主要优点在于，能够以相同的PEM驱动电压(δ10＝δ20＝2.405弧度(0.3832波))采集AC和DC信号，以获得更快的测量速度。
为了消除由于光源波动和从样品及其它光学元件的吸收、反射和散射引起的光强变化的影响，采用AC信号与DC信号之比为1F。两个PEM的AC信号与DC信号之比用式15表示2·V1,1FVDC=J0(δ10)·2J1(δ20)sinδcos(2ρ)]]>式(15)2·V2,1FVDC=J0(δ20)·2J1(δ10)sinδsin(2ρ)]]>定义R1和R2为两个PEM产生的校正比2·V1,1FJ0(δ10)·2J1(δ20)·VDC=R1=sinδcos(2ρ)]]>式(16)2·V2,1FJ0(δ20)·2J1(δ10)·VDC=R2=sinδsin(2ρ)]]>最后，双折射的幅度和角度方向表示为ρ=12tan-1[R2R1]]]>orρ=12ctg-1[R1R2]]]>式(17)δ=arcin((R1)2+(R2)2)]]>其中，δ为标量，用弧度表示。在特定波长(即632.8nm)测量时，可以转换为纳米延迟dnm＝drad(632.8/(2π))。
应当强调，式17是特别为由于使用反正弦函数来确定线性双折射的小线性双折射而提出的。因此，当使用632.8nm激光器作为光源时，这里描述的方法具有π/2或158.2nm的理论上限值。
两个PEM调制频率的信号取决于样品快轴的方向(参见式14)，并且最终延迟幅度与快轴角度无关(参见式17)。为了实现该延迟幅度的角度无关性，精确定位系统中所有光学元件很重要(像下面描述的那些实施方案一样)。
在该实施方案中，第一PEM光轴用作参考轴(“0°”)。系统中的所有其它光学元件都精确地直接或间接地与该参考轴对准。在第一PEM260安装后，进行确保系统中所有其它光学元件的精确对准的步骤1、在第二PEM280(50KHz)关闭，并且第一PEM260(55KHz)以四分之一峰值延迟运行时，偏振器240和检偏器300分别近似定向在+45度和-45度。
2、以精确的增量旋转偏振器240，同时监测来自锁定放大器400的2F(110kHZ)信号。当2F信号达到其最小值时(在锁定灵敏度为1mV时，通常＜0.05mV)时，精确地读出偏振器240旋转台上的角度。
3、将偏振器240精确地旋转45°，该位置为偏振器的校准位置。
4、一旦准确设置偏振器240的方向，旋转探测器320前面的检偏器300，直至锁定放大器400的2F(110kHZ)信号达到其最小值。
5、在第一PEM260(55KHz)关闭，并且第二PEM280(50KHz)以四分之一峰值延迟运行时，旋转第二PEM直至第二锁定放大器42的2F(110kHZ)信号达到其最小值。
在光学元件没有对准时，延迟幅度显示出特定的角度相关图案。
本实施方案的双折射测量是特别为精确测量低水平线性双折射设计的。为了精确测量这种低水平延迟，甚至在使用高品质的光学元件时，校正仪器自身的现有残余线性双折射(仪器残余误差)也是很关键的。
仪器残余误差主要是由于PEM中小的残余线性双折射(在0.1nm量级)。为了校正系统残余误差，首先获得没有任何样品的多次测量的平均值。当测量样品时，在软件中校正仪器残余误差。注意，这种校正应当仅在比值用式(16)计算，而不是式(17)中δ和ρ的最后结果时进行。仪器残余误差应当为常数(在仪器的噪声水平)，除非光学元件的对准或者实验室条件例如温度改变。定期检查仪器的残余误差是明智的。
当延迟的Mueller矩阵变换时，残余误差校正在小延迟限度内进行。实际上，这只是需要残余误差校正的情况。由于PEM中的残余延迟非常小(在0.1nm量级)，当测量的延迟高于50nm时，残余误差的校正是不必要的。
上述实施方案是特别为测量低水平延迟(小于光源波长的四分之一波长，即对于633nm的HeNe激光器为158nm；对于157nm的光为39nm)设计的。
如前面所指出的，本发明的校准方法适用于如图7和8描述的DUV双折射测量系统。在这点上，图7的设置的校准包括用Soleil-Babinet补偿器代替示于图7中的样品360，并且，如上所述，结合简化的用于确定误差的曲线拟合技术以及如果需要应用校正因子进行校准过程。
可以想到，上述校准方法可以应用于采用双波长光源测量相对高水平的这种双折射的DUV双折射测量系统。
参照图9，这种双波长DUV双折射测量系统的光学设置120在很多方面与结合图7描述的实施方案相同，包括定向在45°的偏振器和定向在0°的PEM。该系统还包括设置为(与第一PEM)不同调制频率并且定向在45度的第二PEM128、定向在0度的检偏器130和探测器132。样品保持器安装在计算机控制的X-Y台上以允许样品360的扫描。这些光学元件与前面描述的那些实施方案相比，运行和结构上的差异将在下面更全面地描述。
图10示出本实施方案的电信号处理方块图。
与在前的实施方案不同，图9的实施方案结合了能够产生DUV区域内不同波长的光束的光源122。这些光束被准直123，并且被分别引导穿过样品136和处理。
在该系统中(图9和图10)，光源122包括与单色仪结合的氘灯。该灯辐射很大范围的波长。该单色仪选择某一种双折射测量应用所需的波长(例如157nm+/-10nm)。可以想到，其它灯例如汞灯和氙灯也可以用于不同光谱范围的双折射测量。
虽然，已经以优选实施方案的方式对本发明进行描述，但是，本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的教导和精神的前提下，可以作出改进除上述之外。
权利要求
1.一种校准双折射测量系统的方法，所述双折射测量系统包括限定穿过偏振器的光束路径的光学装置，在偏振器之间存在至少一个偏振调制器，该偏振调制器具有定义参考角度的光轴，该方法包括以下步骤将具有表面孔径和光轴以及选择器的Soleil-Babinet补偿器定位在偏振器之间，其中该选择器用于选择由Soleil-Babinet补偿器导致的延迟水平；将Soleil-Babinet补偿器的光轴与参考角度对准，同时调节光束的偏振；用交叉的偏振器校准Soleil-Babinet补偿器在孔径表面的第一位置上的延迟；用校准的Soleil-Babinet补偿器的选择器选择延迟水平；用双折射测量系统测量Soleil-Babinet补偿器在第一位置的延迟水平；以及比较选择的延迟水平和测量的延迟水平以确定差异。
2.权利要求1的方法，包括在校准Soleil-Babinet补偿器的延迟时中断光束偏振调节的步骤。
3.权利要求2的方法，其中，中断步骤包括从双折射测量系统中移开偏振调制器。
4.权利要求1的方法，其中，双折射测量系统包括在偏振器之间的分束构件，该方法包括在校准Soleil-Babinet补偿器的同时移动分束构件的步骤。
5.权利要求1的方法，包括根据差异设置双折射测量系统的校正系数的步骤。
6.权利要求1的方法，其中，对准步骤包括在旋转Soleil-Babinet补偿器的同时监测双折射测量系统的探测器接收的光束的光强的步骤。
7.权利要求6的方法，包括选择由Soleil-Babinet补偿器导致的延迟水平，以足够实现约0.5度的角精度。
8.权利要求1的方法，其中，双折射测量系统包括存在于交叉的偏振器之间的两个偏振调制器，该方法包括在校准Soleil-Babinet补偿器的延迟时中断光束偏振调节的步骤。
9.权利要求8的方法，其中，中断步骤包括从双折射测量系统中移开两个偏振调制器。
10.权利要求8的方法，其中，两个偏振调制器均为光弹性调制器。
11.权利要求1的方法，其中，偏振调制器为光弹性调制器。
12.一种校准双折射测量系统的方法，所述双折射测量系统包括限定穿过偏振器的光束路径的光学装置，在偏振器之间存在至少一个偏振调制器，该偏振调制器具有定义参考角度的光轴，该方法包括以下步骤定位具有表面孔径的Soleil-Babinet补偿器；用双折射测量系统的交叉的偏振器校准Soleil-Babinet补偿器，以达到Soleil-Babinet补偿器给定设置的校准的延迟水平；用偏振调制器测量Soleil-Babinet补偿器给定设置的延迟水平；和比较校准的延迟水平和测量的延迟水平。
13.根据权利要求12的方法，其中，校准和测量步骤发生在Soleil-Babinet补偿器孔径表面基本上相同的位置。
14.根据权利要求12的方法，其中，偏振调制器具有定义参考角度的光轴，并且其中Soleil-Babinet补偿器具有光轴，定位步骤包括旋转Soleil-Babinet补偿器以将Soleil-Babinet补偿器的光轴对准参考角度。
15.一种校准双折射测量系统的方法，所述双折射测量系统限定了预定波长的光束穿过偏振调制器的路径，其中，该系统还包括用于探测依不同通道进行处理的光束不同偏振方向的光强的探测装置，该方法包括以下步骤将具有用于选择引入光束的延迟水平的位置选择器的Soleil-Babinet补偿器定位在光路中；并且，对于每个通道测量至少一个具有在预定波长的第一象限内选定的延迟水平的延迟水平；测量至少一个具有与第一象限连续的预定波长的第二象限内选定的延迟水平的延迟水平；将第一和第二象限内测量的延迟水平拟合成线；计算第一和第二象限的线的交点，作为插值延迟水平；和将插值延迟水平与对应的预定波长的部分进行比较以确定误差。
16.权利要求15的方法，其中，测量步骤包括测量两个或更多个延迟水平的典型数据，并且，拟合步骤包括曲线拟合数据。
17.权利要求15的方法，其中，拟合步骤包括用选择器的位置的数据作为与零和预定波长的一半对应的延迟水平。
18.权利要求15的方法，包括根据误差计算每个通道的校正系数的步骤。
19.根据权利要求15的方法，其中，偏振调制器具有定义参考角度的光轴，并且其中Soleil-Babinet补偿器具有光轴，该方法包括步骤将Soleil-Babinet补偿器的光轴定向在相对于参考角度的第一方向，同时进行两个通道中的一个的测量步骤；和将Soleil-Babinet补偿器的光轴定向在相对于参考角度的第二方向，同时进行两个通道中的另一个的测量步骤。
20.权利要求15的方法，其中，Soleil-Babinet补偿器具有孔径表面，并且其中光束入射到孔径表面的第一位置，该方法包括保持系统使得在测量步骤中光束入射到第一位置。
21.一种校准双折射测量系统的方法，所述双折射测量系统限定了预定波长的光束穿过一对具有不同调制频率的偏振调制器的路径，其中，该系统还包括用于探测表示与不同调制频率对应的光束的不同偏振方向的光强的两个信号的探测装置，该方法包括以下步骤将具有用于选择引入预定波长的光束的延迟水平的位置选择器的Soleil-Babinet补偿器定位在光路中；并且，对于每个通道测量至少一个具有在预定波长的第一象限内选定的延迟水平的延迟水平；测量至少一个具有与第一象限连续的预定波长的第二象限内选定的延迟水平的延迟水平；将第一和第二象限内测量的延迟水平拟合成线；计算第一和第二象限的线的交点，作为插值延迟水平；和将插值延迟水平与对应的预定波长的部分进行比较以确定误差。
22.权利要求21的方法，其中，测量步骤包括测量两个或更多个延迟水平的典型数据，并且，拟合步骤包括曲线拟合数据。
23.权利要求21的方法，其中，拟合步骤包括用选择器的位置的数据作为与零和预定波长的一半对应的延迟水平。
24.权利要求21的方法，包括根据误差计算每个通道的校正系数的步骤。
25.权利要求21的方法，其中，Soleil-Babinet补偿器具有孔径表面，并且其中光束入射到孔径表面的第一位置，该方法包括保持系统使得在测量步骤中光束入射到第一位置。
全文摘要
提供采用Soleil－Babinet补偿器(101)作为校准双折射测量系统的标准的系统和方法。通过这里描述的方法可以实现高精度和可重复的校准，因为除了其它优点外，该具有创造性的方法可以计算Soleil－Babinet补偿器(101)整个表面的不同双折射。这里描述的校准技术可以用于具有测量双折射水平范围的各种光学装置和各种频率的光源的双折射测量系统中。
文档编号G01J4/04GK1571918SQ02820533
公开日2005年1月26日 申请日期2002年10月16日 优先权日2001年10月16日
发明者王宝良 申请人:海因兹仪器公司