本文介绍使用一种PEM光弹调制器，其中PEM 的速度为整个的双折射映射打开了大门 ，通过在信号处理方案中增加一个额外的锁相放大器，可以进一步提高测量速度。 除了速度，PEM技术还提供了极高的双折射测量精度。
研究氟化钙的双折射
摘要：本文介绍使用一种PEM光弹调制器，其中PEM 的速度为整个的双折射映射打开了大门 ，通过在信号处理方案中增加一个额外的锁相放大器，可以进一步提高测量速度。 除了速度，PEM技术还提供了极高的双折射测量精度。
业内得到共识的是，氟化钙CaF2是唯一实用的光学材料，用于157纳米光刻步进和扫描透镜。制备高质量的低应力双折射CaF2一直是一个挑战。除了这种应力诱导双折射，约翰·伯内特和他在NIST的同事们发现了CaF2沿<110>在157.6纳米处的晶体轴径为11.2纳米/厘米这一消息对于光刻工业来说是一个不受欢迎的意外，因为他们错误地认为属于立方晶体群的CaF2是一种各向同性材料。
在本质双折射的材料中，线偏振光沿着不同的晶体轴经历不同的折射率。双折射也可以引入外部或残余应力在大块材料。在非常短的波长(即157 nm)， CaF2显示应力诱导双折射和更强的内禀双折射(也称为空间色散双折射)。CaF2中的双折射为高性能的印刷应用带来了性能问题。
双折射的传统测量方法是让光束穿过放置在交叉偏振器之间的样品。光强通常在样品旋转360°时检测。双折射的大小与最大信号(快轴与偏振器轴为45°)和最小信号(快轴与偏振器轴平行或垂直)的差值有关。该方法有测量时间长、精度低等缺点。每个采样点都要旋转一个样品，这使得双折射映射不切实际
光弹性调制器(PEM)技术为交叉偏振器技术提供了更好的选择。PEM在高频率(名义上为50千赫)调制入射光的偏振。当调制光通过双折射样品时，无论样品的快轴方向如何，光的偏振总是会发生变化。我们扩展了这一技术来分析两个通道的偏振变化，在小于2秒的时间内确定了双折射的大小和快轴角PEM 的速度为整个的双折射映射打开了大门 ，工业应用中的光学样品。通过在信号处理方案中增加一个额外的锁相放大器，可以进一步提高测量速度。
除了速度，PEM技术还提供了极高的双折射测量精度(好到0.005 nm)。众所周知，普通光源的强度波动在几个百分点左右。这种波动会影响传统双折射测量方法的精度。PEM方法测量调制信号与平均光强的比值，因此光源波动不影响测量精度。
摆动不影响测量精度。在与国际半导体制造技术联盟 (Austin, TX)的合作中，我们最近将双折射测量能力扩展到光刻应用由此产生的双折射测量系统(Exicor)可用于所有DUV光刻波长(157、193和248nm)。使用该系统，我们绘制了各种CaF2样品在157.6 nm处的双折射图，例如跟踪了当光束沿<110>晶体轴传播时测量到的CaF2 F2立方体的双折射图(见图)。
CaF2在157.6 nm处的本征双折射是由晶体结构决定的。光刻工业的解决方案是通过在适当的角度方向上排列不同的光学元件来抵消双折射。测试光沿<110>轴传播时的最坏情况，我们将两个具有相同尺寸的CaF2立方体堆叠，其固有双折射轴偏移90°。测得的总双折射率<0.2 nm/cm，表明该方法是可行的。
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