CN104793344A - 一种偏振转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏振转换装置，解决了高NA光刻技术中光束由X偏振光或Y偏振光转换为XY偏振光和YX偏振光问题，所述偏振转换装置由两块二分之一波片、两片熔石英基片拼接并深度光胶在熔石英基底上构成。每块二分之一波片和熔石英基片中心角为90度，且每块二分之一波片和熔石英基片的厚度相同。二分之一波片和熔石英基片交替排列，且二分之一波片和熔石英基片拼接成正方向，二分之一波片快轴方向与X轴呈45度或135度。该偏振转换具有机械稳定性好、加工难度小、转换精度高、成本低等优点。

Description

一种偏振转换装置

技术领域

本发明涉及一种偏振转换装置，属于光刻高NA偏振照明技术领域。

背景技术

光学投影曝光技术自1978年诞生以来，先后经历了g线、i线、248nm、193nm等几个技术发展阶段。从出现至今的短短几十年的时间里，受到社会信息化进程的强烈牵引，与光学投影曝光技术相关的集成电路先后经历了小规模、超大规模直至极大规模等几个发展阶段，极大规模集成电路已经成为高技术领域发展的基石，从卫星、火箭等航空航天领域，到雷达、激光制导导弹国防领域，以及人们日常生活的各个领域都离不开极大规模集成电路，它不仅是主要的信息处理器件，同时也发展成为信息存储的重要载体之一。把越来越多的晶体管电路元件集成在硅片上，一直是国际微电子工业界不懈追求的目标。因此，减小集成电路最小线宽尺寸是提高存储能力的重要手段。在加工制造集成电路的设备很多，光刻机是目前技术最成熟的设备。光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现照明模式。随着半导体工业和纳米技术的发展，对新一代具有纳米级超精密图形分辨力的光刻技术的需求显得更加迫切。实践证明，在发展短波长和高数值孔径的同时，采用诸如离轴照明、移相掩模、光学邻近效应校正、光瞳滤波等分辨力增强技术，将上述几种技术有机地结合起来，对于延伸现有光学光刻技术分辨力将起到重要的作用。

然而随着数值孔径的增大和曝光波长的缩短，基于偏振性的矢量衍射效应对光刻图形质量的影响越来越大。当光刻的最小特征尺寸接近和低于曝光波长时，将导致P和S两种偏振光通过掩模的透过率不同，另外两种偏振光在光刻胶层面的透过率和反射率不同，导致曝光剂量不均匀，且这种由P和S偏振光导致的曝光剂量不均匀可以达到20％。所以，当线宽尺寸在65nm及以下节点时，光的偏振性对光刻分辨率影响显著，要使用偏振器件使入射光束转化成特定偏振光参与成像。该偏振转换装置将入射的X偏振光或者Y偏振光转换为XY偏振光和YX偏振光，以提高光刻系统的分辨力和图形对比度。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种偏振转换装置，解决了光刻高NA偏振照明技术中光束由Y偏振光或X偏振光转换为XY偏振光和YX偏振光的问题。所述偏振转换装置由两块二分之一波片、两片熔石英基片拼接并深度光胶在熔石英基底上构成。每块二分之一波片和熔石英基片中心角为90度，且每块二分之一波片和熔石英基片的厚度相同。二分之一波片和熔石英基片交替排列，二分之一波片快轴方向与X轴呈45度或135度。该偏振转换装置具有机械稳定性好、加工难度小、转换精度高、成本低等优点,对提升整个高NA偏振照明以及整个光刻曝光光学系统性能都起着至关重要的作用。

本发明采用的技术方案为：一种偏振转换装置，所述的偏振转换装置由两块二分之一波片、两块熔石英基片和熔石英基底构成。每块二分之一波片和熔石英基片中心角为90度，二分之一波片快轴方向与X轴呈45度或135度，二分之一波片与熔石英基片交替排列并深度光胶在熔石英基底上构成整个偏振转换装置。每块二分之一波片和熔石英基片的面积占熔石英基底的四分之一，且二分之一波片和熔石英基片厚度相等。利用偏振光经过二分之一波片时，振动方向向快轴方向转动一定角度，而熔石英基片不改变输入偏振光束的偏振特性，同时适当旋转该偏振转换装置，可以实现不同的偏振模式输出。

其中，两块二分之一波片和两块熔石英基片交替排列并拼接成正方形。

其中，偏振转换装置可以将X偏振光或Y偏振光转换为XY偏振光或YX偏振光。

其中，偏振转换装置使用波长为193.368nm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、机械稳定性好，二分之一波片和熔石英基片交替排列，且每块二分之一波片和熔石英基片等面积等厚度，深度光胶在正方形熔石英基底上，这种中心对称结构有利于保证偏振转换装置旋转时的机械稳定性，从而保证偏振光调制精度的稳定性，同时将二分之一波片和熔石英基片深度光胶在熔石英基底上有得于增加偏振转换装置的机械强度。

2、加工难度小，二分之一波片加工的大小与熔石英基底等面积，然后根据快轴方向进行切割，熔石英基片直接抛光到与二分之一波片等厚度进行切割，二分之一波片和熔石英基片均切割成等腰直角三角形，二分之一波片与熔石英基片接缝处采用胶粘技术。

3、转换精度高，转换精度取决于二分之一波片的相位延迟精度和快轴方向的对准精度，由于二分之一波是采用整块加工然后切割的方法有利于保证两块二分之一波片相位延迟精度一致，正方形的结构有利于切割时做标记从而保证快轴的对准精度。

4、成本低，该偏振转换装置可以实现将X偏振光转换为XY偏振和YX偏振光，同时可以实现将Y偏振光转换为XY偏振光和YX偏振光，即可以实现将两种输入的偏振光转换为所需要的两种偏振模式，大大降低了成本。

附图说明

图1为偏振转换装置结构示意图；

图2为二分之一波片工作原理图；

图3为X偏振转换为XY偏振示意图；

图4为X偏振转换为YX偏振示意图；

图5为Y偏振转换为YX偏振示意图；

图6为Y偏振转换为XY偏振示意图；

标号说明：1-二分之一波片、2-熔石英基片、3-二分之一波片、4-熔石英基片、5-熔石英基底、6-二分之一波片1光轴方向、7-二分之一波片3光轴方向、8-输入偏振光束、9-二分之一波片、10-光轴、11-输出偏振光束、12-X偏振光束、13-XY偏振光束、14-YX偏振光束、15-Y偏振光束。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1为偏振转换装置结构示意图，包括二分之一波片1、熔石英基片2、二分之一波片3、熔石英基片4和熔石英基底5。二分之一波片1、熔石英基片2、二分之一波片3、熔石英基片4中心角均为90度，且二分之一波片1和二分之一波片3与熔石英基片2、熔石英基片4交替排列，如图1所示，二分之一波片1和二分之一波片3与熔石英基片2、熔石英基片4等厚度且为等腰直角三角形，深度光胶在熔石英基底5上。二分之一波片1、二分之一波片3与熔石英基片2、熔石英基片4接缝处采用粘胶连接，且相交于直角顶点O点。二分之一波片1光轴方向6与X轴呈45度，二分之一波片3光轴方向7与X轴方向也呈45度，利用线偏振光通过二分之一波后，仍为线偏振光，但其振动方向向二分之一波片快轴方向转过一定角度，而熔石英基片不改变入射线偏振光振动方向。

图2为二分之一波片工作原理图，二分之一波片使用零级波片，由两片光轴正交的石英组成，两片石英的厚度差能够产生零级相位延迟，零级波片对温度和波长不敏感。如图2所示，输入偏振光束8的振动方向与光轴10的夹角为α度，则输出偏振光束11与输入偏振光束8的夹角为2α度，即输入偏振光束8的振动方向向着光轴方向旋转2α度。若α＝45度，则输出偏振光束的振动方向与输入偏振光束的振动方向垂直，即α＝45度时，二分之一波片可以使偏振态旋转90度。当输入偏振光束为X偏振光时且光轴方向与输入偏振光束呈45度时，输出偏振光束则为Y偏振光，反之亦然。

图3为X偏振转化为XY偏振示意图，输入光束为X偏振光束12，经过偏振转换装置作用后，输出光束为XY偏振光束13。如图3所示，偏振转换装置中二分之一波片1和二分之一波片3处于YZ坐标系内，且关于XZ面左右对称。X偏振光束12振动方向与二分之一波片1光轴方向6的夹角为45度，经过二分之一波片1作用后，X偏振光束12振动方向向着二分之一波片1光轴方向旋转90度，转换为Y偏振光束，二分之一波片3对X偏振光束12的光学作用与二分之一波片1一致。对于熔石英基片2和熔石英基片4，不改变X偏振光束12的振动方向，经熔石英基片2和熔石英基片4作用后仍为X偏振光束。通过二分之一波片1、二分之一波片3、熔石英基片2、熔石英基片4和熔石英基底对输入X偏振光束12的综合作用，获得XY偏振光束13。

图4为X偏振转化为YX偏振示意图，输入光束为X偏振光束12，图4中偏振转换装置放置方向为图3中偏振转换装置绕Y轴顺时针转动90度，输出光束为YX偏振光束14。如图4所示，偏振转换装置中二分之一波片1和二分之一波片3处于YZ坐标系内，且关于XY面上下对称。X偏振光束12振动方向与二分之一波片1光轴方向6的夹角为45度，经过二分之一波片1作用后，X偏振光束12振动方向向着二分之一波片1光轴方向旋转90度，转换为Y偏振光束，二分之一波片3对X偏振光束的光学作用与二分之一波片1一致。对于熔石英基片2和熔石英基片4，不改变X偏振光束12的振动方向，经熔石英基片2和熔石英基片4作用后仍为X偏振光束。通过二分之一波片1、二分之一波片3、熔石英基片2、熔石英基片4和熔石英基底对输入X偏振光束12的综合作用，获得YX偏振光束14。

图5为Y偏振转化为YX偏振示意图，输入光束为Y偏振光束15，图5中偏振转换装置放置方向与图3中偏振转换装置一致，输出光束为YX偏振光束14。如图5所示，偏振转换装置中二分之一波片1和二分之一波片3处于YZ坐标系内，且关于XZ面左右对称。Y偏振光束15振动方向与二分之一波片1光轴方向6的夹角为45度，经过二分之一波片1作用后，Y偏振光束15振动方向向着二分之一波片1光轴方向旋转90度，转换为X偏振光束，二分之一波片3对Y偏振光束的光学作用与二分之一波片1一致。对于熔石英基片2和熔石英基片4，不改变Y偏振光束15的振动方向，经熔石英基片2和熔石英基片4作用后仍为Y偏振光束。通过二分之一波片1、二分之一波片3、熔石英基片2、熔石英基片4和熔石英基底对输入Y偏振光束15的综合作用，获得YX偏振光束14。

图6为Y偏振转化为XY偏振示意图，输入光束为Y偏振光束15，图6中偏振转换装置放置方向与图4中偏振转换装置一致，输出光束为XY偏振光束13。如图6所示，偏振转换装置中二分之一波片1和二分之一波片3处于YZ坐标系内，且关于XY面上下对称。Y偏振光束15振动方向与二分之一波片1光轴方向6的夹角为45度，经过二分之一波片1作用后，Y偏振光束15振动方向向着二分之一波片1光轴方向旋转90度，转换为X偏振光束，二分之一波片3对Y偏振光束的光学作用与二分之一波片1一致。对于熔石英基片2和熔石英基片4，不改变Y偏振光束15的振动方向，经熔石英基片2和熔石英基片4作用后仍为Y偏振光束。通过二分之一波片1、二分之一波片3、熔石英基片2、熔石英基片4和熔石英基底对输入Y偏振光束15的综合作用，获得XY偏振光束13。

本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化，变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种偏振转换装置，其特征在于：所述的偏振转换装置由两块二分之一波片、两块熔石英基片和熔石英基底构成，每块二分之一波片和熔石英基片中心角为90度，二分之一波片快轴方向与X轴呈45度或135度，二分之一波片与熔石英基片交替排列并深度光胶在熔石英基底上构成整个偏振转换装置，每块二分之一波片和熔石英基片的面积占熔石英基底的四分之一，且二分之一波片和熔石英基片厚度相等，利用偏振光经过二分之一波片时，振动方向向快轴方向转动一定角度，而熔石英基片不改变输入偏振光束的偏振特性，同时适当旋转该偏振转换装置，可以实现不同的偏振模式输出。

2.根据权利要求1所述的偏振转换装置，其特征在于：两块二分之一波片和两块熔石英基片交替排列并拼接成正方形。

3.根据权利要求1所述的偏振转换装置，其特征在于：偏振转换装置可以将X偏振光或Y偏振光转换为XY偏振光或YX偏振光。

4.根据权利要求1所述的偏振转换装置，其特征在于：偏振转换装置使用波长为193.368nm。