CN115718341A - 一种反射式偏振分光棱镜及光刻机 - Google Patents

Abstract

一种反射式偏振分光棱镜及光刻机，反射式偏振分光棱镜包括：错位平行设置的第一面和第二面，错位平行设置的第三面和第四面；第一面和第二面为竖直错位平行设置，分别用于透射光束；第三面和第四面倾斜错位平行设置于第一面和第二面之间，第三面朝向所述第一面倾斜，第四面朝向第二面倾斜；第三面的反射面和第四面的反射面中的至少一个反射面为布儒斯特反射，使第一面和第二面之间的光束至少经过一次布儒斯特反射起偏；第三面的反射面和第四面的反射面分别以相同的布儒斯特角反射第一面和第二面之间的光束，使第一面透射光束的传播方向和第二面透射光束的传播方向相同。通过两次布儒斯特角反射，使入射光束的传播方向与出射光束的传播方向相同。

Description

一种反射式偏振分光棱镜及光刻机

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种反射式偏振分光棱镜及光刻机。

背景技术

随着光刻设备中投影物镜的数值孔径(NA)的不断增大，照明偏振态对曝光效果的影响愈发显著。为提高曝光图像的分辨率，同时实现偏振性能的检测，能够适用于光刻照明波段的偏振器件就有了很重要的研发及应用价值。

沃拉斯顿棱镜是一种典型的偏振分光器件，他可以利用材料的双折射特性将入射光分解为振动方向相互垂直的两束线偏振光，通常由光轴相互垂直的两块同材料直角棱镜粘合而成。而反射式偏振器件是另一种少数可以适用于极紫外的偏振器之一。根据菲涅尔公式，当光束以布儒斯特角入射到界面时反射光中只含有S偏振分量，利用这一特性同样可实现偏振纯化目的。

光束在经过沃拉斯顿棱镜的两块直角棱镜界面时，由于其光轴相互垂直，o光变为e光，e光变为o光，因此分别向原传播方向的两侧偏移，经过最后一个面出射时再次折射而分成两束按一定角度分开、偏振方向相互垂直的线偏振光(见图1)。而在极紫外波段，受波长限制棱镜可选用的材料非常有限，同时使用条件非常苛刻，这导致了沃拉斯顿棱镜两束出射光的分离角非常小，分光距离过长。同时还存在出射光方向较入射光发生偏离，不利于光路设计及调整的问题。

当光束以布儒斯特角入射到界面时，反射光中只含有s偏振分量，而p分量接近全部透射。基于这一原理，一方面可直接利用反射光束获得高纯度线偏s光，同样该方法缺点在于光路的反射导致空间利用和光路调整的不利；另一方面，可通过将平行薄片堆在一起，让入射光以布儒斯特角入射并通过片堆多次反射s偏振分量使得透射光中最终只含有p分量，该方法缺点在于为达到高偏振度通常薄片数量较多，空间限制较大。

发明内容

针对沃拉斯顿棱镜和布儒斯特棱镜在深紫外波段或极紫外波段的光刻机的应用中所存在的问题，本申请提供一种反射式偏振分光棱镜及光刻机，通过两次布儒斯特角反射，使入射光束的传播方向与出射光束的传播方向相同。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种反射式偏振分光棱镜，所述反射式偏振分光棱镜应用于深紫外波段或极紫外波段，所述反射式偏振分光棱镜包括：错位平行设置的第一面和第二面，错位平行设置的第三面和第四面；

所述第一面和第二面为竖直错位平行设置，分别用于透射光束；

所述第三面和第四面倾斜错位平行设置于所述第一面和第二面之间，所述第三面朝向所述第一面倾斜，所述第四面朝向所述第二面倾斜；

所述第三面的反射面和第四面的反射面中的至少一个反射面为布儒斯特反射，使所述第一面和第二面之间的光束至少经过一次布儒斯特反射起偏；

所述第三面的反射面和第四面的反射面分别以相同的布儒斯特角反射所述第一面和第二面之间的光束，使所述第一面透射光束的传播方向和第二面透射光束的传播方向相同。

进一步优选的，所述第三面的反射面和第四面的反射面均为布儒斯特反射，使所述第一面和第二面之间的光束经过两次布儒斯特反射起偏。

进一步优选的，所述反射式偏振分光棱镜还包括第五面和第六面，所述第五面连接于所述第一面和第三面之间，所述第六面连接于所述第二面和第四面之间，通过所述第一面、第五面、第三面、第二面、第六面、第四面的顺次连接形成一体化结构的反射式偏振分光棱镜。

进一步优选的，所述反射式偏振分光棱镜包括对称的两个布儒斯特棱镜，所述两个布儒斯特棱镜通过叠加形成反射式偏振分光棱镜，叠加后的两个布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面倾斜错位平行设置。

进一步优选的，一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面反射的光束垂直于所述两个布儒斯特棱镜叠加后的叠加面入射至另一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面。

进一步优选的，所述第一面和第二面分别镀有增透膜。

进一步优选的，所述反射式偏振分光棱镜为规则形状或非规则形状。

本发明还提供一种光刻机，包括反射式偏振分光棱镜，所述反射式偏振分光棱镜用于对光刻机的照明光束进行起偏获得线偏振光，所述反射式偏振分光棱镜为上述的反射式偏振分光棱镜。

通过本发明提供的反射式偏振分光棱镜及光刻机，基于第三面的反射面和第四面的反射面分别以相同的布儒斯特角反射第一面和第二面之间的光束，使第一面透射光束的传播方向和第二面透射光束的传播方向相同，通过两次布儒斯特角反射，使入射光束的传播方向与出射光束的传播方向相平行，本发明还可以利用两次布儒斯特反射，实现超高偏振度线偏光输出的同时不改变原本光路的传播方向，且结构简单可靠，是深紫外及极紫外波段理想的偏振纯化器件之选。

附图说明

图1为现有的沃拉斯顿棱镜示意图；

图2为本申请提供的反射式偏振分光棱镜示意图；

图3为本申请提供的另一反射式偏振分光棱镜示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例一：

本实施例提供一种反射式偏振分光棱镜，该反射式偏振分光棱镜应用于深紫外波段或极紫外波段，其结构图如图1所示，该反射式偏振分光棱镜包括：错位平行设置的第一面1和第二面2，错位平行设置的第三面3和第四面4。

具体的，第一面1和第二面2为竖直错位平行设置，分别用于透射光束；第三面3和第四面4倾斜错位平行设置于第一面1和第二面2之间，其中，第三面2朝向第一面1倾斜，第四面2朝向第二面2倾斜。

在实施例中，第三面3的反射面和第四面4的反射面中的至少一个反射面为布儒斯特反射，使第一面1和第二面2之间的光束至少经过一次布儒斯特反射起偏。

第三面3的反射面和第四面4的反射面分别以相同的布儒斯特角反射第一面1和第二面2之间的光束，使第一面1透射光束的传播方向和第二面2透射光束的传播方向相同。

进一步，本实施例提供的反射式偏振分光棱镜还包括第五面5和第六面6，第五面5连接于第一面1和第三面3之间，第六面6连接于第二面2和第四面4之间，通过第一面1、第五面5、第三面3、第二面2、第六面6、第四面4的顺次连接形成一体化结构的反射式偏振分光棱镜。

本实施例提供的反射式偏振分光棱镜是通过一块晶体材料切割而成的整体结构，便于加工，且由于结构对称，第一面1即可以作为整体结构的入射光面也可以作为整体结构的出射光面，第二面2即可以作为整体结构的入射光面也可以作为整体结构的出射光面，因此，在实际应用中，无需再区分第一面1和第二面2哪一面是入射光面，哪一面是出射光面，反射式偏振分光棱镜的这种结构设计极大地方便了工作人员的操作过程。

本实施例的反射式偏振分光棱镜的设计思路是：第三面3的反射面和第四面4的反射面中的至少一个反射面为布儒斯特反射，使第一面1和第二面2之间的光束至少经过一次布儒斯特反射起偏；第三面3的反射面和第四面4的反射面分别以相同的布儒斯特角反射第一面1和第二面2之间的光束，使第一面1透射光束的传播方向和第二面2透射光束的传播方向相同；如图2所示，第一面1为光束入射面，第二面2为光束出射面，基于该设计思路，可以使入射光束的传播方向与出射光束的传播方向相同，也即是，该设计思路实现了超高偏振度线偏光输出的同时不改变原本光路的传播方向。

基于使第一面1和第二面2之间的光束经过一次布儒斯特反射起偏，在本实施例中，可以将第四面4的反射面设计为布儒斯特反射，将第三面3的反射面镀反射膜或替换为其他反射结构，以提高透过率；也可以将第三面3的反射面设计为布儒斯特反射，将第四面4的反射面镀反射膜或替换为其他反射结构，以提高透过率。

基于使第一面1和第二面2之间的光束经过两次布儒斯特反射起偏，在其他实施例中，将第三面3的反射面和第四面4的反射面均设计为布儒斯特反射。

在此需要说明的是，不论第三面3的反射面和第四面4的反射面如何设计，第三面3的反射面和第四面4的反射面均以相同的布儒斯特角反射，例如，第三面3的反射面镀有反射膜，第三面3的反射面仍与第四面4的反射面相同的布儒斯特角反射。

进一步，为了提高入射光束和出射光束的透过率，在本实施例中，第一面1和第二面2分别镀有增透膜。

本实施例提供的反射式偏振分光棱镜，只要满足第三面3和第四面4处能够实现布儒斯特角反射即可，其他面的各角度均可根据实际使用需求修改，因此，该反射式偏振分光棱镜的外形结构存在多种设计，例如，该外形结构即可以是规则形状也可以是非规则形状，本实施例对反射式偏振分光棱镜的外形结构形状不作具体限定。

以第三面3的反射面和第四面4的反射面均设计为布儒斯特反射、及第一面1为光束入射面，第二面2为光束出射面为例，本实施例提供的反射式偏振分光棱镜的工作原理是：如图1所示，光束垂直入射到第一面1进入反射式偏振分光棱镜，在第三面3以布儒斯特角θ反射，反射光中只含有s偏振分量实现偏振纯化；设环境折射率为n₀，棱镜材料折射率为n₁，则

以熔石英在氟化氩(ArF)浸没光刻机中的运用为例，材料折射率n₁＝1.5602，环境空气折射率n₀＝1，则此时θ对应为32.66°。第三面3与第四面4平行，光束再一次以布儒斯特角经第四面4反射并最终垂直经过第二面2射出；通过图1可知，出射光束与入射光束保持平行，从而达到出射光束的传播方向与入射光束的传播方向相同的效果。

本实施例提供的反射式偏振分光棱镜，基于第三面3的反射面和第四面4的反射面分别以相同的布儒斯特角反射第一面1和第二面2之间的光束，使第一面1透射光束的传播方向和第二面2透射光束的传播方向相同，通过两次布儒斯特角反射，使入射光束的传播方向与出射光束的传播方向相平行，可以利用两次布儒斯特反射，实现超高偏振度线偏光输出的同时不改变原本光路的传播方向，且结构简单可靠，是深紫外及极紫外波段理想的偏振纯化器件之选。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供另外一种结构的反射式偏振分光棱镜，如图3所示，反射式偏振分光棱镜包括对称的两个布儒斯特棱镜，该两个布儒斯特棱镜通过叠加形成反射式偏振分光棱镜，叠加后的两个布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面倾斜错位平行设置。

其中，一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面反射的光束垂直于两个布儒斯特棱镜叠加后的叠加面入射至另一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面。

由图3可以，基于两个布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面进行两次布儒斯特反射，实现超高偏振度线偏光输出的同时不改变原本光路的传播方向，且结构简单可靠，是深紫外及极紫外波段理想的偏振纯化器件之选。

此外，本实施例提供的反射式偏振分光棱镜也是一对称结构，使用过程中，无需再区分哪一面是入射光面，哪一面是出射光面，反射式偏振分光棱镜的这种结构设计极大地方便了工作人员的操作过程。

实施例三：

基于实施例一和实施例二，本实施例提供一种光刻机，该光刻机包括反射式偏振分光棱镜，该反射式偏振分光棱镜用于对光刻机的照明光束进行起偏获得线偏振光，该反射式偏振分光棱镜为实施例一或实施例二提供的反射式偏振分光棱镜。

由于该反射式偏振分光棱镜可以实现超高偏振度线偏光输出的同时不改变原本光路的传播方向，且结构简单，使得该反射式偏振分光棱镜在光刻机应用中，不受光刻机空间限制，及该反射式偏振分光棱镜在深紫外波段或极紫外波段光刻机的应用中，不受波长限制。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述反射式偏振分光棱镜应用于深紫外波段或极紫外波段，所述反射式偏振分光棱镜包括：错位平行设置的第一面和第二面，错位平行设置的第三面和第四面；

所述第一面和第二面为竖直错位平行设置，分别用于透射光束；

所述第三面和第四面倾斜错位平行设置于所述第一面和第二面之间，所述第三面朝向所述第一面倾斜，所述第四面朝向所述第二面倾斜；

所述第三面的反射面和第四面的反射面中的至少一个反射面为布儒斯特反射，使所述第一面和第二面之间的光束至少经过一次布儒斯特反射起偏；

所述第三面的反射面和第四面的反射面分别以相同的布儒斯特角反射所述第一面和第二面之间的光束，使所述第一面透射光束的传播方向和第二面透射光束的传播方向相同。

2.如权利要求1所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述第三面的反射面和第四面的反射面均为布儒斯特反射，使所述第一面和第二面之间的光束经过两次布儒斯特反射起偏。

3.如权利要求1所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述反射式偏振分光棱镜还包括第五面和第六面，所述第五面连接于所述第一面和第三面之间，所述第六面连接于所述第二面和第四面之间，通过所述第一面、第五面、第三面、第二面、第六面、第四面的顺次连接形成一体化结构的反射式偏振分光棱镜。

4.如权利要求1所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述反射式偏振分光棱镜包括对称的两个布儒斯特棱镜，所述两个布儒斯特棱镜通过叠加形成反射式偏振分光棱镜，叠加后的两个布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面倾斜错位平行设置。

5.如权利要求4所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面反射的光束垂直于所述两个布儒斯特棱镜叠加后的叠加面入射至另一布儒斯特棱镜的布儒斯特反射面。

6.如权利要求1所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述第一面和第二面分别镀有增透膜。

7.如权利要求1-6任一项所述的反射式偏振分光棱镜，其特征在于，所述反射式偏振分光棱镜为规则形状或非规则形状。

8.一种光刻机，其特征在于，包括反射式偏振分光棱镜，所述反射式偏振分光棱镜用于对光刻机的照明光束进行起偏获得线偏振光，所述反射式偏振分光棱镜为权利要求1-7任一项所述的反射式偏振分光棱镜。

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