[发明专利]193nm熔石英光栅起偏器及其在光刻设备中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及193nm光刻设备，特别是一种用于193nm浸没光刻设备产生所需偏振状态的193nm熔石英光栅起偏器及其在光刻设备中的应用。

背景技术

在193nm浸没光刻设备中，偏振照明已经成为提高光刻系统分辨率、增大焦深和改善光刻对比度不可缺少的光刻分辨率增强技术。采用偏振照明的主要目的是实现掩模板对照明光场产生的衍射光束在硅片上的干涉叠加光场的对比度增强。对于高数值孔径的浸没光刻设备，偏振照明显得尤为重要。

现阶段，193nm浸没光刻设备的照明光场的偏振状态主要包括X方向和Y方向的线偏振、切向偏振和径向偏振，通过特定的起偏器可实现这些偏振状态。由于能够透过193nm光源的材料有限，所以传统上使用的起偏器如格兰-汤姆逊棱镜、洛匈棱镜等都无法使用。在中国专利CN1645258A中叙述了采用镀有多层介质膜的光学片实现起偏。该方法由于可以选用的镀膜材料较少，无法实现较高透过率的膜层结构设计，所以能量利用效率不高。另外多层介质膜的偏振特性对光束的入射角非常敏感，入射角度稍有偏差，就会引起出射光束偏振度的改变。这两个因素限制了偏振膜层作为光刻系统起偏器的发展。

利用光栅作为起偏器的方法已经在可见光和红外波段被开发出来。中国专利CN 202230254U阐明了一种可见光波段下的偏振光栅，它包括多条相互间隔平行排列的透光和不透光部分。中国专利CN 102289013A提出了一种近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器。

在先技术“形成图形的光栅单元偏振器”（参见专利CN 1677141A）中，公开了一种用于光刻的形成图形的光栅偏振器，包括对紫外光透明的基片和在该基片上形成图形的光栅阵列，光栅阵列使紫外光偏振。该发明的基片和光栅阵列采用不同的材料，基片采用紫外可透材料，而光栅单元阵列为导电金属，如铝、银或金构成。当金属导线阵列与深紫外光相互作用时，金属中的自由电子会在光电场的诱导下振荡，电子与晶格原子之间发生碰撞，部分光能转化为碰撞产生的热能，因此透射光强有能量损耗，效率较低。另外，基片和光栅阵列材料的晶格不是完全匹配，所以构成的器件稳定性稍差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种193nm熔石英光栅起偏器及其在光刻设备中的应用，该光栅式起偏器直接在紫外可透的光学薄片上制作光栅，能够有效避免能量损耗，并提高光学元件的稳定性。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光刻设备中调整193nm紫外光束偏振状态的熔石英光栅起偏器，其特点是在熔石英薄片的表面上刻有一定图形的光栅，该光栅为亚波长周期、深刻蚀光栅，该光栅的线密度为5260~5400线/mm，深度为1.1~1.2μm，占空比为30%~40%。

所述的光栅图形为线条形，以便紫外光束转换为线偏振光，线条排列方向是X方向或Y方向。

所述的光栅图形被分割为4、8或16个象限，每个象限中的光栅为线条形，方向平行于该象限的中心线，以便紫外光束转换为切向偏振光。

所述的光栅图形被分割为4、8或16个象限，每个象限中的光栅为线条形，方向垂直于该象限中心线，以便紫外光束转换为径向偏振光。

所述的光栅的线密度为5274线/mm，光栅深度为1.1μm，光栅的占空比为39%。

所述的熔石英光栅起偏器的厚度为1~2mm。

上述熔石英光栅起偏器在光刻照明系统中的应用方法，所述的光刻照明系统包含的单元依光束传播方向为：193nm光源、光束扩束和传递单元、光瞳整形单元、光束匀光单元、中继透镜、掩模板、投影物镜和硅片，其特点在于该方法是根据离轴照明的光强分布形式的需要，选择相应的熔石英光栅起偏器并将所述的熔石英光栅起偏器放置在所述的光瞳整形单元的光束出射端，在熔石英光栅起偏器后面放置挡光单元，遮挡除零级衍射光外的高级衍射光，仅允许零级衍射光通过。

与在先技术相比，本发明具有下列技术优点：

(1)本发明熔石英光栅起偏器，在熔石英基底上制作光栅，具有能量利用率高和器件稳定性好的特点。另外，利用现有光刻设备制作该光栅起偏器，加工工艺成熟，精度高，能有效降低起偏器的成本。

(2)本发明采用熔石英光栅起偏器，获得的偏振光偏振纯度高。而且同多层膜式起偏器相比，光栅对光束的入射方向不敏感，机械对准精度要求低，容易实现。光栅起偏器的厚度小，占用空间少，可放置在光刻照明系统多个位置，位置选择更加灵活。

附图说明