[发明专利]一种深紫外平板偏振分光镜及其设计方法

说明书

一种深紫外平板偏振分光镜及其设计方法，该偏振分光镜由基板及基板两面的偏振膜和增透膜三部分构成，其中偏振膜的膜系结构包括膜层应力调节层和偏振分光膜层；初始结构为：Air/(aHbL)ⁿM/Sub/HL/Air。本发明在非布儒斯特角度下实现深紫外波段高透过率和高消光比的同时，解决了氟化物多层薄膜张应力大导致的膜层龟裂难题，适用于ArF 0F级熔石英或紫外CaF₂基板，可实现入射角为65±1°，波长为180nm‑220nm范围内的某一波长处p光透过率大于91％，消光比大于60:1，对于深紫外光学系统中的偏振控制以及系统轻量化设计有重要的意义。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种深紫外平板偏振分光镜及其设计方法。具体是180nm-220nm范围内的任一紫外波长的平板偏振分光镜。

背景技术

超大规模集成电路(VLSI)是现代一切高技术领域发展的基础。目前，集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件，集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。每个新一代集成电路的出现，总是以光刻所获得的线宽为主要技术标志。而减小线宽的方法包括减小光源的波长，采用高分辨率的光刻胶，增大透镜半径，采用高折射率的介质，优化光学棱镜系统等。其中减少光源波长可以大幅度提高分辨率，也是光刻机分代的标志。曝光波长的发展经历了高压汞灯的g线(436nm)和i线(365nm)，KrF准分子激光器(248nm)，ArF准分子激光器(193nm)，并正向着极紫外(EUV)(13.5nm)方向发展。目前，193nm沉浸式光刻技术不仅是28nm节点的主流技术，也有望大规模应用于7nm节点光刻成产。

193nm光刻机中使用了大量的薄膜元件，其中偏振分光镜是将入射光分离成具有互相垂直偏振面的透射光和反射光的光学元件，在激光系统中经常用作光开关或光隔离元件。在激光系统中，尤其是紫外激光系统中，偏振分光镜的性能对整个激光系统有着至关重要的影响。目前在紫外激光系统中使用较多的包括α-BBO格兰激光棱镜、采用光胶的玻璃偏振分光棱镜或者平板偏振分光镜。

现有的玻璃偏振分光棱镜主要由一对45°直角棱镜组成，两个棱镜的斜面对接胶合或采用光胶而成，在紫外激光系统中，胶合的偏振分光棱镜在紫外几乎不能使用，常用的胶水几乎不透光，且光胶工艺复杂，不好光胶。

而深紫外平板偏振分光镜通过在基板上镀制深紫外平板偏振膜和背面的增透膜，在深紫外波段可实现高透过率和高消光比，同时深紫外平板偏振分光镜具有体积小、重量轻的优点，使用上述偏振分光镜的激光光学系统可以减少体积和重量，提高光学系统设计的灵活性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种深紫外平板偏振分光镜及其设计方法，以解决深紫外波段的偏振分光的技术问题，减轻紫外激光光学系统的体积和重量，提高光学系统设计的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案如下：

一方面，本发明提供一种深紫外平板偏振分光镜，其特点在于，由基板及基板两面的偏振膜和增透膜三部分构成，其中偏振膜的膜系结构包括膜层应力调节层和偏振分光膜层；初始结构为：Air/(aHbL)ⁿM/Sub/HL/Air，Sub表示基板，H和L分别代表光学厚度为λ₀/4的高低折射率材料，a和b分别为H和L层的系数，M为膜层应力调节层，n为偏振分光膜层(aHbL)的周期数。

所述的基板的材料包括熔ArF0F级石英或紫外CaF₂；所述的高折射率膜层的材料包括LaF₃，GdF₃或NdF₃；所述低折射率膜层的材料包括AlF₃或MgF₂；所述应力调节膜层的材料为SiO₂。