專利名稱：193nm熔石英光柵起偏器及其在光刻設(shè)備中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及193nm光刻 設(shè)備，特別是一種用于193nm浸沒光刻設(shè)備產(chǎn)生所需偏振狀態(tài)的193nm熔石英光柵起偏器及其在光刻設(shè)備中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在193nm浸沒光刻設(shè)備中，偏振照明已經(jīng)成為提高光刻系統(tǒng)分辨率、增大焦深和改善光刻對比度不可缺少的光刻分辨率增強技術(shù)。采用偏振照明的主要目的是實現(xiàn)掩模板對照明光場產(chǎn)生的衍射光束在硅片上的干涉疊加光場的對比度增強。對于高數(shù)值孔徑的浸沒光刻設(shè)備，偏振照明顯得尤為重要。
現(xiàn)階段，193nm浸沒光刻設(shè)備的照明光場的偏振狀態(tài)主要包括X方向和Y方向的線偏振、切向偏振和徑向偏振，通過特定的起偏器可實現(xiàn)這些偏振狀態(tài)。由于能夠透過193nm 光源的材料有限，所以傳統(tǒng)上使用的起偏器如格蘭-湯姆遜棱鏡、洛匈棱鏡等都無法使用。 在中國專利CN1645258A中敘述了采用鍍有多層介質(zhì)膜的光學(xué)片實現(xiàn)起偏。該方法由于可以選用的鍍膜材料較少，無法實現(xiàn)較高透過率的膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以能量利用效率不高。另外多層介質(zhì)膜的偏振特性對光束的入射角非常敏感，入射角度稍有偏差，就會引起出射光束偏振度的改變。這兩個因素限制了偏振膜層作為光刻系統(tǒng)起偏器的發(fā)展。
利用光柵作為起偏器的方法已經(jīng)在可見光和紅外波段被開發(fā)出來。中國專利CN 202230254U闡明了一種可見光波段下的偏振光柵，它包括多條相互間隔平行排列的透光和不透光部分。中國專利CN 102289013A提出了一種近紅外波段的雙脊金屬線光柵偏振分束器。
在先技術(shù)“形成圖形的光柵單元偏振器”(參見專利CN 1677141A)中，公開了一種用于光刻的形成圖形的光柵偏振器，包括對紫外光透明的基片和在該基片上形成圖形的光柵陣列，光柵陣列使紫外光偏振。該發(fā)明的基片和光柵陣列采用不同的材料，基片采用紫外可透材料，而光柵單元陣列為導(dǎo)電金屬，如鋁、銀或金構(gòu)成。當(dāng)金屬導(dǎo)線陣列與深紫外光相互作用時，金屬中的自由電子會在光電場的誘導(dǎo)下振蕩，電子與晶格原子之間發(fā)生碰撞，部分光能轉(zhuǎn)化為碰撞產(chǎn)生的熱能，因此透射光強有能量損耗，效率較低。另外，基片和光柵陣列材料的晶格不是完全匹配，所以構(gòu)成的器件穩(wěn)定性稍差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種193nm熔石英光柵起偏器及其在光刻設(shè)備中的應(yīng)用，該光柵式起偏器直接在紫外可透的光學(xué)薄片上制作光柵，能夠有效避免能量損耗，并提高光學(xué)元件的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種用于光刻設(shè)備中調(diào)整193nm紫外光束偏振狀態(tài)的熔石英光柵起偏器，其特點是在熔石英薄片的表面上刻有一定圖形的光柵，該光柵為亞波長周期、深刻蝕光柵，該光柵的線密度為5260^5400線/mm，深度為1. Γ . 2 μ m,占空比為30% 40%。
所述的光柵圖形為線條形，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為線偏振光，線條排列方向是X方向或Y方向。
所述的光柵圖形被分割為4、8或16個象限，每個象限中的光柵為線條形，方向平行于該象限的中心線，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為切向偏振光。
所述的光柵圖形被分割為4、8或16個象限，每個象限中的光柵為線條形，方向垂直于該象限中心線，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光。
所述的光柵的線密度為5274線/mm，光柵深度為1.1 μ m，光柵的占空比為39%。
所述的熔石英光柵起偏器的厚度為廣2_。上述熔石英光柵起偏器在光刻照明系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，所述的光刻照明系統(tǒng)包含的單元依光束傳播方向為193nm光源、光束擴束和傳遞單元、光瞳整形單元、光束勻光單元、中繼透鏡、掩模板、投影物鏡和硅片，其特點在于該方法是根據(jù)離軸照明的光強分布形式的需要，選擇相應(yīng)的熔石英光柵起偏器并將所述的熔石英光柵起偏器放置在所述的光瞳整形單元的光束出射端，在熔石英光柵起偏器后面放置擋光單元，遮擋除零級衍射光外的高級衍射光，僅允許零級衍射光通過。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)優(yōu)點
(I)本發(fā)明熔石英光柵起偏器，在熔石英基底上制作光柵，具有能量利用率高和器件穩(wěn)定性好的特點。另外，利用現(xiàn)有光刻設(shè)備制作該光柵起偏器，加工工藝成熟，精度高，能有效降低起偏器的成本。
(2)本發(fā)明采用熔石英光柵起偏器，獲得的偏振光偏振純度高。而且同多層膜式起偏器相比，光柵對光束的入射方向不敏感，機械對準(zhǔn)精度要求低，容易實現(xiàn)。光柵起偏器的厚度小，占用空間少，可放置在光刻照明系統(tǒng)多個位置，位置選擇更加靈活。


圖1是本發(fā)明熔石英光柵起偏器的一個實施例的示意圖，線條形熔石英光柵起偏器。
圖2是本發(fā)明熔石英光柵起偏器的六個實施例的示意圖，熔石英光柵起偏器。
圖3是圖2中實施例對應(yīng)的偏振態(tài)分布。
圖4是本發(fā)明熔石英光柵起偏器在一個光刻偏振照明系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明熔石英光柵起偏器的一個實施例的示意圖，線條形熔石英光柵起偏器101。光柵的特征尺寸包括線密度I/λ為526(Γ5400線/mm，光柵深度d 為1. Γ .2μπι,占空比m為30°/Γ40%。光柵起偏器的厚度為1mm。該光柵屬于高密度深刻蝕光柵，其所采用的衍射理論，不能用簡單的標(biāo)量方法解釋，而必須采用矢量衍射方程，即求解帶邊界條件的麥克斯韋方程組，這需要通過計算機編碼進行數(shù)值求解。求解該方程所采用的稱合波算法已經(jīng)被發(fā)表(參見 M. G. Moharam et al. , J. Opt. Soc. Am. A. 12, 1077, 1995)。
高密度深刻蝕光柵對于入射光束的偏振狀態(tài)非常敏感。偏振方向平行于光柵方向的線偏振光被稱為TE偏振光,簡稱為TE光,偏振方向垂直于光柵方向的線偏振光被稱為TM 偏振光，簡稱為TM光。本發(fā)明高密度深刻蝕光柵的設(shè)計思路是找出適合的光柵特征尺寸， 使得TE和TM偏振光中，一個絕大部分通過，而另一個絕大部分被阻擋。絕大部分通過意味著零級衍射效率接近100% ;而絕大部分被阻擋則意味著零級衍射效率接近于0%，這時光束被部分反射或形成高階衍射光。這樣設(shè)計出的光柵能夠起到光束起偏的作用。設(shè)計過程通過計算機程序進行搜索，找出合適的特征尺寸。對于193nm的光源，計算發(fā)現(xiàn)對于光柵線密度I/Λ為5260 5400線/mm，光柵深度d為1.1 1. 2 μ m，占空比m為30% 40%，對TE光的零級衍射效率〈O. 5%，而對TM光的零級衍射效率>98%。特別是當(dāng)線密度I/ Λ為5274線/mm， 深度d為1.1 μ m，占空比m為39%時，對TM光的零級衍射效率接近99. 9%，而對TE光的零級衍射效率為O. 02%，兩種偏振光的消光比達到5000:1，遠高于光刻設(shè)備中對起偏器的要求， 能夠得到純度較高的偏振光。另外，起偏器的能量利用效率也是另一個重要指標(biāo)，要求大于 95%。本發(fā)明熔石英光柵起偏器的能量利用效率等于TM光的零級衍射效率乘以基片的雙面透過率，對于鍍有增透膜的基片，雙面透過率可以達到98%以上，所以總的能量利用效率接近98%,高于指標(biāo)要求。
圖1中列舉的本發(fā)明熔石英光柵起偏器的實施例用于產(chǎn)生線偏振光，如果需要產(chǎn)生切向偏振和徑向偏振光，可以將圖1中的線偏振光柵進行圖形拓展，具體的方法可以參見圖2。圖2是本發(fā)明熔石英光柵起偏器的六個實施例的示意圖，其中101用于產(chǎn)生X方向的線偏振光，該偏振光的示意圖如圖3中201所示；圖2中102用于產(chǎn)生4象限徑向偏振光(圖3中202);圖2中103用于產(chǎn)生4象限切向偏振光(圖3中203);圖2中104用于產(chǎn)生Y方向的線偏振光(圖3中204);圖2中105用于產(chǎn)生8象限徑向偏振光(圖3中205)； 圖2中106用于產(chǎn)生8象限切向偏振光(圖3中206)。依次類推，通過增加象限的數(shù)目，并使每個象限中的光柵方向平行或垂直于該象限的中心線，就可以得到相應(yīng)的切向或徑向偏振光。
圖4給出本發(fā)明熔石英光柵起偏器的一個光刻照明系統(tǒng)中應(yīng)用實例。該光刻 照明系統(tǒng)包含的單元依光束傳播方向為193nm光源301、光束擴束和傳遞單元302、光瞳整形單元303、熔石英光柵起偏器304、擋光單元305、光束勻光單元306、中繼透鏡307、掩模板 308、投影物鏡309和硅片310。工作原理為，193nm光源301發(fā)出的光束經(jīng)過光束擴束和傳遞單元302后，照射在光瞳整形單元303上，得到光瞳面上所需的光強分布，實現(xiàn)離軸照明。本發(fā)明熔石英光柵起偏器304放置于303的光束出射端，根據(jù)離軸照明的光強分布形式更換相應(yīng)的熔石英光柵起偏器，可以得到線偏振、切向偏振和徑向偏振。在熔石英光柵起偏器304后面放置擋光單元305，遮擋除零級衍射光外的高級衍射光，僅允許零級衍射光通過。隨后再經(jīng)過光束勻光單元306勻光后，由中繼透鏡307轉(zhuǎn)移到掩模板308上。投影物鏡309將掩模板的圖形成像到硅片310上。通過測量光刻效果找出適合掩模圖形的光刻偏振狀態(tài)。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)優(yōu)點
(I)本發(fā)明采用熔石英光柵起偏器，在熔石英基底上制作光柵，具有能量利用率高和器件穩(wěn)定性好的特點。另外，利用現(xiàn)有光刻設(shè)備制作該光柵起偏器，加工工藝成熟，精度高，能有效降低起偏器的成本。
(2)本發(fā)明采用熔石英光柵起偏器，獲得的偏振光偏振純度高。而且同多層膜式起偏器相比，光柵對光束的入射方向不敏感，機械對準(zhǔn)精度要求低，容易實現(xiàn)。光柵起偏器的厚度小，占用空間少，可放置在光刻照明系統(tǒng)多個位置，位置選擇更加靈活。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻設(shè)備中調(diào)整193nm紫外光束偏振狀態(tài)的熔石英光柵起偏器，其特征是在熔石英薄片的表面上刻有一定圖形的光柵，該光柵為亞波長周期、深刻蝕光柵，該光柵的線密度為5260^5400線/mm，深度為I. I I. 2 μ m,占空比為30% 40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器，其特征在于所述的光柵圖形為線條形，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為線偏振光，線條排列方向是X方向或Y方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器，其特征在于所述的光柵圖形被分割為4、8或16個象限，每個象限中的光柵為線條形，方向平行于該象限的中心線，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為切向偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器，其特征在于所述的光柵圖形被分割為4、8或16個象限，每個象限中的光柵為線條形，方向垂直于該象限中心線，以便紫外光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器，其特征在于所述的光柵的線密度為5274線/mm，光柵深度為I. I μ m，光柵的占空比為39%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器，其特征在于所述的熔石英光柵起偏器的厚度為2mm。
7.權(quán)利要求I所述的熔石英光柵起偏器光刻照明系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，所述的光刻照明系統(tǒng)包含的單元依光束傳播方向為193nm光源(301)、光束擴束和傳遞單元(302)、光瞳整形單元(303)、光束勻光單元(306)、中繼透鏡(307)、掩模板(308)、投影物鏡(309)和硅片(310)，其特征在于該方法是根據(jù)離軸照明的光強分布形式的需要，選擇相應(yīng)的熔石英光柵起偏器(304)并將所述的熔石英光柵起偏器(304)放置在所述的光瞳整形單元(303)的光束出射端，在熔石英光柵起偏器后面放置擋光單元(305)，遮擋除零級衍射光外的高級衍射光，僅允許零級衍射光通過。
全文摘要
一種193nm熔石英光柵起偏器及其在光刻設(shè)備中的應(yīng)用，該光柵式起偏器在熔石英薄片的表面上刻有一定圖形的光柵，該光柵為亞波長周期、深刻蝕光柵，該光柵的線密度為5260~5400線/mm，深度為1.1~1.2μm，占空比為30%~40%。該熔石英光柵起偏器是直接在紫外可透的光學(xué)薄片上制作光柵，能夠有效避免能量損耗，并提高光學(xué)元件的穩(wěn)定性。加工工藝成熟，精度高，能有效降低起偏器的成本。采用熔石英光柵起偏器，獲得的偏振光偏振純度高。而且同多層膜式起偏器相比，光柵對光束的入射方向不敏感，機械對準(zhǔn)精度要求低，容易實現(xiàn)。光柵起偏器的厚度小，占用空間少，可放置在光刻照明系統(tǒng)多個位置，位置選擇更加靈活。
文檔編號G03F7/20GK102981204SQ20121050644
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者朱菁, 楊寶喜, 曾愛軍, 陳明, 黃惠杰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所