一种深紫外复合结构金属线栅偏振器制造技术

一种深紫外复合结构金属线栅偏振器，包括基底及具有凹槽的金属光栅和介质填充结构。所述的金属光栅与介质填充结构具有相同的周期P为100～300nm,所述的金属光栅占空比W/P为0.5～0.85,所述的金属光栅的高宽比H/W为1～3。本发明专利技术通过减少金属与介质界面表面等离子体的产生，减少其对TM偏振光的抑制作用，增大TM偏振透过率和消光比。本发明专利技术在深紫外波段具有周期大，制作工艺简单，偏振透过率和消光比高等特点。该器件结构紧凑易于集成，其用作检偏器的偏振检测系统不需要准直光学系统，可有效简化检测系统，使偏振检测系统小型化且适应性范围广，在深紫外光刻机偏振检测系统中具有重要应用价值。

A deep UV compound structure metal grid polarizer

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外复合结构金属线栅偏振器
本专利技术涉及偏振器
，具体涉及一种工作波长为193nm的深紫外复合结构金属线栅偏振器。
技术介绍
随着光刻工艺节点已到14nm、10nm以及更低，光刻所使用的步进扫描投影光刻机必须使用高数值孔径投影物镜与偏振照明分系统。光刻机高数值孔径投影物镜和照明分系统的偏振参数对光刻成像、照明质量的影响不可忽略，且随工艺节点的减小该影响越来越显著。对投影物镜和照明分系统偏振参数进行有效调控的前提是实现对光刻机光学系统偏振参数的高精度测量。传统偏振器无法同时实现大光束接收角和轻量化，对光学系统要求高，有时必须在光路中加入准直光学系统，使得系统复杂而庞大，不能满足光刻机检测系统小型便捷化和高效化的要求。金属线栅偏振器具有体积小、易集成化、设计灵活、具有大光束接收角等特点，因其具有良好的偏振性能已广泛应用于可见光和红外光学系统。在紫外波段，中国专利CN103018815“一种深紫外铝光栅偏振器”中介绍了工作波长为157nm的基底介质包裹的铝光栅；G.Kang等利用亚波长光栅在共振区的反常偏振效应提出周期为176nm的铝光栅，在193nm波长下的透射率为40％，消光比为16dB(G.Kang,etal.,Appl.Phys.Lett.,99(2011)071103.)；T.Weber设计制造了周期为100nm的钨栅偏振器，在193nm波长下的透射率为44％，消光率为20dB(T.Weber,Appl.Opt.51,3224–3227(2012).)；K.Asano等设计制备了周期为90nm的氧化铬线栅偏振器，在193nm波长下的消光比为20dB(K.Asano,Appl.Opt.,53(13):2942-2948(2014).)；Takashima等利用周期性折射率分布的亚波长锗光栅作为线栅偏振器，在360nm的波长下消光比为17.4dB(Y.Takashima,Appl.Opt.,56(29):8224-8229(2017))。以上文章中用于紫外波段的线栅偏振器往往无法兼顾高的消光比和大的光栅周期，常通过缩小线栅的特征尺寸使光栅仅产生零级衍射光的方式来提高消光比，而受纳米工艺的限制使得加工难度大大增加。以上用于深紫外波段的线栅偏振器普遍存在的问题是：他们通常仅采用光栅的零级衍射，并通过约束光栅周期远小于入射波长来获得较高的偏振透过率和消光比。对于深紫外波段，光栅周期限制条件更苛刻，光栅周期小使得加工难度大且制作成本高，且大多数研究只考虑垂直入射的情况，没有考虑大角度入射情况下偏振性能的稳定性。浸没式光刻机数值孔径达到1.35，这使得掩模面的光束入射角度达到20°。若采用线栅偏振器检测当前位置光束的偏振参数，则该偏振器必须确保在-20°到20°角度范围内具有较一致的偏振性能。为保证光刻机掩模面上偏振参数的准确检测，需设计更宽入射角度下偏振性能良好的线栅偏振器。此外，在优化设计线栅偏振器的周期时，需要考虑加工难易程度和加工成本等因素。
技术实现思路
本专利技术针对在先技术用在深紫外波段的光栅周期小和大角度入射偏振性能稳定性方面的不足，提供一种深紫外复合结构金属线栅偏振器，该线栅偏振器周期大，降低加工难度和成本，且在-30°到30°宽入射角范围内具有较高且稳定的偏振透过率和消光比。可满足大入射角下偏振检测系统对偏振器的性能需求，在深紫外光刻机偏振检测系统中具有广阔明确的应用前景。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种深紫外复合结构金属线栅偏振器，由下至上依次包括基底和金属光栅，其特点在于，所述的金属光栅具有凹槽，在该凹槽内设有介质填充结构，所述的金属光栅与介质填充结构具有相同的周期P。所述的金属光栅的周期P为100～300nm；所述的金属光栅的占空比W/P(栅线宽度/光栅周期)为0.5～0.85；所述的金属光栅的高宽比H/W(栅线高度/栅线宽度)为1～3。较大周期可以有效降低线栅偏振器的加工难度和成本。在大角度入射情况下，光栅各衍射级仍具有较高且较一致的偏振透过率和消光比，能够满足光刻机偏振检测对线栅偏振器的性能要求。所述的介质填充结构可以是矩形、梯形或三角形。所述的介质填充结构完全设置于金属光栅的凹槽内部；通过在金属光栅上添加介质填充结构来抑制TM偏振光入射时，在金属材料和介质材料界面产生表面等离子体，进而降低表面等离子体对TM偏振光的抑制作用，实现提高线栅偏振器TM偏振光透过率和消光比的目的。所述的金属光栅的材料为铝、钨或银；所述的基底材料为二氧化硅，介质填充材料为二氧化硅、氧化铝或氟化镁。本专利技术的有益效果在于：设计的深紫外复合结构金属线栅偏振器，具有较大光栅周期有效降低了加工难度和成本。其包括在金属光栅中添加的介质填充结构，通过减少TM偏振光入射产生的表面等离子体，减小其对透过TM偏振光的抑制作用，以达到提高TM偏振透过率和消光比的效果。此外，该线栅偏振器在-30°到30°宽入射角度范围内的偏振透过率和消光比较高，满足光刻机对偏振器的性能要求。使得偏振检测系统不需要额外的准直光学元件，结构紧凑易于集成，可以有效简化偏振检测系统并减少其他元件对检测精度的影响，满足光刻机检测系统小型化和高效化的要求。附图说明图1为本专利技术深紫外复合结构金属线栅偏振器的结构示意图。其中1是基底，2是金属光栅，3是介质填充结构，介质填充结构以矩形为例。图2为本专利技术深紫外复合结构金属线栅偏振器的纵向剖面视图。图3为实施例1中线栅偏振器TM偏振光和TE偏振光透过率随入射光角度变化的曲线图。图4为实施例1中线栅偏振器消光比随入射光角度变化的曲线图。图5为实施例2中线栅偏振器TM偏振光和TE偏振光透过率随入射光角度变化的曲线图。图6为实施例2中线栅偏振器消光比随入射光角度变化的曲线图。图7为实施例3中线栅偏振器TM偏振光和TE偏振光透过率随入射光角度变化的曲线图。图8为实施例3中线栅偏振器消光比随入射光角度变化的曲线图。图9为实施例4中线栅偏振器TM偏振光和TE偏振光透过率随入射光角度变化的曲线图。图10为实施例4中线栅偏振器消光比随入射光角度变化的曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围：参见图2，图2为本专利技术深紫外复合结构金属线栅偏振器的纵向剖面视图。本专利技术深紫外复合结构金属线栅偏振器，包括二氧化硅基底1，在基底上设置金属光栅2以及介质填充结构3组成的复合结构。P为金属光栅和介质填充结构的周期；W/P为占空比；H/W为高宽比；介质填充结构以矩形为例，c为介质填充结构的宽度；h为介质填充结构的深度。实施例1所述的金属铝光栅与氟化镁介质填充结构具有相同的周期P为134nm，铝栅占空比W/P为0.67，高宽比H/W为2.5。其中矩形氟化镁介质填充结构的宽度为32nm，深度为15nm。参见图3，图3是实施例1的TM偏振光和TE偏振光的透过率随入射角度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深紫外复合结构金属线栅偏振器，由下至上依次包括基底(1)和金属光栅(2)，其特征在于，所述的金属光栅(2)具有凹槽，在该凹槽内设有介质填充结构(3)，所述的金属光栅(2)与介质填充结构(3)具有相同的周期P。/n

【技术特征摘要】
1.一种深紫外复合结构金属线栅偏振器，由下至上依次包括基底(1)和金属光栅(2)，其特征在于，所述的金属光栅(2)具有凹槽，在该凹槽内设有介质填充结构(3)，所述的金属光栅(2)与介质填充结构(3)具有相同的周期P。


2.如权利要求1所述的深紫外复合结构金属线栅偏振器，其特征在于所述的金属光栅的周期P为100～300nm；所述的金属光栅的占空比W/P为0.5～0.85；所述的金属光栅的高宽比H/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳，步扬，刘志帆，王远航，孙晨薇，王向朝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31