专利名称：一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及偏振棱镜领域，尤其涉及一种工作波长在180 3500nm的深紫外、可见、近红外偏振棱镜。
背景技术：
在目前高端集成电路芯片的制作过程中，其紫外光刻设备所采用的主光源为 193nm的ArF准分子激光器。偏振棱镜作为一种重要的偏振元器件在光刻过程中有重要作用。目前的偏振棱镜一般采用双折射晶体制作。常用的双折射晶体材料主要有方解石CaCO3晶体，金红石TiO2晶体，YVO4晶体，LiNbO3晶体，α -BBO晶体及Ca3(BO3)2晶体等。 其中CaCO3晶体，TiO2晶体，YVO4晶体及LiNbO3晶体等由于在紫外区透过率低，不能用于制作紫外偏振棱镜。CaCO3晶体价格高且不易获得大尺寸晶体，TiO2亦存在价格昂贵的问题。α -BBO晶体的短波截止波长为190nm，但在波长190 200nm间晶体的透过率较低，在 193nm处的透过率仅为50%左右。因此利用α -BBO晶体制作的偏振棱镜在190 200nm 区间没有实用价值。Ca3(BO3)2晶体是一种新型的双折射晶体，其在波长ISOnm 3500nm区间有较高透过率，且在193nm处的透过率可达90%以上，并具有大的双折射值，达0. 138。Ca3(BO3)2晶体可采用提拉法进行生长，易获得大尺寸、价格便宜的晶体。因此本实用新型采用Cii3(BO3)2 晶体制作深紫外、可见、近红外偏振棱镜，尤其是制作180 200nm波长的偏振棱镜，其可用于193nm的光刻技术工艺中。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可用于180 3500nm波长的偏振棱镜，尤其是 180 200nm波长的偏振棱镜，其可用于193nm激光光刻技术中。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，包括晶体材料和中间介质其特征在于所述的晶体材料为Cii3(BO3)2晶体，包括两块尺寸、形状构造以及光轴方向均相同的直角梯形棱镜或者直角三角形棱镜，所述棱镜切角α为65° -85°，将两块晶体棱镜沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个长方体；所述中间介质为胶合剂，设于两晶体斜面之间，其折射率为1. 78-1. 96。进一步的，所述中间介质也可以为空气隙，处于两晶体斜面之间，即两块晶体材料直接接触，并留有空气隙；相应的，所述棱镜切角α为30. 6° -34.3°。或者，所述中间介质为光胶膜和增透膜，先后镀于其中一块晶体材料的斜面上，二者的折射率与该晶体材料的e 光折射率相同或相近；相应的，所述棱镜切角α为30. 6° -34.3°，两块晶体沿斜面以旋转对称方式，通过光胶或深化光胶方式结合为一体。进一步的，其中一块晶体材料采用光学玻璃或者各向同性晶体代替。进一步的，所述的两块晶体材料形状为等腰梯形棱镜或平行四边形棱镜，或三角形棱镜，沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成梯形或平行六面体。进一步的，所述偏振棱镜为格兰棱镜或者尼科尔棱镜，相对应于尼科尔棱镜，其胶合剂的折射率为1.35-1.60。进一步的，所述偏振棱镜也可以为偏振分束棱镜；相对应的，所述两块晶体材料光
轴方向相互垂直，其切角S =+。两块晶体间可以采用胶合剂粘合，胶
ne sin ο 2
的折射率为1. 35-1. 60。两块晶体间也可以是光学接触(光胶结合)。进一步的，所述偏振棱镜还可以为福斯纳棱镜，相对应的，包括两块各向同性材料制成的棱镜和一晶体材料波片，其特征在于所述晶体材料为Cii3(BO3)2晶体，该晶体的光轴垂直或平行于其切割面；所述各向同性材料制成的棱镜其折射率与晶体材料的ο光折射率相同或相近；所述棱镜为两块尺寸及形状构造均相同的直角棱镜，其切角为15-45°范围。所述晶体材料波片厚度为毫米量级或厘米量级；所述各向同性材料如玻璃等。本实用新型的有益效果充分利用Cii3(BO3)2晶体在180 3500nm波长的高透过率的优点，实现再180 3500nm波长范围内使0光(正常光，大折射率)在胶合界面的入射角大于全反射角而产生全反射，同时使e光(非常光，小折射率)在胶合界面的入射角小于全反射角而能透过胶层，这样从出射端射出来的e光即为偏振光。本实用新型的偏振棱镜的透过率> 90% ；具有高消光比，可达十万分之五；具有大的接收角，接收角> 30°。
图1为本实用新型格兰棱镜实施例一示意图；图2为本实用新型格兰棱镜实施例二示意图；图3为本实用新型格兰棱镜实施例三示意图；图4为本实用新型格兰棱镜实施例四示意图；图5为本实用新型尼科尔棱镜实施例示意图；图6为本实用新型偏振分束棱镜实施例示意图；图7为本实用新型福斯纳棱镜实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。如图1(a)、(b)所示，本实用新型的格兰型偏振棱镜包括两块晶体材料101、 102(或104，105)和中间介质胶合剂103，所述的两块晶体材料均为Ca3(BO3)2晶体，两块 Ca3(BO3)2晶体的尺寸、形状构造以及光轴方向均相同，均为直角梯形棱镜101，102或直角三角形棱镜104，105，其切角α为65-85°，将两块晶体材料沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个矩形。在两个Ca3 (BO3)2晶体的斜面之间设有中间介质胶合剂103，所述胶合剂的折射率为1. 78-1. 96，在紫外波段具有很高的透过率。直角梯形棱镜或直角三角形棱镜的切角α满足条件0光在胶层界面处产生全反射，e光不发生全反射。如图2(a)所示，本实用新型的格兰型偏振棱镜由晶体材料201和202组成， 所述的晶体材料为Cii3(BO3)2晶体，是尺寸、形状构造以及光轴方向均相同，且切角为 30. 6-34. 3°的直角三角形棱镜，将两块晶体材料沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个
4矩形，两块晶体材料直接接触，并留有空气隙203。直角三角形棱镜的切角满足条件0光在胶层界面处产生全反射，e光不发生全反射。如图2(b)所示，还可以在其中一块晶体材料 201的光学斜面上镀光胶膜Sl和所应用波段的增透膜S2，光胶膜Sl和增透膜S2的折射率与&3出03)2晶体的e光折射率相同或相近。两块晶体沿斜面以旋转对称方式，通过光胶或深化光胶方式结为一体。通过全内反射分开ο光与e光，从而获得偏振光。直角三角形棱镜的切角满足条件o光在胶层界面处产生全反射，e光不发生全反射。本实用新型还可以采用如图3的棱镜结构，包括一各向同性光学玻璃302，光胶膜、增透膜或胶合剂或空气隙等中间介质303，以及Ca3(BO3)2晶体材料301，其光轴垂直于纸面及主截面平行于切割面。其中光学玻璃302的折射率为nl，中间介质303的折射率为 n, Ca3(BO3)2晶体材料301折射率为no和ne。由于no > ne, nl ^ η ^ ne，此时ο光在膜层界面发生全发射。晶体材料301的切角α为30. 6-34. 3°，满足条件ο光在胶层界面处产生全反射，e光不发生全反射。本实用新型的格兰型偏振棱镜晶体材料的形状也可以根据消反射光，分光等各种实际应用需求，将其加工成各种形状，如图4(a)的等腰梯形棱镜，图4(b)的平行四边形棱镜等结构。如图5(a)所示，本实用新型的尼科尔偏振棱镜包括两块晶体材料501、502和胶层 503,504为晶体光轴方向。所述的晶体材料为Cii3(BO3)2晶体，所述的两块Ca3(BO3)2晶体的尺寸、形状构造以及光轴方向均相同，晶体的切割角度为20-90°范围，晶体光轴与切割面的夹角为0< γ <90°，将两块晶体材料沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个平行四边形体。在两块Ca3 (BO3)2晶体501，502的斜面之间设有胶层503，其折射率为1. 35-1. 60，在紫外波段有很高的透过率。还可以采用空气间隔代替胶层503，即两块Qi3(BO3)2晶体材料 501，502沿斜面以旋转对称方式耦合，二者直接接触，其中间留有空气隙。还可以如图5(b) 所示的方形端面尼科尔型棱镜，包括两块等腰直角三角形棱镜505，506，均为Qi3(BO3)2晶体材料，还包括一中间介质层507，可以为光胶膜、增透膜或胶合剂或空气隙等，508为其光轴方向。图6(a)、(b)、(c)分别为本实用新型的偏振分束棱镜，均采用两块Cii3(BO3)2晶体材料601、602和胶层603组成，604和605表示光轴方向。两块晶体材料的尺寸、形状构造
均相同，但光轴方向相互垂直。S为其切割角，满足公式S = arctan(^^ + |sii^)，其中
ne sin ο 2
δ为ο光和e光的偏向角，此公式只对光在棱镜镜面上正入射时成立。两块晶体间可以采用胶合剂粘合，胶的折射率为1. 35-1. 60。两块晶体间也可以是光学接触(光胶)。图7所示为采用Cii3(BO3)2晶体制作的福斯纳棱镜。包括由各向同性材料(如玻璃)制成的两直角棱镜701、702和一晶体材料波片703，两直角棱镜701、702的尺寸、形状构造均相同，且切角为15-45°，晶体材料波片703为Qi3(BO3)2薄片晶体，其厚度可为毫米或厘米量级，其光轴704垂直于晶体材料波片703的切割面。两直角棱镜701、702的折射率与晶体材料波片703的ο光折射率相同或接近。晶体材料波片703的光轴704方向也可以平行于其切割面。本实用新型充分利用Qi3(BO3)2在180 3500nm波长的高透过率的优点，可以实现在180 3500nm波长范围内使0光(正常光，大折射率)在胶合介面的入射角大于全反射而产生反射，同时使e光(非常光，小折射率)在胶合介面的入射角小于全反射而能透过胶层，这样从出射端面射出来的光即为偏振光。本发明的偏振棱镜的透过率>90% ；具有高的消光比，可达十万分之五；大的接收角，接收角> 30°。 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，包括晶体材料和中间介质其特征在于所述的晶体材料为Cii3(BO3)2晶体，包括两块尺寸、形状构造以及光轴方向均相同的直角梯形棱镜或者直角三角形棱镜，所述棱镜切角α为65° -85°，将两块晶体棱镜沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个长方体；所述中间介质为胶合剂，设于两晶体斜面之间，其折射率为 1. 78-1. 96。
2.如权利要求1所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述中间介质为空气隙，处于两晶体斜面之间；所述棱镜切角α为30. 6° -34.3°。
3.如权利要求1所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述中间介质为光胶膜和增透膜，先后镀于其中一块晶体材料的斜面上，二者的折射率与该晶体材料的e光折射率相同或相近；所述棱镜切角α为30. 6° -34.3°，两块晶体沿斜面以旋转对称方式，通过光胶或深化光胶方式结合为一体。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于其中一块晶体材料采用光学玻璃或者各向同性晶体代替。
5.如权利要求4所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述的两块晶体材料形状为等腰梯形棱镜或平行四边形棱镜，或三角形棱镜，沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成梯形或平行六面体。
6.如权利要求5所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述偏振棱镜为格兰棱镜。
7.如权利要求5所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述偏振棱镜为尼科尔偏振棱镜；所述胶合剂的折射率为1. 35-1. 60 ；所述晶体的切割角度为20-90° 范围，晶体光轴与切割面的夹角Y为0< γ <90°。
8.如权利要求1所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于 所述偏振棱镜为偏振分束棱镜；所述两块晶体材料光轴方向相互垂直，其切角S = arctan(^^ + isin^)，所述两晶体通过光胶结合或者胶合剂粘合，所述胶合剂折射率 ne sin ο 2为 1. 35-1. 60.
9.一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，所述偏振棱镜为福斯纳棱镜，包括两块各向同性材料制成的棱镜和一晶体材料波片，其特征在于所述晶体材料为Ca3(BO3)2晶体，该晶体的光轴垂直或平行于其切割面；所述各向同性材料制成的棱镜其折射率与晶体材料的ο光折射率相同或相近；所述棱镜为两块尺寸及形状构造均相同的直角棱镜，其切角为 15-45° 范围。
10.如权利要求9所述的一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，其特征在于所述晶体材料波片厚度为毫米量级或厘米量级；所述各向同性材料为玻璃材料。
专利摘要本实用新型公开了一种深紫外、可见、近红外偏振棱镜，包括晶体材料和中间介质其特征在于所述的晶体材料为Ca3(BO3)2晶体，包括两块尺寸、形状构造以及光轴方向均相同的直角梯形棱镜或者直角三角形棱镜，将两块晶体棱镜沿斜面以旋转对称的方式耦合，组成一个长方体；所述中间介质为胶合剂或空气隙等，设于两晶体斜面之间；所述棱镜切角α及中间介质的其折射率满足条件o光在胶层界面处产生全反射，e光不发生全反射，并且中间介质胶层在紫外波段具有很高的透过率。本实用新型的偏振棱镜的透过率＞90％；具有高消光比，可达十万分之五；具有大的接收角，接收角＞30°。
文档编号G02B1/08GK202102135SQ201120241418
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者凌吉武, 卢秀爱, 吴砺, 张扬, 陈卫民, 陈燕平 申请人:福州高意光学有限公司