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超强激光科学卓越创新简报

(第三百四十五期)

2022年12月19日

上海光机所在深紫外波段高精度偏振测量方面取得进展

　　中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室在深紫外波段高精度偏振测量方面取得进展。研究人员报道了一种193nm波长下退偏器的性能测量技术，通过布儒斯特楔板实现了193nm波长宽光束的高消光比、大分离角起偏，通过预起偏和分光设计克服了测量光源的波动影响，基于先验的物理定律充分运用所有测量数据显著提升了测量精度。相关研究成果以"Performance measurement technique for 193-nm depolarizer"为题发表在Optics & Laser Technology上。

　　偏振控制是193nm浸没式光刻的一项关键技术，在众多偏振控制元件中，退偏器是一个重要元件。而现有的193nm退偏器的性能测量方法通常是基于光刻机系统的在线测量，由于光刻机所使用的退偏器具有大光束尺寸、小偏振度的特点，离线测量尤为困难，主要原因有以下几点：该波段下可用的双折射材料寥寥无几致使起偏器在分离角和消光比两项性能上都很难满足测量要求；测量使用的准分子光源有较为显著的光强波动；紫外能量计的精度远未达到测量要求。

　　针对上述难点，研究人员逐个突破，并最终实现了对193nm退偏器的高精度性能测量。研究人员绕过了传统的利用材料双折射来起偏的原理，利用布儒斯特定律，使用熔石英楔板实现了对193nm波长宽光束的高消光比、大分离角起偏。这一方案不依赖材料的透过率和双折射率，并在±0.5°的入射角度误差范围内可以达到5000:1以上的高消光比；由于布儒斯特定律和楔角的存在，在相当大的角度范围里仅有期望的偏振光束出射。此外，研究人员设计了预起偏和分光设计，大大降低了光源偏振态波动和光强波动对测量的影响。针对测量精度难以满足需求的关键问题，研究人员在测量中巧妙引入了先验知识，即出射光必然可以根据偏振分解分为退偏/圆偏分量和线偏分量，其中退偏/圆偏分量在任意检偏角具有相同的光强，线偏分量遵循马吕斯定律。基于这一先验知识，可使用给定周期的正弦曲线拟合测量数据，以获取逼近真实值的检偏光强曲线。研究人员从理论上预测了对退偏器DOP的测量绝对误差范围和不确定度水平，均与实验结果高度一致，均低于0.1%。经过单点重复测量和整体拟合，测量不确定度显著降低，在实验中最优获得了低至0.058%的测量不确定度（理论预计值为0.053%），而所用能量计的不确定度高达8%。

　　该项工作可用于193nm浸没式光刻机中退偏器性能的离线测量，填补了国内在这方面的空白，并为超短波长下高精度的偏振测量相关工作提供了重要启示。

　　相关研究得到了上海市自然科学基金面上项目、上海市集成电路科技支撑专项、上海市政府间科技合作计划的资金支持。

　　原文链接

图1 实验装置

图2 测量不确定度降低原理

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