一种偏振分光棱镜组及光刻机

摘要

本发明实施例公开了一种偏振分光棱镜组及光刻机。该偏振分光棱镜组包括第一双折射棱镜；第二双折射棱镜，第二双折射棱镜的入射面与第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；一束光线以预设角度从第一双折射棱镜的入射面入射，经过交界面进入第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，两束偏振光中的一束经过第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在第二双折射棱镜的第一出射面全反射后经过第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，光线的入射方向与第一双折射棱镜的光轴方向垂直。本发明实施例的技术方案，解决现有沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光的分离角较小的问题，实现高纯度线偏振光输出，利于光刻机的光路设计及集成。

权利要求

1.一种偏振分光棱镜组，其特征在于，包括：第一双折射棱镜；

第二双折射棱镜，所述第二双折射棱镜的入射面与所述第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；

一束光线以预设角度从所述第一双折射棱镜的入射面入射，经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，所述两束偏振光中的一束经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，所述光线的入射方向与所述第一双折射棱镜的光轴方向垂直；

所述第一双折射棱镜和所述第二双折射棱镜均为正单轴晶体或均为负单轴晶体；

所述第一双折射棱镜的光轴方向与所述第二双折射棱镜的光轴方向垂直；

所述光线经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成第一偏振方向的寻常光和第二偏振方向的非常光，所述非常光经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，所述寻常光在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；

所述交界面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ1满足：所述第二双折射棱镜的第一出射面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ2满足：所述第二双折射棱镜的第二出射面与所述第一双折射棱镜的入射面垂直；

其中，n1o表示寻常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n1e表示非常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n2o表示寻常光在所述第二双折射棱镜中的折射率，n2e表示非常光在所述第二双折射棱镜中的折射率；

还包括第三棱镜；

所述第三棱镜的入射面与所述第二双折射棱镜的第一出射面平行，且位于所述第二双折射棱镜的第一出射面的出射光的光路上；

所述第三棱镜的出射面的出射光的传播方向与所述光线的入射方向平行；

所述第三棱镜的出射面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ3满足：其中，n3表示所述第三棱镜的折射率。

2.一种偏振分光棱镜组，其特征在于，包括：第一双折射棱镜；

第二双折射棱镜，所述第二双折射棱镜的入射面与所述第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；

一束光线以预设角度从所述第一双折射棱镜的入射面入射，经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，所述两束偏振光中的一束经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，所述光线的入射方向与所述第一双折射棱镜的光轴方向垂直；

所述第一双折射棱镜和所述第二双折射棱镜均为正单轴晶体或均为负单轴晶体；

所述第一双折射棱镜的光轴方向与所述第二双折射棱镜的光轴方向垂直；所述光线经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成第一偏振方向的寻常光和第二偏振方向的非常光，所述寻常光经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，所述非常光在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；

所述交界面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ1满足：所述第二双折 射棱镜的第一出 射面与所述交界面的 夹角β1满足 ：其中，n1o表示寻常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n1e表示非常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n2o表示寻常光在所述第二双折射棱镜中的折射率，n2e表示非常光在所述第二双折射棱镜中的折射率。

3.根据权利要求2所述的偏振分光棱镜组，其特征在于，所述第二双折射棱镜的第二出射面的出射光方向与所述光线的入射方向垂直；

所述第二双折射棱镜的第二出射面与所述第二双折射棱镜的第一出射面的夹角β2满足： 。

4.一种偏振分光棱镜组，其特征在于，包括：第一双折射棱镜；

第二双折射棱镜，所述第二双折射棱镜的入射面与所述第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；

一束光线以预设角度从所述第一双折射棱镜的入射面入射，经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，所述两束偏振光中的一束经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，所述光线的入射方向与所述第一双折射棱镜的光轴方向垂直；

所述第一双折射棱镜为负单轴晶体，所述第二双折射棱镜为正单轴晶体；

所述第一双折射棱镜的光轴方向与所述第二双折射棱镜的光轴方向平行；

所述光线经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成第一偏振方向的寻常光和第二偏振方向的非常光，所述非常光经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，所述寻常光在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；

所述交界面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ1满足：所述第二双折射棱镜的第一出射面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ2满足：所述第二双折射棱镜的第二出射面与所述第一双折射棱镜的入射面垂直；

其中，n1o表示寻常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n1e表示非常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n2o表示寻常光在所述第二双折射棱镜中的折射率，n2e表示非常光在所述第二双折射棱镜中的折射率；

还包括第三棱镜；

所述第三棱镜的入射面与所述第二双折射棱镜的第一出射面平行，且位于所述第二双折射棱镜的第一出射面的出射光的光路上；

所述第三棱镜的出射面的出射光的传播方向与所述光线的入射方向平行；

所述第三棱镜的出射面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ3满足：其中，n3表示所述第三棱镜的折射率。

5.一种偏振分光棱镜组，其特征在于，包括：第一双折射棱镜；

第二双折射棱镜，所述第二双折射棱镜的入射面与所述第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；

一束光线以预设角度从所述第一双折射棱镜的入射面入射，经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，所述两束偏振光中的一束经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，所述光线的入射方向与所述第一双折射棱镜的光轴方向垂直；

所述第一双折射棱镜为负单轴晶体，所述第二双折射棱镜为正单轴晶体；

所述第一双折射棱镜的光轴方向与所述第二双折射棱镜的光轴方向平行；所述光线经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成第一偏振方向的寻常光和第二偏振方向的非常光，所述寻常光经过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，所述非常光在所述第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；

所述交界面与所述第一双折射棱镜的入射面的夹角θ1满足：所述第二双折 射棱镜的第一出 射面与所述交界面的 夹角β1满足 ：其中，n1o表示寻常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n1e表示非常光在所述第一双折射棱镜中的折射率，n2o表示寻常光在所述第二双折射棱镜中的折射率，n2e表示非常光在所述第二双折射棱镜中的折射率。

6.根据权利要求5所述的偏振分光棱镜组，其特征在于，所述第二双折射棱镜的第二出射面的出射光方向与所述光线的入射方向垂直；

所述第二双折射棱镜的第二出射面与所述第二双折射棱镜的第一出射面的夹角β2满足： 。

7.一种光刻机，包括权利要求1～6任一所述的偏振分光棱镜组。

说明书

一种偏振分光棱镜组及光刻机

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及光刻技术，尤其涉及一种偏振分光棱镜组及光刻机。

背景技术

[0002] 随着光刻设备投影物镜的数值孔径(NA)的不断增大，照明偏振态对曝光性能的影响也越加显著。氟化氩(ArF)浸没光刻机采用偏振照明模式可以有效提高曝光图像的分辨
率，因此适用于193nm波长的偏振器在光刻机照明模块、以及光的偏振性能检测中有重要的
应用价值。

[0003] 沃拉斯顿棱镜是一种重要的双折射型偏振器，它是利用晶体的双折射特性将一束入射光分开成两束振动方向相互垂直的线偏振光，它是由同一材料但光轴方向相互垂直的
两块三棱镜制作而成。由于在193nm波长，可选材料较少，使用约束也非常严格，沃拉斯顿棱
镜出射的两束线偏振光的分离角较小，造成光路设计及集成的困难，带来使用上的不便。

发明内容

[0004] 本发明实施例提供一种偏振分光棱镜组及光刻机，以输出高纯度线偏振光，且实现棱镜组输出的两束线偏振光大角度分离，利于光刻机的光路设计及集成。

[0005] 第一方面，本发明实施例提供一种偏振分光棱镜组，包括：

[0006] 第一双折射棱镜；

[0007] 第二双折射棱镜，所述第二双折射棱镜的入射面与所述第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；

[0008] 一束光线以预设角度从所述第一双折射棱镜的入射面入射，经过所述交界面进入所述第二双折射棱镜，并分成偏振态相互垂直的两束偏振光，所述两束偏振光中的一束经
过所述第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在所述第二双折射棱镜的第一出射面发
生全反射后经过所述第二双折射棱镜的第二出射面出射；其中，所述光线的入射方向与所
述第一双折射棱镜的光轴方向垂直。

[0009] 第二方面，本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述的偏振分光棱镜组。

[0010] 本发明实施例提供的偏振分光棱镜组，包括第一双折射棱镜和第二双折射棱镜，第二双折射棱镜的入射面与第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；一束光线以
预设角度从第一双折射棱镜的入射面入射，经过交界面进入第二双折射棱镜，并分成偏振
态相互垂直的两束偏振光，两束偏振光中的一束经过第二双折射棱镜的第一出射面出射，
另一束在第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过第二双折射棱镜的第二出射面
出射；其中，光线的入射方向与第一双折射棱镜的光轴方向垂直。通过光线以与第一双折射
棱镜的光轴垂直的方向入射到第一双折射棱镜的入射面，第一双折射棱镜内的寻常光和非
常光以相同速度传播到交界面，然后寻常光和非常光在第二双折射棱镜中分离，通过设计
第一双折射棱镜和第二双折射棱镜的切割角，使其中一束从第二双折射棱镜的第一出射面
出射，另一束在第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过第二双折射棱镜的第二出
射面出射，解决现有沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光的分离角较小的问题，实现高纯度
线偏振光输出，利于光刻机的光路设计及集成。

附图说明

[0011] 图1是本发明实施例提供的一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0012] 图2是本发明实施例提供的另一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0013] 图3是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0014] 图4是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0015] 图5是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0016] 图6是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0017] 图7是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0018] 图8是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0019] 图9是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0020] 图10是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0021] 图11是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图；

[0022] 图12是本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便
于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

[0024] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”等方
位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。术语“第一”、
“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组
成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述述语在本发明的中的具
体含义。

[0025] 本发明实施例提供一种偏振分光棱镜组，包括：第一双折射棱镜；第二双折射棱镜，第二双折射棱镜的入射面与第一双折射棱镜的出射面直接接触，形成交界面；一束光线
以预设角度从第一双折射棱镜的入射面入射，经过交界面进入第二双折射棱镜，并分成偏
振态相互垂直的两束偏振光，两束偏振光中的一束经过第二双折射棱镜的第一出射面出
射，另一束在第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过第二双折射棱镜的第二出射
面出射；其中，光线的入射方向与第一双折射棱镜的光轴方向垂直。

[0026] 可以理解的是，双折射是指一条入射光线产生两条折射光线的现象。光线入射到各向异性的晶体(例如石英、方解石等)，分解为振动方向互相垂直、传播速度不同的两种偏
振光，其中，满足折射定律的光束称为寻常光，不满足折射定律的光束称为非常光。双折射
晶体中存在一些特定方向，沿此方向入射的自然光不发生双折射现象，此方向为双折射晶
体的光轴，当一束光线以垂直于光轴的方向入射时，寻常光和非常光以相同速度在晶体中
传播。通过设计第一双折射棱镜和第二双折射棱镜的交界面与第一双折射棱镜的入射面的
夹角，可以使第二双折射棱镜中的寻常光和非常光分离；通过设计第二双折射棱镜的第一
出射面与第一双折射棱镜的入射面的夹角，可以使寻常光和非常光中的其中一束在第一出
射面出射，另一束在第一出射面全反射，实现寻常光和非常光传播方向大角度分离，便于线
偏振光利用。

[0027] 本发明实施例提供的偏振分光棱镜组，通过光线以与第一双折射棱镜的光轴垂直的方向入射到第一双折射棱镜的入射面，第一双折射棱镜内的寻常光和非常光以相同速度
传播到交界面，然后寻常光和非常光在第二双折射棱镜中分离，通过设计第一双折射棱镜
和第二双折射棱镜的切割角，使其中一束从第二双折射棱镜的第一出射面出射，另一束在
第二双折射棱镜的第一出射面发生全反射后经过第二双折射棱镜的第二出射面出射，解决
现有沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光的分离角较小的问题，实现高纯度线偏振光输出，
利于光刻机的光路设计及集成。

[0028] 图1所示为本发明实施例提供的一种偏振分光棱镜组的结构示意图。参考图1，该偏振分光棱镜组包括第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20，第一双折射棱镜10包括入射
面101和出射面102，第二双折射棱镜20包括入射面201、第一出射面202和第二出射面203，
第二双折射棱镜20的入射面201与第一双折射棱镜10的出射面102通过深度光胶直接接触，
形成交界面。

[0029] 可选的，第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20均为正单轴晶体或均为负单轴晶体；第一双折射棱镜10的光轴方向与第二双折射棱镜20的光轴方向垂直。

[0030] 可以理解的是，只有一个光轴的双折射晶体为单轴晶体，例如方解石、石英、铌酸锂等；正晶体指的是非常光的折射率大于寻常光折射率的晶体，例如石英；负晶体指的是寻
常光的折射率大于非常光的折射率的晶体，例如方解石。

[0031] 可选的，光线a经过交界面进入第二双折射棱镜20，并分成第一偏振方向的寻常光o和第二偏振方向的非常光e，非常光e经过第二双折射棱镜20的第一出射面201出射，寻常
光o在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射后经过第二双折射棱镜20的第二出
射面203出射；

[0032] 交界面与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ1满足：

[0033]

[0034] 第二双折射棱镜20的第一出射面202与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ2满足：

[0035]

[0036] 第二双折射棱镜20的第二出射面203与第一双折射棱镜10的入射面101垂直；

[0037] 其中，n1o表示寻常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n1e表示非常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n2o表示寻常光在第二双折射棱镜20中的折射率，n2e表示非常光在第
二双折射棱镜20中的折射率。

[0038] 示例性的，图1所示的偏振分光棱镜组中第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20均为同种类型的晶体(同为正晶体或同为负晶体)，第一双折射棱镜10的光轴沿竖直方向
(平行于纸面)，第二双折射棱镜20的光轴沿水平方向(垂直于纸面)，在第二双折射棱镜20
中，由于光轴相对于第一双折射棱镜10转过90度，寻常光与非常光发生转化。第一双折射棱
镜10的入射面101与第一双折射棱镜10的光轴平行，出射面102与入射面101的夹角为θ1，第
二双折射棱镜20的第一出射面202与入射面101的夹角为θ2。

[0039] 可以理解的是，由于氟化氩(ArF)浸没光刻机采用193nm波长的光源，传统格兰棱镜入射角要控制在±0.17°内时，才可以实现偏振分光，造成光路设计及集成的困难。本发
明实施例通过设计θ1小于第一双折射棱镜10中的寻常光o发生全反射的临界角(公式(1))，
使第一双折射棱镜10中的寻常光和非常光的至少一束入射到第二双折射棱镜20，然后通过
控制θ2的大小，使第二双折射棱镜20中的寻常光o在第一出射面202发生全反射，而非常光e
在第一出射面202发生透射，两束光都为线偏振光且发生大角度分离。

[0040] 示例性的，第一双折射棱镜10可以为石英晶体，第二双折射棱镜20可以为氟化镁晶体，193nm波长的光在石英晶体中的折射率为n1e＝1.67343，n1o＝1.65999，在氟化镁晶体
中的折射率为n2e＝1.44099，n2o＝1.42739，切割角θ1＝57°，θ2＝24°的情况下，水平方向的
偏振光(第二双折射棱镜20中的非常光e)透过第二双折射棱镜20的第一出射面202，竖直方
向的偏振光(第二双折射棱镜中的寻常光o)在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全
反射。此方案还可以有效提高了入射光的容许角，入射到第一双折射棱镜10的光入射角控
制在±1°内时，两种偏振态的光都可以分开，实现高的偏振性能。本发明实施例提供的偏振
分光棱镜组可以用于氟化氩(ArF)浸没光刻机照明偏振纯化，以及偏振检测等。

[0041] 图2所示为本发明实施例提供的另一种偏振分光棱镜组的结构示意图。与图1不同的是，图2中第一双折射棱镜10的光轴沿水平方向(垂直于纸面)，第二双折射棱镜20的光轴
沿竖直方向(平行于纸面)，此种结构竖直方向的偏振光(第二双折射棱镜20中的非常光e)
透过第二双折射棱镜20。

[0042] 图3和图4所示分别为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。参考图3和图4，可选的，该偏振分光棱镜组还包括第三棱镜30；第三棱镜30的入射面301与
第二双折射棱镜20的第一出射面202平行，且位于第二双折射棱镜20的第一出射面202的出
射光的光路上；第三棱镜30的出射面302的出射光的传播方向与光线a的入射方向平行；第
三棱镜30的出射面302与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ3满足：

[0043]

[0044] 其中，n3表示第三棱镜的折射率。

[0045] 可以理解的是，通过第三棱镜30的折射使棱镜组的出射光线的传播方向与入射光线的传播方向平行，可以使光路集成更加方便。第三棱镜30可以选用石英晶体、氟化镁晶
体、蓝宝石等双折射材料，也可以选用熔石英这种对深紫外光高透过的材料，第二双折射棱
镜20与第三棱镜30之间可以为空气隙，本发明实施例对此不作限定。

[0046] 图5所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。参考图5，可选的，光线a经过交界面进入第二双折射棱镜20，并分成第一偏振方向的寻常光o和第二
偏振方向的非常光e，寻常光o经过第二双折射棱镜20的第一出射面202出射，非常光e在第
二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射后经过第二双折射棱镜20的第二出射面203
出射；

[0047] 交界面与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ1满足：

[0048]

[0049] 第二双折射棱镜20的第一出射面202与交界面的夹角β1满足：

[0050]

[0051] 其中，n1o表示寻常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n1e表示非常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n2o表示寻常光在第二双折射棱镜20中的折射率，n2e表示非常光在第
二双折射棱镜20中的折射率。

[0052] 示例性的，图5所示的偏振分光棱镜组中第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20的晶体类型、光轴方向以及θ1都可以与图1相同，不同的是第二双折射棱镜20的第一出射面
202与交界面的夹角β1满足使第二双折射棱镜20中的非常光e在第一出射面202发生全反
射，而寻常光o发生透射(公式(5))，两束光都为线偏振光且发生大角度分离。

[0053] 继续参考图5，可选的，第二双折射棱镜20的第二出射面203的出射光方向与光线a的入射方向垂直；第二双折射棱镜20的第二出射面203与第二双折射棱镜20的第一出射面
202的夹角β2满足：

[0054]

[0055] 可以理解的是，通过设置第二双折射棱镜20的第二出射面203与第二双折射棱镜20的第一出射面202的夹角β2满足公式(6)，以使第二出射面203出射光线的传播方向与入
射光线的传播方向垂直，可以使光路集成更加方便。

[0056] 示例性的，第一双折射棱镜10可以为石英晶体，第二双折射棱镜20可以为氟化镁晶体，在193nm波长下，切割角θ1＝57°，β1＝121°的情况下，竖直方向的偏振光(第二双折射
棱镜20中的寻常光o)透过第二双折射棱镜20的第一出射面202，水平方向的偏振光(第二双
折射棱镜20中的非常光e)在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射。当第二双折
射棱镜20的第二出射面203与第一出射面202的夹角β2＝80.2°时，水平方向偏振的光从(第
二双折射棱镜20中的非常光e)从第二双折射棱镜20的第二出射面203相对入射光偏转90°
后出射。

[0057] 图6所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。与图5不同的是，图6中第一双折射棱镜10的光轴沿水平方向(垂直于纸面)，第二双折射棱镜20的光轴
沿竖直方向(平行于纸面)，此种结构竖直方向的偏振光(第二双折射棱镜20中的非常光e)
在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射。

[0058] 图7所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。可选的，第一双折射棱镜10为负单轴晶体，第二双折射棱镜20为正单轴晶体；第一双折射棱镜10的光
轴方向与第二双折射棱镜20的光轴方向平行。

[0059] 可选的，光线a经过交界面进入第二双折射棱镜20，并分成第一偏振方向的寻常光o和第二偏振方向的非常光e，非常光e经过第二双折射棱镜20的第一出射面202出射，寻常
光o在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射后经过第二双折射棱镜20的第二出
射面203出射；

[0060] 交界面与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ1满足：

[0061]

[0062] 第二双折射棱镜20的第一出射面202与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ2满足：

[0063]

[0064] 第二双折射棱镜20的第二出射面203与第一双折射棱镜10的入射面101垂直；

[0065] 其中，n1o表示寻常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n1e表示非常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n2o表示寻常光在第二双折射棱镜20中的折射率，n2e表示非常光在第
二双折射棱镜20中的折射率。

[0066] 示例性的，图7所示的偏振分光棱镜组中第一双折射棱镜10为负单轴晶体，第二双折射棱镜20为正单轴晶体，第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20的光轴都沿水平方向
(垂直于纸面)。第一双折射棱镜10的入射面101与第一双折射棱镜10的光轴平行，出射面
102与入射面101的夹角为θ1，第二双折射棱镜20的第一出射面202与入射面101的夹角为θ2。

[0067] 可以理解的是，由于氟化氩(ArF)浸没光刻机采用193nm波长的光源，传统格兰棱镜入射角要控制在±0.17°内时，才可以实现偏振分光，造成光路设计及集成的困难。本发
明实施例通过设计θ1小于第一双折射棱镜10中的寻常光o发生全反射的临界角(公式(7))，
使第一双折射棱镜10中的寻常光和非常光的至少一束入射到第二双折射棱镜20，然后通过
控制θ2的大小，使第二双折射棱镜20中的寻常光o在第一出射面202发生全反射，而非常光e
在第一出射面202发生透射，两束光都为线偏振光且发生大角度分离。

[0068] 示例性的，第一双折射棱镜10可以为蓝宝石晶体，第二双折射棱镜可以为石英晶体，193nm波长的光在蓝宝石晶体中的折射率为n1e＝1.9174，n1o＝1.9288在石英晶体中的
折射率为n2e＝1.67343，n2o＝1.65999，切割角θ1＝58°，θ2＝24°的情况下，水平方向的偏振
光(第二双折射棱镜20中的非常光e)透过第二双折射棱镜20的第一出射面202，竖直方向的
偏振光(第二双折射棱镜中的寻常光o)在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射。
此方案还可以有效提高了入射光的容许角，入射到第一双折射棱镜10的光入射角控制在±
1°内时，两种偏振态的光都可以分开，实现高的偏振性能。本发明实施例提供的偏振分光棱
镜组可以用于氟化氩(ArF)浸没光刻机照明偏振纯化，以及偏振检测等。

[0069] 图8所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。与图7不同的是，图8中第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20的光轴均沿竖直方向(平行于纸面)，此
种结构竖直方向的偏振光(第二双折射棱镜20中的非常光e)透过第二双折射棱镜20。

[0070] 图9和图10所示分别为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。参考图9和图10，可选的，该偏振分光棱镜组还包括第三棱镜30；第三棱镜30的入射面
301与第二双折射棱镜20的第一出射面202平行，且位于第二双折射棱镜20的第一出射面
202的出射光的光路上；第三棱镜30的出射面302的出射光的传播方向与光线a的入射方向
平行；第三棱镜30的出射面302与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ3满足：

[0071]

[0072] 其中，n3表示第三棱镜的折射率。

[0073] 可以理解的是，通过第三棱镜30的折射使棱镜组的出射光线的传播方向与入射光线的传播方向平行，可以使光路集成更加方便。第三棱镜30可以选用石英晶体、氟化镁晶
体、蓝宝石等双折射材料，也可以选用熔石英这种对深紫外光高透过的材料，第二双折射棱
镜20与第三棱镜30之间可以为空气隙，本发明实施例对此不作限定。

[0074] 图11所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。参考图11，可选的，光线a经过交界面进入第二双折射棱镜20，并分成第一偏振方向的寻常光o和第
二偏振方向的非常光e，寻常光o经过第二双折射棱镜20的第一出射面202出射，非常光e在
第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射后经过第二双折射棱镜20的第二出射面
203出射；

[0075] 交界面与第一双折射棱镜10的入射面101的夹角θ1满足：

[0076]

[0077] 第二双折射棱镜20的第一出射面202与交界面的夹角β1满足：

[0078]

[0079] 其中，n1o表示寻常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n1e表示非常光在第一双折射棱镜10中的折射率，n2o表示寻常光在第二双折射棱镜20中的折射率，n2e表示非常光在第
二双折射棱镜20中的折射率。

[0080] 示例性的，图11所示的偏振分光棱镜组中第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20的晶体类型、光轴方向以及θ1都可以与图6相同，不同的是第二双折射棱镜20的第一出射面
202与交界面的夹角β1满足使第二双折射棱镜20中的非常光e在第一出射面202发生全反
射，而寻常光o发生透射(公式(11))，两束光都为线偏振光且发生大角度分离。

[0081] 继续参考图11，可选的，第二双折射棱镜20的第二出射面203的出射光方向与光线a的入射方向垂直；第二双折射棱镜20的第二出射面203与第二双折射棱镜20的第一出射面
202的夹角β2满足：

[0082]

[0083] 可以理解的是，通过设置第二双折射棱镜20的第二出射面203与第二双折射棱镜20的第一出射面202的夹角β2满足公式(12)，以使第二出射面203出射光线的传播方向与入
射光线的传播方向垂直，可以使光路集成更加方便。

[0084] 示例性的，第一双折射棱镜10可以为蓝宝石晶体，第二双折射棱镜20可以为石英晶体，在193nm波长下，切割角θ1＝58°，β1＝115°的情况下，竖直方向的偏振光(第二双折射
棱镜20中的寻常光o)透过第二双折射棱镜20的第一出射面202，水平方向的偏振光(第二双
折射棱镜20中的非常光e)在第二双折射棱镜20的第一出射面202发生全反射。当第二双折
射棱镜20的第二出射面203与第一出射面202的夹角β2＝46.9°时，水平方向偏振的光从(第
二双折射棱镜20中的非常光e)从第二双折射棱镜20的第二出射面203相对入射光偏转90°
后出射。

[0085] 图12所示为本发明实施例提供的又一种偏振分光棱镜组的结构示意图。与图11不同的是，图12中第一双折射棱镜10和第二双折射棱镜20的光轴均沿竖直方向(平行于纸
面)，此种结构竖直方向的偏振光(第二双折射棱镜20中的非常光e)在第二双折射棱镜20的
第一出射面202发生全反射。

[0086] 本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述实施例提供的任意一种偏振分光棱镜组。由于本发明实施例提供的光刻机包括上述任意实施例提供的偏振分光棱镜组，其与所
包括的偏振分光棱镜组具有相同和相应的有益效果，此处不再赘述。

[0087] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还
可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。