光源极化是指在光刻工艺中，通过调整偏振光在照明光源中所占的比例和方向增强成像对比度的方法 [1]。

    在光刻工艺中，当掩模上的特征尺寸远大于光源波长时，光源的极化特征并不是一个需要考虑的因素。但是在40nm技术节点以下，掩模版上的关键尺寸接近160nm，已经小于曝光光源的波长（193nm）。

图 1 两束光线干涉成像

如图1所示，是两束光入射在晶圆的表面。入射光输的电场强度E可以被分解为两个互相垂直的分量：在入射面内的TM模式和垂直于入射面的TE模式：

这两束光在晶圆表面叠加后的总光强为：

因为TE分量互相平行，所以他们的叠加与入射角没有关系，然而TM分量之间有一个夹角，他们的叠加量与入射角度相关，需要乘以一个因子cos(2θ)。假设成像时的对比度定义为(I_max-I_min)/(I_max+I_min)，TE分量所形成的成像对比度与入射角无关，TM分量形成的对比度随入射角的增大而减少。

图2 不同极化条件下成像对比度随入射角的变化

图2是不同极化条件下成像对比度随入射角的变化曲线。在入射角达到45°时，TM分量的成像对比度为0，而TE分量的成像对比度始终最好。较高的成像对比度，有利于提高光刻图形的质量，增大光刻的工艺窗口。

通常使用IPS（intensity in preferred state）来描述所需要的偏振光占总照明光强的百分比，一般要求IPS大于95%。图3展示了各种光线的极化方式，包括X-线偏振光，Y-线偏振光，方位的偏振。显然，对于Y-双极照明，应该采用X-线偏振；对于X-双极照明，应该采用X-线偏振；对于四极照明与环形照明，使用方位极化最有利 [2]。

图3 照明光线的各种极化方式

参考文献：

[1]  韦亚一．超大规模集成电路先进光刻理论与应用．科学出版社：北京，2016：98-100.

[2] 韦亚一，罗伯特·布雷纳德．193nm浸没式光刻先进工艺：SPIE，2009.

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