光學系統偏振像差理論研究獲進展

2020-12-04 科學網

 

隨著電子科學技術的發展，集成電路變得無處不在。計算機、網絡、軟體、信息、通訊、人工智慧、雲計算等形形色色的技術背後，最基礎和最重要的是集成電路技術。大規模集成電路製造的核心設備是光刻機，光刻成像的解析度很大程度制約了集成電路的集成度。目前，偏振光照明和高數值孔徑（NA）光刻是提高解析度的有效手段。當NA增大到一定程度（0.95）時，光在像面的入射角相應地增大，偏振狀態對幹涉成像的影響變得不可忽略。傳統的標量像差理論將光處理為標量，忽略了光作為電磁場的基本矢量特性。對於高NA的光刻物鏡，需採用偏振像差理論衡量其像質。

 

對偏振像差的系統研究始於亞利桑那州立大學的R.A.Chipman，他於1987年在其博士論文中推導了低階偏振像差的解析表達式，其地位相當於標量像差中的賽德爾係數。近年來由於高NA光刻物鏡的研製，偏振像差受到的越來越多。已發表的成果中，如泡利矩陣分解、奇異值分解、瓊斯澤尼克多項式、方向澤尼克多項式等，多集中於探討偏振像差在光瞳上的分布規律，很少關注視場。現代光刻物鏡的兩個主要特點是高NA和大視場，對光刻物鏡中偏振像差的分析、檢測及補償都要在此大視場上進行。因此，研究偏振像差在視場上的分布規律具有重要意義。

 

中科院長春光機所應用光學國家重點實驗室的黃瑋研究團隊在《浸沒式光刻機投影物鏡優化設計及仿真》課題的研究過程中，對光學系統偏振像差理論進行了深入研究。首先，對於旋轉對稱的光學系統，首次提出了一種正交多項式，該多項式能同時表徵偏振像差在光瞳與視場上的分布規律。研究人員將其命名為視場-方向澤尼克多項式(Field-orientation Zernike polynomials，FOZP)，相關論文見Opt. Express, doi:10.1364/OE.23.027911。其次，透鏡光學材料如CaF2的非旋轉對稱的本徵雙折射、公差對物鏡的擾動等因素，會破壞光刻物鏡的旋轉對稱性。為表徵此類非旋轉對稱系統的偏振像差分布規律，該團隊將FOZP從旋轉對稱項擴展至M-階對稱項，並用一個NA 1.35含CaF2材料的光刻物鏡及一個NA 1.28油浸式顯微物鏡作了仿真分析。仿真結果驗證了FOZP的正確性，並表明FOZP對光刻物鏡外的其他高NA光學系統也具有適用性。相關結果發表於近期的

Optics Express

（doi:10.1364/OE.24.004906）。（來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）

 

 

(a)用於仿真的NA 1.35光刻物鏡；(b)增透膜的光學性質；(c)增反膜的光學性質；(d)CaF2的本徵雙折射。

 

 

仿真結果：(a)延遲OZ1和OZ 1；(b)延遲OZ2和OZ3。

 

 

 

 

 

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