作者:Mingfei Xu 来源:OE 发布时间:2016/3/21 14:46:35
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光学系统偏振像差理论研究获进展

 

随着电子科学技术的发展,集成电路变得无处不在。计算机、网络、软件、信息、通讯、人工智能、云计算等形形色色的技术背后,最基础和最重要的是集成电路技术。大规模集成电路制造的核心设备是光刻机,光刻成像的分辨率很大程度制约了集成电路的集成度。目前,偏振光照明和高数值孔径(NA)光刻是提高分辨率的有效手段。当NA增大到一定程度(0.95)时,光在像面的入射角相应地增大,偏振状态对干涉成像的影响变得不可忽略。传统的标量像差理论将光处理为标量,忽略了光作为电磁场的基本矢量特性。对于高NA的光刻物镜,需采用偏振像差理论衡量其像质。
 
对偏振像差的系统研究始于亚利桑那州立大学的R.A.Chipman,他于1987年在其博士论文中推导了低阶偏振像差的解析表达式,其地位相当于标量像差中的赛德尔系数。近年来由于高NA光刻物镜的研制,偏振像差受到的越来越多。已发表的成果中,如泡利矩阵分解、奇异值分解、琼斯泽尼克多项式、方向泽尼克多项式等,多集中于探讨偏振像差在光瞳上的分布规律,很少关注视场。现代光刻物镜的两个主要特点是高NA和大视场,对光刻物镜中偏振像差的分析、检测及补偿都要在此大视场上进行。因此,研究偏振像差在视场上的分布规律具有重要意义。
 
中科院长春光机所应用光学国家重点实验室的黄玮研究团队在《浸没式光刻机投影物镜优化设计及仿真》课题的研究过程中,对光学系统偏振像差理论进行了深入研究。首先,对于旋转对称的光学系统,首次提出了一种正交多项式,该多项式能同时表征偏振像差在光瞳与视场上的分布规律。研究人员将其命名为视场-方向泽尼克多项式(Field-orientation Zernike polynomials,FOZP),相关论文见Opt. Express, doi:10.1364/OE.23.027911。其次,透镜光学材料如CaF2的非旋转对称的本征双折射、公差对物镜的扰动等因素,会破坏光刻物镜的旋转对称性。为表征此类非旋转对称系统的偏振像差分布规律,该团队将FOZP从旋转对称项扩展至M-阶对称项,并用一个NA 1.35含CaF2材料的光刻物镜及一个NA 1.28油浸式显微物镜作了仿真分析。仿真结果验证了FOZP的正确性,并表明FOZP对光刻物镜外的其他高NA光学系统也具有适用性。相关结果发表于近期的Optics Express(doi:10.1364/OE.24.004906)。(来源:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
 
 
(a)用于仿真的NA 1.35光刻物镜;(b)增透膜的光学性质;(c)增反膜的光学性质;(d)CaF2的本征双折射。
 
 
仿真结果:(a)延迟OZ1和OZ 1;(b)延迟OZ2和OZ3。
 

 

 
 
 
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