長春光機(jī)所在光學(xué)系統(tǒng)偏振像差理論研究中獲進(jìn)展

　　隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，集成電路變得無處不在。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件、信息、通訊、人工智能、云計(jì)算等形形色色的技術(shù)背后，最基礎(chǔ)和最重要的是集成電路技術(shù)。大規(guī)模集成電路制造的核心設(shè)備是光刻機(jī)，光刻成像的分辨率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(shù)值孔徑（NA）光刻是提高分辨率的有效手段。當(dāng)NA增大到一定程度（0.95）時(shí)，光在像面的入射角相應(yīng)地增大，偏振狀態(tài)對干涉成像的影響變得不可忽略。傳統(tǒng)的標(biāo)量像差理論將光處理為標(biāo)量，忽略了光作為電磁場的基本矢量特性。對于高NA的光刻物鏡，需采用偏振像差理論衡量其像質(zhì)。

　　對偏振像差的系統(tǒng)研究始于亞利桑那州立大學(xué)的R.A.Chipman，他于1987年在其博士論文中推導(dǎo)了低階偏振像差的解析表達(dá)式，其地位相當(dāng)于標(biāo)量像差中的賽德爾系數(shù)。近年來由于高NA光刻物鏡的研制，偏振像差受到越來越多的重視。已發(fā)表的成果中，如泡利矩陣分解、奇異值分解、瓊斯?jié)赡峥硕囗?xiàng)式、方向澤尼克多項(xiàng)式等，多集中于探討偏振像差在光瞳上的分布規(guī)律，很少關(guān)注視場?，F(xiàn)代光刻物鏡的兩個(gè)主要特點(diǎn)是高NA和大視場，對光刻物鏡中偏振像差的分析、檢測及補(bǔ)償都要在此大視場上進(jìn)行。因此，研究偏振像差在視場上的分布規(guī)律具有重要意義。

　　中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃瑋研究團(tuán)隊(duì)在“浸沒式光刻機(jī)投影物鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真”課題的研究過程中，對光學(xué)系統(tǒng)偏振像差理論進(jìn)行了深入研究。首先，對于旋轉(zhuǎn)對稱的光學(xué)系統(tǒng)，首次提出了一種正交多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式能同時(shí)表征偏振像差在光瞳與視場上的分布規(guī)律。研究人員將其命名為視場-方向澤尼克多項(xiàng)式(Field-orientation Zernike polynomials，F(xiàn)OZP)，相關(guān)論文見OpticsExpress, doi:10.1364/OE.23.027911。其次，透鏡光學(xué)材料如CaF2的非旋轉(zhuǎn)對稱的本征雙折射、公差對物鏡的擾動等因素，會破壞光刻物鏡的旋轉(zhuǎn)對稱性。為表征此類非旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)的偏振像差分布規(guī)律，該團(tuán)隊(duì)將FOZP從旋轉(zhuǎn)對稱項(xiàng)擴(kuò)展至M-階對稱項(xiàng)，并用一個(gè)NA 1.35含CaF2材料的光刻物鏡及一個(gè)NA 1.28油浸式顯微物鏡作了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了FOZP的正確性，并表明FOZP對光刻物鏡外的其他高NA光學(xué)系統(tǒng)也具有適用性。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于近期的Optics Express（doi:10.1364/OE.24.004906）。

(a)用于仿真的NA 1.35光刻物鏡；(b)增透膜的光學(xué)性質(zhì)；(c)增反膜的光學(xué)性質(zhì)；(d)CaF₂的本征雙折射。

仿真結(jié)果：(a)延遲OZ₁和OZ₋₁；(b)延遲OZ₂和OZ₃