文章来源：长春光学精密机械与物理研究所
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，偏振像差受到越来越多的重视。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。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室黄玮研究团队在“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OpticsExpress, 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）。
(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
