Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
Polarization aberration caused by material birefringence can be partially compensated by lens clocking. In this Letter, we propose a fast and efficient clocking optimization method. First, the material birefringence distribution is fitted by the orientation Zernike polynomials. On this basis, the birefringence sensitivity matrix of each lens element can be calculated. Then we derive the rotation matrix of the orientation Zernike polynomials and establish a mathematical model for clocking optimization. Finally, an optimization example is given to illustrate the efficiency of the new method. The result shows that the maximum RMS of retardation is reduced by 64% using only 48.99 s.
birefringence polarization aberration projection lens Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 062201
Author Affiliations
Abstract
1 Engineering Researcher Center of Extreme Precision Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Calcium fluoride is widely used in optical lithography lenses and causes retardation that cannot be ignored. However, few studies have been conducted to compensate for the retardation caused by calcium fluoride in optical lithography systems. In this Letter, a new index based on orientation Zernike polynomials is established to describe the value of retardation. Then, a method of retardation compensation is described. The method is implemented by clocking calcium fluoride lens elements, and the optimal rotation angles are calculated using a population-based stochastic optimization algorithm. Finally, an example is provided to validate the method.
220.3740 Lithography 260.1440 Birefringence Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 032201
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为使光刻投影物镜满足光刻工艺的要求, 研究了掩模位置误差对光刻投影物镜引入的畸变。采用勒让德多项式描述光刻投影物镜的畸变, 并应用勒让德多项式对光刻投影物镜进行了畸变分析及畸变补偿。利用以上方法, 对一台工作波长为193 nm, 数值孔径（NA）为0.75的光刻投影物镜进行了畸变分析。 结果显示：当掩模面3个方向的平移公差为1.0 μm, 绕3个轴的转动公差为0.1 mrad时, 光刻投影物镜标定前后的畸变分别为2 113.2 nm和10.0 nm。利用勒让德多项式进行了畸变拟合, 获得了多项式中各项系数, 并给出掩模面位置误差的畸变敏感度系数; 然后利用畸变敏感度系数对掩模面的随机位置误差进行了公差分析和补偿。结果表明, 将光刻投影物镜畸变控制在2 nm以内时, 掩模面z方向的位置公差为±2.0 μm, 掩模面与x轴与y轴的倾斜公差分别为±22.3 μmad和±55.3 μmad。实验结果证明提出的方法适用于对掩模面引入的光刻投影物镜畸变进行有效分析及补偿。
光刻 光学设计 光刻投影物镜 畸变 勒让德多项式 公差分析 lithography optical design lithographic projection lens optical distortion Legendre polynomials tolerance analysis
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, 长春 130033
X-Y向柔性调节机构应用于光刻投影物镜中光学元件 X-Y方向偏心位置补偿。基于柔性铰链, 设计柔性二级减速机构, 并将之应用到新型的一体式 X-Y向柔性调节机构上。在对机构原理进行分析的基础上, 对 X-Y向柔性调节机构结构参数进行了优化设计。进一步, 运用有限元分析法, 分析了该 X-Y向柔性调节机构的性能。分析结果表明, 该机构调节行程大于 ±20 μm, 机构位移输入.输出关系稳定, 传动比约 11.9, 理论调节精度约 8.4 nm, 机构单方向驱动刚度为 0.473 μm/N; 机构开环单轴运动时, 耦合误差与主运动比值为 7.1%; 机构 1阶模态频率大于 200 Hz。该 X-Y向柔性调节机构能够应用到光刻投影物镜中。
光刻投影物镜 X-Y向柔性调节机构 减速机构 柔性铰链 lithograph projection objective flexure-based X-Y adjusting mechanism deceleration mechanism flexible hinge
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, 吉林长春130033
为了实现高成像要求，投影光刻物镜在设计时需要考虑膜层偏振效应的影响，并进行相应的分析和评价。首先介绍了基于琼斯矩阵的偏振像差理论，然后以一个数值孔径（NA）为0.75的投影光刻物镜为例，设计了相应膜系，系统分析了膜层引入的偏振像差，并在设计时对膜层引入的离焦项和球差项进行了间隔优化补偿，补偿前后标量波像差和质心畸变分别从68.92 nm 和3.76 nm 改善为1.08 nm 和0.38 nm，偶极照明模式下90 nm 密集线条对比度从0.082 提高为0.876，在此基础上，提出在设计时根据不同表面的入射角分布情况，采用组合膜系，同时控制P光和S光的振幅和相位分离，减小膜系引入的延迟和二次衰减等偏振像差，使得线条对比度提高了1.1%。
光学制造 投影光刻物镜 膜系 偏振像差 对比度
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了分析光学材料折射率非均匀性对极小像差光学系统成像质量的影响，从而指导系统的进一步优化设计，提出一种三维仿真和光线追迹方法。该方法是在Zemax中通过自定义的程序，构建材料折射率均匀性的三维分布，设置光线追迹的步长，并控制整个光线追迹的过程，以提高仿真分析的精度。利用所提出的三维仿真和光线追迹方法，对一个数值孔径为0.7、工作波长为632.8 nm、波像差均方根(RMS)值为1.5 nm的小像差光学系统进行了仿真分析。结果表明，相比于传统的二维处理方法，提出的方法仿真精度有较大提高。
光学设计 极小像差光学系统 非均匀性 Zernike多项式 光线追迹 激光与光电子学进展
2013, 50(11): 112202
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, 吉林 长春 130033
在高成像质量的光学系统的集成制造中，受元件的面形和材料的均匀性误差的影响很难满足极限的成像质量要求，必须采用多种像质补偿措施，元件的旋转补偿是其中必要的像质补偿措施之一。提出了一种光学系统光学元件旋转补偿优化方法，该方法可以用于获取元件的最佳旋转角度。实验验证了该方法的可行性，证实了旋转补偿对系统波前像差具有较强的补偿能力。通过研究旋转补偿的机理总结出可用于评估光学系统旋转补偿能力的多边形原则，并以此作为光学材料筛选的原则之一。最后提出了一种针对球面多视场系统的旋转补偿优化方法，并得到了光学设计软件的分析验证。旋转补偿是高精密光学系统制造和集成中经济有效的像质补偿措施，对进一步提升光学系统的性能具有重大的意义。
光学设计 高成像质量 旋转补偿 材料筛选 波前像差
1 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, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了光学表面中频误差对杂散光的影响规律，提出使用功率谱密度函数描述表面中频误差，并通过该描述方法进行杂散光分析；同时利用等效光瞳空间频率对表面中频误差进行公差分析。利用以上方法，对工作波长为193 nm、数值孔径为0.75的光刻物镜进行元件表面中频公差分析，当要求在2~10 μm范围内的杂散光强度占比小于0.5%时，中低频等效光瞳空间频率界限为16，中高频等效光瞳空间频率界限为78。当元件表面功率谱曲线指数取1.5时，功率谱密度系数小于0.06的元件表面满足杂散光要求。结果表明该方法可以有效分析光学系统杂散光和元件表面中频公差。
光学设计 杂散光 功率谱密度 公差分析 光刻物镜
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
2 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, 长春 130033
利用Zernike多项式对用Zygo干涉仪测得的离散材料折射率数据进行了拟合, 再使用光线光学的方法评价了系统的成像质量. 由于材料折射率分布的无规则性, 在对包含非均匀介质的实际光学系统的模拟仿真和优化时, 需要考虑选取材料不同部位加工成的透镜会对系统成像质量有不同的影响, 而且加工好的透镜在装配过程中, 绕着光轴旋转不同的角度同样会影响成像质量. 通过计算机模拟的方法预先选取材料的最佳部位以及找到最好的装配位置, 从而提高了光学系统的性能.
光学设计 非均匀 光线追迹 成像质量 Optical design Inhomogeneity Ray tracing Imaging quality
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
元件的像差和加工装配误差会影响通过其中的超短脉冲的时空特性。在不考虑介质的非线性作用时，基于傅里叶频谱理论并结合光线追迹和衍射理论，发展了一种有效的数值方法仿真超短脉冲通过光学系统的时空传输特性。以一个引入实际误差的2片式聚焦透镜组为例，分析了入射中心波长为800 nm，脉冲宽度为30 fs的高斯型超短脉冲通过该系统的传输过程，并通过实验测量了该系统在焦点处的脉冲时间宽度和焦斑大小，并与仿真结果进行了比对。结果表明，该方法不仅可以很好地仿真分析实际光学系统中超短脉冲的时空传输效应，也使得超短脉冲系统的优化设计成为可能，同时也为提出加工要求和合理的公差分配提供了指导意义。
超快光学 几何光线追迹 傅里叶变换 面形误差
