近年来,国内集成电路产业伴随着智能产品的普及而迅速发展,国内集成电路市场已经成为全球集成电路主要市场。然而,我国集成电路发展起步较晚,大量芯片主要依赖进口。尤其在集成电路的制造技术上,与国外差距明显。半导体集成电路制造工艺的核心就是光刻机,国外浸没式光刻机已经实现产业化,而国内落后较多。从国家战略经济安全出发,集成电路技术的追赶和超越迫在眉睫。因此,自主研制高分辨率的投影光刻物镜具有十分重要的意义。然而,随着物镜分辨率的提高,光刻物镜的数值孔径在不断增加。在高数值孔径的情况下,偏振像差对投影光刻物镜成像质量的影响变得不可忽略。因此有必要对光刻物镜中偏振像差进行深刻系统的研究。与传统的波像差相比,偏振像差更为复杂,国内外对物镜偏振像差的研究主要集中在表征和成像影响方面,而在补偿和测量方面的研究较少。针对投影光刻物镜,需要形成系统完善的偏振像差描述理论,借助描述理论研究偏振像差补偿和测量当中的相关问题。本文依托国内科技重大专项,开展了面向高NA投影光刻物镜的偏振像差研究,主要包括以下研究内容:一、偏振像差的描述理论。为获得描述物镜偏振像差的琼斯矩阵,需要进行偏振光线追迹,为此本文对偏振光线追迹做了一些研究。由于琼斯矩阵和穆勒矩阵缺乏物理直观性,所以需要进行数学分解。对于琼斯矩阵,研究了奇异值分解和方向泽尼克分解。对于穆勒矩阵,本文提出了一种基于群论同态映照的分解方法,能够分解非消偏非奇异穆勒矩阵,从而得到极化、延迟等偏振参量。琼斯矩阵的奇异值分解和方向泽尼克分解,加上本文提出的穆勒矩阵分解方法,构成了描述光刻物镜偏振像差理论体系。二、偏振像差的补偿。在高NA投影物镜中,部分光学元件将选用CaF₂晶体材料,其本征双折射引入的延迟偏振像差会降低成像质量,因此需要对延迟进行补偿。本文研究了CaF₂本征双折射特性。基于方向泽尼克分解建立了一个参量,该参量能有效描述光瞳延迟的大小。提出了一种基于粒子群算法旋转CaF₂镜片补偿物镜延迟的方法,并用一个物镜仿真验证了方法的有效性。三、偏振像差的测量研究。在光刻物镜的研制中,为了获取其偏振特性,需要对偏振像差进行测量。本文基于穆勒矩阵椭偏仪的测量原理,并加以条件数优化,确定了测量物镜穆勒矩阵的方案。针对方案进行了误差仿真分析,并进行了公差分配。提出了一种标定系统误差的方法,仿真实验表明标定补偿后测量精度得到提升。本文的研究成果可为高NA投影光刻物镜的研制提供一些有利的帮助。