CN110927962B - 棱镜的设计方法、自参考干涉仪及其设计方法和对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种棱镜的设计方法、自参考干涉仪及其设计方法和对准系统棱镜命名为第一光场旋转棱镜，设计方法包括：建立笛卡尔坐标系XYZ，并在笛卡尔坐标系中设置长方体PEAL1‑H1K1B1G1和长方体H1K1B1G1‑F1D1J1I1；确定第一光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第一内反面、第二内反面和第三内反面；调节第一光场旋转角α1的大小实现控制入射光在第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小；其中，第一内反面所在顶点与第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T1,第三内反面所在顶点与第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T2，第一光场旋转角α1为线段T1与线段T2之间形成的夹角。本发明实施例以实现光场任意角度的旋转。

Description

棱镜的设计方法、自参考干涉仪及其设计方法和对准系统

技术领域

本发明实施例涉及光学设备技术，尤其涉及一种棱镜的设计方法、自参考干涉仪及其设计方法和对准系统。

背景技术

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。光刻过程中一关键步骤是将基底与光刻的装置对准，以便掩膜图案的投射图像在基底的正确位置上。由于光刻技术的半导体和其它器件需要多次曝光，以在器件中形成多层，并且这些层正确地排列非常重要。当成像更小特征时，对重叠的要求以及因此导致的对于对准操作的准确度的要求变得更严格。在一示例性的对准系统中，在基底上的标记包括两对参考光栅，一个X和一个Y，该两个光栅对具有不同的周期。用空间相干光照射光栅，聚焦所衍射的光并成像在探测器阵列上，不同的衍射级被分开，以使相应正和负衍射级干涉。阵列中每一探测器包括参考光栅和光探测器。当基底被扫描时，探测器的输出呈正弦变化。当来自两个光栅对的信号同时在最大值时，标记被对准。

对准系统中实现标记对准的结构中包括自参考干涉仪，自参考干涉仪用于实现相应正和负衍射级干涉。但是现有技术中，自参考干涉仪只能实现光场180°的旋转，无法满足对光场任意角度旋转的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种棱镜的设计方法、自参考干涉仪及其设计方法和对准系统，以实现光场任意角度的旋转。

第一方面，本发明实施例提供一种棱镜的设计方法，所述棱镜命名为第一光场旋转棱镜，所述设计方法包括：

建立笛卡尔坐标系XYZ，并在笛卡尔坐标系中设置长方体PEAL1-H1K1B1G1和长方体H1K1B1G1-F1D1J1I1，K1H1方向沿X轴正方向，K1B1方向沿Y轴正方向，K1D1方向沿Z轴正方向；

确定所述第一光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第一内反面、第二内反面和第三内反面；所述第一内反面与所述第三内反面分别位于平面F1D1B1G1的两个相邻顶点处，所述第二内反面位于平面F1D1B1G1的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点处；所述第一内反面所在顶点和所述第二内反面所在顶点之间的连线与入射到所述第一内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为所述第一内反面的法线方向；所述第一内反面所在顶点和所述第二内反面所在顶点之间的连线，以及所述第二内反面所在顶点和所述第三内反面所在顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为所述第二内反面的法线方向；所述第二内反面所在顶点和所述第三内反面所在顶点之间的连线与从所述第三内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为所述第三内反面的法线方向；

调节第一光场旋转角α1的大小实现控制入射光在所述第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小；其中，所述第一内反面所在顶点与所述第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T1,所述第三内反面所在顶点与所述第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T2，第一光场旋转角α1为线段T1与线段T2之间形成的夹角。

可选地，还包括：

调节第一棱镜调节角β1的大小实现控制所述第一光场旋转棱镜的形状；其中，第一棱镜调节角β1为所述第一内反面所在顶点和所述第三内反面所在顶点之间的连线与入射到所述第一内反面的光线之间形成的夹角。

可选地，所述第一内反面所在顶点为B1，所述第三内反面所在顶点为D1，所述第二内反面所在中点为线段F1G1的中点C1；

入射光线AB1照射在点B1处的所述第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到位于点C1处的所述第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在点D1处的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线D1E；

其中，点C1’为线段H1G1的中点，α1＝∠B1C1'K1；入射光线AB1依次经所述第一内反面、所述第二内反面以及所述第三内反面反射后光场顺时针旋转角度α1。

可选地，所述第一内反面所在顶点为G1，所述第三内反面所在顶点为F1，所述第二内反面所在中点为线段B1D1的中点C1；

入射光线L1G1照射在点G1处的所述第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线G1C1，反射光线G1C1照射到位于C1点处的所述第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1F1,反射光线C1F1照射在F1点处的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线F1P；

其中，点C1’为线段B1K1的中点，α1＝∠G1C1'H1；入射光线L1G1依次经所述第一内反面、所述第二内反面以及所述第三内反面反射后光场逆时针旋转角度α1。

第二方面，本发明实施例提供一种自参考干涉仪的设计方法，所述自参考干涉仪包括第一光场旋转棱镜和第二光场旋转棱镜，所述第一光场旋转棱镜采用如第一方面所述的棱镜的设计方法形成；

所述自参考干涉仪的设计方法还包括：

在笛卡尔坐标系中设置长方体K1EAB1-H2K2B2G2和长方体H2K2B2G2-F2D2J2I2，K2E方向沿X轴正方向，K2B2方向沿Y轴正方向，K2H2方向沿Z轴正方向；

确定所述第二光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第四内反面、第五内反面和第六内反面；所述第四内反面与所述第六内反面分别位于平面F2D2B2G2的两个相邻顶点处，所述第五内反面位于平面F2D2B2G2的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点处；所述第四内反面所在顶点和所述第五内反面所在顶点之间的连线与入射到所述第四内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为所述第四内反面的法线方向；所述第四内反面所在顶点和所述第五内反面所在顶点之间的连线，以及所述第五内反面所在顶点和所述第六内反面所在顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为所述第五内反面的法线方向；所述第五内反面所在顶点和所述第六内反面所在顶点之间的连线与从所述第六内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为所述第六内反面的法线方向；

调节第二光场旋转角α2的大小实现控制入射光在所述第二光场旋转棱镜中旋转的角度大小；其中，所述第四内反面所在顶点与所述第五内反面所在中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T3,所述第六内反面所在顶点与所述第五内反面所在中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T4，第二光场旋转角α2为线段T3与线段T4之间形成的夹角。

可选地，还包括：

在点A处设置第一半反半透面，在点E处设置第二半反半透面；

入射光线OA，照射到点A处的所述第一半反半透面上，在所述第一半透半反面形成透射光线AB1，透射光线AB1照射到位于点B1处的第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到位于点C1处的第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在点D1处的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线D1E，反射光线D1E照射到点E处的所述第二半反半透面上，在所述第二半反半透面形成沿EP方向传播的反射光线；

入射光线OA，照射到点A处的所述第一半反半透面上，在所述第一半透半反面形成反射光线AB2，反射光线AB2照射到位于点B2处的第四内反面上，被所述第四内反面反射形成反射光线B2C2，反射光线B2C2照射到位于点C2处的第五内反面上，被所述第五内反面反射形成反射光线C2D2,反射光线C2D2照射在点D2处的第六内反面上，被所述第六内反面反射形成反射光线D2E，反射光线D2E照射到点E处的所述第二半反半透面上，在所述第二半反半透面形成沿EP方向传播的透射光线。

可选地，α1≠α2。

可选地，α1+α2＝180°。

第三方面，本发明实施例提供一种自参考干涉仪，使用如第二方面所述自参考干涉仪的设计方法形成。

第四方面，本发明实施例提供一种对准系统，包括第三方面所述的自参考干涉仪；所述对准系统还包括沿光轴依次设置的光栅、第一透镜、第二透镜和光强探测器，所述自参考干涉仪位于所述第一透镜和所述第二透镜之间；

所述对准系统还包括光源和反射镜，所述反射镜位于所述光栅与所述第一透镜之间，所述光源发出的光经过所述反射镜的反射后照射到所述光栅上。

本发明实施例提供一种棱镜的设计方法，将棱镜命名为第一光场旋转棱镜。通过对第一光场旋转棱镜中第一光场旋转角α1的大小的控制，可以使第一光场旋转棱镜对入射其中的光场旋转角度α1，也就是说，如果需要对光场旋转角度α1，可以通过将本发明实施例提供的设计方法中第一光场旋转角设计为α1来实现。例如，需要对光场旋转45°，则可以通过将本发明实施例提供的设计方法中第一光场旋转角设计为45°，使用第一光场旋转角为45°的第一光场旋转棱镜便可以实现对光场旋转45°的目的。本发明实施例提供的棱镜的设计方法可以实现光场任意角度的旋转。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种棱镜的设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种棱镜的设计图；

图3为图2中所示棱镜对光场的旋转效果示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种棱镜的设计图；

图5为图4中所示棱镜对光场的旋转效果示意图；

图6为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的设计方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的设计图；

图8为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的一种效果图；

图9为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的另一种效果图；

图10为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的另一种效果图；

图11为本发明实施例提供的一种棱镜的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种棱镜的设计方法的流程图，图2为本发明实施例提供的一种棱镜的设计图，参考图1和图2，十字箭头abcd示意了光场，光场指的不是电场方向，而是光斑图像，例如衍射光斑图像。为了便于后续的描述，将棱镜命名为第一光场旋转棱镜。棱镜的设计方法包括如下步骤：

步骤S110、建立笛卡尔坐标系XYZ，并在笛卡尔坐标系中设置长方体PEAL1-H1K1B1G1和长方体H1K1B1G1-F1D1J1I1。

其中，K1H1方向沿X轴正方向，K1B1方向沿Y轴正方向，K1D1方向沿Z轴正方向。

步骤S120、确定第一光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第一内反面、第二内反面和第三内反面。

其中，第一内反面与第三内反面分别位于平面F1D1B1G1的两个相邻顶点处，第二内反面位于平面F1D1B1G1的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点处。第二内反面可以平行于YZ平面。第一内反面所在顶点和第二内反面所在顶点之间的连线与入射到第一内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为第一内反面的法线方向；第一内反面所在顶点和第二内反面所在顶点之间的连线，以及第二内反面所在顶点和第三内反面所在顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为第二内反面的法线方向；第二内反面所在顶点和第三内反面所在顶点之间的连线与从第三内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为第三内反面的法线方向。

步骤S130、调节第一光场旋转角α1的大小实现控制入射光在第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小。

其中，第一内反面所在顶点与第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T1,第三内反面所在顶点与第二内反面所在中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T2，第一光场旋转角α1为线段T1与线段T2之间形成的夹角。

本发明实施例提供一种棱镜的设计方法，将棱镜命名为第一光场旋转棱镜。通过对第一光场旋转棱镜中第一光场旋转角α1的大小的控制，可以使第一光场旋转棱镜对入射其中的光场旋转角度α1，也就是说，如果需要对光场旋转角度α1，可以通过将本发明实施例提供的设计方法中第一光场旋转角设计为α1来实现。例如，需要对光场旋转45°，则可以通过将本发明实施例提供的设计方法中第一光场旋转角设计为45°，使用第一光场旋转角为45°的第一光场旋转棱镜便可以实现对光场旋转45°的目的。本发明实施例提供的棱镜的设计方法可以实现光场任意角度的旋转。

可选地，参考图2，棱镜的设计方法还可以包括：调节第一棱镜调节角β1的大小实现控制第一光场旋转棱镜的形状。其中，第一棱镜调节角β1为第一内反面所在顶点和第三内反面所在顶点之间的连线与入射到第一内反面的光线之间形成的夹角。在固定第一光场旋转角α1的情况下，调节第一棱镜调节角β1并不会影响光场的旋转角度，但是可以改变第一光场旋转棱镜的形状，这就为不同应用场景下使用不同形状的棱镜同时满足同一个特定旋转角度提供了便利。

图3为图2中所示棱镜对光场的旋转效果示意图，参考图2和图3，第一内反面所在顶点为B1，第三内反面所在顶点为D1，第二内反面所在中点为线段F1G1的中点C1。点C1在平面H1K1B1G1内的垂直投影为点C1’。入射光线AB1照射在点B1处的第一内反面上，被第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到位于点C1处的第二内反面上，被第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在点D1处的第三内反面上，被第三内反面反射形成反射光线D1E。其中，点C1’为线段H1G1的中点，α1＝∠B1C1'K1。入射光线AB1依次经第一内反面、第二内反面以及第三内反面反射后光场顺时针旋转角度α1。

图4为本发明实施例提供的另一种棱镜的设计图，图5为图4中所示棱镜对光场的旋转效果示意图，参考图4和图5，第一内反面所在顶点为G1，第三内反面所在顶点为F1，第二内反面所在中点为线段B1D1的中点C1。入射光线L1G1照射在点G1处的第一内反面上，被第一内反面反射形成反射光线G1C1，反射光线G1C1照射到位于C1点处的第二内反面上，被第二内反面反射形成反射光线C1F1,反射光线C1F1照射在F1点处的第三内反面上，被第三内反面反射形成反射光线F1P。其中，点C1’为线段B1K1的中点，α1＝∠G1C1'H1。入射光线L1G1依次经第一内反面、第二内反面以及第三内反面反射后光场逆时针旋转角度α1。

可选地，0≤α1≤180°，0≤β1≤180°。

示例性地，本发明还以图4中所示第一光场旋转棱镜为例，对第一棱镜调节角β1不会影响光场的旋转角度的原理进行了解释说明，具体为：

第一内反面的反射矩阵可以表示为：

其中，n_x、n_y、n_z分别为第一内反面的法向量在笛卡尔坐标系中的值。

同理可得第二内反面和第三内反面的反射矩阵。而第一光场旋转棱镜的反射矩阵可以表示为：

N＝N_C*N_B*N_A。

第一光场旋转角α1和第一棱镜调节角β1分别满足0≤α1≤180°，0≤β1≤180°时，

其中，f＝0，且

因此，N可化简为：

其中，A²+B²＝1。

其中，与第一棱镜调节角β1相关的参数有c、e和f，当第一棱镜调节角β1满足0≤β1≤180°时，光场变换矩阵N的第3行和第3列是确定的[0 0 -1]和

所以第一棱镜调节角β1对光场的旋转没有贡献。需要说明的是，虽然上述证明过程以图4中所示第一光场旋转棱镜为例，对于图2中所示第一光场旋转棱镜同样适用“第一棱镜调节角β1对光场的旋转没有贡献”。

除了对一个光场旋转棱镜进行设计，使其实现设定角度的光场旋转外，本发明实施例还提供了包括两个光场旋转棱镜的自参考干涉仪的设计方法。

图6为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的设计方法的流程图，图7为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的设计图，参考图6和图7，自参考干涉仪包括第一光场旋转棱镜和第二光场旋转棱镜，第一光场旋转棱镜可以采用上述棱镜的设计方法形成。自参考干涉仪的设计方法包括如下步骤：

步骤S110、建立笛卡尔坐标系XYZ，并在笛卡尔坐标系中设置长方体PEAL1-H1K1B1G1和长方体H1K1B1G1-F1D1J1I1。

其中，K1H1方向沿X轴正方向，K1B1方向沿Y轴正方向，K1D1方向沿Z轴正方向。

步骤S120、确定第一光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第一内反面、第二内反面和第三内反面。

其中，第一内反面与第三内反面分别位于平面F1D1B1G1的两个相邻顶点处，第二内反面位于平面F1D1B1G1的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点处。第二内反面可以平行于YZ平面。第一内反面所在顶点和第二内反面所在顶点之间的连线与入射到第一内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为第一内反面的法线方向；第一内反面所在顶点和第二内反面所在顶点之间的连线，以及第二内反面所在顶点和第三内反面所在顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为第二内反面的法线方向；第二内反面所在顶点和第三内反面所在顶点之间的连线与从第三内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为第三内反面的法线方向。

步骤S130、调节第一光场旋转角α1的大小实现控制入射光在第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小。

步骤S140、在笛卡尔坐标系中设置长方体K1EAB1-H2K2B2G2和长方体H2K2B2G2-F2D2J2I2。

其中，K2E方向沿X轴正方向，K2B2方向沿Y轴正方向，K2H2方向沿Z轴正方向；

步骤S150、确定第二光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第四内反面、第五内反面和第六内反面。

其中，第四内反面与第六内反面分别位于平面F2D2B2G2的两个相邻顶点处，第五内反面位于平面F2D2B2G2的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点处。第五内反面可以平行于XY平面。第四内反面所在顶点和第五内反面所在顶点之间的连线与入射到第四内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为第四内反面的法线方向；第四内反面所在顶点和第五内反面所在顶点之间的连线，以及第五内反面所在顶点和第六内反面所在顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为第五内反面的法线方向；第五内反面所在顶点和第六内反面所在顶点之间的连线与从第六内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为第六内反面的法线方向。

步骤S160、调节第二光场旋转角α2的大小实现控制入射光在第二光场旋转棱镜中旋转的角度大小。

其中，第四内反面所在顶点与第五内反面所在中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T3,第六内反面所在顶点与第五内反面所在中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T4，第二光场旋转角α2为线段T3与线段T4之间形成的夹角。

可选地，参考图7，自参考干涉仪的设计方法还包括：在点A处设置第一半反半透面，在点E处设置第二半反半透面。

入射光线OA，照射到点A处的第一半反半透面上，在第一半透半反面形成透射光线AB1，透射光线AB1照射到位于点B1处的第一内反面上，被第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到位于点C1处的第二内反面上，被第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在点D1处的第三内反面上，被第三内反面反射形成反射光线D1E，反射光线D1E照射到点E处的第二半反半透面上，在第二半反半透面形成沿EP方向传播的反射光线。

入射光线OA，照射到点A处的第一半反半透面上，在第一半透半反面形成反射光线AB2，反射光线AB2照射到位于点B2处的第四内反面上，被第四内反面反射形成反射光线B2C2，反射光线B2C2照射到位于点C2处的第五内反面上，被第五内反面反射形成反射光线C2D2,反射光线C2D2照射在点D2处的第六内反面上，被第六内反面反射形成反射光线D2E，反射光线D2E照射到点E处的第二半反半透面上，在第二半反半透面形成沿EP方向传播的透射光线。

本发明实施例中，通过第一光场旋转角α1控制光场在第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小，通过第二光场旋转角α2控制光场在第二光场旋转棱镜中旋转的角度大小。自参考干涉仪对入射光线OA实现了分离、旋转和重叠，并通过控制第一光场旋转角α1以及第二光场旋转角α2控制被分离的两个光场的旋转角度，以控制沿EP方向出射的叠加后的光场。

可选地，参考图7，自参考干涉仪的设计方法还可以包括：调节第二棱镜调节角β2的大小实现控制第二光场旋转棱镜的形状。其中，第二棱镜调节角β2为第四内反面所在顶点和第六内反面所在顶点之间的连线与入射到第四内反面的光线之间形成的夹角。在固定第二光场旋转角α2的情况下，调节第二棱镜调节角β2并不会影响光场的旋转角度，但是可以改变第二光场旋转棱镜的形状，具体原理与第一棱镜调节角β1类似，在此不再赘述。

图8为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的一种效果图，参考图7和图8，自参考干涉仪的第一光场旋转角α1和第二光场旋转角α2满足：α1≠α2。自参考干涉仪中的第一光场旋转棱镜对入射其中的光场首先顺时针旋转了角度α1，然后对入射其中的光场进行Y轴镜像；自参考干涉仪中的第二光场旋转棱镜对入射其中的光场首先进行Y轴镜像，然后对入射其中的光场顺时针旋转了角度α2。经过第一光场旋转棱镜出射的光场与经过第二光场旋转棱镜出射的光场叠加形成最终的光场，经过第一光场旋转棱镜出射的光场与经过第二光场旋转棱镜出射的光场不重叠。也就是说，经过第一光场旋转棱镜出射的光场可以与经过第二光场旋转棱镜出射的光场部分交叠，或者，经过第一光场旋转棱镜出射的光场可以与经过第二光场旋转棱镜出射的光场完全不交叠。

图9为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的另一种效果图，参考图7和图9，自参考干涉仪的第一光场旋转角α1和第二光场旋转角α2满足：α1+α2＝180°。自参考干涉仪中的第一光场旋转棱镜对入射其中的光场首先顺时针旋转了角度α1，然后对入射其中的光场进行Y轴镜像；自参考干涉仪中的第二光场旋转棱镜对入射其中的光场首先进行Y轴镜像，然后对入射其中的光场顺时针旋转了角度α2；经过第一光场旋转棱镜出射的光线与经过第二光场旋转棱镜出射的光线叠加形成最终的光场，经过第一光场旋转棱镜出射的光场与经过第二光场旋转棱镜出射的光场重叠。

图10为图7中所示自参考干涉仪对光场作用的另一种效果图，参考图7、图9和图10，自参考干涉仪的第一光场旋转角α1和第二光场旋转角α2满足：α1＝90°，α2＝90°。本发明实施例中，由于α1＝90°，α2＝90°，自参考干涉仪的第一光场旋转角α1和第二光场旋转角α2满足：α1+α2＝180°。图10为图9中所示自参考干涉仪对光场作用的一种特例。

需要说明的是，图7中所示自参考干涉仪中的第一光场旋转棱镜对入射其中的光场沿顺时针旋转，图7中所示自参考干涉仪中的第二光场旋转棱镜对入射其中的光场沿顺时针旋转，在其他实施例中，还可以为第一光场旋转棱镜对入射其中的光场沿顺时针旋转，第二光场旋转棱镜对入射其中的光场沿逆时针旋转；或者，第一光场旋转棱镜对入射其中的光场沿逆时针旋转，第二光场旋转棱镜对入射其中的光场沿顺时针旋转；或者，第一光场旋转棱镜对入射其中的光场沿逆时针旋转，第二光场旋转棱镜对入射其中的光场沿逆时针旋转，具体需要根据产品需求而定，只要自参考干涉仪的设计满足图6所示的流程图即可。另外，还可以通过在第一光场旋转棱镜和/或第二光场旋转棱镜的表面镀膜来实现偏振态的变换，例如P偏振的入射光经过镀膜的第一光场旋转棱镜后出射光为S偏振。

图11为本发明实施例提供的一种棱镜的结构示意图，参考图2、图4和图11，自参考干涉仪包括第一光场旋转棱镜，本发明实施例提供的自参考干涉仪使用上述各个实施例中自参考干涉仪的设计方法形成。第一光场旋转棱镜包括彼此邻接的第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3和第四表面S4，垂直于第四表面S4入射到第一光场旋转棱镜的光线，经过第一表面S1、第二表面S2和第三表面S3的反射后，垂直于第四表面S4出射到第一光场旋转棱镜外。第一表面S1可以为上述设计方法中的第一内反面，第二表面S2可以为上述设计方法中的第二内反面，第三表面S3可以为上述设计方法中的第三内反面。可以理解的是，第四内反面、第五内反面和第六内反面也可以分别为第二光场旋转棱镜的不同表面。

示例性地，α1＝90°，β1＝90°时，第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3和第四表面S4的法向量分别满足：

n_B＝[-1 0 0]；

n_D＝[0 0 -1]。

α1＝90°，β1＝130°时，第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3和第四表面S4的法向量分别满足：

n_A＝[0.6280 0.6280 0.4597]；n_B＝[-1 0 0]；n_C＝[0.3251 -0.3251 0.8881]；

n_D＝[0 0 -1]。

图12为本发明实施例提供的一种自参考干涉仪的结构示意图，参考图7、图11和图12，自参考干涉仪包括第一光场旋转棱镜11、第二光场旋转棱镜12、第一分光棱镜21和第二分光棱镜22。入射光线OA照射到第一分光棱镜21后的反射光照射到第一光场旋转棱镜11，经第一光场旋转棱镜11反射；入射光线OA照射到第一分光棱镜21后的透射光线照射到第二光场旋转棱镜12，经第二光场旋转棱镜12反射。经第一光场旋转棱镜11反射后的光线与经第二光场旋转棱镜12反射后的光线在第二分光棱镜22中合并为一束光线，并沿EP方向出射(即，形成最终的出射光线EP)。其中，第一光场旋转棱镜11可以采用图11中所示第一光场旋转棱镜(具体的第一光场旋转角α1和第一棱镜调节角β1可以根据需求进行设定)。第二光场旋转棱镜12与第一光场旋转棱镜11的结构类似。第一分光棱镜21可以为上述设计方法中的第一半透半反面，第二分光棱镜22可以为上述设计方法中的第二半透半反面。自参考干涉仪的结构例如可以采用如图7中所示自参考干涉仪的设计图来设计实现。

图13为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图，参考图13，图13中的“+n”、“+2”、“+1”、“-1”、“-2”和“-n”分别表示“正n级衍射光”、“正二级衍射光”、“正一级衍射光”、“负一级衍射光”、“负二级衍射光”和“负n级衍射光”。图13中的“±n”、“±2”、“±1”、

和

分别表示“正、负n级衍射光”、“正、负二级衍射光”、“正、负一级衍射光”、“负、正一级衍射光”、“负、正二级衍射光”和“负、正n级衍射光”。“正、负n级衍射光”和“负、正n级衍射光”均表示“正n级衍射光”和“负n级衍射光”的叠加光束；“正、负二级衍射光”和“负、正二级衍射光”均表示“正二级衍射光”和“负二级衍射光”的叠加光束；“正、负一级衍射光”和“负、正一级衍射光”均表示“正一级衍射光”和“负一级衍射光”的叠加光束。对准系统包括上述实施例中的自参考干涉仪，示例性地，自参考干涉仪的第一光场旋转角α1和第二光场旋转角α2满足：α1+α2＝180°。对准系统还包括沿光轴依次设置的光栅1、第一透镜3、第二透镜5和光强探测器6，自参考干涉仪4位于第一透镜3和第二透镜5之间。光栅1例如可以作为标记使用，即光栅标记。对准系统还包括光源2和反射镜7，光源2例如可以采用激光源，反射镜7位于光栅1与第一透镜3之间，光源2发出的光经过反射镜7反射后垂直照射到光栅1上，光源2发出的光经过反射镜7的反射后照射到光栅1上。照射到光栅1上的光发生衍射，照射到光栅1后发生衍射的光照射通过第一透镜3后照射到自参考干涉仪4的入光面，并在自参考干涉仪4中发生分离、旋转和重叠，从自参考干涉仪4的出光面出射的光为旋转叠加后的光，然后经过第二透镜5被光强探测器6接收。可以通过光强探测器6接收到的光场来判断光栅标记是否被对准。

可选地，本发明实施例提供的对准系统可以应用于光刻机等光刻设备，以实现对标记(例如掩模板上的光栅标记)的对准。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种棱镜的设计方法，其特征在于，所述棱镜命名为第一光场旋转棱镜，所述设计方法包括：

建立笛卡尔坐标系XYZ，并在笛卡尔坐标系中设置长方体PEAL1-H1K1B1G1和长方体H1K1B1G1-F1D1J1I1，K1H1方向沿X轴正方向，K1B1方向沿Y轴正方向，K1D1方向沿Z轴正方向；

确定所述第一光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第一内反面、第二内反面和第三内反面；所述第一内反面与所述第三内反面分别穿过平面F1D1B1G1的两个相邻顶点，所述第二内反面穿过平面F1D1B1G1的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点；所述第一内反面穿过的顶点和所述第二内反面穿过的顶点之间的连线与入射到所述第一内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为所述第一内反面的法线方向；所述第一内反面穿过的顶点和所述第二内反面穿过的顶点之间的连线，以及所述第二内反面穿过的顶点和所述第三内反面穿过的顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为所述第二内反面的法线方向；所述第二内反面穿过的顶点和所述第三内反面穿过的顶点之间的连线与从所述第三内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为所述第三内反面的法线方向；

调节第一光场旋转角α1的大小实现控制入射光在所述第一光场旋转棱镜中旋转的角度大小；其中，所述第一内反面穿过的顶点与所述第二内反面穿过的中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T1,所述第三内反面穿过的顶点与所述第二内反面穿过的中点之间连线在平面H1K1B1G1内的垂直投影为线段T2，第一光场旋转角α1为线段T1与线段T2之间形成的夹角。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，还包括：

调节第一棱镜调节角β1的大小实现控制所述第一光场旋转棱镜的形状；其中，第一棱镜调节角β1为所述第一内反面穿过的顶点和所述第三内反面穿过的顶点之间的连线与入射到所述第一内反面的光线之间形成的夹角。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一内反面穿过的顶点为B1，所述第三内反面穿过的顶点为D1，所述第二内反面穿过的中点为线段F1G1的中点C1；

入射光线AB1照射在穿过点B1的所述第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到穿过点C1的所述第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在穿过点D1的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线D1E；

其中，点C1’为线段H1G1的中点，α1＝∠B1C1'K1；入射光线AB1依次经所述第一内反面、所述第二内反面以及所述第三内反面反射后光场顺时针旋转角度α1。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一内反面所在顶点为G1，所述第三内反面穿过的顶点为F1，所述第二内反面穿过的中点为线段B1D1的中点C1；

入射光线L1G1照射在穿过点G1的所述第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线G1C1，反射光线G1C1照射到穿过C1点的所述第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1F1,反射光线C1F1照射在穿过F1点的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线F1P；

其中，点C1’为线段B1K1的中点，α1＝∠G1C1'H1；入射光线L1G1依次经所述第一内反面、所述第二内反面以及所述第三内反面反射后光场逆时针旋转角度α1。

5.一种自参考干涉仪的设计方法，所述自参考干涉仪包括第一光场旋转棱镜和第二光场旋转棱镜，其特征在于，所述第一光场旋转棱镜采用如权利要求1-4任一项所述的棱镜的设计方法形成；

所述自参考干涉仪的设计方法还包括：

在笛卡尔坐标系中设置长方体K1EAB1-H2K2B2G2和长方体H2K2B2G2-F2D2J2I2，K2E方向沿X轴正方向，K2B2方向沿Y轴正方向，K2H2方向沿Z轴正方向；

确定所述第二光场旋转棱镜的三个内反面，分别为第四内反面、第五内反面和第六内反面；所述第四内反面与所述第六内反面分别穿过平面F2D2B2G2的两个相邻顶点，所述第五内反面穿过平面F2D2B2G2的与所述两个相邻顶点不相交的一条边的中点；所述第四内反面穿过的顶点和所述第五内反面穿过的顶点之间的连线与入射到所述第四内反面的光线之间形成的夹角的角平分线方向为所述第四内反面的法线方向；所述第四内反面穿过的顶点和所述第五内反面穿过的顶点之间的连线，以及所述第五内反面穿过的顶点和所述第六内反面穿过的顶点之间的连线，两条连线形成的夹角的角平分线方向为所述第五内反面的法线方向；所述第五内反面穿过的顶点和所述第六内反面穿过的顶点之间的连线与从所述第六内反面出射的光线之间的夹角的角平分线方向为所述第六内反面的法线方向；

调节第二光场旋转角α2的大小实现控制入射光在所述第二光场旋转棱镜中旋转的角度大小；其中，所述第四内反面穿过的顶点与所述第五内反面穿过的中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T3,所述第六内反面穿过的顶点与所述第五内反面穿过的中点之间连线在平面H2K2B2G2内的垂直投影为线段T4，第二光场旋转角α2为线段T3与线段T4之间形成的夹角。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，还包括：

在点A处设置第一半反半透面，在点E处设置第二半反半透面；

入射光线OA，照射到穿过点A的所述第一半反半透面上，在所述第一半透半反面形成透射光线AB1，透射光线AB1照射到穿过点B1的第一内反面上，被所述第一内反面反射形成反射光线B1C1，反射光线B1C1照射到穿过点C1的第二内反面上，被所述第二内反面反射形成反射光线C1D1,反射光线C1D1照射在穿过点D1的第三内反面上，被所述第三内反面反射形成反射光线D1E，反射光线D1E照射到穿过点E的所述第二半反半透面上，在所述第二半反半透面形成沿EP方向传播的反射光线；

入射光线OA，照射到穿过点A的所述第一半反半透面上，在所述第一半透半反面形成反射光线AB2，反射光线AB2照射到穿过点B2的第四内反面上，被所述第四内反面反射形成反射光线B2C2，反射光线B2C2照射到穿过点C2的第五内反面上，被所述第五内反面反射形成反射光线C2D2,反射光线C2D2照射在穿过点D2的第六内反面上，被所述第六内反面反射形成反射光线D2E，反射光线D2E照射到穿过点E的所述第二半反半透面上，在所述第二半反半透面形成沿EP方向传播的透射光线。

7.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，α1≠α2。

8.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，α1+α2＝180°。

9.一种自参考干涉仪，其特征在于，使用如权利要求5-8任一项所述自参考干涉仪的设计方法形成。

10.一种对准系统，其特征在于，包括权利要求9所述的自参考干涉仪；所述对准系统还包括沿光轴依次设置的光栅、第一透镜、第二透镜和光强探测器，所述自参考干涉仪位于所述第一透镜和所述第二透镜之间；

所述对准系统还包括光源和反射镜，所述反射镜位于所述光栅与所述第一透镜之间，所述光源发出的光经过所述反射镜的反射后照射到所述光栅上。

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