01/簡介

零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場與復(fù)雜物距場景”的優(yōu)勢，在精密光刻、微納檢測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但其視場邊緣物像比例變化特性，對成像模型的維度適配性提出更高要求。

二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態(tài)，卻因忽略深度光場耦合、厚掩模衍射及視場-深度耦合效應(yīng)，無法精準(zhǔn)預(yù)測三維圖形成像質(zhì)量。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準(zhǔn)捕捉非雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律，成為破解瓶頸的關(guān)鍵。本文以零波像差非雙遠(yuǎn)心成像為視角，對比二維與三維模型適配性，重點(diǎn)聚焦三維模型應(yīng)用機(jī)理，為先進(jìn)三維制程光刻精度提升提供支撐。

02/三維矢量成像模型在零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡中的應(yīng)用

遠(yuǎn)心度與模型差異的量化關(guān)系

各級衍射光主光線轉(zhuǎn)動關(guān)系示意圖

物鏡像方遠(yuǎn)心度衡量：投影物鏡像方主光線方向單位矢量[k_x,k_y,k_z]，用k_x/k_z,k_y/k_z表示。

模型差異隨k_x/k_z的變化：k_x/k_z增大10倍，仿真結(jié)果差異增大100倍左右；當(dāng)k_x/k_z從10^-3變化到10^-1時(shí)，差異從10^-6量級變化到10^-2量級。

零像差非雙遠(yuǎn)心物鏡下的差異量化

仿真條件：接觸孔掩模、中心點(diǎn)光源X偏振照明、物鏡像方k_x/k_y=0.1、瓊斯矩陣為單位矩陣。

掩模圖形示意圖

差異結(jié)果：二維與三維模型空間像相對強(qiáng)度分布差異在10^-2量級，最大絕對差值9.3x10^-2、平均絕對值差4.5x10^-2、差值均方根5.1x10^-2。

二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠(yuǎn)心物鏡成像結(jié)果

結(jié)論：三維矢量成像模型預(yù)測非雙遠(yuǎn)心物鏡成像更精確。

當(dāng)物鏡所成像不在無限遠(yuǎn)處時(shí)，光線經(jīng)過出瞳面后，其傳播方向在 z 軸上的方向余弦可以表示為：由橫向方向余弦（k_x,k_y）推導(dǎo)得出的平方根形式，具體會關(guān)聯(lián)到像面與出瞳面的位置參數(shù)（α?、α?、β?、β?）。

而在偏振光學(xué)的計(jì)算中，三維偏振光線矩陣與瓊斯矩陣之間，可通過入射光學(xué)系統(tǒng)的瓊斯矩陣（J）、入瞳面偏振矩陣（O?）、出瞳面偏振矩陣（O?）的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

先進(jìn)技術(shù)與未來發(fā)展方向

面向3nm及以下節(jié)點(diǎn)，開發(fā)EUV非雙遠(yuǎn)心適配模型，深化極紫外光與矢量光場耦合機(jī)制研究；結(jié)合Transformer架構(gòu)與FPGA加速，實(shí)現(xiàn)毫秒級動態(tài)光場仿真，搭建數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)；跨場景拓展：拓展至生物芯片、量子芯片光刻，構(gòu)建多材質(zhì)適配模型，支撐全鏈路工藝優(yōu)化。