01/簡介

零波像差雙遠心物鏡以“視場全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性，成為3D NAND、精密微納制造等場景的核心光學器件，但其對成像模型的維度適配性提出嚴苛要求。

二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態表征需求，卻因忽略深度方向光場耦合與厚掩模衍射效應，無法適配三維堆疊圖形的成像預測。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。

02/三維矢量成像模型在含相差物鏡中的應用

含像差物鏡下的模型差異

仿真條件與結果對比：

考慮投影物鏡F1視場點的波像差和偏振像差，對比二維與三維矢量成像模型的空間像相對強度分布差異，結果均為10^-2量級。

投影物鏡示意圖

投影物鏡F1視場點波像差數據

仿真條件一（45nm線寬一維PSM掩模、X偏振照明）：最大絕對差值1.3x10^-2、平均絕對值差8.4x10^-3、差值均方根9.4x10^-3。

二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異

仿真條件二（接觸孔掩模、Y偏振照明）：最大絕對差值5.0x10^-2、平均絕對值差2.8x10^-2、差值均方根3.2x10^-2。

二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異

結論：在成像物鏡為存在像差的非理想系統時，三維矢量成像模型較二維矢量成像模型預測成像特性更精確。

特殊場景的模型差異

在某些仿真條件下（如特定偏振與掩模組合），兩模型差異可低至10^-5量級（最大絕對差值1.7x10^-4、平均絕對值差5.3x10^-5、差值均方根7.9x10^-5），但此類場景不影響“含像差時三維模型更精確”的核心結論。

仿真條件：采用L&S 掩模，中心點光源偏振照明。物鏡 F1視場點的波像差和偏振像差，仿真像面y=0的相對強度分布。

在上述仿真條件下，利用三維矢量成像模型計算空間像的相對強度分布，并與二維矢量成像模型計算的空間像相對強度分布對比。二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異如圖所示。

二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異

結論：在某些仿真條件下，兩模型仿真結果差異并不明顯。

03/先進技術與未來發展方向

針對球差、彗差及偏振像差等，構建“像差-矢量光場-深度衍射”耦合模型，采用瓊斯矩陣與澤尼克多項式聯合表征像差介導的偏振演化，結合嚴格耦合波分析（RCWA）精準計算厚掩模衍射，14nm節點三維圖形CD預測誤差可以≤3.5nm；開發像差權重動態分配算法，聚焦高影響像差區域優化，通過光源-掩模-像差協同調控，可以將像差導致的CD偏差從15nm降至4nm。