像差仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
像差仿真的實例教程
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與ASAP一起使用的先進的人眼模型(AHEM)演示，包括眼表成像、人工晶狀體建模、像差仿真、GRIN晶狀體建模、視網膜假體建模、雙目眼模型、眼鏡和接觸鏡建模、視覺系統優化等。
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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。
展開 01/簡介
零波像差非雙遠心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場與復雜物距場景”的優勢，在精密光刻、微納檢測等領域廣泛應用，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，卻因忽略深度光場耦合、厚掩模衍射及視場-深度耦合效應，無法精準預測三維圖形成像質量。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉非雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解瓶頸的關鍵。本文以零波像差非雙遠心成像為視角，對比二維與三維模型適配性，重點聚焦三維模型應用機理，為先進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心物鏡中的應用
遠心度與模型差異的量化關系
各級衍射光主光線轉動關系示意圖
物鏡像方遠心度衡量：投影物鏡像方主光線方向單位矢量[kx,ky,kz]，用kx/kz,ky/kz表示。
模型差異隨kx/kz的變化：kx/kz增大10倍，仿真結果差異增大100倍左右；當kx/kz從10-3變化到10-1時，差異從10-6量級變化到10-2量級。
零像差非雙遠心物鏡下的差異量化
仿真條件：接觸孔掩模、中心點光源X偏振照明、物鏡像方kx/ky=0.1、瓊斯矩陣為單位矩陣。
掩模圖形示意圖
差異結果：二維與三維模型空間像相對強度分布差異在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心物鏡成像結果
結論：三維矢量成像模型預測非雙遠心物鏡成像更精確。
展開 它在局部坐標系和全局坐標系下分別構建理論框架，局部坐標系以單個圖形單元為原點，可簡化局部光場計算，實現單個圖形 CD 均勻性與邊緣精度的精細優化；全局坐標系以整個曝光視場為基準，能分析全視場偏振像差的空間分布差異，實現全視場二維圖形成像均勻性的全局優化。
三維嚴格矢量光刻成像模型主要針對3D集成電路（如3DNAND、3DIC堆疊）的三維圖形，需解決立體結構對光場傳播與偏振態的調制問題。局部坐標系以三維圖形的深度方向為Z軸，重點分析深度方向的偏振光能量分布與光刻膠顯影速率的關聯；全局坐標系將三維圖形的堆疊結構納入全視場分析，考慮“視場位置-深度方向”的耦合效應，可實現3D圖形全視場、全深度的高保真成像。
成像模型對比：
03/成像分析
針對零波像差雙遠心、零波像差非雙遠心、存在波像差三種情況，對比二維與三維矢量成像模型的成像性能：
零波像差雙遠心：二者成像性能完全相同。
零波像差非雙遠心、存在波像差：二者成像性能存在差異，三維矢量成像模型更具優勢
二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠心物鏡成像結果
二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異
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。
04/先進技術與未來發展方向
二維矢量光刻成像模型在局部與全局坐標系下持續突破，局部聚焦單圖形CD精度優化，全局實現全視場偏振像差均衡；三維模型則攻克立體結構光場耦合難題，局部提升深度方向CD均勻性，全局保障全視場三維圖形一致性。
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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。
二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠心物鏡成像結果
結論：三維矢量成像模型預測非雙遠心物鏡成像更精確。
當物鏡所成像不在無限遠處時，光線經過出瞳面后，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（kx,ky）推導得出的平方根形式，具體會關聯到像面與出瞳面的位置參數（α?、α?、β?、β?）。
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二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異
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