矢量成像的案例
光刻技術第9期 | 二維與三維矢量成像模型對比-含相差物鏡的應用
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。
展開 光刻技術第8期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差非雙遠心成像
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 光刻技術第7期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差雙遠心成像
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零波像差雙遠心物鏡中的應用
零波像差、雙遠心成像時，物鏡三維偏振像差的偏振追跡矩陣與二維偏振像差的瓊斯矩陣可相互轉換。
從瓊斯矩陣轉換為三維偏振追跡矩陣，只需借助物方和像方的變換矩陣：將物方變換矩陣、瓊斯矩陣、像方變換矩陣依次結合，即可得到對應的三維偏振追跡矩陣。
而物方、像方變換矩陣的元素，對應的是“物方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”“像方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”——這些坐標信息是實現矩陣轉換的基礎支撐。
這一轉換能力，讓零波像差雙遠心物鏡中的偏振像差處理，能在三維與二維矩陣間靈活切換，適配不同的計算與優化場景。
二維-三維坐標系與矩陣轉換
光刻成像模型中x-y坐標系（全局）和i-j坐標系（局部）示意圖如圖所示。
展開 光刻技術第6期 | 三維嚴格矢量光刻成像
計算三維嚴格矢量成像模型是破解該瓶頸的核心理論工具，其對厚掩模衍射機制的精準建模與三維偏振像差的定量表征，直接決定立體圖形光刻保真度。本文聚焦厚掩模衍射下的光刻成像理論內核，深挖三維矢量模型中偏振像差的作用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供關鍵理論支撐。
全局坐標系示意圖
02/厚掩模衍射下的光刻成像理論
在三維矢量成像模型中，掩模圖形結構尺寸接近甚至小于照明光的波長，基爾霍夫薄掩模近似不能準確描述光刻成像性能。利用基爾霍夫近似和嚴格電磁場理論模型得到的掩模衍射近場分布如圖所示。
利用基爾霍夫近似和嚴格電磁場理論模型得到的掩模衍射近場分布
三維厚掩模效應會顯著影響光刻成像性能，必須嚴格求解麥克斯韋方程組，準確獲得三維厚掩模衍射場分布，進而獲得嚴格矢量成像。
而掩模的衍射遠場（也就是投影物鏡入瞳處的電場分布），是多核心參數協同作用的結果：它關聯了平面波的傳播距離、方向余弦，也和三維厚掩模的衍射遠場（由掩模照明角度、自身結構與材料等參數決定）、投影物鏡的透射率函數，以及入射到掩模的平面波函數緊密相關——這一電場分布，正是厚掩模光刻成像的核心基礎輸入。
這套厚掩模衍射下的光刻成像理論，是先進制程中厚掩模場景“高精準光刻”的核心認知支撐，為厚掩模光刻的優化與落地提供了清晰的理論依據。
03/三維矢量成像模型中的三維偏振像差
在三維矢量成像模型中，光學系統入瞳面到出瞳面之間各級衍射光偏振態的變化可用的三維偏振追跡矩陣描述。
物鏡光瞳面上所有坐標點的三維偏振追跡矩陣組成三維偏振像差，可通過光線追跡程序獲取。三維偏振像差獲取程序將整個光瞳離散為網格點，追跡得到所有網格點對應光瞳坐標點的三維偏振追跡矩陣。
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光刻技術第5期 | 二維矢量光刻成像
當制程節點邁入5nm及以下的精微領域，芯片關鍵尺寸已逼近原子級別，傳統標量成像理論因無法精準捕捉光的偏振特性對成像精度的影響，已難以滿足關鍵尺寸均勻性（CDU）的嚴苛要求，制程升級陷入瓶頸。
在此背景下，二維矢量光刻成像模型應勢而生，憑借對矢量光場與偏振像差的精準把控，成功突破衍射極限，成為先進邏輯芯片制造的核心技術支撐，為7nm、5nm乃至3nm制程的落地注入強勁動力，推動半導體產業實現跨越式發展。
矢量光刻成像模型
二維矢量光刻成像流程簡潔高效且精準可控，每一步都經過嚴苛的技術打磨：光源經定制化照明系統進行勻光、偏振調控后，均勻照射在高精度掩模上，掩模上的二維圖形會對入射光進行選擇性衍射；衍射出的光進入高數值孔徑物鏡系統后，系統會在入瞳與出瞳處通過特殊光學結構完成偏振態、相位及振幅的精準調控，濾除無效雜光，保留有效成像光；最終，經過調控的光在硅片像面精準匯聚，實現高保真成像。
整個過程中，掩模圖形的最終成像光強，由不同照明出瞳點照射形成的像光強疊加而成，這種疊加機制確保了即使在大視場曝光場景下，圖形的邊緣精度與內部均勻性也能得到雙重保障，有效避免了傳統光刻中“邊緣模糊、中心失真”的問題。
02/構造模型
1.物方衍射遠場：
采用傅里葉變換技術，將掩模表面復雜的光場分布轉化為物方衍射遠場Efar，分離不同偏振方向的光場分量特征。而近場光場的形成直接與入射照明光的偏振態有關，通過提前調控照明光偏振方向，可針對性強化關鍵圖形的光場信號。這一技術使掩模光場的捕捉精度達到0.1nm級別，即使面對納米級的掩模圖形細節，也能完整保留光場特征，為后續成像奠定了極致精準的基礎。
展開 光刻技術第4期 | 光刻成像理論
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。未來，二者將向AI加速計算、多物理場耦合分析及全鏈路自適應優化方向發展，為先進制程與3D集成電路光刻提供更精準高效的理論支撐。
展開 光刻技術第15期 | 矢量SMO數值計算與分析-最佳焦面處的成像性能
01/簡介
隨著集成電路制程向先進節點迭代，光刻成像的焦面精度對圖形保真度的影響愈發顯著，最佳焦面處的成像性能直接決定芯片制造良率。光源-掩模協同優化（SMO）作為分辨率增強核心技術，其矢量模型因能精準刻畫偏振、三維掩模衍射等效應，成為先進制程優化的關鍵工具，而數值計算的精度與分析深度則是發揮其效能的核心前提。
本文聚焦最佳焦面成像性能，通過搭建標準化仿真條件，開展矢量SMO數值計算；結合多維度性能指標對比仿真結果，明確不同SMO技術的適配場景；基于批量測試驗證技術穩定性，最終形成系統的矢量SMO數值計算與性能評估體系，為先進光刻工藝優化提供支撐。
02/仿真條件
密集線條（CD=45nm，占空比1:1）、193nm波長、NA=1.2浸沒式光刻、Y偏振照明，所有掩模尺寸為4020nm4020nm，掩模上的像素尺寸為20nm20nm。迭代總次數為150次。
03/仿真結果及其性能指標對比
采用密集線條作為目標圖形的仿真結果，并對比SO、MO、SISMO、SESMO、HSMO五種不同的RET。圖中第一列為光源圖形，從黑色到白色代表[0,1]的連續光強區間；第二列為掩模圖形，黑色和白色分別代表阻光區域和透光區域；第三列為光刻膠中的成像。
圖(b)為目標圖形。圖形是CD=45mm，占空比為1：1的密集線條圖形。
下圖展示了不同技術對密集線條圖形的仿真結果，通過PAE（成像誤差）指標對比各技術的成像保真度提升效果。
各技術中，HSMO的PAE最低，成像保真度提升效果最顯著。
展開 光刻技術第10期 | 矢量OPC的優化算法
矢量成像模型憑借對光場偏振態、矢量傳播及復雜界面相互作用的精準刻畫，成為先進制程OPC技術的核心支撐，而矢量OPC優化算法的性能則直接決定了掩模修正的精度、效率及最終光刻良率，其技術突破已成為集成電路制造領域的關鍵研究課題。
在優化過程中，罰函數的合理引入為平衡成像精度與掩模制造可行性提供了關鍵支撐，二次罰函數、小波罰函數（WP）及廣義小波罰函數（GWP）等不同形式的罰函數，通過梯度約束實現了對掩模復雜度、邊緣平滑性等指標的精準調控，有效規避了過度修正導致的掩模制造難題。在此基礎上，最速下降（SD）算法等經典優化算法憑借其簡潔高效的特性，被廣泛應用于矢量OPC優化流程中，通過梯度信息迭代更新掩模變量，實現目標函數的逐步收斂。
鑒于此，本文聚焦矢量OPC的優化算法體系，系統探討目標函數梯度與掩模變量替換的協同機制，深入分析理想焦面及工藝變化場景下像質評價函數梯度的求解方法，闡釋不同類型罰函數的梯度約束原理，并結合SD算法構建完整的矢量OPC優化流程，為提升先進制程光刻圖形復刻精度及工藝穩健性提供理論支撐與技術參考。
02/目標函數梯度與變量替換
目標函數對掩模變量的梯度目標函數梯度（?F）與各罰函數梯度（?R?、?R?）的加權組合：
為了將OPC優化問題由受約束優化問題轉化為無約束優化問題，采用掩模變量替換將其從離散變為連續優化。
為將“約束優化問題”轉化為“無約束優化問題”，我們通過掩模變量替換（將離散的掩模參數轉換為連續的參數矩陣）實現連續優化；替換后，目標函數對新參數矩陣的梯度，同樣遵循“原函數梯度+罰函數梯度加權組合”的形式。
展開 多傳感器融合技術原理及融合技術分析
具體來講，多傳感器數據融合原理如下：
（1）多個不同類型傳感器（有源或無源）收集觀測目標的數據；
（2）對傳感器的輸出數據（離散或連續的時間函數數據、輸出矢量、成像數據或一個直接的屬性說明）進行特征提取的變換，提取代表觀測數據的特征矢量Yi；
（3）對特征矢量Yi進行模式識別處理（如聚類算法、自適應神經網絡或其他能將特征矢量Yi變換成目標屬性判決的統計模式識別法等），完成各傳感器關于目標的說明；
（4）將各傳感器關于目標的說明數據按同一目標進行分組，即關聯；
（5）利用融合算法將目標的各傳感器數據進行合成，得到該目標的一致性解釋與描述。
以Autoware為例，在自動駕駛中，傳感器是汽車感知周圍的環境的硬件基礎，在實現自動駕駛的各個階段都必不可少。自動駕駛離不開感知層、控制層和執行層的相互配合。攝像頭、雷達等傳感器獲取圖像、距離、速度等信息，扮演眼睛、耳朵的角色。控制模塊分析處理信息，并進行判斷、下達指令，扮演大腦的角色。車身各部件負責執行指令，扮演手腳的角色。而環境感知是這一切的基礎， 因此傳感器對于自動駕駛不可或缺。
必要性
為什么一定要多傳感器融合呢？主要是揚長避短、冗余設計，提高整車安全系數。多傳感器融合系統所實現的功能要遠超這些獨立系統能夠實現的功能總和。使用不同的傳感器種類可以在某一種傳感器全都出現故障的環境條件下，額外提供一定冗余度。這種錯誤或故障可能是由自然原因（諸如一團濃霧）或是人為現象（例如對攝像頭或雷達的電子干擾或人為干擾）導致。
展開 2026 | OAS光學軟件-幾何光學與波動光學跨尺度仿真
此外，該功能還支持物質結構測量與表面缺陷檢測，提升顯微鏡 / 望遠鏡成像質量，并借助相位信息實現高精度 3D 成像；矢量場傳播技術則在光通信、激光加工等領域起關鍵作用，為多模光纖等應用提供精準光束控制方案。
光柵解決方案
軟件的光柵解決方案支持多種結構設計（方波全息光柵、閃耀光柵等），涵蓋納米至毫米級特征尺寸，適用于衍射光柵、光伏系統等場景。可計算衍射效率、近場分布、偏振特性等參數，支持全息光柵、光子晶體等定制特性分析與優化。用戶可導入測量數據或自定義高度輪廓，靈活設計光柵結構，實現高效精準的光學系統設計。
光波導解決方案
軟件提供光波導解決方案，可以自動生成衍射光波導初始模型，提供k空間可視化，足跡分析，衍射效率優化和PSF&MTF分析等功能。
干涉光學解決方案
軟件的干涉光學支持多種經典干涉實驗模擬，包括楊氏雙縫干涉、牛頓環、楔形玻璃等厚干涉、玻璃平板等傾干涉及邁克爾遜干涉儀，為光學系統設計與分析提供全面支持。
衍射光學解決方案
軟件支持幾何法與傅里葉迭代算法求解衍射光學元件（DOE）相位分布，用戶可定義輸入場（如高斯光束）與目標場（如超級高斯光束）。幾何法快速求解初始相位，迭代算法精確計算輸出場，優化收斂速度與計算精度，確保設計高效準確。
偏振解決方案
軟件提供偏振光源與元件設置，涵蓋理想線偏器件及真實偏振元件（如雙折射晶體、液晶等）。提供膜層反射率/透射率分析，繪制s,p曲線及導納圓圖。支持偏振圖、瓊斯光瞳圖、斯托克斯分析、龐加萊球等多種偏振分析工具，滿足復雜光學系統的偏振特性評估與優化需求。
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