高數值孔徑光學仿真的案例
高數值孔徑EUV光刻的挑戰
歐洲研究機構imec正在詳細介紹首個0.55高數值孔徑（NA）極紫外（EUV）光刻工具的開發。
這些內容是在2022 SPIE 高級光刻和圖案化會議上進行的，來自 imec 和荷蘭設備制造商 ASML 運營的聯合高 NA 實驗室。
雖然傳統 NA 已使 3nm 生產超越 2nm 制造工藝技術，但需要轉向高 NA 設備。這反過來將需要在屏蔽抗蝕劑和底層材料、光掩模技術和計量方面取得進步。
過去五年來，兩家公司一直在技術上合作：ASML、imec 將 EUV 光刻技術提升到高數值孔徑。“imec 正在與 ASML 合作開發高NA 技術，因為 ASML 正在構建其第一臺原型 0.55NAEUV 光刻掃描儀 EXE:5000，”imec 首席執行官 Luc Van den Hove 說。
“與目前的 0.33NA EUV 光刻相比，高 NA EUV 光刻預計將打印超過 2nm 邏輯芯片所需的最關鍵特征，并且圖案化步驟更少。我們的職責是與全球圖案化生態系統緊密合作，確保及時提供先進的抗蝕材料、光掩模、計量技術、成像策略和圖案化技術——充分受益于高NA EUV光刻機提供的分辨率增益。”他說。
高數值孔徑 EUV papers
imec 為今年的 SPIE 高級光刻會議撰寫或共同撰寫了 12 篇論文。
展開 分析高數值孔徑物鏡的聚焦
高數值孔徑物鏡廣泛用于光學光刻、顯微鏡等。因此，在聚焦模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。 VirtualLab非常容易支持這種鏡頭的光線和光場追跡分析。 通過光場追跡，可以清楚地展示不對稱焦斑，這源于矢量效應。 照相機探測器和電磁場探測器為聚焦區域的研究提供了充分的靈活性，并且可以深入了解矢量效應。
摘要
?接下來，我們將演示如何按照VirtualLab中推薦的工作流程對樣本系統進行模擬。
?樣品系統預設為包含高數值孔徑物鏡。
概覽
如何計算包含矢量效應的焦點的強度分布？
如何進行整個系統的光線追跡分析？
沿x方向線偏振
光斑直徑： 3mm
波長 2.08 nm
入射平面波
展開 高NA (數值孔徑)物鏡的分析
高數值孔徑物鏡的聚焦分析
高NA(數值孔徑)物鏡常用于光學顯微及光刻，并已廣泛在其他應用中得以使用。眾所周知，在高數值孔徑物鏡的使用中，電磁場矢量特性的影響是不可忽略的。一個眾所周知的例子就是由高NA(數值孔徑)物鏡聚焦線性偏振圓光束時，焦斑的不對稱性:焦斑不再是圓的，而是拉長的。我們通過具體的物鏡實例來說明了這些效應，并演示了如何在VirtualLab Fusion中使用不同的探測器分析焦斑。
高數值孔徑(NA)物鏡的聚焦分析
摘要 高NA物鏡廣泛用于光刻，顯微等技術。因此，聚焦仿真中考慮光的矢量性質至關重要。VirtualLab可以非常便捷地對此類鏡頭進行光線追跡和場追跡分析。通過場追跡，可以清楚地觀察由于矢量效應引起的聚焦光斑失對稱現象。利用相機探測器和電磁場探測器能夠對聚焦區域進行靈活全面的研究，進而加深對矢量效應的理解。
2. 建模任務
3. 概述
? 示例系統包含了高數值孔徑物鏡? 下一步，我們將闡述如何遵循VirtualLab中推薦的工作流程執行示例系統的仿真。
4. 光線追跡仿真 ? 首先，選擇“Ray Tracing System Analyzer”作為仿真引擎。? 點擊“Go!”。? 隨即獲得3D光線追跡結果
? 然后，選擇“Ray Tracing”作為仿真引擎。? 點擊“Go!”。? 隨即獲得點列圖(2D光線追跡結果)。
5. 場追跡仿真
? 轉換到場追跡，并選擇“Field Tracing 2nd Generation”作為仿真引擎。? 點擊“Go!”。
6. 場追跡結果(相機探測器) ? 上圖所示為僅通過疊加Ex和Ey場分量得到的強度分布。? 下圖所示為通過疊加Ex，Ey和Ez分量得到的強度分布：由于在高NA條件下相對較大Ez分量，導致聚焦光斑明顯的失對稱性。
7. 場追跡結果(電磁場探測器)? 利用電磁場探測器，我們可以獲得多有電磁場分量的結果
8. 文件信息
展開 
分析高數值孔徑物鏡的聚焦特性
高數值孔徑的物鏡廣泛用于光刻、顯微等方面。 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區域的場，也可以深入研究矢量效應。
摘要
高NA (數值孔徑)物鏡的分析
高NA(數值孔徑)物鏡常用于光學顯微及光刻，并已廣泛在其他應用中得以使用。眾所周知，在高數值孔徑物鏡的使用中，電磁場矢量特性的影響是不可忽略的。一個眾所周知的例子就是由高NA(數值孔徑)物鏡聚焦線性偏振圓光束時，焦斑的不對稱性:焦斑不再是圓的，而是拉長的。我們通過具體的物鏡實例來說明了這些效應，并演示了如何在VirtualLab Fusion中使用不同的探測器分析焦斑。
高數值孔徑物鏡的聚焦分析
高數值孔徑(NA)物鏡廣泛用于光學光刻、顯微系統等。在對焦斑的模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。
數值孔徑(NA)物鏡系統的先進點擴散函數計算
當線性偏振高斯光束經高數值孔徑(NA)非球面透鏡聚焦時，由于矢量效應，焦平面上的PSF呈現非對稱性。
有關更多信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 分析高數值孔徑物鏡的聚焦特性
摘要
高數值孔徑的物鏡廣泛用于光刻、顯微等方面。 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統已預先設置了高數值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統上執行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
展開 分析高數值孔徑物鏡的聚焦
摘要
高數值孔徑物鏡廣泛用于光學光刻、顯微鏡等。因此，在聚焦模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。 VirtualLab非常容易支持這種鏡頭的光線和光場追跡分析。 通過光場追跡，可以清楚地展示不對稱焦斑，這源于矢量效應。 照相機探測器和電磁場探測器為聚焦區域的研究提供了充分的靈活性，并且可以深入了解矢量效應。
建模任務
入射平面波
波長 2.08 nm
光斑直徑： 3mm
沿x方向線偏振
如何進行整個系統的光線追跡分析？
如何計算包含矢量效應的焦點的強度分布？
概覽
?樣品系統預設為包含高數值孔徑物鏡。
?接下來，我們將演示如何按照VirtualLab中推薦的工作流程對樣本系統進行模擬。
光線追跡模擬
?首先選擇“光線追跡系統分析器”（Ray Tracing System Analyzer）作為模擬引擎。
?點擊Go！
?獲得3D光線追跡結果。
光線追跡模擬
?然后，選擇“光線追跡”（Ray Tracing）作為模擬引擎。
?單擊Go！
?結果，獲得點圖（2D光線追跡結果）。
光場追跡模擬
?切換到“第二代場追跡”（Field Tracing 2nd Generation）作為模擬引擎。
?單擊Go！
光場追跡結果（照相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量的強度。
?下圖通過整合Ex、Ey和Ez分量顯示強度：由于高數值孔徑情況下相對較大的Ez分量，可以看到明顯的不對稱性。
展開 [VirtualLab] 高數值孔徑物鏡焦斑分析
背景介紹
在顯微成像、激光加工、光存儲與單分子探測等應用中，高數值孔徑物鏡承擔著“把光壓縮到極小空間”的關鍵任務。物鏡聚焦后的焦斑尺寸、形狀、能量分布以及偏振特性，直接決定系統的分辨率、加工精度和探測靈敏度。因此，如何準確分析高數值孔徑物鏡的焦斑，已成為現代光學設計中的核心問題。本文結合VirtualLab Fusion的仿真思路，對這一典型案例進行簡要分析。
對于低數值孔徑系統，工程師常使用傍軸近似和標量衍射理論評估焦斑。但當數值孔徑不斷增大，光線入射角顯著提升，縱向場分量增強，偏振與矢量效應變得不可忽略，傳統方法往往會低估焦斑結構的復雜性。例如，在高NA聚焦條件下，不同偏振態會導致焦平面能量分布明顯變化，甚至影響主瓣尺寸和旁瓣對比度。此時，采用更嚴格的矢量傳播模型就顯得非常必要。
建模任務：
如圖1所示為高NA系統，入射光為266.08mm的平面波，光束直徑3mm，x偏振。物鏡的數值孔徑為0.85，需要分析焦斑的分布。
圖1. 高數值孔徑物鏡焦斑分析建模任務
建模步驟
如圖2所示，首先導入高數值孔徑的物鏡。在VirtualLab Fusion中，可以使用Lens System創建鏡頭組，也可以利用其豐富的接口從外部導入鏡頭。添加光源和探測器，依次連接，將探測器放置在焦面上，設置到物鏡的距離為748.75μm
圖2. 導入高數值孔徑物鏡（左）以及光路編輯器（右）
因為在高數值孔徑物鏡聚焦下的焦場具有縱向分量，所以需要對各個場分量進行探查。添加兩個camera detector和一個electromagnetic field detector。如圖3，設置其中一個camera detector包含Ez分量，則會顯示|Ex|^2+|Ey|^2+|Ez|^2的分布。
展開 高數值孔徑(NA)物鏡的聚焦分析
摘要
高NA物鏡廣泛用于光刻，顯微等技術。因此，聚焦仿真中考慮光的矢量性質至關重要。VirtualLab可以非常便捷地對此類鏡頭進行光線追跡和場追跡分析。通過場追跡，可以清楚地觀察由于矢量效應引起的聚焦光斑失對稱現象。利用相機探測器和電磁場探測器能夠對聚焦區域進行靈活全面的研究，進而加深對矢量效應的理解。
2. 建模任務
3. 概述
? 示例系統包含了高數值孔徑物鏡
? 下一步，我們將闡述如何遵循VirtualLab中推薦的工作流程執行示例系統的仿真。
4. 光線追跡仿真
? 首先，選擇“Ray Tracing System Analyzer”作為仿真引擎。
? 點擊“Go!”。
? 隨即獲得3D光線追跡結果
? 然后，選擇“Ray Tracing”作為仿真引擎。
? 點擊“Go!”。
? 隨即獲得點列圖(2D光線追跡結果)。
5. 場追跡仿真
? 轉換到場追跡，并選擇“Field Tracing 2nd Generation”作為仿真引擎。
? 點擊“Go!”。
6. 場追跡結果(相機探測器)
? 上圖所示為僅通過疊加Ex和Ey場分量得到的強度分布。
? 下圖所示為通過疊加Ex，Ey和Ez分量得到的強度分布：由于在高NA條件下相對較大Ez分量，導致聚焦光斑明顯的失對稱性。
7. 場追跡結果(電磁場探測器)
? 利用電磁場探測器，我們可以獲得多有電磁場分量的結果
8.
展開 高數值孔徑衍射分束器設計
案例386（1.0）
關鍵詞：衍射光學元件、DOE、高數值孔徑，畸變補償，幾何畸變，枕形，桶形，強度衰減，功率、陡降、損耗、預備信號場、光圖形、迭代傅里葉變換算法、IFTA、模組、分束器、衍射
1. 摘要
? 通過該案例闡述了如何利用迭代傅里葉變換算法進行高數值孔徑衍射分束器設計。
? 通過來分束器可以生成一個5x5規則的點陣圖形。
? 然而，由于偏轉角較大使得目標平面上這個規則的5x5點陣圖案產生了一個形變。
? 可以利用VirtualLab 模塊 Mod014 在迭代傅里葉變換算法設計中預補償該圖形的形變。
2. 設計任務：規則的5×5光束分束器
? 設計衍射分束器用于在衍射元件遠場生成規則的高數值孔徑光圖形。
? 最大衍射角(水平/豎直)：α=β=22.3°
? 最大衍射角(對角線)=30.1°
3. 設計任務
? 光源參數：
— 高斯光源波長：532nm
— 光束直徑(1/e2)：80um
? 系統參數：
— 衍射元件到屏幕距離：z=0.3m
? 期望輸出場：
— 期望點圖形：規則圖形，5×5的點陣
— 級次間距：49.2mm
— 目標圖案依據示例文件
“Sc386_TargetPattern_1.ca2”
? DOE參數：
— 僅改變位相的衍射光學元件
— 離散DOE的位相階數：4
4. 點圖形的變形
? 衍射元件通常是在等間距的計算網格上利用角譜域的迭代傅里葉變換算法完成設計。
? 對于非近軸衍射元件，衍射角和光軸上點的橫向距離之間沒有線性關系。
? 對于非近軸衍射角，期望點位置與最終獲得枕形畸變的點位置之間存在一個的差異。
展開 
[VirtualLab] 分析高數值孔徑物鏡的聚焦特性
摘要
高數值孔徑的物鏡廣泛用于光刻、顯微等方面。 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統已預先設置了高數值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統上執行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
展開 分析高數值孔徑物鏡的聚焦特性
摘要
高數值孔徑的物鏡廣泛用于光刻、顯微等方面。 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統已預先設置了高數值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統上執行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
展開 高數值孔徑圖形圖案擴散器的設計與優化
衍射光學元件設計最終的仿真結果
4. 總結
? VirtualLab 軟件為用戶提供了更便于使用的設計工具，用于設計生成大角度光圖形的大數值孔徑衍射光學元件。
? 典型的不希望的效應：
— 幾何畸變
— 強度衰減
都可被完全地補償。
VirtualLab：使用高數值孔徑透鏡進行脈沖聚焦
在此，我們在空間、時間與場分布上研究了該脈沖傳播通過高數值孔徑透鏡的影響。
建模任務
純空間分析：輸入場（載波λ）
純空間分析：焦平面上的場（載波λ）
空間-時間分析：輸入場（Ex分量）
空間-時間分析：焦點處（Ex分量）
空間-時間分析：焦點處（Ex和Ez分量）
時間分析：帶有載波頻率的Ex分量
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設置光源
?基本光源模型[教程視頻]
?設置組件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?配置脈沖評估探測器
VirtualLab Fusion技術
文件信息
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