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投影物鏡案例分析 簡(jiǎn)介 投影物鏡作為光刻、投影顯示等領(lǐng)域的核心光學(xué)成像系統(tǒng)，由前級(jí)聚光、中繼像差校正及后級(jí)投影多組透鏡單元構(gòu)成，通過(guò)多級(jí)光線會(huì)聚與像差校正消除球差、色差等畸變，實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、高分辨率的清晰成像，其成像精度與畸變控制能力直接決定終端設(shè)備的性能表現(xiàn)，需嚴(yán)格滿足高精度光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在芯片制造過(guò)程中，投影物鏡的分辨率直接決定芯片特征尺寸的最小極限，畸變則影響電路圖案的精準(zhǔn)復(fù)刻，而光照不均勻會(huì)導(dǎo)致光刻線條一致性差，這些因素共同制約著微米級(jí)芯片的性能與良品率。因此，研發(fā)一款兼具高分辨率、低畸變、勻光效果優(yōu)異的投影物鏡，對(duì)推動(dòng)微米級(jí)芯片制造技術(shù)升級(jí)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

課程五十九：短焦微型非球面投影物鏡設(shè)計(jì) 投影物鏡通常指 LCD、DLP、LCOS 等投影儀使用的物鏡。 投影物鏡有以下特點(diǎn)： 1.投影物鏡的物是空間光調(diào)制器 SLM ，包括上面提到的 LCD 和 DLP ，它決定了物鏡的視場(chǎng)線和分辨率，從而影響系統(tǒng)外形尺寸和信息量。但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)倒置設(shè)計(jì)，將其放在像面。

投影物鏡通常指 LCD、DLP、LCOS 等投影儀使用的物鏡。投影物鏡有以下特點(diǎn)：1. 投影物鏡的物是空間光調(diào)制器 SLM，包括上面提到的 LCD 和 DLP ，它決定了物鏡的視場(chǎng)線和分辨率，從而影響系統(tǒng)外形尺寸和信息量。但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)倒置設(shè)計(jì)，將其放在像面。2. 像方遠(yuǎn)心：在像空間中，出瞳位于無(wú)限遠(yuǎn)，所有視場(chǎng)的主光線都和光軸平行，從而和 SLM 垂直。

投影物鏡通常指 LCD、DLP、LCOS 等投影儀使用的物鏡。投影物鏡有以下特點(diǎn)：1. 投影物鏡的物是空間光調(diào)制器 SLM，包括上面提到的 LCD 和 DLP，它決定了物鏡的視場(chǎng)線和分辨率，從而影響系統(tǒng)外形尺寸和信息量。但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)倒置設(shè)計(jì)，將其放在像面。2. 像方遠(yuǎn)心：在像空間中，出瞳位于無(wú)限遠(yuǎn)，所有視場(chǎng)的主光線都和光軸平行，從而和 SLM 垂直。

應(yīng)用場(chǎng)景 定焦投影物鏡廣泛應(yīng)用于光刻、投影顯示和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域，憑借其固定焦距設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了成像穩(wěn)定性與高分辨率的結(jié)合，具有畸變小、像質(zhì)均勻等優(yōu)點(diǎn)。在本案例中，將通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)典型的定焦投影物鏡，演示在 VLU 中的光學(xué)設(shè)計(jì)流程，包括初始系統(tǒng)建立、像質(zhì)分析、評(píng)價(jià)函數(shù)定義，優(yōu)化以及結(jié)果展示。

在現(xiàn)代高分辨率光學(xué)光刻機(jī)中，投影物鏡的結(jié)構(gòu)型式大致分為兩類：全折射型和折反射型。 全折射型投影物鏡是指只含有透鏡的投影物鏡，而折反射型投影物鏡則是同時(shí)含有透鏡和反射鏡的投影物鏡。

下面我們來(lái)看看第二部分 如何使用 OpticStudio 設(shè)計(jì)車(chē)標(biāo)投影系統(tǒng) Ⅱ 概述 本文主要介紹了如何在 OpticStudio 中設(shè)計(jì)一個(gè)投影物鏡，并且簡(jiǎn)單介紹了投影物鏡的優(yōu)化方法。

投影物鏡示意圖 投影物鏡F1視場(chǎng)點(diǎn)波像差數(shù)據(jù)仿真條件一（45nm線寬一維PSM掩模、X偏振照明）：最大絕對(duì)差值1.3x10-2、平均絕對(duì)值差8.4x10-3、差值均方根9.4x10-3。

簡(jiǎn)介DMD 投影燈是以數(shù)字微鏡器件為核心的高精度數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)，通過(guò)光源準(zhǔn)直勻化、DMD 芯片像素級(jí)光調(diào)制及投影物鏡成像的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到高清光影的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，可顯著提升投影畫(huà)面分辨率、對(duì)比度與亮度均勻性。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優(yōu)化，驗(yàn)證系統(tǒng)照明均勻性、成像質(zhì)量及雜散光抑制水平，為工程化設(shè)計(jì)提供可靠仿真依據(jù)。

Ⅱ 下面我們來(lái)看看第三部分： 如何使用 OpticStudio 設(shè)計(jì)車(chē)標(biāo)投影系統(tǒng) Ⅲ 概述 在本系列的前兩篇文章中我們介紹了整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，還分別介紹了照明透鏡和投影物鏡的設(shè)計(jì)方法，下面我們將介紹如何將兩個(gè)系統(tǒng)連接成為一個(gè)整體的系統(tǒng)

現(xiàn)在我們只考慮物方陣列，物方陣列就像照相機(jī)上的物鏡，在物鏡的焦平面上形成物體（或本例中光源）的像，如下圖所示。在本例中，我們將在物方陣列的焦平面上形成準(zhǔn)直光源的像。 如果我們有準(zhǔn)直光源，就很容易產(chǎn)生均勻的輻照度。

</p><p>? 參數(shù)配置</p><p>在 OAS 參數(shù)化界面完成關(guān)鍵光學(xué)參數(shù)配置：設(shè)定光源工作功率、準(zhǔn)直透鏡入射孔徑與視場(chǎng)角；對(duì) MLA 芯片設(shè)置單元透鏡焦距、陣列周期、占空比及表面膜層透過(guò)率實(shí)現(xiàn)亮度均勻性調(diào)控，使整體亮度差異控制在15%以內(nèi)，避免出現(xiàn)暗區(qū)與亮斑；配置投影物鏡焦距、F 數(shù)與畸變控制目標(biāo)；添加雜散光探測(cè)器與輻照度分析面，設(shè)置能量閾值與接收范圍，剔除系統(tǒng)噪聲與無(wú)效雜散光信號(hào)，保障分析數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠

現(xiàn)在我們只考慮物方陣列，物方陣列就像照相機(jī)上的物鏡，在物鏡的焦平面上形成物體（或本例中光源）的像，如下圖所示。在本例中，我們將在物方陣列的焦平面上形成準(zhǔn)直光源的像。 如果我們有準(zhǔn)直光源，就很容易產(chǎn)生均勻的輻照度。

光刻鏡頭的功能原理和投影物鏡是相似的，但是設(shè)計(jì)難度和成像質(zhì)量要求比普通投影物鏡高得多。紫外光刻鏡頭的作用是將投射光源產(chǎn)生的光場(chǎng)聚焦到光刻膠層上，并保持所需的分辨率和圖形質(zhì)量。這些鏡頭通常使用紫外光源（波長(zhǎng)通常在250至450納米之間），因?yàn)樽贤夤獾亩滩ㄩL(zhǎng)使得能夠獲得更高的分辨率。

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(jí)衍射光主光線轉(zhuǎn)動(dòng)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[kx,ky,kz]，用kx/kz,ky/kz表示。

3)投影/全息成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一個(gè)高品質(zhì)成像物鏡組，具有大視場(chǎng)、大數(shù)值孔徑的特點(diǎn)，倍率可從1×到200×，可將數(shù)字引擎的物信息成像于光刻膠表面或內(nèi)部。4)上位機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括工控機(jī)及其控制軟件。根據(jù)功能設(shè)計(jì)需求，面投影曝光型3D打印系統(tǒng)進(jìn)行層層掃描或者旋轉(zhuǎn)掃描，從而實(shí)現(xiàn)面投影和體投影打印。圖3 典型的面投影微納3D打印系統(tǒng)。

而掩模的衍射遠(yuǎn)場(chǎng)（也就是投影物鏡入瞳處的電場(chǎng)分布），是多核心參數(shù)協(xié)同作用的結(jié)果：它關(guān)聯(lián)了平面波的傳播距離、方向余弦，也和三維厚掩模的衍射遠(yuǎn)場(chǎng)（由掩模照明角度、自身結(jié)構(gòu)與材料等參數(shù)決定）、投影物鏡的透射率函數(shù)，以及入射到掩模的平面波函數(shù)緊密相關(guān)——這一電場(chǎng)分布，正是厚掩模光刻成像的核心基礎(chǔ)輸入。

對(duì)于物方遠(yuǎn)心的物鏡，入瞳位于距物鏡無(wú)限遠(yuǎn)的位置。入瞳為物的正投影，放大率與物距無(wú)關(guān)。 對(duì)于顯微鏡物鏡，入瞳和焦距與數(shù)值孔徑直接相關(guān)，這是常用的規(guī)格。 一些作者使用術(shù)語(yǔ)入瞳來(lái)表示實(shí)際上應(yīng)該被稱為入瞳的直徑；注意，入瞳的軸向位置也是一個(gè)重要的參數(shù)。