光刻技术第9期 | 二维与三维矢量成像模型对比-含相差物镜的应用
01/简介
零波像差双远心物镜以“视场全域波前畸变趋近于零、物像比例恒定”的特性，成为3D NAND、精密微纳制造等场景的核心光学器件，但其对成像模型的维度适配性提出严苛要求。
二维矢量成像模型虽能满足平面图形的偏振态表征需求，却因忽略深度方向光场耦合与厚掩模衍射效应，无法适配三维堆叠图形的成像预测。三维矢量成像模型通过全空间矢量光场建模，可精准捕捉双远心光路下三维偏振演化与深度衍射规律，成为破解该瓶颈的关键。本文以零波像差双远心成像为视角，对比二维与三维矢量模型的适配性差异，重点聚焦三维模型的应用机理，为先进三维制程光刻精度提升提供理论支撑。
02/三维矢量成像模型在含相差物镜中的应用
含像差物镜下的模型差异
仿真条件与结果对比：
考虑投影物镜F1视场点的波像差和偏振像差，对比二维与三维矢量成像模型的空间像相对强度分布差异，结果均为10-2量级。
投影物镜示意图
投影物镜F1视场点波像差数据
仿真条件一（45nm线宽一维PSM掩模、X偏振照明）：最大绝对差值1.3x10-2、平均绝对值差8.4x10-3、差值均方根9.4x10-3。
二维和三维矢量成像模型仿真结果的差异
仿真条件二（接触孔掩模、Y偏振照明）：最大绝对差值5.0x10-2、平均绝对值差2.8x10-2、差值均方根3.2x10-2。
二维和三维矢量成像模型仿真结果的差异
结论：在成像物镜为存在像差的非理想系统时，三维矢量成像模型较二维矢量成像模型预测成像特性更精确。
特殊场景的模型差异
在某些仿真条件下（如特定偏振与掩模组合），两模型差异可低至10-5量级（最大绝对差值1.7x10-4、平均绝对值差5.3x10-5、差值均方根7.9x10-5），但此类场景不影响“含像差时三维模型更精确”的核心结论。
仿真条件：采用L&S 掩模，中心点光源偏振照明。物镜 F1视场点的波像差和偏振像差，仿真像面y=0的相对强度分布。
在上述仿真条件下，利用三维矢量成像模型计算空间像的相对强度分布，并与二维矢量成像模型计算的空间像相对强度分布对比。二维和三维矢量成像模型仿真结果的差异如图所示。
二维和三维矢量成像模型仿真结果的差异
结论：在某些仿真条件下，两模型仿真结果差异并不明显。
03/先进技术与未来发展方向
针对球差、彗差及偏振像差等，构建“像差-矢量光场-深度衍射”耦合模型，采用琼斯矩阵与泽尼克多项式联合表征像差介导的偏振演化，结合严格耦合波分析（RCWA）精准计算厚掩模衍射，14nm节点三维图形CD预测误差可以≤3.5nm；开发像差权重动态分配算法，聚焦高影响像差区域优化，通过光源-掩模-像差协同调控，可以将像差导致的CD偏差从15nm降至4nm。
