2025年6月26日，国际光学领域顶级期刊《Optica》刊发精密仪器研究中心团队在计算光刻领域最新研究成果，题为“Mask3D-compatible full-vectorial Hopkins imaging for lithographic modeling（兼容掩模三维效应的全矢量霍普金斯光刻成像建模）”。博士生郭少鹏为论文第一作者，江浩教授、David H. Wei博士和刘世元教授为通讯作者。

计算光刻是超大规模集成电路制造的核心技术之一，而准确而又高效的光刻成像建模是计算光刻的关键环节。随着芯片关键尺寸持续缩小至45-7nm技术节点及以下，掩模三维（Mask3D）效应对成像精度影响已经不可忽视。当前主流的成像建模方法存在显著局限：阿贝成像模型虽能自然地兼容Mask3D效应，但计算成本极高，无法满足全芯片仿真与掩模优化的效率需求；传统霍普金斯成像模型虽计算高效，却缺乏通用性，难以整合依赖入射角度的Mask3D效应，且现有改进方法多采用标量形式的传输交叉系数，无法完整表征光学系统的偏振特性。如何在保证建模精度的同时提升计算效率，成为制约先进光刻技术发展的关键挑战。

针对上述挑战，研究团队提出了一种兼容Mask3D的全矢量霍普金斯成像模型。所提方法从光源、掩模和投影系统的矢量或矩阵表示出发，充分考虑矢量电磁场在光刻系统中的传播特性，构建了多维矢量传输交叉系数，能够精准响应Mask3D模型中掩模传输矩阵的偏振分量。此外，基于Lanczos算法开发了高效的矢量 传输交叉系数分解架构，无需显式存储高维矩阵，显著降低内存消耗并加速光学核生成。同时，模型支持正入射（NI）和离轴照明（OAI）两种模式，通过光源平面扇区分割策略，既兼容计算高效的Mask3D正入射模型，又能精准捕捉离轴照明下入射角度依赖的Mask3D行为，实现精度与效率的灵活平衡。

图1 矢量交叉传递系数构成示意图

图2 使用从厚掩模求解器计算得到的掩模传输矩阵和从TCC求解器得到的光学核来计算单个分区内空间像Ig的流程图，整个光源作用下的空间像是所有分区单独作用空间像的叠加。

仿真结果表明，所提方法在193nm浸没式光刻系统中表现优异：矢量TCC分解效率较传统方法大幅提升，当掩模采样矩阵为128×128×4时，获取100个光学核的运行时间从1475.11秒缩短至15.96秒，峰值内存消耗从4103.96MB降至60.63MB；在离轴照明模式下，当光学核数量为41时，成像强度差异仅为2.73%，关键尺寸误差低至3.48nm，归一化图像对数斜率误差仅0.11，精度与阿贝方法相当。此外，所提方法在全芯片光学邻近校正中展现出高效性能，单切片成像时间较阿贝方法缩短73%-95%，为先进集成电路制造提供了高精度、高效率的光刻成像建模解决方案。

图3 所提方法在NI和OAI模式下相比于阿贝方法的（a）RMS、（b）MA、（c）CD和（d）NILS误差随着参与空间像计算光学核数量的变化情况。

论文信息：

S. Guo, H. Chen, C. Mu, S. Zhang, H. Jiang, D. H. Wei, Y. Sun, and S. Liu, "Mask3D-compatiblefull-vectorial Hopkins imaging for lithographic modeling," Optica 12, 924-934 (2025).