2026年2月24日，国际光学领域知名期刊《Photonics Research》刊发精密仪器研究中心团队在计算光刻领域的突破性研究成果，题为“High-accuracy vectorial Hopkins lithography modeling with full incident-angle Mask3D awareness（全入射角掩模三维效应感知的高精度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。

计算光刻作为超大规模集成电路制造的核心支撑技术，其成像建模的精度与效率直接决定芯片制造的先进程度。随着芯片关键尺寸持续逼近45nm及以下技术节点，掩模三维（Mask3D）效应随入射角度的动态变化成为影响成像精度的核心因素，传统建模方法面临严峻挑战：现有霍普金斯类方法多假设光源扇区内掩模透射函数恒定，无法完整捕捉全入射角范围内的Mask3D效应，导致成像预测存在偏差；而依赖扇区分割的改进方法，其精度与效率高度依赖扇区数量，扇区越多计算成本越高，难以兼顾全芯片仿真的精度需求与效率要求。如何实现全入射角Mask3D效应的精准捕捉与高效计算，成为制约先进光刻技术迭代的关键瓶颈。

针对这一核心挑战，研究团队提出了全入射角感知的矢量霍普金斯成像建模方法。该方法首先基于变量分离原理，将掩模透射函数分解为源依赖项与空间坐标依赖项，通过泰勒级数展开实现两类项的解耦；随后创新性地将源依赖项作为额外维度融入传输交叉系数（TCC）构建，形成全入射角感知的矢量TCC算子，能够精准响应掩模传输矩阵在不同入射角度下的偏振特性变化；依托Lanczos算法构建高效TCC分解框架，无需显式存储高维矩阵，在保证精度的同时显著降低内存消耗，结合快速傅里叶变换实现空间像的高效计算。该方法彻底摒弃了传统扇区分割策略，通过统一的代数框架实现全入射角Mask3D效应的一体化建模，从根本上解决了角度依赖效应捕捉与计算效率之间的矛盾。

图1 全入射角掩模三维效应感知的高精度矢量霍普金斯光刻成像建模方法流程图

图2 对于任意给定掩模图形输入，使用TCC预分解得到的特征值与特征向量，实现全入射角掩模三维效应感知的高精度矢量霍普金斯光刻成像快速计算流程图

仿真结果表明，该方法在193nmArF浸没式光刻系统中表现卓越：在光学核数量为200时，成像的均方根误差和最大绝对误差均低于1%，关键尺寸误差小于1nm，归一化图像对数斜率误差低至0.0076，精度与基于严格电磁仿真的阿贝方法高度一致；相较于团队此前提出的矢量霍普金斯方法（Optica 2025），该方法在相同计算资源下，RMS误差降低52%，CD误差减少92%，NILS误差减少93%；计算效率方面，在相同光学核数量下，其成像速度较4扇区分割方法提升30%以上，较10扇区分割方法提升60%以上，且无需依赖扇区数量调整即可稳定保持高精度，彻底摆脱了扇区分割带来的效率制约。在200μm×200μm大面积逻辑层图案仿真中，144个测量点的CD误差均分布在-1至0nm范围内，NILS误差控制在±0.1之间，展现出优异的大规模应用表现。此外，该方法在不同偏相干因子配置下均能保持高精度，即使在外相干因子1.0的极端条件下，CD误差仍低于1.5nm，充分证明了其鲁棒性。

该研究成果突破了传统霍普金斯方法对掩模透射函数的简化假设，实现了全入射角Mask3D效应的精准、高效建模，为先进集成电路全芯片光学邻近校正和逆光刻技术提供了全新解决方案，对推动45nm及以下技术节点芯片制造的精度提升与成本降低具有重要意义。

图3 测试版图中的示例图案及关键尺寸提取位置以及所有关键尺寸提取位置处的关键尺寸误差（a）与归一化图像对数斜率误差（b）分布

论文信息：

S. Guo, H. Chen, C. Mu, K. Su, S. Zhang, H. Jiang, D. H. Wei, and S. Liu, "High-accuracy vectorial Hopkins lithography modeling with full incident-angle Mask3D awareness," Photon. Res. 14. 707-720 (2026).