2026年4月30日，光学领域国际知名期刊《Optics Express》刊发精密仪器研究中心团队在极紫外光刻建模领域最新成果，题为“EUV mask modeling based on a wide-angle full-vector beam propagation method（基于宽角度全矢量光束传播法的EUV掩模模型）”。博士生钟志龙为论文第一作者，刘世元教授、刘佳敏讲师为通讯作者。

极紫外（EUV）光刻作为先进集成电路制造的核心技术，其成像模型是光刻工艺数字孪生仿真的关键。然而，作为EUV光刻成像仿真的核心，EUV掩模模型始终面临计算精度、效率、内存占用与仿真规模难以兼顾的挑战。传统严格耦合波分析（RCWA）、时域有限差分（FDTD）等方法，在处理非周期特征、复杂三维结构时效率低下，无法满足大规模EUV掩模仿真需求。因此，开发高精度、高效率的EUV掩模建模方法至关重要。

针对上述问题，研究团队创新性地将宽角度全矢量光束传播法（WA-FVBPM）应用到EUV掩模建模流程。该方法基于Padé近似，从理论上突破传统光束传播法依赖傍轴近似的约束，能够准确模拟EUV照明系统在斜入射条件下的电场传播。同时，配合交替方向隐式（ADI）差分加速策略，该方法在实现精准电场传播计算的同时，显著降低了计算复杂度与内存消耗。仿真结果表明，在保证精度的前提下，相比于FDTD，WA-FVBPM的计算效率提升约200倍、内存占用降至约1/100，为大规模EUV掩模仿真提供了全新可行路径。

图1 (a)EUV掩模典型结构示意图；(b)基于WA-FVBPM的EUV掩模模型计算流程。

研究团队提出的EUV掩模模型在忽略吸收体表面弱反射的前提下，采用WA-FVBPM计算吸收体散射，同时采用传输矩阵法（TMM）计算多层膜反射。吸收体与多层膜之间的耦合关系，则通过快速傅里叶变换及其逆变换（FFT/IFFT）数值实现。

图2 三种典型图案的空间像仿真结果对比：(a)-(c)使用WA-FVBPM计算的空间像；(d)-(f)使用FDTD计算的空间像；(g)-(h)两种方法的空间像差异。

对三种典型掩模（逻辑、阵列和曲线图案）的仿真计算结果表明，WA-FVBPM与FDTD计算的最大空间像差异仅为−0.0638、0.0496和0.0300，两者结果高度吻合。进一步采用光刻胶固定阈值模型，分别提取图2所示截面位置处WA-FVBPM与FDTD计算的的图案关键尺寸（CD）进行对比评估，CD绝对误差最大值为0.3nm。对于标准阵列图案（CD为24.4 nm），CD相对误差低于0.8%。

此外，本方法与部分相干成像框架完美兼容。研究团队选用部分相干因子为0.4/0.8的环形照明光源进行验证。结果显示，使用WA-FVBPM与FDTD计算的空间像基本吻合，证明该方法成功实现从单点光源到部分相干光源照明的扩展，具备在实际光刻成像条件下应用的能力。

图3 (a) 离散化为12个点光源的环形照明光源示意图；环形照明条件下，分别使用(b) WA‑FVBPM和(c) FDTD计算的空间像；(d) 两者空间像差异

论文信息：

Z. Zhong, J. Liu, P. He, H. Gu, H. Jiang, J. Zhu, Q. Xia, S. Zhang, and S. Liu, "EUV mask modeling based on a wide-angle full-vector beam propagation method," Opt. Express 34, 17074-17091 (2026).