2026年8月10日，光学领域国际知名期刊《Optics & Laser Technology》刊发了精密仪器研究中心团队在极紫外光刻掩模优化领域的最新成果，题为“Fast EUV mask optimization via error-guided stochastic search（基于误差引导随机搜索策略的快速EUV掩模优化）”。博士生钟志龙为论文第一作者，刘世元教授、刘佳敏讲师为共同通讯作者。

随着集成电路制造向7 nm及更先进节点推进，极紫外（EUV）光刻中的衍射效应、掩模三维效应和光学邻近效应愈发显著，由此引发的线宽收缩、角部圆化和图形变形等问题，会严重降低掩模图形向晶圆转移的保真度。为补偿上述成像误差，掩模优化已成为EUV计算光刻中的关键环节。在采用高保真物理正向模型时，现有掩模优化方法主要可分为梯度式方法和基于随机搜索的启发式方法。梯度式方法通过计算目标函数对掩模参数的梯度来指导图形更新，在梯度信息可靠时能够实现较快收敛。但对于离散二值掩模，梯度式方法往往需要进行连续化处理，且对正向模型的可微性和数值计算精度有较高的要求。相比之下，遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）等启发式方法无需显式计算梯度，同时具备较强的全局搜索能力。但在高保真EUV成像模型下，大量候选掩模的重复正向计算会带来显著计算开销，严重制约了启发式方法的优化效率。

针对这一效率瓶颈，研究团队提出了一种基于误差引导随机搜索策略的快速无梯度EUV掩模优化框架。该方法将目标图案与当前仿真得到的光刻胶响应之间的差异定义为光刻胶响应误差，并将其空间分布作为搜索过程中的引导信息，用于确定局部变异方向并动态调整变异概率，使随机搜索更集中于图案转移误差较大的区域，从而减少无效搜索并加快优化收敛。针对周期接触孔阵列和不规则逻辑图案的数值仿真结果表明，该方法分别将优化成本（Cost）降低了88.1%和86.9%；同时，与传统GA和PSO相比，该方法在保持较高图案保真度的前提下，将优化运行时间缩短了一个数量级以上。上述结果充分验证了该方法在高保真正向模型下进行高效EUV掩模优化的潜力。

研究团队提出的EUV掩模优化框架如图1所示。在完成目标图案、初始掩模以及正向模型和优化参数的设置后，算法首先进行正向仿真，获得当前掩模对应的光刻胶响应和相应的Cost值，随后进入核心的误差引导随机优化流程。在每次迭代中，算法根据当前成像误差生成候选掩模，并通过正向仿真评价其成像效果，再按照模拟退火接受准则决定是否更新当前掩模。被接受的候选掩模将作为新的优化对象进入下一轮迭代，而未被接受时则继续保留当前掩模，直至满足设定的终止条件。

图1 EUV掩模优化总体框架

误差引导候选掩模的生成机制如图2所示。研究团队首先根据目标图案与当前仿真光刻胶响应之间的差异构建原始误差图，并通过高斯滤波获得平滑引导图和误差权重图。其中，引导图用于确定局部掩模像素的优先变异方向，误差权重图则根据不同位置的图案失配程度调节其变异概率。二者共同作用，使随机搜索更加集中于成像误差较大的区域，从而提高候选掩模的有效性并加快优化收敛。

图2 误差引导候选掩模生成机制

图3 周期阵列图案优化结果：（a）初始掩模，（b）初始光刻胶轮廓，（c）初始图案误差图，（d）优化掩模，（e）优化后的光刻胶轮廓，（f）优化后的图案误差图

图3提供了周期阵列图案的优化结果。受EUV衍射效应和掩模三维效应影响，未经校正的初始掩模在晶圆上形成的光刻胶轮廓呈现出明显的角部圆化和近似椭圆形变，与目标矩形接触孔存在较大偏差。采用误差引导随机搜索策略优化后，获得的光刻胶轮廓与目标图案高度贴合，图案失配区域显著减少。Cost值由3.27降至0.39，降幅达到88.1%；图案误差也由2546降至285。以上结果表明该方法能够有效补偿EUV成像过程中的图案变形。

当优化对象进一步扩展到几何结构更加复杂的不规则逻辑图案时，该策略仍表现出良好的适用性，相应结果如图4所示。初始掩模对应的光刻胶图案存在明显的线宽收缩、角部圆化和线端变形等典型成像退化现象，部分区域的图形甚至难以完整覆盖目标图案。经过误差引导随机搜索优化后，整体拓扑结构和关键图形连接得到有效恢复，图案变形和局部失配明显减少。Cost值由2.97降至0.39，降幅达到86.9%；图案误差由3733降至446。逻辑图案的优化结果进一步验证了该方法对复杂EUV掩模图案的优化能力。

图4 逻辑图案优化结果：（a）初始掩模，（b）初始光刻胶轮廓，（c）初始图案误差图，（d）优化掩模，（e）优化后的光刻胶轮廓，（f）优化后的图案误差图

论文信息：

Z. Zhong, J. Liu, P. He, H. Gu, H. Jiang, Q. Xia, and S. Liu, "Fast EUV mask optimization via error-guided stochastic search," Opt. Laser Technol. 204, 116154 (2026).