目前,光刻技术仍然是超大规模集成电路制造的主要手段,随着集成电路特征尺寸(CD)的不断缩小,集成电路制造对光刻分辨力的要求也越来越高。缩短曝光波长、增大数值孔径,是最有效的提升光刻分辨力的方法,但由此将对激光器光源、光学系统的设计、光学材料的选择、光学镀膜、光刻工艺和环境条件等提出更高的要求。所以,在现有技术条件下,通过对光刻成像的理论分析,优化相关工艺参数,是提高光刻分辨力的一种有效途径。本文围绕光刻照明系统中照明光瞳形状对成像的影响展开研究。照射到掩模版上的入射光,入射方向不同,对掩模成像的影响也不同。某些方向的入射光能使掩模成像具有优异的性能,而其它方向的入射光则会使成像质量变得恶化。本文研究的目的在于,针对不同的掩模类型,找出最佳的照明光瞳分布,使得成像性能满足实际的需求。本文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)基于Abbe理论的成像模型的建立。通过标量和矢量衍射理论,详细推导了空间成像的标量和矢量计算公式。通过Matlab GUI编写了仿真软件,能快速精确地实现成像计算,能对成像性能进行有效分析。(2)光源优化设计。利用编写的仿真软件,以照明光瞳面上的光强分布及偏振态为变量,进行优化设计。提出了成像精确度和工艺窗口这两个评价函数,由于这两个评价函数的精确求解过程比较复杂,计算效率很低,本文提出了一种通过空间像的特征来表征成像精确度和工艺窗口的方法。由于缺乏实验条件,本文将优化得到的照明模式代入商业软件Prolith中进行成像性能的分析,仿真结果表明,优化得到的光源形状对工艺窗口有很大的改进作用。(3)物镜像差分析。从理论上分析了物镜像差对成像性能的影响方式,并通过仿真实验进行了验证。计算了不同线条对应的像差敏感度矩阵,分析了各像差项对不同线条主要成像性能的影响程度。通过理论分析,推导了不同离轴照明下各Zernike像差项的表达形式,仿真对比了采用不同的离轴照明点时Zernike多项式各项对成像性能的影响,找出了使各项像差对成像性能影响最小的照明光瞳分布。(4)光源敏感度分析。针对掩模版上的不同结构类型,选取若干参考位置,计算某种照明模式下,照明光瞳面上不同位置的点的强度变化对掩模版上各参考位置的成像性能的影响程度,即光源敏感度矩阵。光源敏感度矩阵可以反映照明光瞳面上哪些区域对掩模版上不同位置的成像性能具有改善作用,也可以用来验证某种照明模式对掩模版上各种图形成像性能的兼容性。(5)光源误差分析。详细介绍了实际光刻系统中可能存在的光源误差类型,并通过理论和仿真实验,分析了各种误差类型对光刻性能造成的影响。根据具体的影响程度,可以提出各误差类型的误差容限,对光刻系统的设计提供一定的指导意见。此外,还通过理论分析了能使各种误差造成的光刻性能偏差最小化的照明光瞳分布,对降低误差对成像性能的影响具有明显的效果。