随着半导体集成电路的发展和“摩尔定律”对芯片关键尺寸的预测和推进,光刻人不得不提出并使用更加精确的模型和引入更好的优化算法,以便探索光学分辨率提高的潜力。然而,在实际生产过程中的各种因素制约着芯片的可制造性,降低了集成电路的成品率和产能效率。解决上述问题的关键便是建立更加精确地模型和进一步提高算法的优化效率。通过查阅参考了大量的国内外文献,本文在部分相干光矢量模型中加入了光学投影在光刻胶中的成像过程,其中包括了电磁波的折射、反射以及驻波的形成,进一步提高了模型与实际情况的吻合程度。此外,我们还应用了基于水平集算法的半隐式更新规则,相比于传统的显式算法,这种方法可以使用更快的速度合成光源和掩膜。本实验不仅提高了成像精度,而且在优化对象相同的条件下,具有更高的运算效率,合成的投影物像效果更好。本文的研究内容主要包括:搭建并对比基于部分相干光照明系统的标量模型和矢量模型,分析成像效果和逆优化效果。然后在矢量模型的基础上搭建分层媒介模型,比较成像的异同,着重分析逆优化对复杂目标像的合成能力。定义并使用可微的工艺参数,提高工艺可制造性。其次,搭建基于模型的逆优化框架和基于规则的逆优化框架,通过对比使用最速梯度下降法和随机梯度下降法,选择性能优异的最优化算法。最后,搭建基于水平集的半隐式优化框架,使用基于分层媒介的矢量模型进行逆优化,与相同情况下使用最速梯度下降法的实验进行对比。本文对浸入式投影光刻系统的模型和逆优化进行实验研究,搭建出基于分层媒介的矢量成像模型,进一步刻画了成像过程,提高了图像精度。并且结合了半隐式迭代方案和加速算子分裂算法,提高了逆优化的效率,具有一定的理论研究价值。