JP2013156030A - Scattered wave calculation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate an electromagnetic field formed by scattered waves from a dielectric having a variety of structures highly accurately with a smaller amount of data processing.SOLUTION: A scattered wave calculation system has a structure specification part and an electromagnetic field calculation part. The structure specification part represents an area of a dielectric to be a calculation object of an electromagnetic field formed by scattered waves occurring when electromagnetic waves are made incident as an area composed by a reference area and a plurality of finite areas which comprise a part or a space of the dielectric respectively and do not intersect one another. The electromagnetic field calculation part successively adds the plurality of finite areas to the reference area in batches and obtains an electromagnetic field formed by scattered waves when the electromagnetic wave is made incident to the dielectric by calculation in which an electromagnetic field generated by each of the finite areas added are successively added to the electromagnetic field formed by the reference area.

Description

本発明は、散乱波計算システム、散乱波計算方法及び散乱波計算プログラムに関する。   The present invention relates to a scattered wave calculation system, a scattered wave calculation method, and a scattered wave calculation program.

従来、誘電体に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波の電磁界を計算する手法として様々な方法が提案されている。例えば、誘電体の構造が入射させる電磁波の波長に対して十分に大きい場合には、入射波に誘電体の形状に応じた位相分布を付加することによって散乱波の電磁界を近似的に求めることができる。この方法は、スカラー波近似と呼ばれている。   Conventionally, various methods have been proposed as a method for calculating an electromagnetic field of a scattered wave generated when an electromagnetic wave is incident on a dielectric. For example, when the dielectric structure is sufficiently large with respect to the wavelength of the incident electromagnetic wave, the electromagnetic field of the scattered wave is approximately obtained by adding a phase distribution according to the shape of the dielectric to the incident wave. Can do. This method is called scalar wave approximation.

一方、入射させる電磁波の波長程度又は電磁波の波長以下の微細な構造を有する誘電体により生じる散乱波の電磁界を計算する場合には、誘電体の境界における電磁界の境界条件を正しく考慮することが可能なベクトル電磁界シミュレーション法を用いることが有効である。ベクトル電磁界シミュレーション法は、電磁界をベクトルとして取り扱う計算法である。   On the other hand, when calculating the electromagnetic field of scattered waves generated by a dielectric having a fine structure that is about the wavelength of the incident electromagnetic wave or less than the wavelength of the electromagnetic wave, correctly consider the boundary condition of the electromagnetic field at the boundary of the dielectric It is effective to use a vector electromagnetic simulation method capable of The vector electromagnetic field simulation method is a calculation method that handles an electromagnetic field as a vector.

ベクトル電磁界シミュレーション法は、時間領域有限差分法(FDTD法: Finite-difference time-domain method)、有限要素法、境界要素法、体積積分法及び差分界境界要素法等の様々な手法に分類される。   Vector electromagnetic field simulation methods are classified into various methods such as time-domain finite difference method (FDTD method), finite element method, boundary element method, volume integration method, and differential field boundary element method. The

FDTD法は、電磁界の計算対象となる領域の内部をグリッドで分割し、グリッドの各格子点における電磁界の時間的な発展を追跡していく手法である。FDTD法では、データ処理時間が長くなる傾向があることから、データ処理時間の短縮のために並列処理を行う等の対策がとられる。   The FDTD method is a method of dividing the inside of a region to be subjected to calculation of an electromagnetic field with a grid and tracking the temporal development of the electromagnetic field at each grid point of the grid. Since the FDTD method tends to increase the data processing time, measures such as parallel processing are taken to reduce the data processing time.

有限要素法は、散乱波によって形成される電磁界を求めるために変分法を用いる手法である。有限要素法においても電磁界の計算対象となる領域が複数の解析領域に分割される。そこで、精度を保持しつつデータ処理量を低減させるために、適切な有限要素の作成手法が提案されている。   The finite element method is a method that uses a variational method to obtain an electromagnetic field formed by scattered waves. Even in the finite element method, an area to be subjected to electromagnetic field calculation is divided into a plurality of analysis areas. Therefore, in order to reduce the amount of data processing while maintaining accuracy, an appropriate finite element creation method has been proposed.

境界要素法は、電磁界の計算対象となる解析領域の内部ではなく解析領域の境界又は屈折率の境界のみを離散化して電磁界を求める手法である。境界要素法では、電磁界の解析に、グリーン関数と積分法による微分方程式の解法が用いられる。境界要素法は、解析領域の内部を離散化する手法に比べて次元が1次元少ないためデータ処理量が少ない。従って、境界要素法は、電磁波が無限遠から誘電体に入射する場合など境界の分布が疎で境界の長さが有限の場合に有用な手法である。   The boundary element method is a technique for obtaining an electromagnetic field by discretizing only the boundary of the analysis region or the boundary of the refractive index, not the inside of the analysis region that is the calculation target of the electromagnetic field. The boundary element method uses a Green's function and an integral method to solve differential equations for electromagnetic field analysis. Since the boundary element method has one dimension less than the method of discretizing the inside of the analysis region, the data processing amount is small. Therefore, the boundary element method is useful when the boundary distribution is sparse and the boundary length is finite, such as when electromagnetic waves are incident on the dielectric from infinity.

体積積分法は、周期的な構造を有する誘電体において生じる散乱電磁界を高速に計算する手法である。   The volume integration method is a method for calculating a scattered electromagnetic field generated in a dielectric having a periodic structure at high speed.

差分界境界要素法は、従来の境界要素法を発展させた手法である(例えば非特許文献1参照)。差分界境界要素法は、電磁界が既知の単純な構造に僅かな変化が加わった場合に構造の変化に起因して変化する電磁界分布の差分を求めることにより、構造の変化後における電磁界を間接的に求める手法である。差分界境界要素法では、離散化の対象が構造を変化させる部分の周辺における境界のみとなる。このため、差分界境界要素法では、解析領域の数を減少させることが可能である。差分界境界要素法は、局所的に構造が異なる大規模な誘電体の散乱電磁界の計算に適している。   The difference field boundary element method is a method developed from the conventional boundary element method (see, for example, Non-Patent Document 1). The difference field boundary element method calculates the electromagnetic field after the change of the structure by obtaining the difference of the electromagnetic field distribution that changes due to the change of the structure when a slight change is added to the simple structure with the known electromagnetic field. This is a technique for indirectly obtaining. In the difference field boundary element method, the target of discretization is only the boundary around the part where the structure is changed. For this reason, in the differential field boundary element method, the number of analysis regions can be reduced. The differential field boundary element method is suitable for the calculation of the scattered electromagnetic field of a large-scale dielectric having locally different structures.

これらの電磁界シミュレーション技術は、代表的にはフォトリソグラフィや回折光学素子のシミュレーションに利用されている。フォトリソグラフィのシミュレーションでは、レチクルの設計や検査のためにレチクルの表面における微細なパターンからの散乱電磁界が計算される。そして、レチクルからの散乱電磁界を結像させた光強度のパターンが取得される。   These electromagnetic field simulation techniques are typically used for photolithography and diffractive optical element simulation. In the photolithography simulation, a scattered electromagnetic field from a fine pattern on the surface of the reticle is calculated for the design and inspection of the reticle. Then, a light intensity pattern obtained by imaging the scattered electromagnetic field from the reticle is acquired.

また、回折光学素子の一つである回折格子は、分光器等に使用されており、高精度な分光特性が要求される。そのため、正確なシミュレーションを行って回折格子の設計や解析を行う必要がある。回折格子の散乱波の計算には、構造の空間的な周期性を利用した厳密結合波解析法が広く使用されている。厳密結合波解析法は、解析領域に周期境界条件を適用し、ブロッホの定理を用いる手法である。この厳密結合波解析法によれば、回折格子の1周期分の構造を考慮するだけで正確に偏光特性を計算することができる。   A diffraction grating, which is one of diffractive optical elements, is used in a spectroscope or the like, and requires high-precision spectral characteristics. Therefore, it is necessary to design and analyze the diffraction grating by performing an accurate simulation. In the calculation of the scattered wave of the diffraction grating, a rigorous coupled wave analysis method using the spatial periodicity of the structure is widely used. The exact coupled wave analysis method is a technique that uses Bloch's theorem by applying periodic boundary conditions to the analysis region. According to this rigorous coupled wave analysis method, it is possible to accurately calculate the polarization characteristics only by considering the structure of one period of the diffraction grating.

杉坂 純一郎、谷田貝 豊彦、第72回応用物理学会学術講演会予稿集、p03−002、1p−ZG−3、(2011年)Junichiro Sugisaka, Toyohiko Yatagai, Proceedings of the 72nd JSAP Scientific Meeting, p03-002, 1p-ZG-3, (2011)

しかしながら従来の散乱電磁界の計算方法では、データ処理量が膨大となり、データ処理時間が長くなる場合がある。特に、レチクルや回折格子等のように開領域中に存在し、かつ微細構造を有する巨大な誘電体からの散乱電磁界を計算する場合には、データ処理量の増加が顕著である。このため、計算条件によっては計算資源がオーバーフローしたり、事実上計算が不可能となる。或いは、大規模な計算資源が必要となる。   However, in the conventional scattered electromagnetic field calculation method, the amount of data processing becomes enormous and the data processing time may be long. In particular, when a scattered electromagnetic field is calculated from a huge dielectric that exists in an open region such as a reticle or a diffraction grating and has a fine structure, an increase in data processing amount is significant. For this reason, depending on the calculation conditions, the calculation resource overflows or the calculation is virtually impossible. Or a large-scale computational resource is required.

また、従来の散乱電磁界の各種計算方法の中には、特別な条件が必須となるものがある。例えば、有限要素法は、FDTD法のような吸収境界が適用できないために解析領域を区分することができない。また、有限要素法では、開領域からの散乱電磁界を計算することができない。このような事情から、有限要素法では、巨大な誘電体からの散乱電磁界の計算が困難である。   In addition, some conventional methods for calculating scattered electromagnetic fields require special conditions. For example, in the finite element method, the analysis region cannot be divided because an absorption boundary such as the FDTD method cannot be applied. Further, in the finite element method, the scattered electromagnetic field from the open region cannot be calculated. For these reasons, it is difficult to calculate the scattered electromagnetic field from a huge dielectric by the finite element method.

更に、体積積分法では、誘電体の構造が周期的であることが要求される。従って、周期性を持たない不規則な誘電体からの散乱電磁界の計算を行うことができない。   Furthermore, the volume integration method requires that the dielectric structure be periodic. Therefore, it is impossible to calculate the scattered electromagnetic field from an irregular dielectric material having no periodicity.

このように、従来知られているいずれの手法を用いても散乱電磁界の計算が困難となる場合がある。   As described above, the calculation of the scattered electromagnetic field may be difficult even if any conventionally known method is used.

そこで、本発明は、多種多様な構造を有する誘電体からの散乱波によって形成される電磁界を、より少ないデータ処理量で高精度に計算することが可能な散乱波計算システム、散乱波計算方法及び散乱波計算プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a scattered wave calculation system and a scattered wave calculation method capable of calculating an electromagnetic field formed by scattered waves from dielectrics having various structures with high accuracy with a smaller amount of data processing. An object of the present invention is to provide a scattered wave calculation program.

本発明の実施形態に係る散乱波計算システムは、構造特定部及び電磁界計算部を有する。構造特定部は、電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と、それぞれ空間又は前記誘電体の一部で構成され、かつ互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す。電磁界計算部は、前記基準領域に前記複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を前記基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求める。
また、本発明の実施形態に係る散乱波計算方法は、電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と、それぞれ空間又は前記誘電体の一部で構成され、かつ互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表すステップと、前記基準領域に前記複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を前記基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る散乱波計算プログラムは、コンピュータを、上述した構造特定部及び電磁界計算部として機能させる。
The scattered wave calculation system according to the embodiment of the present invention includes a structure specifying unit and an electromagnetic field calculation unit. The structure specifying part is composed of a reference region and a region of the dielectric, which is an object of calculation of an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident, and a space or a part of the dielectric, respectively, and A plurality of finite regions that do not intersect with each other are represented as a combined region. The electromagnetic field calculation unit sequentially adds the plurality of finite regions to the reference region in a plurality of times, and sequentially adds the electromagnetic field generated by each added finite region to the electromagnetic field formed by the reference region. An electromagnetic field formed by a scattered wave generated when the electromagnetic wave is incident on the dielectric is calculated.
Further, the scattered wave calculation method according to the embodiment of the present invention includes a dielectric region that is an object of calculation of an electromagnetic field formed by scattered waves generated when an electromagnetic wave is incident, a reference region, The step of representing as a region composed of a plurality of finite regions composed of a part of a dielectric material and not intersecting with each other, and sequentially adding the plurality of finite regions to the reference region in a plurality of times. Obtaining an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when the electromagnetic wave is incident on the dielectric by calculation of sequentially adding the electromagnetic field respectively generated by the finite region to the electromagnetic field formed by the reference region. .
The scattered wave calculation program according to the embodiment of the present invention causes a computer to function as the above-described structure specifying unit and electromagnetic field calculation unit.

本発明の実施形態に係る散乱波計算システム、散乱波計算方法及び散乱波計算プログラムによれば、多種多様な構造を有する誘電体からの散乱波によって形成される電磁界を、より少ないデータ処理量で高精度に計算することができる。   According to the scattered wave calculation system, the scattered wave calculation method, and the scattered wave calculation program according to the embodiment of the present invention, the electromagnetic field formed by the scattered wave from the dielectric having various structures can be reduced in the data processing amount. Can be calculated with high accuracy.

本発明の第1の実施形態に係る散乱波計算システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the scattered wave calculation system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す散乱波計算システムにおける散乱電磁界の計算手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation procedure of the scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system shown in FIG. 図1に示す散乱波計算システムにおいて散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表した例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example which represented the area | region of the dielectric material used as the calculation object of a scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system shown in FIG. 1 as an area | region which synthesize | combined several finite area | regions which do not mutually cross | intersect. 図1に示す電磁界計算部における散乱電磁界の計算方法を説明する図。The figure explaining the calculation method of the scattered electromagnetic field in the electromagnetic field calculation part shown in FIG. 図1に示す散乱波計算システムによるシミュレーション結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the simulation result by the scattered wave calculation system shown in FIG. 図1に示す散乱波計算システムと散乱電磁界の計算精度と従来のFDTD法による散乱電磁界の計算精度とを比較した図。The figure which compared the calculation accuracy of the scattered wave calculation system shown in FIG. 1, the calculation accuracy of a scattered electromagnetic field, and the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field by the conventional FDTD method. 第2の実施形態における散乱波計算システムにおいて散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と互いに交差しない複数の有限空間とを合成した領域として表した例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example which represented the area | region of the dielectric material used as the calculation object of a scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system in 2nd Embodiment as an area | region which synthesize | combined several finite space which does not mutually cross | intersect. 第2の実施形態における電磁界計算部による散乱電磁界の計算方法を説明する図。The figure explaining the calculation method of the scattered electromagnetic field by the electromagnetic field calculation part in 2nd Embodiment. 図8に示すような誘電体の領域分割法に適した構造例を示す図。The figure which shows the structural example suitable for the area | region division | segmentation method of a dielectric material as shown in FIG. 第3の実施形態における散乱波計算システムにおいて散乱電磁界の計算対象となるレチクルの構造例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the reticle used as the calculation object of a scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における電磁界計算部による散乱電磁界の計算方法を説明する図。The figure explaining the calculation method of the scattered electromagnetic field by the electromagnetic field calculation part in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における散乱波計算システムによる回折格子からの散乱電磁界の計算方法を説明する図。The figure explaining the calculation method of the scattered electromagnetic field from the diffraction grating by the scattered wave calculation system in 4th Embodiment. 本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムにより単一の誘電率を有する第1の誘電体に異なる誘電率を有する第2の誘電体が部分的に埋め込まれた場合における散乱電磁界の計算方法を説明する断面図。Calculation of scattered electromagnetic field when second dielectric material having different dielectric constant is partially embedded in first dielectric material having single dielectric constant by scattered wave calculation system according to one embodiment of the present invention. Sectional drawing explaining a method. 本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムにより単一の誘電率を有する第1の誘電体に異なる誘電率を有する第2の誘電体が完全に埋め込まれた場合における散乱電磁界の計算方法を説明する断面図。A method for calculating a scattered electromagnetic field when a second dielectric having a different dielectric constant is completely embedded in a first dielectric having a single dielectric constant by a scattered wave calculation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムによる3D誘電体からの散乱電磁界の計算方法の一例を説明する斜視図。The perspective view explaining an example of the calculation method of the scattered electromagnetic field from 3D dielectric material by the scattered wave calculation system which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明の実施形態に係る散乱波計算システム、散乱波計算方法及び散乱波計算プログラムについて添付図面を参照して説明する。   A scattered wave calculation system, a scattered wave calculation method, and a scattered wave calculation program according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
(構成および機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係る散乱波計算システムの機能ブロック図である。
(First embodiment)
(Configuration and function)
FIG. 1 is a functional block diagram of a scattered wave calculation system according to the first embodiment of the present invention.

散乱波計算システム1は、誘電体に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を計算するシステムである。従って、散乱波計算システム1は、散乱電磁界のシミュレーションシステムということもできる。より具体的には、図1に示す散乱波計算システム1では、不規則な凹凸加工が施された無限に大きな平板状の誘電体の表面に平面波が入射した場合に生じる散乱電磁界を計算することができる。   The scattered wave calculation system 1 is a system for calculating an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when an electromagnetic wave is incident on a dielectric. Therefore, the scattered wave calculation system 1 can also be called a scattered electromagnetic field simulation system. More specifically, the scattered wave calculation system 1 shown in FIG. 1 calculates the scattered electromagnetic field generated when a plane wave is incident on the surface of an infinitely large plate-like dielectric material that has been irregularly processed. be able to.

散乱波計算システム1は、入力装置2、表示装置3、記憶装置4及び演算装置5を備えたコンピュータ6に散乱波計算プログラムを読み込ませて構築することができる。散乱波計算プログラムは、汎用コンピュータを散乱波計算システム1として利用できるように情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることができる。もちろん、情報記録媒体を介さずにネットワーク経由で散乱波計算プログラムをコンピュータ6にダウンロードすることもできる。但し、散乱波計算システム1を構成するために適宜回路を用いてもよい。   The scattered wave calculation system 1 can be constructed by reading a scattered wave calculation program into a computer 6 having an input device 2, a display device 3, a storage device 4, and an arithmetic device 5. The scattered wave calculation program can be recorded on an information recording medium and distributed as a program product so that a general-purpose computer can be used as the scattered wave calculation system 1. Of course, the scattered wave calculation program can also be downloaded to the computer 6 via a network without going through an information recording medium. However, a suitable circuit may be used to configure the scattered wave calculation system 1.

コンピュータ6の演算装置5は、散乱波計算プログラムによって誘電体構造定義部7、誘電体構造取得部8、構造特定部9及び電磁界計算部10として機能する。また、記憶装置4は、基準電磁界保存部11及び対象電磁界保存部12として機能する。換言すれば、散乱波計算システム1は、誘電体構造定義部7、誘電体構造取得部8、構造特定部9、電磁界計算部10、基準電磁界保存部11及び対象電磁界保存部12を有する。   The computing device 5 of the computer 6 functions as a dielectric structure definition unit 7, a dielectric structure acquisition unit 8, a structure identification unit 9, and an electromagnetic field calculation unit 10 by a scattered wave calculation program. The storage device 4 functions as the reference electromagnetic field storage unit 11 and the target electromagnetic field storage unit 12. In other words, the scattered wave calculation system 1 includes the dielectric structure definition unit 7, the dielectric structure acquisition unit 8, the structure identification unit 9, the electromagnetic field calculation unit 10, the reference electromagnetic field storage unit 11, and the target electromagnetic field storage unit 12. Have.

また、散乱波計算システム1は、ネットワークを介して他のコンピュータ13や記録メディア駆動装置14等の所望の機器と接続することができる。もちろん記録メディア駆動装置14を散乱波計算システム1の構成要素としてもよい。   In addition, the scattered wave calculation system 1 can be connected to a desired device such as another computer 13 or a recording medium driving device 14 via a network. Of course, the recording medium driving device 14 may be a component of the scattered wave calculation system 1.

誘電体構造定義部7は、入力装置2から入力された情報に従って散乱電磁界の計算対象となる誘電体の構造を定義する機能を有する。誘電体構造定義部7では、有限又は半無限の誘電体を定義することができる。このため、例えば、不規則な凹凸加工が施された巨大な平板状の構造を誘電体の構造として定義することができる。   The dielectric structure defining unit 7 has a function of defining a structure of a dielectric that is a calculation target of the scattered electromagnetic field according to information input from the input device 2. The dielectric structure defining unit 7 can define a finite or semi-infinite dielectric. For this reason, for example, a huge plate-like structure subjected to irregular unevenness processing can be defined as a dielectric structure.

誘電体構造取得部8は、予め定義された誘電体の構造を散乱電磁界の計算対象としてネットワークを介して他のコンピュータ13から、或いは記録メディア駆動装置14から取得するする機能を有する。従って、散乱電磁界の計算対象となる誘電体の構造を誘電体構造定義部7において定義する代わりに散乱波計算システム1の外部から入力することもできる。   The dielectric structure acquisition unit 8 has a function of acquiring a predefined dielectric structure as a calculation target of the scattered electromagnetic field from another computer 13 or the recording medium driving device 14 via the network. Therefore, instead of defining the dielectric structure that is the object of calculation of the scattered electromagnetic field in the dielectric structure definition unit 7, it is also possible to input from the outside of the scattered wave calculation system 1.

構造特定部9は、誘電体構造定義部7又は誘電体構造取得部8において取得された電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す機能を有する。基準領域は、有限又は半無限の領域とすることができる。   The structure specifying unit 9 synthesizes a dielectric region that is an electromagnetic field calculation target acquired by the dielectric structure definition unit 7 or the dielectric structure acquisition unit 8 and a plurality of finite regions that do not intersect with each other. It has the function of representing as a region. The reference area can be a finite or semi-infinite area.

電磁界計算部10は、構造特定部9によって特定された基準領域に複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって対象となる誘電体の散乱電磁界を解析的に求める機能を有する。すなわち、電磁界計算部10は、基準領域に複数の有限領域を複数回に分けて順次追加しながら差分界境界要素法による計算を繰返す機能を有する。   The electromagnetic field calculation unit 10 sequentially adds a plurality of finite regions in a plurality of times to the reference region specified by the structure specifying unit 9, and an electromagnetic field generated by each of the added finite regions is formed by the reference region. It has a function of analytically obtaining the scattered electromagnetic field of the target dielectric by calculation that is sequentially added to the electromagnetic field. That is, the electromagnetic field calculation unit 10 has a function of repeating the calculation by the difference field boundary element method while sequentially adding a plurality of finite regions to the reference region in a plurality of times.

差分界境界要素法は、解析領域が変化した場合に生じる電磁界の差分を求め、変化前における解析領域によって形成される電磁界に加算することによって、変化後の解析領域により形成される電磁界を算出する手法である。   The difference field boundary element method calculates the electromagnetic field difference that occurs when the analysis region changes and adds it to the electromagnetic field formed by the analysis region before the change, thereby forming the electromagnetic field formed by the analysis region after the change. This is a method for calculating.

より具体的には、電磁界計算部10は、最初に基準領域を初期計算領域として単一又は複数の有限領域を追加し、領域の変化による電磁界分布の差分を差分界境界要素法により差分電磁界として計算する。そして、基準領域により形成される電磁界に差分電磁界を加算することによって、基準領域に単一又は複数の有限領域が追加された領域によって形成される電磁界を計算することができる。   More specifically, the electromagnetic field calculation unit 10 first adds a single or a plurality of finite regions using the reference region as the initial calculation region, and calculates the difference in the electromagnetic field distribution due to the region change by the difference field boundary element method. Calculate as an electromagnetic field. Then, by adding the differential electromagnetic field to the electromagnetic field formed by the reference region, it is possible to calculate the electromagnetic field formed by the region in which a single or a plurality of finite regions are added to the reference region.

次に、基準領域に単一又は複数の有限領域が追加された領域を初期領域として、別の単一又は複数の有限領域を追加する。そして、差分界境界要素法により同様に差分電磁界を計算し、別の単一又は複数の有限領域の追加によって生じる差分電磁界を既に計算した電磁界に加算する。これにより、基準領域に更に有限領域を追加した領域によって形成される電磁界を計算することができる。同様に、有限領域の追加、差分電磁界の計算及び差分電磁界の加算を有限領域の追加回数だけ繰返すことによって、目的とする分解前の誘電体によって形成される散乱電磁界を解析的に求めることができる。   Next, another single or a plurality of finite regions are added with the region where the single or a plurality of finite regions are added to the reference region as an initial region. Then, the differential electromagnetic field is similarly calculated by the differential field boundary element method, and the differential electromagnetic field generated by the addition of another single or plural finite regions is added to the already calculated electromagnetic field. Thereby, an electromagnetic field formed by a region obtained by adding a finite region to the reference region can be calculated. Similarly, by repeating the addition of the finite region, the calculation of the differential electromagnetic field, and the addition of the differential electromagnetic field as many times as the addition of the finite region, the scattered electromagnetic field formed by the target dielectric material before decomposition is obtained analytically. be able to.

つまり、電磁界計算部10は、基準領域に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される基準電磁界に、基準領域に複数の有限領域の少なくとも1つを順次合成して得られる互いに異なる複数の領域にそれぞれ電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の各変位量を順次加算することによって誘電体に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される。   That is, the electromagnetic field calculation unit 10 obtains a reference electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident on the reference region, and sequentially obtains at least one of a plurality of finite regions from the reference region. Electromagnetic waves formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident on a dielectric by sequentially adding the displacements of electromagnetic fields formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident on different areas, respectively. Configured to seek the world.

尚、複数の有限領域を1つずつ順次基準領域に追加することにより、データ処理の簡易化を図ることができる。そこで、以降では、単一の有限領域を1つずつ順次基準領域に追加する例について説明する。但し、複数の有限領域を基準領域に順次追加する場合においても、計算式を適応させれば同様な方法によって誘電体からの散乱電磁界を解析的に求めることができる。   Note that data processing can be simplified by sequentially adding a plurality of finite areas one by one to the reference area. Therefore, hereinafter, an example in which a single finite area is sequentially added to the reference area will be described. However, even when a plurality of finite regions are sequentially added to the reference region, the scattered electromagnetic field from the dielectric can be analytically determined by a similar method if the calculation formula is adapted.

基準電磁界保存部11には、基準領域の形状及び誘電体の誘電率等のシミュレーションの条件に応じた基準領域による散乱電磁界が保存される。従って、所望の領域として定義された基準領域によって形成される散乱電磁界を一旦計算すれば、基準電磁界保存部11に記憶させることによって再利用することができる。   The reference electromagnetic field storage unit 11 stores a scattered electromagnetic field based on the reference region according to the simulation conditions such as the shape of the reference region and the dielectric constant of the dielectric. Therefore, once the scattered electromagnetic field formed by the reference region defined as the desired region is calculated, it can be reused by being stored in the reference electromagnetic field storage unit 11.

対象電磁界保存部12は、電磁界計算部10によって計算結果として取得された散乱波の電磁界を保存する機能を有する。保存された散乱波の電磁界は、ネットワークや記録メディアを介して外部出力することができる。   The target electromagnetic field storage unit 12 has a function of storing the electromagnetic field of the scattered wave acquired as a calculation result by the electromagnetic field calculation unit 10. The stored scattered electromagnetic field can be output externally via a network or a recording medium.

(動作および作用)
次に散乱波計算システム1の動作および作用について説明する。
(Operation and action)
Next, the operation and action of the scattered wave calculation system 1 will be described.

図2は、図1に示す散乱波計算システム1における散乱電磁界の計算手順を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing a calculation procedure of the scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system 1 shown in FIG.

まずステップS1において散乱電磁界の計算対象となる誘電体の構造が誘電体構造定義部7により定義される。尚、誘電体構造定義部7において誘電体の構造を定義せずに、予め定義した誘電体の構造をネットワーク又は記録メディアを介して誘電体構造取得部8に入力するようにしてもよい。   First, in step S1, the dielectric structure defining unit 7 defines the structure of the dielectric that is the subject of the calculation of the scattered electromagnetic field. The dielectric structure defining unit 7 may input the predefined dielectric structure to the dielectric structure obtaining unit 8 via a network or a recording medium without defining the dielectric structure.

次にステップS2において構造特定部9は、構造が定義された誘電体の領域を、基準領域と、互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す。ここでは、計算対象となる誘電体の構造が平面境界のみを有する単純な半無限の基準領域と、互いに交差しない複数の有限な閉領域とに分離して表される場合を例に説明する。   Next, in step S2, the structure specifying unit 9 represents the dielectric region in which the structure is defined as a region obtained by combining the reference region and a plurality of finite regions that do not intersect each other. Here, a case will be described as an example where the structure of the dielectric to be calculated is represented separately as a simple semi-infinite reference region having only a plane boundary and a plurality of finite closed regions that do not intersect each other.

図3は、図1に示す散乱波計算システム1において散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表した例を示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example in which the region of the dielectric material for which the scattered electromagnetic field is calculated in the scattered wave calculation system 1 shown in FIG. 1 is expressed as a region synthesized with a plurality of finite regions that do not intersect with each other. FIG.

図3(A)に示すように、高さが一定の凸部又は深さが一定の凹部を平板状の基板の表面に不規則に設けた誘電体が計算対象である場合には、半無限の平板状の矩形領域からなる基準領域b0と、M個の有限の矩形領域b1, b2, b3, ..., bMに誘電体を分割することができる。この場合、各矩形領域b1, b2, b3, ..., bMの高さは一定となり、長さ及び間隔は不規則となる。半導体を製造する場合には、図3(A)に示すように凹凸の高さが一定の誘電体が用いられる。   As shown in FIG. 3A, when a dielectric having irregularly provided convex portions having a constant height or concave portions having a constant depth on the surface of a flat substrate is a calculation object, it is semi-infinite. The dielectric can be divided into a reference area b0 composed of a flat rectangular area and M finite rectangular areas b1, b2, b3,..., BM. In this case, the heights of the rectangular regions b1, b2, b3,..., BM are constant, and the lengths and intervals are irregular. In the case of manufacturing a semiconductor, a dielectric having a constant unevenness is used as shown in FIG.

一方、図3(B)に示すように、高さが一定でない凸部又は深さが一定でない凹部を平板状の基板の表面に不規則に設けた誘電体が計算対象であっても、半無限の矩形領域からなる基準領域b0と、M個の有限の矩形領域b1, b2, b3, ..., bMに誘電体を分割することができる。図3(B)に示す例では、各矩形領域b1, b2, b3, ..., bMの高さ、長さ及び間隔がいずれも不規則となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 3 (B), even if a dielectric having irregularly provided convex portions with non-constant heights or concave portions with non-constant depths on the surface of a flat substrate is to be calculated, The dielectric can be divided into a reference region b0 composed of an infinite rectangular region and M finite rectangular regions b1, b2, b3,..., BM. In the example shown in FIG. 3B, the heights, lengths, and intervals of the rectangular regions b1, b2, b3,..., BM are irregular.

更に、図3(C)に示すように、平板状の基板の表面に任意形状の凸部を不規則に設けた誘電体が計算対象であれば、半無限の矩形領域からなる基準領域b0と、M個の様々な形状を有する有限領域b1, b2, b3, ..., bMに誘電体を分割することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 3 (C), if a dielectric having irregularly provided convex portions on the surface of a flat substrate is a calculation target, a reference region b0 composed of a semi-infinite rectangular region and The dielectric can be divided into M finite regions b1, b2, b3,..., BM having various shapes.

このように、表面に凹凸のある誘電体を凹凸の底部に沿って分解すると、凸部の形状、高さ及び間隔に依らず、半無限の平板状の巨大な誘電体の基板領域と、其々閉曲線で囲まれた独立した微小な有限領域とに分割することができる。   As described above, when a dielectric having unevenness on its surface is decomposed along the bottom of the unevenness, a semi-infinite plate-like dielectric substrate region, which is independent of the shape, height and interval of the protrusions, and It can be divided into independent small finite regions surrounded by closed curves.

尚、図3において紙面に垂直となる奥行き方向における基準領域b0及び各有限領域b1, b2, b3, ..., bMの長さは無限大として扱っている。つまり、図3は、誘電体の構造を複数の二次元(2D: two dimensional)領域を組合わせて表現した例を示している。従って、図3において凹部は誘電体に設けられた溝状の構造となる。   In FIG. 3, the lengths of the reference region b0 and the finite regions b1, b2, b3,..., BM in the depth direction perpendicular to the paper surface are treated as infinite. That is, FIG. 3 shows an example in which the structure of the dielectric is expressed by combining a plurality of two-dimensional (2D) regions. Therefore, in FIG. 3, the recess has a groove-like structure provided in the dielectric.

但し、同様に誘電体の構造を複数の三次元(3D: three dimensional)領域を組合わせて表現することもできる。誘電体を複数の3D領域に分割する場合には、誘電体が半無限の平板状の3D領域と直方体等の閉曲面で囲まれた独立した微小な3D領域とに分割されることとなる。すなわち、誘電体の領域を、3Dの基準領域と、互いに交差しない複数の3Dの有限領域とを合成した領域として表すことができる。誘電体を3D領域の合成領域として扱えば、多種多様な構造を有する誘電体の散乱電磁界を計算することが可能となる。   However, similarly, a dielectric structure can be expressed by combining a plurality of three-dimensional (3D) regions. When the dielectric is divided into a plurality of 3D regions, the dielectric is divided into a semi-infinite flat 3D region and an independent minute 3D region surrounded by a closed curved surface such as a rectangular parallelepiped. That is, the dielectric region can be expressed as a region obtained by combining a 3D reference region and a plurality of 3D finite regions that do not intersect each other. If the dielectric is treated as a composite region of the 3D region, it is possible to calculate the scattered electromagnetic field of the dielectric having various structures.

但し、以降では、計算簡易化のために図3(A)に示す構造を有する誘電体を散乱電磁界の計算対象とし、かつ誘電体を2D基準領域と複数の2D有限領域とに分割する場合について説明する。   However, in the following, for the purpose of simplifying the calculation, a dielectric having the structure shown in FIG. 3 (A) is a target for calculating the scattered electromagnetic field, and the dielectric is divided into a 2D reference region and a plurality of 2D finite regions. Will be described.

誘電体が基準領域b0及びM個の有限の矩形領域b1, b2, b3, ..., bMに分割されると、電磁界計算部10において差分界境界要素法を用いた散乱電磁界の計算が可能となる。   When the dielectric is divided into the reference area b0 and M finite rectangular areas b1, b2, b3,..., BM, the electromagnetic field calculation unit 10 calculates the scattered electromagnetic field using the differential field boundary element method. Is possible.

図4は、図1に示す電磁界計算部10における散乱電磁界の計算方法を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a method of calculating the scattered electromagnetic field in the electromagnetic field calculation unit 10 shown in FIG.

まず、図2のステップS3において電磁界計算部10が図4(A)に示すような矩形領域b1, b2, b3, ..., bMが存在しない場合における平板状の基準領域b0からの散乱電磁界を計算する。単純な平面境界を有する半無限大の誘電体基板からの反射波及び透過波によって形成される散乱電磁界は、フレネルの公式から容易に解析的に計算することができる。これにより、電磁界分布の計算対象となる各位置rにおける電磁界分布f(r)が求められる。   First, in step S3 of FIG. 2, the electromagnetic field calculation unit 10 scatters from the flat reference region b0 when the rectangular regions b1, b2, b3,..., BM as shown in FIG. Calculate the electromagnetic field. The scattered electromagnetic field formed by reflected and transmitted waves from a semi-infinite dielectric substrate having a simple planar boundary can be easily calculated analytically from the Fresnel formula. As a result, the electromagnetic field distribution f (r) at each position r that is an object of calculation of the electromagnetic field distribution is obtained.

次に、電磁界計算部10は、基準領域b0にM個の矩形領域b1, b2, b3, ..., bMを順次追加し、差分界境界要素法により各矩形領域b1, b2, b3, ..., bMの追加後における散乱電磁界を繰返し計算する。そして、全ての矩形領域b1, b2, b3, ..., bMが追加されると、目的とする誘電体の散乱電磁界を求めることができる。   Next, the electromagnetic field calculation unit 10 sequentially adds M rectangular regions b1, b2, b3,..., BM to the reference region b0, and each rectangular region b1, b2, b3,. ..., repeatedly calculate the scattered electromagnetic field after adding bM. When all the rectangular regions b1, b2, b3,..., BM are added, the scattered electromagnetic field of the target dielectric can be obtained.

そのために、図2のステップS4において電磁界計算部10が基準領域b0に最初に追加すべき1つの矩形領域bi(i=1, 2, 3, ..., M)をM個の矩形領域の中から選択する。有限領域の選択方法は任意であるが、最端部にある矩形領域b1から他端の矩形領域bMに向かって1つずつ順番に選択する方法が簡易であり計算も容易である。この場合、矩形領域b1が基準領域b0への初期追加領域として選択される。この結果、図4(B)に示すように基準領域b0に矩形領域b1を追加した領域が計算対象領域として定義される。   For this purpose, one rectangular area bi (i = 1, 2, 3,..., M) to be first added to the reference area b0 by the electromagnetic field calculation unit 10 in step S4 in FIG. Choose from. The selection method of the finite area is arbitrary, but the method of selecting one by one from the rectangular area b1 at the end to the rectangular area bM at the other end is simple and the calculation is easy. In this case, the rectangular area b1 is selected as an initial addition area to the reference area b0. As a result, as shown in FIG. 4B, a region obtained by adding a rectangular region b1 to the reference region b0 is defined as a calculation target region.

そうすると、電磁界計算部10において、差分界境界要素法により基準領域b0に矩形領域b1を追加した領域からの散乱電磁界を計算することが可能となる。   Then, the electromagnetic field calculation unit 10 can calculate the scattered electromagnetic field from the region obtained by adding the rectangular region b1 to the reference region b0 by the differential field boundary element method.

そのために、図2のステップS5において基準領域b0に矩形領域b1が付加されたことによって生じる差分電磁界が計算される。   For this purpose, the differential electromagnetic field generated by adding the rectangular region b1 to the reference region b0 in step S5 of FIG. 2 is calculated.

差分電磁界を計算するためには、図4(B)に示すように、矩形領域b1の周囲における基準領域b0の所定の長さを有する表面境界C0、矩形領域b1と基準領域b0との間における境界C1及び矩形領域b1の表面境界C2が電磁界計算部10において特定される。これらの境界C0, C1, C2は差分界境界要素法における境界積分の積分経路として用いられる。そして、式(1)に示す積分方程式を解くことによって各境界C0上における差分電磁界fs1, fs2及び各境界C1, C2上における電磁界fs3が計算される。 In order to calculate the differential electromagnetic field, as shown in FIG. 4B, the surface boundary C 0 having a predetermined length of the reference region b0 around the rectangular region b1, the rectangular region b1 and the reference region b0 The electromagnetic field calculation unit 10 specifies the boundary C 1 between them and the surface boundary C 2 of the rectangular region b 1 . These boundaries C 0 , C 1 and C 2 are used as integration paths for boundary integration in the difference field boundary element method. Then, the differential electromagnetic fields f s1 and f s2 on each boundary C 0 and the electromagnetic fields f s3 on each boundary C 1 and C 2 are calculated by solving the integral equation shown in Expression (1).

Figure 2013156030
・・・(1)
Figure 2013156030
... (1)

但し、式(1)において式(2)のように定義されるものとする。   However, it shall be defined like Formula (2) in Formula (1).

Figure 2013156030
・・・(2)
Figure 2013156030
... (2)

また、式(1)及び式(2)において、Gnは、図4に示す領域Snの自由空間グリーン関数、εnは領域Snの比誘電率、fは紙面に垂直な方向における磁場の成分である。尚、領域S1は、基準領域b0内の積分範囲となる領域、領域S2は、誘電体外部における積分範囲の領域、領域S3は、矩形領域b1内の領域である。 Further, in the equation (1) and (2), G n is the free space Green's function of the region S n shown in FIG. 4, epsilon n is the relative dielectric constant of the area S n, f is the magnetic field in a direction perpendicular to the plane It is a component. The region S 1 is a region that is an integration range in the reference region b 0, the region S 2 is a region of the integration range outside the dielectric, and the region S 3 is a region in the rectangular region b 1.

式(1)及び式(2)は、誘電体に電界成分の振動方向が入射面に平行なp(parallel)偏光が入射する場合における散乱電磁界を求めるための式である。電界成分の振動方向が入射面に垂直なs(senkrecht)偏光が誘電体に入射する場合には、式(1)中の比誘電率を透磁率に置き換えた式によって散乱電磁界を計算することができる。但し、s偏光の場合、式(1)及び式(2)中のfは紙面に垂直な方向における電場の成分となる。以降の式においても比誘電率を透磁率に置き換えれば、p偏光の式をs偏光の式に書き換えることができる。   Expressions (1) and (2) are expressions for obtaining a scattered electromagnetic field when p (parallel) polarized light whose vibration direction of an electric field component is parallel to the incident surface is incident on the dielectric. When s (senkrecht) polarized light whose field component oscillation direction is perpendicular to the incident surface is incident on the dielectric, calculate the scattered electromagnetic field using the formula in which the relative permittivity in formula (1) is replaced with the permeability. Can do. However, in the case of s-polarized light, f in equations (1) and (2) is an electric field component in a direction perpendicular to the paper surface. In the following equations, the p-polarization equation can be rewritten into the s-polarization equation by replacing the relative permittivity with the permeability.

式(1)に示す積分方程式を解くために、矩形領域b1の追加前における基準領域b0によって形成される電磁界分布の各境界C1, C2における値及び法線方向において基準領域b0側、つまり図4において下向きを正とする微係数が用いられる。これにより、基準領域b0に矩形領域b1を追加した領域における各境界C0上の差分電磁界fs1, fs2及び各境界C1, C2上における電磁界fs3を求めることができる。 In order to solve the integral equation shown in Equation (1), the values at the boundaries C 1 and C 2 of the electromagnetic field distribution formed by the reference region b0 before the addition of the rectangular region b1 and the reference region b0 side in the normal direction, That is, in FIG. 4, a differential coefficient with the downward direction being positive is used. Thereby, the differential electromagnetic fields f s1 and f s2 on the respective boundaries C 0 and the electromagnetic fields f s3 on the respective boundaries C 1 and C 2 in the area obtained by adding the rectangular area b1 to the reference area b0 can be obtained.

次に、各電磁界fs1, fs2, fs3を用いて式(3)に示す積分表現を含む式により矩形領域b1外部の任意の位置rにおける差分電磁界を計算することができる。 Next, the differential electromagnetic field at an arbitrary position r outside the rectangular region b1 can be calculated by using an expression including the integral expression shown in Expression (3) using the electromagnetic fields f s1 , f s2 , and f s3 .

Figure 2013156030
・・・(3)
Figure 2013156030
... (3)

式(3)によって求まるfs1(S1)は基準領域b0内部における差分電磁界、fs2(S2)は基準領域b0及び矩形領域b1の外部における差分電磁界、fs3(S3)は矩形領域b1の内部における差分でない電磁界となる。 F s1 (S 1 ) obtained by Equation (3) is the differential electromagnetic field inside the reference region b0, f s2 (S 2 ) is the differential electromagnetic field outside the reference region b0 and the rectangular region b1, and f s3 (S 3 ) is The electromagnetic field is not a difference inside the rectangular region b1.

積分方程式を解くに当たり、無限遠における電磁界の値が必要となる場合には、式(4)で示される極限値を用いることによって単位ベクトルip方向における遠方の電磁界を求めることができる。 Upon solving integral equations, infinite when the value of the electromagnetic field is required at the far, it is possible to find the far field in the unit vector i p direction by using the extreme value of the formula (4).

Figure 2013156030
・・・(4)
Figure 2013156030
···(Four)

そして、位置rを変えながら式(1)又は式(3)に示す計算を行うことによって矩形領域b1の外部における差分電磁界分布及び矩形領域b1の内部における電磁界分布を求めることができる。   Then, the differential electromagnetic field distribution outside the rectangular region b1 and the electromagnetic field distribution inside the rectangular region b1 can be obtained by performing the calculation shown in Equation (1) or Equation (3) while changing the position r.

上述した計算は、誘電体の境界を複数の境界要素に区分し、境界上における電磁界を離散化して計算することに相当する。従って、差分電磁界分布の計算に必要な計算量は、矩形領域b1を離散数Nで離散化したとすると、N3のオーダーとなる。 The above-described calculation is equivalent to dividing the dielectric boundary into a plurality of boundary elements and discretizing the electromagnetic field on the boundary. Therefore, the amount of computation required to calculate the differential electromagnetic field distribution, when the discretized at discrete number N rectangular region b1, the order of N 3.

また、基準領域b0の表面境界C0の長さは、積分範囲に対応する長さとなる。積分方程式では、基準領域b0から十分遠方における基準領域b0の表面境界が無視され、積分範囲の外部では電磁界がゼロとみなされる。従って、表面境界C0の長さを長くする程、積分範囲が広くなり高精度に散乱電磁界を計算することができる。このため、基準領域b0の表面境界C0の長さは、要求される散乱電磁界の計算精度に応じて適切な距離に決定すればよい。 Further, the length of the surface boundary C 0 of the reference region b0 is a length corresponding to the integration range. In the integral equation, the surface boundary of the reference region b0 sufficiently far from the reference region b0 is ignored, and the electromagnetic field is regarded as zero outside the integration range. Therefore, as the length of the surface boundary C 0 is increased, the integration range is widened, and the scattered electromagnetic field can be calculated with high accuracy. Therefore, the length of the surface boundary C 0 of the reference area b0 may be determined at an appropriate distance according to the required scattered electromagnetic field calculation accuracy.

尚、電磁波の照射位置に応じて使用に適した電磁波の波長が変化し、波長によって散乱電磁界の計算精度が変化する。従って、電磁波の波長等の他の条件によっても適切な表面境界C0の長さが変わることとなる。 The wavelength of the electromagnetic wave suitable for use varies depending on the irradiation position of the electromagnetic wave, and the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field varies depending on the wavelength. Accordingly, the appropriate length of the surface boundary C 0 varies depending on other conditions such as the wavelength of the electromagnetic wave.

次に、図2のステップS6において電磁界計算部10は、矩形領域b1を基準領域b0に追加することによって生じた矩形領域b1の外部の各位置rにおける差分電磁界分布f1(r)を、基準領域b0のみによって生じる散乱電磁界分布f(r)に加算する。この結果、基準領域b0に矩形領域b1のみを追加した領域によって生じる各位置rにおける電磁界分布が得られる。そして、電磁界計算部10は、図4(B)に示すように差分電磁界分布f1(r)の加算前における電磁界分布f(r)を、差分電磁界分布f1(r)の加算後における電磁界分布f(r)+f1(r)に更新する。   Next, in step S6 of FIG. 2, the electromagnetic field calculator 10 calculates the difference electromagnetic field distribution f1 (r) at each position r outside the rectangular region b1 generated by adding the rectangular region b1 to the reference region b0. Add to the scattered electromagnetic field distribution f (r) generated only by the reference region b0. As a result, an electromagnetic field distribution at each position r generated by the area obtained by adding only the rectangular area b1 to the reference area b0 is obtained. Then, the electromagnetic field calculator 10 calculates the electromagnetic field distribution f (r) before the addition of the differential electromagnetic field distribution f1 (r) as shown in FIG. 4B after the addition of the differential electromagnetic field distribution f1 (r). To the electromagnetic field distribution f (r) + f1 (r).

次に、図2のステップS7において電磁界計算部10は、M個の全ての矩形領域b1, b2, b3, ..., bMが基準領域b0に追加されたか否かを判定する。この判定は、図2に例示されるように、直前に基準領域b0に追加された矩形領域biの識別情報iが最後の矩形領域bMの識別情報Mであるか否かの判定とすることができる。   Next, in step S7 of FIG. 2, the electromagnetic field calculator 10 determines whether or not all M rectangular regions b1, b2, b3,..., BM have been added to the reference region b0. As illustrated in FIG. 2, this determination may be a determination as to whether or not the identification information i of the rectangular area bi added to the reference area b0 immediately before is the identification information M of the last rectangular area bM. it can.

ステップS7において全ての矩形領域b1, b2, b3, ..., bMが基準領域b0に追加されていないと判定された場合には、ステップS8において次の矩形領域biが追加対象として決定される。矩形領域biを順番に追加する場合には、i=i+1とすればよい。そして、再びステップS5及びステップS6における処理が電磁界計算部10において実行される。   If it is determined in step S7 that all the rectangular areas b1, b2, b3,..., BM are not added to the reference area b0, the next rectangular area bi is determined as an addition target in step S8. . When the rectangular areas bi are added in order, i = i + 1 may be set. And the process in step S5 and step S6 is performed in the electromagnetic field calculation part 10 again.

より具体的には、基準領域b0に追加されているのが1番目の矩形領域b1のみであれば、2番目の矩形領域b2が次の追加領域となる。そして、基準領域b0に1番目の矩形領域b1を追加した領域を初期領域として再びステップS5における差分界境界要素法による計算が実施される。   More specifically, if only the first rectangular area b1 is added to the reference area b0, the second rectangular area b2 is the next additional area. Then, the calculation by the difference field boundary element method in step S5 is performed again using the area obtained by adding the first rectangular area b1 to the reference area b0 as the initial area.

2番目の矩形領域b2が追加される場合には、図4(C)に示すように、基準領域b0に1番目の矩形領域b1を追加した領域の表面境界がC0、2番目の矩形領域b2と基準領域b0との間における境界がC1、2番目の矩形領域b2の表面境界がC2となる。すなわち、表面境界C0は1番目の矩形領域b1及び基準領域b0の表面に沿う境界として定義される。 When the second rectangular area b2 is added, as shown in FIG. 4C, the surface boundary of the area obtained by adding the first rectangular area b1 to the reference area b0 is C 0 , and the second rectangular area boundary between the b2 and the reference region b0 surface boundary of C 1, 2-th rectangular area b2 is C 2. That is, the surface boundary C 0 is defined as a boundary along the surfaces of the first rectangular region b1 and the reference region b0.

そして、基準領域b0に1番目の矩形領域b1を追加した場合と同様な計算によって、2番目の矩形領域b2の外部の各位置rにおける差分電磁界分布f2(r)を求めることができる。そして、図4(C)に示すように、2番目の矩形領域b2による差分電磁界分布f2(r)を電磁界分布f(r)に加算することによって電磁界分布f(r)を更新する。これにより、基準領域b0に2つの矩形領域b1, b2を追加した領域によって生じる各位置rにおける電磁界分布f(r)が得られる。   Then, the differential electromagnetic field distribution f2 (r) at each position r outside the second rectangular region b2 can be obtained by the same calculation as when the first rectangular region b1 is added to the reference region b0. Then, as shown in FIG. 4C, the electromagnetic field distribution f (r) is updated by adding the differential electromagnetic field distribution f2 (r) by the second rectangular region b2 to the electromagnetic field distribution f (r). . As a result, an electromagnetic field distribution f (r) at each position r generated by a region obtained by adding two rectangular regions b1 and b2 to the reference region b0 is obtained.

そして、図2及び図4の(D), (E)に示すように最後の矩形領域bMが追加され、i=Mと判定されるまで差分界境界要素法によるステップS5及びステップS6の計算が繰り返される。そして、図2のステップS7において全ての矩形領域b1, b2, b3, ..., bMが基準領域b0に追加されたと判定されると、差分界境界要素法により計算された最後の電磁界分布f(r)が誘電体により生じた散乱電磁界分布ftotal(r)となる。 Then, as shown in FIGS. 2 and 4, (D) and (E), the last rectangular region bM is added, and the calculation in steps S5 and S6 by the difference field boundary element method is performed until it is determined that i = M. Repeated. If it is determined in step S7 in FIG. 2 that all rectangular regions b1, b2, b3,..., BM have been added to the reference region b0, the last electromagnetic field distribution calculated by the differential field boundary element method f (r) is the scattered electromagnetic field distribution f total (r) generated by the dielectric.

そして、ステップS9において誘電体により生じた散乱電磁界分布を表示装置3又はメディアや他のコンピュータ13等の所望の出力先に出力することができる。また、必要に応じて対象電磁界保存部12に保存することができる。   Then, the scattered electromagnetic field distribution generated by the dielectric in step S9 can be output to a desired output destination such as the display device 3 or the media or another computer 13. Moreover, it can preserve | save in the target electromagnetic field preservation | save part 12 as needed.

図5は、図1に示す散乱波計算システム1によるシミュレーション結果の一例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a simulation result by the scattered wave calculation system 1 shown in FIG.

図5(A), (B)において各縦軸は電磁界の相対強度を示し、各横軸は散乱電磁界の放射角度を示す。また、図5(A)は誘電体に反射した散乱光の遠方界における相対強度を示し、図5(B)は誘電体を透過した散乱光の遠方界における相対強度を示す。すなわち、図5(A)は、誘電体に反射した散乱光の角スペクトルであり、図5(B)は、誘電体を透過した透過光の角スペクトルである。尚、角スペクトルとして得られる散乱光の強度は、誘電体近傍における電磁界をフーリエ変換した結果となる。   5A and 5B, each vertical axis represents the relative intensity of the electromagnetic field, and each horizontal axis represents the radiation angle of the scattered electromagnetic field. 5A shows the relative intensity of the scattered light reflected by the dielectric in the far field, and FIG. 5B shows the relative intensity of the scattered light transmitted through the dielectric in the far field. That is, FIG. 5A is an angular spectrum of scattered light reflected by the dielectric, and FIG. 5B is an angular spectrum of transmitted light that has passed through the dielectric. The intensity of the scattered light obtained as an angular spectrum is the result of Fourier transforming the electromagnetic field in the vicinity of the dielectric.

矩形領域biの数M=12、誘電体内部における屈折率を2.5、矩形領域biの相対長さ及び相対間隔を0.4lから2.4l、矩形領域biの相対高さを0.8l、誘電体に入射させる電磁波を入射角45度の平面波、観測位置を無限遠点として、散乱波計算システム1により誘電体から放射される散乱光の放射方向に対する強度をプロットするシミュレーションを行った結果、図5(A), (B)に示す解析結果が得られた。   Number M of rectangular regions bi = 12, Refractive index inside dielectric, 2.5, Relative length and spacing of rectangular regions bi from 0.4l to 2.4l, Relative height of rectangular region bi 0.8l, Incident on dielectric As a result of the simulation of plotting the intensity of the scattered light emitted from the dielectric with respect to the radiation direction by the scattered wave calculation system 1 with the electromagnetic wave to be generated as a plane wave with an incident angle of 45 degrees and the observation position as an infinite point, FIG. The analysis results shown in (B) and (B) were obtained.

また、矩形領域biのない基準領域b0に入射角45度の平面波を入射させると反射光及び透過光はいずれも出射角が一定の平面波となる。これらの平面波は、それぞれ角スペクトルにデルタ関数で表される成分として含まれる。そこで、これらの平面波の各成分を図5(A), (B)中に矢印で示した。一方、各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)は、式(3)で示される有限な連続関数となる。そこで、各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)の成分は図5(A), (B)中に実線で示した。   Further, when a plane wave having an incident angle of 45 degrees is incident on the reference area b0 without the rectangular area bi, both reflected light and transmitted light become plane waves having a constant emission angle. Each of these plane waves is included in the angular spectrum as a component represented by a delta function. Therefore, the components of these plane waves are indicated by arrows in FIGS. 5 (A) and 5 (B). On the other hand, each differential electromagnetic field f1 (r), f2 (r), f3 (r),..., FM (r) is a finite continuous function expressed by the equation (3). Therefore, the components of the differential electromagnetic fields f1 (r), f2 (r), f3 (r),..., FM (r) are indicated by solid lines in FIGS.

図5(A), (B)に示すシミュレーション結果によれば、不規則な凹凸構造を有する誘電体からの散乱電磁界の強度を、散乱波計算システム1により、良好な精度で計算できることが確認できる。   According to the simulation results shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), it is confirmed that the scattered electromagnetic field intensity from the dielectric having an irregular concavo-convex structure can be calculated with good accuracy by the scattered wave calculation system 1. it can.

つまり以上のような散乱波計算システム1は、不規則な凹凸を有する誘電体の構造を単純な構造に局所的な変化を複数回加えた構造として扱い、単純な構造に変化を加えながら差分界境界要素法による計算を繰返すことによって散乱波のベクトル電磁界を求めるシステムである。すなわち、散乱波計算システム1では、誘電体構造の変化に起因する差分電磁界が差分界境界要素法により逐次計算され、差分電磁界を順次加算することによって目的とする構造を有する誘電体からの散乱電磁界を求めることができる。   That is, the scattered wave calculation system 1 as described above treats the structure of a dielectric having irregular irregularities as a structure obtained by adding a local change multiple times to a simple structure, and adds a difference field while changing the simple structure. This is a system for obtaining the vector electromagnetic field of the scattered wave by repeating the calculation by the boundary element method. That is, in the scattered wave calculation system 1, the differential electromagnetic field resulting from the change of the dielectric structure is sequentially calculated by the differential field boundary element method, and the differential electromagnetic field is sequentially added from the dielectric having the target structure. The scattered electromagnetic field can be determined.

(効果)
このため、散乱波計算システム1によれば、多種多様な構造を有する誘電体からの散乱波によって形成される電磁界を、より少ないデータ処理量で高精度に計算することができる。特に、差分界境界要素法において計算対象となるベクトル散乱電磁界の差分電磁界は、境界積分を用いた積分方程式で高速に計算することができる。このため、より小規模な計算資源で高精度にベクトル散乱電磁界を計算することができる。
(effect)
For this reason, according to the scattered wave calculation system 1, the electromagnetic field formed by the scattered waves from the dielectrics having various structures can be calculated with a small amount of data processing with high accuracy. In particular, the differential electromagnetic field of the vector scattered electromagnetic field to be calculated in the differential field boundary element method can be calculated at high speed using an integral equation using boundary integral. For this reason, it is possible to calculate the vector scattered electromagnetic field with high accuracy with a smaller calculation resource.

例えば、図5に示す角スペクトルの計算に必要な計算量は、各矩形領域biの追加に伴う各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)の算出に要する計算量の合計となる。また、各矩形領域biをそれぞれ離散数Nで離散化したとすると、各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)の算出に要する計算量は、それぞれN3のオーダーとなる。従って、図5に示す角スペクトルの計算に必要な計算量は、N3のオーダーの計算量の計算をM回行う場合における計算量、すなわちMN3のオーダーになると見積もることができる。 For example, the calculation amount necessary for calculating the angular spectrum shown in FIG. 5 is the difference electromagnetic fields f1 (r), f2 (r), f3 (r),. This is the total amount of calculation required to calculate r). Also, assuming that each rectangular region bi is discretized by a discrete number N, the calculation required to calculate each differential electromagnetic field f1 (r), f2 (r), f3 (r), ..., fM (r) The quantity is on the order of N 3 each. Therefore, it can be estimated that the calculation amount necessary for calculating the angular spectrum shown in FIG. 5 is the calculation amount when the calculation amount of the N 3 order is calculated M times, that is, the order of MN 3 .

これに対して、従来の単純な差分界境界要素法により散乱電磁界を計算する場合には、M個の矩形領域biをそれぞれN点で離散化することとなる。従って、総離散数はMNとなる。差分界境界要素法では、各点における2つの未知数を連立方程式で求めることになる。このため、連立方程式を解くために必要な計算量は、およそ(MN)3のオーダーになると考えられる。従って、従来の単純な差分界境界要素法による計算と比較すると、散乱波計算システム1によれば、計算量を1/M2に低減することができる。 On the other hand, when the scattered electromagnetic field is calculated by the conventional simple difference field boundary element method, the M rectangular regions bi are discretized at N points, respectively. Therefore, the total discrete number is MN. In the differential field boundary element method, two unknowns at each point are obtained by simultaneous equations. For this reason, it is considered that the amount of calculation required to solve the simultaneous equations is on the order of (MN) 3 . Therefore, compared with the calculation by conventional simple differential field boundary element method, according to the scattered wave computing system 1, it is possible to reduce the amount of calculation to 1 / M 2.

次に散乱波計算システム1による散乱波計算方法と従来のFDTD法を比較する。   Next, the scattered wave calculation method by the scattered wave calculation system 1 is compared with the conventional FDTD method.

図6は、図1に示す散乱波計算システム1と散乱電磁界の計算精度と従来のFDTD法による散乱電磁界の計算精度とを比較した図である。   FIG. 6 is a diagram comparing the scattered wave calculation system 1 shown in FIG. 1 with the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field and the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field by the conventional FDTD method.

図6において縦軸は散乱電磁界の相対誤差[%]を示し、横軸は散乱電磁界の計算時間[s]を示す。図6において三角印は、従来のFDTD法による散乱電磁界の相対誤差と計算時間の関係を示している。また、図6において丸印は散乱波計算システム1により差分界境界要素法を繰返して計算した場合における散乱電磁界の相対誤差と計算時間の関係を示している。   In FIG. 6, the vertical axis indicates the relative error [%] of the scattered electromagnetic field, and the horizontal axis indicates the calculation time [s] of the scattered electromagnetic field. In FIG. 6, triangles indicate the relationship between the relative error of the scattered electromagnetic field by the conventional FDTD method and the calculation time. Further, in FIG. 6, circles indicate the relationship between the relative error of the scattered electromagnetic field and the calculation time when the difference field boundary element method is repeatedly calculated by the scattered wave calculation system 1.

従来のFDTD法では、解析領域を長くする程、散乱電磁界の計算精度が向上する。そこで、解析領域の長さを変えながら従来のFDTD法における計算時間と相対誤差との関係をプロットした。   In the conventional FDTD method, the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field improves as the analysis region becomes longer. Therefore, the relationship between the calculation time and the relative error in the conventional FDTD method was plotted while changing the length of the analysis region.

一方、散乱波計算システム1により差分界境界要素法を繰返す方法では、上述したように基準領域b0の表面境界C0の長さを長く設定する程、各矩形領域biから遠方における微弱な差分電磁界が考慮される。このため、基準領域b0の表面境界C0の長さを長く設定する程、差分電磁界とともに散乱電磁界の計算精度が向上する。そこで、表面境界C0の長さを変えながら計算時間と相対誤差との関係をプロットした。 On the other hand, in the method of the scattered wave computing system 1 repeats the difference field boundary element method, as set longer the length of the surface boundary C 0 of the reference area b0 as described above, the weak difference electromagnetic in the distance from each of the rectangular regions bi The world is considered. For this reason, as the length of the surface boundary C 0 of the reference region b 0 is set longer, the calculation accuracy of the scattered electromagnetic field as well as the differential electromagnetic field is improved. Therefore, the relationship between the calculation time and the relative error was plotted while changing the length of the surface boundary C 0 .

尚、相対誤差は、計算時間の増加に伴って収束する散乱電磁界の収束値からの誤差である。また、散乱電磁界の収束値は、散乱電磁界の計算値を指数関数でフィッティングすることによって求めることができる。   The relative error is an error from the convergence value of the scattered electromagnetic field that converges as the calculation time increases. The convergence value of the scattered electromagnetic field can be obtained by fitting the calculated value of the scattered electromagnetic field with an exponential function.

図6によれば、計算時間を同じにすれば散乱波計算システム1による計算精度が従来のFDTD法における計算精度に比べて5桁程度高精度であることが確認できる。逆に、散乱波計算システム1において散乱電磁界の相対誤差を0.1%にするために必要な計算時間は、従来のFDTD法において必要となる計算時間の約1/360となる。従って、散乱波計算システム1の計算速度は、従来のFDTD法における計算速度の約360倍であるということができる。   According to FIG. 6, if the calculation time is the same, it can be confirmed that the calculation accuracy by the scattered wave calculation system 1 is about five digits higher than the calculation accuracy in the conventional FDTD method. Conversely, in the scattered wave calculation system 1, the calculation time required to make the relative error of the scattered electromagnetic field 0.1% is about 1/360 of the calculation time required in the conventional FDTD method. Therefore, it can be said that the calculation speed of the scattered wave calculation system 1 is about 360 times the calculation speed in the conventional FDTD method.

このため、散乱波計算システム1によれば、従来の手法では計算することが非現実的であったな不規則かつ大規模な構造を有する誘電体であっても、厳密なベクトル場として散乱電磁界を良好な精度で計算することができる。特に、入射させる電磁波の波長と同程度又は入射させる電磁波の波長よりも小さな微細な構造を有する誘電体からのベクトル散乱電磁界を計算する場合に有効である。   For this reason, according to the scattered wave calculation system 1, even a dielectric having an irregular and large-scale structure, which is unrealistic with the conventional method, can be used as a strict vector field as a scattered electromagnetic field. The field can be calculated with good accuracy. In particular, it is effective when calculating a vector scattered electromagnetic field from a dielectric having a fine structure that is the same as or smaller than the wavelength of the incident electromagnetic wave.

例えば、図3に示す各種構造を従来の境界要素法の解析領域にしようとすると、解析領域を限定することができないため、無限に長い誘電体の境界を入射電磁波の波長の数分の一の長さの境界要素で離散化することが必要となる。従って、計算量が無限大となり境界要素法による計算は不可能となる。すなわち、従来の境界要素法では、境界長又は境界面積が大きい場合には事実上計算が不可能となる。   For example, when trying to make the various structures shown in FIG. 3 into the analysis area of the conventional boundary element method, the analysis area cannot be limited, so that the infinitely long dielectric boundary is reduced to a fraction of the wavelength of the incident electromagnetic wave. It is necessary to discretize with a boundary element of length. Therefore, the amount of calculation becomes infinite, and calculation by the boundary element method becomes impossible. That is, in the conventional boundary element method, calculation is virtually impossible when the boundary length or the boundary area is large.

また、FDTD法においても、入射電磁波の波長の数分の一の間隔で解析領域を離散化しなければならない。しかも、計算時には全ての離散点における電磁界の値を記憶する必要がある。このため、FDTD法には、膨大なメモリ量と計算時間が必要となる場合がある。この結果、誘電体が入射電磁波の波長に対して非常に大きい場合には、FDTD法では計算できない場合が多い。また、FDTD法において解析領域を狭い範囲に限定することによって必要なメモリ量を低減させることも可能であるが、図6に示すように計算精度劣化の原因となる。   Also in the FDTD method, the analysis region must be discretized at intervals of a fraction of the wavelength of the incident electromagnetic wave. Moreover, it is necessary to store the electromagnetic field values at all discrete points during the calculation. For this reason, the FDTD method may require a huge amount of memory and calculation time. As a result, when the dielectric is very large with respect to the wavelength of the incident electromagnetic wave, it cannot often be calculated by the FDTD method. In addition, it is possible to reduce the amount of memory required by limiting the analysis area to a narrow range in the FDTD method, but this causes a deterioration in calculation accuracy as shown in FIG.

また、従来の差分界境界要素法では、基準領域と単一の有限領域に誘電体が分解され、単一の有限領域による差分電磁界を計算することによって誘電体からの散乱電磁界が計算される。従って、複数の有限領域に分解される誘電体からの散乱電磁界を計算することができない。   In the conventional differential field boundary element method, the dielectric is decomposed into a reference region and a single finite region, and the scattered electromagnetic field from the dielectric is calculated by calculating the differential electromagnetic field of the single finite region. The Therefore, it is impossible to calculate a scattered electromagnetic field from a dielectric material that is decomposed into a plurality of finite regions.

このような従来法と異なり、散乱波計算システム1によれば、複数の有限領域に分解される誘電体や境界長が非常に長い誘電体であっても、誘電体による散乱電磁界を計算することができる。すなわち、散乱波計算システム1によれば、誘電体の形状に依らず散乱電磁界を計算することができる。   Unlike such a conventional method, the scattered wave calculation system 1 calculates a scattered electromagnetic field by a dielectric even if the dielectric is decomposed into a plurality of finite regions or a dielectric having a very long boundary length. be able to. That is, according to the scattered wave calculation system 1, the scattered electromagnetic field can be calculated regardless of the shape of the dielectric.

加えて、散乱波計算システム1によれば、任意の偏光状態を有する入射波によって生じる散乱電磁界を計算することができる。   In addition, the scattered wave calculation system 1 can calculate a scattered electromagnetic field generated by an incident wave having an arbitrary polarization state.

(第2の実施の形態)
第2の実施形態における散乱波計算システムでは、構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能が第1の実施形態における散乱波計算システム1と異なる。このため、第2の実施形態における構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
In the scattered wave calculation system in the second embodiment, the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit are different from the scattered wave calculation system 1 in the first embodiment. Therefore, only the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit in the second embodiment will be described.

第2の実施形態における散乱波計算システムの構造特定部は、散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、平板状の基準領域と、互いに交差しない複数の有限の空間とを合成した領域として表す機能を有する。すなわち、複数の有限領域は、誘電体が占める領域に限らず、誘電体が存在しない空隙とすることもできる。換言すれば、各有限領域は、誘電体の一部又は空間で構成することができる。   The structure specifying unit of the scattered wave calculation system according to the second embodiment is a region in which a dielectric region that is a target of calculation of a scattered electromagnetic field is combined with a flat reference region and a plurality of finite spaces that do not intersect each other. As a function. That is, the plurality of finite regions are not limited to the region occupied by the dielectric, but may be voids where no dielectric exists. In other words, each finite region can be composed of a part of a dielectric or a space.

図7は、第2の実施形態における散乱波計算システムにおいて散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と互いに交差しない複数の有限空間とを合成した領域として表した例を示す断面図である。   FIG. 7 shows an example in which the region of the dielectric that is the target of calculation of the scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system according to the second embodiment is expressed as a region synthesized with a plurality of finite spaces that do not intersect with each other. It is sectional drawing.

図7に示すように高さが一定の凸部又は深さが一定の凹部を平板状の基板の表面に不規則に設けた誘電体が計算対象である場合には、半無限の平板状の矩形領域からなる基準領域b0と、M個の有限の矩形空間領域b1, b2, b3, ..., bMとの合成領域として誘電体が占める領域を表すことができる。この場合、各矩形空間領域b1, b2, b3, ..., bMの深さは一定となり、長さ及び間隔は不規則となる。   As shown in FIG. 7, when a dielectric having irregularly provided convex portions having a constant height or concave portions having a constant depth on the surface of a flat substrate is an object of calculation, a semi-infinite flat plate A region occupied by the dielectric can be represented as a combined region of the reference region b0 formed of a rectangular region and M finite rectangular space regions b1, b2, b3,..., BM. In this case, the depth of each rectangular space region b1, b2, b3,..., BM is constant, and the length and interval are irregular.

また、図3(B), (C)に示す例と同様に、複数の有限空間領域b1, b2, b3, ..., bMについても、深さを変えたり、形状を矩形以外の所望の形状とすることができる。つまり、図3に示すような凸部に代えて、所望の形状を有する複数の凹部を複数の有限領域b1, b2, b3, ..., bMとすることができる。   Similarly to the example shown in FIGS. 3B and 3C, the finite space regions b1, b2, b3,... It can be a shape. That is, instead of the convex portions as shown in FIG. 3, a plurality of concave portions having a desired shape can be formed as a plurality of finite regions b1, b2, b3,.

尚、図7は、閉曲線で囲まれた面積が有限の2D空間を各有限空間領域b1, b2, b3, ..., bMとした例を示しているが、閉曲面で囲まれた体積が有限の3D空間を各有限空間領域b1, b2, b3, ..., bMとしてもよい。   FIG. 7 shows an example in which a 2D space having a finite area surrounded by a closed curve is defined as each finite space region b1, b2, b3,..., BM. A finite 3D space may be used as each finite space region b1, b2, b3, ..., bM.

第2の実施形態における電磁界計算部は、第1の実施形態と同様な手法により、図7に示すような基準領域に複数の矩形空間を複数回に分けて順次追加しながら差分界境界要素法による計算を繰返すことによって対象となる誘電体の散乱電磁界を解析的に求めるように構成される。従って、誘電体の散乱電磁界の算出フローは、図2に示すフローチャートに示されたフローと同様なフローになる。   The electromagnetic field calculation unit in the second embodiment uses a method similar to that in the first embodiment to add a plurality of rectangular spaces to the reference region as shown in FIG. By repeating the calculation by the method, the scattered electromagnetic field of the target dielectric is analytically obtained. Therefore, the calculation flow of the scattered electromagnetic field of the dielectric is the same as the flow shown in the flowchart shown in FIG.

図8は、第2の実施形態における電磁界計算部による散乱電磁界の計算方法を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a calculation method of the scattered electromagnetic field by the electromagnetic field calculation unit in the second embodiment.

図8に示すように平板状の基準領域b0に複数の矩形空間b1, b2, b3, ..., bMを順次追加する場合においても、図4に示す第1の実施形態と同様な流れで誘電体の散乱電磁界を計算することができる。   As shown in FIG. 8, even when a plurality of rectangular spaces b1, b2, b3,..., BM are sequentially added to the flat reference region b0, the flow is the same as in the first embodiment shown in FIG. The scattered electromagnetic field of the dielectric can be calculated.

すなわち、最初にフレネルの式を用いて図8(A)に示すような矩形空間b1, b2, b3, ..., bMのない平板状の基準領域b0によって生じる位置rにおける電磁界f(r)を計算する。続いて図8の(B)から(E)に示すように、矩形空間b1, b2, b3, ..., bMが順次加算される。そして、差分界境界要素法により、順次各矩形空間b1, b2, b3, ..., bMの追加に伴う各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)が計算される。   That is, first, using the Fresnel equation, the electromagnetic field f (r (r) at the position r generated by the flat reference region b0 without the rectangular spaces b1, b2, b3,..., BM as shown in FIG. ). Subsequently, as shown in FIGS. 8B to 8E, rectangular spaces b1, b2, b3,..., BM are sequentially added. Then, using the differential field boundary element method, each of the differential electromagnetic fields f1 (r), f2 (r), f3 (r), ... with the addition of each rectangular space b1, b2, b3, ..., bM sequentially. , fM (r) is calculated.

但し、図8に示すように矩形空間b1, b2, b3, ..., bMが追加される場合には、図8(B), (C)に示すように積分経路が定義される。すなわち、矩形空間biの周囲における誘電体領域の所定の長さを有する表面境界C0、矩形空間biの表面境界C1及び矩形空間biと基準領域b0との間における境界C2が境界積分の積分経路として定義される。更に、領域S1が、誘電体領域内の積分範囲となる領域、領域S2が、基準領域b0外部における積分範囲の領域、領域S3が、追加対象となる矩形空間b1, b2, b3, ..., bM内の領域としてそれぞれ定義される。 However, when the rectangular spaces b1, b2, b3,..., BM are added as shown in FIG. 8, the integration path is defined as shown in FIGS. That is, the surface boundary C 0 having a predetermined length of the dielectric region around the rectangular space bi, the surface boundary C 1 of the rectangular space bi, and the boundary C 2 between the rectangular space bi and the reference region b0 are boundary integrals. Defined as integration path. Furthermore, the area S 1 is an area where the integration range of the dielectric region, the region S 2 is the area of integration range in the reference region b0 outside region S 3 is rectangular space b1 to be added subject, b2, b3, ..., each defined as a region in bM.

また、凹部として複数の矩形空間b1, b2, b3, ..., bMが順次追加される場合には、積分方程式として式(1)の代わりに式(5)が用いられる。   Further, when a plurality of rectangular spaces b1, b2, b3,..., BM are sequentially added as the recesses, the equation (5) is used instead of the equation (1) as the integral equation.

Figure 2013156030
・・・(5)
Figure 2013156030
···(Five)

また、式(3)の代わりに式(6)が用いられる。   Further, equation (6) is used instead of equation (3).

Figure 2013156030
・・・(6)
Figure 2013156030
... (6)

そして、図8に示すように、積分方程式によって計算される各差分電磁界f1(r), f2(r), f3(r), ..., fM(r)を位置rにおける電磁界f(r)に順次加算して更新することによって目的とする構造を有する誘電体により生じた散乱電磁界分布ftotal(r)を求めることができる。 Then, as shown in FIG. 8, each differential electromagnetic field f1 (r), f2 (r), f3 (r),..., FM (r) calculated by the integral equation is changed to an electromagnetic field f (( By sequentially adding and updating to r), the scattered electromagnetic field distribution f total (r) generated by the dielectric having the target structure can be obtained.

このような第2の実施形態における散乱波計算システムによれば、第1の実施形態における散乱波計算システムと同様な効果を得ることができる。   According to such a scattered wave calculation system in the second embodiment, the same effect as that of the scattered wave calculation system in the first embodiment can be obtained.

図9は、図8に示すような誘電体の領域分割法に適した構造例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a structural example suitable for the dielectric region division method as shown in FIG.

図9(A)に示すように誘電体を平板状の基準領域b0と凸部としての矩形領域b1, b2, b3, ..., bMとに分割すると、端部における矩形領域b1, bMが有限とならないような場合が起こり得る。そこで、図9(B)に示すように誘電体を平板状の基準領域b0と凹部としての有限の矩形空間b1, b2, b3, ..., bMとに分割すれば、差分界境界要素法による計算を繰返すことによって誘電体の散乱電磁界を求めることができる。   As shown in FIG. 9A, when the dielectric is divided into a flat reference region b0 and rectangular regions b1, b2, b3,. There may be cases where it is not finite. Therefore, as shown in FIG. 9B, if the dielectric is divided into a flat reference region b0 and a finite rectangular space b1, b2, b3,. The scattered electromagnetic field of the dielectric can be obtained by repeating the calculation according to.

(第3の実施の形態)
第3の実施形態における散乱波計算システムでは、構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能が第1の実施形態における散乱波計算システム1と異なる。このため、第3の実施形態における構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能についてのみ説明する。
(Third embodiment)
In the scattered wave calculation system in the third embodiment, the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit are different from the scattered wave calculation system 1 in the first embodiment. For this reason, only the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit in the third embodiment will be described.

第3の実施形態における散乱波計算システムの構造特定部は、散乱電磁界の計算対象となる誘電率が一定でない誘電体の領域を、平板状の基準領域と、互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す機能を有する。このため、第3の実施形態における電磁界計算部は、互いに異なる複数の誘電率を有する誘電体に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される   The structure specifying unit of the scattered wave calculation system according to the third embodiment includes a dielectric region with a non-constant dielectric constant that is a calculation target of the scattered electromagnetic field, a flat reference region, and a plurality of finite regions that do not intersect with each other. Has a function of expressing as a synthesized region. For this reason, the electromagnetic field calculation unit in the third embodiment is configured to obtain an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident on dielectrics having a plurality of different dielectric constants.

互いに異なる複数の誘電率を有する誘電体の代表例としては、フォトリソグラフィに使用されるレチクルが挙げられる。そこで、ここではレチクルに電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求める場合について説明する。   A typical example of a dielectric having a plurality of different dielectric constants is a reticle used in photolithography. Therefore, here, a case will be described in which an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident on the reticle is obtained.

図10は、第3の実施形態における散乱波計算システムにおいて散乱電磁界の計算対象となるレチクルの構造例を示す断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a reticle that is a calculation target of the scattered electromagnetic field in the scattered wave calculation system according to the third embodiment.

レチクル20は、平板状のガラス基板21上に金属薄膜22を蒸着し、金属薄膜22に複数の開口部23を設けて構成される。開口部23の長さ及び間隔は不規則であり、開口部23ではガラス基板21の表面が露出している。ガラス基板21と金属薄膜22の誘電率は互いに異なる。従って、レチクル20は、2つの誘電率を有する2層の半無限の誘電体板とみなすことができる。   The reticle 20 is configured by depositing a metal thin film 22 on a flat glass substrate 21 and providing a plurality of openings 23 in the metal thin film 22. The lengths and intervals of the openings 23 are irregular, and the surface of the glass substrate 21 is exposed at the openings 23. The dielectric constants of the glass substrate 21 and the metal thin film 22 are different from each other. Therefore, the reticle 20 can be regarded as a two-layer semi-infinite dielectric plate having two dielectric constants.

そこで、2層の誘電体構造を有するレチクル20の散乱電磁界についても第1又は第2の実施形態と同様に計算することができる。すなわち、レチクル20を基準領域と複数の有限領域の合成領域として表し、単一又は複数の有限領域を基準領域に追加しながら差分界境界要素法による計算を繰返すことによって、散乱電磁界をベクトル場として計算することができる。   Therefore, the scattered electromagnetic field of the reticle 20 having a two-layer dielectric structure can be calculated in the same manner as in the first or second embodiment. That is, the reticle 20 is represented as a composite region of a reference region and a plurality of finite regions, and the scattered electromagnetic field is changed to a vector field by repeating the calculation by the difference field boundary element method while adding a single or a plurality of finite regions to the reference region. Can be calculated as

ここでは、計算容易化のためにレチクル20の各開口部23をそれぞれ空間で構成される有限領域とし、有限領域を1つずつ平板状の基準領域に追加する場合を例に説明する。   Here, for ease of calculation, a case will be described as an example where each opening 23 of reticle 20 is a finite region configured by a space, and each finite region is added to a flat reference region one by one.

図11は、第3の実施形態における電磁界計算部による散乱電磁界の計算方法を説明する図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining a calculation method of the scattered electromagnetic field by the electromagnetic field calculation unit in the third embodiment.

各開口部23をそれぞれ基準領域b0に順次追加する有限領域b1, b2, b3, ..., bMとすると、基準領域b0は図11(A)に示すように誘電率が厚さ方向に2値の2層の平板状の領域となる。従って、開口部23がない場合の位置rにおける電磁界分布f(r)は、ガラス、金属薄膜及び空気の3層の誘電体多層膜によって生じる電磁界分布に相当する。   Assuming that the finite regions b1, b2, b3,..., BM in which the openings 23 are sequentially added to the reference region b0, the reference region b0 has a dielectric constant of 2 in the thickness direction as shown in FIG. It becomes a flat region of two layers of values. Therefore, the electromagnetic field distribution f (r) at the position r when there is no opening 23 corresponds to the electromagnetic field distribution generated by the three-layer dielectric multilayer film of glass, metal thin film, and air.

誘電体多層膜によって生じる電磁界分布f(r)は任意の手法によって計算することができる。計算量及び精度の観点からは、例えば透過行列法による計算が適している。   The electromagnetic field distribution f (r) generated by the dielectric multilayer film can be calculated by any method. From the viewpoint of calculation amount and accuracy, for example, calculation by the transmission matrix method is suitable.

次に、図11(B)に示すように、1番目の開口部23が有限領域b1として基準領域b0に追加される。また、境界積分の積分経路として、ガラス基板21と金属薄膜22と間における所定の長さの境界C0、ガラス基板21と有限領域b1(開口部23)との境界C1、有限領域b1と金属薄膜22との境界C2、有限領域b1の表面境界C3及び基準領域b0(金属薄膜22)の表面境界C4が定義される。すなわち、境界C0、C4の長さは積分範囲に応じて設定される。すなわち、有限領域b1から十分遠方の境界が無視される。 Next, as shown in FIG. 11B, the first opening 23 is added to the reference region b0 as a finite region b1. Further, as the integral path of the boundary integral, the glass substrate 21 and the boundary C 0 of predetermined length between the metal thin film 22, the boundary C 1 between the glass substrate 21 and a finite area b1 (opening 23), a finite region b1 boundary C 2 of the metal thin film 22, the surface boundary C 4 of the surface boundary C 3 and the reference area b0 finite area b1 (metal film 22) is defined. That is, the lengths of the boundaries C 0 and C 4 are set according to the integration range. That is, a boundary sufficiently far from the finite region b1 is ignored.

更に、領域S1が、ガラス基板21内の積分範囲となる領域、領域S2が、金属薄膜22内の積分範囲となる領域、領域S3が、基準領域b0外部において積分範囲となる領域、領域S4が、追加対象となる矩形空間b1内の領域としてそれぞれ定義される。 Further, the region S 1 is a region that is an integration range in the glass substrate 21, the region S 2 is a region that is an integration range in the metal thin film 22, and the region S 3 is a region that is an integration range outside the reference region b0, area S 4 are respectively defined as the area within the rectangular space b1 to be added subject.

そうすると、定義された各境界C0, C4上における差分電磁界及び各境界C1, C2, C3上における電磁界は、式(7)に示す積分方程式を解くことによって求めることができる。 Then, the differential electromagnetic field on each defined boundary C 0 , C 4 and the electromagnetic field on each boundary C 1 , C 2 , C 3 can be obtained by solving the integral equation shown in Equation (7) .

Figure 2013156030
・・・(7)
Figure 2013156030
... (7)

また、式(7)によって算出された各境界C0, C4上における差分電磁界及び各境界C1, C2, C3上における電磁界を用いて式(8)により矩形空間b1の外部の任意の位置rにおける差分電磁界f1(r)及び矩形空間b1の内部における電磁界を計算することができる。 In addition, using the differential electromagnetic field on each boundary C 0 , C 4 calculated by Equation (7) and the electromagnetic field on each boundary C 1 , C 2 , C 3 , the outside of the rectangular space b1 by Equation (8) It is possible to calculate the differential electromagnetic field f1 (r) at an arbitrary position r and the electromagnetic field inside the rectangular space b1.

Figure 2013156030
・・・(8)
Figure 2013156030
... (8)

そして、矩形空間b1の追加によって生じる差分電磁界f1(r)と基準領域b0によって生じる電磁界分布f(r)とが加算される。そして、電磁界分布f(r)が差分電磁界f1(r)との加算値に更新される。これにより、図11(B)に示すような基準領域b0に矩形空間b1を追加した領域によって形成される電磁界分布f(r)を求めることができる。   Then, the differential electromagnetic field f1 (r) generated by the addition of the rectangular space b1 and the electromagnetic field distribution f (r) generated by the reference region b0 are added. Then, the electromagnetic field distribution f (r) is updated to an added value with the differential electromagnetic field f1 (r). Thereby, the electromagnetic field distribution f (r) formed by the region obtained by adding the rectangular space b1 to the reference region b0 as shown in FIG. 11B can be obtained.

続いて同様に、2番目以降の有限領域biが順次追加される。そして、同様な流れで追加された有限領域biに対応する差分電磁界fi(r)の計算及び差分電磁界f1(r)と電磁界分布f(r)との加算による電磁界分布f(r)の更新が繰り返される。   Subsequently, similarly, the second and subsequent finite regions bi are sequentially added. Then, the electromagnetic field distribution f (r) is calculated by calculating the differential electromagnetic field fi (r) corresponding to the finite region bi added in the same flow and adding the differential electromagnetic field f1 (r) and the electromagnetic field distribution f (r). ) Is repeated.

但し、基準領域b0の誘電率が2値である場合には、積分範囲に追加済の有限領域biが含まれるか否かによって積分方程式等の計算式が異なる。そこで、積分範囲に追加済の有限領域biが含まれるか否かが電磁界計算部において判定される。その結果、図11(C)に示すように積分範囲に既に追加済の有限領域bi-1が含まれない場合と、図11(D)に示すように積分範囲に既に追加済の有限領域bi-1が含まれる場合に場合分けすることができる。   However, when the permittivity of the reference region b0 is binary, the calculation formula such as the integral equation differs depending on whether or not the added finite region bi is included in the integration range. Therefore, the electromagnetic field calculation unit determines whether or not the added finite region bi is included in the integration range. As a result, as shown in FIG. 11 (C), the finite region bi-1 that has already been added to the integration range is not included, and the finite region bi that has already been added to the integration range as shown in FIG. 11 (D). Cases can be classified when -1 is included.

この場合分けのための判定処理は、任意のアルゴリズムによって行うことができる。例えば、積分範囲の長さを閾値として有限領域bi間の距離を閾値と比較する閾値処理によって場合分けを行うことができる。   In this case, the determination process for classification can be performed by an arbitrary algorithm. For example, cases can be classified by threshold processing in which the length of the integration range is used as a threshold and the distance between the finite regions bi is compared with the threshold.

図11(C)に示すようにガラス基板21と金属薄膜22との間において所定の長さの境界C0を設定できる場合、つまり境界C0が隣接する有限領域bi-1に跨らない場合には、上述した計算式で計算を行うことができる。一方、図11(D)に示すように、隣接する有限領域bi-1の存在によって積分範囲ガラス基板21と金属薄膜22との間における境界C0が3つ以上存在する場合には、上述した計算式で計算を行うことができない。また、ガラス基板21と金属薄膜22との間における境界C0が積分範囲の端部とならない場合も同様である。 As shown in FIG. 11C, when a boundary C 0 having a predetermined length can be set between the glass substrate 21 and the metal thin film 22, that is, when the boundary C 0 does not straddle the adjacent finite region bi-1. Can be calculated by the above-described calculation formula. On the other hand, as shown in FIG. 11 (D), when there are three or more boundaries C 0 between the integration range glass substrate 21 and the metal thin film 22 due to the existence of the adjacent finite region bi-1, the above-mentioned case is described. The calculation cannot be performed using the formula. The same applies to the case where the boundary C 0 between the glass substrate 21 and the metal thin film 22 is not the end of the integration range.

すなわち、図11(D)に示すようにガラス基板21と金属薄膜22との間における有長の境界C0が隣接する有限領域bi-1に跨がる場合には、積分方程式等の計算式が異なる式となる。従って、有限領域biに対応する差分電磁界fi(r)を求める計算式を、境界及び境界で囲まれる領域に対応する計算式とすることが必要である。例えば、図11(C)に示す領域S2が図11(D)に示す例では、領域S2aと領域S2bとに分断されている。従って、差分電磁界fi(r)を求めるための計算式は、各領域S2a, S2bを囲む領域別の積分方程式及び積分を用いた式となる。 That is, as shown in FIG. 11D, when a long boundary C 0 between the glass substrate 21 and the metal thin film 22 extends over the adjacent finite region bi-1, a calculation formula such as an integral equation is used. Are different expressions. Therefore, it is necessary to set the calculation formula for obtaining the differential electromagnetic field fi (r) corresponding to the finite region bi as the calculation formula corresponding to the boundary and the region surrounded by the boundary. For example, a region S 2 shown in FIG. 11 (C) in the example shown in FIG. 11 (D), are divided in the region S 2a and the region S 2b. Therefore, the calculation formula for obtaining the differential electromagnetic field fi (r) is an equation using integral equations and integrals for each region surrounding each region S 2a , S 2b .

ガラス基板21と金属薄膜22との間における境界C0が隣接する有限領域bi-1に跨がる場合には、積分経路の種類が増えるだけで、計算量は境界C0が有限領域bi-1に跨がらない場合とほぼ同じである。また、境界C0が追加済の複数の有限領域bi-1, bi-2, bi-3, ...と跨がる場合においても、同様に境界要素及び境界で囲まれる領域を定義し、対応する計算式で計算することができる。 When the boundary C 0 between the glass substrate 21 and the metal thin film 22 extends over the adjacent finite region bi-1, the number of types of integration paths increases, and the amount of calculation is limited to the boundary C 0. It is almost the same as when not straddling 1. In addition, even when the boundary C 0 extends over a plurality of finite regions bi-1, bi-2, bi-3, ... that have been added, similarly define the boundary element and the region surrounded by the boundary, It can be calculated with the corresponding calculation formula.

基準領域b0が2値の誘電率を有する場合には、このような判定処理及び境界に応じた計算式による差分電磁界fi(r)の算出が繰返される。また、基準領域b0が多値の誘電率を有する場合においても、同様に誘電率の数に応じた判定処理及び計算式を用いて有限領域biに対応する差分電磁界fi(r)を順次計算することができる。   When the reference region b0 has a binary dielectric constant, such determination process and calculation of the differential electromagnetic field fi (r) by a calculation formula corresponding to the boundary are repeated. Similarly, even when the reference region b0 has a multivalued dielectric constant, the differential electromagnetic field fi (r) corresponding to the finite region bi is sequentially calculated using the determination process and the calculation formula corresponding to the number of dielectric constants. can do.

そして、最後の有限領域bMについての計算が終了すると、図11(E)に示すような目的とする不規則な複数の開口部23を有するレチクル20により生じた散乱電磁界分布ftotal(r)を求めることができる。 When the calculation for the last finite region bM is completed, the scattered electromagnetic field distribution f total (r) generated by the reticle 20 having a plurality of irregular openings 23 as shown in FIG. Can be requested.

尚、金属薄膜22をそれぞれ複数の凸形状の有限領域とし、金属薄膜22で構成される有限領域を平板状の基準領域に順次追加する計算を行ってもよい。この場合には、基準領域の誘電率と有限領域の誘電率が互いに異なる値となる。従って、誘電率が異なる場合に対応する積分方程式を解けばよいことになる。また、計算式は第1の実施形態の計算式を誘電率が2値である場合に書換えた式となる。   Alternatively, the metal thin film 22 may be a plurality of convex finite regions, and the finite region constituted by the metal thin film 22 may be sequentially added to the flat reference region. In this case, the dielectric constant of the reference region and the dielectric constant of the finite region are different from each other. Therefore, it is only necessary to solve the integral equation corresponding to the case where the dielectric constants are different. Further, the calculation formula is a formula obtained by rewriting the calculation formula of the first embodiment when the dielectric constant is binary.

このように第3の実施形態における散乱波計算システムによれば、単一の誘電率を有する誘電体に限らず、複数の誘電率を有する有限又は半無現の誘電体であっても散乱電磁界を計算することができる。   As described above, according to the scattered wave calculation system in the third embodiment, not only a dielectric having a single dielectric constant but also a finite or semi-infinite dielectric having a plurality of dielectric constants is used. The field can be calculated.

このため、第3の実施形態における散乱波計算システムによれば、従来手法では困難であったフォトリソグラフィの結像シミュレーションを良好な精度で高速に行うことができる。すなわち、半導体産業において重要なフォトリソグラフィに使用されるレチクル20に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を良好な精度で求めることができる。   For this reason, according to the scattered wave calculation system in the third embodiment, it is possible to perform imaging simulation of photolithography, which was difficult with the conventional method, at high speed with good accuracy. That is, an electromagnetic field formed by scattered waves generated when an electromagnetic wave is incident on a reticle 20 used for photolithography which is important in the semiconductor industry can be obtained with good accuracy.

特に、従来の差分界境界要素法による計算では、単一の開口部によって生じる差分電磁界と、基準領域によって生じる電磁界とを加算することによって散乱電磁界が計算される。ここで、仮に全ての開口部によって生じる差分電磁界を計算して基準領域によって生じる電磁界と加算しようとすると、開口部による散乱の効果が微弱な場合には、差分電磁界と差分電磁界の加算対象となる電磁界との間に大きさ強度差が生じる。このため、従来の差分界境界要素法による計算を1回行う方法では、微弱な散乱光成分が欠落し、結像パターンが正確に求められない場合がある。   In particular, in the calculation by the conventional differential field boundary element method, the scattered electromagnetic field is calculated by adding the differential electromagnetic field generated by a single opening and the electromagnetic field generated by the reference region. Here, if the differential electromagnetic field generated by all the openings is calculated and added to the electromagnetic field generated by the reference region, if the scattering effect by the openings is weak, the differential electromagnetic field and the differential electromagnetic field There is a difference in magnitude between the electromagnetic field to be added. For this reason, in the conventional method in which the calculation by the differential field boundary element method is performed once, a weak scattered light component may be lost and an imaging pattern may not be accurately obtained.

これに対し、第3の実施形態における散乱波計算システムによれば、強度が相対的に大きい電磁界f(r)と強度が微弱な差分電磁界fi(r)とが個別に計算される。従って、微弱な散乱光成分を正確に反映させた結像パターンを求めることができる。この結果、微細化が進むフォトマスクを、より小さい誤差となるように設計したり、フォトマスクの設計時間を短縮することが可能となる。そして、半導体の微細加工技術を発展させることができる。   On the other hand, according to the scattered wave calculation system in the third embodiment, the electromagnetic field f (r) having a relatively large intensity and the differential electromagnetic field fi (r) having a weak intensity are calculated individually. Therefore, it is possible to obtain an imaging pattern that accurately reflects a weak scattered light component. As a result, it is possible to design a photomask that is increasingly miniaturized so as to have a smaller error, and to shorten the photomask design time. Then, semiconductor microfabrication technology can be developed.

尚、第3の実施形態においても基準領域b0及び各有限領域b1, b2, b3, ..., bMを3D領域として扱うことができる。その場合、レチクル20の開口部23又は金属薄膜22を閉曲面で囲まれる各有限領域b1, b2, b3, ..., bMとして散乱電磁界を計算することができる。   In the third embodiment, the reference region b0 and the finite regions b1, b2, b3,..., BM can be handled as 3D regions. In that case, the scattered electromagnetic field can be calculated as each finite region b1, b2, b3,..., BM surrounded by the closed surface of the opening 23 or the metal thin film 22 of the reticle 20.

また、第3の実施形態における散乱電磁界のシミュレーションを、フォトマスクに混入した異物や欠陥の検出に用いることもできる。具体的には、異物や欠陥が存在する領域の誘電率及び位置を複数通り仮定してそれぞれ散乱電磁界を求め、各散乱電磁界と異物や欠陥が存在する状態とを関連付けることができる。そうすると、実物のフォトマスクの散乱電磁界の実測値と散乱電磁界のシミュレーション結果とを比較することによって異物や欠陥の存在や位置を推測することができる。   In addition, the simulation of the scattered electromagnetic field in the third embodiment can be used to detect foreign matter and defects mixed in the photomask. Specifically, it is possible to obtain a scattered electromagnetic field by assuming a plurality of dielectric constants and positions of a region where a foreign substance or a defect exists, and to associate each scattered electromagnetic field with a state where the foreign substance or the defect exists. Then, it is possible to infer the presence and position of a foreign substance or a defect by comparing the measured value of the scattered electromagnetic field of the actual photomask with the simulation result of the scattered electromagnetic field.

(第4の実施の形態)
第4の実施形態における散乱波計算システムでは、構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能が第1の実施形態における散乱波計算システム1と異なる。このため、第4の実施形態における構造特定部及び電磁界計算部の詳細機能についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
In the scattered wave calculation system in the fourth embodiment, the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit are different from the scattered wave calculation system 1 in the first embodiment. Therefore, only the detailed functions of the structure specifying unit and the electromagnetic field calculation unit in the fourth embodiment will be described.

第4の実施形態における散乱波計算システムの構造特定部は、散乱電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、平板状でない形状を有する基準領域と、互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す機能を有する。このため、第4の実施形態における電磁界計算部は、平板状でない形状を有する基準領域に誘電体の一部又は空間で構成される複数の有限領域を順次追加しながら差分界境界要素法による計算を繰返す機能を備えている。   The structure specifying unit of the scattered wave calculation system in the fourth embodiment synthesizes the area of the dielectric that is the target of calculation of the scattered electromagnetic field, with a reference area having a non-flat shape and a plurality of finite areas that do not intersect each other. Have the function of representing as a region. For this reason, the electromagnetic field calculation unit according to the fourth embodiment is based on the differential field boundary element method while sequentially adding a plurality of finite regions composed of a part of a dielectric or a space to a reference region having a non-flat shape. It has a function to repeat calculations.

散乱電磁界を求めるために平板状でない形状を有する基準領域を定義することが好適な誘電体の代表例として、回折格子が挙げられる。そこで、ここでは電磁界計算部が回折格子に電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求める場合について説明する。   A typical example of a dielectric material that preferably defines a reference region having a non-planar shape for obtaining a scattered electromagnetic field is a diffraction grating. Therefore, here, a case where the electromagnetic field calculation unit obtains an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when an electromagnetic wave is incident on the diffraction grating will be described.

図12は、第4の実施形態における散乱波計算システムによる回折格子からの散乱電磁界の計算方法を説明する図である。   FIG. 12 is a diagram for explaining a method for calculating a scattered electromagnetic field from a diffraction grating by the scattered wave calculation system in the fourth embodiment.

図12(A)は、矩形の回折格子30の断面図である。図12(A)に示す回折格子30には、不規則な異物及び欠陥の例としてそれぞれ単純な形状の誘電体及び空間が付加されている。例えば、最も左側の凸形状部分には、半円形状の異物31Aが、左から2番目の凸形状部分の右側には、三角形状の異物31Bが、それぞれ付加されている。また、最も左側の凹形状部分には、半円形状の欠陥32Aが、左から2番目の凸形状部分の左側には、三角形状の欠陥32Bが、それぞれ付加されている。   FIG. 12A is a cross-sectional view of a rectangular diffraction grating 30. In the diffraction grating 30 shown in FIG. 12A, a simple dielectric and space are added as examples of irregular foreign matters and defects. For example, a semicircular foreign matter 31A is added to the leftmost convex shape portion, and a triangular foreign matter 31B is added to the right side of the second convex shape portion from the left. Further, a semicircular defect 32A is added to the leftmost concave portion, and a triangular defect 32B is added to the left side of the second convex shape portion from the left.

図12(A)に示す回折格子30のように、周期性を持って同じ形状を繰返す構造を有する誘電体又はそのような誘電体に形状変化を付与した誘電体が散乱電磁界の計算対象である場合には、周期性を持って繰返す構造を基準領域b0とすることが好適である。   As in the diffraction grating 30 shown in FIG. 12A, a dielectric having a structure that repeats the same shape with periodicity or a dielectric having a shape change applied to such a dielectric is a target for calculating the scattered electromagnetic field. In some cases, the reference region b0 is preferably a structure that repeats with periodicity.

そこで、図12(B)に示すように、構造特定部は、理想的な回折格子30の周期構造を基準領域b0として定義する。すなわち、一定の長さ及び間隔で一定の高さの矩形の凹凸が繰返される理想的な回折格子30の領域が基準領域b0として定義される。   Therefore, as shown in FIG. 12B, the structure specifying unit defines the ideal periodic structure of the diffraction grating 30 as the reference region b0. That is, an ideal region of the diffraction grating 30 in which rectangular irregularities having a certain length and interval and a certain height are repeated is defined as the reference region b0.

次に、構造特定部は、対象となる回折格子30の表面の境界と、基準領域b0とによって囲まれる閉領域を抽出する。この結果、回折格子30の異物31A、31B及び欠陥32A,32Bは、複数の有限領域b1, b2, b3, ..., bMとして回折格子30から分離される。   Next, the structure specifying unit extracts a closed region surrounded by the boundary of the surface of the target diffraction grating 30 and the reference region b0. As a result, the foreign matter 31A, 31B and the defects 32A, 32B of the diffraction grating 30 are separated from the diffraction grating 30 as a plurality of finite regions b1, b2, b3,.

次に、電磁界計算部は、いずれの有限領域b1, b2, b3, ..., bMも付加されていない基準領域b0、つまり異物及び欠陥のない理想的な回折格子30により生じる散乱電磁界を計算する。回折格子30は、周期的な構造を有する。このため、回折格子30の周期境界条件を適用した厳密結合波解析法等の従来の手法により、回折格子30のサイズが無限大であっても容易に基準領域b0に対応する電磁界f(r)を求めることができる。   Next, the electromagnetic field calculation unit generates a scattered electromagnetic field generated by an ideal diffraction grating 30 without any finite regions b1, b2, b3,. Calculate The diffraction grating 30 has a periodic structure. For this reason, the electromagnetic field f (r (r) corresponding to the reference region b0 can be easily obtained by a conventional method such as a rigorous coupled wave analysis method using the periodic boundary condition of the diffraction grating 30 even if the size of the diffraction grating 30 is infinite. ).

次に、図12(C)に示すように、異物31Aに対応する1番目の有限領域b1が基準領域b0に付加される。そうすると、1番目の有限領域b1は、基準領域b0に追加された誘電体の凸部となる。従って、第1の実施形態と同様な手法で積分経路及び領域を定め、差分界境界要素法により1番目の有限領域b1に対応する差分電磁界f1(r)を計算することができる。   Next, as shown in FIG. 12C, the first finite area b1 corresponding to the foreign matter 31A is added to the reference area b0. Then, the first finite region b1 becomes a dielectric convex portion added to the reference region b0. Therefore, the integration path and region can be determined by the same method as in the first embodiment, and the differential electromagnetic field f1 (r) corresponding to the first finite region b1 can be calculated by the differential field boundary element method.

すなわち、図12(C)に示すように、所定の長さを有する基準領域b0の表面境界C0、基準領域b0と1番目の有限領域b1との間における境界C1及び1番目の有限領域b1の表面境界C2が積分経路として定義される。また、基準領域b0内の領域S1、誘電体の外部領域S2及び有限領域b1内の領域S3が定義される。基準領域b0の表面境界C0は、必要な計算精度に応じて決定される。 That is, as shown in FIG. 12C, the surface boundary C 0 of the reference region b0 having a predetermined length, the boundary C 1 between the reference region b0 and the first finite region b1, and the first finite region. surface boundary C 2 of b1 is defined as the integral path. Further, a region S 1 in the reference region b 0, a dielectric outer region S 2, and a region S 3 in the finite region b 1 are defined. Surface boundary C 0 of the reference area b0 is determined according to the required calculation accuracy.

そして式(1)及び式(2)により差分電磁界f1(r)を計算することができる。求められた差分電磁界f1(r)は、基準領域b0に対応する電磁界f(r)に加算され、電磁界f(r)が更新される。この結果、電磁界f(r)は、基準領域b0に1番目の有限領域b1を付加した領域、つまり理想的な回折格子に異物31Aのみが追加された領域により生じる電磁界となる。   Then, the differential electromagnetic field f1 (r) can be calculated by the equations (1) and (2). The obtained differential electromagnetic field f1 (r) is added to the electromagnetic field f (r) corresponding to the reference region b0, and the electromagnetic field f (r) is updated. As a result, the electromagnetic field f (r) is an electromagnetic field generated by a region where the first finite region b1 is added to the reference region b0, that is, a region where only the foreign matter 31A is added to the ideal diffraction grating.

続いて、図12(D)に示すように、欠陥32Aに対応する2番目の有限領域b2が基準領域b0に1番目の有限領域b1を合成した領域に付加される。そうすると、2番目の有限領域b2は、基準領域b0に有限空間として追加された誘電体の凹部となる。従って、第2の実施形態と同様な手法で積分経路及び領域を定め、差分界境界要素法により2番目の有限領域b2に対応する差分電磁界f2(r)を計算することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 12D, the second finite area b2 corresponding to the defect 32A is added to the area obtained by synthesizing the first finite area b1 with the reference area b0. Then, the second finite region b2 becomes a concave portion of the dielectric added as a finite space to the reference region b0. Therefore, the integration path and region can be determined by the same method as in the second embodiment, and the differential electromagnetic field f2 (r) corresponding to the second finite region b2 can be calculated by the differential field boundary element method.

すなわち、図12(D)に示すように、所定の長さを有する基準領域b0の表面境界C0、2番目の有限領域b2の表面境界C1及び基準領域b0と2番目の有限領域b2との間における境界C2が積分経路として定義される。また、基準領域b0内の領域S1、基準領域b0の外部領域S2及び2番目の有限領域b2内の領域S3が定義される。 That is, as shown in FIG. 12 (D), a surface boundary C 0, the second surface boundary C 1 and the reference area b0 and second finite area b2 finite region b2 of the reference area b0 having a predetermined length boundary C 2 is defined as the integral path between. In addition, a region S 1 in the reference region b 0, an external region S 2 in the reference region b 0, and a region S 3 in the second finite region b 2 are defined.

そして式(5)及び式(6)により差分電磁界f2(r)を計算することができる。求められた差分電磁界f2(r)は電磁界f(r)に加算され、電磁界f(r)が更新される。この結果、電磁界f(r)は、基準領域b0に1番目及び2番目の各有限領域b1, b2を付加した領域、つまり理想的な回折格子に異物31A及び欠陥32Aのみが追加された領域により生じる電磁界となる。   Then, the differential electromagnetic field f2 (r) can be calculated by the equations (5) and (6). The obtained difference electromagnetic field f2 (r) is added to the electromagnetic field f (r), and the electromagnetic field f (r) is updated. As a result, the electromagnetic field f (r) is a region obtained by adding the first and second finite regions b1 and b2 to the reference region b0, that is, a region where only the foreign matter 31A and the defect 32A are added to the ideal diffraction grating. The electromagnetic field generated by

更に同様に有限領域biの追加、差分電磁界fi(r)の計算及び差分電磁界fi(r)の電磁界f(r)への加算が繰返される。これにより、図12(A)に示す構造を有する回折格子30により生じる散乱電磁界分布ftotal(r)を求めることができる。 Similarly, the addition of the finite region bi, the calculation of the differential electromagnetic field fi (r), and the addition of the differential electromagnetic field fi (r) to the electromagnetic field f (r) are repeated. Thereby, the scattered electromagnetic field distribution f total (r) generated by the diffraction grating 30 having the structure shown in FIG. 12A can be obtained.

尚、有限領域b1, b2, b3, ..., bMの形状を適切に定義することによって回折格子30以外の周期構造を有する誘電体からの散乱電磁界を計算することも可能である。例えば、三角形の異物31B又は欠陥32Bを有限領域b3, b4として定義することによってメサ構造の散乱電磁界を計算することができる。   It is also possible to calculate the scattered electromagnetic field from a dielectric having a periodic structure other than the diffraction grating 30 by appropriately defining the shapes of the finite regions b1, b2, b3,..., BM. For example, the scattered electromagnetic field of the mesa structure can be calculated by defining the triangular foreign matter 31B or the defect 32B as the finite regions b3 and b4.

このような第4の実施形態における散乱波計算システムによれば、異物、欠陥、製造誤差等の特異な形状が不規則に付加した回折格子等の周期構造を有する誘電体からの散乱電磁界を現実的なデータ処理量で高精度に計算することができる。このため、散乱波計算システムを回折格子等の光学素子における異物や欠陥の検出に利用できる。   According to such a scattered wave calculation system in the fourth embodiment, a scattered electromagnetic field from a dielectric having a periodic structure such as a diffraction grating to which a specific shape such as a foreign substance, a defect, or a manufacturing error is irregularly added. It is possible to calculate with high accuracy with a realistic data processing amount. For this reason, the scattered wave calculation system can be used to detect foreign matters and defects in an optical element such as a diffraction grating.

すなわち、光学素子に異物や欠陥が存在する典型的な複数の条件で散乱電磁界をシミュレートし、異物や欠陥の影響による散乱電磁界の変化を調べることができる。そして、実際に製造された光学素子の散乱電磁界とシミュレーション結果とを比較することにより、異物や欠陥の位置及び大きさを検出することができる。   In other words, the scattered electromagnetic field can be simulated under a plurality of typical conditions in which a foreign object or defect exists in the optical element, and the change in the scattered electromagnetic field due to the influence of the foreign object or defect can be examined. And the position and magnitude | size of a foreign material or a defect are detectable by comparing the scattered electromagnetic field of the optical element actually manufactured, and the simulation result.

理想的な回折格子の回折波は従来手法の1つである厳密結合波解析によって計算することもできる。一方で、回折格子に異物や欠陥が付着または混入した場合、回折格子の回折特性がどのように劣化するかという性質を解析するニーズがある。しかしながら、不規則な異物や欠陥の混入によって回折格子の構造の周期性が失われると、厳密結合波解析を適用することができなくなる。   The diffraction wave of an ideal diffraction grating can also be calculated by rigorous coupled wave analysis, which is one of the conventional methods. On the other hand, there is a need to analyze the nature of how the diffraction characteristics of a diffraction grating deteriorate when foreign matter or defects adhere to or mix in the diffraction grating. However, if the periodicity of the structure of the diffraction grating is lost due to irregular inclusion of foreign matter or defects, the strict coupled wave analysis cannot be applied.

また、欠陥を有する回折格子の解析に従来のFDTD法を適用し、計算範囲を欠陥付近の領域に限定すると、計算範囲の大きさによって回折格子からの回折波が変動する。このため、欠陥を有する回折格子の解析にFDTD法を用いると、計算範囲の限定による影響が生じ、回折格子からの回折波を正確に求めることが困難となる。   In addition, when the conventional FDTD method is applied to the analysis of a diffraction grating having a defect and the calculation range is limited to a region near the defect, the diffracted wave from the diffraction grating varies depending on the size of the calculation range. For this reason, if the FDTD method is used to analyze a diffraction grating having defects, an influence due to the limitation of the calculation range occurs, and it is difficult to accurately obtain a diffraction wave from the diffraction grating.

これに対して、第4の実施形態における散乱波計算システムによれば、上述したように不規則な異物や欠陥を含む、構造の空間的周期性が乱れた回折格子からの回折波であっても短時間で高精度に計算することができる。   On the other hand, according to the scattered wave calculation system in the fourth embodiment, as described above, it is a diffracted wave from a diffraction grating that includes irregular foreign matters and defects and whose structure has a disordered spatial periodicity. Can be calculated with high accuracy in a short time.

尚、回折格子上に異物等の異常個所がM個ある場合について、従来の差分界境界要素法で散乱電磁界を計算しようとすると、離散化する点の数をNとすれば、およそ(MN)3のオーダーの計算量を要する。これに対して、第4の実施形態における散乱波計算システムの場合には、MN3のオーダーの計算量になると見積もることができる。従って、従来の単純な差分界境界要素法による計算と比較すると、第4の実施形態における散乱波計算システムによれば、計算量を1/M2に低減することができる。 In addition, when there are M abnormal parts such as foreign matters on the diffraction grating, when trying to calculate the scattered electromagnetic field by the conventional differential field boundary element method, if the number of points to be discretized is N, approximately (MN ) Requires 3 orders of calculation. On the other hand, in the case of the scattered wave calculation system in the fourth embodiment, it can be estimated that the calculation amount is in the order of MN 3 . Therefore, compared with the conventional calculation based on the simple difference field boundary element method, according to the scattered wave calculation system in the fourth embodiment, the calculation amount can be reduced to 1 / M 2 .

(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples, and do not limit the scope of the invention. The novel methods and apparatus described herein can be implemented in a variety of other ways. Various omissions, substitutions, and changes can be made in the method and apparatus described herein without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents include such various forms and modifications as are encompassed by the scope and spirit of the invention.

例えば、上記の随所において示唆したように、各実施形態における誘電体の分解方法及び散乱電磁界の計算方法を組み合わせることができる。例えば、第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせる場合には、単純に有限領域が誘電体の一部であるか空間であるかに応じて対応する計算式を使い分ければよい。そして、誘電体又は空間で構成される各有限領域に対応する差分電磁界を単純に加算すれば、目的とする構造を有する誘電体からの散乱電磁界を計算することができる。すなわち、誘電体の誘電率が一定であれば、第3の実施形態において説明したような積分範囲に応じた場合分けが不要である。   For example, as suggested above, the dielectric decomposition method and the scattered electromagnetic field calculation method in each embodiment can be combined. For example, when the first embodiment and the second embodiment are combined, the corresponding calculation formulas may be used properly depending on whether the finite region is a part of a dielectric or a space. Then, by simply adding the differential electromagnetic field corresponding to each finite region composed of a dielectric or space, the scattered electromagnetic field from the dielectric having the target structure can be calculated. That is, if the dielectric constant of the dielectric is constant, the case division according to the integration range as described in the third embodiment is unnecessary.

一方、誘電体の誘電率が一定でなければ、積分範囲内に同一の誘電率を有する閉じた領域が存在するか否かに応じて対応する積分方程式等の計算式を使い分ければよい。従って、第3の実施形態において示したような単純な2層の誘電体に限らず、多層の誘電体や誘電率の異なる異物が局所的に付着又は内部に混入した誘電体であっても、各誘電率が既知である限り条件に応じた計算式を用いて散乱電磁界の計算を行うことができる。   On the other hand, if the dielectric constant of the dielectric is not constant, a calculation formula such as a corresponding integral equation may be properly used depending on whether or not a closed region having the same dielectric constant exists in the integration range. Therefore, not only a simple two-layer dielectric as shown in the third embodiment, but also a multilayer dielectric or a dielectric with a foreign substance having a different dielectric constant locally attached or mixed inside, As long as each dielectric constant is known, the scattered electromagnetic field can be calculated using a calculation formula according to the conditions.

尚、誘電体が多層の場合には、異物が誘電体のいずれかの層と同じ材質からなる場合が多い。従って、異物の誘電率を誘電体のいずれかの層の誘電率と仮定することができる。このため、散乱波計算システムを、異なる誘電率を有する異物の付着や混入の検出に役立てることができる。   When the dielectric is a multilayer, the foreign material is often made of the same material as any one of the layers of the dielectric. Therefore, the dielectric constant of the foreign substance can be assumed to be the dielectric constant of any layer of the dielectric. For this reason, the scattered wave calculation system can be used for the detection of adhesion and contamination of foreign substances having different dielectric constants.

図13は、本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムにより単一の誘電率を有する第1の誘電体に異なる誘電率を有する第2の誘電体が部分的に埋め込まれた場合における散乱電磁界の計算方法を説明する断面図である。   FIG. 13 shows scattering when a second dielectric having a different dielectric constant is partially embedded in a first dielectric having a single dielectric constant by a scattered wave calculation system according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing explaining the calculation method of an electromagnetic field.

図13(A)に示すように半無限の板状の第1の誘電体40に円柱状の第2の誘電体42の下半分が埋め込まれた単純なケースを例に説明する。この場合、図13(B)に示すように、第1の誘電体40に第2の誘電体42が埋め込まれていない平坦な半無限の矩形領域を基準領域b0とする一方、円柱状の第2の誘電体42を有限領域b1と定義することができる。   A simple case in which the lower half of the cylindrical second dielectric 42 is embedded in the semi-infinite plate-like first dielectric 40 as shown in FIG. 13A will be described as an example. In this case, as shown in FIG. 13B, a flat semi-infinite rectangular region in which the second dielectric 42 is not embedded in the first dielectric 40 is used as the reference region b0, while the cylindrical first Two dielectrics 42 can be defined as a finite region b1.

従って図13(A)に示すように第1の誘電体40の所定の長さの表面境界をC0、基準領域b0と第2の誘電体41との交線に相当する境界をC1、第2の誘電体41の表面境界をC2、第1の誘電体40と第2の誘電体41との間における境界をC3、第1の誘電体40内の積分範囲内における領域をS1、第1の誘電体40及び第2の誘電体42の外部の積分範囲内における領域をS2、第2の誘電体41の内部の領域をS3として定義することができる。
この場合、式(1)に対応する積分方程式は、式(9)となる。
Accordingly, as shown in FIG. 13A, the surface boundary of the predetermined length of the first dielectric 40 is C 0 , and the boundary corresponding to the intersection of the reference region b 0 and the second dielectric 41 is C 1 , The surface boundary of the second dielectric 41 is C 2 , the boundary between the first dielectric 40 and the second dielectric 41 is C 3 , and the region within the integration range in the first dielectric 40 is S. 1 , the region within the integration range outside the first dielectric 40 and the second dielectric 42 can be defined as S 2 , and the region inside the second dielectric 41 can be defined as S 3 .
In this case, the integral equation corresponding to Equation (1) is Equation (9).

Figure 2013156030
Figure 2013156030

また、式(3)に対応する積分表現を含む式は、式(10)となる。   Further, an expression including an integral expression corresponding to Expression (3) is Expression (10).

Figure 2013156030
Figure 2013156030

図14は、本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムにより単一の誘電率を有する第1の誘電体に異なる誘電率を有する第2の誘電体が完全に埋め込まれた場合における散乱電磁界の計算方法を説明する断面図である。   FIG. 14 shows scattered electromagnetic waves when a second dielectric having a different dielectric constant is completely embedded in a first dielectric having a single dielectric constant by the scattered wave calculation system according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing explaining the calculation method of a field.

図14(A)に示すように半無限の板状の第1の誘電体40の内部に円柱状の第2の誘電体42が完全に埋め込まれた単純なケースについても一部が埋め込まれた場合と同様な方法で散乱電磁界を計算することができる。すなわち、図14(B)に示すように、第1の誘電体40に第2の誘電体42が埋め込まれていない平坦な半無限の矩形領域を基準領域b0とする一方、円柱状の第2の誘電体42を有限領域b1と定義することができる。   As shown in FIG. 14A, a simple case in which the cylindrical second dielectric 42 is completely embedded inside the semi-infinite plate-shaped first dielectric 40 is also partially embedded. The scattered electromagnetic field can be calculated in the same manner as in the case. That is, as shown in FIG. 14B, a flat semi-infinite rectangular area where the second dielectric 42 is not embedded in the first dielectric 40 is used as the reference area b0, while the cylindrical second The dielectric 42 can be defined as a finite region b1.

従って図14(A)に示すように第1の誘電体40の所定の長さの表面境界をC0、第1の誘電体40と第2の誘電体41との間における境界をC1、第1の誘電体40内の積分範囲内における領域をS1、第1の誘電体40及び第2の誘電体42の外部の積分範囲内における領域をS2、第2の誘電体41の内部の領域をS3として定義することができる。 Therefore, as shown in FIG. 14A, the surface boundary of the predetermined length of the first dielectric 40 is C 0 , and the boundary between the first dielectric 40 and the second dielectric 41 is C 1 , The region within the integration range in the first dielectric 40 is S 1 , the region within the integration range outside the first dielectric 40 and the second dielectric 42 is S 2 , and the inside of the second dielectric 41 the area can be defined as S 3.

この場合、式(9)に対応する積分方程式は、式(11)となる。   In this case, the integral equation corresponding to Equation (9) is Equation (11).

Figure 2013156030
・・・(11)
Figure 2013156030
... (11)

また、式(10)に対応する積分表現を含む式は、式(12)となる。   Further, an expression including an integral expression corresponding to Expression (10) is Expression (12).

Figure 2013156030
・・・(12)
Figure 2013156030
... (12)

図13及び図14において複数の第2の誘電体42が等間隔又は不等間隔に存在する場合には、それぞれ有限領域b1として順次追加し、同様な計算を行えばよい。そして、単一又は複数の第2の誘電体42を異物と仮定すれば、散乱電磁界のパターンを参照することによって異物の検出を支援することができる。すなわち、シミュレートされた散乱電磁界と同様な傾向を示す散乱電磁界が測定された場合には、異物が存在すると判断することができる。   In FIG. 13 and FIG. 14, when a plurality of second dielectrics 42 are present at equal intervals or unequal intervals, they are sequentially added as finite regions b1, and the same calculation may be performed. If the single or plural second dielectrics 42 are assumed to be a foreign substance, the detection of the foreign substance can be supported by referring to the scattered electromagnetic field pattern. That is, when a scattered electromagnetic field showing the same tendency as the simulated scattered electromagnetic field is measured, it can be determined that a foreign object exists.

この他、積分方程式を含む計算式を適応させることによって、様々な条件を変えることができる。例えば、上述した各実施形態では、平面波として電磁波が誘電体に入射する場合について説明したが、球面波等の非平面波として電磁波が誘電体に入射する場合についても計算式を対応させることによって同様に散乱電磁界を計算することができる。   In addition, various conditions can be changed by adapting calculation formulas including integral equations. For example, in each of the above-described embodiments, the case where the electromagnetic wave is incident on the dielectric as a plane wave has been described. The scattered electromagnetic field can be calculated.

他方、誘電体についても球面、楕円面或いは円柱の側面等の曲面を表面形状とする基準領域b0を定義することができる。このため、レンズ等の光学素子に生じた欠陥の検出等に上述した散乱波計算システムを適応させることができる。   On the other hand, a reference region b0 having a curved surface such as a spherical surface, an elliptical surface, or a cylindrical side surface as the surface shape can be defined for the dielectric. For this reason, the above-described scattered wave calculation system can be applied to detection of defects generated in an optical element such as a lens.

また、上述したように、誘電率が一定であるか複数の誘電率を有するかを問わず、基準領域及び有限領域を2D領域又は3D領域として扱うことができる。3D領域を定義して散乱電磁界を計算する場合には、3Dの基準領域と互いに交差しない複数の3Dの有限領域とを合成した領域として誘電体の領域を表すこととなる。そして、誘電率が一定又は複数値の立体又は3D空間を、誘電率が一定又は複数値の3D基準領域に順次追加して差分電磁界を計算することとなる。   Further, as described above, the reference region and the finite region can be treated as a 2D region or a 3D region regardless of whether the dielectric constant is constant or has a plurality of dielectric constants. When a scattered electromagnetic field is calculated by defining a 3D region, a dielectric region is represented as a region obtained by combining a 3D reference region and a plurality of 3D finite regions that do not intersect each other. Then, a three-dimensional or 3D space having a constant dielectric constant or a plurality of values is sequentially added to a 3D reference region having a constant dielectric constant or a plurality of values to calculate a differential electromagnetic field.

図15は、本発明の一実施形態に係る散乱波計算システムによる3D誘電体からの散乱電磁界の計算方法の一例を説明する斜視図である。   FIG. 15 is a perspective view illustrating an example of a method for calculating a scattered electromagnetic field from a 3D dielectric by the scattered wave calculation system according to the embodiment of the present invention.

図15に示すように計算対象となる誘電体を、2軸方向に半無限の平板状の基準領域b0と複数の直方体の有限領域b1, b2, b3, ..., bMとに分解できる場合を例に説明する。これは、図4に示す例を3Dに拡張した場合に相当する。   As shown in FIG. 15, when a dielectric material to be calculated can be decomposed into a semi-infinite flat reference region b0 in a biaxial direction and finite regions b1, b2, b3,. Will be described as an example. This corresponds to the case where the example shown in FIG. 4 is extended to 3D.

3D領域からの散乱電磁界を計算する場合には、数式中の変数が全て3D電場ベクトル又は3D磁場ベクトルとなる。また、式(1)に対応する積分方程式及び式(3)に対応する積分表現を含む式は2重積分の式となる。従って、積分経路となる境界要素は、2Dの場合のように線要素ではなく面積要素となる。   When calculating the scattered electromagnetic field from the 3D region, all the variables in the mathematical formula are 3D electric field vectors or 3D magnetic field vectors. Further, the equation including the integral equation corresponding to equation (1) and the integral expression corresponding to equation (3) is a double integral equation. Therefore, the boundary element that becomes the integration path is not a line element but an area element as in the case of 2D.

具体例として、図15に示すように、2番目の有限領域b2を追加して計算を行う場合であれば、1番目の有限領域b1を基準領域b0に追加して得られる所定の広さの3D領域の表面をC0、1番目の有限領域b1を基準領域b0に追加して得られる3D領域と有限領域b2との界面をC1、有限領域b2の表面をC2としてそれぞれ定義することによって積分方程式を含む計算を行うことができる。この場合、各境界面C1, C2, C3及び積分範囲で区分けされる各領域についてもパラメータを用いてそれぞれ定義されることとなる。 As a specific example, as shown in FIG. 15, if the calculation is performed by adding the second finite area b2, the predetermined area obtained by adding the first finite area b1 to the reference area b0 is used. Define the surface of the 3D region as C 0 , the interface between the 3D region obtained by adding the first finite region b1 to the reference region b0 and the finite region b2 as C 1 , and the surface of the finite region b2 as C 2. Can perform calculations involving integral equations. In this case, each boundary surface C 1 , C 2 , C 3 and each region divided by the integration range are also defined using parameters.

上述のような例の他、散乱電磁界の計算対象となる実際の誘電体の構造を厳密に模擬して基準領域及び複数の有限領域を定義せずに、近似的に基準領域及び複数の有限領域を定義するようにしてもよい。例えば、散乱電磁界への影響が相対的に小さいと判断できる有限領域を無視して散乱電磁界を計算することもできる。この場合、散乱電磁界の計算に要する時間を短縮することができる。散乱電磁界への影響が相対的に小さいか否かの判断は、有限領域の誘電率、面積、体積、境界長、形状等の散乱電磁界に対する寄与度を示す指標に対する閾値処理によって画一的に行うことができる。   In addition to the above-described examples, the reference region and the plurality of finite regions are approximated without strictly defining the reference region and the plurality of finite regions by closely simulating the structure of the actual dielectric that is the object of calculation of the scattered electromagnetic field. An area may be defined. For example, the scattered electromagnetic field can be calculated by ignoring a finite region in which it can be determined that the influence on the scattered electromagnetic field is relatively small. In this case, the time required for calculating the scattered electromagnetic field can be shortened. Judgment whether or not the influence on the scattered electromagnetic field is relatively small is made uniformly by threshold processing for indices indicating the contribution to the scattered electromagnetic field such as dielectric constant, area, volume, boundary length, and shape of a finite region. Can be done.

従って、電磁界計算部が、ある有限領域についての散乱電磁界への寄与度を示す指標が閾値未満又は閾値以下となる場合には、その有限領域の追加によって生じる差分電磁界を加算せずに散乱電磁界を求めるようにすればよい。これは、構造特定部が、散乱電磁界への寄与度を示す指標が閾値以上となる又は閾値を超える複数の有限領域を用いて近似的に誘電体の領域を基準領域と複数の有限領域とを合成した領域として表すようにすることと実質的に同じである。このような閾値処理により、誘電体表面における僅かな凹凸を省略してより高速に散乱電磁界を計算することが可能となる。   Therefore, when the index indicating the contribution to the scattered electromagnetic field for a certain finite area is less than or less than the threshold value, the electromagnetic field calculation unit does not add the differential electromagnetic field generated by the addition of the finite area. What is necessary is just to obtain a scattered electromagnetic field. This is because the structure specifying unit approximates the dielectric region to a reference region and a plurality of finite regions by using a plurality of finite regions where the index indicating the degree of contribution to the scattered electromagnetic field is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value. Is substantially the same as expressing the region as a synthesized region. By such threshold processing, it is possible to calculate the scattered electromagnetic field at higher speed while omitting slight irregularities on the dielectric surface.

そして、上述したような様々な条件に散乱波計算システムを適応させることによって、レチクル、回折格子、基板上に加工された光導波路、粗面からの光散乱、生体組織等の様々な構造を有する誘電体からの散乱電磁界を、必要な精度で短時間に計算することができる。   And by adapting the scattered wave calculation system to various conditions as described above, it has various structures such as reticle, diffraction grating, optical waveguide processed on the substrate, light scattering from rough surface, biological tissue, etc. The scattered electromagnetic field from the dielectric can be calculated in a short time with the required accuracy.

尚、散乱波計算システムは、入射させる電磁波の波長程度又は電磁波の波長以下の微細な構造を有する誘電体により生じる散乱波の電磁界を計算する場合に特に有用性が高い。但し、入射させる電磁波の波長に対して十分に大きい構造を有する誘電体であっても散乱波計算システムにより散乱波の電磁界を計算することができる。   The scattered wave calculation system is particularly useful when calculating the electromagnetic field of a scattered wave generated by a dielectric having a fine structure approximately equal to or less than the wavelength of the incident electromagnetic wave. However, even if the dielectric has a sufficiently large structure with respect to the wavelength of the incident electromagnetic wave, the electromagnetic field of the scattered wave can be calculated by the scattered wave calculation system.

1 散乱波計算システム
2 入力装置
3 表示装置
4 記憶装置
5 演算装置
6 コンピュータ
7 誘電体構造定義部
8 誘電体構造取得部
9 構造特定部
10 電磁界計算部
11 基準電磁界保存部
12 対象電磁界保存部
13 コンピュータ
14 記録メディア駆動装置
20 レチクル
21 ガラス基板
22 金属薄膜
23 開口部
30 回折格子
31A、31B 異物
32A、32B 欠陥
40 第1の誘電体
41 第2の誘電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scattered wave calculation system 2 Input device 3 Display device 4 Storage device 5 Arithmetic device 6 Computer 7 Dielectric structure definition part 8 Dielectric structure acquisition part 9 Structure specification part 10 Electromagnetic field calculation part 11 Reference electromagnetic field preservation | save part 12 Target electromagnetic field Storage unit 13 Computer 14 Recording medium driving device 20 Reticle 21 Glass substrate 22 Metal thin film 23 Opening 30 Diffraction gratings 31A and 31B Foreign matter 32A and 32B Defect 40 First dielectric 41 Second dielectric

Claims (8)

電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と、それぞれ前記誘電体の一部又は空間で構成され、かつ互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す構造特定部と、
前記基準領域に前記複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を前記基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求める電磁界計算部と、
を有する散乱波計算システム。
A dielectric region that is an object of calculation of an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident is composed of a reference region and a part or space of each of the dielectrics, and a plurality of regions that do not intersect each other. A structure specifying unit that represents a region combined with a finite region;
A plurality of finite regions are sequentially added to the reference region in a plurality of times, and an electromagnetic field generated by each added finite region is sequentially added to the electromagnetic field formed by the reference region. An electromagnetic field calculator for obtaining an electromagnetic field formed by scattered waves generated when the electromagnetic wave is incident;
A scattered wave calculation system.
前記電磁界計算部は、互いに異なる複数の誘電率を有する誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される請求項1記載の散乱波計算システム。   2. The scattered wave calculation according to claim 1, wherein the electromagnetic field calculation unit is configured to obtain an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when the electromagnetic wave is incident on a dielectric having a plurality of different dielectric constants. system. 前記電磁界計算部は、ある有限領域についての前記散乱波によって形成される電磁界への寄与度を示す指標が閾値未満又は閾値以下となる場合には、その有限領域の追加によって生じる電磁界を加算せずに前記散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される請求項1又は2記載の散乱波計算システム。   When the index indicating the degree of contribution to the electromagnetic field formed by the scattered wave for a certain finite region is less than or less than the threshold, the electromagnetic field calculation unit calculates the electromagnetic field generated by the addition of the finite region. The scattered wave calculation system according to claim 1, wherein the scattered wave calculation system is configured to obtain an electromagnetic field formed by the scattered wave without adding. 前記構造特定部は、3次元の基準領域と互いに交差しない複数の3次元の有限領域とを合成した領域として前記誘電体の領域を表すように構成される請求項1乃至3のいずれか1項に記載の散乱波計算システム。   The structure specifying unit is configured to represent the region of the dielectric as a region obtained by combining a three-dimensional reference region and a plurality of three-dimensional finite regions that do not intersect with each other. Scattered wave calculation system described in 1. 前記電磁界計算部は、フォトリソグラフィに使用されるレチクル又は回折格子に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される請求項1乃至4のいずれか1項に記載の散乱波計算システム。   5. The electromagnetic field calculation unit according to claim 1, wherein the electromagnetic field calculation unit is configured to obtain an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when the electromagnetic wave is incident on a reticle or diffraction grating used in photolithography. The scattered wave calculation system according to item 1. 前記電磁界計算部は、前記基準領域に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される基準電磁界に、前記基準領域に前記複数の有限領域の少なくとも1つを順次合成して得られる互いに異なる複数の領域にそれぞれ前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の各変位量を順次加算することによって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるように構成される請求項1乃至6のいずれか1項に記載の散乱波計算システム。   The electromagnetic field calculation unit is obtained by sequentially combining at least one of the plurality of finite regions in the reference region with a reference electromagnetic field formed by scattered waves generated when the electromagnetic wave is incident on the reference region. Scattered waves generated when the electromagnetic waves are incident on the dielectric by sequentially adding displacement amounts of electromagnetic fields formed by the scattered waves generated when the electromagnetic waves are incident on a plurality of different regions. The scattered wave calculation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the scattered wave calculation system is configured to obtain an electromagnetic field formed by: 電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と、それぞれ前記誘電体の一部又は空間で構成され、かつ互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表すステップと、
前記基準領域に前記複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を前記基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求めるステップと、
を有する散乱波計算方法。
A dielectric region that is an object of calculation of an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident is composed of a reference region and a part or space of each of the dielectrics, and a plurality of regions that do not intersect each other. Representing a finite region as a composite region;
A plurality of finite regions are sequentially added to the reference region in a plurality of times, and an electromagnetic field generated by each added finite region is sequentially added to the electromagnetic field formed by the reference region. Obtaining an electromagnetic field formed by scattered waves generated when the electromagnetic wave is incident;
Scattered wave calculation method having
コンピュータを、
電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界の計算対象となる誘電体の領域を、基準領域と、それぞれ前記誘電体の一部又は空間で構成され、かつ互いに交差しない複数の有限領域とを合成した領域として表す構造特定部、及び
前記基準領域に前記複数の有限領域を複数回に分けて順次追加し、追加された各有限領域によってそれぞれ生じる電磁界を前記基準領域によって形成される電磁界に順次加算する計算によって前記誘電体に前記電磁波を入射させた場合に生じる散乱波によって形成される電磁界を求める電磁界計算部、
として機能させる散乱波計算プログラム。
Computer
A dielectric region that is an object of calculation of an electromagnetic field formed by scattered waves generated when electromagnetic waves are incident is composed of a reference region and a part or space of each of the dielectrics, and a plurality of regions that do not intersect each other. A structure specifying unit that represents a region combined with a finite region, and the plurality of finite regions are sequentially added to the reference region in multiple times, and an electromagnetic field generated by each added finite region is formed by the reference region. An electromagnetic field calculation unit for obtaining an electromagnetic field formed by a scattered wave generated when the electromagnetic wave is incident on the dielectric by calculation to sequentially add to the electromagnetic field to be performed;
Scatter wave calculation program to function as.
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