JP2015162060A - Electromagnetic field analysis system, electromagnetic field analysis method, electromagnetic field analysis program and record medium recording this program - Google Patents

Electromagnetic field analysis system, electromagnetic field analysis method, electromagnetic field analysis program and record medium recording this program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic field analysis system that can efficiently simulate a scattering phenomenon of a wave incident on a target having both a fine defect structure and a large-sized multilayer structure, is applicable even if the defect structure is non-periodic, prevents memory consumption of a computer from increasing even if the defect structure is distributed widely and prevents calculation time and the memory consumption from increasing even if the multilayer structure is large-sized.SOLUTION: An electromagnetic field analysis system comprises: boundary setting means that sets a virtual boundary separating a defect structure and a multilayer structure from each other; boundary condition calculation means that calculates a virtual boundary condition at least based on an incident wave reflectivity on the set virtual boundary when being viewed from the defect structure side; and defect-structure electromagnetic field calculation means that resolves the defect structure into multiple local defects, and then calculates an electromagnetic field of the defect structure by a multistep difference field boundary element method of repeatedly solving an integral equation which is obtained from both boundaries around a local defect obtained by adding at least one of these resolved local defects and the virtual boundary condition.

Description

本発明は、光学素子等の対象物に入射される電磁波(光)の散乱現象を解析する電磁界解析システム、電磁界解析方法、電磁界解析プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体に関する。   The present invention relates to an electromagnetic field analysis system, an electromagnetic field analysis method, an electromagnetic field analysis program, and a recording medium on which the program is recorded, which analyzes a scattering phenomenon of electromagnetic waves (light) incident on an object such as an optical element.

フォトマスクや、例えば光媒体、回折格子、ホログラフィック素子若しくは反射防止膜等の光学素子の多くは、金属材料又は誘電体材料による多層構造と、多層構造表面の微小欠陥又は非周期的な凹凸パターンによる不規則な欠陥構造とを有している。このような多層構造及びその表面の欠陥構造を有する素子においては、その品質が表面の欠陥構造の寸法や形状に大きく左右されるため、光の波長(数nm〜数百nm)以下の精度で設計及び製造することが求められる。このため、この種の素子を設計する際には、多層構造及びその表面の欠陥構造がどのように電磁波(光)を反射及び散乱させるかシミュレーションを繰り返して行い、目標とする特性に近づくように各部の寸法を決める必要がある。   Many photomasks and optical elements such as optical media, diffraction gratings, holographic elements, or antireflection films have a multilayer structure made of a metal material or a dielectric material, and micro defects or non-periodic uneven patterns on the surface of the multilayer structure. And an irregular defect structure. In an element having such a multilayer structure and a defect structure on the surface thereof, the quality greatly depends on the size and shape of the defect structure on the surface, so that the accuracy is less than the wavelength of light (several nm to several hundred nm). It is required to design and manufacture. For this reason, when designing this type of device, repeat the simulation of how the multilayer structure and the defect structure on its surface reflect and scatter electromagnetic waves (light) so that it approaches the target characteristics. It is necessary to determine the dimensions of each part.

このようなシミュレーションとして、以下のような手法が既に開発されている。
厳密結合波解析(RCWA)法:厳密結合波理論による光学解析と、シミュレーティッドアニーリング法とを組合せた最適化手法であり、回折格子の設計に利用されている(例えば、非特許文献1参照)。
時間領域有限差分(FDTD)法:解析領域を微小領域に分割し、それに対してマクスウェル方程式を時間的、空間的に差分化して適用する手法であり、光媒体の光散乱解析に利用されている(例えば、非特許文献2参照)。
有限・境界要素結合手法:多層構造内部を有限要素法で、表面の凹凸部を境界要素法でそれぞれ定式化する手法であり、光媒体の光散乱解析に利用されている(例えば、非特許文献3参照)。
有限要素−境界要素ハイブリッド解析手法:有限要素法を未知数を有する線形式を求めるために多層構造内部のみに適用し、境界要素法を用いグリーン関数による表面積分式を境界部に適用する併用手法である(例えば、非特許文献4参照)。
As such a simulation, the following methods have already been developed.
Rigorous coupled wave analysis (RCWA) method: An optimization method that combines optical analysis based on a rigorous coupled wave theory and a simulated annealing method, and is used for designing a diffraction grating (for example, see Non-Patent Document 1). .
Time domain finite difference (FDTD) method: A method that divides the analysis region into small regions and applies Maxwell's equations to the difference in terms of time and space, and is used for light scattering analysis of optical media. (For example, refer nonpatent literature 2).
Finite / Boundary Element Coupling Method: A method that formulates the inside of a multilayer structure by the finite element method and the surface irregularities by the boundary element method, and is used for light scattering analysis of optical media (for example, non-patent literature) 3).
Finite element-boundary element hybrid analysis method: A combined method that applies the finite element method only to the inside of a multilayer structure to obtain a line form with unknowns, and uses the boundary element method to apply the surface integral formula by the Green function to the boundary part. Yes (see Non-Patent Document 4, for example).

塩崎 他,信学技報,Vol.103,No.613,pp.47−50(2004)Shiozaki et al., IEICE Technical Report, Vol. 103, No. 613, pp. 47-50 (2004) 深井 他,信学技報,Vol.98,No.510,pp.73−78(1999)Fukai et al., IEICE Technical Report, Vol. 98, No. 510, pp. 73-78 (1999) 田中 他,電子情報通信学会総合大会講演論文集,p.45(1995)Tanaka et al., Proceedings of the IEICE General Conference, p. 45 (1995) B.Alavikia et al.,J.Opt.Soc.Am.A,Vol.28,N0.10(2011)B. Alavikia et al. , J .; Opt. Soc. Am. A, Vol. 28, N0.10 (2011)

しかしながら、非特許文献1に開示されている厳密結合波解析(RCWA)法は、大規模な多層構造に適用することができるが、欠陥構造が周期的(空間的に同じ形状の繰り返し)でなければ適用できないという制約がある。   However, the rigorous coupled wave analysis (RCWA) method disclosed in Non-Patent Document 1 can be applied to a large-scale multilayer structure, but the defect structure must be periodic (repetitively having the same shape spatially). There is a restriction that it cannot be applied.

また、非特許文献2に開示されている時間領域有限差分(FDTD)法は、欠陥構造が周期的でなくとも使用できるため汎用性が高いが、素子の面積に比してコンピュータのメモリ消費量が著しく大量であるため、欠陥構造が広範囲に分布する場合や、大規模な多層構造には適用することができず、多層構造の層厚がたかだか波長の数十倍程度の場合に限られてしまう。   Further, the time domain finite difference (FDTD) method disclosed in Non-Patent Document 2 is highly versatile because it can be used even if the defect structure is not periodic, but the memory consumption of the computer compared to the area of the element Is extremely large and cannot be applied to a large-scale multilayer structure when the defect structure is distributed over a wide range, and is limited to the case where the thickness of the multilayer structure is at most several tens of wavelengths. End up.

さらに、非特許文献3に開示されている有限・境界要素結合手法は、コンピュータのメモリ消費量を低減させることはできるが、使用する方程式の性質上、物体への入射波が集光ビーム(限られた狭い範囲のみに分布する光)でなければならないという制限がある。   Furthermore, although the finite / boundary element coupling method disclosed in Non-Patent Document 3 can reduce the memory consumption of a computer, the incident wave to the object is not a focused beam (limited) due to the nature of the equation used. The light must be distributed only in a narrow range.

さらにまた、非特許文献4に開示されている有限要素−境界要素ハイブリッド解析手法は、欠陥構造が周期的でなくとも使用でき、大規模な多層構造にも対応できるが、多層構造のグリーン関数の処理に大量の演算が必要となるため、特に、高い精度を保持しつつ演算を行う場合に、非常に長い処理時間を要する。   Furthermore, the finite element-boundary element hybrid analysis method disclosed in Non-Patent Document 4 can be used even if the defect structure is not periodic, and can cope with a large-scale multilayer structure. Since a large amount of computation is required for processing, a very long processing time is required particularly when performing computation while maintaining high accuracy.

従って本発明の目的は、微細な欠陥構造と大規模な多層構造とを併せ持つ対象物への入射波の散乱現象を効率良くシミュレーションすることができる電磁界解析システム、電磁界解析方法、電磁界解析プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromagnetic field analysis system, an electromagnetic field analysis method, and an electromagnetic field analysis capable of efficiently simulating the scattering phenomenon of incident waves on an object having both a fine defect structure and a large-scale multilayer structure. A program and a recording medium on which the program is recorded are provided.

本発明の他の目的は、欠陥構造が非周期的であっても適用可能であり、欠陥構造が広範囲に分布していてもコンピュータのメモリ消費量が増大しない電磁界解析システム、電磁界解析方法、電磁界解析プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。   Another object of the present invention is applicable to an electromagnetic field analysis system and an electromagnetic field analysis method that can be applied even if the defect structure is aperiodic and does not increase the memory consumption of the computer even if the defect structure is distributed over a wide range. Another object is to provide an electromagnetic field analysis program and a recording medium on which the program is recorded.

本発明のさらに他の目的は、多層構造が大規模であっても、演算時間及びメモリ消費量が増大しない電磁界解析システム、電磁界解析方法、電磁界解析プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an electromagnetic field analysis system, an electromagnetic field analysis method, an electromagnetic field analysis program, and a recording medium on which this program is recorded, which does not increase computation time and memory consumption even when the multilayer structure is large-scale. Is to provide.

本発明によれば、多層構造と、この多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析システムであって、欠陥構造及び多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手段と、設定された仮想境界上の欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出する境界条件算出手段と、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくともこれら分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた局所的欠陥の周辺の境界及び仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手段とを備えている電磁界解析システムが提供される。   According to the present invention, there is provided an electromagnetic field analysis system for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure. Boundary setting means for setting a virtual boundary for dividing the defect structure and the multilayer structure from each other, and a boundary condition calculation for calculating a virtual boundary condition based at least on the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary And solving an integral equation obtained from a boundary and a virtual boundary condition around the local defect obtained by decomposing the defect structure into a plurality of local defects and adding at least one of the decomposed local defects. There is provided an electromagnetic field analysis system including defect structure electromagnetic field calculation means for calculating an electromagnetic field of a defect structure by a multi-stage difference field boundary element method that repeats the above.

境界設定手段は、欠陥構造と多層構造とを適切な位置で分割する仮想境界を設定する。この場合の適切な位置とは、対象物のほとんどの領域が多層構造側となり、欠陥構造側は非常に狭い領域となるような位置である。境界条件算出手段は、この仮想境界上の欠陥構造側から多層構造側を見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を漸化式を解いて求める。欠陥構造電磁界算出手段は、欠陥構造を分解して得た局所的欠陥の1つを追加し、その局所的欠陥の周辺の境界及び仮想境界条件から得られる積分方程式を解き、さらに他の局所的欠陥を追加して得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階(マルチステップ)差分界境界要素法により、この欠陥構造の電磁界を算出する。多層構造を仮想境界に置き換えているため、「欠陥構造+多層構造」という大面積の対象物は、「欠陥構造+仮想境界」という微小な面積の対象物に置換される。境界条件付の欠陥構造における電磁界は、例えば、杉坂 他,電子情報通信学会総合大会講演論文集,C−1−13(2012)や、杉坂 他,第59回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,17a−A2−2(2012)等で知られている多段階差分界境界要素法により、小規模な積分方程式を解くのみで求めることができる。その結果、微細な欠陥構造と大規模な多層構造とを併せ持つ対象物への入射波の散乱現象を効率良くシミュレーションすることができる。また、欠陥構造が非周期的であっても適用可能であり、欠陥構造が広範囲に分布していてもコンピュータのメモリ消費量が増大しない。さらに、多層構造の部分は、欠陥構造の計算の際に境界条件の形式で積分方程式に組み込まれており、後述するように、多層構造内の電磁界は積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により算出可能であるため、多層構造が大規模であっても、演算時間及びメモリ消費量が増大しない。   The boundary setting means sets a virtual boundary that divides the defect structure and the multilayer structure at appropriate positions. The appropriate position in this case is a position where most of the region of the object is on the multilayer structure side and the defect structure side is a very narrow region. The boundary condition calculation means obtains a virtual boundary condition based on at least the reflectance of the incident wave when the multilayer structure side is viewed from the defect structure side on the virtual boundary by solving a recurrence formula. The defect structure electromagnetic field calculation means adds one of the local defects obtained by decomposing the defect structure, solves the integral equation obtained from the boundary around the local defect and the virtual boundary condition, and further adds another local defect. The electromagnetic field of this defect structure is calculated by a multi-step differential field boundary element method that repeats solving an integral equation obtained by adding a physical defect. Since the multilayer structure is replaced with a virtual boundary, an object with a large area of “defect structure + multilayer structure” is replaced with an object with a small area of “defect structure + virtual boundary”. Electromagnetic fields in defect structures with boundary conditions include, for example, Sugisaka et al., IEICE General Conference Proceedings, C-1-13 (2012), Sugisaka et al. It can be obtained only by solving a small-scale integral equation by the multi-stage difference field boundary element method known in the Proceedings, 17a-A2-2 (2012). As a result, it is possible to efficiently simulate an incident wave scattering phenomenon on an object having both a fine defect structure and a large-scale multilayer structure. Further, the present invention can be applied even if the defect structure is aperiodic, and the memory consumption of the computer does not increase even if the defect structure is distributed over a wide range. Furthermore, the part of the multilayer structure is incorporated into the integral equation in the form of boundary conditions when calculating the defect structure, and as will be described later, the electromagnetic field in the multilayer structure uses a part of the solution of the integral equation as the initial value. Therefore, even if the multilayer structure is large-scale, the calculation time and memory consumption do not increase.

欠陥構造電磁界算出手段が、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解する分解部と、分解した局所的欠陥の1つを元の位置に追加する欠陥追加部と、追加した局所的欠陥周辺の境界を境界要素の集合で近似する境界近似部と、局所的欠陥を追加する前の電磁界、局所的欠陥を追加した前後の電磁界の差、近似した境界要素、算出した仮想境界条件、及び定数項を少なくとも含む積分方程式を解く求解部と、この積分方程式の解から局所的欠陥を追加した後の電磁界を算出して電磁界を更新する電磁界更新部とを備えていることが好ましい。   The defect structure electromagnetic field calculation means includes a decomposition part that decomposes the defect structure into a plurality of local defects, a defect addition part that adds one of the decomposed local defects to the original position, and a periphery of the added local defect Boundary approximation part that approximates the boundary with a set of boundary elements, the electromagnetic field before adding the local defect, the difference between the electromagnetic field before and after adding the local defect, the approximate boundary element, the calculated virtual boundary condition, and It is preferable to include an solving unit that solves an integral equation including at least a constant term, and an electromagnetic field updating unit that calculates an electromagnetic field after adding a local defect from the solution of the integral equation and updates the electromagnetic field. .

欠陥構造電磁界算出手段が、分解した局所的欠陥を追加する前のこの追加する局所的欠陥と基板との接合部分の電磁界及びこの追加する局所的欠陥の表面の電磁界を求めて定数項を更新する定数項更新部をさらに備えていることも好ましい。   The defect structure electromagnetic field calculating means obtains the electromagnetic field at the junction between the added local defect and the substrate and the electromagnetic field at the surface of the added local defect before adding the resolved local defect, and a constant term. It is also preferable to further include a constant term updating unit for updating

欠陥構造電磁界算出手段が、分解した局所的欠陥を全て追加するまで、欠陥追加部、境界近似部、求解部、電磁界更新部、並びに定数項更新部の処理動作を繰り返して実施させる繰り返し作動部をさらに備えていることも好ましい。   Repeated operation in which the defect structure electromagnetic field calculation means repeatedly performs the processing operations of the defect adding unit, boundary approximating unit, solution finding unit, electromagnetic field updating unit, and constant term updating unit until all decomposed local defects are added. It is also preferable to further include a portion.

積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により多層構造内の電磁界を算出する多層構造電磁界算出手段をさらに備えていることも好ましい。   It is also preferable to further include a multilayer structure electromagnetic field calculation means for calculating an electromagnetic field in the multilayer structure by a recurrence formula with a part of the solution of the integral equation as an initial value.

本発明によれば、さらに、多層構造と、この多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析方法であって、欠陥構造及び多層構造を互いに分割する仮想境界を設定し、一方、設定した仮想境界上の欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出し、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくともこれら分解した局所的欠陥の1つを追加して求めたこの局所的欠陥の周辺の境界及び仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により欠陥構造の電磁界を算出する電磁界解析方法が提供される。   According to the present invention, there is further provided an electromagnetic field analysis method for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure. And setting a virtual boundary that divides the defect structure and the multilayer structure from each other, while calculating a virtual boundary condition based at least on the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary, A multi-stage difference that is decomposed into a plurality of local defects and repeatedly solves the integral equation obtained from the boundary and virtual boundary conditions around the local defect obtained by adding at least one of the decomposed local defects An electromagnetic field analysis method for calculating an electromagnetic field of a defect structure by a field boundary element method is provided.

欠陥構造と多層構造とを適切な位置で分割する仮想境界を設定する。この場合の適切な位置とは、対象物のほとんどの領域が多層構造側となり、欠陥構造側は非常に狭い領域となるような位置である。一方、この仮想境界上の欠陥構造側から多層構造側を見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を漸化式を解いて求める。欠陥構造を分解して得た局所的欠陥の1つを追加し、その局所的欠陥の周辺の境界及び仮想境界条件から得られる積分方程式を解き、さらに他の局所的欠陥を追加して得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により、この欠陥構造の電磁界を算出する。多層構造を仮想境界に置き換えているため、「欠陥構造+多層構造」という大面積の対象物は、「欠陥構造+仮想境界」という微小な面積の対象物に置換される。境界条件付の欠陥構造における電磁界は、多段階差分界境界要素法により、小規模な積分方程式を解くのみで求めることができる。その結果、微細な欠陥構造と大規模な多層構造とを併せ持つ対象物への入射波の散乱現象を効率良くシミュレーションすることができる。また、多段階差分界境界要素法を用いているため、欠陥構造が非周期的であっても適用可能であり、局所的欠陥を1つずつ追加して計算を行っているため、欠陥構造が広範囲に分布していてもコンピュータのメモリ消費量が増大しない。さらに、多層構造の部分は、欠陥構造の計算の際に境界条件の形式で積分方程式に組み込まれており、また、後述するように、多層構造内の電磁界は積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により算出可能であるため、多層構造が大規模であっても、演算時間及びメモリ消費量が増大しない。   A virtual boundary that divides the defect structure and the multilayer structure at an appropriate position is set. The appropriate position in this case is a position where most of the region of the object is on the multilayer structure side and the defect structure side is a very narrow region. On the other hand, a virtual boundary condition based on at least the reflectance of the incident wave when the multilayer structure side is viewed from the defect structure side on the virtual boundary is obtained by solving a recurrence formula. It is obtained by adding one of local defects obtained by decomposing the defect structure, solving the integral equation obtained from the boundary and virtual boundary conditions around the local defect, and adding other local defects The electromagnetic field of this defect structure is calculated by a multistage difference field boundary element method that repeats solving the integral equation. Since the multilayer structure is replaced with a virtual boundary, an object with a large area of “defect structure + multilayer structure” is replaced with an object with a small area of “defect structure + virtual boundary”. The electromagnetic field in a defect structure with boundary conditions can be obtained by simply solving a small integral equation by the multi-step differential field boundary element method. As a result, it is possible to efficiently simulate an incident wave scattering phenomenon on an object having both a fine defect structure and a large-scale multilayer structure. In addition, since the multi-stage difference field boundary element method is used, it is applicable even if the defect structure is aperiodic. Since the calculation is performed by adding local defects one by one, the defect structure Even if distributed widely, the memory consumption of the computer does not increase. In addition, the multilayer structure part is incorporated into the integral equation in the form of boundary conditions when calculating the defect structure, and as will be described later, the electromagnetic field in the multilayer structure is part of the solution of the integral equation. Since the initial value can be calculated by a recurrence formula, the calculation time and memory consumption do not increase even if the multi-layer structure is large.

欠陥構造の電磁界の算出が、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、分解した局所的欠陥の1つを元の位置に追加し、追加した局所的欠陥周辺の境界を境界要素の集合で近似し、局所的欠陥を追加する前の電磁界、局所的欠陥を追加した前後の電磁界の差、近似した境界要素、算出した仮想境界条件、及び定数項を少なくとも含む積分方程式を解き、この積分方程式の解から局所的欠陥を追加した後の電磁界を算出することを含んでいることが好ましい。   The calculation of the electromagnetic field of the defect structure decomposes the defect structure into a plurality of local defects, adds one of the decomposed local defects to the original position, and sets the boundary around the added local defect as a set of boundary elements Solve the integral equation including at least the electromagnetic field before adding the local defect, the difference between the electromagnetic field before and after adding the local defect, the approximate boundary element, the calculated virtual boundary condition, and the constant term, It preferably includes calculating an electromagnetic field after adding a local defect from the solution of the integral equation.

欠陥構造の電磁界の算出が、分解した局所的欠陥を追加する前のこの追加する局所的欠陥と基板との接合部分の電磁界及びこの追加する局所的欠陥の表面の電磁界を求めて定数項を更新することをさらに含んでいることも好ましい。   The calculation of the electromagnetic field of the defect structure is a constant obtained by calculating the electromagnetic field at the junction between the added local defect and the substrate and the surface field of the added local defect before adding the resolved local defect. It preferably also includes updating the term.

欠陥構造の電磁界の算出が、分解した局所的欠陥を全て追加するまで、局所的欠陥の1つの元の位置に追加する処理、追加した局所的欠陥周辺の境界の境界要素の集合による近似処理、積分方程式を解く処理、電磁界を更新する処理、及び定数項を更新する処理を、繰り返して実施することをさらに含んでいることも好ましい。   Until the calculation of the electromagnetic field of the defect structure adds all the decomposed local defects, the process of adding to the original position of one of the local defects, the approximation process by the set of boundary elements of the boundary around the added local defect It is also preferable that the method further includes repeatedly performing the process of solving the integral equation, the process of updating the electromagnetic field, and the process of updating the constant term.

積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により多層構造内の電磁界を算出することをさらに含んでいることも好ましい。   It is preferable that the method further includes calculating an electromagnetic field in the multilayer structure by a recurrence formula with a part of the solution of the integral equation as an initial value.

本発明によれば、さらにまた、多層構造と、この多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析プログラムであって、欠陥構造及び多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手順と、設定された仮想境界上の欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出する境界条件算出手順と、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくとも分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた局所的欠陥の周辺の境界及び仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手順とを備えている電磁界解析プログラム、並びにこれら手順をコンピュータで実行させる電磁界解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。   According to the present invention, furthermore, an electromagnetic field analysis program for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on the surface side of the multilayer structure. A boundary setting procedure for setting a virtual boundary for dividing the defect structure and the multilayer structure from each other and a virtual boundary condition based on at least the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary are calculated. Integral equation obtained from boundary condition calculation procedure, boundary around virtual defect obtained by decomposing defect structure into multiple local defects and adding at least one of the decomposed local defects Electromagnetic field analysis program comprising defect structure electromagnetic field calculation procedure for calculating electromagnetic field of defect structure by multi-step difference field boundary element method that repeats solving Computer readable recording medium storing an electromagnetic field analysis program for row is provided.

本発明によれば、微細な欠陥構造と大規模な多層構造とを併せ持つ対象物への入射波の散乱現象を効率良くシミュレーションすることができる。また、欠陥構造が非周期的であっても適用可能であり、欠陥構造が広範囲に分布していてもコンピュータのメモリ消費量が増大しない。さらに、多層構造が大規模であっても、演算時間及びメモリ消費量が増大しない。   According to the present invention, it is possible to efficiently simulate an incident wave scattering phenomenon on an object having both a fine defect structure and a large-scale multilayer structure. Further, the present invention can be applied even if the defect structure is aperiodic, and the memory consumption of the computer does not increase even if the defect structure is distributed over a wide range. Furthermore, even if the multilayer structure is large-scale, the calculation time and memory consumption do not increase.

本発明の電磁界解析システムが適用される解析すべき対象物の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the target object which should be analyzed to which the electromagnetic field analysis system of this invention is applied. 本発明の電磁界解析システムの原理を概略的に示す図である。It is a figure which shows the principle of the electromagnetic field analysis system of this invention roughly. 本発明の一実施形態として、電磁界解析システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of an electromagnetic field analysis system as one embodiment of the present invention. FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの主要部の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the principal part of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの主要部の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the principal part of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態における電磁界解析システムの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the electromagnetic field analysis system in embodiment of FIG. 図3の実施形態において、差分電磁界を求めて電磁界を更新していく様子を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which an electromagnetic field is updated by obtaining a differential electromagnetic field in the embodiment of FIG. 3. 図3の実施形態において、対象物の裏面における反射を考慮した場合の電磁界分布を説明するための図である。In the embodiment of FIG. 3, it is a figure for demonstrating electromagnetic field distribution when the reflection in the back surface of a target object is considered. 図3の実施形態において、多層構造の層数と計算時間との関係を説明するための図である。In the embodiment of FIG. 3, it is a figure for demonstrating the relationship between the number of layers of a multilayer structure, and calculation time. 図3の実施形態において、多層構造の層厚と計算時間との関係を説明するための図である。In the embodiment of FIG. 3, it is a figure for demonstrating the relationship between the layer thickness of a multilayered structure, and calculation time.

図1は本発明の電磁界解析システムが適用される解析すべき対象物の例を示しており、図2は本発明の電磁界解析システムの原理を概略的に示している。   FIG. 1 shows an example of an object to be analyzed to which the electromagnetic field analysis system of the present invention is applied, and FIG. 2 schematically shows the principle of the electromagnetic field analysis system of the present invention.

本発明の電磁界解析システムは、例えば、EUV(極端紫外線)リソグラフィのフォトマスクや欠陥を有する回折格子等の表面欠陥構造及び多層構造を有する対象物における電磁界を解析することができる。図1(A)に示すように、EUVマスクは、多層膜ミラー10等の光学多層膜からなる多層構造(基板)の表面側にEUVリソグラフィで形成された遮光膜11による欠陥構造(凹凸構造)が存在する。また、図1(B)に示すように、欠陥を有する回折格子は、コーティング層12が裏面に積層されたガラス基板13からなる多層構造の表面側に、互いに平行な規則正しい多数の凸条14とゴミやキズ等の欠陥15とによる欠陥構造(凹凸構造)が存在する。本発明では、この種の対象物に、電磁波を入射させた場合の散乱現象によって形成される電磁界を解析することができる。   The electromagnetic field analysis system of the present invention can analyze an electromagnetic field in an object having a surface defect structure and a multilayer structure such as a photomask for EUV (extreme ultraviolet) lithography and a diffraction grating having defects. As shown in FIG. 1A, an EUV mask has a defect structure (uneven structure) formed by a light shielding film 11 formed by EUV lithography on the surface side of a multilayer structure (substrate) made of an optical multilayer film such as a multilayer mirror 10. Exists. Further, as shown in FIG. 1B, the diffraction grating having defects has a large number of regular ridges 14 parallel to each other on the surface side of the multilayer structure composed of the glass substrate 13 having the coating layer 12 laminated on the back surface. There is a defect structure (uneven structure) due to the defects 15 such as dust and scratches. In the present invention, it is possible to analyze an electromagnetic field formed by a scattering phenomenon when electromagnetic waves are incident on an object of this type.

即ち、本発明によれば、図2(A)に示すように、表面欠陥構造20及び多層構造21を有する対象物に表面欠陥構造20側から入射波が印加される場合に、欠陥構造20と多層構造21との間の適切な位置にこれらを分割する仮想境界22を設定する。この場合の適切な位置とは、対象物のほとんどの領域が多層構造21側となり、欠陥構造20側は非常に狭い領域となるような位置である。この仮想境界22の上側(欠陥構造21側)から多層構造20への透過波及び多層構造20から欠陥構造21側への反射波の関係を漸化式を解いて求め、この関係から仮想境界条件を設定する。即ち、図2(A)に示すように、表面欠陥構造20及び多層構造21を境界条件付きの仮想境界を有する表面欠陥構造に置換する。   That is, according to the present invention, as shown in FIG. 2A, when an incident wave is applied to an object having the surface defect structure 20 and the multilayer structure 21 from the surface defect structure 20 side, The virtual boundary 22 which divides | segments these in the appropriate position between the multilayer structures 21 is set. An appropriate position in this case is a position where most of the region of the object is on the multilayer structure 21 side and the defect structure 20 side is a very narrow region. The relationship between the transmitted wave from the upper side (defect structure 21 side) of the virtual boundary 22 to the multilayer structure 20 and the reflected wave from the multilayer structure 20 to the defect structure 21 side is obtained by solving a recurrence formula, and the virtual boundary condition is determined from this relationship. Set. That is, as shown in FIG. 2A, the surface defect structure 20 and the multilayer structure 21 are replaced with a surface defect structure having a virtual boundary with boundary conditions.

従って、本発明によれば、図2(B)に示すように、境界条件付きの仮想境界を有する表面欠陥構造に関する小規模な積分方程式を解くのみで、欠陥構造周囲の電磁界を求めることができる。   Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 2B, the electromagnetic field around the defect structure can be obtained only by solving a small-scale integral equation relating to the surface defect structure having a virtual boundary with boundary conditions. it can.

次に、電磁界解析システムの構成を説明する。   Next, the configuration of the electromagnetic field analysis system will be described.

図3は本発明の一実施形態として電磁界解析システムの全体構成を概略的に示しており、図4は本実施形態における電磁界解析システムの主要部の動作を説明しており、図5は本実施形態における電磁界解析システムの主要部の構成を概略的に示している。   FIG. 3 schematically shows the entire configuration of the electromagnetic field analysis system as one embodiment of the present invention, FIG. 4 illustrates the operation of the main part of the electromagnetic field analysis system in the present embodiment, and FIG. 1 schematically shows a configuration of a main part of an electromagnetic field analysis system in the present embodiment.

本実施形態における電磁界解析システムの電気的構成は、図3に示すように、バス30を介して互いに接続された中央処理装置(CPU)31と、リードオンリメモリ(ROM)32と、ランダムアクセスメモリ(RAM)33と、ハードディスク駆動装置(HDD)34と、画像処理部35と、外部メモリ駆動装置36と、入出力インタフェース37とを備えたコンピュータ及びこれを作動させるプログラムから構成される。   As shown in FIG. 3, the electrical configuration of the electromagnetic field analysis system in the present embodiment includes a central processing unit (CPU) 31, a read-only memory (ROM) 32, and a random access connected to each other via a bus 30. The computer includes a memory (RAM) 33, a hard disk drive (HDD) 34, an image processing unit 35, an external memory drive 36, and an input / output interface 37, and a program for operating the computer.

画像処理部35は表示ディスプレイ38に接続されており、外部メモリ駆動装置36は例えばブルーレイディスク/デジタルバーサタイルディスク/コンパクトディスク(BD/DVD/CD)39やメモリカードが装着可能となっており、入出力インタフェース37にはキーボード40及びマウス41が接続されている。   The image processing unit 35 is connected to a display 38, and the external memory driving device 36 can be loaded with, for example, a Blu-ray disc / digital versatile disc / compact disc (BD / DVD / CD) 39 or a memory card. A keyboard 40 and a mouse 41 are connected to the output interface 37.

CPU31は、ROM32に記憶されているオペレーションシステム(OS)やブートプログラム等の基本プログラムに従ってRAM33に記憶されているプログラムを実行して本実施形態の処理を行う。また、CPU31は、RAM33、HDD34、画像処理部35、外部メモリ駆動装置36、及び入出力インタフェース37の動作を制御する。   The CPU 31 executes a program stored in the RAM 33 according to a basic program such as an operation system (OS) or a boot program stored in the ROM 32 to perform the processing of this embodiment. Further, the CPU 31 controls operations of the RAM 33, HDD 34, image processing unit 35, external memory driving device 36, and input / output interface 37.

RAM33は電磁界解析システムのメインメモリとして使用され、HDD34や外部メモリ駆動装置36から転送されたプログラムやデータを記憶する。また、RAM33は、プログラム実行時の各種データが一時的に記憶されるワークエリアとしても使用される。   The RAM 33 is used as a main memory of the electromagnetic field analysis system, and stores programs and data transferred from the HDD 34 and the external memory driving device 36. The RAM 33 is also used as a work area for temporarily storing various data during program execution.

HDD34は、プログラム及びデータをあらかじめ記憶している。   The HDD 34 stores programs and data in advance.

画像処理部35は、CPU31の指示に従ってグラフィック処理を行い、画像データを生成する。生成された画像データは、表示ディスプレイ38に出力される。   The image processing unit 35 performs graphic processing according to an instruction from the CPU 31 to generate image data. The generated image data is output to the display display 38.

外部メモリ駆動装置36は、CPU31の指示に従って、セットされたBD/DVD/CD39やメモリカード等の外部メモリからプログラムやデータを読出し、RAM33へ転送する。また、セットされた外部メモリへプログラムやデータの書き込みをすることも可能である。   The external memory drive device 36 reads a program and data from the set external memory such as a BD / DVD / CD 39 or a memory card in accordance with an instruction from the CPU 31, and transfers it to the RAM 33. It is also possible to write programs and data to the set external memory.

入出力インタフェース37は、キーボード40及びマウス41とCPU31又はRAM33との間のデータのやり取りを制御する。   The input / output interface 37 controls data exchange between the keyboard 40 and mouse 41 and the CPU 31 or RAM 33.

このような構成の電磁界解析システムにおいて、CPU31は、作動時は、まず、RAM33内にプログラム記憶領域、データ記憶領域及びワークエリアを確保し、HDD34又は外部からプログラム及びデータを取り込んで、プログラム記憶領域及びデータ記憶領域に格納する。次いで、このプログラム記憶領域に格納されたプログラムに基づいて、図4に示す処理を実行する。CPU31がプログラムを実行することによって、図5に概略的に示すごとき電磁界解析システム50が構築される。   In the electromagnetic field analysis system having such a configuration, when operating, the CPU 31 first secures a program storage area, a data storage area, and a work area in the RAM 33, and loads the program and data from the HDD 34 or the outside to store the program. Store in the area and data storage area. Next, the processing shown in FIG. 4 is executed based on the program stored in the program storage area. When the CPU 31 executes the program, an electromagnetic field analysis system 50 as schematically shown in FIG. 5 is constructed.

図5において、51は対象物の欠陥構造及び多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手段、52は設定された仮想境界の境界条件を算出する境界条件算出手段、53は欠陥構造を取り除いた多層構造内の電磁界を算出する多層構造電磁界算出手段、54は局所的欠陥の1つを追加して求めたこの局所的欠陥の周辺の境界、仮想境界条件及び定数項から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手段をそれぞれ示している。   In FIG. 5, 51 is a boundary setting means for setting a virtual boundary that divides the defect structure and multilayer structure of the object from each other, 52 is a boundary condition calculation means for calculating the boundary condition of the set virtual boundary, and 53 is the defect structure. The multilayer structure electromagnetic field calculation means 54 for calculating the electromagnetic field in the removed multilayer structure is obtained from the boundary around the local defect obtained by adding one of the local defects, the virtual boundary condition, and the constant term. The defect structure electromagnetic field calculation means for calculating the electromagnetic field of the defect structure by a multi-stage difference field boundary element method that repeatedly solves the integral equation is shown.

欠陥構造電磁界算出手段54は、欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解する分解部54aと、分解した局所的欠陥の1つを元の位置に追加する欠陥追加部54bと、追加した局所的欠陥周辺の境界を境界要素の集合で近似する境界近似部54cと、局所的欠陥を追加する前の電磁界、局所的欠陥を追加した前後の電磁界の差、近似した境界要素、算出した仮想境界条件、及び算出した定数項を少なくとも含む積分方程式を解く求解部54dと、この積分方程式の解からその時点での局所的欠陥を追加した際の電磁界を算出して更新する電磁界更新部54eと、次の欠陥追加前の電磁界である定数項を算出して積分方程式の定数項を更新する定数項更新部54fと、分解した局所的欠陥を全て追加するまで、定数項更新部54f、欠陥追加部54b、境界近似部54c、求解部54d、並びに電磁界更新部54eの処理動作を繰り返して実施させる繰り返し作動部54gとを備えている。   The defect structure electromagnetic field calculation means 54 includes a decomposition unit 54a that decomposes the defect structure into a plurality of local defects, a defect addition unit 54b that adds one of the decomposed local defects to the original position, and an added local A boundary approximating unit 54c that approximates the boundary around the defect with a set of boundary elements, the electromagnetic field before adding the local defect, the difference between the electromagnetic field before and after adding the local defect, the approximate boundary element, the calculated virtual element The solving unit 54d that solves the integral equation including at least the boundary condition and the calculated constant term, and the electromagnetic field updating unit that calculates and updates the electromagnetic field when the local defect at that time is added from the solution of the integral equation 54e, a constant term update unit 54f that calculates a constant term that is an electromagnetic field before the next defect addition and updates the constant term of the integral equation, and a constant term update unit 54f until all the resolved local defects are added. Defect addition unit 54 Includes boundary approximation unit 54c, solution finding unit 54d, and a repeating operation portion 54g which performed by repeating the processing operation of the electromagnetic field update unit 54e.

以下、この電磁界解析システム50の構成及び動作について、図4に示したフローチャートをも合わせ用いて、詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the electromagnetic field analysis system 50 will be described in detail using the flowchart shown in FIG.

電磁界解析システム50の境界設定手段51は、まず、仮想境界S2を設定する(図4のステップA1)。   The boundary setting means 51 of the electromagnetic field analysis system 50 first sets a virtual boundary S2 (step A1 in FIG. 4).

解析対象物の構造は、図6に示すような断面構造を持つ物体であり、同図の紙面垂直方向は、構造及び電磁界が共に一定であるとする。対象物の内部には互いに異なる誘電体からなる複数の層状の構造(多層構造)があり、同図の紙面左右方向に無限に続いている。各層の厚さに関する制限はない。対象物の表面には不規則な局所的欠陥(ここでの欠陥とは、平行な直線境界のみからなる理想的な多層構造を乱す誘電体構造又は表面の周期的な凹凸構造を乱す誘電体構造を指す)を有している。局所的欠陥は物体表面の突起状のものや、内部に埋め込まれた粒子状の異物であり、それらの数は有限個であればいくつであってもよい。電磁界解析システム50は、このような対象物に上方から入射波が伝播してきたときの物体内部及び周囲の電磁界を求める。   The structure of the analysis object is an object having a cross-sectional structure as shown in FIG. 6, and both the structure and the electromagnetic field are constant in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. There are a plurality of layered structures (multilayered structures) made of different dielectrics inside the object, and it continues infinitely in the horizontal direction of the drawing. There is no restriction on the thickness of each layer. Irregular local defects on the surface of the object (defects here are dielectric structures that disturb the ideal multilayer structure consisting only of parallel straight boundaries, or that disturb the periodic uneven structure of the surface. ). The local defects are protrusions on the surface of the object or particulate foreign substances embedded in the object, and the number thereof may be any number as long as it is finite. The electromagnetic field analysis system 50 obtains electromagnetic fields inside and around the object when an incident wave propagates from above to such an object.

入射波は平面波を仮定しているが、それ以外の形状の入射波も平面波の重ね合わせで表されるため、あらゆる入射波に対して適用可能である。また、電磁波には偏光状態があり、以下では、p偏光及びs偏光の場合について述べる。楕円偏光等のそれ以外の偏光については、p偏光とs偏光との線形結合で表されるため、完全偏光であればどのような偏光状態でも良いこととなる。   Although the incident wave is assumed to be a plane wave, incident waves of other shapes are also represented by a superposition of plane waves, and can be applied to any incident wave. Further, electromagnetic waves have a polarization state, and in the following, cases of p-polarized light and s-polarized light will be described. Other polarized light such as elliptically polarized light is expressed by a linear combination of p-polarized light and s-polarized light, and therefore any polarization state may be used as long as it is completely polarized light.

境界設定手段51は、この断面構造に対して、多層構造内部の境界線(例えば、S4)と平行になるように仮想境界S5を引く。仮想境界S5の上側領域S6を「表面欠陥構造」とし、仮想境界S5の下側領域S7を「多層構造」とする。表面欠陥構造S6には多層膜構造S7が入らないようにし、かつ仮想境界S5と他の誘電体境界は交差しないようにする。また、仮想境界S5はこの対象物の表面S8にできるだけ近くなるようにする。   The boundary setting means 51 draws a virtual boundary S5 with respect to the cross-sectional structure so as to be parallel to the boundary line (for example, S4) inside the multilayer structure. The upper region S6 of the virtual boundary S5 is a “surface defect structure”, and the lower region S7 of the virtual boundary S5 is a “multilayer structure”. The multilayer structure S7 is prevented from entering the surface defect structure S6, and the virtual boundary S5 and other dielectric boundaries are prevented from intersecting. The virtual boundary S5 is set as close as possible to the surface S8 of the object.

図7に示すように、局所的欠陥の内部の誘電率が周囲と異なっていて、表面欠陥構造S6に複数の種類の誘電体が存在していても構わない。ただし、仮想境界S5は表面にできるだけ近く、他の誘電体境界と交差しないように多層構造と平行になるように設定する。裏面にコーティング層(誘電体薄膜)S9が形成された素子のように、多層構造S7のいずれかの層が非常に厚くても構わない。この例のように素子の裏面S9を考慮する場合は、素子の下部に厚さ無限大の空気層S10が存在していると考え、多層構造S7は空気層S10まで含めるようにする。   As shown in FIG. 7, the dielectric constant inside the local defect may be different from the surroundings, and a plurality of types of dielectrics may exist in the surface defect structure S6. However, the virtual boundary S5 is set as close as possible to the surface and parallel to the multilayer structure so as not to cross other dielectric boundaries. Any layer of the multilayer structure S7 may be very thick like an element having a coating layer (dielectric thin film) S9 formed on the back surface. When considering the back surface S9 of the element as in this example, it is assumed that an air layer S10 having an infinite thickness exists at the lower part of the element, and the multilayer structure S7 includes the air layer S10.

また、局所的欠陥は表面の凹凸に限定されず、例えば図8に示すように、多層構造の表面近くに埋め込まれた粒子状の異物S11も局所的欠陥とみなせる。この場合、仮想境界S5は、局所的欠陥である異物S11とその下の多層構造との間を通り、かつ異物S11の表面を含む全ての誘電体境界と交差しないように設定する。多層構造は大規模になってもよいので、仮想境界S5はできるだけ異物S11に近づけるようにする。   Further, the local defect is not limited to the unevenness of the surface. For example, as shown in FIG. 8, the particulate foreign matter S11 embedded near the surface of the multilayer structure can be regarded as the local defect. In this case, the virtual boundary S5 is set so as to pass between the foreign matter S11 that is a local defect and the multilayer structure therebelow and does not cross all dielectric boundaries including the surface of the foreign matter S11. Since the multilayer structure may be large-scale, the virtual boundary S5 is made as close to the foreign substance S11 as possible.

次いで、欠陥構造電磁界算出手段54の分解部54aは、表面の欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解する(図4のステップA2)。   Next, the decomposition unit 54a of the defect structure electromagnetic field calculation means 54 decomposes the defect structure on the surface into a plurality of local defects (step A2 in FIG. 4).

図9に示すように、表面欠陥構造を、複数の局所的欠陥S12〜S14と平面構造とに分離する。局所的欠陥を分離した後の残りの構造は、仮想境界S5と、この仮想境界S5に平行な直線状の誘電体境界S15とだけになるようにする。   As shown in FIG. 9, the surface defect structure is separated into a plurality of local defects S12 to S14 and a planar structure. The remaining structure after the local defect is separated is only a virtual boundary S5 and a linear dielectric boundary S15 parallel to the virtual boundary S5.

図10に示すように、異なる突起を有する誘電体の場合も、突起S16〜S18を分離後に、仮想境界S5と、この仮想境界S5に平行な直線状の誘電体境界S19とのみ残るようにする。   As shown in FIG. 10, even in the case of a dielectric having different protrusions, only the virtual boundary S5 and the linear dielectric boundary S19 parallel to the virtual boundary S5 remain after the protrusions S16 to S18 are separated. .

なお、埋め込み型の局所的欠陥の場合は、粒子状の異物S11(図8参照)を除去する。凹凸構造も同時に含まれる場合は、埋め込まれた異物を除去した後、突起を図9又は図10に示すように分離する。   In the case of a buried local defect, the particulate foreign matter S11 (see FIG. 8) is removed. When the concavo-convex structure is included at the same time, after removing the embedded foreign matter, the protrusion is separated as shown in FIG. 9 or FIG.

次いで、欠陥構造電磁界算出手段54の欠陥追加部54bは、局所的欠陥の1つを元に位置追加する(図4のステップA3)。   Next, the defect adding unit 54b of the defect structure electromagnetic field calculating unit 54 adds a position based on one of the local defects (step A3 in FIG. 4).

例えば、図11に示すように、局所的欠陥S12が既に追加済みで、局所的欠陥S13及びS14がまだ追加していないとする。まだ追加していない局所的欠陥を1つ選び(どれを選んでもよいが、ここでは局所的欠陥S13を選ぶとする)、この局所的欠陥S13を分離する前と同じ位置に追加する。既に追加している局所的欠陥S12及び未だ追加していない局所的欠陥S14については、ここでは何も操作しない。   For example, as shown in FIG. 11, it is assumed that the local defect S12 has already been added and the local defects S13 and S14 have not yet been added. One local defect that has not yet been added is selected (any one may be selected, but here, local defect S13 is selected), and this local defect S13 is added at the same position as before separation. For the local defect S12 that has already been added and the local defect S14 that has not yet been added, no operation is performed here.

次いで、欠陥構造電磁界算出手段54の境界近似部54cは、追加した局所的欠陥周辺の誘電体境界を、境界要素の集合で近似する(図4のステップA4)。   Next, the boundary approximating unit 54c of the defect structure electromagnetic field calculating unit 54 approximates the dielectric boundary around the added local defect with a set of boundary elements (step A4 in FIG. 4).

ここで、境界要素で近似する境界を図12に示すように、以下の4種類とする。
(1)境界C0:局所的欠陥S13を追加する前の誘電体境界(基板S20と外部領域S21との間の境界)である。ただし、この局所的欠陥S13より遠方の境界は不要とする。既に追加済みの局所的欠陥があるときは、その局所的欠陥の表面に沿って要素を設定する。
(2)境界C1:追加した局所的欠陥S13と基板S20との接合部分である。基板S20と局所的欠陥S13との誘電率が同じ場合は誘電体境界ではないが、計算の都合のため、常に設定する。
(3)境界C2:追加した局所的欠陥S13の表面である。
(4)境界C3:仮想境界である。ただし、局所的欠陥S13より十分遠方では不要となる。要素分割した範囲(全体の長さ)をΛとする。境界C3が局所的欠陥S13に十分近ければ、Λは短くしてよい(境界C0と同じ程度としてよい)が、局所的欠陥S13から離れるに従い、長くとる必要がある。
Here, as shown in FIG. 12, there are the following four types of boundaries approximated by boundary elements.
(1) Boundary C0: a dielectric boundary (a boundary between the substrate S20 and the external region S21) before the local defect S13 is added. However, a boundary far from the local defect S13 is not necessary. If there is a local defect that has already been added, an element is set along the surface of the local defect.
(2) Boundary C1: A junction between the added local defect S13 and the substrate S20. When the dielectric constants of the substrate S20 and the local defect S13 are the same, it is not a dielectric boundary, but is always set for convenience of calculation.
(3) Boundary C2: The surface of the added local defect S13.
(4) Boundary C3: A virtual boundary. However, it becomes unnecessary at a distance sufficiently far from the local defect S13. A range (total length) obtained by dividing the element is denoted by Λ. If the boundary C3 is sufficiently close to the local defect S13, Λ may be shortened (may be the same as the boundary C0), but it needs to be longer as the distance from the local defect S13 increases.

なお、境界要素は一般的には短い線分であるが、欠陥表面が曲線であれば、線分の代わりに円弧を用いてもよい。   The boundary element is generally a short line segment, but if the defect surface is a curve, an arc may be used instead of the line segment.

次いで、欠陥構造電磁界算出手段54の求解部54dは、積分方程式を解いて境界C0〜C3上の電磁界を計算する(図4のステップA5)。   Next, the solving unit 54d of the defect structure electromagnetic field calculation means 54 solves the integral equation and calculates the electromagnetic fields on the boundaries C0 to C3 (step A5 in FIG. 4).

最初に、局所的欠陥追加前の領域S1及び領域S2の電磁界を図13に示すように、f(ρ)及びf(ρ)と表すものとする。ただし、Δf(ρ)は欠陥追加前後の電磁界の差を表す。この電磁界f(ρ)は入射波の偏光状態によって示す電磁界変数が変わり、p偏光の時はz方向の磁界、s偏光の時はz方向の電界を表す。f(ρ)及びf(ρ)は前の局所的欠陥を追加したときに求めているので、ここでは既知の値とする。つまり、未知変数はΔf(ρ)、Δf(ρ)及びf(ρ)である。 First, as shown in FIG. 13, the electromagnetic fields in the region S1 and the region S2 before the local defect addition are represented as f 1 (ρ) and f 2 (ρ). However, Δf (ρ) represents the difference in the electromagnetic field before and after the defect addition. The electromagnetic field f (ρ) changes in the electromagnetic field variable depending on the polarization state of the incident wave, and represents a magnetic field in the z direction when p-polarized light and an electric field in the z direction when s-polarized light. Since f 1 (ρ) and f 2 (ρ) are obtained when a previous local defect is added, they are assumed to be known values here. That is, the unknown variables are Δf 1 (ρ), Δf 2 (ρ), and f 3 (ρ).

図12に示す境界C3の電磁界Δfは、フーリエ級数展開しておく。つまり、この境界上の電磁界は様々な方向の平面波の重ね合わせで表す。各平面波の伝播方向と図13のx軸となす角θの絶対値はpで指定される。θの符号によって、−y方向へ伝播する成分と+y方向へ伝播する成分の2つが存在する。未知変数ξを用いて、境界C3上を−y方向に伝播する平面波成分の振幅をξp、+y方向に伝播する平面波成分の振幅をξαと表す。αは−y方向に伝播する平面波と+y方向に伝播する平面波の振幅比であり、境界C3に課せられる(Robin型)境界条件である。この値αは、多層構造部分から別途計算する(境界条件算出手段52、図4のステップC1)。

Figure 2015162060
The electromagnetic field Δf at the boundary C3 shown in FIG. That is, the electromagnetic field on this boundary is represented by a superposition of plane waves in various directions. The absolute value of the angle θ formed between the propagation direction of each plane wave and the x axis in FIG. 13 is designated by p. Depending on the sign of θ, there are two components: a component propagating in the −y direction and a component propagating in the + y direction. With unknown variables xi] p, represents the upper boundary C3 amplitudes xi] p of plane wave components propagating in -y direction, the amplitude of the plane wave components propagating in the + y direction as ξ p α p. α p is the amplitude ratio of the plane wave propagating in the −y direction to the plane wave propagating in the + y direction, and is a (Robin type) boundary condition imposed on the boundary C3. This value α p is separately calculated from the multilayer structure portion (boundary condition calculation means 52, step C1 in FIG. 4).
Figure 2015162060

下式(数2)の積分方程式を解くことで、図12に示した境界C0〜C3上の未知電磁界Δf及びfを求める。ただし、ρは断面構造内の座標を表す2次元の位置ベクトルである。これらの式の左辺には未知変数が含まれており、右辺は既知の電磁界又はそれを積分した定数項である。

Figure 2015162060
By solving the integral equation of the following equation (Equation 2), the unknown electromagnetic fields Δf 1 and f 3 on the boundaries C0 to C3 shown in FIG. 12 are obtained. Here, ρ is a two-dimensional position vector representing coordinates in the cross-sectional structure. The left side of these equations includes unknown variables, and the right side is a known electromagnetic field or a constant term obtained by integrating it.
Figure 2015162060

なお、上式(数2)において、積分演算子L、L’及びFの定義はそれぞれ下式(数3)の通りである。ただし、ηは領域S(m=1,2,3,図12参照)の誘電率(p偏光の時)又は透磁率(s偏光の時)を表す。積分の方向は図12の矢印に沿って行う。

Figure 2015162060
In the above equation (Equation 2), the definitions of the integration operators L, L ′ and F are as shown in the following equation (Equation 3). However, η m represents the dielectric constant (when p-polarized light) or the magnetic permeability (when s-polarized light) of the region S m (m = 1, 2, 3, see FIG. 12). The direction of integration is performed along the arrow in FIG.
Figure 2015162060

上述の積分方程式内のn及びlは、図14に示すように、(n,l,z)を軸とした局所座標系で、境界要素の向きによって変化する。lは境界に沿った方向、nは境界の法線方向を表す。   As shown in FIG. 14, n and l in the above-described integral equation are a local coordinate system with (n, l, z) as an axis, and change depending on the direction of the boundary element. l represents the direction along the boundary, and n represents the normal direction of the boundary.

積分演算子内のGは自由空間グリーン関数であり、第2種0次ハンケル関数を用いて下式(数4)のように表される。ここで、nは領域S(図12参照)の屈折率、cは真空の光速度、ωは入射波の角周波数、jは虚数単位である。

Figure 2015162060
G in the integration operator is a free space Green's function, and is expressed by the following equation (Equation 4) using a second kind 0th-order Hankel function. Here, nm is the refractive index of the region Sm (see FIG. 12), c is the speed of light in vacuum, ω is the angular frequency of the incident wave, and j is an imaginary unit.
Figure 2015162060

積分方程式を計算機で解くために、関数の形で表されている未知変数Δf及びfを離散化する。一般的な境界要素法と同様の離散化法がここでも適用できる。一例として、1つの境界要素内ではΔf及びfが一定の値をとると近似すると、例えば積分演算子Lは下式(数5)で表される。

Figure 2015162060

ここで、Cは境界Cのq番目の境界要素を表し、fはその境界要素上の電磁界を表す。 In order to solve the integral equation by a computer, the unknown variables Δf 1 and f 3 expressed in the form of functions are discretized. A discretization method similar to the general boundary element method can be applied here. As an example, if Δf 1 and f 3 are approximated to have a constant value within one boundary element, for example, the integration operator L is expressed by the following equation (Equation 5).
Figure 2015162060

Here, C q represents the q-th boundary element of the boundary C, and f q represents the electromagnetic field on the boundary element.

ここでのfの偏微分は、求めたfを使って微分演算するという意味ではなく、fとは独立に求める一つの未知変数を表している。なお、境界C3については、離散的な未知変数ξによって既に離散化されており、上記の処理は必要ない。 Here, the partial differentiation of f q does not mean that a differential operation is performed using the obtained f q , but represents one unknown variable obtained independently of f q . Note that the boundary C3 is already discretized by the discrete unknown variable ξ, and the above processing is not necessary.

以上の離散化処理により、前述の積分方程式(数2)は未知変数の線形結合で表されることになる。これを連立方程式として計算機で解を求める。求解法はガウスの消去法、LU分解などの直接法、GMRES、BiCGSTAB法などの反復法が適用できる。   By the above discretization process, the above-mentioned integral equation (Equation 2) is expressed by a linear combination of unknown variables. A solution is obtained by a computer using these as simultaneous equations. As a solution method, a Gaussian elimination method, a direct method such as LU decomposition, or an iterative method such as GMRES or BiCGSTAB method can be applied.

その後、欠陥構造電磁界算出手段54の電磁界更新部54eは、積分方程式の解から、欠陥構造の任意の点におけるその時点での局所的欠陥追加後の電磁界を算出し、電磁界の更新を行う(図4のステップA6)。   Thereafter, the electromagnetic field update unit 54e of the defect structure electromagnetic field calculation means 54 calculates the electromagnetic field after adding local defects at any point of the defect structure from the solution of the integral equation, and updates the electromagnetic field. (Step A6 in FIG. 4).

即ち、積分方程式の解である境界上のΔf及びfを用いて、下式(数6)から表面欠陥構造部分の任意の点のΔf、Δf及びfを求める。Δf及びΔfについては、それぞれf及びfとの和をとることで、その時点における局所的欠陥追加後の電磁界が得られる。fはそのものが、その時点における局所的欠陥追加後の電磁界である。この場合のS1〜S3は図12に対応している。

Figure 2015162060
That is, Δf 1 , Δf 2, and f 3 at an arbitrary point in the surface defect structure portion are obtained from the following equation (Equation 6) using Δf 1 and f 3 on the boundary, which is the solution of the integral equation. As for Δf 1 and Δf 2 , by taking the sum of f 1 and f 2 , respectively, an electromagnetic field after adding a local defect at that time can be obtained. f 3 is itself is the electromagnetic field after local defects added at that time. S1 to S3 in this case correspond to FIG.
Figure 2015162060

埋め込み型欠陥の場合について説明する。この場合の欠陥追加前後の境界及び電磁界は図15に示すように設定する。C0及び仮想境界C3の線積分は右方向へ計算する。C1は時計回りに積分する。境界要素に離散化する際、C0及びC3は、欠陥S3付近のみでよい。   A case of a buried defect will be described. In this case, the boundary and electromagnetic field before and after the defect addition are set as shown in FIG. The line integral of C0 and the virtual boundary C3 is calculated in the right direction. C1 integrates clockwise. When discretizing into boundary elements, C0 and C3 need only be near the defect S3.

この場合の積分方程式は、下式(数7)のようになる。

Figure 2015162060
The integral equation in this case is as shown in the following equation (Equation 7).
Figure 2015162060

上式(数7)に示す埋め込み型欠陥の積分方程式の解から、各領域の電磁界は下式(数8)で与えられる。

Figure 2015162060
From the solution of the integral equation of embedded defects shown in the above equation (Equation 7), the electromagnetic field of each region is given by the following equation (Equation 8).
Figure 2015162060

次いで、欠陥構造電磁界算出手段54の繰り返し作動部54gは、全ての局所的欠陥が追加済みかどうか判別する(図4のステップD1)。全ての局所的欠陥が追加済みの場合(YESの場合)はこの処理を終了するが、追加していない局所的欠陥が存在する場合(NOの場合)は次のステップA7(図4)の処理を行う。即ち、繰り返し作動部54gは、分解した局所的欠陥を全て追加するまで、定数項更新部54f、欠陥追加部54b、境界近似部54c、求解部54d、並びに電磁界更新部54eの処理動作を繰り返して実施させる。   Next, the repetitive operation unit 54g of the defect structure electromagnetic field calculation unit 54 determines whether all local defects have been added (step D1 in FIG. 4). If all local defects have been added (in the case of YES), this process is terminated. If there is a local defect that has not been added (in the case of NO), the process in the next step A7 (FIG. 4). I do. That is, the repetitive operation unit 54g repeats the processing operations of the constant term update unit 54f, the defect addition unit 54b, the boundary approximation unit 54c, the solution finding unit 54d, and the electromagnetic field update unit 54e until all the decomposed local defects are added. To implement.

欠陥構造電磁界算出手段54の定数項更新部54fは、次の欠陥追加前の電磁界である定数項を算出して積分方程式の定数項を更新する(図4のステップA7)。   The constant term update unit 54f of the defect structure electromagnetic field calculation means 54 calculates a constant term that is an electromagnetic field before the next defect addition and updates the constant term of the integral equation (step A7 in FIG. 4).

積分方程式を解くためには、定数項として局所的欠陥追加前の(A)C1上の電磁界、(B)C1上の電磁界の法線方向微分値、及び(C)C2上の電磁界が必要である。そのため、次の局所的欠陥を追加したときのC1及びC2に相当する位置(それぞれ図16におけるB1及びB2)の電磁界を求めておく。これらの境界は、それぞれ現在のC0及びS2にあるため、C0上の電磁界Δf(数2の積分方程式数の解の一部)、S2内の電磁界Δf(数8の式から計算)を求め、それぞれf+Δf、f+Δfの値を保存しておく。ただし、B1が現在のC0の範囲内にないときは、Δf=0とする。 In order to solve the integral equation, (A) the electromagnetic field on C1 before addition of local defects, (B) the normal differential value of the electromagnetic field on C1, and (C) the electromagnetic field on C2 as constant terms is necessary. Therefore, the electromagnetic fields at positions (B1 and B2 in FIG. 16) corresponding to C1 and C2 when the next local defect is added are obtained in advance. Since these boundaries are at the current C0 and S2, respectively, the electromagnetic field Δf 1 on C0 (part of the solution of the number of integral equations of Equation 2) and the electromagnetic field Δf 2 within S2 (calculated from the equation of Equation 8) ) And save the values of f 1 + Δf 1 and f 2 + Δf 2 , respectively. However, when B1 is not within the current range of C0, Δf 1 = 0.

一方、多層構造電磁界算出手段53は、表面の欠陥を全て取り除いた構造の電磁界を計算する(図4のステップB1)。欠陥を全て取り除いた時、表面に周期的な凹凸構造を有する場合(多層構造が含まれていてもよい)は厳密結合波解析(RCWA)等を用いて電磁界を計算する。一方、欠陥を全て取り除いた時の構造が、単純に平行な直線境界のみからなる多層構造となる場合は以下の手順で電磁界を計算する。   On the other hand, the multilayer structure electromagnetic field calculation means 53 calculates the electromagnetic field of the structure from which all surface defects have been removed (step B1 in FIG. 4). When all the defects are removed, if the surface has a periodic uneven structure (a multilayer structure may be included), the electromagnetic field is calculated using strict coupling wave analysis (RCWA) or the like. On the other hand, when the structure when all the defects are removed is a multilayer structure consisting of only parallel straight boundaries, the electromagnetic field is calculated by the following procedure.

図17に示すように、入射波は外部領域s(厚さ無限大の空気層とみなす)を振幅aでy方向へ伝播する平面波とする。sの反射波は−y方向に振幅bで伝播しているとする。素子内部の多層構造s〜sについても同様に+y方向へ伝播する成分をa〜a、−y方向へ伝播する成分をb〜bとする。層sの上下の境界座標をy、ym+1とする。 As shown in FIG. 17, the incident wave is a plane wave that propagates in the y direction with an amplitude a 1 in the external region s 1 (considered as an infinite thickness air layer). It is assumed that the reflected wave of s 1 propagates in the −y direction with an amplitude b 1 . Similarly, for the multilayer structures s 2 to s N inside the element, components that propagate in the + y direction are a 2 to a N , and components that propagate in the −y direction are b 2 to b N. The upper and lower boundary coordinate layer s m y m, and y m + 1.

この場合、層s(m=1,2,..,N)内部の電磁界は次式(数9)のように表わされる。振幅a及びbが求まれば、s内部の電磁界はこの式から与えられる。θはsにある入射波の進行方向とx軸のなす角である。

Figure 2015162060
In this case, the electromagnetic field inside the layer s m (m = 1, 2,..., N) is expressed by the following equation (Equation 9). If the amplitudes a m and b m are obtained, the electromagnetic field inside s m is given by this equation. θ is the angle between the traveling direction of the incident wave at s 1 and the x axis.
Figure 2015162060

とaとの比をcとおく。bは0であるから(素子の裏側からの入射光はない)、c=0である。これを初項として、以下の漸化式(数10)を用いてcまで順に求める。

Figure 2015162060
Let c m be the ratio of b m to a m . b N are (no incident light from the back side of the device) because it is 0, a c N = 0. Using this as the first term, the following recursion formula (Equation 10) is used to obtain c 1 in order.
Figure 2015162060

ただし、s偏光のとき、r及びr’m+1は下式(数11)で与えられる。dはs層の厚さである。

Figure 2015162060
However, when s-polarized light, r m and r 'm + 1 is given by the following expression (11). d m is the thickness of the s m layer.
Figure 2015162060

また、p偏光のとき、r及びr’m+1は下式(数12)で与えられる。nはs層の屈折率である。

Figure 2015162060
Also, when p-polarized light, r m and r 'm + 1 is given by the following expression (Expression 12). n m is the refractive index of s m layer.
Figure 2015162060

が全て求まれば、a(既知。入射波の振幅)の値から、以下の漸化式(数13)で全てのaが得られる。最後にcとaとから、bが得られる

Figure 2015162060
If Motomare c m are all from the value of a 1 (known. The amplitude of the incident wave), all of a m is obtained by the following recurrence formula (number 13). Finally, b m is obtained from cm and a m
Figure 2015162060

s偏光のとき、tは下式(数14)で与えられる。

Figure 2015162060
For s-polarized light, t m is given by the following equation (Formula 14).
Figure 2015162060

p偏光のとき、tは下式(数15)で与えられる。

Figure 2015162060
For p-polarized light, t m is given by the following equation (Equation 15).
Figure 2015162060

一方、境界条件算出手段52は、設定された仮想境界の境界条件を算出する(図4のステップC1)。   On the other hand, the boundary condition calculation means 52 calculates the boundary condition of the set virtual boundary (step C1 in FIG. 4).

即ち、積分演算Fで使用するαを求める。図18に示すように、このαは、仮想境界B1上で下方向へ伝播する平面波と、上方向へ伝播する平面波との比であり、仮想境界B1がsにあるとしたとき、前述の数10の式におけるcに相当する。この値は漸化式(数10)とc=0とから順次求められる。異なるpについて複数計算する必要があるので、前述の式(数1)のkxpを数9の式のkに代入し(pによってkの値が変わってくる)、c(α)を求める操作を繰り返す。計算の際には、仮想境界B1より上側の構造は考慮する必要はなく、層sが無限に続いていると考える。αは仮想境界B1から下方向を見た時の反射率を表しており、複雑な多重反射が起こっている多層構造s〜sを、反射率αの単純な境界に置き換えることができる。結果として、積分方程式(数2)において多層構造部分の境界積分は不要になり、演算量を大きく減らすことができる。 That is, α p used in the integration calculation F is obtained. As shown in FIG. 18, the alpha p is a plane wave propagating downward on the virtual boundary B1, a ratio of a plane wave propagating upward, when the virtual boundary B1 is to be in s 2, above This corresponds to c 2 in the equation (10). This value is obtained sequentially from the recurrence formula (Equation 10) and c N = 0. Since it is necessary to more calculated for different p, (varies the value of p by k m) k xp into equation of k x number 9 of equation (1) described above, c 2 (alpha p ) Is repeated. During calculation, the upper structure from the virtual boundary B1 is not necessary to consider, consider a layer s 2 is followed indefinitely. α p represents the reflectance when the downward direction is viewed from the virtual boundary B1, and the multilayer structure s 3 to s N in which complex multiple reflection occurs is replaced with a simple boundary having the reflectance α p. it can. As a result, the boundary integral of the multilayer structure portion is not necessary in the integral equation (Equation 2), and the amount of calculation can be greatly reduced.

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、例えば凹凸構造や異物である表面欠陥構造の部分を多段階(マルチステップ)差分界境界要素法で、多層構造の部分への入射波と反射波との関係を透過行列から求めている。多段階差分界境界要素法の特性上、欠陥構造が非周期的であっても適用可能である。   As described above in detail, according to the present embodiment, for example, a surface defect structure portion that is a concavo-convex structure or a foreign substance is subjected to a multi-step (multistep) differential field boundary element method and an incident wave to a multilayer structure portion. The relationship with the reflected wave is obtained from the transmission matrix. Due to the characteristics of the multi-stage difference field boundary element method, it can be applied even if the defect structure is aperiodic.

図19は本実施形態において、差分電磁界を求めて電磁界を更新していく様子を示している。本実施形態では、同図に示すように、欠陥構造部分における局所的欠陥(突起や異物)を周囲との相互作用を考慮しつつ1つずつ加えながら電磁界を求めて更新を行っている。このため、欠陥が広範囲に分布していてもコンピュータの一度の消費するメモリ量が増大しない。   FIG. 19 shows how the electromagnetic field is updated by obtaining the differential electromagnetic field in this embodiment. In this embodiment, as shown in the figure, the electromagnetic field is obtained and updated while adding local defects (protrusions and foreign matter) in the defect structure portion one by one in consideration of the interaction with the surroundings. For this reason, even if defects are distributed over a wide range, the amount of memory consumed once by the computer does not increase.

さらにまた、本実施形態では、多層構造部分は、欠陥構造の計算の際に境界条件の形式で積分方程式に組み込まれており、また、多層構造内の電磁界は積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により算出可能であるため、多層構造が大規模であっても、演算時間及びメモリ消費量が増大しない。   Furthermore, in the present embodiment, the multilayer structure portion is incorporated in the integral equation in the form of boundary conditions when calculating the defect structure, and the electromagnetic field in the multilayer structure is a part of the solution of the integral equation. Since the initial value can be calculated by a recurrence formula, the calculation time and memory consumption do not increase even if the multi-layer structure is large.

図20は本実施形態において、対象物の裏面における反射を考慮した場合、考慮しない場合の電磁界分布を説明している。例えば、同図に示すように、表面側に屈折率n=2.0の凸状の局所的欠陥を有し、その下に屈折率n=1.5及びn=2.0の誘電体層が交互に積層されている厚さが2.0mm(波長の3300倍以上)の多層構造に、p偏光の平面波である入射波(600nm)を入射角45°で入射させた場合、コンピュータの計算時間は数秒であり、1台のパーソナルコンピュータで充分に処理可能であった。従来の時間領域有限差分(FDTD)法を用いた場合、メモリ消費量が膨大となり、大型コンピュータを使用することが必須であった。なお、図20におけるカラーマップは紙面垂直方向の磁界の瞬時値を表しており、赤は正の磁界、青は負の磁界をそれぞれ表している。   FIG. 20 illustrates the electromagnetic field distribution in the present embodiment when reflection on the back surface of the object is taken into consideration. For example, as shown in the figure, a dielectric layer having a convex local defect having a refractive index n = 2.0 on the surface side and having a refractive index n = 1.5 and n = 2.0 below the convex local defect. When an incident wave (600 nm), which is a plane wave of p-polarized light, is incident at an incident angle of 45 ° on a multi-layered structure having a thickness of 2.0 mm (more than 3300 times the wavelength) in which the layers are alternately stacked, calculation by a computer The time was several seconds, and it could be processed sufficiently with one personal computer. When the conventional time domain finite difference (FDTD) method is used, the memory consumption is enormous, and it is essential to use a large computer. Note that the color map in FIG. 20 represents the instantaneous value of the magnetic field in the direction perpendicular to the paper, where red represents a positive magnetic field and blue represents a negative magnetic field.

図21は本実施形態において、多層構造の層数と計算時間との関係を示しており、図22は本実施形態において、多層構造の層厚と計算時間との関係を示している。図21に示すように、積分方程式の未知数の数は層数に無関係であるため、層数が増加しても計算時間の増大量は極めて少ない。層数が1000層となった場合にも計算時間の増加分は5%未満であった。また、図22に示すように、積分方程式の未知数の数が層厚に依存しないため、計算時間は層厚の変化に対して一定となる。即ち、多層膜の層数が1000層を超える素子や波長の数千倍の厚みのある大規模多層構造についても、1台のパーソナルコンピュータを用いて数秒で処理可能となった。   FIG. 21 shows the relationship between the number of layers of the multilayer structure and calculation time in this embodiment, and FIG. 22 shows the relationship between the layer thickness of the multilayer structure and calculation time in this embodiment. As shown in FIG. 21, since the number of unknowns in the integral equation is independent of the number of layers, even if the number of layers increases, the amount of increase in calculation time is extremely small. Even when the number of layers was 1000, the increase in calculation time was less than 5%. Further, as shown in FIG. 22, since the number of unknowns of the integral equation does not depend on the layer thickness, the calculation time is constant with respect to the change in the layer thickness. That is, even a device having a multi-layer film exceeding 1000 layers or a large-scale multi-layer structure having a thickness several thousand times the wavelength can be processed in a few seconds using a single personal computer.

さらに、本実施形態による積分方程式を解くためには、入射波の振幅が既知であれば良いため、入射波の形状についても制約が全くない。   Furthermore, in order to solve the integral equation according to the present embodiment, it is sufficient that the amplitude of the incident wave is known, so there is no restriction on the shape of the incident wave.

本実施形態では、有限要素−境界要素ハイブリッド解析と同様に、グリーン関数の境界積分が必要であるが、本実施形態で使用するグリーン関数は自由空間のグリーン関数のみであり多層構造のグリーン関数は不要である。このため、グリーン関数に関して時間のかかる処理は行われないので、高速化が可能となっている。   In this embodiment, as in the case of the finite element-boundary element hybrid analysis, boundary integration of the Green function is necessary. However, the Green function used in this embodiment is only the free space Green function, and the multi-layered Green function is It is unnecessary. For this reason, time-consuming processing is not performed with respect to the Green function, and the speed can be increased.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

本発明の電磁界解析システム及び電磁界解析方法は、例えば、フォトリソグラフィ及びEUVフォトリソグラフィのフォトマスク設計に適用可能である。この場合、フォトマスクの基板及び表面の回路パターンが、本発明で計算される多層構造及び欠陥構造にそれぞれ相当する。設計したマスクで正しく露光が行えるかをシミュレーションで確認する際に使用できる。また、マスクの製造中に混入した異物等が、露光結果にどのように影響するかをシミュレーションであらかじめ推定する際にも使用できる。さらに、本発明の電磁界解析システム及び電磁界解析方法は、例えば、光学素子の設計にも適用できる。光学メディア、回折レンズ及びホログラム等の凹凸構造に周期性のない素子を設計する際に、ガラス基板の裏面反射、反射防止膜内部の多重反射を考慮しながらシミュレーションを繰り返すことにより光学特性を目標に近づけていく際にも使用できる。   The electromagnetic field analysis system and the electromagnetic field analysis method of the present invention are applicable to, for example, photomask design for photolithography and EUV photolithography. In this case, the circuit pattern on the substrate and the surface of the photomask corresponds to the multilayer structure and the defect structure calculated in the present invention, respectively. It can be used to confirm by simulation whether exposure can be performed correctly with the designed mask. It can also be used when estimating in advance by simulation how foreign matter or the like mixed during the manufacture of the mask affects the exposure result. Furthermore, the electromagnetic field analysis system and electromagnetic field analysis method of the present invention can be applied to the design of optical elements, for example. When designing an element with no periodicity in an uneven structure such as an optical medium, a diffractive lens, or a hologram, the optical characteristics are targeted by repeating simulation while considering back reflection of the glass substrate and multiple reflection inside the antireflection film. Can also be used when approaching.

10 多層膜ミラー
11 遮光膜
12 コーティング層
13 ガラス基板
14 凸条
15 欠陥
20 欠陥構造
21 多層構造
22 境界条件付き仮想境界
30 バス
31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 HDD
35 画像処理部
36 外部メモリ駆動装置
37 入出力インタフェース
38 表示ディスプレイ
39 BD/DVD/CD
40 キーボード
41 マウス
50 電磁界解析システム
51 境界設定手段
52 境界条件算出手段
53 多層構造電磁界算出手段
54 欠陥構造電磁界算出手段
54a 分解部
54b 欠陥追加部
54c 境界近似部
54d 求解部
54e 電磁界更新部
54f 定数項更新部
54g 繰り返し作動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multilayer mirror 11 Light-shielding film 12 Coating layer 13 Glass substrate 14 Projection 15 Defect 20 Defect structure 21 Multilayer structure 22 Virtual boundary with boundary condition 30 Bus 31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 HDD
35 Image Processing Unit 36 External Memory Drive Device 37 Input / Output Interface 38 Display Display 39 BD / DVD / CD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 Keyboard 41 Mouse 50 Electromagnetic field analysis system 51 Boundary setting means 52 Boundary condition calculation means 53 Multilayer structure electromagnetic field calculation means 54 Defect structure electromagnetic field calculation means 54a Decomposition part 54b Defect addition part 54c Boundary approximation part 54d Solving part 54e Electromagnetic field update Part 54f constant term update part 54g repetitive operation part

Claims (12)

多層構造と、該多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析システムであって、
前記欠陥構造及び前記多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手段と、該設定された仮想境界上の前記欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出する境界条件算出手段と、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくとも該分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた該局所的欠陥の周辺の境界及び前記仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により前記欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手段とを備えていることを特徴とする電磁界解析システム。
An electromagnetic field analysis system for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure,
Boundary setting means for setting a virtual boundary for dividing the defect structure and the multilayer structure from each other, and a virtual boundary condition based on at least the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary Obtained from boundary condition calculation means, a boundary around the local defect obtained by decomposing the defect structure into a plurality of local defects, and adding at least one of the decomposed local defects, and the virtual boundary condition An electromagnetic field analysis system comprising: defect structure electromagnetic field calculation means for calculating an electromagnetic field of the defect structure by a multistage difference field boundary element method that repeatedly solves the integral equation.
前記欠陥構造電磁界算出手段が、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解する分解部と、該分解した局所的欠陥の1つを元の位置に追加する欠陥追加部と、該追加した局所的欠陥周辺の境界を境界要素の集合で近似する境界近似部と、前記局所的欠陥を追加する前の電磁界、前記局所的欠陥を追加した前後の電磁界の差、前記近似した境界要素、前記算出した仮想境界条件、及び定数項を少なくとも含む積分方程式を解く求解部と、該積分方程式の解から前記局所的欠陥を追加した後の電磁界を算出して電磁界を更新する電磁界更新部とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の電磁界解析システム。   The defect structure electromagnetic field calculation means includes a decomposition unit that decomposes the defect structure into a plurality of local defects, a defect addition unit that adds one of the decomposed local defects to an original position, and the added local A boundary approximation unit that approximates a boundary around a local defect with a set of boundary elements; an electromagnetic field before adding the local defect; a difference between electromagnetic fields before and after adding the local defect; the approximate boundary element; Solving unit for solving the calculated virtual boundary condition and an integral equation including at least a constant term, and an electromagnetic field update for updating the electromagnetic field by calculating the electromagnetic field after adding the local defect from the solution of the integral equation The electromagnetic field analysis system according to claim 1, further comprising a unit. 前記欠陥構造電磁界算出手段が、前記分解した局所的欠陥を追加する前の該追加する局所的欠陥と基板との接合部分の電磁界及び該追加する局所的欠陥の表面の電磁界を求めて定数項を更新する定数項更新部をさらに備えていることを特徴とする請求項2に記載の電磁界解析システム。   The defect structure electromagnetic field calculation means obtains an electromagnetic field at a junction between the local defect to be added and the substrate before adding the decomposed local defect and an electromagnetic field on the surface of the local defect to be added. The electromagnetic field analysis system according to claim 2, further comprising a constant term update unit that updates the constant term. 前記欠陥構造電磁界算出手段が、前記分解した局所的欠陥を全て追加するまで、前記欠陥追加部、前記境界近似部、前記求解部、前記電磁界更新部並びに前記定数項更新部の前記処理動作を繰り返して実施させる繰り返し作動部をさらに備えていることを特徴とする請求項3に記載の電磁界解析システム。   The processing operations of the defect adding unit, the boundary approximating unit, the solution finding unit, the electromagnetic field updating unit, and the constant term updating unit until the defect structure electromagnetic field calculating unit adds all the decomposed local defects. The electromagnetic field analysis system according to claim 3, further comprising a repetitive operation unit that repeatedly performs the operation. 前記積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により前記多層構造内の電磁界を算出する多層構造電磁界算出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電磁界解析システム。   5. The multilayer structure electromagnetic field calculation means for calculating an electromagnetic field in the multilayer structure by a recurrence formula with a part of the solution of the integral equation as an initial value. The electromagnetic field analysis system according to item 1. 多層構造と、該多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析方法であって、
前記欠陥構造及び前記多層構造を互いに分割する仮想境界を設定し、一方、該設定した仮想境界上の前記欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出し、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくとも該分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた該局所的欠陥の周辺の境界及び前記仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により前記欠陥構造の電磁界を算出することを特徴とする電磁界解析方法。
An electromagnetic field analysis method for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure,
Setting a virtual boundary that divides the defect structure and the multilayer structure from each other, and calculating a virtual boundary condition based on at least a reflectance of an incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary; Decomposing the structure into a plurality of local defects, and at least adding one of the decomposed local defects to solve the boundary around the local defect and solving the integral equation obtained from the virtual boundary condition An electromagnetic field analysis method, wherein an electromagnetic field of the defect structure is calculated by a multi-stage difference field boundary element method.
前記欠陥構造の電磁界の算出が、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、該分解した局所的欠陥の1つを元の位置に追加し、該追加した局所的欠陥周辺の境界を境界要素の集合で近似し、前記局所的欠陥を追加する前の電磁界、前記局所的欠陥を追加した前後の電磁界の差、前記近似した境界要素、前記算出した仮想境界条件、及び定数項を少なくとも含む積分方程式を解き、該積分方程式の解から前記局所的欠陥を追加した後の電磁界を算出して電磁界を更新することを含んでいることを特徴とする請求項6に記載の電磁界解析方法。   The calculation of the electromagnetic field of the defect structure decomposes the defect structure into a plurality of local defects, adds one of the decomposed local defects to the original position, and defines a boundary around the added local defect. Approximation with a set of boundary elements and electromagnetic field before adding the local defect, difference between electromagnetic fields before and after adding the local defect, the approximate boundary element, the calculated virtual boundary condition, and a constant term The method further comprises: calculating an electromagnetic field after adding the local defect from the solution of the integral equation and updating the electromagnetic field by solving an integral equation including at least Electromagnetic field analysis method. 前記欠陥構造の電磁界の算出が、前記分解した局所的欠陥を追加する前の該追加する局所的欠陥と基板との接合部分の電磁界及び該追加する局所的欠陥の表面の電磁界を求めて定数項を更新することをさらに含んでいることを特徴とする請求項7に記載の電磁界解析方法。   The calculation of the electromagnetic field of the defect structure determines the electromagnetic field of the junction between the added local defect and the substrate and the electromagnetic field of the surface of the added local defect before adding the decomposed local defect. The electromagnetic field analysis method according to claim 7, further comprising updating the constant term. 前記欠陥構造の電磁界の算出が、前記分解した局所的欠陥を全て追加するまで、前記局所的欠陥の1つの元の位置に追加する処理、該追加した局所的欠陥周辺の境界の境界要素の集合による近似処理、前記積分方程式を解く処理、前記電磁界を更新する処理、及び前記定数項を更新する処理を、繰り返して実施することをさらに含んでいることを特徴とする請求項8に記載の電磁界解析方法。   Until the calculation of the electromagnetic field of the defect structure adds all the decomposed local defects, the process of adding to one original position of the local defects, the boundary element of the boundary around the added local defects 9. The method according to claim 8, further comprising: repeatedly performing an approximation process by a set, a process of solving the integral equation, a process of updating the electromagnetic field, and a process of updating the constant term. Electromagnetic field analysis method. 前記積分方程式の解の一部を初期値として漸化式により前記多層構造内の電磁界を算出することをさらに含んでいることを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の電磁界解析方法。   10. The method according to claim 6, further comprising calculating an electromagnetic field in the multilayer structure by a recurrence formula using a part of the solution of the integral equation as an initial value. 10. Electromagnetic field analysis method. 多層構造と、該多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析プログラムであって、
前記欠陥構造及び前記多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手順と、該設定された仮想境界上の前記欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出する境界条件算出手順と、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくとも該分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた該局所的欠陥の周辺の境界及び前記仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により前記欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手順とを備えていることを特徴とする電磁界解析プログラム。
An electromagnetic field analysis program for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure,
A boundary setting procedure for setting a virtual boundary for dividing the defect structure and the multilayer structure from each other, and a virtual boundary condition based on at least the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary are calculated. Obtained from a boundary condition calculation procedure, a boundary around the local defect obtained by decomposing the defect structure into a plurality of local defects, and adding at least one of the decomposed local defects, and the virtual boundary condition An electromagnetic field analysis program comprising: a defect structure electromagnetic field calculation procedure for calculating an electromagnetic field of the defect structure by a multi-stage difference field boundary element method that repeatedly solves the integral equation.
多層構造と、該多層構造の表面側に位置する不規則な欠陥構造とを有する対象物に入射波が印加された際の電磁界を解析する電磁界解析プログラムであって、前記欠陥構造及び前記多層構造を互いに分割する仮想境界を設定する境界設定手順と、該設定された仮想境界上の前記欠陥構造側から見た入射波の反射率に少なくとも基づく仮想境界条件を算出する境界条件算出手順と、前記欠陥構造を複数の局所的欠陥に分解し、少なくとも該分解した局所的欠陥の1つを追加して求めた該局所的欠陥の周辺の境界及び前記仮想境界条件から得られる積分方程式を解くことを繰り返す多段階差分界境界要素法により前記欠陥構造の電磁界を算出する欠陥構造電磁界算出手順とをコンピュータで実行させる電磁界解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   An electromagnetic field analysis program for analyzing an electromagnetic field when an incident wave is applied to an object having a multilayer structure and an irregular defect structure located on a surface side of the multilayer structure, the defect structure and the defect structure A boundary setting procedure for setting a virtual boundary for dividing the multilayer structure from each other; and a boundary condition calculation procedure for calculating a virtual boundary condition based at least on the reflectance of the incident wave viewed from the defect structure side on the set virtual boundary; The defect structure is decomposed into a plurality of local defects, and at least one of the decomposed local defects is added to solve the integral equation obtained from the boundary around the local defect and the virtual boundary condition. A computer having recorded thereon an electromagnetic field analysis program for causing a computer to execute a defect structure electromagnetic field calculation procedure for calculating an electromagnetic field of the defect structure by a multi-step differential field boundary element method Readable recording medium.
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