提出了一种基于分离变量法的极紫外光刻三维掩模衍射谱快速仿真方法, 在保证一定仿真精度的前提下提高了仿真速度。该方法将三维掩模分解为2个相互垂直的二维掩模, 对2个二维掩模采用严格电磁场方法进行衍射谱仿真并将结果相乘以重构成三维衍射谱。以6°主入射角、45°线偏振光照明及22 nm三维方形接触孔掩模为例, 在入射光方位角0°～90°变化范围内, 相同仿真参数下, 该方法的仿真结果与商用光刻仿真软件Dr.LiTHO的严格仿真结果相比, 图形特征尺寸误差小于0.21 nm, 仿真速度提高约65倍。在上述参数下, 该方法与Dr.LiTHO的域分解方法及基于掩模结构分解法等快速方法相比, 仿真精度和速度均提高1倍以上。该模型无需参数标定, 适用于矩形图形的三维掩模快速仿真。

为了仿真光刻中接触孔掩模的衍射, 建立了严格的三维(3D)掩模模型。采用法向矢量法(NV)改善了接触孔掩模耦合波方程的收敛性。利用S矩阵求解线性方程组避免了数值不稳定问题。对于双吸收层衰减相移接触孔掩模, 当有效的截断级次达到1225级以上时, (0, 0)级次能得到更好的收敛结果。当有效的截断级次分别为1225级, 1369级, 1521级及1681级时, 衍射效率分别为23.64%, 23.67%, 23.63%及23.66%。利用建立的模型, 研究了偏振态随着掩模、入射光参数的变化关系。当线宽小于25nm时, 掩模主要透过TM偏振光。