紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) #nQZ/[| d!+8 该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化,紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能,如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 WJefg 2s(c#$JVS 1. 线栅偏振片的原理 <cQ)*~hN 0n5{Wr$
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 `|Aj3a3sND 2. 建模任务 jf_xm=n -;/;d z; F iZe4{(p 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 Qh4@Nl#Ncf 偏振元件的重要特性: xgw[)!g^\ 偏振对比度 sEpY&6* 透射率 ZWZRG-:&H 效率一致性 QnsD,F; / 线格结构的应用(金属) huj 6Ysr fq-zgqF< 3. 建模任务: ,+0#.Ns$
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) T%{qwZc+mJ 4. 建模任务:仿真参数 !j'9>G{T B@P +b*% 偏振片#1: Up:<NHJT 偏振对比度不小于50@193nm波长 (9!$p|d* 高透过率(最大化) X?m"86L 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 4x.1J 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 84xA/BR W 偏振片#2: }m!L2iK4qk 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 )f#raXa5+ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 5F#Q1gP- 光栅周期:100nm nE$8-*BZ_ 光栅材料:钨 WCK;r{p%I W{pyU\ 5. 偏振片特性 r_8[}|7; L9,;zkgo 偏振对比度:(要求至少50:1) YVcFCl $yd "bJK
xq#YBi, tOQ2947zk 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) l~|x*JTq
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{s ]yP_ o>(I_3J[p 6. 二维光栅结构的建模 l*~ ".q;S 2vb {PQ PtfxF]%H 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 |=R@nn
通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 :Q~Rb<']{x 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 *{_WM}G K) e;*D
8GGC)2 /z'fFl^6O 7. 偏振敏感光栅的分析 IP#w {KH!PAh 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 dfo_R 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) Me*woCos' 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 eSAB :L,K 8. 利用参数优化器进行优化 $2tPqZ>
GJpQcse% H1!u1k1nl 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 Or {9?;G 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 h-0#h/u>M 在该案例种,提出两个不同的目标: 0a1Vj56{) #1:最佳的优化函数@193nm
l,}^<P] #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 |j?iD @51!vQwqR 9. 优化@193nm {*#}"/:8K k15fy"+Ut
etcpto=Mo 初始参数: u~JCMM$ 光栅高度:80nm !(%^Tg= 占空比:40% &]d-R 参数范围: dV~d60jOF 光栅高度:50nm—150nm F.N4Q'2Z 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) oRp;9 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 -XbO[_Wf
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ceKR?%8 s 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 [xm{4Ba2X 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 GjHV|)^ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 c8R#=^ DD 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 4hymQ3
g cx+li4v 10. 优化@193nm结果 4u!<3-3Zy F9N/_H*+
QTy xx 优化结果: {[
E7Cf 光栅高度:124.2nm 8 !{;yz 占空比:31.6% /,tQdD& Ex透过率:43.1% != @U~X|cu 偏振度:50.0 |I0O|Zdv 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 l.Psh7B2 k+D32]b@ 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 |FR'?y1 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 7Ud 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 1cA4-,YO> Ke5fe# 11. 300nm到400nm波长范围的优化 /:<.Cn>- rM{3]v{~ #]g9O ?0$ 初始参数: H@j
D% 光栅高度:80nm +"~~;J$ 占空比:40% 2c%*u {=: 参数范围: y*f5_ 光栅高度:50nm—150nm A_:YpQ07@ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) C>A*L4c]F 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% @2Spfj_e G`Ix-dADJm
!awsQ!e| 优化结果: {H\(H_X 光栅高度:101.8nm ;Wo\MN 占空比:20.9% 9rd7l6$R" Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) D09/(%4j 偏振对比度:50.0 #]vy`rv 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 t%B ,ATW =9LeFrz 12. 结论 \Y?ByY zG[GyyAQ 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围)
N1pw*<& VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 &+K:pU?[$ (如Downhill-Simplex-algorithm) [|:kS 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化,并满足独立的要求。 ya*KA.EGg
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