紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) :kE* &;r'JIp 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。 r~7}w4U ob9od5Rf 1. 线栅偏振片的原理 }wBpBw2J "Y5 :{Kj
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 8KkN
"4' 2. 建模任务 sKs`gi2 vF~q ".imC q(R|3l^6T 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 O8v9tGZoh 偏振元件的重要特性: <"3${'$k` 偏振对比度 XhWo~zh" 透射率 1=9GV+`n 效率一致性 CK|AXz+EN 线格结构的应用(金属) 3 m-g- #)48dW!n 3. 建模任务: Fo%`X[ ?
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) L})*ck 4. 建模任务:仿真参数 v_v>gPl, 8cMX=P 偏振片#1: -k2|`t _ 偏振对比度不小于50@193nm波长 m#O; 1/P 高透过率(最大化) kSCpr0c 光栅周期:100nm(根据加工工艺) T$<'ZC 光栅材料:钨(适用于紫外波段) HFFrS% 偏振片#2: m MWhUr 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 }y J,&N'p 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 s?k:X ~m 光栅周期:100nm 6CGk*s 光栅材料:钨 q|s:&&Wf Y,,Z47%
E 5. 偏振片特性 g`.H)36 vflC{,{=k> 偏振对比度:(要求至少50:1) 7(C)vtEO: ;p<BiC$b <HS{A$] Vu4LC&q 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) =,qY\@fq E KN<KnU% ZJhI|wRwD n+< 6. 二维光栅结构的建模 Qz2jV 3i4m!g5Z? xdaq` ^Bbt 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 =JPY{'V O 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 5
I#-h<SG 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 7
TM-uA$ Zn Rj}y >){}nlQf )S`Yl;oL 7. 偏振敏感光栅的分析 Rp:I&f$Hk/ nG?Z* n 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 u% 1JdEWZd 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) OS>%pgv 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 o"P )(; 8. 利用参数优化器进行优化 H+gB|
Ytqx0 R6z *!W{ 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 R `ob;>[Q 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 cf"!U+x 在该案例种,提出两个不同的目标: 8 K)GH:a #1:最佳的优化函数@193nm 0 A8G8^T #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 _ogN
asy:[r" 9. 优化@193nm 9q&~!>lt WHLTJ]OB
S?D]P'< 初始参数: V! TGFo} 光栅高度:80nm "^
dMCS@ 占空比:40% k{|>!(Ax 参数范围: qAlX#] 光栅高度:50nm—150nm -sDl[ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) dPV<:uO 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 0Am\02R.C, zNn
+~
Y.m8 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 Klu0m~X@ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 !kh: zTP “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 g@?R" 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 m?4HVv "dYT>w 10. 优化@193nm结果 h{jm !V4 (- 8
am| 81)|a 优化结果: w=ufJRj 光栅高度:124.2nm LCH w. 占空比:31.6% o62GEl25 Ex透过率:43.1% q 4Ok$~"I 偏振度:50.0 FS!vnl8` 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。 c7tO'`q$e GFnwj<V+{ 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 PBL=P+ 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 ~~p )_ 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 kaECjZ_&+ "/taatcH 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Gu2=+?i?h ;xai JJK{ g]?>6 %#rA 初始参数: lx~C{tl2 光栅高度:80nm NKVLd_f k 占空比:40% e%7#e%1s 参数范围: jG#e%`' 光栅高度:50nm—150nm a'>n'Y~E 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) d@Wze[M?0 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% ;1r|Bx <5 *d 4A3|
yi -0CHo 优化结果: lXVh`+X/l
光栅高度:101.8nm CRNt5T>qH 占空比:20.9% G) 37?A) Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) j5~~% 偏振对比度:50.0 .lSoC`HE 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 iBKH\em/ G//hZwf0 12. 结论 idjk uB(6 F$YT4414 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) @ykl:K%ke 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 <(45(6fQ (如Downhill-Simplex-algorithm) z6Nz)$!_i 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。 q5)
K
|