紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) fe37T@ v[a#>!;s 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。
}aNiO85 ;@d%<yMf@ 1. 线栅偏振片的原理 6@XutciK iY|YEi8
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 ri JyH;) 2. 建模任务 BE"nyTQ zW0AB8l dWqFP 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 M?cKt.t 偏振元件的重要特性: (C-z8R
Z6 偏振对比度 0= 'DDy 透射率 doR'=@ W 效率一致性 Q5,@P? 线格结构的应用(金属) (FjgnsW "ZyHt HAK 3. 建模任务: 2/7=@>|
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) .v" lY2:N 4. 建模任务:仿真参数 MW`a>'0t? |Lhz^5/ 偏振片#1: ]R4)FH|>< 偏振对比度不小于50@193nm波长 /2@%:b) 高透过率(最大化) 7lVIN&.= 光栅周期:100nm(根据加工工艺) rp'fli?0e 光栅材料:钨(适用于紫外波段) gw*d"~A 偏振片#2: kuH;AMdv 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 <Y orQ> 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 Vw{Ys6q 光栅周期:100nm huF L [ 光栅材料:钨 Q"Ec7C5eM }a9C/t3 5. 偏振片特性 5./
(fgx> 9#iDrZW 偏振对比度:(要求至少50:1) 42wcpSp R&4E7wrdP
]Qu12Wg}P +uLo~GdbE 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) kH&ZPAI %UQ{'JW?K
8zc!g|5" FvJSJ.;E, 6. 二维光栅结构的建模 -1_Z*?=- Iv<9})2K ob00(?;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。 *n*y!z 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ltrSTH,kL 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 `{wku@ 1}BNG ,n
5i^vN"J 9/$P_Q:3 7. 偏振敏感光栅的分析 =a!6EkX
* OV/FQH;V 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。 ^97ZH)Ww 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) $McO'Bye{h 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 3EZw F 8. 利用参数优化器进行优化 _B1uE2j9
2wBU@T1 7[H`;l 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 K%}I}8M 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 {T.Vu]L80 在该案例种,提出两个不同的目标: O<h#|g1 #1:最佳的优化函数@193nm Qf|}%}%fp #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 +lT]s#Fif gk z#kiGF 9. 优化@193nm X}-H=1T? ~yi&wbTjM
3rY /6{ 初始参数: ee_\_" 光栅高度:80nm E`4=C@NN+, 占空比:40% ]'h)7 参数范围: L%d?eHF 光栅高度:50nm—150nm na3kHx@ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) #(IMRdUf 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 BNCJT$tYX qE72(#:R*
erP>P 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 `Y\/US70{c 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。 />[6uvy#Q “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 y+scJ+< 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 IJc#)J.2A i`aG 10. 优化@193nm结果 i 9tJHeSm c2\vG
Cj1UD; 优化结果: gyQ9Z} 光栅高度:124.2nm :3>yr5a7- 占空比:31.6% b<(UmRxx3 Ex透过率:43.1% G^ZkY 偏振度:50.0 ePRM v 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。 ba9<(0` fJw=7t-t 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。 D
Ok^ON 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。 =Xjuz:9D~ 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。 i>Bi&azx /e sk 11. 300nm到400nm波长范围的优化 U\8#Qvghf ,okJ eZ '>|*j"jv- 初始参数: x0A%kp&w 光栅高度:80nm +R#`j r" 占空比:40% pu$XUt
参数范围: n{Qh8" 光栅高度:50nm—150nm ,L{o,qzC 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) .&Pe7`.BE 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% R,w54}, D'[P,v;Q
}
o"_#\6 优化结果: Z^`=!n-V 光栅高度:101.8nm V=4u7!ha
占空比:20.9% ?3TK7]1V: Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) :$cSQ(q9a 偏振对比度:50.0 vx5o
k1UY 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。 txfwLqx ]AC!R{H 12. 结论 ua|Z`qUyq VtzmY 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) 30(m-D$K>9 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 W8yfa[z~J (如Downhill-Simplex-algorithm) CAFE}| 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。 Bd oC6H
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