紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) pK'WJ
72U ,xTbt4J 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。 t*qA.xc6 K&)a3Z=(. 1. 线栅偏振片的原理 0'py7 )D[ypuM&
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 y5Pw*?kn 2. 建模任务 Ra{B8)Q +XpRkX&- ^mJvB[ u| 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 8W$="s2 偏振元件的重要特性: VBH[aIW 偏振对比度 [CUJ A 透射率 .oK7E(Q J 效率一致性 gr fF\_[: 线格结构的应用(金属) 25ayYO%PTc mefmoZ 3. 建模任务: <`r+l5
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图)
9Np0<e3p 4. 建模任务:仿真参数 6pLwwZD =d5!O~}r> 偏振片#1: :jUuw:\ 偏振对比度不小于50@193nm波长 +%<Jr<~W 高透过率(最大化) 'I<j`)4`d 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 1|nB\xgu 光栅材料:钨(适用于紫外波段) \
yOZ&qU 偏振片#2: bv+e'$U3 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 IL\mFjZ' 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 >bZ# 光栅周期:100nm #KK(Z\; 光栅材料:钨 6)3eB{$; p|FX_4RjX 5. 偏振片特性 YpKai3 B SW; bE 偏振对比度:(要求至少50:1) `UI)H*GA8 [.Y=~)7FB
'pe0Q- !6%G%ZG@3- 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ZF
t^q/pw rx;U/)~#<
3>(`Y os.x|R]_ 6. 二维光栅结构的建模 0K2[E^.WN 5&kR1Bp#- qN QsU 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 P
X0#X=$ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 6wd]X-G++ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 wMUnZHd{| 9F+bWo_m
g.]'0)DMW h|H;ZC(B 7. 偏振敏感光栅的分析 y2U:( H:l! ^~aSrREo 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。 KCT8Q!\ 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) I;v`o{ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 cR&xl^BJ 8. 利用参数优化器进行优化 :kVV.a#g
h+W^k+~( ry\']\k 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。 ~"mZ0E 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 2o$8CR; 在该案例种,提出两个不同的目标: Hj\~sR$L- #1:最佳的优化函数@193nm v wyDY%B"n #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 AWDjj\Q4 qck/b 9. 优化@193nm K7.<,E"M. PsgzDhRv
KR}0(,Y 初始参数: 8Vn6* Xn 光栅高度:80nm (*RybKoaA 占空比:40% -!0LIr:" 参数范围: z~H Gc"~ 光栅高度:50nm—150nm Wj:QC<5
v 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) nB5[]x' 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 UW*aSZ/? %RN-J*s]
wB)+og-^1f 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 nIjQLx 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。 9NP l]iA) “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 W~%~^2g ;k 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 iy]}1((hR ;}~=W!yz 10. 优化@193nm结果 /;rN/ot2o )DmiN ^:
Hl;p>>n 优化结果:
9+QrTO 光栅高度:124.2nm }$U[5wL,_ 占空比:31.6% @?m8/t9. Ex透过率:43.1% N%f!B"NQ 偏振度:50.0 a<wZv-\Vau 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。 ~vGtNMQg (U_Q7hja? 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。 qDM[7q3. 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。 ~
ZL`E 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。 2 ?T:RB} XKX,7 11. 300nm到400nm波长范围的优化 IxZ.2 67 #/Fu*0/)` N1~V +_mM 初始参数: ?@?a} 光栅高度:80nm nb_^3K]r 占空比:40% BozK!"R_< 参数范围: {z /^X<T 光栅高度:50nm—150nm U"+ ry.3` 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) uX +<`3O 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% 9S%gVNxn r0deBRM
\( <{)GpBi 优化结果: WKl' 光栅高度:101.8nm 6b70w @P! 占空比:20.9% g>xUS_d> Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) ky[Xf -9# 偏振对比度:50.0 `Kw"XGT 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。 : W^\
mH cIvYfgIo9 12. 结论 `4.sy +2 0? us]lx 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) RzRvu]]8 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 O^Vy"8Ji}y (如Downhill-Simplex-algorithm) rz}l<t~H 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。 |3:=qpT-
|