紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) x=H*"L= A$oYw(m# 该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化,紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能,如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 ~@-Az([H e8[*=& 1. 线栅偏振片的原理 8IX6MfR}C fb#Ob0H
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 w@"|S_E 2. 建模任务 r^@*Cir /,;9hx x3vz4m[ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 CSD8?k]2 偏振元件的重要特性: >2wjV"W? 偏振对比度 }&!rIU 透射率 6 o+zhi;E 效率一致性 eF2<L [9 线格结构的应用(金属) p<![JeV H,uOshR 3. 建模任务: ]v lQNd?
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) aMHIOA%Kh 4. 建模任务:仿真参数 J|I|3h<T C ]#R7G 偏振片#1: W9u( 偏振对比度不小于50@193nm波长 Xu'u"amt 高透过率(最大化) `*~:nvU 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 7f`jl/ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) plp).Gq 偏振片#2: 8RocObY_W 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 P= ]ZXj[ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 5-+Y2tp} 光栅周期:100nm Kj-`ru 光栅材料:钨 2S/^"IM[" [szwPNQ_ 5. 偏振片特性 + W +<~E +\{!jB*g 偏振对比度:(要求至少50:1) is`a_{5e= *D\nsJ*g
=|jOio=s: m=n
V$H 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) #S1)n[ k1%Ek#5
}b0qrr Oo#wPT;1^( 6. 二维光栅结构的建模 - BocWq\ paF2{C)4 N/y.=] 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。 t%=ylEPW 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 >Cf]uiR 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 R Jg# A` QGsUG_/_P
#_H=pNWe d2 d^XMe! 7. 偏振敏感光栅的分析 KR z\ct| aUJ& 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。 b^%4_[uRu 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) )"q2DjfX* 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ,;{mH]"s 8. 利用参数优化器进行优化 >u6kT\|^C
m2 OP=z@) yhTe*I=Gk 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。 |"ck;.) 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 2Gx&ECa, 在该案例种,提出两个不同的目标: NW~n+uk5v #1:最佳的优化函数@193nm 8IVKS> #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 6v.*%E*P 8^HMK$ 9. 优化@193nm R(hqBa/V |&C.P?q
3L#KHTM 初始参数: AJq'~fC;I 光栅高度:80nm 4}l,|7_&I 占空比:40% E]+W^VG 参数范围: IoA"e@~t 光栅高度:50nm—150nm J]Y." hi 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ku\_M 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 E|Z Y2&J`4 ogPxj KSI
psYfz)1; 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 dp+wwNe 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。 <6Br]a60RR “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 BPC$ v\a 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 JP[BSmhAV .*v8*8OJ& 10. 优化@193nm结果 WT!%FQ9 8 v&5)0u
)0/DY 优化结果: @aBZ|8 光栅高度:124.2nm Z\NC+{7k] 占空比:31.6% G;,2cu
K Ex透过率:43.1% 0;V2>! 偏振度:50.0 4(o0I~hpB? 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。 ~Fisno Tqm9><!r 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。 ?2Bp^3ytJ 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。 )M}bc1 _ 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。 K\o! e}7qZ^ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 -6Cxz./#yS 5$N4<Lo7 /I: d<A 初始参数: +dR$;!WB3 光栅高度:80nm v!40>[?|p 占空比:40% O4(
Z%YBe 参数范围: ?^k-)V 光栅高度:50nm—150nm *bwLih!}H 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) U<o,`y[Tn 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% b)
.@ xS kvryDM
i1u &-#k 优化结果: p`XI (NI 光栅高度:101.8nm H@OYtPHGR 占空比:20.9% :*@=px Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) \@gs8K# 偏振对比度:50.0 3"&6rdF\jB 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。 j2tw`*S+ v@< "b U 12. 结论 AY|8wf,LS 'J+Vw9s7 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) d0IHl!X 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 9KD2C>d< (如Downhill-Simplex-algorithm) O{LWQ"@y 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。 Ma wio5
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