紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) I+QM":2 [b3$em<^JV 该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化,紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能,如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 MO?
}$j i|0!yID0@ 1. 线栅偏振片的原理 H
vHy{S4 b'I@TLE')
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 dkW7k^g 2. 建模任务 pd|l&xvka #7"";"{z| 0KZ$v/m 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 PzT@q\O 偏振元件的重要特性: )LsUO#%DO 偏振对比度 *uSlp_;kB 透射率 lt yhYPS 效率一致性 3sgo5D-rMI 线格结构的应用(金属) ~>Y^?l S_ra8HY8 3. 建模任务: ol~ tfS
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) 'J)9# 4. 建模任务:仿真参数 8g=];@z E
B!
,t 偏振片#1: ]K+8f- 偏振对比度不小于50@193nm波长 R2Lq??XA= 高透过率(最大化) g-H,*^g+ 光栅周期:100nm(根据加工工艺) T)tTzgLD} 光栅材料:钨(适用于紫外波段) l3y}nh+ 8 偏振片#2: >|0I\{C 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 _Ea1;dJmq 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 *q;83\ 光栅周期:100nm p&\DG 光栅材料:钨 eep/96G
? ><$V:nsEO 5. 偏振片特性 7q{yLcC" \9~Q+~@{G 偏振对比度:(要求至少50:1) >;#rK@*& k8i0`VY5Y
[;l;kom +HjSU2 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) #GfM^sK VA`VDUG,
"yl6WG#J CtUAbR 6. 二维光栅结构的建模 Nfv`
)n@ I}|E_U1Qj Iu(]i?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。 i2-]Xl 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 Q(R-8" 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 :fUNc^\2 EWXv3N2)
+Y2D @K?) FE:}D;$ 7. 偏振敏感光栅的分析 'Tskx O>i]*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。 I0;gTpt9 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) &i6JBZ#~, 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 eT?vZH[N 8. 利用参数优化器进行优化 ^)'D
eP/
mnw(x#%P >wR)p\UEb 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。 E 0OHl 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 JdUI:( 在该案例种,提出两个不同的目标: :.f(}sCS #1:最佳的优化函数@193nm Bsk` e #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 `=kiqF2P} UMMGT6s,E8 9. 优化@193nm n\$.6
_@x dKevhm)R"
WpMm%G~'4t 初始参数: P,#l~ \ 光栅高度:80nm 6KE64: \; 占空比:40% B`vC> 参数范围: 9`CJhu 光栅高度:50nm—150nm &g=6K&a$a 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Gz--C( 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Fr<tk^~/
Xi~I<&
B7S)L#l_\ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 \K lY8\c[ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 :c(I-xif “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 e?\hz\^ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 9)n3f^,Oj* i-4?]h k 10. 优化@193nm结果 vq\L9$WJ Wd7qpWItjQ
B- |C%~fe 优化结果: h?fp( 光栅高度:124.2nm ]w]:9w 占空比:31.6% _^$F^}{& Ex透过率:43.1% p77=~s 偏振度:50.0 `'9t^6mk 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 6I|9@~!y[ 4F!%mMq 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 Y$fF"pG? 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。 z)R\WFBW 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。 II\}84U2
. <!*O[0s 11. 300nm到400nm波长范围的优化 KB{/L5 '
R= O eH rT;_"y} 初始参数: D}2$n?~+ 光栅高度:80nm YdYaLTz 占空比:40% @-ir 参数范围: 1R]h>' 光栅高度:50nm—150nm aq9Ej]1b 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) n0uL^{B 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% @y|JIBBRc GwG(?_I"
y#nyH0U 优化结果: Xa$tW%) 光栅高度:101.8nm jz I,B 占空比:20.9% d:hX3 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) l HZ4N{n 偏振对比度:50.0 FX~pjM 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。 .|y{1?f_ =[)2DJC 12. 结论 Fl\kt.G 7V"Jfh4_ 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) B^j(Fq 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 Mu_'C$zA (如Downhill-Simplex-algorithm) 1Nz#,IdQ 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。 <fDbz1Q;l
|