Ji[g@# 案例315(3.1) P{eRDQ= 0Q >|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。 l`&6W?C 29^bMau)v 1. 线栅偏振片的原理 6sl<Z=E# [attachment=70652] 带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Xb*_LZAU kVnyX@ 2. 建模任务 l|A8AuO*?
[attachment=70653] ssITe.,ny }!V<"d,! 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 I;-5]/, 偏振元件的重要特性: %n25Uq 偏振对比度 acY[?L_6J 透射率 vXyo 效率一致性 yQ{_\t1Wd 线格结构的应用(金属) ~^~RltY K=TW}ZO 3. 建模任务: x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) [attachment=70654] 7 afA'.= 5,BkwAr+6[ 4. 建模任务:仿真参数 sDm},=X} ]wpYxos 偏振片#1: IQ=|Kj9h 偏振对比度不小于50@193nm波长 ',`4 U F 高透过率(最大化) l0\>zWLZZ9 光栅周期:100nm(根据加工工艺) _np>({ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) zl
0^EltiU 偏振片#2: up3<=u{>
偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 0C+yq'D~[ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 HcVs(]tIW 光栅周期:100nm B4Af 光栅材料:钨 u6I0<i_KZ /{MH' 5. 偏振片特性 1vK(^u[ ku9FN 偏振对比度:(要求至少50:1) ((>3,%B` ,tF" 4|# [attachment=70655] SA
4je9H% W#7-%oT 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) 7W firRM GVc[p\h( [attachment=70656] 1qKxg FJ,\?ooGf 6. 二维光栅结构的建模 \BcJDdL
[attachment=70657] < Gy!i/ Xa%&.&V 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。 5YG@[ic 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 2j/1@Z1j= 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 $CwTNm? ?CW^*So
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=fOdp hOL y*% 7. 偏振敏感光栅的分析 l)PFzIz=V
[attachment=70659] &T/q0bwd 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。 5A]LNA4i 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) V?V)&y] 4 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 -KJ! 8. 利用参数优化器进行优化 ah"MzU)
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o~]7(5| Z=Y_;dS9 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。
;/^]| 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 3G/ mB 在该案例种,提出两个不同的目标: b}*@=X=4o #1:最佳的优化函数@193nm tqwk?[y}+l #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 J%-lw{FC $h]Y<&('G 9. 优化@193nm c>WpO Z, [attachment=70661] Gg pQ]rw )bCG]OM7< 初始参数: JU=\]E@8c 光栅高度:80nm 'oHOFH9:{b 占空比:40% >[%.h(h/% 参数范围: 6[3Ioh 光栅高度:50nm—150nm q~'
K9 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) E
^SM` 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 <&Y}j&( [attachment=70662] XAULD]Q ND55`KT4 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 o!l3.5m2d 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。 NtA|#"^ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 o )nT 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 oA3W
{ .1z$ A 10. 优化@193nm结果 kG;eOp16R [attachment=70663] 9p\wTzA g"dZB2`C 优化结果: 3e!Yu.q: 光栅高度:124.2nm JPT I6"/ 占空比:31.6% [>M*_1F Ex透过率:43.1% djy: 偏振度:50.0 ;/)Mcx] n 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。[attachment=70664]
IB.'4B7 XC/]u%n8]( 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。 )*TW\v`B 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。 c2\rjK 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。 !.2CAL TA@tRGP> 11. 300nm到400nm波长范围的优化 x,w`OMQ}c [attachment=70665] \{MrQ2jd 2NArE@ 初始参数: VNxpOoV=S 光栅高度:80nm Lr24bv\ 占空比:40% \Sq"3_m4T 参数范围: 74}eF)(me 光栅高度:50nm—150nm 7k`*u) Q 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) CNpe8M=/3 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% &`
00/p [attachment=70666] (Xr_ np @ GEe 0@q#YA 优化结果: 7i+!^Qj?y 光栅高度:101.8nm DQ n`@ 占空比:20.9% -e`oW.+ Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) i>]<*w 偏振对比度:50.0 _']%qd"% 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。 MKVfy:g%So lZS_n9Sc 12. 结论 fOK+DT~ e$ XY\{
- 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)
- 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 /+x#V!zM
(如Downhill-Simplex-algorithm) - 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。
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