紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) eF[63zx5* >2bKSh 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。 I%-
" |]$ T] 2q?;N 1. 线栅偏振片的原理 b
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带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 nX$XL=6mJ& 2. 建模任务 0a-:<zm x| yEtO& W6On93sa 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 8_T6_jL< 偏振元件的重要特性: {?'fyEeg 偏振对比度 V(Ub!n:j 透射率 '1M7M(va 效率一致性 D9j3Xu 线格结构的应用(金属) ByCnD LX^u_Iu 3. 建模任务: \&H nKhI
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ]XI*Wsn 4. 建模任务:仿真参数 r*Yi1j/ a4irokJv# 偏振片#1: bV ZMW/w 偏振对比度不小于50@193nm波长 ]Dw]p!@ 高透过率(最大化) rETRTp0HT 光栅周期:100nm(根据加工工艺) HttiX/2~ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ]c! ;L5 偏振片#2: $@UN4B?y 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 qWmQ-|Py 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 liXdNk8 光栅周期:100nm ">#wOm+ + 光栅材料:钨 !?|Th5e 4'0Dr++ 5. 偏振片特性 `ho1nY$)CE % LJs 偏振对比度:(要求至少50:1) 5}`_x+$%(` \hB5@e4i2
9uGrk^<t =jN*P? 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ;<leKcvhQ& )E~79!
0:+WO%z YCP) %} 6. 二维光栅结构的建模 -;'1^ :s4p/*f ^k]XEW{PG 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 ]C) 4 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 {7)st
W 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 at)~]dG KQ~i<1&j
KN* uvrB5=u 7. 偏振敏感光栅的分析 5O\*h;U 6 8O38#{[S 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 P'`r 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) JfR%L q~ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ^/r7@: 8. 利用参数优化器进行优化 -4cXRv]
hRCed4qA zzyHoZJP 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 gXjV?"^kUl 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 <WcR,d 在该案例种,提出两个不同的目标: 7k rUKYVo #1:最佳的优化函数@193nm h@[R6G| #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 _A=$oVe ,gS;m
&!'J 9. 优化@193nm Xwhui4'w ypy68_xyW
nX=$EQiH 初始参数: ?#45wC 光栅高度:80nm v&=gF/$ 占空比:40% /K(o]J0F 参数范围: k3uit+ge} 光栅高度:50nm—150nm `|/<\ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 'nwx9]q 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 (_"*NY0 lR(+tj)9uO
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!xT 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 2* 2wY = 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。 =W"F[fD “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ihfiK|a 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 }&[ M#8uv-L 10. 优化@193nm结果 ?W)A k<"oiCE
K|Di1)7=/ 优化结果: sPR1?:0: 光栅高度:124.2nm /@,j232 占空比:31.6% !s&NT @ S Ex透过率:43.1% LS917ci- 偏振度:50.0 _iir<} 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。 P9vA7[ sL\L"rQN6 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。 BYMi6wts 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。 i ~{Ufi 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。 ,d {"m)r< s[w6FXt 11. 300nm到400nm波长范围的优化 vuoQz\ RE/~#k@a <kx&w(= 初始参数: ; ShJi 光栅高度:80nm rl#p".4q 占空比:40% FSA1gAW6g 参数范围: (w}H]LQ 光栅高度:50nm—150nm * /:x sI 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) dF2nEaN0% 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% ce7CcHQ?B -}KC=,]vh
0Nnsjh 优化结果: #6CC3TJ'k 光栅高度:101.8nm 3GUZ;jdn 占空比:20.9% Kq;8=xP[ Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) "C I=`= 偏振对比度:50.0 !;KCU^9 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。 <|SRe6m OHhsP}/ 12. 结论 `#;e)1 xo&]$W8 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) ,}K7Dg^1 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 j'MO(ev (如Downhill-Simplex-algorithm) -i%e!DgH 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。 ;{KV /<3
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