紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) |tU wlc> R\Ckk;<$ 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。 k)[c!\a[i Q,Y^9g"B`~ 1. 线栅偏振片的原理 e+<| 'vYt_T
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 F>5b[q6~4 2. 建模任务 Sn^M[}we 4CtWEq x6$3KDQm 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 bR1Q77<G\ 偏振元件的重要特性: -PU.Uw] 偏振对比度 A`Rs
n\ 透射率 jP0TyhM 效率一致性 o
q6^ 线格结构的应用(金属) h(GSM'v .XVL JJ# 3. 建模任务: \KS.A
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x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) :."6 g)T 4. 建模任务:仿真参数 mB6%. " nywC]T 偏振片#1: ]rNxvFN*j 偏振对比度不小于50@193nm波长 =6f)sZpPh 高透过率(最大化) ]"?<y s 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 3.g 4X?=zd 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 9g'6zB 偏振片#2: 0P{8s 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 Rlm28 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 [@B!N+P5; 光栅周期:100nm `Q/\w1-Q 光栅材料:钨 RTDplv; ] f! )yE`4- 5. 偏振片特性 ]m7x&N2 ie>mOsz 偏振对比度:(要求至少50:1) F- M)6&T 9'e<{mlM
]"htOO @?;)x&<8?3 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) [d-Y1 1_]%,
:7 JP(j2 PfB9 .f{ 6. 二维光栅结构的建模 94]i|2qj* vS[\j 8rFP*K9 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 +(z[8BJl 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 feeHXKD| 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 *65~qAd -v|lM8
-}( o+!nl [-81s!#mkw 7. 偏振敏感光栅的分析 _34%St!lg ~*+evAP 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 S v#,L8f 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) ~2yhZ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 X?JtEQ~> 8. 利用参数优化器进行优化 1CM8P3
l<ZHS'-;8 ~V?\@R:g 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 {sj{3I u 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 '<*%<J{( 在该案例种,提出两个不同的目标: ,^<39ng #1:最佳的优化函数@193nm <X5ge>. #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 Asq&Z$bB_ L|1~'Fz#w 9. 优化@193nm -7o-d-d F a40>_;}:x
t("koA=. 初始参数: *,*XOd:3TL 光栅高度:80nm 5Z"N2D)." 占空比:40% PI,2b(`h_ 参数范围: >Rb
jdM5K4 光栅高度:50nm—150nm ,OP\^ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) jqTK7b 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 !L3|5:j ,9ew75Jl
0tPwhJ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 : t75iB= 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。 ~x@V"rxGw “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 O'.{6H;t 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 H`Zg-j` >?G!>kw 10. 优化@193nm结果 JS<w43/j dldS7Q
:O?3lj) 优化结果: A@4{-e\ 光栅高度:124.2nm XaoVv2=G~ 占空比:31.6% w
!<-e> Ex透过率:43.1% ymnK `/J!Q 偏振度:50.0 A 2\3.3 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。 f9IqcCSW }*aj& 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。 Zw%:mZN
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@WQ 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。 %zDi|WZ -rHqU| 11. 300nm到400nm波长范围的优化 {!wd5C@ )|5mW |RqCI9N6 初始参数: Ys?0hd<cn 光栅高度:80nm 0Jd>V 占空比:40% |S]fs9 参数范围: iV\*7 光栅高度:50nm—150nm o$7UWKW8 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Bi"cWO 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% ou]jm=4[ r?pFc3~N
TQ[J, 优化结果: ]XL=S|tIq 光栅高度:101.8nm x8wsx
F 占空比:20.9% ?#nk}=;g8 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) tn(6T^u 偏振对比度:50.0 !.4q{YWcYk 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。 E(f|LG[I t~qAA\p}o 12. 结论 W* n|T{n vAOThj) 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) <Skf
n`). 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 0wF)bQv1 (如Downhill-Simplex-algorithm) XXD4T9Wy 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。 Y
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