紫外光栅偏振片的参数优化
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。 a_(vpD^ ?<$DQ%bf 1. 线栅偏振片的原理 oxm3R8S b_0Xi
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 ;lo!o9`< 2. 建模任务 szb],)|18 ^RS`q+g
t"'aQr 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 &mvC<_1n 偏振元件的重要特性: of:xj$dQ_ 偏振对比度 {#1}YGpiVM 透射率 SfwAMNCe 效率一致性 cz9T, 线格结构的应用(金属) M>g\Y NvfQa6?; 3. 建模任务: 6d3-GMUQ
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) 9a9{OJa6M 4. 建模任务:仿真参数 Q<pL5[00fD 2V#(1Hc! 偏振片#1: JuT~~Z 偏振对比度不小于50@193nm波长 @(A[H^E 高透过率(最大化) `=3:*.T* 光栅周期:100nm(根据加工工艺) m;nT ?kv 光栅材料:钨(适用于紫外波段) Nu'T0LPNq( 偏振片#2: j!P]xl0vOZ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 WY%'ps_]< 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 cA4xx^~ 光栅周期:100nm (a i&v 光栅材料:钨 beYaQz/@W +H~})PeQ 5. 偏振片特性 LN?W~^gsR 9IC|2w66 偏振对比度:(要求至少50:1) Wf=D'6w G u-#wv5@
/u8m|S< Rx 4
;X 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) FHS6Mk26 \Z^YaKj&
/r Hd9^Y +mN]VO*y 6. 二维光栅结构的建模 tPHDnh^n] tQ:)j^\ viT/$7`AI 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 =:zmF]j9 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 t .&YD x 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 IgOo2N"^l !$x9 s'D
8`*Wl;9u --S2lN/:T 7. 偏振敏感光栅的分析 H1>}E5^? %_!YonRY|X 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。 &AI/;zru 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) Uzb~L_\Rmt 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 mh"&KX86W 8. 利用参数优化器进行优化 G:QaWqUb
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>\QCD9 gD0 FRKn 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。 DDT)l+: XP 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 \4`~J@5Y 在该案例种,提出两个不同的目标: ~
FW@ #1:最佳的优化函数@193nm CCOd4 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 l Ud/^u` 'dp3>4
9. 优化@193nm G _{x)@ t3.;W/0_
pojQ/ 初始参数: %SL'X`j 光栅高度:80nm iXt >!f* 占空比:40% xZ }1dq8 参数范围: W~J@v@..4 光栅高度:50nm—150nm 4
e1=b, 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 18 pi3i[ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 %:2<'s2Si K%ltB&
b/='M`D}#G 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 x8xSA*@k 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。 E=.4(J7K “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 K)c`G_%G 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 <)L'h ({g7{tUy^H 10. 优化@193nm结果 1CFTQB > 8*;88vW"2
y{ReQn3>y 优化结果: &y/ 光栅高度:124.2nm 4i>sOP3
B 占空比:31.6% ^~k2(DLk Ex透过率:43.1% Nh7+Vl 偏振度:50.0 %Ji@\|Zkf 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。 RfVVAaI i>w'$ { 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。 ORhe?E] 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。 C~F do0D 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。 B>}=x4-8 ;ZMm6o 11. 300nm到400nm波长范围的优化 B:om61Dn A`x_M!m fX=o,=-f 初始参数: C~IsYdln 光栅高度:80nm Zb<IZ)i# 1 占空比:40% c`94a SnV 参数范围: I;]Q}SUsm 光栅高度:50nm—150nm m?I$XAE 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ,"~#s( 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% @0cQ4} Zi5d"V[}T
O`_!G`E 优化结果: ]03+8#J 光栅高度:101.8nm v|:2U8YREf 占空比:20.9% !iBe/yb Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) x#ub % t 偏振对比度:50.0 Fdsaf[3[v 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。 ,2\?kPoc8 K]4XD1n7 12. 结论 O(U'G|
C'mYR3?m; 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) ;fLYO6 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 ^sz4-+> (如Downhill-Simplex-algorithm) 7'g'qUW+~ 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。 '|mVY; i[
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