摘要
由于相位和結(jié)構(gòu)之間的直接關(guān)系，衍射分束鏡通常采用一定的傍軸近似來設計，這些算法也提供了這種近似，反之亦然。在非傍軸或甚至高NA分束器的情況下，這些近似將引入一些不準確性，因此，如果不進行額外嚴格的后優(yōu)化，至少建議進行嚴格的分析。在這個用例中，使用奇數(shù)衍射級對典型的二元1:6分束器執(zhí)行這樣嚴格的評估。為此，對初始系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化，并通過可編程光柵分析器定義了一組自定義的評價函數(shù)。對于參數(shù)優(yōu)化和后續(xù)的公差分析，使用嚴格的傅里葉模態(tài)法 (FMM)。
建模任務
衍射分束面初始設計(*)
1. 采用VirtualLab Fusion的迭代傅里葉變換算法(IFTA)設計工具計算了分束器的初始相位函數(shù)。
2. 對于高度輪廓的轉(zhuǎn)換，采用了基于薄元件近似(TEA)的結(jié)構(gòu)設計。
(*)不是這個用例的一部分 (**)這些會話編輯器在衍射光學工具箱銀版中可用。
TEA和等距抽樣結(jié)構(gòu)的局限性
TEA非常適合于最小特征尺寸不小于約5倍波長的情況。如果不是這樣，振幅/相位分布與設計高度輪廓相互作用后可能會顯示出與期望值的相關(guān)偏差。
因此，需要進行嚴格的評估。
對于參數(shù)優(yōu)化，需要對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行不同的定義。
后優(yōu)化的數(shù)據(jù)準備(參數(shù)化)
衍射分束器表面進一步優(yōu)化
哪個衍射級次有哪些評價函數(shù)？
利用可編程光柵分析器
分束器初始設計的嚴格分析
設置優(yōu)化參數(shù)
兩個優(yōu)化過程對比
在這個用例中，我們演示了兩種具有不同配置目標和約束的優(yōu)化：
在優(yōu)化#1中，優(yōu)先考慮均勻性誤差。
在優(yōu)化#2中，0級也要最小化。
關(guān)于評價函數(shù)約束，用戶可以指定
單獨的目標值、范圍、下限或上限是什么
以及通過權(quán)重，它們的貢獻應該是什么。
在優(yōu)化過程中，采用了內(nèi)建的下降單純形算法
評價函數(shù)約束的配置
優(yōu)化#1(優(yōu)先級=均勻性誤差)
優(yōu)化#2(優(yōu)先級=均勻性誤差&低0級)
嚴格結(jié)果對比(初始—優(yōu)化#1—優(yōu)化#2)
公差仿真結(jié)果
研究了在±5%范圍內(nèi)生產(chǎn)過程中可能的高度公差時質(zhì)量函數(shù)的表現(xiàn)。
在大部分的公差范圍內(nèi)，蝕刻深度誤差約為±1.5%(藍色&紅色區(qū)域長度)，第二種優(yōu)化設計的均勻性明顯較差。
乍一看，優(yōu)化#2的最小均勻性誤差(紅色曲線@0%)并不居中，這似乎有些奇怪。這是因為優(yōu)化#2優(yōu)先考慮了低0級效率，從而犧牲了一些均勻性來實現(xiàn)這一目標。
因此，對于公差分析的整個預期范圍，第2種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)總是有一個明顯較低的0階。
注意：
公差仿真結(jié)果中的參考值1總是指被檢測結(jié)構(gòu)的各自單獨優(yōu)化高度(用紫色線表示)。
公差仿真結(jié)論
公差測試提供了一個更好的信息基礎(chǔ)，以決定什么是最適合所需應用的結(jié)構(gòu)。
可以看出，如果使用均勻度誤差最低的高度，在相似的±1.3%(黃色區(qū)域長度)的公差范圍內(nèi)，第2次優(yōu)化的結(jié)構(gòu)均勻度誤差低于0.5%(綠線)。
因此，具有 0.9825 (707.7 nm) 額外高度縮放的第二次優(yōu)化結(jié)果可能是一個具有整體性能合適的良好解決方案。在下表的最后一列“優(yōu)化#2b”中顯示了相應的結(jié)果。
文件信息
延伸閱讀
- 可編程光柵分析器
- 非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
- 產(chǎn)生二維光標的衍射分束器的設計
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