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深紫外光栅反常偏振器件的设计与分析

发布时间:2021-08-09 12:02
  为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.19~0.20μm),表现出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由时域有限差分算法(FDTD)的数值模拟结果可得,当波长为0.193μm的光垂直入射时,该光栅偏振器对TE偏振光的透过率大于60%,偏振消光比大于180。与具有相同结构参数和栅线材料的单层金属光栅偏振器相比,该介质-金属光栅偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透过率提升了约10%,偏振消光比提升了4.5倍左右(在0.193μm波长下)。 

【文章来源】:中国激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章页数】:7 页

【部分图文】:

深紫外光栅反常偏振器件的设计与分析


以SiO2为基底的MgF2-Al光栅结构示意图

光栅图,消光比,偏振光,光栅


为提高深紫外波段下MgF2-Al光栅结构的偏振性能,首先在0.190~0.200 μm波段研究光栅周期P对TE和TM偏振光透过率以及消光比(TE偏振光与TM偏振光透过率之比)的影响,优化过程中保持结构参数H1=30 nm、H2=110 nm、W=85 nm不变。从图2(a)可以看出,随着周期的增加,TE偏振光的透过率呈现先增大后减小的趋势,而TM偏振光透过率在短波段内(0.190~0.193 μm)增大,在较长波段内(0.195~0.2 μm)持续降低。相应的消光比曲线如图2(b)所示,随着周期的增加,消光比的峰值出现红移现象。这主要是由于TM偏振光的透过率对消光比的影响较大,随着TM偏振光透过率的谷值发生红移,消光比对应的峰值也随之变化。从物理机制层面可以理解为:由于反常偏振效应的极值点接近瑞利波长[18-19],并受瑞利共振异常的影响(TM光的透过率急剧下降),而周期P直接决定着瑞利波长的位置,因此随着周期P的变化,消光比峰值会发生移动。偏振器件的偏振性能达到最佳状态的标准如下:在同一结构参数下,光栅的TE偏振光透过率和消光比同时取最大值。对于目标波长0.193 μm,当周期P=178 nm时,TE偏振光的透过率最大,为62%,光栅的消光比也达到最大,为187。2.3 MgF2-Al光栅结构中线栅宽度(W)的优化

光栅图,消光比,偏振光,光栅


线栅宽度W对偏振光栅TE偏振光透过率和消光比的影响如图3(a)、(b)所示,模拟过程中保持结构参数P=178 nm、H1=30 nm、H2=110 nm不变。可以将所设计的光栅看作是由金属-空气-金属这种周期性结构组成的类法布里-珀罗(F-P)共振腔[20]。电磁波在狭缝中传播时,狭缝内可以产生表面等离子,而且表面等离子通过共振腔进行传播。当P不变、W变化时,光栅的占空比发生变化,在共振腔中传播的表面等离子的波长[21-22]也随之变化,因此偏振光对应的透过率和消光比也发生相应变化。从图3可以看出:当线栅宽度W在83~85 nm范围内时,随着线栅宽度的增加,TE光透过率几乎不变,TM光透过率在长波段范围内(0.190~0.197 μm)呈减小趋势,与该波段对应的消光比呈增加趋势;当线栅宽度W在85~89 nm范围内时,TE光透过率对线栅宽度的变化比较敏感,随着线栅宽度的增加,TE光透过率在整个波段范围内呈减小趋势,而TM光透过率几乎不变,因此与之对应的消光比呈增加趋势。波长在0.190~0.197 μm范围内时,线栅宽度W=85 nm对应的偏振器的偏振性能最优。2.4 MgF2-Al光栅结构中铝光栅层高度(H2)和氟化镁光栅层高度H1的优化

【参考文献】:
期刊论文
[1]基于多偏振照明的浸没式光刻机投影物镜高阶波像差快速检测技术[J]. 诸波尔,李思坤,王向朝,戴凤钊,唐锋,段立峰.  光学学报. 2018(07)
[2]单层亚波长金属光栅偏振器透射机理研究[J]. 王志文,褚金奎,王倩怡.  光学学报. 2015(07)
[3]一维金属光栅的透射光增强效应的物理机制[J]. 何启浩,汪国平.  激光杂志. 2003(04)



本文编号:3332031

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