為實(shí)現(xiàn)金屬光柵偏振器件在光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)中的應(yīng)用,基于共振域光柵的反常偏振效應(yīng),提出一種以二氧化硅為基底、鋁與氟化鎂作為柵線材料的介質(zhì)-金屬光柵偏振器。與傳統(tǒng)的亞波長(zhǎng)金屬光柵偏振器相比,該偏振器的光柵周期接近入射波長(zhǎng)（0.19～0.20μm）,表現(xiàn)出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由時(shí)域有限差分算法（FDTD）的數(shù)值模擬結(jié)果可得,當(dāng)波長(zhǎng)為0.193μm的光垂直入射時(shí),該光柵偏振器對(duì)TE偏振光的透過率大于60%,偏振消光比大于180。與具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)和柵線材料的單層金屬光柵偏振器相比,該介質(zhì)-金屬光柵偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透過率提升了約10%,偏振消光比提升了4.5倍左右（在0.193μm波長(zhǎng)下）。 

【文章來源】：中國(guó)激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

以SiO2為基底的MgF2-Al光柵結(jié)構(gòu)示意圖

為提高深紫外波段下MgF2-Al光柵結(jié)構(gòu)的偏振性能,首先在0.190～0.200 μm波段研究光柵周期P對(duì)TE和TM偏振光透過率以及消光比(TE偏振光與TM偏振光透過率之比)的影響,優(yōu)化過程中保持結(jié)構(gòu)參數(shù)H1=30 nm、H2=110 nm、W=85 nm不變。從圖2(a)可以看出,隨著周期的增加,TE偏振光的透過率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),而TM偏振光透過率在短波段內(nèi)(0.190～0.193 μm)增大,在較長(zhǎng)波段內(nèi)(0.195～0.2 μm)持續(xù)降低。相應(yīng)的消光比曲線如圖2(b)所示,隨著周期的增加,消光比的峰值出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。這主要是由于TM偏振光的透過率對(duì)消光比的影響較大,隨著TM偏振光透過率的谷值發(fā)生紅移,消光比對(duì)應(yīng)的峰值也隨之變化。從物理機(jī)制層面可以理解為:由于反常偏振效應(yīng)的極值點(diǎn)接近瑞利波長(zhǎng)[18-19],并受瑞利共振異常的影響(TM光的透過率急劇下降),而周期P直接決定著瑞利波長(zhǎng)的位置,因此隨著周期P的變化,消光比峰值會(huì)發(fā)生移動(dòng)。偏振器件的偏振性能達(dá)到最佳狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)如下:在同一結(jié)構(gòu)參數(shù)下,光柵的TE偏振光透過率和消光比同時(shí)取最大值。對(duì)于目標(biāo)波長(zhǎng)0.193 μm,當(dāng)周期P=178 nm時(shí),TE偏振光的透過率最大,為62%,光柵的消光比也達(dá)到最大,為187。2.3 MgF2-Al光柵結(jié)構(gòu)中線柵寬度(W)的優(yōu)化

線柵寬度W對(duì)偏振光柵TE偏振光透過率和消光比的影響如圖3(a)、(b)所示,模擬過程中保持結(jié)構(gòu)參數(shù)P=178 nm、H1=30 nm、H2=110 nm不變�？梢詫⑺O(shè)計(jì)的光柵看作是由金屬-空氣-金屬這種周期性結(jié)構(gòu)組成的類法布里-珀羅(F-P)共振腔[20]。電磁波在狹縫中傳播時(shí),狹縫內(nèi)可以產(chǎn)生表面等離子,而且表面等離子通過共振腔進(jìn)行傳播。當(dāng)P不變、W變化時(shí),光柵的占空比發(fā)生變化,在共振腔中傳播的表面等離子的波長(zhǎng)[21-22]也隨之變化,因此偏振光對(duì)應(yīng)的透過率和消光比也發(fā)生相應(yīng)變化。從圖3可以看出:當(dāng)線柵寬度W在83～85 nm范圍內(nèi)時(shí),隨著線柵寬度的增加,TE光透過率幾乎不變,TM光透過率在長(zhǎng)波段范圍內(nèi)(0.190～0.197 μm)呈減小趨勢(shì),與該波段對(duì)應(yīng)的消光比呈增加趨勢(shì);當(dāng)線柵寬度W在85～89 nm范圍內(nèi)時(shí),TE光透過率對(duì)線柵寬度的變化比較敏感,隨著線柵寬度的增加,TE光透過率在整個(gè)波段范圍內(nèi)呈減小趨勢(shì),而TM光透過率幾乎不變,因此與之對(duì)應(yīng)的消光比呈增加趨勢(shì)。波長(zhǎng)在0.190～0.197 μm范圍內(nèi)時(shí),線柵寬度W=85 nm對(duì)應(yīng)的偏振器的偏振性能最優(yōu)。2.4 MgF2-Al光柵結(jié)構(gòu)中鋁光柵層高度(H2)和氟化鎂光柵層高度H1的優(yōu)化

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3332031