Diffraction & Refraction

* Diffraction

Diffraction is a phenomenon in which a wave spreads from the end of a small gap or returns to the shadow of an obstacle.

Huygens principle is the principle that countless spherical waves are generated at each wavefront point, and the wavefront of the next moment is created by overlapping the countless spherical waves.

When the slit width is greater than the wavelength, the diffraction angle is small, and when the slit width is smaller than the wavelength, the diffraction angle is large.

슬릿 크기 대비 파장이 짧으면 회절이 잘 안일어 난다. 슬릿 크기 대비 파장이 길수록 회절이 잘 일어난다.

 

* Point Spread Function = PSF :  빛이 한 점의 구멍에서 회절에 의해 퍼지는 정도를 나타내는 함수

Airy disk가 겹쳐 있는 것과 완전히 떨어져 있는 것의 경계에 있는 것, 분해 가능한 경계를 분해능 이라고 함.

 

이 세상의 모든 빛은 물제를 만나면 퍼지게 된다.(회절=diffraction)

diffraction order 0 차는 intensity curve 가운데에 가장 밝은 곳을 나타내는 광을 말함. 좌우로 퍼진 두번째 밝은 광을 diffraction order 1차광이라고 함.(회절 1차광)

슬릿을 통과하는 2개의 회절된 빛이 광경로차(optical path difference) 가 한파장 차이면 밝은 무늬가 보이고, 반파장 차이가 나면 어두운 무늬를 나타낸다.

반도체 scaling이 되면서 점점 작은 패너팅을 요구함에 따라 패턴이 광원 파장보다 더 작은 경우가 발생한다. 

Asin theta = mㅅ 

sin theta = mㅅ/A <1   (A= slit length)

sin theta는 최대값이 1이다. 

sin theta = mㅅ/A < 1을 만족하는 경우는, m = 0 일 때 임.

즉, 0차광일 때만 만족한다는 의미 (=0st order만 통과한다는 뜻)

패턴의 크기가 광원의 파장의 크기보다 작거나, 같을 경우 sin theta =<1 이므로 1st order가 들어갈 수 없다.

즉, 0차광(0st order)만 통과한다. 0th order의 빛은 Imin 이 0이 아니기 때문에 NILS/Contrast가 매우 불량하므로 패터닝이 제대로 되지 않아, pattern fidelity가 안좋게 된다.

multi slit diffraction 에서는 회절과 간섭이 동시에 일어나게 된다.

* Diffraction Range

1) Kirchhoff Diffraction Region (Z > ㅅ/2)

2) Fresnel Diffraction Region (Z >> W)

3) Fraunhofer Diffration Region (Z >> ㅠW^2 / ㅅ)

 

 

* Refraction

When light enters water, it bends because the speed of light slows down.

This is because water molecules slow down the propagation of light. 

This difference in speed causes the direction of travel to change. That is, a refraction phenomenon appears.

The speed of light in water is 22.5 km/s and the index of refraction is 1.33. The speed of light in diamond is 12.4 km/s and the index of refraction is 2.42.

The law of refraction (Snell's law) is a law that indicates the degree of refraction due to the speed of passage of light as it passes when materials with different refractive indices are attached.