專利名稱：一種大口徑成像光子篩及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑成像光子篩及 其制作方法。
技術(shù)背景光子篩是基于菲涅耳波帶片的一種新型的書f射光學(xué)元件，它將菲涅耳波 帶片上亮環(huán)對應(yīng)的區(qū)域用大量隨機(jī)分布的透光小孔來代替，小孔的直徑為相應(yīng)波帶片環(huán)帶寬度的1.53倍。這些位置隨機(jī)分布的透光小孔使得衍射光之間 相互干涉，從而能夠有效地抑制旁瓣效應(yīng)和高級衍射，提高分辨率，得到更 為銳利的焦斑。傳統(tǒng)波帶片在成像領(lǐng)域的分辨率取決于它的最外環(huán)寬度，該 尺寸受到加工工藝的限制因而分辨率難以得到進(jìn)一步的提高。光子篩由于其 最外環(huán)小孔直徑為對應(yīng)波帶片環(huán)寬的1.53倍，因此可以放寬對加工工藝的要 求，進(jìn)而制作更大口徑的光子篩，從而提高成像的分辨率。光子篩的重量比 相同參數(shù)的波帶片更輕，因而在航天望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)域有著更加廣闊的前景。光子 篩的這些特性使得它在高分辨率成像、亞波長光刻、顯孩i鏡技術(shù)方面有著非 常好的應(yīng)用前景。雖然大口徑光子篩在紫外望遠(yuǎn)鏡成像領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用 前景，但是其制作非常復(fù)雜，制作版圖所需的數(shù)據(jù)量巨大，現(xiàn)有的加工工藝 難以克服該問題。 發(fā)明內(nèi)容為了提高光子篩成像的分辨率，本發(fā)明的目的在于提供一種大口徑成像 光子篩。為了解決現(xiàn)有加工工藝無法制作大口徑成像光子篩的問題，本發(fā)明的另一目的在于提供一種大口徑成像光子篩的制作方法，使得現(xiàn)有的加工工藝能 夠滿足大口徑光子篩的制作要求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種大口徑成像光子篩，包括透光襯底和鍍在其上的不透光的金屬薄膜， 所述不透光的金屬薄膜上隨機(jī)分布若干透光小孔。上述透光襯底的材料為透光材料，所述透光材料為熔融石英、普通玻璃 或有機(jī)玻璃，所述透光襯底的直徑大于80mm。上述不透光的金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅。上述隨機(jī)分布的透光小孔為平面式透光小孔，其分布在中心半徑為rn, 寬度為Wn的環(huán)帶上，所述平面式透光小孔之間不重疊；所述平面式透光小孔 的圓心分布在環(huán)帶中心半徑rn上，其中rn2=2nf i+n2 i2, n=l, 2, 3......,對應(yīng)r。上的平面式透光小孔的直徑為dn=wn= i/2rn,其中X為波長，f為焦距。上述環(huán)帶包括內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶，所述內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán) 帶和外部環(huán)帶的數(shù)目各占總環(huán)帶數(shù)的1/3，其中所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的 透光小孔為圓孔，所述中間環(huán)帶上的透光小孔為與所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶 上的透光小孔面積相等的正十六邊形。一種大口徑成^f象光子篩的制作方法，所述方法包括 (l)設(shè)計(jì)版圖在設(shè)計(jì)版圖過程中，加入Connes整形函數(shù)，對隨機(jī)分 布在光子篩不透光金屬薄膜上的透光小孔數(shù)目進(jìn)行量化操作； (2 )根據(jù)設(shè)計(jì)的版圖制作得到光學(xué)光刻掩膜版； (3 )在透光襯底上蒸鍍一層金屬薄膜；(4)在透光襯底上涂覆光刻膠，用所述光學(xué)光刻掩膜版進(jìn)行光學(xué)光刻， 顯影定影后，采用濕法或者干法腐蝕的方法將光刻后暴露出來的金屬薄膜去 除。上述步驟(1)中隨才幾分布的透光小孔為平面式透光小孔，其分布在中心半徑為rn,寬度為Wn的環(huán)帶上，所述平面式透光小孔之間不重疊；所述平面式透光小孔的圓心分布在環(huán)帶中心半徑rn上，其中rn2=2nO<+n2X2， n=l， 2， 3......，對應(yīng)rn上的平面式透光小孔的直徑為 dn=wn= i/2rn，其中X為波長，f為焦距。上述環(huán)帶包4舌內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶，所述內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán) 帶和外部環(huán)帶的數(shù)目各占總環(huán)帶數(shù)的1/3,其中所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的 透光小孔為圓孔，所述中間環(huán)帶上的透光小孔為與所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶 上的透光小孔面積相等的正十六邊形。上述不透光金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅。上述透光襯底的材料為透光材料，所述透光材料為熔融石英、普通玻璃 或有機(jī)玻璃，所述透光襯底的直徑大于80mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果為1、 本發(fā)明將菲涅耳波帶片上亮環(huán)對應(yīng)的區(qū)域用大量隨;f幾分布的透光小孔 來代替，小孔的直徑為相應(yīng)波帶片環(huán)帶寬度的L53倍，這些位置隨機(jī)分布的 透光小孔使得書f射光之間相互干涉從而能夠有效地抑制旁瓣效應(yīng)和高級衍 射，提高分辨率，得到更為銳利的焦斑。2、 本發(fā)明采用Connes整形函數(shù)((l-x2/r2) 2)對隨機(jī)分布的小孔進(jìn)行整 形，減少了孔數(shù)目，減小了版圖數(shù)據(jù)量，并優(yōu)化了小孔的整體分布，使得成{象焦5趕更加4兌利。3、本發(fā)明采用等面積正16邊形來等效部分圓孔，在測得其具有相同的 成像質(zhì)量的情況下，進(jìn)一步減小了光子篩的版圖數(shù)據(jù)量，使得現(xiàn)有的加工工 藝水平能夠滿足大口徑光子篩的制造需求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中光子篩第10-100環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光子篩前500環(huán)的局部設(shè)計(jì)版圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光子篩第501-2000環(huán)的局部設(shè)計(jì)版圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例大口徑成像光子篩制作方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。 本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種大口徑成像光子篩，包括透光石英襯底和鍍在 其上的不透光的金屬鉻薄膜，透光襯底的材料還可以為普通玻璃或有機(jī)玻璃 等透光材料，不透光的金屬薄膜的材料還可以為金、鋁或銅等不透光金屬； 所述不透光的金屬鉻薄膜上隨機(jī)分布若干透光小孔；所述石英襯底的直徑為 10cm,光子篩直徑為80mm,環(huán)帶數(shù)為3000環(huán)，波長為355nm,焦距為0.939m, 最外層環(huán)帶上的透光小孔直徑為5(im，特征尺寸3.33jmi，所述設(shè)計(jì)參數(shù)既實(shí) 現(xiàn)了光子篩的大口徑又兼顧了小的特征尺寸，使得成像分辨率比一般波帶片 更有竟?fàn)幜?。光子篩的不透光金屬鉻薄膜上隨機(jī)分布的透光小孔為平面式透光小孔， 其分布在中心半徑為rn,寬度為Wn的環(huán)帶上，平面式透光小孔之間不重疊； 所述平面式透光小孔的圓心分布在環(huán)帶中心半徑rn上，其中rn2=2na+n2X2, n=l， 2， 3......對應(yīng)、上的平面式透光小孔的直徑為 dn=wn=X/2rn,其中入為波長，f為焦距。參見圖1,圖1為本發(fā)明中光子篩第10-100環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中白色 圓孔為隨機(jī)分布的透光小孔，黑色區(qū)域?yàn)椴煌腹鈪^(qū)域。光子篩上透光小孔所分布的環(huán)帶包括內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶， 所述內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶的數(shù)目各占總環(huán)帶數(shù)的1/3，其中內(nèi)部環(huán) 帶和外部環(huán)帶上的透光小孔為圓孔，中間環(huán)帶上的透光小孔為與內(nèi)部環(huán)帶和 外部環(huán)帶上的透光小孔面積相等的正十六邊形。如圖2所示，圖2為光子篩內(nèi)部500環(huán)帶的局部設(shè)計(jì)版圖，灰色部分為 透光圓孔。如圖3所示，圖3為光子篩第501-2000環(huán)的局部設(shè)計(jì)版圖，灰色部分為 正16邊形透光孔。參見圖4,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種大口徑成像光子篩的制作方法， 制作方法步驟如下 (1)設(shè)計(jì)版圖在版圖設(shè)計(jì)的過程中，在設(shè)計(jì)程序中添加Connes整形函數(shù)((l-x2/r2)2 )， 對隨機(jī)分布在光子篩不透光金屬薄膜上的透光小孔數(shù)目進(jìn)行量化操作，即對 光子篩上的透光小孔分布進(jìn)行整形，從而優(yōu)化了透光小孔的整體分布，不僅 減少了透光小孔的數(shù)目，減小了版圖數(shù)據(jù)量，而且銳化了焦斑尺寸，優(yōu)化了 成像質(zhì)量；不透光金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅；在版圖設(shè)計(jì)的過程中，隨機(jī)分布的透光小孔為平面式透光小孔，其分布 在中心半徑為rn，寬度為Wn的環(huán)帶上，所述平面式透光小孔之間不重疊；所 述平面式透光小孔的圓心分布在環(huán)帶中心半徑rn上，其中<formula>formula see original document page 9</formula>
對應(yīng)r。上的平面式透光小孔的直徑為dn=wn=X/2rn,其中X為波長，f為焦距。
所述光子篩內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶的透光小孔設(shè)計(jì)為圓孔，中間環(huán)帶部分采用等面積的正16邊形替代圓孔，具體釆用的設(shè)計(jì)方法為
前500環(huán)采用圓孔是因?yàn)榇颂幫腹饪纵^大，用圓孔與設(shè)計(jì)原理符合；
最外1000層環(huán)帶釆用的也是圓孔，因?yàn)楣庾雍Y版圖經(jīng)過Co皿es函數(shù)優(yōu)化后外部1000環(huán)小孔數(shù)目明顯減少，因此數(shù)據(jù)量不大，采用圓孔也是為了更好的與設(shè)計(jì)原理符合；并且由于光子篩的極限分辨率是最外環(huán)小孔直徑的2/3,采用圓孔使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析之間能夠具有更好的對比性；
中間501-2000環(huán)帶部分釆用等面積的正十六邊形來代替原透光小孔，由于該部分透光小孔直徑已經(jīng)4艮小，正常光刻工藝也無法達(dá)到曝光為完美的圓形，并且小孔數(shù)目很多，版圖所需數(shù)據(jù)量巨大，采用等面積正十六邊形來替代圓形可以在不明顯改變設(shè)計(jì)原理的情況下大大減小版圖數(shù)據(jù)量，降低加工困難度。
(2 )根據(jù)設(shè)計(jì)的版圖制作得到光學(xué)光刻掩膜版。
(3 )在透光襯底上蒸鍍一層金屬薄膜，所述透光襯底的材料為透光材料，所述透光材料為熔融石英、普通玻璃或有機(jī)玻璃，所述透光襯底的直徑大于80mm 。
(4)在透光襯底上涂覆光刻膠，用光學(xué)光刻掩膜版進(jìn)行光學(xué)光刻，顯影定影后，采用濕法或者干法腐蝕的方法將光刻后暴露出來的金屬薄膜去除，即得到大口徑成像光子篩。
本發(fā)明實(shí)施例的大口徑成像光子篩是將菲涅耳波帶片上亮環(huán)對應(yīng)的區(qū)域用大量隨機(jī)分布的透光小孔來代替，這些位置隨機(jī)分布的透光小孔使得衍射光之間相互干涉從而能夠有效地抑制旁瓣效應(yīng)和高級書f射，提高分辨率，得到更為4兌利的焦斑。
本發(fā)明實(shí)施例的大口徑成像光子篩的制作方法中采用Connes整形函數(shù)對隨機(jī)分布的小孔進(jìn)行整形，減少了孔數(shù)目，減小了版圖數(shù)據(jù)量，并優(yōu)化了小孔的整體分布，使得成像焦斑更加銳利；并采用等面積正16邊形來等效部分圓孔，在測得其具有相同的成像質(zhì)量的情況下，進(jìn)一步減小了光子篩的版圖數(shù)據(jù)量，使得現(xiàn)有的加工工藝水平能夠滿足大口徑光子篩的制造需求。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種大口徑成像光子篩，其特征在于包括透光襯底和鍍在其上的不透光的金屬薄膜，所述不透光的金屬薄膜上隨機(jī)分布若干透光小孔。
2、 如權(quán)利要求1所述的大口徑成像光子篩，其特征在于所述透光襯底 的材料為透光材料，所述透光材料為熔融石英、普通玻璃或有機(jī)玻璃，所述 透光^1"底的直徑大于80mm。
3、 如權(quán)利要求1所述的大口徑成像光子篩，其特征在于所述不透光的 金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅。
4、 如權(quán)利要求1所述的大口徑成像光子篩，其特征在于所述隨機(jī)分布 的透光小孔為平面式透光小孔，其分布在中心半徑為rn,寬度為Wn的環(huán)帶上， 所述平面式透光小孔之間不重疊；所述平面式透光小孔的圓心分布在環(huán)帶中 心半徑rn上，其中rn2=2na+rA2, n=l, 2， 3......，對應(yīng)r。上的平面式透光小孔的直徑為 dn=wn=X/2rn，其中 i為波長，f為焦距。
5、 如權(quán)利要求4所述的大口徑成像光子篩，其特征在于所述環(huán)帶包括 內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶，所述內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶的數(shù) 目各占總環(huán)帶數(shù)的1/3,其中所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的透光小孔為圓孔， 所述中間環(huán)帶上的透光小孔為與所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的透光小孔面積 相等的正十六邊形。
6、 一種大口徑成像光子篩的制作方法，其特征在于，所述方法包括 (l)設(shè)計(jì)版圖在設(shè)計(jì)版圖過程中，加入Connes整形函數(shù)，對隨機(jī)分布在光子篩不透光金屬薄膜上的透光小孔數(shù)目進(jìn)行量化操作；(2)根據(jù)設(shè)計(jì)的版圖制作得到光學(xué)光刻掩膜版； (3 )在透光襯底上蒸鍍一層金屬薄膜；(4 )在所述透光襯底上涂覆光刻膠，用所述光學(xué)光刻掩膜版進(jìn)行光學(xué)光 刻，顯影定影后，采用濕法或者干法腐蝕的方法將光刻后暴露出來的金屬薄 膜去除。
7、 如權(quán)利要求6所述的大口徑成像光子篩的制作方法，其特征在于所 述步驟(l)中隨機(jī)分布的透光小孔為平面式透光小孔，其分布在中心半徑為 rn，寬度為Wn的環(huán)帶上，所述平面式透光小孔之間不重疊；所述平面式透光 小孔的圓心分布在環(huán)帶中心半徑rn上，其中rn2=2na+n2X2, n=l， 2， 3......，對應(yīng)r。上的平面式透光小孔的直徑為 dn=wn=X/2rn,其中X為波長，f為焦距。
8、 如權(quán)利要求7所述的大口徑成像光子篩的制作方法，其特征在于所 述環(huán)帶包括內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外部環(huán)帶，所述內(nèi)部環(huán)帶、中間環(huán)帶和外 部環(huán)帶的數(shù)目各占總環(huán)帶數(shù)的1/3,其中所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的透光小 孔為圓孔，所述中間環(huán)帶上的透光小孔為與所述內(nèi)部環(huán)帶和外部環(huán)帶上的透 光小孔面積相等的正十六邊形。
9、 如權(quán)利要求6所述的大口徑成像光子篩的制作方法，其特征在于所 述不透光金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅。
10、 如權(quán)利要求6所述的大口徑成像光子篩的制作方法，其特征在于 所述透光襯底的材料為透光材料，所述透光材料為熔融石英、普通玻璃或有 機(jī)玻璃，所述透光襯底的直徑大于80mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大口徑成像光子篩及其制作方法，屬于衍射光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域。所述大口徑成像光子篩包括透光襯底和鍍在其上的不透光的金屬薄膜，所述不透光的金屬薄膜上隨機(jī)分布若干透光小孔，所述隨機(jī)分布的透光小孔使得衍射光之間相互干涉從而能夠有效地抑制旁瓣效應(yīng)和高級衍射，提高分辨率，得到更為銳利的焦斑。在本發(fā)明的制作方法中采用Connes整形函數(shù)對隨機(jī)分布的小孔進(jìn)行整形，減少了孔數(shù)目，減小了版圖數(shù)據(jù)量，并優(yōu)化了小孔的整體分布，使得成像焦斑更加銳利，使得現(xiàn)有的加工工藝水平能夠滿足大口徑光子篩的制造需求。
文檔編號G02B5/00GK101630027SQ20091009104
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者明 劉, 朱效立, 潘一鳴, 謝常青, 佳 賈 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所