專利名稱：一種方孔光子篩及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件領(lǐng)域的一種衍射光學(xué)元件及其制作方法，具體地說，涉及一 種方孔光子篩及其制作方法。
背景技術(shù)：
光子篩是基于菲涅耳波帶片的一種新型的衍射光學(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. 5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. 5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，提高了數(shù)值孔徑，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、顯微鏡技術(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，但是其存在兩個(gè) 缺陷(1)制作版圖所需的數(shù)據(jù)量巨大，現(xiàn)有的加工工藝難以達(dá)到要求。(2)衍射效率低，成 像對比度不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有加工工藝無法制作大口徑成像光子 篩的缺陷，提供一種方孔光子篩及其制作方法，它能夠有效降低版圖數(shù)據(jù)量，使得現(xiàn)有的加 工工藝能夠滿足大口徑成像光子篩的制作要求。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種方孔光子篩，所述光子篩包括透光襯底和鍍在透光襯底上的不透光金 屬薄膜；所述不透光金屬薄膜上分布有多個(gè)透光方形小孔；所述方形小孔呈環(huán)帶狀分布，所述方形小孔的對角線與方形小孔所在環(huán)帶相垂直。所述環(huán)帶半徑Srm、寬度為Wm，其中rm2 = 2mf λ +m2 λ 2 ；對應(yīng)rm上的透光方形小孔的邊長為am=^wm= ^ ^f72rm其中λ為波長，f為焦距，m為方形小孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)，最內(nèi)環(huán)為第一環(huán)。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。
所述不透光金屬薄膜的材料為鉻、金、鋁或銅。所述不透光金屬薄膜的厚度大于80nm。本發(fā)明還同時(shí)公開了一種所述的方孔光子篩的制作方法，包括下列步驟(1)設(shè)計(jì)版圖；(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，即得到方孔光子篩。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)明所用的方孔光子篩其透光方形小孔的邊長為相應(yīng)波帶片環(huán)帶寬度的力 倍，這些位置隨機(jī)分布的透光方形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。2、本發(fā)明所采用的方孔光子篩將普通光子篩的圓孔用特定邊長和方向取向的方 孔來替代，從而大大降低了版圖GDSII文件的數(shù)據(jù)量，從而降低了加工難度，使得現(xiàn)有的制 造技術(shù)水平能夠滿足大口徑成像光子篩的制作。3、本發(fā)明所述方形小孔布置參數(shù)、邊長參數(shù)及方向參數(shù)的選取使得本發(fā)明所述方 孔光子篩能夠獲得最大的衍射效率。對于相同版圖數(shù)據(jù)量的方孔光子篩比普通光子篩具有 更高的透過率和分辨率。


圖1為本發(fā)明所述方孔光子篩結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a)和圖2(b)為本發(fā)明所述單個(gè)方孔的邊長和方向取向示意圖。圖3為本發(fā)明所述方孔光子篩和普通光子篩制造數(shù)據(jù)量對比圖。圖4(a)和圖4(b)為本發(fā)明所述方孔選取不同邊長和方向取向的方孔光子篩的聚 焦特性圖；其中，圖4(a)是選取不同邊長的聚焦光強(qiáng)分布圖，圖4(b)是選取不同方向取向 的聚焦光強(qiáng)分布圖。圖5(a)和圖5(b)為本發(fā)明所述方孔光子篩和普通光子篩的聚焦特性圖；其中，圖 5(a)是聚焦光強(qiáng)分布圖，圖5(b)是歸一化聚焦光強(qiáng)指數(shù)分布圖。圖6為本發(fā)明相同版圖數(shù)據(jù)量的方孔光子篩和普通光子篩的聚焦特性圖。圖7為本發(fā)明所述方孔光子篩制作方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(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?！N方孔光子篩，包括透光石英襯底和鍍在其上的不透光金屬鉻薄膜，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，不透光金屬薄膜的材料還可以為金、鋁 或銅等不透光金屬。如圖1所示，圖1為本發(fā)明方孔光子篩示意圖，其中白色孔為透光方形小孔2 ；黑 色區(qū)域?yàn)椴煌腹鈪^(qū)域1，即不透光的金屬鉻薄膜。所述不透光金屬薄膜的厚度大于80nm。所 述不透光的金屬鉻薄膜1上分布若干透光方形小孔2 ；所述方形小孔呈環(huán)帶狀分布，所述方
4形小孔的對角線與方形小孔所在環(huán)帶相垂直。所述環(huán)帶半徑為rm、環(huán)帶寬度為Wm，其中
權(quán)利要求
1.一種方孔光子篩，所述光子篩包括透光襯底和鍍在所述透光襯底上的不透光金屬薄 膜；其特征在于所述不透光金屬薄膜上分布有多個(gè)透光方形小孔；所述方形小孔呈環(huán)帶 狀分布，所述方形小孔的對角線與方形小孔所在環(huán)帶相垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的方孔光子篩，其特征在于所述環(huán)帶半徑為rm、環(huán)帶寬度為wm， 其中rm2 = 2mf λ +m2 λ 2 ；對應(yīng)rm上的透光方形小孔的邊長為^n= ^wm= Jl λ S2rm _其中λ為波長，f為焦距，m為方形小孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)，最內(nèi)環(huán)為第一環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的方孔光子篩，其特征在于所述透光襯底的材料為透光材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方孔光子篩，其特征在于所述透光材料為熔融石英、普通玻璃 或有機(jī)玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的方孔光子篩，其特征在于所述不透光金屬薄膜的材料為鉻、 金、鋁或銅。
6.如權(quán)利要求5所述的方孔光子篩，其特征在于所述不透光金屬薄膜的厚度大于 80nmo
7.一種方孔光子篩的制作方法，其特征在于，包括下列步驟(1)設(shè)計(jì)版圖；(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，即得到方孔光子篩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方孔光子篩及其制作方法，所述光子篩包括透光襯底和鍍在透光襯底上的不透光金屬薄膜；所述不透光金屬薄膜上分布有多個(gè)透光方形小孔；所述方形小孔呈環(huán)帶狀分布，所述環(huán)帶半徑為rm、寬度為wm，其中對應(yīng)rm上的透光方形小孔的邊長為其中λ為波長，f為焦距，m為方形小孔分布的環(huán)數(shù)；所述方形小孔的對角線與方形小孔所在環(huán)帶相垂直。本發(fā)明的方孔光子篩能夠有效降低版圖數(shù)據(jù)量，使得現(xiàn)有的加工工藝能夠滿足大口徑成像光子篩的制作要求。
文檔編號G03F7/00GK102073084SQ200910310249
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者劉明, 朱效立, 潘一鳴, 謝常青, 賈佳 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所