一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩。該光子篩結(jié)構(gòu)包括透光襯底和鍍?cè)谠撏腹庖r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)透光圓孔，該透光圓孔呈環(huán)帶狀分布，分布按公式rmn2＝2nfmnλ+n2λ2，其中rmn為環(huán)帶半徑；n為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)；fmn為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第n環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；λ為波長(zhǎng)。對(duì)應(yīng)rmn上的透光孔的直徑為其中wmn為環(huán)帶寬度；λ為波長(zhǎng)；fmn為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第n環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；rmn為環(huán)帶半徑。本發(fā)明突破原有固定焦點(diǎn)設(shè)計(jì)的思想，針對(duì)于在不影響分辨力的情況下，采用光子篩扇形分區(qū)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)部分重疊，有效增大焦深，為光子篩直寫光刻的實(shí)用化奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)元件設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光子篩結(jié)構(gòu)，利用扇形分區(qū)實(shí)現(xiàn)光子篩長(zhǎng)焦深的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前傳統(tǒng)的光學(xué)投影式光刻技術(shù)由于昂貴的掩模成本、缺乏應(yīng)用于更短激光波長(zhǎng)的透射材料、波長(zhǎng)進(jìn)一步縮短帶來的一系列技術(shù)難題等因素的影響，面臨著巨大的成本和技術(shù)挑戰(zhàn)。
[0003]光子篩作為一種新型衍射光學(xué)元件，是由L Kip.等人在傳統(tǒng)波帶片的基礎(chǔ)上提出。它是用分布在波帶片環(huán)帶上的一系列透光小孔代替波帶片的環(huán)帶，小孔的中心位于波帶片透光環(huán)帶中心且隨機(jī)分布，其直徑隨相應(yīng)環(huán)帶寬度變化而變化。光束通過各個(gè)小孔后到達(dá)衍射焦點(diǎn)，它們的光程差相同或相差波長(zhǎng)的整數(shù)倍，經(jīng)衍射相干迭加，形成高分辨聚焦的焦點(diǎn)。
[0004]基于光子篩這一特點(diǎn)，各國(guó)學(xué)者都致力于有關(guān)光子篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，并取得了一系列的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2003年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Rajesh Menon等人發(fā)表文章，給出了光子篩在光刻系統(tǒng)中的具體應(yīng)用實(shí)例。2005年中科院微電子所開展光子篩聚焦特性研究，2008年中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所提出了光子篩作為衍射聚焦元件在激光直寫光刻系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0005]光子篩用于激光直寫，分辨力和焦深是關(guān)鍵，而由光刻分辨力公式可知，高分辨力必然導(dǎo)致有效焦深的減小，因此，在超高光刻分辨力的條件下，如何增大焦深，已成為這種光刻方法的關(guān)鍵問題。
[0006]本發(fā)明提出一種光子篩結(jié)構(gòu)，利用扇形分區(qū)實(shí)現(xiàn)光子篩長(zhǎng)焦深的方法，將該光子篩應(yīng)用于激光直寫，將激光直寫設(shè)備同時(shí)具有高分辨力、低成本、高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)，故在下一代光刻技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中將具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)提升我國(guó)光刻【技術(shù)領(lǐng)域】研究的自主創(chuàng)新能力具有戰(zhàn)略意義。與此同時(shí)，可大大縮短我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)與先進(jìn)國(guó)家的差距，對(duì)我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)在二十一世紀(jì)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于提供一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，在光子篩聚焦分辨力一定的情況下，獲得較大焦深。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，該光子篩為透明的玻璃基底，在該透明的玻璃基底上鍍不透光金屬薄膜，在不透光金屬薄膜上有多個(gè)透光小圓孔，該透光小圓孔呈環(huán)帶狀分布，所述的一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩設(shè)計(jì)過程如下:
[0010](I)該光子篩采用扇形分區(qū)結(jié)構(gòu)，即按照一定的張角V，將光子篩等分為Max個(gè)扇區(qū)，分區(qū)原則為Μαχ=./φ，其中Max是總扇區(qū)數(shù)；Ψ為光子篩扇形分區(qū)的張角；φ的選取應(yīng)能保證Max為整數(shù)。扇區(qū)標(biāo)示按照極坐標(biāo)的方式確定，及張角為(Οι>)的扇區(qū)為I號(hào)扇區(qū)，張角為4?卻)的扇區(qū)為2號(hào)扇區(qū),一直到張角為(dx-J) r Mo輝>)的扇區(qū)為Max號(hào)扇區(qū)。
[0011](2)各扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距f1;f2，…f2n/"fMax，m是大于等于I并小于等于Max的整數(shù)，依據(jù)每個(gè)扇區(qū)采用光子篩的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，獲得各扇區(qū)內(nèi)光子篩小孔的大小及位置。環(huán)帶滿足公式rm，n2 = 2η?.π，ηλ+η2λ2其中rm n為環(huán)帶半徑；n為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)，最內(nèi)環(huán)為第I環(huán)；fm,n為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；λ為波長(zhǎng)。對(duì)應(yīng)上的透光孔的直徑為dm,/2r_，其中dm,n表示第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的透光孔的直徑;wmn為環(huán)帶寬度；λ為波長(zhǎng)；fm,n為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；rm,n為環(huán)帶半徑。
[0012](3)每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距，為同時(shí)保證長(zhǎng)焦深和聚焦質(zhì)量，設(shè)定間隔d個(gè)扇區(qū)的焦距值相等，即fm,n = f(m+d),n, fm,n為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距,f(m+d),n為第m+d號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距。
[0013](4)每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的焦距值按照d為周期重復(fù)，但在單個(gè)周期內(nèi)焦距值為等差遞增數(shù)列，即Λ= f2~f1 = f3-f2 =…=fd-fVp Λ為焦距增量值；fd為第d號(hào)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的焦距值，d為設(shè)計(jì)指定值。
[0014](5)焦距增量值Λ= D0F/K，其中DOF為光子篩焦深；K為焦深擴(kuò)展因子，數(shù)值K的設(shè)定依據(jù)實(shí)際需要。
[0015]與現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果為:
[0016]在不降低光子篩分辨力和提高加工難度的情況下，本設(shè)計(jì)方法，可以有效的增大焦深，為光子篩直寫光刻的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明光子篩扇形分區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明光子篩扇形分區(qū)的通過小孔設(shè)計(jì)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明光子篩示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明描述的是一種采用扇形分區(qū)方法，從而實(shí)現(xiàn)一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深光子篩，該方法具有普適性，但為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)例和特例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]本發(fā)明提供的光子篩結(jié)構(gòu)，包括透光襯底和鍍?cè)谠撏腹庖r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)透光圓孔，該透光圓孔呈環(huán)帶狀分布。透光襯底的材料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可以為金、鋁或銅等不透光金屬。
[0022]如圖1所示，為本發(fā)明光子篩扇形分區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了描述方便，本發(fā)明設(shè)定張角『扣則依照分區(qū)原則Μαχ=360>=360730°=?2光子篩等分為12個(gè)扇區(qū)。扇區(qū)標(biāo)示按照極坐標(biāo)的方式確定，及張角為(0°?30° )的扇區(qū)為I號(hào)扇區(qū)，張角為(30°?60° )的扇區(qū)為2號(hào)扇區(qū)，張角為(60°?90° )的扇區(qū)為3號(hào)扇區(qū)，張角為(90°?120° )的扇區(qū)為4號(hào)扇區(qū)，張角為(120°?150° )的扇區(qū)為5號(hào)扇區(qū)，張角為(150°?180° )的扇區(qū)為6號(hào)扇區(qū)，張角為(180°?210° )的扇區(qū)為7號(hào)扇區(qū)，張角為(210°?240° )的扇區(qū)為8號(hào)扇區(qū)，張角為(240°?270° )的扇區(qū)為9號(hào)扇區(qū)，張角為(270°?300° )的扇區(qū)為10號(hào)扇區(qū)，張角為(300°?330° )的扇區(qū)為11號(hào)扇區(qū)，張角為(330°?360° )的扇區(qū)為12號(hào)扇區(qū)。
[0023]如圖2所示，各扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距f1；f2, f3，f4，f5，f6，f7, f8, f9, f10, fn, f12依據(jù)每個(gè)扇區(qū)采用光子篩的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，獲得各扇區(qū)內(nèi)光子篩小孔的大小及位置。環(huán)帶滿足公式!■_2 = 21!41>+112入2其中1*_為環(huán)帶半徑；11為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)；411為第111號(hào)扇區(qū)內(nèi)第
η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；λ為波長(zhǎng)。對(duì)應(yīng)rm,n上的透光孔的直徑為i/m,n=>/^mn = &/mn/2rmn，
其中dm,n表示第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的透光孔的直徑;wm,n為環(huán)帶寬度；λ為波長(zhǎng)；fm,n為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；rm,n為環(huán)帶半徑。每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距，為同時(shí)保證長(zhǎng)焦深和聚焦質(zhì)量，設(shè)定間隔d個(gè)扇區(qū)的焦距值相等,這里設(shè)定d = 3,即= f4 = f7 =f10 ;f2 = f5 = f8 = fn ;f3 = f6 = f9 = f12。如圖2所示，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的焦距值以3為周期重復(fù)，但在單個(gè)周期內(nèi)焦距值為等差遞增數(shù)列，即Λ= f2-f\ = f3_f2。Λ為焦距增量值。由公式Λ = D0F/K可知，Λ由光子篩焦深DOF所決定；Κ為焦深擴(kuò)展因子，本實(shí)施例設(shè)定K =2。
[0024]圖3為本發(fā)明光子篩結(jié)構(gòu)示意圖，其中白色孔為透光圓孔2 ;黑色區(qū)域?yàn)椴煌腹鈪^(qū)域1，即不透光的金屬鉻薄膜。所述不透光的金屬鉻薄膜I上分布若干透光圓孔2 ;所述圓孔呈環(huán)帶狀分布。
[0025]本發(fā)明按照以上設(shè)計(jì)進(jìn)行的仿真和實(shí)驗(yàn)表明，合理的設(shè)計(jì)焦距增量Λ，可在不影響分辨力的情況下，獲得極大的增大焦深。
[0026]本發(fā)明未詳細(xì)闡述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公共常識(shí)。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些修改也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，其特征在于:所述的光子篩采用扇形分區(qū)結(jié)構(gòu)，即按照一定的張角φ，將光子篩等分為Max個(gè)扇區(qū)，分區(qū)原則為-Μ:/λ.=360 !φ,其中Max為總扇區(qū)數(shù)j為光子篩扇形分區(qū)的張角'Ψ的選取應(yīng)能保證Max為整數(shù)，扇區(qū)標(biāo)示按照極坐標(biāo)的方式確定，即張角為O?P的扇區(qū)為I號(hào)扇區(qū)，張角為?的扇區(qū)為2號(hào)扇區(qū)，一直到張角為φ~ Μαχφ的扇區(qū)為Max號(hào)扇區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，其特征在于:各扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距f\，f2r……fMax，m是大于等于I并小于等于Max的整數(shù),依據(jù)每個(gè)扇區(qū)采用光子篩的設(shè)計(jì)方法，獲得各扇區(qū)內(nèi)光子篩小孔的大小及位置；環(huán)帶滿足公式rm，n2 = 2η?.π，ηλ+η2λ2其中rm,n為環(huán)帶半徑；n為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)，最內(nèi)環(huán)為第I環(huán)；fm, η為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；λ為波長(zhǎng)；對(duì)應(yīng)rm, n上的透光孔的直徑為 = >/^vmn = ^iyinn /27“，其中Wnun為環(huán)帶寬度；λ為波長(zhǎng)為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第η環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距；rm,n為環(huán)帶半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，其特征在于:每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)各自焦距，為同時(shí)保證長(zhǎng)焦深和聚焦質(zhì)量，設(shè)定間隔d個(gè)扇區(qū)的焦距值相等，即fm,n = f (m+d), η? η為第m號(hào)扇區(qū)內(nèi)第Π環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距，f(m+d),n為第m+d號(hào)扇區(qū)內(nèi)第Π環(huán)所對(duì)應(yīng)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，其特征在于:每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的焦距值按照d為周期重復(fù)，但在單個(gè)周期內(nèi)焦距值為等差遞增數(shù)列，即Λ=f2-fi = f3-f2 =…=fd-fd+A為焦距增量值；fd為第d號(hào)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的焦距值，d為設(shè)計(jì)指定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于激光直寫的長(zhǎng)焦深扇形分區(qū)光子篩，其特征在于:焦距增量值Λ = DOF/K，其中DOF為光子篩焦深；Κ為焦深擴(kuò)展因子，數(shù)值K的設(shè)定依據(jù)實(shí)際需要。
【文檔編號(hào)】G02B5/18GK104199135SQ201410478006
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】嚴(yán)偉, 何渝, 李艷麗, 唐燕, 趙立新, 胡松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所