一種長焦深光子篩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長焦深光子篩，實現(xiàn)光子篩較長焦深的方法。該光子篩包括透光襯底和鍍在該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透光圓孔，該透光圓孔呈環(huán)帶狀分布，分布原則為rn2＝2nfnλ+n2λ2，其中rn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)為第一環(huán)，n∈{1，2，…，Max}，Max為最大環(huán)帶數(shù)；fn為第n環(huán)所對應(yīng)的焦距；λ為波長。其中對應(yīng)rn上的透光孔的直徑為其中dn為透光孔的直徑；wn為環(huán)帶寬度；λ為波長；fn為第n環(huán)所對應(yīng)的焦距；rn為環(huán)帶半徑。本發(fā)明突破原有固定焦點設(shè)計的思想，在不影響分辨力的情況下，采用光子篩環(huán)形分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)多焦點部分重疊，有效增大焦深，為光子篩直寫光刻的實用化奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】一種長焦深光子篩

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

【背景技術(shù)】
[0002]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。光束通過各個小孔后到達(dá)衍射焦點，它們的光程差相同或相差波長的整數(shù)倍，經(jīng)衍射相干迭加，形成高分辨聚焦的焦點。此外，與傳統(tǒng)透鏡通過改變折射率分布實現(xiàn)聚焦不同，光子篩是衍射干涉成像，可以在非常薄的基底材料上加工實現(xiàn)。正是因為光子篩這種超分辨和超輕薄的特點，可替換傳統(tǒng)聚焦透鏡，實現(xiàn)基于光子篩的激光直寫光刻。2003年，麻省理工學(xué)院(MIT)電子研究實驗室(RLE)的R.Menon和D.Gil報道了使用高數(shù)值孔徑的光子篩作為聚焦光學(xué)元件應(yīng)用于無掩模波帶片陣列光刻系統(tǒng)(ZPAL)。2005年中科院微電子所開展光子篩聚焦特性研究，2008年中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所開展了大數(shù)值孔徑光子篩聚焦光刻方法研究。國內(nèi)外均在光子篩聚焦以及直寫光刻領(lǐng)域開展了研究工作。
[0003]基于光子篩直寫光刻中，高分辨力與長焦深將有利于直寫光刻的實現(xiàn)，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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于提供一種環(huán)形分區(qū)實現(xiàn)光子篩長焦深的方法，在光子篩聚焦分辨力一定的情況下，獲得較大焦深。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種長焦深光子篩，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內(nèi)部有多個透光小圓孔，該透光小圓孔呈環(huán)帶狀分布，所述的一種環(huán)形分區(qū)實現(xiàn)光子篩長焦深的方法設(shè)計過程如下:
[0007](I)該透光圓孔呈環(huán)帶狀分布時，分布原則為rn2 = 2η?.ηλ+η2λ2，其中rn為環(huán)帶半徑，η為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù),最內(nèi)環(huán)為第一環(huán),n e {1,2,..., Max}, Max為最大環(huán)帶數(shù)；
fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距；λ為波長。為，其中，；對應(yīng)rn上的透光孔的直徑為J11=V^vn =
V22/n /2/;，其中 <為透光孔的直徑;wn為環(huán)帶寬度；λ為波長；fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距；rn為環(huán)帶半徑。
[0008](2)上述方案中，Max為最大環(huán)帶數(shù)，將第一環(huán)、第二環(huán)…第b環(huán)作為一組，對應(yīng)的焦距fp f^..fb連續(xù)遞增,增量為Λ,即Λ= f2-f1 = f3-f2 =…=，其中fb為第b環(huán)所對應(yīng)的焦距值。
[0009](3)上述方案中，圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)η = 1，(b+1)，(2b+l)…(mb+1)對應(yīng)的焦距相等，η = 2, (b+2), (2b+2)…(mXb+2)對應(yīng)的焦距相等，η = 3, (b+3), (2b+3)…(mb+3)對應(yīng)的焦距相等，以此類推，一直到n = b, (2b)，(3b)...(mXb)對應(yīng)的焦距相等。其中b為設(shè)計的間隔環(huán)帶數(shù)；m為O, I, 2, 3***mod(Max/b),即間隔b個環(huán)帶對應(yīng)的焦距相等,其中mod
表示取整運算。
[0010]與現(xiàn)有設(shè)計方法相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果為:
[0011]在不降低光子篩分辨力和提高加工難度的情況下，本設(shè)計方法，可以有效的增大焦深，為光子篩直寫光刻的實施奠定基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的光子篩結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明提供的光子篩結(jié)構(gòu)的圓孔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明提供的光子篩剖視圖的不同環(huán)帶的聚焦示意圖。

【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]本發(fā)明提供的光子篩結(jié)構(gòu)，包括透光襯底和鍍在該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。
[0017]如圖1所示，圖1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)域為不透光區(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。
[0018]如圖2所示，光子篩透光圓孔呈環(huán)帶狀分布時，分布原則為rn2 = 2nfn λ +η2 λ 2，其中rn為環(huán)帶半徑，η為圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù),最內(nèi)環(huán)為第一環(huán)，η e {1,2,..., Max}, Max為最大環(huán)帶數(shù)；fn為第n環(huán)所對應(yīng)的焦距；λ為波長。其中，對應(yīng)rn上的透光孔的直徑為
Cl11=^flwn= 4?λ/η /2rn，其中dn為透光孔的直徑;wn為環(huán)帶寬度；λ為波長；fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距；rn為環(huán)帶半徑。
[0019]獲得環(huán)帶半徑rn，透光孔的直徑<，通過確定每一透光波帶上單個小孔所占的張角θη，即可得到該環(huán)帶上的微孔數(shù)目K=總角度2π/單個小孔所占的張角θη。
[0020]如圖3所示，fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距，η是1，2，3…Max。Max為最大環(huán)帶數(shù)。
[0021]將第一環(huán)、第二環(huán)…第b環(huán)作為一組，對應(yīng)的焦距f1; f^fb連續(xù)遞增，增量Λ =f2-fi = f3-f2 =…=fb-fw，本發(fā)明中取b = 5,即每5個環(huán)為一組。
[0022]fmb與f(m+1)b對應(yīng)的焦距相等是I, 2, 3"^od(MaxA),及間隔b個環(huán)帶,對應(yīng)的焦距相等，本發(fā)明中取b = 5,因此η = 1,6,11...對應(yīng)的焦點重合；同理，η = 2,7,12...對應(yīng)的焦點重合；η = 3,8,13...對應(yīng)的焦點重合；η = 4,9,14...對應(yīng)的焦點重合；η = 5,10，15...對應(yīng)的焦點重合。
[0023]本發(fā)明按照以上設(shè)計進(jìn)行的仿真和實驗表明，合理的設(shè)計焦距增量為Λ，可在不影響分辨力的情況下，獲得極大的增大焦深。
[0024]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。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【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】
1.一種長焦深光子篩，其特征在于:所述的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內(nèi)部有多個透光小圓孔，該透光小圓孔呈環(huán)帶狀分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦深光子篩，其特征在于:該透光圓孔呈環(huán)帶狀分布時，分布原則為rn2 = 2η?.ηλ+η2λ2，其中rn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)為第一環(huán)，n e {1,2,…，Max}，Max為最大環(huán)帶數(shù)；fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距；λ為波長；其中對應(yīng)rn上的透光孔的直徑為= V2/l/n /2rn，其中dn為透光孔的直徑;wn為環(huán)帶寬度；λ為波長；fn為第η環(huán)所對應(yīng)的焦距；rn為環(huán)帶半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種長焦深光子篩，其特征在于:Max為最大環(huán)帶數(shù)，將第一環(huán)、第二環(huán)…第b環(huán)作為一組，對應(yīng)的焦距f1; f^fb連續(xù)遞增，增量為Λ，即Λ= f2-f\ =f3-f2 =…=fb-fw，其中fb為第b環(huán)所對應(yīng)的焦距值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種長焦深光子篩，其特征在于:圓孔所在環(huán)帶的環(huán)數(shù)η=1，(b+1)，(2b+l)...(mb+1)對應(yīng)的焦距相等，η = 2，(b+2)，(2b+2)...(mXb+2)對應(yīng)的焦距相等,η = 3, (b+3), (2b+3)...(mb+3)對應(yīng)的焦距相等，以此類推,一直到n = b, (2b), (3b)…(mXb)對應(yīng)的焦距相等；其中b為設(shè)計的間隔環(huán)帶數(shù)；m為0,1，2，3…mod(Max/b)，即間隔b個環(huán)帶對應(yīng)的焦距相等，其中mod表示取整運算。
【文檔編號】G02B5/18GK104199136SQ201410479804
【公開日】2014年12月10日 申請日期: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, 高洪濤, 胡松 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所