一种高透过率光子筛的制作方法

专利名称：一种高透过率光子筛的制作方法
技术领域：
本发明属于衍射光学元器件领域领域，尤其涉及一种高透过率光子筛。
背景技术：
传统的光学透镜由玻璃制成，玻璃透镜的聚焦和成像是通过折射入射光实现的，所以成为折射透镜。另外有种透镜，是一种衍射光学聚焦元件，通过选择过滤入射光的波前，让过滤后的光波在空间衍射，形成聚焦，因此被成为衍射透镜，由于是根据菲涅耳衍射定理制作的，所以又称为菲涅耳波带片。菲涅尔波带片的分辨率取决于它的最外环宽度，但是，该尺寸受到加工工艺的限制，所以菲涅耳波带片的分辨率难以进一步提高。有鉴于此，在2000年，有人提出了一种叫做光子筛衍射光学器件。光子筛是基于菲涅尔波带片的一种新型的衍射光学器件，它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的
1.5倍。因此，可以放宽对加工工艺的要求，进而制作更大口径的光子筛，提高了数值孔径，从而提高成像的分辨率。此外，这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉，从而能够有效的抑制旁瓣效应和高级衍射，提高了分辨率，得到更为锐利的焦斑。而且，光子筛的重量比相同参数的菲涅尔波带片更轻，因而在极紫外光刻领域有着更加广阔的前景。但是，在利用现有光子筛进行光刻时，光子筛的透过率较低，聚焦光斑处的光强也就较低，光刻效果较差，如果采用较强的光进行光刻，则对于光源的要求比较高，所以如何在工作光的光强一定的时候提高聚焦光斑处的光强成了现在亟待解决的问题。

发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高透`过率光子筛，以解决在利用光子筛进行的光刻时，工作光的光强一定，在聚焦光斑处的光强较低，光刻效果较差的问题。该光子筛包括:不透光金属薄膜，所述金属薄膜上设置有多组不同边长的透光方形微孔，每组方形微孔间隔分布在同一圆环上，各组方形微孔所在的圆环为一系列半径不同的同心圆，第m个圆环的半径rm和环带宽度Wm满足关系式:rm2 = 2mf λ +m2 λ 2，wm = Tm-Tm^1, m = 1、2、3...
所述λ是入射光波长，所述f是光子筛焦距；并且分布在第m个圆环的方形微孔的边长am满足关系式:am = 0.5wm 2.0wm。优选的，所述方形微孔的对角线与其所在环带的切线平行或垂直。优选的，所述方形微孔的边长为Wm。优选的，所述不透光金属薄膜厚度为1.5 λ 2.0 λ ,且大于80nm。优选的，所述不透光金属薄膜的制作材料为金。
优选的，所述不透光金属薄膜的制作材料为银。优选的，所述入射光波长λ小于190nm时，所述光子筛还包括透光衬底，所述金属薄膜镀在所述透光衬底表面上。优选的，所述透光衬底的材料为透光材料。优选的，所述透光材料为有机玻璃。 优选的，所述透光材料为石英玻璃。由上述方案可以看出，本发明所提供的高透过率光子筛选用边长为4 = 0.5wffl
2.0wffl的方形微孔代替圆形微孔，因为聚焦光斑尺寸相同时，方孔光子筛比普通圆孔光子筛的面积要大，所以在工作光的光强一定，形成相同的聚焦光斑的时候，方孔光子筛可以透过更多的光，提高光的透过率，从而进而提高了聚焦光斑处光的强度，提升了光刻的效果。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明所提供的一种高透过率光子筛的示意图；图2为本发明聚焦光路实验示意
图3为本发明聚焦光路实验结果分析图；图4为本发明普通圆孔光子筛(PS)和方孔光子筛(SPS)的直径(或边长)D-GDSII数据量曲线图；图5为本发明所提供的高透过率光子筛不同的方孔取向图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。正如背景技术部分所述，利用现有光子筛进行的光刻时，工作光的光强一定，在聚焦光斑处的光强较低，光刻效果较差的问题。发明人经研究发现，聚焦光斑尺寸相同时，方孔光子筛比普通圆孔光子筛的面积要大，所以在形成相同的聚焦光斑的时候，方孔光子筛可以透过更多的光，提高光的透过率，进而解决工作光的光强一定时，在聚焦光斑处的光强较低，光刻效果较差的问题。本发明公开了一种高透过率光子筛，所述高透过率光子筛包括:不透光金属薄膜；所述金属薄膜上设置有多组不同边长的透光方形微孔，每组方形微孔间隔分布在同一圆环上，各组方形微孔所在的圆环为一系列半径不同的同心圆，第m个圆环的半径rm和环带宽度Wm满足关系式:rm2 = 2mf λ +m2 λ 2，wm = Tm-Tm^1, m = 1、2、3...
所述λ是入射光波长，所述f是光子筛焦距；
并且分布在第m个圆环的方形微孔的边长am满足关系式:am = 0.5wm 2.0wm。由上述方案可以看出，本发明所提供的高透过率光子筛选用边长为4 = 0.5wffl
2.0wffl的方形微孔代替圆形微孔，因为聚焦光斑尺寸相同时，方孔光子筛比普通圆孔光子筛的面积要大，所以在工作光的光强一定，形成相同的聚焦光斑的时候，方孔光子筛可以透过更多的光，提高光的透过率，从而进而提高了聚焦光斑处光的强度，提升了光刻的效果。以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。实施例一:本实施例公开了一种高透过率光子筛，如图1所示，图中横纵坐标所标数值为截取的光子筛尺寸，包括:不透光金属薄膜；所述金属薄膜上设置有多组不同边长的透光方形微孔，每组方形微孔间隔分布在同一圆环上，各组方形微孔所在 的圆环为一系列半径不同的同心圆，第m个圆环的半径rm和环带宽度wm满足关系式:rm2 = 2mf λ +m2 λ 2, wm = Tm-1v1, m = 1、2、3...,即 m 为从 I 开始的不包括 O 的一系列自然数，所述λ是入射光波长，所述f是光子筛焦距，一般焦距f是按实际情况固定下来的，所以可以通过选用的光的波长来最终确定圆环的半径rm以及环带宽度wm ；并且分布在第m个圆环上的方形微孔的边长am满足关系式:am = 0.5wm 2.0wm。具体的，所述方形微孔分布在厚度为1.5 λ 2.0λ，并且大于80nm的不透光金属薄膜上，所述不透光金属薄膜的制作材料优选为金或银。由于入射光能够激发不透光金属薄膜的表面波，并与孔内的波导模式相耦合，所以将方形微孔分布在不透光金属薄膜上，可以增加光子筛的透过率。本实施例所述λ为5nm 400nm波段的紫外光，还包括400nm附近的蓝紫光。由于波长λ小于190nm的光无法穿透透明玻璃或塑料，所以当λ小于190nm的时候，不透光金属薄膜则不能镀在透光衬底上，当λ大于190nm的时候，所述不透光金属薄膜可以镀在透光衬底上，方便光子筛的制作。所述透光衬底的材料为透光材料，所述透光材料优选为石英玻璃，在入射波长允许的范围内，所述透光材料还可以为有机玻璃或普通玻璃。针对单个的方形微孔可以计算得到如下的关系式:
权利要求
1.种高透过率光子筛，其特征在于，包括: 不透光金属薄膜，所述 金属薄膜上设置有多组不同边长的透光方形微孔，每组方形微孔间隔分布在同一圆环上，各组方形微孔所在的圆环为一系列半径不同的同心圆，第m个圆环的半径rm和环带宽度Wm满足关系式: rm2 = 2mf λ +m2 λ 2, wm = rm-rm_1, m = 1、2、3...所述λ是入射光波长，所述f是光子筛焦距； 并且分布在第m个圆环的方形微孔的边长am满足关系式:am= 0.5Wm ~2.0wmο
2.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述方形微孔的对角线与其所在环带的切线平行或垂直。
3.据权利要求2所述光子筛，其特征在于，所述方形微孔的边长为Viwm。
4.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述不透光金属薄膜厚度为1.5 λ 2.0 λ ,且大于 80nm。
5.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述不透光金属薄膜的制作材料为金。
6.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述不透光金属薄膜的制作材料为银。
7.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述入射光波长λ小于190nm时，所述光子筛还包括透光衬底，所述金属薄膜镀在所述透光衬底表面上。
8.据权利要求1所述光子筛，其特征在于，所述透光衬底的材料为透光材料。
9.据权利要求8所述光子筛，其特征在于，所述透光材料为有机玻璃。
10.据权利要求9所述光子筛，其特征在于，所述透光材料为石英玻璃。
全文摘要
本发明公开了一种高透过率光子筛，包括不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上设置有多组不同边长的透光方形微孔，每组方形微孔间隔分布在同一圆环上，各组方形微孔所在的圆环为一系列半径不同的同心圆，方形微孔的边长为其所在圆环环带宽度的0.5倍～2.0倍。因为聚焦光斑尺寸相同时，方孔光子筛比普通圆孔光子筛的面积要大，所以在工作光的光强一定，形成相同的聚焦光斑的时候，方孔光子筛可以透过更多的光，提高光的透过率，从而进而提高了聚焦光斑处光的强度，提升了光刻效果。
文档编号G02B5/18GK103091751SQ201110338648
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者谢常青, 辛将, 朱效立, 刘明 申请人:中国科学院微电子研究所