一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛制造技术

本发明专利技术公开了一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛。该光子筛结构包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布，分布按公式rmn2＝2nfmnλ+n2λ2，其中rmn为环带半径；n为圆孔所在环带的环数；fmn为第m号扇区内第n环所对应的焦距；λ为波长。对应rmn上的透光孔的直径为其中wmn为环带宽度；λ为波长；fmn为第m号扇区内第n环所对应的焦距；rmn为环带半径。本发明专利技术突破原有固定焦点设计的思想，针对于在不影响分辨力的情况下，采用光子筛扇形分区设计，实现多焦点部分重叠，有效增大焦深，为光子筛直写光刻的实用化奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛。该光子筛结构包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布，分布按公式rmn2＝2nfmnλ+n2λ2，其中rmn为环带半径；n为圆孔所在环带的环数；fmn为第m号扇区内第n环所对应的焦距；λ为波长。对应rmn上的透光孔的直径为其中wmn为环带宽度；λ为波长；fmn为第m号扇区内第n环所对应的焦距；rmn为环带半径。本专利技术突破原有固定焦点设计的思想，针对于在不影响分辨力的情况下，采用光子筛扇形分区设计，实现多焦点部分重叠，有效增大焦深，为光子筛直写光刻的实用化奠定基础。【专利说明】一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛
本专利技术涉及光学元件设计
，尤其涉及一种光子筛结构，利用扇形分区实现光子筛长焦深的方法。
技术介绍
目前传统的光学投影式光刻技术由于昂贵的掩模成本、缺乏应用于更短激光波长的透射材料、波长进一步缩短带来的一系列技术难题等因素的影响，面临着巨大的成本和技术挑战。 光子筛作为一种新型衍射光学元件，是由L Kip.等人在传统波带片的基础上提出。它是用分布在波带片环带上的一系列透光小孔代替波带片的环带，小孔的中心位于波带片透光环带中心且随机分布，其直径随相应环带宽度变化而变化。光束通过各个小孔后到达衍射焦点，它们的光程差相同或相差波长的整数倍，经衍射相干迭加，形成高分辨聚焦的焦点。 基于光子筛这一特点，各国学者都致力于有关光子筛的结构设计与应用研究，并取得了一系列的理论和实验结果。2003年，美国麻省理工学院的Rajesh Menon等人发表文章，给出了光子筛在光刻系统中的具体应用实例。2005年中科院微电子所开展光子筛聚焦特性研究，2008年中国科学院光电技术研究所提出了光子筛作为衍射聚焦元件在激光直写光刻系统中的应用。 光子筛用于激光直写，分辨力和焦深是关键，而由光刻分辨力公式可知，高分辨力必然导致有效焦深的减小，因此，在超高光刻分辨力的条件下，如何增大焦深，已成为这种光刻方法的关键问题。 本专利技术提出一种光子筛结构，利用扇形分区实现光子筛长焦深的方法，将该光子筛应用于激光直写，将激光直写设备同时具有高分辨力、低成本、高生产效率等优点，故在下一代光刻技术竞争中将具有显著优势，对提升我国光刻
研究的自主创新能力具有战略意义。与此同时，可大大缩短我国微电子产业与先进国家的差距，对我国微电子产业在二十一世纪达到国际先进水平奠定坚实的理论和实验基础。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题就在于提供一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛，在光子筛聚焦分辨力一定的情况下，获得较大焦深。 为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案: 一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛，该光子筛为透明的玻璃基底，在该透明的玻璃基底上镀不透光金属薄膜，在不透光金属薄膜上有多个透光小圆孔，该透光小圆孔呈环带状分布，所述的一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛设计过程如下: (I)该光子筛采用扇形分区结构，即按照一定的张角V，将光子筛等分为Max个扇区，分区原则为Μαχ=./φ，其中Max是总扇区数；Ψ为光子筛扇形分区的张角；φ的选取应能保证Max为整数。扇区标示按照极坐标的方式确定，及张角为(Οι>)的扇区为I号扇区，张角为4?却)的扇区为2号扇区,一直到张角为(dx-J) r Mo輝>)的扇区为Max号扇区。 (2)各扇区对应各自焦距f1;f2，…f2n/"fMax，m是大于等于I并小于等于Max的整数，依据每个扇区采用光子筛的传统设计方法，获得各扇区内光子筛小孔的大小及位置。环带满足公式rm，n2 = 2η?.π，ηλ+η2λ2其中rm n为环带半径；n为圆孔所在环带的环数，最内环为第I环；fm,n为第m号扇区内第η环所对应的焦距；λ为波长。对应上的透光孔的直径为dm,/2r_，其中dm,n表示第m号扇区内第η环所对应的透光孔的直径;wmn为环带宽度；λ为波长；fm,n为第m号扇区内第η环所对应的焦距；rm,n为环带半径。 (3)每个扇区对应各自焦距，为同时保证长焦深和聚焦质量，设定间隔d个扇区的焦距值相等，即fm,n = f(m+d),n, fm,n为第m号扇区内第η环所对应的焦距,f(m+d),n为第m+d号扇区内第η环所对应的焦距。 (4)每个扇区对应的焦距值按照d为周期重复，但在单个周期内焦距值为等差递增数列，即Λ= f2~f1 = f3-f2 =…=fd-fVp Λ为焦距增量值；fd为第d号扇区所对应的焦距值，d为设计指定值。 (5)焦距增量值Λ= D0F/K，其中DOF为光子筛焦深；K为焦深扩展因子，数值K的设定依据实际需要。 与现有设计方法相比，本专利技术技术方案产生的有益效果为: 在不降低光子筛分辨力和提高加工难度的情况下，本设计方法，可以有效的增大焦深，为光子筛直写光刻的实施奠定基础。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术光子筛扇形分区的结构示意图； 图2为本专利技术光子筛扇形分区的通过小孔设计示意图； 图3为本专利技术光子筛示意图。 【具体实施方式】 本专利技术描述的是一种采用扇形分区方法，从而实现一种用于激光直写的长焦深光子筛，该方法具有普适性，但为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例和特例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。 本专利技术提供的光子筛结构，包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。透光衬底的材料可以为普通玻璃或有机玻璃等透光材料，不透光金属薄膜的材料可以为金、铝或铜等不透光金属。 如图1所示，为本专利技术光子筛扇形分区的结构示意图，为了描述方便，本专利技术设定张角『扣则依照分区原则Μαχ=360>=360730°=?2光子筛等分为12个扇区。扇区标示按照极坐标的方式确定，及张角为(0°?30° )的扇区为I号扇区，张角为(30°?60° )的扇区为2号扇区，张角为(60°?90° )的扇区为3号扇区，张角为(90°?120° )的扇区为4号扇区，张角为(120°?150° )的扇区为5号扇区，张角为(150°?180° )的扇区为6号扇区，张角为(180°?210° )的扇区为7号扇区，张角为(210°?240° )的扇区为8号扇区，张角为(240°?270° )的扇区为9号扇区，张角为(270°?300° )的扇区为10号扇区，张角为(300°?330° )的扇区为11号扇区，张角为(330°?360° )的扇区为12号扇区。 如图2所示，各扇区对应各自焦距f1；f2, f3，f4，f5，f6，f7, f8, f9, f10, fn, f12依据每个扇区采用光子筛的传统设计方法，获得各扇区内光子筛小孔的大小及位置。环带满足公式!■_2 = 21!41>+112入2其中1*_为环带半径；11为圆孔所在环带的环数；411为第111号扇区内第 η环所对应的焦距；λ为波长。对应rm,n上的透光孔的直径为i/m,n=>/^mn = &/mn/2rmn， 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光直写的长焦深扇形分区光子筛，其特征在于：所述的光子筛采用扇形分区结构，即按照一定的张角将光子筛等分为Max个扇区，分区原则为其中Max为总扇区数；为光子筛扇形分区的张角；的选取应能保证Max为整数，扇区标示按照极坐标的方式确定，即张角为的扇区为1号扇区，张角为的扇区为2号扇区，一直到张角为的扇区为Max号扇区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严伟，何渝，李艳丽，唐燕，赵立新，胡松，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51