专利名称：一种方孔光子筛及其制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件领域的一种衍射光学元件及其制作方法，具体地说，涉及一 种方孔光子筛及其制作方法。
背景技术：
光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件，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。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉，从而能够有效地抑制旁瓣 效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。传统波带片在成像领域的分辨率取决于它的最外环宽度，该尺寸受到加工工艺的 限制因而分辨率难以得到进一步的提高。光子筛由于其最外环小孔直径为对应波带片环宽的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。光子筛的重量比相同参数的波带片更轻，因而在航天望远镜领域有着更加广阔的 前景。光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像、亚波长光刻、显微镜技术方面有着非常好 的应用前景。虽然大口径光子筛在紫外望远镜成像领域有着广阔的应用前景，但是其存在两个 缺陷(1)制作版图所需的数据量巨大，现有的加工工艺难以达到要求。(2)衍射效率低，成 像对比度不好。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有加工工艺无法制作大口径成像光子 筛的缺陷，提供一种方孔光子筛及其制作方法，它能够有效降低版图数据量，使得现有的加 工工艺能够满足大口径成像光子筛的制作要求。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案本发明一种方孔光子筛，所述光子筛包括透光衬底和镀在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方形小孔；所述方形小孔呈环带状分布，所述方形小孔的对角线与方形小孔所在环带相垂直。所述环带半径Srm、宽度为Wm，其中rm2 = 2mf λ +m2 λ 2 ；对应rm上的透光方形小孔的边长为am=^wm= ^ ^f72rm其中λ为波长，f为焦距，m为方形小孔所在环带的环数，最内环为第一环。所述透光衬底的材料为透光材料。所述透光材料为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。
所述不透光金属薄膜的材料为铬、金、铝或铜。所述不透光金属薄膜的厚度大于80nm。本发明还同时公开了一种所述的方孔光子筛的制作方法，包括下列步骤(1)设计版图；(2)根据设计的版图制作得到光学光刻掩膜版；(3)在透光衬底上蒸镀一层金属薄膜；(4)在透光衬底上涂覆光刻胶，用光学光刻掩膜版进行光学光刻，显影定影后，采 用湿法或者干法腐蚀的方法将光刻后暴露出来的金属薄膜去除，即得到方孔光子筛。与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果为1、本发明所用的方孔光子筛其透光方形小孔的边长为相应波带片环带宽度的力 倍，这些位置随机分布的透光方形小孔使得衍射光之间相互干涉从而能够有效地抑制旁瓣 效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。2、本发明所采用的方孔光子筛将普通光子筛的圆孔用特定边长和方向取向的方 孔来替代，从而大大降低了版图GDSII文件的数据量，从而降低了加工难度，使得现有的制 造技术水平能够满足大口径成像光子筛的制作。3、本发明所述方形小孔布置参数、边长参数及方向参数的选取使得本发明所述方 孔光子筛能够获得最大的衍射效率。对于相同版图数据量的方孔光子筛比普通光子筛具有 更高的透过率和分辨率。
图1为本发明所述方孔光子筛结构示意图。图2(a)和图2(b)为本发明所述单个方孔的边长和方向取向示意图。图3为本发明所述方孔光子筛和普通光子筛制造数据量对比图。图4(a)和图4(b)为本发明所述方孔选取不同边长和方向取向的方孔光子筛的聚 焦特性图；其中，图4(a)是选取不同边长的聚焦光强分布图，图4(b)是选取不同方向取向 的聚焦光强分布图。图5(a)和图5(b)为本发明所述方孔光子筛和普通光子筛的聚焦特性图；其中，图 5(a)是聚焦光强分布图，图5(b)是归一化聚焦光强指数分布图。图6为本发明相同版图数据量的方孔光子筛和普通光子筛的聚焦特性图。图7为本发明所述方孔光子筛制作方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步描述。—种方孔光子筛，包括透光石英衬底和镀在其上的不透光金属铬薄膜，透光衬底 的材料还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还可以为金、铝 或铜等不透光金属。如图1所示，图1为本发明方孔光子筛示意图，其中白色孔为透光方形小孔2 ；黑 色区域为不透光区域1，即不透光的金属铬薄膜。所述不透光金属薄膜的厚度大于80nm。所 述不透光的金属铬薄膜1上分布若干透光方形小孔2 ；所述方形小孔呈环带状分布，所述方
4形小孔的对角线与方形小孔所在环带相垂直。所述环带半径为rm、环带宽度为Wm，其中
权利要求
1.一种方孔光子筛，所述光子筛包括透光衬底和镀在所述透光衬底上的不透光金属薄 膜；其特征在于所述不透光金属薄膜上分布有多个透光方形小孔；所述方形小孔呈环带 状分布，所述方形小孔的对角线与方形小孔所在环带相垂直。
2.如权利要求1所述的方孔光子筛，其特征在于所述环带半径为rm、环带宽度为wm， 其中rm2 = 2mf λ +m2 λ 2 ；对应rm上的透光方形小孔的边长为^n= ^wm= Jl λ S2rm _其中λ为波长，f为焦距，m为方形小孔所在环带的环数，最内环为第一环。
3.如权利要求2所述的方孔光子筛，其特征在于所述透光衬底的材料为透光材料。
4.如权利要求3所述的方孔光子筛，其特征在于所述透光材料为熔融石英、普通玻璃 或有机玻璃。
5.如权利要求1所述的方孔光子筛，其特征在于所述不透光金属薄膜的材料为铬、 金、铝或铜。
6.如权利要求5所述的方孔光子筛，其特征在于所述不透光金属薄膜的厚度大于 80nmo
7.一种方孔光子筛的制作方法，其特征在于，包括下列步骤(1)设计版图；(2)根据设计的版图制作得到光学光刻掩膜版；(3)在透光衬底上蒸镀一层金属薄膜；(4)在透光衬底上涂覆光刻胶，用光学光刻掩膜版进行光学光刻，显影定影后，采用湿 法或者干法腐蚀的方法将光刻后暴露出来的金属薄膜去除，即得到方孔光子筛。
全文摘要
本发明公开了一种方孔光子筛及其制作方法，所述光子筛包括透光衬底和镀在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方形小孔；所述方形小孔呈环带状分布，所述环带半径为rm、宽度为wm，其中对应rm上的透光方形小孔的边长为其中λ为波长，f为焦距，m为方形小孔分布的环数；所述方形小孔的对角线与方形小孔所在环带相垂直。本发明的方孔光子筛能够有效降低版图数据量，使得现有的加工工艺能够满足大口径成像光子筛的制作要求。
文档编号G03F7/00GK102073084SQ200910310249
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年11月23日
发明者刘明, 朱效立, 潘一鸣, 谢常青, 贾佳 申请人:中国科学院微电子研究所