一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法技术

技术编号:19213321 阅读:21 留言:0更新日期:2018-10-20 05:56
本发明专利技术涉及一种在透明玻璃基底上镀金属膜并用聚焦离子束方法刻蚀百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法。其特征在于:使用磁控溅射或电子束蒸发镀膜技术在合适厚度的玻璃基底上镀一层合适厚度的金属膜,将该结构放置入聚焦离子束设备时使用导电胶带将金属膜与设备样品台相粘接,然后设计合理的刻蚀通孔及图案排布,使用聚焦离子束在非目标区刻蚀,通过设备自带的扫描电子显微镜进行成像,判断是否刻蚀通透以调整离子束参数,再在目标区刻蚀。这种方法有效地解决了绝缘基底结构影响聚焦离子束刻蚀的问题,并可获得稳定性状的百纳米尺寸通孔用于光学高分辨率成像系统标定。

【技术实现步骤摘要】
一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法
本专利技术涉及一种包含亚微米(微米=um)甚至百纳米(纳米=nm)级别尺寸通孔或图案的光学高分辨率测试靶的制造方法。属于应用光学领域中的光学精密检测领域。
技术介绍
在光学精密检测领域,对显微镜系统的成像质量作定性检验或对其实际光学分辨能力进行测试和标定,需要使用比其理论的光学分辨率更小尺寸的图案或通光孔,通常称之为分辨率测试靶。检测中最常用的一种方法是星点检验方法。这种方法是通过将一个点光源置于光学系统的前焦面上,通过成像系统获得其在像面上的衍射像(通常称为星点像)。星点像包含了除畸变、透过率和杂光外的被检光学系统的全部像质信息,其光强分布即为点扩散函数(PSF)。标准的无像差的PSF为Airy分布,参见附图1。而其中心到第一暗纹的半径即对应于系统的分辨率,根据瑞利判据,直观上理解该分辨率即该系统能够分辨两个物点的最小间隔。实际实施中,通常将一个分辨率测试靶放在光学系统前焦面上,同时从背面(与待测显微镜系统相反的一侧)照射合适波长的光源。该测试靶至少包含一个足够小半径的透光孔。当通孔半径显著小于待检测显微镜系统的光学分辨率时,可将该通孔的透光视为点光源。透光孔形成的光源大小对PSF的影响可以用下式表达:这表示小孔光源等效的半径小于显微镜系统分辨率的1/2时,其对最终PSF的影响将有10%左右。若其等效半径小于系统分辨率1/4时,其影响将只有3%。而小孔的通光孔径与小孔光源等效半径是直接相关的。现今显微镜系统的光学分辨率越来越高。一个典型的实例是,在超冷原子光晶格领域高分辨荧光原位成像是当前热门的对原子的探测手段之一。通常的光晶格的晶格常数在500nm-800nm,需要根据实验环境定制高分辨率大数值孔径显微镜,该显微镜需要在原子荧光共振波长成像光下达到与晶格常数接近的分辨率。一个典型的例子是对780nm成像光达到或接近衍射极限分辨,即达到或接近约600nm的分辨。那么,获得亚微米甚至百纳米尺寸的通光孔或图案,对测试和标定这类大数值孔径高分辨率的显微镜系统是非常有必要的和有意义的。但一般市面上的商品化分辨率测试靶产品的图案或通光孔尺寸通常在1微米甚至数微米以上,难以对前述实例中达到衍射极限级别成像的大数值孔径物镜的分辨率进行标定。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的难以获得稳定性状的百纳米尺寸的分辨率测试孔的问题,提出了一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法,利用FIB设备,通过在百纳米厚度的镀在玻璃基底的金属膜层上用离子束聚焦轰击,同时通过导电胶带的粘接解决了为绝缘基底样品提供导电性并疏散电荷的问题,从而实现百纳米尺寸通孔的刻蚀。通孔的半径范围,可通过FIB设备自带的扫描电子显微镜成像测量得到。本专利技术提供的一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法,主要包括如下步骤:步骤一、在基底材料上镀一层预设厚度的金属膜;步骤二、刻蚀前,根据预设目标需求设计刻蚀通孔或图案的尺寸及排布;步骤三、使用导电胶带将基底材料上的金属膜表面边缘粘连到FIB样品台的导电底板上;步骤四、对样品进行FIB刻蚀时,需要在样品边缘区域进行离子源参数调试;步骤五、刻蚀完成后,通过搭建的简易成像光路对通孔阵列或图案进行成像测试,验证小孔或图案是否刻蚀完成并真正打透。进一步的,所述步骤一中的基底材料为玻璃材料。所述玻璃材料可以为熔融石英材料或BK7或氟化钙或氟化镁。进一步的,所述步骤一中采用镀膜机进行镀膜。金属膜材料采用金、银或铝金属材料。为了避免氧化问题,建议使用金材料。进一步的,镀膜机在镀膜时采用磁控溅射法或电子束蒸发法。进一步的,在采用镀膜机进行镀膜时,如果镀膜机对镀膜厚度控制不精确,可首先使用不同的镀膜时长镀出不同厚度的金属膜,然后采用透光率测量方法,选出合适镀膜厚度的样品。进一步的所述步骤二中所设计的刻蚀通孔或图案的尺寸及排布,包含一组不同方向非对称排列的百微米到0.5毫米(毫米=mm)长度、20微米到40微米宽度的透光长条,用于成像调节时对测试靶进行定位,及帮助确定所需的背光光强。进一步的,所述步骤二中所设计刻蚀通孔或图案的尺寸及排布,透光孔阵列设计为方形阵列m*n,m表示透光孔行数,n表示透光孔列数,透光孔阵列可以为4×4、5×5、或8×10,相邻孔间距可以设计为10微米~20微米。该间距在实际使用中可以用来验证成像系统的放大倍率。进一步的所述透光孔阵列位置应远离所述透光长条1毫米甚至2毫米以上,这是为了防止在照射较强的宽束背光时,从透光长条漏过的光对透光孔的成像造成影响。进一步的,所述步骤四中的离子源参数调试包括离子源束斑尺寸、离子源加速电压、离子源束流大小、离子源轰击时长。进一步的,对于一个特定的刻蚀通孔或图案,使用FIB设备自带的扫描电子显微镜成像时,通过对比不同离子源参数情况下轰击出的黑色深浅程度判断是否刻蚀通透。进一步的,所述步骤五中的简易成像光路为一块非球面镜及一块单透镜组合而成的无限共轭成像光路。所述单透镜的焦距可根据实际所需要的放大倍数进行选择。综上所述,本专利技术可以实现以下优点:(1)由于采用了聚焦离子束轰击百纳米厚度金属膜的方案,取代常用的光刻技术方案,可以实现百纳米尺寸通孔,以及更加牢固稳定的物理性质,便于反复使用。(2)由于采用了特别的粘接导电胶带疏散电荷的方案,可以实现对绝缘基底上的金属膜进行准确的FIB操作。(3)由于采用了通过FIB设备自带的扫描电子显微镜的成像结果来判断是否将目标小孔或图案刻蚀通透的方案,可以实现对不同的条件使用合适的离子束参数,并比现有其他技术获得更精密的孔径或图案尺寸公差。附图说明图1是PSF示意图;图2是一种刻蚀图案及小孔的排布的设计实例;图3是用导电胶带将金属膜与FIB样品台粘连的示意图(图中黄色薄层为金属膜,黑色部分为导电胶带,下方带柄圆台为FIB设备样品台);图4是通过FIB设备自带的扫描电子显微镜对经过刻蚀的金属膜表面进行成像,图中的四个圆圈范围是使用了不同的离子束参数进行刻蚀的结果,黑色深浅程度不同代表刻蚀获得的通透性不同;图5是刻蚀结束时通过扫描电子显微镜对小孔直径进行成像并测量,可精确确认刻蚀孔径;图6是简易成像光路示意图;图7是对某个自制的分辨率测试靶上的一组小孔阵列进行成像测试(放大率50x,相邻孔间距20um);图8是实例中使用一套定制高分辨成像系统对某个自制的分辨率测试靶上的一组小孔阵列进行成像测试(系统设计放大率130x,相邻孔间距20um);图9是对图8的拍照进行分析,对所成像的6个小孔进行间距拟合并求平均,获得成像系统实际的放大倍率为130.21x;图10是对图8的一个小孔像的光强角向平均分布进行Airy分布拟合,其中圆圈为角向平均分布,实线为拟合的PSF分布。具体实施方式本专利技术主要依托镀膜技术和聚焦离子束(FIB)技术,通过在透明玻璃基底上镀合适厚度的金膜并在合适位置使用离子束轰击金属膜,提供一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法,主要包括步骤一至步骤五:步骤一、在基底材料上镀一层预设厚度的金属膜。首先需要选择合适的基底材料。可以使用各种常见的透明玻璃材料(实例中选择熔融石英材料),尺寸可选择一般常用的1英寸直径。厚度上无特殊要求(实例中选择3mm)。然后本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法,其特征在于,包括:步骤一、在基底材料上镀一层预设厚度的金属膜;步骤二、刻蚀前,根据预设目标需求设计刻蚀通孔或图案的尺寸及排布;步骤三、使用导电胶带将基底材料上的金属膜表面边缘粘连到FIB样品台的导电底板上;步骤四、对样品进行FIB刻蚀时,需要在样品边缘区域进行离子源参数调试;步骤五、刻蚀完成后,通过搭建的简易成像光路对通孔阵列或图案进行成像测试,验证小孔或图案是否刻蚀完成并真正打透。

【技术特征摘要】
1.一种含百纳米尺寸通孔的光学高分辨率测试靶的制造方法,其特征在于,包括:步骤一、在基底材料上镀一层预设厚度的金属膜;步骤二、刻蚀前,根据预设目标需求设计刻蚀通孔或图案的尺寸及排布;步骤三、使用导电胶带将基底材料上的金属膜表面边缘粘连到FIB样品台的导电底板上;步骤四、对样品进行FIB刻蚀时,需要在样品边缘区域进行离子源参数调试;步骤五、刻蚀完成后,通过搭建的简易成像光路对通孔阵列或图案进行成像测试,验证小孔或图案是否刻蚀完成并真正打透。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤一中的基底材料为玻璃材料。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述玻璃材料为熔融石英材料或BK7或氟化钙或氟化镁。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤一中采用镀膜机进行镀膜。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤一中的金属膜的材料采用金、银或铝金属材料。6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述镀膜机在镀膜时采用磁控溅射法或电子束蒸发法。7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在采用镀膜机进行镀膜时,首先使用不同的镀膜时长镀出不同厚度的金属膜,然后采用透光率测量方法,选出合适镀膜厚度的样品。8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员:谢虔汪林俊章维勇苑震生
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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