本发明专利技术公开了一种部分环带光子筛，该部分环带光子筛由在透明介质上制作而成的衍射孔和刻蚀圆环构成，所述衍射孔是在透明介质上制作形成普通光子筛时普通光子筛的衍射孔，所述刻蚀圆环是在透明介质上制作形成普通光子筛后，在形成普通光子筛衍射孔以外的菲涅耳波带片圆环的环带上刻蚀形成的圆环位相环。利用本发明专利技术，实现了激光束远场衍射斑的主斑能量的再提升和主瓣尺寸压缩。
Partial band photon screen and its making method
The invention discloses a partial zonal photon sieve, the partial zonal photon sieve by making the transparent dielectric formed by etching holes and diffraction of a ring, the diffractive perforation is forming diffraction hole when conventional photon sieve conventional photon sieve in a transparent medium, the etching ring is produced on the transparent medium the formation of conventional photon sieve, in the form of circular ring formation phase Fresnel zone plate diffraction ring ring etching perforation outside on the conventional photon sieve. By using the invention, the energy of the main spot and the size of the main lobe of the laser beam far field diffraction spot are realized.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光光束波面整形
，特别是一种用于实现激光束 在远场衍射光斑主斑能量提升和尺度压缩的部分环带光子筛及其制作方 法。该部分环带光子筛可用于光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能量 集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中。
技术介绍
通过各种途径对于激光衍射斑主斑进行能量提升和尺度压缩，并且抑 制旁斑的能量是实用的课题。在光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能 量集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中均需要极小的主斑 宽度和极高的主斑能量。位相调制技术是通过改变衍射光线传播截面的位相分布从而实现预 期衍射光强分布的技术。用于进行调制的方法有多种，有固定位相分布的 位相板，也有用光电晶体制成的可由电压控制位相分布的调制片。因为衍 射位相板光能的利用效率最高，所以最常用。所谓光子筛，是一种新型聚焦成像衍射光学器件，利用它可以对X光 聚焦和成像，这是一般棱镜和玻璃材料的成像光学器件无法实现的。光子 筛与传统的光学元件Fresnel波带片相比，具有高分辨率和抑制二级衍射 主极大等优点，能提高成像的对比度。而且，作为新型衍射元件，它具有 体积小、重量轻、易复制等优点。光子筛可以应用于高分辨率显微镜、天文望远镜、下一代光刻，激光 可控核聚变(ICF)研究等。 ''在2001年，Kipper et al.首次提出了一种新型的衍射光学器件光子 筛，用它来对软X射线和EUV辐射光源聚焦和成像， 2001. 414,184-188.]。2003年GilandMenon报道在"光束扫描光刻"(ZPAL)系统中用光子 筛替代波带片. Opt. Soc. Am. A， 2005.22(2)， 342-345.]。此后，由于光子筛本身具有的优越的性能，人们对它越来越感兴趣， 并将它应用于各种新的研究领域，如环绕太阳卫星的EUV望远镜，THZ 波全息术等. Opt. Photon. 2002.News 13, 59]。光子筛(Photon Sieve, PS)是在菲涅耳波带环上制作大量适当分布的 具有不同半径的透光微孔的衍射光学元件(Diffraction Optical Element, DOE)。光子筛在软X射线、极紫外线的聚焦和成像上有很好的应用，可应用 于高分辨率显微术、光谱学、下一代光刻等领域。用光子筛(PS)代替菲涅 耳波带片Fresnd zone plate (FZP)对软X射线聚焦和成像,可以得到更 高的分辨率,降低对光刻技术制作工艺的要求。但是光子筛聚焦的光斑主板 能量可以作进一步的提升。位相型菲涅耳波带片，是具有浮雕表面结构的菲涅耳波带片。浮雕的 厚度在波长量级，图形应尽可能接近设计值，可以实现预期的高的衍射效 率。我们定义中心能量比为衍射场中央主瓣的能量除以全部衍射场的能 量。它可以表征中央主瓣能量的集中度。定义第一零点为主瓣与第一旁瓣 之间的能量最小值所在的位置。它的位置可以表征中央主板的尺寸大小。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种部分环带光子筛及其制作 方法，以实现激光束远场衍射斑的主斑能量的再提升和主瓣尺寸压縮。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了以下技术方案一种部分环带光子筛，该部分环带光子筛由在透明介质上制作而成的 衍射孔和刻蚀圆环构成，所述衍射孔是在透明介质上制作形成普通光子筛 时普通光子筛的衍射孔，所述刻蚀圆环是在透明介质上制作形成普通光子 筛后，在形成普通光子筛衍射孔以外的菲涅耳波带片圆环的环带上刻蚀形 成的圆环位相环。上述方案中，该部分环带光子筛的大小与所述普通光子筛的大小相 当，所述衍射孔的直径为与其邻近且远离该部分环带光子筛中心方向上环 带的宽度的1.5倍，衍射孔的透光率是1。上述方案中，所述刻蚀圆环是在透明介质上菲涅耳波带片圆环的奇数 环或偶数环的环带上刻蚀形成的圆环位相环，环带的刻蚀位相为兀；奇数环或偶数环决定于普通光子筛衍射孔的位置奇偶；环带上被衍射孔占据的 部分并不刻蚀，位相仍为O。上述方案中，所述衍射孔和刻蚀圆环共同构成该部分环带光子筛的透 光部分，该部分环带光子筛的其余部分不透光。上述方案中，同一环带的位相值是相同的，都是兀，衍射孔的位相是0。一种制作部分环带光子筛的方法，该方法利用大规模集成电路工艺技术和平面光刻工艺技术实现，该方法包括 利用电子束直写法制作出母版；通过接触式光刻法将母版图案转移到涂有光刻胶的光学玻璃上；利用感应耦合等离子刻蚀技术，将移到光学玻璃光刻胶上的图案刻蚀 到光学玻璃中，形成部分环带光子筛。上述方案中，所述通过接触式光刻法将母版图案转移到涂有光刻胶的 光学玻璃上的步骤中，所述接触曝光的复制误差小于0.5pm，所采用的光 刻胶为Shipley s1818，厚度为1.8,。上述方案中，所述将移到光学玻璃光刻胶上的图案刻蚀到光学玻璃中 的步骤中，所采用的刻蚀气体为三氟甲垸CHF3，流量为30SCCM， RF功 率为500W，偏置功率为200W，对石英基底的刻蚀速率为0.077pm / min。(三)有益效果本专利技术提供的部分环带光子筛，是通过控制改变普通光子筛衍射的圆 形孔径为衍射孔加上刻蚀圆环，使通过其的准直平行激光在远场形成中心 主斑比光子筛衍射的中心主斑能量提高，同时主瓣大小减少的光场分布， 进而实现了激光束远场衍射斑的主斑能量的再提升和主瓣尺寸压缩。本发 明将位相型菲涅耳波带片的高衍射效率和新兴的光子筛结合起来，实现了 光子筛聚焦衍射的主斑能量再提高的光强分布，即实现了激光束远场衍射 斑的主斑能量的再提高，这是传统的光子筛所无法实现的，这也是传统的 位相型菲涅耳波带片所不能实现的。附图说明图1是普通的50环光子筛示意图，衍射单元是圆形衍射孔径；图2是本专利技术环带光子筛实施例之一的108环部分环带光子筛结构的 示意图，衍射单元是衍射孔和刻蚀的环带；图3是本专利技术提供的基于10环菲涅耳波带片的部分环带光子筛；图 中黑色为刻蚀的位相为7l的衍射环，白色为衍射孔，灰色为不透光的部分;图4是108环部分环带光子筛的衍射光强和108环普通光子筛的衍射 光强与径向距离的对比图。图中我们看到中心能量比，普通光子筛是 0.9592，第一零点位置在9，部分环带光子筛的中心能量比是0.9802，第 一零点位置在7。并且在相同的入射光情况下，部分环带光子筛的衍射光 强峰值约是普通光子筛的8倍，极大地增加了衍射场的光能量；图5是部分环带光子筛的实验检测装置示意图。具体实施例方式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 施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。部分环带光子筛是一种新型的衍射光学位相元件，又称为位相板。该 部分环带光子筛放置于衍射极限透镜之前或之后，对激光束远场衍射光斑 各级谱光强度进行修正，实现比普通光子筛的衍射中心光斑能量更集中的 衍射中心衍射斑。本专利技术的部分环带光子筛采用的衍射孔和位相为7l的刻蚀圆环取代普通光子筛的单圆衍射孔。衍射孔和刻蚀圆环的位置和数量大小与普通的光 子筛一致。本专利技术给出了衍射孔和刻蚀圆环的设计结构，并进行了相关模 拟实验。实验验证了采用部分环带光子筛可以实现激光束远场主光斑能量 的进一步提升。本专利技术技术可用于光束整形、微电子无掩模刻蚀、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种部分环带光子筛，其特征在于，该部分环带光子筛由在透明介质上制作而成的衍射孔和刻蚀圆环构成，所述衍射孔是在透明介质上制作形成普通光子筛时普通光子筛的衍射孔，所述刻蚀圆环是在透明介质上制作形成普通光子筛后，在形成普通光子筛衍射孔以外的菲涅耳波带片圆环的环带上刻蚀形成的圆环位相环。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾佳，谢长青，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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