[发明专利]一种亚波长光子筛聚焦性能检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及的是一种亚波长光子筛聚焦性能检测方法。

背景技术

2001年，德国L.Kipp教授在Nature期刊上发表文章，首次提出photon sieves的概念，后被译成“光子筛”，是一种衍射光学成像器件，它是用随机分布在透光环带上的小孔代替菲涅尔结构的透光环带而形成的。经过结构优化后，随机分布的小孔能有效地抑制次级和高级衍射，从而提高成像的对比度和分辨力，甚至可打破传统衍射成像理论，实现超分辨力成像。此后，光子筛被国、内外学者大量研究，可广泛地应用于纳米光刻、天文观测、航空拍摄、武器视觉等领域。

随着分辨力要求的不断提高，如：达到亚波长数量级(即：聚焦后的光斑直径小于入射光源波长)，现有的检测方法已不再适用于光子筛聚焦性能的检测。找到一种新的检测方法，对亚波长光子筛的聚焦成像性能(含光斑大小、能量分布、焦距大小等性能)进行表征，从而优化设计理论和制作工艺，为亚波长光子筛在纳米光刻系统中的实用化起推动作用，已成为业界急需解决的核心问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供了一种亚波长光子筛聚焦性能检测方法。

本发明的技术方案如下：

一种亚波长光子筛聚焦性能检测方法，该检测方法采用曝光法和扫描法相结合的混合检测系统，由激光光源(2-1)、扩束准直系统(2-2)、亚波长光子筛(2-3)、已涂有光刻胶的硅片(2-4)、真空泵(2-5)、工件台(2-6)、计算机控制系统(2-7)组成；其中，工件台(2-6)由PI公司的二维工件台和压电陶瓷共同组成，二维工件台用于粗调，压电陶瓷用于精调；工件台(2-6)的运动方向及步进值由计算机控制系统(2-7)的软件进行设置，其中X方向控制焦距的步进，Y方向控制聚焦光斑的移动；

1)该混合检测系统的工作原理为：激光光源(2-1)发出的光经扩束准直系统(2-2)处理后成为均匀、准直的平行光，平行光经亚波长光子筛(2-3)聚焦后在焦面上形成细小的光斑，已涂好光刻胶的硅片(2-4)放置在焦面处，硅片(2-4)由真空泵(2-5)吸附，亚波长光子筛(2-3)与硅片(2-4)之间的相对位置由工件台(2-6)精确控制，工件台(2-6)的运动方向及步进值由计算机控制系统(2-7)的软件进行设置，曝光后的硅片(2-4)经过显影后即得到光斑，光斑直径即为亚波长光子筛的实测分辨力，其大小及能量分布通过原子力显微镜自带软件的二次开发功能进行测量和显示，当光斑取得最小值时，对应的亚波长光子筛(2-3)与硅片(2-4)之间的距离即为实测焦距；

2)检测过程如下：激光光源的波长必须等于光子筛设计时的入射光源波长，X方向选择小于设计焦距某个数值a作为起始曝光距离，即(X-a)μm，Y方向的初值没有特定规则，仅代表第一个曝光光斑在硅片中的位置，完成一次曝光过程；然后Y方向步进Δy，同时将X方向增加一个步进值Δx，即曝光距离变为(X-a+Δx)μm，完成第二个光斑的曝光过程；依次进行下去，直到曝光距离大于设计焦距某个数值a为止，即(X+a)μm；用显影液对曝光后的硅片进行显影，在焦面附近，得到亚波长光子筛聚焦后的一系列直径大小不同的光斑，最小光斑对应的X即为焦距，最小光斑大小和能量分布通过原子力显微镜自带软件的二次开发功能进行测量和显示。

所述的涂有光刻胶的硅片上的光刻胶为对入射光源高敏感性的光刻胶。

所述的a的取值为设计焦距的±20％。

所述的Δx的取值根据实际需要进行取值，在离理想焦面较远的地方，Δx的取值范围为1-2μm，靠近理想焦面时，Δx的取值范围为50-200nm。

所述的Δy的建议取值范围为1000-2000μm，从而更好地区分两个光斑的间隔。

本发明的有益效果为：1)测量精度不受CCD像素间距的影响，无需光学放大环节，不改变光斑在空间的实际能量分布；2)可用于亚波长光子筛聚焦性能(含光斑大小、能量分布、焦距大小等性能)的测量；3)该技术方案是曝光法和扫描法相结合的混合检测方法，真实再现了光刻过程，对亚波长光子筛在纳米光刻系统中的应用打下良好的工艺基础；4)纳米光刻系统可用于超大规模集成电路的制造。

附图说明

图1为曝光法和扫描法相结合的混合检测系统。

图2为亚波长光子筛实物(因视场有限，只取部分图片)。

图3为亚波长光子筛聚焦光斑光强归一化分布。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。