[發明專利]一種應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法

無效

• 申請號: 201310010239.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103048718A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 何渝;陳銘勇;趙立新;朱江平;胡松
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/20;G03F7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明是一種應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法，涉及到衍射光學元件方孔型光子篩的設計和制作方法。

背景技術

光子篩由德國科學家L.Kipp等于2001年在Nature上首次提出，其采用微納透光小孔代替波帶片中的透光環帶，設計更為靈活。和傳統的波帶片相比，光子篩可以用直徑大于對應波帶片環帶寬度的小孔來代替，放寬了現有最小加工尺寸的限制，在相同最小加工尺寸的情況下，光子篩能夠實現更高的分辨力；并且光子篩上隨機分布的小孔，能有效的抑制旁瓣效應和高階衍射，改善成像質量。由于光子篩顯著的特點，在輕型天文望遠鏡、納米光刻技術和激光雷達成像技術中應用前景巨大。

雖然光子篩有著廣闊的應用前景，但是加工工藝要求高。目前大多采用直寫方式制作光子篩，存在效率低下的缺陷，難以實現大口徑光子篩的制作。

發明內容

為克服上述技術的不足，本發明的目的是提供一種減小版圖數據量，提高制作效率，更適用于大孔徑光子篩的制作的應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法。

為達成所述目的，本發明提供一種應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法，其制作方孔型光子篩的步驟如下：

步驟S1：根據需求的波長、焦距和口徑，確定方孔型光子篩的環帶數、方孔數量、中心位置和邊長參數，其中方孔型光子篩的方孔排列方向相同；

步驟S2：根據步驟S1中所得參數繪制版圖；

步驟S3：對版圖大小進行評價，如果版圖尺寸小于或者等于步進數字投影光刻機單場曝光面積，則直接將版圖輸入數字微鏡DMD等待曝光，如果版圖尺寸大于步進數字投影光刻機單場曝光面積，則先用圖形分割軟件將版圖按單場曝光面積進行分割，得到分割的版圖；

步驟S4：在透明基底上鍍金屬層，然后在金屬層上涂覆光刻膠，得到含有金屬層和光刻膠的基底；

步驟S5：在通過步進投影數字光刻機的控制軟件導入分割后的版圖，并設置工藝參數，對含有金屬層和光刻膠的基底進行逐場曝光；

步驟S6：將逐場曝光后的基底放入顯影液中進行顯影定影，然后腐蝕掉金屬層，最后得到方孔型光子篩。

優選實施例，所述的方孔型光子篩參數根據以下方法確定，給定方孔型光子篩的入射波長λ、焦距f和直徑D，計算出方孔型光子篩最邊緣的環帶數N即確定每個孔的孔心距，當透光孔取代偶數環帶時孔心距當取代奇數環帶時孔心距其中n＝1，2，3，…，N；再確定每個環帶上孔徑的大小，透光孔直徑d＝k×w，k為比例系數，w為環帶寬度w＝r_n+1-r_n；最后根據各透光環帶上透光孔總面積呈現一定分布，確定各透光環帶上透光孔的數量；方孔排列方向為一邊始終平行或者垂直于坐標軸。

優選實施例，所述的版圖利用MATLAB生成或者CAD軟件繪制，輸出版圖為bmp格式。

優選實施例，所述的單場曝光面積由數字微鏡DMD尺寸決定，其數字微鏡的有效尺寸1024×768像素(約14×10mm²)，單個像素尺寸約13.7μm，如配合分辨力為1μm的光刻物鏡，單次曝光面積約1×0.7mm²。

優選實施例，所述的圖形分割軟件將版圖按照1024×768像素的尺寸進行分割。

優選實施例，所述的透明基底材料為熔融石英或者普通玻璃。

優選實施例，所述的金屬層材料為鉻或者金，厚度大于80nm。

本發明與現有技術相比的有益效果為：

本發明提出的一種應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法，將設計好的方孔型光子篩版圖分割后，利用步進投影數字光刻機逐場曝光，與目前常用的電子束逐點加工方式相比，大幅度提高制作效率；同時，采用數字掩模，設計更為靈活，減少了工藝流程，降低制作成本和縮短實驗周期。

附圖說明

圖1為本發明應用步進投影數字光刻機制作方孔型光子篩的方法流程圖；

圖2為方孔型光子篩示意圖；

圖3為方孔型光子篩版圖分割示意圖；

圖4為步進投影數字光刻機原理示意圖；

圖5為方孔型光子篩聚焦光斑光強分布圖；

圖6a、圖6b、圖6c為不同小孔版圖顯示比較，其中圖6a為水平放置的方孔，圖6b為旋轉一定角度的方孔，圖6c為圓孔。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。