[發明專利]一種含百納米尺寸通孔的光學高分辨率測試靶的制造方法

有效

• 申請號: 201810499137.4
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108680344B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 謝虔;汪林俊;章維勇;苑震生
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

本發明涉及一種在透明玻璃基底上鍍金屬膜并用聚焦離子束方法刻蝕百納米尺寸通孔的光學高分辨率測試靶的制造方法。其特征在于：使用磁控濺射或電子束蒸發鍍膜技術在合適厚度的玻璃基底上鍍一層合適厚度的金屬膜，將該結構放置入聚焦離子束設備時使用導電膠帶將金屬膜與設備樣品臺相粘接，然后設計合理的刻蝕通孔及圖案排布，使用聚焦離子束在非目標區刻蝕，通過設備自帶的掃描電子顯微鏡進行成像，判斷是否刻蝕通透以調整離子束參數，再在目標區刻蝕。這種方法有效地解決了絕緣基底結構影響聚焦離子束刻蝕的問題，并可獲得穩定性狀的百納米尺寸通孔用于光學高分辨率成像系統標定。

技術領域

本發明涉及一種包含亞微米(微米＝um)甚至百納米(納米＝nm)級別尺寸通孔或圖案的光學高分辨率測試靶的制造方法。屬于應用光學領域中的光學精密檢測領域。

背景技術

在光學精密檢測領域，對顯微鏡系統的成像質量作定性檢驗或對其實際光學分辨能力進行測試和標定，需要使用比其理論的光學分辨率更小尺寸的圖案或通光孔，通常稱之為分辨率測試靶。檢測中最常用的一種方法是星點檢驗方法。這種方法是通過將一個點光源置于光學系統的前焦面上，通過成像系統獲得其在像面上的衍射像(通常稱為星點像)。星點像包含了除畸變、透過率和雜光外的被檢光學系統的全部像質信息，其光強分布即為點擴散函數(PSF)。標準的無像差的PSF為Airy分布，參見附圖1。而其中心到第一暗紋的半徑即對應于系統的分辨率，根據瑞利判據，直觀上理解該分辨率即該系統能夠分辨兩個物點的最小間隔。

實際實施中，通常將一個分辨率測試靶放在光學系統前焦面上，同時從背面(與待測顯微鏡系統相反的一側)照射合適波長的光源。該測試靶至少包含一個足夠小半徑的透光孔。當通孔半徑顯著小于待檢測顯微鏡系統的光學分辨率時，可將該通孔的透光視為點光源。透光孔形成的光源大小對PSF的影響可以用下式表達：

這表示小孔光源等效的半徑小于顯微鏡系統分辨率的1/2時，其對最終PSF的影響將有10％左右。若其等效半徑小于系統分辨率1/4時，其影響將只有3％。而小孔的通光孔徑與小孔光源等效半徑是直接相關的。

現今顯微鏡系統的光學分辨率越來越高。一個典型的實例是，在超冷原子光晶格領域高分辨熒光原位成像是當前熱門的對原子的探測手段之一。通常的光晶格的晶格常數在500nm-800nm，需要根據實驗環境定制高分辨率大數值孔徑顯微鏡，該顯微鏡需要在原子熒光共振波長成像光下達到與晶格常數接近的分辨率。一個典型的例子是對780nm成像光達到或接近衍射極限分辨，即達到或接近約600nm的分辨。那么，獲得亞微米甚至百納米尺寸的通光孔或圖案，對測試和標定這類大數值孔徑高分辨率的顯微鏡系統是非常有必要的和有意義的。但一般市面上的商品化分辨率測試靶產品的圖案或通光孔尺寸通常在1微米甚至數微米以上，難以對前述實例中達到衍射極限級別成像的大數值孔徑物鏡的分辨率進行標定。

發明內容

本發明是針對現有技術的難以獲得穩定性狀的百納米尺寸的分辨率測試孔的問題，提出了一種含百納米尺寸通孔的光學高分辨率測試靶的制造方法，利用FIB設備，通過在百納米厚度的鍍在玻璃基底的金屬膜層上用離子束聚焦轟擊，同時通過導電膠帶的粘接解決了為絕緣基底樣品提供導電性并疏散電荷的問題，從而實現百納米尺寸通孔的刻蝕。通孔的半徑范圍，可通過FIB設備自帶的掃描電子顯微鏡成像測量得到。

本發明提供的一種含百納米尺寸通孔的光學高分辨率測試靶的制造方法，主要包括如下步驟：

步驟一、在基底材料上鍍一層預設厚度的金屬膜；

步驟二、刻蝕前，根據預設目標需求設計刻蝕通孔或圖案的尺寸及排布；

步驟三、使用導電膠帶將基底材料上的金屬膜表面邊緣粘連到FIB樣品臺的導電底板上；

步驟四、對樣品進行FIB刻蝕時，需要在樣品邊緣區域進行離子源參數調試；