当前位置 > 凤凰平台 > 企业文化 > 复合型光子筛及其在大口径成像中的应用研究

复合型光子筛及其在大口径成像中的应用研究

时间:2019-02-10 10:08:55 来源:凤凰平台 作者:匿名



介绍

软X射线,极紫外聚焦和成像可用于高分辨率显微镜[1-3],无掩模光刻[4-6],极紫外(EUV)望远镜成像[7-9]等应用。由于各种材料的折射率接近或等于1,因此在软X射线和EUV波段中,通过透射聚焦成像的传统光学部件将不能正常工作。诸如光子筛(PS)的一些衍射光学元件——可以执行这些功能。 2001年,Kipp等人。首先提出了衍射光学元件,如光子筛[1]。光子筛由在区带的区域上随机分布的大量小孔组成。这种衍射光学元件不仅可以具有超分辨率特性,还可以抑制旁瓣效应和高阶衍射[1]。由于光子筛具有这些特性,一些研究人员已经做了大量研究并取得了一些积极成果[11-22]。

目前,光子筛还具有低衍射效率的缺陷。我们测试其在测试中的透光率仅为7%。这在实际应用中是不可接受的。此外,如果光子屏幕用于制造超大口径望远镜,其制造所需的GDSII数据文件是巨大的,大大超过现有的工艺制造水平。因此,利用光子筛制作X射线望远镜来解决上述两个问题具有重要意义。

在本文中,我们提出了一种复合光子筛(CPS)。它在普通光子屏幕半径的中间三分之一处用带环取代了大量小孔。通过模拟具有相同特征尺寸的普通光子筛和复合光子筛,结果表明复合光子筛可以使透射率提高60%,并使制造所需的数据量减少40%。成像实验也证实了这种复合光子筛具有相同的空间分辨率和更好的对比度。

1复合光子筛的特性

光子屏幕的设计原理类似于波带板的设计原理。光子筛被设计成使带的带透明,由随机分布在环上的多个透明微孔组成。从n阶透明环到中心rn的距离和相应的环半径wn分别由等式(1)和(2)给出:其中:f是光子筛的焦距,λ是入射光的波长。焦点上的n阶环上的小孔的衍射场值由等式(3)[11]给出:

其中:J1是一阶贝塞尔函数,d是微孔的直径,w是相应区域环的宽度。当d/w为1.5,3.5,5.5,...时,Un的值最大,可以获得最大强度的焦点[1]。随着d/w的增加,光子筛的空间聚焦能力可以进一步提高,但衍射效率会进一步降低,并且会发生高阶衍射[7,11]。通常在设计中选择d/w=1.5。为了获得更好的聚焦特性,我们使用整形函数来优化每个环上的孔密度[15,19]。

如图1所示,图1(a)和图1(b)是我们设计的普通光子筛和复合光子筛。它们具有相同的设计参数。入射波长λ=355nm,焦距f=0.3μm,直径Ф=17.75mm,最外圈小孔d=9μm,特征尺寸w=6μm,环数n=370。在复合光子筛的半径中间,我们使用带环来代替小孔。我们设计的目的是通过整形功能优化光子筛,并且半径中间的小孔密度最大。大量不同的位置和具有不同孔径的小孔将产生大量数据,因此该部分生成的GDSII文件具有最大量的数据。更换带环后,只有几个圆环,因此制造所需的GDSII文件数据量很小。此外,带环的强度为50%,而光子屏的强度仅为约10%。替换的复合光子屏幕不仅增加了透射率,而且减少了制造所需的数据量。

图2详述了普通光子屏幕和复合光子屏幕之间数据量的差异。图2(a)显示了不同位置的两个组件的数据分布。可以看出,光子筛半径的内部1/3部分(图2(a)I)具有少量数据,并且出去的数据量显着增加。在成形光子筛之后,外环部分中的小孔的密度减小,并且数据量也减少,并且越接近外部越明显。由于光子筛半径内部的数据量不是很大,为了使光子筛的优异的旁瓣抑制特性最大化,我们不改变该部分。另外,半径的外1/3部分(图2(a)III)是光子屏相对于相同特征尺寸的波带板的延伸。该部分中的小孔的直径d小于特征尺寸的1.5倍(9μm)。如果将其改变为带环,则环带的宽度w小于6μm的特征尺寸,这没有意义。因此,我们不会用这个部分替换带环。因此,我们设计了一个复合光子屏幕,用带环代替中间1/3部分(图2(a)II)。从图中可以看出,在替换之后,中间1/3部分的数据量显着减少,从53.67 MB减少到1.43 MB。总数据量从135.7 MB下降到84.8 MB,数据量减少了约40%。图2(b)是普通光子筛和不同口径的复合光子筛的数据量的比较,同时保持相同的数值孔径NA=0.03。从图中可以看出,相同直径的复合光子筛具有比普通光子筛更小的数据量,并且随着光子筛的孔径增加,数据量减少的越来越多。用于制造光子筛掩模的电子束光刻机具有用于在当前制造水平下制造的GDSII布局文件的约2G的极限数据量。随着制造水平的提高,具有复合设计的光子屏幕的直径将远大于普通光子屏幕的直径。这对大口径光子筛望远镜的应用领域具有重要意义。

2复合光子筛聚焦特性的模拟

为了验证复合光子筛的聚焦特性,我们用Matlab软件模拟了108环普通光子筛和具有相同参数的复合光子筛。其中,复合光子筛的12~48环(半径的中间1/3部分)由带环组成。焦点的结果如图3所示。图3(a)显示了光强度分布。可以看出,普通光子筛和复合光子筛具有相同的空间分辨率,焦点处的峰值分别为8 000和13 000。复合光子屏幕可以将透光率提高60%,这归因于嵌入式带环具有比透光孔高得多的透射率。图3(b)是在垂直轴上具有对数坐标的归一化光强度分布图。可以看出,复合光子筛的旁瓣略大于普通光子筛,这部分也是由于嵌入的带环。 。因为光子筛的许多随机分布的小孔叠加在远场中,所以可以有效地抑制旁瓣效应和高阶衍射。将带环嵌入内部而不是小孔的一部分的复合光子筛也导致部分叠加消除效果丧失,使得聚焦旁瓣比普通光子筛更大。为了尽可能地保持光子筛的良好旁瓣抑制效果,我们只将数据密度的中间1/3改为区域环,以便最小化布局数据量并使设备聚焦为尽可能多。特征是最佳的。3复合光子筛成像实验

设计的复合光子筛首先转换为GDSII格式数据文件,常规光子筛和复合光子筛的数据文件分别为135.7 MB和84.8 MB。可以看出,该设计的复合光子屏幕可以将制造数据量减少约40%。之后,我们在石英上蒸镀一层120nm的铬。在电子束光刻和蚀刻之后,获得具有小孔和环形带图案的掩模版。制备的复合光子筛如图4所示,放大部分是在纳米电子显微镜下拍摄的局部细节的放大细节。成像路径如图5所示。为了评估图像的质量,我们创建了一个分辨率版本,其上印有一系列水平和垂直微米线。由于衍射图案由于0级衍射光和入射信号[16,20]的重叠而模糊,我们使用离轴方法进行成像实验。在离轴之后,收集的一级衍射光和0级衍射光与入射信号分离,从而可以获得清晰的成像结果。我们的成像光路是4倍放大率,入射光强度保持不变。

成像结果显示在图6中。图6(a)和(b)分别显示了正常光子筛和复合光子筛的4倍的成像结果。从图中可以看出,普通光子屏和复合光子屏都可以区分10μm线,但前者具有平滑的图像,弱的光强度和模糊的边缘。后一图像更亮,但线条略微混合了一些干涉条纹,这是由波带片的旁瓣引起的,部分是由较大的背景噪声引起的。图6(c)显示了由两个器件形成的图像的10μm线轮廓的强度分布。从该图中可以清楚地看出,复合光子筛具有比普通光子筛更高的衍射效率,并且成像对比度也更高。通过成像实验,我们可以看出复合光子筛具有与普通光子筛相同的分辨率,但是具有少量的制造数据,并且成像的整体效果优于普通光子筛。该结果与先前的模拟结果一致。4。结论

我们提出了一种复合光子筛的设计方法。该装置用带环代替普通光子屏幕半径的中间1/3。通过工艺制备和聚焦模拟,结果表明,与普通光子筛相比,该复合光子筛可以将生产数据量减少约40%,并且可以将衍射效率提高60%。少量数据不仅降低了当前的处理级别要求,而且大大减少了制造时间和成本。衍射效率的提高可以提高其实用性。成像实验结果还表明,复合光子筛具有与普通光子筛相同的空间分辨率,但成像对比度更高,图像质量更好,与模拟结果一致。因此,该复合光子筛在大直径X射线成像领域具有良好的应用前景。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]光子筛,X射线,极紫外光,AOC官方网站,北京世纪奥克

>

下一篇:液晶空间光调制器在自适应光学中的应用