[发明专利]一种带调焦系统的衍射光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学元件技术领域，具体涉及一种带调焦系统的衍射光学元件。

背景技术

衍射光学元件是利用光的衍射现象对光波的波前进行调制，从而实现特定的光学功能的元件的总称。衍射光学元件包括各种光栅、波带片、光子筛等。它们在光谱学、波前整形、光通信、聚焦成像、微细加工等领域获得了广泛的应用。

波带片和光子筛是具有自聚焦能力的衍射光学元件。其中，波带片由透明和不透明圆环交替构成。阻挡菲涅耳半波带中的奇数带或偶数带，在点光源照明下，经它能聚焦获得高强度的像点。波带片的分辨率由其最外环宽度决定。目前的加工工艺可以使其分辨率达到十几纳米，因此它可以应用到微电子光刻领域。

光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件，它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的1.5倍。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉，从而能够有效地抑制旁瓣效应和高级衍射，并且进一步提高分辨率。

利用衍射光学元件进行无掩模光刻，因为其不需要掩模，因此可以大幅度降低光刻的成本，有着广阔的发展前景。但是，目前利用衍射光学元件进行无掩模光刻，还有一些关键技术难题尚未克服，例如焦点的寻找方法等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决衍射光学元件进行无掩模光刻调焦困难的问题，本发明的主要目的在于提供一种带调焦系统的衍射光学元件。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种带调焦系统的衍射光学元件，包括透光衬底和镀在其上的不透光的金属薄膜，所述不透光的金属薄膜上分布有用于光刻的聚焦衍射光学元件和用于调焦的莫尔光栅组合。

上述方案中，所述透光衬底的材料为透光材料，所述透光材料为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。

上述方案中，所述不透光的金属薄膜的材料为铬、金、铝或铜，所述不透光的金属薄膜的厚度大于80nm。

上述方案中，所述聚焦衍射光学元件包括波带片和光子筛，

波带片由一系列透明环带构成，每一透明环带的中心半径为r_n，宽度为w_n，其中：

r_n²＝2nfλ+n²λ²，n＝1，2，3......，

w_n＝λ/2r_n，其中λ为波长，f为焦距；

光子筛由一系列随机分布的透光圆孔构成，该透光圆孔分布在中心半径为r_n，宽度为w_n的环带上，透光圆孔之间不重叠，圆心分布在环带中心半径r_n上，其中：

r_n²＝2nfλ+n²λ²，n＝1，2，3......，

对应r_n上的透光圆孔的直径为：

d_n＝w_n＝λ/2r_n，其中λ为波长，f为焦距。

上述方案中，所述莫尔光栅组合包括两组光栅，其周期分别是P₁、P₂，一束以θ角入射的激光照在周期为P₁的光栅上，其-1级衍射峰经过硅片面反射后再入射到周期为P₂的光栅上，与周期为P₂的光栅产生干涉，形成差动莫尔条纹；该差动莫尔条纹再通过探测器加以收集，当硅片面和版图面之间的间隙发生改变时，莫尔条纹也会发生位移，从而通过探测器得以呈现。

上述方案中，所述当硅片面和版图面之间的间隙发生改变时，莫尔条纹也会发生位移，从而通过探测器得以呈现，具体包括：

当所述间隙变化时，引起的光程差变化为：