專利名稱：利用反射泰鉑效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用激光加工半導(dǎo)體材料的裝置，尤其是一種利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的光子化技術(shù)已滲透各個(gè)科技與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，泰鉬(Talbot)效應(yīng)為透射周期性結(jié)構(gòu)樣品的自成像效應(yīng)，故只能用于薄的周期性結(jié)構(gòu)透射樣品。傳統(tǒng)的透射Talbot效應(yīng)在成像與信息業(yè)已有好的應(yīng)用，但該應(yīng)用僅局限在周期性結(jié)構(gòu)的薄透射樣品中。在硅芯片生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)光子加工在硅芯片上形成微結(jié)構(gòu)，而為了確保生產(chǎn)質(zhì)量，需要對(duì)該微結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大與顯微監(jiān)控，而現(xiàn)有技術(shù)要實(shí)現(xiàn)硅芯片上的微結(jié)構(gòu)的放大與顯微監(jiān)控，需要較為麻煩的操作，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線的放大與顯微監(jiān)控，影響了生產(chǎn)效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是:提供一種利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，它可實(shí)現(xiàn)不透明的周期結(jié)構(gòu)樣品的反射自成像，將其引用在硅基上的光子晶體與波導(dǎo)的光子制備中，能對(duì)真空腔中的樣品實(shí)現(xiàn)在線的反射泰鉬成像放大與顯微分析，極大的簡(jiǎn)化了硅基上微結(jié)構(gòu)的放大與顯微工序，提高了生產(chǎn)效率，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，包括光源，在光源的射出光路上設(shè)有匯聚透鏡，在匯聚透鏡的射出光路上設(shè)有可相互切換的定標(biāo)光路及放大光路，在光路修整結(jié)構(gòu)的射出光路上設(shè)有樣品放置臺(tái)，在樣品放置臺(tái)的反射光路上最終設(shè)有反射泰鉬像屏。樣品放置臺(tái)處于真空腔內(nèi)。
定標(biāo)光路沿激光的照射路徑，依次為目鏡、物鏡及透鏡。放大光路沿激光的照射路徑，依次為擴(kuò)束透鏡及透鏡。通常的泰鉬效應(yīng)是一維和二維光柵透射樣品的衍射自成像，本實(shí)用新型發(fā)現(xiàn)了反射泰鉬效應(yīng)，并利用該效應(yīng)對(duì)周期性結(jié)構(gòu)的非透射樣品進(jìn)行反射泰鉬效應(yīng)成像，本實(shí)用新型中的反射泰鉬效應(yīng)是在硅基上構(gòu)建的一維和二維光子晶體上的反射泰鉬自成像，其像結(jié)構(gòu)不僅有一維和二維的周期性結(jié)構(gòu)，還有較高分辨率的精細(xì)結(jié)構(gòu)。利用高斯平面波照射反射樣品產(chǎn)生反射泰鉬像的理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)給出:高斯平面波照明的反射泰鉬像是等間距相鄰像，其成像距離r2為:T2 = rm= ηιβ[I]β = (2 d2)/A[2]式中的d為光柵常數(shù)，λ是照射光源波長(zhǎng)，m是正整數(shù)。利用高斯球面波照射反射樣品產(chǎn)生反射泰鉬像的理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)給出:球面波照明的反射Talbot像是非等間距相鄰像，其成像距離r2為:rm= mβ / [1- (πιβ )/ R1][3][0015]β = (2 (12)/λ[4]式中的R1為照明球面波在樣品處的曲率半徑。球面波照明的反射Talbot像的放大率為:Mm = I + rm/ R1[5]根據(jù)以上公式可以得知，通過(guò)調(diào)控放大光路修整球面波的波陣面，即可得所需的反射泰鉬像的放大率。由于采用上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用激光作為光源，通過(guò)光路修整激光的波形后，對(duì)不透明的周期結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行照射，使照射后產(chǎn)生反射自成像。并利用該成像原理可實(shí)現(xiàn)對(duì)微結(jié)構(gòu)的放大與顯微分析；同時(shí)設(shè)計(jì)了一套對(duì)應(yīng)于反射泰鉬成像的光路結(jié)構(gòu)和用于成像照明的波前整形技術(shù)。通常的泰鉬效應(yīng)是一維和二維光柵透射樣品的衍射自成像，而本實(shí)用新型是在硅基上構(gòu)建的一維和二維光子晶體上的反射泰鉬自成像，其像結(jié)構(gòu)不僅有一維和二維的周期性結(jié)構(gòu)，還有較高分辨率的精細(xì)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可應(yīng)用于各種激光微加工結(jié)構(gòu)的觀察與控制系統(tǒng)中，特別是在硅基上的光子晶體與波導(dǎo)的光子制備中，它能對(duì)真空腔中的樣品實(shí)現(xiàn)在線的反射泰鉬成像放大與顯微分析，極大的簡(jiǎn)化了硅基上微結(jié)構(gòu)的放大與顯微工序，提高了生產(chǎn)效率。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化，應(yīng)用效果好。

圖1為實(shí)施例1的反射泰鉬成像定標(biāo)光路結(jié)構(gòu)圖；圖2為實(shí)施例1的反射泰鉬放大成像光路結(jié)構(gòu)圖；圖3為實(shí)施例1的反射樣品的顯微結(jié)構(gòu)圖；圖4為實(shí)施例2的反射泰鉬成`像定標(biāo)光路結(jié)構(gòu)圖；圖5為實(shí)施例2的反射泰鉬放大成像光路結(jié)構(gòu)圖；圖6為實(shí)施例2的反射樣品的顯微結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例1:利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，包括光源1，在光源I的射出光路上設(shè)有匯聚透鏡2，在匯聚透鏡2的射出光路上設(shè)有可相互切換的定標(biāo)光路及放大光路；定標(biāo)光路沿激光的照射路徑，依次為目鏡3-1、物鏡3-2及透鏡5 ;放大光路沿激光的照射路徑，依次為擴(kuò)束透鏡4及透鏡5 ;在光路修整結(jié)構(gòu)的射出光路上設(shè)有樣品放置臺(tái)6，在樣品放置臺(tái)6的反射光路上設(shè)有反射泰鉬像屏7。光路切換至定標(biāo)光路時(shí)，其光路結(jié)構(gòu)如圖1所示；當(dāng)光路切換至放大光路時(shí)，其光路結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用1064nm波長(zhǎng)的調(diào)Q納秒脈沖激光在P型硅片上制備出一維和二維的光子晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的周期間隔尺寸分布從0.1mm到0.8mm，該樣品以下簡(jiǎn)稱反射樣品；利用反射泰鉬效應(yīng)成像的方法對(duì)該反射樣品的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大與顯微分析。利用反射泰鉬效應(yīng)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)放大與顯微分析的方法，先采用相干性很好的532nm (綠光)波長(zhǎng)的激光作為成像光源1，使激光的高斯波經(jīng)過(guò)匯聚透鏡2后，先沿逆光路進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的目鏡3-1，再?gòu)耐h(yuǎn)鏡的物鏡3-2出光，最后經(jīng)透鏡5修整波形，獲得激光的高斯平面波，使高斯平面波照射在反射樣品上，并成像于反射泰鉬像屏7上，由于高斯平面波照明的反射泰鉬像是等間距相鄰像，其成像距離r2為:r2 = rm= m ββ = (2 (12)/λ式中的d為光柵常數(shù)，λ是照射光源波長(zhǎng)，m是正整數(shù)；根據(jù)上述公式的計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)對(duì)反射泰鉬像的成像距離的校準(zhǔn)；再將定標(biāo)光路切換為放大光路，使激光的高斯波經(jīng)過(guò)匯聚透鏡2后，先經(jīng)擴(kuò)束透鏡4放大光束，再經(jīng)透鏡5修整波形，獲得高斯球面波，使高斯球面波照射在反射樣品上，并成像于反射泰鉬像屏7上，從而實(shí)現(xiàn)利用反射泰鉬效應(yīng)對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大與顯微分析，反射樣品的顯微結(jié)構(gòu)如圖3所示；高斯球面波照明的反射泰鉬像是非等間距相鄰像，其成像距離r2為:rm= mβ / [1- (πιβ )/ R1]β = (2 d2)A式中的R1為照明球面波在樣品處的曲率半徑。球面波照明的反射Talbot像的放大率為:Mm = I + rj R1根據(jù)上述公式可得知，通過(guò)調(diào)控放大光路可以修整高斯球面波的波陣面，從而得到所需的反射泰鉬像的放大率。本實(shí)用新型的實(shí)施例2:利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，包括光源1，在光源I的射出光路上設(shè)有匯聚透鏡2，在匯聚透鏡2的射出光路上設(shè)有可相互切換的定標(biāo)光路及放大光路；定標(biāo)光路沿激光的照射路徑，依次為目鏡3-1、物鏡3-2及透鏡5 ;放大光路沿激光的照射路徑，依次為擴(kuò)束透鏡4及透鏡5 ;在光路修整結(jié)構(gòu)的射出光路上設(shè)有樣品放置臺(tái)6，在樣品放置臺(tái)6的反射光路上最終設(shè)有反射泰鉬像屏7，樣品放置臺(tái)6處于真空腔8內(nèi)。光路切換至定標(biāo)光路時(shí)，其光路結(jié)構(gòu)如圖4所示；當(dāng)光路切換至放大光路時(shí)，其光路結(jié)構(gòu)如圖5所示。在真空腔體中對(duì)半導(dǎo)體硅片進(jìn)行脈沖激光等離子體刻蝕(PLE)過(guò)程中，利用反射泰鉬成像的方法對(duì)加工樣品進(jìn)行在線放大與顯微分析，實(shí)現(xiàn)脈沖激光等離子體加工的實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用反射泰鉬效應(yīng)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)放大與顯微分析的方法，采用相干性很好的632.Snm (紅光)波長(zhǎng)的激光作為成像光源I，使激光的高斯波經(jīng)過(guò)匯聚透鏡2后，先沿逆光路進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的目鏡3-1，再?gòu)耐h(yuǎn)鏡的物鏡3-2出光，最后經(jīng)透鏡5修整波形，獲得激光的高斯平面波，使高斯平面波照射反射樣品上，并成像于反射泰鉬像屏7上，由于高斯平面波照明的反射泰鉬像是等間距相鄰像，其成像距離r2為:r2 = rm= m ββ = (2 d2)A式中的d為光柵常數(shù)，λ是照射光源波長(zhǎng)，m是正整數(shù)；根據(jù)上述公式的計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)對(duì)反射泰鉬像的成像距離的校準(zhǔn)；再將定標(biāo)光路切換為放大光路，使激光的高斯波經(jīng)過(guò)匯聚透鏡2后，先經(jīng)擴(kuò)束透鏡4放大光束，再經(jīng)透鏡5修整波形，獲得高斯球面波，使高斯球面波照射在置于真空腔8中的硅基二維光子晶體反射樣品，并成像于反射泰鉬像屏7上，從而實(shí)現(xiàn)利用反射泰鉬效應(yīng)對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大與顯微分析，反射樣品的顯微結(jié)構(gòu)如圖6所示；高斯球面波照明的反射泰鉬像是非等間距相鄰像，其成像距離1"2為:rm = mβ / [I— (πιβ )/ R1]β = (2 (12)/λ式中的R1為照明球面波在樣品處的曲率半徑。球面波照明的反射泰鉬像的放大率為:Mm = I + rm/ R1通過(guò)調(diào)控放大光路可以修整球面波的波陣面，從而得到所需的反射泰鉬像的放大率。利用反射泰鉬成像方法對(duì)加工硅基二維光子晶體反射樣品進(jìn)行在線放大與實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了光子加工質(zhì)量與精度，實(shí)現(xiàn)了脈沖激光等離子體在硅基上的可控加工，圖6顯示該方法制備出的帶Hl缺陷的硅基二維光子晶體結(jié)構(gòu)樣品。
權(quán)利要求1.一種利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，包括光源(1)，其特征在于:在光源(O的射出光路上設(shè)有匯聚透鏡(2)，在匯聚透鏡(2)的射出光路上設(shè)有可相互切換的定標(biāo)光路及放大光路，在光路修整結(jié)構(gòu)的射出光路上設(shè)有樣品放置臺(tái)(6)，在反射光路上設(shè)有反射泰鉬像屏(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，其特征在于:樣品放置臺(tái)(6)處于真空腔(8)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，其特征在于:定標(biāo)光路沿激光的照射路徑，依次為目鏡(3-1)、物鏡(3-2 )及透鏡(5 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反射泰鉬效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，其特征在于:放大光路沿激光的照射路徑，依次為擴(kuò)束透鏡(4 )及透鏡(5 )。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用反射泰鉑效應(yīng)成像的微結(jié)構(gòu)放大裝置，包括光源(1)，在光源(1)的射出光路上設(shè)有匯聚透鏡(2)，在匯聚透鏡(2)的射出光路上設(shè)有可相互切換的定標(biāo)光路及放大光路，在光路修整結(jié)構(gòu)的射出光路上設(shè)有樣品放置臺(tái)(6)，在反射光路上設(shè)有反射泰鉑成像屏(7)。本實(shí)用新型采用激光作為光源，通過(guò)光路修整激光的波形后，對(duì)不透明的周期結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行照射，使照射后產(chǎn)生反射自成像。本實(shí)用新型可應(yīng)用于各種激光微加工結(jié)構(gòu)的觀察與控制系統(tǒng)中，特別是在硅基上的光子晶體與波導(dǎo)的光子制備中，它能對(duì)真空腔中的樣品實(shí)現(xiàn)在線的反射泰鉑成像放大與顯微分析，極大的簡(jiǎn)化了硅基上微結(jié)構(gòu)的放大與顯微工序，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G02B27/09GK203037932SQ201220424419
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月26日
發(fā)明者黃偉其 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)