利用反射泰鉑效應成像的微結構放大裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種利用反射泰鉑效應成像的微結構放大裝置，包括光源（1），在光源（1）的射出光路上設有匯聚透鏡（2），在匯聚透鏡（2）的射出光路上設有可相互切換的定標光路及放大光路，在光路修整結構的射出光路上設有樣品放置臺（6），在反射光路上設有反射泰鉑成像屏（7）。本實用新型專利技術采用激光作為光源，通過光路修整激光的波形后，對不透明的周期結構樣品進行照射，使照射后產生反射自成像。本實用新型專利技術可應用于各種激光微加工結構的觀察與控制系統中，特別是在硅基上的光子晶體與波導的光子制備中，它能對真空腔中的樣品實現在線的反射泰鉑成像放大與顯微分析，極大的簡化了硅基上微結構的放大與顯微工序，提高了生產效率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種利用激光加工半導體材料的裝置，尤其是一種利用反射泰鉬效應成像的微結構放大裝置。
技術介紹
當今的光子化技術已滲透各個科技與產業領域，泰鉬(Talbot)效應為透射周期性結構樣品的自成像效應，故只能用于薄的周期性結構透射樣品。傳統的透射Talbot效應在成像與信息業已有好的應用，但該應用僅局限在周期性結構的薄透射樣品中。在硅芯片生產過程中，通過光子加工在硅芯片上形成微結構，而為了確保生產質量，需要對該微結構進行放大與顯微監控，而現有技術要實現硅芯片上的微結構的放大與顯微監控，需要較為麻煩的操作，而且無法實現在線的放大與顯微監控，影響了生產效率。
技術實現思路
本技術的目的是:提供一種利用反射泰鉬效應成像的微結構放大裝置，它可實現不透明的周期結構樣品的反射自成像，將其引用在硅基上的光子晶體與波導的光子制備中，能對真空腔中的樣品實現在線的反射泰鉬成像放大與顯微分析，極大的簡化了硅基上微結構的放大與顯微工序，提高了生產效率，以克服現有技術的不足。本技術是這樣實現的:利用反射泰鉬效應成像的微結構放大裝置，包括光源，在光源的射出光路上設有匯聚透鏡，在匯聚透鏡的射出光路上設有可相互切換的定標光路及放大光路，在光路修整結構的射出光路上設有樣品放置臺，在樣品放置臺的反射光路上最終設有反射泰鉬像屏。樣品放置臺處于真空腔內。定標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，依次為擴束透鏡及透鏡。通常的泰鉬效應是一維和二維光柵透射樣品的衍射自成像，本技術發現了反射泰鉬效應，并利用該效應對周期性結構的非透射樣品進行反射泰鉬效應成像，本技術中的反射泰鉬效應是在硅基上構建的一維和二維光子晶體上的反射泰鉬自成像，其像結構不僅有一維和二維的周期性結構，還有較高分辨率的精細結構。利用高斯平面波照射反射樣品產生反射泰鉬像的理論推導與實驗給出: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= ηιββ = (2 d2)/A式中的d為光柵常數，λ是照射光源波長，m是正整數。利用高斯球面波照射反射樣品產生反射泰鉬像的理論推導與實驗給出: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 / 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Talbot像的放大率為:Mm = I + rm/ R1根據以上公式可以得知，通過調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方案，與現有技術相比，本技術采用激光作為光源，通過光路修整激光的波形后，對不透明的周期結構樣品進行照射，使照射后產生反射自成像。并利用該成像原理可實現對微結構的放大與顯微分析；同時設計了一套對應于反射泰鉬成像的光路結構和用于成像照明的波前整形技術。通常的泰鉬效應是一維和二維光柵透射樣品的衍射自成像，而本技術是在硅基上構建的一維和二維光子晶體上的反射泰鉬自成像，其像結構不僅有一維和二維的周期性結構，還有較高分辨率的精細結構。本技術可應用于各種激光微加工結構的觀察與控制系統中，特別是在硅基上的光子晶體與波導的光子制備中，它能對真空腔中的樣品實現在線的反射泰鉬成像放大與顯微分析，極大的簡化了硅基上微結構的放大與顯微工序，提高了生產效率。本技術結構簡單，易于產業化，應用效果好。附圖說明圖1為實施例1的反射泰鉬成像定標光路結構圖；圖2為實施例1的反射泰鉬放大成像光路結構圖；圖3為實施例1的反射樣品的顯微結構圖；圖4為實施例2的反射泰鉬成`像定標光路結構圖；圖5為實施例2的反射泰鉬放大成像光路結構圖；圖6為實施例2的反射樣品的顯微結構圖。具體實施方式本技術的實施例1:利用反射泰鉬效應成像的微結構放大裝置，包括光源1，在光源I的射出光路上設有匯聚透鏡2，在匯聚透鏡2的射出光路上設有可相互切換的定標光路及放大光路；定標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，依次為擴束透鏡4及透鏡5 ;在光路修整結構的射出光路上設有樣品放置臺6，在樣品放置臺6的反射光路上設有反射泰鉬像屏7。光路切換至定標光路時，其光路結構如圖1所示；當光路切換至放大光路時，其光路結構如圖2所示。采用1064nm波長的調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構，該結構的周期間隔尺寸分布從0.1mm到0.8mm，該樣品以下簡稱反射樣品；利用反射泰鉬效應成像的方法對該反射樣品的微結構進行放大與顯微分析。利用反射泰鉬效應實現微結構放大與顯微分析的方法，先采用相干性很好的532nm (綠光)波長的激光作為成像光源1，使激光的高斯波經過匯聚透鏡2后，先沿逆光路進入望遠鏡的目鏡3-1，再從望遠鏡的物鏡3-2出光，最后經透鏡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，λ是照射光源波長，m是正整數；根據上述公式的計算即可實現對反射泰鉬像的成像距離的校準；再將定標光路切換為放大光路，使激光的高斯波經過匯聚透鏡2后，先經擴束透鏡4放大光束，再經透鏡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，從而實現利用反射泰鉬效應對微結構進行放大與顯微分析，反射樣品的顯微結構如圖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 / 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根據上述公式可得知，通過調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。本技術的實施例2:利用反射泰鉬效應成像的微結構放大裝置，包括光源1，在光源I的射出光路上設有匯聚透鏡2，在匯聚透鏡2的射出光路上設有可相互切換的定標光路及放大光路；定標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，依次為擴束透鏡4及透鏡5 ;在光路修整結構的射出光路上設有樣品放置臺6，在樣品放置臺6的反射光路上最終設有反射泰鉬像屏7，樣品放置臺6處于真空腔8內。光路切換至定標光路時，其光路結構如圖4所示；當光路切換至放大光路時，其光路結構如圖5所示。在真空腔體中對半導體硅片進行脈沖激光等離子體刻蝕(PLE)過程中，利用反射泰鉬成像的方法對加工樣品進行在線放大與顯微分析，實現脈沖激光等離子體加工的實時監控。利用反射泰鉬效應實現微結構放大與顯微分析的方法，采用相干性很好的632.Snm (紅光)波長的激光作為成像光源I，使激光的高斯波經過匯聚透鏡2后，先沿逆光路進入望遠鏡的目鏡3-1，再從望遠鏡的物鏡3-2出光，最后經透鏡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，λ是照射本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用反射泰鉑效應成像的微結構放大裝置，包括光源（1），其特征在于：在光源（1）的射出光路上設有匯聚透鏡（2），在匯聚透鏡（2）的射出光路上設有可相互切換的定標光路及放大光路，在光路修整結構的射出光路上設有樣品放置臺（6），在反射光路上設有反射泰鉑像屏（7）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃偉其，
申請(專利權)人：貴州大學，
類型：實用新型
國別省市：