[发明专利]利用反射泰铂效应成像的方法及其应用及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光加工半导体材料的方法及其应用和装置，尤其是一种利用反射泰铂效应成像的方法及其应用和装置。

背景技术

当今的光子化技术已渗透各个科技与产业领域，泰铂（Talbot）效应为透射周期性结构样品的自成像效应，故只能用于薄的周期性结构透射样品。传统的透射Talbot效应在成像与信息业已有好的应用，但该应用仅局限在周期性结构的薄透射样品中。在硅芯片生产过程中，通过光子加工在硅芯片上形成微结构，而为了确保生产质量，需要对该微结构进行放大与显微监控，而现有技术要实现硅芯片上的微结构的放大与显微监控，需要较为麻烦的操作，而且无法实现在线的放大与显微监控，影响了生产效率。

发明内容

本发明的目的是：提供一种利用反射泰铂效应成像的方法及其应用及装置，它可实现不透明的周期结构样品的反射自成像，将其引用在硅基上的光子晶体与波导的光子制备中，能对真空腔中的样品实现在线的反射泰铂成像放大与显微分析，极大的简化了硅基上微结构的放大与显微工序，提高了生产效率，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：利用反射泰铂效应成像的方法，用激光束作照明光源，通过光路修整激光的波形后，对不透明的周期结构样品进行照射，使照射后产生的反射光束在反射泰铂像屏上成像。

利用反射泰铂效应成像的方法实现微结构放大与显微分析的应用，使激光的高斯波经过汇聚透镜后，进入定标光路中进行修整，获得高斯平面波，使高斯平面波照射在反射样品上，并成像于反射泰铂像屏上，实现对反射泰铂像的成像距离的校准；再将定标光路切换为放大光路，使激光的高斯波经过汇聚透镜后，进入放大光路中进行修整，获得高斯球面波，使高斯球面波照射在反射样品上，并成像于反射泰铂像屏上，从而实现利用反射泰铂效应对微结构进行放大与显微分析。

用波长为532nm或632.8nm的激光束作照明光源，整形激光束后照射到不透明周期性结构样品上形成反射泰铂像。

通过调控成像的衍射级次，从而提高精细结构的分辨率；通过调控放大光路修整球面波的波阵面，从而得到所需的反射泰铂像的放大率。

在定标光路中进行修正具体是指，激光的高斯波经过汇聚透镜后，先沿逆光路进入望远镜的目镜，再从望远镜的物镜出光，最后经透镜修整波形，获得激光的高斯平面波作反射泰铂成像的定标光源。

在放大光路中进行修整具体是指，激光的高斯波经过汇聚透镜后，先经扩束透镜放大光束，再经透镜修整波形，获得激光的高斯球面波作反射泰铂成像的放大光源。

利用反射泰铂效应成像的方法实现微结构放大与显微分析的装置，包括光源，在光源的射出光路上设有汇聚透镜，在汇聚透镜的射出光路上设有可相互切换的定标光路及放大光路，在光路修整结构的射出光路上设有样品放置台，在样品放置台的反射光路上最终设有反射泰铂像屏。

样品放置台处于真空腔内。

定标光路沿激光的照射路径，依次为目镜、物镜及透镜。

放大光路沿激光的照射路径，依次为扩束透镜及透镜。

通常的泰铂效应是一维和二维光栅透射样品的衍射自成像，本发明发现了反射泰铂效应，并利用该效应对周期性结构的非透射样品进行反射泰铂效应成像，本发明中的反射泰铂效应是在硅基上构建的一维和二维光子晶体上的反射泰铂自成像，其像结构不仅有一维和二维的周期性结构，还有较高分辨率的精细结构。

利用高斯平面波照射反射样品产生反射泰铂像的理论推导与实验给出：高斯平面波照明的反射泰铂像是等间距相邻像，其成像距离r₂为：

r₂ = r_m= mβ                                      [1] 

β = (2 d²)/λ                                       [2]

式中的d为光栅常数，λ是照射光源波长，m是正整数。

利用高斯球面波照射反射样品产生反射泰铂像的理论推导与实验给出：球面波照明的反射Talbot像是非等间距相邻像，其成像距离r₂为：

r_m= mβ/ [1- (mβ)/ R₁]                            [3]

β = (2 d²)/λ                                     [4]