[发明专利]X射线金透射光栅的制备方法

说明书

本发明公开了一种X射线金透射光栅的制备方法，该方法先使用金属催化刻蚀技术制作大槽深、侧壁陡直且光滑的硅光栅掩模，然后在硅光栅掩模槽中电镀沉积黄金，最后去掉硅光栅掩模获得大槽深、侧壁陡直且光滑的金透射光栅。本发明与现有技术相比，其有益技术效果体现在：能制作出大槽深、侧壁陡直且光滑的金透射光栅。

技术领域

本发明属于光栅微纳米加工技术领域，具体涉及一种X射线金透射光栅的制备方法。

背景技术

金透射光栅结构简单，立体角大，光谱范围宽，能够方便地同时间和空间分辨仪器相结合，以金透射光栅为色散元件的透射光栅谱仪，被广泛应用于激光惯性约束核聚变等离子体诊断、X射线天体物理学等领域。目前，等离子体诊断及天体物理学领域中金透射光栅的使用波段要求达到亚千电子伏，甚至更高能量，为实现高能X射线能谱分辨和获得较高的衍射效率，要求在提高光栅线密度的基础上，增加槽深(金光栅线条高度)至500nm以上，且要保证栅线侧壁的陡直度和光滑度。

现有技术中,制作X射线金透射光栅的方法有两种，全息光刻-电镀沉积与电子束光刻-电镀沉积。两种工艺技术的共同点在于先光刻制作光刻胶光栅掩模，然后在掩模光栅槽中沉积黄金，最后去掉光刻胶掩模获得金光栅线条。掩模的高度决定最终制作的金光栅的槽深，掩模栅线侧壁的陡直度及粗糙度决定电镀获得的金光栅线条侧壁陡直度与光滑程度，并最终影响光栅的性能。然而，全息光刻与电子束光刻制作光刻胶掩模的高度是有限的，尤其对于高线密度光栅，产生深度大于500nm的光刻胶掩模难度非常大，且用于电镀的掩模光栅线条侧壁的陡直度及光滑度有待于提高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种X射线金透射光栅的制备方法，目的是解决现有技术制备的金透射光栅槽深小，光栅线条侧壁陡直度和光滑度不足的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种X射线金透射光栅的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、以SOI硅片为基底，在基底的上表面依次镀金膜和铬膜，在基底下表面镀氮化硅膜，以形成基片；

S2、在基片上表面及下表面分别涂覆光刻胶，利用紫外光刻在基片上表面制作支撑结构光刻胶掩模，在基片下表面制作光栅外框光刻胶掩模；

S3、分别去除基片上表面及下表面非掩模区域的氮化硅膜和铬膜；

S4、去除基片上表面及下表面的光刻胶；

S5、在基片上表面依次涂覆减反膜和光刻胶；

S6、全息光刻制作光刻胶光栅掩模，光栅掩模的延伸方向垂直于光栅支撑结构的延伸方向；

S7、通过反应离子刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到减反膜中；

S8、通过离子束刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到金膜中；

S9、清除基片上表面残余的光刻胶、减反膜和铬膜，并在下表面涂覆保护胶；

S10、将基片放入由氢氟酸与氧化剂组成的刻蚀液中进行金属催化刻蚀；

S11、把基片放在镀金电解液中，在上表面电镀沉积金；

S12、去除基片下表面保护胶，在基片上表面涂覆保护胶；

S13、刻蚀掉底层非掩模区域单晶硅；

S14、去除上表面的保护胶；

S15、刻蚀掉顶层单晶硅；

S16、去除氮化硅及窗口内中间SiO₂层，清洗干燥，得到X射线金透射光栅。