[发明专利]X射线自支撑闪耀透射光栅的制备方法

说明书

本发明适用于光栅微纳米加工技术领域，提供了一种X射线自支撑闪耀透射光栅的制备方法，制备方法以金属催化刻蚀为核心，金属催化刻蚀的原理是：与金属掩模接触的硅在金属的催化作用下与刻蚀液发生反应而溶解，从而向下刻蚀形成与掩模一致的微结构，该方法制作的光栅支撑结构不会向底部展宽，从而满足光栅有效使用面积大的要求；金属催化刻蚀是湿法刻蚀法，光栅侧壁非常光滑，可以达到10⁰nm RMS量级；金属催化刻蚀技术不需要对准，工艺更为简单。总的来说，本发明与现有技术相比，其有益技术效果体现在：能同时满足X射线自支撑闪耀透射光栅的大有效面积和侧壁光滑的需求；不需要对准，工艺更为简单。

技术领域

本发明属于光栅微纳米加工技术领域，提供了一种X射线自支撑闪耀透射光栅的制备方法。

背景技术

X射线自支撑闪耀透射光栅因其宽带高效高分辨的优点，在惯性约束聚变等离子体诊断、天文物理和X射线相衬成像等领域有巨大的应用需求。

现有技术中,制作X射线自支撑闪耀透射光栅的方法有两种。

一种是以<110>单晶硅各向异性湿法刻蚀技术为核心的工艺方法(郑衍畅.高线密度X射线自支撑闪耀透射光栅的制作[D].中国科学技术大学,2015)，该方法所制作的光栅支撑结构受限于晶向而向底部展宽导致光栅有效使用面积很小。同时，该方法要求光栅掩模线条与硅片的垂直<111>晶向精确对准，精度要求在10^-2度量级，工艺难度大。另外，与工艺流程主线配套，还要并行辅助以对准工艺副线，导致整个光栅制作工艺复杂。

二是以Bosch深反应离子刻蚀技术为核心的工艺方法。该方法能够解决上一种方法存在的光栅有效使用面积小的问题。但存在着光栅侧壁粗糙的问题，粗糙度一般在10¹nmRMS量级，这是由Bosch深反应离子刻蚀的原理决定的。粗糙的侧壁会对入射的X射线进行散射，降低光栅的衍射效率，尤其对高能区X射线影响更大。

发明内容

本发明实施例提供一种X射线自支撑闪耀透射光栅的制备方法，旨在解决以<110>单晶硅各向异性湿法刻蚀技术存在着有效使用面积小，及Bosch深反应离子刻蚀技术存在着光栅侧壁粗糙的问题。

本发明是这样实现的，一种X射线自支撑闪耀透射光栅的制备方法，制备方法包括如下步骤：

S1、以SOI硅片为基底，在基底的上表面镀Cr膜，在下表面镀氮化硅膜；

S2、在基片上表面及下表面分别涂布光刻胶，利用紫外光刻在上表面制作光栅支撑结构掩模，在下表面制作光栅外框掩模；

S3、在下表面通过反应离子刻蚀氮化硅膜，在上表面湿法刻蚀Cr膜；

S4、去除上表面及下表面的光刻胶；

S5、在基片上表面依次涂布减反膜和光刻胶；

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

S7、反应离子刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到减反膜中；

S8、上表面垂直基片向下沉积催化金属，催化金属为金、银或铂；

S9、去除光刻胶、减反膜、Cr膜、及附着于光刻胶和Cr膜上的催化金属；

S10、在基底上表面涂布耐碱保护胶；

S11、腐蚀下表面的单晶硅，腐蚀截止至中间SiO₂层；

S12、去除耐碱保护胶；

S13、去除氮化硅以及窗口内中间SiO₂层；