高线密度X射线透射光栅的制作工艺

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1、万方数据第28卷第12期2007年12月半导体学报CHINESEJOURNALOFSEMICoNDUCTORSVol-28NO．12Dec．，2007高线密度X射线透射光栅的制作工艺*朱效立1马杰1曹磊峰2杨家敏2谢常青1’’刘明1陈宝钦1牛洁斌1张庆钊1姜骥1赵珉1叶甜春1(1中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室，北京100029)(2中国工程物理研究院激光聚变中心，绵阳621900)摘要：采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术，成功制作了面积为10ramX0．5mm，周期为500nm，占空比为1：1．金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积

2、透射光栅．首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的x射线光刻掩模，然后利用x射线光刻经济、高效地复制x射线透射光栅．整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点，并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条．最后，测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰，实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性．关键词：电子束光刻；透射光栅IX射线光刻；X射线衍射光学元件EEACC：2550Nf4145}7450中图分类号：TN405文献标识码：A文章编号：0253-4177(2007)12-2006-051引言透射光栅通常作为核心器件广泛应用

3、在许多光学系统中，起着色散、分束、偏振和位相匹配等作用．人们利用光栅的色散特性制成了X射线光谱仪，不仅可以分析物质的组成成分，而且也是探测恒星、星系和宇宙的强有力的工具．1999年美国哥伦比亚号航天飞机送人太空的钱德拉X射线天文望远镜，其核心元件包括336块高、中能X射线透射光栅H1；美国国家点火装置中靶核的黑腔能量诊断系统也是由若干块高能X射线透射光栅组成的[2]．同时，人们对光栅的各种制作技术进行了大量的研究r3~6]．线密度光栅的制作方法通常有机械刻划和全息光刻两种．机械刻划需要复杂的精密机械控制系统，刻划一块质量良好的高线密度光栅是极其困难的，稍有不慎就功亏一篑

4、．全息光刻是利用光的干涉条纹对光刻胶进行曝光的方法，然后将光刻胶图形转移到下面的抗反射层，通过微电镀的方法形成重金属吸收体．麻省理工学院纳米空间中心的科学家成功制备了5000线、周期200nm的高线密度X射线透射光栅，并在美国、法国和印度的激光惯性约束核聚变装置(ICF)上得到了应用[7~9]．但是，全息光刻是利用光的干涉形成正弦分布的光强获得光刻胶图形，图形的边缘并不光滑．这种不光滑的图形在随后进行的刻蚀和微电镀工艺中被精确地转移到了金属层上．另外，利用刻蚀技术很难得到侧壁陡直的光栅截面，得到的截面呈梯形或者倒梯形形状．根据理论模拟的结果，光栅的衍射效率取决于栅线条的

5、截面，也与栅线条的漫散射程度密切相关[1引．所以，采用全息光刻和刻蚀技术制作的透射光栅在一定程度上降低了其衍射效率．人们也对高线密度光栅的其他加工技术广泛进行了研究，例如x射线全息光刻、纳米压印、电子束光刻和x射线光刻等．但是，除了紫外光全息光刻，鲜有采用其他方法成功制作实用化的高线密度X射线透射光栅的报道．原因就在于支撑薄膜工艺、纳米级图形的分辨能力、亚微米厚度的金属层图形的转移技术和工艺成本等诸多因素．本文将介绍采用电子束光刻、X射线光刻复制和微电镀技术制作高线密度X射线透射光栅．采用电子束光刻和微电镀的方法制作X射线光刻的掩模版，然后利用X射线光刻和微电镀技术复制

6、高线密度X射线透射光栅．尽管电子束光刻因为其串行的加工方式具有极低的效率，但是它具有图形发生能力和最高的分辨率(约3nm)，在微电子工业和纳米加工领域一直发挥着重要的作用[1¨．X射线光刻的优点在于较高的效率、纳米级的分辨率和极强的穿透能力，在制作具有陡直剖面的纳米级图形方面具有独一无二的优势n2’13]．微电镀技术的优点是可-国家重点基础研究发展规划(批准号：2007CB935302)，国家高技术研究发展计划(批准号t2006AA843134)和国家自然科学基金(批准号t90607022)资助项目t通信作者．Email：xiechangqing@ime．ac．cn20

7、07．05．11收到，2007．07．24定穑@2007中国电子学会万方数据第12期朱效立等：高线密度X射线透射光栅的制作工艺图1X射线透射光栅的横截面图Fig．1Cross-sectionofX·raytransmissiongratings以将图形精确转移到金属层，而且金属层的厚度可以和光刻胶的厚度一样，这更是普通蒸发．剥离技术做不到的．高线密度x射线透射光栅对纳米加工技术提出的要求就是：纳米级的分辨能力、较高的效率和陡直剖面，因而特别适合采用电子束光刻、X射线光刻复制技术和微电镀技术进行加工．集成镂空薄膜衬底制备、电子束光刻、X射线