近场全息制作软X射线衍射光栅的相关问题研究

发布时间：2020-02-22 08:45

【摘要】：作为光谱仪器的核心元件,各种软x射线衍射光栅在同步辐射、等离子体诊断、电子束离子阱等应用中发挥着重要作用。针对目前机械刻划和全息光刻技术制备软x射线衍射光栅中存在的问题,与电子束光刻相结合的近场全息将是一种颇具潜力的制作软X射线衍射光栅的方法。本文主要研究了与软X射线变间距光栅的近场全息制作方法相关的两方面基本问题：从对两种近场全息界面反射抑制方法的比较研究；以及线密度对熔石英光栅掩模效率对比度均匀性的影响、以及近场全息工艺参数优化两方面,研究近场全息制作光刻胶变间距光栅槽形轮廓均匀性的有效控制。1.界面反射是近场全息中降低光刻胶光栅质量的重要影响因素,由界面反射导致的杂散光将严重影响光栅线密度的测试精度及光栅质量。因此,比较界面反射抑制方式对近场全息制作光栅特性的影响,选择合适的界面反射抑制方式,是系统研究近场全息熔石英掩模与光刻胶光栅线密度相互关系的基础。本文以2400线/mm等间距的熔石英掩模为例,从制作光刻胶光栅的远场衍射光斑、以及以此为掩模制作的镀金光栅在5-20 nm波段的衍射效率两方面,比较研究了减反膜和折射率匹配液两种抑制界面反射方式,对近场全息制作光栅特性的影响。实验结果显示,这两种在抑制近场全息界面反射的效果基本相当。在抑制界面反射水平相当的条件下,减反膜法在降低近场全息曝光过程的复杂性和可控性上优于折射率匹配液法。抑制界面反射显著降低了光栅在软X射线波段的杂散光。2.针对变间距光栅的近场全息制作方法,以中心线密度为2400线/mm的熔石英变间距光栅掩模为例,根据严格耦合波理论模拟计算了熔石英掩模的效率对比度随光栅线密度和占宽比的变化轮廓图,结合一般全息对掩模效率对比度的经验要求,给出中心线密度为2400线/mm的熔石英变间距掩模的设计参数。在此基础上,由德国耶拿大学利用电子束光刻-离子束刻蚀方法制备了熔石英变间距掩模。基于这种熔石英变间距掩模,我们开展了一系列初步的近场全息实验。实验结果显示,为了有效控制近场全息中光刻胶变间距光栅的槽形轮廓,一方面要求熔石英掩模的效率对比度尽可能高。另一方面,如果熔石英变间距掩模的效率对比度虽然较低,但若其对比度比较均匀,那么,仍有可能通过近场全息工艺参数的优化在一定程度内调控光刻胶光栅的槽形轮廓,获得较为均匀的光刻胶变间距光栅槽形轮廓。
【图文】：

的干涉图形。逡逑根据烙石英掩模的光栅面与入射光的相对位置关系，近场全息有两种曝光方逡逑式。对于对曝光方式Ｉ，如图２－Ｕａ）所示，烙石英掩模上无光栅图形的基底面是逡逑曝光激光的入射面。在如图２－ｌ（ｂ）的曝光方式Ｕ中，烙有英掩模的光栅面为曝光逡逑激光的入射面。一般地，可分别采用折射率匹配液或减反膜方法抑制近场全息中逡逑的界面反射。逡逑对于曝光方式ＩＩ，可Ｗ采用折射率巧配液法抑制巧面反射。选择一种介于石逡逑英掩模和光刻胶两者折射率之间的折射率扭配液填化在它们之间，达到折射率匹逡逑配、抑制界面反射的口的。ＪｕｎＡｍａｋｏ等Ｉ２＂响近场午：息实验中利用折射串阳配液逡逑９逡逑

逦＞邋Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｃａｕｓｅｄ邋ｂｙ邋ｒｔ＇ｓｉｓｔ逡逑图２－２近场全息曙光方式１下，炫石英光栅掩模和光栅基底的界面反射光示意图逡逑图２－２左W 显示了近场全息曝光方式Ｉ下，由曝光系统中烙石英掩模导致次逡逑生干涉条纹的界面反射光。在烙石英掩模的光栅面，除了直接透射的零级和负一逡逑级衍射光（如图中红色单箭头线所示），还有反射的零级和负一级巧射光在烙石英逡逑掩模中（如图中接色双箭头线所示）。这两束反射的衍射光在掩模基底中会继续依逡逑次经过烙石英掩模的基底面（上表面）反射、并通过其光栅面（下表面）透射衍射传逡逑播到光刻胶房。如果烙石英掩模上下表面完全平行，则这四束衍射光会分别与直逡逑接透射光的零级和负一级衍射光的方向相同，，相当于增强了其光强，并不会形成逡逑调制。但是烙石英掩模上、下表面不可能完全平行，所＾形成＾组调制。逡逑烙石英掩模的零级和负一级光入射到光刻胶与基底组成的系统，会在空气－逡逑光刻胶层－光栅基底的界面上发生反射，这与全息曝光中的反射问题类似，不同逡逑的是近场全息中反射光经光栅面反射回来会继续影响曝光
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN25


本文编号：2581868