大尺寸大高宽比光栅结构均匀性的工艺优化研究
发布时间：2021-04-08 02:15
在过去的十几年里,基于光栅的X射线相位衬度成像技术发展迅速。其中的核心光学元件,大尺寸大高宽比光栅,在相衬成像系统中起到了不可或缺的作用。目前,传统的大高宽比光栅制作方法是硅体深加工技术与LIGA技术,但这两种方法制作出来的光栅难以同时满足相衬成像装置高能量和大视场的成像需求,对应相衬成像系统成像要求的光栅尺寸至少需要100mm × 100mm,并且需要有良好的结构均匀性。为了实现大尺寸大高宽比光栅的制作,UV-LIGA技术是一个可能的工艺选择,该技术可以制作大尺寸光栅,但是目前光栅结构的均匀性仍难以满足相衬成像系统成像要求。因此,为了提高大尺寸大高宽比光栅结构的均匀性,本文基于UV-LIGA技术制备大尺寸大高宽比光栅,对UV-LIGA技术的关键工艺步骤进行了优化研究,最终实现了大尺寸大高宽比光栅结构均匀性的提高。论文开展的主要工作如下:1.为了减少间隙不均匀带来的衍射效应的影响,本文对紫外曝光工艺进行了研究,引入了背面曝光制作方法。为了探究该方法的可行性,基于传统接触式曝光工艺和背面曝光工艺分别制作了不同线宽的大尺寸大高宽比光栅,通过栅条倾斜角度一致性和线宽一致性来评判曝光均匀性。实...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１基于光栅的Ｘ射线相衬成像系统Ｍ??相比于传统Ｘ射线吸收成像技术，Ｘ射线光栅相位衬度成像技术己经取得??了相当大的进步，但是真正要实现临床医学上对人体的成像，相衬成像技术还面??
??第一章绪论???求，而且装置中的核心元器件光栅周期可达几十微米，极大降低了光栅的制作难??度。但是，由于该装置中设计的光栅的周期变大，导致了成像灵敏度变差。中国??科学技术大学国家同步辐射实验室的研宄人员也设计了一种新型Ｘ射线相衬成??像装置［Ｍ］，该成像装置基于结构光栅多缝独立照明机制，可以同时实现高能量和??大视场成像，装置原理图如图１．２所示。??，?＼?＼??＾?Ｌ?＾??Ｉ—Ｐ—广——…ｎ??Ｘ?光?ｘｉ?；?Ｉ??酿?；Ｉ??ＧＯ?Ｇｌ?；?Ｉ??Ｇ２探涵器??图１．?２相位衬度光栅成像系统原理图??综上所述，光栅相衬成像技术［２１］经过十多年的发展，从最早依赖于同步辐射??光源到现在用普通光源就可以获取相位衬度成像［２２－２４］，甚至在一些医疗产品中己??经得到应用。最初的相位衬度成像装置的成像视场孝成像能量低，是因为受限??于成像系统中的核心光学元件，大尺寸大高宽比光栅。随着光栅制作工艺的不断??发展，成像系统的成像视场从小尺寸（约为１０?提高到现在的较大??尺寸（５０?ｍｍ?ｘ?５０?ｍｍ），成像能量也相应的得到了大幅度的提升。为了将Ｘ射??线光栅相衬成像系统推向临床医学应用，满足Ｘ射线光栅相衬成像装置更大视??尝更高能量的需求，对更大面积的大高宽比光栅制作的研宂不可或缺。光栅作??为相衬成像系统的核心光学器件，其制作工艺水平的发展很大程度上决定了光栅??相衬成像系统的发展水平，因此，研宄光栅的制作工艺具有极重要的意义。??１．２光栅制作工艺的研究进展??目前适用于加工大尺寸大高宽比光栅的微细加工方法，根据制作原理的不同，??大致分为硅体微细加工技术和ＬＩＧＡ技术
?第一章绪论????硅晶向选择刻蚀技术是一种化学湿法腐蚀技术，指不同的刻蚀液在硅体不同??晶面方向上具有不同刻蚀速率，从而可以在硅体上形成不同的刻蚀剖面结构，加??工深度可达几百微米。瑞士光源的ＴＯＭＣＡＴ束线上有一套基于Ｔａｌｂｏｔ－Ｌａｕ干涉??法光栅成像实验装置，这套成像实验装置包含了三块光栅器件，分别为源光栅，??相位光栅和吸收光栅。在这一套装置的光栅结构中，第二块相位光栅就是采用了??硅晶向选择刻蚀技术，其制备过程如图１．３所示。首先在硅片上涂上一层Ｓｉ０２和??一层光刻胶，通过曝光得到光刻胶图形结构，采用〇＾３和０２把裸露的Ｓｉ０２膜??刻蚀掉，再利用各向异性湿法刻蚀用ＫＯＨ腐蚀液得到了周期为４ｐｍ，高度为??２２ｐｍ的硅光栅结构。成像装置中第三块吸收光栅同样是基于硅晶向选择刻蚀技??术，制备得到周期为２ｐｍ的镀金硅基光栅结构［２５＿２６］。??ｔ）ＣＨＦ；？?Ｃ＼Ｒｌｉ?Ｕｐ?沒?ｑ??ｓ：?ｉｌＳｉｌｉｉ??丨：ｒ！丨；银！ｙＳｆｃＳＷｆｆｉｌＨＫ?酬??图１．３?ａ）硅晶向选择刻蚀方法ｂ）结构髙度为２２ｊｉｍ的相位光栅??深度离子束刻蚀技术（ｄｅｅｐｒｅａｃｔｉｖｅ?ｉｏｎ?ｅｔｃｈｉｎｇ，?ＤＲＩＥ）是一种以桂为加工材??料、基于等离子体技术的干性刻蚀技术，包含了化学和物理两个刻蚀过程。深度??离子束刻蚀方法是通过多次重复进行“钝化／刻蚀”过程来实现大高宽比微结构加??工的。钝化过程是钝化气体Ｃ４ＦＳ与硅体发生反应，在硅面上生成一层钝化保护??层；刻蚀过程是刻蚀气体ＳＦ６结合各向同性入射离子进入结构底部刻蚀保护层。??由于这种周期性“钝化－刻蚀－钝化”过程转化速度快，侧壁方向较少受
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂胶显影技术改进对光刻工艺的影响[J]. 冯泉,周明祥,侯宗林. 电子工业专用设备. 2017(02)
[2]国家同步辐射实验室的LIGA技术研究及应用[J]. 刘刚,田扬超. 机械工程学报. 2008(11)
[3]SU-8胶紫外光刻的尺寸精度研究[J]. 杜立群,秦江,刘冲,朱神渺,李园园. 光学精密工程. 2007(04)
博士论文
[1]大尺寸大高宽比X射线吸收光栅的制作工艺研究[D]. 侯双月.中国科学技术大学 2018
[2]X射线光栅相位衬度成像技术和方法研究[D]. 王圣浩.中国科学技术大学 2015
[3]大高宽比纳米光学元件制作工艺及应用研究[D]. 周杰.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]THz光栅结构UV-LIGA光刻工艺研究[D]. 单云冲.合肥工业大学 2014
本文编号：3124648
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１基于光栅的Ｘ射线相衬成像系统Ｍ??相比于传统Ｘ射线吸收成像技术，Ｘ射线光栅相位衬度成像技术己经取得??了相当大的进步，但是真正要实现临床医学上对人体的成像，相衬成像技术还面??
??第一章绪论???求，而且装置中的核心元器件光栅周期可达几十微米，极大降低了光栅的制作难??度。但是，由于该装置中设计的光栅的周期变大，导致了成像灵敏度变差。中国??科学技术大学国家同步辐射实验室的研宄人员也设计了一种新型Ｘ射线相衬成??像装置［Ｍ］，该成像装置基于结构光栅多缝独立照明机制，可以同时实现高能量和??大视场成像，装置原理图如图１．２所示。??，?＼?＼??＾?Ｌ?＾??Ｉ—Ｐ—广——…ｎ??Ｘ?光?ｘｉ?；?Ｉ??酿?；Ｉ??ＧＯ?Ｇｌ?；?Ｉ??Ｇ２探涵器??图１．?２相位衬度光栅成像系统原理图??综上所述，光栅相衬成像技术［２１］经过十多年的发展，从最早依赖于同步辐射??光源到现在用普通光源就可以获取相位衬度成像［２２－２４］，甚至在一些医疗产品中己??经得到应用。最初的相位衬度成像装置的成像视场孝成像能量低，是因为受限??于成像系统中的核心光学元件，大尺寸大高宽比光栅。随着光栅制作工艺的不断??发展，成像系统的成像视场从小尺寸（约为１０?提高到现在的较大??尺寸（５０?ｍｍ?ｘ?５０?ｍｍ），成像能量也相应的得到了大幅度的提升。为了将Ｘ射??线光栅相衬成像系统推向临床医学应用，满足Ｘ射线光栅相衬成像装置更大视??尝更高能量的需求，对更大面积的大高宽比光栅制作的研宂不可或缺。光栅作??为相衬成像系统的核心光学器件，其制作工艺水平的发展很大程度上决定了光栅??相衬成像系统的发展水平，因此，研宄光栅的制作工艺具有极重要的意义。??１．２光栅制作工艺的研究进展??目前适用于加工大尺寸大高宽比光栅的微细加工方法，根据制作原理的不同，??大致分为硅体微细加工技术和ＬＩＧＡ技术
?第一章绪论????硅晶向选择刻蚀技术是一种化学湿法腐蚀技术，指不同的刻蚀液在硅体不同??晶面方向上具有不同刻蚀速率，从而可以在硅体上形成不同的刻蚀剖面结构，加??工深度可达几百微米。瑞士光源的ＴＯＭＣＡＴ束线上有一套基于Ｔａｌｂｏｔ－Ｌａｕ干涉??法光栅成像实验装置，这套成像实验装置包含了三块光栅器件，分别为源光栅，??相位光栅和吸收光栅。在这一套装置的光栅结构中，第二块相位光栅就是采用了??硅晶向选择刻蚀技术，其制备过程如图１．３所示。首先在硅片上涂上一层Ｓｉ０２和??一层光刻胶，通过曝光得到光刻胶图形结构，采用〇＾３和０２把裸露的Ｓｉ０２膜??刻蚀掉，再利用各向异性湿法刻蚀用ＫＯＨ腐蚀液得到了周期为４ｐｍ，高度为??２２ｐｍ的硅光栅结构。成像装置中第三块吸收光栅同样是基于硅晶向选择刻蚀技??术，制备得到周期为２ｐｍ的镀金硅基光栅结构［２５＿２６］。??ｔ）ＣＨＦ；？?Ｃ＼Ｒｌｉ?Ｕｐ?沒?ｑ??ｓ：?ｉｌＳｉｌｉｉ??丨：ｒ！丨；银！ｙＳｆｃＳＷｆｆｉｌＨＫ?酬??图１．３?ａ）硅晶向选择刻蚀方法ｂ）结构髙度为２２ｊｉｍ的相位光栅??深度离子束刻蚀技术（ｄｅｅｐｒｅａｃｔｉｖｅ?ｉｏｎ?ｅｔｃｈｉｎｇ，?ＤＲＩＥ）是一种以桂为加工材??料、基于等离子体技术的干性刻蚀技术，包含了化学和物理两个刻蚀过程。深度??离子束刻蚀方法是通过多次重复进行“钝化／刻蚀”过程来实现大高宽比微结构加??工的。钝化过程是钝化气体Ｃ４ＦＳ与硅体发生反应，在硅面上生成一层钝化保护??层；刻蚀过程是刻蚀气体ＳＦ６结合各向同性入射离子进入结构底部刻蚀保护层。??由于这种周期性“钝化－刻蚀－钝化”过程转化速度快，侧壁方向较少受
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂胶显影技术改进对光刻工艺的影响[J]. 冯泉,周明祥,侯宗林. 电子工业专用设备. 2017(02)
[2]国家同步辐射实验室的LIGA技术研究及应用[J]. 刘刚,田扬超. 机械工程学报. 2008(11)
[3]SU-8胶紫外光刻的尺寸精度研究[J]. 杜立群,秦江,刘冲,朱神渺,李园园. 光学精密工程. 2007(04)
博士论文
[1]大尺寸大高宽比X射线吸收光栅的制作工艺研究[D]. 侯双月.中国科学技术大学 2018
[2]X射线光栅相位衬度成像技术和方法研究[D]. 王圣浩.中国科学技术大学 2015
[3]大高宽比纳米光学元件制作工艺及应用研究[D]. 周杰.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]THz光栅结构UV-LIGA光刻工艺研究[D]. 单云冲.合肥工业大学 2014
本文编号：3124648
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