高线密度X射线自支撑闪耀透射光栅的制作

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【摘要】：作为X射线波段的一种重要色散元件,X射线透射光栅广泛应用于激光等离子体诊断和天文物理领域。为实现高能X射线波段能谱分辨,提高透射光栅谱仪的分辨率,需要制备高线密度、高衍射效率的X射线透射光栅。新型自支撑闪耀透射光栅能够解决传统金自支撑透射光栅存在的衍射效率低的不足,因而成为X射线透射光栅领域研究的热点。本课题的目的是探究和掌握完整的高线密度X射线自支撑闪耀透射光栅的制作工艺,为我国以后在激光惯性约束核聚变(ICF)、天文观测等重要领域需要的高性能X射线透射光栅发展必要的技术储备,成果如下： 1、对劳埃镜全息光刻和纳米压印技术制作50001/mm光栅掩模的方法进行了系统的研究。在劳埃镜全息光刻中,通过提高干涉条纹的稳定性、分析干涉条纹的对比度以及控制曝光显影条件制作出了合格的光栅掩模。在纳米压印方法中,通过引入中间柔性印模,将紫外固化纳米压印和热压纳米压印结合在一起,解决了脱模困难和压印均匀性的问题,得到了高保真度的PMMA光栅掩模。 2、分别开发了适用于劳埃镜全息光刻和纳米压印制作光栅掩模的对准方法。对于劳埃镜全息光刻,对准流程分为四步：(1)利用改进的扇形标定法定位110硅片的垂直{111}面；(2)制作与垂直{111}面平行的参考光栅；(3)优化劳埃镜全息光路以减小干涉条纹的弯曲误差；(4)在劳埃镜全息曝光中使参考光栅与干涉条纹对准。对于纳米压印制作光栅掩模方法,对准流程分为三步：(1)利用改进的扇形标定法定位110硅片的垂直{111}面；(2)制作与垂直{111}面平行的参考光栅；(3)在纳米压印中使参考光栅与印模光栅对准。其中,用于劳埃镜全息光刻制作光栅掩模的对准方法的对准误差仅为±0.033。,用于纳米压印制作光栅掩模的对准方法的对准误差为±0.067。。 3、各向异性湿法刻蚀工艺的研究。建立了各向异性湿法刻蚀模型,改善了湿法刻蚀的均匀性,确定了能够满足各向异性湿法刻蚀工艺宽容度的刻蚀条件。 4、对高线密度自支撑闪耀透射光栅的其他制作工艺进行了详细的研究,包括对准标志的制作、光栅样品单元及自支撑结构掩模的制作、氮化硅湿法保护掩模的制作、背面去衬底和正面高高宽比硅光栅的干燥。 5、得到了3000l/mm和5000l/mm的自支撑闪耀透射光栅样品。3000l/mm自支撑闪耀透射光栅样品由四个5mmx5mm方框组成,光栅线条高度为5μm,顶端宽约65nm、底端宽约80nm。5000l/mm自支撑闪耀透射光栅样品由四个5mm×5mm方框组成,光栅线条高度为1.6p,m,平均宽度为40nm。

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