专利名称：一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种X射线衍射光学元件-高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，这种X射线衍射光学元件主要用于X射线波段的谱学诊断。它的特点采用电子束光刻技术手段制作一块X射线掩模，然后以并行的X射线光刻为手段进行复制，从而制作出自支撑全镂空透射光栅，这种制作方法具有分辨率高、生产效率高，工艺稳定的特点，具有很强的实用价值。
背景技术：
高分辨率自支撑全镂空透射光栅是一种方便使用的中、高等级别能量分辨水平X光分光元件，主要应用于极端高温物质辐射特性的测量。高分辨率自支撑全镂空透射光栅传统制作方法主要有机械刻划、激光全息光刻、电子束直写等三种。机械刻划条件极为苛刻，不仅时间长而且精度不高，很难刻划出亚微米的线条。激光全息光刻虽然能够制作出深亚微米水平的自支撑全镂空透射光栅，但是它的控制精度和分辨率是不能够与电子束直写相比较的。目前世界上主要利用电子束直写来制作高分辨率自支撑全镂空透射光栅。电子束制作可以制作出纳米级的高分辨率图形，但是效率非常低，而且不能够制作高高宽比的图形。
X射线光刻能在很厚的材料上定义出分辨率非常高的图形，能得到非常大的光刻线条高宽比，这对满足后步光刻图形的转移及加工的要求非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法它采用电子束光刻技术手段制作一块X射线掩模，然后并行的以X射线光刻为手段进行复制，从而制作出自支撑全镂空透射光栅，这种制作方法具有分辨率高、生产效率高，工艺稳定的特点，具有很强的实用价值。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其制作过程是它采用电子束光刻技术手段制作一块X射线掩模，然后并行的以X射线光刻为手段进行复制，从而制作出自支撑全镂空透射光栅。
所述的一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其步骤如下步骤1、在自支撑X射线掩模衬基上淀积薄铬薄金层，作为电镀衬基；步骤2、在薄铬薄金层表面上甩电子束光刻胶，并进行电子束光刻，得到高分辨率光栅图形，形成电镀模子；步骤3、将步骤2所得片子放在金电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形；步骤4、对步骤3所得片子去除电子束光刻胶；步骤5、再去除电子束光刻胶图形下的薄铬薄金层，完成高分辨率光栅X射线掩模的制作；步骤6、玻璃上旋涂聚酰亚胺，并固化；步骤7、在聚酰亚胺表面上淀积金；步骤8、在金表面旋涂X射线光刻胶，用步骤5完成的高分辨率光栅X射线掩模进行X射线光刻并显影；步骤9、对X射线光刻后的片子进行金去除；步骤10、去除聚酰亚胺；步骤11、去除X射线光刻胶；步骤12、背面腐蚀透玻璃；完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤1中，薄铬薄金层是用电子束蒸发方法得到，总厚度为10～30nm。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤2中，电子束光刻胶的厚度为250～500nm，在进行电子束光刻前，将片子放在100℃～110℃热板上前烘≤2分钟。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤3中，电镀出X射线掩模吸收体金厚度为250～500nm。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤4中的去除电子束光刻胶，方法是采用丙酮湿法去除或者氧气等离子体去除。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤5中的去底铬底金，方法是采用首先离子束刻蚀底金再用去铬液湿法腐蚀底铬完成的。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤6中的聚酰亚胺并固化温度是250℃～380℃，可以采用烘箱烘半小时～2小时或者热板烘10分钟～半小时。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤7中的淀积金是用电子束蒸发或者溅射方法得到，总厚度为200～400nm。
所述的一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤8中的金表面旋涂X射线光刻胶，其厚度为200～800nm，在进行X射线光刻前，将片子放在100℃～110℃热板上前烘≤2分钟。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤9中的金去除是通过氩离子束刻蚀进行的。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，，其所述步骤10中的去除聚酰亚胺是通过氧等离子体反应刻蚀进行的。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤11中的去除X射线光刻胶，方法是采用丙酮湿法去除或者氧气等离子体去除。
所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其所述步骤12中的背面腐蚀透玻璃，方法是采用氢氟酸和硝酸混合溶液湿法去除的。
本发明方法制备的高分辨率自支撑全镂空透射光栅适用于批量生产。
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描述，其中图1-1至图1-12是本发明的流程图；图2-1至图2-14是本发明实施例子的流程图。
具体实施例方式
附图中所用的黑色表示不透明部分，灰色表示半透明部分。符合微电子技术领域惯用的表示方法。
1、如图1-1所示，在自支撑X射线掩模衬基101、102上淀积薄铬薄金层103，作为电镀衬基；薄铬薄金薄膜103厚度是10～30nm，是采用电子束蒸发的方法获得的；2、如图1-2所示，在薄铬薄金层103表面上甩电子束光刻胶，并进行电子束光刻，得到高分辨率光栅图形104；3、如图1-3所示，以光栅图形104作为电镀模子，将片子放在金电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形105；4、如图1-4所示，采用丙酮湿法或者氧气等离子体的方法去除电子束光刻胶光栅图形104；5、如图1-5所示，首先采用离子束刻蚀底金，再用硝酸铈胺∶高氯酸∶去离子水＝240克∶50毫升∶1000毫升的去铬液湿法腐蚀底铬，完成高分辨率光栅X射线掩模的制作；6、如图1-6所示，在玻璃106上旋涂聚酰亚胺107，并固化，固化温度是250℃～380℃，可以采用烘箱烘半小时～2小时或者热板烘10分钟～半小时完成；7、如图1-7所示，在聚酰亚胺表面107上用电子束蒸发或者溅射方法淀积金薄膜108；金薄膜厚度为200～400nm；8、如图1-8所示，在金薄膜108表面旋涂X射线光刻胶，用高分辨率光栅X射线掩模进行X射线光刻并显影，在金薄膜108表面上形成高分辨率光栅X射线光刻胶图形109；9、如图1-9所示，以高分辨率光栅X射线光刻胶图形109作为掩蔽，用氩离子体刻蚀的方法对金薄膜108进行刻蚀；10、如图1-10所示，采用氧气等离子体刻蚀的方法对聚酰亚胺107进行刻蚀；11、如图1-11所示，采用丙酮湿法或者氧气等离子体的方法去除射线光刻胶图形109；12、如图1-12所示，将片子放入氢氟酸和硝酸体积比小于＝1∶2的混合溶液中，背面腐蚀透玻璃，完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
实施例子1、如图2-1所示，在自支撑X射线掩模衬基201、202上淀积薄铬薄金层203，作为电镀衬基；薄铬薄金薄膜203厚度是10～30nm，是采用电子束蒸发的方法获得的；2、如图2-2所示，在薄铬薄金层203表面上甩电子束光刻胶204，3、如图2-3所示，对电子束光刻胶204进行电子束光刻，得到高分辨率光栅图形205；4、如图2-4所示，以光栅图形205作为电镀模子，将片子放在金电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形206；5、如图2-5所示，采用丙酮湿法或者氧气等离子体的方法去除电子束光刻胶光栅图形205；6、如图2-6所示，首先采用离子束刻蚀底金，再用硝酸铈胺∶高氯酸∶去离子水＝240克∶50毫升∶1000毫升的去铬液湿法腐蚀底铬，完成高分辨率光栅X射线掩模的制作；7、如图2-7所示，在玻璃207上旋涂聚酰亚胺208，并固化，固化温度是250℃～380℃，可以采用烘箱烘半小时～2小时或者热板烘10分钟～半小时完成；8、如图2-8所示，在聚酰亚胺表面208上用电子束蒸发或者溅射方法淀积金薄膜209；金薄膜厚度为200～400nm；9、如图2-9所示，在金薄膜209表面旋涂X射线光刻胶210；10、如图2-10所示，用高分辨率光栅X射线掩模对X射线光刻胶210进行X射线光刻并显影，在金薄膜209表面上形成高分辨率光栅X射线光刻胶图形211；11、如图2-11所示，以高分辨率光栅X射线光刻胶图形211作为掩蔽，用氩离子体刻蚀的方法对金薄膜209进行刻蚀；12、如图2-12所示，采用氧气等离子体刻蚀的方法对聚酰亚胺208进行刻蚀；13、如图2-13所示，采用丙酮湿法或者氧气等离子体的方法去除射线光刻胶图形211；14、如图2-14所示，将片子放入氢氟酸和硝酸体积比小于＝1∶2的混合溶液中，背面腐蚀透玻璃，完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
权利要求
1.一种X射线衍射光学元件-高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，这种X射线衍射光学元件主要用于X射线波段的谱学诊断，它的特点采用电子束光刻技术手段制作一块X射线掩模，然后并行的以X射线光刻为手段进行复制，从而制作出自支撑全镂空透射光栅，其步骤如下步骤1、在自支撑X射线掩模衬基上淀积薄铬薄金层，作为电镀衬基；步骤2、在薄铬薄金层表面上甩电子束光刻胶，并进行电子束光刻，得到高分辨率光栅图形，形成电镀模子；步骤3、将步骤2所得片子放在金电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形；步骤4、对步骤3所得片子去除电子束光刻胶；步骤5、再去除电子束光刻胶图形下的薄铬薄金层，完成高分辨率光栅X射线掩模的制作；步骤6、玻璃上旋涂聚酰亚胺，并固化；步骤7、在聚酰亚胺表面上淀积金；步骤8、在金表面旋涂X射线光刻胶，用步骤5完成的高分辨率光栅X射线掩模进行X射线光刻并显影；步骤9、对X射线光刻后的片子进行金去除；步骤10、去除聚酰亚胺；步骤11、去除X射线光刻胶；步骤12、背面腐蚀透玻璃；完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
2.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，其中所述的在自支撑X射线掩模衬基上淀积薄铬薄金层是作为电镀衬基使用的；该薄铬薄金可以使用电子束蒸发方法得到，总厚度为10～30nm。
3.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，其中所述的电镀的模子是通过在薄铬薄金表面上甩电子束胶，电子束曝光、显影获得的电子束光刻胶的厚度为250～500nm，在进行电子束光刻前，将片子放在100℃～110℃热板上前烘≤2分钟。
4.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，X射线掩模吸收体金图形是通过电镀的方法得到，电镀出的X射线掩模吸收体金厚度为250～500nm。
5.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，去除电子束光刻胶方法是采用丙酮湿法去除或者氧气等离子体去除。
6.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，去底铬底金方法是采用首先离子束刻蚀底金再用去铬液湿法腐蚀底铬完成的。
7.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的玻璃上旋涂的聚酰亚胺固化温度是250℃～380℃，可以采用烘箱烘半小时～2小时或者热板烘10分钟～半小时。
8.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的聚酰亚胺表面上淀积的金是用电子束蒸发或者溅射方法得到，总厚度为200～400nm。
9.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的金表面旋涂的X射线光刻胶厚度为200～800nm，在进行X射线光刻前，将片子放在100℃～110℃热板上前烘≤2分钟。
10.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的金去除是通过氩离子束刻蚀进行的。
11.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的去除聚酰亚胺是通过氧等离子体反应刻蚀进行的。
12.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的去除X射线光刻胶方法是采用丙酮湿法去除或者氧气等离子体去除。
13.根据权利要求1所述的高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，其特征在于，所述的背面腐蚀透玻璃方法是采用氢氟酸和硝酸混合溶液湿法去除的。
全文摘要
一种X射线衍射光学元件—高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，步骤如下1.在自支撑X射线掩模衬基上淀积薄铬薄金层；2.在薄铬薄金层表面上甩电子束光刻胶，得到光栅图形；3.所得片子放在电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形；4.所得片子去除电子束光刻胶；5.再去除电子束光刻胶图形下的薄铬薄金层；6.玻璃上旋涂聚酰亚胺，并固化；7.在聚酰亚胺表面上淀积金；8.在金表面旋涂X射线光刻胶，完成的高分辨率光栅X射线掩模进行X射线光刻并显影；9.对X射线光刻后的片子进行金去除；10.去除聚酰亚胺；11.去除X射线光刻胶；12.背面腐蚀透玻璃；完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
文档编号G03F7/26GK101017214SQ20061000306
公开日2007年8月15日 申请日期2006年2月8日 优先权日2006年2月8日
发明者谢常青, 叶甜春 申请人:中国科学院微电子研究所