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CN102508411A - 制备x射线衍射光学元件的方法 - Google Patents

制备x射线衍射光学元件的方法 Download PDF

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CN102508411A CN2011103799934A CN201110379993A CN102508411A CN 102508411 A CN102508411 A CN 102508411A CN 2011103799934 A CN2011103799934 A CN 2011103799934A CN 201110379993 A CN201110379993 A CN 201110379993A CN 102508411 A CN102508411 A CN 102508411A
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谢常青
方磊
朱效立
李冬梅
刘明
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Abstract

本发明公开了一种制备X射线衍射光学元件的方法。该方法包括:步骤A,制备掩模基片A,掩模基片A上具有图形占空比为1∶2n+1的分离的多个条纹状凸起,n≥1;步骤B,在纳米压印基底B旋涂感光光刻胶;步骤C,将掩模基片A具有条纹状凸起的一面压向纳米压印基底B上感光光刻胶的一面,采取紫外光光照固化,从而在感光光刻胶中形成第二条纹状凹槽;步骤D,移除掩模基片A;步骤F,在第二条纹状凹槽内沉积第二金属材料;步骤G,再执行n次步骤B至步骤F;步骤H,去除纳米压印基板B上的感光光刻胶,从而形成图形占空比为1∶1的X射线衍射光学元件。本发明将传统的周期性光栅分成多步进行操作,可以提高X射线衍射光学元件的制备精度。

Description

制备X射线衍射光学元件的方法
技术领域
本发明涉及微电子行业微加工及光学技术领域,尤其涉及一种X射线衍射光学元件的方法。
背景技术
随着衍射光学领域的发展,对于高密度光学元件的需求也越来越多,而传统的X射线衍射光学元器件的制备技术是采用电子束光刻和X射线光刻技术结合的方法制备X射线衍射光学元器件。由于电子束光刻成本高,周期长。X射线光刻伴有一定的辐射。这给实验人员带来的了一定的影响,并制约了X射线衍射光学元器件的大批量制作。此外,高密度的X射线衍射光学元件需要不断的重复光刻,传统的电子束光刻显然达不到要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述的一个或多个问题,本发明提供了一种制备光学衍射元件的方法,以提高制备X射线衍射光学元件的效率。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面,提供了一种制备X射线衍射光学元件的方法。该方法包括:步骤A,制备掩模基片A,掩模基片A上具有图形占空比为1∶2n+1的分离的多个条纹状凸起,n≥1;步骤B,在纳米压印基底B旋涂感光光刻胶;步骤C,将掩模基片A具有条纹状凸起的一面压向纳米压印基底B上感光光刻胶的一面,采取紫外光光照固化,从而在感光光刻胶中形成第二条纹状凹槽;步骤D,移除掩模基片A;步骤F,在第二条纹状凹槽内沉积第二金属材料;步骤G,再执行n次步骤B至步骤F,并且每次执行步骤C时,掩模基片A上条纹状凸起与前一次的第二条纹状凹槽之间的水平间隔与条纹状凸起的宽度相同;步骤H,去除纳米压印基底B上的感光光刻胶,从而形成图形占空比为1∶1的X射线衍射光学元件。
(三)有益效果
本发明制备光学衍射元件的方法具备以下有益效果:
1、本发明将传统的周期性光栅分成多步进行操作,在此情况下,不同于周期性的光栅,电子束光刻的精度可以达到更高,而且有较好的高宽比,而后期通过多次纳米压印,弥补了线宽比不等的情况,从而满足线宽比为1∶1的要求;
3、相对于传统的制备技术,利用纳米压印的效率高,能实现高效率,低成本,无辐射的X射线衍射光学元件的制备;并且,利用电子束光刻的高精度,可以制备出高精度的X射线衍射光学元器件。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
附图说明
图1A-图1H本发明实施例制备衍射光学元件方法中执行各步骤后的元件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。此外,虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但应了解,参数无需确切等于相应的值,而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。
随着纳米压印技术的发展,其成本逐步降低,精确度逐步提高,从而为制备高密度X射线衍射光学元件提供了一个很好的借鉴平台。本发明正是依赖于上述的思路而产生的。
在本发明的一个示例性实施例中,提供了一种制备衍射光学元件的方法。图1A-图1H本发明实施例制备衍射光学元件方法中执行各步骤后的元件结构示意图。假设待制备的衍射光学元件两线条之间的线宽H1为10nm,则本实施例包括:
步骤S102,在光滑的石英片上蒸发一层Cr/Au层作为电镀种子层,作为纳米压印的掩模基片A,如图1A所示;
本步骤中,掩膜基片A的衬底也可以采用除石英片之外的其他硬质材料,只要能够满足了纳米压印技术对掩模的硬度要求即可。此外,由于后期采用电镀方式进行掩模基片中金属材质条纹状凸起,因此,在本步骤中沉积了一层电镀种子层。如果后期采用蒸发或溅射等方式进行金属材质条纹状凸起的制备,该蒸发电镀种子层的步骤也可以省略。
步骤S104,在电镀种子层上旋涂一层电子束光刻胶,厚度为600nm-700nm,利用电子束进行光刻,显影后形成占空比为1∶(2n+1)的条纹状凹槽,如图1B所示,n≥1;
本步骤中,n为大于等于1的整数。该n与后期纳米压印的次数有关,将在后续步骤中详细描述。每一条条纹状凹槽的宽度为a。
步骤S106,刻蚀条纹状凹槽底部残余的胶,并刻蚀电极,在条纹状凹槽内电镀第一金属材料(镍、金或者钨);
步骤S108,去除掩模基片A的衬底上的光刻胶,露出其上方由所述第一金属材料形成的条纹状凸起,形成所需的掩模基片A,如图1C所示。
步骤S110,在光滑的硅片上旋涂一层聚酰亚胺,形成支撑薄膜,然后蒸发一层Cr/Au层作为电镀种子层,作为纳米压印基底B,如图1D所示;
同步骤S102类似,在本步骤中沉积了一层电镀种子层。如果后期采用蒸发或溅射等方式进行金属材质条纹状凸起的制备,该蒸发电镀种子层的步骤可以省略。
步骤S112,在纳米压印基底B上旋涂一层感光光刻胶,厚度为400nm-500nm;
可以看出,在纳米压印基底B上旋涂感光光刻胶的厚度要小于掩模基片A的光刻胶厚度,从而掩模制作完成的镍、金或者钨的厚度比基底的光刻胶厚度大,从而基底上的光刻胶不会影响掩模基片。
步骤S114,将掩模基片A置于在纳米压印基底B上,施加一定的压力,用UV光照固化,固化的参数:温度范围从室温到350摄氏度;压力范围从5到20个PSI;真空范围从1个标准大气压到0.1帕;时间约为0.3s。如图1E所示。
使用的UV紫外光固化技术是在常温常压下进行,不需要进行高温。
步骤S116,然后在纳米压印基底B和掩模基片A中间缓慢通入氮气,并固定其平行方向,使得掩模基片A向上移除;
刻蚀基底上的残余光刻胶,并刻蚀电极,然后进行电镀镍、金或者钨,从而形成光栅的一部分凸起,如图1F所示。
步骤S118,在光刻后,将掩模基片A和纳米压印基底B分开是在掩模基片A和纳米压印基底B间通入氮气,从而使其自动分开,消除了机械移动对图形的影响。
步骤S120,重复在纳米压印基片B上匀胶和纳米压印以及电镀步骤,每次压印的位置与上一次的位置向右移,直至纳米压印基底B上的线条和空隙宽度全部一样。此次掩模基片A的线条与先前的线条之间间隔等于掩模基片A的线条,如图1G所示;
本领域技术人员应当了解,本实施例中自左向右逐次压印,当然也可以自右向左逐次压印,只是为了保证压印的精度,保证压印的顺序始终朝向一个方向即可。
步骤S122,去除纳米压印基底B上的感光光刻胶,,形成图形占空比为1∶1的X射线衍射光学元件;
步骤S124,湿法腐蚀纳米压印基底B背面的硅,刻蚀底金,完成最终器件,如图1H所示。
从上述实施例可以看出,本发明制备光学衍射元件的方法具备以下有益效果:
1、本发明将传统的周期性光栅分成多步进行操作,在此情况下,不同于周期性的光栅,电子束光刻的精度可以达到更高,而且有较好的高宽比,而后期通过多次纳米压印,弥补了线宽比不等的情况,从而满足线宽比为1∶1的要求;
3、相对于传统的制备技术,利用纳米压印的效率高,能实现高效率,低成本,无辐射的X射线衍射光学元件的制备;并且,利用电子束光刻的高精度,可以制备出高精度的X射线衍射光学元器件。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,包括:
步骤A,制备掩模基片A,所述掩模基片A上具有图形占空比为1∶2n+1的分离的多个条纹状凸起,所述n≥1;
步骤B,在所述纳米压印基底B旋涂感光光刻胶;
步骤C,将所述掩模基片A具有条纹状凸起的一面压向所述纳米压印基底B上感光光刻胶的一面,采取紫外光光照固化,从而在所述感光光刻胶中形成第二条纹状凹槽;
步骤D,移除所述掩模基片A;
步骤F,在所述第二条纹状凹槽内沉积第二金属材料;
步骤G,再执行n次所述步骤B至步骤F,并且每次执行步骤C时,所述掩模基片A上条纹状凸起与前一次的第二条纹状凹槽之间的水平间隔与所述条纹状凸起的宽度相同;
步骤H,去除所述纳米压印基底B上的感光光刻胶,从而形成图形占空比为1∶1的X射线衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,所述再执行n次所述步骤B至步骤F中,自左向右执行步骤C或自右向左执行步骤C。
3.根据权利要求1所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,所述移除掩模基片的步骤包括:
在所述掩膜基片A和纳米压印基底B之间通入氮气;
固定所述掩膜基片A和纳米压印基底B的平行方向,使掩模基片向上移动,从而使掩模基片A从所述纳米压印基底B上的感光光刻胶中移除。
4.根据权利要求1所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,所述条纹状凸起的高度a,所述感光光刻胶的厚度为b,其中a>b。
5.根据权利要求1所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,所述掩模基片A上分离的多个条纹状凸起中每一个的宽度介于10nm至100nm之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,所述步骤A中制备掩膜基片A包括:
步骤A,在石英片上沉积电镀种子层;
步骤B,在所述电镀种子层上旋涂电子束光刻胶;
步骤C,对所述电子束光刻胶进行电子束光刻,显影后形成图形占空比为1∶2n+1的第一条纹状凹槽,n≥1;
步骤D,在所述第一条纹状凹槽内沉积第一金属材料;
步骤E,去除所述电子束光刻胶,露出由所述第一金属材料形成的条纹状凸起,所述石英片和条纹状凸起形成掩膜基片A。
7.根据权利要求6所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,在所述第一条纹状凹槽内电镀的金属材料为镍、金或者钨。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,
所述在纳米压印基底B旋涂感光光刻胶的步骤之前还包括:在硅片上旋涂聚酰亚胺,固化后形成聚酰亚胺支撑薄膜;在所述聚酰亚胺支撑薄膜上沉积电镀种子层,从而形成纳米压印基底B;
所述在第二条纹状凹槽内沉积金属的步骤包括:在所述第二条纹状凹槽内电镀第二金属材料;
所述在去除纳米压印基底B上的感光光刻胶的步骤之后还包括:湿法刻蚀所述纳米压印基底B背面X射线衍射光学元件对应位置的硅,露出所述聚酰亚胺支撑薄膜。
9.根据权利要求8所述的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,在所述第二条纹状凹槽内电镀的金属材料为镍、金或者钨。
10.根据权利要求1至5中任一项的制备X射线衍射光学元件的方法,其特征在于,电子束光刻胶为ZEP-520A;感光光刻胶为S9920NX-H。
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