专利名称：一种制作大高宽比光子筛的方法
技术领域：
本发明涉及衍射光学元件微纳加工技术领域，尤其涉及一种制作大高宽比光子筛的方法。
背景技术：
在能量很高的射线领域，只有吸收体的厚度达到一定的值才可以吸收相应射线， 所以制作大高宽比的衍射光学元件具有重要意义。光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件，它用大量随机分布的透光小孔代替菲涅耳波带片上亮环对应的区域，透光小孔的直径为相应波带片环带宽度的1.53倍。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉从而能够有效的抑制旁瓣效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。传统波带片在成像领域其分辨率决定于它的最外环宽度，该尺寸受到加工工艺的限制因而分辨率难以得到进一步的提高。光子筛由于其最外环小孔直径为对应波带片环宽的1.53倍，可以放宽对加工工艺的要求，能够制作更大口径的光子筛，从而提高成像的分辨率。光子筛的重量比相同参数的波带片更轻，因而在航天望远镜领域有着更加广阔的前景。光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像、亚波长光刻、显微镜技术方面有着非常好的应用前景。传统的光子筛制作中，由于制作过程中胶柱受水的张力影响很大，很容易倒，很难制作出大高宽比的光子筛。一般认为高宽比在8以上的光子筛就为大高宽比的光子筛。本发明改变了传统的制作方法，想到最后得到金属柱子的话，可以很容易的得到大高宽比的结构，从而更有利于在光子筛在能量很高的射线领域的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题针对传统制作大高宽比光子筛存在容易倒塌的困难，本发明的主要目的在于提供一种成功率高、制造成本低，通过两次X射线复制可以达到很大高宽比的制作大高宽比光子筛的方法。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种制作大高宽比光子筛的方法，该方法包括制作光子筛掩模版和光学套刻掩模版；利用光子筛掩模版做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版；利用第一复制掩模版再次做X射线复制得到第二复制掩模版；利用光学套刻掩模版做掩模，对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，得到大高宽比光子筛。上述方案中，该方法在制作光子筛掩模版和光学套刻掩模版之前进一步包括设计一个用于电子束直写的版图，版图上圆孔部分有颜色，做电子束时被直写，制作的光子筛掩模版和光学套刻掩模版在该版图的小孔部分长出高宽比为2至3的金属柱子。上述方案中，所述光子筛掩模版上具有随机分布在相应环带上的小金属圆柱，所述光学套刻掩模版上具有圆形挡光层，且该圆形挡光层的直径与光子筛的直径相同。上述方案中，所述利用光子筛掩模版做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版， 第一复制掩模版被曝光之前涂一层厚度为400nm的胶，以使显影时图形不容易倒；第一复制掩模版上小孔之外的部分电镀的金属厚度与胶厚一致，也为400nm。上述方案中，所述利用第一复制掩模版再次做X射线复制得到第二复制掩模版， 第二复制掩模版被曝光之前要涂一层厚度为4μ m的胶，因为这次曝光得到的图形显影之后只留下小孔之外的部分，这部分本身都是相连的，高宽比小于1不会有倒塌的现象；然后电镀就能够得到的高宽比为10的金属柱子。上述方案中，所述第二复制掩模版上相应环带上随机分布着一系列高宽比金属圆柱。上述方案中，所述利用光学套刻掩模版做掩模对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，使得光子筛以外的部分都电镀上金属进行挡光，便于光子筛的使用和检测。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、相对于传统光子筛，本发明制作出的光子筛具有更大的高宽比，挡光部分可以很好的吸收射线，在能量很高的射线领域具有更大的应用前景。2、利用本发明，可以高效率地控制高宽比，从而可以更好的制作位相型或者振幅型光子筛。3、本发明制作高宽比很大的光子筛的成功率高，极大的降低了生产成本，有广泛的应用前景。
图1是本发明提供的制作大高宽比光子筛的方法流程图；图2是高宽比大的胶柱容易倒塌示意图；图3是除圆孔部分以外的胶都粘连在一起，不会倒；图4是电子束制作光子筛掩模板A工艺流程图；图5是用X射线光刻复制光子筛的工艺流程图；图6是光学套刻部分工艺流程图；图7是波带片示意图；图8是光子筛示意图；图9是本发明所述光子筛掩模板A示意图；图10是本发明所述由光子筛掩模板A做掩模进行一次X射线复制所得第一复制掩模版m示意图；图11是本发明所述由第一复制掩模版m做掩摸进行二次X射线复制所得第二复制掩模版η示意图；图12是使用光学套刻掩模版B对第二复制掩模版η进行光学套刻以后示意图。
具体实施例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。本发明提供的制作大高宽比光子筛的方法，主要是基于巴比涅原理实现的。巴比涅原理是指在点光源照明下，两个互补的衍射屏UO (X，y)、uc (x, y)在与点光源共轭的平面上，除了点光源的几何像点外，两者有着相同的夫琅禾费衍射图样。由巴比涅原理可知， 虽然本发明所制作的光子筛在物理结构上与传统的不一样，但是整体上仍然不会影响光子筛的性能。如图1所示，图1是本发明提供的制作大高宽比光子筛的方法流程图，该方法包括步骤101 制作光子筛掩模版A和光学套刻掩模版B ；光子筛掩模板A的示意图如图9所示。其中光子筛掩模版A和光学套刻掩模版B的版图都是在Ledit中所画，光子筛掩模版A的版图是由二次开发所形成的宏文件自动生成的，版图上相应环带上随机分布的圆孔为红色，电子束直写的时候基片上这部分会被写掉，然后在电镀的时候会在写掉的部分长出金属圆柱，但是由于电子束能写的胶比较薄，所以相应的金属圆柱的高宽比也不大。步骤102 利用光子筛掩模版A做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版m ；具体包括在硅片上涂PMMA胶，胶厚度为400nm至500nm，然后对硅片显影，电镀得到第一复制掩模版m，该第一复制掩模版m上金属层厚度约为400-500nm ；第一复制掩模版m的示意图如图10所示。其中，所涂的胶比较薄，因为此时用光子筛掩模版A做掩模，原来版图上小孔部分现在是金属圆柱，此时会挡光，从而圆孔以外的部分会被爆掉，只剩下一些胶的圆柱， 胶的圆柱很容易倒(如图2所示)，所以此处涂覆的胶比较薄。电镀完成以后对应圆孔以外的部分都被电镀上了金属，圆孔部分则为透光的小孔。步骤103 利用第一复制掩模版m做掩模再次做X射线复制得到第二复制掩模版 η ；具体包括在硅片上涂ΡΜΜΑ，胶厚度为4-5um，然后对硅片显影、定影，电镀得到第二复制掩模版n，该第二复制掩模版η上的金属圆柱厚度约为4-5um ；第二复制掩模版η示意图如图11所示。其中，所涂的胶要比较厚，因为此时用第一复制掩模版m做掩模，原来版图上小孔部分现在是透光小孔，此时会透光，从而圆孔的部分会被爆掉，只剩下一些除圆孔以外的粘连在一起的胶，就好比是一个大饼上戳了几个孔，此时胶的高宽比小于1，不存在倒的可能(如下图3所示)。所以此处涂覆的胶比较厚。电镀完成以后对应圆孔的部分都被电镀上了金属，金属的高宽比也比较大，圆柱以外的部分透光。步骤104 利用光学套刻掩模版B做掩模，对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，得到大高宽比光子筛；具体包括在第二复制掩模版η上涂5214胶，厚度约为 4_5um，用光学套刻掩模版B做掩模进行套刻，然后对套刻曝光后的第二复制掩模版η进行显影、定影，电镀得到光子筛周围挡光的硅片，去胶后得到最终需要的大高宽比的光子筛。 最终得到的大高宽比的光子筛示意图如图12所示。其中还是要进行一次光学套刻，因为为了以后的应用，要求光子筛的除了图形部分，别的地方都不能透光，也就是说只有这样图形周围的部分才不会影响光子筛自己工作。所以要进行一次套刻，目的就是把光子筛以外的部分都电镀上金属进行挡光。这部分金属还要足够的厚，至少不应该比光子筛的金属圆柱薄，这样才能不影响光子筛的应用。另外，光子筛掩模版A是在腐蚀之后的硅片上即镂空的薄模上完成的，这样在做电子束直写的时候可以很好的降低电子散射造成的不利影响，光学套刻掩模版B为普通光学掩模版，第一复制掩模版m和第二复制掩模版η的基底都为硅片。制作出来的光子筛应该说与传统意义上的光子筛不一样，传统上的波带片的不管奇数环还是偶数环都可以透光或者不透光，最后的效果是差不多的。既然光子筛是从波带片发展来的，那么对应的奇数环还是偶数环透光理论上对光子筛的性能也没有太大的影响。既然如此本发明就让光子筛的圆孔之外的部分透光。这样可以把高宽比做的很大，用软件模拟的效果也证实了理论推测。基于上述本发明提供的制作大高宽比光子筛的方法，下面对各步骤分别进行详细描述。在掩模板制作部分，如图4所示，图4是电子束制作光子筛掩模板A工艺流程图， 该方法包括1、在抛光的2英寸(100)硅片上，旋涂聚酰亚胺前体溶液形成0. 5-2μπι厚的薄膜并进行热处理；2、采用各向同性的湿法腐蚀，将光栅背面的硅腐蚀掉；3、在正面用电子束蒸发5nm铬和IOnm金作为电镀种子层；4、旋涂电子束光刻胶，并进行热处理，然后进行电子束光刻、显影，并用等离子体刻蚀去除残胶；5、利用等离子体刻蚀在衬底的一侧(电镀液液面之上的一侧)刻蚀出电镀所需的电极窗口，同时在另一侧刻蚀出电镀附加窗口。 在光刻胶显影所形成的空隙中，利用电镀生长金吸收体，完成电镀后，去除作为模版的光刻胶，并使用等离子体刻蚀清除表面残留的光刻胶，形成光子筛掩模板A。在X射线复制部分，对于第一次复制，如图5所示，图5是用X射线光刻复制光子筛的工艺流程图，该方法包括(1)在抛光的2英寸(100)硅片上，旋涂聚酰亚胺前体溶液形成0. 5-2 μ m厚的薄膜并进行热处理；(2)在正面用电子束蒸发5nm铬和IOnm金作为电镀种子层；⑶利用电子束光刻制作X射线光刻所需的掩模；⑷在衬底上旋涂X射线光刻的光刻胶，并进行热处理，然后进行X射线光刻光刻、显影，并用等离子体刻蚀打底胶；(5)利用等离子体刻蚀在衬底的一侧(电镀液液面之上的一侧)刻蚀出电镀所需的电极窗口。在光刻胶显影所形成的空隙中，利用电镀生长金吸收体，完成电镀后，去除作为电镀模版的光刻胶；(6)采用各向同性的湿法腐蚀，将波带片背面的硅腐蚀掉。对于第二次复制，基本流程与第一次复制相同，不同之处有三点(1)、衬底涂胶比较厚，即要达到最后大高宽比所要求的高度。O)、所用掩膜为第一次复制所得复制掩模版m。(3)、电镀生长的金属厚度大体与涂胶厚度相同。在光学套刻部分，如图6所示，图6是光学套刻部分工艺流程图，该方法包括1、在带有光子筛金属圆柱吸收体图形的片子表面旋涂光学光刻胶，并进行热处理，然后进行光学套刻、显影，并用等离子体刻蚀去除残胶；2、再次利用电镀，在波带片的周围生长大面积、 大厚度的的金吸收体。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。
权利要求
1.一种制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，该方法包括制作光子筛掩模版和光学套刻掩模版；利用光子筛掩模版做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版；利用第一复制掩模版再次做X射线复制得到第二复制掩模版；利用光学套刻掩模版做掩模，对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，得到大高宽比光子筛。
2.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，该方法在制作光子筛掩模版和光学套刻掩模版之前进一步包括设计一个用于电子束直写的版图，版图上圆孔部分有颜色，做电子束时被直写，制作的光子筛掩模版和光学套刻掩模版在该版图的小孔部分长出高宽比为2至3的金属柱子。
3.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，所述光子筛掩模版上具有随机分布在相应环带上的小金属圆柱，所述光学套刻掩模版上具有圆形挡光层， 且该圆形挡光层的直径与光子筛的直径相同。
4.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，所述利用光子筛掩模版做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版，第一复制掩模版被曝光之前涂一层厚度为400nm的胶，以使显影时图形不容易倒；第一复制掩模版上小孔之外的部分电镀的金属厚度与胶厚一致，也为400nm。
5.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，所述利用第一复制掩模版再次做X射线复制得到第二复制掩模版，第二复制掩模版被曝光之前要涂一层厚度为4μπι的胶，因为这次曝光得到的图形显影之后只留下小孔之外的部分，这部分本身都是相连的，高宽比小于1不会有倒塌的现象；然后电镀就能够得到的高宽比为10的金属柱子。
6.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，所述第二复制掩模版上相应环带上随机分布着一系列高宽比金属圆柱。
7.根据权利要求1所述的制作大高宽比光子筛的方法，其特征在于，所述利用光学套刻掩模版做掩模对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，使得光子筛以外的部分都电镀上金属进行挡光，便于光子筛的使用和检测。
全文摘要
本发明公开了一种制作大高宽比光子筛的方法，该方法包括制作光子筛掩模版和光学套刻掩模版；利用光子筛掩模版做掩模做X射线复制得到第一复制掩模版；利用第一复制掩模版再次做X射线复制得到第二复制掩模版；利用光学套刻掩模版做掩模，对第二复制掩模版的光子筛图形进行光学套刻，得到大高宽比光子筛。相对于传统的光子筛制作方法，本发明的优势在于制作更高高宽比的光子筛，获得工作波长更短的光子筛。
文档编号G03F1/00GK102466832SQ20101054444
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者刘明, 朱效立, 谢常青, 辛将, 高南 申请人:中国科学院微电子研究所