[发明专利]一种亚波长极紫外金属透射光栅及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微光学金属透射光栅技术领域，特别是一种亚波长极紫外金属透射光栅及其制作方法。

背景技术

透射光栅是一种应用非常广泛且非常重要的高分辨率色散光学元件，其具有结构简单、光谱范围宽、能量响应平滑、谱面平直等优点，并且能够方便地同时间、空间分辨仪器相结合，构成能够同时诊断等离子体时间能谱特性和空间能谱特性的测量系统，因此透射光栅在天体物理学以及惯性约束核聚变中都有广泛的应用。而亚波长金属透射光栅作为透射光栅的一种，同样在以上各个应用方面有着重要的作用。

光波照射到具有周期性排列的亚波长小孔的金属薄膜表面时将发生衍射散射，从而在金属表面产生倏逝场，而倏逝场经过入射端面表面等离子体激元近场增强效应后得到了有效地放大，并沿着亚波长孔径传输到出射端面，在出射端面再一次由于表面等离子体激元近场增强效应而得到放大，因而产生远场增强效应，出现超强透射现象。因此在此理论基础上，作为金属微纳结构的一种简化模型，周期为波长量级的金属透射光栅则成为一种研究光与周期性金属结构相互作用的一种基本结构，并且从理论上证明了金属透射光栅同样存在这种透射增强效应。而我们知道，在极紫外波段的金属透射光栅，衍射效率非常低，因此，如果能将这种透射增强效应应用到极紫外波段的金属透射光栅中，意义非常大。

但目前亚波长金属透射光栅的主要研究范围集中在可见光波段和近红外波段，因此在金属透射光栅的结构制作上和分析上都比较简单，金属光栅周期较大，制作工艺容易实现。如果将这种透射增强效应应用到极紫外波段，要加工出金属透射光栅周期同波长接近或比波长还小、且占空比为1∶1的金属光栅，工艺难度极大，在利用电子束直写光栅抗蚀剂图形时，由于邻近效应和背散射的原因，抗蚀剂极易倒塌，并且抗蚀剂厚度很难达到使用要求，因此也就极大的限制了金属光栅的高宽比，对达到理想的光的位相和振幅调制有很大的影响。

为了克服上述种种缺点，本发明提出了一种极紫外波段的亚波长金属透射光栅及其制备方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种亚波长极紫外金属透射光栅及其制作方法，以解决亚波长金属透射光栅的透射增强效应在极紫外波段应用的问题，并解决在制作传统高线密度占空比为1∶1金属透射光栅时，由于邻近效应和背散射的原因，抗蚀剂极易倒塌，并且抗蚀剂厚度很难达到使用要求的问题，保证制作结构能同时对极紫外波段的入射光进行位相和振幅的调制。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制作亚波长极紫外金属透射光栅的方法，包括：在双面抛光的硅基衬底的背面制备氮化硅自支撑薄膜窗口；在硅基衬底正面的氮化硅薄膜上旋涂电子束抗蚀剂HSQ；对该电子束抗蚀剂HSQ进行电子束直写曝光，形成占空比为1∶3的光栅线条和包围该光栅线条的圆环，并显影后定影得到光栅线条图形和圆环图形；在该硅基衬底的正面磁控溅射沉积铬材料，作为光栅线条图形和圆环图形周边的挡光层；去除圆环图形内的铬材料，仅保留圆环图形外的材料铬，作为吸收杂散光的吸收体；在硅基衬底的正面采用原子层沉积技术生长金材料；以及去除该圆环图形外的铬材料之上、光栅线条图形之间以及光栅线条图形之上沉积的金材料，仅保留光栅线条图形侧墙的金材料。

上述方案中，所述在双面抛光的硅基衬底的背面制备氮化硅自支撑薄膜窗口，包括：在双面抛光硅基衬底两面各生长一层氮化硅薄膜，对硅基衬底背面的氮化硅薄膜进行刻蚀，直到露出硅基衬底，形成一个窗口，然后各向异性腐蚀该窗口中的硅直至硅基衬底正面的氮化硅薄膜，形成氮化硅自支撑薄膜窗口。

为达到上述目的，本发明还提供了一种亚波长极紫外金属透射光栅，包括：支撑氮化硅自支撑薄膜窗口的硅基衬底；支撑光栅线条的氮化硅自支撑薄膜窗口；在该氮化硅自支撑薄膜窗口上对入射光进行位相调制的多个光栅线条和包围该多个光栅线条的圆环，其中光栅线条的占空比为1∶3；在该氮化硅自支撑薄膜窗口上每个光栅线条两侧及圆环两侧对入射光进行振幅调制的金侧墙；以及在该氮化硅自支撑薄膜窗口上圆环外的挡光材料铬。

上述方案中，所述支撑光栅线条的氮化硅自支撑薄膜窗口，是通过在双面抛光硅基衬底两面各生长一层氮化硅薄膜，对硅基衬底背面的氮化硅薄膜进行刻蚀，直到露出硅基衬底，形成一个窗口，然后各向异性腐蚀该窗口中的硅直至硅基衬底正面的氮化硅薄膜而形成的。

(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