[发明专利]X射线吸收光栅的制作方法及其填充装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅制作方法，尤其涉及一种X射线吸收光栅的制作方法。本发明还涉及一种光栅制作设备，尤其涉及一种用于X射线吸收光栅制作中金属填充的填充装置。

背景技术

X射线吸收光栅，主要应用于基于光栅的X射线相衬成像系统中，是该系统的核心器件之一。X射线相衬成像系统不同于目前普遍使用的传统X射线吸收成像系统，它是一种利用X射线经过物体后产生的相位变化对物体进行成像的新的成像方法。实际上，由轻原子组成的物质对X射线的吸收因子很小，但其相位因子却很大，因此，利用相位对比度比吸收对比度更容易获得这类物质内部高质量的图像。因此，X射线相衬成像技术具有传统X射线吸收成像技术无法比拟的优越性。主要可应用于有机材料及器件的检测、生物学及医学领域、工业无损检测、火药填充检测等领域。

在基于光栅的X射线相衬成像系统中，需将X射线吸收光栅置于X射线源后，X射线吸收光栅的填充重金属部分吸收X射线，而光栅的另外部分透过X射线，这样，吸收光栅与普通桌上X射线源共同构成了具有一维空间相干性的X射线源。其中每一个线源具有空间相干性，各线源之间不存在相干性。经过合理设计，各线源形成的相衬图像可以实现强度叠加，从而使X射线相衬成像系统更加高效。此外，另一X射线吸收光栅置于该系统中相位光栅后泰伯距离处，将物体信息转变为吸收光栅后的莫尔条纹信息，大大降低了探测难度。

目前用于X射线吸收光栅的制作方法主要是LIGA技术（德文Lithographie,Galvanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写）。LIGA技术是一种基于同步辐射源的X射线光刻技术，主要包括X射线同步辐射光刻、电铸制模和注模复制三个工艺步骤。其借鉴了标准IC光刻工艺，在具有高深宽比图形的制作中具有无可比拟的优势，推动了微加工领域的发展。目前瑞士和日本开展X射线相衬成像技术研究的单位均使用该技术制作X射线吸收光栅，但目前为止，使用该技术获得的X射线吸收光栅面积有限，随着X射线相衬成像系统技术的成熟，不久后极有可能投入实际应用，同时会面临对更大面积成像的需求，因此，需要开发更大面积的X射线吸收光栅，但目前这种制作方法无法实现大面积的X射线吸收光栅的制作。另一方面，现今的LIGA技术还不能摆脱同步辐射源的限制，即利用LIGA技术制作的X射线吸收光栅成本很高。制约了X射线相衬成像系统的普及应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有LIGA技术中制作的X射线吸收光栅面积有限、制造成本高的缺陷，提供一种工艺步骤简单、易于普通实验室实现、能制作任意面积的X射线吸收光栅的X射线吸收光栅的制作方法。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种操作方便、能对硅基结构进行高质量填充X射线强吸收重金属的用于X射线吸收光栅制作中的重金属填充装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种X射线吸收光栅的制作方法，包括以下步骤：

（1）、硅基制作：选择n型或p型硅片并制作光栅掩膜板，在硅片两表面的任一表面上沉积一层Si₃N₄薄膜，在Si₃N₄薄膜上涂覆光刻胶，将所述光栅掩膜板的图案光刻到光刻胶上，显影、定影后依次去除光栅掩模板规定部位的Si₃N₄薄膜，再去除光刻胶；接着在硅片另一表面也通过光刻制作透明电极得到硅基；

（2）、硅基上刻蚀V形槽：保护透明电极，利用碱性刻蚀溶液对硅基进行各向异性腐蚀，在步骤（1）没有覆盖Si₃N₄的硅基表面刻蚀出V形槽；

（3）、刻蚀高深宽比陡直结构的沟槽：利用光助电化学刻蚀方法在步骤（2）制成的V形槽的基础上刻蚀出高深宽比陡直结构的沟槽；

（4）、硅基表面改性：对步骤（3）得到的硅基表面和沟槽内壁面进行改性处理，得到一层改性处理薄膜；

（5）、X射线强吸收重金属填充：在真空条件下，将步骤（4）得到的硅基浸入熔化的X射线强吸收重金属中，加压使得沟槽内填充所述重金属，填充结束即得到X射线吸收光栅。

所述的X射线吸收光栅的制作方法，所述步骤（1）中，包括以下子步骤：

（11）、根据X射线吸收光栅制作所需要图案的光栅掩膜板；并另制作透明电极的电极掩模板；