[发明专利]反射式单级衍射光栅及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学技术领域，尤其涉及一种反射式单级衍射光栅及其制造方法。

背景技术

衍射光栅作为普遍使用的光谱仪和单色仪等关键色散元件，在极紫外先进光刻、同步辐射应用、空天探测、激光等离子体诊断等诸多领域有着广泛的应用。但光栅的固有属性决定了高级衍射的存在，由此给多种仪器设备带来高次谐波污染以及一系列技术困难，严重制约了其进一步的应用。

近年来，中国工程物理研究院激光聚变中心和中国科学院微电子研究所采用数值模拟和微电子平面加工技术实现了透射式X射线单级衍射光栅。透射式单级衍射光栅的栅线由随机分布的方形或者圆形图形阵列组成，如图1所示。该X射线单级衍射光栅的光栅复振幅透过率函数为正弦分布形式，因而具有理想的脉冲响应，衍射模式中的次级衍射峰被有效消除，主极大变成没有旁瓣的δ函数，同时不存在高级衍射，衍射花样只有0级和±1级，高级次衍射被有效抑制。单级衍射光栅的衍射模式非常简单，其衍射模式与入射波长之间具有一一对应的关系，是一种非常理想的分光元件。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：相对于透射式单级衍射光栅，反射式单级衍射光栅在实际应用中将会更加广泛。现有技术中对于反射式单级衍射光栅无法有效抑制高级次衍射。

发明内容

本发明提供的反射式单级衍射光栅及其制造方法，能够有效抑制反射式单 级衍射光栅的高级次衍射。

第一方面，本发明提供一种反射式单级衍射光栅，所述光栅为在基底上随机分布光栅图形，所述光栅图形为由两层材料组成的深槽结构，所述深槽结构的下层材料为硅基底，上层材料为高反射率膜层，所述深槽结构的深度和宽度之比值大于0.5。

可选地，所述基底的厚度在10mm以上，所述基底由标准硅基底与体硅基底键合在一起构成。

可选地，所述基底的表面粗糙度小于0.5nm。

可选地，所述高反射率膜层为金、Cr或者周期性反射膜。

可选地，所述反射式单级衍射光栅的工作波长为1nm-100nm。

第二方面，本发明提供一种反射式单级衍射光栅的制造方法，所述方法包括：

在标准硅基底上进行电子束光刻，形成随机分布的光刻胶图形；

利用等离子体刻蚀将所述光刻胶图形转移为硅深槽型刻蚀结构，形成硅光栅图形；

利用低温金金键合技术，将标准硅基底与体硅基底键合在一起；

在硅光栅图形表面溅射高反射率膜层，形成的深槽结构的深度和宽度之比值大于0.5。

可选地，所述由标准硅基底与体硅基底键合在一起构成的基底的厚度在10mm以上。

可选地，所述基底的表面粗糙度小于0.5nm。

可选地，所述高反射率膜层为金、Cr或者周期性反射膜。

可选地，所述反射式单级衍射光栅的工作波长为1nm-100nm。

本发明实施例提供的反射式单级衍射光栅及其制造方法，在基底上采用半导体平面工艺制备随机分布的槽型光栅图形阵列，实现消除反射式光栅高级衍射的功能。所涉及的槽形结构是一种两层材料的深槽结构，且深槽结构的深度和宽度之比值大于0.5，掠入射深槽部分的射线在深槽内多次反射，经过多次衰减直至强度变为0。深槽型反射式单级衍射光栅可以大幅减弱槽内光线对槽外光线的干扰，更好地实现单级衍射光栅只保留0级和±1级、抑制高级次衍射。

附图说明

图1为现有的透射式单级衍射光栅的光栅图形；

图2为X射线反射率与光子能量的关系；

图3为浅槽结构与深槽结构的对比；

图4为本发明一实施例反射式单级衍射光栅的深槽结构示意图；

图5为本发明一实施例反射式单级衍射光栅的制造方法的流程图；

图6为本发明一实施例反射式单级衍射光栅的制造方法的详细流程图；

图7为形成的反射式单级衍射光栅的样品；

图8为形成的反射式单级衍射光栅的样品的SEM图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。