[发明专利]高开口面积临界角透射光栅的制备方法

说明书

本发明公开了一种高开口面积临界角透射光栅的制备方法，包括以下步骤：S1、制备掩模板；S2、在单晶硅基底双面沉积氮化硅层，然后在氮化硅层表面旋涂光刻胶，将掩膜板对准单晶硅基底，分别经两面曝光显影后，将掩模板中的图形转移到单晶硅基底上得到基准光栅；S3、在单晶硅基底远离基准光栅的区域双面镀铬，再双面旋涂光刻胶，曝光显影后得到支撑结构；S4、将单晶硅基底的支撑结构双面旋涂光刻胶后，然后双面曝光；S5、然后经干法刻蚀氮化硅层，湿法刻蚀单晶硅，最后去除氮化硅层，即得透射光栅。本发明的制备方法，通过扫描干涉场曝光方法，可实现高精度的双面曝光，为双面刻蚀制备相位双面匹配精度高的掩模图形，从而减小了展宽面积。

技术领域

本发明涉及光栅制备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高开口面积临界角透射光栅的制备方法。

背景技术

自支撑透射类光栅的主要制作工艺为Bosch深反应离子刻蚀和110硅片的各向异性湿法腐蚀。Bosch工艺对保护掩模要求高、制作工艺复杂、侧壁粗糙度差等原因已被110单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺所替代。但因各向异性湿法刻蚀获得的临界角透射光栅线条和自支撑结构均依赖于单晶硅晶向，自支撑结构随着刻蚀深度的增大而向底部展宽而占据大部分面积，导致光栅有效面积减小，目前仅占光栅口径的30％左右。以临界角透射为核心元器件的X射线透射空间望远镜需大的光栅总有效面积(IXO总有效面积＞1000cm²)来提高整体的信噪比和灵敏度，这就需要更多数量的光栅，造成望远镜系统整体体积、重量的大幅增加，加大制造难度及发射成本。因此，减小自支撑结构的尺寸，增大光栅有效面积，对于临界角透射光栅的应用具有重大意义。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高开口面积临界角透射光栅的制备方法，先通过制备掩模板，将掩模板上的掩模图形单晶硅基底上，制得基准光栅，然后经紫外曝光、显影后制得支撑结构，经扫描干涉场曝光系统双面曝光，且在曝光过程中调整工作台使两束曝光光束形成的干涉条纹与基准光栅栅线平行实现高精度的双面曝光，经干法刻蚀氮化硅层，湿法刻蚀单晶硅，最后去除氮化硅层，即得透射光栅，通过该工艺制得的透射光栅的展宽面积缩小为传统工艺的50％。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高开口面积临界角透射光栅的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备掩模板；

S2、在单晶硅基底双面沉积氮化硅层，然后在部分区域的氮化硅层表面旋涂光刻胶，将掩膜板对准单晶硅基底，分别经两面曝光显影后，将掩模板中的图形转移到单晶硅基底上，再经干法刻蚀氮化硅层、湿法刻蚀单晶硅后，即得基准光栅；

S3、在单晶硅基底远离基准光栅的区域双面沉积氮化硅层，然后双面镀铬，再双面旋涂光刻胶，经紫外曝光、显影后，湿法刻蚀铬，得到支撑结构；

S4、将单晶硅基底的支撑结构双面旋涂光刻胶后，然后双面曝光，每面曝光具体为：将硅基底单晶硅基底固定在扫描干涉场曝光系统工作台上，使扫描干涉场曝光系统的两束曝光光束入射至基准光栅上，调整工作台使两束曝光光束形成的干涉条纹与基准光栅栅线方向平行，保持曝光光束入射基准光栅状态不变，将扫描干涉场曝光系统中的相位锁定切换为动态相位锁定模式，然后对旋涂光刻胶的区域进行曝光；

S5、然后S4中曝光后的单晶硅基底显影后，经干法刻蚀氮化硅层，湿法刻蚀单晶硅，最后去除氮化硅层，即得透射光栅。

优选的是，所述的高开口面积临界角透射光栅的制备方法，S1中制备掩模板具体包括；在玻璃基板上制作多个均匀分布的矩形图形，任意相邻两个矩形图形之间的夹角为0.05°。

优选的是，所述的高开口面积临界角透射光栅的制备方法，S3、S5中湿法刻蚀单晶硅所用刻蚀液为质量分数40～50％的KOH溶液，刻蚀温度为20～25℃。