[发明专利]临界角透射光栅制作方法

说明书

本发明公开了一种临界角透射光栅制作方法，包括以下步骤：S1、在单晶硅基底双面沉积氮化硅层，然后在氮化硅层表面镀铬，再双面旋涂光刻胶，经紫外曝光、显影后，湿法刻蚀铬，得到基准光栅；S2、在基准光栅双面旋涂光刻胶，经扫描干涉场曝光系统曝光、显影后得到光栅掩膜；S3、然后干法刻蚀光栅掩膜的氮化硅层，湿法刻蚀单晶硅，最后去除氮化硅层，即得透射光栅。本发明的临界角透射光栅制作方法，其通过双面镀铬、双面旋涂光刻胶、双面曝光等工艺制作单晶硅光栅掩膜。然后双向同时利用碱性刻蚀液对单晶硅进行湿法刻蚀，即可降低光栅展宽面积，实现光栅开口率的提升。

技术领域

本发明涉及光栅制备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种临界角透射光栅制作方法。

背景技术

我国现有的“慧眼”、“悟空”及“天眼”等宇宙背景辐射探测设备，是针对探测具有高能量的黑洞、中子星及新脉冲星等天体物理研制的。上述设备可对较强能量的硬X射线（20keV-250keV）、γ射线（1240keV）、高能电子（5×10⁷keV-1×10¹¹keV）及射电波进行探测。但是，不具备对能量较低的软X射线（0.2keV-2keV）进行高分辨率全谱段探测能力。空间软X射线中蕴藏着碳、氦、氧、氖和铁等大量具有能谱分析价值的元素特征谱线，对研究星际间及内部物质成份、天体目标及周围物质成份、宇宙大尺度结构变化和重子搜寻等天文学重大科学问题具有极高的科学价值。为了提高软X射线射谱仪的能量传输与能谱分辨率，欧美等国研制的1至4代软X射线望远镜均以光栅作为分光元件，其中1、2代用的是掠入射镀金反射光栅，拟于2021年和2035年发射的IXO和Lynx则用临界角单晶硅透射光栅，衍射效率可由原来的15%提高到50%左右，分辨率可由原来的40提高到10000。我国进行空间软X射线高分辨率探测，首先要解决制约开展该项研究的大深宽比、临界角单晶硅透射光栅“瓶颈”问题。所以寻求一种临界角透射光栅制作方法意义重大。

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临界角透射光栅制作方法，其通过双面镀铬、双面旋涂光刻胶、双面曝光等工艺制作单晶硅光栅掩膜。然后双向同时利用碱性刻蚀液对单晶硅进行湿法刻蚀，即可降低光栅展宽面积，实现光栅开口率的提升。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种临界角透射光栅制作方法，包括以下步骤：

S1、在单晶硅基底双面沉积氮化硅层，然后在氮化硅层表面镀铬，再双面旋涂光刻胶，经紫外曝光、显影后，湿法刻蚀铬，得到基准光栅；

S2、在基准光栅双面旋涂光刻胶，经扫描干涉场曝光系统曝光、显影后得到光栅掩膜；

S3、然后干法刻蚀光栅掩膜的氮化硅层，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，所述的临界角透射光栅制作方法，S3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℃。

优选的是，所述的临界角透射光栅制作方法，S3中刻蚀液中还加入表面活性剂，所述表面活性剂为IPA、TMDD以及SDSS中的至少一种；其中，IPA的添加量为KOH溶液质量的3~6%，TMDD的添加量为KOH溶液质量的0.05~0.1%，SDSS的添加量为KOH溶液质量的0.05~0.1%。

优选的是，所述的临界角透射光栅制作方法，S3中湿法刻蚀单晶硅时进行超声震荡，超声的频率为80~120kHz、功率为250~350W。

优选的是，所述的临界角透射光栅制作方法，S1中使用质量分数为25~35%的硫酸溶液刻蚀铬，刻蚀温度为18~22℃。