[發明專利]反射式單級衍射光柵及其制造方法

在審

• 申請號: 201610266673.0
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN107315211A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 朱效立;謝常青;劉明;牛潔斌;華一磊;施百齡
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明涉及衍射光學技術領域，尤其涉及一種反射式單級衍射光柵及其制造方法。

背景技術

衍射光柵作為普遍使用的光譜儀和單色儀等關鍵色散元件，在極紫外先進光刻、同步輻射應用、空天探測、激光等離子體診斷等諸多領域有著廣泛的應用。但光柵的固有屬性決定了高級衍射的存在，由此給多種儀器設備帶來高次諧波污染以及一系列技術困難，嚴重制約了其進一步的應用。

近年來，中國工程物理研究院激光聚變中心和中國科學院微電子研究所采用數值模擬和微電子平面加工技術實現了透射式X射線單級衍射光柵。透射式單級衍射光柵的柵線由隨機分布的方形或者圓形圖形陣列組成，如圖1所示。該X射線單級衍射光柵的光柵復振幅透過率函數為正弦分布形式，因而具有理想的脈沖響應，衍射模式中的次級衍射峰被有效消除，主極大變成沒有旁瓣的δ函數，同時不存在高級衍射，衍射花樣只有0級和±1級，高級次衍射被有效抑制。單級衍射光柵的衍射模式非常簡單，其衍射模式與入射波長之間具有一一對應的關系，是一種非常理想的分光元件。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下技術問題：相對于透射式單級衍射光柵，反射式單級衍射光柵在實際應用中將會更加廣泛。現有技術中對于反射式單級衍射光柵無法有效抑制高級次衍射。

發明內容

本發明提供的反射式單級衍射光柵及其制造方法，能夠有效抑制反射式單 級衍射光柵的高級次衍射。

第一方面，本發明提供一種反射式單級衍射光柵，所述光柵為在基底上隨機分布光柵圖形，所述光柵圖形為由兩層材料組成的深槽結構，所述深槽結構的下層材料為硅基底，上層材料為高反射率膜層，所述深槽結構的深度和寬度之比值大于0.5。

可選地，所述基底的厚度在10mm以上，所述基底由標準硅基底與體硅基底鍵合在一起構成。

可選地，所述基底的表面粗糙度小于0.5nm。

可選地，所述高反射率膜層為金、Cr或者周期性反射膜。

可選地，所述反射式單級衍射光柵的工作波長為1nm-100nm。

第二方面，本發明提供一種反射式單級衍射光柵的制造方法，所述方法包括：

在標準硅基底上進行電子束光刻，形成隨機分布的光刻膠圖形；

利用等離子體刻蝕將所述光刻膠圖形轉移為硅深槽型刻蝕結構，形成硅光柵圖形；

利用低溫金金鍵合技術，將標準硅基底與體硅基底鍵合在一起；

在硅光柵圖形表面濺射高反射率膜層，形成的深槽結構的深度和寬度之比值大于0.5。

可選地，所述由標準硅基底與體硅基底鍵合在一起構成的基底的厚度在10mm以上。

可選地，所述基底的表面粗糙度小于0.5nm。

可選地，所述高反射率膜層為金、Cr或者周期性反射膜。

可選地，所述反射式單級衍射光柵的工作波長為1nm-100nm。

本發明實施例提供的反射式單級衍射光柵及其制造方法，在基底上采用半導體平面工藝制備隨機分布的槽型光柵圖形陣列，實現消除反射式光柵高級衍射的功能。所涉及的槽形結構是一種兩層材料的深槽結構，且深槽結構的深度和寬度之比值大于0.5，掠入射深槽部分的射線在深槽內多次反射，經過多次衰減直至強度變為0。深槽型反射式單級衍射光柵可以大幅減弱槽內光線對槽外光線的干擾，更好地實現單級衍射光柵只保留0級和±1級、抑制高級次衍射。

附圖說明

圖1為現有的透射式單級衍射光柵的光柵圖形；

圖2為X射線反射率與光子能量的關系；

圖3為淺槽結構與深槽結構的對比；

圖4為本發明一實施例反射式單級衍射光柵的深槽結構示意圖；

圖5為本發明一實施例反射式單級衍射光柵的制造方法的流程圖；

圖6為本發明一實施例反射式單級衍射光柵的制造方法的詳細流程圖；

圖7為形成的反射式單級衍射光柵的樣品；

圖8為形成的反射式單級衍射光柵的樣品的SEM圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。