一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統技術方案

本發明專利技術涉及一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統，其包括：依次排列的波蕩器光源、多個反射聚焦鏡、掩膜光柵、具有光闌孔的級選光闌、具有觀察孔的樣品臺、鋁膜以及CCD探測器。本發明專利技術通過在掩膜光柵與樣品之間增設級選光闌，并通過CCD探測器確保掩膜光柵與級選光闌的位置對準，從而使級選光闌能夠可靠遮擋經過掩膜光柵分束產生的0級光，避免該0級光照射到樣品上，以使樣品上產生的±1級衍射光相干區域的周圍不存在0級光區域，由此即可通過移動樣品臺實現樣品上的有效曝光區域的大面積拼接。同時本發明專利技術還通過采用反射聚焦鏡以及鋁膜對X射線進行濾波，從而使得CCD探測器能夠清楚觀察到掩膜光柵與級選光闌的相對位置，從而即可確保兩者的對準精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統。
技術介紹
X射線干涉光刻(XIL)是利用兩束或多束相干X光束的干涉條紋對光刻膠進行曝光的新型先進微、納加工技術，可以開展幾十甚至十幾個納米周期的納米結構加工，其原理如圖1所示，掩模光柵I’把一束X射線分成多束相干光束，并在襯底2’上的光刻膠3’處產生干涉條紋，從而形成曝光圖形。XIL技術適用于制備周期為10nm以下的大面積納米周期結構(即曝光圖形)，與其他光刻等方法相比，可以更可靠地獲得大面積、高質量的亞50nm的高密度周期性納米結構，在納米電子學、微納光學、納米生物學、納米器件與材料、光子晶體等研究領域有著廣泛的應用。對于單次曝光而言，利用XIL技術得到的曝光圖形面積與掩模光柵面積有關。若想得到小周期的納米結構，那么掩模光柵的面積就會受到一定的限制，目前用于XIL制備小周期曝光圖形的掩模光柵的面積最大為400 μπιΧ400 μπι，因此曝光圖形面積最大即為400 μmX400 μm0與電子束曝光等技術相比，XIL單次曝光得到的圖形面積已經很大了，但是對于某些研究領域而言卻依然不夠。以光子晶體為例，小周期大面積的光子晶體可以作為高效探測器廣泛應用于高能物理、醫學成像、輻射劑量、同步輻射硬X射線等領域。利用XIL技術雖然可以高質量地制備光子晶體，然而單次曝光得到的圖形面積卻遠遠不能滿足作為探測器的應用需求，這就要將多個曝光區域拼接，以獲得更大的曝光面積來滿足實際應用的需求。另一方面，利用XIL技術制備的樣品往往需要其他實驗手段表征，用于測量的實驗儀器也對樣品尺寸有要求。以納米磁學為例，樣品克爾效應的測量一般利用變波長的克爾設備，但是目前的克爾設備的光斑直徑通常不小于500 μ m，實驗要求被測量區域直徑必須大于等于500 μ m，以便光斑能容易地聚焦到圖案區域，但利用XIL單次曝光所得的圖案區域大小，遠遠不能滿足技術需求，因此也需要對多個圖案區域進行拼接以獲得大面積而且均整的圖案區域來滿足測量儀器的要求。然而，由于目前XIL技術利用衍射光柵作為掩膜將光束分開，因此，如圖2所示，在有效曝光區域(即± I級衍射光相干區域4’)四周會不可避免的存在O級(衍射)光區域5’，從而限制了有效曝光區域的大面積拼接。為此，目前需要研發一種能夠形成大面積曝光圖形的光刻系統，以滿足使用需要。
技術實現思路
為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術旨在提供一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統，以實現曝光圖形的大面積拼接。本專利技術所述的一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統，其包括:依次排列的波蕩器光源、多個反射聚焦鏡、掩膜光柵、具有光闌孔的級選光闌、具有觀察孔的樣品臺、鋁膜以及CXD探測器；其中，所述多個反射聚焦鏡被配置為用于將所述波蕩器光源發出的X射線濾波反射后傳輸至所述掩膜光柵；所述掩膜光柵被配置為用于對所述X射線進行分束，并產生O級光和±1級衍射光；所述級選光闌被配置為用于遮擋所述O級光并供所述±1級衍射光穿過所述光闌孔后照射在所述樣品臺上；所述CCD探測器被配置為用于觀察通過所述觀察孔并經過所述鋁膜濾波的光束以監測所述級選光闌是否遮擋住所述O級光。在上述的同步輻射X射線大面積干涉光刻系統中，所述系統還包括與所述級選光闌連接的第一移動裝置，其被配置為用于根據所述CCD探測器的觀察結果移動所述級選光闌以使其遮擋住所述O級光。在上述的同步輻射X射線大面積干涉光刻系統中，所述系統還包括與所述樣品臺連接的第二移動裝置，其被配置為用于移動所述樣品臺以使安裝于其上的樣品通過所述±1級衍射光形成干涉花紋。在上述的同步輻射X射線大面積干涉光刻系統中，所述掩膜光柵、級選光闌、樣品臺和鋁膜設置在一真空腔體中，且所述CCD探測器部分位于所述真空腔體中。在上述的同步輻射X射線大面積干涉光刻系統中，所述反射聚焦鏡的數量為2個。由于采用了上述的技術解決方案，本專利技術通過在掩膜光柵與樣品之間增設級選光闌，并通過CCD探測器確保掩膜光柵與級選光闌的位置對準，從而使級選光闌能夠可靠遮擋經過掩膜光柵分束產生的O級光，避免該O級光照射到樣品上，以使樣品上產生的±1級衍射光相干區域的周圍不存在O級光區域，由此即可通過移動樣品臺實現樣品上的有效曝光區域的大面積拼接。同時本專利技術還通過采用反射聚焦鏡以及鋁膜對X射線進行濾波，從而使得CCD探測器能夠清楚觀察到掩膜光柵與級選光闌的相對位置，從而即可確保兩者的對準精度。【附圖說明】圖1是X射線干涉光刻原理示意圖；圖2是利用XIL技術獲得的曝光圖形的示意圖；圖3是本專利技術一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統的結構示意圖；圖4是不同波長光子在CXD探測器上的對應的模糊區域的示意圖；圖5是本專利技術中經過濾波后到達C⑶探測器上的光子能量范圍的示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖，給出本專利技術的較佳實施例，并予以詳細描述。如圖3所示，本專利技術，即一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統，其包括:依次排列的波蕩器光源1、多個反射聚焦鏡2 (在本實施例中，反射聚焦鏡的數量為2個)、掩膜光柵3、具有光闌孔的級選光闌4、具有觀察孔的樣品臺5、鋁膜6以及CXD探測器7，還包括:與級選光闌4連接的第一移動裝置(圖中未示)以及與樣品臺5連接的第二移動裝置(圖中未示)；其中，多個反射聚焦鏡2被配置為用于將波蕩器光源I發出的X射線中的能量在1500eV以上的光子過濾后反射傳輸至掩膜光柵3 ;掩膜光柵3被配置為用于對照射在其上的X射線進行分束，并產生O級光和相互干涉的±1級衍射光；級選光闌4當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種同步輻射X射線大面積干涉光刻系統，其特征在于，所述系統包括：依次排列的波蕩器光源、多個反射聚焦鏡、掩膜光柵、具有光闌孔的級選光闌、具有觀察孔的樣品臺、鋁膜以及CCD探測器；其中，所述多個反射聚焦鏡被配置為用于將所述波蕩器光源發出的X射線濾波反射后傳輸至所述掩膜光柵；所述掩膜光柵被配置為用于對所述X射線進行分束，并產生0級光和±1級衍射光；所述級選光闌被配置為用于遮擋所述0級光并供所述±1級衍射光穿過所述光闌孔后照射在所述樣品臺上；所述CCD探測器被配置為用于觀察通過所述觀察孔并經過所述鋁膜濾波的光束以監測所述級選光闌是否遮擋住所述0級光。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛超凡，吳衍青，劉海崗，楊樹敏，王連升，趙俊，邰仁忠，
申請(專利權)人：中國科學院上海應用物理研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31