首先综述了当前X射线透镜的分辨率和效率的水平,预测并讨论了发展我国波带片透镜、赶超国际先进水平的技术路径图。在原有100 nm分辨率波带片和会聚透镜工艺基础上,综述了电子束光刻结合金电镀进一步发展30~70 nm分辨率的X射线波带片的最新进展。在研发30 nm分辨率的波带片中,电子束光刻中的邻近效应严重限制了波带高宽比,而现有商业软件(基于蒙特卡罗模型和显影动力学)的邻近效应修正在同时处理从微米到30 nm的各种图形时效果甚微。为此,本团队针对70 nm分辨率的硬X射线波带片采用了图形修正法,实现了20∶1的波带高宽比,针对50 nm分辨率的硬X射线波带片采用了分区域修正法,获得了15∶1的波带高宽比;30 nm波带片透镜的金属化摒弃了传统的直流电镀工艺,采用脉冲金电镀,实现了金环均匀电沉积,成功研制了30 nm分辨率的软X射线波带片透镜和30~100 nm的大高宽比分辨率测试卡。所有研制的波带片透镜在上海同步辐射装置得到了X射线光学成像验证。
光学学报
2022, 42(11): 1134005
1 中国科学院微电子研究所 微电子器件与集成技术重点实验室，北京100029
2 中国科学院大学，北京 100049
为得到同步辐射光源硬X射线波段(>2 keV)需要的高宽比高分辨率波带片，本文利用高加速电压(100 kV)电子束光刻配合Si3N4镂空薄膜直写来减少背散射的方法，对硬X射线波带片制作技术进行了蒙特卡洛模拟和电子束光刻实验。模拟结果显示: Si3N4镂空薄膜衬底可以有效降低电子在抗蚀剂中传播时的背散射，进而改善高密度大高宽比容易引起的结构倒塌和粘连问题。通过调整电子束的曝光剂量，在500 nm厚的镂空Si3N4薄膜衬底上制备出最外环宽度为150 nm、金吸收体的厚度为1.6 μm，高宽比大于10的硬X射线波带片。同时，引入随机支撑点结构，实现了波带片结构自支撑，提高了大高宽比波带片的稳定性。将利用该工艺制作的波带片在北京同步辐射装置X射线成像4W1A束线8 keV能量下进行了聚焦测试，得到清晰的聚焦结果。
硬X射线波带片 电子束光刻 大高宽比波带片 电子束光刻 镂空薄膜 hard X-ray zone plates electron beam lithography high aspect-ratio zone plate electron beam lithography self-standing film 光学 精密工程
2017, 25(11): 2803
1 中国科学院微电子研究所,北京 100029
2 中国工程物理研究院 激光聚变中心,四川 绵阳 621900
对利用X 射线光刻制作大高宽比硬X 射线波带片的设计和制作工艺进行了研究。采用电子束光刻制作X射线光刻掩模,并利用X 射线光刻制作最终的硬X 射线波带片。采用对光刻胶结构加入支撑点的方法,大大提高了X 射线光刻制作硬X 射线波带片的高宽比。对所加入支撑点的布置策略进行了优化,使得支撑点所占的面积比例减小。所制作的波带片最外环宽度为200 nm,厚度为2.8 μm,具有优良的结构质量,预期可用于10 keV 到25 keV波段,并具有优于250 nm 的成像分辨率。
大高宽比 X 射线波带片 X 射线光刻 衍射效率 high aspect-ratio X-ray zone plates X-ray lithography diffraction efficiency
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230026
通过测量软X射线相位型和振幅型聚焦波带片的一级衍射强度,实验得到了自行研制的两种相位型软X射线聚焦波带片的相对衍射特性。测量实验装置简单,调节相对容易。选择合适的针孔大小可使得接收信号有足够的信噪比。对波带片聚酰亚胺衬底的厚度进行了归一化。分别将3个镍和锗波带片的一级衍射强度与金波带片进行了比较。在3.2nm工作波长,研制的镍、锗软X射线相位型波带片的平均一级衍射效率分别是软X射线振幅型金波带片一级衍射效率的1.60和1.26倍,与理论值1.77和1.34很接近。测试结果表明,我们制作的相位型波带片具有较高精度。
X射线光学 X射线波带片 衍射 相对效率
中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,安徽,合肥,230026
使用振幅矢量叠加法,通过叠加X射线波带片每一对环带对焦点的贡献,计算和分析了随机环带位置误差、宽度误差、扩散和粗糙度对波带片的效率的影响.用Strehl 比来量化和衡量与理想波带片有偏差的波带片的性能,对两个波带片实例分别用Strehl 极限确定了能容许的4种误差的最大值.计算了Ni软X射线波带片的随机环带位置误差及宽度误差对主焦点效率的影响;计算了SiO2/Ni硬X射线溅射切片波带片的两种材料的相互扩散和粗糙度对衍射效率的影响.结果表明:4种误差越大,主焦点效率越小,对Ni软X射线波带片,随机环带位置误差均方根和宽度误差均方根小于最外环宽度的20%左右时,对SiO2/Ni硬X射线溅射切片波带片,扩散区宽度和粗糙度均方根分别小于最外环宽度的90%和60%左右时,得到的Strehl 比在Strehl 极限之上.
X射线波带片 环带位置误差 环带宽度误差 扩散 粗糙度
