高高寬比X射線(xiàn)聚集衍射光學(xué)元件研究.pdf

1、高高寬比X射線(xiàn)聚焦衍射光學(xué)元件是硬X射線(xiàn)成像系統(tǒng)的核心光學(xué)元件,在激光慣性約束聚變等離子體診斷、X射線(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。高高寬比的X射線(xiàn)聚焦衍射波帶片作為硬X射線(xiàn)成像元件的典型代表,在具有空間分辨率高,應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)其制作工藝步驟之長(zhǎng)、難度之大也制約著它的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí),對(duì)于新型衍射光學(xué)元件—光子篩的理論研究,由于其特殊的結(jié)構(gòu)具有抑制高階衍射和提高分辨率的優(yōu)良特性越來(lái)越受到重視,但是國(guó)內(nèi)外對(duì)于硬X射線(xiàn)聚焦光子

2、篩的制備工作還沒(méi)有開(kāi)展,本文瞄準(zhǔn)我國(guó)在等離子體診斷、空間探測(cè)、同步輻射裝置等重大工程的需求,采用電子束光刻和X射線(xiàn)光刻技術(shù)相結(jié)合的手段,緊緊圍繞制作工藝中的一系列的關(guān)鍵問(wèn)題,通過(guò)大量的試驗(yàn)進(jìn)行分析和探索,最終成功制備了最外環(huán)寬度為500納米,金吸收體厚度為3.6微米高寬比達(dá)到7.2的硬X射線(xiàn)聚焦波帶片和最外環(huán)小孔直徑為350納米,金吸收體厚度為2.33微米高寬比達(dá)到6.7的硬X射線(xiàn)聚焦光子篩。
　　本文首先介紹了波帶片和光子篩成像

3、的原理以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì),接著介紹了波帶片的制備工藝并著重研究了電子束光刻以及聚酰亞胺薄膜制備等關(guān)鍵技術(shù),然后介紹了光子篩的制備工藝并著重研究了X射線(xiàn)光刻以及微電鍍等核心技術(shù)。
　　高高寬比結(jié)構(gòu)圖形易倒塌的問(wèn)題是制約硬X射線(xiàn)聚焦光學(xué)元件制備工藝發(fā)展的根本問(wèn)題,而導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的根本原因是液體張力的存在以及光刻膠與襯底的粘附性較差。本論文以解決這些問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),通過(guò)大量的試驗(yàn)研究工作,摸索出一套行之有效的高高寬比X射線(xiàn)聚焦波帶片和光

4、子篩的制備技術(shù),其中包括:通過(guò)制備聚酰亞胺薄膜提高X射線(xiàn)透射率以及工藝寬容度;采用電子束光刻制備高分辨率X射線(xiàn)曝光掩模;采用X射線(xiàn)光刻復(fù)制高高寬比波帶片和光子篩結(jié)構(gòu);通過(guò)設(shè)計(jì)具有支撐結(jié)構(gòu)的掩模版版圖探索解決電子束臨近效應(yīng)導(dǎo)致X射線(xiàn)復(fù)制中的易倒塌的問(wèn)題;微電鍍制備厚金吸收體圖形技術(shù)。
　　在電子束光刻制備高分辨率掩模圖形中,分析測(cè)試了不同抗蝕劑的特性參數(shù)并解決了旋涂厚膠產(chǎn)生棉絮狀物的問(wèn)題,根據(jù)需要制備了高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜,考慮了電子

5、束曝光中的臨近效應(yīng)對(duì)于圖形的影響,利用微光刻圖形處理技術(shù)設(shè)計(jì)具有支撐結(jié)構(gòu)的光子篩版圖探索解決圖形易倒塌問(wèn)題。成功制備了X射線(xiàn)聚焦波帶片和光子篩的掩模。
　　X射線(xiàn)光刻復(fù)制工藝中,在北京和合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的光刻站上展開(kāi)工藝研究,通過(guò)控制曝光劑量和顯影時(shí)間以及微電鍍工藝的試驗(yàn)條件,成功制備了高高寬比的波帶片和光子篩,并以光子篩為對(duì)象深入探索了解決更高高寬比圖形制備的全水電鍍和旋涂增粘劑等工藝,取得了具有參考價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。