一、簡介

X 射線光刻技術(shù)利用 X 射線具有更短的波長和更強(qiáng)的穿透能力的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)紫外光刻技術(shù)更高的線條精度、更高且更陡直的微結(jié)構(gòu)側(cè)壁，從而獲得具有更大高寬比的微結(jié)構(gòu)。使用能量較低（小于 2keV）的 X 光作為光源，可以在較薄光刻膠體系中實現(xiàn)小于 50 納米的高精度微結(jié)構(gòu)；而使用能量較高（大于 4keV）的 X 光則可以對厚膠（大于 1 毫米）進(jìn)行曝光，獲得極大高寬比的微結(jié)構(gòu)。 實驗站配合潔凈實驗室，主要用于 X 射線光學(xué)元件的制備，尤其對含有大高寬比微結(jié)構(gòu)的元件具有制備優(yōu)勢， 如 X 射線折射透鏡、波帶片、光柵等。所實現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)尺寸、厚度覆蓋范圍廣，其器件在 X 射線聚焦、成像領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

二、光源性能及參數(shù)

北京同步輻射裝置 X 射線光刻站(1B3A)由 1B3 彎鐵引出，可通過調(diào)節(jié)反射鏡系統(tǒng)， 實現(xiàn)反射光和直通光兩條光路，分別進(jìn)行適合亞微米線條寬度的納米光刻和適合大于 1 毫米厚度的 X射線深度光刻。 反射鏡可以在豎直方向上移動來切換光路。 當(dāng)反射鏡移開光路時，同步光進(jìn)入 X 射線深度光刻曝光腔； 當(dāng)反射鏡切入光路時，同步光經(jīng)由反射鏡反射后進(jìn)入納米光刻曝光腔，所以兩種曝光模式必須分時使用。同步輻射光束在水平方向是均勻分布，在豎直方向為高斯分布， 因此樣品臺在豎直方向上進(jìn)行掃描以滿足光刻所需要的大面積均勻光斑。圖1為1B3A光刻束線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1?光束線結(jié)構(gòu)示意圖

X射線深度光刻

1B3A 束線由彎鐵引出， 光源經(jīng)過 250 微米厚度的鈹窗照射在樣品上， 光斑尺寸水平大約 55毫米，豎直 10 毫米。 樣品環(huán)境為 50kpa 氦氣氛， 樣品臺在豎直方向掃描曝光， 行程最大范圍±50 毫米，也可實現(xiàn)不掃描定點(diǎn)曝光。

波長范圍： 白光，峰值大約 4.3kev。

曝光面積： 最大 50*80 毫米。

光刻深度： 對于 PMMA 光刻膠最大光刻深度 1.5 毫米。

納米光刻

1B3A 束線光源經(jīng)過一個鍍鉻反射鏡反射，然后通過一個 0.5 微米厚的氮化硅膜，再通過 18微米厚度的鈹膜（可選）后照射在樣品上， 光斑尺寸水平大約 50 毫米，豎直 10 毫米。 樣品環(huán)境為真空， 樣品臺在豎直方向掃描曝光， 行程最大范圍±50 毫米，也可實現(xiàn)不掃描定點(diǎn)曝光。

波長范圍： 白光，峰值大約 1.6kev。
曝光面積： 50*80 毫米。
光刻分辨率：最小線寬 50nm。

1B3A 光束線的同步光在上述兩種不同的模式下的光譜分布如圖 2 所示， 模擬數(shù)據(jù)所用儲存環(huán)電子電流為 100mA， 水平接收角為 1mrad，垂直方向不受限制。??

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圖2?光刻站同步輻射光源在不同模式下的X光能譜分布曲線

三、實驗站主要設(shè)備

光刻實驗站除了具有同步輻射光刻束線的曝光系統(tǒng)外，還擁有較為完善的微加工設(shè)備和環(huán)境。工作環(huán)境有 300 平米的千級潔凈間、腐蝕間、工藝輔助間等； 在設(shè)備上擁有磁控濺射系統(tǒng)、原子層沉積系統(tǒng)、熱蒸發(fā)系統(tǒng)、 電鍍裝置、氧化爐、紫外光刻機(jī)、反應(yīng)離子刻蝕機(jī)、 離子束刻蝕機(jī)、 ICP 刻蝕系統(tǒng)； 在測試設(shè)備方面有臺階儀、顯微鏡等。圖 3 為光刻站千級潔凈間照片。

圖3 光刻站千級潔凈間照片

四、研究工作和應(yīng)用成果

BSRF 光刻組的研究工作是以同步輻射光刻為核心，通過結(jié)合其它微加工手段開展多方位的MEMS 研究和應(yīng)用，包括 LIGA 技術(shù)、 SU8 技術(shù)、 硅刻蝕技術(shù)等。 目前主要研究方向為 X 射線光學(xué)元件的研制， 研究內(nèi)容包括金屬光柵、折射聚焦透鏡、波帶片、 精密微金屬結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等。圖 4 為利用 1B3A 束線的 LIGA 技術(shù)制備出的金光柵照片， 最小線條寬度 2μ m， 厚度可達(dá) 90μ m。 圖 5 為鎳基高能 X 射線復(fù)合折射透鏡， 適用于對大于 50keV 的 X 光進(jìn)行聚焦，厚度可以實現(xiàn)大于 1mm。圖 6 為 SU8 基 X 射線復(fù)合折射透鏡， 適用于對小于 80keV 的 X 光進(jìn)行聚焦，厚度可以實現(xiàn)大于 2mm。

圖4 金光柵

圖5 鎳基高能X射線復(fù)合折射透鏡

圖6 SU8基X射線符合折射透鏡

五、聯(lián)系方式

線站負(fù)責(zé)人：張?zhí)鞗_，010-88235983，zhangtc@ihep.ac.cn

用戶聯(lián)系人：王? 波，010-88235983，wangbo@ihep.ac.cn