一種基于半導(dǎo)體工藝的平面型龍蝦眼聚焦鏡頭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種平面型龍蝦眼聚焦鏡頭的制備方法，屬于航空航天、光學(xué)技術(shù)和 微電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 相對(duì)于準(zhǔn)直型探測(cè)技術(shù)，聚焦型探測(cè)技術(shù)具有集光面積大、靈敏度高、背景噪聲 小、可成像等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于X射線波長(zhǎng)極短，幾乎所有介質(zhì)對(duì)其的折射率都接近于1， 因此傳統(tǒng)的通過折射的方式很難實(shí)現(xiàn)聚焦。目前，X射線的聚焦多采用掠入射的方式，典 型的掠入射光學(xué)系統(tǒng)包括K-B型光學(xué)系統(tǒng)、Wolter型光學(xué)系統(tǒng)等。這些光學(xué)系統(tǒng)雖然 具有較高的空間分辨力，但是存在嚴(yán)重的離軸像差以及視場(chǎng)小、重量大等缺點(diǎn)。龍蝦眼 (lobster-eye)是一種模仿龍蝦視覺的光學(xué)系統(tǒng)，它由多個(gè)通道的掠入射反射鏡構(gòu)成，結(jié)構(gòu) 上的球?qū)ΨQ性決定了它沒有特定的光軸，任意方向上的聚焦能力都相同，因此具有其它掠 入射光學(xué)系統(tǒng)無法企及的大視場(chǎng)特性。龍奸眼光學(xué)系統(tǒng)可分為Schmidt結(jié)構(gòu)和Angel結(jié) 構(gòu)，其中Schmidt結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)一維結(jié)構(gòu)的多組平面反射鏡正交疊加得到，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單， 適合于大型、高集光面積的系統(tǒng)；而Angel結(jié)構(gòu)由許多排列在球面上的微小矩形元胞組成， 構(gòu)造復(fù)雜，但具有分辨力高、重量輕等特點(diǎn)。
[0003] Angel龍蝦眼目前尚無成熟的制備技術(shù)，唯一的方式是借鑒傳統(tǒng)商用微通道板 (MCP)的制備方法，采用鉛玻璃管經(jīng)拉制、高溫熔合、酸蝕、氫還原而形成的微米級(jí)空芯玻璃 管陣列。然而，這種工藝存在纖維熱拉制、氫還原工藝和皮芯料選擇間互相制約以及工藝技 術(shù)的局限性，制作高長(zhǎng)徑比、大面積的方形微孔列陣的Angel龍蝦眼結(jié)構(gòu)非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于半導(dǎo)體工藝的平面型龍蝦眼聚焦鏡頭的制備方 法，能夠?qū)雽?dǎo)體電化學(xué)刻蝕技術(shù)用于制備平面型Angel龍蝦眼鏡頭，方法簡(jiǎn)單、周期較 短、且易于制造。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的方法包括如下步驟：
[0006] 步驟（1)、將n型Si片，進(jìn)行拋光研磨；
[0007] 步驟（2)、利用氧化工藝或氣相沉積在Si片上表面形成硬掩膜；
[0008] 步驟（3)、在硬掩膜上利用光刻膠工藝曝光形成具有方形微孔陣列的掩膜；
[0009] 步驟（4)、利用濕法刻蝕利用掩膜上的方形微孔對(duì)Si片進(jìn)行刻蝕，在每個(gè)方形微 孔處對(duì)應(yīng)的Si片上形成帶尖端的刻蝕誘導(dǎo)坑；Si片以帶有刻蝕誘導(dǎo)坑的一面為正面；
[0010] 步驟（5)、去除硬掩膜，并在Si片背面鍍上一層金屬電極層，該金屬電極層連接電 源的正極；
[0011] 步驟（6)、在Si片正面一定距離處放置金屬電極板，該金屬電極板連接電源的負(fù) 極金屬電極板與Si片正面之間具有電解液；開啟電源，并在Si片背面加以光照，則由刻蝕 誘導(dǎo)坑處至Si片背面經(jīng)光電化學(xué)刻蝕形成通孔；
[0012] 步驟（7)、除去Si片背面的金屬電極，形成龍蝦眼初步模型；
[0013] 步驟（8)、在龍蝦眼初步模型各表面蒸鍍金屬反射層。
[0014] 進(jìn)一步地，硬掩膜為Si02層或者Si3N4層。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟（8)中首先將龍蝦眼初步模型各表面進(jìn)行拋光，使得表面粗糙度 小于lnm，然后在拋光后的表面蒸鍍金屬反射層。
[0016] 進(jìn)一步地，金屬反射層厚度在20nm以上。
[0017] 進(jìn)一步地，金屬反射層為金屬銥Ir反射層。
[0018] 進(jìn)一步地，其中方形微孔的邊長(zhǎng)為5ym，兩微孔之間間距2ym。
[0019] 有益效果：
[0020] 通過該方法的實(shí)施和工藝優(yōu)化可以制備出邊長(zhǎng)5-6ym、壁厚2-3ym、深度大于 300ym，直徑大于3cm的平面型Angel龍蝦眼；由于采用較為成熟的半導(dǎo)體電化學(xué)刻蝕技 術(shù)，方法簡(jiǎn)單，周期快、成本低廉。
【附圖說明】
[0021] 圖1 一方形微孔列陣制備工藝流程圖；
[0022] 圖2-平面型方形微孔列陣的掩膜層示意圖；
[0023] 圖3-龍蝦眼方形微孔列陣聚焦原理；
[0024] 圖4一不同金屬膜的全反射臨界角與X射線光子能量的關(guān)系；
[0025] 圖5-Ir反射率與掠入射角的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] (1)、本方法的工藝流程如圖1所示：
[0029] 第一步、采用直徑為3cm〈100>晶向n型Si基片，電阻率為5D? cm，首先進(jìn)行研 磨清洗；
[0030] 第二步、利用熱氧化工藝（氧和HC1氣體的混合氣氛在1030°C)在Si片上表面形 成3102硬掩膜。
[0031] 第三步、用光致抗蝕劑（KPR)采用定域紫外線曝光的方式在Sicy^掩膜上形成邊 長(zhǎng)5ym、壁厚2ym的方形微孔陣列掩膜層。所形成平面型方形微孔列陣掩膜層如圖2所 不〇
[0032] 第四步、將未保護(hù)區(qū)域的5102腐蝕掉后，經(jīng)清洗烘干后可以進(jìn)行刻蝕誘導(dǎo)坑的制 作。干法刻蝕，如等離子體干法刻蝕技術(shù)，其刻蝕結(jié)構(gòu)與硅片晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)，因此不能形成 帶尖端的刻蝕誘導(dǎo)坑。這里可以利用Si片（100)面上的各向異性腐蝕特性，采用濕法刻蝕 技術(shù)制備帶尖端的刻蝕誘導(dǎo)坑。
[0033] 第五步、去除硬掩膜，并在Si片背面鍍上一層金屬電極層，該金屬電極層連接電 源的正極。
[0034] 第六步、用光電化學(xué)刻蝕成硅微孔陣列。采用n型Si片，空穴是少數(shù)載流子，故 可在陽極刻蝕過程中輔以Si體背面光照，產(chǎn)生光生載流子（空穴），并通過調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度 以控制光電流的大小，使之完全集中于通道尖端從而產(chǎn)生各向異性的刻蝕。誘導(dǎo)坑可以有 效保證刻蝕的準(zhǔn)直性。
[0035] 第七步、刻蝕除去微孔背面的硅以形成通孔，需要注意避免刻蝕掉的多余Si對(duì)微 孔進(jìn)行堵塞。
[0036] 第八步、根據(jù)不同的探測(cè)X射線能段，選定相應(yīng)的金屬反射層，評(píng)估相應(yīng)的反射率 和表面粗糙度對(duì)反射率的影響。制備出的硅微孔陣列通過拋光減小表面粗糙度，使得表面 粗糙度小于lnm，并蒸鍍20nm以上的金屬反射層。
[0037](2)、龍蝦眼方形微孔列陣聚焦原理
[0038] 方形微孔列陣采用掠入射