專利名稱：金屬高能x射線聚焦組合透鏡的制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于X射線微小光學(xué)器件，尤其是金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝，適用于金屬高能X射線聚焦組合透鏡制作的場合。
背景技術(shù)：
由于在X射線波段所有材料的折射太弱，吸收太強(qiáng)，因此長期以來制作X射線透鏡被認(rèn)為是不可能的。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線束的聚焦，科學(xué)家們先后研制了掠入射X射線全反射鏡、透射式X射線波帶片、多層膜及晶體X射線Bragg-Fresnel元件和X射線導(dǎo)管元件等。但這些元件都難以用在高能X射線波段。1996年Snigirev報(bào)道了一種可用于高能X射線波段的X射線組合透鏡。該組合透鏡有許多優(yōu)點(diǎn)，如不需折轉(zhuǎn)光路、高溫穩(wěn)定性好且易冷卻、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、對(duì)透鏡表面粗糙度要求低。因此該元件在科學(xué)的和技術(shù)的研究中有廣泛的應(yīng)用前景。為了使得該組合透鏡具有良好的綜合光學(xué)性能，其材料選擇、結(jié)構(gòu)和制作技術(shù)都是關(guān)鍵環(huán)節(jié)并彼此相關(guān)。
目前高能X射線聚焦組合透鏡國內(nèi)尚未見報(bào)道。國際上與本發(fā)明最接近的是用鋁銅合金制成的高能X射線聚焦組合透鏡(A.Snigirev，etal.，Nature，1996，vol.384，pp49-51)。該透鏡是在鋁銅合金上用計(jì)算機(jī)控制鉆孔方法制成的。圓孔半徑為300微米，兩孔間最薄合金厚度約為25微米。這一器件的缺點(diǎn)為1、由于采用機(jī)械加工方法制作，加工精度低，器件表面粗糙；2、所加工的器件截面幾何形狀受限制；3、不利于批量制作；4、很難進(jìn)一步縮小透鏡單元中心厚度尺寸；5、不利于集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決已有制作技術(shù)上的問題，提供一種加工精度高、表面粗糙度低、可加工多種幾何形狀和結(jié)構(gòu)、有利于批量制作和集成的金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝方法。
本發(fā)明的制作工藝步驟如下(A)在經(jīng)常規(guī)清潔處理的硅或玻璃襯底(1)上用濺射或蒸發(fā)方法生長一層銅或鈦或鎳或金或氧化鈦材料薄膜，作為電鑄陰極薄膜(2)；(B)在電鑄陰極薄膜(2)上涂覆一層正性光刻膠，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻膠上涂覆一層基于環(huán)氧類物質(zhì)的負(fù)性光刻膠，即SU8光刻膠，SU8光刻膠的厚度根據(jù)高能X射線聚焦組合透鏡的結(jié)構(gòu)尺寸的要求控制，在100微米-800微米之間；(D)將涂覆完SU8光刻膠的樣品在烘箱中烘烤，使SU8光刻膠固化；(E)用紫外光刻方法對(duì)SU8光刻膠進(jìn)行光刻，其光刻掩模版為已制備有聚焦組合透鏡結(jié)構(gòu)圖形的鉻版；(F)對(duì)光刻后的樣品先烘烤，再顯影，使樣品上表面未被紫外光照射區(qū)域的SU8光刻膠溶解于顯影液中，被照射區(qū)域的SU8光刻膠保留下來；(G)對(duì)顯影后的樣品進(jìn)行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；(H)對(duì)清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進(jìn)行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；(I)當(dāng)電鑄金屬材料(3)的厚度與金屬高能X射線聚焦組合透鏡的高度尺寸相等時(shí)，取出樣品，用去離子水清洗，去除殘留的電鑄液；(J)將完成電鑄工藝后的樣品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻膠及其上面的SU8光刻膠，此時(shí)被正性光刻膠覆蓋的電鑄陰極薄膜(2)暴露出來；(K)用選擇性干法刻蝕或濕法刻蝕方法將暴露出來的電鑄陰極薄膜(2)刻蝕掉，這時(shí)所保留的結(jié)構(gòu)包括有襯底(1)、電鑄陰極薄膜(2)、電鑄陰極薄膜(2)上的電鑄金屬結(jié)構(gòu)(3)以及由它們共同形成的空氣隙(4)，即制成為金屬高能X射線聚焦組合透鏡。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有制作技術(shù)和工藝先進(jìn)的特點(diǎn)。所制作的金屬高能X射線聚焦組合透鏡的尺寸精度高，表面粗糙度低，透鏡單元中心厚度尺寸可以做到小于5微米，可制作各種幾何形狀的結(jié)構(gòu)，易于批量制作，并有利于集成。


圖1是本發(fā)明金屬高能X射線聚焦組合透鏡的主剖面圖(局部)，圖2是本發(fā)明金屬高能X射線聚焦組合透鏡主剖面圖的俯視圖(局部)。
其中1-襯底，2-電鑄陰極薄膜，3-金屬透鏡陣列，4-空氣隙實(shí)施方式實(shí)施例1(A)在經(jīng)常規(guī)清潔處理的硅或玻璃襯底上用濺射或蒸發(fā)方法生長一層銅或鈦或鎳或金或氧化鈦材料薄膜，作為電鑄陰極薄膜；(B)在電鑄陰極薄膜上涂覆一層正性光刻膠，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻膠上涂覆一層SU8光刻膠，其厚度為100微米；(D)將涂覆完SU8光刻膠的樣品在烘箱中烘烤，使SU8光刻膠固化；(E)用紫外光刻方法對(duì)SU8光刻膠進(jìn)行光刻，其光刻掩模版為已制備有聚焦組合透鏡結(jié)構(gòu)圖形的鉻版；(F)對(duì)光刻后的樣品先烘烤，再顯影，使樣品上表面未被紫外光照射區(qū)域的SU8光刻膠溶解于顯影液中，被照射區(qū)域的SU8光刻膠保留下來；(G)對(duì)顯影后的樣品進(jìn)行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；(H)對(duì)清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進(jìn)行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；(I)當(dāng)電鑄金屬材料的厚度與金屬高能X射線聚焦組合透鏡的高度尺寸相等時(shí)，取出樣品，用去離子水清洗，去除殘留的電鑄液；
(J)將完成電鑄工藝后的樣品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻膠及其上面的SU8光刻膠，此時(shí)被正性光刻膠覆蓋的電鑄陰極薄膜暴露出來；(K)用選擇性干法刻蝕或濕法刻蝕方法將暴露出來的電鑄陰極薄膜刻蝕掉，完成金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作。
實(shí)施例2實(shí)施方式按照發(fā)明內(nèi)容中的工藝步驟進(jìn)行。在步驟(C)中，樣片上涂覆的SU8光刻膠厚度為500微米，其余步驟和實(shí)施例1完全一樣。
實(shí)施例3實(shí)施方式按照發(fā)明內(nèi)容中的工藝步驟進(jìn)行。在步驟(C)中，樣片上涂覆的SU8光刻膠厚度為800微米，其余步驟和實(shí)施例1完全一樣。
在以上的三個(gè)實(shí)施例中我們使用相同的聚焦組合透鏡結(jié)構(gòu)圖形掩模版。通過以上三個(gè)實(shí)施例，均可以制作出金屬高能X射線聚焦組合透鏡。在工藝實(shí)施過程中我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)施例1，在電鑄金屬材料厚度接近100微米時(shí)，其厚度控制變得困難。在實(shí)施例3中，因結(jié)構(gòu)深度增加造成電鑄過程中離子交換速度減慢。這是由于我們制作的是大深寬比的微型結(jié)構(gòu)，當(dāng)寬度相同時(shí)SU8光刻膠圖形的深寬比越大，電鑄液的離子交換過程越難進(jìn)行。而對(duì)于實(shí)施例2，工藝過程穩(wěn)定，控制精度高，制作的金屬高能X射線聚焦組合透鏡的尺寸精度高。
權(quán)利要求
1.金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝，其特征是(A)在經(jīng)常規(guī)清潔處理的硅或玻璃襯底(1)上用濺射或蒸發(fā)方法生長一層銅或鈦或鎳或金或氧化鈦材料薄膜，作為電鑄陰極薄膜(2)；(B)在電鑄陰極薄膜(2)上涂覆一層正性光刻膠，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻膠上涂覆一層基于環(huán)氧類物質(zhì)的負(fù)性光刻膠，即SU8光刻膠，SU8光刻膠的厚度根據(jù)高能X射線聚焦組合透鏡的結(jié)構(gòu)尺寸的要求控制，在100微米-800微米之間；(D)將涂覆完SU8光刻膠的樣品在烘箱中烘烤，使SU8光刻膠固化；(E)用紫外光刻方法對(duì)SU8光刻膠進(jìn)行光刻，其光刻掩模版為已制備有聚焦組合透鏡結(jié)構(gòu)圖形的鉻版；(F)對(duì)光刻后的樣品先烘烤，再顯影，使樣品上表面未被紫外光照射區(qū)域的SU8光刻膠溶解于顯影液中，被照射區(qū)域的SU8光刻膠保留下來；(G)對(duì)顯影后的樣品進(jìn)行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；(H)對(duì)清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進(jìn)行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；(I)當(dāng)電鑄金屬材料(3)的厚度與金屬高能X射線聚焦組合透鏡的高度尺寸相等時(shí)，取出樣品，用去離子水清洗，去除殘留的電鑄液；(J)將完成電鑄工藝后的樣品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻膠及其上面的SU8光刻膠，此時(shí)被正性光刻膠覆蓋的電鑄陰極薄膜(2)暴露出來；(K)用選擇性干法刻蝕或濕法刻蝕方法將暴露出來的電鑄陰極薄膜(2)刻蝕掉，這時(shí)所保留的結(jié)構(gòu)包括有襯底(1)、電鑄陰極薄膜(2)、電鑄陰極薄膜(2)上的電鑄金屬結(jié)構(gòu)(3)以及由它們共同形成的空氣隙(4)，即制成為金屬高能X射線聚焦組合透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝。金屬高能X射線聚焦組合透鏡包括襯底(1)、電鑄陰極薄膜(2)、金屬透鏡陣列(3)、空氣隙(4)，其制作工藝為清潔襯底，上表面生長金屬薄膜作為電鑄陰極，涂覆正性光刻膠并固化，在其上涂覆SU8負(fù)性光刻膠，光刻、顯影、去除暴露出的正性光刻膠，電鑄，去除剩余的正性光刻膠及其上面的SU8光刻膠，刻蝕掉未被金屬電鑄結(jié)構(gòu)覆蓋的電鑄陰極材料，完成金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作。具有尺寸精度高、表面粗糙度低、透鏡單元中心厚度尺寸小、可制作各種幾何形狀的結(jié)構(gòu)、有利于批量制作和集成的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J29/58GK1505061SQ02148418
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者樂孜純, 梁靜秋 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)