金属高能X射线聚焦组合透镜的制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及金属高能Ｘ射线聚焦组合透镜的制作工艺。金属高能Ｘ射线聚焦组合透镜包括衬底（１）、电铸阴极薄膜（２）、金属透镜阵列（３）、空气隙（４），其制作工艺为：清洁衬底，上表面生长金属薄膜作为电铸阴极，涂覆正性光刻胶并固化，在其上涂覆ＳＵ８负性光刻胶，光刻、显影、去除暴露出的正性光刻胶，电铸，去除剩余的正性光刻胶及其上面的ＳＵ８光刻胶，刻蚀掉未被金属电铸结构覆盖的电铸阴极材料，完成金属高能Ｘ射线聚焦组合透镜的制作。具有尺寸精度高、表面粗糙度低、透镜单元中心厚度尺寸小、可制作各种几何形状的结构、有利于批量制作和集成的优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于X射线微小光学器件，尤其是金属高能X射线聚焦组合透镜的制作工艺，适用于金属高能X射线聚焦组合透镜制作的场合。
技术介绍
由于在X射线波段所有材料的折射太弱，吸收太强，因此长期以来制作X射线透镜被认为是不可能的。为了实现对X射线束的聚焦，科学家们先后研制了掠入射X射线全反射镜、透射式X射线波带片、多层膜及晶体X射线Bragg-Fresnel元件和X射线导管元件等。但这些元件都难以用在高能X射线波段。1996年Snigirev报道了一种可用于高能X射线波段的X射线组合透镜。该组合透镜有许多优点，如不需折转光路、高温稳定性好且易冷却、结构简单紧凑、对透镜表面粗糙度要求低。因此该元件在科学的和技术的研究中有广泛的应用前景。为了使得该组合透镜具有良好的综合光学性能，其材料选择、结构和制作技术都是关键环节并彼此相关。目前高能X射线聚焦组合透镜国内尚未见报道。国际上与本专利技术最接近的是用铝铜合金制成的高能X射线聚焦组合透镜(A.Snigirev，etal.，Nature，1996，vol.384，pp49-51)。该透镜是在铝铜合金上用计算机控制钻孔方法制成的。圆孔半径为300微米，两孔间最薄合金厚度约为25微米。这一器件的缺点为1、由于采用机械加工方法制作，加工精度低，器件表面粗糙；2、所加工的器件截面几何形状受限制；3、不利于批量制作；4、很难进一步缩小透镜单元中心厚度尺寸；5、不利于集成。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决已有制作技术上的问题，提供一种加工精度高、表面粗糙度低、可加工多种几何形状和结构、有利于批量制作和集成的金属高能X射线聚焦组合透镜的制作工艺方法。本专利技术的制作工艺步骤如下(A)在经常规清洁处理的硅或玻璃衬底(1)上用溅射或蒸发方法生长一层铜或钛或镍或金或氧化钛材料薄膜，作为电铸阴极薄膜(2)；(B)在电铸阴极薄膜(2)上涂覆一层正性光刻胶，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻胶上涂覆一层基于环氧类物质的负性光刻胶，即SU8光刻胶，SU8光刻胶的厚度根据高能X射线聚焦组合透镜的结构尺寸的要求控制，在100微米-800微米之间；(D)将涂覆完SU8光刻胶的样品在烘箱中烘烤，使SU8光刻胶固化；(E)用紫外光刻方法对SU8光刻胶进行光刻，其光刻掩模版为已制备有聚焦组合透镜结构图形的铬版；(F)对光刻后的样品先烘烤，再显影，使样品上表面未被紫外光照射区域的SU8光刻胶溶解于显影液中，被照射区域的SU8光刻胶保留下来；(G)对显影后的样品进行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻胶；(H)对清洗并去除了正性光刻胶后的样品进行电铸，电铸金属材料为铝或铬或钛或铝铜合金；(I)当电铸金属材料(3)的厚度与金属高能X射线聚焦组合透镜的高度尺寸相等时，取出样品，用去离子水清洗，去除残留的电铸液；(J)将完成电铸工艺后的样品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻胶及其上面的SU8光刻胶，此时被正性光刻胶覆盖的电铸阴极薄膜(2)暴露出来；(K)用选择性干法刻蚀或湿法刻蚀方法将暴露出来的电铸阴极薄膜(2)刻蚀掉，这时所保留的结构包括有衬底(1)、电铸阴极薄膜(2)、电铸阴极薄膜(2)上的电铸金属结构(3)以及由它们共同形成的空气隙(4)，即制成为金属高能X射线聚焦组合透镜。本专利技术与现有技术相比，有制作技术和工艺先进的特点。所制作的金属高能X射线聚焦组合透镜的尺寸精度高，表面粗糙度低，透镜单元中心厚度尺寸可以做到小于5微米，可制作各种几何形状的结构，易于批量制作，并有利于集成。附图说明图1是本专利技术金属高能X射线聚焦组合透镜的主剖面图(局部)，图2是本专利技术金属高能X射线聚焦组合透镜主剖面图的俯视图(局部)。其中1-衬底，2-电铸阴极薄膜，3-金属透镜阵列，4-空气隙实施方式实施例1(A)在经常规清洁处理的硅或玻璃衬底上用溅射或蒸发方法生长一层铜或钛或镍或金或氧化钛材料薄膜，作为电铸阴极薄膜；(B)在电铸阴极薄膜上涂覆一层正性光刻胶，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻胶上涂覆一层SU8光刻胶，其厚度为100微米；(D)将涂覆完SU8光刻胶的样品在烘箱中烘烤，使SU8光刻胶固化；(E)用紫外光刻方法对SU8光刻胶进行光刻，其光刻掩模版为已制备有聚焦组合透镜结构图形的铬版；(F)对光刻后的样品先烘烤，再显影，使样品上表面未被紫外光照射区域的SU8光刻胶溶解于显影液中，被照射区域的SU8光刻胶保留下来；(G)对显影后的样品进行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻胶；(H)对清洗并去除了正性光刻胶后的样品进行电铸，电铸金属材料为铝或铬或钛或铝铜合金；(I)当电铸金属材料的厚度与金属高能X射线聚焦组合透镜的高度尺寸相等时，取出样品，用去离子水清洗，去除残留的电铸液； (J)将完成电铸工艺后的样品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻胶及其上面的SU8光刻胶，此时被正性光刻胶覆盖的电铸阴极薄膜暴露出来；(K)用选择性干法刻蚀或湿法刻蚀方法将暴露出来的电铸阴极薄膜刻蚀掉，完成金属高能X射线聚焦组合透镜的制作。实施例2实施方式按照
技术实现思路
中的工艺步骤进行。在步骤(C)中，样片上涂覆的SU8光刻胶厚度为500微米，其余步骤和实施例1完全一样。实施例3实施方式按照
技术实现思路
中的工艺步骤进行。在步骤(C)中，样片上涂覆的SU8光刻胶厚度为800微米，其余步骤和实施例1完全一样。在以上的三个实施例中我们使用相同的聚焦组合透镜结构图形掩模版。通过以上三个实施例，均可以制作出金属高能X射线聚焦组合透镜。在工艺实施过程中我们发现对于实施例1，在电铸金属材料厚度接近100微米时，其厚度控制变得困难。在实施例3中，因结构深度增加造成电铸过程中离子交换速度减慢。这是由于我们制作的是大深宽比的微型结构，当宽度相同时SU8光刻胶图形的深宽比越大，电铸液的离子交换过程越难进行。而对于实施例2，工艺过程稳定，控制精度高，制作的金属高能X射线聚焦组合透镜的尺寸精度高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属高能Ｘ射线聚焦组合透镜的制作工艺，其特征是：（Ａ）在经常规清洁处理的硅或玻璃衬底（１）上用溅射或蒸发方法生长一层铜或钛或镍或金或氧化钛材料薄膜，作为电铸阴极薄膜（２）；（Ｂ）在电铸阴极薄膜（２）上涂覆一层正性光刻胶，并烘 烤固化；（Ｃ）在固化后的正性光刻胶上涂覆一层基于环氧类物质的负性光刻胶，即ＳＵ８光刻胶，ＳＵ８光刻胶的厚度根据高能Ｘ射线聚焦组合透镜的结构尺寸的要求控制，在１００微米－８００微米之间；（Ｄ）将涂覆完ＳＵ８光刻胶的样品在烘箱中 烘烤，使ＳＵ８光刻胶固化；（Ｅ）用紫外光刻方法对ＳＵ８光刻胶进行光刻，其光刻掩模版为已制备有聚焦组合透镜结构图形的铬版；（Ｆ）对光刻后的样品先烘烤，再显影，使样品上表面未被紫外光照射区域的ＳＵ８光刻胶溶解于显影液中，被照射区 域的ＳＵ８光刻胶保留下来；（Ｇ）对显影后的样品进行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻胶；（Ｈ）对清洗并去除了正性光刻胶后的样品进行电铸，电铸金属材料为铝或铬或钛或铝铜合金；（Ｉ）当电铸金属材料（３）的厚度与金属高能Ｘ 射线聚焦组合透镜的高度尺寸相等时，取出样品，用去离子水清洗，去除残留的电铸液；（Ｊ）将完成电铸工艺后的样品浸泡在丙酮溶液中，去除剩余的正性光刻胶及其上面的ＳＵ８光刻胶，此时被正性光刻胶覆盖的电铸阴极薄膜（２）暴露出来；（Ｋ） 用选择性干法刻蚀或湿法刻蚀方法将暴露出来的电铸阴极薄膜（２）刻蚀掉，这时所保留的结构包括有衬底（１）、电铸阴极薄膜（２）、电铸阴极薄膜（２）上的电铸金属结构（３）以及由它们共同形成的空气隙（４），即制成为金属高能Ｘ射线聚焦组合透镜。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.金属高能X射线聚焦组合透镜的制作工艺，其特征是(A)在经常规清洁处理的硅或玻璃衬底(1)上用溅射或蒸发方法生长一层铜或钛或镍或金或氧化钛材料薄膜，作为电铸阴极薄膜(2)；(B)在电铸阴极薄膜(2)上涂覆一层正性光刻胶，并烘烤固化；(C)在固化后的正性光刻胶上涂覆一层基于环氧类物质的负性光刻胶，即SU8光刻胶，SU8光刻胶的厚度根据高能X射线聚焦组合透镜的结构尺寸的要求控制，在100微米-800微米之间；(D)将涂覆完SU8光刻胶的样品在烘箱中烘烤，使SU8光刻胶固化；(E)用紫外光刻方法对SU8光刻胶进行光刻，其光刻掩模版为已制备有聚焦组合透镜结构图形的铬版；(F)对光刻后的样品先烘烤，再显影，使样品上表面未被紫外光照射区域的SU8光刻胶溶解于显影液中，被照射...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐孜纯，梁静秋，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]