金屬高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)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。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)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。
技術(shù)介紹
由于在X射線波段所有材料的折射太弱，吸收太強，因此長期以來制作X射線透鏡被認為是不可能的。為了實現(xiàn)對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，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)尚未見報道。國際上與本專利技術(shù)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算機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。這一器件的缺點為1、由于采用機械加工方法制作，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、很難進一步縮小透鏡單元中心厚度尺寸；5、不利于集成。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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SU8光刻膠進行光刻，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)對顯影后的樣品進行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；(H)對清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；(I)當電鑄金屬材料(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，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。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，有制作技術(shù)和工藝先進的特點。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。附圖說明圖1是本專利技術(shù)金屬高能X射線聚焦組合透鏡的主剖面圖(局部)，圖2是本專利技術(shù)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-空氣隙實施方式實施例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SU8光刻膠進行光刻，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)對顯影后的樣品進行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；(H)對清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；(I)當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，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。實施例2實施方式按照
技術(shù)實現(xiàn)思路
中的工藝步驟進行。在步驟(C)中，樣片上涂覆的SU8光刻膠厚度為500微米，其余步驟和實施例1完全一樣。實施例3實施方式按照
技術(shù)實現(xiàn)思路
中的工藝步驟進行。在步驟(C)中，樣片上涂覆的SU8光刻膠厚度為800微米，其余步驟和實施例1完全一樣。在以上的三個實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。通過以上三個實施例，均可以制作出金屬高能X射線聚焦組合透鏡。在工藝實施過程中我們發(fā)現(xiàn)對于實施例1，在電鑄金屬材料厚度接近100微米時，其厚度控制變得困難。在實施例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)，當寬度相同時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行。而對于實施例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。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
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ＳＵ８光刻膠進行光刻，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）對顯影后的樣品進行清洗，并去除上表面暴露出的正性光刻膠；（Ｈ）對清洗并去除了正性光刻膠后的樣品進行電鑄，電鑄金屬材料為鋁或鉻或鈦或鋁銅合金；（Ｉ）當電鑄金屬材料（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，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。...

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】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SU8光刻膠進行光刻，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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樂孜純，梁靜秋，
申請(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：86[中國|杭州]