專利名稱：一種鋁材料x射線組合透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種X射線微結構光學器件，尤其是X射線組合透鏡的制作工藝，適用于鋁材料拋物面形X射線組合透鏡制作的場合。
背景技術：
X射線組合透鏡是A.Snigirev在1996年提出的一種適用于高能X射線波段(即X射線輻射能量超過5keV)的新型X射線微結構光學元件。X射線組合透鏡具有許多優點，比如不需折轉光路、高溫穩定性好且易冷卻、結構簡單緊湊、對透鏡表面粗糙度要求低。特別是它適用于X射線輻射能量超過5keV的場合，因此該元件在科學的和技術的研究中有廣泛的應用前景。近年來，基于X射線組合透鏡的各種X射線診斷技術研究非常活躍。比如用于樣本中元素分布測量的高能X射線熒光微層析實驗系統；利用鋁材料X射線組合透鏡的中子顯微鏡；以及用于單細胞檢測、化學微分析、早期胸部腫瘤檢測等的高能X射線實驗系統等等。這些都表明了X射線組合透鏡的巨大應用潛力和廣泛應用前景。而鋁材料X射線組合透鏡因其對X射線輻射吸收較小，以及其良好的機械加工性能，得到了廣泛的關注。
國際上與本發明最接近的工藝方法是采用電子束刻蝕與反應性離子束刻蝕相結合的平面微制作技術制成的Si材料拋物面形X射線組合透鏡(C.Schroer，et al.，Appl.Phys.Lett.，2003，vol.82，pp1485-1487)。其制作過程是先將組合透鏡用電子束刻蝕方法刻寫在Cr膜上，然后再用反應性離子束刻蝕方法轉寫到Si材料上，完成組合透鏡的制作，透鏡的厚度尺寸20微米。由于采用了微細制作技術，加工精度較高，但由于組合透鏡深度尺寸受制作技術的限制，致使器件在深度方向的集光口徑受到很大限制，并進而地影響了X射線輻射透過率。此外這種技術對Si材料的微細制作工藝較成熟，而對于其他材料限制較大。目前國內關于X射線組合透鏡的研究較少，已見報道的最接近的工藝方法(光學技術，2004，vol.30，pp20-23)是采用準LIGA技術制作的銅材料圓柱面形X射線組合透鏡。由于采用三維微加工技術制作，具有加工精度高、表面粗糙度低、可加工多種幾何形狀和結構等優點。但由于器件材料為Cu材料，有對X射線輻射吸收大的缺點。另外由于采用了圓柱面，使得組合透鏡聚焦成像時球差較大。
發明內容為了克服已有技術中透鏡深度尺寸小、使用時難以對準、材料限制大的不足，本發明提供一種透鏡厚度深、使用方便精準、材料限制小的X射線組合透鏡的制作方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種鋁材料拋物面形X射線組合透鏡的制作方法，包括有X射線光刻掩模的制備、X射線光刻基體的準備和最后鋁材料透鏡的形成；(一)X射線光刻掩模的制備包括以下步驟(A)在經常規清潔處理的硅襯底的表面自旋涂覆一層聚酰亞胺涂料，烘烤固化；(B)在固化后的樣片表面生長一層金屬材料的電鑄陰極薄膜；(C)在電鑄陰極薄膜表面涂覆一層AZP4000光刻膠，對上述光刻膠進行光刻、顯影、堅模，形成光刻膠圖形結構；(D)在光刻膠圖形結構上生長一層金屬薄膜，所述金屬薄膜材料為金，其厚度小于光刻膠的厚度；(E)去除光刻膠及其下面的電鑄陰極薄膜；(F)進行背面光刻并腐蝕硅襯底形成窗口，將開出窗口后的結構作為X射線光刻掩模；(二)X射線光刻基體的準備包括以下步驟(G)制備一份鈦片作為X射線光刻襯底，用NaOH/H2O2進行表面處理；(I)在經處理的鈦片表面涂敷PMMA作為X射線光刻膠，其厚度按所設計的X射線組合透鏡的厚度設定，范圍在500微米到2000微米，對上述光刻膠進行烘烤固化，形成X射線光刻基體；(三)最后鋁材料透鏡的形成(J)在步驟(I)形成的X射線光刻基體上進行X射線光刻、顯影，使用步驟(F)形成的X射線光刻掩模；(K)將模具材料填充到步驟(J)形成的樣片結構中，模具材料為硅橡膠，并進行固化處理；(L)取下固化成型的硅橡膠模具；(M)在硅橡膠模具中填充鋁材料，固化后并分離出模具，這時所保留的結構包括有刻度底盤1，透鏡主體2，以及由它們共同形成的空氣隙3，即制成為鋁材料X射線組合透鏡。
所述的金屬材料電鑄陰極薄膜為銅、或鈦、或鎳、或金材料薄膜。
所述的步驟(F)用的腐蝕方法為濕法腐蝕方法。
本發明的有益效果主要表現在1、組合透鏡厚度尺寸較以前提高了幾十倍，因此大大提高了器件在深度方向上的集光口徑，從而提高了X射線輻射透過率；2、通過刻度底盤來標識組合透鏡軸線的結構，在使用時易于進行光束對準；3、對材料限制小，可以一體化、一次性精密加工成型。
圖1是X射線組合透鏡的示意圖1-刻度底盤，2-透鏡主體，3-空氣隙具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例1參照附圖1，一種鋁材料拋物面形X射線組合透鏡的制作方法，包括有X射線光刻掩模的制備、X射線光刻基體的準備和最后鋁材料透鏡的形成；(一)X射線光刻掩模的制備包括以下步驟(A)在經常規清潔處理的硅襯底的表面自旋涂覆一層聚酰亞胺涂料，烘烤固化；(B)在固化后的樣片表面生長一層銅材料的電鑄陰極薄膜；(C)在電鑄陰極薄膜表面涂覆一層AZP4000光刻膠，對上述光刻膠進行光刻、顯影、堅模，形成光刻膠圖形結構；(D)在光刻膠圖形結構上生長一層金屬薄膜，所述金屬薄膜材料為金，其厚度小于光刻膠的厚度；(E)去除光刻膠及其下面的電鑄陰極薄膜；(F)進行背面光刻并采用濕法腐蝕硅襯底形成窗口，將開出窗口后的結構作為X射線光刻掩模；(二)X射線光刻基體的準備包括以下步驟(G)制備一份鈦片作為X射線光刻襯底，用NaOH/H2O2進行表面處理；(I)在經處理的鈦片表面涂敷PMMA作為X射線光刻膠，其厚度為500微米，對上述光刻膠進行烘烤固化，形成X射線光刻基體；(三)最后鋁材料透鏡的形成(J)在步驟(I)形成的X射線光刻基體上進行X射線光刻、顯影，使用步驟(F)形成的X射線光刻掩模；(K)將模具材料填充到步驟(J)形成的樣片結構中，模具材料為硅橡膠，并進行固化處理；(L)取下固化成型的硅橡膠模具；(M)在硅橡膠模具中填充鋁材料，固化后并分離出模具，這時所保留的結構包括有刻度底盤1，透鏡主體2，以及由它們共同形成的空氣隙3，即制成為鋁材料X射線組合透鏡。
實施例2本實施例的技術方案在步驟(B)中所述的金屬材料電鑄陰極薄膜為鈦材料，步驟(I)中鈦片表面涂敷PMMA的厚度為1000微米，其余步驟和實施例1相同。
實施例3本實施例的技術方案在步驟(B)中所述的金屬材料電鑄陰極薄膜為鎳材料，步驟(I)中鈦片表面涂敷PMMA的厚度為2000微米，其余步驟和實施例1相同。
對上述3個實施例都進行了工藝測試，從測試結果可以看出都滿足X射線組合透鏡的結構形狀和尺寸的要求，其中實施例2的工藝測試效果最好。
權利要求
1.一種鋁材料X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于包括有X射線光刻掩模的制備、X射線光刻基體的準備和最后鋁材料透鏡的形成；(一)X射線光刻掩模的制備包括以下步驟(A)在經常規清潔處理的硅襯底的表面自旋涂覆一層聚酰亞胺涂料，烘烤固化；(B)在固化后的樣片表面生長一層金屬材料的電鑄陰極薄膜；(C)在電鑄陰極薄膜表面涂覆一層AZP4000光刻膠，對上述光刻膠進行光刻、顯影、堅模，形成光刻膠圖形結構；(D)在光刻膠圖形結構上生長一層金屬薄膜，所述金屬薄膜材料為金，其厚度小于光刻膠的厚度；(E)去除光刻膠及其下面的電鑄陰極薄膜；(F)進行背面光刻并腐蝕硅襯底形成窗口，將開出窗口后的結構作為X射線光刻掩模；(二)X射線光刻基體的準備包括以下步驟(G)制備一份鈦片作為X射線光刻襯底，用NaOH/H2O2進行表面處理；(I)在經處理的鈦片表面涂敷PMMA作為X射線光刻膠，其厚度按所設計的X射線組合透鏡的厚度設定，范圍在500微米到2000微米，對上述光刻膠進行烘烤固化，形成X射線光刻基體；(三)最后鋁材料透鏡的形成(J)在步驟(I)形成的X射線光刻基體上進行X射線光刻、顯影，使用步驟(F)形成的X射線光刻掩模；(K)將模具材料填充到步驟(J)形成的樣片結構中，模具材料為硅橡膠，并進行固化處理；(L)取下固化成型的硅橡膠模具；(M)在硅橡膠模具中填充鋁材料，固化后并分離出模具，這時所保留的結構包括有刻度底盤(1)，透鏡主體(2)，以及由它們共同形成的空氣隙(3)，即制成為鋁材料X射線組合透鏡。
2.如權利要求1所述的鋁材料拋物面形X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述的金屬材料電鑄陰極薄膜為銅、或鈦、或鎳、或金材料薄膜。
3.如權利要求1所述的鋁材料拋物面形X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述的步驟(F)用的腐蝕方法為濕法腐蝕方法。
全文摘要
一種鋁材料X射線組合透鏡的制作方法，包括以下步驟在硅襯底的表面覆涂料，烘烤固化；在樣片表面生長電鑄陰極薄膜；在電鑄陰極薄膜表面涂覆光刻膠，進行光刻、顯影、堅模；在光刻膠圖形結構上生長金屬薄膜；去除光刻膠及電鑄陰極薄膜；背面光刻并腐蝕硅襯底形成窗口，作為X射線光刻掩模；制備鈦片作為X射線光刻襯底，用NaOH/H
文檔編號G02B3/00GK1614448SQ20041008447
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者樂孜純, 梁靜秋, 董文, 全必勝 申請人:浙江工業大學