專利名稱：一種變焦距x射線組合透鏡及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微結(jié)構(gòu)X射線光學(xué)元件，具體地說是一種變焦距 X射線組合透鏡及其制作方法。
技術(shù)背景-X射線組合透鏡是Snigirev在1996年提出的一種新型微結(jié)構(gòu)X射線光學(xué)元件，特別適 用于高能X射線波段(5keV以上)。自該器件提出以來，國(guó)外對(duì)它的研究一直非?；钴S。 目前，組合折射透鏡已經(jīng)證明有著巨大的優(yōu)越性它們可對(duì)高能X射線聚束、聚焦效率高、 不需要折轉(zhuǎn)光路、易于排列和操作、高溫穩(wěn)定性好且易冷卻、可以消除球差等。近年來， 基于X射線組合透鏡聚焦和準(zhǔn)直的各種應(yīng)用研究非常活躍。比如硬X射線微探針、X射線 顯微鏡、X射線斷層掃描攝影、微X射線熒光光譜測(cè)定法(p-XRF)、化學(xué)微分析、微熒 光和微EXAFS測(cè)量以及單色儀預(yù)備光束的準(zhǔn)直等。這些都表明了 X射線組合透鏡的巨大 應(yīng)用潛力和廣泛應(yīng)用前景。國(guó)際上與本發(fā)明最接近的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是采用模壓技術(shù)制成的A1材料拋物面形X射線變焦 距組合透鏡(A. Khounsary, Wa/., Proc. Of SPIE Vol. 4783(2002):49-54)，該組合透鏡由透鏡主 體及透鏡主體上間隔排列的空氣腔構(gòu)成，相鄰空氣腔之間的間隙形成透鏡單元；所述透鏡主 體主視圖呈楔形結(jié)構(gòu)，該楔形結(jié)構(gòu)是由直角梯形和矩形組成，直角梯形的長(zhǎng)底邊與矩形的一 個(gè)長(zhǎng)邊重合，直角梯形的直角邊與矩形的一個(gè)寬邊重合；所述空氣腔為拋物面構(gòu)成的柱形空 腔。其制作方法是使用與所制作的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的硬模在加熱的Al上進(jìn)行沖壓，從而得到透鏡 的基本結(jié)構(gòu)，然后將冷卻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列對(duì)準(zhǔn)，再用兩個(gè)平板將幾個(gè)單元結(jié)構(gòu)夾緊，選擇合 適的長(zhǎng)度沿著對(duì)角方向進(jìn)行切割，得到要求的變焦距X射線組合透鏡。由于這種組合透鏡使 用了價(jià)格較低的A1材料，且采用模壓技術(shù)得到拋物面形狀，因而存在下述缺點(diǎn)加工精度 低，影響聚焦效果；相鄰兩空氣腔的間隔較大，影響X射線輻射透過率；表面粗糙度偏高， 使散射增大；工藝復(fù)雜。并且這種組合透鏡由于空氣腔的高度呈連續(xù)變化，因而只能實(shí)現(xiàn)連 續(xù)變焦。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于X射線組合透鏡的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種加工精度高、相鄰兩空氣腔的間隔小、表面粗糙度
低、制作工藝簡(jiǎn)單的變焦距X射線組合透鏡及其制作方法。本發(fā)明包括透鏡主體及透鏡主體上間隔排列的空氣腔，所述透鏡主體材料采用PMMA。作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)是所述透鏡主體為階梯形，每個(gè)臺(tái)階內(nèi)包含至少一個(gè)空氣腔。 當(dāng)透鏡主體的每個(gè)臺(tái)階內(nèi)都包含一個(gè)空氣腔時(shí)，組合透鏡可以連續(xù)變焦；當(dāng)各臺(tái)階內(nèi)包含的 空氣腔為兩個(gè)以上時(shí)，組合透鏡可實(shí)現(xiàn)離散變焦。所述空氣腔為雙拋物柱面構(gòu)成的柱形空腔，或者單拋物柱面與平面構(gòu)成的柱形空腔， 或者橢圓柱形空腔，或者其他可以使透鏡單元實(shí)現(xiàn)聚焦的任意幾何形狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡的工作過程是；高能X射線從透鏡主體中的高度最大的 一端入射，沿透鏡主體內(nèi)空氣腔的排列方向穿過，從透鏡主體的另一端，即高度最小的一端 射出。在高能X射線通過透鏡主體內(nèi)的空氣腔時(shí)，若沿著空氣腔的高度方向移動(dòng)透鏡組合， 將使高能X射線經(jīng)過不同個(gè)數(shù)的透鏡單元，這些不同個(gè)數(shù)的透鏡單元形成不同焦距的組合透 鏡，從而使得出射的高能X射線被聚焦的效果不一樣。這樣，光相當(dāng)于經(jīng)過一個(gè)焦距變化的 透鏡組，實(shí)現(xiàn)了變焦距的目的。本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡的的制作方法包括下列步驟第一步，制備光刻透鏡主體時(shí)所需的掩膜；第二步，制備光刻空氣腔時(shí)所需的掩膜；第三步，利用第一步制備的掩膜制備透鏡主體；第四步，用第三步制備的透鏡主體和第二步制備的掩膜制備空氣腔。 制備光刻透鏡主體時(shí)所需的掩膜步驟如下(A) 對(duì)單晶硅片進(jìn)行清潔處理；(B) 在單晶硅片的一個(gè)表面自旋涂覆一層聚酰亞胺涂料，起到襯托金屬吸收體的作用；(C) 將涂覆聚酰亞胺的單晶硅片放在烘箱中固化；(D) 在固化后的聚酰亞胺表面生長(zhǎng)一層金屬作為第一種子層；(E) 在第一種子層上涂覆一層PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，然后在PMMA表面生長(zhǎng) 一層金屬作為第二種子層；(F) 在第二種子層上涂覆一層厚光刻膠；(G) 使用與透鏡主體主視圖形狀相同的光刻版對(duì)光刻膠進(jìn)行極紫外光刻，然后進(jìn)行顯 影、堅(jiān)膜；(H) 在(G)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金屬層，作為軟X射線光 刻掩膜吸收體；(I)去除陰影部分的光刻膠及光刻膠下面的第二種子層，得到光刻下一層PMMA所需 的金屬掩膜；(J)用經(jīng)過步驟(I)所完成的掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (K)去除掩膜后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影；(L)在(K)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金屬層； (M)采用無掩膜軟X射線曝光方法去除之前未曝光的PMMA結(jié)構(gòu)，并且去除PMMA 下面的第一種子層；(N)對(duì)步驟(M)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即在單晶硅片上開出與 透鏡主體主視圖形狀相應(yīng)的窗口，則完成第一次X射線光刻掩膜的制作； 制備光刻空氣腔時(shí)所需的掩膜步驟如下 (O)重復(fù)制備光刻透鏡主體時(shí)所需掩膜中的(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)、 (F)六個(gè)步驟；(P)使用與空氣腔橫截面形狀互補(bǔ)的光刻版對(duì)步驟(O)中的厚光刻膠進(jìn)行極紫外光 光刻，然后進(jìn)行顯影、堅(jiān)膜；(Q)在(P)步驟完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金屬層，作為軟X射線 光刻掩膜吸收體，去掉陰影部分的厚光刻膠及其下的第二種子層，得到光刻下一層PMMA 所需的金屬掩膜；(R)用經(jīng)過步驟(Q)所完成的掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (S)去除掩膜后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影；(T)在(S)步驟完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金屬層，作為第二次X 射線光刻掩膜吸收體；(U)采用無掩膜軟X射線曝光去除之前未曝光的PMMA結(jié)構(gòu)，并且去除PMMA下面 的第一種子層；(V)對(duì)步驟(U)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即在單晶硅片上開出與 空氣腔橫截面形狀互補(bǔ)的窗口 ，則完成第二次X射線光刻掩膜的制作； 制備透鏡主體步驟如下 (W)對(duì)起到支撐作用的單晶硅片進(jìn)行清洗；(X)在單晶硅片的一個(gè)表面涂覆一層設(shè)定厚度的PMMA，并固化； (Y)使用制備光刻透鏡主體時(shí)所需掩膜中的步驟(N)制作完成的掩膜對(duì)PMMA進(jìn)行 X射線曝光、顯影；(Z)將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，得到透鏡主體結(jié)構(gòu)； 制備空氣腔步驟如下 (A')對(duì)制作透鏡主體中的步驟(Z)完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定；(B')使用制備光刻空氣腔時(shí)所需掩膜中的步驟(V)制作完成的掩膜對(duì)步驟(A')固 定的結(jié)構(gòu)的所需表面進(jìn)行X射線曝光、顯影；(C')將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，則完成變焦距X射線組合透鏡的制作。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是透鏡采用了三維微加工制作技術(shù)，使組合透鏡具有加工精度高、聚焦 效果好，可加工多種幾何形狀和結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明表面粗糙度低，解決了因粗糙度偏高帶 來的散射大的問題；采用深層X射線光刻技術(shù)制作出的變焦距X射線聚焦組合透鏡具有更 高的結(jié)構(gòu)高度和深寬比，解決了結(jié)構(gòu)的高度尺寸小，并且相鄰兩空氣腔的間隔較大，影響X 射線輻射透過率的問題。此外，用深層X射線光刻技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，可以制作出一體化、一 次性精密加工成型、不需要精密裝調(diào)的變焦距X射線聚焦組合透鏡。


圖1是本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，l為透鏡主體，2為空氣腔。圖2是本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)構(gòu)示意圖。l為透鏡主體，2為空 氣腔，4為兩空氣腔間隙。W為透鏡主體l的寬，1^Li+L2+L3+L4+Ls為透鏡主體l的長(zhǎng)邊， L卜L2、 L3、 L4、 L5分別為透鏡主體1的臺(tái)階長(zhǎng)度，11=1^+ H2+ H3+H4+Hs為透鏡主體1的 一個(gè)高，H卜H! + H2、 H!+H2+H3、 Ht + H2+H3 + H4、 Hi + Hs + Hg+^+Hs分別為透鏡主 體l的臺(tái)階高度。組合透鏡可變焦距為nL，其中n〉1。圖3是本發(fā)明制作過程第一次光刻的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，5為透鏡主體1的上表面，6 為透鏡主體l的下表面，W也是每個(gè)臺(tái)階的寬，U和Hi對(duì)應(yīng)第一個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，L2和 H一H2對(duì)應(yīng)第二個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，Ls和Hi+H2+H3對(duì)應(yīng)第三個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，U和H一H2+H3 +114對(duì)應(yīng)第四個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，Ls和H—H2+H3 + H4+Hs對(duì)應(yīng)第五個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高。圖4是本發(fā)明凹面透鏡單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，3為透鏡單元。圖5是本發(fā)明制作透鏡主體所用光刻版結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明制作透鏡單元結(jié)構(gòu)(即空氣腔)所用光刻版結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明X射線變焦距組合透鏡包括透鏡主體1及透鏡主體1上間隔排列的
空氣腔2。相鄰空氣腔2之間的間隙形成一個(gè)凹透鏡，即透鏡單元3。所有透鏡單元3—起 構(gòu)成了透鏡組。如圖2所示，本發(fā)明X射線變焦距組合透鏡進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)構(gòu)是在透鏡主體1上刻有 一排空氣腔2，相鄰空氣腔2有一定間隙，所有空氣腔2為雙拋物柱面結(jié)構(gòu)，其截面為一對(duì) 相對(duì)的拋物線組成的圖形，或者單拋物柱面結(jié)構(gòu)，其截面為拋物線，或者橢圓柱面結(jié)構(gòu)，其 截面為橢圓，或者其他可以實(shí)現(xiàn)聚焦的任意幾何形狀結(jié)構(gòu)。這樣，相鄰空氣腔2與它們之間 的間隙一起就形成一個(gè)凹透鏡，即透鏡單元3。所有透鏡單元3—起構(gòu)成了透鏡組。通過在 長(zhǎng)方體在高度方向上選取適當(dāng)?shù)牟煌叨?，這些不同的高度間隔合適的長(zhǎng)度，逐級(jí)遞減形成 臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成透鏡主體1 (如圖3所示)。也就是說，透鏡主體1是由高度逐級(jí)遞減的長(zhǎng)方 體依次排列形成的，每個(gè)長(zhǎng)方體作為一個(gè)臺(tái)階，每個(gè)長(zhǎng)方體寬度相等，等于透鏡主體l的寬 度。相鄰兩個(gè)長(zhǎng)方體在由寬和高組成的面上重合，在其中一個(gè)長(zhǎng)和寬組成的面上對(duì)齊。所有 長(zhǎng)方體均在一個(gè)長(zhǎng)和寬組成的面上對(duì)齊，在另一個(gè)長(zhǎng)和寬組成的面上形成臺(tái)階狀。在透鏡主體1的每個(gè)臺(tái)階內(nèi)透鏡單元3構(gòu)成的透鏡組合的焦距相等，在不同高度的臺(tái) 階內(nèi)的透鏡單元3個(gè)數(shù)可以相等或不等。由于每個(gè)臺(tái)階高度不同，使不同臺(tái)階內(nèi)的透鏡單元 3高度也就是空氣腔2的高度不同，從而使得不同臺(tái)階構(gòu)成的組合透鏡焦距不同。上述組合 透鏡可變焦距的尺寸大于透鏡主體的長(zhǎng)度。該透鏡可以連續(xù)變焦也可以離散變焦。如圖1所示，本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡包括透鏡主體1、空氣腔2。透鏡主體l可 選用PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)。透鏡主體1的可變焦距尺寸大于透鏡主體1的長(zhǎng)度L, 可選擇5cm 5m的尺寸變化范圍。如圖3所示，本發(fā)明變焦距X射線組合透鏡的透鏡主體1是在長(zhǎng)方體的一側(cè)形成臺(tái)階構(gòu) 成的。每個(gè)臺(tái)階的寬度均為W， L和&對(duì)應(yīng)第一個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，Lz和H,+H2對(duì)應(yīng)第二個(gè) 臺(tái)階的長(zhǎng)和高，U和H—H2+H3對(duì)應(yīng)第三個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高，U和H汁H2+H3+H4對(duì)應(yīng)第四個(gè) 臺(tái)階的長(zhǎng)和高，L5和Ht+H2+H3+H4+H5對(duì)應(yīng)第五個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)和高。在透鏡主體1的上表面5 與下表面6之間，開有縱向的與上下表面垂直的一組空氣腔2。每個(gè)空氣腔2之間是等距的。 相鄰兩個(gè)空氣腔2之間存在間隙4，使相鄰的兩個(gè)空氣腔2形成凹面型透鏡單元3，如圖+ 所示，這些透鏡單元3構(gòu)成組合透鏡。在不同臺(tái)階內(nèi)的組合透鏡焦距是變化的，也就是說在 透鏡主體1的不同臺(tái)階內(nèi)組合透鏡焦距是變化的。該透鏡主體的長(zhǎng)度L取0.5mm 20cm范圍，寬度W取2jmi 3cm范圍，高度H-H^ H2+ H3+H4+Hs取lmm 10mm范圍。透鏡單元3個(gè)數(shù)在20~1000范圍內(nèi)，雙拋物面曲率半徑取 lpm lcm范圍。臺(tái)階的個(gè)數(shù)不限，每個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度和高度根據(jù)需要在透鏡主體的限定范圍 內(nèi)任意選取，每個(gè)臺(tái)階內(nèi)透鏡單元的個(gè)數(shù)也根據(jù)需要從1到1000任意選取。從而可以實(shí)現(xiàn) 連續(xù)變焦或離散變焦。本發(fā)明的制作工藝過程為首先在起到支撐作用的單晶硅片表面依次制作聚酰亞胺、金 屬薄膜和光刻膠等所需層面，經(jīng)過光刻，電鑄，去膠，開窗口等步驟，完成兩次X射線光刻 所需掩膜的制作。第一次的制作是為了得到光刻透鏡主體時(shí)所使用的掩膜，第二次的制作是 為了得到光刻空氣腔時(shí)所使用的掩膜；其次，在硅片表面制備X射線光刻膠，再用制備好的 掩膜進(jìn)行兩次X射線光刻，第一次光刻是為了得到透鏡主體結(jié)構(gòu)，第二次光刻是在透鏡主體 上形成空氣腔結(jié)構(gòu)，從而在主體上形成透鏡單元的結(jié)構(gòu)，最終完成X射線變焦距組合透鏡的 制作。本發(fā)明的具體制作過程如下第一步，制備光刻透鏡主體1時(shí)所需的掩膜。(A) 硅襯底采用(100)或(110)或(111)晶面的單晶硅片，襯底清潔處理步驟為1) .以甲苯、丙酮、乙醇等去除油污等有機(jī)物；2) .用王水煮沸去除金屬離子；3) .用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干；(B) 在單晶硅片的一個(gè)表面自旋涂覆一層厚度在2 — 30微米之間的聚酰亞胺涂料； (c)將涂覆聚酰亞胺的單晶硅片放在烘箱中固化，聚酰亞胺涂料固化條件與厚度有關(guān)，升溫時(shí)采用梯度升溫法，到達(dá)最高溫度后持續(xù)適當(dāng)時(shí)間后緩慢降到室溫，以保證聚酰亞胺充分固化同時(shí)不發(fā)生脆裂；(D) 在固化后的聚酰亞胺表面蒸鍍一層金作為第一種子層；(E) 在第一種子層上涂覆一層PMMA，然后在PMMA表面蒸鍍一層金作為第二種子 層。這里PMMA采用自旋涂敷或滴膠等方式進(jìn)行涂膠；(F) 在第二種子層上涂覆一層厚光刻膠，厚光刻膠可選用novolac-DNQ光刻膠等；(G) 使用如圖5所示的光刻版(陰影部分不透光)對(duì)光刻膠進(jìn)行極紫外光刻、顯影、 堅(jiān)膜，得到與如圖5所示的結(jié)構(gòu)(陰影部分為光刻膠)；(H) 在(G)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金，作為軟X射線光刻掩 膜吸收體。電鑄陰極種子層材料可選用金等金屬材料；(I) 去除陰影部分的光刻膠及光刻膠下面的第二種子層，得到光刻下一層PMMA所需 的金掩膜。用丙酮或?qū)Ｓ萌ツz劑去除厚光刻膠，用干法刻蝕或濕法腐蝕去除光刻膠下面的金
屬層；(J)用經(jīng)過步驟(I)所完成的金掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (K)去除光刻PMMA的金掩膜及第二種子層后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影。顯影采用25°C 的GG顯影系統(tǒng)；(L)在(K)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金層；(M)采用無掩膜軟X射線曝光方法光刻、顯影去除之前未曝光的PMMA，并且用干 法刻蝕或濕法腐蝕去除PMMA下面的第一種子層。無掩膜軟X射線曝光的曝光條件與有掩 膜曝光的曝光條件相同；(N)對(duì)步驟(M)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即用濕法腐蝕或干法刻 蝕在單晶硅片上開出窗口，則完成第一次X射線光刻掩膜的制作。 第二步，制備光刻空氣腔時(shí)所需的掩膜。(O)重復(fù)(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)、 (F)六個(gè)步驟；(P)使用如圖6所示的光刻版(陰影部分為不透光)對(duì)步驟(O)中的厚光刻膠進(jìn)行 極紫外光光刻、顯影、堅(jiān)膜，得到與圖6相同的結(jié)構(gòu)(陰影部分為光刻膠)；(Q)在(P)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金層，作為軟X射線光刻 掩膜吸收體，電鑄陰極種子層材料可選用金等金屬材料。用丙酮或?qū)Ｓ萌ツz劑去除陰影部分 的厚光刻膠，用干法刻蝕或濕法腐蝕去除光刻膠下面的第二種子層，得到光刻下一層PMMA 的金掩膜；(R)用經(jīng)過步驟(Q)所完成的掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (S)去除光刻PMMA的金掩膜及第二種子層后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影。顯影采用25°C 的GG顯影系統(tǒng)；(T)在(S)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金，作為第二次X射線光 刻掩膜吸收體；(U)采用無掩膜軟X射線曝光方法光刻、顯影去除之前未曝光的PMMA，并且用干 法刻蝕或濕法腐蝕去除PMMA下面的第一種子層。無掩膜軟X射線曝光的曝光條件與有掩 膜曝光的曝光條件相同；(V)對(duì)步驟(U)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即用濕法腐蝕或干法刻 蝕在單晶硅片上開出窗口，則完成第二次X射線光刻掩膜的制作。 第三歩，制備透鏡主體。(W)硅襯底采用(100)或(110)或(111)晶面的單晶硅片，襯底清潔處理步驟為1) .以甲苯、丙酮、乙醇等去除油污等有機(jī)物；2) .用王水煮沸去除金屬離子；3) .用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干；(X)單晶硅片的一個(gè)表面涂覆設(shè)定厚度的PMMA，并固化。硅片表面的PMMA采用 自旋涂敷或滴膠等方式進(jìn)行涂膠；(Y)使用步驟(N)制作的掩膜對(duì)PMMA進(jìn)行X射線曝光、顯影，顯影采用25。C的 GG顯影系統(tǒng)；(Z)將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，得到透鏡主體結(jié)構(gòu)。 第四步，制備空氣腔。 (A')對(duì)步驟(Z)完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定；(B')使用步驟(V)制作完成的掩膜對(duì)步驟(A')固定的透鏡主體1上表面6進(jìn)行X 射線曝光、顯影，顯影采用25。C的GG顯影系統(tǒng)；(C')將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，則完成一種變焦距X射線組合透鏡的制作。
權(quán)利要求
1、一種變焦距X射線組合透鏡，包括透鏡主體(1)及透鏡主體(1)上間隔排列的空氣腔(2)，其特征在于所述透鏡主體(1)材料采用PMMA。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦距X射線組合透鏡，其特征在于所述透鏡主體(1)為階 梯形，每個(gè)臺(tái)階內(nèi)包含至少一個(gè)空氣腔(2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的變焦距X射線組合透鏡，其特征在于 所述空氣腔(2)為雙拋物柱面構(gòu)成的柱形空腔，或者單拋物柱面與平面構(gòu)成的柱形空腔， 或者橢圓柱形空腔。
4、 一種權(quán)利要求1所述的變焦距X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于包括下列步驟第一步，制備光刻透鏡主體時(shí)所需的掩膜； 第二步，制備光刻空氣腔時(shí)所需的掩膜； 第三步，利用第一步制備的掩膜制作透鏡主體；第四步，用第三步制作的透鏡主體和第二步制備的掩膜制作空氣腔。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦距X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述制備光刻 透鏡主體時(shí)所需的掩膜包括下列步驟(A) 對(duì)單晶硅片進(jìn)行清潔處理；(B) 在單晶硅片的一個(gè)表面自旋涂覆一層聚酰亞胺涂料；(C) 將涂覆聚酰亞胺的單晶硅片放在烘箱中固化；(D) 在固化后的聚酰亞胺表面生長(zhǎng)一層金屬作為第一種子層；(E) 在第一種子層上涂覆一層PMMA，然后在PMMA表面生長(zhǎng)一層金屬作為第二種子層；(F) 在第二種子層上涂覆一層厚光刻膠；(G) 使用與透鏡主體主視圖形狀相同的光刻版對(duì)光刻膠進(jìn)行極紫外光刻，然后進(jìn)行顯 影、堅(jiān)膜；(H) 在(G)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金屬層，作為軟X射線光 刻掩膜吸收體；(I) 去除陰影部分的光刻膠及光刻膠下面的第二種子層，得到光刻下一層PMMA所需的金屬掩膜；(J)用經(jīng)過步驟(I)所完成的掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (K)去除掩膜后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影；(L)在(K)步完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金屬層； (M)采用無掩膜軟X射線曝光方法去除之前未曝光的PMMA結(jié)構(gòu)，并且去除PMMA 下面的第一種子層；(N)對(duì)步驟(M)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即在單晶硅片上開出與 透鏡主體主視圖形狀相應(yīng)的窗口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦距X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述制備光 刻空氣腔時(shí)所需的掩膜包括下列步驟-(O)重復(fù)制備光刻透鏡主體時(shí)所需掩膜中的(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)、 (F)六個(gè)步驟；(P)使用與空氣腔橫截面形狀互補(bǔ)的光刻版對(duì)步驟(O)中的厚光刻膠進(jìn)行極紫外光 光刻，然后進(jìn)行顯影、堅(jiān)膜；(Q)在(P)步驟完成的結(jié)構(gòu)中于未被光刻膠覆蓋的部分電鑄金屬層，作為軟X射線 光刻掩膜吸收體，去掉陰影部分的厚光刻膠及其下的第二種子層，得到光刻下一層PMMA 所需的金屬掩膜；(R)用經(jīng)過步驟(Q)所完成的掩膜，對(duì)PMMA層進(jìn)行正投影式軟X射線曝光； (S)去除掩膜后，對(duì)PMMA層進(jìn)行顯影；(T)在(S)步驟完成的結(jié)構(gòu)中于未被PMMA覆蓋的部分電鑄金屬層，作為第二次X 射線光刻掩膜吸收體；(U)采用無掩膜軟X射線曝光去除之前未曝光的PMMA結(jié)構(gòu)，并且去除PMMA下面 的第一種子層；(V)對(duì)步驟(U)完成的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面進(jìn)行光刻并腐蝕，即在單晶硅片上開出與 空氣腔橫截面形狀互補(bǔ)的窗口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦距X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述制作透 鏡主體包括下列步驟(W)對(duì)起到支撐作用的單晶硅片進(jìn)行清洗； (X)在單晶硅片的一個(gè)表面涂覆一層設(shè)定厚度的PMMA，并固化；(Y)使用制備光刻透鏡主體時(shí)所需掩膜中的步驟(N)制作完成的掩膜對(duì)PMMA進(jìn)行 X射線曝光、顯影；(Z)將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，得到透鏡主體結(jié)構(gòu)。 8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦距X射線組合透鏡的制作方法，其特征在于所述制作空 氣腔包括下列步驟(A')對(duì)制作透鏡主體中的步驟(Z)完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定；(B')使用制備光刻空氣腔時(shí)所需掩膜中的步驟(V)制作完成的掩膜對(duì)步驟(A')固定的結(jié)構(gòu)的所需表面進(jìn)行X射線曝光、顯影；(C)將顯影后的結(jié)構(gòu)放入去離子水中漂洗，完成變焦距X射線組合透鏡的制作。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變焦距X射線組合透鏡及其制作方法。該組合透鏡包括透鏡主體及透鏡主體上間隔排列的空氣腔，所述透鏡主體材料為PMMA；其制作方法是首先在起到支撐作用的單晶硅片表面依次制作聚酰亞胺、金屬薄膜和光刻膠等所需層面；然后經(jīng)過光刻，電鑄，去膠，開窗口等步驟，完成光刻透鏡主體時(shí)所使用的掩膜和光刻空氣腔時(shí)所使用的掩膜的制備；最后，用制備好的掩膜進(jìn)行兩次X射線光刻，完成變焦距X射線組合透鏡的制作。本發(fā)明具有聚焦效果好、散射小、X射線輻射透過率高、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101118290SQ20071005594
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者樂孜純, 梁中翥, 梁靜秋, 黃鑫華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所