[发明专利]一种X射线衍射光学聚焦元件的制造方法

说明书

本发明公开了一种制备具有高的衍射效率和成像分辨率的X射线衍射光学聚焦元件的制造方法，使用了原子层沉积与聚焦离子束相结合的技术，选用金属钨丝作为X射线衍射光学聚焦元件的中心衬底细丝起到阻挡零级光的作用，并且在原子沉积前使用高能量离子注入机将金属钨细丝进行表面改性增强了与原子沉积薄膜的结合牢固度，给出了原子沉积的优化参数，可以获得较高的沉积速率和可靠的薄膜厚度可控性，从而得到的光学聚焦元件具有高的衍射效率和成像分辨率。

技术领域

本发明属于电离辐射的处理技术，尤其是X射线显微镜的相关元件制备方法，具体的属于粒子或电离辐射的聚焦处理装置，具体涉及一种应用衍射的X射线衍射光学聚焦元件的制造方法。

背景技术

X射线具有短波长、穿透能力强等特点，在空间探测，医疗、能源、航空航天等领域有 着比较广泛的应用。X射线光谱仪和能谱仪是等离子体诊断和太空探测的重要工具，而作为 X射线光谱仪核心元器件的X射线衍射光学元器件逐渐成为纳米加工领域的核心，X射线衍 射光学元器件已经成为现阶段空间探测技术的关键。X射线衍射光学元器件在激光惯性约约 束聚变、天文望远镜、同歩辐射、EUV光刻等领域有着广泛应用。而如何实现高分辨率、大高宽比的X射线衍射光学元器件为纳米尺度加工工艺提出了很大的技术挑战。

现阶段X射线光学聚焦元件传统的制备方法主要有激光全息曝光法、电子束光刻法、电子束和x射线光刻相结合的方法、溅射切片法、以及开始初步研宄的原子层沉积切割法。激光全息曝光法多应用于直径在几个毫米、面积较大、环带数较多的x射线光学聚焦元件的制作,此技术加工的精度不高,只能进行周期性结构的制作,对非周期性图形的制作十分困难。且采用此方法制备的光学聚焦元件在使用过程中会有球差的出现,在后期光学聚焦元件的使用过程中,需要进行球差的校正。电子束光刻法在微细加工领域有着高精度的特点,非常有利于实现高分辨率的软x射线光学聚焦元件的制作,包括各种基于电子束光刻的各种拓展的制备方法,目前己经实现了最外环15nm的宽度，2009年美国劳伦斯伯克利国家实验室采用二次图形化技术制备出最外环12nm,高宽比2.5的X射线光学聚焦元件。但是由于本身技术特点的限制,该技术在同时兼顾小的最外环尺寸与大高宽比方面已经逼近技术极限,利用该方法制作大高宽比的硬X射线光学聚焦元件十分困难。一般硬X射线光学聚焦元件的高宽比要大于16才能获得高的衍射效率,但仍远远不够。后期出现的电子束和X射线相结的方法,同样不能同时兼顾小的最外环宽度尺寸与大高宽比。溅射切片法制作光学聚焦元件倒是获得极大高宽比光学聚焦元件的有效手段,但是该方法在进行多层膜的沉积时,基本都是倾斜方向溅射沉积。膜厚很难实现高精确控制,且薄膜厚度不均匀、粗糙度大,而且两种多层膜材料之间扩散严重,导致膜层界限不清晰,很难制作出高质量的光学聚焦元件。2013年德国马普智能研究所首次采用原子层沉积与聚焦离子束相结合的技术在玻璃纤维细丝表面制作的最外环几何尺寸为35nm和10nm,高宽比接近250的X射线光学聚焦元件。然而,由于中心细丝是采用的玻璃纤维细丝,其对X射线有较大的透过率,导致非常强的零级光,影响了光学聚焦元件的衍射效率和成像分辨率。而如果使用金属丝，则在金属丝表面沉积薄膜时，因为应力和其它未知因素导致的金属丝与薄膜之间的结合并不牢固，因此原子层沉积与聚焦离子束相结合的技术还有多个难题有待突破。

根据检索，中国专利201510325463.X“自对准双层X射线X射线衍射光学聚焦元件的制备方法”和201110150368.2 “一种制作位相型X射线衍射光学聚焦元件的方法”都公布了一种X射线衍射光学聚焦元件的制备方法，但二者均采用了电子束曝光工艺，在制备大深宽比的X射线衍射光学聚焦元件时容易造成光刻胶结构的倒塌，难于制备出的大高宽比的X射线衍射光学聚焦元件，而现有技术中采用原子层沉积与聚焦离子束相结合的技术并未公开详细的原子层沉积的参数，不具有可操作性，而这些参数对于原子层沉积的效率和效果均有直接影响，也未提出解决金属丝与薄膜之间的结合并不牢固的问题的方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种制备具有高的衍射效率和成像分辨率的X射线衍射光学聚焦元件的制造方法，至少解决上述现有技术制备方式中已知存在的至少一种问题。