CN102129890A - 一种非晶态合金基光学聚焦镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种非晶态合金基光学聚焦镜及其制备方法，该光学聚光镜由非晶态合金材料制备而成，所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金、Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be合金、Fe-Si-B-P-Be合金、Au-Si-Be合金、Ag-Ge-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金等，其中TM为过渡金属如Ni、Co、Ag或Pt等；RE为稀土元素如Y、Gd、Ce或La等。所述的非晶态合金基光学聚焦镜利用其低的吸光系数和近乎1的折光指数，对X光具有高聚焦效果，可获得纳米甚至亚纳米级的聚焦精度，且制备成本低，与金刚石类聚光镜相比，具有更优异的大面积和大体积加工性能，且加工精度可达到原子精度。

Description

一种非晶态合金基光学聚焦镜及其制备方法

技术领域

本发明属于先进材料加工及新材料应用技术领域，具体涉及一种非晶态合金基光学聚焦镜及其制备方法。

背景技术

根据电磁波衍射引起的电磁波的点分辨率公式

其最高分辨率和电磁波波长λ、介质的折光指数n和使用的电磁波的光圈半角θ有关，其中d为点分辨率；λ为电磁波波长；n为介质中点源和聚焦镜的真空相对折光指数；θ为入射电磁波的光圈半角。在聚焦镜的帮助下，电子束和可见光等电磁波成像的分辨率主要受制于其电磁波的波长，均可接近其理论值(约为波长的一半)。X光和其它电磁波不同，其分辨率主要受其自身光源特性和聚焦镜的限制，而不是其波长的限制。X光的波长处在纳米或亚纳米级，很难达到或接近其理论值，无法达到纳米或原子尺度的分辨率，主要原因有两个：一是物质的折光指数n是电磁波波长的函数，在X光的波长范围，材料折光指数n的复数形式

为

其中，δ是折光指数和1的偏差(正比于λ²)；β是吸光指数(∝λ³)；f₁和f₂分别是原子散射因子的实部和虚部；r₀是经典电子半径(2.82×10^-16m)；N_at是单位体积内的原子数。在X光的波长范围，所有传统材料的折光指数n都接近1，很难获得高的光圈数值孔径(N_at＝nsinθ)。二是任何材料均对电磁波有吸收，大部分材料在X光的波长范围内吸收强烈，使得X光强度随入射深度很快衰减，使折射透过的X光减弱，难以获得足够高的对比度，影响获得清晰的成像效果。

因此，必须从材料自身的折光指数和吸光指数上出发制备或选择一定高的折光指数和低的吸光系数的，同时从设计适当的聚焦镜结构出发，制备高聚焦效果的X光聚焦镜，获得高分辨率的X光成像或扫描光斑。

近十几年，随着世界范围内对获得高亮度的同步辐射X光源的可能性的提高以及在高分辨X光显微镜(扫描或透射)开发上的需要，以及在天文学和光刻技术上的需要，对高分辨率的X光聚焦镜的需求不断提高。对硬X光(E＞4KeV)，其波长在几埃的范围，用其对研究对象进行成像的需求变得十分迫切，但其分辨率也主要受制于聚焦镜结构和类型及其其理论聚焦精度。根据其聚焦光路原理，目前该类聚焦镜主要有反射型(如反射曲面镜对)、衍射型(如夫瑞奈环带片、多层劳恩透镜)、折射型(如凯诺结构抛物线透镜以及复合折射透镜(CRL))。近年来，随微纳制备技术精度的提高，已可将X光聚焦到亚微米的精度。

反射型聚焦镜主要基于所用反射镜的完全外反射和多重反射两种，这些类反射型聚焦镜中也包含多层相干镜。制备这类反射型聚焦镜首先要制备具有宽波段的短周期反射镜，然后在特种非圆形基材上进行多层涂层化以形成光束和成像透射系统，其关键是提高反射镜面的曲率和表面精度(光洁度)，目前的计量技术和制备能力虽然已能够将其表面精度提高到原子水平，但需要采用原子沉积技术来制备，成本比较高。该类聚焦镜在软X光波长内的聚焦应用比较多，但由于通常需要近垂直的入射角度，其单个镜子的视场很小，需制成多层结构和多层格栅来提高其视场尺寸和波谱分辨率。该类聚焦镜的最大数值孔径可被全外反射的临界角决定，使用理想化的渐细毛细管，其分辨率可达10nm。参考文献1：Bergemann，C.；Keymeulen，H.；van der Veen，J.F.，Phys.Rev.Lett.2003，91，204801.中实验表明用椭圆形的反射镜可将波长为0.08nm的X光线聚焦到25nm，已处在实际可制备的具有最高数值孔径的该类聚焦镜的衍射限定范围。参考文献2：Mimura，F.；Yumoto，H.；Matsuyama，S.；Sano，Y.；Yamamura，K.；Mori，Y.；Yabashi，M.；Nishino，Y.；Tamasaku，K.；Ishikawa，T.；Yamauchi，K.，Appl.Phys.Lett.2007，90，051903.中记载了用多层涂覆技术理论上可进一步提高其光圈数值孔径，但聚焦能力仍未见有大幅度提高。

衍射类聚焦镜理论上可使光圈数值孔径达到1的极限。使用相对弱的三次衍射，如夫瑞奈环带片在入射X光波波长等于0.15nm时，分辨率可达30nm。参考文献3：Yin，G.-C.；Song，Y.-F.；Tang，M.-T.；Chen，F.-R.；Liang，K.S.；Duewer，F.W.；Feser，M.；Yun，W.；Shieh，H.-P.D.，Appl.Phys.Lett.2006，89，221122.中记载了该类环带片基的衍射类聚焦镜的分辨率取决于最外层的带隙宽度。制备工艺中的最小尺寸决定了该类聚焦镜的衍射聚焦极限，其聚焦效率取决于环带的厚度。故该类镜的整体性能取决于制备工艺所能获得的环带的最大厚宽比。参考文献4：Kang，H.C.；Yan，H.；Winarski，R.P.；Holt，M.V.；Maser，J.；Liu，C.；Conley，R.；Vogt，S.；Macrander，A.T.；Stephenson，G.B.，Focusing of hard x-rays to 16n nanometers with a multilayerLaue Lens.Appl.Phys.Lett.2008，92，221114-1-3.中记载了Kang等人最近制备的衍射型具有透射几何形状的多层结构劳恩聚焦镜(MLL)通过提高厚宽比和制备尽量小尺度的最外层环带宽度(5nm)，可将波长为0.064nm的X光(19.5eV)的聚焦分辨率提高到16nm，并且指出，通过优化设计可获得5nm的聚焦精度。该类技术为使用MLL结构聚焦X光制备X光电镜，获得近原子尺度精度的照片提供了可能性。提高分辨率的关键问题是可变的大的厚宽比的最外围环带，以及环带的表面光洁度和陡直度，分辨率的提高除依赖材料本身特性外，还依赖于微纳加工技术的提高。

折射型的聚焦镜的分辨率取决于透镜的有效数值孔径。该数值孔径的提高受限于透镜材料对X光的吸收。小的吸收系数可选用低-Z值的材料如铍(Be)。但是由于大多数材料对X光的折射率和其真空折射率偏差很小，因此要求制备的透镜的曲率半径必须非常小，然而很难用常规加工技术获得，往往是将可制备的最小曲率的透镜层叠成透镜组(CRL)，来获得有效的最小曲率半径。但是透镜组比单个透镜对X光的吸收更大，必然增加X光的损耗，从而限制了折射型聚焦镜的分辨率。最近发明的凯诺型透镜通过去掉对X光聚焦无用的可引起光波发生2π相位移的透镜材料部分，形成外阶梯型双曲面聚焦镜，可以大幅降低了对X光的吸收，使其对X光的聚焦效率提高到90％以上。理论上凯诺型透镜可达到2nm的分辨率，但是其仅能将入射波长为0.06nm的X光聚焦到47nm，其对能量为13.3KeV的平面光波导聚焦形成的X光线的尺度也只能达到26nm。其主要原因有三个，一是使用制备透镜的传统材料，其内部晶体结构的缺陷和晶粒尺寸远大于2nm，内部晶粒和缺陷产生的吸收、散射和/或衍射不仅大幅度将X射线强度衰减，也将X射线散光；二是受制于目前的微加工技术的精度和传统材料的晶体结构特点，制备的透镜表面的粗糙度更是远大于2nm，进一步对X射线进行表面散射和吸收，大幅度提高X射线的散光性；三是受到目前传统材料材料低的折光指数和高的吸光系数；从电磁波的点分辨率理论公式

可知，无法获得特别高的分辨率，因此参考文献5：Stein，A.；Evans-Lutterodt，K.；Taylor，A.In Kinoform lenses：toward nanometerresolution，Proc.SPIE optics east，Boston，MA，USA，Oct.23-25，2005，2005；Boston，MA，USA，2005.和参考文献6Aristov，V.V.；Shabel′nikov，L.G.，Recent advances in X-ray refractive optics.Physics-Uspekhi 2008，51，(1)，57-77.中记载了必须从材料自身的折光指数和吸光指数上出发，制备或选择一定高的折光指数和低的吸光系数的，同时优化材料的晶体结构和组成，获得晶粒尺寸和缺陷远小于2nm的晶体结构材料，选择合适的微纳制备技术，降低透镜的表面粗糙度，制备高聚焦效果的X光聚焦镜，获得高分辨率的X光成像或扫描光斑。目前的X光技术主要有大家熟知X光衍射波谱(XRD)和同步辐射X光检测技术(如X射线吸收精细结构技术：XAFS)，但是这些技术对X光的聚焦基本在毫米级。即使通过强磁场对高能同步辐射X光聚焦最多才到几个微米级，现有技术只能对块体材料的结构进行表征，很难用于对纳米或亚纳米级结构的表征，大大限制了X光的应用范围。因此，急需能够将X光聚焦到纳米或亚纳米级的聚焦镜制备技术。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种非晶态合金基光学聚焦镜及其制备方法，该光学聚光镜由非晶态合金材料制备而成，该非晶态合金基光学聚焦镜利用其低的吸光系数和高的折光指数，对X光具有高聚焦效果，可获得纳米甚至亚纳米级的聚焦精度，且制备成本低，与金刚石类聚光镜相比，具有更优异的大面积和大体积加工性能。

本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜，该光学聚光镜由非晶态合金材料制备而成，，所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金、Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be合金、Fe-Si-B-P-Be合金、Au-Si-Be合金、Ag-Ge-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金等，其中TM为过渡金属如Ni、Co、Ag或Pt等；RE为稀土元素如Y、Gd、Ce或La等。该光学聚焦镜的厚度为0.1～200μm，单独的光学聚焦镜的理论聚焦精度可达7.7～1540nm；使用波长λ为0.1nm的X光实测的聚焦精度为8～400nm。

本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术或电镀工艺在厚度为200～500μm的平整基板表面制备一层厚度为d＝0.1～200μm非晶态合金层；所述的基板为硅片、云母片或经抛光处理的石英片、玻璃片；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2～200μm正胶或负胶光敏树脂层，并在80～110℃下烘5～20秒；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有所需光学聚焦镜结构的掩模板，利用电子束曝光工艺、X光曝光工艺或紫外光曝光工艺在波长为240nm～340nm光波范围内对光敏树脂层曝光3～50秒后，移走掩模板，并在80～120℃下烘5～30秒，然后用光敏树脂显影液将曝光后的光敏树脂洗掉，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

当所述的光敏树脂为正胶光敏树脂时，如S1816光敏树脂，光敏树脂显影液选择MF-321显影液，并在MF-321显影液清洗后用丙酮清洗；当所述的光敏树脂为反胶光敏树脂时，如SU-8光敏树脂，光敏树脂显影液选择PG显影液，并在PG显影液清洗后用SU-8清洗液在80℃时清洗。

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁小于或者等于非晶态合金层的厚度d；

当所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金时，非晶态合金刻蚀液优选为浓度为0.3mol/L硫酸和0.5mol/L的磷酸混合液；非晶态合金为Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be、Fe-Si-B-P-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金时非晶态合金刻蚀液优选为Cr-7S；当所述的非晶态合金为AuSiBe合金或AgGeBe合金时，非晶态合金刻蚀液为：质量浓度比为H₃PO₄(磷酸)∶HNO₃(硝酸)∶HAC(醋酸)∶Ethanol(乙醇)＝16∶1∶1∶2的混合液。

步骤五：将残留的光敏树脂层利用光敏树脂显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

本发明具有的优点在于：

1、本发明提出一种非晶态合金基光学聚焦镜克服了传统晶态金属由于晶界产生的缺陷，可达到原子级的表面平整度；同时利用其低的吸光系数和近乎1的折光指数，可获得纳米甚至亚纳米级的聚焦精度。

2、本发明提出一种非晶态合金基光学聚焦镜的综合力学性能比聚合物、纯金属合金、硅片、石英等更优异。由于其超塑性加工能力，与比金刚石类聚光镜相比，具有更优异的大面积和大体积加工性能，且其成本更低。

3、本发明提出一种非晶态合金基光学聚焦镜的几何形状可设计为凯诺结构抛物线聚焦镜形状、半椭圆形状或双曲线形状，进而可获得较好的聚焦效果，单独的光学聚焦镜的理论聚焦精度可达7.7～1540nm；使用波长λ为0.1nm的X光实测的聚焦精度为8～400nm。

附图说明

图1：本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法流程图；

图2：本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜采用正胶光敏树脂制备过程的工艺图；

图3：本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜采用反胶光敏树脂制备过程的工艺图；

图4：本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜制备一组光学聚焦镜的结构图；

图5：本发明中折射型凯诺结构抛物线结构X光聚焦镜的聚焦原理图；

图6：本发明中折射型凯诺结构抛物线结构X光聚焦镜构成的两组聚焦镜组结构示意主视图；

图7：本发明中折射型凯诺结构抛物线结构X光聚焦镜构成的两组聚焦镜组结构示意俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜，该光学聚光镜由非晶态合金材料制备而成，，所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金、Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be合金、Fe-Si-B-P-Be合金、Au-Si-Be合金、Ag-Ge-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金等，其中TM为过渡金属如Ni、Co、Ag或Pt等；RE为稀土元素如Y、Gd、Ce或La等。所述的光学聚焦镜的厚度为0.1～200μm，单个的光学聚焦镜的理论聚焦精度可达7.7～1540nm；使用波长λ为0.1nm的X光实测的聚焦精度为8～400nm。

将所述的10～20个非晶态合金基光学聚焦镜构成光学聚焦镜组，其中每个光学聚焦镜均同轴且具有相同的几何结构，所有的光学聚焦镜的光轴平面均处于同一平面上，光轴均相同，并保证所有光学聚焦镜的聚焦方向一致，所有相邻光学聚焦镜之间间距为1～3倍的光学聚焦镜焦距。该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为0.8～154nm，使用实测聚焦精度为0.8～25nm。

本发明提出的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术或电镀工艺在厚度为200～500μm的平整基板表面制备一层厚度为d＝0.1～200μm非晶态合金层；所述的基板为硅片、云母片或经抛光处理的石英片、玻璃片；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2～200μm正胶或负胶光敏树脂层，并在80～110℃下烘5～20秒；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有所需光学聚焦镜几何结构的掩模板，利用电子束曝光工艺、X光曝光工艺或紫外光曝光工艺在波长为240nm～340nm光波范围内对光敏树脂层曝光3～50秒后，移走掩模板，并在80～120℃下烘5～30秒，然后用光敏树脂显影液将曝光后的光敏树脂洗掉，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

当所述的光敏树脂为正胶光敏树脂时，如S1816光敏树脂，光敏树脂显影液选择MF-321显影液，并在MF-321显影液清洗后用丙酮清洗；当所述的光敏树脂为反胶光敏树脂时，如SU-8光敏树脂，光敏树脂显影液选择PG显影液，并在PG显影液清洗后用SU-8清洗液在80℃时清洗。

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁小于或等于非晶态合金层的厚度d；

当所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金时，非晶态合金刻蚀液优选为浓度为0.3mol/L硫酸和0.5mol/L的磷酸混合液；非晶态合金为Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be、Fe-Si-B-P-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金时非晶态合金刻蚀液优选为Cr-7S；当所述的非晶态合金为AuSiBe合金或AgGeBe合金时，非晶态合金刻蚀液为：质量浓度比为H₃PO₄(磷酸)∶HNO₃(硝酸)∶HAC(醋酸)∶Ethanol(乙醇)＝16∶1∶1∶2的混合液。

步骤五：将残留的光敏树脂层利用光敏树脂显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

所述的步骤三中掩模板可以设计为光学聚焦镜组，该光学聚焦镜组由一组10～20个光学聚焦镜组成，所有的光学聚焦镜的几何结构均相同，且光轴平面均处于同一平面，具有同一光轴，聚焦方向一致。进而通过同一掩模板同时制备一组多个具有相同几何结构且同轴聚焦的光学聚焦镜组。使用聚焦时彼此之间的间距为1～3倍的光学聚焦镜焦距。

所述的掩模板的光学聚焦镜的几何结构设计为凯诺结构抛物线聚焦镜形状、半椭圆形状或双曲线形状，优选为锯齿型结构构成的凯诺结构抛物线聚焦镜形状，使制备后得到的光学聚焦镜在平面方向上为锯齿型结构构成的凯诺结构抛物线形聚焦镜形状，并具有一定厚度。所述的凯诺结构抛物线的轴平行于X轴，所制备的凯诺结构抛物线聚焦镜的平面方向的形状曲线符合凯诺结构抛物线的数学表达公式：(y-k)²＝4p(x-h)，其中h、k为凯诺结构抛物线顶点的横坐标和纵坐标，x和y分别是凯诺结构聚焦镜上的横坐标纵坐标，p决定了改凯诺结构抛物线的开口程度，p越大大，抛物线的开口越大。通常以对称轴为横轴x轴、以原点为顶点时的形状为标准型，此时满足k²＝4ph，且k＝h＝0。通过调节k、p、h值可以获得不同焦距F＝p的凯诺结构抛物线聚焦镜的形状，如图3所示，该凯诺结构抛物线的光程可用如下公式：

计算，其中AB为光程(光经过的距离)，n为折光指数；x₁和y₁分别是X光经过该点处的横坐标和纵坐标；F是该透镜的理论几何焦距。其中折光指数n由公式

决定，其中，为折光指数的复数形式，λ为X光波长，δ是折光指数和1的偏差(正比于λ²)；β是吸光指数(∝λ³)；f₁和f₂分别是原子散射因子的实部和虚部；r₀是经典电子半径(2.82×10^-16m)；N_at是单位体积内的原子数。i是复数的虚部数学表达符号，表示由于吸收导致的光能量损耗。通过调节聚焦镜的结构参数、线性吸光系数μ、X光波长λ和材料的相位移参数L_π(L_π＝λ/δ，对硅，当入射光波长为0.1nm时，δ＝3×10^-6，L_π＝30μm)，就可根据公式

获得所需的X光光斑的尺寸(σ_F)，其中N₀＝(μL_π)^-1，其中μ为线性吸光系数；L_π材料的相位移参数，L_π＝λ/δ，λ是X光波长λ，δ是折光指数和1的偏差(正比于λ²)。

当使用一组所述的光学聚焦镜组进行聚焦时获得的聚焦效果是一条线性图像，当选择两组光学聚焦镜组沿相同的光轴设置，且将两组光学聚焦镜组的光轴平面互相垂直，如图6和图7所示，光线经第一组光学聚焦镜组聚焦一条线性图像后，经第二组光学聚焦镜组聚焦后聚焦为一个光斑图像，进而提高分辨率。所述的第一组光学聚焦镜组中每一个光学聚焦镜的几何结构均相同，彼此之间间距为1～3倍的该第一组光学聚焦镜组的光学聚焦镜的焦距尺寸；所述的第二组光学聚焦镜组中每一个光学聚焦镜的几何结构均相同，第二组光学聚焦镜组中第一个光学聚焦镜的顶点(即几何结构的最左边)处在第一组光学聚焦镜组中最后一个光学聚焦镜的焦点上，第二组光学聚焦镜组的相邻两个光学聚焦镜彼此之间的间距均为该组中光学聚焦镜的焦距尺寸，即每个光学聚焦镜的顶点处在前一个光学聚焦镜的焦点处。

实施例1：

一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术在厚度为500μm厚金属铬玻璃片的平整基板表面制备一层厚度为d＝2μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Ag₄₀Ge₅Al₁₀Be₅Si₄₀。

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2μm正胶光敏树脂层，并在80℃下烘5秒；所述的正胶光敏树脂选择S1816光敏树脂。

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有凯诺结构抛物线结构的光学聚焦镜的掩模板，利用X光曝光工艺在波长为240nm光波范围内对光敏树脂层曝光3秒后，移走掩模板，并在80℃下烘5秒，然后用MF-321显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用丙酮清洗，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D＝2μm；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液：质量浓度比为H₃PO₄(磷酸)∶HNO₃(硝酸)∶HAC(醋酸)∶Ethanol(乙醇)＝16∶1∶1∶2的混合液，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过光敏树脂显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为2μm，δ约为1×10^-5，焦距为30000nm，吸光系数为5％，当波长为0.1nm时，相位移参数L_π＝10μm。由公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态合金基光学聚焦镜理论聚焦精度为1540nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测该非晶态合金基光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为200nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，每个光学聚焦镜之间的间距为光学聚焦镜焦距，该10个一组串联使用时，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为154nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为25nm。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤一中非晶态合金层的厚度为d＝0.2μm。

实施例3：

一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用电镀工艺在厚度为200μm的硅片整基板表面制备一层厚度为d＝10μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Al₈₈La₅Ni₇。

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2μm负胶光敏树脂层，并在90℃下烘5秒；所述的负胶光敏树脂选择SU-8光敏树脂。

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有凯诺结构抛物线结构的光学聚焦镜的掩模板，利用电子束曝光刻蚀技术在波长为300nm光波范围内对光敏树脂层曝光20秒后，移走掩模板，并在90℃下烘20秒，然后用PG显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用SU-8清洗液在80℃清洗，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D＝2μm；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液：Cr-7S，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过光敏树脂显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为10μm，吸光系数为1％，δ约为5×10^-5；波长λ为0.1nm时，相位移参数L_π＝2μm，焦距F＝10000nm。由公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态基光学聚焦镜的理论聚焦精度为56nm。当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测非晶态合金基光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为78nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，该10个一组串联使用，每个光学聚焦镜之间的间距为3倍光学聚焦镜焦距，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为5.6nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为8nm。

实施例4：

一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一：采用物理蒸汽气象沉积技术在厚度为200μm的硅片整基板表面制备一层厚度为d＝5μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Al₈₈Y₅Ni₅Be₂。

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2μm负胶光敏树脂层，并在90℃下烘5秒；所述的负胶光敏树脂选择SU-8光敏树脂。

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有个凯诺结构抛物线结构的光学聚焦镜的掩模板，利用电子束曝光刻蚀技术在波长为300nm光波范围内对光敏树脂层曝光20秒后，移走掩模板，并在90oC下烘20秒，然后用PG显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用SU-8清洗液在80oC清洗，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D＝2μm；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液：Cr-7S，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过光敏树脂显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为5μm；吸光系数为1％，δ约为1×10^-4，相位移参数L_π＝1μm，焦距F＝10000nm，由公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态基光学聚焦镜理论聚焦精度为40nm，当使用波长λ为0.1nm(光子能量E＝10keV)的X光实测时，该光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为50nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，该10个一组串联使用，每个光学聚焦镜之间的间距为2倍光学聚焦镜焦距，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为4nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为5nm。

实施例5：

一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术或电镀工艺在厚度为200～500μm的平整石英片基板表面制备一层厚度为d＝10μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Fe₇₈Si₇P₁₀BBe₅；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝200μm正胶光敏树脂层，并在110℃下烘20秒；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有凯诺结构抛物线结构的光学聚焦镜的掩模板，利用X光曝光工艺在波长为340nm光波范围内对光敏树脂层曝光50秒后，移走掩模板，并在120℃下烘30秒，然后用光敏树脂显影液——MF-321显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用丙酮清洗，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液Cr-7S，并利用深度离子刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过光敏树脂显影液——MF-321显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用丙酮清洗，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为10μm；吸光系数为2％，δ约为2×10^-5，相位移参数L_π＝0.5μm，焦距F＝10000nm，由公式：N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态基光学聚焦镜理论聚焦精度为316nm，当使用波长λ为0.1nm(光子能量E＝10keV)的X光实测时，该光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为400nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有20个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，该20个一组串联使用，每个光学聚焦镜之间的间距为2倍光学聚焦镜焦距，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为15.8nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为20nm。

实施例6：

一种非晶态合金基X光聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术在厚度为500μm的平整硅片基板表面制备一层厚度为d＝100μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Mg₆₅Al₂₀La₁₀Be₅；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝100μm正胶光敏树脂层，并在100℃下烘10秒；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有所需光学聚焦镜结构的掩模板，利用电子束曝光工艺在波长为300nm光波范围内对光敏树脂层曝光20秒后，移走掩模板，并在100℃下烘20秒，然后用MF-321显影液将需洗掉的光敏树脂洗掉，并用丙酮清洗，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液Cr-7S，并利用深度离子刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过MF-321显影液全部洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为100μm；吸光系数为0.5％，δ约为5×10^-4，相位移参数L_π＝0.2μm，焦距F＝600nm，由公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态基光学聚焦镜理论聚焦精度为7.7nm，当使用波长λ为0.1nm(光子能量E＝10keV)的X光实测时，该光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为10nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，该20个一组串联使用，每个光学聚焦镜之间的间距为2倍光学聚焦镜焦距，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为0.8nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为1nm。

实施例7：

一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

聚焦镜的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术或电镀工艺在厚度为200μm的平整云母片基板表面制备一层厚度为d＝200μm非晶态合金层；所述的非晶态合金为Zr₁₀Al₆₈Ni₉Cu₅Ag₈；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝100μm负胶光敏树脂层，并在110℃下烘15秒；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有所需光学聚焦镜结构的掩模板，利用X光曝光工艺在波长为240nmnm光波范围内对光敏树脂层曝光20秒后，移走掩模板，并在120℃下烘20秒，然后用PG显影液在80℃将需洗掉的光敏树脂洗掉，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液——浓度比为0.3mol/L硫酸和0.5mol/L的磷酸混合液，并利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层通过PG显影液在80℃洗去，并去除基板，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为200μm；吸光系数为1％，δ约为5×10^-5，相位移参数L_π＝2μm，焦距F＝4000nm，由公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该非晶态基光学聚焦镜理论聚焦精度为89nm，当使用波长λ为0.1nm(光子能量E＝10keV)的X光实测时，该光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为100nm。

当所述的在步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，该20个一组串联使用，每个光学聚焦镜之间的间距为光学聚焦镜焦距，根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该光学聚焦镜组的理论聚焦精度为8.9nm。而当使用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测的光学聚焦镜组的使用实测聚焦精度为10nm。

实施例8：

本实施例与实施例6的区别仅在于步骤一中的非晶态合金变为Mg₆₅Al₂₀Rd₁₀Be₅，相应的非晶态合金刻蚀液采用质量浓度比为H₃PO₄(磷酸)∶HNO₃(硝酸)∶HAC(醋酸)∶Ethanol(乙醇)＝16∶1∶1∶2的混合液，并将步骤三中的掩模板形状更换为半椭圆球面形式，制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜焦距为F＝600nm，δ约为8×10^-4，用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测该单个光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为8nm，当所述的步骤三中采用的掩模板结构制备具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状的光学聚焦镜组时，其使用实测聚焦精度测为0.8nm。

实施例9：

本实施例与实施例6的区别仅在于步骤一中的非晶态合金变为Al₈₈Y₅Pt₅Be₂，相应的非晶态合金刻蚀液采用质量浓度比为H₃PO₄(磷酸)∶HNO₃(硝酸)∶HAC(醋酸)∶Ethanol(乙醇)＝16∶1∶1∶2的混合液，并将步骤三中的掩模板形状更换为半椭圆球面形式，制备得到的非晶态合金基光学聚焦镜焦距为F＝10000nm，δ约为4×10^-4，用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测该单个光学聚焦镜的使用实测聚焦精度为18nm，当所述的步骤三中采用的掩模板结构为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，其使用实测聚焦精度测为2nm。

实施例10：

本实施例与实施例6的区别仅在于步骤四的刻蚀深度d₁＝60μm，最终得到的非晶态合金基光学聚焦镜的厚度为100μm，但其有效厚度仅为60μm，光学聚焦时仅将光线在有效厚度上聚焦。

实施例11：

将实施例6步骤三中采用的掩模板结构更改为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，制备两次，如图6和7所示，得到两组光学聚焦镜组，保证两组光学聚焦镜组的光轴平面互相垂直，利用该两组光学聚焦镜组聚焦时，用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测该两组光学聚焦镜组，其实测聚焦精度为1.2nm。根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该两组光学聚焦镜组的理论聚焦精度为1nm。

实施例12：

将实施例4步骤三中采用的掩模板结构更改为具有10个同轴且具有相同光学聚焦镜平面形状制备光学聚焦镜组时，制备两次，得到两组光学聚焦镜组，如图6和7所示，保证两组光学聚焦镜组的光轴平面互相垂直，利用该两组光学聚焦镜组聚焦时，用0.1nm波长(光子能量E＝10keV)的X光实测该两组光学聚焦镜组，其实测聚焦精度为5nm。根据公式：

N₀＝(μL_π)^-1计算该两组光学聚焦镜组的理论聚焦精度为4nm。

Claims (10)

1.一种非晶态合金基光学聚焦镜，其特征在于：所述的非晶态合金基光学聚焦镜的材料为为Zr-Al-Ni-Cu合金、Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be合金、Fe-Si-B-P-Be合金、AuSiBe合金、AgGeBe合金或Mg-Al-RE-Be合金，其中TM为过渡金属，RE为稀土元素。

2.根据权利要求1所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜，其特征在于：所述的光学聚焦镜的厚度为0.1～200μm，光学聚焦镜的理论聚焦精度为7.7～1540nm，使用实测聚焦精度为8～400nm。

3.根据权利要求1所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜，其特征在于：10～20个所述的非晶态合金基光学聚焦镜组成光学聚焦镜组，所有光学聚焦镜的几何结构相同，所有光学聚焦镜的光轴平面均处于同一平面，所有光学聚焦镜的光轴相同，且聚焦方向均一致，相邻两个光学聚焦镜之间间距为1～3倍的焦距。

4.根据权利要求3所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜，其特征在于：所述的光学聚焦镜组的理论聚焦精度为0.8～154nm，使用实测聚焦精度为0.8～25nm。

5.根据权利要求3所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜，其特征在于：所述的光学聚焦镜组为两组时，两组光学聚焦镜组的光轴平面互相垂直，第二组光学聚焦镜组中第一个光学聚焦镜的顶点处在第一组光学聚焦镜组中最后一个光学聚焦镜的焦点上，第二组光学聚焦镜组的相邻两个光学聚焦镜彼此之间的间距均为该该组中光学聚焦镜的焦距尺寸。

6.一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一、采用物理蒸汽气相沉积技术或电镀工艺在基板表面制备一层厚度为d＝0.1～200μm非晶态合金层；

步骤二：在非晶态合金层的表面旋涂一层厚度为D＝2～200μm光敏树脂层；

步骤三：在光敏树脂层的表面覆盖具有所需的光学聚焦镜几何结构的掩模板，利用电子束曝光工艺、X光曝光工艺或紫外光曝光工艺对光敏树脂层曝光后，移走掩模板，然后用光敏树脂显影液将曝光后的光敏树脂洗掉，暴露出非晶态合金层；曝光深度为光敏树脂层的厚度D；

步骤四：采用非晶态合金刻蚀液，利用深度离子刻蚀工艺或化学刻蚀工艺将未被光敏树脂层保护的非晶态合金刻蚀掉，刻蚀深度d₁小于或等于非晶态合金层的厚度d；

步骤五：将残留的光敏树脂层利用光敏树脂显影液全部洗去，获得非晶态合金基光学聚焦镜。

7.根据权利要求6所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，其特征在于：所述的步骤三的掩模板设计光学聚焦镜组，该光学聚焦镜组为一组10～20个光学聚焦镜组成，所有的光学聚焦镜的几何结构均相同，且光轴平面均处于同一平面，具有同一光轴，且聚焦方向一致。

8.根据权利要求6所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中光学聚焦镜几何结构为凯诺结构抛物线聚焦镜形状、半椭圆形状或双曲线形状。

9.根据权利要求6所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中光敏树脂显影液具体为：当所述的光敏树脂为正胶光敏树脂时，光敏树脂显影液为MF-321显影液；当所述的光敏树脂为反胶光敏树脂时，光敏树脂显影液为PG显影液。

10.根据权利要求6所述的一种非晶态合金基光学聚焦镜的制备方法，其特征在于：所述的步骤四中非晶态合金刻蚀液具体为：当所述的非晶态合金为Zr-Al-Ni-Cu合金时，非晶态合金刻蚀液为浓度为0.3mol/L硫酸和0.5mol/L的磷酸混合液；当所述的非晶态合金为Al-TM-RE、Al-TM-RE-Be、Fe-Si-B-P-Be合金或Mg-Al-RE-Be合金时，非晶态合金刻蚀液为Cr-7S；当所述的非晶态合金为AuSiBe合金或AgGeBe合金时，非晶态合金刻蚀液为：质量浓度比为磷酸∶硝酸∶醋酸∶乙醇＝16∶1∶1∶2的混合液。

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