[发明专利]高分辨率全材料菲涅耳波带片阵列及其制造工艺

说明书

本发明涉及一种高分辨率全材料菲涅耳波带片阵列，其包括在公共载体上的复数个全材料菲涅耳波带片。还涉及通过提供包括多个微柱的公共载体和将至少两种不同材料的交替层沉积到至少某些微柱上以制造全材料菲涅耳波带片前体阵列的工艺。还涉及用于生产高分辨率全材料菲涅耳波带片(FZP)阵列的装置；该用于生产高分辨率全材料菲涅耳波带片阵列的装置包括用于在公共载体中提供复数个微柱的第一装置、将至少两种不同材料的交替层施加到布置在公共载体上的至少一些微柱上的沉积装置以及切片装置，该切片装置将全材料菲涅耳波带片从柱中切出。

技术领域

本发明涉及一种高分辨率全材料(full material)菲涅耳波带片阵列，其制造工艺和一种生产高分辨率全材料菲涅耳波带片(FZP)阵列的装置。

背景技术

X射线显微成像已被证明是一种重要的成像技术。在第一种方法中，显微镜的分辨率受所使用的辐射的波长限制。与可见光相比，X射线的优点在于波长更短，潜在地允许更高的分辨率。然而，传统透镜对X射线的折射或反射是非常有限的。因此，衍射的菲涅耳波带片已被视为用于聚焦X射线(尤其是在软X射线能量中)的最受欢迎和最成功的聚焦装置。(全材料)菲涅耳波带片为衍射透镜，其由至少包括两种材料的多层膜(multilayers)组成，该至少包括两种材料的多层膜作为FZP的波带(zones)。鉴于纳米级技术的快速发展及其对科学发展的重大影响，尤其是其在生物学、化学和所有生命科学和地球科学中的应用，需要进行X射线显微成像和聚焦装置(例如菲涅耳波带片)的进一步改进。此外，还需要一种相对便宜且平行的FZP生产工艺。

此外，X射线光学中的主要挑战之一是制备可将硬X射线聚焦到纳米级分辨率并具有高衍射效率的光学器件。由于这种光学器件需要具有非常高的长宽比(aspect ratio)的、具有倾斜到布拉格角的波带的透镜，其制备非常困难。在可能的选择中，多层膜(全材料)菲涅耳波带片(ML-FZP)是最适合完成这一挑战的选择之一，因为如果波带可以倾斜到布拉格角，则可以制备的长宽比几乎不受限。ML-FZP的制备始于一厘米长的玻璃纤维衬底(substrate)，其直径为例如30微米。在该衬底上，通过原子层沉积技术(ALD)沉积交替的多层膜。这一工艺已获得专利号为US9360603B2的专利。通过其连续的自限性表面反应，ALD允许埃级精度的沉积厚度和优异的保形性(conformality)。这也使溅射切片ML-FZP所需要进行的、玻璃纤维的旋转不再必要。由于无需进行衬底的旋转，故可以提高精度且可以显著提高FZP的均匀性和分辨率。

由于可以从多个被沉积的玻璃纤维切出(例如通过聚焦离子束进行切片)具有所需的厚度的多个单个FZP，因此该工艺允许从中间产品同时生产出几乎无限量的ML-FZP。

发明内容

然而，由于无法容易地控制作为衬底材料的玻璃纤维的表面粗糙度、圆度(circularity)和玻璃纤维锥角(taper angle)等性质，故需寻求制备多个这种中间产品或类似的中间产品的替代方法。因此，本发明的目的是提供一种制备多个这种中间产品或类似的中间产品的方法以及制备这种中间产品的阵列或类似的中间产品的阵列的方法，从而能够简单且廉价地生产多个具有或不具有倾斜到布拉格角的波带的菲涅耳波带片；由于高的、甚至是可选的长宽比和无差错的层膜或波带，这种菲涅耳波带片具有高分辨率和高效率。

该目的通过根据权利要求1的菲涅耳波带片阵列、根据权利要求6的制造工艺和根据权利要求15的制造装置来实现。在下文更详细地描述菲涅耳波带片阵列、其制造方法和用于制造其的装置。

本发明的一个主要方面为全材料菲涅耳波带片前体阵列，其包括布置在公共载体上的复数个全材料菲涅耳波带片前体。

在优选的实施例中，全材料菲涅耳波带片前体阵列具有受控的锥角。在进一步优选的实施例中，布置在同一公共载体上的一些菲涅耳波带片前体的这些锥角是彼此不同的。这意味着布置在同一公共载体上的至少两个菲涅耳波带片前体可以提供不同的锥角。优选地，这些菲涅耳波带片前体倾斜到针对不同能量优化的不同布拉格角。