LIGA技術(shù)制作X射線光學(xué)元件在X射線顯微學(xué)中的應(yīng)用
LIGA 是德文的制版術(shù)Lithographie，電鑄成形Galvanoformung 和注塑Abformung 的縮寫(xiě)。自20世紀(jì)80年代德國(guó)卡爾斯魯厄原子核研究所為制造微噴嘴創(chuàng)立LIGA技術(shù)以來(lái)，對(duì)其感興趣的國(guó)家日益增多，德、日、美相繼投入巨資進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。該技術(shù)被認(rèn)為是最有前途的三維微細(xì)加工方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)微細(xì)加工方法相比，用LIGA技術(shù)進(jìn)行超微細(xì)加工有如下特點(diǎn)：
1.可制造有較大深寬比的微結(jié)構(gòu)。
2.取材廣泛，可以是金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等。
3.可制作任意復(fù)雜圖形結(jié)構(gòu)，精度高。
4.可重復(fù)復(fù)制，符合工業(yè)上大批量生產(chǎn)要求，成本低。
LIGA的基本工藝流程如下：
x射線掩模制作
首先用電子束或激光對(duì)薄光刻膠進(jìn)行第一次曝光，制成初級(jí)掩膜，然后經(jīng)過(guò)顯影、電鍍等工藝步驟制成初級(jí)微結(jié)構(gòu)掩膜板（此掩膜板本質(zhì)上已經(jīng)是一個(gè)高度較低的微結(jié)構(gòu)）。對(duì)于高深寬比微結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)一步制備額外的高深寬比掩膜板。
X射線光刻(Lithographie)
借助上述的初級(jí)微結(jié)構(gòu)掩膜板，在厚光刻膠上用X射線進(jìn)行曝光，然后經(jīng)過(guò)顯影、電鍍等工藝步驟制成中級(jí)微結(jié)構(gòu)掩膜板。由于同步輻射設(shè)備KARA(原ANKA)提供的平行x射線束，可確保高縱橫比和光滑的側(cè)壁。
電鍍(Galvanoformung)
將上述步驟獲得的光刻膠模具置于金屬電鍍液中進(jìn)行電鍍，即可實(shí)現(xiàn)高縱橫比、高精度結(jié)構(gòu)的金屬零件。
聚合物成型(Abformung)
為了復(fù)制聚合物基板上的精密結(jié)構(gòu)，可以使用上述工藝制作注塑和熱壓花用的模鑲件。可實(shí)現(xiàn)微聚合物結(jié)構(gòu)的精確復(fù)制。
因此LIGA工藝制造的微結(jié)構(gòu)聚合物和金屬零件在x射線光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括在在科研機(jī)構(gòu)和工業(yè)領(lǐng)域。
在之前的文章中我們介紹了LIGA工藝制造的光柵在X射線相襯成像領(lǐng)域的應(yīng)用。今天我們準(zhǔn)備給大家介紹它在X射線顯微學(xué)中的應(yīng)用。
X射線顯微學(xué)
目前基于X射線光管的納米成像的主要結(jié)構(gòu)有兩種技術(shù)路線(基于同步輻射的CDI等成像技術(shù)，今天暫不做討論)：
1.投影幾何放大技術(shù)
2. 基于菲涅爾波帶片的掃描透視顯微技術(shù)或全場(chǎng)透視顯微技術(shù)等
全場(chǎng)透視顯微光路
掃描透視顯微技術(shù)
上述方法中的Condenser lens通常使用復(fù)制技術(shù)、或者玻璃毛細(xì)拉伸技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；用于聚焦或目鏡的菲涅爾波帶片（FZP）通常使用電子束光刻和干法刻蝕等復(fù)合技術(shù)來(lái)加工，今天我們著重介紹一下使用LIGA技術(shù)加工光束截止器（central stopper 或者central beam stop）和級(jí)次選取針孔Order select aperture。
X 射線波帶片結(jié)構(gòu)為一系列明暗相間的同心圓環(huán)，如上圖所示中，每個(gè)環(huán)帶的面積相等，這些明暗相間的圓環(huán)分別使用入射X射線透明與不透明的材料，從而使通過(guò)相鄰?fù)高^(guò)或不透過(guò)的光程相差一個(gè)波長(zhǎng)，從而在焦點(diǎn)上發(fā)生透過(guò)不同環(huán)帶的相同位相光線的疊加。在掃描透視顯微光路中為保證只有一階衍射光入射到樣品上，所以選用使用適當(dāng)尺寸和吸收體厚度的級(jí)次選取針孔（OSA）和光束截止器（Central beam stopper）及其他們放置的位置是非常有必要且關(guān)鍵的。
基于成熟的LIGA技術(shù)，Microworks公司制造一批多功能、性價(jià)比高且性能優(yōu)越的級(jí)次選取針孔（OSA）和光束截止器（Central beam stopper）。
光束截止器（Central beam stopper）
基本參數(shù)
吸收材料金厚度 | >80μm |
Beamstop尺寸 | 10 μm to 160 μm，間隔10 μm |
開(kāi)口尺寸 | 650 μm |
載體薄膜 | 自支撐結(jié)構(gòu)，每個(gè)圓柱體由3個(gè)寬2.5μm的薄鰭支撐。 |
總尺寸 | 4.5mm*4.5mm |
安裝建議 | 光束截止器非常穩(wěn)定，可以使用簡(jiǎn)單支架夾持 |
口徑（μm） | 2 | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7.5 | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 |
吸收體金厚度 | 50 | 50 | 150 | 150 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
同時(shí)我們可以根據(jù)您的要求定制孔徑和光束截止器。選項(xiàng)包括特定形狀、大小、高度和或者特定的陣列等。
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為Microworks公司中國(guó)區(qū)授權(quán)總代理商，為中國(guó)客戶提供Microworks所有產(chǎn)品的售前咨詢，銷售及售后服務(wù)。我司始終致力于為廣大科研用戶提供高端的x射線、極紫外產(chǎn)品及解決方案。
參考文獻(xiàn)：
Ohigashi, T., et al. (2020) A low-pass filtering Fresnel zone plate for soft x-ray microscopic analysis down to the lithium K-edge region. Review of Scientific Instruments.
李艷麗, 陳代謝, 孔祥東, 門(mén)勇, 韓立. X射線波帶片的應(yīng)用及制備[J]. 納米技術(shù), 2019, 9(2): 41-54.
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