特開 2023-44357 チャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023044357

(43)【公開日】2023-03-30

(54)【発明の名称】チャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21K 1/06 20060101AFI20230323BHJP

【ＦＩ】

G21K1/06 B

G21K1/06 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021152349

(22)【出願日】2021-09-17

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】佐野 泰久

(72)【発明者】

【氏名】山内 和人

(57)【要約】

【課題】チャネルカット結晶の対向する反射面において、機械加工によって導入された加工変質層を大気圧近傍の高圧力プラズマを用いたＰＣＶＭによって除去し、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上である反射面を備えたチャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光学素子材料に対してエッチング性を有する反応ガスを含むプロセスガスの圧力が１０ｋＰａ～１０００ｋＰａで、チャネルの内壁面に対向配置した電極に高周波電圧を印加して高周波プラズマを局所的に発生させ、局所プラズマを内壁面に対して相対的に走査して内壁面の加工変質層を除去する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

不純物濃度が０．１ｐｐｍ以下の単結晶からなる光学素子材料に、少なくとも特定の結晶面を向いた一対の平行な内壁面を有するチャネルが形成され、該チャネルの内壁面を、Ｘ線の回折現象を利用して反射させるブラッグ反射面としたチャネルカットＸ線光学素子であって、
前記ブラッグ反射面は、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上である、
チャネルカットＸ線光学素子。

【請求項2】

前記光学素子材料が、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム又は単結晶ダイヤモンドである、請求項１記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【請求項3】

相対向するブラッグ反射面の間隔が２０ｍｍ以下である、請求項１又は２記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【請求項4】

対となった前記ブラッグ反射面の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分があり、且つ相対向するブラッグ反射面の間隔が２ｍｍ～５０μｍである、請求項３記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【請求項5】

不純物濃度が０．１ｐｐｍ以下の単結晶からなる光学素子材料に、少なくとも特定の結晶面を向いた一対の平行な内壁面を有するチャネルが形成され、該チャネルの内壁面を、Ｘ線の回折現象を利用して反射させるブラッグ反射面としたチャネルカットＸ線光学素子の製造方法であって、
前記光学素子材料に前記チャネルを含む構造を形成する前工程と、
前記光学素子材料に対してエッチング性を有する反応ガスを含むプロセスガスの圧力が１０ｋＰａ～１０００ｋＰａで、前記チャネルの内壁面に対向配置した電極に高周波電圧を印加して高周波プラズマを局所的に発生させ、該局所プラズマを前記内壁面に対して相対的に走査して該内壁面の加工変質層を除去し、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上の前記ブラッグ反射面を形成する反射面高品位化工程と、
を含む、チャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項6】

前記前工程に、少なくとも前記チャネルの内壁面を精密研磨する工程を含む、請求項５記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項7】

前記光学素子材料が、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム又は単結晶ダイヤモンドである、請求項５又は６記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【請求項8】

前記反射面高品位化工程における前記チャネルの内壁面の除去量が１０μｍ以上である、請求項５～７何れか１項に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項9】

前記電極が、支持体に導電性ワイヤーを張ったワイヤー電極、回転軸に導電性回転対称体を固定した回転電極、プロセスガスを噴出する導電性のノズル電極又はブレード電極である、請求項５～８何れか1項に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項10】

前記電極が、前記ワイヤー電極であり、該ワイヤー電極にパルス変調した高周波電圧を印加するプラズマ発生機構を用いる、請求項９記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項11】

前記電極が、前記回転電極、前記ノズル電極又は前記ブレード電極であり、前記チャネルの内壁面と反対側の裏面にアース補助電極を配置し、前記電極に高周波電圧を印加するプラズマ発生機構を用いる、請求項９記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項12】

相対向するブラッグ反射面の間隔が２０ｍｍ以下である、請求項９～１１何れか１項に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【請求項13】

対となった前記ブラッグ反射面の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分があり、且つ相対向するブラッグ反射面の間隔が２ｍｍ～５０μｍである、請求項１０記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法に係わり、更に詳しくはＸ線のブラッグ反射面を高品位化したチャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

チャネルカット結晶は、バルク単結晶材表面に形成された溝形状の向かい合う二面をブラッグ反射面として用いるもので，二面での反射により入射方向と平行な方向に単色Ｘ線ビームを取り出せるＸ線光学素子である（特許文献１参照）。この反射面は内向きの面であるため、高精度な研磨を行うことが困難であり、研削等の機械的加工法による溝形成時に導入された加工歪を完全に除去することが困難であるという課題があった。反射面に加工歪が存在するということは、微視的には結晶格子に欠陥が多数存在することを意味し、格子欠陥によってブラッグ反射率が理論値から大きく低下することになる。

【0003】

反射面の加工歪を除去する方法として一般的なウェットエッチングにおいては、エッチング速度は結晶面方位に依存することから、エッチング面にバンチングが生じたりエッチピットが形成されたりするため、良好な表面形状を維持したまま加工歪を除去することは困難である。加工歪は表面から数μｍの深さ、深くても１０μｍ以内に存在し、これを加工変質層と称する。

【0004】

そこで、本発明者らは高圧力プラズマを用いた無歪エッチング技術であるＰＣＶＭ(Plasma Chemical Vaporization Machining)を用いてチャネルカット結晶のＸ線反射面の加工変質層を除去することを考案した（非特許文献１，２参照）。大気圧近傍の高圧力プラズマを用いたＰＣＶＭの基本原理は、特許文献２に開示され、また電極の形態に関してもワイヤー電極、回転電極、プロセスガスを噴出するノズル電極又は幅の狭いブレード電極など各種提案されている（特許文献２～４参照）。更に、プラズマの制御のためにパルス変調した高周波電圧を印加する方法も提案されている（特許文献５参照）。

【0005】

しかしながら、チャネルカット結晶に用いられるＦＺ－Ｓｉ単結晶は、高純度で比抵抗が大きいため、電極の近傍に十分な電界強度が得られず、安定にプラズマを発生させることが困難である。更に、チャネルカット結晶は、向かい合う二面を精度良く加工する必要があるが、、チャネル幅が狭く、また対となった反射面の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分（重複部）がある場合には、従来のＰＣＶＭの手法をそのまま用いることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０９－０４９８９９号公報

【特許文献2】特開平０１－１２５８２９号公報

【特許文献3】特開平０４－２４６１８４号公報

【特許文献4】特開平０９―０３１６７０号公報

【特許文献5】特開２０１４－１７７６７３号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】T Hirano,T Osaka,Y Sano,Y Inubushi,S Matsuyama,K Tono,T Ishikawa,M Yabashi,and K Yamauchi,Review of Scientific Instruments.87(2016)063118.

【非特許文献2】T Hirano,Y Morioka,S Matsumura,Y Sano,T Osaka,S Matsuyama,M Yabashi,and K Yamauchi,Int.J.of Automation Technology.13(2019)246.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、チャネルカット結晶の対向する反射面において、機械加工によって導入された加工変質層を大気圧近傍の高圧力プラズマを用いたＰＣＶＭによって除去し、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上である反射面を備えたチャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、前述の課題解決のために、以下に構成するチャネルカットＸ線光学素子及びその製造方法を構成した。

【0010】

（１）
不純物濃度が０．１ｐｐｍ以下の単結晶からなる光学素子材料に、少なくとも特定の結晶面を向いた一対の平行な内壁面を有するチャネルが形成され、該チャネルの内壁面を、Ｘ線の回折現象を利用して反射させるブラッグ反射面としたチャネルカットＸ線光学素子であって、
前記ブラッグ反射面は、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上である、
チャネルカットＸ線光学素子。

【0011】

（２）
前記光学素子材料が、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム又は単結晶ダイヤモンドである、（１）記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【0012】

（３）
相対向するブラッグ反射面の間隔が２０ｍｍ以下である、（１）又は（２）記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【0013】

（４）
対となった前記ブラッグ反射面の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分があり、且つ相対向するブラッグ反射面の間隔が２ｍｍ～５０μｍである、（３）記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【0014】

（５）
不純物濃度が０．１ｐｐｍ以下の単結晶からなる光学素子材料に、少なくとも特定の結晶面を向いた一対の平行な内壁面を有するチャネルが形成され、該チャネルの内壁面を、Ｘ線の回折現象を利用して反射させるブラッグ反射面としたチャネルカットＸ線光学素子の製造方法であって、
前記光学素子材料に前記チャネルを含む構造を形成する前工程と、
前記光学素子材料に対してエッチング性を有する反応ガスを含むプロセスガスの圧力が１０ｋＰａ～１０００ｋＰａで、前記チャネルの内壁面に対向配置した電極に高周波電圧を印加して高周波プラズマを局所的に発生させ、該局所プラズマを前記内壁面に対して相対的に走査して該内壁面の加工変質層を除去し、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上の前記ブラッグ反射面を形成する反射面高品位化工程と、
を含む、チャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0015】

（６）
前記前工程に、少なくとも前記チャネルの内壁面を精密研磨する工程を含む、（５）記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0016】

（７）
前記光学素子材料が、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム又は単結晶ダイヤモンドである、（５）又は（６）記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【0017】

（８）
前記反射面高品位化工程における前記チャネルの内壁面の除去量が１０μｍ以上である、（５）～（７）何れか１に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0018】

（９）
前記電極が、支持体に導電性ワイヤーを張ったワイヤー電極、回転軸に導電性回転対称体を固定した回転電極、プロセスガスを噴出する導電性のノズル電極又はブレード電極である、（５）～（８）何れか１項に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0019】

（１０）
前記電極が、前記ワイヤー電極であり、該ワイヤー電極にパルス変調した高周波電圧を印加するプラズマ発生機構を用いる、（９）記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0020】

（１１）
前記電極が、前記回転電極、前記ノズル電極又は前記ブレード電極であり、前記チャネルの内壁面と反対側の裏面にアース補助電極を配置し、前記電極に高周波電圧を印加するプラズマ発生機構を用いる、（９）記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0021】

（１２）
相対向するブラッグ反射面の間隔が２０ｍｍ以下である、（９）～（１１）何れか１に記載のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法。

【0022】

（１３）
対となった前記ブラッグ反射面の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分があり、且つ相対向するブラッグ反射面の間隔が２ｍｍ～５０μｍである、（１０）記載のチャネルカットＸ線光学素子。

【発明の効果】

【0023】

以上にしてなる本発明のチャネルカットＸ線光学素子の製造方法は、大気圧近傍の高圧力プラズマを用いたＰＣＶＭによって、機械加工で導入された反射面の加工変質層が除去され、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上である反射面を備えたチャネルカットＸ線光学素子を提供できる。

【0024】

また、回転電極、ノズル電極又はブレード電極であっても、チャネルの内壁面と反対側の裏面にアース補助電極を配置することにより、あるいは電界強度の高いワイヤー電極を用いることにより、高抵抗の光学素子材料でも安定にプラズマを発生させて処理することができる。特に、ワイヤー電極にパルス変調した高周波電圧を印加するプラズマ発生機構を用いれば、チャネル幅が狭い場合でも、また反射面に重複部がある場合でも、安定にプラズマを発生させて加工変質層を高効率で除去することができる。尚、ワイヤー電極においては、今後開発が期待される小型のチャネルカット結晶、特にチャネル幅が２ｍｍ～５０μｍの高品位のチャネルカットＸ線光学素子においても適用可能であること、結晶端部まで安定に処理が可能であること等，他の電極に比べて優位な点を有している。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明のチャネルカットＸ線光学素子の簡略図である。

【図2】同じく平面図である。

【図3】モノクロメータとしての使用例を示す説明図である。

【図4】ワイヤー電極を用いた加工例を示す簡略説明図である。

【図5】ノズル電極を用いた加工例を示す簡略説明図である。

【図6】チャネル幅が狭く且つ重複部がある場合のワイヤー電極を用いた加工例を示す簡略説明図である。

【図7】同じく省略平面図である。

【図8】パルス変調した高周波電圧の波形図である。

【図9】ノズル電極を用いたＰＣＶＭによってＳｉの各面方位を除去加工した場合の加工速度（ＭＭＲ）の結晶面依存性を示すグラフである。

【図10】（ａ）はＰＣＶＭ処理前のチャネルカット結晶のＸ線トポグラフィ像、（ｂ）はＰＣＶＭ処理後のチャネルカット結晶のＸ線トポグラフィ像である。

【図11】ＰＣＶＭ処理前後のＳｉ（２２０）結晶のＸ線反射率の入射角依存性を示すグラフである。

【図12】マイクロチャネルカット結晶を模擬したＰＣＶＭ加工実験の配置図である。

【図13】図１２により加工したＳｉウエハを取り外し、加工痕のプロファイルを観察する位置を示した説明図である。

【図14】（ａ）はＳｉウエハＷ１のプロファイル観察ライン３２でのプロファイルを示し、（ｂ）はＳｉウエハＷ２のプロファイル観察ライン３３でのプロファイルを示す。

【図15】ワイヤー電極を用いたＰＣＶＭにおいて、パルス変調した高周波電圧による加工特性を調べるための実験配置である。

【図16】高周波電圧のＯＮ時間を５０μｓに固定し、ＯＦＦ時間を２００，４５０、９５０μｓと変化させた場合の表面粗さ（ＲＭＳ）の変化を示すグラフである。

【図17】ＯＮ時間とＯＦＦ時間のデューティ比における表面粗さ（ＲＭＳ）の変化を示すグラフである。

【図18】（ａ）加工前の表面観察結果、（ｂ）ＯＮ／ＯＦＦ時間＝５０／２００［μs］で加工後の表面観察結果、（ｃ）はＯＮ／ＯＦＦ時間＝５０／４５０［μs］で加工後の表面観察結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のチャネルカットＸ線光学素子（チャネルカット結晶）の概略図、図２はその平面図、図３はその使用例を示している。

【0027】

本発明のチャネルカットＸ線光学素子は、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム又は単結晶ダイヤモンドからなる光学素子材料から切り出して作製する。この光学素子材料は、不純物濃度が０．１ｐｐｍ以下であり、純度が高いため高抵抗である。そのため、一般の半導体素子を製造するためのシリコンウエハよりも高抵抗であるため、電極との間でプラズマを安定に発生させることが難しい。現在、入手可能なＦＺ－Ｓｉ単結晶は純度が９９．９９９９９９９９９％（不純物濃度が０．００１ｐｐｍ）、ＦＺ－Ｇｅ単結晶は純度が９９．９９９９９９９％（不純物濃度が０．１ｐｐｍ）である。

【0028】

本発明のチャネルカットＸ線光学素子１は、図１及び図２に示すように、ほぼ直方体の基台２の上面に、第１のブラッグ反射面３を備えた突出部４と第２のブラッグ反射面５を備えた突出部６を有し、その他Ｘ線の光路に干渉する部分は除去されている。両ブラッグ反射面３，５は、完全に平行であり、特定の結晶面を向いている。また、チャネルカットＸ線光学素子１の基台２は、使用時にはＸ線発生施設（放射光施設（SPring-8等）、Ｘ線自由電子レーザー（ＸＦＥＬ）施設（SACLA等）の適所に固定されて使用するが、該基台２の固定部からの歪がブラッグ反射面３，５に伝播しないように、両側面から互い違いにスリット７，７を入れてＳ字構造を構成している。

【0029】

その製造方法は、先ず光学素子材料に、少なくとも特定の結晶面を向いた一対の平行な内壁面９，９を有するチャネル８を含む構造を機械加工にて形成する前工程を経る。前記チャネル８の内壁面９，９は、Ｘ線の回折現象を利用して反射させるブラッグ反射面３，５となる。この前工程には、通常は少なくとも前記チャネルの内壁面９，９を精密研磨する工程を含む。研磨は、通常の機械的な精密研磨をすることが不可能な場合には手作業で研磨する。機械加工には、精密切削加工の他に、ダイシングやワイヤソー等、半導体加工に使用する加工技術を含む。

【0030】

相対向するブラッグ反射面の間隔（チャネル幅）Ｗは、Ｘ線のエネルギー範囲やＸ線のブラッグ反射時の許容される遅延時間によって決定される。チャネル幅Ｗは、Ｘ線のエネルギー範囲が広いほど、また許容される遅延時間が短いほど、狭く設定される。本発明の特徴が発揮されるチャネル幅Ｗは、製造の難易度が高いおおよそ２０ｍｍ以下であるが、２０ｍｍ以上であっても構わない。特に、チャネル幅Ｗが２ｍｍを下回ると、製造の難易度が極端に高くなる。チャネル幅Ｗの下限は後述の理由により５０μｍくらいである。

【0031】

次に、前記チャネルの内壁面９，９を、ＰＣＶＭ技術を使って高品位化する。このＰＣＶＭ法は、ハロゲン等の化学的活性度の大きな原子を高圧力雰囲気中（大気圧近傍）で空間的に局在した高周波（例えば１５０ＭＨｚ）プラズマ内で励起し、高密度の中性ラジカルを生成することにより、被加工物と反応させ、揮発性物質（反応生成物）に変えることによって除去を行う加工法であり、加工雰囲気を高圧力とすることにより、空間分解能を高めつつ機械加工に匹敵する除去レートで高速加工を実現することができる。

【0032】

具体的には、前記光学素子材料に対してエッチング性を有する反応ガスを含むプロセスガスの圧力が１０ｋＰａ～１０００ｋＰａで、前記チャネル８の内壁面９，９に対向配置した電極に高周波電圧を印加して高周波プラズマを局所的に発生させ、該局所プラズマを前記内壁面９，９に対して相対的に走査して該内壁面９，９の加工変質層を除去し、表面平坦度が１μｍ以下、表面粗さが１ｎｍＲＭＳ以下、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９０％以上の前記ブラッグ反射面３，５を形成する反射面高品位化工程を実行する。より好ましくは、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９５％以上である。

【0033】

ここで、電極として使用可能なものは、支持体に導電性ワイヤーを張ったワイヤー電極、回転軸に導電性回転対称体を固定した回転電極、プロセスガスを噴出する導電性のノズル電極又はブレード電極である。前記チャネル８の内壁面９，９に機械加工時に導入された加工変質層を除去するのに必要な加工深さは、経験上１０μｍあれば十分であり、５μｍ程度でも大部分除去可能である。また、電極と加工面（内壁面９）との間に所定のギャップが必要である。このギャップは、電極に印加する高周波電源の周波数やプロセスガスの種類と圧力にもよるが、プラズマが安定に生成可能な条件を用いる。通常、ＰＣＶＭにおいて、電極と被加工面とのギャップは、１０μｍ～数ｍｍに設定される。

【0034】

プロセスガスは、前記光学素子材料に対してエッチング性を有する反応ガスとキャリアガスとして希ガスを含み、圧力は１０ｋＰａ～１０００ｋＰａである。この圧力は、大気圧を中心に約１／１０～１０気圧の範囲に相当する。プロセスガスの圧力が高いとプラズマ発生領域が電極近傍に制限され、空間的に制御された加工が可能になる反面、プラズマの発生、維持が難しくなる。

【0035】

ＰＣＶＭにおける反応ガスとしては、ハロゲン系ガスや酸素ガス、オゾンガス等が用いられる。ハロゲン系ガスとしては、フッ素系ガスと塩素系ガスがある。フッ素系ガスとしては、Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６等が挙げられる。また、塩素系ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ_４等が挙げられる。また、フッ素と塩素を共に含むＣＣｌＦ_３もある。反応ガスは、加工対象物の材質に応じて適宜に選定され、例えば、加工対象物がシリコンやゲルマニウムであればＳＦ_６を選定し、ダイヤモンドであればＳＦ_６又はＯ_２を選定する。

【0036】

キャリアガスとしては、希ガスで代表される不活性ガスが用いられ、希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等が挙げられる。

【0037】

その他にプラズマの発生、安定化に寄与するガスを添加する場合もある。

【0038】

前記電極材料は、反応ガスに応じて耐食性に優れたステンレス、ニッケル、アルミニウム等の耐食性の高い材料で作製する。また、反応ガスに対して耐食性に優れた材料を電極にコーティングすることも好ましい。例えば、表面にＡｌ_２Ｏ_３やＭｇＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）等の耐食性を有する材料をコーティング及びディップすることによって腐食の問題は解決できる。

【0039】

前記ブラッグ反射面３，５が、チャネルの溝方向Ｐにおいて離れた位置にあり、対となった前記ブラッグ反射面３，５の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分（重複部）がない場合には、予め必要のない前記チャネル８の内壁面９，９の部分を前加工時に除去しておけば、加工対象の一方の内壁面９の後方に突出部４又は突出部６が存在しないので、電極の大きさに対する制限が緩和され、各種の電極を用いることが可能である。しかし、チャネル幅Ｗが狭く、また前記ブラッグ反射面３，５の重複部がある場合には、電極の大きさがチャネル幅Ｗよりも十分に小さくなければならない。加工対象の内壁面９に対して直交する電極の寸法は、チャネル幅Ｗのおおよそ半分以下でなければならない。チャネル幅Ｗが５ｍｍ程度になると、回転電極、ノズル電極は使用が困難である。更に、チャネル幅Ｗが２ｍｍ以下になるとブレード電極も使用が難しくなる。チャネル幅Ｗが２ｍｍ以下になると、専らワイヤー電極を用いる。ワイヤー電極を用いる場合でも、ワイヤーの直径、ギャップ及び加工変質層の除去量を考慮すれば、チャネル幅Ｗの下限はおおよそ５０μｍになり、この程度までは前工程でダイシングブレードによって溝形成が可能である。

【0040】

本発明のチャネルカットＸ線光学素子の使用例として、図３に示したものは、線対称形の二つの素子１Ａ，１ＢをＸ線ビームＢに対してブラッグ反射角に設定して配置したモノクロメータである。入射Ｘ線は、第１のチャネルカットＸ線光学素子１Ａの第１のブラッグ反射面３で反射した後、第２のブラッグ反射面５で反射し、更に第２のチャネルカットＸ線光学素子１Ｂの第２のブラッグ反射面５で反射した後、第１のブラッグ反射面３で反射し、４回の反射で入射Ｘ線の延長線上に出射Ｘ線が戻るようになっている。このモノクロメータによって、入射Ｘ線の波長（エネルギー）に広がりがあっても、４回の反射の後の出射Ｘ線の波長（エネルギー）は、理想的なブラッグ反射角に適合するように単色化される。図３中、実線はチャネル幅Ｗが広いチャネルカットＸ線光学素子を用いた場合、想像線はチャネル幅Ｗが狭いチャネルカットＸ線光学素子を用いた場合である。Ｘ線の遅延時間は、この光路長の増加に起因するので、チャネル幅Ｗが狭いチャネルカットＸ線光学素子を用いれば、遅延時間も短くなる。

【0041】

図４は、前記チャネル８の内壁面９，９を、ワイヤー電極１０を用いて加工する場合、図5は、ノズル電極２０を用いて加工する場合を示している。図４に示すように、ワイヤー電極１０は、アーム状の支持体１１の先端間に所定の張力をかけて導電性のワイヤー１２を張った構造である。そして、前加工後の光学素子材料をチャンバー１３の内部に配置した移動ステージ１４に保持し、前記ワイヤー電極１０のワイヤー１２を一方の内壁面９に所定のギャップを設けて平行に配置し、ワイヤー１２をブラッグ反射面３又はブラッグ反射面５の幅方向に走査する。また、前記チャンバー１３には、プロセスガス供給系１５と排気系１６が接続され、排気系１６でチャンバー１３の内部を真空に引いた後、プロセスガス供給系１５から所定の圧力のプロセスガスを充填する。そして、前記ワイヤー電極１０には、高周波電源１７から高周波電圧が印加され、前記ワイヤー１２の周囲に高周波プラズマを発生させて加工する。

【0042】

図５に示すように、ノズル電極２０を一方の内壁面９に対して所定のギャップを設けて配置し、該ノズル電極２０からプロセスガスを噴き出しながら、該ノズル電極２０に高周波電圧を印加して、ギャップでプラズマを発生させる。この場合、前記内壁面９の反対側の裏面に対応する突出部６の側面には、アース補助電極２１を配置して接地し、光学素子材料が高抵抗であってもギャップで安定にプラズマが発生するようにしている。尚、ノズル電極２０による加工の場合でも、図4に示したように、チャンバー１３，移動ステージ１４，プロセスガス供給系１５，排気系１６、高周波電源１７を備えている。また、前記ノズル電極２０の代わりに、回転電極やブレード電極を用いる場合も同様である。

【0043】

図６～図８は、チャネル幅Ｗが２ｍｍよりも狭く、しかも対となった前記ブラッグ反射面３，５の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分（重複部）がある場合におけるワイヤー電極１０を用いた加工例を示している。この場合、前記チャネル８の両内壁面９，９から等距離にワイヤー１２を配置し、両内壁面９，９を同時に加工するようにしている。ここで、前記ワイヤー電極１０に連続して高周波電圧を印加していると、やがて両内壁面９，９の重複部でプラズマ維持ができなくなる。これは、プラズマ発生後にプラズマ維持が困難な重複部から比較的容易な非重複部のみへとプラズマ発生領域が変化したためと考えられる。この問題は、図８に示すように高周波電圧をパルス変調し、プラズマ発生領域が変化する前にプ ラズマを消灯して再び点灯させることを繰り返すことで解決できることを見出した。

【0044】

チャネル幅がｓｕｂ－ｍｍの極狭チャネルカット結晶(μCC)は、ＸＦＥＬ光源の高度化のためのキーデバイスとなる。高エネルギー分解能を必要とするＸ線分光実験等ではバンド幅が狭いプローブＸ線が不可欠であるが、バンド幅を制限するほど光強度が激減(典型的に２－３桁)するというジレンマを抱えていた。従来のセフルシード技術には、ダイヤモンド結晶からの前方ブラッグ回折による透過型モノクロメータを利用しているが、単色光生成効率が低く、かつ透過光と同軸上に強い透過光が存在するので、Ｓ／Ｎ比が悪く、ＸＦＥＬ強度が想定よりも小さいという問題があった。極狭チャネルカット結晶を用いるセフルシード技術はこのジレンマを解消する有用な手法であり、発振するＸＦＥＬ自身の単色性を向上させることで、強度損失を招く透過型モノクロメータを利用することなく高強度単色ＸＦＥＬを生成可能である。しかしながら、このような極狭チャネルカット結晶におけるブラッグ反射面３，５の加工変質層除去は従来技術では極めて困難である。

【0045】

図9に、ノズル電極を用いたＰＣＶＭによってＳｉの各面方位を除去加工した場合の加工速度（ＭＭＲ）の結晶面依存性を示す。試料として、ＦＺ－Ｓｉ（１００），（１１０），（１１１），（４２２），（５１１）ウエハを用意した。大気圧Ｈｅ環境下において電極先端部とウエハ間にプラズマを生成し、プロセスガスは電極内部の流路を通してプラズマ領域に直接供給した。各ウエハに対して１軸走査加工を６回行い，それぞれの断面プロファイルの面積からＭＲＲを導出した。加工条件は、圧力１００ｋＰａ、プロセスガス（Ｈｅ：ＳＦ_６＝９９．５：０．５）、流量１００sccm、走査速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、ギャップ０．３ｍｍ、電力１５０ＭＨｚ、１７Ｗである。

【0046】

Ｘ線結晶光学素子は要求に応じて多様な面方位に設定することが求められるが、Ｓｉ結晶は結晶面ごとに原子密度が大きく異なる異方性材料であり、結晶面に依存する特性を示す加工手法が多い。結晶面依存性が強い場合、結晶面毎に条件最適化が必要となる上に、エッチピットが生じて平坦且つ平滑な表面を得ることが困難になる。図９に示すように、ＭＭＲの比は（１００）：（１１０）：（１１１）：（４２２）：（５１１）＝１．０３：１．０４：１．００：１．０１：０．９５であり、各結晶面の加工量の差は誤差程度であると言える。Ｆラジカルを用いたプラズマプロセスでは、任意の結晶面に対して依存性なく同等の加工特性が得られ、エッチピットなく平坦且つ平滑な表面が得られることが示された。

【0047】

図５のようにチャネル８の内壁面９にアクセス可能な小型のプラズマ発生用電極（ノズル電極２０）により、Ｓｉ製チャネルカット結晶の反射面の加工歪をＰＣＶＭによって除去した際の、Ｘ線ビームの二回反射像の代表的な例を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。ＰＣＶＭ加工前に無数に存在したスクラッチ状の暗線はＰＣＶＭ加工によって消滅しており、ＰＣＶＭによってチャネルカット結晶の反射面に存在する加工変質層が除去可能であることが示された。また、チャネルカット結晶の前後に配置した強度モニターの値から反射率を測定した結果、当初の７１．５％からＰＣＶＭ加工により８４．１％にまで向上することが確認されており（理論値は８４．４％）、その効果が確認された。

【実施例0048】

相対向するブラッグ反射面３，５の間隔（チャネル幅）が１００μｍで、対となった前記ブラッグ反射面３，５の一方の面の法線方向が他方の面と交差する部分（重複部）を有するチャネルカットＸ線光学素子（マイクロチャネルカット結晶（μＣＣ)）を製造する。

【0049】

ＰＣＶＭの前加工として，ＦＺ－Ｓｉ結晶ブロックより切り出され，ダイシングブレードによって幅６０～７０μｍ、深さ０．６ｍｍのチャネルを形成した後、溶液エッチングを経て、手磨き研磨により表面仕上げを行った。チャネルの内壁面はＳｉ（２２０）に設定した。チャネル幅を１００μｍに抑えるため，前加工でのチャネル幅を８０μｍとし、直径５０μｍのワイヤー電極を用いたＰＣＶＭでそれぞれの内壁面９，９を１０μｍずつ除去した。

【0050】

作製されたマイクロチャネルカット結晶を、放射光Ｘ線を用いて評価した。2結晶分光器から供給される１０ｋｅＶの単色光をスリットで結晶の開口よりも小さい５０×５００μｍに切り出し，マイクロチャネルカット結晶に照射した。透過光はビームストップを用いて遮断した。以上のように実利用条件に近い形で反射プロファイル及び反射率を取得し、ＰＣＶＭの有効性を調査した。図１１に、ＰＣＶＭ処理前後のＳｉ（２２０）結晶の反射率の入射角依存性を示す。図示しない反射プロファイルからは、ＰＣＶＭ処理後においてもプロファイル中に強度変調が観察されるものの、ＰＣＶＭ処理によって開口で切り出したエッジ部の明瞭化、そして反射強度の増加が認められた。また、処理後結晶の反射率特性はピーク値が計算値に対して僅かに小さいものの、処理前と比較して明らかに改善しており、ほぼ理論値に近い回折特性が得られた。具体的には、反射率はＰＣＶＭ処理前の３２％から、処理後には３８％（理論値４０％）に改善された。この値は、Ｘ線に対するピーク反射率が理論値の９５％に相当する。

【0051】

尚、ブラッグ反射面３，５に重複部があり、且つチャネル幅がｓｕｂ-ｍｍのチャネルカットＸ線光学素子（マイクロチャネルカット結晶）の場合、ＰＣＶＭによる加工後の反射面を直接観察することは難しい。そこで、図１２に示すように、２枚のＳｉウエハＷ１，Ｗ２を間隔１００μｍ、重複部２ｍｍの配置で支持台３０に固定し、直径５０μｍのワイヤー１２を備えたワイヤー電極１０を静止状態で加工を行った。加工条件は、圧力１００ｋＰａ、プロセスガス（Ｈｅ：ＳＦ_６＝９９：１）、ワイヤー直径５０μｍ、ギャップ３０－４０μｍ、電力１５０ＭＨｚ、ＯＮ時間２μｓ、ＯＦＦ時間４０μｓである。

【0052】

図１３に示すように、ＰＣＶＭ処理後に支持台３０からＳｉウエハＷ１，Ｗ２を取り外して、加工面を観察した。図１３において、ＳｉウエハＷ１は加工面側から、ＳｉウエハＷ２は裏面側（加工面と反対側）から見た、加工痕３１、プロファイル観察ライン３２，３３の位置を示している。また、プロファイル観察ライン３２，３３は重複領域３４のほぼ同じ位置である。

【0053】

図１４（ａ）にＳｉウエハＷ１のプロファイル観察ライン３２でのプロファイル、図１4（ｂ）にＳｉウエハＷ２のプロファイル観察ライン３３でのプロファイルをそれぞれ示している。この結果、ｓｕｂ-ｍｍのチャネル幅であっても、ワイヤー電極を用いれば反射面の重複部でも同時加工することが可能であることが確認できた。尚、両プロファイルに若干の違いがあるのは、両ＳｉウエハＷ１，Ｗ２間の中央からワイヤー電極が若干ずれているためであると推測され、またプロファイルの中央部において除去量が少なくなっているのは、ギャップにおいてプロセスガスの供給が滞っているためであると推測される。しかし、実際の反射面の加工には、ワイヤー電極を反射面の幅方向に走査して加工量が平均化されるので問題はない。

【0054】

最後に、ワイヤー電極１０を用いたＰＣＶＭにおいて、パルス変調した高周波電圧による加工特性を調べた。図１５に実験配置を示す。移動ステージ１４に固定した支持台４０の上面にＳｉウエハからなる試料４１を固定し、該試料４１の表面に対して平行にワイヤー電極１０のワイヤー１２を配置した。加工条件は、圧力１００ｋＰａ、プロセスガス（Ｈｅ：ＳＦ_６＝９９。５：０．５）、ワイヤー直径５０μｍ、ギャップ１００μｍ、電力１５０ＭＨｚ、ＯＮ時間２５－５０μｓ、ＯＦＦ時間２００－９５０μｓである。

【0055】

ＯＮ／ＯＦＦ時間＝５０／４５０μｓでの静止加工痕における試料中央部での加工深さは２．６７μｍ、試料両端部での加工深さはそれぞれ２．７７μｍ、３．０１μｍであった。この結果、ワイヤー電極を用いれば、反射面の端部においても中央部と同等の加工量が得られることが分かった。

【0056】

次に、高周波電圧のＯＮ時間を５０μｓに固定し、ＯＦＦ時間を２００，４５０、９５０μｓと変化させた場合の表面粗さ（ＲＭＳ）の変化を図１６に示す。図１７は、図１６の結果をデューティ比に対する表面粗さ示した。この結果、ＯＦＦ時間が２００μｓ（デューティ比２０％）であれば、表面粗さが悪化するが、反応生成物が表面に再付着することが原因であると推測される。そして、ＯＦＦ時間を４５０μｓ（デューティ比１０％）、９５０μｓ（デューティ比５％）と長くすると、言い換えればデューティ比を小さくすると、ＰＣＶＭによる表面粗さの劣化は防げることが分かった。尚、図１８（ａ）は、試料のＰＣＶＭ加工前の表面観察結果、（ｂ）はＯＦＦ時間が２００μｓでの加工後の表面観察結果、（ｃ）はＯＦＦ時間が４５０μｓでの加工後の表面観察結果をそれぞれ示している。

【符号の説明】

【0057】

１，１Ａ，１Ｂ チャネルカットＸ線光学素子（チャネルカット結晶）
２ 基台
３ 第１のブラッグ反射面
４ 突出部
５ 第２のブラッグ反射面
６ 突出部
７ スリット
８ チャネル
９ 内壁面
１０ ワイヤー電極
１１ 支持体
１２ ワイヤー
１３ チャンバー
１４ 移動ステージ
１５ プロセスガス供給系
１６ 排気系
１７ 高周波電源
２０ ノズル電極
２１ アース補助電極
３０ 支持台
３１ 加工痕
３２ プロファイル観察ライン
３３ プロファイル観察ライン
３４ 重複領域
４０ 支持台
４１ 試料
Ｂ Ｘ線ビーム
Ｐ 溝方向
Ｗ チャネル幅
Ｗ１ 第1のＳｉウエハ
Ｗ２ 第2のＳｉウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】