JPH03170033A - Ｘ―線透過窓の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明はＸ一線に対する透過率が大きく、紫外光から可
視光さらに赤外先に対する透過率の低いＸ一線透過窓及
びその製造方法に関する。

【従来の技術｝ Ｘ一線検出器は種々のものがあるが、リチウムを拡散し
たシリコン半導体検出器が近年多く用いられている。 通常この半導体検出器は液体窒素温度に冷却して動作さ
せる必要がある。低温に冷却された検出器の断熱と表面
への結露や汚染の防止のために、検出器の半導体素子の
部分は真空槽内に設置され、真空槽外からくるＸ一線は
、真空を保持し、Ｘ−線に対して透過率の高い窓を通し
て真空槽内の検出器に導く方法が取られている。 また半導体検出器は通常Ｘ一線のみならず、紫外線，可
視光線ないしは赤外線に対しても信号を出すこともあり
、Ｘ一線透過窓を検出器の前面に設置して、紫外線や可
視光線ないしは赤外線等を遮断し、Ｘ一線に対してのみ
感度を持たせる方策も必要とされる。 Ｘ一線透過窓に要求される材料特性は、Ｘ一線に対する
透過率が良好、即ち吸収係数が小さく、厚みが薄くでき
、機械的強度の高いこと等が望まれている。吸収係数は
物質特有の値で、通常Ｘ一線の波長や物質の密度に依存
し、概略原子番号の小さいものほど吸収係数は小さい。 透過率は厚みが薄いほど高いので、できるだけ薄いもの
が望ましい。 この目的のために、従来は厚み約１０ｐｍ程度のＢｅ薄
板が用いられていた． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来のべリリウム薄板は、金属ベリリウ
ム板を圧延することによって作製しているが、ｌＯミク
ロン以下の厚みに均一に圧延しにくく、また、たとえ作
製できたとしても、窓としての機械的強度が不足するた
め、実用的でないという問題があった。このため、Ｘ−
線の波長でＩＯＡ以上の低エネルギーＸ一線の透過率が
極端に低下し、Ｘ一線検出器の動作が制限されるという
致命的欠陥があった。 また、Ｘ一線は物質中に吸収され、熱に変わり易く、こ
のため窓材料の温度上昇による熱変形さらには機械的破
壊の問題も生じるため、吸収された熱を速やかに拡散で
きるように、熱拡散率又は熱伝導率は大きく、熱膨張係
数は小さい方が好ましい。 Ｘ一線透過窓の目的に適合できる材料は、種々検討され
てはいたが、これまでベリリウム以外には実用的なもの
はなかった。ダイヤモンドは軽元素でありＸ一線に対し
て透過率が高く、機械的強度や、熱伝導率も大きく、耐
湿性や、耐熱性にも優れた安定な窓材料であるが、高価
でありまた面積も最大で５１Ｍ１程度のものしか容易に
入手できないという問題があった。さらにダイヤモンド
は高度が高く容易に研磨されないため薄い板状にするこ
とが難しいという製造技術上の問題もあった。 またダイヤモンドは可視光や紫外光に対しても透明でＸ
一線だけを透過させる用途には不適当であるという問題
もあった。 本発明の目的は前記課題を解決したＸ一線透過窓及びそ
の製造方法を提供することにある。 〔課題を解決するための手段｝ 前記目的を達成するため、本発明に係るＸ一線透過窓に
おいては、所定形状の窓部に主にダイヤモンド多結晶薄
膜からなる膜を形成し、該ダイヤモンド多結晶薄膜上に
金属ベリリウム薄膜を積層したものである．本発明に係
るＸ一線透過窓の製造方法においては、多結晶ダイヤモ
ンド薄膜を基板上に成膜する工程と，該基板を部分的に
除去し、ダイヤモンド多結晶薄膜のみからなる窓を形成
する工程と、該多結晶ダイヤモンド薄膜上の窓の部分に
金属ベリリウム薄膜を形成する工程とを含むものである
．また、本発明に係るＸ一線透過窓の製造方法において
は、シリコン基板上にタングステン、ないしはモリブデ
ン膜を作製し、さらにその上に多結晶ダイヤモンド薄膜
を積層する工程と、該基板を部分的に除去し、ダイヤモ
ンド膜のみからなる窓を形成する工程と、該ダイヤモン
ド多結晶薄膜上に金属ベリリウム薄膜を形成する工程と
を含むものである。 〔作用・原理Ｊ 次に本発明について説明する。 第１図（ａ）〜（イ）は本発明に係るＸ一線透過窓の製
造方法を示す工程図である。 第１図（イ）において、本発明は所定形状の窓部ｌ２ａ
にダイヤモンド微細結晶粒子の集合体からなるダイヤモ
ンド多結晶薄膜目を形成し、該ダイヤモンド多結晶薄膜
ｌ１上に金属ベリリウム薄膜１０を多層構造に設けた窓
を用いることによって、先に述べた種々の欠点を解消す
るものである。 次に本発明の製造方法を図面にしたがって説明する。第
１図０）は基板ｌ２上にダイヤモンド多結晶薄膜１１を
形成する工程を示す。ダイヤモンド多結晶＃ｆｆ！！１
１の形成には、メタンガスと水素の混合ガスを用いた特
開昭５８−９１　１　００号に記載のような、いわゆる
熱フィラメント法気相合成技術ないしは、特開昭５８−
１１０４９号に記載のようなメタンと水素の混合ガスの
マイクロ波励起を利用するプラズマ気相合或法などが利
用できる。第２図は一例として熱フィラメント法気相合
成装置の概略を示したものである。第２図において、ダ
イヤモンド多結晶薄膜を合成すべき基板２１は基板加熱
装置２２によって加熱し、約６００℃〜９００℃程度に
保つ。メタンガス（ＣＨ，）２３及び水素（Ｈ，）２４
の混合ガスを合成反応装置２５内に導入し、基板２１よ
り上方に設けた約２０００℃に加熱したタングステンフ
ィラメント２６によって熱分解励起し、基板２１上にダ
イヤモンドを析出させる。２７は合或反応装置２５内を
真空排気する排気装置である。この方法によるメタンガ
スの熱分解過程とダイヤモンドの生成過程の詳細は、現
在もなお不明の部分が多く、論議のあることろである。 いずれにしても、要するにダイヤモンド多結晶薄膜１１
が形成できる方法であれば、どの方法でもよい。薄膜を
形成する結晶粒子の粒径と膜中の結晶粒界に存在するダ
イヤモンド以外の不純物量はＸ一線の透過係数及び膜の
均一性を決定するので、合成条件は特に重要である。本
発明では、気相合成法によって作製したダイヤモンド多
結晶薄膜の構造としてはダイヤモンドの結晶粒子と非ダ
イヤモンド物質、即ちグラファイトや水素を含有する非
品質炭素などからなるものを用いる。非晶質相の役割は
ダイヤモンドの異常粒成長を抑さえ、微細なグレインか
らなる膜構造にすることにある。即ち、通常ダイヤモン
ドの成長はダイヤモンド種結晶の上にメタンガス中の炭
素がダイヤモンドとして析出するが、その表面に非ダイ
ヤモンド相が析出すると粒成長は停止する。非ダイヤモ
ンド相の析出がないと、大きなグレインからなる膜とな
り、表面の凹凸が大きく、粒間空孔の存在する膜となり
、その上にベリリウム薄膜がつけにくい問題も発生する
。その比率は膜の合成条件、例えばメタンガスと水素ガ
スの混合比率、基板温度、ガス圧などのダイヤモンド多
結晶薄膜の析出条件に依存するので、合成条件は所望の
特性が得られるように制御する必要がある。薄膜の析出
条件を制御することによって得られるダイヤモンド多結
晶薄膜で、０．０５１ＩＩＩ１〜０．２ｌｌｍ程度の粒
径のダイヤモンド粒子と結晶粒界にグラファイトや水素
を含有する非晶質炭素を含むダイヤモンド多結晶薄膜は
、Ｘ一線領域では透過率は十分に大きくできる。 第１図（ａ）において、基板ｌ２となる材料はシリコン
を用いればよいが、必ずしもシリコン基板である必要は
なく、第１図に示すような製造工程を採用することが可
能な基板であれば特に問題はない。 ダイヤモンド多結晶薄膜ｌ１の厚みは膜の機械的強度と
Ｘ一線の透過率の値が所望の特性になるように選定すれ
ばよい。 ダイヤモンド多結晶薄膜ｌ１を形成した基板１２は、次
に第１図（ロ）に示すように、ダイヤモンド多結晶薄膜
１１のみを残し基板１２を部分的に除去するために、フ
ォトレジストｌ３を用いたパターン形成工程によってレ
ジストパターンを形成する。次に、マスク１４を用いて
基板のエッチング工程によって所望の形状寸法に基板ｌ
２をエッチングによって除去し、第ｌ図（Ｃ）に示すよ
うなダイヤモンド多結晶薄膜Ｉ！のみを残した窓部１２
ａを形成する。基板Ｉ２のエッチングには、シリコン基
板の場合には弗酸と硝酸の混合溶液に浸漬することで行
えばよい。次に、第Ｉ図（イ）に示すように、ダイヤモ
ンド多結晶薄膜ｌｌ上に金属ベリリウム薄膜１０を蒸着
ないしはスバッタ法によって形成する。以上の工程を経
ることによってベリリウム薄膜１０を被覆せしめたダイ
ヤモンド多結晶薄膜１１からなる多層膜を基板ｌ２上に
具備するＸ一線透過窓が製造できる。 以上述べたように本発明によれば、微細粒径化により膜
の均一性を向上したダイヤモンド多結晶薄膜上に金属ベ
リリウム薄膜を設けた窓を利用できるので、Ｘ一線領域
で高い透過率を示し、可視光線領域では、透過率の低い
Ｘ一線透過窓が容易に作製できる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例に基づいて説明する。 （実施例１） ダイヤモンド多結晶薄膜の成膜には第２図に示すような
気相合或装置を用いた。反応時のガス条件は、水素ガス
中のメタン濃度を０．５％から５％とし、合成圧力をｌ
Ｏトール、基板温度はシリコン基板の表面で６００℃〜
９５０℃とした。以上の条件でダイヤモンド多結晶薄膜
の厚みはほぼ０．３　ミクロンとした。次に、基板の表
面及び裏面にフォトレジストをスピンコーティング法に
より、３１１１１の厚みにコーティングした後、裏面の
基板を除去すべき部分のみレジストを除去し、エッチン
グ窓を形成する。基板の除去には、１：１：２の混合比
率の弗酸（ＨＦ）　，硝酸，酢酸の混合液に浸しエッチ
ングし、ダイヤモンド多結晶薄膜のみを残し、基板を完
全に除去する。その後レジスト剥離材により残留したフ
ォトレジストを除去し、次に、第１図に示す製造工程に
したがって、厚み０．１　ミクロンの金属ベリリウム薄
膜を蒸着法によって多層構造に成膜し、Ｘ一線透過窓が
完成できる。 以上述べた方法によって作製したＸ一線透過窓を用いて
、可視光からＸ一線に対する透過率を評価した。光の透
過率は光源からの光を分光器で分光し、ダイヤモンド多
結晶薄膜の部分に照射し、透過した光の強度を測定する
ことで算定した．紫外線から可視、さらに赤外線領域で
は透過率は、ほぼ５％以下と十分低くできた。Ｘ一線領
域の結果を第３図に示す。第３図に示すように本発明の
方法によって、Ｘ一線領域での透過率は高くできる。従
来のべリリウム窓では波長ＩＯオングストロームになる
と１０％以下となるが、これに比較すると波長が３０オ
ングストローム程度までｌＯ％以上の透過率で良好な特
性を示す。 （実施例２） ダイヤモンド多結晶薄膜を形戒する基板として、シリコ
ン基板上にタングステン膜及びモリブデン膜を基板温度
４００℃でスパッタ法によって、３ｐｍの厚みに成膜し
たものを用いた。 ダイヤモンド多結晶薄膜の成膜には実施例ｌと同じ方法
を用いた。第１図に示す製造工程にしたがって、実施例
１の方法と同じ手法により、ベリリウムとダイヤモンド
の多層薄膜のみからなる窓を基板上に作製する。 光の透過率は光源からの光を分光器で分光し、ダイヤモ
ンド多結晶薄膜の部分に照射し、透過した光の強度を測
定することで算定した．紫外光から可視さらに赤外線領
域では透過率は低くほぼ５％以下で透過率は十分低くで
きた。Ｘ一線領域の結果を第３図に示す．第３図に示す
ように本発明の方法によって、Ｘ一線領域での透過率の
高い、Ｘ一線透過窓が作製できる． 〔発明の効果】 本発明の方法によれば、Ｘ一線の透過率が大きく、紫外
線や可視光に対する透過率の低い、耐湿性や耐熱性に優
れた安定なＸ一線透過窓を安価に作製できるので、実用
上きわめて有益である。また製造工程から明らかなよう
に特に基板の種類によらないことは明白で、どのような
基板を用いても本発明の効果は損なわれない。

【図面の簡単な説明】

第１図０，（ロ），（ｃ），（イ）は本発明に係るＸ一
線透過窓の製造方法を示す工程図、第２図はダイヤモン
ド多結晶薄膜を形成する一方法を説明する図、第３図は
実施例ｌ及び実施例２の方法によって得られた透過窓の
特性を示す図である． ｌＯ・・・ベリリウム薄膜 １１・・・ダイヤモンド多結晶薄膜　　ｌ２・・・基板
１２ａ・・・窓部　　　　　　　　　１３・・・フォト
レジストｌ４・・・マスク ２ｌ・・・ダイヤモンドを形成する基板２２・・・基板
加熱装置　　　　　２３・・・メタンガス２４・・・水
素ガス　　　　　　　２５・・・合成反応装置２６・・
・タングステンフィラメント　２７・・・排気装置特許
出願入　日本電気株式会社 （０．） ？口口口■／４マスク ↑　１１１１１１ （ｂ） （Ｃ，） 第 １ 図 ２７頭虜談置 第 ２ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定形状の窓部に主にダイヤモンド多結晶薄膜か
   らなる膜を形成し、該ダイヤモンド多結晶薄膜上に金属
   ベリリウム薄膜を積層したことを特徴とするＸ−線透過
   窓。
2. （２）多結晶ダイヤモンド薄膜を基板上に成膜する工程
   と、該基板を部分的に除去し、ダイヤモンド多結晶薄膜
   のみからなる窓を形成する工程と、該多結晶ダイヤモン
   ド薄膜上の窓の部分に金属ベリリウム薄膜を形成する工
   程とを含むことを特徴とするＸ−線透過窓の製造方法。
3. （３）シリコン基板上にタングステン、ないしはモリブ
   デン膜を作製し、さらにその上に多結晶ダイヤモンド薄
   膜を積層する工程と、該基板を部分的に除去し、ダイヤ
   モンド多結晶薄膜のみからなる窓を形成する工程と、該
   ダイヤモンド多結晶薄膜上に金属ベリリウム薄膜を形成
   する工程とを含むことを特徴とするＸ−線透過窓の製造
   方法。