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引言
為了實(shí)現(xiàn)微粒子的x射線熒光分析(XRF)，需要單色色的x射線化和聚焦。作為一種器件，有一種具有雙曲率和單色聚焦x射線。但是，它要求晶體的表面沒(méi)有缺陷。作為制備雙彎曲晶體材料的硅單晶的方法，我們提出了采用化學(xué)反應(yīng)的數(shù)控局部濕蝕刻(NC-LWE)。本文報(bào)道了NC-LWE機(jī)對(duì)五軸硅單晶的加工性能。
通過(guò)利用以SPring―8為代表的大型放射光設(shè)施的X射線， 雖然得到了較高的空間分辨率， 必須將測(cè)量試料帶入設(shè)施， 不能發(fā)揮迅速、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，為了發(fā)揮這一優(yōu)點(diǎn)， 希望在研究室水平開(kāi)發(fā)具有亞微米級(jí)空間分解能的微小部分熒光X射線分析裝置。因此，本文提出了數(shù)控局部濕蝕刻法（NC―LWE:Numerically Controlled Local Wet Etching）作為其加工法2）。本加工法的特征是，通過(guò)雙重結(jié)構(gòu)的加工噴嘴頭供給蝕刻劑。加工成厚度為30μm的圓筒狀，之后，對(duì)于曲率半徑R，2Rsin2円的臺(tái)座，研究了雙重彎曲，使之粘結(jié)的2階段的程序。
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實(shí)驗(yàn)
NC-LWE中硅的加工特性：為了通過(guò)LWE進(jìn)行NC加工， 通過(guò)對(duì)目標(biāo)去除形狀和單位加工痕跡形狀進(jìn)行反卷積模擬， 有必要求出加工噴嘴頭的停留時(shí)間分布，因此，首先， 采用吸口徑φ5mm的加工噴嘴頭獲取單位加工痕跡， 測(cè)定了其形狀。測(cè)定中， 使用了掃描型白色顯微干涉儀（ZYGO公司制造New View 200CHR）。
單位加工痕跡的整體情況如圖1(a)所示。 斷面形狀如圖1(b)所示， 加工條件如表1所示。單位加工痕跡的形狀為 吸引口附近加工量較多， 在供應(yīng)端口附近，加工量已經(jīng)減少。 如果停留時(shí)間和加工量的關(guān)系具有線形性以及再現(xiàn)性， 我們認(rèn)為高精度的形狀創(chuàng)建是可能的。因此， 為了評(píng)價(jià)加工量的掃描速度依賴性， 以50～500mm/min的掃描速度進(jìn)行了線加工。
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圖1單位加工痕的形狀和截面形狀
圖2顯示了在各掃描速度下，1次掃描形成的加工溝的最大深度和掃描速度的倒數(shù)的關(guān)系。圖2的直線累計(jì)圖1的單位加工痕跡的加工量，求出了線加工時(shí)的理想加工速度的掃描速度依賴性。另外，還記錄了與該直線的加工量的比。據(jù)此，掃描速度快，即停留時(shí)間短的話，加工量比低掃描速度時(shí)要低?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)楣韬头跛岬姆磻?yīng)系存在誘導(dǎo)期間3）。另外，通過(guò)與從單位加工痕跡求出的理想加工量進(jìn)行比較，為了將誤差控制在10%以內(nèi)，以200mm/min以下的掃描速度進(jìn)行數(shù)值控制
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圖3 加工速度的經(jīng)時(shí)變化
為了提高形狀精度， 加工速度在NC加工中有必要維持一定。因此，調(diào)查了加工速度的經(jīng)時(shí)變化。圖3顯示了每15分鐘追加10g HF（50wt%）的情況和沒(méi)有追加時(shí)的加工速度的變化率和經(jīng)過(guò)時(shí)間的關(guān)系。橫軸的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在裝置內(nèi)開(kāi)始蝕刻劑循環(huán)時(shí)為0，另外，縱軸表示加工開(kāi)始時(shí)的加工速度為1時(shí)的加工速度的變化率。沒(méi)有追加HF時(shí)，加工開(kāi)始2小時(shí)后加工速度降低到初始值的約60%。這是因?yàn)槲g刻劑的溫度通過(guò)恒溫槽維持一定，但由成分隨著蒸發(fā)和消耗而發(fā)生變化，所以加工速度降低了。
在利用布拉格衍射的分光結(jié)晶中， 晶面的傾斜與衍射強(qiáng)度的降低相關(guān)聯(lián)。因此，利用NC―LWE將Si薄板加工成圓筒狀的同時(shí)，也進(jìn)行晶面傾斜的修正。在進(jìn)行NC加工之前，根據(jù)目標(biāo)去除形狀和單位加工痕跡形狀，有必要進(jìn)行求得加工噴嘴頭的停留時(shí)間分布的模擬實(shí)驗(yàn)。目標(biāo)去除形狀由根據(jù)搖擺曲線測(cè)定法求得的，用于晶面傾斜修正的加工量和將薄板加工成凸?fàn)?、凹狀所需的加工量，以及最終的Si厚度調(diào)整的加工量（偏移量）決定。該目標(biāo)去除形狀如圖4所示。模擬實(shí)驗(yàn)的條件根據(jù)上一節(jié)的結(jié)果將最高掃描速度設(shè)定為200mm/min.另外，關(guān)于加工速度的穩(wěn)定性，從加工開(kāi)始2小時(shí)在±10%之間。
為了得到保障，關(guān)于加工量多、總加工時(shí)間約為4小時(shí)的凹面加工，采用了2批加工。凸面、凹面的進(jìn)給螺距均為0.3 mm.
圖5顯示了利用NC―LWE將Si薄板加工成圓筒狀時(shí)的加工后形狀誤差的模擬結(jié)果。凸面為p―v 38nm，凹面為p―v 94nm.作為約翰森型分光結(jié)晶的形狀誤差是由NC―LWE的Si的加工精度、臺(tái)座的加工精度、與臺(tái)座的粘接技術(shù)等復(fù)合因素決定的。
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討論和總結(jié)
為了進(jìn)行約翰森型分光結(jié)晶的加工，調(diào)查了硅的加工特性。首先，使用吸引口徑φ5mm的加工噴嘴頭取得了單位加工痕跡。NC加工時(shí)的掃描速度，幾乎看不到誘導(dǎo)期間，知道了掃描速度的倒數(shù)，即蝕刻劑的停留時(shí)間和加工量成比例的200mm/min以下就可以了。
另外，加工速度的經(jīng)時(shí)變化，通過(guò)每15分鐘追加10g HF（50wt%），在2個(gè)小時(shí)內(nèi)可以控制在初期狀態(tài)的±10%以內(nèi)。根據(jù)這些結(jié)果進(jìn)行了加工模擬。
今后，預(yù)定以此次得到的模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，將Si薄板加工成圓筒狀，與臺(tái)座粘合，使之彎曲，評(píng)價(jià)聚光特性。