(57)【要約】  本発明は、放射窓構造体に関する。放射窓構造体は、窒化シリコン製の基板（１０２）と、基板（１０２）の外面上に気相から成長させたコーティング層（１０４）とを備える。本発明は、さらに、放射窓構造体を製造する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化シリコン製の基板（１０２）と、
前記基板（１０２）の外面上に、気相から成長させたコーティング層（１０４）と、
を備える放射窓構造体。
【請求項２】
前記コーティング層（１０４）は熱分解炭素製である、請求項１に記載の放射窓構造体。
【請求項３】
前記基板（１０２）は５〜５００ナノメートルの間の厚さである、請求項１〜２のいずれか一項に記載の放射窓構造体。
【請求項４】
前記コーティング層（１０４）は２０ナノメートル〜５マイクロメートルの間の厚さである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射窓構造体。
【請求項５】
前記基板（１０２）と、前記基板（１０２）の少なくとも一方の面上の前記コーティング層（１０４）との間に、シリコン製のメッシュ層（２０２）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射窓構造体。
【請求項６】
前記基板（１０２）の少なくとも一方の面上の前記メッシュ層（２０２）と、前記コーティング層（１０４）との間に、窒化シリコン層（４０２）を備える、請求項５に記載の放射窓構造体。
【請求項７】
前記メッシュ層（２０２）は２０ナノメートル〜５００マイクロメートルの間の厚さである、請求項５又は６のいずれか一項に記載の放射窓構造体。
【請求項８】
前記窒化シリコン層（４０２）は、５〜５００ナノメートルの間の厚さである、請求項６又は７のいずれか一項に記載の放射窓構造体。
【請求項９】
窒化シリコン製の基板（１０２）の外面上に、気相からコーティング層（１０４）を成長させるステップを含む、放射窓構造体を製造する方法。
【請求項１０】
前記コーティング層（１０４）を成長させるステップは、前記基板（１０２）の全外面上に同時に施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記気相から成長させられる前記コーティング層（１０４）は熱分解炭素製である、請求項９又は１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記成長させるステップは熱分解を含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記コーティング層（１０４）を前記気相から前記成長させるステップにおいて使用される前記気体はメタンである、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板と、前記基板（１０２）の少なくとも一方の面上の前記コーティング層（１０４）との間に、メッシュ層（２０２）を生成するステップを含む、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板（１０２）の少なくとも一方の面上の前記メッシュ層（２０２）と、前記コーティング層（１０４）との間に、窒化シリコン層（４０２）を生成するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に放射利用の技術分野に関する。特に、本発明は放射窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射窓は、電磁放射の所望の部分が透過できるようにする計測装置の一部分である。多くの場合、それにも関わらず、放射窓は、減圧される筐体及び／又は特定の気体含有物が広がる筐体を密封及び保護するために、気密である必要がある。所望の放射の吸収を可能な限り少なくするために、放射窓の主要部分は、利用面積内で適用可能な寸法を有する薄箔からなる必要がある。
【０００３】
ベリリウムは、小さい原子番号（４）を有し、それ故に非常に低いＸ線吸収を示すので、特にＸ線計測装置内の、放射窓箔のための非常に良好な材料として知られている。放射窓箔としてベリリウムを非常に有用にする別の特性は、その非常に優れた曲げ剛性である。この説明を書いている時点で、放射窓用の市販の最も薄いベリリウム箔は、８マイクロメートルのオーダーの厚さを有する。従来技術によれば、ベリリウム箔は、インゴットから圧延によって製造される。ベリリウム箔には、例えば、その気密性及び耐腐食性を増し、並びに電磁スペクトルの不要部分（可視光など）が箔を透過しないように、様々なコーティングを付けることができる。既知の放射窓箔の一例は、米国ユタ州オレムのＭｏｘｔｅｋ  Ｉｎｃ．から入手可能なＤｕｒａＢｅｒｙｌｌｉｕｍ箔である。これは、ＤｕｒａＣｏａｔコーティングで被覆された８マイクロメートル厚のベリリウム箔を備える。ＤｕｒａＢｅｒｙｌｌｉｕｍ、ＤｕｒａＣｏａｔ、及びＭｏｘｔｅｋは、Ｍｏｘｔｅｋ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄの登録商標である。
【０００４】
この説明を書いている時点で、圧延技術は、８マイクロメートルより薄いベリリウム箔をなお十分に気密となるように製造する能力を示していないという意味で、その限界に遭遇していると思われる。この現象は、初めのベリリウム・インゴットの粒状構造から生じる比較的大きい粒径（箔厚より大きい）に関連する。ベリリウム箔内の粒界は、箔を通しての気体漏れを引起こし易い。さらにベリリウムは毒性であるために材料として不利点を有する。このことは、製造プロセスに付加的な要件をもたらす。さらに、ベリリウムの利用の将来性は、各国当局による厳しい要件のために不確実である。
【０００５】
しかし、放射窓が非常に薄い場合、放射窓の異なる側面にかかる機械的ストレスが、薄い放射窓を壊す可能性がある。
【０００６】
従って、上記の問題を軽減し、薄く且つ気密な放射窓を提供するための解決策を開発する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、放射窓構造体、及び放射窓構造体を製造する方法を提示することである。本発明の別の目的は、放射窓構造体が気密であり、放射窓構造体を製造する方法が気密な放射窓構造体をもたらすことである。
【０００８】
本発明の目的は、それぞれの独立請求項によって定められる放射窓構造体及び方法によって達成される。
【０００９】
第１の態様により放射窓構造体が提供され、この放射窓構造体は、窒化シリコン製の基板と、基板の外表面上に気相から成長させたコーティング層とを備える。
【００１０】
コーティング層は熱分解炭素製とすることができる。
【００１１】
基板は、５〜５００ナノメートルの間の厚さとすることができる。
【００１２】
コーティング層は、２０ナノメートル〜５マイクロメートルの間の厚さとすることができる。
【００１３】
代替的に又はさらに、放射窓構造体は、基板と、基板の少なくとも一方の面上のコーティング層との間に、シリコン製のメッシュ層を備えることができる。
【００１４】
代替的に又はさらに、放射窓構造体は、基板の少なくとも一方の面上のメッシュ層と、コーティング層との間に窒化シリコン層を備えることができる。
【００１５】
メッシュ層は、２０ナノメートル〜５００マイクロメートルの間の厚さとすることができる。
【００１６】
窒化シリコン層は、５〜５００ナノメートルの間の厚さとすることができる。
【００１７】
第２の態様により、放射窓構造体を製造する方法が提供され、この方法は、窒化シリコン製の基板の外面上に、気相からコーティング層を成長させるステップを含む。
【００１８】
コーティング層を成長させるステップは、基板の全外面上に同時に施すことができる。
【００１９】
気相から成長させるコーティング層は熱分解炭素製とすることができる。
【００２０】
前記成長させるステップは、熱分解を含むことができる。
【００２１】
気相からコーティング層を前記成長させるステップにおいて使用される気体はメタンとすることができる。
【００２２】
代替的に又はさらに、本方法は、基板と、基板の少なくとも一方の面上のコーティング層との間にメッシュ層を生成するステップを含むことができる。
【００２３】
代替的に又はさらに、本方法は、基板の少なくとも一方の面上のメッシュ層と、コーティング層との間に、窒化シリコン層を生成するステップを含むことができる。
【００２４】
本特許出願において提示される本発明の例示的な実施形態は、添付の請求項の適応性に制限をもたらすためであると解釈されるべきではない。動詞「備える」は、本特許出願においては、さらに列挙されない特徴の存在を排除しない開放的限定として使用される。従属請求項中に列挙される特徴は、別に明示的に記述されない限り、相互に自由に組み合せることができる。
【００２５】
本発明の特質であると考えられる新規の特徴は、添付の請求項において具体的に明らかにされる。しかし、本発明自体は、その構造及び操作の方法の両方に関して、それらの付加的な目的及び利点と共に、特定の実施形態の以下の説明を、添付の図面に関連して読むときに、もっとも良く理解されるであろう。
【００２６】
本発明の実施形態は、添付の図面の図中に、限定のためではなく一例として示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による方法及び放射窓を示す。
【図２】本発明の別の実施形態による方法及び放射窓を示す。
【図３】本発明のさらに別の実施形態による方法及び放射窓を示す。
【図４】本発明のさらに別の実施形態による方法及び放射窓を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本説明において、以下の用語が使用される。層は、その形態により、２つの相互直交方向において、第３の直交方向におけるよりも遥かに大きい寸法を有する、ある量の基本的に均質な材料を意味する。本発明にとって関心のある殆どの場合、前記第３の直交方向における層の寸法（層の厚さとも呼ばれる）は一定であるべきであり、層は均一な厚さを有することを意味する。箔は、層の形態と同じ仕方で（即ち、第３の直交方向におけるよりも２つの相互直交方向において遥かに大きい寸法）その形態を特徴付けることができるが、必ずしも均質ではない構造体であり、例えば、箔は一緒に配置され及び／又は取り付けられた２つ又はそれ以上の層からなることができる。メッシュは、層又は箔の特別な場合であり、この場合、構成物質は、材料の連続的な部分を構成しないが、開口の配列（典型的には規則的で、規則的に間隔を空けられる）を定める。放射窓箔は、計測装置の放射窓で使用するための適切な特性（例えば、低い吸収、十分な気密性、十分な機械的強度など）を有する箔である。放射窓は、（典型的には円形の）支持構造体に取り付けられた放射窓箔の部分であって、電磁放射が、放射窓箔の前記部分以外に侵入することなく、支持構造体によって定められた開口を透過する、放射窓箔の部分と、それ以外には前記開口内に存在する（典型的には気体の）媒質とを備えることができる実体である。本出願において、用語、放射窓構造体は、用語、放射窓箔に対応する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態による放射窓構造体を製造する方法の種々のステップにおけるワークピースを示す。一番上のステップは、窒化シリコン製の基板１０２を示す。基板１０２は、放射窓構造体の取り扱いを容易にするために、シリコン・フレーム内に設けることができる。基板１０２は５〜５００ナノメートルの間の厚さとすることができる。好ましくは、基板１０２は４０〜５０ナノメートルの間の厚さである。基板１０２がより薄いと、機械的強度が低くなるので、付加的な支持解決策の必要性が必須となり得る。基板１０２がより厚いと、ナトリウムの検出のような非常に高感度のＸ線蛍光計測に関して、吸収が高くなり過ぎる可能性がある。窒化シリコン製の基板１０２の使用は、薄く且つ気密な放射窓の製造を可能にする。
【００３０】
図１に示される方法の次のステップにおいて、コーティング層１０４が、基板１０２の外面上に、気相から成長させられる。換言すれば、基板１０２はコーティング層１０４で被覆される。気体は、例えばメタンとすることができる。コーティング層１０４は、基板１０２の全面上に同時に且つ同じ速度で成長させることができる。換言すれば、基板１０２の全外面が同時にコーティング層１０４で被覆される。図１に示されるように、基板１０２の全面上に同時に且つ同じ速度でコーティング層１０４を成長させることにより、コーティング層１０４の変形及び／又はコーティング層１０４内の欠陥を少なくとも部分的に減らすことができる。従って、さらにコーティング層１０４の品質を少なくとも部分的に改善することができる。好ましくは、コーティング層１０４の材料は、コーティング層１０４材料の熱膨張係数が基板１０２材料の熱膨張係数に近くなるように選択され得る。窒化シリコンの熱膨張係数は、３．２７・１０&#8722;６℃&#8722;１である。好ましくは、コーティング層１０４材料の熱膨張係数は、窒化シリコンの熱膨張係数から、３・１０&#8722;６℃&#8722;１未満だけ異なり得る。コーティング層１０４は熱分解炭素製とすることができる。熱分解炭素の熱膨張係数は、０．５・１０&#8722;６℃&#8722;１である。コーティング層１０４内における熱分解炭素の使用は、少なくとも、熱分解炭素は無毒であり、熱分解炭素の原子番号が小さく、熱分解炭素を通してのヘリウム漏れが少ない、という理由のために好ましい。しかし、窒化シリコン製の基板は、放射窓が気密であることを確実にする良好な拡散障壁である。コーティング層１０４の厚さは、２０ナノメートル〜５マイクロメートルの間にすることができる。コーティング層１０４がより薄いと、コーティング層の製造は、信頼性が低く、より難しくなり得る。コーティング層１０４がより厚いと、吸収が高くなり過ぎる可能性がある。好ましくは、コーティング層１０４は３００ナノメートル〜５００ナノメートルの間にすることができる。
【００３１】
熱分解は、気相からコーティング層１０４を成長させるために使用することができる。熱分解は、熱分解炭素の層で予備成形基板を被覆するのに使用される反応である。熱分解は、例えば摂氏１０００〜２０００度のような高温で起こる。熱分解に使用される気体は、例えばメタンとすることができる。
【００３２】
図２は、本発明のさらに別の実施形態による放射窓製造法の一部分を示す。第１のステップは、以前の図１の対応するステップと類似である。従って、一番上のステップは、窒化シリコン製の基板１０２を示す。図２の第２のステップにおいて、メッシュ層２０２が、基板１０２の少なくとも一方の面上に生成される。図２において、メッシュ層２０２は、基板１０２の第２の面上に生成される。代替的に又はさらに、メッシュ層２０２は、基板１０２の第１の面上に生成することができる。図３は、本発明のさらに別の実施形態による放射窓製造法の一部分を示し、ここでメッシュ層２０２は基板１０２の第１の面上及び基板１０２の第２の面上に生成される。その他の点では、図３のステップは図２の対応するステップと類似である。メッシュ層２０２は、薄膜堆積技術を用いて製造することができる。メッシュ層２０２を堆積させるための適切な方法は、化学気相堆積及びパルスレーザ堆積を含むが、それらに限定されない。初め、メッシュ層２０２は均一である。メッシュ層２０２は、例えば、シリコン製とすることができる。メッシュ層２０２の材料の選択に適用される基準は、妥当な機械的強度、基板１０２への良好な結合、エッチング法及び／又は基板１０２に相当な程度には影響を及ぼさない薬品によるエッチングに対する適合性、放射の低い吸収、妨害する蛍光ピーク及び／又は放射窓が使用される電磁放射の波長における他の扱いにくい異常性が無いこと、並びに薄膜堆積プロセスにおける扱い易さ、である。好ましくは、メッシュ層２０２は２０ナノメートル〜５００マイクロメートルの間の厚さにすることができる。
【００３３】
図２の第３のステップにおいて、初めは均一なメッシュ層２０２の規則的に間隔を空けられたポーションが除去されて、前記均一な層をメッシュに変える。図２において、規則的に間隔を空けられたメッシュが一例として用いられているが、また不規則なメッシュを用いることもできる。メッシュの特性寸法は、例えば、１〜５０００マイクロメートルのオーダーの開口の直径、及び５０〜５０００マイクロメートルのオーダーのメッシュ内のリブの幅を含むことができる。初めは均一な層をメッシュに変えるプロセスが、リブを形成する層の部分に顕著な影響を及ぼさないと仮定すると、メッシュを構成するリブの高さ（図２の垂直方向における寸法）は、均一層の初めの厚さと基本的に同じになるであろう。これらの寸法は例に過ぎず、特性寸法の最終的選択は、完成した放射窓が有する必要がある機械的強度に従って行われるべきである。前もって均一な薄膜堆積層をメッシュ層に変えるための幾つかの方法が知られており、フォトリソグラフィ、湿式エッチング、乾式エッチング、プラズマ・エッチング、電子ビーム・リソグラフィ、及びイオン・ビーム・リソグラフィが含まれるが、これらに限定されない。方法は、窓の連続性をさらに残すように自然に選択されるべきである。メッシュ層２０２は、窓構造体の機械的強度を改善するために使用することができる。
【００３４】
図２の最後のステップにおいて、基板１０２及び上記のような少なくとも１つのメッシュ層２０２を備えた複合構造体の外面上に、コーティング層１０４が気相から成長させられる。従って、メッシュ層２０２は、基板１０２と、基板１０２の少なくとも一方の面上のコーティング層１０４との間に設けられる。図２の最後のステップは、以前の図１の対応する最後のステップと類似である。基板１０２とコーティング層１０４との間のメッシュ層２０２は、コーティング層１０４を、メッシュ層２０２が無い場合よりも薄くし得ることを可能にする。好ましくは、メッシュ層２０２が基板１０２とコーティング層１０４との間に設けられる場合、コーティング層１０４の厚さは基板１０２の厚さと同様にすることができる。
【００３５】
図４は、本発明のさらに別の実施形態による放射窓製造方法の一部分を示す。初めの３つのステップは、以前の図２の対応するステップと類似である。従って、最上ステップは窒化シリコン製の基板１０２を示す。図４の第２のステップにおいて、基板１０２の少なくとも一方の面上にメッシュ層２０２が生成される。図４の第３のステップにおいて、初めは均一なメッシュ層２０２の規則的に間隔を空けられたポーションが除去され、前記均一な層をメッシュに変える。図４の次のステップにおいて、窒化シリコン層４０２が少なくとも１つのメッシュ層２０２の上に生成される。窒化シリコン層４０２は、薄膜堆積技術を用いて製造することができる。窒化シリコン層４０２を堆積させるための適切な方法は、化学気相堆積及びパルスレーザ堆積を含むが、それらに限定されない。好ましくは、窒化シリコン層４０２は５〜５００ナノメートルの間の厚さである。メッシュ層２０２の上の窒化シリコン層４０２は、窓構造体の機械的強度を少なくとも部分的に改善するために使用することができる。
【００３６】
図４の最後のステップにおいて、基板１０２、少なくとも１つのメッシュ層２０２、及び上記の窒化シリコン層４０２を備えた複合基板の外面上に、コーティング層１０４が気相から成長させられる。従って、窒化シリコン層４０２は、基板１０２の少なくとも一方の面上のメッシュ層２０２と、コーティング層１０４との間に設けられる。図４の最後のステップは、以前の図１及び２の対応する最後のステップと類似する。
【００３７】
上記の放射窓構造体を製造する方法は、支持構造体に取り付けることができる単一の放射窓構造体を製造するように実施することができる。代替的に、本方法は、１つのウェーハ上に複数の放射窓構造体を製造するように実施することができる。複数の放射窓構造体は、ウェーハから切り離すことができる。さらに、複数の切り離された放射窓構造体を対応する支持構造体に取り付けることができる。
【００３８】
本発明の利点は、放射窓箔が非常に薄く且つさらに気密であり、Ｘ線を含む計測において不要な吸収又はスプリアス応答を非常に僅かしか引き起こさない放射窓を製造する可能性を含む。さらに、本発明は、例えば熱膨張に起因する機械的ストレスを少なくとも部分的に減らすことができる放射窓の製造を可能にする。さらに、放射窓構造体のコーティング層に使用される熱分解炭素は、毒性がなく、また長期にわたり環境にやさしい。
【００３９】
上記の説明において与えられた特定の例は、添付の特許請求の範囲の適応性及び／又は解釈を限定するものと解釈されるべきではない。上記の説明において与えられた例のリスト及び群は、特に別に明示的に記述されない限り、網羅的なものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2019516089.tif 000008
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