KR19980070472A

KR19980070472A - 경면체

Info

Publication number: KR19980070472A
Application number: KR1019980000646A
Authority: KR
Inventors: 타니노키치야
Original assignee: 이와나미키요히사; 닙뽄필라코오교오카부시키가이샤
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1998-10-26
Also published as: KR100269890B1; TW369607B; EP0854371A1; JPH10206612A; CN1107877C; CN1192538A; US6063513A; JP2918860B2

Abstract

본 발명은, X선, SOR광, 레이저광 등의 고에너지빔의 조사에 대하여 충분한 내력(耐力)을 갖고, 이러한 고에너지빔용의 반사경, 회절격자 등으로서 적절히 사용할 수 있는 경면체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 탄화규소 소결체(燒結體)인 기체(2)의 표면에 화학증착에 의한 탄화규소막(3)을 피복형성하고, 그 막표면을 경면(3a)으로 가공하여 이루어지는 경면체(1)이다. 탄화규소막(3)에 있어서의 경면(3a)에서 300Å 이내의 깊이(d)에서는, 탄화규소의 무결함결정층(3b)이 존재한다. 탄화규소막(3)은, 미러(mirror)지수표시로 특정되는 하나의 결정면(예를 들면 (220)면)에 그 X선회절 강도비가 피이크강도로 90% 이상이 되도록 강배향된 결정구조를 이루는 것이다.

Description

경면체

본 발명은, X선, 싱크로트론(synchrotron)방사광(SOR광), 레이저광 등의 주로 고에너지빔을 취급하는 광학기기에 있어서 반사경, 회절격자 등으로서 사용되는 경면체에 관한 것, 특히, 탄화규소로 구성되는 표면층의 표면을 경면으로 가공하여 이루어지는 경면체에 관한 것이다.

종래의 이 종류의 경면체로서는, 표면층을 화학증착에 의해 탄화규소막으로 구성한 것(이하 종래 경면체로 함)이 널리 알려져 있다. 즉, 종래 경면체는, 탄화규소 소결체 또는 탄소 소결체로 이루어지는 기체의 표면에 고순도의 탄화규소를 화학증착하여, 표면층을 화학증착에 의해 탄화규소막(이하 CVD-SiC막이라고 함)으로 구성하는 것으로써, 막표면을 폴리싱 등의 기계적인 경면가공법에 의해 초평활면인 경면(표면거칠기 RMS l0Å 이하)으로 가공하여 이루어지는 것이다.

그런데, X선 미러 등으로서는, 전통적으로, 구리 등으로 이루어지는 기본 재료를 경면연마하여 그 위에 금을 증착시킨 것이든지, 기본 재료 위에 사용하는 파장으로부터 산출, 설계한 두꺼운 막의 다층막을 코팅하여, 간섭효과를 이용하도록 한 것 등이 있지만, 이들은, 비교적 에너지밀도를 작게 또한 장파장의 영역(예를 들면, 가시광선, 적외선)으로 사용하는 경우에도, X선 등과 같이 단파장 영역의 고에너지빔을 취급하는 경우에는 코팅면의 박리 및 경면의 변형, 열손실 등을 초래하기 쉽고, 그 대응이 대단히 어렵다.

이에 대하여, 종래 경면체는 경면을 형성하는 표면층인 CVD-SiC막이 내열성, 열전도성, 견뢰성(堅牢性) 등의 물리적 성질에 우수하고 또한 단파장 영역에서 고반사율을 보이는 광학적 성질에 우수한 것으로부터, 단파장영역의 고에너지빔을 취급하는 경우에도 상기한 문제점을 발생시키는 일이 없고, X선 등과 같은 단파장 영역의 고에너지빔을 취급하는 반사경, 회절격자 등의 광학요소로서 적절히 사용할 수 있는 것으로써 기대되고 있다.

그러나, 종래 경면체에 있어서도, X선 등의 고에너지빔을 조사한 경우, 그 조사개소가 손상될 우려가 있고, 고에너지빔의 조사에 대한 내력이 충분하지 않다고 하는 문제가 있다.

즉, X선 등의 고에너지빔을 조사하니, 경면에 있어서의 조사개소가 미세한 거품상의 양상을 보이고 마치 순간적으로 용융시킨 것과 같은 상태가 되고, 눈으로 볼 수 있을 정도의 흐려짐(어두운 부분)이 생긴다. 이러한 손상이 경면에 발생하면, 당연히 빔반사율이 저하되어, 반사경, 회절격자 등의 광학요소로서의 기능을 많이 발휘할 수 없다. 더구나, 손상개소에서는 고에너지빔의 흡수율이 커지기 때문에, 극단적인 경우에는 경면체 자체의 파손에 연결될 우려가 있다. 또한, 백탁(白濁)개소로서는 규소가 작은 액체방울상으로 석출되어 흐려짐이 규소의 석출에 의해서 발생한 것이 분명하다.

그래서, 본 발명자는 종래 경면체에 있어서의 고에너지빔조사에 대한 내력부족의 원인(특히 빔조사에 의한 손상의 발생 원인)을 구명하기 위한 방법으로 여러가지의 실험을 행하여, 그것이 주로 경면체의 표면층에 있어서의 일정 깊이의 범위내에 탄화규소의 무결함결정층이 존재하지 않다는 데에 특히 기인한다는 결론을 얻는다.

즉, 종래 경면체에 있어서는, 상술한 것과 같이 폴리싱 등의 기계적인 표면연마법(경면가공법)에 의해서 표면거칠기 RMS l0Å 이하의 경면을 얻도록 하고 있지만, 이러한 기계적인 표면연마법은 마이크로 크랙의 진전 등을 이용하는 것이고, CVD-SiC막 표면에 요철을 형성하고 있는 결정을 깎기 위한 물리적인 충격(이하 물리적 가공력이라 함)에 의해, 경면가공면 및 그의 직하 부분에 있어서의 원자배열이 현저히 흐트러짐으로써, 가공이 잘못되거나 결정 내의 전위 등을 따라서 소위 가공변질층을 형성하는 것을 확인한다. 그리고, 이러한 가공변질층의 존재가 빔조사에 대한 내력의 저하를 초래하고, 빔조사에 의한 손상이 발생하는 것을 구명한다. 예를 들면, 원자배열의 가지런한 배열이 무너진 개소에, 고에너지빔이 조사되면, 원자의 재배열을 재촉할 수 있을 정도의 고에너지가 공급되고, 원자의 재배열이 이루어지는 과정에서 잉여의 규소가 탄화규소의 격자밖에서 석출되어, 흐려짐이 발생한다.

한편, 이러한 가공변질층의 발생은, 물리적 가공력을 필요로 하지 않는 전기적이고, 화학적인 표면연마법에 의해서도 피할 수 없지만, 그 깊이는 물리적 가공력을 필요로 하는 기계적인 표면연마법에 의한 경우에 비하여 감소시키는 것이 가능하다고 생각된다. 그래서, 가공이 잘못된 것 등에 의한 결함결정층의 깊이(가공변질층의 깊이)를 달리한 CVD-SiC막 코팅재를 사용하여 실험을 한 바, CVD-SiC막의 표면에 결함결정층이 발생하더라도, 그 깊이가 일정 이하이고, 막표면에서 일정깊이의 범위내에 탄화규소의 무결함결정이 존재하고 있는 경우에는, 빔조사에 의한 손상이 발생하지 않는다는 것이 판명되었다. 구체적으로는 가공변질층과 같은 결함결정층이 존재하고 있더라도 그것이 지극히 얕고, 경면으로부터 300Å 이내의 깊이에 탄화규소의 무결함결정층이 존재하고 있으면, X선 등의 고에너지빔을 조사하더라도, 그 조사개소에 흐려짐을 발생하는 등의 손상은 발생하지 않는 것이 판명되었다.

본 발명은, 이러한 실험에 의한 판명사항으로부터 얻어진 결론에 따라서 이루어질 수 있는 것으로, X선, SOR광, 레이저광 등의 고에너지빔의 조사에 대하여 충분한 내력을 갖고, 이러한 고에너지빔용의 반사경, 회절격자 등으로서 적절히 사용할 수 있는 경면체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 경면체의 일례를 나타내는 요부의 종단면도이다.

도 2는 경면가공장치의 일례를 나타내는 개략도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 경면체 2 : 기체

3 : CVD-SiC막(표면층) 3a : 경면

3b : 무결함결정층 3c : 가공변질층, 결함결정층

이 과제를 해결한 본 발명의 경면체는 탄화규소로 구성되는 표면층의 표면을 경면으로 가공하게 되는 것으로, 특히, 표면층에 있어서의 경면으로부터 300Å 이내의 깊이에 탄화규소의 무결함결정층이 존재하는 것이다. 바꾸어 말하면, 경면가공에 의한 가공변질층 혹은 결함결정층의 깊이(경면을 포함하는 해당 층의 두께)가 300Å 미만으로 되어 있다. 또, 본 발명에서 말하는 경면이란, 표면거칠기 RMS 10Å 이하의 초평활면을 의미한다. 단, 경면의 형상(평면, 구면, 비구면 등)은 해당 경면체의 용도 등에 따라서 임의이다.

또한, 본 발명의 경면체는 전체를 탄화규소의 단결정구조재로 구성하는 것도 가능하지만, 일반적으로는 기체의 표면에 화학증착에 의한 탄화규소막을 피복형성한 복합재로 구성하는 것이 좋다. 즉, 경면가공하는 표면층을 CVD-SiC막으로 구성하는 것이 좋다. 이 경우에 있어서, CVD-SiC막은, 미러지수 표시로 특정되는 하나의 결정면에 그 X선회절 강도비가 피이크강도로 90% 이상이 되도록 강배향된 결정구조로 이루어지는 것이 좋다. 이에 미러지수 표시로 특정되는 하나의 결정면(이하 피배향면이라 함)의 X선회절 강도비란, 엄밀히 X선회절장치에 의해서 측정되는 피이크강도(미국ASTM 규격에 근거하는 분말X선회절치에 의해 보정한 것)에 있어서, 피배향면을 포함하는 모든 결정면((111)면, (220)면, (311)면 등)에 있어서의 피이크강도의 합계치에 대한 피배향면의 피이크강도의 비율을 말하지만, 결정면의 배향도는 (111)면에 있어서 가장 높고 (220)면이 이것에 계속되는 것으로부터, 실용에서는, 해당 피배향면의 X선회절 강도비를 피배향면이 (111)면 이외의 결정면(예를 들면 (220)면)인 경우에는 피배향면과 (111)면의 합계 피이크강도에 대한 비율로 간주하고, 또한 피배향면이 (111)면인 경우에는 피배향면과 (220)면의 합계 피이크강도에 대한 비율이라고 간주하고, 배향도를 특정할 수가 있다. 따라서, 예를 들면 피배향면이 (lll)면 이외의 (220)면 등이고, 그 X선회절 강도비가 90%일 때는, (111)면의 X선회절 강도비가 10%로 된다. 또한, 피배향면이 (111)면이고, 그 X선회절 강도비가 90%일 때는, (220)면의 X선회절 강도비가 10%로 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도 1 및 도 2로 구체적으로 설명한다.

이 실시예에 있어서의 경면체(1)는, 도 1에 나타낸 것과 같은, 기체(2)의 표면에 화학증착에 의해 피복형성된 탄화규소막(CVD-SiC막)(3)의 표면을 표면거칠기 RMS l0Å 이하의 초평활면인 경면(3a)으로 가공하여 이루어지는 것으로써, CVD-SiC막(3)에 있어서의 경면(3a)에서 300Å 이내의 깊이(d)에 무결함결정층(3b)이 존재하고 있는 것이다.

이 경면체(1)는, 이하 같은 공정을 거쳐 제작된 것이다.

우선, 경면체(l)의 용도에 대한 형상(예를 들면, 반사경, 회절격자 등의 원하는 광학요소형상에 대한 형상)에 성형된 기체(基體)(2)를 얻는다.

기체(2)의 구성 재료는, 경면체(1)의 사용목적, 사용조건 및 CVD-SiC막(3)의 접착강도 등을 고려하고 결정되지만, 일반적으로는, 증착시에 기체(2)로부터 증발하는 불순물이 CVD-SiC막(3)의 순도에 미치는 영향을 고려하고, 가급적으로 고순도의 탄화규소 또는 탄소 등의 소결체가 적합하다. 또한, CVD-SiC막 원래의 특성을 최대한 효과적으로 발휘시키기 위해서는 계산밀도 90% 이상의 고밀도인 α형 탄화규소 또는 β형 탄화규소의 소결체를 사용하는 것이 바람직하고, 기체(2)의 표면거칠기 RMS l000Å 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기체밀도가 낮으면, X선 미러 등의 경면체에 있어서 일반적으로 요구되는 기계적 강도 등을 충분히 확보할 수 없고, 특히 기체(2)가 다공질 소결체로 구성되는 경우에는, 빔조사 등에 의한 온도상승에 의해 기체틈 내의 공기가 팽창하여 크랙 및 열변성을 발생시킬 우려가 있고, 더욱 경면체(1)를 냉각하는 경우에는, 냉각물 등의 냉각액이 기체 내에 침입하여, 그 침입물의 증발, 팽창에 의해 크랙 등이 발생할 우려가 있다. 따라서, 이와같은 기체강도, 나아가서는 경면체강도를 충분히 확보하기 위해서는 기체밀도를 가급적으로 높게 하는 것이 바람직하다. 물론, 기체밀도는, CVD-SiC막(3)의 기체(2)의 접착강도 및 특정한 결정면에의 배향성 등의 관계도 있지만, 일반적으로는 높으면 높을 수록 좋고, 특정한 상한은 없다. 예를 들면, 특정한 결정면(피배향면)에 강하게 배향시키기 위해서는, 피막의 증착조건을 엄밀히 관리할 필요가 있는 것은 물론이지만, 그 외에, 피막의 형성면 즉, 기체(2)의 표면형태도 중요한 조건이 되고, 기체(2)가 탄소의 소결체와 같이 빈구멍이 다수 존재하도록 한 것일 때에는, 결정면의 배향에는 한도가 있고, 상기한 고배향막의 형성이 곤란하다. 따라서, 이러한 결정배향성의 면에서 보면, 소결체로 구성되는 기체(2)의 밀도는 93% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 기체(2)의 표면에 CVD-SiC막(3)을 피복형성하여, 경면체소재(l')(도 2 참조)를 얻는다.

CVD-SiC막(3)은, 임의로 특정한 피배향면에 그 X선회절 강도비가 피이크강도로 90% 이상이 되도록 강배향된 고순도 또한 고밀도인 무결함결정구조인 것으로 되지만, 이러한 CVD-SiC막(3)의 형성은, 예를 들면, 이하 같은 수법에 의해서 행하여진다. 또, 이 예는, (220)면을 피배향면으로서 선택한 경우로서, 해당 CVD-SiC막(3)에 있어서, (220)면에 그 X선회절 강도비가 90%((111)면의 X선회절 강도비는10%)가 되도록 강배향시킨 경우에 관한 것이다.

우선, 기체(2)를 적당한 CVD화로(爐) 내에 배치시킨 뒤, CVD화로의 배기구로부터 진공펌프에 의해 배기시켜서, CVD화로 내를 감압분위기로 유지시킨다. 그리고, 이러한 감압분위기로 유지시킨 상태로, 기체(2)를 소정온도로 가열, 유지시킨뒤에 소정의 반응가스를 CVD화로 내에 연속적으로 공급시킨다. 이 때, 배기는 정지시키지 않고 계속적으로 하여, CVD화로 내를 소정의 감압분위기로 유지시킨다. 일반적으로, 200Torr 이하로 유지시키는 것이 바람직하다. 단, 진공펌프 능력 등을 고려한 경제적 이유에서 보면, 0.1∼200Torr로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기체(2)는 1400∼1500℃에서 가열, 유지시키는 것이 바람직하다. 또한 반응가스로서는, 예를 들면, 모노메틸트리클로로실란과 소정 당량비(일반적으로, 20당량비 정도)의 수소의 혼합가스를 사용한다. 반응가스를 공급하면, CH₃SiCl₃＋H₂→SiC＋3HCl의 반응에 의해, 기체(2)표면, 즉 기체(2)의 내외주위면 또는 그 한편에 CVD-SiC막이 형성된다.

그런데, CVD-SiC막(3)의 형성은 일반적으로 CVD화로 내를 보통 압력으로 유지시킨 상태로 반응가스공급을 하는 상압(常壓)CVD법에 의해서 이루어진다. 그러나, 이 상압CVD법으로서는 고순도의 CVD-SiC막(3)을 얻는 것이 곤란하다. 즉, 상압CVD법으로서는 기체순도가 낮은 경우에는 기체 중에 포함되는 불순물의 확산이 방지될 수 없고, 또한 기체순도가 높은 경우에도 CVD화로의 벽면에서의 오염입자가 비산하여, 이들의 오염입자가 CVD-SiC막(3)을 형성하는 기체표면이 아니고, 그 주변영역에 체류해서, CVD-SiC막(3)에 혼입하기 때문이다.

또한, 막을 형성하는 방법으로서는, 상압CVD법 이외에도, 배기와 반응가스공급을 일정주기로 교대로 되풀이하는 간헐CVD법이 있고, 이 간헐CVD법에 의하면, 배기시에 상기 오염입자 등이 어느 정도 배출되고, CVD-SiC막(3)의 순도향상이 기대된다. 그러나, 배기공정에서 오염입자 등이 완전히 배출되는 것은 아니고, 반응가스의 공급공정 개시시에 있어서 잔존할 우려가 있고, 상압CVD법과 같은 형태로, 막질의 고순도를 확보하는 것이 곤란하다.

이와 같이, 일반적으로 사용되는 CVD법에 의해서는, 기체표면 또는 그 주변영역에 불순물이 체류하여 없어지지 않기 때문에, 증착조건을 어떻게 연구하더라도, CVD-SiC막(3)에 다량의 Fe 등이나 SiC의 당량비로부터 벗어난 과잉의 Si인 불순물이 포함되고, 고순도의 CVD-SiC막(3)을 얻는 것이 곤란하다. 그러나, 상기한 것과 같이, CVD화로 내를 감압분위기로 유지하여, 반응가스의 공급 중에 있더라도 배기를 계속하고, CVD-SiC막(3)을 형성하고자 하는 기체(2)의 표면 또는 그 주변영역에 배기구방향에의 배기류가 발생하여, 불순물의 표면으로 이행과 함께 기체(2)의 표면 또는 그 주변영역이 깨끗하게 유지된다. 즉, CVD화로의 벽면에 부착되어 있는 오염입자나 반응가스잔사 등의 불순물은, 배기류에 의해서 빠르게 CVD화로밖으로 배출되어, CVD화로 내를 깨끗히 유지한다. 그 결과, 기체(2)의 표면에 고순도의 CVD-SiC막(3)이 양호하게 형성된다. 또, 반응가스의 공급은 연속적으로, 간헐적으로 행하여도 좋지만, 배기는 반응가스의 공급, 정지에 관계되지 않고, 계속하는 것이 바람직하다. 또한, CVD-SiC막(3)의 막두께(경면가공 뒤의 막두께)(D)는, 기체(2)와의 접착강도 등이 충분한 것을 조건으로 하고, 해당 구성재에 의해 제작되는 레이저반사경 등의 경면체의 사용조건 등에 따라서 적당히 설정할 수 있지만, 일반적으로는 50∼200㎛로 하는 것이 바람직하다. 막두께가 50㎛ 미만인 경우에는, 막두께의 불균형(±20㎛)을 고려하고, 관통공에 의한 결함이 초래되고, X선 등의 조사 시에도 문제가 있다. 반대로 막두께가 200㎛를 넘으면, 결정의 거칠어짐이 커짐에 따라서 표면을 매끈하게 다듬는 것과 같이 막형성에 시간이 필요하므로 비용이 많이 든다.

또한, 경면가공 후의 막두께가 200㎛를 넘는 CVD-SiC막을 형성한 경우, 그 막형성온도가 매우 높기 때문에, 막형성 시에 발생한 기체와 막 사이의 열팽창 차이에 의해, 막형성후(냉각후)에 막에 잔류응력이 발생한다. 그 결과, 막표면을 경면가공한 경우, 원하는 경면형상을 얻는 것이 곤란하게 된다. 예를 들면, 평면형상의 경면에 가공한 경우, 막에 존재하는 잔류응력의 영향으로, 경면이 오목면형상이나 볼록면형상으로 될 우려가 있다. 이러한 점에 있어서도, 막두께(D)는 200㎛를 넘어서는 안된다.

더욱이, 경면체소재(1')의 CVD-SiC막(3)의 표면을 해당 경면체(l)의 용도 등에 따른 형상(평면, 구면, 비구면 등)으로 경면가공한다. 경면가공법으로서는, 1) 표면거칠기 RMS 10Å 이하의 경면(3a)이 얻어지는 것 및 2) 경면가공 뒤의 CVD-SiC막(3)에 있어서, 경면(3a)에서 300Å 이내의 깊이(d)로 무결함결정층(3b)이 존재하고 있는 것, 즉 경면가공에 의해서 발생하는 가공변질층과 같은 결함결정층(3c)의 깊이(d)가 300Å 미만으로 되는 것의 조건을 만족하는 것을 채용한다. 구체적으로는, 물리적 가공력을 필요로 하지 않는 경면가공법인 플라즈마CVM(Chemical Vaporization Machining)법, EEM(Elastic Emission Machining)법 등을 단독으로 또는 조합하여 사용한다. 또한, 플라즈마CVM법은 후술하는 것과 같이 경면가공법이고, EEM법은 2종류의 고체를 접촉시키고, 형성된 계면으로 상호작용력(결합력)이 발생하여, 그것들이 분리될 때에, 한쪽의 고체표면 원자가 다른쪽의 고체표면 원자를 제거하는 원리를 이용한 것으로, 서브미크론 이하의 미립자를 가공표면에 무부하 조건으로 공급하여, 이 미립자를 운동시키는 것으로써 가공표면의 원자를 1층씩 제거하는 경면가공법이다.

이하, 1), 2)의 조건을 만족하는 경면가공법을 플라즈마CVM법에 의한 경우를 예로써 구체적으로 설명한다.

플라즈마CVM법을 실시하기 위한 경면가공장치는 도 2에 나타내는 것과 같이 클린룸 내에 수평운동가능한 단(4)과 단(4) 위에 회전이 자유자재하게 마련된 구형상의 전극(5)을 배치하게 된다. 그렇게하여 플라즈마CVM법에 의한 경면가공을 함에 있어서는 우선, 상기와 같이 하여 얻어진 경면체소재(1')를 CVD-SiC막(3)을 전극(5)에 근접시킨 상태로 단(4) 위에 설치한다. 또한, 클린룸 내를 고압분위기(700Torr 이상인 것이 바람직하고, 700∼750Torr인 것이 보다 바람직함)로 유지시킴과 함께 전극(5)과 CVD-SiC막(3)의 사이에 전기음성의 높은 반응가스(예를 들면, 아르곤, 헬륨 등의 할로겐을 기초로 하는 것으로, 0.l∼5% 정도의 SF₆을 포함하는 것)(6)를 순환공급시킨다. 그리고, 전극(5)을 일정방향으로 고속회전시키면서, 고주파전원(일반적으로, l50MeHz 정도)(7)을 사용하여, 전극(5)과 CVD-SiC막(3)의 사이에 고주파플라즈마(8)를 발생시키는 것으로써, 할로겐 등의 전기음성이 큰 원자를 고압력분위기 중에 있어서 공간적으로 부분존재하는 고주파플라즈마(8) 내에서 여기하여, 보다 반응성이 높은 중성라디칼로 된다. 그 결과, 여기된 반응성이 높은 중성라디칼이 CVD-SiC막(3)에 작용하여, 막표면의 원자를 휘발성 물질로 바꾸어 제거한다. 더욱이, 단(4)을 수평운동시키는 것에 의해서, 이러한 제거작용을 막표면 전체에 미치게 한다. 이와 같이, 제거반응이 원자단위에서 순화학적으로 일어나게 하기 위해서, 기하학적으로는 막표면이 원자배열의 초평활면으로 가공되고 결정학적으로도 평편한 가공면이 얻어진다. 따라서, 경면가공에 따른 가공변질층과 같이 결함결정층(3c)의 발생을 가급적 억제할 수 있고, 경면(3a)에서 300Å 이내의 깊이(d)로 무결함결정층(3b)이 존재하는 상태에서 CVD-SiC막(3)의 표면을 표면거칠기 RMS l0Å 이하의 경면(3a)으로 마무리할 수 있다.

그런데, 일반적인 막형성 조건하에서 탄화규소의 화학증착을 한 경우, CVD-SiC막의 결정면은 무배향이 되고, 또는 (111)면에 약배향되는 경향에 있지만, 각 결정면의 원자밀도 등은 동일하지 않다. 예를 들면, (111)면은, 다른 방향면에 비해서 원자밀도가 매우 높고, 표면의 화학적 활성이 매우 낮다. 따라서, 이러한 무배향 또는 약배향의 CVD-SiC막에 있어서는, 결정방위의 차이에 의해 상기한 제거반응이 같은 형태로 행해지지 않고, 표면거칠기 RMS 10Å 이하의 초평활면에 가공하는 것이 용이하지 않고, 가공변질층과 같은 결함결정층(3c)의 깊이(경면(3a)을 포함하는 층(3c)의 두께)도 커질 우려가 있다. 그러나, 상기한 것과 같이, CVD-SiC막(3)을 하나의 결정면(피배향면)에 강배향시켜 놓으면, 중성라디칼에 의한 제거반응이 같은 형태로 이루어지기 때문에, 이러한 문제가 발생하는 일이 없다. 단, 이러한 효과는, 배향도가 낮은 경우(피배향면의 X선회절 강도비가 피이크강도로 90% 미만인 경우)에는 현저하게 발휘되지 않는다. 따라서, 경면체(1)의 표면층을 CVD-SiC막(3)으로 구성하는 경우에 있어서, CVD-SiC막(3)을 특정한 피배향면에 강배향시키는 것은 경면가공법의 적정한 선택과 같이, 표면거칠기 RMS l0Å 이하의 경면(3a)을 갖고 또한 경면(3a)에서 300Å 이내의 깊이(d)에 무결함결정층(3b)이 존재하는 경면체(l)를 제작하는 데에 있어서 많은 의의를 가진다. 또한, 경면(3a)에는 필요에 따라서 더 가공이 실시된다. 예를 들면, 경면체(l)를 회절격자로서 사용하는 경우에는, 경면(3a)에 소정의 회절구를 형성하기 위한 가공(에칭가공 등)이 시행된다.

이상과 같이 하여 얻어진 경면체(1)는, 후술하는 실시예에 있어서 입증되는 것과 같이, X선, SOR광, 레이저광 등의 고에너지빔을 조사하더라도 경면(3a)이 손상되지 않고, 종래 경면체에 비하여 빔조사에 대한 내력을 대폭 향상시키고, X선, SOR광, 레이저광 등을 대상으로 하는 반사경, 회절격자 등으로서 적절히 사용할 수가 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시의 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 개량, 변경할 수 있다. 예를 들면, 경면체(l)는, 상기한 것과 같은 표면층을 CVD-SiC막(3)으로 구성한 복합구조체로 하는 것 외에, 표면층을 포함하는 전체를 탄화규소의 단결정구조체로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 경면가공법으로서는, 1), 2)의 조건을 만족하는 것이면 좋지만, 특별하게 제한하는 것은 아니다.

(실시예)

실시예1로서, 우선, 고순도 탄화규소분말(입경:1㎛ 미만)을 결합제를 사용하지 않고 성형, 소성하여, 지름 100㎜, 두께 10㎜, 밀도 95%의 탄화규소 소결체인 기체를 제작한다. 그리고, 기체를 CVD화로 내에 배치하여, 1500℃에서 가열, 유지시킨 상태로 CVD화로 내에서 모노메틸트리클로로실란과 20당량비의 수소를 연속적으로 공급시킨다. 이 사이에 있어서는, CVD화로의 배기구에 접속한 진공펌프에 의해 배기를 계속하고, 화로 내를 50Torr의 감압분위기로 유지시킨다. 그렇게하여, 막두께 120㎛, 스펙트럼흡수단 520㎚의 CVD-SiC막(β-SiC(3C))이 형성된 경면체소재를 얻는다. 이 CVD-SiC막에 있어서는, 화학당량비로부터 벗어난 잉여Si가 거의 존재하지 않고, 막 중에 포함되는 중금속원소도 극히 미량(Fe:30ppb, Cu:50ppb 이하, Cr:40ppb 이하)이다. 또한, CVD-SiC막의 결정면은 (220)면에 강배향되어 있다((220)면의 X선회절 강도비가 90%).

그리고, 이렇게 해서 얻어진 경면체 소재를, 도 2에 나타낸 경면가공장치를 사용하여, 상기한 플라즈마CVM법에 의해, 클린룸 내의 압력: 750Torr(1기압), 고주파전원: 150MeHz, 반응가스: 1%의 SF₆를 포함하는 아르곤가스, 전극: 알루미나제의 구체(球體), 전극회전수: 1500rpm의 조건하에서, CVD-SiC막의 표면을 표면거칠기 RMS 10Å 이하의 경면으로 경면가공하여, 본 발명에 관한 경면체(1₁)를 얻는다.

또한, 실시예2로서, 실시예1과 동일한 경면체소재를 얻은 뒤, 그 CVD-SiC막의 표면을 전극회전수를 3000rpm인 점을 제외하고 실시예1에 있어서 완전하게 동일한 조건으로 한 플라즈마CVM법에 의해 경면가공하여 본 발명에 관한 경면체(1₂)를 얻는다.

또한, 실시예3으로서, 실시예1과 동일한 경면체소재를 얻은 뒤, 그 CVD-SiC막의 표면을 전극회전수를 3600rpm인 점을 제외하고 실시예l에 있어서 완전하게 동일한 조건으로 한 플라즈마CVM법에 의해 경면가공하여 본 발명에 관한 경면체(1₃)를 얻는다.

더욱이, 비교예1로서, 실시예1과 동일한 경면체소재를 얻은 뒤, 그 CVD-SiC막의 표면을 기계적 가공법에 의해 경면가공하여, 종래 경면체에 해당하는 경면체(1₄)를 얻는다. 즉, 연마용 입자를 콜로이드상에 분산시킨 액상연마제를 사용하여, 이 연마제를 주철제의 회전판 위에 적하하면서, 회전판 위에 설치한 경면체소재의 막표면을 연마제를 사이에 끼운 상태로 양자를 수평방향으로 서로 반대로 이동시키는(회전판을 20∼50rpm에서 회전시키면서, 경면체소재를 회전판 위에 있어 그 지름방향으로 앞뒤로 이동시키는) 것으로써 막표면을 경면가공한다.

또한, 비교예2로서, 실시예l과 동일한 경면체소재를 얻은 뒤, 그 CVD-SiC막의 표면을 비교예1과 다른 기계적 가공법에 의해 경면가공하여, 종래 경면체에 해당하는 경면체(1₅)를 얻는다. 즉, CVD-SiC막의 표면을 다이아몬드 연마용 입자에 의해 거친형상으로써 다듬은 뒤, 더욱 다이아몬드 연마용 입자에 의한 정밀연마를 실시함으로써 막표면을 경면가공한다.

이상과 같이 하여 얻은 각 경면체(1₁,1₂,1₃,1₄,1₅)에 있어서, 가공표면인 경면으로부터 무결함결정층이 존재하는 개소까지의 거리(무결함결정층까지의 깊이)(d)를 원자간력(原子間力) 현미경(AFM)에 의해 측정한다. 이 측정은 임의의 5개소 ①∼⑤에서 행하여지고, 다시 그들의 평균치를 구한다. 또한, 각 경면체(1₁,1₂,1₃,1₄,1₅)의 경면에 있어서의 제곱평균평방근(自乘平均平方根)거칠기(Å)를 측정한다.

그 결과는, 표 1에 나타나고, 실시예의 경면체(1₁,1₂,1₃)에 관해서는, 그 어느 것에 있어서도, 각 측정개소 ①∼⑤에 있어서의 무결함결정층까지의 깊이(d) 및 그들의 평균치는 300Å 이하이다. 이에 대하여, 비교예의 경면체(1₄,1₅)에 있어서는 그 어느 것에 있어서도, 각 측정개소 ①∼⑤에 있어서의 무결함결정층까지의 깊이(d) 및 그들의 평균치가 300Å을 큰 폭으로 상회한다. 또, 경면의 표면거칠기에 있어서는, 어떤 경면체(1₁,1₂,1₃,1₄,1₅)에 있어서도 X선 미러 등으로서 사용할 수 있는 10Å 이하이다.

경면체	무결함결정층에서의 깊이(d)(Å)	표면거칠기RMS(Å)	흐려짐
경면체	①	표면거칠기RMS(Å)	흐려짐	②	③	④	⑤	평균
실시예	1₁	250	300	300	50	150	210	7	없음
	1₂	300	250	100	100	200	190	8	없음
	1₃	200	250	300	200	250	240	8	없음
비교예	1₄	1800	1300	2200	1150	2750	1840	10	있음
비교예	1₅	3500	2000	3250	2500	2500	2750	9	있음

그리고, 고에너지빔의 조사에 대한 내력을 확인하기 위해서, 아르곤엑시머레이저 공진기반사경으로 각 경면체(1_l,1₂,1₃,1₄,1₅)를 사용하여, 공진기 내의 강도가 2MW이고 또한 1펄스가 5ns의 아르곤엑시머레이저를 조사(l펄스)하여, 레이저조사개소를 육안 및 노말스키미분간섭 현미경으로 관찰한다.

그 결과, 비교예의 경면체(1₄,1₅)에 있어서는, 레이저조사개소에서 육안으로도 분명하게 흐려짐이 확인된다. 또한, 노말스키미분간섭 현미경관찰을 한 결과, 레이저조사개소에 분명한 손상이 확인된다. 즉, 레이저조사개소에서는 미세한 거품상의 양상을 보이고 있고, 한순간에 용융된 것과 같은 상태를 보이고 있는 것이 확인된다.

한편, 실시예의 경면체(1₁,1₂,1₃)에 있어서는, 그 어느것에 있어서도, 레이저조사개소에서 육안으로 관찰할 수 있는 흐려짐은 확인되지 않는다. 또한, 노말스키미분간섭 현미경관찰에 의해서도, 조사개소에 상기와 같은 손상은 전혀 보이지 않는다.

더욱이, 상기한 아르곤엑시머레이저의 조사를 10회에 걸쳐 되풀이한 바, 비교예의 경면체(1₄,1₅)는 파손되지만, 실시예의 경면체(1₁,1₂,1₃)에서는 파손이 발생되지 않고, 국부적으로 규소가 석출되지만, 눈으로 볼 수 있는 흐려짐도 발생하지 않는다.

경면으로부터 300Å 이내의 깊이에 탄화규소의 무결함결정층이 존재하는 본 발명에 관한 경면체에서는, 종래 경면체에 비하여, 빔조사에 대한 내력이 크게 향상되고, 고에너지빔을 대상으로 하는 X선 미러 등으로서도 충분히 실용화할 수 있는 것이 확인된다.

이상의 설명으로부터 이해를 쉽게함에 있어서, 본 발명의 경면체는 종래 경면체에 비해서 빔조사에 대한 내력이 크게 향상되기도 하고, X선, SOR광, 레이저광 등의 고에너지빔을 대상으로 하는 반사경, 회절격자 등으로서도 적절히 사용할 수가 있어, 그 실용적 가치가 매우 크다.

Claims

탄화규소로 구성된 표면층의 표면을 경면으로 가공하여 이루어지는 경면체에 있어서, 표면층에 있어서의 경면으로부터 300Å 이내의 깊이에서 탄화규소의 무결함결정층이 존재하는 것을 특징으로 하는 경면체.
제1항에 있어서, 표면층이 화학증착에 의한 탄화규소막으로 구성되어 있고, 이 탄화규소막이, 미러지수 표시로 특정되는 하나의 결정면에 그의 X선회절 강도비가 피이크강도로 90% 이상이 되도록 강배향된 결정구조를 이루는 것을 특징으로 하는 경면체.
제2항에 있어서, 상기 미러지수 표시로 특정되는 하나의 결정면이 (220)면인 것을 특징으로 하는 경면체.
제2항에 있어서, 탄화규소막을 화학증착시키는 기체로서, 계산밀도 90% 이상의 고밀도인 α형 탄화규소 또는 β형 탄화규소의 소결체가 사용되는 것을 특징으로 하는 경면체.
제2항에 있어서, 경면으로 가공한 후의 탄화규소막의 막두께가 50∼200㎛인 것을 특징으로 하는 경면체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 표면층의 표면을 표면거칠기 RMS 10Å 이하의 경면으로 가공하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경면체.