JP2851818B2 - Optical element components for high energy beams - Google Patents

Optical element components for high energy beams

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JP2851818B2
JP2851818B2 JP7230982A JP23098295A JP2851818B2 JP 2851818 B2 JP2851818 B2 JP 2851818B2 JP 7230982 A JP7230982 A JP 7230982A JP 23098295 A JP23098295 A JP 23098295A JP 2851818 B2 JP2851818 B2 JP 2851818B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シンクロトロン放
射光(SOR光),レーザ光,X線等の高エネルギビー
ムを扱う光学機器に使用される反射鏡,回折格子等の光
学要素を構成するための構成材であって、特に、炭化珪
素又はカーボンで構成される基体の表面に炭化珪素膜を
化学蒸着により被覆形成してなる複合材に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention constitutes an optical element such as a reflector or a diffraction grating used in an optical instrument for handling a high energy beam such as synchrotron radiation (SOR light), laser light and X-rays. Particularly, the present invention relates to a composite material in which a silicon carbide film is formed by coating a surface of a substrate made of silicon carbide or carbon by chemical vapor deposition.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、従来の一般的なレーザ反射鏡と
しては、銅等からなる基材を鏡面研磨し、その上に金を
蒸着させたものや、基材上に使用波長から算出,設計し
た膜厚の多層膜をコーティングして、干渉効果を利用す
るようにしたもの等が良く知られている。しかし、かか
る反射鏡は、比較的エネルギ密度が小さく且つ長波長の
領域(例えば、可視光線,赤外線)で使用する場合はと
もかく、短波長域の高エネルギビームを扱う場合には鏡
面の剥離,歪,熱損等を招来し易く、その対応が極めて
困難なものであった。
2. Description of the Related Art For example, as a conventional general laser reflecting mirror, a base material made of copper or the like is mirror-polished and gold is deposited thereon, or a base material is calculated and designed from the wavelength used. There are well-known ones in which a multilayer film having a predetermined thickness is coated to utilize the interference effect. However, such a reflecting mirror has a relatively small energy density and is not used in a long wavelength region (for example, visible light or infrared light). , Heat loss, etc., and it is extremely difficult to deal with it.

【0003】そこで、近時、かかる不都合を生じない反
射鏡等の光学要素として、炭化珪素焼結体又はカーボン
焼結体である基体の表面に炭化珪素を化学蒸着してなる
複合材を構成材として使用したものが有望視されてい
る。例えば、このような構成材からなる反射鏡は、炭化
珪素膜の表面を平滑(通常、表面粗さがRMS10Å以
下)に研磨して製作されるものであるが、CVD−Si
Cが耐熱性,熱伝導性,堅牢性等の物理的性質に優れ且
つ短波長域で高反射率を示すといった光学的性質に優れ
るものであることから、短波長域の高エネルギビームを
扱う場合にも、上記した不都合を生じることがないので
ある。
Therefore, recently, as an optical element such as a reflecting mirror which does not cause such inconvenience, a composite material obtained by chemically vapor-depositing silicon carbide on the surface of a silicon carbide sintered body or a substrate made of carbon sintered body is used as a constituent material. The one used as is promising. For example, a reflector made of such a constituent material is manufactured by polishing the surface of a silicon carbide film to a smooth surface (usually, the surface roughness is not more than RMS 10 °).
Since C has excellent physical properties such as heat resistance, thermal conductivity, and robustness, and has excellent optical properties such as high reflectivity in a short wavelength range, it is necessary to handle a high energy beam in a short wavelength range. Also, the inconvenience described above does not occur.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、基体表面に炭
化珪素の化学蒸着膜を形成してなる複合材を構成材とす
る反射鏡等の光学要素は、高エネルギビーム(SOR
光,レーザ光,X線等)の照射等による高エネルギの供
給により破損し易いものであり、ビーム反射率も低下し
易いといった問題がある。
However, an optical element such as a reflector made of a composite material formed by forming a chemical vapor deposition film of silicon carbide on the surface of a substrate has a high energy beam (SOR).
(E.g., light, laser light, X-rays, etc.), and is susceptible to damage due to the supply of high energy due to irradiation or the like, and there is a problem that the beam reflectance is also likely to decrease.

【0005】すなわち、このような高エネルギビームを
照射すると、炭化珪素膜表面の照射箇所に白濁(曇り)
が生じることがあるが、このような白濁が発生すると、
ビーム反射率が低下することは勿論のこと、高エネルギ
ビームの吸収率が大きくなって、反射鏡等が破損するこ
とがあった。また、このような白濁が膜表面に生じてい
ない場合にも、反射鏡等が破損することがあった。そし
て、このような反射鏡等の破損は、それ自体の破損に止
まらず、当該光学機器を構成する他の光学要素の破損や
当該光学機器全体の破損を招く原因ともなり、大事故に
繋がり兼ねない。
[0005] That is, when such a high energy beam is irradiated, the irradiated portion on the surface of the silicon carbide film becomes cloudy (cloudy).
May occur, but when such cloudiness occurs,
Not only does the beam reflectivity decrease, but the absorptivity of the high-energy beam increases, and the reflecting mirror and the like may be damaged. In addition, even when such white turbidity does not occur on the film surface, the reflecting mirror and the like may be damaged. Such damage to the reflector or the like is not limited to damage to itself, but may also cause damage to other optical elements constituting the optical device or damage to the entire optical device, leading to a major accident. Absent.

【0006】本発明者は、幾多の実験,研究を行い、か
かる白濁の発生原因ないし破損原因が珪素の析出にある
ことを究明した。すなわち、膜表面に生じた白濁を子細
に観察してみると、白濁箇所では珪素が細かい液滴状を
なして析出していることが確認され、この珪素の析出が
白濁の原因であることが分かった。また、膜表面に顕著
な白濁が生じていないにも拘わらず破損したものについ
ては、照射箇所に存在する研磨傷や回折格子溝等の微細
な凹部内に珪素が顕著に析出していた。そして、このよ
うに膜表面には目視できる程度に珪素が析出していない
が、照射箇所の一部である凹部に珪素が析出している場
合には、高エネルギビームが珪素析出部分に選択的に吸
収されることから、照射箇所においてはビームが吸収さ
れる部分と吸収されない部分とが存在して、両部分間に
おいて高エネルギビームの照射による急激な熱膨張差が
生じ、その結果、反射鏡等が破損することが分かった。
The present inventor has conducted a number of experiments and studies, and has determined that the cause of generation or breakage of such white turbidity is silicon deposition. That is, when the turbidity generated on the film surface is observed finely, it is confirmed that silicon is deposited in the form of fine droplets at the turbid portion, and that the deposition of silicon is a cause of the turbidity. Do you get it. In the case where the film surface was damaged in spite of not having noticeable cloudiness, silicon was remarkably precipitated in fine recesses such as polishing scratches and diffraction grating grooves existing in the irradiated area. When silicon is not deposited on the film surface to such an extent as to be visible, but silicon is deposited in a concave portion which is a part of the irradiated portion, a high energy beam is selectively applied to the silicon deposited portion. Therefore, there is a portion where the beam is absorbed and a portion where the beam is not absorbed at the irradiated portion, and a rapid thermal expansion difference is generated between the two portions due to the irradiation of the high-energy beam. Etc. were found to be damaged.

【0007】さらに、本発明者は実験,研究を引続き行
い、珪素の析出原因が、主として、炭化珪素膜の純度に
あることを究明した。すなわち、炭化珪素膜の純度が低
いと、化学当量比を外れた珪素の含有量が多くなり、か
かる余剰珪素が高エネルギビームの照射により析出する
ことになるのである。例えば、レーザ反射鏡は、前述し
た如く、膜表面を表面粗さRMS10Å以下の超平滑面
に研磨されるが、その研磨工程においては、機械的に表
面に凹凸を形成している結晶が削り取られるため、その
物理的な衝撃により結晶表面或いはその直下部分におい
ては原子配列の整合性が崩れた状態となっており、特
に、大きな外力が作用して結晶表面が抉り取られている
凹部箇所においては、原子配列の乱れが著しい。したが
って、このような原子配列の整合性が崩れた箇所に、高
エネルギビームが照射されると、つまり原子の再配列を
促すことができる程の高いエネルギが供給されると、原
子の再配列がなされる過程において余剰の珪素が炭化珪
素の格子外に析出することになるのである。なお、現在
のところ、炭化珪素膜の表面層を形成する原子をその配
列を乱すことなく取り除くことは、技術的にも経済的に
も不可能である。
Further, the present inventor has conducted experiments and researches to find out that the cause of silicon deposition is mainly due to the purity of the silicon carbide film. That is, when the purity of the silicon carbide film is low, the content of silicon out of the chemical equivalence ratio increases, and such excess silicon is deposited by irradiation with a high energy beam. For example, as described above, in the laser reflecting mirror, the film surface is polished to an ultra-smooth surface with a surface roughness RMS of 10 ° or less. In the polishing step, crystals having irregularities on the surface are mechanically scraped off. Due to the physical impact, the conformity of the atomic arrangement is lost on the crystal surface or directly below the crystal surface, particularly in a concave portion where the crystal surface is cut off by a large external force. The atomic arrangement is remarkably disrupted. Therefore, when a high-energy beam is applied to a portion where the conformity of the atomic arrangement is broken, that is, if a high energy enough to promote the rearrangement of the atoms is supplied, the rearrangement of the atoms is performed. During the process, excess silicon is deposited outside the lattice of silicon carbide. At present, it is technically and economically impossible to remove atoms forming the surface layer of the silicon carbide film without disturbing the arrangement.

【0008】このような究明事項から、反射鏡等の破損
やビーム反射率の低下を防止するためには、高エネルギ
供給による珪素の析出つまりは光学要素構成材の炭化珪
素膜を化学当量比を欠く状態が可及的に存在しないもの
としておくことが必要であるとの結論に達した。
[0008] From these findings, in order to prevent damage to the reflecting mirror and the like and decrease in the beam reflectivity, deposition of silicon by supplying high energy, that is, the chemical equivalent ratio of the silicon carbide film of the optical element constituting material must be reduced. It was concluded that it was necessary to keep the lacking state as nonexistent as possible.

【0009】本発明は、このような究明事項及びこれに
よって得られた結論に基づいてなされたもので、SOR
光,レーザ光,X線等の高エネルギビームが照射される
等により高エネルギが炭化珪素膜表面に直接供給された
ときにも、そのエネルギ供給箇所に珪素が析出せず、上
記したような問題を生じないレーザ反射鏡等の高エネル
ギビーム用光学要素構成材を提供することを目的とする
ものである。
The present invention has been made on the basis of these findings and the conclusions obtained therefrom.
Even when high energy is directly supplied to the surface of the silicon carbide film due to irradiation of a high energy beam such as light, laser light, X-ray, or the like, silicon does not deposit at the energy supply location, and the above-described problem occurs. High energy such as laser reflectors that do not cause
It is an object of the present invention to provide a giant beam optical element component.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の高エネルギビー
ム用光学要素構成材は、炭化珪素又はカーボンで構成さ
れる基体の表面に炭化珪素膜を化学蒸着により被覆形成
してなる複合材であって、上記の目的を達成すべく、特
に、基体を93%以上の高密度体とすると共に炭化珪素
膜をスペクトル吸収端550nm以下のものとしたもの
である。基体は93%以上の高密度のものであれば焼結
体であると否とを問わない。また、炭化珪素膜は、炭化
珪素焼結体である多孔質の基体を配置したCVD炉内に
所定の反応ガスを供給させることによって、基体表面に
化学蒸着させるが、この場合、一般的なCVD法と異な
って、CVD炉から常時排気を行って、CVD炉内を減
圧雰囲気に保持させると共に、上記基体表面ないしその
周辺領域に排気流を生じさせるようにしておくことが好
ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The high energy beam of the present invention is provided.
The optical element constituting material is a composite material in which a silicon carbide film is formed by coating a surface of a substrate made of silicon carbide or carbon by chemical vapor deposition. A high-density body of 93% or more and a silicon carbide film having a spectral absorption edge of 550 nm or less. The substrate may be a sintered body as long as it has a high density of 93% or more. The silicon carbide film is chemically vapor-deposited on the surface of the substrate by supplying a predetermined reaction gas into a CVD furnace in which a porous substrate, which is a silicon carbide sintered body, is disposed. Differently from the method, it is preferable to constantly exhaust gas from the CVD furnace to keep the inside of the CVD furnace in a reduced pressure atmosphere and to generate an exhaust gas flow on the surface of the substrate or its peripheral region.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の高エネルギビーム用光学
要素構成材は、SOR光,レーザ光,X線等の高エネル
ギビームを扱う光学機器に使用される反射鏡,回折格子
等の光学要素を構成するものとして好適するものであ
り、炭化珪素又はカーボンで構成される基体の表面に炭
化珪素膜を化学蒸着により被覆形成してなる複合材であ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A high energy beam optical element constituting material of the present invention is used for an optical device such as a reflecting mirror or a diffraction grating used in an optical device for handling high energy beams such as SOR light, laser light and X-rays. The composite material is suitable as a constituent element, and is a composite material in which a silicon carbide film is formed on a surface of a substrate made of silicon carbide or carbon by chemical vapor deposition.

【0012】而して、基体は、炭化珪素又はカーボンの
焼結体等とされるが、その密度は93%以上としておく
必要がある。このような高密度としておくのは、主とし
て、当該構成材を使用して得たレーザ反射鏡等の光学要
素における静的強度,熱的強度等を確保し、耐久性を確
保するためである。すなわち、基体密度が93%未満で
あると、レーザ反射鏡等の光学要素において一般に要求
される機械的強度等を十分に確保できないからである。
特に、基体が多孔質焼結体である場合には、ビーム照射
等による温度上昇により基体空隙内の空気が膨張してク
ラックや熱歪みを生じたりする虞れがある。また、光学
要素を冷却する場合には、冷却水等の冷却液が基体内に
侵入して、その侵入水の蒸発,膨張によりクラック等が
生じる虞れがある。したがって、このような基体強度延
いては光学要素強度を充分に確保するためには、基体密
度を少なくとも93%としておくことが必要であり、よ
り好ましくは95%以上の高密度としておくのがよい。
基体密度は、炭化珪素膜の接着強度との関係もあるが、
一般には高ければ高い程よく、特に上限はない。なお、
基体材料としては、炭化珪素膜の蒸着手法にもよるが、
蒸着時に基体から蒸発する不純物が炭化珪素膜の純度に
及ぼす影響を考慮すれば、可及的に高純度の炭化珪素又
はカーボンを使用しておくことが好ましい。
The base is made of a sintered body of silicon carbide or carbon, for example, and its density needs to be 93% or more. The reason why such high density is set is mainly to secure the static strength, the thermal strength, and the like of the optical element such as the laser reflector obtained by using the constituent material, and to secure the durability. That is, if the substrate density is less than 93%, the mechanical strength and the like generally required for an optical element such as a laser reflecting mirror cannot be sufficiently secured.
In particular, when the substrate is a porous sintered body, there is a possibility that the air in the space of the substrate expands due to a temperature rise due to beam irradiation or the like, causing cracks or thermal distortion. In addition, when cooling the optical element, there is a possibility that a cooling liquid such as cooling water may enter the base body and crack or the like may occur due to evaporation and expansion of the entering water. Therefore, in order to sufficiently secure the strength of the base and the strength of the optical element, it is necessary to set the base density to at least 93%, and more preferably to set the density to 95% or more. .
The substrate density also has a relationship with the bonding strength of the silicon carbide film,
Generally, the higher the better, the better, and there is no particular upper limit. In addition,
As the base material, it depends on the method of depositing the silicon carbide film.
In consideration of the influence of impurities evaporating from the substrate during the deposition on the purity of the silicon carbide film, it is preferable to use silicon carbide or carbon with as high a purity as possible.

【0013】炭化珪素膜は、そのスペクトル吸収端が5
50nm以下となるように形成された、β−SiC(3
C)の化学蒸着膜である。スペクトル吸収端が550n
m以下である炭化珪素膜、つまり550nm以下の波長
の光を吸収しうる炭化珪素膜は、バンドギャップが広く
(2.3eV程度)、不純物の固溶量が少ない。すなわ
ち、膜中における重金属元素の含有量が極めて少ない
(例えば、Fe:30ppb以下、Cu:50ppb以
下、Cr:40ppb以下)ことは勿論のこと、化学当
量比を外れた余剰珪素の含有量が極めて少ない。したが
って、スペクトル吸収端を短波長側に移行させるに従っ
て炭化珪素膜の純度が高くなり、冒頭で述べた珪素析出
による不都合は生じない。一方、スペクトル吸収端が長
波長側に移行することはバンドギャップが狭くなること
を意味し、スペクトル吸収端が550nmを超えるよう
な炭化珪素膜では上記余剰珪素を含めた不純物の固溶量
が多くなり、高エネルギビームの照射等により膜表面な
いし研磨傷等の微細凹部に顕著な珪素析出が生じる。こ
のような珪素析出は、スペクトル吸収端550nmを境
として長波長側に移行すればする程、顕著となる。
The silicon carbide film has a spectral absorption edge of 5
Β-SiC (3
It is a chemical vapor deposition film of C). Spectral absorption edge is 550n
m, that is, a silicon carbide film capable of absorbing light having a wavelength of 550 nm or less has a wide band gap (about 2.3 eV) and a small amount of impurities in solid solution. That is, the content of the heavy metal element in the film is extremely small (for example, Fe: 30 ppb or less, Cu: 50 ppb or less, Cr: 40 ppb or less), and the excess silicon content outside the chemical equivalent ratio is extremely large. Few. Therefore, the purity of the silicon carbide film becomes higher as the spectral absorption edge shifts to the shorter wavelength side, and the inconvenience caused by silicon deposition described above does not occur. On the other hand, the shift of the spectrum absorption edge to the longer wavelength side means that the band gap becomes narrower. In a silicon carbide film having a spectrum absorption edge exceeding 550 nm, the solid solution amount of impurities including excess silicon is large. As a result, remarkable silicon deposition occurs on the film surface or in fine concave portions such as polishing scratches due to irradiation of a high energy beam or the like. Such silicon deposition becomes more remarkable as the wavelength shifts to the longer wavelength side with a spectral absorption edge of 550 nm as a boundary.

【0014】ところで、本発明の目的を達成する上にお
いては、炭化珪素膜のスペクトル吸収端が550nmを
最長限度として短波長側に移行する程、好ましい結果が
得られることはいうまでもない。すなわち、スペクトル
吸収端が550nm以下の範囲において、可及的に短く
なるようにすることが好ましい。但し、スペクトル吸収
端を短くするにも、成膜条件等(主として原材料の純度
や設備条件等)によっては限度があり(520nm程
度)、実際に実施する上では、通常、炭化珪素膜のスペ
クトル吸収端が520〜550nmの範囲にあれば、所
期の目的を十分に達成することができる。
By the way, in order to achieve the object of the present invention, it goes without saying that more favorable results are obtained as the spectral absorption edge of the silicon carbide film shifts to the shorter wavelength side with the longest limit being 550 nm. That is, it is preferable to make the spectrum absorption edge as short as possible in the range of 550 nm or less. However, there is a limit (about 520 nm) depending on the film formation conditions (mainly, the purity of raw materials, equipment conditions, and the like) for shortening the spectral absorption edge. If the edge is in the range of 520 to 550 nm, the intended purpose can be sufficiently achieved.

【0015】炭化珪素膜の形成はCVD法によるが、そ
の具体的手法の一例を挙げると次の通りである。
The silicon carbide film is formed by the CVD method. An example of the specific method is as follows.

【0016】すなわち、まず、基体を適宜のCVD炉内
に配置した上、CVD炉の排気口から真空ポンプにより
排気を行い、CVD炉内を減圧雰囲気に保持させる。
That is, first, the substrate is placed in an appropriate CVD furnace, and the inside of the CVD furnace is kept in a reduced pressure atmosphere by evacuating from the exhaust port of the CVD furnace by a vacuum pump.

【0017】そして、かかる減圧雰囲気に保持させた状
態で、基体を所定温度に加熱,保持させた上で、所定の
反応ガスをCVD炉内に連続供給させる。このとき、排
気は停止させることなく継続的に行い、CVD炉内を所
定の減圧雰囲気に保持させておく。通常、200Tor
r以下に保持させておくのが好ましい。但し、真空ポン
プ能力等を考慮した経済的理由から、0.1〜200T
orrとしておくのが好ましい。また、基体は、140
0〜1500℃に加熱,保持させておくことが好まし
い。また、反応ガスとしては、例えば、モノメチルトリ
クロルシランと所定当量比(通常、20当量比程度)の
水素との混合ガスを使用する。
Then, the substrate is heated and maintained at a predetermined temperature while being kept in the reduced-pressure atmosphere, and then a predetermined reaction gas is continuously supplied into the CVD furnace. At this time, the exhaust is continuously performed without stopping, and the inside of the CVD furnace is kept at a predetermined reduced pressure atmosphere. Normally 200 Torr
It is preferable to keep it at r or less. However, for economic reasons considering the vacuum pump capacity, etc., 0.1 to 200 T
Preferably, it is set to orr. Also, the substrate is 140
It is preferable to heat and maintain the temperature at 0 to 1500 ° C. As the reaction gas, for example, a mixed gas of monomethyltrichlorosilane and hydrogen at a predetermined equivalent ratio (generally, about 20 equivalent ratio) is used.

【0018】反応ガスを供給すると、CH3 SiCl3
+H2 →SiC+3HClの反応により、基体表面つま
り基体の内外周面又はその一方に炭化珪素膜が形成され
る。
When a reaction gas is supplied, CH 3 SiCl 3
By the reaction of + H 2 → SiC + 3HCl, a silicon carbide film is formed on the substrate surface, that is, on the inner and outer peripheral surfaces of the substrate or on one of them.

【0019】ところで、炭化珪素膜の形成は、一般に、
CVD炉内を常圧に保持させた状態で反応ガス供給を行
う常圧CVD法によって行われる。しかし、この常圧C
VD法では、スペクトル吸収端が550nm以下となる
ような高純度の炭化珪素膜を形成することができない。
すなわち、常圧CVD法では、基体純度が低い場合には
基体中に含まれる不純物の拡散が防止できず、又は基体
純度が高い場合にもCVD炉の壁面からの汚染粒子が飛
散して、これらの汚染粒子が炭化珪素膜を形成しようと
する基体表面ないしその周辺領域に滞留することにな
り、炭化珪素膜に混入するからである。また、成膜法と
しては、常圧CVD法以外にも、排気と反応ガス供給と
を一定サイクルで交互に繰り返す間欠CVD法があり、
この間欠CVD法によれば、排気時に上記汚染粒子等が
或る程度排出されることになり、炭化珪素膜の純度向上
が期待される。しかし、排気工程において汚染粒子等が
完全に排出される訳ではなく、反応ガスの供給工程開始
時において残存する虞れがあり、常圧CVD法と同様
に、スペクトル吸収端が550nm以下となる炭化珪素
膜を形成することは到底できない。このように、従来採
用されている何れのCVD法によっても、基体表面ない
しその周辺領域に不純物が滞留して排除されないため
に、蒸着条件を如何に工夫しようとも、炭化珪素膜に多
量のFe等やSiCの当量比から外れた過剰なSiとい
った不純物が含まれることになり、スペクトル吸収端が
550nm以下となる高純度の炭化珪素膜を形成するこ
とができない。
Incidentally, the formation of the silicon carbide film is generally performed by
This is performed by a normal pressure CVD method in which a reaction gas is supplied while keeping the inside of the CVD furnace at normal pressure. However, this normal pressure C
The VD method cannot form a high-purity silicon carbide film having a spectral absorption edge of 550 nm or less.
That is, in the normal pressure CVD method, when the purity of the substrate is low, diffusion of impurities contained in the substrate cannot be prevented, or when the purity of the substrate is high, contaminant particles are scattered from the wall of the CVD furnace. Is contaminated on the surface of the substrate on which the silicon carbide film is to be formed or a peripheral region thereof, and is mixed into the silicon carbide film. As a film forming method, there is an intermittent CVD method in which exhaust and supply of a reactive gas are alternately repeated in a constant cycle, in addition to the normal pressure CVD method.
According to this intermittent CVD method, the above-mentioned contaminant particles and the like are exhausted to some extent during exhaustion, and it is expected that the purity of the silicon carbide film is improved. However, contaminant particles and the like are not completely exhausted in the exhaust process, but may remain at the beginning of the supply process of the reaction gas. It is impossible to form a silicon film. As described above, in any of the conventionally adopted CVD methods, impurities remain on the surface of the substrate or the peripheral region and are not removed. Therefore, a high-purity silicon carbide film having a spectral absorption edge of 550 nm or less cannot be formed.

【0020】しかし、上記した如く、CVD炉内を減圧
雰囲気に保持し、反応ガスの供給中においても排気を継
続して行うと、炭化珪素膜を形成しようとする基体表面
ないしその周辺領域に排気口方向への排気流が生じて、
不純物の表面への移行(マイグレーション)と相俟っ
て、基体表面ないしその周辺領域がクリーンに保持され
ることになる。すなわち、CVD炉の壁面に付着してい
る汚染粒子や反応ガス残渣等の不純物は、排気流によっ
て速やかにCVD炉外へと排出され、CVD炉内をクリ
ーンに保持する。その結果、基体表面には、スペクトル
吸収端が550nm以下となる高純度の炭化珪素膜が良
好に形成されるのである。なお、反応ガスの供給は、連
続的ではなく間欠的に行ってもよいが、排気は反応ガス
の供給,停止に拘わらず、継続して行うことが必要であ
る。
However, as described above, if the inside of the CVD furnace is maintained in a reduced pressure atmosphere and the exhaust is continuously performed even during the supply of the reaction gas, the exhaust is performed on the surface of the substrate on which the silicon carbide film is to be formed or a peripheral region thereof. The exhaust flow in the mouth direction occurs,
Together with the migration of the impurities to the surface, the surface of the substrate or its peripheral region is kept clean. That is, impurities such as contaminant particles and reaction gas residues adhering to the wall surface of the CVD furnace are quickly discharged to the outside of the CVD furnace by the exhaust gas, and the inside of the CVD furnace is kept clean. As a result, a high-purity silicon carbide film having a spectral absorption edge of 550 nm or less is favorably formed on the substrate surface. The supply of the reaction gas may be performed intermittently instead of continuously, but the exhaust must be continuously performed regardless of the supply and stop of the reaction gas.

【0021】ところで、炭化珪素膜の膜厚は、基体との
接着強度等が十分であることを条件として、当該構成材
により製作されるレーザ反射鏡等の光学要素の使用条件
等に応じて適宜に設定できるが、一般には、50〜15
0μmとしておくのが好ましい。膜厚が50μm未満で
ある場合には、膜厚のバラツキ(±20μm)を考慮に
入れると、貫通孔による欠陥が危惧されるし、逆に膜厚
が150μmを超えると、結晶の粗大化によって表面の
滑らかさを欠くと共に成膜に時間を要してコスト高とな
るからである。勿論、レーザ反射鏡等のように表面研磨
する必要がある場合には、その研磨代も考慮しておく必
要がある。さらに、研磨容易性等を考慮して、炭化珪素
膜の結晶面をミラー指数表示における(111)面等の
一定面(特に(220)面が好ましい)に強配向させて
おくこと、つまり当該一定面の他の結晶面に対するX線
回折強度比がそのピーク強度において一定以上(99以
上)となるようにしておくことが好ましい。
By the way, the thickness of the silicon carbide film is appropriately determined according to the conditions of use of the optical element such as a laser reflecting mirror made of the constituent material, provided that the adhesive strength to the substrate or the like is sufficient. Can be set to 50 to 15
Preferably, it is set to 0 μm. When the film thickness is less than 50 μm, there is a concern that defects due to through holes may be considered in consideration of the film thickness variation (± 20 μm). Conversely, when the film thickness exceeds 150 μm, the crystal becomes coarse and the surface becomes coarse. This is because the film lacks smoothness and requires time for film formation, resulting in high cost. Of course, when the surface needs to be polished like a laser reflecting mirror, it is necessary to consider the polishing allowance. Further, in consideration of easiness of polishing and the like, the crystal plane of the silicon carbide film is strongly oriented to a certain plane such as the (111) plane in Miller index display (especially the (220) plane is preferable). It is preferable that the ratio of the X-ray diffraction intensity of the plane to the other crystal plane be equal to or more than a certain value (99 or more) at the peak intensity.

【0022】[0022]

【実施例】高純度炭化珪素粉末(粒径:1μm未満)を
結合剤を使用することなく成形,焼成して、直径100
mm,厚さ10mm,密度95%の炭化珪素焼結体たる
基体を製作した。そして、基体をCVD炉内に配置し
て、1500℃に加熱,保持した状態で、CVD炉内に
モノメチルトリクロルシランと20当量比の水素とを連
続的に供給させた。この間においては、CVD炉の排気
口に接続した真空ポンプにより排気を継続して行い、炉
内を50Torrの減圧雰囲気に保持させた。而して、
膜厚:120μm,スペクトル吸収端:520nm,吸
光度:0.246/600nmの炭化珪素膜(β−Si
C(3C))が形成されたレーザ反射鏡構成材(以下
「実施例材」という)を得た。この炭化珪素膜にあって
は、化学当量比から外れた余剰Siは殆ど存在せず、膜
中に含まれる重金属元素も極く微量(Fe:30pp
b,Cu:50ppb以下,Cr:40ppb以下)で
あった。また、炭化珪素膜の結晶面は(220)面に強
配向されており、(220)面の他の結晶面((11
1)面等)に対するX線回折強度比はそのピーク強度に
おいて1000以上であった。
EXAMPLE A high-purity silicon carbide powder (particle diameter: less than 1 μm) was molded and fired without using a binder to obtain a diameter of 100 μm.
A substrate as a silicon carbide sintered body having a thickness of 10 mm, a thickness of 10 mm, and a density of 95% was manufactured. Then, while the substrate was placed in a CVD furnace and heated and maintained at 1500 ° C., monomethyltrichlorosilane and hydrogen at a 20 equivalent ratio were continuously supplied into the CVD furnace. During this time, the evacuation was continued by a vacuum pump connected to the exhaust port of the CVD furnace, and the inside of the furnace was kept at a reduced pressure atmosphere of 50 Torr. Thus,
Silicon carbide film (β-Si) having a thickness of 120 μm, a spectral absorption edge of 520 nm, and an absorbance of 0.246 / 600 nm
C (3C)) formed laser reflecting mirror constituent material (hereinafter referred to as “Example material”). In this silicon carbide film, there is almost no surplus Si deviating from the chemical equivalent ratio, and a very small amount of heavy metal elements (Fe: 30 pp) contained in the film.
b, Cu: 50 ppb or less, Cr: 40 ppb or less). The crystal plane of the silicon carbide film is strongly oriented to the (220) plane, and the other crystal plane ((11)
The peak intensity of the X-ray diffraction intensity ratio with respect to 1) plane) was 1000 or more.

【0023】また、比較例として、実施例材におけると
同一の基体を製作し、常法(常圧CVD法)により炭化
珪素膜を形成したレーザ反射鏡構成材(以下「比較例
材」という)を得た。炭化珪素膜の形成に使用したCV
D炉及び反応ガス並びに基体の加熱温度は、実施例材に
おけると同一である。比較例材における炭化珪素膜の膜
厚は250μmであるが、スペクトル吸収端は620n
mであった。
As a comparative example, a laser reflecting mirror component (hereinafter referred to as "comparative example material") in which the same substrate as in the example material was manufactured and a silicon carbide film was formed by a normal method (normal pressure CVD method). I got CV used for forming silicon carbide film
The heating temperature of the furnace D, the reaction gas, and the substrate was the same as in the example materials. The thickness of the silicon carbide film in the comparative example material was 250 μm, but the spectral absorption edge was 620 n.
m.

【0024】而して、実施例材と比較例材とを、その膜
表面をRMS10Å以下に研磨してレーザ反射鏡を得
た。そして、各レーザ反射鏡に、共振器内強度が2MW
であり且つ1パルスが5nsであるアルゴンエキシマレ
ーザを照射(1パルス)して、照射箇所における白濁な
いし珪素析出の有無を調査した。その結果、比較例材で
構成されたレーザ反射鏡については、膜表面及び研磨傷
において顕著な白濁ないし珪素析出の存在が認められた
が、実施例材で構成されたレーザ反射鏡については、白
濁ないし珪素析出は全く存在しなかった。爾後、上記ア
ルゴンエキシマレーザの照射を10回に亘って繰り返し
たところ、比較例材のものでは破損したが、実施例材の
ものでは何らの変化も認められなかった。
The surface of the film of the example material and the material of the comparative example were polished to an RMS of 10 ° or less to obtain a laser reflecting mirror. Then, each laser reflector has an in-cavity intensity of 2 MW.
Then, an argon excimer laser having a pulse width of 5 ns was irradiated (one pulse), and the presence or absence of white turbidity or silicon deposition at the irradiated portion was examined. As a result, with respect to the laser reflecting mirror composed of the comparative example material, remarkable white turbidity or silicon precipitation was observed on the film surface and the polishing scratch, but the laser reflecting mirror composed of the example material was opaque. No silicon deposition was present. Thereafter, the irradiation with the argon excimer laser was repeated 10 times. As a result, the material of the comparative example was broken, but no change was observed in the material of the example.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明の高エネルギビーム用光学要素構成材は、9
3%以上の高密度基体にスペクトル吸収端550nm以
下の高純度膜を被覆形成させたものであるから、高エネ
ルギビーム用光学要素の構成材として必要とされる静的
強度,熱的強度を十分に確保できると共に、高エネルギ
が膜表面に供給されたときにも、その供給箇所に研磨
傷,回折格子溝等の微細な凹部が存在していると否とに
拘わらず、珪素の析出を可及的に防止できるものであ
る。したがって、本発明の光学要素構成材によれば、S
OR光,レーザ光等の高エネルギビームの照射等によっ
ても破損したり反射率が低下したりする等の不都合を全
く生じない、極めて耐久性,光学性能に優れたレーザ反
射鏡等の高エネルギビーム用光学要素を提供することが
できる。
As can be easily understood from the above description , the optical element constituting material for a high energy beam of the present invention has 9 components.
Since a high-purity film having a spectral absorption edge of 550 nm or less is coated on a high-density substrate of 3% or more, high-energy
The static strength and thermal strength required as components of the optical element for lugi beam can be sufficiently secured, and even when high energy is supplied to the film surface, polishing scratches, diffraction grating grooves, etc. Irrespective of the presence or absence of the fine recess, the precipitation of silicon can be prevented as much as possible. Therefore, according to the optical element constituent material of the present invention, S
OR light, no any inconvenience such damaged or reflectance by irradiation or the like of a high energy beam such as a laser beam is lowered, an extremely durable, high energy beam of laser reflectors and the like having excellent optical performance it can provide use optical elements.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G02B 5/08 G02B 5/08 A G21K 1/06 G21K 1/06 C (56)参考文献 特開 平6−281795(JP,A) 特開 平5−339080(JP,A) 特開 平6−239609(JP,A) 特開 平5−246764(JP,A) 特開 平4−358068(JP,A) 特開 平5−87991(JP,A) 特開 昭59−99401(JP,A) 特開 平6−345568(JP,A) 特開 平3−126671(JP,A) 特開 平4−6157(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 1/10 - 1/12 G02B 5/00 - 5/136 C04B 41/80 - 41/91 C04B 35/56 - 35/58 C23C 16/00 - 16/56 G21K 1/00 - 1/16Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G02B 5/08 G02B 5/08 A G21K 1/06 G21K 1/06 C (56) References JP-A-6-281795 (JP, A) JP-A-5-339080 (JP, A) JP-A-6-239609 (JP, A) JP-A-5-246764 (JP, A) JP-A-4-358068 (JP, A) JP-A-5-87991 ( JP, A) JP-A-59-99401 (JP, A) JP-A-6-345568 (JP, A) JP-A-3-126667 (JP, A) JP-A-4-6157 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 1/10-1/12 G02B 5/00-5/136 C04B 41/80-41/91 C04B 35/56-35/58 C23C 16/00 -16/56 G21K 1/00-1/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炭化珪素又はカーボンで構成される基体
の表面に炭化珪素膜を化学蒸着により被覆形成してなる
複合材であって、基体が93%以上の高密度体であり、
炭化珪素膜がスペクトル吸収端550nm以下のもので
あることを特徴とする高エネルギビーム用光学要素構成
材。
1. A composite material in which a silicon carbide film is coated and formed on a surface of a substrate made of silicon carbide or carbon by chemical vapor deposition, wherein the substrate is a high-density body of 93% or more,
An optical element constituent material for a high energy beam, wherein the silicon carbide film has a spectral absorption edge of 550 nm or less.
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