JPH08201597A - Production method for silicon spectroscope - Google Patents

Production method for silicon spectroscope

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JPH08201597A
JPH08201597A JP2891895A JP2891895A JPH08201597A JP H08201597 A JPH08201597 A JP H08201597A JP 2891895 A JP2891895 A JP 2891895A JP 2891895 A JP2891895 A JP 2891895A JP H08201597 A JPH08201597 A JP H08201597A
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JP
Japan
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silicon
crystal
silicon crystal
bonding
crystals
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JP2891895A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Kimura
英和 木村
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PURPOSE: To prevent the introduction of distortion in silicon crystal for diffraction by contacting in low temperature and obtain a junction with high mechanical strength and high reliability. CONSTITUTION: On a base silicon crystal 11, silicon crystal 13 for diffraction provided in advance with cooling grooves 13a is overlaid putting a gold foil in between. Then, a load is given to both silicon crystals and heat is added to make the gold eutectic alloy and contact.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、放射光X線の分光に用
いられるシリコン分光器の製造方法に関し、特に、分光
器用のシリコン結晶とシリコンベースとの接合方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silicon spectrometer used for spectroscopy of synchrotron radiation X-rays, and more particularly to a method for joining a silicon crystal for a spectrometer and a silicon base.

【0002】[0002]

【従来の技術】放射光を利用した分光法に用いられてい
る分光器の多くは、白色光を結晶に入射しそれからの回
折光を取り出すことで単色化を行っている。実用化され
ている結晶には幾つかの種類があるが、欠陥の少ない大
面積(100mm角〜200mm角程度)の結晶を容易
に入手することができることにより、シリコン単結晶が
最も広く利用されている。
2. Description of the Related Art Most of the spectroscopes used for the spectroscopic method utilizing synchrotron radiation perform whitening by injecting white light into a crystal and extracting diffracted light therefrom. Although there are several types of crystals that have been put to practical use, a silicon single crystal is most widely used because a crystal with a large area (100 mm square to 200 mm square) with few defects can be easily obtained. There is.

【0003】図4は、シリコン単結晶をX線分光素子と
して用いたシリコン分光器の概念図である。X線源41
より放射されたX線白色光は、回折用シリコン結晶42
により回折されて単色化される。続いて回折用シリコン
結晶43により再び回折されてより精度よく単色化され
る。図4に示したものは、2個の分光素子により分光器
を構成した例であるが、1個の分光素子のみにより分光
器を構成する場合も、またより多くの素子により分光器
を構成する場合もある。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a silicon spectroscope using a silicon single crystal as an X-ray spectroscopic element. X-ray source 41
X-ray white light emitted from the silicon crystal 42 for diffraction
Is diffracted by and converted into a single color. Then, it is diffracted again by the diffractive silicon crystal 43 to be converted into a single color with higher accuracy. FIG. 4 shows an example in which a spectroscope is composed of two spectroscopic elements. However, when the spectroscope is composed of only one spectroscopic element, the spectroscope is composed of more elements. In some cases.

【0004】このように、分光器は高輝度・高強度のX
線白色光が直接照射される光学機器であり、十分なそし
て均等な冷却が行われない場合には、照射による熱的な
結晶歪みが生じ結果として得られる単色光が量的・質的
に著しく劣化する。したがって、結晶の冷却性能が分光
器そのものの性能の優劣を決める大きな要因となってい
る。
As described above, the spectroscope has a high brightness and high intensity X-ray.
This is an optical device that directly irradiates linear white light, and if sufficient and uniform cooling is not performed, thermal crystal distortion due to irradiation will occur and the resulting monochromatic light will be significantly quantitatively and qualitatively. to degrade. Therefore, the cooling performance of the crystal is a major factor in determining the superiority or inferiority of the performance of the spectrometer itself.

【0005】図5は、従来から採用されてきた冷却方式
を示す断面図である(以下、これを第1の従来例とい
う)。この方式では、回折結晶として用いられる回折用
シリコン結晶53には冷却溝53aが形成されている。
この回折用シリコン結晶53は、クランプ55により金
属ベース51に固着される。金属ベース51には冷却用
開口51aが開設されている。金属ベース51上には、
冷却水をシリコン結晶の表面付近に導くためにスペーサ
52が取り付けられている。金属ベース51と回折用シ
リコン結晶53との間にはシーリングのためにOリング
54が装着されている。冷却用開口51aを介して冷却
溝53a内に冷却水が流し込まれ、これによりシリコン
結晶が直接的に効率良く冷却される。
FIG. 5 is a sectional view showing a cooling method which has been conventionally adopted (hereinafter, this is referred to as a first conventional example). In this method, a cooling groove 53a is formed in a diffractive silicon crystal 53 used as a diffractive crystal.
The diffractive silicon crystal 53 is fixed to the metal base 51 by the clamp 55. The metal base 51 is provided with a cooling opening 51a. On the metal base 51,
Spacers 52 are attached to guide the cooling water to the vicinity of the surface of the silicon crystal. An O-ring 54 is mounted between the metal base 51 and the diffractive silicon crystal 53 for sealing. Cooling water is flown into the cooling groove 53a through the cooling opening 51a, whereby the silicon crystal is directly and efficiently cooled.

【0006】この第1の従来例では、シリコン結晶53
の回折に寄与する面全体の溝加工後の残り厚が一定とな
るように加工することが困難である。また、冷却水の流
路の形状が複雑であるため、冷却水の流れに乱れが発生
しやすい。そのため、シリコン結晶に冷却むらが生じや
すく、高品質の単色光を得ることが困難である。
In the first conventional example, the silicon crystal 53 is used.
It is difficult to process so that the remaining thickness of the entire surface that contributes to the diffraction is constant after the groove processing. Further, since the shape of the flow path of the cooling water is complicated, turbulence easily occurs in the flow of the cooling water. Therefore, uneven cooling is likely to occur in the silicon crystal, and it is difficult to obtain high-quality monochromatic light.

【0007】この第1の従来例の欠点を解決するものと
して、図6に示す、2シリコン結晶一体型分光器が実用
化されている(以下、これを第2の従来例という)。こ
れは、ベースシリコン基板61上に、冷却溝63aの開
設されたシリコン結晶63を接着材62を介して接着
し、冷却溝63aに冷却水を流通させるものである。図
示した例では、接着材62により、シリコン結晶同士を
接着しているが、この方法に代え、静電接合法により接
着が行われる場合がある。静電接合法とは、2枚のシリ
コン結晶を重ね、高温で(例えば、1200℃)圧力を
印加して両結晶を接着する方式である。
In order to solve the drawbacks of the first conventional example, a two-silicon crystal integrated spectroscope shown in FIG. 6 has been put into practical use (hereinafter referred to as the second conventional example). This is for adhering a silicon crystal 63 having a cooling groove 63a opened on a base silicon substrate 61 via an adhesive material 62, and allowing cooling water to flow through the cooling groove 63a. In the illustrated example, the silicon crystals are adhered to each other by the adhesive material 62. However, instead of this method, the adhesion may be performed by an electrostatic bonding method. The electrostatic bonding method is a method of stacking two silicon crystals and applying a pressure at a high temperature (for example, 1200 ° C.) to bond the two crystals.

【0008】この第2の従来例では、冷却溝は構造が単
純で、半導体産業で広く採用されているダイシング装置
を用いて高精度に溝加工を行うことが可能であるため、
溝加工後の残り厚を面内で均一にすることができる。ま
た、構造的に冷却水の流れに乱れが生じにくいので、シ
リコン結晶に対する均等な冷却が可能である。
In this second conventional example, since the cooling groove has a simple structure, it is possible to perform the groove processing with high accuracy by using a dicing device widely adopted in the semiconductor industry.
The remaining thickness after grooving can be made uniform within the surface. Further, since the flow of the cooling water is structurally less likely to be disturbed, the silicon crystal can be uniformly cooled.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した第2の従来例
では、均等で高い冷却効果を得ることができるものの、
接着材の耐熱強度、耐放射線性が十分ではなく、耐久性
が問題となる。特に、今後利用が見込まれるより高輝度
化された放射光に対しては採用することができない。ま
た、静電接合法によりシリコン結晶を接合する場合に
は、1000℃以上の高温での処理が必要となるため、
シリコン結晶中に歪みが導入されてしまい、高い品質の
分光を行うことができなくなってしまう。また、この方
法による接合は高い面精度が要求されるという難点があ
るほか、接着強度が十分ではなく、冷却水の供給に支障
を来すことがある。
In the above-mentioned second conventional example, although a uniform and high cooling effect can be obtained,
The heat resistance and radiation resistance of the adhesive are not sufficient, and durability becomes a problem. In particular, it cannot be used for radiated light with higher brightness than expected for future use. Further, when a silicon crystal is bonded by the electrostatic bonding method, a treatment at a high temperature of 1000 ° C. or higher is required,
Strain is introduced into the silicon crystal, making it impossible to perform high-quality spectroscopy. Further, the joining by this method has a drawback that high surface accuracy is required, and the adhesive strength is not sufficient, which may hinder the supply of cooling water.

【0010】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、冷却効果が大きく、結晶
歪みがなく、信頼性の高い分光器を製造しうるようにす
ることである。また、今後見込まれる一層の高輝度化に
も十分に対処しうる分光器を提供しうるようにすること
である。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to make it possible to manufacture a highly reliable spectrometer having a large cooling effect, no crystal distortion. is there. Another object is to provide a spectroscope capable of sufficiently coping with higher brightness expected in the future.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ベースとなる第1のシリコン結晶
と、冷媒の通過経路となる構造が形成された第2のシリ
コン結晶とを、低温でシリコンと共晶合金を形成しうる
金属材料またはそのシリコンとの合金材料の金属箔また
は金属層を介して、第2のシリコン結晶の冷媒の通過経
路となる構造が形成されている側が第1のシリコン結晶
側となるように重ね、加熱して前記金属箔または金属層
をシリコンと共晶化して両シリコン結晶を接合すること
を特徴とするシリコン分光器の製造方法、が提供され
る。そして、好ましくは、接合時には両シリコン結晶間
には所定の圧力が印加される。
To achieve the above object, according to the present invention, a first silicon crystal serving as a base and a second silicon crystal having a structure serving as a passage for a coolant are formed. The side on which the structure serving as the passage of the second silicon crystal refrigerant is formed through the metal foil or the metal layer of the metal material capable of forming a eutectic alloy with silicon at low temperature or the alloy material with silicon. A method for manufacturing a silicon spectroscope is provided, in which the silicon foil is laminated on the first silicon crystal side and heated to eutecticize the metal foil or the metal layer to bond the two silicon crystals. . Then, preferably, a predetermined pressure is applied between both silicon crystals at the time of bonding.

【0012】[0012]

【作用】本発明によれば、2つのシリコン結晶が例えば
金箔(または金層)を介して積層される。この状態で、
例えば、500℃に加熱されると、シリコンと金との間
に相互拡散生じ、金が共晶合金化するため低温での接合
が可能となる。接合が低温で行われるため、回折面を有
するシリコン結晶に歪みが導入されるされることはな
く、したがって、高品質の分光素子の形成が可能にな
る。
According to the present invention, two silicon crystals are laminated via, for example, a gold foil (or a gold layer). In this state,
For example, when heated to 500 ° C., interdiffusion occurs between silicon and gold, and gold forms a eutectic alloy, enabling low temperature bonding. Since the bonding is performed at a low temperature, no strain is introduced into the silicon crystal having the diffractive surface, and thus it is possible to form a high quality spectroscopic element.

【0013】また、例えば金−シリコンの共晶合金によ
る接合は機械的強度が高く経時的にも安定しており、ま
た耐放射線性にも優れているため、信頼性の高い分光器
を提供することが可能になる。また、接合時に両シリコ
ン結晶間に圧力を印加することで、より安定に接合が行
われるようになる。加熱温度範囲と印加圧力範囲は、分
光結晶として求められる機械的強度あるいは結晶歪み等
の条件より200〜800℃、0.01〜100kg/
cm2 の範囲に設定される。
Also, for example, a gold-silicon eutectic alloy has a high mechanical strength, is stable over time, and is excellent in radiation resistance, and thus provides a highly reliable spectrometer. It will be possible. Further, by applying a pressure between both silicon crystals at the time of bonding, the bonding can be performed more stably. The heating temperature range and the applied pressure range are 200 to 800 ° C. and 0.01 to 100 kg /, depending on the conditions such as mechanical strength or crystal strain required for the dispersive crystal.
It is set in the range of cm 2 .

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の第1の実施例を説明する
ための斜視図である。同図に示されるように、ベースシ
リコン結晶11上に、金(Au)箔12を介して、冷却
溝13aが予め開設された回折用シリコン結晶13を重
ねる。そして、両シリコン結晶間に1kg/cm2 の荷
重を加えつつ500℃に加熱して接合を行った。接合後
の回折用シリコン結晶には歪みは導入されておらず、良
好な分光特性が示された。また、接合の機械的強度は強
固であった。なお、接合後には金箔は完全に合金化する
ため箔が残留することもなく、残留箔が冷却水の流れを
防げることはない。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view for explaining the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, a silicon crystal for diffraction 13 in which a cooling groove 13 a is preliminarily opened is stacked on a base silicon crystal 11 via a gold (Au) foil 12. Then, a load of 1 kg / cm 2 was applied between both silicon crystals, and heating was performed at 500 ° C. to perform bonding. No strain was introduced into the diffractive silicon crystal after bonding, and good spectral characteristics were shown. The mechanical strength of the joint was strong. Since the gold foil is completely alloyed after the joining, the foil does not remain, and the residual foil does not prevent the flow of cooling water.

【0015】図2は、本発明の第2の実施例を説明する
ための斜視図である。同図に示されるように、ベースシ
リコン結晶21上に、金にシリコンがドープされた金・
シリコン箔22を介して、冷却溝23aが予め開設され
た回折用シリコン結晶23を重ねる。そして、両シリコ
ン結晶間に0.5kg/cm2 の荷重を加えつつ400
℃に加熱して接合を行った。接合後の回折用シリコン結
晶には歪みは導入されておらず、良好な分光特性を示す
ことがわかった。また、接合の機械的強度は強固であっ
た。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, on the base silicon crystal 21, gold
Through the silicon foil 22, the diffractive silicon crystal 23 in which the cooling groove 23a is opened in advance is stacked. Then, while applying a load of 0.5 kg / cm 2 between both silicon crystals, 400
Bonding was performed by heating to ℃. It was found that no distortion was introduced into the diffractive silicon crystal after bonding, and that it had good spectral characteristics. The mechanical strength of the joint was strong.

【0016】図3は、本発明の第3の実施例を説明する
ための側面図である。回折用シリコン結晶33には、蒸
着により金層32が形成される。金層の形成後、ダイサ
ーにより冷却用溝33aを開設する。その後、図3に示
されるように、ベースシリコン結晶31上に、冷却溝3
3aを下にして回折用シリコン結晶33を重ねる。そし
て、両シリコン結晶間に0.5kg/cm2 の荷重を加
えつつ500℃に加熱して接合を行った。接合後の回折
用シリコン結晶には歪みは導入されておらず、良好な分
光特性を示すことがわかった。また、接合の機械的強度
は強固であった。なお、金層をベースシリコン結晶31
側に形成するようにしてもよい。
FIG. 3 is a side view for explaining the third embodiment of the present invention. The gold layer 32 is formed on the diffractive silicon crystal 33 by vapor deposition. After forming the gold layer, the dicing machine opens the cooling groove 33a. Then, as shown in FIG. 3, the cooling groove 3 is formed on the base silicon crystal 31.
A diffraction silicon crystal 33 is overlaid with 3a facing down. Then, while applying a load of 0.5 kg / cm 2 between both silicon crystals, they were heated to 500 ° C. and joined. It was found that no distortion was introduced into the diffractive silicon crystal after bonding, and that it had good spectral characteristics. The mechanical strength of the joint was strong. The gold layer is used as the base silicon crystal 31.
It may be formed on the side.

【0017】以上本発明の好ましい実施例について説明
したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された範囲内において各種の
変更が可能である。例えば、シリコンと低温で共晶合金
を形成する材料として、金に代え、銀(Ag)、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)また
はそのシリコンとの合金を用いることができる。また、
接合時の加熱による熱的結晶歪みを抑えるため、共晶化
を低温でおこさせる目的でシリコン結晶表面の酸化膜等
の化合物は予め除去しておくことが望ましい。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, instead of gold, silver (Ag), copper (C
u), aluminum (Al), palladium (Pd) or its alloy with silicon can be used. Also,
In order to suppress thermal crystal distortion due to heating at the time of bonding, it is desirable to previously remove a compound such as an oxide film on the silicon crystal surface for the purpose of causing eutecticization at a low temperature.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
十分な機械的強度を有する接合が可能であるため分光結
晶中に直接冷媒を流すことが可能になる。したがって、
熱的負荷の大きい結晶を均一的、かつ効率的に冷却する
ことが可能となる。また、低温において接合が行われる
ため、結晶歪みを抑えることができ、良好な分光特性の
素子を形成することができるようになる。
As described above, according to the present invention,
Since it is possible to perform bonding with sufficient mechanical strength, it becomes possible to flow the refrigerant directly into the dispersive crystal. Therefore,
It becomes possible to uniformly and efficiently cool a crystal having a large thermal load. Further, since the bonding is performed at a low temperature, crystal strain can be suppressed, and an element having good spectral characteristics can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための斜視
図。
FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を説明するための斜視
図。
FIG. 2 is a perspective view for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を説明するための側面
図。
FIG. 3 is a side view for explaining a third embodiment of the present invention.

【図4】2個の回折用シリコン結晶により構成されたシ
リコン分光器の概念図。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a silicon spectroscope composed of two diffracting silicon crystals.

【図5】第1の従来例を説明するための断面図。FIG. 5 is a sectional view for explaining a first conventional example.

【図6】第2の実施例を説明するための斜視図。FIG. 6 is a perspective view for explaining a second embodiment.

【符号の説明】 11、21、31、61 ベースシリコン結晶 12 金箔 13、23、33、42、43、53、63 回折用シ
リコン結晶 13a、23a、33a、53a、63a 冷却溝 22 金・シリコン箔 32 金層 41 X線源 51 金属ベース 51a 冷却用開口 52 スペーサ 54 Oリング 55 クランプ 62 接着材
[Explanation of reference numerals] 11, 21, 31, 61 Base silicon crystal 12 Gold foil 13, 23, 33, 42, 43, 53, 63 Diffraction silicon crystal 13a, 23a, 33a, 53a, 63a Cooling groove 22 Gold / silicon foil 32 Gold layer 41 X-ray source 51 Metal base 51a Cooling opening 52 Spacer 54 O-ring 55 Clamp 62 Adhesive

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ベースとなる第1のシリコン結晶に、冷
媒の通過経路となる構造が形成された第2のシリコン結
晶を、低温でシリコンと共晶合金を形成しうる金属材料
またはそのシリコンとの合金の金属箔または金属層を介
して、第2のシリコン結晶の冷媒の通過経路となる構造
が形成されている側が第1のシリコン結晶側となるよう
に重ね、加熱して前記金属箔または金属層をシリコンと
共晶化して両シリコン結晶を接合することを特徴とする
シリコン分光器の製造方法。
1. A second silicon crystal, in which a structure serving as a passage for a coolant is formed on a first silicon crystal serving as a base, and a metal material capable of forming a eutectic alloy with silicon at a low temperature or its silicon. Through the metal foil or metal layer of the alloy of 1) so that the side on which the structure serving as the coolant passage of the second silicon crystal is formed is the first silicon crystal side, and the metal foil or the metal foil is heated. A method for manufacturing a silicon spectrometer, comprising eutecticizing a metal layer with silicon to bond both silicon crystals.
【請求項2】 接合の際に、両シリコン結晶間に圧力を
印加することを特徴とする請求項1記載のシリコン分光
器の製造方法。
2. The method for manufacturing a silicon spectroscope according to claim 1, wherein a pressure is applied between both silicon crystals at the time of bonding.
【請求項3】 接合に先だって両シリコン結晶の接合面
の酸化膜を除去することを特徴とする請求項1記載のシ
リコン分光器の製造方法。
3. The method of manufacturing a silicon spectroscope according to claim 1, wherein the oxide film on the bonding surface of both silicon crystals is removed prior to the bonding.
【請求項4】 前記金属材料が、金、銀、銅、アルミニ
ウム、パラジウムの中から選択された材料であることを
特徴とする請求項1記載のシリコン分光器の製造方法。
4. The method for manufacturing a silicon spectroscope according to claim 1, wherein the metal material is a material selected from gold, silver, copper, aluminum, and palladium.
JP2891895A 1995-01-26 1995-01-26 Production method for silicon spectroscope Pending JPH08201597A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017218360A (en) * 2016-06-10 2017-12-14 日本新工芯技株式会社 Production method of regenerated silicon member

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JP2017218360A (en) * 2016-06-10 2017-12-14 日本新工芯技株式会社 Production method of regenerated silicon member

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