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数値制御ローカルウェットエッチングにおける加工精度の向上に関する研究―第II報―ラマン分光法によるフッ化水素酸濃度測定の高精度化

机译：拉曼光谱法测定数控局部湿法蚀刻 - 液压溶解度测量的高精度加工精度的提高研究

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非球面レンズ，電子基板製造に用いられるフォトマスク，中性子集光用楕円面ミラー基板等の高精度光学素子には高い形状精度が求められ，これらをナノメートルレベルで形状創成する手法として，数値制御ローカルウェットエッチング法（Numerically Controlled Local Wet Etching :NC-LWE）の適用が検討されている．本手法における形状創成の原理は，加工材料に応じたエッチャントを用いるウェットエッチングである．2重のパイプ構造を有する加工ノズルにより，エッチャントの供給と吸引を同時に行うことでエッチング領域を局所化し，このノズルの加工物上での滞在時間を数値制御することにより形状創成を行う．機械加工においては必然的な塑性変形や脆性破壊を伴わない化学的な加工法であるため，加工変質層を生じない．また，非接触加工であるため振動や熱変形などの外乱の影響を受けにくく，高能率かつ決定論的な形状創成が可能である．本手法はエッチャントと加工材料の化学反応を利用した加工法であるため，そのエッチングレートはエッチャントの濃度と温度に依存する．また，加工物上の各座標における加工量は，エッチングレートと加工ノズルの滞在時間の積であらわされる．よって，再現性良くナノメートルレベルの形状創成をおこなうためには，エッチングレートを支配するエッチャントの濃度と温度をinsituで測定する必要がある．エッチャントの温度については，白金測温体により測定し，熱交換器の冷却水温調ユニットにフィードバックすることで，エッチングレートの変動を抑制している．また，濃度については，濃度測定ユニットにより測定し，濃度変化に伴うエッチングレートの変化を，加工ノズルの加工物上での滞在時間分布の補正，すなわち加工ノズルの走査速度の補正にフィードバックすることにより，各点における実加工量と設定加工量の差が許容誤差以下となるように制御する．NC-LWEでは，石英ガラスの加工においてエッチャントとして共沸濃度である33.58wt%に調合されたフッ化水素酸(HF)溶液を用いている．HF溶液による石英ガラスのエッチング反応におけるドミナントイオンはフッ化物イオン((HF_2)~-)であり，溶液中のフッ化物イオンの定量測定が求められている．液温23°C，HF濃度33.58wt%の条件で加工を行ったとき，エッチングレートにおける1%の変化は，HF濃度変化に換算すると0.16wt%となり，我々はこの変化の検出を目標とする．一般にHF溶液の濃度測定には，導電率測定法やIR分光法が用いられているが，反応生成物の影響により我々が求める精度は得られない．そこで我々は，ラマン分光法を用いたHF溶液の濃度測定を目指している．
机译：高精度的光学元件，诸如非球面透镜，用于电子基板的制造和用于中子聚光椭圆面反射镜的基板的光掩模需要具有高的形状精度，数控作为一种方法在纳米级别创建这些。数值CONTROLED LOCAL WET的应用蚀刻：NC-LWE正在考虑。形状创作的在该方法的原理是根据所处理的材料使用蚀刻液的湿蚀刻。通过处理蚀刻剂供应及抽吸同时与具有双管结构的加工喷嘴，所述蚀刻区域是局部的，并且形状创建由的停留时间该喷嘴的处理器上数控进行的。由于加工是不涉及不可避免塑性变形和脆性破坏的化学处理方法中，不产生加工变化层。另外，由于它是非接触加工，所以不容易受到干扰，如振动和热变形，以及高效率和确定性形状创作是可能受到影响。由于这种方法是使用蚀刻剂的化学反应和处理材料的处理方法，所述蚀刻速率取决于蚀刻剂的密度和温度。此外，在工件上的每个坐标的处理量中的蚀刻速度和加工喷嘴中的停留时间的乘积来表示。因此，为了创建一个可再现的和高层次的形状创作，有必要测量管辖与原位的蚀刻速度蚀刻剂的密度和温度。蚀刻剂温度由铂测量体，并反馈到热交换器的冷却水温度控制单元测量被抑制为抑制蚀刻速度的波动。此外，该浓度由浓度测量单元测量，且与浓度的变化相关联的蚀刻速率的变化是用于在加工喷嘴的工件的时间的最屏时间分布校正，也就是时，处理喷嘴的扫描速度的校正。，进行控制，使得在每个点处的实际处理量，并且所设置的处理量之间的差等于或小于公差错误。在NC-LWE，氢氟酸（HF）溶液在33.58％（重量）共沸浓度用作石英玻璃的过程中蚀刻剂。在通过HF溶液的石英玻璃的蚀刻反应占主导地位的离子是氟离子（（HF_2）至 - ），和在溶液中所需的氟离子的定量测量。当的23.58％（重量）液体温度的23.58重量％的条件下进行处理，1％在蚀刻率的变化为0.16％（重量）时转化为HF浓度的变化，和我们的目标是检测这种变化。通常，HF溶液的浓度测量值用于电导率测量和IR光谱，但不能得到我们的反应产物的影响下获得的精确度。因此，我们的目标是测量的使用拉曼光谱HF溶液中的浓度。

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