Ｘ線導波路及びＸ線導波システム
【課題】 クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能なＸ線導波路を提供する。
【解決手段】 Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路。
【解決手段】 Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線導波路及びＸ線導波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、医療、非破壊検査、結晶構造解析等の分野で広く利用されている。Ｘ線のような数１０ｎｍ以下の短い波長の電磁波に対する異物質間の屈折率差は非常に小さいために、このような電磁波をコントロールするためには、大型の空間光学系が用いられている。主流であるこのような空間光学系に対し、最近、光学系の小型化、高機能化を目指し、薄膜や多層膜中に電磁波を閉じ込めて伝播させる、Ｘ線導波路の研究が行われている。非特許文献１には、Ｎｉと炭素の多層膜からなるＸ線導波路が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌｕｍｅ ６２，ｐ．１６９３９（２０００）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１は、ニッケルよりなるクラッドと、炭素よりなるコアを有するＸ線導波路について記載している。非特許文献１に記載されたＸ線導波路は、炭素とニッケルとの界面の全反射によりＸ線を閉じ込めて導波し、複数の導波路が積層されたものとして機能する。このために、クラッドに挟まれたコアの組み合わせが一組の導波路（以下、「単層導波路」と記載する）と比較して大きな光量のＸ線を導波することが可能となる。
【０００５】
しかし、このような構成のＸ線導波路は、積層された導波路構成のそれぞれ（コアとそれを挟み込むクラッドの組）が別個の単層導波路として機能する。そのために、全体として出射されるＸ線の位相が揃う、集光、発散抑制効果を持つといった、単層導波路の長所を低減してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能なＸ線導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＸ線導波路の一実施形態を表す図である。
【図２】本発明のＸ線導波路の概念図である。
【図３】有効伝搬角度θの概念図である。
【図４】本発明のＸ線導波路の製造工程の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のＸ線導波路について以下に詳しく述べる。
【００１０】
本発明に係るＸ線導波路の概念図を図１に示す。図１において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有するコア１００１は、は、コアにＸ線を閉じ込めるためのクラッド１００２，１００３に挟まれている。本発明のＸ線導波路は、コア１００１とクラッド１００３が部分的に接触しており、非接触部に平坦化層１０２０が設けられ、平坦化されたコアおよび平坦化層とクラッドとの界面をもつ。その結果、入射したＸ線が平坦化された上記クラッド界面における全反射によって効果的に閉じ込められることで、高い伝搬効率で、Ｘ線を導波することが可能となる。ここで、図１は模式図であり、コア表面の凹凸は誇張して描かれている。
【００１１】
ここでは、本実施形態に係るＸ線導波路について、（１）Ｘ線、（２）Ｘ線導波路、（３）クラッド、（４）コア、（５）平坦化層について分けて説明する。
【００１２】
（１）Ｘ線
本発明のＸ線導波路で導波するＸ線について説明する。本発明において、Ｘ線とは物質の屈折率実部が１以下となる波長帯域の電磁波を言う。具体的には、本発明におけるＸ線とは、波長が１ｐｍ以上、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ）光）を含む１００ｎｍ以下の波長の電磁波を言う。本明細書において、単に電磁波という場合、上記Ｘ線のことと同義で用いる場合がある。
【００１３】
Ｘ線のような短い波長の電磁波の周波数は非常に高く、物質の最外殻電子が応答できないため、紫外光の波長以上の波長をもつ電磁波（可視光や赤外線）の周波数帯域と異なり、Ｘ線に対しては物質の屈折率の実部が１より小さくなることが知られている。このようなＸ線に対する物質の屈折率ｎは一般的に、下記の式（１）で表されるように、実数部の１からのずれ量δ、吸収に関係する虚数部のβ’を用いて表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
δは物質の電子密度ρｅに比例するため、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。屈折率実部ｎ’は、１−δとなる。さらに、ρｅは原子密度ρａと原子番号Ｚに比例する。このようにＸ線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。たとえば、Ｘ線は、真空中を伝搬する場合に屈折率実部が最大となり、一般的環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本明細書中においては、『物質』と言った場合には、空気や真空も包含するものとする。したがって、メソ構造体やメソポーラスは、単一な材料で構成されている場合でも空気や真空からなる屈折率の異なる部分を有するので、複数の物質から構成されているものとする。
【００１６】
（２）Ｘ線導波路
本発明のＸ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させるものであり、コアが屈折率実部の異なる複数の物質を含む周期構造を有することで、後述する周期共鳴導波モードを発現するものである。このときコアとクラッド界面の粗さが大きい場合には、コアへのＸ線の閉じ込め効率が低下し、その結果Ｘ線の伝搬効率も低下する。この全反射によるＸ線の閉じ込めを効果的なものとするために、本発明のＸ線導波路の製造方法は、コアとクラッド間に平坦化層を形成して平坦化する工程が含まれていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に特徴的な平坦化層を用いた平坦化手法の説明に入る前に、周期共鳴導波モードを発現するＸ線導波路の基本的な原理の説明を行う。（２）Ｘ線導波路では、理想的に平滑であるコアとクラッドの界面を持ち、平坦化層を有さないＸ線導波路を用いて説明を行う。
【００１８】
周期共鳴導波モードを発現するＸ線導波路は、コアとクラッドとの界面における全反射により、Ｘ線を周期構造であるコアの中に閉じ込めて導波モードを形成し、Ｘ線を伝搬させる。そしてこの導波路では、コアとクラッドの界面での全反射臨界角が、コアの周期構造の周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。図２には、このＸ線導波路の概念図を示す。このＸ線導波路は、コア２００１が、クラッド２００２とクラッド２００３に挟まれた形態である。そしてこのコア２００１は、高屈折率実部をもつ物質の層２００５と低屈折率実部をもつ物質の層２００６とによりなる単位構造２００４が、積層、構成されている。本発明のＸ線導波路のコアの周期構造は一次元から三次元のいずれの周期構造を用いてもよいが、ここでは理解を容易とするために、例えば多層膜のような一次元の周期構造を用いて説明を行う。図２で、２００７はクラッドとコアの界面における全反射臨界角、２００８はブラッグ角、２００９は単位構造中の物質界面における全反射臨界角を表す。
【００１９】
図２において、クラッドとコアの界面における全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ、多層膜中の基本構造をなす各層の界面での全反射臨界角θｃ−ｍｕｌｔｉ、多層膜の周期性に起因するブラッグ角θＢの例を示してある。本明細書中ではこれらの角度は、膜の面に平行な方向を０°として表現されるものとする。図２において、矢印はＸ線の進行方向を示す。
【００２０】
クラッドとコアの界面におけるクラッド側の物質の屈折率実部をｎｃｌａｄ、コア側の物質の屈折率実部をｎｃｏｒｅとした場合の、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ（°）は、ｎｃｌａｄ＜ｎｃｏｒｅとして、下記の式（２）
【００２１】
【数２】
【００２２】
で表される。
【００２３】
コアの１次元周期構造の周期をｄ、コアである周期構造の平均屈折率実部をｎａｖｇとした場合、コア中での多重回折の有無に関わらず次の式（３）のようにおおよそのブラッグ角θＢ（°）が定義される。
【００２４】
【数３】
【００２５】
ｍは定数、λはＸ線の波長である。
【００２６】
このＸ線導波路を構成している物質の物性パラメータ、導波路の構造パラメータ、およびＸ線の波長は、次の式（４）を満たすように設計されているものとする。
【００２７】
【数４】
【００２８】
式（４）を満たすことにより、周期構造体であるコアがもつ周期性に起因するブラッグ角付近などの有効伝搬角度をもつ導波モードを、常にクラッドによりコアに閉じ込め、Ｘ線の伝搬に寄与させることができる。ここで、本明細書中において有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの伝搬方向の波数ベクトル（伝搬定数）ｋｚ、真空中の波数ベクトルｋ０を用いて下記の式（５）で表されるものとする。連続条件によりｋｚは各層の界面で一定なので、図３に示すように、有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの基本波の伝搬定数ｋｚと真空中の波数ベクトルｋ０との間で定義される角度で、導波モードの基本波が真空中で進行する角度を表している。これは近似的にコア中での導波モードの基本波の伝搬角度を表すと考えることができるため、今後の説明に用いることとする。
【００２９】
【数５】
【００３０】
ここでは、コアをなす周期構造体は、屈折率実部の異なる複数の物質の膜が周期的に積層された多層膜様のものを想定する。このとき、隣り合う膜界面においては、屈折率実部の違いによる全反射臨界角が存在する。これをθｃ−ｍｕｌｔｉ（°）とする。
【００３１】
【数６】
【００３２】
上記の式（６）を満たして、多層膜中の全反射臨界角が多層膜の周期性に起因するブラッグ角よりも小さい場合には、ブラッグ角付近以上の角度で多層膜中の界面に入射されるＸ線は全反射を起さず、部分的な反射または屈折を起こすこととなる。多層膜は複数の異なる屈折率実部の周期的に積層された膜により構成されているので、界面も積層方向に複数存在し、多層膜内部のＸ線はこれら界面において反射、屈折を繰り返すこととなる。多層膜内部でのＸ線のこのような反射、屈折の繰り返しは多重干渉を引き起こす。その結果、多層膜の周期構造に共鳴できる条件をもつＸ線、すなわち多層膜内部で存在できる伝搬モードが形成され、その結果、このＸ線導波路構造のコア中に導波モードが形成されることになる。これを周期共鳴導波モードと称する。
【００３３】
このような周期共鳴導波モードはそれぞれ有効伝搬角度をもち、最も小さな有効伝搬角度をもつ周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は多層膜のブラッグ角付近に現れることになる。周期共鳴波モードは多層膜を周期数無限の一次元フォトニック結晶として考えた場合の最低次バンドを満たす伝搬モードに相当し、この伝搬モードがクラッドとコアとの界面での全反射により閉じ込められたものとなる。
【００３４】
現実の一次元周期構造では、その周期数は有限であるため、そのフォトニックバンド構造は無限周期の一次元周期構造のフォトニックバンド構造からずれてくるが、周期数が増えるほど導波モードの特性は無限周期のフォトニックバンド上のそれに近づくことになる。ブラッグ反射は周期性によるフォトニックバンドギャップの効果により引き起こされ、そのブラッグ反射を与える角度であるブラッグ角は周期共鳴導波モードの有効伝搬角度よりやや大きい角度となる。
【００３５】
周期構造のフォトニックバンド構造において、フォトニックバンドギャップ端に、周期構造に共鳴する導波モードが存在する。Ｘ線のエネルギーが一定として導波モードの有効伝搬角度を考えた場合、これらの導波モードのうち相対的に小さい有効伝搬角度をもつ導波モードが、最低次の周期共鳴導波モードである。周期共鳴導波モードの電場強度の空間的分布プロファイルでは、電場強度の腹の数は基本的に、多層膜の周期数と一致する。高次のブラッグ角に相当する有効伝搬角度をもつ、高次の周期共鳴導波モードの腹の位置は、基本的に周期数の２以上の自然数倍となる。
【００３６】
また有限の周期数をもつ多層膜においては、上記のような周期共鳴導波モードのもつ有効伝搬角度以外の角度で伝搬する導波モードも存在し得る。これらは周期共鳴導波モードではなくコアである多層膜全体を、屈折率実部が平均化された均一媒質として考えた場合に存在する導波モードで、その特性に基本的には多層膜の周期性の影響は少ない。一方、このＸ線導波路の構成で実現される周期共鳴導波モードでは、周期構造の周期数が増えるほど、より多層膜であるコアの中心へ電場が集中し、クラッドへの染み出しも少なくなり、Ｘ線の伝搬損失が小さくなる。また、電場強度分布の包絡曲線はコアの中央に偏った形状となり、よりクラッドへのしみ出しによる損失が小さくなる。さらに、このＸ線導波路中で用いられる周期共鳴導波モードの位相は、周期性の高い方向、つまりクラッドとコアの界面に垂直かつ導波方向に垂直な方向において、そろったものとなり、空間的なコヒーレンスを有することができる。ここで、導波モードの位相がそろうということは、導波方向に垂直な面内での電磁場の位相差が０であるということだけではなく、周期構造の空間的な屈折率分布に対応して電磁場の位相差が周期的に−πと＋πの間で変化していることをも意味する。この周期共鳴導波モードは、導波方向に垂直な方向において、電場の位相が周期構造の周期と同じ周期で−πと＋πの間で変化しているものとなる。
【００３７】
（３）クラッド
本発明のＸ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコア（および平坦化層）に閉じ込めてＸ線を導波させる。Ｘ線の領域においては、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。そのためにクラッドに用いられる材料としては、電子密度の大きな金属を用いることができる。具体的には、Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｇ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｍｏの単体、またはこれらの元素を含む材料を用いることが好ましい。このような材料を用いたクラッドは、スパッタリング、蒸着等によって形成することができる。このクラッドの厚さは、コアにＸ線を十分に閉じ込められる程度に厚く、コスト、製造の観点から薄いことが求められる。クラッドの厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。クラッドは、Ｘ線導波路内で膜厚分布をもって形成することも好ましく行われる。例えば、クラッド表面からの入射を積極的に行わせる目的で、入射領域において膜を薄く形成して導入効率を向上させつつ、その他の領域では、膜を厚く形成してＸ線の閉じ込め効果を高めることが好ましく行われる。
【００３８】
（４）コア
本発明において、コアは、屈折率実部が異なる複数の物質からなる周期構造を備えている。本発明において屈折率実部が異なる複数の物質とは多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。周期構造は、一次元から三次元の周期構造であればよいが、Ｘ線の導波方向に垂直な面内での周期性を有するものとする。このような周期構造は、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィー、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ等の従来の半導体プロセスによっても作製可能である。たとえば、周期構造が一次元の場合には、この周期構造は、多層膜として構成することができる。この場合、多層膜を形成する方法としては、交互蒸着やスパッタ法などがある。
【００３９】
このようなコアを形成する屈折率実部が異なる物質は、無機物、有機物の固体材料のほかに、気体、真空でもよい。また、これらの物質を組み合わせて用いることも好ましい。無機物としては、ホウ素、ホウ素化合物、ベリリウム、炭素、窒化物、酸化物、リンを用いることができる。具体的には、Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＢＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｐを用いることが好ましい。コアを形成する材料を無機物質とすることにより、従来のスパッタ法、蒸着、結晶成長などの確立されたプロセスが利用可能であり、熱や外力に強い構造とすることができる。有機物の例としては、ポリマー、低分子化合物を用いることができる。具体的には、各種レジスト材料、ポリイミド、ビニル系高分子を用いることができる。有機物を用いるであることにより、Ｘ線の吸収による伝搬損失を小さくすることができる。気体、真空であれば、この損失をさらに低減することができ好ましい。
【００４０】
また周期構造を形成する材料として、通常の半導体プロセスとは異なる、自己組織的な形成メカニズムにより作製される材料を用いてもよい。この例として、界面活性剤等または両親媒性物質の自己集合により形成されるメソ構造体膜があげられる。本発明における周期構造体は、このメソ構造体膜が好ましく用いられる。以下にこの内容について記述する。
【００４１】
（４−１）メソ構造体膜について
多孔質材料は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によって、その孔径により分類されており、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料は、メソポーラスに分類される。近年、このメソポーラス材料についての研究が盛んに行われ、界面活性剤の集合体を鋳型とすることで、径の揃ったメソ孔が規則的に配列した構造を得ることが可能になっている。
【００４２】
本明細書中において、メソ構造体膜は、（Ａ）メソポーラス膜、（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの、（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜を含む。
【００４３】
以下に、それぞれについて詳細な説明を行う。
【００４４】
（Ａ）メソポーラス膜
メソポーラス膜は、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料からなる膜である。壁部の材料は、製造可能性、周期構造体を屈折率実部が異なる物質より構成するという観点から、酸化物を用いることができる。酸化物としては、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛を用いることが好ましい。これらの物質は、たとえば１０ｋｅＶのＸ線に対し、全て０．９９９９９７以下の屈折率実部を持ち、以降に記載する有機物（同、０．９９９９９８程度の屈折率実部を持つ）や空気（同、ほぼ１の屈折率実部を持つ）と周期構造体を構成した際に、屈折率実部が異なる物質より構成される周期構造体を形成することができる。上述の酸化物は、その骨格中に有機成分が含まれていてよい。壁部の表面は、必要に応じて修飾されていてよい。たとえば、水の吸着を抑制するために、疎水性の分子を修飾してもよい。
【００４５】
メソポーラス膜の作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で作製することができる。集合体が鋳型として機能する両親媒性物質の溶液に、無機酸化物の前駆体を加え、成膜を行い、無機酸化物の生成反応を進行させる。その後に、鋳型分子を除去することにより、多孔質材料とする。
【００４６】
この両親媒性物質は、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤分子としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を用いることができる。このイオン性界面活性剤としては、例えば、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を用いることができる。このアルキル鎖は炭素数で１０以上２２以下であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤としては、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることが好ましい。ポリエチレングリコールアルキルエーテルのこのアルキル鎖の鎖長は炭素数で１０以上２２以下が好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数は、２以上５０以下が好ましい。この疎水基、親水基を変化させることにより構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水基、親水基を大きなものとすることにより孔径を拡大することが可能である。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質を用いることができる。この疎水性物質としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物を用いることができ、具体的には、オクタンを用いることができる。
【００４７】
無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、塩化物を用いることができる。具体的には、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎのアルコキサイド、塩化物を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。
製膜法としては、ディップコート法、スピンコート法、水熱合成法を用いることができる。
鋳型分子の除去方法としては、焼成、抽出、紫外線照射、オゾン処理を用いることができる。
【００４８】
（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの
壁部の材料については、（Ａ）の項に記載したものと同様のものを使用することができる。孔を充填する物質については、有機化合物を主とするものであれば特に制限されるものではない。この「主」の意味としては、体積比で５０％以上を意味する。この有機化合物の例としては、界面活性剤や、分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料または壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料が挙げられる。この界面活性剤の例としては、（Ａ）の項で記載した界面活性剤を挙げることができる。また分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料、または、壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料の例としては、アルキル基を有するアルコキシシラン、アルキル基を有するオリゴシロキサン化合物を挙げることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下が好ましい。
【００４９】
孔の内部には、必要に応じて、または、使用する材料、工程の結果として水、有機溶媒、塩等が含まれていてよい。この有機溶媒の例としては、アルコール、エーテル、炭化水素が挙げられる。
【００５０】
メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたものの作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、（Ａ）の項に記載したメソポーラス膜の作製法の鋳型の除去以前の工程を挙げることができる。
【００５１】
（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜
本発明のメソ構造体膜には、（Ａ）、（Ｂ）に加えてラメラ構造のメソ構造体膜を含む。このラメラ構造体は、（Ｂ）に記載した壁部の材料と、同じく（Ｂ）に記載した孔を充填する物質からなるラメラ構造を有する。これらの二種類の材料（物質）は、所望の特性を得るために、必要に応じて化学結合によって結合されていても良い。この結合されているラメラ構造の化合物の例としては、トリアルコキシアルキルシランを挙げることができる。
【００５２】
（５）平坦化層
本発明のＸ線導波路は、コア（および平坦化層）とクラッドとの界面での全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させる。このときのクラッド界面での全反射の効率が向上すると、Ｘ線のコアへの閉じ込め効率が向上し、Ｘ線の伝搬効率が向上することになる。ここで、Ｘ線の全反射効率は、全反射界面の粗さに非常に敏感であり、その効率は粗さの減少とともに増大する。発明者らは、種々のＸ線導波路の構成を検討した結果、いくつかのＸ線導波路においては、コアとクラッドの界面の粗さを減少させることで、伝搬効率が向上することを確認した。
【００５３】
本発明のＸ線導波路では、界面の粗さの低減を図るために、コアとクラッドの間に「平坦化層」を導入し平坦化を図る。種々の検討を行うことにより、平坦化層としては、以下の要件を満たすものが適しているとの結論に達した。
【００５４】
第一に屈折率の観点より、平坦化層について検討する。界面の粗さを低減する目的で導入する平坦化層は、（２）で述べたようなＸ線導波路の原理からすると、Ｘ線に対してコアと同一な性質を有することが好ましい。本発明のＸ線導波路は、異なった物質の界面において、Ｘ線が引き起こす屈折、干渉といった現象を利用したものである。これらの現象を生じる上で、Ｘ線の導波特性の違いは、主にその電子密度の違いである。したがって、平坦化層の電子密度は、できるかぎりコアを構成する物質の電子密度に近いことが好ましい。電子密度は、主に平坦化層を構成する物質の原子番号と、平坦化層の原子密度で決定される。
【００５５】
理想的には、平坦化層はコアと同一な媒体であるのが好ましいが、その場合に平坦性が十分でない場合も生じうる。平坦性を優先した際には電子密度の差異により同一の媒体とみなせない場合が生じうる。この時、Ｘ線導波路に導入する平坦化層の体積は、コアの体積に対してできるかぎり最小限に留める事が好ましい。
【００５６】
第二に平坦化の効果の観点より、平坦化層について検討する。平坦化層を形成する方法及び平坦化層に用いる材料は、［１］コア表面の粗さを緩和するように形成することに適したもの、もしくは、［２］形成後に続く平坦化処理に対して適したものを選択する。［２］の平坦化処理は、コア表面の粗さを平坦化層の形成により緩和して平坦にする目的と、前記の通り平坦化層の体積を最小限に留めたいという目的のため、平坦化層の形成後に平坦化層を平坦化するものである。
【００５７】
［１］を満たす平坦化層を形成する方法は、スピン・オン・グラス（以下ＳＯＧと称する）のような溶液系からの塗布および乾燥工程により形成され、乾燥縮合時に流動化して下地凹凸が平坦化される効果を有するものを用いることが好ましい。［２］の平坦化処理で化学的または物理的エッチング、もしくは研磨による平坦化層の部分的除去をする際に、平坦化層とコアのいずれか一方が除去し難い場合には、除去時に粗さを生じる要因となる。したがって、平坦化層はコアとできる限り同様なＸ線に対する導波特性を有することが好ましい。平坦化層は、コアと同質な材質（構成原子、原子の化学結合状態、原子密度）であることが好ましい。
【００５８】
平坦化層に用いる物質は、上記の条件を満たすものであれば、特に制限されるものではない。平坦化層に用いる物質は、例えば、無機物、有機物、およびこれらの無機・有機複合材料を用いることができる。無機物の例としては、酸化物、軽金属、炭素を挙げることができる。中でも、酸化物は、塗布乾燥法により強固な層が形成し易く密着性の観点からも好ましく用いられる。酸化物としては、具体的には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｎを含む酸化物を用いることが好ましい。さらに、この中でも、Ｓｉ，Ａｌの酸化物を用いることがより好ましい。
【００５９】
無機・有機複合材料としては、無機微粒子を有機物に分散させたもの、無機物の骨格に有機分子が組み込まれた物質等を用いることができる。前者の例としては、酸化物微粒子をポリマー中に分散させたもの、後者の例としては、有機ケイ素化合物を挙げることができる。
【００６０】
上述したこれら、いずれの物質も、電子密度制御等の観点から多孔質体のものを用いてもよい。
【００６１】
平坦化層の形成方法としては、無機物であれば一般的なスパッタリング法、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、溶液系からの塗布（ゾルゲル法による）製膜を用いることができる。有機物であれば、溶液系からの塗布、蒸着等を用いることができる。複合材料であれば、溶液系からの塗布、ゾルゲル法による製膜等を用いることができる。
【００６２】
本発明で特に好ましく用いられる平坦化層の形成方法である、溶液系からの塗布によるＳｉ酸化物の形成手法について詳細に述べる。塗布液として例えば、一般的にスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）と呼ばれ市販されている材料を、所望の平坦化層の厚さに応じて適当な溶媒で希釈して用いる。ＳＯＧ材料におけるＳｉ酸化物の前駆体としては、テトラアルコキシシラン、ぺルヒドロシラザン、のような無機系材料のほか、アルキルアルコキシシラン、シロキサン、オルガノシルセスキオキサンのような無機・有機複合材料が挙げられる。希釈溶媒としてはアルコール系、エーテル系、キシレンなど各種ＳＯＧ材料に用いられている溶媒を適宜選択すればよい。
【００６３】
上述のＳＯＧ材料を、スピンコーティング法、ディップコート法、スプレー法などにより形成したコア上に塗布し、乾燥させてＳｉ酸化物を得る。液体状態のＳＯＧ材料がコア表面の粗さの凹部に流れ込む事により表面を平坦化させる。乾燥の手段は、常温常圧乾燥、加熱、焼成、場合によっては不活性ガス雰囲気または減圧下（水分量を調整し前駆体の加水分解縮合反応をゆるやかに行いたい場合など）での乾燥手段を選択する。
【００６４】
ここではＳｉ酸化物を例にして詳細に述べたが、上述したようにＳｉ酸化物に限定されるものではく、他の物質においても類似の方法で形成できる。
【００６５】
次に、上記のようにして形成した平坦化層をさらに平坦化する工程を行う。具体的には、化学的エッチングまたは物理的ポリッシングによる、平坦化層の部分的除去（形成した層の一部を除去する事により層厚を減ずる事を意味する）を行う。手法としては、液相系におけるエッチング、プラズマ処理によるエッチング、研磨剤による機械的研磨（メカニカルポリッシング）、平坦化層と化学的に反応する薬液を研磨剤と組み合わせたケミカルメカニカルポリッシング（以下ＣＭＰと称する）を用いることができる。
【００６６】
クラッドとの界面におけるコア及び平坦化層の表面粗さは、二乗平均平方根で５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下であることがより好ましい。クラッドとコアとが接している面積の割合は、クラッドと平坦化層及びコアとが接している面積に対して３０％以上９５％以下であることが好ましく、６０％以上９５％以下であることがより好ましい。クラッドとコアが接している面積が３０％未満だと、クラッドと平坦化層の接する面積が大きくなるとともに、平坦化層とコアとが接する面積が大きくなり、共鳴導波モードの伝搬損失が大きくなる。クラッドとコアが接している面積が９５％を超えると平坦化層とクラッドとの界面の平坦化が難しくなる。上記各面積の評価方法は、クラッドを配置する前の段階にて、コアおよび平坦化層が露出した状態で走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面観察を行い、取得したＳＥＭ画像におけるコア領域および平坦化層領域のコントラスト差によりそれぞれの面積を決定する事ができる。なお、この観察段階で露出しているコア領域と平坦化層領域はすべてクラッドに接するものとする。
【００６７】
本発明のＸ線導波路によれば、平坦化層を用いて、コアとクラッドとの界面を平滑化することにより、クラッド界面での全反射効率を増大させ、コア（および平坦化層）への閉じ込め効率を増大させることができる。これにより、本発明のＸ線導波路は、高い伝搬効率でＸ線を導波させることができる。また、本発明のＸ線導波路によれば、周期共鳴導波モードの持つ特徴である、コアの中心へ電場が集中することによる伝搬損失の低下、空間的なコヒーレンスを有するＸ線を導波できる。
【００６８】
次に、本発明のＸ線導波システムについて説明する。本発明のＸ線導波システムは、少なくとも、Ｘ線源およびＸ線導波路を有する。Ｘ線源は、１ｐｍ以上１００ｎｍ以下のＸ線を照射する。Ｘ線源から照射されるＸ線は、単一の波長であっても、幅を持っていてもよい。Ｘ線源から照射されたＸ線は、Ｘ線導波路に入射される。本発明のＸ線導波システムの導波路は、コアとクラッドからなり、コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有する。Ｘ線導波路は、コアとクラッド間に平坦化層が設けられている。コア及びクラッド間に平坦化層が設けられ、コア及び平坦化層はクラッドと接している。入射したＸ線に対して、平坦化層とクラッドの界面における全反射臨界角は、コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きい。また、本発明のＸ線導波システムに用いるＸ線導波路は、上述のＸ線導波路に記載したことが妥当する。
【実施例】
【００６９】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明の方法は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００７０】
実施例１
（１−１）導波路の作製
実施例１では、本発明の図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例１のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。平坦化層は酸化ケイ素である。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００７１】
（１−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
Ｓｉ基板上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２をスパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜する。
【００７２】
（１−１−２）コアの形成（酸化ケイ素メソ構造体膜の作製）（図４−ｃ）
（１−１−２−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
二次元ヘキサゴナル構造を持つ酸化ケイ素メソ構造体膜１００１は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、エタノール、０．０１Ｍ塩酸、テトラエトキシシランを加え２０分間混合した溶液にブロックポリマーのエタノール溶液を加え、３時間攪拌することで調製される。ブロックポリマーとしては、エチレンオキサイド（２０）プロピレンオキサイド（７０）エチレンオキサイド（２０）（以降、ＥＯ（２０）ＰＯ（７０）ＥＯ（２０）と記載する（カッコ内は、各ブロックの繰り返し数））を使用することが可能である。混合比（モル比）は、テトラエトキシシラン：１．０、塩酸：０．００１１、エタノール：５．２、ブロックポリマー：０．００９６、エタノール：３．５とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
【００７３】
（１−１−２−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、メソ構造体膜は、２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２週間、８０℃で２４時間保持される。調整されたメソ構造体膜の、ブラッグ−ブレンターノ配置をもちいたＸ線回折分析から、このメソ構造体膜は、基板面の法線方向に高い秩序性をもち、その面間隔、つまり閉じ込め方向における周期が、１０ｎｍであることが確認された。その膜厚はおよそ５００ナノメートルである。なお、前述のように、このメソ構造体膜は有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。
【００７４】
（１−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化ケイ素からなる平坦化層１０１０は、ＳＯＧ材料をスピンコートする事により形成した。ＳＯＧ材料として、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社のＮＡＸ１２０を、ジブチルエーテルで希釈し、基板上にスピンコート法にて塗布した。塗布後の基板は２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２４時間保持される。本工程により、液体状態のＳＯＧ材料がコア表面の粗さの凹部に流れ込む効果で表面を平坦化させる。形成した平坦化層の膜厚は２００ｎｍである。
【００７５】
（１−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。ＣＭＰ装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径５ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、（１−１−３）の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、９０％である。（図４−ｅ）
【００７６】
（１−１−５）クラッドの形成
コア（および緩衝材からなる）の表面にＷ（タングステン）からなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜した。
【００７７】
（１−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（１−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（１−１−４）の工程で平坦化したメソ構造体からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約０．８ｎｍである。
【００７８】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【００７９】
実施例１のＸ線導波路は、（１−１−３）および（１−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いていないこと以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ４倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【００８０】
（１−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（１−１−３）および（１−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いていない事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ１２倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【００８１】
実施例２
（２−１）導波路の作製
実施例２では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例２のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が二次元的に配列し、膜厚方向（導波方向に垂直な方向）に周期構造を形成している。平坦化層は酸化ケイ素である。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００８２】
（２−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【００８３】
（２−１−２）酸化ケイ素メソ構造体膜の作製方法
（１−１−２）と同様の手法を用いてメソ構造体膜を形成した。
【００８４】
（２−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化ケイ素からなる平坦化層１０１０は、ＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍで形成した。
【００８５】
（２−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。研磨装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径６０ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、２−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、６５％である。（図４−ｅ）
【００８６】
（２−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【００８７】
（２−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（２−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（２−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約２ｎｍである。
【００８８】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【００８９】
実施例２のＸ線導波路は、（２−１−３）および（２−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【００９０】
（２−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（２−１−３）および（２−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ６倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【００９１】
実施例３
（３−１）導波路の作製
実施例３では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例３のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化チタンメソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる層と酸化チタン層が膜厚方向に層状の周期構造を形成している。平坦化層は酸化チタンである。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００９２】
（３−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【００９３】
（３−１−２）酸化チタンメソ構造体膜の作製方法
（３−１−２−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
ラメラ構造を持つ酸化チタン素メソ構造体膜は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、テトラエトキシチタンを濃塩酸に加え５分間混合した溶液にブロックポリマーＥＯ（２０）ＰＯ（７０）ＥＯ（２０）のエタノール溶液を加え、３時間攪拌することで調製される。エタノールにかえてメタノール、プロパノール、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルを使用することも可能である。混合比（モル比）は、テトラエトキシチタン：１．０、塩酸：１．８、ブロックポリマー：０．０２９、エタノール：１４とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
【００９４】
（３−１−２−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５から２ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、膜は、２５℃、相対湿度５０％の恒温恒湿槽で２週間保持される。調製されたメソ構造体膜をブラッグ−ブレンターノ配置のＸ線回折分析を行った結果、このメソ構造体膜は，基板面の法線方向に高い秩序性をもち、その面間隔は、およそ１１ｎｍであることが確認された。尚、前述のように、このメソ構造体膜は、有機物よりなる層と酸化チタン層が膜厚方向に層状の周期構造を形成している。
【００９５】
（３−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化チタンからなる平坦化層１０１０は、ＣＶＤ法により厚さ２５０ｎｍで形成した。
【００９６】
（３−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ドライエッチング装置を用いて、２５０ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、３−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、７０％である。（図４−ｅ）
【００９７】
（３−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【００９８】
（３−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（３−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約６ｎｍ、（３−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、同約２ｎｍである。
【００９９】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【０１００】
実施例３のＸ線導波路は、（３−１−３）および（３−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【０１０１】
（３−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（３−１−３）および（３−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ６倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【０１０２】
実施例４
（４−１）導波路の作製
実施襟４では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例４のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。本実施例では、平坦化層も酸化ケイ素メソ構造体膜である。平坦化層に用いたメソ構造体膜は、コアに形成したものに比較して周期性に乏しい構造を有している。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【０１０３】
（４−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【０１０４】
（４−１−２）酸化ケイ素メソ構造体膜の作製方法
（１−１−２）と同様の手法を用いてメソ構造体膜を形成した。
【０１０５】
（４−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
（４−１−３−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
平坦化層としての酸化ケイ素メソ構造体膜１０１０は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、テトラアルコキシシラン２．６ｇ、ブロックコポリマー（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ１２３、ＢＡＳＦ社製）０．７ｇ、１−プロパノール１３ｇ、０．０１Ｍ塩酸水溶液１．３５ｇを混合・攪拌を行い調製した。
【０１０６】
（４−１−３−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、メソ構造体膜は、２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２週間、８０℃で２４時間保持される。平坦化層として製膜したメソ構造体膜は、コアに形成したものに比較して周期性が劣る構造である。（構造の周期性に分布を持たせる事で平坦性を向上させている。）
形成した平坦化層の厚さは２００ｎｍとなるように形成した。
【０１０７】
（４−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。研磨装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径６０ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、４−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、８０％である。（図４−ｅ）
【０１０８】
（４−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【０１０９】
（４−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（４−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（４−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約２ｎｍである。
【０１１０】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【０１１１】
実施例４のＸ線導波路は、（４−１−３）および（４−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【０１１２】
（４−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（４−１−３）および（４−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ８倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明のＸ線導波路は、Ｘ線を用いた撮像、露光、分析等におけるＸ線光学系に用いられる部品等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０００ 基板
１００１ コア
１００２ クラッド
１００３ クラッド
１０１０ 平坦化層
２００１ コア
２００２，２００３ クラッド
２００７ クラッドとコアの界面における全反射臨界角
２００８ ブラッグ角
２００９ 単位構造中の物質界面における全反射臨界角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線導波路及びＸ線導波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、医療、非破壊検査、結晶構造解析等の分野で広く利用されている。Ｘ線のような数１０ｎｍ以下の短い波長の電磁波に対する異物質間の屈折率差は非常に小さいために、このような電磁波をコントロールするためには、大型の空間光学系が用いられている。主流であるこのような空間光学系に対し、最近、光学系の小型化、高機能化を目指し、薄膜や多層膜中に電磁波を閉じ込めて伝播させる、Ｘ線導波路の研究が行われている。非特許文献１には、Ｎｉと炭素の多層膜からなるＸ線導波路が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌｕｍｅ ６２，ｐ．１６９３９（２０００）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１は、ニッケルよりなるクラッドと、炭素よりなるコアを有するＸ線導波路について記載している。非特許文献１に記載されたＸ線導波路は、炭素とニッケルとの界面の全反射によりＸ線を閉じ込めて導波し、複数の導波路が積層されたものとして機能する。このために、クラッドに挟まれたコアの組み合わせが一組の導波路（以下、「単層導波路」と記載する）と比較して大きな光量のＸ線を導波することが可能となる。
【０００５】
しかし、このような構成のＸ線導波路は、積層された導波路構成のそれぞれ（コアとそれを挟み込むクラッドの組）が別個の単層導波路として機能する。そのために、全体として出射されるＸ線の位相が揃う、集光、発散抑制効果を持つといった、単層導波路の長所を低減してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能なＸ線導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＸ線導波路の一実施形態を表す図である。
【図２】本発明のＸ線導波路の概念図である。
【図３】有効伝搬角度θの概念図である。
【図４】本発明のＸ線導波路の製造工程の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のＸ線導波路について以下に詳しく述べる。
【００１０】
本発明に係るＸ線導波路の概念図を図１に示す。図１において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有するコア１００１は、は、コアにＸ線を閉じ込めるためのクラッド１００２，１００３に挟まれている。本発明のＸ線導波路は、コア１００１とクラッド１００３が部分的に接触しており、非接触部に平坦化層１０２０が設けられ、平坦化されたコアおよび平坦化層とクラッドとの界面をもつ。その結果、入射したＸ線が平坦化された上記クラッド界面における全反射によって効果的に閉じ込められることで、高い伝搬効率で、Ｘ線を導波することが可能となる。ここで、図１は模式図であり、コア表面の凹凸は誇張して描かれている。
【００１１】
ここでは、本実施形態に係るＸ線導波路について、（１）Ｘ線、（２）Ｘ線導波路、（３）クラッド、（４）コア、（５）平坦化層について分けて説明する。
【００１２】
（１）Ｘ線
本発明のＸ線導波路で導波するＸ線について説明する。本発明において、Ｘ線とは物質の屈折率実部が１以下となる波長帯域の電磁波を言う。具体的には、本発明におけるＸ線とは、波長が１ｐｍ以上、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ）光）を含む１００ｎｍ以下の波長の電磁波を言う。本明細書において、単に電磁波という場合、上記Ｘ線のことと同義で用いる場合がある。
【００１３】
Ｘ線のような短い波長の電磁波の周波数は非常に高く、物質の最外殻電子が応答できないため、紫外光の波長以上の波長をもつ電磁波（可視光や赤外線）の周波数帯域と異なり、Ｘ線に対しては物質の屈折率の実部が１より小さくなることが知られている。このようなＸ線に対する物質の屈折率ｎは一般的に、下記の式（１）で表されるように、実数部の１からのずれ量δ、吸収に関係する虚数部のβ’を用いて表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
δは物質の電子密度ρｅに比例するため、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。屈折率実部ｎ’は、１−δとなる。さらに、ρｅは原子密度ρａと原子番号Ｚに比例する。このようにＸ線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。たとえば、Ｘ線は、真空中を伝搬する場合に屈折率実部が最大となり、一般的環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本明細書中においては、『物質』と言った場合には、空気や真空も包含するものとする。したがって、メソ構造体やメソポーラスは、単一な材料で構成されている場合でも空気や真空からなる屈折率の異なる部分を有するので、複数の物質から構成されているものとする。
【００１６】
（２）Ｘ線導波路
本発明のＸ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させるものであり、コアが屈折率実部の異なる複数の物質を含む周期構造を有することで、後述する周期共鳴導波モードを発現するものである。このときコアとクラッド界面の粗さが大きい場合には、コアへのＸ線の閉じ込め効率が低下し、その結果Ｘ線の伝搬効率も低下する。この全反射によるＸ線の閉じ込めを効果的なものとするために、本発明のＸ線導波路の製造方法は、コアとクラッド間に平坦化層を形成して平坦化する工程が含まれていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に特徴的な平坦化層を用いた平坦化手法の説明に入る前に、周期共鳴導波モードを発現するＸ線導波路の基本的な原理の説明を行う。（２）Ｘ線導波路では、理想的に平滑であるコアとクラッドの界面を持ち、平坦化層を有さないＸ線導波路を用いて説明を行う。
【００１８】
周期共鳴導波モードを発現するＸ線導波路は、コアとクラッドとの界面における全反射により、Ｘ線を周期構造であるコアの中に閉じ込めて導波モードを形成し、Ｘ線を伝搬させる。そしてこの導波路では、コアとクラッドの界面での全反射臨界角が、コアの周期構造の周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。図２には、このＸ線導波路の概念図を示す。このＸ線導波路は、コア２００１が、クラッド２００２とクラッド２００３に挟まれた形態である。そしてこのコア２００１は、高屈折率実部をもつ物質の層２００５と低屈折率実部をもつ物質の層２００６とによりなる単位構造２００４が、積層、構成されている。本発明のＸ線導波路のコアの周期構造は一次元から三次元のいずれの周期構造を用いてもよいが、ここでは理解を容易とするために、例えば多層膜のような一次元の周期構造を用いて説明を行う。図２で、２００７はクラッドとコアの界面における全反射臨界角、２００８はブラッグ角、２００９は単位構造中の物質界面における全反射臨界角を表す。
【００１９】
図２において、クラッドとコアの界面における全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ、多層膜中の基本構造をなす各層の界面での全反射臨界角θｃ−ｍｕｌｔｉ、多層膜の周期性に起因するブラッグ角θＢの例を示してある。本明細書中ではこれらの角度は、膜の面に平行な方向を０°として表現されるものとする。図２において、矢印はＸ線の進行方向を示す。
【００２０】
クラッドとコアの界面におけるクラッド側の物質の屈折率実部をｎｃｌａｄ、コア側の物質の屈折率実部をｎｃｏｒｅとした場合の、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ（°）は、ｎｃｌａｄ＜ｎｃｏｒｅとして、下記の式（２）
【００２１】
【数２】
【００２２】
で表される。
【００２３】
コアの１次元周期構造の周期をｄ、コアである周期構造の平均屈折率実部をｎａｖｇとした場合、コア中での多重回折の有無に関わらず次の式（３）のようにおおよそのブラッグ角θＢ（°）が定義される。
【００２４】
【数３】
【００２５】
ｍは定数、λはＸ線の波長である。
【００２６】
このＸ線導波路を構成している物質の物性パラメータ、導波路の構造パラメータ、およびＸ線の波長は、次の式（４）を満たすように設計されているものとする。
【００２７】
【数４】
【００２８】
式（４）を満たすことにより、周期構造体であるコアがもつ周期性に起因するブラッグ角付近などの有効伝搬角度をもつ導波モードを、常にクラッドによりコアに閉じ込め、Ｘ線の伝搬に寄与させることができる。ここで、本明細書中において有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの伝搬方向の波数ベクトル（伝搬定数）ｋｚ、真空中の波数ベクトルｋ０を用いて下記の式（５）で表されるものとする。連続条件によりｋｚは各層の界面で一定なので、図３に示すように、有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの基本波の伝搬定数ｋｚと真空中の波数ベクトルｋ０との間で定義される角度で、導波モードの基本波が真空中で進行する角度を表している。これは近似的にコア中での導波モードの基本波の伝搬角度を表すと考えることができるため、今後の説明に用いることとする。
【００２９】
【数５】
【００３０】
ここでは、コアをなす周期構造体は、屈折率実部の異なる複数の物質の膜が周期的に積層された多層膜様のものを想定する。このとき、隣り合う膜界面においては、屈折率実部の違いによる全反射臨界角が存在する。これをθｃ−ｍｕｌｔｉ（°）とする。
【００３１】
【数６】
【００３２】
上記の式（６）を満たして、多層膜中の全反射臨界角が多層膜の周期性に起因するブラッグ角よりも小さい場合には、ブラッグ角付近以上の角度で多層膜中の界面に入射されるＸ線は全反射を起さず、部分的な反射または屈折を起こすこととなる。多層膜は複数の異なる屈折率実部の周期的に積層された膜により構成されているので、界面も積層方向に複数存在し、多層膜内部のＸ線はこれら界面において反射、屈折を繰り返すこととなる。多層膜内部でのＸ線のこのような反射、屈折の繰り返しは多重干渉を引き起こす。その結果、多層膜の周期構造に共鳴できる条件をもつＸ線、すなわち多層膜内部で存在できる伝搬モードが形成され、その結果、このＸ線導波路構造のコア中に導波モードが形成されることになる。これを周期共鳴導波モードと称する。
【００３３】
このような周期共鳴導波モードはそれぞれ有効伝搬角度をもち、最も小さな有効伝搬角度をもつ周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は多層膜のブラッグ角付近に現れることになる。周期共鳴波モードは多層膜を周期数無限の一次元フォトニック結晶として考えた場合の最低次バンドを満たす伝搬モードに相当し、この伝搬モードがクラッドとコアとの界面での全反射により閉じ込められたものとなる。
【００３４】
現実の一次元周期構造では、その周期数は有限であるため、そのフォトニックバンド構造は無限周期の一次元周期構造のフォトニックバンド構造からずれてくるが、周期数が増えるほど導波モードの特性は無限周期のフォトニックバンド上のそれに近づくことになる。ブラッグ反射は周期性によるフォトニックバンドギャップの効果により引き起こされ、そのブラッグ反射を与える角度であるブラッグ角は周期共鳴導波モードの有効伝搬角度よりやや大きい角度となる。
【００３５】
周期構造のフォトニックバンド構造において、フォトニックバンドギャップ端に、周期構造に共鳴する導波モードが存在する。Ｘ線のエネルギーが一定として導波モードの有効伝搬角度を考えた場合、これらの導波モードのうち相対的に小さい有効伝搬角度をもつ導波モードが、最低次の周期共鳴導波モードである。周期共鳴導波モードの電場強度の空間的分布プロファイルでは、電場強度の腹の数は基本的に、多層膜の周期数と一致する。高次のブラッグ角に相当する有効伝搬角度をもつ、高次の周期共鳴導波モードの腹の位置は、基本的に周期数の２以上の自然数倍となる。
【００３６】
また有限の周期数をもつ多層膜においては、上記のような周期共鳴導波モードのもつ有効伝搬角度以外の角度で伝搬する導波モードも存在し得る。これらは周期共鳴導波モードではなくコアである多層膜全体を、屈折率実部が平均化された均一媒質として考えた場合に存在する導波モードで、その特性に基本的には多層膜の周期性の影響は少ない。一方、このＸ線導波路の構成で実現される周期共鳴導波モードでは、周期構造の周期数が増えるほど、より多層膜であるコアの中心へ電場が集中し、クラッドへの染み出しも少なくなり、Ｘ線の伝搬損失が小さくなる。また、電場強度分布の包絡曲線はコアの中央に偏った形状となり、よりクラッドへのしみ出しによる損失が小さくなる。さらに、このＸ線導波路中で用いられる周期共鳴導波モードの位相は、周期性の高い方向、つまりクラッドとコアの界面に垂直かつ導波方向に垂直な方向において、そろったものとなり、空間的なコヒーレンスを有することができる。ここで、導波モードの位相がそろうということは、導波方向に垂直な面内での電磁場の位相差が０であるということだけではなく、周期構造の空間的な屈折率分布に対応して電磁場の位相差が周期的に−πと＋πの間で変化していることをも意味する。この周期共鳴導波モードは、導波方向に垂直な方向において、電場の位相が周期構造の周期と同じ周期で−πと＋πの間で変化しているものとなる。
【００３７】
（３）クラッド
本発明のＸ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコア（および平坦化層）に閉じ込めてＸ線を導波させる。Ｘ線の領域においては、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。そのためにクラッドに用いられる材料としては、電子密度の大きな金属を用いることができる。具体的には、Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｇ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｍｏの単体、またはこれらの元素を含む材料を用いることが好ましい。このような材料を用いたクラッドは、スパッタリング、蒸着等によって形成することができる。このクラッドの厚さは、コアにＸ線を十分に閉じ込められる程度に厚く、コスト、製造の観点から薄いことが求められる。クラッドの厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。クラッドは、Ｘ線導波路内で膜厚分布をもって形成することも好ましく行われる。例えば、クラッド表面からの入射を積極的に行わせる目的で、入射領域において膜を薄く形成して導入効率を向上させつつ、その他の領域では、膜を厚く形成してＸ線の閉じ込め効果を高めることが好ましく行われる。
【００３８】
（４）コア
本発明において、コアは、屈折率実部が異なる複数の物質からなる周期構造を備えている。本発明において屈折率実部が異なる複数の物質とは多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。周期構造は、一次元から三次元の周期構造であればよいが、Ｘ線の導波方向に垂直な面内での周期性を有するものとする。このような周期構造は、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィー、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ等の従来の半導体プロセスによっても作製可能である。たとえば、周期構造が一次元の場合には、この周期構造は、多層膜として構成することができる。この場合、多層膜を形成する方法としては、交互蒸着やスパッタ法などがある。
【００３９】
このようなコアを形成する屈折率実部が異なる物質は、無機物、有機物の固体材料のほかに、気体、真空でもよい。また、これらの物質を組み合わせて用いることも好ましい。無機物としては、ホウ素、ホウ素化合物、ベリリウム、炭素、窒化物、酸化物、リンを用いることができる。具体的には、Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＢＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｐを用いることが好ましい。コアを形成する材料を無機物質とすることにより、従来のスパッタ法、蒸着、結晶成長などの確立されたプロセスが利用可能であり、熱や外力に強い構造とすることができる。有機物の例としては、ポリマー、低分子化合物を用いることができる。具体的には、各種レジスト材料、ポリイミド、ビニル系高分子を用いることができる。有機物を用いるであることにより、Ｘ線の吸収による伝搬損失を小さくすることができる。気体、真空であれば、この損失をさらに低減することができ好ましい。
【００４０】
また周期構造を形成する材料として、通常の半導体プロセスとは異なる、自己組織的な形成メカニズムにより作製される材料を用いてもよい。この例として、界面活性剤等または両親媒性物質の自己集合により形成されるメソ構造体膜があげられる。本発明における周期構造体は、このメソ構造体膜が好ましく用いられる。以下にこの内容について記述する。
【００４１】
（４−１）メソ構造体膜について
多孔質材料は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によって、その孔径により分類されており、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料は、メソポーラスに分類される。近年、このメソポーラス材料についての研究が盛んに行われ、界面活性剤の集合体を鋳型とすることで、径の揃ったメソ孔が規則的に配列した構造を得ることが可能になっている。
【００４２】
本明細書中において、メソ構造体膜は、（Ａ）メソポーラス膜、（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの、（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜を含む。
【００４３】
以下に、それぞれについて詳細な説明を行う。
【００４４】
（Ａ）メソポーラス膜
メソポーラス膜は、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料からなる膜である。壁部の材料は、製造可能性、周期構造体を屈折率実部が異なる物質より構成するという観点から、酸化物を用いることができる。酸化物としては、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛を用いることが好ましい。これらの物質は、たとえば１０ｋｅＶのＸ線に対し、全て０．９９９９９７以下の屈折率実部を持ち、以降に記載する有機物（同、０．９９９９９８程度の屈折率実部を持つ）や空気（同、ほぼ１の屈折率実部を持つ）と周期構造体を構成した際に、屈折率実部が異なる物質より構成される周期構造体を形成することができる。上述の酸化物は、その骨格中に有機成分が含まれていてよい。壁部の表面は、必要に応じて修飾されていてよい。たとえば、水の吸着を抑制するために、疎水性の分子を修飾してもよい。
【００４５】
メソポーラス膜の作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で作製することができる。集合体が鋳型として機能する両親媒性物質の溶液に、無機酸化物の前駆体を加え、成膜を行い、無機酸化物の生成反応を進行させる。その後に、鋳型分子を除去することにより、多孔質材料とする。
【００４６】
この両親媒性物質は、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤分子としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を用いることができる。このイオン性界面活性剤としては、例えば、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を用いることができる。このアルキル鎖は炭素数で１０以上２２以下であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤としては、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることが好ましい。ポリエチレングリコールアルキルエーテルのこのアルキル鎖の鎖長は炭素数で１０以上２２以下が好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数は、２以上５０以下が好ましい。この疎水基、親水基を変化させることにより構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水基、親水基を大きなものとすることにより孔径を拡大することが可能である。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質を用いることができる。この疎水性物質としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物を用いることができ、具体的には、オクタンを用いることができる。
【００４７】
無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、塩化物を用いることができる。具体的には、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎのアルコキサイド、塩化物を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。
製膜法としては、ディップコート法、スピンコート法、水熱合成法を用いることができる。
鋳型分子の除去方法としては、焼成、抽出、紫外線照射、オゾン処理を用いることができる。
【００４８】
（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの
壁部の材料については、（Ａ）の項に記載したものと同様のものを使用することができる。孔を充填する物質については、有機化合物を主とするものであれば特に制限されるものではない。この「主」の意味としては、体積比で５０％以上を意味する。この有機化合物の例としては、界面活性剤や、分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料または壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料が挙げられる。この界面活性剤の例としては、（Ａ）の項で記載した界面活性剤を挙げることができる。また分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料、または、壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料の例としては、アルキル基を有するアルコキシシラン、アルキル基を有するオリゴシロキサン化合物を挙げることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下が好ましい。
【００４９】
孔の内部には、必要に応じて、または、使用する材料、工程の結果として水、有機溶媒、塩等が含まれていてよい。この有機溶媒の例としては、アルコール、エーテル、炭化水素が挙げられる。
【００５０】
メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたものの作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、（Ａ）の項に記載したメソポーラス膜の作製法の鋳型の除去以前の工程を挙げることができる。
【００５１】
（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜
本発明のメソ構造体膜には、（Ａ）、（Ｂ）に加えてラメラ構造のメソ構造体膜を含む。このラメラ構造体は、（Ｂ）に記載した壁部の材料と、同じく（Ｂ）に記載した孔を充填する物質からなるラメラ構造を有する。これらの二種類の材料（物質）は、所望の特性を得るために、必要に応じて化学結合によって結合されていても良い。この結合されているラメラ構造の化合物の例としては、トリアルコキシアルキルシランを挙げることができる。
【００５２】
（５）平坦化層
本発明のＸ線導波路は、コア（および平坦化層）とクラッドとの界面での全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させる。このときのクラッド界面での全反射の効率が向上すると、Ｘ線のコアへの閉じ込め効率が向上し、Ｘ線の伝搬効率が向上することになる。ここで、Ｘ線の全反射効率は、全反射界面の粗さに非常に敏感であり、その効率は粗さの減少とともに増大する。発明者らは、種々のＸ線導波路の構成を検討した結果、いくつかのＸ線導波路においては、コアとクラッドの界面の粗さを減少させることで、伝搬効率が向上することを確認した。
【００５３】
本発明のＸ線導波路では、界面の粗さの低減を図るために、コアとクラッドの間に「平坦化層」を導入し平坦化を図る。種々の検討を行うことにより、平坦化層としては、以下の要件を満たすものが適しているとの結論に達した。
【００５４】
第一に屈折率の観点より、平坦化層について検討する。界面の粗さを低減する目的で導入する平坦化層は、（２）で述べたようなＸ線導波路の原理からすると、Ｘ線に対してコアと同一な性質を有することが好ましい。本発明のＸ線導波路は、異なった物質の界面において、Ｘ線が引き起こす屈折、干渉といった現象を利用したものである。これらの現象を生じる上で、Ｘ線の導波特性の違いは、主にその電子密度の違いである。したがって、平坦化層の電子密度は、できるかぎりコアを構成する物質の電子密度に近いことが好ましい。電子密度は、主に平坦化層を構成する物質の原子番号と、平坦化層の原子密度で決定される。
【００５５】
理想的には、平坦化層はコアと同一な媒体であるのが好ましいが、その場合に平坦性が十分でない場合も生じうる。平坦性を優先した際には電子密度の差異により同一の媒体とみなせない場合が生じうる。この時、Ｘ線導波路に導入する平坦化層の体積は、コアの体積に対してできるかぎり最小限に留める事が好ましい。
【００５６】
第二に平坦化の効果の観点より、平坦化層について検討する。平坦化層を形成する方法及び平坦化層に用いる材料は、［１］コア表面の粗さを緩和するように形成することに適したもの、もしくは、［２］形成後に続く平坦化処理に対して適したものを選択する。［２］の平坦化処理は、コア表面の粗さを平坦化層の形成により緩和して平坦にする目的と、前記の通り平坦化層の体積を最小限に留めたいという目的のため、平坦化層の形成後に平坦化層を平坦化するものである。
【００５７】
［１］を満たす平坦化層を形成する方法は、スピン・オン・グラス（以下ＳＯＧと称する）のような溶液系からの塗布および乾燥工程により形成され、乾燥縮合時に流動化して下地凹凸が平坦化される効果を有するものを用いることが好ましい。［２］の平坦化処理で化学的または物理的エッチング、もしくは研磨による平坦化層の部分的除去をする際に、平坦化層とコアのいずれか一方が除去し難い場合には、除去時に粗さを生じる要因となる。したがって、平坦化層はコアとできる限り同様なＸ線に対する導波特性を有することが好ましい。平坦化層は、コアと同質な材質（構成原子、原子の化学結合状態、原子密度）であることが好ましい。
【００５８】
平坦化層に用いる物質は、上記の条件を満たすものであれば、特に制限されるものではない。平坦化層に用いる物質は、例えば、無機物、有機物、およびこれらの無機・有機複合材料を用いることができる。無機物の例としては、酸化物、軽金属、炭素を挙げることができる。中でも、酸化物は、塗布乾燥法により強固な層が形成し易く密着性の観点からも好ましく用いられる。酸化物としては、具体的には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｎを含む酸化物を用いることが好ましい。さらに、この中でも、Ｓｉ，Ａｌの酸化物を用いることがより好ましい。
【００５９】
無機・有機複合材料としては、無機微粒子を有機物に分散させたもの、無機物の骨格に有機分子が組み込まれた物質等を用いることができる。前者の例としては、酸化物微粒子をポリマー中に分散させたもの、後者の例としては、有機ケイ素化合物を挙げることができる。
【００６０】
上述したこれら、いずれの物質も、電子密度制御等の観点から多孔質体のものを用いてもよい。
【００６１】
平坦化層の形成方法としては、無機物であれば一般的なスパッタリング法、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、溶液系からの塗布（ゾルゲル法による）製膜を用いることができる。有機物であれば、溶液系からの塗布、蒸着等を用いることができる。複合材料であれば、溶液系からの塗布、ゾルゲル法による製膜等を用いることができる。
【００６２】
本発明で特に好ましく用いられる平坦化層の形成方法である、溶液系からの塗布によるＳｉ酸化物の形成手法について詳細に述べる。塗布液として例えば、一般的にスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）と呼ばれ市販されている材料を、所望の平坦化層の厚さに応じて適当な溶媒で希釈して用いる。ＳＯＧ材料におけるＳｉ酸化物の前駆体としては、テトラアルコキシシラン、ぺルヒドロシラザン、のような無機系材料のほか、アルキルアルコキシシラン、シロキサン、オルガノシルセスキオキサンのような無機・有機複合材料が挙げられる。希釈溶媒としてはアルコール系、エーテル系、キシレンなど各種ＳＯＧ材料に用いられている溶媒を適宜選択すればよい。
【００６３】
上述のＳＯＧ材料を、スピンコーティング法、ディップコート法、スプレー法などにより形成したコア上に塗布し、乾燥させてＳｉ酸化物を得る。液体状態のＳＯＧ材料がコア表面の粗さの凹部に流れ込む事により表面を平坦化させる。乾燥の手段は、常温常圧乾燥、加熱、焼成、場合によっては不活性ガス雰囲気または減圧下（水分量を調整し前駆体の加水分解縮合反応をゆるやかに行いたい場合など）での乾燥手段を選択する。
【００６４】
ここではＳｉ酸化物を例にして詳細に述べたが、上述したようにＳｉ酸化物に限定されるものではく、他の物質においても類似の方法で形成できる。
【００６５】
次に、上記のようにして形成した平坦化層をさらに平坦化する工程を行う。具体的には、化学的エッチングまたは物理的ポリッシングによる、平坦化層の部分的除去（形成した層の一部を除去する事により層厚を減ずる事を意味する）を行う。手法としては、液相系におけるエッチング、プラズマ処理によるエッチング、研磨剤による機械的研磨（メカニカルポリッシング）、平坦化層と化学的に反応する薬液を研磨剤と組み合わせたケミカルメカニカルポリッシング（以下ＣＭＰと称する）を用いることができる。
【００６６】
クラッドとの界面におけるコア及び平坦化層の表面粗さは、二乗平均平方根で５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下であることがより好ましい。クラッドとコアとが接している面積の割合は、クラッドと平坦化層及びコアとが接している面積に対して３０％以上９５％以下であることが好ましく、６０％以上９５％以下であることがより好ましい。クラッドとコアが接している面積が３０％未満だと、クラッドと平坦化層の接する面積が大きくなるとともに、平坦化層とコアとが接する面積が大きくなり、共鳴導波モードの伝搬損失が大きくなる。クラッドとコアが接している面積が９５％を超えると平坦化層とクラッドとの界面の平坦化が難しくなる。上記各面積の評価方法は、クラッドを配置する前の段階にて、コアおよび平坦化層が露出した状態で走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面観察を行い、取得したＳＥＭ画像におけるコア領域および平坦化層領域のコントラスト差によりそれぞれの面積を決定する事ができる。なお、この観察段階で露出しているコア領域と平坦化層領域はすべてクラッドに接するものとする。
【００６７】
本発明のＸ線導波路によれば、平坦化層を用いて、コアとクラッドとの界面を平滑化することにより、クラッド界面での全反射効率を増大させ、コア（および平坦化層）への閉じ込め効率を増大させることができる。これにより、本発明のＸ線導波路は、高い伝搬効率でＸ線を導波させることができる。また、本発明のＸ線導波路によれば、周期共鳴導波モードの持つ特徴である、コアの中心へ電場が集中することによる伝搬損失の低下、空間的なコヒーレンスを有するＸ線を導波できる。
【００６８】
次に、本発明のＸ線導波システムについて説明する。本発明のＸ線導波システムは、少なくとも、Ｘ線源およびＸ線導波路を有する。Ｘ線源は、１ｐｍ以上１００ｎｍ以下のＸ線を照射する。Ｘ線源から照射されるＸ線は、単一の波長であっても、幅を持っていてもよい。Ｘ線源から照射されたＸ線は、Ｘ線導波路に入射される。本発明のＸ線導波システムの導波路は、コアとクラッドからなり、コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有する。Ｘ線導波路は、コアとクラッド間に平坦化層が設けられている。コア及びクラッド間に平坦化層が設けられ、コア及び平坦化層はクラッドと接している。入射したＸ線に対して、平坦化層とクラッドの界面における全反射臨界角は、コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きい。また、本発明のＸ線導波システムに用いるＸ線導波路は、上述のＸ線導波路に記載したことが妥当する。
【実施例】
【００６９】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明の方法は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００７０】
実施例１
（１−１）導波路の作製
実施例１では、本発明の図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例１のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。平坦化層は酸化ケイ素である。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００７１】
（１−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
Ｓｉ基板上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２をスパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜する。
【００７２】
（１−１−２）コアの形成（酸化ケイ素メソ構造体膜の作製）（図４−ｃ）
（１−１−２−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
二次元ヘキサゴナル構造を持つ酸化ケイ素メソ構造体膜１００１は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、エタノール、０．０１Ｍ塩酸、テトラエトキシシランを加え２０分間混合した溶液にブロックポリマーのエタノール溶液を加え、３時間攪拌することで調製される。ブロックポリマーとしては、エチレンオキサイド（２０）プロピレンオキサイド（７０）エチレンオキサイド（２０）（以降、ＥＯ（２０）ＰＯ（７０）ＥＯ（２０）と記載する（カッコ内は、各ブロックの繰り返し数））を使用することが可能である。混合比（モル比）は、テトラエトキシシラン：１．０、塩酸：０．００１１、エタノール：５．２、ブロックポリマー：０．００９６、エタノール：３．５とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
【００７３】
（１−１−２−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、メソ構造体膜は、２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２週間、８０℃で２４時間保持される。調整されたメソ構造体膜の、ブラッグ−ブレンターノ配置をもちいたＸ線回折分析から、このメソ構造体膜は、基板面の法線方向に高い秩序性をもち、その面間隔、つまり閉じ込め方向における周期が、１０ｎｍであることが確認された。その膜厚はおよそ５００ナノメートルである。なお、前述のように、このメソ構造体膜は有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。
【００７４】
（１−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化ケイ素からなる平坦化層１０１０は、ＳＯＧ材料をスピンコートする事により形成した。ＳＯＧ材料として、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社のＮＡＸ１２０を、ジブチルエーテルで希釈し、基板上にスピンコート法にて塗布した。塗布後の基板は２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２４時間保持される。本工程により、液体状態のＳＯＧ材料がコア表面の粗さの凹部に流れ込む効果で表面を平坦化させる。形成した平坦化層の膜厚は２００ｎｍである。
【００７５】
（１−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。ＣＭＰ装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径５ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、（１−１−３）の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、９０％である。（図４−ｅ）
【００７６】
（１−１−５）クラッドの形成
コア（および緩衝材からなる）の表面にＷ（タングステン）からなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜した。
【００７７】
（１−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（１−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（１−１−４）の工程で平坦化したメソ構造体からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約０．８ｎｍである。
【００７８】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【００７９】
実施例１のＸ線導波路は、（１−１−３）および（１−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いていないこと以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ４倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【００８０】
（１−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（１−１−３）および（１−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いていない事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ１２倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【００８１】
実施例２
（２−１）導波路の作製
実施例２では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例２のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が二次元的に配列し、膜厚方向（導波方向に垂直な方向）に周期構造を形成している。平坦化層は酸化ケイ素である。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００８２】
（２−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【００８３】
（２−１−２）酸化ケイ素メソ構造体膜の作製方法
（１−１−２）と同様の手法を用いてメソ構造体膜を形成した。
【００８４】
（２−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化ケイ素からなる平坦化層１０１０は、ＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍで形成した。
【００８５】
（２−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。研磨装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径６０ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、２−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、６５％である。（図４−ｅ）
【００８６】
（２−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【００８７】
（２−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（２−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（２−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約２ｎｍである。
【００８８】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【００８９】
実施例２のＸ線導波路は、（２−１−３）および（２−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【００９０】
（２−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（２−１−３）および（２−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ６倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【００９１】
実施例３
（３−１）導波路の作製
実施例３では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例３のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化チタンメソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる層と酸化チタン層が膜厚方向に層状の周期構造を形成している。平坦化層は酸化チタンである。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【００９２】
（３−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【００９３】
（３−１−２）酸化チタンメソ構造体膜の作製方法
（３−１−２−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
ラメラ構造を持つ酸化チタン素メソ構造体膜は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、テトラエトキシチタンを濃塩酸に加え５分間混合した溶液にブロックポリマーＥＯ（２０）ＰＯ（７０）ＥＯ（２０）のエタノール溶液を加え、３時間攪拌することで調製される。エタノールにかえてメタノール、プロパノール、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルを使用することも可能である。混合比（モル比）は、テトラエトキシチタン：１．０、塩酸：１．８、ブロックポリマー：０．０２９、エタノール：１４とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
【００９４】
（３−１−２−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５から２ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、膜は、２５℃、相対湿度５０％の恒温恒湿槽で２週間保持される。調製されたメソ構造体膜をブラッグ−ブレンターノ配置のＸ線回折分析を行った結果、このメソ構造体膜は，基板面の法線方向に高い秩序性をもち、その面間隔は、およそ１１ｎｍであることが確認された。尚、前述のように、このメソ構造体膜は、有機物よりなる層と酸化チタン層が膜厚方向に層状の周期構造を形成している。
【００９５】
（３−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
酸化チタンからなる平坦化層１０１０は、ＣＶＤ法により厚さ２５０ｎｍで形成した。
【００９６】
（３−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ドライエッチング装置を用いて、２５０ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、３−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、７０％である。（図４−ｅ）
【００９７】
（３−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【００９８】
（３−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（３−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約６ｎｍ、（３−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、同約２ｎｍである。
【００９９】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【０１００】
実施例３のＸ線導波路は、（３−１−３）および（３−１−４）の工程を省略し平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【０１０１】
（３−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（３−１−３）および（３−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ６倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【０１０２】
実施例４
（４−１）導波路の作製
実施襟４では、図１の構成を持つＸ線導波路を作製する。実施例４のＸ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、Ｗ（タングステン）からなるクラッド１００２、コア１００１、平坦化層１０１０、クラッド１００３から形成されている。コア１００１は酸化ケイ素メソ構造体膜である。このメソ構造体膜は、有機物よりなる孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。本実施例では、平坦化層も酸化ケイ素メソ構造体膜である。平坦化層に用いたメソ構造体膜は、コアに形成したものに比較して周期性に乏しい構造を有している。本実施例のＸ線導波路の製造過程について図４を用いて説明する。
【０１０３】
（４−１−１）クラッドの形成（図４−ｂ）
（１−１−１）と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
【０１０４】
（４−１−２）酸化ケイ素メソ構造体膜の作製方法
（１−１−２）と同様の手法を用いてメソ構造体膜を形成した。
【０１０５】
（４−１−３）平坦化層の製膜（図４−ｄ）
（４−１−３−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
平坦化層としての酸化ケイ素メソ構造体膜１０１０は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、テトラアルコキシシラン２．６ｇ、ブロックコポリマー（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ１２３、ＢＡＳＦ社製）０．７ｇ、１−プロパノール１３ｇ、０．０１Ｍ塩酸水溶液１．３５ｇを混合・攪拌を行い調製した。
【０１０６】
（４−１−３−２）メソ構造体膜の製膜
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、メソ構造体膜は、２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２週間、８０℃で２４時間保持される。平坦化層として製膜したメソ構造体膜は、コアに形成したものに比較して周期性が劣る構造である。（構造の周期性に分布を持たせる事で平坦性を向上させている。）
形成した平坦化層の厚さは２００ｎｍとなるように形成した。
【０１０７】
（４−１−４）平坦化処理
続いて、形成された平坦化層の研磨処理によりさらなる平坦化を行う。研磨装置（エム・エー・ティー社製）を用いて、直径６０ｎｍΦのコロイダルシリカ粒子を水分散したＢＵＥＨＬＥＲ社製の研磨液により研磨を行った。研磨時間を調整して２００ｎｍに相当する膜厚分を本工程により除去した。形成した基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析すると、４−１−３の工程で形成した平坦化層の大部分が除去されており、コア材料が部分的に表面に露出し、その他の領域を平坦化層に用いた材料が埋めているような形態で、平滑な表面が形成された。表面のクラッド及び平坦化層の面積に対するクラッドの面積の割合は、８０％である。（図４−ｅ）
【０１０８】
（４−１−５）クラッドの形成
平坦化層上にタングステンからなるクラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ナノメートルで成膜される。クラッドはコアおよび平坦化層からなる表面に密着して形成される。
【０１０９】
（４−２）表面粗さとＸ線反射率の関係
表面粗さ計を用いて表面粗さを評価する。（４−１−２）の工程で調製したメソ構造体膜の表面粗さは、二乗平均平方根値で約１２ｎｍ、（４−１−４）の工程で平坦化した平坦化層からなる表面の粗さは、二乗平均平方根値で約２ｎｍである。
【０１１０】
Ｘ線導波路のクラッドにＸ線を照射したときの反射率を比較評価する。１０ｋｅＶのＸ線を用い、コアの周期構造に対応するブラッグ角（θ＝０．３６°）の近傍で、ブラッグ反射をはずした角度（θ＝０．３°：クラッドの全反射領域内）で入射を行った際のＸ線反射率を測定する。
【０１１１】
実施例４のＸ線導波路は、（４−１−３）および（４−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路のそれのおよそ３倍の値を示す。このことは、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線導波路のクラッドによるＸ線の閉じ込め効果が、向上したことを示唆する。
【０１１２】
（４−３）導波特性
この導波路に対して、１０ｋｅＶのＸ線を入射し、周期共鳴導波モードによって導波されるＸ線の強度を測定した。その結果、（４−１−３）および（４−１−４）の工程を省略し、平坦化層を用いなかった事以外は同様の構成を持つＸ線導波路と比較しておよそ８倍の導波強度が観測される。この高い導波強度は、本発明のＸ線導波路が、平坦化層を用いた平坦化処理により、Ｘ線の閉じ込め効率が向上することにより達成されたものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明のＸ線導波路は、Ｘ線を用いた撮像、露光、分析等におけるＸ線光学系に用いられる部品等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０００ 基板
１００１ コア
１００２ クラッド
１００３ クラッド
１０１０ 平坦化層
２００１ コア
２００２，２００３ クラッド
２００７ クラッドとコアの界面における全反射臨界角
２００８ ブラッグ角
２００９ 単位構造中の物質界面における全反射臨界角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路。
【請求項２】
前記クラッドと前記コアとが接している面積の割合は、前記クラッドと前記平坦化層及び前記コアとが接している面積に対して３０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
【請求項３】
前記クラッドと前記コアとが接している面積の割合は、前記クラッドと前記平坦化層及び前記コアとが接している面積に対して６０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
【請求項４】
前記クラッドとの界面における前記コア及び前記平坦化層の表面粗さは、二乗平均平方根で５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項５】
前記コア及び前記平坦化層は、同一の材質である事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項６】
前記コアは、酸化ケイ素メソ構造体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項７】
Ｘ線源とＸ線導波路からなるＸ線導波システムであって、
前記Ｘ線源は、Ｘ線を前記Ｘ線導波路に入射し、
前記Ｘ線導波路は、コアとクラッドを有し、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッド間に平坦化層が設けられており、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
入射した前記Ｘ線に対して、前記平坦化層と前記クラッドの界面における全反射臨界角は、前記コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波システム。
【請求項１】
Ｘ線を導波させるコアとクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において、屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッドとの間に平坦化層が設けられ、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
前記クラッドと前記平坦化層および前記コアとの界面における全反射臨界角が、該コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波路。
【請求項２】
前記クラッドと前記コアとが接している面積の割合は、前記クラッドと前記平坦化層及び前記コアとが接している面積に対して３０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
【請求項３】
前記クラッドと前記コアとが接している面積の割合は、前記クラッドと前記平坦化層及び前記コアとが接している面積に対して６０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
【請求項４】
前記クラッドとの界面における前記コア及び前記平坦化層の表面粗さは、二乗平均平方根で５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項５】
前記コア及び前記平坦化層は、同一の材質である事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項６】
前記コアは、酸化ケイ素メソ構造体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
【請求項７】
Ｘ線源とＸ線導波路からなるＸ線導波システムであって、
前記Ｘ線源は、Ｘ線を前記Ｘ線導波路に入射し、
前記Ｘ線導波路は、コアとクラッドを有し、
前記コアは、Ｘ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部が異なる複数の物質を含む周期構造を有し、
前記コアと前記クラッド間に平坦化層が設けられており、
前記コア及び前記平坦化層は、前記クラッドと接しており、
入射した前記Ｘ線に対して、前記平坦化層と前記クラッドの界面における全反射臨界角は、前記コアの周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線導波システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５７８７９（Ｐ２０１３−５７８７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７２５２（Ｐ２０１１−１９７２５２）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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