JP2011253070A

JP2011253070A - Ｘ線導波路及びその製造方法

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Publication number: JP2011253070A
Application number: JP2010127336A
Authority: JP
Inventors: 篤史 ▲高▼本; Atsushi Takamoto; Hirokatsu Miyata; 浩克宮田; Wataru Kubo; 亘久保; Kohei Okamoto; 康平岡本; Takashi Noma; 敬野間
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: US20130070905A1; WO2011152290A1; JP5610852B2

Abstract

【課題】Ｘ線の透過率の高いＸ線導波路およびその製造方法を提供する。
【解決手段】コアとクラッドからなるＸ線導波路であって、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されているＸ線導波路。特に、前記コアが電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に一定方向に配されている単位構造が積層した積層構造体からなり、前記積層構造体の単位構造の積層方向がＸ線の伝播方向に対して垂直方向であり、かつ前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コアとクラッドからなるＸ線導波路に関し、特にコアが高電子密度部に低電子密度部が配されているＸ線導波路に関するものである。

Ｘ線用の導波路は、従来の可視光領域等で使用される光導波路と同様に、コアと、該コアの周囲を囲む、該コアよりも屈折率の小さなクラッドからなる構成からなり、主にビームサイズが小さく、かつ強度の強いＸ線を得るために使用される。Ｘ線の場合、可視光領域の導波路等と比較すると、物質の屈折率が１に近く、コアとクラッドの屈折率差をあまり大きくすることができないため、Ｘ線を低角度で導波路に入射させる。また、導波モードを形成して（カップリング）Ｘ線が伝播するための、Ｘ線入射の角度許容幅が狭いため、入射Ｘ線の発散角を小さくし、精密な軸調整を行う必要があった。

非特許文献１には、人工多層膜をコアとして用いたＸ線導波路が開示されている。この非特許文献１では、電子密度の低い炭素からなる部材（低電子密度部）と電子密度の高いニッケルからなる部材（高電子密度部）を、マグネトロンスパッタリングによって交互に基板上に成膜した、単位構造を有する人工多層膜が用いられている。このＸ線導波路では、積層された人工多層膜の低電子密度部に局在化するＸ線同士が相互作用するため、コアが均一に構成されるＸ線導波路に比べて、Ｘ線の入射角度許容幅が大きい。入射角度許容幅が大きいため、ある程度発散したＸ線であっても効率よくカップリングさせることができるため、より強度の強い透過Ｘ線を得ることができる。

Ｆ．Ｐｅｉｆｆｅｒｅｔａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６２，１６９３９から１６９４３頁

しかしながら、非特許文献１には改善すべき課題がある。すなわち、導波モードでは低電子密度部にＸ線の強度の大部分が集中して、Ｘ線が導波路内を伝播する。Ｘ線の線吸収係数は、材料の原子組成にもよるが、一般に電子密度の高い材料ほど大きくなる。しかしながら、非特許文献１に開示されている人工多層膜は、低電子密度部に炭素を用いているため、電子密度が依然高く、Ｘ線の透過性能が限定的とならざるを得なかった。そのため、低電子密度部に、炭素よりもさらに電子密度の低い材料を用いたＸ線導波路が求められていた。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、コアに電子密度の低い低電子密度部を設けることにより、Ｘ線の透過率の高いＸ線導波路およびその製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するＸ線導波路は、コアとクラッドからなるＸ線導波路であって、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されていることを特徴とする。

特に、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に
一定方向に配されている単位構造が積層した積層構造体からなり、前記積層構造体の単位構造の積層方向がＸ線の伝播方向に対して垂直方向であることを特徴とする。

上記の課題を解決するＸ線導波路の製造方法は、コアとクラッドから構成され、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されているＸ線導波路の製造方法であって、クラッドの一部となる基板を準備する工程と、前記基板の表面に前記コアを形成する工程と、前記コアの一部または周囲にクラッドの他の部分を形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、コアに用いられる低電子密度部を空孔あるいは有機物から形成することにより、Ｘ線の透過率の高いＸ線導波路およびその製造方法を提供することができる。

本発明のＸ線導波路の一実施態様を示す概略図である。Ｘ線導波路の構成例を示す概略図である。Ｘ線導波路の構成例とＸ線の入射方法を示す概略図である。本発明のＸ線導波路の製造方法の一実施態様を示す工程図である。本発明の実施例１、実施例２及び比較例１の試料の構成を示す概略図である。実施例１及び実施例２における透過Ｘ線強度の入射角度依存性を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るＸ線導波路は、コアとクラッドからなるＸ線導波路であって、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されていることを特徴とする。

特に、前記コアが、低電子密度部が高電子密度部の中に一定方向に配されている単位構造が積層した積層構造体からなり、前記積層構造体の単位構造の積層方向がＸ線の伝播方向に対して垂直方向であることを特徴とする。

図１は本発明のＸ線導波路の実施態様を示す概略図である。図１において、本発明のＸ線導波路は、コア１４と、クラッド１２、１３からなる、前記コア１４が高電子密度部１６の中に低電子密度部１５が配されている構成からなる。Ｘ線が局在化する低電子密度部１５が空孔あるいは有機物であるため、従来よりも透過Ｘ線の強いＸ線導波路を提供することができる。

また、コア１４が、高電子密度部１６の中に低電子密度部１５が一定方向に配されている単位構造１１が積層した積層構造体であることにより、低電子密度部へのＸ線の局在化が顕著になり、より透過Ｘ線の強いＸ線導波路を提供することができる。

積層構造体からなるコア１４は、単位構造１１が積層されて形成される。単位構造１１は、Ｘ線を伝播する電子密度の低い部材からなる、チューブ状、または球状の低電子密度部１５と、電子密度の高い部材からなる高電子密度部１６からなり、前記低電子密度部が前記高電子密度部の中に一定方向に配されている。１９は低電子密度部が一定方向に配されている方向を示す。また、前記単位構造１１の積層方向１８がＸ線の伝播方向１７に対して垂直な方向である。

本発明の積層構造体からなるコア１４には、主に２つの構造からなる膜が挙げられる。図１（ａ）は、低電子密度部１５がチューブ状あるいは球状からなり、一定方向に配している単位構造であり、それらが高電子密度部１６の中で積層されている膜（以下、非層状構造体）である。また、図１（ｂ）は、低電子密度部１５と高電子密度部１６が層状構造をしており、それらが交互に積層している膜（以下、層状構造体）である。

前記単位構造１１は、積層方向１８に垂直な面に関して平均化した電子密度が、積層方向１８にそって高い領域と低い領域を繰り返していることを特徴としている。必ずしも前記単位構造の積層方向１８に平行な方向のサイズ（積層間隔）は一定である必要はない。

単位構造１１の低電子密度部１５が一定方向に配されている方向１９はクラッド１３に対して平行方向であり、単位構造１１の積層方向１８はクラッド１３に対して垂直方向であることが好ましい。この構成により、好ましくＸ線を導波路内に閉じ込めることができ、よりＸ線を低電子密度部に局在化できるため、透過Ｘ線の強いＸ線導波路を提供することができる。

本発明では、図２に示すように、クラッド１３である基板上に形成されたコア１４の周囲、または上下にクラッド１２及び１３が形成されている。図２では、Ｘ線導波路へＸ線２１が入射する位置を座標の原点とし、Ｘ線の伝播方向をｘ軸とする。また、Ｘ線導波路へのＸ線入射角度のうち、前記導波路の面内方向の入射角度をφ_ｉとし、面外方向の入射角度をα_ｉとする（以下、図２に記載されたこれらの変数でＸ線入射角度を定義する）。

Ｘ線導波路には２種類がある。図２（ａ）のように、クラッド１２および１３にコア１４が挟まれた平板構造である１次元閉じ込め型導波路と、図２（ｂ）のように、クラッド１３上のライン状のコア１４の周囲をクラッド１２が囲んでいる２次元閉じ込め型導波路である。１次元閉じ込め型導波路の場合には、Ｘ線の波長と入射角度（α_ｉ）を導波路の形状に合わせて適切に設定することにより、導波路内で導波モードを形成しｚ方向に閉じ込められたＸ線がｘ軸方向に伝播する。２次元閉じ込め型導波路の場合には、１次元閉じ込め型導波路の特性に加えて、φ_ｉを適切に設定することにより、ｙ軸方向にもＸ線を閉じ込めて伝播させることができる。２次元閉じ込め型導波路では、Ｘ線が２次元的に導波路内に閉じ込められることから、より発散性が抑制され、かつ小さなビームサイズのＸ線ビームを取り出すことができる。

Ｘ線導波路へのＸ線の入射部分の形状及びＸ線の入射方法には、Ｘ線導波路中にＸ線を導くことができる方法であれば、いかなる方法でも良く、例えば、図３に示す構成が挙げられる。図３において、Ｘ線導波路はクラッド１２及び１３と、コア１４から構成される。図３（ａ）では、平行度の高い（発散角度の小さい）Ｘ線３１を斜めから入射し、少ない数の導波モードを導波路内に形成して、Ｘ線を伝播させる。導波モードの数が少ないことで、比較的得られる透過Ｘ線ビームの位相がそろうことを特徴とする。一方、図３（ｂ）では、集光されたＸ線３５をＸ線導波路の端面から入射する。この構成では、多くの数の導波モードを導波路内で形成することができ、比較的強い強度のＸ線ビームを得ることができる。

本発明において、コアが無機酸化物−有機層状構造体からなり、前記コアは、有機物からなる層状の低電子密度部が、無機酸化物からなる高電子密度部の中に一定方向に配列されている単位構造が積層された構成からなることが好ましい。コアに、有機物からなる層状の低電子密度部を用いることにより、Ｘ線導波路への入射許容角度、及びＸ線透過率等の光学特性が優れたＸ線導波路を提供できる。

また、コアが無機酸化物多孔質体からなり、前記コアは、空孔あるいは空孔内にある有機物からなるチューブ状あるいは球状の低電子密度部が、無機酸化物からなる高電子密度部の中に一定方向に配されている単位構造が積層された構成からなることが好ましい。コアに、空孔あるいは有機物からなるチューブ状あるいは球状の低電子密度部を用いることにより、Ｘ線透過率等の光学特性が優れたＸ線導波路を提供できる。

チューブ状の低電子密度部の断面形状は、円形、楕円形、四角形、多角形等が挙げられる。チューブ状としては、例えばポーラスシリカ、ポーラス酸化チタン、ポーラスアルミナ等が挙げられる。球状としては、例えば高電子密度部のマトリックス中のポリスチレン球の自己組織的に形成された六方細密充填（逆オパール構造体）、メソポーラスシリカ、等が挙げられる。球状構造は完全に球状である必要はないが、アスペクト比（細孔断面の短径／細孔断面の長径）が０．３０以上であることが好ましい。

上記の様に、本発明では、低電子密度部１５が空孔あるいは有機物で構成される。図１（ａ）のコア（非層状構造体）の場合、低電子密度部１５からなる単位構造が、空孔あるいは有機物から構成される。一方で、図１（ｂ）のコア（層状構造体）の場合、低電子密度部１５は有機物から構成される。低電子密度部１５が空孔あるいは有機物であるため、従来のコアに人工多層膜を用いたＸ線導波路よりも、低電子密度部１５の電子密度が小さく、Ｘ線の吸収が抑制できるため、強度の強い透過Ｘ線を取り出すことができる。特に低電子密度部１５を空孔にすることにより、従来よりも著しく透過Ｘ線の強度を増大することができる。

前記有機物には、例えば界面活性剤に代表される両親媒性分子、シロキサンオリゴマーのアルキル鎖部分、あるいはシランカップリング剤のアルキル鎖部分、ポリマー粒子等を挙げることができる。界面活性剤としては、Ｃ_１２Ｈ_２５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_４ＯＨ、Ｃ_１６Ｈ_３５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、Ｃ_１８Ｈ_３７（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、Ｔｗｅｅｎ６０（東京化成工業）、ＰｌｕｒｏｎｉｃＬ１２１（ＢＡＳＦ社）、ＰｌｕｒｏｎｉｃＰ１２３（ＢＡＳＦ社）、ＰｌｕｒｏｎｉｃＰ６５（ＢＡＳＦ社）、ＰｌｕｒｏｎｉｃＰ８５（ＢＡＳＦ社）等を例示することができる。

表１は、低電子密度部に用いる材料のＸ線（１２ｋｅＶ）の透過性能の指標である線吸収係数を例示したものである。炭素に比べて、空孔や有機物の線吸収係数が小さく、従来よりも透過性能が高いことがわかる。

（注）アルキルは、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１からなる分子の一部分（官能基）を表す。
本発明において、高電子密度部１６の材料には、低電子密度部１５よりも電子密度が大
きければよい。ただし、高電子密度部１６と低電子密度部１５との電子密度差が急激に変化するほど、低電子密度部１５へのＸ線局在化は顕著になり、透過Ｘ線の強いＸ線導波路を提供することができる。また、後述する自己集合プロセスによって、高い単位構造性を有する材料を作製する場合には、高電子密度部は無機酸化物が特に好ましい。例えば、シリカ、酸化チタンあるいは酸化ジルコニウム等を挙げることができる。

本発明のＸ線導波路においては、コア１４の高電子密度部１６の厚みが、Ｘ線のエバネッセント光が高電子密度部に染み出す長さの２倍以下であることが好ましい。使用するＸ線の高電子密度部１６へのエバネッセント波の染み出し長さＬは、下記の（式１）で表される。この条件において、低電子密度部に局在するＸ線同士が好ましく相互作用できるようになり、縮退した導波モードが形成されるようになり、Ｘ線入射角度の許容幅の大きなＸ線導波路を提供することができる。

Ｌ：エバネッセント波の染み出し長さ
λ：Ｘ線の波長
ｎ_１：低電子密度部の屈折率
ｎ_２：高電子密度部の屈折率
α：Ｘ線の低電子密度部から高電子密度部への入射角度

本発明において、クラッド１２及び１３の厚さは、該クラッドへのＸ線のエバネッセント波の染み出し長さＬ以上にすることが好ましい。クラッドの厚さがＬ以上であることにより、Ｘ線がＸ線導波路内に良好に閉じ込められ、Ｘ線強度の損失を抑制することができる。

本発明のＸ線導波路の製造方法は、コアとクラッドから構成され、前記コアが、Ｘ線を伝播する電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されているＸ線導波路の製造方法であって、クラッドの一部となる基板を準備する工程と、前記基板の表面に前記コアを形成する工程と、前記コアの一部または周囲にクラッドの他の部分を形成する工程とを有することを特徴とする。

前記コアを形成する工程が、有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより行われることが好ましい。
図４は、本発明のＸ線導波路の製造方法の一実施態様を示す工程図である。本発明のＸ線導波路は、１次元閉じ込め型導波路の場合、図４ａの工程、図４ｂの工程、および、図４ｃの工程により作成される。図４ａの工程では、クラッドの一部となる基板４１を準備する。図４ｂの工程では、高電子密度部に低電子密度部が配されているコア４２を基板４１の表面に形成する。図４ｃの工程では、コア４２の上に他の部分となるクラッド４３を形成する。

また、本発明のＸ線導波路は、２次元閉じ込め型導波路の場合、図４ａの工程、図４ｄの工程、および、図４ｅの工程により作成される。図４ａの工程では、クラッドの一部と
なる基板４１を準備する。図４ｄの工程では、ライン状のコア４４を基板４１の表面に形成する。図４ｅの工程では、コア４４の周囲に他の部分となるクラッド４５を形成する。

本発明のＸ線導波路のコアは、該コアより屈折率の小さいクラッドに挟まれるか又は囲まれるため、該コアはクラッドの材料の上に形成することが好ましい。本発明では、基板の表面部分がクラッドの材料から構成されていることが好ましい。基板自体がクラッドとして不十分である場合には、基板表面を処理する必要がある。基板の処理方法は、酸化処理（酸化膜の形成）やスパッタ等による成膜等を挙げることができ、これらの方法により、基板の表面層をクラッドとして機能させることができる。また、その処理工程は、前記コアの基板上への形成工程の前でも、後でも構わない。

クラッドを形成する材料としては、コアよりも屈折率が小さい、すなわち電子密度がコアよりも大きい材料が用いられ、無機酸化物や重金属元素を例示することができる。
本発明において、コアは特に限定されないが、有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスに基づく方法により作製されるコアが好ましい。コアは、従来公知の方法を用いて作製することが可能である。例えば、界面活性剤と高電子密度部材の前駆体と酸とを含んだ反応液を、クラッドである基板表面に接触保持して化学反応処理する方法（水熱合成法）を用いて作製することができる。また、その反応液を、スピンコート、ディップコート、または、キャピラリーコート等の方法により基板表面に塗布して、溶媒が蒸発する際にコアを形成する方法（ゾルゲル法）等を用いて作製することもできる。また、アルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーやシランカップリング剤を含んだ反応液を基板表面に塗布したゾルゲル法によってコアを作製することもできる。これらの方法においては、ウェットプロセスによる自己集合に基づいて一度に高電子密度部内に多数の低電子密度部を配した構造を作製することが可能である。したがって、従来利用されているスパッタリング等のドライプロセスによる方法に比べて、簡便、かつ安価にＸ線導波路を作製することができる。

ここで作製されるコアの低電子密度部は、有機物が好ましい。有機成分の種類、有機成分の濃度、反応液温度等の反応条件に応じて、図１（ａ）のような非層状構造体や図１（ｂ）のような層状構造体を形成する。例えば、アルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーを含む反応液を用いて塗布処理した場合、そのアルキル鎖の鎖長が炭素数１６である場合には層状構造体を形成し、鎖長が炭素数１０である場合には非層状構造体を形成する。
また、水熱合成法の場合における、用いる有機物に対するコアの構造を表２に例示する。

非層状構造体を用いる構成の場合（図１ａ）、コアの構造を維持したまま、有機物を除去することができ、低電子密度部を空孔にすることができる。低電子密度部を空孔とすることで、電子密度がさらに減少し、Ｘ線透過性能がより良好なＸ線導波路が得られる。

有機物の除去には、従来公知の何れの方法も用いることが可能であり、例えば、酸素雰囲気中での焼成、溶剤による抽出、オゾン酸化等を用いることができる。一般には、焼成工程が用いられるが、コア、基板、及び基板表面に形成したクラッド等を高温にさらすことができない場合には、溶剤による抽出やオゾン酸化を用いることが好ましい。

図２（ｂ）の２次元閉じ込め型導波路を作製するためには、コア１４をクラッド１３上にライン状に形成する。その方法には、例えば、ソフトリソグラフィ法、インクジェット法、ペンリソグラフィ等のコアの形成用の反応液をクラッド１３にパターニングしてコア１４を形成する方法を挙げることができる。また、クラッド１３の上に形成したコアのうち、フォトリソグラフィ等のエッチング工程によって、不要な部分を選択的に除去することにより、ライン状のコア１４を得ることもできる。

クラッドを形成する方法としては、クラッドの厚みを制御でき、均一に形成できる方法であれば、いかなる方法でも使用できる。例えば、スパッタリングや蒸着等のドライプロセス、ゾルゲル法等のウェットプロセスを適用できる。図３（ａ）に示すＸ線斜入射用のＸ線導波路の作製等で、部分的にクラッド１２を形成する必要がある場合には、メタルマスク等によってコア１４をマスキングしてクラッド１２を成膜する方法を用いればよい。また、エッチング工程によって部分的に除去する方法も用いることもできる。

また、本発明のＸ線導波路のコアは、自己集合プロセスに基づく方法により製造され、一度の工程により自己集合に基づいて一度に高電子密度部内に多数の低電子密度部を配した構造を作製することが可能である。したがって、従来よりも、簡便で速いプロセスによりＸ線導波路を提供することができる。

本実施例は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成の、低電子密度部がアルキルである層状構造体５４を用いた１次元閉じ込め型Ｘ線導波路を作製し、そのＸ線伝播挙動を検討した例である。

まず、基板としてシリコンウェハ５３（３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．５ｍｍ）を準備し、オゾン装置中で表面をクリーニングした。
次に、層状構造体の前駆体である、アルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーを合成した。デシルトリクロロシラン（０．１１ｍｏｌ）をジエチルエーテル（２５０ｍＬ）に溶解してアイスバス中で激しく撹拌しながら、混合溶液を滴下した。その混合溶液は、テトラヒドロフラン（３５０ｍＬ）、ジエチルエーテル（３６５ｍＬ）、純水（６．５ｍＬ）、及びアニリン（３３．０ｍＬ）からなる。２時間の撹拌の後、沈殿物をフィルタろ過によって除去し、ろ液にヘキサンを添加した後に溶媒を蒸発させて固形物を得た。この固形物を吸引ろ過によって分離した後、冷やしたアセトンで十分洗浄し、真空乾燥をした。テトラヒドロフラン中に乾燥後の固形物を溶解し、^２９ＳｉＮＭＲを測定すると、固形物が、Ｃ_１０Ｈ_２１Ｓｉ（ＯＳｉ（ＯＭｅ）_３）_３の構造を有するアルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーであることが確認された。

シロキサンオリゴマー、テトラメトキシシラン、テトラヒドロフラン、純水、及び塩酸を混合して、モル比が順番に、１．０：２．０：１５：１４：０．００５０になるように調整した。さらに、固形分を撹拌して溶解し、２．５時間後にテトラヒドロフランを加え、モル比が１．０：２．０：６０：１４：０．００５．０になるように調整し、反応液と
した。

前記反応液溶液を、シリコンウェハ５３の上にスピンコートした（５０００ｒｐｍ）。スピンコート後のシリコンウェハ５３は、２０℃、湿度４０％の恒温恒湿器中に入れて１日以上保持し、シリコンウェハ５３上にコア５４を形成した。コア５４を電子顕微鏡で観察すると、図５ｃに示す層状構造体であることが確認された。この層状構造体の高電子密度部５Ａと低電子密度部５Ｂは、それぞれシリカとデシル基である。また、電子顕微鏡観察により、シリカの全反射臨界角以下では、コア５４の高電子密度部５Ａを構成するシリカの厚みがエバネッセント波の染み出し長さの２倍以下であることが確認された。

不均一に反応液が塗布されてコア５４の膜厚分布のあるシリコンウェハ５３の周辺部分を排除するため、シリコンウェハ５３の中心部分（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を切断して取り出した。さらに、その上にアルミニウム製のメタルマスクでマスキングし、コア５４の中心部分（５．０ｍｍ×５．０ｍｍ）のみ、マグネトロンスパッタリングによりクラッドであるシリカ５２を３００ｎｍ成膜した。さらに該シリカ５２の上に銀ペースト５５を用いて鉛ガラス５６（底面：４．５ｍｍ×４．５ｍｍ、高さ：６ｍｍ）を接着し、透過Ｘ線５７の測定を阻害する反射Ｘ線、及びダイレクトビームの遮蔽材とした。以上の工程によりＸ線導波路を作製した。

Ｘ線マイクロビーム（４μｍ×４μｍ、１２ｋｅＶ）を用いて作製したＸ線導波路の特性を検討した。Ｘ線入射位置をクラッドであるシリカ５２の成膜部分の境界に合わせ、図５（ａ及びｂ）に示すようにＸ線マイクロビームをＸ線導波路へ入射させた。Ｘ線入射角度のうちφ_ｉ＝０°としてＸ線が導波する光路長を５ｍｍとした。またα_ｉを０°から徐々に大きくし、α_ｉの異なる場合の透過Ｘ線５７の強度をＸ線イメージインテンシファイアに接続したＣＣＤカメラ、及びフォトダイオードによって検出した。

入射角度α_ｉに対する透過Ｘ線の強度は図６（ａ）に示すようになり、特定のα_ｉにおいて透過Ｘ線５７の強度が増大し、Ｘ線の導波モードが形成されることが確認された。

本実施例は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示す構成の低電子密度部が空孔である非層状構造体５４を用いた１次元閉じ込め型Ｘ線導波路を作製し、そのＸ線伝播挙動を検討した例である。

まず、基板としてシリコンウェハ５３（３５ｍｍ×３５ｍｍ×０．５ｍｍ）を準備し、オゾン装置中で表面をクリーニングした。ポリアミック酸溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ）により塗布し、２００℃で１時間焼成して、ポリイミド層を形成した。ポリイミド膜があることにより、コアがシリコンウェハ５３の上に均一に形成できるようになる。

次に、コア作製のための反応液を準備した。７．５１ｇのＣ_１６Ｈ_３５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ（ポリエチレンオキシド１０ヘキサデシルエーテル）を加熱しながら撹拌して融解させ、１５９．９ｇの純水、及び２６．５ｍＬの濃塩酸（３６％）を添加し、溶液を８０℃に保持しながら１時間以上撹拌した。この溶液を２７℃になるまで冷却した後、２．２４ｍＬのテトラエトキシシランを添加し、１５０秒間撹拌して反応液とした。

シリコンウェハ５３の表面を下に向けてテフロン（登録商標）容器中に入れて、前記反応液を容器内に注入し、前記基板が完全に反応液によって覆われるようにし、テフロン（登録商標）容器を完全に密閉した。この際、石英基板（３５ｍｍ×３５ｍｍ×１．１ｍｍ）を用意し、スペーサを介してシリコンウェハ５３の表面を覆った。その後、８０℃のオーブン中に前記容器を導入し、５日間反応させた。

その後、前記容器から取り出したシリコンウェハ５３を超純水で洗浄し、自然乾燥させた。有機物である界面活性剤Ｃ_１６Ｈ_３５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、及びポリイミド層を除去するために、空気雰囲気下の電気炉中に導入し、温度を毎分２℃ずつ４００℃になるまで昇温した。４００℃になってから１０時間保持した後、毎分２℃ずつ室温になるまで降温した。

以上の工程により、シリコンウェハ５３上にコア５４を形成した。コア５４を電子顕微鏡で観察すると、図５（ｄ）に示す非層状構造体であることが確認された。この層状構造体の高電子密度部５Ｃと低電子密度部５Ｄは、それぞれシリカと空孔である。また、電子顕微鏡観察により、シリカの全反射臨界角以下では、コアを構成するシリカの厚みがエバネッセント波の染み出し長さの２倍以下であることが確認された。

さらに、実施例１と同様の工程により、シリカ５２、銀ペースト５５、鉛ガラス５６を配置し、Ｘ線導波路を作製した。
Ｘ線マイクロビーム（４μｍ×４μｍ、１２ｋｅＶ）を用いて作製したＸ線導波路の特性を検討した。Ｘ線入射位置をクラッドであるシリカ５２の成膜部分の境界に合わせ、図５（ａ及びｂ）に示すようにＸ線マイクロビームをＸ線導波路へ入射させた。Ｘ線入射角度のうちφ_ｉ＝０°としてＸ線が導波する光路長を５ｍｍとした。またα_ｉを０°から徐々に大きくし、α_ｉの異なる場合の透過Ｘ線５７の強度をＸ線イメージインテンシファイアに接続したＣＣＤカメラ、及びフォトダイオードによって検出した。

入射角度α_ｉに対する透過Ｘ線の強度は図６（ｂ）に示すようになり、特定のα_ｉにおいて透過Ｘ線５７の強度が増大し、導波モードが形成されることが確認された。また、低電子密度部が有機物である実施例１と比べて、透過Ｘ線の強度が大きいことが確認された。

（比較例１）
本比較例は、低電子密度部が炭素である人工多層膜を用いた１次元閉じ込め型Ｘ線導波路を作製し、そのＸ線伝播挙動を検討する例である。

まず、基板としてシリコンウェハ（２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．５ｍｍ）を準備し、オゾン装置中で表面をクリーニングする。シリコンウェハ上にクラッドとなるニッケル層（２０ｎｍ）をマグネトロンスパッタリングによって成膜する。さらに、マグネトロンスパッタリングによって炭素（４５．７ｎｍ）とニッケル（２．５ｎｍ）を交互に７層ずつ成膜し、人工多層膜を形成する。

人工多層膜の上にアルミニウム製のメタルマスクでマスキングし、該人工多層膜の中心部分（５．０ｍｍ×５．０ｍｍ）のみ、マグネトロンスパッタリングによりクラッドであるニッケルを２０ｎｍ成膜した。さらに該ニッケルの上に銀ペーストを用いて鉛ガラス（底面：４．５ｍｍ×４．５ｍｍ、高さ：６ｍｍ）を接着し、透過Ｘ線５７の測定を阻害する反射Ｘ線、及びダイレクトビームの遮蔽材とする。以上の工程によりＸ線導波路を作製する。

Ｘ線マイクロビーム（４μｍ×４μｍ、１２ｋｅＶ）を用いて作製したＸ線導波路の特性を検討する。Ｘ線入射位置をクラッドであるニッケルの成膜部分の境界に合わせ、Ｘ線導波路へ入射させる。Ｘ線入射角度のうちφ_ｉ＝０°としてＸ線が導波する光路長を５ｍｍとする。またα_ｉを０°から徐々に大きくし、α_ｉの異なる場合の透過Ｘ線の強度をＸ線イメージインテンシファイアに接続したＣＣＤカメラ、及びフォトダイオードによって検出する。

入射角度α_ｉに対する透過Ｘ線の強度はα_ｉ＝０．１６°で最大強度（ピーク強度）となり、導波モードが形成されることが確認される。しかしながら、その強度は実施例１のピーク強度の約５０％である。

本発明のＸ線導波路は、ビームサイズが小さく、かつ強度の強いＸ線ビームを得ることができるので、Ｘ線を用いた分析技術の分野等に有用である。

１１単位構造
１２，１３クラッド
１４コア（積層構造体）
１５低電子密度部
１６高電子密度部

Claims

コアとクラッドからなるＸ線導波路であって、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されていることを特徴とするＸ線導波路。
前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に一定方向に配されている単位構造が積層した積層構造体からなり、前記積層構造体の単位構造の積層方向がＸ線の伝播方向に対して垂直方向であり、かつ前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
前記単位構造の低電子密度部が一定方向に配されている方向はクラッドに対して平行方向であり、前記単位構造の積層方向はクラッドに対して垂直方向であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線導波路。
前記積層構造体の高電子密度部の厚みが、Ｘ線のエバネッセント光が高電子密度部に染み出す長さの２倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線導波路。
前記コアは、有機物からなる層状の低電子密度部が、無機酸化物からなる高電子密度部の中に一定方向に配されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のＸ線導波路。
前記コアは、空孔あるいは有機物からなるチューブ状あるいは球状の低電子密度部が、無機酸化物からなる高電子密度部の中に一定方向に配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載のＸ線導波路。
コアとクラッドから構成され、前記コアが、電子密度の低い低電子密度部が電子密度の高い高電子密度部の中に中に配されており、前記低電子密度部が空孔あるいは有機物から構成されているＸ線導波路の製造方法であって、クラッドの一部となる基板を準備する工程と、前記基板の表面に前記コアを形成する工程と、前記コアの一部または周囲にクラッドの他の部分を形成する工程とを有することを特徴とするＸ線導波路の製造方法。
前記コアを形成する工程が、有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより行われることを特徴とする請求項７に記載のＸ線導波路の製造方法。