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JP2014025124A - Method of producing mesoporous film, x ray waveguide and method of producing the same - Google Patents

Method of producing mesoporous film, x ray waveguide and method of producing the same Download PDF

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JP2014025124A
JP2014025124A JP2012167692A JP2012167692A JP2014025124A JP 2014025124 A JP2014025124 A JP 2014025124A JP 2012167692 A JP2012167692 A JP 2012167692A JP 2012167692 A JP2012167692 A JP 2012167692A JP 2014025124 A JP2014025124 A JP 2014025124A
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Japan
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mesoporous
mesoporous film
producing
compound
gas
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JP2012167692A
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Shin Kitamura
伸 北村
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Canon Inc
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Abstract

【課題】メソポーラス材料の細孔間に存在する微小孔を選択的に埋めることができ、電子素子や光学素子、X線素子などに好適に用いることが可能となるメソポーラス膜の製造方法を提供する。
【解決手段】メソポーラス膜の製造方法であって、
容器内に、メソポーラス膜を保持する第一の工程と、
シリコン原子または金属原子を含む化合物のガス、を前記容器内の全圧のうち85%以上となる分圧で導入し、前記メソポーラス膜を前記化合物のガスに暴露させる第二の工程と、
容器内に、前記化合物と化学的に反応するガスを導入し、前記化合物ガスに暴露した後のメソポーラス膜を前記化学的に反応するガスに暴露させる第三の工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Provided is a method for producing a mesoporous film that can selectively fill micropores existing between pores of a mesoporous material and can be suitably used for electronic elements, optical elements, X-ray elements, and the like. .
A method for producing a mesoporous film comprising:
A first step of holding a mesoporous film in a container;
Introducing a gas of a compound containing silicon atoms or metal atoms at a partial pressure of 85% or more of the total pressure in the container, and exposing the mesoporous film to the gas of the compound;
And a third step of introducing a gas chemically reacting with the compound into the container and exposing the mesoporous film exposed to the compound gas to the chemically reacting gas. To do.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、メソポーラス膜の製造方法、X線導波路とその製造方法に関する。特に、電子素子や光学素子、X線素子などに好適に用いることが可能となるメソポーラス膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a mesoporous film, an X-ray waveguide, and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a method for producing a mesoporous film that can be suitably used for electronic elements, optical elements, X-ray elements, and the like.

メソポーラス材料は界面活性剤の分子集合体が鋳型となって形成される均一なメソ細孔(孔径が2−50nmの細孔)を有する多孔体で、多くの場合、細孔径が均一であるのみならず、細孔の配列も高い規則性を有している。
シリンダー状の細孔がハニカムパッキングされた構造の2次元ヘキサゴナル構造をはじめ、その細孔構造は多様で非常に多くの構造が知られている。
メソポーラス材料においては、図3に示すようなメソ細孔間301を連結する補足的な微小孔302が存在することが知られている(非特許文献1)。
A mesoporous material is a porous body having uniform mesopores (pores having a pore diameter of 2 to 50 nm) formed by using a molecular aggregate of a surfactant as a template. In many cases, the pore diameter is only uniform. In addition, the arrangement of the pores has high regularity.
There are a variety of pore structures such as a two-dimensional hexagonal structure in which cylindrical pores are packed in a honeycomb structure, and many structures are known.
In the mesoporous material, it is known that supplementary micropores 302 for connecting mesopores 301 as shown in FIG. 3 exist (Non-Patent Document 1).

この材料における細孔の配列の規則性は、結晶における原子配列の規則性に類似しており、それ故に、メソポーラス材料は、結晶同様、明瞭なX線回折パターンを示す(構造周期が結晶よりも一桁大きいために、回折ピークは、結晶の場合よりも低角度領域に現れる)。
最も代表的なメソポーラス材料は、メソポーラスシリカであるが、近年、シリカ以外でも遷移金属酸化物等、多くのメソポーラス材料が報告されている。
一般的には、細孔中に鋳型の界面活性剤の分子集合体が残存している状態のものをメソ構造体材料、細孔内から界面活性剤を焼成や抽出等の方法で除去したものをメソポーラス材料と呼ぶ。本発明では細孔内に界面活性剤を保持している状態のものも、メソポーラス材料と呼ぶことにする。
このようなメソポーラス材料の細孔径のサイズを調整するために、気相化学成長法(CVD法)により細孔内に酸化物を形成する手法が知られている(特許文献1)。
The regularity of the pore arrangement in this material is similar to the regularity of the atomic arrangement in the crystal. Therefore, the mesoporous material shows a clear X-ray diffraction pattern (structure period is higher than that of the crystal). Because it is an order of magnitude larger, the diffraction peak appears in a lower angle region than in the case of crystals).
The most representative mesoporous material is mesoporous silica, but in recent years, many mesoporous materials such as transition metal oxides other than silica have been reported.
Generally, mesostructured material in which the template surfactant molecular aggregate remains in the pores, and the surfactant removed from the pores by a method such as baking or extraction Is called mesoporous material. In the present invention, a state in which a surfactant is held in the pores is also referred to as a mesoporous material.
In order to adjust the size of the pore diameter of such a mesoporous material, a technique of forming an oxide in the pores by a vapor phase chemical growth method (CVD method) is known (Patent Document 1).

CHEM.COMMUN.,2003,98−99CHEM. COMMUN. , 2003, 98-99

特開2012−71301号公報JP 2012-71301 A

前述した規則的な細孔構造を有するメソポーラス材料を膜として形成し、X線素子や光学素子、電子素子などとして工業的に利用する場合、素子の求められる性質を損なわないような細孔構造を有することが要求される。
例えば、図3に示すようにメソ細孔301間に存在する微小孔302は素子として用いる場合において、欠陥として特性を劣化させる要因になるという問題が生じる。
ここで例えば、特許文献1に記載の手法を上記メソポーラス材料に適用した場合、微小孔302を埋めることができる可能性があるが、同時にメソ細孔301のサイズも小さくなってしまい、材料の構造パラメータが大きく変化してしまうという問題が生じる。
When the mesoporous material having the regular pore structure described above is formed as a film and used industrially as an X-ray element, optical element, electronic element, etc., the pore structure does not impair the required properties of the element. It is required to have.
For example, as shown in FIG. 3, when the micropores 302 existing between the mesopores 301 are used as an element, there arises a problem that the characteristics deteriorate as a defect.
Here, for example, when the method described in Patent Document 1 is applied to the mesoporous material, there is a possibility that the micropores 302 can be filled, but at the same time, the size of the mesopores 301 is reduced, and the structure of the material is reduced. There arises a problem that the parameter changes greatly.

本発明は、上記課題に鑑み、メソポーラス材料の細孔間に存在する微小孔を選択的に埋めることができ、電子素子や光学素子、X線素子などに好適に用いることが可能となるメソポーラス膜の製造方法、X線導波路とその製造方法の提供を目的とする。   In view of the above problems, the present invention can selectively fill micropores existing between pores of a mesoporous material, and can be suitably used for electronic elements, optical elements, X-ray elements, and the like. An object of the present invention is to provide an X-ray waveguide and a manufacturing method thereof.

本発明のソポーラス膜の製造方法は、
容器内に、メソポーラス膜を保持する第一の工程と、
シリコン原子または金属原子を含む化合物のガス、を前記容器内の全圧のうち85%以上となる分圧で導入し、前記メソポーラス膜を前記化合物のガスに暴露させる第二の工程と、
容器内に、前記化合物と化学的に反応するガスを導入し、前記化合物ガスに暴露した後のメソポーラス膜を前記化学的に反応するガスに暴露させる第三の工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のコアとクラッドを有するX線導波路は、前記コアが、上記したメソポーラス膜の製造方法で製造したメソポーラス膜で形成されていることを特徴とする
また、本発明のコアとクラッドを有するX線導波路の製造方法は、
前記コアが、上記したメソポーラス膜の製造方法で製造したメソポーラス膜を用いて製造されることを特徴とする。
The method for producing the porous film of the present invention includes:
A first step of holding a mesoporous film in a container;
Introducing a gas of a compound containing silicon atoms or metal atoms at a partial pressure of 85% or more of the total pressure in the container, and exposing the mesoporous film to the gas of the compound;
A third step of introducing a gas chemically reacting with the compound into the container and exposing the mesoporous film exposed to the compound gas to the chemically reacting gas;
It is characterized by having.
The X-ray waveguide having a core and a clad according to the present invention is characterized in that the core is formed of a mesoporous film produced by the above-described method for producing a mesoporous film. The manufacturing method of the X-ray waveguide having
The core is manufactured using the mesoporous film manufactured by the method for manufacturing a mesoporous film described above.

本発明によれば、メソポーラス材料の細孔間に存在する微小孔を選択的に埋めることができ、電子素子や光学素子、X線素子などに好適に用いることが可能となるメメソポーラス膜の製造方法、X線導波路を実現することができる。
また、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線導波路の製造方法を実現することができる。
According to the present invention, it is possible to selectively fill micropores existing between pores of a mesoporous material, and to manufacture a mesoporous film that can be suitably used for electronic elements, optical elements, X-ray elements, and the like. A method, an X-ray waveguide can be realized.
In addition, it is possible to realize an X-ray waveguide manufacturing method capable of guiding X-rays having a uniform phase with high propagation efficiency.

本発明の実施形態におけるメソポーラス膜の製造方法で細孔を改変したメソポーラス膜の一例を示す概念図。The conceptual diagram which shows an example of the mesoporous membrane which changed the pore with the manufacturing method of the mesoporous membrane in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるメソポーラス膜の製造方法で製造されるX線導波路の概念図。The conceptual diagram of the X-ray waveguide manufactured with the manufacturing method of the mesoporous film in embodiment of this invention. 従来例におけるメソポーラス材料の概念図。The conceptual diagram of the mesoporous material in a prior art example. 本発明の実施形態におけるメソポーラス膜の製造方法に用いる装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the apparatus used for the manufacturing method of the mesoporous film in embodiment of this invention. 本発明の実施例1におけるシリコン原子比率でのチタン含有量の分布を示す概念図。The conceptual diagram which shows distribution of the titanium content in the silicon atomic ratio in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における細孔を改変したメソポーラスシリカと、改変前のメソポーラスシリカの透過電子顕微鏡による観察結果を示す電子顕微鏡写真。The electron micrograph which shows the observation result by the transmission electron microscope of the mesoporous silica which modified the pore in Example 1 of this invention, and the mesoporous silica before modification. 本発明の実施形態のX線導波路の製造方法の概要を説明する図。The figure explaining the outline | summary of the manufacturing method of the X-ray waveguide of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態におけるメソポーラス膜の製造方法について説明する。
本実施形態のメソポーラス膜の製造方法は、公知の方法によって形成したメソポーラス膜(これは、最終的に得られるメソポーラス膜との関係では、中間生成物ということができる。)を特定のガスに暴露させる複数の工程を有するものである。
このような暴露工程によって、メソポーラス膜の微細構造が改変される。
すなわち、本実施形態の製造方法は、メソポーラス膜の細孔構造の改変方法と捉えることも可能であり、微細構造が改変されたメソポーラス膜の製造方法と捉えることも可能である。
本実施形態の製造方法によれば、前述のメソ細孔間に存在する微小孔(図3における302)を、選択的に埋めることができる。
Hereinafter, a method for producing a mesoporous film in the embodiment of the present invention will be described.
In the method for producing a mesoporous film according to the present embodiment, a mesoporous film formed by a known method (which can be referred to as an intermediate product in relation to the finally obtained mesoporous film) is exposed to a specific gas. A plurality of processes.
Such an exposure process modifies the microstructure of the mesoporous film.
That is, the manufacturing method of the present embodiment can be regarded as a method for modifying the pore structure of a mesoporous film, and can also be regarded as a method for producing a mesoporous film with a modified microstructure.
According to the manufacturing method of this embodiment, the micropores (302 in FIG. 3) existing between the aforementioned mesopores can be selectively filled.

図1は、本実施形態のメソポーラス膜の製造方法で細孔を改変したメソポーラス膜の一例を示す概念図である。
本実施形態のメソポーラス膜の製造方法の概要について、
(1)従来と同様の細孔構造を有するメソポーラス膜の準備(第一の工程)
(2)真空排気工程
(3)シリコン原子または金属原子を含む化合物ガスへの暴露工程(第二の工程)
(4)反応ガスへの暴露工程(第三の工程)
に分けて、以下に説明する。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a mesoporous film in which pores are modified by the method for producing a mesoporous film of the present embodiment.
About the outline of the manufacturing method of the mesoporous film of the present embodiment,
(1) Preparation of mesoporous membrane having the same pore structure as in the past (first step)
(2) Vacuum evacuation process (3) Exposure process to compound gas containing silicon atom or metal atom (second process)
(4) Reaction gas exposure process (third process)
This will be described below.

(1)従来と同様の細孔構造を有するメソポーラス膜の準備
本発明で改変することのできるメソポーラス膜(図3にその一例として概念図を示す)は、以下に述べるような従来の方法で形成することができる。以下、従来と同様の細孔構造を有するメソポーラス膜について説明する。
孔径が2−50nmの細孔を有する多孔質材料で、壁部の材料は特に限定されるものではないが、その例としては酸化物が挙げられる。
この酸化物の例としては、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、酸化亜鉛を挙げることができる。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。
メソポーラス膜の成膜法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で成膜することができる。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、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。
(1) Preparation of mesoporous membrane having the same pore structure as that of the prior art A mesoporous membrane that can be modified by the present invention (a conceptual diagram is shown as an example in FIG. 3) is formed by a conventional method as described below. can do. Hereinafter, a mesoporous film having a pore structure similar to the conventional one will be described.
A porous material having pores with a pore diameter of 2 to 50 nm, and the material of the wall portion is not particularly limited, but examples thereof include oxides.
Examples of the oxide include silicon oxide, tin oxide, zirconia, titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, hafnium oxide, and zinc oxide. The above oxide may contain an organic component in its skeleton.
The method for forming the mesoporous film is not particularly limited, and for example, the film can be formed by the following method. An inorganic oxide precursor is added to the solution of the amphiphile in which the aggregate functions as a template, and the inorganic oxide formation reaction proceeds. Thereafter, the template molecule is removed to obtain a porous material.

この両親媒性物質は、特に限定されるものではないが、界面活性剤が適している。
界面活性剤分子の例としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を挙げることができる。このイオン性界面活性剤の例としては、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から22のものが好ましい。非イオン性の界面活性剤は、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、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できる。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から22が好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数は炭素数で2から50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、その具体的にはオクタンを用いることができる。
The amphiphile is not particularly limited, but a surfactant is suitable.
Examples of the surfactant molecule include ionic and nonionic surfactants. Examples of the ionic surfactant include a halide salt of trimethylalkylammonium ion.
The chain length of this alkyl chain is preferably 10 to 22 carbon atoms. As the nonionic surfactant, one containing polyethylene glycol as a hydrophilic group can be used.
As the surfactant containing polyethylene glycol as a hydrophilic group, a polyethylene glycol alkyl ether or a block copolymer of polyethylene glycol-polypropylene glycol-polyethylene glycol can be used. The chain length of this alkyl chain of the polyethylene glycol alkyl ether is preferably 10 to 22 carbon atoms, and the repeating number of polyethylene glycol is preferably 2 to 50 carbon atoms.
It is possible to change the structural period by changing the hydrophobic group and the hydrophilic group. In general, it is possible to enlarge the pore diameter by increasing the hydrophobic group and hydrophilic group.
In addition to the surfactant, an additive for adjusting the structural period may be added. As an additive for adjusting the structure period, a hydrophobic substance can be used.
As this hydrophobic substance, alkanes and aromatic compounds not containing a hydrophilic group can be used, and specifically, octane can be used.

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。
さらに具体的には、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。
なお、本明細書では細孔内に界面活性剤を保持している状態のものも、メソポーラス材料に含めるものとする。
As the precursor of the inorganic oxide, silicon or metal element alkoxide or chloride can be used.
More specifically, alkoxides and chlorides of Si, Zr, Ti, Nb, Al, Zn, and Sn can be used. As the alkoxide, methoxide, ethoxide, propoxide, or one in which a part thereof is substituted with an alkyl group can be used.
As the film forming method, a dip coating method, a spin coating method, or a hydrothermal synthesis method can be used. As a method for removing the template molecule, baking, extraction, ultraviolet irradiation, or ozone treatment can be used.
In this specification, the mesoporous material also includes a state in which a surfactant is held in the pores.

得られる膜の細孔構造は、シリンダー状の細孔がハニカムパッキングされた構造の2次元ヘキサゴナル構造をはじめ、その細孔構造は多様で非常に多くの構造を採り得るが、本発明により最も産業上価値が向上するものはシリンダー状細孔を有するメソポーラス膜である。
シリンダー状細孔の配列例としては、理想的にハニカムパッキングされた構造の2次元ヘキサゴナル構造では断面において、メソ細孔の中心を結んでできる六角形は正六角形になるが、完全なヘキサゴナル構造でなくてもよく、歪んだヘキサゴナル構造のものも含む。
また、メソ細孔の中心を結ぶと矩形となるような構造も含む。
続いて、上述した従来と同世の細孔構造を有するメソポーラス膜を出発物質とした、本実施形態のメソポーラス膜の製造方法について説明する。
The pore structure of the obtained membrane includes a two-dimensional hexagonal structure in which cylindrical pores are packed in a honeycomb structure, and the pore structure is diverse and can take many structures. What is improved in value is a mesoporous film having cylindrical pores.
As an example of the arrangement of cylindrical pores, in a two-dimensional hexagonal structure with an ideal honeycomb-packed structure, the hexagon formed by connecting the centers of mesopores in the cross section becomes a regular hexagon. It does not have to be, and includes a distorted hexagonal structure.
Moreover, the structure which becomes a rectangle when the center of a mesopore is connected is also included.
Subsequently, a method for producing the mesoporous film of this embodiment using the above-described conventional mesoporous film having the same pore structure as a starting material will be described.

(2)真空排気工程
図4に、本実施形態のメソポーラス膜の製造方法に用いる装置の一例を示す。試料台408が設置された容器409は、メインバルブ405を介して真空ポンプ406が設けられ、導入バルブ410を介して格納容器401、導入バルブ403を介して格納容器402、がそれぞれ接続されている。
まず、本実施形態の真空排気工程において、改変しようとする試料(メソポーラス膜)を、試料台に配置して、真空排気を行う。
この真空排気工程の主たる目的は、試料を構成する表面の清浄化と、後に続くシリコン原子または金属原子を含む化合物ガスへ暴露雰囲気の調整、の2点である。
真空排気の程度としては特に限定されるものではないが、なるべく低い圧力まで到達させることが望ましく、好ましくは5×102Pa以下であり、より好ましくは5×10-5Pa以下である。
また、前述した目的のために、本工程時に試料および容器全体を加熱することもある。
(2) Vacuum evacuation process FIG. 4 shows an example of an apparatus used in the method for producing the mesoporous film of the present embodiment. The container 409 on which the sample stage 408 is installed is provided with a vacuum pump 406 via a main valve 405, and a storage container 401 is connected via an introduction valve 410 and a storage container 402 is connected via an introduction valve 403. .
First, in the vacuum evacuation process of this embodiment, a sample (mesoporous film) to be modified is placed on a sample stage and evacuated.
The main purpose of this evacuation process is to clean the surface constituting the sample and to adjust the exposure atmosphere to the compound gas containing silicon atoms or metal atoms that follows.
The degree of evacuation is not particularly limited, but it is desirable to reach a pressure as low as possible, preferably 5 × 10 2 Pa or less, more preferably 5 × 10 −5 Pa or less.
In addition, for the purpose described above, the sample and the entire container may be heated during this step.

(3)シリコン原子または金属原子を含む化合物ガス暴露工程
真空排気工程に続いて、導入バルブ410を開いて格納容器401からシリコン原子または金属原子を含む化合物ガスを容器409内に導入し、試料を暴露させる。
本工程で試料であるメソポーラス材料の細孔のうち、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)に、優先的にシリコン原子または金属原子を含む化合物ガスを吸着させる。
この目的のために本発明では、通常の気相化学成長法(CVD)のようにキャリアガス(化合物ガスの流速を上げるために原料ガスを飽和させる不活性ガス等)を積極的に用いた原料の供給方法よりも、化合物ガスを濃度の高い状態で供給することが望ましい。
暴露させる雰囲気の化合物ガス濃度、すなわち容器内の全圧に対する前記化合物の分圧の割合は高いほどよく、好ましくは85%以上、より好ましくは95%以上である。
暴露時の温度は化合物ガスの反応性や蒸気圧により適宜決定されるが、化合物ガスが熱分解を起こす温度以下であることが望ましく、室温がより好ましい。この状態を一定時間保持して化合物ガスをメソポーラス膜に吸着させる。
(3) Compound gas exposure step containing silicon atoms or metal atoms Following the evacuation step, the introduction valve 410 is opened, a compound gas containing silicon atoms or metal atoms is introduced into the vessel 409 from the storage vessel 401, and the sample is removed. Expose.
Of the pores of the mesoporous material that is a sample in this step, a compound gas containing silicon atoms or metal atoms is preferentially adsorbed into micropores (302 in FIG. 3) that connect the mesopores.
For this purpose, in the present invention, a raw material that positively uses a carrier gas (such as an inert gas that saturates the raw material gas in order to increase the flow rate of the compound gas) as in a normal chemical vapor deposition method (CVD). It is desirable to supply the compound gas in a higher concentration state than the above supply method.
The higher the compound gas concentration of the atmosphere to be exposed, that is, the ratio of the partial pressure of the compound to the total pressure in the container, the better, and it is preferably 85% or more, more preferably 95% or more.
The temperature at the time of exposure is appropriately determined depending on the reactivity of the compound gas and the vapor pressure, but it is preferably below the temperature at which the compound gas undergoes thermal decomposition, more preferably room temperature. This state is maintained for a certain time, and the compound gas is adsorbed on the mesoporous film.

本工程では毛細管凝縮現象の細孔サイズ依存性を利用するとより好ましい結果を得ることができる。
毛細管凝縮とは、気体分子が微小な空間におかれると液化しやすくなる現象のことで、メソポーラス材料でいえば孔径が小さいほど、低い圧力においても孔内で化合物ガスが液化しやすくなる。
本工程では上述のように化合物ガスを導入して一定時間保持した後に、圧力を調整することにより、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)内に、選択的に化合物ガスの吸着量の多い状態を作ることができる。
容器内圧力は、容器内の温度における化合物ガスの飽和蒸気圧以下の圧力に調整することが望ましい。その際、全圧を段階的に減少させるようにすることが望ましい。
メソ孔(図3における301)と、それを連結する微小孔(図3の302)のサイズにより適宜調整され、飽和蒸気圧の1/2以下、1/20以上の範囲とすることが好ましく、1/5以下、1/20以上の範囲とすることがより好ましい。ここで、飽和蒸気圧とは、気体飽和法、静止法などにより、各化合物ガスについて各温度で測定されるもの、もしくは何点かの温度で測定した値を用いてClausius−Clapeyronの近似式により算出した値とすることができる。
In this step, a more preferable result can be obtained by utilizing the pore size dependency of the capillary condensation phenomenon.
Capillary condensation is a phenomenon in which gas molecules are easily liquefied when placed in a minute space. In the case of mesoporous materials, the smaller the pore diameter, the easier the compound gas liquefies in the pores even at a lower pressure.
In this step, after the compound gas is introduced and held for a certain period of time as described above, the pressure is adjusted to selectively adsorb the compound gas into the micropores (302 in FIG. 3) connecting the mesopores. A large amount of state can be created.
It is desirable to adjust the internal pressure of the container to a pressure not higher than the saturated vapor pressure of the compound gas at the temperature in the container. At that time, it is desirable to reduce the total pressure stepwise.
It is suitably adjusted according to the size of the mesopores (301 in FIG. 3) and the micropores (302 in FIG. 3) connecting them, and is preferably in the range of 1/2 or less and 1/20 or more of the saturated vapor pressure, More preferably, the range is 1/5 or less and 1/20 or more. Here, the saturated vapor pressure is a gas saturation method, a static method, or the like, which is measured at each temperature for each compound gas, or an approximate expression of Clausius-Clapeyron using values measured at several temperatures. It can be a calculated value.

本工程で用いる化合物ガスとしては、シリコン、又はチタン、スズ、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、ニオブ、タンタル、アルミニウム、イリジウム、などの金属原子を含み、比較的蒸気圧が高く低温でガス化し、かつ分子量が大きすぎない化合物が望ましい。一例として、アルコキシド類、アミノ化合物類、塩化物類などが挙げられる。
本実施形態で改変したメソポーラス材料の使用目的によっては、メソポーラス材料を構成しているのと同一の元素を含む化合物を選択することが好ましく、メソポーラスシリカとテトラエトキシシランの組み合わせが最もよく用いられる。
The compound gas used in this process includes silicon or metal atoms such as titanium, tin, zirconium, hafnium, zinc, niobium, tantalum, aluminum, iridium, etc., and has a relatively high vapor pressure and gasifies at a low temperature, and has a molecular weight Compounds in which are not too large are desirable. Examples include alkoxides, amino compounds, chlorides and the like.
Depending on the intended use of the mesoporous material modified in the present embodiment, it is preferable to select a compound containing the same element that constitutes the mesoporous material, and the combination of mesoporous silica and tetraethoxysilane is most often used.

(4)反応ガス暴露工程(第三の工程)
上記(3)の化合物ガス暴露工程に続いて、導入バルブ403から工程(3)で導入した化合物ガスと化学的に反応して堆積物を形成する「反応ガス」を導入する。
反応ガスとしては前記化合物ガスと加水分解反応、もしくは酸化反応を生じるものが望ましく、水蒸気や、湿潤空気、酸素などが挙げられる。
本工程により、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)内で吸着量の多い状態にあった化合物ガスが分解され、シリコンもしくは金属の化合物として堆積する。
本工程は、工程(3)の最終的な容器内圧力を維持した状態で、反応ガスを導入していくことが好ましい。
本工程の後は、リークバルブ404から窒素ガスを導入し容器409を大気圧に戻して試料を取り出す。
尚、本工程の後に、容器内のクリーニングのために容器の高真空排気(例えば1×10-5Pa程度、容器加熱と組み合わせてもよい)を行ってから、試料を取り出してもよい。
以上述べた本発明の製造方法により前述のメソ細孔間に存在する微小孔を、選択的にシリコンもしくは金属の化合物で埋めることができる。図1は本発明で細孔を改変したメソポーラス膜の一例を示す概念図である。
(4) Reaction gas exposure process (third process)
Subsequent to the compound gas exposure step (3) described above, a “reaction gas” that chemically reacts with the compound gas introduced in step (3) from the introduction valve 403 to form a deposit is introduced.
The reaction gas is preferably one that causes a hydrolysis reaction or an oxidation reaction with the compound gas, and examples thereof include water vapor, wet air, and oxygen.
By this step, the compound gas that was in a state of a large amount of adsorption in the micropores (302 in FIG. 3) connecting the mesopores is decomposed and deposited as a silicon or metal compound.
In this step, it is preferable to introduce the reaction gas in a state where the final pressure in the container in the step (3) is maintained.
After this step, nitrogen gas is introduced from the leak valve 404, the container 409 is returned to atmospheric pressure, and a sample is taken out.
After this step, the sample may be taken out after performing high vacuum evacuation (for example, about 1 × 10 −5 Pa, which may be combined with container heating) for cleaning the inside of the container.
By the production method of the present invention described above, the micropores existing between the mesopores can be selectively filled with a silicon or metal compound. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a mesoporous film in which pores are modified in the present invention.

以下、本実施形態の製造方法で製造したメソポーラス膜をコアに用いたX線導波路の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法で製造されるX線導波路は、クラッドとコアを備え、コアとクラッドとの界面での全反射によってコアにX線を閉じ込めるX線導波路である。そして、X線導波路は、屈折率実部が異なる複数の物質が周期的に配置されたコア(シリンダー状細孔を有するメソポーラス膜)を有している。
このようなX線導波路では、コアを導波するX線が多重干渉し、この周期構造に対応して効率的に導波するモードが選択されるために、高効率に大きな光量の位相の揃ったX線を導波することが可能となる。
Hereinafter, an X-ray waveguide manufacturing method using the mesoporous film manufactured by the manufacturing method of the present embodiment as a core will be described.
The X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of this embodiment is an X-ray waveguide that includes a clad and a core and confines X-rays in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. The X-ray waveguide has a core (mesoporous film having cylindrical pores) in which a plurality of substances having different real parts of the refractive index are periodically arranged.
In such an X-ray waveguide, a mode in which X-rays guided through the core cause multiple interference and efficiently guide in accordance with this periodic structure is selected. It is possible to guide uniform X-rays.

本発明で製造されるX線導波路で用いるX線の導波原理について説明する。
ここで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である。
具体的には、本発明におけるX線とは、極端紫外光(Extreme Ultra Violet(EUV)光)を含む100nm以下の波長の電磁波を指す。本明細書では、波長が1pm以上100nm以下の電磁波をX線という。
また、明細書中で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。
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。

n=1−δ−iβ’=n’−iβ’ 式(1)

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。
例えば、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。メソポーラス膜は、細孔部と壁部分とで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である。
The X-ray wave guiding principle used in the X-ray waveguide manufactured according to the present invention will be described.
Here, X-rays are electromagnetic waves in a wavelength band where the real part of the refractive index of the substance is 1 or less.
Specifically, the X-ray in the present invention refers to an electromagnetic wave having a wavelength of 100 nm or less including extreme ultraviolet light (Extreme Ultra Violet (EUV) light). In this specification, an electromagnetic wave having a wavelength of 1 pm to 100 nm is referred to as X-ray.
Further, in the specification, when the electromagnetic wave is simply referred to, it may be used synonymously with the X-ray.
The frequency of electromagnetic waves with short wavelengths such as X-rays is very high, and the outermost shell electrons of the substance cannot respond. It is known that the real part of the refractive index of a substance is smaller than 1 for a line.
The refractive index n of a substance with respect to such X-rays is generally obtained by using a deviation δ from the real part 1 and β ′ of the imaginary part related to absorption as represented by the following formula (1). It is expressed as

n = 1−δ−iβ ′ = n′−iβ ′ Formula (1)

Since δ is proportional to the electron density ρ e of the substance, the higher the electron density, the smaller the real part of the refractive index. The real part n ′ of the refractive index is 1−δ.
Furthermore, ρ e is proportional to the atomic density ρ a and the atomic number Z.
As described above, the refractive index of a substance with respect to X-rays is represented by a complex number. In this specification, the real part is referred to as the real part of the refractive index or the real part of the refractive index, and the imaginary part is the imaginary part of the refractive index or the refractive index. Called the imaginary part.
For example, X-rays have the largest real part of the refractive index when propagating in a vacuum, and the real part of the refractive index of air is maximized for almost all substances that are not gases in a general environment. In this specification, the term “substance” includes air and vacuum. Since the mesoporous film has portions having different refractive indexes between the pore portion and the wall portion, the mesoporous film is composed of a plurality of substances.

次に、本実施形態の製造方法で製造されるX線導波路について説明する。
本実施形態の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、その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。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。
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。
Next, the X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of this embodiment will be described.
The X-ray waveguide according to the present embodiment is configured to guide the X-ray by confining the X-ray in the core by total reflection at the clad, and the core includes a periodic structure including a plurality of substances having different real refractive indexes. By having this, a periodic resonant waveguide mode described later is developed. The basic principle of the X-ray waveguide that exhibits the periodic resonance waveguide mode will be described.
An X-ray waveguide that expresses a periodic resonant waveguide mode forms a waveguide mode by confining the X-ray in the core having a periodic structure by total reflection at the interface between the core and the cladding, and propagates the X-ray. .
In this waveguide, the critical angle for total reflection at the interface between the core and the cladding is larger than the Bragg angle due to the periodicity of the periodic structure of the core.

図2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2005と低屈折率実部をもつ物質2006とからなる基本構造が、積層されて構成されている。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は基本構造中の物質界面における全反射臨界角を表す。
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。図中の矢印X線の進行方向を示す。
FIG. 2 shows a conceptual diagram of this X-ray waveguide.
This X-ray waveguide has a form in which a core 2001 is sandwiched between a clad 2002 and a clad 2003.
The core 2001 is formed by laminating a basic structure composed of a substance 2005 having a high refractive index real part and a substance 2006 having a low refractive index real part. 2007 represents the total reflection critical angle at the interface between the clad and the core, 2008 represents the Bragg angle, and 2009 represents the total reflection critical angle at the material interface in the basic structure.
In FIG. 2, the total reflection critical angle θ c-total at the interface between the clad and the core, the total reflection critical angle θ c-multi at the interface of each layer constituting the basic structure in the multilayer film, and the Bragg attributed to the periodicity of the multilayer film An example of the angle θ B is shown.
In the present specification, these angles are expressed by assuming that the direction parallel to the plane of the film is 0 °. The advancing direction of the arrow X-ray in the figure is shown.

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)で表される。

Figure 2014025124
The total reflection critical angle θ from the direction parallel to the film surface, where n clad is the real part of the refractive index of the clad material at the interface between the clad and the core, and n core is the real part of the refractive index of the material on the core side. c-total (°) is expressed by the following equation (2), where n clad <n core .
Figure 2014025124

コアの周期構造の周期を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。ここで、mは定数、λはX線の波長である。

Figure 2014025124
Assuming that the period of the periodic structure of the core is d and the real part of the average refractive index of the periodic structure as the core is navg , an approximate Bragg like the following formula (3) regardless of the presence or absence of multiple diffraction in the core The angle θ B (°) is defined. Here, m is a constant, and λ is the wavelength of X-rays.
Figure 2014025124

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。

Figure 2014025124
The physical property parameter of the substance constituting the X-ray waveguide, the structural parameter of the waveguide, and the wavelength of the X-ray are designed to satisfy the following formula (4).
Figure 2014025124

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。

Figure 2014025124
By satisfying Equation (4), the waveguide mode with an effective propagation angle such as the Bragg angle due to the periodicity of the core, which is a periodic structure, is always confined in the core by the cladding, contributing to the propagation of X-rays. Can be made.
In this specification, the effective propagation angle θ ′ (°) is expressed by the following equation (5) using the wave number vector (propagation constant) k z in the propagation direction of the waveguide mode and the wave number vector k 0 in vacuum. It shall be represented by
Since k z is constant at the interface of each layer due to the continuous condition, as shown in FIG. 3, the effective propagation angle θ ′ (°) is the propagation constant k z of the fundamental wave of the waveguide mode and the wave vector k 0 in vacuum. The angle at which the fundamental wave of the guided mode travels in a vacuum.
Since this can be considered to roughly represent the propagation angle of the fundamental wave of the guided mode in the core, it will be used for future explanation.
Figure 2014025124

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が周期的に積層されたものを想定する。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。

Figure 2014025124
Here, the periodic structure that forms the core is assumed to be a structure in which a plurality of substances having different real parts of the refractive index are periodically stacked. At this time, the total reflection critical angle due to the difference in the real part of the refractive index exists at the adjacent film interface. This is θ c-multi (°).
Figure 2014025124

上記の式(6)のように、周期構造中の全反射臨界角が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周期構造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。周期構造は複数の異なる屈折率実部の周期的に積層された層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、周期構造内部の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。周期構造内部での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、周期構造に共鳴できる条件をもつX線、すなわち周期構造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。
When the total reflection critical angle in the periodic structure is smaller than the Bragg angle due to periodicity as in the above formula (6), X incident on the interface in the periodic structure at an angle equal to or greater than the Bragg angle. The line does not cause total reflection but will cause partial reflection or refraction. Since the periodic structure is composed of a plurality of layers having different real parts of refractive index that are periodically stacked, there are also multiple interfaces in the stacking direction, and X-rays inside the periodic structure are repeatedly reflected and refracted at these interfaces. It becomes. Such repeated reflection and refraction of X-rays inside the periodic structure causes multiple interference.
As a result, an X-ray having a condition capable of resonating with the periodic structure, that is, a propagation mode that can exist inside the periodic structure is formed. As a result, a waveguide mode is formed in the core of the X-ray waveguide structure. . This is referred to as a periodic resonance waveguide mode.

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、周期構造のブラッグ角付近に現れることになる。
周期共鳴導波モードは周期構造の周期性に共鳴するモードなので、本明細書中では周期共鳴導波モードと称する。これは周期構造を周期数無限の1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。
現実の1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1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。
Each of such periodic resonant waveguide modes has an effective propagation angle, and the effective propagation angle of the periodic resonant waveguide mode having the smallest effective propagation angle appears near the Bragg angle of the periodic structure.
Since the periodic resonant waveguide mode is a mode that resonates with the periodicity of the periodic structure, it is referred to as a periodic resonant waveguide mode in this specification. This corresponds to a propagation mode satisfying the lowest order band when the periodic structure is considered as a one-dimensional photonic crystal with an infinite number of periods, and this propagation mode is confined by total reflection at the interface between the cladding and the core. Become.
In an actual one-dimensional periodic structure, since the number of periods is finite, the photonic band structure deviates from the photonic band structure of the one-dimensional periodic structure with an infinite period. However, the waveguide mode increases as the number of periods increases. The characteristic approaches that on a photonic band with an infinite period.
The Bragg reflection is caused by the effect of the photonic band gap due to periodicity, and the Bragg angle, which is the angle that gives the Bragg reflection, is slightly larger than the effective propagation angle of the periodic resonant waveguide mode.

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、周期構造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。
In a photonic band structure having a periodic structure, a waveguide mode that resonates with the periodic structure exists at the end of the photonic band gap.
When the effective propagation angle of the waveguide mode is considered with the X-ray energy constant, the waveguide mode having a relatively small effective propagation angle among these waveguide modes is the lowest-order periodic resonant waveguide mode. .
In the spatial distribution profile of the electric field intensity of the periodic resonant waveguide mode, the number of antinodes of the electric field intensity basically matches the number of periods of the periodic structure.
The position of the antinode of the higher-order periodic resonant waveguide mode having an effective propagation angle corresponding to the higher-order Bragg angle is basically a natural number multiple of 2 or more of the number of periods.

また、有限の周期数をもつ周期構造においては、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周期構造全体を、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。
Further, in a periodic structure having a finite number of periods, there may be a waveguide mode that propagates at an angle other than the effective propagation angle of the periodic resonant waveguide mode as described above.
These are waveguide modes that exist when the entire periodic structure, which is the core, not the periodic resonant waveguide mode, is considered as a uniform medium with the average real part of the refractive index averaged. The impact is small.
On the other hand, in the periodic resonant waveguide mode realized by the configuration of the X-ray waveguide, the electric field is more concentrated at the center of the core as the number of periods of the periodic structure increases, and the leakage into the clad decreases. Propagation loss is reduced.
In addition, the envelope curve of the electric field intensity distribution has a shape biased toward the center of the core, and the loss due to the seepage into the clad is further reduced.
Furthermore, the phase of the periodic resonant waveguide mode used in this X-ray waveguide is uniform in the direction with high periodicity, that is, in the direction perpendicular to the interface between the cladding and the core and perpendicular to the waveguide direction. Can have typical coherence.
Here, the fact that the waveguide modes are in phase not only corresponds to the fact that the phase difference of the electromagnetic field in the plane perpendicular to the waveguide direction is zero, but also corresponds to the spatial refractive index distribution of the periodic structure. This also means that the phase difference of the electromagnetic field periodically changes between −π and + π.
In this periodic resonant waveguide mode, the phase of the electric field changes between −π and + π in the direction perpendicular to the waveguide direction at the same period as the period of the periodic structure.

上述した原理によりコアであるメソポーラス膜においては、シリンダー状細孔部と壁部分からなる屈折率の周期性が重要となる。
図3のようにシリンダー状細孔301間に微小孔302が存在するような構造では、壁部分とシリンダー細孔部分の周期性が損なわれ、周期共鳴導波モードの発現および伝搬効率が低下する場合がある。
本実施形態による細孔の改変方法により図1のようにシリンダー状細孔間の微小孔を壁材料で埋めた構造とすることで、本実施形態で製造されるX線導波路は好ましい特性を発現する。
In the mesoporous film that is the core based on the above-described principle, the periodicity of the refractive index composed of the cylindrical pore and the wall is important.
In the structure in which the micropores 302 exist between the cylindrical pores 301 as shown in FIG. 3, the periodicity of the wall portion and the cylinder pore portion is impaired, and the expression of the periodic resonance waveguide mode and the propagation efficiency are lowered. There is a case.
The X-ray waveguide manufactured in this embodiment has preferable characteristics by adopting a structure in which micropores between cylindrical pores are filled with a wall material as shown in FIG. 1 by the pore modification method according to this embodiment. To express.

本実施形態のX線導波路の製造方法の概要について、図7を用いて説明する。まず、基板700の上にクラッド702を形成する(7−b)。
本実施形態に絡む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。そのためにこのクラッドに用いられる材料は、密度の大きな金属を用いることが好ましい。
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できる。
また、本実施形態に絡むX線導波路においては、前述のコアを形成する材料と、クラッドに用いられる材料との間に、前述の式(2)から(4)を満たすように設計される場合がある。
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、材料によって異なるが、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から300nmが好ましく、1nmから50nmがより好ましい。このクラッドについては、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。
An outline of the method of manufacturing the X-ray waveguide according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the clad 702 is formed on the substrate 700 (7-b).
The X-ray waveguide according to the present embodiment guides the X-ray by confining the X-ray in the core (and the flattening layer) by total reflection at the cladding.
In the X-ray region, a substance having a higher electron density has a smaller real part of the refractive index. Therefore, it is preferable to use a metal having a high density as the material used for the cladding.
Specifically, a simple substance of Os, Ir, Pt, Au, W, Ta, Hg, Ru, Rh, Pd, Pb, and Mo, or a material containing these elements can be used.
In addition, the X-ray waveguide related to the present embodiment is designed so as to satisfy the above formulas (2) to (4) between the material forming the core and the material used for the clad. There is a case.
A clad using such a material can be formed by sputtering, vapor deposition, or the like.
Although the thickness of this clad varies depending on the material, it is required to be thick enough to sufficiently confine X-rays in the core and thin from the viewpoint of cost and manufacturing. The thickness of the cladding is preferably 1 nm to 300 nm, and more preferably 1 nm to 50 nm. The clad is preferably formed with a film thickness distribution in the X-ray waveguide.
For example, for the purpose of positively incident from the cladding surface, a thin film is formed in the incident region to improve introduction efficiency, while in other regions, a thick film is formed to enhance the X-ray confinement effect. Is preferably performed.

次に、クラッド702の上にコア701としてメソポーラス膜を形成する。
メソポーラス膜の形成方法は(1)で述べた方法から適宜選択され、続いて工程(2)〜(4)による本発明の細孔改変方法により、シリンダー状細孔間の微小孔を埋める(7−c)。
次に、上記のように形成したコア701上にクラッド703を形成する(7−d)。クラッドの材料および形成方法は上述した通りである。
以上のようにしてX線導波路を形成することができる。
Next, a mesoporous film is formed on the clad 702 as the core 701.
The method for forming the mesoporous film is appropriately selected from the methods described in (1). Subsequently, the micropores between the cylindrical pores are filled by the pore modifying method of the present invention according to steps (2) to (4) (7 -C).
Next, a clad 703 is formed on the core 701 formed as described above (7-d). The clad material and formation method are as described above.
An X-ray waveguide can be formed as described above.

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
[実施例1]
実施例1として、メソポーラスシリカ膜のシリンダー状細孔間に存在する微小孔に、チタニアを形成した例について説明する。
本実施例のメソポーラスシリカ膜の形成においては、まず、メソポーラスシリカの前駆体溶液を、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した。
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))を使用した。
なお、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とした。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用することができる。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
As Example 1, an example in which titania is formed in micropores existing between cylindrical pores of a mesoporous silica film will be described.
In the formation of the mesoporous silica film of this example, first, a precursor solution of mesoporous silica was added to a solution obtained by adding ethanol, 0.01M hydrochloric acid, and tetraethoxysilane for 20 minutes, and then an ethanol solution of a block polymer was added for 3 hours. Prepared by stirring.
As a block polymer, ethylene oxide (20) propylene oxide (70) ethylene oxide (20) (hereinafter referred to as EO (20) PO (70) EO (20) (in parentheses are the number of repetitions of each block)) It was used.
It is also possible to use methanol, propanol, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, or acetonitrile instead of ethanol.
The mixing ratio (molar ratio) was tetraethoxysilane: 1.0, hydrochloric acid: 0.0011, ethanol: 5.2, block polymer: 0.0096, and ethanol: 3.5. The solution can be appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて0.5mms-1の引き上げ速度で上記前駆体溶液のディップコートを行った。
成膜後、膜は、25℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽で24時間保持された後、焼成炉で400度1時間焼成した。
成膜されたメソポーラスシリカ膜の、ブラッグ−ブレンターノ配置を用いたX線回折分析から、このメソポーラスシリカ膜は、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300ナノメートルであった。
次に、真空排気工程において、成膜したメソポーラスシリカ膜を、図4の装置の試料台408に配置して、5×10-5Paまで真空排気を行った。
次に、シリカ表面の清浄化のために試料台を300℃に加熱して1時間保持した後に室温に戻した。
The precursor solution was dip-coated on the cleaned substrate using a dip coater at a pulling rate of 0.5 mms −1 .
After film formation, the film was held in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40% for 24 hours, and then baked in a baking furnace at 400 ° C. for 1 hour.
From the X-ray diffraction analysis of the deposited mesoporous silica film using the Bragg-Brentano configuration, this mesoporous silica film has high ordering in the normal direction of the substrate surface, and its surface spacing, that is, the period in the confinement direction. Was confirmed to be 10 nm. The film thickness was approximately 300 nanometers.
Next, in the evacuation step, the formed mesoporous silica film was placed on the sample stage 408 of the apparatus of FIG. 4 and evacuated to 5 × 10 −5 Pa.
Next, in order to clean the silica surface, the sample stage was heated to 300 ° C. and held for 1 hour, and then returned to room temperature.

次に、有機チタン化合物ガスへの暴露工程をつぎのように行った。
前記真空排気工程に続いて、導入バルブ410を開いて格納容器401内のチタニウムテトライソプロポキシドを蒸発させ容器409内に導入した。
隔膜式の真空計411の圧力が1Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で10時間保持した(ここで、室温におけるチタニウムテトライソプロポキシドの蒸気圧を、あらかじめ静止法で計測したところ、8Paという値であった。)。
本工程でメソポーラスシリカ膜の細孔のうち、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)に、優先的にチタニウムテトライソプロポキシド分子を吸着させた。
Next, the exposure process to organic titanium compound gas was performed as follows.
Following the evacuation step, the introduction valve 410 was opened to evaporate titanium tetraisopropoxide in the storage container 401 and introduce it into the container 409.
The openings of the introduction valve 410 and the main valve 405 were adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 was 1 Pa, and maintained at room temperature for 10 hours (here, the vapor pressure of titanium tetraisopropoxide at room temperature was It was a value of 8 Pa when measured by the static method in advance.)
In this step, titanium tetraisopropoxide molecules were preferentially adsorbed into micropores (302 in FIG. 3) connecting the mesopores among the pores of the mesoporous silica film.

次に、反応ガス暴露工程をつぎのように行った。
続いて、導入バルブ403を開いて格納容器402内の水を蒸発させ容器409に導入した。
隔膜式の真空計411の圧力が3Paとなるように導入バルブ403を調整し、室温で2時間保持した。本工程により、メソポーラスシリカ膜の細孔のうち、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)内で吸着量の多い状態にあったチタニウムテトライソプロポキシドが水と反応して分解され、微小孔内にチタニアとして堆積した。
本工程の後、メインバルブ405を全開にして容器409を真空排気しながら、容器409を150℃で2時間加熱した。そして、容器内をクリーニング(4×10-6Pa程の真空度まで到達)してから、リークバルブ404を開いて窒素ガスを導入し容器409を大気圧に戻して試料を取り出した。
Next, the reactive gas exposure process was performed as follows.
Subsequently, the introduction valve 403 was opened to evaporate the water in the storage container 402 and introduce it into the container 409.
The introduction valve 403 was adjusted so that the pressure of the diaphragm-type vacuum gauge 411 was 3 Pa, and kept at room temperature for 2 hours. By this step, among the pores of the mesoporous silica film, titanium tetraisopropoxide that was in a state of a large amount of adsorption in the micropores (302 in FIG. 3) connecting the mesopores was decomposed by reacting with water. , Deposited as titania in the micropores.
After this step, the container 409 was heated at 150 ° C. for 2 hours while the main valve 405 was fully opened and the container 409 was evacuated. Then, after cleaning the inside of the container (reaching a vacuum degree of about 4 × 10 −6 Pa), the leak valve 404 was opened, nitrogen gas was introduced, the container 409 was returned to atmospheric pressure, and a sample was taken out.

本実施例では、細孔改変後のメソポーラス膜の評価をつぎのように行った。
前記工程の後、リークバルブ404から窒素ガスを導入して容器409を大気圧に戻して、メソポーラス膜を取り出した。
そして、エックス線光電子分光法により、膜表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行った。これにより、図5に示すように膜表面から基板界面近傍まで比較的均一にチタンが存在しており、シリコン原子比率で20%程のチタンが膜内に導入されていることがわかった。
また、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からチタン原子はチタニアとして存在していることが確認できた。
In this example, the mesoporous film after pore modification was evaluated as follows.
After the above step, nitrogen gas was introduced from the leak valve 404 to return the container 409 to atmospheric pressure, and the mesoporous film was taken out.
And the depth direction analysis was performed from the film surface to the substrate interface direction by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, as shown in FIG. 5, it was found that titanium was present relatively uniformly from the film surface to the vicinity of the substrate interface, and about 20% of titanium in terms of silicon atomic ratio was introduced into the film.
In addition, it was confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that titanium atoms exist as titania.

本実施例で細孔を改変したメソポーラスシリカと、改変前のメソポーラスシリカの透過電子顕微鏡による観察結果を図6に示す。
改変前後でシリンダー状細孔のサイズは変化していないことが確認できた。
また、細孔改質前後のメソポーラスシリカについて窒素ガス吸着法により細孔径分布を見積もると、シリンダー状細孔に対応する径6nmの細孔容積は改変前後で維持されたまま、径1nm以下の細孔容積が改変後に減少していることが確認された。
以上のようにしてメソポーラスシリカ膜のシリンダー状細孔間に存在する微小孔を、選択的にチタニアで埋めることができた。
FIG. 6 shows the observation results of the mesoporous silica whose pores are modified in this example and the mesoporous silica before the modification using a transmission electron microscope.
It was confirmed that the size of the cylindrical pores did not change before and after the modification.
Further, when the pore size distribution of the mesoporous silica before and after the pore modification is estimated by the nitrogen gas adsorption method, the pore volume of 6 nm in diameter corresponding to the cylindrical pore is maintained before and after the modification, and the fine diameter of 1 nm or less is maintained. It was confirmed that the pore volume decreased after the modification.
As described above, the micropores existing between the cylindrical pores of the mesoporous silica film could be selectively filled with titania.

[実施例2]
実施例2として、メソポーラスシリカ膜のシリンダー状細孔間に存在する微小孔にシリカを形成した例について説明する。
実施例1と同様な方法で、400nmのメソポーラスシリカ膜を成膜する。
真空排気工程において、成膜したメソポーラスシリカ膜を、実施例1と同様な方法で5×10-5Paの真空内に配置する。
次に、有機シリカ化合物ガスへの暴露工程において、前記真空排気工程に続いて、導入バルブ410を開いて格納容器401内のテトラエトキシシランを蒸発させ容器409内に導入する。
隔膜式の真空計411の圧力が20Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で10時間保持する(ここで、室温におけるテトラエトキシシランの蒸気圧は、あらかじめ静止法で計測した結果、240Paという値が得られている)。
本工程でメソポーラスシリカ膜の細孔のうち、メソ孔間を連結する微小孔(図3における302)に、優先的にテトラエトキシシラン分子を吸着させる。
[Example 2]
As Example 2, an example in which silica is formed in micropores existing between cylindrical pores of a mesoporous silica film will be described.
A 400 nm mesoporous silica film is formed by the same method as in Example 1.
In the vacuum evacuation step, the formed mesoporous silica film is placed in a vacuum of 5 × 10 −5 Pa by the same method as in Example 1.
Next, in the exposure process to the organic silica compound gas, following the evacuation process, the introduction valve 410 is opened to evaporate tetraethoxysilane in the storage container 401 and introduce it into the container 409.
The opening degree of the introduction valve 410 and the main valve 405 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 20 Pa, and is held for 10 hours at room temperature (here, the vapor pressure of tetraethoxysilane at room temperature As a result of measurement by the method, a value of 240 Pa is obtained).
In this step, among the pores of the mesoporous silica film, tetraethoxysilane molecules are preferentially adsorbed to the micropores (302 in FIG. 3) that connect the mesopores.

次に、反応ガス暴露工程において、続いて、導入バルブ403を開いて格納容器402内の水を蒸発させ容器409に導入する。
隔膜式の真空計411の圧力が40Paとなるように導入バルブ403を調整し、室温で2時間保持した後、リークバルブ404から窒素ガスを導入して容器409を大気圧に戻して、メソポーラス膜を取り出す。
以上のようにしてメソポーラスシリカ膜の、シリンダー状細孔間に存在する微小孔をシリカで埋めることができる。
微細孔中に選択的にシリカが形成されたことは、実施例1と同様に、窒素ガスの吸着等温線からの細孔径分布の変化により確認することができる。
Next, in the reaction gas exposure step, subsequently, the introduction valve 403 is opened to evaporate the water in the storage container 402 and introduce it into the container 409.
The introduction valve 403 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 is 40 Pa, and after holding at room temperature for 2 hours, nitrogen gas is introduced from the leak valve 404 to return the container 409 to atmospheric pressure, and the mesoporous membrane Take out.
As described above, the micropores existing between the cylindrical pores of the mesoporous silica film can be filled with silica.
The selective formation of silica in the micropores can be confirmed by the change in the pore diameter distribution from the nitrogen gas adsorption isotherm, as in Example 1.

[実施例3]
実施例3として、メソポーラス酸化チタン膜のメソ細孔間に存在する微小孔に、酸化チタンを形成する例について説明する。
メソポーラス酸化チタン膜の形成に際し、まず、前駆体溶液を、塩化チタンを混合した水溶液に、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する。
ブロックポリマーとしては、EO(106)PO(70)EO(106)を使用する。
混合比(モル比)は、塩化チタン:1.0、水:10.0、ブロックポリマー:0.005、エタノール:40.0とする。
洗浄した基板に、ディップコート装置を用いて上記前駆体溶液のディップコートを行う。
成膜後、膜は、25℃、相対湿度60%の恒温恒湿槽で24時間保持された後、焼成炉で400度1時間焼成し、300nmのメソポーラス酸化ジルコニウム膜を形成する。
[Example 3]
As Example 3, an example in which titanium oxide is formed in micropores existing between mesopores of a mesoporous titanium oxide film will be described.
In forming the mesoporous titanium oxide film, first, a precursor solution is prepared by adding an ethanol solution of a block polymer to an aqueous solution in which titanium chloride is mixed and stirring for 3 hours.
As the block polymer, EO (106) PO (70) EO (106) is used.
The mixing ratio (molar ratio) is titanium chloride: 1.0, water: 10.0, block polymer: 0.005, and ethanol: 40.0.
A dip coater is used to dip coat the precursor solution on the cleaned substrate.
After film formation, the film is held in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 60% for 24 hours, and then baked in a baking furnace at 400 ° C. for 1 hour to form a 300 nm mesoporous zirconium oxide film.

次に、真空排気工程において、成膜したメソポーラスチタニア膜を、実施例1と同様な方法で5×10-5Paの真空内に配置する。
次に、有機チタン化合物ガスへの暴露工程において、前記真空排気工程に続いて、格納容器401を70℃に加熱した状態で、導入バルブ410を開いチタニウムテトライソプロポキシドを蒸発させ容器409内に導入する。
隔膜式の真空計411の圧力が8Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で10時間保持する。
続いて、隔膜式の真空計411の圧力が0.5Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で1時間保持する。
Next, in the vacuum evacuation step, the formed mesoporous titania film is placed in a vacuum of 5 × 10 −5 Pa by the same method as in Example 1.
Next, in the exposure process to the organic titanium compound gas, following the evacuation process, with the containment vessel 401 heated to 70 ° C., the introduction valve 410 is opened to evaporate titanium tetraisopropoxide and put it in the vessel 409. Introduce.
The opening degree of the introduction valve 410 and the main valve 405 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 8 Pa, and is held at room temperature for 10 hours.
Subsequently, the opening degree of the introduction valve 410 and the main valve 405 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 0.5 Pa, and is held at room temperature for 1 hour.

次に、反応ガス暴露工程において、続いて、導入バルブ403を開いて格納容器402内の水を蒸発させ容器409に導入する。
隔膜式の真空計411の圧力が3Paとなるように導入バルブ403を調整し、室温で2時間保持した後、リークバルブ404から窒素ガスを導入して容器409を大気圧に戻して、メソポーラス膜を取り出す。
以上のようにしてメソポーラス酸化チタン膜の、メソ細孔間に存在する微小孔を酸化チタンで埋めることができる。
Next, in the reaction gas exposure step, subsequently, the introduction valve 403 is opened to evaporate the water in the storage container 402 and introduce it into the container 409.
The introduction valve 403 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 is 3 Pa, and after holding at room temperature for 2 hours, nitrogen gas is introduced from the leak valve 404 to return the container 409 to atmospheric pressure, and the mesoporous membrane Take out.
As described above, the micropores existing between the mesopores of the mesoporous titanium oxide film can be filled with titanium oxide.

[実施例4]
実施例4として、メソポーラス酸化ジルコニウムのメソ孔間の微小孔に酸化スズを形成した例について説明する。
メソポーラス酸化ジルコニウム膜の形成に際し、まず、前駆体溶液を、12M塩酸と塩化ジルコニウムを混合した水溶液に、ブロックポリマーのブタノール溶液を加え、3時間攪拌することで調製する。
ブロックポリマーとしては、EO(20)PO(70)EO(20)を使用する。混合比(モル比)は、塩化ジルコニウム:1.0、塩酸:2.0、水:6.0、ブロックポリマー:0.013、ブタノール:9.0とする。
洗浄した基板に、調整した溶液を滴下してスピンコーティングを行う。25℃、相対湿度40%にて、基板の回転速度:3000rpmとし15秒間スピンコーティングを行う。
成膜後は、25℃、相対湿度95%の恒温恒湿槽で30時間保持した後、焼成炉で400度1時間焼成して400nmのメソポーラス酸化ジルコニウム膜を形成する。
[Example 4]
As Example 4, an example in which tin oxide is formed in micropores between mesopores of mesoporous zirconium oxide will be described.
In forming a mesoporous zirconium oxide film, first, a precursor solution is prepared by adding a butanol solution of a block polymer to an aqueous solution obtained by mixing 12M hydrochloric acid and zirconium chloride and stirring for 3 hours.
As the block polymer, EO (20) PO (70) EO (20) is used. The mixing ratio (molar ratio) is zirconium chloride: 1.0, hydrochloric acid: 2.0, water: 6.0, block polymer: 0.013, butanol: 9.0.
Spin coating is performed by dropping the prepared solution onto the cleaned substrate. Spin coating is performed for 15 seconds at 25 ° C. and a relative humidity of 40% with a substrate rotation speed of 3000 rpm.
After film formation, the film is kept in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 95% for 30 hours, and then baked in a baking furnace at 400 ° C. for 1 hour to form a 400 nm mesoporous zirconium oxide film.

次に、真空排気工程において、成膜したメソポーラス酸化ジルコニウム膜を、実施例1と同様な方法で5×10-5P aの真空内に配置する。
次に、有機スズ化合物ガスへの暴露工程において、前記真空排気工程に続いて、容器409、試料台408、格納容器401を130℃に加熱した状態で、導入バルブ410を開いてテトライソプロポキシスズを蒸発させ容器409内に導入する。隔膜式の真空計411の圧力が100Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で10時間保持する。
続いて、隔膜式の真空計411の圧力が10Paとなるように導入バルブ410およびメインバルブ405の開度を調節し、室温で1時間保持する。
Next, in the vacuum evacuation step, the formed mesoporous zirconium oxide film is placed in a vacuum of 5 × 10 −5 Pa by the same method as in Example 1.
Next, in the exposure process to the organotin compound gas, following the evacuation process, the introduction valve 410 is opened and the tetraisopropoxytin is opened while the container 409, the sample stage 408, and the storage container 401 are heated to 130 ° C. Is evaporated and introduced into the container 409. The opening degree of the introduction valve 410 and the main valve 405 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 100 Pa, and is held at room temperature for 10 hours.
Subsequently, the opening degree of the introduction valve 410 and the main valve 405 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 10 Pa, and is held at room temperature for 1 hour.

次に、反応ガス暴露工程において、続いて、導入バルブ403を開いて格納容器402内の水を蒸発させ容器409に導入する。
隔膜式の真空計411の圧力が20Paとなるように導入バルブ403を調整し、室温で2時間保持した後、リークバルブ404から窒素ガスを導入して容器409を大気圧に戻して、メソポーラス膜を取り出す。
以上のようにしてメソポーラス酸化ジルコニウム膜の、メソ孔間に存在する微小孔を酸化スズで埋めることができる。
Next, in the reaction gas exposure step, subsequently, the introduction valve 403 is opened to evaporate the water in the storage container 402 and introduce it into the container 409.
The introduction valve 403 is adjusted so that the pressure of the diaphragm type vacuum gauge 411 becomes 20 Pa, and after holding at room temperature for 2 hours, nitrogen gas is introduced from the leak valve 404 to return the container 409 to atmospheric pressure, and the mesoporous membrane Take out.
As described above, the micropores existing between the mesopores of the mesoporous zirconium oxide film can be filled with tin oxide.

[実施例5]
実施例5として、実施例2と同様な方法でメソポーラスシリカ膜のシリンダー状細孔間に存在する微小孔にシリカを形成し、X線導波路のコアとして用いた例について説明する。
クラッドの形成として、Si基板上に、W(タングステン)からなるクラッド702を、スパッタ法により厚さおよそ15ナノメートルに成膜する(7−b)。また、メソポーラスシリカ膜の形成として、実施例1と同様な方法で、ディップコート装置の引き上げ速度のみ1mms-1に変更し、クラッド702上に500nmのメソポーラスシリカを成膜する(7−c)。
次に、真空排気工程において、前記成膜したメソポーラスシリカ膜を、実施例1と同様な方法で5×10-5Paの真空内に配置する。
次に、シリンダー間微小孔へのシリカ形成において、続いて、実施例2と同様な方法で、テトラエトキシシランへの暴露工程、反応ガス暴露工程を行う。これにより、メソポーラスシリカ膜の、シリンダー状細孔間に存在する微小孔をシリカで埋めることができる。
微細孔中に選択的にシリカが形成されたことは、実施例1と同様に、窒素ガスの吸着等温線からの細孔径分布の変化により確認することができる。
また、クラッドの形成において、メソポーラスシリカ膜の上にW(タングステン)からなるクラッド703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する。
以上の工程により、本発明の細孔改変方法を適用したメソポーラスシリカ膜をコアに有するX線導波路を製造する。
[Example 5]
As Example 5, an example in which silica is formed in micropores existing between cylindrical pores of a mesoporous silica film by the same method as in Example 2 and used as a core of an X-ray waveguide will be described.
As the formation of the clad, a clad 702 made of W (tungsten) is formed on the Si substrate to a thickness of about 15 nanometers by a sputtering method (7-b). Further, as the formation of the mesoporous silica film, by the same method as in Example 1, only the pulling speed of the dip coater is changed to 1 mms −1 , and 500 nm mesoporous silica is formed on the clad 702 (7-c).
Next, in the evacuation step, the formed mesoporous silica film is placed in a vacuum of 5 × 10 −5 Pa by the same method as in Example 1.
Next, in the formation of silica in the inter-cylinder micropores, subsequently, an exposure step to tetraethoxysilane and a reaction gas exposure step are performed in the same manner as in Example 2. Thereby, the micropore which exists between cylindrical pores of a mesoporous silica film can be filled with silica.
The selective formation of silica in the micropores can be confirmed by the change in the pore diameter distribution from the nitrogen gas adsorption isotherm, as in Example 1.
In forming the clad, a clad 703 made of W (tungsten) is formed on the mesoporous silica film. This clad is deposited by sputtering to a thickness of approximately 15 nanometers.
Through the above steps, an X-ray waveguide having a mesoporous silica film to which the pore modifying method of the present invention is applied as a core is manufactured.

X線導波特性をつぎのように測定する。
すなわち、上記導波路に対して、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。
本発明の細孔改変を行っていないメソポーラスシリカ膜をコアに用いたX線導波路と比較して、およそ2倍の導波強度が観測されると考えられる。
導波強度が強くなる要因は、本発明の細孔改変方法により、シリンダー状細孔部とシリカの壁部分からなる屈折率の周期性が向上することによると考えられる。以上に説明したように、本発明の製造方法によれば、メソポーラス材料のメソ細孔間に存在する微小孔を、選択的に埋めることができ、電子素子や光学素子、およびX線素子などに用いる場合に好ましい形態のメソポーラス膜を得ることができる。
The X-ray waveguide characteristics are measured as follows.
That is, 10 keV X-rays were incident on the waveguide, and the intensity of the X-rays guided by the periodic resonance waveguide mode was measured.
Compared to an X-ray waveguide using as a core a mesoporous silica film that has not undergone pore modification according to the present invention, it is considered that a waveguide strength that is approximately twice as large is observed.
It is considered that the factor that increases the waveguide strength is that the periodicity of the refractive index composed of the cylindrical pore portion and the silica wall portion is improved by the pore modification method of the present invention. As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the micropores existing between the mesopores of the mesoporous material can be selectively filled, so that the electronic device, the optical device, the X-ray device, etc. When used, a mesoporous film in a preferable form can be obtained.

101;メソ細孔
201;コア
202;クラッド
203;クラッド
204;単位構造
205;高屈折率実部を持つ物質
206;低屈折率実部を持つ物質
207;クラッドとコアの界面における全反射臨界角
208;ブラッグ角
209;基本構造中の物質界面における全反射臨界角
101; mesopore 201; core 202; clad 203; clad 204; unit structure 205; material 206 having a real part of high refractive index; material 207 having a real part of low refractive index; critical angle of total reflection at the interface between the clad and the core 208; Bragg angle 209; critical angle of total reflection at the material interface in the basic structure

Claims (16)

メソポーラス膜の製造方法であって、
容器内に、メソポーラス膜を保持する第一の工程と、
シリコン原子または金属原子を含む化合物のガス、を前記容器内の全圧のうち85%以上となる分圧で導入し、前記メソポーラス膜を前記化合物のガスに暴露させる第二の工程と、
容器内に、前記化合物と化学的に反応するガスを導入し、前記化合物ガスに暴露した後のメソポーラス膜を前記化学的に反応するガスに暴露させる第三の工程と、
を有することを特徴とするメソポーラス膜の製造方法。
A method for producing a mesoporous film,
A first step of holding a mesoporous film in a container;
Introducing a gas of a compound containing silicon atoms or metal atoms at a partial pressure of 85% or more of the total pressure in the container, and exposing the mesoporous film to the gas of the compound;
A third step of introducing a gas chemically reacting with the compound into the container and exposing the mesoporous film exposed to the compound gas to the chemically reacting gas;
A method for producing a mesoporous film, comprising:
前記第二の工程が、全圧を段階的に減少させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The method for producing a mesoporous film according to claim 1, wherein the second step includes a step of gradually reducing the total pressure. 前記第三の工程が、前記第二の工程における最終的な全圧が維持された前記容器に、前記化合物と化学的に反応するガスを導入する工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメソポーラス膜の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the third step includes a step of introducing a gas chemically reacting with the compound into the container in which the final total pressure in the second step is maintained. A method for producing a mesoporous film according to claim 2. 前記第二の工程が、前記化合物のガスを前記容器内の全圧のうち95%以上となる分圧で導入する工程を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein the second step includes a step of introducing the gas of the compound at a partial pressure that is 95% or more of the total pressure in the container. 5. A method for producing a mesoporous film. 前記第二の工程が、容器内における全圧を前記化合物の飽和蒸気圧以下の圧力に保持する工程を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The mesoporous film production according to any one of claims 1 to 4, wherein the second step includes a step of maintaining the total pressure in the container at a pressure equal to or lower than a saturated vapor pressure of the compound. Method. 前記第二の工程が、容器内における全圧を前記化合物の飽和蒸気圧の1/2以下、1/20以上の範囲の圧力に保持する工程を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   6. The method according to claim 1, wherein the second step includes a step of maintaining the total pressure in the container at a pressure in the range of 1/2 or less and 1/20 or more of the saturated vapor pressure of the compound. The method for producing a mesoporous film according to any one of the above. 前記第二の工程が、容器内における全圧を前記化合物の飽和蒸気圧の1/5以下、1/20以上の範囲の圧力に保持する工程を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   6. The method according to claim 1, wherein the second step includes a step of maintaining the total pressure in the container at a pressure in the range of 1/5 or less and 1/20 or more of the saturated vapor pressure of the compound. The method for producing a mesoporous film according to any one of the above. 前記第二の工程においてシリコン原子または金属原子を含む化合物のガスに前記メソポーラス膜を前記ガスに暴露させる際の温度が室温であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   8. The temperature according to claim 1, wherein a temperature at which the mesoporous film is exposed to a gas of a compound containing a silicon atom or a metal atom in the second step is a room temperature. 9. A method for producing a mesoporous film. 前記化合物に含まれる金属元素が、前記第一の工程で保持されたメソポーラス膜の壁材料を構成する金属元素と同一の元素であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The metal element contained in the compound is the same element as the metal element constituting the wall material of the mesoporous film held in the first step, according to any one of claims 1 to 8. A method for producing the mesoporous film as described. 前記化合物に含まれる元素がシリコンであり、前記第一の工程で保持されたメソポーラス膜の壁材料がシリカであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The mesoporous film according to any one of claims 1 to 9, wherein the element contained in the compound is silicon, and the wall material of the mesoporous film held in the first step is silica. Production method. 前記化合物と化学的に反応するガスが水蒸気を含むガスであることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The method for producing a mesoporous film according to any one of claims 1 to 10, wherein the gas that chemically reacts with the compound is a gas containing water vapor. 前記第一の工程で保持されたメソポーラス膜が、シリンダー状の細孔を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法。   The method for producing a mesoporous film according to any one of claims 1 to 11, wherein the mesoporous film held in the first step has cylindrical pores. コアとクラッドを有するX線導波路であって、
前記コアが、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法で製造したメソポーラス膜で形成されていることを特徴とするX線導波路。
An X-ray waveguide having a core and a cladding,
An X-ray waveguide, wherein the core is formed of a mesoporous film manufactured by the method according to any one of claims 1 to 12.
1pm以上100nm以下の波長のX線に対して、前記コアと前記クラッドの界面の全反射臨界角は、前記コアのメソポーラス材料の周期構造に起因するブラッグ角よりも小さいことを特徴とする請求項13に記載のX線導波路。   The total reflection critical angle at the interface between the core and the clad with respect to an X-ray having a wavelength of 1 pm or more and 100 nm or less is smaller than a Bragg angle caused by a periodic structure of the mesoporous material of the core. 14. An X-ray waveguide according to 13. コアとクラッドを有するX線導波路の製造方法であって、
前記コアが、請求項1から12のいずれか1項に記載のメソポーラス膜の製造方法で製造したメソポーラス膜を用いて製造されることを特徴とするX線導波路の製造方法。
A method of manufacturing an X-ray waveguide having a core and a cladding,
An X-ray waveguide manufacturing method, wherein the core is manufactured using a mesoporous film manufactured by the mesoporous film manufacturing method according to any one of claims 1 to 12.
1pm以上100nm以下の波長のX線に対して、前記コアと前記クラッドの界面の全反射臨界角は、前記コアのメソポーラス材料の周期構造に起因するブラッグ角よりも小さいことを特徴とする請求項15に記載のX線導波路の製造方法。
The total reflection critical angle at the interface between the core and the clad with respect to an X-ray having a wavelength of 1 pm or more and 100 nm or less is smaller than a Bragg angle caused by a periodic structure of the mesoporous material of the core. 15. A method for producing an X-ray waveguide according to 15.
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