JP2013057628A - Manufacturing method of x-ray wave guide - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray waveguide which wave-guides an in-phase X-ray with high propagation efficiency by arranging a flattening layer between a core and a cladding and thereby reducing loss due to scattering of the X-ray in an interface of the flattening layer and the cladding.SOLUTION: The manufacturing method of the X-ray waveguide having the core and the cladding includes the steps of: forming the flattening layer on a surface of the core which has a periodic structure containing a plurality of materials with different refraction factor real parts in a direction perpendicular to the waveguide direction of the X-ray, and forming the cladding on the flattening layer.

Description

本発明は、X線導波路の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an X-ray waveguide.

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10−5以下程度と小さいために、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/炭素の多層膜からなるX線導波路が開示されている。 X-rays are widely used in the fields of medicine, nondestructive inspection, crystal structure analysis, and the like. Since the refractive index difference between different substances for electromagnetic waves with a short wavelength of several tens of nm or less such as X-rays is as small as 10 −5 or less, a large spatial optical system is used to control such electromagnetic waves. It has been. In recent years, research has been conducted on X-ray waveguides that confine electromagnetic waves in thin films and multilayer films for the purpose of reducing the size and increasing the functionality of such optical systems. Non-Patent Document 1 discloses an X-ray waveguide made of a Ni / carbon multilayer film.

Physical Review B,Volume 62,p.16939(2000)Physical Review B, Volume 62, p. 16939 (2000)

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線導波路の製造方法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/ニッケル界面の全反射によりX線が閉じ込められ、導波する構成の導波路が、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。   Non-Patent Document 1 describes a method of manufacturing an X-ray waveguide having a clad made of nickel and a core made of carbon. The X-ray waveguide described in Non-Patent Document 1 functions as a stacked waveguide in which X-rays are confined by total reflection at the carbon / nickel interface and guided. For this reason, a combination of cores sandwiched between clads can guide X-rays having a larger light quantity than a set of waveguides (hereinafter referred to as “single-layer waveguides”).

しかし、非特許文献1は、コアとクラッドの界面を平坦化する工程を有することにより、コアとクラッドの界面におけるX線の散乱による伝搬損失を低減するX線導波路の製造方法について記載していない。また、非特許文献1に記載の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、発散抑制効果等の単層導波路の効果を低減してしまうという問題があった。   However, Non-Patent Document 1 describes a method of manufacturing an X-ray waveguide that has a step of flattening the interface between the core and the cladding, thereby reducing propagation loss due to X-ray scattering at the interface between the core and the cladding. Absent. In the X-ray waveguide described in Non-Patent Document 1, each of the laminated waveguide structures (a set of a core and a clad sandwiching the core) functions as a separate single-layer waveguide. For this reason, there has been a problem that the effects of the single-layer waveguide such as the light condensing and the divergence suppressing effect that the phases of X-rays emitted as a whole are aligned are reduced.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、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、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するコアの表面に平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層上に前記クラッドを形成する工程と、を有することを特徴とするX線導波路の製造方法に関する。   The present invention has been made in view of the above problems, and is a method of manufacturing an X-ray waveguide having a core and a clad, and a plurality of real parts different in refractive index in a direction perpendicular to the X-ray waveguide direction. The present invention relates to a method for manufacturing an X-ray waveguide, comprising: a step of forming a planarization layer on a surface of a core having a periodic structure containing a substance; and a step of forming the clad on the planarization layer.

本発明によれば、コアとクラッドの間に平坦化層を設けることにより、平坦化層とクラッドとの界面におけるX線の散乱による損失を低減して、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線導波路を製造することができる。   According to the present invention, by providing a planarization layer between the core and the clad, loss due to X-ray scattering at the interface between the planarization layer and the clad is reduced, and X-rays with high propagation efficiency and the same phase are obtained. Can be manufactured.

本発明の一実施形態(実施例2)One embodiment of the present invention (Example 2) 本発明の製法で製造されるX線導波路の概念図Conceptual diagram of X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of the present invention 有効伝搬角度θの概念図Conceptual diagram of effective propagation angle θ 本発明の一実施形態(実施例1)One embodiment of the present invention (Example 1) 本発明の一実施形態(実施例3)One embodiment of the present invention (Example 3) 本発明の一実施形態(実施例4)One embodiment of the present invention (Example 4) 本発明の一実施形態(実施例5)One embodiment of the present invention (Example 5)

以下、本発明のX線導波路の製造方法について詳しく述べる。   The X-ray waveguide manufacturing method of the present invention will be described in detail below.

本発明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、平坦化層(又はコア)とクラッドとの界面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的されるために、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。   The X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of the present invention 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 planarization layer (or core) and the clad. The X-ray waveguide has a core 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, so that the phase of a large amount of light can be efficiently achieved. It becomes possible to guide the X-rays with the same number.

本発明のX線導波路の製造方法は、コアの上に平坦化層を設けた後に、クラッドを形成することを特徴とする。また、コアの上に平坦化層を設けた後に、平坦化層を平坦化することが好ましい。本発明のX線導波路の製造方法の概要について、図1を用いて説明する。基板100の上にクラッド102を形成し(1−b)、クラッド102の上にコア101を形成する(1−c)。形成したコア101の上に平坦化層110を形成した後に、平坦化層110を平坦化する(1−d)。次に、平坦化した平坦化層110の上にクラッド103を形成する(1−e)。図1では、上部の平坦化層のみを平坦化する製造方法を記載したが、下部の平坦化層も平坦化することもできる。本発明の製造方法で製造されたX線導波路は、平坦化層(又はコア)とクラッドとの界面が平坦であり、入射されたX線が平坦化された平坦化層(又はコア)とクラッドとの界面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は模式的な図であり、コア表面の凹凸は誇張して描かれている。   The X-ray waveguide manufacturing method of the present invention is characterized in that a clad is formed after providing a planarizing layer on a core. Moreover, it is preferable to planarize the planarization layer after providing the planarization layer on the core. An outline of a method for manufacturing an X-ray waveguide according to the present invention will be described with reference to FIG. A clad 102 is formed on the substrate 100 (1-b), and a core 101 is formed on the clad 102 (1-c). After the planarization layer 110 is formed on the formed core 101, the planarization layer 110 is planarized (1-d). Next, the clad 103 is formed on the planarized planarization layer 110 (1-e). In FIG. 1, although the manufacturing method which planarizes only the upper planarization layer was described, the lower planarization layer can also be planarized. The X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of the present invention has a flat interface between the flattening layer (or core) and the clad, and a flattening layer (or core) in which incident X-rays are flattened. By being effectively confined by the interface with the cladding, X-rays can be guided with high propagation efficiency. Here, FIG. 1 is a schematic diagram, and the irregularities on the core surface are exaggerated.

次に、本発明のX線導波路の製造方法について、(1)X線導波路、(2)コアの形成工程、(3)平坦化層を平坦化する工程(4)クラッドの形成工程に分けて説明する。   Next, regarding the X-ray waveguide manufacturing method of the present invention, (1) X-ray waveguide, (2) core forming step, (3) flattening layer flattening step (4) cladding forming step Separately described.

(1)X線導波路
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以下の電磁波かを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。
(1) X-ray waveguide In the present invention, X-rays are electromagnetic waves in a wavelength band in which the real part of the refractive index of a 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.

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。   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. Therefore, unlike the frequency band of electromagnetic waves (visible light and infrared rays) having a wavelength longer than the wavelength of ultraviolet light, X 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

Figure 2013057628
Figure 2013057628

δは物質の電子密度ρ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、ρは原子密度ρ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。 δ is proportional to the electron density [rho e substance, the real part of the larger material as the refractive index of the electron density is reduced. 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 a maximum real part of refractive index when propagating in a vacuum, and have a maximum real part of refractive index of air for almost all substances that are not gases under general circumstances. In this specification, the term “substance” includes air and vacuum. Therefore, even when the mesostructure and the mesoporous are composed of a single material, the mesostructure and the mesoporous are composed of a plurality of substances because they have portions having different refractive indexes including air and vacuum.

次に、本発明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、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。このときコアと平坦化層(又はコア)とクラッドとの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する工程が含まれていることを特徴とする。また、本発明では、平坦化層を形成した後に平坦化層を平坦化することが好ましい。   Next, the X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described. The X-ray waveguide of the present invention confins X-rays to the core by total reflection at the clad and guides the X-rays, and the core has a periodic structure including a plurality of substances having different real refractive indices. Thus, a periodic resonant waveguide mode described later is developed. At this time, when the roughness of the interface between the core, the planarization layer (or core) and the clad is large, the confinement efficiency of X-rays to the core is lowered, and as a result, the propagation efficiency of X-rays is also lowered. In order to effectively confine X-rays by this total reflection, the X-ray waveguide manufacturing method of the present invention includes a step of forming a planarization layer between the core and the clad. And In the present invention, it is preferable to planarize the planarization layer after forming the planarization layer.

本発明に特徴的な平坦化層を形成する工程の説明に入る前に、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。その原理の理解を助けるために、本項では、理想的な(平滑な)コアとクラッドの界面を持ち、平坦化層を含まないX線導波路を用いて説明を行う。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。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201が、クラッド202とクラッド203に挟まれた形態である。そしてこのコア201は、高屈折率実部をもつ物質の層205と低屈折率実部をもつ物質の層206とからなる基本構造が、積層されて構成されている。本発明に係る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、多層膜のような一次元の周期構造を例に用いて以下に説明をする。207はクラッドとコアの界面における全反射臨界角、208はブラッグ角、209は基本構造中の物質界面における全反射臨界角を表す。   Before describing the process of forming a planarizing layer characteristic of the present invention, the basic principle of an X-ray waveguide that exhibits a periodic resonance waveguide mode will be described. In order to help understanding the principle, this section uses an X-ray waveguide having an ideal (smooth) core-cladding interface and no planarization layer. 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. . This waveguide is characterized in that the total reflection critical angle at the interface between the core and the clad is larger than the Bragg angle resulting from the periodicity of the periodic structure of the core. FIG. 2 shows a conceptual diagram of this X-ray waveguide. This X-ray waveguide has a form in which a core 201 is sandwiched between a clad 202 and a clad 203. The core 201 is formed by laminating a basic structure including a material layer 205 having a high refractive index real part and a material layer 206 having a low refractive index real part. The periodic structure of the core of the X-ray waveguide according to the present invention may be any one of the one-dimensional to three-dimensional periodic structures, but will be described below using a one-dimensional periodic structure such as a multilayer film as an example. do. Reference numeral 207 denotes a critical angle for total reflection at the interface between the clad and core, 208 denotes a Bragg angle, and 209 denotes a critical angle for total reflection at the material interface in the basic structure.

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θ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。 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 due 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) 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 material on the clad side and n core is the real part of the refractive index of the material on the core side at the interface between the clad and the core c-total (°) is expressed by the following formula (2) where n clad <n core.

Figure 2013057628
Figure 2013057628

で表される。 It is represented by

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θ(°)が定義される。 When the period of the one-dimensional periodic structure of the core is d and the real part of the average refractive index of the periodic structure that is the core is n avg , it is approximately as shown in the following formula (3) regardless of the presence or absence of multiple diffraction in the core. Bragg angle θ B (°) is defined.

Figure 2013057628
Figure 2013057628

ここで、mは定数、λはX線の波長である。   Here, m is a constant, and λ is the wavelength of X-rays.

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。   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 2013057628
Figure 2013057628

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)k、真空中の波数ベクトルk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k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kと真空中の波数ベクトルk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。 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. Here, 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 number 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 2013057628
Figure 2013057628

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。 Here, the periodic structure that forms the core is assumed to be a multilayered film in which films of 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 defined as θ c-multi (°).

Figure 2013057628
Figure 2013057628

上記の式(6)のように、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。   When the critical angle for total reflection in the multilayer film is smaller than the Bragg angle due to the periodicity of the multilayer film as shown in the above formula (6), it is incident on the interface in the multilayer film at an angle greater than or equal to the Bragg angle. The X-rays that are generated do not cause total reflection, but cause partial reflection or refraction. Since the multilayer film is composed of a plurality of periodically laminated films having different real refractive indexes, there are a plurality of interfaces in the stacking direction, and X-rays inside the multilayer film are repeatedly reflected and refracted at these interfaces. It becomes. Such repeated reflection and refraction of X-rays within the multilayer film causes multiple interference. As a result, an X-ray having a condition capable of resonating with the periodic structure of the multilayer film, that is, a propagation mode that can exist inside the multilayer film is formed. As a result, a waveguide mode is formed in the core of the X-ray waveguide structure. It will be. 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、多層膜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。これは多層膜を周期数無限の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。   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 in the vicinity of the Bragg angle of the multilayer film. 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 that satisfies the lowest order band when the multi-layer film is considered as a one-dimensional photonic crystal with an infinite number of cycles. This propagation mode is confined by total reflection at the interface between the cladding and the core. Become.

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。   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、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。   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 in the periodic resonant waveguide mode, the number of antinodes of the electric field intensity basically matches the number of periods of the multilayer film. 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。   In a multilayer film 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 resonance waveguide mode as described above. These are waveguide modes that exist when the entire multilayer film, which is not a periodic resonant waveguide mode, is considered as a uniform medium with the real part of the refractive index averaged. The influence of periodicity is small. On the other hand, in the periodic resonant waveguide mode realized by this X-ray waveguide configuration, as the number of periods of the periodic structure increases, the electric field concentrates at the center of the core, which is a multilayer film, and the seepage into the cladding decreases. Thus, the X-ray 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.

(2)コアの形成工程
本発明のコアの形成工程で用いられるコアについて説明する。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、1次元から3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。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。例えば、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。
(2) Core formation process The core used in the core formation process of the present invention will be described. In the present invention, the core has a periodic structure made of a plurality of substances having different real parts of the refractive index. In the present invention, the plurality of substances having different real parts of refractive index are often two or more kinds of substances having different electron densities. The periodic structure may be a one-dimensional to three-dimensional periodic structure, but has a periodicity in a plane perpendicular to the X-ray waveguide direction. Such a periodic structure can also be produced by a conventional semiconductor process such as photolithography, electron beam lithography, etching process, lamination or bonding. For example, when the periodic structure is one-dimensional, the periodic structure can be configured as a multilayer film. In this case, as a method of forming the multilayer film, there are alternating vapor deposition and sputtering.

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、これらの物質の組み合わせも好ましく用いられる。無機物の例としては、ホウ素、ホウ素化合物、ベリリウム、炭素、窒化物、酸化物、リンがあげられる。具体的には、Be、B、C、BC、BN、SiC、Si、SiN、Al、MgO、TiO、SiO、Pを用いることができる。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、低分子化合物をあげることができる。有機物を用いることにより、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。 Such a substance having a different real part of the refractive index forming the core may be a gas or a vacuum in addition to an inorganic or organic solid material. A combination of these substances is also preferably used. Examples of inorganic materials include boron, boron compounds, beryllium, carbon, nitrides, oxides, and phosphorus. Specifically, Be, B, C, B 4 C, BN, SiC, Si 3 N 4 , SiN, Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , SiO 2 , and P can be used. By using an inorganic material as the material for forming the core, established processes such as conventional sputtering, vapor deposition, and crystal growth can be used, and a structure resistant to heat and external force can be obtained. Examples of organic substances include polymers and low molecular compounds. By using an organic substance, propagation loss due to X-ray absorption can be reduced. A gas or vacuum is preferable because this loss can be further reduced.

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。   Further, as a material for forming the periodic structure, a material manufactured by a self-organized formation mechanism different from a normal semiconductor process may be used. An example of this is a mesostructured film formed by self-assembly of a surfactant or the like or an amphiphile. The mesostructured film is preferably used for the periodic structure in the present invention. This is described below.

(メソ構造体膜)
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。本明細書中において、メソ構造体膜には、(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が含まれる。以下に、それぞれ詳細に説明する。
(Mesostructured film)
The porous material is classified according to its pore diameter by IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), and the porous material having a pore diameter of 2 to 50 nm is classified as mesoporous. In recent years, research on this mesoporous material has been actively conducted, and it has become possible to obtain a structure in which mesopores with uniform diameters are regularly arranged by using a surfactant aggregate as a template. In this specification, the mesostructured film includes (A) mesoporous film, (B) mesoporous film mainly filled with organic compounds, and (C) mesostructured film having a lamellar structure. It is. Each will be described in detail below.

(A)メソポーラス膜
孔径が2−50nmの多孔質材料で、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、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。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。
(A) Mesoporous film A porous material having a pore size of 2 to 50 nm, and the material of the wall portion is not particularly limited, but examples thereof include substances having different real parts of refractive index and manufacturability and periodic structures. An oxide is mentioned from a viewpoint of comprising more. 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. These substances have, for example, a real part of refractive index of 0.999997 or less for X-rays of 10 keV, for example, organic substances (having a real part of refractive index of about 0.999998) described later, air (same as above) , Having a real part of refractive index of approximately 1) and a periodic structure, it is possible to form a periodic structure made of materials having different real parts of refractive index. The above oxide may contain an organic component in its skeleton. The surface of the wall portion may be modified as necessary. For example, hydrophobic molecules may be modified to suppress water adsorption.

メソポーラス膜の調製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で調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。   The method for preparing the mesoporous film is not particularly limited, but for example, it can be prepared by the following method. An inorganic oxide precursor is added to a solution of an amphiphile in which the aggregate functions as a template, a film is formed, and an 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, polyethylene glycol alkyl ether and polyethylene glycol-polypropylene glycol-polyethylene glycol block copolymers 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。   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.

(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用いることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数で10から22であることが好ましい。
(B) The mesoporous film whose pores are mainly filled with an organic compound The same material as described in the section (A) can be used as the wall material. The substance filling the pores is not particularly limited as long as it is mainly composed of an organic compound. The meaning of “main” means 50% or more by volume ratio. Examples of the organic compound include a surfactant and a material in which a site having a function of forming a molecular assembly is bonded to a material forming a wall or a precursor of a material forming a wall. Examples of this surfactant include the surfactants described in the section (A). In addition, the material having a function of forming a molecular assembly is a material that forms a wall portion or a material that is bonded to a precursor of a material that forms a wall portion. Siloxane compounds can be used. The chain length of this alkyl chain is preferably 10 to 22 carbon atoms.

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。   The inside of the hole may contain water, an organic solvent, a salt, or the like as necessary or as a result of a material to be used or a process. Examples of the organic solvent include alcohol, ether and hydrocarbon.

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調製法は、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調製法の鋳型の除去以前の工程を挙げることができる。   The method for preparing the mesoporous membrane whose pores are mainly filled with an organic compound is not particularly limited. For example, the steps prior to the removal of the template in the method for preparing the mesoporous membrane described in the section (A) are performed. Can be mentioned.

(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指す。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。
(C) Mesostructured film having a lamellar structure The mesostructured film of the present invention includes a mesostructured film having a lamellar structure in addition to (A) and (B). This lamellar structure refers to a lamellar structure composed of the material for the wall portion described in (B) and the substance that fills the holes described in (B). These two kinds of materials (substances) may be bonded by chemical bonds as necessary in order to obtain desired properties. An example of this bonded compound is trialkoxyalkylsilane.

(3)平坦化層を形成する工程
本発明で形成する平坦化層について説明する。本発明で製造したX線導波路は、クラッド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での全反射の時の散乱ロスが少ないと、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。X線の全反射は、全反射界面の粗さに非常に敏感であり、その散乱ロスは粗さの減少とともに減少する。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。
(3) Step of forming flattening layer The flattening layer formed in the present invention will be described. The X-ray waveguide manufactured by the present invention guides the X-ray by confining the X-ray in the core by total reflection at the cladding interface. If the scattering loss at the time of total reflection by the clad at this time is small, the X-ray confinement efficiency in the core is improved, and the X-ray propagation efficiency is improved. The total reflection of X-rays is very sensitive to the roughness of the total reflection interface, and its scattering loss decreases with decreasing roughness. As a result of examining various X-ray waveguide configurations, the inventors have confirmed that the propagation efficiency is improved in some X-ray waveguides by reducing the roughness of the interface between the core and the cladding. did.

本発明のX線導波路の製造方法では、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、以下の特性をもつものが適しているとの結論に達した。   In the method for manufacturing an X-ray waveguide according to the present invention, in order to reduce the roughness of the interface, a “flattening layer” is introduced between the core and the clad to achieve flattening. As a result of various studies, it was concluded that a flattening layer having the following characteristics is suitable.

第1に、屈折率の観点から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、X線導波路の原理からすると、コアと同一又は近いX線の導波特性を有する媒体であることが好ましい。本発明の製法で製造した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り、これらの現象を生じる上で、X線が認識する物質の違いは、主にその電子密度の違いであると考えられる。電子密度は、平坦化層を構成する物質の原子番号Zと、平坦化層の原子密度で決定される。平坦化層はコアと同一又は近いX線の導波特性を有することが好ましいが、平坦化層とコアの電子密度の差が大きい場合も生じる。この場合には、最終的にX線導波路に残存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ことが好ましい。また、平坦化層を全て除去してコアとクラッドとの界面を平坦化できる場合には、形成した平坦化層は全て除去することができる。   First, the planarization layer is examined from the viewpoint of refractive index. The planarization layer introduced for the purpose of reducing the roughness of the interface is preferably a medium having X-ray waveguide characteristics that are the same as or close to the core, based on the principle of the X-ray waveguide. The X-ray waveguide manufactured by the manufacturing method of the present invention utilizes phenomena such as refraction and interference caused by X-rays at the interface of different substances, and a substance recognized by X-rays when these phenomena occur. This difference is mainly due to the difference in electron density. The electron density is determined by the atomic number Z of the material constituting the planarization layer and the atomic density of the planarization layer. The planarization layer preferably has the same or near X-ray wave guiding characteristics as the core, but there may be a case where the difference in electron density between the planarization layer and the core is large. In this case, the volume of the planarization layer finally remaining in the X-ray waveguide is preferably kept to the minimum possible with respect to the core volume. Further, when the flattening layer can be completely removed to flatten the interface between the core and the clad, the formed flattening layer can be completely removed.

第2に、平坦化の効果の観点より平坦化層の形成および平坦化について検討する。平坦化層に用いる材料は、コア表面の粗さを緩和するように形成できるもの、及び形成後に続く平坦化処理工程に対して好ましい物性を有するものを選択する。   Second, the formation and planarization of the planarization layer will be examined from the viewpoint of the planarization effect. As the material used for the planarization layer, a material that can be formed so as to reduce the roughness of the core surface and a material that has favorable physical properties with respect to the planarization process subsequent to the formation are selected.

平坦化層に用いる物質は、上記の性質を有するものであれば、特に制限されるものではない。平坦化層に用いる物質は、コアを構成する物質にもよるが、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、炭素を用いることができる。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。具体的な物質としては、Si,Al,Ti,Zn,Nb,Zr,Snを含む酸化物のうち、上述の性質を有するものが選択される。これらの酸化物は、多孔質体を用いてもよい。また、平坦化層に用いる物質は、コアと同質な物質を用いることが好ましい。   The substance used for the planarization layer is not particularly limited as long as it has the above properties. Although the substance used for the planarization layer depends on the substance constituting the core, inorganic substances, organic substances, and these inorganic / organic composite materials can be used. As examples of inorganic substances, oxides, light metals, and carbon can be used. Among these, oxides are preferably used from the viewpoint of adhesion because a strong layer can be easily formed by a coating and drying method. As a specific material, an oxide containing Si, Al, Ti, Zn, Nb, Zr, and Sn having the above properties is selected. A porous body may be used for these oxides. Moreover, it is preferable to use the same material as the core as the material used for the planarization layer.

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)製膜が挙げられる。有機物であれば、溶液系からの塗布、蒸着等が挙げられる。複合材料であれば、溶液系からの塗布、が挙げられる。   Examples of the method for forming the planarizing layer include a general sputtering method, a CVD (chemical vapor deposition) method, a vapor deposition method, and a coating from a solution system (by a sol-gel method) for inorganic materials. If it is an organic substance, the application from a solution system, vapor deposition, etc. are mentioned. If it is a composite material, application | coating from a solution system is mentioned.

本発明で特に好ましく用いられる平坦化層の形成方法の例として、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。   As an example of a method for forming a planarizing layer particularly preferably used in the present invention, a method for forming Si oxide by coating from a solution system will be described in detail. For example, a commercially available material called spin-on-glass (SOG) is used as the coating solution after diluting with a suitable solvent in accordance with the desired flattening layer thickness. In addition to inorganic materials such as tetraalkoxysilane and perhydrosilazane, inorganic / organic composite materials such as alkylalkoxysilane, siloxane, and organosilsesquioxane are used as precursors for Si oxides in SOG materials. Can be mentioned. As a diluting solvent, a solvent used for various SOG materials such as alcohols, ethers, and xylenes may be appropriately selected.

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要素に加え、続く乾燥工程におけるSi前駆体の縮合時にSOG材料が流動化し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。   The above SOG material is applied on a core formed by spin coating, dip coating, spraying, or the like, and dried to obtain Si oxide. In addition to the element in which the SOG material in the liquid state flows into the recess having the roughness on the core surface, the SOG material flows and flattens the surface during the condensation of the Si precursor in the subsequent drying step. Drying is performed at normal temperature and pressure, drying, heating, firing, or in some cases, in an inert gas atmosphere or under reduced pressure (for example, when the amount of water is adjusted and the hydrolysis condensation reaction of the precursor is desired). select.

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。   Here, the Si oxide is described in detail as an example. However, as described above, the present invention is not limited to the Si oxide, and other materials can be formed by a similar method.

次に、平坦化層形成後の平坦化工程について記載する。本発明のX線導波路の製造方法においては、形成した平坦化層をさらに平坦化する工程を行うことができる。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って、平坦化層を除去する。平坦化する法としては、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)が挙げられる。   Next, the planarization step after the planarization layer is formed will be described. In the X-ray waveguide manufacturing method of the present invention, a step of further planarizing the formed planarization layer can be performed. Specifically, the planarization layer is removed by chemical etching or physical polishing. Planarization methods include liquid phase etching, plasma processing etching, mechanical polishing with abrasives (mechanical polishing), and chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as chemical mechanical polishing) that combines chemicals that react chemically with the planarization layer with abrasives. (Referred to as CMP).

平坦化工程では、形成した平坦化層の一部又は全てを除去することができる。平坦化層の一部を削除した場合には、クラッドは、平坦化層(及びコア)と接する。また、平坦化層を全て除去した場合には、クラッドは、コアと接する。   In the planarization step, part or all of the formed planarization layer can be removed. When a part of the planarization layer is removed, the clad is in contact with the planarization layer (and the core). Further, when all of the planarizing layer is removed, the clad is in contact with the core.

平坦化層(又はコア)とクラッドとの界面において、平坦化層(又はコア)の表面粗さは、二乗平均平方根で5nm以下であることが好ましく、3nm以下であることがより好ましい。したがって、平坦化工程では、平坦化層(又はコア)の表面粗さを二乗平均平方根で5nm以下、好ましくは、3nm以下にすることが好ましい。これらの条件を満たす場合には、平坦化層又はコアとクラッドの界面におけるX線の散乱による伝搬損失をより低減するとともに、平坦化層又はコアとクラッドとを強く接着できる。   At the interface between the planarization layer (or core) and the clad, the surface roughness of the planarization layer (or core) is preferably 5 nm or less, more preferably 3 nm or less in terms of root mean square. Therefore, in the planarization step, the surface roughness of the planarization layer (or core) is preferably 5 nm or less, preferably 3 nm or less in terms of root mean square. When these conditions are satisfied, propagation loss due to X-ray scattering at the interface between the planarization layer or the core and the cladding can be further reduced, and the planarization layer or core and the cladding can be strongly bonded.

このようにして形成した平坦化層の厚さの範囲としては1nm〜5μmの範囲であり、好ましくは3nm〜100nmの範囲である。なお、ここで言う平坦化層の厚さとは、構成した層を断面方向から見たときの、下地となる物質の表面からの厚さを言う。下地表面が凹凸を有している場合には、最も低い位置からの厚さとする。   The thickness range of the planarized layer thus formed is in the range of 1 nm to 5 μm, and preferably in the range of 3 nm to 100 nm. Note that the thickness of the planarizing layer referred to here refers to the thickness from the surface of a material serving as a base when the formed layer is viewed from the cross-sectional direction. When the ground surface has irregularities, the thickness is determined from the lowest position.

(4)クラッドについて
本発明に絡む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、本発明に絡む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。
(4) Cladding The X-ray waveguide according to the present invention 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. The X-ray waveguide according to the present invention is designed so as to satisfy the above-mentioned formulas (2) to (4) between the material forming the core and the material used for the cladding. There is. 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.

本発明のX線導波路の製造方法によれば、平坦化層を用いて、コア/クラッド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(または平坦化層に)への閉じ込め効率を増大させることで、高い伝搬効率でX線を導波させることができる。その結果、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こと、を有効に利用することができる導波路を製造することができる。   According to the method of manufacturing an X-ray waveguide of the present invention, the planarization layer is used to smooth the core / cladding interface, thereby increasing the total reflection efficiency at the cladding interface, and the core (or the planarizing layer). ) Can be guided with high propagation efficiency. As a result, a waveguide that can effectively use the characteristics of the periodic resonant waveguide mode, such as a reduction in propagation loss due to the concentration of the electric field at the center of the core and the presence of spatial coherence, is manufactured. be able to.

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。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the method of the present invention is not limited to these examples.

実施例1
(1−1)導波路の作製
実施例1では、コアに対して両側のクラッド間に平坦化層を形成し、図4における(3−f)の構成を持つX線導波路について記載する。本実施例において製造されるX線導波路は、Si基板400上に、W(タングステン)からなるクラッド402、平坦化層409、コア401、平坦化層410、クラッド403の順で積層されて形成されている。コア401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、平坦化層にも酸化ケイ素メソ構造体膜を用いている。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であるが平滑な表面を有している。本実施例のX線導波路の製造方法について図4を用いて以下に順を追って説明する。
Example 1
(1-1) Production of Waveguide In Example 1, an X-ray waveguide having a configuration of (3-f) in FIG. 4 in which a planarization layer is formed between clads on both sides of the core will be described. The X-ray waveguide manufactured in this embodiment is formed by laminating a cladding 402 made of W (tungsten), a planarization layer 409, a core 401, a planarization layer 410, and a cladding 403 in this order on a Si substrate 400. Has been. The core 401 is a silicon oxide mesostructured film. In this mesostructured film, holes made of an organic substance are two-dimensionally arranged to form a periodic structure in the film thickness direction. In this embodiment, a silicon oxide mesostructured film is also used for the planarizing layer. The mesostructured film used for the planarization layer has a smooth surface although it has a structure with less periodicity than that formed on the core. A method for manufacturing the X-ray waveguide according to the present embodiment will be described below in order with reference to FIG.

(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402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。
(1-1-1) Formation of cladding (FIG. 4-b)
A clad 402 made of W (tungsten) is formed on a Si substrate to a thickness of about 15 nanometers by sputtering.

(1−1−2)平坦化層の形成(図4−b)
(1−1−2−1)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409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。
(1-1-2) Formation of planarization layer (FIG. 4-b)
(1-1-2-1) Precursor Solution Preparation of Mesostructured Film A silicon oxide mesostructured film 409 as a planarizing layer is prepared by a dip coating method. The mesostructure precursor solution was prepared by mixing and stirring tetragoxysilane 2.6 g, block copolymer (Pluronic P123, manufactured by BASF) 0.7 g, 1-propanol 13 g, and 0.01M hydrochloric acid aqueous solution 1.35 g. did.

(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、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409の厚さは100nmとなるように形成した。
(1-1-2-2) Formation of Mesostructured Film A dip coating is performed on the cleaned substrate using a dip coating apparatus at a pulling rate of 0.5 mms −1 . After film formation, the film is held in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40% for 2 weeks and at 80 ° C. for 24 hours. The mesostructured film formed as a planarization layer has a structure with a lower periodicity than that formed on the core. (Flatness is improved by giving distribution to the periodicity of the structure.) The formed planarization layer 409 is formed to have a thickness of 100 nm.

(1−1−3)コアの形成(酸化ケイ素メソ構造体膜の作製)(図4−c)
(1−1−3−1)メソ構造体膜の前駆体溶液調製
2Dヘキサゴナル構造を持つ酸化ケイ素メソ構造体膜301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。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とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
(1-1-3) Formation of core (production of silicon oxide mesostructured film) (FIG. 4-c)
(1-1-3-1) Preparation of precursor solution of mesostructured film A silicon oxide mesostructured film 301 having a 2D hexagonal structure is prepared by a dip coating method. The precursor solution of the mesostructure is prepared by adding an ethanol solution of a block polymer to a solution obtained by adding ethanol, 0.01M hydrochloric acid, and tetraethoxysilane and mixing for 20 minutes, and stirring for 3 hours. 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)) Can be used. It is also possible to use methanol, propanol, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, or acetonitrile instead of ethanol. The mixing ratio (molar ratio) is tetraethoxysilane: 1.0, hydrochloric acid: 0.0011, ethanol: 5.2, block polymer: 0.0096, and ethanol: 3.5. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

(1−1−3−2)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、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る。その膜厚はおよそ500ナノメートルである。
(1-1-3-2) Formation of Mesostructured Film A dip coating is performed on the cleaned substrate at a lifting speed of 0.5 mms −1 using a dip coating apparatus. After film formation, the film is held in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40% for 2 weeks and at 80 ° C. for 24 hours. From the X-ray diffraction analysis of the adjusted mesostructured film using the Bragg-Brentano configuration, this mesostructured film has a high order in the normal direction of the substrate surface, and its plane spacing, that is, in the confinement direction. It is confirmed that the period is 10 nm. Its film thickness is approximately 500 nanometers.

(1−1−4)平坦化層の製膜(図4−d)
平坦化層としての酸化ケイ素メソ構造体膜410は、(1−1−2)と同様な方法で100nmの厚さで形成した。
(1-1-4) Formation of planarization layer (FIG. 4-d)
The silicon oxide mesostructured film 410 as the planarizing layer was formed with a thickness of 100 nm by the same method as (1-1-2).

(1−1−5)クラッドの形成(図4−f)
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403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。
(1-1-5) Formation of cladding (FIG. 4-f)
A clad 403 made of W (tungsten) is formed on the surface of the core (and made of a buffer material). This clad was formed with a thickness of approximately 15 nanometers by sputtering.

(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。実施例1で形成したX線導波路に対し、(1−1−2)および(1−1−4)の工程を省略し平坦化層を形成しなかった場合のコアであるメソ構造体膜401の表面粗さは、二乗平均平方根値で約12nmである。平坦化層を用い、実施例1の製造方法で形成したコア401上の平坦化層410表面の粗さは、同約1nmである。
(1-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The mesostructured film, which is the core when the steps (1-1-2) and (1-1-4) are omitted and the planarizing layer is not formed for the X-ray waveguide formed in Example 1. The surface roughness 401 is approximately 12 nm in terms of root mean square. The roughness of the surface of the planarization layer 410 on the core 401 formed by the manufacturing method of Example 1 using the planarization layer is about 1 nm.

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。   The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.

実施例1のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路のそれのおよそ3倍の値を示す。このことは、平坦化層による平坦化により、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。   The X-ray waveguide of Example 1 shows a value approximately three times that of an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer. This suggests that the X-ray confinement effect by the clad of the X-ray waveguide is improved by the flattening by the flattening layer.

(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。平坦化層を用いない製法で形成した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、平坦化層による平坦化により、X線の閉じ込め効率が向上することで達成されたものと考えられる。
(1-3) Waveguide characteristics A 10 keV X-ray was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is approximately six times as high is observed. This high waveguide strength is considered to be achieved by improving the X-ray confinement efficiency of the X-ray waveguide of the present invention by flattening with the flattening layer.

実施例2
(2−1)導波路の作製
本実施例では、コアに対して片側のクラッド間に平坦化層を形成し、図1における(1−e)の構成を持つX線導波路について記載する。本実施例において製造されるX線導波路は、Si基板100上に、W(タングステン)からなるクラッド102、コア101、平坦化層110、クラッド103の順で積層されて形成されている。コア101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。実施例2も、平坦化層に酸化ケイ素メソ構造体膜を用いている。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であるが平滑な表面を有している。実施例2のX線導波路の製造方法について、図1を用いて以下に順を追って説明する。
Example 2
(2-1) Production of Waveguide In this example, an X-ray waveguide having a configuration of (1-e) in FIG. 1 is described in which a planarization layer is formed between clads on one side with respect to the core. The X-ray waveguide manufactured in this embodiment is formed by laminating a clad 102 made of W (tungsten), a core 101, a planarizing layer 110, and a clad 103 in this order on a Si substrate 100. The core 101 is a silicon oxide mesostructured film. In this mesostructured film, holes made of an organic substance are two-dimensionally arranged to form a periodic structure in the film thickness direction. Example 2 also uses a silicon oxide mesostructured film for the planarization layer. The mesostructured film used for the planarization layer has a smooth surface although it has a structure with less periodicity than that formed on the core. A method for manufacturing the X-ray waveguide of Example 2 will be described below in order with reference to FIG.

(2−1−1)クラッドの形成(図1−b)
(1−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(2-1-1) Formation of cladding (FIG. 1-b)
The clad is formed using the same method as in (1-1-1).

(2−1−2)コアの形成(酸化ケイ素メソ構造体膜の作製)(図1−c)
(1−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(2-1-2) Formation of core (production of silicon oxide mesostructured film) (FIG. 1-c)
The mesostructured film is formed using the same method as in (1-1-3).

(2−1−3)平坦化層の製膜(図1−d)
(1−1−4)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。形成した平坦化層の膜厚は100nmである。
(2-1-3) Formation of planarization layer (FIG. 1-d)
The mesostructured film is formed using the same method as in (1-1-4). The thickness of the formed planarization layer is 100 nm.

(2−1−4)クラッドの形成(図1−e)
平坦化層上にタングステンからなるクラッド103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。
(2-1-4) Formation of cladding (FIG. 1-e)
A clad 103 made of tungsten is formed on the planarizing layer. This clad was formed with a thickness of approximately 15 nanometers by sputtering.

(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)の工程で調製したコアであるメソ構造体膜110の表面粗さは、二乗平均平方根値で約12nm、(2−1−3)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1nmである。
(2-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The surface roughness of the mesostructured film 110, which is the core prepared in the process (2-1-2), is approximately 12 nm in terms of the root mean square value, and the planarized layer is planarized in the process (2-1-3). The surface roughness consisting of is about 1 nm.

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。   The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.

実施例2のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路のそれのおよそ3倍の値を示す。このことは、平坦化層による平坦化により、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。   The X-ray waveguide of Example 2 shows a value approximately three times that of an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer. This suggests that the X-ray confinement effect by the clad of the X-ray waveguide is improved by the flattening by the flattening layer.

(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。平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路と比較しておよそ10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、平坦化層による平坦化により、X線の閉じ込め効率が向上することで達成されたものと考えられる。
(2-3) Waveguide characteristics An X-ray of 10 keV was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a flattening layer, a waveguide strength that is approximately 10 times that of the X-ray waveguide is observed. This high waveguide strength is considered to be achieved by improving the X-ray confinement efficiency of the X-ray waveguide of the present invention by flattening with the flattening layer.

実施例3
(3−1)導波路の作製
実施例3では、コアに対して片側のクラッド間に平坦化層を形成した後、エッチングによるさらなる平坦化処理を施して形成した図5における(5−f)の構成を持つX線導波路について記載する。本実施例において製造されるX線導波路は、Si基板500上に、W(タングステン)からなるクラッド502、コア501、平坦化層510、クラッド503の順で積層されて形成されている。コア501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、平坦化層に酸化ケイ素膜を用いている。本実施例のX線導波路の製造方法について図5を用いて以下に順を追って説明する。
Example 3
(3-1) Production of Waveguide In Example 3, the planarization layer was formed between the clads on one side of the core and then further planarized by etching (5-f) in FIG. An X-ray waveguide having the following structure will be described. The X-ray waveguide manufactured in this embodiment is formed by laminating a clad 502 made of W (tungsten), a core 501, a planarizing layer 510, and a clad 503 in this order on a Si substrate 500. The core 501 is a silicon oxide mesostructured film. In this mesostructured film, holes made of an organic substance are two-dimensionally arranged to form a periodic structure in the film thickness direction. In this embodiment, a silicon oxide film is used for the planarizing layer. The manufacturing method of the X-ray waveguide of the present embodiment will be described in order below with reference to FIG.

(3−1−1)クラッドの形成(図5−b)
(1−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(3-1-1) Formation of cladding (FIG. 5-b)
The clad is formed using the same method as in (1-1-1).

(3−1−2)コア(酸化ケイ素メソ構造体膜)の形成(図5−c)
(1−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(3-1-2) Formation of core (silicon oxide mesostructured film) (FIG. 5-c)
The mesostructured film is formed using the same method as in (1-1-3).

(3−1−3)平坦化層の製膜(図5−d)
酸化ケイ素からなる平坦化層510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、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。形成した平坦化層の膜厚は400nmである。
(3-1-3) Formation of planarization layer (FIG. 5-d)
The planarization layer 510 made of silicon oxide was formed by spin coating an SOG material. As the SOG material, NAX120 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd. was applied on the substrate by spin coating. The substrate after application is held for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40%. The thickness of the formed planarization layer is 400 nm.

(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、平坦化層280nmに相当する膜厚分を本工程により除去し、最終的に120nmの厚さの平坦化層510がコアであるメソ構造体膜501上に形成された。
(3-1-4) Planarization Processing Subsequently, reactive ion etching (RIE) is performed on the formed planarization layer. Using a dry etching apparatus, the film thickness corresponding to the planarization layer 280 nm was removed by this process, and finally the planarization layer 510 having a thickness of 120 nm was formed on the mesostructured film 501 as the core. .

(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503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。クラッドは平坦化層510からなる表面に密着して形成される。
(3-1-5) Formation of clad A clad 503 made of tungsten is formed on the planarization layer. This clad is formed with a thickness of approximately 15 nanometers by sputtering. The clad is formed in close contact with the surface made of the planarizing layer 510.

(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)の工程で調製したコアであるメソ構造体膜510の表面粗さは二乗平均平方根値で約12nm、平坦化層を用いて(3−1−3)および(3−1−4)の工程で平坦化した表面の粗さは、同約2nmである。
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。
実施例3のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路のそれのおよそ2.5倍の値を示す。このことは、平坦化層による平坦化により、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。
(3-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The surface roughness of the mesostructured film 510, which is the core prepared in the step (3-1-2), is approximately 12 nm in terms of root mean square value, and (3-1-3) and (3- The roughness of the surface flattened in the process 1-4) is about 2 nm.
The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.
The X-ray waveguide of Example 3 shows a value approximately 2.5 times that of an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer. This suggests that the X-ray confinement effect by the clad of the X-ray waveguide is improved by the flattening by the flattening layer.

(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。平坦化層を用いない製法で形成した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。この高い導波強度は、本発明のX線導波路が、平坦化層による平坦化により、X線の閉じ込め効率が向上することで達成されたものと考えられる。
(3-3) Waveguide characteristics A 10 keV X-ray was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared with an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is approximately twice as high is observed. This high waveguide strength is considered to be achieved by improving the X-ray confinement efficiency of the X-ray waveguide of the present invention by flattening with the flattening layer.

実施例4
(4−1)導波路の作製
本実施例では、コアに対して片側のクラッド間に平坦化層を形成した後、研磨によるさらなる平坦化処理を施し、コアと平坦化層からなる表面にクラッドを形成した図6における(5−f)の構成を持つX線導波路について記載する。
Example 4
(4-1) Production of Waveguide In this example, after a flattening layer is formed between clads on one side of the core, a further flattening process is performed by polishing, and the surface comprising the core and the flattening layer is clad. An X-ray waveguide having the configuration (5-f) in FIG.

本実施例において製造されるX線導波路は、Si基板600上に、W(タングステン)からなるクラッド602、コア601、平坦化層610、クラッド603の順で積層されて形成されている。コア601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、平坦化層に酸化ケイ素膜を用いている。本実施例のX線導波路の製造方法について、図6を用いて以下に順を追って説明する。   The X-ray waveguide manufactured in this embodiment is formed by laminating a clad 602 made of W (tungsten), a core 601, a planarizing layer 610, and a clad 603 in this order on a Si substrate 600. The core 601 is a silicon oxide mesostructured film. In this mesostructured film, holes made of an organic substance are two-dimensionally arranged to form a periodic structure in the film thickness direction. In this embodiment, a silicon oxide film is used for the planarizing layer. A method for manufacturing the X-ray waveguide according to the present embodiment will be described below step by step with reference to FIG.

(4−1−1)クラッドの形成(図6−b)
(1−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(4-1-1) Formation of cladding (FIG. 6b)
The clad is formed using the same method as in (1-1-1).

(4−1−2)コア(酸化ケイ素メソ構造体膜)の形成(図6−c)
(1−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(4-1-2) Formation of core (silicon oxide mesostructured film) (FIG. 6-c)
The mesostructured film is formed using the same method as in (1-1-3).

(4−1−3)平坦化層の製膜(図6−d)
酸化ケイ素からなる平坦化層610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、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。形成した平坦化層の膜厚は200nmである。
(4-1-3) Formation of planarization layer (FIG. 6-d)
The planarization layer 610 made of silicon oxide was formed by spin coating an SOG material. As the SOG material, NAX120 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd. was applied on the substrate by spin coating. The substrate after application is held for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40%. The thickness of the formed planarization layer is 200 nm.

(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。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電子顕微鏡(TEM)により分析すると、1−1−4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。(図6−e)
(4-1-4) Planarization Process Subsequently, further planarization is performed by polishing the formed planarization layer. Using a CMP apparatus (manufactured by MTT), polishing was performed with a polishing solution manufactured by BUEHLER in which colloidal silica particles having a diameter of 5 nmΦ were dispersed in water. The film thickness corresponding to 200 nm was removed by this step by adjusting the polishing time. When the cross section of the formed substrate was analyzed with a transmission electron microscope (TEM), most of the planarization layer formed in the process of 1-1-4 was removed, the core material was partially exposed to the surface, and the others A smooth surface was formed in such a form that the material used for the flattening layer was filled in this area. (Fig. 6-e)

(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603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601および平坦化層610からなる表面に密着して形成される。
(4-1-5) Formation of clad A clad 603 made of tungsten is formed on the planarization layer. This clad is formed with a thickness of approximately 15 nanometers by sputtering. The clad is formed in close contact with the surface composed of the core 601 and the planarizing layer 610.

(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)の工程で調製したコアであるメソ構造体膜5010の表面粗さは二乗平均平方根値で約12nm、平坦化層を用いて(4−1−3)および(4−1−4)の工程で平坦化した表面の粗さは、同約0.8nmである。
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。
実施例4のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路のそれのおよそ3倍の値を示す。このことは、平坦化層による平坦化により、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。
(4-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectance The surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The surface roughness of the mesostructured film 5010, which is the core prepared in the step (4-1-2), is approximately 12 nm in terms of root mean square value, and (4-1-3) and (4- The roughness of the surface flattened in the process 1-4) is about 0.8 nm.
The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.
The X-ray waveguide of Example 4 shows a value approximately three times that of an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer. This suggests that the X-ray confinement effect by the clad of the X-ray waveguide is improved by the flattening by the flattening layer.

(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。平坦化層を用いない製法で形成した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、平坦化層を用いて平坦化を行い、さらに平坦化層の部分除去によりコアの有する規則的な周期性をより有効に利用できた結果、達成されたものと考えられる。
(4-3) Waveguide characteristics A 10 keV X-ray was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is about 12 times as high is observed. This high waveguiding strength enables the X-ray waveguide of the present invention to planarize using a planarizing layer, and more effectively use the regular periodicity of the core by partially removing the planarizing layer. As a result, it is considered to have been achieved.

実施例5
(5−1)導波路の作製
本実施例では、コアに対して片側のクラッド間に平坦化層を形成した後、研磨により平坦化層を除去、さらにはコアの一部についても除去し、コアの表面にクラッドを形成した図7における(7−f)の構成を持つX線導波路について記載する。
Example 5
(5-1) Production of Waveguide In this example, after the planarization layer was formed between the clads on one side with respect to the core, the planarization layer was removed by polishing, and a part of the core was also removed. An X-ray waveguide having the configuration (7-f) in FIG. 7 in which a cladding is formed on the surface of the core will be described.

本実施例において製造されるX線導波路は、Si基板700上に、W(タングステン)からなるクラッド702、コア701、クラッド703の順で構成されている。コア701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、平坦化層に酸化ケイ素膜を用いている。本実施例のX線導波路の製造方法について図7を用いて以下順を追って説明する。   The X-ray waveguide manufactured in this embodiment is formed on a Si substrate 700 in the order of a clad 702 made of W (tungsten), a core 701, and a clad 703. The core 701 is a silicon oxide mesostructured film. In this mesostructured film, holes made of an organic substance are two-dimensionally arranged to form a periodic structure in the film thickness direction. In this embodiment, a silicon oxide film is used for the planarizing layer. A method for manufacturing the X-ray waveguide according to the present embodiment will be described in order with reference to FIG.

(5−1−1)クラッドの形成(図7−b)
(1−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(5-1-1) Formation of cladding (FIG. 7-b)
The clad is formed using the same method as in (1-1-1).

(5−1−2)コア(酸化ケイ素メソ構造体膜)の形成(図7−c)
(1−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(5-1-2) Formation of core (silicon oxide mesostructured film) (FIG. 7-c)
The mesostructured film is formed using the same method as in (1-1-3).

(5−1−3)平坦化層の製膜(図7−d)
(4−1−3)と同様な手法で酸化ケイ素膜は形成される。
(5-1-3) Formation of planarization layer (FIG. 7-d)
A silicon oxide film is formed by a method similar to (4-1-3).

(5−1−4)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60nmΦのコロイダルシリカ粒子を分散した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、5−1−3の工程で形成した平坦化層は除去され、さらに5−1−2の工程で形成したコア材料の層厚が50nm程減少しており(平坦化層が除去された後、コア層まで研磨が進行した事を意味する)、コアの表面が平坦化された。(図7−e)
(5-1-4) Planarization treatment Subsequently, further planarization is performed by polishing the formed planarization layer. Polishing was performed with a polishing solution manufactured by BUEHLER in which colloidal silica particles having a diameter of 60 nmΦ were dispersed, using a CMP apparatus (manufactured by MTT). The film thickness corresponding to 250 nm was removed by this step by adjusting the polishing time. When the cross section of the formed substrate is analyzed by a transmission electron microscope (TEM), the planarization layer formed in the step 5-3-1 is removed, and the thickness of the core material formed in the step 5-1-2 is further increased. It decreased by about 50 nm (meaning that the polishing progressed to the core layer after the planarization layer was removed), and the surface of the core was planarized. (Fig. 7-e)

(5−1−5)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される。クラッドはコア701からなる表面に密着して形成される。
(5-1-5) Formation of clad A clad 703 made of tungsten is formed on the planarization layer. This clad is formed with a thickness of approximately 15 nanometers by sputtering. The clad is formed in close contact with the surface comprising the core 701.

(5−2)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。(5−1−2)の工程で形成したコアであるメソ構造体膜6010の表面粗さは二乗平均平方根値で約12nm、平坦化層を用いて(5−1−3)および(5−1−4)の工程で平坦化したコア表面の粗さは、同約2nmである。
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。
実施例5のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路のそれのおよそ2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。
(5-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The surface roughness of the mesostructured film 6010, which is the core formed in the process of (5-1-2), is approximately 12 nm in terms of root mean square value, and (5-1-3) and (5- The roughness of the core surface flattened in the process 1-4) is about 2 nm.
The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.
The X-ray waveguide of Example 5 shows a value approximately twice that of an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer. This suggests that the X-ray confinement effect by the clad of the X-ray waveguide is improved by the flattening process using the flattening layer.

(5−3)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。平坦化層を用いない製法で形成した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、平坦化層を用いて平坦化を行った後に平坦化層を除去する事により、コアの有する規則的な周期性を有効に利用した結果、達成されたものと考えられる。
(5-3) Waveguide characteristics An X-ray of 10 keV was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is about eight times as high is observed. This high waveguide strength effectively utilizes the regular periodicity of the core by removing the planarization layer after the X-ray waveguide of the present invention performs planarization using the planarization layer. As a result, it is considered to have been achieved.

実施例6
(6−1)導波路の調製
実施例6では、実施例3と同様な手法にて平坦化層を形成し、平坦化層の厚さのみ20nmに変更した構成を持つX線導波路について記載する。
Example 6
(6-1) Preparation of Waveguide In Example 6, an X-ray waveguide having a configuration in which a planarization layer is formed by the same method as in Example 3 and only the thickness of the planarization layer is changed to 20 nm is described. To do.

(6−1−1)クラッドの形成
(3−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(6-1-1) Formation of clad A clad is formed using the same method as in (3-1-1).

(6−1−2)コア(酸化ケイ素メソ構造体膜)の形成
(3−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(6-1-2) Formation of Core (Silicon Oxide Mesostructure Film) The mesostructure film is formed using the same method as in (3-1-3).

(6−1−3)平坦化層の製膜
(3−1−3)と同様な手法で酸化ケイ素膜は形成される。
(6-1-3) Formation of planarization layer A silicon oxide film is formed in the same manner as in (3-1-3).

(6−1−4)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、平坦化層380nmに相当する膜厚分を本工程により除去し、最終的に20nmの厚さの平坦化層がコアであるメソ構造体膜上に形成された。
(6-1-4) Planarization Processing Subsequently, reactive ion etching (RIE) is performed on the formed planarization layer. Using a dry etching apparatus, the film thickness corresponding to the planarization layer of 380 nm was removed by this step, and finally the planarization layer having a thickness of 20 nm was formed on the mesostructured film as the core.

(6−2)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。平坦化層を用いて(6−1−3)および(6−1−4)の工程で平坦化した表面の粗さは、二乗平均平方根値で約2nmである。
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。
実施例6のX線導波路は、実施例3で形成したX線導波路のそれと同等の良好な反射率が得られた。
(6-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The roughness of the surface flattened by the steps (6-1-3) and (6-1-4) using the flattening layer is about 2 nm in terms of the root mean square value.
The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.
In the X-ray waveguide of Example 6, a good reflectance equivalent to that of the X-ray waveguide formed in Example 3 was obtained.

(6−3)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。平坦化層を用いない製法で形成した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、平坦化層による平坦化により、X線の閉じ込め効率が向上し、さらに平坦化層の厚みを実施例3よりも最適化した事で達成されたものと考えられる。
(6-3) Waveguide characteristics An X-ray of 10 keV was incident on this waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is about eight times as high is observed. This high waveguide strength is due to the fact that the X-ray waveguide of the present invention is improved in the X-ray confinement efficiency by the flattening by the flattening layer, and the thickness of the flattening layer is more optimized than in the third embodiment. It is thought that it was achieved.

実施例7
(7−1)導波路の調製
本実施例では、実施例2と同様な手法にて形成し、平坦化層の材質のみ酸化チタンに変更した構成を持つX線導波路について記載する。
Example 7
(7-1) Preparation of Waveguide In this example, an X-ray waveguide formed by the same method as in Example 2 and having a configuration in which only the material of the planarizing layer is changed to titanium oxide will be described.

(7−1−1)クラッドの形成
(2−1−1)と同様の手法を用いてクラッドは形成される。
(7-1-1) Formation of clad A clad is formed using the same method as in (2-1-1).

(7−1−2)コア(酸化ケイ素メソ構造体膜)の形成
(2−1−3)と同様の手法を用いてメソ構造体膜は形成される。
(7-1-2) Formation of Core (Silicon Oxide Mesostructured Film) The mesostructured film is formed using the same method as (2-1-3).

(7−1−3)平坦化層(酸化チタン)の製膜
酸化チタンからなる平坦化層は、スピンコート法で調製される。前駆体溶液は、チタンテトライソプロポキサイドに酢酸、1−プロパノール、エタノール、水を添加し、15分間超音波処理を行うことで調製される。用いられる試薬の体積比は、チタンテトライソプロポキサイド:2.5、酢酸:5、1−プロパノール:5、エタノール:15、水:1とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。先の工程で調製したメソ構造体膜上にスピンコート装置を用いて製膜を行う。その後、25℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽で24時間保持し、15nmの膜厚の酸化チタンを形成した。
(7-1-3) Formation of planarization layer (titanium oxide) The planarization layer made of titanium oxide is prepared by a spin coating method. The precursor solution is prepared by adding acetic acid, 1-propanol, ethanol and water to titanium tetraisopropoxide and performing ultrasonic treatment for 15 minutes. The volume ratio of the reagents used is titanium tetraisopropoxide: 2.5, acetic acid: 5, 1-propanol: 5, ethanol: 15, and water: 1. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness. A film is formed on the mesostructured film prepared in the previous step using a spin coater. Then, it was kept in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and 40% relative humidity for 24 hours to form titanium oxide having a thickness of 15 nm.

(7−2)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。平坦化層を用いて(6−1−3)の工程で平坦化した表面の粗さは、二乗平均平方根値で約3nmである。
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。
実施例7のX線導波路は、平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路と比較して2.5倍の反射率が得られた。
(7-2) Relationship between surface roughness and X-ray reflectivity Surface roughness is evaluated using a surface roughness meter. The roughness of the surface flattened by the step (6-1-3) using the flattening layer is about 3 nm in terms of the root mean square value.
The reflectance when the X-ray waveguide clad is irradiated with X-rays is compared and evaluated. Using 10 keV X-rays, near the Bragg angle (θ = 0.36 °) corresponding to the periodic structure of the core, at an angle from which Bragg reflection is removed (θ = 0.3 °: within the total reflection region of the cladding) The X-ray reflectivity when incident is measured.
The X-ray waveguide of Example 7 had a 2.5 times higher reflectance than the X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer.

(7−3)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。平坦化層を用いない製法で形成したX線導波路と比較しておよそ4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、平坦化層による平坦化により、X線の閉じ込め効率が向上することで達成されたものと考えられる。
(7-3) Waveguide characteristics A 10 keV X-ray was incident on the waveguide, and the intensity of the X-ray guided by the periodic resonance waveguide mode was measured. Compared to an X-ray waveguide formed by a manufacturing method that does not use a planarizing layer, a waveguide strength that is about four times as high is observed. This high waveguide strength is considered to be achieved by improving the X-ray confinement efficiency of the X-ray waveguide of the present invention by flattening with the flattening layer.

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。   The X-ray waveguide of the present invention can be used for components used in an X-ray optical system in imaging, exposure, analysis and the like using X-rays.

100 基板
101 コア
102 クラッド
103 クラッド
109 平坦化層
110 平坦化層
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
100 substrate 101 core 102 clad 103 clad 109 flattened layer 110 flattened layer 201 core 202 clad 203 clad 204 unit structure 205 material having a high refractive index real part 206 material having a low refractive index real part 207 at the interface between the clad and the core Total reflection critical angle 208 Bragg angle 209 Total reflection critical angle at the material interface in the basic structure

Claims (8)

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、
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するコアの表面に平坦化層を形成する工程と、
前記平坦化層上に前記クラッドを形成する工程と、を有することを特徴とするX線導波路の製造方法。
A method of manufacturing an X-ray waveguide having a core and a cladding,
Forming a planarization layer on the surface of the core having a periodic structure including a plurality of substances having different real refractive index parts in a direction perpendicular to the X-ray waveguide direction;
Forming the clad on the planarizing layer. A method for producing an X-ray waveguide, comprising:
前記平坦層を形成する工程後に、前記平坦化層を平坦化する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のX線導波路の製造方法。   The method of manufacturing an X-ray waveguide according to claim 1, further comprising a step of flattening the flattening layer after the step of forming the flat layer. X線に対して、前記平坦化層と前記クラッドの界面の全反射臨界角は、前記コアの周期構造に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のX線導波路の製造方法。   3. The X-ray according to claim 1, wherein the critical angle of total reflection at the interface between the planarization layer and the clad is larger than the Bragg angle due to the periodic structure of the core. A method for manufacturing a waveguide. 前記平坦化層と前記コアの界面における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線導波路の製造方法。   4. The X-ray waveguide according to claim 1, wherein a surface roughness of the planarizing layer at an interface between the planarizing layer and the core is 5 nm or less in terms of a root mean square. 5. Manufacturing method. 前記コアは、メソ構造体であること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線導波路の製造方法。   The method of manufacturing an X-ray waveguide according to claim 1, wherein the core is a mesostructure. 前記平坦化層は、前記コアを構成する物質と同じ物質からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のX線導波路の製造方法。   6. The method of manufacturing an X-ray waveguide according to claim 1, wherein the planarizing layer is made of the same material as that constituting the core. 前記平坦化層を形成する工程は、厚さ3nm以上100nm以下の平坦化層を形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のX線導波路の製造方法。   The method for producing an X-ray waveguide according to claim 1, wherein the step of forming the planarizing layer forms a planarizing layer having a thickness of 3 nm to 100 nm. 前記平坦化層を平坦化する工程と、前記コアを平坦化する工程を有することを特徴とする請求項2乃至7のいずれか一項に記載のX線導波路の製造方法。   The method of manufacturing an X-ray waveguide according to claim 2, further comprising a step of flattening the flattening layer and a step of flattening the core.
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US10765383B2 (en) 2015-07-14 2020-09-08 Koninklijke Philips N.V. Imaging with enhanced x-ray radiation

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