(57)【要約】      （修正有）【課題】純度が向上したシンクロトロンビームを提供する多層膜モノクロメータの提供。【解決手段】モノクロメータは、基部と、基部上に移動可能に取り付けられており、片側にＸ線ビームの入口として少なくとも１つの入口窓、及び別の側にモノクロ化されたＸ線ビームの出口として出口窓を有するハウジングと、ハウジング内に取り付けられ、対向するミラーの対を支持する支持手段を含み、ミラーの各々は、被覆された表面を有し、ミラーの前記被覆された表面の各々は、厚みｄＡを有する散乱体材料（Ａ）の層と厚みｄＢを有するスペーサ材料（Ｂ）の層が交互する多層コーティングで被覆されている。これは、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約１：２であり、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約１：３であることで達成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブル多層膜モノクロメータであって、
基部と、
基部上に移動可能に取り付けられており、片側にＸ線ビームの入口として少なくとも１つの入口窓、及び別の側にモノクロ化されたＸ線ビームの出口として出口窓を有するハウジングと、
ハウジング内に取り付けられ、対向するミラーの対を支持する支持手段、
を含み、ミラーの各々は、被覆された表面を有し、ミラーの前記被覆された表面の各々は、厚みｄＡを有する散乱体材料（Ａ）の層と厚みｄＢを有するスペーサ材料（Ｂ）の層が交互する多層コーティングで被覆されており、当該ダブル多層膜モノクロメータは、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．５００であり、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．３３３であることを特徴とする、ダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項２】
前記散乱体材料が、Ｗ、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される、請求項１に記載のダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項３】
前記スペーサ材料が、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、Ｂｅ及びＢ４Ｃからなる群から選択される、請求項１又は２に記載のダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項４】
散乱体材料の一層（ｄＡ）とスペーサ材料の一層（ｄＢ）の合計厚み（ｄＡ＋ｄＢ）が約１〜１０ｎｍ、好ましくは２．５〜４．５ｎｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項５】
散乱体材料とスペーサ材料の間の界面拡散中間相が０．２〜０．５ｎｍの厚みを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項６】
ミラーが１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満、より好ましくは１ｎｍ未満の表面粗さを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のダブル多層膜モノクロメータ。
【請求項７】
ダブル多層膜モノクロメータ用の一対の被覆されたミラーの製造方法であって、当該方法において、交互する厚みｄＡを有する散乱体材料（Ａ）の層と厚みｄＢを有するスペーサ材料（Ｂ）の層が支持部材の表面にスパッタリングされ、当該方法は、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．５００であり、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．３３３であることを特徴とする、一対の被覆されたミラーの製造方法。
【請求項８】
前記散乱体材料が、Ｗ、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スペーサ材料が、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＢｅからなる群から選択される、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項１０】
スパッタリングがマグネトロンスパッタ源を使用して行われる、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブル多層膜モノクロメータ（ｄｏｕｂｌｅ−ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンクロトロンエネルギーの多くの実験用途はモノクロビームを必要とする。狭い特別な波長帯を有するモノクロＸ線ビームを生成することができるモノクロメータが知られている。用途に依存して、高フラックスまたは高分解能の多層膜モノクロメータがシンクロトロン用途において、例えばコンパクトな材料及び薄膜の構造的及び形態学的パラメータを評価するために使用される。
【０００３】
高分解モノクロビームは、通常、完全なＳｉまたはＧｅ結晶モノクロメータにより生成される。かかるモノクロメータは、典型的には１０−４の光子エネルギー帯域幅を回折する。しばしば、かかる高分解は、例えば、小角散乱、吸収及び発光実験などのモノクロビーム用途では不必要である。
【０００４】
多層光学系は、真の結晶構造を欠いているにもかかわらず、高Ｚ（散乱体）と低Ｚ（スペーサ）要素のそれらの交互周期構造のために、ブラッグ様散乱を生じ、それらは、結晶光学系よりも約１００倍大きい帯域幅で１度〜数度の典型的な入射角で作動する。このため、多層光学系は、結晶光学系の狭い帯域幅を必要としないＸ線用途、例えばイメージング及び蛍光発光などに相応しい著しいフラックスの増加をもたらす。
【０００５】
典型的なダブル多層膜モノクロメータは、複数の平行な対の対向する多層膜ミラーを含み、これらの多層膜ミラーは、各対のミラーのための入口窓及び出口窓を有するハウジング内に取り付けられている。ミラーは、密度が異なる２種の材料が交互層で上に堆積した研磨された基材からなる。通常、電子密度の差を最大限に高めてこれらの光学系がＸ線ビームを回折する効率を高めるために、２種の材料のうちの一方は高い原子番号（高Ｚ）を有し、他方は低い原子番号（低Ｚ）を有する。典型的な高Ｚ材料は、Ｗ、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される。典型的な低Ｚ材料は、Ｃ、Ｓｉ及びＢからなる群から選択される。
【０００６】
上記層はアモルファスまたは部分的に多結晶性であるが、二重層の周期的反復が多層の性能を決定する。これらの二重層の厚さは、ナノメートルのオーダーであり、それらはＸ線領域内の波長を有する放射線に対して干渉反射体として作用する。
【０００７】
多層膜に入射したＸ線ビームは、各層で散乱、回折及び吸収され、層界面において屈折される。回折は、ブラッグ条件が満たされたとき、すなわち、Ｘ線領域内の特定の波長（λ）を有する入射ビームが、層の表面に対して視射角θのブラッグ配置で多層膜ミラーの表面に入射する場合に起こる。得られるスペクトルは、距離ｄで隔てられた全ての層の寄与の積極的な干渉であり、他の全ての波長は、多かれ少なかれ消極的干渉により除去される。さらに、多層膜ミラーのより高次の反射が観察可能である。これらの高次の反射は、一般的に、「第２次、第３次またはより高次の高調波」と呼ばれる。
【０００８】
ほとんどの用途で、多層膜の設計は１次反射や基本エネルギーに対して最も高い強度を実現するように最適化される。対向しているミラーの各対は、ミラーへのＸ線ビームの入射角と多層コーティングの性質とに依存する波長でＸ線ビームを反射する同じ多層コーティングにより被覆されている。ミラーは、モーターの全てが同じ時間及び量で旋回してミラー表面が常に互いに平行に保たれるように、ハウジング内に旋回可能に一列に取り付けられ、相互接続される。ハウジングは、通常、ミラーの任意の対を、そのミラー対と関連付けられた入口窓を通って一定の経路に沿って進行するＸ線ビームを遮る位置に移動できるように移動可能であり、所望の波長のモノクロＸ線ビームを与える（１９９２年１２月２２日の米国特許５，１７３，９３０号参照。）
【０００９】
基本ピークより低い及びより高いエネルギーは、通常、全反射または高調波の寄与を抑制（高調波除去）するために濾過または吸収される。低いエネルギーは、ベリリウムフィルターなどの吸収体で減衰でき、より高次の反射は、Ｘ線ミラーからの鏡面反射により抑制できる。
【００１０】
重い材料（高Ｚ）の層Ａの層厚み（ｄＡ）と、重い材料（高Ｚ）層（ｄＡ）と軽い材料（低Ｚ）の層（ｄＢ）の合計厚み（ｄ）との比（ガンマパラメータ（Γ＝ｄＡ／（ｄＡ＋ｄＢ））とも呼ばれる）は、通常、二次及び他の偶数次高調波を除去するように選択される。Γが約０．５００である場合に、この条件は満たされる。そのため、一般的なダブル多層膜モノクロメータでは、両方のミラーのガンマパラメータは約０．５００である。両方のミラーのガンマパラメータが約０．４００であるダブル多層膜モノクロメータも知られている。しかし、Γが０．５００である値では、奇数次のより高次の高調波（ｍ＝１、３、５、・・・）は、依然として反射が許容され、一方、第２次及び他の偶数次高調波は除去される。（D.F. Marsaの博士論文、「巨大分子Ｘ線結晶構造解析用の多層光学素子（Multilayer Optics for Macromolecular X-Ray Crystallography）、エアランゲン−ニュルンベルク大学（University of Erlangen-Nurnberg）、2010年参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許５，１７３，９３０号
【特許文献２】D.F. Marsaの博士論文、「巨大分子Ｘ線結晶構造解析用の多層光学素子（Multilayer Optics for Macromolecular X-Ray Crystallography）、エアランゲン−ニュルンベルク大学（University of Erlangen-Nurnberg）、2010年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
依然として、高いスペクトル純度のシンクロトロンビームを提供し、また、高次高調波が除去されることにより光子フラックスがさらに増加する多層膜モノクロメータが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明は、ダブル多層膜モノクロメータであって、
基部と、
基部上に移動可能に取り付けられており、片側にＸ線ビームの入口として少なくとも１つの入口窓、及び別の側にモノクロ化されたＸ線ビームの出口として出口窓を有するハウジングと、
ハウジング内に取り付けられ、対向するミラーの対を支持する支持手段、
を含み、ミラーの各々は、被覆された表面を有し、ミラーの前記被覆された表面の各々は、厚みｄＡを有する散乱体材料（Ａ）の層と厚みｄＢを有するスペーサ材料（Ｂ）の層が交互する多層コーティングで被覆されており、当該ダブル多層膜モノクロメータは、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．５００であり、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．３３３であることを特徴とする、ダブル多層膜モノクロメータを提供する。
【００１４】
別の実施形態において、本発明は、ダブル多層膜モノクロメータ用の一対の被覆されたミラーの製造方法であって、当該方法において、交互する厚みｄＡを有する散乱体材料（Ａ）の層と厚みｄＢを有するスペーサ材料（Ｂ）の層が支持部材の表面にスパッタリングされ、当該方法は、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．５００であり、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．３３３であることを特徴とする、一対の被覆されたミラーの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、シングル多層膜について測定された鏡面反射率を示す。
【図２】図２は、ダブル多層膜についての測定された鏡面反射率を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
「約」という用語は、ミラー対の対向するミラーのうちの一方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が０．５００±０．０３０好ましくは０．５００±０．０１０、より好ましくは０．５００±０．００５であること、及び、ミラー対の対向するミラーの他方についての比ｄＡ：（ｄＡ＋ｄＢ）が約０．３３３±０．０３０、好ましくは０．３３３±０．０１０、より好ましくは０．３３３±０．００５であることを意味する。
【００１７】
好ましくは、散乱体（高Ｚ）材料は、Ｗ、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される。好ましくは、スペーサ材料は、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、Ｂｅ、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属フッ化物、金属珪化物、及び半導電性材料含有セラミック、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、スペーサ材料は、Ｓｉ、Ｃ、Ｂ、Ｂｅ及びＢ４Ｃからなる群から選択される。
【００１８】
好ましくは、散乱体材料の１つの層（ｄＡ）とスペーサ材料の一つの層（ｄＢ）との合計厚み（ｄＡ＋ｄＢ）は、約２〜４ｎｍ、より好ましくは２．５〜３．０ｎｍ、例えば２．８１ｎｍである。散乱体材料とスペーサ材料の二重層の数は、好ましくは、２〜１０００、好ましくは５０〜１５０から選択され、例えば１００である。
【００１９】
好ましい一実施形態によれば、多層体のための支持手段の基板材料はＳｉから選択され、好ましくは、多層体のための支持手段の基板材料は、単結晶シリコンからなる。別の実施形態によれば、支持手段の基板材料は、石英ガラス、光学ガラス、例えばＢＫ７光学ガラス、又はガラスセラミックス、例えばＳｃｈｏｔｔ  ＡＧ（ドイツ国）から入手可能なＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）などから選択される。支持手段は、好ましくは、超研磨面を有する。好ましくは、ミラーは、１ｍｍ−１を超える低空間周波数粗さ（スロープエラー（ｓｌｏｐｅ  ｅｒｒｏｒ））を有する。別の実施形態によれば、ミラーは、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の表面粗さを有する。反射体材料とスペーサ材料の間の界面拡散は０．２〜０．５ｎｍの厚さを有する。好ましくは、ミラーは、材料層の正確な均一性と適切な薄膜成長メカニズムをもたらすマグネトロンスパッタリング源を使用してスパッタリングすることにより製造される。
【００２０】
スパッタリングは、好ましくは、固定されたマグネトロンスパッタ源を使用して実施され、この場合、大面積コーティング及び厚さ勾配を生じさせるために、カソードの前方に基板を移動させる。好ましくは、粒子フラックスは、フレーキング（ｆｌａｋｉｎｇ）及び基板又はスパッタターゲットに対する汚染を最低限に抑えるために水平方向に配向される。スパッタ速度は、好ましくは、０．１〜１．０ｎｍ／秒から選択される。好ましくは、堆積は、最低１マイクロバールまでのアルゴン圧力で行われる。
【００２１】
本発明を、添付の実施例によりさらに説明する、実施例は、本発明を限定するものでない。
【００２２】
ミラーの一方又は両方のミラー表面は、平ら、凸状、または凹状であることができる。一実施形態によれば、両方のミラーは平らである。別の実施形態によれば、水平方向及び垂直方向の集光のために、カークパトリック・バエズ（Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ−Ｂａｅｚ）光学系が好ましくは使用される。カークパトリック・バエズ光学系は、２つの平行な楕円筒ミラーからなり、第２のミラーの楕円は第１のミラーの楕円に対して垂直に配向される（楕円は交差する）。さらに別の実施形態は、ウォルター（Ｗｏｌｔｅｒ）光学系、シュヴァルツシルト（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）光学系、モンテル（Ｍｏｎｔｅｌ）光学系、又はＥＵＶＬ光学系を使用する場合がある。
【実施例】
【００２３】
必要なＸ線エネルギーに応じて、２つの［Ｗ／Ｓｉ］多層膜または２つの［Ｍｏ／Ｂ４Ｃ］多層膜（いずれも長尺の超研磨Ｓｉ基板上にｄ−間隔（ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）約２．８１ｎｍでコーティングされた）を使用した。モノクロメータの作製は、会社Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＣＳによって行われ、多層コーティングは、スパッタリング法を用いて内製した。
【００２４】
スパッタされた多層膜の最初の試験として、Ｓｉウエハ上にコートされたいくつかの［Ｗ／Ｓｉ］多層構造体を作製した。コーティングは、下記表１から判るように類似の諸元を有していた。
【００２５】
実験は、白色ビームを使用して行った。一次スリットを０．１ｍｍ×０．１ｍｍに狭めることによってソースサイズを制限した。散乱放射線の放出を最低限に抑えるために、完成したセットアップを鉛サンドイッチプレートにより覆った。シングル多層膜だけでなく、多層構造の組み合わせ、すなわち、ダブル多層膜構造を試験した。検出器として、反射Ｘ線ビームのエネルギースペクトルを測定するキャンベラ（Ｃａｎｂｅｒｒａ）ゲルマニウム検出器を用いた。全ての測定したスペクトルをフィッティングし、ベースラインを補正した。
【００２６】
【表１】
2014112532.tif 000002
【００２７】
入射角は、第１次高調波反射のために約Ｅ＝２０ｋｅＶに対応するθ＝０．６５°を選択した。図１は、Γ＝０．４９７を有するシングル多層膜とΓ＝０．３３７を有するシングル多層膜について測定された鏡面反射率を示す。Γ＝０．４９７の場合に予測されるように、第２次高調波反射は大きく抑制されたのに対し、第３次高調波反射ははっきりと確認される。Γ＝０．３３７の場合、第２次高調波反射が現れ、第３次高調波反射は大きく抑制され、第４次高調波反射が再び現れた。（ピークの絶対強度を定量的に評価できなかった。なぜなら約Ｅ＝３５ｋｅＶに最大値を有し２５ｋｅＶ未満で強く減少する白色ビームのエネルギースペクトルに強度が強く依存するからである。さらに、測定中、ビーム振動が絶対強度に強く影響を与えた。）ダブル多層膜の試験測定の場合、Γ＝０．４９７の２つの多層膜、Γ＝０．３３７の２つの多層膜、一方の多層膜がΓ＝０．３３７であり、他方がΓ＝０．４９７である２つの多層膜を合わせた。図２に結果を示す。
【００２８】
ダブル多層膜の高次の高調波反射の強度は、単一のシングル多層膜のスペクトルと比較して減少した。予測されたように、組み合わせＦ＝０．３３３／０．３３３は、第２次高調波反射について高い強度を示したのに対し、他の組み合わせは両方とも、第２次高調波反射は強く減衰した。より高次の高調波は、白色ビームの限られたエネルギー範囲と、シングル多層膜と比べてこの高調波の高いエネルギー及び強い減衰のために、検出器の分解能の範囲内で検出できなかった。
【図１】
2014112532.tif 000003
【図２】
2014112532.tif 000004
【外国語明細書】
2014112532000001.pdf