(57)【要約】【課題】ナノメートルレベルの高強度なＸ線マイクロビームを実現する。【解決手段】Ｘ線導波路レンズ構造１３は、コア層であるカーボン層３の一部にＸ線遮蔽層５を有し、Ｘ線遮蔽層５は、Ｘ線の波長をλ、焦点距離をｆとしたとき、Ｘ線ビームの中心からＡＹ方向に沿った距離が（２ｎλｆ）1/2（ｎは０，１，２，・・・）の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2の位置との間の第１の領域、第１の領域を除く第２の領域のうちのいずれかに配置される。積層型フレネルゾーンプレート構造１４は重元素層６と軽元素層７を交互に積層した構造で、重元素層６は、焦点距離をｆ1としたとき、Ｘ線ビームの中心からＡＺ方向に沿った距離が（２ｎλｆ1）1/2の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ1｝1/2の位置との間の第３の領域、第３の領域を除く第４の領域のうちのいずれかに配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層の上下をクラッド層で挟んだＸ線導波路レンズ構造と、
このＸ線導波路レンズ構造の後方に配置された積層型フレネルゾーンプレート構造とを備え、
前記Ｘ線導波路レンズ構造は、Ｘ線が入射する前記コア層の一部または前記コア層の前に、Ｘ線が透過しない材料からなる遮蔽ゾーンを有し、この遮蔽ゾーンは、Ｘ線の波長をλ、前記Ｘ線導波路レンズ構造の焦点距離をｆ、Ｘ線ビームの進行方向をＡＸ、この進行方向ＡＸと直交する方向のうち前記コア層と前記クラッド層の積層方向をＡＺ、前記ＡＸ及びＡＺと直交する方向をＡＹとしたとき、前記Ｘ線ビームの中心から前記ＡＹ方向に沿った距離が（２ｎλｆ）1/2（ｎは０，１，２，・・・）の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2の位置との間の第１の領域、この第１の領域を除く第２の領域のうちのいずれかに配置され、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造は、Ｘ線が透過しない材料からなる重元素層とＸ線が透過する材料からなる軽元素層とを交互に積層した構造であり、前記重元素層は、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離をｆ1としたとき、前記Ｘ線ビームの中心から前記ＡＺ方向に沿った距離が（２ｎλｆ1）1/2の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ1｝1/2の位置との間の第３の領域、この第３の領域を除く第４の領域のうちのいずれかに配置されることを特徴とするＸ線集光レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線集光レンズにおいて、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造の出口側の端面は、前記遮蔽ゾーンの出口側の端面から前記Ｘ線ビームの進行方向ＡＸに沿って下流側に距離Ｌの位置にあり、
前記Ｘ線導波路レンズ構造の焦点距離ｆと前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離ｆ1との間にｆ＝ｆ1＋Ｌの関係が成り立つことを特徴とするＸ線集光レンズ。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線集光レンズにおいて、
前記Ｘ線導波路レンズ構造と前記積層型フレネルゾーンプレート構造とを同一基板上に作製することを特徴とするＸ線集光レンズ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線集光レンズにおいて、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造の重元素層は、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一つを含む材料からなり、
前記軽元素層は、Ｃ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｅ、高分子材料のうちすくなくとも一つを含む材料からなることを特徴とするＸ線集光レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線マイクロビーム形成による材料評価に関する技術に係り、特にＸ線を集光するＸ線集光レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクノロジー開発の進展に伴い、ナノメートルレベルでの材料の構造評価が求められている。ナノメートルレベルの評価手法としては走査型顕微鏡や電子顕微鏡等があるが、いずれも高真空条件や試料の薄片化などが必要であり、観察したい試料をそのまま測定することは困難であった。これに対し、近年Ｘ線の集光化技術の進展に伴い、マイクロメーターレベルのＸ線ビームが得られるようになってきており、このようなＸ線ビームを利用したＸ線回折や蛍光Ｘ線分析などの材料評価がようやく可能となってきた。
【０００３】
Ｘ線ビームの集光には大きく分けて、（Ａ）Ｘ線ミラー等のＸ線用光学素子を利用する手法（非特許文献１参照）、（Ｂ）結晶の非対称ブラッグ（Bragg ）反射を利用する手法（非特許文献２参照）、（Ｃ）Ｘ線フレネルゾーンプレートを利用する手法（非特許文献３参照）、（Ｄ）透過積層型ゾーンプレートを利用する手法（非特許文献４参照）、（Ｅ）Ｘ線導波路を利用する手法（非特許文献５参照）がある。表１に各集光法の現状および問題点を示す。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
このうち（Ａ）のＸ線ミラー等のＸ線用光学素子を利用する手法および（Ｂ）の結晶の非対称ブラッグ反射を利用する手法については現状でほぼ技術的限界に来ており、これ以上の集光化は困難である。
【０００６】
これに対しＸ線のエネルギーが５ｋｅＶ以上である硬Ｘ線領域では、（Ｃ）のＸ線フレネルゾーンプレートを利用する手法でビームサイズが１００ナノメートル以下の集光ビームが得られている。フレネルゾーンプレートにＸ線ビームを照射すると、Ｘ線ビームの一部はゾーンプレートにより吸収されるため透過しないが、他のＸ線ビームはゾーンプレートをそのまま透過する。このとき、Ｘ線ビームの波長をλ、Ｘ線フレネルゾーンプレートの焦点距離をｆとして、Ｘ線ビームの中心からビームの進行方向に対して直交する方向に対して（２ｎλｆ）1/2（ｎ＝０，１，２，・・・）の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2の位置との間、または｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2の位置と｛（２ｎ＋２）λｆ｝1/2の位置との間にＸ線が透過しない材料からなる遮蔽ゾーンを設けると、透過したＸ線が相互に干渉することにより、Ｘ線ビームを集光することができる。
【０００７】
この集光原理は可視光と同様であり、その詳細については例えば非特許文献６に述べられており、ゾーンプレート集光系の空間分解能はほぼ最外殻ゾーン幅と等しいことが知られている。したがって、Ｘ線フレネルゾーンプレートの場合、最大空間分解能はゾーンプレートを構成する遮蔽ゾーンのうち最も細いものの幅で規定される。このようなゾーンプレートを作製するためには、電子ビーム描画を初めとする半導体作製用のリソグラフィ技術が用いられる。半導体リソグラフィ技術自体は１０ナノメートルの直線状パターンの描画が可能であるが、Ｘ線フレネルゾーンプレートとして必要なリング状のパターンを作製する場合、４０ナノメートル程度の幅の描画が現状では限界であり、Ｘ線フレネルゾーンプレート自体の分解能も５０ナノメーター程度である。さらに、Ｘ線フレネルゾーンプレートを作製する際、リング状の非常に多くのパターンを精密に作製する必要があるため、Ｘ線フレネルゾーンプレート自体も非常に高価なものとなる。
【０００８】
Ｘ線フレネルゾーンプレートではＸ線が透過できない遮蔽ゾーンを設けることによりＸ線を集光したのに対し、（Ｄ）の透過積層型ゾーンプレートを利用する手法の場合、Ｘ線が透過する重元素層とＸ線が透過する軽元素層とを積層した構造を用いる。非特許文献４には、Ｘ線ビームの中心からＺ方向に沿った距離が（２ｎλｆ1）1/2（ｎ＝０，１，２，・・・）の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ1｝1/2の位置との間の第１の領域、この第１の領域を除く第２の領域のうちいずれかに配置された積層型フレネルゾーンプレート構造により、Ｘ線を線状に集光する可能性が提案されている。また、２つの積層型フレネルゾーンプレート構造を組み合わせることにより、点状に集光する方法が最近提案されている。
【０００９】
一方、（Ｅ）のＸ線導波路を利用する手法の場合、導波路を構成するコアのサイズでＸ線ビームの大きさが決まる。ここで、コア層を覆うクラッド層のＸ線領域での屈折率をＮ１、コア層のＸ線領域での屈折率をＮ２とすると、（Ｎ１の実数部分）＜（Ｎ２の実数部分）の関係がある。Ｘ線導波路のコア層にＸ線ビームを入射させると、Ｘ線ビームはコア層の中を進行する。このとき、コア層の厚さが充分小さいとき、ある特定の状態のＸ線しか伝達されず、このときにコア層の厚さＤとＸ線ビームの波長λとＸ線ビームのクラッド層への入射角φとの間に以下の関係があることが知られている（非特許文献７参照）。
２Ｄｓｉｎ（φ）＝ｍλ（ｍ＝０，１，２，・・・）                ・・・（１）
【００１０】
式（１）の条件は、Ｘ線導波路に入射するＸ線の入射角φに制限があることを示しており、それ以外の入射角を持つＸ線はコア層を透過することができないことを示している。コア層からクラッド層へのＸ線ビームの入射角φとして全反射を起こす角度程度を選択し、クラッド層を通過するＸ線ビームがすべて吸収されてしまって導波路出口に透過しないような長さのＸ線導波路を用いると、導波路の出口ではＸ線ビームをコア層のサイズとほぼ同程度のサイズまで集光することができる。このようなＸ線導波路は蒸着によって作製することができるため、コア層の厚さを１０ナノメートル以下にすることは容易であり、数ナノメートルのサイズを持つＸ線ビームを作製することが原理的に可能となる。
【００１１】
しかし、Ｘ線導波路を利用する手法の場合、コアの厚み方向にＸ線ビームを集光することはできるが、厚み方向及びビームの進行方向に対して垂直なコアの面内方向に対してＸ線を集光することはできない。すなわち、Ｘ線導波路の出口で取り出すことのできるＸ線は水平方向については入射Ｘ線と同じサイズとなるので、このＸ線導波路で得られるのは一次元方向のみに集光された線状のＸ線マイクロビームであり、二次元方向に集光された点状のＸ線マイクロビームを得ることは困難である。
【００１２】
以上のように、Ｘ線フレネルゾーンプレートを利用する手法では、１０ナノメートルサイズのＸ線ビームを得ることは困難であり、またＸ線導波路を利用する手法では、数ナノメートルのサイズのＸ線ビームを得ることが可能であるが、Ｘ線ビームの集光方向が一次元方向のみで、二次元方向に集光されたＸ線ビームを得ることができず、Ｘ線強度が弱いという問題点があった。前述のとおり、ナノ構造材料研究の進展に伴って、１０ナノメートルレベルの空間分解能でナノ構造材料を評価する技術が要求されているが、従来のＸ線ビームの集光方法では１０ナノメートルレベルの空間分解能を実現することは困難である。
【００１３】
このような技術的困難を克服するために、発明者は、Ｘ線領域における屈折率がＮ１であるコア薄膜層の上下を、屈折率Ｎ２であるクラッド薄膜層で挟み、屈折率Ｎ１とＮ２の間に（Ｎ１の実数部分）＜（Ｎ２の実数部分）の関係があるＸ線導波路を用いて、導波路の一部にフレネルゾーンプレートを組み込むことにより垂直方向および水平方向に対するナノメーターレベルで集光されたＸ線マイクロビームの形成を可能とするＸ線集光レンズを提案した（特願２００６−１７２４５０）。
【００１４】
【非特許文献１】山内他，「Two-dimensional Submicron Focusing of Hard X-rays by Two Elliptical Mirrors Fabricated by Plasma Chemical Vaporization Machining and Elastic Emission Machining」，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.42，2003，p.7129-7134
【非特許文献２】津坂他，「Formation of Parallel X-Ray Microbeam and Its Application」，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.39，2000，p.635-637
【非特許文献３】E.Spiller，「Soft X-ray Optics」，The international Society for Optical Engineering，p.81-97
【非特許文献４】H.C.Kang，J.Maser，G.B.Stephenson，C.Liu，R.Conley，A.T.Macrander，and S.Vogt，「Nanometer Linear Focusing of Hard X Rays by a Multilayer Laue Lens」，Phys.Rev.Lett.，96，127401，2006
【非特許文献５】河合潤，「Ｘ線進行波」，表面科学，Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．６，ｐ．３９７−４０３，２００１年
【非特許文献６】久保田広，「波動光学」，岩波書店，ｐ．３０５，１９７１年
【非特許文献７】W.Jark他，「High gain beam compression in new-generation thin-film x-ray waveguide」，Applied Physics Letters，Vol.78，No.9，2001，p.1192-1194
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特願２００６−１７２４５０で提案したＸ線集光レンズでは、Ｘ線がＸ線導波路の端面で集光されるため、立体構造を持つ試料の測定では、試料の形状によっては微小部分の調整が困難である。すなわち、前記Ｘ線集光レンズでは、仮に試料をＸ線導波路の端面から離れた場所に置いた場合、導波路から出射したＸ線はその進行方向に対して垂直な方向について再び発散光となり試料に照射されるため、Ｘ線集光レンズで集光したナノビームの特性を有効に利用できないという問題点があった。したがって、このような立体構造の測定には、集光系と試料との間の距離（ワーキングディスタンス）を十分に確保した上で、試料上にナノメートルレベルのビーム集光を実現する必要がある。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、従来のＸ線ビームの集光技術では困難であった１０ナノメートルレベルの高強度なＸ線マイクロビームを、試料測定のためのワーキングディスタンスを十分に確保しながら実現することができるＸ線集光レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のＸ線集光レンズは、コア層の上下をクラッド層で挟んだＸ線導波路レンズ構造と、このＸ線導波路レンズ構造の後方に配置された積層型フレネルゾーンプレート構造とを備え、前記Ｘ線導波路レンズ構造は、Ｘ線が入射する前記コア層の一部または前記コア層の前に、Ｘ線が透過しない材料からなる遮蔽ゾーンを有し、この遮蔽ゾーンは、Ｘ線の波長をλ、前記Ｘ線導波路レンズ構造の焦点距離をｆ、Ｘ線ビームの進行方向をＡＸ、この進行方向ＡＸと直交する方向のうち前記コア層と前記クラッド層の積層方向をＡＺ、前記ＡＸ及びＡＺと直交する方向をＡＹとしたとき、前記Ｘ線ビームの中心から前記ＡＹ方向に沿った距離が（２ｎλｆ）1/2（ｎは０，１，２，・・・）の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2の位置との間の第１の領域、この第１の領域を除く第２の領域のうちのいずれかに配置され、前記積層型フレネルゾーンプレート構造は、Ｘ線が透過しない材料からなる重元素層とＸ線が透過する材料からなる軽元素層とを交互に積層した構造であり、前記重元素層は、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離をｆ1としたとき、前記Ｘ線ビームの中心から前記ＡＺ方向に沿った距離が（２ｎλｆ1）1/2の位置と｛（２ｎ＋１）λｆ1｝1/2の位置との間の第３の領域、この第３の領域を除く第４の領域のうちのいずれかに配置されるものである。
【００１８】
また、本発明のＸ線集光レンズの１構成例において、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の出口側の端面は、前記遮蔽ゾーンの出口側の端面から前記Ｘ線ビームの進行方向ＡＸに沿って下流側に距離Ｌの位置にあり、前記Ｘ線導波路レンズ構造の焦点距離ｆと前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離ｆ1との間にｆ＝ｆ1＋Ｌの関係が成り立つことを特徴とするものである。
また、本発明のＸ線集光レンズの１構成例は、前記Ｘ線導波路レンズ構造と前記積層型フレネルゾーンプレート構造とを同一基板上に作製するものである。
また、本発明のＸ線集光レンズの１構成例において、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の重元素層は、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一つを含む材料からなり、前記軽元素層は、Ｃ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｅ、高分子材料のうちすくなくとも一つを含む材料からなるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来実現することが困難であったナノメートルオーダーまで集光した高強度のＸ線マイクロビームを簡便に得ることができ、Ｘ線集光レンズの焦点位置において量子ドット、ナノドット、ナノワイヤー、ナノ粒子や高集積化した半導体材料の微細ゲートなどナノメートルレベルのサイズからなる種々のナノ材料の構造評価が可能となり、半導体材料や半導体デバイスの開発に貢献することができる。また、本発明では、Ｘ線導波路レンズ構造の後方に積層型フレネルゾーンプレート構造を配置することにより、Ｘ線集光レンズと試料との間のワーキングディスタンスを十分に確保しながら、ナノメートルレベルの径のビーム集光を実現することが可能となる。
【００２０】
また、本発明では、積層型フレネルゾーンプレート構造の出口側の端面が、遮蔽ゾーンの出口側の端面からＸ線ビームの進行方向ＡＸに沿って下流側に距離Ｌの位置になるようにし、Ｘ線導波路レンズ構造の焦点距離ｆと積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離ｆ1との間にｆ＝ｆ1＋Ｌの関係が成り立つようにすることにより、Ｘ線集光レンズから離れた位置にＸ線を集光することが容易になり、分析などにも利用しやすいＸ線ビームを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の実施の形態に係るＸ線集光レンズの構成を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ線集光レンズのＩ−Ｉ線断面図である。なお、図１（Ａ）では、後述するＸ線導波路レンズ構造のＸ線遮蔽層と、Ｘ線導波路レンズ構造及び積層型フレネルゾーンプレート構造を透過するＸ線ビームとを透視しているものとする。
【００２２】
本実施の形態のＸ線集光レンズは、Ｘ線導波路の一部にフレネルゾーンプレートを組み込んだものであり、同一基板上にあるＸ線導波路レンズ構造１３と、１次元型のフレネルゾーンプレートと呼ばれる積層型フレネルゾーンプレート構造１４とから構成される。
【００２３】
Ｘ線導波路レンズ構造１３は、Ｘ線ビームを垂直方向に集光するためのＸ線導波路部８と、Ｘ線ビームを水平方向に集光するためのＸ線ゾーンプレート部９およびＸ線集光部１０とから構成される。図１において、１はシリコン基板、２はシリコン基板１の上に形成されたクラッド層である下部ルテニウム層、３は下部ルテニウム層２の上に形成されたコア層であるカーボン層、４はカーボン層３の上に形成されたクラッド層である上部ルテニウム層、５は下部ルテニウム層２とカーボン層３と上部ルテニウム層４とからなるＸ線導波路の一部に形成された、Ｘ線ゾーンプレートとして機能するタンタル材料からなるＸ線遮蔽層である。
【００２４】
積層型フレネルゾーンプレート構造１４は、Ｘ線がほとんど透過しない重元素層６とＸ線が透過する軽元素層７とを交互に積層した構造である。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）の例では、Ｘ線ビームの進行方向をＡＸ、この進行方向ＡＸと直交する方向のうちＸ線導波路レンズ構造１３のコア層とクラッド層の積層方向をＡＺ、ＡＸ及びＡＺと直交する方向をＡＹとしている。
【００２５】
Ｘ線導波路レンズ構造１３のクラッド層のＸ線領域での屈折率をＮ１、コア層のＸ線領域での屈折率をＮ２とすると、屈折率Ｎ１とＮ２との間には、（Ｎ１の実数部分）＜（Ｎ２の実数部分）の関係がある。本実施の形態では、クラッド層から漏洩するＸ線を防止するため、下部ルテニウム層２及び上部ルテニウム層４の厚さを１００ナノメートルとし、Ｘ線が透過するカーボン層３の厚さを１０ナノメートルとしている。
【００２６】
Ｘ線導波路レンズ構造１３のＸ線遮蔽層５は、Ｘ線の波長をλ、集光レンズとしての焦点距離をｆとしたとき、Ｘ線ビームの中心（図１（Ａ）のＩ−Ｉ線）からＸ線ビームの進行方向ＡＸと直交する方向ＡＹに沿った距離がＹ2n（ｎは０，１，２，・・・）の位置とＹ2n+1の位置との間の第１の領域、この第１の領域を除く第２の領域のうちのいずれかに配置され、かつＸ線集光レンズの焦点１６からＸ線ビームの進行方向ＡＸと逆方向に沿って焦点距離ｆだけ上流に配置される。Ｘ線遮蔽層５のＸ線ビームの中心からの距離（座標）Ｙ2n，Ｙ2n+1は以下の式で求められる。
Ｙ2n＝（２ｎλｆ）1/2                                           ・・・（２）
Ｙ2n+1＝｛（２ｎ＋１）λｆ｝1/2                                 ・・・（３）
【００２７】
Ｘ線遮蔽層５をＹ2n（ｎは０，１，２，・・・）とＹ2n+1との間の第１の領域に設ける場合を図２に示す。なお、図２においても、上部ルテニウム層４の下にあるＸ線遮蔽層５を透視しているものとする。Ｘ線遮蔽層５をＹ2nとＹ2n+1との間を除く第２の領域に設ける場合は、図２の黒地の領域の間にＸ線遮蔽層５を配置すればよい。
【００２８】
積層型フレネルゾーンプレート構造１４の重元素層６は、集光レンズとしての焦点距離をｆ1としたとき、Ｘ線ビームの中心（図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線）からＸ線ビームの進行方向ＡＸと直交する方向ＡＺに沿った距離がＺ2n（ｎは０，１，２，・・・）の位置とＺ2n+1の位置との間の第３の領域、この第３の領域を除く第４の領域のうちのいずれかに配置され、かつＸ線集光レンズの焦点１６からＸ線ビームの進行方向ＡＸと逆方向に沿って焦点距離ｆ1だけ上流に配置される。重元素層６のＸ線ビームの中心からの距離（座標）Ｚ2n，Ｚ2n+1は以下の式で求められる。
Ｚ2n＝（２ｎλｆ1）1/2                                          ・・・（４）
Ｚ2n+1＝｛（２ｎ＋１）λｆ1｝1/2                                ・・・（５）
【００２９】
重元素層６をＺ2n（ｎは０，１，２，・・・）とＺ2n+1との間の第３の領域に設ける場合を図３に示す。重元素層６をＺ2nとＺ2n+1との間を除く第４の領域に設ける場合は、図３の黒地の領域の間に重元素層６を配置し、図３の黒地の領域に軽元素層７を配置すればよい。
【００３０】
Ｘ線ゾーンプレート部９でＸ線を効率良く集光するためにはＸ線遮蔽層５を透過するＸ線が存在しないことが必要であるが、本実施の形態ではＸ線ゾーンプレート部９の長さ（図１（Ａ）の左右方向の寸法）を７５ミクロンとしている。このときのＸ線遮蔽層５を透過するＸ線の割合はタンタルの吸収係数より２．５４×１０-4％程度と見積もられることから、Ｘ線遮蔽層５を透過するＸ線の影響はほとんどない。
【００３１】
次に、本実施の形態のＸ線導波路レンズ構造１３の作製方法を説明する。まず、シリコン基板１にエッチングによりメサ構造を形成し、マスクを用いてその上にのみ下部ルテニウム層２を例えば蒸着によって形成する。この下部ルテニウム層２の上にタンタルを蒸着後、電子ビームリソグラフィ等の方法により加工して、Ｘ線遮蔽層５を形成する。続いて、下部ルテニウム層２の上にカーボン層３を例えばスパッタによって形成する。このとき、カーボン層３の厚さは、Ｘ線遮蔽層５の厚さ以下となるようにする。最後に、カーボン層３とＸ線遮蔽層５の上に上部ルテニウム層４を例えば蒸着によって形成することにより、Ｘ線導波路レンズ構造１３の作製が完了する。
【００３２】
次に、本実施の形態の積層型フレネルゾーンプレート構造１４の作製方法を説明する。Ｘ線遮蔽層５の出口側の端面からＸ線ビームの進行方向ＡＸに沿って下流側に距離Ｌの位置が積層型フレネルゾーンプレート構造１４の出口側の端面となるように、タングステンからなる重元素層６とタングステンシリサイドからなる軽元素層７とを交互に例えばスパッタによって形成する。本実施の形態では、重元素層６を式（４）に示したＺ2nと式（５）に示したＺ2n+1との間の第３の領域に設けている。このとき、Ｘ線導波路レンズ構造１３から入射するＸ線ビームのＡＺ方向の中心（図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線）の位置が、中央の重元素層６の中心と一致するように配置する。これで、Ｘ線集光レンズの作製が完了する。
【００３３】
こうして作製したＸ線集光レンズにＸ線ビーム１１を図１（Ａ）、図１（Ｂ）の左側から入射させた場合、Ｘ線導波路レンズ構造１３の長さによっては導波路モードで進行するＸ線以外のＸ線の存在が無視できない可能性もあるが、本実施の形態ではＸ線導波路レンズ構造１３の長さと積層型フレネルゾーンプレート構造１４の長さをそれぞれ１０ミリメートルとしている。この値はＸ線の波長に比べると充分大きいことから、Ｘ線導波路レンズ構造１３を透過するＸ線ビームは式（１）を満足するビームのみしか存在せず、シリコン基板１に垂直な方向（図１（Ｂ）の上下方向）のＸ線ビームのサイズは約１０ナノメートル程度となる。
【００３４】
Ｘ線導波路８を透過したＸ線は、次にＸ線ゾーンプレート部９に入射する。このとき、導波路を通るＸ線の一部はＸ線遮蔽層５によって吸収され、それ以外のＸ線がＸ線集光部１０に到達する。シリコン基板１と垂直な方向についてはＸ線ビームは広がることができないため、Ｘ線ビームの垂直方向（図１（Ｂ）の上下方向）のサイズはＸ線導波路部８の場合と同様に約１０ナノメートル程度となる。
【００３５】
したがって、Ｘ線導波路レンズ構造１３の出口１５におけるＸ線ビームの垂直方向のサイズは約１０ナノメートル程度となる。出口１５から出射するＸ線ビームは、垂直方向に入射角の２倍の発散角をもって出射する。このＸ線ビームは、Ｘ線導波路レンズ構造１３の後方に配置された積層型フレネルゾーンプレート構造１４により再び集光する。
【００３６】
一方、Ｘ線導波路レンズ構造１３のＸ線ゾーンプレート部９及びＸ線集光部１０の水平面内についてはＸ線ビームのモードを束縛するものはないため、Ｘ線ゾーンプレート部９の開口部から出たＸ線は一次元の球面波としてＸ線集光部１０と積層型フレネルゾーンプレート構造１４の中を進行する。この結果、Ｘ線集光部１０と積層型フレネルゾーンプレート構造１４の中を進行するＸ線は、干渉効果によって水平方向（図１（Ａ）の上下方向）に集光される。
【００３７】
したがって、Ｘ線導波路レンズ構造１３のＸ線ゾーンプレート部９及びＸ線集光部１０による焦点１６の位置と積層型フレネルゾーンプレート構造１４による集光位置とを一致させるようにすれば、Ｘ線集光レンズと焦点１６との間に距離をとることができる。これにより、本実施の形態では、試料測定時における位置合わせの自由度を高めることができる。
【００３８】
以上例示したように、本実施の形態のＸ線集光レンズでは、入射するＸ線ビームのエネルギーを有効に活用しながらＸ線ビームの二次元集光を行うことができ、ナノメートルレベルの高強度なＸ線マイクロビームを実現することができるので、ナノメートルレベルの材料のより高度な構造評価が可能になる。
本実施の形態のＸ線集光レンズを材料評価に用いる場合には、Ｘ線集光レンズを出射した光をそのまま評価対象の材料に照射したり、Ｘ線集光レンズを出射した光を更にミラー等で集光して評価対象の材料に照射したりして、材料によって回折したＸ線または材料から発生した蛍光Ｘ線を検出して材料を評価すればよい。
【００３９】
なお、本発明は、図１〜図３に示した実施の形態に限定されるものではない。例えば本実施の形態では、Ｘ線遮蔽層５をＸ線導波路レンズ構造１３のコア層中に設けているが、コア層の外に設けてもよい。この場合には、Ｘ線集光レンズの焦点１６から焦点距離ｆだけ上流にＸ線遮蔽層５を設けるようにすればよい。
【００４０】
また、本実施の形態では、重元素層６の材料としてタングステンを用いているが、重元素層６の材料は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一つを含む材料であればよい。また、軽元素層７の材料としてタングステンシリサイドを用いているが、軽元素層７の材料は、Ｃ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｅ、高分子材料のうちすくなくとも一つを含む材料を用いてもよく、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、フッ素樹脂あるいは塩素樹脂を用いてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態では、コア層の材料としてカーボンを用いているが、コア層の材料はカーボン、シリコン、ベリリウム、高分子材料のうち少なくとも一つを含む材料であればよい。また、コア層の材料として、ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、フッ素、カルシウム、マグネシウム、チタンのうち少なくとも一つを含む材料を用いてもよく、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、フッ素樹脂あるいは塩素樹脂を用いてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では、クラッド層の材料としてルテニウムを用いているが、タングステン、ルテニウム、タンタルのうち少なくとも一つを含む材料であればよい。また、クラッド層の材料として、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、チタン、ゲルマニウム、モリブデン、ジルコニウム、インジウム、レニウム、銀、金、白金、タンタルのうち少なくとも一つを含む材料を用いてもよい。Ｘ線遮蔽層５の材料はクラッド層と同一でもよいし、クラッド層の材料として挙げたものの中からクラッド層とは別の材料を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、Ｘ線集光装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係るＸ線集光レンズの構成を示す平面図および断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＸ線導波路レンズ構造のＸ線遮蔽層の位置を説明するための平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における積層型フレネルゾーンプレート構造の重元素層の位置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…シリコン基板、２…下部ルテニウム層、３…カーボン層、４…上部ルテニウム層、５…Ｘ線遮蔽層、６…重元素層、７…軽元素層、８…Ｘ線導波路部、９…Ｘ線ゾーンプレート部、１０…Ｘ線集光部、１１…Ｘ線ビーム、１３…Ｘ線導波路レンズ構造、１４…積層型フレネルゾーンプレート構造、１５…Ｘ線導波路レンズ構造の出口、１６…Ｘ線集光レンズの焦点。
【図１】
2008281421.tif 000004
【図２】
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【図３】
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