(57)【要約】【課題】微少量の試料であってもＸ線回折測定に用いることが可能な測定用基板を提供することを目的とする。【解決手段】Ｘ線回折測定用シリコン基板であって、前記基板内に凹形状部分を１以上有し、前記凹形状部分の底の基板厚みが、０．１〜１００μｍの範囲であり、前記凹形状部分を除く前記基板の厚みが、２８０〜１０００μｍの範囲である基板である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折測定用シリコン基板であって、前記基板内に凹形状部分を１以上有し、前記凹形状部分の底の基板厚みが、０．１〜１００μｍの範囲であり、前記凹形状部分を除く前記基板の厚みが、２８０〜１０００μｍの範囲である基板。
【請求項２】
前記基板内の前記凹形状部分の底面積が、０．６〜４０ｍｍ2の範囲である請求項１に記載の基板。
【請求項３】
極微少量の試料のＸ線回折を測定するための基板であって、前記基板が、請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
前記試料が、非晶質である請求項３に記載の基板。
【請求項５】
前記試料が、蛋白質またはアモルファス合金である請求項３に記載の基板。
【請求項６】
前記Ｘ線回折測定が、高エネルギーＸ線を用いて行われる請求項１〜５のいずれかに記載の基板。
【請求項７】
極微少量の試料のＸ線回折を測定する方法であって、
前記方法が、請求項１〜６のいずれかに記載の基板の、前記凹形状部分の底面上または基板を挟んで前記底面と逆の面上に試料を配置し、
前記試料および前記凹形状部分の底面をＸ線が通過するようにＸ線を入射させて前記試料のＸ線回折を測定することを含む方法。
【請求項８】
２８０〜１０００μｍの範囲の厚みのシリコン基板を用意し、
前記基板を機械研磨により前記基板内に凹形状部分を１以上形成するように加工し、
前記基板の凹形状部分をＲＩＥによりさらに底の厚みを薄く加工して、前記凹形状部分の底の基板の厚みを０．１〜１００μｍの範囲にすることを含む請求項１に記載の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線回折測定用シリコン基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を結晶面に照射したときに生じる回折Ｘ線を測定するＸ線回折分析は、結晶性物質を調べるために広く用いられている。しかし、微少量の試料の回折測定では、試料が自立することが困難なため、例えば、基板上に試料薄膜を形成し、その薄膜に対してＸ線回折を測定している。Ｘ線は物質を透過しやすいので、回折を観察するためには物質にある程度の厚み、例えば数μｍが必要である。この厚みをかせぐため、Ｘ線を透過させてＸ線回折測定するには厚みが足りない試料薄膜については、表面が平坦な膜に対して非常に浅い角度でＸ線を入射させ、Ｘ線回折測定を行うことができる。また、Ｘ線回折に影響が少ない材料で作成された基板を用意し、その基板上に形成した試料薄膜に、Ｘ線を透過させてＸ線回折測定する方法もある。後者の場合、前記基板として、例えばゲルマニウム基板の上に、銀とアルミニウムを交互に積層させたＸ線回折測定用基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような基板を選択することにより、基板上の試料薄膜に対してほぼ垂直にＸ線を入射させて得られるＸ線回折測定データから、基板の影響を低減することが試みられている。
【０００３】
しかし、第３世代クラスの高エネルギーＸ線を用いる場合、Ｘ線の進入長が長くなるため、前記基板上に形成した試料薄膜に対してＸ線を入射させると、薄膜が薄いため基板にＸ線が入射してしまい、得られるＸ線回折データに基板相互作用の情報が含まれてしまう。また、高エネルギーＸ線を用いるＸ線回折測定の場合、Ｘ線回折に影響が少ない材料で作成された基板を用いても、得られるＸ線回折データに基板の影響が含まれるという問題があった。
【特許文献１】特開平８−２６２１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、微少量の試料であってもＸ線回折測定に用いることが可能な測定用基板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】
【０００５】
本発明は、Ｘ線回折測定用シリコン基板であって、前記基板内に凹形状部分を１以上有し、前記凹形状部分の底の基板厚みが、０．１〜１００μｍの範囲であり、前記凹形状部分を除く前記基板の厚みが、２８０〜１０００μｍの範囲である基板である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、微少量の試料を精度良く測定することが可能であるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、前記のように、Ｘ線回折測定用シリコン基板であって、前記基板内に凹形状部分を１以上有し、前記凹形状部分の底の基板厚みが、０．１〜１００μｍの範囲であり、前記凹形状部分を除く前記基板の厚みが、２８０〜１０００μｍの範囲である基板である。本発明のＸ線回折測定用シリコン基板の一例を図１に示す。図１（ａ）は、本発明の基板の断面図であり、図１（ｂ）は本発明の基板の斜視図である。図１において、１はＸ線回折測定用シリコン基板であり、２はシリコン基板であり、３は凹形状部分である。
【０００８】
本発明の基板は、前記のようにＸ線回折測定用シリコン基板である。この基板としては、シリコン単結晶からカットされた基板、シリコン多結晶からカットされた基板等、半導体分野などで用いられるシリコン基板を用いることができる。
【０００９】
本発明の基板は、取扱いやすい大きさであればよい。
【００１０】
本発明の基板内には、凹形状部分を１以上、好ましくは１〜９、より好ましくは１〜２、さらに好ましくは１有する。この凹形状部分の底部上または基板を挟んで前記底面と逆の面上にＸ線回折測定される試料を配置するため、凹形状部分を１以上有すると、１つの基板を用いて１以上の試料を測定することが可能になるので好ましい。
【００１１】
本発明の基板内の、凹形状部分の底の基板の厚みは、０．１〜１００μｍの範囲であり、好ましくは０．１〜１０μｍの範囲であり、より好ましくは０．１〜５μｍの範囲である。前記凹形状部分の底の基板の厚みが０．１〜１００μｍの範囲であれば、この凹形状部分の底部上または基板を挟んで前記底面と逆の面上に配置されたＸ線回折測定される試料にＸ線を入射させても、基板の影響が非常に少ないからである。
【００１２】
また、前記凹形状部分を除く前記基板の厚みは、２８０〜１０００μｍの範囲であり、好ましくは２８０〜６００μｍの範囲であり、より好ましくは５００〜６００μｍの範囲である。前記凹形状部分を除く前記基板の厚みが２８０〜１０００μｍの範囲であれば、前記基板を取り扱いやすいからである。
【００１３】
本発明の基板内の凹形状部分の底面積は、０．６〜４０ｍｍ2の範囲であり、好ましくは０．９〜１．２ｍｍ2の範囲である。前記凹形状部分の底面積が０．６〜４０ｍｍ2の範囲であれば、微少量な試料であってもＸ線回折測定に必要な厚みを確保することが可能だからである。
【００１４】
本発明の基板内の凹形状部分は、円柱形状、立方体形状、直方体形状、円錐台形状、角錐台形状等であってもよいが、これには特に限定されない。
【００１５】
本発明の基板は、極微少量の試料のＸ線回折を測定するための基板であるのが好ましい。
【００１６】
本発明の基板を用いて測定する試料としては、例えば、固体、ゲル状、液体などが挙げられる。また、試料としては、結晶性物質、非晶質物質などが挙げられ、中でも、非晶質物質であるのが好ましい。前記非晶質物質に加えて、例えば、蛋白質、アモルファス合金が挙げられる。
【００１７】
本発明の基板を用いて測定するＸ線回折測定は、高エネルギーＸ線を用いて行われるのが好ましい。高エネルギーＸ線を用いたＸ線回折測定によれば、複雑な原子構造を決めることが可能だからである。
【００１８】
本発明の基板を用いて測定するＸ線回折測定は、散乱ベクトルＱが例えば２０以下まで、好ましくは２５以下まで、より好ましくは３５以下まで行われるのが好ましい。
【００１９】
物質のＸ線回折測定データから逆モンテカルロシュミレーション法やリードベルト法により、物質の構造解析をすることができる。例えば逆モンテカルロシュミレーション法を用いて、結晶性ではない物質の３次元構造を構築することが可能である。その３次元構造は、まず物質の構造関数Ｓ0（Ｑ）を算出し、３次元仮想構造から算出した構造関数Ｓ（Ｑ）とその構造関数Ｓ0（Ｑ）を比較し、その差が最小になる際の３次元仮想構造を実際の３次元構造に最も近い構造として選択されたものである。ここでＱは散乱ベクトルと呼ばれるが、Ｑが低い場合には原子配列の周期性情報が得られ、Ｑが高い、例えば１２以上であれば、微小な原子変位の情報が得られる。すなわち、Ｑが高い場合には、原子配列の周期性が無い、結晶性ではない物質、例えばアモルファスの原子に関する情報が得られる。本発明の基板を用いて測定するＸ線回折測定は、前記のように散乱ベクトルＱが例えば２０以下までの高いものである。従って、本発明の基板を用いれば、微小な原子変位の情報を得ることができる。
【００２０】
次に、本発明の極微少量の試料のＸ線回折を測定する方法は、本発明の基板の、前記凹形状部分の底面上または基板を挟んで前記底面と逆の面上に試料を配置し、前記試料および前記凹形状部分の底面をＸ線が通過するようにＸ線を入射させて前記試料のＸ線回折を測定することを含む方法である。
【００２１】
本発明の測定方法において、測定される試料１２は、本発明の基板１０の前記凹形状部分１３の底面上（例えば図２（ａ）参照）または基板を挟んで前記底面と逆の面上（例えば図３（ａ）参照）に配置される。試料がゲル状または固体の場合、本発明の基板の前記凹形状部分の底面上に配置されてもよく、試料が固体またはゲル状の場合、本発明の基板を挟んで前記底面と逆の面上に配置されてもよい。
【００２２】
前記のように試料を配置した後、前記試料および前記凹形状部分の底面をＸ線が通過するようにＸ線を入射させて前記試料のＸ線回折を測定する。Ｘ線の入射は、試料１２が本発明の基板の前記凹形状部分１３の底面上に配置されている場合は、前記凹形状部分１３からＸ線１４を入射させれば、前記試料１２および前記凹形状部分の底面をＸ線が通過するようにできる（例えば図２（ｂ）参照）。また、試料１２が本発明の基板を挟んで前記凹形状部分１３の底面と逆の面上に配置されている場合は、前記試料１２からＸ線を入射させれば、前記凹形状部分の底面をＸ線が通過するようにできる。そのようにして得られた前記試料のＸ線回折を測定することができる。得られた試料のＸ線回折データは前記のように逆モンテカルロシュミレーション法やリードベルト法により、物質の構造解析をすることができる。例えば逆モンテカルロシュミレーション法を用いて、結晶性ではない物質の３次元構造を構築することが可能である。
【００２３】
次に、本発明の基板は、例えば以下の製造方法により製造することができる。本発明の基板の製造方法としては、例えば、２８０〜１０００μｍの範囲の厚みのシリコン基板を用意し、前記基板を機械研磨により前記基板内に凹形状部分を１以上形成するように加工し、前記基板の凹形状部分をＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によりさらに底の厚みを薄く加工して、前記凹形状部分の底の基板の厚みを０．１〜１００μｍの範囲にすることを含む。前記機械研磨によれば、前記基板の凹形状部分の底の基板厚みを例えば１００μｍ程度まで前記基板に凹形状部分を形成することが可能であり、前記ＲＩＥによれば、前記基板の凹形状部分の底の基板厚みを例えば１μｍ程度まで前記基板に凹形状部分を形成することが可能なため、これら機械研磨とＲＩＥを組み合わせると、短時間に凹形状部分の底の基板厚みを薄く加工できるので好ましい。
【００２４】
前記機械研磨としては、化学機械研磨（ＣＭＰ）などを用いることができる。前記化学機械研磨は、研磨パッドと研磨剤（研磨スラリー）を用いて、シリコン基板を研磨する方法である。前記研磨剤としては、単結晶シリコンには、アルミナ、シリカ、セリア、酸化マンガンを研磨剤として用いることができる。また、ダイヤモンドドリルを用いた機械研磨を用いることができる。このような機械研磨には、研削液を用いることができる。前記研削液としては、例えば、水溶性研削液および非水溶性研削液が挙げられる。
【００２５】
前記ＲＩＥは、試料台（平面電極、カソード）と対向電極（アノード）を備えた真空容器中、試料台上にシリコン基板を配置し、例えば１〜２００Ｐａ、好ましくは１０〜１５０Ｐａ、より好ましくは１５０Ｐａのガス圧で、例えば１０〜３０（ｓｃｃｍ）、好ましくは１５〜１００（ｓｃｃｍ）、より好ましくは１５〜８０（ｓｃｃｍ）の流量で、反応ガス、例えばＣＦ4ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、ＣＣｌ4ガス、ＢＣｌ3ガスを流しながら、試料台に高周波を印加して行うことができる。前記高周波数は、ＲＦ電源の周波数は例えば１０〜１５ＭＨｚ、好ましくは１３．５６ＭＨｚで、出力１００〜５００Ｗ、好ましくは１５０Ｗである。
【００２６】
本発明の基板は、前記製造方法に限定されず、例えばＲＩＥの代わりにスパッタエッチング、励起ガスエッチング、プラズマエッチング、リアクティブイオンビームエッチング、イオンビームスパッタエッチング等を用いてもよい。
【実施例１】
【００２７】
シリコン単結晶からカットされた基板（厚み５００μｍ、大きさ２ｃｍ×２ｃｍ）の中央部分を機械研磨により２ｃｍ×２ｃｍの大きさ、深さ４００μｍの直方体形状に研磨し、１つの凹形状部分を形成した。機械研磨は、ダイヤモンドドリルで行った。その際、０．４ｍｍのダイヤモンドの刀と、研削液を用いて研磨を行った。
【００２８】
得られたシリコン基板の前記凹形状部分の底を、さらにＲＩＥにより加工して、さらに深さ９９μｍまで研磨し、本発明の基板を得た（凹形状部分の底の厚みは約１μｍ。凹形状部分の底面積は０．９６ｍｍ2）。ＲＩＥは、以下の条件で行った。
ＲＩＥ装置：製品名：Ｍｏｄｅｌ
【００２９】
【化１】
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【００３０】
販売元：サムコインターナショナル株式会社
ガス圧：１５０Ｐａ
ガス流量：８０ｓｃｃｍ（ＣＦ4）、１５ｓｃｃｍ（Ａｒ）
反応ガス：ＣＦ4およびアルゴン（Ａｒ）
ＲＦ電源の周波数：１３．５６ＭＨｚ
ＲＦ電源の出力：１５０Ｗ
【実施例２】
【００３１】
実施例１で得た基板の、基板を挟んで前記凹形状部分の底面と逆の面上に、試料としてｃａｔ−ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜（厚み：１．６μｍ）を形成した（図３（ａ）参照）。得られた試料付き基板の、試料に対してＸ線を入射し、Ｘ線回折を測定した（図３（ｂ）参照）。Ｘ線の測定は、以下の条件で行った。
Ｘ線測定機械：ＢＬ０４Ｂ２
ビームライン：Ｓｉ２２０から得られる６１．７ｋｅＶの単色光
Ｘ線測定：透過法
検出器：Ｇｅ半導体検出器
得られたＸ線回折測定データから、構造関数Ｓｏ（Ｑ）を算出した。その結果を図４（ａ）（Q＝１２まで）および図４（ｂ）（Q＝２０まで）に示す。図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の基板を用いてアモルファス試料を測定すると、Ｑ＝２および３．５付近のアモルファスピークが観測できた。この結果、本発明の基板を用いると、アモルファスの微少量試料を測定できることが確認できた。
【００３２】
（比較例１）
実施例１で得た基板の代わりに、シリコン単結晶からカットされた基板（厚み５００μｍ、大きさ２ｃｍ×２ｃｍ）を用いた以外は、実施例２と同様にしてアモルファス試料を測定した。得られた結果を図５（Q＝１２まで）に示す。図５に示すように、従来の基板を用いてアモルファス試料を測定すると、アモルファスピークが観測できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
試料として蛋白質を用い、生物学的研究用Ｘ線回折分析にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の基板の一例を示した断面図である。図１（ｂ）は、本発明の基板の一例を示した斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、試料付き本発明の基板の一例を示した斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す基板を用いるＸ線回折測定の一例を説明する図である。
【図３】図３（ａ）は、試料付き本発明の基板の別の一例を示した斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す基板を用いるＸ線回折測定の一例を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の基板の一例を用いて試料を測定し、得られたＸ線回折スペクトルである（実施例１）。図４（ｂ）は図４（ａ）のＱ＝２０までの拡大図である。
【図５】従来の基板を用いて試料を測定し、得られたＸ線回折スペクトルである（比較例１）。
【符号の説明】
【００３５】
１    Ｘ線回折測定用シリコン基板
２    シリコン基板
３    凹形状部分
１０  Ｘ線回折測定用シリコン基板
１１  シリコン基板
１２  試料
１３  凹形状部分
１４  Ｘ線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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