(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属有機化合物の蒸気を、複数の細孔を有するガラスで構成された光学素子の細孔内に流入させ、化学気相成長法により細孔の内壁面に金属の薄膜を形成するX線用光学素子の製造方法であって，金属薄膜形成の前処理として，四塩化チタンの蒸気をガラス細孔内に流入して，ガラス表面を活性化することを特徴とするX線用光学素子の製造方法．
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線用光学素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線はその波長の短さゆえに、多くの物質に対して高い透過率を示す。この特徴を利用して、Ｘ線は医療診断や構造物の欠陥発見などに使用されてきた。また最近では、半導体産業などでより高い分解能をもつリソグラフィー技術が必要とされているのに伴い、現在使用されている光源のうち、最も短波長であるエキシマレーザより更に波長が短いＸ線を利用したリソグラフィー技術が開発の途上にある。
【０００３】
ところで、可視や赤外の波長域で通常使用される、ガラス、結晶などの誘電体材料は、Ｘ線の波長域では屈折率がきわめて小さくなり、レンズなどの光学素子として使用することができない。また、金属の屈折率も同様に小さくなり、Ｘ線波長域では通常の反射鏡として使用できなくなる。
【０００４】
そこで、光線を９０度に近いきわめて大きな角度で物質に入射するグレージング入射の際には、高い反射率が得られるということを利用したグレージング入射光学系や、２種類以上の異なる物質の、オングストロームオーダのきわめて薄い膜を多数積層することにより構成される多層膜光学系、またはゾーンプレートといった特殊な光学系などが、Ｘ線を集光、反射させるために使用される。しかしこれらの光学系は、構成が複雑で、きわめて微妙な調整を必要としたり、製作工程がきわめて複雑であるという理由により、非常に高価なものとなってしまう。
【０００５】
そこで、これらの複雑な構造を有する光学系に代わるものとして、細径のガラスキャピラリを複数束ねることにより構成されたキャピラリ光学素子や、複数の細孔を有するガラスプレートを利用したロブスターズ・アイ光学素子をＸ線の集光やコリメート光学系として使用することが提案、検討されている。これらの光学素子においては、光線は細孔の内壁面にきわめて大きな角度で入射し、内壁面での反射を繰り返しながら伝搬する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の石英ガラスやパイレクスガラスにより構成された従来の光学素子では、Ｘ線領域でのガラスの複素屈折率の虚部が小さいため、きわめて大きな入射角でのグレージング入射の場合でも反射率はあまり大きくなく、Ｘ線のエネルギーの一部が内壁に吸収もしくは透過してしまい、結果として光学素子の効率の低下を招いてしまう。
【０００７】
この欠点を補うために比較的高い反射率を示す鉛ガラスを用いて光学素子を構成した例はあるが、その効果はあまり大きくなく、著しい効率の上昇をもたらすことはできない。また、非常に高い反射率を示すニッケルなどの金属細管を用いて光学素子を構成しようとする試みもあるが、金属細管の内壁には比較的大きな表面粗さが存在し、それに起因する散乱損失が光学素子としての効率を低下させてしまい、実用化は困難である。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、単純な構造を有し、低コストでの製造が可能な、高効率なＸ線光学素子、およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、複数の細孔を有するガラスで構成された光学素子であり、その細孔の内壁に金属の薄膜が形成されていることを特徴とするＸ線用光学素子を提供する。
【００１０】
ここで、前記の前記金属は、金、銀、銅、モリブデン、ニッケル、コバルト、ベリリウム、アルミニウムのいずれかであっても良い。
【００１１】
また、本発明のＸ線光学素子の製造方法は、金属有機化合物の蒸気を、複数の細孔を有するガラスで構成された光学素子の細孔内に流入させながら、化学気相成長法により細孔の内壁面に金属の薄膜を形成することを特徴とするＸ線用光学素子の製造方法である。
【００１２】
そして、このような本発明のＸ線光学素子であれば、単純な構造を有し、低コストでの製造が可能な、高効率なＸ線光学素子を構成できる。
【００１３】
また、本発明のＸ線光学素子の製造方法によれば、複数の細孔の内壁に一様な金属薄膜を形成することが可能である。また、軟Ｘ線から硬Ｘ線にわたる広い波長域においても、各種の金属材料を適当に選択することにより、内壁での反射率を向上させることが可能で、効率の高い光学素子を製造可能である。生成される金属薄膜の表面はガラス表面の平滑さに準ずる、きわめて平滑な表面とすることが可能であるため、Ｘ線に対しても、散乱による付加損失が小さい光学素子を製造可能である。本発明の製造方法では、原料を蒸気として細孔内に流入させるため、極めて微少な複数の細孔内に同時に成膜を行うことが可能であり、各種形状の光学素子の製造に応用することが可能である。
【００１４】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の光学素子の一実施形態を示す断面図である。同図に示すように、複数のガラスキャピラリチューブ１Ａと、このキャピラリチューブ１Ａの内壁に設けられた金属薄膜１Ｂと、この金属薄膜１Ｂの内壁によって区画される中空領域１Ｃと、複数のキャピラリチューブ１Ａを束ねるためのジャケット１ＤでＸ線光学素子１が形成されている。
【００１５】
図２は、本発明の光学素子をコリメータとして使用する場合の、一実施形態を示す斜視図および端面における拡大図２Ａである。Ｘ線光学素子２は複数のガラスキャピラリチューブ１Ａを束ねて互いに融着し、形状をテーパ型に成形したものであり、キャピラリチューブ１Ａの内面には金属薄膜１Ｂが形成されている。
【００１６】
図３は、コリメータ光学素子２の機能の説明図である。Ｘ線管などのＸ線源３から放射状に発生するＸ線４をコリメータ光学素子２に入射すると、Ｘ線はキャピラリチューブの細孔内に入り、内壁における反射を繰り返した後、平行光線状のＸ線５となって光学素子２から出射する。
【００１７】
図４は、本発明のＸ線光学素子をレンズとして用いる場合の、実施形態の一例である。複数のキャピラリチューブを束ねて融着して、その内面に金属薄膜を形成することにより、Ｘ線レンズ素子６が構成される。
【００１８】
図５はレンズ素子６の機能を示す説明図である。放射状の広がりをもつＸ線４がレンズ素子６に入射すると、キャピラリチューブ内面で反射されてレンズ素子から出射する。図５に示すように出射するＸ線５は集光されるため、素子６がレンズとして機能することになる。
【００１９】
図３および図５に示す説明図において、Ｘ線はキャピラリチューブ内面において反射されるが、金属薄膜１Ｂはその際の反射率を高め、素子全体の透過効率を向上させるという機能を有する。そのため金属薄膜１Ｂは、使用するＸ線波長において高反射率を呈することが望ましい。一般に金属の反射率は波長によって異なるため、使用するＸ線波長に応じて適当な材質の金属を形成する必要がある。また、金属薄膜１Ｂの膜厚は使用する波長のスキンデプスより厚ければ充分である。
【００２０】
また、Ｘ線光学素子１の細孔１Ｃの断面形状は、円形のほか、六角形、四角形などであってもいい。製作工程は複雑になるが、六角形、四角形などにすることにより素子全体のスループットが向上することになる。
【００２１】
次に、本発明の中空導波路の製造方法の一例を図６をもちいて説明する。有機金属原料の蒸気ガスを、ガラスキャピラリ１Ａの内部に流入させる。その際には、使用する原料により、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスや酸素、窒素、水素などのガスと混合させてガラスキャピラリ１Ａ内に流入させても良い。
【００２２】
ガラスキャピラリ１Ａの下流側にはターボ分子ポンプまたは油拡散ポンプなどの高真空が得られるポンプ７とメカニカルブースターポンプなどの大きな排気量が得られるポンプ８を配置してある。原料蒸気を流入させる前に、ガラスキャピラリ１Ａの内部の空気等を除去するために、高真空ポンプ７を駆動させ、パイプ内の圧力を１０−３Ｐａ以下の真空状態にする。その後、原料蒸気を流入させる際には、ポンプを大排気量ポンプ８に切り替え、圧力が１０ないし１０００Ｐａとなるように原料の流量およびバルブのコンダクタンスを調整する。
【００２３】
また、金属成膜の前処理として、ガラスキャピラリ１Ａに四塩化チタンなどの蒸気を通すと、パイプの内面が活性化され、低い温度で金属薄膜を生成でき、表面が極めて平滑な金属薄膜が形成できるようになる。本実施例では、圧力１０〜１０００Ｐａのもと四塩化チタンの入った容器９のバルブを開き、発生した蒸気を１ないし３分程度ガラスキャピラリ１Ａ内に流入させている。
【００２４】
その後、３０〜６０分程度真空状態を保持した後、原料蒸気をガラスキャピラリ１Ａ内に流入させる。その状態で、環状電気炉などの加熱機構１０を用いてパイガラスキャピラリ１Ａを８０〜５００℃に加熱することにより、ガラスキャピラリ１Ａ内面に金属薄膜を形成する。この際の温度があまり高いと、成膜速度が大きくなりすぎ、金属薄膜の表面粗さが大きく。そのため、必要最低限の温度に設定することが重要である。
【００２５】
【発明の効果】
以上要するに、本発明によれば次のような優れた効果を発揮する。
【００２６】
▲１▼使用波長に対し適当な金属を選択することにより透過効率をきわめて高くすることができる。
【００２７】
▲２▼各種形状の素子を構成可能で、さまざまな機能をもつ光学素子を形成できる。
【００２８】
▲３▼量産性に優れて、低コストでの生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図２】コリメータ光学素子の斜視図および端面拡大図である。
【図３】コリメータ光学素子の機能についての説明図である。
【図４】レンズ光学素子の斜視図である。
【図５】レンズ光学素子についての説明図である。
【図６】本発明の光学素子の製作方法の説明図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線光学素子
１Ａ  ガラスキャピラリ
１Ｂ  金属薄膜
１Ｃ  中空領域
２  コリメータ光学素子
２Ａ  端面拡大図
３  Ｘ線源
４  入射Ｘ線
５  出射Ｘ線
６  レンズ光学素子
７  高真空ポンプ
８  大排気量ポンプ
９  塩化チタン容器
１０  加熱機構
【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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【図６】
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