(57)【要約】【課題】本発明は、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成できる湾曲型格子の製造方法および湾曲型格子ならびにこの湾曲型格子を用いた格子ユニットおよびＸ線撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の湾曲型格子の製造方法は、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域１２ａを格子形成母材１１の一方面に形成する格子形成工程（図３（Ｂ））と、格子形成母材１１の一方面に対向する他方面の面上に、応力を生じさせる応力層１３ａを形成する応力層形成工程（図３（Ｃ））と、格子形成母材１１を応力層１３ａによって湾曲させる湾曲工程（図３（Ｄ））とを備える。【選択図】図３
2014190781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を格子形成母材の一方面に形成する格子形成工程と、
前記格子形成母材の前記一方面に対向する他方面の面上に、応力を生じさせる応力層を形成する応力層形成工程と、
前記格子形成母材を前記応力層によって湾曲させる湾曲工程とを備えること
を特徴とする湾曲型格子の製造方法。
【請求項２】
前記応力層形成工程は、使用温度と異なる温度で実行されること
を特徴とする請求項１に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項３】
前記応力層形成工程は、クリプトンプラズマ雰囲気中またはキセノンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて実行されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項４】
前記応力層形成工程は、化学気相成長法を用いて実行されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項５】
前記応力層形成工程は、
所定の溶媒にポリイミド前駆体を溶解したポリイミド前駆体溶液を用いたポリイミド前駆体溶液層を、前記他方面の面上に形成するポリイミド前駆体溶液層形成工程と、
前記溶媒をポリイミド前駆体溶液層から除去する溶媒除去工程と、
イミド化することによって前記ポリイミド前駆体溶液層からポリイミド層を形成するイミド化工程とを備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項６】
前記応力層形成工程は、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて実行されること
を特徴とする請求項１に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項７】
前記応力層形成工程は、
所定の溶媒に所定の樹脂を溶解した樹脂溶液を用いた樹脂溶液層を、前記他方面の面上に形成する樹脂溶液層形成工程と、
前記溶媒を前記樹脂溶液層から除去する溶媒除去工程とを備えること
を特徴とする請求項１に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項８】
前記応力層形成工程は、一方向に長尺な帯状の複数のサブ応力層を、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設することによって前記応力層を形成すること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項９】
前記格子形成工程は、凹部を形成することによって前記格子領域を形成し、
前記応力層形成工程の以前または以後に、前記凹部内に金属を埋める金属埋設工程をさらに備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の湾曲型格子の製造方法。
【請求項１０】
互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を一方面に形成し、湾曲した格子形成母材と、
前記格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に形成され、応力を持つ応力層とを備えること
を特徴とする湾曲型格子。
【請求項１１】
前記応力層は、一方向に長尺な帯状であって、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設された複数のサブ応力層であること
を特徴とする請求項１０に記載の湾曲型格子。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の湾曲型格子の製造方法によって製造された湾曲型格子。
【請求項１３】
１つの格子面を形成するように配置された複数の格子を備えた格子ユニットであって、
前記複数の格子のうちの少なくとも１つとは、請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の湾曲型格子であること
を特徴とする格子ユニット。
【請求項１４】
Ｘ線を放射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から放射されたＸ線が照射されるタルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計と、
前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計によるＸ線の像を撮像するＸ線撮像素子とを備え、
前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計は、請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の湾曲型格子、および、請求項１３に記載の格子ユニットのうちの少なくとも１つを含むこと
を特徴とするＸ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲した形状の周期構造を持つ湾曲型格子の製造方法および湾曲型格子に関する。そして、本発明は、前記湾曲型格子を用いた格子ユニットおよび前記湾曲型格子や前記格子ユニットを用いたＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子は、多数の平行な部材から成る周期構造を備えた分光素子として様々な装置の光学系に利用されており、近年では、Ｘ線撮像装置への応用も試みられている。回折格子には、回折方法で分類すると、透過型回折格子と反射型回折格子とがあり、さらに、透過型回折格子には、光を透過させる基板上に光を吸収する部材を周期的に配列した振幅型回折格子（吸収型回折格子）と、光を透過させる基板上に光の位相を変化させる部材を周期的に配列した位相型回折格子とがある。ここで、吸収とは、５０％より多くの光が回折格子によって吸収されることをいい、透過とは、５０％より多くの光が回折格子を透過することをいう。
【０００３】
近赤外線用、可視光用または紫外線用の回折格子は、近赤外線、可視光および紫外線が非常に薄い金属によって充分に吸収されることから、比較的容易に製作可能である。例えばガラス等の基板に金属が蒸着されて基板上に金属膜が形成され、該金属膜が格子にパターニングされることによって、回折格子による振幅型回折格子が作製される。可視光用の振幅型回折格子では、金属にアルミニウム（Ａｌ）が用いられる場合、アルミニウムにおける可視光（約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対する透過率が０．００１％以下であるので、金属膜は、例えば１００ｎｍ程度の厚さで充分である。
【０００４】
一方、Ｘ線は、周知の通り、一般に、物質による吸収が非常に小さく、位相変化もそれほど大きくはない。比較的良好な金（Ａｕ）でＸ線用の吸収型回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、数十μｍ以上となる。このようにＸ線用の回折格子では、透過部材と吸収部材や位相の変化部材とを等幅で数μｍ〜数十μｍのピッチで周期構造を形成した場合、金部分の幅に対する厚さの比（アスペクト比＝厚さ／幅）は、５以上の高アスペクト比となる。
【０００５】
ところで、周期構造を構成する個々の部材が互いに平行である場合、回折格子が上述したように高アスペクト比であり、さらに、Ｘ線を放射するＸ線源が一般に点波源であるため、図１４（Ａ）に示すように、回折格子の周辺領域では、Ｘ線が斜め入射してしまう。この結果、前記周辺領域では、Ｘ線は、回折格子を透過しないため、いわゆるケラレが生じてしまう。このため、点波源から放射された各光線に周期構造の各部材を沿わせるために、図１４（Ｂ）に示すように、湾曲した形状で周期構造を形成した回折格子が望まれる。
【０００６】
このような湾曲した周期構造を持つ回折格子は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の放射線吸収格子は、次の製造方法から製造されたマイクロ構造体から成る。このマイクロ構造体の製造方法は、表側に微細構造とメッキ層を有し、裏側に弯曲した面を有するモールドからなるマイクロ構造体の製造方法であって、異方性エッチングにて深さ方向にエッチングされて形成された微細構造を有し、前記微細構造の連続した隙間の底部に導電性が付与されたモールドを用意する工程と、前記微細構造の底部からメッキして前記微細構造の連続した隙間に第１のメッキ層を形成する工程と、前記第１のメッキ層の上に、応力を発生する第２のメッキ層を形成し、前記第２のメッキ層の応力によりモールドを湾曲させる工程とを少なくとも有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６２８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、装置を小型化するため、点波源と回折格子との間の距離を短くする必要がある。このため、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子を形成する必要があり、前記特許文献１に開示の技術では、大きなメッキ皮膜の応力が必要となる。しかしながら、前記特許文献１に開示の技術では、応力を発生する第２のメッキ層は、メッキにて形成された第１のメッキ層上に形成されており、この第１のメッキ層は、異方性エッチングによって深さ方向にエッチングされて形成された周期的な隙間（空孔）の底からメッキにて隙間（空孔）内で成長されて形成されている。したがって、前記特許文献１に開示の技術では、応力を発生する第２のメッキ層は、湾曲させたい格子における格子面の全面積の一部にしか応力を付与できず（格子面の全面積を利用するものではなく）、前記周期的な隙間（空孔）の面積で制約され、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子を形成することが難しい。
【０００９】
なお、前記特許文献１には、第２のメッキ層を前記周期的な隙間（空孔）から溢れ出させて格子の全面を覆うように形成させる点が開示されている。しかしながら、前記特許文献１に開示の技術では、メッキは、上述のように、前記周期的な隙間（空孔）の底のみから成長するものである。したがって、第２のメッキ層における溢れ出た部分は、微細構造の表面に載っているだけであって微細構造の表面に対し付着力を持たず、格子に応力を作用させることができない。このため、結局、第２のメッキ層により格子に作用する応力は、前記周期的な隙間（空孔）から溢れ出させても、前記周期的な隙間（空孔）から溢れ出ていない場合とあまり変わらない。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成できる湾曲型格子の製造方法および湾曲型格子を提供することである。そして、本発明は、前記湾曲型格子を用いた格子ユニットおよび前記湾曲型格子や前記格子ユニットを用いたＸ線撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる湾曲型格子の製造方法は、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を格子形成母材の一方面に形成する格子形成工程と、前記格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に、応力を生じさせる応力層を形成する応力層形成工程と、前記格子形成母材を前記応力層によって湾曲させる湾曲工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
このような湾曲型格子の製造方法は、応力を発生する応力層を格子形成母材に形成することによって、前記格子形成母材を前記応力層の応力によって湾曲させる。この応力層は、格子形成母材における格子領域が形成されていない前記他方面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材の前記他方面全面を利用可能である。したがって、このような湾曲型格子の製造方法は、より大きな応力を格子形成母材に作用させることができ、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成することが可能となる。
【００１３】
また、他の一態様では、上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、使用温度と異なる温度で実行されることを特徴とする。
【００１４】
このような湾曲型格子の製造方法は、前記温度差を利用することによって熱応力を応力層に発生させるので、前記温度差を制御することによって所望の応力を得ることができる。また、このような湾曲型格子の製造方法は、前記温度差を大きくすることによって、より大きな熱応力を得ることができる。
【００１５】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、クリプトンプラズマ雰囲気中またはキセノンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて実行されることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、クリプトンプラズマ雰囲気中またはキセノンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた湾曲型格子の製造方法が提供される。
【００１７】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、化学気相成長法を用いて実行されることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、化学気相成長法を用い湾曲型格子の製造方法が提供される。
【００１９】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、所定の溶媒にポリイミド前駆体を溶解したポリイミド前駆体溶液を用いたポリイミド前駆体溶液層を、前記他方面の面上に形成するポリイミド前駆体溶液層形成工程と、前記溶媒をポリイミド前駆体溶液層から除去する溶媒除去工程と、イミド化することによって前記ポリイミド前駆体溶液層からポリイミド層を形成するイミド化工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、応力層にポリイミド膜を用いた湾曲型格子の製造方法が提供される。
【００２１】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて実行されることを特徴とする。
【００２２】
これによれば、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた湾曲型格子の製造方法が提供される。
【００２３】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、所定の溶媒に所定の樹脂を溶解した樹脂溶液を用いた樹脂溶液層を、前記他方面の面上に形成する樹脂溶液層形成工程と、前記溶媒を前記樹脂溶液層から除去する溶媒除去工程とを備えることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、応力層に樹脂膜を用いた湾曲型格子の製造方法が提供される。
【００２５】
また、他の一態様では、これら上述の湾曲型格子の製造方法において、前記応力層形成工程は、一方向に長尺な帯状の複数のサブ応力層を、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設することによって前記応力層を形成することを特徴とする。
【００２６】
このような湾曲型格子の製造方法では、応力層は、一方向に長尺な帯状のサブ応力層を、複数、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設した層となる。このため、このような湾曲型格子の製造方法は、応力を、前記一方向と直交する方向に対し前記一方向に沿って優先的に発生することができる。したがって、このような湾曲型格子の製造方法では、前記一方向に沿って優先的に湾曲した湾曲型格子を製造することができる。そして、前記応力層は、格子形成母材における格子領域が形成されていない前記他方面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材の前記他方面全面を利用可能である。
【００２７】
また、他の一態様では、上述の湾曲型格子の製造方法において、前記格子形成工程は、凹部を形成することによって前記格子領域を形成し、前記応力層形成工程の以前または以後に、前記凹部内に金属を埋める金属埋設工程をさらに備えることを特徴とする。
【００２８】
このような湾曲型格子の製造方法は、凹部内に金属を埋めた格子を製造することができる。したがって、このような湾曲型格子の製造方法は、金属格子、特に、Ｘ線用に好適な金属格子を製造することが可能となる。
【００２９】
また、本発明の他の一態様にかかる湾曲型格子は、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を一方面に形成し、湾曲した格子形成母材と、前記格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に形成され、応力を持つ応力層とを備えることを特徴とする。
【００３０】
このような湾曲型格子は、他方面の面上に形成された応力層の応力で格子形成母材が湾曲することによって格子領域も湾曲し、湾曲した格子となる。したがった、このような湾曲型格子は、点波源を用いる場合でも、上述した、いわゆるケラレを防止または低減できる。そして、このような湾曲型格子では、前記応力層は、格子形成母材における格子領域が形成されていない前記他方面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材の前記他方面全面を利用可能である。したがって、このような湾曲型格子は、より大きな応力を格子形成母材に作用させることができ、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子となる。このため、このような湾曲型格子は、点波源と該湾曲型格子との間の距離をより短くすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００３１】
また、他の一態様では、上述の湾曲型格子において、前記応力層は、一方向に長尺な帯状であって、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設された複数のサブ応力層であることを特徴とする。
【００３２】
このような湾曲型格子は、応力を、前記一方向と直交する方向に対し前記一方向に沿って優先的に発生することができる。したがって、このような湾曲型格子は、前記一方向に沿って優先的に湾曲した格子となる。そして、前記応力層は、格子形成母材における格子領域が形成されていない前記他方主面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材の前記他方主面全面を利用可能である。
【００３３】
また、他の一態様では、これら上述のいずれかの湾曲型格子の製造方法によって製造された湾曲型格子である。
【００３４】
このような湾曲型格子は、他方主面の面上に形成された応力層の応力で格子形成母材が湾曲することによって格子領域も湾曲し、湾曲した格子となる。したがった、このような湾曲型格子は、点波源を用いる場合でも、上述した、いわゆるケラレを防止または低減できる。そして、このような湾曲型格子では、前記応力層は、格子形成母材における格子領域が形成されていない前記他方主面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材の前記他方主面全面を利用可能である。したがって、このような湾曲型格子は、より大きな応力を格子形成母材に作用させることができ、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子となる。このため、このような湾曲型格子は、点波源と該湾曲型格子との間の距離をより短くすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００３５】
また、本発明の他の一態様にかかる格子ユニットは、１つの格子面を形成するように配置された複数の格子を備えた格子ユニットであって、前記複数の格子のうちの少なくとも１つとは、上述のいずれかの湾曲型格子である。
【００３６】
これによれば、湾曲型格子を含む格子ユニットが提供される。そして、このような格子ユニットは、湾曲型格子を含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。
【００３７】
また、本発明の他の一態様にかかるＸ線撮像装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、前記Ｘ線源から放射されたＸ線が照射されるタルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計と、前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計によるＸ線の像を撮像するＸ線撮像素子とを備え、前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計は、これら上述のいずれかの湾曲型格子、格子ユニットのうちの少なくとも１つを含む。
【００３８】
これによれば、湾曲型格子を含むＸ線撮像装置が提供される。このようなＸ線撮像装置は、湾曲型格子を含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。したがって、このようなＸ線撮像装置は、前記ケラレによって生じるノイズを低減しつつ、より大きな診断面積のＸ線撮像画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明にかかる湾曲型格子の製造方法は、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成できる。本発明にかかる湾曲型格子は、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子となる。本発明にかかる格子ユニットおよびＸ線撮像装置は、湾曲型格子を含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態における湾曲型格子の構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。
【図４】第１実施形態における湾曲型格子の一例を示す断面ＳＥＭ像である。
【図５】第１実施形態の湾曲型格子における膜厚と曲率半径との関係を示す図である。
【図６】第２実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】第３実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。
【図９】圧縮応力型の熱応力層を形成する場合における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】引張応力型の熱応力層を形成する場合における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】第４実施形態におけるＸ線用タルボ干渉計の構成を示す斜視図である。
【図１２】第５実施形態におけるＸ線用タルボ・ロー干渉計の構成を示す上面図である。
【図１３】第６実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。
【図１４】ケラレの発生を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００４２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における湾曲型格子の構成を示す断面図である。図２は、第１実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。なお、図２では、作図の都合上、格子形成母材１１および応力層１３ａは、応力によって湾曲していない平坦な状態で示されているが、実際には、図１に示すように、湾曲型格子ＤＧａにおける格子形成母材１１および応力層１３ａは、応力によって湾曲している。
【００４３】
第１実施形態の格子ＤＧａは、図１および図２に示すように、基材となる格子形成母材１１と、格子形成母材１１の一方主面に形成された格子領域１２ａと、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に形成された応力層１３ａとを備えている。
【００４４】
格子形成母材１１は、所定の材料から形成され、湾曲した板状部材である。例えば、本実施形態では、湾曲型格子ＤＧａは、Ｘ線用に用いられることから、格子形成母材１１は、Ｘ線を透過または吸収する特性を有する所定の材料から形成される。このように格子形成母材１１は、湾曲型格子ＤＧａの使用用途に応じて適宜な材料で形成されてよい。そして、本実施形態では、微細加工技術が略確立されていることから、格子形成母材１１は、Ｘ線を透過する特性を有する半導体、例えばシリコン（Ｓｉ）から形成されており、例えば、シリコンウェハである。この格子形成母材１１は、応力層１３ａとの相互作用によって生じる応力で湾曲している。このため、応力が作用していない状態では、格子形成母材１１は、平坦な板状部材である。
【００４５】
格子領域１２ａは、格子形成母材１１の主面に形成され、互いに略同じ形状の複数の部材を周期的に設けた領域である。格子領域１２ａは、図１および図２に示すように、互いに主面を対向させ所定の間隔（ピッチＰ）を空けて、互いに略並設するように配置された板状（層状）の複数の第１部分１２１と、互いに隣接する各第１部分１２１に挟まれた空間である第２部分（凹部）１２２とを備えている。格子領域１２ａは、湾曲する格子形成母材１１の主面に形成されるので、格子形成母材１１の湾曲に応じて湾曲している。
【００４６】
応力層１３ａは、例えば熱応力等の所定の応力を生じさせる層である。格子形成母材１１と応力層１３ａとの界面には、応力層１３ａによって所定の応力が発生する。この所定の応力によって、上述のように、格子形成母材１１が湾曲する。
【００４７】
応力層１３ａが熱応力を生じさせる場合、応力層１３ａは、格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１と異なる第２熱膨張係数α２を持つ層である。例えば、格子形成母材１１は、シリコンであり、このシリコンの第１熱膨張係数α１は、一般に、（１０Ｅ−６）／Ｋオーダーである。なお、１０ＥＸは、１０のＸ乗を意味する（１０Ｘ）。これに対し、熱応力を生じさせる場合の応力層１３ａは、例えば、石英（二酸化珪素、ＳｉＯ２）であり、この石英の第２熱膨張係数α２は、一般に、（１０Ｅ−７）／Ｋオーダーである。したがって、石英の第２熱膨張係数α２は、シリコンの第１熱膨張係数α１に較べて約一桁小さい。このため、後述するように、湾曲型格子ＤＧａの使用温度より高い温度で、格子形成母材１１の面上に熱応力層１３ａを形成することによって、シリコンの格子形成母材１１が相対的に大きく縮み、格子形成母材１１と応力層１３ａとの界面には、応力層１３ａによって熱応力が発生する。この熱応力Ｆは、基板や熱応力層の厚さが非常に薄い場合は、略応力層１３ａを形成する際の温度（製造温度）Ｔｐと使用温度Ｔｕとの差△Ｔ（＝｜Ｔｐ−Ｔｕ｜）、および、第１熱膨張係数α１と第２熱膨張係数α２との差△α（＝｜α１−α２｜）に比例した大きさとなる（Ｆ∝△α×△Ｔ）。この熱応力によって、上述のように、格子形成母材１１が湾曲する。
【００４８】
この湾曲は、第１実施形態では、複数の第１部分１２１が並設する方向である主方向Ｘに沿う方向と、この主方向Ｘに直交する方向である副方向Ｙに沿う方向との２方向に生じている。なお、この主方向Ｘと副方向Ｙとで構成されるＸＹ平面の法線方向Ｚが第１および第２部分１２１、１２２の厚さ方向（深さ方向）となる。
【００４９】
上述のように、シリコンの格子形成母材１１が相対的に縮む場合、仮に、格子領域１２ａの表面（格子面）を２次元アレイ状に複数の正方領域で区分けした場合、各正方領域の各法線が格子領域１２ａの格子面の中央を通る法線と交差するように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、湾曲する。すなわち、第１部分１２１のピッチＰが、平坦な格子形成母材１１の場合に較べて小さく（短く）なるように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、主方向Ｘに沿って湾曲する。そして、格子領域１２ａの表面（格子面）における第１部分１２１の副方向Ｙの長さ（第２部分１２２の副方向Ｙの長さ）が、底部における第１部分１２１の副方向Ｙの長さ（第２部分１２２の副方向Ｙの長さ）に較べて短くなるように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、副方向Ｙ沿っても湾曲する。したがって、仮に、理想的に等方的に湾曲した場合であって複数の第１部分１２１を厚さを増すようにそれぞれ延長した場合には、複数の第１部分１２１それぞれの各延長部分は、特定の１つの位置で交差することになる。
【００５０】
一方、シリコンの格子形成母材１１が相対的に伸張する場合、仮に、格子領域１２ａの表面（格子面）を２次元アレイ状に複数の正方領域で区分けした場合、各正方領域の各法線が格子領域１２ａの格子面に対向する格子形成母材１１の前記他方主面（応力層１３ａの主面）の中央を通る法線と交差するように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、湾曲する。すなわち、第１部分１２１のピッチＰが、平坦な格子形成母材１１の場合に較べて大きく（長く）なるように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、主方向Ｘに沿って湾曲する。そして、格子領域１２ａの表面（格子面）における第１部分１２１の副方向Ｙの長さ（第２部分１２２の副方向Ｙの長さ）が、底部における第１部分１２１の副方向Ｙの長さ（第２部分１２２の副方向Ｙの長さ）に較べて長くなるように、格子形成母材１１および格子領域１２ａは、副方向Ｙ沿っても湾曲する。
【００５１】
このように格子領域１２ａは、主方向Ｘおよび副方向Ｙの２方向で所定の曲率半径を持つように湾曲しているが、格子領域１２ａにおける第１および第２部分１２１、１２２の各形状をより詳しく説明するために、格子形成母材１１および格子領域１２ａが平坦であると仮定して以下に説明する。
【００５２】
この仮定の場合において、図２に示すようにＸＹＺの直交座標系を設定した場合に、格子領域１２ａは、所定の厚さ（深さ）Ｈ１（格子面ＸＹに垂直なＺ方向（格子面ＸＹの法線方向）の長さ）を有して副方向Ｙに線状に延びる複数の第１部分１２１と、前記所定の厚さＨ１を有して副方向（長尺方向）Ｙに線状に延びる複数の第２部分１２２とを備えている。すなわち、この第１部分１２１は、格子面ＸＹにおいて副方向Ｙに延びる長尺な線条形状となる板状または層状であって、格子面ＸＹに直交するＹＺ面に沿った板状または層状である。第２部分１２２は、格子面ＸＹにおいて副方向Ｙに延びる長尺な線条形状となる板状または層状であって、格子面ＸＹに直交するＹＺ面に沿った板状または層状である。そして、これら複数の第１部分１２１と複数の第２部分１２２とは、格子面ＸＹにおいて、副方向Ｙに直交する主方向（幅方向）Ｘに交互に、主方向Ｘを法線とするＹＺ面に平行に、配設される。このため、複数の第１部分１２１は、副方向Ｙと直交する主方向Ｘに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。言い換えれば、複数の第２部分１２２は、副方向Ｙと直交する主方向Ｘに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。前記所定の間隔（ピッチ）Ｐは、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の第１部分１２１（複数の第２部分１２２）は、主方向Ｘに等間隔Ｐでそれぞれ配設され、周期構造となっている。したがって、前記周期的に設けられた前記複数の部材は、第１部分１２１であると見てよく、あるいは、前記複数の部材は、第２部分１２２であると見てよく、さらに、あるいは、前記複数の部材は、第１部分１２１および第２部分１２２の組であると見てよい。
【００５３】
このような第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａは、例えば、次の各工程を実施することによって製造することができる。
【００５４】
図３は、第１実施形態における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。図４は、第１実施形態における湾曲型格子の一例を示す断面ＳＥＭ像である。
【００５５】
この第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａは、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を格子形成母材の一方面に形成する格子形成工程と、前記格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に、応力を生じさせる応力層を形成する応力層形成工程と、前記格子形成母材を前記応力層によって湾曲させる湾曲工程とを実施することによって、製造される。
【００５６】
より具体的には、本実施形態の湾曲型格子ＤＧａを製造するために、まず、シリコンウェハ等のシリコンによって形成された平坦な板状の格子形成母材１１が用意される（図３（Ａ））。一例として、本実施形態では、例えば、厚さ１６０μｍのシリコンウェハが用意される。
【００５７】
次に、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域１２ａが格子形成母材１１の一方主面に形成される（図３（Ｂ）、格子形成工程）。
【００５８】
この格子形成工程は、例えば、格子形成母材１１の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、所定のエッチング法（ドライエッチング法またはウェットエッチング法）によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記格子形成母材１１をエッチングして、第２部分（空隙部分）１２２に対応する所定の深さＨ１の凹部を形成するエッチング工程とを備え、格子領域１２ａは、これら各工程が実施されることによって形成される。したがって、本実施形態では、複数の第１部分１２１は、格子形成母材１１に格子領域１２ａが形成されていない基礎部分（基台部分）と一体になって形成されている。なお、エッチング工程における前記エッチング法は、凹部の側壁を略垂直に形成することができることから、ボッシュ（Ｂｏｓｃｈ）プロセスであることが好ましい。このボッシュプロセスは、公知の手法であり、ＳＦ６プラズマがリッチな状態と、Ｃ４Ｆ８プラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すことで、側壁保護と底面エッチングとを交互に進行させるエッチング方法である。
【００５９】
この格子形成工程によって、格子形成母材１１には、一例として、第１部分１２１であるシリコン部分における幅Ｗが約６μｍで深さＨ１が約１６０μｍであってピッチＰが約２２．８μｍである一次元周期構造の格子領域１２ａが形成される。これによって格子形成母材１１における前記基礎部分（基台部分）の厚さＨ２が約１００μｍとなる。
【００６０】
次に、本実施形態では、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に、所定の応力を生じさせる応力層１３ａが前記他方主面全面に形成される（図３（Ｃ）、応力層形成工程）。本実施形態では、前記所定の応力が熱婦力であり、この応力層１３ａは、格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１と異なる第２熱膨張係数α２を持つ所定の材料で形成される。
【００６１】
この応力層形成工程によって、一例として、熱応力を生じさせる、厚さＨ３が２０μｍである石英膜の応力層１３ａが格子形成母材１１の前記他方主面全面に形成される。石英膜は、シリコンを熱酸化する熱酸化法、スパッタ法および化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）等の成膜方法によって形成される。例えば、本実施形態では、石英膜は、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によって４００℃で成膜された。より具体的には、有機シランの一種であるテトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、ＴＥＯＳ）が加温され、キャリアガスによってバブリングされることによってＴＥＯＳガスが生成され、このＴＥＯＳガスに例えば酸素やオゾン等の酸化ガスおよび例えばヘリウム等の希釈ガスが混合されて原料ガスが生成される。そして、この原料ガスが例えばプラズマＣＶＤ装置や常温オゾンＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置に導入され、ＣＶＤ装置内の格子形成母材１１の他方主面に所定の厚さ（例えば約２０μｍ等）の石英膜１３ａが形成される。このＣＶＤは、原料ガスの表面化学反応であるため、数ｎｍ〜数μｍまで比較的容易に成膜することができる。
【００６２】
そして、格子形成母材１１が、応力層１３ａによって湾曲させられる（図３（Ｄ）、湾曲工程）。より具体的には、高温（上述の例では４００℃）の格子形成母材１１および応力層１３ａが所定の温度、例えば、湾曲型格子ＤＧａの使用温度Ｔｕ（例えば室温２３℃）、まで冷却される。これによって格子形成母材１１と応力層１３ａとの界面に、応力層１３ａによって熱応力が発生する。この熱応力によって、上述のように、格子形成母材１１が湾曲し、格子領域１２ａも湾曲する。上述の例では、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径６０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径４００ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝６０ｍｍ、Ｒｙ＝４００ｍｍ）。
【００６３】
このような各製造工程を実施することによって第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａが製造される。図４には、第１実施形態における湾曲型格子の一例を示す断面ＳＥＭ像が示されている。この図４から分かるように、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａは、主方向Ｘに沿って湾曲している。
【００６４】
ここで、このように湾曲する第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａにおける曲率半径の設計について説明する。図５は、第１実施形態の湾曲型格子における膜厚と曲率半径との関係を示す図である。図５（Ａ）は、石英の膜厚と曲率半径との関係を示す一実験結果を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す一実験結果から石英膜の応力を見積もった場合における石英の膜厚と曲率半径との関係を示す数値実験結果を示す。図５（Ａ）、（Ｂ）の横軸は、μｍ単位で表す石英の膜厚であり、それらの縦軸は、ｍｍ単位で表す曲率半径である。
【００６５】
平板、すなわち、上述の格子領域１２ａを備えない板状部材に薄膜を形成した場合に前記平板に生じる湾曲の曲率半径Ｒは、次式の理論式によって求めることができる。
Ｒ＝（（Ｅｓ×Ｔｓ２）×１０−３）／（６×（１−νｓ）×σｆ×ｔｆ）
上記式においてＥｓは、平板のヤング率（ＧＰａ）であり、ｔｓは、平板の厚さ（μｍ）であり、νｓは、平板のポアソン比であり、σｆは、薄膜の膜応力（ＧＰａ）であり、そして、ｔｆは、薄膜の膜厚（μｍ）である。
【００６６】
上述の例では、平板は、格子形成母材１１の一例としてのシリコンであり、薄膜は、応力層１３ａの一例としての、熱応力を生じさせる石英である。このため、Ｅｓは、シリコンのヤング率であって１８５ＧＰａであり、Ｔｓは、主方向ｘに対しＨ２の１００μｍであって、副方向Ｙに対し（Ｈ１＋Ｈ２）の２６０μｍであり、νｓは、シリコンのポアソン比であって０．２８である。そして、σｆは、石英膜の熱応力であり、ｔｆは、石英膜の膜厚である。
【００６７】
図５（Ａ）には、石英の膜厚に対する曲率半径の実測値がプロットされている。●は、副方向Ｙに沿った湾曲の曲率半径Ｒｙであり、□は、主方向Ｘに沿った湾曲の曲率半径Ｒｘである。破線および一点鎖線は、上記理論式から求められた曲線である。図５（Ａ）に示すように、主方向Ｘに沿った湾曲の曲率半径Ｒｘの実測値（□）および副方向Ｙに沿った曲率半径Ｒｙの実測値（●）は、共に、上記理論式上にある。このため、平板の場合における上記理論式は、格子領域１２ａを形成した格子形成母材１１に応力層１３ａを形成した第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａにも充分に適用可能である。また、主方向Ｘに沿った湾曲の曲率半径Ｒｘの実測値（□）および副方向Ｙに沿った曲率半径Ｒｙの実測値（●）を共に上記理論式上に載せることから、４００℃で形成した石英膜の熱応力は、０．３７ＧＰａと見積もることができる。
【００６８】
シリコンの格子形成母材１１の厚さｔｓ別に示した、上記理論式による、熱応力を生じさせる石英の応力層１３ａの膜厚と曲率半径Ｒとの関係が図５（Ｂ）に示されている。なお、図５（Ｂ）では、４００℃で形成した石英膜の応力は、上記０．３７ＧＰａとした。
【００６９】
図５（Ｂ）を用いることによって種々の曲率半径で湾曲させた第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａを製造することができる。例えば、目標の曲率半径ＲＴが６０ｍｍである場合であって主方向Ｘに対するシリコンの厚さＨ２が１００μｍである場合、熱応力を生じさせる石英の応力層１３ａは、約２０μｍの膜厚で成膜すればよい。また例えば、目標の曲率半径ＲＴが６０ｍｍである場合であって主方向Ｘに対するシリコンの厚さＨ２が５０μｍである場合、熱応力を生じさせる石英の応力層１３ａは、約５μｍの膜厚で成膜すればよい。
【００７０】
このように第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、いわゆる応力を発生する応力層１３ａを格子形成母材１１に形成することによって、格子形成母材１１を応力層１３ａの応力によって湾曲させる。この応力層１３ａは、格子形成母材１１における格子領域１２ａが形成されていない前記他方主面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材１１の前記他方面全面を利用可能である。したがって、このような湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、より大きな応力を格子形成母材１１に作用させることができ、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成することが可能となる。
【００７１】
また、応力層１３ａが熱応力を生じさせる熱応力層である場合、熱応力の大きさは、上述したように、第１熱膨張係数α１と第２熱膨張係数α２との差（熱膨張係数差）△α、および、熱応力層１３ａの形成温度Ｔｐと湾曲型格子ＤＧａの使用温度Ｔｕとの差（温度差）△Ｔに概ね比例する。このため、このような湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、前記熱膨張係数差△αを大きくしたり、前記温度差△Ｔを大きくしたりすることによって、熱応力を大きくすることができる。したがって、このような湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、前記特許文献１に開示の技術に較べて、曲率半径Ｒの小さな大きく湾曲した格子をより容易に形成することが可能となる。そして、このような湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、前記熱膨張係数差△αだけでなく、前記温度差△Ｔによっても、熱応力の大きさを制御することができ、設計の自由度が増す。
【００７２】
また、上述の実施形態では、前記応力層形成工程は、使用温度Ｔｕと異なる形成温度Ｔｐで実行されている。本実施形態では、応力層形成工程は、使用温度Ｔｕより高い高温な形成温度Ｔｐ、上述の例では４００℃で実行された。このため、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａの製造方法は、前記温度差を利用することによって熱応力を応力層に発生させるので、前記温度差を制御することによって所望の応力を得ることができる。また、このような湾曲型格子の製造方法は、前記熱膨張係数差△αだけでなく温度差△Ｔも利用することができ、前記温度差を大きくすることによって、より大きな熱応力を得ることができる。
【００７３】
そして、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａは、面上に形成された応力層１３ａの応力で格子形成母材１１が湾曲することによって格子領域１２ａも湾曲し、湾曲した格子となる。したがった、このような湾曲型格子ＤＧａは、点波源を用いる場合でも、上述した、いわゆるケラレを防止または低減できる。そして、このような湾曲型格子ＤＧａでは、応力層１３ａは、格子形成母材１１における格子領域１２ａが形成されていない前記他方主面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材１１の前記他方主面全面を利用可能である。したがって、このような湾曲型格子ＤＧａは、より大きな応力を格子形成母材１１に作用させることができ、曲率半径の小さな大きく湾曲した格子となる。このため、このような湾曲型格子ＤＧａは、点波源と該湾曲型格子ＤＧａとの間の距離をより短くすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００７４】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７５】
（第２実施形態）
第１実施形態における湾曲型格子ＤＧａでは、応力層１３ａは、格子形成母材１１の一方主面（格子領域１２ａの格子面）に対向する他方主面全面に形成されたが、第２実施形態における湾曲型格子ＤＧｂでは、応力層１３ｂは、一方向に長尺な帯状であって、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設された複数のサブ応力層から成るものである。このため、第１実施形態における湾曲型格子ＤＧａは、主方向Ｘおよび副方向Ｙの２方向に湾曲したものであるが、第２実施形態における湾曲型格子ＤＧｂは、前記一方向に沿った方向に主に湾曲するものとなる。
【００７６】
図６は、第２実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。なお、図６では、作図の都合上、格子形成母材１１および応力層１３ｂは、応力によって湾曲していない平坦な状態で示されているが、実際には、後述のように、湾曲型格子ＤＧｂにおける格子形成母材１１および応力層１３ｂは、応力によって湾曲している。
【００７７】
このような第２実施形態における湾曲型格子ＤＧｂは、例えば、図６に示すように、基材となる格子形成母材１１と、格子形成母材１１の一方主面に形成された格子領域１２ａと、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に形成された応力層１３ｂとを備えている。これら第２実施形態における格子形成母材１１および格子領域１２ａは、主方向Ｘに沿って主に湾曲して副方向Ｙに沿ってほとんど湾曲していない点を除き、それぞれ、第１実施形態における格子形成母材１１および格子領域１２ａと同様であるので、その説明を省略する。
【００７８】
第２実施形態の湾曲型格子ＤＧｂにおける応力層１３ｂは、主方向Ｘに長尺な帯状であって、主方向Ｘと直交する副方向Ｙに間隔を空けて並設された複数のサブ応力層１３１から成るものである。サブ応力層１３１の副方向Ｙの長さ（幅）は、主方向Ｘの長さより短い。
【００７９】
このような第２実施形態の湾曲型格子ＤＧｂは、例えば、次の各工程を実施することによって製造することができる。図７は、第２実施形態における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。
【００８０】
この第２実施形態の湾曲型格子ＤＧｂは、格子形成工程と、格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に、所定の応力を生じさせる応力層を形成する応力層形成工程と、湾曲工程とを実施することによって、製造される。これら第２実施形態の湾曲型格子ＤＧｂを製造する製造工程における格子形成工程および湾曲工程は、それぞれ、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａを製造する製造工程における格子形成工程および湾曲工程と同様であるので、その説明を省略する。前記応力層形成工程では、一方向に長尺な帯状の複数のサブ応力層１３１を、前記一方向と直交する方向に間隔を空けて並設することによって応力層１３ｂが形成される。
【００８１】
この応力層形成工程をより具体的に説明すると、まず、格子領域１２ａを形成した格子形成母材１１およびいわゆるステンシルマスクＳＭが用意され、格子形成母材１１の一方主面（格子領域１２ａの格子面）に対向する他方主面上に応力層１３ｂを形成するために、格子形成母材１１の前記他方主面上にステンシルマスクＳＭが押し当てられる（図７（Ａ））。一例として、一次元周期構造の格子領域１２ａを形成した格子形成母材１１が、用意される。この格子領域１２ａは、第１部分１２１の幅Ｗが約６μｍで、深さＨ１が約１６０μｍで、ピッチＰが約２２．８μｍである。この格子形成母材１１における前記基礎部分（基台部分）の厚さＨ２は、例えば約５０μｍである。ステンシルマスクＳＭは、一方向（本例では主方向Ｘ）に長尺な帯状であって、前記一方向と直交する方向（本例では副方向Ｙ）に間隔を空けて並設された複数の矩形開口（矩形スリット）を形成した板状部材である。一例として、幅１ｍｍの矩形開口が１ｍｍの間隔を空けて並設されたステンシルマスクＳＭが用いられた。そして、例えばＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等の成膜方法によって石英膜がステンシルマスクを介して格子形成母材１１の前記他方主面上に成膜され（図７（Ｂ））、これによって格子形成母材１１の前記他方主面上に、所定の応力として熱応力を生じさせる応力層１３ｂが形成される（図７（Ｃ））。この応力層形成工程によって、上述の一例では、例えば、厚さＨ３が１０μｍで幅１ｍｍである短冊状の複数のサブ応力層１３１が、１ｍｍの間隔を空けて副方向Ｙに並設するように、格子形成母材１１の前記他方主面に形成された。
【００８２】
なお、応力層１３ｂを形成する応力層形成工程は、上述の手法に限定するものではない。例えば、石英膜を格子形成母材１１に形成した後に、ステンシルマスクＳＭを用いたドライエッチングによって、応力層１３ｂが形成されてもよく、また例えば、石英膜を格子形成母材１１に形成し、次に、石英膜上にレジスト層を形成してフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーで前記レジスト層をパターニングし、そして、ウェットエッチングやドライエッチングによって石英膜をエッチングすることで、応力層１３ｂが形成されてもよい。
【００８３】
このような第２実施形態における湾曲型格子ＤＧｂでは、副方向Ｙに不連続となる複数のサブ応力層１３１から成る応力層１３ｂは、所定の応力を、副方向Ｙに対し主方向Ｘに沿って優先的に発生することができ、前記所定の応力に異方性を生じさせる。したがって、第２実施形態における湾曲型格子ＤＧｂは、主方向Ｘに沿った曲率半径Ｒｘと副方向Ｙに沿った曲率半径Ｒｙとの間に大きな差を生じさせ、主方向Ｘに沿って優先的に湾曲した格子となる。特に、サブ応力層１３１の副方向Ｙの長さ（幅）が主方向Ｘの長さより著しく短い場合には、応力層１３ｂは、格子形成母材１１を、副方向Ｙに沿って殆ど湾曲させずに、主に主方向Ｘに沿って湾曲させる。したがって、この場合には、湾曲型格子ＤＧｂは、主に主方向Ｘに沿って湾曲した格子となる。そして、応力層１３ｂは、格子形成母材１１における格子領域１２ａが形成されていない前記他方主面の面上に形成されるため、前記特許文献１に開示の技術のように、周期的な隙間（空孔）の面積で制約されることが無く、格子形成母材１１の前記他方主面全面を利用可能である。
【００８４】
例えば、上述の例では、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径６０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径３０００ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝６０ｍｍ、Ｒｙ＝３０００ｍｍ）。一方、比較例として、この例の応力層１３ｂに代え、前記他方主面上全面に、熱応力を生じさせる膜厚５μｍの石英膜を形成した湾曲型格子ＤＧａは、主方向Ｘに沿って曲率半径６０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径１０００ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝６０ｍｍ、Ｒｙ＝１０００ｍｍ）。このように前記他方主面上全面に応力層１３ａを形成した湾曲型格子ＤＧａに較べて、複数のサブ応力層１３１から成る応力層１３ｂを形成した湾曲型格子ＤＧｂは、主方向Ｘに沿って優先的に湾曲した格子となる。
【００８５】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８６】
（第３実施形態）
第１および第２実施形態における湾曲型格子ＤＧａ、ＤＧｂは、ＣＶＤ法を用いて実行される応力層形成工程を備えた製造方法によって製造されたものであるが、第３実施形態における湾曲型格子ＤＧｃは、クリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて実行される応力層形成工程を備えた製造方法によって製造されたものである。
【００８７】
図８は、第３実施形態における湾曲型格子の構成を示す斜視図である。なお、図８では、作図の都合上、格子形成母材１１および応力層１３ｃは、応力によって湾曲していない平坦な状態で示されているが、実際には、後述のように、湾曲型格子ＤＧｃにおける格子形成母材１１および応力層１３ｃは、応力によって湾曲している。
【００８８】
第３実施形態の格子ＤＧｃは、図８に示すように、基材となる格子形成母材１１と、格子形成母材１１の一方主面に形成された格子領域１２ｂと、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に形成された応力層１３ｃとを備えている。これら第３実施形態における格子形成母材１１および応力層１３ｃは、応力層１３ｃの製造手法が異なる点を除き、それぞれ、第１実施形態における格子形成母材１１および応力層１３ａと同様であるので、その説明を省略する。
【００８９】
上述の第１および第２実施形態における湾曲型格子ＤＧａ、ＤＧｂは、一次元周期構造の格子領域１２ａを備えたが、第３実施形態における湾曲型格子ＤＧｃは、二次元周期構造の格子領域１２ｂを備えている。なお、上述の第１および第２実施形態における湾曲型格子ＤＧａ、ＤＧｂにおいて、一次元周期構造の格子領域１２ａに代え、二次元周期構造の格子領域１２ｂを備えてもよい。
【００９０】
この第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃにおける格子領域１２ｂは、図８に示すように、格子形成母材１１の主面に形成され、互いに略同じ形状の複数の部材を周期的に設けた領域である。格子領域１２ｂは、図８に示すように、回折部材となるドット１２３が線形独立な２方向、図８に示す例では互いに直交する主方向Ｘおよび副方向Ｙの２方向に、所定の間隔を空けて等間隔に配設されて構成される。そして、本実施形態の湾曲型格子ＤＧｃにおける格子領域１２ｂでは、前記ドット１２３は、金属柱である。
【００９１】
このような第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃは、例えば、次の各工程を実施することによって製造することができる。
【００９２】
この第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃは、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を格子形成母材の一方面に形成する格子形成工程と、格子形成母材の一方面に対向する他方面の面上に、所定の応力を生じさせる応力層を形成する応力層形成工程と、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａを製造する製造工程における湾曲工程と同様の湾曲工程とを実施することによって、製造される。前記応力層形成工程では、クリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いることによって応力層１３ｃが形成される。
【００９３】
より具体的には、本実施形態の湾曲型格子ＤＧｃを製造するために、第１実施形態の湾曲型格子ＤＧａの場合と同様に、まず、シリコンウェハ等のシリコンによって形成された平坦な板状の格子形成母材１１が用意される。一例として、本実施形態では、例えば、厚さ２１０μｍのシリコンウェハが用意される。
【００９４】
次に、互いに同じ形状の複数の部材を二次元周期的に設けた格子領域１２ｂが格子形成母材１１の一方主面に形成される（格子形成工程）。
【００９５】
二次元周期的に配列された金属柱１２３を備える格子領域１２ｂは、格子形成母材１１の一方主面に高アスペクト比の穴（空孔）を二次元周期で空け、その穴を金属で埋めることによって形成することができる。
【００９６】
より具体的には、この格子領域１２ｂは、例えば、国際公開ＷＯ２０１２／００８１１８号公報、国際公開ＷＯ２０１２／００８１１９号公報、国際公開ＷＯ２０１２／００８１２０号公報、国際公開ＷＯ２０１２／０８６１２１号公報および特開２０１２−１２７６８５号公報等に開示された公知の手法を用いて製造することができる。一例を挙げると、この格子領域１２ｂは、例えば、第１シリコン層と前記第１シリコン層に付けられた前記第１シリコン層よりも高抵抗な第２シリコン層とを備える基板（本実施形態の格子形成母材１１に対応する）における前記第２シリコン層の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、リソグラフィー法によって前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、ドライエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記第２シリコン層を前記第１シリコン層に少なくとも到達するまでエッチングして穴（空孔）を形成するエッチング工程と、電鋳法によって、前記第１シリコン層に電圧を印加して前記穴（空孔）を金属で埋める電鋳工程とを実施することによって、製造される。また例えば、この格子領域１２ｂは、シリコン基板（本実施形態の格子形成母材１１に対応する）の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、ドライエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記シリコン基板をエッチングして所定の深さの穴（空孔）を形成するエッチング工程と、熱酸化法によって、前記シリコン基板における前記穴（空孔）の内表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記穴（空孔）の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去する除去工程と、電鋳法によって、前記シリコン基板に電圧を印加して前記穴（空孔）を金属で埋める電鋳工程とを実施することによって、製造される。
【００９７】
この格子形成工程によって、格子形成母材１１には、一例として、約５μｍの二次元周期（主方向Ｘの周期約５μであって副方向Ｙの周期約５μｍ）で深さＨ１が約１１０μｍである市松模様の格子領域１２ｂが形成される。ドット１２３は、金（Ａｕ）の角柱体１２３である。これによって格子形成母材１１における前記基礎部分の厚さＨ２が約１００μｍとなる。
【００９８】
次に、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上全面に、応力層１３ｃが、クリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いることによって形成される（応力層形成工程）。応力層１３ｃは、前記所定の応力として熱応力を生じさせる熱応力層であり、格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１と異なる第２熱膨張係数α２を持つ所定の材料で形成される。
【００９９】
一例として、格子領域１２ｂを形成した格子形成母材１１が、使用温度Ｔｕより高い形成温度Ｔｐ、例えば３００℃に加熱され、この形成温度Ｔｐを保持したまま、クリプトンプラズマ雰囲気中で、スパッタリングによって、石英が、平坦な前記他方主面の面上全面に約７μｍで形成された。なお、金およびシリコンは、加熱によっていわゆる共晶化し、金の融点やシリコンの融点よりも著しく低い温度（約３８０℃前後、共晶温度）で溶け出すため、前記形成温度Ｔｐは、前記共晶温度（約３８０℃前後）よりも低い温度（上述の例では３００℃）に設定されている。
【０１００】
そして、格子形成母材１１が、応力層１３ｃによって湾曲させられる（湾曲工程）。より具体的には、高温（上述の例では３００℃）の格子形成母材１１および応力層１３ｃが所定の温度、例えば、湾曲型格子ＤＧａの使用温度Ｔｕ（例えば室温２３℃）、まで冷却される。これによって格子形成母材１１と応力層１３ｃとの界面に、応力層１３ｃによって熱応力が発生する。この熱応力によって、上述のように、格子形成母材１１が湾曲し、格子領域１２ｂも湾曲する。上述の例では、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径１３５０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径１３５０ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝Ｒｙ＝１３５０ｍｍ）。
【０１０１】
このような各製造工程を実施することによって第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃが製造される。
【０１０２】
アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた成膜では、一般に、成膜の間、雰囲気ガスであるアルゴンが石英膜中に一旦取り込まれ、その後、アルゴンが石英膜から放出される。このため、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法による石英膜は、例えばＣＶＤ法による石英膜に較べて緻密性が低くなり、熱膨張係数がずれてやや大きくなることがある。第３実施形態における湾曲型格子ＤＧｃは、原子量の小さいアルゴンに較べると原子量が大きいため成膜中に取り込まれることが少ないクリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法クリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた応力層形成工程によって成膜されるので、前記緻密性の劣化が低減される。また、クリプトンに代え、さらに原子量の大きいキセノンプラズマ雰囲気中のスパッタリングでも同様の効果が得られる。
【０１０３】
なお、上述では、前記ドット１２３は、金属柱であったが、これに限定されるものではない。例えば、前記ドット１２３は、穴（空孔）であってもよい。このような前記穴（空孔）は、格子形成母材１１の一方主面に、例えばエッチングによって、二次元周期で高アスペクト比で空けることによって形成される。また例えば、前記ドット１２３は、格子形成母材１１の一方主面に立設する柱状体であってもよい。このような柱状体は、シリコンの格子形成母材１１の一方主面に高アスペクト比の柱状体１２３が立設状態で残るように、シリコンの格子形成母材１１をエッチングすることによって形成することができる。また、この場合において、柱状体の周りが金属で埋められてもよい。
【０１０４】
また、上述の第１ないし第３実施形態では、格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１より小さい第２熱膨張係数α２を持つ材料で、前記所定の応力として熱応力を生じさせる応力層１３（１３ａ〜１３ｃ）が形成されたが、格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１より大きい第２熱膨張係数α２を持つ材料で応力層１３（１３ａ〜１３ｃ）が形成されてもよい。このような格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１より大きい第２熱膨張係数α２を持つ材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）等である。
【０１０５】
一例として、応力層１３ｃの場合について説明する。格子形成母材１１には、約４μｍの二次元周期（主方向Ｘの周期約２μであって副方向Ｙの周期約２μｍ）で深さＨ１が約１８μｍである市松模様の格子領域１２ｃが形成される。ドット１２３は、空孔１２３である。格子形成母材１１における前記基礎部分の厚さＨ２は、約１００μｍである。熱応力層１３ｃは、格子形成母材１１の他方主面全面上に、形成温度５００℃でクリプトンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法によって形成された約５μｍのクロム膜である。このような各寸法の湾曲型格子ＤＧでは、格子が開くように湾曲し、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径１．１ｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径１．１ｍで湾曲した（Ｒｘ＝Ｒｙ＝１．１ｍ）。
【０１０６】
また、上述では、応力層１３（１３ａ〜１３ｃ）は、無機材料の石英膜や金属材料のクロム膜であったが、これに限定されるものではない。応力層１３（１３ａ〜１３ｃ）は、例えば、樹脂材料で形成された樹脂膜であってもよい。
【０１０７】
前記樹脂膜の応力層１３を備える湾曲型格子ＤＧは、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域１２を格子形成母材１１の一方面に形成する格子形成工程が実施され、次に、応力層形成工程が実施される。この応力層形成工程は、所定の溶媒に所定の樹脂を溶解した樹脂溶液を用いた樹脂溶液層を、前記他方面の面上に形成する樹脂溶液層形成工程と、前記溶媒を前記樹脂溶液層から除去する溶媒除去工程とを備えている。そして、格子形成母材１１を樹脂膜の応力層１３によって湾曲させる湾曲工程が実施される。
【０１０８】
一例をとして、まず、ガラスによって形成された平坦な板状の格子形成母材１１が用意される。例えば、厚さ５０μｍのガラス基板が用意される。
【０１０９】
次に、互いに同じ形状の複数の部材を一次元周期的に設けた格子領域１２ａが格子形成母材１１の一方主面に形成される（格子形成工程）。例えば、前記ガラス基板の一方主面全面上に、厚さ５Å（オングストローム）の金がスパッタリング法によって成膜され、この金膜上に、厚さ１００μｍのレジスト層がスピンコートによって成膜され（レジスト層形成工程）、これにフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーによってレジスト層が露光され（露光工程）、現像することによってレジスト層が櫛歯状に除去される（現像工程）。これによって一次元周期構造である櫛歯構造の格子領域１２ａが形成された。レジストには、ネガ型の例えばＳＵ−８が用いられた。この格子領域１２ａは、レジストの第１部分１２１の幅約６μｍで深さ約１００μｍであって、周期２２．８μｍであった。
【０１１０】
次に、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に、樹脂膜の応力層１３が前記他方主面全面に形成される（応力層形成工程）。例えば、所定の溶媒としてトルエンにポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を溶解した液状組成物をワイヤーバーで塗布することによって、ウェット膜厚で８０μｍの樹脂溶液層が、前記他方主面の面上に形成される（樹脂溶液層形成工程）。次に、これが、室温にて約２分間乾燥され、これによって溶媒のトルエンが前記樹脂溶液層から除去される（溶媒除去工程）。これによってポリメチルメタクリレート膜（ＰＭＭＡ膜）の応力層１３が形成される。
【０１１１】
この樹脂溶液層からトルエンが除去されてＰＭＭＡ膜の応力層１３が形成される際に、樹脂溶液層が収縮してＰＭＭＡ膜の応力層１３となるので、前記収縮による内部応力が生じる。ＰＭＭＡ膜の応力層１３における内部応力によって、ガラス基板の格子形成母材１１が、湾曲させられる（湾曲工程）。上述の例では、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径６０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径３００ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝６０ｍｍ、Ｒｙ＝３００ｍｍ）。
【０１１２】
さらに、この例では、レジストの各第１部分１２１の間に、電鋳法によって、金がそれぞれ埋め込まれ、金の第２部分１２２が形成された。
【０１１３】
なお、上述では、所定の応力として収縮による内部応力を生じさせる樹脂膜は、ＰＭＭＡ膜であったが、これに限定されるものではなく、他の樹脂膜であってもよい。例えば、収縮による内部応力を生じさせる樹脂膜は、ポリカーボネートをテトラヒドロフランに溶解した液状組成物から形成されたポリカーボネート膜であってもよい。
【０１１４】
また、前記樹脂膜は、例えば、所定の応力として熱応力を生じさせるポリイミド膜である。このポリイミド膜の応力層１３を備える湾曲型格子ＤＧは、上述と同様の格子形成工程が実施され、次に、応力層形成工程が実施される。この応力層形成工程は、所定の溶媒にポリイミド前駆体を溶解したポリイミド前駆体溶液を用いたポリイミド前駆体溶液層を、前記一方面および前記他方面の少なくとも一方の面上に形成するポリイミド前駆体溶液層形成工程と、前記溶媒をポリイミド前駆体溶液層から除去する溶媒除去工程と、イミド化することによって前記ポリイミド前駆体溶液層からポリイミド層を形成するイミド化工程とを備えている。そして、格子形成母材１１をポリイミド膜の応力層１３によって湾曲させる湾曲工程が実施される。
【０１１５】
一例をとして、上述と同様の格子形成工程によって、例えばＵＳ−８のレジスト層を櫛歯状に除去することによって形成した一次元周期構造の櫛歯構造の格子領域１２ａを一方主面上に金膜を介して持つガラス製の格子形成母材１１が形成される。各寸法は、上述と同様である。
【０１１６】
次に、格子形成母材１１の一方主面に対向する他方主面の面上に、ガラス製の格子形成母材１１の第１熱膨張係数α１と異なる第２熱膨張係数α２を持つポリイミド膜の応力層１３が前記他方主面全面に形成される（応力層形成工程）。例えば、所定の溶媒にポリイミド前駆体を溶解したポリイミド前駆体溶液をスピンコートすることによってポリイミド前駆体溶液層が、前記他方主面の面上に形成される（ポリイミド前駆体溶液層形成工程）。次に、これが、窒素雰囲気中において約１５０℃で約３０分間加熱され、これによって前記溶媒がポリイミド前駆体溶液層から除去される（溶媒除去工程）。そして、これが、約３８０℃で約２時間加熱され、これによってイミド化されて前記ポリイミド前駆体溶液層から厚さ約１２μｍのポリイミド膜が形成される（イミド化工程）。
【０１１７】
そして、ガラス基板の格子形成母材１１が、ポリイミド膜の応力層１３によって湾曲させられる（湾曲工程）。上述の例では、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径６０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径２３０ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝６０ｍｍ、Ｒｙ＝２３０ｍｍ）。
【０１１８】
さらに、この例では、レジストの各第１部分１２１の間に、電鋳法によって、金がそれぞれ埋め込まれ、金の第２部分１２２が形成された。
【０１１９】
また、上述したように、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた成膜では、一般に、成膜の間、雰囲気ガスであるアルゴンが石英膜中に一旦取り込まれ、その後、アルゴンが石英膜から放出される。このため、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いた成膜した石英膜は、アルゴンが石英膜から放出されることによって収縮し、これによって引っ張り応力の内部応力が生じる。そこで、上述の第１ないし第３実施形態における湾曲型格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｃ）において、応力層１３ａ〜１３ｃは、アルゴンプラズマ雰囲気中のスパッタリング法を用いて成膜されてもよい。
【０１２０】
一例として、第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃにおける格子形成母材１１と同様な格子形成母材１１が、アルゴンプラズマ雰囲気中で、スパッタリングによって、石英を加熱無しに、平坦な前記他方主面の面上全面に約１０μｍで形成した。なお、第３実施形態の湾曲型格子ＤＧｃでは、格子形成母材１１における前記基礎部分の厚さＨ２は、約１００μｍであったが、この例では、前記厚さＨ２は、約５０μｍである。この応力層１３によって湾曲すると、格子形成母材１１は、主方向Ｘに沿って曲率半径１３５０ｍｍで湾曲し、副方向Ｙに沿って曲率半径１３５０ｍｍで湾曲した（Ｒｘ＝Ｒｙ＝１３５０ｍｍ）。
【０１２１】
また、上述の湾曲型格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｃ）において、応力層１３が圧縮応力型および引張応力型のいずれかによって、そして、電鋳法によって金の第２部分１２２を形成する工程が応力層形成工程の以前および以後のいずれかによって、種々の態様の製造工程がある。図９は、圧縮応力型の熱応力層を形成する場合における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。図９（Ａ）は、その第１態様の場合を示し、そして、図９（Ｂ）は、その第２態様の場合を示している。図１０は、引張応力型の熱応力層を形成する場合における湾曲型格子の製造工程を説明するための断面図である。図１０（Ａ）は、その第３態様の場合を示し、そして、図１０（Ｂ）は、その第４態様の場合を示している。
【０１２２】
圧縮応力型の応力層１３は、応力層１３が格子形成母材１１より伸張することで、格子形成母材１１がそれを戻そうとして、応力層１３に圧縮応力がかかる。引張応力型の応力層１３は、応力層１３が格子形成母材１１より収縮することで、格子形成母材１１がそれを戻そうとして、応力層１３に引張応力がかかる。
【０１２３】
圧縮応力型の応力層１３ｄを形成する場合における湾曲型格子ＤＧの製造工程において、第１態様では、まず、格子形成工程が実施され、周期的に配列された複数の凹部ＳＤを形成することによって格子領域１２ａが形成される。次に、応力層形成工程が実施され、圧縮応力型の応力層１３ｄが格子形成母材１１の他方主面全面上に形成される（図９（Ａ１））。次に、湾曲工程が実施され、圧縮応力型の応力層１３ｄによって格子形成母材１１は、一方主面（格子領域１２ａの格子面）が縮小するように湾曲される（図９（Ａ２））。そして、金属埋設工程が実施され、格子領域１２ａの各凹部ＳＤ内に金属（例えば金）が例えば電鋳法によって埋められる。これによって格子形成母材１１の材料（第１部分１２５）と金属（第２部分１２６）とからなる格子領域１２ｃが形成される（図９（Ａ３））。
【０１２４】
圧縮応力型の応力層１３ｄを形成する場合における湾曲型格子ＤＧの製造工程において、第２態様では、まず、格子形成工程が実施され、周期的に配列された複数の凹部ＳＤを形成することによって格子領域１２ａが形成される。次に、金属埋設工程が実施され、格子領域１２ａの各凹部ＳＤ内に金属（例えば金）が例えば電鋳法によって埋められる。これによって格子形成母材１１の材料（第１部分１２５）と金属（第２部分１２６）とからなる格子領域１２ｃが形成される（図９（Ｂ１））。次に、応力層形成工程が実施され、圧縮応力型の応力層１３ｄが格子形成母材１１の他方主面全面上に形成される（図９（Ｂ２））。そして、湾曲工程が実施され、圧縮応力型の応力層１３ｄによって格子形成母材１１は、一方主面（格子領域１２ｃの格子面）が縮小するように湾曲される（図９（Ｂ３））。
【０１２５】
また、引張応力型の応力層１３ｅを形成する場合における湾曲型格子ＤＧの製造工程において、第３態様では、まず、格子形成工程が実施され、周期的に配列された複数の凹部ＳＤを形成することによって格子領域１２ａが形成される。次に、応力層形成工程が実施され、圧縮応力型の応力層１３ｅが格子形成母材１１の他方主面全面上に形成される（図１０（Ａ１））。次に、湾曲工程が実施され、引張応力型の応力層１３ｅによって格子形成母材１１は、一方主面（格子領域１２ａの格子面）が拡大するように湾曲される（図１０（Ａ２））。そして、金属埋設工程が実施され、格子領域１２ａの各凹部ＳＤ内に金属（例えば金）が例えば電鋳法によって埋められる。これによって格子形成母材１１の材料（第１部分１２５）と金属（第２部分１２６）とからなる格子領域１２ｃが形成される（図１０（Ａ３））。
【０１２６】
引張応力型の応力層１３ｅを形成する場合における湾曲型格子ＤＧの製造工程において、第４態様では、まず、格子形成工程が実施され、周期的に配列された複数の凹部ＳＤを形成することによって格子領域１２ａが形成される。次に、金属埋設工程が実施され、格子領域１２ａの各凹部ＳＤ内に金属（例えば金）が例えば電鋳法によって埋められる。これによって格子形成母材１１の材料（第１部分１２５）と金属（第２部分１２６）とからなる格子領域１２ｃが形成される（図１０（Ｂ１））。次に、応力層形成工程が実施され、引張応力型の応力層１３ｅが格子形成母材１１の他方主面全面上に形成される（図１０（Ｂ２））。そして、湾曲工程が実施され、引張応力型の応力層１３ｅによって格子形成母材１１は、一方主面（格子領域１２ｃの格子面）が拡大するように湾曲される（図１０（Ｂ３））。
【０１２７】
このように格子形成工程は、周期的に配列された複数の凹部ＳＤを形成することによって格子領域１２ａを形成し、応力層形成工程の以前または以後に、前記凹部ＳＤ内に金属を埋める金属埋設工程が実施される。
【０１２８】
このように周期的に配列された複数の凹部ＳＤ内に金属を埋めた湾曲型格子（湾曲型金属格子）ＤＧは、種々の態様による製造工程によって製造され、特に、Ｘ線用に好適である。
【０１２９】
また、上述の湾曲型格子ＤＧでは、格子形成母材１１の一方面に対向する他方面の面上に、応力を生じさせる応力層１３が形成されたが、これに加えて、格子形成母材１１の一方面の面上にも、応力を生じさせる応力層１３が形成されてもよい。すなわち、応力層１３は、格子形成母材１１における前記一方主面および前記他方主面の両面上にそれぞれ形成されてもよい。また、このような格子形成母材１１の両面に応力層１３が形成されている場合に、一方の応力層１３は、引っ張り応力を生じ、他方の応力層１３は、圧縮応力を生じてもよい。
【０１３０】
また、上述の湾曲型格子ＤＧは、格子ユニットに用いられてもよい。この格子ユニットは、１つの格子面を形成するように配置された複数の格子を備え、前記複数の格子のうちの少なくとも１つとは、上述のいずれかの湾曲型格子ＤＧである。このような格子ユニットは、湾曲型格子ＤＧを含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。
【０１３１】
次に、別の実施形態について説明する。
【０１３２】
（第４および第５実施形態；タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上述の湾曲型格子ＤＧおよび格子ユニットは、一適用例として、Ｘ線用のタルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計に好適に用いることができる。この湾曲型格子ＤＧおよび格子ユニットを用いたＸ線用タルボ干渉計およびＸ線用タルボ・ロー干渉計について説明する。
【０１３３】
図１１は、第４実施形態におけるＸ線用タルボ干渉計の構成を示す斜視図である。図１２は、第５実施形態におけるＸ線用タルボ・ロー干渉計の構成を示す上面図である。図１１および図１２も作図の都合上、格子は、湾曲していない状態で図示されている。
【０１３４】
第４実施形態のＸ線用タルボ干渉計２００Ａは、図１１に示すように、所定の波長のＸ線を放射するＸ線源２０１と、Ｘ線源２０１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子２０２と、第１回折格子２０２により回折されたＸ線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第２回折格子２０３とを備え、第１および第２回折格子２０２、２０３がＸ線タルボ干渉計を構成する条件に設定される。そして、第２回折格子２０３により画像コントラストの生じたＸ線は、例えば、Ｘ線を検出するＸ線画像検出器２０５によって検出される。
【０１３５】
そして、このＸ線用タルボ干渉計２００Ａでは、第１回折格子２０２および第２回折格子２０３の少なくとも一方は、前記湾曲型格子ＤＧまたは格子ユニットである。第１回折格子２０２および第２回折格子２０３の少なくとも一方を、上述の製造方法によって製造することによって、前記一方は、上述したいわゆるケラレを低減可能な、点波源による球面波に沿うように湾曲した格子となる。または、前記一方を格子ユニットで構成した場合、前記格子ユニットは、湾曲型格子ＤＧを含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。
【０１３６】
タルボ干渉計２００Ａを構成する前記条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、第１回折格子２０２が位相型回折格子であることを前提としている。
ｌ＝λ／（ａ／（Ｌ＋Ｚ１＋Ｚ２））      ・・・（式１）
Ｚ１＝（ｍ＋１／２）×（ｄ２／λ）      ・・・（式２）
ここで、ｌは、可干渉距離であり、λは、Ｘ線の波長（通常は中心波長）であり、ａは、回折格子の回折部材にほぼ直交する方向におけるＸ線源２０１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源２０１から第１回折格子２０２までの距離であり、Ｚ１は、第１回折格子２０２から第２回折格子２０３までの距離であり、Ｚ２は、第２回折格子２０３からＸ線画像検出器２０５までの距離であり、ｍは、整数であり、ｄは、回折部材の周期（回折格子の周期、格子定数、隣接する回折部材の中心間距離、前記ピッチＰ）である。
【０１３７】
このようなＸ線用タルボ干渉計２００Ａでは、Ｘ線源２０１から第１回折格子２０２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、第１回折格子２０２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が第２回折格子２０３で作用を受け、モアレ縞の画像コントラストを形成する。そして、この画像コントラストがＸ線画像検出器２０５で検出される。
【０１３８】
タルボ効果とは、回折格子に光が入射されると、或る距離に前記回折格子と同じ像（前記回折格子の自己像）が形成されることをいい、この或る距離をタルボ距離Ｌといい、この自己像をタルボ像という。タルボ距離Ｌは、回折格子が位相型回折格子の場合では、上記式２に表されるＺ１となる（Ｌ＝Ｚ１）。タルボ像は、Ｌの奇数倍（＝（２ｍ＋１）Ｌ、ｍは、整数）では、反転像が現れ、Ｌの偶数倍（＝２ｍＬ）では、正像が現れる。
【０１３９】
ここで、Ｘ線源２０１と第１回折格子２０２との間に被検体Ｓが配置されると、前記モアレ縞は、被検体Ｓによって変調を受け、この変調量が被検体Ｓによる屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。このため、モアレ縞を解析することによって被検体Ｓおよびその内部の構造が検出される。
【０１４０】
このような図１１に示す構成のタルボ干渉計２００Ａでは、Ｘ線源２０１は、単一の点光源（点波源）であり、このような単一の点光源は、単一のスリット（単スリット）を形成した単スリット板をさらに備えることで構成することができ、Ｘ線源２０１から放射されたＸ線は、前記単スリット板の前記単スリットを通過して被写体Ｓを介して第１回折格子２０２に向けて放射される。前記スリットは、一方向に延びる細長い矩形の開口である。
【０１４１】
一方、タルボ・ロー干渉計２００Ｂは、図１２に示すように、Ｘ線源２０１と、マルチスリット板２０４と、第１回折格子２０２と、第２回折格子２０３とを備えて構成される。すなわち、タルボ・ロー干渉計２００Ｂは、図１１に示すタルボ干渉計２００Ａに加えて、Ｘ線源２０１のＸ線放射側に、複数のスリットを並列に形成したマルチスリット板２０４をさらに備えて構成される。
【０１４２】
このマルチスリット板２０４は、上述の製造方法によって製造された湾曲型格子ＤＧまたは格子ユニットであってよい。マルチスリット板２０４を、上述の製造方法によって製造することによって、マルチスリット板２０４は、上述したいわゆるケラレを低減可能な、点波源による球面波に沿うように湾曲した格子となる。特にマルチスリット板２０４は、第１回折格子２０２や第２回折格子２０３より、より波源に距離的に近いので、マルチスリット板２０４は、第１回折格子２０２や第２回折格子２０３より曲率半径の小さな大きく湾曲した格子となる。または、マルチスリット板２０４を格子ユニットで構成した場合、格子ユニットは、湾曲型格子ＤＧを含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、上述したいわゆるケラレを低減しつつ、より大きな格子面を形成できる。
【０１４３】
そして、タルボ・ロー干渉計２００Ｂとすることによって、タルボ干渉計２００Ａよりも、被写体Ｓを介して第１回折格子２０２に向けて放射されるＸ線量が増加するので、より良好なモアレ縞が得られる。
【０１４４】
次に、別の実施形態について説明する。
【０１４５】
（第６実施形態；Ｘ線撮像装置）
湾曲型格子ＤＧおよび前記格子ユニットは、種々の光学装置に利用することができるが、例えば、Ｘ線撮像装置に好適に用いることができる。特に、Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮像装置は、Ｘ線を波として扱い、被写体を通過することによって生じるＸ線の位相シフトを検出することによって、被写体の透過画像を得る位相コントラスト法の一つであり、被写体によるＸ線吸収の大小をコントラストとした画像を得る吸収コントラスト法に較べて、約１０００倍の感度改善が見込まれ、それによってＸ線照射量が例えば１／１００〜１／１０００に軽減可能となるという利点がある。本実施形態では、前記格子ユニットを用いたＸ線タルボ干渉計を備えたＸ線撮像装置について説明する。
【０１４６】
図１３は、第６実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。図１３において、Ｘ線撮像装置３００は、Ｘ線撮像部３０１と、第２回折格子３０２と、第１回折格子３０３と、Ｘ線源３０４とを備え、さらに、本実施形態では、Ｘ線源３０４に電源を供給するＸ線電源部３０５と、Ｘ線撮像部３０１の撮像動作を制御するカメラ制御部３０６と、本Ｘ線撮像装置３００の全体動作を制御する処理部３０７と、Ｘ線電源部３０５の給電動作を制御することによってＸ線源３０４におけるＸ線の放射動作を制御するＸ線制御部３０８とを備えて構成される。
【０１４７】
Ｘ線源３０４は、Ｘ線電源部３０５から給電されることによって、Ｘ線を放射し、第１回折格子３０３へ向けてＸ線を照射する装置である。Ｘ線源３０４は、例えば、Ｘ線電源部３０５から供給された高電圧が陰極と陽極との間に印加され、陰極のフィラメントから放出された電子が陽極に衝突することによってＸ線を放射する装置である。
【０１４８】
第１回折格子３０３は、Ｘ線源３０４から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じる透過型の回折格子である。第１回折格子３０３は、例えば、上述の前記格子ユニットである。第１回折格子３０３は、タルボ効果を生じる条件を満たすように構成されており、Ｘ線源３０４から放射されたＸ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数（回折格子の周期）ｄが当該Ｘ線の波長の約２０倍以上である位相型回折格子である。なお、第１回折格子３０３は、振幅型回折格子であってもよい。
【０１４９】
第２回折格子３０２は、第１回折格子３０３から略タルボ距離Ｌ離れた位置に配置され、第１回折格子３０３によって回折されたＸ線を回折する透過型の振幅型回折格子である。この第２回折格子３０２も、第１回折格子３０３と同様に、例えば、上述の前記格子ユニットである。
【０１５０】
第１回折格子３０３において、第１回折格子３０３を構成する複数の湾曲型格子ＤＧのそれぞれは、受光面の中心を通る法線が点光源としてのＸ線源３０４の放射源を通るように、Ｘ線源３０４の前記放射源を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って配列されることが好ましく、そして、第１回折格子３０３を構成する複数の湾曲型格子ＤＧのそれぞれは、曲率半径の中心が点光源としてのＸ線源３０４の放射源に位置するように、配列されることが好ましい。また、第２回折格子３０２において、第２回折格子３０２を構成する複数の湾曲型格子ＤＧのそれぞれは、受光面の中心を通る法線が点光源としてのＸ線源３０４の放射源を通るように、Ｘ線源３０４の前記放射源を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って配列されることが好ましく、そして、第２回折格子３０２を構成する複数の湾曲型格子ＤＧのそれぞれは、曲率半径の中心が点光源としてのＸ線源３０４の放射源に位置するように、配列されることが好ましい。
【０１５１】
そして、これら第１および第２回折格子３０３、３０２は、上述の式１および式２によって表されるタルボ干渉計を構成する条件に設定されている。
【０１５２】
Ｘ線撮像部３０１は、第２回折格子３０２によって回折されたＸ線の像を撮像する装置である。Ｘ線撮像部３０１は、例えば、Ｘ線のエネルギーを吸収して蛍光を発するシンチレータを含む薄膜層が受光面上に形成された二次元イメージセンサを備えるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）や、入射フォトンを光電面で電子に変換し、この電子をマイクロチャネルプレートで倍増し、この倍増された電子群を蛍光体に衝突させて発光させるイメージインテンシファイア部と、イメージインテンシファイア部の出力光を撮像する二次元イメージセンサとを備えるイメージインテンシファイアカメラなどである。
【０１５３】
処理部３０７は、Ｘ線撮像装置３００の各部を制御することによってＸ線撮像装置３００全体の動作を制御する装置であり、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を備えて構成され、機能的に、画像処理部３７１およびシステム制御部３７２を備えている。
【０１５４】
システム制御部３７２は、Ｘ線制御部３０８との間で制御信号を送受信することによってＸ線電源部３０５を介してＸ線源３０４におけるＸ線の放射動作を制御すると共に、カメラ制御部３０６との間で制御信号を送受信することによってＸ線撮像部３０１の撮像動作を制御する。システム制御部３７２の制御によって、Ｘ線が被写体Ｓに向けて照射され、これによって生じた像がＸ線撮像部３０１によって撮像され、画像信号がカメラ制御部３０６を介して処理部３０７に入力される。
【０１５５】
画像処理部３７１は、Ｘ線撮像部３０１によって生成された画像信号を処理し、被写体Ｓの画像を生成する。
【０１５６】
次に、本実施形態のＸ線撮像装置の動作について説明する。被写体Ｓが例えばＸ線源３０４を内部（背面）に備える撮影台に載置されることによって、被写体ＳがＸ線源３０４と第１回折格子３０３との間に配置され、Ｘ線撮像装置３００のユーザ（オペレータ）によって図略の操作部から被写体Ｓの撮像が指示されると、処理部３０７のシステム制御部３７２は、被写体Ｓに向けてＸを照射すべくＸ線制御部３０８に制御信号を出力する。この制御信号によってＸ線制御部３０８は、Ｘ線電源部３０５にＸ線源３０４へ給電させ、Ｘ線源３０４は、Ｘ線を放射して被写体Ｓに向けてＸ線を照射する。
【０１５７】
照射されたＸ線は、被写体Ｓを介して第１回折格子３０３を通過し、第１回折格子３０３によって回折され、タルボ距離Ｌ（＝Ｚ１）離れた位置に第１回折格子３０３の自己像であるタルボ像Ｔが形成される。
【０１５８】
この形成されたＸ線のタルボ像Ｔは、第２回折格子３０２によって回折され、モアレを生じてモアレ縞の像が形成される。このモアレ縞の像は、システム制御部３７２によって例えば露光時間などが制御されたＸ線撮像部３０１によって撮像される。
【０１５９】
Ｘ線撮像部３０１は、モアレ縞の像の画像信号をカメラ制御部３０６を介して処理部３０７へ出力する。この画像信号は、処理部３０７の画像処理部３７１によって処理される。
【０１６０】
ここで、被写体ＳがＸ線源３０４と第１回折格子３０３との間に配置されているので、被写体Ｓを通過したＸ線には、被写体Ｓを通過しないＸ線に対し位相がずれる。このため、第１回折格子３０３に入射したＸ線には、その波面に歪みが含まれ、タルボ像Ｔには、それに応じた変形が生じている。このため、タルボ像Ｔと第２回折格子３０２との重ね合わせによって生じた像のモアレ縞は、被写体Ｓによって変調を受けており、この変調量が被写体Ｓによる屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。したがって、モアレ縞を解析することによって被写体Ｓおよびその内部の構造を検出することができる。また、被写体Ｓを複数の角度から撮像することによってＸ線位相ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）により被写体Ｓの断層画像が形成可能である。
【０１６１】
そして、本実施形態の第２回折格子３０２では、高アスペクト比の金属部分１２ｂを備える上述した実施形態における金属格子ＤＧであるので、良好なモアレ縞が得られ、高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
【０１６２】
また、格子ユニットの湾曲型格子ＤＧがボッシュプロセスによってシリコンウェハがドライエッチングされる場合には、前記凹部の側面（第１部分１２１の側面）がより平坦となり、高精度に第２回折格子３０２を形成することができる。このため、より良好なモアレ縞が得られ、より高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
【０１６３】
なお、上述のＸ線撮像装置３００は、Ｘ線源３０４、第１回折格子３０３および第２回折格子３０２によってタルボ干渉計を構成したが、Ｘ線源３０４のＸ線放射側にマルチスリットとしての上述の湾曲型格子ＤＧをさらに配置することで、タルボ・ロー干渉計を構成してもよい。このようなタルボ・ロー干渉計とすることで、単スリットの場合よりも被写体Ｓに照射されるＸ線量を増加することができ、より良好なモアレ縞が得られ、より高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
【０１６４】
また、上述のＸ線撮像装置３００では、Ｘ線源３０４と第１回折格子３０３との間に被写体Ｓが配置されたが、第１回折格子３０３と第２回折格子３０２との間に被写体Ｓが配置されてもよい。
【０１６５】
また、上述のＸ線撮像装置３００では、Ｘ線の像がＸ線撮像部３０１で撮像され、画像の電子データが得られたが、Ｘ線フィルムによって撮像されてもよい。
【０１６６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【０１６７】
ＤＧ、ＤＧａ、ＤＧｂ、ＤＧｃ  湾曲型格子
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  格子領域
１２１、１２３、１２５  第１部分
１２２、１２４、１２６  第２部分
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ  応力層
２００Ａ  タルボ干渉計
２００Ｂ  タルボ・ロー干渉計
３００  Ｘ線撮像装置
【図１】
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【図２】
2014190781.tif 000004
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図４】
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