(57)【要約】【課題】小格子を湾曲面上に精度よく並べて大面積化した回折格子を提供する。【解決手段】（Ａ）に示すように、平板状の第１の支持基板３１上に複数枚の小格子１９ａ〜１９ｄを位置決めして接合し、その上に第２の接合基板３２を接合して接合格子板３３を形成する。（Ｂ）に示すように、接合格子板用吸着パッド４２により接合格子板３３を吸着して湾曲させ、凹面ステージ３４の凹面３４ａ上に接合する。（Ｃ）に示すように、接合格子板３３の上に凸面ステージ３５の凸面３５ａを接合し、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５により接合格子板３３を挟み込むことにより、接合格子板３３の湾曲を維持する。【選択図】図７
2012013530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子を、放射線透過性を有する第１の支持基板に接合して接合格子板を形成する工程と、
前記接合格子板を湾曲させる工程とを備えたことを特徴とする回折格子の製造方法。
【請求項２】
前記小格子は、前記放射線遮蔽部及び前記放射線透過部が一致するように、複数枚が配列されていることを特徴とする請求項１記載の回折格子の製造方法。
【請求項３】
前記接合格子板を形成する工程は、前記第１の支持基板に接合された前記小格子の上に、放射線透過性を有する第２の支持基板を接合し、前記第１及び第２の支持基板により前記小格子を挟み込む工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の回折格子の製造方法。
【請求項４】
前記接合格子板を湾曲させる工程は、前記接合格子板が、凹面状または凸面状の保持面を有する第１のステージの前記保持面に保持されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の回折格子の製造方法。
【請求項５】
前記接合格子板は、前記保持面に対応した凹面状または凸面状の吸着面を備えた吸着手段により吸着されて湾曲し、前記吸着手段から前記保持面に移設されることを特徴とする請求項４記載の回折格子の製造方法。
【請求項６】
前記吸着手段から前記保持面に前記接合格子板を移設する工程は、
前記第１のステージの前記小格子に対面する位置に設けられた開口内に挿脱自在とされた補助ステージにより、前記吸着手段に吸着されている前記接合格子板を保持する工程と、
前記第１のステージを前記接合格子板に向けて移動させ、前記第１のステージと前記吸着手段とによって前記接合格子板を挟み込む工程と、
前記接合格子板から、前記吸着手段と前記補助ステージとを退避させる工程とからなることを特徴とする請求項５記載の回折格子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のステージにより保持された前記接合格子板の上に第２のステージを重ね、前記第１及び第２のステージで前記接合格子板を挟み込む工程を含むことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の回折格子の製造方法。
【請求項８】
前記第２のステージは、前記小格子に対面する位置に開口が設けられていることを特徴とする請求項７記載の回折格子の製造方法。
【請求項９】
前記小格子の外周に補強部が設けられていることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の支持基板には、前記小格子を接合する際の位置決めに用いられるマークが設けられていることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の回折格子の製造方法。
【請求項１１】
前記マークは、前記小格子の端縁が当接される凸状部であることを特徴とする請求項１０記載の回折格子の製造方法。
【請求項１２】
放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子と、
放射線透過性を有し、前記小格子を挟み込む第１及び第２の支持基板とを備えたことを特徴とする回折格子。
【請求項１３】
前記小格子と前記第１及び第２の支持基板とからなる接合格子板を保持する放射線透過性を有した第１のステージを備えたことを特徴とする請求項１２記載の回折格子。
【請求項１４】
放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子と、放射線透過性を有し、前記小格子が接合される第１の支持基板とからなる接合格子板と、
放射線透過性を有し、前記接合格子板を保持する第１のステージとを備えたことを特徴とする回折格子。
【請求項１５】
前記第１のステージは、前記接合格子板を保持する凹面状または凸面状の保持面を有し、前記接合格子板は、前記保持面に沿って湾曲されることを特徴とする請求項１３または１４記載の回折格子。
【請求項１６】
放射線透過性を有し、前記第１のステージとの間に前記接合格子板を挟み込む第２のステージを備えたことを特徴とする請求項１３〜１５いずれか記載の回折格子。
【請求項１７】
前記第１及び第２のステージは、前記小格子に対面する位置に開口が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の回折格子。
【請求項１８】
前記第１及び第２のステージを挟み込んで補強する補強部材を備えたことを特徴とする請求項１６または１７記載の回折格子。
【請求項１９】
前記小格子は、前記放射線遮蔽部及び前記放射線透過部が一致するように、複数枚が配列されていることを特徴とする請求項１２〜１８いずれか記載の回折格子。
【請求項２０】
前記小格子の外周に補強部が設けられていることを特徴とする請求項１２〜１９いずれか記載の回折格子。
【請求項２１】
放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える第２の回折格子と、前記放射線源と前記第１の回折格子との間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子と、前記第２の回折格子により前記各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器とを有する放射線撮影装置であって、
前記第１〜第３の回折格子の少なくとも１つに、請求項１２〜２０いずれか記載の回折格子を用いたことを特徴とする放射線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相イメージングを行なう放射線撮影装置と、この放射線影装置に用いられる回折格子と、その製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいた画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの一種として、タルボ干渉効果を用いたＸ線撮影システムが考案されている。
【０００３】
上記Ｘ線撮影システムは、被検体の背後に配置した第１の回折格子と、第１の回折格子の格子ピッチとＸ線波長で決まる特定距離（タルボ干渉距離）だけＸ線の照射方向の下流に配置した第２の回折格子と、その背後に配置したＸ線画像検出器とを有する。第１の回折格子を通過したＸ線は、タルボ干渉効果により第２の回折格子の位置で自己像（縞画像）を形成する。この自己像は、被検体とＸ線との相互作用（位相変化）により変調を受けているので、第２の回折格子との重ね合わせにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出することにより、被検体による縞画像の変化（位相ズレ）から被検体の位相コントラスト画像を取得することができる。
【０００４】
第１及び第２の回折格子は、Ｘ線を透過するＸ線透過部と、Ｘ線を吸収するＸ線吸収部とを交互に配列した縞状の構造を有し、被検体による縞画像の変化を検出するため、Ｘ線遮蔽部の配列方向におけるピッチが数μｍという微細な構造を必要とする。また、第１及び第２の回折格子は、Ｘ線吸収部に高いＸ線吸収性を必要とするため、Ｘ線の進行方向の厚みが１００μｍ程度という高アスペクト比な構造を必要とする。そのため、第１及び第２の回折格子の製作には、微細な加工が可能なシリコン半導体プロセスが用いられている。
【０００５】
上記Ｘ線撮影システムにおいて、撮影視野サイズを拡大するには、第１及び第２の回折格子の面積を大きくすればよい。しかし、シリコン半導体プロセスでは、加工可能なウエハのサイズが制限されるので、ウエハ以上に大きな回折格子を製作することができない。
【０００６】
また、第１及び第２の回折格子を大面積化した場合、第１及び第２の回折格子の周縁部でのＸ線のケラレへの対処と、格子の厚さ方向における収束性のコントロールとが必要になる。すなわち、Ｘ線源は点光源とみなせるため、Ｘ線源から照射されたコーンビーム状のＸ線は、そこから離れた距離の分だけスポットサイズが拡大される。そして、その波面は、光源からの等距離の関係が維持されるため湾曲した面になり、回折格子の中心部と周縁部でのＸ線の入射角度は異なるものとなる。したがって、大面積の回折格子を使用した場合、入射角度の違いにより周縁部のＸ線の入射角度と回折格子の角度が平行でないためケラレが発生し、結果として不透過の領域ができ、有効面積が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−３０４７３８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
第１及び第２の回折格子を大面積化する手法として、特許文献１または２に開示されているように、小さなサイズの回折格子（以下、小格子と呼ぶ）を複数枚並べることが考えられる。また、第１及び第２の回折格子を大面積化した際に、第１及び第２の回折格子の周縁部で生じるＸ線のケラレを解消するには、Ｘ線の波面に合わせて第１及び第２の回折格子を湾曲形状にすればよい。したがって、これらを組み合わせれば、大面積でＸ線のケラレが発生しない第１及び第２の回折格子を得ることができる。しかし、平板状で微細な構造を有する小格子を湾曲面上に精度よく並べるのは困難であり、従来、そのような回折格子の製造方法は発明されていない。
【０００９】
また、シリコン半導体プロセスを用いて作成された回折格子は、厚さが数百μｍ程度と非常に薄く剛性が低いため、Ｘ線撮影装置内において回折格子が破損しないように保持するための保持構造が必要である。
【００１０】
本発明の目的は、小格子を湾曲面上に精度よく並べて大面積化した回折格子と、その製造方法とを提供することにある。また、非常に薄い回折格子をＸ線撮影装置に組み込むための保持構造を提供することも本発明に含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の回折格子の製造方法は、放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子を、放射線透過性を有する第１の支持基板に接合して接合格子板を形成する工程と、接合格子板を湾曲させる工程とを備えている。小格子は、放射線遮蔽部及び放射線透過部が一致するように、複数枚が配列されていることが好ましい。
【００１２】
接合格子板を形成する工程は、第１の支持基板に接合された小格子の上に、放射線透過性を有する第２の支持基板を接合し、第１及び第２の支持基板により小格子を挟み込む工程を含んでいてもよい。
【００１３】
また、接合格子板を湾曲させる工程は、接合格子板が、凹面状または凸面状の保持面を有する第１のステージの保持面に保持されるようにすることが好ましい。その際に、接合格子板は、保持面に対応した凹面状または凸面状の吸着面を備えた吸着手段により吸着されて湾曲し、この吸着手段から保持面に移設されるようにするのが好ましい。
【００１４】
吸着手段から保持面に接合格子板を移設する工程は、第１のステージの小格子に対面する位置に設けられた開口内に挿脱自在とされた補助ステージにより、吸着手段に吸着されている接合格子板を保持する工程と、第１のステージを接合格子板に向けて移動させ、第１のステージと吸着手段とによって接合格子板を挟み込む工程と、接合格子板から、吸着手段と補助ステージとを退避させる工程とから構成してもよい。
【００１５】
更に、第１のステージにより保持された接合格子板の上に第２のステージを重ね、第１及び第２のステージにより接合格子板を挟み込んでもよい。この場合、第１のステージと同様に、第２のステージにも小格子に対面する位置に開口が設けられていることが好ましい。
【００１６】
小格子の外周に、メカ的強度を向上させる補強部を設けてもよい。また、第１の支持基板には、小格子を接合する際の位置決めに用いられるマークを設けてもよい。このマークは、小格子の端縁が当接される凸状部としてもよい。
【００１７】
また、本発明の回折格子は、放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子と、放射線透過性を有し、小格子を挟み込む第１及び第２の支持基板とから構成されている。本発明の別の回折格子は、小格子と第１及び第２の支持基板とからなる接合格子板を保持する放射線透過性を有した第１のステージを備えていてもよい。
【００１８】
本発明の別の回折格子は、放射線遮蔽部と放射線透過部とからなる格子構造を有する少なくとも１枚の小格子と、放射線透過性を有し小格子が接合される支持基板とからなる接合格子板と、放射線透過性を有し接合格子板を保持する第１のステージとから構成してもよい。
【００１９】
第１のステージは、接合格子板を保持する凹面状または凸面状の保持面を有しており、接合格子板はが保持面に沿って湾曲されるようにしてもよい。
【００２０】
更に、上記回折格子は、第１のステージとの間に接合格子板を挟み込む第２のステージを備えてもよい。また、第１及び第２のステージには、小格子に対面する位置に開口が設けられていてもよい。第１及び第２のステージを挟み込んで補強する補強部材を備えていてもよい。小格子は、放射線遮蔽部及び放射線透過部が一致するように、複数枚が配列されていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の放射線撮影装置は、放射線を放射する放射線源と、放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で縞画像に強度変調を与える第２の回折格子と、放射線源と第１の回折格子との間に配置され、放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子と、第２の回折格子により各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器とを有する放射線撮影装置であって、第１〜第３の回折格子の少なくとも１つに、上述したいずれかの回折格子を用いている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の回折格子の製造方法によれば、第１の支持基板に小格子を接合するようにしたので、小格子を高い位置精度で第１の支持基板上に配置することができる。したがって、複数枚の小格子を配列させて大面積化した回折格子を用いる場合には、各小格子間の位置精度とともに、各小格子の放射線遮蔽部及び放射線透過部も高精度に一致するように配列することができる。また、第１の支持基板に小格子を接合した接合格子板を湾曲させるようにしたので、微細な構造を有する小格子を適切に保護しながら、適正な湾曲を与えることができ、更に湾曲時の小格子１９ａ〜１９ｄの破損を防止することができる。
【００２３】
第１及び第２の支持基板により小格子を挟み込んで接合格子板を形成するようにしたので、小格子をより高い剛性で保護することができる。更に、第１のステージ、あるいは第１及び第２のステージにより接合格子板を保持するので、接合格子板を適切な湾曲状態に維持することができる。また、第１及び第２のステージに小格子に対面する開口を設けたので、第１及び第２のステージを用いることによる放射線透過性の低下は発生しない。更に、接合格子板は、吸着手段により吸着して湾曲させてから第１のステージに保持させるようにしたので、第１のステージを用いて接合格子板を湾曲させる場合よりも、接合格子板と第１のステージとの位置ずれを小さくすることができる。
【００２４】
また、小格子の外周に補強部を設けたので、小格子を第１及び第２の支持基板、あるいは第１及び第２のステージで挟み込む際に小格子の格子構造が破損するのを防止することができる。更に、第１の支持基板に小格子を接合する際の位置決め用マークを設けたので、第１の支持基板に対する小格子の位置決め精度をより向上させることができる。
【００２５】
本発明の回折格子によれば、少なくとも１枚の小格子と、この小格子を挟み込む第１及び第２の支持基板とから構成したので、小格子を適切に位置決めし、かつ非常に薄い小格子を補強することができる。また、小格子と第１及び第２の支持基板とからなる接合格子板を第１のステージにより保持したので、第１及び第２の支持基板だけで小格子を保持する場合よりも、剛性を高めることができる。
【００２６】
本発明の別の回折格子によれば、小格子と第１の支持基板とからなる接合格子板と、接合格子板を保持する第１のステージとから構成したので、支持基板を１枚にした分だけ、放射線透過性が向上し、かつコストダウンが可能である。また、第１ステージの保持面を凹面または凸面等の湾曲面にすることにより、接合格子板をその湾曲面に沿わせて湾曲させることもできる。なお、第２のステージ、第１及び第２のステージの開口、補強部材、小格子の補強部等の効果は、製造方法で説明した効果と同様なので、詳しい説明は省略する。
【００２７】
更に、本発明の放射線撮影装置によれば、シリコン半導体プロセスを用いて作成された非常に薄い回折格子を、破損させることなく適切な強度で組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】タルボ干渉効果を用いたＸ線撮影装置の構成を示す模式図である。
【図２】複数枚の小格子を配列させた第２の回折格子を模式的に表した正面図である。
【図３】複数枚の小格子を配列し湾曲させた第２の回折格子を模式的に表した側面図である。
【図４】小格子の製造手順を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の第２の回折格子の外観を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態の第２の回折格子の構成を示す分解斜視図である。
【図７】第１実施形態の第２の回折格子の製造手順を示す説明図である。
【図８】第２実施形態の第２の回折格子の外観を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態の第２の回折格子の構成を示す分解斜視図である。
【図１０】第２実施形態の第２の回折格子の製造手順を示す説明図である。
【図１１】第３実施形態の小格子を示す正面図である。
【図１２】第３実施形態の小格子を用いた接合格子板の湾曲状態を示す断面図である。
【図１３】第３実施形態の別の例を用いた小格子を示す正面図である。
【図１４】第３実施形態の更に別の例を用いた小格子を示す正面図である。
【図１５】第４実施形態を用いた第１の支持基板の平面図及び断面図である。
【図１６】第５実施形態を用いた第２の回折格子の構成を示す側面図である。
【図１７】第５実施形態の別の例を用いた第２の回折格子の構成を示す側面図である。
【図１８】第６実施形態を用いた接合格子板の構成を示す側面図である。
【図１９】第６実施形態の接合格子を用いた回折格子の構成を示す側面図である。
【図２０】第６実施形態の接合格子を用いた別の例の回折格子を示す側面図である。
【図２１】第６実施形態の接合格子を用いた更に別の例の回折格子を示す側面図である。
【図２２】第７実施形態の接合格子を用いた回折格子の構成を示す側面図である。
【図２３】比較例による小格子の接合手順を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
まず始めに、本発明の回折格子を用いたＸ線撮影装置について説明する。図１に示すように、Ｘ線撮影装置１０は、ｚ方向に配置された被検体ＨにＸ線を放射するＸ線源１１と、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置された位相型回折格子である第１の回折格子１２と、第１の回折格子１２からｚ方向にタルボ干渉距離だけ離れた位置に平行に配置された振幅型回折格子である第２の回折格子１３と、Ｘ線源１１の直後に配置された吸収型格子である第３の回折格子１４と、第２の回折格子１３に対向配置されたＸ線画像検出器１５とからなる。Ｘ線画像検出器１５としては、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が用いられている。
【００３０】
第１の回折格子１２は、全体として矩形状になるように隣接して配置された４枚の小格子１６ａ〜１６ｄからなる。小格子１６ａ〜１６ｄには、ｚ方向に直交するｙ方向に直線状に延伸され、かつｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に沿って所定のピッチで周期的に配列されたＸ線遮蔽部１７が複数設けられている。また、各Ｘ線遮蔽部１７の間には、Ｘ線透過部が設けられている。
【００３１】
第２の回折格子１３も第１の回折格子１２と同様に、４枚の小格子１９ａ〜１９ｄから構成されている。図２に示すように、第２の回折格子１３は、例えば１辺ｗが１０ｃｍの正方形状の小格子１９ａ〜１９ｄを、例えば１００μｍの間隔ｓを設けて配列することにより、例えば１辺Ｗが２０ｃｍ程度の大面積化された正方形状の回折格子にしている。各小格子１９ａ〜１９ｄには、小格子１６ａ〜１６ｄと同様に、ｙ方向に直線状に延伸され、かつｘ方向に沿って所定のピッチで周期的に配列された複数のＸ線遮蔽部２０が設けられている。各Ｘ線遮蔽部１７の間には、Ｘ線透過部が設けられている。
【００３２】
第３の回折格子１４はも第１及び第２の回折格子１２、１３と同様に、ｙ方向に直線状に延伸され、かつｘ方向に沿って所定のピッチで周期的に配列された複数のＸ線遮蔽部１４ａと、各Ｘ線遮蔽部１４ａの間に配されたＸ線透過部とを有している。Ｘ線遮蔽部１４ａ、１７及び２０には、Ｘ線の吸収性に優れた金、白金、鉛等が用いられている。
【００３３】
第１〜第３の回折格子１２〜１４は、その周縁部におけるコーンビーム状のＸ線のケラレを防止するため、収束型に湾曲されている。Ｘ線画像検出器１５は、第１及び第２の回折格子１２、１３と平行である。第１〜第３の回折格子１２〜１４の湾曲は、Ｘ線源１１の焦点を通り、ｚ方向に直交するｙ方向の直線を中心軸とした円弧状の面である。図３に示すように、第２の回折格子を例に説明すると、Ｘ線源１１の焦点と第２の回折格子１３との距離Ｌが例えば２００ｃｍであるとき、第２の回折格子１３は、半径Ｒ＝２００ｃｍに湾曲される。その際に、第２の回折格子１３の周縁部でコーンビーム状のＸ線を通過させるために必要な湾曲量ｋは、およそ３ｍｍとなる。湾曲量ｋは、第２の回折格子１３の中心と端部とのｚ方向の距離である。
【００３４】
小格子１６ａ〜１６ｄ及び１９ａ〜１９ｄと、第３の回折格子１４は、シリコン半導体プロセスによって形成されている。小格子１９ａを例にその製造工程について簡単に説明すると、図４（Ａ）に示すように、最初の工程では、小格子１９ａのベースとなる導電基板２２とエッチング基板２３とが接合される。導電基板２２は、支持層２４と、支持層２４上に設けられた導電性薄膜２５とからなる。支持層２４には、Ｘ線吸収性が低くかつフレキシブル性を備えた有機材料が用いられ、導電性薄膜２５には、Ａｕ、Ｎｉ等の金属膜が用いられる。また、エッチング基板２３には、シリコンウエハが用いられる。
【００３５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、エッチング基板２３の上面にエッチングマスク２７が形成される。このエッチングマスク２７は、紙面方向に直線状に延伸され、かつ左右方向に所定ピッチで周期的に配列された縞模様のパターンを有する。同図（Ｃ）に示すように、エッチングマスク２７を用いたドライエッチングにより、エッチング基板２３に複数の溝２３ａが形成される。溝２３ａは、例えば、幅が数μｍ、深さ１００μｍ程度の高いアスペクト比を必要とするため、溝２３ａを形成するドライエッチングには、例えば、ボッシュプロセス、クライオプロセス等が用いられる。
【００３６】
図４（Ｄ）に示すように、導電性薄膜２５をシーズ層として用いる電解メッキ法により、溝２３ａ内に金（Ａｕ）２９が埋め込まれる。このＡｕ２９が、Ｘ線遮蔽部２０となる。その後、エッチング基板２３及び導電基板２２が規定サイズに切断され、小格子１９ａが完成する。なお、エッチングマスク２７及び導電基板２２をエッチング基板２３から除去してもよい。
【００３７】
Ｘ線撮影装置１０では、Ｘ線源１１から照射されたＸ線は、第３の回折格子１４のＸ線遮蔽部１４ａによって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。被検体Ｈを通過したＸ線には位相差が生じ、このＸ線が第１の回折格子１２を通過することにより、第２の回折格子１３の位置には、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像が生成される。この縞画像は、第２の回折格子１３により強度変調され、例えば、縞走査法により検出される。
【００３８】
縞走査法とは、第１の回折格子１２に対し第２の回折格子１３を、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。この位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体の位相コントラスト画像が得られる。
【００３９】
［第１実施形態］
次に、第２の回折格子１３を例に、本発明の回折格子及びその製造方法について説明する。図５及び図６に示すように、本発明の第２の回折格子１３は、４枚の小格子１９ａ〜１９ｄを第１及び第２の支持基板３１、３２により挟み込んで一体となるように支持した接合格子板３３と、接合格子板３３をｚ方向において挟み込んで湾曲させる凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５と、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の外側にｘ方向から嵌合される補強部材３６、３７とから構成されている。第１及び第２のステージである凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５のそれぞれ対向する面には、接合格子板３３を保持して湾曲させる保持面である凹面３４ａ及び凸面３５ａが設けられている。第１及び第２の支持基板３１、３２と、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５は、Ｘ線透過性に優れた材質により形成されている。
【００４０】
次に、上記第２の回折格子１３の製造方法について説明する。図７（Ａ）に示すように、最初の工程では、小格子１９ａを吸着保持した小格子用吸着パッド４０により、接着剤が塗布された平板状の第１の支持基板３１上に、小格子１９ａが接合される。小格子１９ｂ〜１９ｄも、小格子１９ａと同様に第１の支持基板３１上に順に接合される。第１の支持基板３１の幅Ｗａは、小格子１９ａ〜１９ｄを配列したときの幅Ｗ（図２参照）よりも大きいので、小格子１９ａ〜１９ｄを適切に保持することができる。この工程では、例えば、第１の支持基板３１上の中央及び外周に小格子１９ａ〜１９ｄの接合位置を示すマークを設けておき、マークに対する小格子１９ａ〜１９ｄの位置を顕微鏡で確認及び調整しながら、第１の支持基板３１に小格子１９ａ〜１９ｄが接合される。
【００４１】
図７（Ｂ）に示すように、次の工程では、第１の支持基板３１の上に接合された小格子１９ａ〜１９ｄの上に、第２の支持基板３２が接着剤によって接合される。第２の支持基板３２のサイズ及び厚さは、第１の支持基板３１と同じである。これにより、第１及び第２の支持基板３１、３２により小格子１９ａ〜１９ｄを挟み込んで一体となるように支持した接合格子板３３が形成される。小格子１９ａ〜１９ｄは、数百μｍ程度と非常に薄く微細な構造を有するため強度が低いが、第１及び第２の支持基板３１、３２により挟まれて支持されるので適切に保護することができる。また、複数枚の小格子１９ａ〜１９ｄが１枚の接合格子板３３になるので、取り扱い性も向上する。
【００４２】
第１及び第２の支持基板３１、３２には、Ｘ線透過性に優れ、かつフレキシブル性を備えた材質が用いられる。この条件を満たす材質としては、例えば、ガラス、シリコン、アルミ、マグネシウム合金、カーボン板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ＰＥＥＫ、ポリイミド等がある。
【００４３】
図７（Ｃ）に示すように、次の工程では、凸状の湾曲面からなる吸着面４２ａを備えた接合格子板用吸着パッド４２を用いて接合格子板３３を吸着し、吸着面４２ａに沿って湾曲された接合格子板３３を、凹面ステージ３４の接着剤が塗布された凹面３４ａに接合する。吸着面４２ａは、Ｘ線撮影装置１０における第２の回折格子１３の湾曲に対応した湾曲を有しているので、小格子１９ａ〜１９ｄは、第２の回折格子１３と同じ半径Ｒで湾曲される。また、凹面３４ａもＸ線撮影装置１０における第２の回折格子１３の湾曲に対応した湾曲を有しているので、小格子１９ａ〜１９ｄの湾曲が第２の回折格子１３と同じ半径Ｒになるように接合格子板３３の湾曲が維持される。
【００４４】
このように、小格子１９ａ〜１９ｄは、第１及び第２の支持基板３１、３２により挟み込まれた状態で湾曲されるので、湾曲時に小格子１９ａ〜１９ｄの位置ずれや、格子構造の破損等の不良は発生しない。また、接合格子板用吸着パッド４２によって接合格子板３３を湾曲させてから凹面ステージ３４に保持させるので、例えば、凹面ステージ３４と凸面ステージ３５とで接合格子板３３を直接挟み込んで湾曲させる場合に比べ、接合格子板３３と凹面ステージ３４との接合位置精度を高めることができる。
【００４５】
接合格子板用吸着パッド４２の幅Ｗｂと、凹面ステージ３４の幅Ｗｃは、接合格子板３３全体を適正に湾曲させるため、下記式（１）、（２）に示すように、第１及び第２支持基板３１、３２の幅Ｗａよりも大きくなっている。なお、接合格子板３３全体を吸着面４２ａにより確実に吸着するため、接合格子板用吸着パッド４２により吸着した接合格子板３３を、凹面ステージ３４の接着剤が塗布されていない凹面３４ａに押し付けてもよい。
Ｗｂ＞Ｗａ・・・（１）
Ｗｃ＞Ｗａ・・・（２）
【００４６】
図７（Ｄ）に示すように、次の工程では、接合格子板用吸着パッド４２が退避された接合格子板３３の上に、凹面３５ａに接着剤が塗布された凸面ステージ３５が接合される。凸面ステージ３５の幅寸法は、凹面ステージ３４と同じになっている。これにより、接合格子板３３は、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５と一体化されるので、湾曲が維持される。凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５は、Ｘ線に対して低吸収で、かつ熱膨張係数が小格子１９ａ〜１９ｄと同程度の材質によって形成されている。小格子１９ａ〜１９ｄを構成するシリコン及びＡｕの熱膨張係数がそれぞれ４．３／°Ｃ及び１４．３／°Ｃなので、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５には、例えば、ガラス（８．３／°Ｃ）、カーボン板（５／°Ｃ）、アルミ（２３／°Ｃ）、鉄（１２×１０−６／°Ｃ）等を用いることができる。
【００４７】
図７（Ｅ）に示すように、次の工程では、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の外側に、ｘ方向から箱状の補強部材３６、３７が嵌合され、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の接合状態が補強される。補強部材３６、３７は、Ｘ線透過性を有する材質で形成することが好ましいが、Ｘ線透過性の低い材質で形成する場合は、Ｘ線照射方向において小格子１９ａ〜１９ｄの面積内に入らない形状にすればよい。なお、接着剤による凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の接合が強固である場合には、補強部材３６、３７を省略してもよい。また、接着剤を用いずに凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５によって接合格子板３３を挟み込み、ネジ等を用いて凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５を接合してもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の回折格子１２は、平板状の第１の支持基板３１に小格子１９ａ〜１９ｄを接合するようにしたので、小格子１９ａ〜１９ｄを高い位置精度で第１の支持基板３１上に配置することができる。したがって、各小格子１９ａ〜１９ｄ間の位置精度とともに、各小格子の放射線遮蔽部及び放射線透過部も高精度に一致するように配列することができる。また、第１及び第２の支持基板３１、３２により小格子１９ａ〜１９ｄを挟み込むので、小格子１９ａ〜１９ｄをより高い剛性で保護することができる。更に、接合格子板３３を湾曲させるようにしたので、微細な構造を有する小格子１９ａ〜１９ｄを適切に保護しながら、適正な湾曲を与えることができ、更に湾曲時の小格子１９ａ〜１９ｄの破損を防止することができる。また、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５により接合格子板３３を保持するので、接合格子板３３を適切な湾曲状態に維持することができる。
【００４９】
また、本実施形態の第２の回折格子１３をＸ線撮影装置１０に用いることにより、シリコン半導体プロセスを用いて作成された非常に薄い小格子１９ａ〜１９ｄを、破損させることなく適切な強度でＸ線撮影装置１０に組み込むことができる。
【００５０】
なお、小格子１９ａ〜１９ｄに対する凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５のＸ線の吸収量を均一にするため、凹面ステージ３４の底面及び凸面ステージ３５の上面を、小格子１９ａ〜１９ｄの湾曲と平行な円弧面にしてもよい。
【００５１】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、ブロック状の凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５を用いたが、図８及び図９に示す第２の回折格子４５のように、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５に、小格子１９ａ〜１９ｄに対応する開口３４ｂ、３５ｂを設けてもよい。これによれば、Ｘ線の透過性を向上させることができる。
【００５２】
図１０は、本実施形態の第２の回折格子４５の製造工程を示している。なお、接合格子板３３の製造工程は第１実施形態と共通なので、詳しい説明は省略する。図１０（Ａ）に示すように、最初の工程では、接合格子板用吸着パッド４２と、凹面ステージ３４の開口３４ｂ内に挿脱可能な補助ステージである第２の凹面ステージ４７の第２の凹面４７ａとによって接合格子板３３が挟み込まれる。第２の凹面４７ａは、下方に待機している凹面ステージ３４が上昇し、開口３４ｂ内に第２の凹面ステージ４７が挿入されたときに、凹面３４ａと連接する湾曲を有している。
【００５３】
図１０（Ｂ）に示すように、次の工程では、凹面ステージ３４が上昇され、凹面３４ａが接合格子板３３に当接される。凹面３４ａには接着剤が塗布されているので、接合格子板３３の周縁部が凹面ステージ３４に接合される。また、凹面ステージ３４の上昇により、開口３４ｂ内に第２の凹面ステージ４７が挿入される。
【００５４】
図１０（Ｃ）に示すように、次の工程では、接合格子板用吸着パッド４２が接合格子板３３から退避され、それに代わって、凸面３５ａに接着剤が塗布された凸面ステージ３５が接合格子板３３に接合される。同図（Ｄ）に示すように、次の工程では、第２の凹面ステージ４７が下降され、接合格子板３３から退避される。これにより、接合格子板３３は、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５のみによって支持され、小格子１９ａ〜１９ｄには開口３４ｂ、３５ｂがそれぞれ対面する。同図（Ｅ）に示すように、最後の工程では、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の外側に補強部材３６、３７が嵌合される。
【００５５】
本実施形態では、接合格子板用吸着パッド４２による接合格子板３３の湾曲を適正に行なうため、上記第１実施形態の式（１）と同様に、接合格子板用吸着パッド４２の幅Ｗｂが第１及び第２の支持基板３１、３２の幅Ｗａよりも大きくなっている。また、凹面ステージ３４と凸面ステージ３５との周縁部のみにそれぞれ設けられた凹面３４ａと凸面３５ａによって接合格子板３３を確実に支持するため、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の幅Ｗｃと、開口３４ｂ及び開口３５ｂの幅Ｗｄと、第１及び第２の支持基板３１、３２の幅Ｗａとの関係は、下記式（３）のようになっている。更に、小格子１９ａ〜１９ｄが開口３４ｂ及び３５ｂ内に収まるようにするため、小格子１９ａ〜１９ｄの配列幅Ｗと、開口３４ｂ、３５ｂの幅Ｗｄとの関係を、下記式（４）のようにしている。
Ｗｃ＞Ｗａ＞Ｗｄ・・・（３）
Ｗ＜Ｗｄ・・・（４）
【００５６】
以上により、小格子１９ａ〜１９ｄには開口３４ｂ、３５ｂが対面するので、Ｘ線の透過性が向上する。また、第１実施形態で説明したのと同様に、小格子１９ａ〜１９ｄに対する凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５のＸ線の吸収量を均一にするため、凹面ステージ３４の底面及び凸面ステージ３５の上面を、小格子１９ａ〜１９ｄの湾曲と平行な円弧面にしてもよい。
【００５７】
［第３実施形態］
小格子のメカ的強度を向上させるため、小格子の外周に、小格子を主に構成しているシリコンを用いて補強部を設けてもよい。図１１に示すように、小格子が４枚構成であるときには、小格子１９ａ〜１９ｄの２辺に補強部５０をそれぞれ設け、小格子１９ａ〜１９ｄ全体として外周に補強部５０が配置されるようにするのが好ましい。これによれば、図１２に示すように、接合格子板３３を凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５によって挟み込んで湾曲させる際に、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５の押圧により小格子１９ａ〜１９ｄの外周が潰れるのを防止することができるので、小格子１９ａ〜１９ｄの端縁まで回折格子として有効利用することができる。
【００５８】
図１３に示すように、シリコンとＡｕとを交互、かつ交差するように配置した十字格子状の補強部５２を設けてもよい。また、図１４に示すように、シリコンとＡｕとによって、小格子１９ａの回折格子部分と直交する格子形状を有する補強部５３を設けてもよい。
【００５９】
［第４実施形態］
図１５（Ａ）に示すように、最初に小格子１９ａ〜１９ｄが接合される第１支持基板３１の表面に、小格子１９ａ〜１９ｄの位置決めに用いるマーク５５を設けてもよい。小格子が４枚構成である場合には、各小格子１９ａ〜１９ｄの間隔を位置決めできるように、マーク５５を十字状に形成するのが好ましい。また、同図（Ｂ）に示すように、マーク５５をレジストや１００μｍ程度の薄い金属によって形成することにより、第１支持基板３１の表面から突出させ、小格子１９ａ〜１９ｄの端縁を当接させて位置決めできるようにしてもよい。これによれば、第１の支持基板３１と小格子１９ａ〜１９ｄの位置決めが容易になり、位置決め精度も向上する。
【００６０】
［第５実施形態］
上記各実施形態では、接合格子板３３を凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５によって挟み込んだが、図１６に示す第２の回折格子６０のように、凹面ステージ３４のみで接合格子板３３を保持してもよい。同様に、図１７に示す第２の回折格子６３のように、凸面ステージ３５のみで接合格子板３３を保持してもよい。本実施形態によれば、片方のステージのみを用いることにより、Ｘ線透過性を向上させることができる。また、部品点数及び製造工程の削減によるコストダウンも可能である。また、非常に薄い小格子を適切な強度でＸ線撮影装置に組み込むことができる。
【００６１】
［第６実施形態］
また、上記各実施形態では、接合格子板３３を第１及び第２の支持基板３１、３２により構成したが、図１８に示す接合基板６５のように、第１の支持基板３１とその上に接合された小格子１９ａ〜１９ｄとから構成してもよい。また、図１９に示すように、接合基板６５は、凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５により挟み込んでもよいし、２点鎖線で示す開口３４ｂ，３５ｂを有する凹面ステージ３４及び凸面ステージ３５により挟み込んでもよい。更に、図２０及び２１に示すように、接合格子板６５を凹面ステージ３４もしくは凸面ステージ３５のみによって保持してもよい。本実施形態によれば、第２の支持基板３２を省略することにより、Ｘ線透過性を向上させることができる。また、部品点数及び製造工程の削減によるコストダウンも可能である。また、非常に薄い小格子を適切な強度でＸ線撮影装置に組み込むことができる。
【００６２】
［第７実施形態］
上記各実施形態では、湾曲された回折格子を例に説明したが、図７（Ｄ）に示す接合格子板３３、または図１８に示す接合格子板６５をそのまま回折格子として用いてもよい。また、接合格子板６５を支持するステージは、湾曲面を有するものだけでなく、図２２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、平板状のステージ７０、７１を用いてもよいし、その他様々な表面形状を有するステージを用いてもよい。接合格子板３３を平板状のステージ７０、７１で保持してもよい。本実施形態によれば、第５、第６実施形態と同様に、Ｘ線透過性を向上と、部品点数及び製造工程の削減によるコストダウンとが可能である。また、非常に薄い小格子を適切な強度でＸ線撮影装置に組み込むことができる。
【００６３】
［比較例］
本出願人は、上記本発明以外に、複数枚の小格子からなる湾曲した回折格子を製造する方法として、以下で説明する比較例も発明している。この比較例は、図２３に示すように、小格子用吸着パッド４０により小格子１９ａを吸着し、凹面ステージ７５の凹面７５ａ上に小格子１９ａを直接貼り付けていく手法であり、当業者であれば、文献１、２及び周知技術に基づいて比較的容易に発明可能である。この比較例においても、凹面７５ａの中央及び外周に設けたマークと小格子１９ａ〜１９ｄの位置とを顕微鏡で確認及び調整しながら、凹面７５ａ上に小格子１９ａ〜１９ｄを接合することになる。
【００６４】
しかし、凹面７５ａ上の中央のマークと外周のマークとの高さ方向の位置には、第２の回折格子１３の湾曲量ｋ（例えば、３ｍｍ）程度の差が生じてしまう。そのため、中央及び外周のマークに顕微鏡の焦点を同時に合わせることができないので、調整に時間がかかってしまう。また、小格子用吸着パッド４０を垂直方向に移動させて小格子１９ａを凹面４５ａに貼り付ける場合、小格子１９ａに斜め方向の力が不均一に加わるため、小格子１９ａの格子構造の破損、接着ムラ、位置ずれ等が生じてしまい、適正な接着を行なうことができない。これに対し、上記第１〜第４実施形態において説明した本発明は、比較例で生じるような問題は全て解決されており、比較例で生じるような不良は発生しない。
【００６５】
上記各実施形態は、第２の回折格子１３を例に説明したが、第１の回折格子１２及び第３の回折格子１４にも用いることができる。また、第１及び第２の支持基板により小格子を挟み込んだが、第２の支持基板に代えて、パリレン、シリコーン等の保護膜のコート、あるいはＰＥＴ、ポリスチレン、アルミ箔などの保護フイルムを貼り付けてもよい。また、回折格子の湾曲を円筒状の円弧面を例に説明したが、本発明は、球面状の湾曲にも対応することができる。また、各実施形態は、矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することも可能である。更に、タルボ干渉効果を用いたＸ線撮影装置の回折格子について説明したが、本発明は、タルボ干渉効果を用いずに位相コントラスト画像を撮影するＸ線撮影システムの回折格子にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  Ｘ線撮影装置
１１  Ｘ線源
１２  第１の回折格子
１３、４５、６０、６３、  第２の回折格子
１４  第３の回折格子
１５  Ｘ線画像検出器
１６ａ〜１６ｄ、１９ａ〜１９ｄ  小格子
１４ａ、１７、２０  Ｘ線遮蔽部
３１  第１の支持基板
３２  第２の支持基板
３３、６５  接合格子板
３４  凹面ステージ
３５  凸面ステージ
３６、３７  補強部材
４２  接合格子板用吸着パッド
４７  第２の凹面ステージ
５０、５２、５３  補強部
５５  マーク
７０、７１  平面ステージ
【図１】
2012013530.tif 000003
【図２】
2012013530.tif 000004
【図３】
2012013530.tif 000005
【図４】
2012013530.tif 000006
【図５】
2012013530.tif 000007
【図６】
2012013530.tif 000008
【図７】
2012013530.tif 000009
【図８】
2012013530.tif 000010
【図９】
2012013530.tif 000011
【図１０】
2012013530.tif 000012
【図１１】
2012013530.tif 000013
【図１２】
2012013530.tif 000014
【図１３】
2012013530.tif 000015
【図１４】
2012013530.tif 000016
【図１５】
2012013530.tif 000017
【図１６】
2012013530.tif 000018
【図１７】
2012013530.tif 000019
【図１８】
2012013530.tif 000020
【図１９】
2012013530.tif 000021
【図２０】
2012013530.tif 000022
【図２１】
2012013530.tif 000023
【図２２】
2012013530.tif 000024
【図２３】
2012013530.tif 000025