(57)【要約】      （修正有）【課題】位相型回折格子の機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子の製造方法、該位相型回折格子およびＸ線撮像装置を提供する。【解決手段】位相型回折格子の製造方法は、シリコン基板３０をエッチングして所定の深さのスリット溝を形成する凹部形成工程と、前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属３５をスリット溝内に形成する金属形成工程（図４（Ａ））と、金属形成工程でスリット溝内に形成された金属３５における前記深さの方向の長さを実際に計測する計測工程（図４（Ｂ））と、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金属３５の実際の長さに応じてスリット溝の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整する調整工程（図４（Ｃ））とを備える。【選択図】図４
2013053979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成する凹部形成工程と、
前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に形成する金属形成工程と、
前記金属形成工程で前記凹部内に形成された金属における前記深さの方向の長さを実際に計測する計測工程と、
設計値の位相差を生じさせるように、前記計測工程で計測された前記金属の実際の長さに応じて前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整する調整工程とを備えること
を特徴とする位相型回折格子の製造方法。
【請求項２】
前記凹部内に形成された前記金属における屈折率の実部は、前記凹部における屈折率の実部よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項３】
前記調整工程は、前記凹部の側壁における前記凹部の開口面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項４】
前記調整工程は、前記凹部の側壁における前記凹部の底面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項５】
前記凹部の側壁における前記深さの方向の長さは、シリコンと空気または真空とで位相型回折格子を形成した場合における前記シリコンの設計値の長さであること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項６】
前記金属形成工程は、前記金属を前記凹部内に電鋳法によって形成すること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項７】
前記基板は、シリコン基板であり、
前記金属形成工程は、
前記基板における前記凹部の内表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記凹部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、
前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に電鋳法によって形成する電鋳工程とを備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項８】
前記除去工程は、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去するとともに、前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする除去広表面積化工程であること
を特徴とする請求項７に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項９】
前記基板は、前記所定の深さに相当する厚さを有する石英層を積層したシリコン基板であり、
前記凹部形成工程は、前記石英層を前記シリコン基板が露出するまでエッチングして前記所定の深さの凹部を形成すること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする広表面積化工程をさらに備えること
を特徴とする請求項９に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１１】
Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる位相型回折格子を製造する請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法によって製造された位相型回折格子。
【請求項１３】
第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、
前記第１光学的距離部分と前記第２光学的距離部分との間には、絶縁層をさらに備え、
前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、
前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、
前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しいこと
を特徴とする位相型回折格子。
【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１２または請求項１３に記載の位相型回折格子を含むこと
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、位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法に関し、特に、位相型回折格子の機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子の製造方法に関する。そして、本発明は、この位相型回折格子の製造方法によって製造された位相型回折格子および該位相型回折格子を用いた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進展しつつある。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分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分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】
この位相型回折格子は、例えば、第１光学的距離に対応する第１屈折率および第１厚さを有して一方向に線状に延びる複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過した波に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２屈折率および第２厚さを有して前記一方向に線状に延びる複数の第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、これら複数の第１光学的距離部分と複数の第２光学的距離部分とは、交互に平行に配設される。なお、光路中に複数の媒質が存在する場合では、この光路における光学的距離は、各媒質での各光学的距離の和となる。このような位相型回折格子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示の位相格子は、シリコンウェハ内に長方形構造体である複数の隙間をドライエッチングで空けることによって形成された、交互に平行に配設される複数の突条部および複数の前記隙間を備えている。そして、この特許文献１に開示の位相格子は、さらに、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部には、充填材料がさらに配設されている（［００３２］段落、［００４９］段落および図４）。そして、このような構成の位相格子は、特許文献１の［００５０］段落によれば、前記充填材料を格子にスパッタリングし、引き続き格子の表面、つまり突条部の末端を化学−機械的に研磨することによって製造される。
【０００５】
一方、このような位相型回折格子は、前記特許文献１やあるいは特許文献２に開示されているように、Ｘ線干渉計、例えばタルボ干渉計に利用され、さらに、このタルボ干渉計を用いたいわゆる位相コントラスト法によるＸ線撮像装置に利用されている。
【０００６】
図２０は、従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。図２０（Ａ）は、特許文献２に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図であり、図２０（Ｂ）は、その上面図である。図２０において、この特許文献２に記載のＸ線撮像装置１０００は、Ｘ線源１００１と、Ｘ線源１００１から照射されるＸ線を回折する位相型回折格子１００２と、位相型回折格子１００２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回折格子１００３と、振幅型回折格子１００３により画像コントラストの生じたＸ線を検出するＸ線画像検出器１００４とを備え、位相型回折格子１００２および振幅型回折格子１００３がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、Ｘ線源１００１側に配置される回折格子１００２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１００１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２までの距離であり、Ｚ１は、位相型回折格子１００２から振幅型回折格子１００３までの距離であり、Ｚ２は、振幅型回折格子１００３からＸ線画像検出器１００４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）である。
【０００７】
このような構成のＸ線撮像装置１０００では、Ｘ線源１００１と位相型回折格子１００２との間に被検体１０１０が配置され、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、位相型回折格子１００２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が振幅型回折格子１００３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１００４で検出される。このモアレ縞は、被検体１０１０によって変調を受けており、この変調量が被検体１０１０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１０１０およびその内部の構造を検出することができる。
【０００８】
ここで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０３０６４号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５８０７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、位相型回折格子は、入射面と射出面との間に光学的距離の異なる複数の第１および第２光学的距離部分を交互に備えることによって、第１光学的距離部分を通過した第１Ｘ線と第２光学的距離部分を通過した第２Ｘ線との間に所定の位相差を生じさせる。このため、第１および第２光学的距離部分は、設計値通りの位相差を生じさせるために、第１および第２光学的距離部分の長さ（厚さ、Ｘ線の通過長）を設計値通りに、少なくとも許容される誤差範囲内で厳密に形成する必要がある。
【００１１】
例えば、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子であって、第１および第２光学的距離部分が金および空気で形成される場合、金は、比較的大きく位相を変化させるため、金の厚さは、２．７μｍとなり、±１０％の誤差が許容される場合でも、金の厚さは、２．７μｍ±０．２７μｍとなる。このような膜（層）としては比較的厚い金を形成する手法は、電鋳法が好適である。このため、前記第１および第２光学的距離部分が金および空気である位相型回折格子を製造する方法として、例えば、基板の主面上にレジスト層を形成し、このレジスト層をパターニングすることによって溝を形成し、電鋳法（湿式電界メッキ法）で前記溝内に金を成長させる手法が好適であるが、電鋳法によって２．７μｍ±０．２７μｍの精度で金の第１光学的距離部分を形成することは、難しい。
【００１２】
このため、加工精度の高いシリコン基板や石英基板を用い、エッチングによってシリコン基板や石英基板に溝を形成することで、位相型回折格子を製造する方法が考えられる。このような第１および第２光学的距離部分がシリコンおよび空気で形成される位相型回折格子の場合、上述と同じ条件で、すなわち、２８ｋｅＶのＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子では、シリコンの場合、その厚さは、１８μｍとなる。このような厚さの格子を持つ位相型回折格子では、Ｘ線源１００１から放射したＸ線は、Ｘ線源１００１が一般に略点光源であるため、放射状に拡がるので、位相型回折格子１００２の中心領域では、Ｘ線が格子と略平行に入射され、タルボ干渉計として機能するが、位相型回折格子１００２の両サイドの各領域では、Ｘ線が格子に対して斜めに入射されるため、位相型回折格子の機能を適切に発揮することができず、タルボ干渉計として適切に機能しなくなってしまう。
【００１３】
このため、加工精度の高いシリコン基板を用いるとともに、比較的大きく位相を変化させる金を用い、エッチングによってシリコン基板に溝を形成して電鋳法（メッキ法）で前記溝内に金を成長させることで、位相型回折格子を製造する方法が考えられる。このような第１および第２光学的距離部分がシリコンおよび金で形成される位相型回折格子の場合、上述と同じ条件で、すなわち、２８ｋｅＶのＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子では、シリコンの厚さおよび金の厚さは、３．２μｍ±０．３２μｍとなる。この場合では、シリコン基板の加工によって溝を３．２μｍ±０．３２μｍの深さで形成することができたとしても、電鋳法によって３．２μｍ±０．３２μｍの精度で金の第２光学的距離部分を形成することは、やはり難しく、さらに、金が溝を超えて成長すると互いに隣接する溝に成長した金同士が接続されてしまう。
【００１４】
すなわち、比較的大きく位相を変化させる例えば金等の比較的重い元素を用いる位相型回折格子の製造方法は、厚さの薄い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化を低減することができる。しかしながら、前記厚さが薄いが故に、厚さの誤差に対する位相差の誤差も大きくなるため、厳密にその厚さを制御する必要があるが、そのような前記厚さの膜（層）を形成することに好適な電鋳法では、その厚さを制御することが難しく、高い加工精度で位相型回折格子を製造することができない。
【００１５】
一方、加工精度の高いシリコン基板や石英基板を用いる位相型回折格子の製造方法は、高い加工精度で位相型回折格子を製造することができるが、厚さの厚い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化が生じてしまう。
【００１６】
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、位相型回折格子の機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子の製造方法を提供することである。そして、本発明は、この位相型回折格子の製造方法によって製造された位相型回折格子および該位相型回折格子を用いた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】
【００１７】
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位相型回折格子の製造方法は、基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成する凹部形成工程と、前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に形成する金属形成工程と、前記金属形成工程で前記凹部内に形成された金属における前記深さの方向の長さを実際に計測する計測工程と、設計値の位相差を生じさせるように、前記計測工程で計測された前記金属の実際の長さに応じて前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整する調整工程とを備えることを特徴とする。そして、好ましくは、前記凹部内に形成された前記金属における屈折率の実部は、前記凹部における屈折率の実部よりも小さい。
【００１８】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、金属形成工程で凹部内に形成された金属における深さ方向の長さ（厚さ）が設計値からずれた場合でも、金属形成工程で凹部内に形成された金属における深さ方向の長さ（厚さ）が実測され、この実測結果に基づいて、設計値の位相差を生じさせるように、凹部の側壁に対応する部分における前記深さ方向の長さ（基板の厚さ）が調整される。例えば前記凹部の側壁がその頂部からエッチングされることによって前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さ方向の長さ（基板の厚さ）が調整される。また例えば前記凹部の側壁が全て除去されさらに該側壁があった領域部分が前記深さ方向にエッチングされることによって前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さ方向の長さ（基板の厚さ）が調整される。また例えば、前記凹部の前記側壁に対応する前記シリコン基板の表面部分が削られることによって前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さ方向の長さ（基板の厚さ）が調整される。このように加工精度のあまい電鋳法によって形成された金属の厚さにおける設計値からのズレが、高い加工精度で加工することができる基板の加工によって修正される。このように加工精度の基板の加工で設計値の位相差を実現するので、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、より高い加工精度で位相型回折格子を製造することができる。そして、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、比較的大きな位相変化を生じさせる金属を用いるので、シリコンと空気または真空との組み合わせの位相型回折格子よりも薄い格子で位相型回折格子を製造することができる。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、点光源のＸ線源が用いられた場合でも、位相型回折格子の周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子の性能劣化を低減することができる。
【００１９】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記調整工程は、前記凹部の側壁における前記凹部の開口面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整することを特徴とする。
【００２０】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記凹部の側壁における前記凹部の開口面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁における前記深さの方向の長さを調整した位相型回折格子が提供される。
【００２１】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記調整工程は、前記凹部の側壁における前記凹部の底面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整することを特徴とする。
【００２２】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記凹部の側壁における前記凹部の底面側の部分を除去することによって、前記凹部の側壁における前記深さの方向の長さを調整した位相型回折格子が提供される。
【００２３】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記凹部の側壁における前記深さの方向の長さは、シリコンと空気または真空とで位相型回折格子を形成した場合における前記シリコンの設計値の長さであることを特徴とする。
【００２４】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記凹部の側壁における前記深さの方向の長さが調整されるので、シリコンと空気または真空とで位相型回折格子を形成した場合におけるいわゆる斜め入射による機能劣化を低減することが可能となる。
【００２５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記金属形成工程は、前記金属を前記凹部内に電鋳法によって形成することを特徴とする。
【００２６】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記凹部内に電鋳法によって金属を形成した位相型回折格子が提供される。
【００２７】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記基板は、シリコン基板であり、前記金属形成工程は、前記基板における前記凹部の内表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記凹部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、前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に電鋳法によって形成する電鋳工程とを備えることを特徴とする。
【００２８】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、基板に導電性を有し加工精度の高いシリコン基板が用いられる場合に、凹部の側面が絶縁層によって絶縁状態となるとともに、凹部の底部分が通電可能な状態となる。このため、凹部の壁面（内側側面）から金属がより確実に析出および成長することがなく、凹部の底部分から金属がより確実に析出し成長する。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、金属が前記凹部の底部分から選択的に成長するので、成長した金属内におけるボイドの発生を効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記除去工程は、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去するとともに、前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする除去広表面積化工程であることを特徴とする。
【００３０】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、除去広表面積化工程で、凹部の底部の絶縁層が除去されるだけでなく、凹部の底部に露出したシリコン基板がさらにエッチングされ、前記凹部の底部分の表面積が該エッチング前より広くされるので、シリコン基板が露出する面積がより広くなる。この結果、金属形成工程での電鋳法における通電面積がより広くなり、各凹部における金属の成長速度のばらつきが低減される。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、電鋳法によって各凹部における金属の成長長の略均一な位相型回折格子を製造することができる。
【００３１】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記基板は、前記所定の深さに相当する厚さを有する石英層を積層したシリコン基板であり、前記凹部形成工程は、前記石英層を前記シリコン基板が露出するまでエッチングして前記所定の深さの凹部を形成することを特徴とする。
【００３２】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、基板に前記所定の深さに相当する厚さを有する石英層を積層したシリコン基板が用いられ、凹部形成工程では、前記石英層を前記シリコン基板が露出するまでエッチングして前記所定の深さの凹部が形成される。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法では、絶縁性の石英層に凹部が形成されるとともに、凹部の底部分では、導電性のシリコン基板が露出される。この結果、凹部の側面が絶縁状態となるとともに、凹部の底部分が通電可能な状態となる。このため、凹部の壁面（内側側面）から金属がより確実に析出および成長することがなく、凹部の底部分から金属がより確実に析出し成長する。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、金属が前記凹部の底部分から選択的に成長するので、成長した金属内におけるボイドの発生を効果的に抑制することができる。
【００３３】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする広表面積化工程をさらに備えることを特徴とする。
【００３４】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、広表面積化工程で、凹部の底部に露出したシリコン基板がさらにエッチングされ、前記凹部の底部分の表面積が該エッチング前より広くされるので、シリコン基板が露出する面積がより広くなる。この結果、金属形成工程での電鋳法における通電面積がより広くなり、各凹部における金属の成長速度のばらつきが低減される。したがって、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、電鋳法によって各凹部における金属の成長長の略均一な位相型回折格子を製造することができる。
【００３５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる位相型回折格子を製造する場合に用いられる。
【００３６】
上述したように、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、位相型回折格子の機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子を製造することができるので、この構成によれば、性能の高いＸ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計を実現することが可能となる。
【００３７】
また、本発明の他の一態様にかかる位相型回折格子は、これら上述のいずれかの位相型回折格子の製造方法によって製造される。
【００３８】
この構成によれば、機能劣化が低減され加工精度がより高い位相型回折格子を実現することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の他の一態様にかかる位相型回折格子は、第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、前記第１光学的距離部分と前記第２光学的距離部分との間には、絶縁層をさらに備え、前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しいことを特徴とする。
【００４０】
一態様では、好ましくは、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、シリコンであり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、金属および空気（または真空）である。また、他の一態様では、好ましくは、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、金属であり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、シリコンおよび空気（または真空）である。また、他の一態様では、好ましくは、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、空気（または真空）であり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、金属およびシリコンである。また、他の一態様では、好ましくは、これら各態様において、前記金属は、積層された複数の金属であってよい。
【００４１】
このような構成の位相型回折格子は、前記第１光学的距離部分に用いられる光学的要素および前記第２光学的距離部分に用いられる前記複数の光学的要素のいずれかに加工精度の高い材料を用いることが可能となり、そして、前記第１光学的距離部分に用いられる光学的要素および前記第２光学的距離部分に用いられる前記複数の光学的要素のいずれかに比較的大きな位相変化を生じさせる材料を用いることが可能となる。したがって、このような構成の位相型回折格子では、機能劣化が低減され、加工精度もより高い。
【００４２】
なお、光学的要素とは、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離は、入射する電磁波の波長に対し、その屈折率とその厚さ（長さ）との積によって与えられる。
【００４３】
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位相型回折格子を含むことを特徴とする。
【００４４】
このような構成のＸ線撮像装置は、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計を構成する位相型回折格子に、機能劣化が低減され加工精度がより高い位相型回折格子を用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明にかかる位相型回折格子の製造方法は、位相型回折格子の機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子を製造することができる。そして、本発明では、このような位相型回折格子の製造方法によって製造される位相型回折格子およびこの位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図３】第１実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図４】第１実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図５】第１実施形態における位相型回折格子の製造工程中のシリコン基板を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態における位相型回折格子の一設計例（実施例）を説明するための図である。
【図７】図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第１態様の製造例を説明するための図である。
【図８】図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第２態様の製造例を説明するための図である。
【図９】図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第３態様の製造例を説明するための図である。
【図１０】シリコン、金および空気の３個の光学的要素によって位相型回折格子を製造する場合におけるシリコン、金および空気の各長さ（各厚さ）を示す図である。
【図１１】第２実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。
【図１２】第２実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図１３】第２実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１４】第２実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１５】第３実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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。
【００４８】
（第１実施形態の位相型回折格子）
図１は、第１実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の位相型回折格子ＤＧＡは、図１に示すように、第１シリコン部分１１と、第１シリコン部分１１上に形成された回折格子１２Ａとを備えて構成される。第１シリコン部分１１は、図１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、ＤｘＤｙ面に沿った板状または層状である。回折格子１２Ａは、位相型回折格子であって、入射面と射出面との間に複数の第１光学的距離部分１２ａと、複数の第２光学的距離部分１２ｂ（１２ｂ１、１２ｂ２）とを備えている。複数の第１光学的距離部分１２ａは、第１光学的距離ｈ１に対応する第１屈折率ｎ１および第１厚さＨ１を有して所定の規則に従って配列され、複数の第２光学的距離部分１２ｂは、この第１光学的距離部分１２ａを通過した例えばＸ線や光等の電磁波に対して所定の位相差Ｃを生じさせる第２光学的距離ｈ２に対応する第２屈折率ｎ２および第２厚さＨ２を有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列される。
【００４９】
より具体的には、位相型回折格子ＤＧＡが図１に示すように１次元である場合に、回折格子１２Ａは、前記第１厚さＨ１（格子面ＤｘＤｙに垂直なＤｚ方向（格子面ＤｘＤｙの法線方向）の長さ）を有して一方向Ｄｘに線状に延びる複数の第１光学的距離部分１２ａと、前記第２厚さＨ２（格子面ＤｘＤｙに垂直なＤｚ方向（格子面ＤｘＤｙの法線方向）の長さ、Ｈ２＝Ｈ１）を有して前記一方向Ｄｘに線状に延びる複数の第２光学的距離部分１２ｂとを備え、これら複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂとは、交互に平行に配設される。このため、複数の第１光学的距離部分１２ａは、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙ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光学的距離部分１２ｂは、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔（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光学的距離部分１２ａ（複数の第２光学的距離部分１２ｂ）は、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに等間隔Ｐでそれぞれ配設されている。第１光学的距離部分１２ａは、前記ＤｘＤｙ面に直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状であり、第２光学的距離部分１２ｂもこのＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。
【００５０】
そして、複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂとの各間には、複数の絶縁層１２ｃがそれぞれさらに備えられている。すなわち、第１光学的距離部分１２ａの両側面には、位相差性能に影響を与えない程度の非常に薄い絶縁層１２ｃが形成されている。言い換えれば、第２光学的距離部分１２ｂの両側面には、絶縁層１２ｃが形成されている。絶縁層１２ｃは、第１光学的距離部分１２ａと第２光学的距離部分１２ｂとを電気的に絶縁するように機能し、例えば、酸化膜によって形成される。酸化膜は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜、シリコン酸化膜）やアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜、酸化アルミニウム膜）等である。このような絶縁層１２ｃが設けられているのは、この位相型回折格子ＤＧＡの製造方法において、後述するように、電鋳法によって第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１が形成されるからである。ここで、前記特許文献１に開示の位相格子は、電鋳法ではなく、上述したように、前記充填材料を格子にスパッタリングし、引き続き格子の表面、つまり突条部の末端を化学−機械的に研磨することによって製造されるので、前記特許文献１に開示の位相格子には、本実施形態の位相型回折格子ＤＧＡのような絶縁層１２ｃは、存在しない。
【００５１】
さらに、第１光学的距離部分１２ａは、１個の光学的要素で構成されている。光学的要素とは、上述したように、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離ｈは、入射する例えばＸ線や光等の電磁波の波長に対し、その屈折率ｎとその厚さ（長さ）Ｈとの積によって与えられる（ｈ＝ｎ×Ｈ）。したがって、第１光学的距離ｈ１は、ｎ１×Ｈ１である（ｈ１＝ｎ１×Ｈ１）。第１光学的距離部分１２ａは、一態様では、例えばシリコンで形成されている。そして、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成されており、これら複数の光学的要素の各厚さの和は、第２光学的距離部分１２ｂの第２厚さＨ２に等しく、かつ、これら複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、第２光学的距離ｈ２に等しい。第２光学的距離部分１２ｂは、例えば、金属および空気の２個の光学的要素で構成されており、金属部分１２ｂ１の屈折率および厚さをそれぞれｎ２１およびＨ２１とし、空気部分１２ｂ２の屈折率および厚さをそれぞれｎ２２およびＨ２２とする場合に、Ｈ２１＋Ｈ２２＝Ｈ２（＝Ｈ１）であり、ｎ２１×Ｈ２１＋ｎ２２×Ｈ２２＝ｈ２である。ここで、前記特許文献１に開示の位相格子では、前記充填材料は、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部に設けられるものであるから、充填材料の光学的距離だけでなく、充填材料での減衰量も考慮されており、前記特許文献１に開示の位相格子では、充填材料は、本実施形態の位相型回折格子ＤＧＡのような上記関係式だけでは決定（設計）することができず、本実施形態の位相型回折格子ＤＧＡの金属部分１２ｂ１とは異なる。
【００５２】
金属部分１２ｂ１の金属は、入射する電磁波に対して比較的大きな位相変化を生じさせる元素が好適に選択される。また、好ましくは、金属部分１２ｂ１の金属における屈折率の実部は、空気部分１２ｂ２（あるいは後述の真空部分１２ｂ２）における屈折率の実部よりも小さい。この位相型回折格子ＤＧＡがＸ線用である場合には、金属部分１２ｂ１の金属は、Ｘ線に対して比較的大きな位相変化を生じさせる元素が好適に選択され、例えば、原子量が比較的重い元素の金属や貴金属、より具体的には、例えば、金（Ａｕ）、プラチナ（白金、Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）等である。金属部分１２ｂ１の幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける金属部分１２ｂ１の長さであり、金属部分１２ｂ１の厚さＨ２１は、前記一方向Ｄｘとこれに直交する前記方向Ｄｙとで構成される平面ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける金属部分１２ｂ１の長さである。同様に、空気部分１２ｂ２の幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける空気部分１２ｂ２の長さであり、空気部分１２ｂ２の厚さＨ２２は、前記一方向Ｄｘとこれに直交する前記方向Ｄｙとで構成される平面ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける空気部分１２ｂ２の長さである。なお、空気部分１２ｂ２は、空気に代えて所定の真空度の真空とされた真空部分１２ｂ２であってもよい。
【００５３】
なお、上述では、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、シリコンであり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、金属および空気（または真空）であるが、他の態様も可能である。例えば、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、金属であり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、シリコンおよび空気（または真空）である。また例えば、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、空気（または真空）であり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、金属およびシリコンである。
【００５４】
このような位相差を生じさせる部分が複数の光学的要素から成る位相型回折格子ＤＧＡは、基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成する凹部形成工程と、前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に電鋳法によって形成する金属形成工程と、前記金属形成工程で前記凹部内に形成された金属における前記深さの方向の長さを実際に計測する計測工程と、設計値の位相差を生じさせるように、前記計測工程で計測された前記金属の実際の長さに応じて前記凹部の側壁に対応する部分における前記深さの方向の長さを調整する調整工程とによって製造される。前記凹部は、１次元格子では、例えば、スリット溝であり、また２次元格子では、柱状穴（柱状孔）等である。以下、前記凹部がスリット溝である１次元の前記位相型回折格子ＤＧＡの製造方法について、詳述する。なお、凹部が例えば柱状穴等の他の形状であっても同様である。
【００５５】
（第１実施形態の製造方法）
図２ないし図４は、第１実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図である。図５は、第１実施形態における位相型回折格子の製造工程中のシリコン基板を示す斜視図である。
【００５６】
第１実施形態における位相型回折格子ＤＧＡの製造方法では、基板としてシリコン基板が用いられる。そして、前記金属形成工程は、前記基板における前記凹部の内表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記凹部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、前記深さの方向における設計値の長さとなるように金属を前記凹部内に電鋳法によって形成する電鋳工程とを備えている。第１実施形態における位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、より具体的には、以下の各工程を備えている。
【００５７】
本実施形態の位相型回折格子ＤＧＡを製造するために、まず、シリコン基板３０が用意される（図２（Ａ））。好ましくは、シリコン基板３０は、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンである。
【００５８】
ここで、ｎ型シリコンは、伝導体電子を豊富に持つため、シリコンを陰極に接続して負電位を印加しカソード分極をすると、後述の電鋳工程では、メッキ液４６といわゆるオーミック接触になり、電流が流れて還元反応が起き易くなり、結果として金属がより析出し易くなる。
【００５９】
次に、シリコン基板３０を所定の手法でエッチングして所定の深さの凹部が形成される（凹部形成工程、図２（Ａ）〜（Ｄ）、図３（Ａ））。より具体的には、まず、シリコン基板３０の主面上にレジスト層３３が形成され（レジスト層形成工程）、次に、このレジスト層３３をパターニングして前記パターニングした部分のレジスト層３３が除去され（パターニング工程）、そして、このレジスト層３３を除去した部分に対応するシリコン基板３０が、前記法線方向Ｄｚに所定の深さＨ０までエッチングされる（エッチング工程）。これによってスリット溝ＳＤが形成される。レジスト層とは、エッチングの際に、該エッチングに抗して保護膜として機能する層である。
【００６０】
このレジスト層３３は、レジスト層形成工程の後に実施されるエッチング工程のエッチング処理に対し耐性のある材料、例えば、感光性樹脂層（フォトレジスト膜）３３ｄが用いられてもよいが、より前記耐性の高い例えば、シリコン酸化膜３３ａ、金属膜（例えばアルミニウム膜等）３３ｂおよび金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３３ｃが用いられる。耐性のあるとは、エッチング処理において、全くエッチングされないという意味である必要はなく、比較的エッチングされ難いという意味であり、エッチングすべきエッチング対象部分がエッチングされる間、エッチングすべきではない非エッチング対象部分を保護する保護膜として機能するという意味である。これらシリコン酸化膜３３ａ、金属酸化膜３３ｃおよび感光性樹脂層３３ｄは、絶縁性を有し、金属膜３３ｂも酸化することによって金属酸化膜化され、絶縁性を獲得することができる。これらシリコン酸化膜３３ａ、金属膜３３ｂ、金属酸化膜３３ｃおよび感光性樹脂層３３ｄ、その膜の物性の利用やその膜厚の調整等によって、エッチング工程および後述の除去工程の後に残留可能に形成される。
【００６１】
図１に示す例では、シリコン酸化膜３３ａが、パターニングされたレジスト層３３として用いられる。このシリコン酸化膜３３ａがパターニングされたレジスト層３３として用いられる場合について、凹部形成工程をより具体的に説明すると、次の通りである。
【００６２】
まず、シリコン基板３０の主表面にレジスト層３３としてのシリコン酸化膜３３ａが形成される（図２（Ｂ））。このシリコン酸化膜３３ａは、例えば、公知の常套手段である熱酸化法、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）、陽極酸化法およびスパッタ法等の種々の成膜方法によって形成される。例えば、熱酸化法では、シリコン基板３０が配置された石英管内に酸素雰囲気（不活性ガスを含んでもよい）または水蒸気が導入され、前記酸素雰囲気または前記水蒸気の気体雰囲気中でシリコン基板３０が、前記石英管をヒータによって加熱することで高温加熱され、その表面に所定の厚さ（例えば約２００ｎｍ等）のシリコン酸化膜３３ａが形成される。また例えば、陽極酸化法では、シリコン基板３０に電源の陽極が接続され、電源の陰極に接続された陰極電極およびシリコン基板３０が電解液に浸けられる。そして、通電されると、シリコン基板３０の表面に所定の厚さ（例えば約２００ｎｍ等）のシリコン酸化膜３３ａが形成される。前記電解液は、酸化力が強く、かつ陽極酸化により生成された酸化膜を溶解しない酸性溶液、例えば、硝酸、塩酸、硫酸、シュウ酸および燐酸等の溶液が好ましい。陰極電極は、この電解液に対して溶解しない金属、例えば、金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）等で形成されることが好ましい。シリコン酸化膜３３ａは、シリコン基板３０の少なくとも上面に形成されるが、裏面や側面にも形成されてもよい。このようにレジスト層３３としてシリコン酸化膜３３ａが用いられるので、公知、常套手段の熱酸化法、化学気相成長法、陽極酸化法およびスパッタ法等の種々の成膜方法を用いることができるから、比較的容易にシリコン酸化膜３３ａを形成することが可能となる。なお、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）およびスパッタ法等の堆積法については、後述の絶縁層形成工程を参考にすることができる。
【００６３】
続いて、シリコン基板３０に形成されたシリコン酸化膜３３ａをパターニングするために、このシリコン酸化膜３３ａ上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成される（図２（Ｂ））。ここで、感光性樹脂層４０は、リソグラフィーにおいて使用され、光（可視光だけでなく紫外線等も含む）や電子線等によって溶解性等の物性が変化する材料である。なお、これに限定されるものではなく、例えば、感光性樹脂層４０に代え、電子線露光用のレジスト層であってもよい。
【００６４】
続いて、フォトリソグラフィー工程として、リソグラフィー法によって感光性樹脂層４０がパターニングされ（図２（Ｃ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（図２（Ｄ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図２（Ｃ））。そして、露光されなかった部分（あるいは露光された部分）の感光性樹脂層４０が除去される（図２（Ｄ））。
【００６５】
続いて、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクに、エッチングによって感光性樹脂層４０の除去された部分のシリコン酸化膜３３ａが除去されてシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる（図３（Ａ））。より具体的には、例えば、ＣＨＦ３ガスの反応性リアクティブエッチング（ＲＩＥ）によってシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる。また例えば、フッ酸のウェットエッチングによってシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる。このパターニング工程におけるレジスト層３３としてのシリコン酸化膜３３ａのエッチングは、他のエッチング方法であってもよい。
【００６６】
そして、次に、ドライエッチング法によって感光性樹脂層４０およびレジスト層３３のシリコン酸化膜３３ａを除去した部分に対応するシリコン基板３０が、前記法線方向Ｄｚに所定の深さＨ０までエッチングされる（図３（Ｂ）、エッチング工程）。これによってスリット溝ＳＤが形成される。なお、図５には、エッチング工程後におけるシリコン基板３０の一構造例が示されており、この場合では、図３（Ｂ）には、図５に示すＡＡ’線でのこのシリコン基板３０の断面が示されている。
【００６７】
このエッチング工程後にＤｘＤｚ面に沿って残ったシリコン基板３０の板状部分（層状部分、壁部）３２は、後述の電鋳工程によって形成された金属部分１２ｂ１の実測値に合わせて設計値の位相差となるように削り取られてその厚さが調整されるから、前記壁部３２の厚さ（長さ）を決める前記所定の深さＨ０は、金属部分１２ｂ１の設計値に応じて前記壁部３２に削りしろが存在するように適宜に設定される。好ましくは、前記所定の深さＨ０は、シリコンと空気または真空とで位相型回折格子ＤＧＡを形成した場合における前記シリコンの設計値の厚さである。このよう前記所定の深さＨ０を設定することにより、後述の調整工程でシリコン基板３０の厚さが調整されるので、シリコンと空気または真空とで位相型回折格子を形成した場合におけるいわゆる斜め入射による機能劣化を低減することが可能となる。
【００６８】
より具体的には、パターニングされた感光性樹脂層４０およびレジスト層３３をマスクとして、シリコン基板３０における表面から所定の深さＨ０まで、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングでシリコン基板３０がエッチングされる。なお、このＩＣＰドライエッチングによって感光性樹脂層４０は、除去される。ただし、上述したように、レジスト層３３として感光性樹脂層３３ｄが用いられる場合には、このエッチング工程後にも残留する厚さで感光性樹脂層３３ｄが形成される。なお、このエッチング工程において、レジスト層３３が若干エッチングされてもよい。
【００６９】
このＩＣＰドライエッチングは、高アスペクト比で垂直なエッチングができるため、好ましくは、ＩＣＰ装置によるＡＳＥプロセスである。このＡＳＥ（Advanced Silicon Etch）プロセスとは、ＳＦ６プラズマ中のＦラジカルとＦイオンによるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってシリコン基板のエッチングを行う工程と、Ｃ４Ｆ８プラズマ中のＣＦｘラジカルおよびそれらのイオンの重合反応によって、テフロン（登録商標）に近い組成を有するポリマー膜を壁面に堆積させて保護膜として作用させる工程とを繰り返し行うものである。また、高アスペクト比でより垂直なエッチングができるため、より好ましくは、ボッシュ（Bosch）プロセスのように、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てもよい。なお、ドライエッチング法は、ＩＣＰドライエッチングに限定するものではなく、他の手法であってもよい。例えば、いわゆる、並行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、磁気中性線プラズマ（ＮＬＤ）ドライエッチング、化学支援イオンビーム（ＣＡＩＢ）エッチングおよび電子サイクロトロン共鳴型リアクティブイオンビーム（ＥＣＲＩＢ）エッチング等のエッチング技術であっても良い。
【００７０】
このエッチングされてＤｘＤｙ面に沿って残ったシリコン基板３０の板状部分（基部）３１が第１シリコン部分１１となる。
【００７１】
次に、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、所定の成膜法によって、後述の電鋳工程の電鋳法に対し絶縁性を有するように所定の厚さの絶縁層３４が形成される（図３（Ｃ）、絶縁層形成工程）。絶縁層３４は、例えば、公知の常套手段である熱酸化法、陽極酸化法および堆積法等の種々の成膜方法によって形成される。堆積法は、例えば、化学気相成長法、スパッタ法および真空蒸着法等である。絶縁層３４は、例えば、シリコン酸化膜３４ａおよび金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３４ｂ等である。なお、この絶縁層３４は、シリコン基板３０の裏面や側面にも形成されてもよい。
【００７２】
より具体的には、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって絶縁層３４を堆積して形成する場合には、例えば、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装置内のシリコン基板３０の表面に所定の厚さ（例えば約４０ｎｍ等）のシリコン酸化膜３４ａが形成される。ここで、テトラエトキシシランの代わりに、アルミニウムイソプロポキシド（Aluminium isopropoxide）を用いることによって、絶縁層３４として所定の厚さ（例えば約３０ｎｍ等）のアルミナ膜３４ｂがＣＶＤ法によって成膜される。このＣＶＤ法は、原料ガスの表面化学反応であるため、特別な工夫を行うことなく、構造物内壁（本実施形態ではスリット溝ＳＤの内表面）に緻密な膜を形成することができ、その膜厚も数ｎｍ〜数μｍまで比較的容易に成膜することができる。
【００７３】
また、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、スパッタ法によって絶縁層３４を堆積して形成する場合には、例えば、真空チャンバー内に絶縁層３４として成膜させたい物質(例えば石英やアルミナ等)のターゲットが設置され、高電圧を印加することによってイオン化されたアルゴン等の希ガス元素（普通はアルゴンを用いる）が前記ターゲットに照射および衝突される。この衝突によって前記ターゲットの表面の原子がはじき飛ばされる(スパッタリングされる)。このはじき飛ばされた原子（スパッタリング粒子）が、前記主面側の表面に到達することで、前記主面側の表面に前記スパッタリング粒子が降り積もって堆積し成膜される。なお、前記スパッタリング粒子を底部ＢＴに到達させて高アスペクトなスリット溝ＳＤの内表面に均一かつ緻密に製膜する場合には、前記ターゲットとシリコン基板３０とを１００ｍｍ程度の所定の距離まで離間することによって、前記スパッタリング粒子の指向性を向上させることが好ましい。また、イオン化されたガスであるアルゴン等の希ガス中に、例えば微量の窒素ガスを混合すると、スリット溝ＳＤの開口付近に窒素による薄い潤滑層のようなものが形成され、その結果、前記スパッタリング粒子を滑り込ませてスリット溝ＳＤの底部ＢＴまでより到達させ易くすることができ、より好ましい。このスパッタ法は、成膜時間を長くしたり、希ガスをイオン化させるための電圧を高くすること等によって、前記スパッタリング粒子の個数を増加させたり、条件を適宜に設定することによって、構造物内壁（本実施形態ではスリット溝ＳＤの内表面）に緻密な膜を形成することができ、その膜厚も数ｎｍ〜数μｍまで比較的容易に成膜することができる。
【００７４】
また、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、真空蒸着法によって絶縁層３４を堆積して形成する場合には、真空チャンバー内で絶縁層３４として成膜させたい物質 (蒸着源)と対面させるようにシリコン基板３０が配置され、蒸着源を加熱することによって発生した気体状態の成膜物質（蒸着物質）が前記主面側の表面に照射される。この蒸着物質が、前記主面側の表面に到達することで、前記主面側の表面に前記蒸着物質が降り積もって堆積し成膜される。真空蒸着法は、通常、１０−２〜１０−４Ｐａ程度の低気圧下で実施されるため、蒸着物質の平均自由行程は、数１０ｃｍ〜数１０ｍ程度と長く、ほとんど衝突することなくシリコン基板３０に到達するため蒸着源から気化した蒸着物質は、極めて良い指向性を有している。このため、比較的高アスペクトなスリット溝ＳＤの内表面を、スリット溝ＳＤの奥深くまで、均一かつ緻密に製することができる。また、真空蒸着法では、蒸着物質の指向性が極めて高いため、スリット溝ＳＤの内側面に成膜し難い場合には、シリコン基板３０を蒸着源に対しやや斜めに傾けて側面を含めて１回目の成膜を行い、続けて、前記１回目の成膜とは反対にシリコン基板３０を傾けて２回目の成膜を行うことで、スリット溝ＳＤの両側面を成膜することができる。また、さらに緻密で強度の高い絶縁層３４を形成するために、真空蒸着中にイオン銃で、数１００ｅＶ程度のガスイオンを基板に照射するイオンビームアシスト蒸着(Ion-beam Assisted Deposition：ＩＡＤ )が用いられてもよい。このように真空蒸着法も構造物内壁（本実施形態ではスリット溝ＳＤの内表面）に緻密な膜を形成することができ、その膜厚も数ｎｍ〜数μｍまで比較的容易に成膜することができる。
【００７５】
なお、熱酸化法および陽極酸化法については、前述の凹部形成工程を参考にすることができる。
【００７６】
ここで、レジスト層３３と絶縁層３４との材質の点における具体的な組み合わせは、一例として、第１に、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａであって絶縁層３４もシリコン酸化膜３４ａである第１ケース（シリコン酸化膜３３ａ／シリコン酸化膜３４ａ）、第２に、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａであって絶縁層３４が金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３４ｂである第２ケース（シリコン酸化膜３３ａ／金属酸化膜３４ｂ）、第３に、レジスト層３３が金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３３ｃであって絶縁層３４がシリコン酸化膜３４ａである第３ケース（金属酸化膜３３ｃ／シリコン酸化膜３４ａ）、そして、第４に、レジスト層３３が金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３３ｃであって絶縁層３４も金属酸化膜（例えばアルミナ膜等）３４ｂである第４ケース（金属酸化膜３３ｃ／金属酸化膜３４ｂ）である。なお、レジスト層３３が金属膜３３ｂである場合には、電鋳工程において壁部３２の頂部の絶縁を実現するために、絶縁層形成工程において、金属膜３３ｂは、金属酸化膜化されることが好ましい。そして、前記具体的な組み合わせは、第５に、レジスト層３３が感光性樹脂層３３ｄであって絶縁層３４がシリコン酸化膜３４ａである第５ケース（感光性樹脂層３３ｄ／シリコン酸化膜３４ａ）、第６に、レジスト層３３が感光性樹脂層３３ｄであって絶縁層３４が金属酸化膜３４ｂである第６ケース（感光性樹脂層３３ｄ／金属酸化膜３４ｂ）である。
【００７７】
次に、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去される（除去工程、図３（Ｄ））。より具体的には、ドライエッチング法のＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去される。
【００７８】
ここで、ＩＣＰドライエッチングは、垂直指向性の高いので、スリット溝ＳＤの内側側面に形成された絶縁層３４（シリコン基板３０の壁部３２の両壁面（両側面）に形成された絶縁層３４）は、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去された時点では、絶縁層として機能するために充分な厚さで残る。スリット溝ＳＤの内側側面に形成された絶縁層３４は、絶縁性を持つレジスト層３３と協働することによって、次の電鋳工程においてシリコン基板３０の壁部３２に掛かる電圧を遮断する機能（この壁部３２を電気的に絶縁する機能）を奏する程度の厚さを確保しつつ、位相差性能にほとんど影響を与えない程度の厚さが望ましく、例えば、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度あればよい。製造工程の都合上、絶縁層３４の厚さの位相差への影響が無視できない場合は、適宜、絶縁層３４の厚さを考慮した上で位相差の設計を行ってもよい。これら各スリット溝ＳＤの内側側面にそれぞれ形成された各絶縁層３４（シリコン基板３０の壁部３２の両壁面（両側面）にそれぞれ形成された各絶縁層３４）は、複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂとの各間における複数の絶縁層１２ｃとなる。
【００７９】
次に、電鋳法（電気メッキ法）によって、シリコン基板３０に電圧を印加して前記スリット溝ＳＤが深さ方向における設計値の長さ（厚さ）を目標に金属で埋められる（金属形成工程（電鋳工程）、図４（Ａ））。より具体的には、シリコン基板３０に電源４４の陰極が接続され、電源４４の陽極に接続された陽極電極４５およびシリコン基板３０がメッキ液４６に浸けられる。なお、シリコン基板３０における、電源４４の陰極に接続される部分に絶縁性の膜が形成されている場合には、電源４４の陰極とシリコン基板３０との導通を図るために、その部分が除去される。これによって電鋳によりスリット溝ＳＤの底部におけるシリコン基板３０（シリコン基板３０の基部３１）側から金属が析出し、成長する。
【００８０】
そして、この金属が深さ方向における設計値の長さ（厚さ）になったと推定されるタイミング（電流×経過時間＝積算電流量）で、電鋳が終了される。こうしてスリット溝ＳＤ内に金属３５が形成される（図４（Ｂ））。このスリット溝ＳＤ内に形成された金属が金属部分１２ｂ１となる。この金属は、Ｘ線に対し大きな位相変化を生じさせるものが好適に選択され、例えば、原子量が比較的重い元素の金属や貴金属、より具体的には、例えば、金（Ａｕ）、プラチナ（白金、Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、インジウム（Ｉｎ）およびニッケル（Ｎｉ）等である。
【００８１】
次に、この金属形成工程（電鋳工程）でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５（金属部分１２ｂ１）の深さ方向の長さ（厚さ）が、実際に計測される（計測工程）。例えば、前記金属３５の前記長さ（前記厚さ）がレーザ顕微鏡によって実測される。また例えば、Ｘ線を照射することによって得られた金属３５の透過率からその長さ（厚さ）が求められる。
【００８２】
次に、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金属３５（金属部分１２ｂ１）の実際の長さ（厚さ）に応じてシリコン基板３０の壁部３２に対応する部分における前記深さ方向の長さ（シリコン基板３０の厚さ）が調整される（調整工程）。より具体的には、スリット溝ＳＤの壁部３２の頂部を被覆しているレジスト層３３が適宜なエッチング剤を用いたエッチングによって除去され、続いて、例えばシリコンのエッチングに適したＳＦ６ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの壁部３２がその頂部から削られて調整される。レジスト層３３の除去には、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、例えば、ＣＨＦ３ガスのＲＩＥによってこのシリコン酸化膜３３ａが除去され、レジスト層３３がアルミナ膜３３ｂである場合には、例えば、塩素ガスを用いたＲＩＥによってこのアルミナ膜３３ｂが除去され、そして、レジスト層３３が感光性樹脂層３３ｄである場合には、例えば、感光性樹脂の種類に応じた適宜な有機溶剤によってこの感光性樹脂層３３ｄが除去される。なお、上述では、シリコン基板３０の壁部３２のエッチングにＩＣＰドライエッチングを用いたが、シリコン基板３０が（１１０）基板であって、＜１１２＞方位方向に沿ってスリット溝ＳＤが形成されている場合には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のエッチング液を用いたウエットエッチングが用いられてもよい。
【００８３】
ここで、この調整工程におけるシリコン基板３０の壁部３２の厚さの調整についてより具体的に説明する。図６は、第１実施形態における位相型回折格子の一設計例（実施例）を説明するための図である。図７は、図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第１態様の製造例を説明するための図である。図８は、図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第２態様の製造例を説明するための図である。図９は、図６に示す設計例に基づいて製造される位相型回折格子の第３態様の製造例を説明するための図である。図６（Ａ）は、設計された位相型回折格子を示す断面図であり、図７（Ａ）、図８（Ａ）および図９（Ａ）は、それぞれ各態様における製造後の位相型回折格子を示す断面図である。図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）は、金（Ａｕ）で形成した金属部分１２ｂ１の厚さとシリコン基板３０の壁部３２の厚さとの関係を示す図である。これら図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）に示す前記関係は、２８ｋｅＶのＸ線に適用される、シリコン、金および空気で格子を構成したπ／２型位相型回折格子の場合について求められた。実線は、設計値を示し、各破線は、前記設計値に対して±１０％の誤差を含む場合の各値を示し、各破線間は、前記設計値に対して許容される範囲を示す。これら図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）において、縦軸のシリコンの厚さがプラス（＋）である領域は、第１光学的距離部分がシリコンのみで形成されるとともに第２光学的距離部分が金および空気で形成される場合、あるいは、第１光学的距離部分がシリコンおよび空気で形成されるとともに第２光学的距離部分が金のみで形成される場合、に対応し、縦軸のシリコンの厚さがマイナス（−）である領域は、第１光学的距離部分が空気のみで形成されるとともに第２光学的距離部分が金およびシリコンで形成される場合に対応する。すなわち、これら図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）では、シリコンと金との界面のレベルが厚さの基準とされている。縦軸のシリコンの厚さがマイナス（−）である領域では、シリコンの厚さは、そのマイナス値の絶対値となる。図１０は、シリコン、金および空気の３個の光学的要素によって位相型回折格子を製造する場合におけるシリコン、金および空気の各厚さを示す図である。
【００８４】
図６に示す例では、位相型回折格子ＤＧＡは、厚さ５μｍのシリコンで第１光学的距離部分１２ａを形成するように設計された。この場合には、図６（Ｂ）から分かるように、第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１は、長さ（厚さ）３．５μｍの金（Ａｕ）となり、第２光学的距離部分１２ｂの空気部分１２ｂ２の長さ（厚さ）は、第１光学的距離部分１２ａのシリコンの長さ（厚さ）から第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１の長さ（厚さ）を差し引いた１．５μｍとなる。
【００８５】
このような設計諸元に対し、電鋳工程（金属形成工程）において形成される任意の金の長さ（厚さ）に対処可能とするために、凹部形成工程で形成されるスリット溝ＳＤの前記所定の深さＨ０は、シリコンと空気とで格子を形成する場合に対応する、金の長さ（厚さ）が０μｍである場合におけるシリコンの長さ（厚さ）以上であり、図６（Ｂ）から１８μｍ以上であればよい。このため、前記凹部形成工程では、シリコン基板３０が１８μｍの深さでエッチングされ、深さ１８μｍのスリット溝ＳＤが形成される。電鋳工程では、設計値の３．５μｍの長さ（厚さ）を目標にスリット溝ＳＤが金で埋められる。そして、電鋳工程が終了されると計測工程が行われ、金の長さ（厚さ）が実測される。その結果は、金の長さ（厚さ）が許容誤差を超えて長い（厚い）第１の場合、金の長さ（厚さ）が許容誤差を超えて短く（薄く）かつ図６（Ｂ）でシリコンの長さ（厚さ）がプラス（＋）である領域の第２の場合、金の長さ（厚さ）が許容誤差を超えて短く（薄く）かつ図６（Ｂ）でシリコンの長さ（厚さ）がマイナス（−）である領域の第３の場合、そして、金の長さ（厚さ）が許容誤差内である第４の場合がある。なお、金の長さ（厚さ）が許容誤差を超えて短く（薄く）かつ図６（Ｂ）でシリコンの長さ（厚さ）が０である領域の場合は、前記第２の場合および前記第３の場合のうちのいずれかに含まれる。
【００８６】
まず、前記第１の場合では、例えば、金３５の長さ（厚さ）が実測値４μｍであったとすると、図７（Ｂ）から分かるように、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）は、８．３μｍである。そこで、調整工程において、シリコン基板３０の壁部３２の頂部から削り取られ、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金３５の実際の長さ（厚さ）４μｍに応じて、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）が、８．３μｍに調整される。この結果、図７（Ａ）に示すような長さ（厚さ）４μｍの金３５および長さ（厚さ）４．３μｍの空気と長さ（厚さ）８．３μｍのシリコンの壁部３２とで構成された格子を持つ位相型回折格子ＤＧＡが作られ、この位相型回折格子ＤＧＡは、２８ｋｅＶのＸ線に対し第１および第２光学的距離部分間において設計値通りにπ／２だけ位相を変化させる。
【００８７】
また、前記第２の場合では、例えば、金３５の長さ（厚さ）が実測値３．１μｍであったとすると、図８（Ｂ）から分かるように、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）は、２．４μｍである。そこで、調整工程において、シリコン基板３０の壁部３２の頂部から削り取られ、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金３５の実際の長さ（厚さ）３．１μｍに応じて、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）が、２．４μｍに調整される。この結果、図８（Ａ）に示すような長さ（厚さ）３．１μｍの金３５と長さ（厚さ）０．７μｍの空気と長さ（厚さ）２．４μｍのシリコンの壁部３２とで構成された格子を持つ位相型回折格子ＤＧＡが作られ、この位相型回折格子ＤＧＡは、２８ｋｅＶのＸ線に対し第１および第２光学的距離部分間において設計値通りにπ／２だけ位相を変化させる。
【００８８】
また、前記第３の場合では、例えば、金３５の長さ（厚さ）が実測値２．５μｍであったとすると、図９（Ｂ）から分かるように、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）は、−１．６μｍである。そこで、調整工程において、シリコン基板３０の壁部３２の頂部から削り取られ、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金３５の実際の長さ（厚さ）２．５μｍに応じて、シリコン基板３０の壁部３２の長さ（厚さ）が、−１．６μｍに調整される。すなわち、シリコン基板３０の壁部３２を全て削り取った後に、さらに、シリコン基板３０の壁部３２があった領域部分が深さ１．６μｍでエッチングされ、削り取られる。この場合、金３５がエッチングマスクとなって、このような削り取りが可能となる。この結果、図９（Ａ）に示すような長さ（厚さ）４．１μｍの空気と長さ（厚さ）２．５μｍの金と長さ（厚さ）１．６μｍのシリコンとで構成された格子を持つ位相型回折格子ＤＧＡが作られ、この位相型回折格子ＤＧＡは、２８ｋｅＶのＸ線に対し第１および第２光学的距離部分間において設計値通りにπ／２だけ位相を変化させる。
【００８９】
なお、前記第４の場合では、許容誤差範囲内であるので、そのままでよいが、さらに、調整工程が行われてもよい。
【００９０】
図１０には、シリコン、金および空気の各長さ（各厚さ）の各設計値が示されている。図１０の領域Ａは、第１光学的距離部分が空気のみであって第２光学的距離部分がシリコンおよび金で形成されている場合の位相型回折格子ＤＧＡにおける前記シリコン、前記金および前記空気の各長さ（各厚さ）の各設計値が示されており、図１０の領域Ｂは、第１光学的距離部分が金のみであって第２光学的距離部分が空気およびシリコンで形成されている場合の位相型回折格子ＤＧＡにおける前記シリコン、前記金および前記空気の長さ（各厚さ）の各設計値が示されており、そして、図１０の領域Ｃは、第１光学的距離部分がシリコンのみであって第２光学的距離部分が金および空気で形成されている場合の位相型回折格子ＤＧＡにおける前記シリコン、前記金および前記空気の長さ（各厚さ）の各設計値が示されている。
【００９１】
シリコンおよび金の屈折率をそれぞれｎＳｉおよびｎＡｕとし、シリコンおよび金の長さ（厚さ）をそれぞれＨＳｉおよびＨＡｕとし、Ｘ線の波長をλとし、位相差をＮ（位相差πの場合はＮ＝１であり、位相差π／２の場合はＮ＝２である）とする場合に、図１０の前記領域Ａでは、次式１が用いられ、図１０の前記領域Ｂでは、次式２が用いられ、そして、図１０の前記領域Ｃでは、次式３が用いられる。
ＨＳｉ＝｛−（１−ｎＡｕ）×ＨＡｕ＋（λ／（２×Ｎ））｝／（１−ｎＳｉ）  ・・・（１）
ＨＳｉ＝｛（１−ｎＡｕ）×ＨＡｕ−（λ／（２×Ｎ））｝／（１−ｎＳｉ）  ・・・（２）
ＨＳｉ＝｛（１−ｎＡｕ）×ＨＡｕ＋（λ／（２×Ｎ））｝／（１−ｎＳｉ）  ・・・（３）
これら式１〜式３は、金の長さ（厚さ）が決定された後に、シリコンの長さ（厚さ）を如何に決定するかを示している。なお、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に対し、シリコンの屈折率ｎＳｉは、０．９９９９９９３８４−ｉ１．２８２９６８５ｅ−９であり、金の屈折率ｎＡｕは、０．９９９９９５９６−ｉ２．１２３８４８０５ｅ−７である。ここで、ｉは、虚数単位であり、ｉ２＝−１である。なお、位相差設計には、屈折率の虚部は、関係なく、その実部だけが関係し、その実部だけが位相差設計の計算に用いられる。
【００９２】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の位相型回折格子ＤＧＡが製造される。
【００９３】
このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法では、金属形成工程でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）が設計値からずれた場合でも、金属形成工程でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）が実測され、この実測結果に基づいて、設計値の位相差を生じさせるように、シリコン基板３０の壁部３２（スリット溝ＳＤの側壁）に対応する部分における深さ方向の長さが調整され、シリコン基板３０の厚さが調整される。このように加工精度のあまい電鋳工程（金属形成工程）の電鋳法によって形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）における設計値からのズレが、高い加工精度で加工することができるシリコン基板３０の加工によって修正される。このように加工精度の高いシリコン基板３０の加工で設計値の位相差を実現するので、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、より高い加工精度で位相型回折格子ＤＧＡを製造することができる。そして、上記位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、比較的大きな位相変化を生じさせる例えば金（Ａｕ）等の金属３５を用いるので、シリコンと空気または真空との組み合わせの位相型回折格子よりも薄い格子で位相型回折格子を製造することができる。したがって、上記位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、点光源のＸ線源が用いられた場合でも、位相型回折格子ＤＧＡの周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧＡの性能劣化を低減することができる。
【００９４】
また、Ｘ線波長帯では、金属の屈折率の実部は、比較的小さいため、例えば、金の長さ（厚さ）で位相差を調整しようとすると、位相差の許容誤差が±１０％である場合に、金の長さの許容誤差△ＨＡｕは、次式４で表される。例えば、上述の例の２８ｋｅＶのＸ線用の位相型回折格子の場合では、金の長さの許容誤差△ＨＡｕは、±０．２７μｍであって、比較的小さい。一方、Ｘ線波長帯での屈折率の実部が金属のそれよりも比較的大きいシリコンの長さ（厚さ）で位相差を調整しようとすると、位相差の許容誤差が±１０％である場合に、シリコンの長さの許容誤差△ＨＳｉは、次式５で表される。例えば、上述の例の２８ｋｅＶのＸ線用の位相型回折格子の場合では、シリコンの許容誤差△ＨＳｉは、±１．８μｍであって、比較的大きい。上記位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、シリコンの長さ（厚さ）を調整することで設計値の位相差を実現するので、この点からも設計値通りの位相差を生じさせる位相型回折格子ＤＧＡを製造し易い。
△ＨＡｕ＝±０．１×λ／（２×Ｎ×（１−ｎＡｕ））      ・・・（４）
△ＨＳｉ＝±０．１×λ／（２×Ｎ×（１−ｎＳｉ））      ・・・（５）
【００９５】
また、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、シリコン基板３０をドライエッチングするので、スリット溝ＳＤにおける幅Ｗに対する深さＨの比（スリット溝ＳＤのアスペクト比＝深さＨ／幅Ｗ）の高いスリット溝ＳＤを形成することができる。この結果、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、この高アスペクト比のスリット溝ＳＤを金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分１２ｂ１を持つ位相型回折格子ＤＧＡを製造することができる。そして、電鋳工程で電鋳法によってスリット溝ＳＤを金属で埋める際に、まず、絶縁層形成工程で、絶縁層３４が少なくともスリット溝ＳＤの内表面に形成され、そして、除去工程で、スリット溝ＳＤの底部部分ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去される。したがって、電鋳工程の電鋳法に対し電気的な絶縁を確保することができる所定膜厚の例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３４ａやアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜）３４ｂ等の絶縁層３４を形成することができ、スリット溝ＳＤを構成する壁部であってエッチング工程で残留したシリコン基板３０の壁部３２（シリコン基板３０の各板状部分３２）における壁面部分（スリット溝ＳＤの壁面部分（内側側面部分））が絶縁層３４によって絶縁状態となるとともに、スリット溝ＳＤの底部が通電可能な状態となる。このため、スリット溝ＳＤの壁面（内側側面）から金属がより確実に析出および成長することがなく、スリット溝ＳＤの底部から金属がより確実に析出し成長する。したがって、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、このように金属３５がスリット溝ＳＤの底部から選択的に成長するので、金属３５内におけるボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、電鋳法によって格子の金属部分１２ｂ１をより緻密に形成することができる。なお、このような位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、このような高アスペクト比、例えば５倍以上、好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍以上に対応することができ、しかもより緻密な金属部分１２ｂ１を形成することができる。
【００９６】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、レジスト層３３は、エッチング工程および除去工程の後に残留するように、レジスト層３３が形成されているので、スリット溝ＳＤを構成する壁部であってエッチング工程で残留したシリコン基板３０の壁部（シリコン基板３０の各板状部分３２）における頂部（上面）も電鋳工程の電鋳法において絶縁される。このため、絶縁層３４は、この残留したレジスト層３３と協働することによって、該壁部の、電鋳法に対する絶縁性をより確実に確保することができる。
【００９７】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、エッチング工程にＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）を用いるので、いわゆる異方性エッチングを行うことができるから、深さ方向（積層方向）に沿ってシリコン基板３０をエッチングすることができ、比較的容易にスリット溝ＳＤを形成することができる。
【００９８】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧＡの製造方法は、ボッシュプロセスによってシリコン基板３０がドライエッチングされるので、スリット溝ＳＤの側面がより平坦となり、この結果、高精度な位相型回折格子ＤＧＡを形成することができる。特に、位相型回折格子ＤＧＡが回折格子として機能する場合には、入射面あるいは出射面がより平坦となるので、好ましい。
【００９９】
次に、別の実施形態について説明する。
【０１００】
（第２実施形態の位相型回折格子）
図１１は、第２実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の位相型回折格子ＤＧＢは、図１１に示すように、第１シリコン部分１１と、第１シリコン部分１１上に形成された回折格子１２Ｂとを備えて構成される。第１シリコン部分１１は、図１に示す第１シリコン部分１１と同様であり、図１１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、ＤｘＤｙ面に沿った板状または層状である。回折格子１２Ｂは、図１に示す複数の絶縁層１２ｃを備えていない点で、図１に示す回折格子１２Ａと異なるが、この点を除く残余の構成は、図１に示す回折格子１２Ａと同様である。すなわち、この回折格子１２Ｂは、位相型回折格子であって、入射面と射出面との間に複数の第１光学的距離部分１２ａと、複数の第２光学的距離部分１２ｂ（１２ｂ１、１２ｂ２）とを備えている。複数の第１光学的距離部分１２ａは、第１光学的距離ｈ１に対応する第１屈折率ｎ１および第１厚さＨ１を有して所定の規則に従って配列され、複数の第２光学的距離部分１２ｂは、この第１光学的距離部分１２ａを通過した例えばＸ線や光等の電磁波に対して所定の位相差Ｃを生じさせる第２光学的距離ｈ２に対応する第２屈折率ｎ２および第２厚さＨ２を有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列される。
【０１０１】
第１光学的距離部分１２ａは、１個の光学的要素で構成されている。そして、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成されており、これら複数の光学的要素の各厚さの和は、第２光学的距離部分１２ｂの第２厚さＨ２に等しく、かつ、これら複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、第２光学的距離ｈ２に等しい。なお、上述の図１１に示す例では、前記第１光学的距離部分の光学的要素は、石英（二酸化シリコン）であり、前記第２光学的距離部分における複数の光学的要素は、金属（例えば金等）および空気（または真空）であるが、図１に示す例と同様な他の態様も可能である。
【０１０２】
このような位相差を生じさせる部分が複数の光学的要素から成る位相型回折格子ＤＧＢは、上述した、凹部形成工程、金属形成工程、計測工程および調整工程とによって製造される。前記凹部は、１次元格子では、例えば、スリット溝であり、また２次元格子では、柱状穴（柱状孔）等である。以下、前記凹部がスリット溝である１次元の前記位相型回折格子ＤＧＢの製造方法について、詳述する。なお、凹部が例えば柱状穴等の他の形状であっても同様である。
【０１０３】
（第２実施形態の製造方法）
図１２ないし図１４は、第２実施形態における位相型回折格子の製造方法を説明するための図である。
【０１０４】
第２実施形態における位相型回折格子ＤＧＢの製造方法では、基板として前記所定の深さＨ０に相当する厚さＨ０を有する石英層５０を積層したシリコン基板３０であり、前記凹部形成工程は、前記石英層５０を前記シリコン基板３０が露出するまでエッチングして前記所定の深さＨ０の凹部を形成するものである。第２実施形態における位相型回折格子ＤＧＢの製造方法は、より具体的には、以下の各工程を備えている。
【０１０５】
本実施形態の位相型回折格子ＤＧＢを製造するために、まず、シリコン基板３０および石英基板が用意される（図１２（Ａ））。好ましくは、シリコン基板３０は、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンである。なお、本実施形態では、このシリコン基板３０そのものが第１シリコン部分１１となる。
【０１０６】
次に、これらシリコン基板３０および石英基板５０が例えばウェハ直接接合技術によって互いに接合され、前記所定の深さＨ０に相当する厚さＨ０となるまで石英基板５０が研磨され、前記所定の深さＨ０に相当する厚さＨ０を有する石英層５０となる（図１２（Ｂ））。例えば、前記厚さＨ０は、１８μｍである。
【０１０７】
このウェハ直接接合技術（Wafer Direct Bonding）では、より具体的には、まず、シリコン基板３０および石英基板５０が表面処理され、それらの接合面が親水化処理される。次に、各基板の前記親水化処理された各接合面が互いに重ね合わされ、貼り合わせられる。この処理は、各接合面にゴミが付着することを防止するために、クリーンルーム内で実施される。そして、接合強度を上げるために、この張り合わされたシリコン基板３０および石英基板５０が熱処理される。こうしてシリコン基板３０と石英基板５０との積層基板が形成される。
【０１０８】
次に、シリコン基板３０上の石英層５０を前記シリコン基板３０が露出するまで所定の手法でエッチングして所定の深さＨ０の凹部が形成される（凹部形成工程、図１２（Ｃ）、図１３（Ａ）〜（Ｃ））。より具体的には、まず、シリコン基板３０上に積層された石英層５０をパターニングするために、この石英層５０上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成される（レジスト層形成工程、図１２（Ｃ））。続いて、リソグラフィー法によって感光性樹脂層４０がパターニングされ（図１３（Ａ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（パターニング工程、図１３（Ｂ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図１３（Ａ））。そして、露光されなかった部分（あるいは露光された部分）の感光性樹脂層４０が除去される（図１３（Ｂ））。続いて、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクに、エッチングによって感光性樹脂層４０の除去された部分の石英層５０が、前記法線方向Ｄｚにシリコン基板３０が露出するまでエッチングされて石英層５０がパターニングされる（エッチング工程、図１３（Ｃ））。これによってスリット溝ＳＤが形成される。より具体的には、例えば、ＣＨＦ３ガスの反応性リアクティブエッチング（ＲＩＥ）によって石英層５０がパターニングされる。このＣＨＦ３ガスの反応性リアクティブエッチング（ＲＩＥ）では、シリコンは、エッチングされないので、加工精度の高い所定の深さＨ０のスリット溝ＳＤが形成される。
【０１０９】
この凹部形成工程のエッチング工程後にＤｘＤｚ面に沿って残った板状（層状、壁部）の石英層５０は、後述の電鋳工程によって形成された金属部分１２ｂ１の実測値に合わせて設計値の位相差となるように削り取られてその長さ（厚さ）が調整される部分となる。したがって、前記石英層５０の厚さ（長さ）Ｈ０は、金属部分１２ｂ１の設計値に応じて前記板状の石英層５０に削りしろが存在するように適宜に設定され、好ましくは、上述のように、前記石英層５０の厚さ（長さ）Ｈ０は、石英と空気または真空とで位相型回折格子ＤＧＢを形成した場合における前記石英の設計値の厚さである。このよう石英層５０の厚さＨ０を設定することにより、後述の調整工程で板状の石英５０の長さ（厚さ）が調整されるので、石英と空気または真空とで位相型回折格子を形成した場合におけるいわゆる斜め入射による機能劣化を低減することが可能となる。
【０１１０】
次に、電鋳法（電気メッキ法）によって、シリコン基板３０に電圧を印加して前記スリット溝ＳＤが深さ方向における設計値の長さ（厚さ）を目標に金属で埋められる（金属形成工程（電鋳工程）、図１４（Ａ））。より具体的には、シリコン基板３０に電源４４の陰極が接続され、電源４４の陽極に接続された陽極電極４５およびスリット溝ＳＤとしてパターニングされた石英層５０を形成したシリコン基板３０がメッキ液４６に浸けられる。これによって電鋳によりスリット溝ＳＤの底部におけるシリコン基板３０（シリコン基板３０の基部３１）側から金属が析出し、成長する。
【０１１１】
そして、この金属が深さ方向における設計値の長さ（厚さ）になったと推定されるタイミング（電流×経過時間＝積算電流量）で、電鋳が終了される。こうしてスリット溝ＳＤ内に金属３５が形成される（図１４（Ｂ））。このスリット溝ＳＤ内に形成された金属が金属部分１２ｂ１となる。この金属は、Ｘ線に対し大きな位相変化を生じさせるものが好適に選択される。
【０１１２】
次に、この金属形成工程（電鋳工程）でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５（金属部分１２ｂ１）の深さ方向の長さ（厚さ）が、実際に計測される（計測工程）。例えば、前記金属３５の前記長さ（前記厚さ）がレーザ顕微鏡によって実測される。また例えば、Ｘ線を照射することによって得られた金属３５の透過率からその長さ（厚さ）が求められる。
【０１１３】
次に、設計値の位相差を生じさせるように、計測工程で計測された金属３５（金属部分１２ｂ１）の実際の長さ（厚さ）に応じて板状の石英層５０に対応する部分における前記深さ方向の長さ（石英層５０を積層したシリコン基板３０の厚さ）が調整される（調整工程）。より具体的には、第１実施形態で説明した第１ないし第３態様に応じた調整で、例えば石英のエッチングに適したＣＨＦ３ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの壁部を形成する板状の石英層５０がその頂部から削られて調整される。例えば、実測の結果、金属３５（金属部分１２ｂ１）の実際の長さ（厚さ）が４．３μｍであった場合には、この調整工程において、板状の石英層５０が長さ（厚さ）１０．８μｍとなるように、長さ（厚さ）７．２μｍだけ削られる。
【０１１４】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１１に示す構成の位相型回折格子ＤＧＢが製造される。
【０１１５】
このような位相型回折格子ＤＧＢの製造方法では、金属形成工程でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）が設計値からずれた場合でも、金属形成工程でスリット溝ＳＤ内に形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）が実測され、この実測結果に基づいて、設計値の位相差を生じさせるように、板状の石英層５０（スリット溝ＳＤの側壁）に対応する部分における深さ方向の長さが調整され、石英層５０を形成したシリコン基板３０の厚さが調整される。このように加工精度のあまい電鋳工程（金属形成工程）の電鋳法によって形成された金属３５における深さ方向の長さ（厚さ）における設計値からのズレが、高い加工精度で加工することができる石英層５０やシリコン基板３０の加工によって修正される。このように加工精度の高い石英層５０およびシリコン基板３０の加工で設計値の位相差を実現するので、このような位相型回折格子ＤＧＢの製造方法は、より高い加工精度で位相型回折格子ＤＧＢを製造することができる。そして、上記位相型回折格子ＤＧＢの製造方法は、比較的大きな位相変化を生じさせる例えば金（Ａｕ）等の金属３５を用いるので、シリコンと空気または真空との組み合わせの位相型回折格子よりも薄い格子で位相型回折格子を製造することができる。したがって、上記位相型回折格子ＤＧＢの製造方法は、点光源のＸ線源が用いられた場合でも、位相型回折格子ＤＧＢの周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧＢの性能劣化を低減することができる。また、上記位相型回折格子ＤＧＢの製造方法は、許容誤差の比較的大きい石英層５０およびシリコン基板３０の長さ（厚さ）を調整することで設計値の位相差を実現するので、この点からも設計値通りの位相差を生じさせる位相型回折格子ＤＧＢを製造し易い。
【０１１６】
次に、別の実施形態について説明する。
【０１１７】
（第３実施形態）
また、上述の第１実施形態では、除去工程によってスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去されたが、前記除去工程に代え除去広表面積化工程が用いられ、凹部の一例であるスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分を除去するとともに、前記スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０をさらにエッチングすることによって前記スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くされてもよい。
【０１１８】
また、上述の第２実施形態では、凹部形成工程によってシリコン基板３０上の石英層５０を前記シリコン基板３０が露出するまで所定の手法でエッチングして所定の深さＨ０の凹部が形成されたが、その後、さらに、スリット溝ＳＤの底部におけるシリコン基板３０をさらにエッチングすることによってスリット溝ＳＤの底部分の表面積を該エッチング前より広くする広表面積化工程が実施されてもよい。
【０１１９】
ここでは、上述の第１実施形態における除去工程に代えて除去広表面積化工程が用いられる場合について説明するが、上述の第２実施形態における凹部形成工程と電鋳法の金属形成工程との間に、後述の広表面積化工程が実施されることで、上述の第２実施形態に対しても後述と同様な第３実施形態が実施可能である。
【０１２０】
図１５は、第３実施形態における位相型回折格子の他の製造方法を説明するための図である。図１６は、第３実施形態における位相型回折格子の他の構成を示す斜視図である。
【０１２１】
この第３実施形態の製造方法では、まず、シリコン基板３０が用意され、続いて、上述の第１実施形態の製造方法と同様に、凹部形成工程のレジスト層形成工程、パターニング工程、エッチング工程および絶縁層形成工程がそれぞれ実施される（図２（Ａ）〜図２（Ｄ）、図３（Ａ）、図１５（Ａ）（図３（Ｂ）））。続いて、上述の製造方法における除去工程に代え、図１５（Ｂ）に示す除去広面積化工程が実施される。
【０１２２】
この除去広面積化工程では、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去されるとともに、スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の基部３１を所定の深さでさらにエッチングすることによってスリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くされる（図１５（Ｂ）、除去広表面積化工程）。すなわち、まず、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去され（図３（Ｄ）に示す上述の除去工程と同様の工程）、続いて、スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の基部３１が所定の深さでさらにエッチングされる（図１５（Ｂ）、広表面積化工程）。この広表面積化工程によって、スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くなる。
【０１２３】
より具体的には、前記除去工程では、ＣＨＦ３ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分がエッチングされ、除去される。そして、前記広表面積化工程では、ガスをシリコンのエッチングに適したガスに変え、ＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の基部３１が所定の深さでさらにエッチングされる（図１５（Ｂ））。例えば、ボッシュ（Bosch）プロセスのように、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ＩＣＰドライエッチングが行われる。
【０１２４】
なお、上述では、除去工程と広表面積化工程とでは、エッチング対象に適したガスを用いるために、ガス種を変えたが、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の厚さが比較的薄い場合には、広表面積化工程で用いるシリコンのエッチングに適したガスが除去工程に用いられてもよい。前記シリコンのエッチングに適したガスであっても、イオン化した分子が前記絶縁層３４にイオン衝突することによって、前記シリコンのエッチングに適したガスが持っている運動エネルギーで前記絶縁層３４を徐々に除去することができる。逆に、除去工程に用いるガスがそのまま広表面積化工程に用いられてもよく、徐々にシリコンをエッチングすることができる。このように除去工程と広表面積化工程とで同じガスを用いることによって、各工程間でガス種を変更する必要がないので、工程が簡略化される。
【０１２５】
続いて、この広表面積化されたシリコン基板３０を用いて、上述の製造方法と同様に、金属形成工程（電鋳工程、図１５（Ｃ））、計測工程および調整工程が実施される。
【０１２６】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１６に示す位相型回折格子ＤＧｃが製造される。より詳しくは、この図１６に示す位相型回折格子ＤＧＣは、図１に示す位相型回折格子ＤＧＡの第１シリコン部分１１と同様の第１シリコン部分１１と、第１シリコン部分１１上に形成された格子１２Ｃとを備えて構成される。格子１２Ｃは、大略図１に示す位相型回折格子ＤＧＡの格子１２Ａと同様に、互いに交互に平行に配設された複数の第１光学的距離部分１２ａおよび複数の第２光学的距離部分１２ｂ’と、複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂ’との各間にそれぞれ配設された複数の絶縁層１２ｃとを備えているが、この図１６に示す位相型回折格子ＤＧＣでは、複数の第２光学的距離部分１２ｂ’の金属部分１２ｂ１’は、互いに隣接する第１光学的距離部分１２ａに挟まれた、ＤｘＤｚ面に沿った板状または層状の格子部分１２ｂ１ａと、この格子部分１２ｂ１ａの一方端から第１シリコン部分１１内へ延びる成長始端部分１２ｂ１ｂとを備えている。この成長始端部分１２ｂ１ｂが、前記広表面積化工程で形成された成長始端凹部ＡＰ内に、電鋳工程で形成された金属３５の部分である。
【０１２７】
なお、第２実施形態の製造方法に対する第３実施形態の製造方法によって製造される位相型回折格子ＤＧＣは、上述の複数の絶縁層１２ｃを備えない点を除き、図１６に示す位相型回折格子ＤＧＣと同様である。
【０１２８】
このような位相型回折格子ＤＧＣの製造方法では、第１実施形態に対する第３実施形態において、除去広表面積化工程で、スリット溝ＳＤの底部ＢＴの絶縁層３４が除去されるだけでなく、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに露出したシリコン基板３０がさらにエッチングされ、前記スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くされるので、シリコン基板３０が露出する面積がより広くなる。あるいは、第２実施形態に対する第３実施形態において、広面積化工程で、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに露出したシリコン基板３０がさらにエッチングされ、前記スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くされるので、シリコン基板３０が露出する面積がより広くなる。この結果、電鋳工程（金属形成工程）における通電面積がより広くなり、各スリット溝ＳＤにおける金属３５の成長速度のばらつきが低減される。したがって、このような位相型回折格子ＤＧＣの製造方法は、電鋳法によって各スリット溝ＳＤにおける金属３５の成長長の略均一な位相型回折格子ＤＧＣを製造することができる。
【０１２９】
なお、上述の実施形態では、スリット溝ＳＤの開口面側におけるシリコン基板３０の壁部３２（スリット溝ＳＤの側壁）の頂部が削られることによって、シリコン基板３０の壁部３２（スリット溝ＳＤの側壁）の長さ（厚さ）が調整されたが、これに代え、または、これと合わせて、シリコン基板３０の壁部３２がある領域に対応して対向する前記シリコン基板の表面部分が削られて調整されてもよい。すなわち、スリット溝ＳＤの底面側における、シリコン基板３０の壁部３２（スリット溝ＳＤの側壁）がある領域に対応する部分が削られて調整されてもよい。
【０１３０】
また、上述の実施形態では、第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１、１２ｂ１’は、単層の金属であったが、複数の金属を積層した多層構造であってもよい。例えば、金とシリコン基板３０との間に下地層としてクロム（Ｃｒ）が設けられ、第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１、１２ｂ１’は、クロムの層上に金を積層したＣｒ／Ａｕの多層構造であってもよい。また例えば、金の上に調整工程における前記金の保護膜としてクロムが設けられ、第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１、１２ｂ１’は、金の層上にクロムを積層したＡｕ／Ｃｒの多層構造であってもよい。また例えば、これらの組み合わせ、第２光学的距離部分１２ｂの金属部分１２ｂ１、１２ｂ１’は、Ｃｒ／Ａｕ／Ｃｒの多層構造であってもよい。なお、この段落において、“Ａ／Ｂ”は、Ａ層上にＢ層が形成され、Ａ層上にＢ層が積層されていることを意味する。
【０１３１】
また、上述の実施形態において、第２光学的距離部分１２ｂの空気部分１２ｂ２には、例えばＰＭＭＡ等の樹脂が前記調整工程後に充填され、樹脂部分とされてもよい。
【０１３２】
また、上述の実施形態では、回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣは、一次元周期構造であったが、これに限定されるものではない。回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣは、例えば、二次元周期構造の回折格子であってもよい。例えば、二次元周期構造の回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣは、回折部材となるドットが線形独立な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。このような二次元周期構造の回折格子は、平面に高アスペクト比の穴を二次元周期で空け、上述と同様に、その穴を金属で埋める、あるいは、平面に高アスペクト比の円柱を二次元周期で立設させ、上述と同様に、その周りを金属で埋めることによって形成することができる。
【０１３３】
（タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態の位相型回折格子の製造方法は、その機能劣化を低減しつつ加工精度のより高い位相型回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣを製造することができるので、この位相型回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣは、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。この位相型回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣ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。
【０１３４】
なお、以下のＸ線用タルボ干渉計およびＸ線用タルボ・ロー干渉計の説明および後述のＸ線撮像装置の説明において、位相型回折格子ＤＧは、記載の簡略化のため、位相型回折格子ＤＧＡ、ＤＧＢ、ＤＧＣを含むものとする。
【０１３５】
図１７は、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１８は、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。
【０１３６】
実施形態のＸ線用タルボ干渉計１００Ａは、図１７に示すように、所定の波長のＸ線を放射するＸ線源１０１と、Ｘ線源１０１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子１０２と、第１回折格子１０２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１０３とを備え、第１および第２回折格子１０２、１０３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１０３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１０５によって検出される。そして、このＸ線用タルボ干渉計１００Ａでは、第１回折格子１０２が前記位相型回折格子ＤＧである。タルボ干渉計１００Ａを構成する前記条件は、上述した式１および式２によって表される。
【０１３７】
このような構成のＸ線用タルボ干渉計１００Ａでは、Ｘ線源１０１から第１回折格子１０２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１０２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１０３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１０５で検出される。
【０１３８】
ここで、Ｘ線源１０１と第１回折格子１０２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。
【０１３９】
このような図１７に示す構成のタルボ干渉計１００Ａでは、Ｘ線源１０１は、単一の点光源であり、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１０１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１０２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。
【０１４０】
一方、タルボ・ロー干渉計１００Ｂは、図１８に示すように、Ｘ線源１０１と、マルチスリット板１０４と、第１回折格子１０２と、第２回折格子１０３とを備えて構成される。すなわち、タルボ・ロー干渉計１００Ｂは、図１７に示すタルボ干渉計１００Ａに加えて、Ｘ線源１０１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１０４をさらに備えて構成される。このタルボ・ロー干渉計１００Ｂでは、このマルチスリット板１０４を用いることによって、マルチスリット板１０４の各スリットがそれぞれＸ線の点光源となるから、タルボ干渉計１００Ａよりも、被写体Ｓを介して第１回折格子１０２に向けて放射されるＸ線量が増加する。このため、このタルボ・ロー干渉計１００Ｂは、より良好なモアレ縞が得られる。
【０１４１】
このようなタルボ干渉計１００Ａやタルボ・ロー干渉計１００Ｂに用いられる第１回折格子１０２、第２回折格子１０３およびマルチスリット板１０４の一例を挙げると、諸元は、次の通りである。なお、これらの例では、第２シリコン部分１２ａと金属部分１２ｂとは、同幅に形成され、金属部分１２ｂは、金によって形成される。
【０１４２】
一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が２ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが５μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが６μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／３）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが３０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
【０１４３】
また、他の一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が１．８ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが７μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが１０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／５）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが２０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
【０１４４】
（Ｘ線撮像装置）
前記位相型回折格子ＤＧ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、前記位相型回折格子ＤＧ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。
【０１４５】
図１９は、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１９において、Ｘ線撮像装置２００は、Ｘ線撮像部２０１と、第２回折格子２０２と、第１回折格子２０３と、Ｘ線源２０４とを備え、さらに、本実施形態では、Ｘ線源２０４に電源を供給するＸ線電源部２０５と、Ｘ線撮像部２０１の撮像動作を制御するカメラ制御部２０６と、本Ｘ線撮像装置２００の全体動作を制御する処理部２０７と、Ｘ線電源部２０５の給電動作を制御することによってＸ線源２０４におけるＸ線の放射動作を制御するＸ線制御部２０８とを備えている。
【０１４６】
Ｘ線源２０４は、Ｘ線電源部２０５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２０３へ向けてＸ線を照射する装置である。Ｘ線源２０４は、例えば、Ｘ線電源部２０５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。
【０１４７】
第１回折格子２０３は、Ｘ線源２０４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２０３は、例えば、上述した実施形態における位相型回折格子ＤＧの製造方法によって製造された位相型回折格子ＤＧである。第１回折格子２０３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２０４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以上である位相型回折格子である。
【０１４８】
第２回折格子２０２は、第１回折格子２０３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２０３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。
【０１４９】
これら第１および第２回折格子２０３、２０２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。
【０１５０】
Ｘ線撮像部２０１は、第２回折格子２０２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２０１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。
【０１５１】
処理部２０７は、Ｘ線撮像装置２００の各部を制御することによってＸ線撮像装置２００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２７１およびシステム制御部２７２を備えている。
【０１５２】
システム制御部２７２は、Ｘ線制御部２０８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２０５を介してＸ線源２０４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２０６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２０１の撮像動作を制御する。システム制御部２７２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２０１によって撮像され、画像信号がカメラ制御部２０６を介して処理部２０７に入力される。
【０１５３】
画像処理部２７１は、Ｘ線撮像部２０１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。
【０１５４】
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２０４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２０４と第１回折格子２０３との間に配置され、Ｘ線撮像装置２００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２０７のシステム制御部２７２は、被写体Ｓに向けてＸを照射すべくＸ線制御部２０８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２０８は、Ｘ線電源部２０５にＸ線源２０４へ給電させ、Ｘ線源２０４は、Ｘ線を放射して被写体Ｓに向けてＸ線を照射する。
【０１５５】
照射されたＸ線は、被写体Ｓを介して第１回折格子２０３を通過し、第１回折格子２０３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２０３の自己像であるタルボ像Ｔが形成される。
【０１５６】
この形成されたＸ線のタルボ像Ｔは、第２回折格子２０２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２７２によって例えば露光時間などが制御されたＸ線撮像部２０１によって撮像される。
【０１５７】
Ｘ線撮像部２０１は、モアレ縞の像の画像信号をカメラ制御部２０６を介して処理部２０７へ出力する。この画像信号は、処理部２０７の画像処理部２７１によって処理される。
【０１５８】
ここで、被写体ＳがＸ線源２０４と第１回折格子２０３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２０３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２０２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。
【０１５９】
そして、本実施形態のＸ線撮像装置２００では、タルボ干渉計を構成する第１回折格子２０１に、機能劣化が低減され加工精度がより高い位相型回折格子ＤＧを用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【０１６０】
なお、上述のＸ線撮像装置２００は、Ｘ線源２０４、第１回折格子２０３および第２回折格子２０２によってタルボ干渉計を構成したが、Ｘ線源２０４のＸ線放射側にマルチスリット板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。
【０１６１】
また、上述のＸ線撮像装置２００では、Ｘ線源２０４と第１回折格子２０３との間に被写体Ｓが配置されたが、第１回折格子２０３と第２回折格子２０２との間に被写体Ｓが配置されてもよい。
【０１６２】
また、上述のＸ線撮像装置２００では、Ｘ線の像がＸ線撮像部２０１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。
【０１６３】
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】
【０１６４】
ＤＧ、ＤＧＡ、ＤＧＢ，ＤＧＣ  位相型回折格子
ＳＤ  スリット溝
１１  第１シリコン部分
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ  格子
１２ａ  第１光学的距離部分
１２ｂ、１２ｂ’  第２光学的距離部分
３０  シリコン基板
３１  シリコン基板の基部
３２  シリコン基板の壁部
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  レジスト層
３４、３４ａ、３４ｂ  絶縁層
５０  石英層
１００Ａ  Ｘ線用タルボ干渉計
１００Ｂ  Ｘ線用タルボ・ロー干渉計
１０２、２０３  第１回折格子
１０３、２０２  第２回折格子
１０４  マルチスリット板
２００  Ｘ線撮像装置
【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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【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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