(57)【要約】【課題】Ｘ線タルボ干渉計を構成する位相型回折格子及び／又は振幅型回折格子の製造方法を提供する。【解決手段】この回折格子の製造方法は、シリコン基板Ｂの表面に感光性樹脂３１を形成して、リソグラフィー法により、感光性樹脂３１にマスク３４を用いたパターニングを行って現像により所定の感光性樹脂３１を除去し、ＩＣＰプラズマエッチング法により、当該感光性樹脂３１が除去された部分に対応するシリコン基板Ｂをエッチングして３次元構造体のスリット溝４１を形成した後、スリット溝４１に絶縁物を堆積又は注入して３次元構造体の絶縁物層６１を形成する。そして、ＩＣＰプラズマエッチング法により、感光性樹脂３１及びその感光性樹脂３１に対応するシリコン基板Ｂをエッチングして３次元構造体のスリット溝４２を形成して、電鋳法により、シリコン基板Ｂに電圧を印加してスリット溝４２にＸ線吸収金属部１１１及び１２１を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線タルボ干渉計に用いられる回折格子の製造方法であって、
基板の表面に感光性樹脂層を形成して、リソグラフィー法により、前記感光性樹脂層にリソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定の前記感光性樹脂層を除去し、ＩＣＰプラズマエッチング法により、当該感光性樹脂層が除去された部分に対応する前記基板をエッチングして３次元構造体の第１スリット溝を形成した後、前記第１スリット溝に絶縁物を堆積又は注入して３次元構造体の絶縁物層を形成し、エッチング法により、前記感光性樹脂層及びその感光性樹脂層に対応する前記基板をエッチングして３次元構造体の第２スリット溝を形成して、そして、電鋳法により、前記基板に電圧を印加して前記第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成することを特徴とする、回折格子の製造方法。
【請求項２】
前記リソグラフィー法は、Ｘ線リソグラフィー法であり、
基板の表面にＸ線感光性樹脂層を形成して、前記Ｘ線リソグラフィー法により、前記Ｘ線感光性樹脂層にＸ線リソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定の前記Ｘ線感光性樹脂層を除去することを特徴とする、請求項１に記載の回折格子の製造方法。
【請求項３】
前記リソグラフィー法は、光学リソグラフィー法であり、
基板の表面に光感光性樹脂層を形成して、前記光学リソグラフィー法により、前記光感光性樹脂層に光学リソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定の前記光感光性樹脂層を除去することを特徴とする、請求項１に記載の回折格子の製造方法。
【請求項４】
前記第１スリット溝に堆積又は注入される絶縁物層は、酸化珪素、樹脂、ＬＰＤセラミックスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング法により、前記３次元構造体の第２スリット溝を形成する場合に、当該第２スリット溝の深さを制御することにより、前記Ｘ線吸収金属部のスリット幅と厚みとのアスペクト比を自在に設定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項６】
前記ＩＣＰプラズマエッチング法により、前記３次元構造体の第１スリット溝を形成する工程、及び／又は、前記エッチング法により、前記第２スリット溝を形成する工程において、前記３次元構造体の第１スリット溝内及び／又は第２スリット溝内に存在する不要な介在物を水又は溶剤で洗浄した後、臨界乾燥条件下で乾燥させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項７】
前記ＩＣＰプラズマエッチング法により、前記３次元構造体の第１スリット溝を形成する工程、及び／又は、前記エッチング法により、前記第２スリット溝を形成する工程において、前記３次元構造体の第１スリット溝内及び／又は第２スリット溝内に存在する不要な介在物を水又は溶剤で洗浄した後、Ｏ２アッシング洗浄により当該水又は溶剤による洗浄では取りきれなかった残留物を酸化させて灰に置換することにより当該残留物を取り除くことを特徴とする、１〜６のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項８】
前記電鋳法により、前記基板に電圧を印加して前記第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成する工程において、前記基板への電圧の印加を一旦中断し大気中に引き上げて、前記第２スリット溝からメッキ溶液を流出させるポンピング工程を複数回繰り返すことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項９】
電鋳法により、前記基板に電圧を印加して前記第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成する工程において、前記基板に流れるメッキ電流を短時間極性反転するパルス波形とすることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｘ線吸収金属部は、白金、金、銀、プラチナ、チタンの内から選択された一つ又は二つ以上の組み合わせよりなることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１１】
前記Ｘ線吸収金属部は、２μｍ以上１０μｍ以下のスリット幅を有するとともに、２μｍ以上１０μｍの間隔を隔ててストライプ状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１２】
前記回折格子は、位相型回折格子と振幅型回折格子とを含み、
前記位相型回折格子は、１μｍ以上５μｍ以下の厚みを有するとともに、
前記振幅型回折格子は、２０μｍ以上３００μｍ以下の厚みを有していることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１３】
前記基板は、前記電鋳法により電圧を印加可能な導電性材料で、且つ、Ｘ線吸収率が白金、金、銀、プラチナ、チタンに比べて小さいことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線タルボ干渉計に用いられる回折格子（位相型回折格子及び／又は振幅型回折格子）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線透視装置は例えば医療用画像診断技術に関して広く用いられているが、被写体によるＸ線吸収の大小によって画像のコントラストを形成する原理であるために、血液、血管壁やそのまわりの軟組織についてはＸ線吸収係数が殆ど等しく、十分なコントラストを得難いという問題がある。長い時間を掛けて撮像すればある程度のコントラストを得ることはできるが、Ｘ線の照射線量が増大し、患者の負担を増大させるという問題がある。また、例えば画像中の血管のコントラストを強調するためにヨウ素などの造影物質を注射する方法も考えられるが、これも患者の負担を増大させてしまい、また検査コストも増大してしまう。
【０００３】
一方、例えばＸ線干渉計を利用する手法のように、Ｘ線を波として把握し、被写体中を波が伝わる速さの違いをコントラスト形成に利用する位相コントラスト法も知られている。即ち、被写体を透過することによるＸ線の位相シフトを検出する手法である。この位相コントラスト法は、Ｘ線の吸収に頼る方法に比べて約１０００倍の感度改善が実現でき、付随してＸ線照射量を例えば１／１００〜１／１０００に軽減できるという利点がある。また、空間分解能を向上させるという観点からも、上記の感度の改善は極めて好ましい効果をもたらすといえる。
【０００４】
本願の発明者はＸ線干渉計を利用して画像診断を行うことの有用性を早くから見出しており、例えば特許文献１においては、マッハツェンダー型のＸ線干渉計を構成し、このＸ線ビームパス中に被検査部位を配置し、得られたＸ線干渉図形のモアレ像を解析することで、被写体による位相シフトの分布を示す画像を得ることができると提案している。このような構成によれば、Ｘ線を用いて、血管や血液分布を無造影で、あるいは、重元素を含まない物質注入により容易に可視化できるとする。
【０００５】
本発明者はＸ線干渉計を利用して画像診断する方法を研究してきたが、例えば非特許文献においては、Ｘ線干渉計のＸ線供給源の大きさが大きい為に生ずる２枚の回折格子を通過するＸ線の半影効果（Ｐｅｎａｍｂｒａ  ｅｆｆｅｃｔ）を改善する方法が提案されているが構成が複雑で実用化に課題が残る。
【０００６】
また、特許文献２では、この回折格子の作製方法として、Ｘ線光あるいは紫外光による光学リソグラフィによってレジストからなる構造体を作製し、その後、金電気メッキ法によってＸ線吸収金属部を作製するという方法を用いている。この方法は、加工精度の点から、レジスト材料の影響を大きく受け、精度の高いものを作ることが困難である。上述の比特許文献１においては、直接プラズマエッチング法によってシリコン基板に溝部を作製し、その後、この溝部に金メッキあるいはスパッタ法によってＸ線吸収金属部を作るという手法が用いられている。この方法はシリコン材料自体が導電体であるため、金メッキ法によってＸ線吸収金属部を作製するときに、シリコン材料に一度絶縁層を作製すると共に溝の底部に銅、チタンなどの金属シード層を作製することが必要である。この手法は、プロセスが非常に多く、複雑であるという点とＸ線吸収体である金の厚みを高くすることが困難（現在では幅２〜３μｍ高さ１５μｍぐらいまでのものが可能）であり、感度向上のためにはもっとこの厚みを高くする必要がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２９３４０号公報
【特許文献２】特開２００６−２５９２６４号公報
【非特許文献１】Ｆ．Ｐfeiffer et al．，Nature Phys．２（２００６）２５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで近年、高輝度Ｘ線が得られる大規模設備（例えば、わが国のＳＰｒｉｎｇ８等）の利用等、可干渉で高輝度なＸ線を得られる環境が整備されるにつれて、空間的に可干渉な光源と２枚の回折格子を用いて入射波面の勾配を検出する構成のタルボ干渉計をＸ線分野に適用することが研究されている。
【０００９】
このタルボ干渉計は、簡素な光学系で実現できること等、種々の優位性が指摘されるところであるが、このＸ線タルボ干渉計を良好に機能させ得る上記２枚の回折格子を安定的に製造する方法については、加工上の特別な技術が必要になり、未だ確立されていないのが実情である。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の観点によれば、以下のような、Ｘ線タルボ干渉計に用いられる回折格子の製造方法が提供される。基板の表面に感光性樹脂層を形成して、リソグラフィー法により、前記感光性樹脂層にリソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定の前記感光性樹脂層を除去し、ＩＣＰプラズマエッチング法により、当該感光性樹脂層が除去された部分に対応する前記基板をエッチングして３次元構造体の第１スリット溝を形成した後、前記第１スリット溝に絶縁物を堆積又は注入して３次元構造体の絶縁物層を形成し、エッチング法により、前記感光性樹脂層及びその感光性樹脂層に対応する前記基板をエッチングして３次元構造体の第２スリット溝を形成して、そして、電鋳法により、前記基板に電圧を印加して前記第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成する。
【００１２】
これにより、電鋳法において、基板をＸ線吸収金属部を形成するためのシードとして電圧を印加することができるので、第２スリット溝にＸ線吸収金属部を正確に成長させることができる。したがって、Ｘ線吸収金属部のスリット幅及び間隔（格子パターン）が正確に形成された回折格子（位相型回折格子及び振幅型回折格子）を製造することができる。その結果、Ｘ線タルボ干渉計において、正確なモアレ縞を確実に得ることができる。また、３次元構造体のスリット溝をＩＣＰプラズマエッチング法によって十分な精度の加工を行なうことができる。
【００１３】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。リソグラフィー法は、Ｘ線リソグラフィー法であり、基板の表面にＸ線感光性樹脂層を形成して、Ｘ線リソグラフィー法により、Ｘ線感光性樹脂層にＸ線リソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定のＸ線感光性樹脂層を除去する。
【００１４】
これにより、Ｘ線リソグラフィー法を用いて、回折格子を製造することができる。
【００１５】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。リソグラフィー法は、光学リソグラフィー法であり、基板の表面に光感光性樹脂層を形成して、光学リソグラフィー法により、光感光性樹脂層に光学リソグラフィーマスクを用いたパターニングを行って現像により所定の光感光性樹脂層を除去する。
【００１６】
これにより、光学リソグラフィー法を用いて、回折格子を製造することができる。
【００１７】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。第１スリット溝に堆積又は注入される絶縁物層は、酸化珪素、樹脂、ＬＰＤセラミックスである。
【００１８】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。エッチング法により、３次元構造体の第２スリット溝を形成する場合に、当該第２スリット溝の深さを制御することにより、Ｘ線吸収金属部のスリット幅と厚みとのアスペクト比を自在に設定する。
【００１９】
これにより、アスペクト比の大きい加工を必要とする回折格子（振幅型回折格子）及びアスペクト比の小さい回折格子（位相型回折格子）を製造することができる。つまり、本発明によれば、厚みが小さくても良い（アスペクト比が例えば１以下の加工で十分な）位相型回折格子において、コストや工数の少ない製造方法を採用して製造コストを低減する一方で、厚みの大きな（アスペクト比が例えば５以上の加工が要求される）振幅型回折格子において、Ｘ線吸収金属部を光学リソグラフィーマスクとして利用した、いわゆる光学リソグラフィーによりアスペクト比の大きな加工を十分な精度をもって行うことができる。
【００２０】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。ＩＣＰプラズマエッチング法により、３次元構造体の第１スリット溝を形成する工程、及び／又は、エッチング法により、第２スリット溝を形成する工程において、３次元構造体の第１スリット溝内及び／又は第２スリット溝内に存在する不要な介在物を水又は溶剤で洗浄した後、臨界乾燥条件下で乾燥させる。
【００２１】
上記した、臨界の意味は水の分子間の引力と運動エネルギーとが釣り合う点である。したがって、温度と圧力とを共に臨界点以上にすると分子の運動エネルギーが分子間引力より大きくなり物質は液体とも気体とも異なる特殊な状態をとる。この状態を超臨界流体と呼び表面張力を持たない流体となるので３次元構造体の隣の樹脂のスリット同士でスティッキングを起こさない乾燥方法が可能となる。
【００２２】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。ＩＣＰプラズマエッチング法により、３次元構造体の第１スリット溝を形成する工程、及び／又は、エッチング法により、第２スリット溝を形成する工程において、３次元構造体の第１スリット溝内及び／又は第２スリット溝内に存在する不要な介在物を水又は溶剤で洗浄した後、Ｏ２アッシング洗浄により当該水又は溶剤による洗浄では取りきれなかった残留物を酸化させて灰に置換することにより当該残留物を取り除く。
【００２３】
これにより、残留物を酸化燃焼させて灰に置換して容易に取り除く事を可能としてメッキ液との不必要な化学反応の発生を防ぎＸ線吸収金属部の析出積層をスリット形状通りに正確に埋め込むことができる。また、同様に、絶縁物層をスリット形状通りに正確に形成することができる。
【００２４】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。電鋳法により、基板に電圧を印加して第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成する工程において、基板への電圧の印加を一旦中断し大気中に引き上げて、第２スリット溝からメッキ溶液を流出させるポンピング工程を複数回繰り返す。
【００２５】
これにより、ヘルムホルツ電気二重層の発生を防ぎメッキ層の積層を樹脂のスリット形状の隙間に正確に埋め込むことができる。
【００２６】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。電鋳法により、基板に電圧を印加して第２スリット溝にＸ線吸収金属部を形成する工程において、基板に流れるメッキ電流を短時間極性反転するパルス波形とする。
【００２７】
これにより、ヘルムホルツ電気二重層の発生を防ぎＸ線吸収金属部の析出積層を樹脂のスリット形状の隙間に正確に埋め込むことができる。
【００２８】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。Ｘ線吸収金属部は、白金、金、銀、プラチナ、チタンの内から選択された一つ又は二つ以上の組み合わせよりなる。
【００２９】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。Ｘ線吸収金属部は、２μｍ以上１０μｍ以下のスリット幅を有するとともに、２μｍ以上１０μｍの間隔を隔ててストライプ状に形成されている。
【００３０】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。回折格子は、位相型回折格子と振幅型回折格子とを含み、位相型回折格子は、１μｍ以上５μｍ以下の厚みを有するとともに、振幅型回折格子は、２０μｍ以上３００μｍ以下の厚みを有している。
【００３１】
前記の回折格子の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。基板は、電鋳法により電圧を印加可能な導電性材料で、且つ、Ｘ線吸収率が白金、金、銀、プラチナ、チタンに比べて小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１は、本発明に関わるＸ線タルボ干渉計概念示した図である。図２（ａ）はＸ線タルボ干渉計で得られるタルボ干渉像の例を示す図、図２（ｂ）は縞走査法により得られる微分位相像を示す図、図２（ｃ）はＸ線位相型ＣＴの例を示す図である。図３は、位相型回折格子構造概念図であり、図４は、振幅型回折格子構造概念図である。
【００３４】
先ず、本発明の方法で製造される回折格子が使用されるＸ線タルボ干渉計の光学系について、図１を参照しながら説明する。このＸ線タルボ干渉計では、１枚目の回折格子（位相型回折格子）１１と２枚目の回折格子（振幅型回折格子）１２とを特定の距離だけ離して平行に配置し、観察したい試料１０を位相型回折格子１１の前に配置する。２枚の回折格子１１及び１２のそれぞれは、Ｘ線を吸収するｙ方向に細長いＸ線吸収金属部１１１及び１２１（図３及び図４参照）を、ｘ方向に周期的に並べて配置した構成となっている。
【００３５】
ここで、回折格子１１及び１２の周期が波長に比べて十分に大きいとき、位相型回折格子１１を通過した後の光は、回折角が非常に小さくなるために、回折された多数の光が重なり合って干渉する。そして、各回折光の位相が揃う条件を満たすような距離だけ離れた位置において、位相型回折格子１１の透過直後と同じパターン、即ち自己像が干渉の結果として現れる（タルボ効果）。
【００３６】
次に、試料１０を位相型回折格子１１の前に配置したときの自己像に着目すると、干渉する各回折光は試料１０の内部において僅かに異なる光路を通過しているため、そのときの位相差によって干渉縞の様子が変化する。従って、この変形した自己像の位置に前記の振幅型回折格子１２を重ねることによって、いわゆるモアレ縞の画像（タルボ干渉像）Ｇを取得でき、この画像Ｇにおいては微分位相が等高線のように現れることになる（図２の（ａ）を参照）。なお、図２の（ａ）は、直径１．２ｍｍのプラスチック球を試料１０として採用した際のタルボ干渉像である。
【００３７】
上記のタルボ干渉像Ｇを観察するだけでは上記微分位相を定量的に取得することは困難であるが、縞の位相を人為的に変化させたときの干渉縞の変化を解析することによって、微分位相を決定することができる（縞走査法）。例えば、図１において２枚の回折格子１１及び１２の相対位置関係をｘ方向にずらすことでモアレ縞の位相を変化させながら複数のタルボ干渉像Ｇを取得して解析することにより、図２（ｂ）に示すような定量的な微分位相像を得ることができる。また、この画像を単純に積分処理すれば、位相像そのものを得ることもできる。
【００３８】
更に、試料１０に対して多数の投影方向から前記の図２（ｂ）に示すような微分位相像を取得し、これを積分することで位相像とし、多数の投影方向からの位相像を合成することで、図２（ｃ）に示すように、位相型Ｘ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）を行うことも可能である。図２（ｃ）では、試料１０としてのプラスチック球をコンピュータ上で仮想的に１／８だけ切り取った断面が示されており、試料１０としてのプラスチック球の形成時に生じたと思われる内部の泡の様子も明確に観察することができる。
【００３９】
Ｘ線タルボ干渉計は、図１のように試料１０の後に回折格子１１及び１２を２枚配置するだけという簡素な光学系であり、また、結晶のような繊細な光学素子を用いないため、精密な光学素子調整や高い安定性をそれほど必要としないという特徴を有している。また、モアレ縞として強度を検出するので、空間分解能の高い検出器を必ずしも必要としない点でも有利である。更には、タルボ干渉計は原理的に小さな光源を必要とするが単色性はそれほど必要でなく、球面波のような発散光も使用できるので、巨大な設備を必要とする前記シンクロトロン放射光以外のＸ線源を利用できる余地があり、装置の小型化に貢献して病院などでの実用化に道を拓くものとして期待されている。
【００４０】
なお、上記のように有用性が指摘されるＸ線タルボ干渉計であるが、一般にＸ線は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ないため、上記の回折格子１１及び１２は、可視光領域のタルボ干渉計のそれよりも製造が困難である。また当然ながら、タルボ干渉計を機能させるには、Ｘ線の可干渉距離よりも回折格子１１及び１２の各Ｘ線吸収金属部１１１及び１２１の周期を小さくする必要があり、１０μｍ以下、望ましくは５μｍ程度とする必要がある。
【００４１】
そして、いわゆる分数タルボ効果による自己像は、位相型回折格子１１の位相シフト量がπ／２になるときに、最も高いコントラストが得られるという性質がある。そして、位相シフト量がπ／２を実現するのに必要な位相型回折格子１１の厚さを本願の発明者が試算したところ、波長が０．７Å〜１．１Åの場合で、回折格子１１のＸ線吸収金属部１１１としてＸ線吸収能の高い金を材料として用いた場合、位相型回折格子１１では１μｍ〜１０μｍとなった。
【００４２】
一方、振幅型回折格子１２については、タルボ干渉計で得られるモアレ縞の可視性の向上という観点からは振幅型回折格子１２の強度透過率を小さくすることが重要であり、例えば強度透過率１％を実現できる程度のＸ線吸収を得られれば理想的である。この点、例えば強度透過率１％を実現するのに必要な振幅型回折格子１２の厚さを本願の発明者が同様に試算したところ、金を材料として用いたとしても、波長が０．７Å〜１．１Åの場合で１０μｍ〜１００μｍの厚みが必要になるとの結果が得られた。
【００４３】
従って、Ｘ線タルボ干渉計を実現するにあたっては、そのような２枚の回折格子１１及び１２、特に、極めて大きいアスペクト比（例えば、５以上）が要求される振幅型回折格子１２を製造できるか否かが重要な鍵となっている。
【００４４】
以上の課題を解決すべく、本願の発明者は鋭意研究を重ね、以下に説明するような位相型回折格子１１及び振幅型回折格子１２の製造方法を提案するに至ったものである。以下、それぞれについて詳細に説明する。
【００４５】
先ず、図３及び図４を参照して、２つの回折格子１１及び１２の具体的な構成を説明する。図３に示す位相型回折格子１１は、例えば厚さ約１ｍｍのシリコン基板Ｂの一方側面に一体的に形成されている。この位相型回折格子１１は、シリコン基板Ｂ上に等間隔で多数並べて設けられた細長い前記Ｘ線吸収金属部１１１を有している。Ｘ線吸収金属部１１１のそれぞれは、Ｘ線吸収能に優れた金を素材としており、そのシリコン基板Ｂから突出する厚みｔ１（位相型回折格子１１の厚みに相当する）は、何れのＸ線吸収金属部１１１においても互いに等しくなっており、１μｍ以上５μｍ以下としている。Ｘ線吸収金属部１１１とＸ線吸収金属部１１１との間は、絶縁スリット構造体の樹脂部材１１２が形成されている。
【００４６】
複数のＸ線吸収金属部１１１の幅ｗ１は互いに等しく構成されており、その幅ｗ１は、２μｍ以上１０μｍ以下とされている。また、Ｘ線吸収金属部１１１の周期（樹脂部材１１２の幅）ｄ１も、２μｍ以上１０μｍ以下とされている。
【００４７】
一方、図４に示す振幅型回折格子１２は、前記の位相型回折格子１１を厚み方向（Ｘ線の光軸方向）に引き伸ばしたものに相当する。具体的には、振幅型回折格子１２のそれぞれのＸ線吸収金属部１２１は、小幅で細長くかつ大きな厚みを有する形状としており、これが幅方向に等間隔で多数並べて設けられている。Ｘ線吸収金属部１２１のそれぞれは、前記位相型回折格子１１と同様にＸ線吸収能に優れた金を素材としており、その厚みｔ２（振幅型回折格子１２の厚みに相当する）は、２０μｍ以上３００μｍ以下としている。Ｘ線吸収金属部１２１とＸ線吸収金属部１２１との間には、樹脂部材１２２がサンドイッチ状に介在されている。言い換えれば、Ｘ線吸収金属部１２１と樹脂部材１２２とが交互に重ねられて接合された構成となっている。なお、隣り合うＸ線吸収金属部１２１及び１２１の間には、樹脂部材１２２に代えて、酸化ケイ素からなる保持部材が介在されていても良い。
【００４８】
そして、複数のＸ線吸収金属部１２１は幅ｗ２が互いに等しく構成されており、その幅は、２μｍ以上１０μｍ以下とされている。また、Ｘ線吸収金属部１２１の周期（樹脂部材１２２の幅）ｄ２も２μｍ以上１０μｍ以下とされている。
【００４９】
以上の構成により、図１のＸ線タルボ干渉計において、振幅型回折格子１２の直後の位置で正確なモアレ縞のタルボ干渉像Ｇを確実に得ることができる。更に、位相型回折格子１１においては、それをＸ線が通過する際の位相シフト量をπ／２とするのに十分な厚みとできる。また、振幅型回折格子１２では、モアレ縞の可視性が良好な低い透過強度率を実現するのに十分な厚みとできる。従って、鮮明なモアレ縞が得られ、信頼性及び精度の高いＸ線タルボ干渉計を実現できる。
【００５０】
〔位相型回折格子の製造方法〕
次に、前記位相型回折格子１１の製造方法について、図５及び図６を参照して説明する。まず図５（ａ）に示すように、前述のシリコン基板Ｂを準備して、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板Ｂの表面に感光性樹脂（例えば、シランジオール樹脂のようなポジ型レジスト）３１を形成する。そして、図５（ｃ）に示すように、リソグラフィー法により、当該感光性樹脂３１に格子周期ｄ１の位相型回折格子用のリソグラフィーマスク（マスク）３４ａを用いたパターニングを行ってパターン露光する。なお、リソグラフィー法は、光学方式及びＸ線方式のいずれかを用いることが可能である。この光学方式を用いる場合には、マスク３４ａとしては、適宜のガラス基板３２ａの一側の面にクロムや酸化クロムによりパターン３３ａを薄膜状に形成した光学マスクを用いることができる。また、Ｘ線方式を用いる場合には、マスク３４ａとしては、例えば、適宜のシリコン基板３２ａの一側の面に白金によりパターン３３ａを薄膜状に形成したＸ線マスクを用いることができる。
【００５１】
次に、図５（ｄ）に示すように、感光性樹脂３１が感光した部分の樹脂の高重合分子の重合が離反して低重合分子と成り、現像液に溶解しやすくなるので、未感光部の樹脂以外が取り除かれる。そして、図６（ｅ）に示すように、感光性樹脂３１の存在しない部分のシリコン基板Ｂの表面を位相型回折格子１１の厚みに必要な深さにＩＣＰプラズマエッチングを行い３次元構造体のスリット溝４１を形成する。上記ＩＣＰプラズマエッチングは、ＩＣＰ装置によるＡＳＥプロセスであって、ＡＳＥ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によってシリコン基板Ｂのエッチングを行う工程、Ｃ４Ｆ８プラズマ中のＣＦｘラジカル及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を繰り返すものである。更に、図６（ｆ）に示すように、当該３次元構造体のスリット溝４１に絶縁物を堆積又は注入させて絶縁物層６１（樹脂部材１１２）の３次元構造体を形成する。この方法は、ＣＶＤ法やスプレイ法或いはＬＰＤ法で行う必要がある。この際、シリコン基板Ｂの表面の絶縁物を酸素プラズマによるアッシングすることにより、シリコン基板Ｂの表面を露出させる。そして、図６（ｇ）に示すように、感光性樹脂３１及びその感光性樹脂３１に対応するシリコン基板Ｂを、ＩＣＰプラズマエッチング法を用いて除去して、前記絶縁物６１の３次元構造体のスリット溝４２を形成する。次に、図６（ｈ）に示すように、電鋳法により、シリコン基板Ｂに電圧を印加して、スリット溝４２にＸ線吸収金属部１１１を形成する。以上の工程により、位相型回折格子１１を製造することができる。
【００５２】
〔振幅型回折格子の製造方法〕
振幅型回折格子１２の製造方法は、図５（ｃ）のリソグラフィー法を行う際に、格子周期がｄ２の振幅型回折格子用のリソグラフィマスク（マスク）３４ｂを使うこと以外、上記した位相型回折格子１１の製造方法と同じであるから、位相型回折格子１１の製造方法の説明において使用した図５及び図６を参照して、振幅型回折格子１２の製造方法について説明する。なお、図５（ａ）から図５（ｄ）に示した工程は同じであり、図６（ｅ）の工程から位相型回折格子とは異なる条件にして振幅型回折格子１２を製造する。
【００５３】
まず、図５（ａ）から図５（ｄ）に示した工程を行い、次に、図６（ｅ）に示すように、感光性樹脂３１の存在しない部分のシリコン基板Ｂの表面を振幅型回折格子１２の厚みに必要な深さにＩＣＰプラズマエッチングを行い３次元構造体のスリット溝４１を形成する。振幅型回折格子１２は、Ｘ線吸収金属部１２１のスリット幅に対する厚みが３０倍以上と大きいのでＩＣＰプラズマエッチングを６０μｍ以上深く掘り込む必要がある。更に、図６（ｆ）工程では、シリコン基板Ｂの表面に形成された３次元構造体の深いスリット溝４１に絶縁物を堆積又は注入させて絶縁物層６１（樹脂部材１２２）の３次元構造体を形成する。この方法は、ＣＶＤ法やスプレイ法或いはＬＰＤ法で行う必要がある。次に、図６（ｇ）に示すように、感光性樹脂３１及びその感光性樹脂３１に対応するシリコン基板ＢをＩＣＰプラズマエッチング法を用いて除去して、前記絶縁物６１の３次元構造体のスリット溝４２を形成する。次に図６（ｈ）に示すように、電鋳法により、シリコン基板Ｂに電圧を印加して、スリット溝４２にＸ線吸収金属部１２１を形成する。以上の工程により、振幅型回折格子１２を製造することができる。
【００５４】
位相型回折格子１１の製造工程では、格子周期がｄ１の位相型回折格子用のマスク３４ａを使用し、振幅型回折格子１２の製造工程では、格子周期がｄ２の振幅型回折格子用のマスク３４ｂを使用する。この事により、Ｘ線タルボ干渉計のＸ線供給源１から両方の回折格子に正確に透過する同一性を良好に確保できる。
【００５５】
図６（ｇ）に示す感光性樹脂３１及びその感光性樹脂３１に対応するシリコン基板ＢをＩＣＰプラズマエッチング法を用いて除去して、前記絶縁物６１の３次元構造体のスリット溝４２を形成する工程では、微細加工に成る程スリット間の間隔が狭まり、図７（ａ）に示すように、水又は溶液の表面張力で３次元構造体の隣のスリット同士でスティッキングを起こしてしまうケースが増えてくる。この対策法として、図８に示す水の超臨界点を超えた高温高圧の条件下における乾燥が効果的である。図８における臨界点の意味は水の分子間の引力と運動エネルギーとが釣り合う点であり、温度と圧力とを共に臨界点以上にすると分子の運動エネルギーが分子間引力より大きくなり物質は液体とも気体とも異なる特殊な状態をとる。この状態を超臨界流体と呼び表面張力を持たない流体となるので３次元構造体の隣の樹脂のスリット同士でスティッキングを起こさない乾燥方法が可能となる。
【００５６】
本発明の実施例としてチャンバーの温度を４０℃に保ち、不燃性ガスの二酸化炭素を３０分間５０ｍｌ／分でパージして２０分間で０ｍｌ／分にテーパーオフした後、チャンバー内圧を１２ＭＰａに加圧３０分保持し、２０分間かけて８ＭＰａに減圧し、更に１６０分間で０ＭＰａに減圧して乾燥して制作した回折格子の実施例を図７（ｂ）に示す。
【００５７】
本実施形態におけるシリコン基板Ｂの表面の感光性樹脂３１を感光させて、当該感光性樹脂３１のパターニングを行い感光部分の樹脂を取り除く工程において、当該感光部分を水洗して取り除いた後に水洗では取りきれなかった不要な感光部分の残留物を取り除く方法として酸素プラズマによるアッシング洗浄方法を行い、感光部分の残留物を酸化燃焼させて灰に置換して容易に取り除く事を可能としてメッキ液との不必要な化学反応の発生を防ぎＸ線吸収金属部の析出積層をスリット形状通りに正確に埋め込むことを特徴とする回折格子の製造方法を提供している。
【００５８】
回折格子のＸ線吸収金属をメッキ工程で３次元構造体の樹脂のスリット溝にＸ線吸収金属を３次元構造体に隙間なく析出積層させるためには溝の内壁の未感光樹脂の残留物を取り除く酸素プラズマによるアッシング洗浄方法が近年樹脂の微細加工の技術として進められている。本発明の実施例として酸素プラズマ発生電力容量５００Ｗ、基板バイアス５０Ｗ、酸素流量５０ｓｃｃｍ、の条件で３０秒間のアッシングと３分間の休止を繰り返して未感光樹脂の残留物を取り除くことができた。
【００５９】
図６（ｈ）のスリット溝４２に電鋳法でＸ線吸収金属部１１１及び１２１を析出積層させる電鋳工程において、Ｘ線吸収金属部１１１及び１２１がメッキ電解の陰極近傍に発生するヘルムホルツ電気二重層により電界が乱される影響を改善する方法として、メッキ電流をメッキ工程の途中で中断し絶縁材スリットを大気中に引き上げスリット空隙部のメッキ溶液をスリット空隙部から流出させるポンピングの手順を５分間程度のサイクルで繰り返す事によりヘルムホルツ電気二重層の発生を防ぎＸ線吸収金属層の析出積層を樹脂のスリット形状の隙間に正確に埋め込むことを可能とさせる。
【００６０】
図９に示す電解メッキによる電鋳法でＸ線吸収金属を析出積層させる工程において、電鋳のＸ線吸収金属がメッキ電解の陰極近傍に発生するヘルムホルツ電気二重層により乱される影響を改善する方法として図１０に示すメッキ電流をパルス波形とし短時間極性反転する方法によりヘルムホルツ電気二重層の発生を防ぎメッキ層の積層を樹脂のスリット形状の隙間に正確に埋め込むことができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６２】
本実施形態の回折格子１１及び１２において、Ｘ線吸収金属部１１１及び１２１は金で形成することとしたが、金に限定するものでもなく、任意の素材を用いて差し支えない。ただし、Ｘ線吸収能の優れたもの、例えば白金、金、銀、プラチナ、チタン等を用いると、厚みの小さい回折格子１１及び１２でも同等の性能を実現できる点で好ましい。
【００６３】
本実施形態の製造方法に係るＸ線回折格子１１及び１２を用いたＸ線タルボ干渉計は、Ｘ線源としてシンクロトロン放射光を用いることに限らず、点光源に近いＸ線源を使うことがＸ線の半影効果（ペナンブラーエフェクト）を防止できるので、解像度向上とコントラスト劣化防止に貢献できる。また、Ｘ線タルボ干渉計の用途としては、医用画像診断装置に好適であることは前述したとおりであるが、これは例示であり、そのほかにも、工業用非破壊検査装置、食品検査装置、荷物検査装置、動物実験用撮像装置等、様々な用途に有用である。
【００６４】
本実施形態の回折格子１１及び１２において、シリコン基板を用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、電鋳法により電圧を印加可能な導電性材料で、且つ、Ｘ線吸収率が白金、金、銀、プラチナ、チタンに比べて小さい材料であれば、シリコン基板に限定されない。
【００６５】
また、本実施形態では、絶縁物６１の３次元構造体のスリット溝４２を形成する際に、ＩＣＰプラズマエッチング法を用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、プラズマエッチングなどのドライエッチング及び薬品によるウエットエッチングのいずれもを用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に関わるＸ線タルボ干渉計概念示した図である。
【図２】Ｘ線タルボ干渉計で観測した３次元画像を示した図である。
【図３】位相型回折格子構造概念図である。
【図４】振幅型回折格子構造概念図である。
【図５】位相型回折格子及び振幅型回折格子の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図６】位相型回折格子及び振幅型回折格子の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図７】感光性樹脂の光照射現像後の乾燥で水又は溶液の表面張力で３次元構造体が隣同士でスティッキングする対策法を示した図である。
【図８】感光性樹脂の光照射現像後の乾燥で水又は溶液の表面張力を打ち消す高温高圧条件下の超臨界の乾燥法の概念図である。
【図９】電解メッキでＸ線吸収金属部を析出積層させるメッキ電解槽の概念図である。
【図１０】電解メッキの陰極近傍で起きるヘルムホルツ電気二重層を解消すパルス反転通電法の概念図である。
【記号の説明】
【００６７】
１  Ｘ線タルボ干渉計のＸ線供給源
１０  試料
１１  位相型回折格子
１１１  Ｘ線吸収金属部
１１２  樹脂部材
１２  振幅型回折格子
１２１  Ｘ線吸収金属部
１２２  樹脂部材
１３  画像検出部
３１  感光性樹脂
３２ａ、３２ｂ  ガラス基板（シリコン基板）
３３ａ、３３ｂ  パターン
３４ａ  位相型回折格子用のマスク
３４ｂ  振幅型回折格子用のマスク
４１、４２  スリット溝
５０  光（紫外線、Ｘ線）
６１  絶縁物層
Ｂ  シリコン基板
【図１】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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【図７】
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