九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1809087R

Ｂ Ｌ 番 号 ： BL09

（様式第 5 号）

実施課題名
LIGA 微 細 加 工 に よ る 位 相 コ ン ト ラ ス ト Ｘ 線 シ ス テ ム のＸ線回折格子製作の技術開発（Ⅲ）
Technical Development of the X-ray Grating Lattices
for the phase-contrast X-ray examining devices
by the LIGA micro-machining. (Ш).
日高 昌則１、三澤 雅樹２、安本 正人３、大石明広１、常葉信生１、横尾侑典１、水上絵梨香１、小林 和矢１
1. 技 術 開 発 課 田 口 電 機 工 業
２ ． 健 康 工 学 研 究 部 門 産 業 技 術 総 合 研 究 所 (つ く ば セ ン タ ー )３ ． 分 析 計 測 標 準 研 究 部 門 産 業 技 術 総 合 研 究 所 (つ く ば セ ン タ ー )Masanori HIDAKA 1 , Masaki MISAWA 2 , Masato YASUMOTO 3 ,Akihiro OISHI 1 , Nobuo TOKIWA 1 , Ryo SAKAI 1 、Yusuke YOKOO 1 、 Erika MIZUKAMI 1 、 Kazuya KOBAYASHI 1
1. Technical Development Division, TAGUCHI PLATING INDUSTRY Co. Ltd.
2. Health Research Institute, ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE ANDTECHNOLOGY (AIST).
3. Research Institute for Measurement and Analytical Instrumentation, ADVA NCEDINDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY (AIST).

１．概要本 研 究 で は 、シ ン ク ロ ト ロ ン 光 ・ 高 輝 度 Ｘ 線 お よ び 高 出 力 紫 外 線 を 利 用 す る 微 細 加 工
技 法 (SL-LIGA、UV-LIGA)を 使 用 し て 、位 相 コ ン ト ラ ス ト Ｘ 線 検 査 シ ス テ ム の 技 術 開 発に 使 用 す る G0 型 Ｘ 線 回 折 格 子 の 試 作 研 究 と 、 市 販 の 管 球 型 Ｘ 線 源 か ら 放 出 さ れ る Ｘ 線の 空 間 的 な 分 散 性 を 制 御 す る た め の G2 型 Ｘ 線 回 折 格 子・製 作 技 法 の 開 発 研 究 を 行 っ た 。
本 実 験 で 使 用 す る 高 質 な Ｘ 線 フ ォ ト マ ス ク を 製 作 す る た め に 、 UV マ イ ク ロ パ タ ー ン の転写には直接描画装置、フォトレジストにはドライフイルムが使用された。また、高輝度Ｘ線を使用して、これらのＸ線フォトマスクに描画されたマイクロパターン配列は、G0 型 回 折 格 子 の 試 作 研 究 で は 通 常 の フ ォ ト レ ジ ス ト に 、G2 型 回 折 格 子 の 技 術 開 発 研 究
で は ド ラ イ フ イ ル ム に 転 写 さ れ た 。 こ れ ら の 転 写 マ イ ク ロ パ タ ー ン は 、 高 質 な G0 型 ＆G2 型 回 折 格 子 製 作 の 技 術 的 な 可 能 性 を 与 え た 。 本 Ｘ 線 検 査 シ ス テ ム に 使 用 さ れ る Ｘ 線
回 折 格 子 で は 、 Au 製 の 周 期 的 な ラ イ ン 状 マ イ ク ロ パ タ ー ン 配 列 が 要 請 さ れ る 。 こ の ため の Au マ イ ク ロ め っ き 技 法 （ 線 幅 ;約 10 μm、 高 さ ； 約 30μm） も 確 立 さ れ た 。
In the present investigations, the X-ray diffraction gratings of G0-type andG2-type, which are used at a Phase-contrast X-ray examining device, were made with
the LIGA micro-machining by using the high-bright X-rays of synchrotron radiations(SL-LIGA), in addition to the high-power ultraviolet rays (UV-LIGA). The X-ray
photomasks of high-quality were made with the direct imaging system by using thephotoresist of dry film. The micro-pattern arrays drawn on the X-ray photomask weretranscribed into the usual photoresists for the G0-type diffraction grating and thedry films for technical development of the G2-type one. These high-qualitytranscribed micro-patterns gave an effective possibility of the technicaldevelopments for the production of the G0- and G2-type X-ray diffraction gratings.
And also, the Au micro-plating was estimated to make the periodic Au micro-lines
having about 10 μm in width and about 30μm in height.

２．背景と目的
平成２８年度から、産業技術総合研究所・つくばセンター（総括研究代表者・三澤雅樹 主任研究員）と田口電機工業との共同研究によるＸ線画像診断に利用する位相コントラストＸ線検査システムの技術開発を行っている。この技術開発のためには、３種類（G0、G1、G2 型）のマイクロ構造仕様をもつ高質なＸ線回折格子（位相格子および振幅格子）の試作が極めて重要である。つくばセンタ
ーは G1 と G2 型Ｘ線回折格子の試作、田口電機工業は G0 型Ｘ線回折格子の試作を担当している。
これまで、田口電機工業は佐賀ＬＳ・BL09 ビームラインのシンクロトロン光・高輝度Ｘ線を使用する LIGA 微細加工（SL-LIGA）および高出力の紫外線（ＵＶ）を使用する LIGA 微細加工（UV-LIGA）に基づく G0 型Ｘ線回折格子の製作条件を調べてきた。今年度は、これまでの高質な G0 型Ｘ線回折格子の試作研究に併行して、つくばセンターが担当している G2 型Ｘ線回折格子の製作条件も調査する。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
本研究課題をクリヤーするために、高輝度Ｘ線による露光実験に使用する高質なＸフォトマスクの製作技法の確立（実験１）、G0 型＆G2 型Ｘ線回折格子の試作研究（実験２）を実施した。実験１に使用するハニカム型マイクロパターン配列をもつＸ線フォトマスクは、UV 露光装置には直接描画装置（福岡県立・三次元半導体研究センター）、露光用フォトレジストにはドライフイルムを使用して製作された。実験２の G0 型回折格子の試作研究では、 Ｘ線フォトマスクはこれまでの実験で使用した同一の G0-7μm 型Ｘ線フォトマスクである。また、 G2 型回折格子の技術開発研究に使用するライン状マイクロパターン配列をもつテスト G2 型Ｘ線フォトマスクは、直接描画装置とドライフイルムを使用して製作された。なお、高輝度Ｘ線を利用する本実験では、Ｘ線フォトマスクに描画されたマイクロパターン配列は、G0 型回折格子の試作研究では通常のフォトレジストに、G2 型回折格子の技術開発研究ではドライフイルムに転写された。
BL09 ビームラインの実験ポートに専用Ｘ線チャンバーを仮設して、このチャンバー内に設置されたＸ線スキャナーの Al 製冷却試料ホルダーに照射用フォトレジスト基板を搭載して、各種の露光実験を行った。実験１では、Ｘ線フォトマスクはガラス基板上のフォトレジストに密着固定された。実験２では、Ｘ線フォトマスクは、ガラス基板上のフォトレジストに密着固定、または、Al 製の湾曲フォトレジストホルダーの入射Ｘ線側に置かれた
Ｘ線フォトマスク
湾曲フォトレジストホルダー
フォトレジスト

Ｘ線フォトマスクホルダ
ーに固定された。 後者の実験に使用した改造ホルダーが、左図に示されてい冷却基板る。この実験では、ドライ高輝度Ｘ線
Ｘ線スキャナー

フイルムは水平方向（電子軌道面）に湾曲した Al 製基板ホルダーに設置される。従って、左右方向がＸ

Ｘ線フォトマスクホルダー
湾曲型レジスト基板ホルダー

線スキャナーの上下方向になる。

なお、Ｘ線フォトマスクに描画されたライン状マイクロパターンおよびハニカム型マイクロ細孔配列が転写した露光済フォトレジストは、田口電機工業で LIGA 処理工程(現像、めっき、剥離 etc)を行った。また、これらの画像解析には、マイクロスコープ、レーザー顕微鏡および走査電子顕微鏡（SEM）が使用された。
４．実験結果と考察
４－１．高輝度Ｘ線による露光実験に使用する高質なＸフォトマスクの製作技法の確立（実験１）実験１では、半導体部品の試作研究に利用されている直接描画装置を使用して、UV フォトマスク上のハニカム型マイクロパターン配列（H-D1）は、Ｘ線フォトマスク製作用のドライフイルムに転写された。このハニカム型マイクロパターンは Air-Grid マイクロメッシュ用であるが、この UV フォ
トマスク上のハニカム型マイクロ細孔配列の設計構造仕様は、Cr 製ライン幅；15μｍ、六角形の細孔壁間；90μｍ、ピッチ；105μｍ、細孔数；開効率；73％、マイクロ細孔数；約 11000 (1/ cm2）である。田口電機工業がこれまで作製してきたマイクロパターン細孔の壁幅の最小値は約 25μｍであった。従って、このハニカム型マイクロパターン配列をもつ UV フォトマスクを使用して、実験１の高質な H-D1 型Ｘ線フォトマスクの試作研究を行った。
下図は、直接描画装置により転写された現像済ドライフイルム上の H-D1 型マイクロパターンを示す。現像も福岡県立・三次元半導体研究センターで行った。左側はレーザー顕微鏡によるマイクロスコープ撮像（レーザー・マイクロスコープ）、右側はレーザー解析である。このマイクロスコープ撮像の中央部の垂直青線は、レーザー解析でのレーザー光のスキャン方向を表示している。このスキャン方向に沿って、レーザー解析が行われる。レーザー解析により、PMMA 製レジスト六角柱は最上部で約 88.8μｍ、隣接六角柱間に形成されるマイクロ細孔は上部で約 13.6μｍ、底部で約 10.9μｍ、細孔の高さは約 24.9μｍである。なお、このドライフイルム厚さは約 25μｍである。この細孔両側壁は僅かに傾斜していて、底部の傾斜水平距離は約 1.4μｍに相応する。計測されたマイクロ細孔配列
では、これらの水平距離は約 1.3～1.5μｍの領域であることが確認された。一方、これまで利用してきた自作のＵＶ露光装置では、同様のマイクロ細孔側壁の傾斜は水平距離で約 4～6μm であった。従って、本実験で利用した直接描画装置およびドライフイルムによる転写法は、本研究にかなり有効である。

88.8μm
13.6μm24.9μm10.9μm
上図のドライフイルムは無電解 Ni コートをもつガラス表面に固定されているので、この H-D1 型マイクロパターン細孔配列への Au 電気めっき処理を行った。左図には、H-D1 型Ｘ線フォトマスクのマイクロスコープが示されている。PMMA製六角柱間の細孔には、高質な Au めっき部が形成されている。 このＸ線フォトマス
クの Au めっき壁の高さを調べるために、レーザー解析を行った。

92.3μm

22.9μm10.8μm10.4μm

上図の左側は H-D1 型Ｘ線フォトマスクの Au めっき前後のレーザー・マイクロスコープ、右側はレーザー解析を示す。H-D1 型マイクロパターンの Au めっき前後のレーザー解析結果を比較するため

に、黄色線がめっき前、青線がめき後の計測結果が表示されている。従って、H-D1 型マイクロ細孔内での Au めっき部は、おおよそ青色の領域と推定される。Au めっきの高さは約 23μｍである。
これまでに BL09 ビームラインで実施した SL-LIGA 実験では、使用したＸ線フォトマスクの Au めっき部の最小高さは約 15～20μm であった。従って、この H-D1 型Ｘ線フォトマスクを使用して、露光実験を行った。下図には、BL09 ビームラインの高緯度Ｘ線を利用した実験結果を示す。露光・総電流量；60 mAh、現像時間；25min で得られた H-D1 型マイクロパターンのマイクロスコープが示されている。左側では PMMA 製上表面、右側ではマイクロ細孔底部に、マイクロスコープの焦点が合わされて撮影されている。
下図は、上図の露光・現像済フォトレジストの転写マイクロパターンのレーザー・マイクロスコープ（左側）とレーザー解析（右側）を示す。右側の橙色点線で表示された“A 領域”では、フォトレジスト表面からの反射レーザー光はレーザー顕微鏡に再入射していない。従って、左側の PMMA 製六角柱間の細孔側壁底部（黒色部）は僅かなステップ状の残留フォトレジストをもつ。この実験に使用したＸ線フォトマスクのレーザー解析を考慮すると、これらのステップ幅で約 2μm になる。一方、PMMA 製六角柱の側壁はかなりの部分が垂直に転写されていることが確認される。この露光・現像済フォトレジストの厚さは約 36μm である。

88.3μm

36.6μm

A
17.3μm17.3μm
上図の転写フォトレジストが搭載されているガラス基板表面には、無電解 Ni がコートされている。
この H-D1 型マイクロ細孔配列部に Niめっきを行った。左図には、Ni めっき後のマイクロスコープが示されている。高質なハニカム型配列のマイクロパターンが観測される。これらの配列では、六角柱はフォトレジストPMMA で形成されている。

この露光・現像済フォトレジストに Ni めっきを行った後、LIGA の剥離工程により PMMA 製部を除去した。下図は、この剥離後に撮られた Ni 製 H-D1 型マイクロ細孔配列の走査電顕による SEM撮像を示す。これらの Ni 製 H-D1 型マイクロ細孔は、高質な垂直な側壁をもつ。しかし、これらの細孔上部表面は僅かな起伏が観測される。この起伏はめっき処理条件で平滑化される。

下図には、剥離後の Ni 製 H-D1 型マイクロ細孔配列のレーザー・マイクロスコープとレーザー解析を示す。このレーザー解析からも、Ni 製 H-D1 型マイクロ細孔の側壁は垂直である。また、これらの細孔上部表面は僅かな起伏を示す。しかし、Ni 製マイクロパターン幅は約 19μm である。従って、マイクロ細孔内の Ni 金属部は、あまり硬質ではない PMMA 製の側壁を僅かに押しながら積層している。

86.6μm

28.3μm19.3μm

19.0μm

４－２．G0 型＆G2 型Ｘ線回折格子の試作研究（実験２）
本プロジェクトは最終年度になるので、これまで実施してきた G0 型回折格子の試作に関する技術開発研究の総括（４－２－１）および管球Ｘ線の分散性を制御する G2 型Ｘ線回折格子の構造仕様に関する技術開発（４－２－２）を行った。
４－２－１．G0 型回折格子
G0 型回折格子の試作研究では、位相コントラストＸ線検査システムに使用する G0 型回折格子を形成する Au めっき高さは約 30μm である。これまで実施してきた G0-7μm 型回折格子の試作研究で使用したフォトレジストの厚さは約 40～50μm であった。しかし、本実験では、露光・現像条件を評価するために、厚さ；約 15μm のフォトレジストを使用した。Ｘ線フォトマスクは、これまでの実験で使用した同一の G0-7μm 型Ｘ線フォトマスクである。
高輝度Ｘ線を利用して、Ｘ線フォトマスクに描画されたマイクロパターン配列は通常のフォトレジストに転写された。左図上段には、高輝度Ｘ線の露光・総電流量；80 mAh、この転写フォトレジストの現像時間；15min で得られた G0-7μm 型マイクロパターンのマイクロスコープが示されている。ただし、マイクロスコープは、左側では PMMA 製マイクロラインの上表面に、右側ではマイクロ細孔の底部に焦点が合わされて撮られている。左図下段には、G0-7μm 型マイクロパ
ターンを 15 度傾斜して撮られた SEM 撮像が示されている。従って、これらの撮像は、G0-7μm 型のライン状マイクロパターン配列が形成されていることを示す。
下図は、上図のマイクロライン配列のレーザー・マイクロスコープ（左側）とレーザー解析（右側）を示す。これらの PMMA 製マイクロライン断面は、ほぼ対称的な台形である。第一マイクロラインの底部幅とそのマイクロ細孔底部幅は約 7μm であり、G0-7μm 型マイクロラインのピッチ；14μmに相応する。しかし、第二マイクロライン側壁の変曲点幅は 4.8μm、第二と第三マイクロライン側壁の変曲点間は 9.7μm である。これらの変曲点間では、このピッチは約 14μm である。また、これらのマイクロライン配列では、上縁部幅は約 2.5～3.0μm、底部幅は約 6.0～7.0μm である。本実験の露光・現像時間は、これまで実施してきた実験結果から決められたほぼ最適な条件である。PMMA製マイクロラインの高さは約 15μm である。しかし、この露光・現像済フォトレジストの厚さは約12μm であるので、マイクロ細孔底部では高さ；約 3μm のフォトレジストが残留している。

4.8μm 9.7μm

11.8μm7.0μm 7.3μm
しかし、この残留フォトレジストにより、G0 型回折格子に要請される Au 製マイクロパターンを作製するための Au めっきは行えない。これまでの試作研究で使用したフォトレジストの厚さは約 40～50μm であったが、いずれの実験でも残留フォトレジストは除去されなかった。この事象は、これまで使用してきた同一 G0-7μm 型Ｘ線フォトマスクの製作変更を示唆する。従って、G0-7μm 型Ｘ線フォトマスクの試作に、半導体部品製造に利用されているマスクアライナーの利用を検討した。下図は、G0-7μm 型Ｘ線フォトマスクの Au めっき前のレーザー解析である。上段には、これまでの実験で使用した転写フォトレジスト上の G0-7μm 型ライン状マイクロパターンが示されている。この転写フォトレジストで作製されたＸ線フォトマスクでは、Au めっき部の断面は対称的な逆台形をもつことが推測される。下段は、半導体部品の試作研究に利用されているマスクアライナー（九州大学大学院・理学研究院）で作製した G0-7μm 型マイクロラインである。ただし、下段の露光フォトレジストはドライフイルムで、この露光・現像済ドライフイルムの厚さは約 20μm であった。本プロジ
ェクトは最終年度になるので、今後の G0 型回折格子の試作研究では、マスクアライナーおよびドライフイルムを使用してＸ線フォトマスク製作を行う。

11.0μm 3.3μm

7.2μm

7.2μm

10.5μm 3.7μm
5.6μm
5.7μm

7.2μm

13.2μm

10.5μm 4.1μm
5.9μm

18.9μm6.9μm 7.5μm 6.6μm 7.3μm 7.1μm 7.7μm
４－２－２．G2 型回折格子
ライン状マイクロパターン配列をもつテスト G2 型Ｘ線フォトマスクは、半導体製造に利用される直接描画装置およびドライフイルムを使用して製作された。なお、現像も福岡県立・三次元半導体研究センターで行った。このＸ線フォトマスクに描画されたマイクロパターン配列は、高輝度Ｘ線を利用してドライフイルムに転写された。本実験では、G0 型回折格子製作および管球Ｘ線の分散性を制御する G2 型Ｘ線回折格子に関する技術開発を行った。
下図は、２種類（G2-10μm 型、G2-20μm）のテスト G2 型 UV フォトマスクの設計図を示す。 Cr

製ライン幅、スリット幅およびピッチは、 それぞれ G2-10μm 型では（20μm、10μm、30μm）、G2-20μm 型では（40μm、20μm、60μm）である。これらのマイクロパターン配列の外形サイズは、
22 x 180mm である。この直接描画装置では、ドライフイルムは 8 インチシリコンウエーハ上に設置されて、G2-10μm 型と G2-20μm 型とが同時に転写された。

G0-10μm 型

22mm

G0-20μm 型

180mm(a) G2-10μm 型平板回折格子
本実験では、 G0 型回折格子と G2-10μm 型平板回折格子に関する基礎的な技術開発を行った。下図の左側は、G2-10μm 型回折格子の矩形状Ｘ線フォトマスクの写真である。右側は、このＸ線フォトマスクのライン状マイクロパターンの拡大設計図である。ただし、現有 Au めっき槽のサイズ制限により、本研究で試作されるＸ線フォトマスクの外形サイズは約 22 x 80mm のサイズである。

10μm20μm

左図には、このＸ線フォトマスクのマイクロスコープが示されている。
PMMA 製マイクロラインと Au 製マイクロラインの周期的配列が観測される。これらのマイクロライン配列のピッチと Au めっき部の高さを調べるために、レーザー顕微鏡による測定を行った。

下図の上段は、上図の G2-10μm 型Ｘ線フォトマスクのレーザー・マイクロスコープ（左側）とレーザー解析（右側）を示す。PMMA 製マイクロライン上表面は平面的であるが、Au 製マイクロライン上表面は僅かな凹凸が形成されている。マイクロスコープ撮像でも観察されるように、この凹凸はライン状マイクロ細孔内で形成される Au マイクログレイン群の積層による。Au 製上表面は PMMA

製上表面から約 2.5μm 下がっている。また、Au 製上表面の幅は約 9.0～9.5μm である。下段は、Auめっき前の露光･現像済ドライフイルムのレーザー・マイクロスコープとレーザー解析を示す。直接描画装置での露光量は 13mJ である。これらのレーザー解析の比較により、このＸ線フォトマスクのAu めっき部の高さは約 23μm である。従って、このＸ線フォトマスクは、BL09 ビームラインの白色高輝度Ｘ線を利用する LIGA プロセスに有効であることが確認される。ただし、下段のレーザー解析から、Au めっき前のマイクロライン間細孔の断面は、僅かに対称的な台形状を示す。従って、これらのマイクロライン間細孔に積層する Au めっき部の断面は、 PMMA 製マイクロラインに対して僅かに逆台形状であることが推測される。

7.7μm
18.6μm

9.4μm
2.5μm

20.9μm20.9μm

22.2μm9.1μm

8.4μm 21.7μm

7.3μm

25.1μm

22.3μm

上記の G2-10μm 型Ｘ線フォトマスクを使用して、BL09 ビームラインでの露光実験を行った。下図の上段には露光・総電流量；23mAh、現像時間；18min、下段には露光・総電流量；30mAh、現像時間；18min で得られた転写マイクロパターンのレーザー・マイクロスコープとレーザー解析が示されている。露光・現像済ドライフイルムの厚さは約 25μm である。

18.3μm20.2μm 10.2μm

24.4μm

A
20.9μm 10.2μm

19.2μm

20.7μm 10.0μm

25.1μm

A20.0μm 9.9μm
これらのレーザー解析により、G2-10μm 型マイクラインの線幅は約 19～21μm、スリット幅は約10μm である。また、レーザー・マイクロスコープのマイクロ細孔底部の中央部は、点線状の薄青色部を示す。この部分は、無電解めっき Ni コートされたガラス基板表面である。 PMMA 製マイクロラインの側壁はかなりの部分が垂直面である。しかし、右図の橙色点線で表示された“A 領域”では、フォトレジスト表面からの反射レーザー光はレーザー顕微鏡に再入射していない。この事象は、マイクロ細孔底部の側壁付近には僅かなドライフイルムが残留していることを示唆する。上図から、露光時間と現像時間との最適条件が推定された。
(b) G2-20μm 型湾曲回折格子直接描画装置を使用して、UV 露光量の異なる（22 x 180mm）サイズの転写 G2-20μm 型レジストシート（ドライフイルム）作製した。ただし、現有 Au めっき槽のサイズ制限により、これらの一部を切断して Au めっきを行った。下図は、G2-20μm 型回折格子の矩形状Ｘ線フォトマスクの写真である。湾曲回折格子のＸ線フォトマスクの露光条件も調べるために、露光量は左側では 13mJ、右側では 15mJ である。これらの２種類のＸ線フォトマスクを裏側からテープで接合している。本実験では、写真の上下方向がＸ線スキャナーの駆動方向になる。

下図の左側は露光量；15mJ で得られた Au めっき前の露光･現像済ドライフイルム、中央は Auめっき後の露光･現像済ドライフイルムで撮られたマイクロスコープを示す。中央撮像では、ライン状マイクロ細孔部に Au めっきが観測される。右側はこのＸ線フォトマスクのライン状マイクロパターンの拡大設計図である。従って、PMMA 製マイクロラインと Au 製マイクロラインの高質な周期的配列が観測される。これらのマイクロライン配列のピッチと Au めっき部の高さを調べるために、レーザー顕微鏡による測定を行った。

20μm

40μm

下図は、G2-20μm 型Ｘ線フォトマスクのレーザー・マイクロスコープ（左側）とレーザー解析（右側）を示す。このマイクロスコープ撮像の中央部の水平青線は、レーザー解析でのレーザー光のスキャン方向を表示している。このスキャン方向に沿って、レーザー解析が行われる。Au 製マイクロラ
イン上表面は、PMMA 製上表面から約 2.4μｍ下がっている。また、Au 製上表面の幅は約 20～21μmである。

19.1μm20.8μm2.4μm

36.6μm

41.2μm

39.6μm

下図は、Au めっき前の露光･現像済ドライフイルムのレーザー・マイクロスコープとレーザー解析を示す。この G2-20μm 型マイクロ細孔はほぼ垂直な側壁をもち、細孔底部の中央付近に僅かな盛り上が観測される。しかし、上図の Au 製マイクロライン配列の観測により、Au めっきは確認される。
両方のレーザー解析の比較により、このＸ線フォトマスクの Au めっき部の高さは約 22μm である。
従って、この G2-20μm 型Ｘ線フォトマスクは、BL09 ビームラインの高輝度Ｘ線を利用する LIGAプロセス実験に有効であることが確認された。

24.6μm17.3μm

19.7μm18.1μm
40.8μm
41.9μm
43.0μm

上記の G2-20μm 型Ｘ線フォトマスクを使用して、BL09 ビームラインでの露光実験を行った。左図には、露光・総電流量；40mAh で転写された G2-20μm 型マイクロパターンのマイクロスコープが示されている。これらの撮像から、G2-20μm 型のマイクロライン配列が確認できる。ただし、前述した様に、現有現像装置のサイズ制限により、現像処理は福岡県立・三次元半導体研究センターの装置で行った。

下図は、上図の転写マイクロパターンのレーザー・マイクロスコープとレーザー解析を示す。
PMMA 製マイクロラインの上表面は平面的で、約 46μm の幅をもつ。しかし、マイクロ細孔幅は約17μm であるが、細孔は十分に現像されていない(深さ；約 6～8μｍ）。これまで BL09 で実施した
G2-20μm 型マイクロパターンの露光実験では、露光・総電流量；40mAh は最適な条件であった。

5.7μm

16.8μm7.6μm45.7μm

この現像処理を確認するために、同じ転写ドライフイルム端におけるレーザー・マイクロスコープとレーザー解析を行った。その計測結果が下図に示されている。使用した露光・現像済ドライフイル
ムの厚さは 24.6μm であり、本実験の現像は十分に行われたことが確証された。

24.6μmBL09 では、平成３０年９月に本実験と同様な G2-20μm 型湾曲回折格子に関するテスト実験を行っている。この実験での G2-20μm 型のテストＸ線フォトマスクは、現有の UV 露光装置を用いて通常のフォトレジストから作製された。一方、転写用フォトレジストには、本実験と同じドライフイルムが使用された。下図は、このテストＸ線フォトマスクのライン状マイクロパターンが転写された湾
曲ドライフイルム上のレーザー・マイクロスコープ撮像（左側）とレーザー解析（右側）を示す。この転写マイクロパターンは、高輝度Ｘ線の入射ビームライン（加速器の電子軌道面内）位置で測定された。このレーザー解析から、PMMA 製マイクロライン側壁はかなりの部分が垂直であり、高質な矩形状のマイクロライン配列が観測された。露光・総電流量は約 40mAh、現像時間は 18min である。
これらのマイクロライン側壁は垂直であるが、マイクロ細孔底部の側壁付近では、約 1μm 高さのステプが観測された。この事象は、９月に使用した現有 UV 露光装置の光学系から発生している。

23.5μm

23.3μm

24.5μm

36.4μm

37.2μm35.8μm以上の様に、本実験と９月に実施した G2-20μm 型湾曲回折格子に関するテスト実験では、転写されたマイクロ細孔の深さが大きく異なっている。いずれの実験でも露光・総電流量は 40mAh であった。従って、佐賀 LS での総電流量の計測方法が原因ではないかと推測している。これまで１０年近く BL09 ビームラインで LIGA 実験を実施してきたが、一日１回電子塊バンチの入射では１８時ごろ以降では露光不足の状況であった。この状況から、一日２回電子塊バンチの入射を希望してきた。９月５日の露光実験は 16:30～17:50 ごろに、今回（１２月４日）の露光実験は 20:00～20:45 ごろに行われている。従って、LIGA 微細加工によるマイクロパーツ製造には、総電流量に加えて、特定領域（数か所）の蛍光Ｘ線・輝度をモニターする機器の設置が要請される。
５．今後の課題
本研究では、SL-LIGA、UV-LIGA 技法を併用して、高輝度Ｘ線による露光実験に使用する高質なＸフォトマスクの製作技法の確立（実験１）、G0 型＆G2 型Ｘ線回折格子の試作研究（実験２）を行った。高質なＸ線フォトマスクの製作には、マスクアライナーおよび直接描画装置を使用して、UVフォトマスク上に描画されたマイクロパターン配列（ハニカム型、ライン型）をドライフイルムに転写することが有効であることを確証した。また、これらのＸ線フォトマスクを使用して、通常のフォトレジストやドライフイルムにマイクロパターンを転写することにより、高質な G0 型回折格子の試作が可能になった。また、大きなバンドサイズの（G2-10μm、G2-20μm）型回折格子・製作に関する技術開発は、管球Ｘ線の分散性を制御する G2 型の湾曲回折格子の試作を可能にした。従って、本研究で得られた技法は、近い将来における位相コントラストＸ線検査システムの実用化に向けての技術開発に継承される。
６．参考文献 特になし
７．論文発表・特許
８．キーワード・・・LIGA, Ｘ線回折格子
９．研究成果公開について② 研究成果公報の原稿提出 （提出時期：2020 年 10 月）