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 ： 1609073R

Ｂ Ｌ 番 号 ： BL09

（様式第 5 号）

実施課題名「 九 州 シ ン ク ロ ト ロ ン 光 研 究 セ ン タ ー で の 高 精 度 LIGA プ ロ セ ス に よ る
Ｘ線格子デバイスの開発」

Development of X-ray Grating Optical Devices by a high-precision
LIGA process at the Kyushu Synchrotron Light Research Center
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、坂井遼１、横尾侑典１、水上絵梨香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
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
本研究目的は、シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を利用し た位相コントラストＸ線検査
シ ス テ ム の 技 術 開 発 に 使 用 す る Ｘ 線 回 折 格 子（ 位 相 格 子 お よ び 振 幅 格 子 ）の 試 作 で あ る 。
こ れ ら の Ｘ 線 回 折 格 子 は LIGA 微 細 加 工 技 法 に よ り 製 作 さ れ る 。 本 実 験 で は 、 ア ス ペ ク
ト 比 の 小 さ い G0 型 Ｘ 線 フ ォ ト マ ス ク を 作 製 し て 、 こ の マ ス ク の ラ イ ン 状 マ イ ク ロ 構 造を 照 射 用 フ ォ ト レ ジ ス ト シ ー ト に 等 倍 転 写 を 行 っ た 。照 射 後 、LIGA 処 理 工 程 に よ り G0型Ｘ線回折格子の試作研究を行った。これらを解析することにより、今後の技術開発の主な指針が明らかになった。

Phase-contrast X-ray examining devices require to use X-ray diffraction
gratings of high-quality, which have micro-structures of line-array and consist of
the phase grating and the amplitude one. Two kinds of X-ray diffraction gratings
being G0-type, of which the Au line-width and slit-one were (7.1μm, 7.1μm) and(10.65μm, 3.55μm) respectively, were experimentally made by the high-precision
LIGA process, by using synchrotron radiations. The present investigations
suggest that there is a possibility to make the X-ray diffraction gratings ofG0-type, after the optical components of the used UV-irradiation instrument areexchanged.

２．背景と目的
田口電機工業はこれまで LIGA 微細加工による各種マイクロパーツの試作研究を実施してきたが、九州シンクロトロン光研究センター(佐賀ＬＳ)・高輝度Ｘ線の光特性がマイクロパーツの製作に有効であることを明らかにした。本実験課題は、佐賀県の支援による産業技術総合研究所・つくばセンターと田口電機工業との共同研究である。この研究は、Ｘ線画像診断に関連する位相コントラストＸ線検査システムの技術開発である。BL09 ビームラインでは、UV フォトマスクから作製されるＸ線フォトマスク上のＸ線回折格子（位相格子および振幅格子）のマイクロ構造を照射用フォトレジストシートに等倍転写する。照射後、LIGA 処理工程により高質なＸ線回折格子を作製する。
本研究で試作するＸ線回折格子は、シリコンウエハー基板上に金製マイクロ構造をもつ。このマイクロ構造仕様は通常のＸ線発生装置を利用することを前提に作成されているので、将来での実用化検査システムに継承される可能性を持つ。また、BL09 ビームラインの照射実験ポートでは、シンクロトロン光Ｘ線の水平方向のビーム幅は約 400mm である。従って、今回の実験成果により、より広い面積の高精度・高質なＸ線回折格子が試作できる。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
本研究で試作するＸ線回折格子のライン状線幅およびスリット幅は約 1.5～15μm、高さは約 1.5～30μm の領域である。しかし、田口電機工業がこれまで LIGA で作製してきたマイクロ構造は約 20～100μm、高さは約 50～300μm の領域である。従って、本研究のＸ線回折格子の仕様に対応するために、先ず本実験ではライン状線幅およびスリット幅は仕様を満たしながら、Au 高さを低くするアスペクト比の小さいＸ線フォトマスクを試作した。左図には、現有 UV 照射装置を使用して製作した２種類のＸ線フォトマスク(G0)のマイクロスコープ撮像が示されている。Au 製ライン状線幅およびスリット幅は(7.1μm,7.1μm)

G0－7.1μm

G0－10.65μmと(10.65μm,3.55μm）。ただし、UV 照射装置の光学系より、これらの G0-Ｘ線フォトマスクでのマイクロパターンを形成している Au 高さは数 μm 程度にする必要があった。この制限は、主にＸ線フォトマスクを作製する現有の UV 照射装置の光学系に起因する。
本照射実験では、BL09 ビームラインの実験ポートに現有のＸ線チャンバーおよびＸ線スキャナーを仮設した。
3 種類のマイクロパターンをもつ試作用の G0-Ｘ線回折格子の有効面積は約 50 x 50mm2であるが、照射用フォトレジストを塗布したガラス基板での高輝度Ｘ線照射による温度分布を均一化するために、水平方向に約 100mm の入射ビームを使用した。本研究で製作した G0-Ｘ線フォトマス
クのマイクロ構造特性を評価するために、LIGA で製作したハニカム型マイクロメッシュ用・Ｘ線フォトマスクを使用して、照射実験を行った。これらの照射済フォトレジストの現像および転写画像の解析･評価を行った後、照射用フォトレジスト基板へ G0-Ｘ線フォトマスクのマイクロパターンの転写を行った。ただし、本実験で使用するＸ線フォトマスクのパターンを構成している Au の高さは数μm である。従って、照射用フォトレジストの光損傷を避けるために、照射Ｘ線の輝度をアルミ製箔や薄板による減衰効果の実験も行った。佐賀ＬＳでの照射実験後、照射済フォトレジストは田口電機工業に輸送してから各種の LIGA 処理工程(現像、めっき、解析)を実施した。

４．実験結果と考察
BL09 ビームライン・実験ポートに仮設したＸ線チャンバーおよびＸ線スキャナーの駆動試験や高輝度Ｘ線の光特性を調べるために、ハニカム型マイクロメッシュのＸ線フォトマスクを使用して照射実験を行った。このマイクロメッシュのハニカム型マイクロ細孔の Au 製の壁幅；25μm、間壁；100μm、高さは約 20μm である。左図の顕微鏡画には、照射・現像済フォトレジストが示されている。このフォトレジストシートの厚さは約 30μm である。ただし、左中図と左右図には、Ｘ線
フ ォ トマ ス クの 前に アル ミ 箔(10μm、20μm)を設置した。

Al 箔 なし

Al 箔 10μm

右図には上図の SEM 画像が示されているが、ハニカム型マイクロ細孔の鮮明な２次元配列が確認される。ただし、現像後のフォトレジストシート表面はスパッターにより Au コートが行われている。
従って、ハニカム型柱配列は PMMA 製であり、LIGA 処理工程の金属めっきはこれらの PMMA 製柱間の底部に行われる。

Al 箔 20μm

Al 箔 10μm

Al 箔 20μm

本研究では数種類のライン状Ｘ線回折格子を製作するが、本実験では前述した ２種類の G0-Ｘ線フォトマスクを使用して、照射用フォトレジストへの高輝度Ｘ線の照射時間および現像条件などの調査を行った。下図には、代表的な照射･現像済フォトレジストのマイクロスコープ撮像が示されている。G0-7.1μm 格子パターンでは、ライン状構造は局所的に切断されている。一方、 G0-10.65μm パターンでは、ライン状構造は形成されている。同様な照射実験を行ったが、これらのＸ線フォトマスク(G0)のマイクロ構造はほぼ転写されていることを確認した。しかし、本実験で得られた G0-7.1μmＸ線回折格子の転写パターンは鮮明でなかった。この主な要因は作製した
G0-7.1μmＸ線フォトマスクの低質G0－10.65μm化による。
G0－7.1μm
本実験で得た照射･現像済フォトレジストのライン状マイクロ構造を解析・評価するために、これらのフォトレジストの SEM 撮像を行った(下図)。ただし、現像後のフォトレジストシート表面はスパッターにより Auでコートされている。これらの SEM 画像から、G0-7.1μm
格子パターンのマイクロ構
造；線幅(7.1μm)＆スリット幅(7.1μm) お よ び G0-10.65μm
格子パターンのマイクロ構
造；線幅(10.65μm)とスリット幅(3.55μm) との周期性はほG0－10.65μm
G0－7.1μmぼ確認される。
0μm0μmまた、本研究で試作するアスペクト比の小さい G0-Ｘ線フォトマスクや厚さ約 1.5～30μm 領域の照射用フォトレジスト(約 10～30μm)の光損傷を避けるために、照射Ｘ線の輝度をアルミ製箔や薄板による減衰効果の実験も行った。これらの減衰効果の評価に関しては、試作する数種類のＸ線回折格子のマイクロ構造仕様との相関を調べる今後の研究成果に継続される。

５．今後の課題
田口電機工業でこれまで LIGA 微細加工技法を利用して試作・製造されてきたマイクロ細孔構造の平面的サイズは、約 20～100μm の領域である。しかし、アスペクト比は小さいけれども、現有のLIGA 関連装置を使用することにより、本研究で要請されている位相コントラストＸ線検査システムに使用する G0-7.1μm＆10.65μm 型Ｘ線回折格子を製作するための光学的条件が明らかになった。従って、位相コントラストＸ線検査システムの技術開発で要請される各種のＸ線回折格子製作に関しては、当面の課題として以下の事項について研究開発を行う。
＜期待される主な技術開発＞
１．現有の LIGA 用 UV 照射装置の光学系(集光レンズ＆ミラー、熱光線フィルター)の設置
２．アスペクト比の大きなＸ線フォトマスクの作製
３．高質な照射用フォトレジストの作製
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：2018 年８月）