JP2012127685A - Metal grid manufacturing method, metal grid, and x-ray imaging apparatus using metal grid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる格子を製造するための金属格子の製造方法およびその金属格子に関する。そして、本発明は、この金属格子を用いたX線撮像装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal grid for manufacturing a grid that can be suitably used for, for example, a Talbot interferometer or a Talbot-Lau interferometer, and the metal grid. The present invention relates to an X-ray imaging apparatus using this metal grid.
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試みられている。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。 Diffraction gratings are used in optical systems of various devices as spectroscopic elements having a large number of parallel periodic structures, and in recent years, application to X-ray imaging devices has also been attempted. The diffraction gratings are classified into transmission diffraction gratings and reflection diffraction gratings when classified by the diffraction method. Furthermore, the transmission diffraction gratings periodically arrange light absorbing portions on a substrate that transmits light. There are an amplitude type diffraction grating (absorption type diffraction grating) and a phase type diffraction grating in which portions for changing the phase of light are periodically arranged on a substrate that transmits light. Here, absorption means that more than 50% of light is absorbed by the diffraction grating, and transmission means that more than 50% of light passes through the diffraction grating.
近赤外線用、可視光用または紫外線用の回折格子は、近赤外線、可視光および紫外線が非常に薄い金属によって充分に吸収されることから、比較的容易に製作可能である。例えばガラス等の基板に金属が蒸着されて基板上に金属膜が形成され、該金属膜が格子にパターニングされることによって、金属格子による振幅型回折格子が作製される。可視光用の振幅型回折格子では、金属にアルミニウム(Al)が用いられる場合、アルミニウムにおける可視光(約400nm〜約800nm)に対する透過率が0.001%以下であるので、金属膜は、例えば100nm程度の厚さで充分である。 Near-infrared, visible or ultraviolet diffraction gratings can be manufactured relatively easily because near-infrared, visible and ultraviolet light is sufficiently absorbed by very thin metals. For example, a metal is deposited on a substrate such as glass to form a metal film on the substrate, and the metal film is patterned into a grating, whereby an amplitude diffraction grating using a metal grating is manufactured. In the amplitude type diffraction grating for visible light, when aluminum (Al) is used as the metal, the transmittance for visible light (about 400 nm to about 800 nm) in aluminum is 0.001% or less. A thickness of about 100 nm is sufficient.
一方、X線は、周知の通り、一般に、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はない。比較的良好な金(Au)でX線用の回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、100μm程度必要となり、透過部分と吸収や位相の変化部分とを等幅で数μ〜数十μのピッチで周期構造を形成した場合、金部分の幅に対する厚さの比(アスペクト比=厚さ/幅)は、5以上の高アスペクト比となる。このような高アスペクト比の構造を製造することは、容易ではない。そこで、このような高アスペクト比の構造を備えた回折格子の製造方法が、例えば、特許文献1に提案されている。 On the other hand, as is well known, X-rays generally have very little absorption by substances, and the phase change is not so great. Even when a diffraction grating for X-rays is manufactured with relatively good gold (Au), the thickness of the gold is required to be about 100 μm, and the transmission part and the absorption or phase change part have an equal width of several μ to When the periodic structure is formed with a pitch of several tens of microns, the ratio of the thickness to the width of the gold portion (aspect ratio = thickness / width) is a high aspect ratio of 5 or more. It is not easy to manufacture such a high aspect ratio structure. Thus, for example, Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a diffraction grating having such a high aspect ratio structure.
この特許文献1に開示の回折格子の製造方法は、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、次に各工程を備えて構成される。まず、ガラス基板の一側面に金属シート層が形成される。次に、この金属シート層上に紫外線感光性樹脂が塗布され、この紫外線感光性樹脂が位相型回折格子用の光学リソグラフィーマスクを用いてパターン露光され、現像されることでパターンニングされる。次に、金属メッキ法によって、前記紫外線感光性樹脂が除去された部分にX線吸収金属部が形成される。そして、パターニングされた紫外線感光性樹脂およびこの紫外線感光性樹脂に対応する金属シート層の部分が除去される。これによって位相型回折格子が製造される。そして、この位相型回折格子の前記一側面に紫外線感光性樹脂が塗布され、この紫外線感光性樹脂がこの位相型回折格子を光学リソグラフィーマスクとして用いて位相型回折格子の他側面からパターン露光され、現像されることでパターンニングされる。次に、前記金属シート層を介して電圧を印加することで金属メッキ法によって、前記紫外線感光性樹脂が除去された部分であって位相型回折格子のX線吸収金属部に、さらにX線吸収金属部が形成される。以下、このさらにX線吸収分金属部を形成した位相型回折格子を新たな光学リソグラフィーマスクとして、上述の各工程が、X線吸収金属部が必要な厚さとなるまで繰り返される。これによって振幅型回折格子が製造される。 The method for manufacturing a diffraction grating disclosed in Patent Document 1 is a method for manufacturing a diffraction grating used in an X-ray Talbot interferometer, and is configured to include the following steps. First, a metal sheet layer is formed on one side surface of a glass substrate. Next, an ultraviolet photosensitive resin is applied onto the metal sheet layer, and the ultraviolet photosensitive resin is subjected to pattern exposure using an optical lithography mask for a phase type diffraction grating and developed to be patterned. Next, an X-ray absorbing metal portion is formed in the portion where the ultraviolet photosensitive resin has been removed by metal plating. Then, the patterned ultraviolet photosensitive resin and the portion of the metal sheet layer corresponding to the ultraviolet photosensitive resin are removed. Thereby, a phase type diffraction grating is manufactured. Then, an ultraviolet photosensitive resin is applied to the one side surface of the phase type diffraction grating, and the ultraviolet photosensitive resin is subjected to pattern exposure from the other side surface of the phase type diffraction grating using the phase type diffraction grating as an optical lithography mask, It is patterned by being developed. Next, a voltage is applied through the metal sheet layer to further remove X-ray absorption into the X-ray absorbing metal portion of the phase type diffraction grating where the ultraviolet photosensitive resin is removed by metal plating. A metal part is formed. Hereinafter, each of the above steps is repeated until the thickness of the X-ray absorbing metal portion becomes a required thickness, using the phase diffraction grating in which the X-ray absorbing metal portion is further formed as a new optical lithography mask. Thereby, an amplitude type diffraction grating is manufactured.
ところで、前記特許文献1に開示された回折格子の製造方法では、X線吸収金属部が必要な厚さとなるまで前記各工程が繰り返されるので、手間がかかり、また煩雑である。 By the way, in the method for manufacturing a diffraction grating disclosed in Patent Document 1, each process is repeated until the X-ray absorbing metal portion has a required thickness, which is troublesome and complicated.
そこで、高アスペクト比の3次元構造を形成可能なシリコンの特性を活用して金属格子による回折格子を製造することが考えられる。すなわち、シリコン基板に高アスペクト比の周期構造のスリット溝を形成し、この形成したスリット溝にシリコンの導電性を利用することで電気メッキ法(電鋳法)によって、金属を埋めて回折格子を製造する方法が考えられる。 Therefore, it is conceivable to manufacture a diffraction grating using a metal grating by utilizing the characteristics of silicon that can form a three-dimensional structure with a high aspect ratio. That is, a slit groove having a periodic structure with a high aspect ratio is formed on a silicon substrate, and the diffraction grating is formed by filling the metal by electroplating (electroforming) by utilizing the conductivity of silicon in the formed slit groove. A manufacturing method is conceivable.
しかしながら、この方法では、シリコン全体に導電性があるため、前記金属が前記スリット溝の底から成長するだけでなく、前記スリット溝の側面からも成長してしまい、その結果、金属部分の内部に空間(ボイド、金属が未充填の部分)が発生してしまう虞があり、前記スリット溝を電鋳法によって前記金属で緻密に埋めることが難しい。 However, in this method, since the entire silicon is conductive, the metal grows not only from the bottom of the slit groove, but also from the side surface of the slit groove, and as a result, inside the metal portion. There is a possibility that a space (void, a portion not filled with metal) may be generated, and it is difficult to densely fill the slit groove with the metal by electroforming.
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、シリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる金属格子の製造方法および前記金属格子を提供することである。そして、本発明の他の目的は、この金属格子を用いたX線撮像装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to provide a method for manufacturing a metal lattice that can form a metal portion of the lattice more densely by electroforming using a silicon substrate, and It is to provide a metal grid. Another object of the present invention is to provide an X-ray imaging apparatus using this metal grating.
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金属格子の製造方法は、第1シリコン層と前記第1シリコン層に第1絶縁層を介して付けられた第2シリコン層とを備える基板における前記第2シリコン層の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、リソグラフィー法によって前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、ドライエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記第2シリコン層を前記第1シリコン層に少なくとも到達するまでエッチングしてスリット溝を形成するエッチング工程と、陽極酸化法によって、前記第2シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝の測面に第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、電鋳法によって、前記第1シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝を金属で埋める電鋳工程とを備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the method for manufacturing a metal lattice according to one aspect of the present invention includes the first silicon layer and the second silicon in the substrate including the second silicon layer attached to the first silicon layer via the first insulating layer. A resist layer forming step of forming a resist layer on a main surface of the layer, a patterning step of patterning the resist layer by a lithography method to remove the resist layer in the patterned portion, and a step of forming the resist layer by a dry etching method. The second silicon layer corresponding to the removed portion is etched until it reaches at least the first silicon layer to form a slit groove, and a voltage is applied to the second silicon layer by an anodic oxidation method. An insulating layer forming step of forming a second insulating layer on the surface of the slit groove and an electroforming method, the first The slit groove by applying a voltage to the silicon layer, characterized in that it comprises a step electroforming filled with metal.
このような構成の金属格子の製造方法は、シリコンをドライエッチングするので、前記スリット溝における幅に対する深さの比(スリット溝のアスペクト比=深さ/幅)の高いスリット溝を形成することができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、このスリット溝を金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分を持つ金属格子を製造することができる。そして、前記電鋳工程で電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める際に、まず、絶縁層形成工程で陽極酸化法によって前記スリット溝の測面に第2絶縁層が形成される。したがって、電鋳工程では、第1シリコン層と第2シリコン層との間に在る第1絶縁層およびスリット溝の内側側面に形成されている第2絶縁層によって、第2シリコン層は、第1シリコン層と電気的に絶縁される。このため、スリット溝の内側側面(第2シリコン層の側面)から金属が析出および成長することがなく、スリット溝の底(第1シリコン層)から金属が析出し成長する。したがって、このような構成の金属格子の製造方法は、このように金属が前記スリット溝の底から選択的に成長するので、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、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳法によって格子の前記金属部分をより緻密に形成することができる。 In the metal grating manufacturing method having such a configuration, since silicon is dry-etched, it is possible to form a slit groove having a high ratio of depth to width in the slit groove (aspect ratio of slit groove = depth / width). it can. As a result, the metal grating manufacturing method having such a configuration can manufacture a metal grating having a metal portion with a high aspect ratio by filling the slit groove with metal. Then, when the slit groove is filled with metal by electroforming in the electroforming step, first, a second insulating layer is formed on the surface of the slit groove by an anodic oxidation method in the insulating layer forming step. Therefore, in the electroforming process, the second insulating layer formed between the first insulating layer and the inner side surface of the slit groove between the first silicon layer and the second silicon layer, the second silicon layer is It is electrically insulated from one silicon layer. For this reason, metal does not precipitate and grow from the inner side surface (side surface of the second silicon layer) of the slit groove, and metal deposits and grows from the bottom of the slit groove (first silicon layer). Therefore, in the method for manufacturing a metal grid having such a configuration, since the metal is selectively grown from the bottom of the slit groove in this way, generation of voids can be effectively suppressed. As a result, the method for producing a metal grid having such a configuration can form the metal portion of the grid more densely by electroforming.
また、他の一態様では、この上述の金属格子の製造方法において、前記第1絶縁層の厚さと前記第2シリコン層の厚さの和が前記スリット溝の深さに対応する厚さになるように、前記第2シリコン層の厚さをスマート・カット法によって調整する調整工程をさらに備えることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described metal grating manufacturing method, the sum of the thickness of the first insulating layer and the thickness of the second silicon layer is a thickness corresponding to the depth of the slit groove. As described above, the method further includes an adjusting step of adjusting the thickness of the second silicon layer by a smart cut method.
このような構成の金属格子の製造方法は、スマート・カット法によって第2シリコン層の厚さが調整されるので、第2シリコン層のカット面がより平坦となり、高精度に金属格子を形成することができる。 Since the thickness of the second silicon layer is adjusted by the smart cut method in the manufacturing method of the metal grid having such a configuration, the cut surface of the second silicon layer becomes flatter and the metal grid is formed with high accuracy. be able to.
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記ドライエッチング法は、RIE(Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング)であることを特徴とする。 In another aspect, the dry etching method is RIE (Reactive Ion Etching) in the above-described metal lattice manufacturing method.
このような構成の金属格子の製造方法は、RIEによって異方性エッチングを行うことができるので、深さ方向(積層方向)に沿って第2シリコン層をエッチングすることができ、比較的容易にスリット溝を形成することができる。 In the method of manufacturing the metal grid having such a configuration, since the anisotropic etching can be performed by RIE, the second silicon layer can be etched along the depth direction (stacking direction), which is relatively easy. A slit groove can be formed.
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記ドライエッチング法は、ボッシュプロセスであることを特徴とする。 In another aspect, the dry etching method is a Bosch process in the above-described metal grating manufacturing method.
このような構成の金属格子の製造方法は、ボッシュプロセスによって第2シリコン層がドライエッチングされるので、前記スリット溝の側面がより平坦となり、高精度に金属格子を形成することができる。 In the manufacturing method of the metal grid having such a configuration, the second silicon layer is dry-etched by the Bosch process, so that the side surface of the slit groove becomes flat and the metal grid can be formed with high accuracy.
また、他の一態様では、この上述の金属格子の製造方法において、前記第1シリコン層は、前記n型シリコンであることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described method for manufacturing a metal lattice, the first silicon layer is the n-type silicon.
このような構成の金属格子の製造方法は、前記第1シリコン層の導電型がn型であるので、電鋳法で第1シリコン層を陰極とした場合に、容易に、第1シリコン層からメッキ液に電子を与え、金属を析出させることができる。 In the manufacturing method of the metal grid having such a configuration, since the conductivity type of the first silicon layer is n-type, when the first silicon layer is used as a cathode by electroforming, the first silicon layer can be easily formed from the first silicon layer. Electrons can be given to the plating solution to deposit metal.
また、他の一態様では、この上述の金属格子の製造方法において、前記第2シリコン層は、p型シリコンであることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described method for manufacturing a metal lattice, the second silicon layer is p-type silicon.
このような構成の金属格子の製造方法は、前記第2シリコン層の導電型がp型であるので、陽極酸化法で第2シリコン層を陽極とした場合に、容易に、前記スリット溝を形成する第2シリコン層の側面に酸化膜を形成することができる。 In the manufacturing method of the metal grid having such a structure, since the conductivity type of the second silicon layer is p-type, the slit groove can be easily formed when the second silicon layer is used as an anode by an anodic oxidation method. An oxide film can be formed on the side surface of the second silicon layer.
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法は、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金属格子を製造する場合に用いられる。 In another aspect, the above-described metal grating manufacturing method is used when a metal grating used in an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-low interferometer is manufactured.
上述したように、X線では、高アスペクト比が求められるが、これら上述の金属格子の製造方法を用いることによって、より緻密に形成された高アスペクト比の金属部分を備えた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回折格子やマルチスリット板の金属格子を製造することができる。 As described above, a high aspect ratio is required for X-rays, but an X-ray Talbot interferometer provided with a metal part having a high aspect ratio that is more densely formed by using these metal grating manufacturing methods described above. Alternatively, a diffraction grating used for an X-ray Talbot-Lau interferometer or a metal grating of a multi-slit plate can be manufactured.
また、本発明の他の一態様にかかる金属格子は、第1シリコン層と、前記第1シリコン層上に形成され、一方向に線状に延びる複数の第2シリコン部分と前記一方向に線状に延びる複数の金属部分とが交互に平行に配設された格子とを備え、前記第1シリコン層と前記複数の第2シリコン部分との各間に複数の第1絶縁層をそれぞれさらに備え、前記複数の第2シリコン部分と前記複数の金属部分との各間に複数の第2絶縁層をそれぞれさらに備えることを特徴とする。 A metal lattice according to another aspect of the present invention includes a first silicon layer, a plurality of second silicon portions formed on the first silicon layer and extending linearly in one direction, and a line extending in the one direction. And a plurality of first insulating layers between the first silicon layer and the plurality of second silicon portions, respectively. A plurality of second insulating layers are further provided between the plurality of second silicon portions and the plurality of metal portions, respectively.
これら上述の金属格子の製造方法によって、このような構成の金属格子を得ることができ、このような構成の金属格子は、より緻密に形成された高アスペクト比の金属部分を備えることができる。このため、このような構成の金属格子は、例えば、X線に好適に用いることができ、特に、X線タルボ干渉計またはX線タルボ・ロー干渉計により好適に用いることができる。 By the above-described metal grid manufacturing method, a metal grid having such a configuration can be obtained, and the metal grid having such a configuration can include a metal portion having a high aspect ratio formed more densely. For this reason, the metal grating having such a configuration can be suitably used for, for example, X-rays, and can be particularly suitably used for an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-Lau interferometer.
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、上述の金属格子を含むことを特徴とする。 An X-ray imaging apparatus according to another aspect of the present invention includes an X-ray source that emits X-rays, and a Talbot interferometer or a Talbot-low interferometer that is irradiated with X-rays emitted from the X-ray source. And an X-ray imaging device that captures an X-ray image by the Talbot interferometer or the Talbot-Lau interferometer, wherein the Talbot interferometer or Talbot-Lau interferometer includes the above-described metal grating, To do.
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金属格子に、金属部分がより緻密な上述の金属格子を用いるので、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。 In the X-ray imaging apparatus having such a configuration, the above-described metal grating having a denser metal portion is used for the metal grating constituting the Talbot interferometer or the Talbot-Lau interferometer. An X-ray image can be obtained.
本発明にかかる金属格子の製造方法は、シリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる。そして、本発明では、このような金属格子の製造方法によって製造される金属格子ならびにこの金属格子を用いたX線撮像装置が提供される。 The method for producing a metal grid according to the present invention can form a metal portion of the grid more densely by electroforming using a silicon substrate. In the present invention, a metal grating manufactured by such a method of manufacturing a metal grating and an X-ray imaging apparatus using the metal grating are provided.
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。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
(金属格子)
図1は、実施形態における金属格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の金属格子DGは、図1に示すように、第1シリコン層11と、第1シリコン層11上に形成された格子12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。格子12は、所定の厚さH(後述の第1絶縁層12cを含む)を有して一方向Dxに線状に延びる複数の第2シリコン部分12aと、前記所定の厚さH(格子面DxDyに垂直なDz方向(格子面DxDyの法線方向)の長さ)を有して前記一方向Dxに線状に延びる複数の金属部分12bとを備え、これら複数の第2シリコン部分12aと複数の金属部分12bとは、交互に平行に配設される。このため、複数の金属部分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。言い換えれば、複数の第2シリコン層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。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、複数の金属部分12b(複数の第2シリコン部分12a)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2シリコン部分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、金属部分12bもこのDxDz面に沿った板状または層状である。
(Metal grid)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a metal grid in the embodiment. As shown in FIG. 1, the metal lattice DG of this embodiment includes a
そして、第1シリコン層11と複数の第2シリコン部分12aとの各間には、複数の第1絶縁層12cがそれぞれさらに備えられている。第1絶縁層12cは、第1シリコン層11と第2シリコン部分12a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)等を挙げることができる。
A plurality of first insulating
さらに、複数の第2シリコン部分12aと複数の金属部分12bとの各間には、複数の第2絶縁層12dがそれぞれさらに備えられている。すなわち、第2シリコン部分12aの両側面には、第2絶縁層12dが形成されている。言い換えれば、金属部分12bの両側面には、第2絶縁層12dが形成されている。第2絶縁層12dは、第2シリコン層12aと金属部分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)等を挙げることができる。
Furthermore, a plurality of second insulating
これら第1シリコン層11、複数の第2シリコン部分12a、複数の第1絶縁層12cおよび複数の第2絶縁膜12dは、X線を透過するように機能し、複数の金属部分12bは、X線を吸収するように機能する。このため、金属格子DGは、一態様として、前記所定の間隔PをX線の波長に応じて適宜に設定することにより、回折格子として機能する。金属部分12bの金属は、X線を吸収す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)およびイリジウム(Ir)等である。また、金属部分12bは、例えば仕様に応じて充分にX線を吸収することができるように、適宜な厚さHとされている。この結果、金属部分12bにおける幅Wに対する厚さHの比(アスペクト比=厚さ/幅)は、例えば、5以上の高アスペクト比とされている。金属部分12b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12bの長さであり、金属部分12bの厚さH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12bの長さである。
The
なお、第2シリコン部分12aの上面上(表面上、トップ面)には、絶縁層が在ってもよい。図1に示す例では、この絶縁層は、第2絶縁層12dが延在したものである。
An insulating layer may be present on the upper surface (on the surface, the top surface) of the
このような高アスペクト比の金属部分12bを備える金属格子DGは、第1シリコン層と前記第1シリコン層に第1絶縁層を介して付けられた第2シリコン層とを備える基板における前記第2シリコン層の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、ドライエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記第2シリコン層を前記第1シリコン層に少なくとも到達するまでエッチングしてスリット溝を形成するエッチング工程と、陽極酸化法によって、前記第2シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝の測面に第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、電鋳法によって、前記第1シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝を金属で埋める電鋳工程とによって製造される。以下、この金属格子DGの製造方法について、詳述する。
The metal lattice DG including the high-aspect-
図2ないし図4は、実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図である。図5は、実施形態における金属格子の製造工程中の部材を示す斜視図である。図6は、実施形態における金属格子を製造するために用いられるシリコン基板の製造方法を説明するための図である。 2 to 4 are views for explaining a method of manufacturing a metal grid in the embodiment. FIG. 5 is a perspective view showing members in the manufacturing process of the metal grid in the embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing a silicon substrate used for manufacturing the metal grid in the embodiment.
本実施形態の金属格子DGを製造するために、まず、第1シリコン層31と第1シリコン層31に第1絶縁層33を介して付けられた第2シリコン層32とを備えるシリコン基板30が用意される(図2(A))。
In order to manufacture the metal lattice DG of the present embodiment, first, a
ここで、好ましくは、第1シリコン層31は、多数キャリアが電子であるn型シリコンである。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49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。
Here, preferably, the
また、好ましくは、第2シリコン層32は、多数キャリアが正孔(ホール)であるp型シリコンである。p型シリコンは、多数キャリアがホールであるため、後述の絶縁層形成工程では、電源44の陽極といわゆるオーミック接触になり、容易に、陽極酸化し易くなる。
Preferably, the
そして、このようなシリコン基板30は、例えば、図6に示すように、次の各工程によって製造される。まず、前記第1シリコン層31となる第1シリコンウェハ21と、前記第2シリコン層32となる第2シリコンウェハ22が用意され、第1および第2シリコンウェハ21、22の一方主面、例えば、第2シリコンウェハ22の一方主面に絶縁層23が形成される(図6(A))。
Such a
第1および第2シリコンウェハ21、22は、その電気的な特性が同等であってよく、また異なっていてもよい。例えば、第1および第2シリコンウェハ21、22は、その抵抗率が同等であってもよく、また異なっていてもよい。また例えば、第1および第2シリコンウェハ21、22は、その導電型が同等であってもよく、また異なっていてもよい。本実施形態では、第1シリコンウェハ21は、例えば、CZ(Czochralski)法によって製造され、例えば燐等をドープした比較的低抵抗なn型シリコン基板である(例えば抵抗率が10Ωcm(オームセンチメートル)や1Ωcm(オームセンチメートル)や0.1Ωcm(オームセンチメートル)等)。第2シリコンウェハ22も、第1シリコンウェハ21と同様にCZ法によって製造され、例えばホウ素等をドープした比較的高抵抗なp型シリコン基板である(例えば、抵抗率が10Ωcm、・・・、0.1Ωcm)。
The first and
絶縁層23は、前記第1絶縁層33となる層であり、例えば、シリコン酸化膜23である。このシリコン酸化膜23は、例えば、酸素雰囲気または水蒸気を含んだ気体雰囲気中で第2シリコンウェハ22を高温加熱する熱酸化法によって形成される。なお、酸化膜の形成方法は、これに限定されるものではなく、公知の他の手法も用いることができる。シリコン酸化膜23は、例えば、モノシランと酸素等とを反応させる気相反応法によって形成されてもよい。これら熱酸化法と気相反応法とを比較すると、熱酸化法は、形成すべきシリコン酸化膜23の厚さを比較的精密に制御することができ、また不純物の少ない安定なシリコン酸化膜23を形成することができるので、気相反応法より優れている。
The insulating
次に、スマート・カット(Smart Cut)法によって第1絶縁層33としての絶縁層23の厚さと第2シリコンウェハ22の厚さとの和Hを調整するべく、絶縁層23を介して第2シリコンウェハ22の一方主表面から水素イオンH+が注入される(図6(B))。
Next, in order to adjust the sum H of the thickness of the insulating
スマート・カット法は、シリコン単結晶に水素イオンH+を注入することによってシリコンの結晶格子が部分的に切断され、これによってシリコンの薄膜を切り出す方法である。このスマート・カット法では、まず、絶縁層23を含んで第2シリコンウェハ22を所望の厚さHに切り出すことができるように、前記所望の厚さHに応じた深さに所定の濃度で水素イオンH+が注入される。水素イオンH+が注入される前記深さは、水素イオンH+の注入エネルギーを調整することによって制御される。次に、後述するように、第2シリコンウェハ22が所定の温度で加熱処理され、これによって前記水素イオンH+を注入した前記深さ位置で第2シリコンウェハ22が切り出される。
The smart cut method is a method of cutting a silicon thin film by partially cutting a silicon crystal lattice by implanting hydrogen ions H + into a silicon single crystal. In this smart cut method, first, the
ここで、後述するように、本実施形態における金属格子DGの製造方法では、第2シリコンウェハ22をエッチングすることによって形成されたスリット溝SDに電鋳法(電気メッキ法)によって金属を埋めることで金属部分12bを形成するので、この絶縁層23を含む第2シリコンウェハ22の厚さHが金属部分12bの厚さHとなる。このため、絶縁層23を含む第2シリコンウェハ22の厚さHは、金属部分12bの厚さHに応じて決定される。そして、スマート・カット法では、水素イオンH+を注入した前記深さ位置で第2シリコンウェハ22が切り出されるので、水素イオンH+を注入する前記深さは、絶縁層23の厚さと第2シリコンウェハ22の厚さとの和H、すなわち、金属部分12bの厚さHに応じて決定される。
Here, as described later, in the manufacturing method of the metal lattice DG in the present embodiment, the metal is filled in the slit groove SD formed by etching the
次に、第1シリコンウェハ21および絶縁層23の各接合面が所定の洗浄液24で洗浄される(図6(C))。洗浄液24として、例えば、RCA洗浄液、超純水、脱イオン水、弗酸等が挙げられる。洗浄後、2枚の第1シリコンウェハ21および第2シリコンウェハ22が乾燥される。
Next, the bonding surfaces of the
次に、第1シリコンウェハ21と第2シリコンウェハ22とが絶縁層23を介して互いに合わせられ、密着される(図6(D))。なお、これらの作業は、第1シリコンウェハ21および絶縁層23の貼接面に塵埃が付着するのを防止するためにクリーンルーム内で行われる。
Next, the
次に、絶縁層23を介して互いに合わせられた第1シリコンウェハ21および第2シリコンウェハ22が所定の温度で熱処理される。これによって第1シリコンウェハ21および第2シリコンウェハ22は、第1シリコンウェハ21および絶縁層23の貼接面でウェハボンディングによって接着され、互いに付けられるとともに、水素イオンH+を注入した前記深さ位置から第2シリコンウェハ22が剥離される(図6(E))。前記第1シリコンウェハ21は、第1シリコン層31となり、この切り出された第2シリコンウェハ22の部分は、第2シリコン層32となり、絶縁層23は、第1絶縁層33となる。なお、この剥離して形成された第2シリコン層32の表面は、研磨等により平滑に仕上げられてもよい。
Next, the
こうして第1シリコン層31に第1絶縁層33を介して第2シリコン層32が付けられたシリコン基板30が製造される。
Thus, the
ここで、上述では、スマート・カット法によって絶縁層23を含む第2シリコンウェハ22(第1絶縁層33を含む第2シリコン層32)の厚さHが調整されたが、これに限定されるものではなく、公知の手段を用いることができる。例えば、絶縁層23を含む第2シリコンウェハ22(第1絶縁層33を含む第2シリコン層32)の厚さHを調整するべく、第2シリコンウェハ22が研磨されてもよい。この場合には、前述の水素イオンH+の注入工程を行う必要はない。
Here, in the above description, the thickness H of the
また、上述では、ウェハボンディングによって第1シリコンウェハ21と第2シリコンウェハ22とを絶縁層23を介して接着したが、これに限定されるものではなく、公知の手段を用いることができる。例えば、プラズマ接合によって第1シリコンウェハ21と第2シリコンウェハ22とが絶縁層23を介して接着されてもよい。
In the above description, the
そして、このようなシリコン基板30を製造する製造方法は、図6を用いて説明した上述の方法に限定されるものではない。例えば、低抵抗CZ基板に、その一方主面から酸素イオンを注入し、前記主面から一定の距離だけ離れた深さ位置に絶縁層を形成してもよい。また例えば、第1の低抵抗CZ基板(第1シリコン層31)上に、絶縁層(第1絶縁層33)を形成し、その後、第2シリコン(第2シリコン層32)を所望の厚さ(第1絶縁層33の厚さと第2シリコン層32の厚さとの和H)だけエピタキシャル成長しても良い。
And the manufacturing method which manufactures such a
図2に戻って、シリコン基板30における第2シリコン層32の主面上に感光性樹脂層(レジスト層)41が例えばスピンコート等によって形成される(レジスト形成工程、図2(B))。ここで、レジスト層は、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。本実施形態では、その一例として感光性樹脂層である場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、レジスト層は、電子線露光用のレジスト層であってもよい。
Returning to FIG. 2, a photosensitive resin layer (resist layer) 41 is formed on the main surface of the
次に、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41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41が除去される(パターニング工程、図3(A))。より具体的には、感光性樹脂層41にリソグラフィーマスク42を押し当てて、感光性樹脂層41にリソグラフィーマスク42を介して紫外線43が照射され、感光性樹脂層41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41が除去される(図3(A))。
Next, as a photolithography process, the
次に、ドライエッチング法によって感光性樹脂層41を除去した部分に対応する第2シリコン層32が、前記法線方向Dzに第1シリコン層31に少なくとも到達するまでエッチングされる。すなわち、この工程によって第1絶縁層33もエッチングされる。これによってスリット溝SDが形成される(エッチング工程、図3(B)、図5)。より具体的には、パターニングされた感光性樹脂層41をマスクとして、シリコン基板30における第2シリコン層32の表面から第1絶縁層33を介して第1シリコン層31が少なくとも露出するまで、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングで第2シリコン層32および第1絶縁層33がエッチングされる。なお、感光性樹脂層41だけでは、所望の厚さHの第2シリコン層32および第1絶縁層33を彫りぬくために、充分な厚さではない場合には、シリコン基板30上に例えばアルミニウム(Al)や石英(Si)等を成膜し、これらアルミニウム膜または石英膜上に前記感光性樹脂層41を形成し、上述のように、リソグラフィーでこの感光性樹脂層41をパターニングした後に、このパターニングされた感光性樹脂層41をマスクに、アルミニウム膜または石英膜をパターニングし、このパターニングされたアルミニウム膜または石英膜をマスクとして、上述のように第2シリコン層32および第1絶縁層33をICPドライエッチングしても良い。
Next, the
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。 This ICP dry etching is preferably an ASE process using an ICP apparatus because it enables vertical etching with a high aspect ratio. This ASE (Advanced Silicon Etch) process is a process of etching a silicon substrate by RIE (reactive ion etching) using F radicals and F ions in SF 6 plasma, CF x radicals in C 4 F 8 plasma, and A process of depositing a polymer film having a composition close to Teflon (registered trademark) on the wall surface and acting as a protective film by a polymerization reaction of these ions is repeatedly performed. In addition, since more vertical etching can be performed at a high aspect ratio, it is more preferable to repeat a state in which the SF 6 plasma is rich and a state in which the C 4 F 8 plasma is rich as in the Bosch process. Thus, the side wall protection and the bottom surface etching may be alternately performed. The dry etching method is not limited to ICP dry etching, and other methods may be used. For example, so-called parallel plate type reactive ion etching (RIE), magnetic neutral line plasma (NLD) dry etching, chemical assisted ion beam (CAIB) etching, electron cyclotron resonance type reactive ion beam (ECRIB) etching, etc. It may be technology.
このエッチングされて残った第2シリコン層32の板状体が第2シリコン部分12aとなり、このエッチングされて残った第1絶縁層33が金属格子DGにおける第1絶縁層12cとなる。
The plate-like body of the
なお、図5には、エッチング工程後における部材の一構造例が示されており、図3(B)には、この一例としての製造工程中の部材における、図5に示すAA’線でのこの部材の断面が示されている。 FIG. 5 shows an example of the structure of the member after the etching process, and FIG. 3B shows the member in the manufacturing process as an example, taken along the line AA ′ shown in FIG. A cross section of this member is shown.
次に、スリット溝SDにおける少なくとも内側面に第2絶縁層34が形成される(絶縁層形成工程、図3(C))。例えば、陽極酸化法によって、第2シリコン層32に電圧を印加して、スリット溝SDにおける少なくとも内側面に第2絶縁層34としての酸化膜が形成される。より具体的には、図4(A)に示すように、複数のシリコン部分12aとしての第2シリコン層32に電源44の陽極が接続され、電源44の陰極に接続された陰極電極45およびシリコン基板30が電解液46に浸けられる。なお、図4(A)では、紙面最も左側の第2シリコン層32のみに電圧が印加されているように見えるが、図4(A)に示す各第2シリコン層32は、上述の一例に示すように、少なくとも一方端(図5に示す例では両端)で互いに繋がっているので、図4(A)に示す各第2シリコン層32全体に電圧が印加される。なお、図5に示す例は、一構造例であり、他の構造であってもよい。電解液46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45は、この電解液46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。このような構成によって、陽極酸化により、電解液46に接している第2シリコン層32の表面が酸化される。この例では、スリット溝SDの底面(第1シリコン層31がスリット溝に臨む部分)は、酸化せずに、第2シリコン層32の両側面(スリット溝SDの内側側面)および上面が酸化され、第2シリコン層32は、シリコン酸化膜によって被覆される。シリコン酸化膜の厚さは、一般に、電圧および通電時間に比例する。そして、シリコン酸化膜は、次の電鋳工程において第2シリコン層32に掛かる電圧を遮断する機能(第2シリコン層32を電気的に絶縁する機能)を果たすので、当該機能を奏する程度の厚さよく、例えば、10nm程度以上であればよい。一例を挙げれば、例えば、濃度68%の硝酸にシリコンを浸け、これに20Vの電圧を10分間印加することによって陽極酸化した場合には、約10nmの酸化膜が形成された。
Next, the second insulating
次に、電鋳法(電気メッキ法)によって、第1シリコン層31に電圧を印加して前記スリット溝SDが金属で埋められる(電鋳工程、図4(B))。より具体的には、第1シリコン層31に電源47の陰極が接続され、電源47の陽極に接続された陽極電極48およびシリコン基板30がメッキ液49に浸けられる。これによって電鋳によりスリット溝SDの底部における第1シリコン層31側から金属が析出し、成長する。そして、この金属がスリット溝SDを埋めると、電鋳が終了される。これによって金属が第1絶縁層33を含む第2シリコン層32と同じ厚さHだけ成長する。こうしてスリット溝SDに金属が埋められ、金属部分12bが形成される。この金属は、X線を吸収す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。
Next, a voltage is applied to the
このような各製造工程を経ることによって、図1に示す構成の金属格子DGが製造される。 Through such manufacturing steps, the metal grid DG having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.
このような金属格子DG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)の高いスリット溝を形成することができる。この結果、このような金属格子DG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12bを持つ金属格子DG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、絶縁層形成工程で陽極酸化法によってスリット溝SDの底部に形成せずにスリット溝SDの測面に第2絶縁層34を形成する。したがって、電鋳工程では、第1シリコン層31と第2シリコン層32との間に在る第1絶縁層33およびスリット溝SDの内側側面に形成されている第2絶縁層34によって、第2シリコン層32は、第1シリコン層31と電気的に絶縁される。このため、スリット溝SDの内側側面(第2シリコン層32の側面)から金属が析出および成長することがなく、スリット溝SDの底(第1シリコン層31)から金属が析出し成長する。したがって、このような構成の金属格子DGの製造方法は、このように金属がスリット溝SDの底から選択的に成長するので、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、このような構成の金属格子DGの製造方法は、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる。特に、X線タルボ干渉計およびX線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子は、金属部分12bが高いアスペクト比が求められるが、本実施形態における金属格子DGの製造方法は、上述のように、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12bを形成することができ、X線タルボ干渉計およびX線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子の製造方法として好適である。
In such a method of manufacturing the metal lattice DG, since the
なお、シリコンウェハに高アスペクト比のスリット溝をドライエッチングによって形成し、このスリット溝の底にスパッタや真空蒸着等によって金属層を形成し、この金属層を電極に用いて電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める金属格子の製造方法も考えられる。しかしながら、この製造方法では、前記スパッタや真空蒸着等によって金属層を形成する際に、必ずしも前記スリット溝の底にのみ形成されるとは限らず、また、前記スリット溝の底に良好な金属層が形成されるとも限らない。高アスペクト比のスリット溝の底にのみ金属層を形成することは、非常に困難である。本実施形態における金属格子DGの製造方法では、このような点も解消することができる。 A slit groove having a high aspect ratio is formed on a silicon wafer by dry etching, a metal layer is formed on the bottom of the slit groove by sputtering or vacuum deposition, and the slit is formed by electroforming using the metal layer as an electrode. A method of manufacturing a metal grid that fills the groove with metal is also conceivable. However, in this manufacturing method, when the metal layer is formed by sputtering or vacuum deposition, the metal layer is not necessarily formed only at the bottom of the slit groove, and a good metal layer is formed at the bottom of the slit groove. Is not necessarily formed. It is very difficult to form a metal layer only at the bottom of the slit groove having a high aspect ratio. Such a point can also be eliminated in the method of manufacturing the metal grid DG in the present embodiment.
また、本実施形態における金属格子DGの製造方法は、スマート・カット法によって第2シリコン層32の厚さHが調整されるので、第2シリコン層32のカット面がより平坦となり、この結果、高精度な金属格子DGを形成することができる。特に、金属格子DG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。
Moreover, since the thickness H of the
また、本実施形態における金属格子DG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)に沿って第2シリコン層32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。
Further, since the manufacturing method of the metal lattice DG in the present embodiment uses RIE (Reactive Ion Etching) in the etching process, so-called anisotropic etching can be performed. ), The
また、本実施形態における金属格子DGの製造方法は、ボッシュプロセスによって第2シリコン層32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、高精度な金属格子DGを形成することができる。特に、金属格子DG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。
Further, in the manufacturing method of the metal lattice DG in the present embodiment, since the
ここで、第2シリコン層32の上面部分にも酸化膜34が形成されているが、第2シリコン層32の上面部分に酸化膜34が形成されていない場合でも、第2シリコン層32は、第1絶縁層33によって絶縁されるので、電鋳工程において、この第2シリコン層32の上面部分には、金属は、析出しない。
Here, although the
なお、上述の実施形態では、回折格子DG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DG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DG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。 In the above-described embodiment, the diffraction grating DG has a one-dimensional periodic structure, but is not limited to this. The diffraction grating DG may be, for example, a two-dimensional periodic structure diffraction grating. For example, the diffraction grating DG having a two-dimensional periodic structure is configured such that dots serving as diffraction members are arranged at equal intervals with a predetermined interval in two linearly independent directions. A diffraction grating having such a two-dimensional periodic structure has a high-aspect-ratio hole formed in a plane with a two-dimensional period, and the hole is filled with a metal as described above, or a high-aspect-ratio cylinder is formed in a plane in two dimensions. It can be formed by standing up with a period and filling the periphery with metal in the same manner as described above.
(タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計)
上記実施形態の金属格子DGは、高アスペクト比で金属部分を形成することができるので、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。この金属格子DG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。
(Talbot interferometer and Talbot low interferometer)
Since the metal grating DG of the above embodiment can form a metal portion with a high aspect ratio, it can be suitably used for an X-ray Talbot interferometer and a Talbot-low interferometer. An X-ray Talbot interferometer and an X-ray Talbot-low interferometer using the metal grating DG will be described.
図7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8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。 FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an X-ray Talbot interferometer in the embodiment. FIG. 8 is a top view showing the configuration of the X-ray Talbot-Lau interferometer in the embodiment.
実施形態のX線用タルボ干渉計100Aは、図7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および第2回折格子103の少なくとも一方は、前記金属格子DGである。
As shown in FIG. 7, an
タルボ干渉計100Aを構成する前記条件は、次の式1および式2によって表される。式2は、第1回折格子102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101の開口径であり、Lは、X線源101から第1回折格子102までの距離であり、Z1は、第1回折格子102から第2回折格子103までの距離であり、Z2は、第2回折格子103からX線画像検出器105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、前記ピッチP)である。
The conditions constituting the
l = λ / (a / (L + Z1 + Z2)) (Formula 1)
Z1 = (m + 1/2) × (d 2 / λ) (Formula 2)
Here, l is the coherence distance, λ is the wavelength of X-rays (usually the center wavelength), and a is the aperture diameter of the
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。
In the
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。 The Talbot effect means that when light enters the diffraction grating, the same image as the diffraction grating (self-image of the diffraction grating) is formed at a certain distance. Good, this self-image is called the Talbot image. When the diffraction grating is a phase type diffraction grating, the Talbot distance L is Z1 represented by the above formula 2 (L = Z1). In the Talbot image, an inverted image appears at an odd multiple of L (= (2m + 1) L, m is an integer), and a normal image appears at an even multiple of L (= 2 mL).
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。
Here, when the subject S is arranged between the
このような図7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。
In the
一方、タルボ・ロー干渉計100Bは、図8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7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。
On the other hand, the Talbot-
このマルチスリット板104は、上述した実施形態における金属格子DGの製造方法によって製造された格子であってよい。マルチスリット板104を、上述した実施形態における金属格子DGの製造方法によって製造することによって、X線をスリット(前記複数の第2シリコン部分12a)によって透過させるとともにより確実に前記複数の金属部分12bによって遮断することができるので、X線の透過と非透過とをより明確に区別することができるから、より確実にマルチ光源とすることができる。
The
そして、タルボ・ロー干渉計100Bとすることによって、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線量が増加するので、より良好なモアレ縞が得られる。
By using the Talbot-
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。
An example of the
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。
As an example, the distance R1 from the
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。
As another example, the distance R1 from the
(X線撮像装置)
前記金属格子DGは、種々の光学装置に利用することができるが、高アスペクト比で金属部分12bを形成することができるので、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。
(X-ray imaging device)
The metal grating DG can be used in various optical devices. However, since the
図9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9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とを備えて構成される。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a configuration of the X-ray imaging apparatus according to the embodiment. In FIG. 9, an
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。
The X-ray source 204 is a device that emits X-rays by being supplied with power from the X-ray
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金属格子DGの製造方法によって製造された回折格子である。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。なお、第1回折格子203は、このような振幅型回折格子であってもよい。
The
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。この第2回折格子202も、第1回折格子203と同様に、例えば、上述した実施形態における金属格子DGの製造方法によって製造された回折格子である。
The
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。
These first and
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Next, the operation of the X-ray imaging apparatus of this embodiment will be described. For example, the subject S is placed between the X-ray source 204 and the
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。
The irradiated X-ray passes through the
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。
The formed X-ray Talbot image T is diffracted by the
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。
The
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。
Here, since the subject S is disposed between the X-ray source 204 and the
そして、本実施形態の第2回折格子202では、高アスペクト比の金属部分12bを備える上述した実施形態における金属格子DGであるので、良好なモアレ縞が得られ、高精度な被写体Sの画像が得られる。
Since the
また、金属格子DGがスマート・カット法によって第2シリコン層32の厚さが調整されるので、第2シリコン層32のカット面がより平坦となり、高精度に第2回折格子202を形成することができる。このため、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。
Further, since the thickness of the
さらに、金属格子DGがボッシュプロセスによって第2シリコン層32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、高精度に第2回折格子202を形成することができる。このため、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。
Further, since the
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としての上述した実施形態における金属格子DG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。
In the
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。
In the
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。
Further, in the above-described
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。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.
DG 金属格子
SD スリット溝
11 第1シリコン層
12 格子
12a 第2シリコン部分
12b 金属部分
12c 第1絶縁層
12d 第2絶縁層
30 シリコン基板
31 第1シリコン層
32 第2シリコン層
33 第1絶縁層
34 第2絶縁層
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
DG metal lattice SD slit
Claims (9)
リソグラフィー法によって前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、
ドライエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記第2シリコン層を前記第1シリコン層に少なくとも到達するまでエッチングしてスリット溝を形成するエッチング工程と、
陽極酸化法によって、前記第2シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝の測面に第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
電鋳法によって、前記第1シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝を金属で埋める電鋳工程とを備えること
を特徴とする金属格子の製造方法。 A resist layer forming step of forming a resist layer on a main surface of the second silicon layer in a substrate including a first silicon layer and a second silicon layer attached to the first silicon layer via a first insulating layer; ,
Patterning the resist layer by lithography to remove the resist layer in the patterned portion; and
An etching step of forming a slit groove by etching the second silicon layer corresponding to the portion from which the resist layer has been removed by dry etching until at least the first silicon layer is reached;
An insulating layer forming step of applying a voltage to the second silicon layer by an anodic oxidation method to form a second insulating layer on the surface of the slit groove;
A method for producing a metal grid, comprising: an electroforming step of applying a voltage to the first silicon layer by electroforming to fill the slit groove with metal.
を特徴とする請求項1に記載の金属格子の製造方法。 The thickness of the second insulating layer is adjusted by a smart cut method so that the sum of the thickness of the first insulating layer and the thickness of the second silicon layer corresponds to the depth of the slit groove. The method for producing a metal grid according to claim 1, further comprising an adjusting step.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属格子の製造方法。 The method for manufacturing a metal grid according to claim 1, wherein the dry etching method is RIE.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属格子の製造方法。 The method for manufacturing a metal grid according to claim 1, wherein the dry etching method is a Bosch process.
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の金属格子の製造方法。 The method for manufacturing a metal lattice according to claim 1, wherein the first silicon layer is n-type silicon.
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の金属格子の製造方法。 The method for manufacturing a metal lattice according to claim 1, wherein the second silicon layer is p-type silicon.
前記第1シリコン層上に形成され、一方向に線状に延びる複数の第2シリコン部分と前記一方向に線状に延びる複数の金属部分とが交互に平行に配設された格子とを備え、
前記第1シリコン層と前記複数の第2シリコン部分との各間に複数の第1絶縁層をそれぞれさらに備え、
前記複数の第2シリコン部分と前記複数の金属部分との各間に複数の第2絶縁層をそれぞれさらに備えること
を特徴とする金属格子。 A first silicon layer;
A plurality of second silicon portions formed on the first silicon layer and extending linearly in one direction and a lattice in which a plurality of metal portions extending linearly in the one direction are alternately arranged in parallel are provided. ,
A plurality of first insulating layers between each of the first silicon layer and the plurality of second silicon portions;
A metal grid, further comprising a plurality of second insulating layers between each of the plurality of second silicon portions and the plurality of metal portions.
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8に記載の金属格子を含むこと
を特徴とするX線撮像装置。 An X-ray source emitting X-rays;
A Talbot interferometer or a Talbot-low interferometer irradiated with X-rays emitted from the X-ray source;
An X-ray imaging device that captures an X-ray image by the Talbot interferometer or the Talbot-Lau interferometer,
An X-ray imaging apparatus, wherein the Talbot interferometer or the Talbot-Lau interferometer includes the metal grating according to claim 8.
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