JP2013057520A - Phase type diffraction grating, manufacturing method of phase type diffraction grating, and x-ray imaging device - Google Patents

Phase type diffraction grating, manufacturing method of phase type diffraction grating, and x-ray imaging device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase type diffraction grating capable of further reducing surface roughness, a manufacturing method thereof, and an x-ray imaging device using the same.SOLUTION: A phase type diffraction grating comprises a plurality of first optical distance parts 12a which have a first thickness corresponding to a first optical distance and are arranged according to a predetermined rule, and second optical distance parts 12b which have a second thickness corresponding to a second optical distance to cause a predetermined phase difference for an X-ray transmitted through the plurality of first optical distance parts and are arranged corresponding to the plurality of first optical distance parts 12a, between an incidence plane and an emission plane. The second optical distance part 12b includes a plurality of optical elements. The optical element of the outermost exposed optical element part 12b2 which is exposed at the outermost among the plurality of optical elements has a thickness with an allowable surface roughness under specifications. The first optical distance part 12a includes one optical element having a refractive index which is higher than each of the refractive indices of the plurality of optical elements of the second optical distance part 12b.

Description

本発明は、位相型回折格子に関し、特に、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子に関する。そして、本発明は、この位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法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。   The present invention relates to a phase type diffraction grating, and more particularly to a phase type diffraction grating capable of further reducing the roughness of the surface. And this invention relates to the manufacturing method of the phase type diffraction grating which manufactures this phase type diffraction grating, and the X-ray imaging device using this phase type diffraction grating.

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。   A diffraction grating is used as an optical system of various apparatuses as a spectroscopic element having a large number of parallel periodic structures, and in recent years, application to an X-ray imaging apparatus is also progressing. 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.

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。   The phase type diffraction grating includes, for example, a plurality of first optical distance portions having a first refractive index and a first thickness corresponding to the first optical distance and extending linearly in one direction, and the first optical distance portion. A plurality of second lines linearly extending in the one direction having a second refractive index and a second thickness corresponding to a second optical distance that causes a predetermined phase difference with respect to a wave that has passed through the optical distance portion. Two optical distance portions are provided between the entrance surface and the exit surface, and the plurality of first optical distance portions and the plurality of second optical distance portions are alternately arranged in parallel. When there are a plurality of media in the optical path, the optical distance in the optical path is the sum of the optical distances in the respective media. Such a phase type diffraction grating is disclosed in Patent Document 1, for example.

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。   The phase grating disclosed in Patent Document 1 is formed by opening a plurality of gaps that are rectangular structures in a silicon wafer by dry etching. The gap is provided. The phase grating disclosed in Patent Document 1 further matches the intensity (amplitude) of the X-ray that has passed through the protrusion and the X-ray that has passed through the gap, and extinguishes the 0th-order diffracted light. Filling materials are further disposed at the bottoms of the plurality of gaps (paragraph [0032], [0049] and FIG. 4). According to the paragraph [0050] of Patent Document 1, the phase grating having such a structure is obtained by sputtering the filler material onto the grating and then chemically-mechanically polishing the surface of the grating, that is, the end of the protrusion. Manufactured by doing.

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。   On the other hand, such a phase type diffraction grating is used for an X-ray interferometer, for example, a Talbot interferometer, as disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, and this Talbot interferometer is used. It is used in an X-ray imaging apparatus using a so-called phase contrast method.

図16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16(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16(B)は、その上面図である。図16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)×(d/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。
FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of an X-ray imaging apparatus in the related art. FIG. 16A is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the X-ray imaging apparatus described in Patent Document 2, and FIG. 16B is a top view thereof. In FIG. 16, an X-ray imaging apparatus 1000 described in Patent Document 2 includes an X-ray source 1001, a phase-type diffraction grating 1002 that diffracts X-rays emitted from the X-ray source 1001, and a phase-type diffraction grating 1002. An amplitude type diffraction grating 1003 that forms an image contrast by diffracting the diffracted X-rays, and an X-ray image detector 1004 that detects X-rays in which an image contrast is generated by the amplitude type diffraction grating 1003 are provided. The diffraction grating 1002 and the amplitude type diffraction grating 1003 are set to the conditions constituting the Talbot interferometer. This condition is expressed by the following equations 1 and 2. Formula 2 assumes that the diffraction grating 1002 disposed on the X-ray source 1001 side is a phase type diffraction grating.
l = λ / (a / (L + Z1 + Z2)) (Formula 1)
Z1 = (m + 1/2) × (d 2 / λ) (Formula 2)
Here, l is a coherent distance, λ is an X-ray wavelength (usually a center wavelength), and a is an aperture diameter of the X-ray source 1001 in a direction substantially perpendicular to the diffraction member of the diffraction grating. Yes, L is the distance from the X-ray source 1001 to the phase type diffraction grating 1002, Z1 is the distance from the phase type diffraction grating 1002 to the amplitude type diffraction grating 1003, and Z2 is from the amplitude type diffraction grating 1003. The distance to the X-ray image detector 1004, m is an integer, and d is the period of the diffractive member (the period of the diffraction grating, the grating constant, the distance between the centers of adjacent diffractive members).

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。   In the X-ray imaging apparatus 1000 having such a configuration, the subject 1010 is disposed between the X-ray source 1001 and the phase-type diffraction grating 1002, and X-rays are irradiated from the X-ray source 1001 toward the phase-type diffraction grating 1002. Is done. This irradiated X-ray produces a Talbot effect at the phase type diffraction grating 1002 to form a Talbot image. This Talbot image is acted on by the amplitude type diffraction grating 1003 to form an image contrast of moire fringes. This image contrast is detected by the X-ray image detector 1004. The moire fringes are modulated by the subject 1010, and the amount of modulation is proportional to the angle at which the X-ray is bent by the refraction effect of the subject 1010. For this reason, the subject 1010 and its internal structure can be detected by analyzing the moire fringes.

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。   Here, 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. It is called a distance L, and this self-image is called a 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).

特開2007−203064号公報JP 2007-203064 A 国際公開第2004/058070号パンフレットInternational Publication No. 2004/058070 Pamphlet

ところで、このような位相型回折格子に入射されるX線、あるいは、位相型回折格子から射出されるX線は、その表面が粗いとその粗い表面によって散乱してしまう。その結果、設計値に応じた位相型回折格子の性能が達成されなくなってしてしまう。前記特許文献1では、この点の言及は全くなく、考慮されていない。   By the way, if the surface of the X-ray incident on the phase-type diffraction grating or the X-ray emitted from the phase-type diffraction grating is rough, the X-ray is scattered by the rough surface. As a result, the performance of the phase type diffraction grating according to the design value cannot be achieved. In the said patent document 1, there is no mention of this point and it is not considered.

例えば、第1および第2光学的距離部分が金属および空気で形成される場合であって、28keV(波長0.04nm)のX線に適用されるπ/2型位相型回折格子を設計する場合に、比較的大きく位相を変化させる金が前記金属として用いられる場合、その金の厚さは、2.7μm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(湿式電界メッキ法)が好適であるが、このような厚さの金を電鋳法で形成すると、その表面が粗くなってしまう。   For example, when the first and second optical distance portions are formed of metal and air, and a π / 2 type phase type diffraction grating applied to 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-rays is designed. In addition, when gold having a relatively large phase change is used as the metal, the thickness of the gold is 2.7 μm. An electroforming method (wet electroplating method) is suitable as a method for forming a relatively thick gold as such a film (layer). However, when gold having such a thickness is formed by an electroforming method, The surface becomes rough.

そこで、これを回避するべく、上記金属、上記例では金に代え、表面を比較的平滑に加工の可能なシリコン基板が用いられる場合、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。   Therefore, in order to avoid this, in the case where a silicon substrate whose surface can be processed relatively smoothly is used instead of the metal, in the above example, gold, it is applied to the same conditions as described above, that is, to 28 keV X-rays. In the π / 2 type phase diffraction grating, the thickness of silicon is 18 μm. In a phase type diffraction grating having such a thickness grating, the X-rays radiated from the X-ray source 1001 spread radially because the X-ray source 1001 is generally a point light source. In the central region, X-rays are incident substantially parallel to the grating and function as a Talbot interferometer, but in each region on both sides of the phase-type diffraction grating 1002, X-rays are incident obliquely with respect to the grating. The function of the phase type diffraction grating cannot be properly exhibited, and the Talbot interferometer does not function properly.

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、位相型回折格子に適した厚さの金を形成すると、その表面が粗くなってしまう場合がある。   In other words, the method of manufacturing a phase-type diffraction grating using a relatively heavy element such as gold, which changes the phase relatively large, is a thin-type phase diffraction grating, so that the function of the phase-type diffraction grating deteriorates due to oblique incidence. Can be reduced. However, when gold having a thickness suitable for the phase type diffraction grating is formed, the surface may become rough.

一方、表面を比較的平滑に加工の可能な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、表面の粗さを低減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。   On the other hand, a method of manufacturing a phase-type diffraction grating using a silicon substrate or a quartz substrate capable of processing a relatively smooth surface can reduce the roughness of the surface, but results in a thick phase-type diffraction grating. For this reason, functional deterioration of the phase type diffraction grating due to oblique incidence occurs.

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、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子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を製造する位相型回折格子の製造方法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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a phase type diffraction grating capable of further reducing the surface roughness. And this invention is providing the manufacturing method of the phase type diffraction grating which manufactures this phase type diffraction grating, and the X-ray imaging device using this phase type diffraction 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、前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであることを特徴とする。そして、好ましくは、この位相型回折格子において、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。   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 phase type diffraction grating according to an aspect of the present invention includes a plurality of first optical distance portions having a first thickness corresponding to the first optical distance and arranged according to a predetermined rule, The X-rays that have passed through one optical distance portion have a second thickness corresponding to a second optical distance that causes a predetermined phase difference, and are arranged according to the plurality of first optical distance portions. A second optical distance portion between the entrance surface and the exit surface, wherein the first optical distance portion is composed of one optical element, and the second optical distance portion includes a plurality of optical distance portions. An optical element, and one optical element of the first optical distance portion has a refractive index higher than each refractive index of the plurality of optical elements of the second optical distance portion, Optical requirement of outermost exposure that is exposed to the outside among a plurality of optical elements in two optical distance portions It is characterized by a thickness having a surface roughness allowed by the specification. Preferably, in the phase type diffraction grating, a sum of thicknesses of the plurality of optical elements is equal to the second thickness of the second optical distance portion, and the plurality of optical elements The sum of the product of the refractive index and the thickness required for each of the is equal to the second optical distance.

このような構成の位相型回折格子では、第2光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、表面の粗さを低減することができる。   In the phase type diffraction grating having such a configuration, the outermost exposed optical element of the plurality of optical elements in the second optical distance portion has the surface roughness permitted by the specifications. Formed with thickness. For this reason, the phase type diffraction grating having such a configuration can reduce the surface roughness.

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。   The optical element acts on the optical distance of the electromagnetic wave propagating through the medium, such as a substance, air, and vacuum. The optical distance is given by the product of its refractive index and its thickness (length) with respect to the wavelength of the incident electromagnetic wave.

また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。   In another aspect, in the above-described phase type diffraction grating, one optical element of the first optical distance portion is a gas or a vacuum, and the outermost portion of the second optical distance portion is The exposed optical element is a material having a refractive index lower than the refractive index of the remaining optical elements excluding the outermost exposed optical element in the plurality of optical elements in the second optical distance portion.

このような構成の位相型回折格子では、第2光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第2光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第1光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。   In the phase type diffraction grating having such a configuration, the second optical distance portion is composed of a plurality of optical elements, and the outermost exposed optical element of the second optical distance portion is the second optical distance portion. In the plurality of optical elements, a material having a refractive index lower than the refractive index of the remaining optical elements excluding the outermost exposed optical element is formed. Therefore, in the phase type diffraction grating having such a configuration, the optical element of the first optical distance portion is formed by air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion is the remaining optical element. Compared with the case where it is formed, the thickness can be made thinner.

また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第2光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。   According to another aspect, in the above-described phase type diffraction grating, the outermost exposed optical element of the second optical distance portion is any one of gold, platinum, and iridium, The remaining optical elements of the two optical distance portions are any of silicon, quartz and aluminium.

この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第2光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第1光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。   According to this configuration, any one of gold, platinum, and iridium, which is a substance having a relatively small refractive index and a relatively small phase change per unit length, and any of silicon, quartz, and aluminum Provides a phase type diffraction grating having a second optical distance portion formed thereon. Therefore, in the phase type diffraction grating having such a configuration, the optical element of the first optical distance portion is formed of air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion is made of silicon, quartz, or aluminum. As compared with the case of forming any of the above, the thickness can be made thinner.

また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described phase type diffraction grating, one optical element of the first optical distance portion is a gas or a vacuum, and the outermost portion of the second optical distance portion is The outermost exposed adjacent optical element adjacent to the exposed optical element is the refractive index of the remaining optical elements excluding the outermost exposed adjacent optical element in the plurality of optical elements of the second optical distance portion. It is characterized by being a substance having a lower refractive index.

このような構成の位相型回折格子では、第2光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第2光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素は、第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第1光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。そして、第2光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第2光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素に対して、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第2光学的距離部分の最外露出の光学的要素の厚さを調整することによって、第2光学的距離部分の光学的距離を設計値に微調整することが可能となる。すなわち、第2光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第2光学的距離部分の光学的距離を調整する調整しろとして効果的である。あるいは、第2光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素の保護膜として、第2光学的距離部分の最外露出の光学的要素を用いることも可能となる。   In the phase type diffraction grating having such a configuration, the second optical distance portion is composed of a plurality of optical elements, and the optical element adjacent to the outermost exposure of the second optical distance portion is the second optical distance. The plurality of optical elements are formed of a material having a refractive index lower than the refractive index of the remaining optical elements excluding the optical element adjacent to the outermost exposure. Therefore, in the phase type diffraction grating having such a configuration, the optical element of the first optical distance portion is formed by air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion is the remaining optical element. Compared with the case where it is formed, the thickness can be made thinner. The outermost exposed optical element of the second optical distance portion is formed of a material having a high refractive index relative to the optical element adjacent to the outermost exposed portion of the second optical distance portion. Therefore, the optical distance of the second optical distance portion can be finely adjusted to the design value by adjusting the thickness of the outermost exposed optical element of the second optical distance portion. That is, since the outermost exposed optical element of the second optical distance portion is formed of a material having a relatively high refractive index, it is effective as an adjustment margin for adjusting the optical distance of the second optical distance portion. Is. Alternatively, the outermost exposed optical element of the second optical distance portion can be used as a protective film for the optical element adjacent to the outermost exposed portion of the second optical distance portion.

また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第2光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第2光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであることを特徴とする。   Further, in another aspect, in the above-described phase type diffraction grating, the optical element adjacent to the outermost exposure of the second optical distance portion is any of gold, platinum, and iridium, The remaining optical element of the second optical distance portion is any one of silicon, quartz, and aluminum.

この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとを含む第2光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第1光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。   According to this configuration, any one of gold, platinum, and iridium, which is a substance having a relatively small refractive index and a relatively small phase change per unit length, and any of silicon, quartz, and aluminum A phase type diffraction grating is provided in which a second optical distance portion is formed. Therefore, in the phase type diffraction grating having such a configuration, the optical element of the first optical distance portion is formed of air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion is made of silicon, quartz, or aluminum. As compared with the case of forming any of the above, the thickness can be made thinner.

また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、樹脂材料であることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described phase type diffraction grating, one optical element of the first optical distance portion is a resin material.

このような構成の位相型回折格子は、第1光学的距離部分の1個の光学的要素が樹脂材料であるので、第1光学的距離部分の1個の光学的要素が気体または真空である場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。   In the phase type diffraction grating having such a configuration, since one optical element in the first optical distance portion is a resin material, one optical element in the first optical distance portion is gas or vacuum. Compared to the case, the mechanical strength can be improved.

また、他の一態様にかかる位相型回折格子の製造方法は、基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とを備える。   According to another aspect of the method of manufacturing a phase-type diffraction grating, a pattern member is formed by forming a plurality of pattern members arranged according to a predetermined rule on a substrate with a thickness having a surface roughness allowed by specifications. The pattern member forming step has a depth corresponding to the thickness of the plurality of pattern members formed by the pattern member forming step so as to cause a predetermined phase difference between the forming step and the pattern member forming step. An etching step of etching a portion of the substrate that is not formed.

このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記パターン部材に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を製造することができる。   In the manufacturing method of the phase type diffraction grating having such a configuration, the exposed surface of the optical distance portion based on the pattern member is formed with a thickness having a surface roughness allowed by specifications. For this reason, the manufacturing method of the phase type diffraction grating of such a structure can manufacture the phase type diffraction grating which can reduce the surface roughness more.

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、前記パターン部材形成工程は、基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the method of manufacturing a phase type diffraction grating described above, the pattern member forming step includes forming a film of the material of the pattern member on the substrate with a thickness having a surface roughness allowed by specifications. And a patterning step of patterning the film formed in the film formation step so as to form a plurality of pattern members arranged in accordance with the predetermined rule.

このような構成では、いわゆるエッチング法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。   With such a configuration, there is provided a method for manufacturing a phase type diffraction grating in which a pattern member forming step is realized using a so-called etching method.

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、前記パターン部材形成工程は、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を基板上に形成するパターニング層形成工程と、前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記パターニング層を除去する除去工程とを備えることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described method for manufacturing a phase-type diffraction grating, the pattern member forming step includes patterning so that a substrate in a region corresponding to a plurality of pattern members arranged according to a predetermined rule faces the outside. Forming a patterned layer on the substrate, and forming a film of the material of the pattern member on the substrate after the patterning layer forming step with a thickness having a surface roughness allowed by specifications A film forming process and a removing process for removing the patterning layer are provided.

このような構成では、いわゆるリフトオフ法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。   With such a configuration, there is provided a method of manufacturing a phase type diffraction grating that realizes a pattern member forming process using a so-called lift-off method.

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、前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described method for manufacturing a phase type diffraction grating, the etching in the etching step is wet etching or dry etching.

このような構成では、いわゆる、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いてエッチング工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。   Such a configuration provides a method of manufacturing a phase type diffraction grating that realizes an etching process using so-called wet etching or dry etching.

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。   In another aspect, the above-described method for manufacturing a phase type diffraction grating is used when a phase type diffraction grating used for an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-low interferometer is manufactured.

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、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる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。   As described above, the above-described method for manufacturing a phase type diffraction grating can manufacture a phase type diffraction grating capable of reducing the roughness of the surface and reducing the thickness thereof. According to this configuration, a high-performance X-ray Talbot interferometer or X-ray Talbot-low interferometer can be realized.

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。   A phase type diffraction grating according to another embodiment of the present invention is manufactured by any one of the above-described phase type diffraction grating manufacturing methods.

この構成によれば、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を実現することが可能となる。   According to this configuration, it is possible to realize a phase type diffraction grating that can reduce the roughness of the surface and reduce the thickness.

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。   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, and the Talbot interferometer or the Talbot-Lau interferometer is one of the above-described phase-type diffraction gratings It is characterized by including.

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、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる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。   The X-ray imaging apparatus having such a configuration can reduce the roughness of the surface and further reduce the thickness of the phase diffraction grating constituting the Talbot interferometer or the Talbot-low interferometer. Since the phase type diffraction grating that can be used is used, the diffraction is more reliably performed, and a clearer X-ray image can be obtained.

本発明にかかる位相型回折格は、表面の粗さをより低減することができる。本発明にかかる位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を提供することができる。そして、本発明は、この位相型回折格子を用いたX線撮像装置を提供することができる。   The phase type diffraction case according to the present invention can further reduce the surface roughness. The method for producing a phase type diffraction grating according to the present invention can provide a phase type diffraction grating capable of further reducing the roughness of the surface. The present invention can provide an X-ray imaging apparatus using this phase type diffraction grating.

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。It is a perspective view which shows the structure of the phase type diffraction grating in embodiment. 実施形態における位相型回折格子の第1製造方法を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating the 1st manufacturing method of the phase type diffraction grating in embodiment. 実施形態における位相型回折格子の第1製造方法を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the 1st manufacturing method of the phase type diffraction grating in embodiment. 実施形態における位相型回折格子の第2製造方法を説明するための図(その1)である。It is a figure (the 1) for demonstrating the 2nd manufacturing method of the phase type diffraction grating in embodiment. 実施形態における位相型回折格子の第2製造方法を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the 2nd manufacturing method of the phase type diffraction grating in embodiment. 第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。The length (thickness) of the silicon and the length of the gold (thickness) in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of silicon and gold. FIG. 第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および金(金表面に膜状に厚さ100nmのクロムを含む)で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。In the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and gold (including a 100 nm thick chromium film on the gold surface), It is a figure which shows the relationship between length (thickness) and the length (thickness) of the said gold | metal | money. 第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および金(膜状にクロム無し)で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。The length (thickness) of the quartz in the case of a phase-type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and gold (without chrome in a film shape), and It is a figure which shows the relationship with the length (thickness) of gold | metal | money. 第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記白金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。The length (thickness) of the quartz and the length (thickness) of the platinum in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and platinum. FIG. 第1光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)で形成するとともに第2光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。The length (thickness) of the silicon in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of polymethyl methacrylate resin (PMMA) and the second optical distance portion is formed of silicon and gold, and It is a figure which shows the relationship with the length (thickness) of gold | metal | money. 第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分をシリコン8.1μmおよび金1.5μmで第1製造方法によって形成した位相型回折格子の場合における前記金の表面の様子を示す図である。The state of the gold surface in the case of the phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of silicon 8.1 μm and gold 1.5 μm by the first manufacturing method. FIG. 電鋳法によって比較的厚い金で光学的距離部分を形成した場合における前記金の表面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the surface of the said gold | metal | money when an optical distance part is formed with comparatively thick gold | metal | money by electroforming. 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。It is a perspective view which shows the structure of the Talbot interferometer for X-rays in embodiment. 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。It is a top view which shows the structure of the Talbot low interferometer for X-rays in embodiment. 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。It is explanatory drawing which shows the structure of the X-ray imaging device in embodiment. 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。It is a figure which shows schematic structure of the X-ray imaging device in a prior art.

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.

(第1実施形態の位相型回折格子)
図1は、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DGは、図1に示すように、支持体部分11と、支持体部分11上に形成された回折格子12とを備えて構成される。支持体部分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12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。
(Phase-type diffraction grating of the first embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a phase type diffraction grating in the embodiment. As shown in FIG. 1, the phase type diffraction grating DG of this embodiment includes a support part 11 and a diffraction grating 12 formed on the support part 11. The support portion 11 has a plate shape or a layer shape along the DxDy plane when a DxDyDz orthogonal coordinate system is set as shown in FIG. The diffraction grating 12 is a phase type diffraction grating, and includes a plurality of first optical distance portions 12a and a plurality of second optical distance portions 12b (12b1, 12b2) between the incident surface and the exit surface. ing. The plurality of first optical distance portions 12a have a first refractive index n1 and a first thickness H1 corresponding to the first optical distance h1 and are arranged according to a predetermined rule, and the plurality of second optical distance portions 12a. Reference numeral 12b denotes a second refractive index n2 and a second refractive index n2 corresponding to a second optical distance h2 that generates a predetermined phase difference C with respect to electromagnetic waves such as X-rays and light that have passed through the first optical distance portion 12a. It has thickness H2 and is arranged according to the plurality of first optical distance portions 12a.

より具体的には、位相型回折格子DGが図1に示すように1次元である場合に、回折格子12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。   More specifically, when the phase-type diffraction grating DG is one-dimensional as shown in FIG. 1, the diffraction grating 12 has the first thickness H1 (Dz direction perpendicular to the grating surface DxDy (the grating surface DxDy A plurality of first optical distance portions 12a having a length in the normal direction) and extending linearly in one direction Dx, and the second thickness H2 (the Dz direction perpendicular to the lattice plane DxDy (lattice plane DxDy)) And a plurality of second optical distance portions 12b extending linearly in the one direction Dx, and having a plurality of first optical distance portions 12a and H2 = H1). The plurality of second optical distance portions 12b are alternately arranged in parallel. For this reason, the plurality of first optical distance portions 12a are respectively arranged at predetermined intervals in a direction Dy orthogonal to the one direction Dx. In other words, the plurality of second optical distance portions 12b are disposed at predetermined intervals in a direction Dy orthogonal to the one direction Dx. The predetermined interval (pitch) P is constant in this embodiment. That is, the plurality of first optical distance portions 12a (the plurality of second optical distance portions 12b) are arranged at equal intervals P in the direction Dy orthogonal to the one direction Dx. The first optical distance portion 12a has a plate shape or a layer shape along the DxDz surface orthogonal to the DxDy surface, and the second optical distance portion 12b also has a plate shape or a layer shape along the DxDz surface.

そして、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の前記1個の光学的要素は、当該位相型回折格子DGに用いられる所定の電磁波の波長(例えばX線の波長等)に対し、第2光学的距離部分12bの複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持っており、例えば、気体または所定の真空度の真空である。気体は、1種類の単体または化合物で構成された純物質だけでなく、例えば空気等の複数種類で構成された混合物を含む。また例えば、第1光学的距離部分12aの前記1個の光学的要素は、樹脂材料であってもよい。このように第1光学的距離部分12aを空間ではなく固体で埋めて形成することによって、このような構成の位相型回折格子DGは、第1光学的距離部分12aを空間で形成する場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。   The first optical distance portion 12a is composed of one optical element. As described above, the optical element acts on the optical distance of the electromagnetic wave propagating through the medium, such as a substance, air, and vacuum. The optical distance h is given by the product of its refractive index n and its thickness (length) H with respect to the wavelength of incident electromagnetic waves such as X-rays and light (h = n × H). Therefore, the first optical distance h1 is n1 × H1 (h1 = n1 × H1). The one optical element of the first optical distance portion 12a has a predetermined wavelength of the electromagnetic wave used for the phase type diffraction grating DG (for example, the wavelength of X-ray), and the like. It has a refractive index higher than each refractive index in the plurality of optical elements, for example, a gas or a vacuum having a predetermined degree of vacuum. The gas includes not only a pure substance composed of one kind of simple substance or compound but also a mixture composed of a plurality of kinds such as air. For example, the one optical element of the first optical distance portion 12a may be a resin material. Thus, by forming the first optical distance portion 12a by filling it with a solid instead of a space, the phase type diffraction grating DG having such a configuration can be compared with the case where the first optical distance portion 12a is formed in a space. Thus, the mechanical strength can be improved.

また、第2光学的距離部分12bは、互いに屈折率の異なる複数の光学的要素で構成されており、好ましくは、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。そして、第2光学的距離部分12bの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、当該位相型回折格子DGを伝播する電磁波に生じる例えば散乱等に対して仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成されている。第1および第2光学的距離部分12a、12bの各幅Wは、前記一方向(長尺方向)Dxに直交する方向(幅方向)Dyにおける各光学的距離部分12a、12bの各長さであり、第1および第2光学的距離部分12a、12bの各厚さは、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における各光学的距離部分12a、12bの各長さである。例えば、第2光学的距離部分12bは、2個の第1および第2光学的要素で構成されており、第1光学的要素部分12b1の屈折率および厚さをそれぞれn21およびH21とし、第2光学的要素部分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DG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DGとは異なる。   The second optical distance portion 12b is composed of a plurality of optical elements having different refractive indexes. Preferably, the sum of the thicknesses of the plurality of optical elements is the second optical distance portion. The sum of the product of the refractive index and the thickness required for each of the plurality of optical elements is equal to the second optical distance h2. Of the plurality of optical elements of the second optical distance portion 12b, the outermost exposed optical element is exposed to the electromagnetic wave propagating through the phase type diffraction grating DG, for example, against scattering. It is formed with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications. The widths W of the first and second optical distance portions 12a and 12b are the lengths of the optical distance portions 12a and 12b in the direction (width direction) Dy orthogonal to the one direction (long direction) Dx. Yes, the thicknesses of the first and second optical distance portions 12a and 12b are in the normal direction (depth direction) Dz of the plane DxDy composed of the one direction Dx and the direction Dy perpendicular thereto. It is the length of each optical distance portion 12a, 12b. For example, the second optical distance portion 12b is composed of two first and second optical elements, and the refractive index and thickness of the first optical element portion 12b1 are n21 and H21, respectively. When the refractive index and thickness of the optical element portion 12b2 are n22 and H22, respectively, H21 + H22 = H2 (= H1), and n21 × H21 + n22 × H22 = h2. Here, in the phase grating disclosed in Patent Document 1, the filling material matches the intensity (amplitude) of the X-rays that have passed through the protrusion and the X-rays that have passed through the gap, and the zero-order diffracted light is emitted. Since it is provided at each bottom portion in the plurality of gaps in order to eliminate, not only the optical distance of the filling material but also the attenuation amount in the filling material is considered, and the phase grating disclosed in Patent Document 1 is considered. Then, the filling material cannot be determined (designed) only by the above relational expression like the phase type diffraction grating DG of the present embodiment, and is different from the phase type diffraction grating DG of the present embodiment.

さらに、本実施形態では、第2光学的距離部分12bの前記最外露出の光学的要素は、第2光学的距離部分12bの前記複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。例えば、第2光学的距離部分12bの前記最外露出の光学的要素(上述の例では第2光学的距離部分12bの第2光学要素部分12b2を形成する光学的要素)は、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)およびイリジウム(Ir)のうちのいずれかであり、第2光学的距離部分12の前記残余の光学的要素(上述の例では第2光学的距離部分12bの第1光学要素部分12b1を形成する光学的要素)は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。このような金、白金、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムは、当該位相型回折格子DGに用いられる所定の電磁波の波長(例えばX線の波長等)に対し、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である。これに対し、シリコン、石英およびアルムニウムは、相対的に屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が相対的に大きな物質であるが、加工性が高い物質である。   Further, in the present embodiment, the outermost exposed optical element of the second optical distance portion 12b excludes the outermost exposed optical element of the plurality of optical elements of the second optical distance portion 12b. A material having a refractive index lower than that of the remaining optical elements. For example, the outermost exposed optical element of the second optical distance portion 12b (in the above example, the optical element forming the second optical element portion 12b2 of the second optical distance portion 12b) is gold (Au). , Platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) and iridium (Ir), and the remaining optical elements of the second optical distance portion 12 (second optical in the above example). The optical element forming the first optical element portion 12b1 of the optical distance portion 12b) is any one of silicon, quartz, and aluminum. Such gold, platinum, rhodium, ruthenium and iridium have a relatively small refractive index and a unit length relative to the wavelength of a predetermined electromagnetic wave (for example, the wavelength of X-ray) used in the phase type diffraction grating DG. It is a material with a relatively small phase change. In contrast, silicon, quartz, and aluminum are substances that have a relatively high refractive index and a relatively large phase change per unit length, but are highly workable.

このような位相差C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DGは、基板上に、所定の規則に従って配列された所定形状の複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とによって製造される。より具体的には、このような位相型回折格子DGは、いわゆるエッチング法またはリフトオフを用いたパターン部材形成工程と、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いたエッチング工程とによって製造される。   The phase-type diffraction grating DG in which a portion that generates such a phase difference C is composed of a plurality of optical elements has a surface that allows a plurality of pattern members having a predetermined shape arranged on a substrate according to a predetermined rule according to specifications. A pattern member forming step of forming with a thickness having roughness, and a depth according to the thickness of the plurality of pattern members formed by the pattern member forming step so as to cause a predetermined phase difference; In the pattern member forming step, the substrate is manufactured by an etching step of etching a portion of the substrate on which the plurality of pattern members are not formed. More specifically, such a phase type diffraction grating DG is manufactured by a pattern member forming process using a so-called etching method or lift-off and an etching process using a wet etching method or a dry etching method.

前記パターン部材の所定形状は、1次元格子では、例えば、前記厚さを持つ平面視にてストライプ形状(所定の幅Wを持つ線形状、所定の幅Wを持つ帯形状)であり、また2次元格子では、例えば、円柱、角柱等の柱形状等である。以下、前記パターン部材が前記厚さを持つストライプ形状である1次元の前記位相型回折格子DGの製造方法について、詳述する。なお、前記パターン部材が前記厚さを持つ例えば柱形状等の他の形状であっても同様である。   In the one-dimensional lattice, the predetermined shape of the pattern member is, for example, a stripe shape (a line shape having a predetermined width W, a band shape having a predetermined width W) in plan view having the thickness, and 2 In the dimensional lattice, for example, a column shape such as a cylinder or a prism is used. Hereinafter, a manufacturing method of the one-dimensional phase diffraction grating DG in which the pattern member has a stripe shape having the thickness will be described in detail. The same applies even if the pattern member has another shape such as a column shape having the thickness.

以下、まず、エッチング法を用いた第1製造方法について説明し、次に、リフトオフ法を用いた第2製造方法について説明する。   Hereinafter, the first manufacturing method using the etching method will be described first, and then the second manufacturing method using the lift-off method will be described.

(第1製造方法)
図2は、実施形態における位相型回折格子の第1製造方法を説明するための図(その1)である。図3は、実施形態における位相型回折格子の第1製造方法を説明するための図(その2)である。
(First manufacturing method)
Drawing 2 is a figure (the 1) for explaining the 1st manufacturing method of a phase type diffraction grating in an embodiment. Drawing 3 is a figure (the 2) for explaining the 1st manufacturing method of the phase type diffraction grating in an embodiment.

この第1製造方法は、前記パターン部材形成工程として、基板30上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜33を形成する成膜工程が実施され、前記成膜工程で形成された前記膜33を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材33となるようにパターニングするパターニング工程が実施される。   In the first manufacturing method, as the pattern member forming step, a film forming step of forming a film 33 of the material of the pattern member on the substrate 30 with a thickness having a surface roughness allowed by specifications is performed. A patterning process is performed in which the film 33 formed in the film forming process is patterned to form a plurality of pattern members 33 arranged according to the predetermined rule.

より具体的には、本実施形態の位相型回折格子DGを製造するために、まず、基板30が用意される(図2(A))。この基板30は、後述の各工程で処理されることによって、支持体部分11および第2光学的距離部分12bの第1光学的要素部分12b1となるので、第2光学的距離部分12bにおける第1光学的要素部分12b1の光学的要素の材料が選択される。基板30には、好ましくは、表面を、当該位相型回折格子DGを伝播する電磁波にとって平滑に加工することが可能な材料が採用される。例えば、基板30は、シリコン基板30aである。また例えば、基板30は、石英基板30bである。また例えば、基板30は、アルミニウム基板30cである。基板30がシリコン基板30aである場合で、かつ後述の膜33の形成の際に電鋳法等の湿式メッキを用いる場合では、シリコン基板30aは、多数キャリアが電子であるn型シリコンであることが好ましい。この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。   More specifically, in order to manufacture the phase type diffraction grating DG of the present embodiment, first, the substrate 30 is prepared (FIG. 2A). Since this substrate 30 is processed in each step described later, it becomes the first optical element portion 12b1 of the support portion 11 and the second optical distance portion 12b, so that the first optical distance portion 12b has the first optical element portion 12b1. The material of the optical element of the optical element part 12b1 is selected. The substrate 30 is preferably made of a material whose surface can be processed smoothly for electromagnetic waves propagating through the phase type diffraction grating DG. For example, the substrate 30 is a silicon substrate 30a. Further, for example, the substrate 30 is a quartz substrate 30b. For example, the substrate 30 is an aluminum substrate 30c. In the case where the substrate 30 is a silicon substrate 30a and when wet plating such as electroforming is used when forming a film 33 described later, the silicon substrate 30a is n-type silicon whose majority carriers are electrons. Is preferred. Since this n-type silicon has abundant conductor electrons, when a negative potential is applied by connecting silicon to the cathode and the cathode is polarized, in the electroforming process described later, so-called ohmic contact is formed with the plating solution, and current flows. It tends to flow and cause a reduction reaction, and as a result, the metal is more likely to precipitate.

次に、基板30上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材33の材料の膜(層)33が所定の成膜法によって形成される(成膜工程、図2(B))。この膜33は、後述の各工程で処理されることによって、第2光学的距離部分12bの第2光学的要素部分12b2となるので、第2光学的距離部分12bにおける第2光学的要素部分12b2の光学的要素の材料が選択される。例えば、膜33の材料は、金である。これによって後述の各工程を経ることで金のパターン部材33aとなる。また例えば、膜33の材料は、白金である。これによって後述の各工程を経ることで白金のパターン部材33bとなる。また例えば、膜33の材料は、イリジウムである。これによって後述の各工程を経ることでイリジウムのパターン部材33cとなる。   Next, a film (layer) 33 of the material of the pattern member 33 is formed on the substrate 30 with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications (deposition process, FIG. 2 ( B)). The film 33 is processed in each step described later to become the second optical element portion 12b2 of the second optical distance portion 12b. Therefore, the second optical element portion 12b2 in the second optical distance portion 12b. The material of the optical element is selected. For example, the material of the film 33 is gold. As a result, the gold pattern member 33a is obtained through the following steps. For example, the material of the film 33 is platinum. As a result, the platinum pattern member 33b is obtained through the following steps. For example, the material of the film 33 is iridium. As a result, an iridium pattern member 33c is obtained through the following steps.

成膜法には、例えば、真空蒸着法、スパッタ法および化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)等の乾式メッキ法や、電鋳法等の湿式メッキ法が用いられる。前記乾式メッキ法は、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば3μmや5μm等の数μm以上となると、成膜時間が著しく長くなったり、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってり等してしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μm以上となると、X線を散乱してしまう。このため、乾式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、2μm以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、1.5μm以下である。   As the film forming method, for example, a dry plating method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and a chemical vapor deposition (CVD) method, or a wet plating method such as an electroforming method is used. The dry plating method can form a film with a surface roughness of angstrom level and can relatively easily achieve the surface roughness allowed by the specifications, but the film thickness is, for example, 3 μm, 5 μm, etc. When the thickness is several μm or more, the film formation time becomes remarkably long, or the film is easily peeled off due to stress during film formation. In this respect, the electroplating method of the wet plating method is advantageous, but the surface roughness increases as the film thickness increases, and X-rays are scattered when the film thickness becomes several μm or more. Therefore, in the dry plating method, the film thickness is preferably 2 μm or less, and in order to realize the surface roughness allowed by the specifications, at least in the wet plating method, the film thickness is preferably It is 1.5 μm or less.

次に、膜33をパターン部材33に形成するべく、基板30上に形成された膜33をパターニングするために、この膜33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(C))。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。   Next, in order to form the film 33 on the pattern member 33, in order to pattern the film 33 formed on the substrate 30, a photosensitive resin layer 40 is formed on the film 33 by, for example, spin coating (see FIG. 2 (C)). Here, the photosensitive resin layer 40 is a material that is used in lithography and whose physical properties such as solubility are changed by light (including not only visible light but also ultraviolet rays), an electron beam, and the like. However, the present invention is not limited to this. For example, a resist layer for electron beam exposure may be used instead of the photosensitive resin layer 40.

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40がパターニングされ(図2(D))、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3(A))。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(D))。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3(A))。   Next, as a photolithography step, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method (FIG. 2D), and the patterned photosensitive resin layer 40 is removed (FIG. 3A). More specifically, a lithography mask 41 is pressed against the photosensitive resin layer 40, and the photosensitive resin layer 40 is irradiated with ultraviolet rays 42 through the lithography mask 41, and the photosensitive resin layer 40 is subjected to pattern exposure and development. (FIG. 2D). And the photosensitive resin layer 40 of the part which was not exposed (or exposed part) is removed (FIG. 3 (A)).

次に、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膜33が除去されて膜33がパターニングされ、パターン部材33となる(図3(A))。より具体的には、例えば、膜33が金である場合には、いわゆる王水に浸漬され、ウェットエッチングによってパターニングされる。また例えば、膜33が白金である場合には、ヨウ化水素ガスを用いたICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングによってパターニングされる。   Next, using the patterned photosensitive resin layer 40 as a mask, the portion of the film 33 where the photosensitive resin layer 40 has been removed is removed by etching, and the film 33 is patterned to form the pattern member 33 (FIG. 3A). )). More specifically, for example, when the film 33 is gold, it is immersed in a so-called aqua regia and patterned by wet etching. For example, when the film 33 is platinum, it is patterned by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching using hydrogen iodide gas.

次に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材33の厚さに応じた深さで、パターン部材33が形成されていない基板30の部分が前記法線方向Dzにエッチングされる(エッチング工程、図3(C))。この図3(A)に示す膜33のエッチングによって残ることで形成されたパターン部材33および図3(C)に示す基板30のエッチングによって残ることでDxDz面に沿って形成されたパターン部材33に続く基板30の板状部分30b(基板30の壁部32)が第2光学的距離部分12bとなる。より詳しくは、前記パターン部材33は、第2光学的距離部分12bの第2光学的要素部分12b2となり、前記基板30の壁部32は、第2光学的距離部分12bの第1光学的要素部分12b1となる。そして、この図3(A)に示す膜33のエッチングによって形成された空間(第1空間)34(互いに隣接するパターン部材33によって挟まれた空間34)および図3(C)に示す基板30のエッチングによって形成された前記第1空間に続く空間(第2空間)35(互いに隣接する基板30の壁部32によって挟まれた空間35)が第1光学的距離部分12a(36)となる。   Next, a portion of the substrate 30 where the pattern member 33 is not formed is etched in the normal direction Dz at a depth corresponding to the thickness of the pattern member 33 so as to generate a predetermined phase difference (etching). Process, FIG. 3 (C)). The pattern member 33 formed by remaining by etching the film 33 shown in FIG. 3A and the pattern member 33 formed along the DxDz plane by remaining by etching the substrate 30 shown in FIG. The plate-like portion 30b (the wall portion 32 of the substrate 30) of the subsequent substrate 30 becomes the second optical distance portion 12b. More specifically, the pattern member 33 becomes the second optical element portion 12b2 of the second optical distance portion 12b, and the wall portion 32 of the substrate 30 becomes the first optical element portion of the second optical distance portion 12b. 12b1. Then, a space (first space) 34 (a space 34 sandwiched between adjacent pattern members 33) formed by etching the film 33 shown in FIG. 3A and the substrate 30 shown in FIG. 3C. A space (second space) 35 (a space 35 sandwiched between the wall portions 32 of the substrates 30 adjacent to each other) following the first space formed by etching becomes the first optical distance portion 12a (36).

なお、図3(C)に示す基板30のエッチングによってDxDy面に沿って残った基板30の板状部分30a(基板30の基部31)が支持体部分11となる。   Note that the plate-like portion 30a (the base portion 31 of the substrate 30) of the substrate 30 remaining along the DxDy plane by the etching of the substrate 30 shown in FIG.

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DGが製造される。   Through the above manufacturing steps, the phase type diffraction grating DG having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.

(第2製造方法)
図4は、実施形態における位相型回折格子の第2製造方法を説明するための図(その1)である。図5は、実施形態における位相型回折格子の第2製造方法を説明するための図(その2)である。
(Second manufacturing method)
FIG. 4 is a view (No. 1) for describing a second manufacturing method of the phase diffraction grating in the embodiment. Drawing 5 is a figure (the 2) for explaining the 2nd manufacturing method of the phase type diffraction grating in an embodiment.

この第2製造方法は、前記パターン部材形成工程として、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板30が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層40を基板30上に形成するパターニング層形成工程が実施され、このパターニング層形成工程後の基板30上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜33を形成する成膜工程が実施され、前記パターニング層を除去する除去工程が実施される。   In the second manufacturing method, as the pattern member forming step, a patterning layer 40 patterned so that the substrate 30 in a region corresponding to a plurality of pattern members arranged according to a predetermined rule faces the outside is formed on the substrate 30. A patterning layer forming step is performed, and a film forming step of forming a film 33 of the material of the pattern member with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications is performed on the substrate 30 after the patterning layer forming step. Then, a removal step of removing the patterning layer is performed.

より具体的には、本実施形態の位相型回折格子DGを製造するために、まず、第1製造方法と同様に、基板30が用意される(図4(A))。   More specifically, in order to manufacture the phase type diffraction grating DG of the present embodiment, first, the substrate 30 is prepared as in the first manufacturing method (FIG. 4A).

次に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材33に対応する領域の基板30が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層40が基板30上に形成される(パターニング層形成工程、図4(A)〜図4(D))。すなわち、基板30上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材33を形成するためのリフトオフのマスクとなるようにパターニングされたパターニング層40が形成される。   Next, a patterning layer 40 patterned so that the substrate 30 in a region corresponding to the plurality of pattern members 33 arranged in accordance with a predetermined rule faces the outside is formed on the substrate 30 (patterning layer forming step, FIG. 4). (A) to FIG. 4 (D)). That is, the patterning layer 40 patterned to be a lift-off mask for forming the plurality of pattern members 33 arranged according to a predetermined rule is formed on the substrate 30.

より具体的には、基板30上にパターニング層40を形成するために、まず、基板30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(図4(B))、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4(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4(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4(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4(D))。   More specifically, in order to form the patterning layer 40 on the substrate 30, first, the photosensitive resin layer 40 is formed on the substrate 30 by, for example, spin coating (FIG. 4B), and then, photo As a lithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method (FIG. 4C), and the patterned photosensitive resin layer 40 is removed (FIG. 4D). More specifically, a lithography mask 41 is pressed against the photosensitive resin layer 40, and the photosensitive resin layer 40 is irradiated with ultraviolet rays 42 through the lithography mask 41, and the photosensitive resin layer 40 is subjected to pattern exposure and development. (FIG. 4C). And the photosensitive resin layer 40 of the part which was not exposed (or exposed part) is removed (FIG.4 (D)).

次に、このパターニング層形成工程後の基板30上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材の材料の膜33が所定の成膜法によって形成される(成膜工程、図5(A))。この膜33は、後述の各工程で処理されることによって、第2光学的距離部分12bの第2光学的要素部分12b2となるので、第2光学的距離部分12bにおける第2光学的要素部分12b2の光学的要素の材料が選択される。この成膜法には、成膜中にパターニング層40が失われない成膜方法が用いられる。例えば、この成膜法として、真空蒸着法が用いられる。また例えば、電鋳法が用いられる。図5(A)には、成膜法として真空蒸着法が用いられた場合の膜33が示されている。   Next, on the substrate 30 after the patterning layer forming step, a film 33 of the material of the pattern member is formed by a predetermined film forming method with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications (film forming step, FIG. 5 (A)). The film 33 is processed in each step described later to become the second optical element portion 12b2 of the second optical distance portion 12b. Therefore, the second optical element portion 12b2 in the second optical distance portion 12b. The material of the optical element is selected. As this film formation method, a film formation method in which the patterning layer 40 is not lost during film formation is used. For example, a vacuum deposition method is used as this film forming method. For example, an electroforming method is used. FIG. 5A shows a film 33 when a vacuum evaporation method is used as a film formation method.

上述したように、前記真空蒸着法は、乾式メッキ法の一つであるから、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば3μmや5μm等の数μm以上となると、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μm以上となると、X線を散乱してしまう。このため、真空蒸着法では、膜厚は、好ましくは、2μm以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、1.5μm以下である。   As described above, since the vacuum deposition method is one of dry plating methods, it is possible to form a film with a surface roughness of angstrom level, and it is relatively easy to achieve the surface roughness allowed by the specifications. Although it can be achieved, when the film thickness is several μm or more such as 3 μm or 5 μm, the film tends to be peeled off by stress during film formation. In this respect, the electroplating method of the wet plating method is advantageous, but the surface roughness increases as the film thickness increases, and X-rays are scattered when the film thickness becomes several μm or more. Therefore, in the vacuum deposition method, the film thickness is preferably 2 μm or less, and in order to achieve the surface roughness allowed by the specifications, at least in the wet plating method, the film thickness is preferably It is 1.5 μm or less.

次に、パターニング層40が除去される(除去工程、図5(B))。これによって所定の規則に従って配列された複数のパターン部材33が基板30上に形成される。   Next, the patterning layer 40 is removed (removal process, FIG. 5B). As a result, a plurality of pattern members 33 arranged according to a predetermined rule are formed on the substrate 30.

次に、図3(C)に示す第1製造方法のエッチング工程と同様に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材33の厚さに応じた深さで、パターン部材33が形成されていない基板30の部分が前記法線方向Dzにエッチングされる(エッチング工程、図5(C))。この図5(B)に示すパターニング層40の除去によって残ることで形成されたパターン部材33および図5(C)に示す基板30のエッチングによって残ることでDxDz面に沿って形成されたパターン部材33に続く基板30の板状部分32(基板30の壁部32)が第2光学的距離部分12bとなる。より詳しくは、前記パターン部材33は、第2光学的距離部分12bの第2光学的要素部分12b2となり、前記基板30の壁部32は、第2光学的距離部分12bの第1光学的要素部分12b1となる。そして、この図5(B)に示すパターニング層40が除去されることによって形成された空間(第1空間)34および図5(D)に示す基板30のエッチングによって形成された前記第1空間に続く空間(第2空間)35が第1光学的距離部分12a(36)となる。   Next, similarly to the etching process of the first manufacturing method shown in FIG. 3C, the pattern member 33 is formed at a depth corresponding to the thickness of the pattern member 33 so as to generate a predetermined phase difference. A portion of the substrate 30 that is not etched is etched in the normal direction Dz (etching step, FIG. 5C). The pattern member 33 formed by removing the patterning layer 40 shown in FIG. 5B and the pattern member 33 formed along the DxDz plane left by etching the substrate 30 shown in FIG. 5C. Subsequent plate-like portion 32 of substrate 30 (wall portion 32 of substrate 30) becomes second optical distance portion 12b. More specifically, the pattern member 33 becomes the second optical element portion 12b2 of the second optical distance portion 12b, and the wall portion 32 of the substrate 30 becomes the first optical element portion of the second optical distance portion 12b. 12b1. Then, in the space (first space) 34 formed by removing the patterning layer 40 shown in FIG. 5B and the first space formed by etching the substrate 30 shown in FIG. 5D. The following space (second space) 35 becomes the first optical distance portion 12a (36).

なお、図5(C)に示す基板30のエッチングによってDxDy面に沿って残った基板30の板状部分30a(基板30の基部31)が支持体部分11となる。   Note that the plate-like portion 30a (the base portion 31 of the substrate 30) of the substrate 30 remaining along the DxDy plane by etching of the substrate 30 shown in FIG.

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DGが製造される。   Through the above manufacturing steps, the phase type diffraction grating DG having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.

これら第1および第2製造方法における前記エッチング工程において、基板30をDz方向にエッチングする深さは、次のように設計される。   In the etching process in the first and second manufacturing methods, the depth for etching the substrate 30 in the Dz direction is designed as follows.

第2光学的距離部分12bが2個の第1および第2光学的要素で形成されている場合を例にすると、第1および第2光学的要素部分12b1、12b2の各屈折率をそれぞれnb1およびnb2とし、第1および第2光学的要素部分12b1、12b2の各長さ(各厚さ)をそれぞれHb1およびHb2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、次式1の関係がある。
b1={−(1−nb2)×Hb2+(λ/(2×N))}/(1−nb1) ・・・(1)
これら式1は、第2光学的要素部分12b2の長さ(厚さ)が決定された後に、第1光学的要素部分12b1の長さ(厚さ)を如何に決定するかを示している。なお、第2光学的距離部分12bが3個以上の複数の光学的要素で形成されている場合も同様の式を導出することができる。
Taking the case where the second optical distance portion 12b is formed of two first and second optical elements as an example, the refractive indexes of the first and second optical element portions 12b1 and 12b2 are expressed as n b1. and the n b2, the lengths of the first and second optical element portion 12b1,12b2 the (respective thickness) and H b1 and H b2, respectively, the wavelength of X-rays and lambda, the phase difference n (retardation In the case of π, N = 1, and in the case of phase difference π / 2, N = 2), there is a relationship of the following formula 1.
H b1 = {− (1−n b2 ) × H b2 + (λ / (2 × N))} / (1−n b1 ) (1)
These equations 1 show how the length (thickness) of the first optical element portion 12b1 is determined after the length (thickness) of the second optical element portion 12b2 is determined. A similar expression can be derived when the second optical distance portion 12b is formed of a plurality of three or more optical elements.

28keV(波長0.04nm)のX線に対し、π/2位相型回折格子である場合における式1の計算例が図6ないし図10に示されている。図6は、第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。図7は、第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および金(金表面に膜状に厚さ100nmのクロムを含む)で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。図8は、第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および金(膜状にクロム無し)で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。図9は、第1光学的距離部分を空気で形成するとともに第2光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ(厚さ)と前記白金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。図10は、第1光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)で形成するとともに第2光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ(厚さ)と前記金の長さ(厚さ)との関係を示す図である。これら図6ないし図10において、横軸は、μm単位で表す第2光学的要素部分12b2の厚さであり、その縦軸は、μm単位で表す第1光学的要素部分12b1の厚さである。なお、図7では、金上にクロムが積層された第2光学的要素部分12b2の場合を示している。すなわち、第2光学的距離部分12bが石英、金およびクロムの3個の光学的要素で形成されている。   FIG. 6 to FIG. 10 show calculation examples of Equation 1 in the case of a π / 2 phase type diffraction grating for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-rays. FIG. 6 shows the length (thickness) of the silicon and the length of the gold in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of silicon and gold. It is a figure which shows the relationship with thickness (thickness). FIG. 7 shows a case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and gold (including gold having a film thickness of 100 nm on the gold surface). It is a figure which shows the relationship between the length (thickness) of the said quartz, and the length (thickness) of the said gold | metal | money. FIG. 8 shows the length (thickness) of the quartz in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and gold (film is not chromium). It is a figure which shows the relationship between length) and the length (thickness) of the said gold | metal | money. FIG. 9 shows the length (thickness) of the quartz and the length of the platinum in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of air and the second optical distance portion is formed of quartz and platinum. It is a figure which shows the relationship with thickness (thickness). FIG. 10 shows the length (thickness) of the silicon in the case of a phase type diffraction grating in which the first optical distance portion is formed of polymethyl methacrylate resin (PMMA) and the second optical distance portion is formed of silicon and gold. It is a figure which shows the relationship between length) and the length (thickness) of the said gold | metal | money. 6 to 10, the horizontal axis represents the thickness of the second optical element portion 12b2 expressed in μm, and the vertical axis represents the thickness of the first optical element portion 12b1 expressed in μm. . FIG. 7 shows a case of the second optical element portion 12b2 in which chromium is laminated on gold. That is, the second optical distance portion 12b is formed by three optical elements of quartz, gold, and chromium.

ここで、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、石英の屈折率nSiO2は、0.999999418−i7.1412670e−10であり、金の屈折率nAuは、0.999995960−i2.1238481e−7であり、白金の屈折率nPtは、0.999995477−i2.3151473e−7であり、そして、クロムの屈折率nCrは、0.999998229−i1.8515591e−8である。また、PMMAの屈折率nPMMAは、0.999999660−i1.1778217e−10である。ここで、iは、虚数単位であり、i=−1である。 Here, for an X-ray of 28 keV (wavelength 0.04 nm), the refractive index n Si of silicon is 0.99993844-i1.2289485e-9, and the refractive index n SiO2 of quartz is 0.9999999418-i7. 143670e-10, gold refractive index n Au is 0.999995960-i2.123481e-7, platinum refractive index n Pt is 0.999995477-i2.3151473e-7, and chromium refractive index n Cr is 0.999998229-i1.8515591e-8. Further, the refractive index n PMMA of PMMA is 0.99999996-i1.1778217e-10. Here, i is an imaginary unit, and i 2 = −1.

第1製造方法での一具体例を挙げると、28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGを製造する場合において、まず、シリコン基板30aが用意され、このシリコン基板30a上にスパッタリング法によって金(Au)が厚さ1.5μmで成膜された。続いて、この成膜した金の膜33の主面上に感光性樹脂層40が例えばスピンコート等によって塗布され、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、このパターニングした部分の感光性樹脂層40が除去された。続いて、このシリコン基板30aが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層40をマスクにウェット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金の膜33が除去されて金の膜33がパターニングされ、金のパターン部材33aが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材33aをマスクに、ICPドライエッチングによって所定の位相差π/2を生じさせるように、パターン部材33aの厚さ1.5μmに応じた深さ8.1μmで(図6参照)、パターン部材33aが形成されていないシリコン基板30aの部分が前記法線方向Dzにエッチングされた。これによって28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGが製造された。   As a specific example of the first manufacturing method, in the case of manufacturing a π / 2 phase type diffraction grating DG for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray, first, a silicon substrate 30a is prepared. Gold (Au) was deposited to a thickness of 1.5 μm on the substrate 30a by sputtering. Subsequently, a photosensitive resin layer 40 is applied on the main surface of the formed gold film 33 by, for example, spin coating, and then, as a photolithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method, The patterned photosensitive resin layer 40 was removed. Subsequently, the silicon substrate 30a is immersed in aqua regia, and the gold film 33 in the removed portion of the photosensitive resin layer 40 is removed by wet etching using the patterned photosensitive resin layer 40 as a mask. The film 33 was patterned to form a gold pattern member 33a. Subsequently, using the patterned gold pattern member 33a as a mask, a depth of 8.1 μm corresponding to a thickness of 1.5 μm of the pattern member 33a is generated so as to generate a predetermined phase difference π / 2 by ICP dry etching. (See FIG. 6), the portion of the silicon substrate 30a where the pattern member 33a is not formed was etched in the normal direction Dz. As a result, a π / 2 phase type diffraction grating DG was manufactured for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray.

また、第1製造方法での他の一具体例を挙げると、28keVのX線用にπ/2位相型回折格子DGを製造する場合において、まず、石英基板30bが用意され、この石英基板30b上にスパッタリング法によって白金(Pt)が厚さ1.5μmで成膜された。続いて、この成膜した白金の膜33の主面上に感光性樹脂層40が例えばスピンコート等によって塗布され、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、このパターニングした部分の感光性樹脂層40が除去された。続いて、パターニングされた感光性樹脂層40をマスクにヨウ化水素ガスを用いたICPドライ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白金の膜33が除去されて白金の膜33がパターニングされた。続いて、このパターニングされた白金の膜33をマスクに、ICPドライエッチングによって所定の位相差π/2を生じさせるように、白金のパターン部材33の厚さ1.5μmに応じた深さ7.4μmで(図9参照)、パターン部材33が形成されていないシリコン基板30aの部分が前記法線方向Dzにエッチングされた。これによって28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGが製造された。   As another specific example of the first manufacturing method, in manufacturing a π / 2 phase type diffraction grating DG for 28 keV X-rays, first, a quartz substrate 30b is prepared, and this quartz substrate 30b is prepared. A platinum (Pt) film having a thickness of 1.5 μm was formed thereon by sputtering. Subsequently, a photosensitive resin layer 40 is applied on the main surface of the formed platinum film 33 by, for example, spin coating, and then, as a photolithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method, The patterned photosensitive resin layer 40 was removed. Subsequently, the platinum film 33 in the removed portion of the photosensitive resin layer 40 is removed by ICP dry etching using hydrogen iodide gas using the patterned photosensitive resin layer 40 as a mask. Patterned. Subsequently, using the patterned platinum film 33 as a mask, a depth corresponding to a thickness of 1.5 μm of the platinum pattern member 33 is generated so as to generate a predetermined phase difference π / 2 by ICP dry etching. At 4 μm (see FIG. 9), the portion of the silicon substrate 30a where the pattern member 33 was not formed was etched in the normal direction Dz. As a result, a π / 2 phase type diffraction grating DG was manufactured for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray.

そして、第2製造方法での一具体例を挙げると、28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGを製造する場合において、まず、シリコン基板30aが用意され、このシリコン基板33aの主面上に感光性樹脂層40が例えばスピンコート等によって1.5μmで塗布され、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、このパターニングした部分の感光性樹脂層40が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層40を形成したシリコン基板30aがメッキ液に浸漬され、電鋳法(電界メッキ法)によってシリコン基板30a上に金(Au)が厚さ1.0μmで成膜された。続いて、この金の膜33aが成膜されたシリコン基板30aが感光性樹脂層40を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層40が除去され、金のパターン部材33aが形成された。続いて、この金のパターン部材33aをマスクに、ICPドライエッチングによって所定の位相差π/2を生じさせるように、パターン部材33aの厚さ1.0μmに応じた深さ11.4μmで(図6参照)、パターン部材33aが形成されていないシリコン基板30aの部分が、前記法線方向Dzにエッチングされた。これによって28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGが製造された。   As a specific example of the second manufacturing method, when manufacturing a π / 2 phase diffraction grating DG for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray, first, a silicon substrate 30a is prepared, A photosensitive resin layer 40 is applied to the main surface of the silicon substrate 33a by 1.5 μm, for example, by spin coating or the like. Subsequently, as a photolithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method. Part of the photosensitive resin layer 40 was removed. Subsequently, the silicon substrate 30a on which the patterned photosensitive resin layer 40 is formed is immersed in a plating solution, and gold (Au) having a thickness of 1.0 μm is formed on the silicon substrate 30a by electroforming (electrolytic plating). A film was formed. Subsequently, the silicon substrate 30a on which the gold film 33a is formed is immersed in an organic solvent that dissolves the photosensitive resin layer 40, and the patterned photosensitive resin layer 40 is removed to form a gold pattern member 33a. It was done. Subsequently, with this gold pattern member 33a as a mask, a depth of 11.4 μm corresponding to a thickness of 1.0 μm of the pattern member 33a is generated so as to generate a predetermined phase difference π / 2 by ICP dry etching (see FIG. 6), the portion of the silicon substrate 30a where the pattern member 33a was not formed was etched in the normal direction Dz. As a result, a π / 2 phase type diffraction grating DG was manufactured for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray.

また、第2製造方法での他の一具体例を挙げると、28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGを製造する場合において、まず、石英基板30bが用意され、この石英基板33bの主面上に感光性樹脂層40が例えばスピンコート等によって2.0μmで塗布され、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、このパターニングした部分の感光性樹脂層40が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層40を形成した石英基板30bが真空蒸着法によって石英基板30b上に金(Au)が厚さ1.6μmで成膜され、さらに、真空蒸着法によって金の膜33a上にクロム(Cr)が厚さ0.1μmで成膜された。ここで、後述のエッチング工程において、石英と金とでは、エッチングの選択比に差が少ないため、エッチングの際の金の保護膜として、このクロムの膜が用いられている。なお、このクロム膜は、その膜厚を調整することによって第2光学的距離部分の光学的距離の調整しろとして用いられてもよい。続いて、この金/クロムの膜33が成膜された石英基板30bが感光性樹脂層40を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層40が除去され、金/クロムのパターン部材33が形成された。続いて、この金/クロムのパターン部材33をマスクに、ICPドライエッチングによって所定の位相差π/2を生じさせるように、この金/クロムのパターン部材33の厚さ1.7μm(=1.6μm+0.1μm)に応じた深さ7.6μmで(図7参照)、この金/クロムのパターン部材33が形成されていない石英基板30bの部分が、前記法線方向Dzにエッチングされた。これによって28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGが製造された。   As another specific example of the second manufacturing method, when manufacturing a π / 2 phase diffraction grating DG for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray, first, a quartz substrate 30b is prepared. Then, the photosensitive resin layer 40 is applied to the main surface of the quartz substrate 33b at a thickness of 2.0 μm, for example, by spin coating or the like. Subsequently, as a photolithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method. The patterned photosensitive resin layer 40 was removed. Subsequently, a quartz substrate 30b on which the patterned photosensitive resin layer 40 is formed is formed with a thickness of 1.6 μm on the quartz substrate 30b by a vacuum deposition method. On the film 33a, chromium (Cr) was formed to a thickness of 0.1 μm. Here, in a later-described etching process, since there is little difference in etching selectivity between quartz and gold, this chromium film is used as a gold protective film during etching. The chromium film may be used as an allowance for the optical distance of the second optical distance portion by adjusting the film thickness. Subsequently, the quartz substrate 30b on which the gold / chromium film 33 is formed is dipped in an organic solvent that dissolves the photosensitive resin layer 40, and the patterned photosensitive resin layer 40 is removed, so that a gold / chrome pattern is obtained. Member 33 was formed. Subsequently, with this gold / chrome pattern member 33 as a mask, the thickness of the gold / chrome pattern member 33 is 1.7 μm (= 1. The portion of the quartz substrate 30b having a depth of 7.6 μm corresponding to 6 μm + 0.1 μm (see FIG. 7) and not having the gold / chrome pattern member 33 formed thereon was etched in the normal direction Dz. As a result, a π / 2 phase type diffraction grating DG was manufactured for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray.

そして、このような各具体例において、機械的な強度を向上するために、第1光学的距離部分12aの空間を固体で埋める工程がさらに行われてもよい。この一具体例を挙げると、28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGを製造する場合において、まず、シリコン基板30aが用意され、このシリコン基板30a上にスパッタリング法によって金(Au)が厚さ2.0μmで成膜された。続いて、この成膜した金の33の主面上に感光性樹脂層40が例えばスピンコート等によって塗布され、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、このパターニングした部分の感光性樹脂層40が除去された。続いて、このシリコン基板30aが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層40をマスクにウェット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金の膜33が除去されて金の膜33がパターニングされ、金のパターン部材33aが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材33aをマスクに、ICPドライエッチングによって所定の位相差π/2を生じさせるように、パターン部材33の厚さ2.0μmに応じた深さ13.3μmで(図10参照)、パターン部材33aが形成されていないシリコン基板30aの部分が前記法線方向Dzにエッチングされた。続いて、金のパターン部材33aおよびシリコン基板30aの壁部32によって形成される空間がPMMAで埋められた。これによって機械的な強度を向上させた28keV(波長0.04nm)のX線用にπ/2位相型回折格子DGが製造された。   In each of these specific examples, a step of filling the space of the first optical distance portion 12a with a solid may be further performed in order to improve mechanical strength. As one specific example, in the case of manufacturing a π / 2 phase type diffraction grating DG for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-ray, first, a silicon substrate 30a is prepared, and sputtering is performed on the silicon substrate 30a. Gold (Au) was deposited to a thickness of 2.0 μm by the method. Subsequently, a photosensitive resin layer 40 is applied on the principal surface of the gold 33 thus formed by, for example, spin coating, and then, as a photolithography process, the photosensitive resin layer 40 is patterned by a lithography method. The patterned photosensitive resin layer 40 was removed. Subsequently, the silicon substrate 30a is immersed in aqua regia, and the gold film 33 in the removed portion of the photosensitive resin layer 40 is removed by wet etching using the patterned photosensitive resin layer 40 as a mask. The film 33 was patterned to form a gold pattern member 33a. Subsequently, using this patterned gold pattern member 33a as a mask, a depth corresponding to a thickness of 2.0 μm of the pattern member 33 is 13.3 μm so as to generate a predetermined phase difference π / 2 by ICP dry etching. (See FIG. 10), the portion of the silicon substrate 30a where the pattern member 33a was not formed was etched in the normal direction Dz. Subsequently, the space formed by the gold pattern member 33a and the wall portion 32 of the silicon substrate 30a was filled with PMMA. As a result, a π / 2 phase diffraction grating DG was manufactured for 28 keV (wavelength 0.04 nm) X-rays with improved mechanical strength.

以上、説明したように、本実施形態における位相型回折格子DGでは、第2光学的距離部分12bの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素、図1に示す例では、第2光学的要素部分12b2が、当該位相型回折格子DGを伝播する電磁波の例えば散乱に対し、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、表面の荒れを考慮することなく、第2光学的距離部分12bを単一の光学的要素として金(Au)で例えば電鋳法によって例えばπ/2型の場合には厚さ約3μmでまた例えばπ型の場合には厚さ約6μmで形成してしまうと、成膜としては比較的厚いため、例えば前記厚さ約3μmのπ/2型の場合、レーザ顕微鏡の観察結果である図12に示すように、その表面は、X線のような波長の電磁波にとって、非常に荒れた状態となってしまうが、本実施形態における位相型回折格子DGは、上述のように、表面の粗さを考慮しているので、表面の粗さをより低減することができる。例えば、本実施形態における位相型回折格子DGの一具体例として、上述の第1製造方法によるシリコン8.1μm/金(Au)1.5μmの位相型回折格子DGにおけるレーザ顕微鏡の観察結果である図11に示す如くである。図12に示す例では、粗さRaは、32Å(オングストローム)であるが、図11に示す例では、その粗さRaは、1Åである(粗さRaは、JIS B0601;2001による算術平均粗さである)。この結果、本実施形態における位相型回折格子DGの性能が向上し、より精度よく電磁波を回折することができる。   As described above, in the phase type diffraction grating DG in the present embodiment, the outermost exposed optical element exposed to the outside among the plurality of optical elements of the second optical distance portion 12b, FIG. In the example shown, the second optical element portion 12b2 is formed with a thickness having a surface roughness that is allowed by specifications for, for example, scattering of electromagnetic waves propagating through the phase type diffraction grating DG. Therefore, without considering the roughness of the surface, the second optical distance portion 12b is made of gold (Au) as a single optical element, for example, by electroforming, for example, a thickness of about 3 μm in the case of π / 2 type. Also, for example, in the case of π type, if it is formed with a thickness of about 6 μm, the film formation is relatively thick. For example, in the case of π / 2 type with a thickness of about 3 μm, this is the result of observation with a laser microscope. As shown in FIG. 12, the surface is very rough for electromagnetic waves having a wavelength such as X-rays, but the phase-type diffraction grating DG in the present embodiment has a surface as described above. Since the roughness is taken into consideration, the surface roughness can be further reduced. For example, as a specific example of the phase type diffraction grating DG in the present embodiment, it is an observation result of a laser microscope on the phase type diffraction grating DG of silicon 8.1 μm / gold (Au) 1.5 μm by the first manufacturing method described above. It is as shown in FIG. In the example shown in FIG. 12, the roughness Ra is 32 Å (angstrom), but in the example shown in FIG. 11, the roughness Ra is 1 粗 (the roughness Ra is an arithmetic average roughness according to JIS B0601; 2001). Is). As a result, the performance of the phase type diffraction grating DG in the present embodiment is improved, and electromagnetic waves can be diffracted with higher accuracy.

また、本実施形態における位相型回折格子DGでは、第1光学的距離部分12aの1個の光学的要素は、気体または真空であり、第2光学的距離部分12bは、複数の光学的要素で構成され、第2光学的距離部分12bの最外露出の光学的要素は、第2光学的距離部分12bの複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような位相型回折格子DGは、第1光学的距離部分12bの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分12bの光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、位相型回折格子DGの厚さをより薄くすることが可能となる。この結果、位相型回折格子DGが点波源から放射された例えばX線等の電磁波に対する回折に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DGの性能劣化を低減することができる。   In the phase type diffraction grating DG in the present embodiment, one optical element of the first optical distance portion 12a is gas or vacuum, and the second optical distance portion 12b is a plurality of optical elements. And the outermost exposed optical element of the second optical distance portion 12b includes the remaining optical elements of the plurality of optical elements of the second optical distance portion 12b excluding the outermost exposed optical element. It is formed of a material having a refractive index lower than the refractive index. Therefore, in such a phase type diffraction grating DG, the optical element of the first optical distance portion 12b is formed of air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion 12b is the remaining optical element. The thickness of the phase type diffraction grating DG can be further reduced as compared with the case where it is formed of elements. As a result, even when the phase type diffraction grating DG is used for diffraction of electromagnetic waves such as X-rays radiated from a point wave source, so-called oblique incidence in the peripheral region of the phase type diffraction grating is reduced, and the phase type diffraction grating DG performance degradation can be reduced.

また、本実施形態における位相型回折格子DGでは、第2光学的距離部分12bの前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、第2光学的距離部分12bの前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。図1に示す例では、前記残余の光学的要素としてシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成された第1光学的要素部分12b1と、前記最外露出の光学的要素として金、白金およびイリジウムのうちのいずれかで形成された第2光学的要素部分12b2とで第2光学的距離部分12bが形成されている。   In the phase type diffraction grating DG in the present embodiment, the outermost exposed optical element of the second optical distance portion 12b is any one of gold, platinum, and iridium, and the second optical distance portion The remaining optical element 12b is one of silicon, quartz and aluminium. In the example shown in FIG. 1, the first optical element portion 12b1 formed of any one of silicon, quartz, and aluminum as the remaining optical elements, and gold, platinum, and the outermost exposed optical elements as the remaining optical elements. A second optical distance portion 12b is formed by the second optical element portion 12b2 formed of any of iridium.

このように本実施形態では、比較的屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が比較的大きな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第2光学的距離部分12bを形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような本実施形態における位相型回折格子DGは、第1光学的距離部分12aの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第2光学的距離部分12bの光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。したがって、位相型回折格子DGが点波源から放射された例えばX線等の電磁波に対する回折に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DGの性能劣化を低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, any one of gold, platinum, and iridium, which is a substance having a relatively large refractive index and a relatively large phase change per unit length, and any one of silicon, quartz, and aluminum. A phase type diffraction grating in which the second optical distance portion 12b is formed is provided. Therefore, in the phase type diffraction grating DG in this embodiment, the optical element of the first optical distance portion 12a is formed of air or vacuum, and the optical element of the second optical distance portion 12b is silicon. Compared with the case where it is formed of either quartz or aluminum, the thickness can be further reduced. Therefore, even when the phase type diffraction grating DG is used for diffraction of electromagnetic waves such as X-rays radiated from a point wave source, so-called oblique incidence in the peripheral region of the phase type diffraction grating is reduced, and the phase type diffraction grating DG Performance degradation can be reduced.

また、本実施形態における位相型回折格子DGの製造方法では、パターン部材33に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような本実施形態における位相型回折格子DGの製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子DGを製造することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the phase type diffraction grating DG in the present embodiment, the exposed surface of the optical distance portion based on the pattern member 33 is formed with a thickness having a surface roughness allowed by specifications. For this reason, the manufacturing method of the phase type diffraction grating DG in this embodiment can manufacture the phase type diffraction grating DG that can further reduce the roughness of the surface.

(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、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子DGを製造することができるので、この位相型回折格子DG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 phase type diffraction grating DG of the above embodiment can manufacture a relatively thin phase type diffraction grating DG while further reducing the surface roughness, the phase type diffraction grating DG has the following characteristics: It can be suitably used for a Talbot interferometer and a Talbot-Lau interferometer for lines. An X-ray Talbot interferometer and an X-ray Talbot-low interferometer using the phase type diffraction grating DG will be described.

図13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14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. 13 is a perspective view showing a configuration of an X-ray Talbot interferometer in the embodiment. FIG. 14 is a top view showing a configuration of an 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13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。   As shown in FIG. 13, an X-ray Talbot interferometer 100A according to the embodiment includes an X-ray source 101 that emits X-rays having a predetermined wavelength, and a phase type that diffracts X-rays emitted from the X-ray source 101. The first and second diffraction gratings 102 and 103 include a first diffraction grating 102 and an amplitude-type second diffraction grating 103 that forms an image contrast by diffracting the X-rays diffracted by the first diffraction grating 102. Are set to the conditions constituting the X-ray Talbot interferometer. Then, the X-ray with the image contrast generated by the second diffraction grating 103 is detected by, for example, an X-ray image detector 105 that detects the X-ray. In the X-ray Talbot interferometer 100A, the first diffraction grating 102 is the phase diffraction grating DG. The conditions constituting the Talbot interferometer 100A are expressed by the above-described Expression 1 and Expression 2.

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 X-ray Talbot interferometer 100A having such a configuration, X-rays are irradiated from the X-ray source 101 toward the first diffraction grating 102. This irradiated X-ray produces a Talbot effect at the first diffraction grating 102 to form a Talbot image. This Talbot image is acted on by the second diffraction grating 103 to form an image contrast of moire fringes. Then, this image contrast is detected by the X-ray image detector 105.

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 X-ray source 101 and the first diffraction grating 102, the moire fringes are modulated by the subject S, and the modulation amount is caused by the refraction effect by the subject S. It is proportional to the angle at which the X-ray is bent. For this reason, the subject S and its internal structure are detected by analyzing the moire fringes.

このような図13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 Talbot interferometer 100A configured as shown in FIG. 13, the X-ray source 101 is a single point light source, and such a single point light source forms a single slit (single slit). The X-ray radiated from the X-ray source 101 passes through the single slit of the single slit plate and is directed toward the first diffraction grating 102 via the subject S. Is emitted. The slit is an elongated rectangular opening extending in one direction.

一方、タルボ・ロー干渉計100Bは、図14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13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。   On the other hand, the Talbot-Lau interferometer 100B includes an X-ray source 101, a multi-slit plate 104, a first diffraction grating 102, and a second diffraction grating 103, as shown in FIG. That is, the Talbot-Lau interferometer 100B further includes a multi-slit plate 104 in which a plurality of slits are formed in parallel on the X-ray emission side of the X-ray source 101 in addition to the Talbot interferometer 100A shown in FIG. Is done. In the Talbot-Lau interferometer 100B, each slit of the multi-slit plate 104 becomes an X-ray point light source by using the multi-slit plate 104. The X-ray dose emitted toward one diffraction grating 102 increases. For this reason, the Talbot-Lau interferometer 100B can obtain better moire fringes.

(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。
(X-ray imaging device)
The phase-type diffraction grating DG can be used for various optical devices, but can be suitably used for an X-ray imaging device, for example. In particular, an X-ray imaging apparatus using an X-ray Talbot interferometer treats X-rays as waves, and detects a phase shift of X-rays caused by passing through the subject, thereby obtaining a transmission image of the subject. This is one of the methods, and is expected to improve the sensitivity by about 1000 times compared with the absorption contrast method that obtains an image in which the magnitude of X-ray absorption by the subject is a contrast, and thereby the X-ray irradiation dose is, for example, 1/100 to There is an advantage that it can be reduced to 1/1000. In the present embodiment, an X-ray imaging apparatus including an X-ray Talbot interferometer using the phase type diffraction grating DG will be described.

図15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15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。   FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a configuration of the X-ray imaging apparatus according to the embodiment. In FIG. 15, an X-ray imaging apparatus 200 includes an X-ray imaging unit 201, a second diffraction grating 202, a first diffraction grating 203, and an X-ray source 204. Furthermore, in this embodiment, an X-ray source is provided. An X-ray power supply unit 205 that supplies power to 204, a camera control unit 206 that controls the imaging operation of the X-ray imaging unit 201, a processing unit 207 that controls the overall operation of the X-ray imaging apparatus 200, and an X-ray power supply And an X-ray control unit 208 that controls the X-ray emission operation in the X-ray source 204 by controlling the power supply operation of the unit 205.

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 power supply unit 205 and emits X-rays toward the first diffraction grating 203. The X-ray source 204 emits X-rays when, for example, a high voltage supplied from the X-ray power supply unit 205 is applied between the cathode and the anode, and electrons emitted from the cathode filament collide with the anode. Device.

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。   The first diffraction grating 203 is a transmission type diffraction grating that generates a Talbot effect by X-rays emitted from the X-ray source 204. The first diffraction grating 203 is, for example, the phase type diffraction grating DG manufactured by the method of manufacturing the phase type diffraction grating DG in the above-described embodiment. The first diffraction grating 203 is configured so as to satisfy the conditions for causing the Talbot effect, and is a grating sufficiently coarser than the wavelength of X-rays emitted from the X-ray source 204, for example, a grating constant (period of the diffraction grating). d is a phase type diffraction grating in which the wavelength of the X-ray is about 20 or more.

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。   The second diffraction grating 202 is a transmission-type amplitude diffraction grating that is disposed at a position that is approximately a Talbot distance L away from the first diffraction grating 203 and that diffracts the X-rays diffracted by the first diffraction grating 203.

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 second diffraction gratings 203 and 202 are set to conditions that constitute the Talbot interferometer represented by the above-described Expression 1 and Expression 2.

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 X-ray imaging unit 201 is an apparatus that captures an X-ray image diffracted by the second diffraction grating 202. The X-ray imaging unit 201 includes, for example, a flat panel detector (FPD) including a two-dimensional image sensor in which a thin film layer including a scintillator that absorbs X-ray energy and emits fluorescence is formed on a light receiving surface, and incident photons. An image intensifier unit that converts the electrons into electrons on the photocathode, doubles the electrons on the microchannel plate, and causes the doubled electrons to collide with phosphors to emit light, and the output light of the image intensifier unit An image intensifier camera including a two-dimensional image sensor.

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 processing unit 207 is a device that controls the overall operation of the X-ray imaging apparatus 200 by controlling each unit of the X-ray imaging apparatus 200. For example, the processing unit 207 includes a microprocessor and its peripheral circuits. An image processing unit 271 and a system control unit 272 are provided.

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 system control unit 272 controls the X-ray emission operation in the X-ray source 204 via the X-ray power source unit 205 by transmitting and receiving control signals to and from the X-ray control unit 208, and the camera control unit 206 The imaging operation of the X-ray imaging unit 201 is controlled by transmitting and receiving control signals between the two. Under the control of the system control unit 272, X-rays are emitted toward the subject S, an image generated thereby is captured by the X-ray imaging unit 201, and an image signal is input to the processing unit 207 via the camera control unit 206. 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 image processing unit 271 processes the image signal generated by the X-ray imaging unit 201 and generates an image of the subject S.

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 first diffraction grating 203 by placing the subject S on an imaging table including the X-ray source 204 inside (rear surface), and the X-ray imaging apparatus 200. When the user (operator) instructs the subject S to capture an image of the subject S from the operation unit (not shown), the system control unit 272 of the processing unit 207 controls the X-ray control unit 208 to irradiate X toward the subject S. Is output. In response to this control signal, the X-ray control unit 208 causes the X-ray power source unit 205 to supply power to the X-ray source 204, and the X-ray source 204 emits X-rays and irradiates the subject S with X-rays.

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 first diffraction grating 203 through the subject S, is diffracted by the first diffraction grating 203, and is a self-image of the first diffraction grating 203 at a position away from the Talbot distance L (= Z1). A Talbot image T is formed.

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 second diffraction grating 202 to generate moire and form an image of moire fringes. This moire fringe image is captured by the X-ray imaging unit 201 whose exposure time is controlled by the system control unit 272, for example.

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 X-ray imaging unit 201 outputs an image signal of the moire fringe image to the processing unit 207 via the camera control unit 206. This image signal is processed by the image processing unit 271 of the processing unit 207.

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 first diffraction grating 203, the phase of the X-ray that has passed through the subject S is shifted with respect to the X-ray that does not pass through the subject S. For this reason, the X-rays incident on the first diffraction grating 203 include distortion in the wavefront, and the Talbot image T is deformed accordingly. For this reason, the moire fringes of the image generated by the superposition of the Talbot image T and the second diffraction grating 202 are modulated by the subject S, and the X-rays are bent by the refraction effect by the subject S. Proportional to angle. Therefore, the subject S and its internal structure can be detected by analyzing the moire fringes. Further, by imaging the subject S from a plurality of angles, a tomographic image of the subject S can be formed by X-ray phase CT (computed tomography).

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、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子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。   In the X-ray imaging apparatus 200 of the present embodiment, the first diffraction grating 201 constituting the Talbot interferometer uses a relatively thin phase type diffraction grating DG while further reducing the surface roughness. It is possible to obtain a clearer X-ray image that is more reliably diffracted.

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。   In the X-ray imaging apparatus 200 described above, the Talbot interferometer is configured by the X-ray source 204, the first diffraction grating 203, and the second diffraction grating 202. However, a multi-slit plate is provided on the X-ray emission side of the X-ray source 204. Furthermore, a Talbot-Lau interferometer may be configured by arranging it. By using such a Talbot-Lau interferometer, the X-ray dose irradiated to the subject S can be increased as compared with the case of a single slit, a better moire fringe can be obtained, and the subject S with higher accuracy can be obtained. An image is obtained.

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 X-ray imaging apparatus 200 described above, the subject S is disposed between the X-ray source 204 and the first diffraction grating 203, but the subject S is disposed between the first diffraction grating 203 and the second diffraction grating 202. May be arranged.

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 X-ray imaging apparatus 200, an X-ray image is captured by the X-ray imaging unit 201 and electronic data of the image is obtained, but may be captured by an X-ray film.

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 位相型回折格子
11 支持体部分
12 格子
12a 第1光学的距離部分
12b 第2光学的距離部分
30 基板
31 基板の基部
32 基板の壁部
33 パターン部材
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 phase diffraction grating 11 support portion 12 grating 12a first optical distance portion 12b second optical distance portion 30 substrate 31 substrate base 32 substrate wall 33 pattern member 100A X-ray Talbot interferometer 100B for X-ray Talbot-Lau interferometer 102, 203 First diffraction grating 103, 202 Second diffraction grating 104 Multi slit plate 200 X-ray imaging device

Claims (14)

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、
前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、
前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであること
を特徴とする位相型回折格子。
A plurality of first optical distance portions having a first thickness corresponding to the first optical distance and arranged according to a predetermined rule; and a predetermined amount for X-rays passing through the first optical distance portion. A second optical distance portion having a second thickness corresponding to a second optical distance causing a phase difference and arranged according to the plurality of first optical distance portions; In preparation,
The first optical distance portion is composed of one optical element;
The second optical distance portion is composed of a plurality of optical elements,
One optical element of the first optical distance portion has a refractive index higher than each refractive index of the plurality of optical elements of the second optical distance portion;
Of the plurality of optical elements in the second optical distance portion, the outermost exposed optical element exposed to the outside is a thickness having a surface roughness allowed by specifications. Type diffraction grating.
前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項1に記載の位相型回折格子。
One optical element of the first optical distance portion is a gas or a vacuum;
The outermost exposed optical element of the second optical distance portion is the refractive index of the remaining optical elements excluding the outermost exposed optical element of the plurality of optical elements of the second optical distance portion. The phase-type diffraction grating according to claim 1, wherein the phase-type diffraction grating is a substance having a lower refractive index.
前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第2光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項2に記載の位相型回折格子。
The outermost exposed optical element of the second optical distance portion is one of gold, platinum and iridium;
The phase type diffraction grating according to claim 2, wherein the remaining optical element of the second optical distance portion is any one of silicon, quartz, and aluminum.
前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第2光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第2光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項1に記載の位相型回折格子。
One optical element of the first optical distance portion is a gas or a vacuum;
An outermost exposed adjacent optical element adjacent to the outermost exposed optical element of the second optical distance portion is an optical element adjacent to the outermost exposed in a plurality of optical elements of the second optical distance portion. The phase-type diffraction grating according to claim 1, wherein the phase-type diffraction grating is a substance having a refractive index lower than that of the remaining optical elements excluding the elements.
前記第2光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第2光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項4に記載の位相型回折格子。
The optical element adjacent to the outermost exposed portion of the second optical distance portion is one of gold, platinum and iridium;
The phase type diffraction grating according to claim 4, wherein the remaining optical element of the second optical distance portion is any one of silicon, quartz, and aluminum.
前記第1光学的距離部分の1個の光学的要素は、樹脂材料であること
を特徴とする請求項1に記載の位相型回折格子。
The phase type diffraction grating according to claim 1, wherein one optical element of the first optical distance portion is a resin material.
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。
The sum of the thicknesses of the plurality of optical elements is equal to the second thickness of the second optical distance portion, and the product of the refractive index and the thickness required for each of the plurality of optical elements. The phase type diffraction grating according to any one of claims 1 to 6, wherein each sum of is equal to the second optical distance.
基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、
所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング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。
A pattern member forming step of forming a plurality of pattern members arranged in accordance with a predetermined rule on the substrate with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications;
The plurality of pattern members are not formed in the pattern member forming step at a depth corresponding to the thickness of the plurality of pattern members formed in the pattern member forming step so as to cause a predetermined phase difference. An etching process for etching a portion of the substrate. A method for manufacturing a phase-type diffraction grating.
前記パターン部材形成工程は、
基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えること
を特徴とする請求項8に記載の位相型回折格子の製造方法。
The pattern member forming step includes
A film forming step of forming a film of the pattern member material on the substrate with a thickness having a surface roughness allowed by the specifications;
The phase type diffraction grating according to claim 8, further comprising a patterning step of patterning the film formed in the film forming step so as to be a plurality of pattern members arranged according to the predetermined rule. Manufacturing method.
前記パターン部材形成工程は、
前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の前記基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を前記基板上に形成するパターニング層形成工程と、
前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記パターニング層を除去する除去工程とを備えること
を特徴とする請求項8に記載の位相型回折格子の製造方法。
The pattern member forming step includes
A patterning layer forming step of forming on the substrate a patterning layer patterned so that the substrate in a region corresponding to a plurality of pattern members arranged according to the predetermined rule faces the outside;
A film forming step of forming a film of the pattern member material on the substrate after the patterning layer forming step with a thickness having a surface roughness allowed by specifications;
The method according to claim 8, further comprising a removing step of removing the patterning layer.
前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであること
を特徴とする請求項8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。
The method of manufacturing a phase type diffraction grating according to any one of claims 8 to 10, wherein the etching in the etching step is wet etching or dry etching.
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8ないし請求項11のいずれか1項に記載の位相型回折格子の製造方法。   The method of manufacturing a phase type diffraction grating according to any one of claims 8 to 11, wherein a phase type diffraction grating used for an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-low interferometer is manufactured. 請求項8ないし請求項11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。   A phase type diffraction grating manufactured by the method of manufacturing a phase type diffraction grating according to any one of claims 8 to 11. 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1ないし請求項7および請求項13のいずれか1項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。
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 phase-type diffraction grating according to any one of claims 1 to 7 and 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017083412A (en) * 2015-10-30 2017-05-18 キヤノン株式会社 X-ray diffraction grating and X-ray Talbot interferometer

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