JP2013122487A - 金属格子の製造方法、金属格子およびｘ線撮像装置 - Google Patents

金属格子の製造方法、金属格子およびｘ線撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板を用い電鋳法で格子の金属部分をより緻密に形成し得る金属格子の製造方法、金属格子およびＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】金属格子ＤＧは、第１Ｓｉ部分１１とこの上に形成され第２Ｓｉ部分１２ａおよび金属部分１２ｂを交互に平行に配設した格子１２とを備え、第２Ｓｉ部分１２ａは、金属部分１２ｂとの間に第１絶縁層１２ｃを有し、その頂部に第２絶縁層１２ｄを有している。金属格子ＤＧの製造方法では、シリコン基板上にレジスト層が形成され、これがリソグラフィー法でパターニングして除去され、所定のエッチング法で除去部分を所定の深さＨまでエッチングしつつ前記除去部分よりも幅広にエッチングして凹部（例えばスリット溝等）が形成され、この凹部の内表面に絶縁層が形成され、凹部の底部の絶縁層が除去され、そして、電鋳法で凹部が金属で埋められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる格子を製造するための金属格子の製造方法に関する。そして、本発明は、この製造方法によって製造された金属格子およびこの金属格子を用いたＸ線撮像装置に関する。
回折格子は、多数の平行な周期構造を備えた分光素子として様々な装置の光学系に利用されており、近年では、Ｘ線撮像装置への応用も試みられている。回折格子には、回折方法で分類すると、透過型回折格子と反射型回折格子とがあり、さらに、透過型回折格子には、光を透過させる基板上に光を吸収する部分を周期的に配列した振幅型回折格子（吸収型回折格子）と、光を透過させる基板上に光の位相を変化させる部分を周期的に配列した位相型回折格子とがある。ここで、吸収とは、５０％より多くの光が回折格子によって吸収されることをいい、透過とは、５０％より多くの光が回折格子を透過することをいう。
近赤外線用、可視光用または紫外線用の回折格子は、近赤外線、可視光および紫外線が非常に薄い金属によって充分に吸収されることから、比較的容易に製作可能である。例えばガラス等の基板に金属が蒸着されて基板上に金属膜が形成され、該金属膜が格子にパターニングされることによって、金属格子による振幅型回折格子が作製される。可視光用の振幅型回折格子では、金属にアルミニウム（Ａｌ）が用いられる場合、アルミニウムにおける可視光（約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対する透過率が０．００１％以下であるので、金属膜は、例えば１００ｎｍ程度の厚さで充分である。
一方、Ｘ線は、周知の通り、一般に、物質による吸収が非常に小さく、位相変化もそれほど大きくはない。比較的良好な金（Ａｕ）でＸ線用の回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、１００μｍ程度必要となり、透過部分と吸収や位相の変化部分とを等幅で数μ〜数十μのピッチで周期構造を形成した場合、金部分の幅に対する厚さの比（アスペクト比＝厚さ／幅）は、５以上の高アスペクト比となる。このような高アスペクト比の構造を製造することは、容易ではない。そこで、このような高アスペクト比の構造を備えた回折格子の製造方法が、例えば、特許文献１に提案されている。
この特許文献１に開示の微細構造体の製造方法は、Ｓｉ基板に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜の一部を除去してＳｉ表面を露出する第２工程と、該露出されたＳｉ表面から前記Ｓｉ基板をエッチングして凹部を形成する第３工程と、前記凹部の側壁及び底部に第２の絶縁膜を形成する第４工程と、前記凹部の底部に形成された前記第２の絶縁膜の少なくとも一部を除去してＳｉの露出面を形成する第５工程と、前記Ｓｉの露出面より前記凹部に金属を電解めっきにより充填する第６工程と、を有している。
特開２０１１−１５７６２２号公報
ところで、前記特許文献１に開示された微細構造体の製造方法における前記第５工程は、前記凹部の底部に形成された前記第２の絶縁膜のみを除去することを意図している。しかしながら、実際には、ドライエッチングによって、前記凹部の稜部（基板表面と凹部側面との境界部分）も比較的強くエッチングされてしまうため、前記特許文献１に開示された微細構造体の製造方法は、前記凹部の底部に形成された前記第２の絶縁膜だけでなく、図１６に示すように、前記凹部の稜上の第２の絶縁膜もエッチングされ、前記凹部の稜部が通電可能な状態となってしまう場合がある。このような場合では、前記第６工程によって電解めっき（電鋳法）により前記凹部に金属を充填しようとすると、この前記凹部の稜部でも金属が析出成長してしまい、図１７に示すように、やがて前記凹部の開口部が閉塞され、前記凹部内で前記金属が成長することができなくなってしまう。この結果、高アスペクト比の前記凹部は、金属で完全に充填されず、金属格子を製造することができなくなってしまう。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、シリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる金属格子の製造方法および前記金属格子を提供することである。そして、本発明の他の目的は、この金属格子を用いたＸ線撮像装置を提供することである。
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる金属格子の製造方法は、シリコン基板の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、所定のエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記シリコン基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成するエッチング工程と、前記シリコン基板における前記凹部を形成した側の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去する除去工程と、電鋳法によって、前記シリコン基板に電圧を印加して前記凹部を金属で埋める電鋳工程とを備え、前記エッチング工程は、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もエッチングすることを特徴とする。
このような構成の金属格子の製造方法は、シリコンをドライエッチングするので、例えばスリット溝や柱状穴等の凹部における幅や径に対する深さの比（凹部のアスペクト比＝深さ／幅（または径））の高い前記凹部を形成することができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、この凹部を金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分を持つ金属格子を製造することができる。そして、前記電鋳工程で電鋳法によって前記凹部を金属で埋める際に、まず、前記絶縁層形成工程で、前記凹部の内表面に絶縁層が形成され、前記除去工程で、この絶縁層における前記凹部の底部の部分が除去される。そして、これら絶縁層形成工程および除去工程の前に実施される前記エッチング工程では、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もエッチングされる。したがって、前記絶縁層形成工程では、所定膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜、二酸化シリコン膜）等の絶縁層を形成することができ、凹部を構成する壁部であってエッチング工程で残留したシリコン基板の壁部の全表面が絶縁層によって絶縁状態となるとともに、凹部の底部分が通電可能な状態となる。しかも、前記エッチング工程で、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もエッチングされるため、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層は、笠を被ったように前記壁部における頂部を覆うから、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層における両端部は、前記壁部における頂部の両稜部（両肩部）に対しいわゆる庇のように機能することになる。このため、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層における両端部によって、前記凹部の稜部（前記壁部における頂部の両稜部）が除去工程の除去作用から保護されるため、前記凹部の稜部も、前記絶縁層（および場合によっては前記レジスト層）によってより確実に絶縁される。このため、凹部の壁面（内側側面）から金属がより確実に析出および成長することがなく、凹部の底部分から金属がより確実に析出し成長する。したがって、このような構成の金属格子の製造方法は、このように金属が前記凹部の底部分からより確実に選択的に成長するので、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳法によって格子の前記金属部分をより緻密に形成することができる。
また、他の一態様では、上述の金属格子の製造方法において、前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、前記保護工程の実施時間に対する前記削り取り工程の実施時間の比（＝削り取り工程実施時間／保護工程実施時間）は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、高いことを特徴とする。
この構成によれば、前記保護工程の実施時間に対する前記削り取り工程の実施時間の比を上述のようにより高くするという、比較的簡易な手法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現される。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、前記削り取り工程に、前記保護工程に用いられる前記保護膜を形成するための保護膜形成原料も使用する場合に、該保護膜形成原料は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、少ないことを特徴とする。
この構成によれば、前記削り取り工程にも用いられる前記保護膜を形成するための保護膜形成原料を上述のようにより少なくするという、比較的簡易な手法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現される。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、前記削り取り工程での前記ドライエッチング法のバイアス電圧は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、低電圧であることを特徴とする。
この構成によれば、前記削り取り工程での前記ドライエッチング法のバイアス電圧を上述のようにより低電圧化するという、比較的簡易な手法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現される。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、前記ドライエッチング法における少なくとも削り取り工程の際のプラズマ化に用いられる電力は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、大きいことを特徴とする。
この構成によれば、前記ドライエッチング法における少なくとも削り取り工程の際のプラズマ化に用いられる電力を上述のようにより大きくするという、比較的簡易な手法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現される。
また、他の一態様では、上述の金属格子の製造方法において、前記エッチング工程は、所定の第１エッチング法によって、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする第１工程と、前記第１エッチング法とは異なる所定の第２エッチング法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板をエッチングする第２工程とを備えることを特徴とする。そして、好ましくは、前記第１エッチング法は、ドライエッチング法であり、前記第２エッチング法は、ウェットエッチング法である。
この構成によれば、エッチング工程に複数のエッチング法を用いた金属格子の製造方法が提供され、各エッチング法の長所を活かして前記エッチング工程を実施することができる。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記除去工程は、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去するとともに、前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする除去広表面積化であることを特徴とする。
このような構成の金属格子の製造方法は、前記除去工程の前記除去広表面積化工程で、さらに、前記凹部の底部の絶縁層が除去されるだけでなく、前記凹部の底部に露出した前記シリコン基板がさらにエッチングされ、前記凹部の底部分の表面積が該エッチング前より広くされるので、シリコン基板が露出する面積がより広くなる。この結果、前記電鋳工程における通電面積がより広くなり、各凹部における金属の成長速度のばらつきが低減される。したがって、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳法によって各凹部における金属の成長長の略均一な金属格子を製造することができる。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記絶縁層形成工程は、堆積法、熱酸化法および陽極酸化法のうちのいずれかの方法によって、前記シリコン基板における前記凹部を形成した側の表面に絶縁層を形成することを特徴とする。
このような構成の金属格子の製造方法において、例えば化学気相成長法等の堆積法が用いられる場合には、緻密性に優れた絶縁層が形成され、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。熱酸化法が用いられる場合には、緻密で密着性に優れたシリコン酸化膜が形成され、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。陽極酸化法が用いられる場合には、緻密性、密着性および膜厚の均一性に優れたシリコン酸化膜が形成され、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。したがって、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳工程の電鋳法に対し電気的な絶縁を確保することができる緻密で所定膜厚の絶縁層を形成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記ドライエッチング法は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）であることを特徴とする。
このような構成の金属格子の製造方法は、ＲＩＥによって異方性エッチングを行うことができるので、深さ方向（主面（表面）に垂直な方向）に沿ってシリコン基板をエッチングすることができ、比較的容易に前記凹部を形成することができる。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記シリコン基板は、前記ｎ型シリコンであることを特徴とする。
このような構成の金属格子の製造方法は、前記シリコン基板の導電型がｎ型であるので、電鋳法でシリコン基板を陰極とした場合に、容易に、シリコン基板からメッキ液に電子を与え、金属を析出させることができる。
また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法は、Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる金属格子を製造する場合に用いられる。
上述したように、Ｘ線では、高アスペクト比が求められるが、これら上述の金属格子の製造方法を用いることによって、より緻密に形成され成長長の均一な高アスペクト比の金属部分を備えたＸ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子やマルチスリット板の金属格子を製造することができる。
そして、本発明の他の一態様にかかる金属格子は、これら上述のいずれかの金属格子の製造方法によって製造される。また、本発明の他の一態様にかかる金属格子は、第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成され、周期的に配列された複数の金属部分と前記複数の金属部分間に配置される第２シリコン部分と持つ１次元格子または２次元格子とを備え、前記複数の金属部分と前記第２シリコン部分との間に複数の第１絶縁層をそれぞれさらに備え、前記複数の第２シリコン部分上および前記複数の第１絶縁層上に複数の第２絶縁層をそれぞれさらに備えることを特徴とする。また、一次元の金属格子は、好ましくは、第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成され、一方向に線状に延びる複数の第２シリコン部分と前記一方向に線状に延びる複数の金属部分とが交互に平行に配設された１次元周期構造の格子と、上述の複数の第１絶縁層と、上述の複数の第２絶縁層とを備える。また、二次元の金属格子は、好ましくは、第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成され、線形独立な２方向に所定の間隔を空けて等間隔に配設される複数の金属部分と前記複数の金属部分間に配置される第２シリコン部分とを持つ２次元周期構造の格子と、上述の複数の第１絶縁層と、上述の複数の第２絶縁層とを備える。
これら上述の金属格子は、より緻密に形成された高アスペクト比の金属部分を備えることができる。このため、このような構成の金属格子は、例えば、Ｘ線に好適に用いることができ、特に、Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計により好適に用いることができる。
また、他の一態様では、上述の金属格子において、前記金属部分は、前記第１シリコン層内へさらに延設されていることを特徴とする。
この構成によれば、成長長の略均一な金属部分を持つ金属格子が提供される。
また、本発明の他の一態様にかかるＸ線撮像装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、前記Ｘ線源から放射されたＸ線が照射されるタルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計と、前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計によるＸ線の像を撮像するＸ線撮像素子とを備え、前記タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計は、上述の金属格子を含むことを特徴とする。
このような構成のＸ線撮像装置は、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計を構成する金属格子に、金属部分がより緻密な上述の金属格子を用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
本発明にかかる金属格子の製造方法は、シリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる。そして、本発明では、このような金属格子の製造方法によって製造される金属格子ならびにこの金属格子を用いたＸ線撮像装置が提供される。
実施形態における金属格子の構成を示す斜視図である。 実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図（その１）である。 実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図（その２）である。 実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図（その３）である。 実施形態における金属格子の製造工程中のシリコン基板を示す斜視図である。 エッチング工程後のシリコン基板の様子を示す図である。 除去広表面積化工程後のシリコン基板の様子を示す図である。 除去広表面積化工程後に電鋳工程を行う場合と、凹部の底部に形成された絶縁層のみを除去する除去工程後に電鋳工程を行う場合とにおける金属成長の相違を説明するための図である。 凹部における底部分の断面形状の相違による電鋳工程での金属成長の相違を説明するための図である。 凹部における底部分の他の形状を示す図である。 実施形態における金属格子の他の製造方法を説明するための図（その１）である。 実施形態における金属格子の他の製造方法を説明するための図（その２）である。 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。 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。 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。 従来技術における凹部の底部に形成した絶縁膜を除去するべくエッチングを行った後の前記凹部の稜部分の状態を示す断面図である。 図１６に示すシリコン基板を用いて電鋳法によって前記凹部を金属で充填した場合のシリコン基板の状態を示す断面図であり、その（Ａ）は、全体図であり、その（Ｂ）および（Ｃ）は、前記（Ａ）の一部拡大図である。
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。
（金属格子）
図１は、実施形態における金属格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の金属格子ＤＧは、図１に示すように、第１シリコン部分１１と、第１シリコン部分１１上に形成された格子１２とを備えて構成される。第１シリコン部分１１は、図１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、ＤｘＤｙ面に沿った板状または層状である。格子１２は、所定の厚さＨ（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２シリコン部分１２ａと、前記所定の厚さＨを有して前記一方向Ｄｘに線状に延びる複数の金属部分１２ｂとを備え、これら複数の第２シリコン部分１２ａと複数の金属部分１２ｂとは、前記一方向Ｄｘに直交する方向Ｄｙに交互に、前記方向Ｄｙを法線とするＤｘＤｚ面に平行に、配設される。このため、複数の金属部分１２ｂは、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。言い換えれば、複数の第２シリコン層１２ａは、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔（ピッチ）Ｐは、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の金属部分１２ｂ（複数の第２シリコン部分１２ａ）は、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに等間隔Ｐでそれぞれ配設されている。第２シリコン部分１２ａは、前記ＤｘＤｙ面に直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。金属部分１２ｂは、互いに隣接する第２シリコン部分１２ａに挟まれた、ＤｘＤｚ面に沿った板状または層状の格子部分１２ｂａと、この格子部分１２ｂａの一方端から第１シリコン部分１１内へ延びる成長始端部分１２ｂｂとを備えている。
そして、複数の第２シリコン部分１２ａと複数の金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａとの各間には、複数の第１絶縁層１２ｃがそれぞれさらに備えられている。すなわち、第２シリコン部分１２ａの両側面には、第１絶縁層１２ｃが形成されている。言い換えれば、金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａの両側面には、第１絶縁層１２ｃが形成されている。第１絶縁層１２ｃは、第２シリコン層１２ａと金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａとを電気的に絶縁するように機能し、例えば、酸化膜によって形成される。酸化膜は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜、シリコン酸化膜）やアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜、酸化アルミニウム膜）等である。一方、複数の第２シリコン部分１２ａと複数の金属部分１２ｂにおける成長始端部分１２ｂｂとの各間には、上述のような絶縁層は、形成されておらず、第２シリコン部分１２ａと金属部分１２ｂにおける成長始端部分１２ｂｂとは、電気的に導通している。成長始端部分１２ｂｂは、後述するように、電鋳工程で金属部分１２ｂが成長し始めた部分である。
さらに、複数の第２シリコン部分１２ａの上面（頂部上）および複数の第１絶縁層１２ｃの上面（上端上）には、第２絶縁層１２ｄがそれぞれさらに備えられている。第２絶縁層１２ｄは、第２シリコン層１２ａを後述の電鋳法において電気的に絶縁するように機能する。この第２絶縁層１２ｄは、例えば、酸化膜や感光性樹脂層（フォトレジスト膜）等によって形成される。酸化膜は、例えば、シリコン酸化膜やアルミナ膜等を挙げることができる。
これら第１シリコン部分１１、複数の第２シリコン部分１２ａ、複数の第１絶縁層１２ｃおよび複数の第２絶縁層１２ｄは、Ｘ線を透過するように機能し、複数の金属部分１２ｂは、Ｘ線を吸収するように機能する。特に金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａが主体的にＸ線を吸収するように機能する。このため、金属格子ＤＧは、一態様として、前記所定の間隔ＰをＸ線の波長に応じて適宜に設定することにより、回折格子として機能する。金属部分１２ｂの金属は、Ｘ線を吸収するものが好適に選択され、例えば、原子量が比較的重い元素の金属や貴金属、より具体的には、例えば、金（Ａｕ）、プラチナ（白金、Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）等である。また、金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａは、例えば仕様に応じて充分にＸ線を吸収することができるように、適宜な厚さＨとされている。この結果、金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａにおける幅Ｗに対する厚さＨの比（アスペクト比＝厚さ／幅）は、例えば、５以上の高アスペクト比とされている。金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａの幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａの長さであり、金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａの厚さＨは、前記一方向Ｄｘとこれに直交する前記方向Ｄｙとで構成される平面ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける金属部分１２ｂにおける格子部分１２ｂａの長さである。
このような高アスペクト比の金属部分１２ｂを備える金属格子ＤＧは、シリコン基板の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、所定のエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記シリコン基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成するエッチング工程と、前記シリコン基板における前記凹部を形成した側の表面（前記基板における元々の表面および前記凹部の表面）に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去する除去工程と、電鋳法によって、前記シリコン基板に電圧を印加して前記凹部を金属で埋める電鋳工程とによって製造される。ここで、前記エッチング工程は、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もエッチングする。なお、前記凹部は、１次元格子では、例えば、スリット溝であり、また２次元格子では、柱状穴（柱状孔）等である。以下、前記凹部がスリット溝である前記金属格子ＤＧの製造方法について、詳述する。なお、凹部が例えば柱状穴等の他の形状であっても同様である。
（製造方法）
図２ないし図４は、実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図である。図５は、実施形態における金属格子の製造工程中のシリコン基板を示す斜視図である。図６は、エッチング工程後のシリコン基板の様子を示す図である。図６（Ａ）は、壁部３２全体（スリット溝ＳＤ）全体を示し、図６（Ｂ）は、壁部３２の頂部を拡大した一部拡大図である。図７は、除去広表面積化工程後のシリコン基板の様子を示す図である。図６および図７は、写真を図面化したものである。
本実施形態の金属格子ＤＧを製造するために、まず、シリコン基板３０が用意される（図２（Ａ））。好ましくは、シリコン基板３０は、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンである。
ここで、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４６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。
次に、シリコン基板３０の主面上にレジスト層３３が形成され（レジスト層形成工程）、このレジスト層３３をパターニングして前記パターニングした部分のレジスト層３３が除去される（パターニング工程、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）、図３（Ａ））。
レジスト層とは、エッチングの際に、該エッチングに抗して保護膜として機能する層である。例えば、レジスト層３３は、次のエッチング工程のエッチング処理に対し耐性のある材料であってよい。耐性のあるとは、エッチング処理において、全くエッチングされないという意味である必要はなく、比較的エッチングされ難いという意味であり、エッチングすべきエッチング対象部分がエッチングされる間、エッチングすべきではない非エッチング対象部分を保護する保護膜として機能するという意味である。
このレジスト層３３は、本実施形態では、例えば、後述の絶縁層３４と同一の材料であってよく、例えば、次のエッチング工程のエッチング処理に対し耐性のある絶縁性のシリコン酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜）３３ａであってよい。このシリコン酸化膜３３ａが、パターニングされたレジスト層３３として用いられ、このシリコン酸化膜３３ａをパターニングするために、感光性樹脂層（フォトレジスト膜）４０が用いられる。
また例えば、このレジスト層３３は、本実施形態では、絶縁層３４と異なる材料であってよく、例えば、エッチング工程のエッチング処理に対し耐性を有するとともに除去広表面積化工程の除去処理に対し耐性を有する絶縁性の金属酸化膜３３ｂであってよい。このような金属酸化膜３３ｂは、例えば、アルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜）等である。この金属酸化膜３３ｂが、パターニングされたレジスト層３３として用いられ、この金属酸化膜３３ｂをパターニングするために、感光性樹脂層４０が用いられる。
このようなシリコン酸化膜３３ａおよび金属酸化膜３３ｂは、絶縁性を有するとともに、エッチング工程および除去広表面積化工程の後に残留可能な層となる。
また例えば、レジスト層３３は、絶縁層３４と異なる材料であってよく、例えば、エッチング工程のエッチング処理に対し耐性を有する酸化可能な金属膜３３ｃであってよい。このような金属膜３３ｃは、例えば、アルミニウム膜（Ａｌ膜）等である。この金属膜３３ｃが、パターニングされたレジスト層３３として用いられ、この金属膜３３ｃをパターニングするために、感光性樹脂層４０が用いられる。なお、この場合、金属膜３３ｃは、後の工程で酸化され絶縁性を持つことになるが、その際に、金属酸化膜の内部に金属部分が残留しても全体が金属酸化膜となってもよい。
このような酸化可能な金属膜３３ｃも、絶縁層形成工程の熱酸化によって絶縁性を有するとともに、エッチング工程および除去広表面積化工程の後に残留可能な層となる。
このようなレジスト層３３は、種々の方法によって形成することができる。より具体的には、例えば、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、シリコン基板３０の表面にレジスト層３３としてシリコン酸化膜３３ａ形成される。このシリコン酸化膜３３ａは、例えば、公知の常套手段である熱酸化法、陽極酸化法、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）およびスパッタ法等の種々の成膜方法によって形成される。例えば、熱酸化法では、シリコン基板３０が配置された石英管内に酸素雰囲気（不活性ガスを含んでもよい）または水蒸気が導入され、前記酸素雰囲気または前記水蒸気の気体雰囲気中でシリコン基板３０が、前記石英管をヒータによって加熱することで高温に加熱され、その表面に所定の厚さ（例えば約２００ｎｍ等）のシリコン酸化膜３３ａが形成される。また例えば、陽極酸化法では、シリコン基板３０に電源の陽極が接続され、電源の陰極に接続された陰極電極およびシリコン基板３０が電解液に浸けられる。そして、通電されると、シリコン基板３０の表面に所定の厚さ（例えば約２００ｎｍ等）のシリコン酸化膜３３ａが形成される。シリコン酸化膜３３ａは、シリコン基板３０の少なくとも上面に形成されるが、裏面や側面にも形成されてもよい。このようにレジスト層３３としてシリコン酸化膜３３ａが用いられるので、公知、常套手段の熱酸化法、化学気相成長法、陽極酸化法およびスパッタ法等の種々の成膜方法を用いることができるから、比較的容易にシリコン酸化膜３３ａを形成することが可能となる。また例えば、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）では、有機シランの一種であるテトラエトキシシラン（Tetraethoxysilane、ＴＥＯＳ）が加温され、キャリアガスによってバブリングされることによってＴＥＯＳガスが生成され、このＴＥＯＳガスに例えば酸素やオゾン等の酸化ガスおよび例えばヘリウム等の希釈ガスが混合されて原料ガスが生成される。そして、この原料ガスが例えばプラズマＣＶＤ装置や常温オゾンＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置に導入され、ＣＶＤ装置内のシリコン基板３０の表面に所定の厚さ（例えば２００ｎｍ等）のシリコン酸化膜３３ａが形成される。また例えば、スパッタ法では、スパッタ成膜装置の真空チャンバー内にレジスト層３３として成膜させたい物質(例えば石英やアルミナ等)のターゲットが設置され、高電圧を印加することによってイオン化されたアルゴン等の希ガス元素（普通はアルゴンを用いる）が前記ターゲットに照射および衝突される。この衝突によって前記ターゲットの表面の原子がはじき飛ばされる(スパッタリングされる)。このはじき飛ばされた原子（スパッタリング粒子）が、シリコン基板３０に到達することで、シリコン基板３０の表面に前記スパッタリング粒子が降り積もって堆積し成膜される。また例えば、蒸着法では、真空蒸着装置の真空チャンバー内にレジスト層３３として成膜させたい物質（蒸着源）と対面させるようにシリコン基板３０が配置され、蒸着源を加熱することによって成膜物質（蒸着物質）が蒸発して気体状態となり、飛翔する。この蒸着物質が、シリコン基板３０に到達することで、シリコン基板３０の表面に前記蒸着物質が降り積もって堆積し成膜される。
レジスト層３３の厚さ（膜厚）ｔ１は、レジスト層３３の材質に応じ、次工程のエッチング工程および後述の除去広表面積化工程の後に残留するように、適宜に調整される。
続いて、シリコン基板３０に形成されたシリコン酸化膜３３ａ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（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２（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２（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２（Ｃ））。そして、露光されなかった部分（あるいは露光された部分）の感光性樹脂層４０が除去される（図２（Ｄ））。
続いて、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シリコン酸化膜３３ａが除去されてシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる（図３（Ａ））。より具体的には、例えば、ＣＨＦ３ガスの反応性リアクティブエッチング（ＲＩＥ）によってシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる。また例えば、フッ酸のウェットエッチングによってシリコン酸化膜３３ａがパターニングされる。このパターニング工程におけるレジスト層３３としてのシリコン酸化膜３３ａのエッチングは、他のエッチング方法であってもよい。
なお、上述のシリコン酸化膜３３ａの場合において、レジスト層３３としてのシリコン酸化膜３３ａに代え、金属酸化膜３３ｂを用いる場合には、金属酸化膜３３ｂは、例えば、化学気相成長法およびスパッタ法等の成膜方法によって成膜される。また、前記パターニング工程における金属酸化膜３３ｂのパターニングには、適宜な反応性ガスを用いたＲＩＥが用いられる。例えば、金属酸化膜３３ｂがアルミナ膜３３ｂである場合には、スパッタ法によってアルミナ膜３３ｂが約１５０ｎｍで成膜され、塩素ガスを用いたＲＩＥによってこのアルミナ膜３３ｂがパターニングされる。
また、上述のシリコン酸化膜３３ａの場合において、レジスト層３３としてのシリコン酸化膜３３ａに代え、金属膜３３ｃを用いる場合には、金属膜３３ｃは、例えば、真空蒸着法およびスパッタ法等の成膜方法によって成膜される。また、前記パターニング工程における金属膜３３ｃのパターニングには、適宜な反応性ガスを用いたＲＩＥが用いられる。例えば、金属膜３３ｃがアルミニウム膜３３ｃである場合には、スパッタ法によってアルミニウム膜３３ｃが約１５０ｎｍで成膜され、塩素ガスを用いたＲＩＥによってこのアルミニウム膜３３ｃがパターニングされる。
そして、次に、ドライエッチング法によって感光性樹脂層４０およびレジスト層３３を除去した部分に対応するシリコン基板３０が、前記法線方向Ｄｚに第１の所定の深さＨまでエッチングされる。このシリコン基板３０のエッチングの際に、本実施形態では、さらに、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もエッチングされる。これによってレジスト層３３の開口部分の幅ＷＡよりも広い幅ＷＳを持つスリット溝ＳＤが形成される（図３（Ｂ）、エッチング工程）。すなわち、このエッチング工程によって、スリット溝ＳＤの幅ＷＳは、平面視にて、前記パターニング工程によってレジスト層３３を除去した開口部分の幅ＷＡよりも広い幅であり、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層３３の端部を深さ方向（Ｄｚ方向）に延長した仮想線ＲＬを想定した場合に、スリット溝ＳＤの壁面は、前記仮想線ＲＬよりも、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層３３内側に形成されている。言い換えれば、平面視にて、前記パターニング工程によってレジスト層３３を除去した開口部分の開口形状を維持するように、シリコン基板３０をエッチングする場合に較べて、スリット溝ＳＤを構成する壁部３２であって前記エッチング工程で残留したシリコン基板３０の壁部３２は、幅方向（Ｄｙ方向）の長さが細く、痩せている。したがって、前記パターニング工程後に残留しているレジスト層３３は、前記壁部３２における頂部を、笠を被ったように覆うから、前記パターニング工程後に残留しているレジスト層３３における両端部は、前記壁部３２における頂部の両稜部（両肩部）に対し、いわゆる庇のように機能することになる。
なお、図５には、エッチング工程後におけるシリコン基板３０の一構造例が示されており、この場合では、図３（Ｂ）には、図５に示すＡＡ’線でのこのシリコン基板３０の断面が示されている。
より具体的には、パターニングされた感光性樹脂層４０およびレジスト層３３をマスクとして、シリコン基板３０における表面から所定の深さＨまで、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングでシリコン基板３０がエッチングされる。
このＩＣＰドライエッチングは、好ましくは、ＩＣＰ装置によるＡＳＥ（Advanced Silicon Etch）プロセスの一種であるボッシュプロセスである。このプロセスは、ＳＦ６プラズマ中のＦラジカルとＦイオンによるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、エッチングすべきシリコン基板３０の部分の表面を削り取ってエッチングを行う削り取り工程と、Ｃ４Ｆ８プラズマ中のＣＦｘラジカルおよびそれらのイオンの重合反応によって、テフロン（登録商標）に近い組成を有するポリマー膜を、削り取った表面に堆積させて、前記削り取った表面を、削り取りから保護する保護膜として前記ポリマー膜を作用させる保護工程とを交互に繰り返すものである。この場合において、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もエッチングするために、次の条件によってエッチングが行われる。
このようなエッチング法では、前記削り取り工程および前記保護工程を行う場合における、真空度、工程実施時間、腐食ガス（削り取りガス）供給量（上記例ではＳＦ６ガス供給量）、保護膜形成ガス供給量（上記例では、Ｃ４Ｆ８ガス供給量、Ｏ２ガス供給量）、プラズマ化電力、およびバイアス電圧によって、スリット溝ＳＤの形状が決定される。
真空度の条件：真空度が低いほど（高真空であるほど、気圧が低いほど、気体密度が低いほど）、その空間に存在する原子や分子が少ないので、表面の削り取りを行う削り取り粒子（原子やラジカル原子等）は、他の原子や分子と衝突する可能性（確率）が低くなる（平均自由行程が長くなる）。その結果、真空度が低いほど、前記削り取り粒子は、指向性を持ってシリコン基板３０に向かうことになる。このように真空度は、前記削り取り粒子の指向性を決める要因となり、削り取る場所を決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、真空度は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板３０をエッチングする場合（以下、この場合を「忠実転写の場合」と適宜に呼称する。）に較べて、高いこと（低真空であること、気圧が高いこと、気体密度が高いこと）が好ましい。
工程実施時間の条件：保護工程では、保護膜は、削り取ることによって形成された溝の側壁面だけでなく、底面にも形成され、削り取り工程では、シリコン基板３０だけでなく、この保護膜も削り取る。ここで、削り取り粒子は、シリコン基板３０の表面（前記パターニング工程によってレジスト層３３を除去した開口部分の表面）に対し、なるべく垂直に進入するように、装置が構成されているので、前記溝の底面における保護膜およびシリコン基板３０を優位に削り取る。このため、忠実転写の場合では、前記側壁面に形成された保護膜が消失する頃合いを見計らって、削り取り工程は、終了され、続けて、保護工程が実施される。削り取り工程が実施される期間である削り取り工程実施時間と、保護工程が実施される期間である保護工程実施時間とが、上述のようにバランスを取りながら、削り取り工程と保護工程とが交互に繰り返し実施され、忠実転写のエッチングが実施される。このように工程実施時間は、深さ方向の削り取り量と、幅方向の削り取り量とのバランスを決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、保護工程実施時間に対する削り取り工程実施時間の比（＝削り取り工程実施時間／保護工程実施時間）は、忠実転写の場合に較べて、高いことが好ましい。
腐食ガス（削り取りガス）供給量の条件：削り取りは、削り取り粒子によって行われるので、その元となる腐食ガスの供給量が多いほど、削り取り量は、多くなる。このように腐食ガス供給量は、削り取り量を決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、腐食ガス供給量は、忠実転写の場合に較べて、多いことが好ましい。シリコン基板３０の場合では、一般に、ＳＦ６ガスが腐食ガスとして用いられる。
保護膜形成ガス供給量の条件：保護膜は、その元となる保護膜形成ガスの供給量が多いほど、その厚さが厚くなり、削り取りに対する耐性が向上する。このように保護膜形成ガス供給量は、削り取りに対する耐性の程度（度合い）を決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、保護膜形成ガス供給量は、忠実転写の場合に較べて、少ないことが好ましい。また、この観点から、前記削り取り工程に、前記保護工程に用いられる前記保護膜を形成するための保護膜形成原料も使用する場合に、この保護膜形成原料は、忠実転写の場合に較べて、少ないことが好ましい。
上述の例では、一般に、Ｃ４Ｆ８ガスや、Ｏ２ガスが保護膜形成ガスとして用いられる。なお、Ｃ４Ｆ８ガスは、基本的に保護工程で使用されるが、削り取り工程で腐食ガスと合わせて使用されると、削り取りが行われつつ、保護膜を形成するので、保護膜の消失を、Ｃ４Ｆ８ガスを腐食ガスと合わせて使用しない場合に較べて、遅延させることができる。また、上記Ｃ４Ｆ８ガスがそれ自身によって保護膜として有機ポリマーの堆積膜を形成するが、これに対しＯ２ガスは、シリコン基板３０のシリコンと反応してその表面に石英ライクな保護膜を形成する。これによって前記溝の側面（壁部の側壁面）に対する保護機能が向上し、前記溝がその幅方向に拡がることを防ぐ。このＯ２ガスは、導入し過ぎると、前記溝の側面だけでなく底面も比較的強固な石英ライクな保護膜を形成するので、僅かに導入するものであり、全く導入しなくてもよい。
プラズマ化電力：プラズマ化電力は、前記腐食ガスおよび保護膜形成ガスのドライエッチング法で導入されるガスをプラズマ化するために装置に供給される電力である。導入ガスをプラズマ化することによって削り取り粒子が生成されて削り取り作用が促進され、また、保護膜形成作用が促進される。このようにプラズマ化電力は、削り取り工程では、削り取り量を決める要因となり、また、保護工程では、削り取りに対する耐性の程度を決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、少なくとも削り取りの際にはプラズマ化電力は、忠実転写の場合に較べて、大きいことが好ましい。
バイアス電圧：バイアス電圧は、ドライエッチング法において、荷電粒子をシリコン基板の表面にその法線方向から加速させて引き込むための加速電圧である。バイアス電圧が高いほど（高電圧であるほど）、より高速に、より垂直性を持って、荷電粒子は、シリコン基板に衝突する。このため、バイアス電圧は、削り取り工程では、削り取る場所を決める要因となり、また、保護工程では、保護膜を形成する場所を決める要因となる。したがって、上述のエッチング工程を実現するためには、バイアス電圧は、削り取り工程では、忠実転写の場合に較べて、低電圧であることが好ましい。また、保護工程のバイアス電圧は、荷電粒子をシリコン基板に無指向で衝突させて前記溝の側面に保護膜を形成するべく、一般に、印加されずに、０Ｖとされる（電位差が設けられない）。
このような趣旨の下に、一具体例を挙げると、エッチング条件は、表１に示す通りである。
表１に示す例では、真空度は、忠実転写の場合の１０ｍＴｏｒｒに較べて高い（低真空）２０ｍＴｏｒｒとされ、保護工程実施時間に対する削り取り工程実施時間の比は、忠実転写の場合の５／３に較べて２以上も高い１５／５（＝３）とされ、削り取り工程における保護膜形成ガスのＣ４Ｆ８ガス供給量は、忠実転写の場合の５０ｓｃｃｍに較べて少なく、０とされ（供給無しとされ）、削り取り工程における腐食ガスのＳＦ６ガス供給量は、忠実転写の場合の５０ｓｃｃｍに較べて多い２００ｓｃｃｍとされ、プラズマ化電力であるＲＦ電力は、忠実転写の場合の５００Ｗに較べて大きい６００Ｗとされ、そして、削り取り工程におけるバイアス電圧は、忠実転写の場合の１００Ｗに較べて低電圧の２５Ｗとされた。
このようなエッチング工程後のシリコン基板３０の様子の一例を図６に示す。図６に示すように、前記パターニング工程後に残留しているレジスト層３３は、前記壁部３２における頂部を、笠を被ったように覆っており、前記パターニング工程後に残留しているレジスト層３３における両端部は、前記壁部３２における頂部の両稜部（両肩部）に対し、いわゆる庇のようになっている。
なお、ドライエッチング法は、ＩＣＰドライエッチングに限定するものではなく、他の手法であってもよい。例えば、いわゆる、並行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、磁気中性線プラズマ（ＮＬＤ）ドライエッチング、化学支援イオンビーム（ＣＡＩＢ）エッチングおよび電子サイクロトロン共鳴型リアクティブイオンビーム（ＥＣＲＩＢ）エッチング等のエッチング技術であってもよい。また例えば、ウェットエッチングであってもよく、例えば水酸化カリウムを使ったシリコンの異方性エッチングでもよい。
また、上述では、１つのエッチング法によってエッチング工程が実施されたが、所定の第１エッチング法によって、平面視にてレジスト層３３を除去した部分の形状を維持するようにシリコン基板３０をエッチングする第１工程と、前記第１エッチング法とは異なる所定の第２エッチング法によって、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０をエッチングするエッチング工程が実施されてもよい。このように複数のエッチング法を用いることによって、各エッチング法の長所を活かして前記エッチング工程を実施することができる。
例えば、ドライエッチング法とウェットエッチング法との組み合わせがある。より具体的には、例えば、第１エッチング法の第１工程として、ドライエッチング法のボッシュプロセスを使った従来の忠実転写でシリコン基板３０にスリット溝ＳＤが形成された後に、第２エッチング法の第２工程として、フッ酸、硝酸および酢酸の混合溶液で軽くウェットエッチングすることで前記忠実転写で形成したスリット溝ＳＤの溝幅が拡大される。これによって前述の庇構造を得ることも可能である。より具体的には、フッ酸と硝酸と酢酸とをそれぞれ８ｖｏｌ％、７５ｖｏｌ％、１７ｖｏｌ％の混合比で混ぜた２５度の溶液を用いる場合、約８０ｎｍ／秒程度のレートでシリコンをエッチングすることができるため、例えば１０秒程度、この溶液に浸した場合、レジスト層３３に対して約８００ｎｍ内側に削れた庇が得ることができる。
これらのエッチング法では、上述の趣旨と同様の趣旨でエッチング条件を調整することによって、上述のエッチング工程を実現することができる。
ここで、このＩＣＰドライエッチングによって感光性樹脂層４０は、除去される。また、レジスト層３３が若干エッチングされてもよい。
上述の例において、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、このシリコン酸化膜３３ａは、ＩＣＰドライエッチングによって、その厚さが約２００ｎｍから約１７０ｎｍへ目減りする。また、レジスト層３３が金属酸化膜３３ｂとしてのアルミナ膜３３ｂである場合には、アルミナ膜３３ｂは、ＩＣＰドライエッチングによって、その厚さが例えば、約１５０ｎｍから約１３０ｎｍへ目減りする。また、レジスト層３３が金属膜３３ｃとしてのアルミニウム膜３３ｃである場合には、アルミニウム膜３３ｃは、ＩＣＰドライエッチングによって、その厚さが例えば、約１５０ｎｍから約１３０ｎｍへ目減りする。
ここで、このエッチングされてＤｘＤｚ面に沿って残ったシリコン基板３０の板状部分（層状部分、壁部）３２が第２シリコン部分１２ａとなり、このエッチングされてＤｘＤｙ面に沿って残ったシリコン基板３０の板状部分（基部）３１が第１シリコン部分１１となる。
次に、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、熱酸化法によって、後述の電鋳工程の電鋳法に対し絶縁性を有するように所定の厚さの絶縁層３４が形成される（図３（Ｃ）、絶縁層形成工程）。この絶縁層３４は、シリコン基板３０を用いていることから、シリコン酸化膜３４ａであり、この絶縁層３４としてのシリコン酸化膜３４ａは、例えば厚さ約４０ｎｍで形成される。このシリコン酸化膜３４ａは、シリコン基板３０の少なくともスリット溝ＳＤの内表面に形成されるが、シリコン基板３０の裏面や側面等にも形成されてもよい。この熱酸化法は、酸化したい素材（本実施形態ではシリコン基板３０の凹部内表面）を酸素や水蒸気の気体雰囲気中で加熱することによって前記素材表面から酸化膜を成長させて形成するので、非常に緻密で、前記素材と一体化した密着性のよい酸化膜を得ることができる。そして、この熱酸化法は、気体雰囲気の流量や、加熱時間を調整することによって、その膜厚を精度よく制御することもでき、数ｎｍの膜厚の酸化膜からミクロンオーダーの膜厚の酸化膜まで容易に得ることができる。したがって、電鋳工程の電鋳法における絶縁膜３４を形成する方法として、この熱酸化法は、好適である。
より具体的には、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、例えば、２００ミリリットル／分の割合で導入される酸素の雰囲気中で、１０００℃、６０分間、加熱することによって、スリット溝ＳＤの内表面全体に亘ってほぼ均一な約４０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。また例えば、１リットル／分の割合で導入される水蒸気の雰囲気中で、１１５０℃、４分間、加熱することによって、スリット溝の内表面全体に亘ってほぼ均一な約４０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。
また、レジスト層３３が金属酸化膜３３ｂ（この例ではアルミナ膜３３ｂ）である場合には、１リットル／分の割合で導入される水蒸気の雰囲気中で、１１５０℃、４分間、加熱することによって、スリット溝ＳＤの内表面全体に亘ってほぼ均一な約４０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。
また、レジスト層３３が金属膜３３ｃ（この例ではアルミニウム膜３３ｃ）である場合には、２００ミリリットル／分の割合で導入される酸素の雰囲気中で、１０００℃、６０分間、加熱することによって、スリット溝ＳＤの内表面全体に亘ってほぼ均一な約４０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。
ここで、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａや金属酸化膜３３ｂである場合には、この絶縁層形成工程の熱酸化によってその表面に酸化膜は、略形成されない。上述の例において、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、このシリコン酸化膜３３ａは、この絶縁層形成工程の熱酸化によって、その厚さが約１７０ｎｍから約１８０ｎｍとなった。レジスト層３３がアルミナ膜３３ｂである場合には、このアルミナ膜３３ｂは、この絶縁層形成工程の熱酸化によって、その厚さが約１３０ｎｍから約１４０ｎｍとなった。
一方、レジスト層３３が金属膜３３ｃである場合には、この絶縁層形成工程の熱酸化によってその表面に金属酸化膜が形成される。これによってレジスト層３３としての金属膜３３ｃは、除去工程の除去処理に対し耐性を獲得するとともに、電鋳工程の電鋳法において絶縁性を獲得する。金属膜３３ｃがアルミニウム膜である場合には、不動体膜のアルミナ膜が形成される。上述の例では、約８０ｎｍのアルミナ膜が形成された。
なお、上述では、絶縁層形成工程の絶縁層３４の形成に、熱酸化法が用いられたが、陽極酸化法または堆積法が用いられてもよい。
この陽極酸化法では、絶縁層３４は、シリコン基板３０であることから、シリコン酸化膜３４ａであり、この絶縁層３４としてのシリコン酸化膜３４ａは、例えば厚さ約２０ｎｍで形成される。より具体的には、陽極酸化を行うために、シリコン基板３０に電源の陽極が接続され、前記電源の陰極に接続された陰極電極およびシリコン基板３０が電解液に浸けられる。そして、通電されると、シリコン基板３０の表面に所定の厚さのシリコン酸化膜３４ａが形成され、絶縁層３４が形成される。このシリコン酸化膜３４ａは、シリコン基板３０の少なくともスリット溝ＳＤの内表面に形成されるが、シリコン基板３０の裏面や側面にも形成されてもよい。
この陽極酸化法は、酸化したい導電性の素材（本実施形態ではシリコン基板３０）を電解液中に浸し、前記素材を陽極（正極、＋極）として通電することによって、素材表面で電解液中の酸素と結合させ、前記素材表面から酸化膜を成長させて形成する方法である。ここで、素材表面に形成される酸化膜を溶解しないか、その溶解度が小さい電解液を用いた場合には、陽極酸化法は、上述のように成膜が進むので、非常に緻密で、前記素材と一体化した密着性のよい酸化膜を得ることができる。また、陽極酸化法では、酸化が進行して素材表面に形成された酸化物によって導電性が阻害されることによって、前記酸化の進行が停止する。したがって、前記酸化の進行中に酸化の進んだ部分と酸化の遅れている部分とがあったとしても、通電を続けることによって、前記酸化の停止する最終時には前記酸化の遅れている部分も酸化の終了している他の部分と同じ膜厚だけ酸化するので、陽極酸化法は、最終的には、素材表面全体に、緻密さも膜厚も均一な酸化膜を成膜することができる。また、陽極酸化法は、酸化膜の膜厚が、印加した電圧に比例するので、前記電圧を調整することによって、その膜厚を精度よく制御することもでき、数ｎｍの膜厚の酸化膜から数μｍの膜厚の酸化膜まで容易に得ることができる。したがって、電鋳工程の電鋳法における絶縁膜３４を形成する方法として、この陽極酸化法は、好適である。
シリコン基板３０のスリット溝ＳＤの内表面を陽極酸化する場合には、前記電解液は、酸化力が強く、かつ陽極酸化により生成された酸化膜を溶解しない酸性溶液、例えば、硝酸、塩酸、硫酸、シュウ酸および燐酸等の溶液が好ましく、また、ホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム等の中性塩であってもよい。なお、レジスト層３３が金属膜３３ｃ、例えば、アルミニウム膜３３ｃである場合には、前記電解液は、酸化アルミを腐食しないホウ酸等の酸化力の強い酸や、酸化アルミの腐食の小さい希シュウ酸、希リン酸等の弱い酸や、ホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム等の中性塩等である。
そして、陰極電極は、この電解液に対して溶解しない金属、例えば、金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）等で形成されることが好ましい。
より具体的には、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａである場合には、例えば、濃度６８％の硝酸に浸し、白金を陰極として電圧４０Ｖを印加すると、約１５分後に通電が略停止し、スリット溝ＳＤの内表面全体に亘ってほぼ均一な約２０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。
また、レジスト層３３が金属酸化膜３３ｂ（この例ではアルミナ膜３３ｂ）である場合には、例えば、濃度３５％の塩酸に浸し、白金を陰極として電圧４０Ｖを印加すると、約１５分後に通電が略停止し、スリット溝ＳＤの内表面全体に亘ってほぼ均一な約２０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成された。
また、レジスト層３３が金属膜３３ｃ（この例ではアルミニウム膜３３ｃ）である場合には、例えば、濃度０．５ｍｏｌ％のシュウ酸水溶液に浸し、白金を陰極として電圧４０Ｖを印加すると、約１０分後に通電が略停止し、スリット溝の内表面全体に亘ってほぼ均一な約２０ｎｍのシリコン酸化膜３４ａが形成されるとともに、アルミニウム膜３３ｃの表面に約５５ｎｍのアルミナ膜が形成された。
ここで、レジスト層３３がシリコン酸化膜３３ａや金属酸化膜３３ｂである場合には、この絶縁層形成工程の陽極酸化によってその表面に酸化膜は、略形成されない。一方、レジスト層３３が金属膜３３ｃである場合には、上述の通り、この絶縁層形成工程の陽極酸化によってその表面に金属酸化膜が形成される。これによってレジスト層３３としての金属膜３３ｃは、除去工程の除去処理に対し耐性を獲得するとともに、電鋳工程の電鋳法において絶縁性を獲得する。金属膜３３ｃがアルミニウム膜である場合には、不動体膜のアルミナ膜が形成される。上述の例では、約５５ｎｍのアルミナ膜が形成された。また例えば、濃度０．５ｍｏｌ％のシュウ酸水溶液に浸し、白金を陰極として電圧２０Ｖを印加すると、約５後に、約３０ｎｍのアルミナ膜が形成された。
また、堆積法は、絶縁層３４を堆積作用によって成膜する手法であり、例えば、化学気相成長法等である。このような堆積法によって成膜される絶縁層３４には、例えば、シリコン酸化膜３４ａおよび金属酸化膜３４ｂ等が挙げられる。そして、金属酸化膜３４ｂには、例えば、アルミナ膜３４ｂが挙げられる。この絶縁層３４は、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側から堆積法によって形成されるので、前記主面側の表面全体に亘って形成される。すなわち、絶縁層３４は、スリット溝ＳＤの内表面全体（スリット溝ＳＤの壁面（内側側面）および底面）、および、スリット溝ＳＤを構成する壁部３２であってエッチング工程で残留したシリコン基板３０の壁部３２の上面部分（頂部部分）に形成される。なお、この絶縁層３４は、シリコン基板３０の裏面や側面にも形成されてもよい。
この堆積法は、堆積作用によって成膜するので、緻密な膜を形成することができる。したがって、電鋳工程の電鋳法における絶縁膜３４を形成する方法として、この堆積法は、好適である。より具体的には、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、化学気相成長法によって絶縁層３４を堆積して形成する場合には、例えば、上述のように、テトラエトキシシラン（Tetraethoxysilane、ＴＥＯＳ）が加温され、キャリアガスによってバブリングされることによってＴＥＯＳガスが生成され、このＴＥＯＳガスに例えば酸素やオゾン等の酸化ガスおよび例えばヘリウム等の希釈ガスが混合されて原料ガスが生成される。そして、この原料ガスが例えばプラズマＣＶＤ装置や常温オゾンＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置に導入され、ＣＶＤ装置内のシリコン基板３０の表面に所定の厚さ（例えば約４０ｎｍ等）のシリコン酸化膜３４ａが形成される。ここで、テトラエトキシシランの代わりに、アルミニウムイソプロポキシド（Aluminium isopropoxide）を用いることによって、絶縁層３４として所定の厚さ（例えば約３０ｎｍ等）のアルミナ膜３４ｂがＣＶＤによって成膜される。このＣＶＤは、原料ガスの表面化学反応であるため、特別な工夫を行うことなく、構造物内壁（本実施形態ではスリット溝ＳＤの内表面）に緻密な膜を形成することができ、その膜厚も数ｎｍ〜数μｍまで比較的容易に成膜することができる。
このような各工程におけるレジスト層３３および絶縁層３４の組み合わせは、次の通りである。レジスト層３３が熱酸化法、陽極酸化法および堆積法の各成膜方法によって形成されるシリコン酸化膜３３ａである場合において、絶縁層３４が熱酸化法、陽極酸化法および堆積法の各成膜方法によって形成されるシリコン酸化膜３４ａ（ＣＶＤの場合はＴＥＯＳ）である第１Ａ態様、および、堆積法によって形成されるアルミナ膜３４ｂである第１Ｂ態様の各態様がある。レジスト層３３が堆積法によって形成されるアルミナ膜３３ｂである場合において、絶縁層３４が熱酸化法、陽極酸化法および堆積法の各成膜方法によって形成されるシリコン酸化膜３４ａ（ＣＶＤの場合はＴＥＯＳ）である第２Ａ態様、および、堆積法によって形成されるアルミナ膜３４ｂである第２Ｂ態様の各態様がある。レジスト層３３が堆積法によって形成されるアルニウム膜３３ｃである場合において、絶縁層３４が熱酸化法および陽極酸化法の各成膜方法によって形成されるシリコン酸化膜３４ａである第３Ａ態様がある。
次に、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去されるとともに、スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の板状部分（基部）３１を第２の所定の深さｈでさらにエッチングすることによってスリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くされる（図４（Ａ）、図４（Ｂ）；除去広表面積化工程）。後述の電鋳工程によってスリット溝ＳＤの底部から金属を成長させる点では、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分を除去する除去工程だけでもよいが、後述するように、各スリット溝ＳＤの各金属を略等しく成長させるために、本実施形態では、除去工程に続けて、スリット溝ＳＤの底部におけるシリコン基板３０をさらにエッチングすることによってスリット溝ＳＤの底部分の表面積を該エッチング前より広くする広表面積化工程を行う除去広表面積化工程が採用されている。
より具体的には、まず、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去され（図４（Ａ）、除去工程）、続いて、スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の基部３１が第２の所定の深さｈでさらにエッチングされる（図４（Ｂ）、広表面積化工程）。この広表面積化工程によって、スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前より広くなる。例えば、前記除去工程では、ＣＨＦ３ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分がエッチングされ、除去される（図４（Ａ））。続いて、広表面積化工程では、ガスをシリコンのエッチングに適したガス、例えばＳＦ６に変え、ＳＦ６ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによってスリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の板状部分（基部）３１がさらにエッチングされる（図４（Ｂ））。
例えば、ボッシュ（Bosch）プロセスのように、ＳＦ６プラズマがリッチな状態と、Ｃ４Ｆ８プラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すＩＣＰドライエッチングが行われる。ここで、Ｃ４Ｆ８プラズマがリッチな状態（デポジション性）の時間をＳＦ６プラズマがリッチな状態（エッチング性）の時間より長くすることで、側壁保護が過剰気味となり、図４（Ｂ）に示すように、スリット溝ＳＤの底部ＢＴにおけるシリコン基板３０の板状部分３１をエッチングすることによって形成された新たな成長始端凹部ＡＰの側面がテーパ状となる。一具体例を挙げると、このような広表面積化工程のエッチング条件は、表２に示す通りである。
表２に示す例では、真空度は、削り取り工程および保護工程共に、１０ｍＴｏｒｒであり、保護工程実施時間に対する削り取り工程実施時間の比は、５／５（＝１）であり、保護膜形成ガスのＣ４Ｆ８ガス供給量は、削り取り工程では５０ｓｃｃｍであり、保護工程では１００ｓｃｃｍであり、腐食ガスのＳＦ６ガス供給量は、削り取り工程では５０ｓｃｃｍであり、保護工程では０ｓｃｃｍであり、保護膜形成ガスのＯ２ガス供給量は、削り取り工程では１０ｓｃｃｍであり、保護工程では０ｓｃｃｍであり、プラズマ化電力であるＲＦ電力は、削り取り工程および保護工程共に、５００Ｗであり、そして、バイアス電圧は、削り取り工程では１００Ｗであり、保護工程では０Ｗである。
ＩＣＰドライエッチングは、垂直指向性が高いので、スリット溝ＳＤの内側側面に形成された絶縁層３４（シリコン基板３０の壁部３２の両壁面（両側面）に形成された絶縁層３４）は、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去された時点では、絶縁層として機能するために充分な厚さで残る。スリット溝ＳＤの内側側面に形成された絶縁層３４は、絶縁性を持つレジスト層３３と協働することによって、次の電鋳工程においてシリコン基板３０の板状部分３２に掛かる電圧を遮断する機能（この壁部３２を電気的に絶縁する機能）を奏する程度の厚さでよく、例えば、１０ｎｍ程度以上であればよい。
このような除去広表面積化工程後のシリコン基板３０の様子の一例を図７に示す。図７に示すように、スリット溝ＳＤの稜部、すなわち、壁部３２における頂部の両稜部は、絶縁層によって被膜されており、壁部３２は、レジスト層３３および絶縁層３４によって電気的に絶縁されている。
なお、絶縁層３４がアルミナ膜３４ｂ、３４ｃである場合には、アルミナをエッチングすることができるＢＣｌ３等のホウ素を含んだ塩素系のガスを用いることによって、ＩＣＰドライエッチングが行われる。
これら各スリット溝ＳＤの内側側面にそれぞれ形成された各絶縁層３４（シリコン基板３０の各壁部３２の両壁面（両側面）にそれぞれ形成された各絶縁層３４）は、複数の第２シリコン部分１２ａと複数の金属部分１２ｂとの各間における複数の第１絶縁層１２ｃとなる。また、この除去広表面化工程後に残留している、複数の第２シリコン部分１２ａの各上面（頂部）におけるレジスト層３３は、複数の第２絶縁層１２ｄとなる。
なお、上述では、除去工程と広表面積化工程とでは、エッチング対象に適したガスを用いるために、ガス種を変えたが、スリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４の厚さが比較的薄い場合には、広表面積化工程で用いるシリコンのエッチングに適したガスが除去工程に用いられてもよい。前記シリコンのエッチングに適したガスであっても、イオン化した分子が前記絶縁層３４にイオン衝突することによって、前記シリコンのエッチングに適したガスが持っている運動エネルギーで前記絶縁層３４を徐々に除去することができる。逆に、除去工程に用いるガスがそのまま広表面積化工程に用いられてもよく、徐々にシリコンをエッチングすることができる。このように除去工程と広表面積化工程とで同じガスを用いることによって、各工程間でガス種を変更する必要がないので、工程が簡略化される。
また、上述では、ドライエッチングが用いられたが、ウェットエッチングが用いられてもよい。例えば、シリコン基板３０として（１００）基板が選択され、スリット溝ＳＤの長手方向が［１１０］方向となるようにスリット溝ＳＤが形成され、例えば水酸化カリウムまたはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等のエッチング液を用いた異方性エッチングを行うことによって、成長始端凹部ＡＰの側面がテーパ状となるように、シリコン基板３０の基部３１がエッチングされる。
次に、電鋳法（電気メッキ法）によって、シリコン基板３０に電圧を印加して前記スリット溝ＳＤが金属で埋められる（電鋳工程、図４（Ｃ））。より具体的には、シリコン基板３０に電源４４の陰極が接続され、電源４４の陽極に接続された陽極電極４５およびシリコン基板３０がメッキ液４６に浸けられる。この際に、アスペクト比の高い溝ＳＤにより確実にメッキ液４６を浸透させるために、被メッキ物であるシリコン基板３０の表面をアルカリ処理等の方法によって親水化したり、メッキ液４６にシリコン基板３０を浸けた状態で超音波振動を印加したり、メッキ液４６シリコン基板３０を真空チャンバーに入れることによって溝ＳＤ内の空気を抜き、この状態でメッキ液４６に浸けたり、あるいは、メッキ液４６にシリコン基板３０を浸けた状態で真空脱泡して溝ＳＤ内の空気を抜いたり等の処理が行われてもよい。なお、シリコン基板３０における、電源４４の陰極に接続される部分にシリコン酸化膜等の絶縁層が形成されている場合には、電源４４の陰極とシリコン基板３０との導通を図るために、その部分が除去される。
このような電鋳法によってスリット溝ＳＤに繋がる成長始端凹部ＡＰにおけるシリコン基板３０（板状部分３１）側から金属が析出し、成長する。そして、この金属が成長始端凹部ＡＰおよびスリット溝ＳＤを埋めると、電鋳が終了される。これによって金属が成長始端凹部ＡＰを埋め、さらにシリコン基板３０の板状部分３２と同じ厚さＨだけ成長する。こうして成長始端凹部ＡＰおよびスリット溝ＳＤに金属が埋められ、金属部分１２ｂにおける成長始端部分１２ｂｂおよび格子部分１２ｂａが形成される。
このような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の金属格子ＤＧが製造される。
このような構成の金属格子ＤＧの製造方法は、シリコン基板３０をドライエッチングするので、スリット溝ＳＤにおける幅Ｗに対する深さＨの比（スリット溝ＳＤのアスペクト比＝深さＨ／幅Ｗ）の高いスリット溝ＳＤを形成することができる。この結果、このような構成の金属格子ＤＧの製造方法は、この高アスペクト比のスリット溝ＳＤを金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａを持つ金属格子ＤＧを製造することができる。そして、電鋳工程で電鋳法によってスリット溝ＳＤを金属で埋める際に、まず、絶縁層形成工程で、スリット溝ＳＤの内表面および上述のように場合によってはレジスト層３３の表面に絶縁層３４が形成され、除去広表面積化工程の除去工程で、スリット溝ＳＤの底部の部分ＢＴに形成された絶縁層３４の部分が除去され、さらに、除去広表面積化工程の広表面積化工程で、スリット溝ＳＤの底部に露出したシリコン基板３０の板状部分３１がエッチングされて第２の深さｈの成長始端凹部ＡＰが形成され、これによってスリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前（広表面積化工程を行う前）より広くされる。そして、これら絶縁層形成工程および除去広表面積化工程の前に実施されるエッチング工程では、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もエッチングされる。したがって、絶縁層形成工程では、所定膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜、二酸化シリコン膜）等の絶縁層を形成することができ、凹部を構成する壁部３２であってエッチング工程で残留したシリコン基板の壁部３２の全表面が絶縁層によって絶縁状態となるとともに、スリット溝ＳＤの底部分が通電可能な状態となる。しかも、エッチング工程で、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もエッチングされるため、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３は、笠を被ったように壁部３２における頂部を覆うから、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３における両端部は、壁部３２における頂部の両稜部（両肩部）に対しいわゆる庇のように機能することになる。このため、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３における両端部によって、スリット溝ＳＤの稜部（壁部３２における頂部の両稜部）が除去広表面積化工程の除去作用から保護されるため、スリット溝ＳＤの稜部も、絶縁層３４およびレジスト層３３によってより確実に絶縁される。このため、スリット溝ＳＤの壁面（内側側面）から金属がより確実に析出および成長することがなく、スリット溝ＳＤの底部分から金属がより確実に析出し成長する。したがって、このような構成の金属格子ＤＧの製造方法は、このように金属がスリット溝ＳＤの底部分から選択的に成長するので、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、このような構成の金属格子ＤＧの製造方法は、電鋳法によって格子の金属部分１２ｂをより緻密に形成することができる。特に、Ｘ線タルボ干渉計およびＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子は、金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａが高いアスペクト比が求められるが、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、上述のように、このような高アスペクト比、例えば５倍以上、好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍以上に対応することができ、しかもより緻密な金属部分１２ｂの格子部分１２ｂａを形成することができ、Ｘ線タルボ干渉計およびＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子の製造方法として好適である。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、エッチング条件が調整されたボッシュプロセスによってシリコン基板３０がドライエッチングされるので、スリット溝ＳＤの側面がより平坦となり、この結果、高精度な金属格子ＤＧを形成することができる。特に、金属格子ＤＧが回折格子として機能する場合には、入射面あるいは出射面がより平坦となるので、好ましい。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、エッチング工程において、保護工程実施時間に対する削り取り工程実施時間の比（＝削り取り工程実施時間／保護工程実施時間）は、忠実転写の場合に較べて高くされている。このように本実施形態では、このような比較的簡易な手法によって、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現されている。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、エッチング工程において、削り取り工程に、保護工程に用いられる保護膜を形成するための保護膜形成原料、上述の例ではＣ４Ｆ８ガスも使用する場合に、この保護膜形成原料は、忠実転写の場合に較べて少なくされている。このように本実施形態では、このような比較的簡易な手法によって、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現されている。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、エッチング工程において、削り取り工程でのドライエッチング法のバイアス電圧は、忠実転写の場合に較べて低電圧とされている。このように本実施形態では、このような比較的簡易な手法によって、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現されている。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、エッチング工程において、ドライエッチング法におけるプラズマ化に用いられる電力は、忠実転写の場合に較べて大きくされている。このように本実施形態では、このような比較的簡易な手法によって、パターニング工程後に残留しているレジスト層３３の下部内側におけるシリコン基板３０もさらにエッチングする前記エッチング工程が、より簡易に実現されている。
また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、前記絶縁層形成工程は、堆積法、熱酸化法および陽極酸化法のうちのいずれかの方法によって、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤの内表面に絶縁層３４を形成するので、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、緻密性に優れかつ電鋳工程の電鋳法に対し電気的な絶縁を確保することができる所定膜厚の絶縁層３４を形成することができるから、電鋳工程の電鋳法に対し電気的な絶縁を確保することができる。
すなわち、例えば化学気相成長法等の堆積法が用いられる場合には、堆積法は、緻密性に優れた絶縁層を形成することができ、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。熱酸化法が用いられる場合には、熱酸化法は、緻密で密着性に優れたシリコン酸化膜を形成することができ、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。陽極酸化法が用いられる場合には、陽極酸化法は、緻密性、密着性および膜厚の均一性に優れたシリコン酸化膜を形成することができ、しかも、その膜厚を比較的容易に制御することができる。したがって、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳工程の電鋳法に対し電気的な絶縁を確保することができる緻密で所定膜厚の絶縁層を形成することができる。
例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁層は、誘導結合型プラズマ処理装置に酸素を導入することによって形成することができる。しかしながら、非特許文献「大原淳士、外５名、「二重側壁保護膜を用いた新しいディープＲＩＥ技術の開発」、デンソーテクニカルレビュー、デンソー株式会社、２０００年、Ｖｏｌ．５ Ｎｏ．１ ２０００、ｐ４５−５０」を参照すると、その膜厚は、せいぜい２ｎｍ程度であり、プラズマ処理にかかわる放電条件や、酸素の流量、酸素を照射する時間等の条件を変えてもこれよりも厚い膜をつけるのは困難である。このため、除去工程における反応性イオンエッチングのマスクとして機能するが、上述の如く膜厚が薄く、そして、実際にはその緻密性に欠けるため、電鋳工程の電気絶縁膜として充分に機能しない場合があり、電鋳工程における適確な膜とはいえない。したがって、誘導結合型プラズマ処理装置による絶縁層の形成に較べて、本実施形態における堆積法、熱酸化法および陽極酸化法による絶縁層の形成は、優位である。
また、本実施形態では、除去広表面積化工程で、除去工程によってスリット溝ＳＤの底部ＢＴに形成された絶縁層３４が除去されるだけでなく、広表面積化工程によってスリット溝ＳＤの底部に露出したシリコン基板３０の基部３１が第２の所定の深さｈでさらにエッチングされ、スリット溝ＳＤの底部分の表面積が該エッチング前（広表面積化工程を行う前）より広くされる。このため、シリコン基板３０が露出する面積がより広くなる結果、電鋳工程における通電面積がより広くなり、各スリット溝ＳＤにおける金属の成長速度のばらつきが低減される。したがって、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、電鋳法によって各スリット溝ＳＤにおける金属の成長長の略均一な金属格子ＤＧを製造することができる。
図８は、除去広表面積化工程後に電鋳工程を行う場合と、凹部の底部に形成された絶縁層のみを除去する除去工程後に電鋳工程を行う場合とにおける金属成長の相違を説明するための図である。図８（Ａ）は、除去広表面積化工程後に電鋳工程を行った場合における各スリット溝ＳＤ内に成長した金属の様子を模式的に示した図であり、図８（Ｂ）は、その一例としての写真を図面化したものである。図８（Ｃ）は、除去工程後に電鋳工程を行った場合における各スリット溝ＳＤ内に成長した金属の様子を模式的に示した図であり、図８（Ｄ）は、その一例としての写真を図面化したものである。
図８（Ａ）ないし（Ｄ）に示すように、スリット溝ＳＤの両側面を絶縁層３４で覆うとともにスリット溝ＳＤの底部を通電可能な状態とすることによって、金属がスリット溝ＳＤの底部から選択的に成長するので、ボイドの発生を効果的に抑制することができ、この結果、金属格子１２ｂがより緻密に形成される。しかしながら、図８（Ａ）および（Ｂ）と、図８（Ｃ）および（Ｄ）とを対比すると分かるように、除去工程後に電鋳工程を行った場合（図８（Ｃ）および（Ｄ））では、製造誤差に起因するスリット溝ＳＤの底部ＢＴにおける面積ゆらぎやメッキ液４６の浸透度合いの揺らぎ等の、各スリット溝間における僅かな条件の相違に起因して電鋳工程における金属の成長速度にばらつきが生じ、各スリット溝ＳＤ内に成長した各金属の成長長が不均一となってしまう。一方、本実施形態のように、除去広表面積化工程後に電鋳工程を行った場合（図８（Ａ）および（Ｂ））では、スリット溝ＳＤ内における通電部分の広表面積化によって電鋳工程における金属の成長速度のばらつきが低減され、各スリット溝ＳＤ内に成長した各金属の成長長が略均一となる。したがって、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、歩留まりが改善され、より低コストで金属格子ＤＧを製造することが可能となる。
このようなスリット溝ＳＤの底部分の表面積を広表面積化するため、スリット溝ＳＤの深さＨと、成長始端凹部ＡＰの深さｈとの比は、実験結果によれば経験的に、（スリット溝ＳＤの深さＨ）：（成長始端凹部ＡＰの深さｈ）＝９９：１〜８０：２０であることが好ましく、より好ましくは、（スリット溝ＳＤの深さＨ）：（成長始端凹部ＡＰの深さｈ）＝９５：５〜８５：１５である。
また、成長始端凹部ＡＰの両側面（両側壁）は、スリット溝ＳＤと同様に略垂直（成長始端凹部ＡＰの底面と側面とが直交する態様、スリット溝ＳＤの壁面が面一で成長始端凹部ＡＰの壁面に続く態様またはスリット溝ＳＤの壁面と成長始端凹部ＡＰの壁面との成す角が略１８０度である態様）であってもよいが、成長始端部分１２ｂｂ内に生じる可能性のあるボイドを回避するべく、本実施形態のように、成長始端凹部ＡＰの両側面（両側壁）は、テーパ状（成長始端凹部ＡＰの底面と側面とが斜交する態様または成長始端凹部ＡＰの両側面が交差する態様、スリット溝ＳＤの壁面と成長始端凹部ＡＰの壁面との成す角が１８０度より小さい角度である態様）であることが好ましい。
図９は、凹部における底部分の断面形状の相違による電鋳工程での金属成長の相違を説明するための図である。図９（Ａ）ないし（Ｃ）は、成長始端凹部ＡＰａの両側面がテーパ状である場合を示し、図９（Ａ）は、成長始端凹部ＡＰａでの金属成長開始時の様子を模式的に示し、図９（Ｂ）は、成長始端凹部ＡＰａでの金属成長途中時の様子を模式的に示し、そして、図９（Ｃ）は、成長始端凹部ＡＰａでの金属成長終了時の様子を模式的に示す。また、図９（Ｄ）ないし（Ｆ）は、成長始端凹部ＡＰｂの両側面が垂直である場合を示し、図９（Ｄ）は、成長始端凹部ＡＰｂでの金属成長開始時の様子を模式的に示し、図９（Ｅ）は、成長始端凹部ＡＰｂでの金属成長途中時の様子を模式的に示し、そして、図９（Ｆ）は、成長始端凹部ＡＰｂでの金属成長終了時の様子を模式的に示す。なお、もちろん、図９（Ｃ）および図９（Ｆ）に示す成長始端凹部ＡＰ（ＡＰａ、ＡＰｂ）での金属成長終了後に、続けて、スリット溝ＳＤ内での金属成長が行われる。
成長始端凹部ＡＰｂの両側面が略垂直である場合では、図９（Ｄ）ないし（Ｆ）に示すように、成長始端凹部ＡＰｂの底部よりも上部の方が電界強度がやや高くなるため、成長始端凹部ＡＰｂの底部よりも上部の方が金属の成長速度が速くなる。このため、図９（Ｄ）から図９（Ｅ）を経て図９（Ｆ）に示すように、成長始端凹部ＡＰｂにおいて、上部より底部方向の部分を金属が埋める前に上部が閉塞する場合があり、成長始端部分１２ｂｂ内にボイドが生じる場合がある。これに対し、本実施形態のように、成長始端凹部ＡＰａの両側面がテーパ状である場合では、図９（Ａ）から図９（Ｂ）を経て図９（Ｃ）に示すように、成長始端部分１２ｂｂ内に生じるボイドを防止することができる。この結果、成長始端部分１２ｂｂも格子部分１２ｂａの一部と見なすことができ、成長始端部分１２ｂｂと格子部分１２ｂａとを一体とした金属格子ＤＧの設計を行うことができる。このため、このような構成の金属格子ＤＧの製造方法は、プロセス時間を短くすることができ、またスリット溝ＳＤの深さＨを成長始端凹部ＡＰａの深さｈに対応する深さだけ浅くすることでスリット溝ＳＤの加工性を容易化することもできる。
なお、図９（Ｆ）に示すように成長始端部分１２ｂｂ内にボイドが形成されている場合でも、格子部分１２ｂａにはボイド無しで緻密にＸ線遮蔽機能を有する金属が充分な厚さＨで形成され、Ｘ線を略１００％遮断することができることから、金属格子ＤＧとしての性能が劣化することはない。このような場合において金属格子ＤＧがＸ線回折格子として用いられる場合には、成長始端部分１２ｂｂ内のボイドに起因する本来予定されていない無用なＸ線散乱等を回避する観点から、Ｘ線入射面は、この成長始端部分１２ｂｂ側ではなく、この成長始端部分１２ｂｂ側に対向する格子部分１２ｂａの表面側（スリット溝ＳＤの開口があった側）であることが好ましい。
一方、図９（Ｃ）に示すように成長始端部分１２ｂｂ内にボイドが形成されていない場合には、金属格子ＤＧがＸ線回折格子として用いられる場合に、Ｘ線入射面は、この成長始端部分１２ｂｂ側であってもよく、また、この成長始端部分１２ｂｂ側に対向する格子部分１２ｂａの表面側（スリット溝ＳＤの開口があった側）であってもよい。なお、電鋳法において厚く金属を埋めた場合に、その表面（格子部分１２ｂａの表面）は、荒れ易い。このため、Ｘ線入射面は、この成長始端部分１２ｂｂ側であることが好ましく、直接のＸ線入射面となる第１シリコン部分１１の表面は、鏡面研磨されていることがより好ましい。
図１０は、凹部における底部分の他の形状を示す図である。なお、上述では、成長始端凹部ＡＰは、その両側面（両側壁）が略垂直である成長始端凹部ＡＰｂ、好ましくは、その両側面（両側壁）がテーパ状である成長始端凹部ＡＰａであるが、図１０に示すように、側面が曲面状である成長始端凹部ＡＰｃであってもよい。この図１０に示す成長始端凹部ＡＰｃは、その両側面が外方向に凸の球面形状であって、断面形状がいわゆる果実のリンゴの断面形状のような形状となっている。このような形状の成長始端凹部ＡＰｃは、広表面化工程において、例えば、シリコンのエッチングに適したガス、例えば、ＳＦ６を用いたＩＣＰドライエッチングを行うことによって形成することができる。また例えば、成長始端凹部ＡＰｃは、広表面化工程において、硝酸とフッ酸との混合溶液による等方性ウエットエッチングを行うことによって形成することができる。このような形状の成長始端凹部ＡＰｃを形成することによってもシリコン基板３０が露出する面積がより広くなる結果、電鋳工程における通電面積がより広くなり、各スリット溝ＳＤにおける金属の成長速度のばらつきが低減される。この結果、本実施形態における金属格子ＤＧの第２製造方法は、電鋳法によって各スリット溝ＳＤにおける金属の成長長の略均一な金属格子ＤＧを製造することができる。
なお、上述の製造方法では、レジスト層３３は、シリコン酸化膜３３ａ、金属酸化膜３３ｂまたは酸化可能な金属膜３３ｃであったが、これらに代え、感光性樹脂層３３ｄがレジスト層３３として用いられてもよい。
図１１および図１２は、実施形態における金属格子の他の製造方法を説明するための図である。
本実施形態の金属格子ＤＧを製造するために、まず、シリコン基板３０が用意される（図１１（Ａ））。好ましくは、シリコン基板３０は、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンである。
次に、シリコン基板３０の主面上にレジスト層３３として感光性樹脂層（フォトレジスト層）３３ｄが形成され（レジスト層形成工程、図１１（Ｂ））、この感光性樹脂層３３ｄをパターニングして前記パターニングした部分の感光性樹脂層３３ｄが除去される（パターニング工程、図１１（Ｃ）、図１２（Ａ））。そして、感光性樹脂層３３ｄは、後工程のエッチング工程および除去広表面積化工程の後に残留する厚みで形成される。
より具体的には、シリコン基板３０上に感光性樹脂層３３ｄが例えばスピンコート等によって形成される（図１１（Ｂ））。この感光性樹脂層３３ｄは、後工程のエッチング工程のエッチング処理および除去広表面積化工程の除去処理に対しシリコン基板３０の板状部分３２（壁部３２、第２シリコン部分１２ａ）を保護する保護膜として機能する所定の膜厚、例えば約２μｍで形成される。ここで、感光性樹脂層３３ｄ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３３ｄに代え、電子線露光用のレジストであってもよい。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３３ｄがパターニングされ（図１１（Ｃ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層３３ｄが除去される（図１２（Ａ））。より具体的には、感光性樹脂層３３ｄにリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層３３ｄ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３３ｄがパターン露光され、現像される（図１１（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３３ｄが除去される（図１２（Ａ））。
そして、次に、所定のエッチング法によって感光性樹脂層３３ｄを除去した部分に対応するシリコン基板３０が、前記法線方向Ｄｚに第１の所定の深さＨまでエッチングされる。このシリコン基板３０のエッチングの際に、図３（Ｂ）を用いて説明した上述と同様に、さらに、前記パターニング工程後に残留しているレジスト層３３ｄの下部内側におけるシリコン基板３０もエッチングされる。これによってレジスト層３３ｄの開口部分の幅ＷＡよりも広い幅ＷＳを持つスリット溝ＳＤが形成される（図１２（Ｂ）、エッチング工程）。より具体的には、パターニングされた感光性樹脂層３３ｄをマスクとして、シリコン基板３０における表面から第１の所定の深さＨまで、上述と同様のエッチング条件で、ボッシュプロセスのＩＣＰドライエッチングでシリコン基板３０がエッチングされる。なお、このドライエッチングによって感光性樹脂層３３ｄは、目減りするが、後工程の除去広表面積化工程に対しシリコン基板３０の板状部分３２（第２シリコン部分１２ａ）を保護する保護膜として機能する所定の膜厚で残留する。例えば、上述の例では、感光性樹脂層３３ｄは、約２μｍから約１μｍへ目減りし、約１μｍ残留する。
次に、シリコン基板３０におけるスリット溝ＳＤを形成した主面側の表面全体に、陽極酸化法によって、電鋳工程の電鋳法に対し絶縁性を有するように所定の厚さの絶縁層３４が形成される（図１２（Ｃ）、絶縁層形成工程）。以下、上述した、除去工程あるいは除去広表面積化工程が行われ、電鋳工程が行われる。ここで、このドライエッチングによって感光性樹脂層３３ｄもエッチングされるが、この除去工程あるいは除去広表面積化工程後に残留する充分な厚さを感光性樹脂層３３ｄが形成されているため、このドライエッチングも感光性樹脂層３３ｄは、残留する。例えば、上述の例では、１μｍから７００ｎｍの厚さになる。
このような各製造工程を経ることによって、上述と同様に、図１に示す構成の金属格子ＤＧが製造される。
また、上述の実施形態では、回折格子ＤＧは、一次元周期構造であったが、これに限定されるものではない。回折格子ＤＧは、例えば、二次元周期構造の回折格子であってもよい。例えば、二次元周期構造の回折格子ＤＧは、回折部材となるドットが線形独立な２方向に所定の間隔を空けて等間隔に配設されて構成される。このような二次元周期構造の回折格子は、平面に高アスペクト比の穴を二次元周期で空け、上述と同様に、その穴を金属で埋める、あるいは、平面に高アスペクト比の円柱を二次元周期で立設させ、上述と同様に、その周りを金属で埋めることによって形成することができる。
（タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態の金属格子ＤＧは、高アスペクト比で金属部分を形成することができるので、Ｘ線用のタルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計に好適に用いることができる。この金属格子ＤＧを用いたＸ線用タルボ干渉計およびＸ線用タルボ・ロー干渉計について説明する。
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。
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および第２回折格子１０３の少なくとも一方は、前記金属格子ＤＧである。
タルボ干渉計１００Ａを構成する前記条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、第１回折格子１０２が位相型回折格子であることを前提としている。
ｌ＝λ／（ａ／（Ｌ＋Ｚ１＋Ｚ２）） ・・・（式１）
Ｚ１＝（ｍ＋１／２）×（ｄ２／λ） ・・・（式２）
ここで、ｌは、可干渉距離であり、λは、Ｘ線の波長（通常は中心波長）であり、ａは、回折格子の回折部材にほぼ直交する方向におけるＸ線源１０１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１０１から第１回折格子１０２までの距離であり、Ｚ１は、第１回折格子１０２から第２回折格子１０３までの距離であり、Ｚ２は、第２回折格子１０３からＸ線画像検出器１０５までの距離であり、ｍは、整数であり、ｄは、回折部材の周期（回折格子の周期、格子定数、隣接する回折部材の中心間距離、前記ピッチＰ）である。
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。
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。
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。
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。
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１４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。
このマルチスリット板１０４は、上述した実施形態における金属格子ＤＧの製造方法によって製造された格子であってよい。マルチスリット板１０４を、上述した実施形態における金属格子ＤＧの製造方法によって製造することによって、Ｘ線をスリット（前記複数の第２シリコン部分１２ａ）によって透過させるとともにより確実に前記複数の金属部分１２ｂによって遮断することができるので、Ｘ線の透過と非透過とをより明確に区別することができるから、マルチスリット板１０４は、Ｘ線源１０１から放射されたＸ線を、より確実にマルチ光源とすることができる。
そして、タルボ・ロー干渉計１００Ｂとすることによって、タルボ干渉計１００Ａよりも、被写体Ｓを介して第１回折格子１０２に向けて放射されるＸ線量が増加するので、より良好なモアレ縞が得られる。
このようなタルボ干渉計１００Ａやタルボ・ロー干渉計１００Ｂに用いられる第１回折格子１０２、第２回折格子１０３およびマルチスリット板１０４の一例を挙げると、諸元は、次の通りである。なお、これらの例では、第２シリコン部分１２ａと金属部分１２ｂとは、同幅に形成され、金属部分１２ｂは、金によって形成される。
一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が２ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが５μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが６μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／３）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが３０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
また、他の一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が１．８ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが７μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが１０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／５）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが２０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
（Ｘ線撮像装置）
前記金属格子ＤＧは、種々の光学装置に利用することができるが、高アスペクト比で金属部分１２ｂを形成することができるので、例えば、Ｘ線撮像装置に好適に用いることができる。特に、Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮像装置は、Ｘ線を波として扱い、被写体を通過することによって生じるＸ線の位相シフトを検出することによって、被写体の透過画像を得る位相コントラスト法の一つであり、被写体によるＸ線吸収の大小をコントラストとした画像を得る吸収コントラスト法に較べて、約１０００倍の感度改善が見込まれ、それによってＸ線照射量が例えば１／１００〜１／１０００に軽減可能となるという利点がある。本実施形態では、前記回折格子ＤＧを用いたＸ線タルボ干渉計を備えたＸ線撮像装置について説明する。
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とを備えて構成される。
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。
第１回折格子２０３は、Ｘ線源２０４から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じる透過型の回折格子である。第１回折格子２０３は、例えば、上述した実施形態における金属格子ＤＧの製造方法によって製造された回折格子である。第１回折格子２０３は、タルボ効果を生じる条件を満たすように構成されており、Ｘ線源２０４から放射されたＸ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数（回折格子の周期）ｄが当該Ｘ線の波長の約２０以上である位相型回折格子である。なお、第１回折格子２０３は、このような振幅型回折格子であってもよい。
第２回折格子２０２は、第１回折格子２０３から略タルボ距離Ｌ離れた位置に配置され、第１回折格子２０３によって回折されたＸ線を回折する透過型の振幅型回折格子である。この第２回折格子２０２も、第１回折格子２０３と同様に、例えば、上述した実施形態における金属格子ＤＧの製造方法によって製造された回折格子である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
そして、本実施形態の第２回折格子２０２では、高アスペクト比の金属部分１２ｂを備える上述した実施形態における金属格子ＤＧであるので、良好なモアレ縞が得られ、高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
また、金属格子ＤＧがボッシュプロセスによってシリコン基板３０の板状部分３２（第２シリコン部分１２ａ）がドライエッチングされるので、スリット溝ＳＤの側面がより平坦となり、高精度に第２回折格子２０２を形成することができる。このため、より良好なモアレ縞が得られ、より高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
なお、上述のＸ線撮像装置２００は、Ｘ線源２０４、第１回折格子２０３および第２回折格子２０２によってタルボ干渉計を構成したが、Ｘ線源２０４のＸ線放射側にマルチスリットとしての上述した実施形態における金属格子ＤＧをさらに配置することで、タルボ・ロー干渉計を構成してもよい。このようなタルボ・ロー干渉計とすることで、単スリットの場合よりも被写体Ｓに照射されるＸ線量を増加することができ、より良好なモアレ縞が得られ、より高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
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。
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。
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。
ＤＧ 金属格子
ＳＤ スリット溝
ＡＰ、ＡＰａ、ＡＰｂ、ＡＰｃ 成長始端凹部
１１ 第１シリコン部分
１２ 格子
１２ａ 第２シリコン部分
１２ｂ 金属部分
１２ｃ 第１絶縁層
１２ｄ 第２絶縁層
１２ｂａ 格子部分
１２ｂｂ 成長始端部分
３０ シリコン基板
３１ シリコン基板の基部
３２ シリコン基板の壁部
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ レジスト層
３４、３４ａ、３４ｂ 絶縁層
１００Ａ Ｘ線用タルボ干渉計
１００Ｂ Ｘ線用タルボ・ロー干渉計
１０２、２０３ 第１回折格子
１０３、２０２ 第２回折格子
１０４ マルチスリット板
２００ Ｘ線撮像装置

Claims (15)

  1. シリコン基板の主面上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
    前記レジスト層をパターニングして前記パターニングした部分の前記レジスト層を除去するパターニング工程と、
    所定のエッチング法によって前記レジスト層を除去した部分に対応する前記シリコン基板をエッチングして所定の深さの凹部を形成するエッチング工程と、
    前記シリコン基板における前記凹部を形成した側の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去する除去工程と、
    電鋳法によって、前記シリコン基板に電圧を印加して前記凹部を金属で埋める電鋳工程とを備え、
    前記エッチング工程は、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板もエッチングすること
    を特徴とする金属格子の製造方法。
  2. 前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、
    前記保護工程の実施時間に対する前記削り取り工程の実施時間の比は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、高いこと
    を特徴とする請求項１に記載の金属格子の製造方法。
  3. 前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、
    前記削り取り工程に、前記保護工程に用いられる前記保護膜を形成するための保護膜形成原料も使用する場合に、該保護膜形成原料は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、少ないこと
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属格子の製造方法。
  4. 前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、
    前記削り取り工程での前記ドライエッチング法のバイアス電圧は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、低電圧であること
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  5. 前記エッチング工程は、エッチングすべき部分の表面を削り取る削り取り工程と、削り取った表面を削り取りから保護する保護膜を形成する保護工程とを交互に繰り返すドライエッチング法であり、
    前記ドライエッチング法における少なくとも削り取り工程の際のプラズマ化に用いられる電力は、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする場合に較べて、大きいこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  6. 前記エッチング工程は、所定の第１エッチング法によって、平面視にて前記レジスト層を除去した部分の形状を維持するように前記シリコン基板をエッチングする第１工程と、前記第１エッチング法とは異なる所定の第２エッチング法によって、前記パターニング工程後に残留している前記レジスト層の下部内側におけるシリコン基板をエッチングする第２工程とを備えること
    を特徴とする請求項１に記載の金属格子の製造方法。
  7. 前記除去工程は、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層の部分を除去するとともに、前記凹部の底部における前記シリコン基板をさらにエッチングすることによって前記凹部の底部分の表面積を該エッチング前より広くする除去広表面積化であること
    を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  8. 前記絶縁層形成工程は、堆積法、熱酸化法および陽極酸化法のうちのいずれかの方法によって、前記シリコン基板における前記凹部を形成した側の表面に絶縁層を形成すること
    を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  9. 前記ドライエッチング法は、ＲＩＥであること
    を特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  10. 前記シリコン基板は、ｎ型シリコンであること
    を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  11. Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子を製造する請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法によって製造された金属格子。
  13. 第１シリコン層と、
    前記第１シリコン層上に形成され、周期的に配列された複数の金属部分と前記複数の金属部分間に配置される第２シリコン部分と持つ１次元格子または２次元格子とを備え、
    前記複数の金属部分と前記第２シリコン部分との間に複数の第１絶縁層をそれぞれさらに備え、
    前記複数の第２シリコン部分上および前記複数の第１絶縁層上に複数の第２絶縁層をそれぞれさらに備えること
    を特徴とする金属格子。
  14. 前記金属部分は、前記第１シリコン層内へさらに延設されていること
    を特徴とする請求項１３に記載の金属格子。
  15. 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１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の金属格子を含むこと
    を特徴とするＸ線撮像装置。
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