JP2018179587A - Ｘ線用金属グリッド、ｘ線撮像装置、及びｘ線用金属グリッドの製造方法 - Google Patents

Ｘ線用金属グリッド、ｘ線撮像装置、及びｘ線用金属グリッドの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線が入射可能な面積をより広くすることができるＸ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法を提供する。【解決手段】金属グリッドは、湾曲した主面を有する部材と、該部材の主面上に形成された陽極酸化被膜と、陽極酸化被膜に周期的に形成された凹凸形状を含む格子構造と、を備える。また、金属グリッドの製造方法は、部材の主面上にバルブ金属膜を形成する工程と、主面が湾曲した状態でバルブ金属膜の陽極酸化処理を行って陽極酸化被膜を形成する工程と、周期的な開口を有するエッチングマスクを陽極酸化被膜の表面上に形成し、開口を介して陽極酸化被膜をエッチングすることにより、周期的な凹凸形状を含む格子構造を陽極酸化被膜に形成する工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、Ｘ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法に関するものである。
特許文献１には、Ｘ線用金属格子及びその製造方法に関する技術が記載されている。この文献に記載された製造方法では、まず、金属基板の一つの主面上に、レジスト層を設けた第１領域と、レジスト層を設けていない第２領域とを形成する。次に、第２領域に対応する金属基板に、陽極酸化法によって複数の穴を形成する。続いて、第１領域のレジスト層を除去して第１領域に対応する金属基板に凹部を形成する。続いて、Ｘ線吸収性材料を凹部に埋設する。
特開２０１６−２１１９１２号公報
例えばＸ線撮像装置などのＸ線関連分野においては、Ｘ線透過率が比較的高い領域（Ｘ線通過領域）と、Ｘ線透過率が比較的低い領域（Ｘ線遮蔽領域）とが周期的に配置された金属グリッドが利用されることがある。一例として、タルボ干渉計或いはタルボ・ロー干渉計などの干渉計を用いたＸ線撮像装置においては、このような金属グリッドが複数枚使用される。金属グリッドでは、Ｘ線通過領域とＸ線遮蔽領域とが、それぞれ例えば幅数μｍ、厚さ数十μｍといった高アスペクト比の微細構造を有することが望まれる。従来の金属グリッドの作製方法では、或る材質の基板の表面をエッチングすることによって格子構造を形成し、必要に応じて、エッチングにより生じた空隙に、Ｘ線透過率が低い金属（例えば金（Ａｕ））を埋め込む。このようにして作製された金属グリッドでは、Ｘ線通過領域の基板内部への延在方向が、基板の表面に対して垂直となる。例えば特許文献１に記載されたＸ線用金属格子では、基板の表面が平坦なので、全てのＸ線通過領域の延在方向が互いに平行になる。
このように、全てのＸ線通過領域の延在方向が互いに平行である場合、次の問題が生じる。すなわち、点状のＸ線源から放射状に広がるＸ線を金属グリッドにおいて受けたとき、金属グリッドの中心からの距離が遠くなるほど、入射Ｘ線の進行方向とＸ線通過領域の延在方向との相対角度が大きくなり、当該金属グリッドの所望の機能を得ることが難しくなる。従って、Ｘ線が入射可能な面積が限られてしまう。
なお、特許文献１には、図２２に示すような構成が記載されている。この構成では、Ｘ線源１０１から放射されるＸ線ＸＬの焦点に向かって収束するように、Ｘ線通過領域としての複数の孔１０２が形成されている。しかしながら、延在方向が互いに傾いた高アスペクト比の複数の微細な孔１０２を平板状の部材に形成することは極めて困難であると考えられる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線が入射可能な面積をより広くすることができるＸ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によるＸ線用金属グリッドは、湾曲した主面を有する部材と、部材の主面上に形成された陽極酸化被膜と、陽極酸化被膜に周期的に形成された凹凸形状を含む格子構造と、を備える。このＸ線用金属グリッドでは、凹凸形状の凹部が空隙とされるか或いはＸ線透過率が陽極酸化被膜よりも高い材料によって複数の凹部が埋め込まれた場合、凹部内がＸ線通過領域となり、凸部に残存する陽極酸化被膜がＸ線遮蔽領域となる。また、Ｘ線透過率が陽極酸化被膜よりも低い材料によって凹部が埋め込まれた場合、凹部内がＸ線遮蔽領域となり、凸部に残存する陽極酸化被膜がＸ線通過領域となる。
また、上記のＸ線用金属グリッドでは、部材の主面が湾曲している。これにより、Ｘ線通過領域の延在方向もまた、主面の曲率に応じて少しずつ傾斜することとなる。従って、点状のＸ線源から放射状に広がるＸ線を受ける際、主面の曲率をＸ線源からの距離に応じて設定することにより、該Ｘ線用金属グリッドの中心からの距離にかかわらず、Ｘ線通過領域に入射するＸ線の進行方向とＸ線通過領域の延在方向との相対角度を小さくすることが可能になる。従って、上記のＸ線用金属グリッドによれば、中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線が入射可能な面積をより広くすることができる。
上記のＸ線用金属グリッドにおいて、凹凸形状の側面は主面に対して垂直であってもよい。これにより、Ｘ線通過領域においてＸ線を効率良く通過させることができる。
上記のＸ線用金属グリッドは、部材の周縁部を支持するフレーム部、及び部材に貼り付けられ部材を支持する支持基板のうち少なくとも一方を更に備えてもよい。これにより、部材が薄い場合でもＸ線用金属グリッドの機械的強度を保つことができるので、部材を薄くして、部材を透過する際のＸ線の損失を低減することができる。
上記のＸ線用金属グリッドは、陽極酸化被膜よりもＸ線透過率が低い金属を含み格子構造の凹部を埋める金属部を更に備えてもよい。上述したように、この場合、金属部（凹部）がＸ線遮蔽領域となり、金属部間の陽極酸化被膜がＸ線通過領域となる。そして、このような場合においても、上述したＸ線用金属グリッドによる効果を好適に奏することができる。
上記のＸ線用金属グリッドは、陽極酸化被膜の凹部を除く領域上に設けられた保護膜を更に備えてもよい。このような保護膜によって、多孔質である陽極酸化被膜の孔に異物が入り込んでＸ線透過率が変動することを効果的に防ぐことができる。更に、金属部を形成する場合には、多孔質である陽極酸化被膜の孔に金属が入り込むことを保護膜によって効果的に防ぐことができる。この保護膜は、陽極酸化被膜をエッチングして凹部を形成する際に用いられたエッチングマスクであってもよい。通常、陽極酸化被膜をエッチングする際に用いられるエッチングマスクのＸ線透過率は極めて高い。従って、完成したＸ線用金属グリッドにおいてエッチングマスクが残存していてもＸ線の損失は僅かである。その一方で、Ｘ線用金属グリッドの製造工程においてエッチングマスクを除去する工程を省略し、製造コストを低減できる。
上記のＸ線用金属グリッドにおいて、保護膜は樹脂を含んでもよい。このように、Ｘ線透過率が極めて高い材料である樹脂を保護膜が含むことにより、保護膜を透過する際のＸ線の損失を極めて少なくすることができる。
また、本発明の一実施形態によるＸ線撮像装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、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、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計から出射されたＸ線像を撮像するＸ線撮像部と、を備え、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計は、上記いずれかのＸ線用金属グリッドを有する。このＸ線撮像装置によれば、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計が上記いずれかのＸ線用金属グリッドを有するので、より大きな面積の撮像が可能になる。
また、本発明の一実施形態によるＸ線用金属グリッドの製造方法は、主面を有する部材の主面にバルブ金属膜を形成する工程と、主面が湾曲した状態でバルブ金属膜の陽極酸化処理を行って陽極酸化被膜を形成する工程と、周期的な開口を有するエッチングマスクを陽極酸化被膜の表面上に形成し、該開口を介して陽極酸化被膜をエッチングすることにより、周期的な凹凸形状を含む格子構造を陽極酸化被膜に形成する工程と、を含む。
この製造方法では、凹凸形状の凹部が空隙とされるか或いはＸ線透過率が陽極酸化被膜よりも高い材料によって凹部が埋め込まれた場合、凹部内がＸ線通過領域となり、凸部に残存する陽極酸化被膜がＸ線遮蔽領域となる。また、Ｘ線透過率が陽極酸化被膜よりも低い材料によって凹部が埋め込まれた場合、凹部内がＸ線遮蔽領域となり、凸部に残存する陽極酸化被膜がＸ線通過領域となる。
また、上記の製造方法では、バルブ金属膜が形成された主面が湾曲した状態で、バルブ金属膜の陽極酸化処理を行う。これにより、その後に形成されるＸ線通過領域の延在方向もまた、主面の曲率に応じて少しずつ傾斜することとなる。従って、点状のＸ線源から放射状に広がるＸ線を受ける際、主面の曲率をＸ線源からの距離に応じて設定することにより、該Ｘ線用金属グリッドの中心からの距離にかかわらず、Ｘ線通過領域に入射するＸ線の進行方向とＸ線通過領域の延在方向との相対角度を小さくすることが可能になる。従って、上記の製造方法によれば、中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線が入射可能な面積をより広くすることができるＸ線用金属グリッドを提供できる。
上記のＸ線用金属グリッドの製造方法は、格子構造を形成する工程の後に、陽極酸化被膜よりもＸ線透過率が低い金属を含み格子構造の凹部を埋める金属部を形成する工程を更に含んでもよい。上述したように、この場合、金属部（凹部）がＸ線遮蔽領域となり、金属部間の陽極酸化被膜がＸ線通過領域となる。そして、このような場合においても、上述した製造方法による効果を好適に奏することができる。
上記のＸ線用金属グリッドの製造方法において、金属部を形成する工程では、エッチングマスクを残した状態で金属部を形成してもよい。この場合、Ｘ線用金属グリッドの製造工程においてエッチングマスクを除去する工程を省略し、製造コストを低減できる。更に、金属部を形成する際、多孔質である陽極酸化被膜の孔に金属が入り込むことをエッチングマスクによって効果的に防ぐことができる。
上記のＸ線用金属グリッドの製造方法において、金属部を形成する工程では、金属部を電界めっき、ＣＶＤ、ＡＬＤのうちいずれかの方法により形成してもよい。これにより、微細かつ高いアスペクト比を有する凹部内に金属部を好適に形成することができる。
上記のＸ線用金属グリッドの製造方法は、部材の周縁部を支持するフレーム部、及び部材に貼り付けられ部材を支持する支持基板のうち少なくとも一方を取り付ける工程を更に含んでもよい。これにより、部材が薄い場合でもＸ線用金属グリッドの機械的強度を保つことができるので、部材を薄くして、部材を透過する際のＸ線の損失を低減することができる。
本発明によるＸ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法によれば、中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線が入射可能な面積をより広くすることができる。
本発明の一実施形態に係るＸ線用金属グリッドを示す斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図２のＡ部を拡大した断面図である。 金属板の一部を切り欠いて示す斜視図である。 陽極酸化被膜の一部を拡大して示す断面図である。 凹部の平面形状の例を示す図である。 金属グリッドの製造工程を示す図である。 金属グリッドの製造工程を示す図である。 陽極酸化の進行を示す図である。 第１変形例に係る金属板のＸ線受光部の構造を示す断面図である。 図１０のＢ部を拡大して示す断面図である。 第２変形例に係る金属グリッドの外観を示す斜視図である。 図１２に示されたXIII−XIII線に沿った断面図である。 第３変形例に係る金属グリッドの断面図である。 第４変形例に係る金属グリッドの断面図である。 第５変形例に係る金属板の斜視図である。 第６変形例に係る金属板の斜視図である。 図１７に示された金属板の一部を切り欠いて示す斜視図である。 第７変形例に係る金属板の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線撮像装置の構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るＸ線撮像装置の構成を示す図である。 特許文献１に記載された構成を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明によるＸ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線用金属グリッド（以下、金属グリッドという）１Ａを示す斜視図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図であり、図３は図２のＡ部を拡大した断面図である。図３には、金属グリッド１Ａに入射するＸ線ＸＬが示されている。本実施形態の金属グリッド１Ａは、例えばタルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計を用いたＸ線撮像装置などのＸ線装置において、Ｘ線回折格子として用いられる。図１〜図３に示すように、金属グリッド１Ａは、板状の部材１０と、陽極酸化被膜２０と、保護膜３０と、金属部４０と、フレーム部５０とを備える。
板状の部材１０は、Ｘ線透過率が高い材料（例えば樹脂、軽金属等）によって構成された部材であって、湾曲した主面１３ａ及び裏面１３ｂを含むＸ線受光部１３と、Ｘ線受光部１３の周囲に設けられた平坦な主面１４ａ及び裏面１４ｂを含むフランジ部１４（周縁部）とを有する。板状の部材１０は、小さな力で変形可能な可撓性のフレキシブル基板であってもよい。Ｘ線受光部１３の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。Ｘ線受光部１３及びフランジ部１４の平面形状（Ｘ線ＸＬの光軸方向から見た形状）は、例えば長方形もしくは正方形である。Ｘ線受光部１３の一辺の長さは例えば１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、フランジ部１４の一辺の長さは例えば１１ｍｍ以上６００ｍｍ以下である。
図４は、部材１０の一部を切り欠いて示す斜視図である。本実施形態のＸ線受光部１３は、一次元の曲率を有する形状（円筒面の一部を切り取った形状）を有している。言い換えれば、Ｘ線受光部１３は、Ｘ線ＸＬの光軸を含む一の断面において湾曲しており、Ｘ線ＸＬの光軸を含み該断面に垂直な断面においては平坦である。Ｘ線受光部１３の曲率半径は、例えば５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下である。この曲率半径は、主にＸ線源からの距離に応じて決定される。
図３に示される陽極酸化被膜２０は、部材１０の主面１３ａ上に形成されている。図５は、陽極酸化被膜２０の一部を拡大して示す断面図である。図５に示すように、陽極酸化被膜２０は多孔質であり、微細な複数の孔２１を含んでいる。これらの孔２１は、主面１３ａに対して垂直な方向に延在し、主面１３ａに平行な面に沿って規則正しく並んでいる。主面１３ａに垂直な方向から見たこれらの孔２１の平面形状は円形である。これらの孔２１の内径は例えば４０ｎｍである。なお、孔２１の平面形状は円形に限らず、四角形等の他の形状であってもよい。陽極酸化被膜２０は、部材１０の主面１３ａ上に形成されたバルブ金属膜９に対して陽極酸化処理を行うことにより形成される。陽極酸化被膜２０と部材１０の主面１３ａとの間には、バルブ金属膜９が残存している。バルブ金属膜９は、陽極酸化被膜２０を形成可能な金属によって構成され、例えばＡｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｗ，Ｂｉ，及びＳｂからなる群から選択される少なくとも１つの金属からなる。
図３及び図５に示すように、陽極酸化被膜２０には、周期的に形成された凹凸形状を含む格子構造が形成されている。凹凸形状を構成する凹部２２は、主面１３ａに対して垂直な方向に延在し、凹部２２の側面２２ａは、主面１３ａに対して垂直である。また、図３及び図５に示す断面において、凹部２２は、主面１３ａに平行な面に沿って並んでいる。凹部２２の底面２２ｂは、バルブ金属膜９に達している。すなわち、底面２２ｂは、バルブ金属膜９のバルブ金属からなる。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、凹部２２の平面形状の例を示す図である。図６（ａ）に示す例では、複数の凹部２２が、主面１３ａに沿った一定の方向に延びており、該方向と直交する方向に一定の間隔で並んでいる。この場合、並び方向における複数の凹部２２の幅Ｗ１は例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、該方向においてる隣り合う凹部２２同士の間隔Ｗ２は例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下である。また、図６（ｂ）に示す例では、凹部２２は円形状の複数の凸部（陽極酸化被膜２０）を囲んでおり、複数の凸部は正方格子状に配列されている。図６（ｃ）に示す例では、凹部２２は円形状の複数の凸部（陽極酸化被膜２０）を囲んでおり、複数の凸部は三角格子状に配列されている。陽極酸化被膜２０からなる複数の凸部が円形状である場合、複数の凸部の内径Ｄ１は例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、隣り合う凸部同士の間隔Ｗ３は例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下である。
再び図３及び図５を参照する。保護膜３０は、陽極酸化被膜２０の凹部２２を除く領域上（すなわち陽極酸化被膜２０からなる複数の凸部上）に設けられ、陽極酸化被膜２０と接している。保護膜３０は、凹部２２に対応する開口３１（図５参照）を有する。一例では、保護膜３０は、凹部２２を形成するための陽極酸化被膜２０のエッチングの際に用いられたエッチングマスクであって、エッチングの後も除去されることなく、金属グリッド１Ａに残存している。エッチングマスクは、いわゆるレジストであってもよい。保護膜３０の厚さは例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下である。
金属部４０は、凹部２２を埋めている部分である。金属部４０は、凹部２２内に配置されるので、その平面形状及び配列は、凹部２２と同様となる。すなわち、金属部４０は、例えば図６（ａ）〜図６（ｃ）に示された凹部２２と同様の平面形状を有し、周期的に配列される。凹部２２が図６（ａ）に示された形態を有する場合、主面１３ａに沿った一定の方向に延びる薄板状の金属部４０が、該方向と直交する方向に一定の間隔をあけて並ぶ。また、凹部２２が図６（ｂ）または図６（ｃ）に示された形態を有する場合、円柱状の複数の陽極酸化被膜２０を金属部４０が囲み、複数の陽極酸化被膜２０は正方格子状或いは三角格子状に並ぶ。
金属部４０は、陽極酸化被膜２０よりもＸ線透過率が低い金属を主に含む。一例では、金属部４０は、陽極酸化被膜２０よりもＸ線透過率が低い金属からなる。このような金属としては、例えばＡｕ，Ｗ，Ｐｔ，及びＰｂからなる群から選択される少なくとも１つが挙げられる。本実施形態において、金属部４０はＸ線遮蔽領域として機能する。凹部２２の側面２２ａが部材１０の主面１３ａに対して垂直であるため、金属部４０の側面４１もまた部材１０の主面１３ａに対して垂直となる。また、金属部４０は、凹部２２の底面２２ｂと接している。なお、本実施形態では金属部４０の上面４２と保護膜３０の上面３２とがほぼ面一となっているが、金属部４０の上面４２は保護膜３０の上面３２よりも低くてもよく、或いは、金属部４０が保護膜３０の上面３２を覆っていても良い。
再び図１及び図２を参照する。フレーム部５０は、部材１０のフランジ部１４に取り付けられた支持部材である。フレーム部５０は、金属グリッド１Ａの機械的強度を補うとともに、金属グリッド１Ａの可搬性および設置容易性を向上するために設けられる。本実施形態のフレーム部５０は、部材１０の主面１３ａに垂直な方向から見て、枠状といった平面形状を有する。フレーム部５０の外縁５１の形状はフランジ部１４の外縁１４ｃの形状とほぼ一致しており、フレーム部５０の内縁５２の形状はＸ線受光部１３の外縁の形状とほぼ一致している。言い換えれば、本実施形態のフレーム部５０の平面形状は長方形もしくは正方形の枠状である。本実施形態のフレーム部５０はＸ線受光部１３と重なっていないので、フレーム部５０の構成材料及び厚さは、Ｘ線透過率を考慮することなく（或いは、Ｘ線受光部１３から外れた不要なＸ線を吸収するように）決定される。フレーム部５０の厚さは例えば０．５ｍｍ以上１０ｃｍ以下である。フレーム部５０の構成材料は、例えばＳＵＳである。フレーム部５０とフランジ部１４とは、例えば樹脂接着剤によって接合される。なお、図ではフランジ部１４の裏面１４ｂ側にフレーム部５０が設けられているが、フランジ部１４の主面１４ａ側にフレーム部５０が設けられてもよく、主面１４ａ側及び裏面１４ｂ側の双方にフレーム部５０が設けられてもよい。
次に、本実施形態の金属グリッド１Ａを製造する方法について説明する。図７及び図８は、金属グリッド１Ａの製造工程を示す図である。まず、主面及び裏面を有する平板状の部材１０を用意する。そして、図７（ａ）に示すように、部材１０の主面上に、バルブ金属膜９を形成する。バルブ金属は、陽極酸化被膜を形成可能な金属であって、例えばＡｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｗ，Ｂｉ，及びＳｂからなる群から選択される少なくとも１つである。バルブ金属膜９の厚さは、例えば１μｍ以上１ｍｍ以下である。
続いて、図７（ｂ）に示すように、部材１０の主面を湾曲させた状態で、バルブ金属膜９に対して陽極酸化処理を行うことにより、陽極酸化被膜２０を形成する。図９は、陽極酸化の進行を示す図である。図９に示される破線Ｌは、陽極酸化前のバルブ金属膜９の表面位置を示す。図９（ａ）に示すように、バルブ金属膜９の表面には、空気中の酸素によって酸化した自然酸化膜１５が予め形成されている。陽極酸化処理を開始すると、図９（ｂ）に示すように、バルブ金属膜９の表面に初期の酸化被膜２０が成長する。さらに陽極酸化処理を継続すると、図９（ｃ）に示すように、酸化被膜２０の厚さが１０ｎｍ〜２０ｎｍに達した時点で、複数の孔２１が発生する。その後、酸化被膜２０の溶解と生成とが並行して起こり、複数の孔２１の上方への成長と下方への成長とが同時に生じる（図９（ｄ））。こうして、最終的に、バルブ金属膜９の表面に対して垂直な方向に延びる高アスペクト比の複数の孔２１を含む陽極酸化被膜２０が形成される（図９（ｅ））。なお、図７（ｂ）の拡大図に示すように、部材１０と酸化被膜２０との間には、バルブ金属膜９が僅かに残る。
続いて、図７（ｃ）に示すように、周期的な開口３１を有する保護膜３０としてのエッチングマスク３３を陽極酸化被膜２０の表面上に形成する。この工程では、エッチングマスク３３を、例えば通常のフォトリソグラフィによって形成する。また、エッチングマスク３３の開口３１の開口幅を、陽極酸化被膜２０の複数の孔２１の内径よりも十分に大きくする。
続いて、図８（ａ）に示すように、エッチングマスク３３の開口３１を介して陽極酸化被膜２０をエッチングする。これにより、周期的な凹凸形状を含む格子構造を陽極酸化被膜２０に形成する。一例では、陽極酸化被膜２０に対してウェットエッチングを行う。エッチャントとしては例えばリン酸が用いられる。前述したように、陽極酸化被膜２０は微細な複数の孔２１を有するので、これらの孔２１にエッチャントが侵入して孔２１の側面をエッチングすることで、凹部２２の側面が、湾曲した部材１０の表面に対して容易に垂直となる。
続いて、図８（ｂ）に示すように、金属部４０を形成する。この工程では、エッチングマスク３３を残した状態で、金属部４０を、例えば物理蒸着または化学蒸着といった蒸着法或いはめっきにより形成する。一例では、高アスペクト比の凹部２２内に金属を十分に侵入させるため、電界めっき、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）のうちいずれかの方法により金属部４０を形成する。電界めっきにより金属部４０を形成する場合、凹部２２の底面２２ｂにおいて露出したバルブ金属膜９に通電させる。
最後に、部材１０のフランジ部１４にフレーム部５０を取り付けて、フランジ部１４を支持する。こうして、本実施形態の金属グリッド１Ａが完成する。
以上に説明した、本実施形態の金属グリッド１Ａ及びその製造方法によって得られる効果について説明する。本実施形態の金属グリッド１Ａでは、Ｘ線透過率が陽極酸化被膜２０よりも低い金属部４０によって凹部２２が埋め込まれているので、凹部２２内がＸ線遮蔽領域となり、凹部２２間に残存する陽極酸化被膜２０がＸ線通過領域となる。従って、Ｘ線通過領域及びＸ線遮蔽領域が周期的に配列されたＸ線用金属グリッド１Ａを好適に実現できる。
また、本実施形態の金属グリッド１Ａでは、部材１０のＸ線受光部１３の主面１３ａが湾曲している。本実施形態の製造方法においても、部材１０のＸ線受光部１３の主面１３ａを湾曲させる。これにより、Ｘ線通過領域の延在方向もまた、主面１３ａの曲率に応じて少しずつ傾斜することとなる。従って、点状のＸ線源から放射状に広がるＸ線ＸＬ（図２参照）を受ける際、主面１３ａの曲率をＸ線源からの距離に応じて設定することにより、金属グリッド１Ａの中心からの距離にかかわらず、Ｘ線通過領域に入射するＸ線ＸＬの進行方向とＸ線通過領域の延在方向との相対角度を小さくすることが可能になる。従って、本実施形態の金属グリッド１Ａ及びその製造方法によれば、中心から遠い位置においても所望の機能を得ることができ、Ｘ線ＸＬが入射可能な金属グリッドの面積をより広くすることができる。
また、本実施形態のように、凹部２２の側面２２ａはＸ線受光部１３の主面１３ａに対して垂直であってもよい。これにより、Ｘ線通過領域においてＸ線ＸＬを効率良く通過させることができる。
また、本実施形態のように、金属グリッド１Ａは、部材１０のフランジ部１４を支持するフレーム部５０を備えてもよい。また、金属グリッド１Ａの製造方法は、部材１０のフランジ部１４を支持するフレーム部５０を取り付ける工程を含んでもよい。これにより、部材１０が薄い場合でも金属グリッド１Ａの機械的強度を保つことができるので、部材１０を薄くして、部材１０を透過する際のＸ線ＸＬの損失を低減することができる。
また、本実施形態のように、金属グリッド１Ａは、陽極酸化被膜２０よりもＸ線透過率が低い金属を含み凹部２２を埋める金属部４０を備えてもよい。また、金属グリッド１Ａの製造方法は、凹部２２を形成する工程の後に、金属部４０を形成する工程を含んでもよい。上述したように、この場合、金属部４０（凹部２２）がＸ線遮蔽領域となり、金属部４０間の陽極酸化被膜２０がＸ線通過領域となる。そして、このような場合においても、上述した金属グリッド１Ａによる効果を好適に奏することができる。
また、本実施形態のように、金属グリッド１Ａは、陽極酸化被膜２０の凹部２２を除く領域（すなわち凸部）上に設けられた保護膜３０を備えてもよい。また、金属グリッド１Ａの製造方法において、金属部４０を形成する工程では、エッチングマスク３３を残した状態で金属部４０を形成してもよい。このような保護膜３０（エッチングマスク３３）によって、多孔質である陽極酸化被膜２０の孔２１に異物が入り込んでＸ線透過率が変動することを効果的に防ぐことができる。更に、金属部４０を形成する場合には、多孔質である陽極酸化被膜２０の孔２１に金属が入り込むことを保護膜３０（エッチングマスク３３）によって効果的に防ぐことができる。従って、金属部４０間の陽極酸化被膜２０の領域（Ｘ線通過領域）におけるＸ線透過率の低下を抑制できる。通常、陽極酸化被膜２０をエッチングする際に用いられるエッチングマスク３３のＸ線透過率は極めて高い。従って、完成したＸ線用金属グリッド１Ａにおいてエッチングマスク３３が残存していてもＸ線ＸＬの損失は僅かである。その一方で、Ｘ線用金属グリッド１Ａの製造工程においてエッチングマスク３３を除去する工程を省略し、製造コストを低減できる。
また、本実施形態のように、保護膜３０（エッチングマスク３３）は樹脂を含んでもよい。このように、Ｘ線透過率が極めて高い材料である樹脂を保護膜３０（エッチングマスク３３）が含むことにより、保護膜３０（エッチングマスク３３）を透過する際のＸ線ＸＬの損失を極めて少なくすることができる。
また、本実施形態のように、金属部４０を形成する工程では、金属部４０を電界めっき、ＣＶＤ、ＡＬＤのうちいずれかの方法により形成してもよい。これにより、微細かつ高いアスペクト比を有する凹部２２内の深部まで金属材料を容易に侵入させて、金属部４０を好適に形成することができる。
（第１変形例）
続いて、上記実施形態の変形例について説明する。図１０は、上記実施形態の第１変形例に係る部材１０のＸ線受光部１３付近の構造を示す断面図である。また、図１１は、図１０のＣ部を拡大して示す断面図である。これらの図に示すように、本変形例では、凹部２２内に金属部４０が設けられておらず、凹部２２内は空隙となっている。この場合、凹部２２がＸ線通過領域として機能し、凹部２２間の（或いは、凹部２２に囲まれた）陽極酸化被膜２０及び保護膜３０がＸ線遮蔽領域として機能する。
本変形例のように、金属部４０が設けられない場合であっても、金属グリッド１Ａは所望の機能を発揮することができる。このような金属グリッド１Ａを製造する際には、図８（ｂ）に示された金属部４０の形成工程が省略される。なお、金属部４０に代えて、陽極酸化被膜２０よりもＸ線透過率が高い材料を凹部２２に埋め込むことによっても、本変形例と同様の機能を有する金属グリッドが得られる。
（第２変形例）
図１２は、上記実施形態の第２変形例に係る金属グリッド１Ｂの外観を示す斜視図である。図１３は、図１２に示されたXIII−XIII線に沿った断面図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、フレーム部の形状である。本変形例のフレーム部５０Ａは、枠状ではなく、部材１０のフランジ部１４の一部に限定して設けられている。具体的には、本変形例の金属グリッド１Ｂは、Ｘ線受光部１３を挟んで対称に配置された一対のフレーム部５０Ａを備える。各フレーム部５０Ａは、部材１０の一辺に沿った方向Ａ１（Ｘ線受光部１３が湾曲していない断面に沿った方向）を長手方向として互いに平行に延びており、該方向Ａ１と交差する方向Ａ２（Ｘ線受光部１３が湾曲している断面に沿った方向）に並んでいる。部材１０の法線方向（方向Ａ１及びＡ２の双方と直交する方向）から見て、一対のフレーム部５０Ａの間にはＸ線受光部１３が配置されている。なお、フレーム部５０Ａの上記以外の構成及び材料は、上記実施形態のフレーム部５０と同様である。
本変形例のように、フランジ部１４の一部にのみフレーム部５０Ａが設けられる場合であっても、フランジ部１４を支持して金属グリッド１Ａの機械的強度を保つことができる。なお、本変形例では方向Ａ１に沿って延びる一対のフレーム部５０が方向Ａ２に並んでいるが、方向Ａ２に沿って延びる一対のフレーム部５０が方向Ａ１に並んでもよい。
（第３変形例）
図１４は、上記実施形態の第３変形例に係る金属グリッド１Ｃの断面図である。本変形例の金属グリッド１Ｃは、上記実施形態のフレーム部５０に代えて、支持基板５０Ｂを備える。支持基板５０Ｂは、部材１０と同様の形状を有する表面５３を有しており、該表面５３に部材１０が貼り付けられている。具体的には、支持基板５０Ｂは部材１０と同じ平面形状を有しており、Ｘ線受光部１３及びフランジ部１４に接着剤を介して隙間無く貼り付けられている。これにより、部材１０が支持基板５０Ｂによって支持され、金属グリッド１Ａの機械的強度が保たれる。支持基板５０Ｂの材料としては、上記実施形態のフレーム部５０とは異なり、Ｘ線透過率の高い材料（軽元素）が選択される。支持基板５０ＢはＸ線受光部１３にも設けられており、Ｘ線ＸＬが支持基板５０Ｂを効率よく透過できることが望まれるからである。一例では、支持基板５０Ｂの材料としてＣＦＲＰが挙げられる。支持基板５０Ｂの厚さは例えば０．５ｍｍ以上１０ｃｍ以下である。なお、本変形例の支持基板５０Ｂは、上記実施形態のフレーム部５０とは異なり、部材１０がフランジ部１４を有していない場合であっても、部材１０を好適に支持することができる。本変形例の金属グリッド１Ｃを製造する際には、上記実施形態のフレーム部５０を取り付ける工程において、フレーム部５０に代えて支持基板５０Ｂを部材１０に取り付けるとよい。また、図では部材１０の裏面１３ｂ側に支持基板５０Ｂが設けられているが、部材１０の主面１３ａ側に支持基板５０Ｂが設けられてもよい。
（第４変形例）
図１５は、上記実施形態の第４変形例に係る金属グリッド１Ｄの断面図である。本変形例の金属グリッド１Ｄは、上記実施形態のフレーム部５０に代えて、支持基板５０Ｃを備える。支持基板５０Ｃは、部材１０と同様の形状を有する表面５３を有しており、該表面５３に部材１０が貼り付けられている。これにより、部材１０が支持基板５０Ｃによって支持され、金属グリッド１Ｄの機械的強度が保たれる。但し、本変形例の支持基板５０Ｃは、第３変形例とは異なり、Ｘ線受光部１３の中心を含む部分に開口５４を有する。部材１０の法線方向から見て、開口５４の平面形状はＸ線受光部１３の平面形状と相似しており、例えば長方形もしくは正方形である。本変形例によれば、支持基板５０Ｃによって部材１０を支持しつつ、開口５４においてＸ線ＸＬを通過させ、支持基板５０ＣによるＸ線ＸＬの減衰を回避することができる。なお、本変形例の支持基板５０Ｃもまた、部材１０がフランジ部１４を有していない場合であっても部材１０を好適に支持することができる。本変形例の金属グリッド１Ｄを製造する際には、上記実施形態のフレーム部５０を取り付ける工程において、フレーム部５０に代えて支持基板５０Ｃを部材１０に取り付けるとよい。また、図では部材１０の裏面１３ｂ側に支持基板５０Ｃが設けられているが、部材１０の主面１３ａ側に支持基板５０Ｃが設けられてもよい。
（第５変形例）
図１６は、上記実施形態の第５変形例に係る部材１０Ａの斜視図である。同図に示される部材１０Ａは、上記実施形態の部材１０とは異なり、方向Ａ２の両端にのみフランジ部１４を有する。このような構成であっても、例えば第２変形例に示された一対のフレーム部５０Ａ（図１２及び図１３を参照）をフランジ部１４に貼り付けることにより、金属グリッドの機械的強度を好適に保つことができる。なお、部材１０Ａは、方向Ａ１の両端にのみフランジ部１４を有してもよい。
（第６変形例）
図１７は、上記実施形態の第６変形例に係る部材１０Ｂの斜視図である。図１８は、図１７に示された部材１０Ｂの一部を切り欠いて示す斜視図である。これらの図に示される部材１０Ｂは、上記実施形態の部材１０とはＸ線受光部の形状において異なる。本変形例のＸ線受光部１３Ａの主面１３ａ及び裏面１３ｂは、二次元の曲率を有する。すなわち、Ｘ線ＸＬの光軸を含む一の断面においてＸ線受光部１３Ａの主面１３ａ及び裏面１３ｂは曲率を有し、Ｘ線ＸＬの光軸を含み該断面に垂直な別の断面においても、Ｘ線受光部１３Ａの主面１３ａ及び裏面１３ｂは曲率を有する。一例では、Ｘ線受光部１３Ａの主面１３ａ及び裏面１３ｂの形状は球面である。また、部材１０の法線方向から見たＸ線受光部１３の平面形状は円形である。
（第７変形例）
図１９は、上記実施形態の第７変形例に係る部材１０Ｃの斜視図である。同図に示される部材１０Ｃは、第６変形例の部材１０Ｂとは異なり、或る一方向の両端にのみフランジ部１４を有する。このような構成であっても、例えば第２変形例に示された一対のフレーム部５０Ａ（図１２及び図１３を参照）をフランジ部１４に貼り付けることにより、金属グリッドの機械的強度を好適に保つことができる。
（第２実施形態）
図２０は、本発明の一実施形態に係るＸ線撮像装置７０Ａの構成を示す図である。本実施形態のＸ線撮像装置７０Ａは、Ｘ線ＸＬを放射するＸ線源７１と、Ｘ線源７１から放射されたＸ線ＸＬが照射されるタルボ干渉計７２と、タルボ干渉計７２から出射されたＸ線像ＸＭを撮像するＸ線撮像部７３と、を備える。撮像対象である試料Ｆは、Ｘ線源７１とタルボ干渉計７２との間に配置される。タルボ干渉計７２は２枚の金属グリッド７２ａ，７２ｂを有するが、これらの金属グリッド７２ａ，７２ｂは、前述した第１実施形態及び第１ないし第７変形例のうちいずれかの金属グリッドである。本変形例のＸ線撮像装置７０Ａによれば、タルボ干渉計７２においてＸ線ＸＬが入射可能な面積が広くなるので、より大きな面積の撮像が可能になる。
（第３実施形態）
図２１は、本発明の別の実施形態に係るＸ線撮像装置７０Ｂの構成を示す図である。本実施形態のＸ線撮像装置７０Ｂは、Ｘ線ＸＬを放射するＸ線源７４と、Ｘ線源７４から放射されたＸ線ＸＬが照射されるタルボ・ロー干渉計７５と、タルボ・ロー干渉計７５から出射されたＸ線像ＸＭを撮像するＸ線撮像部７６と、を備える。タルボ・ロー干渉計７５は、３枚の金属グリッド（Ｘ線源７４に近い側から第１金属グリッド７５ａ、第２金属グリッド７５ｂ、及び第３金属グリッド７５ｃ）を有する。撮像対象である試料Ｆは、第１金属グリッド７５ａと第２金属グリッド７５ｂとの間に配置される。３枚の金属グリッド７５ａ〜７５ｃは、前述した第１実施形態及び第１ないし第７変形例のうちいずれかの金属グリッドである。一例では、第１金属グリッド７５ａ及び第３金属グリッド７５ｃとしては金属部４０を備える金属グリッド（例えば第１実施形態の金属グリッド１Ａ）が用いられ、第２金属グリッド７５ｂとしては金属部４０を備えない金属グリッド（例えば第１変形例の金属グリッド）が用いられる。本変形例のＸ線撮像装置７０Ｂによれば、タルボ・ロー干渉計７５においてＸ線ＸＬが入射可能な面積が広くなるので、より大きな面積の撮像が可能になる。
本発明によるＸ線用金属グリッド、Ｘ線撮像装置、及びＸ線用金属グリッドの製造方法は、上述した各実施形態及び各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態及び各変形例では、フレーム部及び支持基板のうち一方を板状の部材に取り付けているが、フレーム部及び支持基板の双方を板状の部材に取り付けてもよい。また、フレーム部及び支持基板は、必ずしも陽極酸化被膜が形成されていない側の面に取り付けられなくてもよく、陽極酸化被膜が形成された側の面に、陽極酸化被膜を介して取り付けられてもよい。
また、上記各実施形態及び各変形例では、湾曲した部材の外側（凸側）の表面を主面と定義しているが、湾曲した部材の内側（凹側）の表面を主面と定義してもよい。その場合、部材の内側（凹側）の表面に陽極酸化被膜が形成される。そのような構成においても、上記各実施形態及び各変形例の効果を好適に奏することができる。但し、湾曲した部材の外側（凸側）の表面上に陽極酸化被膜を形成するほうが、エッチングマスクを形成しやすいという利点がある。
また、上記各実施形態及び各変形例では、板状の部材を支持するためのフレーム部または支持基板が取り付けられているが、板状の部材自体の機械的強度が十分に得られる場合は、フレーム部及び支持基板は省かれてもよい。また、部材は必ずしも板状である必要はなく、湾曲した主面を有するブロック状の部材であってもよい。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…金属グリッド、９…バルブ金属膜、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…部材、１３，１３Ａ…Ｘ線受光部、１３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１４…フランジ部、１４ａ…主面、１４ｂ…裏面、１４ｃ…外縁、１５…自然酸化膜、２０…陽極酸化被膜、２１…孔、２２…凹部、３０…保護膜、３１…開口、３３…エッチングマスク、４０…金属部、５０，５０Ａ…フレーム部、５０Ｂ，５０Ｃ…支持基板、５１…外縁、５２…内縁、５３…表面、５４…開口、７０Ａ，７０Ｂ…Ｘ線撮像装置、７１，７４…Ｘ線源、７２…タルボ干渉計、７２ａ，７２ｂ…金属グリッド、７３，７６…Ｘ線撮像部、７４…Ｘ線源、７５…タルボ・ロー干渉計、７５ａ，７５ｂ，７５ｃ…金属グリッド、Ｆ…試料、ＸＬ…Ｘ線、ＸＭ…Ｘ線像。

Claims (12)

  1. 湾曲した主面を有する部材と、
    前記部材の前記主面上に形成された陽極酸化被膜と、
    前記陽極酸化被膜に周期的に形成された凹凸形状を含む格子構造と、
    を備える、Ｘ線用金属グリッド。
  2. 前記凹凸形状の側面が前記主面に対して垂直である、請求項１に記載のＸ線用金属グリッド。
  3. 前記部材の周縁部を支持するフレーム部、及び前記部材に貼り付けられ前記部材を支持する支持基板のうち少なくとも一方を更に備える、請求項１または２に記載のＸ線用金属グリッド。
  4. 前記陽極酸化被膜よりもＸ線透過率が低い金属を含み前記格子構造の凹部を埋める金属部を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線用金属グリッド。
  5. 前記陽極酸化被膜の凹部を除く領域上に設けられた保護膜を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線用金属グリッド。
  6. 前記保護膜が樹脂を含む、請求項５に記載のＸ線用金属グリッド。
  7. 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前記タルボ・ロー干渉計から出射されたＸ線像を撮像するＸ線撮像部と、
    を備え、
    前記タルボ干渉計または前記タルボ・ロー干渉計は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線用金属グリッドを有する、Ｘ線撮像装置。
  8. 主面を有する部材の前記主面上にバルブ金属膜を形成する工程と、
    前記主面が湾曲した状態で前記バルブ金属膜の陽極酸化処理を行って陽極酸化被膜を形成する工程と、
    周期的な開口を有するエッチングマスクを前記陽極酸化被膜の表面上に形成し、前記開口を介して前記陽極酸化被膜をエッチングすることにより、周期的な凹凸形状を含む格子構造を前記陽極酸化被膜に形成する工程と、
    を含む、Ｘ線用金属グリッドの製造方法。
  9. 前記格子構造を形成する工程の後に、前記陽極酸化被膜よりもＸ線透過率が低い金属を含み前記格子構造の凹部を埋める金属部を形成する工程を更に含む、請求項８に記載のＸ線用金属グリッドの製造方法。
  10. 前記金属部を形成する工程では、前記エッチングマスクを残した状態で前記金属部を形成する、請求項９に記載のＸ線用金属グリッドの製造方法。
  11. 前記金属部を形成する工程では、前記金属部を電界めっき、ＣＶＤ、ＡＬＤのうちいずれかの方法により形成する、請求項９または１０に記載のＸ線用金属グリッドの製造方法。
  12. 前記部材の周縁部を支持するフレーム部、及び前記部材に貼り付けられ前記部材を支持する支持基板のうち少なくとも一方を取り付ける工程を更に含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のＸ線用金属グリッドの製造方法。
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