JP2019074448A - 高アスペクト比構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線が透過する領域における透過率を向上する。【解決手段】高アスペクト比構造物の製造方法は、基板の少なくとも１つの主面に、複数の穴を形成する穴形成工程と、穴形成工程終了後、複数の穴が形成された主面上に、レジスト層を配設した第１領域とレジスト層を配設していない第２領域とを形成するレジスト形成工程と、エッチング液中に浸漬させて第２領域に対応する基板に凹部を形成する凹部形成工程と、凹部に、Ｘ線吸収可能なＸ線吸収性材料を埋設するＸ線吸収性材料埋設工程と、レジスト層を除去するレジスト除去工程と、レジスト層を除去した後に現れる第１領域に対応する複数の穴が存在する領域をエッチング液中に浸漬させて、穴径を拡大する穴径拡大工程と、を備える。【選択図】図１４

Description

本発明は、例えばＸ線を受けるＸ線用金属格子の高アスペクト比構造物の製造方法に関する。

例えばＸ線を受けるＸ線用金属格子は、多数の平行な周期構造を備えた素子として様々な装置に利用されており、近年では、Ｘ線撮像装置への応用も試みられている。このＸ線撮像装置では、近年、被爆量の低減の観点から、Ｘ線位相イメージングが注目されている。この場合、Ｘ線用格子として、Ｘ線を透過する、透過しない、のコントラストがしっかりついた吸収格子や、位相差がしっかりついた位相格子が必要になる。これを実現するために、非常にアスペクト比の高い高アスペクト比構造の格子が必要である。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に開示の回折格子の製造方法は、Ｘ線タルボ干渉計に用いられる回折格子の製造方法であって、次の各工程を備えて構成される。まず、ガラス基板の一側面に金属シート層が形成される。次に、この金属シート層上に紫外線感光性樹脂が塗布され、この紫外線感光性樹脂が位相型回折格子用の光学リソグラフィーマスクを用いてパターン露光され、現像されることでパターンニングされる。次に、金属メッキ法によって、前記紫外線感光性樹脂が除去された部分にＸ線吸収金属部が形成される。そして、パターニングされた紫外線感光性樹脂およびこの紫外線感光性樹脂に対応する金属シート層の部分が除去される。これによって位相型回折格子が製造される。そして、この位相型回折格子の前記一側面に紫外線感光性樹脂が塗布され、この紫外線感光性樹脂がこの位相型回折格子を光学リソグラフィーマスクとして用いて位相型回折格子の他側面からパターン露光され、現像されることでパターンニングされる。次に、前記金属シート層を介して電圧を印加することで金属メッキ法によって、前記紫外線感光性樹脂が除去された部分であって位相型回折格子のＸ線吸収金属部に、さらにＸ線吸収金属部が形成される。以下、このさらにＸ線吸収金属部を形成した位相型回折格子を新たな光学リソグラフィーマスクとして、上述の各工程が、Ｘ線吸収金属部が必要な厚さとなるまで繰り返される。これによって振幅型回折格子（吸収型回折格子）が製造される。

特開２００９−３７０２３号公報

Ｘ線用金属格子では、Ｘ線を透過する、透過しない、のコントラストを向上するために、Ｘ線が透過する領域の透過率を向上することが望まれる。しかしながら、上記特許文献１に開示の製造方法では、Ｘ線用金属格子におけるＸ線が透過する領域における透過率の向上については、十分に検討されていない。

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、Ｘ線が透過する領域における透過率を向上することが可能な高アスペクト比構造物の製造方法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高アスペクト比構造物の製造方法は、基板の少なくとも１つの主面に、複数の穴を形成する穴形成工程と、前記穴形成工程終了後、前記複数の穴が形成された前記主面上に、レジスト層を配設した第１領域と前記レジスト層を配設していない第２領域とを形成するレジスト形成工程と、エッチング液中に浸漬させて前記第２領域に対応する前記基板に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に、Ｘ線吸収可能なＸ線吸収性材料を埋設するＸ線吸収性材料埋設工程と、前記レジスト層を除去するレジスト除去工程と、前記レジスト層を除去した後に現れる前記第１領域に対応する複数の穴が存在する領域をエッチング液中に浸漬させて、穴径を拡大する穴径拡大工程と、を備えることを特徴とする。ここで、高アスペクト比とは、アスペクト比が５以上のものをいう。

このような高アスペクト比構造物の製造方法は、例えば基板の主面に垂直（法線方向）に延びた穴を複数、基板の主面上に形成した後、これらの複数の穴に、エッチング液を浸透させる。これにより、溶解が各穴の深さ方向と垂直方向に進行し、穴と穴との間の隔壁を除去することができ、第２領域に対応する基板に、その基板の主面に垂直な側面を持つ凹部を形成することができる。

また、第１領域に対応する基板に凹部を形成してその凹部にＸ線吸収性材料を埋設することでＸ線吸収部を形成できる一方、第２領域に対応する基板における複数の穴を有する部分をＸ線透過部にできる。また、レジスト層を除去した後に現れる第１領域に対応する複数の穴が存在する領域をエッチング液中に浸漬させて、穴径を拡大することで、第１領域に対応する複数の穴が存在する領域の透過率を向上することができる。従って、高アスペクト比構造物の製造方法は、例えば基板の主面に垂直な側面を持つ凹部を有する回析格子を容易に低コストで製造できる。

また、他の一態様では、上述の高アスペクト比構造物の製造方法において、前記穴形成工程は、陽極酸化法もしくは陽極化成法により行われることを特徴とする。

このようなＸ線用金属格子の高アスペクト比構造物の製造方法は、基板の主面上に、主面に垂直な穴を複数、容易に形成できる。

また、他の一態様では、上述の高アスペクト比構造物の製造方法において、前記基板は、アルミニウム、タングステン、モリブデン、シリコン、ガリウム砒素、又は、インジウムリンであることを特徴とする。

このような高アスペクト比構造物の製造方法は、基板がアルミニウム、タングステン、モリブデン、シリコン、ガリウム砒素、又は、インジウムリンであると、例えば陽極酸化法もしくは陽極化成法により主面に垂直に延びる複数の穴を容易に形成できる。

また、他の一態様では、上述の高アスペクト比構造物の製造方法において、前記Ｘ線吸収性材料埋設工程は、電鋳法によりＸ線吸収性材料である金属を埋設することを特徴とする。

このような高アスペクト比構造物の製造方法は、電鋳法によりＸ線吸収性材料である金属を埋設することで、Ｘ線吸収性材料を凹部に容易に確実に埋設できる。

また、他の一態様では、上述の高アスペクト比構造物の製造方法において、前記高アスペクト比構造物は、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Ｘ線用金属格子であることを特徴とする。

このような高アスペクト比構造物の製造方法は、より性能の高い、Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる第０格子および第２格子のＸ線用金属格子を製造できる。

本発明にかかる高アスペクト比構造物の製造方法は、Ｘ線が透過する領域における透過率を向上することができる。

本発明の高アスペクト比構造物の製造方法により製造された一例である第１実施形態のＸ線用金属格子の構成を示す斜視図である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その１）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その２）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その３）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その４）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その５）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その６）である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図（その７）である。 図６の要部の拡大図である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子に凹部を形成する際の説明図である。 図１の第１実施形態のＸ線用金属格子に凹部を形成する際に、Ｘ線用金属格子に用いられる基板の第１領域における第２領域に対応する部分と隣接した隔壁が溶解した場合の説明図である。 金属基板に複数の穴を形成する陽極酸化法を説明するための図である。 一例として、陽極酸化法によって複数の穴が形成された金属基板の上面を示す図である。 Ｘ線用金属格子の製造手順の一例を示すフローチャートである。 第２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。 第３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。 第４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。

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。

（第１実施形態、Ｘ線用金属格子）
図１は、本発明の高アスペクト比構造物の製造方法により製造された一例であるＸ線用金属格子の構成を示す斜視図である。金属格子１ａは、図１に示すように、Ｘ線用金属基板１３ａに設けられた格子領域１０ａおよび枠領域１２ａを備えて構成される。格子領域１０ａは、格子１１ａを形成した領域であり、枠領域１２ａは、この格子領域１０ａを取り囲むようにその周辺に設けられている。

この格子１１ａは、図１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、所定の厚さ（深さ）Ｈ１（格子面ＤｘＤｙに垂直なＤｚ方向の長さ）を有して一方向Ｄｘ（以下、「長尺方向Ｄｘ」と称される）に線状に延びる複数のＸ線吸収部１１１ａと、前記長尺方向Ｄｘに線状に延びる複数のＸ線透過部１１２ａとを備え、これら複数のＸ線吸収部１１１ａと複数のＸ線透過部１１２ａとは、交互に平行に配設される。このため、複数のＸ線吸収部１１１ａは、前記長尺方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙ（以下、「幅方向Ｄｙ」と称される）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Ｘ線吸収部１１１ａは、前記幅方向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Ｘ線吸収部１１１ａは、前記幅方向Ｄｙに等間隔Ｐでそれぞれ配設されている。また、本実施形態では、Ｘ線吸収部１１１ａ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、複数のＸ線透過部１１２ａは、互いに隣接するＸ線吸収部１１１ａに挟まれた、ＤｘＤｚ面に沿った板状または層状を呈する。

これら複数のＸ線吸収部１１１ａは、Ｘ線を吸収するように機能し、これらＸ線透過部１１２ａは、Ｘ線を透過するように機能する。このため、このようなＸ線用金属格子１ａは、一態様として、ピッチＰがＸ線の波長に対し十分に長く干渉縞を生じない通常の格子、例えば、Ｘ線タルボ・ロー干渉計における第０格子として利用できる。また、このようなＸ線用金属格子１ａは、他の一態様として、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し、例えば、Ｘ線タルボ・ロー干渉計やＸ線タルボ干渉計における第２格子として利用できる。Ｘ線吸収部１１１ａ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Ｈ１とされている。Ｘ線は、一般的に透過性が高いので、この結果、Ｘ線吸収部１１１ａにおける幅Ｗに対する厚さＨ１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。Ｘ線吸収部１１１ａにおける幅Ｗは、前記幅方向ＤｙにおけるＸ線吸収部１１１ａにおける長さであり、その厚さＨ１は、前記長尺方向Ｄｘとこれに直交する前記幅方向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Ｘ線吸収部１１１ａの長さである。

上述のように、第０格子（線源格子）及び第２格子（吸収格子）は、アスペクト比が高いので、格子自体の厚みが必然的に厚くなり、結果としてＸ線透過部１１２ａも厚くなって、その透過率が低くなることがあり得る。透過率を向上するために、例えば、Ｘ線吸収部１１１ａを構成する金を溝間にメッキで埋めた後、Ｘ線透過部１１２ａを構成する材料を薬液などで溶かしてしまい、Ｘ線透過部１１１ａを構成する材料を完全に除去することも考えられる。しかしながら、Ｘ線透過部１１１ａを構成する材料が完全に除去されると、金と金との間の支えがなくなることで、金が倒れやすくなるなど、格子の信頼性が低下する。

そこで、本実施形態では、陽極酸化格子の構造特性を生かし、溝を金で埋めた後、Ｘ線透過部１１１ａの孔を薬液で拡大しつつも完全な空間にはしないことで、金が倒れることを防ぎつつ、Ｘ線透過部１１１ａの透過率を向上している。

このようなＸ線用金属格子１ａは、金属基板における少なくとも１つの主面上に、複数の穴を有する穴群を形成する穴形成工程と、前記穴形成工程終了後、前記穴群が形成された面に、レジスト層を配設した第１領域と前記レジスト層を配設していない第２領域とを形成するレジスト形成工程と、前記基板を溶解可能なエッチング液中に浸漬して前記第２領域に対応する前記基板に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に、Ｘ線吸収性材料を埋設するＸ線吸収性材料埋設工程と、前記凹部に、Ｘ線吸収可能なＸ線吸収性材料を埋設するＸ線吸収性材料埋設工程と、前記レジスト層を除去するレジスト除去工程と、前記レジスト層を除去した後に現れる前記第１領域に対応する複数の穴が存在する領域をエッチング液中に浸漬させて、穴径を拡大する穴径拡大工程と、によって製造される。

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Ｘ線用金属格子１ａ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。

図２ないし図１１は、第１実施形態におけるＸ線用金属格子の製造方法を説明するための図である。図２ないし図８において、図（Ａ）および図（Ｂ）を１組として各製造工程を模式的に説明しており、図（Ａ）は、図（Ｂ）の断面図であり、図（Ｂ）は、上面図である。図９は、図６の要部の拡大図であり、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、凹部を形成する際の説明図である。又、図１１は、基板における第２領域に対応する部分と隣接した第１領域に対応する部分の隔壁が溶解した場合の説明図である。又、図１２は、金属基板に複数の穴を形成する陽極酸化法を説明するための図である。図１３は、一例として、陽極酸化法によって複数の穴が形成された金属基板の上面を示す図である。図１４は、Ｘ線用金属格子の製造手順の一例を示すフローチャートである。

第１実施形態におけるＸ線用金属格子１ａを製造するために、図１４のステップＳ１４００において、まず、板状の金属基板（基板）１３ａが用意される（図２（Ａ）および（Ｂ））。金属基板１３ａは、陽極酸化法又は陽極化成法によって複数の穴を形成できる金属（合金、化合物を含む）から形成される。本製造方法では、後述するように、陽極酸化工程を経た部分が格子１１ａのＸ線透過部１１２ａとなるので、金属基板１３ａは、Ｘ線に対して比較的透過率の高い金属（合金を含む）が好ましい。これら陽極酸化法および高Ｘ線透過性（Ｘ線透過特性）の観点から、金属基板１３ａは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が好ましく、この例では、金属基板１３ａは、アルミニウムから構成されている。

次に、図１４のステップＳ１４０５において、金属基板１３ａにおける一方の主面に、図３に示すようにレジスト層１３１として石英（二酸化ケイ素、ＳｉＯ_２）膜が形成される。この石英膜は、例えば、公知の常套手段である化学気相成長法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、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、実施形態では、テトラエトキシシランを用いたプラズマＣＶＤによって石英膜は、成膜される。より詳しくは、まず、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装置に導入され、プラズマＣＶＤ装置内の金属基板１３ａの表面に所定の厚さ（この実施形態では、２μｍ）の石英膜によるレジスト層１３１が形成される。

なお、上述では、レジスト層１３１は、石英膜であったが、これに限定されるものではない。レジスト層１３１は、陽極酸化工程における陽極酸化法の実施の際に、該陽極酸化法で用いられる酸性液に抗して金属基板１３ａの保護膜として機能する保護層であるので、レジスト層１３１は、このような機能を有すれば良く、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の誘電体材料や金属膜で形成されても良い。

次に、図１４のステップＳ１４１０（穴形成工程の一例）において、金属基板１３ａにおける他方の主面に、陽極酸化法によって複数の穴を有する穴群１３２が形成される（陽極酸化工程、図４（Ａ）（Ｂ））。

より具体的には、この陽極酸化工程では、一例では、図１２に示すように、上述のレジスト層１３１が形成された金属基板１３ａに電源２１の陽極が通電可能に接続され、電源２１の陰極に接続された陰極電極２２および金属基板１３ａが、電解液２４を貯留した水槽２３内における前記電解液２４に浸けられる。その際、陰極電極２２と金属基板１３ａの他方の主面（レジスト層１３１のない面）とを対向させるように浸けられる。前記電解液２４は、酸化力が強く、かつ陽極酸化法によって生成された金属酸化膜を溶解する酸性溶液、例えば、リン酸およびシュウ酸等のエッチング液が好ましい。陰極電極２２は、この電解液２４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。一例では、アルミニウムで形成された金属基板１３ａに対し、電解液２４は、０．３Ｍ（モル濃度、ｍｏｌ／ｌ）のシュウ酸液であり、陰極電極２２は、白金をメッキしたチタン板である。そして、通電されると、金属基板１３ａの表面１３ｅから内部に向かって延びる複数の穴１３ｃが形成される。本実施形態では、通電されると、図４、図９に示すように金属基板１３ａの表面１３ｅから、金属基板１３ａの厚さ方向（Ｄｚ方向、表面と垂直方向）に延びる複数の穴が互いに間隔を空けて形成される。一例では、約４０Ｖの直流電圧を陰極電極２２および金属基板１３ａ間に約１６時間印加することによって、直径φが約４０ｎｍであって深さＨ１が約１２０μｍである複数の穴が、平均ピッチ距離Ｐが約１００ｎｍで互いに間隔を空けて形成された。その一例の上面が図１３に示されている。図１３では、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）による写真が図面として示されている。

次に、図１４のステップＳ１４１５（レジスト形成工程の一例）において、穴群１３２が形成された金属基板１３ａの面に、ドライフィルムレジストが貼合され（図５（Ａ）（Ｂ））、フォトリソグラフィ技術を用いて、周期５．３ｕｍ、Ｄｕｔｙ比５０％のラインアンドスペースパターンのドライフィルムレジストによるレジスト層１３３を形成する（図６（Ａ）（Ｂ））。これにより、穴群１３２が形成された金属基板１３ａの面に、レジスト層１３３を配設した第１領域１４１と、レジスト層１３３を配設していない第２領域１４２とを形成する。

次に、図１４のステップＳ１４２０（凹部形成工程の一例）において、レジスト層１３３を形成した金属基板１３ａを、８ｖｏｌ％のリン酸液（エッチング液）１６に浸漬し、４８０分間放置する。このとき、金属基板１３ａを浸漬した後、数秒から数分で、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、上述のフォトリソグラフィーパターニングにより露出した穴群１３２の穴１３ｃに、リン酸液１６が浸透する。

その後、リン酸液１６が満たされた穴１３ｃ内で、残りの時間（≒４８０分）すべてをかけて、図１０（Ｄ）に示すように、等方的にエッチングが進行し、隣接する２つの穴１３ｃの間の隔壁１３ｄが溶解する。これにより、第２領域１４２に対応する基板１３ａに、凹部１３４が形成される（図７）。

その際、リン酸液１６のリン酸濃度は、リン酸液１６が穴１３ｃの奥まで浸透するのに要する時間がリン酸液１６が隔壁１３ｄを溶解し終える時間より短くなるように設定されている。つまり、（リン酸液１６が穴１３ｃに浸透する時間）＜（リン酸液１６が隔壁１３ｄを溶解し終える時間）である。従って、エッチング作用により、隔壁１３ｄを両サイドから溶解していき、両サイドから３０ｎｍ（隔壁厚の半分）ずつ溶解し、貫通した時点で隔壁１３ｄがなくなるので、隔壁１３ｄが無くなった時点では、レジスト層１３３により塞がれた第１領域１４１に対応する部分における、第２領域１４２に対応する部分と隣接する隔壁１３ｄはまだ厚さの半分である３０ｎｍ分残っているはずである。この状態でさらにエッチングを進めても、さらに４８０分という長い時間をかけないと、この残り３０ｎｍはなくならない。仮にエッチングを非常に過剰にしてしまい、無くなったとしても、穴１３ｃ間の平均ピッチ距離は１００ｎｍであるため、凹部１３４の幅が最大２００ｎｍ分、広がるだけなので、実用上は問題にならない誤差範囲とみなせる。

又、エッチングをやりすぎても、図１１に示すように穴１３ｃの１周期分が余分にエッチングされる程度、即ち、第１領域１４１に対応する隔壁１３ｄの部分における、第２領域１４１に対応する部分と隣接する隔壁１３ｄがエッチングされる程度である。

なお、本例では、予め一方の主面に石英膜からなるレジスト層１３１を形成することで、陽極酸化による穴群１３２が前記他方の主面にのみなされるようにしたが、酸化による面精度変化を抑えるために、一方及び他方の両方の主面に穴群１３２を形成しておいてもよい。この場合、両面に穴群１３２を形成した後、パターニングをする面ではないほうの面にたとえばＴＥＯＳ−ＣＶＤなどの手法で石英をコーティングするなどの養生をしても良い。

次に、図１４のステップＳ１４２５（Ｘ線吸収性材料埋設工程の一例）において、凹部１３４に、Ｘ線吸収可能なＸ線吸収材料１３５を埋設する（図８）。この実施形態では、凹部１３４の側壁が酸化アルミニウム（絶縁物）で、底部がアルミニウム（導電物）なので、底部からのボトムアップ電気めっき（電鋳法）が可能である。そのため、この実施形態ではＸ線吸収材料１３５として金が選択され、メッキにより凹部１３４に金が埋設された。尚、この例ではメッキ材料として金を使用したが、プラチナやロジウム・イリジウムといったＸ線吸収性が高く、めっき可能な金属を選択しても良い。また、金粉末などを凹部１３４に流し込む方法でも良い。これにより、凹部１３４にＸ線吸収材料１３５が埋設されてＸ線吸収部１１１ａが形成される。

また、第１実施形態におけるＸ線用金属格子１ａの製造方法では、前記複数の穴それぞれは、金属基板１３ａの厚さ方向に延びている。陽極酸化法による複数の穴の形成は、例えば数百マイクロメートル等の比較的長く形成できる。このため、第１実施形態におけるＸ線用金属格子１ａの製造方法は、前記複数の穴を金属基板１３ａの厚さ方向に延ばすので、例えば５以上の高アスペクト比なＸ線透過部１１２ａを形成できる。

次に、図１４のステップＳ１４３０（レジスト除去工程の一例）において、ドライフィルムレジストにより形成されたレジスト層１３３を剥離液で剥離する。次に、図１４のステップＳ１４３５（穴径拡大工程の一例）において、８ｖｏｌ％のリン酸液（エッチング液）１６に浸漬し、９０分間放置する。その結果、Ｘ線透過部１１１ａに相当する部分の穴が溶解により拡大し、結果として、もともと直径φが約４０ｎｍであった穴が、直径φが約８０ｎｍまで拡大する。これにより、溝形状を維持できてＸ線吸収材料１３５が倒れない程度の強度を保ちつつ、空間が増えることでＸ線透過部１１１ａの透過率を向上することが可能になる。

なお、上記実施形態では、基板１３ａは、アルミニウムから構成されたが、この形態のものに限らず、化学的処理により穴群１３２を形成可能な材料であればよく、適宜変更できる。例えばシリコンやガリウム砒素などの半導体基板を用いても良い。

例えばｎ型ＧａＡｓ（００１）基板を、ＮＨ_４ＯＨ中でタングステンランプで光照射しかつ磁界印加しながら、電圧１２Ｖで陽極化成すると約２５０ｎｍピッチの垂直な穴を有する穴群が得られる。このような基板を、上述したと同様にフォトリソグラフィでパターニングし、硫酸と過酸化水素水の混合溶液でウエットエッチングすることで先の例と同じように凹部１３４が形成できるので、このように作製した格子を吸収格子として使用しても良い。

尚、複数の穴を有する穴群を形成する場合、穴群を形成したい材料を陽極として、多くの場合酸性溶液中で通電することで穴群を形成する方法を採るが、本反応により基板が酸化しないシリコンやガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの場合を、上記のように「陽極化成」と称す。

又、上記実施形態では、Ｘ線吸収材料は、金（Ａｕ）から構成されたが、この形態のものに限らず、適宜変更できる。Ｘ線吸収材料は、例えばＸ線透過率が低い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）等から構成されてもよい。

又、上述の第１実施形態（これらの変形形態を含む）では、Ｘ線用金属格子１ａ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。Ｘ線用金属格子１ａは、例えば、二次元周期構造の格子であってもよい。例えば、二次元周期構造のＸ線用金属は、二次元周期構造の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Ｘ線用金属格子は、平面に高アスペクト比の穴を二次元周期で空ける、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ることによって形成できる。または、これら空間に、上述と同様に、金属が埋め込まれても良い。

また、上記実施形態では、凹部１３４にＸ線吸収材料１３５を埋設（図１４のステップＳ１４２５）した後で、レジスト層１３３を除去（図１４のステップＳ１４３０）しているが、逆でもよい。すなわち、レジスト層１３３を除去した後で、凹部１３４にＸ線吸収材料１３５を埋設してもよい。

また、上記実施形態の陽極酸化工程（図１４のステップＳ１４１０）の実行中に、金属基板１３ａと陰極電極２２との間に印加する電圧を変化させて、複数の穴が、枝分かれしながら、主面に交差する方向に延びて形成されるようにしてもよい。

（第２および第３実施形態；タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態のＸ線用金属格子１ａ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１ａ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１５は、第２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１６は、第３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１５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２回折格子１０３は、上述したＸ線用金属格子１ａの製造方法によって製造されたＸ線用金属格子１ａ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１５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検体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１６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１５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、いわゆる第０格子であり、上述したＸ線用金属格子１ａの製造方法によって製造されたＸ線用金属格子１ａであってよい。マルチスリット板１０４を、上述したＸ線用金属格子１ａの製造方法によって製造することによって、Ｘ線を、スリット状のＸ線透過部１１２ａによって透過させるとともにより確実にスリット状のＸ線吸収部１１１ａ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、被検体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。

（第４実施形態；Ｘ線撮像装置）
前記Ｘ線用金属格子１ａ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Ｘ線吸収部１１１ａ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Ｘ線用金属格子１ａ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１７は、第４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。尚、図１７においても、Ｘ線用金属格子のＸ線透過部を白抜きで示す。図１７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は、例えば、上述したＸ線用金属格子１ａ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線が被検体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、被検体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。被検体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、被検体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検体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、被検体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線を放射して被検体Ｓに向けてＸ線を照射する。

照射されたＸ線は、被検体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、被検体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、被検体Ｓを通過したＸ線には、被検体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、被検体Ｓによって変調を受けており、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。したがって、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を検出することができる。また、被検体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）により被検体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Ｘ線吸収部１１１ａを備える上述した実施形態におけるＸ線用金属格子１ａであるので、良好なモアレ縞が得られ、高精度な被検体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Ｘ線用金属格子１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検体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、より高精度な被検体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との間に被検体Ｓが配置されたが、第１回折格子２０３と第２回折格子２０２との間に被検体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。

以上、この実施形態のＸ線撮像装置は、次のように把握することができる。即ち、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、上述の高アスペクト比構造物の製造方法によって製造されたＸ線用金属格子を含むことを特徴とするものである。

このような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Ｘ線用金属格子に、より性能の高い上述の金属格子を用いるので、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。

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。

１ａ Ｘ線用金属格子（高アスペクト比構造物）
１１ａ 格子
１３ａ 金属基板（基板）
１６ リン酸液
１００Ａ Ｘ線用タルボ干渉計
１００Ｂ Ｘ線用タルボ・ロー干渉計
１０３、２０２ 第２回折格子
１０４ マルチスリット板
１３３ レジスト層
１３４ 凹部
１３５ Ｘ線吸収材料
１４１ 第１領域
１４２ 第２領域
２００ Ｘ線撮像装置

Claims (5)

1. 基板の少なくとも１つの主面に、複数の穴を形成する穴形成工程と、
   前記穴形成工程終了後、前記複数の穴が形成された前記主面上に、レジスト層を配設した第１領域と前記レジスト層を配設していない第２領域とを形成するレジスト形成工程と、
   エッチング液中に浸漬させて前記第２領域に対応する前記基板に凹部を形成する凹部形成工程と、
   前記凹部に、Ｘ線吸収可能なＸ線吸収性材料を埋設するＸ線吸収性材料埋設工程と、
   前記レジスト層を除去するレジスト除去工程と、
   前記レジスト層を除去した後に現れる前記第１領域に対応する複数の穴が存在する領域をエッチング液中に浸漬させて、穴径を拡大する穴径拡大工程と、
   を備える高アスペクト比構造物の製造方法。
2. 前記穴形成工程は、陽極酸化法もしくは陽極化成法により行われる請求項１に記載の高アスペクト比構造物の製造方法。
3. 前記基板は、アルミニウム、タングステン、モリブデン、シリコン、ガリウム砒素、又は、インジウムリンである請求項１又は２記載の高アスペクト比構造物の製造方法。
4. 前記Ｘ線吸収性材料埋設工程は、電鋳法によりＸ線吸収性材料である金属を埋設する請求項３に記載の高アスペクト比構造物の製造方法。
5. 前記高アスペクト比構造物は、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Ｘ線用金属格子である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高アスペクト比構造物の製造方法。

Images