JP5339975B2 - Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子、該位相格子を用いたｘ線位相コントラスト像の撮像装置、ｘ線コンピューター断層撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子、該位相格子を用いたＸ線位相コントラスト像の撮像装置、Ｘ線コンピューター断層撮影システムに関する。

従来、Ｘ線の吸収能の違いを利用してコントラスト画像を得るＸ線透視画像技術が検討されてきた。

しかし、Ｘ線の吸収能は軽元素になればなるほど小さくなるため、生体軟組織やソフトマテリアルに対しては十分なコントラストが期待できないという問題がある。

そこで、近年、Ｘ線の位相シフトに基づいてコントラストを発生させる撮像方法が検討されている。この位相コントラストを利用したＸ線位相イメージング法の一つとして、タルボ干渉を用いた撮像方法がある。

図９にタルボ干渉法の構成例を示す。タルボ干渉法による撮像のためには、空間的に可干渉なＸ線源１９、Ｘ線の位相を周期的に変調するための位相型回折格子（以下、位相格子と記す）２１、検出器２３が少なくとも必要である。

空間的に可干渉なＸ線は、位相格子２１を透過した後のＸ線強度分布が位相格子２１の形状を反映したものになる。

Ｘ線の空間的コヒーレント長が位相格子２１のピッチよりも大きい場合、（ｄ^２／λ）×a／８の位置に高コントラストの明暗周期像が現れる。

ここで、ｄは位相格子２１のピッチ、λはＸ線の波長、aは奇数である。

なお、この明細書において位相格子のピッチとは、格子が並んでいる周期を指している。

それは、図１０の位相格子の模式図に示されているように、ある格子とそれに隣接する格子との間における、中心部分同士の距離Ｃでもよいし、それら格子の端面同士の距離Ｃ’でもよい。

このように、格子の特定の距離において周期的に明暗周期像が形成される現象がタルボ効果である。そして、この明暗周期像を自己像と呼ぶ。位相格子の前に被検体２０を配置すると、照射されたＸ線は被検体２０により屈折する。そのため、被検体２０を透過して屈折されたＸ線により形成された自己像を検出すれば、被検体２０の位相像を得ることができる。但し、十分なコントラストで発生された自己像を検出するためには、空間分解能の高いＸ線画像検出器が必要となる。

このような場合、Ｘ線を吸収する材料で作製され、十分な厚みを持つ回折格子である吸収格子２２を用いることができる。吸収格子２２を自己像が形成される位置に配置すれば、この自己像と吸収格子２２との重なりによりモアレ縞が発生する。つまり、位相シフトの情報はモアレ縞の変形として検出器２３により観察することができる。

ところで、高分解能で観察したい場合、位相格子２１のピッチは小さい方が好ましい。

一方、位相格子としては、Ｘ線の位相をπシフトさせるために必要な厚さ（高さ）が必要となる。なお、この明細書において位相格子の厚さ（高さ）とは、図１０の位相格子の模式図に示されているように、Ｂで示される格子の長辺側である突条部の厚さ（高さ）を指している。また、突条部の幅とは、上記図１０においてＡで示される幅を指している。また、開口部の開口幅とは、上記図１０においてＡ’で示されている突条部と突条部との間隔を指している。位相格子における「開口幅」と「突条部の幅」は、１：１で形成されるのが一般的である。

ここで、高分解能である位相格子２１を作製するために、位相格子２１のピッチを小さくしようとすると、突条部の幅及び開口幅も小さくせざるを得ない。
したがって、突条部の厚さ（高さ）／開口部の開口幅、あるいは突条部の厚さ（高さ）／突条部の幅によって規定されるアスペクト比が大きくなり、位相格子２１を作製するのが困難になるという問題が生じる。

例えば、位相格子２１の材料としてＳｉを用いた場合、２０ｋｅＶのＸ線における位相をπシフトさせるのに必要な厚みは２９．２μｍ程度である。また、スリット状の位相格子２１を作製する場合、求める分解能により２μｍ程度のピッチ、すなわち１μｍの開口幅で作製することが求められることとなる。このとき、アスペクト比は３０程度となり、大面積の回折格子を作製することは難しい。

そこで、特許文献１では、アスペクト比の低い部分格子を用いて、見かけ上のアスペクト比を高くした回折格子を作製している。具体的には、図１１に示すように、容易に作製可能であるアスペクト比の低い部分格子３０を縦方向に積層し、見かけ上のアスペクト比を高くした回折格子を作製している。

米国特許出願公開第２００７／０１８３５７９号明細書

上記した従来例の特許文献１では、低アスペクト比の部分格子３０を積層することにより、見かけ上の突条部の高さを高くし、高アスペクト比である回折格子を作製している。
しかしながら、特許文献１の回折格子は、アスペクト比の低い回折格子を多層化することで見かけ上のアスペクト比を増大させているが、ピッチは小さくされておらず同一のままであり、したがって高分解能化はなされていない。

本発明は、上記課題に鑑み、アスペクト比の低い回折格子を用い、挟ピッチ化を図ることが可能となるＸ線位相イメージングに用いられる位相格子を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の位相格子を用いたＸ線位相コントラスト像の撮像装置、該撮像装置を有するＸ線コンピューター断層撮影システムを提供することを目的とする。

第一の本発明は、Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子であって、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部と、該突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部と、が周期的に周期方向に配列されている回折格子が、ｎ個（ｎ≧２）積層されており、ｍ番目（ｍ＝２、３、・・・ｎ）に積層されている前記回折格子の突条部は、ｍ−１番目に積層されている前記回折格子の突条部に対して、前記周期方向に１／２ｎピッチずらして形成されていることを特徴とする。

第二の本発明は、Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子であって、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている第１の突条部と、該第１の突条部の幅と同一の開口幅を有する第１の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第１の回折格子と、前記第１の突条部と同一の幅を有する第２の突条部と、前記第１の開口部と同一の開口幅を有する第２の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第２の回折格子と、を有し、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とは積層されており、前記第１の回折格子の前記周期方向と前記第２の回折格子の前記周期方向とが直交していることを特徴とする。

本発明によれば、アスペクト比の低い回折格子を用い、挟ピッチ化を図ることが可能となるＸ線位相イメージングに用いられる位相格子を実現することができる。また、本発明によれば、上記の位相格子を用いたＸ線位相コントラスト像の撮像装置、該撮像装置を有するＸ線コンピューター断層撮影システムを実現することができる。

本発明の実施形態１における２層のライン状回折格子をずらして相互に積層したＸ線位相イメージングに用いられる１次元位相格子の構成例を説明する図である。 図１で示した１次元位相格子を透過したＸ線の位相差を示す図。 （ａ）本発明の実施形態１における基板を形成する材料と突条部を形成する材料とが異なる回折格子の構成例を説明する図。（ｂ）本発明の実施形態１における基板の一部を加工して回折格子を形成した構成例を説明する図。 （ａ）本発明の実施形態１における、２つの回折格子を互いの突条部が対向するように形成した位相格子の構成例を説明する図。（ｂ）本発明の実施形態１における基板の表裏を加工して作製した回折格子を用いた構成例を説明する図。 （ａ）本発明の実施形態２における２層のライン状回折格子の一方を、他方と直交するように積層したＸ線位相イメージングに用いられる２次元位相格子の構成例について説明する図。（ｂ）図５（ａ）で示した位相格子を透過したＸ線の位相差を示す図。 （ａ）本発明の実施形態２における２層の千鳥格子状回折格子を積層して構成された２次元位相格子の構成例を示す図。（ｂ）本発明の実施形態２における２次元位相格子をＸ線源の方向からみた図。（ｃ）図６（ａ）で示した２次元位相格子を透過したＸ線の位相差を示す図。 本発明の実施形態２における直交した１組のライン状回折格子を配置した構成例を示す図。 （ａ）本発明の実施形態３における３層の回折格子からなるＸ線位相イメージングに用いられる位相格子の構成例について説明する図。（ｂ）図８（ａ）で示した位相格子を透過したＸ線の位相差を示す図。 従来例であるＸ線位相像を得るためのタルボ干渉計を説明する図。 Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子及び回折格子におけるピッチ、突条部の厚さ（高さ）、突条部の幅、開口幅を説明するための模式図。 従来例である特許文献１に開示されている回折格子を説明するための図。

つぎに、本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る位相格子は第１の回折格子と第２の回折格子を有する。第１の回折格子は入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている第１の突条部と、第１の突条部の幅と同一の開口幅を有する第１の開口部とが周期的に配列されている。第２の回折格子は、第１の突条部と同一の幅を有する第２の突条部と、第１の開口部と同一の開口幅を有する第２の開口部とが周期的に配列されている。第２の回折格子は第１の回折格子の上に、ずらして形成されている。なお、本発明に係る位相格子において「同一」とは、タルボ干渉法によって撮像を行うことができる範囲であれば、製造上の誤差を含んでいてもよい（以下同様である）。

ここで、突条部の厚さとは、図１０において、Ｂで示される格子の長辺側である突条部の厚さ（高さ）である。突条部の幅とは、図１０においてＡで示される格子の短辺側である突条部の幅である。開口幅とは、図１０においてＡ’で示されている格子と格子との間隔である。また、突条部の幅Ａと開口幅Ａ’は同一の長さである。

第２の回折格子は、第１の回折格子の上に、第１の突条部と第２の突条部とが完全一致しないようにずらして形成されていればよい（図１）。ここで、第１の突条部と第２の突条部とが完全一致する場合とは、第１の突条部の端面と第２の突条部の端面とが同一平面にある場合のことである。なお、突条部の端面とは、突条部の幅を規定する面のことである。すなわち、第１の回折格子が有する第１の突条部と第１の開口部とが配列されている周期方向と、第２の回折格子が有する第２の突条部と第２の開口部とが配列されている周期方向とが同一方向であってもよく、第２の回折格子が第１の回折格子に対してその周期方向に１／４ピッチずらして形成されていてもよい。さらに、第１の突条部と第１の開口部とが配列されている周期方向と、第２の突条部と第２の開口部とが配列されている周期方向とが直交していてもよい（図５（ａ））。

また、第１の回折格子が、基板の一方の面側に形成され、第２の回折格子は、基板の他方の面側に、１／４ピッチずらして形成されていてもよい（図４（ｂ））。

また、第１の回折格子は、第１の方向と第１の方向と直交する第２の方向に２次元配列されている方形の前記第１の開口部を有し、第２の回折格子は、第１の方向と、第２の方向に２次元配列されている方形の前記第２の開口部を有していてもよい。このような第１及び第２の回折格子を用いる場合、第２の回折格子は、第１の回折格子の上に、第１の方向及び第２の方向に１／４ピッチずらして形成されていてもよい（図６（ａ））。

また、別の本発明に係る位相格子は、ｎ個の回折格子が積層されている。各々の回折格子は、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部と、突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部とが周期的に１次元配列されている。また、ｍ番目（ｍ＝２，３，・・・ｎ）の回折格子の突条部が、ｍ−１番目の回折格子の突条部に対して、１次元配列の周期方向に１／２ｎピッチずらして形成されている。

上記の構成を有する位相格子であれば、位相格子に入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる領域と、位相をπシフトさせないで透過させる領域とが周期的に配列されるため、個々の回折格子と比べて、Ｘ線の位相を変調する領域のピッチを狭くすることができる。

（実施形態１）
以下、本発明に係る位相格子の一例について説明する。

実施形態１においては、入射するＸ線に対して２層のライン状回折格子を周期方向にずらして積層することで、個々の回折格子よりもピッチを狭くした構造を有するＸ線位相イメージングに用いられる１次元位相格子の構成例について説明する。

図１に、第１の回折格子と第２の回折格子とをずらして積層した１次元位相格子の構成例を示す。本実施形態の１次元位相格子において、ライン状回折格子とは、互いに平行な直線状の突起構造（突条部）と、突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部とが周期的に配列された構造を意味している。

本実施形態において、ライン状回折格子における突条部は、Ｘ線１が透過する方向に対し垂直な方向の「幅」と該Ｘ線の透過する方向と同方向の「厚さ」を有し、該厚さは前記入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている。そして、上記２層のライン状回折格子を積層する際には、２層目の回折格子３（第２の回折格子）を、１層目の回折格子２（第１の回折格子）の周期方向に１／４ピッチずらして形成する。

図１のように、Ｘ線１は突条部が配列されている平面に対して垂直な方向から入射する。この１次元位相格子に入射して透過するＸ線のうち、突条部を透過しないＸ線の位相は変化せず、突条部１層分を透過したＸ線の位相はπシフトし、突条部２層分を透過したＸ線の位相は２πシフトする。このとき、１次元位相格子を透過したＸ線の位相は図２に示すように、入射したＸ線の位相が変化していない領域６と、位相がπシフトしている領域５と、位相が２πシフトしている領域４を形成する。ここで、突条部２層分を透過することにより２πシフトしたＸ線の位相は、突条部を透過しない部分（位相が０シフトする部分）の位相と同じである。

以上により、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる回折格子を多層化することで得られるＸ線位相格子は、個々の回折格子と比較してＸ線の位相を変調する領域のピッチを狭くすることができる。例えば、図１で示した２層構造の回折格子が有するピッチは、第１または第２の回折格子が有するピッチの１／２になる。

なお、上記の実施形態では、位相差πの領域の幅と、位相差０または２πの領域の幅とが等しくなるように、周期方向に１／４ピッチずらして積層した。しかし、位相格子として用いる場合には、上記２つの領域の幅は等しくなくても良い。例えば、第１と第２の回折格子の突条部の幅および開口幅が同一であれば、突条部および開口部をずらして両回折格子を積層することにより、個々の回折格子のピッチよりも狭ピッチ化を図ることができる。

なお、上記実施形態のように、位相差πの領域の幅と、位相差０または２πの領域の幅を等しくすれば、コントラストの高いＸ線位相コントラスト像を得ることができる点において好ましい。また、Ｘ線源から検出器までの距離が十分大きいため、光路長の差は無視することもできる。

上記位相格子を構成する個々の回折格子は、基板の表面または基板の内部またはその両方に形成することができる。このとき、回折格子は、突条部７を形成する材料と基板８を形成する材料とが異なっていても良いし（図３（ａ））、基板の一部を加工して突条部を形成しても良い（図３（ｂ）の回折格子９）。また、図３（ｂ）に示す回折格子は非貫通構造であるが、貫通していても良い。貫通していれば基板によるＸ線の吸収が無いのでＸ線の利用効率が向上する。

また、図４（ａ）のように回折格子９を形成した基板を２枚以上積層しても良いし、図４（ｂ）のように基板の表裏を加工して作製した回折格子１０を用いても良い。例えば、第１の回折格子が基板の一方の面側に形成され、第２の回折格子が基板の他方の面側に、その周期方向に１／４ピッチずらして作製するようにしても良い。

回折格子の積層時には、回折格子同士が接するように加工済み基板を積層することが好ましいが、離れていても良い。回折格子同士が離れている場合、基板は互いに平行になるように積層する。

また、アライメントを行うため基板に予めアライメントマークを作製しても良い。
その他のアライメントの方法として、Ｘ線顕微鏡により回折格子を拡大観察して位置合わせをすることもできる。

また、空間的に可干渉なＸ線を照射しタルボ効果により得られる自己像を観察しながら位置合わせをしても良い。位置合わせした後の位相格子は固定しても良いし、そのままＸ線位相像の観察を行っても良い。位相格子の固定時には、エポキシ樹脂などの接着剤や金−金接合、クランプなどを用いた機械的な固定などにより行うことができる。

基板にはＸ線照射時にＸ線の吸収が少ない材料を使用することが好ましい。
形状は薄板状で、表裏が鏡面であればコントラストは良好と成る。例えばＳｉやＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰといった半導体ウェハー、ガラス基板などを使用することができる。
Ｘ線の吸収はＳｉより大きいが、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの樹脂基板を用いることもできる。

回折格子を形成するためには、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法、スパッタや蒸着・ＣＶＤ・無電解めっき・電解めっきといった各種成膜法、ナノインプリント法などを用いることができる。つまり、フォトリソグラフィー法でレジストパターンを形成した後に、ドライエッチングまたはウェットエッチングで基板に加工しても良いし、リフトオフ法で基板上に回折格子を付与することもできる。また、ナノインプリント法により基板又は基板上に成膜した材料を加工しても良い。

本実施形態の１次元位相格子を用いることによって、空間的に可干渉なＸ線源、検出器と組み合わせることでタルボ干渉計として用いることができる。
その際、吸収格子を用いてモアレ縞を形成した後に検出器を用いて出力を検出しても良い。
また、従来のコンピューター断層撮影システムに用いられているガントリ内に、本発明のＸ線位相像の撮像装置を組み込むことで患者のＸ線位相断層像を得ることができる。

（実施形態２）
実施形態２においては、上記実施形態１とは積層の方向が異なる２次元位相格子の構成例について説明する。図５（ａ）に、本実施形態における２次元位相格子の構成例について説明する図を示す。

本実施形態の２次元位相格子は、１層目の回折格子２（第１の回折格子）の周期方向と２層目の回折格子３（第２の回折格子）の周期方向とが直交するように積層することで形成されている。第１及び第２の回折格子は、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部と、突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部とが周期的に配列された構造であり、突条部の幅および開口幅は互いに同一である。

ここで、回折格子が積層されている方向からＸ線１を入射すると、位相格子による入射Ｘ線１の位相変化は図５（ｂ）に示すようになる。このときの上記２次元位相格子のピッチ１１は、図５（ｂ）に示した位相格子の対角線方向であり、個々の回折格子のピッチと比較して狭くなる。

本実施形態における２次元位相格子を構成する個々の回折格子は、ライン状には限定されるものではなく、２次元構造の回折格子を多層化したものでも良い。２次元構造の回折格子として、例えば、千鳥格子状回折格子１２を挙げることができる。ここで、千鳥格子状とは、方形（正方形または長方形）の開口部１４が第１の方向及び第１の方向と直交する第２の方向に周期的に配列した構造を意味している。また、直交したライン状とは、平行かつ等間隔の複数のラインを直交して配置した構造を意味している。突起構造はライン部でもライン間隙部でもどちらでも良い。

本実施形態において、多層化する際には、２次元構造の回折格子を周期方向及び周期方向に対して直交する方向にずらして、多層構造体を作製する。図６（ａ）に１層目の千鳥格子状回折格子１２の上に２層目の千鳥格子状回折格子１３を形成した回折格子の斜視図、図６（ｂ）に上面図を示す。この例では、周期方向（第１の方向）及び周期方向に対して直交する方向（第２の方向）に、１／４ピッチずつずらして積層されている。前述のように、位相差２πのＸ線は、位相変化を受けていないＸ線と同位相である。これにより図６（ｃ）に示すように、個々の回折格子よりも狭ピッチなＸ線位相イメージング用の位相格子を得ることができる。

また、２次元構造の回折格子は、図７に示すように、方形の開口部が第１の方向と第１の方向と直交する第２の方向に２次元配列された回折格子を、第１の方向及び第２の方向に１／４ピッチずらして積層したもの、であっても良い。

（実施形態３）
実施形態３においては、３層以上の回折格子を積層して多層化したＸ線位相イメージングに用いられる位相格子の構成例について説明する。図８（ａ）に、本実施形態における３層の回折格子からなるＸ線位相イメージングに用いられる位相格子を示す。

本実施形態における位相格子は、これらの回折格子が、下層の回折格子に対しその周期方向に１／６ピッチずらして積層して構成される。例えば、１層目の回折格子２に対し、２層目の回折格子を１／６ピッチ、３層目の回折格子１７を更に１／６ピッチずらして積層して構成される。各々の回折格子は、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部と、突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部とが周期的に１次元配列された構造であり、突条部の幅および開口幅は互いに同一である。

本実施形態に係る位相格子を透過するＸ線の位相変化を基板の垂直方向から見た様子を図８（ｂ）に示す。Ｘ線の位相が３πシフトすることは、位相がπシフトすることと同じであるため、位相がπシフトしている領域５と位相が３πシフトしている領域１８の位相とは同じである。また、位相が２πシフトしている領域４は、Ｘ線が位相変化せずに透過する領域とＸ線の位相は同一である。これにより、個々の回折格子が有するピッチと比べて、Ｘ線の位相を変調する領域のピッチを狭くすることができる。すなわち、回折格子を３層積層することによりＸ線位相イメージング用の位相格子が有するピッチを、個々の回折格子が有するピッチの１／３とすることができる。

なお、本実施形態では、回折格子を３層積層させた場合について説明したが、ｎ個（ｎ≧２）の回折格子を積層させて位相格子を構成してもよい。ｎ個の回折格子を積層させて位相格子を作製する場合、ｍ番目（ｍ＝２、３、・・・ｎ）の回折格子の突条部が、ｍ−１番目に積層されている回折格子の突条部に対して、１次元配列の周期方向に１／２ｎピッチずらして形成する。回折格子をｎ層積層することによりＸ線位相イメージング用の位相格子が有するピッチは、個々の回折格子が有するピッチの１／ｎとなり、狭ピッチ化が図られる。

また、本実施形態では回折格子を３層以上積層した１次元の位相格子について説明したが、回折格子を３層以上積層することにより、２次元位相格子を作成しても良い。

本発明の実施形態においては、上記した実施形態１から３のいずれかのＸ線位相イメージングに用いられる位相格子をＸ線位相コントラスト像の撮像装置に用いることにより、Ｘ線位相コントラスト像の撮像が可能となる撮像装置を実現することができる。
また、このようなＸ線位相コントラスト像の撮像装置を備えたＸ線コンピューター断層撮影システムを実現することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１においては、１次元位相格子として互いに平行な直線状の突起構造（突条部）と、突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部とが周期的に配置されたライン状回折格子の構成例について説明する。

本実施例においては、まず、４インチ径の両面研磨２００μｍ厚シリコンウェハー表面にレジストコート後、フォトリソグラフィー法により６０ｍｍ角のエリアに線幅２μｍ間隙２μｍのレジストパターンを作製する。次に、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；以下、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥと記す）によりつぎのような加工を行う。すなわち、幅２μｍ間隙２μｍで深さが２９μｍのスリット構造を作製した後にレジストを除去する（図３（ｂ）参照）。

次に、２枚のウェハー表面に同様のパターンを作製する。パターンが接するように２枚の加工済みシリコンウェハーを張り合わせる（図４（ａ）参照）。このとき、スリット構造が互いに平行になるようにし、スリットの周期方向のずれ量が１μｍになるようにする。
アライメント時には、２０ｋｅＶのＸ線をウェハーの垂直構造から照射し、位相格子からｄ^２／（８λ）＝８ｍｍの位置に検出器を置き、１μｍピッチの濃淡パターンが得られるようにする。

以上の方法により、２μｍピッチで、入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させることのできる、Ｘ線位相イメージング用位相格子を作製することができる。
この位相格子をタルボ干渉計の位相格子として用い、位相格子から８ｍｍ離れた位置に１μｍピッチの吸収格子を位相格子と平行に配置することで、Ｘ線位相像の観察が実現できる。

［実施例２］
実施例２においては、同一基板を用い、千鳥格子状の回折格子による２次元位相格子を形成した構成例について説明する。本実施例においては、まず、４インチ径の両面を研磨した２００μｍ厚のシリコンウェハー表面にレジストコート後、フォトリソグラフィー法により６０ｍｍ角のエリアに線幅２μｍ、間隙２μｍのスリット状レジストパターンを作製する。このとき、スリットの４隅に１０μｍΦの円形レジストパターンも同時に作製する。
次に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥにより、幅２μｍ、間隙２μｍで深さが２９μｍのスリット構造およびスリットの４隅に１０μｍΦの円形パターンを作製する。そして、その後にレジストを除去する。

次に、パターン形成した面の裏面にレジストコートし、４個の１０μｍΦの円形パターンをアライメントマークとし、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する。これにより、予めドライエッチングで形成したＳｉスリットパターンと直交するように線幅２μｍ、間隙２μｍのスリット状レジストパターンを形成する。
その後、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥにより幅２μｍ、間隙２μｍで深さが２９μｍのスリット構造を、裏面にも形成する。これにより、ライン状格子に対して４５°の角度を成す、２．８μｍピッチの千鳥格子状の回折格子による２次元位相格子が得られる。

［実施例３］
実施例３においては、異なる基板を用い、千鳥格子状の回折格子による２次元位相格子を形成した構成例について説明する。

本実施例においては、まず、４インチ径の両面を研磨した２００μｍ厚のシリコンウェハー表面にレジストコート後、フォトリソグラフィー法により６０ｍｍ角のエリアに１辺４μｍの正方形の開口部を千鳥格子状に作製する。

次に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥにより２９μｍ深さまでエッチングする。２枚のウェハー表面に同様のパターンを作製する（図６（ａ））。パターンが接するように２枚の加工済みシリコンウェハーを張り合わせる。このとき、正方形の縦線および横線が２枚のウェハー間で平行になるようにし、縦線方向および横線方向に対して２μｍずらして積層する。これにより一辺が２μｍの千鳥格子状の位相格子を得ることができる。

［実施例４］
実施例４においては、回折格子を３層積層して形成した位相格子の構成例について説明する。

本実施例においては、まず、４インチ径の両面を研磨した１５０μｍ厚シリコンウェハー表面にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）をコートした後、ＵＶナノインプリント法により６０ｍｍ角のエリアに線幅９μｍ、間隙９μｍで深さ２９μｍの凹凸パターンを作製する。これにより、３枚のシリコンウェハーに同様のパターンを作製する。

次に、パターンが接するように２枚の加工済みシリコンウェハーを張り合わせる。このとき、スリット構造が互いに平行になるようにし、スリットの周期方向のずれ量が１／３ピッチ、すなわち３μｍになるようにする。

次に、張り合わせた２枚の基板に、残りの１枚を貼り付ける。３枚目の基板のアライメント時には、Ｘ線顕微鏡により位相格子を拡大観察し、全てのスリット構造が平行になるようにする。また、３枚目の基板が、３枚目の基板に接する基板に形成したスリット構造に対し、スリットの周期方向のずれ量が３μｍになるようにする。この時、両端の基板に形成したスリット構造が透過するＸ線に対し重なり合わないようにする。

この時の断面図を図８（ｂ）に示す。積層後に２０ｋｅＶのＸ線をウェハーに対して垂直な方向から照射すると、位相格子からｄ^２／（８λ）＝７２ｍｍ（タルボ長）の位置に３μｍピッチの濃淡パターンが得られる。これにより、線幅９μｍ間隙９μｍのパターンを３層積層することで、６μｍピッチでπシフトする位相格子が得られる。

１ Ｘ線
２ １層目の回折格子
３ ２層目の回折格子
４ 位相が２πシフトしている領域
５ 位相がπシフトしている領域
６ 入射したＸ線の位相が変化していない領域
７ 入射したＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部
８ 基板
９ 基板の一部を加工して突条部を形成した回折格子
１０ 基板の表裏を加工して作製した回折格子
１１ ２次元位相格子のピッチ
１２ １層目の千鳥格子状回折格子
１３ ２層目の千鳥格子状回折格子
１４ 方形の開口部
１５ １層目の直交したライン状回折格子
１６ ２層目の直交したライン状回折格子
１７ ３層目の回折格子
１８ 位相が３πシフトしている領域
１９ Ｘ線源
２０ 被検体
２１ 位相格子
２２ 吸収格子
２３ 検出器

Claims (7)

1. Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子であって、
   入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている突条部と、該突条部の幅と同一の開口幅を有する開口部と、が周期的に周期方向に配列されている回折格子が、ｎ個（ｎ≧２）積層されており、
   ｍ番目（ｍ＝２、３、・・・ｎ）に積層されている前記回折格子の突条部は、ｍ−１番目に積層されている前記回折格子の突条部に対して、前記周期方向に１／２ｎピッチずらして形成されていることを特徴とするＸ線位相イメージングに用いられる位相格子。
2. Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子であって、
   入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている第１の突条部と、該第１の突条部の幅と同一の開口幅を有する第１の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第１の回折格子と、
   前記第１の突条部と同一の幅を有する第２の突条部と、前記第１の開口部と同一の開口幅を有する第２の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第２の回折格子と、を有し、
   前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とは積層されており、
   前記第１の回折格子の前記周期方向と前記第２の回折格子の前記周期方向とは同一方向であり、
   前記第２の突条部は、前記第１の突条部に対して、前記周期方向に１／４ピッチずらして形成されていることを特徴とするＸ線位相イメージングに用いられる位相格子。
3. 前記第１の回折格子は、基板の一方の面側に形成され、
   前記第２の回折格子は、前記基板の他方の面側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線位相イメージングに用いられる位相格子。
4. Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子であって、
   入射するＸ線の位相をπシフトさせて透過させる厚さに形成されている第１の突条部と、該第１の突条部の幅と同一の開口幅を有する第１の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第１の回折格子と、
   前記第１の突条部と同一の幅を有する第２の突条部と、前記第１の開口部と同一の開口幅を有する第２の開口部と、が周期的に周期方向に配列されている第２の回折格子と、を有し、
   前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とは積層されており、
   前記第１の回折格子の前記周期方向と前記第２の回折格子の前記周期方向とが直交していることを特徴とするＸ線位相イメージングに用いられる位相格子。
5. 前記第１の回折格子は、第１の方向と該第１の方向と直交する第２の方向とに周期的に配列されている方形の前記第１の開口部を有し、
   前記第２の回折格子は、前記第１の方向と前記第２の方向とに周期的に配列されている方形の前記第２の開口部を有し、
   前記第２の開口部は、前記第１の開口部に対して、前記第１の方向に１／４ピッチ、かつ、前記第２の方向に１／４ピッチずらして形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線位相イメージングに用いられる位相格子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線位相イメージングに用いられる位相格子を有することを特徴とするＸ線位相コントラスト像の撮像装置。
7. 請求項６に記載のＸ線位相コントラスト像の撮像装置を有することを特徴とするＸ線コンピューター断層撮影システム。