JP5963576B2 - 金属構造体の製造方法、及びｘ線光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属構造体の製造方法に関し、例えばＸ線位相イメージングに用いられるＸ線光学素子に好適に適用可能な金属構造体の製造方法に関する。
Ｘ線を用いた被検知物の撮像は、工業利用から医療利用まで幅広い分野で用いられている。
これらは主に、Ｘ線による吸収能の違いを用いた吸収コントラスト法が用いられ、工業利用では鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査など、医療分野ではレントゲン撮影やＸ線ＣＴなどに用いられている。
一方、Ｘ線の吸収によるコントラストが形成されにくい低密度の被検知物に対しては、例えば、特許文献１に開示されているような被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。
これらは主に、Ｘ線による吸収能の違いを用いた吸収コントラスト法が用いられ、工業利用では鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査など、医療分野ではレントゲン撮影やＸ線ＣＴなどに用いられている。
一方、Ｘ線の吸収によるコントラストが形成されにくい低密度の被検知物に対しては、例えば、特許文献１に開示されているような被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。
図７を用い、このようなＸ線位相イメージングにより位相情報を得る方法の概略を説明する。
Ｘ線は被検知物を透過する際、位相変化と同時に微少な屈折をする。
そこで、例えば図７に示すように、Ｘ線源５０１から放射されるＸ線の光路上に光路とは垂直方向に連続的にＸ線の吸収量が変化する楔形状のＸ線光学素子５０４を周期的に配置する。これにより、上記微少に屈折したＸ線の位置変化をＸ線の強度変化に変えて位相情報を得ることが可能となる。
更には、Ｘ線源５０１から放射されたＸ線をスリットアレイなどの分割素子５０２を通すことで空間的に分割し、その分割されたＸ線を被検知物５０３に照射する。
被検知物５０３により微少に屈折したＸ線を、強度情報に変換する為のＸ線光学素子５０４に通し、Ｘ線検出器５０５でその強度測定を行えば、位相イメージングが可能となる。
Ｘ線は被検知物を透過する際、位相変化と同時に微少な屈折をする。
そこで、例えば図７に示すように、Ｘ線源５０１から放射されるＸ線の光路上に光路とは垂直方向に連続的にＸ線の吸収量が変化する楔形状のＸ線光学素子５０４を周期的に配置する。これにより、上記微少に屈折したＸ線の位置変化をＸ線の強度変化に変えて位相情報を得ることが可能となる。
更には、Ｘ線源５０１から放射されたＸ線をスリットアレイなどの分割素子５０２を通すことで空間的に分割し、その分割されたＸ線を被検知物５０３に照射する。
被検知物５０３により微少に屈折したＸ線を、強度情報に変換する為のＸ線光学素子５０４に通し、Ｘ線検出器５０５でその強度測定を行えば、位相イメージングが可能となる。
図７に示した装置において、Ｘ線を空間的に分割する分割素子とＸ線光学素子とを対応させるため、Ｘ線光学素子の素子サイズは、分割素子のピッチサイズと同等以上のサイズとする必要がある。具体的には、数十〜数百μｍである。また、Ｘ線光学素子はＸ線の位置変化を強度に変換させるために、素子内においてＸ線の吸収量が連続的に変化する形態が必要である。
また、Ｘ線の屈折量は極めて小さいため、μｍレベルの加工精度が要求される。更に、イメージングには数多くの素子を大きな基板上に並べる必要がある。
したがって、検出されたＸ線のＳ／Ｎ低下を防ぐために、素子を保持する基板はＸ線の吸収が小さい材料が好ましい。
上記のようなＸ線光学素子を作製する方法としては、カーボン基板上に数百μｍ厚の金属メッキを施し、切削加工による素子を作製する方法や、樹脂基板上に数百μｍ厚の金属膜を樹脂系の接着材で固定し、切削加工による素子を作製する方法がある。
また、Ｘ線の屈折量は極めて小さいため、μｍレベルの加工精度が要求される。更に、イメージングには数多くの素子を大きな基板上に並べる必要がある。
したがって、検出されたＸ線のＳ／Ｎ低下を防ぐために、素子を保持する基板はＸ線の吸収が小さい材料が好ましい。
上記のようなＸ線光学素子を作製する方法としては、カーボン基板上に数百μｍ厚の金属メッキを施し、切削加工による素子を作製する方法や、樹脂基板上に数百μｍ厚の金属膜を樹脂系の接着材で固定し、切削加工による素子を作製する方法がある。
本発明は、これらとは異なる作製方法を用いて、より精度良く、Ｘ線光学素子等の金属構造体を製造することのできる方法を提供することを目的とする。
本発明の金属構造体の製造方法は、任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体により構成された金属構造体の製造方法であって、
エッチングが可能な材料による第１の金属基板を準備する第１の金属基板準備工程と、
前記第１の金属基板準備工程で準備された前記第１の金属基板上に、第２の金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、
前記第２の金属膜形成工程で形成された第２の金属膜を、切削加工を行うことにより前記任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体を形成する切削加工工程と、
前記切削加工工程で形成された前記周期構造体を、樹脂部材で固定する工程と、
前記樹脂部材で固定する工程で前記周期構造体が前記樹脂部材で固定された後、前記第１の金属基板をエッチングにより除去する工程と、
を有することを特徴とする。
エッチングが可能な材料による第１の金属基板を準備する第１の金属基板準備工程と、
前記第１の金属基板準備工程で準備された前記第１の金属基板上に、第２の金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、
前記第２の金属膜形成工程で形成された第２の金属膜を、切削加工を行うことにより前記任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体を形成する切削加工工程と、
前記切削加工工程で形成された前記周期構造体を、樹脂部材で固定する工程と、
前記樹脂部材で固定する工程で前記周期構造体が前記樹脂部材で固定された後、前記第１の金属基板をエッチングにより除去する工程と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、より精度良く、Ｘ線光学素子等の金属構造体を製造することのできる方法を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態における金属構造体の製造方法について説明する。（第１の実施形態）
第１の実施形態として、本発明を適用した金属構造体の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の金属構造体の作製方法のフロー図である。図２は作製方法の各工程後における、作製物の断面形状を説明するための概略図である。
本実施形態の金属構造体の製造方法においては、任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体により構成された金属構造体を、図１に示す次のような手順によって製造する。
先ず、Ｓ１００に示す第１の金属基板準備工程においては、次の工程で形成される第２の金属からなる周期構造体１０３を精度良く加工作製する上で必要な第１の金属基板１０１を準備する工程である。
図２では（ａ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
上記第１の金属基板１０１の材料や大きさに特に限定はないが、後のエッチングにより基板を除去する工程Ｓ１０４が必要であるため、エッチング可能な材料であることが必要である。
エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が低い金属であることが望ましい。安価で加工しやすい金属としては、例えばＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉなどが挙げられる。
また、金属構造体を精度良く加工するため、第１の金属基板１０１は平行平板であることが望ましい。可能であればサブμｍレベルの平坦性があると良い。
第１の実施形態として、本発明を適用した金属構造体の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の金属構造体の作製方法のフロー図である。図２は作製方法の各工程後における、作製物の断面形状を説明するための概略図である。
本実施形態の金属構造体の製造方法においては、任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体により構成された金属構造体を、図１に示す次のような手順によって製造する。
先ず、Ｓ１００に示す第１の金属基板準備工程においては、次の工程で形成される第２の金属からなる周期構造体１０３を精度良く加工作製する上で必要な第１の金属基板１０１を準備する工程である。
図２では（ａ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
上記第１の金属基板１０１の材料や大きさに特に限定はないが、後のエッチングにより基板を除去する工程Ｓ１０４が必要であるため、エッチング可能な材料であることが必要である。
エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が低い金属であることが望ましい。安価で加工しやすい金属としては、例えばＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉなどが挙げられる。
また、金属構造体を精度良く加工するため、第１の金属基板１０１は平行平板であることが望ましい。可能であればサブμｍレベルの平坦性があると良い。
次に、Ｓ１０１に示す第２の金属膜形成工程は、第１の金属基板１０１の上に第２の金属膜１０２を形成する工程である。
図２では（ｂ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この第２の金属膜１０２としては、エッチングにより基板を除去する工程Ｓ１０４において腐食されない必要があるため、第１の金属基板１０１のエッチングに対して腐食しない或いは第１の金属基板１０１の材料に対してエッチングレートが低い材料の必要がある。
エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が高い金属であることが望ましい。
例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔなどが挙げられる。Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合、使用するＸ線のエネルギーに対して吸収端を持たないことなどの考慮が必要となる。
また、この第２の金属膜１０２の第１の金属基板１０１への形成方法については特に限定はないが、数μｍから数百μｍのサイズの構造体を作製するには、短時間で厚い膜を形成出来る方法が望ましい。
その方法の一例として、形成可能な金属に制限を受けるが、鍍金（メッキ）が挙げられる。
メッキによる金属膜形成では異元素を添加することで、切削加工に適した硬度にコントロールすることが出来る。
例えば、ニッケルメッキでは１０％程のリンを添加することで純ニッケルよりも柔らかく出来、金メッキでは１％程度の銅やコバルトを添加することで純金よりも硬くすることが出来る。
また、金属基板１０１と金属膜１０２の間の密着性を向上させる為、ＴｉやＣｒなどの下地層を設けてもよい。
図２では（ｂ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この第２の金属膜１０２としては、エッチングにより基板を除去する工程Ｓ１０４において腐食されない必要があるため、第１の金属基板１０１のエッチングに対して腐食しない或いは第１の金属基板１０１の材料に対してエッチングレートが低い材料の必要がある。
エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が高い金属であることが望ましい。
例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔなどが挙げられる。Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合、使用するＸ線のエネルギーに対して吸収端を持たないことなどの考慮が必要となる。
また、この第２の金属膜１０２の第１の金属基板１０１への形成方法については特に限定はないが、数μｍから数百μｍのサイズの構造体を作製するには、短時間で厚い膜を形成出来る方法が望ましい。
その方法の一例として、形成可能な金属に制限を受けるが、鍍金（メッキ）が挙げられる。
メッキによる金属膜形成では異元素を添加することで、切削加工に適した硬度にコントロールすることが出来る。
例えば、ニッケルメッキでは１０％程のリンを添加することで純ニッケルよりも柔らかく出来、金メッキでは１％程度の銅やコバルトを添加することで純金よりも硬くすることが出来る。
また、金属基板１０１と金属膜１０２の間の密着性を向上させる為、ＴｉやＣｒなどの下地層を設けてもよい。
次に、Ｓ１０２に示す切削加工工程は、第２の金属膜１０２を切削加工により任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体１０３を加工する工程である。
図２では（ｃ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。フォトリソグラフィによる加工方法は、極めて高い精度の微細加工が出来るものの、数μｍから数百μｍのサイズの構造体の作製や、任意の断面形状の構造体を大面積で作製することは時間が掛り非現実的である。
μｍレベルで加工精度が良く、大面積にも対応可能な金属の切削加工が好ましい。
金属の切削加工に特に限定はないが、超鋼チップを高速回転させながら切削する通常の切削方法や、ダイヤモンドチップを一方向に走査しながら切削するシェーパー法などが挙げられる。
特に、ダイヤモンドチップを用いた切削加工では、Ｒａで数十ｎｍレベルと極めて平坦性の高い加工表面が得られる。
また、この第２の金属膜１０２の切削加工において、精度の高い加工が行われる範囲であれば、第１の金属基板１０１まで加工がなされても構わない。
図２では（ｃ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。フォトリソグラフィによる加工方法は、極めて高い精度の微細加工が出来るものの、数μｍから数百μｍのサイズの構造体の作製や、任意の断面形状の構造体を大面積で作製することは時間が掛り非現実的である。
μｍレベルで加工精度が良く、大面積にも対応可能な金属の切削加工が好ましい。
金属の切削加工に特に限定はないが、超鋼チップを高速回転させながら切削する通常の切削方法や、ダイヤモンドチップを一方向に走査しながら切削するシェーパー法などが挙げられる。
特に、ダイヤモンドチップを用いた切削加工では、Ｒａで数十ｎｍレベルと極めて平坦性の高い加工表面が得られる。
また、この第２の金属膜１０２の切削加工において、精度の高い加工が行われる範囲であれば、第１の金属基板１０１まで加工がなされても構わない。
次に、Ｓ１０３に示す樹脂部材で固定する工程は、前工程Ｓ１０２で切削加工した第２の金属からなる周期構造体１０３を樹脂部材１０４で固定する工程である。
図２では（ｄ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程Ｓ１０３では、次の工程Ｓ１０４で行う第１の金属基板１０１のエッチング除去によって、周期構造体１０３の配列が乱されないように、樹脂部材１０４で周期構造体１０３の固定を行う。
樹脂部材１０４の材料に特に限定はないが、後のＳ１０４のエッチングによって腐食を受けない樹脂材料が好ましい。
例えば、酸やアルカリに耐性があり、耐熱性も有するエポキシ樹脂などが挙げられる。
また、Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合、Ｓ／Ｎ向上のために樹脂部材によるＸ線の吸収を極力少なくする必要がある。そのため、材料中に金属などの密度の高い材料が混入していないことが望ましい。
更に、周期構造体１０３を平坦に保持させるため、樹脂部材１０４が接着剤と樹脂基板で構成されていてもよい。
図２では（ｄ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程Ｓ１０３では、次の工程Ｓ１０４で行う第１の金属基板１０１のエッチング除去によって、周期構造体１０３の配列が乱されないように、樹脂部材１０４で周期構造体１０３の固定を行う。
樹脂部材１０４の材料に特に限定はないが、後のＳ１０４のエッチングによって腐食を受けない樹脂材料が好ましい。
例えば、酸やアルカリに耐性があり、耐熱性も有するエポキシ樹脂などが挙げられる。
また、Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合、Ｓ／Ｎ向上のために樹脂部材によるＸ線の吸収を極力少なくする必要がある。そのため、材料中に金属などの密度の高い材料が混入していないことが望ましい。
更に、周期構造体１０３を平坦に保持させるため、樹脂部材１０４が接着剤と樹脂基板で構成されていてもよい。
次に、Ｓ１０４に示す工程は、第２の金属膜からなる周期構造体１０３を保持している第１の金属基板１０１をエッチングにより除去する工程である。
図２では（ｅ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応し、本実施形態により作製される金属構造体の最終形態となる。
エッチング手段は、第１の金属基板に対して腐食性があり、第２の金属膜に対して腐食性が低い手段であれば特に限定はない。
エッチングを行う媒体が気体でも良いし液体でも良い。例えば、第１の金属基板に水素よりも酸化還元電位が低い金属を用い、第２の金属膜に水素よりも酸化還元電位が高い金属を用いた場合、強酸の水溶液に浸漬させる方法が挙げられる。また、第１の金属基板のエッチングは基板全てをエッチングしても構わないし、周期構造体１０３の直下の部分のみをエッチングしても構わない。
最後のＳ１０５では、エッチング装置から生産された金属構造体を取り出して完成となる。
図２では（ｅ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応し、本実施形態により作製される金属構造体の最終形態となる。
エッチング手段は、第１の金属基板に対して腐食性があり、第２の金属膜に対して腐食性が低い手段であれば特に限定はない。
エッチングを行う媒体が気体でも良いし液体でも良い。例えば、第１の金属基板に水素よりも酸化還元電位が低い金属を用い、第２の金属膜に水素よりも酸化還元電位が高い金属を用いた場合、強酸の水溶液に浸漬させる方法が挙げられる。また、第１の金属基板のエッチングは基板全てをエッチングしても構わないし、周期構造体１０３の直下の部分のみをエッチングしても構わない。
最後のＳ１０５では、エッチング装置から生産された金属構造体を取り出して完成となる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、本発明を適用した金属構造体の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は本発明の金属構造体の作製方法のフロー図である。
図４は作製方法の各工程後における、作製物の断面形状を説明する為の概略図である。
本実施形態は、第１の実施形態に２つの工程（Ｓ２０１とＳ２０４）を付与したものである。
その１つとして、第１の実施形態における第２の金属膜形成工程の前に、第３の金属からなる薄膜を前記第１の金属基板上に形成する工程が付与されている。
もう１つとして、第１の実施形態における切削加工工程後に、前記第３の金属からなる薄膜を前記切削加工を行う加工面の全面に形成する工程が付与されている。
本実施例によれば、金属基板２０１のエッチング工程において周期構造体２０４が腐食される可能性がある場合に有効である。
第２の実施形態として、本発明を適用した金属構造体の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は本発明の金属構造体の作製方法のフロー図である。
図４は作製方法の各工程後における、作製物の断面形状を説明する為の概略図である。
本実施形態は、第１の実施形態に２つの工程（Ｓ２０１とＳ２０４）を付与したものである。
その１つとして、第１の実施形態における第２の金属膜形成工程の前に、第３の金属からなる薄膜を前記第１の金属基板上に形成する工程が付与されている。
もう１つとして、第１の実施形態における切削加工工程後に、前記第３の金属からなる薄膜を前記切削加工を行う加工面の全面に形成する工程が付与されている。
本実施例によれば、金属基板２０１のエッチング工程において周期構造体２０４が腐食される可能性がある場合に有効である。
先ず、Ｓ２００は、Ｓ２０２の工程で形成される第２の金属からなる周期構造体２０４を精度良く加工作製する上で必要な第１の金属からなる金属基板２０１を用意する工程である。
図４では（ａ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
基板の材料や形状等については、第１の実施形態のＳ１００と同様である。
次に、Ｓ２０１は、金属基板２０１の上に第３の金属からなる金属薄膜２０２を形成する工程である。
図４では（ｂ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この金属薄膜２０２としては、エッチングにより金属基板２０１を除去する工程Ｓ２０６において腐食されない必要がある。
したがって、金属基板２０１のエッチングに対して腐食しない或いは金属基板２０１の材料に対してエッチングレートが低い材料の必要がある。エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が高い金属であることが望ましい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔなどが挙げられる。更に、我々が開発したＸ線位相イメージングの光学素子として使用する場合、この金属薄膜２０２によるＸ線の吸収を極力少なくしたい為、１μｍ以下の厚さに抑えることが望ましい。また、この金属薄膜２０２を金属基板２０１と後の工程で形成する金属膜２０３との密着層の役割を持たせても良い。また、この金属薄膜２０２の金属基板２０１への形成方法について特に限定はないが、膜厚が数十ｎｍ以下で緻密な膜を形成する為、成膜レートは遅くても緻密な膜が形成出来る電子ビーム蒸着などが望ましい。また、金属基板２０１や金属膜２０３との間の密着性を向上させる為、ＴｉやＣｒなどの下地層を設けてもよい。
次に、Ｓ２０２は、金属基板２０１の上に第２の金属からなる金属膜２０３を形成する工程である。図４では（ｃ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。この金属膜２０３は、エッチングにより基板を除去する工程Ｓ２０６において、第３の金属からなる金属薄膜２０２によって保護されることから、第１の実施形態と異なり、材料に特に限定はない。尚、Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合の考慮や、金属膜２０３の形成方法は、第１の実施形態のＳ１０１と同様である。
図４では（ａ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
基板の材料や形状等については、第１の実施形態のＳ１００と同様である。
次に、Ｓ２０１は、金属基板２０１の上に第３の金属からなる金属薄膜２０２を形成する工程である。
図４では（ｂ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この金属薄膜２０２としては、エッチングにより金属基板２０１を除去する工程Ｓ２０６において腐食されない必要がある。
したがって、金属基板２０１のエッチングに対して腐食しない或いは金属基板２０１の材料に対してエッチングレートが低い材料の必要がある。エッチングに強酸を使用する場合では、水素よりも酸化還元電位が高い金属であることが望ましい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔなどが挙げられる。更に、我々が開発したＸ線位相イメージングの光学素子として使用する場合、この金属薄膜２０２によるＸ線の吸収を極力少なくしたい為、１μｍ以下の厚さに抑えることが望ましい。また、この金属薄膜２０２を金属基板２０１と後の工程で形成する金属膜２０３との密着層の役割を持たせても良い。また、この金属薄膜２０２の金属基板２０１への形成方法について特に限定はないが、膜厚が数十ｎｍ以下で緻密な膜を形成する為、成膜レートは遅くても緻密な膜が形成出来る電子ビーム蒸着などが望ましい。また、金属基板２０１や金属膜２０３との間の密着性を向上させる為、ＴｉやＣｒなどの下地層を設けてもよい。
次に、Ｓ２０２は、金属基板２０１の上に第２の金属からなる金属膜２０３を形成する工程である。図４では（ｃ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。この金属膜２０３は、エッチングにより基板を除去する工程Ｓ２０６において、第３の金属からなる金属薄膜２０２によって保護されることから、第１の実施形態と異なり、材料に特に限定はない。尚、Ｘ線の位相検出のためのＸ線光学素子として使用する場合の考慮や、金属膜２０３の形成方法は、第１の実施形態のＳ１０１と同様である。
次に、Ｓ２０３は、金属膜２０３を切削加工により任意の形状の周期構造体２０４に加工する工程である。
図４では（ｄ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。この工程においても、第１の実施形態のＳ１０２と同様の方法で切削加工を行うことが出来る。
次に、Ｓ２０４は、前工程Ｓ２０３で切削加工した第２の金属からなる周期構造体２０４の表面に第３の金属からなる金属薄膜２０２を形成する工程である。
図４では（ｅ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程は、金属基板２０１の上に金属薄膜２０２を形成する工程Ｓ２０１と同様の方法で行うことが出来る。また、その膜厚についてもＳ２０１と同様に金属薄膜２０２によるＸ線の吸収を極力少なくする為、１μｍ以下の厚さに抑えることが望ましい。
尚、金属基板２０１のエッチング工程Ｓ２０６において周期構造体２０４の表面を保護することが可能であれば、薄膜の形成方法に限定はなく、材料についても金属基板２０１のエッチング工程で腐食しない第４の金属からなる材料を使用しても構わない。
図４では（ｄ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。この工程においても、第１の実施形態のＳ１０２と同様の方法で切削加工を行うことが出来る。
次に、Ｓ２０４は、前工程Ｓ２０３で切削加工した第２の金属からなる周期構造体２０４の表面に第３の金属からなる金属薄膜２０２を形成する工程である。
図４では（ｅ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程は、金属基板２０１の上に金属薄膜２０２を形成する工程Ｓ２０１と同様の方法で行うことが出来る。また、その膜厚についてもＳ２０１と同様に金属薄膜２０２によるＸ線の吸収を極力少なくする為、１μｍ以下の厚さに抑えることが望ましい。
尚、金属基板２０１のエッチング工程Ｓ２０６において周期構造体２０４の表面を保護することが可能であれば、薄膜の形成方法に限定はなく、材料についても金属基板２０１のエッチング工程で腐食しない第４の金属からなる材料を使用しても構わない。
次に、Ｓ２０５は、前工程Ｓ２０３で切削加工した第２の金属からなる周期構造体２０４を樹脂部材２０５で固定する工程である。
図４では（ｆ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程においても、第１の実施形態のＳ１０３と同様の方法により、周期構造体２０４を樹脂部材２０５により固定することが出来る。
次に、Ｓ２０６は、金属薄膜２０２で表面を覆われた周期構造体２０４を保持している金属基板２０１をエッチングにより除去する工程である。
図４では（ｇ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応し、本実施形態により作製される金属構造体の最終形態となる。
エッチング手段は、第１の金属に対して腐食性があり、第３の金属に対して腐食性が低い手段であれば特に限定はない。エッチングを行う媒体が気体でも良いし液体でも良い。
例えば、第１の金属に水素よりも酸化還元電位が低い金属を用い、第３の金属に水素よりも酸化還元電位が高い金属を用いた場合、強酸の水溶液に浸漬させる方法が挙げられる。
また、金属基板２０１のエッチングは基板全てをエッチングしても構わないし、周期構造体２０４の直下の部分のみをエッチングしても構わない。
最後のＳ２０７では、エッチング装置から製造された金属構造体を取り出して完成となる。
図４では（ｆ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応する。
この工程においても、第１の実施形態のＳ１０３と同様の方法により、周期構造体２０４を樹脂部材２０５により固定することが出来る。
次に、Ｓ２０６は、金属薄膜２０２で表面を覆われた周期構造体２０４を保持している金属基板２０１をエッチングにより除去する工程である。
図４では（ｇ）に示す断面図がこの工程の作製物の断面図に対応し、本実施形態により作製される金属構造体の最終形態となる。
エッチング手段は、第１の金属に対して腐食性があり、第３の金属に対して腐食性が低い手段であれば特に限定はない。エッチングを行う媒体が気体でも良いし液体でも良い。
例えば、第１の金属に水素よりも酸化還元電位が低い金属を用い、第３の金属に水素よりも酸化還元電位が高い金属を用いた場合、強酸の水溶液に浸漬させる方法が挙げられる。
また、金属基板２０１のエッチングは基板全てをエッチングしても構わないし、周期構造体２０４の直下の部分のみをエッチングしても構わない。
最後のＳ２０７では、エッチング装置から製造された金属構造体を取り出して完成となる。
以下に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
例えば、第１の金属からなる基板、第２の金属からなる膜及び形成手段、第３の金属からなる薄膜及び形成手段、樹脂部材、エッチング手段は、切削加工した金属構造体が基板のエッチング後に樹脂部材に保持されていれば自由に変えること、等が可能である。
［実施例１］
実施例１として、第１の実施形態を適用した金属構造体の製造方法について、図１及び図５を用いて説明する。
先ず、Ｓ１００では、第１の金属からなる基板として、７０ｍｍ×７０ｍｍ×ｔ１ｍｍのＡ５０５２のアルミ基板３０１を準備した（図５（ａ））。
アルミは安価な上に、加工し易く、酸及びアルカリに対して腐食性を有している理由から採用した。
また、切削加工において精度の高い加工を行うため、切削加工により平行度の高い加工を施した。厚みの誤差は、５つの測定点に対して１μｍ以内であった。
例えば、第１の金属からなる基板、第２の金属からなる膜及び形成手段、第３の金属からなる薄膜及び形成手段、樹脂部材、エッチング手段は、切削加工した金属構造体が基板のエッチング後に樹脂部材に保持されていれば自由に変えること、等が可能である。
［実施例１］
実施例１として、第１の実施形態を適用した金属構造体の製造方法について、図１及び図５を用いて説明する。
先ず、Ｓ１００では、第１の金属からなる基板として、７０ｍｍ×７０ｍｍ×ｔ１ｍｍのＡ５０５２のアルミ基板３０１を準備した（図５（ａ））。
アルミは安価な上に、加工し易く、酸及びアルカリに対して腐食性を有している理由から採用した。
また、切削加工において精度の高い加工を行うため、切削加工により平行度の高い加工を施した。厚みの誤差は、５つの測定点に対して１μｍ以内であった。
次に、Ｓ１０１では、第２の金属からなる膜として、硬質金メッキ膜３０２を採用し、アルミ基板３０１の上に形成した（図５（ｂ））。
硬質金メッキは酸やアルカリに腐食されず、切削加工において適度な硬さを有することから採用した。
また、この硬質金メッキ膜３０２の形成方法は、次の手順で行った。
（１）アルミ基板３０１を有機溶剤洗浄とＵＶオゾン洗浄を行う。
（２）ＥＢ蒸着装置により、下地層としてクロム薄膜と金薄膜を各々数十ｎｍ成膜する。
（３）メッキしないエリアにカプトンテープによりマスキングを行う。
（４）マスキングしたアルミ基板３０１をメッキ液（ニュートロネクス２４０）に浸漬する。
（５）アルミ基板３０１を揺動させながら電流を流し、硬質金メッキ膜３０２を形成する。
このような手順により、アルミ基板３０１の５０ｍｍ×５０ｍｍのエリアに厚み約８０μｍの硬質金メッキ膜３０２を形成した。
硬質金メッキは酸やアルカリに腐食されず、切削加工において適度な硬さを有することから採用した。
また、この硬質金メッキ膜３０２の形成方法は、次の手順で行った。
（１）アルミ基板３０１を有機溶剤洗浄とＵＶオゾン洗浄を行う。
（２）ＥＢ蒸着装置により、下地層としてクロム薄膜と金薄膜を各々数十ｎｍ成膜する。
（３）メッキしないエリアにカプトンテープによりマスキングを行う。
（４）マスキングしたアルミ基板３０１をメッキ液（ニュートロネクス２４０）に浸漬する。
（５）アルミ基板３０１を揺動させながら電流を流し、硬質金メッキ膜３０２を形成する。
このような手順により、アルミ基板３０１の５０ｍｍ×５０ｍｍのエリアに厚み約８０μｍの硬質金メッキ膜３０２を形成した。
次に、Ｓ１０２では、上記メッキにより形成した硬質金メッキ膜３０２をシェーパー法による切削加工で金属構造体３０３を作製した（図５（ｃ））。
シェーパー加工では、真空チャックによりアルミ基板３０１を固定し、ダイヤモンド工具による加工を実施した。加工面の精度はＲａで数十ｎｍであった。
シェーパー加工では、９０°Ｖ型のダイヤモンド工具を用い、硬質金メッキ膜３０２へ９０°Ｖ溝の加工を行った。
Ｖ溝はピッチ２００μｍで、アルミ基板３０１へ深さ５０μｍまで加工を行った。
この加工により、底辺１００μｍ、高さ５０μｍ、頂角９０°の硬質金メッキの三角柱が並んだ金属構造体３０３を作製した。
シェーパー加工では、真空チャックによりアルミ基板３０１を固定し、ダイヤモンド工具による加工を実施した。加工面の精度はＲａで数十ｎｍであった。
シェーパー加工では、９０°Ｖ型のダイヤモンド工具を用い、硬質金メッキ膜３０２へ９０°Ｖ溝の加工を行った。
Ｖ溝はピッチ２００μｍで、アルミ基板３０１へ深さ５０μｍまで加工を行った。
この加工により、底辺１００μｍ、高さ５０μｍ、頂角９０°の硬質金メッキの三角柱が並んだ金属構造体３０３を作製した。
次に、Ｓ１０３では、前工程Ｓ１０２で加工した金属構造体３０３を、エポキシ樹脂３０４とアクリル板３０５を用いて固定した。
エポキシ樹脂３０４は常温硬化タイプの接着材で、金属構造体３０３とアクリル板３０５を貼り合わせるのに用いた。
アクリル板３０５は厚み０．５ｍｍのものを採用した。何れの樹脂も酸及びアルカリに耐性があり、アクリル板３０５は金属構造体３０３の平坦性を保つ為に使用した。
図５（ｄ）の示すように、エポキシ樹脂３０４を金属構造体３０３を支えるアルミ基板３０１の裏側以外に塗布し、両側からアクリル板３０５で挟む構造とした。
尚、基板裏側のアクリル板３０５は図５（ｄ）に示すように、５０ｍｍ×５０ｍｍの四角い穴のあいた板を使用した。
エポキシ樹脂３０４は常温硬化タイプの接着材で、金属構造体３０３とアクリル板３０５を貼り合わせるのに用いた。
アクリル板３０５は厚み０．５ｍｍのものを採用した。何れの樹脂も酸及びアルカリに耐性があり、アクリル板３０５は金属構造体３０３の平坦性を保つ為に使用した。
図５（ｄ）の示すように、エポキシ樹脂３０４を金属構造体３０３を支えるアルミ基板３０１の裏側以外に塗布し、両側からアクリル板３０５で挟む構造とした。
尚、基板裏側のアクリル板３０５は図５（ｄ）に示すように、５０ｍｍ×５０ｍｍの四角い穴のあいた板を使用した。
次に、Ｓ１０４では、金属構造体３０３を保持しているアルミ基板３０１をエッチングにより除去した。
エッチングには、１７ｗｔ％の塩酸を使用し、この塩酸の入ったガラスビーカーに約３時間浸漬させた。
最後のＳ１０５では、上記ビーカーから金属構造体３０３作製物を取り出し、水洗いをすることで完成させた。
切削加工では、９０°のＶ溝をアルミ基板３０１まで加工したため、図５（ｅ）に示すように三角柱との間に三角形のエポキシ樹脂がはみ出した形状となっている。
また、アルミ基板３０１の外周を残すことで、金属構造体のハンドリングをし易くした。
エッチングには、１７ｗｔ％の塩酸を使用し、この塩酸の入ったガラスビーカーに約３時間浸漬させた。
最後のＳ１０５では、上記ビーカーから金属構造体３０３作製物を取り出し、水洗いをすることで完成させた。
切削加工では、９０°のＶ溝をアルミ基板３０１まで加工したため、図５（ｅ）に示すように三角柱との間に三角形のエポキシ樹脂がはみ出した形状となっている。
また、アルミ基板３０１の外周を残すことで、金属構造体のハンドリングをし易くした。
［実施例２］
実施例２として、第２の実施形態を適用した金属構造体の製造方法について、図３及び図６を用いて説明する。
先ず、Ｓ２００では、第１の金属からなる基板として、サイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ×ｔ１ｍｍのＡ５０５２のアルミ基板４０１を準備した（図６（ａ））。
採用理由や平行平板加工などは実施例１と同様である。
次に、Ｓ２０１では、アルミ基板４０１の上に第３の金属からなる薄膜として、約１００ｎｍ厚の金薄膜４０２をＥＢ蒸着装置により形成した（図６（ｂ））。また、本実施例においてもアルミ基板４０１を塩酸でエッチングを行うため、塩酸に腐食されない金を採用した。
尚、切削加工での膜剥れを防ぐ為に、場合によってはこの金薄膜４０２の上下に約１０ｎｍ厚のクロム薄膜を設けても良い。
実施例２として、第２の実施形態を適用した金属構造体の製造方法について、図３及び図６を用いて説明する。
先ず、Ｓ２００では、第１の金属からなる基板として、サイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ×ｔ１ｍｍのＡ５０５２のアルミ基板４０１を準備した（図６（ａ））。
採用理由や平行平板加工などは実施例１と同様である。
次に、Ｓ２０１では、アルミ基板４０１の上に第３の金属からなる薄膜として、約１００ｎｍ厚の金薄膜４０２をＥＢ蒸着装置により形成した（図６（ｂ））。また、本実施例においてもアルミ基板４０１を塩酸でエッチングを行うため、塩酸に腐食されない金を採用した。
尚、切削加工での膜剥れを防ぐ為に、場合によってはこの金薄膜４０２の上下に約１０ｎｍ厚のクロム薄膜を設けても良い。
次に、Ｓ２０２では、第２の金属からなる膜として、ニッケル−リンメッキ膜４０３を採用し、金薄膜４０２の上に形成した（図６（ｃ））。
ニッケル−リンメッキは塩酸に対して腐食を受けるが、アルミ基板４０１を塩酸でエッチングする工程Ｓ２０６では、金属構造体４０４は工程Ｓ２０１とＳ２０４によって表面に形成した金薄膜４０２によって保護される。
このニッケル−リンメッキ膜４０３の形成方法についても実施例１と同様の手順で行った。尚、今回採用したニッケル−リンメッキにはリンが約１０％含まれている。
次に、Ｓ２０３では、実施例１と同様に、上記Ｓ２０２の工程で形成したニッケル−リンメッキ膜４０３をシェーパー法による切削加工を行い、金属構造体４０４を作製した。加工面の精度はＲａで約２０ｎｍであった。
シェーパー加工では、三角形状のダイヤモンド工具を用い、ニッケル−リンメッキ膜４０３へ図６（ｄ）に示したような直角二等辺三角形の溝を加工した。
溝はピッチ４００μｍで、アルミ基板４０１へ深さ５０μｍまで加工を行った。この加工により、断面形状が底辺１５０μｍ、高さ５０μｍの台形の柱が並んだニッケルーリンメッキの金属構造体４０４を作製した。
ニッケル−リンメッキは塩酸に対して腐食を受けるが、アルミ基板４０１を塩酸でエッチングする工程Ｓ２０６では、金属構造体４０４は工程Ｓ２０１とＳ２０４によって表面に形成した金薄膜４０２によって保護される。
このニッケル−リンメッキ膜４０３の形成方法についても実施例１と同様の手順で行った。尚、今回採用したニッケル−リンメッキにはリンが約１０％含まれている。
次に、Ｓ２０３では、実施例１と同様に、上記Ｓ２０２の工程で形成したニッケル−リンメッキ膜４０３をシェーパー法による切削加工を行い、金属構造体４０４を作製した。加工面の精度はＲａで約２０ｎｍであった。
シェーパー加工では、三角形状のダイヤモンド工具を用い、ニッケル−リンメッキ膜４０３へ図６（ｄ）に示したような直角二等辺三角形の溝を加工した。
溝はピッチ４００μｍで、アルミ基板４０１へ深さ５０μｍまで加工を行った。この加工により、断面形状が底辺１５０μｍ、高さ５０μｍの台形の柱が並んだニッケルーリンメッキの金属構造体４０４を作製した。
次に、Ｓ２０４では、上記Ｓ２０３の工程で切削加工したニッケル−リンメッキの金属構造体４０４の表面に、上記２０１の工程で形成した金薄膜４０２を形成した（図６（ｅ））。
工程２０１と同一の装置を用い、金薄膜４０２を約１００ｎｍ形成した。
尚、アルミ基板４０１に垂直な加工面も成膜されるように、蒸着機内で基板を自公転させながら蒸着を行った。
次に、Ｓ２０５では、上記Ｓ２０３の工程で加工した金属構造体４０４を、エポキシ樹脂４０５とアクリル板４０６を用いて固定した（図６（ｆ））。
使用した樹脂の材料や、アクリル板の形状は実施例１と同様のものを使用した。次に、Ｓ２０６では、金属構造体４０４を保持しているアルミ基板４０１をエッチングにより除去した。
このエッチングについても実施例１と同様の方法で行い、アルミ基板４０１の除去を行った。
最後のＳ２０７についても、実施例１同様の作業で取り出し、金薄膜４０２で保護されたニッケル−リンメッキの金属構造体４０４を完成させた（図６（ｇ））。
工程２０１と同一の装置を用い、金薄膜４０２を約１００ｎｍ形成した。
尚、アルミ基板４０１に垂直な加工面も成膜されるように、蒸着機内で基板を自公転させながら蒸着を行った。
次に、Ｓ２０５では、上記Ｓ２０３の工程で加工した金属構造体４０４を、エポキシ樹脂４０５とアクリル板４０６を用いて固定した（図６（ｆ））。
使用した樹脂の材料や、アクリル板の形状は実施例１と同様のものを使用した。次に、Ｓ２０６では、金属構造体４０４を保持しているアルミ基板４０１をエッチングにより除去した。
このエッチングについても実施例１と同様の方法で行い、アルミ基板４０１の除去を行った。
最後のＳ２０７についても、実施例１同様の作業で取り出し、金薄膜４０２で保護されたニッケル−リンメッキの金属構造体４０４を完成させた（図６（ｇ））。
以上に説明した本発明の製造方法によれば、Ｘ線の吸収量の小さい材料により構成された基板上に、Ｘ線の吸収量を連続的に変化させることができる、数μｍから数百μｍのサイズの金属構造体からなるＸ線位相イメージングに用いられるＸ線光学素子を、精度良く製造することが可能となる。
１０１：第１の金属基板
１０２：第２の金属膜
１０３：周期構造体
１０４：樹脂部材
１０２：第２の金属膜
１０３：周期構造体
１０４：樹脂部材
Claims (9)
- 任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体により構成された金属構造体の製造方法であって、
エッチングが可能な材料による第１の金属基板を準備する第１の金属基板準備工程と、
前記第１の金属基板準備工程で準備された前記第１の金属基板上に、第２の金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、
前記第２の金属膜形成工程で形成された第２の金属膜を、切削加工を行うことにより前記任意の断面形状を有する柱状構造が周期的に並べられた周期構造体を形成する切削加工工程と、
前記切削加工工程で形成された前記周期構造体を、樹脂部材で固定する工程と、
前記樹脂部材で固定する工程で前記周期構造体が前記樹脂部材で固定された後、前記第１の金属基板をエッチングにより除去する工程と、
を有することを特徴とする金属構造体の製造方法。 - 前記第２の金属膜形成工程の前に、第３の金属からなる薄膜を前記第１の金属基板上に形成する工程と、
前記切削加工工程後に、前記第３の金属からなる薄膜を前記切削加工を行う加工面の全面に形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属構造体の製造方法。 - 前記第１の金属が、水素よりも酸化還元電位が低い金属であり、
前記第２及び第３の金属が、水素よりも酸化還元電位が高い金属であり、
前記エッチングに強酸が用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属構造体の製造方法。 - 前記第２の金属膜形成工程において、前記第１の金属基板上への前記第２の金属膜の形成が、鍍金により行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法。
- 前記切削加工工程において、前記第２の金属膜による周期構造体の形成が、切削加工により行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法。
- 前記樹脂部材で固定する工程において、前記第２の金属による周期構造体を固定する前記樹脂部材として、接着剤と樹脂基板とで構成された材料が用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法。
- 前記柱状構造の断面形状が、三角形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法。
- 前記第２の金属による周期構造体は、前記柱状構造が数μｍから数百μｍのサイズに形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法。
- 請求項１から８のいずれか１項に記載の金属構造体の製造方法により製造された金属構造体による素子を用いて、Ｘ線位相イメージングに用いられるＸ線光学素子を製造することを特徴とするＸ線光学素子の製造方法。
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