JPWO2014034033A1 - 回折格子および回折格子の製造方法、格子ユニットならびにｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

本発明の回折格子、この回折格子の製造方法、格子ユニットおよびＸ線撮像装置は、格子領域を基材の一方主面に形成し、前記一方主面に対向する他方主面に溝部を形成したものである。

Description

本発明は、互いに同じ形状の部材を周期的に配置した湾曲可能な回折格子およびこの回折格子を製造する回折格子の製造方法に関する。そして、本発明は、前記回折格子を複数並べた格子ユニットおよび前記回折格子や前記格子ユニットを用いたＸ線撮像装置に関する。

回折格子は、多数の平行な部材から成る一次元の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、回折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線用の吸収型回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、数十μｍ以上となる。このようにＸ線用の回折格子では、透過部分と吸収部分や位相の変化部分とを等幅で数μｍ〜数十μｍ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。

また、このようなＸ線用の回折格子を所定の装置に用いる場合、或る程度の大きさが必要となる場合がある。例えば、Ｘ線用の回折格子をＸ線診断装置に用いる場合、一度に診断する診断面積の都合上、或る程度の大きさ、例えば一辺が２０ｃｍ以上の正方形（□２０ｃｍ以上）の大きさが必要である。一方、上記微細構造の回折格子は、微細加工技術が比較的確立されているシリコンウェハを用いて製造されることが多い。このシリコンウェハは、一般的に多用される大きさが直径６インチ（φ６インチ）であるため、このφ６インチのシリコンウェハから製作可能な回折格子は、一辺が約１０ｃｍの正方形（□約１０ｃｍ）となる。このため、上述した□２０ｃｍ以上の回折格子を実現するためには、この□約１０ｃｍの回折格子を複数繋げる必要がある。そこで、複数の回折格子を曲面に沿って配置した回折格子ユニットが例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の格子は、放射線源の焦点を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って配列された複数の小格子から成るものである。

ところで、回折格子は、上述したように高アスペクト比であり、さらに、Ｘ線を放射するＸ線源は、一般に点波源である。このため、前記特許文献１に開示の格子（格子ユニット）のように、放射線源の焦点を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って複数の小格子を配列した場合でも、一つ一つの小格子は、平面であるため、小格子の両端部（互いに隣接する小格子の隣接部分）の領域では、Ｘ線が斜めに入射してしまい、この結果、いわゆるケラレが生じてしまう。このため、格子を介した結果にノイズが含まれてしまい、前記結果の精度が低下してしまう。

一方、このようなケラレの発生を防止するために、小格子の大きさを小さくすることが考えられる。しかしながら、小格子の大きさを小さくすると、所定の大きさの回折格子ユニットを形成するために、より多くの小格子を前記仮想的な円筒面に沿って配列することが必要となる。この結果、各小格子間の位置合わせが難しく、また煩雑であり、各小格子間のつなぎ目で欠損が生じ易い。このように、小格子の大きさを小さくすると、１枚のウェハから製造可能な最大限の大きさの格子を製造したメリットが失われてしまう。

特開２０１１−２０６１６１号公報

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、回折格子およびこの回折格子を製造する回折格子の製造方法を提供することである。そして、本発明は、前記回折格子を複数並べた格子ユニットおよび前記回折格子や前記格子ユニットを用いたＸ線撮像装置を提供することである。

本発明にかかる回折格子、この回折格子の製造方法、格子ユニットおよびＸ線撮像装置は、格子領域を基材の一方主面に形成し、前記一方主面に対向する他方主面に溝部を形成したものである。

上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

第１実施形態における格子の構成を示す斜視図である。 第１実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。 第２実施形態における格子の構成を示す斜視図である。 第２実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。 第３実施形態における格子の構成を示す斜視図である。 第３実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。 第３実施形態の変形形態おける格子の製造工程を説明するための断面図である。 第４実施形態における格子の構成を示す断面図である。 格子の一実施例を説明するための図である。 第５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６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7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）
図１は、第１実施形態における格子の構成を示す斜視図である。図２は、第１実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。

本実施形態の格子ＤＧａは、図１および図２Ｃに示すように、基材１１と、基材１１の一方主面に形成された格子領域１２ａと、基材１１の前記一方主面に対向する他方主面に形成された溝部１３ａとを備えている。

基材１１は、所定の材料から形成された板状部材である。例えば、本実施形態では、格子ＤＧａは、Ｘ線用に用いられることから、基材１１は、Ｘ線を透過または吸収する特性を有する所定の材料から形成される。このように基材１１は、格子ＤＧａの使用用途に応じて適宜な材料で形成されてよい。そして、本実施形態では、微細加工技術が略確立されていることから、基材１１は、Ｘ線を透過する特性を有するシリコン（Ｓｉ）から形成されており、例えば、シリコンウェハである。

格子領域１２ａは、基材１１の一方主面に形成され、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた領域である。格子領域１２ａ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）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（長尺方向）Ｄｘに線状に延びる複数の金属部分１２１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シリコン部分１２２とを備えている。すなわち、この金属部分１２１は、格子面ＤｘＤｙにおいて前記一方向Ｄｘに延びる長尺な線条形状となる板状または層状であって、前記格子面ＤｘＤｙに直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。シリコン部分１２２は、格子面ＤｘＤｙにおいて前記一方向Ｄｘに延びる長尺な線条形状となる板状または層状であって、前記格子面ＤｘＤｙに直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。

そして、これら複数の金属部分１２１と複数のシリコン部分１２２とは、前記格子面ＤｘＤｙにおいて、前記一方向Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙに交互に、前記幅方向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１２１は、前記一方向Ｄｘと直交する幅方向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、複数のシリコン部分１２２は、前記一方向Ｄｘと直交する幅方向Ｄｙに所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。前記所定の間隔（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１２１（複数のシリコン部分１２２）は、前記幅方向Ｄｙに等間隔Ｐでそれぞれ配設され、周期構造となっている。したがって、前記周期的に設けられた前記複数の部材は、金属部分１２１であると見てよく、あるいは、前記複数の部材は、シリコン部分１２２であると見てよく、さらに、あるいは、前記複数の部材は、シリコン部分１２２および金属部分１２１の組であると見てよい。

金属部分１２１は、シリコン部分１２２がＸ線を透過するように機能するために、Ｘ線に対し吸収または位相シフト等の作用を持つ金属で形成される。金属部分１２１の金属は、一態様として、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）およびプラチナ（白金、Ｐｔ）等である。また、金属部分１２１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１２１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１２１の幅Ｗは、前記幅方向Ｄｙにおける金属部分１２１の長さであり、金属部分１２１の厚さＨは、前記格子面ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける金属部分１２１の長さである。

格子ＤＧは、一態様として、Ｘ線に対する回折条件を満たすように、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。

なお、金属部分１２１は、金属に限定するものではなく、金属部分１２１とシリコン部分１２２が互いに異なる性質であって格子ＤＧａの使用用途に応じた性質を有していれば、シリコン部分１２２と同様に、格子ＤＧａの使用用途に応じて適宜な材料で形成されてよい。

溝部１３ａは、基材１１の厚さを部分的に薄くするために、基材１１の一方主面に対向する他方主面に形成された凹所である。溝部１３ａは、格子領域１２ａを形成した領域に対向する他方主面に形成される。溝部１３ａを基材１１に形成することによって、基材１１が部分的に肉薄となり、基材１１を曲げ易くなる。したがって、溝部１３ａによって格子領域１２ａが湾曲し易くなる。そして、基材１１が溝部１３ａで破断しない程度に曲げることによって、金属部分１２１の周期性やシリコン部分１２２の周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

溝部１３ａは、基材１１、すなわち、格子領域１２ａの格子面の曲げ量に応じて、適宜な個数および適宜な大きさ（例えば幅ｗおよび深さｈ）で基材１１に設けられる。図１に示す例では、３個の溝部１３ａ−１〜１３ａ−３が基材１１に形成されている。この図１に示す例では、金属部分１２１およびシリコン部分１２２のそれぞれが、前記格子面ＤｘＤｙにおいて前記一方向Ｄｘに延びる長尺な線条形状となる板状または層状であり、前記一方向Ｄｘに直交する幅方向Ｄｙに周期性を有する周期構造であることから、溝部１３ａは、この線条形状の長尺な前記一方向Ｄｘに沿って長尺に形成されたスリット状であり、そして、金属部分１２１およびシリコン部分１２２のそれぞれが、前記格子面ＤｘＤｙの法線方向Ｄｚに所定の深さＨで、前記幅方向Ｄｙに所定の幅Ｗで形成されていることから、溝部１３ａは、この法線方向Ｄｚに所定の深さｈで、この幅方向Ｄｙに所定の幅ｗで形成されている。したがって、溝部１３ａは、図１に示す例では、前記格子面ＤｘＤｙにおいて前記一方向Ｄｘに延びる長尺な線条形状となる層状の凹所であって、前記格子面ＤｘＤｙに直交するＤｘＤｚ面に沿った層状の凹所である。

このような格子ＤＧａは、例えば、次の各工程を経ることによって製造される。より具体的には、本実施形態の格子ＤＧａを製造するために、まず、シリコンウェハ等のシリコンによって形成された基板である基材１１が用意される（図２Ａ）。

次に、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域１２ａが基材１１の一方主面に形成される（図２Ｂ、格子領域形成工程）。前記複数の部材は、上述したように、本実施形態では、金属部分１２１およびシリコン部分１２２である。

このような格子領域１２ａは、例えば、国際公開ＷＯ２０１２／００８１１８号公報、国際公開ＷＯ２０１２／００８１１９号公報、国際公開ＷＯ２０１２／００８１２０号公報、国際公開ＷＯ２０１２／０８６１２１号公報および特開２０１２−１２７６８５号公報等に開示された公知の手法を用いて製造することができる。一例を挙げると、このような格子は、例えば、第１シリコン層と前記第１シリコン層に付けられた前記第１シリコン層よりも高抵抗な第２シリコン層とを備える基板（本実施形態の基材１１に対応する）における前記第２シリコン層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、リソグラフィー法によって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、ドライ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第２シリコン層を前記第１シリコン層に少なくとも到達するまでエッチングしてスリット溝を形成するエッチング工程と、電鋳法によって、前記第１シリコン層に電圧を印加して前記スリット溝を金属で埋める電鋳工程とを実施することによって、製造される。また例えば、このような格子領域１２ａは、シリコン基板（本実施形態の基材１１に対応する）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、ドライ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、熱酸化法によって、前記シリコン基板における前記凹部の内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実施することによって、製造される。

なお、前記エッチング工程における前記エッチング法は、シリコンの基材１１を略垂直にエッチングすることができることから、ボッシュ（Ｂｏｓｃｈ）プロセスであることが好ましい。このボッシュプロセスは、ＳＦ_６プラズマがリッチな状態と、Ｃ_４Ｆ_８プラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すことで、エッチングによって形成される凹所における側壁の保護と前記凹所における底面のエッチングとを交互に進行させるエッチング方法である。

次に、前記基材１１の一方主面に対向する他方主面に溝部１３ａが形成される（図２Ｃ、溝部形成工程）。このような溝部１３ａは、例えば、基材１１の途中まで切り込みを入れるように、ブレードでブレードダイシングを行うことによって形成される。また例えば、溝部１３ａは、格子領域１２ａと同様に、シリコンの基材１１の他方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、ドライ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シリコンの基材１１をエッチングして所定の深さｈであって所定の幅ｗである凹部を形成するエッチング工程とによって、形成される。

このような格子領域形成工程および溝部形成工程を実施することによって、図１に示す本実施形態における湾曲可能な格子ＤＧａが製造される。

そして、このように製造された湾曲可能な格子ＤＧａに対し、溝部形成工程の後に、さらに、格子面ＤｘＤｙを所定の曲率半径を有する所定の曲面に沿わせるために、図２Ｄに示すように、格子領域１２ａの格子面ＤｘＤｙを曲げる曲げ工程が実施されてもよい。この曲げ工程では、格子ＤＧａの両端を支持して曲げてよい。この曲げ工程の実施によって、湾曲した格子が提供される。

本実施形態における格子ＤＧａおよびその製造方法は、格子領域１２ａを形成した一方主面に対向する他方主面に溝部１３ａを備えるので、この溝部１３ａの部分で基材１１の厚さが薄くなる。このため、格子ＤＧａは、この基材１１が肉薄となった溝部１３ａの部分で、曲がり易くなる。したがって、上記構成の格子ＤＧａは、湾曲可能である。そして、上記構成の格子ＤＧａは、湾曲可能であるので、前記複数の部材、本実施形態では金属部分１２１の周期性やシリコン部分１２２の周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態における格子の構成を示す斜視図である。図４は、第２実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。

第２実施形態における格子ＤＧｂは、第１実施形態における格子ＤＧａにおいて、保持部材１４をさらに備えている。すなわち、第２実施形態における格子ＤＧｂは、図３および図４Ｃに示すように、基材１１と、基材１１の一方主面に形成された格子領域１２ａと、基材１１の一方主面に対向する他方主面に形成された溝部１３ａと、保持部材１４とを備えている。これら第２実施形態の格子ＤＧｂにおける基材１１、格子領域１２ａおよび溝部１３ａは、第１実施形態の格子ＤＧａにおける基材１１、格子領域１２ａおよび溝部１３ａと同様であるので、その説明を省略する。

保持部材１４は、基材１１が複数の基材片に分割された場合に前記分割の前後で前記複数の基材片における互いの配置関係（配置の位置関係、各基材片の各位置に対する相互の位置関係）を保持するために、溝部１３ａを形成した領域に対向する領域を含む基材１１の一方主面上に係合させて配設された部材である。図３に示す例では、保持部材１４は、格子領域１２ａの格子面全面上に付けて層状（シート状）に形成されている。より具体的には、例えば、保持部材１４は、一方主面に粘着材が付いた樹脂材料製シートであり、格子領域１２ａの格子面全面上に前記粘着材によって貼着されている。

このような格子ＤＧｂは、例えば、次の各工程を経ることによって製造される。より具体的には、本実施形態の格子ＤＧｂを製造するために、第１実施形態の格子ＤＧａと同様に、まず、基材１１が用意され（図４Ａ）、次に、格子領域１２ａが基材１１の一方主面に形成される（図４Ｂ、格子領域形成工程）。

次に、溝部１３ａを形成した領域に対向する領域を含む基材１１の一方主面上、本実施形態では、格子領域１２ａの格子面全面上に、保持部材１４が前記粘着材によって貼着されて配設される（図４Ｃ、保持部材配設工程）。

そして、次に、第１実施形態の格子ＤＧａと同様に、他方主面に溝部１３ａが形成される（図４Ｄ、溝部形成工程）。

このような格子領域形成工程、保持部材配設工程および溝部形成工程を実施することによって、図３に示す本実施形態における湾曲可能な格子ＤＧｂが製造される。

そして、このように製造された湾曲可能な格子ＤＧｂに対し、溝部形成工程の後に、さらに、格子面ＤｘＤｙを所定の曲率半径を有する所定の曲面に沿わせるために、図４Ｅに示すように、格子領域１２ａの格子面ＤｘＤｙを曲げる曲げ工程が実施されてもよい。なお、この曲げ工程は、基材１１が破断するまで曲げられてもよい。

ここで、この曲げ工程の実施によって溝部１３ａに深さ方向Ｄｚに生じたクラック（割れ目）ＣＲには、曲げ工程の実施によって曲げられた格子ＤＧｂの曲げ状態を維持するために、例えば接着剤やパテ等の充填部材が詰められ、クラックＣＲが埋められてもよい。この充填部材は、格子ＤＧｂの使用用途に応じた基材１１の性質と略同様の性質を持つ材料が好ましい。本実施形態では、格子ＤＧｂは、Ｘ線用であって、基材１１は、シリコンから形成されているので、固化するとシリコンのＸ線透過率と略等しくなるＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）であることが好ましい。

なお、上述では、保持部材１４は、格子領域１２ａの格子面全面上に付けて形成されたが、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域部分ごとに複数形成されてもよい。また、保持部材１４は、溝部１３ａ上を少なくとも含む基材１１の他方面上に配設されてもよく、あるいは、保持部材１４は、溝部１３ａを形成した領域に対向する領域を含む基材１１の一方主面上に、および、溝部１３ａ上を少なくとも含む基材１１の他方面上に配設されてもよい。

本実施形態の格子ＤＧｂおよびその製造方法は、保持部材配設工程によって配設された保持部材１４を備えるので、仮に曲げ工程によって基材１１が破断した場合でも、前記複数の部材における周期性、本実施形態では金属部分１２１の周期性やシリコン部分１２２の周期性を維持することができる。

なお、上述の実施形態では、格子領域形成工程、保持部材配設工程、溝部形成工程の順に各工程が実施されたが、例えば、格子領域形成工程、溝部形成工程、保持部材配設工程の順に各工程が実施されてよい。また、上述の実施形態では、格子領域形成工程、保持部材配設工程、溝部形成工程、曲げ工程の順に各工程が実施されたが、例えば、格子領域形成工程、溝部形成工程、曲げ工程、保持部材配設工程の順に各工程が実施されてよく、また例えば、格子領域形成工程、溝部形成工程、保持部材配設工程、曲げ工程の順に各工程が実施されてよい。

次に、別の実施形態について説明する。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態における格子の構成を示す斜視図である。図６は、第３実施形態における格子の製造工程を説明するための断面図である。図７は、第３実施形態の変形形態おける格子の製造工程を説明するための断面図である。

第１および第２実施形態における格子ＤＧａ、ＤＧｂでは、図２Ｄや図４Ｅに示すように曲げ工程によって格子領域１２ａの格子面ＤｘＤｙを湾曲させた場合に、溝部１３ａが形成された領域に対向する一方主面の領域に形成された格子ＤＧａ、ＤＧｂ部分は、幅が狭くなって金属部分１２１の周期性やシリコン部分１２２の周期性が乱れる場合がある。このため、第３実施形態における格子ＤＧｃは、複数の金属部分１２１または複数のシリコン部分１２２のうち、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域に設けられた金属部分１２１またはシリコン部分１２２における周期方向の幅Ｗ２が、他の領域に設けられた金属部分１２１またはシリコン部分１２２の幅Ｗ１よりも広くなるように、形成されている。

このような第３実施形態における格子ＤＧｃは、例えば、図５および図６Ｄに示すように、基材１１と、基材１１の一方主面に形成された格子領域１２ｂと、基材１１の一方主面に対向する他方主面に形成された溝部１３ａとを備え、さらに、図５および図６Ｄに示す例では、格子領域１２ｂの格子面全面上に、第２実施形態における格子ＤＧｂと同様に保持部材１４を備えている。なお、第３実施形態における格子ＤＧｃは、第１実施形態における格子ＤＧａと同様に保持部材１４を備えなくてもよい。これら第３実施形態の格子ＤＧｃにおける基材１１および溝部１３ａは、第１実施形態の格子ＤＧａにおける基材１１および溝部１３ａと同様であり、第３実施形態の格子ＤＧｃにおける保持部材１４は、第２実施形態の格子ＤＧｂにおける保持部材１４と同様であるので、その説明を省略する。

格子領域１２ｂは、基材１１の一方主面に形成され、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた領域であり、複数の金属部分１２１のうち、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域に設けられた金属部分１２１における周期方向の幅Ｗ２が、他の領域に設けられた金属部分１２１の幅Ｗ１よりも広くなるように、形成されている点を除き、第１実施形態の格子ＤＧａにおける格子領域１２ａと同様である。すなわち、格子領域１２ｂは、第１実施形態の格子ＤＧａにおける格子領域１２ａと同様の金属部分１２１およびシリコン部分１２２と、この金属部分１２１の幅Ｗ１よりも広い幅Ｗ２で形成された金属部分１２３とを備え、この幅Ｗ２の金属部分１２３は、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域に設けられている。この幅Ｗ２の金属部分１２３は、幅Ｗが異なる点を除き、第１実施形態の格子ＤＧａにおける格子領域１２ａにおける幅Ｗ１の金属部分１２１と同様であるので、その説明を省略する。

このような格子ＤＧｃは、例えば、次の各工程を経ることによって製造される。より具体的には、本実施形態の格子ＤＧｃを製造するために、図６に示すように、まず、基材１１が用意され（図６Ａ）、次に、格子領域１２ｂが基材１１の一方主面に形成される（図６Ｂ、格子領域形成工程）。この第３実施形態における格子領域形成工程は、例えば、第１実施形態の格子領域形成工程（図２Ｂ）で説明した上述のパターニング工程で、格子領域１２ａに代え格子領域１２ｂを形成するように、リソグラフィー法によって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点を除き、第１実施形態における格子ＤＧａの製造方法と同様である。

そして、次に、第２実施形態の格子ＤＧｂの製造方法と同様に、保持部材配設工程が実施され（図６Ｃ）、溝部形成工程が実施される（図６Ｄ）。溝部形成工程では、例えば、両面マスクアライナによって位置合わせパターニングが行われ、エッチングが行われる。あるいは、溝部形成工程では、位置合わせマークによってブレードダイシングが行われてもよい。

このような格子領域形成工程、保持部材配設工程および溝部形成工程を実施することによって、図５に示す本実施形態における湾曲可能な格子ＤＧｃが製造される。

そして、このように製造された湾曲可能な格子ＤＧｃに対し、溝部形成工程の後に、さらに、格子面ＤｘＤｙを所定の曲率半径を有する所定の曲面に沿わせるために、図６Ｅに示すように、格子領域１２ａの格子面ＤｘＤｙを曲げる曲げ工程が実施されてもよい。なお、この曲げ工程は、基材１１が破断するまで曲げられてもよい。ここで、この曲げ工程の実施によって溝部１３ａに深さ方向Ｄｚに生じたクラック（割れ目）ＣＲには、上述したように、充填部材が詰められてクラックＣＲが埋められてもよい。

本実施形態の格子ＤＧｃおよびその製造方法は、金属部分１２３の幅Ｗ２が他の金属部分１２１の幅Ｗ１よりも広いので、曲げ工程によって格子領域１２ｂの格子面ＤｘＤｙが湾曲された場合でも、金属部分１２１の周期性の乱れを小さく抑えることができる。

なお、上述の第３実施形態において、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域に設けられた金属部分１２４における格子面ＤｘＤｙの法線方向の深さは、図７に示すように、他の金属部分１２１の深さよりも深くてもよい。すなわち、この第３実施形態の変形形態の格子ＤＧｄは、複数の金属部分１２１のうち、溝部１３ａを形成した領域に対向する一方主面の領域に設けられた金属部分１２４における格子面ＤｘＤｙの法線方向の深さが、他の領域に設けられた金属部分１２１の深さよりも深くなるように、形成された格子領域１２ｃを備えている。この格子ＤＧｄは、図７に示すように、図６に示す各工程と同様の各工程によって製造することができる。なお、格子領域形成工程（図７Ｂ）では、エッチング法において、パターン幅の縮小とともにエッチング速度が低下する現象である、いわゆるマイクロローディング効果によって、金属部分１２３は、その深さが他の金属部分１２１よりも深くなるように、形成される。

このような格子ＤＧｄおよびその製造方法は、金属部分１２４の深さが他の金属部分１２１の深さよりも深いので、仮に曲げ工程によって基材１１が破断した場合でも、この部分で破断させることができ、破断箇所が予測可能である。そして、溝部１３ａの位置と、このより深くした金属部分１２４の位置とが、図７Ｄに示すように、少々ずれたとしても、この部分の基材１１の厚さがより薄いので、図７Ｅに示すように、この部分で優先的に破断させることができる。したがって、このような格子ＤＧｄおよびその製造方法は、破断を考慮した上で格子ＤＧｄを設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態における格子の構成を示す断面図である。第１ないし第３実施形態における格子ＤＧａ〜ＤＧｄは、曲げ工程が実施される場合に、格子面ＤｘＤｙが凹面となるように、曲げられたが、図８Ａに示すように、曲げ工程が実施される場合に、格子面ＤｘＤｙが凸面となるように、曲げられてもよい。図８Ａには、第２実施形態の格子ＤＧｂの例が示されている。

なお、このような格子面ＤｘＤｙが凸面となるように曲げられる場合では、溝部１３ａに代え、図８Ｂに示すように、断面Ｖ字状の溝部１３ｂが好ましい。このような断面Ｖ字状の溝部１３ｂは、異方性エッチングや、断面が三角形のブレードを用いたダイシングによって形成することができる。この溝部１３ｂを用いることによって、格子面ＤｘＤｙが凸面となるように曲げた場合に、溝部１３ｂにおけるテーパ状の側面同士を互いに当接することができ、略隙間が無くなる。

なお、上述の第１ないし第４実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）は、Ｘ線用の回折格子であったが、Ｘ線用に限らず、赤外線領域、可視光領域および紫外線領域等の他の波長の波に対する回折格子であってよい。

また、上述の第１ないし第４実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）では、互いに隣接するシリコン部分１２２の間には、金属部分１２１が形成されたが、空間部分（空隙部分、ギャップ部分）であってもよい。このような金属部分１２１に代え空間部分を用いた格子ＤＧは、これらシリコン部分１２２と前記空間部分との屈折率の相違によって、前記所定の間隔Ｐを所定の波長（例えば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、例えば位相型回折格子として機能する。ここで、シリコン部分１２２の屈折率は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率であり、前記空間部分は、所定の気体（例えば空気）の屈折率である。

また、上述の第１ないし第４実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）において、金属部分１２１、１２３、シリコン部分１２２および溝部１３ａ、１３ｂが延びる一方向Ｄｘは、基材１１の劈開方向に一致することが好ましい。例えば、基材１１が（１００）のシリコン基板の場合、［１１０］方向や［１−１０］方向に劈開するので、前記一方向Ｄｘは、［１１０］方向や［１−１０］方向に一致することが好ましい。このような格子ＤＧは、仮に曲げ工程によって基材１１が破断したとしても、金属部分１２１、１２３、シリコン部分１２２や溝部１３ａ、１３ｂに沿って破断させることができ、破断方向が予測可能である。したがって、このような格子ＤＧおよび格子ＤＧの製造方法は、破断を考慮した上で格子ＤＧを設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

また、上述の第１ないし第４実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）において、保持部材１４の靱性は、基材１１の靱性よりも高いことが好ましい。このような格子ＤＧおよび格子ＤＧの製造方法は、基材１１が破断する前に保持部材１４が破断することを防止することができ、仮に曲げ工程によって基材１１が破断した場合でも金属部分１２１、１２３の周期性や、シリコン部分１２２の周期性を維持することができる点の信頼性が向上する。

また、上述の第１ないし第４実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）において、保持部材１４のＸ線吸収率は、基材１１のＸ線吸収率よりも小さいことが好ましい。このような格子ＤＧおよび格子ＤＧの製造方法は、格子ＤＧがＸ線用に用いられる場合に保持部材１４が格子に与える影響を低減することができる。

次に、一実施例について説明する。

（実施例）
図９は、格子の一実施例を説明するための図である。第１実施形態の格子ＤＧａの一実施例として、図９に示すように、例えば、厚さ４００μｍの８インチシリコンウェハに、一片が１１０ｍｍの正方形である格子領域が一方主面に形成された（図９Ａ）。この格子領域は、周期５．３μｍであって深さ１００μｍである金部分（＝幅２．６５μｍ）およびシリコン部分（＝幅２．６５μｍ）から成る吸収型格子である。次に、ブレードダイシング装置で、図９Ｂに示すように、格子領域の両側（格子領域の４辺のうちの互いに対向する一方の１組の両側）が切り落とされ、格子が切り出された。その後、この切り出した格子を格子領域が形成されていない他方主面から、同じくブレードダイシング装置で、深さ２５０μｍの切り込みが入れられ、溝部が形成された（図９Ｃ）。結果、厚さ４００μｍのシリコンウェハに、深さ１００μｍの格子領域が形成されるとともに２５０μｍの溝部が形成されることによって、溝部が形成されたシリコンウェハの肉厚は、５０μｍとなる。そして、これが、格子領域の、金部分、シリコン部分および溝部が延びる一方向Ｄｘ外側に残る円弧状の部分（前記切られなかった、格子領域の４辺のうちの互いに対向する他方の１組の両側の外側に残る円弧状の部分）を両サイドで保持されながら、半径１．４ｍの円弧に沿うよう曲げられた。

また、図示しないが、第２実施形態の格子ＤＧｂの一実施例として、例えば、厚さ４００μｍの８インチシリコンウェハに、一片が１１０ｍｍの正方形である格子領域が一方主面に形成された。この格子領域は、周期４．３μｍであって深さ１８μｍである空間部分（＝幅２．１５μｍ）およびシリコン部分（＝幅２．１５μｍ）から成る位相型格子である。次に、ブレードダイシング装置で、格子領域の両側が切り落とされ、格子が切り出された。次に、格子領域全面上に、保持部材として、厚さ９０μｍの粘着性ＰＥＴフィルム（粘着性ポリエチレンテレフタレートフィルム）が貼着された。その後、この切り出した格子を格子領域が形成されていない他方主面から、同じくブレードダイシング装置で、深さ３３２μｍの切り込みが入れられ、溝部が形成された（図９Ｃ）。結果、厚さ４００μｍのシリコンウェハに、深さ１８μｍの格子領域が形成されるとともに３３２μｍの溝部が形成されることによって、溝部が形成されたシリコンウェハの肉厚は、５０μｍとなる。次に、半径５０ｃｍの曲面を持つ治具に押し当てられることによって、これが、溝部で破断された。ここで、金部分、シリコン部分および溝部が延びる一方向Ｄｘは、シリコンウェハの劈開方向に一致することが好ましい。そして、これが、格子領域の、金部分、シリコン部分および溝部が延びる一方向Ｄｘ外側に残る円弧状の部分を両サイドで保持されながら、半径１．１ｍの円弧に沿うよう曲げられた。

また、図示しないが、第３実施形態の格子ＤＧｃの一実施例として、例えば、周期が２．５μｍであって深さが１８μｍである、空間部分（＝幅２．１５μｍ）およびシリコン部分（＝幅２．１５μｍ）の格子領域である場合、つまり、空間部分の幅：シリコン部分の幅＝１：１の格子領域である場合、これが、半径５０ｃｍの曲面に沿うように配置された場合、溝部に対応する部分のみ、周期を２．５３μｍにすると、溝部に対応する部分の周期は、ほぼ２．５μｍになる。

（第５および第６実施形態；タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態の格子ＤＧ（ＤＧａ〜ＤＧｄ）および格子ユニットは、一適用例として、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。この格子ＤＧおよび格子ユニットを用いた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１０は、第５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１１は、第６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２００Ａは、図１０に示すように、所定の波長のＸ線を放射するＸ線源２０１と、Ｘ線源２０１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子２０２と、第１回折格子２０２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２０３とを備え、第１および第２回折格子２０２、２０３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２０３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２０５によって検出される。そして、このＸ線用タルボ干渉計２００Ａでは、第１回折格子２０２および第２回折格子２０３の少なくとも一方は、前記格子ＤＧまたは格子ユニットである。この格子ユニットは、１つの格子面を形成するように配置された複数の格子（小格子、サブ格子、格子素）を備え、これら複数の格子のうちの少なくとも１つは、上述の第１ないし第４実施形態における格子ＤＧの何れかである。

タルボ干渉計２００Ａ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２０２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）×（ｄ^２／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２０１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源２０１から第１回折格子２０２までの距離であり、Ｚ１は、第１回折格子２０２から第２回折格子２０３までの距離であり、Ｚ２は、第２回折格子２０３からＸ線画像検出器２０５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２００Ａでは、Ｘ線源２０１から第１回折格子２０２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２０２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２０３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２０５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２０１と第１回折格子２０２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１０に示す構成のタルボ干渉計２００Ａでは、Ｘ線源２０１は、単一の点光源（点波源）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２０１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２０２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２００Ｂは、図１１に示すように、Ｘ線源２０１と、マルチスリット板２０４と、第１回折格子２０２と、第２回折格子２０３とを備えて構成される。すなわち、タルボ・ロー干渉計２００Ｂは、図１０に示すタルボ干渉計２００Ａに加えて、Ｘ線源２０１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２０４をさらに備えて構成される。

このマルチスリット板２０４は、上述した第１ないし第４実施形態における格子ＤＧまたは前記格子ユニットであってよい。マルチスリット板２０４を、上述した第１ないし第４実施形態における格子ＤＧまたは前記格子ユニットによって構成することによって、Ｘ線をスリット（前記複数のシリコン部分１２２）に略平行に透過させることができるので、各スリットを透過したＸ線の各強度を略均一にすることができるから、マルチスリット板２０４は、Ｘ線源２０１から放射されたＸ線を、より良好な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２００Ｂとすることによって、タルボ干渉計２００Ａよりも、被写体Ｓを介して第１回折格子２０２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２００Ａやタルボ・ロー干渉計２００Ｂに用いられる第１回折格子２０２、第２回折格子２０３およびマルチスリット板２０４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、シリコン部分１２２と金属部分１２１とは、同幅に形成され、金属部分１２１は、金によって形成される。

一例として、Ｘ線源２０１またはマルチスリット板２０４から第１回折格子２０２までの距離Ｒ１が１．１ｍであって、Ｘ線源２０１またはマルチスリット板２０４から第２回折格子２０３までの距離Ｒ２が１．４ｍである場合では、第１回折格子２０２は、そのピッチＰが４．５μｍであり、そのシリコン部分１２２の厚さが１８μｍであり、第２回折格子２０３は、そのピッチＰが５．３μｍであり、その金属部分１２１の厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／２．６５）、そして、マルチスリット板２０４は、そのピッチＰが２２．８μｍであり、その金属部分１２１の厚さが１００μｍである。

（第７実施形態；Ｘ線撮像装置）
前記格子ＤＧおよび前記格子ユニットは、種々の光学装置に利用することができるが、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、前記格子ＤＧを含む格子ユニットを用いた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１２は、第７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１２において、Ｘ線撮像装置３００は、Ｘ線撮像部３０１と、第２回折格子３０２と、第１回折格子３０３と、Ｘ線源３０４とを備え、さらに、本実施形態では、Ｘ線源３０４に電源を供給するＸ線電源部３０５と、Ｘ線撮像部３０１の撮像動作を制御するカメラ制御部３０６と、本Ｘ線撮像装置３００の全体動作を制御する処理部３０７と、Ｘ線電源部３０５の給電動作を制御することによってＸ線源３０４におけるＸ線の放射動作を制御するＸ線制御部３０８とを備えて構成される。

Ｘ線源３０４は、Ｘ線電源部３０５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３０３へ向けてＸ線を照射する装置である。Ｘ線源３０４は、例えば、Ｘ線電源部３０５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３０３は、Ｘ線源３０４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３０３は、例えば、上述した実施形態の格子ユニットＤＧである。第１回折格子３０３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３０４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倍以上である位相型回折格子である。なお、第１回折格子３０３は、振幅型回折格子であってもよい。

第２回折格子３０２は、第１回折格子３０３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３０３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３０２も、第１回折格子３０３と同様に、例えば、上述した実施形態の格子ＤＧまたは格子ユニットである。

第１回折格子３０３において、第１回折格子３０３を構成する１または複数の格子ＤＧは、受光面の中心を通る法線が点光源としてのＸ線源３０４の放射源を通るように、Ｘ線源３０４の前記放射源を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って配列されることが好ましく、また、第２回折格子３０２において、第２回折格子３０２を構成する１または複数の格子ＤＧは、受光面の中心を通る法線が点光源としてのＸ線源３０４の放射源を通るように、Ｘ線源３０４の前記放射源を通る仮想線を中心軸とした仮想的な円筒面に沿って配列されることが好ましい。これら第１および第２回折格子３０３、３０２のそれぞれは、その曲率半径が１ｍ程度に設定される。

そして、これら第１および第２回折格子３０３、３０２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３０１は、第２回折格子３０２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３０１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３０７は、Ｘ線撮像装置３００の各部を制御することによってＸ線撮像装置３００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３７１およびシステム制御部３７２を備えている。

システム制御部３７２は、Ｘ線制御部３０８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３０５を介してＸ線源３０４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３０６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３０１の撮像動作を制御する。システム制御部３７２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３０１によって撮像され、画像信号がカメラ制御部３０６を介して処理部３０７に入力される。

画像処理部３７１は、Ｘ線撮像部３０１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３０４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３０４と第１回折格子３０３との間に配置され、Ｘ線撮像装置３００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３０７のシステム制御部３７２は、被写体Ｓに向けてＸを照射すべくＸ線制御部３０８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３０８は、Ｘ線電源部３０５にＸ線源３０４へ給電させ、Ｘ線源３０４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３０３を通過し、第１回折格子３０３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３０３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３０２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３７２によって例えば露光時間などが制御されたＸ線撮像部３０１によって撮像される。

Ｘ線撮像部３０１は、モアレ縞の像の画像信号をカメラ制御部３０６を介して処理部３０７へ出力する。この画像信号は、処理部３０７の画像処理部３７１によって処理される。

ここで、被写体ＳがＸ線源３０４と第１回折格子３０３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３０３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３０２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１および第２回折格子３０３、３０２では、上述した実施形態における湾曲可能な格子ＤＧを含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、格子の両端部（互いに隣接する格子の隣接部分）の領域で生じる上述したいわゆるケラレを低減することができる。したがって、このようなＸ線撮像装置３００は、前記ケラレによって生じるノイズを低減することができ、より鮮明なＸ線撮像画像を得ることができる。そして、このようなＸ線撮像装置は、湾曲可能な格子ＤＧを含むので、金属部分１２１およびシリコン部分１２２における周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

なお、上述のＸ線撮像装置３００は、Ｘ線源３０４、第１回折格子３０３および第２回折格子３０２によってタルボ干渉計を構成したが、Ｘ線源３０４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格子ＤＧまたは格子ユニット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。このマルチスリットとしての格子ＤＧは、その曲率半径が２〜３ｃｍ程度に設定される。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３００では、Ｘ線源３０４と第１回折格子３０３との間に被写体Ｓが配置されたが、第１回折格子３０３と第２回折格子３０２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３００では、Ｘ線の像がＸ線撮像部３０１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。

本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

一態様にかかる回折格子は、基材と、前記基材の一方主面に形成された、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域と、前記基材の一方主面に対向する他方主面に形成された溝部とを備え、前記複数の部材のそれぞれは、前記一方主面において、一方向に延びる長尺な線条形状であり、前記溝部は、前記一方向に沿って長尺である。

このような回折格子は、格子領域を形成した一方主面に対向する他方主面に溝部を備えるので、この溝部の部分で基材の厚さが薄くなる。このため、このような回折格子は、溝部の部分で前記一方向と直交する周期方向に曲がり易くなり、溝部の部分で曲げることができる。そして、このような回折格子は、湾曲可能であるので、前記複数の部材における周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

他の一態様では、上述の回折格子において、前記格子領域上を少なくとも含む前記基材の一方主面上、または前記溝部上を少なくとも含む前記基材の他方主面上に、前記基材が複数の基材片に分割された場合に前記分割の前後で前記複数の基材片における互いの配置関係を保持するための保持部材をさらに備える。

このような回折格子は、前記保持部材を備えるので、仮に曲げ工程によって基材が破断した場合でも、前記複数の部材における周期性を維持することができる。

他の一態様では、これら上述の回折格子において、前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅は、前記複数の部材のうちの他の部材の幅よりも広い。

このような回折格子は、溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅が他の部材の幅よりも広いので、格子領域の格子面が湾曲された場合でも、前記複数の部材における周期性の乱れを小さく抑えることができる。

他の一態様では、上述の回折格子において、前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さは、前記複数の部材のうちの他の部材の深さよりも深い。

このような回折格子は、溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さが他の部材の深さよりも深いので、仮に曲げによって基材が破断した場合でも、この部分で破断させることができ、破断箇所が予測可能である。したがって、このような回折格子は、破断を考慮した上で格子を設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

他の一態様では、これら上述の回折格子において、前記一方向は、前記基材の劈開方向に一致している。
このような回折格子は、溝部が、基材の劈開方向に一致するように形成されているので、仮に曲げによって基材が破断したとしても、前記複数の部材や溝部に沿って破断させることができ、破断方向が予測可能である。したがって、このような回折格子は、破断を考慮した上で格子を設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

他の一態様では、これら上述の回折格子において、前記保持部材の靱性は、前記基材の靱性よりも高いこと。

このような回折格子は、保持部材の靱性が基材の靱性よりも高いので、基材が破断する前に保持部材が破断することを防止することができ、仮に曲げによって基材が破断した場合でも前記複数の部材における周期性を維持することができる点の信頼性が向上する。

他の一態様では、これら上述の回折格子において、前記保持部材のＸ線吸収率は、前記基材のＸ線吸収率よりも小さい。

このような回折格子は、保持部材のＸ線吸収率が基材のＸ線吸収率よりも小さいので、格子がＸ線用に用いられる場合に保持部材が格子に与える影響を低減することができる。

一態様にかかる回折格子の製造方法は、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を基材の一方主面に形成する格子領域形成工程と、前記基材の一方主面に対向する他方主面に溝部を形成する溝部形成工程とを備え、前記複数の部材のそれぞれは、前記一方主面において、一方向に延びる長尺な線条形状であり、前記溝部は、前記一方向に沿って長尺である。そして、他の一態様では、上述の回折格子の製造方法において、好ましくは、前記基材は、シリコンウェハである。

このような回折格子の製造方法では、格子は、格子領域を形成した一方主面に対向する他方主面に溝部を備えるので、この溝部の部分で基材の厚さが薄くなる。このため、格子は、溝部の部分で、前記一方向と直交する周期方向に曲がり易くなる。したがって、このような製造方法は、湾曲可能な格子を製造することができる。そして、このような製造方法によって製造された回折格子は、湾曲可能であるので、前記複数の部材における周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

また、他の一態様では、上述の回折格子の製造方法は、前記格子領域を曲げる曲げ工程をさらに備える。このような回折格子の製造方法は、湾曲した格子を提供することができる。

また、他の一態様では、これら上述の回折格子の製造方法は、前記溝部を形成した領域に対向する領域を含む前記基材の一方主面上、または、前記溝部上を少なくとも含む前記基材の他方面上に、前記基材が複数の基材片に分割された場合に前記分割の前後で前記複数の基材片における互いの配置関係を保持するための保持部材を配設する保持部材配設工程をさらに備える。そして、他の一態様では、上述の回折格子の製造方法において、前記曲げ工程を含む場合には、前記曲げ工程は、前記基材が破断するまで曲げられてもよい。

このような製造方法では、格子領域形成工程、保持部材配設工程、溝部形成工程の順に各工程が実施されてよく、あるいは、格子領域形成工程、溝部形成工程、保持部材配設工程の順に各工程が実施されてよく、あるいは、格子領域形成工程、溝部形成工程、曲げ工程、保持部材配設工程の順に各工程が実施されてよく、あるいは、格子領域形成工程、溝部形成工程、保持部材配設工程、曲げ工程の順に各工程が実施されてよく、あるいは、格子領域形成工程、保持部材配設工程、溝部形成工程、曲げ工程の順に各工程が実施されてよい。

このような回折格子の製造方法は、格子が保持部材配設工程によって配設された保持部材を備えるので、仮に曲げ工程によって基材が破断した場合でも、前記複数の部材における周期性を維持することができる。

また、他の一態様では、これら上述の回折格子の製造方法において、前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅は、前記複数の部材のうちの他の部材の幅よりも広い。

そして、このような回折格子の製造方法は、溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅が他の部材の幅よりも広いので、曲げ工程によって格子領域の格子面が湾曲された場合でも、前記複数の部材における周期性の乱れを小さく抑えることができる。

また、他の一態様では、上述の回折格子の製造方法において、前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さは、前記複数の部材のうちの他の部材の深さよりも深い。

このような回折格子の製造方法は、溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さが他の部材の深さよりも深いので、仮に曲げ工程によって基材が破断した場合でも、この部分で破断させることができ、破断箇所が予測可能である。したがって、このような回折格子の製造方法は、破断を考慮した上で格子を設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

また、他の一態様では、これら上述の回折格子の製造方法において、前記一方向は、前記基材の劈開方向に一致している。

このような回折格子の製造方法は、溝部が、基材の劈開方向に一致するように形成されているので、仮に曲げ工程によって基材が破断したとしても、前記複数の部材や溝部に沿って破断させることができ、破断方向が予測可能である。したがって、このような回折格子の製造方法は、破断を考慮した上で格子を設計することができ、設計通りの性能をより確実に実現することができる。

また、他の一態様では、これら上述の回折格子の製造方法において、前記保持部材の靱性は、前記基材の靱性よりも高い。

このような回折格子の製造方法は、保持部材の靱性が基材の靱性よりも高いので、基材が破断する前に保持部材が破断することを防止することができ、仮に曲げ工程によって基材が破断した場合でも前記複数の部材における周期性を維持することができる点の信頼性が向上する。

また、他の一態様では、これら上述の回折格子の製造方法において、前記保持部材のＸ線吸収率は、前記基材のＸ線吸収率よりも小さい。

このような回折格子の製造方法は、保持部材のＸ線吸収率が基材のＸ線吸収率よりも小さいので、格子がＸ線用に用いられる場合に保持部材が格子に与える影響を低減することができる。

他の一態様にかかる格子ユニットは、１つの格子面を形成するように配置された複数の格子を備えた格子ユニットであって、前記複数の格子のうちの少なくとも１つとは、これら上述のいずれかの回折格子である。

この構成によれば、前記回折格子を含む格子ユニットが提供される。そして、このような格子ユニットは、湾曲可能な回折格子を含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、格子の両端部（互いに隣接する格子の隣接部分）の領域で生じる上述したいわゆるケラレを低減することができる。さらに、このような格子ユニットは、湾曲可能な回折格子を含むので、前記複数の部材における周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

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、これら上述のいずれかの回折格子、および、上述の格子ユニットのうちの少なくとも１つを含む。

この構成によれば、前記回折格子を含むＸ線撮像装置が提供される。このようなＸ線撮像装置は、湾曲可能な回折格子を含むので、複数の格子を曲面に沿って配置することができ、格子の両端部（互いに隣接する格子の隣接部分）の領域で生じる上述したいわゆるケラレを低減することができる。したがって、このようなＸ線撮像装置は、前記ケラレによって生じるノイズを低減することができ、より鮮明なＸ線撮像画像を得ることができる。そして、このようなＸ線撮像装置は、湾曲可能な回折格子を含むので、前記複数の部材における周期性が維持され、前記ケラレの発生を防止するために上述のように小格子の大きさを小さくする必要がないので従来の小格子の大きさを小さくすることによって生じる上述したデメリットを生じない。

この出願は、２０１２年９月３日に出願された日本国特許出願特願２０１２−１９３１６３を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

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。

本発明によれば、回折格子および回折格子の製造方法、格子ユニットならびにＸ線撮像装置を提供することができる。

Claims (17)

1. 基材と、
   前記基材の一方主面に形成された、互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域と、
   前記基材の一方主面に対向する他方主面に形成された溝部とを備え、
   前記複数の部材のそれぞれは、前記一方主面において、一方向に延びる長尺な線条形状であり、
   前記溝部は、前記一方向に沿って長尺であること
   を特徴とする回折格子。
2. 前記格子領域上を少なくとも含む前記基材の一方主面上、または前記溝部上を少なくとも含む前記基材の他方主面上に、前記基材が複数の基材片に分割された場合に前記分割の前後で前記複数の基材片における互いの配置関係を保持するための保持部材をさらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載の回折格子。
3. 前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅は、前記複数の部材のうちの他の部材の幅よりも広いこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回折格子。
4. 前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さは、前記複数の部材のうちの他の部材の深さよりも深いこと
   を特徴とする請求項３に記載の回折格子。
5. 前記一方向は、前記基材の劈開方向に一致していること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回折格子。
6. 前記保持部材の靱性は、前記基材の靱性よりも高いこと
   を特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の回折格子。
7. 前記保持部材のＸ線吸収率は、前記基材のＸ線吸収率よりも小さいこと
   を特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の回折格子。
8. 互いに同じ形状の複数の部材を周期的に設けた格子領域を基材の一方主面に形成する格子領域形成工程と、
   前記基材の一方主面に対向する他方主面に溝部を形成する溝部形成工程とを備え、
   前記複数の部材のそれぞれは、前記一方主面において、一方向に延びる長尺な線条形状であり、
   前記溝部は、前記一方向に沿って長尺であること
   を特徴とする回折格子の製造方法。
9. 前記格子領域を曲げる曲げ工程をさらに備えること
   を特徴とする請求項８に記載の回折格子の製造方法。
10. 前記格子領域上を少なくとも含む前記基材の一方主面上、または、前記溝部上を少なくとも含む前記基材の他方面上に、前記基材が複数の基材片に分割された場合に前記分割の前後で前記複数の基材片における互いの配置関係を保持するための保持部材を配設する保持部材配設工程をさらに備えること
    を特徴とする請求項８または請求項９に記載の回折格子の製造方法。
11. 前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた部材における前記一方向に直交する周期方向の幅は、前記複数の部材のうちの他の部材の幅よりも広いこと
    を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
12. 前記複数の部材のうち、前記溝部を形成した領域に対向する前記一方主面の領域に設けられた前記部材における前記格子面の法線方向の深さは、前記複数の部材のうちの他の部材の深さよりも深いこと
    を特徴とする請求項１１に記載の回折格子の製造方法。
13. 前記一方向は、前記基材の劈開方向に一致しており、
    を特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
14. 前記保持部材の靱性は、前記基材の靱性よりも高いこと
    を特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
15. 前記保持部材のＸ線吸収率は、前記基材のＸ線吸収率よりも小さいこと
    を特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれか１項に記載の回折格子の製造方法。
16. １つの格子面を形成するように配置された複数の格子を備えた格子ユニットであって、
    前記複数の格子のうちの少なくとも１つとは、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の回折格子であること
    を特徴とする格子ユニット。
17. 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１ないし請求項７のいずれか１項に記載の回折格子、および、請求項１６に記載の格子ユニットのうちの少なくとも１つを含むこと
    を特徴とするＸ線撮像装置。

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