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WO2012008118A1 - 金属格子の製造方法および金属格子 - Google Patents

金属格子の製造方法および金属格子 Download PDF

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WO2012008118A1
WO2012008118A1 PCT/JP2011/003851 JP2011003851W WO2012008118A1 WO 2012008118 A1 WO2012008118 A1 WO 2012008118A1 JP 2011003851 W JP2011003851 W JP 2011003851W WO 2012008118 A1 WO2012008118 A1 WO 2012008118A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal
silicon layer
silicon
diffraction grating
manufacturing
Prior art date
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PCT/JP2011/003851
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French (fr)
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光 横山
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Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Original Assignee
Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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Application filed by Konica Minolta Medical and Graphic Inc filed Critical Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/003—3D structures, e.g. superposed patterned layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4035—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis the source being combined with a filter or grating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4291—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis the detector being combined with a grid or grating

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal grating for manufacturing a diffraction grating that can be suitably used for, for example, a Talbot interferometer or a Talbot-Lau interferometer, and the metal grating.
  • Diffraction gratings are used in optical systems of various devices as spectroscopic elements having a large number of parallel periodic structures, and in recent years, application to X-ray imaging devices has also been attempted.
  • the diffraction gratings are classified into transmission diffraction gratings and reflection diffraction gratings when classified by the diffraction method.
  • the transmission diffraction gratings periodically arrange light absorbing portions on a substrate that transmits light.
  • absorption means that more than 50% of light is absorbed by the diffraction grating
  • transmission means that more than 50% of light passes through the diffraction grating.
  • Near-infrared, visible light, or ultraviolet diffraction gratings can be manufactured relatively easily because near-infrared, visible light, and ultraviolet light are sufficiently absorbed by a very thin metal.
  • a metal is deposited on a substrate such as glass to form a metal film on the substrate, and the metal film is patterned into a grating, whereby an amplitude diffraction grating using a metal grating is manufactured.
  • the transmittance for visible light about 400 nm to about 800 nm
  • Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a diffraction grating having such a high aspect ratio structure.
  • the method for manufacturing a diffraction grating disclosed in Patent Document 1 is a method for manufacturing a diffraction grating used in an X-ray Talbot interferometer, and is configured to include each step next.
  • a metal sheet layer is formed on one side surface of a glass substrate.
  • an ultraviolet photosensitive resin is applied onto the metal sheet layer, and the ultraviolet photosensitive resin is subjected to pattern exposure using an optical lithography mask for a phase type diffraction grating and developed to be patterned.
  • an X-ray absorbing metal portion is formed in the portion where the ultraviolet photosensitive resin has been removed by metal plating. Then, the patterned ultraviolet photosensitive resin and the portion of the metal sheet layer corresponding to the ultraviolet photosensitive resin are removed.
  • phase type diffraction grating is manufactured.
  • an ultraviolet photosensitive resin is applied to the one side surface of the phase type diffraction grating, and the ultraviolet photosensitive resin is subjected to pattern exposure from the other side surface of the phase type diffraction grating using the phase type diffraction grating as an optical lithography mask, It is patterned by being developed.
  • a voltage is applied through the metal sheet layer to further remove X-ray absorption into the X-ray absorbing metal portion of the phase type diffraction grating where the ultraviolet photosensitive resin is removed by metal plating. A metal part is formed.
  • each of the above steps is repeated until the thickness of the X-ray absorbing metal portion becomes a required thickness, using the phase diffraction grating in which the X-ray absorbing metal portion is further formed as a new optical lithography mask. Thereby, an amplitude type diffraction grating is manufactured.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to use a silicon substrate capable of forming a slit groove having a high aspect ratio, and to form a metal portion of the lattice more densely by electroforming. It is to provide a method of manufacturing a metal grid and the metal grid.
  • a slit that reaches at least the first silicon layer by a dry etching method into the second silicon layer having a higher resistance than the first silicon layer attached to the first silicon layer.
  • the metal grid having such a configuration and the manufacturing method thereof can have a metal portion with a high aspect ratio by filling the slit groove with metal.
  • the metal grid having such a configuration and the manufacturing method thereof can form the metal portion of the grid more densely by electroforming.
  • a diffraction grating using a metal grating by utilizing the characteristics of silicon that can form a three-dimensional structure with a high aspect ratio. That is, a slit groove having a periodic structure with a high aspect ratio is formed on a silicon substrate, and the diffraction grating is formed by filling the metal by electroplating (electroforming) by utilizing the conductivity of silicon in the formed slit groove.
  • a manufacturing method is conceivable.
  • the metal grows not only from the bottom of the slit groove, but also from the side surface of the slit groove, and as a result, the metal portion is formed inside. There is a possibility that a space (void, a portion not filled with metal) may be generated, and it is difficult to densely fill the slit groove with the metal by electroforming.
  • the substrate in the first embodiment generally includes a first silicon layer and a second silicon layer having a higher resistance than the first silicon layer attached to the first silicon layer.
  • a resist layer is formed on the main surface of the second silicon layer, and the resist layer is patterned by a lithography method to remove the resist layer in the patterned portion, and corresponds to a portion from which the resist layer is removed by a dry etching method
  • the second silicon layer is etched until it reaches at least the first silicon layer to form a slit groove, and a voltage is applied to the first silicon layer by electroforming to form the slit groove with a metal. Buried. Thereby, the metal grid concerning this embodiment is manufactured. This will be described in more detail below.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a metal grid in the embodiment.
  • the metal lattice DG of this embodiment includes a first silicon layer 11 and a lattice 12 formed on the first silicon layer 11.
  • the grating 12 has a plurality of second silicon portions 12a having a predetermined thickness H and extending linearly in one direction Dx, and a plurality of second silicon portions 12a having the predetermined thickness H and extending linearly in the one direction Dx.
  • the plurality of second silicon portions 12a and the plurality of metal portions 12b are alternately arranged in parallel. For this reason, the plurality of metal portions 12b are disposed at predetermined intervals in a direction Dy orthogonal to the one direction Dx.
  • the plurality of second silicon layers 12a are respectively disposed at predetermined intervals in a direction Dy orthogonal to the one direction Dx.
  • the predetermined interval (pitch) P is constant in this embodiment. That is, the plurality of metal portions 12b (the plurality of second silicon portions 12a) are arranged at equal intervals P in the direction Dy orthogonal to the one direction Dx.
  • the first silicon layer 11 and the plurality of second silicon portions 12a function to transmit X-rays
  • the plurality of metal portions 12b function to absorb X-rays. Therefore, as an aspect, the metal grating DG functions as a diffraction grating by appropriately setting the predetermined interval P according to the wavelength of the X-ray.
  • the metal of the metal portion 12b is preferably selected to absorb X-rays.
  • a metal or a noble metal having a relatively heavy atomic weight more specifically, for example, gold (Au), platinum (platinum, Pt ), Rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), indium (In) and nickel (Ni).
  • the metal portion 12b has an appropriate thickness H so that, for example, X-rays can be sufficiently absorbed according to specifications.
  • the ratio of the thickness H to the width W in the metal portion 12b is, for example, a high aspect ratio of 5 or more.
  • the width W of the metal portion 12b is the length of the metal portion 12b in the direction (width direction) Dy orthogonal to the one direction (long direction) Dx, and the thickness of the metal portion 12b is the same as the one direction Dx. It is the length of the metal part 12b in the normal line direction (depth direction) Dz of the plane comprised by the said direction Dy orthogonal to.
  • the second silicon portion 12a has a higher resistance than the first silicon layer 11.
  • the metal lattice DG having such a high aspect ratio metal portion 12b includes a first silicon layer and a second silicon layer attached to the first silicon layer and having a higher resistance than the first silicon layer. Forming a resist layer on the main surface of the second silicon layer, patterning the resist layer by a lithography method and removing the resist layer in the patterned portion, and forming the resist layer by a dry etching method Etching the second silicon layer corresponding to the removed portion to at least reach the first silicon layer to form a slit groove, and applying a voltage to the first silicon layer by electroforming The slit groove is filled with a metal.
  • this metal lattice DG is explained in full detail.
  • FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a metal grid in the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing a silicon substrate used for manufacturing the metal grid in the embodiment.
  • a silicon substrate 30 including a first silicon layer 31 and a second silicon layer 32 attached to the first silicon layer 31 is prepared (FIG. 2A). )).
  • the first silicon layer 31 and the second silicon layer 32 have different electrical properties, and the second silicon layer 32 has a higher resistance than the first silicon layer 31.
  • Such a silicon substrate 30 is manufactured as follows, for example.
  • a first silicon wafer 21 to be the first silicon layer 31 and a second silicon wafer 22 to be the second silicon layer 32 are prepared, and the thickness of the second silicon wafer 22 is determined by a smart cut method.
  • hydrogen ions H + are implanted from one main surface of the second silicon wafer 22 (FIG. 4A).
  • the first and second silicon wafers 21 and 22 have different electrical properties, and the second silicon wafer 22 has a higher resistance than the first silicon wafer 21.
  • the first silicon wafer 21 is, for example, a relatively low resistance n-type silicon substrate manufactured by a CZ (Czochralski) method (for example, a resistivity of 0.01 ⁇ cm (ohm centimeter)).
  • the second silicon wafer 22 is a non-doped relatively high resistance semiconductor wafer manufactured by, for example, FZ (Floating Zone) method (for example, resistivity is 1000 ⁇ cm).
  • the second silicon wafer 22 is not limited to non-doping, and may be a p-type silicon substrate having a p-type conductivity or an n-type silicon substrate having an n-type conductivity.
  • the smart cut method is a method of cutting a silicon thin film by partially cutting a silicon crystal lattice by implanting hydrogen ions H + into a silicon single crystal.
  • hydrogen ions H + are formed at a predetermined concentration at a depth H corresponding to the desired thickness H so that the second silicon wafer 22 can be cut to a desired thickness H. Injected.
  • the depth H into which the hydrogen ions H + are implanted is controlled by adjusting the implantation energy of the hydrogen ions H + .
  • the second silicon wafer 22 is heated at a predetermined temperature, whereby the second silicon wafer 22 is cut out at a depth position H where the hydrogen ions H + are implanted.
  • the metal is filled in the slit groove SD formed by etching the second silicon wafer 22 by electroforming (electroplating). Since the metal portion 12b is formed, the thickness H of the second silicon wafer 22 becomes the thickness H of the metal portion 12b. For this reason, the thickness H of the second silicon wafer 22 is determined according to the thickness H of the metal portion 12b. In the smart cut method, since the second silicon wafer 22 is cut out at the depth position H where the hydrogen ions H + are implanted, the depth H where the hydrogen ions H + are implanted is the thickness of the second silicon wafer 22. It is determined according to H, that is, the thickness H of the metal portion 12b.
  • the bonding surfaces of the first and second silicon wafers 21 and 22 are cleaned with a predetermined cleaning solution 23 (FIG. 4B).
  • the cleaning liquid 23 include RCA cleaning liquid, ultrapure water, deionized water, and hydrofluoric acid. After the cleaning, the two first and second silicon wafers 21 and 22 are dried.
  • first silicon wafer 21 and the second silicon wafer 22 are brought together and brought into close contact with each other (FIG. 4C). These operations are performed in a clean room in order to prevent dust from adhering to the contact surfaces of the first and second silicon wafers 21 and 22.
  • the first and second silicon wafers 21 and 22 aligned with each other are heat-treated at a predetermined temperature.
  • the first and second silicon wafers 21 and 22 are bonded to each other on the bonding surfaces of the first and second silicon wafers 21 and 22 by wafer bonding and attached to each other, and the depth position where hydrogen ions H + are implanted
  • the second silicon wafer 22 is peeled from H (FIG. 4D).
  • the first silicon wafer 21 becomes the first silicon layer 31, and the portion of the second silicon wafer 22 cut out becomes the second silicon layer 32.
  • the surface of the second silicon layer 32 formed by peeling off may be smoothed by polishing or the like.
  • the silicon substrate 30 in which the second silicon layer 32 having a relatively high resistance is attached to the first silicon layer 31 having a relatively low resistance is manufactured.
  • the thickness H of the second silicon wafer 22 (second silicon layer 32) is adjusted by the smart cut method, but the present invention is not limited to this, and a known means can be used.
  • the second silicon wafer 22 may be polished in order to adjust the thickness H of the second silicon wafer 22 (second silicon layer 32). In this case, it is not necessary to perform the aforementioned hydrogen ion H + implantation step.
  • first silicon wafer 21 and the second silicon wafer 22 are bonded by wafer bonding.
  • the present invention is not limited to this, and known means can be used.
  • the first silicon wafer 21 and the second silicon wafer 22 may be bonded by plasma bonding.
  • a non-doped silicon layer (second silicon layer 32) may be epitaxially grown by a desired thickness H on an n-type low resistance CZ substrate (first silicon layer 31).
  • a desired thickness may be made amorphous by ion implantation or the like on the n-type low resistance CZ substrate (first silicon layer 31) to reduce the resistivity.
  • a desired thickness may be made amorphous by ion implantation or the like to increase the resistivity.
  • a photosensitive resin layer (resist) 41 is formed on the main surface of the second silicon layer 32 in the silicon substrate 30 by, for example, spin coating (FIG. 2B).
  • the resist layer is a material that is used in lithography and whose physical properties such as solubility are changed by light (including not only visible light but also ultraviolet rays), an electron beam, and the like.
  • the case where it is the photosensitive resin layer is demonstrated as the example, However It is not limited to this,
  • the resist layer may be a resist layer for electron beam exposure.
  • the photosensitive resin layer 41 is patterned by a lithography method (FIG. 2C), and the patterned photosensitive resin layer 41 is removed (FIG. 3A). More specifically, the lithography mask 42 is pressed against the photosensitive resin layer 41, the ultraviolet ray 43 is irradiated to the photosensitive resin layer 41 through the lithography mask 42, and the photosensitive resin layer 41 is subjected to pattern exposure and development. (FIG. 2C). And the photosensitive resin layer 41 of the part which was not exposed (or exposed part) is removed (FIG. 3 (A)).
  • the second silicon layer 32 corresponding to the portion where the photosensitive resin layer 41 has been removed by the dry etching method is etched until it reaches at least the first silicon layer 31 in the normal direction Dz.
  • a slit groove SD is formed (FIG. 3B). More specifically, using the patterned photosensitive resin layer 41 as a mask, the second silicon layer is formed by ICP plasma dry etching until at least the first silicon layer 31 is exposed from the surface of the second silicon layer 32 in the silicon substrate 30. 32 is etched. If only the photosensitive resin layer 41 is not thick enough to carve the second silicon layer 32 having a desired thickness H, for example, aluminum or quartz is formed on the silicon substrate 30.
  • the photosensitive resin layer 41 is formed on the aluminum film or the quartz film, and after patterning the photosensitive resin layer 41 by lithography as described above, the patterned photosensitive resin layer 41 is used as a mask.
  • the aluminum film or the quartz film may be patterned, and the second silicon layer 32 may be ICP plasma dry etched as described above using the patterned aluminum film or the quartz film as a mask.
  • the ICP plasma etching is preferably an ASE process using an ICP apparatus because it can perform vertical etching with a high aspect ratio.
  • This ASE (Advanced Silicon Etch) process is a process of etching a silicon substrate by RIE (reactive ion etching) using F radicals and F ions in SF 6 plasma, CF x radicals in C 4 F 8 plasma, and A process of depositing a polymer film having a composition close to Teflon (registered trademark) on the wall surface and acting as a protective film by a polymerization reaction of these ions is repeatedly performed.
  • RIE reactive ion etching
  • the dry etching method is not limited to ICP plasma etching, and other methods may be used. For example, so-called parallel plate type reactive ion etching (RIE), magnetic neutral line plasma (NLD) dry etching, chemical assisted ion beam (CAIB) etching, electron cyclotron resonance type reactive ion beam (ECRIB) etching, etc. It may be technology.
  • RIE parallel plate type reactive ion etching
  • NLD magnetic neutral line plasma
  • CAIB chemical assisted ion beam
  • ECRIB electron cyclotron resonance type reactive ion beam
  • the plate-like portion of the second silicon layer 32 remaining after the etching becomes the second silicon portion 12a.
  • a voltage is applied to the first silicon layer 31 by electroforming (electroplating) to fill the slit groove SD with metal (FIG. 3C). More specifically, the cathode of the power supply 44 is connected to the first silicon layer 31, and the anode electrode 45 and the silicon substrate 30 connected to the anode of the power supply 44 are immersed in the plating solution 46. As a result, metal is deposited from the side of the first silicon layer 31 at the bottom of the slit groove SD by electroforming, and grows by the same thickness H as the second silicon layer 32. In this way, the slit groove SD is filled with metal, and the metal portion 12b is formed.
  • n-type silicon has abundant conductor electrons, when a negative potential is applied by connecting silicon to the cathode and the cathode is polarized, it becomes so-called ohmic contact with the plating solution 46, current flows and reduction reaction occurs. It tends to occur and as a result, metal is deposited.
  • p-type silicon since p-type silicon has few electrons in the conductor, it is electrically reverse-biased during cathodic polarization, creating a so-called Schottky barrier and blocking contact with the plating solution 46 so that almost no current flows. Absent.
  • this step of filling the slit groove with metal by electroforming is preferably performed in such darkness in order to perform electroforming better.
  • the metal grid DG having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured through these manufacturing steps.
  • the metal lattice DG in the present embodiment, the metal portions 12b of the metal lattice DG can be formed more densely by electroforming.
  • the diffraction grating used in the X-ray Talbot interferometer and the X-ray Talbot-low interferometer requires a high aspect ratio of the metal portion 12b, but the manufacturing method of the metal grating DG in this embodiment is as described above. It is possible to cope with such a high aspect ratio, for example, 5 times or more, preferably 10 times or more, more preferably 20 times or more, and can form a denser metal portion 12b, and X-ray Talbot interference It is suitable as a method for manufacturing a diffraction grating used in a X-ray Talbot-Lau interferometer.
  • a slit groove having a high aspect ratio is formed on a silicon wafer by dry etching, a metal layer is formed on the bottom of the slit groove by sputtering or vacuum deposition, and the slit is formed by electroforming using the metal layer as an electrode.
  • a method of manufacturing a metal grid in which the groove is filled with metal is also conceivable.
  • the metal layer is not necessarily formed only at the bottom of the slit groove, and a good metal layer is formed at the bottom of the slit groove. Is not necessarily formed. It is very difficult to form a metal layer only at the bottom of the slit groove having a high aspect ratio. Such a point can also be eliminated in the method of manufacturing the metal grid DG in the present embodiment.
  • the 1st silicon layer 31 (11) is an n type, when the 1st silicon layer 31 (11) is made into the cathode by electroforming, it is easy. Further, electrons can be given from the first silicon layer 31 (11) to the plating solution 46 to deposit a metal.
  • the cut surface of the second silicon layer 32 becomes flatter.
  • a highly accurate metal lattice DG can be formed.
  • the entrance surface or the exit surface is more flat, which is preferable.
  • the metal lattice DG in the present embodiment since the second silicon layer 32 is dry etched by the Bosch process, the side surface of the slit groove SD becomes flat, and as a result, a highly accurate metal lattice DG is formed. can do.
  • the metal grating DG functions as a diffraction grating, the entrance surface or the exit surface is more flat, which is preferable.
  • FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the metal grid in the embodiment.
  • the metal lattice DG includes a plurality of insulating layers 13 between the first silicon layer 11 and the plurality of second silicon portions 12a, respectively. ' May be.
  • a silicon substrate further including an insulating layer between the first silicon layer 31 and the second silicon layer 32 is used instead of the silicon substrate 30.
  • each step described with reference to FIGS. 2 and 3 is performed using the silicon substrate provided with the insulating layer, and the metal lattice DG ′ having such a configuration is manufactured.
  • the second silicon portion 12b is first formed by the insulating layer 13 in the step of filling the slit groove SD with metal by electroforming.
  • the silicon layer 11 can be reliably electrically insulated, and the metal can be selectively grown and filled more reliably from the bottom of the slit groove SD.
  • the manufacturing method of such a metal lattice DG ′ and the metal lattice DG ′ manufactured thereby can more reliably prevent the generation of voids, and the metal portion 12b can be formed more densely. .
  • the diffraction gratings DG and DG ′ have a one-dimensional periodic structure, but are not limited thereto.
  • the diffraction gratings DG and DG ′ may be, for example, a diffraction grating having a two-dimensional periodic structure.
  • the diffraction gratings DG and DG ′ having a two-dimensional periodic structure are configured by arranging dots serving as diffraction members at equal intervals in two linearly independent directions.
  • a diffraction grating having such a two-dimensional periodic structure has a high-aspect-ratio hole formed in a plane with a two-dimensional period, and the hole is filled with a metal as described above, or a high-aspect-ratio cylinder is formed in a plane in two dimensions. It can be formed by standing up with a period and filling the periphery with metal in the same manner as described above.
  • the metal gratings DG and DG ′ of the above embodiment can form a metal portion with a high aspect ratio, they can be suitably used for an X-ray Talbot interferometer and a Talbot-low interferometer.
  • An X-ray Talbot interferometer and an X-ray Talbot-low interferometer using the metal gratings DG and DG ′ will be described.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an X-ray Talbot interferometer in the embodiment.
  • FIG. 7 is a top view showing a configuration of an X-ray Talbot-Lau interferometer in the embodiment.
  • an X-ray Talbot interferometer 100A includes an X-ray source 101 that emits X-rays having a predetermined wavelength, and a phase type that diffracts X-rays emitted from the X-ray source 101.
  • the first and second diffraction gratings 102 and 103 include a first diffraction grating 102 and an amplitude-type second diffraction grating 103 that forms an image contrast by diffracting the X-rays diffracted by the first diffraction grating 102.
  • the X-ray with the image contrast generated by the second diffraction grating 103 is detected by, for example, an X-ray image detector 105 that detects the X-ray.
  • an X-ray image detector 105 that detects the X-ray.
  • at least one of the first diffraction grating 102 and the second diffraction grating 103 is the metal gratings DG and DG '.
  • Equation 2 assumes that the first diffraction grating 102 is a phase type diffraction grating.
  • l ⁇ / (a / (L + Z1 + Z2)) (Formula 1)
  • Z1 (m + 1/2) ⁇ (d 2 / ⁇ ) (Formula 2)
  • l is a coherent distance
  • ⁇ is an X-ray wavelength (usually a center wavelength)
  • a is an aperture diameter of the X-ray source 101 in a direction substantially perpendicular to the diffraction member of the diffraction grating.
  • L is the distance from the X-ray source 101 to the first diffraction grating 102
  • Z1 is the distance from the first diffraction grating 102 to the second diffraction grating 103
  • Z2 is from the second diffraction grating 103.
  • the distance to the X-ray image detector 105, m is an integer, and d is the period of the diffraction member (diffraction grating period, grating constant, distance between centers of adjacent diffraction members, the pitch P). .
  • X-rays are irradiated from the X-ray source 101 toward the first diffraction grating 102.
  • This irradiated X-ray produces a Talbot effect at the first diffraction grating 102 to form a Talbot image.
  • This Talbot image is acted on by the second diffraction grating 103 to form an image contrast of moire fringes. Then, this image contrast is detected by the X-ray image detector 105.
  • the Talbot effect means that when light enters the diffraction grating, the same image as the diffraction grating (self-image of the diffraction grating) is formed at a certain distance. Good, this self-image is called the Talbot image.
  • the diffraction grating is a phase type diffraction grating
  • the moire fringes are modulated by the subject S, and the modulation amount is caused by the refraction effect by the subject S. It is proportional to the angle at which the X-ray is bent. For this reason, the subject S and its internal structure are detected by analyzing the moire fringes.
  • the X-ray source 101 is a single point light source, and such a single point light source forms a single slit (single slit).
  • the X-ray radiated from the X-ray source 101 passes through the single slit of the single slit plate and is directed toward the first diffraction grating 102 via the subject S. Is emitted.
  • the slit is an elongated rectangular opening extending in one direction.
  • the Talbot-Lau interferometer 100B is configured to include an X-ray source 101, a multi-slit plate 104, a first diffraction grating 102, and a second diffraction grating 103, as shown in FIG. That is, the Talbot-Lau interferometer 100B further includes a multi-slit plate 104 in which a plurality of slits are formed in parallel on the X-ray emission side of the X-ray source 101 in addition to the Talbot interferometer 100A shown in FIG. Is done.
  • the multi slit plate 104 may be a grating manufactured by the method for manufacturing the metal gratings DG and DG ′ in the above-described embodiment.
  • X-rays are transmitted through the slits (the plurality of second silicon portions 12a) and more reliably the plurality of the plurality of slits. Since the light can be blocked by the metal portion 12b, transmission and non-transmission of X-rays can be more clearly distinguished, so that a multi-light source can be obtained more reliably.
  • the Talbot-Lau interferometer 100B By using the Talbot-Lau interferometer 100B, the X-ray dose radiated toward the first diffraction grating 102 via the subject S is increased compared to the Talbot interferometer 100A, so that a better moire fringe can be obtained. It is done.
  • Examples of the first diffraction grating 102, the second diffraction grating 103, and the multi-slit plate 104 used in the Talbot interferometer 100A and the Talbot-low interferometer 100B are as follows.
  • the second silicon portion 12a and the metal portion 12b are formed to have the same width, and the metal portion 12b is formed of gold.
  • the distance R1 from the X-ray source 101 or the multi-slit plate 104 to the first diffraction grating 102 is 2 m
  • the distance R2 from the X-ray source 101 or the multi-slit plate 104 to the first diffraction grating 102 is 2.
  • the first diffraction grating 102 has a pitch P of 5 ⁇ m
  • the metal portion 12 b has a thickness of 3 ⁇ m
  • the second diffraction grating 103 has a pitch P of 6 ⁇ m
  • the multi-slit plate 104 has a pitch P of 30 ⁇ m and a thickness of the metal portion 12b of 100 ⁇ m.
  • the distance R1 from the X-ray source 101 or the multi-slit plate 104 to the first diffraction grating 102 is 1.8 m, and the X-ray source 101 or the multi-slit plate 104 to the first diffraction grating 102
  • the pitch P of the first diffraction grating 102 is 7 ⁇ m
  • the thickness of the metal portion 12b is 3 ⁇ m
  • the pitch P of the second diffraction grating 103 is 10 ⁇ m
  • the multi-slit plate 104 has a pitch P of 20 ⁇ m and a thickness of the metal portion 12 b of 100 ⁇ m. is there.
  • the metal gratings DG and DG ′ can be used for various optical devices. However, since the metal portion 12b can be formed with a high aspect ratio, the metal gratings DG and DG ′ can be preferably used for an X-ray imaging device, for example.
  • an X-ray imaging apparatus using an X-ray Talbot interferometer treats X-rays as waves and detects a phase shift of the X-rays caused by passing through the subject to obtain a phase contrast method for obtaining a transmission image of the subject.
  • an improvement in sensitivity of about 1000 times is expected, so that the X-ray irradiation dose is, for example, 1/100 to 1 / 1000 has the advantage that it can be reduced.
  • an X-ray imaging apparatus provided with an X-ray Talbot interferometer using the diffraction gratings DG and DG ′ will be described.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a configuration of the X-ray imaging apparatus according to the embodiment.
  • an X-ray imaging apparatus 200 includes an X-ray imaging unit 201, a second diffraction grating 202, a first diffraction grating 203, and an X-ray source 204, and in this embodiment, an X-ray source.
  • An X-ray power supply unit 205 that supplies power to 204, a camera control unit 206 that controls the imaging operation of the X-ray imaging unit 201, a processing unit 207 that controls the overall operation of the X-ray imaging apparatus 200, and an X-ray power supply And an X-ray control unit 208 that controls the X-ray emission operation in the X-ray source 204 by controlling the power supply operation of the unit 205.
  • the X-ray source 204 is a device that emits X-rays by being supplied with power from the X-ray power supply unit 205 and emits X-rays toward the first diffraction grating 203.
  • the X-ray source 204 emits X-rays when, for example, a high voltage supplied from the X-ray power supply unit 205 is applied between the cathode and the anode, and electrons emitted from the cathode filament collide with the anode.
  • Device for example, a high voltage supplied from the X-ray power supply unit 205 is applied between the cathode and the anode, and electrons emitted from the cathode filament collide with the anode.
  • the first diffraction grating 203 is a transmission type diffraction grating that generates a Talbot effect by X-rays emitted from the X-ray source 204.
  • the first diffraction grating 203 is, for example, a diffraction grating manufactured by the method for manufacturing the metal gratings DG and DG ′ in the above-described embodiment.
  • the first diffraction grating 203 is configured so as to satisfy the conditions for causing the Talbot effect, and is a grating sufficiently coarser than the wavelength of X-rays emitted from the X-ray source 204, for example, a grating constant (period of the diffraction grating).
  • d is a phase type diffraction grating in which the wavelength of the X-ray is about 20 or more.
  • the first diffraction grating 203 may be such an amplitude type diffraction grating.
  • the second diffraction grating 202 is a transmission-type amplitude diffraction grating that is disposed at a position approximately away from the first diffraction grating 203 by a substantially Talbot distance L and diffracts the X-rays diffracted by the first diffraction grating 203.
  • the second diffraction grating 202 is also a diffraction grating manufactured by, for example, the method for manufacturing the metal gratings DG and DG ′ in the above-described embodiment.
  • first and second diffraction gratings 203 and 202 are set to conditions that constitute the Talbot interferometer represented by the above-described Expression 1 and Expression 2.
  • the X-ray imaging unit 201 is an apparatus that captures an X-ray image diffracted by the second diffraction grating 202.
  • the X-ray imaging unit 201 includes, for example, a flat panel detector (FPD) including a two-dimensional image sensor in which a thin film layer including a scintillator that absorbs X-ray energy and emits fluorescence is formed on a light receiving surface, and incident photons.
  • An image intensifier unit that converts the electrons into electrons on the photocathode, doubles the electrons on the microchannel plate, and causes the doubled electrons to collide with phosphors to emit light, and the output light of the image intensifier unit
  • An image intensifier camera including a two-dimensional image sensor.
  • the processing unit 207 is a device that controls the overall operation of the X-ray imaging apparatus 200 by controlling each unit of the X-ray imaging apparatus 200.
  • the processing unit 207 includes a microprocessor and its peripheral circuits.
  • An image processing unit 271 and a system control unit 272 are provided.
  • the system control unit 272 controls the X-ray emission operation in the X-ray source 204 via the X-ray power source unit 205 by transmitting and receiving control signals to and from the X-ray control unit 208, and the camera control unit 206
  • the imaging operation of the X-ray imaging unit 201 is controlled by transmitting and receiving control signals between the two. Under the control of the system control unit 272, X-rays are emitted toward the subject S, an image generated thereby is captured by the X-ray imaging unit 201, and an image signal is input to the processing unit 207 via the camera control unit 206.
  • the image processing unit 271 processes the image signal generated by the X-ray imaging unit 201 and generates an image of the subject S.
  • the subject S is placed between the X-ray source 204 and the first diffraction grating 203 by placing the subject S on an imaging table including the X-ray source 204 inside (rear surface), and the X-ray imaging apparatus 200.
  • the system control unit 272 of the processing unit 207 controls the X-ray control unit 208 to irradiate X toward the subject S. Is output.
  • the X-ray control unit 208 causes the X-ray power source unit 205 to supply power to the X-ray source 204, and the X-ray source 204 emits X-rays and irradiates the subject S with X-rays.
  • a Talbot image T is formed.
  • the formed X-ray Talbot image T is diffracted by the second diffraction grating 202, and moire is generated to form an image of moire fringes.
  • This moire fringe image is captured by the X-ray imaging unit 201 whose exposure time is controlled by the system control unit 272, for example.
  • the X-ray imaging unit 201 outputs an image signal of the moire fringe image to the processing unit 207 via the camera control unit 206. This image signal is processed by the image processing unit 271 of the processing unit 207.
  • the subject S is disposed between the X-ray source 204 and the first diffraction grating 203, the X-rays that have passed through the subject S are out of phase with the X-rays that do not pass through the subject S. For this reason, the X-rays incident on the first diffraction grating 203 include distortion in the wavefront, and the Talbot image T is deformed accordingly. For this reason, the moire fringes of the image generated by the superposition of the Talbot image T and the second diffraction grating 202 are modulated by the subject S, and the X-rays are bent by the refraction effect by the subject S. Proportional to angle.
  • the subject S and its internal structure can be detected by analyzing the moire fringes. Further, by imaging the subject S from a plurality of angles, a tomographic image of the subject S can be formed by X-ray phase CT (computed tomography).
  • the second diffraction grating 202 of the present embodiment is the metal gratings DG and DG ′ in the above-described embodiment including the metal portion 12b having a high aspect ratio, a favorable moire fringe is obtained and the subject S with high accuracy is obtained. Images are obtained.
  • the thickness of the second silicon layer 32 is adjusted by the smart cut method in the metal gratings DG and DG ′, the cut surface of the second silicon layer 32 becomes flatter, and the second diffraction grating 202 is formed with high accuracy. Can be formed. For this reason, better moire fringes can be obtained, and a more accurate image of the subject S can be obtained.
  • the second silicon layer 32 is dry-etched by the Bosch process in the metal gratings DG and DG ′, the side surface of the slit groove SD becomes flatter, and the second diffraction grating 202 can be formed with high accuracy. For this reason, better moire fringes can be obtained, and a more accurate image of the subject S can be obtained.
  • a Talbot interferometer is configured by the X-ray source 204, the first diffraction grating 203, and the second diffraction grating 202.
  • the X-ray imaging apparatus 200 is configured as a multi-slit on the X-ray emission side of the X-ray source 204.
  • the Talbot-Lau interferometer may be configured by further arranging the metal gratings DG and DG ′ in the above-described embodiment.
  • the X-ray dose irradiated to the subject S can be increased as compared with the case of a single slit, a better moire fringe can be obtained, and the subject S with higher accuracy can be obtained. An image is obtained.
  • the subject S is disposed between the X-ray source 204 and the first diffraction grating 203, but the subject S is disposed between the first diffraction grating 203 and the second diffraction grating 202. May be arranged.
  • an X-ray image is captured by the X-ray imaging unit 201 and electronic data of the image is obtained, but may be captured by an X-ray film.
  • a method for manufacturing a metal lattice comprising: a first silicon layer; and a second silicon layer in a substrate including a second silicon layer attached to the first silicon layer and having a higher resistance than the first silicon layer.
  • a step of forming a resist layer on the main surface a step of patterning the resist layer by a lithography method to remove the resist layer in the patterned portion, and a portion from which the resist layer has been removed by a dry etching method
  • the metal grating manufacturing method having such a configuration can manufacture a metal grating having a metal portion with a high aspect ratio by filling the slit groove with metal.
  • the second silicon layer that forms the slit groove is electrically higher in resistance than the first silicon layer that applies the voltage of the electroforming method. Since the metal grows selectively from the bottom of the slit groove, the generation of voids can be effectively suppressed.
  • the method for producing a metal grid having such a configuration can form the metal portion of the grid more densely by electroforming.
  • the first silicon layer is n-type.
  • the conductivity type of the first silicon layer is n-type
  • the first silicon layer when the first silicon layer is used as a cathode by electroforming, the first silicon layer can be easily formed from the first silicon layer. Electrons can be given to the plating solution to deposit metal.
  • the substrate further includes an insulating layer between the first silicon layer and the second silicon layer.
  • the manufacturing method of the metal grid having such a configuration can more reliably prevent the generation of voids, and the metal portions of the metal grid can be more densely formed by electroforming.
  • the step of adjusting the thickness of the second silicon layer by a smart cut method so as to be a thickness corresponding to the depth of the slit groove Is further provided.
  • the thickness of the second silicon layer is adjusted by the smart cut method in the manufacturing method of the metal grid having such a configuration, the cut surface of the second silicon layer becomes flatter and the metal grid is formed with high accuracy. be able to.
  • the dry etching method is a Bosch process.
  • the second silicon layer is dry-etched by the Bosch process, so that the side surface of the slit groove becomes flat and the metal grid can be formed with high accuracy.
  • the step of filling the slit groove with metal by applying a voltage to the first silicon layer by the electroforming method is performed in the dark.
  • the slit groove can be filled with metal better by the electroforming method.
  • the above-described metal grating manufacturing method is used when a metal grating used in an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-low interferometer is manufactured.
  • an X-ray Talbot interferometer provided with a metal portion having a high aspect ratio that is more densely formed by using these metal grating manufacturing methods described above.
  • a diffraction grating used for an X-ray Talbot-Lau interferometer or a metal grating of a multi-slit plate can be manufactured.
  • a metal lattice includes a first silicon layer and a plurality of second silicons formed on the first silicon layer and extending linearly in one direction and having a higher resistance than the first silicon layer. And a lattice in which portions and a plurality of metal portions extending linearly in the one direction are alternately arranged in parallel.
  • the above-described metal grid manufacturing method can provide a metal grid having such a configuration, and the metal grid having such a configuration can include a metal portion having a high aspect ratio that is more densely formed.
  • the metal grating having such a configuration can be suitably used for, for example, X-rays, and can be particularly suitably used for an X-ray Talbot interferometer or an X-ray Talbot-Lau interferometer.
  • the above-described metal lattice further includes a plurality of insulating layers between each of the first silicon layer and the plurality of second silicon portions.
  • the first silicon layer and the plurality of second silicon portions are formed.
  • the second silicon portion can be surely electrically insulated by the insulating layer interposed between each and the metal, and the metal can be selectively grown and filled more reliably from the bottom of the slit groove. .
  • the metal grid having such a configuration can form the metal portion more densely.
  • a method for manufacturing a metal grid and a metal grid can be provided.

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Abstract

　本発明にかかる金属格子ＤＧおよびその製造方法では、第１シリコン層１１に付けられた第１シリコン層１１よりも高抵抗な第２シリコン部分１２ａに、ドライエッチング法によって第１シリコン層１１に少なくとも到達するスリット溝が形成され、電鋳法によって前記スリット溝が金属で埋められて金属部分１２ｂが形成される。したがって、このような構成の金属格子ＤＧおよびその製造方法は、シリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる。

Description

金属格子の製造方法および金属格子
　本発明は、例えば、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる回折格子を製造するための金属格子の製造方法およびその金属格子に関する。
　回折格子は、多数の平行な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、金属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線用の回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、１００μｍ程度必要となり、透過部分と吸収や位相変化部分とを等幅で数μ～数十μ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。このような高アスペクト比の構造を製造することは、容易ではない。そこで、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、次に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線吸収分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が製造される。
　ところで、前記特許文献１に開示された回折格子の製造方法では、Ｘ線吸収金属部が必要な厚さとなるまで前記各工程が繰り返されるので、手間がかかり、また煩雑である。
特開２００９－３７０２３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、アスペクト比の高いスリット溝を形成可能なシリコン基板を用い、電鋳法によって格子の金属部分をより緻密に形成することができる金属格子の製造方法および前記金属格子を提供することである。
　本発明にかかる金属格子およびその製造方法では、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シリコン層に、ドライエッチング法によって前記第１シリコン層に少なくとも到達するスリット溝が形成され、電鋳法によって前記スリット溝が金属で埋められる。このような構成の金属格子およびその製造方法は、シリコンをドライエッチングするので、前記スリット溝における幅に対する深さの比（スリット溝のアスペクト比＝深さ／幅）の高いスリット溝を形成することができる。この結果、このような構成の金属格子およびその製造方法は、このスリット溝を金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分を持つことができる。そして、電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める際に、前記スリット溝を形成する第２シリコン層が、第１シリコン層よりも電気的に高抵抗であるので、金属が前記スリット溝の底から選択的に成長するから、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、このような構成の金属格子およびその製造方法は、電鋳法によって格子の前記金属部分をより緻密に形成することができる。
　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。
実施形態における金属格子の構成を示す斜視図である。 実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図（その１）である。 実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図（その２）である。 実施形態における金属格子を製造するために用いられるシリコン基板の製造方法を説明するための図である。 実施形態における金属格子の他の構成を示す斜視図である。 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。 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。
　上述したように、高アスペクト比の構造を製造することは、通常、容易ではない。そこで、高アスペクト比の３次元構造を形成可能なシリコンの特性を活用して金属格子による回折格子を製造することが考えられる。すなわち、シリコン基板に高アスペクト比の周期構造のスリット溝を形成し、この形成したスリット溝にシリコンの導電性を利用することで電気メッキ法（電鋳法）によって、金属を埋めて回折格子を製造する方法が考えられる。しかしながら、この方法でも、シリコン全体に導電性があるため、前記金属が前記スリット溝の底から成長するだけでなく、前記スリット溝の側面からも成長してしまい、その結果、金属部分の内部に空間（ボイド、金属が未充填の部分）が発生してしまう虞があり、前記スリット溝を電鋳法によって前記金属で緻密に埋めることが難しい。
　そこで、本実施形態にかかる金属格子の製造方法では、大略、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における前記第２シリコン層の主面上にレジスト層が形成され、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が除去され、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が形成され、そして、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が金属で埋められる。これによって本実施形態にかかる金属格子が製造される。以下、より詳細に説明する。
　（金属格子）
　図１は、実施形態における金属格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の金属格子ＤＧは、図１に示すように、第１シリコン層１１と、第１シリコン層１１上に形成された格子１２とを備えて構成される。格子１２は、所定の厚さＨを有して一方向Ｄｘに線状に延びる複数の第２シリコン部分１２ａ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金属部分１２ｂとを備え、これら複数の第２シリコン部分１２ａと複数の金属部分１２ｂとは、交互に平行に配設される。このため、複数の金属部分１２ｂは、前記一方向Ｄｘと直交する方向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、複数の第２シリコン層１２ａは、前記一方向Ｄｘと直交する方向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、複数の金属部分１２ｂ（複数の第２シリコン部分１２ａ）は、前記一方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙに等間隔Ｐでそれぞれ配設されている。
　これら第１シリコン層１１および複数の第２シリコン部分１２ａは、Ｘ線を透過するように機能し、複数の金属部分１２ｂは、Ｘ線を吸収するように機能する。このため、金属格子ＤＧは、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する。金属部分１２ｂの金属は、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）、プラチナ（白金、Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、インジウム（Ｉｎ）およびニッケル（Ｎｉ）等である。また、金属部分１２ｂ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１２ｂ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１２ｂの幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける金属部分１２ｂの長さであり、金属部分１２ｂの厚さは、前記一方向Ｄｘとこれに直交する前記方向Ｄｙとで構成される平面の法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける金属部分１２ｂの長さである。
　そして、本実施形態の金属格子ＤＧでは、第２シリコン部分１２ａは、第１シリコン層１１よりも高抵抗となっている。
　このような高アスペクト比の金属部分１２ｂを備える金属格子ＤＧは、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シリコン基板における前記第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工程とによって製造される。以下、この金属格子ＤＧの製造方法について、詳述する。
　図２および図３は、実施形態における金属格子の製造方法を説明するための図である。図４は、実施形態における金属格子を製造するために用いられるシリコン基板の製造方法を説明するための図である。
　本実施形態の金属格子ＤＧを製造するために、まず、第１シリコン層３１と第１シリコン層３１に付けられた第２シリコン層３２とを備えるシリコン基板３０が用意される（図２（Ａ））。第１シリコン層３１と第２シリコン層３２とは、互いに電気的な性質が異なり、第２シリコン層３２は、第１シリコン層３１よりも高抵抗である。このようなシリコン基板３０は、例えば、次のように製造される。
　まず、前記第１シリコン層３１となる第１シリコンウェハ２１と、前記第２シリコン層３２となる第２シリコンウェハ２２が用意され、スマート・カット（Smart Cut）法によって第２シリコンウェハ２２の厚さＨを調整するべく、第２シリコンウェハ２２の一方主表面から水素イオンＨ＋が注入される（図４（Ａ））。これら第１および第２シリコンウェハ２１、２２は、互いに電気的な性質が異なり、第２シリコンウェハ２２は、第１シリコンウェハ２１よりも高抵抗である。
　第１シリコンウェハ２１は、例えば、ＣＺ（Czochralski）法によって製造された比較的低抵抗なｎ型シリコン基板である（例えば抵抗率が０．０１Ωｃｍ（オームセンチメートル））。第２シリコンウェハ２２は、例えば、ＦＺ（Floating Zone）法によって製造されたノンドープの比較的高抵抗な半導体ウェハである（例えば、抵抗率が１０００Ωｃｍ）。第２シリコンウェハ２２は、ノンドープに限定されず、導電型がｐ型であるｐ型シリコン基板や、導電型がｎ型であるｎ型シリコン基板であっても良い。
　スマート・カット法は、シリコン単結晶に水素イオンＨ＋を注入することによってシリコンの結晶格子が部分的に切断され、これによってシリコンの薄膜を切り出す方法である。このスマート・カット法では、まず、第２シリコンウェハ２２を所望の厚さＨに切り出すことができるように、前記所望の厚さＨに応じた深さＨに所定の濃度で水素イオンＨ＋が注入される。水素イオンＨ＋が注入される深さＨは、水素イオンＨ＋の注入エネルギーを調整することによって制御される。次に、後述するように、第２シリコンウェハ２２が所定の温度で加熱処理され、これによって前記水素イオンＨ＋を注入した深さ位置Ｈで第２シリコンウェハ２２が切り出される。
　ここで、後述するように、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、第２シリコンウェハ２２をエッチングすることによって形成されたスリット溝ＳＤに電鋳法（電気メッキ法）によって金属を埋めることで金属部分１２ｂを形成するので、この第２シリコンウェハ２２の厚さＨが金属部分１２ｂの厚さＨとなる。このため、第２シリコンウェハ２２の厚さＨは、金属部分１２ｂの厚さＨに応じて決定される。そして、スマート・カット法では、水素イオンＨ＋を注入した深さ位置Ｈで第２シリコンウェハ２２が切り出されるので、水素イオンＨ＋を注入する深さＨは、第２シリコンウェハ２２の厚さＨ、すなわち、金属部分１２ｂの厚さＨに応じて決定される。
　次に、第１および第２シリコンウェハ２１、２２の各接合面が所定の洗浄液２３で洗浄される（図４（Ｂ））。洗浄液２３として、例えば、ＲＣＡ洗浄液、超純水、脱イオン水、弗酸等が挙げられる。洗浄後、２枚の第１および第２シリコンウェハ２１、２２が乾燥される。
　次に、第１シリコンウェハ２１と第２シリコンウェハ２２とが互いに合わせられ、密着される（図４（Ｃ））。なお、これらの作業は、第１および第２シリコンウェハ２１、２２の貼接面に塵埃が付着するのを防止するためにクリーンルーム内で行われる。
　次に、互いに合わせられた第１および第２シリコンウェハ２１、２２が所定の温度で熱処理される。これによって第１および第２シリコンウェハ２１、２２は、第１および第２シリコンウェハ２１、２２の貼接面でウェハボンディングによって接着され、互いに付けられるとともに、水素イオンＨ＋を注入した深さ位置Ｈから第２シリコンウェハ２２が剥離される（図４（Ｄ））。前記第１シリコンウェハ２１は、第１シリコン層３１となり、この切り出された第２シリコンウェハ２２の部分は、第２シリコン層３２となる。なお、この剥離して形成された第２シリコン層３２の表面は、研磨等により平滑に仕上げられてもよい。
　こうして比較的低抵抗な第１シリコン層３１に比較的高抵抗な第２シリコン層３２が付けられたシリコン基板３０が製造される。
　ここで、上述では、スマート・カット法によって第２シリコンウェハ２２（第２シリコン層３２）の厚さＨが調整されたが、これに限定されるものではなく、公知の手段を用いることができる。例えば、第２シリコンウェハ２２（第２シリコン層３２）の厚さＨを調整するべく、第２シリコンウェハ２２が研磨されてもよい。この場合には、前述の水素イオンＨ＋の注入工程を行う必要はない。
　また、上述では、ウェハボンディングによって第１シリコンウェハ２１と第２シリコンウェハ２２とを接着したが、これに限定されるものではなく、公知の手段を用いることができる。例えば、プラズマ接合によって第１シリコンウェハ２１と第２シリコンウェハ２２とが接着されてもよい。
　そして、このようなシリコン基板３０を製造する製造方法は、図４を用いて説明した上述の方法に限定されるものではない。例えば、ｎ型の低抵抗ＣＺ基板（第１シリコン層３１）上に、ノンドープのシリコン層（第２シリコン層３２）を所望の厚さＨだけエピタキシャル成長しても良い。また例えば、ｎ型の低抵抗ＣＺ基板（第１シリコン層３１）上に、イオン注入等で表面から所望の厚さだけ非晶質化し抵抗率を下げても良い。また例えば、ｎ型の低抵抗ＣＺ基板（第１シリコン層３１）上に、イオン注入等で表面から所望の厚さだけ非晶質化し抵抗率を上げても良い。
　図２に戻って、シリコン基板３０における第２シリコン層３２の主面上に感光性樹脂層（レジスト）４１が例えばスピンコート等によって形成される（図２（Ｂ））。ここで、レジスト層は、リソグラフィーにおいて使用され、光（可視光だけでなく紫外線等も含む）や電子線等によって溶解性等の物性が変化する材料である。本実施形態では、その一例として感光性樹脂層である場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、レジスト層は、電子線露光用のレジスト層であってもよい。
　次に、フォトリソグラフィー工程として、リソグラフィー法によって感光性樹脂層４１がパターニングされ（図２（Ｃ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４１が除去される（図３（Ａ））。より具体的には、感光性樹脂層４１にリソグラフィーマスク４２を押し当てて、感光性樹脂層４１にリソグラフィーマスク４２を介して紫外線４３が照射され、感光性樹脂層４１がパターン露光され、現像される（図２（Ｃ））。そして、露光されなかった部分（あるいは露光された部分）の感光性樹脂層４１が除去される（図３（Ａ））。
　次に、ドライエッチング法によって感光性樹脂層４１を除去した部分に対応する第２シリコン層３２が、前記法線方向Ｄｚに第１シリコン層３１に少なくとも到達するまでエッチングされる。これによってスリット溝ＳＤが形成される（図３（Ｂ））。より具体的には、パターニングされた感光性樹脂層４１をマスクとして、シリコン基板３０における第２シリコン層３２の表面から第１シリコン層３１が少なくとも露出するまで、ＩＣＰプラズマドライエッチングで第２シリコン層３２がエッチングされる。なお、感光性樹脂層４１だけでは、所望の厚さＨの第２シリコン層３２を彫りぬくために、充分な厚さではない場合には、シリコン基板３０上に例えばアルミや石英等を成膜し、これらアルミ膜または石英膜上に前記感光性樹脂層４１を形成し、上述のように、リソグラフィーでこの感光性樹脂層４１をパターニングした後に、このパターニングされた感光性樹脂層４１をマスクに、アルミ膜または石英膜をパターニングし、このパターニングされたアルミ膜または石英膜をマスクとして、上述のように第２シリコン層３２をＩＣＰプラズマドライエッチングしても良い。
　このＩＣＰプラズマエッチングは、高アスペクト比で垂直なエッチングができるため、好ましくは、ＩＣＰ装置によるＡＳＥプロセスである。このＡＳＥ（Advanced Silicon Etch）プロセスとは、ＳＦ６プラズマ中のＦラジカルとＦイオンによるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってシリコン基板のエッチングを行う工程と、Ｃ４Ｆ８プラズマ中のＣＦｘラジカル及びそれらのイオンの重合反応によって、テフロン（登録商標）に近い組成を有するポリマー膜を壁面に堆積させて保護膜として作用させる工程とを繰り返し行うものである。また、高アスペクト比でより垂直なエッチングができるため、より好ましくは、ボッシュ（Bosch）プロセスのように、ＳＦ６プラズマがリッチな状態と、Ｃ４Ｆ８プラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すことで、側壁保護と底面エッチングとを交互に進行させてもよい。なお、ドライエッチング法は、ＩＣＰプラズマエッチングに限定するものではなく、他の手法であってもよい。例えば、いわゆる、並行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、磁気中性線プラズマ（ＮＬＤ）ドライエッチング、化学支援イオンビーム（ＣＡＩＢ）エッチングおよび電子サイクロトロン共鳴型リアクティブイオンビーム（ＥＣＲＩＢ）エッチング等のエッチング技術であっても良い。
　このエッチングされて残った第２シリコン層３２の板状部分が第２シリコン部分１２ａとなる。
　次に、電鋳法（電気メッキ法）によって、第１シリコン層３１に電圧を印加して前記スリット溝ＳＤが金属で埋められる（図３（Ｃ））。より具体的には、第１シリコン層３１に電源４４の陰極が接続され、電源４４の陽極に接続された陽極電極４５およびシリコン基板３０がメッキ液４６に浸けられる。これによって電鋳によりスリット溝ＳＤの底部における第１シリコン層３１側から金属が析出し、第２シリコン層３２と同じ厚さＨだけ成長する。こうしてスリット溝ＳＤに金属が埋められ、金属部分１２ｂが形成される。
　ここで、ｎ型シリコンは、伝導体電子を豊富に持つため、シリコンを陰極に接続して負電位を印加しカソード分極すると、メッキ液４６といわゆるオーミック接触になり、電流が流れて還元反応が起き易くなり、結果として金属が析出する。一方、ｐ型シリコンは、伝導体に電子が少ないため、カソード分極の際には電気的に逆バイアスとなり、いわゆるショットキー障壁ができ、メッキ液４６に対してブロッキング接触となって電流がほとんど流れない。特に、遮光した暗中では、ｐ型シリコンに光が当たらない状態となり、伝導体に励起される電子がほとんどないため、この傾向は、さらに強くなる。このため、電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋めるこの工程は、より良好に電鋳を行うために、このような暗中で行うことが好ましい。
　このような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の金属格子ＤＧが製造される。
　このような金属格子ＤＧの製造方法は、シリコン基板３０をドライエッチングするので、スリット溝ＳＤにおける幅Ｗに対する深さＨの比（スリット溝ＳＤのアスペクト比＝深さＨ／幅Ｗ）の高いスリット溝を形成することができる。この結果、このような金属格子ＤＧの製造方法は、この高アスペクト比のスリット溝ＳＤを金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分１２ｂを持つ金属格子ＤＧを製造することができる。そして、電鋳法によってスリット溝ＳＤを金属で埋める際に、スリット溝ＳＤを形成する第２シリコン層３２（第２シリコン部分１２ａ）が、電鋳法の電圧を印加する第１シリコン層３１（１１）よりも電気的に高抵抗であるので、金属がスリット溝ＳＤの底から選択的に成長するから、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、電鋳法によって金属格子ＤＧの金属部分１２ｂをより緻密に形成することができる。特に、Ｘ線タルボ干渉計およびＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子は、金属部分１２ｂが高いアスペクト比が求められるが、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、上述のように、このような高アスペクト比、例えば５倍以上、好ましくは１０倍以上、より好ましくは２０倍以上に対応することができ、しかもより緻密な金属部分１２ｂを形成することができ、Ｘ線タルボ干渉計およびＸ線タルボ・ロー干渉計に用いられる回折格子の製造方法として好適である。
　なお、シリコンウェハに高アスペクト比のスリット溝をドライエッチングによって形成し、このスリット溝の底にスパッタや真空蒸着等によって金属層を形成し、この金属層を電極に用いて電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める金属格子の製造方法も考えられる。しかしながら、この製造方法では、前記スパッタや真空蒸着等によって金属層を形成する際に、必ずしも前記スリット溝の底にのみ形成されるとは限らず、また、前記スリット溝の底に良好な金属層が形成されるとも限らない。高アスペクト比のスリット溝の底にのみ金属層を形成することは、非常に困難である。本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、このような点も解消することができる。
　また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法では、第１シリコン層３１（１１）は、ｎ型であるので、電鋳法で第１シリコン層３１（１１）を陰極とした場合に、容易に、第１シリコン層３１（１１）からメッキ液４６に電子を与え、金属を析出させることができる。
　また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、スマート・カット法によって第２シリコン層３２の厚さＨが調整されるので、第２シリコン層３２のカット面がより平坦となり、この結果、高精度な金属格子ＤＧを形成することができる。特に、金属格子ＤＧが回折格子として機能する場合には、入射面あるいは出射面がより平坦となるので、好ましい。
　また、本実施形態における金属格子ＤＧの製造方法は、ボッシュプロセスによって第２シリコン層３２がドライエッチングされるので、スリット溝ＳＤの側面がより平坦となり、この結果、高精度な金属格子ＤＧを形成することができる。特に、金属格子ＤＧが回折格子として機能する場合には、入射面あるいは出射面がより平坦となるので、好ましい。
　図５は、実施形態における金属格子の他の構成を示す図である。なお、上述の実施形態において、金属格子ＤＧは、図５に示すように、第１シリコン層１１と複数の第２シリコン部分１２ａとの各間に複数の絶縁層１３をそれぞれさらに備える金属格子ＤＧ’であってもよい。このような構成の金属格子ＤＧ’を製造するために、前記シリコン基板３０に代えて、第１シリコン層３１と第２シリコン層３２との間にさらに絶縁層を備えるシリコン基板が用いられる。そして、この絶縁層を備えるシリコン基板を用いて図２および図３を用いて説明した各工程が実行され、このような構成の金属格子ＤＧ’が製造される。
　上述した金属格子の製造方法によって、このような構成の金属格子ＤＧ’を製造する際に、電鋳法によってスリット溝ＳＤを金属で埋める工程において、絶縁層１３によって第２シリコン部分１２ｂを第１シリコン層１１から確実に電気的に絶縁することができ、金属をスリット溝ＳＤの底からより確実に選択的に成長させ、埋めることができる。この結果、このような金属格子ＤＧ’の製造方法およびこれによって製造された金属格子ＤＧ’は、より確実にボイドの発生を防止することができ、金属部分１２ｂをより緻密に形成することができる。
　なお、上述の実施形態では、回折格子ＤＧ、ＤＧ’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。回折格子ＤＧ、ＤＧ’は、例えば、二次元周期構造の回折格子であってもよい。例えば、二次元周期構造の回折格子ＤＧ、ＤＧ’は、回折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回折格子は、平面に高アスペクト比の穴を二次元周期で空け、上述と同様に、その穴を金属で埋める、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、上述と同様に、その周りを金属で埋めることによって形成することができる。
　（タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
　上記実施形態の金属格子ＤＧ、ＤＧ’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ＤＧ、ＤＧ’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６は、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７は、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６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１００では、第１回折格子１０２および第２回折格子１０３の少なくとも一方は、前記金属格子ＤＧ、ＤＧ’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６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写体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７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６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、上述した実施形態における金属格子ＤＧ、ＤＧ’の製造方法によって製造された格子であってよい。マルチスリット板１０４を、上述した実施形態における金属格子ＤＧ、ＤＧ’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（前記複数の第２シリコン部分１２ａ）によって透過させるとともにより確実に前記複数の金属部分１２ｂ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、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、被写体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。
　このようなタルボ干渉計１００Ａやタルボ・ロー干渉計１００Ｂに用いられる第１回折格子１０２、第２回折格子１０３およびマルチスリット板１０４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、第２シリコン部分１２ａと金属部分１２ｂとは、同幅に形成され、金属部分１２ｂは、金によって形成される。
　一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が２ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが５μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが６μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／３）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが３０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
　また、他の一例として、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ１が１．８ｍであって、Ｘ線源１０１またはマルチスリット板１０４から第１回折格子１０２までの距離Ｒ２が２．５ｍである場合では、第１回折格子１０２は、そのピッチＰが７μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが３μｍであり、第２回折格子１０３は、そのピッチＰが１０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍであり（アスペクト比＝１００／５）、そして、マルチスリット板１０４は、そのピッチＰが２０μｍであり、その金属部分１２ｂの厚さが１００μｍである。
　（Ｘ線撮像装置）
　前記金属格子ＤＧ、ＤＧ’は、種々の光学装置に利用することができるが、高アスペクト比で金属部分１２ｂ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、前記回折格子ＤＧ、ＤＧ’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８は、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８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透過型の回折格子である。第１回折格子２０３は、例えば、上述した実施形態における金属格子ＤＧ、ＤＧ’の製造方法によって製造された回折格子である。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も、第１回折格子２０３と同様に、例えば、上述した実施形態における金属格子ＤＧ、ＤＧ’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、被写体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写体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、被写体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、被写体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２回折格子２０２では、高アスペクト比の金属部分１２ｂを備える上述した実施形態における金属格子ＤＧ、ＤＧ’であるので、良好なモアレ縞が得られ、高精度な被写体Ｓの画像が得られる。
　また、金属格子ＤＧ、ＤＧ’がスマート・カット法によって第２シリコン層３２の厚さが調整されるので、第２シリコン層３２のカット面がより平坦となり、高精度に第２回折格子２０２を形成することができる。このため、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。
　さらに、金属格子ＤＧ、ＤＧ’がボッシュプロセスによって第２シリコン層３２がドライエッチングされるので、スリット溝ＳＤの側面がより平坦となり、高精度に第２回折格子２０２を形成することができる。このため、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。
　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金属格子ＤＧ、ＤＧ’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２００では、Ｘ線源２０４と第１回折格子２０３との間に被写体Ｓが配置されたが、第１回折格子２０３と第２回折格子２０２との間に被写体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。
　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。
　一態様にかかる金属格子の製造方法は、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工程とを備える。
　このような構成の金属格子の製造方法は、シリコンをドライエッチングするので、前記スリット溝における幅に対する深さの比（スリット溝のアスペクト比＝深さ／幅）の高いスリット溝を形成することができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、このスリット溝を金属で埋めることで、高アスペクト比の金属部分を持つ金属格子を製造することができる。そして、電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める際に、前記スリット溝を形成する第２シリコン層が、電鋳法の電圧を印加する第１シリコン層よりも電気的に高抵抗であるので、金属が前記スリット溝の底から選択的に成長するから、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、電鋳法によって格子の前記金属部分をより緻密に形成することができる。
　また、他の一態様では、上述の金属格子の製造方法において、前記第１シリコン層は、ｎ型である。
　このような構成の金属格子の製造方法は、前記第１シリコン層の導電型がｎ型であるので、電鋳法で第１シリコン層を陰極とした場合に、容易に、第１シリコン層からメッキ液に電子を与え、金属を析出させることができる。
　また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記基板は、前記第１シリコン層と前記第２シリコン層との間にさらに絶縁層を備える。
　このような構成の金属格子の製造方法では、電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める際に、前記第１シリコン層と前記第２シリコン層との間に介在する前記絶縁層によって前記第２シリコン層を確実に電気的に絶縁することができ、前記金属を前記スリット溝の底からより確実に選択的に成長させ、埋めることができる。この結果、このような構成の金属格子の製造方法は、より確実にボイドの発生を防止することができ、電鋳法によって金属格子の前記金属部分をより緻密に形成することができる。
　また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記第２シリコン層の厚さを前記スリット溝の深さに対応する厚さになるようにスマート・カット法によって調整する工程をさらに備える。
　このような構成の金属格子の製造方法は、スマート・カット法によって第２シリコン層の厚さが調整されるので、第２シリコン層のカット面がより平坦となり、高精度に金属格子を形成することができる。
　また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記ドライエッチング法は、ボッシュプロセスである。
　このような構成の金属格子の製造方法は、ボッシュプロセスによって第２シリコン層がドライエッチングされるので、前記スリット溝の側面がより平坦となり、高精度に金属格子を形成することができる。
　また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法において、前記電鋳法によって、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工程は、暗中で行われる。
　この構成によれば、伝導体に励起される電子がほとんどないため、前記電鋳法によってより良好に前記スリット溝を金属で埋めることができる。
　また、他の一態様では、これら上述の金属格子の製造方法は、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金属格子を製造する場合に用いられる。
　上述したように、Ｘ線では、高アスペクト比が求められるが、これら上述の金属格子の製造方法を用いることによって、より緻密に形成された高アスペクト比の金属部分を備えた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回折格子やマルチスリット板の金属格子を製造することができる。
　また、他の一態様にかかる金属格子は、第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成され、一方向に線状に延び前記第１シリコン層よりも高抵抗な複数の第２シリコン部分と前記一方向に線状に延びる複数の金属部分とが交互に平行に配設された格子とを備える。
　これら上述の金属格子の製造方法によって、このような構成の金属格子を得ることができ、このような構成の金属格子は、より緻密に形成された高アスペクト比の金属部分を備えることができる。このため、このような構成の金属格子は、例えば、Ｘ線に好適に用いることができ、特に、Ｘ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計により好適に用いることができる。
　また、他の一態様では、上述の金属格子において、前記第１シリコン層と前記複数の第２シリコン部分との各間に複数の絶縁層をそれぞれさらに備える。
　これら上述の金属格子の製造方法によって、このような構成の金属格子を製造する際に、電鋳法によって前記スリット溝を金属で埋める工程において、前記第１シリコン層と前記複数の第２シリコン部分との各間に介在する前記絶縁層によって前記第２シリコン部分を確実に電気的に絶縁することができ、前記金属を前記スリット溝の底からより確実に選択的に成長させ、埋めることができる。この結果、このような構成の金属格子は、前記金属部分をより緻密に形成することができる。
　この出願は、２０１０年７月１５日に出願された日本国特許出願特願２０１０－１６０６９９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、金属格子の製造方法および金属格子を提供することができる。

Claims (9)

  1. 　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工程とを備えること
    　を特徴とする金属格子の製造方法。
  2. 　前記第１シリコン層は、ｎ型であること
    　を特徴とする請求項１に記載の金属格子の製造方法。
  3. 　前記基板は、前記第１シリコン層と前記第２シリコン層との間にさらに絶縁層を備えること
    　を特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属格子の製造方法。
  4. 　前記第２シリコン層の厚さを前記スリット溝の深さに対応する厚さになるようにスマート・カット法によって調整する工程をさらに備えること
    　を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  5. 　前記ドライエッチング法は、ボッシュプロセスであること
    　を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  6. 　前記電鋳法によって、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工程は、暗中で行われること
    　を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  7. 　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金属格子を製造する請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の金属格子の製造方法。
  8. 　第１シリコン層と、
    　前記第１シリコン層上に形成され、一方向に線状に延び前記第１シリコン層よりも高抵抗な複数の第２シリコン部分と前記一方向に線状に延びる複数の金属部分とが交互に平行に配設された格子とを備えること
    　を特徴とする金属格子。
  9. 　前記第１シリコン層と前記複数の第２シリコン部分との各間に複数の絶縁層をそれぞれさらに備えること
    　を特徴とする請求項８に記載の金属格子。
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